(57)【要約】【課題】少数の電極を使用して、加えられた力の存在、大きさ、及び位置を検出できる力センサを提供する。【解決手段】装置は、力センサ回路及びコントローラを含む。力センサ回路は、基板上に配置された第１、第２、第３、及び第４の電極を含む。第１及び第２の電極は、セルの横列の第１及び第２のセルに広がる。第３及び第４の電極は、セルの縦列の第３及び第４のセルに広がる。第１の電極は、第２のセルよりも第１のセルで大きな領域を占める。第２の電極は、第１のセルよりも第２のセルで大きな領域を占める。第３の電極は、第４のセルよりも第３のセルで大きな領域を占める。第４の電極は、第３のセルよりも第４のセルで大きな領域を占める。コントローラは、力センサ回路から伝えられる信号に基づいて力及びこの力の位置を検出する。【選択図】図１
2017223671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力センサ回路を備える装置であって、前記力センサ回路は、
基板と、
前記基板上に配置された第１の電極であって、前記第１の電極は、セルの横列の第１のセル及び第２のセルに広がり、前記第１のセル及び前記第２のセルは、実質的に同じサイズであり、前記第１の電極は、前記第１の電極が前記第２のセルにおいて占めるよりも前記第１のセルにおいてより大きな領域を占める、第１の電極と、
前記基板上に配置された第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１のセル及び前記第２のセルに広がり、前記第２の電極は、前記第２の電極が前記第１のセルにおいて占めるよりも前記第２のセルにおいてより大きな領域を占める、第２の電極と、
前記基板上に配置された第３の電極であって、前記第３の電極は、セルの縦列の第３のセル及び第４のセルに広がり、前記第３のセル及び前記第４のセルは、実質的に同じサイズであり、前記第３の電極は、前記第３の電極が前記第４のセルにおいて占めるよりも前記第３のセルにおいてより大きな領域を占める、第３の電極と、
前記基板上に配置された第４の電極であって、前記第４の電極は、前記第３のセル及び前記第４のセルに広がり、前記第４の電極は、前記第４の電極が前記第３のセルにおいて占めるよりも前記第４のセルにおいてより大きな領域を占める、第４の電極と、
前記力センサ回路から伝えられる信号に基づいて力及び前記力の位置を検出するように構成されたコントローラと、
を含む、装置。
【請求項２】
前記第１の電極に接続された第１のトラックと、
前記第２の電極に接続された第２のトラックと、
前記第３の電極に接続された第３のトラックと、
前記第４の電極に接続された第４のトラックと、
を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コントローラは、
前記第１の電極の第１の信号と前記第２の電極の第２の信号との第１の比率と、
前記第３の電極の第３の信号と前記第４の電極の第４の信号との第２の比率と、
に基づいて前記力の前記位置を検出するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極、及び前記第４の電極の各々は、本体から延びる複数のフィンガー部を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の電極の前記複数のフィンガー部のうちの第１のフィンガー部の長さは、前記第１の電極の前記複数のフィンガー部のうちの第２のフィンガー部の長さとは異なり、前記第１のフィンガー部は前記第１のセルにあり、前記第２のフィンガー部は前記第２のセルにある、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラは、
前記第１のセルの前記第１の電極及び前記第２の電極の信号に基づいて前記力の水平位置を特定し、
前記第３のセルの前記第３の電極及び前記第４の電極の信号に基づいて前記力の垂直位置を特定する、
ように更に構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のセルの前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記基板の第１の面上に配置され、
前記第１のセルの前記第３の電極及び前記第４の電極は、前記基板の第２の面上に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のセルは、４つの電極だけを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記第３の電極及び前記第４の電極と実質的に同じ大きさの領域を占める、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記セルの横列において前記第１の電極及び前記第２の電極が占める領域の大きさは、前記セルの縦列において前記第３の電極及び前記第４の電極が占める領域の大きさと実質的に等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
基板と、
前記基板上に配置された第１の電極であって、前記第１の電極は、セルの横列の第１のセル及び第２のセルに広がり、前記第１のセル及び前記第２のセルは、実質的に同じサイズであり、前記第１の電極は、前記第１の電極が前記第２のセルにおいて占めるよりも前記第１のセルにおいてより大きな領域を占める、第１の電極と、
前記基板上に配置された第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１のセル及び前記第２のセルに広がり、前記第２の電極は、前記第２の電極が前記第１のセルにおいて占めるよりも前記第２のセルにおいてより大きな領域を占める、第２の電極と、
前記基板上に配置された第３の電極であって、前記第３の電極は、セルの縦列の第３のセル及び第４のセルに広がり、前記第３のセル及び前記第４のセルは、実質的に同じサイズであり、前記第３の電極は、前記第３の電極が前記第４のセルにおいて占めるよりも前記第３のセルにおいてより大きな領域を占める、第３の電極と、
前記基板上に配置された第４の電極であって、前記第４の電極は、前記第３のセル及び前記第４のセルに広がり、前記第４の電極は、前記第４の電極が前記第３のセルにおいて占めるよりも前記第４のセルにおいてより大きな領域を占める、第４の電極と、
を含む、力センサ。
【請求項１２】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記第３のセル及び前記第４のセルに広がり、
前記第３の電極及び前記第４の電極は、前記第１のセル及び前記第２のセルに広がる、請求項１１に記載の力センサ。
【請求項１３】
前記第１の電極に接続された第１のトラックと、
前記第２の電極に接続された第２のトラックと、
前記第３の電極に接続された第３のトラックと、
前記第４の電極に接続された第４のトラックと、
を更に備える、請求項１１に記載の力センサ。
【請求項１４】
前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極、及び前記第４の電極の各々は、本体から延びる複数のフィンガー部を備える、請求項１１に記載の力センサ。
【請求項１５】
前記第１の電極の前記複数のフィンガー部のうちの第１のフィンガー部の長さは、前記第１の電極の前記複数のフィンガー部のうちの第２のフィンガー部の長さとは異なり、前記第１のフィンガー部は前記第１のセルにあり、前記第２のフィンガー部は前記第２のセルにある、請求項１４に記載の力センサ。
【請求項１６】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記基板の第１の面上に配置され、
前記第１のセルの前記第３の電極及び前記第４の電極は、前記基板の第２の面上に配置される、請求項１１に記載の力センサ。
【請求項１７】
前記第１のセルは、４つの電極だけを含む、請求項１１に記載の力センサ。
