CN108885512A - 具有力感测和触觉反馈的无键键盘 - Google Patents

具有力感测和触觉反馈的无键键盘 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于电子设备的输入设备，所述输入设备包括外壳和顶部构件，所述顶部构件限定具有多个可区分的输入区域的输入表面。所述输入设备还包括：第一力感测***，所述第一力感测***与所述顶部构件的第一区域相关联，并且所述第一区域包括第一组所述可区分的输入区域；以及第二力感测***，所述第二力感测***与所述顶部构件的第二区域相关联，并且所述第二区域包括第二组所述可区分的输入区域。所述输入设备还包括触摸感测***，所述触摸感测***被配置为确定来自所述第一组所述可区分的输入区域的哪个输入区域对应于所述第一力输入，并且确定来自所述第二组所述可区分的输入区域的哪个输入区域对应于所述第二力输入。

Description

具有力感测和触觉反馈的无键键盘
相关申请的交叉引用
本专利合作条约专利申请要求于2016年9月13日提交并且标题为“KeylessKeyboard with Force Sensing and Haptic Feedback”的美国临时专利申请号62/393,989的优先权，本专利申请的内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
所述实施方案通常涉及计算输入设备。更具体地，本实施方案涉及具有触觉反馈的力和/或触敏输入设备。
背景技术
传统的计算输入设备诸如鼠标、键盘和触控板倾向于使用专用按键或按钮操作。每个按键或按钮的操作可能被联系到特定功能或命令。然而，传统输入设备缺少适应由较新设备、操作***和软件所提供的扩展特征的灵活性。作为进一步的缺点，传统输入设备的专用按键或按钮不能适应不同的用户需求和偏好。
另选输入设备诸如触摸输入设备似乎为输入场景和定制提供了比机械键盘、鼠标和类似输入设备更大的灵活性。然而，触敏输入设备通常具有平坦、不可弯曲的输入表面，其向用户提供很少或不提供触觉反馈，因此对于许多场景而言可能不如传统输入设备理想。
因此，需要改进的输入设备以提供更大的灵活性和可定制性，同时在操作期间向用户提供反馈。
发明内容
用于电子设备的输入设备可以包括外壳和顶部构件，该顶部构件耦接到外壳并限定具有多个可区分的输入区域的输入表面。输入设备还可包括：第一力感测***，该第一力感测***与顶部构件的第一区域相关联，该第一区域包括第一组可区分的输入区域，并且第一力感测***被配置为确定与在第一区域内施加的第一力输入相关联的第一力；以及第二力感测***，该第二力感测***与顶部构件的第二区域相关联，该第二区域包括第二组可区分的输入区域，并且第二力感测***被配置为确定与在第二区域内施加的第二力输入相关联的第二力。输入设备还可包括触摸感测***，该触摸感测***被配置为确定来自第一组可区分的输入区域的哪个输入区域对应于第一力输入，并且确定来自第二组可区分的输入区域的哪个输入区域对应于第二力输入。
第一力感测***可以被配置为独立于第二力感测***确定第一力。第一组可区分的输入区域可以对应于通常由用户的手的第一手指选择的按键，并且第二组可区分的输入区域可以对应于通常由用户的手的第二手指选择的按键。
该多个可区分的输入区域可以对应于键盘的按键。可以在顶部构件上视觉上区分多个可区分的输入区域。输入设备可以被配置为通过在给定组的可区分的输入区域内检测触摸位置和满足力阈值的力值两者，从而检测特定输入区域的按键按压。输入设备还可以包括触觉输出***，该触觉输出***被配置为响应于检测到按键按压而产生触觉输出。
触觉输出***可包括：第一致动器，具有沿着第一方向的第一致动轴；以及第二致动器，具有沿着不平行于第一方向的第二方向的第二致动轴。输入设备可以被配置为响应于检测到连续的按键按压而在致动第一致动器和第二致动器之间交替。
第一力感测***和第二力感测***可以是一组力感测***的一部分，并且该组力感测***可以在顶部构件上限定两行力感测区域。第一组可区分的输入区域和第二组可区分的输入区域可以相对于输入设备的纵向轴线是基本上对角地取向的。
一种用于电子设备的键盘包括外壳和耦接到外壳并限定输入表面的覆盖件。键盘还包括位于外壳内并耦接到覆盖件的第一致动器和位于外壳内并耦接到覆盖件的第二致动器。第一致动器被配置为成沿着基本平行于输入表面的第一轴向覆盖件施加第一力，并且第二致动器被配置为沿着第二轴向覆盖件施加第二力，其中第二轴垂直于第一轴并基本平行于输入表面。
第一致动器可被配置为沿着第一轴振荡以向覆盖件施加第一力，并且第二致动器可被配置为沿着第二轴振荡以向覆盖件施加第二力。键盘还可以包括在外壳内并且被配置为检测输入区域上的连续力输入的力感测***。
键盘可以结合到电子设备中，该电子设备包括耦接到外壳的显示器，其中显示器不同于键盘。输入表面可以包括表示字符输入键的输入区域，并且第一致动器和第二致动器可以被配置为向用户提供触觉反馈以引发表示机械按键的感觉。键盘可以被配置为响应于输入区域上的连续力输入而在致动第一致动器和第二致动器之间交替。键盘还可以或替代地配置为基本上同时致动第一和第二致动器(或者使得第一和第二致动器的致动在时间上重叠)。
电子设备的力感测***可以包括限定输入表面的覆盖件，该输入表面包括多个输入区域，每个输入区域对应于输入按键。覆盖件可以被配置为响应于施加到该多个输入区域的一输入区域的输入力而局部变形。力感测***可包括覆盖件下方的电容感测层，覆盖件和电容感测层之间并且位于输入区域下方的顺应性材料，以及电耦合到电容感测层的处理器。处理器可以被配置为基于电容感测层和施加到输入区域的输入构件之间的电容变化来确定输入力的力值，并且基于一组电极中哪一个电极检测到该电容变化来确定输入力的位置。电容感测层可以包括一组电极，每个电极具有与输入区域的面积相同或更小的面积。力感测***可以被配置为区分具有相距约3.0cm或更小的形心的力输入。
力感测***可以耦接到笔记本电脑的外壳的下部部分，并且可以被配置为用作笔记本电脑的键盘。可以在视觉上区分该多个输入区域以限定笔记本电脑的键盘。笔记本电脑可包括耦接到外壳的上部部分的显示器。
覆盖件可以由玻璃形成。玻璃可具有在约60至约80GPa范围内的弹性模量。玻璃可具有在约0.1至约0.5mm范围内的厚度。顺应性材料可具有在约0.5mm至约2.0mm范围内的厚度。顺应性材料可以是泡沫。
力感测***可以在覆盖件和顺应性材料之间排除额外的电容感测层。
输入表面可以包括多个输入区域，每个输入区域对应于输入按键，并且电容感测层可以包括一组电极，每个电极具有与输入区域的面积相同或更小的面积。
检测按键按压的方法包括：确定与电子设备的输入表面接触的手指的数量，并且至少部分地基于与输入表面接触的手指的数量来确定指示按键按压的力阈值。该方法还可以包括检测满足力阈值的力输入，并且响应于检测到力输入，注册对应于文本字符的输入区域的选择。
确定与输入表面接触的手指数量的操作可包括使用触摸感测***来确定与输入表面接触的手指的数量。对于与输入表面接触的手指的所确定的数量，力阈值可以比基线力高约25和150克之间。
该方法还可以包括检测与在输入表面上的移动相对应的触摸输入，并且响应于检测到对应于跨输入表面的移动的触摸输入，改变光标在电子设备的显示器上的位置。检测力输入的操作可以包括利用力感测***检测力输入，并且检测触摸输入的操作包括利用触摸感测***检测触摸输入。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将容易理解本公开，其中类似的参考标号指代类似的结构元件，并且其中：
图1示出了示例性输入设备。
图2示出了具有触觉致动器的示例性输入设备。
图3A至图3C示出了图2的输入设备的简化剖视图，示出了示例性触觉输出。
图4A至图4C示出了图2的输入设备的简化剖视图，示出了另一示例性触觉输出。
图5A至图5C示出了图2的输入设备的简化剖视图，示出了又一示例性触觉输出。
图6A至图6C示出了图2的输入设备的简化剖视图，示出了示例性触觉致动器。
图6D中图6E示出了相对于输入设备的覆盖件的触觉致动器的示例性布置。
图7A至图7B示出了具有示例性力感测区域的输入设备。
图8A至图8C示出了力感测***的简化剖视图。
图9A至图9B示出了力感测***的简化剖视图，示出了示例性电容传感器。
图10A至图10C示出了示例性局部力感测***。
图11A至图11B示出了力感测***的简化剖视图，示出了示例性应变仪。
图12示出了力感测***的简化剖视图，示出了示例性力感测元件。
图13是示出示例性力阈值的曲线图。
图14示出了检测按键按压的示例性过程。
图15A至图15C示出了根据用户交互产生输入区域。
图16至图17示出了与具有自适应显示器的输入设备的软件交互的实施例。
图18至图19示出了输入设备的示例性实施方案。
图20示出了一种示例性电子设备。
附图中的交叉影线或阴影的用途通常被提供以阐明相邻元件之间的边界并还有利于附图的易读性。因此，存在或不存在无交叉影线或阴影均不表示或指示对特定材料、材料属性、元件比例、元件尺寸、类似图示元件的共同性或在附图中所示的任何元件的任何其他特性、性质、或属性的任何偏好或要求。
此外，应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间呈现的界限、间距和位置关系在附图中被提供，以仅用于促进对本文所述的各个实施方案的理解，并因此可不必要地被呈现或示出以进行缩放并且并非旨在指示对所示的实施方案的任何偏好或要求，以排除结合其所述的实施方案。
具体实施方式
现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。
以下公开涉及一种输入设备，该输入设备使用触摸和/或力感测检测用户输入，并且使用触觉输出向用户提供反馈。这种输入设备的一个实施例是不具有机械按键或可移动按键的键盘。相反，键盘可以具有平坦的无键输入表面诸如玻璃或金属层，并且可以包括触摸和/或力感测***以确定用户何时触摸和/或按压表面。触觉致动器可提供物理反馈以指示用户已用足够的力按压无键表面以注册输入。触觉致动器可以引发类似于或代表机械按键的物理感觉。例如，当用户以足够的力按压键盘的表面时，表面可以振动或以其他方式移动以向用户指示预期的输入已被注册。
除了触摸感测之外还使用力感测可允许用户以更类似于机械键盘的方式使用无键键盘。例如，在打字时，用户通常将多个手指置于键盘上。在无键键盘上仅有触摸感测(例如，没有力感测)的情况下，可能难以或无法确定用户是否正在尝试选择特定按键，或者用户是否仅仅是将手指放在该按键上。作为触摸感测的替代或补充，力感测允许无键键盘区分偶然接触和有意的按键选择。
