用户输入装置中的传感器结构的制作方法

专利名称：用户输入装置中的传感器结构的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及用户输入装置。具体而言，本发明涉及用户装置中的 传感器结构。
背景技术：
在消费性电子产品中应用了多种输入装置。通过这些输入装置完成的 操作通常涉及在显示屏幕上移动光标并进行选择。 一些输入装置包括按 键、开关、键盘、鼠标、轨迹球、触摸板、操纵杆、以及触摸屏等。在设 计消费性电子装置时，上述装置中的每一种都存在需要加以考虑的优点及 缺点。按键及开关本质上总体为机械结构，对光标(或其他选择器)的运 动及进行选择只能提供受限的控制。例如，按键及开关通常只能专用于在 特定方向上移动光标(例如，箭头键)或进行特定选择(例如，确认、删
除、数字等)。在一些手持个人数位助理(PDA)的情况下，输入装置应
用触摸感应显示屏幕。在使用这种屏幕时，用户通过使用触笔或手指直接 点击目标来进行选择。
在诸如膝上电脑的便携计算装置中，输入装置通常为触摸板。利用触 摸板，当手指沿触摸板的表面移动时，输入指针(即，光标)的运动与用 户手指(或触笔)的相对运动对应。当在触摸板的表面上检测到一次或多 次敲击时，触摸板还可在显示屏幕上进行选择。在一些情况下，可以敲击 触摸板的任意部分，而在其他情况，可以敲击触摸板的专用部分。在诸如
桌上电脑的静止装置中，通常在鼠标及轨迹球中选择输入装置。图1A-1C 示出了可用于电子装置的常规点拨轮(click wheel)。图1A示出了包括五 个机械开关102 (其实现五个按键)的点拨轮100。图1B示出了位于点拨 轮的顶表面下方的触摸传感器的俯视图。在本示例中，触摸传感器104由 布置为环状结构的八个部分构成。图1C示出了机械开关及触摸传感器两
7者。
上述常规点拨轮存在问题其中一个是，随着点拨轮尺寸的减小(这对 于诸如MP3播放器及蜂窝电话的便携电子装置是理想的)，将多个机械开
关装配进入常规点拨轮变得越来越困难。如图1C所示，由箭头106表示
的两个机械开关之间的空间会非常小，制造会很困难且成本高昂。另一方 面，并不希望将机械开关的尺寸减小到小于特定尺寸，这是因为用户会难 以感觉到开关，由此会劣化用户感受。上述常规点拨轮的另一个问题是点 拨轮下方的区域会局促地布置有机械开关及触摸传感器两者。因此，会难 以将信号通过触摸传感器从机械开关传递至处理由机械开关产生的信号的 控制器。上述常规点拨轮的又一问题是其仅提供角度信息而非用户输入的 位置距离。但是，如果用户按压中心开关与四个周边开关其中一者之间的 位置，则常规点拨轮会不能精确地判定用户希望按压两个开关中的哪一 个。
因此，需要一种方法及设备，用于实现用户装置中的多个按键，以解 决常规点拨轮的问题。并且需要改进的传感器结构，以解决常规点拨轮的 问题。

发明内容
本申请公开了用于用户装置的改进传感器结构。其使得诸如蜂窝电话
或MP3播放器的用户装置中的点拨轮能够小型化。具有改进传感器结构的 用户输入装置可包括开关、 一个或更多触摸传感器、以及处理器，所述开 关，被设置以检测用户施加的力，所述一个或更多触摸传感器被设置以检 测相对于开关位于外围的用户输入的角位置，处理器被设置以根据用户输 入的压力及角位置来产生信号，所述信号用以执行从多个预定任务中选择 的任务。触摸传感器可包括电容、电阻、表面声波、压力及光学传感器。 机械开关可包括万向按键，万向按键具有万向板、位于万向板下方并可被 设置以响应于用户输入的力而发生形变的柔性构件、以及被布置以支撑柔 性构件及万向板的支撑表面。通常可采用处理器以基于用户施加的力及位 置而产生信号，所述信号表明按键之一正在被按压。


在结合附图阅读了对本发明实施例的详细描述之后，将更好地理解本 发明的上述特征及优点，以及其他另外的特征及优点。在附图中使用相同 的标号。
图1A-1C示出了常规点拨轮装置。
图2A-2D示出了根据本发明的一些实施例用于实现输入装置中多个按
键的方法。
图3A及图3B示出了根据本发明的一些实施例用于实现输入装置中多 个按键的另一方法。
图4A及图4B示出了根据本发明的一些实施例用于实现一组按键的方法。
图5A-5C示出了根据本发明的一些实施例用于实现输入装置中多个按 键的传感器结构。
图6A-6C示出了根据本发明的一些实施例输入装置中万向按键的实现 示例。
图7A-7C示出了根据本发明的一些实施例输入装置的其他实现示例。 图8A-8C示出了根据本发明的一些实施例点拨轮装置的操作。 图9示出了根据本发明的一些实施例计算系统的简化框图的示例。 图IO示出了根据本发明的一些实施例输入装置的简化立体视图。 图11A-11D示出了根据本发明的一些实施例点拨轮装置的应用。 图12A及图12B示出了根据本发明的一些实施例在媒体播放器中对输 入装置的安装。
图13示出了包含根据本发明的一些实施例的输入装置的遥控器的简 化框图。
具体实施例方式
本申请提供了用于用户输入装置中的改进传感器结构所用的方法及装 置。进行以下描述以使本领域技术人员可实施并使用本发明。对具体实施例及应用的描述仅用于说明。对本领域技术人员而言，对这里描述的示例 的各种改变及结合是显而易见的，在不脱离本发明的精神及范围的同时， 这里所界定的基本原理可应用于其他示例及应用。因此，本发明并不意在 被限制于这里描述及示出的示例，而应具有与这里所揭示的原理及特征一 致的最宽范围。
以下详细描述的一些部分表示为流程图、逻辑框、以及其他可在计算 机系统上完成的对信息进行处理的示意图。在这里，过程、计算机执行步 骤、逻辑框、程序等被视为引发希望结果的一个或更多步骤或指令的自洽
序列(self-consistent sequence)。步骤是利用物理量的实体操作的步骤。 上述物理量可以采取能够在计算机系统中被存储、传输、合并、对比并以 其他方式操作的电、磁、或无线电信号的形式。上这信号有时可被称为 位、值、元素、符号、字符、项、或数等。每个步骤均可通过硬件、软 件、固件、或其结合来执行。
这里描述的代表实施例涉及大致同时使用来自运动指示器及位置指示 器的信号以产生命令的装置。安装在该装置的框架中的平台可包括可表明 与平台接触的目标(例如用户手指)位置的传感器。此外，装置上的运动 指示器可检测平台相对于框架的运动。用户可按压平台以产生按键命令。 因为可根据位置指示器来判定驱动力在触摸板上的位置，故根据用户在平 台上何位置按压平台可产生不同的按键命令。
图2A-2D示出了根据本发明的一些实施例实现输入装置中多个按键的 方法。图2A示出了使用万向按键及目标感应装置的输入装置的俯视图。 外圆200表示万向按键的底表面，而内圆201则表示万向按键的顶表面。 以下结合图6A-6C来描述万向按键的详细描述及剖视图。图7A-7C描述了 根据本发明的实施例的万向按键的另一可行实现示例。由万向按键及触摸 传感器感应到的信号组合可向系统提供与用户希望完成的需求控制相关的 信息。图2B示出了位于万向按键的顶表面下方的目标感应装置的可行结 构。在本示例中，目标感应装置包括沿万向板一侧布置的十六个传感器 202，以及位于万向板中心的传感器204。每个传感器202均可电连接或电 分隔，传感器202与传感器204可由空间203电分隔。注意，可使用目标感应装置来表示各种不同的感应装置，包括(不限于)触摸感应装置及/或 接近感应装置，例如触摸板、触摸屏幕等。
