CN105190495A

CN105190495A - 基于电容感测的力测定

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Publication number: CN105190495A
Application number: CN201480016684.2A
Authority: CN
Inventors: J·A·哈勒; B·Q·赫普; D·N·沙; M·P·格朗杉纳; S·P·豪泰灵; M·C·克里斯托夫; V·卡提亚尔; T·Y·谭; C·J·巴特勒; E·G·德琼; R·乔; S·J·马蒂索斯卡斯; S·T·霍恩; R·H·M·迪恩; L·E·胡顿; I·A·斯巴格斯; S·I·科恩; D·A·帕库拉; P·W·理查德; O·S·勒格
Original assignee: Apple Computer Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2015-12-23
Also published as: WO2014124173A1; US10386970B2; KR20170103026A; US11747950B2; KR20150113169A; JP2016507119A; EP2954392A1; US20150370376A1; EP2954392B1; JP6608903B2; US20190369779A1; KR102045169B1; KR20180110166A; JP2018060571A

Abstract

本发明公开了一种被配置为确定设备表面上触摸的位置和量值的设备。所述设备包括透明触摸传感器，透明触摸传感器被配置为检测透明触摸传感器上的触摸的位置。所述设备还包括设置在透明触摸传感器的周边处的力感测结构。力传感器包括上部电容板和设置在上部电容板的一个侧面上的可压缩元件。力传感器还包括设置在可压缩元件的与上部电容板相背对的侧面上的下部电容板。

Description

基于电容感测的力测定

相关申请的交叉引用

《专利合作条约》下的本专利申请要求于2013年2月8日提交的标题为“ForceDeterminationBasedonCapacitiveSensing”的美国临时性专利申请61/762,843、以及于2013年9月26日提交的标题为“LayeredForceSensor”的美国临时性专利申请61/883,181的优先权，上述专利的内容全文以引用方式并入本文中。

技术领域

本专利申请整体涉及感测触摸的力的系统和方法，尤其涉及与设备集成的用于检测和测量施加到设备表面的触摸的量或量值的电容力传感器。

背景技术

触摸设备一般可被表征为能够在设备的表面上接收触摸输入的设备。输入可包括设备上一个或多个触摸的位置，其可被解释为是命令、手势、或其他类型的用户输入。在一个实例中，触摸设备上的触摸输入可被传递到计算系统，并被用来解释与图形用户界面(GUI)的用户交互，包括例如选择显示器上的元素、重新定向或重新定位显示器上的元素、输入文本、和用户输入。在另一实例中，触摸设备上的触摸输入可被传递到计算机系统，并被用于解释用户与应用程序的交互。用户的交互可包括例如操纵音频、视频、照片、展示、文本等等。

通常，触摸设备上的触摸输入限于触摸在设备上的位置。然而在一些情况下，还检测和测量施加于设备的触摸的力可能是有利的。例如，能够以利用相对较轻的触摸的第一方式来操纵显示器上的计算机生成的对象，或者以利用相对更有力或更敏锐的触摸的第二方式来与对象交互，这对用户来说可能是有利的。以举例的方式，用户利用相对较轻的触摸移动显示器上的计算机生成的对象、然后另选地利用相对更有力或更敏锐的触摸相对于同一计算机选择或调用命令可能是有利的。更一般地，用户能够根据触摸力以多种方式提供输入可能是有利的。例如，用户可提供被解释为轻触摸的第一方式、中等触摸的第二方式、和有力触摸的第三方式等等的输入。另选地，用户能够利用变化的力的量提供模拟输入可能是有利的。这种类型的输入对于例如控制仿真车辆上的加速踏板或者飞行模拟器中飞机的控制表面、或者类似应用可能是有用的。用户能够提供诸如模拟身体运动或换句话说，在虚拟现实(VR)仿真(可能具有触觉反馈)中或在增强现实程序中的输入可能也是有利的。可能还有利的是使用触摸的力来解释多个触摸的相对程度(例如力)和位置，该多个触摸被提供给在触摸设备上同时使用的多个用户界面对象或元素。例如，触摸的力可被用于解释在弹奏乐器的应用中由于用户按压不止一个元素而产生的多个触摸。特别地，多个触摸的力可被用于解释用户在钢琴琴键上的多个触摸。类似地，多个触摸的力可被用于解释在控制机动车辆(具有分开的控制用于加速、制动、打信号灯、和转弯)的应用中用户的多个触摸。

发明内容

本专利申请提供了可被用于测量或确定通过用户接触触摸设备(诸如触敏表面，其一个实例是触摸屏)、或其他压敏输入元件(诸如虚拟模拟控件或键盘)、或其他输入设备而施加的力的量或量值、以及所施加的力的量或量值的变化的技术。这些技术可被结合到使用触摸识别、GUI的触摸元件、以及应用程序的触摸输入或操纵的各种设备(诸如触摸设备、触控板、和触摸屏)中。本专利申请还提供可被用于测量或确定用户在接触触摸设备时所施加的力的量或量值、以及所施加的力的量或量值的变化，并响应于此而提供可供触摸设备的用户使用的附加功能的系统和技术。

本文所述的某些实施例涉及力传感器，也被称为“力感测结构”或“力敏传感器”。力传感器可与电子设备的外壳集成，其一个实例是触敏电子设备或简称触摸设备。示例性力传感器可包括由可压缩元件或由气隙分开的上部部分和下部部分。上部部分可包括连接到上部电容板的上部主体，下部部分可包括连接到下部电容板的下部主体。在一些情况下，上部部分和下部部分形成可用于测量或检测所施加的力的量或量值的电容器。在其它情况下，上部部分和下部部分附接到另一类型的力传感器，诸如应变仪。可压缩元件通常由柔顺材料或有弹力的材料制成。在一些情况下，可压缩元件被称为“可变形中间主体”、中间元件、或“可压缩层”。

在一个实施例中，技术可包括提供结合到具有刚性盖玻璃的触摸设备中的力敏传感器。例如，触摸设备可通过测量在盖玻璃的边缘处或在盖玻璃的有效显示区域中盖玻璃的位移来感测在触摸设备上所施加的力。盖玻璃可被设置在弹性或有弹力的基部上，使得所施加的力导致沿盖玻璃的Z轴(例如垂直于盖玻璃的表面)的位移。通过感测沿盖玻璃的边缘的或在盖玻璃的有效显示区域中的点的特定Z位移，可确定所施加的力的[X,Y]位置的近似值。如果多个力在不同位置被施加，则可确定力矩心，由此可确定一个或多个单独力的位置。

在一个实施例中，盖玻璃相对刚性，并沿附接到一个或多个电容传感器的周边安装。在这种情况下，当力在[X,Y]位置被施加在盖玻璃上时，所施加的力可被分解为在盖玻璃周边的一个或多个边缘处的力矢量，诸如响应于围绕盖玻璃的X或Y轴或者其组合的旋转而可能发生的。在此类情况下，盖玻璃的一个或多个边缘或所述边缘的一部分可被移位，具有可由一个或多个电容传感器测量位移的效应。例如，该一个或多个电容传感器可位于盖玻璃的边缘处的有色盖膜或其他光学不透明或隐藏元件下，而不容易被用户看到。一个或多个电容传感器于是可用于确定相对刚性的盖玻璃的边缘的位移。处理器利用来自那些一个或多个电容传感器的信息，结合来自一个或多个触摸传感器的触摸位置信息，就能够确定所施加的力的量值以及盖玻璃上力被施加于的[X,Y]位置。

在此类实施例中，相对刚性的盖玻璃可被安装在相对有弹力(或换句话讲，弹性)的周边支座上。对于第一实例，周边支座可包括第一电容元件和第二电容元件、以及定位在第一电容元件和第二电容元件之间地可压缩元件诸如相对有弹力的中间元件。相对有弹力的中间元件可包括具有硅元件的微结构、或被构造或以其他方式定位在第一电容元件和第二电容元件之间的其他相对有弹力的元件。对于第二实例，周边支座可包括相对于盖玻璃安装的自电容或互电容电路，其中定位有相对有弹力的元件来缓冲盖玻璃的过多位移。

在此类情况中，相对刚性的盖玻璃的位移可使相对有弹力的中间元件被压缩或拉伸，这取决于盖玻璃的位移。在这种情况下，盖玻璃的位移可由所述一个或多个电容传感器(不管是互电容的还是自电容的、还是它们的混合的)通过测量盖玻璃与周边支座的基部之间的距离的改变来测量或检测。这就允许从所述一个或多个电容传感器来接收信息的处理器确定盖玻璃的位移的位置和量度。这就允许处理器确定盖玻璃上所施加的力的量值和位置。例如，如果力被施加给盖玻璃，则处理器可响应于盖玻璃的俯仰、倾斜、或偏转的量和角度来确定正在哪个位置施加力、以及正施加多大的力的量度。

在一个实施例中，盖玻璃可以是相对可变形的，沿周边安装，并配备有在一个或多个[X,Y]位置处定位在盖玻璃下方的一个或多个力传感器(诸如电容传感器)。力传感器可被用于确定由于盖玻璃上所施加的力而导致的变形的量。例如，所述一个或多个力传感器可包括(相对于用户)定位在盖玻璃下方诸如设置在LCD叠堆或其他显示电路下方的电容传感器。

在此类情况下，当力被施加到盖玻璃时，所述一个或多个力传感器可测量每个相应[X,Y]位置处盖玻璃的Z位移。在这种配置中，所述一个或多个力传感器可提供表征指示每个[X,Y]位置处盖玻璃的变形的相对量的多-维字段值的信息。根据该信息，处理器或其他电路可确定所施加的力的矩心。根据该信息，处理器或其他电路可确定力正被施加于的一个或多个[X,Y]位置、以及在每个这样的位置处正施加的力的量值。

在一个实施例中，所述一个或多个力传感器被配置为相对耐受温度或其他效应的变化。在这种情况下，所述一个或多个力传感器可被保持具有对所施加的力的相对已知的响应量，从而具有相对恒定量的施加力将提供来自所述一个或多个力传感器的相对恒定响应的效应。

在一个实施例中，盖玻璃上在其边缘处以及在其他位置处的效应基本上可组合地或结合地被测量。在这种情况下，来自盖玻璃的边缘处所述一个或多个电容传感器的信息、以及来自相对于盖玻璃位于其他位置的所述一个或多个电容传感器的信息可组合提供所施加的力的量度。处理器或其它电路于是响应于该信息的组合或结合可确定力正被施加于的一个或多个[X,Y]位置、以及在每个这样的位置处正被施加的力的量或量值。

虽然公开了多个实施例(包括其变型形式)，但本领域的技术人员根据示出和描述本公开的示例性实施例的以下详细描述将容易想到本公开的其它实施例。如将认识到，本公开能够在各个明显的方面作出修改，所有修改均不脱离本公开的实质和范围。因此，附图和具体实施方式将被视为在实质上是例示性的而不是限制性的。

