專利名稱：力基輸入設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及輸入設(shè)備，更特別涉及力基輸入設(shè)備，其配置為具有 設(shè)計(jì)為集中施加在梁段上的力的隔離梁段，其中測量和處理該力以獲得或 者得到關(guān)于或者涉及所施加力的特別特征，例如所述涉及輸入設(shè)備的位置 和大小。
背景技術(shù)：
輸入設(shè)備(例如觸摸屏或者觸摸墊)被設(shè)計(jì)為檢測對象的應(yīng)用以及確 定涉及輸入i殳備的該對象的或者與其相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)特別特征，例如作 用于輸入設(shè)備的對象的位置，由該對象施加至輸入設(shè)備力的大小等等。其 中具有輸入設(shè)備的一些不同應(yīng)用實(shí)例包括計(jì)算機(jī)顯示器設(shè)備、商亭、游戲、 自動(dòng)出納機(jī)、銷售終端、自動(dòng)販賣機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、鍵區(qū)、鍵盤及其它。
當(dāng)前存在各種可在市場上購買的輸入設(shè)備。 一些實(shí)例包括電阻輸入設(shè) 備、電容輸入設(shè)備、表面聲波基輸入設(shè)備、力基輸入設(shè)備、紅外線設(shè)備及 其它。在提供一些有用功能方面的同時(shí)，每個(gè)這種現(xiàn)有相關(guān)類型輸入設(shè)備 都在一個(gè)或多個(gè)方面不利。
電阻輸入設(shè)備通常包括兩個(gè)需要按壓在一起直到其間接觸的導(dǎo)電板。電阻基傳感器僅僅可透射大約75 %從輸入墊發(fā)出的光，從而阻止其在詳細(xì) 圖形應(yīng)用中的應(yīng)用。
電 入設(shè)備通過測量對地施加力的對象的電容或者通過測量不同傳 感器之間的轉(zhuǎn)換電容的變化而工作。盡管制造昂貴，但是電容基傳感器通 常僅能夠檢測大型物體，因?yàn)槠渚哂凶銐虼蟮膶Φ仉娙荼?。換言之，電容 基傳感器通常僅能夠記錄或者檢測具有合適導(dǎo)電特征對象的應(yīng)用，從而消 除了寬范圍的潛在有用應(yīng)用，例如檢測筆尖以及其它類似的觸摸或者施力 對象的能力。此外，電容基傳感器可透射輸入墊光線的大約90%。
表面聲波基輸入設(shè)備通過沿輸入墊表面發(fā)出聲音以及測量對象施加與 聲音之間的相互作用而工作。此外，表面聲波基輸入設(shè)備可透射100 %的 輸入墊光線，并且不要求所施加對象包括導(dǎo)電特征。但是，表面聲波基輸 入設(shè)備不可記錄或者檢測硬而小對象的應(yīng)用，例如筆尖，并且通常為所有 輸入設(shè)備中最貴的設(shè)備。此外，表面污染例如水滴影響其精度和功能。
力基輸入設(shè)備配置為檢測由輸入墊施加和傳輸?shù)牧Φ奈恢煤痛笮?。?輸入設(shè)備對其它類型的輸入設(shè)備具有一些優(yōu)點(diǎn)。例如，其通常非常粗糙而 耐用，意味著其不易受到水滴或者碰撞的破壞。實(shí)際上，輸入墊(例如觸 摸屏)可以為厚透明材料，耐破損、劃傷等等。在吸收、漫射或者反射光
的輸入墊中沒有插入層，因此可透射100%的可利用輸入墊光線。其通常 不允許污垢、塵埃、油類、濕氣或者輸入墊上的其它外來碎屑ii^并聚集。 力基輸入設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)配置為檢測所施加力的力傳感器。該力傳感 器可以和戴手套的手指、棵露手指、筆尖、鋼筆、鉛筆或者任何其它可對 輸入墊施加力的對象一起工作。盡管其具有所述優(yōu)點(diǎn)，但是力基輸入設(shè)備 通常太大和笨重而不能在許多觸摸屏應(yīng)用中有效使用。另外，常規(guī)力基涉 及以及大多數(shù)其它類型的輸入設(shè)備僅能夠記錄一個(gè)方向上觸摸，或者換言 之在輸入墊一側(cè)上的觸摸，從而限制力基輸入設(shè)備監(jiān)控屏幕型應(yīng)用。
通過圍繞該設(shè)備輸入墊表面發(fā)射的紅外線輻射運(yùn)行紅外線設(shè)備。但是 其對影響其精度的碎屑例如污垢靈敏。
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發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中固有的問題和不足，本發(fā)明試圖通過提供一種力基輸 入設(shè)備克服這些不足，該設(shè)備可確定從輸入墊的任一側(cè)所施加力的位置和 大小，并且具有處于輸入墊平面內(nèi)或者非常接近輸入墊平面的力傳感器， 從而盡量減小輸入墊的高度，以及最小化平行于輸入墊的任何力的影響。
根據(jù)如這里所體現(xiàn)和廣義描述的發(fā)明，本發(fā)明展示一種適合于確定所
施加力的位置和大小的輸入設(shè)備，包括a)底部支承，其具有外周和在外 周附近形成的多個(gè)孔，以限定配置為在施加的力作用下移動(dòng)的輸入墊；b) 多個(gè)隔離的梁段，其由多個(gè)孔限定并用于接收提高輸入塾的位移分布至該 隔離梁段的所產(chǎn)生的力；以及c)至少一個(gè)傳感器，其與每個(gè)隔離梁段一 起工作以檢測相應(yīng)隔離梁段中的應(yīng)變，該應(yīng)變由輸入墊響應(yīng)于所施加力的 位移產(chǎn)生并傳送至外周的各種應(yīng)力所形成，所述至少一個(gè)傳感器還配置為 輸出對應(yīng)于用于確定所施加力位置的所施加力和檢測應(yīng)變的信號(hào)。
盡管如所示出采用單個(gè)傳感器足夠，但是采用兩個(gè)或多個(gè)傳感器具有 某些證明的優(yōu)點(diǎn)。例如，采用兩個(gè)傳感器可部分校正溫度效應(yīng)以及盡量減 小平行于傳感器平面的應(yīng)變的影響。
本發(fā)明還公開一種配置為接收所施加力的輸入設(shè)備，該輸入設(shè)備包括 a)支承于固定位置的第一結(jié)構(gòu)元件；b)第二結(jié)構(gòu)元件，可與第一結(jié)構(gòu)元 件共同工作，并,皮動(dòng)力學(xué)支承為相對于第 一結(jié)構(gòu)元件移動(dòng)以限定在所施加 力作用下移動(dòng)的輸入墊；c)連接所述第一和第二結(jié)構(gòu)元件的多個(gè)隔離梁 段，所述隔離梁段用于在第一和第二結(jié)構(gòu)元件之間轉(zhuǎn)移力以及接收通過輸 入墊的位移分布至隔離梁段的所產(chǎn)生的力；以及d)至少一個(gè)傳感器，其 與每個(gè)隔離梁段一起工作，以檢測相應(yīng)隔離梁段中的應(yīng)變，該應(yīng)變由輸入 墊響應(yīng)于所施加力的移動(dòng)產(chǎn)生并傳輸?shù)礁綦x梁段的各種應(yīng)力所形成，每個(gè) 所述傳感器還配置為輸出對應(yīng)于用于確定所施加力位置的所施加力和檢測 應(yīng)變的信號(hào)。
本發(fā)明還公開一種配置為接收所施加力的輸入設(shè)備，該輸入設(shè)備包括: a)底部支承，其具有外周和在外周上形成的多個(gè)槽，所述槽僅僅部分延伸
9通過底部支承，該槽配置為限定可相對于底部支承移動(dòng)的輸入墊，該輸入
墊配置為在所施加力的作用下移動(dòng)；b)多個(gè)隔離的梁段，其由多個(gè)槽限定 并用于接收由輸入墊位移分布至該隔離梁段的所產(chǎn)生的力；以及c)至少 一個(gè)傳感器，其與每個(gè)隔離梁段一起工作，以檢測相應(yīng)隔離梁段中的應(yīng)變，
成，所述至少 一個(gè)傳感器還配置為輸出對應(yīng)于用于確定所施加力位置的所 施加力和檢測應(yīng)變的信號(hào)。
本發(fā)明還公開一種制造觸摸墊設(shè)備的方法，包括如下步驟a)提供能 夠接收所施加力的底部支承b)在底部支承上形成通過周向位置的孔以限 定輸入墊和多個(gè)隔離的梁段，該梁段用于接收由輸入墊位移分布至該隔離 梁段的所產(chǎn)生的力；以及c)沿每個(gè)該隔離梁段提供多個(gè)傳感器，以檢測 該多個(gè)隔離梁段中的應(yīng)變，該應(yīng)變由輸入墊響應(yīng)于所施加力的移動(dòng)產(chǎn)生并 傳輸至外周位置的各種應(yīng)力所形成，并且輸出對應(yīng)所施加力的信號(hào)以用于 確定所施加力位置。
本發(fā)明還公開一種確定施加至輸入墊的力的位置和大小至少一個(gè)的方 法，包括如下步驟a)提供底部支承，其具有外周和由外周上多個(gè)孔形成 的多個(gè)隔離梁段，該多個(gè)孔限定配置為響應(yīng)于力而移動(dòng)的輸入墊，該多個(gè) 梁段具有位于其上的至少一個(gè)傳感器；b)檢測多個(gè)隔離梁段內(nèi)的應(yīng)變，該 應(yīng)變由輸入墊響應(yīng)于施加于其上的力的移動(dòng)所產(chǎn)生的各種應(yīng)力而形成；c) 產(chǎn)生每個(gè)傳感器的輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)對應(yīng)所檢測的應(yīng)變；以及d)處 理至少兩個(gè)傳感器的輸出信號(hào)以確定施加于輸入墊的力的位置。
本發(fā)明還公開一種確定施加至輸入墊的力位置和大小至少一個(gè)的方 法，包括如下步驟a)提供第一結(jié)構(gòu)元件；b)提供可與第一結(jié)構(gòu)元件共 同工作以限定多個(gè)孔的第二結(jié)構(gòu)元件，并且相對于所述第一和第二結(jié)構(gòu)元
件中凈皮固定支承的一個(gè)動(dòng)力學(xué)支承另一個(gè)，以限定配置為在所施加力作用 下移動(dòng)的輸入墊，該多個(gè)孔限定多個(gè)隔離梁段，該隔離梁段用于在第一和 第二結(jié)構(gòu)元件之間轉(zhuǎn)移力以及接收由輸入墊的位移分布至隔離梁段的所產(chǎn) 生的力；c)測量多個(gè)隔離梁段內(nèi)的應(yīng)變，該應(yīng)變由輸入墊響應(yīng)于所施加力
