力成像输入设备和系统技术方案

一种力感应触摸板，其包括被弹簧膜片分隔的第一组和第二组导电线路。当施加力时，弹簧膜片变形，将所述两组线路移动得更为接近。所得的互电容变化将用于产生指示所施加力的量和强度的图像。组合的位置和力成像触摸板包括两组驱动线路，一组感应驱动线路和弹簧膜片。在操作中，驱动线路之一与该组感应线路结合使用，产生一个或更多个物体与触摸板相接触的位置的图像。第二组驱动线路与感应线路和弹簧膜片结合使用，以产生所施加力的力度或强度的图像。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为200710089811.3、申请日为2007年3月30日、专利技术名称为“力成像输入设备和系统”的专利申请的分案申请。
本专利技术总体上涉及电子系统输入设备，更具体的，涉及力成像以及位置和力成像互电容系统。
技术介绍
有许多触摸传感设备可用在计算机系统、个人数字助理、移动电话、游戏系统、音乐系统等(如电子系统)中。可能最为人知的是电阻膜片位置传感器，其多年来已被用作键盘和位置指示器。其他类型的触敏设备包括电阻型书写板，表面声波设备，基于电阻、电容的触摸传感器，应变计，电磁传感器或压力传感器，以及光学传感器。压力感应位置传感器作为定点设备(与数据输入或书写设备不同)，过去几乎没有使用优点，这是因为使它们运行所需的压力固有地产生手指与传感器表面之间的静摩擦。该静摩擦在很大程度上妨碍了这些设备变得普及。由于便携式设备的日益普及以及伴随的将所有输入功能集成到单个形式因子(single form factor)中的需要，触摸板现在是最普及并广泛使用类型的输入设备中的一种。从操作方面看，触摸板可分类为“电阻型”或“电容型”。在电阻型触摸板中，该板涂覆有薄金属导电层和电阻层。当触摸该板时，这些导电层经由电阻层进行接触，使得电阻发生变化(通常表示为电流变化)，这用于识别该板上的发生触摸事件的位置。在电容型触摸板中，第一组导电线路在第一方向上运行，并且通过介电绝缘体与在第二方向(通常与第一方向垂直)-->上运行的第二组导电线路绝缘。由交叠的导电线路形成的网格产生可以存储电荷的电容器阵列。当使一物体接近触摸板或与触摸板接触时，该位置处的电容器的电容发生变化。该变化可用于识别触摸事件的位置。使用触摸板作为输入设备的一个缺点是它们通常提供压力或力信息。力信息可用于获得对于用户如何操控设备的更为鲁棒的指示。即，可使用力信息作为另一输入元，以将命令和控制信号提供给相关电子设备。由此，提供力测量系统作为触摸板输入设备的一部分将是有利的。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施例中提供了一种力感应触摸板，其包括被弹簧膜片(spring membrane)分隔的第一组和第二组导电线路。当施加力时，弹簧膜片变形，将所述两组线路移动得更为接近。所得的互电容变化将用于产生指示所施加力的位置(相对于触摸板的表面)以及力度或强度的图像。在另一实施例中，本专利技术提供了一种组合的位置和力感应触摸板，其包括两组驱动线路，一组感应线路和一弹簧膜片。在操作中，驱动线路之一与该组感应线路结合使用，以产生一个或更多个物体与触摸板相接触的位置的图像。第二组驱动线路与感应线路和弹簧膜片结合使用，以产生所施加力的力度或强度及其相对于触摸板表面的位置的图像。根据本专利技术的力触摸板以及位置和力触摸板可以并入各种电子设备中，以便于识别增加的用户操控阵列。在又一实施例中，所述力感应结构可用于实现能够检测用户施加到显示器(如液晶显示单元)的力量的显示器。可以使用根据本专利技术实施例的显示单元，以便于识别增加的用户输入阵列。附图说明图1以分解图的形式示出了根据本专利技术一个实施例的力检测器。图2A和2B以截面图的形式示出了根据图1的未负重(A)和负-->重(B)力检测器。图3以框图的形式示出了根据本专利技术一个实施例的力检测系统。图4以框图的形式示出了根据图3的力检测系统的更具体视图。图5以截面图的形式示出了根据本专利技术一个实施例的位置和力检测设备。图6以截面图的形式示出了根据本专利技术另一实施例的位置和力检测设备。图7以分解图的形式示出了根据图6的驱动线路和感应线路。图8A-8C示出了根据本专利技术又一实施例的位置和力检测设备的各种视图。图9A-9C示出了根据本专利技术又一实施例的位置和力检测设备的各种视图。图10A和10B以截面图的形式示出了根据本专利技术另一实施例的位置和力检测设备。图11A-11C示出了根据本专利技术另一实施例的弹簧膜片的各种视图。图12A和12B以框图的形式示出了根据本专利技术一个实施例的力检测显示系统。具体实施方式进行以下描述以使得本领域技术人员能够执行并且利用权利要求所述的本专利技术，并且以下描述是针对下面讨论的具体示例(用于个人计算机系统的触摸板输入设备)提供的，其各种变型对于本领域技术人员是显而易见的。因此，所附权利要求并不限于所公开的实施例，而是可以依照与本文所公开的原理和特征一致的最宽范围。例如，根据本专利技术的力成像系统同样可应用于不是个人计算机系统的电子设备，如计算机工作站、移动电话、手持数字助理、以及用于各种(化学的、电的和电子的)机器和系统的数字控制面板。参照图1，根据本专利技术的力检测器的一般概念被例示为其可以在-->触摸板设备100中实施。如所例示的，力检测器100包括装饰层(cosmetic layer)105、感应层110(包括导电路径115和电连接器145)、介电弹簧层125(包括空间偏移的升高结构130)、驱动层135(包括导电路径140和电连接器145)以及基底或支撑物150。