JP5611282B2 - 力イメージング入力のデバイスとシステム - Google Patents

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Description

本発明は、全般的には電子システム入力デバイスに関し、より具体的には、力イメージングおよび位置−力イメージング相互キャパシタンス・システムに関する。
多数のタッチ・センシング・デバイスが、コンピュータ・システム、携帯情報端末、携帯電話機、ゲーム・システム、音楽システム、その他の類似物（すなわち、電子システム）での使用のために利用可能である。おそらく、最もよく知られているのは抵抗膜位置センサである。これは、長年にわたってキーボードや位置インジケータとして使用されてきた。他のタイプのタッチ・センシング・デバイスには、抵抗タブレットや、面弾性波デバイス、タッチ・センサ、光センサが含まれ、タッチ・センサは抵抗、キャパシタンス、歪みゲージ、電磁センサ、または圧力センサに基づいたものである。圧力感知位置センサは、ポインティング・デバイス（データ入力デバイスまたは書込デバイスではなく）としての使用に関して、歴史的にほとんど利益を提供してこなかった。というのは、これらを動作させるのに必要な圧力が、指とセンサ面との間のスティクション（一種の摩擦）を本来的に生じるからである。そのようなスティクションは、そのようなデバイスが普及するのを大いに妨げてきた。
ポータブル・デバイスの増大する人気と、すべての入力機能を単一のフォーム・ファクタに統合することの付随する必要とのゆえに、タッチ・パッドは、現在、最も人気があり広く使用されているタイプの入力デバイスの１つである。操作上、タッチ・パッドは、「抵抗性」または「容量性」のいずれかとして分類することができる。抵抗タッチ・パッドでは、パッドが、薄い金属の導電層と抵抗層によってコーティングされる。パッドに触れると、導電層が、抵抗層を介して接触し、抵抗の変化（通常は電流の変化として測定される）を引き起こし、この抵抗変化が、タッチ・イベントがパッド上のどこで発生したかを識別するのに使用される。容量タッチ・パッドでは、導電トレースの第１組が、第１方向に走り、誘電絶縁物によって導電トレースの第２組から絶縁され、この導電トレースの第２組は、第２方向（一般に第１方向に直交する）に走る。オーバーラップする導電トレースによって形成されるグリッドが、電荷を蓄積できるキャパシタのアレイを作成する。物体が、タッチ・パッドの近くに持ってこられるか、タッチ・パッドと接触する時に、その位置のキャパシタのキャパシタンスが変化する。この変化を使用して、タッチ・イベントの位置を識別することができる。
米国特許出願第１０／９９９９９９号 米国特許出願第１０／８４０８６２号
入力デバイスとしてタッチ・パッドを使用することに対する１つの障害は、タッチ・パッドが、一般に圧力情報または力情報を供給しないことである。力情報は、ユーザがデバイスをどのように操作しているかのより確実な表示を入手するのに使用することができる。すなわち、力情報は、関連する電子デバイスにコマンド信号や制御信号を供給するためのもう１つの入力次元として使用することができる。すなわち、タッチ・パッド入力デバイスの一部として力測定システムを提供することが、有益であるはずである。
一実施態様で、本発明は、ばね膜によって分離された導電トレースの第１組と第２組を含む力感知タッチ・パッドを提供する。力が加えられる時に、ばね膜は、変形し、トレースの２つの組をより近くに移動する。相互キャパシタンスの結果の変化が、加えられた力の位置（タッチ・パッドの面に対する相対的な）と強さすなわち強度を示すイメージを生成するのに使用される。もう１つの実施態様では、本発明は、２組の駆動トレースと、１組の感知トレースと、ばね膜とを含む組み合わされた位置−力感知タッチ・パッドを提供する。動作中に、駆動トレースのうちの１つが、感知トレースの組と組み合わせて使用されて、１つまたは複数の物体がタッチ・パッドに触れる場所のイメージを生成する。駆動トレースの第２組は、感知トレースとばね膜とを組み合わせて使用されて、加えられた力の強さすなわち強度とタッチ・パッドの面に対する相対的なその力の位置のイメージを生成する。本発明による力タッチ・パッドと、位置−力タッチ・パッドとは、ユーザ操作の増加させたアレイの認識を容易にするためにさまざまな電子デバイスに組み込むことができる。
もう１つの実施態様では、説明される力感知アーキテクチャを使用して、ユーザがディスプレイ（たとえば、液晶ディスプレイ・ユニット）に働かせる力の量を検出できるディスプレイを実現することができる。本発明のこの実施態様によるディスプレイ・ユニットは、ユーザ入力の増加させたアレイを容易に認識するのに使用することができる。
本発明の一実施形態による力検出器を示す分解透視図である。 図１による荷重をかけられていない（Ａ）および荷重をかけられた（Ｂ）力検出器を示す断面図である。 本発明の一実施形態による力検出システムを示すブロック図である。 図３による力検出システムをより詳細に示すブロック図である。 本発明の一実施形態による位置−力検出デバイスを示す断面図である。 本発明のもう１つの実施形態による位置−力検出デバイスを示す断面図である。 図６による駆動トレースおよび感知トレースを示す分解図である。 本発明のもう１つの実施形態による位置−力検出デバイスを示すさまざまな図である。 本発明のもう１つの実施形態による位置−力検出デバイスを示すさまざまな図である。 本発明のもう１つの実施形態による位置−力検出デバイスを示す断面図である。 本発明のもう１つの実施形態によるばね膜を示すさまざまな図である。 本発明の一実施形態による力検出ディスプレイ・システムを示すブロック図である。
