力基输入设备的制作方法

专利名称：力基输入设备的制作方法
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i殳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、 自动出納机、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 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ii^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、棵露手指、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。
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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塾的位移分布至该 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。
本发明还公开一种配置为接收所施加力的输入设备，该输入设备包括 a)支承于固定位置的第一结构元件；b)第二结构元件，可与第一结构元 件共同工作，并,皮动力学支承为相对于第 一结构元件移动以限定在所施加 力作用下移动的输入垫；c)连接所述第一和第二结构元件的多个隔离梁 段，所述隔离梁段用于在第一和第二结构元件之间转移力以及接收通过输 入垫的位移分布至隔离梁段的所产生的力；以及d)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移动产生并传输到隔离梁段的各种应力所形成，每个 所述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。
本发明还公开一种配置为接收所施加力的输入设备，该输入设备包括: a)底部支承，其具有外周和在外周上形成的多个槽，所述槽仅仅部分延伸
9通过底部支承，该槽配置为限定可相对于底部支承移动的输入垫，该输入
垫配置为在所施加力的作用下移动；b)多个隔离的梁段，其由多个槽限定 并用于接收由输入垫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，
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。
本发明还公开一种制造触摸垫设备的方法，包括如下步骤a)提供能 够接收所施加力的底部支承b)在底部支承上形成通过周向位置的孔以限 定输入垫和多个隔离的梁段，该梁段用于接收由输入垫位移分布至该隔离 梁段的所产生的力；以及c)沿每个该隔离梁段提供多个传感器，以检测 该多个隔离梁段中的应变，该应变由输入垫响应于所施加力的移动产生并 传输至外周位置的各种应力所形成，并且输出对应所施加力的信号以用于 确定所施加力位置。
本发明还公开一种确定施加至输入垫的力的位置和大小至少一个的方 法，包括如下步骤a)提供底部支承，其具有外周和由外周上多个孔形成 的多个隔离梁段，该多个孔限定配置为响应于力而移动的输入垫，该多个 梁段具有位于其上的至少一个传感器；b)检测多个隔离梁段内的应变，该 应变由输入垫响应于施加于其上的力的移动所产生的各种应力而形成；c) 产生每个传感器的输出信号，该输出信号对应所检测的应变；以及d)处 理至少两个传感器的输出信号以确定施加于输入垫的力的位置。
本发明还公开一种确定施加至输入垫的力位置和大小至少一个的方 法，包括如下步骤a)提供第一结构元件；b)提供可与第一结构元件共 同工作以限定多个孔的第二结构元件，并且相对于所述第一和第二结构元
件中净皮固定支承的一个动力学支承另一个，以限定配置为在所施加力作用 下移动的输入垫，该多个孔限定多个隔离梁段，该隔离梁段用于在第一和 第二结构元件之间转移力以及接收由输入垫的位移分布至隔离梁段的所产 生的力；c)测量多个隔离梁段内的应变，该应变由输入垫响应于所施加力
10的移动传输至隔离梁段的各种应力产生；d)产生对应所检测应变的输出信 号；以及e)处理输出信号以确定施加至输入垫的力的位置。


通过下面的结合附图的说明书和所附权利要求，本发明将更加清楚。 可理解这些附图仅仅示出了本发明的示例性实施例，因此不认为其限制本 发明的范围。容易理解，可以以多种不同的结构设置和设计如这里的附图 所一般说明和描述的本发明元件。但是，将通过采用附图以附加的特征和 细节描述和解释本发明，其中
图1示出了根据本发明实施例的力基输入设备的仰视图； 图la示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备的仰视图； 图2示出了根据本发明实施例的连至信号处理装置和计算机的力基输 入i殳备透浮见图3示出了根据图1中所描述实施例的力基输入设备截面的仰视图； 图4示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备的仰视图； 图4a示出了根据本发明另 一个实施例的力基输入设备的仰视图； 图5示出了才艮据本发明另 一个实施例的力基输入设备的仰视图； 图5a示出了根据本发明另 一个实施例的力基输入设备的仰视图； 图6示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备截面的仰视图； 图6a示出了根据本发明另 一个实施例的力基输入设备截面的仰视图； 图7示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备截面的仰视图； 图8-A示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备截面的仰视
图8-B示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备截面的仰视
图8-C示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备截面的仰视
图8-D示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备截面的仰视图9示出了根据本发明另 一个实施例的力基输入设备截面的仰视图； 图10示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备截面的仰视图 和侧^L图11示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备截面的仰视图 和侧视图12示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备截面的仰视图； 图12-A示出了以全桥结构排列的图12多个传感器的基本视图； 图13示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备截面的仰视图； 图13a示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备截面的仰视
