專利名稱：力成像輸入設備和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及電子系統(tǒng)輸入設備，更具體的，涉及力成像以及位置和力成像互電容系統(tǒng)。
背景技術：
有許多觸摸傳感設備可用在計算機系統(tǒng)、個人數(shù)字助理、移動電話、游戲系統(tǒng)、音樂系統(tǒng)等(如電子系統(tǒng))中?？赡茏顬槿酥氖请娮枘て恢脗鞲衅?，其多年來已被用作鍵盤和位置指示器。其他類型的觸敏設備包括電阻型書寫板，表面聲波設備，基于電阻、電容的觸摸傳感器，應變計，電磁傳感器或壓力傳感器，以及光學傳感器。壓力感應位置傳感器作為定點設備(與數(shù)據(jù)輸入或書寫設備不同)，過去幾乎沒有使用優(yōu)點，這是因為使它們運行所需的壓力固有地產(chǎn)生手指與傳感器表面之間的靜摩擦。該靜摩擦在很大程度上妨礙了這些設備變得普及。
由于便攜式設備的日益普及以及伴隨的將所有輸入功能集成到單個形式因子(single form factor)中的需要，觸摸板現(xiàn)在是最普及并廣泛使用類型的輸入設備中的一種。從操作方面看，觸摸板可分類為“電阻型”或“電容型”。在電阻型觸摸板中，該板涂覆有薄金屬導電層和電阻層。當觸摸該板時，這些導電層經(jīng)由電阻層進行接觸，使得電阻發(fā)生變化(通常表示為電流變化)，這用于識別該板上的發(fā)生觸摸事件的位置。在電容型觸摸板中，第一組導電線路在第一方向上運行，并且通過介電絕緣體與在第二方向(通常與第一方向垂直)上運行的第二組導電線路絕緣。由交疊的導電線路形成的網(wǎng)格產(chǎn)生可以存儲電荷的電容器陣列。當使一物體接近觸摸板或與觸摸板接觸時，該位置處的電容器的電容發(fā)生變化。該變化可用于識別觸摸事件的位置。
使用觸摸板作為輸入設備的一個缺點是它們通常提供壓力或力信息。力信息可用于獲得對于用戶如何操控設備的更為魯棒的指示。即，可使用力信息作為另一輸入元，以將命令和控制信號提供給相關電子設備。由此，提供力測量系統(tǒng)作為觸摸板輸入設備的一部分將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實施例中提供了一種力感應觸摸板，其包括被彈簧膜片(spring membrane)分隔的第一組和第二組導電線路。當施加力時，彈簧膜片變形，將所述兩組線路移動得更為接近。所得的互電容變化將用于產(chǎn)生指示所施加力的位置(相對于觸摸板的表面)以及力度或強度的圖像。在另一實施例中，本發(fā)明提供了一種組合的位置和力感應觸摸板，其包括兩組驅(qū)動線路，一組感應線路和一彈簧膜片。在操作中，驅(qū)動線路之一與該組感應線路結合使用，以產(chǎn)生一個或更多個物體與觸摸板相接觸的位置的圖像。第二組驅(qū)動線路與感應線路和彈簧膜片結合使用，以產(chǎn)生所施加力的力度或強度及其相對于觸摸板表面的位置的圖像。根據(jù)本發(fā)明的力觸摸板以及位置和力觸摸板可以并入各種電子設備中，以便于識別增加的用戶操控陣列。
在又一實施例中，所述力感應結構可用于實現(xiàn)能夠檢測用戶施加到顯示器(如液晶顯示單元)的力量的顯示器。可以使用根據(jù)本發(fā)明實施例的顯示單元，以便于識別增加的用戶輸入陣列。


圖1以分解圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的力檢測器。
圖2A和2B以截面圖的形式示出了根據(jù)圖1的未負重(A)和負重(B)力檢測器。
圖3以框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的力檢測系統(tǒng)。
圖4以框圖的形式示出了根據(jù)圖3的力檢測系統(tǒng)的更具體視圖。
圖5以截面圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的位置和力檢測設備。
圖6以截面圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的位置和力檢測設備。
圖7以分解圖的形式示出了根據(jù)圖6的驅(qū)動線路和感應線路。