次の説明は、当業者が、特許請求された発明を作り、使用することを可能にするために提示され、下で述べる特定の例（パーソナル・コンピュータ・システム用のタッチ・パッド入力デバイス）の文脈で提供される。この特定の例の変形形態は、当業者にすぐに明白になるであろう。したがって、本明細書に添付された特許請求の範囲は、開示される実施形態によって限定されることを意図されているのではなく、本明細書で開示される原理や特徴と一貫する最も広い範囲を与えられなければならない。例として、本発明による力イメージング・システムは、コンピュータ・ワークステーション、携帯電話機、ハンドヘルド・ディジタル・アシスタント、その他のさまざまな機械類やシステム（機械システム、電気システム、電子システム）用のディジタル制御パネルなどのパーソナル・コンピュータ・システム以外の電子デバイスに同等に適用可能である。
図１を参照すると、タッチ・パッド・デバイス１００において実施された、本発明による力検出器の全般的概念が示されている。図示のように、力検出器１００には、化粧層１０５と、感知層１１０（導電経路１１５と電気コネクタ１２０を含む）と、誘電ばね層１２５（空間的にオフセットされて突起した構造体１３０を含む）と、駆動層１３５（導電経路１４０と電気コネクタ１４５を含む）と、基部または支持体１５０とが含まれる（コネクタ１２０、１４５が、それぞれ層１１０と１３５上の導電トレースごとに一意の接続をもたらすことが、当業者によって理解されるであろう）。
化粧層１０５は、環境条件（たとえば、ちりや湿気）からこのシステムの他の要素を保護し、さらに、ユーザがそれを介して検出器１００と相互作用する面を提供する。感知層１１０上の導電経路１１５は、駆動層１３５上の導電経路１４０にオーバーラップするように配置され、これによって、プレート（導電経路１１５と１４０）が、感知層基板１１０、誘電ばね層１２５、突起した構造体１３０によって分離されたキャパシタを形成する。誘電ばね層１２５と突起した構造体１３０は、一緒に、力が化粧層１０５に加えられる時に感知層１１０の導電経路１１５を駆動層１３５の導電経路１４０に非常に近付ける機構を作成する。この分離の変化が、感知層と駆動層の導電経路（１１５、１４０）の間の相互キャパシタンスを変化（増加）させる。これは、化粧層１０５に加えられた力の量、強度、または強さを示す変化である。基部または支持層１５０は、力検出器１００の構造的完全性をもたらす。
図２Ａを参照すると、力検出器１００の断面図が、その荷重をかけられていない状態または「力なし」状態で示されている。この状態では、感知層１１０と駆動層１３５との導電経路（１１５、１４０）の間の相互キャパシタンスは、定常状態信号または静止キャパシタンス信号（図１のコネクタ１２０、１４５を介して測定される）を提供する。図２Ｂを参照すると、外力２００が化粧層１０５に加えられる時に、誘電ばね層１２５が変形し、その結果、感知層１１０が駆動層１３５のより近くに移動する。これが、感知層と駆動層との間の相互キャパシタンスの変化（増加）すなわち、この２層の間の距離にほぼ単調に関連し、したがって加えられた力２００の強度または強さにほぼ単調に関連する変化を与える。より具体的に言うと、動作中に、トレース１４０（駆動層１３５上の）が、一時に１つずつ電気的に刺激され、刺激されたトレースとトレース１１５（感知層１１０上の）のそれぞれとに関連する相互キャパシタンスが、測定される。このようにして、化粧層１０５に加えられた力２００の強さすなわち強度のイメージを得ることができる。前に注記したように、相互キャパシタンスのこの変化は、適切な回路を介して判定することができる。
図３を参照すると、力検出器タッチ・パッド１００を利用する力イメージング・システム３００のブロック図が示されている。図示されているように、力イメージング・システム３００には、コネクタ１２０（感知信号３１０用）、１４５（駆動信号３１５用）を介してタッチ・パッド・コントローラ３０５に結合された力検出器１００が含まれる。タッチ・パッド・コントローラ３０５は、検出器１００に加えられた力の（空間）分布を表す信号をホスト・プロセッサ３２０に周期的に送る。ホスト・プロセッサ３２０は、この力情報を解釈して、指定されたコマンド・アクションと制御アクションを実行する（たとえば、ディスプレイ・ユニット３２５に表示された物体を選択する）ことができる。
図４を参照すると、動作中に、タッチ・パッド・コントローラ３０５内の駆動回路４００は、駆動信号３１５とコネクタ１４５を介して、複数の駆動層導電経路１４０（図１参照）のそれぞれに順番に電流を送る（「駆動する」）。容量結合のゆえに、この電流の一部は、複数の感知層導電経路１１５（図１参照）のそれぞれを通って運ばれる。感知回路４０５（たとえば、電荷増幅器）が、感知信号３１０から（コネクタ１２０を介して）アナログ信号を検出し、これらを分析回路４１０に送る。分析回路４１０の１つの機能が、検出されたアナログ・キャパシタンス値をディジタル形式に変換する（たとえば、ＡＤコンバータを介して）ことである。分析回路のもう１つの機能は、ホスト・プロセッサ３２０（図３参照）への送るために、複数のディジタル化されたキャパシタンス値をキュー・アップすることである。分析回路のもう１つの機能は、駆動回路４００を制御し、おそらくは、感知回路４０５の動作を動的に調整する（たとえば、キャパシタンスの「変化」が検出される閾値を変更することによるなど）ことである。本発明での使用に適切なコントローラ３０５の一実施形態が、その全体を本明細書に組み込まれている、２００６年３月１５日出願のＳｔｅｖｅ Ｈｏｔｅｌｌｉｎｇ、Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈ Ｋｒａｈ、Ｂｒｉａｎ Ｈｕｐｐｉによる米国特許出願第１０／９９９９９９号、「Ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ Ｔｏｕｃｈ Ｓｃｒｅｅｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ」に記載されている。