图14示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备； 图15示出了根据本发明另 一个实施例的力基输入设备； 图16示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备； 图17示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备； 图18示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备； 图19示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备； 图20示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备； 图21示出了根据本发明另一个实施例的力基输入设备的仰视图，其中
围绕支承底部外周配置输入垫；
图22示出了根据一个示例性实施例用于确定对输入垫所施加力的位
置和/或大小至少一个的处理方法的框图23示出了才艮据另一个示例性实施例的处理方法的框图24示出了根据一个示例性实施例确定对力基触摸垫作用的力坐标
的方法的流程图25a示出了部分触摸垫的俯视图，其中触摸垫包^i殳计为防止触摸 垫受外来物体和其它碎屑影响的密封装置；
图25b示出了图25a的触摸垫和密封装置的侧横截面图；以及图26示出了根据本发明一个示例性实施例的利用压电传感器的力基 触摸垫。
具体实施例方式
下面参考附图详细描述本发明的示例性实施例，所述附图形成本发明 的一部分并且其中通过示例示出了实施本发明的示例性实施例。虽然该示
例性实施例足够详细地描述以使本领域技术人员能够实施本发明，但M 当理解可实现其它实施例以及可进行本发明的各种变化而不偏离本发明的 实质和范围。同样，如图1至26所示，下面对本发明实施例更详细的描述 不用于限制本发明请求保护的范围，而是仅仅用于描述并且不限制描述本 发明的特性和特征，以列出本发明运行的最佳实施例并足以使本领域技术 人员实施本发明。因此，仅仅由所附权利要求限定本发明的范围。
下面将参考附图最好地理解对本发明的详细描述和示例性实施例，其 中全文中以数字表示本发明的元件和特征。
总体上，本发明描述了力基输入设备和制造该设备以及使用该设备的 方法。力基输入i殳备配置为确定施加于其的力的位置和大小。在一些示例 性实施例中，输入设备包括由具有适当弹性的材料制成的底部支承。该底 部支承可由任何合适装置支承在其外周。可将待检测和测量的力施加至在 这里称为输入垫的底部支承的内部。
底部支承还包括多个设置在输入垫和底部支承外周之间的梁段，因此 优选将梁段和外周隔开。该隔离梁段被配置为控制从输入垫传输至底部支 承外周的力的路径以及集中通过施加的力施加于输入垫的应力。该隔离梁 段可以为槽、孔、或者其它形成于底部支承的緩解区域。
该力基输入i殳备还包括一个或多个传感器，其配置为沿隔离梁段设置 或者以位于其上以测量从输入垫传输至底部支承的外周的力。传感器用于 测量由所施加力引起的隔离梁段中的应力所造成的隔离梁段中的应变，以 及提供相应的电输出或者信号。隔离梁段中的应力响应于施加所施加力由 输入垫的偏移产生。可进一步处理由传感器所产生的电输出或者信号以获得输入垫上所施加力的位置坐标以及所施加力的大小。还可处理输出信号
以执^f亍其它功能例如校正基线活动(baseline activity)。
在其它实施例中，传感器可以和梁段集成，其中梁段包括压电或者其 它相似材料。换言之，梁段本身可由能够用作传感器的材料制成，从而不 必向梁段加入分离的传感器。
本发明和现有的相关力基输入设备相比具有若干主要优点。第一，本 发明的力基设备可以非常耐用，因为该垫不易受水滴、撞击或者碰撞破坏。 第二，输入垫可配置为透明窗口、不透明表面、或者底部支承的集成部分。 此外，输入垫可包括任何合适的弹性材料。第三，传感器可不使灰尘、尘 埃、油、潮气或者窗上的其它外来材料的堆积物ii^。第四，传感器可检 测由戴手套的手指、棵露手指、笔尖、铅笔、或者任何其它能够对窗施加 力的物体所施加的力。第五，传感器可配置为测量所施加力的大小，以及 力施加至输入垫的位置。笫六，输入垫和底部支承可包括较薄的平面结构， 其容易被粘至典型的显示器监视器或者用作孤立的界面设备。第七，输入 垫和一个或多个传感器的结构对平行于输入垫而施加的力较不灵敏。最后， 力基输入设备可检测并记录施加至输入垫任一侧的力，并且精确确定所施 加力的大小和位置。
每个上述优点都将根据下面参考附图的详细描述而清楚。这些优点并 非意味着以任何方式限制。实际上本领域技术人员将理解，除了这里特别 描述的优点以外，可在实施本发明时实现其它优点。
如图1和2所示，示出了根据本发明示例性实施例的力基输入设备10 。 输入设备可包括具有外周18的底部支承14。可在外周18内的底部支承14 上形成多个孔20、 22、 24和26。孔20、 22、 24和26可沿外周18i殳置并 且可限制和限定如图l虚线所示基本上为矩形的输入垫50。该多个孔还可 限定输入垫50的角附近的多个隔离梁段30、 32、 34和36，并且这些隔离 梁段与输入垫50的边平行。可分别沿每个隔离梁段30、 32、 34和36连接 两个传感器(参见传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和34b )。 传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和34b可配置为检测和测量
14施加至输入垫50的力。此外，传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和34b^i殳置为通过连接至或者以别的方式和传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和34b相关的发射设备40输出电信号，该信号对应 由传感器检测的所施加力。
在一个示例性实施例中，传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a 和34b每个都包括应变计，其配置为测量每个相应隔离梁段30、 32、 34 和36内或者跨过每个相应隔离梁段30、 32、 34和36的应变。而且，尽管 每个隔离梁段30、 32、 34和36示出为包括位于或者设置在其上的两个传 感器，但是本发明不限于该配置。可以想到，可根据系统约束和其它因素 沿每个隔离梁段设置一个、两个或者多于两个的传感器。此外，可以想到， 如果合适地配置，传感器可由梁段本身组成。下面更详细地讨论传感器。
发射设备40被配置为将传感器的输出信号传送至表示为信号处理设 备44的一个或多个信号处理设备，其中信号处理设备用于以一种或多种方 法处理信号以用于一种或多种用途。例如，信号处理设备可包括才莫拟信号 处理器，例如方丈大器、滤波器和才m转换器。此外，如图2所示，信号处 理设备可包括向计算机传送处理信号的微型计算机处理器。或者信号处理 设备本身可包括计算机48。另外，可组合和利用这些及其它类型信号处理 设备的任意组合。现有技术已知典型的信号处理设备，因此在这里不特别 描述。
