DE112017001809T5

DE112017001809T5 - Eingabevorrichtung mit Kraftsensor

Info

Publication number: DE112017001809T5
Application number: DE112017001809.9T
Authority: DE
Inventors: Sora Kim; Martin P. Grunthaner; Rui Jin; Michael B. Wittenberg; Michael K. McCord; Henric Larsson; Giovanni Gozzini; Lucy Browning; Scott A. Myers
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2019-01-10
Also published as: JP2019507438A; CN108700970B; US10739855B2; WO2017172623A1; AU2017241549A1; JP2020053067A; JP6621936B2; US10007343B2; US20170285746A1; KR102009123B1; CN108700970A; JP6903726B2; AU2017241549C1; KR20180100712A; AU2017241549B2; US20190025923A1; CN114741007A

Abstract

Eine Eingabevorrichtung kann in eine elektronische Vorrichtung integriert werden und/oder mit einer elektronischen Vorrichtung über eine kabelgebundene oder kabellose Verbindung wirkverbunden werden. Die Eingabevorrichtung kann einen oder mehrere Kraftsensoren einschließen, die unter einem Abdeckelement der Eingabevorrichtung oder einer Eingabeoberfläche der elektronischen Vorrichtung positioniert sind. Die Eingabevorrichtung kann weitere Komponenten und/oder Funktionalitäten wie einen biometrischen Sensor und/oder ein Schaltelement einschließen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese PCT-Patentanmeldung beansprucht die Priorität der am 31. März 2016 eingereichten, nicht vorläufigen US-Anmeldung Nr. 15/087,306 mit dem Titel „Force Sensor in an Input Device“, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen ist.
GEBIET
Die beschriebenen Ausführungsformen betreffen allgemein die Krafterfassung. Insbesondere betreffen die vorliegenden Ausführungsformen einen Kraftsensor in einer elektronischen Vorrichtung.
HINTERGRUND
Viele elektronische Vorrichtungen schließen eine oder mehrere Eingabevorrichtungen zum Empfangen von Benutzereingaben ein. Vorrichtungen wie Smartphones, Tablet-Rechenvorrichtungen, Laptop-Computer, tragbare Kommunikations- und Gesundheitsvorrichtungen und Navigationsvorrichtungen und Anzeigen können eine Eingabevorrichtung einschließen oder mit dieser verbunden sein. Als Beispiel kann eine Eingabevorrichtung Informationen für ein Rechensystem bezüglich der Interaktion des Benutzers mit einer grafischen Benutzerschnittstelle (GUI), wie des Auswählens von Elementen, des Zurückkehrens zu einer Homepage und anderer GUI-Funktionen, bereitstellen. In einem anderen Beispiel kann eine Eingabevorrichtung biometrische Daten erfassen oder empfangen, die einem Benutzer zugeordnet sind, und solche biometrischen Daten an ein Rechensystem bereitstellen.
Im Allgemeinen ist der Betrieb einer Eingabevorrichtung binär. Eine Taste einer Tastatur zum Beispiel wird entweder ausreichend gedrückt, um einen Kuppelschalter niederzudrücken und ein Ausgabesignal zu erzeugen, oder nicht. Eine Eingabetaste wird entweder ausreichend gedrückt, um einen Schalter zu schließen und ein Symbol auszuwählen, oder nicht.
Binäre Eingaben sind grundsätzlich insofern begrenzt, als sie nur zwei Zustände einnehmen können (vorhanden oder nicht vorhanden, ein- oder ausgeschaltet usw.). In einigen Situationen kann es vorteilhaft sein, auch die Kraft einer Eingabe, die auf eine Eingabevorrichtung angewendet wird, zu erfassen und zu messen. Zusätzlich kann, wenn eine Kraft über ein Kontinuum von Werten gemessen wird, die erfasste Kraft als eine nicht binäre Eingabe dienen.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Eingabevorrichtung kann in einer elektronischen Vorrichtung eingeschlossen sein oder mit der elektronischen Vorrichtung unter Verwendung einer kabelgebundenen oder kabellosen Verbindung wirkverbunden sein. Ein oder mehrere Kraftsensoren in der Eingabevorrichtung sind dazu konfiguriert, eine Krafteingabe zu erfassen, die auf ein Abdeckelement angewendet wird. Das Abdeckelement kann ein Abschnitt des Gehäuses der elektronischen Vorrichtung oder eine Eingabeoberfläche der Eingabevorrichtung sein, die in einem Durchlass des Gehäuses angeordnet ist.
Der Kraftsensor kann eine beliebige geeignete Krafterfassungstechnologie verwenden, wie kapazitive, piezoelektrische, piezoresistive, Ultraschall- und Magnetkrafterfassungstechnologien. In einer Ausführungsform ist der Kraftsensor ein kapazitiver Kraftsensor. Der Kraftsensor wird mit einer ersten Schaltungsschicht, die einen ersten Satz aus einer oder mehreren Elektroden einschließt, und einer zweiten Schaltungsschicht gebildet, die einen zweiten Satz aus einer oder mehreren Elektroden einschließt. Der zweite Satz aus einer oder mehreren Elektroden ist von dem ersten Satz aus einer oder mehreren Elektroden durch ein nachgiebiges Material (z. B. Luft, eine Siliziumschicht) beabstandet. Jede Elektrode in dem ersten Satz ist in mindestens einer Richtung (z. B. vertikal) mit einer jeweiligen Elektrode in dem zweiten Satz ausgerichtet, um einen oder mehrere Kondensatoren zu erzeugen. Wenn eine Kraft auf das Abdeckelement angewendet wird, wird das Abdeckelement gebogen oder abgelenkt, was bewirkt, dass sich mindestens eine Elektrode in dem ersten Satz näher zu einer jeweiligen Elektrode in dem zweiten Satz bewegt. Die Kapazität des Kondensators, der durch die zwei Elektroden gebildet wird, variiert, wenn der Abstand zwischen den Elektroden abnimmt. Ein von jedem Kondensator erfasstes Kraftsignal stellt eine Kapazitätsmessung dieses Kondensators dar. Eine Verarbeitungsvorrichtung ist dazu konfiguriert, das Kraftsignal bzw. die Kraftsignale zu empfangen und das Kraftsignal bzw. die Kraftsignale mit einer Menge an Kraft zu korrelieren, die auf das Abdeckelement angewendet wird.
In einem Aspekt schließt die Eingabevorrichtung einen Fingerabdrucksensor ein, der unter dem Abdeckelement positioniert ist. Der Fingerabdrucksensor ist dazu konfiguriert, einen Fingerabdruck eines Fingers zu erfassen, wenn sich der Finger dem Abdeckelement nähert oder dieses berührt. Ein Kraftsensor ist unter dem Fingerabdrucksensor und über einem Tragelement positioniert. Der Kraftsensor ist dazu konfiguriert, eine auf das Abdeckelement angewendete Krafteingabe zu erfassen.
In einem anderen Aspekt schließt eine Eingabevorrichtung ein Abdeckelement, einen oder mehrere erste Kraftsensoren, die um eine umlaufende Kante des Abdeckelements herum positioniert sind, und einen zweiten Kraftsensor ein, der unter dem Abdeckelement positioniert ist.
Jeder erste Kraftsensor ist dazu konfiguriert, eine erste Krafteingabe zu erfassen, die auf das Abdeckelement angewendet wird. Der zweite Kraftsensor ist dazu konfiguriert, eine zweite Krafteingabe zu erfassen, die auf das Abdeckelement angewendet wird. Der eine oder die mehreren ersten und zweiten Kraftsensoren können betrieben werden, um Krafteingaben parallel, seriell oder mit einem zeitlichen Versatz zu erfassen. Beispielsweise kann ein Kraftsensor zunächst verwendet werden, um eine Menge an angewendeter Kraft zu erfassen. Wenn die Menge an angewendeter Kraft zunimmt, erreicht dieser Kraftsensor eine maximal erfassbare Kraft. An diesem Punkt kann der andere Kraftsensor verwendet werden, um die angewendete Kraft zu erfassen. Alternativ können in einigen Ausführungsformen sowohl der erste als auch der zweite Kraftsensor verwendet werden, um eine Krafteingabe bis zu einer gegebenen Menge an Kraft zu erfassen, und dann kann einer der Kraftsensoren verwendet werden, um Krafteingaben zu erfassen, die größer sind als die gegebene Menge an Kraft.
In einem anderen Aspekt kann eine Eingabevorrichtung zur Verwendung mit einer elektronischen Vorrichtung ein Abdeckelement, einen Fingerabdrucksensor, der unter dem Abdeckelement positioniert ist, und einen Kraftsensor einschließen, der unter dem Fingerabdrucksensor und über einem Tragelement positioniert ist. Der Fingerabdrucksensor kann dazu konfiguriert sein, einen Fingerabdruck eines Fingers zu erfassen, wenn sich der Finger dem Abdeckelement nähert oder dieses berührt. Der Kraftsensor kann dazu konfiguriert sein, eine Krafteingabe zu erfassen, die auf das Abdeckelement angewendet wird. Die Eingabevorrichtung kann auch eine nachgiebige Schicht einschließen, die unter dem Abdeckelement und um mindestens einen Abschnitt des Fingerabdrucksensors herum positioniert ist.
In einigen Ausführungsformen kann die Eingabevorrichtung zusätzliche Komponenten einschließen, die eine oder mehrere Eingaben von einem Benutzer zusätzlich zu einer Krafteingabe empfangen. Beispielsweise schließt die Eingabevorrichtung in einer Ausführungsform einen biometrischen Sensor ein. Zusätzlich oder alternativ kann die Eingabevorrichtung ein Schaltelement einschließen, das eine Benutzereingabe erfasst, wenn eine auf das Abdeckelement angewendete Krafteingabe eine gegebene Menge an Kraft überschreitet. Das Schaltelement kann ein Signal basierend auf der erfassten Benutzereingabe erzeugen oder übermitteln, und eine Verarbeitungsvorrichtung kann die Benutzereingabe basierend auf dem vom Schaltelement empfangenen Signal registrieren.
Figurenliste
Die Offenbarung wird leicht durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche strukturelle Elemente bezeichnen, und in denen:

1 ein Beispiel einer elektronischen Vorrichtung zeigt, die einen oder mehrere Kraftsensoren in einer oder mehreren Eingabevorrichtungen einschließen kann;
2A bis 2B Explosionsansichten einer ersten Eingabevorrichtung zeigen, die zur Verwendung in der in 1 gezeigten elektronischen Vorrichtung geeignet ist;
3 eine Querschnittsansicht der in 2B gezeigten Eingabevorrichtung zeigt, wenn die Eingabevorrichtung zusammengebaut ist;
4 eine Explosionsansicht eines Beispiels der in 3 gezeigten nachgiebigen Schicht zeigt;
5 eine Explosionsansicht eines weiteren Beispiels der in 3 gezeigten nachgiebigen Schicht zeigt;
6 ein Beispiel einer Ansicht von oben der in 3 gezeigten Eingabevorrichtung zeigt;
7 ein weiteres Beispiel einer Ansicht von oben der in 3 gezeigten Eingabevorrichtung zeigt;
8 eine Explosionsansicht einer zweiten Eingabevorrichtung zeigt, die zur Verwendung in der in 1 gezeigten elektronischen Vorrichtung geeignet ist;
9 eine Querschnittsansicht der in 8 gezeigten zweiten Eingabevorrichtung zeigt, wenn die Eingabevorrichtung zusammengebaut ist;
10 eine Explosionsansicht einer dritten Eingabevorrichtung zeigt, die zur Verwendung in der in 1 gezeigten elektronischen Vorrichtung geeignet ist;
11 eine Querschnittsansicht der in 10 gezeigten dritten Eingabevorrichtung zeigt, wenn die Eingabevorrichtung zusammengebaut ist; und
12 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer elektronischen Vorrichtung zeigt, die einen Kraftsensor in einer oder mehreren Eingabevorrichtungen einschließen kann.

