本申請一般地涉及電子設(shè)備，更具體地涉及電子設(shè)備中的傳感器。

背景技術(shù)：

諸如蜂窩電話、計算機(jī)和腕表設(shè)備之類的電子設(shè)備包括輸入設(shè)備，用戶可以通過輸入設(shè)備來提供輸入以控制設(shè)備操作。例如，電子設(shè)備可以包括按鈕，用戶可以用按鈕來提供輸入。觸摸傳感器可以被包含到顯示器、跟蹤板及設(shè)備的其他部分中以跟蹤用戶手指的位置和運(yùn)動。通過使用觸摸傳感器技術(shù)，用戶可以與屏幕上內(nèi)容交互或者可以控制光標(biāo)的位置。

一些設(shè)備包含力傳感器。例如，跟蹤板或腕表設(shè)備可以包括力傳感器來檢測用戶正在跟蹤板上或腕表中的顯示器上向下按壓。這種類型的力輸入可以與觸摸傳感器輸入結(jié)合使用以控制電子設(shè)備的操作。

存在與使用諸如電子設(shè)備中的觸摸傳感器和力傳感器之類的輸入設(shè)備相關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)。觸摸傳感器手勢涉及用戶的手指跨設(shè)備表面的移動。在沒有足夠的表面區(qū)域以容納手指移動的場景中，這種布置可能是笨拙的。諸如電容性觸摸傳感器之類的觸摸傳感器可以容易受到來自潮氣的干擾，因?yàn)槌睔饪梢詫?dǎo)致電容變化，甚至是在用戶的手指不出現(xiàn)的情況下。力傳感器按鈕一般只用于收集有關(guān)用戶有多強(qiáng)地向內(nèi)按壓的信息。

因此，期望將能夠提供用于電子設(shè)備的改進(jìn)的傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

電子設(shè)備可以配備有顯示器、跟蹤板部件或可響應(yīng)于施加剪切力而相對另一設(shè)備結(jié)構(gòu)橫向地移動的其他結(jié)構(gòu)。剪切力可以通過用戶的手指來施加。例如，當(dāng)游戲或其他內(nèi)容正顯示在顯示器上時，用戶可以在顯示器的表面上給予橫向力?？梢栽陔娮釉O(shè)備中提供剪切力傳感器以測量所施加的剪切力。

剪切力傳感器可以是電容性傳感器。電容性剪切力傳感器可以具有電容性電極。響應(yīng)于施加剪切力，電容性電極可以相對彼此移動。電容性剪切力傳感器可以具有彼此平行的平面電極。平面電極可以被安裝到在所施加的力的作用下變形的彈性體支撐部，和/或可以耦合到諸如顯示器、觸摸傳感器、外殼結(jié)構(gòu)及相對彼此移動的其他設(shè)備結(jié)構(gòu)這樣的結(jié)構(gòu)。

剪切力傳感器中的平行的平面電極可以相對彼此移動，使得電極之間的重疊量以及因此的電容量變化。在一些配置中，平行的平面電極之間的間隔距離可以響應(yīng)于施加剪切力而增加或減小。

剪切力傳感器可以用于諸如鍵盤、操縱桿、附屬控制器之類的設(shè)備及其他裝備?？梢允褂眉羟辛鞲衅鱽頊y量設(shè)備組件的位置的橫向移動、施加到圓柱形設(shè)備的外表面的扭力及其他施加的剪切力。

根據(jù)一個方面，一種電子設(shè)備包括：第一結(jié)構(gòu)；第二結(jié)構(gòu)；耦合在第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)之間的剪切力傳感器；以及使用剪切力傳感器來測量相對第二結(jié)構(gòu)施加到第一結(jié)構(gòu)的剪切力的控制電路系統(tǒng)。

根據(jù)一個實(shí)施例，電子設(shè)備進(jìn)一步包括顯示器，其中第一結(jié)構(gòu)形成顯示器的一部分。

根據(jù)一個實(shí)施例，剪切力傳感器包括耦合到第一結(jié)構(gòu)的至少一個電容性電極。

根據(jù)一個實(shí)施例，第二結(jié)構(gòu)具有導(dǎo)電部分，并且其中控制電路系統(tǒng)測量電容性電極和第二結(jié)構(gòu)的所述導(dǎo)電部分之間的電容。

根據(jù)一個實(shí)施例，剪切力傳感器包括彼此平行的第一平面電極和第二平面電極，并且其中控制電路系統(tǒng)測量第一平面電極和第二平面電極之間的電容。

根據(jù)一個實(shí)施例，第一平面電極響應(yīng)于剪切力在包含第一平面電極的平面內(nèi)相對第二平面電極移動位置。

根據(jù)一個實(shí)施例，電子設(shè)備進(jìn)一步包括第一平面電極和第二平面電極之間的響應(yīng)于剪切力的施加而變形的彈性體結(jié)構(gòu)。

根據(jù)一個實(shí)施例，電子設(shè)備進(jìn)一步包括顯示器，其中第一結(jié)構(gòu)形成所述顯示器的一部分。

根據(jù)一個實(shí)施例，第一平面電極和第二平面電極在與包含第一平面電極的平面垂直的方向上偏移一距離，并且其中第一平面電極響應(yīng)于剪切力的施加而相對第二平面電極移動以改變所述距離。

根據(jù)一個實(shí)施例，電子設(shè)備進(jìn)一步包括：控制器；耳塞；以及耦合在控制器和耳塞之間的線纜，其中控制器包括所述第一結(jié)構(gòu)。

根據(jù)一個實(shí)施例，第一結(jié)構(gòu)具有圓柱表面，并且其中當(dāng)用戶扭動所述圓柱表面時產(chǎn)生剪切力。

根據(jù)另一個方面，一種電子設(shè)備包括：外殼；安裝在外殼中的顯示器；控制電路系統(tǒng)；以及被控制電路系統(tǒng)用來測量相對于外殼施加到顯示器的剪切力的剪切力傳感器。