现有技术还已知用于处理信号以用于一种或多种用途例如确定向力基 触摸垫所施加力的坐标的信号处理设备所采用的处理装置和方法。下面更 详细地讨论各种处理装置和方法。
再次参考图l和2，底部支承14示出为包括基本上平坦或者平面塾或 板。底部支承14可包括外安装表面60和内安M面64，其在静止状况下 可基本上位于相同的平面内。外安装表面60可位于外周18和孔20、 22、 24和26之间。内安装表面64可位于输入垫50和孔20、 22、 24和26之 间。隔离梁段30、 32、 34和36可将内安^面64和外安装表面60连在 一起。外安"面60可安装在任何配置为支承输入设备10的适当静止的安装结构上。输入垫50可以为安装在内安装表面64上的分离结构，或者 其可配置为与内安装表面64集成的集成元件。在输入垫为分离结构的实施 例中， 一个或多个输入垫元件可配置为可从内安装表面上拆除。例如，输 入塾50可包括在底部支承14上形成的大孔，以及配置为被插入或者支承 在该孔中的可拆卸力面板，该力面板用于从任意方向接收施加到其上的力。
如现有技术已知，底部支承14可由任何合适的非弹性材料形成，例如 金属如铝或钢，或者其可由合适的弹性坚硬聚合物材料形成。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 配置为适配于任何类型的合适界面应用。例如，底部支承可配置为显示器 监控器的观察区，其形状通常为矩形。此外，底部支承14可配置为较薄从 而底部支承的输入垫的触摸面仅仅为距离显示器监视器观察区的最小偏 移，从而尽量减小由于输入垫和显示器监视器之间的距离造成的变形。
需要注意的是，输入设备的性能可取决于底部支承14的外部或者外安 装表面的硬度。因此，底部支承14、或者至少其合适的部分应当具有合适 的刚度或者硬度，从而使得输入设备可以正常工作。可选择地，不是^fU 部支承14坚硬，底部支承14、或者至少其合适的部分可连至某些类型的 刚性支承。合适的刚度有助于更精确的输入读取。
输入垫50可以为基本上平坦或者平面的垫或板并且可位于与底部支 承14相同的平面内。输入垫50可由孔20、 22、 24和26限制。
输入垫50配置为响应于在输入垫50中由于对输入垫50作用的施加力 而引起的各种应力而移动，如图2中箭头54所示。输入垫50还配置为将 由所施加力54产生的应力传输至内安装表面64并最终传输至隔离梁段 30、 32、 34和36，其中由一个或多个传感器感应和测量隔离梁段中所产生 的应变。
底部支承14和输入垫50可以具有第一侧80和第二侧82。本发明的 力基输入设备10有利地将力施加至输入设备50的第一或第二侧面80和 82，并且输入垫50可配置为响应于所施加力54沿任意方向移出底部支承 14的平面。输入垫50可由任何可传输或者传送所施加力54的合适硬材料形成。 如本领域已知，该材料可以为金属、玻璃或者硬化聚合物。
可在底部支承14中形成隔离梁段30、 32、 34和36，并且所述隔离梁 段30、 32、 34和36可由多个孔20、 22、 24和26限定。当处于静止状态 时，该隔离梁段30、 32、 34和36可基本上处于和底部支承14和输入垫 50相同的平面内。在一些实施例中，孑L20、 22、 24和26可配置为一直延 伸通过底部支承14。例如，孔20、 22、 24和26可以为通槽或者通孔，在 其它实施例中，隔离梁段30、 32、 34和36可配置为仅仅部分延伸通过底 部支承14。
如图1所示，可由孔22和24形成或者限定隔离梁段32。孔22可沿 外周18的部分延伸并具有端部22a和22b。孔24可沿外周的另一部分延 伸并具有端部24a和24b。两个孔22和24部分可沿着外周18的共同部分 延伸，在这里孔22的一个端部22b重叠孔24的端部24a。两端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上间 隔开预定距离。孔22沿外周18的共同部分延伸的部分距离外周18比沿外 周18的共同部分延伸的孔24部分距离外周18更近。孔22和孔24之间以 及端部22b和端部24a之间的底部支承14的区域可限定隔离梁段32。
可如上对隔离梁段32所勤目似地形成和限定隔离梁段30、 34和36。 可由孔24和孔20之间以及端部24a和端部20a之间的底部支承14的区域 形成隔离梁段30。可由孔24和孔26之间以及端部24b和端部26b之间的 底部支承14的区域形成隔离梁段34。可由孔26和孔20之间以及端部26a 和端部20b之间的底部支承14的区域形成隔离梁段36。从而，可由在底 部支承14中形成的各种孔限定所有的隔离梁段。此外，如上所述，隔离梁 段可配置为处于和输入垫50和底部支承14相同的平面内。
该多个孔20、 22、 24和26可相互嵌套，其中孔22和26沿矩形底部 支承14的边90和92延伸，并且可垂直于短边90和92旋转并沿底部支承 14的边94和96的至少一部分延伸。孔20和24可沿底部支承14的边94 和96的一部^S殳置，并且距离触摸垫50比距离孔22和26更近。从而，孔20和24可位于或者包含在孔22和26中。不同的是，每个孔都可包括 与另 一个孔的段重叠且平行的段以限定隔离梁段，从而允许隔离梁段具有 任何期望的长度。
参考图la，示出了本发明输入设备10的可选示例性实施例。该特别 实施例与上面描述的以及图l所示出的实施例类似，但是孔20和24距离 外周18比孔22和26距离外周18更近。换言之，孔20和24被配置为处 于孔22和26外。
如图3所示，如图3中对隔离梁段32所示出，隔离梁段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点70，以及和 底部支承14的内安a面64形成在一起的内接点74。内接点74和外接 点70被配置为通过以相反方向偏移或者弯曲而接收和集中所施加力54在 底部支承14上产生的应力。在向输入垫50施加力时，由于隔离梁段的配 置特别是和输入垫50和内安M面64相关的内接点和外接点70和74， 所产生的力传递通过输入垫50到达各隔离梁段。例如，返回到图1和2， 当对输入垫50施加力时，输入垫50位移和产生输入垫50中的应力。该应 力可从输入垫50传递至内安^面64，并最g递至隔离梁段30、 32、 34和36。在接收力或者应力时，隔离梁段30、 32、 34和36> 皮配置为响应 于输入塾50受到施加至输入垫50的力时的移动而偏移。从而，施加至输 入垫50的力以及在输入垫50上产生的应力可被引导和集中于隔离梁段 30、 32、 34和36上。集中的应力可导致隔离梁段30、 32、 34和36偏移， 可由传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b测量该偏移。提 供隔离梁段特别是位于或者基本上位于和输入垫相同平面上的隔离梁段、 配置输入设备以集中隔离梁段内输入垫上的应力、以及力传感器和触摸面