无键键盘中的力感测可以是全局的也可以是局部的。对于全局力感测，键盘可以确定施加到表面的力的总量或量值，而不管表面上的手指的位置或数量。然而，如上所述，用户可以将手指放在未被主动选择的按键上。此外，不同用户可将不同数量的手指放置在按键上，或者以不同的力放置手指。并且同一用户在打字时可在不同时刻在按键上放置不同数量的手指。因此，用于检测按键按压的力阈值可以根据触摸键盘的手指的数量而改变。因此，具有全局力感测的键盘可以设置力阈值，该力阈值基于在给定时间(例如，由触摸感测***检测到的)与表面接触的手指的数量来确定是否按下按键。
对于局部力感测，键盘可确定施加到表面上的特定的一个或多个位置上的力的量或量值。一个示例性局部力感测***使用键盘表面下方的像素化电容感测层。当按下时，用户的手指可以在手指下方的键盘表面形成凹陷。像素化电容感测层可以检测凹陷的深度和/或位置以确定力的量和位置。键盘可以单独使用全局或局部力感测，也可以使用这些技术的组合。
触觉输出也可以是全局的或局部的。对于全局触觉输出，整个键盘表面可以移动以提供触觉输出。在这种情况下，放置在键盘表面上的所有手指可以感测触觉输出。例如，可以利用触觉致动器产生全局触觉输出，该触觉致动器使整个表面与键盘的输入表面(例如，x或y方向)在平面内移动，或者与输入表面在不在平面移动(例如，z方向)。在一些实施方案中，为了针对随后的按键按压提供分立的全局触觉输出，可以提供多个触觉致动器。例如，使输入表面振动的单个触觉致动器可能无法产生具有用户的击键频率的连续分立触觉输出。因此，可以使用多个触觉致动器。在一些情况下，致动器可以产生不同的触觉输出，诸如沿着不同方向的振动。即使这些输出是基本上同时产生，用户也能够区分此类输出，
对于局部触觉输出，只有键盘的一部分可以移动。例如，局部触觉致动器诸如压电元件可引起表面的局部变形，该变形仅由(或主要)由直接承受该变形的手指感觉到。在另一个实施例中，静电元件可以选择性地将静电电荷施加到输入表面或其部分。静电电荷可以改变或修改用户感知的触觉或基于触摸的刺激。静电电荷可以通过静电地将用户的手指吸引到表面，从而引起物体(例如，用户的手指)与输入表面之间的摩擦或表面粗糙度的实际或感知的变化。键盘可以单独或组合地使用全局或局部触觉输出向用户提供期望的触觉输出。
由于键盘没有机械按键，因此键盘可以提供除了仅键盘输入之外的许多其他特征和功能。例如，键盘可以包括自适应显示器以呈现视觉信息，诸如输入区域的轮廓(例如，表示按键)及其功能的指示(例如，标志符号)。这样，按键的位置、尺寸、间隔和/或布置可以改变。作为另一实施例，键盘的输入表面可以用作触控板以检测触摸输入(例如，移动光标、操纵用户界面元素)以及打字输入。
虽然本讨论使用键盘作为示例性输入设备，其使用力感测来检测输入，并且使用触觉输出以提供触觉反馈，但是这些技术也可以用在其他输入设备中。例如，在输入设备包括自适应显示器的情况下，显示器可以呈现可操纵的各种示能表示或对象(可针对其提供物理反馈)的表示，诸如音频混合器、按钮、乐器等。此外，力感测和触觉输出可以用在平坦、类似键盘的输入设备之外的设备中。例如，旋转输入设备诸如旋钮可以利用力感测***检测输入并且提供触觉输出以将反馈传达给用户。
以下参考附图讨论这些和其他实施方案。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。
图1示出了示例性键盘100，其使用力感测***检测用户输入并使用触觉致动器提供触觉输出。如图所示，键盘100采用独立键盘的形式。然而，键盘100可以(物理地和/或通信地)耦接到其他设备诸如台式计算***(图18)、膝上型或笔记本计算***(图16和图17)、便携式电子设备的覆盖件(图19)、鼠标等。键盘100的示例性内部部件(以及/或者键盘100可以物理地或通信地耦接的计算设备)在下面参考图20进行描述。
如图1所示，键盘100包括外壳102和耦接到外壳102的顶部构件或覆盖件104。外壳102可以为顶部构件或覆盖件104提供结构支撑，并且可以包括附加特征部诸如支架108。如本文所述，键盘100可以在外壳102内包括诸如力感测***、触觉致动器、触摸感测***、显示部件等部件。
覆盖件104(或顶部构件)限定键盘100的输入表面。在本实施例中，覆盖件104而非物理按键定位在键盘100的顶表面上。覆盖件104或顶部构件可以是或可以包括任何适当的材料，诸如玻璃、金属、塑料等。覆盖件104可以包括或耦接到其他层，诸如过滤器、涂层、触敏层、液晶层、显示部件(例如，有机发光二极管(OLED)层、光源、光导)等。尽管示出没有任何机械按键，但键盘100还可包括一个或多个机械按键。
覆盖件104可以作为触敏表面操作。例如，覆盖件104可以响应于触摸输入，并且可以包括或者耦接到配置用于确定覆盖件104上的触摸输入的位置的触摸感测***。覆盖件104可以接收各种各样的触摸输入，其可以用于解释各种命令或操作。
覆盖件104可以附加地或另选地配置成作为力敏表面操作。例如，覆盖件104可以包括或耦接到配置用于检测施加到覆盖件104的力的位置和/或量的力感测***。力感测***可以包括(或可以可操作地连接到)配置用于确定或估计施加的力的量的力感测电路。力感测电路可响应于确定超过力阈值的力的量输出信号或以其他方式注册已检测到的输入。力阈值可以是固定的或可变的，并且可以对应于不同输入提供多于一个阈值。例如，阈值可以基于与覆盖件104接触的手指的数量。
覆盖件104还可以包括可区分的输入区域106。例如，可区分的输入区域106的至少一些可对应于字符输入按键(例如，字母数字字符、符号字符、文本空格、标签等)。在一些情况下，其他按键可以控制设备的其他方面，而不必导致字符输入(例如，控制音频音量、屏幕亮度或其他设备功能)。
可区分的输入区域106可以是覆盖件(或限定输入表面的其他顶部构件)的通过颜料、油墨、蚀刻、凹槽、凸块、脊部、纹理等在视觉上和/或触觉上彼此加以区分或区别的区域。可区分的输入区域106可对应于字符输入按键(例如，字母数字键盘的按键)、按钮或其他示能表示。可区分的输入区域106可在本文中简称为输入区域106。
在一些情况下，可区分的输入区域106可以虚拟地彼此区分。例如，覆盖件104可以包括自适应显示器或者是自适应显示器的一部分。自适应显示器可以是配置为显示对应于一个或多个可区分的输入区域106的视觉标记的照明显示器。在可区分的输入区域106由自适应显示器虚拟限定的情况下，其可以被称为虚拟按键。可以显示一组或多组不同的视觉标记，具体取决于被仿真的示能表示的类型、用户偏好和/或由键盘100控制的应用。
键盘100还可包括在图1中示出或未示出的各种其他部件或设备。具体地讲，键盘100还可包括沿着外壳102的一个或多个侧边放置的一个或多个端口或电子连接器。端口例如可包括USB连接端口、IEEE 1394数据端口、音频连接端口、视频连接端口、或被配置为发射和/或接收信号或数据的其他电子硬件端口。端口还可包括被配置为从外部源诸如墙壁式插座或其他电源接收电力的电力连接端口。键盘100还可以包括用于连接到另一设备的有线通信连接110，或者键盘100可以包括用于与另一设备通信的无线发射器和/或接收器。可以包括其他内部部件诸如处理单元。下面参考图20描述几个这样的内部部件。
如上所述，键盘100可包括触觉致动器，该触觉致动器被配置为移动或以其他方式将力施加到键盘100的整个覆盖件104或顶部构件。图2是键盘100的顶视图，示出了包括在外壳102内并且耦接到覆盖件104的第一致动器202和第二致动器206的实施例。第一致动器202和第二致动器206可以耦接到键盘100内或键盘的任何位置，只要所述致动器向覆盖件104施加力或以其他方式产生可在键盘100的顶部构件上检测到的触觉输出。
第一致动器202和第二致动器206可以沿着不同的轴或方向向覆盖件104或其他顶部构件施加力。例如，第一致动器202可以沿着由箭头204指示的致动轴或方向施加力，而第二致动器206可以沿着由箭头208指示的致动轴或方向施加力。这些方向可以基本上彼此垂直，但是其他相对取向也是可能的(例如，平行、呈45度、30度等)。
单个致动器可能无法以足以跟上一些用户的打字速度的速率提供触觉输出(或者期望的触觉输出)。例如，一些打字员可以每秒多达十个字符(或更多)的频率敲击按键，并且单个触觉致动器可能无法以该频率产生输出，尤其是具有相对较长持续时间的触觉输出(例如，超过100毫秒的输出)。然而，为了更近似地模仿敲击机械键盘的触感，或者以其他方式提供期望的用户体验，此类持续时间的输出可能是期望的。因此，可以提供第二触觉致动器。
通过将第一致动器202和第二致动器206定位成使得它们在覆盖件104上施加垂直力，可以减小由致动器引起的运动或振动之间的干扰。例如，如果第一致动器202和第二致动器206沿着相同轴施加力，由每个致动器施加到覆盖件104的运动或振动可彼此抵消，或者以其他方式相互干扰。此外，用户可能难以或无法区分来自不同致动器的触觉输出，尤其是当它们同时处于活动状态时(例如，指示同时或重叠按键按压)。通过使致动器沿着不同方向施加力(例如，沿着垂直或非平行方向)，即使输出重叠，用户仍然能能够辨别何时提供两个触觉输出。虽然输出可能彼此感觉相同或相似(例如，用户可能无法区分产生特定输出的触觉致动器的方向)，但是来自一个致动器的触觉输出的开始和/或结束可由用户检测到，即使该触觉输出在来自另一个致动器的触觉输出期间发生。
第一致动器202和第二致动器206可以以交替模式致动。在一些情况下，仅当打字速度(例如，力输入频率)超过特定值诸如高于仅单个致动器的响应频率的频率时，第一致动器202和第二致动器206可以以交替模式致动。在这种情况下，如果打字速度低于该值，则可以仅使用一个致动器(或者它们可以以交替模式以外的模式使用)。还设想用于响应于力输入致动第一致动器202和第二致动器206的其他模式或方案。
第一致动器202和第二致动器206可以是用于产生触觉输出或以其他方式向覆盖件104施加力的任何适当的机构或***。合适的致动器可包括机电致动器、压电致动器(例如，直接耦接到覆盖件104的压电致动器，覆盖件104下方的提升或移动覆盖件104的压电弯曲器)、线性致动器、音圈电机、洛伦兹力致动器、电活性聚合物致动器等。例如，第一致动器202和第二致动器206可以是线性致动器，每个线性致动器包括线圈和对应的磁体，其中使电流通过线圈移动对应的磁体(或者以其他方式在磁体上施加力)。
