特許 6846079 力感知及び触覚フィードバックを伴うキーレスキーボード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6846079

(24)【登録日】2021年3月3日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】力感知及び触覚フィードバックを伴うキーレスキーボード

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/01 20060101AFI20210315BHJP

   G06F 3/0488 20130101ALI20210315BHJP

   G06F 3/041 20060101ALI20210315BHJP

   G06F 3/023 20060101ALI20210315BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/01 560

   G06F3/0488 160

   G06F3/041 480

   G06F3/023 400

【請求項の数】13

【全頁数】38

(21)【出願番号】特願2018-549530(P2018-549530)

(86)(22)【出願日】2017年9月12日

(65)【公表番号】特表2019-517048(P2019-517048A)

(43)【公表日】2019年6月20日

(86)【国際出願番号】US2017051059

(87)【国際公開番号】WO2018052871

(87)【国際公開日】20180322

【審査請求日】2018年10月22日

(31)【優先権主張番号】62/393,989

(32)【優先日】2016年9月13日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】503260918

【氏名又は名称】アップル インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ａｐｐｌｅ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】特許業務法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】レーマン， アレックス ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】チャン， チャング

(72)【発明者】

【氏名】チィー， ダユ

(72)【発明者】

【氏名】シルズ， ケネス エム．

(72)【発明者】

【氏名】ワン， ポール エックス．

(72)【発明者】

【氏名】シュ， キリアン

(72)【発明者】

【氏名】ガオ， ジョン

(72)【発明者】

【氏名】マックエン， スコット ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】マハラティ， レザ ナシリ

【審査官】 ▲高▼瀬 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０５３７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０５４４６６４６（ＣＮ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０２４６３７９８（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５１１１０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０１

Ｇ０６Ｆ ３／０２３

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０４８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子デバイス用の入力デバイスであって、
エンクロージャと、
前記エンクロージャに連結されており、キーボードのキーに対応する複数の区別された入力領域を有する入力表面を画定している上部部材であって、
前記区別された入力領域の第１のグループを含む第１のエリアと、
前記区別された入力領域の第２のグループを含む第２のエリアと
を含む上部部材と、
前記上部部材の前記第１のエリアに関連付けられた第１の力感知システムであって、
前記上部部材の下の第１の容量性感知層と、
前記上部部材と前記第１の容量性感知層との間にあるコンプライアント材料とを備え、
前記第１の力感知システムが、前記第１の容量性感知層に対する入力部材の近さに起因する容量変化を検出することにより前記第１のエリア内に印加される第１の力入力に関連付けられた第１の力を判定するように構成され、前記入力部材は前記第１のエリア内で前記上部部材の第１の局所的な変形をもたらす、第１の力感知システムと、
前記上部部材の前記第２のエリアに関連付けられた第２の力感知システムであって、
前記上部部材の下の第２の容量性感知層と、
前記上部部材と前記第２の容量性感知層との間にあるコンプライアント材料とを備え、
前記第２の力感知システムが、前記第２の容量性感知層に対する入力部材の近さに起因する容量変化を検出することにより前記第２のエリア内に印加される第２の力入力に関連付けられた第２の力を判定するように構成され、前記入力部材は前記第２のエリア内で前記上部部材の第２の局所的な変形をもたらす、第２の力感知システムと、
前記区別された入力領域の前記第１のグループの中からどの入力領域が前記第１の力入力に対応するかを判定し、前記区別された入力領域の前記第２のグループの中からどの入力領域が前記第２の力入力に対応するかを判定する、ように構成されている、タッチ感知システムと、を備える、入力デバイス。

【請求項2】

前記区別された入力領域が、前記上部部材上で視覚的に区別されており、
前記入力デバイスが、前記区別された入力領域の所与のグループ内でタッチの場所と力閾値を満たす力値との両方を検出することによって特定の入力領域のキー押圧を検出するように構成されており、
前記入力デバイスが、前記キー押圧の検出に応じて触知出力を生成するように構成されている触覚出力システムを更に備える、請求項１に記載の入力デバイス。

【請求項3】

前記触覚出力システムが、
第１の方向に沿って第１の作動軸線を有する第１のアクチュエータと、
前記第１の方向に対して平行でない第２の方向に沿って第２の作動軸線を有する第２のアクチュエータと、を含み、
前記入力デバイスが、連続するタイピングを検出するのに応じて前記第１のアクチュエータの作動と前記第２のアクチュエータの作動を交互に行うように構成されている、請求項２に記載の入力デバイス。

【請求項4】

前記第１の力感知システムが、前記第２の力感知システムとは独立して前記第１の力を判定するように構成されている、請求項１に記載の入力デバイス。

【請求項5】

前記区別された入力領域の前記第１のグループが、ユーザの手の第１の指によって通常選択されるキーに対応し、
前記区別された入力領域の前記第２のグループが、前記ユーザの手の第２の指によって通常選択されるキーに対応する、請求項１に記載の入力デバイス。

【請求項6】

前記第１の力感知システム及び前記第２の力感知システムが、一群の力感知システムの一部であり、
前記一群の力感知システムが、力感知領域の２つの行を前記上部部材に画定する、請求項１に記載の入力デバイス。

【請求項7】

前記区別された入力領域の前記第１のグループ及び前記第２のグループが、前記入力デバイスの長手方向軸線に対して斜めに向けられている、請求項１に記載の入力デバイス。

【請求項8】

前記上部部材が、ガラスから形成されており、
前記第１の力感知システムと、前記第２の力感知システムとが、前記エンクロージャの下部部分に連結されており、かつ、ノートブックコンピュータ用のキーボードとして構成されており、
前記区別された入力領域が、視覚的に区別されて、前記ノートブックコンピュータ用の前記キーボードを画定しており、
前記ノートブックコンピュータが、前記エンクロージャの上部部分に連結されたディスプレイを含む、請求項１に記載の入力デバイス。

【請求項9】

前記第１の力感知システムと、前記第２の力感知システムとが、３．０ｃｍ以下の隔たった重心を有する力入力を区別するように構成されている、請求項８に記載の入力デバイス。

【請求項10】

前記ガラスが、６０〜８０ＧＰａの範囲内の弾性率を有し、
前記ガラスが、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内の厚みを有し、
前記コンプライアント材料が、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内の厚みを有する、請求項８に記載の入力デバイス。

【請求項11】

前記コンプライアント材料が、発泡体である、請求項１０に記載の入力デバイス。

【請求項12】

前記入力デバイスが、前記上部部材と前記コンプライアント材料の間に別の容量性感知層を含まない、請求項１に記載の入力デバイス。

【請求項13】

前記第１の容量性感知層及び前記第２の容量性感知層のそれぞれが、電極の個別のセットを含み、前記電極の個別のセットは、前記区別された入力領域の面積と同じか又はそれより小さい面積をそれぞれの電極が有する、請求項１に記載の入力デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

記述される実施形態は、一般に、コンピューティング入力デバイスに関する。より詳細には、本実施形態は、触覚フィードバックを有する力感知入力デバイス及び／又はタッチ感知入力デバイスに関する。

【0002】

関連出願の相互参照
本ＰＣＴ（特許協力条約）特許出願は、「Ｋｅｙｌｅｓｓ Ｋｅｙｂｏａｒｄ ｗｉｔｈ Ｆｏｒｃｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ Ｈａｐｔｉｃ Ｆｅｅｄｂａｃｋ」と題する、２０１６年９月１３日出願の米国仮特許出願第６２／３９３，９８９号の優先権を主張し、その内容は、参照により本明細書に全体として援用される。

【背景技術】

【0003】

マウス、キーボード、トラックパッドなどの従来のコンピューティング入力デバイスは、専用のキー又はボタンを使用して動作する傾向にある。それぞれのキー又はボタンの動作は、特定の機能又はコマンドと連動され得る。しかし、従来の入力デバイスは、より新しい装置、オペレーティングシステム、及びソフトウェアによって提供される拡張的機能を受け入れる柔軟性を欠いている。更なる欠点として、従来の入力デバイスの専用のキー又はボタンは、ユーザの様々なニーズ及び選好に適合することができない。

【0004】

タッチ入力デバイスなどの代替の入力デバイスは、機械的なキーボード、マウス、及び同様の入力デバイスよりも、入力シナリオ及びカスタマイゼーションに関していくらか高い柔軟性を提供するように見受けられる。しかし、タッチ感知入力デバイスは、しばしば、触知フィードバックをほとんど又は全くユーザに与えない、平坦で可撓性のない入力表面を有し、したがって多くのシナリオにおいて、従来の入力デバイスほど望ましくない場合がある。

【0005】

したがって、動作中、ユーザにフィードバックを提供しながら、より高い柔軟性とカスタマイズのしやすさとの両方を実現するために、改良型の入力デバイスが求められている。

【発明の概要】

【0006】

電子デバイス用の入力デバイスは、エンクロージャと、エンクロージャに連結されており、複数の区別された入力領域を有する入力表面を画定している上部部材とを含むことができる。入力デバイスは、区別された入力領域の第１のグループを含む上部部材の第１のエリアに関連付けられた第１の力感知システムであって、第１のエリア内に印加される第１の力入力に関連付けられた第１の力を判定するように構成されている、第１の力感知システムと、区別された入力領域の第２のグループを含む上部部材の第２のエリアに関連付けられた第２の力感知システムであって、第２のエリア内に印加される第２の力入力に関連付けられた第２の力を判定するように構成されている、第２の力感知システムとを更に含むことができる。入力デバイスは、区別された入力領域の第１のグループの中からどの入力領域が第１の力入力に対応するかを判定し、区別された入力領域の第２のグループの中からどの入力領域が第２の力入力に対応するかを判定する、ように構成されている、タッチ感知システムを更に含むことができる。

【0007】

第１の力感知システムは、第２の力感知システムとは独立して第１の力を判定するように構成され得る。区別された入力領域の第１のグループは、ユーザの手の第１の指によって通常選択されるキーに対応することができ、区別された入力領域の第２のグループは、ユーザの手の第２の指によって通常選択されるキーに対応することができる。

【0008】

複数の区別された入力領域は、キーボードのキーに対応することができる。複数の区別された入力領域は、上部部材上で視覚的に区別され得る。入力デバイスは、区別された入力領域の所与のグループ内でタッチの場所と力閾値を満たす力値との両方を検出することによって特定の入力領域のキー押圧を検出するように構成され得る。入力デバイスは、キー押圧の検出に応じて触知出力を生成するように構成されている触覚出力システムを更に備えることができる。

【0009】

触覚出力システムは、第１の方向に沿って第１の作動軸線を有する第１のアクチュエータと、第１の方向に対して平行でない第２の方向に沿って第２の作動軸線を有する第２のアクチュエータとを含むことができる。入力デバイスは、連続するキー押圧を検出するのに応じて第１のアクチュエータの作動と第２のアクチュエータの作動を交互に行うように構成され得る。

【0010】

第１の力感知システム及び第２の力感知システムは、一群の力感知システムの一部であってもよく、一群の力感知システムは、力感知領域の２つの行を上部部材に画定することができる。区別された入力領域の第１のグループ及び第２のグループは、入力デバイスの長手方向軸線に対して実質的に斜めに向けられてもよい。

【0011】

電子デバイス用のキーボードは、エンクロージャと、エンクロージャに連結されており、入力表面を画定しているカバーとを含む。キーボードは、また、エンクロージャの中にあり、カバーに連結されている第１のアクチュエータと、エンクロージャの中にあり、カバーに連結されている第２のアクチュエータとを含む。第１のアクチュエータは、入力表面に対して実質的に平行である第１の軸線に沿ってカバーに第１の力を付与するように構成されており、第２のアクチュエータは、第１の軸線に対して垂直であり入力表面に対して実質的に平行である第２の軸線に沿ってカバーに第２の力を付与するように構成されている。

【0012】

第１のアクチュエータは、第１の軸線に沿って発振してカバーに第１の力を付与するように構成されてもよく、第２のアクチュエータは、第２の軸線に沿って発振してカバーに第２の力を付与するように構成されてもよい。キーボードは、入力領域での連続する力入力を検出するように構成されている、エンクロージャの中の力感知システムを更に備えてもよい。

【0013】

キーボードは、エンクロージャに連結されたディスプレイを含む電子デバイスに組み込まれてもよく、ディスプレイは、キーボードとは別個である。入力表面は、文字入力キーを表す入力領域を含んでもよく、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータは、機械的なキーを表す感覚を引き起こすようにユーザに触覚フィードバックを提供するように構成され得る。キーボードは、入力領域での連続する力入力に応じて第１のアクチュエータの作動と第２のアクチュエータの作動を交互に行うように構成されてもよい。キーボードは、加えて、又は代わりに、実質的に同時に第１のアクチュエータと第２のアクチュエータを作動させるように（又は第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータの作動が適時にオーバーラップするように）構成されてもよい。