もう１つの実施形態では、本発明による力検出器が、容量位置検出器と組み合わされて、位置と力の両方を検出するタッチ・パッド・デバイスが作成される。図５を参照すると、組み合わされた位置−力検出器５００には、化粧層５０５、回路ボードまたは基板５１０（第１面上の第１の複数の導電駆動経路５１５と第２面上の複数の感知経路５２０とを含む）、誘電ばね層５２５（交番するまたは空間的にオフセットした突起した構造体５３０を含む）、駆動層５３５（第２の複数の導電駆動経路を含む）、基部または支持体５４０が含まれる。一実施形態で、導電駆動経路５１５、５３５は、それぞれ基板５１０上と支持体５４０上に設けられて、行を形成し、感知導電経路は、基板５１０上に設けられて、列を形成する。したがって、動作中に、第１駆動経路５１５が、第１時間期間中に駆動され（一時に１つずつ）、これと同一の時間中に、感知経路５２０が、１つまたは複数の化粧層タッチの位置を表すイメージを入手するために問い合わされる。同様に、第２駆動経路５３５が、第２時間期間中に駆動され（一時に１つずつ）、それと同一の時間中に、感知経路５２０が、やはり、今回は化粧層５０５に加えられた力の強さすなわち強度を表すイメージを入手するために問い合わされる。相互キャパシタンスの原理に基づくタッチ検出用のコンピュータ入力デバイス（たとえば、タッチ・パッド）の動作は、その全体を組み込まれる、Ｓｔｅｖｅ Ｈｏｔｅｌｌｉｎｇ、Ｊｏｓｈｕａ Ａ． Ｓｔｒｉｃｋｏｎ、Ｂｒｉａｎ Ｑ． Ｈｕｐｐｉによる米国特許出願第１０／８４０８６２号、「Ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ Ｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎ」に記載されている。
図６を参照すると、本発明のもう１つの実施形態による位置−力タッチ・パッド６００が断面図で示されている。この実施形態では、化粧層６０５に、ポリエステルまたはポリカーボネート薄膜が含まれる。層６１０には、アクリルベースの感圧接着剤または紫外光硬化接着剤が含まれる。層６１５は、「上」面に（すなわち、化粧層６０５に向かって）第１方向に向けられた第１の複数の導電駆動トレース６２０と、「下」面に第２方向に向けられた複数の導電感知トレース６２５とを有する両面回路ボードとして機能する。一実施形態で、回路基板層６１５には、ポリエチレン・テレフタレート（「ＰＥＴ」）などの低温プラスチックまたは熱可塑性樹脂が含まれる。この実施形態では、駆動トレース６２０と感知トレース６２５に、プリントされた銀インクを含めることができる。もう１つの実施形態では、回路基板層６１５に、フレキシブル回路ボードまたはファイバグラスもしくはガラスが含まれ、駆動トレースと感知トレース（６２０、６２５）に、インジウム酸化スズ（「ＩＴＯ」）または銅が含まれる。層６３０には、一実施形態で、接着剤−ＰＥＴー接着剤からなる層状組合せが含まれ、ここで、接着剤構成要素は、上で層６１０に関して説明したものである。層６３５、６４０、６４５には、変化する厚さのＰＥＴが含まれる。図示されているように、層６４０の「下」面は、その上に、第１導電駆動トレース６２０と実質的に同一方位に向けられた第２の複数の導電駆動トレース６５０が固定されている。突起し、空間的にオフセットした支持構造体６５５と層６６０にも、接着剤−ＰＥＴ−接着剤（層６３０に似る、上を参照されたい）からなる層状組合せが含まれる。層６０５〜６６０は、基部またはスチフナ・プレート６６５に固定され、これによって支持される。たとえば、ポータブル・コンピュータ・システムまたはノートブック・コンピュータ・システムでは、基部６６５を、そのコンピュータ・システムのフレームの一部である金属スタンピングなどの堅い材料から形成することができる。同様に、基部６６５を、携帯情報端末や携帯電話機内の内部フレーミングとすることができる。表１は、タッチ・パッド６００の一実施形態の層６００〜６６０のそれぞれの厚さを識別する表である。
Figure 0005611282
動作中に、タッチ・パッド６００は、化粧層６０５が１つまたは複数の位置で触れられることに起因するキャパシタンスの変化（たとえば、減少）を、駆動トレース６２０と感知トレース６２５との間の相互キャパシタンスを介して測定する。上で説明した形で、タッチ・パッド６００は、感知トレース６２５と駆動トレース６５０がより近くに近接するようにされる時に、これらの間の相互キャパシタンスの測定された変化（たとえば、増加）を介して、化粧層に加えられる力をも測定する。この実施形態では、突起した構造体６５５は、駆動トレースの第２層（６５０）の両側で使用されて、追加の移動検出能力を与える。
測定動作中に、駆動トレース６２０のそれぞれが順番に刺激され、それと同時に、駆動トレース６２０と感知トレース６２５との間の相互キャパシタンスの変化が測定される。
駆動トレース６２０のそれぞれが刺激され（かつ、キャパシタンスの対応する変化が感知トレース６２５を介して測定され）たならば、駆動トレース６５０のそれぞれが、順番に駆動され、感知トレース６２５が、力に関連する相互キャパシタンスの変化（すなわち、加えられた力に起因するトレース６２５と６５０との間の相互キャパシタンス変化）を判定するのに使用される。この形で、化粧層６０５への「タッチ」入力と「力」入力との両方のイメージを入手することができる。
当業者は、上で説明した「スキャン」シーケンスが必要ではないことを認めるであろう。たとえば、駆動トレース６２０、６５０を、オーバーラップする形で刺激することができ、駆動トレース６２０内の第１トレースを刺激し、これに駆動トレース６５０内の第１トレースを続け、これに駆動トレース６２０内の第２トレースを続けるなどとすることができる。その代わりに、駆動トレース６２０内のトレースのグループをまず刺激し、これに駆動トレース６５０内のトレースのグループを続けるなどとすることができる。
一実施形態で、駆動トレース６２０（タッチ位置測定動作に関連する）は、駆動トレース６５０（力測定動作に関連する）と感知トレース６２５（位置測定動作と力測定動作との両方の間に使用される）と異なる幾何形状を使用する。図７を参照すると、駆動トレース６２０が、内部浮動プレート構造体７００を使用し、さらに、感知トレース６２５と駆動トレース６５０（この両方が、図示の実施形態では同一の物理的サイズ／構造を有する）に使用される導電トレースのいずれよりも物理的に大きい導電トレースを利用することがわかる。この構成が、１つまたは複数の物体（たとえば、指またはスタイラス）が化粧面６０５に接触しまたは非常に近接する場所を判定するための感度を高くすることがわかっている。
