(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子システムのための入力デバイスであって、
ｉ）入力表面、及びｉｉ）第１の複数のセンサ電極を含む第１の基板を有する柔軟な構成要素と、
前記柔軟な構成要素から離隔された支持基板と、
第２の複数のセンサ電極及び複数の開口を有する第２の基板と、
前記柔軟な構成要素と前記支持基板との間に配設され、前記柔軟な構成要素と結合され、前記第２の基板を介して前記支持基板に対向し、前記第２の基板の前記開口に位置合わせされ前記第２の基板の前記開口の反対の方向に隆起した複数の隆起したフィーチャを有する間隔層とを備える
入力デバイス。
【請求項２】
前記間隔層が、前記入力表面に印加された力に応答して局部的に変形するように構成される、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項３】
前記入力表面に印加された力に応答して、前記間隔層の一部分が、前記第２の基板の開口によって画定された容積内に撓まれる、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項４】
前記第１の複数のセンサ電極が、前記入力デバイスの感知領域における入力物体の位置情報を検知するように構成される、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項５】
前記第１の複数のセンサ電極の第１のサブセットが、前記第１の複数のセンサ電極の第２のサブセットより上に配設される、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項６】
前記第１のサブセット及び前記第２のサブセットが、前記第１の基板の互いに対向する側及び前記第１の基板の同じ側のうちの一方に配設される、請求項５に記載の入力デバイス。
【請求項７】
前記第２の複数のセンサ電極及び前記第１の複数のセンサ電極の第２のサブセットが、前記柔軟な構成要素の前記入力表面に与えられた力を検知するように構成される、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項８】
前記第１の複数のセンサ電極の前記第２のサブセットが、前記第２の複数のセンサ電極を前記第１の複数のセンサ電極の前記第１のサブセットから電気的に遮蔽するように構成される、請求項５に記載の入力デバイス。
【請求項９】
前記複数の開口が、前記第２の基板を貫通して延びる第１の配列の規則的間隔の開口を備え、前記第２の複数のセンサ電極の第１のサブセットが、第１の方向に沿って延び、前記第１の配列の開口の間に挿入された第２の配列の電極を備える、請求項１に記載の入力デバイス。
【請求項１０】
前記複数の隆起したフィーチャが、前記第１の配列の開口に位置合わせして配設された実質的に硬質の突起を備える、請求項９に記載の入力デバイス。
【請求項１１】
前記硬質の突起が、前記第１の配列の開口と重なり合う、請求項１０に記載の入力デバイス。
【請求項１２】
入力表面及び第１の複数のセンサ電極を有する柔軟な構成要素と、前記柔軟な構成要素から離隔された支持基板と、第２の複数のセンサ電極及び複数の開口を有する第２の基板と、前記柔軟な構成要素と前記支持基板との間に配設され、前記柔軟な構成要素と結合され、前記第２の基板を介して前記支持基板に対向し、前記第２の基板の前記開口に位置合わせされ前記第２の基板の前記開口の反対の方向に隆起した複数の隆起したフィーチャを有する間隔層とを含む種類の入力デバイスに使用するための処理システムであって、前記第１の及び第２の複数のセンサ電極に通信可能に結合され、
前記第１の複数のセンサ電極の第１のサブセットからの第１の種類の結果として生じる信号と、前記第２の複数のセンサ電極からの第２の種類の結果として生じる信号とを決定するように構成され、前記第１の種類の結果として生じる信号が、前記入力表面に近接した入力物体の効果を含み、さらに、前記第２の種類の結果として生じる信号が、前記入力表面に印加された力の効果を含む、処理システム。
【請求項１３】
前記第１の及び第２の種類の結果として生じる信号からの近接画像と力画像とを決定し、
前記近接画像及び前記力画像のうちの少なくとも１つに基づいてユーザインターフェース動作を決定するようにさらに構成される、請求項１２に記載の処理システム。
【請求項１４】
感知信号を前記第１の複数のセンサ電極の第２のサブセット上に駆動し、
前記第１の種類の結果として生じる信号を前記第１の複数のセンサ電極の前記第１のサブセットから受信し、
前記第２の種類の結果として生じる信号を前記第２の複数のセンサ電極から受信するようにさらに構成される、請求項１２に記載の処理システム。
【請求項１５】
前記第１の種類の結果として生じる信号が、前記第１の複数のセンサ電極の前記第１のサブセットと前記第２のサブセットとの間の容量性結合の効果を含み、前記第２の種類の結果として生じる信号が、前記第１の複数のセンサ電極の前記第２のサブセットと前記第２の複数のセンサ電極との間の容量性結合の効果を含む、請求項１４に記載の処理システム。
【請求項１６】
前記第１の複数のセンサ電極の前記第２のサブセットが、前記第２の複数のセンサ電極を前記第１の複数のセンサ電極の前記第１のサブセットから電気的に遮蔽するように構成される、請求項１４に記載の処理システム。
【請求項１７】
柔軟な入力表面と、
第１の複数のセンサ電極を有する第１の基板と、
第２の複数のセンサ電極及び複数の開口を有する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配設され、柔軟な構成要素と結合され、前記第２の基板を介して支持基板に対向し、前記第２の基板の前記開口に位置合わせされ前記第２の基板の前記開口の反対の方向に隆起した複数の隆起したフィーチャを有する間隔層と、
前記第１の及び第２の複数のセンサ電極に通信可能に結合され、前記第１の複数のセンサ電極の第１のサブセットからの第１の種類の結果として生じる信号と、前記第２の複数のセンサ電極からの第２の種類の結果として生じる信号とを決定するように構成された処理システムとを備える入力デバイスであって、前記第１の種類の結果として生じる信号が、前記入力表面に近接した入力物体の効果を含み、前記第２の種類の結果として生じる信号が、前記入力表面に印加された力の効果を含む、入力デバイス。
