CN107077240B - 触觉触摸传感器系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了允许高分辨率触摸传感器阵列(TSA)的物理增强的触觉触摸传感器(TTS)系统和方法。使用被放置在TSA顶部的TSA物理覆盖层(TPO)来实现物理增强。TPO被构造成将力传递到下层TSA。通过使用将施加在覆盖层上的用户力传递到下层TSA的柔性覆盖层或刚性机械覆盖层来实现力传递。在TPO中并入TPO标识符(TPI)允许TPO检测器(TPD)识别TPO，从而允许通过用户计算装置(UCD)自动重新配置TSA的操作特性，以符合当前施加的TPO结构。UCD可以被配置为响应于TPD从当前施加的TPO读取的TPI，自动加载适当的应用软件驱动器(ASD)。

Description

触觉触摸传感器系统和方法
说明书
版权的部分放弃
本申请中的所有材料都受到美国和其他国家的版权法的版权保护。从本申请的第一个有效申请日起，该材料作为未出版材料被保护。
但是，在版权所有人不反对任何人对专利文件或专利公开进行摹真复制的范围内，在此授予对本材料以其在美国专利及商标局存档或记录中所呈现的形式进行复制的许可，但除此之外，保留其他所有版权权利。
关于联邦资助的研究或开发的说明
不适用
参考微缩胶片附录
不适用
发明领域
本发明通常涉及触摸传感器装置的领域中的系统和方法，并且具体应用于用于多点触摸和/或压敏触摸传感器的触觉覆盖层。具体的发明实施例可以特别适用于基于触摸的力感测装置和用于确定施加在压力敏感表面上的力的位置和量的方法。
现有技术和发明背景
触摸传感器是输入装置，因此通常与互补输出设备配对，以向用户提供某种形式的反馈。在现代电子设备中，这种反馈通常是视觉的(即，显示器)。在智能手机中，例如，触摸传感器被直接放置在显示器的顶部，以允许直接操纵屏幕上的用户界面。显示器提供视觉反馈，并通过交互来引导用户。
当使用力感应触摸解决方案时，可以通过将视觉指示器实际打印在触摸表面本身的顶部上来实现视觉反馈。例如，跑步机通常在柔性膜后面具有力敏感按钮。该膜印刷有指示按钮位置和功能的图案。这些膜中的一些还具有凸起边缘，以指示按钮之间的边界。这为用户增加了触觉反馈，并增加了界面的可用性。由于膜是柔性的，使用者可以通过膜传递力，并激活位于下面的力敏感按钮。膜向用户提供足够的视觉/触觉反馈，使得显示器不是必要的。
以这种背景作为应用环境，本发明的公开内容描述了高分辨率力敏感触摸传感器的物理增强如何允许下一代用户界面的开发。通过用强度传感器的高分辨率二维阵列替代该组离散力敏感按钮，经由覆盖层的物理增强的使用提供了更强大的实现方式和用户体验。不是具有带有固定膜的一组固定按钮，而是可以具有与无限数量的膜兼容的一个触摸传感器，每个膜给该传感器增加了不同的用户体验。触摸仍然可以在整个传感器上被跟踪，所以更多的数据可用于指导整体用户体验的应用软件。
发明简要内容
概览
本发明公开了一种提供高分辨率力敏感触摸传感器(FSTS)的物理增强的触觉触摸传感器系统和方法。通过使用放置在FSTS顶部的物理覆盖层来实现这种物理增强。这些覆盖层可以被构造成将力传递到下面的FSTS。该力传递通过使用柔性覆盖层或通过形成刚性机械覆盖层来实现，使得由用户施加在覆盖层上的力被传递到下面的FSTS。通过FSTS识别单个覆盖层允许FSTS的操作特性被自动重新配置，以符合当前应用的覆盖层格式。有各种方法教导这些物理覆盖层的构造，并描述如何使用这种类型的物理扩展来增加FSTS模块和FSTS系统的功能和模块性。在一些实施例中，这些系统可以用附加的电阻和/或电容传感器来增强，以自动识别施加到FSTS的物理覆盖层或与施加到FSTS的物理覆盖层交互。
本发明涉及将物理覆盖层与高分辨率多点触摸力敏感触摸传感器进行耦合。物理覆盖层被设计为向用户提供视觉/触觉反馈，并且可以与匹配软件耦合，以创建功能用户界面。由于物理覆盖层位于用户和触摸传感器之间，所以覆盖层必须被设计成使得它将来自用户的力传递到传感器。这些覆盖层可以是由柔性(flexible)和/或柔顺(compliant)材料模制而成的平板膜或三维膜。如果覆盖层是柔性的，则覆盖层将自然地将力从用户传递到触摸传感器。或者，可能构造刚性的机械小部件(按钮，滑块，旋钮等)，其被设计成将用户提供的力传递到下面的触摸传感器。最后，可编程的可变形物理接口可以用于支持广范围的应用特定用户接口。
本发明的特征和优点
今天，触摸界面主要出现在智能手机和平板电脑上。这些界面的问题之一是它们没有触觉反馈。已经有工业上的努力，通过使用触觉学将触觉反馈“加回”这些界面中。这具有广泛的挑战，并且许多努力未能有效地提供足够的触觉反馈。通过物理增加力敏感触摸传感器，有可能创建提供触觉反馈和视觉反馈的物理和直观界面，这增加了触摸传感器的可用性。你可以设计用于实际上有按钮的力敏感触摸传感器的覆盖层，而不是试图“加回”按钮的感觉。人们可以用具有不同的弹性/柔顺性的不同的材料制造覆盖层。使用“湿软(squishy)”材料，用户可以更好地确定他/她正在传感器上施加的力的水平。
所公开的本发明的主要优点是其允许使用模块化方法进行构造，使得一个触摸传感器与广泛的物理柔性覆盖层兼容。这对于最终用户变得更加成本有效，并且不需要最终客户购买为单个应用所设计的传感器界面。例如，音乐家可以具有力敏感触摸传感器，并且还具有两个覆盖层：钢琴键盘覆盖层和鼓垫覆盖层。这种模块化方法允许音乐家购买更多的覆盖层(其相对便宜)，并且将它们用在一个触摸传感器上。可替代地，最终用户可以具有多个触摸传感器，并且在任何给定时间对他正在使用的覆盖层进行混合和匹配。
示例性发明应用场景
本发明的最明显的使用案例之一是实现标准柯蒂(QWERTY)键盘功能。在平面触摸传感器上进行键入是非常不愉快的，大多数人需要触觉反馈来进行准确和有效地键入。创建物理柯蒂键盘覆盖层会解决这些问题中的一些问题，使得在触摸传感器上可以更愉快地进行键入。除了标准柯蒂键盘之外，仅仅通过改变覆盖层，可以得到用于不同语言(诸如法语)和不同的键布置(诸如DVORAK)的键盘。甚至不寻常的键盘，如法庭速记键盘和使用高度非常规布局和接口方案的键盘，都可以通过改变叠加层来简单地创建。
可以使用本发明来形成无限数量的乐器。例如，可以使用本发明的教导来制造鼓垫或甚至钢琴键盘。对于鼓垫，可以使用柔性材料3D打印，并创建任何类型的鼓套件或布局。对于钢琴，可以构建指示钢琴键位置的覆盖层。由于在整个传感器上跟踪触摸，所以传感器知道用户在给定键内正在触摸的位置。此数据可用于扩展钢琴的功能。例如，软件可以使用给定键内的手指位置来对用户正在播放的当前音符进行音高滑动。进一步考虑这个想法，可以仅通过创建自定义覆盖层来创建具有不同按钮布局，尺寸和形状的新颖形式的乐器。
不是具有覆盖整个传感器的单片覆盖层，而是可以用多个较小的覆盖层来增加触摸界面。为了将覆盖层固定到触摸传感器，可以使用磁体来保持每个覆盖层抵靠传感器的表面。这允许用户创建用户界面构建块，并允许用户即时开发新的界面。这些磁性构建块可以像标记传感器的特殊区域的矩形一样简单。这可以包括具有矩形的绘图软件应用，该矩形指示用户可以在传感器上进行绘制的位置。其他构建块可能更复杂，例如物理滑动条。该滑块可以被构造成使得其将力传递到触摸传感器。这允许在绘图矩形旁边添加滑块，并使用它来控制描画线宽度或其他草图参数。除了滑块和绘图区域之外，可以创建许多其他机械构建块以模拟物理接口，例如旋钮，物理按钮，拨动开关和操纵杆。使用这种模块化方法，可以开发简单和高度复杂的物理接口。这种建立物理接口的模块化方法可能在其中专用设备的定制控制可能非常昂贵的医疗和工业领域具有巨大的影响。
附图简要说明
为了更全面地理解本发明提供的优点，应参考以下详细描述以及附图，其中：
图1示出了优选的示例性发明系统实施例的概述框图；
图1示出了优选的示例性发明方法实施例的概述流程图；
图2示出了优选的示例性发明系统实施例的框图；
图3示出了优选的示例性发明方法实施例的流程图；
图4示出了优选的示例性接触/事件映射方法实施例的流程图；
图5示出了优选的示例性事件生成方法实施例的流程图，其描绘了系统软件如何读取触摸数据并且最终确定特定触摸是否已经激活覆盖层上的感兴趣区域；
图6示出了系统软件如何读取触摸数据并且最终确定特定触摸是否激活了TPO覆盖层上的感兴趣区域；
图7示出了磁体可以结合到TSA/TPO结构中的各种方法；
图8示出了描述使用磁力计检测TPO标识的示意图；
图9示出了描述使用磁性编码覆盖层检测TPO标识的图；
图10示出了描述使用磁体/磁力计来检测TPO覆盖层的存在的图；
图11示出了描述使用磁力计自动检测TPO覆盖层的方法的流程图；
图12示出了描述使用TPO覆盖层内的嵌入式RFID装置和TSA中的RFID天线进行TPO覆盖层的自动检测的方法的流程图；
图13示出了描述使用TPO覆盖层内的嵌入式RFID装置和TSA中的RFID天线进行任意放置的TPO覆盖层的自动检测的方法的流程图；
图14示出了描述放置在TSA内的、用于使用TPO覆盖层内的嵌入式RFID装置进行TPO覆盖层的自动识别的垂直和水平天线的流程图；
图15示出了描述使用RFID通信进行TPO覆盖层的自动检测的方法的流程图；
图16示了用于实现本发明的一些实施例的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视右前视透视图；
图17示了用于实现本发明的一些实施例的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视右后视透视图；
图18示了用于实现本发明的一些实施例的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的仰视右前视透视图；
图19示了用于实现本发明的一些实施例的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的仰视右后视透视图；
图20示了用于实现本发明的一些实施例的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视图；
图21示了用于实现本发明的一些实施例的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的仰视图；
图22示了用于实现本发明的一些实施例的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的右侧视图；
图23示了用于实现本发明的一些实施例的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的后侧视图；
图24示了具有第一示例性定制TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视右前视透视图；
图25示了具有第一示例性定制TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视图和右/前截面视图；
图26示了具有第二示例性定制TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视右前视透视图；
图27示了具有第二示例性定制TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视图和右/前截面视图；
图28示了具有第三示例性定制TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视右前视透视图；
图29示了具有第二示例性定制TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视图和右/前截面视图；
图30示了具有第一示例性打字机键盘TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视右前视透视图；
图31示了具有第一示例性打字机键盘TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视图和右/前截面视图；
图32示了具有第二示例性打字机键盘TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视右前视透视图；
图33示了具有第二示例性打字机键盘TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视图和右/前截面视图；
图34示了具有第三示例性打字机键盘TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视右前视透视图；
图35示了具有第三示例性打字机键盘TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视图和右/前截面视图；
