TWI746919B - 力感測器安裝及相關殼體以及併入其等之系統 - Google Patents

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Abstract

總成包括一底板、一支撐結構、及彈性安裝元件，該底板具有一第一側，該第一側經組態以承接一力敏感表面，該支撐結構包括第一電極部分，該等彈性安裝元件經附接至該底板及至該支撐結構。該等安裝元件包括第二電極部分，其等經定位相鄰於該等第一電極部分。力敏感系統包括力感測器及一控制器，該等力感測器包括一支撐結構的部分及一安裝元件的部分，其等經調適以回應於一或多個施加力而相對地移動，該控制器經組態以藉由判定該支撐結構與該安裝元件之間的移動來識別該一或多個施加力。方法包括偵測由一支撐結構上之第一電極部分及由安裝元件所界定之第二電極部分所形成之各別電容器的電容變化，該等安裝元件將一底板耦接至該支撐結構。從所偵測的該等電容變化判定力值及力位置。

Description

力感測器安裝及相關殼體以及併入其等之系統 優先權主張
本申請案主張於2018年1月5日申請之美國臨時專利申請案第62/613,854號之申請日的優先權，其名稱為「FORCE SENSOR MOUNT AND RELATED HOUSINGS AND SYSTEMS THAT INCORPORATE THE SAME」，且本申請案係關於2018年5月22日申請的美國專利申請案第15/986,653號，其名稱為「FORCE SENSOR MOUNT AND RELATED HOUSINGS AND SYSTEMS THAT INCORPORATE THE SAME」，待審，該案主張美國臨時專利申請案第62/613,854號之優先權，其等之各者的揭露之全文特此以引用方式併入本文中。
本文所述的實施例大致上係關於安裝電容性力感測器及包括經安裝的電容性力感測器之系統。例如，某些揭示實施例係關於包括具有力感測能力的觸控螢幕之系統。
觸敏表面(例如觸控螢幕)併入許多產品及系統以及子系統(諸如汽車、電話、機具、平板電腦、行動電話、個人電腦等)中。常見類型的觸控螢幕包括電容式觸控螢幕及電阻式觸控螢幕等等。 電容式觸控螢幕可包括一透明導體塗佈一絕緣體(諸如玻璃)。當人的手指(其係導電的)觸控一電容式觸控螢幕時，螢幕的靜電場可經扭曲並經偵測為一電容變化。習知的電容式觸控螢幕在偵測來自非導電物體(諸如覆以非導電手套的手指)之觸控的能力受到限制。電阻式觸控螢幕可包括兩個透明電阻層，在該兩層之間具有一間隙。當施加一足夠的力，該兩層可在力施加的位置中彼此碰觸，且該碰觸可以電力方式感測。
一些觸控螢幕併入力感測。此類「力敏感(force-sensitive)」螢幕包括感測器，該等感測器經併入顯示螢幕中以測量螢幕與螢幕下方的一特徵之間的一距離中之增量差。然而，此類力敏感螢幕欲整合至觸控螢幕中可係困難且昂貴的。
在一些實施例中，總成包括一底板、一支撐結構、及彈性安裝元件。該底板包括一第一側，該第一側經組態以承接一力敏感表面。該支撐結構包括第一電極部分。該等彈性安裝元件附接至該底板及至該支撐結構。該等彈性安裝元件經定位以允許該底板與該支撐結構之間的相對移動。該等彈性安裝元件分別包括第二電極部分，該等第二電極部分經定位相鄰於該等第一電極部分。
在一些實施例中，評估施加至一力敏感表面的一力之方法包括偵測由一支撐結構上之第一電極部分以及由安裝元件所界定之第二電極部分所形成之各別電容器的電容變化。該等安裝元件將承接一力敏感表面的一底板耦接至該支撐結構。該等方法亦包括使用該等經偵測的電容變化來判定施加至該力敏感表面的一力之一力值以及比較該等各別電容器的電容變化以評估施加至該力敏感表面之該力的一位置。
在一些實施例中，力敏感系統包括一底板、力感測器、及一控制器，該底板具有一第一側。該等力感測器包括一支撐結構的部分及一安裝元件的部分，該支撐結構的該等部分及該安裝元件的該等部分經調適以回應於施加至該第一側的一或多個力而移動得更靠近及/或分離。該控制器係由該支撐結構支撐，且經組態以藉由判定該支撐結構的該等部分與該安裝元件的該等部分之間的移動來識別施加至該第一側的一或多個力。
100‧‧‧系統
102‧‧‧底板
104‧‧‧支撐結構
106‧‧‧第一表面
108‧‧‧帶簧
108A‧‧‧帶簧
108B‧‧‧帶簧
110‧‧‧外部緊固件
112‧‧‧內部緊固件
114‧‧‧印刷電路板(PCB)
116‧‧‧偏置元件
118‧‧‧第一電極部分
120‧‧‧第二電極部分
122‧‧‧絕緣體
124‧‧‧突出
126‧‧‧間隔物
128‧‧‧控制器
130‧‧‧下部部分
132‧‧‧連接結構
134‧‧‧可撓性密封元件
136‧‧‧支撐元件