10的移動(dòng)傳輸至隔離梁段的各種應(yīng)力產(chǎn)生；d)產(chǎn)生對應(yīng)所檢測應(yīng)變的輸出信 號(hào)；以及e)處理輸出信號(hào)以確定施加至輸入墊的力的位置。
通過下面的結(jié)合附圖的說明書和所附權(quán)利要求，本發(fā)明將更加清楚。 可理解這些附圖僅僅示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，因此不認(rèn)為其限制本 發(fā)明的范圍。容易理解，可以以多種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)置和設(shè)計(jì)如這里的附圖 所一般說明和描述的本發(fā)明元件。但是，將通過采用附圖以附加的特征和 細(xì)節(jié)描述和解釋本發(fā)明，其中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的力基輸入設(shè)備的仰視圖； 圖la示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備的仰視圖； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的連至信號(hào)處理裝置和計(jì)算機(jī)的力基輸 入i殳備透浮見圖3示出了根據(jù)圖1中所描述實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視圖； 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備的仰視圖； 圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明另 一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備的仰視圖； 圖5示出了才艮據(jù)本發(fā)明另 一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備的仰視圖； 圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明另 一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備的仰視圖； 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視圖； 圖6a示出了根據(jù)本發(fā)明另 一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視圖； 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視圖； 圖8-A示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視
圖8-B示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視
圖8-C示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視
圖8-D示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視圖9示出了根據(jù)本發(fā)明另 一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視圖； 圖10示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視圖 和側(cè)^L圖11示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視圖 和側(cè)視圖12示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視圖； 圖12-A示出了以全橋結(jié)構(gòu)排列的圖12多個(gè)傳感器的基本視圖； 圖13示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視圖； 圖13a示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備截面的仰視
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備； 圖15示出了根據(jù)本發(fā)明另 一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備； 圖16示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備； 圖17示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備； 圖18示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備； 圖19示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備； 圖20示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備； 圖21示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的力基輸入設(shè)備的仰視圖，其中
圍繞支承底部外周配置輸入墊；
圖22示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例用于確定對輸入墊所施加力的位
置和/或大小至少一個(gè)的處理方法的框圖23示出了才艮據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的處理方法的框圖24示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例確定對力基觸摸墊作用的力坐標(biāo)
的方法的流程圖25a示出了部分觸摸墊的俯視圖，其中觸摸墊包^i殳計(jì)為防止觸摸 墊受外來物體和其它碎屑影響的密封裝置；
圖25b示出了圖25a的觸摸墊和密封裝置的側(cè)橫截面圖；以及圖26示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的利用壓電傳感器的力基 觸摸墊。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，所述附圖形成本發(fā)明 的一部分并且其中通過示例示出了實(shí)施本發(fā)明的示例性實(shí)施例。雖然該示
例性實(shí)施例足夠詳細(xì)地描述以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，但M 當(dāng)理解可實(shí)現(xiàn)其它實(shí)施例以及可進(jìn)行本發(fā)明的各種變化而不偏離本發(fā)明的 實(shí)質(zhì)和范圍。同樣，如圖1至26所示，下面對本發(fā)明實(shí)施例更詳細(xì)的描述 不用于限制本發(fā)明請求保護(hù)的范圍，而是僅僅用于描述并且不限制描述本 發(fā)明的特性和特征，以列出本發(fā)明運(yùn)行的最佳實(shí)施例并足以使本領(lǐng)域技術(shù) 人員實(shí)施本發(fā)明。因此，僅僅由所附權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍。
下面將參考附圖最好地理解對本發(fā)明的詳細(xì)描述和示例性實(shí)施例，其 中全文中以數(shù)字表示本發(fā)明的元件和特征。
總體上，本發(fā)明描述了力基輸入設(shè)備和制造該設(shè)備以及使用該設(shè)備的 方法。力基輸入i殳備配置為確定施加于其的力的位置和大小。在一些示例 性實(shí)施例中，輸入設(shè)備包括由具有適當(dāng)彈性的材料制成的底部支承。該底 部支承可由任何合適裝置支承在其外周。可將待檢測和測量的力施加至在 這里稱為輸入墊的底部支承的內(nèi)部。
底部支承還包括多個(gè)設(shè)置在輸入墊和底部支承外周之間的梁段，因此 優(yōu)選將梁段和外周隔開。該隔離梁段被配置為控制從輸入墊傳輸至底部支 承外周的力的路徑以及集中通過施加的力施加于輸入墊的應(yīng)力。該隔離梁 段可以為槽、孔、或者其它形成于底部支承的緩解區(qū)域。
該力基輸入i殳備還包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，其配置為沿隔離梁段設(shè)置 或者以位于其上以測量從輸入墊傳輸至底部支承的外周的力。傳感器用于 測量由所施加力引起的隔離梁段中的應(yīng)力所造成的隔離梁段中的應(yīng)變，以 及提供相應(yīng)的電輸出或者信號(hào)。隔離梁段中的應(yīng)力響應(yīng)于施加所施加力由 輸入墊的偏移產(chǎn)生?？蛇M(jìn)一步處理由傳感器所產(chǎn)生的電輸出或者信號(hào)以獲得輸入墊上所施加力的位置坐標(biāo)以及所施加力的大小。還可處理輸出信號(hào)
以執(zhí)^f亍其它功能例如校正基線活動(dòng)(baseline activity)。
在其它實(shí)施例中，傳感器可以和梁段集成，其中梁段包括壓電或者其 它相似材料。換言之，梁段本身可由能夠用作傳感器的材料制成，從而不 必向梁段加入分離的傳感器。
