紧凑输入装置的制作方法

专利名称：紧凑输入装置的制作方法
技术领域：
本申请总体上涉及紧凑的输入装置。具体而言，本申请涉及利用三个导
电层并且形成在柔性(flexible)衬底上的输入装置。
背景技术：
存在多种输入装置用于执行便携式电子装置中的操作。 一些输入装置的 例子包括按钮，开关，键盘，鼠标，跟踪球，触摸板，游戏杆，触模屏等 等。 一些便携式电子装置的例子包括媒体播放器，遥控器，个人数字助理 (PDA)，蜂窝电话等等。
用户可以通过向输入装置进行输入以在便携式电子装置中执行操作。在 一个例子中，用户可以通过以特定动作触摸输入装置而移动便携式电子装置 显示屏上显示的光标。在另一个例子中，用户可以通过在特定位置按压输入 装置来选择显示屏上显示的项。
设计便携式装置的输入装置提出了一些特殊的问题。例如，通常努力争 取提高便携式装置的能力并从而增加输入装置能够执行的功能的数量。 一个 矛盾的方面是也存在着使便携式计算装置更小从而更便携的压力。然而，随 着这些装置的尺寸减小，便携式装置内部安置输入装置的空间量也减小了 。
因此，需要可以安置在便携式装置有限空间内的紧凑输入装置。

实用新型内容
利用基于触摸的具有触摸表面的滚轮，以最小化便携式手持电子装置的 内部空间，本公开提供了利用由诸如聚酰胺或其他塑料之类的介质层分开的 三个或更多个导电层形成的输入装置。介质层可以是柔性的，以允许输入装 置折叠或弯曲，从而配装到便携式电子装置内部。
第一导电层可以包括以圆周方式呈闭环状安置在传感器区域的传感器，
4用于确定对象(例如触摸表面上的手指)的位置。这些传感器可以基于电阻 传感，表面声波传感，压力传感(例如，应变计)，光学传感，电容传感等 等。第一导电层也可以包括一些迹线，用于对输入装置的多个电子元件进行 布线。第二导电层可以包括迹线。第三导电层可以包括地线。另外，第三导 电层可以包括附加迹线，以及到一个或多个触摸表面移动检测器(例如穹顶 开关)的连线，和到控制器的连线。控制器可以直接地、或者隔着一个或多 个层地安装在输入装置的任何层上，例如，控制器可以安装在粘合剂或者介 质层上。而且，导电层的相对位置可以切换。
通过包括具有迹线的第二导电层，可以减少专用于迹线的第一和第三导 电层的区域大小。这会导致输入装置具有更小的传感器/开关区域以及/或者输 入装置包括更大的传感器或开关区域。另外，如果电容传感器用做传感器， 通过将迹线设置在另一个层上，可以减少当迹线位置太接近于传感器时可能 产生的寄生电容问题。
输入装置还可以包括用于集成电路(例如安装到输入装置的控制器)的 布线和连线。输入装置还可以包括从输入装置到其他元件的连线，例如电子 装置的主处理器或电路板。柔性输入装置的不同部分可以利用少于三个导电 层，例如两层或者一个导电层。当某些区域中的导电层数目减少时，这些导 电层之间的介质层数目同样会减少。通过减少介质层数目，可以增加这些区 域的输入装置的柔性。这使得两层和单层的区域能够在电子装置内伸縮或者 弯曲。从三层过渡到两层或者单层可以使用非线性的扇形或者波浪形图案的 电介质衬底来进行。通过使用非线性图案，可以减少在此的应力并且可以防 止导致层的分离。


图l示例了电子装置的实例。 图2示例了电子装置的实例。
图3示例了在柔性衬底上形成的输入装置的实例。
图4示例了图3的输入装置的另一视图的实例。 图5示例了输入装置的第一层的实例。图6示例了输入装置的第二层的实例。 图7示例了输入装置的第三层的实例。
图8示例了图7所示的输入装置第三层的另一视图的实例，未显示接地。
图9示例了三个导电层堆积的横截面的实例。 图10示例了传感过程的实例。
图ll示例了传感电路的实例。
图12A-12C示例了输入装置的操作的实例。
图13示例了输入装置的实例。
图14示例了计算系统的实例。
图15A-15D示例了输入装置的应用实例。
图16示例了具有输入装置的遥控器的实例。
具体实施方式
本公开描述了在柔性衬底上形成的紧凑输入装置的实施例。输入装置可 以使用三个或更多导电层形成。通过包括三个或更多导电层，可以最小化输 入装置的直径。另外，为了改善在柔性衬底上安装的输入装置部分的柔性， 可以使输入装置的一些部分比所述输入装置的其他部分具有更少的层。
对于本文的元件(例如，传感器，运动检测器，或迹线)，应被理解为 表示一个或多个元件(诸如一个或多个传感器、检测器或者迹线)。
图1示例了电子装置的实例。所述电子装置可以是任何消费电子产品。 所述电子装置可以是计算装置，更为具体地，可以是媒体播放器，PDA，电 话，遥控器，照相机等等。在图l示例的实施例中，电子装置100可以对应于 媒体播放器。"媒体播放器"一词泛指专用于处理诸如音频，视频或者其他图像 之类的媒体的计算装置，例如包括音乐播放器，游戏机，放像机，录影机等 等。这些装置可以是便携的以允许用户无论到哪都能例如听音乐，玩游戏或 播放视频，录象或者照像。在一个实施例中，电子装置可以是大小为能放到 用户口袋中的手持装置。由于是袖珍的，该装置几乎可以被带到用户任何能 到的地方(例如，用户不会由于携带又大又宽而且经常是很重的装置而受限制，如便携式计算机)。此外，该装置可以在用户的手中进行操作，从而不 需要基准面，例如桌面。
电子装置(例如，媒体播放器)通常具有连通能力以允许用户向/从主机 装置上传和下载数据，例如通用计算机(例如，台式计算机，便携式计算机 等等)。例如，就照相机来说，照片图像可以被下载到通用计算机以进行进 一步的处理(例如，打印)。对于音乐播放器，例如，通用计算机上存储的 歌曲和播放列表可以被下载到音乐播放器。在图1示例的实施例中，电子装
置100可以是袖珍的手持媒体播放器(例如，MP3播放器)，其允许用户存
入许多音乐，照片，图册项目，联系人，日历条目，和其它想要的媒体资 源。然而应该理解的是，媒体播放器并不是限制性的，因为电子装置可以以 如上所述的其他方式实现。