第一致动器202和第二致动器206可以向覆盖件104施加力以产生不同种类的触觉输出。例如，第一致动器202和第二致动器206可以沿着其相应的轴(图2中的箭头204、208)振荡，从而向覆盖件104施加振动或振荡。作为另一实施例，第一致动器202和第二致动器206可以向覆盖件104施加单个脉冲(例如，沿着单个方向施加单次力)。在任一种情况下，可以施加力以移动耦接到致动器的重量，或者力可以直接施加到覆盖件104。
虽然图2示出了两个致动器，一些实施方案可包括更多致动器。在此类情况下，致动器可以定位成沿着不同方向施加力或振荡(例如，彼此偏移45度)。另选地，一些致动器可沿着相同方向施加力或振荡。
第一致动器202和第二致动器206可以向覆盖件104(或顶部构件)施加力，所述力与由覆盖件104或其他顶部构件限定的输入表面在平面内(或基本上在平面内)。图3A至图3C示出了沿着图2中的线B-B观察的图2的输入设备的简化剖视图。为简单起见，图3A至图3C中所示的横截面不包括可能存在于键盘100中的内部特征部、部件、层、传感器等。此外，第二致动器206的位置仅用于说明，并且可以定位在与图3A至图3C中所示不同的位置或不同的部件中。例如，键盘100可以包括(并且可选地耦接到)覆盖件104下方的附加层或部件。在这种情况下，第二致动器206可以在附加层或部件下方。
图3A示出了在手指300接触覆盖件104之前的键盘100。在这种状态下，第二致动器206处于静止状态。图3B示出了在键盘100或耦接到键盘的设备已经注册输入之后的键盘100(例如，在手指300已经用满足力阈值的力按压在覆盖件104上之后)。第二致动器206在覆盖件104上施加力，使得覆盖件104沿着箭头302的方向移动。然后，第二致动器206可以反转力的方向，使覆盖件104沿着箭头304的方向移动(图3C)。覆盖件104的运动可以是覆盖件104的成批运动(例如，即使覆盖件沿着任一方向仅移动几微米)，或者该运动可以对应于沿着箭头302、304的方向传播通过覆盖件104的振动或振荡引起的运动(可能不会导致覆盖件104的平移)。
图2和图3A至图3C示出了施加与键盘100的顶部构件在平面内(例如，基本平行)的力的致动器。然而，可以使用其他类型的致动器以替代或补充上面讨论的那些。例如，图4A至图4C示出了键盘100的实施例，其中致动器使顶部构件沿着与顶部构件的输入表面不在平面内的方向(例如，垂直于力输入的方向)移动。
图4A至图4C示出了沿着图2中的线B-B观察的键盘100的局部剖视区域，示出了可由致动器产生的平面外触觉输出。如图4A所示，当(例如，通过电容式触摸感测***)检测到手指400接近覆盖件104时，覆盖件104可以通过致动器向上移动(由箭头402指示)。当手指400继续其向下运动时，致动器可允许或使得覆盖件104向下移动，如图4B中的箭头404所示。一旦手指400移动阈值距离或释放向下的压力，致动器可以向上移动输入表面(由图4C中的箭头406指示)，这可以使输入表面返回到其初始位置或者将其进一步向上移动。
在整个覆盖件104移动的实施方案中(例如，如参考图3A至图3C和图4A至图4C所述)，覆盖件104可以通过悬架***(未示出)相对于外壳102悬挂。悬架***可采用多种形式，并且可包括弹簧、泡沫、顺应性构件或材料，或者允许覆盖件104相对于外壳102移动以提供触觉输出的其他机构。
在一些实施方案中，可以实现图4A至图4C中示出的移动的子组。例如，响应于力输入，致动器可以使覆盖件104如图4A所示向上“弹出”或偏转并且快速返回。作为另一实施例，致动器可以响应于力输入替代地使覆盖件104如图4B所示向下偏转，并且如图4C所示快速返回。
参考图2至图4C描述的触觉输出是致动器的实施例，所述致动器产生全局触觉输出，或者影响或可在键盘100的整个表面上感觉到的触觉输出。在一些情况下，可以使用局部触觉输出替代或补充全局触觉输出。例如，图5A至图5C示出了沿着图2中的线B-B观察的键盘100的局部剖视区域，示出了可由致动器或致动器的组合产生的局部触觉输出。
如图5A所示，当手指500接近覆盖件104的输入区域502时，传感器诸如触摸或接近传感器可以检测手指500的存在和/或接近。一旦检测到手指500接近，致动器可以使覆盖件104的输入区域502向上移动以与手指500相遇。例如，可致动操作性地耦接到覆盖件104的机电或压电致动器以引起输入区域502的局部偏转。使覆盖件104局部变形的致动器可以是任何合适的致动器，诸如机电致动器、压电致动器(例如，直接耦接到覆盖件104的压电致动器，覆盖件104下方的使覆盖件104局部变形的压电弯曲器)、线性致动器、音圈电机、洛伦兹力致动器、电活性聚合物致动器等。
随着手指500继续向下按压，致动器可允许输入区域502如图5B所示向下移动。如图5C所示，一旦手指500移动阈值距离或释放向下压力，致动器可以使输入区域502再次向上移动，无论是将输入区域502返回到其原始位置还是进一步向上移动。无论图5A至图5C中描绘的移动单独地实施还是一起实施，它们可以向用户提供类似于按键或按钮按压的敲击或运动的感觉。在一些实施方案中，多个此类输入区域502可以被限定并且可以在覆盖件104上单独控制，以在由覆盖件104(或其他顶部构件)限定的输入表面上提供局部反馈。
如上所述，在一些实施方案中，可以实现图5A至图5C中示出的移动的子组。例如，响应于力输入，致动器可以使输入区域502如图5A所示向上“弹出”或偏转并且快速返回。作为另一实施例，致动器可以响应于力输入替代地使输入区域502如图5B所示向下偏转，并且如图5C所示快速返回。
图6A至图6C示出了沿着图2中的线B-B观察的图2的输入设备的简化剖视图，示出了可产生覆盖件104的局部变形或偏转的示例性触觉致动器601。例如，触觉致动器601可以被配置为垂直回缩和/或延伸(如图6A至图6C中取向的那样)以向覆盖件104施加触觉输出。图6A示出了处于静止或中性状态的触觉致动器601，而图6B示出了触觉致动器601处于回缩状态，导致覆盖件104的局部凹陷。图6C示出了触觉致动器601处于延伸状态，导致覆盖件104的局部突起。
触觉致动器601可以附接于覆盖件104和下部支撑件诸如外壳102，使得当触觉致动器601回缩(例如，垂直缩短)时，触觉致动器601在覆盖件104上下拉并且使覆盖件104局部变形和/或偏转。触觉致动器601可以通过粘合剂诸如压力或热敏粘合剂、环氧树脂、胶水等附接于覆盖件104和外壳102(或任何其他合适的部件或结构)。
触觉致动器601可以包括与顺应性层602(例如，602-1，...，602-n)交织的电极层604(例如，604-1，...，604-n)。为了产生触觉输出，并且具体地讲，为了回缩或缩短致动器601，可以选择性地对电极层604充电，使得电极层(例如，相邻的电极层)彼此吸引。例如，第一电极层604-1可以带正电荷，第二电极层604-2可以带负电荷，从而使第一电极层604-1和第二电极层604-2彼此吸引。随着第一电极层604-1和第二电极层604-2通过电极之间的吸引力(例如，静电力)拉到一起时，该吸引力可导致第一顺应性层602-1变形。可以将类似的电荷施加到其他电极层604，以使整个触觉致动器601回缩。另一方面，为了延伸触觉致动器601以在覆盖件104上产生向上的力(例如，以形成突起)，电极层604可以用相同或相似的电荷充电，使得电极层604相互排斥。例如，所有电极层604可以带正电荷。所产生的排斥力(例如，静电排斥)可以使顺应性层602垂直拉伸，从而在覆盖件104中产生局部突起或变形。
触觉致动器601可以被配置为产生各种类型的触觉输出。例如，触觉致动器601可以反复收到脉冲作用以产生振动，或者可以致动一次以在一个方向上产生变形，然后返回到中性状态，产生单个“弹出”型触觉输出。这些和其他类型的触觉输出可以包括触觉致动器601的回缩，触觉致动器的延伸或两种类型的移动。例如，可以通过将特定电荷循环地施加到电极层604，使得所述电极层被吸引到相邻的电极层604，从而压缩顺应性层602并回缩致动器601，从而产生振动。当在循环之间去除电荷时，电极层604可以不产生力，从而使触觉致动器601返回到中性位置。类似地，可以通过循环地将电荷施加到电极层604(这导致电极层604彼此排斥)，然后去除电荷以允许触觉致动器601返回中性位置从而产生振动。还可以通过在吸引电荷和排斥电荷之间交替，导致致动器601的交替回缩和延伸，从而产生振动。可以使用类似的操作模式以产生非重复触觉输出诸如上述的单个“弹出”型输出。
图6A至图6C示出了单个触觉致动器601、键盘(例如，键盘100)或其他输入设备或设备可以包括多个触觉致动器601。图6D示出了触觉致动器601相对于覆盖件104的示例性布置。具体地讲，图6D示出了以键盘图案布置的触觉致动器601，其中至少一个致动器601位于每个输入区域下方(其可以对应于键盘布局的按键)。例如，单个致动器601可以位于每个字母和数字按键的下面，而一些输入区域诸如可对应于空格键的区域605可以包括多个致动器601。在一些情况下，如图6D所示，致动器601可以布置成网格图案，而不是将致动器601映射到特定输入区域。另选地，键盘100可以包括用于按键子组的每一者的分立触觉致动器601，而其他按键共享触觉致动器601。例如，键盘100的每个字母和数字按键可以对应于不同的触觉致动器601，而其他组的非字母按键诸如制表键、大写锁定键、左移键和左控制键可以共享共同的触觉致动器601。
图6E示出了触觉致动器601相对于覆盖件104的另一示例性布置。在该实施例中，触觉致动器601可以由单个片材形成或者以另外方式经由一个或多个连接元件606互连。连接元件606可以是与形成致动器601自身的顺应性层602的材料相同的材料。在一些情况下，触觉致动器601和连接元件606可以是集成结构。例如，可以通过切割连续的顺应性材料片材以形成致动器601、连接元件606和间隙610从而形成触觉致动器601和连接元件606。然后可以将这种片材与电极604层压以形成致动器601和连接元件606的整体片材。虽然连接元件606可以将触觉致动器601接合成单个公共结构，但是连接元件606可以省略电极层604。该配置可以保持致动器601的电隔离，以允许致动器601的独立致动。
间隙610可以在触觉致动器601周围提供间隙，以在致动器被压缩时允许致动器601的侧向变形。在一些情况下，间隙610是自由空间(例如，空气)，而在其他情况下，将另一种材料诸如比顺应性层602更顺应的材料引入到间隙(并且因此允许顺应性层602的侧向偏转)。