附图说明

图1示出了示例性触摸设备。

图2A示出了具有力感测结构的示例性触摸设备的沿图1中的线1-1截取的剖视图。

图2B示出了具有另一力感测结构的示例性触摸设备的沿图1中的线1-1截取的剖视图。

图3示出了具有力感测结构的示例性触摸设备的沿图2中的线2-2截取的剖视图。

图4示出了具有力感测结构的示例性触摸设备的沿图2中的线2-2截取的剖视图。

图5示出了具有力感测结构的示例性触摸设备的沿图2中的线2-2截取的剖视图。

图6示出了具有电容力传感器的触摸设备的实施例的剖视图。

图7示出了具有电容力传感器的触摸设备的另一实施例。

图8示出了具有电容力传感器的触摸设备的另一实施例的剖视图。

图9示出了触摸I/O设备与计算系统之间的示例性通信。

图10示出了包括力敏触摸设备的系统的示意图。

图11A示出了一示例性操作方法。

图11B示出了另一示例性操作方法。

图12示出了具有电连接器引线的力敏结构。

图13示出了电连接器引线的剖视图。

图14示出了制造具有电连接器引线的力敏结构的一示例性方法。

具体实施方式

一般来讲，实施例可采取除了简单的二元感测之外还能够感测力并能够区分多个不同力水平的电子设备的形式。一些实施例可具有将力传感器(例如力敏传感器、力感测元件、或力感测结构)包含在其中的壳体。力传感器可例如包含在设备的一个或多个侧壁或其他表面中形成的沟槽、切口、或孔隙中。在某些实施例中，力感测元件可沿整个周边、侧壁、或侧壁组延伸。例如，力传感器可环绕形成在设备内的内部腔，或者可以其他方式围绕设备的内部延伸。当力被施加在设备的外部(诸如上表面)上时，力传感器可检测到这个力并生成相应的输入信号给该设备。

一些实施例可结合围绕电子设备的周边间隔开的多个力传感器，而不是单个力感测结构或元件。此外，所述多个力传感器不需要形成连续的阵列或结构，而是可以彼此分立地间隔开。力传感器的数量在不同实施例中可以不同，间隔也可以不同一样。每个力传感器可感测施加在设备某个区域内相邻或附近表面上的力。因此，在两个下面的力传感器之间的点处施加的力可能被这二者感测到。

一般来讲，力传感器或设备可包括由可压缩元件(例如柔顺性构件)分开的一个或多个电容板、迹线、柔性件等。当力通过设备壳体被传递到力传感器时，可压缩元件可压缩，从而使电容板更靠近到一起。电容板之间距离的这个改变可增大在它们之间所测量的电容值。电路可测量电容值的这个变化，并输出随着电容值变化而改变的信号。处理器、集成电路或其它电子元件可将电容值变化与施加在壳体上的力相关联，从而便于检测、测量、和使用力作为对电子设备的输入。虽然术语“板”可用于描述电容元件，但应当理解，电容元件不需要是刚性的，而相反可以是柔性的(如在迹线或柔性件的情况下)。

1.术语

以下术语是示例性的，并不旨在以任何方式进行限制。

文字“施加的力”及其变型形式一般是指施加于设备表面的触摸的力。一般来讲，所施加的力的程度、量、或量值可利用本文所述的技术来检测和测量。所施加的力的程度、量、或量度无需具有任何特定标度。例如，施加的力的测量可为线性的、对数的或以其他方式非线性的，并且可与施加的力、时间、触摸的位置相关或以其他方式响应于一个或多个因素来周期性地(或以其他方式诸如非周期性地，或换句话讲不时地)被调节。

文字“手指”及其变型形式一般是指用户的手指、或其他身体部分。例如且非限制地，“手指”可包括用户手指或拇指的任何部分以及用户手的任何部分。“手指”还可包括用户手指、拇指、或手上的任何覆盖物。

文字“触摸”及其变型形式一般是指对象接触设备表面的动作。对象可包括用户手指、触控笔或其他指向对象。示例性的对象包括硬触控笔、软触控笔、笔、手指、拇指或用户手的其他部分。“触摸”通常具有利用本文所述的技术能检测和测量的所施加的力和位置。

在阅读了本文档之后，本领域的技术人员将认识到，这些术语的表述将适用于各种技术、方法、物理元件和系统(无论是当前已知的或是其他形式的)，包括本领域的技术人员在阅读本专利申请之后推断出或可推断出的所述各种技术、方法、物理元件和系统的扩展。同样，应当理解，本文所陈述的任何尺寸意在仅仅是实例，并且在不同实施例中可以不同。

2.力敏设备

在一个实施例中，力敏设备和系统可包括能够将触摸设备的电路或其他内部元件与外部对象隔离的盖玻璃元件，诸如(在大多数或所有位置)相对透明的物质。术语“玻璃”是指材料的相对硬的片状品质，而并不是将盖玻璃元件的材料限制为仅仅是玻璃材料。盖玻璃元件可由多种材料制成，包括例如玻璃、经过处理的玻璃、塑料、经过处理的塑料、以及蓝宝石。在很多情况下，盖玻璃是透明的，但盖玻璃并非必须是完全透明的或甚至局部透明的。盖玻璃可以基本上直线形状被设置，诸如以覆盖触摸设备的电路以及充当用户的触摸板。盖玻璃也可根据应用而以多种其它形式被形成。

在一些实施例中，盖玻璃与被配置为检测触摸位置的透明或非透明触摸传感器集成或附接到被配置为检测触摸位置的透明或非透明触摸传感器。透明触摸传感器可以是由一个或多个透明导电线阵列形成的电容触摸传感器。例如，透明触摸传感器可以是由操作地耦接到触摸感测电路的两个横向透明导电线阵列形成的互电容触摸传感器。此类透明触摸传感器能够检测和跟踪盖玻璃的表面上的多个触摸。触摸可包括盖玻璃上的多个手指触摸、多个触控笔触摸、或不同类型触摸的组合。也可使用其它类型的透明触摸传感器，包括例如自电容触摸传感器、电阻触摸传感器等等。

在一个实施例中，盖玻璃元件耦接到触摸设备的框架或外壳，诸如金属、弹性体、塑料、其组合、或某种其它物质构造的壳体。在此类情况下，触摸设备的框架可包括搁架或凸缘，盖玻璃元件被定位在搁架或凸缘上。盖玻璃通常被定位在触摸设备的电路上方。例如，框架可包括搁架，盖玻璃元件的边缘被设置在搁架上，盖玻璃元件的剩余部分(或一些剩余部分)被设置在触摸设备的电路上方。

在本文所述的很多实施例中，力传感器(例如力感测结构、力感测元件、或力敏传感器)被定位在盖玻璃以及框架或外壳的搁架或凸缘下方。力传感器通常包括可压缩元件，并且被配置为检测和测量盖玻璃与框架或外壳之间的相对位移。如先前所提及的，盖玻璃位移的量可被用于估计所施加的力。后面的实施例涉及检测和测量这个位移的不同技术和方法。

3.具有力传感器的示例性设备

图1示出了结合了如本文所述的一个或多个力感测结构的示例性设备100。对于图1，设备100被描绘为平板计算设备，但应当理解，其也可以是多种其它设备中的任何设备，包括移动电话、便携式计算机、可穿戴设备、触摸屏等等。设备100可具有包括多个侧壁的壳体102和边框106。在其它实施例中，设备100可被齐平安装到更大表面或壳体中，并且因此设备可不具有可辨识的边框或侧壁。

如图1中所示，电子设备100包括位于盖玻璃104下面的电子显示器，用于向用户传递图形和/或文本信息。电子显示器可包括液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)、或其它电子显示部件。在一些实施例中，可以没有显示器。例如，盖玻璃可被放置在不被配置为向用户传递图形和/或文本信息的控制按钮或轨迹板上方。(在此类情况下，盖玻璃可以不是透明的。)

如图1中所示，设备包括用于将设备以电和机械的方式耦接到外部设备或元件的多个端口和机构。输入机构、端口等对于不同版本、类型和样式的电子设备100可能是不同的。因此，它们在图1中仅仅作为此类设备的实例并且在是理性位置被示出。

图2A示出了沿图1中所示的线1-1截取的剖视图，该剖视图示出了具有一种类型的力感测结构的设备100的内部。壳体102的中心部分可封装电子电路、机械结构、和其它内部元件。如图所示，边框106围绕设备100的周边形成。

凸缘202可沿边框106的周边形成。凸缘202的准确尺寸在不同实施例中可以有所变化。在该实施例中，凸缘202包括被配置为支撑力感测结构200的基部的宽度。在某些实施例中，力感测结构200的基部可邻接并附接到凸缘202的顶部。同样，如图2A所示，力感测结构200的内边缘可与边框106的内表面平行并基本上对齐。在其它实施例中，力感测结构200的内边缘可相对于边框106的内边缘偏置。

如图2A所示，单个力感测结构200可环绕壳体102的整个内部腔。也就是说，力感测结构200可沿设备的整个周边并且沿凸缘202延伸。因此，可以想到，力感测结构200可被成形为单个单元或元件。

图2B示出了沿图1中所示的线1-1截取的另一剖视图。如图2B所示，设备100b包括另一力感测结构200b。在图2B的另选实施例中，多个力感测结构200b可被放置在沿边框106的周边的不同位置处。在该实例中，力感测结构200b被放置在电子设备100b的边框106的每个边缘处或附近。另外，力感测结构200c被放置在边框的每个拐角处。因此，在图2B中所示的示例性设备100b中有八个力感测结构(200b、200c)。

对于图2B，应当理解，可使用更多或更少的力感测结构200b。例如，可使用三个力感测结构200b，并且可通过比较每个设备的输出来对力的位置进行三角测量。另选地，可在设备中使用不止四个力感测结构200b的阵列。另外，图2B中所示的每个力感测结构可代表例如线性或二维阵列中的多个单独力感测结构。因此，图2B中所示的各个力感测结构200b的数量和定位仅仅是示例性的，其它变形也是可能的。

图3示出了电子设备100沿图2A中所示的2-2截取的剖视图。如图3所示，盖玻璃104、边框106、和力感测结构300之间的物理关系被更详细地示出，但应当理解，准确的几何结构、尺寸、容差、位置等可以不同。如图3所示，力感测结构300可被安装或者以其他方式被设置在盖玻璃104的一部分下面。显示元件304同样可被设置在盖玻璃104下面。在一些实施例中，力感测结构200可通过在盖玻璃104和力感测结构300之间沉积于盖玻璃上的墨或印刷层而被隐蔽不能从外部看到。在其它实施例中，可以没有墨或印刷层。

如图3所示，边框106与凸缘202相邻，凸缘从边框106的表面凹陷并被配置为支撑力感测结构300。如图3所示，在边框106的内边缘与盖玻璃104的外边缘之间可存在间隙302。间隙可允许盖玻璃104相对于壳体102自由移动。

如图3所示，力感测结构300包括多个层。在该实例中，力感测结构包括由可变形中间主体或可压缩元件330分开的上部部分310和下部部分320。上部部分310包括可由一层聚酸亚胺柔性材料形成的上部主体311。上部部分310还包括由接合到或沉积在上部主体311上的一层铜形成的上部电容板312。同样，下部部分320包括也可由一层聚酸亚胺柔性材料形成的下部主体321。下部部分320还包括由接合到或沉积在下部主体321上的一层铜形成的下部电容板322。在该实例中，聚酸亚胺柔性材料约为0.05毫米厚。然而，可使用其它厚度和其它材料来形成力感测结构300。

