DE112019000349B4

DE112019000349B4 - Kraftsensorhalterung und zugehörige diese enthaltende Gehäuse und Systeme

Info

Publication number: DE112019000349B4
Application number: DE112019000349.6T
Authority: DE
Inventors: Nigel Hinson; Paul Clements
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2039-01-05
Also published as: JP2021510865A; DE112019000349T5; US10635248B2; WO2019135200A1; KR20200095524A; TW201933078A; TWI746919B; JP7027553B2; KR102355642B1; US20190212842A1; CN111566605A; CN111566605B

Abstract

Anordnung, umfassend:ein Chassis (102) umfassend eine erste Seite, die zum Aufnehmen einer kraftempfindlichen Oberfläche konfiguriert ist;eine Trägerstruktur (104) mit ersten Elektrodenabschnitten (118); undelastische Befestigungselemente (108), die an dem Chassis (102) und an der Trägerstruktur (104) befestigt sind, wobei die elastischen Befestigungselemente (108) angeordnet sind, um eine relative Bewegung zwischen dem Chassis (102) und der Trägerstruktur (104) zu ermöglichen, wobei die elastischen Befestigungselemente zweite Elektrodenabschnitte (120) umfassen, wobei die zweiten Elektrodenabschnitte (120) benachbart zu den ersten Elektrodenabschnitten (118) angeordnet sind.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil des Anmeldetages der vorläufigen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 62/613,854 , eingereicht am 5. Januar 2018, für „KRAFTSENSORHALTERUNG UND ZUGEHÖRIGE DIESE ENTHALTENDE GEHÄUSE UND SYSTEME“ und bezieht sich auf die anhängige US-Patentanmeldung Serien-Nr. 15/986,653 , eingereicht am 22. Mai 2018, für „KRAFTSENSORHALTERUNG UND ZUGEHÖRIGE DIESE ENTHALTENDE GEHÄUSE UND SYSTEME“, welche die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 62/613,854 beansprucht, deren Offenbarung jeweils hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen betreffen, im Allgemeinen, die Befestigung von kapazitiven Kraftsensoren und Systeme mit montierten kapazitiven Kraftsensoren. Beispielsweise beziehen sich bestimmte offenbarte Ausführungsformen auf Systeme, die Touchscreens mit Kraftsensorfähigkeiten einschließen.
STAND DER TECHNIK
Berührungsempfindliche Oberflächen (z. B. Touchscreens) sind in vielen Produkten und Systemen und Subsystemen enthalten, wie in Autos, Telefonen, Maschinen, Tablet-Computern, Mobiltelefonen, Personalcomputern usw. Gängige Arten von Touchscreens schließen u. a. kapazitive und resistive Touchscreens ein. Kapazitive Touchscreens können einen transparenten Leiter einschließen, der mit einem Isolator, wie Glas, beschichtet ist. Wenn ein menschlicher Finger (der elektrisch leitend ist) einen kapazitiven Touchscreen berührt, kann das elektrostatische Feld des Bildschirms verzerrt und als Kapazitätsänderung erkannt werden. Herkömmliche kapazitive Touchscreens sind in ihrer Fähigkeit zur Erkennung von Berührungen durch nicht leitende Objekte eingeschränkt, wie durch Finger, die mit nicht leitenden Handschuhen bedeckt sind.
Resistive Touchscreens können zwei transparente, elektrisch resistive Schichten mit einem Spalt zwischen den beiden Schichten einschließen. Wenn eine ausreichende Kraft ausgeübt wird, können sich die beiden
Schichten an der Stelle der Krafteinwirkung berühren, und die Berührung kann elektrisch erfasst werden.
Einige Touchscreens schließen Krafterfassung ein. Solche „kraftempfindlichen“ Bildschirme schließen in den Anzeigebildschirm integrierte Sensoren ein, um inkrementelle Unterschiede in einem Abstand zwischen dem Bildschirm und einer Funktion unter dem Bildschirm zu messen. Allerdings kann die Integration solcher kraftempfindlichen Bildschirme in Touchscreens schwierig und teuer sein.
Dokument WO 2015/089568 A1 offenbart eine Bedienvorrichtung für ein elektrisches Betriebsmittel oder ein System, insbesondere für eine Fahrzeugkomponente, das mit mindestens einem elastisch gelagerten Bedienelement, einem Gegenelement, relativ zu dem mindestens einem Bedienelement versehen ist und bei Betätigung bewegbar ist.
Dokument DE 102015209593 A1 offenbart eine Bedienvorrichtungen für ein Fahrzeug mit haptischer Rückkopplung.
OFFENBARUNG
In einigen Ausführungsformen schließen Anordnungen ein Chassis, eine Trägerstruktur und elastische Befestigungselemente ein. Das Chassis schließt eine erste Seite ein, die zum Aufnehmen einer kraftempfindlichen Oberfläche konfiguriert ist. Die Trägerstruktur schließt erste Elektrodenabschnitte ein. Die elastischen Befestigungselemente sind an dem Chassis und an der Trägerstruktur befestigt. Die elastischen Befestigungselemente sind angeordnet, um eine relative Bewegung zwischen dem Chassis und der Trägerstruktur zu ermöglichen. Die elastischen Befestigungselemente schließen jeweils zweite Elektrodenabschnitte ein, wobei die zweiten Elektrodenabschnitte benachbart zu den ersten Elektrodenabschnitten angeordnet sind.
In einigen Ausführungsformen schließen Verfahren zum Schätzen einer auf eine kraftempfindliche Oberfläche ausgeübten Kraft das Erfassen von Kapazitätsänderungen der jeweiligen Kondensatoren ein, die durch erste Elektrodenabschnitte auf einer Trägerstruktur und zweite, durch Befestigungselemente definierte Elektrodenabschnitte gebildet werden. Die Befestigungselemente koppeln ein Chassis, das eine kraftempfindliche Oberfläche aufnimmt, an die Trägerstruktur. Die Verfahren schließen auch die Verwendung der erfassten Kapazitätsänderungen ein, um einen Kraftwert einer auf die kraftempfindliche Oberfläche ausgeübten Kraft zu bestimmen und die Kapazitätsänderungen der jeweiligen Kondensatoren zu vergleichen, um eine Position der auf die kraftempfindliche Oberfläche ausgeübten Kraft zu schätzen.
In einigen Ausführungsformen schließen kraftempfindliche Systeme ein Chassis mit einer ersten Seite, Kraftsensoren und einer Steuerung ein. Die Kraftsensoren schließen Abschnitte einer Trägerstruktur und Abschnitte eines Befestigungselements ein, wobei die Abschnitte der Trägerstruktur und die Abschnitte des Befestigungselements angepasst sind, um sich als Reaktion auf eine oder mehrere auf die erste Seite ausgeübte Kräfte zu nähern und/oder weiter auseinander zu bewegen. Die Steuerung wird von der Trägerstruktur getragen und ist konfiguriert, um die eine oder die mehreren auf die erste Seite ausgeübten Kräfte durch Bestimmen der Bewegung zwischen den Abschnitten der Trägerstruktur und den Abschnitten des Befestigungselements zu identifizieren.
Figurenliste
Während diese Offenbarung mit Ansprüchen endet, die bestimmte Ausführungsformen besonders hervorheben und deutlich beanspruchen, können verschiedene Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung leichter aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ermittelt werden, in denen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Systems mit kapazitiven Kraftsensoren gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung ist;
2 eine Unteransicht des Systems von 1 ist, wobei ein unterer Abschnitt zur leichteren Sichtbarkeit der internen Merkmale entfernt wurde;
3A eine partielle Querschnittsansicht des Systems von 1 ist, aufgenommen durch die Linie A-A von 2, die das System im Ruhezustand zeigt;
3B eine partielle Querschnittsansicht des Systems wie 3A ist, wobei jedoch das System mit einer ausgeübten zentralen Kraft gezeigt wird;
3C eine partielle Querschnittsansicht des Systems wie 3A ist, wobei jedoch das System mit einer ausgeübten Randkraft gezeigt wird; und
4 eine partielle Querschnittsansicht des Systems von 1 ist, aufgenommen durch die Linie A-A von 2 und einschließlich des unteren Abschnitts.