本發(fā)明和現(xiàn)有的相關(guān)力基輸入設(shè)備相比具有若干主要優(yōu)點(diǎn)。第一，本 發(fā)明的力基設(shè)備可以非常耐用，因?yàn)樵搲|不易受水滴、撞擊或者碰撞破壞。 第二，輸入墊可配置為透明窗口、不透明表面、或者底部支承的集成部分。 此外，輸入墊可包括任何合適的彈性材料。第三，傳感器可不使灰塵、塵 埃、油、潮氣或者窗上的其它外來材料的堆積物ii^。第四，傳感器可檢 測由戴手套的手指、棵露手指、筆尖、鉛筆、或者任何其它能夠?qū)Υ笆┘?力的物體所施加的力。第五，傳感器可配置為測量所施加力的大小，以及 力施加至輸入墊的位置。笫六，輸入墊和底部支承可包括較薄的平面結(jié)構(gòu)， 其容易被粘至典型的顯示器監(jiān)視器或者用作孤立的界面設(shè)備。第七，輸入 墊和一個(gè)或多個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)對平行于輸入墊而施加的力較不靈敏。最后， 力基輸入設(shè)備可檢測并記錄施加至輸入墊任一側(cè)的力，并且精確確定所施 加力的大小和位置。
每個(gè)上述優(yōu)點(diǎn)都將根據(jù)下面參考附圖的詳細(xì)描述而清楚。這些優(yōu)點(diǎn)并 非意味著以任何方式限制。實(shí)際上本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，除了這里特別 描述的優(yōu)點(diǎn)以外，可在實(shí)施本發(fā)明時(shí)實(shí)現(xiàn)其它優(yōu)點(diǎn)。
如圖1和2所示，示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的力基輸入設(shè)備10 。 輸入設(shè)備可包括具有外周18的底部支承14?？稍谕庵?8內(nèi)的底部支承14 上形成多個(gè)孔20、 22、 24和26?？?0、 22、 24和26可沿外周18i殳置并 且可限制和限定如圖l虛線所示基本上為矩形的輸入墊50。該多個(gè)孔還可 限定輸入墊50的角附近的多個(gè)隔離梁段30、 32、 34和36，并且這些隔離 梁段與輸入墊50的邊平行?？煞謩e沿每個(gè)隔離梁段30、 32、 34和36連接 兩個(gè)傳感器(參見傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和34b )。 傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和34b可配置為檢測和測量
14施加至輸入墊50的力。此外，傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和34b^i殳置為通過連接至或者以別的方式和傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和34b相關(guān)的發(fā)射設(shè)備40輸出電信號(hào)，該信號(hào)對應(yīng) 由傳感器檢測的所施加力。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a 和34b每個(gè)都包括應(yīng)變計(jì)，其配置為測量每個(gè)相應(yīng)隔離梁段30、 32、 34 和36內(nèi)或者跨過每個(gè)相應(yīng)隔離梁段30、 32、 34和36的應(yīng)變。而且，盡管 每個(gè)隔離梁段30、 32、 34和36示出為包括位于或者設(shè)置在其上的兩個(gè)傳 感器，但是本發(fā)明不限于該配置?？梢韵氲?，可根據(jù)系統(tǒng)約束和其它因素 沿每個(gè)隔離梁段設(shè)置一個(gè)、兩個(gè)或者多于兩個(gè)的傳感器。此外，可以想到， 如果合適地配置，傳感器可由梁段本身組成。下面更詳細(xì)地討論傳感器。
發(fā)射設(shè)備40被配置為將傳感器的輸出信號(hào)傳送至表示為信號(hào)處理設(shè) 備44的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理設(shè)備，其中信號(hào)處理設(shè)備用于以一種或多種方 法處理信號(hào)以用于一種或多種用途。例如，信號(hào)處理設(shè)備可包括才莫擬信號(hào) 處理器，例如方丈大器、濾波器和才m轉(zhuǎn)換器。此外，如圖2所示，信號(hào)處 理設(shè)備可包括向計(jì)算機(jī)傳送處理信號(hào)的微型計(jì)算機(jī)處理器?；蛘咝盘?hào)處理 設(shè)備本身可包括計(jì)算機(jī)48。另外，可組合和利用這些及其它類型信號(hào)處理 設(shè)備的任意組合?，F(xiàn)有技術(shù)已知典型的信號(hào)處理設(shè)備，因此在這里不特別 描述。
現(xiàn)有技術(shù)還已知用于處理信號(hào)以用于一種或多種用途例如確定向力基 觸摸墊所施加力的坐標(biāo)的信號(hào)處理設(shè)備所采用的處理裝置和方法。下面更 詳細(xì)地討論各種處理裝置和方法。
再次參考圖l和2，底部支承14示出為包括基本上平坦或者平面塾或 板。底部支承14可包括外安裝表面60和內(nèi)安M面64，其在靜止?fàn)顩r下 可基本上位于相同的平面內(nèi)。外安裝表面60可位于外周18和孔20、 22、 24和26之間。內(nèi)安裝表面64可位于輸入墊50和孔20、 22、 24和26之 間。隔離梁段30、 32、 34和36可將內(nèi)安^面64和外安裝表面60連在 一起。外安"面60可安裝在任何配置為支承輸入設(shè)備10的適當(dāng)靜止的安裝結(jié)構(gòu)上。輸入墊50可以為安裝在內(nèi)安裝表面64上的分離結(jié)構(gòu)，或者 其可配置為與內(nèi)安裝表面64集成的集成元件。在輸入墊為分離結(jié)構(gòu)的實(shí)施 例中， 一個(gè)或多個(gè)輸入墊元件可配置為可從內(nèi)安裝表面上拆除。例如，輸 入塾50可包括在底部支承14上形成的大孔，以及配置為被插入或者支承 在該孔中的可拆卸力面板，該力面板用于從任意方向接收施加到其上的力。
如現(xiàn)有技術(shù)已知，底部支承14可由任何合適的非彈性材料形成，例如 金屬如鋁或鋼，或者其可由合適的彈性堅(jiān)硬聚合物材料形成。此外，底部 支承14可由玻璃、陶瓷、以及其它相似材料形成。底部支承14可成形和 配置為適配于任何類型的合適界面應(yīng)用。例如，底部支承可配置為顯示器 監(jiān)控器的觀察區(qū)，其形狀通常為矩形。此外，底部支承14可配置為較薄從 而底部支承的輸入墊的觸摸面僅僅為距離顯示器監(jiān)視器觀察區(qū)的最小偏 移，從而盡量減小由于輸入墊和顯示器監(jiān)視器之間的距離造成的變形。
需要注意的是，輸入設(shè)備的性能可取決于底部支承14的外部或者外安 裝表面的硬度。因此，底部支承14、或者至少其合適的部分應(yīng)當(dāng)具有合適 的剛度或者硬度，從而使得輸入設(shè)備可以正常工作?？蛇x擇地，不是^fU 部支承14堅(jiān)硬，底部支承14、或者至少其合適的部分可連至某些類型的 剛性支承。合適的剛度有助于更精確的輸入讀取。
輸入墊50可以為基本上平坦或者平面的墊或板并且可位于與底部支 承14相同的平面內(nèi)。輸入墊50可由孔20、 22、 24和26限制。
輸入墊50配置為響應(yīng)于在輸入墊50中由于對輸入墊50作用的施加力 而引起的各種應(yīng)力而移動(dòng)，如圖2中箭頭54所示。輸入墊50還配置為將 由所施加力54產(chǎn)生的應(yīng)力傳輸至內(nèi)安裝表面64并最終傳輸至隔離梁段 30、 32、 34和36，其中由一個(gè)或多個(gè)傳感器感應(yīng)和測量隔離梁段中所產(chǎn)生 的應(yīng)變。
底部支承14和輸入墊50可以具有第一側(cè)80和第二側(cè)82。本發(fā)明的 力基輸入設(shè)備10有利地將力施加至輸入設(shè)備50的第一或第二側(cè)面80和 82，并且輸入墊50可配置為響應(yīng)于所施加力54沿任意方向移出底部支承 14的平面。輸入墊50可由任何可傳輸或者傳送所施加力54的合適硬材料形成。 如本領(lǐng)域已知，該材料可以為金屬、玻璃或者硬化聚合物。
可在底部支承14中形成隔離梁段30、 32、 34和36，并且所述隔離梁 段30、 32、 34和36可由多個(gè)孔20、 22、 24和26限定。當(dāng)處于靜止?fàn)顟B(tài) 時(shí)，該隔離梁段30、 32、 34和36可基本上處于和底部支承14和輸入墊 50相同的平面內(nèi)。在一些實(shí)施例中，孑L20、 22、 24和26可配置為一直延 伸通過底部支承14。例如，孔20、 22、 24和26可以為通槽或者通孔，在 其它實(shí)施例中，隔離梁段30、 32、 34和36可配置為僅僅部分延伸通過底 部支承14。
如圖1所示，可由孔22和24形成或者限定隔離梁段32?？?2可沿 外周18的部分延伸并具有端部22a和22b?？?4可沿外周的另一部分延 伸并具有端部24a和24b。兩個(gè)孔22和24部分可沿著外周18的共同部分 延伸，在這里孔22的一個(gè)端部22b重疊孔24的端部24a。兩端22b和24a 以及沿外周18的共同部分延伸的孔22和24的部分可在底部支承14上間 隔開預(yù)定距離?？?2沿外周18的共同部分延伸的部分距離外周18比沿外 周18的共同部分延伸的孔24部分距離外周18更近?？?2和孔24之間以 及端部22b和端部24a之間的底部支承14的區(qū)域可限定隔離梁段32。
可如上對隔離梁段32所勤目似地形成和限定隔離梁段30、 34和36。 可由孔24和孔20之間以及端部24a和端部20a之間的底部支承14的區(qū)域 形成隔離梁段30?？捎煽?4和孔26之間以及端部24b和端部26b之間的 底部支承14的區(qū)域形成隔離梁段34?？捎煽?6和孔20之間以及端部26a 和端部20b之間的底部支承14的區(qū)域形成隔離梁段36。從而，可由在底 部支承14中形成的各種孔限定所有的隔離梁段。此外，如上所述，隔離梁 段可配置為處于和輸入墊50和底部支承14相同的平面內(nèi)。