如图1所示，电子装置100可以包括外壳110，其可以装入多个电子元 件，例如集成电路芯片和其他的电路。集成电路芯片和其他的电路可以包 括，例如，微处理器，存储器(例如，ROM, RAM)，电源(例如，电 池)，电路板，用于存储媒体的硬盘或者闪存(例如，Nand闪存)，例如一 个或多个方向检测元件(例如，加速度计)和各种输入/输出(K))支持电 路。就音乐播放器而言，电子元件可以包括用于输出音乐的元件，例如，放 大器以及数字信号处理器(DSP)。就录像机或者照相机来说，电子元件可以 包括用于捕获图像的元件，例如图像传感器(例如，电荷耦合器件(CCD) 或者互补氧化物半导体(CMOS))或者光学器件(例如，透镜，分光器，过 滤器)。除此之外，外壳还可以限定电子装置的形状或者形式。也就是说， 在一个实施例中，外壳102的轮廓可以体现电子装置100的实体外观。
电子装置100也可以包括显示屏120。显示屏120可用于向用户显示图形 用户界面以及其它的信息(例如，文字，对象，图形)。举例来说，显示屏 120可以是液晶显示器(LCD)。在一个实施例中，显示屏可以相当于X乘Y 像素的高分辨率显示器，在白天和低照明情况下白色LED背光给出清晰的可 见度。显示屏120还可以展现"宽屏"长宽比(例如，类似于16: 9的长宽 比)，这样就可以相对容易地看出纵向和横向。
电子装置100也可以包括输入装置130。输入装置130可以被配置为提供一个或多个控制功能以控制与电子装置ioo有关的多个应用。例如，控制功
能可用于移动物体或者对显示屏120执行动作，或者选择或发出与操作电子
装置100有关的命令。输入装置130可以在很大程度上变化。在一个实施例 中，输入装置130可以包括用于检测输入的刚性传感器机构。刚性传感器机 构可以包括，例如，接触感测表面，其提供对象的位置信息，例如手指接触 或者接近该接触感测表面。在另一个实施例中，输入装置130可以包括一个 或多个用于检测输入的可移动式传感器机构。可移动式传感器机构可以包 括，例如， 一个或多个运动元件，当输入装置130的特定区域被按时其启动 开关。移动式传感器机构可以作为机械式按钮工作并且当被启动时执行点击 动作。在另外一个实施例中，输入装置130可以包括刚性传感器机构和一个 或多个可移动式传感器机构的组合。
包括刚性传感器机构的输入装置的例子可以在标题为'Tbuch Pad Handheld Device"的美国专利7,046,230中得到，其全部内容通过引用并入本文之中。包 括刚性传感器机构和可移动式传感器机构的组合的输入装置的例子可以在于 2007年6月18日申请的标题为"Gimballed Scroll Wheel"的第11/812,383号美国 专利申请中得到，其全部内容通过引用方式并入本文之中。
图2示例了没有显示屏的电子装置的实施例。在图2示出的实施例中， 电子装置200可以包括大致对应于外壳110的外壳210，以及大致对应于输入 装置130的输入装置230。没有显示屏使得电子装置200可被配置为比电子装 置100更小的尺寸。例如，在一个实施例中，电子装置200可以不到两英寸宽 并且不到两英寸高。
图3和4示例了点击轮(clickwheel)形式的输入装置的例子。在图3和4 中示出的输入装置包括在装置一侧的电容传感器装置和在装置另 一侧的穹顶 (dome)开关的装置。
图3显示了在顶层安装了电容传感器元件的输入装置的那一侧。输入装 置的该顶层可以被安装到电子装置外部以允许传感器接近被感测的对象。图4 示出了相同输入装置的底部。该底部侧可以包括四个穹顶开关312。这些穹顶 开关可以配置为检测输入装置的运动。
输入装置300可以包括不同的区域，这些区域可以包括不同的导电层数量。第一个区域是传感器区域304，可以包括传感器元件1-16和穹顶开关
312。该区域可以配置为感测由对象所引起的接触事件，例如手指接触或者接 近电容传感器元件1-16上设置的接触感测表面。另外，该区域可以配置为使 用穹顶开关312感测传感器区域的移动。
传感器区域304可以包括三个导电层。第一个导电层可以包括电容传感 器元件1-16，第二层可以包括迹线，而第三层可以包括接地并且安装有穹顶 开关312。介质层可以设置在第一和第二层之间以及第二和第三层之间。电介 质覆盖层可以被包括在第一和第三层之上，以提供保护并为传感器元件提供 隔离。介质层可以是塑料层，例如聚酰胺层。另外，介质层可以包括用于粘 合不同层的粘合剂。
使用输入装置300的电容传感器元件1-16可检测的接触事件可以有很大 的变化，并且可以包括，例如，转动，线性运动，敲击，保持和其他的手 势，以及它们的任意组合，这些是由用户的手指在接触感测表面上的一个 (单点接触输入)或者多于一个(多点接触输入)所提供的。电容传感器元件 可以配置为根据自电容或者互电容检测输入。自电容时，单个电极的自电容 例如是相对于地测量的。互电容时，测量至少第一和第二电极之间的互电 容。在两种情况中，每一传感器元件都能够独立于另一个传感器元件工作， 以产生同时发生的信号，这些信号表示在某具体时间在接触感测表面上不同 点的输入。控制器310可以配置为通过测量与每个传感器元件相关的电容变 化来使用传感器元件l-16检测输入。
配置为检测多个同时接触或者接近接触的输入装置的例子可以在于2004 年5月6日申请的标题为'Multipoint Touchscreen"的第10/840,862号美国专利申 请中得到，其全部内容通过引用而并入本文之中。能够与这样的输入装置相 关联的接触事件模型的例子可以在于2008年3月4日申请的标题为，ouch Event Modd"的第12/042,318号美国专利申请中得到，其全部内容通过引用而 并入本文之中。可以在这样的输入装置上实现的手势的例子可以在于2007年 6月13日申i青的标题为"Gestures for Controlling, Manipulating, and Editing of Media Files Using Touch Sensitive Devices"的第11/818,342号美国专利申请中得到，其 全部内容通过引用并入本文。
