JP6276867B2 - シートセンサ及び容量性アレイを採用する力判定 - Google Patents

Description

〔関連出願の相互参照〕
この特許協力条約特許出願は、２０１４年９月８日付けで出願され、「Ｆｏｒｃｅ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｓｈｅｅｔ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ａｒｒａｙ」と題する米国特許仮出願第６２／０４７，６４５号、２０１４年２月１９日付けで出願され、「Ｆｏｒｃｅ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｓｈｅｅｔ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ａｒｒａｙ」と題する米国仮特許出願第６１／９４１，９８８号、及び２０１４年２月１２日付けで出願され、「Ｆｏｒｃｅ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｆｏｒｃｅ−Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」と題する米国仮特許出願第６１／９３９，２５２号に対する優先権を主張し、それらのそれぞれの開示は、その全体が参照により組み込まれる。

本出願は、全般的に、タッチの力を感知するシステム及び方法に関し、詳細には、装置の表面に印加されたタッチの量若しくは大きさを検出及び測定するための、装置と一体化された容量性力センサに関する。

タッチ装置は、一般的に、その装置の表面上でタッチ入力を受信することが可能な装置として、特徴付けることができる。この入力は、コマンド、ジェスチャ、又は他のタイプのユーザ入力として解釈することが可能な、その装置上の１つ以上のタッチの場所を含み得る。一実施例では、タッチ装置上のタッチ入力を、コンピューティングシステムに中継して、例えば、ディスプレイ上の要素を選択すること、ディスプレイ上の要素を再方向付け若しくは再位置決めすること、テキストを入力すること、及びユーザ入力を含めた、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）とのユーザ対話を解釈するために使用することができる。別の実施例では、タッチ装置上のタッチ入力を、コンピュータシステムに中継して、アプリケーションプログラムとのユーザの対話を解釈するために使用することができる。このユーザの対話としては、例えば、音声、ビデオ、写真、プレゼンテーション、テキストなどの操作を挙げることができる。

典型的には、タッチ装置上のタッチ入力は、その装置上のタッチの場所に限定される。しかしながら、一部の場合には、装置に適用されるタッチの力を検出及び測定することもまた、有利であり得る。例えば、ユーザが、相対的に軽いタッチを使用する第１の方式で、ディスプレイ上のコンピュータ生成オブジェクトを操作すること、また別法として、相対的に重いタッチ、又はより急激なタッチを使用する第２の方式で、そのオブジェクトと対話することが可能であれば、有利であり得る。例として、ユーザが、相対的に軽いタッチを使用して、ディスプレイ上のコンピュータ生成オブジェクトを移動させ、次いで、別法として、相対的に重いタッチ、又はより急激なタッチを使用して、同じコンピュータに関するコマンドを選択するか、若しくは呼び出すことが、有利であり得る。より一般的には、ユーザが、タッチの力に応じて、複数の方式で入力を提供することが可能であれば、有利であり得る。例えば、ユーザは、軽いタッチに関する第１の方式、中程度のタッチに関する第２の方式、及び重いタッチに関する第３の方式などで解釈される入力を提供することができる。更には、ユーザが、可変量の力を使用してアナログ入力を提供することが可能であれば、有利であり得る。このタイプの入力は、例えば、シミュレーション自動車上のアクセルペダル、又は飛行シミュレータ内の飛行機の操縦翼面、あるいは同様のアプリケーションを制御するために、有用であり得る。ユーザが、（おそらくは、触覚フィードバックを使用する）仮想現実（ＶＲ）シミュレーション内での、又は拡張現実プログラム内での、シミュレートされた身体の動き若しくは他の方式などの入力を提供することが可能であれば、更に有利であり得る。タッチ装置上で同時に使用中である複数のユーザインタフェースオブジェクト又は要素に提供される複数のタッチの、相対的な程度（例えば、力）及び場所を解釈するために、タッチの力を使用することは、更に有利であり得る。例えば、楽器を演奏するためのアプリケーション内の、２つ以上の要素をユーザが押圧することによる、複数のタッチを解釈するために、タッチの力を使用することが可能である。具体的には、複数のタッチの力は、ピアノのキー上の、ユーザによる複数のタッチを解釈するために使用することができる。同様に、複数のタッチの力を使用して、自動車両を制御するための（加速、制動、信号発信、及び旋回に関する、別個の制御機能を有する）アプリケーション内で、ユーザの複数のタッチを解釈することができる。

本出願は、タッチ装置（タッチ感知面などであり、その一例はタッチディスプレイ）、又は他の感圧入力素子（仮想アナログ制御又は仮想キーボードなど）、あるいは他の入力装置に、ユーザが接触することによって印加される力の量若しくは大きさ、及び印加される力の量若しくは大きさの変化を、測定あるいは判定するために使用することが可能な技術を提供する。これらの技術は、タッチ認識、ＧＵＩのタッチ要素、及びタッチ入力若しくはタッチ操作をアプリケーションプログラム内で使用する、タッチ装置、タッチパッド、及びタッチスクリーンなどの様々な装置内に組み込むことができる。本出願はまた、タッチ装置に接触する際にユーザによって印加される力の量若しくは大きさ、及び印加される力の量若しくは大きさの変化を、測定あるいは判定し、それらに応答して、タッチ装置のユーザに利用可能な更なる機能を提供するために使用することが可能なシステム及び技術も提供する。

本明細書で説明される特定の実施形態は、「力感知構造体」又は「力感知センサ」とも称される、力センサを目的とする。この力センサは、一例がタッチ感知電気装置、又は単純にタッチ装置である、電子装置の筐体と一体化させることができる。実例的な力センサは、圧縮性要素によって、又は空気間隙によって隔てられた、上側部分及び下側部分を含み得る。この上側部分は、上側容量性プレートに接続された上側本体部を含み得るものであり、下側部分は、下側容量性プレートに接続された下側本体部を含み得る。一部の場合には、上側部分及び下側部分は、印加力の量又は大きさを、測定若しくは検出するために使用することが可能な、コンデンサを形成する。圧縮性要素は、典型的には、従順性又はバネ性の材料から形成される。一部の場合には、この圧縮性要素は、「変形可能中央本体部」、中間要素、又は「圧縮性層」と称される。一部の場合には、力センサは、抵抗性歪みゲージ、圧電素子などのような他の力感知素子を含む。

一部の例示的実施形態は、カバーと、カバーの下に位置決めされたディスプレイと、ディスプレイの下に配置された力感知構造体とを有する電子装置を対象とする。力感知構造体は、上側容量性プレートと、上側容量性プレートの一方の側の面に配置された圧縮性要素と、上側容量性プレートに対向する、圧縮性要素の側の面に配置された下側容量性プレートとを含み得る。力感知構造体はまた、力感知構造体に固定され、それを支持するプレートを含み得る。一部の実施形態では、電子装置はまた、力感知構造体に動作可能に結合された感知回路を含む。感知回路は、力感知構造体の上側容量性プレートと下側容量性プレートとの間の静電容量の変化に基づいて、カバー上のタッチの力を推定するように構成され得る。

一部の実施形態では、力感知構造体は、空気間隙を含む従順性層によりディスプレイから隔てられている。一部の場合には、力感知構造体は、圧縮性発泡体で構成される従順性層によりディスプレイから隔てられている。力感知構造体は、従順性ピラーのアレイと光学的に透明な流体とで構成される従順性層によりディスプレイから隔てられ得る。

一部の実施形態では、電子装置はまた、カバーを取り囲んでいるベゼルと、カバーとベゼルとの間の間隙中に配置されたガスケットとを有する筐体を含む。また、この装置は、間隙の少なくとも一部分上に配置された疎油性コーティングを含み得る。

一部の例示的実施形態は、筐体と、筐体の開口部内に配置されたカバーと、カバーの周縁に沿ってカバーと筐体との間に配置された歪み感知ガスケットとを含む電子装置を対象とする。また、この装置は、カバーの下に配置された力感知構造体を含み得る。この装置はまた、筐体に対して固定され、力感知構造体を支持するプレートを含み得る。一部の場合には、歪み感知ガスケットは、ガスケット上側容量性プレートと、ガスケット下側容量性プレートと、ガスケット上側容量性プレートとガスケット下側容量性プレートとの間に配置されたガスケット圧縮性要素とを含む。

一部の実施形態では、電子装置はまた、カバーと力感知構造体との間に配置されたディスプレイと、ディスプレイと力感知構造体との間に空気間隙を備える圧縮性層とを含む。一部の実装形態では、圧縮性層の空気間隙は、第１のしきい値を上回るタッチの力に応答して、少なくとも部分的に圧壊するように構成される。第１のしきい値は、歪み感知ガスケットが検出することができる最大力に対応する第２のしきい値未満であり得る。

一部の実施形態では、電子装置はまた、カバーと力感知構造体との間に配置されたディスプレイと、ディスプレイと力感知構造体との間の圧縮性層とを含む。一部の場合には、圧縮性層は、第１のしきい値を上回るタッチの力に応答して、少なくとも部分的に圧壊するように構成され得る。第１のしきい値は、歪み感知ガスケットが検出することができる最大力に対応する第２のしきい値未満であり得る。

一部の実施形態では、力感知構造体は、上側容量性プレートと、下側容量性プレートと、上側容量性プレートと下側容量性プレートとの間に配置された圧縮性要素とを含む。一部の実施形態では、力感知構造体は、歪みゲージ及び／又は圧電素子を含む。

一部の例示的実施形態は、カバーと、カバーの下に位置決めされた容量性感知層と、容量性感知層の下の圧縮性層とを含む電子装置を対象にする。一部の実施形態では、圧縮性層は、空気間隙を備える。また、電子装置は、圧縮性層の下に配置された力感知構造体を含み得、力感知構造体は、上側容量性プレートと、上側容量性プレートの一方の側の面に配置された圧縮性要素と、上側容量性プレートに対向する、圧縮性要素の側の面に配置された下側容量性プレートとを含む。一部の実施形態は、力感知構造体の下に位置決めされ、力感知構造体を支持するプレートを含む。

一部の実施形態では、電子装置は、カバーの下に位置決めされたディスプレイを含む。また、この装置は、ディスプレイの下に位置決めされたバックライトを含み得る。ディスプレイとバックライトとの間に、容量性感知層が配置され得る。

一部の実施形態では、電子装置は、容量性感知層及び力感知構造体に動作可能に結合された感知回路を含む。感知回路は、容量性感知層と力感知構造体の上側容量性プレートとの間の相互静電容量の変化に基づいて、カバー上のタッチの力を推定するように構成され得る。一部の実施形態では、感知回路は、力感知構造の上側容量性プレートと下側容量性プレートとの間の第１の静電容量を得るように構成され得る。この回路はまた、上側容量性プレートと容量性感知層との間の第２の静電容量を得るように構成され得る。また、この回路は、第１の静電容量及び第２の静電容量を使用して、カバー上のタッチの力の推定値を生成するように構成され得る。

複数の実施形態が、その変形形態を含めて開示されているが、当業者には、本開示の例示的実施形態を示し、説明する、以下の「発明を実施するための形態」から、本発明の更なる他の実施形態が明らかとなるであろう。理解されるように、本開示は、全て本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な明白な態様で修正が可能である。したがって、図面及び「発明を実施するための形態」は、本質的に例示と見なされるべきであり、限定と見なされるべきではない。

例示的なタッチ装置を示す。 力感知構造体を有する例示的なタッチ装置の、図１の線１−１に沿った断面図を示す。 代替的な力感知構造体を有する例示的なタッチ装置の、図１の線１−１に沿った断面図を示す。 力感知構造体を有する例示的なタッチ装置の、図２の線２−２に沿った断面図を示す。 力感知構造体を有する例示的なタッチ装置の、図２の線２−２に沿った断面図を示す。 力感知構造体を有する例示的なタッチ装置の、図２の線２−２に沿った断面図を示す。 容量性力センサを有するタッチ装置の一実施形態の断面図を示す。 容量性力センサを有するタッチ装置の別の実施形態を示す。 容量性力センサを有するタッチ装置の別の実施形態の断面図を示す。 タッチＩ／Ｏ装置とコンピューティングシステムとの間の例示的な通信を示す。 力感知タッチ装置を含むシステムの概略図を示す。 例示的な動作方法を示す。 別の例示的な動作方法を示す。 電気コネクタテール部を有する力感知構造体を示す。 電気コネクタテール部の断面図を示す。 電気コネクタテール部を有する力感知構造体を製造する、例示的方法を示す。 電子装置に組み込まれる別の力感知構造体の実例的な断面を示す図である。 電子装置に組み込まれる更に別の力感知構造体の実例的な断面を示す図である。 電子装置に組み込まれる更に別の力感知構造体の実例的な断面を示す図である。 図１５Ｃの断面図の一部分をより詳細に示す図である。 図１５Ｃの断面図の一部分をより詳細に示す図である。 ２つの力感知構造体を組み込む電子装置の実例的な断面を示す図である。 ディスプレイスタックに位置決めされた容量性感知アレイと結合された、多層シート力センサを組み込む電子装置の実例的な断面を示す図である。

全般的には、実施形態は、力を感知し、単純な二値の感知を上回る複数の異なるレベルの力を識別することが可能な、電子装置の形態を取ることができる。一部の実施形態は、内部に力センサ（例えば、力感知センサ、力感知素子、又は力感知構造体）を組み込む、エンクロージャを有し得る。この力センサは、例えば、装置の１つ以上の側壁又は他の表面内に形成された、溝、切り欠き部、若しくは開口内に組み込むことができる。力感知素子は、特定の実施形態では、外周全体、側壁、又は側壁のセットに沿って、延在することができる。例えば、力センサは、装置内部に形成された内部空洞を取り囲むことができ、又は、装置の内部の周りに、他の方式で延在することができる。上側表面などの、装置の外部上に力が加えられると、力センサは、その力を検出して、対応する入力信号を装置に生成することができる。

一部の実施形態は、単一の力感知構造体又は力感知素子ではなく、電子装置の周辺部の周りに離間配置された、複数の力センサを組み込むことができる。更には、それらの複数の力センサは、連続的なアレイ又は構造体を形成する必要はなく、互いから個別的に離間配置することができる。力センサの数は、間隔と同様、実施形態によって異なり得る。各力センサは、装置の特定領域の範囲内の、隣接表面又は近傍表面上に加えられた力を感知することができる。それゆえ、下層の２つの力センサの間に存在する点に加えられた力は、双方によって感知することができる。

一般的に、力センサ又は装置は、圧縮性要素（例えば、従順性部材）によって隔てられる、１つ以上の容量性プレート、トレース、フレックスなどを含み得る。装置のエンクロージャを通じて力センサに力が伝達されると、圧縮性要素が圧縮することにより、それらの容量性プレートを、互いにより接近させることができる。この容量性プレート間の距離の変化により、それらの間の測定静電容量を増大させることができる。この静電容量の変化を回路が測定して、その静電容量の変化と共に変動する信号を、出力することができる。プロセッサ、集積回路、又は他の電子素子が、この静電容量の変化を、エンクロージャ上に加えられた力と相関させることにより、電子装置への入力としての力の検出、測定、及び使用を容易にすることができる。用語「プレート」は、容量性素子を説明するために使用することができるが、容量性素子は、剛性である必要はなく、その代わりに、（トレース又はフレックスの場合のように）可撓性とすることができる点を理解されたい。
１．専門用語

以下の専門用語は例示的なものであり、決して限定することを意図するものではない。

テキスト「印加力」及びその変異形は、全般的に、装置の表面に印加されるタッチの力を指す。全般的に、この印加力の程度、量、又は大きさは、本明細書で説明される技術を使用して、検出及び測定することができる。印加力の程度、量、又は大きさは、いずれかの特定の尺度を有する必要はない。例えば、印加力の指標は、線形、対数、又は他の方式では非線形とすることができ、印加力、タッチの場所、時間、又は他の方式のいずれかに関連する１つ以上の因子に応答して、周期的に（又は他の方式では、非周期的になど、又は他の方式では、随時に）調節することができる。

テキスト「指」及びその変異形は、全般的に、ユーザの指、又は他の身体部分を指す。例えば、限定するものではないが、「指」は、ユーザの指若しくは親指の任意の部分、及びユーザの手の任意の部分を含み得る。「指」はまた、ユーザの指、親指、又は手の上の、任意の被覆も含み得る。

テキスト「タッチ」及びその変異形は、全般的に、装置の表面と接触する、オブジェクトの動作を指す。このオブジェクトとしては、ユーザの指、スタイラス、又は他のポインティング用のオブジェクトを挙げることができる。例示的なオブジェクトとしては、硬質スタイラス、軟質スタイラス、ペン、指、親指、又はユーザの手の他の部分が挙げられる。「タッチ」は、典型的には、本明細書で説明される技術を使用して検出及び測定することが可能な、印加力並びに場所を有する。

本文書の読了後に、当業者は、これらの専門用語の供述が、本出願の読了後の当業者によって推論されるか若しくは推論可能な、それらの拡張を含めた技術、方法、物理的要素、及びシステムに（現在既知であるか否かにかかわらず）適用可能であることを認識するであろう。同様に、本明細書に記載されるいずれの寸法も、例示であることのみを意図するものであり、実施形態によって変化し得ることを理解されたい。
２．力感知装置