Die Schraffur in den Figuren wird bereitgestellt, um die Elemente oder Komponenten voneinander zu unterscheiden. Die Schraffur soll keine Art von Material oder Materialien oder die Natur des Materials bzw. der Materialien angeben.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun detailliert auf stellvertretende Ausführungsformen Bezug genommen, die in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Es sollte verstanden werden, dass die folgenden Beschreibungen nicht als die Ausführungsformen auf eine einzige bevorzugte Ausführungsform einschränkend beabsichtigt sind. Im Gegenteil ist es beabsichtigt, Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abzudecken, wie sie innerhalb des Geistes und Umfangs der beschriebenen Ausführungsformen eingeschlossen sein können, wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert sind.
Die folgende Offenbarung bezieht sich auf eine Eingabevorrichtung, die einen oder mehrere Kraftsensoren einschließt. Die Eingabevorrichtung kann in einer elektronischen Vorrichtung eingeschlossen sein und/oder mit einer elektronischen Vorrichtung über eine kabelgebundene oder kabellose Verbindung wirkverbunden sein. In einer Ausführungsform ist die Eingabevorrichtung eine Eingabetaste, aber jede geeignete Eingabevorrichtung kann einen Kraftsensor einschließen.
In einer besonderen Ausführungsform schließt der Kraftsensor zwei Schaltungsschichten in einem Stapel von Komponenten ein, die die Eingabevorrichtung bilden. Die Schaltungsschichten sind voneinander beabstandet und ein nachgiebiges Material oder Luft ist zwischen den Schaltungsschichten angeordnet. Jede Schaltungsschicht schließt einen Satz aus einer oder mehreren Elektroden ein, und jede Elektrode in einem Satz ist in mindestens einer Richtung (z. B. vertikal) mit einer jeweiligen Elektrode in dem anderen Satz ausgerichtet, um einen oder mehrere Kondensatoren zu erzeugen. Wenn eine Kraft auf ein Abdeckelement der Eingabevorrichtung angewendet wird, wird das Abdeckelement gebogen oder abgelenkt, was bewirkt, dass sich mindestens eine Elektrode in einer Schaltungsschicht näher zu einer jeweiligen Elektrode in der anderen Schaltungsschicht bewegt. Die Kapazität des Kondensators, der durch die zwei Elektroden gebildet wird, variiert, wenn sich der Abstand zwischen den Elektroden ändert. Ein von jedem Kondensator erfasstes Kraftsignal stellt eine Kapazitätsmessung dieses Kondensators dar. Eine Verarbeitungsvorrichtung ist dazu konfiguriert, das Kraftsignal bzw. die Kraftsignale zu empfangen und das Kraftsignal bzw. die Kraftsignale mit einer Menge an Kraft zu korrelieren, die auf das Abdeckelement angewendet wird.
In einer anderen Ausführungsform ist der Kraftsensor in einer nachgiebigen Schicht eingeschlossen, die an einem oder mehreren Orten innerhalb der Eingabevorrichtung positioniert ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann, wenn die Eingabevorrichtung eine Eingabetaste ist, die nachgiebige Schicht um einen Umfang der Eingabetaste positioniert sein. Die nachgiebige Schicht kann mit einem nachgiebigen Material gebildet sein, das zwischen zwei Schaltungsschichten angeordnet ist. Jede Schaltungsschicht schließt einen Satz aus einer oder mehreren Elektroden ein, und jede Elektrode in einem Satz ist in mindestens einer Richtung (z. B. vertikal) mit einer jeweiligen Elektrode in dem anderen Satz ausgerichtet, um einen oder mehrere Kondensatoren zu erzeugen. Wenn eine Kraft auf eine Eingabeoberfläche der Eingabevorrichtung angewendet wird, komprimiert oder verformt sich das nachgiebige Material, was bewirkt, dass sich mindestens eine Elektrode in einer Schaltungsschicht näher zu einer jeweiligen Elektrode in der anderen Schaltungsschicht bewegt. Die Kapazität des Kondensators, der durch die zwei Elektroden gebildet wird, variiert, wenn der Abstand zwischen den Elektroden abnimmt. Eine Verarbeitungsvorrichtung ist dazu konfiguriert, Kraftsignale von dem Kondensator bzw. den Kondensatoren zu empfangen und die Kraftsignale mit einer Menge an angewendeter Kraft zu korrelieren.
In einigen Ausführungsformen kann die Eingabevorrichtung zusätzliche Komponenten einschließen, die eine oder mehrere Eingaben von einem Benutzer zusätzlich zu einer Krafteingabe empfangen. Beispielsweise schließt die Eingabevorrichtung in einer Ausführungsform einen biometrischen Sensor ein. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist der biometrische Sensor ein Fingerabdrucksensor, der mindestens einen Fingerabdruck erfasst, wenn sich ein Finger (oder Finger) eines Benutzers der Eingabeoberfläche nähert und/oder diese berührt.
Zusätzlich oder alternativ kann die Eingabevorrichtung ein Schaltelement einschließen, das eine Benutzereingabe erfasst, wenn eine Krafteingabe eine gegebene Menge an Kraft überschreitet. Es kann ein beliebiges geeignetes Schaltelement verwendet werden. Beispielsweise kann eine Eingabevorrichtung einen Kuppelschalter einschließen, der niedergedrückt wird, wenn eine auf eine Eingabeoberfläche angewendete Kraft eine gegebene Größe überschreitet. Im niedergedrückten Zustand schließt der Kuppelschalter einen Schaltkreis, der von einer Verarbeitungsvorrichtung erfasst und als Eingabe erkannt wird (z. B. eine Auswahl eines Symbols, einer Funktion oder einer Anwendung).
In vielen Ausführungsformen kann die Kraft als eine nicht binäre Eingabe dienen. Ein Kraftsensor kann dazu konfiguriert sein, unterschiedliche Mengen an Kraft zu erfassen, und die unterschiedlichen Mengen an Kraft können unterschiedlichen Eingaben der elektronischen Einrichtung, einer Anwendung und/oder einer Funktion zugeordnet sein. Beispielsweise kann eine zunehmende Menge an Kraft, die auf eine Eingabevorrichtung angewendet wird, verwendet werden, um einen Klangpegel zu erhöhen, der durch einen Lautsprecher in einer elektronischen Vorrichtung ausgegeben wird. Zusätzlich oder alternativ kann eine erste Menge an Kraft einer ersten Eingabe für eine elektronische Vorrichtung zugeordnet werden, während eine unterschiedliche zweite Menge an Kraft einer zweiten Eingabe zugeordnet werden kann. Beispielsweise kann eine erste Menge an Kraft verwendet werden, um die elektronische Vorrichtung aus einem Schlafzustand zu wecken, während eine größere zweite Menge an Kraft verwendet werden kann, um die elektronische Vorrichtung auszuschalten. Zusätzlich oder alternativ können zunehmende oder abnehmende Mengen an Kraft verwendet werden, um eine Operation in einer Spielanwendung zu steuern. Beispielsweise kann eine zunehmende Menge an Kraft die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts in einem Spiel (z. B. ein Auto) erhöhen, während das Abnehmen der Menge an Kraft die Geschwindigkeit des sich bewegenden Objekts reduzieren kann. Das Fehlen einer Krafteingabe kann als eine Bremsfunktion verwendet werden, um die Bewegung des Objekts zu stoppen.
Terminologie, welche die Richtung anzeigt, wie „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „führend“, „vorhergehend“ usw., wird unter Bezugnahme auf die Richtung der beschriebenen Figur bzw. Figuren verwendet. Da Komponenten von hierin beschriebenen Ausführungsformen in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, wird richtungsbezogene Terminologie nur zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Bei Verwendung in Verbindung mit Schichten einer Eingabetaste oder Sensors soll die richtungsbezogene Terminologie breit aufgefasst werden und sollte daher nicht als das Vorhandensein einer oder mehrerer dazwischenliegender Schichten oder anderer dazwischenliegender Merkmale oder Elemente ausschließend interpretiert werden. Somit kann eine gegebene Schicht, die als auf oder über einer anderen Schicht ausgebildet, positioniert, angeordnet beschrieben wird oder die als unter oder unterhalb einer anderen Schicht ausgebildet, positioniert, angeordnet beschrieben wird, von der letzteren Schicht durch eine oder mehrere zusätzliche Schichten oder Elemente getrennt sein.
Diese und weitere Ausführungsformen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 bis 12 erläutert. Für den Fachmann wird jedoch leicht ersichtlich sein, dass die hierin in Hinblick auf diese Figuren gegebene, detaillierte Beschreibung nur erklärenden Zwecken dient und nicht als einschränkend aufgefasst werden sollte.
1 zeigt ein Beispiel einer elektronischen Vorrichtung, die einen Kraftsensor in einer oder mehreren Eingabevorrichtungen einschließen kann. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die elektronische Vorrichtung 100 als ein Smartphone implementiert. Andere Ausführungsformen können die elektronische Vorrichtung auf eine andere Weise implementieren. Eine elektronische Vorrichtung kann zum Beispiel ein Laptop-Computer, eine Tablet-Rechenvorrichtung, eine tragbare Rechenvorrichtung wie eine Smartwatch oder ein Gesundheitsassistent, ein digitaler Musikplayer, eine Anzeige- und Eingabevorrichtung, eine Fernbedienungsvorrichtung und andere Arten von elektronischen Vorrichtungen sein, welche eine oder mehrere Eingabevorrichtungen einschließen.
Die elektronische Vorrichtung 100 schließt ein Gehäuse 102 ein, das eine Anzeige 104 und eine Eingabevorrichtung 106 umgibt. In einigen Ausführungsformen kann die Eingabevorrichtung 106 als Eingabe-/Ausgabevorrichtung konfiguriert sein. Wie hierin verwendet, soll der Begriff „Eingabevorrichtung“ sowohl Eingabevorrichtungen als auch Eingabe-/Ausgabevorrichtungen einschließen.
Das Gehäuse 102 kann eine Außenoberfläche oder partielle Außenoberfläche für die inneren Komponenten der elektronischen Vorrichtung 100 bilden und kann die Anzeige 104 und/oder die Eingabevorrichtung 106 mindestens teilweise umgeben. Das Gehäuse 102 kann aus einer oder mehreren Komponenten gebildet sein, die miteinander wirkverbunden sind, wie etwa ein vorderes Teil und ein hinteres Teil. Alternativ kann das Gehäuse 102 aus einem einzigen Teil gebildet sein, das mit der Anzeige 104 wirkverbunden ist.
Die Anzeige 104 kann eine visuelle Ausgabe für die elektronische Vorrichtung 100 bereitstellen und/oder dazu dienen, Benutzereingaben an die elektronische Vorrichtung zu empfangen.