該多個(gè)孔20、 22、 24和26可相互嵌套，其中孔22和26沿矩形底部 支承14的邊90和92延伸，并且可垂直于短邊90和92旋轉(zhuǎn)并沿底部支承 14的邊94和96的至少一部分延伸?？?0和24可沿底部支承14的邊94 和96的一部^S殳置，并且距離觸摸墊50比距離孔22和26更近。從而，孔20和24可位于或者包含在孔22和26中。不同的是，每個(gè)孔都可包括 與另 一個(gè)孔的段重疊且平行的段以限定隔離梁段，從而允許隔離梁段具有 任何期望的長度。
參考圖la，示出了本發(fā)明輸入設(shè)備10的可選示例性實(shí)施例。該特別 實(shí)施例與上面描述的以及圖l所示出的實(shí)施例類似，但是孔20和24距離 外周18比孔22和26距離外周18更近。換言之，孔20和24被配置為處 于孔22和26外。
如圖3所示，如圖3中對隔離梁段32所示出，隔離梁段30、 32、 34 和36可具有和外安^面60形成在一起的外部或者外周接點(diǎn)70，以及和 底部支承14的內(nèi)安a面64形成在一起的內(nèi)接點(diǎn)74。內(nèi)接點(diǎn)74和外接 點(diǎn)70被配置為通過以相反方向偏移或者彎曲而接收和集中所施加力54在 底部支承14上產(chǎn)生的應(yīng)力。在向輸入墊50施加力時(shí)，由于隔離梁段的配 置特別是和輸入墊50和內(nèi)安M面64相關(guān)的內(nèi)接點(diǎn)和外接點(diǎn)70和74， 所產(chǎn)生的力傳遞通過輸入墊50到達(dá)各隔離梁段。例如，返回到圖1和2， 當(dāng)對輸入墊50施加力時(shí)，輸入墊50位移和產(chǎn)生輸入墊50中的應(yīng)力。該應(yīng) 力可從輸入墊50傳遞至內(nèi)安^面64，并最g遞至隔離梁段30、 32、 34和36。在接收力或者應(yīng)力時(shí)，隔離梁段30、 32、 34和36> 皮配置為響應(yīng) 于輸入塾50受到施加至輸入墊50的力時(shí)的移動(dòng)而偏移。從而，施加至輸 入墊50的力以及在輸入墊50上產(chǎn)生的應(yīng)力可被引導(dǎo)和集中于隔離梁段 30、 32、 34和36上。集中的應(yīng)力可導(dǎo)致隔離梁段30、 32、 34和36偏移， 可由傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b測量該偏移。提 供隔離梁段特別是位于或者基本上位于和輸入墊相同平面上的隔離梁段、 配置輸入設(shè)備以集中隔離梁段內(nèi)輸入墊上的應(yīng)力、以及力傳感器和觸摸面
備具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，該優(yōu)點(diǎn)包括但不限于能夠通過合適定位材料中的孔從 單件材料形成包括設(shè)置元件的整個(gè)輸入設(shè)備；能夠減小對傳送至觸摸面的 縱向力或者力矩的靈敏度；機(jī)械上較簡單；不需要預(yù)載彈簧；能夠提, 護(hù)輸入設(shè)備不受環(huán)境影響的耐用而結(jié)實(shí)的設(shè)計(jì)；能夠通過使傳感器與輸入墊成為一體且共面而盡量減小尺寸和重量；能夠調(diào)整來自輸入墊任意側(cè)的 力。此外，在所施加應(yīng)變垂直于極軸且平行于電極的更靈敏縱向模式中采 用的陶瓷壓電變換器使得傳感器對拉長或應(yīng)變更靈敏，對剪切和橫向力較 不靈敏，從而減少了對將變換器和不需要的力和力矩隔離的精細(xì)機(jī)構(gòu)的需 要。
可沿當(dāng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)基本上位于和底部支承14及輸入墊50相同平 面內(nèi)的每個(gè)隔離梁段30、 32、 34和36設(shè)置傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b。特別是，如圖1和2所示，傳感器可位于每個(gè)隔 離梁段的每個(gè)端部。從而，傳感器30a可位于一個(gè)孔22的端部22a附近的 隔離梁段30上。相似地，另一個(gè)傳感器30b可位于孔20的端部20a附近 的隔離梁段30上。傳感器32a、 32b可分別位于每個(gè)孔端部22b和24a附 近的隔離梁段32上。傳感器34a、 34b可分別位于每個(gè)孔端部26b和24b 附近的隔離梁段34上。傳感器36a、 36b可分別位于每個(gè)孔端部26a和20b 附近的隔離梁段36上。
可沿當(dāng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)位于和底部支承14及輸入墊50不同平面內(nèi)的 每個(gè)隔離梁段30、 32、 34和36 i殳置傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b。傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b不 必處于和輸入墊50相同的平面內(nèi)，但優(yōu)選位于相互間相同的平面內(nèi)。包括 所有傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b的平面在下文稱 為傳感器平面。例如，具有位于和輸入墊50相同的平面內(nèi)的一側(cè)以及偏離 輸入墊50的平面的面內(nèi)的一測的隔離梁段可具有位于和輸入塾50相同平 面內(nèi)的側(cè)面上的傳感器平面或者可具有位于偏離但平行于輸入墊50平面 的側(cè)面上的傳感器平面。
傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b凈皮配置為測量由 施加于輸入墊50上的力54所引起的隔離梁段30、 32、 34和36的偏移。 傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b可以為任何類型的傳 感器，其能夠測量和隔離梁段30、 32、 34和36的移動(dòng)相關(guān)的特性。例如， 傳感器可以為應(yīng)變計(jì)、電容計(jì)、液面計(jì)、激光水平計(jì)、或者任何現(xiàn)有技術(shù)已知的合適計(jì)量器。傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b 可產(chǎn)生對應(yīng)隔離梁段30、 32、 34和36移動(dòng)的電信號(hào)。電信號(hào)可經(jīng)發(fā)射裝 置從傳感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b發(fā)射。
如本領(lǐng)域已知，發(fā)射裝置40可包括有線或無線發(fā)射裝置，包括例如圖 2所示的電線40、無線電發(fā)射器、或者光通信設(shè)備。發(fā)射裝置40可被配置 為承載由每個(gè)傳感器輸出至處理裝置44和48的信號(hào)，該處理裝置被配置 為接收和分析信號(hào)以確定輸入墊50上所施加力54的位置和大小。該處理 裝置和分析方法可以為現(xiàn)有技術(shù)已知的任何裝置和方法。
本發(fā)明的力基輸入設(shè)備可包括幾個(gè)不同的實(shí)施例，每個(gè)實(shí)施例以和上 述示例性實(shí)施例相似的方式起作用。附圖中示出并在這里列出了幾個(gè)特別 實(shí)施例，但是其不打算以任何方式限制。認(rèn)為其它在這里沒有特別列出的 實(shí)施例可落入本發(fā)明的范圍。參考圖4，示出了一種包括多個(gè)限定基本上 為矩形的輸入墊150的孔120、 122、 124和126的力基輸入設(shè)備100，而 隔離梁段130、 132、 134和136可被限定位于輸入墊150的角附近并與輸 入墊150的邊成一角度。認(rèn)為將隔離梁段130、 132、 134和136取向?yàn)榕c 孔120、 122、 124和126的邊成一角度還提高了隔離梁段130、 132、 134 和136的應(yīng)力集中能力。即，在隔離梁段130、 132、 134和136中產(chǎn)生的 應(yīng)力大小較高，可對施加至輸入墊150的力的位置和大小更可靠地分析。 此外，可通過該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更對稱的變形。
圖4a所示的是在圖4所示出并在上面描述的輸入墊的可選實(shí)施例。特 別是，每個(gè)孔120、 122、 124和126可具有位于每個(gè)端部上的部分160， 該每個(gè)端部朝向相鄰孔彎曲一角度。例如，孔124的端部160可分別朝向 孔122和126彎曲一角度。每個(gè)孔然后可與該彎曲一角度的部分垂直并延 伸離開輸入墊150，從而將該多個(gè)隔離梁段130、 132、 134和136限定為 與輸入墊的邊成角度。
參考圖5，示出了一種包括多個(gè)限定矩形輸入墊250的孔220、 222、 224和226的力基輸入i殳備200,而隔離梁段230、 232、 234和236可^皮限 定位于輸入墊250的中心附近且平行于輸入墊250的邊。每個(gè)孔220、 222、
20224和226包括一端上的4斤線220a、 222a、 224a和226a，其延伸離開輸入 墊250并圍繞不包括折線的相鄰孔的端部220b、 222b、 224 b和226 b。認(rèn) 為將隔離梁段230、 232、 234和236限定在孔220、 222、 224和226的中 心附近且平行于其邊，使得隔離梁段230、 232、 234和236的應(yīng)力集中能 力不靈敏。即，在隔離梁段230、 232、 234和236中包括的應(yīng)力大小較低 并且允許向輸入墊250施加更大的力而不會(huì)使傳感器過栽。此外，沿著邊 沿集中隔離梁段可使位于這些梁段上的傳感器對變形較不靈敏，例如由于 底部支承斜彎翹所產(chǎn)生的變形。但是，當(dāng)在角附近觸摸傳感器時(shí)，輸出可 變?yōu)樨?fù)值。從而，該配置可受到其它效應(yīng)所引起的增加變形的影響，例如 輸入墊250的扭曲。