200‧‧‧系統
202‧‧‧底板
204‧‧‧支撐結構
206‧‧‧第一表面
208‧‧‧彈性安裝元件
214‧‧‧PCB
218‧‧‧第一電極
220‧‧‧第二電極
222‧‧‧螺栓
240‧‧‧螺旋彈簧
242‧‧‧柱體
300‧‧‧系統
302‧‧‧底板
304‧‧‧支撐結構
306‧‧‧第一表面
308‧‧‧彈性安裝元件
314‧‧‧PCB
318‧‧‧第一電極
320‧‧‧第二電極
322‧‧‧螺栓
340‧‧‧平面彈簧元件
342‧‧‧柱體
344‧‧‧外部支撐元件
346‧‧‧附接特徵
348‧‧‧彈性部分
350‧‧‧狹縫
400‧‧‧系統
402‧‧‧底板
404‧‧‧支撐結構
406‧‧‧第一表面
408‧‧‧彈性安裝元件/帶簧
414‧‧‧PCB
418‧‧‧第一電極
420‧‧‧第二電極
452‧‧‧放大的基座區段
454‧‧‧外部區段
456‧‧‧頸部區段
α‧‧‧角度
D1‧‧‧初始距離
D2‧‧‧距離
D3‧‧‧距離
D4‧‧‧距離
FC‧‧‧中心力
FE‧‧‧邊緣力
雖然本揭露以特定指出及明顯請求具體實施例的請求項總結，但在本揭露範圍內的實施例之各種特徵及優點與隨附圖式合併閱讀時可係自以下描述中更容易確認，其中：圖1係根據本揭露之一實施例之包括電容性力感測器之一系統的透視圖；圖2係圖1之系統的底視圖，其中一下部部分經移除以便更容易可見到內部特徵；圖3A係圖1之系統通過圖2的線A-A取得的部分截面圖，並顯示系統在一靜止狀態；圖3B係如圖3A之系統的部分截面圖，但顯示系統具有一經施加的中心力；圖3C係如圖3A之系統的部分截面圖，但顯示系統具有一經施加的邊緣力；及圖4係圖1之系統通過圖2的線A-A取得的部分截面圖，並包括下部部分。
圖5係根據本揭露之另一實施例之包括電容性力感測器之一系統的底視圖。
圖6係圖5之系統通過圖5的線B-B取得的部分截面圖。
圖7係根據本揭露之另一實施例之包括電容性力感測器之一系統的底視圖。
圖8係圖7之系統的一彈性安裝元件的平面圖。
圖9係圖7之系統通過圖7的線C-C取得的部分截面圖。
圖10係根據本揭露之另一實施例之包括電容性力感測器之一系統的底視圖。
本揭露中所呈現的圖示並非意圖係任何特定系統或其組件的實際圖，但僅係採用理想化的表示以描述例示性實施例。因此，圖式非必然按比例繪製。
如本文中所使用，相對用語諸如「向下(downward)」、「向上(upward)」、「下部(lower)」、「上部(upper)」、「高於(above)」等係用於清楚且方便地理解本揭露及隨附圖式，且除了上下文以其他方式明確地指示以外，並無暗示或取決於任何特定偏好、定向、或順序。例如，「向下」係指相對於圖式以及所揭示的系統經放置於一水平表面上時之一定向為向下。然而，當固定至一垂直表面(例如，壁)、一成角度表面、或以任何其他定向時，所揭示的系統亦可使用。
所揭示的實施例大致上係關於用於包括電容性力感測器之觸控及/或力敏感系統及總成的技術。例如，所揭示者係包括一底板及一支撐結構之系統的實施例，該底板包括一第一側，該第一側經組態以承接一力敏感表面(例如，觸控墊、背板、一殼體的一側、一觸控螢幕(例如，液晶顯示器(「liquid crystal display,LCD」)螢幕)等)，該支持結構可係一下部底板，並可包括一印刷電路板(「printed circuit board,PCB」)，其中彈性安裝元件(例如帶簧(strip spring))經定位以允許該底板相對於該支撐結構的移動。安裝元件可位於接近系統的隅角。各別電容器的第一電極部分可經定位在相鄰於安裝元件的支撐結構上(例如，在PCB上)，且安裝元件可各自係或包括一導電材料(例如，銅，彈簧鋼等)，其經組態作為電容器的第二電極部分。在一實施例中，PCB的一或多個部分(包括相鄰於安裝元件的部分)可包含一電容器的電極部分。當無外力施加至底板的第一側時，第一電極部分與第二電極部分之間可存在一初始氣隙。隨著底板與支撐結構之間的相對移動發生，第一電極部分與第二電極部分之間的一距離可改變，提供一可測量及/或可偵測的電容變化。電容變化可經偵測並用以評估施加至由底板支撐之一力敏感表面的一力。在力敏感表面上之施加力的位置亦可藉由比較系統的多個安裝元件處之電容變化而評估。
參照圖1，顯示觸敏及力敏感系統100(亦簡稱為「系統100」)的透視圖。系統100包括底板102及支撐結構104。底板102可包括第一表面(例如，觸控墊、背板、觸控螢幕、一殼體的一側等)106，諸如包括經定位在其上的一觸控螢幕面板之一液晶顯示器(「LCD」)螢幕。底板102及支撐結構104的至少部分可經定位在距離彼此之一初始距離處(即，處於當無外力施加至第一表面106時的一狀態)。當一外力施加至第一表面106時，底板102與支撐結構104之間的距離可至少在施加外力的一區中減少。於下文參照圖2至圖4描述之內部特徵可經組態以評估施加至第一表面106的外力之一力值及/或位置。