Beispielsweise kann die Anzeige 104 ein kapazitiver Berührungsbildschirm mit Mehrfingergesten-Erkennungsfunktionalität (Multi-Touch-Sensing-Funktionalität) sein, der eine oder mehrere Benutzerberührungs- und/oder Krafteingaben erfassen kann. Die Anzeige 104 kann im Wesentlichen eine beliebige Größe aufweisen und kann im Wesentlichen überall auf der elektronischen Vorrichtung 100 positioniert sein. Die Anzeige 104 kann mit einer beliebigen geeigneten Anzeige implementiert werden, darunter ein Berührungsbildschirm mit Mehrfingergesten-Erkennungsfunktionalität (Multi-Touch-Sensing-Funktionalität), der ein Element einer Flüssigkristallanzeige (LCD), ein Element lichtemittierender Dioden (LEDs), ein Element organischer lichtemittierender Anzeigen (OLED) oder ein Element organischer Elektrolumineszenz (OEL) verwendet, ohne darauf beschränkt zu sein.
In manchen Ausführungsformen kann die Eingabevorrichtung 106 in Form einer Home-Taste ausgeführt sein, welche eine mechanische Taste, eine Softtaste (z. B. eine Taste, die sich physisch nicht bewegt, jedoch Eingaben annimmt), ein Symbol oder ein Bild auf einer Anzeige usw. sein kann. Ferner kann in manchen Ausführungsformen die Eingabevorrichtung 106 als Teil einer Abdeckschicht 108 und/oder eines Gehäuses der elektronischen Vorrichtung integriert sein. Obwohl in 1 nicht gezeigt, kann die elektronische Vorrichtung 100 eine oder mehrere andere Eingabevorrichtungen einschließen, wie ein Mikrofon, einen Lautsprecher, andere Eingabetasten (z B. Lautstärke, Ein/Aus), eine Kamera und einen oder mehrere Anschlüsse wie einen Netzwerkkommunikationsanschluss und/oder einen Energiekabelanschluss.
Die Abdeckschicht 108 kann über der vorderen Oberfläche der elektronischen Vorrichtung 100 positioniert sein. Mindestens ein Abschnitt der Abdeckschicht 108 kann Berührungs- und/oder Krafteingaben empfangen. In einer Ausführungsform bedeckt die Abdeckschicht 108 die Anzeige 104 und die Eingabevorrichtung 106. Berührungs- und Krafteingaben können von den Abschnitten der Abdeckschicht 108 empfangen werden, die die Anzeige 104 bedecken, und/oder von dem Abschnitt der Abdeckschicht 108, der die Eingabevorrichtung 106 bedeckt. In einer anderen Ausführungsform bedeckt die Abdeckschicht 108 die Anzeige 104, aber nicht die Eingabevorrichtung 106. In solchen Ausführungsformen kann die Eingabevorrichtung 106 in einer Öffnung oder einem Durchlass 110 positioniert sein, die in der Abdeckschicht 108 gebildet ist. Die Eingabevorrichtung 106 kann Berührungs- und/oder Krafteingaben empfangen sowie der Abschnitt der Abdeckschicht 108, der die Anzeige 104 bedeckt.
In anderen Ausführungsformen kann die Eingabeoberfläche der Eingabevorrichtung in das Gehäuse 102 integriert sein. Beispielsweise kann die Eingabeoberfläche Teil des Gehäuses 102 sein, wobei der Kraftsensor und andere Komponenten der Eingabevorrichtung unter dem Gehäuse 102 angeordnet sind. Eine Vertiefung oder Aussparung in dem Gehäuse 102 kann den Ort einer Eingabevorrichtung (z. B. eine Eingabetaste) anzeigen.
Ein Kraftsensor oder -sensoren können an einem oder mehreren Orten der elektronischen Vorrichtung 100 eingeschlossen sein. Beispielsweise können in einer Ausführungsform ein oder mehrere Kraftsensoren in der Eingabevorrichtung 106 (und/oder in anderen Eingabetasten oder Bereichen der elektronischen Vorrichtung 100) eingeschlossen sein. Der Kraftsensor bzw. die Kraftsensoren können dazu verwendet werden, eine Menge an Kraft und/oder eine Veränderung der Kraft zu messen, die auf die Eingabevorrichtung 106 angewendet wird. Zusätzlich oder alternativ können in einer anderen Ausführungsform ein oder mehrere Kraftsensoren unter mindestens einem Abschnitt des Gehäuses 102 positioniert sein, um eine auf das Gehäuse 102 angewendete Kraft und/oder eine Veränderung der Kraft zu erfassen. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Kraftsensoren in einem Anzeigestapel für die Anzeige 104 eingeschlossen sein. Der Kraftsensor bzw. die Kraftsensoren können verwendet werden, um eine Menge an Kraft und/oder eine Veränderung der Kraft zu messen, die auf die Anzeige 104 oder auf einen Abschnitt der Anzeige 104 angewendet wird.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen schließen einen oder mehrere Kraftsensoren in der Eingabevorrichtung 106 ein. Wie zuvor beschrieben, kann die Eingabevorrichtung 106 auch zusätzliche Operationen oder Vorrichtungen einschließen, wie einen biometrischen Sensor, andere Schaltungen, Tragelemente und/oder ein Schaltelement. In einer Ausführungsform können die verschiedenen Komponenten und Vorrichtungen in einem Vorrichtungsstapel angeordnet sein, der unter einem Abdeckelement positioniert ist.
2A bis 2B zeigen Explosionsansichten einer ersten Eingabevorrichtung, die zur Verwendung in der in 1 gezeigten elektronischen Vorrichtung geeignet ist. Unter Bezugnahme auf 2A schließt der Eingabevorrichtungsstapel 200 ein Abdeckelement 202 und eine Verkleidung 204 ein. In der dargestellten Ausführungsform umgibt die Verkleidung 204 die Seiten des Abdeckelements 202 und den Umfang der oberen Oberfläche des Abdeckelements 202 vollständig. Andere Ausführungsformen sind nicht auf diese Konfiguration beschränkt. In einer Ausführungsform können zum Beispiel die Seiten und/oder die obere Oberfläche des Abdeckelements 202 teilweise durch die Verkleidung 204 umgeben sein. Alternativ kann die Verkleidung 204 in anderen Ausführungsformen weggelassen werden.
Sowohl das Abdeckelement 202 als auch die Verkleidung 204 können mit einem beliebigen geeigneten opaken, transparenten und/oder lichtdurchlässigen Material gebildet sein. Beispielsweise kann das Abdeckelement 202 aus Glas, Kunststoff oder Saphir hergestellt sein, und die Verkleidung 204 kann aus einem Metall oder Kunststoff hergestellt sein. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere zusätzliche Schichten (nicht gezeigt) unter dem Abdeckelement 202 positioniert sein. Beispielsweise kann eine opake Farbschicht unter dem Abdeckelement 202 angeordnet sein, wenn das Abdeckelement 202 aus einem transparenten Material hergestellt ist. Die opake Farbschicht kann die anderen Komponenten in dem Eingabevorrichtungsstapel 200 überdecken, so dass die anderen Komponenten durch das transparente Abdeckelement 202 nicht sichtbar sind.
Eine erste Schaltungsschicht 206 kann unter dem Abdeckelement 202 angeordnet sein. Es kann eine beliebige geeignete Schaltungsschicht verwendet werden. Beispielsweise kann die erste Schaltungsschicht 206 eine Leiterplatte oder eine flexible Schaltung sein. Die erste Schaltungsschicht 206 kann eine oder mehrere Schaltungen, Signalleitungen und/oder integrierte Schaltungen einschließen. In einer Ausführungsform schließt die erste Schaltungsschicht 206 einen biometrischen Sensor 208 ein. Es kann eine beliebige geeignete Art von biometrischem Sensor verwendet werden. Beispielsweise ist der biometrische Sensor in einer Ausführungsform ein kapazitiver Fingerabdrucksensor, der mindestens einen Fingerabdruck erfasst, wenn sich ein Finger (oder mehrere Finger) eines Benutzers dem Abdeckelement 202 nähert und/oder dieses berührt.
Die erste Schaltungsschicht 206 kann mit einer Klebstoffschicht 210 an der unteren Oberfläche des Abdeckelements 202 angebracht sein. Für die Klebstoffschicht kann ein beliebiger geeigneter Klebstoff verwendet werden. Beispielsweise kann eine druckempfindliche Klebstoffschicht als die Klebstoffschicht 210 verwendet werden.
Eine nachgiebige Schicht 212 ist unter der ersten Schaltungsschicht 206 angeordnet. In einer Ausführungsform schließt die nachgiebige Schicht 212 eine Öffnung 214 ein, die in der nachgiebigen Schicht 212 gebildet ist. Die Öffnung 214 legt die obere Oberfläche der ersten Schaltungsschicht 206 und/oder des biometrischen Sensors 208 frei, wenn der Vorrichtungsstapel 200 zusammengebaut ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die nachgiebige Schicht 212 um einen inneren Umfang der Verkleidung 204 und/oder um eine umlaufende Kante des Abdeckelements 202 herum positioniert (siehe 3). Obwohl sie in einer kreisförmigen Form dargestellt ist, kann die nachgiebige Schicht 212 jede gegebene Form und/oder Abmessungen aufweisen, wie etwa ein Quadrat oder Oval. Die nachgiebige Schicht 212 ist in 2 als durchgehende nachgiebige Schicht gezeigt, aber andere Ausführungsformen sind nicht auf diese Konfiguration beschränkt. In einigen Ausführungsformen können mehrere diskrete nachgiebige Schichten in dem Vorrichtungsstapel 200 verwendet werden. Zusätzlich schließt in einigen Ausführungsformen die nachgiebige Schicht 212 nicht die Öffnung 214 ein, und die nachgiebige Schicht 212 erstreckt sich über mindestens einen Abschnitt des Eingabevorrichtungsstapels 200. Beispielsweise kann sich die nachgiebige Schicht 212 über die untere Oberfläche des Abdeckelements 202, die untere Oberfläche der ersten Schaltungsschicht 206 oder einen Abschnitt der unteren Oberfläche des Abdeckelements 202 (z. B. um die umlaufende Kante des Abdeckelements herum) und die untere Oberfläche der ersten Schaltungsschicht 206 erstrecken.
Eine zweite Schaltungsschicht 218 ist unter der ersten Schaltungsschicht 206 positioniert. Eine flexible Schaltung und eine Leiterplatte sind Beispiele einer Schaltungsschicht, die in der zweiten Schaltungsschicht 218 verwendet werden können. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Schaltungsschicht 218 einen ersten Schaltungsabschnitt 220 und einen zweiten Schaltungsabschnitt 222 einschließen. Der erste und der zweite Schaltungsabschnitt 220, 222 können elektrisch miteinander verbunden sein.
Der erste Schaltungsabschnitt 220 kann einen ersten Satz aus einer oder mehreren Kraftsensorkomponenten einschließen, die in einem Kraftsensor eingeschlossen sind. In einigen Ausführungsformen kann der erste Schaltungsabschnitt 220 elektrisch mit der ersten Schaltungsschicht 206 verbunden sein. Wenn zum Beispiel die erste Schaltungsschicht 206 einen biometrischen Sensor 208 einschließt, kann der biometrische Sensor 208 elektrisch mit dem ersten Schaltungsabschnitt 220 der zweiten Schaltungsschicht 218 verbunden sein.