【請求項１８】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記第３の電極及び前記第４の電極と実質的に同じ大きさの領域を占める、請求項１１に記載の力センサ。
【請求項１９】
前記セルの横列において前記第１の電極及び前記第２の電極が占める領域の大きさは、前記セルの縦列において前記第３の電極及び前記第４の電極が占める領域の大きさと実質的に等しい、請求項１１に記載の力センサ。
【請求項２０】
力センサ回路を備える装置であって、前記力センサ回路は、
基板と、
前記基板上に配置された第１の電極であって、前記第１の電極は、セルの横列の第１のセル及び第２のセルに広がり、前記第１のセル及び前記第２のセルは、実質的に同じサイズであり、前記第１の電極は、前記第１の電極が前記第２のセルにおいて占めるよりも前記第１のセルにおいてより大きな領域を占める、第１の電極と、
前記基板上に配置された第２の電極であって、前記第２の電極は、前記第１のセル及び前記第２のセルに広がり、前記第２の電極は、前記第２の電極が前記第１のセルにおいて占めるよりも前記第２のセルにおいてより大きな領域を占める、第２の電極と、
前記基板上に配置された第３の電極であって、前記第３の電極は、セルの縦列の第３のセル及び第４のセルに広がり、前記第３のセル及び前記第４のセルは、実質的に同じサイズであり、前記第３の電極は、前記第３の電極が前記第４のセルにおいて占めるよりも前記第３のセルにおいてより大きな領域を占める、第３の電極と、
前記基板上に配置された第４の電極であって、前記第４の電極は、前記第３のセル及び前記第４のセルに広がり、前記第４の電極は、前記第４の電極が前記第３のセルにおいて占めるよりも前記第４のセルにおいてより大きな領域を占める、第４の電極と、
前記力センサ回路から伝えられる信号に基づいて力及び前記力の位置を検出するように構成されたコントローラと、
前記第１の電極を前記コントローラに接続する第１のトラックと、
前記第２の電極を前記コントローラに接続する第２のトラックと、
前記第３の電極を前記コントローラに接続する第３のトラックと、
前記第４の電極を前記コントローラに接続する第４のトラックと、
を備え、
前記第１のセルは、４つの電極だけを含み、
前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極、及び前記第４の電極の各々は本体から延びる複数のフィンガー部を含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に力検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例示的なシナリオでは、力センサは、ディスプレイスタック内に統合された力センサアレイの力感知領域内に加えられた力の存在及び位置を検出する。力感知ディスプレイ用途において、力センサアレイによって、ユーザは、マウス又はタッチパッドを用いて間接的ではなく、スクリーン上に表示されたものと直接、対話を行うことができる。力センサは、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン、衛星ナビゲーション装置、携帯型メディアプレーヤー、携帯型ゲーム機、キオスクコンピュータ、ＰＯＳ装置（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｓａｌｅ  ｄｅｖｉｃｅ）又は他の装置の一部として取り付けられるか又は設けられる。家庭用又は他の用途の制御パネルが力センサを含むことができる。
【０００３】
一例として、物体がスクリーンの力センサの力感知領域内でスクリーンに対して物理的に力を加える場合（例えば、スクリーンのカバー層を物理的に押すことで）、力センサの力感知領域内の物体の位置に対応する力センサの位置でのスクリーン内に静電容量の変化が生じる。力コントローラは、静電容量の変化を処理して力センサ内（例えば、力センサの力センサアレイ内）の静電容量の変化位置を特定する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本開示の実施形態による、力センサを含む例示的なシステムを示す。
【図２】本開示の実施形態による、力センサを収容する例示的なデバイスを示す。
【図３】本開示の実施形態による、力センサを含む例示的なデバイスの機械的スタックを示す。
【図４】本開示の実施形態による、例示的な力検出システムを示す。
【図５Ａ】本開示の実施形態による、例示的な力検出アレイを示す。
【図５Ｂ】本開示の実施形態による、例示的な力検出アレイのセルを示す。
【図６Ａ】本開示の実施形態による、例示的な力検出システムを示す。
【図６Ｂ】本開示の実施形態による、例示的な力検出システムを示す。
【図７Ａ】本開示の実施形態による、例示的な力検出アレイを示す。
【図７Ｂ】本開示の実施形態による、例示的な力検出アレイのセルを示す。
【図８Ａ】本開示の実施形態による、例示的な力検出アレイを示す。
【図８Ｂ】本開示の実施形態による、例示的な力検出アレイのセルを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本特許又は出願ファイルは、少なくとも１つのカラー図面を含む。このカラー図面を含む特許又は出願公開のコピーは、要請して料金を支払うことによって特許庁から提供されることになる。
【０００６】
本開示及び利点をより完全に理解するために、添付図面と併せて以下の説明を参照する。
【０００７】
特定のデバイスは、加えられた力の存在及び位置の両方を検出することができる力センサを含む。この力は、例えば、指及び／又はスタイラスなどの物体をデバイスに押し付けることでデバイスに加えることができる。力センサは、力の位置及び／又は地点、並びに場合によっては力の大きさを検出することができる。次に、デバイスは、力の位置及び大きさに応答する。例えば、デバイスは、このデバイスに大きな力が加えられた場合に、アプリケーションを閉じることができる。他の例として、デバイスは、デバイスの特定の部分に小さな力が加えられた場合に、ディスプレイのコントラストを高くすることができる。
【０００８】
既存の力センサは、電極アレイを実装することで力を検出することができる。力がデバイスに加えられた場合、加えられた力に近接する電極は、例えば、各電極の間の相互の静電容量の変化又は自己静電容量の変化といった静電容量の変化を受けることになる。静電容量の変化は、デバイスで検出することができる。次に、デバイスは、検出した力を処理して応答することができる。
【０００９】
既存の力センサアレイの１つの課題は、力センサの電極をデバイスのコントローラに接続するために使用されるトラック数である。既存の力センサにおいて、力センサの各電極は、少なくとも１つのトラックを介してコントローラに接続する。既存の力センサは力検出を実行するために多数の電極を使用するので、トラック数も多数である。このトラック数は、デバイス内の他の構成要素を収容するための利用可能空間の低減につながる。その結果、力センサは、デバイス内に実装される特徴部の減少を引き起こす。さらに、このトラック数は、デバイスがより多くのピン、場合によっては専用の力検出システムを使用するので高い製造コストにつながる。
【００１０】
本開示は、加えられた力の存在、大きさ、及び位置を検出できる力センサを意図する。力センサは、この力検出を最大４つの電極を使用して実行する。その結果、４つだけのトラックを使用して力センサをコントローラに接続する。トラック数の減少により、デバイス内の他の特徴部及び／又はハードウェアを実装するための利用可能空間が増大する。加えて、４つの電極を使用することで、同じデバイス内のタッチセンサと同じコントローラ及び／又は集積回路を使用して力センサを実装することが可能になる。力センサ及びデバイスは、図１から８Ｂを用いて以下に詳細に説明する。デバイスは、図１から３を用いて説明する。図４は、既存の力センサの実施構成を説明する。意図される力センサは、図５Ａから８Ｂを用いて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本開示の実施形態による、力センサ１０２を含む例示的なシステム１００を示す。力センサ１０２は、力センサアレイ１０６及び力コントローラ１０８を含む。力センサアレイ１０６及び力コントローラ１０８は、力センサアレイ１０６の力感知領域内の力の存在及び位置を検出する。