圖8A-8C示出了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的位置和力檢測設備的各種視圖。
圖9A-9C示出了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的位置和力檢測設備的各種視圖。
圖10A和10B以截面圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的位置和力檢測設備。
圖11A-11C示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的彈簧膜片的各種視圖。
圖12A和12B以框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的力檢測顯示系統(tǒng)。
具體實施例方式
進行以下描述以使得本領域技術人員能夠執(zhí)行并且利用權利要求所述的本發(fā)明，并且以下描述是針對下面討論的具體示例(用于個人計算機系統(tǒng)的觸摸板輸入設備)提供的，其各種變型對于本領域技術人員是顯而易見的。因此，所附權利要求并不限于所公開的實施例，而是可以依照與本文所公開的原理和特征一致的最寬范圍。例如，根據(jù)本發(fā)明的力成像系統(tǒng)同樣可應用于不是個人計算機系統(tǒng)的電子設備，如計算機工作站、移動電話、手持數(shù)字助理、以及用于各種(化學的、電的和電子的)機器和系統(tǒng)的數(shù)字控制面板。
參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的力檢測器的一般概念被例示為其可以在觸摸板設備100中實施。如所例示的，力檢測器100包括裝飾層(cosmetic layer)105、感應層110(包括導電路徑115和電連接器145)、介電彈簧層125(包括空間偏移的升高結構130)、驅(qū)動層135(包括導電路徑140和電連接器145)以及基底或支撐物150。(本領域技術人員應當理解，連接器120和145分別提供對于層110和135上的每個導電線路的唯一連接)。
裝飾層105用于保護該系統(tǒng)的其他元件不受環(huán)境情況(如灰塵和濕氣)的影響，還提供用戶與檢測器100交互的表面。感應層110上的導電路徑115被布置為使得它們覆蓋驅(qū)動層135上的導電路徑140，由此形成多個電容，這些電容的板(導電路徑115和140)被感應層基板110、介電彈簧層125和升高結構130分隔。介電彈簧層125和升高結構130一起形成一機構，通過該機構，當對裝飾層105施加力時，感應層110的導電路徑115更為鄰近驅(qū)動層135的導電路徑140。應當認識到，間隔的變化使得感應層與驅(qū)動層導電路徑(115和140)之間的互電容發(fā)生變化(增大)，該變化指示了施加到裝飾層105的力的量、強度或力度?；谆蛑螌?50為力檢測器100提供結構整體性。
參照圖2A，示出了未負重或者“未施力”狀態(tài)下的力檢測器100的截面圖。在該狀態(tài)下，感應層110與驅(qū)動層135導電路徑(115和140)之間的互電容導致穩(wěn)定狀態(tài)或靜止電容信號(如經(jīng)由圖1的連接器120和145測量到的)。參照圖2B，當對裝飾層105施加外力200時，介電彈簧層105變形，從而感應層110移動得更為接近驅(qū)動層135。這繼而導致感應層和驅(qū)動層之間的互電容的變化(增大)——與這兩層之間的距離近似單調(diào)相關、因而與所施加力200的強度或力度單調(diào)相關的變化。更具體的，在操作期間，線路140(在驅(qū)動層135上)被一次一個地電激勵，并且對與被激勵的線路以及每個線路115(感應層110上)相關聯(lián)的互電容進行測量。通過這種方式，獲得施加到裝飾層105的力200的力度或強度的圖像。如上所述，互電容的該變化可以通過適當?shù)碾娐穪泶_定。