5 eine Unteransicht eines Systems mit kapazitiven Kraftsensoren gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung ist.
6 eine partielle Querschnittsansicht des Systems von 5 ist, aufgenommen durch die Linie B-B von 5.
7 eine Unteransicht eines Systems mit kapazitiven Kraftsensoren gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung ist.
8 eine Draufsicht auf ein elastisches Befestigungselement des Systems von 7 ist.
9 eine partielle Querschnittsansicht des Systems von 7 ist, aufgenommen durch die Linie C-C von 7.
10 eine Unteransicht eines Systems mit kapazitiven Kraftsensoren gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung ist.

ART(EN) ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die in dieser Offenbarung dargestellten Illustrationen sollen keine tatsächlichen Ansichten eines Systems oder einer Komponente davon sein, sondern sind lediglich idealisierte Darstellungen, die zur Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen verwendet werden. Daher sind die Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu.
Wie hierin verwendet, werden relative Begriffe wie „nach unten“, „nach oben“, „untere“, „obere“, „über“ usw. aus Gründen der Klarheit und Zweckmäßigkeit für das Verständnis der Offenbarung und der begleitenden Zeichnungen verwendet und sind nicht mit einer bestimmten Präferenz, Orientierung oder Ordnung verbunden oder davon abhängig, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. Beispielsweise bezieht sich „nach unten“ im Hinblick auf die Zeichnungen und auf eine Orientierung des offenbarten Systems nach unten, wenn es auf einer horizontalen Fläche platziert wird. Das offenbarte System kann jedoch auch verwendet werden, wenn es an einer vertikalen Fläche (z. B. einer Wand), einer abgewinkelten Fläche oder in einer anderen Ausrichtung befestigt ist.
Offenbarte Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Techniken für berührungs- und/oder kraftempfindliche Systeme und Anordnungen, die kapazitive Kraftsensoren einschließen. Beispielsweise werden Ausführungsformen von Systemen offenbart, die ein Chassis mit einer ersten Seite einschließen, die zum Aufnehmen einer kraftempfindlichen Oberfläche konfiguriert ist (z. B. ein Touchpad, eine Rückplatte, eine Gehäuseseite, einen Touchscreen (z. B. einen Flüssigkristallbildschirm („LCD“)) usw.), und eine Trägerstruktur, die ein unteres Chassis sein kann und eine Leiterplatte („PCB“) mit elastischen Befestigungselementen (z. B. Bandfedern) einschließen kann, die angeordnet sind, um eine Bewegung des Chassis relativ zu der Trägerstruktur zu ermöglichen. Die Befestigungselemente können in der Nähe von Ecken des Systems angeordnet sein. Erste Elektrodenabschnitte der jeweiligen Kondensatoren können auf der Trägerstruktur (z. B. auf der Leiterplatte) benachbart zu den Befestigungselementen angeordnet sein, und die Befestigungselemente jeweils ein elektrisch leitendes Material (z. B. Kupfer, Federstahl usw.) sein oder einschließen, das als zweite Elektrodenabschnitte der Kondensatoren konfiguriert ist. In einer Ausführungsform können ein oder mehrere Abschnitte der PCB, einschließlich der Abschnitte benachbart zu den Befestigungselementen, Elektrodenabschnitte eines Kondensators umfassen. Ein anfänglicher Luftspalt kann zwischen den ersten Elektrodenabschnitten und den zweiten Elektrodenabschnitten vorhanden sein, wenn keine äußere Kraft auf die erste Seite des Chassis ausgeübt wird. Wenn eine Relativbewegung zwischen Chassis und Trägerstruktur auftritt, kann sich der Abstand zwischen den ersten Elektrodenabschnitten und den zweiten Elektrodenabschnitten ändern, wodurch eine messbare und/oder nachweisbare Kapazitätsänderung bereitgestellt wird. Die Kapazitätsänderung kann erfasst und verwendet werden, um eine Kraft zu schätzen, die auf eine von dem Chassis getragene kraftempfindliche Oberfläche ausgeübt wird. Die Position der auf die kraftempfindliche Oberfläche ausgeübten Kraft kann auch durch Vergleichen der Kapazitätsänderungen an den mehreren Befestigungselementen des Systems geschätzt werden.
Bezugnehmend auf 1 wird eine perspektivische Ansicht eines berührungs- und kraftempfindlichen Systems 100 (auch einfach als „System 100“ bezeichnet) gezeigt. Das System 100 schließt ein Chassis 102 und eine Trägerstruktur 104 ein. Das Chassis 102 kann eine erste Oberfläche (z. B. ein Touchpad, eine Rückplatte, einen Touchscreen, eine Gehäuseseite usw.) 106 einschließen, wie einen Bildschirm mit Flüssigkristallanzeige („LCD“) einschließlich eines darauf angeordneten Touchscreen-Panels. Mindestens Abschnitte des Chassis 102 und der Trägerstruktur 104 können in einem Anfangsabstand voneinander angeordnet sein (d. h. in einem Zustand, in dem keine äußere Kraft auf die erste Oberfläche 106 ausgeübt wird). Wenn eine äußere Kraft auf die erste Oberfläche 106 ausgeübt wird, kann der Abstand zwischen dem Chassis 102 und der Trägerstruktur 104 verringert werden, zumindest in einem Bereich, in dem die äußere Kraft ausgeübt wird. Interne Merkmale, die nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben werden, können konfiguriert sein, um einen Kraftwert und/oder eine Position der externen Kraft, die auf die erste Oberfläche 106 ausgeübt wird, zu schätzen.
2 ist eine Unteransicht des Systems 100 von 1, wobei ein unterer Abschnitt der Trägerstruktur 104 zur leichteren Sichtbarkeit der internen Merkmale entfernt wurde. Elastische Befestigungselemente, die in Form von Bandfedern 108 in der Ausführungsform des in 2 gezeigten Systems 100 vorliegen, können an dem Chassis 102 und an der Trägerstruktur 104 befestigt sein. Die Bandfedern 108 können das Chassis 102 mit der Trägerstruktur 104 koppeln. Zum Beispiel können äußere Befestigungselemente 110 (z. B. Bolzen, Nieten, Schrauben, ein leitendes Klebematerial usw.) die Bandfedern 108 an dem Chassis 102 befestigen. Innere Befestigungselemente 112 (z. B. Bolzen, Nieten, Schrauben, ein leitendes Klebematerial usw.) können die Bandfedern 108 an der Trägerstruktur 104 befestigen. Zum Beispiel kann die Trägerstruktur 104 eine Leiterplatte („PCB“) 114 sein oder einschließen, an der die Bandfedern 108 befestigt sind. Als Beispiel können zwei innere Befestigungselemente 112 jede Bandfeder 108 an der PCB 114 befestigen. Die Bandfedern 108 können sich jeweils in der Nähe einer Ecke des Systems 100 befinden. Zum Beispiel können die äußeren Befestigungselemente 110 jeweils innerhalb der Ecken des Systems 100 angeordnet sein, z. B. innerhalb von etwa 1 Zoll/2,54 Zentimetern (z. B. innerhalb von etwa 0,5 Zoll/1,25 Zentimetern oder innerhalb von etwa 0,25 Zoll/0,65 Zentimetern) von den äußeren Umfangsecken des Systems 100. Die Bandfedern 108 können sich von den äußeren Befestigungselementen 110 in der Nähe der Ecken des Systems 100 in Richtung eines zentralen Bereichs des Systems 100 erstrecken. Als nicht einschränkendes Beispiel können sich die Bandfedern 108 von den äußeren Befestigungselementen 110 in einem Winkel α von etwa 45 Grad von einer Umfangskante des Chassis 102 nach innen erstrecken, wie in 2 gezeigt. In einigen Ausführungsformen können sich die Bandfedern 108 nach innen von den äußeren Befestigungselementen 110 in einem Winkel α zwischen etwa 30 Grad und etwa 60 Grad von der Umfangskante des Chassis 102 erstrecken.