【請求項１８】
前記入力表面に印加された力に応答して、前記間隔層が、局部的に変形し、前記間隔層の一部分が、前記第２の基板の開口によって画定された容積内に撓まれる、請求項１７に記載の入力デバイス。
【請求項１９】
前記複数の開口が、前記第２の基板を貫通して延びる規則的間隔の配列の開口を備え、
前記第２の複数のセンサ電極の第１のサブセットが、第１の方向に沿って延び、前記開口の配列の間に挿入された電極の配列を備え、
前記第２の複数のセンサ電極が、前記第１の方向に対して実質的に直角の第２の方向に沿って延びる電極の配列を備える、請求項１７に記載の入力デバイス。
【請求項２０】
前記処理システムが、
感知信号を前記第１の複数のセンサ電極の第２のサブセット上に駆動し、
前記第１の種類の結果として生じる信号を前記第１の複数のセンサ電極の前記第１のサブセットから受信し、
前記第２の種類の結果として生じる信号を前記第２の複数のセンサ電極から受信するように構成される、請求項１７に記載の入力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、一般には、電子デバイスに関し、より詳細には、ユーザインターフェース入力を生じるためのセンサデバイス及びセンサデバイスを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]近接センサデバイス（通常タッチパッド又はタッチセンサデバイスとも呼ばれる）を含む入力デバイスが、様々な電子システムに広く使用されている。近接センサデバイスは、典型的には、近接センサデバイスが１つ又は複数の入力物体の存在、位置及び／又は運動を決定する表面によってしばしば画定される感知領域を含む。近接センサデバイスは、電子システムのインターフェースを設けるのに使用することができる。例えば、近接センサデバイスは、より大型のコンピューティングシステムの入力デバイス（ノートブック若しくはデスクトップコンピュータに統合された又はノートブック若しくはデスクトップコンピュータの周辺機器の艶消しタッチパッドなどの）としてしばしば使用される。近接センサデバイスは、より小型のコンピューティングシステム（携帯電話に統合されたタッチ画面などの）にもしばしば使用される。
【０００３】
[0003]近接センサデバイスは、関連付けられた電子システムの制御を可能にするのに使用することができる。例えば、近接センサデバイスは、ノートブックコンピュータ及びデスクトップコンピュータを含む、より大型のコンピューティングシステムの入力デバイスとしてしばしば使用される。近接センサデバイスは、携帯情報端末（ＰＤＡ）などの携帯システム、リモートコントローラ、及び無線電話及びテキストメッセージングシステムなどの通信システムを含む、より小型のシステムにもしばしば使用される。近接センサデバイスは、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＰ３、ビデオ又は他の媒体レコーダ又はプレーヤなどの媒体システムにますます使用されている。近接センサデバイスは、近接センサデバイスが相互作用するコンピューティングシステムと一体又はコンピューティングシステムの周辺機器であり得る。
【０００４】
[0004]入力デバイスによっては、入力デバイスの感知領域と相互作用する入力物体の位置情報を決定することに加えて、印加された力を検知することができる能力を有するものもある。しかし、現在周知の力／タッチ入力デバイスは、力が印加される位置及び／又は強度を正確に、繰り返し、及び均一に決定することができるそれらの能力が制限される。これにより、現在周知の力対応入力デバイスの柔軟性及び有用性が制限される。したがって、これらの制限に対処する力増強入力デバイスの改善が必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]本発明の実施形態は、デバイスの有用性の改善を容易にするデバイス及び方法を提供する。デバイス及び方法は、貫通孔を有するＺセンサ層、及びＺセンサ層の上に載せられた隆起した構造（突起）を有し、突起が貫通孔の反対方向に向いた弾性引張層を用いてユーザインターフェース機能の改善を実現する。各突起の中心線は、突起が印加された力に応答してＺ方向に動いて、均一な局部撓みを達成することが可能になるように各貫通孔の中心線と位置合わせされる。したがって、座標位置に関連付けられた力データは、力を印加する入力物体の座標位置及び／又は大きさを正確に決定するように補間することができる。
【０００６】
[0006]本発明の好ましい例示的実施形態は、以下、同じ記号表示は同じ要素を表す添付の図面と併せて説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態による、入力デバイスと処理システムとを含む例示的な電子システムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態による、例示的な処理システムの概略図である。
【図３】本発明の実施形態による、力対応センサ積層構成の概略的断面図である。
【図４】本発明の実施形態による、突起と貫通孔との位置合わせの上面図である。
【図５】本発明の実施形態による、下にある貫通孔に対して上向き突起の位置合わせを容易にするための下向き突起を含む、図３の入力デバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0012]以下の詳細な説明は、本質的に単に例示的であるに過ぎず、本発明又は本発明の適用及び使用を限定することが意図されていない。さらに、先行する技術分野、背景、概要又は以下の詳細な説明に提示される任意の明示的又は黙示的理論によって縛られる意図はない。
【０００９】