參照圖3，示出了使用力檢測器觸摸板100的力成像系統(tǒng)300的框圖。如所例示的，力成像系統(tǒng)300包括通過連接器120(用于感應信號310)和145(用于驅(qū)動信號315)耦合到觸摸板控制器305的力檢測器100。觸摸板控制器305進而周期性地將表示施加到檢測器100的力的(空間)分布的信號發(fā)送到主處理器320。主處理器320可以將力信息解釋為執(zhí)行指定的命令和控制行為(如，選擇顯示在顯示單元325上的物體)。
參照圖4，在操作期間，觸摸板控制器305中的驅(qū)動電路400進而將一電流通過驅(qū)動信號315和連接器145發(fā)送(“驅(qū)動”)到多個驅(qū)動層導電路徑140(參見圖1)中的每一個。因為電容性耦合，該電流中的一些被攜帶到多個感應層導電路徑115(參見圖1)中的每一個。感應電路405(如，電荷放大器)檢測來自感應信號310的模擬信號(經(jīng)由連接器120)，并且將它們發(fā)送到分析電路410。分析電路410的一個功能是將檢測到的模擬電容值轉換成數(shù)字形式(如，通過A到D轉換器)。分析電路的另一功能是對多個數(shù)字化電容值進行排隊，以傳送到主處理器320(參見圖3)。分析電路的另一功能是控制驅(qū)動電路400，并且可能地動態(tài)調(diào)整感應電路405的操作(如，通過改變檢測到電容“改變”的閾值)。在由Steve Hotelling，Christoph Krah和Brian Huppi于2006年3月15日提交的名為“Multipoint TouchScreen Controller”的序號為10/999,999的美國專利申請中描述了適于在本發(fā)明中使用的控制器305的一個實施例，在此通過引用并入該申請。
在另一實施例中，將根據(jù)本發(fā)明的力檢測器與電容位置檢測器相結合，以產(chǎn)生提供位置和力檢測的觸摸板設備。參照圖5，組合的位置和力檢測器500包括裝飾層505；電路板或襯底510(包括在第一表面上的第一多個導電驅(qū)動路徑515和第二表面上的多個感應路徑520)；介電彈簧層525(包括交替的或空間偏移的升高結構530)；驅(qū)動層535(包括第二多個導電驅(qū)動路徑)；以及基底或支撐物540。在一個實施例中，導電驅(qū)動路徑515和535分別放置在襯底510和支撐物540上以形成多行，感應導電路徑放置在襯底510上以形成多列。因此，在操作期間，在第一時間段期間，驅(qū)動多個第一驅(qū)動路徑515(一次一個)，在此時間段期間，詢問感應路徑520以獲得表示一次或更多次裝飾層觸摸的位置。類似的，在第二時間段期間驅(qū)動多個第二驅(qū)動路徑535(一次一個)，在此時間段期間，再次詢問感應路徑520以獲得表示在此時間期間施加到裝飾層505的力的力度或強度的圖像。在Steve Hotelling，Joshua A.Strickon和Brian Q.Huppi的序號為10/840,862的名為“Multipoint Touchscreen”的美國專利申請中描述了基于互電容原理的用于觸摸檢測的計算機輸入設備(如，觸摸板)的操作，在此通過引用并入該申請。
參照圖6，以截面圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的位置和力觸摸板600。在該實施例中，裝飾層605包括聚酯或聚碳酸酯膜。層610包括基于丙烯酸的壓力感應或紫外線光固化粘合劑。層615用作雙側電路板，其具有在“頂”表面上的取向為第一方向(即，朝向裝飾層605)的第一多個導電驅(qū)動線路620，以及在“底”表面上的取向為第二方向的多個導電感應線路625。在一個實施例中，電路襯底層615包括低溫塑料或熱塑樹脂，如聚對苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)。在該實施例中，驅(qū)動線路620和感應線路625可以包括印刷銀墨。在另一實施例中，電路襯底層615包括柔性電路板、或玻璃纖維或玻璃，并且驅(qū)動和感應線路(620和625)包括氧化銦錫(“ITO”)或銅。在一個實施例中，層630包括層疊組合，由粘合劑-PET-粘合劑組成，其中粘合劑組分如上面對于層610描述的。層635、640和645包括各種厚度的PET。如所示的，層640的“底”表面上粘附有第二多個導電驅(qū)動線路650，取向基本上與第一導電驅(qū)動線路620相同。升高并且空間偏移的支撐結構655和層660還包括層疊組合，由粘合劑-PET-粘合劑組成(類似于層630，如所示的)。層605到660粘附到基底或硬化板665，并受其支撐。例如，在便攜式或筆記本計算機系統(tǒng)中，基底665可以由剛性材料形成，如作為計算機系統(tǒng)框架的一部分的金屬沖件。類似的，基底665可以是個人數(shù)字助理或者移動電話內(nèi)的內(nèi)部框架。表1標識了觸摸板600的一個實施例的層600到660中的每一層的厚度。