图36示了具有第一示例性钢琴键盘TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视右前视透视图；
图37示了具有第一示例性打字机键盘TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视图和右/前截面视图；
图38示了具有第二示例性钢琴键盘TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视右前视透视图；
图39示了具有第二示例性打字机键盘TTA压力覆盖层(TPO)的优选示例性触摸敏感阵列(TSA)平板界面(TTI)的俯视图和右/前截面视图；
图40示出了由压电元件激活的示例性可变形膜的透视图和截面截图。
图41示出了由泵送空气/流体元件激活的示例性可变形膜的透视图和截面截图；
图42示出了由热膨胀元件激活的示例性可变形膜的透视图和截面截图。
图43示出了其中光导管用于照明TPO结构的示例性TSA/TPO配置；
图44示出了其中光导管用于照明TPO结构的示例性TSA/TPO配置；
图45示出实现能量收集以供TPO结构使用的示例性TSA/TPO配置；
图46示出实现能量收集以供TPO结构使用的示例性TSA/TPO配置；
图47示出了其上附接有多种TPO元件的示例性TSA平板结构；
图48示出了TPO和TSA组件之间的TPO周边插入附接机构的俯视透视图和俯视透视截面图；
图49示出了TPO和TSA组件之间的TPO周边插入附接机构的前透视截面图；
图50示出了TPO和TSA组件之间的TPO侧边缘插入附接机构的俯视透视图和俯视透视截面图；
图51示出了TPO和TSA组件之间的TPO侧边缘插入附接机构的俯视和仰视透视图，其描绘了开放和封闭边缘发明变体；
图52示出了TPO和TSA组件之间的TPO磁性边框(bezel)附接机构的俯视透视图；
图53示出了TPO和TSA组件之间的TPO磁性边框附接机构的仰视透视图；
图54示出了TPO和TSA组件之间的TPO铰链边框附接机构的俯视透视分解图；
图55示出了TPO和TSA组件之间的TPO铰链边框附接机构的俯视透视组装图；
图56示出了用于描述由本发明教导的TPO识别方法的示例性TPO和TSA组件的透视图；
图57示出了结合磁性附接装置的示例性TPO的透视图；
图58示出了结合磁性附接装置和TPO磁性识别装置的示例性TPO的透视图；
图59示出了结合磁性附接装置和凸起标记识别装置的示例性TPO的透视图；
图60示出了结合具有条形码识别装置和QR码识别装置的磁性附接装置的示例性TPO的仰视图；
图61示出了结合凸起条形码识别装置的示例性TPO的透视图；
图62示出了结合磁性附接装置和凸起标记识别装置的示例性TPO的仰视图和透视图；
图63示出了结合磁性附接装置和使用TPO上的短路带和TSA的表面上的对应的开关触点的开关TPO识别的示例性TPO的透视图；
图64示出了示例性TPO键实施例的俯视透视图和仰视透视图；
图65示出了示例性TPO键实施例的俯视前透视图和前视截面图，其中键处于未压下状态；
图66示出了示例性TPO键实施例的俯视前透视图和前视截面图，其中键处于压下状态；
图67示出了示例性TPO键实施例的俯视对角线透视图和对角线截面图，其中键处于未压下状态，并描述了附接磁体结构；
图68示出了示例性TPO摇杆开关实施例的俯视前透视图和俯视后透视图；
图69示出了示例性TPO摇杆开关实施例的仰视前透视图和仰视前截面透视图；
图70示出了第一开关位置中的示例性TPO摇杆开关实施例的侧截面透视图和侧截面图；
图71示出了第二开关位置中的示例性TPO摇杆开关实施例的侧截面透视图和侧截面图；
图72示出了示例性TPO滑块实施例的俯视透视图；
图73示出了示例性TPO滑块实施例的仰视透视图；
图74示出了示例性TPO滑块实施例的俯视图和仰视图；
图75示出了示例性TPO滑块实施例的前视、侧视和对角线透视截面图；
图76示出了示例性TPO旋钮实施例的俯视和仰视透视图；
图77示出了示例性TPO旋钮实施例的前视截面图；
图78示出了示例性TPO旋钮实施例的前视截面图；
图79示出了示例性TPO旋钮实施例的前视截面图；
图80示出了示例性两件式TPO鼠标/鼠状定位器(puck)实施例的俯视右前视透视图；
图81示出了示例性两件式TPO鼠标/鼠状定位器实施例的仰视右前视透视图；
图82示出了示例性两件式TPO鼠标/鼠状定位器实施例的前视图、后视图和侧视图；
图83示出了示例性两件式TPO鼠标/鼠状定位器实施例的俯视图和仰视图；
图84示出了示例性两件式TPO鼠标/鼠状定位器实施例的组装图；
图85示出了在示例性两件式TPO鼠标/鼠状定位器实施例中的鼠标/鼠状定位器壳的透视隔离视图；
图86示出了示例性两件式TPO鼠标/鼠状定位器实施例中的鼠标/鼠状定位器接触表面的透视分立视图；
图87示出了示例性两件式TPO鼠标/鼠状定位器实施例中的鼠标/鼠状定位器接触表面变体的透视分立视图；
图88示出了示例性TPO操纵杆实施例的俯视和仰视透视图；
图89示出了示例性TPO操纵杆实施例的前视图、俯视图和仰视图；
图90示出了示例性TPO操纵杆实施例的前透视截面图和前截面图；
图91示出了示例性TPO操纵杆实施例的侧透视截面图和侧截面图；
图92示出了示例性TPO操纵杆实施例的对角线透视截面图；
图93示出了示例性TPO操纵杆实施例的侧截面图，其示出了各种操纵杆位置和弹簧状态；
图94示出了包括按钮选择器的示例性TPO操纵杆实施例的俯视和仰视透视图；
图95示出了包括按钮选择器的示例性TPO操纵杆实施例的前透视截面图和前截面图；
图96示出了示例性TPO触控板实施例的俯视透视图；
图97示出了示例性TPO触控板实施例的仰视透视图；
图98示出了示例性TPO触控板实施例的俯视透视前截面图；
图99示出了示例性TPO触控板实施例的俯视透视对角线截面图；
图100示出了示例性TPO辅助键盘(keypad)实施例的俯视透视图；
图101示出了示例性TPO辅助键盘实施例的仰视透视图；
图102示出了示例性TPO辅助键盘实施例的俯视透视前截面图；
图103示出了示例性TPO辅助键盘实施例的俯视透视对角线截面图；
图104示出了基本平面触控板/辅助键盘覆盖层的俯视透视图和俯视透视正面/侧面截面图，其可以具有或可以不具有与其结构相关联的印刷文本或表面键纹理。
图105示出了包括围绕按钮/键的边缘压痕的触控板/辅助键盘覆盖层的俯视透视图和俯视透视正/侧截面图；
图106示出了包括围绕按钮/键的边缘脊的触控板/辅助键盘覆盖层的俯视透视图和俯视透视正/侧截面图；
图107示出了凸起键/按钮触控板/辅助键盘覆盖层的俯视透视图和俯视透视正/侧截面图；
图108示出了压下/降低的键/按钮触控板/辅助键盘覆盖层的俯视透视图和俯视透视正/侧截面图；
图109示出了带有凸起标记的压下/降低的键/按钮触控板/辅助键盘覆盖层的俯视透视图和俯视透视正/侧截面图；
图110示出了带有键罩的圆顶形键/按钮触控板/辅助键盘覆盖层的俯视透视图和俯视透视正面/侧面截面图；
图111示出了带有键罩的圆顶形键/按钮触控板/辅助键盘覆盖层的俯视透视图和俯视透视正/侧截面图；
图112示出了包括模块化结构特征的示例性TPO键结构的俯视前右视和俯视后左视透视图；
图113示出了包括模块化结构特征的示例性TPO键结构的仰视前右视和仰视后左视透视图；
图114示出了包括模块化结构特征的示例性TPO键结构的俯视图和仰视图；
图115示出了包括模块化结构特征的示例性TPO键结构的前视图和侧视图；
图116示出了包括模块化结构特征的示例性组装的TPO键结构的俯视前右视和俯视后左视透视图；
图117示出了包括模块化结构特征的示例性组装的TPO键结构的俯视前侧截面透视图；
图118示出了包括模块化结构特征的示例性组装的TPO键结构的俯视右侧截面透视图；
图119示出了包括模块化结构特征的示例性组装的TPO键结构的俯视前侧截面透视详细视图；
图120示出了包括带有集成的自动识别机构的模块化结构特征的示例性TPO键结构的俯视图和仰视图；
图121示出了包括带有集成的自动识别机构的模块化结构特征的示例性TPO键结构的仰视右前视和仰视左后视透视图；
图122示出了包括带有集成的自动识别机构的模块化结构特征的示例性TPO键结构的前视图；
图123示出了包括带有集成的自动识别机构的模块化结构特征的示例性TPO键结构的侧视图；
图124示出了包括带有集成的自动识别机构的模块化结构特征的示例性组装的TPO键盘结构的仰视图，俯视右前视透视图和仰视右前视透视图；
图125示出了与多个TPO键盘结构组合的示例性TSA平板的俯视右前视透视图；
图126示出了与多个TPO键盘结构组合的示例性TSA平板的俯视图；和
图127示出了描述与在TSA上放置自动识别的TPO键盘结构相关联的应用软件和设备驱动程序的自动加载的流程图。
目前优选示例性实施例的描述
虽然本发明容许许多不同形式的实施例，对在附图中示出、并且将在本文中的本发明的详细优选实施例中描述的本公开的理解是，本公开应被认为是发明原理的示例，并无意将本发明的广泛方面限制于所示出的实施例。
本申请的许多创新性的教导将特别参考目前优选的实施例来描述，其中这些创新教导被有利地应用到触觉触摸传感器系统和方法的特定问题中。然而，应当理解，该实施例仅是本文的创新教导的许多有利使用的一个示例。通常，在本申请的说明书中做出的陈述并不必定限制任何各种要求保护的发明。并且，一些陈述可以用于一些发明特征，但不能用于其他特征。
触摸传感器阵列(TSA)定义
在本发明的上下文中，术语“触摸传感器阵列(TSA)”被定义为如在通过引用并入本申请中的上述引用的专利和专利申请中所描述的内插高分辨率力敏感触摸传感器(FSTS)系统。
TPO制造无限制性
本发明预期了在许多优选实施例中通过注射成型和/或3D打印制造TPO覆盖层的方法。然而，本发明还预期TPO覆盖层可以从胚料覆盖层或原料覆盖层材料进行激光切割而成。
TPO覆盖层透明度无限制性
本发明预期的另一种类型的覆盖层是保持(retain)打印的纸张的透明覆盖层。这种TPO覆盖层使得无法访问3D打印机或激光切割机的最终用户能够对新的覆盖层设计进行快速地原型设计，并将其应用于透明覆盖层正面或背面。
TPO覆盖层材料无限制性
关于TPO覆盖层的制造，应当注意，TPO覆盖层可以由诸如聚氨酯泡沫(例如罗杰斯(Rogers)公司的
Figure GDA0002450108730000111
牌微孔聚氨酯)、硅树脂泡沫、氯丁橡胶泡沫的湿软材料和任何规则(非发泡)的硅酮或橡胶(包括热塑性聚氨酯(TPU))制成。
鼠标无限制性
当在可移动或不可移动的TPO覆盖层的环境中使用时，术语“鼠标”应当被给予宽泛的解释，以覆盖可能在其上甚至不具有按钮或滚轮的任何种类的“鼠状定位器”。因此，当在本文中使用时，术语“鼠标”可以字面上是用户移动并且TSA传感器跟踪的物体。在本上下文中，TSA也可以跟踪鼠标/鼠状定位器的旋转取向以及力分布(以便能够检测施加到鼠标/鼠状定位器的倾斜压力)。
TPO自动识别无限制性
虽然本文关于TPO覆盖层的识别的讨论集中于这些结构的自动识别，但是本发明还预期其中一些类型的TPO覆盖层(例如自制3D打印覆盖层)允许用户手动地指定在TSA表面上的覆盖层ID和/或位置的情况。
TSA/TPO磁性耦合无限制性
本文所示的许多实施例利用TSA和TPO结构中的成对磁体来提供TSA和TPO之间的机械耦合机构。在一些实施例中，这些磁体中的一个可以被磁耦合到耦合对中的剩余磁体的铁磁材料(铁，钢等)代替。这将提供例如使用铁磁TPO或TPO边框来配合TSA内的磁体，或者可替代地使用TPO或TPO边框内的磁体来配合嵌入在TSA内的铁磁材料或保持着TSA的边框的周边。因此，当在本文中使用时，术语“磁体”和类似术语涵盖多种磁耦合配合方法。
TSA构造
如本文所述的TSA可以包括结合有行-列力检测和/或行-列力插值检测的压力敏感表面(PSS)。
传感器技术应用场景
本发明的主要部件之一是高分辨率多点触摸力敏感触摸传感器。这种技术完全适合于物理增强，因为与其他触摸技术不同，触摸传感器可以由施加力的任何物体激活。如果采用电容式触摸技术，您只能使用导电物体激活传感器。这将使得覆盖层的构造更加困难，并且将需要用于制造的特殊材料。许多光学解决方案也行不通，因为大多数解决方案从传感器的侧面发射/接收光信号。如果在传感器上放置一个覆盖层，它将潜在地阻挡此光线传播的路径，并且您将无法感测覆盖层本身上的交互。在本发明的优选实施例中使用多点触摸力敏感触摸传感器。在本公开的其余部分中，“触摸传感器”应当被理解为多点触摸力敏感触摸传感器。
系统概述(0100)
