JP6129994B2 - 局所化された力の感知の為の装置および方法 - Google Patents

Description

優先権情報

[0001]本願は、２０１３年３月１５日に出願された米国非仮出願第１３／８３８，００３号、２０１３年２月２７日に出願された米国仮出願第６１／７７０，０７４号に対する優先権を主張する。

発明の分野

[0002]本発明は、全体的に、エレクトロニック装置に関し、具体的には、ユーザインタフェース入力を生み出す為のセンサ装置およびセンサ装置を使用することに関する。

発明の背景

[0003]（一般にタッチパッドまたはタッチセンサ装置と呼ばれる）近接センサ装置を含む入力装置は、様々なエレクトロニックシステムに広く使用される。近接センサ装置は、概して、感知領域を含み、頻繁に表面によって境界が画定され、ここで、近接センサは、一つ又は複数の入力対象物の存在、場所および／または運動を決定する。近接センサ装置は、エレクトロニックシステムの為のインタフェースを与える為に使用されてもよい。たとえば、近接センサ装置は、より大きな計算システムの為の入力装置（例えば、ノートブックやデスクトップコンピュータに内蔵される不透明タッチパッドや、ノートブックやデスクトップコンピュータ）に対する周辺装置）として頻繁に使用される。近接センサ装置は、また、より小さな計算システム（例えば、携帯電話機に一体化されるタッチスクリーン）にも頻繁に使用される。

[0004]近接センサ装置は、関連したエレクトロニックシステムの制御を可能にする為に使用可能である。たとえば、近接センサ装置は、ノートブックコンピュータやデスクトップコンピュータを含む、より大きな計算システムの為の入力装置として頻繁に使用される。近接センサ装置は、また、パーソナル携帯情報機器（ＰＤＡ）、遠隔制御のような携帯システムと、無線電話機、テキストメッセージシステムのような通信システムとを含む、より小さなシステムにも頻繁に使用される。次第に、近接センサ装置は、ＣＤ，ＤＶＤ，ＭＰ３、ビデオ、他の媒体記録または再生のような媒体システムに使用される。近接センサ装置は、相互作用する計算システムと一体化が可能であり、計算システムに対する周辺装置にもなり得る。

[0005]幾つかの入力装置は、入力装置の感知領域と相互作用する入力対象物の為の位置情報を決定することに加えて、加えられた力を検出する能力を有する。しかしながら、現在知られた力／タッチ入力装置は、力が加えられた位置および／または強度を正確に決定するため、それらの能力が制限されている。これは、入力装置を可能にする、現在知られた力の柔軟性、使用可能性を限定する。そのため、加えられた力の位置および／または強度が精密に決定可能な、改善された力の増強された入力装置が必要である。

発明の簡単な概要

[0006]本発明の実施形態は、改善されたデバイスの有用性を促進する装置および方法を提供する。この装置および方法は、圧縮剛性を有する圧縮層上にかぶせられた、曲げ剛性を有するしなやかな構成要素の使用を通じて、改善されたユーザインタフェースを提供し、それによって、容量性入力装置の感知表面にわたって均一に分布される局所的な曲げ区画を促進する。入力対象物によって入力表面に加えられる力に応じて、結果として生じる圧縮された領域が複数の力レシーバ電極の座標配置にわたって広げられるように、曲げ剛性と圧縮剛性の比が構成される。したがって、加えられた力の大きさおよび／または座標位置を正確に決定するために、座標配置に関連付けられた力のデータが挿入される。

[0007]以下、同様の表示が同様の要素を示す添付図面と共に、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に従う入力装置および処理システムを含む例示的なエレクトロニックシステムのブロック図である。 図２は、本発明の実施形態に従う例示的な処理システムの概略図である。 図３Ａは、本発明の実施形態に従う圧力画像センサの積み重ねた概略の斜視図である。 図３Ｂは、本発明の実施形態に従う図３Ａの圧力画像センサを積み重ねた代替え実施形態の概略の斜視図である。 図３Ｃは、本発明の実施形態に従う圧力画像センサを積み重ねた更なる実施形態の概略の斜視図である。 図３Ｄは、圧縮可能な層を含む入力装置の積み重ねた代替え実施形態の横断面図である。 図４は、本発明の実施形態に従う図３の積み重ねた一部の概略横断面図である。 図５は、本発明の実施形態に従う線形特性バネとしてモデル化された圧縮可能な層と変形されたしなやかな構成要素を示す図３の積重ね部の一部の概略横断面図である。 図６Ａは、本発明の実施形態に従う入力装置の平面図である。 図６Ｂは、本発明の実施形態に従う図６Ａの入力装置のＶＩ−ＶＩ線に沿った横断面図である。 図７Ａは、しなやかな構成要素、圧縮可能な層、サポート層を含む例示的な入力装置の積重ね部の代表的な横断面図である。 図７Ｂは、しなやかな構成要素、圧縮可能な層、サポート層を含む例示的な入力装置の積重ね部の代表的な横断面図である。 図７Ｃは、しなやかな構成要素、圧縮可能な層、サポート層を含む例示的な入力装置の積重ね部の代表的な横断面図である。 図８は、本発明の実施形態に従う圧縮可能な層の斜視図である。 図９は、本発明の実施形態に従う電極層の斜視図である。 図１０は、本発明の実施形態に従う図７の電極層と接合された図６の圧縮可能な層の斜視図である。 図１１は、本発明の更なる実施形態に従う例示的な入力装置の横断面図である。 図１２は、本発明の実施形態に従う感知領域において入力対象物の為のタッチ情報と力を定めるために、電極を駆動して信号を受信するようにエレクトロニックシステムを作動する方法のフローチャートである。

発明の詳細な説明

[0024]以下の詳細な説明は、単なる例示であり、本発明、本発明の応用、用途を限定する意図は無い。さらに、先の技術的分野、背景、簡単な概要または以下の詳細な説明において提示された、明示または暗黙の、いかなる理論によっても拘束されるべきという意図は無い。

[0025]図に戻ると、図１は、本発明の実施形態に従う例示的入力装置１００のブロック図である。入力装置１００は、エレクトロニックシステム（図示せず）に入力を与えるように構成されてもよい。この明細書で使用されるように、用語「エレクトロニックシステム」または「エレクトロニック装置」は、広く、電子的に情報を処理することができる全てのシステムを指す。電子システムの、幾つかの限定されない実施例には、あらゆるサイズ、形状のパーソナルコンピュータを含み、たとえば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、タブレット、ウェブブラウザ、電子書籍リーダー、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）がある。追加の実施例のエレクトロニックシステムは、入力装置１００と、分離したジョイスティックやキースイッチを含む物理的なキーボードのような複合入力装置を含む。更なる実施例のエレクトロニックシステムは、（遠隔制御装置やマウスを含む）データ入力装置、（ディスプレイやプリンタを含む）データ出力装置のような周辺装置を含む。他の実施例は、遠隔端末機、キオスク、ビデオゲーム機（例えば、ビデオゲームコンソール、ポータブルゲーム装置など）を含む。他の実施例は、（スマートフォンのような携帯電話機を含む）通信装置、（レコーダ、エディタ、テレビのようなプレーヤ、セットトップボックス、ミュージックプレーヤ、デジタルフォトフレーム、デジタルカメラを含む）メディア装置を含む。追加で、エレクトロニックシステムは、入力装置に対して、ホストまたはスレーブでもよい。

[0026]入力装置１００は、エレクトロニックシステムの物理的な一部として実現されてもよく、あるいは、エレクトロニックシステムから物理的に分離可能である。適切な方法で、入力装置１００は、以下（バス、ネットワーク、他の有線または無線の相互接続）の一つ以上を使用して、エレクトロニックシステムの一部と通信してもよい。実施例には、Ｉ２Ｃ，ＳＰＩ，ＰＳ／２、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ブルートゥース、ＲＦ、ＩＲＤＡを含む。

[0027]好ましい実施形態において、入力装置１００は、処理システム１１０，感知領域１２０を含む感圧タッチパッドシステム（a force enabled touchpad system）のように実現される。（「タッチパッド」ともよく呼ばれる）感知領域１２０は、感知領域１２０において、一つ又は複数の入力対象物１４０によって与えられた入力を感知するように構成される。実施例の入力対象物は、指、親指、手のひら、スタイラスを含む。感知領域１２０は、矩形として概略的に図示されているが、感知領域は、都合の良い形状であり、タッチパッドの表面上の所望の配置および／またはタッチパッドに一体化されたものでもよいことが分かる。