[0013]次に図を参照すると、図１は、本発明の実施形態による、例示的な入力デバイス１００の構成図である。入力デバイス１００は、入力を電子システム（図示せず）に提供するように構成することができる。本文書では、「電子システム」（又は「電子デバイス」）という用語は、情報を電子的に処理することができる任意のシステムを広く表す。電子システムのいくつかの非限定例は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、タブレット、ウェブブラウザ、電子書籍リーダー、及び携帯情報端末（ＰＤＡ）などのすべてのサイズ及び形状のパーソナルコンピュータを含む。電子システムの追加の例は、入力デバイス１００及び別個のジョイスティック又はキースイッチを含む、物理的キーボードなどの複合入力デバイスを含む。電子システムの他の例は、データ入力デバイス（リモートコントローラ及びマウスを含む）及びデータ出力デバイス（表示画面及びプリンタを含む）などの周辺機器を含む。他の例は、遠隔端末、キオスク、及びテレビゲーム機（例えば、据置型ゲーム機、携帯ゲームデバイスなど）を含む。他の例は、通信デバイス（スマートフォンなどの携帯電話を含む）、及び媒体デバイス（レコーダ、エディタ、及びテレビ、セットトップボックス、音楽プレーヤ、デジタルフォトフレーム、及びデジタルカメラなどのプレーヤを含む）を含む。さらに、電子システムは、入力デバイスのホスト又はスレーブであり得る。
【００１０】
[0014]入力デバイス１００は、電子システムの物理的部分として実装することができ、又は電子システムとは物理的に別個であることができる。必要に応じて、入力デバイス１００は、以下のうちの任意の１つ又は複数を使用して電子システムの部分と通信することができる。すなわち、バス、ネットワーク、及び他の有線又は無線相互接続部。例には、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ、ＰＳ／２、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＲＦ、及びＩＲＤＡが含まれる。
【００１１】
[0015]好ましい実施形態において、入力デバイス１００は、処理システム１１０と感知領域１２０とを含む力対応タッチパッドシステムとして実装される。感知領域１２０（「タッチパッド」ともしばしば称される）は、感知領域１２０における１つ又は複数の入力物体１４０によって提供される入力を感知するように構成される。入力物体の例は、指、親指、手のひら、及びスタイラスペンを含む。感知領域１２０は、長方形として概略的に例示される。しかし、感知領域は、任意の便利な形態、及びタッチパッドの表面の任意の所望の配列であることができ、及び／又はそれ以外の場合タッチパッドに統合することができることを理解されたい。
【００１２】
[0016]感知領域１２０は、入力デバイス１００がユーザ入力（例えば、１つ又は複数の入力物体１４０によって提供されたユーザ入力）を検知することができる入力デバイス１００より上の（例えば、ホバリング）、入力デバイス１００の周りの、入力デバイス１００における、及び／又は入力デバイス１００の近くの任意の空間を包含することができる。特定の感知領域のサイズ、形状、及び位置は、実施形態によって大きく異なることがある。いくつかの実施形態において、感知領域１２０は、信号対雑音比によって十分に正確な物体検知が妨げられるまで、入力デバイス１００の表面から１つ又は複数の方向に空間内に延びる。この感知領域１２０が特定の方向に延びる距離は、様々な実施形態において、１ミリメートル未満、数ミリメートル、数センチメートル、又はそれ以上の程度であることができ、使用される感知技術の種類及び所望される精度により大幅に異なることがある。したがって、いくつかの実施形態は、入力デバイス１００の任意の表面との非接触、入力デバイス１００の入力表面（例えば、タッチ表面）との接触、印加された力又は圧力のある量に結合された入力デバイス１００の入力表面との接触、及び／又はそれらの組合せを含む入力を感知する。様々な実施形態において、入力表面は、内部にセンサ電極が存在する外皮の表面によって、センサ電極の上に貼り付けられた表面シートによって、又は任意の外皮などによって設けることができる。いくつかの実施形態において、感知領域１２０は、入力デバイス１００の入力表面上に投射されたとき、長方形の形状を有する。
【００１３】
[0017]入力デバイスは、感知された物体の位置及びそのような物体によって印加された力に応答してデータ入力を容易にすることによって、ユーザインターフェース機能を提供するように構成される。具体的には、処理システムは、感知領域におけるセンサによって感知された物体の位置情報を決定するように構成される。次いで、この位置情報は、広範囲のユーザインターフェース機能を提供するためにシステムによって使用することができる。さらに、処理システムは、センサ（複数可）によって決定された力の大きさから物体の力情報を決定するように構成される。次いで、この力情報は、例えば、感知領域における物体による異なるレベルの印加された力に応答して異なるユーザインターフェース機能を提供することによって、広範囲のユーザインターフェース機能を提供するためにシステムによって使用することもできる。さらに、処理システムは、感知領域において感知された１つより多くの物体の入力情報を決定するように構成することができる。入力情報は、力情報と、位置情報と、感知領域における及び／又は入力表面と接触している入力物体の数と、１つ又は複数の入力物体が入力表面に接触している又は近接している持続時間との組合せに基づくことができる。次いで、入力情報は、広範囲のユーザインターフェース機能を提供するためにシステムによって使用することができる。
【００１４】
[0018]入力デバイスは、感知領域内の入力物体の位置などの１つ又は複数の入力物体（例えば、指、スタイラスペンなど）による入力に感受性がある。感知領域は、入力デバイスがユーザ入力（例えば、１つ又は複数の入力物体によって提供されたユーザ入力）を検知することができる、入力デバイスより上の、入力デバイスの周りの、入力デバイスにおける及び／又は入力デバイスの近くの任意の空間を包含する。特定の感知領域のサイズ、形状、及び位置は、実施形態によって大きく異なることがある。いくつかの実施形態において、感知領域は、信号対雑音比によって十分に正確な物体検知が妨げられるまで、入力デバイスの表面から１つ又は複数の方向に空間内に延びる。この感知領域が特定の方向に延びる距離は、様々な実施形態において、１ミリメートル未満、数ミリメートル、数センチメートル、又はそれ以上の程度であることがあり、使用される感知技術の種類及び所望される精度により大幅に異なることがある。したがって、いくつかの実施形態は、入力デバイスの任意の表面との非接触、入力デバイスの入力表面（例えば、タッチ表面）との接触、ある量の印加された力に結合された入力デバイスの入力表面との接触、及び／又はそれらの組合せを含む入力を感知する。様々な実施形態において、入力表面は、内部にセンサ電極が存在する外皮の表面によって、センサ電極の上に貼り付けられた表面シートによって、又は任意の外皮によって設けることができる。