连接元件606可以提供若干益处。例如，它们可以通过在相邻致动器601之间提供较少的无支撑区域来为覆盖件104提供额外的结构支撑。此外，它们可以帮助隔离或局部化由力输入和/或按键选择产生的偏转，这可以改善局部力和/或触摸感测功能。例如，其可以提高力感测***可以检测力输入的位置的分辨率。
如图6A至图6C所示，触觉致动器601用于产生局部触觉输出。例如，示出了覆盖件104响应于触觉致动器601的延伸或回缩而局部偏转或变形。可以通过足够柔性以产生局部变形和/或偏转的覆盖件104促进覆盖件104中的这种突起和凹陷。例如，在覆盖件104是玻璃的情况下，该玻璃可以具有在约60至80GPa范围内的弹性模量，以及在约0.1mm至0.5mm范围内的厚度。其他尺寸、性质和材料(例如，塑料、织物、金属)也是可能的。此外，覆盖件104可以在某些区域中被加强或加固，以帮助隔离由触觉致动器601产生的变形和/或偏转。例如，可以在覆盖件104底部的各种触觉致动器601之间形成肋或施加肋。肋可以延伸到另一个结构诸如外壳102，或者它们可以仅部分地延伸到另一个结构(诸如图10B和图11B中所示的肋1007)。
触觉致动器601可以被配置为产生全局触觉输出，诸如参考图4A至图4C描述的那些。在这种情况下，覆盖件104可以被配置为抵抗或最小化局部变形或偏转，使得触觉致动器601施加的力可以在覆盖件104上的任何地方被感知(或者至少在比触觉致动器自身更大的区域上被感知到)。例如，覆盖件104可以比用于局部触觉输出的覆盖件104更厚和/或更硬。更具体地，覆盖件104可以是厚度在约0.75至2.0mm范围内的玻璃。另选地，覆盖件104可以是金属、塑料等。此外，在使用全局触觉输出的情况下，设备可以包括可以同时或单独地操作的多个触觉致动器601。
触觉致动器601可包括任何合适数量的顺应性层602和电极层604。例如，触觉致动器601可以包括40个顺应性层602和41个电极层604，每个顺应性层602夹在两个电极层604之间。电极层604可以由任何合适的材料形成或包括任何合适的材料，诸如金、铝、铜、氧化铟锡(ITO)等。顺应性层602同样可以由任何合适的材料形成或包括任何合适的材料，诸如硅树脂、胶乳、弹性体、聚合物、凝胶或任何其他顺应性材料。顺应性层602可以是任何合适的厚度，诸如从约10微米至约50微米厚。在某些情况下，其厚度约为25微米。当从顶部观察时，致动器601可以具有任何合适的形状诸如正方形、矩形、圆形等。在一些情况下，当从顶部(例如，通过覆盖件104)观察时，致动器601具有约40×40mm，约25×25mm或约15×15mm的长度和宽度尺寸。在一些情况下，致动器601具有与所在输入区域(例如，虚拟按键)基本相同的尺寸。还设想其他尺寸。
触觉致动器601可以以任何合适的方式布置在键盘100(或者其他输入设备)中。例如，
响应于键盘100检测到满足阈值(例如，力阈值)的力输入，可以产生任何前述触觉输出。具体地讲，触觉输出可用于向用户指示他们已经用足够的力按压键盘100以注册输入。这样，键盘100可以引起模仿或暗示机械键盘的动作的感觉，其中触觉输出表示塌缩机械按键的感觉。此外，可以选择或优化触觉输出或者键盘100所使用的输出的属性，以提供类似于塌缩机械按键的触感。在一些情况下，可能不响应于对应于由于手指放置在键盘100上的偶然接触产生的输入，由于对键盘100的触摸输入而导致的低力输入(例如，当使用输入表面作为触控板)等产生触觉输出。
如上所述，无键键盘诸如键盘100可以包括便于检测用户输入的一个或多个力感测***。如本文所使用的，力感测***对应于可确定施加到表面或其一部分的力的量的机构和相关联的处理器、软件等的任何组合。力感测***可包括一个或多个力感测元件，诸如压电元件、应变仪、光学位移传感器等。
在一些实施方案中，单个力感测***可用于确定施加到覆盖件104的力的总量(例如，全局力感测)。然而，这种类型的力感测***可提供不足的信息，以确定产生检测到的力的物理接触的位置。(或者其可能无法以合适的分辨率确定位置。)因此，在使用全局力感测的情况下，可以使用触摸感测***确定用户手指(或其他工具或输入构件)与覆盖件104之间的每个接触的位置。加速度计还可以与触摸感测***和力感测***结合使用以确定力输入的位置。例如，一个或多个加速度计和相关联的处理器可以检测振动或运动签名，所述振动或运动签名指示来自特定手指或键盘100的输入表面上的特定位置的输入。触摸感测***和全局力感测***(以及可选地，加速度计)一起可用于确定用户何时以及在何处尝试在键盘100的表面上施加输入。
在其他实施方案中，可以使用多个力感测***(或与单个力感测***相关联的多个力感测元件)来确定施加到覆盖件104上的分立区域或已知位置的力的量。例如，在一些情况下，键盘100的每个输入区域106(例如，对应于传统按键诸如字符输入按键的大小和/或位置)与其自己唯一的力感测***或力感测元件相关联。换句话说，每个按键被单独监测以检测力输入。在一些情况下，代替监测每个单独按键的力，键盘100被分成多个力感测区域或像素，其中至少一些包括多个按键。具体地讲，基于典型的打字模式，可存在不太可能同时接触的按键组。例如，用户可以将他或她的手指沿着按键的“常驻行”或中央行放置，并且将他或她的手指移动离开常驻行以敲击各个按键。由于用户手指相对于键盘的水平定位，用户在任何给定时间不太可能触摸单个列中的多个按键。作为更具体的实施例，在传统的“标准英文打字”键盘上，用户的手指可在敲击“f”按键的同时放置在“a”按键上，但是用户的手指不太可能在敲击“q”按键的同时放置在“a”按键上。因此，可以通过提供力感测像素(例如，与全局力感测***相反)增加力敏键盘的精度，而无需针对每个按键采用不同的力感测***或力感测元件。
这种力感测像素可以包括不同组的输入区域，并且可以基本上彼此独立地检测力。例如，施加到一个力感测像素的力输入可以由与该力感测像素相关联的力感测***(或元件)检测，但是不能由与不同力感测像素相关联的力感测***(或元件)检测(或者其可能不满足第二力感测***或元件的检测阈值)。在一些情况下，每个力感测像素(以及/或者与每个力感测像素相关联的力感测元件)产生与每个其他力值不同的力值。例如，处理器可以使用与第一力感测像素相关联的第一力感测***或元件(独立于与不同的力感测像素相关联的第二力感测***或元件)来确定施加到第一力感测像素的力。类似地，处理器可以使用与第二力感测像素相关联的第二力感测***或元件(独立于第一力感测***或元件)来确定施加到第二力感测像素的力。因此，可以独立地评估每个力感测像素以确定力输入是否已经施加到该特定力感测像素，并且/或者确定施加到特定像素的力的量。
图7A至图7B示出了具有不同示例性力感测区域或力像素布置的键盘100。在图7A中，力感测区域702(或像素)布置成大致两行，第一行在线701上方，并且第二行在线701下方。线701将键盘大致纵向分成两半，并且每行中有十个力感测区域702。在图7B中，力感测区域704也布置成大致两行，第一行在线703上方，并且第二行在线703下方。图7B包括每行中的八个力感测区域704。力感测区域704可以是基本上对角地取向的(相对于在图7B中从左向右延伸的键盘的纵向轴线)。这种布置可以对应于典型的打字模式，其中每个特定的手指倾向于用于按压对角线分组中的按键。
在一些实施方案中，诸如图7A至图7B中所示的那些，每行包括至少八个力感测区域。这样，每行至少包括针对可由特定手指(在八像素布置的情况下不包括拇指)访问(或者通常由其敲击)的每个区域的单独力感测区域。此外，力感测区域702、704的至少一个子组包括至少两个单独的输入区域/按键的组(例如，力感测区域被配置为检测施加到至少两个单独的输入区域/按键的力)。
图7A至图7B中的力感测区域的布置(包括每个力感测区域包括哪个按键)仅是实施例。在各种实施方案中，力感测区域可包括与这些图中所示的那些不同的输入区域(例如，按键)。
力感测区域702(图7A)和704(图7B)可分别对应于一个力感测***或元件。也就是说，施加到力感测区域702、704中任何位置的力可以产生单个力值而不考虑力的位置。如上所述，力感测***或元件可以使用任何合适的力感测技术和/或方法，包括电容式力感测、压电力感测、应变仪等。每个力感测区域702、704的力感测***或元件可位于力感测区域下方并且位于键盘100的外壳102内。覆盖件104可以沿着力感测区域702、704的边界分段，以允许每个力感测区域至少在某种程度上彼此独立地移动。在一些实施方案中，覆盖件104沿着力感测区域702、704的边界(例如，在底表面或顶表面上)开槽。凹槽可以允许力感测区域702、704基本上彼此独立地移动，并且可以减小一个力感测区域响应于施加到相邻力感测区域中的输入区域的力而偏转的程度。这可以改善在每个力感测区域处检测到的力的独立性。
与每个力感测区域(例如，区域702、704)相关联的力感测***或元件可以被配置为响应于不同力值检测按键按压。例如，可以将力感测区域中检测到的力输入与不同的力阈值进行比较。因此，通常承受较小力的力感测区域(诸如通常由用户的小拇指敲击的那些)可以使用与通常用较大力敲击的那些区域(诸如通常由用户的食指敲击的那些)使用不同(例如，较低)的力阈值。
图8A至图8C示出了键盘100的局部剖视图(例如，沿着图1中的线A-A观察)，示出了可以结合本文描述的实施方案使用的示例性局部力感测***800。如本文所述，力感测***800可以提供局部力感测，使得可以确定来自手指、触笔或其他工具或输入构件的各个力输入的力和位置两者。此外，力感测***800的分辨率可以基本上等于或大于输入区域的分辨率，使得每个力输入可以可靠地与给定输入区域相关联。
力感测***800可包括覆盖件802(例如，对应于图1中的覆盖件104)、顺应性材料804和电容感测层806。覆盖件802可以限定输入表面，如上面关于覆盖件104所描述的。力感测***800通过检测电容变化确定力，其中该电容变化由用户的手指808(或其他工具或输入构件)与电容感测层806的接近度的改变引起。具体地讲，覆盖件802可以响应于施加的力输入而局部变形或偏转，从而压缩或以其他方式使顺应性材料804变形，并且允许用户的手指808(或者与电容感测层806电容耦合的任何其他工具或输入构件)移动接近电容感测层806。
可以对顺应性材料804和/或覆盖件104的偏转和/或压缩行为进行建模，使得与力感测***800相关联的处理器可以确定给定力输入的力的量。具体地讲，可以在覆盖件802上的不同位置施加已知力，以确定由施加到给定位置的给定量的力导致的电容变化。该信息可以作为表示力与电容关系曲线的等式存储在表格中，或者存储在可用于将电容值与力值相关联的任何其他数据结构或算法中。