[0028]ユーザの入力（例えば、一つ又は複数の入力対象物１４０によって与えられるユーザの入力）を検出可能な入力装置１００の上方の空間（例えば、ホバリング）、周り、内部および／または付近を感知領域１２０が囲んでもよい。特定の感知領域の大きさ、形状、配置は、実施形態から実施形態で、広く異なってもよい。幾つかの実施形態において、感知領域１２０は、信号対雑音比が十分に正確な対象物の検出を妨げるまで、入力装置１００の表面から一つ又は複数の方向で空間に延びる。様々な実施形態において、この感知領域１２０が特定方向に延びる距離は、ミリメートル未満、ミリメートル、センチメートル、あるいはそれ以上のオーダーでもよく、使用される感知技術の型式や所望の精度で著しく異なってもよい。そのため、幾つかの実施形態は、入力装置１００の表面との非接触、入力装置１００の入力表面（例えば、タッチ表面）との接触、一定量の加えられた力または圧力と結合された入力装置１００の入力表面との接触、および／または、これらの組み合わせを有する入力を感知する。様々な実施形態において、入力表面は、任意のケーシング又はセンサ電極の全面に付けられるフェースシートによって、センサ電極が内部にあるケーシングの表面によって与えられてもよい。幾つかの実施形態において、感知領域１２０は、入力装置１００の入力表面に投影されたときに矩形の形状を有する。

[0029]入力装置は、感知される対象物の位置およびそのような対象物に加えられる力に応じて、データエントリを容易にすることによって、ユーザインタフェース機能性を与えるように適合される。特に、処理システムは、感知領域内でセンサによって感知される対象物の為の位置の情報を決定するように構成される。その後、位置の情報は、広範囲のユーザインタフェース機能性を与えるように当該システムによって使用可能である。さらに、処理システムは、センサによって決定された力の測定値から対象物の為の力の情報を決定するように構成される。それから、例えば、感知領域において対象物によって加えられる力の異なるレベルに応じて異なるユーザインタフェースの機能性を与えることによって、広範囲のユーザインタフェース機能性を与えるように、この力の情報は当該システムによって使用可能である。さらに、処理システムは、感知領域において感知される二つ以上の対象物の為の入力情報を決定するように構成されてもよい。入力情報は、力の情報、位置の情報、感知領域における及び／又は入力表面と接触する入力対象物の数、一つ又は複数の入力対象物が入力表面と接触状態またはその近傍にある時間の組み合わせに基づくことができる。それから、入力情報は、広範囲のユーザインタフェース機能性を与えるように、当該システムによって使用可能である。

[0030]入力装置は、感知領域内部の入力対象物の位置のような一つ又は複数の入力対象物（例えば、指、スタイラスなど）による入力に対して敏感である。入力装置がユーザの入力（例えば、一つ又は複数の入力対象物によって与えられるユーザの入力）を検出することができる入力装置の上方、周り、内部および／または付近の、いかなる空間をも感知領域は囲む。特定の感知領域の大きさ、形状、配置は、広く実施例によって異なってもよい。幾つかの実施形態において、感知領域は、信号対雑音比が著しく正確な対象物の検出を防止するまで、入力装置の表面から空間へと一方向または複数の方向に延びる。様々な実施形態において、この感知領域が特定方向に延びる距離は、ミリメートル未満、ミリメートル、センチメートル、あるいはそれ以上のオーダーでもよく、使用される感知技術の型式や所望の精度で著しく異なってもよい。そのため、幾つかの実施形態は、入力装置の任意表面との非接触、入力装置の入力表面（例えば、タッチ表面）との接触、加えられる一定量の力で結合される入力装置の入力表面との接触、および／または、それらの組み合わせを有する入力を感知する。様々な実施形態において、入力表面は、センサ電極または任意のケーシングにわたって付けられたフェースシートによって、内部にセンサ電極があるケーシングの表面によって与えられてもよい。

[0031]エレクトロニックシステム１００は、感知領域１２０において、あるいは、別の方法でタッチパッドと関連付けられて、ユーザの入力（例えば、力、近接）を検出するために、あらゆるセンサ構成要素及び感知技術の組み合わせを利用してもよい。入力装置１０２は、ユーザの入力を検出する為に、一つ又は複数の感知素子を備える。幾つかの非限定実施例のように、入力装置１００は、容量性技術、弾性技術、抵抗性技術、誘導性技術、磁性技術、音響技術、超音波技術および／または光学的技術を使用してもよい。

[0032]入力装置１００の、幾つかの抵抗性実施において、柔軟な導電性の第１層は、一つ又は複数のスペーサ要素によって、導電性の第２層から分離される。作動中、一つ又は複数の電圧勾配は、層にわたってつくられる。柔軟な第１層の押圧は、それを十分に撓ませ、層の間に電気接触をつくり、層の間の接触点を反映する電力出力が生じる。これらの電力出力は、位置の情報を決定する為に使用されてもよい。

[0033]入力装置１００の幾つかの誘導性実施において、一つ又は複数の感知素子は、共振コイル又はコイル対によって誘導されるループ電流をピックアップする。電流の大きさ、位相、周波数の一部の組み合わせは、その後、位置の情報を決定する為に使用されてもよい。

[0034]入力装置の幾つかの容量性実施において、電界をつくるように電圧または電流が印加される。近くで入力対象物は、電界の変化を引き起こし、検出可能な容量結合の変化を生み出すが、これは、電圧、電流などの変化として検出されてもよい。

[0035]幾つかの容量性実施は、電界をつくる為に、容量性感知素子の配列や他の規則正しいパターン又は不規則なパターンの感知素子を利用する。幾つかの容量性実施において、分離した感知素子は、より大きなセンサ電極を形成する為に、互いにオーム的に（ohmically）短絡させてもよい。幾つかの容量性実施は、均一な電気抵抗を有する抵抗シートを利用する。

[0036]幾つかの容量性実施は、センサ電極と入力対象物との間の容量結合の変化に基づき、「自己静電容量」（または、「絶対静電容量」）感知法を利用する。様々な実施形態において、センサ電極近くの入力対象物は、センサ電極付近の電界を変えるので、測定される容量結合を変える。一つの実施において、絶対静電容量感知法は、基準電圧に関しセンサ電極を変調させることによって、更に、センサ電極と入力対象物との間の容量結合を検出することによって、作動する。

[0037]幾つかの容量性実施は、センサ電極の間の容量結合の変化に基づき、「相互キャパシタンス」（又は、トランスキャパシタンス）感知法を利用する。幾つかの実施形態において、センサ電極付近の入力対象物は、センサ電極の間の電界を変えるので、測定される容量結合を変える。一つの実施において、トランスキャパシタンス感知法は、一つ又は複数のトランスミッタセンサ電極（「トランスミッタ電極」または「トランスミッタ」も同様）と、一つ又は複数のレシーバセンサ電極（「レシーバ電極」または「レシーバ」も同様）との間の容量結合を検出することによって、作動する。トランスミッタセンサ電極は、トランスミッタ信号を送信するように、基準電圧（例えば、システムグランド）に関して変調されてもよい。レシーバセンサ電極は、基準電圧に関して実質的に一定に保持され、結果として生じる信号の受信を容易にする。結果として生じる信号は、一つ又は複数のトランスミッタ信号、及び／又は、一つ又は複数の環境干渉源に対応する影響を備えてもよい。センサ電極は、専用トランスミッタ又はレシーバでもよく、或いは、送信および受信するように構成されてもよい。

[0038]入力装置は、入力装置の入力表面に伝えられる力を決定するように、様々な異なる方法で実施されてもよい。例えば、入力装置は、入力表面のすぐ近くに配置された機構を含み、その入力表面に加えられた力の変化または絶対値を表す電気信号を与えるように構成されてもよい。幾つかの実施形態において、入力装置は、導体（例えば、入力表面の下にあるディスプレイスクリーン）に関する入力表面に基づき力情報を決定するように構成されてもよい。幾つかの実施形態において、入力表面は、一つ又は複数の軸を中心として撓むように構成されてもよい。幾つかの実施形態において、入力表面は、実質的に均一状態または不均一状態で撓むように構成されてもよい。様々な実施形態において、力センサは、静電容量変化および／または抵抗変化に基づいてもよい。

[0039]図１において、処理システム１１０は、入力装置１００の一部として示されている。しかしながら、他の実施形態において、処理システムは、タッチパッドが作動するホストエレクトロニック装置に配置されてもよい。処理ステップ１１０は、感知領域１２０から様々な入力を検出する為に、入力装置１００のハードウェアを作動するように構成される。処理システム１１０は、一部又は全ての一つ又は複数の集積回路（ＩＣ）および／または他の回路構成要素を備える。例えば、相互キャパシタンスセンサ装置用処理システムは、トランスミッタセンサ電極を用いて信号を送信するように構成されたトランスミッタ回路および／またはレシーバセンサ電極を用いて信号を受信するように構成されたレシーバ回路を備えてもよい。幾つかの実施形態において、処理システム１１０も同様に、ファームウェアコード、ソフトウェアコード等のような電子で読み取り可能な指令を備える。幾つかの実施形態において、処理システム１１０を構成する構成要素は、入力装置１００の感知素子付近のように、一緒に配置されている。他の実施形態において、処理システム１１０の構成要素は、物理的に分離されており、一つ又は複数の構成要素は入力装置１００の感知素子に近くに、一つ又は複数の構成要素は、他の場所にある。例えば、入力装置１００は、デスクトップコンピュータに結合された周辺装置でもよく、処理システム１１０は、デスクトップコンピュータの中央処理装置上で動作するように構成されたソフトウェアを備えてもよく、一つ又は複数の（多分、付随したファームウェアを備えた）ＩＣは、中央制御装置から分離されてもよい。他の実施例として、入力装置１００は、物理的に電話に内蔵されてもよく、処理システム１１０は、その電話のメインプロセッサの一部であるファームウェアおよび回路を備えてもよい。幾つかの実施形態において、処理システム１１０は、入力装置１００の実施専用でもよい。他の実施形態において、処理システム１１０も同様に、ディスプレイスクリーン、ハプティック（触覚）アクチュエータを駆動するような他の機能を実行してもよい。