Die Bandfedern 108 können als ein einziger, im Wesentlichen flacher und rechteckiger Materialstreifen konfiguriert sein. In einigen Ausführungsformen können die Bandfedern 108 ein elektrisch leitendes Metallmaterial sein oder einschließen, wie z. B. Federstahl oder Kupfer. In anderen Ausführungsformen können die Bandfedern 108 ein elektrisch leitendes Material auf einer oberen Oberfläche davon einschließen (d. h. eine Oberfläche auf einer Seite der Bandfedern 108, die einer Unterseite der PCB 114 zugewandt ist). Die Bandfedern 108 können konfiguriert und angeordnet sein, um einen äußeren Abschnitt (z. B. einen äußeren Endabschnitt) davon nach unten weg von der PCB 114 durchzubiegen, wenn eine äußere Kraft auf die erste Oberfläche 106 ausgeübt wird, wobei diese äußere Kraft durch die äußeren Befestigungselemente 110 auf die Bandfedern 108 übertragen werden kann. Alternativ oder zusätzlich können die äußeren Abschnitte der Bandfedern 108 angepasst sein, um sich abhängig von der Konfiguration und Befestigung der Bandfedern 108 und/oder von der Position, Richtung und Stärke der auf die erste Oberfläche 106 ausgeübten Kraft der PCB 114 zu nähern. Die Bandfedern 108 können Materialeigenschaften (z. B. Steifigkeit, Elastizitätsmodul usw.), eine Dicke, eine Breite und eine Länge aufweisen, die gewählt werden können, um ein gewünschtes Durchbiegungsverhalten bereitzustellen, z. B. basierend auf einer Masse des Chassis 102 und auf erwarteten angewandten äußeren Kräften. Ein Fachmann kann in der Lage sein, diese Auswahl für eine gegebene Konfiguration des Systems 100 zu treffen.
3A ist eine partielle Querschnittsansicht des Systems 100, aufgenommen durch die Linie A-A von 2, und zeigt das System 100 in einem anfänglichen Ruhezustand, in dem keine äußere Kraft auf die erste Oberfläche 106 ausgeübt wird. Ein unterer Abschnitt der Trägerstruktur 104 ist in 3A der Klarheit und Einfachheit wegen nicht dargestellt. Veranschaulicht sind eine erste Bandfeder 108A und eine zweite Bandfeder 108B, die zusammen als Bandfedern 108 bezeichnet werden und an gegenüberliegenden Ecken des Systems 100 angeordnet sind. Eine gewisse Durchbiegung der Bandfedern 108 nach unten kann im Ausgangszustand aufgrund der auf die Masse des Chassis 102 nach unten einwirkenden Schwerkraft auftreten. Optional können die Bandfedern 108, wenn sie sich außerhalb des Systems 100 befinden, nach oben vorgebogen werden, um der anfänglichen Durchbiegung durch die nach unten auf das Chassis 102 einwirkende Schwerkraft zumindest teilweise entgegenzuwirken. Eine alternative oder zusätzliche Option besteht darin, mindestens ein Vorspannelement 116 einzuschließen (in 3A gestrichelt dargestellt; z. B. eine Schraubenfeder), das zwischen dem Chassis 102 und der Trägerstruktur 104 (z. B. der PCB 114 der Trägerstruktur 104) angeordnet wird, um zumindest teilweise einer anfänglichen Durchbiegung der Bandfedern 108 entgegenzuwirken, die aufgrund der nach unten auf das Chassis 102 einwirkenden Schwerkraft auftreten kann. Das mindestens eine Vorspannelement 116, falls vorhanden, kann angepasst sein, um die ursprünglich zwischen der PCB 114 und den jeweiligen Bandfedern 108 definierten Spalte zu erhalten. Solche optionalen Merkmale können in einigen Ausführungsformen eingeschlossen sein (z. B. zur Aufnahme eines relativ massiveren Chassis 102), während in anderen Ausführungsformen (z. B. einschließlich eines relativ weniger massiven Chassis 102 und einer ersten Oberfläche 106, eines vertikal zu montierenden Systems 100 usw.) vorgebogene Bandfedern 108 und/oder das mindestens eine Vorspannelement 116 fehlen können.
Die PCB 114 kann erste Elektrodenabschnitte 118 einschließen, die in der Nähe und über jeder der Bandfedern 108 angeordnet sind. Die Bandfedern 108 können ein elektrisch leitendes Metallmaterial sein oder einschließen, das als zweite Elektrodenabschnitte 120 dienen kann. Die ersten Elektrodenabschnitte 118 und die zweiten Elektrodenabschnitte 120 können an jeder der Bandfedern 108 einen Kondensator bilden. Die ersten Elektrodenabschnitte 118 können konfiguriert sein (z. B. in Größe und Form), um zu einer bekannten und/oder vorbestimmten kapazitiven Antwort zu führen. Ein Isolator 122 kann zwischen jedem der ersten Elektrodenabschnitte 118 und zweiten Elektrodenabschnitte 120 als dielektrische Schicht angeordnet sein, um den Stromfluss zwischen den ersten Elektrodenabschnitten 118 und den jeweiligen zweiten Elektrodenabschnitten 120 zu behindern. Zum Beispiel können die Isolatoren 122 direkt auf den jeweiligen ersten Elektrodenabschnitten 118, wie in 3A gezeigt, und/oder direkt auf den jeweiligen zweiten Elektrodenabschnitten 120 angeordnet sein. Wenn Luft in den Spalt zwischen den ersten Elektrodenabschnitten 118 und den zweiten Elektrodenabschnitten 120 eindringt, kann dies ebenfalls den Stromfluss behindern und als dielektrische Schicht wirken. Das mindestens eine innere Befestigungsmittel 112 kann ein elektrisch leitendes Material sein oder einschließen und kann sowohl mit den zweiten Elektrodenabschnitten 120 (z. B. den Bandfedern 108) als auch mit der Schaltung der PCB 114 elektrisch gekoppelt sein. Die Schaltung der PCB 114 kann auch mit den ersten Elektrodenabschnitten 118 elektrisch gekoppelt sein. Die Schaltung der PCB 114 kann konfiguriert sein, um eine Kapazitätsänderung zwischen den jeweiligen ersten Elektrodenabschnitten 118 und den zweiten Elektrodenabschnitten 120 zu erfassen, wenn äußere Abschnitte der Bandfedern 108 von der PCB weg und/oder zu der PCB 114 hin durchgebogen werden, z. B. als Folge einer externen auf die erste Oberfläche 106 ausgeübten Kraft. Als Beispiel kann die Schaltung der PCB 114 konfiguriert sein, um die Änderung der Eigenkapazität und/oder der gegenseitigen Kapazität zu erfassen. Die Schaltung der PCB 114 kann mit einer Steuerung 128 (z. B. einem Mikrocontroller, einer konfigurierbaren Zustandsmaschine, einem feldprogrammierbaren Gate-Array, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung usw.) gekoppelt sein, die konfiguriert ist, um Kapazitätsänderungen bei Relativbewegung zwischen den Bandfedern 108 und den entsprechenden ersten Elektrodenabschnitten 118 zu messen und zu erfassen. Die Steuerung 128 kann ferner so konfiguriert sein, um einen Kraftwert (z. B. eine Größe, einen einer Größe entsprechenden Wert usw.) und/oder die Position einer externen Krafteinwirkung auf die erste Oberfläche 106 zu schätzen, wie nachstehend erläutert. Die Steuerung 128 kann auf der PCB 114 und den ersten Elektrodenabschnitten 118 und den zweiten Elektrodenabschnitten 120 angeordnet und elektrisch mit ihnen gekoppelt sein.