根據(jù)一個實(shí)施例，顯示器位于一平面中，其中剪切力是在位于所述平面內(nèi)的方向上施加的，其中剪切力傳感器包括具有至少第一電容性電極和第二電容性電極的電容性傳感器，并且其中控制電路系統(tǒng)通過測量第一電容性電極和第二電容性電極之間的電容來測量剪切力。

根據(jù)一個實(shí)施例，第一電容性電極耦合到顯示器，并且其中剪切力傳感器包括插在第一電容性電極和第二電容性電極之間的電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)一個實(shí)施例，電介質(zhì)結(jié)構(gòu)包括隨著第一電極相對第二電極移動位置而變形的彈性材料。

根據(jù)一個實(shí)施例，第一電容性電極和第二電容性電極是平坦的，并且其中第一電容性電極和第二電容性電極位于與顯示器所在的平面平行的平面中。

根據(jù)再一個方面，一種剪切力傳感器檢測在剪切力被施加到第一結(jié)構(gòu)時在第一結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)相對第二結(jié)構(gòu)的橫向移動，所述剪切力傳感器包括：第一平面電容性電極；第二平面電容性電極；以及耦合到第一平面電容性電極并且耦合到第二平面電容性電極的彈性體結(jié)構(gòu)，其中彈性體結(jié)構(gòu)響應(yīng)于第一結(jié)構(gòu)在所述平面內(nèi)的橫向移動而變形。

根據(jù)一個實(shí)施例，第一平面電容性電極和第二平面電容性電極彼此平行。

根據(jù)一個實(shí)施例，第一平面電容性電極和第二平面電容性電極由第一平面電容性電極和第二平面電容性電極之間的重疊量表征，并且其中所述重疊量響應(yīng)于第一結(jié)構(gòu)在所述平面內(nèi)的橫向移動而變化。

根據(jù)一個實(shí)施例，第一平面電容性電極和第二平面電容性電極由沿著與第一平面電容性電極和第二平面電容性電極垂直的方向的間隔距離表征，并且其中所述間隔距離響應(yīng)于第一結(jié)構(gòu)在所述平面內(nèi)的橫向移動而變化。

通過各個附圖以及下面的對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本申請的進(jìn)一步特征、其本質(zhì)以及各種優(yōu)點(diǎn)將更加明晰。

附圖說明

圖1是根據(jù)實(shí)施例的可包括傳感器的說明性電子設(shè)備的透視圖。

圖2是根據(jù)實(shí)施例的可包括傳感器的諸如膝上型計算機(jī)的說明性電子設(shè)備的透視圖。

圖3是根據(jù)實(shí)施例的可包括傳感器的說明性電子設(shè)備的示意圖。

圖4是根據(jù)實(shí)施例的未偏斜的配置中的說明性剪切力傳感器的截面?zhèn)纫晥D。

圖5是根據(jù)實(shí)施例的偏斜的配置中的說明性剪切力傳感器的截面?zhèn)纫晥D。

圖6是根據(jù)實(shí)施例的帶有力傳感器的說明性電子設(shè)備的截面?zhèn)纫晥D。

圖7是根據(jù)實(shí)施例的示出剪切力傳感器的潛在位置的說明性電子設(shè)備表面的頂視圖。

圖8是根據(jù)實(shí)施例的說明性電子設(shè)備的透視圖，其剪切力傳感器正被用戶控制。

圖9是根據(jù)實(shí)施例的帶有輔助電極的說明性剪切力傳感器的截面?zhèn)纫晥D。

圖10是根據(jù)實(shí)施例的帶有多個輔助電極的說明性剪切力傳感器的截面?zhèn)纫晥D。

圖11是根據(jù)實(shí)施例的說明性剪切力傳感器的截面?zhèn)纫晥D，該剪切力傳感器帶有具有可變重疊的平行電容性電極并且?guī)в芯哂锌勺冮g隔距離的平行電容性電極。

圖12是根據(jù)實(shí)施例的使用外殼電極來進(jìn)行剪切力測量的說明性力傳感器的截面?zhèn)纫晥D。

圖13是根據(jù)實(shí)施例的使用外殼電極來進(jìn)行剪切力測量的另一說明性力傳感器的截面?zhèn)纫晥D。

圖14是根據(jù)實(shí)施例的具有安裝在顯示器和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)上的剪切力傳感器電極的說明性電子設(shè)備的截面?zhèn)纫晥D。

圖15是根據(jù)實(shí)施例的具有由諸如顯示器和觸摸傳感器結(jié)構(gòu)之類的結(jié)構(gòu)形成的剪切力傳感器電極的說明性電子設(shè)備的截面?zhèn)纫晥D。

