具有力傳感器和致動(dòng)器反饋的觸摸板的制作方法
【專利說明】具有力傳感器和致動(dòng)器反饋的觸摸板
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年12月6日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080062057.4，發(fā)明名稱為“具有力傳感器和致動(dòng)器反饋的觸摸板”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002]本申請(qǐng)要求2009年12月10日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第12/635，614號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請(qǐng)一般地涉及觸摸敏感輸入設(shè)備，更具體地，涉及用于電子設(shè)備(諸如便攜式計(jì)算機(jī))的觸摸板。
【背景技術(shù)】
[0004]諸如便攜式計(jì)算機(jī)的電子設(shè)備具有用于接收用戶輸入的觸摸板。觸摸板還可以以連接至計(jì)算機(jī)的獨(dú)立部件的形式提供。
[0005]觸摸板通常具有矩形表面，其監(jiān)視用戶手指或其它外部物體的位置。用戶可以通過控制用戶指尖在觸摸板表面上的位置來與觸摸板交互。觸摸板可以被用于控制光標(biāo)在計(jì)算機(jī)顯示屏上的位置或進(jìn)行其它適當(dāng)動(dòng)作。在多點(diǎn)觸摸的觸摸板布置中，一個(gè)或多個(gè)手指沿觸摸板表面的移動(dòng)可以被解釋為特定命令。例如，用戶指尖在觸摸板上的滑過可以作為指示計(jì)算機(jī)在項(xiàng)目列表中前進(jìn)的手勢(shì)。
[0006]觸摸板通常設(shè)置有相關(guān)按鈕。在典型布置中，有一個(gè)或兩個(gè)基于開關(guān)的按鈕位于觸摸板前面。用戶可以使用觸摸板來定位屏幕上的光標(biāo)。在期望位置定位光標(biāo)后，用戶可以按下一個(gè)適當(dāng)?shù)陌粹o。例如，在一個(gè)按鈕的配置中，用戶可以按下該按鈕來點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)于當(dāng)前屏幕上光標(biāo)位置的屏幕上選項(xiàng)。便攜式計(jì)算機(jī)然后可以相應(yīng)地響應(yīng)。在兩個(gè)按鈕的偏置中，右側(cè)按鈕可以被用于右擊命令。
[0007]為了改進(jìn)設(shè)備的美觀性，并為了進(jìn)行手勢(shì)命令提供更大的觸摸傳感器區(qū)域，具有集成按鈕功能的觸摸板已經(jīng)被開發(fā)出來。在這種類型的布置中，觸摸板的后邊緣設(shè)置有鉸鏈，觸摸板的前邊緣設(shè)置有開關(guān)。當(dāng)用戶以足夠的力向下按壓觸摸板時(shí)，觸摸板以其后邊緣為軸樞轉(zhuǎn)，并觸發(fā)開關(guān)。
[0008]盡管這種類型的觸摸板通常是令人滿意的，但是在靠近觸摸板后邊緣按壓觸摸板時(shí)，操作該集成按鈕可能是有挑戰(zhàn)性的。在滿足涉及觸摸板靈敏度和操作的各式各樣的用戶期望方面，也具有挑戰(zhàn)性。
[0009]因此，希望能夠提供改進(jìn)的觸摸板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]諸如便攜式計(jì)算機(jī)和其它設(shè)備的電子設(shè)備可以設(shè)置有包括力傳感器的觸摸板。也可以提供觸覺反饋。
[0011]觸摸板，有時(shí)被稱作跟蹤板或計(jì)算機(jī)跟蹤板，可以具有包括觸摸傳感器的平坦觸摸板部件。平坦觸摸板部件可以由諸如清澈或不透明玻璃的材料層、可選的在玻璃表面上的不透明墨層、加硬物(stiffener)、印刷電路板結(jié)構(gòu)、粘合層等形成?？傊?，平坦觸摸板部件的結(jié)構(gòu)通常不允許光通過觸摸板，從而增強(qiáng)觸摸板的美觀性，并且阻止可能不悅目的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被看見。然而，如果愿意，顯示結(jié)構(gòu)可以被集成在觸摸板中(例如，以提供觸摸屏功能或增強(qiáng)的觸摸板功能)。觸摸板不透明的布置有時(shí)作為示例在此被描述。
[0012]觸摸傳感器可以由電容電極陣列、光檢測(cè)器陣列(例如對(duì)于陰影感測(cè)觸摸傳感器)、電阻傳感器陣列、或其它觸摸傳感器結(jié)構(gòu)形成。使用觸摸傳感器，一個(gè)或多個(gè)外部物體(諸如用戶手指)的位置可以被檢測(cè)到。觸摸傳感器信號(hào)可以被用于解釋手勢(shì)型命令。在典型手勢(shì)中，用戶沿觸摸板的表面移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)手指。通過確定在板上移動(dòng)的手指的數(shù)量以及它們的移動(dòng)位置和方向，可以辨別出手勢(shì)并采取適當(dāng)?shù)膭?dòng)作。
[0013]除了處理觸摸傳感器信號(hào)來確定觸摸事件的位置之外，來自力傳感器的信號(hào)也可以被處理。矩形觸摸板可以具有四個(gè)角。力傳感器可以安裝在四個(gè)角的每個(gè)下面。當(dāng)用戶按壓觸摸板的表面時(shí)，力傳感器可以拾取四個(gè)相應(yīng)的獨(dú)立的力信號(hào)。這些力信號(hào)可以使用力信號(hào)處理電路被處理。例如，來自各個(gè)力傳感器的力信號(hào)可以被組合，組合后的信號(hào)可以與力閾值進(jìn)行比較來識(shí)別按壓和釋放事件。