Optional können sich Vorsprünge 124 (in 3A gestrichelt dargestellt) von dem Chassis 102 in Richtung der Trägerstruktur 104 erstrecken. Die Vorsprünge 124 können konfiguriert sein, um an der Trägerstruktur 104 anzuliegen (z. B. an die PCB 114 der Trägerstruktur 104), wenn eine ausreichende äußere Kraft auf die erste Oberfläche 106 ausgeübt wird, um die relative Bewegung zwischen dem Chassis 102 und der Trägerstruktur 104 zu begrenzen. Zum Beispiel kann eine maximale Durchbiegung der Bandfedern 108 vorgewählt werden, um eine bleibende (z. B. plastische) Verformung der Bandfedern 108 zu vermeiden. Die Größe und Position der Vorsprünge 124 kann so gewählt werden, dass sie bei Erreichen der vorgewählten maximalen Durchbiegung der Bandfedern 108 an der Trägerstruktur 104 anliegen. Zum Beispiel können die Vorsprünge 124 anfänglich in einem Abstand zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,5 mm, wie 0,2 mm, von der PCB 114 angeordnet sein, wobei der Abstand ungefähr gleich der vorgewählten maximalen Durchbiegung ist. Die Vorsprünge 124 können in einigen Ausführungsformen auf dem Chassis 102 benachbart zu (z. B. über) den Positionen der Bandfedern 108 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Vorsprünge 124 anpassbar sein, etwa durch Konfigurieren der Vorsprünge als Schrauben. In einigen Ausführungsformen können sich die Vorsprünge 124 von der Trägerstruktur 104 in Richtung des Chassis 102 erstrecken, anstatt oder zusätzlich zum Erstrecken von dem Chassis 102 in Richtung der Trägerstruktur 104.
In einigen Ausführungsformen können Abstandshalter 126 zwischen den jeweiligen Bandfedern 108 und der PCB 114 angeordnet sein, um einen Anfangsspalt zwischen den Bandfedern 108 und den Isolatoren 122 und/oder den ersten Elektrodenabschnitten 118 bereitzustellen. Als Beispiel und nicht als Einschränkung können die Bandfedern 108 in einem Anfangsabstand D₁ (d. h. wenn keine äußere Kraft auf die erste Oberfläche 106 ausgeübt wird), der zwischen etwa 0,01 mm und etwa 0,2 mm liegt, angeordnet sein. Der Anfangsabstand D₁ zwischen den ersten Elektrodenabschnitten 118 und den zweiten Elektrodenabschnitten 120 kann zu einer anfänglichen Kapazität an jeder der Bandfedern 108 führen, die von der Schaltung der PCB 114 erfasst und gemessen werden kann. Die anfängliche Kapazität kann eine Grundlinie oder eine Tara sein, die später mit gemessenen Kapazitäten verglichen werden kann, wenn eine externe Kraft auf die erste Oberfläche 106 ausgeübt wird, um einen Kraftwert und/oder eine Position der ausgeübten externen Kraft zu schätzen, wie nachstehend beschrieben.
3B ist eine partielle Querschnittsansicht des Systems 100 wie 3A, wobei jedoch das System 100 mit einer ausgeübten zentralen Kraft F_C gezeigt wird. Ein unterer Abschnitt der Trägerstruktur 104 ist in 3B der Klarheit und Einfachheit wegen nicht dargestellt. Die zentrale Kraft F_C kann eine externe Kraft sein, die auf die erste Oberfläche 106 ungefähr in der Mitte zwischen der ersten Bandfeder 108A und der zweiten Bandfeder 108B in Richtung der Trägerstruktur 104 ausgeübt wird. Die zentrale Kraft F_C kann durch die äußeren Befestigungselemente 110 auf die Bandfedern 108 übertragen werden, wodurch sich die äußeren Abschnitte der Bandfedern 108 nach unten und weg von der PCB 114 durchbiegen. Da die zentrale Kraft F_C ungefähr in der Mitte zwischen der ersten Bandfeder 108A und der zweiten Bandfeder 108B ausgeübt wird, kann ein Abstand D₂ zwischen der ersten Bandfeder 108A und dem entsprechenden ersten Elektrodenabschnitt 118 ungefähr gleich groß sein wie ein Abstand D₂ zwischen der zweiten Bandfeder 108B und dem entsprechenden zweiten Elektrodenabschnitt 120. Infolgedessen können die Kapazitäten an der ersten Bandfeder 108A und an der zweiten Bandfeder 108B ungefähr gleich sein.
Somit kann durch Erfassen und Messen der Kapazitäten an den Bandfedern 108 mit der PCB 114 die Steuerung 128 konfiguriert werden, um einen Kraftwert und/oder die Position der zentralen Kraft F_C zu identifizieren. Ein Wert der Kapazitäten kann umgekehrt mit einem Abstand zwischen den Elektrodenabschnitten 118, 120 korreliert sein, und ein Kraftwert der zentralen Kraft F_C kann durch die Steuerung berechnet werden, indem eine Kapazitätsänderung bestimmt, eine Abstandsänderung berechnet und die Abstandsänderung mit einer Kraft korreliert wird. Wenn beispielsweise die Kapazitätsänderung an der ersten Bandfeder 108A ungefähr gleich der Kapazitätsänderung an der zweiten Bandfeder 108B ist und die Kapazitäten von der anfänglichen Kapazität reduziert werden, wenn keine Kraft ausgeübt wird, dann kann die Steuerung 128 bestimmen, dass die ausgeübte zentrale Kraft F_C in Richtung der Trägerstruktur 104 und ungefähr in der Mitte zwischen der ersten Bandfeder 108A und der zweiten Bandfeder 108B liegt. Zum Beispiel kann die zum Durchbiegen jeder Bandfeder 108 verwendete Kraft von der Steuerung basierend auf den Materialeigenschaften der Bandfeder 108 (z. B. Elastizitätsmodul, Querschnittsfläche und Form usw.) und der gemessenen Kapazitätsänderung berechnet werden, die umgekehrt proportional zum Abstand D₂ ist, wenn sie durch die zentrale Kraft F_C durchgebogen wird. Die Kräfte, die jede der Bandfedern 108 durchbiegen, können addiert werden, um den Kraftwert der zentralen Kraft F_C zu bestimmen.
3C ist eine partielle Querschnittsansicht des Systems 100 wie 3A, wobei jedoch das System 100 mit einer ausgeübten Kantenkraft F_E gezeigt wird. Ein unterer Abschnitt der Trägerstruktur 104 ist in 3C der Klarheit und Einfachheit wegen nicht dargestellt. Die Kantenkraft F_E kann eine externe Kraft sein, die auf die erste Oberfläche 106 in der Nähe einer Kante der ersten Oberfläche 106 benachbart zu der ersten Bandfeder 108A in einer Richtung der Trägerstruktur 104 ausgeübt wird. Die Kantenkraft F_E kann durch die äußeren Befestigungselemente 110 auf die Bandfedern 108 übertragen werden, wodurch sich die äußeren Abschnitte der Bandfedern 108 relativ zu der PCB 114 durchbiegen. Da die Kantenkraft F_E in der Nähe der Kante der ersten Oberfläche 106 benachbart zu der ersten Bandfeder 108A ausgeübt wird, kann sich der äußere Abschnitt der ersten Bandfeder 108A nach unten und weg von der PCB 114 durchbiegen, wodurch sich ein Abstand D₃ zwischen der ersten Bandfeder 108A und dem entsprechenden ersten Elektrodenabschnitt 118 ergibt. Andererseits kann der äußere Abschnitt der zweiten Bandfeder 108B aufgrund der Kantenkraft F_E in einem Abstand D₄ von dem entsprechenden ersten Elektrodenabschnitt 118 angeordnet sein. Da die Position, an der die Kantenkraft F_E ausgeübt wird, relativ weit von der zweiten Bandfeder 108B entfernt ist, kann der Abstand D₄ zwischen der zweiten Bandfeder 108B und dem entsprechenden ersten Elektrodenabschnitt 118 kleiner als der Abstand D₃ zwischen der ersten Bandfeder 108A und dem entsprechenden ersten Elektrodenabschnitt 118 sein. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand D₄ ungefähr gleich dem Anfangsabstand D₁ sein, wenn keine äußere Kraft auf die erste Oberfläche 106 ausgeübt wird (siehe 3A). In einigen Ausführungsformen kann der Abstand D₄ kleiner als der Anfangsabstand D₁ sein, basierend auf dem äußeren Abschnitt der zweiten Bandfeder 108B, der sich durch Schwenken der ersten Oberfläche 106 und des Chassis 102 um die inneren Befestigungselemente 112 nach oben in Richtung der PCB 114 durchbiegt. Die Abstandshalter 126 können bereitgestellt sein, um auf diese Weise eine Bewegung der Bandfedern 108 nach oben zu den jeweiligen ersten Elektrodenabschnitten 118 zu ermöglichen.