如图3所示，可在上部电容板312和下部电容板322之间形成电容(通过电容器符号来示出)，上部电容板和下部电容板在这个实例中由可压缩元件330分开。在该实例中，可压缩元件300由约为0.2毫米厚的具有正负0.09毫米的容差的硅材料形成。在其它实施例中，可压缩元件300可由另一材料形成，并具有另一厚度。

图3中所示的力感测结构300可被用于检测和测量用户施加的力。例如，用户可在盖玻璃104上(或者在没有显示器和/或盖玻璃的实施例中，是在电子设备100的上表面上)按下来在设备100上施加力。盖玻璃104响应于该力可向下移动，从而压缩力感测结构300的可压缩元件330。在一些情况下，可压缩元件330由于该压缩而变平，从而导致第一电容板312和第二电容板322移动得更靠近在一起。因为，第一电容板312和第二电容板322之间的电容可改变。如先前所提及的，电容的改变可生成电信号或电信号变化，所述电信号或电信号变化可被相关联的电路检测和测量，并且可被用于估计用户在盖玻璃104上施加的力。

如图3所示，上部电容板312和下部电容板322可分别从上部主体311和下部主体321向外延伸。即，在沿力感测结构300的长度的某些位置处，电容板312、322的一部分可以是裸露的并且被暴露。电容板的暴露部分可便于连接到导线、导管或其它电连接件，并允许信号在力感测结构300与相关联的电子电路之间通信以便测量电容变化并估计力。

在一些实施例中，可在设备100内或在力感测结构的区段内形成第二辅助结构。辅助结构也可包括由可压缩元件分开的上部电容板和下部电容板。然而，辅助结构可以不被配置为被盖玻璃104压缩，相反可充当用于说明设备周围环境条件的变化的基准电容。例如，可压缩元件(例如硅材料)的弹性和/或可压缩性可能由于吸收水分的量的变化而不同。在这种情况下，可能有利的是使用辅助结构来(直接或间接地)测量可压缩元件的物理特性变化，以说明含水量的变化。在一个实例中，辅助结构可形成具有由可压缩元件分开的上部电容板和下部电容板的电容器。电容器可连接到独立于任何力感测结构的监测辅助结构的极板之间的电容的第二电路。辅助结构可定位在设备的一部分中，使得其在用户在盖玻璃上按下但仍然暴露于与力感测结构相同或相似的环境时不经历任何(或经历非常小的)压缩。因此，辅助结构的极板之间的电容的任何变化可能完全是由于可压缩元件(例如硅材料)的所吸收的水分和/或老化。来自辅助结构的输出信号可被用于调节来自力感测结构的读数，以补偿影响可压缩元件的物理特性的环境条件变化。

图4和图5示出了力敏结构的另选实施例。具体地，图4示出了具有上部部分410的力敏结构400，上部部分410包括附接到上部电容板412的上部主体411。力敏结构400还包括下部部分420，下部部分420包括附接到下部电容板422的下部主体421。上部部分410和下部部分420由可压缩元件430分开，并且形成可用于检测施加于盖玻璃104的力的电容器。在图4所示的实例中，上部电容板412和下部电容板422不延伸超过上部主体411和下部主体421。在这种情况下，与力敏结构400的电通信可由位于力敏结构400的轮廓内的电端子或导管来促进。

图5示出了结合了力敏结构500的电子设备100的另一另选实施例。在该实施例中，环境密封件550可被定位在盖玻璃104和力敏结构500之间，以防止水分、粉尘、尘土、和其它可能的环境污染物进入。环境密封件550可例如由挤压的柔顺材料(诸如Buna橡胶、Viton、EPDM等)形成。在一些情况下，环境密封件550被成形为在被施加到设备100的元件之后固化的密封剂材料的液滴。

任选地，如图5所示，设备还可包括定位在密封件550与盖玻璃104之间的支撑件552，以提供用于环境密封件550的粘合表面。在该实例中，支撑件552附接到盖玻璃104，并因此能相对于壳体102移动。因此，在力被施加到盖玻璃104时，盖玻璃104、可选的支撑件552、和密封件550全部可向下移动以压缩力感测结构500。因此，在本实施例中，密封件550可被用于将力感测结构500与水分和外部碎屑隔离，同时仍然允许操作力感测结构500。除了密封件550之外或者取代密封件550，设备100还可包括位于盖玻璃104的边缘与壳体102的一部分之间的一个或多个滑触密封件。此外，可在盖玻璃104与壳体102的一部分之间安装隔板密封件或隔膜，隔板密封件被配置为阻止污染物进入设备100的内部。

在一些实施例中，环境密封件550是柔顺的，而在其它实施例中，环境密封件550不是柔顺的，并且可以是刚性的。刚性密封件由于将力直接传递到力感测结构500而可能是有利的，而柔顺或柔性密封件可能在传递任何力之前压缩一定程度。虽然力敏结构500的输出可能受到柔性密封件的压缩的影响，但可使用其中任一类型的密封件。

图6示出了具有电容力传感器的设备的另一另选实施例。如图6所示，触摸设备壳体605(例如外壳)可被成形并定位成用于保持盖玻璃元件610。例如，触摸设备壳体605可包括直线框架，诸如具有照片框的形状，盖玻璃元件610具有照片盖片的形状(就像如果照片被放置在盖玻璃元件610下面会发生的那样)。触摸设备壳体605可包括背衬(未示出)或中间框架(未示出)，该背衬或中间框架可使触摸设备壳体605稳固而不弯曲、翘曲或其它物理变形。触摸设备壳体605还可限定(本文所述的)触摸设备的电路可被定位在其中的空间。这具有以下效果：可保护触摸设备的电路免遭外部污染物或不希望的触摸，以及免遭弯曲或翘曲、或可能导致触摸设备电路差错或其它问题的其它电效应或物理效应。

如图6所示，触摸设备壳体605可包括外边缘615，诸如可由从触摸设备壳体605的基线向上的外唇缘或凸起所限定的，并且其可被定位为阻止盖玻璃元件610在X或Y方向上的过度滑移或其它移动。在这个上下文中，Z方向一般指示与盖玻璃元件610的面以及触摸设备的顶表面基本上垂直(可能成90度，但这不是必须的)的方向，而X和Y方向一般指示基本上在盖玻璃元件610的相同面内(可能彼此成90度，但这不是必须的)的方向。

如图6所示，盖玻璃元件610和外边缘615在它们之间限定盖玻璃间隙620，具有以下效果：盖玻璃元件610不碰撞或摩擦触摸设备壳体605。在一个实施例中，触摸设备可包括定位在盖玻璃元件610和外边缘615之间的可选的弹性体625、或其它物质。这可具有以下效果：在盖玻璃元件610在外边缘615的方向上突然加速的情况下(诸如在触摸设备掉落、碰撞、被踢踹、或以其它方式灾难性地移动的情况下)提供减震性能。例如，弹性体625可围绕盖玻璃元件610的边缘设置，具有形成O形环形状或类似形状的效果。弹性体625还可具有以下效应：阻止或至少阻碍由于粉尘或其它物体在盖玻璃元件610和外边缘615之间滑动而可能导致的异物损坏。

如图6所示，触摸设备壳体605包括盖玻璃搁架630，诸如可由从触摸设备壳体605的外边缘615向内的内唇缘或内部凸起所限定的，并且其可被定位成支撑盖玻璃元件610。例如，盖玻璃元件610可靠在盖玻璃搁架630上，盖玻璃搁架可防止盖玻璃元件610向下滑入到触摸设备的电路中。在另选的实施例中，触摸设备壳体605可包括中间框架(未示出)，诸如可由被定位成支撑盖玻璃元件610的内部支撑元件所限定的。例如，中间框架可包括被定位为支撑触摸设备的电路的至少一些电路的相对实心(没有可选的孔)元件。

如图6所示，设备包括力感测结构600。在该实例中，力感测结构600包括具有第一压敏粘合剂(PSA)层635和第一柔性电路640的第一上部，第一压敏粘合剂(PSA)层635具有约100微米的厚度。第一柔性电路640包括被配置为传导电信号和/或充当电容板的一组驱动/感测线。力感测结构600还包括具有第二PSA层645(诸如也具有约为100微米的厚度)和第二柔性电路650的下部，第二柔性电路650也具有用于传导信号和充当电容板的传导性驱动/感测线。第一柔性电路640和第二柔性电路650被配置为响应于驱动/感测线的控制而工作，并且可形成电容传感器。如上文相对于前面的实施例所述，力感测结构600的上部和下部之间的电容改变可与第一柔性电路640和第二柔性电路650之间的偏移量或距离变化相关。(在其它实施例中，可使用一个或多个应变仪来代替电容传感器。)在一个实例中，如果盖玻璃元件610倾斜(诸如由于压力或其它所施加的力)，则第一柔性电路640和第二柔性电路650可变得更靠近或变得更远离，这取决于相对于轴线的位置以及倾斜位置。如本文中进一步所述，第一柔性电路640和第二柔性电路650可在触摸设备壳体605上的若干位置中复制。

力感测结构600通常操作地连接到被配置为检测和测量电容变化的力感测电路。通过测量电容变化，力感测电路可被用于估计一个或多个力感测结构的相对位移，所述相对位移继而可被用于确定盖玻璃元件610的倾斜的轴线和位置。此外，电容变化可被用于估计施加到盖玻璃元件610的力。在一些实施例中，力感测电路可包括处理器或耦接到处理器。

在一个实施例中，第一柔性电路640和第二柔性电路650之间的区域可限定基本上空的空间(即填充有空气)。在另选的实施例中，第一柔性电路640和第二柔性电路650之间的区域可包括可压缩层655。对于第一实例，第一柔性电路640和第二柔性电路650之间的空间可包括散置在该空间内的一组弹簧元件。在这种情况下，第一柔性电路640和第二柔性电路650通过弹簧力被保持分开，并且一般不接触。对于第二实例，可压缩层655可包括至少部分地由硅构造的微结构，诸如一组硅棱锥或一组硅弹簧，也具有第一柔性电路640和第二柔性电路650通过弹簧力被保持分开并且一般不接触的效应。

如上文中一般性地所述，盖玻璃元件610可包括被配置为检测一个或多个触摸的位置的透明触摸传感器。如先前所提及的，透明触摸传感器可由耦接到触摸传感器电路的一个或多个透明传导线阵列形成。可集成到盖玻璃元件610中的透明触摸传感器的类型包括但不限于互电容传感器、自电容触摸传感器、和电阻式触摸传感器。

在一个实施例中，第一柔性电路640和第二柔性电路650之上的盖玻璃元件610的区域可被覆盖有墨掩膜660。在一个实施例中，墨掩膜660被设置在盖玻璃元件610下面并且在第一柔性电路640之上。这具有以下效应：触摸设备的用户一般看不到第一柔性电路640或第二柔性电路650、或者将它们耦接到触摸设备壳体605、盖玻璃元件610的任何元件、或触摸设备的任何电路(未示出)。例如，触摸设备可包括表面665，其在没有墨掩膜660的地方可包括盖玻璃元件610的表面，并且在存在墨掩膜660的地方可包括墨掩膜的表面。如上所述，Z方向670可指示基本上垂直于触摸设备的表面665的方向。