[0014]可以使用致動(dòng)器提供觸覺反饋。致動(dòng)器可以被致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制。當(dāng)電子設(shè)備的用戶與觸摸板交互時(shí)，用戶可以進(jìn)行手勢(shì)并執(zhí)行其它觸摸相關(guān)任務(wù)。當(dāng)用戶希望選擇屏幕上的對(duì)象或執(zhí)行傳統(tǒng)上與按鈕致動(dòng)事件相關(guān)聯(lián)的類型的其它任務(wù)時(shí)，用戶可以向下按壓跟蹤板的表面。當(dāng)檢測(cè)到足夠的力時(shí)，可以采取適當(dāng)動(dòng)作，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以被應(yīng)用到致動(dòng)器。致動(dòng)器可以向觸摸板施加移動(dòng)。例如，致動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)耦接部件碰撞平坦觸摸板部件的邊緣。柔性墊可以形成在力傳感器下面，以在致動(dòng)器操作時(shí)有助于允許觸摸板部件橫向(相對(duì)于平坦觸摸板部件的平面在平面內(nèi))移動(dòng)。這可以提高致動(dòng)器的效率。致動(dòng)器可以響應(yīng)于按鈕按壓和釋放事件或響應(yīng)于滿足電子設(shè)備的其它準(zhǔn)則而移動(dòng)觸摸板。
[0015]默認(rèn)的和用戶定義的設(shè)置可以被用于調(diào)節(jié)觸摸傳感器和力傳感器信號(hào)被處理的方式。例如，觸摸傳感器和力傳感器靈敏度水平可以被調(diào)節(jié)。由致動(dòng)器施加至觸摸板部件的觸覺反饋的量和類型也可以由默認(rèn)的和用戶定義的設(shè)置來控制。例如，用戶可以選擇多個(gè)驅(qū)動(dòng)電流波形中的哪個(gè)來用于驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)電流波形可以用于在移動(dòng)觸摸板時(shí)產(chǎn)生基本聽不見的共振，從而使得觸摸板能夠安靜地操作。如果愿意，在適當(dāng)時(shí)候，可以使用揚(yáng)聲器或通過改變致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)以在適當(dāng)時(shí)候產(chǎn)生觸摸板的可聽見振動(dòng)，來提供聽得見的反饋。
[0016]本發(fā)明的其它特征，其特性以及各種優(yōu)點(diǎn)將從附圖和下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的具體描述而變得清楚。
【附圖說明】
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有觸摸板的示例性電子設(shè)備的透視圖。
[0018]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有觸摸板的示例性電子設(shè)備的內(nèi)部的透視圖，示出了觸摸板可以如何具有力傳感器和用于提供反饋的致動(dòng)器。
[0019]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的分解透視圖。
[0020]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的響應(yīng)于彎曲而產(chǎn)生力測(cè)量信號(hào)的示例性力傳感器的透視圖。
[0021]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的響應(yīng)于傳感器擠壓而產(chǎn)生力測(cè)量信號(hào)的示例性力傳感器的透視圖。
[0022]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在無(wú)載狀態(tài)下的示例性電阻性力傳感器的截面?zhèn)纫晥D。
[0023]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖6中示出的類型的示例性電阻性力傳感器在置于加載狀態(tài)下之后的截面?zhèn)纫晥D。
[0024]圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的力傳感器中的電容器極板之間距離可以如何被用于產(chǎn)生力信號(hào)的透視圖。
[0025]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可以被用在觸摸板中的電阻性力傳感器的示意圖。
[0026]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可以用于向觸摸板施加運(yùn)動(dòng)的示例性致動(dòng)器的截面?zhèn)纫晥D。
[0027]圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的頂視圖，示出了致動(dòng)器可以如何使用連接在致動(dòng)器和觸摸板之間的較短的側(cè)耦接部件來向觸摸板施加運(yùn)動(dòng)。
[0028]圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的頂視圖，示出了致動(dòng)器可以如何使用連接至致動(dòng)器但是與觸摸板稍微分開的較短的耦接部件向觸摸板施加運(yùn)動(dòng)。
[0029]圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的頂視圖，示出了致動(dòng)器可以如何使用連接在致動(dòng)器和觸摸板之間的較長(zhǎng)的耦接部件向觸摸板施加運(yùn)動(dòng)。