Der zweite Schaltungsabschnitt 222 kann zusätzliche Schaltungen einschließen, wie Signalleitungen, Schaltungskomponenten, integrierte Schaltungen und dergleichen. In einer Ausführungsform kann der zweite Schaltungsabschnitt 222 einen Platte-zu-Platte-Steckverbinder 224 einschließen, um die zweite Schaltungsschicht 218 elektrisch mit anderen Schaltungen in der elektronischen Vorrichtung zu verbinden. Beispielsweise kann die zweite Schaltungsschicht 218 mit einer Verarbeitungsvorrichtung unter Verwendung des Platte-zu-Platte-Steckverbinders 224 wirkverbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Schaltungsschicht 218 mit Schaltungen wirkverbunden sein, die Signale (z. B. Erfassungssignale), die von der Kraftsensorkomponente bzw. den Kraftsensorkomponenten in dem ersten Schaltungsabschnitt 220 empfangen werden, an eine Verarbeitungsvorrichtung übermitteln. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Schaltungsschicht 218 mit Schaltungen wirkverbunden sein, die Signale (z. B. Ansteuersignale, ein Referenzsignal) an die eine oder die mehreren Kraftsensorkomponenten in dem ersten Schaltungsabschnitt 220 bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen kann der erste Schaltungsabschnitt 220 der zweiten Schaltungsschicht 218 unter Verwendung einer Klebstoffschicht 216 an der unteren Oberfläche der ersten Schaltungsschicht 206 angebracht sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine Chipbefestigungsfolie verwendet werden, um den ersten Schaltungsabschnitt 220 an der unteren Oberfläche der ersten Schaltungsschicht 206 anzubringen.
Eine dritte Schaltungsschicht 226 ist unter dem ersten Schaltungsabschnitt 220 der zweiten Schaltungsschicht 218 angeordnet. Die dritte Schaltungsschicht 226 kann einen zweiten Satz aus einer oder mehreren Kraftsensorkomponenten einschließen, die in einem Kraftsensor eingeschlossen sind. Die dritte Schaltungsschicht 226 wird von einem Tragelement 228 getragen und/oder daran angebracht. In einer Ausführungsform ist das Tragelement 228 an der Verkleidung 204 angebracht, um eine Ummantelung für die anderen Komponenten in dem Vorrichtungsstapel 200 zu erzeugen. Das Tragelement 228 kann an der Verkleidung 204 unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Anbringungsmechanismus angebracht sein.
Der erste Satz aus einer oder mehreren Kraftsensorkomponenten in dem ersten Schaltungsabschnitt 220 und der zweite Satz aus einer oder mehreren Kraftsensorkomponenten in der dritten Schaltungsschicht 226 bilden zusammen einen Kraftsensor. Der Kraftsensor kann eine beliebige geeignete Krafterfassungstechnologie verwenden. Beispiele schließen kapazitive, piezoelektrische, piezoresistive, Ultraschall- und magnetische Erfassungstechnologien ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
In den hier beschriebenen Ausführungsformen ist der Kraftsensor ein kapazitiver Kraftsensor. Mit einem kapazitiven Kraftsensor kann der erste Satz aus einer oder mehreren Kraftsensorkomponenten einen ersten Satz aus einer oder mehreren Elektroden 230 und der zweite Satz aus einer oder mehreren Kraftsensorkomponenten einen zweiten Satz aus einer oder mehreren Elektroden 232 einschließen. Obwohl in 2A und 2B in quadratischer Form gezeigt, kann jede Elektrode in dem ersten und dem zweiten Satz aus einer oder mehreren Elektroden 230, 232 eine beliebige gegebene Form (z. B. Rechtecke, Kreise) aufweisen. Zusätzlich können die eine oder die mehreren Elektroden in den ersten und zweiten Sätzen 230, 232 in einem beliebigen gegebenen Muster angeordnet sein (z. B. eine oder mehrere Reihen und eine oder mehrere Spalten).
2A und 2B zeigen zwei Elektroden in dem ersten und dem zweiten Satz aus einer oder mehreren Elektroden 230, 232. Andere Ausführungsformen sind jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Der erste und der zweite Satz aus einer oder mehreren Elektroden 230, 232 können jeweils eine einzelne Elektrode oder mehrere diskrete Elektroden sein. Wenn der erste Satz aus einer oder mehreren Elektroden beispielsweise eine einzelne Elektrode ist, umfasst der zweite Satz aus einer oder mehreren Elektroden mehrere diskrete Elektroden. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Satz aus einer oder mehreren Elektroden eine einzelne Elektrode sein und der erste Satz schließt mehrere diskrete Elektroden ein. Alternativ können sowohl der erste als auch der zweite Satz aus einer oder mehreren Elektroden jeweils mehrere diskrete Elektroden einschließen.
Jede Elektrode in dem ersten Satz aus einer oder mehreren Elektroden 230 ist in mindestens einer Richtung (z. B. vertikal) mit einer jeweiligen Elektrode in dem zweiten Satz aus einer oder mehreren Elektroden 232 ausgerichtet, um einen oder mehrere Kondensatoren zu erzeugen. Wenn eine Krafteingabe auf das Abdeckelement 202 (z. B. die Eingabeoberfläche der Eingabevorrichtung) angewendet wird, bewegt sich mindestens eine Elektrode in dem ersten Satz 230 näher zu einer jeweiligen Elektrode in dem zweiten Satz 232, wodurch die Kapazität des Kondensators bzw. der Kondensatoren variiert. Ein von jedem Kondensator erfasstes Kraftsignal stellt eine Kapazitätsmessung dieses Kondensators dar. Eine Verarbeitungsvorrichtung (nicht gezeigt) ist dazu konfiguriert, das Kraftsignal bzw. die Kraftsignale zu empfangen und das Kraftsignal bzw. die Kraftsignale mit einer Menge an Kraft zu korrelieren, die auf das Abdeckelement 202 angewendet wird.
In einigen Ausführungsformen ist der Kraftsensor dazu konfiguriert, eine Reihe von Krafteingaben mit mindestens zwei Krafteingaben zu erfassen, die unterschiedliche Benutzereingaben darstellen. Beispielsweise kann eine erste Krafteingabe ein Symbol auswählen und eine unterschiedliche zweite Krafteingabe kann eine elektronische Vorrichtung ausschalten. Zusätzlich oder alternativ kann in einem anderen Beispiel eine erste Krafteingabe eine Bildlaufoperation erzeugen, die mit einer ersten Geschwindigkeit einen Bildlauf durchführt, und eine unterschiedliche zweite Krafteingabe kann eine Bildlaufoperation erzeugen, die mit einer unterschiedlichen zweiten Geschwindigkeit (z. B. schneller) einen Bildlauf durchführt. Zusätzlich oder alternativ kann der Kraftsensor in einigen Ausführungsformen andere Komponenten in einer Eingabevorrichtung ersetzen. Beispielsweise kann ein Kraftsensor ein Schaltelement ersetzen.
In anderen Ausführungsformen, wie beispielsweise der in 2B gezeigten Ausführungsform, kann ein Schaltelement 234 unter dem Tragelement 228 positioniert sein. Das Schaltelement 234 registriert eine Benutzereingabe, wenn eine auf das Abdeckelement 202 angewendete Krafteingabe eine gegebene Menge an Kraft überschreitet (z. B. eine Kraftschwelle, die dem Schließen des Abstands zwischen dem ersten Schaltungsabschnitt 220 und der dritten Schaltungsschicht 226 zugeordnet ist; siehe 3). Es kann ein beliebiges geeignetes Schaltelement verwendet werden. Beispielsweise kann das Schaltelement 234 ein Kuppelschalter sein, der niedergedrückt wird, wenn die Krafteingabe, die auf das Abdeckelement 202 angewendet wird, die Kraftschwelle überschreitet. Im niedergedrückten Zustand schließt der Kuppelschalter einen Schaltkreis, der von einer Verarbeitungsvorrichtung erfasst und als Benutzereingabe erkannt wird (z. B. eine Auswahl eines Symbols, einer Funktion oder einer Anwendung). In einer Ausführungsform ist der Kuppelschalter so angeordnet, dass der Scheitelpunkt der niederdrückbaren Kuppel in der Nähe der unteren Oberfläche der Tragplatte 228 liegt. In einer anderen Ausführungsform kann die Basis der niederdrückbaren Kuppel in der Nähe der unteren Oberfläche der Tragplatte 228 liegen.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der in 2B gezeigten Eingabevorrichtung, wenn die Eingabevorrichtung zusammengebaut ist. In einigen Ausführungsformen ist die Verkleidung 204 in einem Durchlass positioniert, der in dem Gehäuse einer elektronischen Vorrichtung (z. B. dem Durchlass 1010 in dem Gehäuse 102 in 1) gebildet ist. In der dargestellten Ausführungsform schließt die Verkleidung 204 eine Ablage 300 ein, die sich von der Verkleidung 204 in Richtung des Eingabevorrichtungsstapels nach innen erstreckt. Die nachgiebige Schicht 212 ist zwischen der Ablage 300 und einer umlaufenden Kante des Abdeckelements 202 positioniert. Die nachgiebige Schicht 212 kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder Materialien hergestellt sein. Beispielsweise ist in einer Ausführungsform die nachgiebige Schicht 212 eine Siliziumschicht.
In einer anderen Ausführungsform kann die nachgiebige Schicht 212 wie in 4 gezeigt gebildet werden. Ein nachgiebiges Material 400 kann zwischen zwei Zwischenschichten 402, 404 positioniert sein. Eine äußere Schicht 406, 408 kann über jeder Zwischenschicht 402, 404 angeordnet sein. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann das nachgiebige Material 400 mit Silizium gebildet sein, die Zwischenschichten 402, 404 können mit einem Polyimid gebildet sein und die äußeren Schichten 406, 408 können mit einer wärmeaktivierten Folie gebildet sein.
5 zeigt eine Explosionsansicht eines anderen Beispiels der in 3 gezeigten nachgiebigen Schicht. Ein nachgiebiges Material 500 kann zwischen zwei Schaltungsschichten 502, 504 positioniert sein. Ein erster Satz aus einer oder mehreren Kraftsensorkomponenten 506 ist in oder auf der ersten Schaltungsschicht 502 gebildet. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Satz aus einer oder mehreren Kraftsensorkomponenten 508 in oder auf der zweiten Schaltungsschicht 504 gebildet. In der dargestellten Ausführungsform schließen der erste und der zweite Satz aus einer oder mehreren Kraftsensorkomponenten jeweils eine oder mehrere Elektroden ein.
Eine äußere Schicht 510, 512 kann über jeder Schaltungsschicht 502, 504 angeordnet sein. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann das nachgiebige Material 500 mit Silizium gebildet sein, jede Schaltungsschicht 502, 504 kann mit einer flexiblen Schaltung gebildet sein, die einen Satz aus einer oder mehreren Elektroden (z. B. 230, 232) einschließt, und jede äußere Schicht 510, 512 kann mit einer wärmeaktivierten Folie gebildet sein.
Die Schaltungsschichten 502, 504 ermöglichen, dass die nachgiebige Schicht 212 als ein zweiter Kraftsensor wirkt. Der zweite Kraftsensor kann seriell, gleichzeitig oder mit einem zeitlichen Offset mit dem ersten Kraftsensor verwendet werden, der durch die zweite und die dritte Schaltungsschicht 218, 226 gebildet wird. Beispielsweise kann ein Kraftsensor (z. B. der zweite Kraftsensor) zunächst verwendet werden, um eine Menge an angewendeter Kraft zu erfassen. Wenn die Menge an angewendeter Kraft zunimmt, erreicht der Kraftsensor eine maximal erfassbare Kraft. An diesem Punkt kann der andere Kraftsensor (z. B. der erste Kraftsensor) verwendet werden, um die angewendete Kraft zu erfassen. Alternativ können in einigen Ausführungsformen sowohl der erste als auch der zweite Kraftsensor verwendet werden, um Krafteingaben bis zu einer gegebenen Menge an Kraft zu erfassen, und dann kann einer der Kraftsensoren verwendet werden, um Krafteingaben zu erfassen, die größer sind als die gegebene Menge an Kraft.