図８Ａを参照すると、本発明による組み合わされたタッチ−力感知タッチ・パッドのもう１つの実施形態（タッチ・パッド８００）では、突起した構造体６５５を、ビードまたはポリマ・ドット８０５（ゴム・ドットまたはエラストマ・ドットとも称する）に置換することができる。この実施形態では、ビード８０５は、突起した構造体６５５（図６参照）に似た形で動作する。図示されているように、ビード８０５は、薄い接着剤層８１０の上に乗り、加えられる力が存在しない時に層６３０、６４０を指定された距離に保つサイズにされている。ビード８０５の１つの例示的なレイアウトと間隔を、図８Ｂ（平面図）と８Ｃ（断面）に示す。表２は、前に図示されたタッチ・パッド６００と異なる、タッチ・パッド８００の各構成要素の近似寸法を識別する表である。
Figure 0005611282
図９Ａを参照すると、本発明による組み合わされたタッチ−力感知タッチ・パッドのもう１つの実施形態（タッチ・パッド９００）では、変形可能なビードまたはエラストマ・ドット９０５の単一の層が使用される。タッチ・パッド９００では、薄い接着剤層９１０が、ビードをタッチ・パッド構造の残りに機械的に結合し、この構造自体を基部６６５に機械的に結合するのに使用される。変形可能なビード９０５の１つの例示的なレイアウトと間隔を、図９Ｂ（平面図）と９Ｃ（断面）に示す。表３は、前に図示されたタッチ・パッド６００と異なる、タッチ・パッド９００の各構成要素の近似寸法を識別する表である。
Figure 0005611282
図１０Ａを参照すると、本発明による組み合わされたタッチ−力感知タッチ・パッドのもう１つの実施形態（タッチ・パッド１０００）では、ばね膜１００５が、突起した構造体（たとえば、５３０、６５５）または変形可能なビード（たとえば、８０５、９０５）の代わりに使用される。タッチ・パッド１０００では、薄い接着剤層１０１０が、ＰＥＴばね１００５を層６３５、６４０に機械的に結合すると同時に、層６４５を基部６６５に機械的に結合するのに使用される。図１０Ｂを参照すると、一実施形態で、ばね膜には、距離対高さ比（すなわち、ａ／ｂ）が通常は約１０：１から５０：１までの範囲内にあるＰＥＴの単一の波状シートが含まれる。当業者は、任意の所与の実施形態で使用される正確な値が、たとえばタッチ・パッド面の物理的サイズ、全たわみについて指定される重さの量（たとえば、２００グラム）、ユーザに提示される「剛性」の所望の感覚などのさまざまな要因に起因して変化する場合があることを認めるであろう。表４は、前に図示されたタッチ・パッド６００と異なる、タッチ・パッド１０００の各構成要素の近似寸法を識別する表である。
Figure 0005611282
図１１Ａを参照すると、もう１つの実施形態で、波状ばね膜１００５を、くぼみ付きばね膜１１０５に置換することができる。この実施形態では、ばね膜１１０５は、たとえば熱成形技法または真空成形技法によって、その中にくぼみを形成された変形可能な材料（たとえば、ＰＥＴ）の単一のシートである。図１１Ｂ、１１Ｃに、２つの可能なくぼみ配置の上面図を示す。くぼみ付き膜１１０５の２つの例示的なレイアウト（上面図）が、図１１Ｂ、１１Ｃに示されている。図１１Ａ〜１１Ｃで使用されている「＋」記号は、突起した領域を表し、「−」記号は、押し下げられた領域を表す。表５は、図１１Ａで指定された近似寸法「ａ」から「ｅ」を識別する表である。
Figure 0005611282
材料、構成要素、回路要素のさまざまな変更が、添付の特許請求の範囲から逸脱せずに可能である。たとえば、図１〜１０による駆動トレースおよび感知トレースを、直交するものとして説明した。しかし、駆動トレースが、感知トレースを横切るかこれと交差する形は、一般に、使用される座標系に依存する。たとえば、デカルト座標系では、感知トレースは、駆動トレースに直交であり、これによって、別個のｘ座標とｙ座標を有するノードが形成される。その代わりに、極座標系では、感知トレースを同心円とすることができ、駆動トレースを放射状に延びる線とすることができる（またはその逆）。
さらに、図１、２の実施形態では、駆動層１３５と駆動トレース１４０（および、したがって、コネクタ１４５）を、ばね膜１２５内とばね膜１２５上に組み込むことができる。すなわち、駆動トレース１４０を、柔軟な膜１２５の面に敷設するかエッチングすることができる。同様に、駆動トレース５３５を、柔軟な膜５２５（図５参照）に組み込み、その一部とすることができる。
当業者は、図８、９によるビード（図８および９参照）を、突起した構造体１３０、５３０、、６５５（図１、２Ａ、２Ｂ、５、、６参照）の代わりに使用することもできることをも認めるであろう。同様に、ばね機構１００５（図１０参照）、１１０５（図１１参照）を、ビード８０５（図８参照）、変形可能なビード８０５、９０５（図８、９参照）、または突起した構造体１３０、５３０、、６５５（図１、５、、６参照）の代わりに使用することができる。
図１２Ａを参照すると、もう１つの実施形態で、本発明による力検出を、タッチパッドではなくディスプレイ・ユニットに組み込むことができる。たとえば、システム１２００には、プロセッサ１２０５、標準的な入出力（「Ｉ／Ｏ」）デバイス１２１０（たとえば、キーボード、マウス、タッチ・パッド、ジョイ・スティック、音声入力）、本発明による力検出能力を組み込んだディスプレイ１２１５が含まれる。図１２Ｂを参照すると、この実施形態では、ディスプレイ１２１５に、ディスプレイ要素１２２０、ディスプレイ要素エレクトロニクス１２２５、力要素１２３０、力エレクトロニクス１２３５が含まれる。この形で、ユーザ１２４０は、力要素１２３０を通じてディスプレイ１２００のディスプレイ要素１２２０を見る。一例として、ディスプレイ要素１２２０とエレクトロニクス１２２５に、普通の液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）ディスプレイを含めることができる。力要素１２３０に、力のみのセンサ（たとえば、図１および２の実施形態に似た）または力と位置センサ（たとえば、図５〜１１の実施形態に似た）を含めることができる。力エレクトロニクス１２３５に、図４で説明した処理回路を含めることができる。すなわち、力エレクトロニクス１２３５は、本発明によるタッチ・パッドに関して説明したように、相互キャパシタンス信号を駆動し、感知することができる。
