[发明专利]力基输入设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年8月16日申请的、标题为“Force-Based InputDevice”的美国临时专利申请60/708,867和2005年6月10日申请、标题为“Signal Conditioning in a Force-Based Touch Device”的美国临时专利申请60/689,731的优先权，其都在此引用作为参考。

技术领域

本发明总体涉及输入设备，更特别涉及力基输入设备，其配置为具有设计为集中施加在梁段上的力的隔离梁段，其中测量和处理该力以获得或者得到关于或者涉及所施加力的特别特征，例如所述涉及输入设备的位置和大小。

背景技术

输入设备(例如触摸屏或者触摸垫)被设计为检测对象的应用以及确定涉及输入设备的该对象的或者与其相关的一个或多个特别特征，例如作用于输入设备的对象的位置，由该对象施加至输入设备力的大小等等。其中具有输入设备的一些不同应用实例包括计算机显示器设备、商亭、游戏、自动出纳机、销售终端、自动贩卖机、医疗设备、键区、键盘及其它。

当前存在各种可在市场上购买的输入设备。一些实例包括电阻输入设备、电容输入设备、表面声波基输入设备、力基输入设备、红外线设备及其它。在提供一些有用功能方面的同时，每个这种现有相关类型输入设备都在一个或多个方面不利。

电阻输入设备通常包括两个需要按压在一起直到其间接触的导电板。电阻基传感器仅仅可透射大约75％从输入垫发出的光，从而阻止其在详细图形应用中的应用。

电容输入设备通过测量对地施加力的对象的电容或者通过测量不同传感器之间的转换电容的变化而工作。尽管制造昂贵，但是电容基传感器通常仅能够检测大型物体，因为其具有足够大的对地电容比。换言之，电容基传感器通常仅能够记录或者检测具有合适导电特征对象的应用，从而消除了宽范围的潜在有用应用，例如检测笔尖以及其它类似的触摸或者施力对象的能力。此外，电容基传感器可透射输入垫光线的大约90％。

表面声波基输入设备通过沿输入垫表面发出声音以及测量对象施加与声音之间的相互作用而工作。此外，表面声波基输入设备可透射100％的输入垫光线，并且不要求所施加对象包括导电特征。但是，表面声波基输入设备不可记录或者检测硬而小对象的应用，例如笔尖，并且通常为所有输入设备中最贵的设备。此外，表面污染例如水滴影响其精度和功能。

力基输入设备配置为检测由输入垫施加和传输的力的位置和大小。力输入设备对其它类型的输入设备具有一些优点。例如，其通常非常粗糙而耐用，意味着其不易受到水滴或者碰撞的破坏。实际上，输入垫(例如触摸屏)可以为厚透明材料，耐破损、划伤等等。在吸收、漫射或者反射光的输入垫中没有插入层，因此可透射100％的可利用输入垫光线。其通常不允许污垢、尘埃、油类、湿气或者输入垫上的其它外来碎屑进入并聚集。力基输入设备包括一个或多个配置为检测所施加力的力传感器。该力传感器可以和戴手套的手指、裸露手指、笔尖、钢笔、铅笔或者任何其它可对输入垫施加力的对象一起工作。尽管其具有所述优点，但是力基输入设备通常太大和笨重而不能在许多触摸屏应用中有效使用。另外，常规力基涉及以及大多数其它类型的输入设备仅能够记录一个方向上触摸，或者换言之在输入垫一侧上的触摸，从而限制力基输入设备监控屏幕型应用。

通过围绕该设备输入垫表面发射的红外线辐射运行红外线设备。但是其对影响其精度的碎屑例如污垢灵敏。

发明内容

根据现有技术中固有的问题和不足，本发明试图通过提供一种力基输入设备克服这些不足，该设备可确定从输入垫的任一侧所施加力的位置和大小，并且具有处于输入垫平面内或者非常接近输入垫平面的力传感器，从而尽量减小输入垫的高度，以及最小化平行于输入垫的任何力的影响。

根据如这里所体现和广义描述的发明，本发明展示一种适合于确定所施加力的位置和大小的输入设备，包括：a)底部支承，其具有外周和在外周附近形成的多个孔，以限定配置为在施加的力作用下移动的输入垫；b)多个隔离的梁段，其由多个孔限定并用于接收提高输入垫的位移分布至该隔离梁段的所产生的力；以及c)至少一个传感器，其与每个隔离梁段一起工作以检测相应隔离梁段中的应变，该应变由输入垫响应于所施加力的位移产生并传送至外周的各种应力所形成，所述至少一个传感器还配置为输出对应于用于确定所施加力位置的所施加力和检测应变的信号。

尽管如所示出采用单个传感器足够，但是采用两个或多个传感器具有某些证明的优点。例如，采用两个传感器可部分校正温度效应以及尽量减小平行于传感器平面的应变的影响。