[0030]圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的頂視圖，示出了致動(dòng)器可以如何使用連接在致動(dòng)器和觸摸板之間的具有彎曲的耦接部件向觸摸板施加運(yùn)動(dòng)。
[0031]圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的頂視圖，示出了致動(dòng)器可以如何使用具有彼此相對(duì)移動(dòng)的耦接結(jié)構(gòu)的連桿向觸摸板施加運(yùn)動(dòng)。
[0032]圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的頂視圖，示出了可以如何使用多個(gè)致動(dòng)器來向觸摸板施加運(yùn)動(dòng)。
[0033]圖17是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的側(cè)視圖，示出了致動(dòng)器可以如何使用將垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為水平運(yùn)動(dòng)的連桿向觸摸板施加運(yùn)動(dòng)。
[0034]圖18是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的側(cè)視圖，示出了觸摸板可以如何具有擁有軸承和磁性保持結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)。
[0035]圖19是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的側(cè)視圖，示出了觸摸板可以如何具有安裝在柔性墊上的力傳感器。
[0036]圖20是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的底視圖，示出了可以如何使用彈簧結(jié)構(gòu)將觸摸板安裝至電子設(shè)備的殼體結(jié)構(gòu)。
[0037]圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性觸摸板的示意圖，示出了可以用于收集和處理觸摸板信號(hào)并且響應(yīng)于觸摸板信號(hào)控制觸摸板移動(dòng)的電路。
[0038]圖22是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性力傳感器輸出信號(hào)作為時(shí)間的函數(shù)的曲線，示出了閾值可以如何被用于處理力傳感器信號(hào)以檢測(cè)按鈕致動(dòng)事件，諸如按壓和釋放事件。
[0039]圖23是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的曲線，示出了來自觸摸板中的四個(gè)傳感器中每個(gè)傳感器的信號(hào)可以如何被組合以形成平均力信號(hào)。
[0040]圖24是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)通過處理來自觸摸板中的力傳感器的力信號(hào)而檢測(cè)到按壓事件時(shí)可以產(chǎn)生的示例性按壓信號(hào)的曲線圖。
[0041]圖25是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)通過處理來自觸摸板中的力傳感器的力信號(hào)而檢測(cè)到釋放事件時(shí)可以產(chǎn)生的示例性釋放信號(hào)的曲線圖。
[0042]圖26是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，響應(yīng)于通過處理來自觸摸板中的力傳感器的力信號(hào)而檢測(cè)到按壓和釋放事件可以產(chǎn)生的示例性按壓-釋放脈沖的曲線圖。
[0043]圖27是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可以用于在觸摸板中提供觸覺反饋的具有基本相等的上升和下降時(shí)間的弧形對(duì)稱致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的曲線圖。
[0044]圖28是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可以用于在觸摸板中提供觸覺反饋的具有基本相等的上升和下降時(shí)間的對(duì)稱三角形致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的曲線圖。
[0045]圖29是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可以用于在觸摸板中提供觸覺反饋的、上升時(shí)間比下降時(shí)間更短更快的不對(duì)稱致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的曲線圖。
[0046]圖30是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可以用于在觸摸板中提供觸覺反饋的、下降時(shí)間比上升時(shí)間更短更快的不對(duì)稱致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的曲線圖。
[0047]圖31示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)不存在觸摸傳感器手勢(shì)動(dòng)作時(shí)，可以如何處理力信號(hào)以產(chǎn)生按壓和釋放事件信號(hào)。