当業者は、説明された力検出テクノロジの使用が、ディスプレイ１２１５に適用される時に、ＩＴＯ（すなわち、不透明な銅ではなく）によって得られるものなどの透明なまたは実質的に透明な駆動トレースと感知トレースを利用しなければならないことを認めるであろう。同様に、加えられる力を検出するのに使用されるトレースの第１層（たとえば、駆動トレース）とトレースの第２層（たとえば、感知トレース）との間のギャップ（上の議論を参照されたい）は、透明または実質的に透明でなければならない。たとえば、圧縮可能な透明スペーサを使用して、オフセットした突起した構造体１３０、支持構造体６５５、変形可能なビード８０５、９０５、またはばね膜１００５、１１０５を実施することができる。
本願において開示される実施形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
（１）第１面上で第１方向に向けられた第１の複数の導電トレースを有する第１層と、 第１面上で第２方向に向けられた第２の複数の導電トレースを有する第２層と、
前記第１層と前記第２層との間に並置された変形可能な誘電体膜と
を含み、前記第１と第２の複数の導電トレースが、力が前記第１層に加えられる時にキャパシタンス・イメージを作成するように適合され、前記キャパシタンス・イメージが、前記加えられた力の強さを示す
力イメージング・タッチ・パッド。
（２）前記第１の複数の導電トレースと前記第２の複数の導電トレースが、実質的に直交する上記（１）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（３）前記変形可能な誘電体膜が、
前記第１層に向かって向けられた第１面と前記第２層に向かって向けられた第２面を有する実質的に平坦な膜と、
前記実質的に平坦な膜の前記第１面に結合された第１の複数の突起した構造体と、
前記実質的に平坦な膜の前記第２面に結合された第２の複数の突起した構造体であって、前記第１の複数の突起した構造体から実質的にオフセットされている、前記第２の複数の突起した構造体と
を含む上記（１）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（４）前記変形可能な誘電体膜が、
実質的に平坦な膜と、
前記実質的に平坦な膜の１面に固定された複数の変形可能ビードであって、力が前記第２層に向かって前記第１層に加えられる時に圧縮されるように適合される、前記複数の変形可能ビードと
を含む上記（１）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（５）前記変形可能な誘電体膜が、１つまたは複数の熱可塑性ばねを含む上記（１）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（６）前記変形可能な誘電体膜が、くぼみ付き変形可能膜を含む上記（１）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（７）前記熱可塑性ばねが、ポリエチレン・テレフタレートからなる上記（５）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（８）前記第１と第２の複数の導電トレースに電気的に結合された相互キャパシタンス測定回路をさらに含む上記（１）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（９）第１面上で第１方向に向けられた第１の複数の導電トレースと第２面上で第２方向に向けられた第２の複数の導電トレースを有する第１層と、
実質的に前記第１方向に向けられた第３の複数の導電トレースを有する第２層と、
基部層と、
前記第１層と前記第２層との間に並置された第１変形可能膜と、
前記第２層と前記基部層との間に並置された第２変形可能膜と
を含み、前記第１と第２の複数の導電トレースが、１つまたは複数の物体が前記第１面に非常に近接するようになる時に第１キャパシタンス・イメージを作成するように適合され、前記第１キャパシタンス・イメージが、前記１つまたは複数の物体が前記第１面に対して相対的にどこに置かれているかを示し、
前記第２と第３の複数の導電トレースが、力が前記第１層に加えられる時に第２キャパシタンス・イメージを作成するように適合され、前記第２キャパシタンス・イメージが、前記加えられた力の強さを示す
力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（１０）前記第１層が、フレキシブル回路ボードを含む上記（９）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（１１）前記第１層が、熱可塑性樹脂の１つまたは複数の層を含む上記（９）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（１２）前記第１の複数の導電トレースと前記第２の複数の導電トレースが、実質的に直交する上記（９）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（１３）前記第２層が、フレキシブル回路ボードを含む上記（９）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（１４）前記第２層が、熱可塑性樹脂の１つまたは複数の層を含む上記（９）