【００１５】
[0019]電子システム１００は、感知領域１２０における又はそれ以外の場合タッチパッドに関連付けられたユーザ入力（例えば、力、近接）を検知するためにセンサ構成要素と感知技術との任意の組合せを利用することができる。入力デバイス１０２は、ユーザ入力を検知するための１つ又は複数の感知素子を備える。いくつかの非限定例として、入力デバイス１００は、容量性、弾性、抵抗性、誘導性、磁気、音響、超音波、及び／又は光学技術を使用することができる。
【００１６】
[0020]入力デバイス１００のいくつかの抵抗性実装形態において、可撓性及び導電性第１の層は、１つ又は複数のスペーサ要素によって導電性第２の層から分離される。動作の間に、１つ又は複数の電圧勾配が層間に作り出される。可撓性第１の層を押圧することにより、可撓性第１の層が十分に撓んで、層間に電気接触を作り出し、結果として、層間の接触の点（複数可）を反映した電圧出力が生じることができる。これらの電圧出力は、位置情報を決定するのに使用することができる。
【００１７】
[0021]入力デバイス１００のいくつかの誘導性実装形態において、１つ又は複数の感知素子は、共振コイル又はコイルの対によって誘導されたループ電流をとらえる。次いで、電流の大きさ、位相、及び周波数のある組合せは、位置情報を決定するのに使用することができる。
【００１８】
[0022]入力デバイス１００のいくつかの容量性実装形態において、電圧又は電流が、電界を作り出すために印加される。近くの入力物体は、電界に変化を引き起こし、電圧、電流などの変化として検知することができる、容量性結合に検知可能な変化を生じる。
【００１９】
[0023]いくつかの容量性実装形態は、電界を作り出すために容量性感知素子の配列又は他の規則的な若しくは不規則なパターンを利用する。いくつかの容量性実装形態において、より大型のセンサ電極を形成するために別々の感知素子をオーム的に短絡させることができる。いくつかの容量性実装形態は、均一に抵抗性であり得る抵抗性シートを利用する。
【００２０】
[0024]いくつかの容量性実装形態は、センサ電極と入力物体との間の容量性結合の変化に基づく「自己容量」（又は「絶対容量」）感知方法を利用する。様々な実施形態において、センサ電極の近くの入力物体は、センサ電極の近くの電界を改変し、したがって、測定された容量性結合を変更する。一実装形態において、絶対容量感知方法は、基準電圧（例えば、系統接地）に対してセンサ電極を調節することによって、及びセンサ電極と入力物体との間の容量性結合を検知することによって動作する。
【００２１】
[0025]いくつかの容量性実装形態は、センサ電極間の容量性結合の変化に基づく「相互容量」（又は「トランスキャパシタンス」）感知方法を利用する。様々な実施形態において、センサ電極の近くの入力物体は、センサ電極間の電界を改変し、したがって、測定された容量性結合を変更する。一実装形態において、トランスキャパシタンス感知方法は、１つ又は複数の送信機センサ電極（「送信機電極」又は「送信機」とも言う）と１つ又は複数の受信機センサ電極（「受信機電極」又は「受信機」とも言う）との間の容量性結合を検知することによって動作する。送信機センサ電極は、送信機信号を送信するために基準電圧（例えば、系統接地）に対して調節することができる。受信機センサ電極は、結果として生じる信号の受信を容易にするために基準電圧に対して実質的に一定に保つことができる。結果として生じる信号は、１つ又は複数の送信機信号及び／又は１つ又は複数の環境干渉（例えば、他の電磁信号）源に対応する効果（複数可）を含むことができる。センサ電極は、専用送信機若しくは受信機でもよく、又は送信及び受信の両方をするように構成してもよい。
【００２２】
[0026]入力デバイスは、入力デバイスの入力表面上に与えられた力を決定するために様々な異なる方法により実装することができることを理解されたい。例えば、入力デバイスは、入力表面に近接して配設され、入力表面上に印加された力の絶対不変又は変化を表す電気信号を提供するように構成された機構を備えることができる。いくつかの実施形態において、入力デバイスは、導体（例えば、入力表面の下にある表示画面）に対する入力表面の欠陥に基づく力情報を決定するように構成することができる。いくつかの実施形態において、入力表面は、１つ又は複数の軸を中心にして撓むように構成することができる。いくつかの実施形態において、入力表面は、実質的に均一な又は非均一な方式で撓むように構成することができる。様々な実施形態において、力センサは、容量の変化及び／又は抵抗の変化に基づくことができる。
【００２３】
[0027]図１において、処理システム１１０は、入力デバイス１００の一部として示される。しかし、他の実施形態において、処理システムは、タッチパッドが共に動作するホスト電子デバイスに配置することができる。処理システム１１０は、感知領域１２０からの様々な入力を検知するために入力デバイス１００のハードウェアを動作させるように構成される。処理システム１１０は、１つ又は複数の集積回路（ＩＣ）及び／又は他の回路構成要素の部分又は全部を備える。例えば、相互容量センサデバイスの処理システムは、送信機センサ電極により信号を送信するように構成された送信機回路、及び／又は受信機センサ電極により信号を受信するように構成された受信機回路を備えることができる。いくつかの実施形態において、処理システム１１０は、ファームウェアコード、ソフトウェアコードなどの電子的に可読な命令も含む。いくつかの実施形態において、処理システム１１０を構成する構成要素は、入力デバイス１００の感知素子（複数可）の近くなど、共に配置される。他の実施形態において、処理システム１１０の構成要素は、入力デバイス１００の感知素子（複数可）に近接した１つ又は複数の構成要素、及び他の場所の１つ又は複数の構成要素とともに物理的に別個である。例えば、入力デバイス１００は、デスクトップコンピュータに結合された周辺機器でもよく、処理システム１１０は、デスクトップコンピュータの中央処理装置で起動するように構成されたソフトウェア及び中央処理装置とは別個の１つ又は複数のＩＣ（たぶん関連付けられたファームウェアとともに）を備えることができる。別の例として、入力デバイス１００は、物理的に電話機に統合することができ、処理システム１１０は、電話機の主プロセッサの一部である回路とファームウェアとを備えることができる。いくつかの実施形態において、処理システム１１０は、専ら入力デバイス１００を実装することだけを行う。他の実施形態において、処理システム１１０は、表示画面を動作させる、触覚アクチュエータを駆動するなど、他の機能も実施する。