圖2係圖1之系統100的底視圖，其中支撐結構104之一下部部分經移除以便更容易可見到內部特徵。在圖2所示之系統 100的實施例中，呈帶簧108形式的彈性安裝元件可附接至底板102及至支撐結構104。帶簧108可將底板102耦接至支撐結構104。例如，外部緊固件110(例如，螺栓、鉚釘、螺釘、一導電黏著劑材料等)可將帶簧108附接至底板102。內部緊固件112(例如，螺栓、鉚釘、螺釘、一黏著劑材料等)可將帶簧108附接至支撐結構104。例如，支撐結構104可係或包括一印刷電路板(「PCB」)114，帶簧108經附接至其。舉實例而言，兩個內部緊固件112可將各帶簧108附接至PCB 114。帶簧108可各自位於接近系統100的一各別隅角。例如，外部緊固件110可各自位於系統100的隅角內側，諸如在離系統100的外部周圍隅角約1吋/2.54公分內(例如，約0.5吋/1.25公分內或約0.25吋/0.65公分內)。帶簧108可從接近系統100之隅角的外部緊固件110朝系統100的一中心區域延伸。舉非限制性實例而言，帶簧108可自底板102的一周圍邊緣以約45度的一角度α從外部緊固件110向內延伸，如圖2所示。在一些實施例中，帶簧108可自底板102的周圍邊緣以約30度與約60度之間的一角度α從外部緊固件110向內延伸。
帶簧108可經組態為一單一、大致上平坦、及矩形的材料帶。在一些實施例中，帶簧108可係或包括一導電金屬材料(諸如彈簧鋼或銅)。在其他實施例中，帶簧108可在其一上表面(即，在帶簧108面向PCB 114之一下部側的一側上之一表面)上包括一導電材料。帶簧108可經組態及定位以在施加一外力至第一表面106時向下偏轉其一外部部分(例如，一外部端部分)遠離PCB 114，該外力可藉由外部緊固件110傳輸至帶簧108。替代地或額外地，取決於帶簧108的構形與安裝及/或施加至第一表面106之力的位置、方向、及量值，帶簧108的外部部分可經調適以移動得更靠近PCB 114。帶簧 108可具有材料性質(例如剛性、彈性模數等)、一厚度、一寬度、及一長度，其等可經選擇以提供一所欲的偏轉回應，諸如基於底板102的質量以及預期施加的外力。所屬技術領域中具有通常知識者能夠針對系統100之一給定構形作出此等選擇。
圖3A係系統100通過圖2的線A-A取得的部分截面圖，並顯示系統100在一初始靜止狀態，其中無外力施加至第一表面106。支撐結構104的一下部部分為清楚及簡單起見未顯示於圖3A中。繪示第一帶簧108A及第二帶簧108B，統稱為帶簧108，其等位於系統100的相對隅角處。歸因於向下作用於底板102的質量上之重力，在初始狀態下可發生帶簧108的一些偏轉。可選地，當在系統100的外側時，帶簧108可預先向上彎曲以至少部分地抵銷歸因於向下作用在底板102上之重力的初始偏轉。一替代或額外的選項係包括至少一偏置元件116(在圖3A中以虛線顯示；例如盤簧)，其經定位在底板102與支撐結構104(例如，支撐結構104的PCB 114)之間以至少部分地抵銷歸因於向下作用在底板102上之重力而可發生之帶簧108的初始偏轉。至少一偏置元件116(若存在)可經調適以維持初始界定於PCB 114與各別帶簧108之間的間隙。此類可選特徵可包括在一些實施例中(例如，以適應相對較大而重的底板102)，而其他實施例(例如，包括相對較小而輕的底板102及第一表面106、欲垂直安裝之系統100等)可無預先彎曲的帶簧108及/或至少一偏置元件116。
PCB 114可包括第一電極部分118，其等經定位鄰近於且在帶簧108的各者上方。帶簧108可係或包括一導電金屬材料，其可充當第二電極部分120。第一電極部分118及第二電極部分120可在帶簧108的各者處形成一電容器。第一電極部分118可經組態(例如，定大小及定形狀)以得出一已知及/或預定的電容性回應。絕緣體 122可經定位在第一電極部分118與第二電極部分120的各者之間作為一介電層，以阻礙第一電極部分118與各別第二電極部分120之間的電流流動。例如，絕緣體122可直接經定位在各別第一電極部分118上，如圖3A所示，及/或直接在各別第二電極部分120上。填充第一電極部分118與第二電極部分120之間的間隙之空氣亦可阻礙電流流動並充當一介電層。至少一內部緊固件112可係或包括一導電材料，並可電耦接至第二電極部分120(例如，帶簧108)及PCB 114的電路系統兩者。PCB 114的電路系統亦可電耦接至第一電極部分118。