圖5a所示出的為在圖5中所示并且在上面描述的輸入墊的可選實(shí)施 例。在該實(shí)施例中，孔224可具有不具備折線的兩個(gè)端部224a和224b。 孔222和226的4斤線端部可圍繞孔224。
參考圖6，示出了包括多個(gè)孔324和326的力基輸入設(shè)備300的角， 該孔限定矩形輸入墊350，其具有在輸入墊350角附近限定的且平行于輸 入墊350的邊的隔離梁段330。該多個(gè)孔324和326可具有在傳感器330a 和330b位置上突然改變方向的垂直延長物，例如定向孔390、 392、 394、 396。認(rèn)為提供和傳感器位置附近隔離梁段的縱向垂直的突變定向孔390、 392、 394、 396進(jìn)一步提高了隔離梁段的應(yīng)力集中能力。此外，提供該突 變定向孔被認(rèn)為是提供了用于消除梁段上應(yīng)變的梯度。更特別是，這些突 變定向孔用于使垂直于隔離梁段方向上的應(yīng)力和產(chǎn)生的應(yīng)變更均勻。盡管 梁段330包括示出為垂直于梁段330的方向突變的孔390、392、394和396， 但是可考慮其它孔方向，例如和梁段330縱向成銳角或者直角的孔。
圖6a所示出的為在圖6中所示并且在上面描述的輸入墊的可選實(shí)施 例。該多個(gè)孔324和326可具有對應(yīng)于傳感器330a和330b位置的垂直方 向變化3卯和394。
參考圖7，示出了包括多個(gè)孔424和426的力基輸入設(shè)備400,該孔限 定矩形輸入墊450，其具有在輸入墊450角附近限定的、且平行于輸入墊450的邊的隔離梁段430 。該多個(gè)孔424和426寬反良生變化并且尺寸沿隔 離梁段430增加。該尺寸增加以孔410和420表示。認(rèn)為隔離梁段附近的 該寬度變化提高了隔離梁段的應(yīng)力集中能力。
參考圖8,示出了包括多個(gè)孔524和526的力基輸入設(shè)備500 ，該孔可 限定矩形輸入墊550，力基輸入設(shè)備500還具有在輸入墊550角附近的且 平行于輸入墊550的邊的兩個(gè)相鄰隔離梁段534和536?？?26可具有兩 個(gè)垂直延伸離開孔526并向相鄰孔524延伸的平行腿526a和526b。該孔 524可在該平行腿之間延伸并將隔離梁段分為兩個(gè)平行段534和536。認(rèn)為 具有兩個(gè)相鄰的且平行的隔離梁段534和536提高了傳感器的測量精度。
圖8 - B中所描述的是在圖8 - A中所示并在上面描述的輸入墊的可選 實(shí)施例。孑L 524可具有垂直延伸離開孔526并朝向外周518延伸的折線 524a。折線可垂直轉(zhuǎn)向相鄰的孔526，從而折線524a和孔524可間隔開并 且平行地向相鄰孔526延伸?？?26可朝向孔524垂直地改變方向并在平 行折線524a和孔524之間延伸，并將隔離梁段分為兩個(gè)段534和536。
圖8 - C中所示的是在圖8 - A中所示并在上面描述的輸入墊的可選實(shí) 施例。孔526的平行腿526a和526b可在其端部具有垂直變向570和572。 認(rèn)為垂直變向570和572提高了隔離梁段的應(yīng)力集中能力。此外，孔的垂 直變向用于在垂直于隔離梁段的方向上平滑應(yīng)力和所產(chǎn)生的應(yīng)變從而使其 更加均勻。此外，由于垂直變向所產(chǎn)生的應(yīng)力集中下降，可提高輸入墊在 不永久破壞的情況下可接收的超載力的程度。
圖8 - D中所示的是在圖8 - B中所描述并在上面描述的輸入墊的可選 實(shí)施例。折線524a和孔524可在其端部具有垂直變向574和576。 i人為垂 直變向574和576提高了隔離梁段的應(yīng)力集中能力。和圖8c相似，孔的垂 直變向用于在垂直于隔離梁段的方向上平滑應(yīng)力和所產(chǎn)生的應(yīng)變從而使其 更加均勻。
參考圖9-11，示出了組合各種應(yīng)力集中特征和隔離梁段的幾種力基 輸入設(shè)備，該應(yīng)力集中特征可結(jié)合這里所描述的幾個(gè)孔配置使用。圖9示 出了傳感器位置附近多個(gè)孔624和626中的凹槽610、 612、 614和616。圖10示出了在傳感器734a和734b位置下面的隔離梁段734中切削的孔 710和712。圖11示出了在傳感器834a和834b位置下面的隔離梁段834 中切削的凹槽810和812。
參考圖12，示出了在支承底部914中形成的隔離梁段932，該隔離梁 段932與用于確定所施加力的位置和大小的四個(gè)傳感器相關(guān)。該傳感器示 出為在全橋結(jié)構(gòu)(參見圖12-A)中排列的應(yīng)變計(jì)932a、 932b、 932c和 932d，其益處在本領(lǐng)域熟知，例如加倍輸出等。該傳感器的特別配置用于
共同提高傳感器的確定所施加至輸入墊的力的位置和大小的測量精度。
參考圖13，示出了一種包括多個(gè)孔1020、 1022、 1024和1026的力基 輸入設(shè)備1000，該多個(gè)孔可限定矩形輸入墊1050，該力基輸入設(shè)備1000 還包括輸入墊1050角附近的且平行于其邊的隔離梁段1030、 1032、 1034 和1036。孑L 1020可沿輸入墊的邊、并圍繞其角延伸，其中圍繞角延伸的 孔的部分圍繞孔1022的部分。孔1022可沿輸入墊的邊、并圍繞其角延伸， 其中圍繞角延伸的孔的部分圍繞孔1024的部分?？?024可沿輸入墊的邊、 并圍繞其角延伸，其中圍繞角延伸的孔的部分圍繞孔1026的部分?？?026 可沿輸入墊的邊、并圍繞其角延伸，其中圍繞角延伸的孔的部分圍繞孔 1020的部分?？捎煽椎膰@部分限定多個(gè)隔離梁段1030、 1032、 1034和 1036。
圖13a中所示的是在圖13中所示并在上面描述的輸入墊的可選實(shí)施 例?？?020可沿輸入墊的邊、并圍繞其角延伸，其中圍繞角延伸的孔的部 分可被孔1022的部分圍繞。孔1022可沿輸入墊的邊、并圍繞其角延伸， 其中圍繞角延伸的孔的部分可被孔1024的部分圍繞。孑L 1024可沿輸入墊 的邊、并圍繞其角延伸，其中圍繞角延伸的孔的部分可被孔1026的部分圍 繞?？?026可沿輸入墊的邊、并圍繞其角延伸，其中圍繞角延伸的孔的部 分可被孔1020的部分圍繞。
盡管上面所描述并在附圖中示出的示例性實(shí)施例示出了具有線性幾何 形狀配置的各種示例性力基輸入設(shè)備，但是認(rèn)為其它示例性力基輸入設(shè)備 可包括非線性幾何形狀或者其組合。還認(rèn)為力基輸入設(shè)備可實(shí)際上包括任何任意形狀。圖14- 17示出了具有不同幾何形狀配置的力基輸入設(shè)備的幾 個(gè)不同示例性實(shí)施例。注意的是，這些實(shí)施例可配置為以和這里其它地方 所描述的其它力基輸入設(shè)備相似的方式運(yùn)行。從而，詳細(xì)描述了其幾何形 狀而非其功能。
特別是，圖14示出了根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的力基輸入設(shè)備，其在 功能上與上述力基輸入設(shè)備相似。但是，在該特別實(shí)施例中力基輸入設(shè)備 1100包括具有形狀為橢圓的非線性形狀配置的底部支承1114。此外，底部 支承1114中形成彎曲孔1120、 1122、 1124和1126，該孔用于限定示出為 梁段1130、 1132、 1134和1136的多個(gè)隔離梁段以及輸入墊1150。該力基
輸入設(shè)備iioo還包括多個(gè)與每個(gè)隔離梁a^作用的傳感器。該彎曲孔可配
置為與底部支承的周邊或者外周平行。但是，這一點(diǎn)不是必須的。可沿相 對于底部支承外周的任意方向形成孔。此外，該孔可包括任何類型的鍵槽 配置。
圖15示出了根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的力基輸入設(shè)備，其同樣在功能 上與上述力基輸入設(shè)備相似。但是，在該特別實(shí)施例中，力基輸入設(shè)備1200 包括具有形狀為正方形的線性幾何配置的底部支承1214。此外，在底部支 承1214中形成彎曲孔1220、 1222、 1224和1226，該孔用于限定示出為梁 段1230、 1232、 1234和1236的多個(gè)隔離梁段以及基本上為圓形的輸入墊 1250。該力基輸入設(shè)備1200還包括多個(gè)與每個(gè)隔離梁段一起工作的傳感 器。
圖16示出了根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的力基輸入設(shè)備，其同樣在功能 上與上述力基輸入設(shè)備相似。但是，在該特別實(shí)施例中力基輸入設(shè)備1300 包括具有形狀為五邊形的線性幾何形狀配置的底部支承1314。此外，在底 部支承1314中形成線性孔1320、 1322、 1324、 1326和1328，該孔用于限 定示出為梁段1330、 1332、 1334、 1336和1338的多個(gè)隔離梁段以及形狀 基本上為五邊形的輸入墊1350。該力基輸入i殳備1300還包括多個(gè)與每個(gè) 隔離梁段一起工作的傳感器。該多個(gè)孔可形成或者配置為與底部支承的外 周平行。
24圖17示出了根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例的力基輸入設(shè)備，其同樣在功能 上與上述力基輸入設(shè)備相似。但是，在該特別實(shí)施例中力基輸入設(shè)備1400 包括任意形狀的底部支承1414。此外，在底部支承1414中形成孔1430、 1432、 1434和1436，該孔用于限定示出為梁段1430、 1432、 1434和1436 的多個(gè)隔離梁段以及任意形狀的輸入墊1450。該力基輸入設(shè)備1400還包 括多個(gè)與每個(gè)隔離梁段一起工作的傳感器。該實(shí)施例示出了底部支承和在 其中形成的孔可包括任何任意的鍵槽配置或形狀。