备具有显著的优点，该优点包括但不限于能够通过合适定位材料中的孔从 单件材料形成包括设置元件的整个输入设备；能够减小对传送至触摸面的 纵向力或者力矩的灵敏度；机械上较简单；不需要预载弹簧；能够提, 护输入设备不受环境影响的耐用而结实的设计；能够通过使传感器与输入垫成为一体且共面而尽量减小尺寸和重量；能够调整来自输入垫任意侧的 力。此外，在所施加应变垂直于极轴且平行于电极的更灵敏纵向模式中采 用的陶瓷压电变换器使得传感器对拉长或应变更灵敏，对剪切和横向力较 不灵敏，从而减少了对将变换器和不需要的力和力矩隔离的精细机构的需 要。
可沿当处于静止状态时基本上位于和底部支承14及输入垫50相同平 面内的每个隔离梁段30、 32、 34和36设置传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b。特别是，如图1和2所示，传感器可位于每个隔 离梁段的每个端部。从而，传感器30a可位于一个孔22的端部22a附近的 隔离梁段30上。相似地，另一个传感器30b可位于孔20的端部20a附近 的隔离梁段30上。传感器32a、 32b可分别位于每个孔端部22b和24a附 近的隔离梁段32上。传感器34a、 34b可分别位于每个孔端部26b和24b 附近的隔离梁段34上。传感器36a、 36b可分别位于每个孔端部26a和20b 附近的隔离梁段36上。
可沿当处于静止状态时位于和底部支承14及输入垫50不同平面内的 每个隔离梁段30、 32、 34和36 i殳置传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b。传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b不 必处于和输入垫50相同的平面内，但优选位于相互间相同的平面内。包括 所有传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b的平面在下文称 为传感器平面。例如，具有位于和输入垫50相同的平面内的一侧以及偏离 输入垫50的平面的面内的一测的隔离梁段可具有位于和输入塾50相同平 面内的侧面上的传感器平面或者可具有位于偏离但平行于输入垫50平面 的侧面上的传感器平面。
传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b净皮配置为测量由 施加于输入垫50上的力54所引起的隔离梁段30、 32、 34和36的偏移。 传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b可以为任何类型的传 感器，其能够测量和隔离梁段30、 32、 34和36的移动相关的特性。例如， 传感器可以为应变计、电容计、液面计、激光水平计、或者任何现有技术已知的合适计量器。传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b 可产生对应隔离梁段30、 32、 34和36移动的电信号。电信号可经发射装 置从传感器30a、 30b、 32a、 32b、 34a、 34b、 36a和36b发射。
如本领域已知，发射装置40可包括有线或无线发射装置，包括例如图 2所示的电线40、无线电发射器、或者光通信设备。发射装置40可被配置 为承载由每个传感器输出至处理装置44和48的信号，该处理装置被配置 为接收和分析信号以确定输入垫50上所施加力54的位置和大小。该处理 装置和分析方法可以为现有技术已知的任何装置和方法。
本发明的力基输入设备可包括几个不同的实施例，每个实施例以和上 述示例性实施例相似的方式起作用。附图中示出并在这里列出了几个特别 实施例，但是其不打算以任何方式限制。认为其它在这里没有特别列出的 实施例可落入本发明的范围。参考图4，示出了一种包括多个限定基本上 为矩形的输入垫150的孔120、 122、 124和126的力基输入设备100，而 隔离梁段130、 132、 134和136可被限定位于输入垫150的角附近并与输 入垫150的边成一角度。认为将隔离梁段130、 132、 134和136取向为与 孔120、 122、 124和126的边成一角度还提高了隔离梁段130、 132、 134 和136的应力集中能力。即，在隔离梁段130、 132、 134和136中产生的 应力大小较高，可对施加至输入垫150的力的位置和大小更可靠地分析。 此外，可通过该设计实现更对称的变形。
图4a所示的是在图4所示出并在上面描述的输入垫的可选实施例。特 别是，每个孔120、 122、 124和126可具有位于每个端部上的部分160， 该每个端部朝向相邻孔弯曲一角度。例如，孔124的端部160可分别朝向 孔122和126弯曲一角度。每个孔然后可与该弯曲一角度的部分垂直并延 伸离开输入垫150，从而将该多个隔离梁段130、 132、 134和136限定为 与输入垫的边成角度。
参考图5，示出了一种包括多个限定矩形输入垫250的孔220、 222、 224和226的力基输入i殳备200,而隔离梁段230、 232、 234和236可^皮限 定位于输入垫250的中心附近且平行于输入垫250的边。每个孔220、 222、
20224和226包括一端上的4斤线220a、 222a、 224a和226a，其延伸离开输入 垫250并围绕不包括折线的相邻孔的端部220b、 222b、 224 b和226 b。认 为将隔离梁段230、 232、 234和236限定在孔220、 222、 224和226的中 心附近且平行于其边，使得隔离梁段230、 232、 234和236的应力集中能 力不灵敏。即，在隔离梁段230、 232、 234和236中包括的应力大小较低 并且允许向输入垫250施加更大的力而不会使传感器过栽。此外，沿着边 沿集中隔离梁段可使位于这些梁段上的传感器对变形较不灵敏，例如由于 底部支承斜弯翘所产生的变形。但是，当在角附近触摸传感器时，输出可 变为负值。从而，该配置可受到其它效应所引起的增加变形的影响，例如 输入垫250的扭曲。
图5a所示出的为在图5中所示并且在上面描述的输入垫的可选实施 例。在该实施例中，孔224可具有不具备折线的两个端部224a和224b。 孔222和226的4斤线端部可围绕孔224。
参考图6，示出了包括多个孔324和326的力基输入设备300的角， 该孔限定矩形输入垫350，其具有在输入垫350角附近限定的且平行于输 入垫350的边的隔离梁段330。该多个孔324和326可具有在传感器330a 和330b位置上突然改变方向的垂直延长物，例如定向孔390、 392、 394、 396。认为提供和传感器位置附近隔离梁段的纵向垂直的突变定向孔390、 392、 394、 396进一步提高了隔离梁段的应力集中能力。此外，提供该突 变定向孔被认为是提供了用于消除梁段上应变的梯度。更特别是，这些突 变定向孔用于使垂直于隔离梁段方向上的应力和产生的应变更均匀。尽管 梁段330包括示出为垂直于梁段330的方向突变的孔390、392、394和396， 但是可考虑其它孔方向，例如和梁段330纵向成锐角或者直角的孔。
图6a所示出的为在图6中所示并且在上面描述的输入垫的可选实施 例。该多个孔324和326可具有对应于传感器330a和330b位置的垂直方 向变化3卯和394。