Der zweite kapazitive Kraftsensor arbeitet ähnlich wie der erste kapazitive Kraftsensor. Jede Elektrode in dem ersten Satz aus einer oder mehreren Elektroden 506 ist in mindestens einer Richtung (z. B. vertikal) mit einer jeweiligen Elektrode in dem zweiten Satz aus einer oder mehreren Elektroden 508 ausgerichtet, um einen oder mehrere Kondensatoren 514 zu erzeugen. Wie zuvor beschrieben, kann die Kapazität von mindestens einem Kondensator 514 variieren, wenn ein Benutzer eine Kraft auf das Abdeckelement 202 anwendet, da sich die Elektroden in mindestens einem Kondensator 514 näher zueinander bewegen. Ein Benutzer kann die Kraft auf das Abdeckelement 202 mit einer Vorrichtung, wie einem Stift, oder mit einem Körperteil (z. B. einem oder mehreren Fingern) anwenden. Kraftsignale, die durch den einen oder die mehreren Kondensatoren 514 erzeugt werden, stellen eine Kapazitätsmessung bzw. Kapazitätsmessungen des einen oder der mehreren Kondensatoren 514 dar. Eine Verarbeitungsvorrichtung, die das Kraftsignal bzw. die Kraftsignale empfängt, ist dazu konfiguriert, das Kraftsignal bzw. die Kraftsignale mit einer Menge an Kraft zu korrelieren, die auf das Abdeckelement 202 angewendet wird.
Unter Bezugnahme auf 3 kann die nachgiebige Schicht 212 die Schnittstelle zwischen der unteren Oberfläche des Abdeckelements 202 und der oberen Oberfläche der Ablage 300 abdichten. In einigen Ausführungsformen kann die nachgiebige Schicht 212 als eine Umgebungsabdichtung wirken, die verhindert, dass Verunreinigungen, wie Wasser, Chemikalien und Schmutz, in den Eingabevorrichtungsstapel und/oder die elektronische Vorrichtung eintreten.
Die erste Schaltungsschicht 206 (mit dem biometrischen Sensor 208) ist unter dem Abdeckelement 202 positioniert, und die zweite Schaltungsschicht 218 ist unter der ersten Schaltungsschicht 206 positioniert. Die dritte Schaltungsschicht 226 ist unter der zweiten Schaltungsschicht 218 und über dem Tragelement 228 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist das Tragelement 228 an der Verkleidung 204 unter Verwendung von Befestigungselementen 302 angebracht. Es kann eine beliebige geeignete Art von Befestigungselement verwendet werden, wie eine Schraube, Lötmittel und ein Klebstoff.
In der dargestellten Ausführungsform ist ein Spalt 304 zwischen der zweiten und der dritten Schaltungsschicht 218, 226 definiert. Der Spalt 304 wird mindestens teilweise auf der Grundlage der Abwärtsstufe 305 in dem Tragelement 228 gebildet. Wie zuvor beschrieben, bilden, wenn der Kraftsensor ein kapazitiver Kraftsensor ist, die Elektrode bzw. die Elektroden in dem ersten und dem zweiten Satz aus einer oder mehrerer Elektroden einen Kondensator. Der Spalt 304 trennt die Elektroden in dem ersten und dem zweiten Satz und schließt das dielektrische Material für den Kondensator bzw. die Kondensatoren ein. Es kann ein beliebiges geeignetes dielektrisches Material kann verwendet werden. Beispielsweise kann das dielektrische Material Luft, ein nachgiebiges Gel, ein nachgiebiges Material und/oder ein oder mehrere nachgiebige Elemente einschließen, die zwischen der zweiten und der dritten Schaltungsschicht 218, 226 angeordnet sind, ist aber nicht darauf beschränkt.
In der dargestellten Ausführungsform sind das Abdeckelement 202 und die Verkleidung 204 in ihrer Position fixiert und bewegen sich nicht, wenn eine Kraft auf das Abdeckelement 202 angewendet wird. Der Spalt 304 erlaubt, dass der erste Schaltungsabschnitt 220 der zweiten Schaltungsschicht 218 relativ zu der dritten Schaltungsschicht 226 gebogen oder abgelenkt wird, wenn eine Krafteingabe auf das Abdeckelement 202 angewendet wird. Durch diese Ablenkung variiert die Kapazität eines oder mehrerer Kondensatoren, die durch die Elektrode bzw. die Elektroden in dem ersten Schaltungsabschnitt 220 und der dritten Schaltungsschicht 226 gebildet werden.
In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Schaltungen und/oder Komponenten angebracht und elektrisch mit der zweiten Schaltungsschicht 218 verbunden sein. Beispielsweise kann eine zweite integrierte Schaltung 306 angebracht und elektrisch mit der zweiten Schaltungsschicht 218 verbunden sein. In einigen Ausführungsformen können einige zusätzliche Schaltungen mit einem schützenden und/oder isolierenden Material 308 verkapselt sein. Das schützende und/oder isolierende Material 308 kann Rauschen von Signalen und Schaltungen in oder auf der zweiten Schaltungsschicht 218 filtern. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich das schützende und/oder isolierende Material 308 in eine Öffnung 236, die in dem Tragelement 228 gebildet ist (siehe 2A bis 2B).
Wie zuvor erläutert, kann ein Schaltelement 234 unter dem Tragelement 228 angeordnet sein. Das Schaltelement 234 ist in 3 als Kuppelschalter dargestellt. Wie gezeigt, ist der Kuppelschalter so angeordnet, dass die Basis der niederdrückbaren Kuppel in der Nähe (z. B. angebracht) an der unteren Oberfläche der Tragplatte 228 liegt. In anderen Ausführungsformen kann der Scheitelpunkt der niederdrückbaren Kuppel in der Nähe oder in Kontakt mit der unteren Oberfläche der Tragplatte 228 liegen.
6 zeigt ein Beispiel einer Ansicht von oben der in 3 gezeigten Eingabevorrichtung. Das Abdeckelement 202 wird der Übersichtlichkeit halber weggelassen. In diesem Beispiel einer Ausführungsform ist die nachgiebige Schicht 212 als ein durchgehender Ring aus nachgiebigem Material gebildet, der um die Verkleidung 204 herum positioniert ist (z. B. über der Ablage 300 der Verkleidung 204 in 3). Wie zuvor erläutert, kann die nachgiebige Schicht 212 als eine Umgebungsabdichtung wirken, die verhindert, dass Verunreinigungen, wie Wasser, Chemikalien und Schmutz, in den Eingabevorrichtungsstapel und/oder die elektronische Vorrichtung eintreten. In solchen Ausführungsformen können die Ecken 600 der ersten Schaltungsschicht 206 (und/oder des biometrischen Sensors 208) gekerbt sein, um sicherzustellen, dass die nachgiebige Schicht 212 alle Standards für eine Umgebungsabdichtung erfüllt, wie etwa eine Breitenanforderung.
Die Klebstoffschicht 210 wird verwendet, um die erste Schaltungsschicht 206 an der unteren Oberfläche des Abdeckelements anzubringen. Zusätzlich erstreckt sich in einigen Ausführungsformen die zweite Schaltungsschicht 218 über die Verkleidung 204 hinaus und wird über sich selbst gefaltet, um eine Schaltungsschicht bereitzustellen. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die dritte Schaltungsschicht 226 ein Teil der zweiten Schaltungsschicht 218 sein, die umgefaltet und über dem Tragelement 228 positioniert ist.
7 zeigt ein weiteres Beispiel einer Ansicht von oben der in 3 gezeigten Eingabevorrichtung. Auch hier wird das Abdeckelement 202 der Übersichtlichkeit halber weggelassen. In diesem Beispiel einer Ausführungsform ist die nachgiebige Schicht 212 als diskrete nachgiebige Schichten 700, 702, 704, 706 gebildet, die an unterschiedlichen Orten um die Verkleidung 204 herum positioniert sind (z. B. über der Ablage 300 in 3). In solchen Ausführungsformen müssen die Kanten und Ecken der ersten Schaltungsschicht 206 nicht modifiziert oder gekerbt werden. Zusätzlich oder alternativ können in einigen Ausführungsformen die Abmessungen oder die Größe des biometrischen Sensors größer sein, wenn diskrete nachgiebige Schichten in der Eingabevorrichtung eingeschlossen sind. Obwohl in 7 nur vier diskrete nachgiebige Schichten gezeigt sind, können andere Ausführungsformen eine beliebige Anzahl diskreter nachgiebiger Schichten einschließen.
Eine Umgebungsabdichtung kann mit einem Material gebildet werden, das die Spalte 708 um die diskreten nachgiebigen Schichten 700, 702, 704, 706 herum und zwischen dem Abdeckelement 202 und der Verkleidung 204 füllt. In einer Ausführungsform ist das Material ein Widerstand gegenüber Wasser und Chemikalien und ist relativ zu den diskreten nachgiebigen Schichten 700, 702, 704, 706 nachgiebig. Die Umgebungsabdichtung verhindert, dass Verunreinigungen wie Flüssigkeit, Schmutz und Staub in den Eingabevorrichtungsstapel und/oder die elektronische Vorrichtung eintreten. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann ein Klebstoff verwendet werden, um die Umgebungsabdichtung zu bilden.
8 zeigt eine Explosionsansicht einer zweiten Eingabevorrichtung, die zur Verwendung in der in 1 gezeigten elektronischen Vorrichtung geeignet ist. Der Eingabevorrichtungsstapel 800 ist in 8 invertiert, wobei das Abdeckelement 802 unten in der Figur gezeigt ist. Wie zuvor beschrieben, können eine oder mehrere zusätzliche Schichten 804 unter dem Abdeckelement 802 positioniert sein. Die zusätzliche Schicht bzw. die zusätzlichen Schichten können eine Farbschicht und/oder eine Klebstoffschicht einschließen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Eine erste Schaltungsschicht 806 kann unter dem Abdeckelement 802 (oder unter der zusätzlichen Schicht bzw. den zusätzlichen Schichten 804) positioniert sein, wenn sie in dem Eingabevorrichtungsstapel 800 eingeschlossen ist. Die erste Schaltungsschicht 806 kann eine beliebige geeignete Schaltungsschicht sein, wie eine Leiterplatte oder eine flexible Schaltung. In einer Ausführungsform schließt die erste Schaltungsschicht 806 einen biometrischen Sensor 808 ein, der auf oder in der ersten Schaltungsschicht 806 gebildet und mit der ersten Schaltungsschicht 806 wirkverbunden ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist der biometrische Sensor 808 ein Fingerabdrucksensor.
In einigen Ausführungsformen, können die erste Schaltungsschicht 806 und der biometrische Sensor 808 in eine Kunststoffform oder Ummantelung 809 geformt sein. Die Kunststoffummantelung 809 kann als eine Umgebungsabdichtung für die erste Schaltungsschicht 806 und den biometrischen Sensor 808 dienen.
Eine Tragschicht 810 kann unter der ersten Schaltungsschicht 806 angeordnet sein. Die Tragschicht 810 kann Schaltungen 812, 814, 816 einschließen, die elektrisch mit einer zweiten Schaltungsschicht 818 verbunden sind. Die zweite Schaltungsschicht 818 kann eine flexible Schaltung oder eine Leiterplatte sein. In der dargestellten Ausführungsform ist die zweite Schaltungsschicht 818 eine flexible Schaltung, die ein zweites Schaltungsschichtendstück 820 einschließt, das sich in die Öffnung 822 in der Verkleidung 824 erstreckt.