在图1(0100)的框图中描述了本发明系统的总体概述。这里，触觉触摸传感器系统(TTS)(0110)包括如在上面所指出的并通过引用并入本文的专利和专利申请中所大体描述的触摸传感器阵列(TSA)(0111)。向该TSA(0111)施加TSA物理覆盖层(TPO)(0112)。该TPO(0112)可以包括多种物理形式，其中许多是由本申请中的示例所提供的并且在下面所进一步详细描述的。TPO(0112)可以是固定的集成形式，但也可以是配合在一起以形成定制的物理形式的不同形式。
TPO(0112)(无论是集成形式还是不同形式)中的每一个可以包括唯一地标识了构成覆盖层结构的TPO(0112)的类型的TPO标识符(TPI)(0113)。然后由TPO检测器(TPD)(0114)读取该TPI(0113)，TPO检测器(0114)将该信息转换为二进制标识格式(BIF)。该BIF适合于由TTS硬件计算机接口(HCI)(0115)解释，并且随后被传送到用户计算装置(UCD)(0101)。
UCD(0101)从应用软件驱动程序(ASD)(0102)数据库加载适当的软件和/或设备驱动程序，然后用于解释当用户0103与TPO(0112)交互时从TSA(0111)检索到的接触/压力信息。根据由TPD(0114)检测到的TPI(0113)和由来自ASD(0102)的UCD(0101)加载的后续软件驱动程序，可以将各种图形用户界面(GUI)(0104)呈现给用户(0101)。
方法概述(0200)
在图2(0200)的框图中描述了本发明方法的总体概述。该触觉传感器(TTS)方法包括以下步骤：
(1)在触摸传感器物理覆盖层(TPO)内编码TPI覆盖层标识，以唯一地识别TPO的功能(0201)；
(2)将TPO施加到触摸传感器阵列(TSA)的表面(0202)；
(3)使用TPO检测器读取TPI(0203)；
(4)使用用户计算装置(UCD)来询问使用TTS硬件计算机接口(HCS)的TPI(0204)；
(5)基于由所述TPD读取的TPI，在所述UCD上加载应用软件驱动程序(ASD)(0205)；
(6)基于由所述TPD读取的TPI向用户呈现软件应用/接口(0206)；
(7)基于TPD读取的TPI，解释经过HCI的来自TSA输入的输入(0207)；和
(8)如果TPO尚未被修改或更换，则进行到步骤(6)，并且如果TPD已经检测到施加于TSA的TPO的改变，则进行到步骤(2)。
该一般方法可以根据多个因素进行重大修改，可以具有本发明范围内所预期的重新排列和/或添加/删除步骤。本发明的总体范围预期了连同本文所描述的各种优选示例性实施例系统的该优选示例性实施例方法和其它优选示例性实施例方法的结合。
系统详细描述(0300)
在图3(0300)的框图中描述了本发明系统的总体概述。触摸传感器阵列检测器(TSA)(0301)形成从压敏表面收集压力传感器信息的基础，并且在通过引用被包括在本文中的参考专利文件中描述了TSA(0301)。用户0302与和物理TSA压力覆盖层(TPO)(0304)相关联的图形用户界面0303交互，物理TSA压力覆盖层(TPO)用TPO检测器(TPD)(0305)进行检测和识别。然后，使用接触/事件映射的数据库0306将相关联的软件功能与从TSA(0301)接收的原始触摸传感器数据0307相关联。原始触摸传感器数据0307然后由接触位置提取处理0308和事件发生器0309来解释，所述接触位置提取处理由接触/事件映射配置，所述事件发生器由TPO(0304)的自动TPD检测器0305配置。然后由事件发生器0309生成的事件由
Figure GDA0002450108730000141
复合软件接口0310转换成适当的协议(MIDI协议0311，串行协议0312，HID鼠标协议0313，HID键盘协议0314，HID数字转换器协议0315，HID操纵杆协议0316等)，并且传送到USB/BLUETOOTH主机0320，以由适当的软件驱动器(0321，0323，0325)和相关联的软件应用程序(0322，0324，0326)进行解释。
该系统的一个优点是能够基于该识别过程自动识别(0305)特定TPO覆盖层0304并加载适当的软件驱动器/应用(0309)。
软件界面
重要的是要注意物理触摸传感器增强需要软件部件来实现有效的用户界面。必须有知道什么TPO覆盖层位于TSA触摸传感器的顶部的软件，使得触摸数据可以被转换为如该覆盖层所指示的功能。例如，如果钢琴键盘覆盖层被放置在传感器上，则用户还必须具有将触摸翻译成钢琴键按压的软件。应用软件可以直接生成音频，或者可以使用诸如MIDI的标准格式将按键事件发送到其他软件。
保持覆盖层与软件“同步”也很重要。如果用鼓垫取代前面提到的钢琴键盘覆盖层，并且钢琴软件仍在运行，则鼓垫将产生非常意外的结果(播放鼓垫将激活钢琴软件中的键)。本发明的公开内容教导了用于保持软件与覆盖层“同步”的几种方法。这些方法将在后面的部分中描述。
方法详细描述(0400)
在图4(0400)的流程图中描述了本发明方法的详细概述。该触觉传感器(TTS)方法包括以下步骤：
(1)从TSA触摸传感器读取触摸传感器数据(0401)；
(2)从触摸传感器数据提取接触位置(0402)；
(3)基于检测到的接触位置配置接触/事件映射(0403)；
(4)基于检测到的接触位置生成事件(0404)；
(5)通过指定的API接口将事件数据发送到相关联的软件应用程序(0405)；和
(6)循环到步骤(1)以读取添加触摸传感器数据(0406)。
图4(0400)–图7(0700)描绘了系统软件如何读取触摸数据并且最终确定特定触摸是否已经激活覆盖层上的感兴趣区域。图4(0400)提供了系统操作的概述。图5(04500)详细描述了接触/事件映射的配置。图6(04600)详细描述了基于接触位置的事件的生成。
在该示例中的覆盖层在图7(0700)中提供，并且具有两个感兴趣区域或两个“特征”。底层软件是使用这个特定的覆盖层运行的，所以它也知道这两个特征在触摸传感器上的位置。当手指触摸TPO覆盖层时，力通过柔性覆盖层传递到下面的力敏感触摸传感器。这产生传感器针对该特定触摸所看到的力响应。传感器可以使用此响应来计算接触位置。软件使用其对两个特征的知识来确定这个触摸是否在这些区域之一内。在本例中，软件检测到左侧的功能已激活。然后，软件可以触发与激活左特征相关联的事件。
配置接触/事件映射方法细节(0500)
在图5(05500)的流程图中描述了本发明的接触/事件映射方法的详细概述。该触觉传感器(TTS)方法包括以下步骤：
(1)确定是否检测到TPO覆盖层，如果检测到，则进行到步骤(3)(0501)；
(2)加载默认接触/事件映射，并进行到步骤(4)(0502)；
(3)加载与TPO覆盖层相关联的接触/事件映射(0503)；
(4)确定用户是否通过GUI手动定义接触/事件映射，如果不是，则进行到步骤(6)(0504)；
(5)依据来自GUI的用户规范调整加载的接触/事件映射(0505)；
(6)保存接触/事件映射(0506)；和
(7)返回到调用过程(0507)。
该一般方法可以根据多个因素进行重大修改，可以具有本发明范围内所预期的重新排列和/或添加/删除步骤。
在接触位置上生成事件的方法(0600)
在图6(0600)的流程图中描述了本发明的接触位置事件生成方法的详细概述。该触觉传感器(TTS)方法包括以下步骤：
(1)检查接触位置(0601)；
(2)检查接触/事件映射中的“活动区域”(0602)；
(3)确定接触位置是否位于接触事件映射中的“活动区域”内，并且如果是，则进行到步骤(6)(0603)；
(4)确定在要检查的接触事件映射中是否存在额外的“活动区域”，并且如果不存在，则进行到步骤(7)(0604)；
(5)对接触事件映射中的所有“活动区域”重复步骤(2)-(4)(进行到步骤(2))(0605)；
(6)依据接触/事件映射生成由当前活动区域指定的事件(0606)；
(7)确定是否有更多的接触要检查，如果没有，则进行到步骤(9)(0607)；
(8)对所有检测到的接触重复步骤(1)-(8)(进行到步骤(1))(0608)；和
(9)返回到调用过程(0609)。
该一般方法可以根据多个因素进行重大修改，可以具有本发明范围内所预期的重新排列和/或添加/删除步骤。
在接触位置上生成事件(0700)
在图7(0700)的图中描绘了如何基于接触位置生成事件的示例。这里描绘了两个活动区域(1和2)，并且详细描述了相应的活动区域接触/事件映射。该图提供了图4(0400)-图6(0600)中的过程可以操作的示例框架。
TSA/TPO磁体放置技术(0800)
在图8(0800)的图中概括描绘了磁体可以被结合在TSA/TPO结构中的各种方法。这里，出于说明性目的，呈现了通用TSA/TPO结构(0810)，其结合了多种预期的磁体放置技术。在该通用采样环境中，磁体可以被放置/嵌入在TSA/TPO结构(0810)内部(0811)，定位成穿过整个结构(0812)，与结构的表面平齐放置(0813)，或从结构的表面突出(0814)。在任何这些情况下，磁体可以在注射成型工艺期间被放置在覆盖层内部，或者在注射成型工艺完成之后被胶合/插入。在任何这些情况下，磁体可以以任何物理形式配置，并且当TSA/TPO膜(0810)被注塑成型时进行放置，或在某些情况下在注射成型过程完成后被插入。对于在注射成型之后插入磁体的那些情况，可能可以制造具有磁体腔的TSA/TPO，该磁体腔的外表面周边边缘直径略小于磁体，以便当磁体被插入磁体腔时捕获磁体。
另外，在这些情况下也预期使用与TSA/TPO(0810)的表面齐平(0815)和/或从TSA/TPO(0810)的表面突出(0816)的柔性磁条。如所概括描绘的，所述的任何磁性结构可以被定位为从TSA/TPO(0810)表面突出(0817)或与TSA/TPO表面齐平(0818，0819)。
磁力计TPO识别(0900)-(1200)
本发明可以通过如图9(0900)-图12(1200)中概括描述的磁力计传感器来实现TPO的识别。图9(0900)描述了在TSA结构内使用的典型硬件接口，以单独地检测被放置在TPO内用于识别目的的磁体。图10(10900)示出了典型的TSA/TPO对，其中TSA中的磁力计与TPO中的对应的嵌入磁体位置相匹配，以提供解码的TPO覆盖层标识。磁力计还可以用于检测如图11(1100)中概括描绘的TPO覆盖层的存在，其中在相应TPO位置中存在检测到的磁体的情况下，激活TSA中的磁力计。
用于TPO覆盖层的自动磁检测的一般方法在图12(1200)中大体示出，并且包括以下步骤：
(1)在TSA中扫描磁力计(1201)；
(2)确定是否检测到任何磁体，如果没有检测到，则进行到步骤(7)(1202)；
(3)等待预定量的时间，以允许TPO覆盖层沉降(1203)；
(4)扫描TSA中的磁力计(12094)；
(5)确定TPO中检测到的磁体的数量是否已改变，如果已改变，则进行到步骤(3)(1205)；
(6)报告由TSA中的磁力计解码的TPO覆盖层ID，并进行到步骤(8)(1206)；
(7)报告未检测到TPO覆盖层(1207)；和
(8)返回到调用过程(1208)。
该一般方法可以根据多个因素进行重大修改，可以具有本发明范围内所预期的重新排列和/或添加/删除步骤。
RFID TPO识别(1300)-(1600)
本发明可以通过如图13(1300)-图16(1600)中概括描述的射频标识(RFID)标签/传感器来实现TPO的识别。图13(1300)描述了TSA中的RFID天线如何可以与TPO中的相应RFID标签配合，以允许TSA对TPO进行识别和存在检测。图14(1400)描述了TSA内的RFID天线阵列如何可以用于通过使用各种TPO结构内的RFID标签来定位多个TPO结构在TSA表面上的位置。图15(1500)描述了水平/垂直天线如何放置在TSA和TPO内以提供TPO检测和这两个结构之间的通信。
用于TPO覆盖层的自动磁检测的一般方法在图16(1600)中概括示出，并且包括以下步骤：
(1)扫描TSA中的单个RFID线圈(1613)；
(2)确定是否检测到任何RFID，如果没有检测到，则进行到步骤(4)(1602)；
(3)报告从RFID读取的TPO覆盖层ID(1613)；
(4)对TSA中的所有剩余RFID线圈重复步骤(1)-(3)(进行到步骤(1)(1604)；以及
(5)返回到调用过程(1605)。
该一般方法可以根据多种因素进行重大修改，可以具有本发明范围内所预期的重新排列和/或添加/删除步骤。
TSA平板界面(TTI)(1700)-(2400)
本发明可以使用如图17(1700)-图24(2400)中所描述的触摸敏感阵列(TSA)平板界面来实现所描述的触觉触摸传感器系统/方法。该TTI提供了可以构建许多优选的发明实施例的基础。如下所述的多种TPO覆盖层可以被附接到TTI活动TSA压敏表面，并且使用各种有线和无线通信协议与TSA电子设备和远程主机计算机进行通信。
这些图中所示的平板可以构造有任何类型的周边形式。另外，虽然在随后的图中描绘了设定数量的键，但是本发明可以基于应用环境包括任何数量的键。图中所示的键可以包括压印标记(通过压印制造工艺制成)，但这不是对本发明的限制。