圖16是根據(jù)實(shí)施例的具有可包括力傳感器的類型的控制器的說明性耳塞對的透視圖。

圖17是根據(jù)實(shí)施例的圖16的控制器的截面?zhèn)纫晥D。

圖18是根據(jù)實(shí)施例的帶有包括剪切力傳感器的軸的說明性輸入設(shè)備的透視圖。

圖19是根據(jù)實(shí)施例的具有帶有剪切力傳感器的鍵的說明性鍵盤的透視圖。

圖20是根據(jù)實(shí)施例的帶有剪切力傳感器的圓柱結(jié)構(gòu)的透視圖。

具體實(shí)施方式

本申請要求于2015年8月10日提交的美國專利申請No.14/822,327的優(yōu)先權(quán)，該申請通過引用全部并入于此。

圖1中示出了可以配備有剪切力感測能力的類型的說明性電子設(shè)備。電子設(shè)備10可以是諸如膝上型計算機(jī)、包含嵌入式計算機(jī)的計算機(jī)監(jiān)視器、平板計算機(jī)、蜂窩電話、媒體播放器或者其他手持式或便攜式電子設(shè)備之類的計算設(shè)備，諸如腕表設(shè)備、吊掛設(shè)備、耳機(jī)或聽筒設(shè)備、嵌入在眼鏡中的設(shè)備或佩戴在用戶的頭上的其他裝備、或者其他可穿戴或微型設(shè)備之類的較小設(shè)備，電視機(jī)，不包含嵌入式計算機(jī)的計算機(jī)顯示器，游戲設(shè)備，導(dǎo)航設(shè)備，諸如其中帶有顯示器的電子裝備安裝在信息亭或汽車上的系統(tǒng)之類的嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)這些設(shè)備中的兩個或更多個的功能的裝備，或者其他電子裝備。在圖1的說明性配置中，設(shè)備10是諸如蜂窩電話、媒體播放器、平板計算機(jī)、手腕設(shè)備或其他便攜式計算設(shè)備之類的便攜式設(shè)備。如果期望，則其他配置也可以用于設(shè)備10。圖1的示例僅僅是說明性的。

在圖1的示例中，設(shè)備10包括諸如安裝在外殼12中的顯示器14的顯示器。外殼12有時可以稱為罩殼或殼體，其可以由塑料、玻璃、陶瓷、纖維合成物、金屬(例如不銹鋼、鋁等)、其他合適的材料或者這些材料中的任何兩種或更多種的組合形成。外殼12可以使用單體配置來形成，其中外殼12的一些或全部被加工或模壓為單個結(jié)構(gòu)，或者外殼12可以使用多個結(jié)構(gòu)(例如內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)、形成外殼外部表面的一個或多個結(jié)構(gòu)等)來形成。

顯示器14可以是包含一層導(dǎo)電電容性觸摸傳感器電極或其他觸摸傳感器組件(例如電阻性觸摸傳感器組件、聲學(xué)觸摸傳感器組件、基于力的觸摸傳感器組件、基于光的觸摸傳感器組件等)的觸摸屏顯示器，或者可以是非觸摸敏感的顯示器。電容性觸摸屏電極可以由氧化銦錫板或其他透明導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的陣列形成。觸摸傳感器可以使用在包含像素陣列的顯示器層上的或者在附接到像素陣列(例如，使用粘合劑)的分別的觸摸板層上的電極或其他結(jié)構(gòu)形成。

顯示器14可以包括由液晶顯示器(LCD)組件形成的像素的陣列、電泳像素的陣列、等離子像素的陣列、有機(jī)發(fā)光二極管像素或其他發(fā)光二極管的陣列、電潤濕像素的陣列、或基于其他顯示技術(shù)的像素。

可以使用諸如一層透明玻璃或透明塑料之類的顯示器覆蓋層來保護(hù)顯示器14?？梢栽陲@示器覆蓋層中形成開口。例如，可以在顯示器覆蓋層中形成開口以容納按鈕、揚(yáng)聲器端口或其他組件?？梢栽谕鈿?2中形成開口以形成通信端口(例如音頻插孔端口、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)端口等)、以形成用于按鈕的開口，等等。

圖2示出電子設(shè)備10如何可以具有膝上型計算機(jī)的形狀，該膝上型計算機(jī)具有上外殼12A和帶有諸如鍵盤16和跟蹤板18的組件的下外殼12B。跟蹤板18可以包含測量用戶的手指的位置和移動的二維電容性觸摸傳感器。設(shè)備10可以具有允許上外殼12A在方向22上繞旋轉(zhuǎn)軸24相對于下外殼12B旋轉(zhuǎn)的鉸鏈結(jié)構(gòu)20。顯示器14可以安裝在上外殼12A中?？梢杂袝r稱為顯示器外殼或蓋的上外殼12A可以通過繞旋轉(zhuǎn)軸24朝下外殼12B旋轉(zhuǎn)上外殼12A而置于閉合狀態(tài)。

圖3是設(shè)備10的示意圖。如圖3所示，電子設(shè)備10可以具有控制電路系統(tǒng)30?？刂齐娐废到y(tǒng)30可以包括用于支持設(shè)備10的操作的存儲和處理電路系統(tǒng)。存儲和處理電路系統(tǒng)可以包括諸如硬盤驅(qū)動存儲、非易失性存儲器(例如，被配置為形成固態(tài)驅(qū)動器的閃存或其他電可編程只讀存儲器)、易失性存儲器(例如，靜態(tài)或動態(tài)隨機(jī)存取存儲器)的存儲設(shè)備?？刂齐娐废到y(tǒng)30中的處理電路系統(tǒng)可以被用來控制設(shè)備10的操作。處理電路系統(tǒng)可以基于一個或多個微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器、基帶處理器、電源管理單元、音頻芯片、專用集成電路等。

諸如輸入-輸出設(shè)備32的設(shè)備10中的輸入-輸出電路系統(tǒng)可以被用來允許數(shù)據(jù)被提供給設(shè)備10，以及允許數(shù)據(jù)被從設(shè)備10提供到外部設(shè)備和設(shè)備10的用戶。輸入-輸出設(shè)備32可以包括顯示器14、按鈕、操縱桿、滾動輪、觸摸板、小鍵盤、鍵盤、諸如麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器的音頻組件、音調(diào)生成器、振動器、相機(jī)、傳感器34、發(fā)光二極管及其他狀態(tài)指示器、數(shù)據(jù)端口等。設(shè)備32中的無線電路系統(tǒng)可以被用來發(fā)送與接收射頻無線信號。無線電路系統(tǒng)可包括在無線局域網(wǎng)頻帶、蜂窩電話頻帶及其他無線通信頻帶中操作的天線和射頻發(fā)射器和接收器。