在图2B所示的实施例中，传感器结构可感应例如从万向按键的中心 测量到的角度信息及径向距离信息两者。利用上述角度及距离信息，可使 点拨轮装置能对用户触摸或按压的任何位置进行定位。
根据本发明的一些实施例，可使用极坐标系来判定用户在区域中输入 的位置。可通过两个极坐标(即径向坐标及角度坐标)来确定极坐标系中 各个位置。径向坐标(通常表示为R)表示特定位置距离称为极点的中心 点的距离。角度坐标(也称为极角，通常表示为0)表示从极坐标系的0° 射线(即极轴)到达特定位置所需的逆时针角度。
例如，如果传感器感应到非常接近极坐标(0， 0°)的位置被触摸或
按压，则可使用该感应信息表明中心按键被按压。类似的，如果传感器感
应到非常接近极坐标(R, 0。) 、 (R， 90°) 、 (R， 180°)、或(R， 270°)的位置被按压，则可使用该感应信息表明图1A的右侧、上侧、左 侧、或底侧按键被按压。利用该方法，可结合图2A-2C所示的一组触摸传 感器利用单一开关(例如，万向按键)来模拟多个按键。
注意，在图2B的示例中使用了八个传感器部分。在本发明的其他实 现示例中，可以使用不同数量的触摸传感器部分(例如十六个)来实现外 传感器环。例如，为了绕点拨轮实现96个角度位置，可使用8个传感器 部分或16个传感器部分。在任一种情况下，通过插入由8个、16个或任 意其他常规数量的传感器获取的传感器信号可检测96个分隔开的角位 置。
当使用较小传感器组(例如，8个)时，每个传感器均占据较大面 积，由此该传感器结构可提供较好的信噪比。但是，在该传感器结构的情 况下，可作为收集信息来源的传感器的数量较少。另一方面，当使用较大 传感器组(例如，16个)时，每个传感器会覆盖较小面积，这意味着有较 大数量的传感器可用于收集信息，由此该传感器结构可在对传感器信噪比 妥协的同时提供较好的感应分辨率。因此，对于任意给定结构的传感器， 在传感器尺寸(并因此在数量)与信噪比之间会存在一种折衷设计方案。
ii在传感器已经产生了较好信噪比的设计方案中，可以增大传感器的数 量(即，减小每个传感器的面积)以收集由传感器产生的更精细的分辨率 信息。在传感器具有较差的信噪比的设计方案中，可以减少传感器的数量 (即，增大每个传感器的面积)以增大由传感器产生的信噪比。
图2C示出了根据本发明的一些实施例用于在极坐标系中判定用户按 压的径向精度的方法。如图2C的示例所示，传感器被布置在三个不同区
域，即万向按键的内部区域212，中间区域210，以及外部区域202。图 2C还示出了圆214，其代表用户触摸或按压的区域，以及形心(centroid) 215，其代表用户在其上施加力或压力的圆214的中心。为了判定圆214 按压了中心按键还是左侧按键， 一种方法是对中心按键与左侧按键之间的 由虚线216代表的阈线(threshold line)进行计算。如图2C所示的情况， 为了产生左侧按键按压，形心215会处于阈线216外部。为了产生中心按 键按压，形心215会处于阈线216内部(未示出)。还可以将多条阈线 (未示出)与阈线216 —起使用以提供用户按键的形心215的径向位置的 不同分辨率。
图2D示出了根据本发明的一些实施例用于在极坐标系中判定用户按 压的角精度的方法。在本示例中，圆218代表用户触摸的区域的附近位 置。为了判定该圆按压了顶部按键还是左侧按键， 一种方法是对由虚线 45°, 135°， 225。以及315。标记的四个象限进行识别。例如，为了产生顶部 按键按压，在逆时针方向上形心219会落在由45°及135。线标记的象限之 间。类似地，左侧按键可由135。及225。线之间的区域界定，底部按键可由 225°以及315。线之间的区域界定，而右侧按键可由315°及45。线之间的区 域界定。在其他实施例中，可界定不同数量的区域以在传感器结构中实现 不同数量的按键。例如，可以使用六个60。区域来沿点拨轮的外环实现六 个按键，可以使用八个45。区域来沿点拨轮的外环实现八个按键等。
在其他手段中，该方法可进一步考虑用户手指(或触笔)的位置经 历。例如，如果之前在第一区域中记录到用户手指，则在可确认第二区域 中的按键接压之前，该方法可以要求触摸传感器确认用户手指已经移动至 第二区域。以此方式，可以避免因突然颤抖或手指打滑引发的错误。注意，在图2C中，可以使用来自传感器211， 213及210的信号来插 入手指的形心215距极坐标系中心的距离。还可使用来自辅助性邻近传感 器(例如来自中心传感器212)的信号。类似地，在图2D中，可以使用 来自紧邻传感器209, 210及211的信号来插入手指的形心219距0°极轴 的角位置。可还使用来自辅助性邻近传感器(例如来自中心传感器212) 的信号来插入形心219的角位置。
在名称为"Touch Pad for Hand-held Device"的美国专利号7,046,230 中描述了基于极坐标的触摸板其他示例，在这里通过引用将其全部内容包 含于本说明书中。
图3A及3B示出了根据本发明的一些实施例用于在输入装置中实现多 个按键的另一种方法。图3A示出了万向按键，其中外圆300代表万向按 键的底表面，而内圆301则示出了万向按键的顶表面。图3B示出了利用 布置为两维栅格的传感器来感应用户手指(或触笔)的方法。在一个示例 中，两维栅格可实现X-Y栅格以判定用户手指(或触笔)的位置(或形 心)。
如图3B所示，可通过彼此呈直角并形成平面(x-y平面)的两条轴来 界定两维的X-Y栅格。通常将水平轴称为x轴，并通常将竖直轴称为y 轴。在三维坐标系中，增加通常称为z轴(未示出)的另一条轴以设置空 间测量的三维。当用户加力以按压万向按键时，测量用户手指在z轴上的 运动。轴可以限定为相互正交(彼此成直角)。
轴会聚的相交点被称为原点306。 x轴及y轴界定了被称为x-y平面的 平面。为了在二维坐标系上确定具体的点，以有序对(x，y)的形式首先 指明x单位(横坐标)，接着指明y单位(纵坐标)。例如，点308可由 有序对(Xl， yi)表示，指明其距原点306的水平距离(Xl)及竖直距离 (yi)。根据X-Y栅格，可以获得极坐标系的半径及角度信息。例如，对 于有序对(Xl, yi)，其距原点的径向距离等于(Xl2 + yi2)的平方根，而 其距0。极轴的角位置(0)等于tan" (yi/Xl)。利用计算得到的半径及角 度信息，所描述的用于图2A-2D中的极坐标系的技术也可应用于图3B所 示的X-Y栅格。图4A及图4B示出了根据本发明的一些实施例用于实现按键组的方
法。图4A示出了由三个按键402， 404及406构成的常规装置400，其中 每个按键均被机械开关(未示出)实现。图4B示出了使用传感器组及仅 一个开关(例如，万向按键)实现图4A的三个按键的示例。在图4B所示 的示例中，可将该装置设置成传感器区域407， 408及409以感应分别与 伪按键410， 412及414 (如虚线所示)相对应的用户输入。在该手段中， 例如由万向按键实现的一个开关可位于中心按键412的位置。利用与图 2A-2D的示例类似的原理，三个传感器区域与万向按键的结合能够模拟图 4A所示三个独立机械开关的功能。