【0014】

電子デバイス用の力感知システムは、入力キーにそれぞれが対応している複数の入力領域を備えた入力表面を画定しているカバーを含んでもよい。カバーは、複数の入力領域のうちのある入力領域に印加された、入力された力に応じて、局所的に変形するように構成されてもよい。力感知システムは、カバーの下の容量性感知層と、カバーと容量性感知層の間、かつ入力領域の下にあるコンプライアント材料と、容量性感知層に電気的に連結されるプロセッサとを含むことができる。プロセッサは、容量性感知層と入力領域にあてがわれる入力部材との間の容量変化に基づいて入力される力の力値を判定し、どの電極のセットが容量変化を検出したかに基づいて入力された力の場所を判定する、ように構成され得る。容量性感知層は、入力領域の面積と同じか又はそれより小さい面積をそれぞれが有する電極のセットを含んでもよい。力感知システムは、約３．０ｃｍ以下の隔たった重心を有する力入力を区別するように構成され得る。

【0015】

力感知システムは、ノートブックコンピュータのエンクロージャの下部部分に連結されており、ノートブックコンピュータ用のキーボードとして構成されてもよい。複数の入力領域は、視覚的に区別されて、ノートブックコンピュータ用のキーボードを画定することができる。ノートブックコンピュータは、エンクロージャの上部部分に連結されたディスプレイを含んでもよい。

【0016】

カバーは、ガラスから形成されてもよい。ガラスは、約６０〜約８０ＧＰａの範囲内の弾性率を有し得る。ガラスは、約０．１〜約０．５ｍｍの範囲内の厚みを有し得る。コンプライアント材料は、約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲内の厚みを有し得る。コンプライアント材料は、発泡体でもよい。

【0017】

力感知システムは、カバーとコンプライアント材料の間の追加的な容量性感知層を除外してもよい。

【0018】

入力表面は、入力キーにそれぞれが対応している複数の入力領域を含んでもよく、容量性感知層は、入力領域の面積と同じか又はそれより小さい面積をそれぞれが有する電極のセットを含んでもよい。

【0019】

キー押圧を検出する方法は、電子デバイスの入力表面に接触している指の数を判定することと、入力表面に接触している指の数に少なくとも部分的に基づいて、キー押圧を示す力閾値を判定することとを含む。方法は、力閾値を満たす力入力を検出することと、力入力の検出に応じて、あるテキスト文字に対応する入力領域の選択を記録することとを更に含んでもよい。

【0020】

入力表面に接触している指の数を判定する動作は、タッチ感知システムを使用して入力表面に接触している指の数を判定することを含んでもよい。力閾値は、入力表面に接触している、判定された指の数についての基準力より約２５〜１５０グラム高くてもよい。

【0021】

方法は、入力表面を横切る動きに対応するタッチ入力を検出することと、入力表面を横切る動きに対応するタッチ入力を検出することに応じて、電子デバイスのディスプレイ上のカーソルの位置を変更することとを更に含んでもよい。力入力を検出する動作は、力感知システムを用いて力入力を検出することを含んでもよく、タッチ入力を検出する動作は、タッチ感知システムを用いてタッチ入力を検出することを含んでもよい。

【図面の簡単な説明】

【0022】

本開示は、添付図面と併せて以下の詳細な説明によって容易に理解されよう。添付図面では、同様の参照符号は、同様の構造的要素を示している。

【0023】

【図1】入力デバイスの一例を示す。

【0024】

【図2】触覚アクチュエータを有する入力デバイスの一例を示す。

【0025】

【図3A】触覚出力の一例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【図3B】触覚出力の一例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【図3C】触覚出力の一例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【0026】

【図4A】触覚出力の別の例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【図4B】触覚出力の別の例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【図4C】触覚出力の別の例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【0027】

【図5A】触覚出力の更に別の例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【図5B】触覚出力の更に別の例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【図5C】触覚出力の更に別の例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【0028】

【図6A】触覚アクチュエータの一例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【図6B】触覚アクチュエータの一例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【図6C】触覚アクチュエータの一例を示す、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。

【0029】

【図6D】入力デバイスのカバーに対する触覚アクチュエータの配置例を示す。

【図6E】入力デバイスのカバーに対する触覚アクチュエータの配置例を示す。

【0030】

【図7A】例示的な力感知領域を有する入力デバイスを示す。

【図7B】例示的な力感知領域を有する入力デバイスを示す。

【0031】

【図8A】力感知システムの簡略化された断面図を示す。

【図8B】力感知システムの簡略化された断面図を示す。

【図8C】力感知システムの簡略化された断面図を示す。

【0032】

【図9A】力感知システムの簡略化された断面図を示し、容量性センサの例を示す。

【図9B】力感知システムの簡略化された断面図を示し、容量性センサの例を示す。

【0033】

【図10A】局所的な力感知システムの一例を示す。

【図10B】局所的な力感知システムの一例を示す。

【図10C】局所的な力感知システムの一例を示す。

【0034】

【図11A】力感知システムの簡略化された断面図を示し、歪みゲージの一例を示す。

【図11B】力感知システムの簡略化された断面図を示し、歪みゲージの一例を示す。

【0035】

【図12】力感知システムの簡略化された断面図を示し、力感知素子の一例を示す。

【0036】

【図13】力閾値の例を示すグラフである。

【0037】

【図14】キー押圧を検出するプロセスの一例を示す。

【0038】

【図15A】ユーザ対話による入力領域の生成を示す。

【図15B】ユーザ対話による入力領域の生成を示す。

【図15C】ユーザ対話による入力領域の生成を示す。

【0039】

【図16】適応的ディスプレイを有する入力デバイスを用いる、ソフトウェア対話の例を示す。

【図17】適応的ディスプレイを有する入力デバイスを用いる、ソフトウェア対話の例を示す。

【0040】

【図18】入力デバイスの実施形態例を示す。

【図19】入力デバイスの実施形態例を示す。

【0041】

【図20】電子デバイスの一例を示す。

【0042】

添付の図でのクロスハッチング又はシェーディングの使用は、概して、隣り合う要素間の境界を明らかにし、図の視認性も促進するためにも提供される。したがって、クロスハッチング又はシェーディングの存在も不在も、添付の図に示される任意の要素に関する特定の材料、材料特性、要素の割合、要素の寸法、同様に図示されている要素の共通点、又は任意の他の特質、属性、若しくは特性についてのいかなる選好又は要件も伝達又は指示するものではない。

【0043】

追加的に、種々のフィーチャ及び要素（並びにそれらの集合及び群）の（相対的であれ絶対的であれ）割合及び寸法、並びにそれらの間に提示される境界、分離点及び位置関係は、単に本明細書に述べられる種々の実施形態の理解を容易にするために添付の図に提供されるものであり、したがって必ずしも一定の縮尺で提示又は図示されていない場合があり、図示される実施形態についての任意の選好又は要件を、それを参照して述べられる実施形態を除外して示す意図はないことを理解されたい。

【発明を実施するための形態】

【0044】

ここで、添付図面に図示される代表的な実施形態が詳細に説明される。以下の説明は、これらの実施形態を１つの好ましい実施形態に限定することを意図するものではないことを理解されたい。反対に、以下の説明は、添付の特許請求の範囲によって定義される記述されている実施形態の趣旨及び範囲に含まれ得る代替形態、修正形態、及び均等物を対象として含むことを意図するものである。

【0045】

以下の開示は、タッチ感知及び／又は力感知を使用してユーザ入力を検出し、触覚出力を使用してユーザにフィードバックを提供する入力デバイスに関する。このような入力デバイスの一例は、機械的なキー又は動かせるキーを有しないキーボードである。代わりに、キーボードは、ガラス層や金属層などの平坦なキーレス入力表面を有することができ、タッチ感知システム及び／又は力感知システムを含んで、ユーザがいつ表面をタッチ及び／又は押圧したかを判定することができる。触覚アクチュエータは、身体的フィードバックを提供して、ユーザが入力を記録するのに十分な力でキーレス表面を押圧したことを示すことができる。触覚アクチュエータは、機械的なキーに類似した、又は機械的なキーを表す身体的感覚を引き起こすことができる。たとえば、ユーザが十分な力でキーボードの表面を押圧したとき、表面は、振動又はその他の方法で動いて、所期の入力が記録されたことをユーザに示すことができる。

【0046】

タッチ感知に加えて力感知を使用することにより、ユーザが、機械的なキーボードとより同じようにキーレスキーボードを使用することが可能になる場合がある。たとえば、タイピングするとき、ユーザは通常キーボードに複数の指を載せる。キーレスキーボードにタッチ感知しかない場合（たとえば力感知がない場合）、ユーザが特定のキーを選択しようと試みているのか、それとも単にそのキーに指を載せているのかを判定することが困難又は不可能である可能性がある。タッチ感知の代わりの、又はそれに加わる力感知により、キーレスキーボードが偶然の接触と意図的なキー選択を区別することが可能になる。

【0047】

キーレスキーボードの力感知は、大域的であっても局所的であってもよい。大域的力感知においては、キーボードは、表面にある指の位置又は数に関わらず、表面に印加される力の総合的な量又は大きさを判定することができる。しかし、上記のように、ユーザは、能動的に選択されていないキーに自身の指を載せる場合がある。更に、異なるユーザは、異なる数の指をキーに載せる場合があり、又は異なる力の量で指を載せる場合がある。また、同じユーザが、タイピングしている間、異なる瞬間においては、異なる数の指をキーに載せる場合がある。したがって、キー押圧を検出する力閾値は、何本の指がキーボードをタッチしているかに応じて変化し得る。したがって、大域的力感知を備えるキーボードは、キーが押圧されたかどうかを判定する力閾値を、所与の時点において表面と接触している（たとえばタッチ感知システムによって検出される）指の数に基づいて設定することができる。

【0048】

局所的力感知においては、キーボードは、表面上の特定の場所又は複数の場所に印加される力の量又は大きさを判定することができる。局所的力感知システムの一例では、キーボードの表面の下のピクセル化された容量性感知層が使用される。押圧されるとき、ユーザの指は、指の下のキーボード表面にくぼみを形成することができる。ピクセル化された容量性感知層は、くぼみの深さ及び／又は場所を検出して、力の量と場所を両方判定することができる。キーボードは、大域的力感知又は局所的力感知を単体で使用してもよく、これらの技法の組合せを使用してもよい。

【0049】

触覚出力も、大域的であっても局所的であってもよい。大域的触覚出力においては、キーボード表面全体が動いて、触覚出力を提供することができる。このような場合には、キーボード表面に載っているすべての指が、触覚出力を感知することができる。大域的触覚出力は、たとえば、キーボードの入力表面と同一平面内（たとえばｘ方向又はｙ方向）で、又は入力表面と同一平面外（たとえばｚ方向）で表面全体を動かす触覚アクチュエータを用いて生成され得る。いくつかの実施形態では、続いて起こるキー押圧について個々の大域的触覚出力を提供するために、複数の触覚アクチュエータが提供されてもよい。たとえば、入力表面を振動させる単一の触覚アクチュエータは、あるユーザがキーを打つ頻度では、連続する個々の触覚出力を生成できない可能性がある。したがって、複数の触覚アクチュエータが使用され得る。場合によっては、アクチュエータは、方向の異なる振動などの、異なる触覚出力を生成することができる。ユーザは、このような出力が実質的に同時に生成される場合でも、それらを区別することができる可能性がある。

【0050】

局所的触覚出力においては、キーボードの一部のみが動くことができる。たとえば、圧電素子などの局所的な触覚アクチュエータは、変形のすぐ下の指によってのみ（又は主に）感じられる局所的な変形を表面に生じさせ得る。別の例では、静電素子は、入力表面又はその一部に静電電荷を選択的に印加し得る。静電電荷は、ユーザによって知覚される触知刺激又はタッチに基づく刺激を変質又は変更し得る。静電電荷は、ユーザの指を静電的に表面に引き付けることにより、物体（たとえばユーザの指）と入力表面の間で、摩擦又は表面粗さの実際の変化又は知覚される変化を生じさせ得る。キーボードは、単独であれ組み合わせてであれ、大域的又は局所的触覚出力を使用して、ユーザに所望の触覚出力を提供することができる。

【0051】

キーボードは、機械的なキーを有しないので、キーボードは、単なるキーボード入力を超える多くの他の特徴及び機能を提供することができる。たとえば、キーボードは、適応的ディスプレイを含んで、（たとえばキーを表す）入力領域の輪郭やその機能の表示（たとえばグリフ）などの視覚的情報を描画することができる。このように、キーの場所、サイズ、間隔、及び／又は配置は変化し得る。別の例として、キーボードの入力表面は、タッチパッドとして働いて、タイピング入力だけでなく、（たとえばカーソルを動かし、ユーザインタフェース要素を操作する）タッチ入力も検出することができる。

【0052】

この即席の検討では、力感知を使用して入力を検出し、触覚出力を使用して触知フィードバックを提供する入力デバイスの一例としてキーボードが使用されるが、これらの技法は、他の入力デバイスにも使用され得る。たとえば、入力デバイスが適応的ディスプレイを含む場合、ディスプレイは、操作することができて身体的フィードバックが提供され得る、オーディオミキサ、ボタン、楽器などの、様々なアフォーダンス又はオブジェクトの表現を提示し得る。更に、力感知及び触覚出力は、平坦な、キーボードのような入力デバイス以外の装置で使用されてもよい。たとえば、つまみなどの回転する入力デバイスが、力感知システムを用いて入力を検出し、触覚出力を提供してユーザにフィードバックを伝達してもよい。

【0053】

上記その他の実施形態は、各図を参照して以下に述べられる。しかし、これらの図に関して本明細書において与えられる詳細な説明は、単に説明を目的とするものであり、限定するものと解釈すべきではないことが、当業者には容易に理解されよう。