隨著帶簧108的外部部分遠離及/或朝PCB 114偏轉(諸如由施加至第一表面106的一外力造成者)，PCB 114的電路系統可經組態以偵測各別第一電極部分118與第二電極部分120之間的電容變化。舉實例而言，PCB114的電路系統可經組態以偵測自電容及/或互電容的變化。PCB 114的電路系統可耦接至控制器128(例如，微控制器、可組態狀態機、現場可程式化閘陣列、特殊應用積體電路等)，其經組態以在帶簧108與對應的第一電極部分118之間相對移動時測量及偵測電容變化。控制器128可進一步經組態以評估施加在第一表面106上之一外力的一力值(例如，量值、對應於一量值的一值等)及/或位置，如下文所解釋者。控制器128可經定位在PCB 114上並電耦接至該PCB及至第一電極部分118與第二電極部分120。
可選地，突出124(在圖3A中以虛線顯示)可從底板102朝支撐結構104延伸。當一足夠外力施加至第一表面106時，突出124可經組態以毗連抵靠支撐結構104(例如，抵靠支撐結構104的PCB 114)，以限制底板102與支撐結構104之間的相對移動。例如，可預先選擇帶簧108的一最大偏轉，諸如以避免帶簧108的永久(例如塑性)變形。突出124的大小及位置可經選擇以在達到帶簧 108之預先選擇的最大偏轉時毗連抵靠支撐結構104。例如，突出124初始可經定位在離PCB 114約0.1mm與約0.5mm之間的一距離處(諸如約0.2mm)，該距離大約等於預先選擇的最大偏轉。在一些實施例中，突出124可經定位在底板102上，相鄰於帶簧108的位置(例如，上方)。在一些實施例中，突出124可係可調整的，諸如藉由將突出組態為螺釘。在一些實施例中，突出124可從支撐結構104朝底板102延伸，而非或除了從底板102朝支撐結構104以外。
在一些實施例中，間隔物126可經定位在各別帶簧108與PCB 114之間，以在帶簧108與絕緣體122及/或第一電極部分118之間提供一初始間隙。舉實例而言且非限制，帶簧108可位於初始距離D1(即，當無外力施加至第一表面106時)，該初始距離介於約0.01mm與約0.2mm之間。第一電極部分118與第二電極部分120之間的初始距離D1可在帶簧108的各者處得出一初始電容，該初始電容可由PCB 114的電路系統偵測及測量。初始電容可係一基線或皮重，其可在稍後與一外力施加至第一表面106時所測量的電容相比較，以用於評估所施加之外力的一力值及/或位置，如下文所解釋者。
圖3B係如圖3A之系統100的部分截面圖，但顯示系統100具有一經施加的中心力FC。支撐結構104的一下部部分為清楚及簡單起見並未顯示於圖3B中。中心力FC可係在朝支撐結構104的一方向上大約在第一帶簧108A與第二帶簧108B之間的中途施加在第一表面106上的一外力。中心力FC可透過外部緊固件110傳輸至帶簧108，導致帶簧108的外部部分向下並遠離PCB 114偏轉。由於中心力FC大約在第一帶簧108A與第二帶簧108B之間的中途施加，第一帶簧108A與對應的第一電極部分118之間的距離D2可大約與第二帶簧108B與對應的第二電極部分120之間的距離D2相同。結果，第一 帶簧108A處及第二帶簧108B處的電容可大約相同。
因此，藉由以PCB 114偵測及測量帶簧108處的電容，控制器128可經組態以識別中心力FC的一力值及/或位置。電容值可與電極部分118、120之間的一距離逆相關，且中心力FC的一力值可藉由判定電容變化、計算距離變化、及使距離變化與一力相關聯而由控制器來計算。例如，若第一帶簧108A處的電容變化大約等於第二帶簧108B處的電容變化，且電容從無施加力時的初始電容減少，則控制器128可判定所施加的中心力FC係朝支撐結構104，且大約在第一帶簧108A與第二帶簧108B之間的中途。例如，用以偏轉各帶簧108的力可基於帶簧108的材料性質(例如，彈性模數、截面積、及形狀等)及所測量的電容變化由控制器計算，其在藉由中心力FC偏轉時與距離D2成反比。偏轉帶簧108之各者的力可加在一起以判定中心力FC的力值。
圖3C係如圖3A之系統100的部分截面圖，但顯示系統100具有一經施加的邊緣力FE。支撐結構104的一下部部分為清楚及簡單起見未顯示於圖3C中。邊緣力FE可係在朝支撐結構104的一方向上於接近第一表面106之相鄰於第一帶簧108A之一邊緣施加在第一表面106上的一外力。邊緣力FE可透過外部緊固件110傳輸至帶簧108，導致帶簧108的外部部分相對於PCB 114偏轉。由於邊緣力FE在接近第一表面106之相鄰於第一帶簧108A的邊緣施加，第一帶簧108A的外部部分可向下並遠離PCB 114偏轉以得出第一帶簧108A與對應的第一電極部分118之間的距離D3。另一方面，作為邊緣力FE的結果，第二帶簧108B的外部部分可位於離對應的第一電極部分118距離D4。由於施加邊緣力FE的位置相對遠離第二帶簧108B，第二帶簧108B與對應的第一電極部分118之間的距離D4可小於第一 帶簧108A與對應的第一電極部分118之間的距離D3。在一些實施例中，當無外力施加至第一表面106時(參見圖3A)，距離D4可大約等於初始距離D1。在一些實施例中，基於第二帶簧108B的外部部分由於第一表面106及底板102繞內部緊固件112樞轉而朝PCB 114向上偏轉，距離D4可小於初始距離D1。可提供間隔物126以使帶簧108能夠以此方式朝各別第一電極部分118向上移動。