图5A-5C示出了根据本发明的一些实施例用于在输入装置中实现多个 按键的传感器结构。图5A中的示例示出了包括五个开关501 (其实现五 个按键，其中触摸传感器502布置在包括开关501的区域的外部)的输入 装置的俯视图。上述传感器结构解决了图1C的常规点拨轮的空间局促问 题。在上述设置中，因为传感器不再与开关布置在相同区域中，故在开关 周围存在更多空间来传播产生的信号。类似地，因为开关不再与传感器布 置在相同区域中，故在触摸传感器下方存在更多空间来传播由触摸传感器 产生的信号。在上述传感器结构中，传感器组检测用户手指(或触笔)的 角位置，并由此提供点拨轮的巻动功能。此外，可使用这些传感器来检测 位置信息(例如，径向距离)，以判定用户是否按压了中心按键或顶部、 底部、左侧或右侧按键。
在点拨轮较小(例如小于约20毫米)的情况下，整个点拨轮会被用 户手指覆盖，由此导致很难检测用户手指的环形巻动运动。通过将触摸传 感器布置在切口 (cutout)区域的外部，该传感器结构给予用户更多的空 间进行巻动，由此改进了输入装置的用户体验。
图5B示出了利用万向按键实现的点拨轮装置的俯视图，其中触摸传 感器502布置在包括机械开关的区域的外部。与图5A类似，该传感器结 构解决了图1C的常规点拨轮的空间局促问题。在上述设置中，万向按键 503与触摸传感器502的结合可实现之前结合图2A-2D， 3A及3B描述的 多个机械开关的功能。图5C中增加了可选的补充传感器组504以改进由传感器502检测的位置及角度信息的精度。
图6A-6C示出了根据本发明的一些实施例在输入装置中实现万向按键 的实现示例。输入装置600可包括安装在万向板605上的触摸板604。利 用顶板602可将万向板保持在壳体内的空间601中。万向板604可布置在 柔性构件608的顶部上。
万向板605的运动会驱动一个或更多运动检测器。例如，可围绕万向 板605布置或在其上布置一个或更多运动检测器，这些检测器可被万向板 605的倾斜或其他希望的运动驱动。柔性构件608可以是运动检测器的一 部分，例如表面安装的拱顶开关。
可将柔性构件608形成为泡状，其可提供弹力以推动万向板与框架 602的顶壁匹配接合并远离柔性构件608的支撑表面。翼片606可从万向 板606的侧向突出并在顶板602下方延伸。
可允许万向板605在切口 601中浮动。切口 601的形状大致可与万向 板604的形状相符合。由此，上述单元可大致通过顶板602的侧壁603沿 x轴及y轴被限制，并通过顶板602与万向板604上的翼片606的接合而 沿z轴被限制。因此万向板604能够在空间601内运动，同时通过顶板 602的壁可避免运动到完全脱离空间601。
参考图6B及6C，根据一个实施例，用户在万向板604上对希望的按 键功能位置进行按压。如图6B所示，如果用户按压万向板604的一侧， 则万向板倾斜，由此导致柔性构件608发生不对称的形变。翼片606及支 撑表面610可限制万向板的倾斜量。万向板可以以围绕万向板360度的模 式绕轴线倾斜。可以布置一个或更多运动检测器以监控万向板的运动。
图6C示出了如果用户压下万向板604的中心，则万向板在壳体内向 下运动而不会倾斜，由此使得柔性构件608发生对称形变。然而，万向板 仍然被顶板602的壁限制在壳体内。
安装在万向板604上的触摸板605在万向板604被按压时提供用户手 指位置。输入装置使用该位置信息来判定用户希望何种按键功能。例如， 如图IO所示，可将界面划分为不同的按键区。在此情况下，可以使用对 万向板604的运动进行监控的单一运动检测器的驱动来提供若干个按键命
15令。例如，由触摸板605上的万向板604产生的第一信号可产生表明用户
手指在万向板上的位置的第一信号。然后可使用诸如拱顶开关的运动检测 器来产生表明万向板已经运动(例如受到下压)的第二信号。
如图9所示，包括万向板及触摸板的输入装置可以是计算机系统439 的一部分。通信接口 454可向包括处理器457的计算装置442提供分别由 触摸板及运动检测器提供的第一及第二信号。然后处理器可判定哪个命令 与第一及第二信号的结合相关。以此方式，通过在触摸板上在不同位置按 压来对运动检测器进行的驱动可对应于不同动作，并可以使用单一运动检 测器来提供围绕万向板604布置的多个按键的功能。
如图6A-6C所示使用触摸板605及万向板604的一个优点在于可以通 过单一运动检测器来模拟多个按键功能。相较于使用不同运动检测器以产 生各个按键命令的装置，可以使用该方法来产生具有较少部件的装置。
在万向板下方布置单一运动检测器还可改进输入装置的触感。在用户 按压的万向板的任意部分上，装置的用户将仅感觉到单一的点拨 (click)。使多个机械开关型运动检测器位于万向板下方会带来"压碎 (crunching)"感，其中当用户压下万向板时其感觉到一系列多个点拨。 图7A-7C示出了根据本发明的一些实施例的输入装置的其他实现示 例。在图7A-7C所示的示例中，通过用户按压围绕点拨轮624的任何位置 可驱动第一拱顶开关622，通过按压中心按键628可驱动第二拱顶开关 626。
图7A-7C示出了围绕中心按键628 (其布置在点拨轮中心)的点拨轮 624的剖视图。点拨轮624包括触摸板625。设置点拨轮624以相对于框架 630进行万向运动以为点拨轮624上的任何位置来提供点拨动作。
点拨轮624被限制在设置于框架630内的空间632中。点拨轮624能 够在空间632内运动，同时通过框架630的壁仍然可防止其运动到完全脱 离空间632。空间632的形状大致与点拨轮624的形状相符合。因此，该 单元通过框架630的侧壁634被沿x轴及y轴大致限制，并通过框架630 的顶壁636及底壁640被沿z轴大致限制。在侧壁与平台之间设置较小间 隙，以允许触摸板绕其轴线万向运动360度而没有阻碍(例如，微量的窜动)。在一些情况下，平台可包括沿X轴及y轴延伸的翼片，以防止沿Z 轴旋转。
可将中心按键628布置在点拨轮624中的空间642内。可通过点拨轮 624的侧壁644沿x轴及y轴、并通过点拨轮624的翼片646以及底壁640 沿z轴将中心按键628限制在空间642内，当中心按键628被按压时，底 壁640与腿部647连接。
两个拱顶开关622及626被布置在中心按键628下方。这两个拱顶开 关提供了机械弹性动作中心按键628及点拨轮624。加强件648被布置在 两个拱顶开关之间。加强件648延伸通过腿部647中的孔并位于点拨轮 624下方。在此情况下，加强件648可将拱顶开关622及626的弹力传递 至点拨轮624，将可将用户施加至点拨轮624的力传递至拱顶开关622。
图7B示出当用户按压点拨轮624时如何做到仅驱动点拨轮拱顶开关 622。当用户在点拨轮624上任何位置按压时，其在区域632内万向运 动，且由用户施加的力通过加强件648及底壁640被传递至倒置拱顶开关 622。底壁640可包括小块650，用于将点拨的力传递至拱顶开关622的中 心。因为与点拨轮624 —起枢转，故中心按键拱顶开关626不会驱动。在 其与点拨轮一起枢转时，中心按键628与其下方的瞬变拱顶之间的间隙大 致保持相同。
图7C示出了当按压中心按键628时如何做到仅驱动中心拱顶开关。 脚部647可防止中心按键628超过上拱顶626的行程。为了确保仅驱动上 拱顶626，下拱顶622的驱动力可高于上拱顶626的驱动力。中心按键 628可包括小块652以将点拨的力传递至上拱顶626的中心。