【００１２】
力センサアレイ１０６は、１又は２以上の力感知領域を含む。１つの実施形態において、力センサアレイ１０６は、誘電材料で作られた１又は２以上の基板上に配置された電極アレイを含む。力センサアレイへの言及は、力センサアレイ１０６の電極及びこれらが配置された基板の両方を含むことができる。もしくは、力センサアレイへの言及は、力センサアレイ１０６の電極を含むことができるが、これらが配置される基板は含まない。
【００１３】
１つの実施形態において、電極は、例えば、円板、正方形、矩形、細線、他の形状、又はこれらを組み合わせた形状などを形成する導電体領域である。１又は２以上の導電体層の１又は２以上のカット部は、少なくとも部分的に電極の形状を作り、この形状領域は、少なくとも部分的にこのカット部で囲まれる。１つの実施形態において、電極導電体は、その形状領域の約１００％を占める。例えば、電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で作られており、電極のＩＴＯは、その形状領域の約１００％を占める（１００％充填と呼ばれる場合がある）。１つの実施形態において、電極導電体はその形状領域の１００％未満を占める。例えば、電極は、例えば、銅、銀、もしくは銅系又は銀系材料などの金属又は他の導電体材料の細線（ＦＬＭ）で作ることができ、導電体の細線は、ハッチング、メッシュ、又は他のパターンでその形状領域の約５％を占めることができる。ＦＬＭへの言及は、このような材料を含む。１つの実施形態において、電極は、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）タイプの材料で作られる（例えば、基板の１又は２の層／表面の固体銅領域）。本開示は、特定のパターンを有する特定の充填割合の特定の形状を形成する特定の導電体で作られた特定の電極を記載又は例示するが、本開示は、何らかの組み合わせの、他のパターンを有する他の充填割合の他の形状を形成する他の導電体で作られた電極を意図している。
【００１４】
力センサアレイ１０６の電極（又は他の要素）の形状は、全体的に又は部分的に、力センサアレイ１０６の１又は２以上の巨視的特徴部を構成する。これらの形状の実施構成の１又は２以上の特徴（例えば、形状内の導電体、充填材、又はパターンなど）は、全体的に又は部分的に、力センサアレイ１０６の１又は２以上の微視的特徴部を構成する。力センサアレイ１０６の１又は２以上の巨視的特徴部は、その機能性の１又は２以上の特徴を決定することができ、力センサアレイ１０６の微視的特徴部は、透過、屈折、又は反射などの力センサアレイ１０６の１又は２以上の光学的特徴を決定することができる。
【００１５】
本開示は多数の例示的な電極を説明するが、本開示は、これらの例示的な電極に限定されず、他の電極を実装することができる。加えて、本開示は、特定のノードを形成する特定の電極の特定の構成を含む多数の例示的な実施形態を説明するが、本開示はこれらの例示的な実施形態に限定されず、他の構成を実装することができる。１つの実施形態において、多数の電極は、同じ基板の同じ又は異なる表面に配置される。追加的に又は代替的に、異なる電極を異なる基板上に配置することができる。本開は、特定の例示的なパターンで配列された特定の電極を含む多数の例示的な実施形態を説明するが、本開示は、これらの例示的なパターンに限定されず、他の電極パターンを実装することができる。
【００１６】
機械的スタックは、基板（又は複数の基板）及び力センサアレイ１０６の電極を形成する導電体を含む。例えば、機械的スタックは、カバーパネルの真下の光学透明粘着（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｃｌｅａｒ  ａｄｈｅｓｉｖｅ）（ＯＣＡ）の第１の層を含むことができる。カバーパネルは、例えば、ガラス、ポリカーボネート、又はポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）などの透明で弾性材料で作ることができる。本開示は、何らかの材料で作られたカバーパネルを意図している。ＯＣＡの第１の層は、カバーパネルと、電極を形成する導電体を備えた基板との間に配置される。また、機械的スタックは、ＯＣＡの第２の層と、誘電体層（電極を形成する導電体を備えた基板と同じように、ＰＥＴ又は他の材料で作ることができる）を含むことができる。代替的に、ＯＣＡの第２の層及び誘電体層の代わりに誘電材料の薄膜を塗布することができる。ＯＣＡの第２の層は、電極を作る導電体を備えた基板と誘電体層との間に配置することができ、誘電体層は、ＯＣＡの第２の層と、力センサアレイ１０６及び力コントローラ１０を含むディスプレイデバイスに対する空隙との間に配置することができる。例えば、カバーパネルの厚さは約１ミリ（ｍｍ）とすることができ、ＯＣＡの第１の層の厚さは、約０．０５ｍｍとすることができ、電極を形成する導電体を備えた基板の厚さは約０．０５ｍｍとすることができ、ＯＣＡの第２の層の厚さは、約０．０５ｍｍとすることができ、誘電体層の厚さは約０．０５ｍｍとすることができる。
【００１７】
本開示は、特定の材料で作られて特定の厚さの特定の数の特定の層を備えた特定の機械的スタックを説明するが、本開示は、何らかの材料で作られて何らかの厚さを有する何らかの数の何らかの層を備えた他の機械的スタックを意図している。例えば、１つの実施形態において、前述の誘電体層、ＯＣＡの第２の層、及び空隙は、粘着層又は誘電体層に置き換えることができ、ディスプレイには空隙がない。
【００１８】
力センサアレイ１０６の基板の１又は２以上の部分は、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）又は他の材料で作ることができる。本開示は、何らかの材料で作られた部分を含む何らかの基板を意図している。１つの実施形態において、力センサアレイ１０６の１又は２以上の電極は、全体的に又は部分的にＩＴＯで作られている。追加的に又は代替的に、力センサアレイ１０６の１又は２以上の電極は、金属又は他の導電体の細線で作られる。例えば、導電体の１又は２以上の部分は、銅又は銅系で作ることができ、約５ミクロン（μｍ）又はそれ未満の厚さ、及び約１０μｍ又はそれ未満の幅を有することができる。他の実施例では、導電体の１又は２以上の部分は、銀又は銀系とすることができ、同様に約５μｍ又はそれ未満の厚さ、及び約１０μｍ又はそれ未満の幅を有することができる。本開示は、何らかの材料で作られた電極を意図している。
【００１９】
１つの実施形態において、力センサアレイ１０６は、容量性力検出の形態を実装する。相互−静電容量の実施構成において、力センサアレイ１０６は、容量性ノードのアレイを形成するドライブ及びセンス電極のアレイを含むことができる。ドライブ電極及びセンス電極は、容量性ノードを形成することができる。容量性ノードを形成するドライブ及びセンス電極は、互いに近接して位置付けられるが互いに電気的に接触しない。代わりに、ドライブ電極に印加される信号に応答して、例えば、ドライブ及びセンス電極は、これらの間の空間を横切って互いに容量的に結合される。ドライブ電極に印加された（力コントローラ１０８によって）パルス電圧又は交流電圧は、センス電極上に電荷を誘発し、誘発された電荷量は、外的の影響（力又は物体の近接）を受けやすい。ドライブ及びセンス電極は、力が材料に加えられた場合に縮む可撓性材料で分離される。物体が容量性ノードの近くの範囲内を押すか又は力を加える場合、この材料は縮んで、容量性ノードの近くでドライブ電極とセンス電極との間の距離が短くなり、容量性ノードでの静電容量の変化につながる。力コントローラ１０８は静電容量の変化を測定する。アレイ全体の静電容量の変化を測定することで、力コントローラ１０８は、力センサアレイ１０６の力感知領域内での力の位置又は近接性を決定する。