9第二区域是包括中央传感器元件318的中央按钮区域302。中央传感器元 件318可以配置为可移动式按钮型传感器元件。在可替代的实施例中，中央 传感器元件318可以配置为电容传感器元件或者既配置为电容传感器元件又 配置为可移动式按钮型传感器元件。
中央传感器区域302可以包括三个层。可选择地，中央传感器区域302可 以只包括两个或者一个导电层以及将这些导电层分离开的相应更少数目的介 质层，使得该区域更有柔性，而且使得中央按钮区域302更容易地相对于传 感器区域304移动。
输入装置300还可以包括控制器区域308。控制器区域308可以具有用于 控制传感器元件1-16的控制器310，以及安装于此的穹顶开关312和中央传感 器元件320。该区域可以包括三个导电层以使控制器区域308的区域最小化。 使用三个层使得控制器310周围用于迹线和连接的区域最小化。
控制区域308可以通过颈部306连接到传感器区域304。颈部306可以包 括比传感器区域304或者控制区域308更少的导电层和介质层以使得该区域更 有柔性。例如，这区域可以包括两个或者一个导电层和用于分离这些导电层 的相应的更少数目的介质层。如图4所示，通过利用更少的导电和介质层， 该区域可以变得更有柔性，使得它能够折叠以允许传感器区域304突出到电 子装置的外表面。如图3所示，在颈部306从三个导电层过渡为降至两个或者 一个层可以使用电介质衬底上的非线性的、扇形的或者波浪形的图案实现。 通过使用扇形图案，可以减少过渡处的应力。
输入装置还可以包括尾部314。尾部314可以终止于连接器，例如ZIF连 接器316。尾部314使得输入装置能够连接于电子装置的主处理器或电路板。 尾部314可以包括比控制区域308更少的导电层和介质层，以使得该区域更有 柔性。例如，该区域可以包括两个或者一个导电层和用于分离这些导电层的 相应的更少数目的介质层。尾部可以在装置内部折叠，使得该部分可以在电 子装置中占用区域更少。如图3所示，在尾部314处从三个层转变为降至两个 或者一个层可以利用电介质衬底上的非线性的扇形的或者波浪形的图案实 现。通过使用扇形图案，可以减少过渡处的应力。
图5是输入装置第一导电层的示意图。第一层可以包括电容传感器1-16。该示意图还示出了安装在该层上的中央按钮穹顶开关302。中央按钮穹顶
开关302可以用层叠体覆盖。穹顶开关在穹顶中包括小孔以便在启动期间穹
顶塌陷时允许气体放出。中央按钮部分可以层叠有涂层，以防止与按钮有关
的ESD问题。因为穹顶开关是层叠的，所以当按下时允许空气放出的穹顶开 关中的小孔可以被封闭。因此，可以从底层贯通到顶上第一层地钻孔，以使 得当开关被按下时空气能够从底层放出。
图5中的网格部分502是接地填充物。颈部306可以不包括该层中的任何 导电元件。因此，颈部可以不包括第一导电层。尾部314上的迹线504也是在 该层上。迹线504可以使用ZEF连接器316将控制器310连接到电子装置的主 处理器或电路板。迹线504可以使用过孔(via) 506连接到控制器310。
图6是输入装置的第二 (或者中间)导电层的示意图。中间层可以包含 迹线602，用于将一个或多个电容传感器l-16和周边设置的穹顶开关312连接 到控制器310。迹线可以使用过孔604连接到电容传感器1-16，穹顶开关312 和控制器310。在该层布线的好处在于可以比在第一和第三导电层使用更少的 区域用于布线。另外，可以减少寄生电容，所述寄生电容可能降低电容传感 器1-16的性能。该层可以包括通过控制区域308中的颈部区域306和接地填 充物606的迹线。尾部304可以不包括该层中的任何导电元件。因此，尾部 304可以不包括第二导电层。
图7是输入装置的第三导电层的示意图。第三层可以包括地线702，迹线 704和706，并且具有与之连接的穹顶开关312和控制器310。注意，第三层 中的迹线706可以耦合到中央按钮穹顶开关706，而且迹线704可以耦合到三 个电容传感器1-16。尾部304可以不包括该层中的任何导电元件。因此，尾 部304可以不包括第三导电层。
图8是移除了地线702的输入装置的第三导电层的示意图。如图8所示， 周边设置的穹顶开关312可以设置在靠近传感器区域304边缘的地方，因为用 于对这些穹顶开关进行布线的迹线可以位于第二导电层因而不需安排穹顶开 关的空间。地，用于连接控制器310到电容传感器1-16和穹顶开关312的迹 线可以位于另一个层中，使得控制器310能够被靠近控制区域308的边缘安 装。图9是三个导电层的层叠体900的横截面的示意图，该层叠体的部分只包
括两个或者一个导电层。在图9中，部分902和906可以分别对应于传感器区 域304和控制器区域308，其可以具有全部三个导电层。部分904可以对应于 颈部306，其可以只具有两个导电层以改善该区域的柔性。部分908可以对应 于尾部314，其可以只具有一个导电层以使得尾部更加具有柔性。
在图9中，层910可以是电介质覆盖层，以及用于将覆盖材料附于第一导 电层912上的粘合剂。层914可以是聚酰胺介质层，以及用于将聚酰胺介质材 料附于第二导电层916上的粘合剂。层912可以是聚酰胺介质层，以及用于将 聚酰胺介质材料附于第三导电层920上的粘合剂。层922可以是电介质覆盖 层，以及用于将覆盖材料附于第三导电层920上的粘合剂。
部分924可以对应于ZIF连接器，用于将尾部908连接到电子装置。该部 分可以包括金触点928和加强件926。
层叠体可以利用在其上涂有铜层的电介质衬底制成。铜层可以在蚀刻后 胶合到另一个具有蚀刻铜层的电介质衬底。该过程可以被一直重复直到获得 了所需要的铜/导电层的数量。
本文所描述的例子公开了输入装置层叠体中的独立的涂层，片，层次 (level)或者层式排列(tier)。这些独立的涂层，片，层次，层式排列或者其 他的类似结构可以被称为"层"。
图10示例了按照一个实施例利用输入装置进行感测的过程的例子。在一 个扫描期间，控制器310可以以连续的方式对于每个传感器元件1-16执行感 测操作。当正在执行与传感器元件之一相关联的感测操作时，所有的其它传 感器元件都可以接地。在一个实施例中，传感器元件可以如前所述设置在三 层柔性印制电路上。