【００２４】
[0028]処理システム１１０は、処理システム１１０の異なる機能を扱うモジュールの組として実装することができる。各モジュールは、処理システム１１０の一部である回路、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの組合せを備えることができる。様々な実施形態において、モジュールの異なる組合せを使用することができる。モジュールの例は、センサ電極及び表示画面などのハードウェアを動作させるためのハードウェア動作モジュール、センサ信号及び位置情報などのデータを処理するためのデータ処理モジュール、及び情報を報告するための報告モジュールを含む。モジュールの他の例は、入力を検知するために感知素子（複数可）を動作させるように構成されたセンサ動作モジュール、モード変更ジェスチャなどのジェスチャを識別するように構成された識別モジュール、及び動作モードを変更するためのモード変更モジュールを含む。
【００２５】
[0029]いくつかの実施形態において、処理システム１１０は、直接１つ又は複数の動作をさせることによって、感知領域１２０におけるユーザ入力（又はユーザ入力の欠如）に応答する。動作の例は、動作モードを変更すること、並びにカーソルの動き、選択、メニューナビゲーション、及び他の機能などのグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ：ｇｒａｐｈｉｃａｌ  ｕｓｅｒ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）動作を含む。いくつかの実施形態において、処理システム１１０は、入力（又は入力の欠如）に関する情報を電子システムのある部分に（例えば、処理システム１１０とは別個である電子システムの中央処理システムに。ただし、そのような別個の中央処理システムが存在する場合）提供する。いくつかの実施形態において、電子システムのある部分は、モード変更動作及びＧＵＩ動作を含む、全動作範囲を容易にするためなど、ユーザ入力により動作するために処理システム１１０から受け取った情報を処理する。動作の種類は、ポインティング、タッピング、選択、クリッキング、ダブルクリッキング、パニング、ズーミング、及びスクローリングを含むことができるが、それらに限定されない。可能な動作の他の例は、クリック、スクロール、ズーム、又はパンなど、動作の開始及び／又はレート若しくは速度を含む。
【００２６】
[0030]例えば、いくつかの実施形態において、処理システム１１０は、感知領域１２０における入力（又は入力の欠如）を示す電気信号を生じるために入力デバイス１００の感知素子（複数可）を動作させる。処理システム１１０は、電子システムに提供される情報を生じる際に電気信号により任意の適当な量の処理を実施することができる。例えば、処理システム１１０は、センサ電極から取得したアナログ電気信号をデジタル化することができる。別の例として、処理システム１１０は、フィルタリング又は他の信号調節を実施することができる。さらに別の例として、処理システム１１０は、情報が電気信号と基準値との差を反映するように、基準値を減算し、又はそれ以外の場合補償することができる。さらに他の例として、処理システム１１０は、位置情報を決定し、入力をコマンドとして認識し、手書きを認識するなどをすることができる。
【００２７】
[0031]本明細書では、「位置情報」は、特に感知領域における入力物体の存在に関する、絶対位置、相対位置、速度、加速度、及び他の種類の空間的情報を広く包含する。例示的な「ゼロ次元の」位置情報は、近くの／遠くの又は接触／非接触情報を含む。例示的な「１次元の」位置情報は、軸に沿った位置を含む。例示的な「２次元の」位置情報は、平面における運動を含む。例示的な「３次元の」位置情報は、空間における瞬間又は平均速度を含む。他の例は、空間的情報の他の表現を含む。例えば、時間に対する位置、運動、又は瞬間速度を追跡する履歴データを含む、１つ又は複数の種類の位置情報に関する履歴データを決定及び／又は記憶することもできる。
【００２８】
[0032]同様に、本明細書では、「力情報」という用語は、書式にかかわらず力情報を広く包含することが意図されている。例えば、力情報は、ベクトル又はスカラー量として入力物体ごとに提供することができる。別の例として、力情報は、決定された力が閾値を超えた又は越えなかった指示として提供することができる。他の例として、力情報は、ジェスチャ認識に使用される時間履歴構成要素を含むこともできる。以下により詳細に説明するように、処理システムからの位置情報及び力情報は、選択、カーソル制御、スクローリング、及び他の機能のポインティングデバイスとして近接センサデバイスの使用を含む、インターフェース入力の全範囲を容易にするのに使用することができる。
【００２９】
[0033]同様に、本明細書では、「入力情報」という用語は、任意の数の入力物体に対して、書式にかかわらず時間、位置及び力情報を広く包含することが意図されている。いくつかの実施形態において、入力情報は、個々の入力物体に対して決定することができる。他の実施形態において、入力情報は、入力デバイスと相互作用する入力物体の数を含む。
【００３０】