Folglich kann, wenn die Kantenkraft F_E, wie in 3C veranschaulicht, ausgeübt wird, eine Kapazität an der ersten Bandfeder 108A von einer Anfangskapazität (d. h., wenn keine äußere Kraft ausgeübt wird) reduziert werden, während eine Kapazität an der zweiten Bandfeder 108B gleich oder größer als die Anfangskapazität sein kann. Durch Vergleichen der Kapazitätsänderungen an den verschiedenen Bandfedern 108 miteinander kann die Steuerung 128 eine ungefähre Position der Kantenkraft F_E oder einer anderen externen Kraft bestimmen, die an einer beliebigen Position auf der ersten Oberfläche 106 ausgeübt wird.
Das System 100 kann konfiguriert sein, um einen Massenschwerpunkt für die ausgeübte(n) Kraft (Kräfte) zusammen mit einer berechneten Gesamtkraft zu berechnen. Für eine einzelne Kraft kann das System 100 die Position und die ausgeübte Kraft ohne Verwendung eines zusätzlichen Berührungssensors oder Touchpads berechnen. Für Mehrfachberührung (d. h. Erfassen von Kräften, die gleichzeitig an zwei oder mehr Positionen ausgeübt werden) kann ein zusätzlicher Berührungssensor oder ein Touchpad auf oder in Verbindung mit der ersten Oberfläche 106 verwendet werden, um die Positionen der ausgeübten Kräfte zu bestimmen. Die durch den Touchscreen oder das Touchpad ermittelten Fingerpositionen und der berechnete Massenschwerpunkt und die berechnete Gesamtkraft, die durch die Kapazitätsänderungen an den Bandfedern 108 bestimmt werden, können von der Steuerung 128 verwendet werden, um die Positionen und Kräfte der einzelnen ausgeübten Kräfte zu bestimmen.
4 ist eine partielle Querschnittsansicht des Systems 100, aufgenommen durch die Linie A-A von 2 und schließt einen unteren Abschnitt 130 der Trägerstruktur 104 ein. Der untere Abschnitt 130 der Trägerstruktur 104 kann über die Verbindungsstruktur 132 starr mit der PCB 114 verbunden sein. Die Verbindungsstruktur 132 kann ein Befestigungsmittel (z. B. eine Schraube, einen Bolzen, einen Klebstoff usw.) einschließen. Wie in 4 dargestellt, können periphere Randabschnitte des Chassis 102 und der Trägerstruktur 104 einen Anfangsabstand voneinander entfernt sein. Der Anfangsabstand kann größer als die vorgegebene maximale Durchbiegung der Bandfedern 108 sein, wie vorstehend beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann ein Spalt zwischen den peripheren Randbereichen durch ein flexibles Dichtungselement 134 abgedeckt sein, um das Eindringen von Schmutz in einen Raum zwischen dem Chassis 102 und der Trägerstruktur 104 zu reduzieren oder zu verhindern. Trägerelemente 136 können aus dem unteren Abschnitt 130 der Trägerstruktur 104 nach unten herausragen, z. B. um das System 100 auf einer Oberfläche (z. B. auf einem Tisch) abzustützen. Alternativ oder zusätzlich kann die Trägerstruktur 104 an einer Oberfläche befestigt sein, z. B. mit einem oder mehreren Befestigungselementen.
Bezugnehmend auf 5 und 6 wird eine weitere Ausführungsform eines berührungs- und kraftempfindlichen Systems 200 (auch einfach als „System 200“ bezeichnet) veranschaulicht. Das System 200 kann dem vorstehend beschriebenen System 100 darin ähnlich sein, dass das System 200 ein Chassis 202, eine Trägerstruktur 204 (z. B. einschließlich einer PCB 214) und eine erste Oberfläche 206 (z. B. ein Touchpad, eine Rückplatte, einen Touchscreen, eine Gehäuseseite, einen LCD-Bildschirm einschließlich eines darauf angeordneten Touchscreen-Panels usw.) des Chassis 202 einschließen kann. Das Chassis 202 und die Trägerstruktur 204 können relativ zueinander beweglich sein. In der Nähe jeder Ecke des Systems 200 kann sich ein elastisches Befestigungselement 208 befinden.
In der Ausführungsform des in den 5 und 6 gezeigten Systems 200 können die elastischen Befestigungselemente 208 jeweils eine Schraubenfeder 240 einschließen, die einen Pfosten 242 seitlich umgibt. Ein erster Endabschnitt des Pfostens 242 kann starr mit dem Chassis 202 gekoppelt sein. Die Schraubenfeder 240 kann zwischen einer inneren Oberfläche des Chassis 202 und der Trägerstruktur 204 (z. B. einem Abschnitt der PCB 214) angeordnet sein. Die PCB 214 kann eine erste Elektrode 218 einschließen, die kreisförmig sein kann und so angeordnet sein kann, dass sie den Pfosten 242 lateral umgibt. Ein zweiter Endabschnitt des Pfostens 242 gegenüber dem ersten Endabschnitt kann mit einer zweiten Elektrode 220 gekoppelt sein, z. B. über einen Bolzen 222. Die zweite Elektrode 220 kann die Form einer leitenden (z. B. metallischen) Unterlegscheibe aufweisen. Der Pfosten 242 kann durch einen Ausschnitt in der PCB 214 geführt sein.
Im Betrieb kann, wenn eine Kraft von ausreichender Größe auf die erste Oberfläche 206 ausgeübt wird (z. B. nach unten in der Perspektive von 6), die Schraubenfeder 240 zusammengedrückt werden und der Pfosten 242 und die zweite Elektrode 220 können sich in Richtung der Trägerstruktur 204 bewegen (z. B. nach unten in der Perspektive von 6). Ein Abstand zwischen der ersten Elektrode 218 und der zweiten Elektrode 220 kann zunehmen, was zu einer messbaren Kapazitätsänderung führt. Wenn die Kraft nachlässt, kann die Schraubenfeder 240 die zweite Elektrode 220 in eine Ausgangsposition relativ zu der ersten Elektrode 218 zurückbringen. Ebenso kann die Kapazität zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 218, 220 auf ihren Anfangswert zurückkehren. Wie vorstehend erörtert, können die Kapazitätsänderungen gemessen werden, um das Vorhandensein, die Position und/oder die Größe der auf die erste Oberfläche 206 ausgeübten Kraft zu bestimmen (z. B. schätzen).
Bezugnehmend auf die 7 bis 9 wird eine weitere Ausführungsform eines berührungs- und kraftempfindlichen Systems 300 (auch einfach als „System 300“ bezeichnet) veranschaulicht. Das System 300 kann dem vorstehend beschriebenen System 100 darin ähnlich sein, dass das System 300 ein Chassis 302, eine Trägerstruktur 304 (z. B. einschließlich einer PCB 314) und eine erste Oberfläche 306 (z. B. ein Touchpad, eine Rückplatte, einen Touchscreen, eine Gehäuseseite, einen LCD-Bildschirm einschließlich eines darauf angeordneten Touchscreen-Panels usw.) des Chassis 302 einschließen kann. Das Chassis 302 und die Trägerstruktur 304 können relativ zueinander beweglich sein. In der Nähe jeder Ecke des Systems 300 kann sich ein elastisches Befestigungselement 308 befinden.