【００２０】
自己−静電容量実施構成において、力センサアレイ１０６は、各々が容量性ノードを形成する単一タイプの電極アレイを含むことができる。物体が、容量性ノードの近くの範囲内で力を加える場合、自己−静電容量の変化が容量性ノードで生じる可能性があり、力コントローラ１０８は、例えば、容量性ノードにおいて電圧を所定量だけ上昇させるように遂行される電荷量の変化として静電容量の変化を測定する。相互−静電容量実施構成と同様に、アレイ全体の静電容量の変化を測定することで、力コントローラ１０８は、力センサアレイ１０６の力感知領域内での力の位置又は近接性を決定する。本開示は、何らかの容量性力検出の形態を意図している。
【００２１】
１つの実施形態において、力センサアレイ１０６は、単一基板の片面に所定のパターンで配置された電極を含む。この構成において、その間の空間を横切って互いに容量結合された一対の電極は、容量性ノードを形成する。例示的な自己−静電容量の実施構成として、単一タイプの電極は、単一基板上にパターン配置される。単一基板の片側にパターン配置された電極を有することに加えて又はその代わりに、力センサアレイ１０６は、基板の片側にパターン配置された電極と、この基板の反対側にパターン配置された電極とを有することができる。この構成において、電極の交点は容量性ノードを形成する。この交点は、それぞれの平面において電極が互いに「交差する」又は最も近づく位置である。電極は、互いに電気的に接触せず、代わりに交点において誘電体を横切って互いに容量結合される。本開示は、特定のノードを形成する特定の電極の特定の構成を説明するが、本開示は、ノードを形成する電極の他の構成を意図している。さらに、本開示は、何らかのパターンで何らかの数の基板上に配置された他の電極を意図している。
【００２２】
前述のように、力センサアレイ１０６の容量性ノードでの静電容量の変化は、その容量性ノードの位置での力入力を示すことができる。力コントローラ１０８は、静電容量の変化を検出及び処理して力又は近接入力の存在及び位置を特定する。１つの実施形態において、次に、力コントローラ１０８は、力又は近接入力に関する情報を、力センサアレイ１０６及び力コントローラ１０８を含むデバイスの１又は２以上の他の構成要素（例えば、１又は２以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ））に伝え、これは、デバイスの機能（又はデバイス上で動作するアプリケーション）を起動することで力又は近接入力に応答することができる。本開示は、特定のデバイス及び特定の力センサ１０２に関して特定の機能を有する特定の力コントローラ１０８を説明するが、本開示は、何らかのデバイス及び何らかの力センサに関して何らかの機能性を有する他の力コントローラを意図している。
【００２３】
１つの実施形態において、力コントローラ１０８は、例えば、汎用マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックデバイス又はアレイ、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）などの１又は２以上の集積回路（ＩＣ）として実装される。力コントローラ１０８は、アナログ回路、デジタルロジック、及びデジタル不揮発性メモリの何らかの組み合わせを備える。１つの実施形態において、力コントローラ１０８は、以下に示すような力センサアレイ１０６の基板上に接合されたフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）上に配置される。ＦＰＣは、能動的又は受動的とすることができる。１つの実施形態において、複数の力コントローラ１０８がＦＰＣ上に配置される。
【００２４】
例示的な実施構成において、力コントローラ１０８は、プロセッサユニット、ドライブユニット、センスユニット、及び記憶ユニットを含む。この実施構成において、ドライブユニットは、力センサアレイ１０６のドライブ電極にドライブ信号を供給し、センスユニットは、力センサアレイ１０６の容量性ノードでの電荷を検出して、容量性ノードでの静電容量を示す測定信号をプロセッサユニットに供給する。プロセッサユニットは、ドライブユニットによるドライブ信号のドライブ電極への供給を制御して、センスユニット測定信号を処理して、力センサアレイ１０６の力感知領域内の力又は近接入力の存在及び位置を検出及び処理する。また、プロセッサユニットは、力センサアレイ１０６の力感知領域内の力又は近接入力の位置の変化を追跡する。記憶ユニットは、プロセッサユニットでの実行に向けて、ドライブユニットを制御してドライブ信号をドライブ電極に供給するためのプログラミング、センスユニットからの測定信号を処理するためのプログラミング、及び他のプログラミングを含むプログラミングを記憶する。本開示は、特定の構成要素を備える特定の実施構成を有する特定の力コントローラ１０８を説明するが、本開示は、他の構成要素を備える他の実施構成を有する力コントローラを意図している。
【００２５】
また、力センサアレイ１０６の基板上に配置された導電体のトラック１１０は、力センサアレイ１０６の電極を、力センサアレイ１０６の基板上に配置された接続パッド１１２に接続する。以下に説明するように、接続パッド１１２はトラック１１０を力コントローラ１０８に接続するのを容易にする。トラック１１０は、力センサアレイ１０６の力感知領域に又はその周りに（例えば、その縁部に）広がることができる。１つの実施形態において、特定のトラック１１０は、力コントローラ１０８を力センサアレイ１０６の電極に接続するための接続部(connection)を提供する。トラック１１０は、金属又は他の導電体の細線で作ることができる。例えば、トラック１１０の導電体は、銅又は銅系とすることができ、約１００μｍ又はそれ未満の幅を有することができる。他の実施例では、トラック１１０の導電体は、銀又は銀系とすることができ、約１００μｍ又はそれ未満の幅を有することができる。１つの実施形態において、トラック１１０は、金属又は他の導電体の細線に加えて又はその代わりに、全体的に又は部分的にＩＴＯで作ることができる。本開示は、特定の幅の特定の材料で作られた特定のトラックを説明するが、本開示は、他の材料で作られた及び／又は他の幅のトラックを意図している。トラック１１０に加えて、力センサアレイ１０６は、力センサアレイ１０６の基板の端部で（トラック１１０と同様）、接地コネクタ（接続パッド１１２とすることができる）で終端する１又は２以上の接地ラインを含むことができる。
【００２６】
接続パッド１１２は、力センサアレイ１０６の力感知領域の外側で、基板の１又は２以上の端部に沿って配置することができる。前述のように、力コントローラ１０８は、ＦＰＣ上とすることができる。接続パッド１１２は、トラック１１０と同じ材料で作ることができ、異方性導電膜（ＡＣＦ）を用いてＦＰＣに接合することができる。１つの実施形態において、接続部１１４は、ＦＰＣ上に力コントローラ１０８を接続パッド１１２に接続する導電ラインを含み、結果として、力コントローラ１０８をトラック１１０及び力センサアレイ１０６のドライブ又はセンス電極に接続する。他の実施形態において、接続パッド１１２は、電気機械コネクタ（例えば、ゼロ挿入力のワイヤ対ボンドコネクタ）に接続される。接続部１１４は、ＦＰＣを含むことができ、又は含まなくてもよい。本開示は、力コントローラ１０８と力センサアレイ１０６との間の何らかの接続部１１４を意図している。
【００２７】