示例性3D覆盖层(2500)-(4000)
TPO覆盖层可以被构造成三维的。这可以通过将柔性材料模制成或3D印刷成三维覆盖层来实现。对于钢琴，可以创建覆盖层，使得黑键比白键高。覆盖层还可以在键之间具有间隙，使得用户可以感觉到钢琴键开始/结束的位置。这种类型的覆盖层向用户提供视觉和触觉反馈。图25(2500)-图40(4000)示出当使用三维覆盖层制造工艺时可以添加到覆盖层的各种特征的横截面。应当注意，使用这些构造技术可以使用各种各样的整体TPO厚度，并且在图25(2500)-图40(4000)中所示的示例性实施例中提供了这些变体中的几个。
TPO第一通用辅助键盘界面(2500)-(2600)
本发明可以如图25(2500)-图26(2600)中概括描述的第一通用辅助键盘(keypad)形式来实现所描述的触觉触摸传感器系统/方法。此示例表示一种典型的定制键盘界面布局。
TPO第二通用辅助键盘界面(2700)-(2800)
本发明可以如图27(2700)-图28(2800)中概括描述的第二通用辅助键盘界面形式来实现所描述的触觉触摸传感器系统/方法。
TPO第三通用辅助键盘界面(2900)-(3000)
本发明可以如图29(2900)-图30(3000)中概括描述的第三通用辅助键盘界面形式来实现所描述的触觉触摸传感器系统/方法。
TPO第一键盘界面(3100)-(3200)
本发明可以如图31(3100)-图32(3200)中概括描述的第一键盘(keyboard)形式来实现所描述的触觉触摸传感器系统/方法。这些图描绘了物理上增强力敏感触摸传感器的平坦覆盖层。在这种情况下，覆盖层是柔性材料的平坦片。此覆盖层上印有QWERTY键盘，以向用户提供视觉反馈。
TPO第二键盘界面(3300)-(3400)
本发明可以如图33(3300)-图34(3400)中概括描述的第二键盘形式来实现所描述的触觉触摸传感器系统/方法。由于TPO覆盖层可以被随意替换，所以可以根据用户期望的语言来替换键盘面上的字符。
TPO第三键盘界面(3500)-(3600)
本发明可以如图35(3500)-图36(3600)中概括描述的第三键盘形式来实现所描述的触觉触摸传感器系统/方法。该实施例使用比先前实施例更厚的键形式，并且示出可以如何基于所选择的TPO覆盖层来修改键盘的“感觉”。因此，单个TSA平板可以支持用于用户人体工程学的大量“感觉”。
TPO第一钢琴键盘界面(3700)-(3800)
本发明可以如图37(3700)-图38(3800)中概括描述的第一钢琴键盘形式来实现所描述的触觉触摸传感器系统/方法。这仅仅是大量音乐键盘和音乐采样器播放器键盘的一个示例，其可以被形成为用于TSA平板界面的TPO覆盖层。
TPO第二键盘界面(3900)-(4000)
本发明可以如图39(3900)-图40(4000)中概括描述的第二钢琴键盘形式来实现所描述的触觉触摸传感器系统/方法。这里的键浮凸比前例版本更高，并说明了TPO覆盖层如何可以多种形式配置，以适应音乐家的人体工程学。
可编程可变形膜(4100)-(4300)
这里描述的TPO结构可以使用如图41(4100)-图43(4300)中所示的可编程可变形膜来构造。这些图描绘了三种不同的可编程可变形膜的横截面。除了模制和机械覆盖之外，还可以使用可编程的可变形膜用于物理触摸传感器增强。这些膜可以通过在柔性覆盖层中嵌入元件来构造，其在被激活时变形，导致覆层本身的变形。
如果系统具有在任何给定时间对于哪个变形元件处于激活状态的编程控制，则可编程膜变得非常强大，应用软件可以动态地控制覆盖层的外观和触觉布局。这样就不需要在系统中实际对各种覆盖层进行交换。可以具有具备各种形状并为用户提供不同界面的单个可编程膜。为了获得该解决方案，可以将膜直接层压在触摸传感器表面上。
压电变形(4100)
图41(4100)描述了嵌入到柔性覆盖层中的基于压电或聚合物的变形元件。当电压施加到变形元件时，嵌入的压电/聚合物元件变形。这种变形导致TPO覆盖层表面变形。变形元件可以使用压电元件和/或随着施加到其上的电压而变形的聚合物来构造。
空气/流体/真空变形(4200)
构造变形元件的另一种方式是将空气或液体的袋(pocket)嵌入覆盖层中。这些袋被连通到可以控制这些袋中的空气/液体的量的加压泵送系统。当空气/液体被泵入这些袋中时，覆盖层将膨胀。当空气/液体从这些袋中释放时，覆盖层将收缩。
图42(4200)描绘了可变形膜系统，其中流体或气体被泵入嵌入膜中的袋中。泵入或排出这些袋的流体/气体的量确定了TPO覆盖层表面有多少变形。
热变形(4300)
实现这种效果的最终方法是嵌入当暴露于热/冷时变形的热敏元件。加热元件可以被构建在覆盖层中，以便激活这些变形元件。
图43(4300)描绘了使用由热激活的变形元件的可变形膜。加热元件被放置在变形元件附近，并且电流流过加热元件。这导致加热元件变热，从而导致变形元件膨胀，使膜变形。
TPO光导管(4400)-(4500)
改善暗设置的覆盖层的可用性的一种方式是照亮覆盖层。为了实现这种方法，可以将侧面安装的LED放置在触摸传感器的边框周围。可以设计TPO覆盖层，使其作为这些侧面照明LED的光导。每个覆盖层可以严格控制光在覆盖层内行进的位置，以及控制覆盖层的哪些区域出现照明或黑暗。这改善了对用户的视觉反馈，因为每个覆盖层可以使用这种光导技术来突出由覆盖层呈现的特定功能。
本文描述的TPO结构可以包括如图44(4400)-图45(4500)中概括描绘的光导管。如这些图所示，由TSA平板结构提供的TPO的特定部分的照明由TPO结构内的侧LED和光学光导管提供。
这些图示出了如何可以将覆盖层用作光导，以在各种环境中增加覆盖层的可见性。侧面安装的LED可以被安装在触摸传感器的边缘周围，并且可以照射进被放置在触摸传感器顶部的覆盖层中。从覆盖层的侧面注入的光可以扩散并离开指定区域。从图中可以看出，一些区域允许光穿过并且离开覆盖层(这些区域将看起来是被照亮的)，其中其他部分被设计成将光保持在覆盖层内(这些区域将看上去是暗的)。不同的LED可用于照亮不同组的TPO结构。
有源TPO能量收获(4600)-(4700)
到目前为止，覆盖层被描述为纯粹的无源和无动力。然而，如果覆盖层可以从传感器接收功率，则可以创建更复杂的覆盖层。这可以通过对放置在传感器上的覆盖层感应供电来实现。根据传输的电量，这些覆盖层可以有供电的LED，分段显示(segment-display)，或甚至通过小扬声器播放音频。这些覆盖层甚至可以具有小的微控制器，其能够通过
Figure GDA0002450108730000211
或BLE直接与应用软件交谈。
模块化覆盖层可以包含能够从感应充电器接收电力的感应线圈。对磁场透明的触摸传感器可以装配有感应充电线圈，以支持对这些模块化覆盖层进行充电/供电。
本文描述的TPO结构可以实现如图46(4600)-图47(4700)中概括描绘的能量收获。如这些图所示，从环境和TSA平板进行的能量收集可以允许TPO内的电子器件结合对TSA表面的压力激活来执行各种功能。
示例性TSA/TPO集成(4600)
到目前为止，覆盖层被描述为单片实体，覆盖整个触摸传感器。然而，同样有益的是构建可以放置在传感器的不同区域中的较小的覆盖层。如果触摸传感器的底部设置有铁磁材料层，则可以采用磁性附接方法将每个覆盖层可靠地安装到传感器。如果实施力分布，RFID，光学，电容，电感或电阻识别方案，则可以在整个传感器上识别和跟踪各种覆盖层。这是重要的，使得软件可以自动配置自身，以将触摸数据转换为覆盖层相关的功能输出。使用这种模块化覆盖层方法，可以混合和匹配平面、3D、机械和可变形覆盖层，以创建新的定制界面。这些模块化覆盖层在图65(6500)-图128(12800)中被更详细地描述。
在图46(4600)中概括描绘了与本文所述的各种模块化TPO结构交互的TSA平板的示例。用于该示例的TSA平板的表面已被缩小比例，但在一些应用中可以相当大，并且包括具有很多平方英尺的表面积的表面。如所描述，TPO结构可以在该表面上以任何方位对准，并且在多个不同个体操作TPO结构的一些应用中，可以将TPO结构进行对准，以对于在单个大型TSA平板上协作的每个个体进行适当的定向。
TSA/TPO附接机构(4800)-(5500)
本文所述的TPO结构可以使用如图48(4800)-图55(5500)中概括描述的各种技术附接到TSA。有很多不同的方式来耦合覆盖层与触摸传感器。最简单的方法是简单地将覆盖层放置在传感器的顶部。然而，这种方法不是很可靠，因为覆盖层可以自由移动。以下部分介绍了连接传感器覆盖层的更好方法。
TPO周围边缘插入TPA(4800)-(4900)
可以将触摸传感器壳体构造成使得其边框是刚性的，但是具有足够的悬垂部分，以将覆盖层保持在适当位置。图48(4800)-图49(4900)示出了如何将覆盖层集成到这样的设计中。如图48(4800)-图49(4900)中大体描绘的，TPO(4810)可以被弯曲，以允许周围边缘插入到覆盖TSA(4820)的边框中。该插入顺序在图49(4900)中进行了详细描述，其中TPO(4910)边缘被插入到覆盖TSA表面的边框(4922)中的凹槽(4921)中。
如上所述，边框可以被设计成不用铰链或磁体保持覆盖层。这种配置可以包括刚性边框，该刚性边框被设计为具有能够保持柔性覆盖层的悬垂部分。在该配置中，覆盖层可以被折叠并滑入壳体中，使得覆盖层边缘落在边框悬垂部分的下方。此配置适用于柔性覆盖层，但不适用于刚性覆盖层。
TPO侧边缘插入TPA(5000)-(5100)
可以将触摸传感器壳体构造成使得其边框是刚性的，但是具有足够的悬垂部分，以将覆盖层保持在适当位置。图50(5000)-图51(5100)示出了如何将覆盖层集成到这样的设计中。如图50(5000)-图51(5100)中所大体描绘的，TPO(5010)可以被配置为允许侧边缘插入到覆盖TSA(5020)的边框中。在如图51(5100)所详述的TPO附接实施例中，TSA边框可以被配置为具有封闭端5122或开放端5123。虽然图50(5000)中的描述描绘了封闭式边框5122配置，但是可以被替换为开放式边框5123配置，而不损失本发明的范围。根据TPO(5010)的浮凸键高度，边框类型的选择将是应用特定的，并且在一些情况下，边框可以与TPO配合成为分离的结构或整体的结构。
图50(5000)-图51(5100)示出了既可用于柔性覆盖层也可用于刚性覆盖层的附接解决方案。这种触摸传感器壳体在三个侧面上具有刚性的边框。这允许传感器滑入壳体中。可选地，边框可以卡扣到位，以将覆盖层固定于其被插入壳体中的一侧。该卡扣附接特征的细节未示出，但本领域技术人员将认识到，许多塑料卡扣附接方法与本实施例教导兼容。
TPO磁性边框附接到TPA(5200)-(5300)
也可以利用磁体将覆盖层附接到触摸传感器。这些磁体可以被放置在装置的边框中，以帮助传感器/覆盖层对准。触摸传感器壳体也可以被构造成使得边框与壳体完全分离。这类似于铰接框架方案，不同之处在于两侧均分离。使用插入式框架，边框可以卡入传感器外壳或通过磁体连接到覆盖层的顶部。
如在图52(5200)-图53(5300)中大体描绘的，TPO(5210)可以被配置为允许使用TPO磁性保持边框5230来附接到TSA(5220)。这些图示出了插入式框架5230如何可以用于将覆盖层固定到触摸传感器。插入式框架可以使用磁体或塑料卡扣/凹口，以便牢固地耦合到传感器外壳。TPO覆盖层可以被放置在触摸传感器的顶部，并且插入式框架将在覆盖层的顶部下降，以将其固定到触摸传感器。
容纳在TSA(5220)内的磁体5221与磁性TPO保持边框5330内的相应磁体5331配合。这些图中所示的TPO(5210，5310)被设计成通过TPO磁性保持边框(5230,5330)在边缘处被保持。
使用通孔磁体的TPO附接(5400)-(5500)
如在图54(5400)-图55(5500)中描绘的替代实施例中大体描绘的，该构造技术的其它变体可以包括在TPO(5410,5510)中的孔5411，孔5411对应于TSA(5420,5520)磁体5421和TPO磁保持边框(5430,5530)中的磁体5431，使得TPO(5410,5510)的保持通过在TPO(5410,5510)的拐角处的磁体(5421,5431)和TPO磁性保持边框(5430,5530)来实现。该变体需要TPO(5410,5510)的更大的占用面积，以允许磁体(5421,5431)在TPO(5410,5510)，TSA(5420,5520)和TPO磁性保持边框(5430,5530)的角部处重叠。
TPO铰接边框附接到TPA(5400)-(5500)