在一个实施例中，盖玻璃元件610和外边缘615之间的相互作用可导致在盖玻璃元件610的外边缘处的一组力。在一些实施例中，力感测结构600(或另选地，应变仪)被放置在盖玻璃元件610的两个或更多个边缘处。这两个或更多个力感测结构中的每个力感测结构可被操作地耦接到触摸设备中的力感测电路，并且可被用于检测和测量这些力。另外，通过估计这两个或更多个力感测结构中的每个力感测结构的相对位移，该电路可被用于确定盖玻璃元件610的法向量，其代表所施加的力的位置(即法向量的位置)以及所施加的力的量(即法向量的量值)。

在一个实施例中，法向量可响应于盖玻璃元件的倾斜量或X和Y位置处的压力量来确定。例如，可利用位于盖玻璃元件的周边上的一个或多个边缘处的两个或更多个力感测结构来测量一组位移。在一个实施例中，位移与一个或多个所施加的力成比例或者可相关。总的力Fz可响应于盖玻璃元件的边缘处的各个力来确定，并且可基于各个力之间的相关性来确定矩心位置(x0,y0)。因此，利用两个或更多个力感测结构，可计算与施加于盖玻璃元件上的实际力相关的总的力Fz和中心位置(x0,y0)。另外，多个力感测结构所生成的信号可与(可能集成到盖玻璃元件中的)触摸传感器的输出耦合，以分解盖玻璃元件上的多个手指触摸的位置和量值(所施加的力)。

图7示出了具有电容力传感器的设备的另一示例性实施例。该设备可包括触敏区域710，其可以(或者可以不)与显示区域(诸如LED、LCD或OLED显示器)重合。在该实例中，触敏区域710由与盖玻璃元件610集成的透明触摸传感器形成。

图7示出了从上方查看的触摸设备，并且包括触摸设备壳体605、盖玻璃元件610、和外边缘615。触摸设备还包括主按钮705、和触敏区域710(其中触摸设备可利用例如电容触摸传感器来确定一个或多个触摸的位置)。主按钮705可部分地或完全地在触敏区域710内，或者可位于触敏区域710之外。

在一个实施例中，触摸设备的形状可由一对中心线715(诸如X方向中心线715x和Y方向中心线715y)来指示。触摸设备沿一个或多个边缘(诸如环绕触敏区域710)可包括一组力传感器700。力传感器700可由类似于参考图3至6所述的那些类似电容力传感器的一个或多个电容力传感器形成。另选地，力传感器700可包括能够感测所施加的力的其他设备，诸如应变仪。

如图7所示，设备可包括沿触敏区域710的周边的一个或多个边缘定位的多个力传感器700。每个力传感器700包括由可压缩中间层分开的至少两个电容板。在一个实施例中，该组力传感器700可被设置为基本上在触敏区域710的透明部分之外。例如，力传感器700可位于墨掩膜660下面(诸如类似于或如同关于图6所述的那样)。在此类情况下，力传感器700可被定位为具有在力传感器700对之间的仪表间距725，并且具有在力传感器700中的单个传感器与触摸设备的边缘之间的边缘间距730。在另选的实施例中，力传感器700可被定位在显示器叠堆下面，或者相对于触敏区域710位于另一位置。力传感器700可彼此均匀地间隔开，以不均匀的间隔、以重复的间隔、或者在必要时间隔开。同样，力传感器700可沿触敏区域710的所有侧面、在设备的拐角处、沿触敏区域710的少于所有侧面、或沿触敏区域710的单个边缘定位。因此，图7所示的传感器分布意在是示例性的局部分布，并且不是限制性的。

在一个实施例中，每个力传感器700耦接到被配置为测量第一柔性电路与第二柔性电路之间的电容的量的力感测电路，电容的量可与估计第一柔性电路与第二柔性电路之间的距离相关。第一柔性电路和第二柔性电路的相对位置可与上面所讨论的图6中所示的配置类似。类似于上面所述的实施例，在第一柔性电路上限定的第一感测元件与在第二柔性电路上限定的第二感测元件之间的电容的量可利用力检测电路来检测和测量，力检测电路可包括处理器。在此类情况下，所施加的力的量可与第一柔性电路和第二柔性电路之间的距离的相对于在没有力施加于盖玻璃元件610时的静止位置的相对变化相关。应当理解，每个力传感器700可由第一柔性电路和第二柔性电路形成，或者可以是独立元件。

在另选的实施例中，每个力传感器700耦接到力感测电路，该力感测电路被配置为测量第一柔性电路和第二柔性电路之间的电阻的量。例如，第一柔性电路和第二柔性电路可通过电阻层耦接。通过测量电阻或电阻变化，力感测电路可被用于确定第一柔性电路和第二柔性电路之间的距离。例如，第一柔性电路和第二柔性电路之间的电阻的量可与第一柔性电路和第二柔性电路之间的距离相关。这在例如可压缩电阻层由具有取决于其厚度或压缩量的可变电阻率的材料形成时可能发生。在一个此类情况下，可压缩电阻层包括具有像弹簧力那样增大的电阻的微结构，类似于应变仪。力感测电路可通过测量可压缩电阻层的电阻或电阻变化来估计柔性电路之间的距离。

参考图7，力传感器700可操作地耦接到力感测电路(包括处理器)，力感测电路被配置为确定对应于该组力传感器700的一组距离(在沿盖玻璃元件110的边缘的不同位置处)。即，力感测电路可基于在每个力传感器处测量的电容来估计第一柔性电路和第二柔性电路之间的距离。在一个实施例中，每个传感器700处的位移与在那些力传感器700的位置处所施加的力相关。类似于上面参考图6所述的技术，可基于对各个力的估计来确定总的力Fz，并且可基于对各个力的估计的权重来确定矩心位置(x0,y0)。在一个实施例中，总的力Fz和矩心位置(x0,y0)被校准，使得响应于总的力Fz和矩心位置(x0,y0)的数值所计算的力和力矩的集合最佳地匹配在该组力传感器700中的每个力传感器处所观察到的位移和力的数值。因此，利用多个力传感器，可计算与施加于设备的实际力相关的总的力Fz和中心位置(x0,y0)。此外，由多个力传感器所生成的信号可与(可能集成到盖玻璃元件中的)触摸传感器的输出耦合，以分解设备上的多个手指触摸的位置和量值(所施加的力)。

图8示出了具有电容力传感器的设备的另一示例性实施例。具体地讲，图8中所示的设备包括可变形的盖玻璃元件。

如图8中所示，盖玻璃元件805可耦接到框架元件810，框架元件810可耦接到触摸设备框架815。在一个实施例中，在盖玻璃元件805和框架元件810之间存在空间分离。对于第一实例，盖玻璃元件805可具有约0.90mm的厚度，但是这个具体厚度仅仅是示例性的而不是必需的。对于第二实例，框架元件810可包括弹性体、塑料、或包括其他物质的构造。盖玻璃元件805也可被定位在显示器叠堆820(诸如来自触摸设备并且被适配为提供图形或文本显示的显示器叠堆)上方。

在一个实施例中，显示器叠堆820可被定位在包括电极图案的反射器片825上方，反射器片825诸如可用于直线电容阵列中的驱动和感测线或者阵列中的各个传感器结构。反射器片825可被定位在气隙830上方，气隙830诸如可用于反射器片825与另一元件之间的电容。例如，气隙830可具有约0.10mm的厚度，但是这个具体厚度仅仅是示例性的而不是必需的。

在一个实施例中，气隙830可被定位在具有电容迹线或元件的电路835上方，电路835可包括一组驱动和感测迹线/元件或由各个感测迹线/元件的阵列形成。例如，电路835可具有约0.10mm的厚度，但是这个具体厚度仅仅是示例性的而不是必需的。

在一个实施例中，电路835可被定位在压敏粘合剂(PSA)元件840上方。例如，PAS元件840可具有约0.03mm的厚度，但是这个具体厚度仅仅是示例性的而不是必需的。

在一个实施例中，PSA元件840可被定位在中间板元件845上方。对于第一实例，中间板元件845可具有大约0.25mm的厚度，但是这个具体厚度仅仅是示例性的而不是必需的。对于第二实例，中间板元件845可支撑耦接到其并且位于气隙830下面的元件。

在一个实施例中，盖玻璃元件805、显示层叠820、和相关元件可相对可变形。这可具有以下效应：施加于触摸设备的表面的力可导致气隙830附近元件之间的距离的变化、以及由位于气隙830附近的电路测量的电容的变化。例如，一组驱动和感测线、或者各个感测元件的阵列可被定位在反射器片825中或者电路835中，从而可测量气隙830两侧的电容。

在这样的情况下，气隙830两侧的电容会响应于盖玻璃元件805、显示层叠820、和相关元件的变形而改变。这将具有以下效应：位于气隙830附近的元件将能够测量电容的变化，并且降能够响应于此而确定所施加的力的量或量值。

在一些实施例中，多个力传感器可形成在盖玻璃元件805的区域上方。在一个实施例中，这组力传感器可被定位成直线阵列，诸如其中力传感器中的每个力传感器被定位在盖玻璃元件805的区域上方的[X,Y]位置处的阵列。例如，力传感器中的每个力传感器可包括展示驱动元件和传感器元件之间互电容、或者展示自电容的电容力传感器。在另一实例中，传感器中的每一个传感器可包括展示响应于所施加的力的电阻变化的电阻式应变仪，诸如上面参考图6所述的电阻式应变仪。

在一个实施例中，所施加的力可影响基本上在所施加的力附近的每个力传感器。所施加的力根据所施加的力的量以及所施加的力的[X,Y]位置与受影响的力传感器的[X,Y]位置之间的距离不同地影响每个此类力传感器。这具有以下效应：触摸设备中的处理器或其他电路可确定所施加的力的映射，并响应于此，确定盖玻璃元件805的一组[X,Y]位置和Z位移。例如，沿盖玻璃元件805的边缘(或在触敏区域内)的点的特定Z位移可被用于确定所施加的力的[X,Y]位置。在一个实施例中，盖玻璃元件805可约为700微米厚，但这个厚度在不同实施例中可以不同。

在一个实施例中，相同或类似的信息可被用于确定不止一个此类所施加的力的[X,Y]位置和Z位移。在多个力被施加的此类情况下，触摸设备中的处理器或其他电路可确定所施加的力的矩心，触摸设备根据其可确定一个或多个单独力。例如，根据该信息，处理器或其他电路可确定力正被施加于的一个或多个[X,Y]位置、以及在每个此类位置处正施加的力的量或量值。

在一个实施例中，盖玻璃元件805与气隙830之间的相互作用限定位于所施加的力的每个位置处的一组力。触摸设备中的处理器或其他电路可测量这些力，诸如利用一个或多个电容感测元件(如本文中所述)或者利用一个或多个应力仪来进行测量，这些力分布在遍及盖玻璃元件805的位置处。响应于那些力，电路可确定盖玻璃元件805的一组法向量，表示所施加的力的一个或多个位置和所施加的力的一个或多个量或量值。