对于参考图6A-6C描述的结构，可以与拱顶开关622的驱动所得的信 号一起使用来自形成点拨轮624 —部分的触摸板625的信号，来模拟围绕 点拨轮624安装在不同区域中的数个按键。该结构可允许使用单独的中心 按键。这在点拨轮624中使用仅能感应角位置的触摸板时特别有用。当仅 测量角位置时，因为不能测量用户手指相对于点拨轮的中心的位置，故不 能模拟中心按键。
尽管未示出，但在一些情况下可以背光照明触摸板。例如，电路板可在任意一侧布置发光二极管(LED)以标志按键区、提供额外反馈等。
图8A-8C示出了根据本发明的一些实施例的输入装置的操作。在图 8A所示的示例中，输入装置430可被大致设置为向电子装置发送信息或数 据以在显示屏幕上执行操作(例如，通过图形用户界面)。可执行的操作 的示例包括移动输入指针、进行选择以及提供命令等。输入装置可通过有 线连接(例如，线缆/连接器)或无线连接(例如，IR、蓝牙等)与电子装 置交互。输入装置430可以是独立单元或可以集成在电子装置内。作为独 立单元，输入装置可具有其自身的外壳。当集成在电子装置内时，输入装 置通常可使用电子装置的外壳。在任何情况下，输入装置均可例如通过螺 丝、搭钩、保持件以及粘合剂等在结构上连接至外壳。在一些情况下，输 入装置例如可通过系泊(docking)部位以可移除方式连接至电子装置。连 接有输入装置的电子装置可与任何消费性电子产品对应。例如，电子装置 可与诸如桌上计算机、膝上计算机或PDA的计算机、诸如音乐播放器的 媒体播放器、诸如蜂窝电话的通信装置、以及诸如键盘的其他输入装置等 相对应。
如图8A所示，在本实施例中，输入装置430可包括框架432 (即支撑 结构)及触摸板434。框架432可提供用于支撑输入装置部件的结构。呈 壳体形式的框架432还可封闭或容纳输入装置的部件。包括触摸板434的 部件可与用于操作输入装置430的电、光及/或机械部件相对应。
触摸板434可提供与触摸板接触或与其接近的目标的位置信息。可以 与由运动指示器提供的信息一起使用上述信息以产生与触摸板的运动相关 的单一命令。可以使用触摸板自身作为输入装置，例如，可以使用触摸板 以移动目标或巻动通过装置上的项目列表。
触摸板434可有很多改变。例如，其可以是基于笛卡儿坐标系的常规 触摸板，或者其可以是基于极坐标系的触摸板。可在名称为"TOUCH PAD FOR HANDHELD DEVICE"的美国专利号7,046,230中找到基于极坐 标的触摸板的示例，通过引用将其全部内容包含于本说明书中。此外，可 以至少两种不同模式来使用触摸板434，其可被称为相对模式及/或绝对模 式。在绝对模式中，触摸板434例如可报告被触摸的位置的绝对坐标。例
18如，其在标准笛卡儿坐标系的情况下可以是"X"及"y"坐标，或在极坐
标系的情况下可以是(r, 0)。在相对模式中，触摸板434可报告改变的方 向及/或距离，例如，左/右、以及上/下等。在大多数情况下，当手指移动 通过触摸板434的表面时，由触摸板434产生的信号可在显示屏幕上指引 与手指移动方向类似的方向。
触摸板434的形状可有很多改变。例如，其可以是圆、椭圆、方形、 矩形、以及三角形等。大致上，外周可界定触摸板434的工作边界。在示 出的实施例中，触摸板为圆形。圆形触摸板可允许用户以自由的方式环绕 手指，即，可以不停地以360度旋转来旋转手指。这种运动形式例如可产 生显示在显示屏幕上的歌曲列表的递增或加速巻动。此外，用户可从全部 侧面切向地旋转其手指，由此提供更大的手指位置范围。上述两种特征可 在执行巻动功能时有帮助。此外，触摸板434的尺寸大致与允许其容易地 被用户操作的尺寸(例如，手指末端的尺寸或更大的尺寸)相对应。
可大致取刚性平面平台形式的触摸板434包括可触摸外表面436用于 接收手指(或物体)以操作触摸板。尽管在图8A中未示出，不过传感器 结构在可触摸外表面436下方，其可以对诸如其上的手指的压力及运动产 生感应。传感器结构通常可包括多个传感器，其可被设置以在手指在其上 布置、敲击或通过时进行驱动。在最简单的情况下，在手指每次布置在传 感器上时可产生电信号。在给定期限中的信号数量可表明手指在触摸板 434上的位置、方向、速度及加速度，g口，信号越多，用户移动其手指越 多。在大多数情况下，可以通过电子接口来监控信号，电子接口可将信号 的数量、组合及频率转换为位置、方向、速度及加速度信息。电子装置然 后可以利用这些信息来在显示屏幕上执行希望的控制功能。传感器结构可 以有很多改变。举例而言，传感器可以基于阻抗感应、表面声波感应、压 力感应(例如，应变片)、光感应、以及电容感应等。
在示出的实施例中，触摸板434可基于电容感应。可以设置基于电容 感应的触摸板以在用户绕触摸板移动诸如手指的物体时检测电容的改变。 在大多数情况下，电容触摸板可包括保护罩、 一个或更多电极层、电路板 以及包括专用集成电路(ASIC)的关联电子器件。保护罩可布置在电极上方；电极可安装在电路板的顶表面上；而ASIC可安装在电路板的底表面 上。保护罩可用于保护下层并提供用于允许手指在其上滑动的表面。该表 面可大致光滑，由此手指在运动时不会被受阻。保护罩还可提供手指与电 极层之间的绝缘层。电极层可包括多个空间上分离的电极。可以使用任意 合适数量的电极。随着电极数量的增大，触摸板的分辨率也随之增大。
电容感应可根据电容原理来工作。应当理解的是， 一旦两个导电构件 彼此接近而未实际接触时，两者的电场会相互作用从而形成电容。在上述 设置中，第一导电构件可以是一个或更多电极，而第二导电构件可以是用 户手指。因此，当手指接近触摸板时，在手指与极为接近手指的电极之间 会形成微小的电容。每个电极中的电容都可由位于电路板后侧上的ASIC 测量。通过检测各个电极的电容的改变，ASIC在手指移动通过触摸板时 可判定手指的位置、方向、速度以及加速度。ASIC还可以电子装置可使 用的形式报告该信息。
根据一个实施例，触摸板434可相对于框架432运动。可由产生另一 控制信号的运动检测器来检测上述运动。举例而言，呈刚性平面平台形式 的触摸板434可相对于框架432旋转、枢转、滑动、平移并/或弯曲等。触 摸板434可连接至框架432，且/或其可由框架432以可运动形式限制。举 例而言，触摸板434可通过轴、销接合、滑座接合、球及座接合、弯曲接 合、磁体及/或衬垫等连接至框架432。触摸板434也可以在框架的空间内 浮动(例如，万向运动)。注意，输入装置430还可额外包括诸如枢转/平 移接合、枢转/弯曲接合、枢转/球及座接合、以及平移/弯曲接合等接合的 组合以增大运动的范围(例如，增大自由度)。
当运动时，可以设置触摸板434以驱动产生一个或更多信号的运动检 测器电路。电路可大致包括诸如开关、传感器、以及编码器等一个或更多 运动检测器。
在示出的实施例中，触摸板434可以是可按压平台的一部分。触摸板 起按键的作用，并执行一个或更多机械点拨动作。可通过在不同位置按压 触摸板434来访问装置的多项功能。运动检测器发出信号表示触摸板434 已经被按压，而触摸板434发出信号表示平台上已经被触摸的位置。通过结合运动检测器信号及触摸板信号两者，触摸板434起多个按键的作用，