可以将触摸传感器外壳构造成使得边框区域在铰链上打开。可以将覆盖层放置在触摸传感器上，并且可以将边框向下关闭返回，将覆盖层固定到下面的传感器。图55(5500)-图56(5600)中，TPO(5510)可以被配置成允许使用TPO铰接保持边框5530附接到TSA(5520)。包含在TSA组件5520内的铰链5521与TPO保持边框5630内的相应铰链元件5631配合。与前述实施例一样，可以使用磁体将TPO保持边框5630固定到TSA组件5620，这些磁体可以被放置在如所描述的一个或多个组件角落处。一些替代实施例可以利用TSA组件5620的前部上的闩锁机构来固定TPO保持边框5630。
图55(5500)-图56(5600)示出了如何使用铰接框架将覆盖层固定到触摸传感器。为了安装覆盖层，简单地打开框架，在触摸传感器的顶部放置新的覆盖层，并且关闭框架。覆盖层将在铰接框架下方延伸，使得它将牢固地保持抵靠触摸传感器。铰接框架可以通过铰链在一侧固定，并且可以用磁体在另一侧固定。注意，触摸传感器被集成到该壳体中，并且不可移除(仅覆盖层是可移除的)。铰接框架可以用钩/扣系统而不是磁体进行固定。当钩被滑动打开时，可以用弹簧弹开铰接框架。根据这种构造，铰链也可以用突片替代，以形成可拆卸的框架。
TPO识别机构(5600)-(6300)
概览
如前面“软件”部分所述，重要的是保持应用软件与当前位于TSA传感器顶部的TPO覆盖层“同步”。如果软件与覆盖层不匹配，则覆盖层不会如用户期望的起作用。不断地确保应用软件与当前覆盖层匹配是一项困难的任务。解决这个问题的一种方法是构建一个系统，其中软件可以检查哪个覆盖层当前位于触摸传感器上。实现此功能的方法在以下部分中描述。
图57(5700)-图64(6400)示出如何构造覆盖层，使得传感器可以检测哪个覆盖层当前被放置在传感器的顶部。点阵图案与力分布覆盖层识别方法一起使用。也可以使用具有嵌入式RFID标签的覆盖层。如前所述，触摸传感器可以由能够从该标签读取ID的RFID读取器构成。另外，RFID标签可以用天线和通用微控制器来代替，该微控制器被编程以调制从RFID读取器发送的电磁波。微控制器可以从RFID读取器接收电力并响应ID请求。TPO的光学识别正在使用条形码和/或QR码。导电图案也可以用于使用电容，电导或电感测量进行的识别。应当注意，光学和电容识别标记可以被放置在覆盖层的任一侧上。这些标记也可以被放置在覆盖层的边缘上。标记位置取决于ID感测电子器件如何在传感器外壳内定位。
在许多优选的发明实施例中的TPO结构可以包括如图57(5700)-图64(6400)中概括描述的某种形式的唯一标识机构。这些TPO唯一标识符(TPI)允许软件控制TSS，以在给定TPO被施加到TSA的表面时自动重新配置操作。各种TPI识别方法为本发明所预期并且现在将被讨论。
示例性TPO/TSA组件(5600)
图57(5700)示出了已经被配置为与TSA平板5720配合的示例性TPO(5710)。这种示例性TSA+TPO配置将被用作下面描述的各种TPO识别方法的基本示例。
嵌入式TPO磁体(5700)
图58(5800)示出了当TPO被放置在TSA上时TPO中的嵌入式磁体用于唯一地识别TPO。其中磁体可以位于TPO内，以与嵌入TSA(未示出)中的相应磁体配合。这允许TPO结构正向配合到TSA表面，从而实现TPO和TSA表面的配准对准。该图示出了磁体如何可以嵌入覆盖层本身中。如果触摸传感器壳体在相同位置具有互补磁体，则覆盖层可以直接接附到传感器的顶部。
TPO磁性识别(5800)
图59(5900)示出了包括如上所述的TPO定位磁体位置5911并且还包括了多个TPI识别磁体位置5912的TPO结构5910，这些TPI识别磁体位置5912可以被磁体填充，所述磁体由TSA内的相应磁力计(例如，霍尔效应传感器或等效检测器)检测。通过选择性地填充TPI识别磁体位置5912，TSA磁力计可以识别特定TPO特有的位流(bit stream)，并且因此装载适当的软件驱动器和应用软件，以处理所接收的来自于由TSA感测的按压压力的信息。也可以在不使用磁力计的情况下，通过将用于每个TPI识别磁体位置5912的相应磁体嵌入在TSA内、并测量在每个TPI位置处检测到的压力，来利用该识别机构。未安装磁体的TPI位置将记录很少压力或没有检测到压力，而具有安装的磁体的TPO中的TPI位置将检测到可转换为相应的TPI识别位流的TSA压力的可测量的增加。
凸起的TPO压力标记(力分布识别)(5900)
由于覆盖层被放置在力敏感触摸传感器上，所以可以修改覆盖层，使得它对传感器施加独特的力分布图案。可以形成这种力分布图案，使得它是唯一的，这将允许软件将不同的覆盖层相互区分开。图60(6000)示出了通过在覆盖层的底侧上放置小突起来实现这一点的一种方式。这些突起将推入触摸传感器，产生可检测的力分布图案。可以产生一种方案，其中所有覆盖层都具有其中存在这些突起的传感器的指定区域。如果是这种情况，则可以使用二进制编码为每个覆盖层分配唯一的ID。突起的存在可以映射到“1”，并且突起的不存在可以是“0”。该二进制方案可以被解码成覆盖层ID。当在传感器上放置新覆盖层时，传感器可以读取新覆盖层的ID，并智能地加载与覆盖层中呈现的功能匹配的正确软件。
作为示例，图60(6000)示出了包括如上所述的TPO定位磁体位置6011并且还包括了多个凸起的TPI识别标记位置6012的TPO结构6010，这些TPI识别标记位置6012可以包括升高到TPO的平面之上的各种形状，并且在TSA的表面上施加被限定的压力分布。通过在TPI识别标记位置6012处提供正确的形状和/或位置，TSA可以检查压力敏感表面的该区域，并且借助于在TPI(6010)后表面之上呈现的唯一的压力分布来确定TPO的识别，TPI识别标记位置6012的压力分布形状和/或位置可以用在该识别过程中。注意，在该识别过程中可以使用TPI识别标记位置6012的压力分布形状和/或位置。因此，特定形状可以唯一地识别TPO和/或识别来自可以用于完成该识别的压力分布的数据的二进制编码。应当注意，通过使用压力分布周长信息的这种识别技术也可以与图59(5900)中详细描述的磁性方法一起使用。
使用用于TPO结构的压力标记识别的其它示例在图121(12100)-图125(12500)中进行了更详细地描述，其中在图128(12800)的流程图中提供了相应的方法识别。
触觉条形码识别(6000)-(6100)
图61(6100)-图62(6200)示出了使用触觉条形码6112来识别TPO(6110)。该压敏方法类似于图60(6000)中描述的方法，并且可选地包括配准磁体6111，不同之处在于，触觉条形码6112通常包含足够的内部配准信息，使得其可以被放置在TPO上的任何位置，并且无需配准磁体6111也仍然能够被TSA适当地识别。在一些情况下，TPO识别过程可以通过“滑动”TPO以将条形码按压到TSA的表面上、并因此影响TSA扫描逻辑对条形码的识别来得到增强。在图61(6100)中还描绘了凸起纹理快速响应(QR)码6113的使用，其也可以与所示条形码类似的方式使用，以提供TPO识别信息和可能的应用软件的源信息和/或用于TPO配置的驱动器。
光学识别(6000)-(6100)
可替代地，可以采用光学解决方案来识别位于传感器顶部的覆盖层。例如，条形码或QR码可以被放置在TPO覆盖层的底侧(图61(6100)-图62(6200))。TSA力传感器可以配备有条形码扫描器/相机，其读取唯一的条形码/QR码，并确定什么特定的TPO覆盖层位于传感器的顶部。也可以使用安装的相机俯视TSA传感器来识别不同的覆盖层。
TPO RFID识别(6200)
识别哪个覆盖位于传感器顶部的另一种方式是将RFID标签嵌入到每个覆盖层中。只要触摸传感器对磁场透明，RFID天线就可以直接被放置在触摸传感器的下面。该天线可以连接到能够读取覆盖层中的RFID标签的电子设备。对于模制覆盖层，RFID标签可以被嵌入模具本身中。对于机械和可变形覆盖层，RFID标签可以被放置在覆盖层的底部。必须小心，使得RFID层继续允许力传递到下面的触摸传感器。
图63(6300)示出了包括嵌入在TPO(6310)内的RFID(6312)的TPO(6310)，其可以将TPO(6310)的标识被动地通信到TSA内存在的相应RFID通信接口。本领域技术人员将认识到，RFID(6312)的形状因子可以基于应用环境和特定RFID技术的选择而广泛变化。RFID(6312)可以是如图所示的分离部件，或者在一些优选实施例中，RFID(6312)可以被包括在TPO(6310)的内部结构中。
TPO短路条识别(6300)
图64(6400)示出与TSA(6420)配合的TPO(6410)，其中TPO识别是由于存在于与相应的TSA(6420)表面中的相应开关触点6422配合的TPO(6410)中存在的短路条6412而发生的。在TPO(6410)上合适地放置短路条6412使得可以由TSA(6420)解释二进制代码，并发生TPO(6410)的识别。
TPO电容和/或电感识别(6300)
此外，导电电极可以被附接，印刷或嵌入TPO覆盖层。可以沿着触摸传感器的边缘放置电容和/或电感传感器的阵列。这些电容和/或电感传感器可检测这些电极的存在/缺失。再次，这些电极可以被用作二进制编码以区分不同的覆盖层。
作为示例，图64(6400)中描绘的配置的其它变体可以使用TSA(6420)中的触点6422与TPO(6410)中存在的相应导电条之间的电容和/或电感的耦合差异，在所述TPO(6410)匹配到所述TSA(6420)时检测电容和/或电感的变化，以通过存在于所述TPO(6410)中的导电条6412的存在/不存在来识别所述编码的TPO标识。可以使用TPO表面上的或嵌入在TPO内的导电材料中的差异来检测电容和/或电感的这些变化。
示例性TPO检测硬件
虽然可以采取多种硬件方法来影响TPO覆盖层的自动检测，但是下面列出的示例性非排他硬件提供了可以与许多发明实施例一起使用的典型的接口硬件。
电容检测
·模拟器件公司(ANALOG DEVICES)型号AD7147A-单电极电容传感器的CapTouch可编程控制器
·爱特梅尔(ATMEL)型号AT42QT2120–Q触摸12-信道触摸传感器IC。
电感检测
·德州仪器型号LDC1000-电感数字转换器。
·德州仪器型号LDC1312/1314–用于电感式感测的多通道12位电感至数字转换器(LDC)。
磁性检测
·德州仪器型号DRV5053–模拟双极霍尔效应传感器。
·东芝(TOSHIBA)型号TCS20DLR-CMOS数字集成电路硅单片数字输出磁性传感器。
示例性TPO形式
以下讨论详述了各种预期的示例性TPO形式。本领域技术人员无疑将能够使用所提出的教导来扩展这些功能形式以包括各种各样的结构。虽然出于说明本文的概念的目的，已经提供了夸大的水平尺寸和垂直尺寸，但是这些尺寸和比例不限制本发明的范围。许多应用环境将包括所公开的TPO结构的功能，但是以更紧凑的形式因子(form factor)来支持具有薄的便携形式因子的薄的定制控制台结构或预先限定的控制台界面。
机械覆盖层
先前讨论的类型的覆盖层(平坦和3D)都需要使用柔性材料，以便有效地将力从用户传递到触摸传感器。然而，有一种方法用刚性材料来构建覆盖层。这种类型的覆盖层在本发明的公开中被称为机械覆盖层。这种类型的覆盖层可以由任何材料制成，只要它有效地将感兴趣的用户输入转换到下面的触摸传感器。例如，可以构造具有物理按钮，开关，旋钮，滑块和操纵杆的覆盖层，使得与这些特征的交互转换为触摸传感器上的可区分的输入。机械TPO覆盖层的示例在图65(6500)-图104(10400)中示出，并在下文进行详细描述。
图65(6500)-图104(10400)描绘了机械覆盖层的示例。在这些例子中，不使用柔性材料。相反，机械小部件(滑块，旋钮，拨动开关和按钮)被设计成使得它们将来自用户输入的力传递到下面的触摸传感器。各种视图示出了机械覆盖层的横截面，并且描绘了在这些实施例中如何实现滑块和按钮。滑块被构造成使得滑动元件的底部总是与触摸传感器接触。这允许传感器连续读取滑块的位置，当用户来回移动滑块时更新滑块位置。另一方面，默认情况下，按钮并不触及传感器。当使用者按压按钮时，触摸传感器能够通过感测行进中的按钮轴所施加的力来检测按钮激活。
这些图显示了如何创建模块化覆盖层。这些覆盖层的每个包含磁体，并且可以被安装到其后面具有铁磁材料的触摸传感器。这允许覆盖层被放置在触摸传感器上的任何地方。在一些情况下，预期实现平坦、柔性、模块化的覆盖层。该覆盖层可以用于指示通用触摸输入，或者可以指示传感器的特定区域被指定用于绘制。在后一种情况下，可以特别选择该覆盖层的顶部材料，以增强书写体验。图48(4800)和图126(12600)-图127(12700)示出了当触摸传感器被填充各种不同的模块化覆盖层时它们可能看起来像什么。由于这些覆盖层是磁性的，它们可以以任何方式被重新布置。这允许用户创建定制的、强大的、然而直观的物理界面。
TPO按钮(6400)-(6700)