表1例示性觸摸板600的尺寸

在操作中，觸摸板600通過驅(qū)動線路620與感應線路625之間的互電容，測量由于在一個或更多個位置處觸摸裝飾層605引起的電容的變化(如減小)。在如上所述的方式中，當通過測量到的感應線路625和驅(qū)動線路650之間的互電容的變化(如，增大)，發(fā)現(xiàn)感應線路625和驅(qū)動線路650更為接近時，觸摸板600還測量施加到裝飾層的力。在此實施例中，升高結構655用在驅(qū)動線路(650)的第二層的兩面上，以提供附加的移動檢測功能。
在測量操作期間，進而激勵每個驅(qū)動線路620，同時，測量驅(qū)動線路620與感應線路625之間的互電容的變化。一旦每個驅(qū)動線路620都被激勵(并且經(jīng)由感應線路測量到電容的對應變化)，每個驅(qū)動線路650進而被驅(qū)動，并且感應線路625被用于確定與力相關的互電容(即，由于所施加的力而引起的線路625與650之間的互電容的變化)的變化。通過這種方式，可以獲得對于裝飾層605的“觸摸”輸入和“力”輸入的圖像。
本領域技術人員應當認識到，上述“掃描”序列并非必需的。例如，可以交疊方式激勵驅(qū)動線路620和650，以使得驅(qū)動線路620中的第一線路被激勵，隨后是驅(qū)動線路650中的第一線路，再后是驅(qū)動線路620中的第二線路，等等。另選的，可以首先激勵驅(qū)動線路620中的線路組，隨后是驅(qū)動線路650中的線路組，等等。
在一個實施例中，驅(qū)動線路620(與觸摸位置測量操作相關)使用來自驅(qū)動線路650(與力測量操作相關)和感應線路625(在位置和力測量操作期間使用)的不同幾何特征(geometry)。參照圖7，可以看到，驅(qū)動線路620使用采用內(nèi)部浮置板結構700的導電線路，此外，驅(qū)動線路620在物理上大于在感應線路625和驅(qū)動線路650(在所例示的實施例中，這兩個線路都具有相同的物理尺寸/結構)中使用的導電線路。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該結構提供了對于確定裝飾表面605上的、一個或更多個物體(如，手寫筆的手指)觸摸或緊密接觸的位置的增加靈敏度。
參照圖8A，在根據(jù)本發(fā)明的組合的觸摸和力感應觸摸板的另一實施例(觸摸板800)中，升高結構655可以被墊圈或聚合物圓點805(也稱為橡膠或彈性體圓點)所代替。在該實施例中，墊圈805以類似于升高結構655(參見圖6)的方式操作。如圖所示，墊圈805依靠在薄粘合劑層810上，并且其大小使得當不存在施加的力時，層630和640保持特定距離。墊圈805的一個例示性布局和間隔在圖8B(頂視圖(lop view))和8C(截面圖)中示出。表2表示了與先前例示的觸摸板600不同的觸摸板800的每個組件的大致尺寸。
表2例示性觸摸板600的尺寸

參照圖9A，在根據(jù)本發(fā)明的組合觸摸和力感應觸摸板的又一實施例(觸摸板900)中，使用單層的可變形墊圈或彈性體圓點905。在觸摸板900中，薄粘合劑層910用于將墊圈與觸摸板結構的剩余部分以及其本身的結構與基底665機械耦合。在圖9B(頂視圖)和9C(截面圖)中示出了可變形墊圈905的一個例示性布局和間隔。表3表示與先前所例示的觸摸板600不同的觸摸板900的每個組件的大致尺寸。
表3例示性觸摸板900的尺寸