参考图7，示出了包括多个孔424和426的力基输入设备400,该孔限 定矩形输入垫450，其具有在输入垫450角附近限定的、且平行于输入垫450的边的隔离梁段430 。该多个孔424和426宽反良生变化并且尺寸沿隔 离梁段430增加。该尺寸增加以孔410和420表示。认为隔离梁段附近的 该宽度变化提高了隔离梁段的应力集中能力。
参考图8,示出了包括多个孔524和526的力基输入设备500 ，该孔可 限定矩形输入垫550，力基输入设备500还具有在输入垫550角附近的且 平行于输入垫550的边的两个相邻隔离梁段534和536。孔526可具有两 个垂直延伸离开孔526并向相邻孔524延伸的平行腿526a和526b。该孔 524可在该平行腿之间延伸并将隔离梁段分为两个平行段534和536。认为 具有两个相邻的且平行的隔离梁段534和536提高了传感器的测量精度。
图8 - B中所描述的是在图8 - A中所示并在上面描述的输入垫的可选 实施例。孑L 524可具有垂直延伸离开孔526并朝向外周518延伸的折线 524a。折线可垂直转向相邻的孔526，从而折线524a和孔524可间隔开并 且平行地向相邻孔526延伸。孔526可朝向孔524垂直地改变方向并在平 行折线524a和孔524之间延伸，并将隔离梁段分为两个段534和536。
图8 - C中所示的是在图8 - A中所示并在上面描述的输入垫的可选实 施例。孔526的平行腿526a和526b可在其端部具有垂直变向570和572。 认为垂直变向570和572提高了隔离梁段的应力集中能力。此外，孔的垂 直变向用于在垂直于隔离梁段的方向上平滑应力和所产生的应变从而使其 更加均匀。此外，由于垂直变向所产生的应力集中下降，可提高输入垫在 不永久破坏的情况下可接收的超载力的程度。
图8 - D中所示的是在图8 - B中所描述并在上面描述的输入垫的可选 实施例。折线524a和孔524可在其端部具有垂直变向574和576。 i人为垂 直变向574和576提高了隔离梁段的应力集中能力。和图8c相似，孔的垂 直变向用于在垂直于隔离梁段的方向上平滑应力和所产生的应变从而使其 更加均勻。
参考图9-11，示出了组合各种应力集中特征和隔离梁段的几种力基 输入设备，该应力集中特征可结合这里所描述的几个孔配置使用。图9示 出了传感器位置附近多个孔624和626中的凹槽610、 612、 614和616。图10示出了在传感器734a和734b位置下面的隔离梁段734中切削的孔 710和712。图11示出了在传感器834a和834b位置下面的隔离梁段834 中切削的凹槽810和812。
参考图12，示出了在支承底部914中形成的隔离梁段932，该隔离梁 段932与用于确定所施加力的位置和大小的四个传感器相关。该传感器示 出为在全桥结构(参见图12-A)中排列的应变计932a、 932b、 932c和 932d，其益处在本领域熟知，例如加倍输出等。该传感器的特别配置用于
共同提高传感器的确定所施加至输入垫的力的位置和大小的测量精度。
参考图13，示出了一种包括多个孔1020、 1022、 1024和1026的力基 输入设备1000，该多个孔可限定矩形输入垫1050，该力基输入设备1000 还包括输入垫1050角附近的且平行于其边的隔离梁段1030、 1032、 1034 和1036。孑L 1020可沿输入垫的边、并围绕其角延伸，其中围绕角延伸的 孔的部分围绕孔1022的部分。孔1022可沿输入垫的边、并围绕其角延伸， 其中围绕角延伸的孔的部分围绕孔1024的部分。孔1024可沿输入垫的边、 并围绕其角延伸，其中围绕角延伸的孔的部分围绕孔1026的部分。孔1026 可沿输入垫的边、并围绕其角延伸，其中围绕角延伸的孔的部分围绕孔 1020的部分。可由孔的围绕部分限定多个隔离梁段1030、 1032、 1034和 1036。
图13a中所示的是在图13中所示并在上面描述的输入垫的可选实施 例。孔1020可沿输入垫的边、并围绕其角延伸，其中围绕角延伸的孔的部 分可被孔1022的部分围绕。孔1022可沿输入垫的边、并围绕其角延伸， 其中围绕角延伸的孔的部分可被孔1024的部分围绕。孑L 1024可沿输入垫 的边、并围绕其角延伸，其中围绕角延伸的孔的部分可被孔1026的部分围 绕。孔1026可沿输入垫的边、并围绕其角延伸，其中围绕角延伸的孔的部 分可被孔1020的部分围绕。
尽管上面所描述并在附图中示出的示例性实施例示出了具有线性几何 形状配置的各种示例性力基输入设备，但是认为其它示例性力基输入设备 可包括非线性几何形状或者其组合。还认为力基输入设备可实际上包括任何任意形状。图14- 17示出了具有不同几何形状配置的力基输入设备的几 个不同示例性实施例。注意的是，这些实施例可配置为以和这里其它地方 所描述的其它力基输入设备相似的方式运行。从而，详细描述了其几何形 状而非其功能。
特别是，图14示出了根据另一个示例性实施例的力基输入设备，其在 功能上与上述力基输入设备相似。但是，在该特别实施例中力基输入设备 1100包括具有形状为椭圆的非线性形状配置的底部支承1114。此外，底部 支承1114中形成弯曲孔1120、 1122、 1124和1126，该孔用于限定示出为 梁段1130、 1132、 1134和1136的多个隔离梁段以及输入垫1150。该力基
输入设备iioo还包括多个与每个隔离梁a^作用的传感器。该弯曲孔可配
置为与底部支承的周边或者外周平行。但是，这一点不是必须的。可沿相 对于底部支承外周的任意方向形成孔。此外，该孔可包括任何类型的键槽 配置。
图15示出了根据另一个示例性实施例的力基输入设备，其同样在功能 上与上述力基输入设备相似。但是，在该特别实施例中，力基输入设备1200 包括具有形状为正方形的线性几何配置的底部支承1214。此外，在底部支 承1214中形成弯曲孔1220、 1222、 1224和1226，该孔用于限定示出为梁 段1230、 1232、 1234和1236的多个隔离梁段以及基本上为圆形的输入垫 1250。该力基输入设备1200还包括多个与每个隔离梁段一起工作的传感 器。
图16示出了根据另一个示例性实施例的力基输入设备，其同样在功能 上与上述力基输入设备相似。但是，在该特别实施例中力基输入设备1300 包括具有形状为五边形的线性几何形状配置的底部支承1314。此外，在底 部支承1314中形成线性孔1320、 1322、 1324、 1326和1328，该孔用于限 定示出为梁段1330、 1332、 1334、 1336和1338的多个隔离梁段以及形状 基本上为五边形的输入垫1350。该力基输入i殳备1300还包括多个与每个 隔离梁段一起工作的传感器。该多个孔可形成或者配置为与底部支承的外 周平行。
24图17示出了根据另一个示例性实施例的力基输入设备，其同样在功能 上与上述力基输入设备相似。但是，在该特别实施例中力基输入设备1400 包括任意形状的底部支承1414。此外，在底部支承1414中形成孔1430、 1432、 1434和1436，该孔用于限定示出为梁段1430、 1432、 1434和1436 的多个隔离梁段以及任意形状的输入垫1450。该力基输入设备1400还包 括多个与每个隔离梁段一起工作的传感器。该实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键槽配置或形状。
