具有力传感器的输入设备制造技术

本发明专利技术公开了一种输入设备，该输入设备可集成在电子设备中和/或通过有线连接或无线连接可操作地连接到电子设备。该输入设备可包括一个或多个力传感器，该一个或多个力传感器定位在输入设备的盖元件下方或电子设备的输入表面。该输入设备可包括其他部件和/或功能，诸如生物识别传感器和/或开关元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有力传感器的输入设备相关申请的交叉引用本专利合作条约专利申请要求2016年3月31日提交的名称为“ForceSensorinanInputDevice”(输入设备中的力传感器)的美国非临时专利申请No.15/087,306的优先权，该专利申请的内容据此全文以引用方式并入本文。
本专利技术所述实施方案总体涉及力感测。更具体地讲，本专利技术实施方案涉及输入设备中的力传感器。
技术介绍
许多电子设备包括用于接收用户输入的一个或多个输入设备。诸如智能电话、平板计算设备、膝上型计算机、可穿戴通信和健康设备、导航设备和显示器的设备可包括或连接到输入设备。例如，输入设备可向计算系统提供关于用户与图形用户界面(GUI)交互的信息，诸如选择元素、返回至主页以及其他GUI特征部。在另一个实施例中，输入设备可捕获或接收与用户相关联的生物识别数据并向计算系统提供此类生物识别数据。一般来讲，输入设备的操作是二进制的。例如，键盘的键可被充分按压以塌缩弹片开关并生成输出信号，或者不是这样。输入按钮可被充分按压以关闭开关并选择一个图标，或者不是这样。二进制输入固有地受到限制，因为它们仅可占用两种状态(存在或不存在、开或关等)。在一些情况下，还检测和测量施加于输入设备的输入力可能是有利的。此外，当通过一连串的值测量力时，检测到的力可充当非二进制输入。
技术实现思路
输入设备可包括在电子设备中，或者使用有线连接或无线连接可操作地连接到电子设备。输入设备中的一个或多个力传感器被配置为检测施加到盖元件的力输入。盖元件可以是电子设备的外壳的一部分或设置在外壳的孔中的输入设备的输入表面。力传感器可采用任何合适的力感测技术，诸如电容式、压电式、压阻式、超声和磁力感测技术。在一个实施方案中，力传感器为电容式力传感器。力传感器由包括第一组一个或多个电极的第一电路层和包括第二组一个或多个电极的第二电路层形成。第二组一个或多个电极通过顺应材料(例如，空气、硅层)与第一组一个或多个电极间隔开。第一组中的每个电极在至少一个方向(例如垂直地)与第二组中的相应电极对准，以生成一个或多个电容器。当将力施加到盖元件时，盖元件弯曲或偏转，使得第一组中的至少一个电极移动靠近第二组中的相应电极。由两个电极形成的电容器的电容随着电极之间的距离缩短而变化。从每个电容器感测的力信号表示该电容器的电容测量值。处理设备被配置为接收一个或多个力信号并将一个或多个力信号与被施加于盖元件的力的量相关联。在一个方面，输入设备包括定位在盖元件下方的指纹传感器。指纹传感器被配置为在手指接近或接触盖元件时捕获手指的指纹。力传感器定位在指纹传感器下方和支撑元件上方。力传感器被配置为检测施加到盖元件上的力输入。在另一方面，输入设备包括盖元件、定位在盖元件外围边缘周围的一个或多个第一力传感器，以及定位在盖元件下方的第二力传感器。每个第一力传感器被配置为检测施加到盖元件的第一力输入。第二力传感器被配置为检测施加到盖元件的第二力输入。一个或多个第一力传感器和第二力传感器可操作以检测并联、串联或具有时间偏移的力输入。例如，一个力传感器最初可用于检测所施加的力的量。随着所施加力的量的增加，该力传感器达到最大可检测力。此时，可使用另一力传感器来检测所施加的力。另选地，在一些实施方案中，第一力传感器和第二力传感器两者可用于检测达到给定的力的量的力输入，然后可使用其中一个力传感器来检测大于给定的力的量的力输入。在另一方面，与电子设备一起使用的输入设备可包括盖元件、定位在盖元件下方的指纹传感器，以及定位在指纹传感器下方和支撑元件上方的力传感器。指纹传感器可被配置为在手指接近或接触盖元件时捕获手指的指纹。力传感器可被配置为检测施加到盖元件上的力输入。输入设备还可包括定位在盖元件下方以及围绕指纹传感器至少一部分的顺应层。在一些实施方案中，输入设备可包括从用户接收除力输入之外的一个或多个输入的附加部件。例如，在一个实施方案中，输入设备包括生物识别传感器。除此之外或另选地，输入设备可包括在施加到盖元件的力输入超过给定的力的量时检测用户输入的开关元件。开关元件可基于检测到的用户输入来生成或传输信号，并且处理设备可基于从开关元件接收的信号来注册用户输入。附图说明通过以下结合附图的详细描述，将容易理解本公开，其中类似的参考标号指代类似的结构元件，并且其中：图1示出了可在一个或多个输入设备中包括力传感器的电子设备的一个实施例；图2A-图2B示出了适合用于图1中所示的电子设备的第一输入设备的分解图；图3示出了在输入设备被装配时图2B中所示的输入设备的横截面图；图4示出了图3中所示的顺应层的一个实施例的分解图；图5示出了图3中所示的顺应层的另一个实施例的分解图；图6示出了图3中所示的输入设备的顶视图的一个实施例；图7示出了图3中所示的输入设备的顶视图的另一个实施例；图8示出了适合用于图1中所示的电子设备的第二输入设备的分解图；图9示出了在输入设备被装配时图8中所示的第二输入设备的横截面图；图10示出了适合用于图1中所示的电子设备的第三输入设备的分解图；图11示出了在输入设备被装配时图10中所示的第三输入设备的横截面图；以及图12示出了可在一个或多个输入设备中包括力传感器的电子设备的一个实施例的框图。