在一个实施例中，所施加的力的位置可响应于在所述X和Y位置中的每一者处盖玻璃元件805上的每个位置处所感测的所施加的力的分布(如上所述)来确定，由此为每个此类位置分配所施加的力的Z量。对于第一实例，所施加的力的总矩心可响应于所感测的所施加的力的分布来确定。处理器或其它电路然后可定位每个单独的可能施加的力，辨识其力的量，并将所辨识的力从每个位置处所感测的所施加的力减去。这可具有以下效应：为处理器或其他电路提供一种方式来单独地辨识每个所施加的力，直到已经找到所有此类单独的所施加的力。

在一个实施例中，力的量或量值可在一组分立位置中的每个位置处确定，在所述分立位置处，分立的力传感器被设置在盖玻璃元件805下面。例如，在一个实施例中，力传感器可设置在盖玻璃元件805下面的网格中。具有每个此类位置处力的量，可利用每个所施加的力被测量的位置的加权和来计算那组力量的加权矩心。已经确定了此类矩心，处理器就可响应于最近最大力传感器或响应于触摸位置传感器或响应于这二者来确定最近局部最大力。已经确定了最近局部最大力，处理器就可减去该力及其在每个力传感器上的预期效应，并重复该过程直到每个单独的所施加的力被确定。在另选的实施例中，可附加地或替代地使用其他和另外的技术。

4.力敏设备系统

图9示出了触摸I/O设备与计算系统之间的示例性通信。在该实例中，触摸I/O设备901包括用于检测来自操作者或用户的触摸的一个或多个传感器。触摸设备901通过通信信道902将来自所述一个或多个传感器的电信号传输到计算系统903。示例性计算系统903在下面参考图10来描述，并包括一个或多个计算机处理器和用于存储计算机可执行指令的计算机可读存储器。触摸I/O设备、通信信道902和计算系统903可全部一起集成为同一触摸设备的一部分。

如图9中所示，实施例可包括触摸I/O设备901，该触摸I/O设备可接收用于经由有线或无线通信信道902来与计算系统903进行交互的触摸输入和力输入(诸如可能包括触摸位置和在那些位置处所施加的力)。触摸I/O设备901可用于代替或结合其他输入设备(诸如键盘、鼠标或可能的其他设备)来向计算系统903提供用户输入。在另选的实施例中，触摸I/O设备901可与其他输入设备(诸如除鼠标、轨迹板或可能的其他指向设备之外或者代替鼠标、轨迹板或可能的其他指向设备)一起使用。一个或多个触摸I/O设备901可用于向计算系统903提供用户输入。触摸I/O设备901可以是计算系统903的一体部分(例如，膝上型电脑上的触摸屏)或可以与计算系统903分开。

触摸I/O设备901可包括触敏面板和/或力敏面板，该触敏面板和/或力敏面板是完全或部分透明的、半透明的、非透明的、不透明的或它们的任何组合。触摸I/O设备901可体现为触摸屏、触控板、起触控板作用的触摸屏(例如，代替膝上型电脑的触控板的触摸屏)、与任何其它输入设备组合或结合的触摸屏或触控板(例如，设置在键盘上、设置在轨迹板或其他指向设备上的触摸屏或触控板)、具有用于接收触摸输入的触敏表面的任何多维对象、或其他类型的输入设备或输入/输出设备。

在一个实例中，触摸I/O设备901是可包括至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分上方的透明的和/或半透明的触敏面板和力敏面板的触摸屏。(尽管将触敏面板和力敏面板描述成至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分上方，但在另选的实施例中，在触敏面板和力敏面板的实施例中使用的电路或其他元件的至少一部分可至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分下方、与跟显示器的至少一部分一起使用的电路交织、或以其它方式定位。)根据该实施例，触摸I/O设备901用于显示从计算系统903(和/或另一个来源)传输的图形数据，并且还用于接收用户输入。在其它实施例中，触摸I/O设备901可被具体化为集成触摸屏，其中触敏和力敏部件/设备与显示部件/设备是一体的。在其他实施例中，触摸屏可被用作用于显示补充的图像数据或与主显示器相同的图形数据并接收触摸输入的补充显示屏或附加显示屏，该触摸输入包括可能的触摸位置和在那些位置处所施加的力。

触摸I/O设备901可被配置为代替或者组合或结合可相对于接近触摸I/O设备901的一个或多个触摸或近似触摸以及在可适用情况下那些触摸的力的出现来进行测量的任何现象，基于电容性、电阻性、光学、声学、感应、机械、化学、或电磁测量来检测设备901上的所述一个或多个触摸或近似触摸的位置以及在可适用情况下那些触摸的力。可使用软件、硬件、固件或它们的任何组合来处理所检测的触摸以及在可适用情况下那些触摸的力的测量，以识别并跟踪一个或多个手势。手势可对应于触摸I/O设备901上的静态或非静态的单个或多个触摸或近似触摸以及在可适用情况下那些触摸的力。可通过基本上同时、连续地、依次地或以其他方式在触摸I/O设备901上移动一个或多个手指或其他物体来执行手势，该手势诸如轻击、按压、摇摆、洗擦、扭转、改变取向、以不同的压力进行按压等。可通过但不限于挤压、滑动、轻扫、旋转、弯曲、拖动、轻击、推动和/或释放、或其他动作来表征手势，该其他动作介于任何其他一个或多个手指或者身体或其他对象的任何其他部分之间或利用这些部位。单个手势可由一个或多个用户利用一个或多个手、或身体或其他对象的任何其他部分或它们的任何组合来执行。

计算系统903可以利用图形数据来驱动显示器以显示图形用户界面(GUI)。GUI可被配置为经由触摸I/O设备901来接收触摸输入以及在适用情况下该触摸输入的力。触摸I/O设备901被实现为触摸屏，可以显示GUI。另选地，GUI可被显示在与触控I/O设备901分开的显示器上。GUI可包括在界面内的特定位置处显示的图形元素。图形元素可包括但不限于多种所显示的虚拟输入设备，包括虚拟滚轮、虚拟键盘、虚拟旋钮或拨号盘、虚拟按钮、虚拟杆件、任何虚拟UI，等等。用户可在触摸I/O设备901上的可能与GUI的图形元素相关联的一个或多个特定位置处执行手势。在其它实施例中，用户可在与GUI的图形元素的位置无关的一个或多个位置处执行手势。在触摸I/O设备901上执行的手势可直接或间接地操纵、控制、修改、移动、致动、启动或一般性地影响GUI内的图形元素，该图形元素诸如是光标、图标、媒体文件、列表、文本、所有或部分图像等。例如，就触摸屏而言，用户可通过在触摸屏上的图形元素上方执行手势来与图形元素直接进行交互。或者，触控板一般提供间接交互。手势还可影响未被显示的GUI元素(例如，使得用户界面显现)或可影响计算系统903内的其它动作(例如，影响GUI的状态或模式、应用程序或操作系统)。与所显示的光标结合，手势可在或可不在触摸I/O设备901上执行。例如，在触控板上执行手势的情况下，可在显示屏或触摸屏上显示光标(或指针)，并且可经由触控板上的触摸输入以及在适用情况下该触摸输入的力来控制光标以与显示屏上的图形对象进行交互。在直接在触摸屏上执行手势的其它实施例中，不管是否有光标或指针被显示在触摸屏上，用户都可与触摸屏上的对象直接进行交互。

可响应于或基于触摸I/O设备901上的触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力来经由通信信道902将反馈提供给用户。可通过光学、机械、电气、嗅觉、声学、触觉方式等或它们的任何组合并且以可变或不可变的方式来任选地传输反馈。

如先前所提及的，触摸I/O设备、通信信道902、和计算系统903可全部集成到触摸设备或其它系统中。触摸设备或系统可以是便携式或非便携式设备，包括但不限于通信设备(例如移动电话、智能电话)、多媒体设备(例如，MP3播放器、电视、收音机)、便携式或手持式电脑(例如，平板电脑、上网本、膝上型电脑)、台式计算机、一体台式计算机、外围设备，或适于包括图10中所示系统架构的任何其他(便携式或非便携式)系统或设备，包括这些类型的设备中的两个或更多个设备的组合。

图10示出了系统1000的一个实施例的框图，该系统一般包括一个或多个计算机可读介质1001、处理系统1004、输入/输出(I/O)子系统1006、电磁频率电路(诸如可能的射频(RF)或其他频率电路1008)以及音频电路1010。这些部件可通过一根或多根通信总线或信号线1003来耦接。每根此类总线或信号线均可以形式1003-X表示，其中X可为唯一编号。总线或信号线可在部件之间传送适当类型的数据；每个总线或信号线可与其他总线/线不同，但可执行大体类似的操作。

应当理解，图10中所示的架构仅为系统1000的一个示例性架构，并且系统1000可以具有比图示更多或更少的部件、或不同的部件配置。图10中所示的各种部件可以在硬件、软件、固件或它们的任何组合(包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路)中实施。

如图10所示，射频电路1008用于通过无线链路或网络向一个或多个其它设备发送和接收信息，并且包括用于执行该功能的熟知的电路。射频电路1008和音频电路1010经由外围设备接口1016被耦接到处理系统1004。接口1016包括用于在外围设备和处理系统1004之间建立并维持通信的各种已知部件。音频电路1010耦接到音频扬声器1050和麦克风1052，并且包括用于处理从接口1016所接收的语音信号的已知电路，以使用户能够与其他用户进行实时通信。在一些实施例中，音频电路1010包括耳机接口(未示出)。

外围设备接口1016将系统的输入外围设备和输出外围设备耦接到处理器1018和计算机可读介质1001。一个或多个处理器1018经由控制器1020来与一个或多个计算机可读介质1001进行通信。计算机可读介质1001可以是可存储供一个或多个处理器1018使用的代码和/或数据的任何设备或介质。介质1001可包括存储器分级结构，包括但不限于高速缓存、主存储器和辅助存储器。可使用RAM(例如SRAM、DRAM、DDRAM)、ROM、闪存、磁存储设备和/或光学存储设备(诸如磁盘驱动器、磁带、CD(光盘)和DVD(数字视频光盘))的任何组合来实现该存储器分级结构。介质1001还可包括用于携带指示计算机指令或数据的信息承载信号的传输介质(具有或不具有在其上调制信号的载波)。例如，传输介质可包括通信网络，该通信网络包括但不限于互联网(也称为万维网)、一个或多个内联网、局域网(LAN)、宽局域网(WLAN)、存储区域网(SAN)、城域网(MAN)等。

一个或多个处理器1018运行存储在介质1001中的各种软件部件以执行系统1000的各种功能。在一些实施例中，软件部件包括操作系统1022、通信模块(或指令集)1024、触摸和所施加的力处理模块(或指令集)1026、图形模块(或指令集)1028、和一个或多个应用程序(或指令集)1030。这些模块中的每个模块和以上提及的应用程序对应于用于执行上述一种或多种功能以及在本专利申请中所述的方法(例如，本文所述的计算机实现的方法和其它信息处理方法)的指令集。这些模块(即指令集)不必被实现为独立的软件程序、过程或模块，并因此在各种实施例中可组合或以其他方式重新布置这些模块的各种子集。在一些实施例中，介质1001可以存储以上所识别的模块和数据结构的子集。此外，介质1001可存储上面未描述的附加模块和数据结构。