參照圖10A，在根據(jù)本發(fā)明的組合觸摸和力感應觸摸板的另一實施例(觸摸板1000)中，使用彈簧膜片1005，代替升高結構(如，530和655)或者可變形墊圈(如，805和905)。在觸摸板1000中，薄粘合劑層1010用于將PET彈簧1005機械耦合到層635和640及將層645機械耦合到基底665。參照圖10B，在一個實施例中，彈簧膜片包括單個PET波紋片，其波紋率(run-to-rise ratio)(即，a/b)一般在大約10∶1到50∶1的范圍內(nèi)。本領域技術人員將認識到，在任何給定實施例中使用的確切值可能由于各種因素而改變，例如，觸摸板表面的物理尺寸、對于完全撓曲(full deflection)指定的重量(如，200克)，以及期望呈現(xiàn)給用戶的“硬度”感。表4表示與先前例示的觸摸板600不同的觸摸板1000的每個部件的大致尺寸。
表4例示性觸摸板1000的尺寸

參照圖11A，在另一實施例中，波紋彈簧膜片1005可以被有波紋的(dimpled)彈簧膜片1105代替。在此實現(xiàn)中，彈簧膜片1105是單個可變形材料片(如PET)，其中通過例如熱或真空成形技術形成有波紋。圖11B和11C示出了兩個可能的波紋結構的頂視圖。在圖11B和11C中示出了有波紋的膜片1105的兩個例示性布局(頂視圖)。如圖11A-11C中所使用的，“+”號表示升高區(qū)域，“-”號表示降低區(qū)域。表5表示圖11A中規(guī)定的“a”到“e”的大致尺寸。
表5例示性觸摸板1100的尺寸

在不脫離所附權利要求的范圍的情況下可以進行材料、組件和電路元件的各種改變。例如，根據(jù)圖1到10的驅(qū)動線路和感應線路被描述為垂直的。然而，驅(qū)動線路穿過感應線路或者與感應電路交叉的方式通常取決于所使用的坐標系。例如，在笛卡爾坐標系中，感應線路與驅(qū)動線路垂直，由此形成具有不同的x和y坐標的節(jié)點。另選的，在極坐標系中，感應線路可能是同心圓，而驅(qū)動線路可能是徑向延伸線(或者反之)。
此外，在圖1和2的實施例中，驅(qū)動層135和驅(qū)動線路140(因此，連接器145)可以并入彈簧膜片125中并且在其上。即，驅(qū)動線路140可以放置在柔性膜片125的表面上或刻蝕在該表面上。類似的，驅(qū)動線路535可以并入柔性膜片125中并作為其一部分(參見圖5)。
本領域技術人員將認識到，根據(jù)圖8和9的墊圈(參見圖8和9)還可代替升高結構130、530和655(參見圖1、2A、2B、5和6)來使用。類似的，彈簧機構1005(參見圖10)和1105(參見圖11)可以代替墊圈805(參見圖8)、可變形墊圈805和905(參見圖8和9)或者上升結構130、530和655(參見圖1、5和6)來使用。
參照圖12A，在另一實施例中，根據(jù)本發(fā)明的力檢測可以并入顯示單元中而不是觸摸板中。例如，系統(tǒng)1200包括處理器1205、標準輸入-輸出(“I/O”)設備1210(如，鍵盤、鼠標、觸摸板、游戲桿和聲音輸入)，以及包含有根據(jù)本發(fā)明的檢測功能的顯示器1215。參照圖12B，在本實施例中，顯示器1215包括顯示元件1220、顯示元件電子器件1225、力元件1230和力電子器件1235。通過這種方式，用戶1240通過力元件1230查看顯示器1200的顯示元件1220。例如，顯示元件1220和電子器件125可以包括常規(guī)液晶顯示(“LCD”)顯示器。力元件1230可以包括僅力傳感器(如，類似于圖1和2的實施例)或者力和位置傳感器(如，類似于圖5-11的實施例)。力電子器件1235可以包括圖4所述的處理電路。即，力電子器件1235能夠驅(qū)動并感應互電容信號，如結合根據(jù)本發(fā)明的觸摸板所描述的。
本領域技術人員將認識到，當將所描述的力檢測技術應用于顯示器1215時，該力檢測技術的使用應當利用諸如由ITO提供的透明或基本透明的驅(qū)動和感應線路(即，不是非透明的銅)。類似的，用于檢測所施加的力的第一層線路(如，驅(qū)動線路)與第二層線路(如，感應線路)之間的間隙(如上所述)應當透明或者基本透明。例如，可壓縮透明隔體可以用于實現(xiàn)偏移升高結構130、支撐結構655、可變形墊圈805、905或彈性膜片1005、1105。
權利要求
1.一種力成像觸摸板，包括第一層，在其第一表面上具有取向為第一方向的第一多個導電線路；第二層，在其第一表面上具有取向為第二方向的第二多個導電線路；以及可變形介電膜片，并置于第一層與第二層之間，其中在對第一層施加力時，第一多個導電線路和第二多個導電線路適于產(chǎn)生電容圖像，該電容圖像指示所施加力的強度。