図２は、本開示の実施形態による、力センサ１０２を収容する例示的なデバイス２００を示す。デバイス２００は、何らかの携帯端末、セルラーフォン、スマートフォン、タブレットコンピュータなどである。１つの実施形態において、デバイス２００は、現金自動預払機（ＡＴＭ）、家庭用電気製品、パーソナルコンピュータ、及び力スクリーン（ｆｏｒｃｅ  ｓｃｒｅｅｎ）を有する何らかの他のこのようなデバイスなどの他のタイプのデバイスを含む。図示の実施例において、システム１００の構成要素は、デバイス２００に一体化される。本開示は、特定の構成要素を備えた特定の実施構成を有する特定のデバイス２００を説明するが、本開示は、何らかの構成要素を備えた何らかの実施構成を有する何らかのデバイス２００を意図している。
【００２８】
デバイス２００の特定の実施例は、ハウジング２０１と、デバイス２００のハウジング２０１の表面２０４の一部を占める力スクリーンディスプレイ２０２とを備えるスマートフォンである。実施形態において、ハウジング２０１はデバイス２００のエンクロージャであり、デバイス２００の内部構成要素（例えば、内部電気的構成要素）を収容することができる。力センサ１０２は、間接的に又は直接的に、デバイス２００のハウジング２０１に結合することができる。ディスプレイ２０２は、デバイス２００のハウジング２０１の表面２０４（例えば、１つの最大表面２０４）のかなりの部分又は全部を占めることができる。ディスプレイ２０２への言及は、デバイス２００の実際のディスプレイ及び力センサ要素を覆うカバー層を含む。例示的な実施例において、表面２０４は、ディスプレイ２０２の最上部カバー層の表面である。実施形態において、ディスプレイ２０２の最上部カバー層（例えば、ガラスカバー層）は、デバイス２００のハウジング２０１の重要部分である。
【００２９】
１つの実施形態において、大型ディスプレイ２０２によって、このディスプレイ２０２は、キーボード、テンキーボード、プログラム又はアプリケーションアイコン、及び種々の他のインタフェースを含む多様なデータを表示することができる。１つの実施形態において、ユーザは、デバイス２００と相互通信するためにスタイラス、指、又は他の物体を用いてディスプレイ２０２に圧力を加える／接触することによってデバイス２００と対話する（例えば、実行プログラムを選択する又はディスプレイ２０２上に表示されたキーボードで文字をタイプする）。１つの実施形態において、ユーザは、文書又は画像を見る際に拡大縮小するなどの種々の操作を行うための複数の押圧／接触を用いてデバイス２００と対話する。家庭電化製品などの一部の実施形態において、ディスプレイ２０２は、デバイス操作時に変化しないか又は僅かに変化し、単一の押圧／接触だけを認識する。
【００３０】
ユーザは、例えば、１又は２以上の指、１又は２以上のスタイラス、又は他の物体などの物体２０８を用いて、デバイス２００のハウジング２０１の表面２０４（又は他の表面）に物理的に衝撃を与えることで（衝撃２０６で示す）デバイス２００と対話することができる。１つの実施形態において、表面２０４は、ディスプレイ２０２を覆うカバー層である。
【００３１】
デバイス２００は、デバイス２００の動作に関連する何らかの目的を果たすことができるボタン２１０を含む。１又は２以上のボタン２１０（例えば、ボタン２１０ｂ）は、所謂「ホームボタン」として動作することができ、これは、少なくとも部分的に、ユーザがデバイス２００の力センサ１０２に対して入力を与える準備をしていることをデバイス２００に指示する。以下に詳細に示すように、本開示の実施形態は、「ホームボタン」を含む種々の理由を低減又は排除することができる。
【００３２】
図３は、本開示の実施形態による力センサを含む例示的なデバイスの機械的スタック３００を示す。図３に示すように、機械的スタック３００は、タッチセンサアレイ３０５、ディスプレイ２０２、クッション３１０、力センサアレイ１０６、保護層３１５、クッション３２０、及びシャーシ６２５を含む。機械的スタック３００は一例であり、本開示は、機械的スタックは図３に示すものよりも多くの又は少ない層を含むことを意図していることを理解されたい。例えば、機械的スタックは、タッチセンサアレイ３０５を含むことができる。さらに、本開示は、機械的スタック３００の各層が何らかの特定の順番で配置されることを意図している。
【００３３】
タッチセンサアレイ３０５は、デバイスのタッチ感知機能を実装する。特定の実施形態において、タッチセンサアレイ３０５は、デバイスのタッチ感知機能を実施するために互いに容量的に結合するように構成された電極を含む。タッチセンサアレイ３０５を利用して、デバイスは、タッチセンサアレイ３０５に接触する物体及び／又はタッチセンサアレイ３０５の近接部位内の物体の存在及び位置を検出することができる。タッチセンサアレイ３０５の電極は、デバイスのタッチセンサコントローラに対してトラックによって接続される。特定の実施形態において、タッチセンサコントローラ及び力コントローラ１０８は、同じハードウェア及び／又は物理的コントローラに実装される。例えば、デバイスは、力コントローラ１０８及びタッチセンサコントローラの両方を実装するために１つのコントローラを使用することができる。一部の実施形態において、力コントローラ１０８及びタッチセンサコントローラは、別個のハードウェア及び／又はコントローラで実装される。
【００３４】
クッション３１０は、ディスプレイ２０２と力センサアレイ１０６との間に位置付けられる。クッション３１０は、ディスプレイ２０２が力センサアレイ１０６に直接接触すること及び／又は力センサアレイ１０６を妨げるのを阻止する。一部の実施形態において、クッション３１０は、力センサアレイ１０６をディスプレイ２０２から電気的に遮蔽する誘電材料で作られる。クッション３１０は、例えば、２００ミクロンといった何らかの適切な厚さとすることができる。
【００３５】
力センサアレイ１０６は、デバイスの力検出性能を実装する。力センサアレイ１０６は、基板３１４上に配置された１又は２以上の電極３１２を含む。電極３１２は、機械的スタック３００に加えられる力の存在、大きさ、及び位置を決定するために使用することができる。図４から８Ｂは、力センサアレイ１０６に関する特定のデザインを詳細に示す。本開示は、例えば、２５ミクロンといった何らかの適切な厚さを有する力センサアレイ１０６を意図している。
【００３６】
保護層３１５は、力センサアレイ１０６とシャーシ６２５のクッション３２０とを分離する何らかの材料である。１つの実施形態において、保護層３１５は、力センサアレイ１０６がクッション３２０及びシャーシ６２５に直接接触するのを保護するセメントなどの剛体材料を含む。本開示は、例えば、８０ミクロンといった何らかの適切な厚さの保護層３１５を意図している。
【００３７】
クッション３２０は、保護層３１５及び力センサアレイ１０６を支持する何らかの可撓性材料である。本開示は、例えば、４００ミクロンといった何らかの適切な厚さのクッション３２０を意図している。機械的スタック３００に力が加えられた場合、クッション３２０は、縮むことができる。その結果、力センサアレイ１０６とシャーシ６２５との間の距離が短くなる。距離が短くなることで、力センサアレイ１０６の電極３１２とシャーシ６２５との間の静電容量が変化する。力コントローラ１０８は、この静電容量の変化を検出して、機械的スタック３００に力が加えられたことを特定することができる。
【００３８】
シャーシ６２５は、機械的スタック３００に関するグランド層として動作する。１つの実施形態において、シャーシ６２５は機械的スタック３００の他の層を支持する。力センサアレイ１０６の電極３１２とシャーシ６２５との間の静電容量は、力コントローラ１０８によって監視される。
【００３９】
図４は、本開示の実施形態による例示的な力検出システム４００を示す。図４に示すように、力検出システム４００は、タッチセンサアレイ１０６及び力コントローラ１０８を含む。力センサアレイ１０６は、トラック１１０によって力コントローラ１０８に接続される。力センサアレイ１０６及び力コントローラ１０８は、力センサアレイ１０６上に加えられた力の存在、大きさ、及び位置を検出するように構成される。
【００４０】