In einigen Ausführungsformen können die Schaltungen 812, 814 und/oder 816 elektrisch mit Kontakten 826, 828 auf der ersten Schaltungsschicht 806 verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann sich mindestens ein Abschnitt der Schaltungen 812 in die Öffnung 830 in der Verkleidung 824 erstrecken. Die Schaltungen 812, 814 und/oder 816 können mit einem isolierenden und/oder schützenden Material (nicht gezeigt) verkapselt sein.
Eine nachgiebige Schicht 832 ist unter der Tragschicht 810 positioniert. In der dargestellten Ausführungsform schließt die nachgiebige Schicht 832 eine Öffnung 833 ein, die erlaubt, dass sich die nachgiebige Schicht 832 um den inneren Umfang der Verkleidung 824 und/oder um eine umlaufende Kante des Abdeckelements 802 herum befindet. Obwohl sie in einer kreisförmigen Form dargestellt ist, kann die nachgiebige Schicht 832 eine beliebige gegebene Form und/oder Abmessungen aufweisen, wie etwa ein Quadrat oder ein Oval. Wie zuvor erläutert, kann die nachgiebige Schicht 832 mehrere diskrete nachgiebige Schichten in dem Vorrichtungsstapel 800 einschließen. Zusätzlich oder alternativ schließt die nachgiebige Schicht 832 möglicherweise nicht die Öffnung 833 ein, so dass sich die nachgiebige Schicht 832 über mindestens einen Abschnitt des Eingabevorrichtungsstapels 800 erstreckt. Beispielsweise kann sich die nachgiebige Schicht 832 über die untere Oberfläche des Abdeckelements 802, die untere Oberfläche der ersten Schaltungsschicht 806 oder einen Abschnitt der unteren Oberfläche des Abdeckelements 802 (z. B. um die umlaufende Kante des Abdeckelements herum) und die untere Oberfläche der ersten Schaltungsschicht 806 erstrecken.
Die nachgiebige Schicht 832 kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder einer beliebigen geeigneten Kombination von Materialien hergestellt sein. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform die nachgiebige Schicht 832 mit Silizium gebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann die nachgiebige Schicht 832 wie in 4 oder in 5 gezeigt aufgebaut sein. Die nachgiebige Schicht 832 kann als ein zusätzlicher Kraftsensor dienen, wenn die nachgiebige Schicht 832 wie in 5 gezeigt aufgebaut ist.
Eine dritte Schaltungsschicht 834 kann unter der Tragschicht 810 angeordnet sein. Die dritte Schaltungsschicht 834 kann eine beliebige geeignete Schaltungsschicht sein, wie eine Leiterplatte oder eine flexible Schaltung. In der dargestellten Ausführungsform ist die dritte Schaltungsschicht 834 eine flexible Schaltung, die ein Schaltungsschichtendstück 836 einschließt, das sich in die Öffnung 822 der Verkleidung 824 erstreckt.
Die Verkleidung 824 bildet einen Behälter oder Halter, indem die Verkleidung 824 einen Hohlraum einschließt, der durch die untere Oberfläche und die Seiten der Verkleidung 824 definiert ist. In aufgebautem Zustand befinden sich das Abdeckelement 802, die optionale eine oder mehreren zusätzlichen Schichten 804, die erste Schaltungsschicht 806, die Tragschicht 810, die zweite Schaltungsschicht 818, die nachgiebige Schicht 832 und die dritte Schaltungsschicht 834 alle innerhalb des Hohlraums der Verkleidung 824. Die untere Oberfläche der Verkleidung 824 wirkt als Tragelement für die dritte Schaltungsschicht 834.
In einer Ausführungsform schließen die zweite und die dritte Schaltungsschicht 818, 834 jeweils einen Satz aus einer oder mehreren Kraftsensorkomponenten ein, die in einem Kraftsensor eingeschlossen sind. Der Kraftsensor kann eine beliebige geeignete Erfassungstechnologie verwenden. Beispielsweise schließen bei einem kapazitiven Kraftsensor die zweite und die dritte Schaltungsschicht 818, 834 jeweils eine oder mehrere Elektroden (nicht gezeigt) ein, die zum Erfassen von Kapazitätsänderungen verwendet werden. Die Elektrode bzw. die Elektroden können wie in Verbindung mit 2A bis 2B gezeigt und beschrieben konfiguriert sein. Eine Verarbeitungsvorrichtung (nicht gezeigt) empfängt Kraftsignale, die Kapazitätswerte für den einen oder die mehreren Kondensatoren darstellen, die durch die Elektrode bzw. die Elektroden gebildet werden. Eine Verarbeitungsvorrichtung (nicht gezeigt) empfängt Kraftsignale von dem einen oder den mehreren Kondensatoren und korreliert die Kraftsignale in eine Menge an Kraft, die auf das Abdeckelement 802 angewendet wird.
9 zeigt eine Querschnittsansicht der in 8 gezeigten zweiten Eingabevorrichtung, wenn die Eingabevorrichtung zusammengebaut ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Verkleidung 824 in einem Durchlass 900 positioniert, der in dem Gehäuse 902 einer elektronischen Vorrichtung (z. B. Gehäuse 102 in 1) gebildet ist. Innerhalb der Verkleidung 824 sind das Abdeckelement 802 und die verschiedenen Schichten des Eingabevorrichtungsstapels 800 (z. B. die optionale zusätzliche Schicht bzw. die optionalen zusätzlichen Schichten 804, die erste Schaltungsschicht 806, die Tragschicht 810, die zweite Schaltungsschicht 818, die dritte Schaltungsschicht 834 und die nachgiebige Schicht 832) angeordnet. Das zweite Schaltungsschichtendstück 820 und das dritte Schaltungsschichtendstück 836 erstrecken sich aus der Verkleidung 824 durch die Öffnung 822. Das zweite und das dritte Schaltungsschichtendstück 820, 836 können mit anderen Schaltungen, wie etwa einer Verarbeitungsvorrichtung und/oder einem Signalgenerator, wirkverbunden sein.
Wie zuvor erläutert, können die zweite und die dritte Schaltungsschicht 818, 834 in einem Kraftsensor eingeschlossen sein. Die zweite und die dritte Schaltungsschicht 818, 834 können jeweils einen Satz aus einer oder mehreren Kraftsensorkomponenten einschließen, die in dem Kraftsensor eingeschlossen sind. Beispielsweise können bei einem kapazitiven Kraftsensor die zweite und die dritte Schaltungsschicht 818, 834 jeweils einen Satz aus einer oder mehreren Elektroden (nicht gezeigt) einschließen. Die eine oder die mehreren Elektroden können wie in Verbindung mit 2A bis 2B gezeigt und beschrieben konfiguriert sein.
Wie zuvor beschrieben, können das zweite und das dritte Schaltungsschichtendstück 820, 836 mit einer oder mehreren Verarbeitungsvorrichtungen (nicht gezeigt) wirkverbunden sein. Die von dem Kraftsensor (z. B. Kondensator bzw. Kondensatoren, die mit Elektroden gebildet sind) empfangenen Kraftsignale können unter Verwendung eines Schaltungsschichtendstücks (z. B. des zweiten Schaltungsschichtendstücks 820) an eine Verarbeitungsvorrichtung übermittelt werden. Zusätzlich können Ansteuer- oder Referenzsignale an dem Kraftsensor (z. B. Kondensator bzw. Kondensatoren, die mit Elektroden gebildet sind) unter Verwendung des anderen Schaltungsschichtendstücks (z. B. des dritten Schaltungsschichtendstücks 836) übermittelt werden.
Zwischen der zweiten und der dritten Schaltungsschicht 818, 834 ist ein Spalt 912 definiert. Wie zuvor beschrieben, schließt der Spalt 912, wenn der Kraftsensor ein kapazitiver Kraftsensor ist, das dielektrische Material für den Kondensator bzw. die Kondensatoren ein, die mit den Sätzen aus einer oder mehreren Elektroden in der zweiten und dritten Schaltungsschicht 818, 834 gebildet werden. Der Spalt 912 erlaubt, dass die zweite Schaltungsschicht 818 relativ zu der dritten Schaltungsschicht 834 bewegt, gebogen oder abgelenkt wird, wenn eine Krafteingabe auf das Abdeckelement 802 angewendet wird. Durch diese Ablenkung variiert die Kapazität eines oder mehrerer Kondensatoren, die durch die Elektrode bzw. die Elektroden in der zweiten und dritten Schaltungsschicht 818, 834 gebildet werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist die zweite Schaltungsschicht 818 mit der ersten Schaltungsschicht 806 mit Bonddrähten 904 elektrisch verbunden. Die Bonddrähte 904 können mit einem schützenden und/oder isolierenden Material 906 bedeckt oder verkapselt sein.
In einigen Ausführungsformen kann eine Abdichtung 908 zwischen der Verkleidung 824 und dem Gehäuse 902 angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist die Abdichtung ein O-Ring, der in einer Vertiefung 910 positioniert ist, die entlang einer äußeren Oberfläche der Verkleidung 824 gebildet ist. Die Abdichtung 908 kann als eine Umgebungsabdichtung dienen, die verhindert, dass Verunreinigungen wie Flüssigkeit, Schmutz und Staub in den Eingabevorrichtungsstapel und/oder die elektronische Vorrichtung eintreten.
10 zeigt eine Explosionsansicht einer dritten Eingabevorrichtung, die zur Verwendung in der in 1 gezeigten elektronischen Vorrichtung geeignet ist. Wie in der in 8 gezeigten Ausführungsform ist der Eingabevorrichtungsstapel 1000 invertiert mit dem Abdeckelement 1002 gezeigt, das unten in der Figur gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere zusätzliche Schichten 1004 unter dem Abdeckelement 1002 positioniert sein. Die zusätzliche Schicht bzw. die zusätzlichen Schichten können eine Farbschicht und/oder eine Klebstoffschicht einschließen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Eine erste Schaltungsschicht 1006 kann unter dem Abdeckelement 1002 (oder unter der zusätzlichen Schicht bzw. den zusätzlichen Schichten 1004) positioniert sein, wenn sie in dem Eingabevorrichtungsstapel 1000 eingeschlossen ist. Die erste Schaltungsschicht 1006 kann eine beliebige geeignete Schaltungsschicht sein, wie eine Leiterplatte oder eine flexible Schaltung. In einer Ausführungsform schließt die erste Schaltungsschicht 1006 einen biometrischen Sensor 1008 ein, der auf oder in der ersten Schaltungsschicht 1006 gebildet und mit der ersten Schaltungsschicht 1006 wirkverbunden ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist der biometrische Sensor 1008 ein Fingerabdrucksensor.
Wie bei der in 8 gezeigten Ausführungsform können die erste Schaltungsschicht 1006 und der biometrische Sensor 1008 in eine Kunststoffform oder Ummantelung 1009 geformt sein. Die Kunststoffummantelung 1009 kann als eine Umgebungsabdichtung für die erste Schaltungsschicht 1006 und den biometrischen Sensor 1008 dienen.
Eine Tragschicht 1010 kann unter der ersten Schaltungsschicht 1006 angeordnet sein. Die Tragschicht 1010 kann Schaltungen 1012, 1014, 1016 einschließen, die elektrisch mit einer zweiten Schaltungsschicht 1018 verbunden sind. Die zweite Schaltungsschicht 1018 kann eine flexible Schaltung oder eine Leiterplatte sein. In einigen Ausführungsformen können die Schaltungen 1012, 1014 und/oder 1016 elektrisch mit einem oder beiden Kontakten 1020, 1022 auf der ersten Schaltungsschicht 1006 verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann sich mindestens ein Abschnitt der Schaltungen 1012, 1014 und/oder 1016 in die Öffnung 1024 in der Verkleidung 1026 erstrecken.