圖18 - 20示出了根據(jù)本發(fā)明其它示例性實(shí)施例的幾個(gè)力基輸入設(shè)備。 如該附圖所示，在底部支承中形成的孔不配置為相互重疊或者延伸出以形 成或者限定如上述其它力基輸入設(shè)備中的隔離梁段。相反，通過兩個(gè)不同 孔的兩個(gè)末端以及使其端部互相靠近而形成或者限定每個(gè)隔離梁段。從而， 由孔限定的隔離梁段的長度短得多。
圖18示出了力基輸入設(shè)備1500，其具有底部支承1514和在其中形成 的示出為孔1520、 1522、 1524和1526的多個(gè)孔。該孔的功能與這里其它 部分所描述的孔類似，即限定示出為隔離梁段1530、 1532、 1534和1536 的多個(gè)隔離梁段以及限定輸入墊1550。該孔可配置為每個(gè)相對端部與另一 個(gè)孔的末端非?？拷５?，和上述其它示例性力基輸入設(shè)備不同，沒有 孔被配置為該孔的部分平行地與另一個(gè)孔的部分重疊。從而，隔離梁段未 通過重疊的段形成。而是，由兩個(gè)孔的末端限定力基輸入設(shè)備1500的隔離 梁段。因?yàn)檫@些末端被配置為相互非?？拷?，所以由在兩個(gè)孔末端之間延 伸的支承底部的部分限定該隔離梁段。以這種方式形成的隔離梁段的長度 短于在重疊孔段的情況下以別的方式形成的長度，因?yàn)槠溟L度基本上為孔 的寬度。在圖18所示出的特別實(shí)施例中，每個(gè)孔端部在連接相鄰孔之前結(jié) 束，從而產(chǎn)生隔離梁段。 一個(gè)或多個(gè)傳感器可位于所形成梁段內(nèi)或者附近， 該傳感器用于以和上述方式類似地起作用。
圖19示出了類似的配置，只是力基輸入設(shè)備1600包括在支承底部 1614中形成的水平孔1620和1624，其端部以距離x!延伸超出垂直位置垂 直孔1622和1626。另外，垂直孔1622和1626包括在交叉或者連接水平孔1620和1624之前終止的端部，該終止形成距離為X2的間隙。同樣，孑L、 特別是相互間非?？拷亩瞬坑糜谙薅ㄊ境鰹楦綦x梁段1630、 1632、 1634 和1636的多個(gè)隔離梁段。此外，位于隔離梁段內(nèi)或者隔離梁段附近的是一 個(gè)或多個(gè)配置為與這里所述的隔離梁段一起工作的傳感器。同樣，孔也被 配置為限定隔離梁段以及輸入墊1650。
圖20示出了和上面所描迷以及如圖19所示出的力基輸入設(shè)^^目似的 示例性力基輸入設(shè)備1700，只是在支承底部1714中形成的水平孔1720和 1724的端部不延伸超出垂直孔1722和1726的垂直位置。而是，水平孔的 端部在垂直孔的垂直位置終止。因?yàn)榇怪笨撞唤徊婊蜻B接水平孔，所以仍 然存在間隙或者距離x2,該間隙或者距離表示示出為隔離梁段1730、 1732、 1734和1736隔離梁段，每個(gè)梁段與其上或者其附近的一個(gè)或多個(gè)傳感器 一起工作。各種孔還限定輸入墊1750。
圖21示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例的力基輸入設(shè)備1800。 在該特別實(shí)施例中，輸入i殳備1800可具有包括外周1818的底部支承1814。 可在該外周1818內(nèi)的底部支承1814中形成多個(gè)孔1820、 1822、 1824和 1826。可沿外周1818設(shè)置該孔1820、 1822、 1824和1826，該孔可限定由 圖21中虛線所示的在外周1818附近形成的基本上為矩形的輸入墊1850。 該多個(gè)孔還可限定輸入墊1850角附近的并且平行于輸入墊1850的邊的多 個(gè)隔離梁段1830、 1832、 1834和1836，每個(gè)梁段與所示出的一個(gè)或多個(gè) 傳感器一起工作。
底部支承1814被示出為包括基本上平坦或者平面的墊或者板。底部支 承1814可具有在靜止時(shí)處于基本上相同的平面內(nèi)的外安^面1860和內(nèi) 安裝表面1864。外安IM^面I860可位于外周1818和孔1820、 1822、 1824 和1826之間，以及輸入墊1850和各種孔之間。換言之，輸入墊1850可配 置為限制外安M面1860。內(nèi)安M面1864可位于各種孔內(nèi)，或者換言 之被其限制。隔離梁段1830、 1832、 1834和1836可連接內(nèi)安裝表面1864 和外安^^面1860。外安裝表面1860可安裝在配置為支承輸入設(shè)備1810 的任何合適的靜止安裝結(jié)構(gòu)上。輸入墊1850可以為安裝在外安裝表面1860上的分離結(jié)構(gòu)，或者其可配置為和外安裝表面1860集成的集成部件。
支承在外周1818附近并與之集成的輸入墊1850被配置為響應(yīng)于輸入墊1850中通過施加作用于輸入墊1850的力而產(chǎn)生的各種應(yīng)力而移動(dòng)。該輸入墊1850還被配置為將所施加力引起的應(yīng)力傳送至外安*^面1860，并最終傳送至隔離梁段1830、 1830、 1834和1836，在這里由一個(gè)或多個(gè)傳感器感應(yīng)并測量隔離梁段中所產(chǎn)生的應(yīng)變。
基本上，在圖21中所示出的輸入設(shè)備實(shí)施例與圖1中所示出的類似，只是圖21的輸入墊位于輸入設(shè)備的周邊或者外周附近，而內(nèi)安裝表面和外安裝表面位于輸入墊內(nèi)部或者里面。換言之，可認(rèn)為圖21的輸入設(shè)備包括與圖1中所示出的輸入設(shè)備相反的結(jié)構(gòu)配置。該特別實(shí)施例期望示出本發(fā)明廣義考慮支承在固定位置的第一結(jié)構(gòu)元件以及和第一結(jié)構(gòu)元件一起工作的第二結(jié)構(gòu)元件，其中第二結(jié)構(gòu)元件被動(dòng)力學(xué)支承為可相對于第一結(jié)構(gòu)元件移動(dòng)以限定配置為在所施加力作用下移動(dòng)的輸入墊。
制造力基輸入設(shè)備的方法包括提供能夠接收所施加力的底部支承?？卓尚纬蔀橥ㄟ^底部支承以限定輸入墊和多個(gè)隔離梁段。該隔離梁段可接收當(dāng)由所施加的負(fù)載移動(dòng)輸入墊時(shí)傳送至輸入墊的所產(chǎn)生的力。至少兩個(gè)傳感器可連至每個(gè)隔離梁段以測量從輸入墊傳送至外周的力。該傳感器可輸出對應(yīng)于所施加力的信號(hào)，該信號(hào)可用于確定由現(xiàn)有技術(shù)已知的裝置和方法施加至輸入墊的力的位置和大小。
確定觸摸墊上力的位置和大小的方法可包括提供具有外周和多個(gè)限定輸入墊的孔的底部支承?？赏ㄟ^向輸入墊施加力而移動(dòng)輸入墊。施加至輸入墊的力可通過輸入墊傳送至由多個(gè)孔形成的多個(gè)隔離梁段。該隔離梁段可被配置為接收通過輸入墊的移動(dòng)傳送至隔離梁段的所產(chǎn)生的力。可以由沿每個(gè)隔離梁段設(shè)置的至少兩個(gè)傳感器測量所傳送的力。該傳感器可被配置為輸出對應(yīng)于所施加力的信號(hào)。該信號(hào)可用于確定由各種現(xiàn)有凈支術(shù)已知的處理裝置和方法施加至輸入墊的力的位置和大小。
如上所述，本發(fā)明公開了一種或多種配置為處理從各傳感器輸出的信號(hào)以用于一種或多種用途的處理裝置，該傳感器的用途例如確定施加至力基觸摸墊的力的坐標(biāo)，或者通過解釋和校正基線活動(dòng)的變化而改進(jìn)準(zhǔn)確度讀數(shù)。例如，可從觸摸開始直到指定時(shí)間結(jié)束或者力波形經(jīng)過零對傳感器的力信號(hào)樣品進(jìn)行平均，在該時(shí)間內(nèi)可計(jì)算位置。其它確定觸摸坐標(biāo)的方法可包括通過加權(quán)函數(shù)繪制全部力信號(hào)以及從觸摸開始到觸摸結(jié)束積分，等待總的力超過指定閾值，平均或者積分力水平或時(shí)間的指定點(diǎn)之間的傳感器信號(hào)，估計(jì)總施加力的峰值，或者預(yù)先確定優(yōu)選的測量時(shí)間。
參考圖22-24,示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的信號(hào)處理方法的各種結(jié)構(gòu)和流程圖。特別是，參考圖22，首先調(diào)節(jié)傳感器信號(hào)以校正基線、校準(zhǔn)傳感器、平衡時(shí)間響應(yīng)、過濾噪聲、和校正采樣時(shí)間誤差。然后相加來自所有傳感器的調(diào)節(jié)信號(hào)以形成總力信號(hào)。然后通iti。權(quán)函數(shù)將總力信號(hào)繪制為時(shí)域。然后以加權(quán)因子乘以每個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，然后從觸摸開始至觸摸結(jié)束對加權(quán)信號(hào)積分。然后利用該結(jié)果計(jì)算所施加力的位置和大小。
圖23與圖22所示出的相似，僅僅在這里，處理方法考慮到大部分計(jì)算空間觸摸坐標(biāo)的方法對傳感器信號(hào)的比例因子不靈敏。從而，不必除以加權(quán)因子的積分。而是在被除以之前相加該信號(hào)。
圖24示出了實(shí)施上面所描述的處理以檢測所施加力的示例性方法。以規(guī)則間隔對傳感器信道采樣，并且在獲得每個(gè)傳感器的一個(gè)樣品后，校準(zhǔn)、校正、過濾和平衡傳感器。然后計(jì)算傳感器的和。如果處理中的觸摸有效，并且如果所有傳感器都有效，則從傳感器總和計(jì)算加權(quán)因子。將加權(quán)因子和傳感器值的乘積加至每個(gè)傳感器信號(hào)輸入。還將加權(quán)因子加至傳感器輸入信號(hào)。當(dāng)觸摸結(jié)束時(shí)，處理器校驗(yàn)測量的可接受準(zhǔn)確度，以加權(quán)因子相除，然后處理該信號(hào)以計(jì)算所施加力的位置或者坐標(biāo)以及大小。
在共有的共同未審的標(biāo)題為"Sensor Signal Conditioning in a
Force-Based Input Device"的美國專利申請序列No._， (attorney