In der Ausführungsform des in den 7 bis 9 gezeigten Systems 300 können die elastischen Befestigungselemente 308 jeweils ein ebenes Federelement 340 einschließen, das mit einem Pfosten 342 gekoppelt ist. Ein erster Endabschnitt des Pfostens 342 kann starr mit dem Chassis 302 gekoppelt sein. Die PCB 314 kann eine erste Elektrode 318 (9) einschließen, die kreisförmig sein kann und so angeordnet sein kann, dass sie den Pfosten 342 lateral umgibt. Ein zweiter Endabschnitt des Pfostens 342 gegenüber dem ersten Endabschnitt kann mit dem planaren Federelement 340 gekoppelt sein, z. B. über einen Bolzen 322. Das planare Federelement 340 kann eine zweite Elektrode 320 sein oder einschließen. Die zweite Elektrode 320 kann die Form einer leitenden (z. B. metallischen) Unterlegscheibe aufweisen, die an dem planaren Federelement 340 befestigt ist oder ein integraler Bestandteil des planaren Federelements 340 sein kann. Der Pfosten 342 kann durch einen Ausschnitt in der PCB 314 geführt sein.
Wie in 8 gezeigt, kann ein äußerer Bereich des planaren Federelements 340 äußere Trägerelemente 344 (z. B. Löcher) zum Ausrichten und Koppeln des planaren Federelements 340 mit der PCB 314 einschließen, z. B. durch Verwenden von Bolzen oder Pfosten. Ein zentraler Bereich des planaren Federelements 340 kann ein Befestigungselement 346 (z. B. ein Loch) einschließen, um dieses mit dem Pfosten 342 und die zweite Elektrode 320 (die ein integraler Abschnitt des planaren Federelements 340 sein kann) in der Nähe des Befestigungselements 346 und um dieses herum zu koppeln. Ein Zwischenbereich des planaren Federelements 340 zwischen dem zentralen Bereich und dem äußeren Bereich kann elastische Abschnitte 348 einschließen. Die elastischen Abschnitte 348 können Material des planaren Federelements 340 einschließen, das durch Schlitze 350 definiert ist. Zum Beispiel können die Schlitze 350 durch Lasergravur, Wasserstrahlschneiden, Fräsen oder Stanzen gebildet werden.
Im Betrieb können sich beim Ausüben einer Kraft von ausreichender Größe auf die erste Oberfläche 306 (z. B. nach unten in der Perspektive von 9) der Pfosten 342 und die zweite Elektrode 320 in Richtung der Trägerstruktur 304 bewegen (z. B. nach unten in der Perspektive von 9). Die elastischen Abschnitte 348 des planaren Federelements 340 können sich verformen, um eine solche Bewegung zu ermöglichen. Ein Abstand zwischen der ersten Elektrode 318 und der zweiten Elektrode 320 kann zunehmen, was zu einer messbaren Kapazitätsänderung führt. Wenn die Kraft nachlässt, können die elastischen Abschnitte 348 des planaren Federelements 340 die zweite Elektrode 320 in eine Ausgangsposition relativ zu der ersten Elektrode 318 zurückbringen. Ebenso kann die Kapazität zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 318, 320 auf ihren Anfangswert zurückkehren. Wie vorstehend erörtert, können die Kapazitätsänderungen gemessen werden, um das Vorhandensein, die Position und/oder die Größe der auf die erste Oberfläche 306 ausgeübten Kraft zu bestimmen (z. B. schätzen).
Bezugnehmend auf 10 wird eine weitere Ausführungsform eines berührungs- und kraftempfindlichen Systems 400 (auch einfach als „System 400“ bezeichnet) veranschaulicht. Das System 400 kann dem vorstehend beschriebenen System 100 darin ähnlich sein, dass das System 400 ein Chassis 402, eine Trägerstruktur 404 (z. B. einschließlich einer PCB 414) und eine erste Oberfläche 406 (z. B. ein Touchpad, eine Rückplatte, einen Touchscreen, eine Gehäuseseite, einen LCD-Bildschirm einschließlich eines darauf angeordneten Touchscreen-Panels usw.) des Chassis 402 einschließen kann. Das Chassis 402 und die Trägerstruktur 404 können relativ zueinander beweglich sein. In der Nähe jeder Ecke des Systems 400 kann sich ein elastisches Befestigungselement 408 befinden. Bei den elastischen Befestigungselementen 408 handelt es sich, in der in 10 gezeigten Ausführungsform, um Bandfedern 408, wobei sich die in 10 gezeigten Bandfedern 408 von den in 2 gezeigten Bandfedern 108 unterscheiden können. Zum Beispiel kann jede der Bandfedern 408 der in 10 gezeigten Ausführungsform einen vergrößerten Basisabschnitt 452 zum Koppeln mit der PCB 414, einen äußeren Abschnitt 454 zum Koppeln mit dem Chassis 402 in der Nähe einer Ecke des Systems 400 und einen Halsabschnitt 456 zwischen dem vergrößerten Basisabschnitt 452 und dem äußeren Abschnitt 454 einschließen. Die PCB 414 kann eine erste Elektrode 418 einschließen (in 10 gestrichelt dargestellt) und der Halsabschnitt 456 der Bandfeder 408 kann eine zweite Elektrode 420 einschließen oder sein.
Die in 10 gezeigte Ausführungsform des Systems 400 kann in ähnlicher Weise arbeiten wie die vorstehend beschriebene Ausführungsform des Systems 100.
Ein Fachmann wird erkennen, dass Ausführungsformen dieser Offenbarung viele Vorteile und Nutzen aufweisen. Beispielsweise stellen Ausführungsformen dieser Offenbarung eine robuste und zuverlässige kapazitive kraftempfindliche Lösung bereit, die auf verschiedene Systeme und Produkte mit potenziell unterschiedlichen Größen, Massen, Formen und Konfigurationen angewendet werden kann. Die Systeme können auf die Bedürfnisse eines bestimmten Benutzers zugeschnitten sein, z. B. um eine Erfassung von hohen oder niedrigen Kräften bereitzustellen. Ausführungsformen können relativ kostengünstig in der Herstellung sein, mit einer relativ geringen Anzahl von Komponenten, die kostengünstig herzustellen oder zu erwerben sind. Ausführungsformen können auf LCD-Touchscreen-Module angewendet werden, ohne die Leistungsfähigkeit der LCD-Touchscreen-Module zu beeinträchtigen. Durch die Konfiguration der Kondensatoren der offenbarten Systeme, damit sie sich beim Ausüben einer Kraft im Allgemeinen öffnen (d. h. die Elektrodenabschnitte bewegen sich voneinander weg), kann ein größerer Bereich der Krafterfassung möglich sein als bei Kondensatoren, die sich beim Ausüben einer Kraft schließen (d. h. die Elektrodenabschnitte bewegen sich aufeinander zu). Der Grund dafür ist, dass Schließkondensatoren eine inhärente Grenze haben, d. h. beide Elektrodenabschnitte liegen an einem Isolator an.
Während bestimmte veranschaulichende Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren beschrieben wurden, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen und anerkennen, dass der Umfang dieser Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist, die in dieser Offenbarung explizit gezeigt und beschrieben sind. Vielmehr können viele Ergänzungen, Streichungen und Modifikationen an den in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, um Ausführungsformen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung zu erzeugen, wie diejenigen, die speziell beansprucht werden, einschließlich gesetzlicher Äquivalente. Zusätzlich können Merkmale einer offenbarten Ausführungsform mit Merkmalen einer anderen offenbarten Ausführungsform kombiniert werden, während sie immer noch im Umfang dieser Offenbarung liegen, wie er von den Erfindern in Betracht gezogen wird.
Zusätzliche, nicht einschränkende Ausführungsformen der Offenbarung schließen ein:

Ausführungsform 1: Anordnung, umfassend: ein Chassis umfassend eine erste Seite, die zum Aufnehmen einer kraftempfindlichen Oberfläche konfiguriert ist; eine Trägerstruktur mit ersten Elektrodenabschnitten; und elastische Befestigungselemente, die an dem Chassis und an der Trägerstruktur befestigt sind, wobei die elastischen Befestigungselemente angeordnet sind, um eine relative Bewegung zwischen dem Chassis und der Trägerstruktur zu ermöglichen, wobei die elastischen Befestigungselemente zweite Elektrodenabschnitte umfassen, wobei die zweiten Elektrodenabschnitte benachbart zu den ersten Elektrodenabschnitten angeordnet sind.
