通过超声波传感器进行力检测制造技术

本发明专利技术公开了一种用于计算机或电子设备的力感测设备。通过比较触摸界面上的反射的超声波能量来估计力。力感测设备被配置为确定当接触设备诸如触摸设备时由用户所施加的力的大小以及由用户所施加的力的大小的变化，并能够使用触摸识别、图形用户界面的触摸元素和应用程序中的触摸输入或操控而被并入设备中。此外，力感测设备可确定当接触设备诸如触摸设备时由用户所施加的力的大小以及由用户所施加的力的大小的变化，并作为其响应，提供触摸设备、触控板等的用户可用的附加功能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】通过超声波传感器进行力检测相关申请的交叉引用本专利合作条约专利申请要求于2012年5月9日提交的并且名称为“Ultrasound-Based Force Sensing”的美国临时申请61/676，293的优先权，该专利申请的内容全文以引用方式并入本文。
技术介绍

本专利申请整体涉及使用超声波进行力感测。
技术介绍
触摸设备通常提供对用户触摸设备的位置的识别，包括移动、手势和位置检测的其他效果。对于第一实例，触摸设备可向计算系统提供关于用户与图形用户界面(GUI)进行交互的信息，诸如指向某元件、对那些元件进行重新取向或重新定位、编辑或打字，以及其他GUI特征。对于第二实例，触摸设备可向计算系统提供适于用户与应用程序进行交互的信息，诸如涉及动画、照片、图片、幻灯片演示、声音、文本、其他视听元素等的输入或操控。有时发生如下情况:当与GUI或与应用程序交接时，将有利的是，用户能够指示当操控、移动、指向、触摸或以其他方式与触摸设备进行交互时所施加的力的大小。例如，可能有利的是，用户能够以利用相对较轻触摸的第一种方式或以利用相对较有力的或更急速的触摸的第二种方式来操控屏幕元素或其他对象。在一种这样的情况下，如果用户能够利用相对较轻的触摸来移动屏幕元素或其他对象，则这可能是有利的，同时用户可另选地利用相对较有力的或更急速的触摸来调用或选择同一屏幕元素或其他对象。这些实例中的每个实例以及其他可能的考虑可能使得触摸设备发生一个或多个困难，至少因为当接触该触摸设备可能使得GUI或应用程序不能提供可能有利的功能时没有能力确定由用户所施加的力的大小。当调用此类功能时，没有能力提供那些功能可能会使触摸设备受制于较少的能力，受制于触摸设备的效果和价值的可能文档。
技术实现思路
本专利申请提供了包括电路和设计的技术，该电路和设计能够确定当接触设备诸如触摸设备时由用户所施加的力的大小以及由用户所施加的力的大小的变化，并能够使用触摸识别、GUI的触摸元素和应用程序中的触摸输入或操控而被并入设备中。本专利申请还提供了包括应用那些技术的设备的技术，该技术可确定接触设备诸如触摸设备时由用户所施加的力的大小以及由用户所施加的力量的变化，以及作为其响应，提供触摸设备用户可用的附加功能。在一个实施例中，技术可包括提供并入触摸设备中的力敏传感器。对于第一实例，力敏传感器可包括超声波设备，该超声波设备可检测用户按压、推动或以其他方式接触触摸设备有多用力的测量。对于第二实例，力敏传感器可包括一个或多个力感测元件，该力感测元件中的每个力感测元件可检测设备的表面上的特定位置处的所施加的力的测量。对于第三实例，力敏传感器可包括一个或多个力感测元件，该力感测元件可共同检测设备的表面上的涉及移动或指定区域的手势中的所施加的力的测量。在一个实施例中，技术可包括从设备内的位置生成超声波脉冲，从设备的表面和空气或用户的手指之间的界面反射超声波脉冲，以及测量指示设备的表面处的所施加的力的大小的信号，并且可能测量所施加的力的特定位置。可将超声波脉冲定向到设备的表面的一组力感测元件中的特定的一个力感测元件，其中每个力感测元件区分所施加的力的特定位置。根据施加于设备的表面上的所施加的力的大小，并且可能根据该所施加的力的位置，超声波脉冲可能会从设备的表面以不同方式反射。这些要素具有如下效果:如果用户向设备的表面处的特定位置施加力，则超声波脉冲将响应于该所施加的力的大小以及可能响应于该所施加的力的位置而以不同方式反射。在一个实施例中，技术可包括由压电元件响应于生成超声波脉冲的触发信号来生成超声波脉冲，该压电元件诸如聚偏氟乙烯(PVDF)元件或具有压电效应的另一种物质。