【0054】

図１は、力感知システムを使用してユーザ入力を検出し、触覚アクチュエータを使用して触知出力を提供するキーボード１００の一例を図示する。図に示すように、キーボード１００は、独立型のキーボードの形をとる。しかし、キーボード１００は、デスクトップコンピューティングシステム（図１８）、ラップトップ又はノートブックコンピューティングシステム（図１６及び図１７）、ポータブル電子デバイス用カバー（図１９）、マウスなどの他の装置に（物理的に、かつ／又は通信可能に）連結されてもよい。キーボード１００（及び／又はキーボード１００が物理的に、又は通信可能に連結され得るコンピューティング装置）の内部構成要素の例は、図２０に関して以下に述べられる。

【0055】

図１に示されるように、キーボード１００は、エンクロージャ１０２と、エンクロージャ１０２に連結された上部部材又はカバー１０４とを含む。エンクロージャ１０２は、上部部材又はカバー１０４に構造上の支持を与えることができ、支持スタンド１０８などの追加的なフィーチャを含んでもよい。本明細書で説明されるように、キーボード１００は、力感知システム、触覚アクチュエータ、タッチ感知システム、ディスプレイ構成要素などの構成要素をエンクロージャ１０２の中に含むことができる。

【0056】

カバー１０４（又は上部部材）は、キーボード１００の入力表面を画定する。この例では、カバー１０４は、物理キーの代わりに、キーボード１００の上面に位置決めされる。カバー１０４又は上部部材は、ガラス、金属、プラスチックなどの任意の適当な材料であってもよく、それを含んでもよい。カバー１０４は、フィルタ、コーティング、タッチ感知層、液晶層、ディスプレイ構成要素（たとえば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）層、光源、ライトガイド）などの他の層を含むか又はそれらに連結されてもよい。いかなる機械的なキーもなしに示されているが、キーボード１００は、１つ以上の機械的なキーも含んでもよい。

【0057】

カバー１０４は、タッチ感知面として動作し得る。たとえば、カバー１０４は、タッチ入力に応じることができ、カバー１０４でのタッチ入力の場所を判定するように構成されるタッチ感知システムを含むか又はそれに連結され得る。カバー１０４は、多種多様なタッチ入力を受けることができ、それは多様なコマンド又は動作のセットを読み取るために使用され得る。

【0058】

追加的に、又は別法として、カバー１０４は、力感知面として動作するように構成され得る。たとえば、カバー１０４は、カバー１０４に印加される力の場所及び／又は量を検出するように構成される力感知システムを含むか又はそれに連結され得る。力感知システムは、印加力の量を判定又は推定するように構成される力感知回路を含むことができる（又は動作可能にそれに接続され得る）。力感知回路は、力閾値を超える力の量を判定するのに応じて、信号を出力するか又はその他の方法で入力が検出されたことを記録することができる。力閾値は、固定されていても可変でもよく、異なる入力に対応する２つ以上の閾値が提供されてもよい。たとえば、閾値は、カバー１０４と接触している指の数に基づいてもよい。

【0059】

カバー１０４は、区別された入力領域１０６も含むことができる。たとえば、区別された入力領域１０６のうちの少なくともいくつかは、文字入力キー（たとえば英数文字、記号文字、テキストスペース、タブなど）に対応し得る。場合によっては、他のキーは、（たとえばオーディオ音量、スクリーン輝度、又は他の装置機能を制御するために、）必ずしも文字入力を生じることのない、装置の他の態様を制御し得る。

【0060】

区別された入力領域１０６は、塗料、インク、エッチング、溝、突起、突条、触感などを用いて、視覚的にかつ／又は触知的に互いに区別又は識別されるカバー（又は入力表面を画定する他の上部部材）の領域でもよい。区別された入力領域１０６は、文字入力キー（たとえば英数字キーボードのキー）、ボタン、又は他のアフォーダンスに対応し得る。区別された入力領域１０６は、本明細書では単に入力領域１０６と呼ばれる場合がある。

【0061】

場合によっては、区別された入力領域１０６は、仮想的に互いに区別されてもよい。たとえば、カバー１０４は、アダプタブルディスプレイを含むか又はその一部であってもよい。アダプタブルディスプレイは、１つ以上の区別された入力領域１０６に対応する視覚的しるしを表示するように構成される照光ディスプレイでもよい。区別された入力領域１０６がアダプタブルディスプレイによって仮想的に画定される場合、それは仮想キーと称され得る。エミュレートされているアフォーダンスのタイプ、ユーザの選好、及び／又はキーボード１００によって制御されているアプリケーションに応じて、様々な視覚的しるしの１つ以上のセットが表示され得る。

【0062】

キーボード１００は、図１に示されている、又は示されていない、種々の他の構成要素又は装置も含むことができる。具体的には、キーボード１００は、エンクロージャ１０２の１つ以上の面に沿って位置決めされる１つ以上のポート又は電気コネクタも含むことができる。ポートは、たとえばＵＳＢ接続ポート、ＩＥＥＥ１３９４データポート、オーディオ接続ポート、ビデオ接続ポート、又は信号若しくはデータを送る、かつ／若しくは受けるように構成される他の電気的ハードウェアポートを含んでもよい。ポートは、壁コンセントや他の電源などの外部電源から電力を受けるように構成される電力接続ポートも含み得る。キーボード１００は、別の装置に接続する有線通信接続部１１０も含んでよく、又はキーボード１００は、別の装置と通信する無線送信機及び／又は無線受信機を含んでもよい。処理ユニットなどの他の内部構成要素が含まれてもよい。こうしたいくつかの内部構成要素は、図２０を参照して以下に述べられる。

【0063】

上記のように、キーボード１００は、キーボード１００のカバー１０４又は上部部材全体を動かす、又はその他の方法で力を付与するように構成される触覚アクチュエータを含むことができる。図２は、キーボード１００の平面図であり、カバー１０４に連結された、エンクロージャ１０２の中の第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６を含む一例を図示する。第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６がカバー１０４に力を付与する、又はその他の方法でキーボード１００の上部部材上で検出可能な触覚出力を生成する限り、それらはキーボード１００の中のどこかに、又はキーボード１００に連結され得る。

【0064】

第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６は、異なる軸線又は方向に沿って、カバー１０４又は他の上部部材に力を付与することができる。たとえば、第１のアクチュエータ２０２は、矢印２０４によって示される作動軸線又は作動方向に沿って力を付与することができ、第２のアクチュエータ２０６は、矢印２０８によって示される作動軸線又は作動方向に沿って力を付与することができる。これらの方向は、互いに対して実質的に垂直でもよいが、他の相対的な向き（たとえば平行、４５度、３０度など）も考えられる。

【0065】

単一のアクチュエータでは、一部のユーザのタイピングスピードについていくのに十分な速度で触覚出力（又は望ましい触覚出力）を提供できない場合がある。たとえば、一部のタイピストは、１秒当たり最大１０文字（又はそれを超える）頻度でキーを打つことができ、単一の触覚アクチュエータでは、この頻度で出力、特に比較的長い継続時間を有する触覚出力（たとえば１００ｍｓより長い出力）を生成することができない可能性がある。しかし、こうした継続時間の出力は、機械的なキーをクリックする触知感覚をより忠実に模倣するのに、又はその他の方法で望ましいユーザエクスペリエンスを提供するのに、望ましい場合がある。したがって、第２の触覚アクチュエータが提供されてもよい。

【0066】

垂直な力をカバー１０４に付与するように第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６を位置決めすることにより、アクチュエータによって生じる運動又は振動同士の間の干渉が低減され得る。たとえば、第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６が同じ軸線に沿って力を付与する場合、各アクチュエータによってカバー１０４に付与される運動又は振動は、互いを打ち消し合う、又は互いに干渉する場合がある。更に、特に（たとえば同時の、又はオーバーラップするキー押圧を示すために）両方のアクチュエータが同時にアクティブであるとき、異なるアクチュエータからの触覚出力を区別することが、ユーザにとって困難又は不可能である可能性がある。アクチュエータに、（たとえば垂直方向、又は平行でない方向に沿って）異なる方向に力を印加させることにより、２つの触覚出力がオーバーラップした場合でも、ユーザは、それらの出力がいつ提供されたのかを見分けられる可能性がある。出力が同じか又は互いに類似しているように感じられ得る（たとえば、ユーザが、特定の出力を生成した触覚アクチュエータの方向を区別できない可能性がある）とき、一方のアクチュエータからの触覚出力の開始及び／又は終了は、それが他方のアクチュエータからの触覚出力の間に起こったときでも、ユーザにとって感知可能である可能性がある。

【0067】

第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６は、交番パターンで作動される場合がある。場合によっては、第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６は、タイピングスピード（たとえば力入力の頻度）が、単一のアクチュエータのみでの応答頻度を上回るある頻度など、ある一定の値を超えるときだけ、交番パターンで作動され得る。このような場合には、タイピングスピードが値を下回る場合は、アクチュエータのうちの１つだけが使用され得る（又はそれらは交番パターン以外のパターンで使用され得る）。力入力に応じて第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６を作動させる他のパターン又は方式も企図される。

【0068】

第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６は、触覚出力を生成する、又はその他の方法でカバー１０４に力を付与する、任意の適当な機構又はシステムでもよい。適したアクチュエータとしては、電気機械的アクチュエータ、圧電アクチュエータ（たとえばカバー１０４に直接連結された圧電アクチュエータ、カバー１０４を持ち上げるか又は動かす、カバー１０４の下のピエゾベンダ）、リニアアクチュエータ、ボイスコイルモータ、ローレンツ力アクチュエータ、電場応答性高分子アクチュエータなどが挙げられる。たとえば、第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６は、それぞれがコイルと対応する磁石とを含み、コイルに電流を通すことによって対応する磁石が動く（又はその他の方法で磁石に力を付与する）リニアアクチュエータでもよい。

【0069】

第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６は、カバー１０４に力を付与して、様々な種類の触覚出力を生成することができる。たとえば、第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６は、それらの各軸線（図２の矢印２０４、矢印２０８）に沿って発振し、それによってカバー１０４に振動又は発振を付与してもよい。別の例として、第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６は、カバー１０４に単一のインパルス（たとえば単一の方向への単一の力の印加）を付与してもよい。いずれの場合も、力は、アクチュエータに連結された分銅を動かすように印加されても、カバー１０４に直接印加されてもよい。

【0070】

図２は２つのアクチュエータを図示するが、いくつかの実施形態は、より多くのアクチュエータを含んでもよい。このような場合には、アクチュエータは、異なる方向に沿って（たとえば互いに４５度オフセットして）力又は発振を付与するように位置決めされてもよい。別法として、アクチュエータのうちのいくつかは、同じ方向に沿って力又は発振を付与してもよい。

【0071】

第１のアクチュエータ２０２及び第２のアクチュエータ２０６は、カバー１０４又は他の上部部材によって画定される入力表面と同一平面内（又は実質的に同一平面内）の力を、カバー１０４（又は上部部材）に付与することができる。図３Ａ〜図３Ｃは、図２の線Ｂ〜Ｂに沿って見た、図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示す。話を簡単にするために、図３Ａ〜図３Ｃに示される断面は、キーボード１００に存在する場合がある内部のフィーチャ、構成要素、層、センサなどを含まない。更に、第２のアクチュエータ２０６の位置は、単に例示のためのものであり、図３Ａ〜図３Ｃに示されるものとは異なる場所に、又は異なる構成要素に位置決めされてもよい。たとえば、キーボード１００は、カバー１０４の下に、（任意選択的にカバー１０４に連結される）追加的な層又は構成要素を含む場合がある。このような場合には、第２のアクチュエータ２０６は、追加的な層又は構成要素の下に存在してもよい。

【0072】

図３Ａは、指３００がカバー１０４をタッチする前のキーボード１００を示す。この状態では、第２のアクチュエータ２０６は静止している。図３Ｂは、キーボード１００、又はキーボードに連結された装置によって入力が記録された後（たとえば指３００が力閾値を満たす力でカバー１０４を押圧した後）のキーボード１００を示す。第２のアクチュエータ２０６は、カバー１０４に力を付与し、この力は矢印３０２の方向にカバー１０４を動かす。次いで、第２のアクチュエータ２０６は、力の方向を逆にし、矢印３０４の方向にカバー１０４を動かすことができる（図３Ｃ）。カバー１０４の運動は、カバー１０４の画一的な（wholesale）運動（たとえば、わずか数ミクロンであっても、カバーがいずれの方向にも動く）でもよく、振動又は発振が矢印３０２、矢印３０４の方向にカバー１０４を通って伝搬することによって生じる運動に対応してもよい（これはカバー１０４の並進移動を生じさせない場合がある）。

【0073】

図２及び図３Ａ〜図３Ｃは、キーボード１００の上部部材と同一平面内（たとえば実質的に平行）である力を付与するアクチュエータを図示する。しかし、上述のアクチュエータの代わりに、又はそれに加えて、他のタイプのアクチュエータが使用されてもよい。たとえば、図４Ａ〜図４Ｃは、アクチュエータが上部部材の入力表面と同一平面外である方向に（たとえば力入力の方向に対して垂直に）上部部材を動かすキーボード１００の一例を示す。