Ausführungsform 2: Anordnung nach Ausführungsform 1, wobei die elastischen Befestigungselemente vier Bandfedern umfassen, die jeweils in der Nähe von Ecken des Chassis angeordnet sind.
Ausführungsform 3: Anordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 2, wobei die Bandfedern in einem Winkel von etwa 45 Grad zu einer Umfangskante des Chassis ausgerichtet sind.
Ausführungsform 4: Anordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei die elastischen Befestigungselemente im Wesentlichen aus einem Metallmaterial bestehen.
Ausführungsform 5: Anordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 4, wobei zwischen jedem benachbarten ersten Elektrodenabschnitt und zweiten Elektrodenabschnitt ein Spalt definiert ist, wenn keine äußere Kraft auf die kraftempfindliche Oberfläche ausgeübt wird.
Ausführungsform 6: Anordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 5, ferner umfassend Vorspannelemente, die, während keine Kraft auf die erste Seite des Chassis ausgeübt wird, angepasst sind, um die zwischen jedem benachbarten ersten Elektrodenabschnitt und zweiten Elektrodenabschnitt definierten Spalten aufrechtzuerhalten.
Ausführungsform 7: Anordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei die Spalten Luftspalten umfassen.
Ausführungsform 8: Anordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 7, wobei ein Material in den Spalten angeordnet ist.
Ausführungsform 9: Anordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 8, wobei die elastischen Befestigungselemente angeordnet sind, um eine relative Bewegung zwischen jedem benachbarten ersten Elektrodenabschnitt und zweiten Elektrodenabschnitt zu ermöglichen.
Ausführungsform 10: Anordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 9, wobei ein Endabschnitt jedes der elastischen Befestigungselemente als Befestigungspunkt der Trägerstruktur an dem Chassis konfiguriert ist.
Ausführungsform 11: Anordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10, wobei die Trägerstruktur eine Leiterplatte (PCB) umfasst.
Ausführungsform 12: Verfahren zum Schätzen einer Kraft, die auf eine kraftempfindliche Oberfläche ausgeübt wird, das Verfahren umfassend: Erfassen von Kapazitätsänderungen der jeweiligen Kondensatoren, die durch erste Elektrodenabschnitte auf einer Trägerstruktur und zweite durch Befestigungselemente definierte Elektrodenabschnitte gebildet werden, wobei die Befestigungselemente ein Chassis, das eine kraftempfindliche Oberfläche aufnimmt, mit der Trägerstruktur koppeln; Verwenden der erfassten Kapazitätsänderungen, um einen Kraftwert einer auf die kraftempfindliche Oberfläche ausgeübten Kraft zu bestimmen; und Vergleichen der Kapazitätsänderungen der jeweiligen Kondensatoren, um eine Position der auf die kraftempfindliche Oberfläche ausgeübten Kraft zu schätzen.
Ausführungsform 13: Kraftempfindliches System, umfassend: ein Chassis mit einer ersten Seite; Kraftsensoren umfassend Abschnitte einer Trägerstruktur und Abschnitte eines Befestigungselements, wobei die Abschnitte der Trägerstruktur und die Abschnitte des Befestigungselements angepasst sind, um sich als Reaktion auf eine oder mehrere auf die erste Seite ausgeübte Kräfte zu nähern und/oder weiter auseinander zu bewegen; eine Steuerung, die von der Trägerstruktur getragen wird und konfiguriert ist, um die eine oder die mehreren auf die erste Seite ausgeübten Kräfte durch Bestimmen der Bewegung zwischen den Abschnitten der Trägerstruktur und den Abschnitten des Befestigungselements zu identifizieren.
Ausführungsform 14: Kraftempfindliches System nach Ausführungsform 13, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Kapazitätsänderungen der jeweiligen zwischen den Abschnitten der Trägerstruktur und den Abschnitten des Befestigungselements gebildeten Kondensatoren bei Bewegung des Befestigungselements in Bezug auf die Trägerstruktur zu erfassen.
Ausführungsform 15: Kraftempfindliches System nach einer der Ausführungsformen 12 bis 14, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um eine Position der einen oder der mehreren auf die erste Seite ausgeübten Kräfte durch Vergleichen der erfassten Kapazitätsänderungen der jeweiligen Kondensatoren zu schätzen.
Ausführungsform 16: Kraftempfindliches System nach einer der Ausführungsformen 12 bis 15, wobei die erste Seite einen Flüssigkristallanzeige-Touchscreen umfasst.
Ausführungsform 17: Kraftempfindliches System nach einer der Ausführungsformen 12 bis 16, ferner umfassend mindestens einen zwischen dem Befestigungselement und der Trägerstruktur angeordneten Abstandshalter, um einen Anfangsraum zwischen den Abschnitten des Befestigungselements und den Abschnitten der Trägerstruktur zu definieren, wenn die eine oder die mehreren Kräfte nicht auf die erste Seite ausgeübt werden.
Ausführungsform 18: Kraftempfindliches System nach einer der Ausführungsformen 12 bis 17, ferner umfassend mindestens ein zwischen dem Chassis und der Trägerstruktur angeordnetes Vorspannelement, um das Chassis in eine Anfangsposition relativ zu der Trägerstruktur vorzuspannen, wenn die eine oder die mehreren Kräfte nicht auf die erste Seite ausgeübt werden.
Ausführungsform 19: Kraftempfindliches System nach einer der Ausführungsformen 12 bis 18, ferner umfassend Isolatoren, die zwischen den Abschnitten des Befestigungselements und den Abschnitten der Trägerstruktur angeordnet sind.
Ausführungsform 20: Kraftempfindliches System nach einer der Ausführungsformen 12 bis 19, wobei das Befestigungselement Bandfedern umfasst, die jeweils mit mindestens einem elektrisch leitenden Befestigungsmittel an der Trägerstruktur befestigt sind.
Ausführungsform 21: Kraftempfindliches System nach einer der Ausführungsformen 12 bis 20, ferner umfassend einen Vorsprung zwischen dem Chassis und der Trägerstruktur, wobei der Vorsprung konfiguriert ist, um an einer Oberfläche anzuliegen, um die relative Bewegung zwischen dem Chassis und der Trägerstruktur zu begrenzen, wenn die eine oder die mehreren Kräfte, die auf die erste Seite ausgeübt werden, einen ausreichenden Wert aufweisen.
Ausführungsform 22: System, umfassend: eine Oberfläche; eine Steuerung, die mit der Oberfläche gekoppelt ist; und eine kraftempfindliche Vorrichtung umfassend die Anordnung von jeder der Ausführungsformen 1 bis 11.
Ausführungsform 23: System nach Ausführungsform 22, wobei die kraftempfindliche Vorrichtung konfiguriert ist, um ein Kraftergebnis als Reaktion auf eine Objektberührung an der Oberfläche zu erzeugen.
Ausführungsform 24: System nach einer der Ausführungsformen 22 bis 23, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um eine Kraftmessung als Reaktion auf das Kraftergebnis zu bestimmen.
Ausführungsform 25: System nach einer der Ausführungsformen 22 bis 24, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um eine Position an der Oberfläche als Reaktion auf das Kraftergebnis zu bestimmen.
Ausführungsform 26: System nach einer der Ausführungsformen 22 bis 25, ferner umfassend eine berührungsempfindliche Vorrichtung, die konfiguriert ist, um ein Abtastergebnis als Reaktion auf eine Objektberührung an der Oberfläche oder ein Objekt in unmittelbarer Nähe der Oberfläche zu erzeugen.
Ausführungsform 27: System nach einer der Ausführungsformen 22 bis 26, wobei die Oberfläche aus einer Gruppe ausgewählt ist, die umfasst: einen Touchscreen, ein Touchpad, eine Rückplatte und eine Seite eines Gehäuses.