操作系统1022包括各种过程、指令集、软件部件和/或驱动器以用于控制和管理一般系统任务(例如，存储器管理、存储设备控制、电源管理等)，并有利于各个硬件和软件部件之间的通信。

通信模块1024有利于通过一个或多个外部端口1036或经由射频电路1008来与其它设备进行通信，并且包括用于处理从射频电路1008和/或外部端口1036所接收的数据的各种软件部件。

图形模块1028包括用于在显示表面上渲染、以动画方式显示和显示图形对象的各种已知的软件部件。在触摸I/O设备1012为触敏和力敏显示器(例如触摸屏)的实施例中，图形模块1028包括用于在触敏和力敏显示器上渲染、显示和以动画方式显示对象的部件。

一种或多种应用程序1030可包括安装在系统1000上的任何应用程序，包括但不限于浏览器、通讯录、联系人列表、电子邮件、即时消息、文字处理、键盘仿真、桌面小部件、支持JAVA的应用程序、加密、数字权限管理、语音识别、语音复制、位置确定能力(诸如由在本文中有时也称为“GPS”的全球定位系统所提供的位置确定能力)、音乐播放器等。

触摸处理模块1026包括用于执行与触摸I/O设备1012相关联的各种任务的各种软件部件，所述各种任务包括但不限于接收和处理经由触摸I/O设备控制器1032从I/O设备1012接收的触摸输入和所施加的力输入。在一些情况下，触摸处理模块1026包括用于操作力传感器1060的计算机指令。例如，触摸处理模块1026可包括用于执行下文中参考图11A-B的过程1100和1150所述的一个或多个操作的指令。在一些情况下，触摸处理模块1026包括可在力传感器1060的操作中实现的参数或设置。

I/O子系统1006耦接到触摸I/O设备1012和一个或多个其它I/O设备1014以用于控制或执行各种功能。触摸I/O设备1012经由触摸I/O设备控制器1032来与处理系统1004进行通信，该触摸I/O设备控制器包括用于处理用户触摸输入和施力输入的各种部件(例如，扫描硬件)。一个或多个其他输入控制器1034从/向其他I/O设备1014接收/发送电信号。其它I/O设备1014可包括物理按钮、拨号盘、滑动开关、操作杆、键盘、触控板、附加显示屏或它们的任何组合。

如果体现为触摸屏，则触摸I/O设备1012在GUI中向用户显示视觉输出。视觉输出可以包括文本、图形、视频及它们的任何组合。一些或全部视觉输出可对应于用户界面对象。触摸I/O设备1012形成接受来自用户的触摸输入和施力输入的触敏表面和力敏表面。触摸I/O设备1012和触摸屏控制器1032(连同介质1001中的任何相关联的模块和/或指令集)检测并跟踪触摸I/O设备1012上的触摸或近似触摸以及在可适用情况下的那些触摸的力(以及对触摸的任何移动或释放，和触摸的力的任何改变)并将所检测到的触摸输入和施力输入转变成与图形对象诸如一个或多个用户界面对象的交互。在设备1012体现为触摸屏的情况下，用户可与显示在触摸屏上的图形对象直接交互。另选地，在设备1012体现为触摸屏之外的触摸设备(例如，触控板或轨迹板)的情况下，用户可与显示在体现为另一I/O设备1014的独立显示屏上的图形对象间接交互。

在触摸I/O设备1012为触摸屏的实施例中，触摸屏可以使用LCD(液晶显示器)技术、LPD(发光聚合体显示器)技术、OLED(有机LED)或OEL(有机电致发光)，但在其他实施例中可以使用其他显示技术。

触摸I/O设备2012可基于用户的触摸输入和施力输入以及正被显示的内容的一种或多种状态和/或计算系统的一种或多种状态来提供反馈。可通过光学方式(例如光信号或所显示的图像)、机械方式(例如触觉反馈、触摸反馈、力反馈等)、电气方式(例如电刺激)、嗅觉方式、声学方式(例如嘟嘟声等)等或它们的任何组合方式并且以可变或不可变的方式来传输反馈。

系统1000还包括用于为各种硬件部件供电的电力系统1044，并且可包括电源管理系统、一个或多个电源、再充电系统、电源故障检测电路、功率转换器或逆变器、电源状态指示器、以及通常与便携式设备中电力的生成、管理和分配相关联的任何其它部件。

在一些实施例中，外围设备接口1016、一个或多个处理器1018、和存储器控制器1020可实现在单个芯片诸如处理系统1004上。在一些其他实施例中，它们可在单独的芯片上实现。

在一个实施例中，示例性系统包括与触摸I/O设备2012集成的力传感器1060。力传感器1060可包括一个或多个上文中参考任何一个示例性实施例所述的力敏结构。一般来讲，力传感器1060被配置为生成电信号或响应，该电信号或响应可被解释或处理为触摸I/O设备1012上触摸力的量值。在一些情况下，力传感器1060经由信号线1003-10将电信号直接传输到触摸I/O设备。信号可被中继到I/O子系统1006中的力传感器控制器1061。在一些情况下，力传感器1060经由信号线1003-11将信号直接传输到力传感器控制器1061，而不经过触摸I/O设备1012。

力传感器控制器1061单独地或结合所述处理器(例如处理器1018或安全处理器1040)中的一个或多个处理器可充当用于力传感器1060的力感测电路。特别地，力传感器控制器1061可耦接到处理器或其它计算设备，诸如处理器1018或安全处理器1040。在一个实例中，力传感器控制器1061被配置为基于力传感器1060所生成的电信号来计算和估计力。关于所估计的力的数据可被传输到处理器1018或安全处理器1040，以与系统1000的其他方面(诸如触摸处理模块1026)一起使用。在一个实例中，力传感器控制器1061对由力传感器1060所生成的电信号执行信号处理，包括例如模数转换、滤波、和采样操作。在一些情况下，系统1000中的其他处理器(例如处理器1018或安全处理器1040)基于处理后的信号来计算估计的力。因此，系统1000可使用力传感器控制器1061所生成的信号或数据，所述信号或数据可被测量、计算、估算、或以其他方式操纵。在一个实施例中，力传感器1060的输出可被一个或多个处理器或其他计算设备诸如处理器1018、安全处理器1040或其他设备使用，所述个或多个处理器或其他计算设备耦接到或可访问力感测控制器1061或触摸I/O设备。此外，力传感器1060的输出可被一个或多个模拟电路或其它专用电路使用，所述一个或多个模拟电路或其它专用电路耦接到或者可访问力传感器控制器1061或触摸I/O设备1012。

在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员应认识到，用于获得关于触摸I/O设备上所施加的力和接触的信息、以及使用该相关联的信息来确定触摸I/O设备上所施加的力和接触的量值和位置的技术针对真实数据(诸如从用户的手指所施加的力或接触接收的减弱的反射和电容传感器数据)进行响应和变化，并且在检测和利用与触摸I/O设备的所施加的力和接触的服务中提供可用且切实的结果。此外，在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员应认识到，计算设备对所施加的力和接触传感器信息的处理包括基本的计算机控制和编程，涉及到所施加的力和接触传感器信息的基本记录，并且涉及与所施加的力和接触传感器硬件以及任选地供所施加的力和接触传感器信息使用的用户界面的交互。

本公开中描述的实施例的某些方面可被提供为可包括例如在其上存储有指令的计算机可读存储介质或非暂态机器可读介质的计算机程序产品或软件，其可用于对计算机系统(或其他电子设备)进行编程以执行根据本公开的过程。非暂态机器可读介质包括用于以机器(例如计算机)可读的形式(例如软件、处理应用程序)存储信息的任何机制。非暂态机器可读介质可采用但不限于如下形式：磁存储介质(例如软盘、录像带等)、光学存储介质(例如CD-ROM)、磁光存储介质、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程存储器(例如EPROM和EEPROM)、闪存等等。

尽管已参考各种实施例描述了本公开，但应当理解，这些实施例是示例性的并且本公开的范围不限于此。许多变型、修改、添加和改进是可能的。更一般地，已在特定实施例的上下文中描述了根据本公开的实施例。在本公开的各种实施例中可以不同方式在过程中将功能分开或组合在一起，或以不同术语加以描述。这些和其他变型、修改、添加和改进可落在以下权利要求所限定的本公开的范围内。

5.操作方法

图11A示出了用于操作具有力传感器的设备的示例性过程。该过程可利用上文中参考图2A、图2B、图3-图8所述的力传感器来应用，如上所述。

图11A示出了包括流程点和操作步骤或功能的过程1100的示例性流程图。虽然这些流程点和操作以特定次序被显示，但在更一般性技术的语境中，没有特别地要求操作顺序必须按照图中所示。例如，流程点和操作可以不同的次序、同时地、并行地、或以其他方式来执行。类似地，虽然这些流程点和操作被显示为由设备中的通用处理器执行，但在更一般性方法的语境中，没有特别地要求任何这样的限制。例如，一个或多个这样的操作可由专用处理器、由另一电路来执行，或者被卸载到其他设备中的其他处理器或其它电路，诸如通过利用无线技术将那些功能卸载到相邻设备或者通过将那些功能卸载到云计算功能。

在流程点1100a处，过程1100准备好开始。通常，电子设备已经被开启并且操作系统已经被加载并正在运行。另外，相关硬件(包括例如触摸屏传感器、显示设备、和力传感器设备)已经被加电并可能已被初始化。

在操作1105处，力被施加到位于设备的盖玻璃上的位置[X,Y]。可利用手指或其他指向设备(诸如触控笔或笔)来施加力。在一些情况下，多个触摸可被施加到设备的盖玻璃。例如，多触摸手势或命令可在盖玻璃上被输入，从而得到网状施加的力。

在操作1110处，响应于所施加的力来检测和测量电信号。在一个实例中，设备中的力感测电路(其可包括处理器)响应于所施加的力来测量来自一个或多个力传感器的数值。在一个实施例中，如上文中参考图2A、图2B和图3-图5所述，力感测电路在一个或多个力感测结构处检测到电容的变化。电容的改变可与源于所施加的力的盖玻璃的偏转相关，或者可用于估计源于所施加的力的盖玻璃的偏转。在另一个实施例中，如参考图6所述，力感测电路基于从一个或多个力传感器接收的信号来估计施加于盖玻璃的倾斜的量。在又一个实施例中，如参考图7所述，力感测电路被用于检测盖玻璃下面的一组分立位置处的电容传感器之间的电容的改变(或者对于单个传感器，在自电容模式中)。电容的改变可被用于估计源于所施加的力的盖玻璃上的位移。

在操作1115处，确定一个或多个触摸的位置。在一个实例中，力感测电路基于从一个或多个力传感器接收的信号来确定力正被施加到盖玻璃元件的一个或多个位置。位置可通过例如对来自多个力传感器的输出进行比较以及使用输出来三角测定或估计所施加的力的位置来确定。