一実施形態では、力感知装置及びシステムは、タッチ装置の回路又は他の内部要素を、外部のオブジェクトから隔離することが可能な、（殆ど又は全ての場所で）比較的透明な物質などの、カバーガラス要素を含み得る。用語「ガラス」は、比較的硬いシート様の品質の材料を指し、カバーガラス要素の材料を、ガラス材料のみに限定するものではない。カバーガラス要素は、例えば、ガラス、処理ガラス、プラスチック、処理プラスチック、及びサファイアを含めた、様々な材料から作製することができる。多くの場合には、カバーガラスは透明であるが、しかしながら、カバーガラスが完全に透明であること、又は更に部分的に透明であることは必須ではない。カバーガラスは、タッチ装置に関する回路を覆うため、及びユーザ用のタッチプレートとしての機能を果たすことなどのために、実質的に直線的な形状に配置することができる。カバーガラスはまた、用途に応じて様々な他の形状に形成することもできる。

一部の実施形態では、カバーガラスは、タッチの場所を検出するように構成された、透明又は非透明のタッチセンサと一体化されるか、又は取り付けられる。この透明タッチセンサは、透明な導電性ラインの１つ以上のアレイから形成された、容量性タッチセンサとすることができる。例えば、この透明タッチセンサは、タッチ感知回路に動作可能に結合された、横断方向の透明な導電性ラインの２つのアレイから形成される、相互容量性タッチセンサとすることができる。そのような透明タッチセンサは、カバーガラスの表面上の複数のタッチを、検出及び追跡することが可能であり得る。それらのタッチとしては、カバーガラス上の、複数の指のタッチ、複数のスタイラスのタッチ、又は異なるタイプのタッチの組み合わせを挙げることができる。例えば、自己容量性タッチセンサ、抵抗性タッチセンサなどを含めた、他のタイプの透明タッチセンサもまた、使用することができる。

一実施形態では、カバーガラス要素は、金属、エラストマー、プラスチック、それらの組み合わせ、又は何らかの他の物質で構築されたケースなどの、タッチ装置に関するフレーム若しくは筐体に結合される。そのような場合には、タッチ装置に関するフレームは、カバーガラス要素が上に位置決めされる、棚部又はレッジを含み得る。カバーガラスは、典型的には、タッチ装置に関する回路の上方に位置決めされる。例えば、フレームは、カバーガラス要素の縁部が上に位置決めされる、棚部を含み得るものであり、そのカバーガラスの残部（又は、その一部）は、タッチ装置に関する回路の上に位置決めされる。

本明細書で説明される実施形態のうちの多くでは、力センサ（例えば、力感知構造体、力感知素子、又は力感知センサ）は、カバーガラス、並びにフレーム又は筐体の棚部若しくはレッジの下方に位置決めされる。力センサは、典型的には、圧縮性要素を含み、カバーガラスとフレーム又は筐体との相対的変位を、検出及び測定するように構成される。前述のように、カバーガラスが変位する量を使用して、印加力を推定することができる。以下の実施形態は、この変位を検出及び測定する、種々の技術並びに方法を目的とする。
３．力センサを有する例示的装置

図１は、本明細書で説明されるような、１つ以上の力感知構造体を組み込む、例示的装置１００を示す。図１に関して、装置１００は、タブレットコンピューティング装置として示されるが、装置１００はまた、モバイル電話、ポータブルコンピュータ、ウェアラブル装置、タッチスクリーンなどを含めた、幾つもの他の装置のうちのいずれかとすることもできる点を理解されたい。装置１００は、複数の側壁及びベゼル１０６を含む、エンクロージャ１０２を有し得る。他の実施形態では、装置１００は、より大きい表面又はエンクロージャ内に埋め込むことができるため、その装置は、識別可能なベゼル又は側壁が欠如している場合がある。

図１に示すように、電子装置１００は、グラフィック情報及び／又はテキスト情報をユーザに伝達するための、カバーガラス１０４の下に位置する、電子ディスプレイを含む。この電子ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、又は他の電子ディスプレイ構成要素を含み得る。一部の実施形態では、このディスプレイを省略することができる。例えば、グラフィック情報及び／又はテキスト情報をユーザに伝達するようには構成されていない、制御ボタン若しくはトラックパッドの上に、カバーガラスを定置することができる。（そのような場合には、カバーガラスは、透明ではない場合がある。）

図１に示すように、この装置は、外部の装置又は要素に、その装置を電気的かつ機械的に結合するための、複数のポート及び機構を含む。それらの入力機構、ポートなどは、電子装置１００のバージョン、タイプ、及びスタイルによって異なり得る。したがって、それらは、そのような装置の実施例としてのみ、かつ実例的な位置でのみ図１に示される。

図２Ａは、図１に示される線１−１に沿った断面図を示す。断面図は、１種類の力感知構造体を有する装置１００の内部を示す。エンクロージャ１０２の中央部分は、電子回路、機械的構造体、及び他の内部要素を包囲することができる。この図に示されるように、ベゼル１０６が、装置１００の周辺部の周りに形成される。

ベゼル１０６の周辺部に沿って、レッジ２０２を形成することができる。レッジ２０２の正確な寸法は、実施形態によって異なり得る。この実施形態では、レッジ２０２は、力感知構造体２００の基底部を支持するように構成された幅を含む。特定の実施形態では、レッジ２０２の上部に、力感知構造体２００の基底部を当接させて、取り付けることができる。同様に、図２Ａに示すように、力感知構造体２００の内側縁部は、ベゼル１０６の内側表面と平行とし、ほぼ整合させることができる。他の実施形態では、力感知構造体２００の内側縁部は、ベゼル１０６の内側縁部からオフセットさせることができる。

図２Ａに示すように、単一の力感知構造体２００は、エンクロージャ１０２の内側空洞の全体を取り囲むことができる。すなわち、力感知構造体２００は、装置の周辺部の全体に沿って、かつレッジ２０２に沿って、延在することができる。それゆえ、力感知構造体２００は、単一のユニット又は要素として形成することができる点を、理解することができる。

図２Ｂは、図１に示される線１−１に沿った代替的断面図を示す。図２Ｂに示すように、装置１００ｂは、代替的な力感知構造体２００ｂを含む。図２Ｂの代替的実施形態では、ベゼル１０６の周辺部に沿って、複数の力感知構造体２００ｂを、異なる場所に定置することができる。この実施例では、力感知構造体２００ｂは、電子装置１００ｂのベゼル１０６の各縁部に、又は各縁部の近傍に定置される。更には、力感知構造体２００ｃが、ベゼルの隅角部のそれぞれに定置される。それゆえ、図２Ｂに示す例示的装置１００ｂ内には、８個の力感知構造体（２００ｂ、２００ｃ）が存在する。

図２Ｂに関して、より多くの力感知構造体２００ｂ、又はより少ない力感知構造体２００ｂを、使用することができる点を理解されたい。例えば、３つの力感知構造体２００ｂを使用することができ、各装置の出力を比較することによって、力の場所を三角測量することができる。あるいは、５つ以上の力感知構造体２００ｂのアレイを、装置内で使用することができる。更には、図２Ｂに示す力感知構造体のそれぞれは、例えば、線形アレイ又は２次元アレイ内の、幾つかの個別の力感知構造体を表し得る。したがって、図２Ｂに示す様々な力感知構造体２００ｂの数及び位置決めは、単なる例示に過ぎず、他の変形形態が可能である。

図３は、図２Ａに示されるような電子装置１００の、２−２に沿った断面図を示す。図３に示すように、カバーガラス１０４、ベゼル１０６、及び力感知構造体３００の間の位置関係が、より詳細に示されるが、正確な幾何学形状、サイズ、許容誤差、位置などは、異なる場合があることを理解されたい。図３に示すように、力感知構造体３００は、カバーガラス１０４の一部分の下に、載置するか又は他の方式で位置決めすることができる。ディスプレイ素子３０４も同様に、カバーガラス１０４の下に位置決めすることができる。一部の実施形態では、力感知構造体３００は、カバーガラス１０４と力感知構造体３００との間の、カバーガラス上に堆積させたインク又は印刷層によって、外観から隠蔽することができる。他の実施形態では、このインク又は印刷層を省略することができる。

一部の実施形態では、ディスプレイ素子３０４は、電子装置内の他の構成要素から力感知構造体を電気的に絶縁するシールドとしての役割を果たし得る。同様に、シールドは、外部信号から力感知構造体３００を電気的に絶縁するために、あるいは、少なくとも力感知構造体に対する外部雑音の影響を低減するために、レッジ２０２及び間隙３０２に隣接する筐体１０２の一部分上に形成され得る。１つの非限定的例として、シールド層は、物理蒸着によって堆積され得る。更に、シールド層の一部又は全部は、共通接地又は系統接地に接続するために、電子装置の内部へと延在し得る。例えば、シールド層は、レッジからエンクロージャ１０２の内部の壁に沿って系統接地まで延在し得る。

特定の実施形態では、レッジ及び／又は筐体の一部分は、その上に任意のシールドを形成するのではなく、それら自体がシールド構造としての役割を果たし得る。特定の実施形態では、種々のシールド層／構造のうちの１つ以上が互いに電気的に結合され得るが、これが必須ではないことを理解されたい。

図３に示すように、ベゼル１０６は、ベゼル１０６の表面から陥凹して、力感知構造体３００を支持するように構成された、レッジ２０２に隣接する。図３に示すように、間隙３０２が、ベゼル１０６の内側縁部とカバーガラス１０４の外側縁部との間に存在し得る。この間隙は、エンクロージャ１０２に対するカバーガラス１０４の自由移動を可能にすることができる。

特定の実施形態では、間隙３０２の表面の一部分又は全部は、疎油性材料でコーティングされ得る。疎油性材料は、油、塵芥、埃及び他の同様の物質が間隙３０２に入ること及び／又は力感知構造体３００に影響を与えることに対するバリヤとしての役割を果たす、あるいは、それを忌避することができる。このようにすると、コーティングは、経時的に力感知構造体の動作を維持する役割を果たし得る。疎油性コーティング以外のコーティングを使用してもよく、異なる実施形態では、他の防塵及び／又は撥油及び／又は防埃コーティングが使用され得る。

図３に示すように、力感知構造体３００は、複数の層を含む。この実施例では、力感知構造体は、変形可能な中央本体部又は圧縮性要素３３０によって隔てられた、上側部分３１０及び下側部分３２０を含む。上側部分３１０は、ポリイミド屈曲材料の層から形成することが可能な、上側本体部３１１を含む。上側部分３１０はまた、上側本体部３１１に接合又は堆積された銅の層から形成される、上側容量性プレート３１２も含む。同様に、下側部分３２０は、同じくポリイミド屈曲材料の層から形成することが可能な、下側本体部３２１を含む。下側部分３２０はまた、下側本体部３２１に接合又は堆積された銅の層から形成される、下側容量性プレート３２２も含む。この実施例では、ポリイミド屈曲材料は、厚さ約０．０５ミリメートルである。しかしながら、他の厚さ及び他の材料を使用して、力感知構造体３００を形成することもできる。

図３に示すように、この実施例では圧縮性要素３３０によって隔てられている、上側容量性プレート３１２と下側容量性プレート３２２との間に、（コンデンサ記号によって示される）静電容量を形成することができる。この実施例では、圧縮性要素３００は、プラスマイナス０．０９ミリメートルの許容誤差を有する、厚さ約０．２ミリメートルのシリコーン材料から形成される。他の実施形態では、圧縮性要素３００は、異なる材料から形成され、異なる厚さを有し得る。

図３に示す力感知構造体３００を使用して、ユーザ印加力を検出及び測定することができる。例えば、ユーザは、カバーガラス１０４を（あるいは、ディスプレイ及び／又はカバーガラスが欠如している実施形態では、電子装置１００の上側表面を）押し下げて、装置１００上に力を加えることができる。カバーガラス１０４が、その力に応答して下向きに移動することにより、力感知構造体３００の圧縮性要素３３０を圧縮することができる。一部の場合には、圧縮性要素３３０が、この圧縮によって平坦化することにより、第１の容量性プレート３１２及び第２の容量性プレート３２２が移動して、互いにより接近する結果をもたらす。結果として、第１の容量性プレート３１２と第２の容量性プレート３２２との間の静電容量が変化し得る。前述のように、静電容量の変化は、電気信号、又は電気信号の変化を生じさせることができ、それらは、関連回路によって検出及び測定することができ、カバーガラス１０４上にユーザによって加えられた力を推定するために使用することができる。

図３に示すように、上側容量性プレート３１２及び下側容量性プレート３２２は、それぞれ、上側本体部３１１及び下側本体部３２１から外向きに延出し得る。すなわち、力感知構造体３００の長さに沿った特定の場所で、容量性プレート３１２、３２２の一部分を剥き出しにして露出させることができる。この容量性プレートの露出部分は、電線、電線管への接続、又は他の電気的接続を容易にし得るものであり、静電容量の変化を測定して、力を推定するために、力感知構造体３００と関連電子回路との間で、信号が通信されることを可能にし得る。

一部の実施形態では、装置１００の内部に、又は力感知構造体の一区画の内部に、第２の、補助構造体を形成することができる。この補助構造体もまた、圧縮性要素によって隔てられた、上側容量性プレート及び下側容量性プレートを含み得る。しかしながら、この補助構造体は、カバーガラス１０４によって圧縮されるようには構成されない場合があり、その代わりに、装置を取り囲む環境条件の変化を説明するために使用される、基準静電容量としての機能を果たし得る。例えば、圧縮性要素（例えば、シリコーン材料）の弾性及び／又は圧縮性は、吸収された水分の量の変化により、変動し得る。この場合には、含水量の変化を説明するために、補助構造体を使用して、圧縮性要素の物理的特性の変化を（直接又は間接的に）測定することが、有利であり得る。一実施例では、この補助構造体は、圧縮性要素によって隔てられた、上側容量性プレート及び下側容量性プレートを有する、コンデンサを形成することができる。このコンデンサは、いずれの力感知構造体からも別個に、補助構造体のプレート間の静電容量を監視する第２の電気回路に接続することができる。この補助構造体は、ユーザがカバーガラスを押し下げる際に、全く（又は、殆ど）圧縮を経験しないが、依然として、力感知構造体と同じ環境、又は同様の環境に晒されるように、装置の一部内に位置決めすることができる。それゆえ、補助構造体のプレート間の静電容量のいずれの変化も、純粋に、吸収された水分及び／又は圧縮性要素（例えば、シリコーン材料）の経時変化に起因するものとすることができる。圧縮性要素の物理的特性に影響を及ぼす、環境条件の変化を補正するように、補助構造体からの出力信号を使用して、力感知構造体からの読み取り値を調節することができる。

図４及び図５は、力感知構造体の代替的実施形態を示す。具体的には、図４は、上側容量性プレート４１２に取り付けられた上側本体部４１１を含む、上側部分４１０を有する、力感知構造体４００を示す。力感知構造体４００はまた、下側容量性プレート４２２に取り付けられた下側本体部４２１を含む、下側部分４２０も含む。上側部分４１０及び下側部分４２０は、圧縮性要素４３０によって隔てられており、カバーガラス１０４に印加される力を検出するために使用することが可能な、コンデンサを形成する。図４に示す実施例では、上側容量性プレート４１２及び下側容量性プレート４２２は、上側本体部４１１及び下側本体部４２１を越えて延出しない。この場合には、力感知構造体４００との電気通信は、力感知構造体４００の外形の内部に位置する、電気端子又は電線管によって容易にすることができる。

図５は、力感知構造体５００を組み込む、電子装置１００の別の代替的実施形態を示す。この実施形態では、水分、塵芥、埃、及び他の潜在的な環境汚染物質の侵入を防ぐために、カバーガラス１０４と力感知構造体５００との間に、環境シール５５０を位置決めすることができる。環境シール５５０は、例えば、Ｂｕｎａ（登録商標）ゴム、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）、ＥＰＤＭなどの、押出従順材料から形成することができる。一部の場合には、環境シール５５０は、装置１００の要素に適用された後に硬化する、シーラント材料のビード（bead）として形成される。

任意選択的に、図５に示すように、この装置はまた、環境シール５５０に接合面を提供するように、シール５５０とカバーガラス１０４との間に位置決めされた、支持部材５５２も含み得る。この実施例では、支持部材５５２は、カバーガラス１０４に取り付けられることにより、エンクロージャ１０２に対して移動可能である。それゆえ、カバーガラス１０４に力が印加されると、カバーガラス１０４、任意選択の支持部材５５２、及びシール５５０は、全て下向きに移動して、力感知構造体５００を圧縮することができる。それゆえ、本実施形態では、シール５５０を使用して、力感知構造体５００を水分及び外部の異物から隔離しつつも、依然として、力感知構造体５００の動作を可能にすることができる。シール５５０に加えて、又はシール５５０の代わりに、装置１００はまた、カバーガラス１０４の縁部とエンクロージャ１０２の一部分との間に位置する、１つ以上のワイピングシールも含み得る。更には、カバーガラス１０４とエンクロージャ１０２の一部分との間に、バッフルシール又は薄膜を装着することができ、このバッフルシールは、装置１００の内部部分に、汚染物質が入り込むことを防ぐように構成される。

一部の実施形態では、環境シール５５０は従順性であり、他の実施形態では、環境シール５５０は従順性ではなく、剛性とすることができる。剛性のシールは、力感知構造体５００に力を直接伝達することにより、有利であり得るが、その一方で、従順性又は可撓性のシールは、あらゆる力を伝達する前に、幾分圧縮する可能性がある。いずれのタイプのシールも使用することができるが、力感知構造体５００の出力は、可撓性のシールの圧縮によって影響を受ける可能性がある。