【0074】

図４Ａ〜図４Ｃは、図２の線Ｂ〜Ｂに沿って見た、キーボード１００の部分断面エリアを示し、アクチュエータによって生成され得る同一平面外の触覚出力を図示する。図４Ａに示されるように、指４００がカバー１０４に近づいていることが（たとえば容量性タッチ感知システムによって）検出されたとき、カバー１０４は、アクチュエータによって（矢印４０２によって示される）上方に動かされ得る。指４００がその下方への運動を続けるとき、アクチュエータは、図４Ｂの矢印４０４によって示されるように、カバー１０４が下方に動くことを可能にする、又はカバー１０４を下方に動かすことができる。指４００が閾値距離を動く、又は下方への圧力をゆるめると、アクチュエータは、入力表面を（図４Ｃに矢印４０６によって示される）上方に動かすことができ、これにより入力表面はその元の位置に戻る、又は更に上方に動くことができる。

【0075】

（たとえば図３Ａ〜図３Ｃ及び図４Ａ〜図４Ｃに関して述べたように）カバー１０４全体が動く実施形態では、カバー１０４は、懸架システム（図示せず）によってエンクロージャ１０２に対して懸架され得る。懸架システムは多くの形態をとることができ、ばね、発泡体、コンプライアント部材若しくは材料、又はカバー１０４がエンクロージャ１０２に対して動いて触覚出力を提供することを可能にする他の機構を含み得る。

【0076】

いくつかの実施形態では、図４Ａ〜図４Ｃに示される動きのサブセットが実施されてもよい。たとえば、アクチュエータは、力入力に応じて、図４Ａに示されるようにカバー１０４を「はじく」か又は上方に偏向させ、素早く戻してもよい。別の例として、アクチュエータは、代わりに、力入力に応じて、図４Ｂに示されるようにカバー１０４を下方に偏向させ、図４Ｃに示されるように素早く戻してもよい。

【0077】

図２〜図４Ｃに関して説明された触覚出力は、大域的触覚出力、すなわちキーボード１００の表面全体にわたって影響を及ぼす、又は表面全体で感じられ得る触覚出力を生成するアクチュエータの例である。場合によっては、大域的触覚出力の代わりに、又はそれに加えて、局所的触覚出力が使用されてもよい。たとえば、図５Ａ〜図５Ｃは、図２の線Ｂ〜Ｂに沿って見たキーボード１００の部分断面エリアを示し、アクチュエータ又はアクチュエータの組合せによって生成され得る局所的触覚出力を図示する。

【0078】

図５Ａに示されるように、指５００がカバー１０４の入力領域５０２に近づくとき、タッチセンサ又は近接センサなどのセンサが、指５００の存在及び／又は接近を検出することができる。指５００が近づいていることが検出されると、アクチュエータは、カバー１０４の入力領域５０２を上方に動かして指５００と接触させることができる。たとえば、カバー１０４に動作可能に連結された電気機械的アクチュエータ又は圧電アクチュエータは、作動されて入力領域５０２の局所的な偏向を生じさせることができる。局所的にカバー１０４を変形させるアクチュエータは、電気機械的アクチュエータ、圧電アクチュエータ（たとえばカバー１０４に直接連結された圧電アクチュエータ、カバー１０４を局所的に変形させる、カバー１０４の下のピエゾベンダ）、リニアアクチュエータ、ボイスコイルモータ、ローレンツ力アクチュエータ、電場応答性高分子アクチュエータなどの、任意の適したアクチュエータでもよい。

【0079】

図５Ｂに示されるように、指５００が引き続き下方に押圧するとき、アクチュエータにより、入力領域５０２が下方に動くことが可能になる。図５Ｃに示されるように、指５００が閾値距離を動く、又は下方への圧力をゆるめると、アクチュエータは、入力領域５０２をその元の位置に戻すのであれ更に上方に動かすのであれ、入力領域５０２を再び上方に動かすことができる。図５Ａ〜図５Ｃに示される動きが個々に実施されるのであれ合わせて実施されるのであれ、これらの動きは、キー又はボタンの押圧に類似したクリック又は運動の感覚をユーザに提供することができる。いくつかの実施形態では、このような複数の入力領域５０２は、カバー１０４（又は他の上部部材）によって画定される入力表面全体にわたって局所的なフィードバックを提供するように、カバー１０４全体にわたって画定され、別々に制御可能であってもよい。

【0080】

上記のように、いくつかの実施形態では、図５Ａ〜図５Ｃに示される動きのサブセットが実施され得る。たとえば、アクチュエータは、力入力に応じて、図５Ａに示されるように入力領域５０２を「はじく」か又は上方に偏向させ、素早く戻してもよい。別の例として、アクチュエータは、代わりに、力入力に応じて、図５Ｂに示されるように入力領域５０２を下方に偏向させ、図５Ｃに示されるように素早く戻してもよい。

【0081】

図６Ａ〜図６Ｃは、図２の線Ｂ〜Ｂに沿って見た図２の入力デバイスの簡略化された断面図を示し、カバー１０４の局所的な変形又は偏向を生成することができる触覚アクチュエータ６０１の一例を示す。たとえば、触覚アクチュエータ６０１は、（図６Ａ〜図６Ｃにおける向きで）縦に後退及び／又は延出して、カバー１０４に触知出力を付与するように構成され得る。図６Ａは静止状態又は中立状態の触覚アクチュエータ６０１を示し、図６Ｂは後退した状態の触覚アクチュエータ６０１を示し、これはカバー１０４の局所的なくぼみを生じさせる。図６Ｃは、延出した状態の触覚アクチュエータ６０１を示し、これはカバー１０４の局所的な隆起を生じさせる。

【0082】

触覚アクチュエータ６０１は、カバー１０４、及びエンクロージャ１０２などの下部支持体に取り付けられてもよく、その結果、触覚アクチュエータ６０１が後退する（たとえば縦に短くなる）とき、触覚アクチュエータ６０１は、カバー１０４を引き下ろし、カバー１０４を局所的に変形及び／又は偏向させる。触覚アクチュエータ６０１は、感圧又は感熱接着剤、エポキシ、膠などの接着剤を用いて、カバー１０４及びエンクロージャ１０２（又は任意の他の適した構成要素若しくは構造）に取り付けられ得る。

【0083】

触覚アクチュエータ６０１は、コンプライアント層６０２（たとえば６０２−１、．．．、６０２−ｎ）を介挿した電極層６０４（たとえば６０４−１、．．．、６０４−ｎ）を含むことができる。触覚出力を生成するために、具体的にはアクチュエータ６０１を後退させる、又は短くするために、電極層６０４は、電極層同士（たとえば隣り合う電極層同士）が互いに引き付けられるように、選択的に電気的に帯電され得る。たとえば、第１の電極層６０４−１は正に帯電し、第２の電極層６０４−２は負に帯電することができ、それによって第１の電極層６０４−１と第２の電極層６０４−２を互いに引き付けさせる。第１の電極層６０４−１と第２の電極層６０４−２が電極間の引力（たとえば静電気力）によって共に引き寄せられるとき、この引力により、第１のコンプライアント層６０２−１が変形し得る。触覚アクチュエータ６０１全体を後退させるために、同様の電荷が他の電極層６０４に印加されてもよい。一方、触覚アクチュエータ６０１を延出させてカバー１０４に対する上向きの力を生成する（たとえば隆起を形成する）ために、電極層６０４は、同じか又は同様の電荷で電気的に帯電されてもよく、これにより、電極層６０４同士は互いに反発する。たとえば、電極層６０４のすべてが、正に帯電されてもよい。その結果得られる斥力（たとえば静電反発）により、コンプライアント層６０２が縦に伸ばされ、それによってカバー１０４に局所的な隆起又は変形を生成することができる。

【0084】

触覚アクチュエータ６０１は、種々のタイプの触覚出力を生成するように構成され得る。たとえば、触覚アクチュエータ６０１は、繰返しパルス状に作動されて振動を生成してもよく、１度作動されてある方向の変形を生成し、続いて中立状態に戻り、「はじく」タイプの単一の触覚出力を生成してもよい。上記その他のタイプの触覚出力は、触覚アクチュエータ６０１の後退、触覚アクチュエータの延出、又はその両方のタイプの動きを含み得る。たとえば、ある一定の電荷を電極層６０４に周期的に印加し、その結果、電極層６０４が隣り合う電極層６０４に引き付けられ、それによりコンプライアント層６０２を圧縮し、アクチュエータ６０１を後退させることによって、振動が生成されてもよい。周期間で電荷が取り除かれたとき、電極層６０４は力を生成せず、それによって触覚アクチュエータ６０１を中立位置に戻すことができる。同様に、電極層６０４に周期的に電荷を印加し、その結果、電極層６０４が互いに反発し、続いて、電荷を取り除いて触覚アクチュエータ６０１を中立位置に戻らせることによって、振動が生成されてもよい。引き寄せる電荷と反発する電荷が交番し、その結果、アクチュエータ６０１の後退と延出が交番することによって、振動を生成することもできる。同様の動作モードを使用して、上述の「はじく」タイプの単一の出力などの、繰り返されない触覚出力が生成されてもよい。

【0085】

図６Ａ〜図６Ｃは単一の触覚アクチュエータ６０１を示すが、キーボード（たとえばキーボード１００）又は他の入力デバイス若しくは装置は、複数の触覚アクチュエータ６０１を含んでもよい。図６Ｄは、カバー１０４に対する触覚アクチュエータ６０１の配置の一例を示す。具体的には、図６Ｄは、少なくとも１つのアクチュエータ６０１が（キーボード配列のキーに対応し得る）各入力領域の下に存在するキーボードパターンで配置される、触覚アクチュエータ６０１を示す。たとえば、各文字キー及び数字キーの下には単一のアクチュエータ６０１が存在してもよく、スペースバーに対応し得る領域６０５などのいくつかの入力領域は複数のアクチュエータ６０１を含んでもよい。場合によっては、アクチュエータ６０１は、図６Ｄに示されるように特定の入力領域にアクチュエータ６０１を割り当てる代わりに、グリッドパターンで配置されてもよい。別法として、キーボード１００は、あるサブセットのキーのそれぞれについては個々の触覚アクチュエータ６０１を含み、他のキーは１つの触覚アクチュエータ６０１を共有してもよい。たとえば、キーボード１００の各文字キー及び数字キーは異なる触覚アクチュエータ６０１に対応し、一方タブキー、キャプスロックキー、左シフトキー、及び左コントロールキーなどの非文字キーである他のグループは、共通の触覚アクチュエータ６０１を共有してもよい。

【0086】

図６Ｅは、カバー１０４に対する触覚アクチュエータ６０１の配置の別の例を示す。この例では、触覚アクチュエータ６０１は、単一のシートから形成されてもよく、１つ以上の接続要素６０６を介して相互接続されてもよい。接続要素６０６は、アクチュエータ６０１自体のコンプライアント層６０２を形成したものと同じ材料でもよい。場合によっては、触覚アクチュエータ６０１と接続要素６０６は、一体化された構造でもよい。たとえば、触覚アクチュエータ６０１及び接続要素６０６は、コンプライアント材料の連続シートを切ってアクチュエータ６０１、接続要素６０６、及び間隙６１０を形成することによって形成されてもよい。こうしたシートは、次いで電極６０４で積層されて、アクチュエータ６０１と接続要素６０６の一体のシートを形成することができる。接続要素６０６は触覚アクチュエータ６０１を単一の共通構造に接合することができるが、接続要素６０６は電極層６０４を有しなくてもよい。この構成により、アクチュエータ６０１の電気的分離が保たれて、アクチュエータ６０１の独立した作動が可能になる。

【0087】

間隙６１０は、触覚アクチュエータ６０１の周りに隙間を提供して、アクチュエータが圧縮されるとき、アクチュエータ６０１の横方向の変形を可能にする。間隙６１０は自由空間（たとえば空気）である場合もあり、コンプライアント層６０２よりコンプライアントな材料など、別の材料が間隙に挿入される（したがってコンプライアント層６０２の横方向の偏向を可能にする）場合もある。

【0088】

接続要素６０６により、いくつかの利益が提供され得る。たとえば、接続要素６０６は、隣り合うアクチュエータ６０１同士の間の支持されていない面積を小さくすることにより、カバー１０４に追加的な構造上の支持を与えることができる。更に、接続要素６０６は、力入力及び／又はキー選択によって生成される偏向を隔絶又は局所化する助けになる場合があり、これは局所的力感知機能及び／又はタッチ感知機能を改善し得る。たとえば、これにより、力感知システムが力入力の場所を検出できる分解能が改善される場合がある。

【0089】

図６Ａ〜図６Ｃに示されるように、触覚アクチュエータ６０１を使用して、局所的な触覚出力が生成される。たとえば、触覚アクチュエータ６０１の延出又は後退に応じて、カバー１０４が局所的に偏向又は変形することが示される。カバー１０４のこのような隆起及びくぼみは、局所的変形及び／又は偏向を生成するのに十分な可撓性のカバー１０４によって促進され得る。たとえば、カバー１０４がガラスである場合、このガラスの弾性率は約６０〜８０ＧＰａの範囲であり、厚みは約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である場合がある。他の寸法、特性、及び材料（たとえばプラスチック、布、金属）も考えられる。更に、カバー１０４は、ある一定のエリアにおいて強化又は補強されて、触覚アクチュエータ６０１によって生成される変形及び／又は偏向を隔絶する助けとなり得る。たとえば、リブが、種々の触覚アクチュエータ６０１同士の間でカバー１０４の下部に形成されるか又はあてがわれてもよい。リブは、エンクロージャ１０２などの別の構造体へと延在してもよく、（図１０Ｂ及び図１１Ｂに示されるリブ１００７など）部分的にのみ別の構造体へと延在してもよい。