[0040]処理システム１１０は、処理システム１１０の異なる機能を取り扱うモジュールセットとして実施されてもよい。各モジュールは、処理システム１１０，ファームウェア、ソフトウェア、または、これらの組み合わせの一部である回路を備えてもよい。様々な実施形態において、異なるモジュールの組み合わせが使用されてもよい。実施例のモジュールは、センサ電極やディスプレイスクリーンのようなハードウェア用ハードウェア作動モジュールと、センサ信号、位置の情報のようなデータ処理用データ処理モジュールと、情報報告用報告モジュールとを含む。更なる実施例モジュールは、入力を検出する為の感知素子を作動するように構成されたセンサ作動モジュールと、モード変更ジェスチャのようなジェスチャを識別するように構成された識別モジュールと、作動モードを変更する為のモード変更モジュールとを含む。

[0041]幾つかの実施形態において、処理システム１１０は、一つ又は複数の動作を引き起こすことによって、直接、感知領域１２０でユーザ入力（又はユーザ入力の欠如）に応答する。実施例の動作は、作動モードの変更と、カーソルの移動、選択、メニューナビゲーション、他の機能のようなグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）動作とを含む。幾つかの実施形態において、処理システム１１０は、エレクトロニックシステムの一部（例えば、存在する場合、処理システム１１０から分離したエレクトロニックシステムの中央処理システム）に、入力（又は入力の欠如）に関する情報を与える。幾つかの実施形態において、一部のエレクトロニックシステムは、ユーザ入力に作用するように処理システム１１０から受領された情報を処理し、モード変更動作やＧＵＩ動作を含む全範囲の動作を容易にする。動作の種類は、ポインティング、タッピング、セレクティング、クリック、ダブルクリック、パニング、ズーム、スクロールを含むが、これらに限定されない。可能な動作の他の実施例は、クリック、スクロール、ズーム、パニングのような動作の開始および／または割合、速度を含む。

[0042]例えば、幾つかの実施形態において、処理システム１１０は、入力装置１００の感知素子を作動し、感知領域１２０で入力（又は入力の欠如）を表す電気信号を生み出す。処理システム１１０は、エレクトロニックシステムに与えられる情報を生み出す際、電気信号で適量の処理を実施してもよい。例えば、処理システム１１０は、センサ電極から得られるアナログ電気信号をデジタル化してもよい。他の実施例として、処理システム１１０は、フィルタリング又は他の信号コンディショニングを実施してもよい。更に他の実施例として、処理システム１１０は、引き算してもよく、或いは、他の方法で、その情報が電気信号とベースラインとの差を反映するように、ベースラインを説明してもよい。更なる他の実施例として、処理システム１１０は、位置の情報を決定し、命令として入力を認識し、手書きを認識してもよい。

[0043]本願で広く使用されているように、「位置の情報」は、特に、感知領域内の入力対象物の存在に関して、絶対位置、相対位置、速度、加速度、他の種類の空間情報を包含する。例示的な「ゼロ次元」位置の情報は、近／遠、または、接触／非接触情報を含む。例示的な「一次元」位置の情報は、軸に沿った位置を含む。例示的な「二次元」位置の情報は、面内の動作を含む。例示的な「三次元」位置の情報は、空間内の瞬間速度または平均速度を含む。更なる実施例は、他の代表的な空間情報を含む。一つ又は複数の種類の位置の情報に関する履歴データも同様に、決定され、さらに／または保存され、例えば、時間について、位置、運動または瞬間速度を追跡する履歴データを含む。

[0044]同様に、本願で使用されるように、用語「力の情報」は、形式に拘わらず、広く力の情報を包含するように意図されている。例えば、力の情報は、ベクトルまたはスカラー量として、各入力対象物に対して提供される。他の実施例として、力の情報は、決定された力が閾量を超えたか超えなかったかの表示として提供可能である。他の実施例として、力の情報も同様に、ジェスチャ認識の為に使用される時間的履歴の構成要素を含むことができる。以下に詳細に説明されるように、処理システムからの力の情報および位置の情報は、インタフェース入力の全範囲を容易にする為に使用されてもよく、選択、カーソル制御、スクロール、他の機能の為のポインティング・デバイスとして、近接センサ装置の使用を含む。

[0045]同様に、本願で使用されるような用語「入力情報」は、任意の数の入力対象物に対して、形式に拘わらず、時間的な力の情報および位置の情報を広く包含するように意図されている。幾つかの実施形態において、入力情報は、個別の入力対象物の為に決定されてもよい。他の実施形態において、入力情報は、入力装置と相互作用する入力対象物の数を含む。

[0046]幾つかの実施形態において、入力装置１００は、追加の入力構成要素と共に実施され、これらは、処理システム１１０または他の処理システムによって作動される。これらの追加入力構成要素は、感知領域１２０において、入力の為の多重機能性、或いは、他の機能性を提供してもよい。例えば、ボタン（図示せず）は、感知領域１２０の近くに配置され、入力装置１０２を使用する項目の選択を容易にするように使用されてもよい。他の種類の追加入力構成要素は、スライダ、ボール、ホィール、スイッチなどを含む。逆に、幾つかの実施形態において、入力装置１００は、何も入力構成要素を有することなく実施されてもよい。

[0047]幾つかの実施形態において、エレクトロニックシステム１００は、タッチスクリーンインタフェースを備え、感知領域１２０は、ディスプレイスクリーンのアクティブ区域の少なくとも一部と重複する。例えば、入力装置１００は、ディスプレイスクリーン上にかぶさる実質的に透明なセンサ電極を備え、関連したエレクトロニックシステムの為にタッチスクリーンインタフェースを与えてもよい。ディスプレイスクリーンは、ユーザに対して視覚的インタフェースを表示することができる、どんな種類のダイナミックディスプレイでもよく、任意の型式の発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、陰極管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマ、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）、他のディスプレイ技術を含んでもよい。入力装置１００およびディスプレイスクリーンは、物理的要素を共有してもよい。例えば、幾つかの実施形態は、表示および感知の為に同一電気構成要素の一部を利用してもよい。他の実施例として、ディスプレイスクリーンは、処理システム１１０によって、全体的に作動されても部分的に作動されてもよい。

[0048]本発明の多くの実施形態が完全に機能する装置という状況で説明されているが、本発明の機構は様々な形でプログラム製品（例えば、ソフトウェア）として配布可能である点が理解されるべきである。例えば、本発明の機構は、エレクトロニックプロセッサによって読み取り可能な情報搬送媒体（例えば、固定式コンピュータ読み取り可能及び／又は記録可能／書き込み可能な、処理システム１１０によって読み取り可能な情報搬送媒体）におけるソフトウェアとして実施され、分配されてもよい。さらに、本発明の実施形態は、分配を実行するのに使用される特定種類の媒体に拘わらず、等しくあてはまる。固定式の電子的に読み取り可能な媒体の実施例は、様々なディスク、メモリスティック、メモリカード、メモリモジュールなどを含む。電子的に読み取り可能な媒体は、フラッシュ、光学、磁気、ホログラフィック、あらゆる他の記憶装置技術に基づいてもよい。

[0049]入力装置は、入力装置の入力表面に伝えられる力を決定する為に、様々な異なる方法で実施されてもよい。例えば、入力装置は、入力表面に近接して配置され、入力表面に加えられる力の変化または絶対不変の性質に応じて電気信号を与えるように構成された機構を含んでもよい。幾つかの実施形態において、入力装置は、導体に関する入力表面（例えば、入力表面の下にあるディスプレイスクリーン）の撓みに基づき力の情報を決定するように構成されてもよい。幾つかの実施形態において、入力表面は、一つ又は複数の軸を中心として撓むように構成されてもよい。幾つかの実施形態において、入力表面は、実質的に均一または不均一方式で撓むように構成されてもよい。

[0050]前述されたように、幾つかの実施形態において、エレクトロニックシステムの一部は、全範囲の作用を容易にするため、入力情報を決定し、ユーザ入力に作用するように処理システムから受領した情報を処理する。当然のことながら、幾つかの独自に入力された情報が同一または異なる作用を生じさせてもよい。例えば、幾つかの実施形態において、力の値Ｆ、配置Ｘ，Ｙ、接触時間Ｔを有する入力対象物の為の入力情報は、第１作用を生じる。一方、（主要値が非主要値とは比類無く異なる場合）力の値Ｆ’、配置Ｘ’，Ｙ’、接触時間Ｔ’を有する入力対象物の為の入力情報も同様に、第１作用を生じさせてもよい。さらに、力の値Ｆ，配置Ｘ’，Ｙ、接触時間Ｔ’を有する入力対象物の為の入力情報が、第１作用を生じさせてもよい。以下の実施例は、力、位置などの為の特定範囲の値を有する入力情報に基づき実行されてもよい作用を説明するが、当然ながら、（前述したように）異なる入力情報が同一作用を生じさせてもよい。さらに、同一種類のユーザ入力は、入力情報の構成要素に基づき、異なる機能性を与えてもよい。例えば、異なる値のＦ，Ｘ／Ｙ、Ｔは、同一種類の作用（例えば、パニング、ズームなど）を生じさせてもよく、その種類の作用は、前記値または他の値に基づき、異なって機能してもよい（例えば、素早いズーム、ゆっくりとしたパニングなど）。