作为电容传感器的替代或补充，可以使用其他类型的传感器检测覆盖件802和下层之间的距离变化。例如，电容感测层806可以由检测覆盖件802的局部变形的光学位移传感器阵列替换(或可由其补充)。在使用距离或位移传感器的情况下，可以在覆盖件802上的不同位置施加已知力，以确定由施加到给定位置的给定量的力产生的传感器值。该信息可以作为表示力与位移关系曲线的等式存储在表格中，或者存储在可用于将(例如，由光学位移传感器测量的)位移或距离变化与力值相关联的任何其他数据结构或算法中。
图8B示出了力感测***800，同时覆盖件802通过手指808或其他输入构件局部变形。覆盖件802可响应于局部力输入而局部变形。换句话说，覆盖件802不是那么坚硬或刚性的，使得典型打字力的手指按压不能在覆盖件802中产生局部变形或凹陷810。覆盖件802的非局部偏转(例如，向下平移)也可响应于力输入而发生。
覆盖件802可以由任何合适的材料形成或包括任何合适的材料诸如玻璃、金属、聚碳酸酯、蓝宝石等。可以选择覆盖件802的尺寸和/或材料以提供合适的局部变形轮廓(例如，直径和深度)。例如，覆盖件802可具有在约60至80GPa范围内的弹性模量，以及在约0.1mm至0.5mm范围内的厚度。
顺应性材料804可以由任何合适的材料形成或包括任何合适的材料，诸如泡沫、凝胶、硅树脂、(例如，由硅树脂形成的)顺应性材料点或结构的阵列、液体、空气等。顺应性材料804可以支撑覆盖件802的触摸和/或力敏感区域上的覆盖件802，诸如覆盖件802的限定输入区域(例如，按键)的区域。例如，如图1所示，顺应性材料804可位于基本上整个覆盖件104下方，或者仅位于限定输入区域或按键106的区域下方。由顺应性材料804提供的支撑可以帮助将施加到覆盖件802的力输入的影响隔离在覆盖件802的有限区域。更具体地，当力输入诸如对应于覆盖件802上的按键按压的手指按压被施加到不包括顺应性材料804的力感测***时，覆盖件802可能倾向于基本上全局地偏转。例如，如果力感测***具有气隙而不是顺应性材料，手指按压可使覆盖件802一直变形到覆盖件的边缘。另一方面，在包括顺应性材料804的情况下，顺应性材料804防止或减少覆盖件802在不直接接触(或紧邻)物体的区域中的偏转或变形。
顺应性材料804还可提供可预测的力-位移关系，力感测***800可以利用该关系帮助确定力输入的力值。例如，尤其是与使用气隙而不是顺应性材料804的力感测***800相比，顺应性材料804可以有助于改善覆盖件802的输入表面上的力-位移响应的一致性。更具体地，在没有顺应性材料804的情况下，在覆盖件802的中心附近(例如，远离覆盖件802的支撑边缘)施加的力可以比在覆盖件802的边缘附近施加相同力引起覆盖件802的更多偏转。顺应性材料804的支撑效果可有助于防止或限制响应于输入力尤其是远离覆盖件802的边缘或支撑区域的输入力的下垂或全局偏转的量。以这种方式，施加到覆盖件802的中心和边缘(实际上覆盖件802的任何区域)的输入力可以导致类似的变形。此外，由于顺应性材料804提供给覆盖件802的大面积支撑，这些变形可比没有顺应性材料804时更加局部化(例如，更小)，因此产生更高分辨率的触摸和力感测结果。
顺应性材料804可以是单个连续片材、多个片材区段或其他形状或构造(例如，点、支柱、角锥、柱、盘等)。可以选择顺应性材料804的尺寸和/或材料(或任何其他属性诸如毒物比、刚度、硬度、硬度计值等)以结合覆盖件802提供合适的局部变形轮廓。例如，顺应性材料804可具有在约0.5mm至约2.0mm范围内的厚度。在顺应性材料804包括多个顺应性构件或材料(例如，点、支柱、片材等)的情况下，每个顺应性构件可具有基本相同的厚度，使得覆盖件802与下面的感测层(例如，感测层806)之间的距离在包括输入区域的区域基本相同。
可以一起优化和/或评估覆盖件802和顺应性材料804的材料和尺寸，以提供合适的局部变形轮廓。在一些实施方案中，覆盖件802是具有约0.3mm的厚度和约70GPa的弹性模量的玻璃层，并且顺应性材料804是具有约0.5mm的厚度的泡沫。
力感测***800的局部变形特性可以允许检测并单独识别多个相邻的力输入。例如，覆盖件802和顺应性材料804可以响应于力输入而经历足以区分的凹陷，所述力输入彼此间隔接近3.0cm(例如，3.0cm或更大)，如在力输入的几何形心之间测量的。在一些情况下，覆盖件802和顺应性材料804可以响应于更接近的力输入诸如彼此相距2.5、2.0或甚至1.0cm而经历足以区分的凹陷。图8C示出了力感测***800承受来自两个单独的手指808、812(或其他输入构件或工具)的两个力输入。每个手指/输入构件产生其自己的凹陷(分别为814、816)。图8C中的手指808、812的形心可以彼此接近3.0cm(或更接近)。随着手指808、812的形心之间的距离增加，相应的凹陷变得比图8C中所示的更加不同。
图9A至图9B示出了力感测***的局部剖视图，示出了电容感测层的示例性配置。具体地讲，图9A示出了可对应于力感测***800的力感测***900，其包括覆盖件902(例如，覆盖件802、104)、顺应性材料904(例如，顺应性材料804)和顺应性材料904下方的电容感测层906。电容感测层906被配置为直接电容耦合至用户的手指903或与覆盖件902接触的其他物体诸如触笔或笔。具体地讲，电容感测层906可经由自电容检测手指903。由于电容感测层906直接电容耦合至用户的手指903，因此可以不包括其他电容感测层(诸如电容耦合至感测层906的电极或驱动层)。更具体地，力感测***900的一些实施方案可以不包括在覆盖件902和顺应性材料904之间(或者在覆盖件902和电容感测层906之间)的另一电容感测层。
电容感测层906可以包括衬底910，诸如电路板或柔性电路材料以及一组电极912。电极912可以是施加到衬底910并且耦接到处理器和/或其他电子部件的导电迹线，其有助于确定由于手指903的存在而导致的电容变化(并因此确定力)。电极912的位置可以是已知的，使得给定电极912处的电容变化的检测可以向设备指示力输入在覆盖件902上的位置。
电极912的尺寸可以限定力感测***900的分辨率。例如，电极912的尺寸可以与输入区域(例如，虚拟按键)相同或更小(例如，表面面积或任何其他适当的尺寸)。在这种情况下，可以从力感测***900确定用户选择了什么按键。也就是说，如果在特定按键下方的一个或多个电极912(例如，输入区域106，图1)检测到对应于阈值力的电容变化，则力感测***900和/或其连接的设备可以注册该按键的选择。由于这种力感测***的分辨率，可能不必使用单独的触摸感测***来确定在输入表面上施加力输入的位置。
图9B示出了可对应于力感测***800的力感测***916，其包括覆盖件902、顺应性材料904和顺应性材料904下方的电容感测层914。电容感测层914包括设置在衬底918(例如，电路板或柔性电路)上的电极920。配对电极920，使得监测或测量两个电极920之间的电容，如图9B中的电容器符号所示。当手指903(或其他工具)使覆盖件902变形并接近电极920时，手指903改变在靠近手指903的电极920之间测量的电容。具体地讲，手指903改变电极920周围区域的电容率或介电常数。力感测***916及其相关联的部件和处理器可以检测那些电极920之间的电容变化，以确定变形量，从而由此确定施加到覆盖件902的力的量。与力感测***900类似，力感测***916可不包括在覆盖件902和顺应性材料904之间的第二感测层。
上述力感测***900、916提供局部力检测，其中可以由力感测***确定力输入的位置和力输入的力的量两者。而且，力感测***900、916的分辨率可以足够高，使得来自各个手指的力输入的位置可以彼此区分。
图10A至图10C示出了可以与键盘100(或任何其他合适的输入设备或电子设备)结合使用的示例性局部力感测***。图10A至图10C中所示的力感测***使用应变仪确定施加到输入表面的力的量。具体地讲，并且如图11A至图11B中更详细地所示，应变仪可用于确定输入表面(例如，覆盖件104)的偏转或变形量，然后可将其与(与输入相关联的)力的量相关。
图10A示出了包括衬底1002的示例性力感测***1001。衬底1002可以对应于图1中的覆盖件104，或者其可以对应于可以设置在覆盖件诸如覆盖件104的下方(例如，耦接到底部)的部件。衬底1002可以由任何合适的材料形成或包括任何合适的材料，诸如玻璃、聚合物、柔性电路材料、聚酯薄膜等。
力感测***1001包括应用于衬底1002或以其他方式与衬底集成的应变仪1004。应变仪1004可以是任何合适的构造，并且可以由任何合适的材料形成。例如，应变仪1004可以包括具有蛇形或线圈图案(或任何其他合适的图案)的导体并且设置在薄膜或其他衬底上。在一些情况下，应变仪1004可以包括两个或更多个衬底或薄膜，每个衬底或薄膜具有盘绕或蛇形导体并且彼此层压。该构造可以有助于过滤或抑制由温度、磁场等在应变仪1004上引起的噪声、干扰或其他不期望的影响。
应变仪1004可以具有任何合适的尺寸，并且可以以任何合适的图案布置在衬底1002上。例如，如图所示，应变仪1004可以全部具有基本相同的尺寸并且以规则的网格图案布置在衬底1002上。从衬底1002的顶部观察，应变仪1004可具有任何合适的尺寸，诸如约10×10mm、15×15mm或任何其他合适的尺寸。虽然应变仪1004可能不直接映射到键盘的各个按键或输入区域，但是可以通过分析来自多个(例如，所有)应变仪1004的信号以识别输入的估计位置(例如，形心)，从而确定力输入在衬底1002上的位置，而无论在衬底1002或其他相关联的输入表面上的应用输入的位置如何。
然而，在一些情况下，相应的应变仪1004可以定位成对应于相应的按键或输入区域。例如，图10B示出了力感测***1009，其中衬底1003上的应变仪1005的图案基本上模仿按键或输入区域的图案，使得键盘的每个按键或输入区域具有设置在其下方的至少一个应变仪1005。因此，由给定应变仪1005测量的力可用于独立地确定对应的按键或输入区域是否已由用户致动，而无需参考与其他按键或输入区域相关联的应变仪。
在每个按键或输入区域与至少一个唯一的应变仪相关联的情况下，衬底1003(其可对应于覆盖件104或设置在覆盖件下方的部件)可包括形成在衬底1003上或以其他方式耦接到衬底的肋1007。肋1007可以帮助隔离由施加到衬底1003或上覆覆盖件的力和/或触摸输入产生的变形和/或偏转，如关于图11B更详细地示出和描述的。在设备包括自适应显示器以在覆盖件104上的不同位置处产生虚拟输入区域的情况下，可以省略此类肋以促进在输入表面的表面上更均匀的力感测。