傳感器34可包括諸如環(huán)境光傳感器、電容性接近度傳感器、基于光的接近度傳感器、磁傳感器、加速度計、力傳感器、觸摸傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、羅盤傳感器、麥克風(fēng)、圖像傳感器之類的傳感器以及其他傳感器。力傳感器可以被用來檢測垂直應(yīng)力和剪切應(yīng)力。檢測設(shè)備10中的剪切應(yīng)力的力感測布置有時可以被稱為剪切力傳感器。剪切力傳感器可以檢測電極或力傳感器中的其他結(jié)構(gòu)之間的剪切運(yùn)動和/或可以檢測與設(shè)備外殼結(jié)構(gòu)、顯示器14的部分、跟蹤板18的部分(圖2)或其他設(shè)備結(jié)構(gòu)上的剪切應(yīng)力相關(guān)聯(lián)的垂直應(yīng)力。例如，剪切力傳感器可以檢測用戶在位于平面表面內(nèi)的方向上在平面跟蹤板表面、平面顯示器表面或外殼12中的平面外殼結(jié)構(gòu)的區(qū)域上橫向移動。

剪切力傳感器可以基于以下結(jié)構(gòu)：響應(yīng)于施加的力而生成輸出信號的壓電結(jié)構(gòu)、基于光的結(jié)構(gòu)、基于施加的力而改變電阻或基于施加的力而產(chǎn)生其他可測量的結(jié)果的結(jié)構(gòu)。利用一個合適的布置，可以使用電容性傳感器電極來形成設(shè)備10的力傳感器，諸如剪切力傳感器。隨著生成將電極相對于彼此移動的應(yīng)力，控制電路系統(tǒng)30可以檢測與電極相關(guān)聯(lián)的電容的變化。然而，使用電容性力感測技術(shù)來測量設(shè)備10上的剪切力僅僅是說明性的。一般而言，傳感器34可包括基于任何合適的力感測技術(shù)的力傳感器。

可以使用控制電路系統(tǒng)30來在設(shè)備10上運(yùn)行諸如操作系統(tǒng)代碼和應(yīng)用之類的軟件。在設(shè)備10的操作期間，在控制電路系統(tǒng)30上運(yùn)行的軟件可以收集來自用戶的剪切力輸入，可以收集垂直于設(shè)備10的表面的方向上的力輸入，并且可以收集其他傳感器輸入?？刂齐娐废到y(tǒng)30可以處理此輸入，并可以采取合適的動作(例如，通過調(diào)整顯示器14上的圖像，通過調(diào)整來自設(shè)備10的音頻輸出或其他輸出，等等)。設(shè)備10的軟件可以用于控制通信信號的無線傳輸和接收、傳感器數(shù)據(jù)收集和處理操作、輸入-輸出設(shè)備操作及其他設(shè)備操作。

圖4示出了可以用于收集剪切力輸入的類型的說明性電容性力傳感器的截面?zhèn)纫晥D。圖4的力傳感器40具有一對電容性電極。上電極42通過電介質(zhì)層44與下電極46分離。電介質(zhì)層44可以是可變形的電介質(zhì)材料，諸如彈性體聚合物(例如，硅樹脂或其他彈性體)、聚合物泡沫、或可響應(yīng)于施加的力而彎曲或以別的方式變形的其他材料。力傳感器40可以耦合在外殼結(jié)構(gòu)或設(shè)備10中的響應(yīng)于施加剪切力而移動的其他結(jié)構(gòu)之間。

在圖4的示例中，傳感器40耦合在上部結(jié)構(gòu)48和下部結(jié)構(gòu)50之間?？梢允褂谜澈蟿┗蚱渌浇訖C(jī)構(gòu)來將電極42附接到結(jié)構(gòu)48并將電極46附接到結(jié)構(gòu)50，和/或可以分別在層48和50的表面上形成諸如電極42和46之類的電極的圖案(作為示例)。諸如結(jié)構(gòu)48和50之類的結(jié)構(gòu)可以是諸如顯示器覆蓋層或顯示器14的其他部分、設(shè)備10的平面結(jié)構(gòu)部分(諸如中板部件或平面外殼壁)之類的平面結(jié)構(gòu)，可以是諸如形成跟蹤板(參見例如圖2的跟蹤板18)的表面的平面部件之類的平面結(jié)構(gòu)，或者可以是設(shè)備10中的其他結(jié)構(gòu)。

當(dāng)用戶利用用戶的手指或其他外部對象在結(jié)構(gòu)48和50中的一個或兩者上按壓時，這些結(jié)構(gòu)的相對位置可以改變。例如，當(dāng)用戶相對于結(jié)構(gòu)50在結(jié)構(gòu)48上施加剪切力時，電極42和46可以移動位置。剪切力是趨于在位于圖4的X-Y平面中(例如，在圖4例子中位于與結(jié)構(gòu)48和50的平面平行的平面內(nèi))的方向上橫向地移動結(jié)構(gòu)48和50的位置的橫向力。如圖5所示，例如，如果用戶的手指(手指52)在方向54上在結(jié)構(gòu)48的上表面上按壓，則上電極42將關(guān)于下電極46相對向右移動(在此示例中，下電極46在結(jié)構(gòu)50上保持靜止)。結(jié)果，將會有電極42的一部分(在圖5的區(qū)域D中)不再與電極46重疊。

在傳感器40的操作期間，控制電路系統(tǒng)30(圖3)可以對傳感器40進(jìn)行電容測量。在圖4的初始配置中，電極42和46彼此對齊，如此電極42和46重疊的面積被最大化。在圖5的配置中，由于結(jié)構(gòu)48和電極42關(guān)于結(jié)構(gòu)50和電極46的橫向移動，重疊在區(qū)域D中已經(jīng)減小。由于電極42和46之間存在較少的重疊，因此電極42和46之間的由控制電路系統(tǒng)30測量到的電容將減少對應(yīng)的量。通過測量電極42和46之間的電容，可以確定在方向54上給予結(jié)構(gòu)48的剪切力的量。接著，控制電路系統(tǒng)30可以基于測量到的剪切力采取適當(dāng)?shù)膭幼?。作為示例，剪切力可以被用作控制設(shè)備10的操作的輸入(例如，剪切力輸入可以被用來控制游戲，可以被用來移動光標(biāo)，可以被用來在不同的屏幕上菜單操作之間導(dǎo)航，或可以被用來控制設(shè)備10中的其他功能)。