图ll示例了可以执行图IO感测过程的传感电路的例子。寄生电容Cp可 以表示从与感测操作相关的传感器元件到周围的导电材料的所有电容之和 (例如，传感器元件到接地面和传感器元件到接地的传感器元件)。与例如传 感器元件上方的手指之类的对象相关的电容Cf可以增大与传感器元件相关的 总电容C (C=Cp+Cf)到超过阈值感测水平。传感电路700的时间和控制器 710可以通过使用相对较小的电容Cp+Cf将相对较大的电容Cint充电到电压阈值Vref，来测量与传感器元件相关的电容。传感电路700可以产生测定值， 反映把Ont充电到Vref需要花费多长时间(例如，多少个如下所述的转换周 期)。例如，反映输入的测定值(例如，上述输入感测水平值)可以这样产 生对于Cp《f的情况下将Cint充电到Vref需要花费的时间减去对于Cp的 情况下将Cint充电到Vref需要花费的时间。以公式形式表示为，输入=时间 (Cp+Cf)-时间(Cp)。
操作中，传感电路700可以如下运行
步骤O:重置和起动计时器(假定Cint没有电荷)。
步骤1:打开转换开关SW2，关闭充电开关SW1 (这些可以很快速地交 替切换，例如，MHz)
CpfCf被充电至Vcc (例如，3.0V)
步骤2:打开充电开关SW1，关闭转换开关SW2
Cp+Cf电荷流向Cint
重复步骤1和步骤2直到Cint达到Vref (例如，1.1V) 步骤3:停止计时器
步骤4:打开充电开关SW1，打开转换开关S^V2，关闭放电开关SW3: 放电Cint到无电荷状态
完成时打开放电开关SW3 为所有传感器元件重复
图12A-12C示例了根据本发明的一些实施例的输入装置的操作。举例来 说，输入装置可以大致对应于如上所述的任何输入装置。在图12A所示的例 子中，输入装置830可以配置为将信息或者数据发送到电子装置以对显示屏 执行动作(例如，通过图形用户界面)。所述可以执行的动作的例子包括， 移动输入指针，进行选择，提供指令等等。输入装置可以通过有线连接(例 如，电缆/连接器)或者无线连接(例如，红外线，蓝牙等等)与电子装置相 互作用。输入装置830可以是独立的单元或者集成到电子装置中。作为独立 的单元，输入装置可以具有它自己的外壳。当集成到电子装置中时，通常输 入装置可以使用电子装置的外壳。但不论是哪种情况，输入装置都可以在结 构上连接到外壳，例如，通过螺钉，钩扣，定位器，粘合剂等等。 一些情况
13下，输入装置可以可拆卸地连接到电子装置，例如，通过扩展均。输入装置 可以连接到的电子装置可以对应于任何消费相关的电子产品。举例来说，电 子装置可以对应于电脑(例如台式计算机，膝上型计算机或者个人数字助 理)，诸如音乐播放器之类的媒体播放器，诸如便携式电话之类的通讯装 置，另一个输入装置(例如键盘)等等。
如图12A所示，在该实施例中输入装置830可以包括框架832 (或者支撑 结构)和触摸板834。框架832可以提供用于支持输入装置的元件的结构。外 壳形式的框架832还可以容纳或者包含输入装置的元件。可以包括触摸板834 在内的元件可以对应于用于操作输入装置830的电的、光的和/或机械的元 件。框架832可以是独立元件，或者可以是电子装置的外壳的集成元件。
触摸板834可以提供对象的位置信息，例如手指接触或者接近该触摸 板。该信息可用于结合移动指示器提供的信息而产生与触摸板的运动相关的 单个命令。触摸板可以单独地用作输入装置；例如，触摸板可用来巻动装置 上的项目列表。
触摸板834的形状，大小和结构可以是各式各样的。除了以上所述的触 摸板配置之外，基于笛卡尔座标系或者极坐标系的传统的触摸板可以配置为 利用转动运动提供巻动，并且可以配置为接受多点触摸和手势，例如本文所 描述的那些。基于极坐标的触摸板的例子可以在美国专利7,046,230中得到， 其全部内容通过引用并入本文之中。此外，触摸板834能以至少两个不同模 式使用，这些模式可以称为相对模式和绝对模式。绝对模式的情况下，例 如，触摸板834可以报告可能被触摸的位置的绝对坐标。例如，在标准笛卡
尔座标系的情况下这些可以是'、"和'y，坐标，而在极坐标系的情况下这些可以
是(r灼。在相对模式的情况下，触摸板834可以报告变化的方向和/或距离，例 如，左/右，上/T等等。大多数情况下，由触摸板834产生的信号可以以与手 指在触摸板834的表面上移动类似的方向指引显示屏上的移动。
触摸板配置的其他例子可以在于2004年9月24日申请的标题为"Raw Data Track Pad Device and System"的第10/949,060号美国专利申请，于2005年8 月15日申i青的丰示题为'Method of Increasing the Spatial Resolution of Touch Sensitive Devices"的第11/203,692号美国专利申请，和于2007年6月13日申请的标题为'Touch Screen Stack-Ups"的第11/818,395号美国专利申请中得到，其所有内 容都通过引用并入本文之中。
触摸板感测的其他例子可以在2004年7月30日申请的标题为"Gestures for Touch Sensitive Input Devices"的第10/903,964号美国专利申请，于2005年1月 18日申请的标题为'"Mode-Based Graphical User Interfaces for Touch Sensitive Input Devices"的第11/038,590号美国专利申请，于2005年1月31日申请的标题为 "Gestures for Touch Sensitive Input Devices"的第11/048,264号美国专利申请，于 2005年9月21日申请的标题为"System and Method for Processing Raw Data of Track Pad Device"的第11/232,299号美国专利申请，于2007年1月3日申请的 标题为'Multi-Touch Input Discrimination"的第11/619,464号美国专利申请中找 到，其所有内容都通过引用并入本文之中。