由此在不同位置按压触摸板对应于不同按键。如图8B及图8C所示，根据 一个实施例，当来自手指438、手掌、手或其他物体的一定的力施加至触 摸板434时，触摸板434能够在直立位置(图8B)与按压位置(图8C) 之间运动。触摸板434例如通过弹性构件通常被弹性偏压在直立位置。当 因物体按压在触摸板434上而克服了弹性偏压时，触摸板434运动至按压 位置。
如图8B所示，当诸如用户手指的物体在x， y平面中于触摸板的顶表 面上运动时，触摸板434产生跟踪信号。如图8C所示，在按压位置(z方 向)，触摸板434产生两项位置信息而运动指示器产生表明触摸板434已 经运动的信号。结合位置信息与运动指示以形成按键命令。不同的按键命 令可与在不同位置按压触摸板434相对应。可以为各种不同功能使用不同 按键命令，这些功能包括(但不限于)与操作电子装置关联地进行选择或 发出命令。举例而言，在音乐播放器的情况下，按键命令可与打开菜单、 播放歌曲、快进歌曲、以及在菜单中搜索等相关联。
为了说明，可以设置触摸板434以驱动运动检测器，其与触摸板位置 信息一起可在触摸板434运动至按压位置时形成按键命令。通常可将运动 检测器设置在框架432内，并可与触摸板434及/或框架432连接。运动检 测器可以是开关及传感器的任意组合。通常设置开关以提供诸如驱动 (on)或未驱动(off)的脉冲(即二进制)数据。举例而言，可以将触摸 板434的下侧部分设置成在用户在触摸板434上按压时与开关接触或配合
(由此进行驱动)。另一方面，通常设置传感器以提供连续或模拟数据。 举例而言，可以设置传感器以在用户在触摸板434上按压时测量触摸板 434相对于框架的位置或倾斜量。可以使用任意合适的机械、电及/或光开 关或传感器。例如，可以使用触觉开关、力感应电阻器、压力传感器、以 及接近度传感器等。在一些情况下，可以通过包括弹性作用的运动检测器 来提供弹性偏压以将触摸板434设置在直立位置。
图9示出了计算系统439的简化框图的示例。计算系统可大致包括可 工作地连接至计算装置442的输入装置440。举例而言，输入装置440可
21大致与图1、图2A及图2B所示的输入装置430对应，而计算装置442可 与计算机、PDA、或媒体播放器等对应。如图所示，输入装置440包括可 按压触摸板444以及一个或更多运动检测器446。在触摸板被按压时，可 以设置触摸板444以产生跟踪信号，并设置运动检测器446以产生运动信 号。尽管触摸板444可有很多改变，但在本实施例中，触摸板444可包括 电容传感器448以及控制系统450，用于从传感器448获取位置信号并将 该信号供应至计算装置442。控制系统450可包括可被设置以监控来自传 感器448的信号的专用集成电路(ASIC)，以计算被监控信号的角位置、 方向、速度以及加速度，并向计算装置442的处理器报告上述信息。运动 检测器446也可有很多改变。但是，在本实施例中，运动检测器446可取 在触摸板444被按压时产生运动信号的开关的形式。开关446可对应于机 械、电或光类型开关。在一个具体应用中，开关446是机械类型开关，其 包括突伸致动器452，可被触摸板444按压以产生运动信号。举例而言， 开关可以是触觉或拱顶开关。
触摸板444及开关446两者通过通信界面454可操作地连接至计算装 置442。通信界面提供在输入装置与电子装置之间用于直接或间接连接的 连接点。通信界面454可以是有线(电线、电缆、连接器)或是无线(例 如，发送器/接收器)的。
对于计算装置442，其大致包括处理器457 (例如，CPU或微处理 器)，其被设置以执行命令并完成与计算装置442关联的操作。例如，利 用从存贮器获取的命令，处理器可控制对计算装置442的组件之间的输入 及输出数据的接收及操作。可设置处理器457以接收来自开关446及触摸 板444两者的输入，并可形成取决于上述输入两者的信号/命令。在很多情 况下，处理器457可在操作系统或其他软件的控制下执行命令。处理器 457可以是单芯片处理器，或者也可以多个组件来实现。
计算装置442还包括可操作地连接至处理器457的输入/输出(I/O) 控制器456。
(I/O)控制器456可与处理器457集成，或如图所示其可以 是独立组件。可大致设置I/O控制器456以控制与一个或更多可与计算装 置442连接的I/0装置(例如输入装置440)的相互作用。1/0控制器456可大致通过在计算装置442与要与计算装置442连通的I/O装置之间交换 数据来工作。
计算装置442还包括可操作地与处理器457连接的显示控制器458。 显示控制器458可与处理器457集成，或如图所示其可以是独立组件。可 以设置显示控制器458以处理显示命令以在显示屏幕460上产生文本及图 形。举例而言，显示屏幕460可以是单色显示器、彩色图形适配器 (CGA)显示器、增强型图形适配器(EGA)显示器、可变图形阵列 (VGA)显示器、super VGA显示器、液晶显示器(例如，主动矩阵、以 及被动矩阵等)、阴极射线管(CRT)、以及等离子显示器等。在示出的 实施例中，显示装置与液晶显示器(LCD)对应。
在很多情况下，处理器457与操作系统一起工作以执行计算机编码并 产生使用数据。计算机编码及数据可存储在与处理器457可操作地连接的 程序存储区域462中。程序存储区域462可大致提供空间来保持可由计算 装置442使用的数据。举例而言，程序存储区域可包括只读存贮器 (ROM)、随机存储器(RAM)、以及/或硬盘驱动器等。计算机编码及 数据还可存储在可移除程序介质上并在需要时装载或安装在计算装置上。 在一个实施例中，可设置程序存储区域462以存储信息，以对由输入装置 产生的跟踪及运动信号被计算装置442结合使用以产生单一按键命令的方 式进行控制。
图10示出了输入装置470的简化立体图。类似于图8B及图8C的实 施例所示的输入装置，该输入装置470将一个或更多按键的功能直接结合 在触摸板472中，即，触摸板类似于按键工作。但是，在本实施例中，可 将触摸板472划分为多个独立且空间上分离的按键区474。按键区474可 表示触摸板472可由用户移动以实现不同按键功能的区域。虚线可表示触 摸板472构成单独按键区的区域。例如，可以使用两个或更多(四个、八 个等)的任意数量的按键区。在示出的实施例中，触摸板472包括四个按 键区474 (即，.区A-D)。
应当理解，通过在各个按键区上按压而产生的按键功能可包括在屏幕 上选择项目、打开文档或文件、执行命令、启动程序、并/或查看菜单等。按键功能可包括使得更容易通过电子系统来导航的功能，例如，縮放、巻 动、打开不同菜单、使输入指针归位、执行键盘相关动作，例如确认、删 除、插入、以及向上/向下翻页等。在音乐播放器的情况下，可以使用一个 按键区以访问显示屏幕上的菜单，可以使用第二按键区以向前搜索歌曲列 表或快进通过当前播放歌曲，可以使用第三按键区以向后搜索歌曲列表或 快退通过当前播放歌曲，并且可以使用第四按键区以暂停或停止正在播放 的歌曲。
为了说明，触摸板472能够相对于框架476运动，由此产生点拨动 作。可由单一组件形成框架476，或其可以是组装部件的组合。点拨动作 可以驱动包含在框架476内的运动检测器。可以设置运动检测器以在点拨 动作期间感应按键区的运动，并向电子装置发送与运动对应的信号。举例 而言，运动检测器可以是开关、及/或传感器等。
此外，可以设置触摸板472以在发生点拨动作时发送关于哪个按键区 正在动作的位置信息。该位置信息可允许装置在触摸板相对于框架运动时 判定哪个按键区正在被驱动。