Eine nachgiebige Schicht 1028 ist unter der Tragschicht 1010 positioniert. In der dargestellten Ausführungsform schließt die nachgiebige Schicht 1028 eine Öffnung 1030 ein, die erlaubt, dass sich die nachgiebige Schicht 1028 um den inneren Umfang der Verkleidung 1026 und/oder um eine umlaufende Kante des Abdeckelements 1002 herum befindet. Obwohl sie in einer kreisförmigen Form dargestellt ist, kann die nachgiebige Schicht 1028 eine beliebige gegebene Form und/oder Abmessungen aufweisen, wie etwa ein Quadrat oder ein Oval. Wie zuvor erläutert, kann die nachgiebige Schicht 1028 in einigen Ausführungsformen als mehrere diskrete nachgiebige Schichten in dem Vorrichtungsstapel 1000 konfiguriert sein. Zusätzlich oder alternativ schließt die nachgiebige Schicht 1018 möglicherweise nicht die Öffnung 1024 ein, so dass sich die nachgiebige Schicht 1028 über mindestens einen Abschnitt des Eingabevorrichtungsstapels 1000 erstreckt. Beispielsweise kann sich die nachgiebige Schicht 1028 über die untere Oberfläche des Abdeckelements 1002, die untere Oberfläche der ersten Schaltungsschicht 1006 oder einen Abschnitt der unteren Oberfläche des Abdeckelements 1002 (z. B. um die umlaufende Kante des Abdeckelements herum) und die untere Oberfläche der ersten Schaltungsschicht 1006 erstrecken.
Die nachgiebige Schicht 1028 kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder einer beliebigen geeigneten Kombination von Materialien hergestellt sein. In der dargestellten Ausführungsform kann die nachgiebige Schicht 1028 zum Beispiel als ein Kraftsensor dienen und ist wie in 5 gezeigt aufgebaut. Die nachgiebige Schicht 1028 umfasst ein Endstück der nachgiebigen Schicht 1032, das sich aus der Öffnung 1024 heraus erstreckt (siehe 11). Das Endstück der nachgiebigen Schicht 1032 wird in Verbindung mit 11 detaillierter beschrieben.
In aufgebautem Zustand befinden sich das Abdeckelement 1002 und die verschiedenen Schichten des Eingabevorrichtungsstapels 1000 (z. B. die optionale eine oder mehreren zusätzlichen Schichten 1004, die erste Schaltungsschicht 1006, die Tragschicht 1010 und die nachgiebige Schicht 1028) alle innerhalb der Verkleidung 1026. 11 zeigt eine Querschnittsansicht der in 10 gezeigten dritten Eingabevorrichtung, wenn die Eingabevorrichtung zusammengebaut ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Verkleidung 1026 in einem Durchlass 1100 positioniert, der in dem Gehäuse 1102 einer elektronischen Vorrichtung (z. B. Gehäuse 102 in 1) gebildet ist. Innerhalb der Verkleidung 1026 sind das Abdeckelement 1002, die erste Schaltungsschicht 1006, der biometrische Sensor 1008, die Tragschicht 1010, die zweite Schaltungsschicht 1018 und die nachgiebige Schicht 1028 angeordnet. Das Endstück der nachgiebigen Schicht 1032 erstreckt sich aus der Verkleidung 1026 durch die Öffnung 1024.
In der dargestellten Ausführungsform ist die nachgiebige Schicht 1028 wie in 5 gezeigt aufgebaut und dient als ein kapazitiver Kraftsensor. Das Endstück der nachgiebigen Schicht 1032 schließt eine erste flexible Schaltung 1104 und eine zweite flexible Schaltung 1106 ein. Sowohl die erste als auch die zweite flexible Schaltung 1104, 1106 schließen jeweils eine oder mehrere Elektroden in mindestens dem Abschnitt der nachgiebigen Schicht 1028 ein, der um den inneren Umfang der Verkleidung 1026 herum angeordnet ist. Beispielsweise können in einer Ausführungsform die Elektrode bzw. die Elektroden wie in Verbindung mit 5 gezeigt und beschrieben konfiguriert sein.
Die flexiblen Schaltungen 1104, 1106 sind mit einer Verarbeitungsvorrichtung (nicht gezeigt) wirkverbunden. Die Verarbeitungsvorrichtung ist dazu ausgelegt, zu bewirken, dass ein Referenz- oder Ansteuersignal von einer der flexiblen Schaltungen (z. B. 1104) an die eine oder die mehreren Elektroden in dieser flexiblen Schaltung übermittelt wird. Die andere flexible Schaltung (z. B. 1106) empfängt Kraftsignale von dem einen oder den mehreren Kondensatoren, die durch die Elektroden gebildet werden, und übermittelt die Kraftsignale an eine Verarbeitungsvorrichtung (nicht gezeigt). Die Verarbeitungsvorrichtung ist dazu ausgelegt, die Kraftsignale in eine Menge an Kraft zu korrelieren, die auf das Abdeckelement 1002 angewendet wird.
In einigen Ausführungsformen kann eine Abdichtung 1108 zwischen der Verkleidung 1026 und dem Gehäuse 1102 angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist die Abdichtung ein O-Ring, der in einer Vertiefung 1110 positioniert ist, die entlang einer äußeren Oberfläche der Verkleidung 1026 gebildet ist. Die Abdichtung 1108 kann als eine Umgebungsabdichtung dienen, die verhindert, dass Verunreinigungen wie Flüssigkeit, Schmutz und Staub in den Eingabevorrichtungsstapel und/oder die elektronische Vorrichtung eintreten.
Es sollte beachtet werden, dass die in 2 und 3, 8 und 9 sowie 10 und 11 gezeigten Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind. In anderen Beispielen kann die Eingabevorrichtung weniger oder mehr Komponenten als die in den Figuren gezeigten einschließen. Beispielsweise können die erste Schaltungsschicht 206, 806, 1006 und der biometrische Sensor 208, 808, 1008 in einigen Ausführungsformen weggelassen werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Schaltelement 234 bei der in 2B und 3 gezeigten Ausführungsform weggelassen werden, oder das Schaltelement 234 kann in den in 8 und 9 und/oder 10 und 11 dargestellten Ausführungsformen eingeschlossen sein.
Obwohl die Eingabevorrichtung 106 in 1 als eine kreisförmige Eingabevorrichtung gezeigt ist, sind andere Ausführungsformen nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Eine Eingabevorrichtung kann eine beliebige gegebene Form und/oder Abmessungen aufweisen. In ähnlicher Weise sind die Form und/oder die Abmessungen der in den 2 bis 11 gezeigten Komponenten nur veranschaulichend. Jede Komponente kann eine beliebige gegebene Form und/oder Abmessungen aufweisen.
12 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer elektronischen Vorrichtung zeigt, die einen Kraftsensor in einer oder mehreren Eingabevorrichtungen einschließen kann. Die elektronische Vorrichtung 1200 kann eine oder mehrere Verarbeitungsvorrichtungen 1202, einen Speicher 1204, eine oder mehrere Eingabe-/Ausgabevorrichtungen 1206, eine Energiequelle 1208, einen oder mehrere Sensoren 1210, eine Netzwerk-/Kommunikationsschnittstelle 1212, eine Anzeige 1214 und eine oder mehrere Eingabevorrichtungen 1216 einschließen, die mindestens einen Kraftsensor 1218 einschließen. Jede dieser Komponenten wird im Folgenden detaillierter erläutert.
Die eine oder die mehreren Prozessoren 1202 können manche oder alle Operationen der elektronischen Vorrichtung 1200 steuern. Die Verarbeitungsvorrichtung bzw. die Verarbeitungsvorrichtungen 1202 können entweder direkt oder indirekt mit im Wesentlichen allen Komponenten der Vorrichtung kommunizieren. Beispielsweise können ein oder mehrere Systembusse 1220 oder andere Kommunikationsmechanismen eine Kommunikation zwischen der Verarbeitungsvorrichtung bzw. den Verarbeitungsvorrichtungen 1202, dem Speicher 1204, der Eingabe-/Ausgabevorrichtung bzw. den Eingabe-/Ausgabevorrichtungen 1206, der Energiequelle 1208, dem einen oder den mehreren Sensoren 1210, der Netzwerk-/Kommunikationsschnittstelle 1212, der Anzeige 1214 der Eingabevorrichtung bzw. den Eingabevorrichtungen 1216 und dem Kraftsensor bzw. den Kraftsensoren 1218 bereitstellen. Die Verarbeitungsvorrichtung bzw. die Verarbeitungsvorrichtungen 1202 können wie jede elektronische Vorrichtung implementiert werden, welche in der Lage ist, Daten oder Anweisungen zu verarbeiten, zu empfangen oder zu übermitteln. Zusätzlich kann die Verarbeitungsvorrichtung 1202 dazu konfiguriert sein, die Kraftsignale von dem Kraftsensor 1218 zu empfangen und die Kraftsignale mit einer Menge an Kraft zu korrelieren. Zum Beispiel kann es sich bei der einen oder den mehreren Verarbeitungsvorrichtungen 1202 um einen Mikroprozessor, eine Zentraleinheit (central processing unit (CPU)), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application-specific integrated circuit (ASIC)), einen digitalen Signalprozessor (digital signal processor (DSP)) oder Kombinationen aus mehreren solchen Vorrichtungen handeln. Wie hierin beschrieben, soll der Terminus „Verarbeitungsvorrichtung“ einen einzelnen Prozessor oder eine Verarbeitungseinheit, mehrere Prozessoren, mehrere Verarbeitungseinheiten oder ein anderes geeignet konfiguriertes Rechenelement oder Rechenelemente einschließen.
Im Speicher 1204 können elektronische Daten gespeichert werden, die durch die elektronische Vorrichtung 1200 verwendet werden können. Beispielsweise kann der Speicher 1204 elektrische Daten oder Inhalte wie Audiodateien, Dokumentdateien, Zeit- und Steuersignale und Bilddaten speichern. Der Speicher 1204 kann wie eine beliebige Art von Speicher konfiguriert werden. In lediglich beispielhafter Weise kann der Speicher 1204 als Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Nur-Lese-Speicher, Flash-Speicher, Wechselspeicher oder andere Arten von Datenspeicherelementen in jeder Kombination implementiert sein.
Die eine oder die mehreren Eingabe-/Ausgabevorrichtungen 1206 können Daten von und zu einem Benutzer oder einer anderen elektronischen Vorrichtung empfangen und/oder übermitteln. Beispiele einer Eingabe-/Ausgabevorrichtung bzw. von Eingabe-/Ausgabevorrichtungen 1206 schließen eine berührungsempfindliche Eingabevorrichtung, wie einen Berührungsbildschirm oder ein Trackpad, ein Mikrofon, eine Vibrations- oder haptische Vorrichtung und/oder einen Lautsprecher ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Die Energiequelle 1208 kann mit einer beliebigen Vorrichtung implementiert sein, die in der Lage ist, der elektronischen Vorrichtung 1200 Energie bereitzustellen. Zum Beispiel kann es sich bei der Energiequelle 1208 um eine oder mehrere Batterien oder einen oder mehrere Akkus oder ein Verbindungskabel handeln, das die elektronische Vorrichtung mit einer anderen Energiequelle verbindet, wie beispielsweise einer Wandsteckdose.