図６は、容量性力センサを有する装置の、別の代替的実施形態を示す。図６に示すように、タッチ装置ケース６０５（例えば、筐体）は、カバーガラス要素６１０を保持するように、成形及び位置決めすることができる。例えば、タッチ装置ケース６０５は、写真フレームの形状を有するような、直線的フレームを含み得るものであり、カバーガラス要素６１０は、（カバーガラス要素６１０の下に写真が定置される場合に実施されるような）写真カバーの形状を有する。タッチ装置ケース６０５は、屈曲、反り、又は他の物理的歪みに対して、タッチ装置ケース６０５を安定化させることが可能な、裏当て（図示せず）又は中間フレーム要素（図示せず）を含み得る。タッチ装置ケース６０５はまた、（本明細書で説明されるような）タッチ装置に関する回路を、位置決めすることが可能な空間も、画定することができる。このことは、外来の汚染物質又は望ましくない接触に対して、並びに、屈曲若しくは反り、又は、おそらくはタッチ装置に関する回路誤差若しくは他の問題を引き起こす恐れがある、他の電気的若しくは物理的効果に対して、それらのタッチ装置に関する回路を保護することができるという効果を有する。

図６に示すように、タッチ装置ケース６０５は、外側リップ、又はタッチ装置ケース６０５の基底線から上向きの突出部によって画定することができるような、外側縁部６１５を含み得るものであり、この外側縁部６１５は、Ｘ方向又はＹ方向での、カバーガラス要素６１０の過度のずれ若しくは他の移動を防ぐように、位置決めすることができる。このコンテキストでは、Ｚ方向は、一般に、カバーガラス要素６１０の平面及びタッチ装置の上面に対して実質的に垂直な（９０度の角度である可能性が高いが、このことは必須ではない）方向を示すものであり、その一方で、Ｘ方向及びＹ方向は、一般に、実質的にカバーガラス要素６１０の同じ平面の範囲内の（互いに対して９０度の角度である可能性が高いが、このことは必須ではない）方向を示す。

図６に示すように、カバーガラス要素６１０及び外側縁部６１５は、それらの間にカバーガラス間隙６２０を画定することにより、カバーガラス要素６１０が、タッチ装置ケース６０５に衝突することも、擦れ合うこともないという効果を有する。一実施形態では、タッチ装置は、カバーガラス要素６１０と外側縁部６１５との間に位置決めされた、任意選択のエラストマー６２５、又は他の物質を含み得る。このことは、タッチ装置が落下するか、衝突されるか、蹴られるか、又は他の方式で壊滅的に移動される場合などの、外側縁部６１５の方向でのカバーガラス要素６１０の急加速の場合に、衝撃の吸収を提供する効果を有し得る。例えば、エラストマー６２５は、カバーガラス要素６１０の縁部の周りに配置することができ、Ｏリング形状又は同様の形状を形成する効果を有する。エラストマー６２５はまた、カバーガラス要素６１０と外側縁部６１５との間に、塵芥又は他の物体が滑り込むことによって引き起こされる恐れがある、異物損傷を防ぐか、又は少なくとも阻止する方向に作用する効果も有し得る。

図６に示すように、タッチ装置ケース６０５は、内側リップ、又はタッチ装置ケース６０５の外側縁部６１５から内向きの内部突出部によって画定することができるような、カバーガラス棚部６３０を含み、このカバーガラス棚部６３０は、カバーガラス要素６１０を支持するように位置決めすることができる。例えば、カバーガラス要素６１０を、カバーガラス棚部６３０上に安置することができ、このことにより、カバーガラス要素６１０が、タッチ装置に関する回路内に滑り落ちることを防ぐことができる。代替的実施形態では、タッチ装置ケース６０５は、カバーガラス要素６１０を支持するように位置決めされた、内部支持要素によって画定することができるような、中間フレーム（図示せず）を含み得る。例えば、この中間フレームは、タッチ装置に関する回路のうちの少なくとも一部を支持するように位置決めされた、比較的中実の（任意選択の穴が存在しない）要素を含み得る。

図６に示すように、この装置は、力感知構造体６００を含む。この実施例では、力感知構造体６００は、約１００マイクロメートルの厚さを有する第１の感圧接着剤（ＰＳＡ）層６３５と、第１のフレックス回路６４０とを備える、第１の上側部分を含む。第１のフレックス回路６４０は、電気信号を伝導し、かつ／又は容量性プレートを動作させるように構成された、駆動／感知ラインのセットを含む。力感知構造体６００はまた、同じく約１００マイクロメートルの厚さを有するような第２のＰＳＡ層６４５と、信号を伝導し、かつ容量性プレートとしての役割を果たすための導電性の駆動／感知ラインを同じく有する、第２のフレックス回路６５０とを備える、下側部分も含む。第１のフレックス回路６４０及び第２のフレックス回路６５０は、駆動／感知ラインによる制御に応答して動作するように構成され、容量性センサを形成することができる。前述の実施形態に関して上述されたように、力感知構造体６００の上側部分と下側部分との間の静電容量の変化は、第１のフレックス回路６４０と第２のフレックス回路６５０との間の撓み又は距離の変化の量に関連付けることができる。（他の実施形態では、容量性センサの代わりに、１つ以上の歪みゲージを使用することができる。）一実施例では、カバーガラス要素６１０が（圧力、又は他の印加力などによって）傾斜される場合には、第１のフレックス回路６４０及び第２のフレックス回路６５０は、軸に対する場所、及び傾斜の場所に応じて、より接近するか、又はより遠ざかることができる。本明細書で更に説明されるように、第１のフレックス回路６４０及び第２のフレックス回路６５０は、タッチ装置ケース６０５上の幾つかの場所内に複製することができる。

力感知構造体６００は、典型的には、静電容量の変化を検出及び測定するように構成された力感知回路に、動作可能に接続される。静電容量の変化を測定することによって、力感知回路を使用して、１つ以上の力感知構造体の相対的変位を推定することができ、そうして、その相対的変位を使用して、カバーガラス要素６１０の傾斜の軸及び場所を判定することができる。更には、この静電容量の変化を使用して、カバーガラス要素６１０に印加された力を推定することができる。一部の実施形態では、力感知回路は、プロセッサを含むか、又はプロセッサに結合される。

一実施形態では、第１のフレックス回路６４０と第２のフレックス回路６５０との間の領域は、実質的に空の（すなわち、空気で充填された）空間を画定することができる。代替的実施形態では、第１のフレックス回路６４０と第２のフレックス回路６５０との間の領域は、圧縮性層６５５を含み得る。第１の実施例に関しては、第１のフレックス回路６４０と第２のフレックス回路６５０との間の空間は、その空間内部に分散された、バネ要素のセットを含み得る。この場合には、第１のフレックス回路６４０と第２のフレックス回路６５０とは、バネ力によって離れて保持され、一般に接触することはない。第２の実施例に関しては、圧縮性層６５５は、シリコーンの角錐のセット、又はシリコーンのバネのセットなどの、少なくとも部分的にシリコーンから構築された微細構造体を含み得るものであり、同じく、第１のフレックス回路６４０と第２のフレックス回路６５０とが、バネ力によって離れて保持され、一般に接触することがないという効果を有する。

上記で概説されたように、カバーガラス要素６１０は、１つ以上のタッチの場所を検出するように構成された、透明タッチセンサを含み得る。前述のように、この透明タッチセンサは、タッチセンサ回路に結合された、透明導電性ラインの１つ以上のアレイから形成することができる。カバーガラス要素６１０内に一体化させることが可能な透明タッチセンサのタイプとしては、限定するものではないが、相互容量性センサ、自己容量性タッチセンサ、及び抵抗性タッチセンサが挙げられる。

一実施形態では、第１のフレックス回路６４０及び第２のフレックス回路６５０の上方の、カバーガラス要素６１０の区域を、インクマスク６６０で覆うことができる。一実施形態では、インクマスク６６０は、カバーガラス要素６１０の下方、かつ第１のフレックス回路６４０の上方に配置される。このことは、タッチ装置のユーザには、一般に、第１のフレックス回路６４０若しくは第２のフレックス回路６５０のいずれも見えることがなく、又は、タッチ装置ケース６０５、カバーガラス要素６１０、若しくはタッチ装置に関するいずれかの回路（図示せず）に、それらのフレックス回路を結合する要素のうちの、いずれも見えることがないという効果を有する。例えば、このタッチ装置は、表面６６５を含み得るものであり、この表面６６５は、インクマスク６６０が存在しない場所には、カバーガラス要素６１０の表面を含み得るものであり、インクマスク６６０が存在する場所には、インクマスクの表面を含み得る。上述のように、Ｚ方向６７０は、タッチ装置の表面６６５に対して実質的に垂直な方向を示し得る。

一実施形態では、カバーガラス要素６１０と外側縁部６１５との相互作用により、カバーガラス要素６１０の外側縁部で、力のセットが生じ得る。一部の実施形態では、力感知構造体６００（又は、代替的に、歪みゲージ）は、カバーガラス要素６１０の２つ以上の縁部に定置される。それらの２つ以上の力感知構造体のそれぞれは、タッチ装置内の力感知回路に、動作可能に結合することができ、これらの力を検出及び測定するために使用することができる。更には、それらの２つ以上の力感知構造体のそれぞれの相対的変位を推定することによって、その回路を使用して、カバーガラス要素６１０に対する法線ベクトルを判定することができるが、この法線ベクトルは、印加力の場所（すなわち、法線ベクトルの場所）並びに印加力の量（すなわち、法線ベクトルの大きさ）を表すものである。

一実施形態では、この法線ベクトルは、カバーガラス要素の傾斜の量、又はＸ及びＹの場所での圧力の量に応答して、判定することができる。例えば、カバーガラス要素の周辺部上の１つ以上の縁部に位置する、２つ以上の力感知構造体を使用して、変位のセットを測定することができる。一実施形態では、それらの変位は、１つ以上の印加力に比例するか、又は相関させることができる。カバーガラス要素の縁部での個別の力に応答して、合力Ｆｚを判定することができ、それらの個別の力間の相関関係に基づいて、中心の場所（ｘ０，ｙ０）を判定することができる。それゆえ、２つ以上の力感知構造体を使用して、カバーガラス要素上に加えられた実際の力に相関する、合力Ｆｚ及び中心の場所（ｘ０，ｙ０）を計算することができる。更には、複数の力感知構造体によって生成される信号を、（カバーガラス要素内に一体化される可能性がある）タッチセンサの出力と結合することにより、カバーガラス要素上の複数の指タッチに関する（印加力の）場所及び大きさの双方を解明することができる。

図７は、容量性力センサを有する装置の、別の例示的実施形態を示す。この装置は、ＬＥＤ、ＬＣＤ、又はＯＬＥＤディスプレイなどのディスプレイ領域と一致し得る（又は、一致し得ない）、タッチ感知領域７１０を含み得る。この実施例では、タッチ感知領域７１０は、カバーガラス要素６１０と一体化された、透明タッチセンサから形成される。

図７は、上方から見た場合のタッチ装置を示すものであり、タッチ装置ケース６０５、カバーガラス要素６１０、及び外側縁部６１５を含む。このタッチ装置はまた、ホームボタン７０５、及びタッチ感知領域７１０（この領域内で、タッチ装置は、例えば容量性タッチセンサを使用して、１つ以上のタッチの場所を判定することができる）も含む。ホームボタン７０５は、タッチ感知領域７１０の範囲内に、部分的又は完全に存在し得るか、あるいは、タッチ感知領域７１０の外側に位置し得る。

一実施形態では、このタッチ装置の形状は、Ｘ方向中心線７１５ｘ及びＹ方向中心線７１５ｙなどの、一対の中心線７１５によって示すことができる。このタッチ装置は、タッチ感知領域７１０に接するような、１つ以上の縁部に沿って、力センサ７００のセットを含み得る。力センサ７００は、図３〜６に関して説明したものと同様の、１つ以上の容量性力センサから形成することができる。あるいは、力センサ７００は、歪みゲージなどの、印加力を感知することが可能な他の装置を含み得る。

図７に示すように、装置は、タッチ感知領域７１０の周辺部の１つ以上の縁部に沿って位置する、複数の力センサ７００を含み得る。各力センサ７００は、圧縮性中間層によって隔てられた、少なくとも２つの容量性プレートを含む。一実施形態では、力センサ７００のセットは、タッチ感知領域７１０の透明部分の実質的に外側に配置することができる。例えば、力センサ７００は、インクマスク６６０（図６を参照して説明したものと同様又は類似のものなど）の下に位置し得る。そのような場合には、力センサ７００は、力センサ７００の対の間のゲージ間隔７２５で、及び個別の力センサ７００とタッチ装置の縁部との間の縁部間隔７３０で、位置決めすることができる。代替的実施形態では、力センサ７００は、ディスプレイスタックの下に位置決めするか、又は、タッチ感知領域７１０に対して別の位置に配置することができる。力センサ７００は、互いに等間隔に離間配置するか、不均等な間隔で、反復する間隔で、又は必要に応じて、離間配置することができる。同様に、力センサ７００は、タッチ感知領域７１０の全ての側面に沿って位置決めされるか、装置の隅角部に位置決めされるか、タッチ感知領域７１０の全てよりも少ない側面に沿って位置決めされるか、又はタッチ感知領域７１０の単一の縁部に沿って位置決めされることができる。したがって、図７に示すセンサ分布は、実例的な部分的分布を意図するものであり、限定するものではない。

一実施形態では、各力センサ７００は、第１のフレックス回路と第２のフレックス回路との間の距離を推定するために相関させることが可能な、第１のフレックス回路と第２のフレックス回路との間の静電容量の量を測定するように構成された、力感知回路に結合される。第１のフレックス回路と第２のフレックス回路との相対位置は、上述の図６に示された構成と同様のものとすることができる。上述の実施形態と同様に、第１のフレックス回路上に画定された第１の感知素子と、第２のフレックス回路上に画定された第２の感知素子との間の静電容量の量は、プロセッサを含み得る力検出回路を使用して、検出及び測定することができる。そのような場合には、印加力の量は、カバーガラス要素６１０に印加された力が存在しない場合の安静位置に対する、第１のフレックス回路と第２のフレックス回路との間の距離の相対的変化に、相関させることができる。各力センサ７００は、第１のフレックス回路及び第２のフレックス回路から形成することができ、又は別個の要素とすることができる点を理解されたい。

代替的実施形態では、各力センサ７００は、第１のフレックス回路と第２のフレックス回路との間の抵抗の量を測定するように構成された、力感知回路に結合される。例えば、第１のフレックス回路及び第２のフレックス回路を、抵抗層によって結合することができる。抵抗又は抵抗の変化を測定することによって、力感知回路を使用して、第１のフレックス回路と第２のフレックス回路との間の距離を判定することができる。例えば、第１のフレックス回路と第２のフレックス回路との間の抵抗の量は、第１のフレックス回路と第２のフレックス回路との間の距離に相関させることができる。このことは、例えば、圧縮性の抵抗層が、その厚さ又は圧縮の量に応じた、可変抵抗率を有する材料から形成される場合に、実施することができる。１つのそのような場合には、圧縮性の抵抗層は、歪みゲージと同様の、バネ力のように増大する抵抗を有する、微細構造体を含む。力感知回路は、この圧縮性の抵抗層内の、抵抗又は抵抗の変化を測定することによって、フレックス回路間の距離を推定することができる。

図７を参照すると、力センサ７００は、力センサ７００のセットに対応する（カバーガラス要素１１０の縁部に沿った別個の場所での）距離のセットを判定するように構成された、（プロセッサを含む）力感知回路に、動作可能に結合することができる。すなわち、この力感知回路は、各力センサでの測定静電容量に基づいて、第１のフレックス回路と第２のフレックス回路との間の距離を推定することができる。一実施形態では、各センサ７００での変位は、それらの力センサ７００の場所での印加力に相関する。図６に関して上述された技術と同様に、個別の力の推定値に基づいて、合力Ｆｚを判定することができ、それらの個別の力の推定値の重み付けに基づいて、重心の場所（ｘ０，ｙ０）を判定することができる。一実施形態では、合力Ｆｚ及び重心の場所（ｘ０，ｙ０）は、その合力Ｆｚ及び重心の場所（ｘ０，ｙ０）に応答して計算される力のセット及びモーメントが、力センサ７００のセットのそれぞれでの変位及び力に関する実測値と最も良好に一致するように、較正される。それゆえ、複数の力センサを使用して、装置に加えられた実際の力に相関する、合力Ｆｚ及び中心の場所（ｘ０，ｙ０）を計算することができる。更には、複数の力センサによって生成される信号を、（カバーガラス要素内に一体化される可能性がある）タッチセンサの出力と結合することにより、装置上の複数の指タッチに関する（印加力に起因する）場所及び大きさの双方を解明することができる。

図８は、容量性力センサを有する装置の、別の例示的実施形態を示す。具体的には、図８に示される装置は、変形可能なカバーガラス要素を含む。

図８に示すように、カバーガラス要素８０５は、タッチ装置フレーム８１５に結合することが可能な、フレーム要素８１０に結合することができる。一実施形態では、カバーガラス要素８０５とフレーム要素８１０との間に、空間的分離が存在する。第１の実施例に関しては、カバーガラス要素８０５は、約０．９０ｍｍの厚さを有し得るが、この特定の厚さは、単なる例示に過ぎず、必須のものではない。第２の実施例に関しては、フレーム要素８１０は、エラストマー、プラスチックを含み得るか、又は他の物質からの構築を含み得る。カバーガラス要素８０５はまた、タッチ装置からのディスプレイスタックなどの、ディスプレイスタック８２０の上方に位置決めして、グラフィック表示又はテキスト表示を提供するように適応させることもできる。

