通过电容变化进行力感测制造技术

本发明专利技术公开了一种用于电子设备的力感测设备。可以通过测量电容变化来检测力输入，电容变化是通过具有挠性可触摸表面的设备的表面挠曲引起了在设备内的可压缩间隙处的挠曲而测量的。电容传感器对跨可压缩间隙的距离变化做出响应。传感器可被定位在显示元件上方或下方或之内，以及背光单元上方或下方或之内。设备可响应于弯曲、扭曲或其他变形对那些零力值测量做出调整。设备可以使用出现在并非是所施加的力的直接作用对象的表面上的位置处的表面通量的测量，诸如当用户按压框架的一部分或者无电容传感器的表面时。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】通过电容变化进行力感测相关申请的交叉引用本专利合作条约专利申请要求2012年12月14日提交的并且名称为“ForceSensing Based on Capacitance Changes” 的美国临时申请 61/737，722 的优先权，其内容全文以引用方式并入本文。
本专利申请总体涉及感测对表面施加的力，并且更具体地，涉及通过电容变化来感测力。
技术介绍
触摸设备通常提供对用户触摸该设备的位置的识别，包括移动、手势和位置检测的其他效应。对于第一个示例，触摸设备可向计算系统提供关于用户与图形用户界面(GUI)以及其他CTI特征部进行交互的信息，用户与图形用户界面(GUI)的交互诸如指向元件、重新定向或重新定位那些元件、编辑或键入。对于第二个示例，触摸设备可向计算系统提供适用于用户与应用程序进行交互的信息，该信息诸如与动画、照片、图片、幻灯片演示、声音、文本、其他视听元件等等的输入或操纵相关的信息。一些触摸设备能够使用已经作为触摸设备的部分的那些感测设备以外的感测设备来确定触摸位置或者多于一次触摸的多个位置。然而，一般来讲，触摸是双态的。要么触摸存在并被感测到，要么不然。对于很多用户输入以及输入/输出设备而言都是这样。例如，键盘的键要么受到充分按压而使弹片开关塌落并生成输出信号，要么不然。鼠标按钮要么受到充分按压使开关闭合，要么不然。几乎没有电子设备采用力作为可变输入。
技术实现思路
本专利申请提供包括设备和方法步骤的技术，其可确定用户施加的力的大小，以及用户施加的力的大小的变化。例如，用户可能接触设备(诸如包括触敏表面的触摸设备，其中的一个示例是触摸显示器)或其他压敏元件(诸如虚拟模拟控制或键盘)或其他输入设备。可以将这些技术结合到还使用触摸识别的各种设备、GUI的触摸元件、应用程序中的触摸输入或操纵以及其他(诸如触摸设备、触摸板和触摸屏)中。本专利申请还提供技术，包括应用那些技术的设备和方法步骤，其可以确定如本文所述由用户所施加的力的大小以及所施加的力的大小的变化，以及响应于此，提供对实施那些技术的设备的用户可用的附加功能。在一个实施例中，该设备可以包括挠性元件，诸如挠性可触摸表面，该挠性元件耦接到能够确定所施加的力的大小和位置的电路。例如，该挠性可触摸表面可以包括触摸设备或触摸显示器。在这样的实施例中，挠性元件可以包括设备叠层，其包括可压缩间隙和能够响应于表面挠曲(诸如由所施加的力引起的)检测电容变化的电容传感器。对于一些第一示例，(IA)设备叠层可包括互电容电路或者自电容电路；(IB)设备叠层可包括被设置为检测或者测量电容或者电容变化的不透明、半透明或透明电路。对于一些第二示例，电容传感器可定位在设备叠层中的各种位置中的一个位置(也可能是多个位置)处，包括(2A)显示元件上方或下方，(2B)集成到显示元件内，(2D)背光单元上方或下方或集成到背光单元内。对于一些第三示例，可压缩间隙可包括气隙、可压缩物质或可压缩结构。在一个实施例中，设备可以包括一种或多种技术(包括电路和设计或者包括方法步骤)，其可确定一组零力值测量，设备可由零力值测量确定一组变化以及一个或多个所施加的力。例如，设备可以包括在制造时或者在早于向用户分配的另一步骤处确定的一组零力值测量，即使这些零力值测量可能会反而指示一定程度的表面挠曲，但是仍然可以使用与该组零力值测量的差异来确定实际所施加的力。例如，设备可以包括响应于施加到设备框架的力来测量弯曲、扭转或扭曲或者其他表面变形，以调整这样的零力值测量。例如，设备可以使用对确定取向或位置的一种或多种替代的测量，诸如一个或多个惯性传感器，以调整这样的零力值测量。在这样的情况下，设备可将零力值测量的调整结合到一个或多个用户界面特征部中。在这样的情况下的示例中，可以将对扭转或扭曲的测量或者对取向或位置的测量用作对游戏或模拟器的一个或多个元件的输入，或者对输入加以调整。