如果期望，則可以使用對垂直于電容器電極平面施加的力敏感的力傳感器來測量設(shè)備10中的剪切力。例如，如果平行的第一和第二電容器電極被可壓縮的電介質(zhì)(例如，硅樹脂)分離，則垂直于第一電容器電極的平面施加的力將導(dǎo)致電介質(zhì)壓縮，并且第一和第二電容器電極之間的間隔縮小，從而產(chǎn)生電容的可測量的上升。諸如此類的電容性力傳感器有時可以被說成包含電容性垂直力感測元件。

一般而言，可以使用任何類型的力傳感器——諸如圖4和5的由于電容器電極之間的移位運(yùn)動而產(chǎn)生輸出的說明性力傳感器40和/或垂直力電容性力傳感器(或檢測正應(yīng)力和剪切應(yīng)力的其他力傳感器)——來測量設(shè)備10中施加的力。

作為示例，考慮圖6所示出的設(shè)備10的截面?zhèn)纫晥D。在圖6的示例中，力傳感器56、58、60以及62已安裝在結(jié)構(gòu)48和50之間。結(jié)構(gòu)48以及50可以是平面結(jié)構(gòu)或可以具有其他合適的形狀。結(jié)構(gòu)50可以是外殼12的一部分、設(shè)備10中的內(nèi)部安裝結(jié)構(gòu)、或其他合適的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)48可以是平面跟蹤板部件(例如玻璃、金屬、塑料和/或其他材料的在其上面已形成可選的二維電容性觸摸傳感器的板)、顯示器覆蓋層(例如顯示器14中的玻璃、塑料層或其他層)、觸摸傳感器層、外殼結(jié)構(gòu)(例如外殼12的一部分)、或設(shè)備10中的其他合適的結(jié)構(gòu)。在圖6的示例中有四個力傳感器，但是一般而言，設(shè)備10可以具有任何合適數(shù)量的力傳感器(例如一個或多個、兩個或更多個、三個或更多個，兩個到十個，多于十個，少于十個，等等)。

力傳感器56、58、60和62可包括基于電容性電極的電容性力感測元件。這些力傳感器可以進(jìn)行電容測量，以確定正被給予設(shè)備10的表面的垂直力和/或剪切力的量。在這些測量期間，可以測量電容性力感測電極之間的橫向移位(即，用于力傳感器的電容性力感測元件可以是電容性剪切力感測元件，諸如圖4和5的傳感器40的力感測元件)，或者可以測量在垂直于電容性電極的方向上發(fā)生的電容性力感測電極之間的間隔的變化(即，用于力傳感器的電容性力感測元件可以是由被可壓縮的電介質(zhì)層分離的一對平行平面電容性電極形成的電容性垂直力感測元件)。

例如，在圖6的設(shè)備10中，傳感器56和58可以基于當(dāng)結(jié)構(gòu)48在X-Y平面內(nèi)移動位置時(即，當(dāng)結(jié)構(gòu)48經(jīng)歷相對于結(jié)構(gòu)50的剪切移動時)壓縮或延長的電容性垂直力感測元件(或其他垂直力感測元件)。在此配置中，傳感器56和58可以被用來檢測結(jié)構(gòu)48上方向64上的剪切力(例如，結(jié)構(gòu)48上的剪切力可以轉(zhuǎn)換為傳感器58中的感測元件的彈性材料上的壓縮力)。如果傳感器60和62包括電容性剪切力感測元件(或其他剪切力感測元件)，則這些傳感器可以用于測量方向64上的剪切力。

在其中傳感器56和58包括電容性剪切力感測元件的說明性布置中，這些元件可以被配置成測量方向66上的力(與結(jié)構(gòu)48垂直，但是在傳感器中產(chǎn)生剪切應(yīng)力)。同樣，傳感器60和62可以包含檢測方向66上的力(即，結(jié)構(gòu)48上的壓縮傳感器60和62的垂直力感測元件的剪切力)的電容性垂直力感測元件。如果需要，則這些傳感器的組合可以被用來檢測垂直力和剪切力兩者。

如這些示例演示的，取決于剪切力感測元件被安裝在設(shè)備10中的位置和朝向，剪切力感測元件可以被用來測量垂直力或剪切力，垂直力感測元件取決于它們是如何安裝的，同樣可以用于測量垂直力或剪切力。一般而言，垂直力和剪切力感測元件的任何合適的組合可以在設(shè)備10中使用來測量垂直力和/或剪切力。

利用一個合適的布置，垂直力測量可以用來檢測用戶在跟蹤板、顯示器、或諸如設(shè)備10中的平面結(jié)構(gòu)48之類的其他結(jié)構(gòu)上按壓了，剪切力測量可以用來檢測用戶正在在位于包含結(jié)構(gòu)48的平面內(nèi)的方向上移動結(jié)構(gòu)48。如果期望，其他配置可以用于設(shè)備10的傳感器。

圖7是設(shè)備10中的說明性平面矩形結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)48)的頂視圖，該結(jié)構(gòu)諸如有四個力傳感器(垂直應(yīng)力和/或剪切應(yīng)力感測傳感器)設(shè)置在四個角部中的每一個的跟蹤板表面、外殼壁、顯示器或其他結(jié)構(gòu)。如果期望，較少的力傳感器(例如一個、兩個或三個傳感器)或者多于四個傳感器可以與測量施加到結(jié)構(gòu)48的垂直力和/或剪切力相關(guān)聯(lián)。圖7的布置是說明性的。