[0051]前に注意したように、本発明の実施形態は、力および／または位置の情報を検出するために、様々な異なる種類および配置の容量性センサ電極を用いて実施可能である。幾つかの実施例を挙げると、入力装置は、複数の基板層に形成される電極配置、概して、第１層に形成される一方向（例えば、「Ｘ」方向）で感知する為の電極を用いて実施可能であるが、第２方向（例えば、「Ｙ」方向）で感知する為の電極は第２層に形成される。他の実施形態において、Ｘ感知およびＹ感知の両方の為のセンサ電極は、同一の層に形成可能である。更に他の実施形態において、センサ電極は、たった一つの方向（例えば、ＸまたはＹ方向）で感知する為に配置可能である。もっと他の実施形態において、センサ電極は、一実施例として「ｒ」および「θ」のような極座標において位置の情報を与えるように配置可能である。これらの実施形態において、センサ電極は、それら自身、「θ」を与えるように円または他のループ形状内に一般に配置され、「ｒ」を与えるように個々のセンサ電極の形状で使用される。

[0052]また、様々な異なるセンサ電極形状が使用可能であり、細線、矩形、ダイヤモンド、くさび等のように形成された電極を含む。最後に、様々な導電性材料や制作技術は、センサ電極を形成するように使用可能である。一実施例として、センサ電極は、基板上に導電性インクを堆積してエッチングすることによって形成される。

[0053]幾つかの実施形態において、入力装置は、当該装置と相互作用するユーザの配置および接触区域を検出するように構成されたセンサ装置を備える。入力センサ装置は、手や指の、センサ装置の入力表面（または感知領域）に関する位置や動きのような、ユーザについての位置の情報を検出するように更に構成されてもよい。

[0054]幾つかの実施形態において、入力装置は、間接的な相互作用装置として使用される。間接的な相互作用装置は、入力装置と分離したディスプレイ（例えば、ラップトップコンピュータのタッチパッド）上でＧＵＩ作用を制御してもよい。一実施形態において、入力装置は、直接的な相互作用装置として作動してもよい。直接的な相互作用装置は、近接センサの下にあるディスプレイ（例えば、タッチスクリーン）上のＧＵＩ作用を制御する。間接および直接との間には、さまざまな使いやすさの差異があり、それ以上が、入力装置の完全動作を混乱させるか妨げるおそれがある。たとえば、間接的入力装置は、近接センサの上方で入力対象物を移動させることによって、ボタンの上方のカーソルを位置決めするのに使用されてもよい。入力の動きはディスプレイ上の応答と重複しないので、これは、間接的に行われる。同様の場合において、直接相互作用装置は、タッチスクリーン上の所望のボタンの上方またはその上で直接的に入力対象物を配置することによって、ボタンの上方のカーソルを位置決めするように使用さてもよい。

[0055]図１および図２を参照すると、処理システム１１０は、センサモジュール２０２および決定モジュール２０４を含む。センサモジュール２０２は、感知領域１２０および入力装置１００に関連づけられたセンサを動作するように構成されている。たとえば、センサモジュール２０２は、センサ信号を送信し、感知領域１２０に関連づけられたセンサから結果としての信号を受信するように構成されてもよい。決定モジュール２０４は、データ（例えば、結果としての信号）を処理し、感知領域１２０と相互作用する入力対象物のために、力の情報および位置の情報を決定するように構成されている。本発明の実施形態は、ホスト装置において様々な異なる機能（capabilities）を可能にするように使用可能である。特に、デスクトップ上で、カーソルの位置決め、スクロール、ドラッグ、アイコンの選択、ウィンドウを閉じることなどを可能にし、コンピュータをスリープモードにしたり、どんな他の種類のモードスイッチやインタフェース作用を実施するように使用可能である。

[0056]以下、図３Ａを参照すると、入力装置３００は、しなやかな構成要素３０１、圧縮可能な層３１０，センサ電極層３１２，サポート層３１６を含む。より具体的には、しなやかな構成要素３０１は、プラスチック、ガラス、他の適した材料を備える入力表面３０２、第１センサ電極層３０４，第２センサ電極層３０８を含む。一実施形態において、第１センサ電極層３０４は、第１配列のセンサ電極３０５を含み、第２センサ電極層３０８は、第２配列のセンサ電極３０９を含み、センサ電極層３１２は、第３配列のセンサ電極３１４を含む。幾つかの実施形態において、第１および第２のセンサ電極配列３０５，３０９は、入力装置３００の感知領域において、入力対象物の為の位置情報を感知するように構成される。第１の配列３０５および第２の配列３０９は、感知領域において入力対象物を決定する為に、「絶対静電容量」および／または「トランス容量性」感知を実施するように構成されてもよい。第２配列３０９および第３配列３１４は、入力表面３０２に接触する入力対象物の為の力の情報を感知するように構成されている。第２配列３０９および第３配列３１４は、表面３０２に加えられる力から結果として生じる圧縮可能な層３１０の局所的な圧縮を検出する為に、「絶対静電容量」および／または「トランス容量性」感知を実施するように構成されてもよい。

[0057]さらに図３Ａを参照すると、しなやかな構成要素３０１は、全体組立が実質的に均一な曲げ剛性によって特徴付けられるように、組成構造体（例えば、積層構造体）としてモデル化されてもよい。

[0058]圧縮可能な層３１０は、図示された実施形態において、グリッドを形成する行３１８と列３１９の配列を備える。他の実施形態において、圧縮可能な層３１０は、一連のスペーサドット、閉鎖セルまたは開放セル発泡構造体、三角形または他の幾何学的構造体のマトリクス、他の任意の化学成分および／または機械的構造体であって、二次元表面および／または三次元容量の圧縮可能な層３１０にわたって実質的に均一な圧縮剛性を示すものとして実施されてもよい。このように、圧縮可能な層は、第一次近似に対して実質的に均一な圧縮剛性によって特徴付けられてもよい。

[0059]サポート層３１６は、しなやかであり、実質的に、或いは、完全に堅くてもよいが、いずれにせよ、しなやかな構成要素３０１の最上表面で下方に加えられる力に抵抗するようにバックプレーン（背面）として機能する為に十分に堅くなければならない。サポート層は、入力装置３００が収容されるエレクトロニックシステムの一部でもよい。たとえば、サポート層３１６は、ポータブルエレクトロニック装置（例えば、ラップトップ、携帯電話、タブレットなど）のハウジングでもよい。

[0060]当然ながら、幾つかの実施形態において、一つ又は複数の層は、図３Ａに示された積重ね部（stack-up）３００から、その機能を損なうことなく追加または除去されてもよい。たとえば、図３Ｂの図示された実施形態において、第１配列のセンサ電極３０５と第２配列のセンサ電極３０９は、単一の層３４４に配置されてもよい。図示された実施形態において、しなやかな構成要素３０１は、入力表面３０２と単一層３４４とを備え、第１および第２のセンサ電極の配列３０５，３０９を含む。他の実施形態において、第１および第２の配列センサ電極は、入力表面３０２（例えば、予想されるユーザの入力および接触と対向した側）に配置されてもよく、この実施例において、しなやかな構成要素は、入力表面３０２と、第１および第２の配列のセンサ電極３０５，３０９を備える。

[0061]更に図３Ｂを参照すると、入力装置は、基板３１２に配置された第３配列のセンサ電極３１４も含む。入力装置は、基板３１２に配置された圧縮可能な構造体３２９の配列の形で、（圧縮可能な層３１０に類似した）圧縮可能な層を更に含む。幾つかの実施形態において、第３配列３１４の各個別電極は、一つ又は複数の個々の圧縮可能な構造体３２９の「間に」配置される。他の実施形態において、第３配列３１４の各個別電極は、少なくとも一つの圧縮可能な構造体３２９で重複するように構成されてもよい。図３Ｂに図示された実施形態において、第３配列のセンサ電極３１４は、第１配列のセンサ電極３０５に対して実質的に平行な方向に配置されている。幾つかの実施形態において、第３配列のセンサ電極３１４は、第１配列のセンサ電極３０５および第２配列のセンサ電極３０９の一つの方向に対して実質的に平行な方向に配置されている。さらに、図３Ｂの実施形態において、第３配列のセンサ電極３１４は、（入力装置３００の最上部から見たとき）第１配列のセンサ電極３０５と実質的に重なっている。基板３１２も同様に、しなやかな構成要素３０１の最上表面で下方に加えられる力に抵抗するようにバックプレーン（背面）として機能する為に（図３Ａのサポート層３１６の機能と同様）構成されてもよい。