一実施形態では、ディスプレイスタック８２０は、直線的容量性アレイ内の駆動ライン及び感知ラインに関して、あるいはアレイ内の個別のセンサ構造体に関して使用することができるような電極パターンを含む、反射シート８２５の上方に位置決めすることができる。反射シート８２５は、反射シート８２５と別の要素との間の静電容量に関して使用することができるような、空気間隙８３０の上方に位置決めすることができる。例えば、空気間隙８３０は、約０．１０ｍｍの厚さを有し得るが、この特定の厚さは、単なる例示に過ぎず、必須のものではない。

一実施形態では、空気間隙８３０は、駆動及び感知トレース／素子のセットを含むか、あるいは個別の感知トレース／素子のアレイから形成することが可能な、容量性トレース又は素子を有する、回路８３５の上方に位置決めすることができる。例えば、回路８３５は、約０．１０ｍｍの厚さを有し得るが、この特定の厚さは、単なる例示に過ぎず、必須のものではない。

一実施形態では、回路８３５は、感圧接着剤（ＰＳＡ）要素８４０の上方に位置決めすることができる。例えば、ＰＳＡ要素８４０は、約０．０３ｍｍの厚さを有し得るが、この特定の厚さは、単なる例示に過ぎず、必須のものではない。更に、ＰＳＡと筐体との間でプライマを使用して、構造体を筐体に固定することができる。構造体は、接合の前に筐体と光学的に整合させることができる。

一実施形態では、ＰＳＡ要素８４０は、中間プレート要素８４５の上方に位置決めすることができる。第１の実施例に関しては、中間プレート要素８４５は、約０．２５ｍｍの厚さを有し得るが、この特定の厚さは、単なる例示に過ぎず、必須のものではない。第２の実施例に関しては、中間プレート要素８４５は、中間プレート要素８４５に結合された、空気間隙８３０の下方の要素を支持することができる。

一実施形態では、カバーガラス要素８０５、ディスプレイスタック８２０、及び関連要素は、比較的変形可能とすることができる。このことは、タッチ装置の表面に対する印加力が、空気間隙８３０の近傍の要素間の距離の変化、及び空気間隙８３０の近傍に位置決めされた回路によって測定される静電容量の変化を引き起こすことができるという効果を有し得る。例えば、駆動及び感知ラインのセット、あるいは個別の感知素子のアレイは、反射シート８２５内、又は回路８３５内に位置決めすることが可能であり、空気間隙８３０全体の静電容量を測定することができる。

そのような場合には、空気間隙８３０全体の静電容量は、カバーガラス要素８０５、ディスプレイスタック８２０、及び関連要素の変形に応答して、変化を被ることになる。このことは、空気間隙８３０の近傍に位置決めされた要素が、静電容量の変化を測定することが可能となり、その変化に応答して、印加力の量又は大きさを判定することが可能となるという効果を有する。

一部の実施形態では、カバーガラス要素８０５の区域にわたって、複数の力センサを形成することができる。一実施形態では、それらの力センサのセットは、力センサのそれぞれが、カバーガラス要素８０５の区域にわたる［Ｘ，Ｙ］場所に位置決めされるアレイなどの、直線的アレイ内に位置決めすることができる。例えば、力センサのそれぞれは、駆動素子とセンサ素子との間に相互静電容量を呈するか、又は自己静電容量を呈する、容量性力センサを含み得る。別の実施例では、センサのそれぞれは、上記の図６に関して説明されたような抵抗性歪みゲージなどの、印加力に応答して抵抗の変化を呈する、抵抗性歪みゲージを含み得る。

一実施形態では、印加力は、その印加力の実質的に近傍に存在する、各力センサに影響を及ぼし得る。印加力は、その印加力の量、及び印加力の［Ｘ，Ｙ］場所と影響を受ける力センサの［Ｘ，Ｙ］場所との間の距離に応じて、そのような各力センサに異なる方式で影響を及ぼす。このことは、タッチ装置内のプロセッサ又は他の回路が、印加力のマッピングを判定し、そのマッピングに応答して、カバーガラス要素８０５の［Ｘ，Ｙ］場所のセット及びＺ変位を判定することができるという効果を有する。例えば、カバーガラス要素８０５の縁部に沿った（又は、タッチ感知領域の範囲内の）点の特定のＺ変位を使用して、印加力の［Ｘ，Ｙ］場所を判定することができる。一実施形態では、カバーガラス要素８０５は、厚さ約７００マイクロメートルとすることができるが、この厚さは、実施形態によって異なり得る。

一実施形態では、同じ情報又は同様の情報を使用して、２つ以上のそのような印加力の、［Ｘ，Ｙ］場所及びＺ変位を判定することができる。そのような複数の力が印加される場合には、タッチ装置内のプロセッサ又は他の回路は、印加力の重心を判定することができ、その重心から、タッチ装置は、１つ以上の個別の力を判定することができる。例えば、この情報から、プロセッサ又は他の回路は、力が印加されている１つ以上の［Ｘ，Ｙ］場所、及びそのような各場所で印加されている力の量若しくは大きさを判定することができる。

一実施形態では、カバーガラス要素８０５と空気間隙８３０との相互作用が、印加力の、各場所での力のセットを定義する。タッチ装置内のプロセッサ又は他の回路は、カバーガラス要素８０５全域にわたる場所に分布された、１つ以上の（本明細書で説明されるような）容量性感知素子又は１つ以上の歪みゲージなどを使用して、これらの力を測定することができる。これらの力に応じて、この回路は、印加力の１つ以上の場所、及び印加力の１つ以上の量若しくは大きさを表す、カバーガラス要素８０５に対する法線ベクトルのセットを判定することができる。

一実施形態では、印加力の場所は、上述のように、カバーガラス要素８０５上の各場所で感知された印加力の分布に応じて、Ｘ及びＹの場所のそれぞれで判定されることにより、そのような各場所に、印加力のＺ量を割り当てることができる。第１の実施例に関しては、感知された印加力の分布に応じて、印加力の総合的な重心を判定することができる。次いで、プロセッサ又は他の回路は、各場所で、それぞれの個別の推定される印加力を位置付け、その力の量を特定し、感知された印加力から、その特定された力を差し引くことができる。このことは、全てのそのような個別の印加力が見出されるまで、各印加力を個別に特定するための方法を、プロセッサ又は他の回路に提供する効果を有し得る。

一実施形態では、力の量又は大きさは、別個の力センサがカバーガラス要素８０５の下方に配置される、別個の場所のセットのそれぞれで、判定することができる。例えば、一実施形態では、力センサは、カバーガラス要素８０５の下方のグリッド内に配置することができる。そのような各場所での力の量を有することにより、各印加力が測定される場所の加重和を使用して、その力のセットの量の加重重心を計算することができる。そのような重心を判定することにより、プロセッサは、至近の最大力センサ、又はタッチ場所センサ、いずれか若しくは双方に応じて、至近の局所的最大力を判定することができる。至近の局所的最大力を判定することにより、プロセッサは、その力、及び各力センサに対するその予想される効果を差し引き、それぞれの個別の印加力が判定されるまで、このプロセスを繰り返すことができる。代替的実施形態では、このプロセスに加えて、若しくはこのプロセスの代わりに、他の技術及び更なる技術を使用することが可能である。
４．力感知装置システム

図９は、タッチＩ／Ｏ装置とコンピューティングシステムとの間の例示的な通信を示す。この実施例では、タッチＩ／Ｏ装置９０１は、操作者又はユーザによるタッチを検出するための、１つ以上のセンサを含む。タッチ装置９０１は、それらの１つ以上のセンサから、コンピューティングシステム９０３に、通信チャネル９０２を介して電子信号を送信する。例示的なコンピューティングシステム９０３は、図１０に関して以下で説明され、１つ以上のコンピュータプロセッサ、及びコンピュータ実行可能命令を記憶するためのコンピュータ可読メモリを含む。タッチＩ／Ｏ装置、通信チャネル９０２、及びコンピューティングシステム９０３は、同じタッチ装置の一部として、全て一体化させることができる。

図９に示すように、実施形態は、有線又は無線通信チャネル９０２を介してコンピューティングシステム９０３と対話するための、タッチ入力及び力入力（おそらくは、タッチの場所、及びそれらの場所での印加力を含むものなど）を受信することが可能な、タッチＩ／Ｏ装置９０１を含み得る。タッチＩ／Ｏ装置９０１を使用して、キーボード、マウス、若しくはおそらくは他の装置などの、他の入力装置の代わりに、又は他の入力装置と組み合わせて、コンピューティングシステム９０３にユーザ入力を提供することができる。代替的実施形態では、タッチＩ／Ｏ装置９０１は、マウス、トラックパッド、若しくはおそらくは別のポインティング装置に加えて、又はそれらの代わりになど、他の入力装置と併せて使用することができる。１つ以上のタッチＩ／Ｏ装置９０１は、コンピューティングシステム９０３にユーザ入力を提供するために使用することができる。タッチＩ／Ｏ装置９０１は、コンピューティングシステム９０３の一体部分（例えば、ラップトップ上のタッチスクリーン）とすることができ、又はコンピューティングシステム９０３から分離させることもできる。

タッチＩ／Ｏ装置９０１は、完全に又は部分的に透明、半透明、非透明、不透明、若しくはそれらの任意の組み合わせである、タッチ感知及び／又は力感知パネルを含み得る。タッチＩ／Ｏ装置９０１は、タッチスクリーン、タッチパッド、タッチパッドとして機能するタッチスクリーン（例えば、ラップトップのタッチパッドに置き換わるタッチスクリーン）、任意の他の入力装置と組み合わされるか若しくは組み込まれる、タッチスクリーン又はタッチパッド、（例えば、キーボード上に配置されたタッチスクリーン又はタッチパッド、トラックパッド若しくは他のポインティング装置上に配置されたタッチスクリーン又はタッチパッド）、タッチ入力を受信するためのタッチ感知面を有する任意の多次元オブジェクト、あるいは別のタイプの入力装置又は入出力装置として具体化することができる。

一実施例では、タッチＩ／Ｏ装置９０１は、ディスプレイの少なくとも一部分の上に、少なくとも部分的若しくは完全に位置決めされた、透明及び／又は半透明のタッチ感知並びに力感知パネルを含み得る、タッチスクリーンである。（タッチ感知及び力感知パネルは、ディスプレイの少なくとも一部分の上に、少なくとも部分的又は完全に位置決めされるとして説明されるが、代替的実施形態では、タッチ感知及び力感知パネルの実施形態で使用される回路若しくは他の要素の少なくとも一部分は、ディスプレイの少なくとも一部分の下に、少なくとも部分的又は完全に位置決めされるか、ディスプレイの少なくとも一部分と共に使用される回路と交互配置されるか、あるいは他の方式の場合もある。）この実施形態によれば、タッチＩ／Ｏ装置９０１は、コンピューティングシステム９０３（及び／又は、別のソース）から送信されるグラフィックデータを表示するように機能し、またユーザ入力を受信するようにも機能する。他の実施形態では、タッチＩ／Ｏ装置９０１は、タッチ感知及び力感知構成要素／装置が、ディスプレイ構成要素／装置と一体化される、一体型タッチスクリーンとして具体化することができる。更に他の実施形態では、タッチスクリーンは、主ディスプレイの補足グラフィックデータ、又は主ディスプレイと同じグラフィックデータを表示し、おそらくはタッチの場所、及びそれらの場所での印加力を含む、タッチ入力を受信するための、補足又は追加的ディスプレイ画面として使用することができる。

タッチＩ／Ｏ装置９０１は、装置９０１上の１つ以上のタッチ又はニアタッチの場所を、また適用可能な場合、それらのタッチの力を、タッチＩ／Ｏ装置９０１の近位での、１つ以上のタッチ又はニアタッチの発生に関して、また適用可能な場合、それらのタッチの力に関して測定することが可能な、いずれかの現象の代わりに、若しくは現象と組み合わせて、若しくは現象と併せて、容量性、抵抗性、光学的、聴覚的、誘導性、機械的、化学的、又は電磁気的測定に基づいて、検出するように構成することができる。ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせを使用して、検出されたタッチの測定値を、また適用可能な場合、それらのタッチの力を処理することにより、１つ以上のジェスチャを特定及び追跡することができる。ジェスチャは、タッチＩ／Ｏ装置９０１上の、静止若しくは非静止の、単一若しくは複数のタッチ又はニアタッチに、また適用可能な場合、それらのタッチの力に対応し得る。ジェスチャは、タッチＩ／Ｏ装置９０１上で、タッピング、押圧、揺動、スクラビング、捻転、方向の変化、圧力を変化させた押圧などの特定の方式で、本質的に同時に、継続的に、連続的に、若しくは他の方式で、１つ以上の指又は他のオブジェクトを移動させることによって、実行することができる。ジェスチャは、ピンチ、スライド、スワイプ、回転、屈曲、ドラッグ、タップ、押圧、及び／又は解除することか、あるいは、任意の他の指、身体の任意の他の部分又は他のオブジェクトとの間での他の動き、若しくはそれらを伴う他の動きによって特徴付けることができるが、これらに限定されない。１人以上のユーザによって、１つ以上の手、あるいは身体の任意の他の部分又は他のオブジェクト、若しくはそれらの任意の組み合わせを使用して、単一のジェスチャを実行することができる。

コンピューティングシステム９０３は、グラフィックデータを使用してディスプレイを駆動することにより、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を表示することができる。このＧＵＩは、タッチＩ／Ｏ装置９０１を介して、タッチ入力を、また適用可能な場合、そのタッチ入力の力を受信するように構成することができる。タッチスクリーンとして具体化される場合には、タッチＩ／Ｏ装置９０１は、ＧＵＩを表示することができる。あるいは、ＧＵＩは、タッチＩ／Ｏ装置９０１とは別個のディスプレイ上に表示することもできる。ＧＵＩは、インタフェース内部の特定の場所に表示される、グラフィック要素を含み得る。グラフィック要素としては、仮想スクロールホイール、仮想キーボード、仮想ノブ又はダイヤル、仮想ボタン、仮想レバー、任意の仮想ＵＩなどを含めた、様々な表示仮想入力装置を挙げることができるが、これらに限定されない。ユーザは、それらのＧＵＩのグラフィック要素に関連付けることが可能な、タッチＩ／Ｏ装置９０１上の１つ以上の特定の場所で、ジェスチャを実行することができる。他の実施形態では、ユーザは、ＧＵＩのグラフィック要素の場所とは無関係の１つ以上の場所で、ジェスチャを実行することができる。タッチＩ／Ｏ装置９０１上で実行されるジェスチャは、ＧＵＩ内部のカーソル、アイコン、メディアファイル、リスト、テキスト、画像の全て又は諸部分などのグラフィック要素を、直接若しくは間接的に、操作し、制御し、修正し、移動させ、作動させ、開始させるか、又は全般的に影響を及ぼすことができる。例えば、タッチスクリーンの場合には、ユーザは、タッチスクリーン上のグラフィック要素の上でジェスチャを実行することによって、そのグラフィック要素と直接対話することができる。あるいは、タッチパッドは、一般的に、間接的な対話を提供する。ジェスチャはまた、非表示のＧＵＩ要素にも影響を及ぼす（例えば、ユーザインタフェースを出現させる）ことができ、又はコンピューティングシステム９０３内部の他のアクションに影響を及ぼす（例えば、ＧＵＩ、アプリケーション、又はオペレーティングシステムの状態若しくはモードに影響を及ぼす）こともできる。ジェスチャは、表示されるカーソルと併せて、タッチＩ／Ｏ装置９０１上で実行される場合もあり、又は実行されない場合もある。例えば、ジェスチャがタッチパッド上で実行される場合には、ディスプレイ画面又はタッチスクリーン上に、カーソル（又は、ポインタ）を表示することができ、タッチパッド上のタッチ入力を介して、また適用可能な場合、そのタッチ入力の力を介してカーソルを制御することにより、ディスプレイ画面上のグラフィックオブジェクトと対話することができる。ジェスチャがタッチスクリーン上で直接実行される他の実施形態では、ユーザは、カーソル又はポインタが、タッチスクリーン上に表示されているか否かにかかわらず、タッチスクリーン上のオブジェクトと直接対話することができる。

タッチＩ／Ｏ装置９０１上のタッチ又はニアタッチ、また適用可能な場合、それらのタッチの力に応答して、あるいはそれらに基づいて、通信チャネル９０２を介して、ユーザにフィードバックを提供することができる。フィードバックは、光学的に、機械的に、電気的に、嗅覚的に、聴覚的になど、又はそれらの任意の組み合わせで、可変方式若しくは非可変方式で、送信することができる。

前述のように、タッチＩ／Ｏ装置、通信チャネル９０２、及びコンピューティングシステム９０３は、タッチ装置又は他のシステム内に、全て一体化させることができる。このタッチ装置又はシステムは、ポータブル装置又は非ポータブル装置とすることができ、それらの装置としては、通信装置（例えば、モバイル電話、スマートフォン）、マルチメディア装置（例えば、ＭＰ３プレーヤ、ＴＶ、ラジオ）、ポータブルコンピュータ若しくはハンドヘルドコンピュータ（例えば、タブレット、ネットブック、ラップトップ）、デスクトップコンピュータ、オールインワン型デスクトップ、周辺装置、又は、これらのタイプの装置のうちの２つ以上の組み合わせを含む、図１０に示すシステムアーキテクチャを包含するように適応可能な、任意の他の（ポータブル又は非ポータブルの）システム若しくは装置が挙げられるが、これらに限定されない。