圖8中示出了設(shè)備10的說明性剪切力輸入場景。在圖8的示例中，用戶正在通過從左手指74在方向72上以及從右手指78在方向76上向結(jié)構(gòu)48的剪切力來向設(shè)備10的表面提供輸入。在此場景中，用戶的手指不跨結(jié)構(gòu)48的表面明顯地移動，而是由于摩擦固定就位。在圖8的示例中，用戶正試圖繞其中央垂直(Z)軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)48，同時結(jié)構(gòu)48通過它在設(shè)備10中被安裝到的結(jié)構(gòu)(例如，結(jié)構(gòu)50等)在X-Y平面中固定就位。這種類型的剪切力輸入可以被用來在游戲中向右操縱對象，可以被用來在圖像處理應(yīng)用中順時針旋轉(zhuǎn)圖像，或者可以被用作到在設(shè)備10上操作的其他軟件的輸入(即，用于圖3的控制電路系統(tǒng)30的控制輸入)。由用戶提供的剪切力輸入的方向可以隨著用戶與正顯示在顯示器14上的內(nèi)容交互而變化(例如，在其中結(jié)構(gòu)48是顯示器14的一部分的配置中)。

如果期望，設(shè)備10中的力傳感器的電極可以被分成兩個或更多個部分和/或設(shè)備10中的導(dǎo)電外殼結(jié)構(gòu)或其他導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可以被用作電容性力傳感器電極結(jié)構(gòu)。例如，如圖9的截面?zhèn)纫晥D所示，下電極46可以被分成多個部分，諸如第一電極46-1和第二電極46-2。在切力在方向80上施加到結(jié)構(gòu)48時，電極42和電極46-1之間的重疊量將減小，電極42和電極46-2之間的重疊量將增加。與電極42和電極46-2之間的電容的增加相關(guān)聯(lián)的信號可以被用來補(bǔ)充與電極42和電極46-1之間的電容的減小相關(guān)聯(lián)的信號(或者可以代替電極42和電極46-1之間的減小信號由控制電路系統(tǒng)30處理)，以幫助增加傳感器40的剪切力測量的準(zhǔn)確度。

在圖10的示例中，補(bǔ)充電極46-2已經(jīng)被分成分別的補(bǔ)充電極46-2A和46-2B，以提供傳感器40的剪切力電容測量的粒度，由此增強(qiáng)傳感器準(zhǔn)確度。圖10示例還示出了如何可以去除電介質(zhì)44的一個或多個部分(諸如中心開口82中的部分)，以增強(qiáng)電介質(zhì)44的靈活性(例如，以增強(qiáng)硅樹脂或形成電介質(zhì)44的其他材料變形的能力，并當(dāng)向結(jié)構(gòu)48施加剪切力時允許電極42在X-Y平面中移動位置)。

圖11示出了在其中分離平行電極的距離根據(jù)施加的剪切力而變化的配置中，傳感器40的電容性剪切力感測元件中的電極中的至少一些如何可以被配置為彼此平行。如圖11所示，傳感器40可以具有平行電極42和46，當(dāng)在方向80上向結(jié)構(gòu)48施加剪切力時，平行電極42和46平行于圖11的X-Y平面關(guān)于彼此移動，如結(jié)合圖4和5的傳感器40所描述的。傳感器40還可以具有平行電極42P和46P，當(dāng)向結(jié)構(gòu)48施加剪切力時，平行電極42P和46P在垂直于電極42P和46P的平面的方向上(即，在沿著圖11的示例中的X軸的方向上)移動。響應(yīng)于在方向80上向結(jié)構(gòu)48施加剪切力在電極42P和46P之間產(chǎn)生的電容變化以及作為結(jié)果的電極42P和46P之間的間隔距離的變化可大于在電極42和46之間產(chǎn)生的電容變化。因此，當(dāng)測量剪切力時，諸如電極42P和46P之類的電極的存在可以增強(qiáng)傳感器40中的準(zhǔn)確度。

在圖12的說明性示例中，剪切力傳感器40包括電極42、46和84?？梢员O(jiān)測電極42和46之間的電容，以測量當(dāng)在方向80上向結(jié)構(gòu)48施加剪切力時電極42和電極46之間的在方向80上的位置的橫向移動(或者可以被用來測量垂直力)。電極84可以安裝在與電極42相鄰的結(jié)構(gòu)50上。當(dāng)在方向80上施加力時，電極42將在X-Y平面中朝電極84橫向地移動位置，如此電極42和電極84之間的電容將上升?？刂齐娐废到y(tǒng)30可以監(jiān)測電極42和80之間的電容，以幫助測量在方向80上施加到結(jié)構(gòu)48的剪切力。結(jié)構(gòu)48可以是跟蹤板、顯示器覆蓋層或其他顯示器層的一部分，外殼結(jié)構(gòu)或設(shè)備10中的其他結(jié)構(gòu)的一部分。結(jié)構(gòu)50可以是設(shè)備外殼(例如圖1和2的外殼12，等等)、耦合到設(shè)備外殼12的結(jié)構(gòu)或設(shè)備10中的其他結(jié)構(gòu)的一部分。

圖13是其中諸如結(jié)構(gòu)50的設(shè)備10中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(例如，外殼12中的金屬或耦合到外殼12的金屬部件)充當(dāng)電容器電極的說明性配置中設(shè)備10的一部分的截面?zhèn)纫晥D。傳感器40可包括電極42和46(例如，在圖13的Z維度中測量垂直于電極42和46的力)。傳感器40還可以包括由結(jié)構(gòu)50的金屬部分86形成的電極和電極88。電極88和由部分86形成的電極之間的電容可以隨著結(jié)構(gòu)48在X-Y平面內(nèi)移動位置而改變。例如，此電容可以隨著通過在方向80上向結(jié)構(gòu)48施加剪切力來移動結(jié)構(gòu)48而下降。