[0062]以下、図３Ｃを参照すると、入力装置３００のしなやかな構成要素３０１の他の実施形態は、柔軟なディスプレイ３０６を含んでもよい。入力装置３００がディスプレイを含む幾つかの実施形態において、位置の情報を感知する為の同一のセンサ電極配列は、同様に、ディスプレイを更新する為に使用されてもよい。幾つかの実施形態において、センサ電極３１１の配列は、ディスプレイ３０６の見えない側に配置されてもよい。センサ電極配列３１１は、入力表面３０２と接触する入力対象物の為の力の情報を感知するように構成されている。特に、配列３０９の少なくとも一つの電極は、基板３１２に配置されたセンサ電極配列３１４に向かって、入力表面３０２に伝えられる力に応じて撓むように構成されている。

[0063]以下、図３Ｄを参照すると、圧縮可能な層３１０の他の実施形態が示されている。圧縮可能な層３１０は、しなやかな構成要素３０１と第３配列のセンサセンサ電極３１２との間に形成された圧縮可能な構造体のマトリクスとして図示されている。図示は比例すべきものではないが、図３Ｄは、それにも拘わらず、図３Ａ−図３Ｃに示された圧縮可能な構造体より微細なピッチの圧縮可能な構造体３２９を示すことが意図されている。さらに、圧縮可能な構造体３２９は、第３配列のセンサ電極３１４を備えるセンサ基板３１２に配置されている。図３Ｄにも示されるように、センサ電極３１４は、（図３Ｂ−図３Ｃに示されていたように）圧縮可能な構造体３２９の間で離間されていない。

[0064]図４は、図３の積重ね部３００の一部の概略横断面図である。より具体的には、図４は、しなやかな構成要素４０４，圧縮可能な層４０８，サポート層４１０を含む積重ね部４００を示す。しなやかな構成要素４０４は、一般的に、図３Ａ−図３Ｃのしなやかな構成要素３０１も類似し、実質的に均一な曲げ剛性によって特徴付けられる。圧縮可能な層４０８は、一般的に、図３Ａ−図３Ｃの圧縮可能な構成要素３０１に類似する。このように、入力力対象物によって加えられた力４０２は、しなやかな構成要素４０４の曲げ剛性と、圧縮可能な層４０８の物理的配置および圧縮剛性との関数として（矢印４０６によって表示される）局所的な撓み領域をつくる。一実施形態において、その関数は、しなやかな構成要素４０４の曲げ剛性と圧縮層４０８の圧縮剛性との比に比例する。

[0065] 積重ね部４００は、第１配列のセンサ電極（図示せず）、第２配列のセンサ電極４１２，第３配列のセンサ電極４１４を更に含む。一実施形態において、第２配列のセンサ電極４１２は、感知信号で駆動され、結果として生じる信号は、第３配列のセンサ電極４１４で受信され、二つの配列における対応する感知電極の間の可変静電容量に基づき、入力表面に伝えられる力を決定する。一実施形態において、第２配列のセンサ電極４１２は、処理システムによって駆動されるトランスミッタ電極であり、第３配列のセンサ電極４１４は、力レシーバ電極であり、ここで、加えられた力に関し、処理システムによって信号が受信される。他の実施形態において、第３配列４１４は、トランスミッタ電極として駆動されてもよく、第２配列４１２は、力のレシーバ電極として機能してもよい。

[0066]続けて図４を参照すると、加えられた力４０２は、しなやかな構成要素４０４を変形させて局所的に撓ませ、変形４０６の局所的領域において、第２配列の感知電極４１２と第３配列の感知電極４１４との間の距離４１１を減少させる。特に、加えられた力４０２は、局所的な曲げ区画４０６の近傍で、圧縮可能な層４０８内に存在し得る圧縮可能な構造体の物理的配置と圧縮可能な層４０８の圧縮剛性に対するしなやかな構成要素４０４の曲げ剛性の比の関数として、しなやかな構成要素４０４を曲げ、圧縮可能な層４０８を圧縮させる。既知のモデリング及びシミュレーション技術を使用して前述の構成要素の様々な機械的特性や寸法を適切に構成することによって、加えられた「尖端」力は、第３センサ電極の配列４１４の単一又は複数のセンサ電極を覆う区域でしなやかな構成要素４０８を撓み得る。一実施形態において、加えられた力４０２は、図４及び図５の横断面図に図示されるように、およそ３つの力レシーバ電極４１４にわたって局所的な曲げを生じさせてもよい。他の実施形態において、加えられた力は、いかなる数の所望の力レシーバ電極にわたって広げられてもよく、これが、処理システムに力の情報の改変を可能にし、加えられた力の座標位置を正確に決定する。これが特に有用なのは、入力対象物が非導電性のスタイラス、ペンなどであるときばかりか、入力表面に加えられた複数の力を正確に検出可能にするときである。

[0067]続けて図４を参照し、以下、図５を参照すると、図５は積重ね部５００の概略斜視図であるが、積重ね部５００は、しなやかな構成要素５０４を備え、しなやかな構成要素５０４は、第２配列の感知電極５１２，第３配列の感知電極５１４を含む固定されたサポート層、それらの間に配置された連続したバネ５０８としてモデル化された圧縮可能な層を含む。一実施形態において、圧縮可能な層は、第一次近似に対して、局所化された各領域がフックの法則（F = - k・X）に従うように均一な圧縮可能な容量を備える。フックの法則において、Ｆは、加えられた力または荷重であり、ｋは、圧縮可能な層の機械的特性や材料によって決定されるｋはバネ定数であり、Ｘは、加えられた力の結果として生じる撓み距離である。この点で、用語「変形」と「曲げ」は、加えられた力に応じた、しなやかな構成要素（４０４，５０４）の形状変化を指すが、用語「撓み」と「転位」は、加えられた力に応じた電極４１２の（例えば、距離４１１に沿った）位置変化を指す。

[0068]図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ、本発明の様々な実施形態に従う入力装置６００の、平面図および横断面図である。装置６００は、しなやかな構成要素６０１、圧縮可能な層６１０、サポート層６１２を含む。しなやかな構成要素は、入力表面６０２，複数のセンサ電極を有する第１層６０５，複数のセンサ電極を有する第２層６０９を備える。第１のセンサ電極層６０５，第２のセンサ電極層６０９は、入力装置の感知領域において、入力対象物を感知するように構成されている。たとえば、一実施形態において、第２の複数のセンサ電極６０９は、感知信号を送信するように構成され、第１の複数のセンサ電極６０５は、結果として生じる信号を受信するように構成されている。第１のセンサ電極の配列６０５と第２のセンサ電極の配列６０９は、様々な実施形態において、センサ基板６０４の対向する側に配置されているように示されているが、第１のセンサ電極の配列６０５および第２のセンサ電極の配列６０９は、入力表面６０２またはセンサ基板６０４の片側で、単一の層または複数の層に配置されてもよい。

[0069]第３配列のセンサ電極６１４は、サポート層６１２に配置され、第３配列のセンサ電極は、実質的に、第１配列のセンサ電極６０５と重なっている。第２の複数のセンサ電極６０９および第３の複数のセンサ電極６１４は、入力装置６００の入力表面６０２に加えられた力に応じて、サポート層（およびセンサ電極６１４）に向かって、しなやかな構成要素６０１（およびセンサ電極６０９）の撓みを感知するように構成されている。

[0070]第２の複数のセンサ電極６０９および第３の複数のセンサ電極６１４は、互いに容量結合され、２つの配列の間の交差／重複区域において、それぞれ、複数の可変静電容量を形成する。一つの例示的な可変静電容量が図６Ａに示され、力のピクセル（又は「フィクセル（fixel）」）６３０という。本願で使用されるように、用語「力のピクセル」は第２のセンサ電極の配列６０９と、第３のセンサ電極配列６１４の対応するセンサ電極との間の重複区域を指す。用語「力のピクセル」は、第２配列のセンサ電極６０９および第３配列のセンサ電極６１４の個別センサ電極の間の局所化された静電容量の区域を指してもよい。図５−図６を参照して検討されたように、入力表面６０２に加えられた力は、しなやかな構成要素６０１を局所的に変形させて撓ませ、局所化された変形領域において、第２配列の感知電極６０９の一つ又は複数の電極と、第３配列の感知電極６１４の一つ又は複数の電極との間の距離を減少させる。

[0071]既知のモデリングおよびシミュレーション技術を使用する圧縮可能な層６１０としなやかな構成要素６０１の様々な機械的特性および寸法を適切に構成することによって、しなやかな構成要素６０１を撓ませる加えられた力は、第２配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極の間で形成される可変静電容量の配列のうち少なくとも一つの可変静電容量（力のピクセル）において変化を生じさせる。可変静電容量の変化の測定は、撓みに対応する局所化された区域において、入力表面に加えられた力の大きさを決定するのに使用できる。様々な実施形態において、加えられた力は、複数の可変静電容量に基づき決定されてもよいが、これは、処理システムが複数の連続した力のピクセルの中で力の情報の改変を可能にする。