図１０は、１つ以上のコンピュータ可読媒体１００１、処理システム１００４、入出力（Ｉ／Ｏ）サブシステム１００６、おそらくは無線周波数（ＲＦ）若しくは他の周波数の回路などの、電磁周波数回路１００８、及び音声回路１０１０を一般に含む、システム１０００の一実施形態のブロック図を示す。これらの構成要素は、１つ以上の通信バス又は信号ライン１００３によって結合することができる。そのような各バス又は信号ラインは、１００３−Ｘの形態で示し得るものであり、Ｘは、固有の番号とすることができる。バス又は信号線は、構成要素間で適切な種類のデータを伝えることができ、各バス又は信号線は、他のバス／線とは異なってもよく、一般的には、同様の動作を実行することができる。

図１０に示すアーキテクチャは、システム１０００の１つの例示的なアーキテクチャに過ぎず、システム１０００は、示されるものよりも多い構成要素、若しくは少ない構成要素、又は異なる構成の構成要素を有することが可能である点を理解されたい。図１０に示す様々な構成要素は、１つ以上の信号処理回路及び／又は特定用途向け集積回路を含む、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせで実装することができる。

図１０に示す、ＲＦ回路１００８は、１つ以上の他の装置に、無線リンク又はネットワークを介して、情報を送受信するために使用され、この機能を実行するための周知の回路を含む。ＲＦ回路１００８及び音声回路１０１０は、周辺インタフェース１０１６を介して、処理システム１００４に結合される。インタフェース１０１６は、周辺装置と処理システム１００４との間の通信を確立及び維持するための、様々な既知の構成要素を含む。音声回路１０１０は、音声スピーカ１０５０及びマイクロフォン１０５２に結合され、インタフェース１０１６から受信した音声信号を処理するための既知の回路を含むことにより、ユーザは、他のユーザとリアルタイムで通信することが可能となる。一部の実施形態では、音声回路１０１０は、ヘッドホンジャック（図示せず）を含む。

周辺インタフェース１０１６は、システムの入力周辺装置及び出力周辺装置を、プロセッサ１０１８及びコンピュータ可読媒体１００１に結合する。１つ以上のプロセッサ１０１８は、コントローラ１０２０を介して、１つ以上のコンピュータ可読媒体１００１と通信する。コンピュータ可読媒体１００１は、１つ以上のプロセッサ１０１８が使用するためのコード及び／又はデータを記憶することが可能な、任意の装置若しくは媒体とすることができる。媒体１００１は、メモリ階層を含み得るものであり、このメモリ階層には、キャッシュ、主メモリ、及び二次メモリが含まれるが、これらに限定されない。このメモリ階層は、ＲＡＭ（例えば、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＤＤＲＡＭ）、ＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ、ディスクドライブ、磁気テープ、ＣＤ（コンパクトディスク）、及びＤＶＤ（デジタルビデオディスク）などの磁気記憶装置及び／又は光記憶装置の、任意の組み合わせを使用して実装することができる。媒体１００１はまた、コンピュータ命令又はデータを示す情報搬送信号を（信号が変調される搬送波の有無にかかわらず）伝えるための、伝送媒体も含み得る。例えば、この伝送媒体は、通信ネットワークを含み得るものであり、この通信ネットワークとしては、インターネット（ワールドワイドウェブとも称される）、イントラネット（単数又は複数）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、ストレージエリアネットワーク（ＳＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）などが挙げられるが、これらに限定されない。

１つ以上のプロセッサ１０１８は、媒体１００１上に記憶された様々なソフトウェア構成要素を実行することにより、システム１０００に関する様々な機能を実行する。一部の実施形態では、ソフトウェア構成要素は、オペレーティングシステム１０２２、通信モジュール（又は、命令のセット）１０２４、タッチ及び印加力の処理モジュール（又は、命令のセット）１０２６、グラフィックモジュール（又は、命令のセット）１０２８、並びに１つ以上のアプリケーション（又は、命令のセット）１０３０を含む。これらのモジュール及び上述のアプリケーションのそれぞれは、１つ以上の上述の機能及び本出願で説明される方法（例えば、コンピュータにより実施される方法、及び本明細書で説明される他の情報処理方法）を実行するための、命令のセットに対応する。これらのモジュール（すなわち、命令のセット）は、別個のソフトウェアプログラム、手順、又はモジュールとして実装される必要はなく、それゆえ、様々な実施形態では、これらのモジュールの様々なサブセットを組み合わせるか、又は他の方式で再編成することができる。一部の実施形態では、媒体１００１は、上記で特定されるモジュール及びデータ構造のサブセットを記憶することができる。更には、媒体１００１は、上述されていない追加的モジュール及びデータ構造を記憶することができる。

オペレーティングシステム１０２２は、一般的なシステムタスク（例えば、メモリ管理、記憶装置制御、電力管理など）を制御及び管理するための、様々な手順、命令のセット、ソフトウェア構成要素、及び／又はドライバを含み、様々なハードウェア構成要素とソフトウェア構成要素との間の通信を容易にする。

通信モジュール１０２４は、１つ以上の外部ポート１０３６を介した、又はＲＦ回路１００８を介した、他の装置との通信を容易にし、ＲＦ回路１００８及び／又は外部ポート１０３６から受信したデータを取り扱うための、様々なソフトウェア構成要素を含む。

グラフィックモジュール１０２８は、ディスプレイ表面上に、グラフィックオブジェクトをレンダリングし、アニメーション化し、表示するための、様々な既知のソフトウェア構成要素を含む。タッチＩ／Ｏ装置１０１２が、タッチ感知及び力感知ディスプレイ（例えば、タッチスクリーン）である実施形態では、グラフィックモジュール１０２８は、そのタッチ感知及び力感知ディスプレイ上にオブジェクトをレンダリングし、表示し、アニメーション化するための、構成要素を含む。

１つ以上のアプリケーション１０３０は、システム１０００上にインストールされる任意のアプリケーションを含み得るものであり、それらのアプリケーションとしては、ブラウザ、アドレス帳、連絡先リスト、電子メール、インスタントメッセージング、ワードプロセッシング、キーボードエミュレーション、ウィジェット、ＪＡＶＡ（登録商標）対応アプリケーション、暗号化、デジタル著作権管理、音声認識、音声複製、場所判定能力（本明細書では「ＧＰＳ」とも称される場合がある、全地球測位システムによって提供されるものなど）、音楽プレーヤなどが挙げられるが、これらに限定されない。

タッチ処理モジュール１０２６は、タッチＩ／Ｏ装置１０１２に関連付けられる様々なタスクを実行するための、様々なソフトウェア構成要素を含み、それらのタスクとしては、タッチＩ／Ｏ装置コントローラ１０３２を介してＩ／Ｏ装置１０１２から受信される、タッチ入力及び印加力入力を、受信及び処理することが挙げられるが、これらに限定されない。一部の場合には、タッチ処理モジュール１０２６は、力センサ１０６０を動作させるためのコンピュータ命令を含む。例えば、タッチ処理モジュール１０２６は、図１１Ａ、Ｂのプロセス１１００及びプロセス１１５０に関して以下で説明される、１つ以上の動作を実行するための命令を含み得る。一部の場合には、タッチ処理モジュール１０２６は、力センサ１０６０の動作で実施することが可能な、パラメータ又は設定を含む。

Ｉ／Ｏサブシステム１００６は、様々な機能を制御又は実行するために、タッチＩ／Ｏ装置１０１２及び１つ以上の他のＩ／Ｏ装置１０１４に結合される。タッチＩ／Ｏ装置１０１２は、ユーザのタッチ入力及び印加力入力を処理する（例えば、ハードウェアを走査する）ための様々な構成要素を含む、タッチＩ／Ｏ装置コントローラ１０３２を介して、処理システム１００４と通信する。１つ以上の他の入力コントローラ１０３４は、他のＩ／Ｏ装置１０１４との間で、電気信号を受信／送信する。他のＩ／Ｏ装置１０１４としては、物理ボタン、ダイヤル、スライダスイッチ、スティック、キーボード、タッチパッド、追加的ディスプレイ画面、又はこれらの任意の組み合わせを挙げることができる。

タッチスクリーンとして具体化される場合には、タッチＩ／Ｏ装置１０１２は、ＧＵＩ内に、ユーザに対する視覚出力を表示する。この視覚出力は、テキスト、グラフィック、ビデオ、及びこれらの任意の組み合わせを含み得る。視覚出力の一部又は全ては、ユーザインタフェースオブジェクトに対応し得る。タッチＩ／Ｏ装置１０１２は、ユーザからのタッチ入力及び印加力入力を受け取る、タッチ感知及び力感知面を形成する。タッチＩ／Ｏ装置１０１２及びタッチスクリーンコントローラ１０３２は（任意の関連モジュール、及び／又は媒体１００１内の命令のセットと共に）、タッチＩ／Ｏ装置１０１２上のタッチ又はニアタッチ、また適用可能な場合、それらのタッチの力（及びタッチのあらゆる移動若しくは解除、及びタッチの力のあらゆる変化）を、検出及び追跡し、その検出されたタッチ入力及び印加力入力を、１つ以上のユーザインタフェースオブジェクトなどの、グラフィックオブジェクトとの対話に変換する。装置１０１２が、タッチスクリーンとして具体化される場合には、ユーザは、そのタッチスクリーン上に表示されるグラフィックオブジェクトと、直接対話することができる。あるいは、装置１０１２が、タッチスクリーン以外のタッチ装置（例えば、タッチパッド又はトラックパッド）として具体化される場合には、ユーザは、別のＩ／Ｏ装置１０１４として具体化された別個のディスプレイ画面上に表示されるグラフィックオブジェクトと、間接的に対話することができる。

タッチＩ／Ｏ装置１０１２がタッチスクリーンである実施形態では、そのタッチスクリーンは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）技術、ＬＰＤ（発光ポリマーディスプレイ）技術、ＯＬＥＤ（有機ＬＥＤ）、又はＯＥＬ（有機エレクトロルミネセンス）を使用することができるが、他の実施形態では、他のディスプレイ技術を使用することもできる。

ユーザのタッチ、及び印加力、入力、並びに、表示されているものの状態及び／又はコンピューティングシステムの状態に基づいて、タッチＩ／Ｏ装置２０１２によってフィードバックを提供することができる。フィードバックは、光学的に（例えば、光信号又は表示画像）、機械的に（例えば、触覚フィードバック、タッチフィードバック、力フィードバックなど）、電気的に（例えば、電気的刺激）、嗅覚的に、聴覚的に（例えば、ビープ音など）など、又はそれらの任意の組み合わせで、可変方式若しくは非可変方式で、送信することができる。

システム１０００はまた、様々なハードウェア構成要素に給電するための、電力システム１０４４も含み、また、電力管理システム、１つ以上の電源、再充電システム、停電検出回路、電力変換器又は逆変換器、電力状態指示器、並びに、典型的にはポータブル装置内での電力の発生、管理、及び配分に関連付けられる、任意の他の構成要素を含み得る。

一部の実施形態では、周辺インタフェース１０１６、１つ以上のプロセッサ１０１８、及びメモリコントローラ１０２０は、処理システム１００４などの単一のチップ上に実装することができる。一部の他の実施形態では、それらは、別個のチップ上に実装することができる。

一実施形態では、例示的システムは、タッチＩ／Ｏ装置２０１２と一体化された、力センサ１０６０を含む。力センサ１０６０は、例示的実施形態のうちのいずれか１つに関して上述された、力感知構造体のうちの１つ以上を含み得る。全般的に、力センサ１０６０は、タッチＯ／Ｉ装置１０１２上のタッチの力の大きさとして解釈又は処理することが可能な、電子信号若しくは電子応答を生成するように構成される。一部の場合には、力センサ１０６０は、信号ライン１００３−１０を介して、タッチＩ／Ｏ装置に電子信号を直接送信する。それらの信号は、Ｉ／Ｏサブシステム１００６内の力センサコントローラ１０６１に中継することができる。一部の場合には、力センサ１０６０は、タッチＩ／Ｏ装置１０１２を通過させることなく、信号ライン１００３−１１を介して、力センサコントローラ１０６１に信号を直接送信する。

力センサコントローラ１０６１は、単独で、又はプロセッサのうちの１つ以上（例えば、プロセッサ１０１８又はセキュアプロセッサ１０４０）と組み合わせて、力センサ１０６０に関する力感知回路としての機能を果たし得る。具体的には、力センサコントローラ１０６１は、プロセッサ１０１８又はセキュアプロセッサ１０４０などの、プロセッサ若しくは他のコンピューティング装置に結合することができる。一実施例では、力センサコントローラ１０６１は、力センサ１０６０によって生成された電子信号に基づいて、推定の力を算出するように構成される。推定の力に関するデータは、タッチ処理モジュール１０２６などの、システム１０００の他の態様で使用するために、プロセッサ１０１８又はセキュアプロセッサ１０４０に送信することができる。一実施例では、力センサコントローラ１０６１は、例えば、アナログ−デジタル変換、フィルタ処理、及びサンプリングの動作を含めた、力センサ１０６０によって生成される電子信号に対する信号処理を実行する。一部の場合には、システム１０００内の他のプロセッサ（例えば、プロセッサ１０１８又はセキュアプロセッサ１０４０）が、処理された信号に基づいて、推定の力を算出する。結果として、システム１０００は、測定、算出、計算、若しくは他の方式で操作することが可能な、力センサコントローラ１０６１によって生成された信号又はデータを利用することができる。一実施形態では、力センサ１０６０の出力は、プロセッサ１０１８、セキュアプロセッサ１０４０、若しくは他の方式などの、力センサコントローラ１０６１又はタッチＩ／Ｏ装置に結合されるか若しくはアクセス可能な、１つ以上のプロセッサ又は他のコンピューティング装置によって使用される。更には、力センサ１０６０からの出力は、力センサコントローラ１０６１又はタッチＩ／Ｏ装置１０１２に結合されるか若しくはアクセス可能な、１つ以上のアナログ回路又は他の特殊回路によって使用することができる。

本出願の読了後に、当業者は、タッチＩ／Ｏ装置上の印加力及び接触に関する情報を得て、その関連情報を使用して、タッチＩ／Ｏ装置上の印加力及び接触の大きさ並びに場所を判定するための技術が、ユーザの指による印加力若しくは接触から受信される、反射減衰及び容量性センサデータなどの、実世界データに応答し、変化させるものであり、印加力及びタッチＩ／Ｏ装置との接触の検出並びに使用に役立つ、有用かつ具体的な結果をもたらすことを認識するであろう。更には、本出願の読了後に、当業者は、コンピューティング装置による印加力及び接触のセンサ情報の処理が、実質的なコンピュータ制御及びプログラミングを含み、印加力及び接触のセンサ情報の実質的な記録を伴い、印加力及び接触のセンサハードウェア及び任意選択的に印加力及び接触のセンサ情報を使用するためのユーザインタフェースとの、対話を伴うことを認識するであろう。

本開示で説明される実施形態の特定の態様は、例えば、本開示によるプロセスを実行するように、コンピュータシステム（又は、他の電子装置）をプログラムするために使用することが可能な命令を記憶させた、コンピュータ可読記憶媒体又は非一時的機械可読媒体を含み得る、コンピュータプログラム製品若しくはソフトウェアとして提供することができる。非一時的機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形態（例えば、ソフトウェア、処理アプリケーション）で情報を記憶するための、任意の機構を含む。非一時的機械可読媒体は、限定はしないが、磁気記憶媒体（例えば、フロッピーディスケット、ビデオカセットなど）、光記憶媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気記憶媒体、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能なプログラマブルメモリ（例えば、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ）、などの形態をとることができる。

様々な実施形態を参照して、本開示を説明してきたが、これらの実施形態は例示的なものであり、本開示の範囲は、それらに限定されるものではないことが理解されるであろう。多くの変形、修正、追加、及び改善が可能である。より全般的には、本開示による実施形態は、特定の実施形態のコンテキストで説明されてきた。本開示の様々な実施形態では、機能性を、手順内で異なる方式で分離又は組み合わせることができ、あるいは異なる専門用語で説明することもできる。これらの変形、修正、追加、及び改善、並びに他の変形、修正、追加、及び改善は、以下の特許請求の範囲で定義されるような、本開示の範囲内に包含することができる。
５．動作方法

図１１Ａは、力センサを有する装置を動作させるための、例示的プロセスを示す。このプロセスは、上述の図２Ａ、２Ｂ、３〜８に関して上述された力センサを使用して、適用することができる。

図１１Ａは、フローポイント及び動作ステップ若しくは動作機能を含む、プロセス１１００に関する例示的フローチャートを示す。これらのフローポイント及び動作は、特定の順序で示されるが、より一般化された技術のコンテキストでは、それらの動作の順序が、図示の通りに従わなければならないという、特定の要件は存在しない。例えば、フローポイント及び動作は、異なる順序で、同時に、並行して、又は他の方式で、実行することが可能である。同様に、これらのフローポイント及び動作は、装置内の汎用プロセッサによって実行されるように示されるが、より一般化された手法のコンテキストでは、いずれのそのような限定に関する特定の要件も存在しない。例えば、１つ以上のそのような動作は、専用プロセッサによって実行するか、別の回路によって実行することが可能であり、あるいは、無線技術を使用して、それらの機能を近傍の装置にオフロードすることによって、又はそれらの機能をクラウドコンピューティング機能にオフロードすることなどによって、他の装置内の他のプロセッサ若しくは他の回路にオフロードすることが可能である。一部の場合には、プロセス１１００の動作を実行する前に、電子装置がオンにされており、オペレーティングシステムが、ロードされており、実行されている。また、例えば、タッチスクリーンセンサ、ディスプレイ装置、及び力センサ装置を含めた、関連ハードウェアも電力供給されており、かつ初期化されている場合もある。