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（１５）前記第１変形可能膜が第１の複数の突起した構造体を含み、前記第２変形可能膜が第２の複数の突起した構造体を含み、前記第１と第２の突起した構造体が、互いから実質的に空間的にオフセットされている上記（９）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（１６）前記第１と第２の複数の突起した構造体が熱可塑性樹脂を含む上記（１５）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（１７）前記第１変形可能膜が第１の複数の変形可能ビードを含み、前記第２変形可能膜が第２の複数の変形可能ビードを含み、前記第１と第２の複数の変形可能ビードが互いから実質的に空間的にオフセットされている上記（９）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（１８）前記変形可能ビードがエラストマ・ビードを含む上記（１７）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（１９）前記第１と第２の複数の突起した構造体のそれぞれが１つまたは複数の熱可塑性ばねを含む上記（９）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（２０）前記熱可塑性ばねがポリエチレン・テレフタレートからなる上記（１９）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（２１）前記第１、第２、第３の複数の導電トレースに電気的に結合された相互キャパシタンス測定回路をさらに含む上記（９）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（２２）第１方向に向けられた第１の複数の導電トレースを有する第１面と、
第２方向に向けられた第２の複数の導電トレースを有する第２面であって、前記第１と第２面が、互いに並置され、互いから電気的に絶縁される、前記第２面と、
実質的に前記第１方向に向けられた第３の複数の導電トレースを有する第３面と、
前記第２層と前記第３層との間の変形可能な膜と
を含み、前記第１と第２の複数の導電トレースが、１つまたは複数の物体が前記第１面に非常に近接する時に第１キャパシタンス・イメージを作成するように適合され、前記第１キャパシタンス・イメージが、前記１つまたは複数の物体が前記第１面に対して相対的にどこに置かれているかを示し、
前記第２と第３の複数の導電トレースが、力が前記第１面に加えられる時に第２キャパシタンス・イメージを作成するように適合され、前記第２キャパシタンス・イメージが、前記加えられた力の強さを示す
力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（２３）前記第１と第２面が、共通の層の面である上記（２２）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（２４）前記共通の層が、フレキシブル回路ボードを含む上記（２３）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（２５）前記共通の層が、熱可塑性樹脂の１つまたは複数の層を含む上記（２３）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（２６）前記第１の複数の導電トレースと前記第２の複数の導電トレースが実質的に直交する上記（２２）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（２７）前記第３面が、熱可塑性樹脂を含む上記（２２）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（２８）前記変形可能な膜が、
前記第１の複数の導電トレースに向かって向けられた第１面と前記第３の複数の導電トレースに向かって向けられた第２面とを有する実質的に平坦な膜と、
前記実質的に平坦な膜の前記第１面に結合された第１の複数の突起した構造体と、
前記実質的に平坦な膜の前記第２面に結合された第２の複数の突起した構造体であって、前記第１の複数の突起した構造体から実質的に空間的にオフセットされている、前記第２の複数の突起した構造体と
を含む上記（２２）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（２９）前記変形可能な膜が、
実質的に平坦な膜と、
前記実質的に平坦な膜の１面に固定された複数の変形可能ビードであって、力が前記第２層に向かって前記第１層に加えられる時に圧縮されるように適合される、前記複数の変形可能ビードと
を含む上記（２２）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（３０）前記変形可能な膜がくぼみ付き変形可能膜を含む上記（２２）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（３１）前記変形可能ビードがポリマを含む上記（２９）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（３２）前記変形可能な膜が１つまたは複数の熱可塑性ばねを含む上記（２２）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（３３）前記熱可塑性樹脂がポリエチレン・テレフタレートからなる上記（３２）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（３４）前記第１、第２、第３の複数の導電トレースに電気的に結合された相互キャパシタンス測定回路をさらに含む上記（２２）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（３５）処理ユニットと、