2.根據(jù)權利要求1所述的力成像觸摸板，其中第一多個導電線路和第二多個導電線路基本垂直。
3.根據(jù)權利要求1所述的力成像觸摸板，其中可變形介電膜片包括基本平坦的膜片，具有取向朝向第一層的第一表面和取向朝向第二層的第二表面；第一多個升高結構，耦合到所述基本平坦的膜片的第一表面；以及第二多個升高結構，耦合到所述基本平坦的膜片的第二表面，其中第二多個升高結構基本上從第一多個升高結構偏移。
4.根據(jù)權利要求1所述的力成像觸摸板，其中可變形介電膜片包括基本平坦的膜片；以及多個可變形墊圈，粘附到所述基本平坦的膜片的一個表面，其中在對第一層施加朝向第二層的力時，可變形墊圈適于壓縮。
5.根據(jù)權利要求1所述的力成像觸摸板，其中可變形介電膜片包括一個或更多個熱塑彈簧。
6.根據(jù)權利要求1所述的力成像觸摸板，其中可變形介電膜片包括有波紋的可變形膜片。
7.根據(jù)權利要求5所述的力成像觸摸板，其中熱塑彈簧包括聚對苯二甲酸乙二醇酯。
8.根據(jù)權利要求1所述的力成像觸摸板，進一步包括與第一多個導電線路和第二多個導電線路電耦合的互電容測量電路。
9.一種力和位置成像觸摸板，包括第一層，在其第一表面上具有取向為第一方向的第一多個導電線路，在其第二表面上具有取向為第二方向的第二多個導電線路；第二層，具有取向為基本上第一方向的第三多個導電線路；基底層；第一可變形膜片，并置于第一層與第二層之間；以及第二可變形膜片，并置于第二層與基底層之間，其中在一個或更多個物體與第一表面緊挨時，第一多個導電線路和第二多個導電線路適于產(chǎn)生第一電容圖像，該第一電容圖像指示所述一個或更多個物體相對于第一表面所在的位置，其中在對第一層施加力時，第二多個導電線路和第三多個導電線路適于產(chǎn)生第二電容圖像，該第二電容圖像指示所施加力的強度。
10.根據(jù)權利要求9所述的力和位置成像觸摸板，其中第一層包括柔性電路板。
11.根據(jù)權利要求9所述的力和位置成像觸摸板，其中第一層包括一層或更多層熱塑樹脂。
12.根據(jù)權利要求9所述的力和位置成像觸摸板，其中第一多個導電線路和第二多個導電線路基本垂直。
13.根據(jù)權利要求9所述的力和位置成像觸摸板，其中第二層包括柔性電路板。
14.根據(jù)權利要求9所述的力和位置成像觸摸板，其中第二層包括一層或更多層熱塑樹脂。
15.根據(jù)權利要求9所述的力和位置成像觸摸板，其中第一可變形膜片包括第一多個升高結構，第二可變形膜片包括第二多個升高結構，所述第一升高結構與第二升高結構基本上在空間上彼此偏移。
16.根據(jù)權利要求15所述的力和位置成像觸摸板，其中第一多個升高結構和第二多個升高結構包括熱塑樹脂。
17.根據(jù)權利要求9所述的力和位置成像觸摸板，其中第一可變形膜片包括第一多個可變形墊圈，第二可變形膜片包括第二多個可變形墊圈，第一多個可變形墊圈與第二多個可變形墊圈基本上在空間上彼此偏移。
18.根據(jù)權利要求17所述的力和位置成像觸摸板，其中可變形墊圈包括彈性體墊圈。
19.根據(jù)權利要求9所述的力和位置成像觸摸板，其中第一多個升高結構和第二多個升高結構中的每一個包括一個或更多個熱塑彈簧。
20.根據(jù)權利要求19所述的力和位置成像觸摸板，其中熱塑彈簧包括聚對苯二甲酸乙二醇酯。
21.根據(jù)權利要求9所述的力和位置成像觸摸板，進一步包括電耦合到第一多個導電線路、第二多個導電線路和第三多個導電線路的互電容測量電路。
22.一種力和位置成像觸摸板，包括第一表面，具有取向為第一方向的第一多個導電線路；第二表面，具有取向為第二方向的第二多個導電線路，所述第一表面和第二表面彼此并置并彼此電絕緣；第三表面，具有取向基本為第一方向的第三多個導電線路；以及可變形膜片，在第二層與第三層之間，其中在一個或更多個物體緊挨第一表面時，第一多個導電線路和第二多個導電線路適于產(chǎn)生第一電容圖像，該第一電容圖像指示所述一個或更多個物體相對于第一表面所在的位置，其中在對第一表面施加力時，第二多個導電線路和第三多個導電線路適于產(chǎn)生第二電容圖像，該第二電容圖像指示所施加力的強度。