動作１１０５で、装置のカバーガラス上の場所［Ｘ，Ｙ］に、力が印加される。この力は、指を使用して、又は、スタイラス若しくはペンなどの他のポインティング装置を使用して、印加することができる。一部の場合には、複数のタッチを、装置のカバーガラスに適用することができる。例えば、マルチタッチジェスチャ又はコマンドを、カバーガラス上に入力することにより、正味の印加力を生じさせることができる。

動作１１１０で、その印加力に応答して、電気信号が検出及び測定される。一実施例では、装置内の（プロセッサを含み得る）力感知回路が、印加力に応答して、１つ以上の力センサからの値を測定する。一実施形態では、図２Ａ、２Ｂ、及び図３〜５に関して上述されたように、力感知回路は、１つ以上の力感知構造体での静電容量の変化を検出する。この静電容量の変化は、印加力から生じる、カバーガラス内の撓みを推定するために、相関させるか又は使用することができる。別の実施形態では、図６に関して説明されたように、力感知回路は、１つ以上の力センサから受信した信号に基づいて、カバーガラスに適用された傾斜の量を推定する。更に別の実施形態では、図７に関して説明されたように、力感知回路を使用して、カバーガラスの下の別個の場所のセットで、容量性センサ間の（又は、自己静電容量モードでは、単一のセンサに関する）静電容量の変化を検出する。この静電容量の変化は、印加力から生じる、カバーガラス上の変位を推定するために使用することができる。

動作１１１５で、１つ以上のタッチの場所が判定される。一実施例では、力感知回路は、１つ以上の力センサから受信した信号に基づいて、カバーガラス要素に力が印加されている、１つ以上の場所を判定する。この場所は、例えば、複数の力センサからの出力を比較し、その出力を使用して、印加力の場所を三角測量又は推定することによって、判定することができる。

動作１１２０で、各場所に印加されている力の量又は大きさが推定される。例えば、力感知回路を使用して、図８に関して説明された加重重心技術などを使用して、各測定場所で印加されている力の量又は大きさを判定することができる。一部の実施形態では、方法１１００の動作が複数回繰り返される。一部の実施形態では、方法１１００は、力感知装置の電源がオンである限り、繰り返される。

図１１Ｂは、力センサを有する装置を動作させるための、別のプロセスを示す。このプロセスは、上述の図２Ａ、２Ｂ、３〜８に関して上述された力センサを使用して、適用することができる。

図１１Ｂは、フローポイント及び動作ステップ若しくは動作機能を含む、プロセス１１５０に関する別の例示的フローチャートを示す。これらのフローポイント及び動作は、特定の順序で示されるが、より一般化された技術のコンテキストでは、それらの動作の順序が、図示の通りに従わなければならないという、特定の要件は存在しない。同様に、これらのフローポイント及び動作は、装置内の汎用プロセッサによって実行されるように示されるが、より一般化された手法のコンテキストでは、いずれのそのような限定に関する特定の要件も存在しない。一部の場合には、プロセス１１５０の動作を実行する前に、電子装置がオンにされており、オペレーティングシステムが、ロードされており、実行されている。また、例えば、タッチスクリーンセンサ、ディスプレイ装置、及び力センサ装置を含めた、関連ハードウェアも電力供給されており、かつ初期化されている場合もある。

動作１１５５で、電荷信号が力感知構造体に送信される。典型的な実装では、この電荷信号は、力感知構造体内の容量性プレートの一方に送信される、一連の電荷パルスを含む。各電荷パルスは、力感知構造体内の容量性プレートに印加される電圧の瞬時変化を含むことにより、それらのプレート間に誘導電流を生じさせる。一部の実例では、この電荷信号は、力感知構造体の容量性プレート間に印加される、交流電流（ＡＣ）である。多くの場合には、電荷信号が個別の電荷パルスである場合には、その電荷パルスは、装置の動作の間、規則的な間隔で送信される。電荷信号が交流電流である場合には、その電荷信号は、動作の間、継続的に送信することができる。いずれの場合にも、動作１１５５は、典型的には、以下で説明される動作１１６０、１１６５、及び動作１１７０と同時に実行される。

動作１１６０で、力感知構造体に関して、第１の静電容量が測定される。典型的には、この静電容量は、力感知構造体が、非圧縮状態又は非作動状態にある間に測定される。例えば、動作１１６０の測定は、装置が静止しており、操作者によってタッチされていない時に、実施することができる。一部の場合には、一定の期間にわたって複数の測定が実施され、合成静電容量値又は平均静電容量値が判定される。

動作１１６５で、装置に力が印加される。図２Ａ、２Ｂ、３〜８に関して上述された実施形態によれば、ユーザは、カバーガラス上の場所に力を印加して、装置のカバーガラスにタッチすることができる。ユーザは、指、スタイラス、ペンなどで、装置にタッチすることができる。一部の場合には、マルチタッチジェスチャ又はユーザ入力に従って、複数のタッチが、カバーガラスに同時に適用される。図２Ａ、２Ｂ、３〜８に関して上述された実施形態によれば、印加力は、典型的には、力感知構造体の圧縮又は撓みを生じさせ、２つの容量性プレートの位置の相対的変化を生じさせる。

動作１１７０で、力感知構造体に関して、第２の静電容量が測定される。典型的には、この静電容量は、力感知構造体が、上述の動作１１６５で印加された力により、圧縮状態又は撓み状態にある間に測定される。一部の場合には、一定の期間にわたって複数の測定が実施され、合成静電容量値又は代表静電容量値が判定される。

動作１１７５で、第１の静電容量測定値及び第２の静電容量測定値を使用して、力が推定される。図２Ａ、２Ｂ、３〜８に関して上述された実施形態によれば、印加力は、２つの容量性プレートの位置の変化を生じさせることにより、力感知構造体の静電容量を変化させる。動作１１７５では、この静電容量の変化を推定の力に相関させるか又はこれを使用して推定の力を計算する。例えば、力感知構造体の圧縮性要素が、線形力バネとして挙動する場合には、（容量性プレート間の距離の変化に比例する）静電容量の変化は、力の変化に比例することになる。バネ定数などの、圧縮性要素の材料特性は、既知であるため、力の量は、第１の静電容量測定値と第２の静電容量測定値との差異を定数倍したものとして、推定することができる。一部の実施形態では、方法１１５０の動作が複数回繰り返される。一部の実施形態では、方法１１５０は、力感知装置の電源がオンである限り、繰り返される。
６．力センサへの電気的接続及び製造方法

上述の特定の実施形態によれば、容量性力センサは、典型的には、中間の圧縮性要素によって隔てられた２つの容量性プレートを有する、力感知スタックを含む。典型的な実装では、それらの容量性プレートの少なくとも一方に、電荷信号が印加され、容量測定が実施される。電荷信号（駆動信号）の送出及び容量性プレートからの容量測定値（感知信号）の受信の双方のために、力感知構造体は、典型的には、電気的接続によって、システムの他の要素に接続される。製造の間の組み立てを容易にするために、この電気的接続は、可撓性の電線管から形成される、着脱可能な電気的接続とすることが有利であり得る。

図１２は、ディスプレイ素子１２０２又はその一部分の周辺部の周りに位置する２つの力感知構造体１２１０、１２２０を有する、例示的なタッチ装置１２００を示す。２つの力感知構造体１２１０、１２２０は、電気コネクタテール部１２５０に電気的に接続される。この実施例では、２つの力感知構造体（１２１０、１２２０）のそれぞれは、中間の圧縮性要素によって隔てられた、第１の容量性プレート及び第２の容量性プレートから形成される。一般的には、力感知構造体１２１０及び力感知構造体１２２０を使用して、この装置の表面上のタッチの大きさを判定することができる。図３〜５に関して上述されたように、装置に印加された力は、圧縮性要素を圧縮又は変形させて、第１の容量性プレートと第２の容量性プレートとの間の距離を変化させる。この距離の変化は、力感知回路を使用して、２つのプレート間の静電容量の変化として測定することができる。そのため、２つの構造体１２１０、１２２０は、力を感知するために協働し、このようにすると、構造体１２１０、１２２０を別個に又は合わせて「力感知構造体」と称することができる。

電気コネクタテール部１２５０は、２つの力感知構造体１２１０、１２２０を、装置内部の別個の回路構成要素上に位置し得る力感知回路と電気的に結合するために使用することができる。一部の場合には、電気コネクタテール部１２５０は、力感知回路との接続を容易にするために、可撓性の電線管から形成されることが有利であり得る。例えば、電気コネクタテール部１２５０は、導電性トレースでプリント又は形成されている、ポリイミド材料の積層体から形成することができる。一部の場合には、この可撓性の電線管は、装置のエンクロージャの限られた空間内部での経路指定を容易にするために、容易に屈曲するように構成されることが、更に有利であり得る。コネクタテール部１２５０の可撓性又は曲げ半径を改善するために、コネクタテール部１２５０の少なくとも末端部分内で、中間の圧縮性要素を排除又は除去することが有利であり得る。中間の圧縮性要素を除去することはまた、電気コネクタテール部１２５０の１つ以上の内側表面との電気的接続も、容易にすることができる。

図１３は、電気コネクタテール部１２５０の、線３−３に沿った断面図を示す。図１３に示すように、電気コネクタテール部１２５０は、４つの回路層１２１１、１２１２、１２２１、１２２２から形成される。この実施例では、回路層のそれぞれは、少なくとも１つの可撓性誘電層、及び少なくとも１つの可撓性導電層を含む。可撓性誘電層は、ポリイミドシートから形成することができ、導電層は、金属フィルム又は金属化トレース材料から形成することができる。更には、この実施例では、回路層のそれぞれは、（図１２に示す）力感知構造体１２１０、１２２０のうちの一方の容量性プレートと、電気的に接続される。例えば、回路層１２１１の導電層を、力感知構造体１２１０の第１の（上側の）容量性プレートに、電気的に接続することができる。同様に、回路層１２１２の導電層を、力感知構造体１２１０の第２の（下側の）容量性プレートに、電気的に接続することができる。同様に、回路層１２２１及び回路層１２２２は、それぞれ、力感知構造体１２２０の第１の（上側の）容量性プレート及び第２の（下側の）容量性プレートに、電気的に接続される。この実施例では、回路層１２１１、１２２１、１２２２、及び回路層１２１２のそれぞれは、対応の端子１２１３、１２２３、１２２４、及び端子１２１４に、電気的に結合される。

あるいは、回路層１２１１、１２２１、１２２２、及び回路層１２１２のうちの１つ以上は、力感知構造体１２５０に関する接地層としての機能を果たし得る。一実施例では、外側の回路層１２１１又は回路層１２１２のいずれか若しくは双方は、センサの動作の間、定電圧で保持されることにより、電磁シールドとしての役割を果たす。一部の場合には、外側の回路層１２１１又は回路層１２１２は、電磁遮蔽を容易にするために、センサの動作の間、接地に接続される。これらの外側の回路層のうちの１つ以上は、干渉源の場所に応じて、接地シールドとしての機能を果たし得る。一部の場合には、１つ以上の追加的な接地シールド回路層が、力感知構造体に追加される。これらの追加的な接地シールド層は、例えば、外側の回路層１２１１及び回路層１２１２の、外側表面に追加することができる。一実施例では、任意の接地シールド層内の導電性トレースは、実質的に回路層の全表面にわたって延在することにより、その接地シールド層によって遮蔽される区域を最大化することができる。

図１３に示すように、２つの回路層１２１１及び回路層１２２１は、中間の圧縮性層１２３０によって、他の２つの回路層１２１２及び回路層１２２２から隔てられる。この実施例では、圧縮性層１２３０は、力センサ１２１０、１２２０内で、圧縮性要素としての機能を果たし得る。また図１３にも示すように、圧縮性層１２３０は、電気コネクタテール部１２５０の末端部分１２５５内には延在しない。図１３に示すように、回路層の対の間には、空隙領域１３５０が形成される。一部の実施形態では、テール部に、任意の中間圧縮性層がないことがある。

上述のように、この構成は、幾つかの側面から有利であり得る。第１に、回路層の上側の対と下側の対との間に、材料の接続が存在しないため、電気コネクタテール部１２５０の可屈曲性が改善され、このことは、より小さい曲げ半径を容易にし得る。更には、回路層の対の間には、材料が存在しないため、追加的な内部の電気端子１２２３及び電気端子１２２４を、電気的接続のために使用することができる。このことは、内部の回路層１２２１、１２２２の導電層を外部の端子に電気的に接続するために通常であれば必要とされる場合がある、回路ビア又は追加的な電気的配線に関する必要性を低減する。

テール部１２５０は、力感知構造体１２１０、１２２０から延出し得、装置内のフレックス又は他の電気的接続に接続するために１回以上曲がり得る。非限定的な一例として、テール部１２５０は、又はより適切には、可撓性誘電体及び可撓性導電層はそれぞれ、蛇行して相互接続まで曲がり得る。２つの別個の構造体がテール部を形成することができ、そのような各構造体は、１つの可撓性誘電体と１つの可撓性導電層から形成され得る。一般に、２つのテール構造体は、一方が上側力感知構造体１２１０から延出し、一方が下側力感知構造体１２２０から延出する限り、異なる経路を辿り得る。それにもかかわらず、テール部１２５０の構成素構造は、典型的には、カバーガラス、筐体又は他の外部力感知面に加えられる任意の力を経験しないように経路指定される。したがって、テール部１２５０は、加えられた力のための２次経路を提示せずに力センサをバイパスし、次いで、それにより、力センサの精度が増大し得る。同様に、電子装置の他の構成要素は、電子装置の力感知面に対して加えられた力を吸収又は進路変更させないように構造化され得る。

図１２に示される装置１２００は、ディスプレイ素子１２０２の外周の周りに位置する、２つの力感知構造体を含むが、代替的実施形態は、単一の力感知構造体のみを含む場合がある。この場合には、電気コネクタテール部は、（２つの回路層上の）２つの導電層のみを含み得る。他の代替的実施形態では、装置は、３つ以上の力感知構造体を含む場合があり、電気コネクタテール部は、それらの力感知構造体のそれぞれとの接続を容易にするために、複数の導電層を有し得る。

図１４は、電気コネクタテール部を有する力センサを製造するための、例示的プロセス１４００を示す。プロセス１４００を使用して、図１２及び図１３の実施形態による、電気コネクタテール部１２５０を有する力センサ１２１０、１２２０を製造することができる。プロセス１４００はまた、単一の導電層の対を有する構成を含めた、様々な構成を有する力センサを製造するためにも、使用することができる。

動作１４０５では、第１の回路層が得られる。この実施例では、第１の回路層は、少なくとも、第１の可撓性導電層及び第１の可撓性誘電層を備える。図１３を参照すると、第１の回路層は、回路層の対１２１１、１２２１、又は回路層の対１２２２、１２１２のいずれかのうちの一方を含み得る。一部の場合には、第１の回路層は、第１の誘電層上に、第１の導電層を形成することによって得ることができる。この導電層は、例えば、第１の誘電層の表面に、金属箔を接合することによって形成することができる。一部の場合には、導電層は、誘電層上に導電材料を堆積させる、堆積プロセス又はスパッタリングプロセスによって形成することができる。一実施例では、導電層はまた、力センサに関して使用される、容量性プレートのうちの１つ以上も形成する。一部の場合には、第１の回路層は、予備製造されており、シート又は打ち抜き構成要素として得られる。

動作１４１０では、第２の回路層が得られる。この実施例では、第２の回路層もまた、少なくとも、第２の可撓性導電層及び第２の可撓性誘電層を備える。図１３を参照すると、第２の回路層もまた、回路層の対１２１１、１２２１、又は回路層の対１２２２、１２１２のいずれかのうちの一方（また中間の圧縮性層１２３０によって、第１の回路層から隔てられているもの）を含み得る。上述のように、第１の回路層は、誘電層の表面上に、金属箔を積層するか、又は導電材料を堆積させることによって、第１の誘電層上に第１の導電層を形成することによって得ることができる。第２の回路層もまた、シート又は打ち抜き構成要素として、予備製造することができる。

動作１４１５では、積層構造体が形成される。具体的には、第１の回路層と第２の回路層との間に、圧縮性層が配置されるように、積層構造体が形成される。図１３を参照すると、例示的な積層構造体は、４つの回路層１２１１、１２２１、１２２２、１２１２、及び圧縮性層１２３０を含む。多くの場合には、この積層構造体の一部として、他の層が形成される。例えば、追加的な回路層、接着剤層、及びコーティングを、積層構造体の一部として形成することができる。具体的には、接着剤層は、典型的には、中間の圧縮性層を、積層構造体の他の隣接する構成要素と接合させるために使用される。（動作１４０５及び動作１４１０で得られた）第１の回路層又は第２の回路層が、圧縮性層に直接隣接するか、若しくは直接接合されることは必須ではない。