图18 - 20示出了根据本发明其它示例性实施例的几个力基输入设备。 如该附图所示，在底部支承中形成的孔不配置为相互重叠或者延伸出以形 成或者限定如上述其它力基输入设备中的隔离梁段。相反，通过两个不同 孔的两个末端以及使其端部互相靠近而形成或者限定每个隔离梁段。从而， 由孔限定的隔离梁段的长度短得多。
图18示出了力基输入设备1500，其具有底部支承1514和在其中形成 的示出为孔1520、 1522、 1524和1526的多个孔。该孔的功能与这里其它 部分所描述的孔类似，即限定示出为隔离梁段1530、 1532、 1534和1536 的多个隔离梁段以及限定输入垫1550。该孔可配置为每个相对端部与另一 个孔的末端非常靠近。但是，和上述其它示例性力基输入设备不同，没有 孔被配置为该孔的部分平行地与另一个孔的部分重叠。从而，隔离梁段未 通过重叠的段形成。而是，由两个孔的末端限定力基输入设备1500的隔离 梁段。因为这些末端被配置为相互非常靠近，所以由在两个孔末端之间延 伸的支承底部的部分限定该隔离梁段。以这种方式形成的隔离梁段的长度 短于在重叠孔段的情况下以别的方式形成的长度，因为其长度基本上为孔 的宽度。在图18所示出的特别实施例中，每个孔端部在连接相邻孔之前结 束，从而产生隔离梁段。 一个或多个传感器可位于所形成梁段内或者附近， 该传感器用于以和上述方式类似地起作用。
图19示出了类似的配置，只是力基输入设备1600包括在支承底部 1614中形成的水平孔1620和1624，其端部以距离x!延伸超出垂直位置垂 直孔1622和1626。另外，垂直孔1622和1626包括在交叉或者连接水平孔1620和1624之前终止的端部，该终止形成距离为X2的间隙。同样，孑L、 特别是相互间非常靠近的端部用于限定示出为隔离梁段1630、 1632、 1634 和1636的多个隔离梁段。此外，位于隔离梁段内或者隔离梁段附近的是一 个或多个配置为与这里所述的隔离梁段一起工作的传感器。同样，孔也被 配置为限定隔离梁段以及输入垫1650。
图20示出了和上面所描迷以及如图19所示出的力基输入设^^目似的 示例性力基输入设备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终止。因为垂直孔不交叉或连接水平孔，所以仍 然存在间隙或者距离x2,该间隙或者距离表示示出为隔离梁段1730、 1732、 1734和1736隔离梁段，每个梁段与其上或者其附近的一个或多个传感器 一起工作。各种孔还限定输入垫1750。
图21示出了根据本发明另一个示例性实施例的力基输入设备1800。 在该特别实施例中，输入i殳备1800可具有包括外周1818的底部支承1814。 可在该外周1818内的底部支承1814中形成多个孔1820、 1822、 1824和 1826。可沿外周1818设置该孔1820、 1822、 1824和1826，该孔可限定由 图21中虛线所示的在外周1818附近形成的基本上为矩形的输入垫1850。 该多个孔还可限定输入垫1850角附近的并且平行于输入垫1850的边的多 个隔离梁段1830、 1832、 1834和1836，每个梁段与所示出的一个或多个 传感器一起工作。
底部支承1814被示出为包括基本上平坦或者平面的垫或者板。底部支 承1814可具有在静止时处于基本上相同的平面内的外安^面1860和内 安装表面1864。外安IM^面I860可位于外周1818和孔1820、 1822、 1824 和1826之间，以及输入垫1850和各种孔之间。换言之，输入垫1850可配 置为限制外安M面1860。内安M面1864可位于各种孔内，或者换言 之被其限制。隔离梁段1830、 1832、 1834和1836可连接内安装表面1864 和外安^^面1860。外安装表面1860可安装在配置为支承输入设备1810 的任何合适的静止安装结构上。输入垫1850可以为安装在外安装表面1860上的分离结构，或者其可配置为和外安装表面1860集成的集成部件。
支承在外周1818附近并与之集成的输入垫1850被配置为响应于输入垫1850中通过施加作用于输入垫1850的力而产生的各种应力而移动。该输入垫1850还被配置为将所施加力引起的应力传送至外安*^面1860，并最终传送至隔离梁段1830、 1830、 1834和1836，在这里由一个或多个传感器感应并测量隔离梁段中所产生的应变。
基本上，在图21中所示出的输入设备实施例与图1中所示出的类似，只是图21的输入垫位于输入设备的周边或者外周附近，而内安装表面和外安装表面位于输入垫内部或者里面。换言之，可认为图21的输入设备包括与图1中所示出的输入设备相反的结构配置。该特别实施例期望示出本发明广义考虑支承在固定位置的第一结构元件以及和第一结构元件一起工作的第二结构元件，其中第二结构元件被动力学支承为可相对于第一结构元件移动以限定配置为在所施加力作用下移动的输入垫。
制造力基输入设备的方法包括提供能够接收所施加力的底部支承。孔可形成为通过底部支承以限定输入垫和多个隔离梁段。该隔离梁段可接收当由所施加的负载移动输入垫时传送至输入垫的所产生的力。至少两个传感器可连至每个隔离梁段以测量从输入垫传送至外周的力。该传感器可输出对应于所施加力的信号，该信号可用于确定由现有技术已知的装置和方法施加至输入垫的力的位置和大小。
确定触摸垫上力的位置和大小的方法可包括提供具有外周和多个限定输入垫的孔的底部支承。可通过向输入垫施加力而移动输入垫。施加至输入垫的力可通过输入垫传送至由多个孔形成的多个隔离梁段。该隔离梁段可被配置为接收通过输入垫的移动传送至隔离梁段的所产生的力。可以由沿每个隔离梁段设置的至少两个传感器测量所传送的力。该传感器可被配置为输出对应于所施加力的信号。该信号可用于确定由各种现有净支术已知的处理装置和方法施加至输入垫的力的位置和大小。
如上所述，本发明公开了一种或多种配置为处理从各传感器输出的信号以用于一种或多种用途的处理装置，该传感器的用途例如确定施加至力基触摸垫的力的坐标，或者通过解释和校正基线活动的变化而改进准确度读数。例如，可从触摸开始直到指定时间结束或者力波形经过零对传感器的力信号样品进行平均，在该时间内可计算位置。其它确定触摸坐标的方法可包括通过加权函数绘制全部力信号以及从触摸开始到触摸结束积分，等待总的力超过指定阈值，平均或者积分力水平或时间的指定点之间的传感器信号，估计总施加力的峰值，或者预先确定优选的测量时间。
参考图22-24,示出了根据一个示例性实施例的信号处理方法的各种结构和流程图。特别是，参考图22，首先调节传感器信号以校正基线、校准传感器、平衡时间响应、过滤噪声、和校正采样时间误差。然后相加来自所有传感器的调节信号以形成总力信号。然后通iti。权函数将总力信号绘制为时域。然后以加权因子乘以每个调节信号，然后从触摸开始至触摸结束对加权信号积分。然后利用该结果计算所施加力的位置和大小。
图23与图22所示出的相似，仅仅在这里，处理方法考虑到大部分计算空间触摸坐标的方法对传感器信号的比例因子不灵敏。从而，不必除以加权因子的积分。而是在被除以之前相加该信号。