在一些优选实施例中，本发明可以如图65(6500)-图68(6800)中概括描绘的TPO按钮形式实现。这种一般类型的按钮可以具有各种各样的形式，但是如图所示的按钮包括在装置的四个底角处的磁体，以及启动TSA上的压力读数的弹簧加载压力触点。
TPO摇杆开关(6800)-(7100)
在一些优选实施例中，本发明可以如图69(6900)-图72(7200)中概括描述的TPO摇杆开关形式来实现。所示的实施例提供四个磁体和一个双位置摇杆，该四个磁体用以将摇臂开关固定到TSA，该双位置摇杆铰接(articulate)向TSA的表面提供压力的弹簧加载接触器。如图所示，可包括有球轴承，以减少与摇臂开关位置的变化相关的摩擦阻力。
TPO滑块(7200)-(7500)
在一些优选实施例中，本发明可以通常如图73(7300)-图76(7600)所示的TPO滑块形式实现。该滑块提供在运动中具有一个自由度的模拟线性接触器。这可以实现由TSA压力传感器解释的各种线性和数字输入。
TPO旋钮(7600)-(7900)
在一些优选实施例中，本发明可以如图77(7700)-图80(8000)中概括描绘的TPO旋钮形式来实现。TPO旋钮实施例以类似于滑块的方式操作，不同之处在于，旋转旋钮指示器用于围绕旋钮的旋转轴线向TPA提供径向压力。间隔泡沫垫圈和保持紧固件提供必要的摩擦，以在旋转后保持旋钮位置。与具有滑块一样，具有可选的滚珠轴承接触点的弹簧致动接触器提供检测鼠状定位器位移所需的TPA压力。
所示的旋钮提供绕旋转轴线的完全线性的圆形行程。然而，与传统电位计功能相比，本例中可以在定位机构中包括制动器，以提供旋转开关功能。
TPO鼠标/鼠状定位器(8000)-(8700)
在一些优选实施例中，本发明可以如图81(8100)-图88(8800)中概括描绘的TPO鼠标/鼠状定位器形式来实现。该示例性TPO实施例描述了一种两件式鼠标/鼠状定位器组件，其中，鼠标/鼠状定位器壳8510与可更换的接触表面板8520配合，其通过其底部表面上的突起与TSA表面进行压力接触。如在图85(8500)中概括描绘的，鼠标/鼠状定位器壳8510被设计成经由被挤压制造在鼠标/鼠状定位器壳8510的主体内的滑动通道来接纳对应的有索引的可更换的接触表面板8520。
如图87(8700)-图88(8800)中所描述的变体中所示，接触表面板可以多种方式配置，以提供唯一地识别鼠标/鼠状定位器的多个不同的压力模式。当然，使用这些教导也可以产生单件式鼠标/鼠状定位器配置。然而，选择人体工程学鼠标壳8510并且利用多个可更换的接触表面板8520重新对其进行配置的能力允许当与诸如游戏应用等软件进行交互时的用户的大的自由度。
如图81(8100)-图88(8800)所示的鼠标/鼠状定位器TPO的结构允许鼠标/鼠状定位器顶部的侧向压力差被转换为所感测到的TSA上的压力差。例如，当压力在可更换接触表面板8520的底部上的各种表面接触垫(8521，8522，8523)之间重新分布时，这可以由软件解释为等效的鼠标点击或其他GUI消息信息。如图88(8800)所示的其它接触垫结构允许在两个或更多个轴线上检测压力差，这取决于设置在接触板的底表面上的接触垫的数量和类型。各种接触点的变化的数量和布置提供与用户输入活动相关联的各种动作。
TPO操纵杆(8800)-(9500)
在一些优选实施例中，本发明可以如图89(8900)-图96(9600)中概括描绘的TPO操纵杆形式实施。这些图公开了一种操纵杆，其可以通过磁性吸引与TSA表面配合，并允许操纵杆在各种各样的位置被铰接。TSA和操纵杆之间的接触点可以最佳地是具有可选的集成球轴承的弹簧加载接触器。如在图95(9500)-图96(9600)中概括描绘的，操纵杆还可以包括可以在给定的操纵杆位置处用作选择器的弹簧加载按钮(和相应的压力接触轴)。该动作可以模仿鼠标键的功能。由于操纵杆的坐标位置是操纵杆径向角的非线性函数，因此可以使用软件来校正所测量的TSA压力位置和操纵杆的用户定位角度之间的关系。
TPO触控板(9600)-(9900)
在一些优选实施例中，本发明可以如图97(9700)-图100(10000)中总体描述的TPO触控板形式实现。这种形式的TPO可以在特定应用的TPO的表面上具有特殊的标记或其他触觉形式。因此，它表示了将软件特定功能并入TSA的非常通用的方法。
TPO辅助键盘(10000)-(10300)
在一些优选实施例中，本发明可以如图101(10100)-图104(10400)中概括描绘的TPO辅助键盘形式来实现。上述TPO触控板可以用定制覆盖层和配置有与键盘覆盖层中的每个键相关联的接触点的相关定制索引压力接触器(IPC)来增强。
平坦覆盖层(10500)
物理触摸传感器增强的最简单形式是用平坦的柔性覆盖层实现的。此覆盖层可以印有指示不同传感器功能的标记。例如，QWERTY键盘覆盖层可以就是具有印刷在其顶部表面上的键盘图案的薄的、柔性的塑料膜。当被放置在传感器上时，传感器可以变成功能键盘，能够将触摸数据转换为键盘按键(假设还启用了正确的软件)。覆盖层向用户提供视觉反馈，增加了键盘功能的可用性。在图105(10500)中示出了具有多个触觉表面图案的这些平坦的TOP覆盖层的各种示例。
TPO触控板/辅助键盘覆盖层结构(10400)-(11100)
本发明可以如图105(10500)-图112(11200)中大体描绘的那样实现各种TPO触控板/辅助键盘覆盖层。在这些附图中提供的示例以正方形配置，但是可以用任何类型的周边形式进行构造。另外，虽然在图中描绘了九个键，但是本发明可以基于应用环境包括任何数量的键。图中表示的键包括有浮雕标记，但这不是对本发明的限制。
这些图描绘了使用三维柔性覆盖层可能制备的各种特征的覆盖层横截面。可以添加纹理，以向用户提供触觉反馈。还可以在特征周围添加凹痕或脊，以增加可用性。也可以创建独立的升高/降低按钮。精细的指示器可以用小的凸起隆起物来实现。最后，圆顶开关按钮可以模制有三维覆盖层，以在使用设备时给用户提供按钮“感觉”。
图105(10500)描绘了可以具有或可以不具有与其结构相关联的印刷文本和/或键表面纹理的基本平面触控板/辅助键盘覆盖层。图106(10600)示出了包括围绕按钮/键的边缘凹痕的触控板/辅助键盘覆盖层。图107(10700)示出了包括围绕按钮/键的边缘脊的触控板/辅助键盘覆盖层。图108(10800)示出了凸起的键/按钮触控板/辅助键盘覆盖层。图109(10900)示出了按压/下降的键/按钮触控板/辅助键盘覆盖层。图110(11000)示出了具有凸起隆起物标记的按压/下降的键/按钮触控板/辅助键盘覆盖层。
图111(11100)示出了圆顶键/按钮触控板/辅助键盘覆盖层。图112(11200)示出了具有键罩的圆顶键/按钮触控板/辅助键盘覆盖层。使用3D覆盖层，可以使覆盖层的背面不平坦。这允许覆盖层控制激活传感器所需的力的水平。例如，可以创建圆顶开关结构，使得需要最小水平的力来实际将力传递到传感器(图111(11100)-图112(11200))。
模块化TPO结构(11200)-(11900)
在一些优选实施例中，本发明可以实现如图(00)-图(00)中概括描述的模块化结构形式的TPO。这些示例性实施例沿TPO结构的X轴和Y轴包括了对称的锁定和扣紧(latch-and-clasp)机构。这些对称的锁定和扣紧结构允许多种TPO结构被配合并放置在TSA上，以形成到TSA的集成触觉触摸传感器界面。
如图113(11300)-图116(11600)的单键图中所示，每个TPO结构包括与相邻TPO结构中的相应凹形部分配合的水平/垂直的锁定和扣紧凸形部分。如图116(11600)所示，为了美观目的，这些锁定和扣紧凸形部分可以在包含这些结构的TPO阵列的外围边缘处被修剪或切除。当相应的凸形和凹形锁定和扣紧部分配合时，可形成统一的TPO结构，其中如本文所限定的各种TPO结构可以组合，以形成到TSA的单件界面。在图117(11700)-图120(12000)中提供了该界面的3×3示例。
自动识别模块化TPO结构(12000)-(12700)
在一些优选实施例中，本发明可以实现如图121(12100)-图128(12800)中所示的具有集成的自动识别机构的TPO。这些示例性实施例包括位于每个TPO的底部上的TPO标识符(TPI)基于位(bit-based)的识别码，当TPO被磁性地附接到TSA的表面时，TPO底部被TSA所感测。以这种方式，询问TSA的软件可以在TSA的表面上寻找特定的压力位序列，并且自动地识别位于该特定TSA位置处的TPO的类型。然后，该自动TPO识别可以自动加载适当的软件驱动程序和/或应用软件，而不需要用户干预。
虽然图121(12100)-图128(12800)中描绘的示例性TPO结构利用上述模块化TPO连接特征，但是基于由编码位模式的TSA进行压力感测的TPO结构的自动识别不需要此特征。然而，这些图中的实施例被认为是表示了本发明的优选实施例。
示例性TSA+TPO组装键盘(12500)-(12600)
如图126(12600)-图127(12700)中大体描绘的，上述技术可以用于通过简单地将TPO元件放置在压敏TSA表面上来组装任意配置的键盘。当与自动识别特征结合时，TPO阵列提供了一种强大的方法来通过在用户定义的阵列模式中简单地配合任意数量的不同TPO覆盖层来生成定制键盘结构。将TPO阵列放置在TSA上，然后自动地使用基于由TSA中的TPD读取的TPI标识来正确地解释每个单独的TPO覆盖层所需的适当的应用软件和驱动器来配置软件。
示例性TSA+TPO识别方法(12700)
在许多发明实施例中，上述自动TPO识别标记可以与自动TPO识别方法相关联。如在图128(12800)的流程图中大体描绘的，示例性本发明自动TPO识别方法可以概括描述为包括以下步骤：
(1)将TPO覆盖层ID编码为TPO的底表面上的TPO基于位的物理标识符(TPI)(12801)；
(2)将自动识别的TPO施加到TSA表面(12802)；
(3)扫描TSA的表面，以定位与自动识别的TPO相关联的压力点(12803)；
(4)确定是否在TSA表面上检测到新的TPO压力点，如果没有，则进行到步骤(10)(12804)；
(5)在TSA的表面上定位表示自动ID字段的TPI压力配准模式(TRP)(12805)；
(6)使用所识别的TRP配准模式的位置来定位TPO ID字段(TPI)(12806)；
(7)将所述TSA表面上的所定位的TPI字段从所述TPI内的二进制压力点解码为TPI索引(TPX)值(12807)；
(8)从将TPX索引作为查找索引键的应用/驱动器软件数据库(12811)检索用于当前所检测的TPO的TPO支持软件(12808)；
(9)使用从应用/驱动器软件数据库(12811)加载的TPX索引软件向用户呈现软件应用/用户界面(12809)；
(10)基于从应用/驱动器软件数据库(12811)加载的现有的或动态加载的软件驱动器/应用，解释来自被放置在TSA表面上的TPO的TSA输入，并进行到步骤(3)(12810)。
该一般方法可以根据多个因素进行重大修改，可以具有本发明范围内所预期的重新排列和/或添加/删除步骤。本发明的总体范围预期包括本文所描述的该优选示例性实施例方法和其它优选示例性实施例方法的结合以及各种优选示例性实施例系统。
优选示例性系统概述
本发明优选的示例性系统实施例预期了构造的基本主题的各种各样的变化，但是可以被概括为触觉触摸传感器系统包括：
(a)触摸传感器阵列(TSA)；和
(b)TSA压力覆盖层(TPO)；
其中：
TSA包括包含行-列力检测的压力敏感表面(PSS)；
TPO包括压力接触表面(PCS)；
TPO覆盖PSS；
TPO被配置为经由PCS向PSS传递压力；
TSA被配置为确定所述TPO是否存在于所述PSS上；
TSA包括被配置为检测所述TPO的标识(TPI)的TPO检测器(TPD)；和
TSA被配置为基于所检测的TPO的TPI来解释所传递的压力。
该一般系统概要可以通过本文描述的各种元件来扩充，以产生与该总体设计描述相一致的多种发明实施例。
优选实施例方法概述
本发明优选的示例性方法实施例预期了实现的基本主题的各种各样的变化，但是可以被概括为触觉触摸传感器方法包括：
(1)在包含压力接触表面(PCS)的触摸传感器物理覆盖层(TPO)内对覆盖层标识(TPI)进行编码，以唯一地识别TPO的功能；
(2)将TPO覆盖到触摸传感器阵列(TSA)的表面，所述触摸传感器阵列包括包含行-列力检测的压力敏感表面(PSS)，以允许经由PCS向PSS传输压力；
(3)使用TPO检测器(TPD)读取TPI；
(4)使用用户计算装置(UCD)通过硬件计算机接口(HCI)来询问TPI；
(5)基于由所述TPD读取的TPI，在所述UCD上加载应用软件驱动器(ASD)；
(6)基于由TPD读取的TPI向用户呈现软件应用/界面；
(7)基于TPD读取的TPI，通过HCI解释来自TSA输入的输入；和
(8)如果TPO没有被修改或更换，则进行到步骤(6)，并且如果TPD已经检测到被放置在TSA上的TPO中的改变，则进行到步骤(2)。