動作１４１５は、例えば、積層構造体の構成要素間に、感圧接着剤（ＰＳＡ）層を定置することによって、実行することができる。次いで、この積層体に押圧動作を施すことにより、それらの層を接合することができる。一部の場合には、それらの層を一体に接合するために、熱又は他の硬化技術を採用することができる。一部の実施形態では、ＰＳＡを適用して全ての層を接合し、次いで構造体を最終的な形態にダイカットしてもよい。

動作１４１５はまた、射出成形プロセス又はインサート成形プロセスを使用して、実行することもできる。この場合には、第１の回路層及び第２の回路層を、他の層若しくは構成要素と積層させるか、又は予備形成することができる。次いで、それらの層を、射出成形金型キャビティの両側半分内に定置することができ、溶融材料又は液体材料を、射出成形金型内に射出することによって、それらの層間に、中間の圧縮性層を形成することができる。一実施例では、第１の回路層及び第２の回路層を、射出成形金型のそれぞれの半分に対して保持するために、第１の回路層と第２の回路層との間に、スペーサ要素が定置される。このスペーサ要素は、圧縮性層の最終寸法と、ほぼ同じ厚さにすることができる。一実施例では、スペーサ要素は圧縮性であり、第１の回路層と第２の回路層との間に射出成形される圧縮性層の最終寸法よりも、若干大きい。この場合には、スペーサ要素が、第１の回路層及び第２の回路層に対して力を加え、それらの回路層は、射出成形金型のそれぞれのキャビティ壁に対して押圧される。キャビティ壁に対して回路層を押圧することによって、射出成形材料は、回路層とキャビティ壁との間の区域を充填するのではなく、それらの回路層間の区域を充填する可能性が高くなる。一実施例では、複数のスペーサ要素が使用され、各スペーサ要素は、半円形のリングから形成される。それらのスペーサ要素は、成型金型の射出点の近傍に定置することができ、典型的には、その部品の中心の近傍である。次いで、その部品の中央部分を打ち抜くことによって、スペーサ要素を除去することができ、このことはまた、ディスプレイに関する表示区域を作り出すことも、容易にすることができる。

動作１４１５の一部として、積層構造体の様々な層間に、１つ以上の電気ビアを形成することができる。一部の場合には、電気ビアは、圧縮性層の両側に配置される回路層を接続するために、圧縮性層を貫通して形成される。これらのビアは、例えば、異なる回路層の導電層を電気的に接続する、導電性ピラー素子の追加によって、形成することができる。更には、又はあるいは、圧縮性層内部の導電領域を形成して、次いで、積層構造体の導電層とリフロー接合するか、又は他の方式で電気的に接続することができる。

一部の場合には、動作１４１５で形成される積層構造体は、電気コネクタテール部を有する力センサを形成するように切り出される。例えば、（動作１４０５及び動作１４１０で得られた）第１の回路層及び第２の回路層は、中実の材料のシートとして形成される場合には、その積層構造体は、力センサの所望の幾何学的外形の特徴を形成するように、打ち抜くことができる。具体的には、積層構造体の中央から、中央部分を切り取ることにより、ディスプレイ素子との装着を容易にすることができる。それゆえ、そのディスプレイ素子は、積層構造体の中央に作り出された穴を通して可視となる。上述のように、積層構造体が、射出成形プロセスに関して使用されるスペーサ要素を含む場合には、それらのスペーサ要素は、この打ち抜き動作によって除去することができる。力センサのコネクタテール部分を形成するために、追加的な切断を実行することができる。

例えば、（動作１４０５及び動作１４１０で得られた）第１の回路層及び第２の回路層が、所望の幾何学的外形の形状で、予備切断されているか又は形成されている場合には、この切断動作は、任意選択とすることができる。この場合には、動作１４１５はまた、積層構造体の層を整合させるための、割り出し動作も含み得る。

動作１４２０では、圧縮性層の一部分が、積層構造体から除去される。この実施例では、電気コネクタテール部の末端部分に位置する、圧縮性層の一部分が、積層構造体から除去されることにより、第１の回路素子と第２の回路素子との間に、空隙領域が残される。図１２及び図１３に関して上述されたように、この圧縮性層の除去により、積層構造体の可撓性又は可屈曲性を改善することができる。このことはまた、積層構造体の内部に存在する、回路層上の端子又は電気的接続部への、アクセスも提供することができる。

圧縮性層を除去することは、１つ以上の技術を使用して達成することができる。第１の実施例では、圧縮性層は、電気コネクタテール部の末端部分の近傍で、穿孔処理又は予備切断される。また、電気コネクタテール部の末端部分の内部では、圧縮性層と積層構造体の隣接層との間で、感圧接着剤又は他の接合層も省略することができる。この場合には、予備切断若しくは穿孔処理、及び接合層の欠如により、電気コネクタテール部の末端部分内の、圧縮性層の部分を除去することが可能となる。

第２の実施例では、積層構造体の１つ以上の層が、圧縮性層から離層又は剥離されることにより、圧縮性層を露出させる。この場合には、電気コネクタテール部の末端部分内の、圧縮性層の部分を除去するために、二次切断動作を実行することができる。

第３の実施例では、圧縮性層は、最初に積層構造体の層を離層又は剥離することなく、電気コネクタテール部から切断することができる。例えば、コネクタテール部の末端部分内部の、圧縮性層の部分は、積層構造体の層の間に、ナイフ又は切断用具を通過させることによって除去することができる。

動作１４２０の代替として、電気コネクタテール部の末端部分が圧縮性層を含まないように、積層構造体を形成することができる。例えば、積層構造体が、射出成形プロセス又はインサート成形プロセスを使用して形成される場合には、電気コネクタテール部の末端部分内に、インサート成形金型要素を定置することにより、この領域内での圧縮性層の形成を防ぐことができる。この場合には、積層構造体は、第１の回路層と第２の回路層との間に、空隙領域を有して形成される。

上述のように、プロセス１４００はまた、単一の導電層の対を有する構成を含めた、様々な構成を有する力センサを製造するためにも、使用することができる。例えば、２つの（中間の圧縮性層の各側に１つの）回路層のみを有する力センサを、プロセス１４００を使用して形成することができる。あるいは、中間の圧縮性層の両側に形成された複数の回路層を有する力センサもまた、プロセス１４００を使用して形成することができる。

プロセス１４００の動作は、一実施例として提供されている。しかしながら、力センサはまた、上述の動作のうちの１つ以上を省略することによって形成することもできる。例えば、積層構造体が作り出される方式に応じて、圧縮性層の一部分を除去するために動作１４２０を実行することが、必須ではない場合もある。

特定の実施形態では、テール部は、フレックス、回路基板又は他の電子接触に接続され得る。一部の実施形態では、力感知構造体全体を炉に定置して、例えば、表面実装技術（ＳＭＴ）プロセスによって、テール部を電気的接触に接合し得る。一部の実施形態では、ＳＭＴプロセスは、テール部（若しくはその一部分）及び／又は電気的接触を２００度以上まで加熱し得る。しかしながら、この上昇した温度は、力感知構造体のシリコーンに悪影響を有することがある。したがって、力感知構造体は、テール部がそこから外向きに延出する耐熱製のエンベロープ、パウチ又は他の容器に定置され得る。したがって、ＳＭＴプロセスのために炉を加熱する時、損傷を生じない温度に力感知構造体のシリコーン及び他の層を維持しながら、テール部を適切な温度まで加熱することができる。更に、力感知構造体は、炉で加熱する前には、単一化又はせん断してその最終形態にはできないことを理解されたい。

図１５Ａは、力感知電子装置の別の実施形態１５００を示す。本明細書で説明する他の実施形態と同様に、実施形態１５００は、カバー１５０５の表面上での力のタッチを検出するように構成され得る、ディスプレイスタック１５１５上に位置決めされたカバー１５０５を有する電子装置を含み得る。カバー１５０５は、例えば、ガラス、ポリカーボネート又は他のプラスチック、サファイアなどを含めた、様々な材料から形成され得る。このディスプレイスタック１５１５は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、又は他の電子ディスプレイ構成要素を含み得る。

一部の実施形態では、カバー１５０５は、筐体１５１０に対して動くことができる。カバー１５０５に力が加えられた時、例えば、ユーザのタッチにより、カバー１５０５は下向きに移動し得る。カバー１５０５の全体はそのように移動し、カバー１５０５の縁部が実質的に静止したまま単に局所的に撓むのではないことを理解されたい。カバー１５０５が局所的に撓むか否かは、カバー１５０５とカバー１５０５の下に位置決めされた構成要素／要素の相対的剛性に依存し得る。

一部の実施形態では、カバー１５０５の下向き移動により、ディスプレイスタック１５１５が同様に下向きに動き、次いで、ディスプレイスタック１５１５の下に位置決めされたシートセンサ１５２０に衝撃を与え得る、及び／又はシートセンサ１５２０を圧縮し得る。シートセンサ１５２０は、容量性プレートタイプの力センサ、歪みゲージセンサ又は他の力感知センサを含み得、一般に、力感知構造体、力感知センサ、力感知シートセンサと称され得る。一般に、シートセンサ１５２０は、ディスプレイスタック１５１５の実質的部分にわたって延在する。一部の場合には、シートセンサ１５２０は、シートセンサ１５２０の区域全体にわたって配置される力感知素子のアレイ又はシリーズから形成される。

図１５Ａに示すように、シートセンサ１５２０は、ディスプレイスタック１５１５に実質的に当接し得る。一部の実施形態では、シートセンサ１５２０は、空気間隙及び／又は特定の実施形態では他の構成要素若しくは層によりそこから隔てられ得る。一部の実施形態では、シートセンサ１５２０は、ディスプレイスタック１５１５の要素に直接固定され得る。

シートセンサ１５２０は、センサ１５２０の下にディスプレイスタック１５１５に面する側と対向して位置決めされたプレート１５２５により支持され得る。一部の実施形態では、プレート１５２５は、剛性又は実質的に剛性であり得るが、他の実施形態では、プレート１５２５は可撓性でもよい。典型的には、必ずしも必要ではないが、シートセンサ１５２０は、プレート１５２５に固定される。一部の実施形態では、プレート１５２５は、装置の筐体１５１０に対して固定され得る。一部の実施形態では、プレート１５２５は、電子装置１５００の筐体１５１０に構造的支持及び／又は剛性を提供する中間プレートであり得るが、他の実施形態では、プレート１５２５は、主にシートセンサ１５２０を又はシートセンサ１５２０のみを支持するために使用され得る。更に他の実施形態では、他の電子コンポーネント（図示せず）は、プレート１５２５をシートセンサ１５２０と共有し得る。

カバー１５０５及びディスプレイスタック１５１５が下向きに動くにつれて、シートセンサ１５２０が圧縮され得る。この圧縮は、シートセニョール１５２０により感知され得、対応する出力が生成され得る。例えば、シートセンサ１５０２は、シートセンサの上側表面及び下側表面を規定する、あるいは、センサの上側領域及び下側領域に位置決めされた、第１の容量性プレート又はアレイ１５３０及び第２の容量性プレート又はアレイ１５３５（本明細書で使用する場合、用語「プレート」は、アレイも同様に網羅することが意図される）を有し得る。第１の容量性プレート１５３０及び第２の容量性プレート１５３５は、シリコーン又は従順性ゲル若しくはポリマーなどの圧縮性内側層１５４０により互いに隔てられ得る。

一部の実施形態では、第１の容量性プレート１５３０及び第２の容量性プレート１５３５は、第１の容量性プレート１５３０と第２の容量性プレート１５３５との間の静電容量の変化に基づいて、カバー上のタッチの力を推定するように構成された感知回路に動作可能に結合され得る。一部の実装形態では、感知回路は、第１の容量性プレート１５３０と第２の容量性プレート１５３５との間の静電容量の変化を検出及び測定するために使用される駆動信号又は電流を生成するように構成される。第１の容量性プレート１５３０は第２の容量性プレート１５３５に向かって動くので、距離の低減は、カバー１５０５に加えられた力に相関し得るプレート間の静電容量の変化に対応し得る。

シートセンサ１５２０は、このようにして力を測定するために、自己容量性又は相互容量性センサとして動作し得る。そのため、相互容量性構成では、第１の容量性プレート及び第２の容量性プレートのうちの一方は駆動プレートであり得、他方は感知プレートであり得る。自己容量性構成では、第１のプレート及び第２のプレートのうちの一方は接地又はシールド層であり得、他方は感知プレートであり得る。更に、シートセンサ１５２０の一方又は双方のプレートは、力の印加を局所的に登録し、力が印加される局所領域を提供するために、（シートセンサ１５２０がそれ自体であり得るように）適切なピクセルパターンで形成され得る。

シートセンサ１５２０を支持する可撓性又は偏向可能なプレート１５２５を有する実施形態では、プレート１５２５自体が撓曲する場合でも、センサシート１５２０の層が圧縮する限り、静電容量の変化が測定され得る。同様に、シートセンサ１５２０とディスプレイスタック１５１５との間に空気間隙を有する実施形態では、シートセンサを圧縮する又はシートセンサに衝撃を与えるのに十分な距離をディスプレイスタックが動くまで、タッチの力は感知されないことがある。

図１５Ａに示すようシートセンサ１５２０は、ディスプレイスタック１５１５の下に配置される限り、透明である必要はないことを理解されたい。更に、そのような構成は、ＬＥＤディスプレイ又はＬＣＤディスプレイを有するディスプレイスタックと共に使用するのに好適であるだけではなく、ＯＬＥＤディスプレイ層を組み込んだディスプレイスタックと共に使用するのにも好適であり得る。

図１５Ｂは、図１５Ａに示した実施形態の代替的実施形態１５００Ｂを示す。この実施形態１５００Ｂでは、ディスプレイスタック１５１５とシートセンサ１５２０との間に発泡体１５４５又は他の従順性材料若しくは従順性層が定置され得る。発泡体１５４５は、一般に、ディスプレイスタック１５１５及び／又はカバー１５０５を硬化させることができ、したがって、スタック／ガラス全体が下向きに動くことを防止することができる。その代わりに、力がカバー１５０５に加えられた時に、発泡体１５４５は、局所的に変形することができ、それにより、変形及び／又は力を局所領域に集中させることができ、次いで、実施形態１５００Ｂの力感知能力を向上させることができる。任意の好適な材料をディスプレイスタック１５１５とシートセンサ１５２０との間に定置することができるが、発泡体は、１つの例示的な材料であることを理解されたい。

一部の実施形態では、従順性環境ガスケット１５５０又はシールが、カバー１５０５と筐体１５１０との間に位置決めされ得る。従順性ガスケットは、電子装置１５００Ｂの内部への埃、塵芥などの進入を防止し得るが、カバー１５０５及びディスプレイスタック１５１５の下向き移動を依然として可能し得る。代替的実施形態では、ガスケット１５５０は比較的剛性であり得、１つ以上の縁部におけるカバー１５０５の下向きの動きを制限するために発泡体１５４５と協働する（又は、発泡体１５４５なしに動作する）ことができ、その最終結果として、カバーは、全体として移動するのではなく、局所的に撓むことができる。そのような実施形態では、力は依然として、シートセンサ１５２０の局所的な圧縮により感知され得る。

一部の実施形態では、ガスケット１５５０が占める領域の一部分又は全部が疎油性材料でコーティングされ得る。疎油性材料は、油、塵芥、埃及び他の同様の材料が筐体１５１０に入ること及び／又は力感知構造体１５２０に影響を与えることに対するバリヤとしての役割を果たす、あるいは、それらを忌避することができる。このようにすると、コーティングは、経時的に力感知構造体の動作を維持する役割を果たし得る。疎油性コーティング以外のコーティングを使用してもよく、異なる実施形態では、他の防塵及び／又は撥油及び／又は防埃コーティングが使用され得る。

図１５Ｃは、力感知電子装置１５００の更に別の実施形態を示す。この実施形態は全般的に、シートセンサ１５２０Ｃの構造を除いて図１５Ｂと同様である。ここで、シートセンサ１５２０Ｃは、容量性センサの形態をとるのではなく、１つ以上の歪みゲージからパターン形成され得る。シートセンサ１５２０Ｃを形成するために、個々の歪みゲージがアレイ、グリッド又は他のパターンで配列され得る。歪みゲージは、シートセンサ１５２０Ｃの撓みに起因して電気特性を変更する又は電気的応答を生成する材料から形成され得る。歪みゲージは、例えば、抵抗性材料、圧電抵抗性材料、圧電材料などから形成され得る。また、歪みゲージは、歪みゲージ素子のアレイとして形成され得、各素子は、局所的な歪み又は撓みを検出するように構成され得る一連のトレース又はパターンで構成される。

力がカバー１５０５に加えられると、その力は、ディスプレイスタック１５１５を通り、発泡体１５４５（又は他の従順性層）を通って、シートセンサ１５２０Ｃの歪みゲージ（単数又は複数）に伝達される。歪みゲージは、加えられた力に起因して、歪みの増大を経験し、この歪みの増大は、本明細書の他の場所で全般的に説明するように、加えられた力の大きさを判定するために相関され得る。一部の実施形態では、シートセンサ１５２０Ｃは、シートセンサ１５２０Ｃの歪みゲージの電気特性若しくは測定値の変化、及び電気的応答を監視し、検出するように構成された感知回路に動作可能に結合される。例えば、感知回路は、センサシート１５２０Ｃの撓みに起因した抵抗及び／又は電荷の変化を検出するように構成され得る。