[0048]圖32示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以如何在存在觸摸傳感器手勢(shì)動(dòng)作時(shí)禁止響應(yīng)于力信號(hào)產(chǎn)生按壓和釋放事件信號(hào)。
[0049]圖33是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示出了觸摸傳感器數(shù)據(jù)可以如何被處理的示意圖，示出了力傳感器可以如何產(chǎn)生根據(jù)力信號(hào)處理設(shè)置被處理的原始力輸出信號(hào)，以及示出了得到的按壓和釋放事件數(shù)據(jù)可以如何基于驅(qū)動(dòng)設(shè)置被用于產(chǎn)生致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0050]圖34是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)置和操作電子設(shè)備中的觸摸板所涉及的示例性步驟的流程圖。
[0051]圖35是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性計(jì)算系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖，該計(jì)算系統(tǒng)可以包括可以具有力傳感器和用于提供反饋的致動(dòng)器的觸摸敏感輸入-輸出設(shè)備，諸如觸摸板。
[0052]圖36是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性計(jì)算系統(tǒng)的示意圖，該計(jì)算系統(tǒng)可以包括可以具有力傳感器和用于提供反饋的致動(dòng)器的觸摸敏感輸入-輸出設(shè)備，諸如觸摸板，并且可以結(jié)合有顯示結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0053]電子設(shè)備可以設(shè)置有觸摸敏感用戶輸入設(shè)備。觸摸敏感用戶輸入設(shè)備可以包括觸摸屏或，更典型地，觸摸板。觸摸板，有時(shí)被稱作跟蹤板，通常被用在諸如便攜式計(jì)算機(jī)的電子設(shè)備中。觸摸板還可以被實(shí)現(xiàn)為獨(dú)立的設(shè)備。例如，觸摸板可以設(shè)置有通用串行總線(USB)電纜，其使得觸摸板能夠被插接到計(jì)算機(jī)的USB端口。觸摸板還可以被應(yīng)用在工業(yè)和商業(yè)設(shè)備中、計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)中、鍵盤中、游戲機(jī)中等等。為了清晰，在此有時(shí)將觸摸板用在便攜式計(jì)算機(jī)中(即，作為便攜式計(jì)算機(jī)跟蹤板)描述為示例。然而，這僅是示例性的。觸摸板和其它觸摸敏感輸入設(shè)備可以被實(shí)施為任何適當(dāng)電子設(shè)備的一部分。
[0054]觸摸板可以包括力傳感器和觸摸傳感器電路。觸覺反饋可以通過使用能夠向觸摸板施加移動(dòng)的致動(dòng)器來提供。
[0055]觸摸板的觸摸傳感器可以使用電阻觸摸技術(shù)、表面聲波技術(shù)、電容技術(shù)、光檢測(cè)器(例如，通過測(cè)量由外部物體產(chǎn)生的環(huán)境光陰影來檢測(cè)位置的基于陰影的傳感器的光傳感器陣列)、或其它適當(dāng)?shù)挠|摸傳感器布置來實(shí)施。使用電容觸摸傳感器技術(shù)有時(shí)在此作為示例被描述。與需要用力地直接接觸來記錄觸摸事件的觸摸技術(shù)不同，電容觸摸傳感器即使在很小或沒有直接壓力施加至觸摸傳感器表面時(shí)也能檢測(cè)到觸摸事件。這是因?yàn)殡娙萦|摸傳感器測(cè)量由于很接近傳感器表面的用戶手指或其它外部物體的存在而引起的電容改變。
[0056]觸摸板的觸摸傳感器能力使得用戶能夠提供觸摸輸入。例如，用戶可以將指尖或觸筆(stylus)置于觸摸板表面上的期望位置。通過控制觸摸傳感器被觸摸的位置，用戶可以控制屏幕上光標(biāo)的位置，或者可以以其它方式與電子設(shè)備交互。如果愿意，基于手勢(shì)的控制布置可以被實(shí)施，其中相對(duì)于屏幕的一個(gè)或多個(gè)觸摸位置的移動(dòng)可以被轉(zhuǎn)換為命令。例如，在觸摸板表面上滑過特定數(shù)量的手指可以被解釋為在項(xiàng)目列表中前進(jìn)的命令或在計(jì)算機(jī)屏幕上滾動(dòng)所顯示的材料的命令。單擊和多擊命令也可以使用觸摸板的觸摸傳感器功能來處理。
[0057]觸摸板的力傳感器能力使得用戶能夠執(zhí)行按鈕類型的動(dòng)作。在具有整體按鈕的傳統(tǒng)觸摸板中，通過在靠近觸摸板的前邊緣處向下用力按壓來致動(dòng)觸摸板的按鈕部分。這就導(dǎo)致觸摸板向下樞轉(zhuǎn)來致動(dòng)位于觸摸板前邊緣下面的開關(guān)，并產(chǎn)生聽得見的點(diǎn)擊聲音。
[0058]當(dāng)力傳感器被包括在觸摸板中時(shí)，不需要允許觸摸板以該方式樞轉(zhuǎn)。相反，來自一個(gè)或多個(gè)力傳感器的力信號(hào)可以用來檢測(cè)何時(shí)用戶按壓和下壓觸摸板。觸摸板不需要顯著移動(dòng)(即，觸摸板可以保持基本不動(dòng)和水平)，從而原本被保留用于容納樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的空間可以被用于容納組件。在使用壓電部件來實(shí)現(xiàn)力傳感器的典型配置中，即使在最有力的按鈕按壓負(fù)載下，觸摸板的位移可以小于0.05_。力反饋可以被用于還原按鈕