图10C示出了具有大于图10A所示应变仪的应变仪1008的图案的力感测***1011，示出了力感测***的衬底上的应变仪的另一示例性布置。虽然应变仪1008大于图10A所示的应变仪，它们仍然可以提供用于确定力输入的位置的合适分辨率。例如，通过检测和分析来自多个应变仪1008的信号(例如，以确定力输入的形心)，可以以约+/-5mm的分辨率确定力输入的位置，这可适用于可在输入表面上示出或在自适应显示器上显示的多个输入区域，诸如键盘按键(例如，虚拟按键)、游戏输入或其他示能表示。
图11A示出了键盘100的局部剖视图(例如，沿着图1中的线A-A观察)，示出了力感测***1001(图10A)结合在键盘100中的实施例。如图11A所示，手指1105向衬底1002(其可对应于覆盖件104)施加力，在衬底1002中产生局部凹陷1102。耦接到衬底1002的凹陷区域的应变仪1006可产生信号或其他可检测的现象，其对应于由于变形而由衬底1002经历的相对偏转和/或应变量。通过评估应变仪1006，可以确定由手指1105施加的力输入的量值，以及力输入的位置。
图11A中的键盘100示出了下部部件1106，其可以对应于外壳102或电子设备的另一内部部件或结构。如图所示，衬底1002可以通过间隙1104与下部部件1106分离。间隙1104可以是空的(例如，可以是气隙)，或者它可以完全或部分地填充有材料，诸如与参考图7A至图7C描述的顺应性材料704类似的顺应性材料(例如，泡沫、凝胶、硅树脂、(例如，由硅树脂形成的)顺应性材料点或结构的阵列等)。顺应性材料可以帮助支撑衬底1002并且可以帮助局部化和/或隔离由力输入引起的衬底1002的偏转。
图11B示出了键盘100的局部剖视图(例如，沿着图1中的线A-A观察)，示出了力感测***1009(图10B)结合在键盘100中的实施例。如图11B所示，手指1107向衬底1003(其可对应于覆盖件104)施加力，在衬底1003中产生局部凹陷1108。如参考图10B所描述，力感测***1009可包括形成在衬底1003上或以其他方式耦接到衬底的肋1007。肋可以隔离和局部化由力输入引起的衬底1003的偏转。例如，如图11B所示，来自手指1107的力输入大部分包含在肋1007-2和1007-3之间。因此，应变仪1005-3可承受比附近应变仪(例如，应变仪1005-2、1005-4)更大的应变，从而降低了在附近或相邻按键或输入区域处按键按压的错误检测的可能性。
图11B中的键盘100示出了下部部件1112，其可以对应于外壳102或电子设备的另一内部部件或结构。如图所示，衬底1003可以通过间隙1110与下部部件1112分离。间隙1110可以是空的(例如，可以是气隙)，或者它可以完全或部分地填充有材料，诸如与参考图7A至图7C描述的顺应性材料704类似的顺应性材料(例如，泡沫、凝胶、硅树脂、(例如，由硅树脂形成的)顺应性材料点或结构的阵列等)。顺应性材料可以帮助支撑衬底1003并且可以帮助进一步局部化和/或隔离由力输入引起的衬底1003的偏转。
图12示出了键盘100的局部剖视图(例如，沿着图1中的线A-A观察)，示出了使用致动器1201检测施加到衬底1208(其可对应于覆盖件104)的力的力感测***1200。图12中的键盘100示出了下部部件1210，其可以对应于外壳102或电子设备的另一内部部件或结构。
致动器1201可以对应于本文描述的触觉致动器601。具体地讲，致动器1201可以提供如上所述的触觉致动功能以及力感测功能两者。例如，致动器1201(其可以具有与触觉致动器601相同的构造)包括夹在电极层1204之间的顺应性层1206。电极层1204可以用作互电容感测方案中的电极。例如，一个电极层可以用作驱动电极，另一个电极层可以用作感测电极。当感测和驱动电极移动更靠近在一起时，诸如当手指1202或其他工具使衬底1208变形并压缩致动器1201时，处理器或其他电路可以检测到所产生的电气变化，其可以与经由力输入施加力的量相关联。更具体地，力感测***1200可以使用力与电容(或其他电气现象)相关性确定对应于测量的电容值(或其他电气值)的力的量。
在一些实施方案中，致动器1201中的电极层1204的仅两个电极层用于电容力感测。在其他实施方案中，使用更多电极层1204诸如所有电极层。如上所述，致动器可包括40个顺应性层1206和41个电极层1204。在这种情况下，所有41个电极可用于电容感测。也可以使用更少的电极。
值得注意的是，致动器1201可以检测所施加的力并且基本上同时产生触觉输出。例如，触觉信号可以具有相对低的频率(例如，在2和200Hz之间，尽管其他频率也是可能的)，而用于电容传感器的驱动电极的驱动信号可具有相对高的频率(例如，在100到200kHz之间，尽管其他频率也是可能的)。因此，可以基本上同时将这样的频率施加到致动器1201的电极层，使得在检测到由于力输入引起的电气变化的同时产生触觉输出。当感测力输入时，力感测***1200的处理器和/或电路可以补偿由于触觉输出引起的顺应性层1206的任何压缩或延伸，以便减轻触觉输出对力测量的任何污染。
在键盘100包括可被多于一个手指敲击或致动的力感测区域(诸如覆盖上述整个键盘或力感测像素的单个力感测区域)的情况下，力感测***可基于与表面接触的手指的数量调节或选择力阈值。
例如，指示用户尝试致动平坦表面上的虚拟按键的典型力输入可以在约25至约150克的范围内。因此，当力感测***检测到高于该值的力输入时，其应该注册虚拟按键的选择。然而，如果用户将多个手指放置在键盘的表面上，则力感测***可检测非零基线力。基线力的这种变化可导致力输入的正误报检测，有效地降低了触发输入所需的力的量。作为一个实施例，如果由于三个手指放置在键盘上而产生的基线力是20克，则简单地将第四个手指放置在键盘上可能足以使设备错误地识别力输入。
因此，力感测***可以基于在给定时间与键盘的输入表面接触的手指的数量动态地来确定指示按键按压的力阈值。图13示出了曲线图1300，示出了基于与输入表面(例如，覆盖件104)接触的不同手指数量的三个示例性基线力和力阈值。具体地讲，基线力1302可以对应于一个手指放置在表面上的力。然后将力阈值设定在高于基线力1302的特定值1306，从而产生力阈值1304。类似地，基线力1308可以对应于两个手指放置在表面上的力，并且力阈值可以被设置在高于基线力1302的特定值1312，从而产生力阈值1310。在确定三个手指放置在表面上的情况下，可以将力阈值设置为高于基线力1314的特定值1318，从而产生力阈值1316。在一些情况下，力阈值设置在比基线力高约25至约150克之间，诸如高于基线力约30克，而无论基线力的值是多少。在其他情况下，力阈值可以设置为高于基线力不同量，具体取决于与表面接触的手指的数量。
可以基于放置在键盘的输入表面上的手指的数量来确定基线力1302、1308和1314。例如，对应于放置在表面上的一个手指的基线力可以确定为10克。因此，当在表面上检测到一个手指时，无论施加到表面的任何实际检测到的力是多少，基线力可以是10克。类似地，当在表面上检测到两个手指时，基线力可以是20克，依此类推。因此，可以基于与输入表面接触的手指的数量在任何给定时间确定力阈值，而无需考虑由手指施加到表面的力的实际量。
图14示出了用于检测电子设备的输入表面上的按键按压的示例性过程1400。过程1400可以在本文讨论的任何示例性设备上实施。例如，过程1400可用于确定电子设备响应于力输入应该执行什么动作(如果有)，并且可以使用例如处理单元和参考图20描述的其他硬件元件实施。过程1400可被实施为存储在电子设备的存储器内的处理器可执行指令。
在操作1402中，确定与电子设备的输入表面(例如，覆盖件104的表面，图1)接触的手指的数量。例如，键盘100的触摸感测***可用于确定与覆盖件104接触的手指的数量。
在操作1404中，确定指示按键按压的力阈值。例如，键盘100确定某个力阈值，如果满足该力阈值，则将导致键盘100注册输入区域(例如，虚拟按键)的选择。至少部分地基于与输入表面接触的手指的数量确定力阈值。例如，对于确定与输入表面接触的手指的数量，力阈值可以比基线力高约25至约150克之间。每个手指接触的基线力可以是10克。因此，与输入表面接触的每个另外的手指可以向基线力增加另外10克。其他值也是可能的。而且，每个数量的手指的基线力可能不会线性增加。例如，一个手指的基线力可以是10克，八个手指的基线力可以是40克。
在操作1406中，检测满足力阈值的力输入。可以利用力感测***诸如上述任何力感测***检测力输入。
在操作1408中，响应于在操作1406检测到力输入，可以注册输入区域的选择。例如，如果确定已经将满足阈值的力输入应用于按键的位置，则注册该按键(例如，其可对应于文本字符)的选择。键盘100可以将选择传送给电子设备，电子设备可以执行适当的动作或响应(诸如将文本字符输入到应用程序中)。
在一些情况下，可以基于检测到的力输入的量值替代地或另外地建立力阈值。也就是说，不同用户可以用不同的力打字或应用输入到键盘。更具体地，第一用户可以针对每次击键以相对较低的力打字(例如，使用大约10克的平均力)，而第二用户可以针对每次击键以相对较大的力打字(例如，使用大约100克的平均力)。因此，键盘100可以在检测到多个输入之后通过调节力阈值来适应各个用户。例如，键盘100可以检测指示打字输入(例如，按键按压)的输入，诸如应用于按键区域的输入和/或具有指示按键按压的频率或其他模式的输入，并且可以确定输入的平均力。然后，键盘100可以基于按键按压的平均力调节力阈值。因此，如果力阈值显著低于由键盘100检测到的用户的平均打字力，则键盘100可能将(不旨在作为按键按压的)较轻的触摸误认为是按键按压。另一方面，如果力阈值显著高于键盘100检测到的用户的平均打字力，则键盘100可能无法将所有用户输入识别为按键按压。因此，键盘100可以基于平均检测到的力输入动态地设置力阈值。在一些情况下，力阈值可以被设置为低于平均打字力的预先确定的量，诸如比平均打字力低1％、5％、10％或20％(或任何其他合适的值)。
可以以任何合适的间隔检测平均打字力，诸如以基于时间的周期性为基础(例如，每1小时、每5小时等)，或者以基于事件为基础(例如，每次打开文字处理应用时，每次重启电脑时等)。还设想了其他间隔、周期和触发事件。