[0034]いくつかの実施形態において、入力デバイス１００は、処理システム１１０によって、又はいくつかの他の処理システムによって動作される追加の入力構成要素により実装される。これらの追加の入力構成要素は、感知領域１２０における入力の重複機能又はある他の機能を提供することができる。例えば、ボタン（図示せず）を感知領域１２０の近くに配置し、入力デバイス１０２を使用して項目の選択を容易にするのに使用することができる。他の種類の追加の入力構成要素は、スライダ、ボール、ホイール、スイッチなどを含む。逆に、いくつかの実施形態において、入力デバイス１００は、他の入力構成要素なしで実装することができる。
【００３１】
[0035]いくつかの実施形態において、電子システム１００は、タッチ画面インターフェースを備え、感知領域１２０は、少なくとも表示画面のアクティブ領域の一部と重なり合う。例えば、入力デバイス１００は、表示画面の上に載せた実質的に透明なセンサ電極を備え、関連付けられた電子システムにタッチ画面インターフェースを提供することができる。表示画面は、ユーザに対して視覚インターフェースを表示することができる任意の種類の動的表示でもよく、任意の種類の発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマ、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）、又は他の表示技術を含むことができる。入力デバイス１００及び表示画面は、物理的要素を共有することができる。例えば、いくつかの実施形態は、表示及び感知のために同じ電気構成要素のうちのいくつかを利用することができる。別の例として、表示画面は、処理システム１１０によって部分的に又は全体的に動作させることができる。
【００３２】
[0036]本発明の多くの実施形態を完全に機能する装置の文脈で説明するが、本発明の機構は、プログラム製品（例えば、ソフトウェア）として様々な形態で分配することができることを理解されたい。例えば、本発明の機構は、電子プロセッサによって可読である情報担持媒体（例えば、処理システム１１０によって可読の非一時的コンピュータ可読及び／又は記録可能／書き込み可能情報担持媒体）上のソフトウェアプログラムとして実装し、分配することができる。さらに、本発明の実施形態は、分配を実行するのに使用される特定の種類の媒体にかかわらず等しく適用される。非一時的、電子的可読媒体の例は、様々なディスク、メモリスティック、メモリカード、メモリモジュールなどを含む。電子的可読媒体は、フラッシュ、光学、磁気、ホログラフィック、又は任意の他の記憶技術に基づくことができる。
【００３３】
[0037]入力デバイスは、入力デバイスの入力表面上に与えられた力を決定するために様々な異なる方法により実装することができることを理解されたい。例えば、入力デバイスは、入力表面に近接して配設され、入力表面上に印加された力の絶対不変又は変化を表す電気信号を提供するように構成された機構を備えることができる。いくつかの実施形態において、入力デバイスは、導体（例えば、入力表面の下にある表示画面）に対する入力表面の欠陥に基づく力情報を決定するように構成することができる。いくつかの実施形態において、入力表面は、１つ又は複数の軸を中心にして撓むように構成することができる。いくつかの実施形態において、入力表面は、実質的に均一な又は非均一な方式で撓むように構成することができる。
【００３４】
[0038]上記のように、いくつかの実施形態において、全動作範囲を容易にするためなど、ユーザ入力により入力情報を決定し、動作するために、電子システムのある部分は、処理システムから受け取った情報を処理する。ある一意的に入力された情報は、結果として同じ又は異なる動作になることがあることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態において、力値Ｆ、位置Ｘ、Ｙ及び接触の時間Ｔを含む入力物体の入力情報は、結果として第１の動作になることがある。その一方で、力値Ｆ’、位置Ｘ’、Ｙ’及び接触の時間Ｔ’（ダッシュ記号値は非ダッシュ記号値と一意的に異なる）を含む入力物体の入力情報も、結果として第１の動作になることがある。さらに、力値Ｆ、位置Ｘ’、Ｙ及び接触の時間Ｔ’を含む入力物体の入力情報は、結果として第１の動作になることがある。以下の例は特定の範囲の力、位置などの値を含む入力情報に基づいて実施することができる動作を説明するが、異なる入力情報（上記のように）は、結果として同じ動作になることがあることを理解されたい。さらに、同じ種類のユーザ入力は、入力情報の構成要素に基づいて異なる機能を提供することがある。例えば、Ｆ、Ｘ／Ｙ及びＴの異なる値は、結果として同じ種類の動作（例えば、パニング、ズーミングなど）になることがあり、その種類の動作は、上記の値又は他の値（例えば、より速くズーミングし、より遅くパニングするなど）に基づいて異なる挙動をすることがある。
【００３５】
[0039]上記のように、本発明の実施形態は、力及び／又は位置情報を検知するための様々な異なる種類及び配列の容量性センサ電極により実装することができる。いくつかの例を挙げると、入力デバイスは、典型的には、一方の方向（例えば、「Ｘ」方向）で感知するための電極が第１の層上に形成され、その一方で、別の方向（例えば、「Ｙ」方向）で感知するための電極が第２の層上に形成される、複数の基板層上に形成される電極配列により、実装することができる。他の実施形態において、Ｘ及びＹの両方の感知のためのセンサ電極を同じ層上に形成することができる。さらに他の実施形態において、センサ電極は、一方の方向だけ、例えば、Ｘ又はＹ方向のいずれかで感知するために配列することができる。さらに別の実施形態において、センサ電極は、一例として「г」及び「θ」など、極座標で位置情報を提供するように配列することができる。これらの実施形態において、センサ電極自体は、「θ」を提供するために通常円又は他のループになった形状で配列され、個々のセンサ電極の形状は「ｒ」を提供するために使用される。
【００３６】
[0040]また、細線、長方形、菱形、楔形などの形状をした電極を含む、様々な異なる形状のセンサ電極を使用することができる。最後に、センサ電極を形成するために様々な導電性材料及び製作技術を使用することができる。一例として、センサ電極は、基板上の導電性インクの堆積及びエッチングによって形成される。
【００３７】