图24示出了实施上面所描述的处理以检测所施加力的示例性方法。以规则间隔对传感器信道采样，并且在获得每个传感器的一个样品后，校准、校正、过滤和平衡传感器。然后计算传感器的和。如果处理中的触摸有效，并且如果所有传感器都有效，则从传感器总和计算加权因子。将加权因子和传感器值的乘积加至每个传感器信号输入。还将加权因子加至传感器输入信号。当触摸结束时，处理器校验测量的可接受准确度，以加权因子相除，然后处理该信号以计算所施加力的位置或者坐标以及大小。
在共有的共同未审的标题为"Sensor Signal Conditioning in a
Force-Based Input Device"的美国专利申请序列No._， (attorney
docket 24415.NP1 )和标题为 "Sensor Baseline Compensation in a
Force-Based Touch Device ，， 的序歹'J No._，( attorney docket
24415.NP2)中还公开了处理来自传感器的信号的示例性技术，该每个专利申请与本申请在同一天提交，并且在此引用作为参考。实际上，本发明可采用本领域技术人员已知的其它处理装置和方法。
例如，Rober的美国专利4,121，049;以及DeCosta等人的4，340，772公开和讨论了可组合为结合本发明使用的示例性处理方法。从而，本发明不应限于任何特别处理装置或方法，因为每种装置或方法都可考虑使用并以本发明的力基触摸垫实施以执行其处理从各传感器接收的信号以用于一种或多种用途的期望功能。
参考图25a和25b，示出了触摸垫的部分的相应的顶部和侧面截面视图，其中触摸垫包括密封装置，其被设计为保护触摸垫不受外部物体和其它碎屑的影响，从而潮气、尘埃等等在完全渗入屏时不能通过孔。如所示出，触摸垫1900包括柔性膜1950，其连至输入垫1950附近的示出为外安装表面1160和内安装表面1964的内结构区和外结构区以覆盖或密封孔1922和1924。采用粘合剂例如粘合剂1958或者任何其它合适的连接装置连接该柔性膜1954。期望柔性膜1954仅仅为单一类型密封装置的示例。实际上可采用这里所考虑的其它类型的密封装置以密封触摸垫1900。
图26示出了力基触摸垫2000的可选实施例，其中可采用压电传感器、更精确的变换器替换应变计量传感器。在一种示例性配置中，可将压电变换器2036a和2036b安装为相互电串联连接。但是，该安装结构仅仅与导电基底一起工作。从而，力基触摸垫2000包括导电J^底。每个压电变换器2036包括位于其顶部和底部表面的金属电极(未示出)。图36示出了位于压电变换器2036 - a和2036 - b相应底部表面上的电连接器2037 - a和2037-b (例如焊料或其它材料沉积)。底部表面配置为与基底电接触。在变换器2036a和2036b的顶面(未示出)上形成输出连接。
在平行于隔离梁M面的变换器顶部和底部表面上设置电极的优点在于，该方向对平行于底部支承的应变最灵敏。最早的相关力基触摸垫采用压电传感器以测量垂直于电极面的力。但是，这一点使得传感器对横向力灵敏。因此，许多现有力基触摸垫采用精密结构以减小施加至传感器的横向力。在本发明中，没有在垂直方向上施加的力。实际上变换器可配置为测量平行于底部支承的应变。图26进一步示出了通过接触平板对朝向平板的面的电连接。否则，难以进行该连接。连至每个变换器另一侧的导线作为差分对连至信号，如同应变计桥的输出。
该压电变换器2036可由聚合物或者陶瓷材料形成。此外，压电变换器2036包括薄板，其在最小尺寸的相对的侧上具有电极。 一个极面并联连至输入垫，其包括最灵敏的方向。
上述详细说明参考特定示例性实施例示出了本发明。但是，将理解，可进行各种更改和变化而不偏离如所附权利要求所列举的本发明的范围。详细描述和附图可被理解为仅仅是示例性的，而非限制性的，并且如果有的话期望所有这些更改或者变化落入所描述和这里所列举的本发明的范围。
更具体是，虽然在这里示出了本发明的描述性示例实施例，但是本发明不限于这些实施例，而是如本领域技术人员基于上述详细描述所理解包括任何和所有具有更改、省略、组合(例如各种实施例方面的组合)、修改和/或变更的实施例。基于权利要求书所采用的语言广义理解该权利要求中的限制，并且该限制不限于在上文详细说明或者进行申请时所描述的实例，这些实例将被理解为非限制性。例如，在本说明书中术语"优选"为非限制性的，这里期望其意味着"优选但不限于"。可以以任何顺序执行在任何方法或者过程权利要求中所列举的步骤，而不限于在权利要求书中所列举的顺序。只在所有下述条件出现于特别权利要求限制中的情况下才采用装置加功能或者步骤加功能限制a)特别列出"用于…的装置"或者"用于…的步骤"；b)特别列出对应的功能；以及c)除了说明书以外没有特别列出结构、材料或者支持该结构的行为。因此，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物唯一确定，而非由说明书或者上述实例确定。
所请求保护和期望被专利证书保证的如权利要求中所述。
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权利要求
1.一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用于限定输入垫的多个孔，所述输入垫被配置为在施加的力作用下移动；b)多个隔离的梁段，其由所述多个孔限定，并用于接收通过输入垫的移动分布至所述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作用，以测量相应隔离梁段中的应变，所述应变由所述输入垫响应于所施加力的位移产生的、并传送至外周的各种应力所形成，所述至少一个传感器还被配置为输出对应于所施加的力和用于确定所施加力的位置的测量应变的信号。
2. 根据权利要求1的输入设备，还包括处理装置，其与所述至少一 个传感器一起作用，以接受所述信号，并确定作用于所述输入垫的施加力 的位置和大小的至少一个。
3. 根据权利要求1的输入设备，其中所述多个孔包括延伸通过底部 支承的长槽。
4. 根据权利要求1的输入设备，其中所述多个孔包括选自线性配置、 曲线配置、键槽配置、以及其任意组合的几何形状配置。
5. 根据权利要求1的输入设备，其中所述至少一个传感器包括和每 个隔离梁段相关的应变计，其用于测量所述隔离梁段上的应变差分。
6. 根据权利要求1的输入设备，其中每个隔离梁段上的至少一个传 感器的每个传感器相互位于共同传感器平面内。
7. 根据权利要求6的输入设备，其中所述传感器平面平行于输入垫 的平面。
8. 根据权利要求1的输入设备，其中所述输入垫还包括a) 大中心孔，其位于所述底部支承上；以及b) 可拆卸力面板，其位于所述大孔内，并被配置为接收所施加的力 并向底部支承传送所产生的力。
9. 根据权利要求1的输入设备，其中所述多个孔为底部支承上的通 槽，所述孔被配置为控制从输入垫传送至底部支承外周的力的路径。
10. 根据权利要求1的输入设备，其中所述多个隔离梁段还包括 内接点，其与输入垫形成在一起；外周接点，其与底部支承的外周形成在一起， 其中所述内接点和外周接点用于通过在相反方向偏移而集中由于隔离 梁段中的所施加的力在底部支承上引起的应力。
11. 根据权利要求1的输入设备，其中所述底部支承包括第一侧和第 二侧，每个侧面被配置为接收施加到其上的力。