【0090】

触覚アクチュエータ６０１は、図４Ａ〜図４Ｃに関して述べた触覚出力などの、大域的触覚出力を生成するように構成されてもよい。このような場合には、カバー１０４は、触覚アクチュエータ６０１によって印加される力がカバー１０４のどこででも（又は少なくとも触覚アクチュエータ自体の面積より大きい面積にわたって）知覚され得るように、局所的変形又は局所的偏向に抵抗するか又はそれを最小化するように構成され得る。たとえば、カバー１０４は、局所的な触覚出力向けに使用されるカバー１０４より厚く、かつ／又はより堅くてもよい。より具体的には、カバー１０４は、厚みが約０．７５〜２．０ｍｍの範囲であるガラスでもよい。別法として、カバー１０４は、金属、プラスチックなどでもよい。更に、大域的触覚出力が使用される場合、装置は、同時に又は個々に動作し得る複数の触覚アクチュエータ６０１を含んでもよい。

【0091】

触覚アクチュエータ６０１は、任意の適した数のコンプライアント層６０２及び電極層６０４を含むことができる。たとえば、触覚アクチュエータ６０１は、２つの電極層６０４の間に各コンプライアント層６０２を挟んだ状態で、４０のコンプライアント層６０２と４１の電極層６０４とを含んでもよい。電極層６０４は、金、アルミニウム、銅、インジウムスズ酸化物（indium tin oxide、ＩＴＯ）などの任意の適した材料で形成されてもよく、それを含んでもよい。同様に、コンプライアント層６０２は、シリコーン、ラテックス、エラストマー、ポリマー、ゲル、又は任意の他のコンプライアント材料などの任意の適した材料で形成されてもよく、それを含んでもよい。コンプライアント層６０２は、約１０ミクロン〜約５０ミクロン厚ほどの任意の適した厚みでもよい。場合によっては、コンプライアント層６０２は、約２５ミクロン厚である。アクチュエータ６０１は、上から見たとき、正方形、長方形、円形などの、任意の適した形状であってもよい。場合によっては、（たとえばカバー１０４を通して）上から見たとき、アクチュエータ６０１の長さ及び幅の寸法は、約４０×４０ｍｍ、約２５×２５ｍｍ、又は約１５×１５ｍｍである。場合によっては、アクチュエータ６０１は、下にアクチュエータ６０１がある入力領域（たとえば仮想キー）と実質的に同じ寸法である。他の寸法も企図される。

【0092】

触覚アクチュエータ６０１は、任意の適したやり方でキーボード１００（又は他の入力デバイス）に配置され得る。

【0093】

前述の触覚出力のいずれも、キーボード１００が閾値（たとえば力閾値）を満たす力入力を検出することに応じて生成され得る。具体的には、触覚出力を使用して、入力を記録するのに十分な力でユーザがキーボード１００を押圧したことをユーザに示すことができる。このように、キーボード１００は、押し縮められる機械的なキーの感覚を表す触覚出力を用いて、機械的なキーボードの動作を模倣するか又は示唆する感覚を引き起こすことができる。更に、触覚出力又はキーボード１００によって使用される出力の特性は、押し縮められる機械的なキーの触知感に類似している触知感を提供するように選択又は最適化され得る。場合によっては、キーボード１００に載っている指による偶然の接触に対応する入力、（たとえば入力表面がトラックパッドとして使用されているとき）キーボード１００へのタッチ入力による弱い力入力などに応じて、触覚出力が生成されなくてもよい。

【0094】

上記のように、キーボード１００などのキーレスキーボードは、ユーザ入力の検出を容易にする１つ以上の力感知システムを含むことができる。本明細書において、力感知システムは、表面、又は表面の一部に印加される力の量を判定することができる関連付けられたプロセッサ、ソフトウェアなどと機構との任意の組合せに対応する。力感知システムは、圧電素子、歪みゲージ、光学変位センサなどの１つ以上の力感知素子を含むことができる。

【0095】

いくつかの実施形態では、単一の力感知システムを使用して、カバー１０４に印加される力の総量を判定することができる（たとえば大域的力感知）。しかし、このタイプの力感知システムは、検出される力を生成している物理的接点の場所を判定するのに十分な情報を提供することができない場合がある。（又はこのタイプの力感知システムは、適した分解能まで場所を判定することができない場合がある。）したがって、大域的力感知が使用される場合、ユーザの指（又は他の用具や入力部材）とカバー１０４との間の各接点の場所を判定するために、タッチ感知システムが使用され得る。力入力の場所を判定するために、タッチ感知システム及び力感知システムと共に、加速度計も使用され得る。たとえば、１つ以上の加速度計及び関連付けられたプロセッサにより、特定の指からの入力、又はキーボード１００の入力表面の特定の場所での入力を示す振動又は運動シグネチャが検出され得る。合わせると、タッチ感知システム及び大域的力感知システム（並びに、任意選択的に加速度計）を使用して、ユーザが、キーボード１００の表面にいつ、どこで入力を加えようと試みているのかを判定することができる。

【0096】

他の実施形態では、カバー１０４の個々のエリア又は既知の場所に印加される力の量を判定するために、複数の力感知システム（又は単一の力感知システムに関連付けられた複数の力感知素子）が使用されてもよい。たとえば、場合によっては、（たとえば文字入力キーなどの従来のキーのサイズ及び／又は場所に対応する）キーボード１００の各入力領域１０６は、それ自体の固有の力感知システム又は力感知素子に関連付けられる。言い換えれば、各キーは、力入力を検出するために別々に監視される。場合によっては、キーボード１００は、それぞれの個々のキーの力を監視する代わりに、複数の力感知領域又はピクセルに分割され、その少なくともいくつかは複数のキーを含む。具体的には、通常のタイピングパターンに基づくと、同時に接触される可能性が低いキーのグループが存在し得る。たとえば、ユーザは、「ホームポジション」、すなわちキーの中央の行に沿って自身の指を載せ、ホームポジションから自身の指を離して個々のキーを打つことができる。ユーザの指はキーボードに対して水平に位置決めされるので、任意の所与の時点において、ユーザが単一の列の中の複数のキーをタッチする可能性は低い。より具体的な例として、従来の「ＱＷＥＲＴＹ」キーボードでは、ユーザの指は「ｆ」キーを打ちながら「ａ」キーに載っている可能性はあるが、「ｑ」キーを打ちながら「ａ」キーに載っている可能性は低い。したがって、（たとえば大域的力感知システムとは対照的に）力感知ピクセルを備えることにより、キーごとに異なる力感知システム又は力感知素子を用いることなく、力感知キーボードの精度を上げることができる可能性がある。

【0097】

このような力感知ピクセルは、入力領域の様々なグループを含んでよく、実質的に互いに独立して力を検出することができる。たとえば、ある力感知ピクセルに印加される力入力は、その力感知ピクセルに関連付けられた力感知システム（又は素子）によって検出することができるが、異なる力感知ピクセルに関連付けられた力感知システム（又は素子）によっては検出することができない（又は第２の力感知システム又は素子の検出閾値を満たすことができない）。場合によっては、それぞれの力感知ピクセル（及び／又はそれぞれの力感知ピクセルに関連付けられた力感知素子）は、互いの力値とは別個の力値を生成する。たとえば、プロセッサは、第１の力感知ピクセルに関連付けられた第１の力感知システム又は素子を（異なる力感知ピクセルに関連付けられた第２の力感知システム又は素子とは独立して）使用して、第１の力感知ピクセルに印加される力を判定することができる。同様に、プロセッサは、第２の力感知ピクセルに関連付けられた第２の力感知システム又は素子を（第１の力感知システム又は素子とは独立して）使用して、第２の力感知ピクセルに印加される力を判定することができる。したがって、それぞれの力感知ピクセルは、独立して評価されて、力入力がその特定の力感知ピクセルに印加されているのかどうか、及び／又はその特定のピクセルに印加される力の量を判定することができる。

【0098】

図７Ａ〜図７Ｂは、力感知領域又は力ピクセルの配置の異なる例を有するキーボード１００を示す。図７Ａでは、力感知領域７０２（又はピクセル）は、実質的に２つの行に配列され、第１の行は線７０１の上に、第２の行は線７０１の下にある。線７０１は、キーボードをおおよそ縦半分に分割し、各行に１０個の力感知領域７０２が存在する。図７Ｂでは、力感知領域７０４は、やはり実質的に２つの行に配列され、第１の行は線７０３の上にあり、第２の行は線７０３の下にある。図７Ｂは、各行に８個の力感知領域７０４を含む。力感知領域７０４は、（図７Ｂでは左から右に延在するキーボードの長手方向軸線に対して）実質的に斜めに向けられてもよい。この配置は、各特定の指が斜めの群のキーを押圧するように使用される傾向にある、通常のタイピングパターンに対応し得る。

【0099】

図７Ａ〜図７Ｂに示される実施形態などのいくつかの実施形態では、各行は、少なくとも８個の力感知領域を含む。このように、それぞれの行は、（８ピクセル構成の場合は親指を除く）特定の指によってアクセス可能な（又は通常は打たれる）エリアごとに、少なくとも１つの個別の力感知領域を含む。更に、力感知領域７０２、７０４のうちの少なくとも１つのサブセットは、少なくとも２つの個別の入力領域／キーのグループを含む（たとえば、力感知領域は、少なくとも２つの個別の入力領域／キーに印加される力を検出するように構成される）。

【0100】

各力感知領域にどのキーが含まれるかを含めて、図７Ａ〜図７Ｂの力感知領域の配置は単なる例である。種々の実施形態では、力感知領域は、これらの図に示されるものとは異なる入力領域（たとえばキー）を含んでもよい。

【0101】

力感知領域７０２（図７Ａ）及び力感知領域７０４（図７Ｂ）は、それぞれ１つの力感知システム又は素子に対応し得る。つまり、力感知領域７０２、力感知領域７０４のどこかに力が印加されると、力の場所に関係なく、単一の力値が生じ得る。上記のように、力感知システム又は素子は、容量性力感知、圧電力感知、歪みゲージなどを含む任意の適した力感知技術及び／又は技法を使用することができる。力感知領域７０２、力感知領域７０４ごとの力感知システム又は素子は、力感知領域の下、かつキーボード１００のエンクロージャ１０２の中に位置付けられ得る。カバー１０４は、力感知領域７０２、力感知領域７０４の境界に沿ってセグメント化されて、各力感知領域が互いに独立して少なくともいくらか動くことを可能にする。いくつかの実施形態では、カバー１０４は、力感知領域７０２、力感知領域７０４の境界に沿って（たとえば下面又は上面に）溝が付けられる。溝により、力感知領域７０２、力感知領域７０４が実質的に互いに独立して動くことが可能になり、ある力感知領域が近傍の力感知領域内の入力領域に加えられる力に応じて偏向する程度が軽減され得る。これにより、各力感知領域で検出される力の独立性を向上させることができる。

【0102】

それぞれの力感知領域（たとえば領域７０２、領域７０４）に関連付けられた力感知システム又は素子は、異なる力値に応じてキー押圧を検出するように構成され得る。たとえば、力感知領域で検出される力入力は、異なる力閾値と比較され得る。したがって、通常ユーザの小指で打たれる力感知領域などの、通常はより弱い力を受ける力感知領域は、通常ユーザの人差し指又は親指で打たれる領域などの、通常はより強い力で打たれる領域とは異なる（たとえばより低い）力閾値を使用してもよい。

【0103】

図８Ａ〜図８Ｃは、（たとえば図１の線Ａ〜Ａに沿って見た）キーボード１００の部分断面図を示し、本明細書に記載される実施形態と共に使用され得る局所的な力感知システム８００の一例を図示する。本明細書に記載されるように、力感知システム８００は局所的な力感知を実現することができ、その結果、指、スタイラス、又は他の用具若しくは入力部材からの個々の力入力の、力と場所との両方が判定され得る。更に、それぞれの力入力が所与の入力領域に確実に関連付けられ得るように、力感知システム８００の分解能は、実質的に入力領域の分解能以上でもよい。

【0104】

力感知システム８００は、（たとえば図１のカバー１０４に対応する）カバー８０２と、コンプライアント材料８０４と、容量性感知層８０６とを含むことができる。カバー８０２は、カバー１０４に関して上に述べたように、入力表面を画定することができる。力感知システム８００は、ユーザの指８０８（又は他の用具若しくは入力部材）の容量性感知層８０６までの近さの変化によって生じる容量変化を検出することによって力を判定する。具体的には、カバー８０２は、印加される力入力に応じて局所的に変形又は偏向することができ、それによってコンプライアント材料８０４を圧縮又はその他の方法で変形させ、ユーザの指８０８（又は容量性感知層８０６に容量的に連結する任意の他の用具若しくは入力部材）が容量性感知層８０６に近づくことを可能にする。