本领域技术人员将认识到，这些方法步骤可以被增强或重新排列而不限制本发明的教导。该一般方法概述可以通过本文描述的各种元件来扩充，以产生与该总体设计描述相一致的多种发明实施例。
系统/方法变化
本发明预期了在构造的基本主题中的各种各样的变化。前面提供的示例不代表可能的用法的整个范围。那些示例的意思是引用了几乎无限的可能性中的几个。
该基本系统和方法可以用各种辅助实施例来扩充，包括但不限于：
·在一个实施例中，其中TPO的至少一部分是透明的。
·在一个实施例中，其中TPO的至少一部分是半透明的。
·在一个实施例中，其中所述TPO通过制造方法形成，所述制造方法选自由以下项组成的群组：注塑成型；3D打印；浮雕；从胚料覆盖层激光切割；和从原料覆盖层材料激光切割。
·在一个实施例中，其中所述TPO包括材料，所述材料选自由以下项组成的群组：罗杰斯公司的
Figure GDA0002450108730000351
牌微孔聚氨酯；氨基甲酸酯；聚氨酯泡沫；硅胶；硅泡沫；氯丁橡胶泡沫；橡胶；热塑性聚氨酯(TPU)；和保持打印的纸张的透明覆盖层材料。
·在一个实施例中，其中TPO包括柔性覆盖层。
·在一个实施例中，其中TPO包括柔性覆盖层，所述柔性覆盖层包括纹理表面。·在一个实施例中，其中所述TPO包括柔性覆盖层，所述柔性覆盖层包括键/按钮特征，所述键/按钮特征选自由以下项组成的群组：具有表面纹理的键/按钮；具有边缘压痕的键/按钮；具有边缘脊的键/按钮；具有凸起的覆盖层的键/按钮；具有按压/降低的覆盖层的键/按钮；具有凸起标记的键/按钮；具有圆顶覆盖层的键/按钮；和具有圆顶覆盖层和键罩的键/按钮。
·在一个实施例中，其中所述TPO包括刚性机械覆盖层。
·在一个实施例中，其中所述TPO包括键盘，所述键盘选自由以下项组成的群组：QWERTY键盘；DVORAK键盘；法庭速记键盘；有数字辅助键盘的键盘；钢琴键盘；乐器键盘；和音乐取样器播放器键盘。
·在一个实施例中，其中TPO被配置为在接触TSA时施加独特的力分布。
·在一个实施例中，其中TPO还包括包含TPI的射频识别(RFID)标签。
·在一个实施例中，其中TPO还包括可由所述TPD读取的光学TPI，所述光学TPI选自由以下项组成的群组：条形码，二维码；和文本。
·在一个实施例中，其中TPO通过使用一个或多个磁体附接到TSA。
·在一个实施例中，其中使用选自由以下项组成的群组的机构将TPO连接到TSA：周围边缘插入；侧边缘插入；磁性边框；和铰链边框。
·在一个实施例中，其中TPI由TPD通过检测位于TPO中的磁体来确定。
·在一个实施例中，其中TPI由TPD通过检测PCS中存在的表面突起来确定。
·在一个实施例中，其中TPI由TPD通过TPO中存在射频识别(RFID)标签来确定。
·在一个实施例中，其中TPO包括物理压力产生装置，所述物理压力产生装置选自由以下项组成的群组：滑块；旋钮；拨动开关；按钮开关；操纵杆；操纵杆/按钮组合；和鼠标/鼠状定位器。
·在一个实施例中，其中TPO包括鼠标/鼠状定位器，其中由鼠标/鼠状定位器施加到PSS的位置，旋转和/或差异倾斜压力由TSA感测。
·在一个实施例中，其中TPO包括鼠标/鼠状定位器，所述鼠标/鼠状定位器进一步包括与可更换的接触表面板配合的鼠标/鼠状定位器壳。
·在一个实施例中，其中TPD包括检测器，所述检测器选自选自由以下项组成的群组：磁力计；射频识别(RFID)标签读取器；射频识别(RFID)标签阵列读取器；相机；光学传感器；电容传感器；电感传感器；和电导传感器。
·在一个实施例中，其中TPO还包括导电电极，其被配置为向所述TSA的选定区域呈现预定的电容分布。
·在一个实施例中，其中TPO还包括导电电极，其被配置为向所述TSA的选定区域呈现预定的电导分布。
·在一个实施例中，其中TPO还包括导电电极，其被配置为向所述TSA的选定区域呈现预定的电感分布。
·在一个实施例中，其中TPO包括沿着TPO的X轴和Y轴的对称的锁定和扣紧机构，以允许形成多个TPO结构的模块化组合。
·在一个实施例中，其中TSA还包括硬件计算机接口(HCI)，其被配置为与用户计算装置(UCD)交互，以响应于由TPD检测到与TPO相关联的TPI而自动在UCD上加载应用软件驱动器(ASD)。
·在一个实施例中，其中TPO包括可编程可变形膜，其由选自由以下项组成的群组的变形致动器致动：压电元件；气动元件；和加热元件。
·在一个实施例中，其中TPO被配置为接受来自TSA内的光源的侧向照明。
·在一个实施例中，其中TPO被配置为通过使用电力采集线圈来收集电能。
本领域技术人员将认识到，基于上述发明描述内教导的元素的组合的其他实施例是可能的。
广义的计算机可用介质
在各种可替代实施例中，本发明可以被实现为计算机程序产品，用于计算机化的计算系统。本领域的技术人员将容易理解，限定了由本发明所限定功能的程序可以任何适当的编程语言来编写，和以许多形式被传送给计算机，包括但不限于：(a)永久存储在非可写存储介质(例如，只读存储器装置，如ROM或CD-ROM盘)上的信息；(b)可改变地存储在可写存储介质(例如，软盘和硬盘驱动器)上的信息；和/或(c)通过通信介质，例如局域网，电话网络，或例如因特网的公用网，传送到计算机的信息。当承载有实现本发明的方法的计算机可读指令时，这样的计算机可读介质代表了本发明的可替代实施例。
如本文所概述示出的，本发明的系统的实施例可以结合各种计算机可读介质，所述计算机可读介质包括具有被嵌入其中的计算机可读代码装置的计算机可用介质。本领域的技术人员将认识到，与本文所述的各种处理过程相关联的软件可以被包含在各种各样的计算机可存取介质中，该软件从所述计算机可存取介质中被加载和启动。根据In reBeauregard，35USPQ2d第1383(第5,710,578号美国专利)，本发明预期并包括了本发明范围内的这种类型的计算机可读介质。根据In re Nuijten,500F.3d 1346(Fed.Cir2007)(美国专利申请序列号09/211,928)，本发明的范围所限制的计算机可读介质，其中所述介质既是有形的也是非暂时的。
结论
已经公开了允许高分辨率触摸传感器阵列(TSA)的物理增强的触觉触摸传感器(TTS)系统和方法。使用被放置在TSA顶部的TSA物理覆盖层(TPO)来实现物理增强。TPO被构造成将力传递到下层TSA。通过使用将施加在覆盖层上的用户力传递到下层TSA的柔性覆盖层或刚性机械覆盖层来实现力传递。在TPO中并入TPO标识符(TPI)允许TPO检测器(TPD)识别TPO，从而允许通过用户计算装置(UCD)自动重新配置TSA的操作特性，以符合当前施加的TPO结构。UCD可以被配置为响应于TPD从当前施加的TPO读取的TPI，自动加载适当的应用软件驱动器(ASD)。
权利要求解释
以下规则在解释本发明的权利要求时适用：
·权利要求前序部分应被认为是限制本发明所要求保护的范围。
·“其中”分句应被认为是限制本发明所要求保护的范围。
·“借以(whereby)”分句应被认为是限制本发明所要求保护的范围。
·“适用于(adapted to)”分句应被认为是限制本发明所要求保护的范围。
·“适合于(adapted for)”分句应被认为是限制本发明所要求保护的范围。
·术语“方式(means)”具体地援引35U.S.C.§112(f)中所述的装置加功能权利要求限制，并且这种权利要求应被解释为覆盖说明书中描述的相应结构，材料或动作及其等同物。
·短语“的方式(means for)”具体地援引35U.S.C.§112(f)中所述的装置加功能权利要求限制，并且这种权利要求应被解释为覆盖说明书中描述的相应结构，材料或动作及其等同物。
·短语“的步骤(step for)”具体地援引35U.S.C.§112(f)中所述的装置加功能权利要求限制，并且这种权利要求应被解释为覆盖说明书中描述的相应结构，材料或动作及其等同物。
·在35U.S.C.§112(f)中所述的步骤加功能权利要求限制应被解释为覆盖说明书中描述的相应结构，材料或动作及其等同物，仅针对包括短语“的方式”，“方式”或“的步骤”的这样的权利要求。
·在表达“X和/或Y”的上下文中的短语“和/或”，应被解释为限定集合“(X和Y)”与集合“(X或Y)”的并集，如由Ex Parte Gross(USPTO专利审理和上诉委员会，上诉2011-004811，序列号11/565411，“‘和/或’涵盖只有元素A，只有元素B，或元素A和B都具有”的实施例)所解释。
·这里提出的权利要求将根据在此呈现的说明书和附图被解释为具有足够窄的范围，例如不优先于任何抽象概念。
·这里提出的权利要求将根据在此呈现的说明书和附图被解释为具有足够窄的范围，例如不排除任何想法的每个应用。
·这里提出的权利要求将根据在此呈现的说明书和附图被解释为具有足够窄的范围，例如排除可以完全在人类心智中进行的任何基本心理过程。
·这里提出的权利要求将根据在此呈现的说明书和附图被解释为具有足够窄的范围，例如排除可以完全由人类手工努力执行的任何过程。
权利要求
虽然本发明的优选实施例已在附图中示出，并且在前面的详细说明中进行了描述，应该理解的是，本发明并不限于所公开的实施例，在不脱离所阐述的并由下述权利要求所限定的本发明的精神的范围内，能够有许多重新安排，修改和替换。
所主张的权利要求如下。

Claims (62)

1.一种触觉触摸传感器TTS系统，包括：
(a)触摸传感器阵列TSA；和
(b)TSA压力覆盖层TPO；
其中：
所述TSA包括包含行-列力检测的压力敏感表面PSS，所述压力敏感表面PSS包括高分辨率力敏感触摸传感器FSTS系统，所述高分辨率力敏感触摸传感器FSTS系统具有内插的行-列力检测结构；
所述TPO包括压力接触表面PCS；
所述TPO覆盖所述PSS；
所述TPO被配置为经由所述PCS向所述PSS传递压力；
所述TSA被配置为确定所述TPO是否存在于所述PSS上；
所述TSA包括所述TSA内的TPO检测器TPD，所述TPO检测器TPD被配置为通过由所述TSA检测嵌入在所述TPO内的物理标记的存在和位置来检测所述TPO的类型的标识TPI；和
所述TSA被配置为基于所检测的所述TPO的TPI来解释所传递的压力。
2.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO的至少一部分是透明的。
3.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO的至少一部分是半透明的。
4.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO通过制造方法形成，所述制造方法选自由以下项组成的群组：注塑成型；3D打印；浮雕；从胚料覆盖层激光切割；和从原料覆盖层材料激光切割。
5.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO包括材料，所述材料选自由以下项组成的群组：罗杰斯公司的
Figure FDA0003072187570000011
牌微孔聚氨酯；氨基甲酸酯；聚氨酯泡沫；硅胶；硅泡沫；氯丁橡胶泡沫；橡胶；热塑性聚氨酯TPU；和保持打印的纸张的透明覆盖层材料。
6.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO包括柔性覆盖层。
7.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO包括柔性覆盖层，所述柔性覆盖层包括纹理表面。
8.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO包括柔性覆盖层，所述柔性覆盖层包括键/按钮特征，所述键/按钮特征选自由以下项组成的群组：具有表面纹理的键/按钮；具有边缘压痕的键/按钮；具有边缘脊的键/按钮；具有凸起的覆盖层的键/按钮；具有按压/降低的覆盖层的键/按钮；具有凸起标记的键/按钮；和具有圆顶覆盖层的键/按钮。
9.根据权利要求8所述的触觉触摸传感器系统，其中所述具有圆顶覆盖层的键/按钮包括具有圆顶覆盖层和键罩的键/按钮。
10.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO包括刚性机械覆盖层。
11.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO包括键盘，所述键盘选自由以下项组成的群组：QWERTY键盘；DVORAK键盘；法庭速记键盘；有数字辅助键盘的键盘；钢琴键盘；乐器键盘；和音乐取样器播放器键盘。
12.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO被配置为在接触TSA时施加独特的力分布。