[0072]図６Ａ及び図６Ｂの実施形態において図示されたように、圧縮可能な層は、個別の圧縮可能な構造体６２９の配列を形成する。圧縮可能な構造体の配列は、サポート基板６１２に配置されているように示されているが、他の実施形態において、圧縮可能な構造体は、分離した基板に配置され、その後、サポート基板６１２またはセンサ基板６０４のいずれか一方と物理的に結合されてもよい。また、様々な実施形態において、圧縮可能な層は、（図３Ａに示されるように）圧縮可能な構造体のグリッドまたは他の適した形を備えてもよい。圧縮可能な層は、入力表面６０２に加えられた力に応じてセンサ電極６１４の第３層に向かって、しなやかな構成要素６０１が局所的に撓むことを容易にするように構成されている。「力のピクセル」の測定は、少なくとも一つの位置で入力表面に伝えられる局所化された力の量（大きさ）を決定するように使用される。

[0073]以下、図７Ａ−図７Ｃに戻ると、図６の入力装置６００の簡略化された側面図が示されている。しなやかな構成要素６０１は、入力装置６００の感知領域において、入力対象物を検出するように構成された容量センサ電極（明確性の為に図示されていない）の第１配列および第２配列を含む。まだ図７Ａ−図７Ｃに示されているのは、圧縮可能な構造体６２９および第３配列のセンサ電極６１４である。前述したように、入力表面６０２に加えられた力は、加えられた力の近傍において、しなやかな構成要素６０１を曲げ、圧縮可能な層６１０を圧縮させる。曲げと圧縮は、しなやかな構成要素６０１の曲げ剛性と圧縮可能な層６１０の圧縮剛性の比の関数であり、さらに／または、しなやかな構成要素６０１の曲げ剛性と圧縮可能な層６１０の圧縮剛性の比に基づく。

[0074]たとえば、図７Ａに最も良く見られるように、尖端の力Ｆ１，Ｆ２は、入力表面６０２に加えられ、第３配列のセンサ電極６１４に向かって、しなやかな構成要素６０１を撓ませる。尖端の力Ｆ１は、圧縮可能な構造体６２９の間に加えられるように図示され、圧縮可能な構造体６２９の一つの真上に加えられる尖端の力Ｆ２が示されている。図７Ｂ及び図７Ｃも、入力装置の最上面に対する押下げが示された例示的な入力対象物７３０（例えば、指の先端）を含む。

[0075]入力表面に加えられた力に応じて、その結果として生じるしなやかな構成要素６０１の撓みは、圧縮可能な構造体６２９の圧縮および圧縮可能な構造体６２９の間の空間の圧縮として説明可能である。たとえば、圧縮可能な構造体６２９の間の空間への、しなやかな構成要素の局所的撓みは、構造体６２９の三次元配列と入力表面６０２に加えられた局所的な圧力（例えば、図７ＡにおけるＦ１）に比例する。さらに、局所的撓みは、しなやかな構成要素６０１の曲げ剛性と逆比例する。たとえば、一実施形態において、しなやかな構成要素６０１は、厚み：３００ｍｍ、ヤング率：４ＧＰａ、ポアソン比：０．３８を有する。圧縮可能な層６１０は、複数の圧縮可能な構造体６２９を備え、これらは、均一な矩形配列：５ｍｍピッチに配置されるが、圧縮可能な構造体の各々は、ヤング率：５００ＭＰａ（例えば、ウレタン材料）を示す。

[0076]０から５０ＭＰａの範囲で、入力対象物から入力表面に加えられた圧力に応じて、しなやかな構成要素は、圧縮可能な構造体の間で、およそ０から数十ミクロンの範囲で撓み、０から数百ナノメートルの範囲で圧縮可能な構造体を圧縮するであろう。第３配列のセンサ電極６１４と、しなやかな構成要素６１０（図示せず）に配置された少なくとも一つのセンサ電極との間の可変静電容量は、撓み量を決定する為に使用される。可変静電容量の変化によって測定されるように、しなやかな構成要素の撓みは、入力表面に対して、入力対象物によって加えられた局所的な力を表す。そのような複数の局所的な力の測定は、入力表面に対して、入力対象物によって加えられた全体の力を決定する為に使用されてもよい。図７Ｂに見られるように、入力対象物７３０（すなわち、指）は、ある力を入力表面に加え、しなやかな構成要素６０１の複数の局所的撓みを引き起こすが、これらは、センサ電極６１４を使用して測定可能である。

[0077]様々な実施形態において、しなやかな構成要素は、数十ミクロンから数百ミクロンのオーダーの厚みと、０．１ＭＰａから７０ＧＰａのオーダーのヤング率を有する。しなやかな構成要素は、ガラス、プラスチック、金属、ポリマー、接着剤のような材料の、様々な層の組み合わせを備えてもよい。圧縮可能な層は、数ミクロンから数百ミクロンのオーダーの厚みと、０．１ＭＰａから１ＧＰａのオーダーのヤング率を有する。圧縮可能な層は、実質的に均一である材料（例えば、発泡、ゲル、液体、固体）または実質的に不均一な材料、たとえば、液体またはこれらの間に配置された気体を含み得る前述した圧縮可能な構造体の配列の組み合わせを備えてもよい。

[0078]図８は、図３Ａ−図３Ｃの圧縮可能な層および／または図６の圧縮可能な層６１０に概して対応する例示的な圧縮可能な層８００の斜視図である。図示の実施形態において、圧縮可能な層８００は、規則正しい配列またはマトリクスの圧縮可能な構造体８０２を含み、これらは、基板８０４の上部表面に形成され、ピッチ又は区切りＰを有する。他の実施形態において、圧縮可能な層８００は、均一容量の適した圧縮可能な材料または不規則または無作為の一連の形または構造体であって、平均して、実質的に均一な圧縮可能な媒体をもたらし、加えられた力を、加えられた力の場所を囲む局所的領域にわたって広げるものを備えてもよい。

[0079]図９は、図３Ａ−図３Ｄの力センサ電極層３１２に概して対応する電極層９００の斜視図である。図示された実施形態において、電極層９００は、ピッチまたは区切りＰを有する孔と、電極基板９０４に形成されたセンサ電極９０６との規則正しい配列を含む。一実施形態において、センサ電極９０６は、配列の一つの側部に沿って、それぞれのコネクタ９０８で終わり、コネクタは、処理システムに接続する為に末尾で互いに結び付く。他の実施形態において、電極は、任意の所望の形状、配置、または構成を備えてもよい。

[0080]図１０は、図９の電極層９００で接合された図８の圧縮可能な層８００を含む積重ね部又は組立体１０００の斜視図である。電極層９００の装置９０２は、（区切りＰを有し）各座標１００２において、構造体８０２が孔９０２を通って上方に延びるように、すなわち、電極層基板９０４が基板８０４の上部表面と、構造体８０２によって形成された圧縮可能な層との間に挿入されるように、基板層８００の圧縮可能な構造体８０２と整列するように構成されてもよい。図示された実施形態において、電極基板層９０４と圧縮可能な基板層８０４は、積層構造体１００４を形成するように覆われる。他の実施形態において、電極および圧縮可能な層の構造体または材料は、単一基板層の対向側面または同一側面に形成されてもよい。

[0081]図１１は、本発明に従う例示的な入力装置の横断面図である。入力装置１１００は、しなやかな構成要素１１０１，圧縮可能なスペース層１１１０、サポート１１１２を含む。しなやかな構成要素１１０１は、入力対象物によって接触されるように構成された入力表面１１０２と、入力対象物を検出するように構成された複数のセンサ電極とを備える。一実施形態において、しなやかな構成要素は、センサ基板１１０４に配置された容量性センサ電極の少なくとも一つの層を含む。容量性センサ電極は、感知信号を送信するように構成された少なくとも一つのトランスミッタセンサ電極１１０９と、結果として生じる信号を受信するように構成された少なくとも一つのレシーバセンサ電極１１０５とを備えてもよく、結果として生じる信号は、入力装置の感知領域に存在する入力対象物の影響を有する。

[0082]図１１に示された実施形態において、しなやかな構成要素１１０１は、物理的に入力表面１１０２および容量性センサ基板１１０４に結合するように構成された接着剤１１３１の層を含む。幾つかの実施形態において注意すべき点は、（センサ電極１１０５，１１０９のような）容量性センサ電極は、入力表面１１０２の底側に直接配置されてもよい点である。幾つかの実施形態において、しなやかな構成要素１１０１は、（センサ基板１１０４と同様の）複数のセンサ基板を備えてもよい。

[0083]続けて図１１を参照すると、しなやかな構成要素は、圧縮可能なスペース層１１１０の最上部に配置される。圧縮可能なスペース層１１１０は、しなやかな構成要素１１０１に配置された容量性センサ電極と容量性センサ電極１１１４の追加の配列との間にスペースを与えるように構成されている。圧縮可能なスペース層１１１０は、積重ね部１０００と同様であり、圧縮可能なスペース層１１１０は、（しなやかな構成要素に対面する）最上表面に形成された複数の隆起構造体１１２２を備える。図示された実施形態において、複数の隆起構造体１１２２は、ピッチ又は区切りＰを有する。容量性センサ電極１１１４は、複数の隆起構造体１１２２の間に挿入されている。容量性センサ電極１１１４の配列は、図９の層と同様の層に配置されてもよい。