前記処理ユニットに機能的に結合されたディスプレイ・ユニットと、
前記処理ユニットに機能的に結合された相互キャパシタンス測定回路と、
上記（９）と（２２）のうちの一項に記載の、前記相互キャパシタンス測定回路に機能的に結合された力と位置イメージング・タッチ・パッドと
を含む電子デバイス。
（３６）前記電子デバイスがコンピュータ・システムからなる上記（３５）に記載の電子デバイス。
（３７）前記電子デバイスが携帯電話機からなる上記（３５）に記載の電子デバイス。
（３８）前記電子デバイスが、携帯情報端末からなる上記（３５）に記載の電子デバイス。
（３９）第１面上で第１方向に向けられた第１の複数の導電トレースを有する第１層と、
第１面と第２面を有する変形可能な誘電体膜であって、前記第１面が、前記第１層に並置され、前記第２面が、第２方向に向けられた第２の複数の導電トレースを有する、前記変形可能な誘電体膜と
を含み、前記第１と第２の複数の導電トレースが、力が前記第１層に加えられる時にキャパシタンス・イメージを作成するように適合され、前記キャパシタンス・イメージが、前記加えられた力の強さを示す
力イメージング・タッチ・パッド。
（４０）前記第１の複数の導電トレースと前記第２の複数の導電トレースが実質的に直交する上記（３９）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（４１）前記変形可能な誘電体膜が、
前記第１と第２面を有する実質的に平坦な膜と、
前記実質的に平坦な膜の前記第１面に結合された第１の複数の突起した構造体と、
前記実質的に平坦な膜の前記第２面に結合された第２の複数の突起した構造体であって、前記第１の複数の突起した構造体から実質的にオフセットされている、前記第２の複数の突起した構造体と
を含む上記（３９）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（４２）前記変形可能な誘電体膜が、
前記第１と第２面を有する実質的に平坦な膜と、
前記実質的に平坦な膜の１面に固定された複数の変形可能ビードであって、力が前記第２層に向かって前記第１層に加えられる時に圧縮されるように適合される、前記複数の変形可能ビードと
を含む上記（３９）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（４３）前記第１と第２の複数の導電トレースに電気的に結合された相互キャパシタンス測定回路をさらに含む上記（３９）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（４４）前記第１層の第２面上の第３の複数の導電トレースをさらに含み、前記変形可能な誘電体膜が、前記第１の複数の導電トレースよりも前記第３の複数の導電トレースの近くに並置され、前記第３の複数の導電トレースが第３方向に向けられ、さらに、前記第１と第３の複数の導電トレースが、物体が前記第１層に接触するようにされる時に、キャパシタンス・イメージを作成するように適合され、前記キャパシタンス・イメージが、前記第１層の前記第１面に対する相対的な、前記物体が前記第１面に接触する位置を示す上記（３９）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（４５）前記第１と第３方位が実質的に同一であり、前記第２方位がこれらに対して実質的に直交である上記（４４）に記載の力イメージング・タッチ・パッド。
（４６）第１面上で第１方向に向けられた第１の複数の導電トレースと第２面上で第２方向に向けられた第２の複数の導電トレースを有する第１層と、
第１面と第２面を有する変形可能な誘電体膜であって、前記第１面が前記第１層に並置され、前記第２面が実質的に前記第１方向に向けられた第３の複数の導電トレースを有する、前記変形可能な誘電体膜と、
前記変形可能な誘電体膜の前記第２面に並置された基部層と
を含み、前記第１と第２の複数の導電トレースが、１つまたは複数の物体が前記第１面に非常に近接するようにされる時に、第１キャパシタンス・イメージを作成するように適合され、前記第１キャパシタンス・イメージが、前記１つまたは複数の物体が前記第１面に対して相対的にどこに置かれるかを示し、
前記第２と第３の複数の導電トレースが、力が前記第１層に加えられる時に、第２キャパシタンス・イメージを作成するように適合され、前記第２キャパシタンス・イメージが前記加えられた力の強さを示す
力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（４７）前記第１層がフレキシブル回路ボードを含む上記（４６）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（４８）前記第１層が熱可塑性樹脂の１つまたは複数の層を含む上記（４６）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（４９）前記第１の複数の導電トレースと前記第２の複数の導電トレースが実質的に直交する上記（４６）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（５０）前記第２層がフレキシブル回路ボードを含む上記（４６）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（５１）前記第２層が熱可塑性樹脂の１つまたは複数の層を含む上記（４６）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（５２）前記変形可能な膜が、前記変形可能な膜の前記第１面に並置された第１の複数の突起した構造体と、前記変形可能な膜の前記第２面に並置された第２の複数の突起した構造体とを含み、前記第１と第２の複数の突起した構造体が、互いから実質的に空間的にオフセットされている上記（４６）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（５３）前記第１と第２の複数の突起した構造体が、熱可塑性樹脂を含む上記（５２）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（５４）前記変形可能な膜が、さらに、第１の複数の変形可能ビードを含む上記（４６）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（５５）前記変形可能ビードがエラストマ・ビードを含む上記（５４）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（５６）前記第１、第２、第３の複数の導電トレースに電気的に結合された相互キャパシタンス測定回路をさらに含む上記（４６）に記載の力と位置イメージング・タッチ・パッド。