力センサアレイ１０６は、１又は２以上の電極４０５を含む。図４に示すように、各電極４０５は、力センサアレイ１０６内に配置される。各電極４０５は、電極４０５の近接部位の範囲内に加えられた力を検出するために使用することができる。電極４０５の近接部位の範囲内に力が加えられた場合、電極４０５に関する静電容量が変化する。力コントローラ１０８は、静電容量の変化を検出して、電極４０５の近接部位の範囲内に力が加えられたことを特定することができる。
【００４１】
図４に示すように、各電極４０５は、トラック１１０によって力コントローラ１０８に接続される。例示的な力センサアレイ１０６は、９個の電極４０５を含む。その結果、電極４０５を力コントローラ１０８に接続する９個のトラック１１０が存在する。力センサアレイ１０６のサイズが拡大するに従って及び／又は電極４０５の数が増えるに従って、トラック１１０の数も増える。トラック１１０の数が増えると、他の特徴部及び／又はハードウェアを実装するためにデバイス内で利用可能な空間が減少する。トラック１１０の数を低減すると、追加の特徴部及び／又はハードウェアをデバイス内に実装することができる。
【００４２】
本開示は、トラック１１０の数を低減する電極４０５に関する特定のデザイン及びパターンを意図している。１つの実施形態において、電極４０５に関するデザイン及び／又はパターンは、トラック１１０の数を４トラックに低減する。さらに、力センサアレイ１０６に加えられた力の存在、大きさ、及び位置を特定するために、４つの電極４０５だけが使用される。電極４０５に関するこれらのデザイン及びパターンは、図５Ａから８Ｂを利用して以下に詳細に説明する。
【００４３】
図５Ａは、本開示の実施形態による例示的な力検出アレイ１０６を示す。図５Ａに示すように、力検出アレイ１０６は、４つの電極：５０５、５１０、５１５、及び５２０を含む。電極５０５、５１０、５１５、及び５２０は、力検出アレイ１０６を横切る特定のパターンで構成される。１つの実施形態において、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０のこのパターンを用いることで、力検出アレイ１０６は、４つの電極だけを用いて力検出アレイ１０６に加えられた力の存在、大きさ、及び位置を特定することができる。
【００４４】
電極５０５、５１０、５１５、及び５２０は、力検出アレイ１０６がセル格子５２５Ａ−５２５Ｙに分解できるように構成することができる。各セルは、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０の一部を含む。電極５０５、５１０、５１５及び／又は５２０の密度は、セル間で変わる。例えば、セル５２５Ａにおいて、電極５１０及び５２０は、電極５０５及び５１５よりも小さな領域を占める。セル５２５Ｍにおいて、電極５１５及び５２０は実質的に同じ領域を占め、電極５０５及び５１０は実質的に同じ領域を占める。
【００４５】
１つの実施形態において、セル５２５Ａから５２５Ｙを横切る電極５０５、５１０、５１５、及び５２０の密度を変えることで、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０から伝えられる信号の比率を解析することで力検出アレイ１０６に加えられた力の位置を特定することが可能になる。図５Ａの例示的な実施例において、電極５０５によって占められるセル領域は、最下部アレイ１０６から最上位アレイ１０６に増加するが、電極５１０によって占められるセル領域は最上部アレイ１０６から最下部アレイ１０６に増加する。同様に、電極５１５のセル領域は左側アレイ１０６から右側アレイ１０６に増加するが、電極５２０によって占められるセル領域は、右側アレイ１０６から左側アレイ１０６に増加する。セル５２５Ａに力が加わる場合、電極５０５がセル５２５Ａ内で電極５１０よりも大きな領域を占めるので、電極５０５から伝えられる信号は、電極５１０から伝えられる信号よりも大きいことが期待される。同様に、電極５１５から伝えられる信号は、電極５２０から伝えられる信号よりも大きいことが期待される。対照的に、代わりに力がセル５２５Ｍに加わる場合、電極５０５がセル５２５Ｍ内で電極５１０と実質的に同じ領域を占めるので、電極５０５から伝えられる信号は、電極５１０から伝えられる信号と実質的に同じであることが期待される。同様に、電極５１５から伝えられる信号は、電極５２０から伝えられる信号と実質的に同じであることが期待される。電極５０５及び電極５１０から伝えられる各信号の間の比率、及び電極５１５及び電極５２０から伝えられる各信号の間の比率を求めることで、力コントローラ１０８は、力が加えられるセルがどのセルであるかを特定することができる。１つの実施形態において、力検出アレイ１０６の各セルは、４つの電極：５０５、５１０、５１５、及び５２０だけを含む。さらに、セル５２５Ａから５２５Ｙは、実質的に同じサイズである（例えば、面積において１％以内の差異）。
【００４６】
１つの実施形態において、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０の各々は、本体から延びる複数のフィンガー部(finger)を含む。本体から延びるフィンガー部の長さを変えることで、セル内の電極の密度を変えることができる。例えば、セル５２５Ａから５２５Ｅの最初の横列(row)において、電極５１５のフィンガー部は、セル５２５Ａからセル５２５Ｅまで短くなる。対照的に、電極５２０のフィンガー部は、セル５２５Ａからセル５２５Ｅまで長くなる。
【００４７】
１つの実施形態において、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０は、加えられた力の位置の種々のタイプを特定する。例えば、力コントローラ１０８は、電極５０５及び５１０を使用して加えられた力の垂直位置を特定し、力コントローラ１０８は、電極５１５及び５２０を使用して加えられた力の水平位置を特定する。電極５１５及び５２０から伝えられる各信号の間の比率が実質的に等しい場合、力コントローラ１０８は、セル５２５Ｃ、５２５Ｈ、５２５Ｍ、５２５Ｒ、及び５２５Ｗの縦列(column)に力が加えられたと特定する。電極５０５及び電極５１０から伝えられる各信号の間の比率が大きい場合、力コントローラ１０８は、セル５２５Ａから５２５Ｅの横列に力が加えられたと特定する。この２つの特定によって、力コントローラ１０８は、力がセル５２５Ｃ上に加えられていると特定する。
【００４８】
１つの実施形態において、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０は、力検出アレイ１０６にわたってバランスされる。例えば、力検出アレイ１０６にわたって、電極５０５及び５１０は、電極５１５及び５２０と実質的に同じ大きさの領域を占めるように構成することができる。他の実施例として、電極５０５及び５１０は、電極５１５及び５２０がセルの横列にわたって占めるのと同じ大きさの領域を占めることができる。本開示は、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０を何らかの適切な方法でバランスさせることを意図している。例えば、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０は、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０の厚さを調整することでバランスさせることができる。他の実施例として、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０は、各電極５０５、５１０、５１５、及び５２０のフィンガー部の数を調整することでバランスさせることができる。フィンガー部は、後続の図面を用いて詳細に説明する。
【００４９】