Die elektronische Vorrichtung 1200 kann zudem einen oder mehrere Sensoren 1210 einschließen, die im Wesentlichen irgendwo auf oder in der elektronischen Vorrichtung 1200 positioniert sind. Der Sensor oder die Sensoren 1210 können dazu konfiguriert sein, im Wesentlichen jede Art von Charakteristikum zu erfassen, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, Bilder, atmosphärischen Druck, Licht, Berührung, Temperatur, Wärme, Bewegung, Relativbewegung, biometrische Daten und so weiter. Beispielsweise kann es sich bei dem Sensor bzw. den Sensoren 1210 um einen Bildsensor, einen Temperatursensor, einen Licht- oder optischen Sensor, einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop, einen Magneten, ein Barometer, einen Gesundheitsüberwachungssensor und so weiter handeln.
Die Netzwerkkommunikationsschnittstelle 1212 kann eine Übermittlung von Daten an oder von anderen elektronischen Vorrichtungen ermöglichen. Zum Beispiel kann eine Netzwerkkommunikationsschnittstelle elektronische Signale über eine kabellose und/oder kabelgebundene Netzwerkverbindung übermitteln. Beispielsweise wird in einer Ausführungsform ein Kommunikationssignal an eine Sendervorrichtung und/oder an eine Empfängervorrichtung übermittelt, um die Sender- und Empfängervorrichtung in die Lage zu versetzen, miteinander zu kommunizieren. Beispiele kabelloser und kabelgebundener Netzwerkverbindungen schließen Mobilfunk, Wi-Fi, Bluetooth, Infrarot (IR), Ethernet und NFC (Near Field Communication) ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
Die Anzeige 1214 kann eine visuelle Ausgabe für den Benutzer bereitstellen. Die Anzeige 1214 kann mit einer beliebigen geeigneten Technologie implementiert werden, darunter ein Berührungsbildschirm mit Mehrfingergestenerkennungsfunktionalität (Multi-Touch-Sensing-Funktionalität), der ein Element einer Flüssigkristallanzeige (LCD), ein Element lichtemittierender Dioden (LEDs), ein Element organischer lichtemittierender Anzeigen (OLED), ein Element organischer Elektrolumineszenz (OEL) oder eine andere Art von Anzeigeelement verwendet, ohne darauf beschränkt zu sein. In manchen Ausführungsformen kann die Anzeige 1214 als Eingabevorrichtung dienen, die es dem Benutzer ermöglicht, mit der elektronischen Vorrichtung 1200 zu interagieren. Beispielsweise kann es sich bei der Anzeige um eine Multi-Touch-Berührungsbildschirm-Anzeige handeln.
Die elektronische Vorrichtung 1200 schließt ferner eine oder mehrere Eingabevorrichtungen 1216 ein. Jede Eingabevorrichtung 1216 kann einen Kraftsensor 1218 einschließen, der als einer der in 2 und 3, 8 und 9 oder 10 und 11 gezeigten Kraftsensoren konfiguriert ist. Wie zuvor beschrieben, kann die Verarbeitungsvorrichtung 1202 die Kraftsignale verarbeiten, die von dem Kraftsensor bzw. den Kraftsensoren 1218 empfangen werden, und die Kraftsignale mit einer Menge an Kraft korrelieren.
Es sollte beachtet werden, dass 11 lediglich beispielhaft ist. In anderen Beispielen kann die elektronische Vorrichtung weniger oder mehr Komponenten als die in 11 gezeigten einschließen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die elektronische Vorrichtung in ein System eingeschlossen sein, und eine oder mehrere der in 11 gezeigten Komponenten sind von der elektronischen Vorrichtung getrennt, aber in Kommunikation mit der elektronischen Vorrichtung. Zum Beispiel kann die elektronische Vorrichtung mit einer separaten Anzeige wirkverbunden sein oder mit ihr kommunizieren. Als anderes Beispiel können eine oder mehrere Anwendungen oder Daten in einem von der elektronischen Vorrichtung separaten Speicher gespeichert sein. Als weiteres Beispiel kann eine Verarbeitungsvorrichtung in Kommunikation mit der elektronischen Vorrichtung verschiedene Funktionen in der elektronischen Vorrichtung und/oder Prozessdaten, die von der elektronischen Vorrichtung empfangen werden, steuern. In manchen Ausführungsformen können sich der separate Speicher und/oder die Verarbeitungsvorrichtung in einem cloudbasierten System oder in einer zugeordneten Vorrichtung befinden.
Die vorhergehende Beschreibung verwendete zu Zwecken der Erklärung eine spezifische Nomenklatur, um ein vollständiges Verständnis der beschriebenen Ausführungsformen bereitzustellen. Es ist jedoch für den Fachmann ersichtlich, dass die spezifischen Details nicht benötigt werden, um die beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. Somit werden die vorstehenden Beschreibungen der spezifischen Ausführungsformen zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Sie haben nicht zum Ziel, umfassend zu sein oder die Ausführungsformen auf die präzisen, offenbarten Formen zu beschränken. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass viele Modifikationen und Variationen angesichts der vorstehenden Lehren möglich sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 15087306 [0001]

Claims

Eingabevorrichtung zur Verwendung mit einer elektronischen Vorrichtung, wobei die Eingabevorrichtung Folgendes umfasst: ein Abdeckelement; einen Fingerabdrucksensor, der unter dem Abdeckelement positioniert ist, wobei der Fingerabdrucksensor dazu konfiguriert ist, einen Fingerabdruck eines Fingers zu erfassen, wenn sich der Finger dem Abdeckelement nähert oder dieses berührt; und einen Kraftsensor, der unter dem Fingerabdrucksensor und über einem Tragelement positioniert ist, wobei der Kraftsensor dazu konfiguriert ist, eine Krafteingabe zu erfassen, die auf das Abdeckelement angewendet wird.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Fingerabdrucksensor mit einer ersten Schaltungsschicht wirkverbunden ist und der Fingerabdrucksensor und die erste Schaltungsschicht unter dem Abdeckelement positioniert sind.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kraftsensor Folgendes umfasst: eine zweite Schaltungsschicht, die einen ersten Satz aus einer oder mehreren Elektroden umfasst; und eine dritte Schaltungsschicht, die von der zweiten Schaltungsschicht beabstandet ist und einen zweiten Satz aus einer oder mehreren Elektroden umfasst, wobei jede Elektrode in dem ersten Satz in mindestens einer Richtung mit einer jeweiligen Elektrode in dem zweiten Satz ausgerichtet ist, um einen oder mehrere Kondensatoren zu erzeugen.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine nachgiebige Schicht umfasst, die um mindestens einen Abschnitt einer umlaufenden Kante des Abdeckelements herum positioniert ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die nachgiebige Schicht Folgendes umfasst: eine erste Schaltungsschicht, die einen ersten Satz aus einer oder mehreren Elektroden umfasst; eine zweite Schaltungsschicht, die einen zweiten Satz aus einer oder mehreren Elektroden umfasst; und ein nachgiebiges Material, das zwischen der ersten und der zweiten Schaltungsschicht positioniert ist, wobei jede Elektrode in dem ersten Satz in mindestens einer Richtung mit einer jeweiligen Elektrode in dem zweiten Satz ausgerichtet ist, um einen oder mehrere Kondensatoren zu erzeugen.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die nachgiebige Schicht Folgendes umfasst: eine erste Zwischenschicht; eine zweite Zwischenschicht; und ein nachgiebiges Material, das zwischen der ersten und der zweiten Zwischenschicht positioniert ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die nachgiebige Schicht eine oder mehrere diskrete nachgiebige Schichten umfasst.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Verkleidung umfasst, die das Abdeckelement mindestens teilweise umgibt.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Tragelement an der Verkleidung angebracht ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Tragelement eine untere Oberfläche der Verkleidung umfasst.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 10, wobei sich das Abdeckelement, der Fingerabdrucksensor und der Kraftsensor innerhalb der Verkleidung befinden.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Schaltelement umfasst, das unter dem Tragelement positioniert und dazu konfiguriert ist, eine Benutzereingabe zu erfassen, wenn die Krafteingabe eine gegebene Menge an Kraft überschreitet.
Eingabevorrichtung zur Verwendung mit einer elektronischen Vorrichtung, wobei die Eingabevorrichtung Folgendes umfasst: ein Abdeckelement; einen oder mehrere erste Kraftsensoren, die um eine umlaufende Kante des Abdeckelements herum positioniert sind, wobei jeder erste Kraftsensor dazu konfiguriert ist, eine erste Krafteingabe zu erfassen, die auf das Abdeckelement angewendet wird; und einen zweiten Kraftsensor, der unter dem Abdeckelement positioniert ist, wobei der zweite Kraftsensor dazu konfiguriert ist, eine zweite Krafteingabe zu erfassen, die auf das Abdeckelement angewendet wird.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 13, die ferner einen biometrischen Sensor umfasst, der zwischen dem Abdeckelement und dem zweiten Kraftsensor positioniert ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 13, die ferner ein Schaltelement umfasst, das unter dem zweiten Kraftsensor positioniert und dazu konfiguriert ist, eine Benutzereingabe zu erfassen, wenn die erste oder die zweite Krafteingabe eine gegebene Menge an Kraft übersteigt.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 13, wobei der eine oder die mehreren ersten Kraftsensoren und der zweite Kraftsensor sowohl die erste Krafteingabe als auch die zweite Krafteingabe erfassen.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 13, wobei mindestens einer des einen oder der mehreren ersten Kraftsensoren oder der zweite Kraftsensor Folgendes umfasst: eine erste Schaltungsschicht, die einen ersten Satz aus einer oder mehreren Elektroden umfasst; und eine zweite Schaltungsschicht, die von der ersten Schaltungsschicht beabstandet ist und einen zweiten Satz aus einer oder mehreren Elektroden umfasst, wobei jede Elektrode in dem ersten Satz in mindestens einer Richtung mit einer jeweiligen Elektrode in dem zweiten Satz ausgerichtet ist, um einen oder mehrere Kondensatoren zu erzeugen.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 17, die ferner eine nachgiebige Schicht umfasst, die zwischen der ersten Schaltungsschicht und der zweiten Schaltungsschicht positioniert ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 17, die ferner Luft zwischen der ersten Schaltungsschicht und der zweiten Schaltungsschicht umfasst.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 13, die ferner eine Verkleidung umfasst, die das Abdeckelement mindestens teilweise umgibt.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 20, wobei ein Tragelement an der Verkleidung angebracht ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Tragelement eine untere Oberfläche der Verkleidung umfasst.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 22, wobei sich das Abdeckelement, der eine oder die mehreren ersten Kraftsensoren und der zweite Kraftsensor innerhalb der Verkleidung befinden.
Eingabevorrichtung zur Verwendung mit einer elektronischen Vorrichtung, wobei die Eingabevorrichtung Folgendes umfasst: ein Abdeckelement; einen Fingerabdrucksensor, der unter dem Abdeckelement positioniert ist, wobei der Fingerabdrucksensor dazu konfiguriert ist, einen Fingerabdruck eines Fingers zu erfassen, wenn sich der Finger dem Abdeckelement nähert oder dieses berührt; einen Kraftsensor, der unter dem Fingerabdrucksensor und über einem Tragelement positioniert ist, wobei der Kraftsensor dazu konfiguriert ist, eine Krafteingabe zu erfassen, die auf das Abdeckelement angewendet wird; und eine nachgiebige Schicht, die unter dem Abdeckelement und um mindestens einen Abschnitt des Fingerabdrucksensors herum positioniert ist.