在圖14的說明性配置中，設(shè)備10包括顯示器14。顯示器14可以包括平面結(jié)構(gòu)，諸如由顯示器覆蓋層90(例如玻璃、塑料、藍(lán)寶石或其他晶體材料等的透明層)形成的結(jié)構(gòu)48及其他顯示器層92。顯示器層92可以由有機(jī)發(fā)光二極管顯示器、液晶顯示器或其他顯示器模塊結(jié)構(gòu)形成。電容性觸摸傳感器電極的陣列可以被包括在顯示器層92中。支撐部50可以由外殼12的一部分或設(shè)備10中的其他結(jié)構(gòu)形成。諸如間隙140的空氣間隙可以插在結(jié)構(gòu)48的內(nèi)表面上的一個或多個電極42和支撐部50的最外表面上的一個或多個相對的電極46之間?？刂齐娐废到y(tǒng)30可以測量電極42和電極46之間的電容(例如按序列)以確定電極42和電極46之間的重疊量。當(dāng)在方向80上向結(jié)構(gòu)48(即，向顯示器14)施加剪切力時，電極42中的每一個和其對應(yīng)的電極46之間的重疊將與施加的剪切力的量成比例地減小。如果期望，諸如電極46'的附加電極可以安裝在與電極42和/或46橫向地相鄰的位置中，以提供響應(yīng)于施加的剪切力的附加電容測量。如果期望，電極42和46可以被布置為使得與顯示器14中(即結(jié)構(gòu)48中)的像素142的結(jié)構(gòu)或像素結(jié)構(gòu)、觸摸傳感器結(jié)構(gòu)、或與結(jié)構(gòu)48中的觸摸傳感器相關(guān)聯(lián)的其他結(jié)構(gòu)的重疊最小化，和/或?qū)?2中的顯示器結(jié)構(gòu)可以用于形成電極42(或46)。

如果期望，也可以使用圖14的傳感器40來收集垂直力數(shù)據(jù)。例如，可以使用控制電路系統(tǒng)30來隨著用戶在垂直方向14(即，平行于Z軸的方向，其與包含顯示器14和設(shè)備10的其他層的X-Y平面垂直)向?qū)?0施加力來測量每對電極42和46之間的電容變化?？梢酝瑫r測量傳感器40的電極對中的電容變化或者可以按序列監(jiān)測每對電容器電極(作為示例)。如圖15所示，電極42可以被嵌入在層92內(nèi)(例如，以形成分開的嵌入式電極或形成與諸如顯示器像素結(jié)構(gòu)和/或觸摸傳感器結(jié)構(gòu)之類的顯示器結(jié)構(gòu)共享的電極)。

在圖16的示例中，設(shè)備10是耳機(jī)并具有一對通過線纜104耦合到音頻插孔106的耳塞100。圖16的設(shè)備10具有諸如控制器102的用戶輸入組件。如圖17所示，控制器102可以具有可變形的外殼(結(jié)構(gòu)48)。剪切力傳感器40或其他力傳感器，以及如果期望的話還有可選的組件(諸如穹頂開關(guān)110)，可以安裝在結(jié)構(gòu)48下方。此布置可以允許用戶通過在方向112上按壓而激活控制器102內(nèi)的一個或多個穹頂開關(guān)110。剪切力傳感器40可以耦合在結(jié)構(gòu)48和50之間?？梢允褂眉羟辛鞲衅?0來檢測在X-Y平面中施加到結(jié)構(gòu)48的剪切力，諸如在方向80上施加的力，該力可以相對結(jié)構(gòu)50使結(jié)構(gòu)48移動。在控制器102中還可以使用電容性垂直力感測元件。

如果期望，可以使用剪切傳感器檢測旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。作為示例，考慮圖18的操縱桿設(shè)備10。設(shè)備10的軸122可以安裝到基座150，并可以沿著縱向軸線120延伸。內(nèi)部軸結(jié)構(gòu)50可以附接到基座150。用戶可以握住軸122的外表面，并可以相對內(nèi)部結(jié)構(gòu)50繞軸線120扭動軸122的外部結(jié)構(gòu)48。剪切力傳感器40安裝在結(jié)構(gòu)48和結(jié)構(gòu)50之間，使得隨著用戶繞軸線120扭動軸122，結(jié)構(gòu)48在方向80-1或方向80-2上的移動將導(dǎo)致傳感器40的輸出處的電容變化。

剪切力傳感器還可以用于鍵盤或其他基于按鈕的接口中(例如，以提供用于收集光標(biāo)定位輸入或其他用戶輸入的輸入機(jī)構(gòu))。在圖19的示例中，鍵盤16包含鍵128的陣列。鍵128中的一個或多個各自可以配備有一個或多個剪切傳感器，如圖19的傳感器40所示。隨著用戶向鍵128的上表面施加剪切力，鍵可以在X-Y平面內(nèi)在諸如方向124和/或126的方向上橫向地移動。控制電路系統(tǒng)30可以使用傳感器40來檢測此剪切運(yùn)動，并且作為響應(yīng)可以采取合適的動作。