因此，當如圖3C所繪示般施加邊緣力FE，第一帶簧108A處的一電容可從初始(即，當無外力施加時)電容減少，而第二帶簧108B處的一電容可與初始電容相同或從初始電容增加。藉由將不同帶簧108處的電容變化彼此相比較，控制器128可判定邊緣力FE或施加在第一表面106上的任何位置處之另一外力的一大約位置。
系統100可經組態以針對所施加的(多個)力計算一質心連同一總經計算的力。對單一力而言，系統100可在不使用一額外觸控感測器或觸控墊的情況下計算位置及所施加的力。對多點觸控(即，感測同時施加在二或更多個位置的力)而言，一額外觸控感測器或墊可用在第一表面106上或與該第一表面協同使用以判定所施加的力的位置。由觸控螢幕或墊所判定的手指位置以及由帶簧108處之電容變化所判定之經計算的質心及總經計算的力可由控制器128使用以判定個別施加的力的位置及力。
圖4係系統100通過圖2的線A-A取得的部分截面圖，並包括支撐結構104之下部部分130。支撐結構104的下部部分130可透過連接結構132剛性地連接至PCB 114。連接結構132可包括一緊固件(例如，螺釘、螺栓、黏著劑等)。如圖4所示，底板102及支撐結構104的周圍邊緣部分可彼此分開一初始距離。初始距離可大於上述之帶簧108的預定最大偏轉。在一些實施例中，周圍邊緣部分 之間的一間隙可由可撓性密封元件134覆蓋，以減少或防止將碎屑引入至底板102與支撐結構104之間的一空間中。支撐元件136可從支撐結構104的下部部分130向下突出，諸如以在一表面上(例如，在桌子上)支撐系統100。替代地或額外地，支撐結構104可諸如以一或多個緊固件固定至一表面。
參照圖5及圖6，繪示觸敏及力敏感系統200(亦簡稱為「系統200」)的另一實施例。系統200可類似於上述的系統100，因為系統200可包括底板202、支撐結構204(例如，包括PCB 214)、及底板202的第一表面206(例如，觸控墊、背板、觸控螢幕、一殼體的一側、包括經定位在其上之一觸控螢幕面板的一LCD螢幕等)。底板202及支撐結構204可相對於彼此移動。近接系統200之各隅角可係彈性安裝元件208。
在圖5及圖6所示之系統200的實施例中，彈性安裝元件208可各自包括側向環繞柱體242的螺旋彈簧240。柱體242之一第一端部分可剛性地耦接至底板202。螺旋彈簧240可經定位在底板202的一內表面與支撐結構204(例如，PCB 214的一部分)之間。PCB 214可包括第一電極218，其形狀可係圓形的，且其可經定位以側向環繞柱體242。柱體242之相對於第一端部分的一第二端部分可諸如經由螺栓222耦接至第二電極220。第二電極220可呈一導電(例如金屬)墊圈的形式。柱體242可通過PCB 214中的一切除部分。
在操作中，當一具有足夠量值的力經施加至第一表面206(例如，在圖6的透視圖中係向下)時，螺旋彈簧240可壓縮且柱體242及第二電極220可在朝支撐結構204的一方向上移動(例如，在圖6的透視圖中係向下)。第一電極218與第二電極220之間的一距離可增加，得出一可測量的電容變化。當力鬆開時，螺旋彈簧240 可使第二電極220返回至相對於第一電極218之一初始位置。同樣地，第一電極218與第二電極220之間的電容可返回至其初始值。如上文所討論的，電容變化可經測量以判定(例如，評估)經施加至第一表面206的力的一存在、位置、及/或量值。
參照圖7至圖9，繪示觸敏及力敏感系統300(亦簡稱為「系統300」)的另一實施例。系統300可類似於上述的系統100，因為系統300可包括底板302、支撐結構304(例如，包括PCB 314)、及底板302的第一表面306(例如，觸控墊、背板、觸控螢幕、一殼體的一側、包括經定位在其上之一觸控螢幕面板的一LCD螢幕等)。底板302及支撐結構304可相對於彼此移動。近接系統300之各隅角可係彈性安裝元件308。