例如，设备可以使用可出现在所施加的力的精确位置以外的表面位置上的对表面挠曲的一个或多个测量。在这样的情况下，设备可以结合这样的对表面挠曲的测量来检测和测量所施加的力的电容检测器实际所定位的位置以外的位置处所施加的力。在这样的情况下的示例中，可以使用处于电容检测器的范围之外的所施加的力的检测和测量来在超出所施加的力检测或测量的有效表面处提供“软”用户界面按钮。虽然公开了多个实施例，包括其变型，但本领域的技术人员根据以下示出和描述本公开的例示性实施例的【具体实施方式】将容易理解本公开的其他实施例。如应当认识到，本公开能够在各个明显方面做出修改，所有修改都不脱离本公开的实质和范围。因此，附图和【具体实施方式】将被视为在实质上是例示性的而不是限制性的。【附图说明】图1A是结合力感测设备的计算设备的第一示例的前透视图。图1B是结合力感测设备的计算设备的第二示例的前透视图。图1C是结合力感测设备的计算设备的第三示例的前正视图。图2是沿图1A中的线2-2截取的计算设备的简化横截面图。图3A是沿图1B中的线3-3截取的力感测设备的横截面图。图3B是沿图1B中的线3-3截取的力感测设备的另选实施例的横截面图。图3C是沿图1B中的线3-3截取的力感测设备的另一另选的实施例的横截面图。图3D是图3C的细节区域的放大横截面图，其示出了可以放置某些电容式感测元件的样本挠性基板的细节。图3E是可以被各种实施例使用的电容式感测元件的阵列的简化顶视图。图4A示出了用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的第一概念图。图4B示出了用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的第二概念图。图4C示出了用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的第三概念图。图4D示出了用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的第四概念图。图5示出了一组力感测元件的第一概念图。图6示出了对用于进行力感测的设备进行操纵的概念图。图7示出了一组力感测元件的第二概念图。图8示出了一种操作方法的概念图。图9示出了触摸I/O设备和计算系统之间通信的概念图。图10示出了包括力敏触摸设备的系统的概念图。图1lA是所述计算设备的时序图的第一示例。图1lB是所述计算设备的时序图的第二示例。图1IC是时序图的第三示例。【具体实施方式】术语以下术语是示例性的，并且不旨在以任何方式进行限制。文本“所施加的力”及其变型通常指施加于设备的力的大小的程度或量度。所施加的力的程度或量度无需具有任何特定标度。例如，所施加的力的量度可为线性的、对数的或以其他方式非线性的，并且可响应于与所施加的力、触摸的位置、时间或其他相关的一个或多个因素来周期性地(或以其他方式诸如非周期性地，或换句话讲不时地)被调节。文本“力感测元件”及其变型通常指一个或多个传感器或感测元件，其可以检测可以与力存在关联的输入或者直接力输入。例如，电容传感器可以通过测量因设备的某一部分的偏转或移动而发生的电容变化来用作力感测元件。可以采用该电容变化来确定作用于设备的力。同样，应变传感器也可以起到力感测设备的作用。一般来讲，力感测元件可以检测与力相关的输入或者生成与力相关的输出，包括相对于所施加的力感测到的信息，无论所述力是在单独的位置还是以其他方式施加的。例如而非限制，力感测元件可以在相对较小的区域检测出用户是在何处用力地接触本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子设备，包括：第一电容式感测元件；和第二电容式感测元件，所述第二电容式感测元件电容耦接到所述第一电容式感测元件；其中感测间隙设置在所述第一电容式感测元件和所述第二电容式感测元件之间；并且所述第一电容式感测元件和第二电容式感测元件被设置为基于施加到所述电子设备的用户输入表面的力提供对电容的测量。

【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：S·P·霍特林，M·P·格伦特哈纳，R·A·泰尔，C·T·奥加塔，M·B·威滕博格，P·W·理查兹，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国;US