図１５Ａ〜１５Ｃに示した実施形態では、カバー及びディスプレイスタックは、一般に、筐体に対して並進移動しない。一部の実施形態では、カバー及び／又はディスプレイスタックは、筐体に接着され得るか、あるいは筐体に対して固定され得、それにより、カバーに加えられた力は、並進せずにカバーの局所変形を引き起こす。そのような実施形態では、カバーの境界条件が動きを防止する限り、力は比較的局所的であり得る。カバーは依然として局所的に撓み得るので、力が依然として種々の層を通して伝導され、力センサ（例えば、シートセンサ）により感知され得る。

図１５Ｄは、図１５Ｃの区域１５Ｄの拡大図を示し、シートセンサ１５２０とディスプレイスタック１５１５の基底部との間に位置決めされた従順性層１５４５Ｄの一実施形態を示す。図１に示した電子装置１５００の断面図では、従順性層１５４５Ｄは、上側従順性基板１５５５とガラスなどで作製された下側剛性基板１５６５との間に挟まれたピラー様の構造体１５６０のシリーズ又はアレイから形成される。（一部の実施形態では、下側基板もまた従順性であり得る）。特定の実施形態では、上側シート１５５５は、ピラー構造体１５５５と同様にシリコーンから形成され得る。シートセンサ１５２０Ｃは、下側基板１５６５の下に配置される。本実施形態では、シートセンサ１５２０Ｃは、図１５Ｃに関して上記で論じたように、１つ以上の歪みゲージで形成される。シートセンサ１５２０Ｃは、上記で全般的に論じたように、感知プレート１５２５により支持され得る。

いくつかの実装形態では、ピラー構造体１５５５は、ディスプレイスタック１５１５により、又は従順性層１５４５Ｄに圧力を加える電子装置１５００Ｃの任意の他の要素により従順性層１５４５Ｃに加えられた下向き圧力を受けて変形し得る。１つ以上の空隙空間１５５０が、ピラー１５５５間に及び／又はそれらの周りに規定され得る。例えば、隣接するピラー１５５０は、空隙空間１５６０により隔てられる得、各空隙空間１５６０は個別かつ別個であり得る。別のオプションとして、単一の空隙空間１５６０が、全てのピラー１５５５を包含してもよい。したがって、異なる構成の空隙空間及びピラー構造体が企図される。

ピラー構造体１５５５が変形するにつれて、頂部シート１５５５が底部シート１５６５に近づき、更に圧潰するピラー構造体の抵抗が増大する。更に、従順性層１５４５Ｄを通してシートセンサ１５２０Ｃに加えられる歪みは一般に増大し、歪みゲージの出力を増大させる。この出力の増大は、筐体の外部に加えられる力に相関し得る。

一部の実施形態では、空隙空間又は空間１５５０は、光学的に透明又はほぼ透明な流体、ゲルなど（集合的に「流体」）で満たされ得る。一部の実施形態では、流体は、ピラー構造体の光学指数に一致するように光学的に指数付けら得る。すなわち、特定の実施形態では、流体の屈折率は、ピラー構造体１５５５の屈折率と一致する又は近似し得る。そのような実施形態では、空隙空間１５５０及びピラー構造体１５６０中の流体を組み合わせると、従順性層１５４５Ｄを光学的に透明に、及び／又はほぼ不可視にすることができる。例えば、ディスプレイがＯＬＥＤディスプレイである時、これは有用であり得る。

更に別の実施形態では、図１５Ｅに示すように、従順性層１５４５Ｄは、上側容量性感知アレイ１５７５から下側容量性感知アレイ１５７０を隔てることができる。そのような実施形態１５００Ｅでは、容量性感知アレイ１５７０、１５７５は本明細書の他の場所で説明したように動作することができ、したがって、１つのアレイは駆動アレイ（又は基準アレイ）であり、１つが感知アレイである。従順性層１５４５Ｄは、２つの層が互いに近づきすぎること防止し、したがって、その結果として力の測定が不正確になり得る、２つの層の間の接触及び／又は２つの層の間の過大な容量性結合を防止する、又は少なくともその可能性を低減する役割を果たす。

図１６は、力感知電子装置１６３０の別の実施形態の部分断面図を示す。この実施形態は図２Ａ及び３に示し、本明細書の他の場所で説明したものと同様の力感知構造体１６００を含み得る。例えば、力感知構造体１５００は、図３及び／又は図４〜６に示した変形形態に関して全般的に説明したように、変形可能な中央本体部により隔てられた複数の容量性層で構成され得る。力感知構造体１６００は、ガスケットの形態をとり得、カバー１５０５と筐体１５１０との間に配置され得る。一実施形態では、カバー１５０５に隣接する筐体１５１０の一部分は、ベゼル又はベゼル部分を含み得る。

力感知構造体１６００は、電子装置、カバー及び／又はいずれかの一部分の外周の周りに部分的に又は全体に延在し得る。代替的には、複数の力感知構造体１６００が、電子装置１６３０、カバー及び／又はいずれかの一部分の外周の周りに部分的に又は全体に延在するように協働し得る。一部の実施形態では、力感知構造体１６００は、筐体１５１０の内部への汚染物質の進入を防止するように構成され得、したがって、ガスケットとしても機能し得る。一部の場合には、組合せガスケット及びセンサは、歪み感知ガスケット又はガスケット力感知構造体と称される。

前の実施形態の場合と同様に、力感知構造体１６００は、第１のプレート１６２０と第２のプレート１６２５との間の距離又は他のセンサ構造体間の距離を容量感知し得、力感知構造体１６００の出力は、力感知電子装置１６３０の感知回路、プロセッサ又は他の電子構成要素により、力に相関され得る。一部の実施形態では、力感知構造体１６００は、カバー１５０５上のタッチの力に相関され得る力感知構造体１６００の電気特性への変化を検出し、測定するように構成された感知回路に動作可能に結合される。

カバー１５０５とベゼル若しくは筐体１５１０との間に一般に位置決めされる力感知構造体１６００に加えて、本実施形態は、力感知シートセンサ１５２０を組み込み得る。シートセンサ１５２０の構成及び動作は、一般に、図１５Ａ〜１５Ｄに関して上述したシートセンサのうちのいずれかと同様である。

図１６に示すように、シートセンサ１５２０は、小さい空気間隙によりディスプレイスタックから隔てられ得る。更には、又はあるいは、シートセンサ１５２０は、図１５Ｂ〜Ｅに関して上述した圧縮性層と同様の圧縮性層によりディスプレイスタックから隔てられ得る。カバー１５０５及びディスプレイスタック１５１５が力に応答して撓んだ時、ガスケット力感知構造体１６００は、本明細書に全般的に説明したように、圧縮し、力を感知し得る。カバーの縁部から離れるように力が印加された時にカバー及びディスプレイスタックが底部に達することを防止するために、シートセンサ１５２０が含まれ得る。ディスプレイスタック及びカバーは、十分に変形すると、シートセンサ１５２０に接触し、そこに力を伝導し得る。２つの力センサ１６００及び１５２０は協働して、力を判定し得る。例えば、両方の力センサの出力を取り、操作して、カバーに加えられた力を判定し得る。このようにすると、装置１５００の動的力感知範囲は、カバーを底部に達しさせ、単一のガスケットセンサ１６００に最大値を登録させるのに十分に大きいであろう力を感知し、それに反応するように拡張され得る。一部の実施形態では、空気間隙は、第１のしきい値を上回るタッチの力に応答して、少なくとも部分的に圧壊するように構成される。一部の実装形態では、第１のしきい値は、実際に又は確実にガスケット力感知構造体１６００が検出できる最大力に対応する第２のしきい値未満である。

図１７は、カバー１５０５（又は、他の実施形態では、筐体の一部分若しくは異なる種類の入力面）に加えられた力を容量測定するためのシート又はパッドセンサ１５２０を採用し得る電子装置１７００の更に別の実施形態を示す。一般に、シートセンサ１５２０の構造及び動作は、前の図に関して本明細書で説明したものと同様である。

シートセンサ１５２０の上側容量性アレイ及び下側容量性アレイに加えて、第２の容量性感知層／アレイ１７０５は、ディスプレイスタック１５１５内に定置され得る。一実施形態では、第２の容量性感知層１７０５は、酸化インジウムスズ、銀ナノワイヤ、ＰＥＤＯＴ又は任意の他の好適な導電材料から形成され得る。特定の実施形態では、第２の容量性感知層１７０５が透明であることが望ましいことがある。

図１７の実施形態１７００では、第２の容量性感知層１７０５は、ディスプレイスタック１５１５に対して定置され得る。容量性感知層１７０５は、一部の事例では、カバー１５０５上のタッチの場所を感知するための容量性タッチセンサをとして機能し得る。一部の実施形態では、容量性感知層１７０５は、バックライトユニット１７１０の上に位置決めされる。第２の容量性感知層１７０５が透明又はほぼ透明である場合には、ディスプレイスタック１５１５のバックライトユニット１７１０及び／又は残部の動作と干渉しないことがある。

図１７に示すように、容量性感知層１７０５とシートセンサ１５２０との間に空気間隙が配置され得る。更には、又はあるいは、シートセンサ１５２０は、図１５Ｂ〜Ｅに関して上述した圧縮性層と同様の圧縮性層により容量性感知層１７０５から隔てられ得る。

カバー１５０５（又は一部の実施形態では、筐体若しくは入力面）に力が加えられるにつれて、カバー及びディスプレイスタック１５１５はシートセンサ１５２０に近づく。したがって、第２の容量性感知層１７０５も同様にシートセンサ１５２０に近づく。そのため、第２の容量性感知層１７０５の少なくとも一部分とシートセンサ１５２０の上側容量性アレイ１５３０との間の静電容量は、そのような動きと共に増大し得る。更に、カバー１５０５、ディスプレイスタック１５１５及び第２の容量性感知層１７０５は、力に応答して局所的に変形し得るので、静電容量は、加えられた力に対応する全般領域において増大し得る（又は、より一層増大し得る）。本明細書の他の場所で全般的に説明するように、この静電容量の変化を使用して、印加力を推定することができる。

十分な力を受けると、バックライトユニット１７１０（又はディスプレイスタックの他の基底部）は、シートセンサ１５２０の上側表面に接触する。このことが生じると、第２の容量性感知層１７０５とシートセンサ１５２０の上側容量性アレイ１５３０との間の静電容量は、一般に、最大値に達する。更に力を加えると、シートセンサ１５２０が圧縮し、それにより、上側容量性アレイ１５３０の少なくとも一部分を下側容量性アレイ１５３５に近づけ、少なくとも所与の領域内におけるこれらの２つの要素間の静電容量を増大させる。したがって、第２の容量性感知層１７０５と上側容量性アレイ１５３０との間の静電容量が最大値又はほぼ最大値であり得るとしても、シートセンサ１５２０のアレイ１５３０と１５３５と間の静電容量の増大を使用して、加えられた力の推定値を判定することができる。

一部の実施形態では、感知回路は、容量性感知層１７０５及びシートセンサ１５２０に動作可能に結合される。感知回路は、容量性感知層１７０５とシートセンサ１５２０の上側及び／又は容量性プレートとの間の相互静電容量の変化に基づいて、カバー上のタッチの力を推定するように構成され得る。一部の実施形態では、感知回路は、シートセンサの上側容量性プレートと下側容量性プレートとの間の第１の静電容量を得て、上側容量性プレートと容量性感知層との間の第２の静電容量もまた得るように構成され得る。カバー上のタッチの力の推定値は、感知回路を使用して測定された第１及び第２の静電容量を使用して、計算又は生成され得る。

次いで、第２の容量性感知層１７０５と上側容量性アレイ１５３０との間の静電容量を使用して、ゼロと何らかの第１のしきい値の間の加えられた力を判定又は推定することができ、シートセンサ１５２０の上側容量性アレイ１５３０と下側容量性アレイ１５３５との間の静電容量を使用して、第１のしきい値と第２のしきい値との間の加えられた力を判定することができることが考えられ得る。感知構造体をこのように組み合わせることにより、単一のセンサの使用により達成され得るよりも広範囲の値に関する力感知を行うことができる。

本明細書で説明した実施形態は、力の変化を測定し、それにより、２つの容量性構造体又はアレイ間の距離又は２ミクロン未満の変化に対応して、関連する電子装置に非バイナリでの、又は均一で実質的に連続する入力を提供することができることを理解されたい。したがって、容量性構造体又はアレイの一方又は双方は互いに対して動き得るが、この動きは、装置と対話する人には知覚できないことがある。非限定的な一例として、ナノメートル単位で測定された距離の変化は、約１グラムの力が表面に加えられたことに対応し得る。

様々な実施形態を参照して、本開示を説明してきたが、これらの実施形態は例示的なものであり、本開示の範囲は、それらに限定されるものではないことが理解されるであろう。多くの変形、修正、追加、及び改善が可能である。より全般的には、本開示による実施形態は、特定の実施形態のコンテキストで説明されてきた。本開示の様々な実施形態では、機能性を、手順内で異なる方式で分離又は組み合わせることができ、あるいは異なる専門用語で説明することもできる。これらの変形、修正、追加、及び改善、並びに他の変形、修正、追加、及び改善は、以下の特許請求の範囲で定義されるような、本開示の範囲内に包含することができる。

Claims (11)

1. 電子装置であって、
   カバーと、
   前記カバーの下に位置決めされたディスプレイと、
   前記ディスプレイの下に配置された力感知構造体であって、前記力感知構造体が、
   上側容量性プレート、
   前記上側容量性プレートの下に配置される下側容量性プレート、及び
   前記上側容量性プレートと前記下側容量性プレートとの間に配置された圧縮性要素、 を含む、力感知構造体と、
   前記力感知構造体に固定され、それを支持するプレートと、
   を備え、
   前記力感知構造体が、空気間隙を含む従順性層により前記ディスプレイから隔てられている、電子装置。
2. 前記力感知構造体に動作可能に結合された感知回路であって、前記感知回路が、前記上側容量性プレートと前記下側容量性プレートとの間の静電容量の変化に基づいて、前記カバー上のタッチの力を推定するように構成される、感知回路を更に備える、請求項１に記載の電子装置。
3. 前記カバーを取り囲むベゼルを有する筐体と、
   前記カバーと前記ベゼルとの間の間隙に配置されたガスケットと、
   前記間隙の少なくとも一部分上に配置された疎油性コーティングと、
   を更に備える、請求項１に記載の電子装置。
4. 電子装置であって、
   筐体と、
   前記筐体の開口部内に配置されたカバーと、
   前記カバーの下に位置決めされたディスプレイと、
   前記カバーと前記筐体との間に前記カバーの周縁に沿って配置された歪み感知ガスケットと、
   前記ディスプレイの下に配置された力感知構造体であって、前記力感知構造体は、
   上側容量性プレートと、
   前記上側容量性プレートの下に配置された下側容量性プレートと、
   前記上側容量性プレートと前記下側容量性プレートとの間に配置される圧縮性要素と、
   を備える力感知構造体と、
   前記筐体に対して固定され、前記力感知構造体を支持するプレートと、
   を備え、
   前記力感知構造体が、空気間隙を含む従順性層により前記ディスプレイから隔てられている、電子装置。
5. 前記歪み感知ガスケットが、
   ガスケット上側容量性プレートと、
   ガスケット下側容量性プレートと、
   前記ガスケット上側容量性プレートと前記ガスケット下側容量性プレートとの間に配置されるガスケット圧縮性要素と、を含む、請求項４に記載の電子装置。
6. 前記圧縮性層の前記空気間隙が、第１のしきい値を上回るタッチの力に応答して、少なくとも部分的に圧壊するように構成され、
   前記第１のしきい値が、前記歪み感知ガスケットが検出することができる最大力に対応する第２のしきい値未満である、請求項４に記載の電子装置。
7. 前記力感知構造体が、歪みゲージを含む、請求項４に記載の電子装置。
8. 電子装置であって、
   カバーと、
   前記カバーの下に位置決めされたディスプレイと、
   前記ディスプレイの下に位置決めされた容量性感知層と、
   前記容量性感知層の下の空気間隙を含む圧縮性層と、
   前記圧縮性層の下に配置される力感知構造体であって、前記力感知構造体が、
   上側容量性プレートと、
   前記上側容量性プレートの一方の側の面に配置された、圧縮性要素と、
   前記上側容量性プレートに対向する、前記圧縮性要素の側の面に配置された、下側容量性プレートと、
   を含む力感知構造体と、
   前記力感知構造体の下に位置決めされ、前記力感知構造体を支持するプレートと、
   を備える、電子装置。
9. 前記ディスプレイの下に位置決めされるバックライトであって、前記容量性感知層が、前記ディスプレイと前記バックライトとの間に配置される、バックライトと、
   を更に備える、請求項８に記載の電子装置。
10. 前記容量性感知層及び前記力感知構造体に動作可能に結合された感知回路であって、前記感知回路が、前記容量性感知層と前記力感知構造体の前記上側容量性プレートとの間の相互静電容量の変化に基づいて、前記カバー上のタッチの力を推定するように構成される、感知回路を更に備える、請求項８に記載の電子装置。
11. 前記感知回路が、
    前記力感知構造の前記上側容量性プレートと前記下側容量性プレートとの間の第１の静電容量を得て、
    前記上側容量性プレートと前記容量性感知層との間の第２の静電容量を得て
    前記第１の静電容量及び前記第２の静電容量を使用して、前記カバー上のタッチの力の推定値を生成する、
    ように構成される、請求項１０に記載の電子装置。