圖20是具有圓柱形狀的說明性電子設(shè)備10的透視圖。設(shè)備10的圓柱形狀可以是直的或者可以是彎曲的(例如，圖20的設(shè)備10可以用于形成圓柱環(huán)狀結(jié)構(gòu)，諸如輪椅輪子、車輛方向盤、帶有彎曲圓柱形狀的操縱桿或其他環(huán)形或細(xì)長結(jié)構(gòu)的一部分)。用戶可以在諸如方向80-1和80-2的方向上繞軸線120相對內(nèi)部結(jié)構(gòu)50扭動外部結(jié)構(gòu)48。剪切傳感器40可以耦合在結(jié)構(gòu)48和50之間以測量該扭動(剪切)運(yùn)動，并由此向控制電路系統(tǒng)30提供合適的輸出。如果期望，剪切傳感器40可以被配置成檢測沿方向160(例如，平行于穿過圖20的示例中的結(jié)構(gòu)50的芯的線120)的剪切移動。還可以使用力傳感器來檢測在方向162上結(jié)構(gòu)130的向內(nèi)壓縮(例如，當(dāng)用戶擠壓結(jié)構(gòu)130時)。

設(shè)備10中的結(jié)構(gòu)48和50可以由諸如織物之類的軟材料，由諸如透明玻璃、塑料或藍(lán)寶石之類的透明材料，由諸如金屬、陶瓷、碳纖維材料或其他纖維合成物、木材或其他天然材料之類的材料和/或其他材料形成。如果期望，力傳感器40中的一些或全部電容性電極可以由這些基板上的金屬跡線、壓制的金屬箔、加工的金屬部件、電線或其他導(dǎo)電結(jié)構(gòu)形成。

根據(jù)一實(shí)施例，提供了電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括第一結(jié)構(gòu)、第二結(jié)構(gòu)、耦合在第一和第二結(jié)構(gòu)之間的剪切力傳感器以及使用剪切力傳感器來測量相對于第二結(jié)構(gòu)施加到第一結(jié)構(gòu)的剪切力的控制電路系統(tǒng)。

根據(jù)另一實(shí)施例，電子設(shè)備包括顯示器，第一結(jié)構(gòu)形成顯示器的一部分。

根據(jù)另一實(shí)施例，剪切力傳感器包括耦合到第一結(jié)構(gòu)的至少一個電容性電極。

根據(jù)另一實(shí)施例，第二結(jié)構(gòu)具有導(dǎo)電部分，控制電路系統(tǒng)測量電容性電極和第二結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電部分之間的電容。

根據(jù)另一實(shí)施例，剪切力傳感器包括彼此平行的第一和第二平面電極，控制電路系統(tǒng)測量第一和第二平面電極之間的電容。

根據(jù)另一實(shí)施例，第一平面電極響應(yīng)于剪切力在包含第一平面電極的平面內(nèi)相對于第二平面電極移動位置。

根據(jù)另一實(shí)施例，電子設(shè)備包括第一和第二平面電極之間的響應(yīng)于施加剪切力而變形的彈性體結(jié)構(gòu)。

根據(jù)另一實(shí)施例，電子設(shè)備包括顯示器，第一結(jié)構(gòu)形成顯示器的一部分。

根據(jù)另一實(shí)施例，第一平面電極和第二平面電極在垂直于包含第一平面電極的平面的方向上偏移一距離，第一平面電極響應(yīng)于施加剪切力而相對第二平面電極移動以改變所述距離。

根據(jù)另一實(shí)施例，第一結(jié)構(gòu)包括鍵盤鍵。

根據(jù)另一實(shí)施例，電子設(shè)備包括控制器、耳塞以及耦合在控制器和耳塞之間的線纜，控制器包括第一結(jié)構(gòu)。

根據(jù)另一實(shí)施例，第一結(jié)構(gòu)具有圓柱表面，當(dāng)用戶扭動該圓柱表面時產(chǎn)生剪切力。

根據(jù)一實(shí)施例，提供了電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括外殼、安裝在外殼中的顯示器、控制電路系統(tǒng)以及該控制電路系統(tǒng)用來測量相對于外殼施加到顯示器的剪切力的剪切力傳感器。

根據(jù)另一實(shí)施例，顯示器位于平面中，剪切力在位于該平面內(nèi)的方向上施加，剪切力傳感器包括具有至少第一和第二電容性電極的電容性傳感器，控制電路系統(tǒng)通過測量第一和第二電容性電極之間的電容來測量剪切力。

根據(jù)另一實(shí)施例，第一電容性電極耦合到顯示器。

根據(jù)另一實(shí)施例，剪切力傳感器包括插在第一和第二電容性電極之間的電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)另一實(shí)施例，電介質(zhì)結(jié)構(gòu)包括在第一電極關(guān)于第二電極移動位置時變形的彈性材料。

根據(jù)另一實(shí)施例，第一和第二電容性電極是平坦的。

根據(jù)另一實(shí)施例，第一和第二電容性電極位于與顯示器所在的平面平行的平面中。

根據(jù)一實(shí)施例，提供了在剪切力被施加到第一結(jié)構(gòu)時檢測在第一結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)相對第二結(jié)構(gòu)的橫向移動的剪切力傳感器，提供了包括第一平面電容性電極、第二平面電容性電極以及耦合到第一平面電容性電極并耦合到第二平面電容性電極的彈性體結(jié)構(gòu)的該剪切力傳感器，彈性體結(jié)構(gòu)響應(yīng)于第一結(jié)構(gòu)在所述平面內(nèi)的橫向移動而變形。

根據(jù)另一實(shí)施例，第一和第二平面電容性電極彼此平行。

根據(jù)另一實(shí)施例，第一和第二平面電容性電極由第一和第二平面電容性電極之間的重疊量表征，該重疊量響應(yīng)于第一結(jié)構(gòu)在所述平面內(nèi)的橫向移動而變化。

根據(jù)另一實(shí)施例，第一和第二平面電容性電極由沿著垂直于第一和第二平面電容性電極的方向的間隔距離表征，該間隔距離響應(yīng)于第一結(jié)構(gòu)在所述平面內(nèi)的橫向移動而變化。

前述內(nèi)容只是說明性的，在不偏離所描述的各實(shí)施例的范圍和精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出各種修改。前面的各實(shí)施例可以單獨(dú)地或以任何組合來實(shí)現(xiàn)。