（５７）ディスプレイ要素と、
その第１面上で第１方向に向けられた第１の複数の実質的に透明の導電トレースを有する第１層であって、前記ディスプレイ要素の第１面に隣接する、前記第１層と、
その第１面上で第２方向に向けられた第２の複数の実質的に透明の導電トレースを有する第２層であって、前記第１層が、前記第２層と前記ディスプレイ要素との間に並置される、前記第２層と、
前記第１層と前記第２層との間に並置された、変形可能な実質的に透明の誘電体膜と
を含み、前記第１と第２の複数の導電トレースが、力が前記第２層に加えられる時にキャパシタンス・イメージを作成するように適合され、前記キャパシタンス・イメージが前記加えられた力の強さを示す
力イメージング・ディスプレイ。
（５８）前記ディスプレイ要素が、液晶ディスプレイ要素を含む上記（５７）に記載の力イメージング・ディスプレイ。
（５９）前記第１と第２層が、インジウム酸化スズ・トレースを含む上記（５７）に記載の力イメージング・ディスプレイ。
（６０）前記第１の複数の実質的に透明の導電トレースと前記第２の複数の実質的に透明の導電トレースが実質的に直交する上記（５７）に記載の力イメージング・ディスプレイ。
（６１）前記実質的に透明の変形可能な誘電体膜が、
前記第１層に向かって向けられた第１面と前記第２層に向かって向けられた第２面を有する実質的に平坦な膜と、
前記実質的に平坦な膜の前記第１面に結合された第１の複数の突起した構造体と、
前記実質的に平坦な膜の前記第２面に結合された第２の複数の突起した構造体であって、前記第１の複数の突起した構造体から実質的にオフセットされている、前記第２の複数の突起した構造体と
を含む上記（５７）に記載の力イメージング・ディスプレイ。
（６２）前記実質的に透明の変形可能な誘電体膜が、
実質的に平坦な膜と、
前記実質的に平坦な膜の１面に固定された複数の変形可能ビードであって、前記変形可能ビードが、力が前記第２層に向かって前記第１層に加えられる時に圧縮されるように適合される、前記複数の変形可能ビードと
を含む上記（５７）に記載の力イメージング・ディスプレイ。
１００ タッチ・パッド・デバイス、１０５ 化粧層、１１０ 感知層、１１５ 導電経路、１２０ 電気コネクタ、１２５ 誘電ばね層、１３０ 突起した構造体、１３５ 駆動層、１４０ 導電経路、１４５ 電気コネクタ、１５０ 基部または支持体

Claims (11)

  1. 第１の表面上の力入力を受け取る第１の部材であって、前記力入力の位置を検出するための駆動信号を受け取るように構成された第１の導電性素子を含む、第１の部材と、
    第２の表面上の複数の感知トレースと、
    前記力入力の強度を検出するための第２の駆動信号を受け取るように構成された第２の導電性素子を含む第２の部材と、を備え、
    前記第２の部材は、機構を介して前記第１の部材と空間的に分離され、前記第１の表面によって前記力入力が受け取られたとき、前記機構により前記第１及び第２の部材が接近し、
    前記第１の部材及び前記複数の感知トレースは、前記力入力の前記位置のイメージに関する情報を生成するように構成され、前記第２の部材及び前記複数の感知トレースは、前記力入力の前記強度のイメージに関する情報を生成するように構成される、位置及び力イメージングシステム。
  2. 前記第１の導電性素子が、第１の複数の導電トレースを含む、請求項１に記載の位置及び力イメージングシステム。
  3. 前記第１の部材と前記第２の部材の間に配置された変形可能な部材をさらに備え、
    前記変形可能な部材が前記機構を提供する、請求項１に記載の位置及び力イメージングシステム。
  4. 前記変形可能な部材が誘電体膜を含む、請求項３に記載の位置及び力イメージングシステム。
  5. 前記第２の部材に隣接する基部層をさらに備える、請求項１に記載の位置及び力イメージングシステム。
  6. 前記機構は、少なくとも部分的に前記第１の部材と前記第２の部材の間に配置され、前記第１及び第２の部材の少なくとも一部と接触する変形可能な部材を備える、請求項１に記載の位置及び力イメージングシステム。
  7. 前記第２の導電性素子が、第２の複数の導電トレースを含む、請求項２に記載の位置及び力イメージングシステム。
  8. 前記複数の感知トレースは、第１の時間の間、前記力入力の前記位置を感知するように構成され、第２の時間の間、前記力入力の前記強度を感知するように構成される、請求項１に記載の位置及び力イメージングシステム。
  9. 前記情報を受け取り、前記力入力の前記強度及び位置のイメージを算出し、前記力入力の前記強度及び位置のイメージを表す信号を送信するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項１に記載の位置及び力イメージングシステム。
  10. 前記信号を受信して、前記力入力の前記強度及び位置のイメージに基づいて、コマンドアクション及び制御アクションを実行するホストプロセッサをさらに備える、請求項９に記載の位置及び力イメージングシステム。
  11. 前記コマンドアクション及び制御アクションは、ディスプレイユニットに表示された物体を選択することを含む、請求項１０に記載の位置及び力イメージングシステム。
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