在圖7至圖9所示之系統300的實施例中，彈性安裝元件308可各自包括耦接至柱體342的平面彈簧元件340。柱體342之一第一端部分可剛性地耦接至底板302。PCB 314可包括第一電極318(圖9)，其形狀可係圓形的，且其可經定位以側向環繞柱體342。柱體342之相對於第一端部分的一第二端部分可諸如經由螺栓322耦接至平面彈簧元件340。平面彈簧元件340可係或包括第二電極320。第二電極320可呈經附接至平面彈簧元件340之一導電(例如金屬)墊圈的形式，或者可係平面彈簧元件340的一整體部分。柱體342可通過PCB 314中的一切除部分。
如圖8所示，平面彈簧元件340的一外部區域可包括外部支撐元件344(例如，孔)，其用於對準及將平面彈簧元件340耦接至PCB 314(諸如藉由使用螺栓或柱體)。平面彈簧元件340的一中心區域可包括用於耦接至柱體342的附接特徵346(例如孔)以及近接並環繞附接特徵346的第二電極320(其可係平面彈簧元件340 的一整體部分)。平面彈簧元件340在中心區域與外部區域之間的一中間區域可包括彈性部分348。彈性部分348可包括由狹縫350界定之平面彈簧元件340的材料。舉實例而言，狹縫350可由雷射雕刻、噴水切割、銑削、或沖壓來形成。
在操作中，當一具有足夠量值的力經施加至第一表面306(例如，在圖9的透視圖中係向下)時，柱體342及第二電極320可在朝支撐結構304的一方向上移動(例如，在圖9的透視圖中係向下)。平面彈簧元件340的彈性部分348可變形以允許此類移動。第一電極318與第二電極320之間的一距離可增加，得出一可測量的電容變化。當力鬆開時，平面彈簧元件340的彈性部分348可使第二電極320返回至相對於第一電極318之一初始位置。同樣地，第一電極318與第二電極320之間的電容可返回至其初始值。如上文所討論的，電容變化可經測量以判定(例如，評估)經施加至第一表面306的力的一存在、位置、及/或量值。
參照圖10，繪示觸敏及力敏感系統400(亦簡稱為「系統400」)的另一實施例。系統400可類似於上述的系統100，因為系統400可包括底板402、支撐結構404(例如，包括PCB 414)、及底板402的第一表面406(例如，觸控墊、背板、觸控螢幕、一殼體的一側、包括經定位在其上之一觸控螢幕面板的一LCD螢幕等)。底板402及支撐結構404可相對於彼此移動。近接系統400之各隅角可係彈性安裝元件408。彈性安裝元件408在圖10所示的實施例中係帶簧408，但圖10所示的帶簧408可不同於圖2所示的帶簧108。例如，圖10所示之實施例之帶簧408的各者可包括放大的基座區段452、外部區段454、以及頸部區段456，該放大的基座區段用於耦接至PCB 414，該外部區段用於耦接至近接系統400之一隅角的底板402， 該頸部區段介於放大的基座區段452及外部區段454之間。PCB 414可包括第一電極418(在圖10中以虛線顯示)，且帶簧408的頸部區段456可包括或係第二電極420。
圖10所示之系統400的實施例可以類似於上述之系統100之實施例的方式操作。
所屬技術領域中具有通常知識者將認知本揭露的實施例具有許多利益及優點。例如，本揭露的實施例提供一強健而可靠的電容性力敏感解決方案，其可應用至可能具有不同大小、質量、形狀、及構形的各種系統及產品。系統可針對特定使用者的需求定製，諸如提供高或低的力之感測。實施例可因使用在製造或購買方面具成本效益之相對少數目的組件而在製造上相對低成本。實施例可在不影響LCD觸控螢幕模組之效能的情況下應用至LCD觸控螢幕模組。與施加一力時關閉(即，電極部分朝彼此移動)的電容器相比，藉由在施加一力時將所揭示系統的電容器組態為通常打開(即，電極部分遠離彼此移動)，一較大範圍的力感測可係可行的。此係因為關閉的電容器具有一固有限制，即兩電極部分毗連抵靠一絕緣體。
雖然特定繪示的實施例已結合該等圖式而描述，所屬技術領域中具有通常知識者將理解並了解本揭露的範圍不限於本揭露明確表示及描述的實施例。此外，可對本揭露所描述之實施例的添加、刪除、及修飾以產生在本揭露範圍內的實施例，諸如所特別請求的，包括法律均等物。另外，自一所揭露的實施例之特徵可與另一所揭露的實施例的特徵結合，同時仍在本揭露的範圍內，如本案發明人設想者。
本揭露的額外非限制性實施例包括：
實施例1：一種總成，其包含：一底板，其包含一第一側，該第 一側經組態以承接一力敏感表面；一支撐結構，其包括第一電極部分；及彈性安裝元件，其等經附接至該底板及至該支撐結構，該等彈性安裝元件經定位以允許該底板與該支撐結構之間的相對移動，其中該等彈性安裝元件包含第二電極部分，該等第二電極部分經定位相鄰於該等第一電極部分。
實施例2：如實施例1之總成，其中該等彈性安裝元件包含四個帶簧，其等分別經定位接近該底板的隅角。
實施例3：如實施例1至2中任一項之總成，其中該等帶簧自該底板的一周圍邊緣以約45度的一角度定向。
實施例4：如實施例1至3中任一項之總成，其中該等彈性安裝元件基本上由一金屬材料組成。