可通过各种旋转、枢转、平移、以及弯曲等来提供各个按键区474的 运动。在一个实施例中，可以设置触摸板472以相对于框架476万向运 动。通过万向运动，大致意味着触摸板472能够在空间中相对于框架476 浮动，同时仍然受其限制。万向运动可允许触摸板472相对于壳体以单一 或多个自由度(DOF)运动，例如，在x， y及/或z方向的运动以及/或围 绕x， y及/或z轴旋转(,z)。
图11A-11D示出了根据本发明的一些实施例点拨轮装置的应用。如上 所述，这里所述的输入装置可集成在电子装置中或者可以是独立装置。图 7及图8示出了集成在电子装置中的输入装置700的一些应用示例。在图 IIA中，可将输入装置700结合在媒体播放器702中。在图11B中，可将 输入装置700结合在膝上电脑704中。另一方面，图11C及图11D示出了 输入装置700作为单独单元的应用示例。在图11C中，输入装置700是外 围设备，其连接至桌上电脑706。在图IID中，输入装置700可以是无线 连接至系泊部位708的遥控器，其中媒体播放器710对接在其中。但是，
24应当注意，也可以设置遥控器以直接与媒体播放器(或其他电子装置)相
互作用，由此消除对系泊部位的需求。可以在名称为"MEDIA PLAYER SYSTEM"、于2003年4月25日递交的美国专利申请序列号10/423,490 找到用于媒体播放器的系泊部位的示例，通过引用将其全部内容包含于本 说明书中。应当注意，这些具体实施例并不是限制性的，并可使用很多其 他装置及结构。
再参考图IIA，将更详细描述媒体播放器702。术语"媒体播放器" 泛指可用于处理媒体(例如，音频、视频或其他影像)的计算装置，例如 音乐播放器、游戏机、视频播放器、视频记录器、以及摄像机等。在一些 情况下，媒体播放器具有单一功能(例如，专用于播放音乐的媒体播放 器)，而在其他情况下，媒体播放器具有多种功能(例如，播放音乐、显 示视频、以及存储相片等的媒体播放器)。在任意情况下，这些装置一般 可以为便携式，以允许无论用户身在何处都可收听音乐、玩游戏或播放视 频、记录视频或拍摄相片。
在一个实施例中，媒体播放器可以是大小适于放置在用户口袋中的手 持装置。通过形成为口袋大小，用户无需直接握持该装置，因此几乎无论 用户在任何位置时都可携带该装置(例如，用户不受握持体积大的、通常 较笨重的装置的限制，如在膝上电脑或笔记本电脑的情况下。)例如，在 音乐播放器的情况下，用户可使用上述装置同时在体育馆健身。在摄像机 的情况下，用户可使用上述装置同时爬山。在游戏机的情况下，用户可使 用上述装置同时在车辆中旅行。此外，可通过用户的手操作上述装置。无 需诸如桌面这样的基准面。在示出的实施例中，媒体播放器702可以是口 袋大小的手持式MP3音乐播放器，其允许用户存储大量的收集的音乐(例 如，在一些情况下高达4，000首CD质量的歌曲)。举例而言，MP3音乐 播放器可对应于加利福尼亚Cupertino的Apple Computer, Inc.制造的iPod 牌MP3播放器。尽管主要用于存储并播放音乐，但这里所示的MP3音乐 播放器还可具有诸如存储日历及电话列表、存储并播放游戏、以及存储相 片等额外功能。事实上，在一些情况下，其可用作高便携性存储装置。
如图IIA所示，媒体播放器702包括壳体722，壳体722将各种电组件(包括集成电路芯片以及其他电路)封闭在内部以为媒体播放器702提
供计算操作。此外，壳体722还可界定媒体播放器702的形状或样式。 即，壳体722的轮廓会体现媒体播放器702的实体外观。包含在壳体722 中的集成电路芯片以及其他电路可包括微处理器(例如CPU)、存贮器 (例如，ROM、 RAM)、电源(例如电池)、电路板、硬盘驱动器、其 他存贮器(例如闪存)以及/或各种输入/输出(I/O)支持电路。电子组件 还可包括诸如话筒的用于输入或输出音乐或声音的组件、放大器以及数字 信号处理器(DSP)。电子组件还可包括诸如影像传感器(例如，电荷耦 合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))或光学器件(例 如，透镜、分光器、滤光器)的用于捕捉图像的组件。
在示出的实施例中，媒体播放器702例如可包括给予媒体播放器超大 存储容量的硬盘驱动器。例如，20GB硬盘驱动器可存储高达4000首歌 曲，即约266小时音乐。相较而言，基于闪存的媒体播放器平均可存储高 达2GB (即约两小时)的音乐。硬盘驱动器容量可有很多改变(例如， 10、 20GB等)。除了硬盘驱动器之外，这里所示的媒体播放器702还可 包括蓄电池，例如可充电锂聚合物蓄电池。这些类型的蓄电池能够为媒体 播放器提供约IO小时的连续播放时长。
媒体播放器702还可具有显示屏幕724以及相关电路。可以使用显示 屏幕724以向用户显示图形用户界面以及其他信息(例如，文本、对象、 图形)。举例而言，显示屏幕724可以是液晶显示器(LCD)。在一个具 体实施例中，显示屏幕可对应于160乘128象素高分辨率显示器，由白光 LED背光在白天以及低光照条件下提供清晰的可见性。如图所示，媒体播 放器702的用户可通过壳体722中的开口 725并通过可布置在开口 725前 方的透明壁726看到显示屏幕724。尽管是透明的，但因为其有助于界定 媒体播放器702的形状及样式，故可将透明壁726视为壳体722的一部 分。
媒体播放器702还可包括诸如上述任意类型的触摸板700。触摸板 700可大致由用于接收手指在触摸板730上操作的可触摸外表面731构 成。尽管在图11A中未示出，但在可触摸外表面731下方有传感器结构。
26传感器结构可包括多个传感器，这些传感器被设置成在手指在其上放置、 敲击或通过时被驱动。在最简单的情况下，在手指每次放置在传感器上时 可产生电信号。在给定期限中的信号数量可表明手指在触摸板上的位置、 方向、速度及加速度，即，信号越多，用户移动其手指越多。在大多数情 况下，可以通过电子接口来监控信号，电子接口可将信号的数量、组合及
频率转换为位置、方向、速度及加速度信息。媒体播放器702然后可以利 用这些信息来在显示屏幕724上执行希望的控制功能。例如，通过绕触摸 板700旋转手指，用户可容易地巻动歌曲列表。
除了以上设置，触摸板还可包括一个或更多可移动按键区A-D以及中 心按键E。设置按键区以提供一个或更多专用控制功能以关联于对媒体播 放器702的操作进行选择或发出命令。举例而言，在MP3播放器的情况 下，按键功能可关联于打开菜单、播放歌曲、快进歌曲、搜索菜单、以及 进行选择等。在很多情况下，通过机械点拨动作来实现按键功能。
触摸板700相对于壳体722的位置可以有很多改变。例如，可将触摸 板700布置在用户在操作媒体播放器702期间可接近的壳体722任意(例 如，顶、侧、前或后)外表面。在很多情况下，触摸板700的触摸感应表 面731完全暴露至用户。在图IIA所示的实施例中，将触摸板700布置在 壳体722的下方正面区域中。此外，触摸板700可相对于壳体722的表面 凹入、平齐或突起。在图IIA示出的实施例中，触摸板700的触摸感应表 面731可大致与壳体722的外表面齐平。