[0084]容量性センサ電極の層は、その区切りの隆起構造体１１２２に合致するように構成された孔（又は他の自己整合特徴部）を有する基板を備える。容量性センサ電極１１１４は、センサ電極１１０５，１１０９の少なくとも一つのセンサ電極に結合するように構成されている。特に、容量性センサ電極１１１４は、電極１１０９によって先に送信された信号を備える、結果として生じる信号を受信するように構成されてもよい。この結果として生じる信号は、センサ電極１１１４に向かって、（センサ電極１１０５，１１０９を備える）しなやかな構成要素１１０１の変位の関数である。結果として生じるセンサ電極１１１４の信号の測定は、入力表面１１０２の力を加える入力対象物の為の力情報を決定するために使用されてもよい。

[0085] 図１２は、さまざまな実施形態に従って、図１−図１１に示された装置に関連する種類のエレクトロニックシステムを作動する方法１２００のフローチャートである。方法１２００は、一つ又は複数のトランスミッタ感知電極でトランスミッタ信号を駆動するステップ（タスク１２０２）、第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極を作動し、結果として生じる第１の信号を受信するステップ（タスク１２０４）を含む。

[0086] 方法１２００は、第２配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極を作動し、結果として生じる第２の信号を受信するステップ（タスク１２０６）と、感知領域で入力対象物の為に位置情報を決定し（タスク１２０８）、力情報を決定する（タスク１２１０）ステップを更に伴う。

[0087]最後に、方法１２００は、力情報を挿入または他の方法で処理し、しなやかな構成要素の曲げ剛性と圧縮可能な層の圧縮剛性の比に基づき、加えられた力の場所を正確に決定するステップ（タスク１２１２）を企図する。

[0088]そのため、感知領域で入力対象物を感知するように構成された容量性入力装置が設けられている。容量性入力装置は、しなやかな構成要素を含み、しなやかな構成要素は、入力表面と、第１配列のセンサ電極と、第２配列のセンサ電極とを有し、曲げ剛性によって特徴付けられる。容量性入力装置は、第３配列のセンサ電極と、第３配列のセンサ電極及びしなやかな構成要素の間に配置されたスペース層とを更に含み、スペース層は、圧縮剛性によって特徴付けられる。しなやかな構成要素は、入力表面に加えられた力に応じて変形するように構成され、第２配列のセンサ電極を第３配列のセンサ電極に向かって撓ませ、入力表面の変形と第２配列のセンサ電極の撓みは、しなやかな構成要素の曲げ剛性とスペース層の圧縮剛性の比のように、しなやかな構成要素の曲げ剛性とスペース層の圧縮剛性との関数になり、更に／又は、しなやかな構成要素の曲げ剛性とスペース層の圧縮剛性に基づく。

[0089]ある実施形態において、入力表面に加えられた力は、第２配列のセンサ電極のサブセットを第３配列に向かって撓ませる。

[0090]他の実施形態において、しなやかな構成要素は、第２配列のセンサ電極のうち少なくとも一つのセンサ電極が第３配列のセンサ電極に向かって撓み、第２配列のセンサ電極の少なくとも一つのセンサ電極は第１配列のセンサ電極に関して実質的に静止したままになるように、入力表面に加えられた力に応じて変形するように構成される。

[0091]ある実施形態において、スペース層は：閉鎖セル多孔性材；開放セル多孔性材；接着剤；ピラミッド状構造体、ドーム状構造体、円錐状構造体、円筒またはくびれた形状構造体の、均一または異なる大きさ及び剛性；グリッド構造体；堅い材料；圧縮可能な材料のうち少なくとも一つを備える。さらに、第１配列、第２配列、第３配列は、複数の電極を備えてもよく、第１配列の電極は、第３配列の電極に対して、実質的に垂直になっている。さらに、スペース層は、実質的に均一なバネ定数を有する圧縮可能な構造体の配列を備えてもよい。スペース層における圧縮可能な構造体の配列は、基板上に形成され、第３配列のセンサ電極は、基板およびスペース層の間に配置されてもよい。

[0092]入力装置も同様に、第１配列のセンサ電極、第２配列のセンサ電極、第３配列のセンサ電極に通信で結合された処理システムを含んでもよい。その処理システムは、第１配列のセンサ電極；第２配列のセンサ電極；感知領域の入力対象物；のうち少なくとも２つの間の第１の容量結合を測定するように構成されてもよい。この処理システムは、また、第３配列のセンサ電極と第２配列のセンサ電極との間の第２の容量結合を測定し、第１の容量結合および第２の容量結合のうち少なくとも１つにおける変化に基づき、感知領域内の入力対象物に対する位置情報を決定し、第２の容量結合における変化に基づき、入力表面と相互作用する入力対象物に対する力情報を決定するように構成されてもよい。

[0093]ある実施形態において、この処理システムは、第１の容量結合および第２の容量結合に基づき、非導電性入力対象物から導電性入力対象物を区別するように更に構成される。

[0094]エレクトロニックシステムは、曲げ剛性によって特徴付けられるしなやかな構成要素であって、入力表面、第１配列のセンサ電極、第２配列のセンサ電極を備える、しなやかな構成要素と；第３配列のセンサ電極と；圧縮性剛性によって特徴付けられ、しなやかな構成要素および第３配列のセンサ電極の間に配置されたスペース層であって、しなやかな構成要素は、入力表面に加えられた力に応じて第３配列に向かって撓むように構成され、その撓みは、しなやかな構成要素の曲げ剛性とスペース層の圧縮剛性の関数になっている、スペース層と；第１配列、第２配列、第３配列と通信で結合された処理システムと；を含む。その処理システムは、第２配列のセンサ電極でトランスミッタ信号を駆動し、第２配列のセンサ電極および第１配列のセンサ電極の間の容量結合の影響を有する結果として第１の信号を第１配列のセンサ電極から受信し、第３配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極の間の容量結合の影響を有する結果としての第２の信号を第３配列のセンサ電極から受信し、結果としての第１信号および第２信号に基づき、入力表面と相互作用する入力対象物に対する位置情報および力情報を決定するように構成されてもよい。

[0095]しなやかな構成要素を含む、容量性入力装置の為の処理システムが設けられ、しなやかな構成要素は、入力表面、第１配列のセンサ電極、第２配列のセンサ電極を含み、スペース層の上方に配置され、スペース層は、第３配列のセンサ電極の上方に配置される。処理システムは、第１配列のセンサ電極、第２配列のセンサ電極、第３配列のセンサ電極に通信で結合されてもよく、第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極の間の可変静電容量を形成するように第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極を作動させ、第１配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極の間の可変静電容量を形成するように第２配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極を作動させ、第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極の間の可変静電容量における変化に基づき、入力表面と接触する入力対象物の為の位置情報を決定し、第２配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極の間の可変静電容量における変化に基づき、入力表面に接触する入力対象物の為の位置情報および力情報を決定するように構成される。

[0096]ある実施形態において、処理システムは、第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極のうち少なくとも１つの絶対静電容量に基づき、感知領域において入力表面に接触していない入力対象物の為の位置情報を決定するように更に構成される。処理システムは、同様に、第２配列のうち少なくとも１つのセンサ電極で第１のトランスミッタ信号を駆動すること、第１配列のうち少なくとも１つのセンサ電極から、結果としての第１型式の信号を受信することによって、第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極の間の可変静電容量を形成するように構成されてもよいが、結果としての第１型式の信号は、入力表面に接触する入力対象物による影響および第１のトランスミッタ信号に対応し、処理信号は、第３配列のうち少なくとも１つのセンサ電極から、結果としての第２型式の信号を受信することによって、第２配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極の間の可変静電容量を形成するように構成されてもよいが、結果としての第２型式の信号は、入力表面に接触する入力対象物による入力表面の撓みからの影響および第１トランスミッタ信号に対応する。

[0097]さらに、第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極は、感知領域において、入力対象物から第３配列のセンサ電極を電気的にシールドするように構成されてもよく、第２配列のセンサ電極は、互いに第１配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極をシールドするように構成されてもよい。

[0098]ある実施形態において、第１配列のセンサ電極から少なくとも１つのセンサ電極によって受信される、結果として生じる第１型式の信号と、第３配列のセンサ電極のうち少なくとも１つのセンサ電極によって受信される、結果として生じる第２型式の信号とは、第２トランスミッタ信号が第２配列のうち少なくとも１つのセンサ電極で駆動される前に、受信される。

[0099]処理システムは、結果として生じる第１型式の信号および第２型式の信号に基づき、容量性相互作用画像を決定するように更に構成されてもよく、容量性相互作用画像は、入力対象物による入力表面の撓みと感知領域における入力対象物の影響を有する。