[0041]いくつかの実施形態において、入力デバイスは、デバイスと相互作用するユーザの接触領域及び位置を検知するように構成されたセンサデバイスを含む。入力センサデバイスは、センサデバイスの入力表面（又は感知領域）に対する手及びいずれかの指の位置及び動きなどのユーザに関する位置情報を検知するようにさらに構成することができる。
【００３８】
[0042]いくつかの実施形態において、入力デバイスは、間接相互作用デバイスとして使用される。間接相互作用デバイスは、入力デバイスとは別個であるディスプレイ、例えば、ラップトップコンピュータのタッチパッド上のＧＵＩ動作を制御することができる。一実施形態において、入力デバイスは、直接相互作用デバイスとして動作することができる。直接相互作用デバイスは、近接センサ、例えば、タッチ画面の下にあるディスプレイ上のＧＵＩ動作を制御する。入力デバイスの完全動作を混乱させ又は妨げることがある間接モードと直接モードとの間に様々な有用性の差がある。例えば、間接入力デバイスは、入力物体を近接センサの上で動かすことによってカーソルをボタンの上に位置決めするのに使用することができる。入力の運動がディスプレイ上の応答と重なり合わないので、これは間接的に行われる。同様の場合において、直接相互作用デバイスは、入力物体をタッチ画面上の所望のボタンの上で又は上に直接配置することによってカーソルをボタンの上に位置決めするのに使用することができる。
【００３９】
[0043]次に図１及び２を参照すると、処理システム１１０は、センサモジュール２０２と決定モジュール２０４とを含む。センサモジュール２０２は、入力デバイス１００及び感知領域１２０に関連付けられたセンサを動作させるように構成される。例えば、センサモジュール２０２は、センサ信号を送信し、結果として生じる信号を感知領域１２０に関連付けられたセンサから受信するように構成することができる。決定モジュール２０４は、データ（例えば、結果として生じる信号）を処理し、感知領域１２０と相互作用する入力物体の位置情報及び力情報を決定するように構成される。本発明の実施形態は、ホストデバイスの様々な異なる機能を可能にするのに使用することができる。具体的には、本発明の実施形態は、カーソルの位置決め、スクローリング、ドラッグ、アイコンの選択、デスクトップ上のウィンドウを閉じること、コンピュータを節電モードにすることを可能にし、又は任意の他の種類のモードスイッチ若しくはインターフェース動作を実施するのに使用することができる。
【００４０】
[0044]図３は、表面シート３０２（例えば、マイラー）と、タッチ受信機電極層３０６及び送信機電極層３０８を含むＰＥＴセンサ層３０４と、複数の隆起した構造（突起）３１２を含む変形可能層３１０と、複数の力受信機電極３１６の間に挿入された貫通孔３１８の配列を含むＺセンサ層３１４と、硬質（例えば、金属）補強層３２２とを含む力対応センサ積層構成３００の概略的断面図である。表面シート３０２及び変形可能層３１０は、以下により詳細に説明するように、入力表面に印加された力に応答して局部的に下方に撓み、以て送信機電極３０８のうちの少なくとも１つを力受信機電極３１６に向かって移動させるように構成される。表面シート３０２は、接着剤層３２４によってＰＥＴセンサ層３０４に固定することができ、Ｚセンサ層３１４は、接着剤層３２０によって補強層３２２に固定することができ、ＰＥＴセンサ層３０４の外周は、接着剤層３２４によって補強層３２２の外周に固定することができる。
【００４１】
[0045]タッチ受信機電極層３０６及び送信機電極層３０８は、導電性入力物体の位置を表すタッチ画像を生じるために容量結合されることを当業者は理解するであろう。
【００４２】
[0046]各突起３１２を対応する貫通孔（開口）３１８に位置合わせすることによって、矢印３４０に沿って入力物体（例えば、指）によって印加された圧力により、各突起の下の領域が対応する貫通孔３１８中に強く動かされ、印加された力が取り除かれたとき、変形可能層３１０の弾性「鼓膜」動作によって元に戻る。印加された力の結果として、印加された力に近接した少なくとも１つの送信機電極３０８と少なくとも１つの力受信機電極３１６との間の距離は減少し、一般には印加された力の量に比例した容量性信号を生じる。様々な実施形態において、狭い局部撓みゾーンは、均一な及び反復可能な力の測定値を生じる。
【００４３】
[0047]図４は、複数の水平に延びる力受信機電極４１６の間に挿入された貫通孔４１８の配列を含むＺセンサ層４１４の上にある、複数の上向きの隆起した構造（突起）４１２を有する透明な変形可能層の上面図であり、実施形態による、突起と貫通孔との位置合わせを示す。より具体的には、各突起４１２は、各貫通孔４１４に位置合わせされて示されるが、突起の数は、代替案として、貫通孔の数よりも大きくても又は小さくてもよい。
【００４４】
[0048]図５は、本発明の実施形態による、下にある貫通孔に対する変形可能層上の突起の位置合わせを容易にするための下向き突起をさらに含む、図３に示すものと全体的に類似した入力デバイスセンサ積層構成５００の断面図である。より詳細には、センサ積層構成５００は、表面シート５０２と、ＰＥＴセンサ層と、複数の隆起した構造（突起）５１２を含む変形可能層５１０と、複数の力受信機電極５１６の間に挿入された貫通孔５１８の配列を含むＺセンサ層５１４と、硬質（例えば、金属）補強層５２２とを含む。さらに、変形可能層５１０は、好ましくは感知領域の外周（例えば、角）における又は感知領域の外周の近くの、対応する貫通孔５１８と嵌め込み係合するように構成された、突起５１７、５１９などの１つ又は複数の下向き構造も含む。このようにして、変形可能層は、製造の間に、下にあるセンサ層と精密に位置合わせすることができ、具体的には、上向き突起５１２の中心線をそれらの対応する貫通孔５１８の中心線に位置合わせすることができる。
【００４５】
[0049]このようにして、電子システムのための入力デバイスが提供され、入力デバイスは、ｉ）入力表面及びｉｉ）第１の複数のセンサ電極を含む第１の基板を有する柔軟な構成要素と、柔軟な構成要素から離隔された支持基板と、第２の複数のセンサ電極及び複数の開口を有する第２の基板と、柔軟な構成要素と支持基板との間に配設され、第２の基板の開口に位置合わせされ第２の基板の開口の反対方向に向いた複数の隆起したフィーチャを有する間隔層とを含む。
【００４６】