(本领域技术人员应当理解，连接器120和145分别提供对于层110和135上的每个导电线路的唯一连接)。装饰层105用于保护该系统的其他元件不受环境情况(如灰尘和湿气)的影响，还提供用户与检测器100交互的表面。感应层110上的导电路径115被布置为使得它们覆盖驱动层135上的导电路径140，由此形成多个电容，这些电容的板(导电路径115和140)被感应层基板110、介电弹簧层125和升高结构130分隔。介电弹簧层125和升高结构130一起形成一机构，通过该机构，当对装饰层105施加力时，感应层110的导电路径115更为邻近驱动层135的导电路径140。应当认识到，间隔的变化使得感应层与驱动层导电路径(115和140)之间的互电容发生变化(增大)，该变化指示了施加到装饰层105的力的量、强度或力度。基底或支撑层150为力检测器100提供结构整体性。参照图2A，示出了未负重或者“未施力”状态下的力检测器100的截面图。在该状态下，感应层110与驱动层135导电路径(115和140)之间的互电容导致稳定状态或静止电容信号(如经由图1的连接器120和145测量到的)。参照图2B，当对装饰层105施加外力200时，介电弹簧层105变形，从而感应层110移动得更为接近驱动层135。这继而导致感应层和驱动层之间的互电容的变化(增大)——与这两层之间的距离近似单调相关、因而与所施加力200的强度或力度单调相关的变化。更具体的，在操作期间，线路140(在驱动层135上)被一次一个地电激励，并且对与被激励的线路以及每个线路115(感应层110上)相关联的互电容进行测量。通过这种方式，获得施加到装饰层105的力200的力度或强度的图像。如上所述，互电容的该变化可以通过适当的电路来确定。-->参照图3，示出了使用力检测器触摸板100的力成像系统300的框图。如所例示的，力成像系统300包括通过连接器120(用于感应信号310)和145(用于驱动信号315)耦合到触摸板控制器305的力检测器100。触摸板控制器305进而周期性地将表示施加到检测器100的力的(空间)分布的信号发送到主处理器320。主处理器320可以将力信息解释为执行指定的命令和控制行为(如，选择显示在显示单元325上的物体)。参照图4，在操本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力成像触摸板，包括：　第一层，包括一个或多个材料层，并在其第一表面上具有取向为第一方向的第一多个导电线路；　第二层，在其第一表面上具有取向为第二方向的第二多个导电线路；以及　可变形介电膜片，并置于第一层与第二层之间，　 　其中所述第一层的所述材料层至少之一是刚性层，且在对第一层施加力时，第一多个导电线路和第二多个导电线路适于产生电容图像，该电容图像指示所施加力的强度。

【技术特征摘要】
US 2006-3-30 11/278,0801、一种力成像触摸板，包括：第一层，包括一个或多个材料层，并在其第一表面上具有取向为第一方向的第一多个导电线路；第二层，在其第一表面上具有取向为第二方向的第二多个导电线路；以及可变形介电膜片，并置于第一层与第二层之间，其中所述第一层的所述材料层至少之一是刚性层，且在对第一层施加力时，第一多个导电线路和第二多个导电线路适于产生电容图像，该电容图像指示所施加力的强度。2、根据权利要求1所述的力成像触摸板，其中第一多个导电线路和第二多个导电线路垂直。3、根据权利要求1所述的力成像触摸板，其中可变形介电膜片包括：平坦的膜片，具有取向朝向第一层的第一表面和取向朝向第二层的第二表面；第一多个升高结构，耦合到所述平坦的膜片的第一表面；以及第二多个升高结构，耦合到所述平坦的膜片的第二表面，其中第二多个升高结构从第一多个升高结构偏移。4、根据权利要求1所述的力成像触摸板，其中可变形介电膜片包括：平坦的膜片；以及多个可变形垫圈，粘附到所述平坦的膜片的一个表面，其中在对第一层施加朝向第二层的力时，可变形垫圈适于压缩。5、根据权利要求1所述的力成像触摸板，其中可变形介电膜片包括一个或更多个热塑弹簧。6、根据权利要求1所述的力成像触摸板，其中可变形介电膜片包括有波纹的可变形膜片。7、根据权利要求5所述的力成像触摸板，其中热塑弹簧包括聚对苯二甲酸乙二醇酯。8、根据权利要求1所述的力成像触摸板，进一步包括与第一多个导电线路和第二多个导电线路电耦合的互电容测量电路。9、一种力成像触摸板，包括：第一层，包括一个或多个材料层，且在其第一表面上具有取向为第一方向的第一多个导电线路；可变形介电膜片，具有第一表面和第二表面，所述第一表面与第一层并置，所述第二表面具有取向为第二方向的第二多个导电线路；其中所述第一层的所述材料层至少之一是刚性层，且在对第一层施加力时，第一多个导电线路和第二多个导电线路适于产生电容图像，该电容图像指示所施加力的强度。10、根据权利要求9所述的力成像触摸板，其中第一多个导电线路和第二多个导电线路垂直。11、根据权利要求9所述的力成像触摸板，其中可变形介电膜片包括：平坦的膜片，具有第一表面和第二表面；第一多个升高结构，耦合到所述平坦的膜片的第一表面；以及第二多个升高结构，耦合到所述平坦的膜片的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂文P豪泰灵，布赖恩Q赫普，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]