【0105】

コンプライアント材料８０４及び／又はカバー１０４の偏向及び／又は圧縮挙動は、力感知システム８００に関連付けられたプロセッサが、所与の力入力の、力の量を判定することができるようにモデル化され得る。具体的には、所与の場所に印加される所与の量の力からもたらされる容量変化を判定するために、既知の力が、種々の場所でカバー８０２に印加され得る。この情報は、力対容量曲線を表す式としてテーブルに格納されてもよく、容量値を力値と相関させるために使用され得る任意の他のデータ構造又はアルゴリズムに格納されてもよい。

【0106】

容量性センサの代わりに、又はそれに加えて、他のタイプのセンサを使用して、カバー８０２と下部層との間の距離の変化を検出してもよい。たとえば、容量性感知層８０６は、カバー８０２の局所的変形を検出する一連の光学変位センサによって置き換えられてもよい（又は補われてもよい）。距離センサ又は変位センサが使用される場合、所与の場所に印加される所与の量の力からもたらされるセンサ値を判定するために、既知の力が、種々の場所でカバー８０２に印加され得る。この情報は、力対変位曲線を表す式としてテーブルに格納されてもよく、（たとえば光学変位センサによって測定される）変位又は距離の変化を力値と相関させるために使用され得る任意の他のデータ構造又はアルゴリズムに格納されてもよい。

【0107】

図８Ｂは、カバー８０２が指８０８又は他の入力部材によって局所的に変形するときの力感知システム８００を示す。カバー８０２は、局所的な力入力に応じて局所的に変形することができる。言い換えれば、カバー８０２は、通常のタイピング力の指の押圧がカバー８０２に局所的変形又はくぼみ８１０を生成することができないような堅さ又は剛性ではない。力入力に応じて、カバー８０２の非局所的偏向（たとえば下向きの並進移動）も生じ得る。

【0108】

カバー８０２は、ガラス、金属、ポリカーボネート、サファイアなどの任意の適した材料から形成されてもよく、それを含んでもよい。カバー８０２の寸法及び／又は材料は、適した局所的変形プロファイル（たとえば直径や深さ）を提供するように選択され得る。たとえば、カバー８０２の弾性率は約６０〜８０ＧＰａの範囲でもよく、厚みは約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲でもよい。

【0109】

コンプライアント材料８０４は、発泡体、ゲル、シリコーン、（たとえばシリコーンから形成される）一連のコンプライアント材料ドット又は構造体、液体、空気などの任意の適した材料から形成されてもよく、それを含んでもよい。コンプライアント材料８０４は、カバー８０２の入力領域（たとえばキー）を画定するエリアなどの、カバー８０２のタッチ感知エリア及び／又は力感知エリアにわたってカバー８０２を支持することができる。たとえば、図１に示されるように、コンプライアント材料８０４は、実質的にカバー１０４全体の下に位置決めされてもよく、入力領域又はキー１０６が画定される領域の下だけに位置決めされてもよい。コンプライアント材料８０４によって与えられる支持は、カバー８０２に印加される力入力の効果をカバー８０２の限定的なエリアに隔絶する助けとなり得る。より具体的には、カバー８０２でのキー押圧に対応する、指の押圧などの力入力が、コンプライアント材料８０４を含まない力感知システムに印加されるとき、カバー８０２は、実質的に大域的に偏向する傾向にある可能性がある。たとえば、力感知システムがコンプライアント材料ではなく空気間隙を有する場合、指の押圧は、カバーの縁部に至るまで全域にわたってカバー８０２を変形させ得る。一方、コンプライアント材料８０４が含まれる場合、コンプライアント材料８０４は、物体が直接接触していないエリアでの（又はすぐ近傍での）カバー８０２の偏向又は変形を防止又は軽減する。

【0110】

コンプライアント材料８０４は、力対変位の予測可能な関係ももたらすことができ、これは力感知システム８００によって利用されて、力入力について力値を判定する助けとなり得る。たとえば、コンプライアント材料８０４は、特にコンプライアント材料８０４の代わりに空気間隙を使用する力感知システム８００と比較して、カバー８０２の入力表面全体にわたって力対変位応答の整合性を向上させる助けとなり得る。より具体的には、コンプライアント材料８０４がない場合、（たとえばカバー８０２の支持されている縁部から離れて）カバー８０２の中央近くで印加される力は、カバー８０２の縁部の近くで印加される同じ力より、より大きいカバー８０２の偏向を生じさせる可能性がある。コンプライアント材料８０４の支持効果は、特にカバー８０２の縁部又は支持されているエリアから離れたところで、入力された力に応じてたわみの量又は大域的偏向を抑制又は制限することに役立ち得る。このようにして、カバー８０２の中央及び縁部（並びに実際はカバー８０２の任意のエリア）に印加される、入力される力は、同様の変形を生じさせることができる。更に、コンプライアント材料８０４によってカバー８０２に与えられる支持の面積が大きいので、こうした変形は、コンプライアント材料８０４がない場合より局所的である（たとえばより小さい）可能性があり、それによってより高い分解能のタッチ及び力感知結果がもたらされる。

【0111】

コンプライアント材料８０４は、単一の連続シートでもよく、複数のシートのセグメントでもよく、他の形状又は構成（たとえばドット、柱、角錐、支柱、円盤など）でもよい。コンプライアント材料８０４の寸法及び／若しくは材料（又はポアソン比、剛性、硬さ、デュロメータなどの任意の他の特性）は、カバー８０２と共に適した局所的変形プロファイルを提供するように選択され得る。たとえば、コンプライアント材料８０４の厚みは、約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲でもよい。コンプライアント材料８０４が複数のコンプライアント部材又は材料（たとえばドット、柱、シートなど）を備える場合、各コンプライアント部材は、実質的に同じ厚みを有し得、その結果、カバー８０２と下にある感知層（たとえば感知層８０６）との間の距離は、入力領域を含むエリアにわたって実質的に同じである。

【0112】

カバー８０２及びコンプライアント材料８０４の材料及び寸法は、適した局所的変形プロファイルを提供するように共に最適化及び／又は評価され得る。いくつかの実施形態では、カバー８０２は、厚みが約０．３ｍｍ、弾性率が約７０ＧＰａのガラス層であり、コンプライアント材料８０４は、厚みが約０．５ｍｍの発泡体である。

【0113】

力感知システム８００の局所的変形特質により、隣り合う複数の力入力を検出し、別々に識別することが可能になる。たとえば、カバー８０２及びコンプライアント材料８０４は、力入力の幾何重心間を測定して互いから３．０ｃｍ（たとえば３．０ｃｍ以上）しか間隔の空いていない力入力に応じて、別個のくぼみを十分に認識することができる。場合によっては、カバー８０２及びコンプライアント材料８０４は、互いから２．５、２．０、更には１．０ｃｍなど、いっそう近い力入力に応じて、別個のくぼみを十分に認識することができる。図８Ｃは、２つの個別の指８０８、指８１２（又は他の入力部材若しくは用具）から２つの力入力を受ける力感知システム８００を示す。それぞれの指／入力部材は、その独自のくぼみ（それぞれ８１４、８１６）を生成する。図８Ｃの指８０８、指８１２の重心は、互いに対して３．０ｃｍ（又はそれ未満）の近さであり得る。指８０８、指８１２の重心間の距離が伸びるにつれて、各くぼみは、図８Ｃに示されるよりもいっそう明確になる。

【0114】

図９Ａ〜図９Ｂは、力感知システムの部分断面図を図示し、容量性感知層の構成例を図示する。具体的には、図９Ａは、力感知システム８００に対応し得る力感知システム９００を図示し、これはカバー９０２（たとえばカバー８０２、１０４）と、コンプライアント材料９０４（たとえばコンプライアント材料８０４）と、コンプライアント材料９０４の下の容量性感知層９０６とを含む。容量性感知層９０６は、ユーザの指９０３、又はカバー９０２に接触するスタイラスやペンなどの他の物体に容量的に直接連結するように構成される。具体的には、容量性感知層９０６は、自己容量によって指９０３を検出することができる。容量性感知層９０６は、ユーザの指９０３に容量的に直接連結するので、（感知層９０６に容量的に連結する電極や駆動層などの）他の容量性感知層は、含まれなくてもよい。より具体的には、力感知システム９００のいくつかの実施形態は、カバー９０２とコンプライアント材料９０４の間に（又はカバー９０２と容量性感知層９０６の間に）別の容量性感知層を含まなくてもよい。

【0115】

容量性感知層９０６は、回路板やフレックス回路材料などの基板９１０と、一群の電極９１２とを含むことができる。電極９１２は、基板９１０に適用され、プロセッサ、及び／又は指９０３（したがって力）の存在による容量変化を判定するのを助ける他の電子構成要素に連結された、導電トレースでもよい。電極９１２の場所は既知であってもよく、その結果、所与の電極９１２での容量変化の検出は、力入力がカバー９０２のどこに位置付けられるかを装置に示すことができる。

【0116】

電極９１２のサイズは、力感知システム９００の分解能を定め得る。たとえば、電極９１２は、入力領域（たとえば仮想キー）と（たとえば表面積又は任意の他の適当な寸法において）同じサイズか、又はそれより小さくてもよい。このような場合には、ユーザがどのキーを選択しているかを力感知システム９００から判定することが可能であり得る。つまり、特定のキー（たとえば入力領域１０６（図１））の下にある１つ以上の電極９１２が閾値力に対応する容量変化を検出した場合、力感知システム９００及び／又はその接続先の装置は、そのキーの選択を記録することができる。こうした力感知システムの分解能により、力入力が入力表面のどこに印加されたかを判定するために個別のタッチ感知システムを使用する必要がない可能性がある。

【0117】

図９Ｂは、力感知システム８００に対応し得る力感知システム９１６を図示し、これはカバー９０２と、コンプライアント材料９０４と、コンプライアント材料９０４の下の容量性感知層９１４とを含む。容量性感知層９１４は、基板９１０（たとえば回路板やフレックス回路）に設けられる電極９２０を含む。電極９２０は対にされ、その結果、図９Ｂのコンデンサ記号によって図示されるように、２つの電極９２０の間の容量が監視又は測定される。指９０３（又は他の用具）がカバー９０２を変形させ、電極９２０に近づくとき、指９０３は、指９０３に近接した電極９２０同士の間で測定される容量を変化させる。具体的には、指９０３は、電極９２０の周りのエリアの誘電率又は比誘電率を変化させる。力感知システム９１６、並びにその関連付けられた構成要素及びプロセッサは、これらの電極９２０同士の間の容量変化を検出して、変形の量、したがってカバー９０２に印加された力の量を判定することができる。力感知システム９００と同様に、力感知システム９１６は、カバー９０２とコンプライアント材料９０４の間に第２の感知層を含まなくてもよい。

【0118】

上述の力感知システム９００、力感知システム９１６は、局所的な力の検出を可能にし、この場合、力入力の場所と、その力入力の力の量との両方が、力感知システムによって判定され得る。また、力感知システム９００、力感知システム９１６の分解能は、個々の指からの力入力の場所を互いに識別することができるのに十分な高さであり得る。

【0119】

図１０Ａ〜図１０Ｃは、キーボード１００（又は任意の他の適した入力デバイス若しくは電子デバイス）と共に使用され得る局所的な力感知システムの例を示す。図１０Ａ〜図１０Ｃに示される力感知システムは、歪みゲージを使用して、入力表面に印加される力の量を判定する。具体的には、図１１Ａ〜図１１Ｂにより詳細に示されるように、歪みゲージを使用して、入力表面（たとえばカバー１０４）の偏向又は変形の量を判定することができ、これは、次いで入力に関連付けられる力の量と相関され得る。

【0120】

図１０Ａは、基板１００２を含む力感知システム１００１の一例を示す。基板１００２は、図１のカバー１０４に対応してもよく、カバー１０４などのカバーの下に設けられ得る（たとえばカバーの下部に連結され得る）構成要素に対応してもよい。基板１００２は、ガラス、ポリマー、可撓性回路材料、ポリエステルフィルムなどの任意の適した材料から形成されてもよく、それを含んでもよい。

【0121】

力感知システム１００１は、基板１００２に適用されるか又はその他の方法で一体化される歪みゲージ１００４を含む。歪みゲージ１００４は、任意の適した構成でもよく、任意の適した材料で形成されてもよい。たとえば、歪みゲージ１００４は、蛇行パターン若しくはコイルパターン（又は任意の他の適したパターン）を有しフィルム又は他の基板に設けられる導体を含んでもよい。場合によっては、歪みゲージ１００４は、２つ以上の基板又はフィルムを含み、そのそれぞれがコイル状の、又は蛇行する導体を有して互いに積層されてもよい。この構成により、温度、磁界などによって歪みゲージ１００４に生じるノイズ、干渉、又は他の不要な効果のフィルタリング又は除去が容易になり得る。

【0122】

歪みゲージ１００４は、任意の適したサイズを有してもよく、任意の適したパターンで基板１００２に設けられてもよい。たとえば、図示されるように、歪みゲージ１００４は実質的にすべて同じサイズであり、規則的なグリッドパターンで基板１００２に配置されてもよい。歪みゲージ１００４は、基板１００２の上から見たとき、約１０×１０ｍｍ、１５×１５ｍｍ、又は任意の他の適したサイズなど、任意の適したサイズでもよい。歪みゲージ１００４がキーボードの個々のキー又は入力領域に直接割り当てられ得ないとき、基板１００２での力入力の場所は、基板１００２又は他の関連付けられた入力表面のどこで入力が印加されたかに関わらず、複数の（たとえばすべての）歪みゲージ１００４からの信号を分析して、入力の推定位置（たとえば重心）を識別することによって判定され得る。