触摸板700的形状也可有很多改变。尽管示出为圆形，但触摸板还可 以是方形、矩形、及三角形等。具体而言，触摸板为环状，即成形为类似 环状或形成环状。由此，触摸板的内外周界定了触摸板的工作边界。
媒体播放器702还可包括保持开关734。可设置保持开关734以驱动 或不驱动触摸板及/或与其关联的按键。这样做通常用于例如在媒体播放器 放置在用户口袋中时防止触摸板及/或按键造成不期望的命令。当置于不驱 动状态时，媒体播放器不会发送(即忽略)来自按键及/或触摸板的信号。 当置于驱动状态时，来自按键及/或触摸板的信号可被发送并由媒体播放器 接收并处理。此外，媒体播放器702还可包括一个或更多耳机插孔736以及一个或更多数据端口 738。耳机插孔736能够接收关联于耳机(设置用于收听由媒体播放器702输出的声音)的耳机连接器。另一方面，数据端口 738能够接收数据连接器/线缆组件，该组件被设置用于向/从诸如通用计算机(例如，桌上电脑、便携电脑)的主机发送并接收数据。举例而言，可以使用数据端口 738向/从媒体播放器702上载或下载音频、视频以及其他图像。例如，可以使用数据端口将歌曲及播放列表、音频书、电子书、以及相片等下载至媒体播放器的存储机构中。
数据端口 738可以有很多改变。例如，数据端口可以是PS/2端口、串行端口、并行端口、 USB端口、以及/或Firewire端口等。在一些情况下，数据端口 738可以是射频(RF)连接或光学红外(IR)连接，以消除对线缆的需求。尽管在图11A中未示出，但媒体播放器702还可包括电源端口，其接收电力连接器/线缆组件，该组件被设置用于将电力输送至媒体播放器702。在一些情况下，数据端口 738可起数据端口及电源端口两者的作用。在示出的实施例中，数据端口 738是兼具数据及电源两种性能的Firewire端口 。尽管仅示出了一个数据端口，但应当理解这并非限制，可将多个数据端口结合在媒体播放器中。类似地，数据端口可具有多种数据功能，艮口，将多种数据端口的功能集成在单一数据端口中。此外，应当理解，保持开关、耳机插孔以及数据端口在壳体上的位置可以有很多改变。即，其并不限于图IIA所示的位置。几乎可以将其布置在壳体上任意位置(例如，正面，背面，侧面，顶部，底部)。例如，可将数据端口布置在壳体的顶表面上而非图示的底表面上。
图12A及图12B示出了根据本发明的一些实施例在媒体播放器中对输入装置的安装。举例而言，输入装置750可对应于前述任何一种类型，且媒体播放器752可对应于图IIA中所示的类型。如图所示，输入装置750可包括壳体754及触摸板组件756。媒体播放器752可包括外壳，即壳体758。外壳758的正面壁760可包括开口 762，当将输入装置750引入媒体播放器752时，开口 762允许操作触摸板组件756。前壁760的内侧可包括槽，即槽道764，用于接收媒体播放器752的外壳758内的输入装置750。可以设置槽764以接收输入装置750的壳体754的边缘，由此输入装置750可滑动至外壳758内其希望的位置。槽具有与壳体754的形状大致相符合的形状。在组装期间，将触摸板组件756的电路板766与开口 762对准，并将装饰盘768及按键罩770安装在电路板766的顶面上。如图所示，装饰盘768具有大致与开口 762相符合的形状。可通过诸如螺丝、卡钩、粘合剂、压配合机构、以及挤入肋等将输入装置保持在槽中。
图13示出了根据本发明的一些实施例结合了输入装置的遥控器的简化框图。举例而言，输入装置782可对应于任意类型的上述输入装置。在该具体实施例中，输入装置782可对应于图6A-6C以及图7A-7C所示的输入装置，因此输入装置包括触摸板784以及多个开关786。触摸板784以及开关786可以可操作地连接至无线发射器788。可以设置无线发射器788以通过无线通信连接发送信息，使得具有接收能力的电子装置可通过无线通信连接接收信息。无线发射器788可以有很多改变。例如，其可以基于诸如FM、 RF、蓝牙、802.11 UWB (超宽带)、IR、以及/或磁连接(感应)等无线技术。在示出的实施例中，无线发射器788基于IR。 IR可泛指通过红外辐射传输数据的无线技术。因此，无线发射器788可大致包括IR控制器790。 IR控制器790可获得由触摸板784及开关786报告的信息，并可例如利用发光二极管792将上述信息转换为红外线。
将理解上述清楚的描述已经参考不同功能单元及处理器说明了本发明的实施例。但是，应当理解的是，不脱离本发明，可以在不同的功能单元或处理器之间适当地分配功能。例如，所示由独立的处理器或控制器完成的功能可由单一处理器或控制器来完成。因此，对具体功能单元的描述应被视为对用于提供所述功能的适当装置的描述，而非表示严格意义的逻辑上或实体上的结构或设置。
本发明可以任何适当的形式来实现，包括硬件、软件、固件、或其任意组合。本发明也可以部分地以在一个或更多数据处理器及/或数字信号处理器上运行的计算机软件来实现。本发明的实施例的元件及组件可以任何适当的形式在实体上、功能上及逻辑上实现。实际上，可在单一单元、多个单元、或作为其他功能单元的一部分来实现上述功能。因此，本发明可在单一单元中实现，或者在不同单元及处理器之间进行实体方面及功能方面的分配。
本领域的技术人员将理解可使用对所揭示实施例的各种可行的改变及组合，同时仍然采用相同的基本机理及方法。已经参考具体实施例进行了以说明为目的的上述描述。但是，上述说明性描述并不意在进行穷尽性举例，或者并不限于所揭示的具体形式的描述。着眼于上述教导可进行很多改变及修改。上述实施例的选择和描述是为了说明本发明及其实际应用的原则，并使得本领域技术人员能够以适于所需具体应用的各种改变来最优地利用本发明及各种实施例。
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权利要求
1.一种装置，包括至少一个触摸传感器，其被设置以检测与第一用户输入关联的角位置；与多个输入功能关联的多个开关，每个开关被设置以检测第二用户输入，其中，所述至少一个触摸传感器被布置在相对于所述多个开关的外围，以及处理器，其被设置以根据所述第一用户输入及所述第二用户输入来产生信号，所述信号与执行任务相关联。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个触摸传感器包括电容传感器、电阻传感器、表面声波传感器、压力传感器、以及光学传感 器中至少一者。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一用户输入关联于指点 功能，而所述第二用户输入关联于选择功能。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号关联于用于执行所述 输入功能之一的命令。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器包括中央处理单 元、数字信号处理器、专用集成电路、以及现场可编程门阵列中至少一 者。
6. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个输入功能包括菜单、 前进、后退、播放、停止、暂停、以及选择功能。
7. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个输入功能包括由位于 所述装置的顶部、底部、左侧、右侧、以及中心位置的按键所界定的功 能。