Claims

Anordnung, umfassend: ein Chassis (102) umfassend eine erste Seite, die zum Aufnehmen einer kraftempfindlichen Oberfläche konfiguriert ist; eine Trägerstruktur (104) mit ersten Elektrodenabschnitten (118); und elastische Befestigungselemente (108), die an dem Chassis (102) und an der Trägerstruktur (104) befestigt sind, wobei die elastischen Befestigungselemente (108) angeordnet sind, um eine relative Bewegung zwischen dem Chassis (102) und der Trägerstruktur (104) zu ermöglichen, wobei die elastischen Befestigungselemente zweite Elektrodenabschnitte (120) umfassen, wobei die zweiten Elektrodenabschnitte (120) benachbart zu den ersten Elektrodenabschnitten (118) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die elastischen Befestigungselemente (108) vier Bandfedern umfassen, die jeweils in der Nähe von Ecken des Chassis (102) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Bandfedern in einem Winkel von etwa 45 Grad zu einer Umfangskante des Chassis (102) ausgerichtet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die elastischen Befestigungselemente (108) im Wesentlichen aus einem Metallmaterial bestehen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei zwischen jedem benachbarten ersten Elektrodenabschnitt (118) und zweiten Elektrodenabschnitt (120) ein Spalt definiert ist, wenn keine äußere Kraft auf die kraftempfindliche Oberfläche ausgeübt wird.
Anordnung nach Anspruch 5, ferner umfassend Vorspannelemente (116), die, während keine Kraft auf die erste Seite des Chassis (102) ausgeübt wird, angepasst sind, um die zwischen jedem benachbarten ersten Elektrodenabschnitt (118) und zweiten Elektrodenabschnitt (120) definierten Spalten aufrechtzuerhalten.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Spalten Luftspalten umfassen.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei ein Material in den Spalten angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die elastischen Befestigungselemente (108) angeordnet sind, um eine relative Bewegung zwischen jedem benachbarten ersten Elektrodenabschnitt und zweiten Elektrodenabschnitt zu ermöglichen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei ein Endabschnitt jedes der elastischen Befestigungselemente (108) als Befestigungspunkt der Trägerstruktur (104) an dem Chassis (102) konfiguriert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Trägerstruktur (104) eine Leiterplatte (PCB) umfasst.
Verfahren zum Schätzen einer Kraft, die auf eine kraftempfindliche Oberfläche ausgeübt wird, das Verfahren umfassend: Erfassen von Kapazitätsänderungen der jeweiligen Kondensatoren, die durch erste Elektrodenabschnitte (118) auf einer Trägerstruktur (104) und zweite durch Befestigungselemente (108) definierte Elektrodenabschnitte (120) gebildet werden, wobei die Befestigungselemente (108) ein Chassis (102), das eine kraftempfindliche Oberfläche aufnimmt, mit der Trägerstruktur (104) koppeln; Verwenden der erfassten Kapazitätsänderungen, um einen Kraftwert einer auf die kraftempfindliche Oberfläche ausgeübten Kraft zu bestimmen; und Vergleichen der Kapazitätsänderungen der jeweiligen Kondensatoren, um eine Position der auf die kraftempfindliche Oberfläche ausgeübten Kraft zu schätzen.
Kraftempfindliches System, umfassend: ein Chassis (102) mit einer ersten Seite; Kraftsensoren umfassend Abschnitte einer Trägerstruktur (104) und Abschnitte eines Befestigungselements (108), wobei die Abschnitte der Trägerstruktur (104) und die Abschnitte des Befestigungselements (108) angepasst sind, um sich als Reaktion auf eine oder mehrere auf die erste Seite ausgeübte Kräfte zu nähern und/oder weiter auseinander zu bewegen; und eine Steuerung, die von der Trägerstruktur (104) getragen wird und konfiguriert ist, um die eine oder die mehreren auf die erste Seite ausgeübten Kräfte durch Bestimmen der Bewegung zwischen den Abschnitten der Trägerstruktur (104) und den Abschnitten des Befestigungselements zu identifizieren.
Kraftempfindliches System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Kapazitätsänderungen der jeweiligen zwischen den Abschnitten der Trägerstruktur (104) und den Abschnitten des Befestigungselements gebildeten Kondensatoren bei Bewegung des Befestigungselements in Bezug auf die Trägerstruktur (104) zu erfassen.
Kraftempfindliches System nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um eine Position der einen oder der mehreren auf die erste Seite ausgeübten Kräfte durch Vergleichen der erfassten Kapazitätsänderungen der jeweiligen Kondensatoren zu schätzen.
Kraftempfindliches System nach Anspruch 13, wobei die erste Seite einen Flüssigkristallanzeige-Touchscreen umfasst.
Kraftempfindliches System nach Anspruch 13, ferner umfassend mindestens einen zwischen dem Befestigungselement und der Trägerstruktur (104) angeordneten Abstandshalter, um einen Anfangsraum zwischen den Abschnitten des Befestigungselements und den Abschnitten der Trägerstruktur (104) zu definieren, wenn die eine oder die mehreren Kräfte nicht auf die erste Seite ausgeübt werden.
Kraftempfindliches System nach Anspruch 13, ferner umfassend mindestens ein zwischen dem Chassis (102) und der Trägerstruktur (104) angeordnetes Vorspannelement, um das Chassis (102) in eine Anfangsposition relativ zu der Trägerstruktur (104) vorzuspannen, wenn die eine oder die mehreren Kräfte nicht auf die erste Seite ausgeübt werden.
Kraftempfindliches System nach Anspruch 13, ferner umfassend Isolatoren, die zwischen den Abschnitten des Befestigungselements und den Abschnitten der Trägerstruktur (104) angeordnet sind.
Kraftempfindliches System nach Anspruch 13, wobei das Befestigungselement Bandfedern umfasst, die jeweils mit mindestens einem elektrisch leitenden Befestigungsmittel an der Trägerstruktur (104) befestigt sind.
Kraftempfindliches System nach Anspruch 13, ferner umfassend einen Vorsprung zwischen dem Chassis (102) und der Trägerstruktur (104), wobei der Vorsprung konfiguriert ist, um an einer Oberfläche anzuliegen, um die relative Bewegung zwischen dem Chassis (102) und der Trägerstruktur (104) zu begrenzen, wenn die eine oder die mehreren Kräfte, die auf die erste Seite ausgeübt werden, einen ausreichenden Wert aufweisen.
System, umfassend: eine kraftempfindliche Oberfläche; eine Steuerung, die mit der kraftempfindlichen Oberfläche gekoppelt ist; und eine Befestigungsanordnung, die Befestigungsanordnung umfassend: ein Chassis (102), das eine erste Seite umfasst, die konfiguriert ist, um die kraftempfindliche Oberfläche aufzunehmen; eine Trägerstruktur (104) mit ersten Elektrodenabschnitten (118); und elastische Befestigungselemente (108), die an dem Chassis (102) und an der Trägerstruktur (104) befestigt sind, wobei die elastischen Befestigungselemente (108) angeordnet sind, um eine relative Bewegung zwischen dem Chassis (102) und der Trägerstruktur (104) zu ermöglichen, wobei die elastischen Befestigungselemente (108) zweite Elektrodenabschnitte (120) umfassen, wobei die zweiten Elektrodenabschnitte benachbart zu den ersten Elektrodenabschnitten (118) angeordnet sind.
System nach Anspruch 22, wobei die kraftempfindliche Vorrichtung konfiguriert ist, um ein Kraftergebnis als Reaktion auf eine Objektberührung an der Oberfläche zu erzeugen.
System nach Anspruch 23, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um eine Kraftmessung als Reaktion auf das Kraftergebnis zu bestimmen.
System nach Anspruch 23, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um eine Position an der Oberfläche als Reaktion auf das Kraftergebnis zu bestimmen.
System nach Anspruch 22, ferner umfassend eine berührungsempfindliche Vorrichtung, die konfiguriert ist, um ein Abtastergebnis als Reaktion auf eine Objektberührung an der Oberfläche oder ein Objekt in unmittelbarer Nähe der Oberfläche zu erzeugen.
System nach Anspruch 22, wobei die Oberfläche aus einer Gruppe ausgewählt ist, die umfasst: einen Touchscreen, ein Touchpad, eine Rückplatte und eine Seite eines Gehäuses.