【0123】

しかし、場合によっては、各歪みゲージ１００４は、各キー又は入力領域に対応するように位置決めされてもよい。たとえば、図１０Ｃは力感知システム１００９を示し、力感知システム１００９では、基板１００３の上の歪みゲージ１００５のパターンは、キー又は入力領域のパターンを実質上模倣し、その結果、キーボードの各キー又は入力領域は、その下に設けられる少なくとも１つの歪みゲージ１００５を有する。したがって、所与の歪みゲージ１００５によって測定される力を使用して、対応するキー又は入力領域がユーザによって作動されたかどうかを、他のキー又は入力領域に関連付けられた歪みゲージを参照することなく独立して判定することができる。

【0124】

各キー又は入力領域が少なくとも１つの固有の歪みゲージに関連付けられる場合、（カバー１０４、又はカバーの下に設けられる構成要素に対応し得る）基板１００３は、基板１００３に形成されるか又はその他の方法で連結されたリブ１００７を含んでもよい。図１１Ｂに関してより詳細に示され、説明されるように、リブ１００７は、基板１００３又は上にあるカバーに印加される力及び／又はタッチ入力によって生成される変形及び／又は偏向を隔絶する助けとなり得る。装置がアダプタブルディスプレイを含んでカバー１０４の様々な場所に仮想入力領域を生成する場合、入力表面の表面上でのより均一な力感知を促進するために、このようなリブはなくされてもよい。

【0125】

図１０Ｂは、図１０Ａに示されるものより大きい歪みゲージ１００８のパターンを有する力感知システム１０１１を示し、力感知システム用の基板上での歪みゲージの別の配置例を図示する。歪みゲージ１００８は図１０Ａに示されるものより大きいが、歪みゲージ１００８は、力入力の場所を判定するために適した分解能を依然として提供することができる。たとえば、（たとえば力入力の重心を判定するために）複数の歪みゲージ１００８からの信号を検出及び分析することにより、＋／−約５ｍｍである分解能で力入力の場所を判定できる可能性があり、これは入力表面に示され得るか又はアダプタブルディスプレイに表示され得る、キーボードキー（たとえば仮想キー）、ゲーミング入力部、又は他のアフォーダンスなどの多くの入力領域に適している可能性がある。

【0126】

図１１Ａは、（たとえば図１の線Ａ〜Ａに沿って見た）キーボード１００の部分断面図を示し、力感知システム１００１（図１０Ａ）がキーボード１００に組み込まれる一例を図示する。図１１Ａに示されるように、指１１０５は、（カバー１０４に対応し得る）基板１００２に力を印加して、基板１００２に局所的くぼみ１１０２を生成している。基板１００２のくぼんでいる領域に連結された歪みゲージ１００６は、変形によって基板１００２が認識する偏向及び／又は歪みの相対量に対応する、信号又は他の検出可能な事象を生成することができる。歪みゲージ１００６を評価することにより、力入力の場所だけでなく、指１１０５によって印加される力入力の大きさが判定され得る。

【0127】

図１１Ａのキーボード１００は、下部構成要素１１０６を示し、これはエンクロージャ１０２、又は電子デバイスの別の内部構成要素若しくは構造体に対応し得る。図に示すように、基板１００２は、間隙１１０４によって下部構成要素１１０６から隔てられ得る。間隙１１０４は空いていてもよく（たとえば間隙１１０４は空気間隙でもよい）、図７Ａ〜図７Ｃに関して述べたコンプライアント材料７０４（たとえば発泡体、ゲル、シリコーン、（たとえばシリコーンから形成される）一連のコンプライアント材料ドット又は構造体など）に類似したコンプライアント材料などの材料を用いて、完全に又は部分的に埋められてもよい。コンプライアント材料は、基板１００２を支持する助けとなる場合があり、力入力によって生じる基板１００２の偏向を局所化及び／又は隔絶する助けとなる場合がある。

【0128】

図１１Ｂは、（たとえば図１の線Ａ〜Ａに沿って見た）キーボード１００の部分断面図を示し、力感知システム１００９（図１０Ｃ）がキーボード１００に組み込まれる一例を図示する。図１１Ｂに示されるように、指１００５は、（カバー１０４に対応し得る）基板１００３に力を印加して、基板１００２に局所的くぼみ１１０８を生成している。図１０Ｂに関して述べたように、力感知システム１００９は、基板１００３に形成される、又はその他の方法で連結されたリブ１００７を含むことができる。リブは、力入力によって生じる基板１００３の偏向を隔絶及び局所化することができる。たとえば、図１１Ｂに示されるように、指１１０７からの力入力は、主としてリブ１００７−２とリブ１００７−３の間に含まれる。したがって、歪みゲージ１００５−３は、近隣の歪みゲージ（たとえば歪みゲージ１００５−２、歪みゲージ１００５−４）より大きい歪みを受けることができ、それにより近隣又は隣り合うキー又は入力領域での、誤ったキー押圧の検出の可能性が低減される。

【0129】

図１１Ｂのキーボード１００は、下部構成要素１１０６を示し、これはエンクロージャ１０２、又は電子デバイスの別の内部構成要素若しくは構造体に対応し得る。図に示すように、基板１００３は、間隙１１１０によって下部構成要素１１１２から隔てられ得る。間隙１１１０は空いていてもよく（たとえば間隙１１１０は空気間隙でもよい）、図７Ａ〜図７Ｃに関して述べたコンプライアント材料７０４（たとえば、発泡体、ゲル、シリコーン、（たとえばシリコーンから形成される）一連のコンプライアント材料ドット又は構造体など）に類似したコンプライアント材料などの材料を用いて、完全に又は部分的に埋められてもよい。コンプライアント材料は、基板１００３を支持する助けとなる場合があり、力入力によって生じる基板１００３の偏向を更に局所化及び／又は隔絶する助けとなる場合がある。

【0130】

図１２は、（たとえば図１の線Ａ〜Ａに沿って見た）キーボード１００の部分断面図を示し、アクチュエータ１２０１を使用して（カバー１０４に対応し得る）基板１２０８に印加される力を検出する力感知システム１２００を示す。図１２のキーボード１００は、下部構成要素１２１０を示し、これはエンクロージャ１０２、又は電子デバイスの別の内部構成要素若しくは構造体に対応し得る。

【0131】

アクチュエータ１２０１は、本明細書に述べられる触覚アクチュエータ６０１に対応し得る。具体的には、アクチュエータ１２０１は、上述のような触覚作動機能と力感知機能との両方を提供することができる。たとえば、（触覚アクチュエータ６０１と同じ構成を有し得る）アクチュエータ１２０１は、電極層１２０４同士の間に挟まれたコンプライアント層１２０６を含む。電極層１２０４は、相互容量感知方式において電極として使用され得る。たとえば、ある電極層は駆動電極として使用することができ、別の電極層は感知電極として使用することができる。指１２０２又は他の用具が基板１２０８を変形させ、アクチュエータ１２０１を圧縮するときなど、感知電極と駆動電極が互いに近づくとき、プロセッサ又は他の回路は、その結果得られる電気的変化を検出することができ、この電気的変化は、力入力によって印加される力の量に相関され得る。より具体的には、力感知システム１２００は、力対容量（又は他の電気的事象）の相関関係を使用して、測定される容量値（又は他の電気的値）に対応する力の量を判定することができる。

【0132】

いくつかの実施形態では、アクチュエータ１２０１の電極層１２０４のうちの２つの電極層のみが、容量性力感知に使用される。他の実施形態では、すべての電極層など、より多くの電極層１２０４が使用される。上述のように、アクチュエータは、４０のコンプライアント層１２０６と４１の電極層１２０４とを含んでもよい。このような場合には、すべての４１の電極が、容量性感知に使用されてもよい。より少ない電極が使用されてもよい。

【0133】

注目すべきことには、アクチュエータ１２０１は、実質的に同時に、印加力を検出し触覚出力を生成することができる。たとえば、触覚信号は比較的低い周波数（他の周波数も考えられるが、たとえば２〜２００Ｈｚ）を有し、容量性センサの駆動電極向けの駆動信号は比較的高い周波数（他の周波数も考えられるが、たとえば１００〜２００ｋＨｚ）を有し得る。したがって、このような周波数は、アクチュエータ１２０１の電極層に実質的に同時に印加されてもよく、その結果、力入力による電気的変化も検出しながら、触覚出力が生成される。力感知システム１２００のプロセッサ及び／又は回路は、力入力を感知したとき、触覚出力による、力測定値へのいかなる悪影響も緩和するために、触覚出力によるコンプライアント層１２０６のいかなる圧縮又は延出も補償し得る。

【0134】

キーボード１００が、２本以上の指によって打たれるか又は作動され得る（キーボード全体又は上述の力感知ピクセルをカバーする単一の力感知領域などの）力感知領域を含む場合、力感知システムは、表面に接触する指の数に基づいて、力閾値を調整又は選択することができる。

【0135】

たとえば、ユーザが平坦な表面上の仮想キーを作動させようと試みていることを示す通常の力入力は、約２５〜約１５０グラムの範囲であり得る。したがって、力感知システムがその値を上回る力入力を検出するとき、力感知システムは、その仮想キーの選択を記録するべきである。しかし、ユーザが、キーボードの表面に複数の指を載せている場合、力感知システムは、ゼロでない基準力を検出する場合がある。基準力のこの可変性は、入力をトリガするのに必要な力の量を実質的に小さくして、力入力の誤検出の原因となる可能性がある。一例として、３本の指がキーボードに載っていることによる基準力が２０グラムである場合、キーボードに単に４本目の指を載せることが、装置に力入力を誤って識別させるのに十分である可能性がある。

【0136】

したがって、力感知システムは、所与の時点においてキーボードの入力表面に接触している指の数に基づき、キー押圧を示す力閾値を動的に判定することができる。図１３は、入力表面（たとえばカバー１０４）に接触している異なる指の数に基づいて、基準力及び力閾値の３つの例を示すグラフ１３００を図示する。具体的には、基準力１３０２は、表面に載っている１本の指の力に対応し得る。次いで、力閾値は、基準力１３０２より上のある一定の値１３０６に設定され、その結果力閾値１３０４になる。同様に、基準力１３０８は、表面に載っている２本の指の力に対応することができ、力閾値は、基準力１３０８より上のある一定の値１３１２に設定され、その結果力閾値１３１０になり得る。３本の指が表面上に載っていると判定される場合、力閾値は、１３１４である基準力より上のある一定の値１３１８に設定され、その結果力閾値１３１６になり得る。場合によっては、力閾値は、基準力の値に関わらず、基準力の約３０グラム上など、基準力よりも約２５〜約１５０グラム高く設定される。他の状況では、力閾値は、表面に接触する指の数に応じて、基準力よりも異なる量だけ高く設定されてもよい。

【0137】

基準力１３０２、基準力１３０８、及び基準力１３１４は、キーボードの入力表面に載っている指の数に基づいて判定されてもよい。たとえば、表面に載っている１本の指に対応する基準力は、１０グラムであると判定されてもよい。したがって、１本の指が表面で検出されるとき、基準力は、表面に印加される、任意の実際に検出される力に関わらず、１０グラムでもよい。同様に、２本の指が表面で検出されるとき、基準力は２０グラムなどでもよい。したがって、力閾値は、指によって表面に印加されている実際の力の量に関わらず、入力表面に接触している指の数に基づいて、任意の所与の時点で判定されてもよい。

【0138】

図１４は、電子デバイスの入力表面でのキー押圧を検出するプロセス１４００の一例を示す。プロセス１４００は、本明細書に述べられる装置例のうちの任意のもので実施され得る。たとえば、プロセス１４００を使用して、力入力に応じて、電子デバイスがどの動作（もしあれば）を実行するべきかを判定することができ、プロセス１４００は、たとえば図２０に関して述べられる処理ユニット及び他のハードウェア要素を使用して実施されてもよい。プロセス１４００は、電子デバイスのメモリの中に格納されるプロセッサ実行可能命令として実施され得る。

【0139】

動作１４０２では、電子デバイスの入力表面（たとえばカバー１０４の表面（図１））に接触している指の数が判定される。たとえば、キーボード１００のタッチ感知システムを使用して、何本の指がカバー１０４に接触しているかを判定することができる。

【0140】

動作１４０４では、キー押圧を示す力閾値が判定される。たとえば、キーボード１００は、満たされた場合にキーボード１００が入力領域（たとえば仮想キー）の選択を記録することになる力閾値を判定する。力閾値は、少なくとも部分的には、入力表面に接触している指の数に基づいて判定される。たとえば、力閾値は、入力表面に接触していると判定された指の数についての基準力より約２５〜約１５０グラム大きくてもよい。接触している各指についての基準力は、１０グラムでもよい。すなわち、入力表面に接触している追加的な各指は、基準力に更に１０グラムを追加し得る。他の値も考えられる。また、指の数ごとの基準力は、直線的に増加しなくてもよい。たとえば、１本の指についての基準力は１０グラムであり、８本の指についての基準力は４０グラムであってもよい。