[0050]実施形態において、間隔層は、入力表面に印加された力に応答して局部的に変形するように構成され、入力表面に印加された力に応答して、間隔層の一部分が第２の基板の開口によって画定された容積内に撓まれる。
【００４７】
[0051]実施形態において、第１の複数のセンサ電極は、入力デバイスの感知領域における入力物体の位置情報を検知するように構成される。
【００４８】
[0052]実施形態において、第１の複数のセンサ電極の第１のサブセットは、第１の複数のセンサ電極の第２のサブセットより上に配設される。
【００４９】
[0053]実施形態において、第１のサブセット及び第２のサブセットは、第１の基板の互いに対向する側又は第１の基板の同じ側のいずれかに配設される。
【００５０】
[0054]実施形態において、第２の複数のセンサ電極及び第１の複数のセンサ電極の第２のサブセットは、柔軟な構成要素の入力表面に与えられた力を検知するように構成される。
【００５１】
[0055]実施形態において、第１の複数のセンサ電極の第２のサブセットは、第２の複数のセンサ電極を第１の複数のセンサ電極の第１のサブセットから電気的に遮蔽するように構成される。
【００５２】
[0056]実施形態において、複数の開口は、第２の基板を貫通して延びる第１の配列の規則的間隔の開口を備え、第２の複数のセンサ電極の第１のサブセットは、第１の方向に沿って延び、第１の配列の開口の間に挿入された第２の配列の電極を備える。
【００５３】
[0057]実施形態において、複数の隆起したフィーチャは、第１の配列の開口に位置合わせして配設された実質的に硬質の突起を備える。
【００５４】
[0058]実施形態において、硬質の突起は、第１の配列の開口と重なり合う。
【００５５】
[0059]処理システムが、入力表面及び第１の複数のセンサ電極を有する柔軟な構成要素と、柔軟な構成要素から離隔された支持基板と、第２の複数のセンサ電極及び複数の開口を有する第２の基板と、柔軟な構成要素と支持基板との間に配設され、第２の基板の開口に位置合わせされ第２の基板の開口の反対方向に向いた複数の隆起したフィーチャを有する間隔層とを含む種類の入力デバイスに使用するためにも提供される。処理システムは、第１の及び第２の複数のセンサ電極に通信可能に結合され、第１の複数のセンサ電極の第１のサブセットからの第１の種類の結果として生じる信号と、第２の複数のセンサ電極からの第２の種類の結果として生じる信号とを決定するように構成され、第１の種類の結果として生じる信号は、入力表面に近接した入力物体の効果を含み、さらに、第２の種類の結果として生じる信号は、入力表面に印加された力の効果を含む。
【００５６】
[0060]実施形態において、処理システムは、第１の及び第２の種類の結果として生じる信号からの近接画像と力画像とを決定し、近接画像及び力画像のうちの少なくとも１つに基づいてユーザインターフェース動作を決定するようにさらに構成される。
【００５７】
[0061]実施形態において、処理システムは、感知信号を第１の複数のセンサ電極の第２のサブセット上に駆動し、第１の種類の結果として生じる信号を第１の複数のセンサ電極の第１のサブセットから受信し、第２の種類の結果として生じる信号を第２の複数のセンサ電極から受信するようにさらに構成される。
【００５８】
[0062]実施形態において、第１の種類の結果として生じる信号は、第１の複数のセンサ電極の第１のサブセットと第２のサブセットとの間の容量性結合の効果を含み、第２の種類の結果として生じる信号は、第１の複数のセンサ電極の第２のサブセットと第２の複数のセンサ電極との間の容量性結合の効果を含む。
【００５９】
[0063]実施形態において、第１の複数のセンサ電極の第２のサブセットは、第２の複数のセンサ電極を第１の複数のセンサ電極の第１のサブセットから電気的に遮蔽するように構成される。
【００６０】
[0064]柔軟な入力表面と、第１の複数のセンサ電極を有する第１の基板と、第２の複数のセンサ電極及び複数の開口を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配設され、第２の基板の開口に位置合わせされ第２の基板の開口の反対方向に向いた複数の隆起したフィーチャを有する間隔層と、第１の及び第２の複数のセンサ電極に通信可能に結合され、第１の複数のセンサ電極の第１のサブセットからの第１の種類の結果として生じる信号と、第２の複数のセンサ電極からの第２の種類の結果として生じる信号とを決定するように構成された処理システムとを含む、入力デバイスが提供され、第１の種類の結果として生じる信号は、入力表面に近接した入力物体の効果を含み、第２の種類の結果として生じる信号は、入力表面に印加された力の効果を含む。
【００６１】
[0065]実施形態において、入力表面に印加された力に応答して、間隔層は局部的に変形し、間隔層の一部分は、第２の基板の開口によって画定された容積内に撓まれる。
【００６２】
[0066]実施形態において、複数の開口は、第２の基板を貫通して延びる規則的間隔の配列の開口を備え、第２の複数のセンサ電極の第１のサブセットは、第１の方向に沿って延び、開口の配列の間に挿入された電極の配列を備え、第２の複数のセンサ電極は、第１の方向に対して実質的に直角の第２の方向に沿って延びる電極の配列を備える。
【００６３】
[0067]実施形態において、処理システムは、感知信号を第１の複数のセンサ電極の第２のサブセット上に駆動し、第１の種類の結果として生じる信号を第１の複数のセンサ電極の第１のサブセットから受信し、第２の種類の結果として生じる信号を第２の複数のセンサ電極から受信するように構成される。
【００６４】
[0068]本明細書に記載した実施形態及び例は、本発明及びその特定の適用を最もよく説明し、以て当業者が本発明を製作し使用することを可能にするために提示される。しかし、上述の説明及び例は、例示及び例だけのために提示されていることを当業者は認識するであろう。記載した説明は、網羅的であること、及び開示した精密な形態に本発明を限定することが意図されていない。本発明の他の実施形態、使用、及び利点は、開示された本発明の明細書及び実施から当業者には明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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