触摸板834的形状可以是各式各样的。例如，可以是圆形，椭圆形，正 方形，矩形，三角形等等。通常，外部周长可以定义触摸板834的使用边 界。在图12A—C示出的实施例中，触摸板可以是圆形的。圆形触摸板能使得 用户以自由的方式连续地旋动手指，也就是，手指可以转过360度而不停 止。例如，这种形式的动作可以产生将显示屏上显示的歌曲列表以递增的或 者加速的方式从头至尾巻动。此外，用户可以从各方面成切线地旋转其手 指，从而提供更多的手指位置范围。当执行巻动功能时这两个特性可以有所 帮助。此外，触摸板834的尺寸可以适应用户的操纵(例如，指尖大小或者 更大)。
触摸板834通常可以采取刚性平台的形式。刚性平台可以是平面的，凸 出的或者凹入的，并且可以包括可触摸的具有纹理的外表面836，以接收手指 或者对触摸板的操作的其他对象。虽然没有在图12A中示出，但可触摸的外 表面836下面可以是传感器装置，其可以感测到手指在其上的压力和移动之 类的情况。通常，传感器装置可以包括多个传感器，这些传感器可以配置为 当手指放在它们之上、敲击它们或者经过它们时启动。在最简单的情况下， 每当手指位于传感器上方时可以产生电信号。在一定时间期间内信号的数目 可以表示手指在触摸板834上的位置，方向，速度和加速度，也就是说，信 号越多，用户移动其手指越多。在大多数情况下，该信号可以由电子接口监视，所述电子接口将信号的数目、组合和频率转换为位置、方向、速度和加 速度信息。然后该信息可以由电子装置使用以在显示屏上执行想要的控制功 能。传感器装置可以是各式各样的。举例来说，传感器可以基于电阻感测， 表面声波感测，压力感测(例如，应变计)，光学感测，电容感测等等。
在图12A—C示出的实施例中，触摸板834可以基于电容性感测。在大多
数情况下，电容性的触摸板可以包括保护罩， 一个或多个电极层，电路板和
包括专用集成电路(ASIC)的相关电子装置。保护罩可以放置在电极之上， 电极可以安装在电路板的上表面，ASIC可以安装在电路板的底面。保护罩可 以用来保护下层并且提供表面以允许手指在其上滑动。该表面可以是大体上 平滑的以使得当移动时手指不会粘住它。保护罩也可以在手指和电极层之间 提供绝缘层。电极层可以包括多个空间上独立的电极。任何适当数量的电极 都可以使用。随着电极数目的增加，触摸板的分辨率也会增加。
根据一个实施例，触摸板834可以相对于框架832移动。该移动可以由移 动产生另一个控制信号的检测器检测到该。举例来说，刚性平面平台形式的 触摸板834可以相对于框架832旋转，枢转，滑动，平移，弯曲等等。触摸板 834可以连接到框架832和/或可以由框架832以可移动方式进行限制。举例来 说，触摸板834可以通过轴，铰链，滑座连接，球窝连接，柔性连接，磁 铁，缓冲垫层等等连接到框架832。触摸板834还可以在框架(例如万向节 (gimbal))的空间内部浮动。应该注意的是，输入装置830可以另外包括诸 如枢转/平移接合，枢转/柔性接合，枢轴/球窝接合，平移/柔性接合等等之类 的组合以增大移动范围(例如，增大自由度)。
当移动时，触摸板834可以配置为启动移动检测器电路，该电路产生一 个或多个信号。该电路通常可以包括一个或多个移动检测器，例如开关，传 感器，编码器等等。
在图12A—C示例的实施例中，触摸板834可以是可按压的平台的一部 分。触摸板可作为按钮操作，并且执行一个或多个机械点击动作。装置的多 种功能或者相同功能可以通过将触摸板834按压到不同的位置而获得。移动 检测器发出触摸板834已受到按压的信号，触摸板834发出平台上受到触摸的 位置的信号。通过结合移动检测器信号和触摸板信号，触摸板834像多个按钮那样运作，使得按压触摸板到不同位置相当于不同的按钮。如图12B和
12C所示，根据一个实施例，当所需的力量大小从手指838，手掌，手或者其 他的对象施加于触摸板834时，触摸板834能够在直立位置(图12B)和受压 位置(图12C)之间移动。触摸板834可以是在直立位置上例如通过弹簧元件 而受到偏置的弹簧。当弹簧片偏置被按压到触摸板834上的物体克服时，触 摸板834移到受压位置。
如图12B所示，当诸如用户的手指之类的物体在(x，y)平面中触摸板的上表 面上方移动时，触摸板834产生跟踪信号。如图12C所示，在受压位置(z方 向)，触摸板834产生位置信息，移动指示器产生信号表明触摸板834移动 了。位置信息和移动指示可以被合并以形成按钮命令。不同按钮命令或者相 同按钮命令可以对应于将触摸板834按压到不同的位置。按钮命令可以用于 多个功能，包括但不限于，作出选择或者发出与操作电子装置有关的命令。 举例来说，在音乐播放器的情况下，按钮命令可以与打开菜单，播放歌曲， 快速播放歌曲，搜索菜单等等有关。
具体而言，触摸板834可以配置为启动移动检测器，当触摸板834移到受 压位置时，其连同触摸板位置信息可以形成按钮命令。移动检测器可以位于 框架832内并且连接到触摸板834和减框架832。移动检测器可以是开关和传 感器的任何组合。开关通常可以配置为提供脉冲的或二进制的数据，诸如有 效(开)或者无效(关)。举例来说，触摸板834的下面部分可以配置为当 用户按压到触摸板834上时，接触或者接合(从而启动)开关。另一方面， 传感器通常可以配置为提供连续的或者模拟的数据。举例来说，传感器可以 配置为当用户按压到触摸板834时，测量触摸板834相对于框架的位置或者倾 斜量。任何适当的机械、电子和/或光学开关或者传感器都可以使用。例如， 可以使用接触开关(tact switch)，压感电阻器，压力传感器，接近度传感器 等等。有时，用于将触摸板834设置在直立位置的弹簧偏置可以由包括弹簧 作用的移动检测器提供。在其它的实施例中，输入装置830可以包括位于低 于和/或高于触摸板834的各种位置的一个或多个移动检测器，以形成与使移 动检测器被启动的具体位置有关的按钮命令。