實施例5：如實施例1至4中任一項之總成，其中一間隙在無外力施加至該力敏感表面時界定於各相鄰的第一電極部分與第二電極部分之間。
實施例6：如實施例1至5中任一項之總成，其進一步包含偏置元件，其等在一力未施加至該底板的該第一側時經調適以維持界定於各相鄰的第一電極部分與第二電極部分之間的該等間隙。
實施例7：如實施例1至6中任一項之總成，其中該等間隙包含氣隙。
實施例8：如實施例1至7中任一項之總成，其中一材料經設置在該等間隙中。
實施例9：如實施例1至8中任一項之總成，其中該等彈性安裝元件經定位以允許各相鄰的第一電極部分與第二電極部分之間的相對移動。
實施例10：如實施例1至9中任一項之總成，其中該 等彈性安裝元件之各者的一端部分經組態作為該支撐結構至該底板的一安裝點。
實施例11：如實施例1至10中任一項之總成，其中該支撐結構包含一印刷電路板(PCB)。
實施例12：一種評估施加至一力敏感表面的一力之方法，該方法包含：偵測由一支撐結構上之第一電極部分及由安裝元件所界定之第二電極部分所形成之各別電容器的電容變化，該等安裝元件耦接一底板，該底板承接至該支撐結構之一力敏感表面；使用所偵測的該等電容變化來判定施加至該力敏感表面的一力之一力值；及比較該等各別電容器的該等電容變化，以評估施加至該力敏感表面之該力的一位置。
實施例13：一種力敏感系統，其包含：一底板，其具有一第一側；力感測器，其等包含一支撐結構的部分及一安裝元件的部分，該支撐結構的該等部分及該安裝元件的該等部分經調適以回應於施加至該第一側的一或多個力而移動得更靠近及/或分離；一控制器，其由該支撐結構支撐，且經組態以藉由判定該支撐結構的該等部分與該安裝元件的該等部分之間的移動來識別施加至該第一側的該一或多個力。
實施例14：如實施例13之力敏感系統，其中該控制器經組態以在該安裝元件相對於該支撐結構移動時偵測形成在該支撐結構的該等部分與該安裝元件的該等部分之間的各別電容器之電容變化。
實施例15：如實施例12至14中任一項之力敏感系統，其中該控制器進一步經組態以藉由比較該等各別電容器經偵測的該等電容變化來評估施加至該第一側之該一或多個力的一位置。
實施例16：如實施例12至15中任一項之力敏感系統， 其中該第一側包含一液晶顯示器觸控螢幕。
實施例17：如實施例12至16中任一項之力敏感系統，其進一步包含至少一間隔物，該至少一間隔物經定位在該安裝元件與該支撐結構之間，以在該一或多個力未施加至該第一側時界定該安裝元件的該等部分與該支撐結構的該等部分之間的一初始空間。
實施例18：如實施例12至17中任一項之力敏感系統，其進一步包含至少一偏置元件，該至少一偏置元件經定位在該底板與該支撐結構之間，以在該一或多個力未施加至該第一側時使該底板偏置至相對於該支撐結構之一初始位置。
實施例19：如實施例12至18中任一項之力敏感系統，其進一步包含絕緣體，其等經定位在該安裝元件的該等部分與該支撐結構的該等部分之間。
實施例20：如實施例12至19中任一項之力敏感系統，其中該安裝元件包含帶簧，該等帶簧以至少一導電緊固件分別附接至該支撐結構。
實施例21：如實施例12至20中任一項之力敏感系統，其進一步包含一突出，該突出介於該底板與該支撐結構之間，該突出經組態以毗連抵靠一表面，以在該一或多個力具有一足夠的值施加至該第一側時限制該底板與該支撐結構之間的相對移動。
實施例22：一種系統，其包含：一表面；一控制器，其耦接至該表面；及一力敏感裝置，其包含如實施例1至11中任一項之總成。
實施例23：如實施例22之系統，其中該力敏感裝置經組態以回應於該表面處之一物體觸控而產生一力結果。
實施例24：如實施例22至23中任一項之系統，其中 該控制器經組態以回應於該力結果而判定一力測量。
實施例25：如實施例22至24中任一項之系統，其中該控制器經組態以回應於該力結果而判定該表面處之一位置。
實施例26：如實施例22至25中任一項之系統，其進一步包含一觸敏裝置，其經組態以回應於該表面處之一物體觸控或一物體緊密近接該表面而產生一感測結果。
實施例27：如實施例22至26中任一項之系統，其中該表面係選自包含下列之一群組：一觸控螢幕、一觸控墊、一背板、及一殼體的一側。
100‧‧‧系統
102‧‧‧底板
104‧‧‧支撐結構
106‧‧‧第一表面

Claims (27)

  1. 一種力敏感總成，其包含：一底板，其包含一第一側，該第一側經組態以承接一力敏感表面；一支撐結構，其包括第一電極部分；及彈性安裝元件，其等經附接至該底板及至該支撐結構，該等彈性安裝元件經定位以允許該底板與該支撐結構之間的相對移動，其中該等彈性安裝元件包含第二電極部分，該等第二電極部分經定位相鄰於該等第一電極部分。