13.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO还包括包含所述TPI的射频识别RFID标签。
14.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO还包括可由所述TPD读取的光学TPI，所述光学TPI选自由以下项组成的群组：条形码；二维码；和文本。
15.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO通过使用一个或多个磁体附接到TSA。
16.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO使用选自由以下项组成的群组的机构附接到所述TSA：周围边缘插入；侧边缘插入；磁性边框；和铰链边框。
17.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPI由所述TPD通过检测位于所述TPO中的磁体来确定。
18.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPI由所述TPD通过检测存在于所述PCS内的表面突起来确定。
19.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPI由所述TPD通过所述TPO中的射频识别RFID标签的存在来确定。
20.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO包括物理压力产生装置，所述物理压力产生装置选自由以下项组成的群组：滑块；旋钮；拨动开关；按钮开关；操纵杆；和鼠标/鼠状定位器。
21.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO包括鼠标/鼠状定位器，其中由鼠标/鼠状定位器施加到PSS的位置、旋转和/或差异倾斜压力由所述TSA感测。
22.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO包括鼠标/鼠状定位器，所述鼠标/鼠状定位器进一步包括与可更换的接触表面板配合的鼠标/鼠状定位器壳。
23.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPD包括选自由以下项组成的群组的检测器：磁力计；射频识别RFID标签读取器；射频识别RFID标签阵列读取器；相机；光学传感器；电容传感器；电感传感器；和电导传感器。
24.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO还包括导电电极，其被配置为向所述TSA的选定区域呈现预定的电容分布。
25.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO还包括导电电极，其被配置为向所述TSA的选定区域呈现预定的电导分布。
26.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO还包括导电电极，其被配置为向所述TSA的选定区域呈现预定的电感分布。
27.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO包括沿着TPO的X轴和Y轴的对称的锁定和扣紧机构，以允许形成多个TPO结构的模块化组合。
28.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TSA还包括硬件计算机接口HCI，其被配置为与用户计算装置UCD交互，以响应于由所述TPD检测到与所识别的所述TPO的类型相关联的所述TPI而自动在所述UCD上加载应用软件驱动器ASD并且将多种图形用户界面(GUI)中的一种呈现给用户。
29.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO还包括可编程变形膜，其由选自由以下项组成的群组的变形致动器致动：压电元件；气动元件；和加热元件。
30.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中所述TPO被配置为接受来自所述TSA内的光源的侧面照明。
31.根据权利要求1所述的触觉触摸传感器系统，其中TPO被配置为通过使用电力采集线圈来收集电能。
32.一种触觉触摸传感器TTS方法，包括：
(1)在包含压力接触表面PCS的触摸传感器物理覆盖层TPO内对覆盖层标识TPI进行编码，以唯一地识别所述TPO的类型；
(2)将所述TPO覆盖到触摸传感器阵列TSA的表面；
(3)使用所述TSA内的TPO检测器TPD读取所述TPI，以通过由所述TSA检测嵌入在所述TPO内的物理标记的存在和位置来识别所述TPO的类型；
(4)使用用户计算装置UCD通过硬件计算机接口HCI来询问所述TPI；
(5)基于由所述TPD读取的所述TPI，在所述UCD上加载应用软件驱动器ASD；
(6)基于所述由TPD读取的所述TPI，向用户呈现软件应用/界面；
(7)基于所述TPD读取的所述TPI，通过所述HCI解释来自所述TSA输入的输入；和
(8)如果所述TPO没有被修改或更换，则进行到步骤(6)，并且如果所述TPD已经检测到被放置在所述TSA上的所述TPO中的改变，则进行到步骤(2)；
其中所述触摸传感器阵列TSA包括包含行-列力检测的压力敏感表面PSS，所述压力敏感表面PSS包括高分辨率力敏感触摸传感器FSTS系统，所述高分辨率力敏感触摸传感器FSTS系统具有内插的行-列力检测结构，以允许经由所述PCS向所述PSS传输压力。
33.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO的至少一部分是透明的。
34.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO的至少一部分是半透明的。
35.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO通过制造方法形成，所述制造方法选自由以下项组成的群组：注塑成型；3D打印；浮雕；从胚料覆盖层激光切割；和从原料覆盖层材料激光切割。
36.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO包括材料，所述材料选自由以下项组成的群组：罗杰斯公司的
Figure FDA0003072187570000041
牌微孔聚氨酯；氨基甲酸酯；聚氨酯泡沫；硅胶；硅泡沫；氯丁橡胶泡沫；橡胶；热塑性聚氨酯TPU；和保持打印的纸张的透明覆盖层材料。
37.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO包括柔性覆盖层。
38.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO包括柔性覆盖层，所述柔性覆盖层包括纹理表面。
39.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO包括柔性覆盖层，所述柔性覆盖层包括键/按钮特征，所述键/按钮特征选自由以下项组成的群组：具有表面纹理的键/按钮；具有边缘压痕的键/按钮；具有边缘脊的键/按钮；具有凸起的覆盖层的键/按钮；具有按压/降低的覆盖层的键/按钮；具有凸起标记的键/按钮；和具有圆顶覆盖层的键/按钮。
40.根据权利要求39所述的触觉触摸传感器方法，其中所述具有圆顶覆盖层的键/按钮包括具有圆顶覆盖层和键罩的键/按钮。
41.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO包括刚性机械覆盖层。
42.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO包括键盘，所述键盘选自由以下项组成的群组：QWERTY键盘；DVORAK键盘；法庭速记键盘；有数字辅助键盘的键盘；钢琴键盘；乐器键盘；和音乐取样器播放器键盘。
43.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO被配置为在接触TSA时施加独特的力分布。
44.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO还包括包含所述TPI的射频识别RFID标签。
45.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO还包括可由所述TPD读取的光学TPI，所述光学TPI选自由以下项组成的群组：条形码；二维码；和文本。
46.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO通过使用一个或多个磁体附接到TSA。
47.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO使用选自由以下项组成的群组的机构附接到所述TSA：周围边缘插入；侧边缘插入；磁性边框；和铰链边框。
48.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPI由所述TPD通过检测位于所述TPO中的磁体来确定。
49.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPI由所述TPD通过检测存在于所述PCS内的表面突起来确定。
50.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPI由所述TPD通过所述TPO中的射频识别RFID标签的存在来确定。
51.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO包括选自物理压力产生装置，所述物理压力产生装置选自由以下项组成的群组：滑块；旋钮；拨动开关；按钮开关；操纵杆；和鼠标/鼠状定位器。
52.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO包括鼠标/鼠状定位器，其中由鼠标/鼠状定位器施加到PSS的位置，旋转和/或差异倾斜压力由所述TSA感测。
53.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO包括鼠标/鼠状定位器，所述鼠标/鼠状定位器进一步包括与可更换的接触表面板配合的鼠标/鼠状定位器壳。
54.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPD包括检测器，所述检测器选自由以下项组成的群组：磁力计；射频识别RFID标签读取器；射频识别RFID标签阵列读取器；相机；光学传感器；电容传感器；电感传感器；和电导传感器。
55.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO还包括导电电极，其被配置为向所述TSA的选定区域呈现预定的电容分布。
56.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO还包括导电电极，其被配置为向所述TSA的选定区域呈现预定的电导分布。
57.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO还包括导电电极，其被配置为向所述TSA的选定区域呈现预定的电感分布。
58.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO包括沿着TPO的X轴和Y轴的对称的锁定和扣紧机构，以允许形成多个TPO结构的模块化组合。
59.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TSA还包括硬件计算机接口HCI，其被配置为与用户计算装置UCD交互，以响应于由所述TPD检测到与所识别的所述TPO的类型相关联的所述TPI而自动在所述用户计算装置UCD上加载应用软件驱动器并且将多种图形用户界面(GUI)中的一种呈现给用户。
60.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO还包括可编程可变形膜，其由选自由以下项组成的群组的变形致动器致动：压电元件；气动元件；和加热元件。
61.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO被配置为接受来自所述TSA内的光源的侧面照明。
62.根据权利要求32所述的触觉触摸传感器方法，其中所述TPO被配置为通过使用电力采集线圈来收集电能。
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