[發明專利]通過超聲波傳感器進行力檢測

有效

• 申請號: 201380048951.X
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN104756054B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: B·Q·赫皮;M·P·格倫特哈納;J·G·埃里亞斯;S·費利茲;S·P·霍特林
• 申請（專利權）人: 蘋果公司
• 主分類號: G06F3/043
• 分類號: G06F3/043;H03K17/94;H03K17/96;G06F3/041
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 羅亞男

相關申請的交叉引用

本專利合作條約專利申請要求于2012年5月9日提交的并且名稱為“Ultrasound-Based Force Sensing”的美國臨時申請61/676,293的優先權，該專利申請的內容全文以引用方式并入本文。

背景技術

技術領域

本專利申請整體涉及使用超聲波進行力感測。

背景技術觸摸設備通常提供對用戶觸摸設備的位置的識別，包括移動、手勢和位置檢測的其他效果。對于第一實例，觸摸設備可向計算系統提供關于用戶與圖形用戶界面(GUI)進行交互的信息，諸如指向某元件、對那些元件進行重新取向或重新定位、編輯或打字，以及其他GUI特征。對于第二實例，觸摸設備可向計算系統提供適于用戶與應用程序進行交互的信息，諸如涉及動畫、照片、圖片、幻燈片演示、聲音、文本、其他視聽元素等的輸入或操控。

有時發生如下情況：當與GUI或與應用程序交接時，將有利的是，用戶能夠指示當操控、移動、指向、觸摸或以其他方式與觸摸設備進行交互時所施加的力的大小。例如，可能有利的是，用戶能夠以利用相對較輕觸摸的第一種方式或以利用相對較有力的或更急速的觸摸的第二種方式來操控屏幕元素或其他對象。在一種這樣的情況下，如果用戶能夠利用相對較輕的觸摸來移動屏幕元素或其他對象，則這可能是有利的，同時用戶可另選地利用相對較有力的或更急速的觸摸來調用或選擇同一屏幕元素或其他對象。

這些實例中的每個實例以及其他可能的考慮可能使得觸摸設備發生一個或多個困難，至少因為當接觸該觸摸設備可能使得GUI或應用程序不能提供可能有利的功能時沒有能力確定由用戶所施加的力的大小。當調用此類功能時，沒有能力提供那些功能可能會使觸摸設備受制于較少的能力，受制于觸摸設備的效果和價值的可能文檔。

發明內容

本專利申請提供了包括電路和設計的技術，該電路和設計能夠確定當接觸設備諸如觸摸設備時由用戶所施加的力的大小以及由用戶所施加的力的大小的變化，并能夠使用觸摸識別、GUI的觸摸元素和應用程序中的觸摸輸入或操控而被并入設備中。本專利申請還提供了包括應用那些技術的設備的技術，該技術可確定接觸設備諸如觸摸設備時由用戶所施加的力的大小以及由用戶所施加的力量的變化，以及作為其響應，提供觸摸設備用戶可用的附加功能。

在一個實施例中，技術可包括提供并入觸摸設備中的力敏傳感器。對于第一實例，力敏傳感器可包括超聲波設備，該超聲波設備可檢測用戶按壓、推動或以其他方式接觸觸摸設備有多用力的測量。對于第二實例，力敏傳感器可包括一個或多個力感測元件，該力感測元件中的每個力感測元件可檢測設備的表面上的特定位置處的所施加的力的測量。對于第三實例，力敏傳感器可包括一個或多個力感測元件，該力感測元件可共同檢測設備的表面上的涉及移動或指定區域的手勢中的所施加的力的測量。

在一個實施例中，技術可包括從設備內的位置生成超聲波脈沖，從設備的表面和空氣或用戶的手指之間的界面反射超聲波脈沖，以及測量指示設備的表面處的所施加的力的大小的信號，并且可能測量所施加的力的特定位置?？蓪⒊暡}沖定向到設備的表面的一組力感測元件中的特定的一個力感測元件，其中每個力感測元件區分所施加的力的特定位置。根據施加于設備的表面上的所施加的力的大小，并且可能根據該所施加的力的位置，超聲波脈沖可能會從設備的表面以不同方式反射。這些要素具有如下效果：如果用戶向設備的表面處的特定位置施加力，則超聲波脈沖將響應于該所施加的力的大小以及可能響應于該所施加的力的位置而以不同方式反射。

在一個實施例中，技術可包括由壓電元件響應于生成超聲波脈沖的觸發信號來生成超聲波脈沖，該壓電元件諸如聚偏氟乙烯(PVDF)元件或具有壓電效應的另一種物質。可響應于觸發信號，在特定時間處生成具有特定持續時間或具有特定信號格式(諸如特定頻率、脈沖編碼或波形形狀)的特定超聲波脈沖，具有如下效果：可響應于該特定超聲波脈沖的反射形式來識別特定超聲波脈沖的反射。在有一組力感測元件的實施例中，可由特定標識符(諸如其時間、持續時間、頻率或信號格式)在其生成點和時間處區分每個特定超聲波脈沖，具有如下效果：可通過哪一個或多個力感測元件反射其自身特定的超聲波脈沖來區分所施加的力。例如，每個力感測元件可在超聲波脈沖的循環周期中具有為發射而分配的其自身的特定時隙，以及為接收而分配的其自身的特定時隙，具有如下效果：可區分來自不同力感測元件的反射。