docket 24415.NP1 )和標(biāo)題為 "Sensor Baseline Compensation in a
Force-Based Touch Device ，， 的序歹'J No._，( attorney docket
24415.NP2)中還公開了處理來自傳感器的信號(hào)的示例性技術(shù)，該每個(gè)專利申請與本申請?jiān)谕惶焯峤?，并且在此引用作為參考。?shí)際上，本發(fā)明可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它處理裝置和方法。
例如，Rober的美國專利4,121，049;以及DeCosta等人的4，340，772公開和討論了可組合為結(jié)合本發(fā)明使用的示例性處理方法。從而，本發(fā)明不應(yīng)限于任何特別處理裝置或方法，因?yàn)槊糠N裝置或方法都可考慮使用并以本發(fā)明的力基觸摸墊實(shí)施以執(zhí)行其處理從各傳感器接收的信號(hào)以用于一種或多種用途的期望功能。
參考圖25a和25b，示出了觸摸墊的部分的相應(yīng)的頂部和側(cè)面截面視圖，其中觸摸墊包括密封裝置，其被設(shè)計(jì)為保護(hù)觸摸墊不受外部物體和其它碎屑的影響，從而潮氣、塵埃等等在完全滲入屏?xí)r不能通過孔。如所示出，觸摸墊1900包括柔性膜1950，其連至輸入墊1950附近的示出為外安裝表面1160和內(nèi)安裝表面1964的內(nèi)結(jié)構(gòu)區(qū)和外結(jié)構(gòu)區(qū)以覆蓋或密封孔1922和1924。采用粘合劑例如粘合劑1958或者任何其它合適的連接裝置連接該柔性膜1954。期望柔性膜1954僅僅為單一類型密封裝置的示例。實(shí)際上可采用這里所考慮的其它類型的密封裝置以密封觸摸墊1900。
圖26示出了力基觸摸墊2000的可選實(shí)施例，其中可采用壓電傳感器、更精確的變換器替換應(yīng)變計(jì)量傳感器。在一種示例性配置中，可將壓電變換器2036a和2036b安裝為相互電串聯(lián)連接。但是，該安裝結(jié)構(gòu)僅僅與導(dǎo)電基底一起工作。從而，力基觸摸墊2000包括導(dǎo)電J^底。每個(gè)壓電變換器2036包括位于其頂部和底部表面的金屬電極(未示出)。圖36示出了位于壓電變換器2036 - a和2036 - b相應(yīng)底部表面上的電連接器2037 - a和2037-b (例如焊料或其它材料沉積)。底部表面配置為與基底電接觸。在變換器2036a和2036b的頂面(未示出)上形成輸出連接。
在平行于隔離梁M面的變換器頂部和底部表面上設(shè)置電極的優(yōu)點(diǎn)在于，該方向?qū)ζ叫杏诘撞恐С械膽?yīng)變最靈敏。最早的相關(guān)力基觸摸墊采用壓電傳感器以測量垂直于電極面的力。但是，這一點(diǎn)使得傳感器對橫向力靈敏。因此，許多現(xiàn)有力基觸摸墊采用精密結(jié)構(gòu)以減小施加至傳感器的橫向力。在本發(fā)明中，沒有在垂直方向上施加的力。實(shí)際上變換器可配置為測量平行于底部支承的應(yīng)變。圖26進(jìn)一步示出了通過接觸平板對朝向平板的面的電連接。否則，難以進(jìn)行該連接。連至每個(gè)變換器另一側(cè)的導(dǎo)線作為差分對連至信號(hào)，如同應(yīng)變計(jì)橋的輸出。
該壓電變換器2036可由聚合物或者陶瓷材料形成。此外，壓電變換器2036包括薄板，其在最小尺寸的相對的側(cè)上具有電極。 一個(gè)極面并聯(lián)連至輸入墊，其包括最靈敏的方向。
上述詳細(xì)說明參考特定示例性實(shí)施例示出了本發(fā)明。但是，將理解，可進(jìn)行各種更改和變化而不偏離如所附權(quán)利要求所列舉的本發(fā)明的范圍。詳細(xì)描述和附圖可被理解為僅僅是示例性的，而非限制性的，并且如果有的話期望所有這些更改或者變化落入所描述和這里所列舉的本發(fā)明的范圍。
更具體是，雖然在這里示出了本發(fā)明的描述性示例實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，而是如本領(lǐng)域技術(shù)人員基于上述詳細(xì)描述所理解包括任何和所有具有更改、省略、組合(例如各種實(shí)施例方面的組合)、修改和/或變更的實(shí)施例?；跈?quán)利要求書所采用的語言廣義理解該權(quán)利要求中的限制，并且該限制不限于在上文詳細(xì)說明或者進(jìn)行申請時(shí)所描述的實(shí)例，這些實(shí)例將被理解為非限制性。例如，在本說明書中術(shù)語"優(yōu)選"為非限制性的，這里期望其意味著"優(yōu)選但不限于"。可以以任何順序執(zhí)行在任何方法或者過程權(quán)利要求中所列舉的步驟，而不限于在權(quán)利要求書中所列舉的順序。只在所有下述條件出現(xiàn)于特別權(quán)利要求限制中的情況下才采用裝置加功能或者步驟加功能限制a)特別列出"用于…的裝置"或者"用于…的步驟"；b)特別列出對應(yīng)的功能；以及c)除了說明書以外沒有特別列出結(jié)構(gòu)、材料或者支持該結(jié)構(gòu)的行為。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其合法等同物唯一確定，而非由說明書或者上述實(shí)例確定。
所請求保護(hù)和期望被專利證書保證的如權(quán)利要求中所述。
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權(quán)利要求
1.一種適合于確定所施加力的位置和大小的輸入設(shè)備，包括a)底部支承，其具有外周和在外周附近形成的用于限定輸入墊的多個(gè)孔，所述輸入墊被配置為在施加的力作用下移動(dòng)；b)多個(gè)隔離的梁段，其由所述多個(gè)孔限定，并用于接收通過輸入墊的移動(dòng)分布至所述隔離梁段的所產(chǎn)生的力；以及c)至少一個(gè)傳感器，其與每個(gè)隔離梁段一起作用，以測量相應(yīng)隔離梁段中的應(yīng)變，所述應(yīng)變由所述輸入墊響應(yīng)于所施加力的位移產(chǎn)生的、并傳送至外周的各種應(yīng)力所形成，所述至少一個(gè)傳感器還被配置為輸出對應(yīng)于所施加的力和用于確定所施加力的位置的測量應(yīng)變的信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，還包括處理裝置，其與所述至少一 個(gè)傳感器一起作用，以接受所述信號(hào)，并確定作用于所述輸入墊的施加力 的位置和大小的至少一個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述多個(gè)孔包括延伸通過底部 支承的長槽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述多個(gè)孔包括選自線性配置、 曲線配置、鍵槽配置、以及其任意組合的幾何形狀配置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述至少一個(gè)傳感器包括和每 個(gè)隔離梁段相關(guān)的應(yīng)變計(jì)，其用于測量所述隔離梁段上的應(yīng)變差分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中每個(gè)隔離梁段上的至少一個(gè)傳 感器的每個(gè)傳感器相互位于共同傳感器平面內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的輸入設(shè)備，其中所述傳感器平面平行于輸入墊 的平面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述輸入墊還包括a) 大中心孔，其位于所述底部支承上；以及b) 可拆卸力面板，其位于所述大孔內(nèi)，并被配置為接收所施加的力 并向底部支承傳送所產(chǎn)生的力。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述多個(gè)孔為底部支承上的通 槽，所述孔被配置為控制從輸入墊傳送至底部支承外周的力的路徑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述多個(gè)隔離梁段還包括 內(nèi)接點(diǎn)，其與輸入墊形成在一起；外周接點(diǎn)，其與底部支承的外周形成在一起， 其中所述內(nèi)接點(diǎn)和外周接點(diǎn)用于通過在相反方向偏移而集中由于隔離 梁段中的所施加的力在底部支承上引起的應(yīng)力。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述底部支承包括第一側(cè)和第 二側(cè)，每個(gè)側(cè)面被配置為接收施加到其上的力。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l的輸入設(shè)備，其中所述底部支承包括選自多角形、 任意形狀和其任意組合的幾何形狀。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述至少一個(gè)傳感器選自應(yīng)變 計(jì)、電容傳感器、液位傳感器、壓電變換器、和激光傳感器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述至少一個(gè)傳感器包括沿每 個(gè)隔離梁段i殳置的應(yīng)變計(jì)，該應(yīng)變計(jì);陂配置為測量偏移的隔離梁段上的應(yīng) 變差分。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述多個(gè)孔限定矩形輸入墊和 隔離梁段，所述隔離梁段位于所述輸入墊的邊的角附近，并與所述輸入墊 的邊平行。