図５Ｂは、本開示の実施形態による例示的な力検出アレイ１０６のセル５２５Ｍを示す。図５Ｂに示すように、セル５２５Ｍは４つの電極５０５、５１０、５１５、及び５２０を示す。各電極５０５、５１０、５１５、及び５２０は、電極の本体から延びる複数のフィンガー部を含む。例えば、電極５０５は、本体５３０と、該本体５３０から延びる１又は２以上のフィンガー部５３５とを含む。同様に、電極５１０は、本体５３０と、該本体から延びる１又は２以上のフィンガー部５３５とを含む。また、電極５１５及び５２０は、本体５３０と、該本体から延びる１又は２以上のフィンガー部５３５とを含む。特定の実施形態において、フィンガー部５３５の長さを変えることで電極５０５、５１０、５１５、及び５２０の密度が変わる。
【００５０】
電極５０５、５１０、５１５、及び５２０は、４つのトラックを使って加えられた力を検出するように構成することができる。１つの実施形態において、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０は、基板の反対面に配置することができる。例えば、電極５０５及び５１０は、基板の上面に配置され、電極５０５及び５１０は、基板の下面に配置される。
【００５１】
図６Ａ及び６Ｂは、本開示の実施形態による、例示的な力検出システムを示す。図６Ａは基板の第１の面を示し、図６Ｂは基板の第２の面を示す。電極５１５及び５２０は基板の第１の面に配置され、電極５０５及び５１０は基板の第２の面に配置される。基板のこれらの２つの面は互いに反対側とすることができる。例えば、電極５０５及び５１０は、基板３１４の上面に配置することができ、電極５１５及び５２０は、基板３１４の下面に配置することができる。
【００５２】
電極５０５及び５１０、並びに電極５１５及び５２０を基板の異なる面に配置することで、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０の各々までトラック１１０を延ばすための空間をもたらすことができる。１つの電極用のトラックは、他の電極又は他のセットのトラック１１０と交差しない。さらに、電極５１５及び５２０の一部は、電極５１５及び５２０の他の部分に延長部によって接続することができる。図６Ａの例示的な実施例において、電極５１５の各部分は、電極５１５が力検出アレイ１０６のセルの各々を通って延びるように接続する。さらに、電極５２０は、同様に力検出アレイ１０６のセルを通って延びるので、電極５２０の各部分は共に接続する。
【００５３】
このように、力検出アレイ１０６に加えられた力の存在、大きさ、及び位置を検出するために４つの電極５０５、５１０、５１５、及び５２０だけが必要とされる。各電極は、電極から力コントローラ１０８に信号を伝達するトラック１１０に接続される。力コントローラ１０８は、トラック１１０を介して電極から伝えられる各信号を解析して、力検出アレイ１０６に加えられる力の存在、大きさ、及び位置を特定する（前述のように）。その結果、他の特徴部及び／又はハードウェアを実装するためにデバイス内でさらなる空間を利用できる。
【００５４】
１つの実施形態において、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０は、基板３１４の同じ面に実装される。電気接触を防ぐために、バイア及び／又は誘電材料は、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０の交差部、及び各トラック１１０の間の交差部に配置される。
【００５５】
図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、及び８Ｂは、力検出アレイ１０６にわたる電極５０５、５１５、５１０、及び５２０の他の意図されたデザイン及びパターンを示す。各デザインに関して、本開示は基板の反対側の面及び／又は基板の同じ面に配置される電極を意図している。
【００５６】
図７Ａは、本開示の実施形態による例示的な力検出アレイ１０６を示す。図７Ａに示すように、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０は、方形又は格子様パターンで配置される。このパターンにおいて、各電極ペア、例えば電極５０５及び５１０、並びに電極５１５及び５２０は、各セル内で実質的に同じ領域を占める。前述のデザインと同様に、各電極は、本体から延びる複数のフィンガー部を含む。これらのフィンガー部の長さは、力検出アレイ１０６にわたって変化する。その結果、各電極から伝えられる各信号の間の比率は、力検出アレイ１０６のどの部分が加えられた力に最も近いかに応じて変化することになる。
【００５７】
図７Ｂは、本開示の実施形態による例示的な力検出アレイ１０６のセル７００を示す。図７Ｂに示すように、セル７００は、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０を含む。これらの電極の各々はセル７００に広がる。さらに、図７Ｂの例示的な実施例において、各電極ペア（例えば、電極５０５及び５１０、並びに電極５１５及び５２０）のフィンガー部は、実質的に同じ長さである。しかしながら、力検出アレイ１０６の種々のセルに関して、これらのフィンガー部は異なる長さを有することができる。
【００５８】
図８Ａは、本開示の実施形態による例示的な力検出アレイ１０６を示す。図８Ａに示すように、力検出アレイ１０６は、ダイヤモンドパターンに配置された電極５０５、５１０、５１５、及び５２０を含む。電極の各々は、本体から延びる複数のフィンガー部を含む。これらのフィンガー部の長さは、力検出アレイ１０６にわたって変えることができる。その結果、各電極から伝えられる各信号の間の比率は、力検出アレイ１０６上に加えられた力の位置に従って変わることができる。
【００５９】
図８Ｂは、本開示の実施形態による例示的な力検出アレイ１０６のセル８００を示す、図８Ｂに示すように、セル８００は、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０を示す。これらの電極の各々は、セル８００に広がる。さらに、図８Ｂの例示的な実施例において、電極５０５、５１０、５１５、及び５２０のフィンガー部の各々は、実質的に同じ長さである。しかしながら、力検出アレイ１０６の種々のセルは、異なる長さのフィンガー部及び／又は異なる数のフィンガー部を有することができる。
【００６０】
１つの実施形態において、装置は、力センサ回路及びコントローラを含む。基板は、第１、第２、第３、及び第４の電極を含む。第１の電極は、基板上に配置され、セルの横列の第１及び第２のセルに広がる。第１及び第２のセルは、実質的に同じサイズであり、第１の電極は、第１の電極が第２のセルで占めるよりも大きな領域を第１のセルで占める。第２の電極は、基板上に配置され、第１及び第２のセルに広がる。第２の電極は、第２の電極が第１のセルで占めるよりも大きな領域を第２のセルで占める。第３の電極は、基板上に配置され、セルの縦列の第３及び第４のセルに広がる。第３及び第４のセルは、実質的に同じサイズであり、第３の電極は、第３の電極が第４のセルで占めるよりも大きな領域を第３のセルで占める。第４の電極は、基板上に配置され、第３及び第４のセルに広がる。第４の電極は、第４の電極が第３のセルで占めるよりも大きな料領域を第４のセルで占める。コントローラは、力センサ回路から伝えられる信号に基づいて力及びこの力の位置を検出する。１つの実施形態において、この装置は、第１の電極に接続した第１のトラックと、第２の電極に接続した第２のトラックと、第３の電極に接続した第３のトラックと、第４の電極に接続した第４のトラックとをさらに含む。１つの実施形態において、コントローラは、第１の電極の第１の信号と第２の電極の第２の信号との第１の比率、並びに第３の電極の第３の信号と第４の電極の第４の信号との第２の比率に基づいて力の位置を検出する。１つの実施形態において、第１、第２、第３、及び第４の電極の各々は、本体から延びる複数のフィンガー部を備える。１つの実施形態において、第１の電極の複数のフィンガー部のうちの第１のフィンガー部の長さは、第１の電極の複数のフィンガー部のうちの第２のフィンガー部の長さとは異なっており、第１のフィンガー部は、第１のセルにありかつ第２のフィンガー部は第２のセルにある。１つの実施形態において、コントローラは、第１のセルの第１及び第２の電極の各信号に基づいて水平位置を特定し、第３のセルの第３及び第４の電極の各信号に基づいて垂直位置を特定する。１つの実施形態において、第１のセルの第１及び第２の電極は、基板の第１の面に配置され、第１のセルの第３及び第４の電極は、基板の第２の面に配置される。１つの実施形態において、第１のセルは、４つの電極だけを含む。１つの実施形態において、第１及び第２の電極は、第３及び第４の電極と実質的に同じ大きさの領域を占める。１つの実施形態において、セルの横列において第１及び第２の電極が占める領域の大きさは、セルの縦列において第３及び第４の電極が占める領域の大きさと実質的に同じである。