可响应于触发信号，在特定时间处生成具有特定持续时间或具有特定信号格式(诸如特定频率、脉冲编码或波形形状)的特定超声波脉冲，具有如下效果:可响应于该特定超声波脉冲的反射形式来识别特定超声波脉冲的反射。在有一组力感测元件的实施例中，可由特定标识符(诸如其时间、持续时间、频率或信号格式)在其生成点和时间处区分每个特定超声波脉冲，具有如下效果:可通过哪一个或多个力感测元件反射其自身特定的超声波脉冲来区分所施加的力。例如，每个力感测元件可在超声波脉冲的循环周期中具有为发射而分配的其自身的特定时隙，以及为接收而分配的其自身的特定时隙，具有如下效果:可区分来自不同力感测元件的反射。 在一个实施例中，技术可包括诸如通过压电元件测量从设备的表面和空气或用户的手指之间的界面反射的超声波脉冲，该压电元件诸如PVDF元件或具有压电效应的另一种物质，并响应于反射的超声波脉冲生成测量信号。例如，适于将电子信号转换成超声波脉冲的PVDF元件可用于接收该超声波脉冲的反射，并将该反射转换成指示设备表面处的所施加的力的大小的测量信号，并且响应于特定力感测元件的标识符，可能还响应于其位置。在一个实施例中，超声波脉冲从设备的表面和空气或用户的手指之间的界面的反射对所施加的力的大小或其代理作出响应，代理诸如是由可变形对象(诸如用户的手指)掩盖的区域的量或由已知对象(再次，诸如用户的手指)使表面润湿的量。例如，用户的手指的所施加的力的压力的大小或其他测量可能影响到超声波脉冲被设备的表面和空气之间的界面(当不存在用户手指的接触时)或设备的表面和用户的手指之间的界面(当存在接触时)反射的程度。这样做具有如下效果:超声波信号的幅度以及可能还有其他方面可用于确定所施加的力的大小。在一个实施例中，可设置超声波脉冲，使其围绕或通过设备的其他元件诸如显示元件或触摸传感器而传播。尽管超声波脉冲的一些部分可能会被设备内的元件吸收或反射，但在一个实施例中，设置用于反射的超声波脉冲的传感器以忽略伪反射，并识别相对衰减的超声波脉冲，具有如下效果:力传感器能够识别已经从触摸设备的表面反射的那些反射的超声波脉冲。在一个实施例中，力敏传感器独立于确定用户接触触摸设备的一个或多个位置的第二模式而进行操作，该触摸设备诸如电容触摸传感器或其他触摸传感器。例如，电容触摸传感器可确定用户大致在什么位置接触触摸设备，而超声波设备可检测到用户接触触摸设备有多用力。在一个实施例中，力敏传感器包括一个或多个行和一个或多个列，行和列被设置为在一组单独的力感测元件中交叉。例如，单独的力感测元件可定位于基本的直线阵列中，其中行被设置为限定该直线阵列的各个行，列被设置为限定该直线阵列的各个列，并且行和列的交点被设置为限定该直线阵列的各个元素。在一个实施例中，可设置行和列使得每行受驱动信号的控制，每列受到感测电路的感测，并且每行和每列之间的交点被设置为生成并接收超声波信号。例如，超声波信号可包括指向用户可能向触摸屏施加力的可能位置处的第一超声波，以及从用户实际向触摸屏施加力的该位置反射的第二超声波。在一个实施例中，技术可包括除力敏传感器之外提供触敏传感器，该触敏传感器可确定用户实际触摸触摸屏的位置。例如，触敏传感器可包括电容传感器，其可确定用户的触摸(诸如，通过用户的手指，用户身体的另一部分或触笔或其他对象)的位置。在另选的实施例中，力敏传感器可包括一组单独的力感测元件，该一组单独的力感测元件被设置为除被设置为在一组单独的力感测元件中相交的一组行和列之外的布置。对于第一实例，力敏传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种触摸I/O设备，包括：一个或多个力敏传感器，所述一个或多个力敏传感器能够提供关于所施加的力的信息，所述信息包括在发生接触或接近接触的所述一个或多个位置处存在的力的大小的测量；其中所述力敏传感器对超声波脉冲作出响应，所述超声波脉冲被设置为从被选择发生所施加的力的所述触摸I/O设备的表面反射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·Q·赫皮，M·P·格伦特哈纳，J·G·埃里亚斯，S·费利兹，S·P·霍特林，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国;US