23.根據(jù)權利要求22所述的力和位置成像觸摸板，其中第一表面和第二表面是公共層的表面。
24.根據(jù)權利要求23所述的力和位置成像觸摸板，其中公共層包括柔性電路板。
25.根據(jù)權利要求23所述的力和位置成像觸摸板，其中公共層包括一層或更多層熱塑樹脂。
26.根據(jù)權利要求22所述的力和位置成像觸摸板，其中第一多個導電線路和第二多個導電線路基本垂直。
27.根據(jù)權利要求22所述的力和位置成像觸摸板，其中第三表面包括熱塑樹脂。
28.根據(jù)權利要求22所述的力和位置成像觸摸板，其中可變形膜片包括基本平坦的膜片，具有取向朝向第一多個導電線路的第一表面以及取向朝向第三多個導電線路的第二表面；第一多個升高結構，耦合到所述基本平坦的膜片的第一表面；以及第二多個升高結構，耦合到所述基本平坦的膜片的第二表面，其中第二多個升高結構基本上在空間上從第一多個升高結構偏移。
29.根據(jù)權利要求22所述的力和位置成像觸摸板，其中可變形膜片包括基本平坦的膜片；以及多個可變形墊圈，粘附到所述基本平坦的膜片的一個表面，其中在對第一層施加朝向第二層的力時，所述可變形墊圈適于壓縮。
30.根據(jù)權利要求22所述的力和位置成像觸摸板，其中可變形膜片包括有波紋的可變形膜片。
31.根據(jù)權利要求29所述的力和位置成像觸摸板，其中可變形墊圈包括聚合物。
32.根據(jù)權利要求22所述的力和位置成像觸摸板，其中可變形膜片包括一個或更多個熱塑彈簧。
33.根據(jù)權利要求32所述的力和位置成像觸摸板，其中熱塑彈簧包括聚對苯二甲酸乙二醇酯。
34.根據(jù)權利要求22所述的力和位置成像觸摸板，進一步包括互電容測量電路，電耦合到第一多個導電線路、第二多個導電線路和第三多個導電線路。
35.一種電子設備，包括處理單元；顯示單元，可操作地耦合到處理單元；互電容測量電路，可操作地耦合到處理單元；以及根據(jù)權利要求9和22之一的力和位置成像觸摸板，可操作地耦合到互電容測量電路。
36.根據(jù)權利要求35所述的電子設備，其中所述電子設備包括計算機系統(tǒng)。
37.根據(jù)權利要求35所述的電子設備，其中所述電子設備包括移動電話。
38.根據(jù)權利要求35所述的電子設備，其中所述電子設備包括個人數(shù)字助理。
39.一種力成像觸摸板，包括第一層，在其第一表面上具有取向為第一方向的第一多個導電線路；可變形介電膜片，具有第一表面和第二表面，所述第一表面與第一層并置，所述第二表面具有取向為第二方向的第二多個導電線路；其中在對第一層施加力時，第一多個導電線路和第二多個導電線路適于產(chǎn)生電容圖像，該電容圖像指示所施加力的強度。
40.根據(jù)權利要求39所述的力成像觸摸板，其中第一多個導電線路和第二多個導電線路基本垂直。
41.根據(jù)權利要求39所述的力成像觸摸板，其中可變形介電膜片包括基本平坦的膜片，具有第一表面和第二表面；第一多個升高結構，耦合到所述基本平坦的膜片的第一表面；以及第二多個升高結構，耦合到所述基本平坦的膜片的第二表面，其中第二多個升高結構基本上從第一多個升高結構偏移。
42.根據(jù)權利要求39所述的力成像觸摸板，其中可變形介電膜片包括基本平坦的膜片，具有第一表面和第二表面；以及多個可變形墊圈，粘附到所述基本平坦的膜片的一個表面，其中在對第一層施加朝向第二層的力時，可變形墊圈適于壓縮。
43.根據(jù)權利要求39所述的力成像觸摸板，進一步包括與第一多個導電線路和第二多個導電線路電耦合的互電容測量電路。
44.根據(jù)權利要求39所述的力成像觸摸板，進一步包括在第一層的第二表面上的第三多個導電線路，其中可變形介電膜片比第一多個導電線路更為接近地與第三多個導電線路并置，第三多個導電線路取向為第三方向，并且進一步其中在物體接觸第一層時，第一多個導電線路和第三多個導電線路適于產(chǎn)生電容圖像，該電容圖像指示相對于第一層的第一表面而言，物體接觸第一表面的位置。
45.根據(jù)權利要求44所述的力成像觸摸板，其中第一取向和第三取向基本相同，并且第二取向基本與它們垂直。