在操作1120处，估计在每个位置处施加的力的量或量值。例如，力感测电路可被用于确定在每个测量位置处施加的力的量或量值，诸如利用参考图8所述的加权矩心技术。

在流程点1100b处，过程1100完成。在一个实施例中，只要力敏设备被接通，就重复方法1100。

图11B示出了用于操作具有力传感器的设备的另一过程。该过程可利用上文中参考图2A、图2B、图3-图8所述的力传感器来应用，如上所述。

图11B示出了包括流程点和操作步骤或功能的过程1150的另一示例性流程图。虽然这些流程点和操作以特定次序被显示，但在更一般性技术的语境中，没有特别地要求操作顺序必须按照图中所示。类似地，虽然这些流程点和操作被显示为由设备中的通用处理器执行，但在更一般性方法的语境中，没有特别地要求任何这样的限制。

在流程点1150a处，过程1150准备好开始。通常，电子设备已经被开启并且操作系统已经被加载并正在运行。另外，相关硬件(包括例如触摸屏传感器、显示设备、和力传感器设备)已经被加电并可能已被初始化。

在操作1155处，电荷信号被传输到力敏结构。在典型具体实施中，电荷信号包括一系列电荷脉冲，该一系列电荷脉冲被传输到力敏结构中的电容板中的一个电容板。每个电荷脉冲包括施加于力敏结构的电容板的电压瞬时变化，从而导致极板上的感应电流。在某些情况下，电荷信号是施加于力感测结构的电容板上的交流电(AC)。在很多情况下，如果电荷信号是离散电荷脉冲，则电荷脉冲在设备工作期间以规则的间隔被传输。如果电荷信号是交流电，则电荷信号可在操作期间连续地被传输。在任一种情况下，操作1155通常与操作1160、1165、和1170同时执行，如下文中所述。

在操作1160处，为力敏结构测量第一电容。通常，在力敏结构处于未压缩或未致动状态时测量该电容。例如，对操作1160的测量可在设备静止并且没有正被操作者触摸时进行。在一些情况下，在一段时间内进行多个测量，并且确定复合或平均电容值。

在操作1165处，力被施加于设备。根据上文中参考图2A、图2B、图3-图8所述的实施例，用户可触摸设备的盖玻璃，从而在盖玻璃的某位置处施加力。用户可用手指、触控笔、笔等来触摸设备。在一些情况下，根据多触摸手势或用户输入，同时将多个触摸施加到盖玻璃。根据上文中参考图2A、图2B、图3-图8所述的实施例，所施加的力通常导致力敏结构的压缩或偏转，从而导致这两个电容板的位置的相对改变。

在操作1170处，为力敏结构测量第二电容。通常，该电容是在力敏结构由于在操作1165中所施加的力(如上所述)而处于压缩或偏转状态时被测量。在一些情况下，在一段时间内进行多个测量，并且确定复合或代表性电容值。

在操作1175处，利用第一电容测量和第二电容测量来估计力。根据上文中参考图2A、图2B、图3-图8所述的实施例，所施加的力导致这两个电容板的位置的改变，从而改变力敏结构的电容。在操作1175中，电容的改变与估计的力相关或者用于计算估计的力。例如，如果力敏结构的可压缩元件表现为如同线性力弹簧那样，则电容的改变(其与电容板之间距离的改变成比例)将与力的变化成比例。因为可压缩元件的材料属性诸如弹性比率是已知的，所以力的量可被估计为是第一电容测量和第二电容测量之间的差异乘以一个常数。

在流程点1150b处，过程1150完成。在一个实施例中，只要力敏设备被接通，就重复方法1150。

6.电连接到力传感器和力传感器制造方法

根据上述某些实施例，电容力传感器通常包括具有由中间的可压缩元件分开的两个电容板的力敏结构。在典型具体实施中，电荷信号被施加到至少一个电容板，并进行电容测量。为了递送电荷信号(驱动信号)并从电容板接收电容测量(感测信号)，力敏结构通常通过电连接件来连接到系统的其他元件。为了便于制造期间的组装，可能有利的是电连接件是由柔性导管形成的可拆卸电连接件。

图12示出了具有位于显示元件1202或其一部分的周边周围的两个力感测结构1210、1220的示例性触摸设备1200。该两个力感测结构1210、1220电连接到电连接器引线1250。在该实例中，这两个力感测结构(1210、1220)中每个力感测结构都由被中间的可压缩元件分开的第一电容板和第二电容板形成。一般来讲，力感测结构1210和1220可被用于确定设备表面上的触摸的量值。如上文中参考图3-图5所述，施加于设备的力使可压缩元件压缩或变形，从而改变第一电容板和第二电容板之间的距离。可利用力感测电路将距离的改变测量为两个极板之间电容的改变。

电连接器引线1250可被用于将这两个力感测结构1210、1220与力感测电路进行电耦接，该力感测电路可位于设备内的单独电路部件上。在一些情况下，可能有利的是电连接器引线1250由柔性导管形成，以便于与力感测电路连接。例如，电连接器引线1250可由已经与导电迹线一起被印刷或形成的聚酸亚胺材料的层叠物来形成。在一些情况下，可能还有利的是柔性导管被配置为易于弯曲，以便于在设备壳体的有限空间内布线。为了提高连接器引线1250的柔韧性或弯曲半径，可能有利的是至少在连接器引线1250的末端部分中消除或移除中间的可压缩元件。移除中间的可压缩元件也可便于与电连接器引线1250的一个或多个内表面的电连接。

图13示出了电连接器引线1250的沿线3-3的剖视图。如图13中所示，电连接器引线1250由四个电路层1211、1212、1221、1222形成。在该实例中，这些电路层中的每个电路层都包括至少一个柔性电介质层和至少一个柔性导电层。柔性电介质层可由聚酸亚胺片形成，并且导电层可由金属膜或金属化迹线材料形成。另外，在该实例中，这些电路层中的每个电路层与(图12中所示的)力敏结构1210、1220中的一个力敏结构的电容板电连接。例如，导电层或电路层1211可电连接到力敏结构1210的第一(上部)电容板。类似地，导电层或电路层1212可电连接到力敏结构1210的第二(下部)电容板。类似地，电路层1221和1222分别电连接到力敏结构1220的第一(上部)电容板和第二(下部)电容板。在该实例中，这些电路层1211、1221、1222、和1212中的每个电路层电耦接到相应的端子1213、1223、1224、和1214。

另选地，这些电路层1211、1221、1222、和1212中一个或多个电路层可充当力敏结构1250的接地层。在一个实例中，外电路层1211或1212中任一个或它们二者在传感器工作期间被保持在恒定电压，以充当电磁屏蔽。在一些情况下，外电路层1211或1212在传感器工作期间接地，以便于电磁屏蔽。外电路层中的一个或多个外电路层可充当接地屏蔽，这取决于干扰源的位置。在一些情况下，一个或多个附加接地屏蔽电路层被添加到力敏结构。这些附加接地屏蔽层可例如被添加到外电路层1211和1212的外表面。在一个实例中，任何接地屏蔽层中的导电迹线可基本上延伸横跨电路层的整个表面，以使接地屏蔽层所屏蔽的面积最大化。

如图13中所示，这两个电路层1211和1221通过中间的可压缩层1230与另外两个电路层1212和1222分开。在该实例中，可压缩层1230充当力传感器1210、1220中的可压缩元件。还如图13中所示，可压缩层1230不延伸到电连接器引线1250的末端部分1255中。如图13中所示，在电路层对之间形成空隙区1350。

如上所述，这个配置可从几个方面来讲是有利的。首先，因为没有材料连接电路层的上下对，所以电连接器引线1250的可弯曲性被提高，这可有利于更小的弯曲半径。另外，因为在电路层对之间没有材料，所以附加的内部电端子1223和1224可用于电连接。这就减轻了在其他方面将内电路层1221、1222的导电层电连接到外部端子而需要的对电路通孔或附加的电布线的需求。

虽然图12中所示的设备1200包括位于显示元件1202的周边附近的两个力感测结构，但另选的实施例可只包括单个力感测结构。在这种情况下，电连接器引线可只包括两个导电层(在两个电路层上)。在其他另选的实施例中，设备可包括不止两个力感测结构，并且电连接器引线可具有多个导电层，以便于与每个力感测结构连接。

图14示出了制造具有电连接器引线的力传感器的示例性过程1400。过程1400可用于制造根据图12和13的实施例的具有电连接器引线1250的力传感器1210、1220。过程1400也可用于制造具有多种构型的力传感器，包括具有单对导电层的构型。

在操作1405处，获得第一电路层。在该实例中，第一电路层至少包括第一柔性导电层和第一柔性电介质层。参考图13，第一电路层可包括电路层对1211、1221或1222、1212中任一电路层对中的一个电路层。在一些情况下，第一电路层可通过在第一电介质层上形成第一导电层来获得。导电层可例如通过将金属箔接合到第一电介质层的表面来形成。在一些情况下，导电层可通过将导电材料沉积到电介质层上的沉积或溅射工艺来形成。在一个实例中，导电层还形成用于力传感器的一个或多个电容板。在一些情况下，第一电路层被预制造和获得为片材或冲切部件。

在操作1410处，获得第二电路层。在该实例中，第二电路层也至少包括第二柔性导电层和第二柔性电介质层。参考图13，第二电路层也可包括电路层对1211、1221或1222、1212中任一电路层对中的一个电路层(第二电路层也通过中间的可压缩层1230与第一电路层分开)。如上所述，第一电路层可通过层叠金属箔或将导电材料沉积到电介质层的表面上来在第一电介质层上形成第一导电层而获得。第二电路层也可被预制造为片材或冲切部件。

在操作1415中，形成层叠结构。特别地，形成层叠结构使得可压缩层被设置在第一电路层和第二电路层之间。参考图13，示例性层叠结构包括四个电路层1211、1221、1222、1212和可压缩层1230。在很多情况下，形成其他层作为层叠结构的一部分。例如，可形成附加电路层、粘合剂层、和涂层作为层叠结构的一部分。特别地，粘合剂层通常被用于将中间的可压缩层与层叠结构的其他相邻部件粘合。(在操作1405和1410中获得的)第一电路层或第二电路层不是必须要与可压缩层紧邻或直接粘合到可压缩层。

操作1415可通过例如在层叠结构的部件之间放置压敏粘合剂(PSA)层来执行。然后可对层叠物进行按压操作以接合这些层。在一些情况下，可采用加热或其他固化技术来将层粘合在一起。

操作1415也可利用注塑或注模工艺来执行。在这种情况下，第一电路层和第二电路层可与其他层或部件层叠或预形成。这些层然后可被放置在注塑模具腔的相对半部中，并且通过将熔融或液态材料注入到注塑模具中来在这些层之间形成中间的可压缩层。在一个实例中，间隔件元件被放置在第一电路层和第二电路层之间，以抵靠注塑模具的相应半部保持第一电路层和第二电路层。间隔件元件的厚度可与可压缩层的最终尺寸大约相同。在一个实例中，间隔件元件是可压缩的，并且略大于要被注塑在第一电路层和第二电路层之间的可压缩层的最终尺寸。在这种情况下，间隔件元件对第一电路层和第二电路层施加力，该第一电路层和第二电路层被压抵注塑模具的相应腔壁。通过使电路层压抵腔壁，注塑材料更可能填充电路层之间的区域，而不填充电路层与腔壁之间的区域。在一个实例中，使用多个间隔件元件，每个间隔件元件由半圆形环形成。间隔件元件可被放置在模具的注入点附近，注入点通常在部件的中心附近。间隔件元件然后可通过冲切部件的中心部分而被移除，这也可便于创建用于显示器的查看区。