12. 根据权利要求l的输入设备，其中所述底部支承包括选自多角形、 任意形状和其任意组合的几何形状。
13. 根据权利要求1的输入设备，其中所述至少一个传感器选自应变 计、电容传感器、液位传感器、压电变换器、和激光传感器。
14. 根据权利要求1的输入设备，其中所述至少一个传感器包括沿每 个隔离梁段i殳置的应变计，该应变计;陂配置为测量偏移的隔离梁段上的应 变差分。
15. 根据权利要求1的输入设备，其中所述多个孔限定矩形输入垫和 隔离梁段，所述隔离梁段位于所述输入垫的边的角附近，并与所述输入垫 的边平行。
16. 根据权利要求1的输入设备，其中所述多个孔限定矩形输入垫和 隔离梁段，所述隔离梁段位于所述输入垫的边的角附近，并与所述输入垫 的边成斜角。
17. 根据权利要求1的输入设备，其中所述多个孔限定矩形输入垫和 隔离梁段，所述隔离梁段位于所述输入垫的边的中心附近，并与所述输入 垫的边平行。
18. 根据权利要求1的输入设备，其中所述多个孔在两个传感器之间 平行于所述输入垫的边延伸，并且在两个传感器之间垂直于所述输入垫的 边延伸。
19. 根据权利要求1的输入设备，其中所述多个孔包括对应于每个隔 离梁段的宽度变^。
20. 根据权利要求1的输入设备，其中所述多个孔限定矩形输入垫， 其包括位于所述输入垫的角附近的两个相邻隔离梁段。
21. 根据权利要求1的输入设备，其中所述多个孔包括应力集中凹槽， 所述凹槽对应位于每个隔离梁段上的至少一个传感器的每个传感器。
22. 根据权利要求1的输入设备，其中每个隔离梁段具有表面下孔， 所述孔至少部分延伸通过至少一个传感器的每个传感器附近的隔离梁段。
23. 根据权利要求1的输入设备，其中所述隔离梁段还包括至少两个 与其相关的孔，每个孔位于所述隔离梁段的相对侧，并被配置为集中隔离 梁段中的应力，其中每个孔朝向至少一个传感器延伸进入隔离梁段。
24. 根据权利要求1的输入设备，还包括两个设置在每个隔离梁段第 一端的平行传感器，以及两个设置在每个隔离梁段第二相对端的平行传感 器。
25. 根据权利要求1的输入设备，还包括密封装置，其被配置为密封 和保护触摸垫及其元件不受外来物体、潮气和碎屑的影响。
26. —种配置为接收施加力的输入设备，所述输入设备包括a) 第一结构元件，其被支承于固定位置；b) 第二结构元件，其与第一结构元件一起作用，并被动力学支承为能 够相对于所述第一结构元件移动，以限定在所施加力作用下移动的输入垫；c) 掩^所述第一和第二结构元件的多个隔离梁段，所述隔离梁段用于 在第一和第二结构元件之间传输力，以及接收通过输入垫的移动分布至隔 离梁段的所产生的力；以及d) 至少一个传感器，其与每个隔离梁段一起作用，以测量相应隔离梁 段中的应变，所述应变由于输入垫响应于所施加力的移动产生的、并传送 到隔离梁段的各种应力而产生，每个所述传感器还被配置为输出对应于所 施加力和用于确定所施加力位置的测量应变的信号。
27. 根据权利要求26的输入设备，其中所述第一结构元件包括外安装表面，所述笫二结构元件包括由所述外安装表面和内安^面外接的输 入垫。
28. 根据权利要求26的输入设备，其中所述第一结构元件包括内安 装表面，所述第二结构元件包括设置在输入设备外周附近的输入垫，其中 由输入垫外接外安装表面和内安装表面。
29. —种配置为接收所施加力的输入设备，所述输入设备包括a) 底部支承，其具有外周和多个槽，所述多个槽在外周上形成并仅部 分通过所述底部支承，所述槽被配置为限定可相对于底部支承移动的输入 垫，所述输入垫被配置为在所施加力的作用下移动；b) 多个隔离的梁段，其由所述多个槽限定，并用于接收由输入垫的移 动分布至所述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作用，以测量相应隔离梁 段中的应变，所述应变由于输入垫响应于所施加力的移动产生的、并传送 至外周的各种应力而产生，所述至少 一个传感器还纟皮配置为输出对应所施 加力和用于确定所施加的力的位置的测量应变的信号。
30. —种制造触摸垫设备的方法，包括如下步骤a) 提供能够接收施加力的底部支承；b) 在底部支承上形成通过周向位置的孔，以限定输入垫和多个隔离的 梁段，该梁段用于接收由输入垫的移动分布至该隔离梁段的所产生的力；c) 沿每个该隔离梁段提供多个传感器，以测量该多个隔离梁段中的应 变，该应变由于输入垫响应于所施加的力的移动产生的并传送至外周位置 的各种应力而产生，以及输出对应于所施加力的信号以用于确定所述施加 力的位置。
31. 根据权利要求30的方法，还包括提供处理装置，所述处理装置 处理传感器的输出信号，以确定所施加力的位置和大小的至少一个。
32. —种确定施加至输入垫的力的位置和大小至少一个的方法，所述 方法包括如下步骤a)提供底部支承，其具有外周和由外周上的多个孔形成的多个隔离梁段，该多个孔限定配置为响应于力而移动的输入塾，该多个隔离梁段具有位于其上的至少一个传感器；b) 测量多个隔离梁段内的应变，该应变由于输入垫响应于施加于其上 的力的移动所产生的各种应力而产生；c) 产生每个传感器的输出信号，该输出信号对应所述测量的应变；以及d) 处理来自至少两个传感器的输出信号，以确定施加于输入垫的力的 位置。
33. 根据权利要求32的方法，还包括处理来自至少两个传感器的输 出信号，以确定施加至输入垫的力的大小。
34. —种确定施加至输入垫的力位置和大小至少一个的方法，所述方 法包括如下步骤a)提供第一结构元件；b )提供第二结构元件，其可与所述第一结构元件一起作用以限定多个 孔，并且相对于所述第一和第二结构元件中被固定支承的一个，动力学支 承其中的另一个，以限定配置为在所施加力作用下移动的输入塾，该多个 孔限定多个隔离梁段，该隔离梁段用于在第一和第二结构元件之间传输力， 以及接收由输入垫的移动分布至隔离梁段的所产生的力；c) 测量多个隔离梁段内的应变，该应变由于输入垫响应于所施加力的 移动传送至隔离梁段的各种应力而产生；d) 产生对应于所测量的应变的输出信号；以及e) 处理输出信号以确定施加至输入垫的力的位置。
35. 根据权利要求34的方法，还包括处理输出信号以确定施加至输 入垫的力的大小。
全文摘要
公开了一种输入设备(10)，包括(a)底部支承(14)，其具有外周和形成于其中的多个孔(20，22，24，26)，以限定配置为在施加的力作用下移动的被外接或者外接输入垫(50)；(b)多个隔离的梁段(30，32，34，36)，其由多个孔(20，22，24，26)限定并用于接收由输入垫(50)的移动分布至该隔离梁段(30，32，34，36)的所产生的力；(c)至少两个传感器(30a，30b，32a，32b，34a，34b，36a，36b)，其沿每个隔离梁段(30，32，34，36)设置并配置为测量从输入垫(50)传送至外周上的力以及输出对应所施加力的信号。可利用一个或多个与多个传感器一起作用的处理装置接收该信号并确定对输入垫(50)所施加力的位置和/或大小的至少一个。
文档编号G06F3/041GK101495949SQ200680028487
公开日2009年7月29日 申请日期2006年4月12日 优先权日2005年6月10日
发明者D·A·索斯, J·K·埃尔韦尔, J·R·马林斯 申请人:Qsi公司