46.一種力和位置成像觸摸板，包括第一層，在第一表面上具有取向為第一方向的第一多個導電線路，在第二表面上具有取向為第二方向的第二多個導電線路；可變形介電膜片，具有第一表面和第二表面，第一表面與第一層并置，第二表面具有取向基本為第一方向的第三多個導電線路；以及基底層，與可變形介電膜片的第二表面并置，其中在一個或更多個物體緊挨第一表面時，第一多個導電線路和第二多個導電線路適于產(chǎn)生第一電容圖像，該第一電容圖像指示所述一個或更多個物體相對于第一表面所在的位置，其中在對第一層施加力時，第二多個導電線路和第三多個導電線路適于產(chǎn)生第二電容圖像，該第二電容圖像指示所施加力的強度。
47.根據(jù)權利要求46所述的力和位置成像觸摸板，其中第一層包括柔性電路板。
48.根據(jù)權利要求46所述的力和位置成像觸摸板，其中第一層包括一層或更多層熱塑樹脂。
49.根據(jù)權利要求46所述的力和位置成像觸摸板，其中第一多個導電線路和第二多個導電線路基本垂直。
50.根據(jù)權利要求46所述的力和位置成像觸摸板，其中第二層包括柔性電路板。
51.根據(jù)權利要求46所述的力和位置成像觸摸板，其中第二層包括一層或更多層熱塑樹脂。
52.根據(jù)權利要求46所述的力和位置成像觸摸板，其中可變形膜片包括與可變形膜片的第一表面并置的第一多個升高結構以及與可變形膜片的第二表面并置的第二多個升高結構，其中第一多個升高結構與第二多個升高結構基本上彼此偏移。
53.根據(jù)權利要求52所述的力和位置成像觸摸板，其中第一多個升高結構和第二多個升高結構包括熱塑樹脂。
54.根據(jù)權利要求46所述的力和位置成像觸摸板，其中可變形膜片進一步包括第一多個可變形墊圈。
55.根據(jù)權利要求54所述的力和位置成像觸摸板，其中可變形墊圈包括彈性體墊圈。
56.根據(jù)權利要求46所述的力和位置成像觸摸板，進一步包括與第一多個導電線路、第二多個導電線路和第三多個導電線路電耦合的互電容測量電路。
57.一種力成像顯示器，包括顯示元件；第一層，在其第一表面上具有取向為第一方向的第一多個基本透明的導電線路，該第一層與顯示元件的第一表面相鄰；第二層，在其第一表面上具有取向為第二方向的第二多個基本透明的導電線路，第一層并置于第二層與顯示元件之間；以及可變形的基本透明介電膜片，并置于第一層與第二層之間，其中在對第二層施加力時，第一多個導電線路和第二多個導電線路適于產(chǎn)生電容圖像，該電容圖像指示所施加力的強度。
58.根據(jù)權利要求57所述的力成像顯示器，其中顯示元件包括液晶顯示元件。
59.根據(jù)權利要求57所述的力成像顯示器，其中第一層和第二層包括氧化銦錫線路。
60.根據(jù)權利要求57所述的力成像顯示器，其中第一多個基本透明的導電線路與第二多個基本透明的導電線路基本垂直。
61.根據(jù)權利要求57所述的力成像顯示器，其中基本透明的可變形介電膜片包括基本平坦的膜片，具有取向朝向第一層的第一表面以及取向朝向第二層的第二表面；第一多個升高結構，耦合到所述基本平坦的膜片的第一表面；以及第二多個升高結構，耦合到所述基本平坦的膜片的第二表面，其中第二多個升高結構基本上從第一多個升高結構偏移。
62.根據(jù)權利要求57所述的力成像顯示器，其中基本透明的可變形介電膜片包括基本平坦的膜片；以及多個可變形墊圈，粘附到所述基本平坦的膜片的一個表面，其中在對第一層施加朝向第二層的力時，所述可變形墊圈適于壓縮。
全文摘要
一種力感應觸摸板，其包括被彈簧膜片分隔的第一組和第二組導電線路。當施加力時，彈簧膜片變形，將所述兩組線路移動得更為接近。所得的互電容變化將用于產(chǎn)生指示所施加力的量和強度的圖像。組合的位置和力成像觸摸板包括兩組驅(qū)動線路，一組感應驅(qū)動線路和彈簧膜片。在操作中，驅(qū)動線路之一與該組感應線路結合使用，產(chǎn)生一個或更多個物體與觸摸板相接觸的位置的圖像。第二組驅(qū)動線路與感應線路和彈簧膜片結合使用，以產(chǎn)生所施加力的力度或強度的圖像。
文檔編號G06F3/041GK101046720SQ20071008981
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權日2006年3月30日
發(fā)明者斯蒂文·P·豪泰靈, 布賴恩·Q.·赫普 申請人:蘋果電腦有限公司