触摸板834也可以配置为提供力反馈响应。提供触觉反馈响应的触摸板酉己置的例子可以在标题为'Torce Feedback Computer Input and Output Device with CoordinatedHapticElements"的第6，337,678号美国专利中得到，其全部内容通过 引用而并入本文之中。
图B示例了输入装置870的简化透视图。类似于在图8A-8C的实施例中 所示的输入装置，该输入装置870将一个或多个按钮的功能直接并入到触摸 板872中，也就是说，触摸板像按钮一样工作。然而，在该实施例中，触摸 板872可以被分成多个独立的并且空间上区分开的按钮地带874。按钮地带 874可以表示触摸板872的、能够被用户移动以执行不同按钮功能或者相同按 钮功能的区域。虚线可以表示组成各个按钮地带的触摸板872的区域。可以 使用任何数量的按钮地带，例如两个或更多个，四个，八个等等。在图13示 出的实施例中，触摸板872可以包括四个按钮地带874 (g卩，地带A-D)。
正如所能理解的是，通过按压每个按钮地带产生的按钮功能可以包括在 屏幕上选择条目，打开文件或者文档，执行指令，启动程序，浏览菜单，等 等。按钮功能还可以包括便于通过电子系统进行导航的功能，例如縮放，巻 动，打开不同的菜单，使输入指针返回，执行键盘相关动作(诸如回车，删 除，插入，上翻页/下翻页)等等。在音乐播放器的情况下，按钮地带之一可 用来访问显示屏上的菜单，第二按钮地带可用来向前搜索歌曲列表或者快速 播放当前正在播放的歌曲，第三按钮地带可用来向后搜索歌曲列表或者快速 回退当前正在播放的歌曲，第四按钮地带可用来暂停或者停止正在播放过程 中的歌曲。
具体而言，触摸板872能够相对于框架876移动以产生点击作用。框架 876可以由单个元件或者组装元件的组合组成。点击作用可以启动包含在框架 876内部的移动检测器。移动检测器可以配置为感测点击期间按钮地带的移 动，并且发送对应于该移动的信号到电子装置。举例来说，移动检测器可以 是开关，传感器等等。
另外，触摸板872可以配置为当点击动作发生时发送与哪个按钮地带可 以被启动有关的位置信息。该位置信息可以使装置能够决定当触摸板相对于 框架移动时启动哪个按钮地带。
每个按钮地带874的移动可以通过各种旋转、枢转、平移、弯曲等等提供。在一个实施例中，触摸板872可以配置为相对于框架876进行万向运动。 万向运动通常意味着触摸板872可以相对于框架876在空间中浮动，同时仍然 受到其约束。万向运动可以使得触摸板872相对于外壳以一个或者多个自由 度(DOF)移动，例如在x,y和/或z方向移动，和/或围绕x，y和/或z轴旋转 (歸yfe)。
图14示例了计算系统839的简化方框图的例子。计算系统通常可以包括 可操作地连接到计算装置842的输入装置840。举例来说，输入装置840通常 可以对应于图8A-8C中所示的输入装置830，并且计算装置842可以对应于电 脑，PDA，媒体播放器等等。如图所示，输入装置840可以包括可按压的触摸 板844和一个或多个移动检测器846。当触摸板受到按压时，触摸板844可以 配置为产生跟踪信号，移动检测器846可以配置为产生移动信号。虽然触摸 板844可以是各式各样的，但是在该实施例中，触摸板844可以包括电容传感 器848和控制系统850 (其通常可以对应于如上所述的控制器310)，用于从 传感器848获得位置信号并且将信号提供到计算装置842。控制系统850可以 包括专用集成电路(ASIC)，该ASIC可以配置为监视来自传感器848的信 号，计算所监视的信号的绝对位置、倾斜位置、方向速度和/或加速度，并且 将信息报告给计算装置842的处理器。移动检测器846也可以是各式各样的。 然而在该实施例中，移动检测器846可以采取开关的形式，当触摸板844受到 按压时该开关产生移动信号。移动检测器846可以对应于机械的，电子的或 者光学类型的开关。在一个特定实施例中，移动检测器846可以是机械类型 的开关，其包括突出的致动器852，该致动器可以由触摸板844推动而产生移
动信号。举例来说，该开关可以是接触开关或者穹顶开关。
触摸板844和移动检测器846都可以通过通信接口 854可操作地连接到计 算装置842。通信接口提供了连接点以直接或者间接连通输入装置和电子装 置。通信接口 854可以是有线的(电线，电缆，连接器)或者无线的(例 如，发射器/接收器)。
关于计算装置842，它可以包括处理器857 (例如，CPU或者微处理 器)，该处理器被配置为执行指令以及执行与计算装置842有关的操作。例 如，利用从存储器读出的指令，处理器可以控制计算装置842的元件之间的输入输出数据的接收和操作。处理器857可以配置为从移动检测器846和触摸 板844接收输入，并且可以形成可基于这两个输入的信号/命令。在大多数情 况下，处理器857可以在操作系统或者其他软件的控制下执行指令。处理器 857可以是单芯片处理器或者可以利用多个元件来实现。
计算装置842还可以包括输入/输出(I/O)控制器856，其可以可操作地 连接到处理器857。 (I/O)控制器856可以与处理器857集成或者可以是所示 的独立元件。I/O控制器856通常可以配置为控制与可连接到计算装置842的 一个或多个I/0装置的交互，例如输入装置840和方向检测器855，例如加速 度计。I/O控制器856通常可以通过在计算装置842和希望与计算装置842通 信的1/0装置之间交换数据而进行操作。
计算装置842还可以包括显示控制器858，其可以可操作地连接到处理器 857。显示控制器858可以与处理器857集成或者可以是所示的独立元件。显 示控制器858可以配置为处理显示指令以在显示屏860上产生文本和图形。举 例来说，显示屏860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，超级 VGA显示器，液晶显示器(例如，有源矩阵，无源矩阵等等)，阴极射线管 (CRT)，等离子体显示器等等。在图14示例的实施例中，显示装置对应于液 晶显示器(LCD)。