  2. 如請求項1之力敏感總成，其中該等彈性安裝元件包含四個帶簧，其等分別經定位接近該底板的隅角。
  3. 如請求項2之力敏感總成，其中該等帶簧自該底板的一周圍邊緣以約45度的一角度定向。
  4. 如請求項1之力敏感總成，其中該等彈性安裝元件基本上由一金屬材料組成。
  5. 如請求項1之力敏感總成，其中一間隙在無外力施加至該力敏感表面時界定於各相鄰的第一電極部分與第二電極部分之間。
  6. 如請求項5之力敏感總成，其進一步包含偏置元件，其等在一力未施加至該底板的該第一側時經調適以維持界定於各相鄰的第一電極部分與第二電極部分之間的該等間隙。
  7. 如請求項6之力敏感總成，其中該等間隙包含氣隙。
  8. 如請求項6之力敏感總成，其中一材料經設置在該等間隙中。
  9. 如請求項1之力敏感總成，其中該等彈性安裝元件經定位以允許各相鄰的第一電極部分與第二電極部分之間的相對移動。
  10. 如請求項1之力敏感總成，其中該等彈性安裝元件之各者的一端部分經組態作為該支撐結構至該底板的一安裝點。
  11. 如請求項1之力敏感總成，其中該支撐結構包含一印刷電路板(PCB)。
  12. 一種評估施加至一力敏感表面的一力之方法，該方法包含：偵測由一支撐結構上之第一電極部分及由安裝元件所界定之第二電極部分所形成之各別電容器的電容變化，該等安裝元件耦接一底板，該底板承接至該支撐結構之一力敏感表面；使用所偵測的該等電容變化來判定施加至該力敏感表面的一力之一力值；及比較該等各別電容器的該等電容變化，以評估施加至該力敏感表面之該力的一位置。
  13. 一種力敏感系統，其包含：一底板，其具有一第一側；力感測器，其等包含一支撐結構的部分及一安裝元件的部分，該支撐結構的該等部分及該安裝元件的該等部分經調適以回應於施加至該第一側的一或多個力而移動得更靠近及/或分離；及一控制器，其由該支撐結構支撐，且經組態以藉由判定該支撐結構的該等部分與該安裝元件的該等部分之間的移動來識別施加至該第一側的該一或多個力。
  14. 如請求項13之力敏感系統，其中該控制器經組態以在該安裝元件相對於該支撐結構移動時偵測形成在該支撐結構的該等部分與該安裝元件的該等部分之間的各別電容器之電容變化。
  15. 如請求項14之力敏感系統，其中該控制器進一步經組態以藉由比較該等各別電容器經偵測的該等電容變化來評估施加至該第一側之該一或多個力的一位置。
  16. 如請求項13之力敏感系統，其中該第一側包含一液晶顯示器觸控螢幕。
  17. 如請求項13之力敏感系統，其進一步包含至少一間隔物，該至少一間隔物經定位在該安裝元件與該支撐結構之間，以在該一或多個力未施加至該第一側時界定該安裝元件的該等部分與該支撐結構的該等部分之間的一初始空間。
  18. 如請求項13之力敏感系統，其進一步包含至少一偏置元件，該至少一偏置元件經定位在該底板與該支撐結構之間，以在該一或多個力未施加至該第一側時使該底板偏置至相對於該支撐結構之一初始位置。
  19. 如請求項13之力敏感系統，其進一步包含絕緣體，其等經定位在該安裝元件的該等部分與該支撐結構的該等部分之間。
  20. 如請求項13之力敏感系統，其中該安裝元件包含帶簧，該等帶簧以至少一導電緊固件分別附接至該支撐結構。
  21. 如請求項13之力敏感系統，其進一步包含一突出，該突出介於該底板與該支撐結構之間，該突出經組態以毗連抵靠一表面，以在該 一或多個力具有一足夠的值施加至該第一側時限制該底板與該支撐結構之間的相對移動。
  22. 一種力敏感系統，其包含：一力敏感表面；一控制器，其耦接至該力敏感表面；及一安裝總成，該安裝總成包含：一底板，其包含一第一側，該第一側經組態以承接該力敏感表面；一支撐結構，其包括第一電極部分；及彈性安裝元件，其等經附接至該底板及至該支撐結構，該等彈性安裝元件經定位以允許該底板與該支撐結構之間的相對移動，其中該等彈性安裝元件包含第二電極部分，該等第二電極部分經定位相鄰於該等第一電極部分。
  23. 如請求項22之力敏感系統，其中該力敏感裝置經組態以回應於該表面處之一物體觸控而產生一力結果。
  24. 如請求項23之力敏感系統，其中該控制器經組態以回應於該力結果而判定一力測量。
  25. 如請求項23之力敏感系統，其中該控制器經組態以回應於該力結果而判定該表面處之一位置。
  26. 如請求項22之力敏感系統，其進一步包含一觸敏裝置，其經組態以回應於該表面處之一物體觸控或一物體緊密近接該表面而產生一感測結果。
  27. 如請求項22之力敏感系統，其中該表面係選自包含下列之一群組：一觸控螢幕、一觸控墊、一背板、及一殼體的一側。
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