8. —种装置，包括开关，其被设置以检测由用户施加的输入；至少一个触摸传感器，其被设置以检测与用户输入关联的角位置，其 中，所述至少一个触摸传感器被布置在相对于所述开关的外围；以及处理器，其被设置以根据由所述开关检测到的输入以及所述角位置来 产生信号，所述信号用于执行从多个任务中选择的任务。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中，所述开关包括 万向板；柔性构件，其中所述柔性构件位于所述万向板下方，并被设置以响应 于由所述用户施加的输入而发生形变；以及支撑表面，其被布置以支撑所述柔性构件以及所述万向板。
10. 根据权利要求9所述的装置，其中，在由所述用户施加的输入位于所述万向板中心附近时，所述柔性构件 发生对称形变，并且在由所述用户施加的输入位于所述万向板的侧部附近时，所述柔性构 件发生不对称的形变。
11. 根据权利要求8所述的装置，其中，所述处理器包括中央处理单元、数字信号处理器、专用集成电路、以及现场可编程门阵列中至少一 者。
12. 根据权利要求8所述的装置，其中，所述多个任务包括菜单、前 进、后退、播放、停止、暂停、以及选择任务。
13. —种装置，包括开关，其被设置以检测由用户施加的输入； 第一组触摸传感器，其相对于所述开关以圆周形式定位； 第二组触摸传感器，其位于所述开关的顶表面下方，其中，所述第一组触摸传感器及所述第二组触摸传感器被设置以检测所述用户输入的位置，以及处理器，其被设置以根据由所述用户施加的输入以及所述用户输入的 位置来产生信号，所述信号用于执行从多个任务中选择的任务。
14. 根据权利要求13所述的装置，其中，所述开关包括 中心按键，其被布置在第一拱顶开关的顶部； 环状点拨轮，其连接至所述中心按键；加强件，其被布置在所述第一拱顶开关以及所述环状点拨轮下方；第二拱顶开关，其被布置以支撑所述加强件并位于所述第一拱顶开关 下方；以及万向板，其连接至所述第二拱顶开关。
15. 根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一组触摸传感器及所 述第二组触摸传感器包括电容传感器、电阻传感器、表面声波传感器、压 力传感器、以及光学传感器中至少一者。
16. 根据权利要求13所述的装置，其中，所述处理器包括中央处理单 元、数字信号处理器、专用集成电路、以及现场可编程门阵列中至少一 者。
17. —种用于对装置进行操作的方法，包括用开关来检测由用户施加的输入，用至少一个触摸传感器来检测用户输入的角位置，其中，所述至少一 个触摸传感器相对于所述开关布置在外围，并且根据所述由用户施加的输入以及所述用户输入的角位置来产生信号， 所述信号用于执行从多个任务中选择的任务。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中，检测用户输入的角位置的步骤包括利用极坐标系来确定所述用户输入的位置，其中，所述用户输入的所 述角位置由离基准点的角位置来表示。
19. 根据权利要求17所述的方法，其中，检测用户输入的角位置的步骤还包括利用X-Y栅格来确定所述用户输入的位置，其中，所述用户输入的所述角位置由离基准点的水平距离及竖直距离来表示。
20. 根据权利要求17所述的方法，其中，检测用户输入的角位置的步骤还包括将所述触摸传感器布置在多个角区域中， 对识别所述多个角区域的一个或更多阈值界限进行计算，并且 利用所述阈线来确定所述用户输入在所述角区域之一中的位置。
21. 根据权利要求17所述的方法，其中，检测由用户施加的输入的步骤包括利用万向板、柔性构件、以及支撑表面来确定由所述用户施加的力， 并且其中，在由所述用户施加的力位于所述万向板中心附近时，所述柔性 构件发生对称形变，在由所述用户施加的力位于所述万向板的侧部附近 时，所述柔性构件发生不对称的形变。
22. —种用于对装置进行操作的方法，包括用至少一个触摸传感器来检测与第一用户输入关联的角位置， 在从多个开关中选择的开关处检测来自第二用户输入的输入，其中， 所述至少一个触摸传感器被布置在相对于所述多个开关的外围，以及根据所述第一用户输入及所述第二用户输入来产生用于执行任务的信号
23. —种装置，包括至少与第一用户输入关联的至少一个开关，与多个第二用户输入关联的多个传感器，所述多个传感器被设置以检 测与第二用户输入关联的角位置和距离中的至少一者，处理器，其被设置以产生信号，所述信号用于执行至少与所述第一用 户输入相关联的任务，所述至少一个开关以及所述多个传感器被相互布置成能够模拟与多个 开关相关联的功能。
24. —种装置，包括与多个第一用户输入关联的多个开关；与多个第二用户输入关联的多个传感器，所述多个传感器被设置以检 测与第二用户输入关联的角位置和距离中的至少一者，处理器，其被设置以产生信号，所述信号用于执行至少与所述第一用 户输入关联的任务；所述多个开关以及所述多个传感器被相互布置成能够使得所述多个第 一用户输入中的每一者与所述多个开关中的每一者精确关联。
25. —种方法，包括给具有表面的装置设置至少与第一用户输入关联的至少一个开关，所述至少一个开关与所述装置表面上的第一区域关联，给所述具有表面的装置设置至少与第二用户输入关联的多个传感器， 所述多个传感器与所述装置表面上的第二区域关联，将所述至少一个开关及所述多个传感器相对于所述装置表面以下述方 式布置所述方式使得能够模拟与多个开关关联的功能而所述装置表面上 所需的空间不大于所述第一区域及所述第二区域，以及对与所述至少一个开关及所述多个传感器关联的信号进行处理。
26. 根据权利要求25所述的方法，其中，所述第一区域的至少一部分 与所述第二区域的至少一部分具有相同边界。
27. —种方法，包括给具有表面的装置设置至少与第一用户输入关联的多个开关，所述多 个开关与所述装置表面上的第一区域关联，给所述具有表面的装置设置至少与第二用户输入关联的多个传感器， 所述多个传感器与所述装置表面上的第二区域关联，将所述多个开关及所述多个传感器相对于所述装置表面以下述方式布 置所述方式使得能够将所述多个第一用户输入中每一者与所述多个开关 中每一者之间进行精确关联，而所述装置表面上所需的空间不大于所述第 一区域及所述第二区域，以及对与所述至少一个开关及所述多个传感器关联的信号进行处理。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中，所述第一区域的至少一部分与所述第二区域的至少一部分具有相同边界。
全文摘要
本申请涉及用户输入装置中的传感器结构，并公开了与用户装置中的改进传感器结构有关的方法及装置。具有改进传感器结构的装置实施方式包括开关、一个或更多触摸传感器、以及处理器，所述开关被设置以检测用户施加的力，所述一个或更多触摸传感器被设置以检测相对于开关位于外围的用户输入的角位置，所述处理器被设置以根据用户输入的力及角位置来产生信号，所述信号用以执行从多个预定任务中选择的任务。
文档编号G06F3/033GK101641663SQ200780038246
公开日2010年2月3日 申请日期2008年2月28日 优先权日2007年6月18日
发明者克里斯托弗·D·普莱斯特, 弗莱彻尔·罗斯可普, 理查德·H·丁赫 申请人:苹果公司