作为操作1415的一部分，可在层叠结构的各个层之间形成一个或多个电通孔。在一些情况下，电通孔被成形通过可压缩层，以连接设置在可压缩层的相对两侧上的电路层。通孔可通过例如添加电连接不同电路层的导电层的导电桩元件而形成。此外或另选地，可形成可压缩层内的导电区域，然后被回流或以其他方式与层叠结构的导电层电连接。

在一些情况下，在操作1415中形成的层叠结构被切割以形成具有电连接器引线的力传感器。例如，如果(在操作1405和1410中获得的)第一电路层和第二电路层被形成为实心材料片，则层叠结构可被冲切以形成力传感器的期望的几何轮廓特征。具体地，可从层叠结构的中间切掉中心部分，以便于安装显示元件。因此，通过在层叠结构的中间创建的孔将可看到显示元件。如上所述，如果层叠结构包括用于注塑工艺的间隔件元件，则可通过这个冲切操作将它们移除。可执行附加的切割来形成力传感器的连接器引线部分。

如果例如(在操作1405和1410中所获得的)第一电路层和第二电路层已经被预切割或已经以所期望的几何轮廓形状被形成，则切割操作可以是可选的。在这种情况下，操作1415还可包括分度操作，以对准层叠结构的层。

在操作1420中，从层叠结构移除可压缩层的一部分。在该实例中，从层叠结构移除可压缩层的位于电连接器引线的末端部分中的一部分，从而在第一电路元件和第二电路元件之间留下空隙区。如上文中参考图12和13所述，移除可压缩层可提高层叠结构的柔韧性或可弯曲性。还可提供对层叠结构内部的电路层上的端子或电连接件的访问。

可利用一个或多个技术来实现移除可压缩层。在第一实例中，可压缩层在电连接器引线的末端部分附近被打孔或预切割。同样，在电连接器引线的末端部分内，在层叠结构的可压缩层和相邻层之间可省略压敏粘合剂或其他粘合层。在这种情况下，预切割或打孔以及没有粘合层就允许电连接器引线的末端部分中的可压缩层的部分被移除。

在第二实例中，层叠结构中的一个或多个层从可压缩层剥落或剥除，从而暴露可压缩层。在这种情况下，可执行辅助切割操作以移除电连接器引线的末端部分中可压缩层的部分。

在第三实例中，可从电连接器引线的末端部分切割可压缩层，而不首先剥落或剥除层叠结构的层。例如，连接器引线的末端部分内的可压缩层的部分可通过使刀或切割工具在层叠结构的层之间穿过来被移除。

作为操作1420的另选形式，层叠结构可被成形为使得电连接器引线的末端部分不包括可压缩层。例如，如果层叠结构是利用注塑或注模工艺形成的，则可在电连接器引线的末端部分中放置注模元件，从而防止在该区域中形成可压缩层。在这种情况下，层叠结构被成形为在第一电路层和第二电路层之间具有空隙区。

如上所述，过程1400也可用于制造具有多种构型的力传感器，包括具有单对导电层的构型。例如，可利用过程1400形成只具有两个电路层(中间的可压缩层的每一侧上各一个)的力传感器。或者，也可利用过程1400形成具有在中间的可压缩层的任一侧上形成的多个电路层的力传感器。

过程1400的这些操作被提供作为一个实例。然而，力传感器也可通过省略上述操作中的一个或多个操作来形成。例如，根据层叠结构是如何创建的，可能不是必须执行操作1420来移除可压缩层的一部分。

Claims

1.一种电子设备，包括：

透明触摸传感器，所述透明触摸传感器被配置为检测所述透明触摸传感器上的触摸的位置；

力感测结构，所述力感测结构设置在所述透明触摸传感器的周边，其中所述力感测结构包括：

上部电容板；

可压缩元件，所述可压缩元件设置在所述上部电容板的一侧面上；和

下部电容板，所述下部电容板设置在所述可压缩元件的与所述上部电容板相背对的侧面上。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述力感测结构的可压缩元件被配置为响应于所述透明触摸传感器上的触摸力而压缩。

3.根据权利要求2所述的电子设备，

其中所述上部电容板和所述下部电容板操作地耦接到力感测电路，所述力感测电路被配置为检测所述上部电容板和所述下部电容板之间的电容耦合由于所述可压缩元件的压缩而产生的变化，并且

其中所述力感测电路被进一步配置为生成与所述透明触摸传感器上的所述触摸力的量值对应的信号。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述力感测结构是沿所述透明触摸传感器的所述周边的第一边缘设置的第一力感测结构，所述电子设备进一步包括：

沿所述透明触摸传感器的所述周边的第二边缘设置的第二力感测结构，所述第二力感测结构包括上部电容板、下部电容板、和设置在所述上部电容板和所述下部电容板之间的可压缩元件；和

力感测电路，所述力感测电路操作地耦接到所述第一力感测结构和所述第二力感测结构，并被配置为检测电容耦合由于所述第一力感测结构和所述第二力感测结构的偏转而产生的变化，其中所述力感测电路被进一步配置为生成与所述透明触摸传感器上的所述触摸力的量值对应的信号。

5.根据权利要求1所述的电子设备，

其中所述力感测结构是沿所述透明触摸传感器的所述周边的第一边缘设置的第一力感测结构，所述电子设备进一步包括：

第二力感测结构，所述第二力感测结构沿所述透明触摸传感器的所述周边的第二边缘设置；

第三力感测结构，所述第三力感测结构沿所述透明触摸传感器的所述周边的第三边缘设置；和

第四力感测结构，所述第四力感测结构沿所述透明触摸传感器的所述周边的第四边缘设置；

其中所述第二力感测结构、所述第三力感测结构、和所述第四力感测结构各自包括上部电容板、下部电容板、和设置在所述上部电容板和所述下部电容板之间的可压缩元件。

6.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述透明触摸传感器是包括感测电路的电容触摸传感器，所述感测电路被配置为确定所述透明触摸传感器上的所述触摸的位置。

7.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

壳体，所述壳体具有开口和围绕所述开口的边框；

显示元件，所述显示元件设置在所述壳体内并能够通过所述壳体的所述开口观看，其中：

所述透明触摸传感器设置在所述显示元件的周边。

8.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

电连接器引线，所述电连接器引线用于将所述力敏结构电连接到力感测电路，所述电连接器引线包括：

第一电路层，所述第一电路层具有第一柔性电介质层和与所述第一电容板电连接的第一柔性导电层，

第二电路层，所述第二电路层具有第二柔性电介质层和与所述第二电容板电连接的第二柔性导电层，和

末端部分，所述末端部分被配置为可拆卸地连接到电路部件，其中所述末端部分包括位于所述第一电路层和所述第二电路层之间的空隙区，

其中所述空隙区不包括所述可压缩元件。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述空隙区是通过移除所述电连接器引线的所述末端部分中的所述可压缩元件的一部分而形成的。

10.一种确定触摸设备上的触摸的力的量值的方法，所述方法包括：

将信号传输到力传感器，其中所述力传感器包括由可压缩构件分开的第一电容板和第二电容板；

测量所述力传感器的所述第一电容板和所述第二电容板之间的第一电容；

接收所述触摸设备的表面上的触摸；

测量所述力传感器的所述第一电容板和所述第二电容板之间的第二电容；以及

基于所测量的第一电容和第二电容来计算估计的所接收的触摸的力。

11.根据权利要求10所述的方法，其中传输所述信号包括将一系列电荷脉冲传输到所述力传感器的所述第一电容板或所述第二电容板。

12.一种制造力传感器的方法，所述方法包括：

获得包括第一柔性导电层和第一柔性电介质层的第一电路层；

获得包括第二柔性导电层和第二柔性电介质层的第二电路层；

形成包括设置在所述第一电路层和所述第二电路层之间的可压缩层的层叠结构；

切割所述层叠结构以形成具有电连接器引线的力传感器；以及

移除所述电连接器引线的末端部分中的所述可压缩层。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述层叠结构是通过如下步骤形成的：

利用第一接合粘合剂层将所述可压缩层层叠到所述第一电路层；

利用第二接合粘合剂层将所述可压缩层和所述第一电路层层叠到所述第二电路层，其中所述第一接合层和所述第二接合层不延伸到所述连接器引线的所述末端部分中。

14.根据权利要求12所述的方法，

其中获得所述第一电路层包括：

在所述第一柔性电介质层上形成所述第一柔性导电层，

形成电连接到所述第一柔性导电层的第一电容板，并且其中获得所述第二电路层包括：

在所述第二柔性电介质层上形成所述第二柔性导电层，

形成电连接到所述第二柔性导电层的第二电容板，

其中所述第一电容板和所述第二电容板被所述可压缩层分开，并形成用于确定触摸的量值的力传感器的一部分。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一电路层包括至少两个柔性导电层，并且其中所述第二电路层包括至少两个柔性导电层。

16.一种触摸设备，包括：

相对刚性的盖元件，所述相对刚性的盖元件耦接到一个或多个力传感器；

所述力传感器，所述力传感器对所述盖元件的一个或多个边缘的位移作出响应；

其中在所述盖元件上的特定位置处施加的力提供沿所述一个或多个边缘的力；并且

其中所述触摸设备中的感测电路响应于所述力来确定所述施加的力的位置和量值。

17.根据权利要求16所述的触摸设备，其中

所述触摸设备中的所述电路响应于所述力传感器来确定所述施加的力的矩心；

所述触摸设备中的所述电路响应于所述矩心来确定施加的力的一个或多个位置；并且

所述触摸设备中的所述电路响应于所施加的力的所述矩心和施加的力的所述一个或多个位置来确定所施加的力的一个或多个量度。

18.一种触摸设备，包括：

相对可变形的盖元件，所述相对可变形的盖元件耦接到一个或多个力传感器；

所述力传感器，所述力传感器对所述盖元件的触摸区域内的一个或多个位置的位移作出响应；

其中在所述盖元件上的特定位置处施加的力提供响应于所述盖元件的在一个或多个对应位置处的力；并且

其中所述触摸设备中的电路响应于所述力来确定所述施加的力的所述特定位置和量两者。

19.一种操作触摸设备的方法，所述方法包括：

向所述设备的盖元件施加力；

利用感测电路来测量所述盖元件的一个或多个边缘处的位移；以及

利用处理器基于所测量的位移来计算所施加的力的位置和量值。

20.一种力感测结构，包括：

上部主体；

上部电容板，所述上部电容板连接到所述上部主体；

下部主体；

下部电容板，所述下部电容板连接到所述下部主体；和

可变形的中间主体，所述可变形的中间主体连接到所述上部主体和所述上部电容板中的一者，所述可变形的中间主体进一步连接到所述下部主体和所述下部电容板中的一者。