【００６１】
１つの実施形態において、力センサは、基板、第１の電極、第２の電極、第３の電極、及び第４の電極を含む。第１の電極は、基板上に配置され、セルの横列の第１及び第２のセルに広がる。第１及び第２のセルは実質的に同じサイズであり、第１の電極は、第１のセルにおいて、第１の電極が第２のセルで占めるよりも大きな領域を占める。第２の電極は、基板上に配置され、第１及び第２のセルに広がる。第２の電極は、第２の電極が第１のセルで占めるよりも大きな領域を第２のセルで占める。第３の電極は、基板上に配置され、セルの縦列の第３及び第４のセルに広がる。第３及び第４のセルは、実質的に同じサイズであり、第３の電極は、第３の電極が第４のセルで占めるよりも大きな領域を第３のセルで占める。第４の電極は、基板上に配置され、第３及び第４のセルに広がる。第４の電極は、第４の電極が第３のセルで占めるよりも大きな料領域を第４のセルで占める。１つの実施形態において、第１及び第２の電極は、第３及び第４のセルに広がり、第３及び第４の電極は、第１及び第２のセルに広がる。１つの実施形態において、力センサは、第１の電極に接続した第１のトラックと、第２の電極に接続した第２のトラックと、第３の電極に接続した第３のトラックと、第４の電極に接続した第４のトラックとを含む。１つの実施形態において、第１、第２、第３、及び第４の電極の各々は、本体から延びる複数のフィンガー部を備える。１つの実施形態において、第１の電極の複数のフィンガー部のうちの第１のフィンガー部の長さは、第１の電極の複数のフィンガー部のうちの第２のフィンガー部の長さとは異なっており、第１のフィンガー部は、第１のセルにありかつ第２のフィンガー部は第２のセルにある。１つの実施形態において、第１のセルの第１及び第２の電極は、基板の第１の面に配置され、第１のセルの第３及び第４の電極は、基板の第２の面に配置される。第１のセルは、４つの電極だけを含む。１つの実施形態において、第１及び第２の電極は、基板上で第３及び第４の電極と実質的に同じ大きさの領域を占める。１つの実施形態において、セルの横列において第１及び第２の電極が占める領域の大きさは、セルの縦列において第３及び第４の電極が占める領域の大きさと実質的に同じである。
【００６２】
１つの実施形態において、装置は、力センサ  回路、コントローラ、並びに第１、第２、第３、及び第４のトラックを含む。力センサ回路は、基板と、第１、第２、第３、及び第４の電極とを含む。第１の電極は、基板上に配置され、セルの横列の第１及び第２のセルに広がる。第１及び第２のセルは実質的に同じサイズであり、第１の電極は、第１のセルにおいて、第１の電極が第２のセルで占めるよりも大きな領域を占める。第２の電極は、基板上に配置され、第１及び第２のセルに広がる。第２の電極は、第２の電極が第１のセルで占めるよりも大きな領域を第２のセルで占める。第３の電極は、基板上に配置され、セルの縦列の第３及び第４のセルに広がる。第３及び第４のセルは、実質的に同じサイズであり、第３の電極は、第３の電極が第４のセルで占めるよりも大きな領域を第３のセルで占める。第４の電極は、基板上に配置され、第３及び第４のセルに広がる。第４の電極は、第４の電極が第３のセルで占めるよりも大きな料領域を第４のセルで占める。コントローラは、力センサ回路から伝えられる信号に基づいて力及びこの力の位置を検出する。第１のトラックは、第１の電極をコントローラに接続する。第２のトラックは、第２の電極をコントローラに接続する。第３のトラックは、第３の電極をコントローラに接続する。第４のトラックは、第４の電極をコントローラに接続する。第１のセルは、４つの電極だけを含む。第１、第２、第３、及び第４の電極の各々は、本体から延びる複数のフィンガー部を備える。
【００６３】
本開示の実施形態は、１又は２以上の技術的利点をもたらす。例えば、１つの実施形態は、力検出を実施するために使用されるトラックの数を低減する。他の実施例では、１つの実施形態は、４つの電極だけを有する力センサを使用して力の位置を検出する。本発明の特定の実施形態は、前記の技術的利点を含まないこと、もしくはその一部又は全てを含むことができる。１又は２以上の他の技術的利点は、当業者であれば、図面、明細書、特許請求の範囲から容易に理解できる。
【００６４】
本明細書では、コンピュータ可読非一時的記憶媒体又はメディアは、１又は２以上の半導体ベース又は他の集積回路（ＩＣ）（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又は特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ））、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ハイブリッドハードドライブ（ＨＨＤ）、光ディスク、光ディスクドライブ（ＯＤＤ）、光磁気ディスク、光磁気ドライブ、フロッピーディスケット、フロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）、磁気テープ、半導体ドライブ（ＳＳＤ）、ＲＡＭドライブ、セキュアデジタルカード又はドライブ、何らかの他のコンピュータ可読非一時的記憶媒体、又はこれらの２又は３以上の何らかの組み合わせを含むことができる。コンピュータ可読非一時的記憶媒体は、揮発性、非揮発性、又は揮発性及び非揮発性の組み合わせとすることができる。
【００６５】
本明細書では、「又は」は、明示的に特段の定めがないか又は文脈で特段の定めがない限り、包括的及び非排他的である。従って、明示的に特段の定めがないか又は文脈で特段の定めがない限り、「Ａ又はＢ」は「Ａ、Ｂ、又は両方（Ａ，  Ｂ，  ｏｒ  ｂｏｔｈ）」を意味する。さらに、「及び」は、明示的に特段の定めがないか又は文脈で特段の定めがない限り、両方又は各別の両者を含む。従って、本明細書では、「Ａ及びＢ」は、「両方又は各別で、Ａ及びＢ（Ａ  ａｎｄ  Ｂ，  ｊｏｉｎｔｌｙ  ｏｒ  ｓｅｖｅｒａｌｌｙ）」を意味する。加えて、「結合した」と言及される構成要素は、直接結合した又は間接的に結合した構成要素を含む。
【００６６】
本開示は、当業者が理解できる本明細書の例示的な実施形態に対する無数の変更、置換、変形、改造、及び修正を網羅する。同様に、適切であれば、添付の請求項は、当業者が理解できる本明細書の例示的な実施形態に対する全ての変更、置換、変形、改造、及び修正を網羅する。特許請求の範囲における特定の機能を実行するように適応される、配置される、機能を含む、構成される、可能にされる、作動可能である、又は作動する装置又はシステム、又は装置又はシステムの構成要素への言及は、それが又はその特定機能が起動される、オンにされる、又はアンロックされるか否かにかかわらず、その装置、システム、又は構成要素が適応される、配置される、可能である、構成される、可能にされる、作動可能である、又は作動する限り、その装置、システム、構成要素を包含する。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【外国語明細書】
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