图中提供了交叉阴影线以使元件或部件彼此区分。交叉阴影线并不用于表示一种或多种材料的类型或者一种或多种材料的性质。具体实施方式现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可包括在由所附权利要求限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。以下公开涉及包括一个或多个力传感器的输入设备。输入设备可包括在电子设备中，和/或通过有线连接或无线连接可操作地连接到电子设备。在一个实施方案中，输入设备是输入按钮，但任何合适的输入设备都可包括力传感器。在特定的实施方案中，力传感器包括形成输入设备的部件叠堆中的两个电路层。电路层相互隔开，并且顺应材料或空气设置在电路层之间。每一个电路层包括一组一个或多个电极，并且一组中的每个电极都在至少一个方向(例如垂直)与另一组中的相应电极对准，以产生一个或多个电容器。当将力施加到输入设备的盖元件时，盖元件弯曲或偏转，这使得一个电路层中的至少一个电极移动靠近另一个电路层中的相应电极。由两个电极形成的电容器的电容随着电极之间的距离变化而变化。从每个电容器感测的力信号表示该电容器的电容测量值。处理设备被配置为接收一个或多个力信号并将一个或多个力信号与被施加于盖元件的力的量相关联。在另一个实施方案中，力传感器被包括在定位在输入设备内的一个或多个位置的顺应层。在一个非限制性实施例中，当输入设备为输入按钮时，顺应层可定位在输入按钮的周边。顺应层可由设置在两个电路层之间的顺应材料形成。每一个电路层包括一组一个或多个电极，并且一组中的每个电极都在至少一个方向(例如垂直)与另一组中的相应电极对准，以产生一个或多个电容器。当将力施加到输入设备的输入表面时，顺应材料会压缩或变形，这使得一个电路层中的至少一个电极移动靠近另一个电路层中的相应电极。由两个电极形成的电容器的电容随着电极之间的距离缩短而变化。处理设备被配置为接收来自一个或多个电容器的力信号并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种与电子设备一起使用的输入设备，所述输入设备包括：盖元件；指纹传感器，所述指纹传感器定位在所述盖元件下方，所述指纹传感器被配置为在手指接近或接触所述盖元件时捕获所述手指的指纹；以及力传感器，所述力传感器定位在所述指纹传感器下方并且在支撑元件上方，所述力传感器被配置为检测施加到所述盖元件的力输入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 US 15/087,3061.一种与电子设备一起使用的输入设备，所述输入设备包括：盖元件；指纹传感器，所述指纹传感器定位在所述盖元件下方，所述指纹传感器被配置为在手指接近或接触所述盖元件时捕获所述手指的指纹；以及力传感器，所述力传感器定位在所述指纹传感器下方并且在支撑元件上方，所述力传感器被配置为检测施加到所述盖元件的力输入。2.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述指纹传感器可操作地连接到第一电路层，并且所述指纹传感器和所述第一电路层定位在所述盖元件下方。3.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述力传感器包括：第二电路层，所述第二电路层包括第一组一个或多个电极；以及第三电路层，所述第三电路层与所述第二电路层间隔开并且包括第二组一个或多个电极，其中所述第一组中的每个电极与所述第二组中的相应电极在至少一个方向对准，以产生一个或多个电容器。4.根据权利要求1所述的输入设备，还包括顺应层，所述顺应层定位在所述盖元件的外围边缘的至少一部分周围。5.根据权利要求4所述的输入设备，其中所述顺应层包括：第一电路层，所述第一电路层包括第一组一个或多个电极；第二电路层，所述第二电路层包括第二组一个或多个电极；以及顺应材料，所述顺应材料定位在所述第一电路层和所述第二电路层之间，其中所述第一组中的每个电极与所述第二组中的相应电极在至少一个方向对准，以产生一个或多个电容器。6.根据权利要求4所述的输入设备，其中所述顺应层包括：第一中间层；第二中间层；以及顺应材料，所述顺应材料定位在所述第一中间层和所述第二中间层之间。7.根据权利要求4所述的输入设备，其中所述顺应层包括一个或多个分立的顺应层。8.根据权利要求1所述的输入设备，还包括至少部分地围绕所述盖元件的镶边。9.根据权利要求8所述的输入设备，其中所述支撑元件附接到所述镶边。10.根据权利要求8所述的输入设备，其中所述支撑元件包括所述镶边的底表面。11.根据权利要求10所述的输入设备，其中所述盖元件、所述指纹传感器和所述力传感器驻留在所述镶边内。12.根据权利要求1所述的输入设备，还包括开关元件，所述开关元件定位在所述支撑元件下方，并且被配置为在所述力输入超过给定的力的量时检测用户输入。13.一种与电子...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·金姆，M·P·格朗杉纳，R·吉恩，M·B·威滕伯格，M·K·麦克科德，H·拉尔森，G·戈齐尼，L·布朗宁，S·A·梅尔斯，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US