有时，处理器857连同操作系统一起运行以执行计算机代码并且产生和 使用数据。计算机代码和数据可以存在于程序存储器区域862内，所述存储 器区域可以可操作地连接到处理器857。程序存储器区域862通常可以提供空 间来保存可由计算装置842使用的数据。举例来说，程序存储器区域可以包 括只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，硬盘驱动器等等。计算 机代码和数据还可以保存在可移动的程序媒体上，并且必要时可加载或者安 装在计算装置上。在一个实施例中，程序存储器区域862可以配置为存储用 于控制如何由计算装置842单独或者组合地使用由输入装置产生的追踪和移 动信号的信息，以产生输入事件命令，例如一个按钮按下。
图15A-15D示例了根据本发明的一些实施例的输入装置的应用。正如前 面提到的那样，本文所述的输入装置可以集成到电子装置中或者可以是分离
20的独立装置。图15A-15D示出了集成到电子装置中的输入装置820的一些实 施例。图15A示出了并入媒体播放器812的输入装置820。图15B示出了并入 便携式计算机814的输入装置820。另一方面，图15C和15D示出了输入装置 820作为独立单元的一些实施例。图15C示出了作为可以连接到台式计算机 816的外围装置的输入装置820。图15D示出了作为遥控器的输入装置820， 其以无线方式连接到放置有媒体播放器822的扩展坞818。然而应当指出，在 一些实施例中遥控器还可以配置为与媒体播放器(或者其他的电子装置)直 接进行交互，从而消除扩展坞的需要。媒体播放器的扩展玛的例子可以在于 2003年4月25日申请的标题为'Media Player System"的第10/423,490号美国专 利申请中得到，其全部内容通过引用而并入本文之中。应该注意的是，这些 特定实施例并不限制本发明，可以使用许多其他的装置和配置。
再参见图15A，媒体播放器812，外壳822和显示屏824通常可以对应于 如上所述的那些。如图15A的实施例中所示例的，通过外壳822中的开口 825 并且通过置于开口 825前面的透明墙826，显示屏824对于媒体播放器812的 用户是可见的。尽管透明，但是透明墙826可以被认为是外壳822的一部分， 因为它有助于定义媒体播放器812的形状或者形式。
媒体播放器812还可以包括触摸板820，例如之前描述的任何一种。触摸 板820通常可以由可触摸的外表面831组成，该表面用于接收在触摸板820上 操作的手指。尽管未在图15A的实施例中示例，但在可触摸的外表面831之 下传感器装置可以以之前所述的方式配置。由传感器装置提供的信息可以由 媒体播放器812使用，以在显示屏824上执行想要的控制功能。例如，用户通 过在触摸板820周围旋动手指就可以容易地从头至尾巻动歌曲列表。
除了以上描述之外，触摸板还可以包括一个或多个可移动的按钮地带A-D和中央按钮(例如E)。按钮地带可以配置为提供一个或多个专用控制功 能，以作出选择或者发出与操作媒体播放器812有关的命令。举例来说，在 MP3音乐播放器的情况下，按钮功能可以与打开菜单，播放歌曲，快速播放 歌曲，搜索菜单，作出选择等等有关。在一些实施例中，按钮功能可以通过 机械的点击动作实现。
触摸板820相对于外壳822的位置可以是各式各样的。例如，触摸板820可以被放置在操作媒体播放器812期间用户能够达到的外壳822的任何外表面 (例如，上面，侧面，前面或者背面)。在一些实施例中，触摸板820的接触 感测表面831可以完全地暴露于用户。在图15A示例的实施例中，触摸板820 可以位于外壳822的前下方区域。此外，触摸板820可以凹陷地低于外壳822 的表面，跟外壳822的表面相齐，或者高于外壳822的表面延伸。在图15A 示例的实施例中，触摸板820的接触感测表面831可以基本上与外壳822的外 表面平齐。
触摸板820的形状也可以是各式各样的。尽管在图15A的实施例中示例 为圆形，但是触摸板还可以是例如正方形，长方形，三角形等等。尤其是， 触摸板可以是环形的，也就是说，外形类似于环或者形成环。同样地，触摸 板的内侧和外侧周长可以定义触摸板的有效边界。
媒体播放器812还可以包括保持开关834。保持开关834可以配置为启动 或者禁用触摸板和/或例如与之相关联的按钮。通常可以这样做以防止由触摸 板和/或按钮产生不需要的命令，例如，当媒体播放器放在用户的口袋里时。 当禁用时，来自按钮和/或触摸板的信号不能被发送，或者被媒体播放器忽 略。当启动时，来自按钮和/或触摸板的信号可以被发送并因此可以由媒体播 放器接收和处理。
此外，媒体播放器812还可以包括一个或多个耳机插孔836和一个或多个 数据端口 838。耳机插孔836能够接受与耳机相关联的耳机连接器，该耳机配 置为用于收听媒体播放器812输出的声音。另一方面，数据端口 838能够接受 数据连接器/电缆部件，所述数据连接器/电缆部件配置用于向/从主机装置发送 和接收数据，所述主机装置例如通用计算机(例如，台式计算机，便携式计 算机)。举例来说，数据端口 838可用于向/从媒体播放器812上传或者下载 音频，视频和其他的图像。例如，数据端口可用于将歌曲和播放列表，音频 书，电子书，照片等等下载到媒体播放器的存储器装置中。
数据端口 838可以是各式各样的。例如，数据端口可以是PS/2端口，串 行端口，并行端口， USB端口，火线(Firewire)端口等等。在一些实施例， 数据端口 838可以是射频(RF)连接或者光学红外线(IR)连接以省去电 缆。尽管未在图15A的实施例中示例，但是媒体播放器812还可以包括电源端口，其接受电源连接器/电缆部件，所述部件配置为将电传送到媒体播放器
812。在一些情况下，数据端口 838可以既作为数据端口又作为电源端口。在 图15A示例的实施例中，数据端口 838可以是兼备数据和电源能力的USB端 □。