无键键盘还可包括检测基于触摸和/或运动的输入(例如，轻扫、捏合、旋转或轻击)的类似于触控板的触摸感测***。因此，可以检测与在输入表面上的移动相对应的触摸输入。响应于检测到对应于跨输入表面的移动的触摸输入，可以改变光标在电子设备的显示器上的位置。触摸感测***可以与键盘的按键共享相同的输入表面，使得用户可以以各种方式与平坦键盘的表面进行交互，包括打字(例如，力输入)和传统的触控板输入(例如，轻扫、捏合、旋转、轻击等)。
如上所述，键盘100可以包括可以改变键盘100的表面上的按键(例如，虚拟按键)布局的自适应显示器。图15A至图17示出了可以在包括力感测和触觉输出两者的键盘100中实施的示例性布局和其他功能。
例如，如参考图15A至图15C所述的，输入设备1500可以检测用户的手指1532的位置，并且根据用户放置他或她的手指1532的位置和方式定义多个输入区域。这可以通过允许输入区域(或按键)1506的不同布置、尺寸和位置来改善用户体验。
如图15A所示，输入表面1504最初可是不活动的，没有定义的输入区域或输入区域的视觉指示。当用户的手指1532接近输入表面1504时，输入表面1504可以如图15B所示变为活动的。例如，输入表面1504可以结合接近传感器诸如触摸感测***，其检测用户的手指1532的存在和/或位置。这些传感器可以检测用于定义输入区域1506的期望位置。输入区域1506可以另选地响应于附加的用户动作诸如手势的执行、输入表面1504的触摸或输入表面1504的按压进行限定。
在自适应输入表面1504上限定输入区域1506(例如，虚拟按键)的同时或者响应于这一操作，可在视觉上指示输入区域1506。例如，输入表面1504内的显示可以在视觉上指示虚拟按键1506的位置。也可以或者替代地通过触觉指示虚拟按键1506的位置。例如，致动器(例如，压电致动器、静电元件等)可以提供可以被用户感知作为虚拟按键1506的物理边界的振动或其他输出。例如，当用户将手指直接放置在虚拟按键1506的中心时，可以不提供触觉输出。当用户将手指移动到按键边界(或者初始将手指放置在按键边界上)时，致动器可以产生输出，从而向用户指示他们的手指在按键边界上。
输入区域的位置和输入区域的对应视觉标记还可以根据用户交互进行自适应。例如，输入设备1500还可包括存储多个键盘布局的计算机可读存储器，每个键盘布局具有对应的视觉表示。图15B中所示的布局可以是第一布局(例如，虚拟按键的第一配置)，而图15C可以是第二布局(例如，虚拟按键的第二配置)。附加布局也可以存储在输入设备1500内，或者可以由另一计算设备传输到输入设备1500。
如图15C所示，如果用户的手指1532放置在输入设备1500上的不同布置或位置，则输入区域1506可以被不同地定义(例如，根据第二键盘布局)。如图15C所示，用户的手指以彼此成一定角度放置在先前不活动的输入表面上，而不是按照图15B所示成直线放置在输入表面上。输入设备可以将该放置识别为对应于人体工程学键盘布局(例如，第二存储的键盘布局)，并且相应地限定输入区域1506和输入区域的对应视觉标记。这些实施例本质上是说明性的，并且可以根据本发明实施进一步的键盘布局或输入方案，无论是由于用户交互、编程的偏好，还是通过与输入设备通信的应用程序的软件控制。
包括力感测、触觉输出和自适应显示器的输入设备可用于限定除传统键盘之外的用户界面。图16示出了结合在笔记本或膝上型电脑1642内的示例性输入设备1600，其中在自适应输入表面1604上产生另选用户输入。
笔记本电脑1642包括外壳1602，外壳具有带显示器1644的上部部分和容纳输入设备1600的下部部分。外壳可以进一步容纳各种部件，诸如处理单元(可以与输入设备1600的处理单元共享或者可以是独立的)、存储器、计算机可读介质、输入/输出端口、传感器、麦克风、扬声器等。输入设备1600可包括力感测***、触摸感测***和一个或多个触觉致动器(未示出)。本文描述的任何力或触摸感测***或触觉致动器可用输入设备1600中。
输入设备1600具有自适应输入表面1604(其可对应于图1中的覆盖件104或本文所述的任何其他覆盖件)。输入表面1604被示出为适于与在笔记本电脑1642的显示器1644上呈现的活动软件应用程序(这里是音乐播放器)交互。输入表面1604具有限定的输入区域，包括媒体回放控件1646和虚拟触控板1648。输入表面1604还限定了音量控件1650的输入区域。随着用户沿着音量控件1650滑动手指1632，输入设备1600的触摸和/或力感测***可以检测用户的手指1632的运动，并且可以激活触觉致动器(例如，使得输入表面1604振荡或振动)并向用户提供触觉反馈。随着手指1632滑动以增加音量，触觉反馈可以增加强度(例如，频率或幅值)，并且随着手指1632滑动以减小音量，触觉反馈的强度可以减小。
类似地，图17示出了笔记本电脑1742内结合的示例性输入设备1700。笔记本电脑1742包括外壳1702，外壳具有带有显示器1744的上部部分和容纳根据本发明的输入设备1700的下部部分。
输入设备1700具有自适应输入表面1704(其可对应于图1中的覆盖件104或本文所述的任何其他覆盖件)。输入表面1704被示出为适于与笔记本电脑1742的显示器1744上呈现的软件应用程序(这里为web浏览器)的用户界面进行交互。假设输入表面1704先前定义了包括虚拟按键的标准键盘布局，当打开web浏览器时，虚拟按键1706可以被移位和/或截断，而虚拟触控板1748可以被重新定位到输入表面1704的中心。随着虚拟触控板1748更突出地定位，用户1732可以更容易地导航网页，这可能经常需要移动指针1752并点击链接。
如图18至图19所示，根据本发明的输入设备诸如无键键盘可以以多种形式实现。输入设备可以结合到设备诸如笔记本电脑中，如上面参考图16和图17所示的，或者它们可以是与主机计算机或如图18至图19所示的其他设备通信的独立设备。
图18示出了与台式计算机1854通信的示例性键盘1800。键盘1800可以通过有线或无线连接与台式计算机1854通信。键盘1800具有外壳和位于外壳内的自适应输入表面1804。输入表面1804限定了可对应于字符输入按键的输入区域1812。键盘1800可包括本文所述的力感测***和/或触觉致动器或触觉输出***。
图19示出了结合到覆盖件壳中的示例性输入设备1900。覆盖件壳可以附接到便携式平板计算设备1956并与其通信。输入设备1900可以通过有线连接、电接触连接或无线连接与平板计算设备1956通信。输入设备1900具有限定输入区域1912的自适应输入表面1904。输入设备1900可包括本文所述的力感测***和/或触觉致动器或触觉输出***。
以上附图中示出的示例性设备本质上是说明性的，并且可以以多种其他方式实施。此外，虽然上述实施例用平坦的、通常光滑的输入表面示出，但是本发明也可以使用弯曲、弯折、纹理化的、粗糙和其他类型的表面实施。
图20示出了根据本文描述的实施方案的输入设备的示例性部件。图20中示出的示意性表示可对应于本文描绘的设备的部件。然而，图20还可以更一般地表示根据本文描述的实施方案的包括力感测***和可控触觉反馈元件的其他类型的设备。
如图20所示，设备2000包括操作性地连接到计算机存储器2060的处理单元2058。处理单元2058可经由电子总线或电桥操作性地连接到存储器2060。处理单元2058可包括被配置为响应于计算机可读指令来执行操作的一个或多个计算机处理器或微控制器。在结合到较大设备诸如笔记本电脑的情况下，处理单元2058可以是较大设备的中央处理单元(CPU)。除此之外或另选地，处理单元2058可包括位于设备2000内的其他处理器，包括专用集成芯片(ASIC)和其他微控制器设备。处理单元2058可以执行以上实施例中描述的功能。
存储器2060可包括多种类型的非暂态计算机可读存储介质，例如包括读取存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)、或闪存存储器。存储器2060被配置为存储计算机可读指令、传感器值和其他持久性软件元素。
在该实施例中，处理单元2058可操作为读取被存储在存储器2060中的计算机可读指令。该计算机可读指令可使处理单元2058适于执行上文描述的操作或功能。该计算机可读指令可作为计算机程序产品、软件应用程序等来提供。
设备2000还可包括被配置为向设备2000的部件提供电力的电池2062。电池2062可包括连接在一起以提供内部电力供应的一个或多个电力存储单元。电池2062可操作性地耦接到被配置为针对设备2000内的各个部件或部件组提供适当的电压和功率电平的电力管理电路。电池2062可经由电力管理电路从外部电源诸如AC电源插座接收电力。电池2062可存储所接收到的电力，使得设备2000可在没有连接到外部电源的情况下运行延长的时间段，这段时间可在若干个小时到若干天的范围内。
设备2000还可包括显示器2020(或多个显示器2020)。显示器2020可包括液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、电致发光(EL)显示器、电子墨水(e-ink)显示器等。如果显示器2020为LCD或电子墨水型显示器，则显示器2020还可包括可受控以提供可变显示器亮度水平的背光部件。如果显示器2020为OLED或EL型显示器，则可通过修改被提供至显示元件的电信号来控制显示器2020的亮度。显示器2020可以包括独立显示器诸如显示器1744(图17)，以及/或者键盘或其他输入设备的自适应显示器。例如，显示器2020可以结合到键盘中以呈现各种键盘布局或其他用户界面。
在一些实施方案中，设备2000包括一个或多个输入设备2064。输入设备2064是被配置为接收用户输入的设备。输入设备2064可以包括例如按钮、触摸激活按钮等。在一些实施方案中，输入设备2064可提供专用或主要功能，例如包括电源按钮、音量按钮、主页按钮、滚轮和相机按钮。通常，触摸感测***和力感测***也可以被分类为输入设备。然而，出于说明性实施例的目的，触摸感测***(触摸感测元件2018和触摸感测电路2070)和力感测***(力感测元件2066和力感测电路2072)被示出为设备2000内的不同部件。
设备2000可以包括触摸感测***(或多个触摸感测***)。触摸感测***可以包括触摸感测元件2018，或多个触摸感测元件2018，以及触摸感测电路2070。触摸感测***还可以包括或结合电子设备的其他部件，诸如电子设备的覆盖件或输入表面。触摸感测元件2018可包括电极、电极层或其他部件，并且如上所述，可以被配置为根据互电容或自电容触摸感测方案操作。可以附加地或另选地使用用于其他类型的触摸感测方案的触摸感测元件2018，诸如用于表面声波传感器、电阻传感器、红外传感器等的元件。