[00100]処理システムは、決定された位置情報および力情報に基づき、容量性入力装置の感知領域において、入力対象物の型式を決定するように更に構成されてもよい。

[00101]本願で説明された実施形態および実施例は、最も良く本発明およびその特定の応用を説明し、当業者が本発明をつくり、使用することができるように提示されている。しかしながら、当業者は、前述した説明および実施例は、実施例だけを例示する目的で提示されている。前述した説明には、本発明を網羅的または開示された厳密な形に制限する意図はない。本発明の他の実施形態、用途、利点は、開示発明の実務や明細書から、当業者にとって明らかであろう。

Claims (20)

1. 感知領域において入力対象物を感知するように構成された容量性入力装置において、前記容量性入力装置は、
   ユーザによってタッチされるように構成された入力表面、第１配列のセンサ電極、第２配列のセンサ電極を備え、曲げ剛性によって特徴付けられる、しなやかな構成要素と、
   第３配列のセンサ電極と、
   前記第３配列のセンサ電極と前記しなやかな構成要素との間に配置され、圧縮剛性によって特徴付けられる、スペース層と、
   を備え、
   前記入力表面に加えられる力に応じて、前記入力表面は変形するように構成され、前記しなやかな構成要素は、前記第２配列の少なくとも一つのセンサ電極を前記第３配列のセンサ電極に向けて撓ませるように構成され、
   前記入力表面の前記変形と、前記第２配列のセンサ電極の前記撓みは、前記しなやかな構成要素の前記曲げ剛性と前記スペース層の前記圧縮剛性とに基づくことを特徴とする、入力装置。
2. 前記入力表面の前記変形と、前記第２配列のセンサ電極の前記撓みは、前記しなやかな構成要素の前記曲げ剛性と前記スペース層の前記圧縮剛性との比に基づくことを特徴とする、請求項１に記載の入力装置。
3. 前記入力表面に加えられた前記力は、前記第２配列のセンサ電極のサブセットを前記第３配列に向けて撓ませることを特徴とする、請求項１に記載の入力装置。
4. 前記第２配列のセンサ電極の少なくとも一つのセンサ電極が前記第３配列のセンサ電極に向けて撓み、前記第２配列のセンサ電極の少なくとも一つの電極が前記第３配列のセンサ電極に対して実質的に静止したままになるように、前記入力表面に加えられた力に応じて前記しなやかな構成要素が変形するように構成される、請求項１に記載の入力装置。
5. 前記スペース層は、閉鎖セル多孔材、
   開放セル多孔材、接着材、ピラミッド状構造体、グリッド構造体、のうちの少なくとも一つを備える、請求項１又は２又は３又は４に記載の入力装置。
6. 前記第１配列、前記第２配列、前記第３配列の各々は、複数の電極を備え、前記第１配列の前記電極は、前記第３配列の前記電極に対して実質的に並列である、請求項１又は２又は３又は４又は５に記載の入力装置。
7. 前記スペース層は、実質的に均一なバネ定数を有する圧縮可能な構造体配列を備える、請求項１に記載の入力装置。
8. 前記スペース層内の圧縮可能な前記構造体配列は、基板上に形成され、前記第３配列のセンサ電極は、前記基板と前記スペース層との間に配置される、請求項７に記載の入力装置。
9. 前記第１配列のセンサ電極、前記第２配列のセンサ電極、前記第３配列のセンサ電極に通信で結合された処理システムを更に備え、前記処理システムは、
   前記第１配列のセンサ電極、前記第２配列のセンサ電極、前記感知領域における入力対象物のうちの少なくとも２つの間の第１容量結合を測定し、
   前記第３配列のセンサ電極と前記第２配列のセンサ電極との間の第２容量結合を測定し、
   前記第１容量結合および第２容量結合のうちの少なくとも１つにおける変化に基づき、前記感知領域における前記入力対象物の為の位置の情報を決定し、
   前記第２容量結合における変化に基づき、前記入力表面と相互作用する入力対象物の為の力の情報を決定するように構成される、請求項１または２または３または４または７に記載の入力装置。
10. 前記処理システムは、前記第１容量結合および第２容量結合に基づき、非導電性入力対象物から導電性入力対象物を区別するように更に構成される、請求項９に記載の入力装置。
11. 曲げ剛性によって特徴付けられる、しなやかな構成要素であって、ユーザによってタッチされるように構成された入力表面、第１配列のセンサ電極、第２配列のセンサ電極を含む、前記しなやかな構成要素と、
    第３配列のセンサ電極と、
    圧縮剛性によって特徴付けられ、前記しなやかな構成要素と前記第３配列のセンサ電極との間に配置される、スペース層であって、前記入力表面に加えられる力に応じて、前記入力表面は変形するように構成され、前記しなやかな構成要素は、前記しなやかな構成要素の前記曲げ剛性と前記スペース層の前記圧縮剛性との関数として、前記第３配列に向けて撓むように構成される、前記スペース層と、
    前記第１配列、第２配列、第３配列に通信で結合される処理システムであって、前記処理システムは、
    前記第２配列のセンサ電極にトランスミッタ信号を駆動し、
    前記第１配列のセンサ電極から結果として生じる、前記第２配列の前記センサ電極と前記第１配列の前記センサ電極との間の容量結合の影響を有する第１の信号を受信し、
    前記第３配列のセンサ電極から結果として生じる、前記第３配列の前記センサ電極と前記第２配列の前記センサ電極との間の容量結合の影響を有する第２の信号を受信し、
    結果として生じる前記第１の信号および前記第２の信号に基づき、前記入力表面と相互作用する入力対象物の為の位置および力の情報を決定するように構成される、エレクトロニックシステム。
12. 前記スペース層は、閉鎖セル多孔材、開放セル多孔材、接着材、ピラミッド状構造体、
    グリッド構造体のうち少なくとも一つを備える、請求項１１に記載のエレクトロニックシステム。
13. 前記スペース層は、実質的に均一なバネ定数を有する圧縮可能な構造体配列を備える、請求項１２に記載のエレクトロニックシステム。
14. 感知領域において入力対象物を感知するように構成された容量性入力装置の為の処理システムであって、前記容量性入力装置は、しなやかな構成要素を備え、前記しなやかな構成要素は、ユーザによってタッチされるように構成された入力表面、第１配列のセンサ電極、第２配列のセンサ電極を備え、前記しなやかな構成要素は、スペース層の上方に配置され、前記スペース層は、第３配列のセンサ電極の上方に配置され、前記処理システムは、前記第１配列のセンサ電極、第２配列のセンサ電極、第３配列のセンサ電極と通信で結合され、
    前記第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極の間で可変静電容量を形成するように前記第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極を作動させ、
    前記第２配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極の間で可変静電容量を形成するように前記第２配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極を作動させ、
    前記第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極の間の可変静電容量における変化に基づき、前記入力表面と接触する入力対象物の為の位置の情報を決定し、
    前記第２配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極の間の可変静電容量における変化に基づき、前記入力表面を局所的に変形させる入力対象物の為の位置および力の情報を決定するように構成される、処理システム。
15. 前記第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極のうちの少なくとも一つの絶対静電容量に基づき、前記入力表面と接触しない、前記感知領域内の入力対象物の為の位置の情報を決定するように更に構成される、請求項１４に記載の処理システム。
16. 前記処理システムは、第１トランスミッタ信号を前記第２配列の少なくとも一つのセンサ電極に駆動し、前記第１トランスミッタ信号と、前記入力表面と接触する前記入力対象物による影響とに対応して前記第１配列の少なくとも一つのセンサ電極から結果として生じる第１型式の信号を受けることによって、前記第１配列のセンサ電極および第２配列のセンサ電極の間の可変静電容量を形成するように構成され、
    前記処理システムは、前記第１トランスミッタ信号と、前記入力表面と接触する前記入力対象物による前記入力表面の撓みからの影響とに対応し、前記第３配列の少なくとも一つのセンサ電極から結果として生じる第２型式の信号を受けることによって、前記第２配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極の間で可変静電容量を形成するように構成される、請求項１４または１５に記載の処理システム。
17. 前記第１配列のセンサ電極または第２配列のセンサ電極は、前記感知領域における入力対象物から前記第３配列のセンサ電極を電気的にシールドするように構成され、
    前記第２配列のセンサ電極は、互いに、前記第１配列のセンサ電極および第３配列のセンサ電極をシールドするように構成される、請求項１４に記載の処理システム。
18. 前記第１配列のセンサ電極から少なくとも一つのセンサ電極によって受信される結果として生じる第１型式の信号と、前記第３配列のセンサ電極の少なくとも一つのセンサ電極によって受信される結果として生じる前記第２型式の信号は、第２トランスミッタ信号が前記第２配列の前記少なくとも一つのセンサ電極に駆動される前に受信される、請求項１６に記載の処理システム。
19. 前記処理システムは、結果として生じる前記第１型式の信号および第２型式の信号に基づき、容量性相互作用画像を決定するように更に構成され、前記容量性相互作用画像は、前記感知領域内の入力対象物と、入力対象物による前記入力表面の撓みとの影響を有する、請求項１６に記載の処理システム。
20. 前記決定された位置および力の情報に基づき、前記容量性入力装置の前記感知領域において、入力対象物の型式を決定するように更に構成される、請求項１４または１６または１９に記載の処理システム。

Images