尽管只示出了一个数据端口，但是应该注意的是这并不限制本发明，而 且多个数据端口可以并入媒体播放器中。类似地，数据端口可以包括多个数 据功能，即将多个数据端口的功能集成到一个数据端口中。此外应该注意的 是，外壳上的控制开关、耳机插孔和数据端口的位置可以是各式各样的，因 为它们并不限于图15A所示的位置。它们几乎可以放置在外壳的任何地方 (例如，前面，背面，侧面，上面，下面)。例如，数据端口可以设置在外壳 的上表面而不是如图^f示的下表面。
图16示例了根据本发明的一些实施例的具有输入装置的遥控装置的简化 方框图。举例来说，输入装置882通常可以对应于如上所述的任何输入装 置。在该特定实施例中，输入装置882可以对应于图8A-8C中所示的输入装 置，从而该输入装置可以包括触摸板884和多个开关886。触摸板884和开关 886可以可操作地连接到无线发射机888。无线发射机888可以配置为经由无 线通信连接传送信息以使具有接收能力的电子装置可以经由无线通信连接接 收信息。无线发射机888可以是各式各样的。例如，它可以基于无线技术， 例如FM， RF，蓝牙，802.11UWB (超宽带)，IR，磁性连接(感应)等等。 在图16示例的实施例中，无线发射机888可以基于IR。 IR通常指通过红外辐 射传输数据的无线技术。同样地，无线发射机888通常可以包括IR控制器 890。 IR控制器890可以获得触摸板884和开关886报告的信息并且将该信息 转换成红外辐射，例如使用发光二极管892。
可以理解的是，以上为清楚起见已经参照不同的功能单元和处理器描述 了本发明的实施例。然而显而易见的是，在不脱离本发明的情况下，可以使 用在不同的功能单元或者处理器之间的功能的任何适当的分配。例如，示例 为将由分离的处理器或者控制器执行的功能可以由相同的处理器或者控制器 执行。因此，提到的特定功能单元可以看作指的是合适的手段来提供所述功 能而不表示严格的逻辑上或机械上的构造或者设置。本发明可以以任何适当的形式实现，包括硬件，软件，固件或者任何这 些的组合。本发明可以选择性地部分作为在一个或多个数据处理器和/或数字 信号处理器上运行的计算机软件实现。本发明实施例的元件和组件可以是以 任何适当形式在实体上，功能上和逻辑上实现的。实际上，那些功能可以在 单个单元，多个单元，或者作为其他的功能单元的一部分实现。同样地，本 发明可以在单个单元中实现或者可以在实体上和功能上分配在不同的单元和 处理器之间。
本领域的技术人员可以认识到，可以使用本发明实施例的多种可能的修 改和组合，同时还使用相同的基本底层机构和方法。为了说明的目的，以上 描述是比照特定实施例撰写的。然而，以上示例性的讨论并不意味着穷举或 者将本发明限制到所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化都是 可能的。以上选择并描述了实施例以解释本发明及其实际应用的原理，并且 使本领域的技术人员能够根据预期的特定使用进行适当的各种修改，以最好 地利用本发明和各种实施例。
本申请要求于2007年9月4日申请的申请号为60/935,854的美国临时申 请的优先权，其全部内容以引用方式并入本文之中。
权利要求1. 一种输入装置，其特征在于，所述输入装置包括触摸板表面，顶层，其包括位置检测传感器，中间层，其包括迹线，以及底层，其包括地线和到移动检测器的连线，其中，所述迹线连接到所述传感器和所述移动检测器。
2. 如权利要求1所述的输入装置，进一步包括所述顶层上的绝缘层。
3. 如权利要求1所述的输入装置，其中，至少一个所述导电层被安装在柔 性衬底上。
4. 如权利要求1所述的输入装置，其中，所述移动检测器包括机械开关。
5. 如权利要求1所述的输入装置，其中，所述移动检测器包括穹顶开关。
6. 如权利要求1所述的输入装置，其中，所述传感器包括电容传感器。
7. 如权利要求1所述的输入装置，其中，所述输入装置包括不同的区域， 所述不同的区域包括不同的导电层数量。
8. 如权利要求1所述的输入装置，其中，所述输入装置被配置为使用户能 够通过将手指旋转过360度而不停止来巻动列表。
9. 如权利要求1所述的输入装置，其中，该触摸板表面是圆形的。
10. —种便携式装置，其特征在于，所述便携式装置包括 外壳，触摸板表面，安装到所述外壳的输入装置，该输入装置包括 顶层，其包括多个位置检测传感器， 中间层，其包括迹线，以及底层，其包括地线和到所述移动检测器的连线，其中，所述迹线连 接到所述多个传感器和所述移动检测器，以及在所述外壳内部连接到所述便携式装置的电池。
11. 如权利要求10所述的便携式装置，其中，所述触摸板表面是圆形的。
12.如权利要求10所述的便携式装置，其中，所述传感器配置为使用户能 够通过将手指旋转过360度而不停止来巻动列表。
13.如权利要求10所述的便携式装置，其中，所述触摸表面移动检测器是 相对于所述触摸板以圆周方式设置的多个触摸表面移动检测器中的一个。
14. 如权利要求IO所述的便携式装置，包括安装在所述触摸板的中央部分 的传感器或者移动检测器。
15. 如权利要求10所述的便携式装置，其中，所述移动检测器包括机械开 关。
16. 如权利要求10所述的便携式装置，其中，所述移动检测器包括穹顶开关。
17. 如权利要求IO所述的便携式装置，其中，所述传感器包括电容传感器。
18. 如权利要求10所述的便携式装置，其中，所述输入装置包括不同的区 域，所述不同的区域包括不同的导电层数量。
19. 如权利要求IO所述的便携式装置，进一步包括所述外壳内部的屏幕，所述屏幕显示利用所述输入装置选择的媒体内容。
专利摘要本实用新型公开了一种在柔性衬底上形成的紧凑输入装置。所述输入装置可以使用三个或者更多个导电层形成。通过包括三个或者更多个导电层，可以最小化所述输入装置的直径。另外，为改善安装的所述输入装置的部分的柔性，所述输入装置的一些部分可以比输入装置的其他部分具有更少的层。
文档编号G06F3/033GK201315050SQ20082013709
公开日2009年9月23日 申请日期2008年9月4日 优先权日2007年9月4日
发明者俄图克·科克莱尔, 弗莱彻尔·罗斯可普, 温德尔·桑德, 简·穆斯通, 约瑟夫·费希尔 申请人:苹果公司