设备2000还可包括触摸感测电路2070。触摸感测电路2070可以可操作地耦接到触摸感测元件2018以形成触摸感测***的全部或部分。触摸感测电路2070结合触摸感测元件2018可以检测和估计输入表面(诸如无键键盘的输入表面)上或附近的触摸的位置。触摸感测电路2070还可以输出指示检测到的触摸位置的信号或其他标记。触摸感测电路2070还可以可操作地耦接到处理单元2058。
设备2000还可包括力感测***(或多个力感测***)。力感测***可以对应于检测和/或估计施加到输入表面的力的量的任何部件或部件组。例如，力感测***可包括一个力感测元件2066，或者多个力感测元件2066，以及力感测电路2072。力感测***还可以包括或结合电子设备的其他部件，诸如电子设备的覆盖件或输入表面。在设备包括多个力感测***的情况下，每个力感测***可以包括其自己的单独部件(例如，每个可以具有不同的力感测元件和力感测电路)，或者它们可以共享一些部件(例如，每个力感测***可以分别具有自己的力感测元件，但可以共享力感测电路)。
力感测元件2066可以响应于施加到无键键盘(或其他力敏感输入设备)的力输入产生电气值(例如，电阻、电容、电压等)、可检测信号等的变化。感测元件2066可以实现为一个或多个层，诸如电极层或其他导电材料。示例性力敏元件如上所述，并且可包括电容感测元件、电极、压电材料、应变仪等。
力感测电路2072可以可操作地耦接到力感测元件2066以形成力感测***的全部或部分。力感测电路2072结合力感测元件2066可以检测和估计施加到输入表面的力的量。在一些实施方案中，力感测电路2072可以进一步检测所施加的力的位置。力感测电路2072还可输出指示估计的施加力的量的信号或其他标记。在一些实施方案中，力感测电路2072可以使用动态或可调节的力阈值来操作。力感测电路2072可仅根据超过力阈值的施加力输出信号。力感测电路2072还可以可操作地耦接到处理单元2058。
设备2000还可以包括触觉致动器2026(或多个触觉致动器2026)。触觉致动器2026可以由处理单元2058控制，并且可以向与设备2000交互的用户提供触觉反馈，诸如以上关于图2至图6C所示的。在一些实施方案中，多个触觉致动器2026可以在输入表面的不同区域处提供局部宏观触觉反馈。
设备2000还可包括被配置为传输和/或接收来自外部或单独设备的信号或电通信的通信端口2068。通信端口2068可经由电缆、适配器或其他类型的电连接器耦接到外部设备。在一些实施方案中，通信端口2068可用于将设备2000耦接到主机计算机。通信端口2068可以从可用于操作和/或控制设备2000的外部设备接收控制信息。
在上述描述中，为了解释的目的，所使用的特定命名提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，实践所述实施方案不需要这些具体细节。因此，出于举例说明和描述的目的，呈现了对本文所述的具体实施方案的前述描述。它们并非旨在是穷举性的或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上述教导内容，许多修改和变型是可能的。例如，尽管参考按照特定次序执行的特定操作描述和示出了本文公开的方法或过程，可以在不脱离本公开的指教的情况下，将这些操作结合、细分，或者重新排序来形成等同方法或过程。此外，本文关于一个实施方案描述的结构、特征、部件、材料、步骤、过程等可以从该实施方案中省略或者结合到其他实施方案中。

Claims (24)

1.一种用于电子设备的输入设备，包括：
外壳；
顶部构件，所述顶部构件耦接至所述外壳并且限定具有多个可区分的输入区域的输入表面；
第一力感测***，所述第一力感测***与所述顶部构件的第一区域相关联，所述第一区域包括第一组所述可区分的输入区域，并且所述第一力感测***被配置为确定与在所述第一区域内施加的第一力输入相关联的第一力；
第二力感测***，所述第二力感测***与所述顶部构件的第二区域相关联，所述第二区域包括第二组所述可区分的输入区域，并且所述第二力感测***被配置为确定与在所述第二区域内施加的第二力输入相关联的第二力；以及
触摸感测***，所述触摸感测***被配置为确定来自所述第一组所述可区分的输入区域的哪个输入区域对应于所述第一力输入，并且确定来自所述第二组所述可区分的输入区域的哪个输入区域对应于所述第二力输入。
2.根据权利要求1所述的输入设备，其中：
所述多个可区分的输入区域对应于键盘的按键；
在所述顶部构件上视觉上区分所述多个可区分的输入区域；
所述输入设备被配置为通过在给定组的所述可区分的输入区域内检测触摸位置和满足力阈值的力值两者，来检测特定输入区域的按键按压；并且
所述输入设备还包括触觉输出***，所述触觉输出***被配置为响应于检测到所述按键按压而产生触觉输出。
3.根据权利要求2所述的输入设备，其中：
所述触觉输出***包括：
第一致动器，所述第一致动器具有沿着第一方向的第一致动轴；以及
第二致动器，所述第一致动器具有沿着不平行于所述第一方向的第二方向的第二致动轴；并且
所述输入设备被配置为响应于检测到连续的按键按压而在致动所述第一致动器和所述第二致动器之间交替。
4.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述第一力感测***被配置为独立于所述第二力感测***确定所述第一力。
5.根据权利要求1所述的输入设备，其中：
所述第一组所述可区分的输入区域对应于通常由用户的手的第一手指选择的按键；并且
所述第二组所述可区分的输入区域对应于通常由所述用户的手的第二手指选择的按键。
6.根据权利要求1所述的输入设备，其中：
所述第一力感测***和所述第二力感测***是一组力感测***的一部分；并且
所述一组力感测***在所述顶部构件上限定两行力感测区域。
7.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述第一组所述可区分的输入区域和所述第二组所述可区分的输入区域相对于所述输入设备的纵向轴线是基本上对角地取向的。
8.一种用于电子设备的键盘，包括：
外壳；
覆盖件，所述覆盖件耦接到所述外壳并限定输入表面；
位于所述外壳内并耦接到所述覆盖件的第一致动器，所述第一致动器被配置为沿着基本平行于所述输入表面的第一轴向所述覆盖件施加第一力；以及
位于所述外壳内并耦接到所述覆盖件的第二致动器，所述第二致动器被配置为沿着第二轴向所述覆盖件施加第二力，所述第二轴垂直于所述第一轴并基本平行于所述输入表面；
其中所述键盘被配置为响应于所述输入表面上的连续力输入而在致动所述第一致动器和所述第二致动器之间交替。
9.根据权利要求8所述的键盘，其中：
所述键盘被结合到电子设备中；
所述电子设备包括耦接到所述外壳的显示器，其中所述显示器不同于所述键盘；
所述输入表面包括表示字符输入按键的输入区域；并且
所述第一致动器和所述第二致动器被配置为向用户提供触觉反馈以引发表示机械按键的感觉。
10.根据权利要求9所述的键盘，还包括在所述外壳内配置为检测所述输入区域上的所述连续力输入的力感测***。
11.根据权利要求9所述的键盘，其中所述第一致动器和第二致动器是线性致动器，每个致动器包括：
线圈；以及
磁体，所述磁体被配置为响应于电流通过所述线圈而移动。
12.根据权利要求8所述的键盘，其中：
所述第一致动器被配置为沿着所述第一轴振荡以向所述覆盖件施加所述第一力；并且
所述第二致动器被配置为沿着所述第二轴振荡以向所述覆盖件施加所述第二力。
13.一种用于电子设备的力感测***，包括：
覆盖件，所述覆盖件限定输入表面，所述输入表面包括多个输入区域，每个输入区域对应于输入按键，所述覆盖件被配置为响应于施加到所述多个输入区域的一输入区域的输入力而局部变形；
电容感测层，所述电容感测层位于所述覆盖件下方；
顺应性材料，所述顺应性材料介于所述覆盖件和所述电容感测层之间并且位于所述输入区域下方；以及
处理器，所述处理器电耦合到所述电容感测层，并且被配置为：
基于所述电容感测层和施加到所述输入区域的输入构件之间的电容变化来确定所述输入力的力值；并且
基于一组电极中哪一个电极检测到所述电容变化来确定所述输入力的位置。
14.根据权利要求13所述的力感测***，其中：
所述覆盖件由玻璃制成；
所述力感测***耦接到笔记本电脑的外壳的下部部分，并且被配置为用作所述笔记本电脑的键盘；
在视觉上区分所述多个输入区域以限定所述笔记本电脑的键盘；以及
所述笔记本电脑包括耦接到所述外壳的上部部分的显示器。
15.根据权利要求14所述的力感测***，其中所述力感测***被配置为区分具有相距约3.0cm或更小的形心的力输入。
16.根据权利要求14所述的力感测***，其中：
所述玻璃具有在约60至约80GPa范围内的弹性模量；
所述玻璃具有在约0.1至约0.5mm范围内的厚度；并且
所述顺应性材料具有在约0.5mm至约2.0mm范围内的厚度。
17.根据权利要求16所述的力感测***，其中所述顺应性材料为泡沫。
18.根据权利要求13所述的力感测***，其中所述力感测***不包括在所述覆盖件和所述顺应性材料之间的另一电容感测层。
19.根据权利要求13所述的力感测***，其中所述电容感测层包括一组电极，每个电极具有与所述输入区域的面积相同或更小的面积。
20.一种检测按键按压的方法，包括：
确定与电子设备的输入表面接触的手指的数量；
至少部分地基于与所述输入表面接触的所述手指的数量来确定指示按键按压的力阈值；
检测满足所述力阈值的力输入；以及
响应于检测到所述力输入，注册对应于文本字符的输入区域的选择。
21.根据权利要求20所述的方法，其中确定与所述输入表面接触的所述手指的数量的操作包括使用触摸感测***来确定与所述输入表面接触的所述手指的数量。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括：
检测对应于跨所述输入表面的移动的触摸输入；以及
响应于检测到对应于跨所述输入表面的所述移动的所述触摸输入，改变光标在所述电子设备的显示器上的位置。
23.根据权利要求22所述的方法，其中：
检测所述力输入的操作包括利用力感测***检测所述力输入；以及
检测所述触摸输入的操作包括利用触摸感测***检测所述触摸输入。
24.根据权利要求20所述的方法，其中对于与所述输入表面接触的手指的所确定的数量，所述力阈值比基线力高约25和150克之间。
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