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述多個(gè)孔限定矩形輸入墊和 隔離梁段，所述隔離梁段位于所述輸入墊的邊的角附近，并與所述輸入墊 的邊成斜角。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述多個(gè)孔限定矩形輸入墊和 隔離梁段，所述隔離梁段位于所述輸入墊的邊的中心附近，并與所述輸入 墊的邊平行。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述多個(gè)孔在兩個(gè)傳感器之間 平行于所述輸入墊的邊延伸，并且在兩個(gè)傳感器之間垂直于所述輸入墊的 邊延伸。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述多個(gè)孔包括對應(yīng)于每個(gè)隔 離梁段的寬度變^。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述多個(gè)孔限定矩形輸入墊， 其包括位于所述輸入墊的角附近的兩個(gè)相鄰隔離梁段。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述多個(gè)孔包括應(yīng)力集中凹槽， 所述凹槽對應(yīng)位于每個(gè)隔離梁段上的至少一個(gè)傳感器的每個(gè)傳感器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中每個(gè)隔離梁段具有表面下孔， 所述孔至少部分延伸通過至少一個(gè)傳感器的每個(gè)傳感器附近的隔離梁段。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，其中所述隔離梁段還包括至少兩個(gè) 與其相關(guān)的孔，每個(gè)孔位于所述隔離梁段的相對側(cè)，并被配置為集中隔離 梁段中的應(yīng)力，其中每個(gè)孔朝向至少一個(gè)傳感器延伸進(jìn)入隔離梁段。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，還包括兩個(gè)設(shè)置在每個(gè)隔離梁段第 一端的平行傳感器，以及兩個(gè)設(shè)置在每個(gè)隔離梁段第二相對端的平行傳感 器。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1的輸入設(shè)備，還包括密封裝置，其被配置為密封 和保護(hù)觸摸墊及其元件不受外來物體、潮氣和碎屑的影響。
26. —種配置為接收施加力的輸入設(shè)備，所述輸入設(shè)備包括a) 第一結(jié)構(gòu)元件，其被支承于固定位置；b) 第二結(jié)構(gòu)元件，其與第一結(jié)構(gòu)元件一起作用，并被動(dòng)力學(xué)支承為能 夠相對于所述第一結(jié)構(gòu)元件移動(dòng)，以限定在所施加力作用下移動(dòng)的輸入墊；c) 掩^所述第一和第二結(jié)構(gòu)元件的多個(gè)隔離梁段，所述隔離梁段用于 在第一和第二結(jié)構(gòu)元件之間傳輸力，以及接收通過輸入墊的移動(dòng)分布至隔 離梁段的所產(chǎn)生的力；以及d) 至少一個(gè)傳感器，其與每個(gè)隔離梁段一起作用，以測量相應(yīng)隔離梁 段中的應(yīng)變，所述應(yīng)變由于輸入墊響應(yīng)于所施加力的移動(dòng)產(chǎn)生的、并傳送 到隔離梁段的各種應(yīng)力而產(chǎn)生，每個(gè)所述傳感器還被配置為輸出對應(yīng)于所 施加力和用于確定所施加力位置的測量應(yīng)變的信號(hào)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的輸入設(shè)備，其中所述第一結(jié)構(gòu)元件包括外安裝表面，所述笫二結(jié)構(gòu)元件包括由所述外安裝表面和內(nèi)安^面外接的輸 入墊。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26的輸入設(shè)備，其中所述第一結(jié)構(gòu)元件包括內(nèi)安 裝表面，所述第二結(jié)構(gòu)元件包括設(shè)置在輸入設(shè)備外周附近的輸入墊，其中 由輸入墊外接外安裝表面和內(nèi)安裝表面。
29. —種配置為接收所施加力的輸入設(shè)備，所述輸入設(shè)備包括a) 底部支承，其具有外周和多個(gè)槽，所述多個(gè)槽在外周上形成并僅部 分通過所述底部支承，所述槽被配置為限定可相對于底部支承移動(dòng)的輸入 墊，所述輸入墊被配置為在所施加力的作用下移動(dòng)；b) 多個(gè)隔離的梁段，其由所述多個(gè)槽限定，并用于接收由輸入墊的移 動(dòng)分布至所述隔離梁段的所產(chǎn)生的力；以及c) 至少一個(gè)傳感器，其與每個(gè)隔離梁段一起作用，以測量相應(yīng)隔離梁 段中的應(yīng)變，所述應(yīng)變由于輸入墊響應(yīng)于所施加力的移動(dòng)產(chǎn)生的、并傳送 至外周的各種應(yīng)力而產(chǎn)生，所述至少 一個(gè)傳感器還纟皮配置為輸出對應(yīng)所施 加力和用于確定所施加的力的位置的測量應(yīng)變的信號(hào)。
30. —種制造觸摸墊設(shè)備的方法，包括如下步驟a) 提供能夠接收施加力的底部支承；b) 在底部支承上形成通過周向位置的孔，以限定輸入墊和多個(gè)隔離的 梁段，該梁段用于接收由輸入墊的移動(dòng)分布至該隔離梁段的所產(chǎn)生的力；c) 沿每個(gè)該隔離梁段提供多個(gè)傳感器，以測量該多個(gè)隔離梁段中的應(yīng) 變，該應(yīng)變由于輸入墊響應(yīng)于所施加的力的移動(dòng)產(chǎn)生的并傳送至外周位置 的各種應(yīng)力而產(chǎn)生，以及輸出對應(yīng)于所施加力的信號(hào)以用于確定所述施加 力的位置。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30的方法，還包括提供處理裝置，所述處理裝置 處理傳感器的輸出信號(hào)，以確定所施加力的位置和大小的至少一個(gè)。
32. —種確定施加至輸入墊的力的位置和大小至少一個(gè)的方法，所述 方法包括如下步驟a)提供底部支承，其具有外周和由外周上的多個(gè)孔形成的多個(gè)隔離梁段，該多個(gè)孔限定配置為響應(yīng)于力而移動(dòng)的輸入塾，該多個(gè)隔離梁段具有位于其上的至少一個(gè)傳感器；b) 測量多個(gè)隔離梁段內(nèi)的應(yīng)變，該應(yīng)變由于輸入墊響應(yīng)于施加于其上 的力的移動(dòng)所產(chǎn)生的各種應(yīng)力而產(chǎn)生；c) 產(chǎn)生每個(gè)傳感器的輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)對應(yīng)所述測量的應(yīng)變；以及d) 處理來自至少兩個(gè)傳感器的輸出信號(hào)，以確定施加于輸入墊的力的 位置。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32的方法，還包括處理來自至少兩個(gè)傳感器的輸 出信號(hào)，以確定施加至輸入墊的力的大小。
34. —種確定施加至輸入墊的力位置和大小至少一個(gè)的方法，所述方 法包括如下步驟a)提供第一結(jié)構(gòu)元件；b )提供第二結(jié)構(gòu)元件，其可與所述第一結(jié)構(gòu)元件一起作用以限定多個(gè) 孔，并且相對于所述第一和第二結(jié)構(gòu)元件中被固定支承的一個(gè)，動(dòng)力學(xué)支 承其中的另一個(gè)，以限定配置為在所施加力作用下移動(dòng)的輸入塾，該多個(gè) 孔限定多個(gè)隔離梁段，該隔離梁段用于在第一和第二結(jié)構(gòu)元件之間傳輸力， 以及接收由輸入墊的移動(dòng)分布至隔離梁段的所產(chǎn)生的力；c) 測量多個(gè)隔離梁段內(nèi)的應(yīng)變，該應(yīng)變由于輸入墊響應(yīng)于所施加力的 移動(dòng)傳送至隔離梁段的各種應(yīng)力而產(chǎn)生；d) 產(chǎn)生對應(yīng)于所測量的應(yīng)變的輸出信號(hào)；以及e) 處理輸出信號(hào)以確定施加至輸入墊的力的位置。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34的方法，還包括處理輸出信號(hào)以確定施加至輸 入墊的力的大小。
全文摘要
公開了一種輸入設(shè)備(10)，包括(a)底部支承(14)，其具有外周和形成于其中的多個(gè)孔(20，22，24，26)，以限定配置為在施加的力作用下移動(dòng)的被外接或者外接輸入墊(50)；(b)多個(gè)隔離的梁段(30，32，34，36)，其由多個(gè)孔(20，22，24，26)限定并用于接收由輸入墊(50)的移動(dòng)分布至該隔離梁段(30，32，34，36)的所產(chǎn)生的力；(c)至少兩個(gè)傳感器(30a，30b，32a，32b，34a，34b，36a，36b)，其沿每個(gè)隔離梁段(30，32，34，36)設(shè)置并配置為測量從輸入墊(50)傳送至外周上的力以及輸出對應(yīng)所施加力的信號(hào)。可利用一個(gè)或多個(gè)與多個(gè)傳感器一起作用的處理裝置接收該信號(hào)并確定對輸入墊(50)所施加力的位置和/或大小的至少一個(gè)。
文檔編號(hào)G06F3/041GK101495949SQ200680028487
公開日2009年7月29日 申請日期2006年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者D·A·索斯, J·K·埃爾韋爾, J·R·馬林斯 申請人:Qsi公司