【0141】

動作１４０６では、力閾値を満たす力入力が検出される。力入力は、上述の力感知システムのうちの任意のものなどの力感知システムを用いて検出され得る。

【0142】

動作１４０８では、動作１４０６での力入力の検出に応じて、入力領域の選択が記録され得る。たとえば、閾値を満たす力入力が、あるキーの場所に印加されたと判定される場合、（たとえばテキスト文字に対応し得る）そのキーの選択が記録される。キーボード１００は、電子デバイスに選択を伝えることができ、電子デバイスは、（アプリケーションへのテキスト文字の入力などの）適当な動作又は応答を実行することができる。

【0143】

場合によっては、力閾値は、代わりに、又は追加的に、検出される力入力の大きさに基づいて確定されてもよい。つまり、異なるユーザは、異なる力でキーボードに入力をタイプ又は印加する場合がある。より具体的には、第１のユーザは、キーを打つごとに比較的弱い力で（たとえば約１０グラムである平均力で）タイプする可能性があり、第２のユーザは、キーを打つごとに比較的強い力で（たとえば約１００グラムである平均力で）タイプする可能性がある。したがって、キーボード１００は、ある数の入力を検出した後、力閾値を調整することによって、個々のユーザに適合し得る。たとえば、キーボード１００は、キー領域に印加される入力、及び／又はキー押圧を示す周波数又は他のパターンを有する入力など、タイピング入力を示す入力（たとえばキー押圧）を検出することができ、それらの入力の平均力を判定することができる。次いで、キーボード１００は、キー押圧の平均力に基づいて力閾値を調整することができる。すなわち、力閾値がキーボード１００によって検出されるユーザの平均的タイピング力を著しく下回る場合、キーボード１００は、（キー押圧として意図されていなかった）より軽いタッチを、キー押圧と取り違える可能性がある。一方、力閾値がキーボード１００によって検出されるユーザの平均的タイピング力を著しく上回る場合、キーボード１００は、ユーザの入力のすべてをキー押圧として認識しない可能性がある。したがって、キーボード１００は、検出される平均的な力入力に基づいて、力閾値を動的に設定し得る。場合によっては、力閾値は、平均的タイピング力（又は任意の他の適した値）の１％、５％、１０％、又は２０％下など、平均的タイピング力を所定の量下回るところに設定されてもよい。

【0144】

平均的タイピング力は、（たとえば１時間ごと、５時間ごとなど）時間を基準とした周期で、又は（たとえばワードプロセッシングアプリケーションが開かれるたび、コンピュータが再起動されるたびなど）事象を基準としてなど、任意の適したインターバルで検出され得る。他のインターバル、周期、及びトリガ事象も企図される。

【0145】

キーレスキーボードは、トラックパッドと同様に、タッチ及び／又は運動をベースとした入力（たとえばスワイプ、ピンチ、ローテーション、又はタップ）を検出するタッチ感知システムも含み得る。したがって、入力表面を横切る動きに対応するタッチ入力が検出され得る。入力表面を横切る動きに対応するタッチ入力の検出に応じて、電子デバイスのディスプレイ上のカーソルの位置が変えられ得る。タッチ感知システムは、ユーザがタイピング（たとえば力入力）及び従来のトラックパッド入力（たとえばスワイプ、ピンチ、ローテーション、タップなど）を含めた種々のやり方で平坦なキーボードの表面と相互に作用できるように、キーボードのキーと同じ入力表面を共有してもよい。

【0146】

上記のように、キーボード１００は、キーボード１００の表面でのキー（たとえば仮想キー）の配列を変えることができるアダプタブルディスプレイを含んでもよい。図１５Ａ〜図１７は、力感知と触覚出力との両方を含むキーボード１００で実施され得る配列及び他の機能の例を図示する。

【0147】

たとえば、図１５Ａ〜図１５Ｃを参照して述べるように、入力デバイス１５００は、ユーザの指１５３２の場所を検出し、ユーザが自身の指１５３２をどこにどのように配置するかに従って、複数の入力領域を画定することができる。これにより、入力領域（又はキー）１５０６の様々な構成、サイズ及び位置が可能になることによって、ユーザエクスペリエンスを向上させることができる。

【0148】

図１５Ａに示されるように、入力表面１５０４は、初めは、画定された入力領域又は入力領域の視覚的な指示を備えない、非アクティブでもよい。ユーザの指１５３２が入力表面１５０４に近づくとき、入力表面１５０４は、図１５Ｂに示されるようにアクティブになることができる。たとえば、入力表面１５０４は、ユーザの指１５３２の存在及び／又は場所を検出する、タッチ感知システムなどの近接センサを組み込んでもよい。これらのセンサは、入力領域１５０６を画定する所望の場所を検出することができる。別法として、入力領域１５０６は、ジェスチャの実施、入力表面１５０４のタッチ、又は入力表面１５０４の押圧などの、追加的なユーザ動作に応じて画定されてもよい。

【0149】

入力領域１５０６（たとえば仮想キー）が適応的入力表面１５０４に画定されることと同時に、又はそれに応じて、入力領域１５０６は視覚的に示され得る。たとえば、入力表面１５０４の中のディスプレイは、仮想キー１５０６の場所を視覚的に示すことができる。仮想キー１５０６の場所は、加えて、又は代わりに、触知的に示されてもよい。たとえば、アクチュエータ（たとえば圧電アクチュエータ、静電素子など）が、ユーザによって仮想キー１５０６の物理的境界として知覚され得る振動又は他の出力を提供してもよい。たとえば、ユーザが仮想キー１５０６の中央に直接指を配置するとき、触覚出力は提供されなくてもよい。ユーザがその指をキーの境界へと動かす（又はキーの境界に最初に指を配置した）とき、アクチュエータは出力を生成し、それによってユーザの指がキーの境界にあるということをユーザに示すことができる。

【0150】

入力領域の場所及び入力領域の対応する視覚的しるしは、ユーザ対話に従って更に適応的になり得る。たとえば、入力デバイス１５００は、複数のキーボード配列を格納するコンピュータ可読メモリを更に含んでもよく、各キーボード配列は、対応する視覚的表現を有する。図１５Ｂに示される配列は、第１の配列（たとえば仮想キーの第１の構成）でもよく、図１５Ｃは、第２の配列（たとえば仮想キーの第２の構成）でもよい。追加的な配列も、入力デバイス１５００に格納されてもよく、又は別のコンピューティング装置によって入力デバイス１５００に送られてもよい。

【0151】

図１５Ｃに示されるように、ユーザの指１５３２が入力デバイス１５００に異なる配置で、又は異なる場所に置かれる場合、入力領域１５０６は、異なるように（たとえば第２のキーボード配列に従って）画定され得る。図１５Ｃに図示されるように、ユーザの指は、図１５Ｂに示されるように直線ではなく、互いに対してある角度で、それまで非アクティブであった入力表面に配置される。入力デバイスは、人間工学的キーボード配列（たとえば、格納される第２のキーボード配列）に対応するものとしてこの配置を認識し、それに応じて入力領域１５０６、及び入力領域の対応する視覚的しるしを画定することができる。これらの例は、本質的に例示的であり、ユーザ対話、プログラムされた選好、又は入力デバイスと通信するアプリケーションを介したソフトウェア制御のいずれによるものであれ、別のキーボード配列又は入力方式が、本発明に従って実施されてもよい。

【0152】

力感知、触覚出力、及び適応的ディスプレイを含む入力デバイスを使用して、従来のキーボードとは異なるユーザインタフェースを画定することができる。図１６は、代替のユーザ入力が適応的入力表面１６０４に生成されるノートブックコンピュータ又はラップトップコンピュータ１６４２に組み込まれる入力デバイス１６００の一例を示す。

【0153】

ノートブックコンピュータ１６４２は、ディスプレイ１６４４を備える上部部分と入力デバイス１６００を収容する下部部分とを有するエンクロージャ１６０２を備える。エンクロージャは、（入力デバイス１６００の処理ユニットと共有されてもよく、個別でもよい）処理ユニット、メモリ、コンピュータ可読媒体、入出力ポート、センサ、マイクロホン、スピーカなどの種々の構成要素を更に収容し得る。入力デバイス１６００は、力感知システムと、タッチ感知システムと、１つ以上の触覚アクチュエータ（図示せず）とを含み得る。本明細書に述べられる力若しくはタッチ感知システム、又は触覚アクチュエータのうちの任意のものが、入力デバイス１６００に使用され得る。

【0154】

入力デバイス１６００は、（図１のカバー１０４、又は本明細書に述べられる任意の他のカバーに対応し得る）適応的入力表面１６０４を有する。入力表面１６０４は、ノートブックコンピュータ１６４２のディスプレイ１６４４に描画されるアクティブソフトウェアアプリケーション（ここでは音楽プレーヤ）と相互に作用するように適合されることが示される。入力表面１６０４は、メディア再生コントロール１６４６及び仮想トラックパッド１６４８を含む、画定された入力領域を有する。入力表面１６０４は、音量コントロール１６５０用の入力領域も画定する。ユーザが音量コントロール１６５０に沿って指１６３２を滑らせるとき、入力デバイス１６００のタッチ及び／又は力感知システムは、ユーザの指１６３２の運動を検出することができ、触覚アクチュエータが作動して（たとえば入力表面１６０４を発振又は振動させるように生じて）、ユーザに触覚フィードバックを提供することができる。触覚フィードバックの強度（たとえば周波数又は振幅）は、指１６３２が音量を上げるように滑るときは強まり、指１６３２が音量を下げるように滑るときは弱まってもよい。

【0155】

同様に、図１７は、ノートブックコンピュータ１７４２に組み込まれる入力デバイス１７００の一例を示す。ノートブックコンピュータ１７４２は、ディスプレイ１７４４を備える上部部分と、本発明による入力デバイス１７００を収容する下部部分とを有するエンクロージャ１７０２を備える。

【0156】

入力デバイス１７００は、（図１のカバー１０４又は本明細書に述べられる任意の他のカバーに対応し得る）適応的入力表面１７０４を有する。入力表面１７０４は、ノートブックコンピュータ１７４２のディスプレイ１７４４に描画されるソフトウェアアプリケーション（ここではウェブブラウザ）のユーザインタフェースと相互に作用するように適合されることが示される。入力表面１７０４が、仮想キーを備える標準的なキーボード配列をそれまで画定していたと仮定すると、ウェブブラウザが開かれたとき、仮想キー１７０６は偏移され、かつ／又は断ち切られ、仮想トラックパッド１７４８が入力表面１７０４の中央に再配置されてもよい。より目立つように位置付けられる仮想トラックパッド１７４８を用いて、ユーザ１７３２は、ポインタ１７５２を動かし、リンクをクリックすることを頻繁に必要とする場合があるウェブページをより容易に見て回ることができる。

【0157】

図１８〜図１９に図示されるように、キーレスキーボードなどの本発明による入力デバイスは、多くの形態で実施され得る。入力デバイスは、図１６及び図１７に関して上に示されるように、ノートブックコンピュータなどの装置に組み込まれてもよく、図１８〜図１９に関して図示されるように、ホストコンピュータ又は他の装置と通信する個別の装置でもよい。

【0158】

図１８は、デスクトップコンピュータ１８５４と通信するキーボード１８００の一例を示す。キーボード１８００は、有線又は無線接続を介してデスクトップコンピュータ１８５４と通信し得る。キーボード１８００は、エンクロージャと、エンクロージャの中に位置決めされる適応的入力表面１８０４とを有する。入力表面１８０４は、入力領域１８１２を画定し、これは文字入力キーに対応し得る。キーボード１８００は、本明細書に述べられる力感知システム及び／又は触覚アクチュエータ若しくは触覚出力システムを含んでもよい。

【0159】

図１９は、カバーケースに組み込まれる入力デバイス１９００の一例を示す。カバーケースは、ポータブルタブレットコンピューティング装置１９５６に取り付けられ、それと通信することができる。入力デバイス１９００は、有線接続、電気的接触接続、又は無線接続を介してタブレット１９５６と通信することができる。入力デバイス１９００は、入力領域１９１２を画定する適応的入力表面１９０４を有する。入力デバイス１９００は、本明細書に述べられる力感知システム及び／又は触覚アクチュエータ若しくは触覚出力システムを含んでもよい。

【0160】

上記の図に示される装置の例は、本質的に例示的であることを意図したものであり、多数の他のやり方で実施されてもよい。更に、上記の例は、平坦で概ね平滑な入力表面を用いて図示されるが、本発明は、湾曲したタイプ、折れ曲がったタイプ、テクスチャ加工されたタイプ、粗いタイプ、及び他のタイプの表面を使用して実施することもできる。

【0161】

図２０は、本明細書に述べられる実施形態による入力デバイスの構成要素の例を示す。図２０に示される概略図は、本明細書に述べられる装置の構成要素に対応し得る。しかし、図２０は、より一般に、本明細書に述べる実施形態による力感知システムと制御可能な触覚フィードバック要素とを含む、他のタイプの装置も表し得る。

【0162】

図２０に示されるように、装置２０００は、コンピュータメモリ２０６０に動作可能に接続される処理ユニット２０５８を含む。処理ユニット２０５８は、電子バス又はブリッジによって、メモリ２０６０構成要素に動作可能に接続され得る。処理ユニット２０５８は、コンピュータ可読命令に応じて動作を実行するように構成される１つ以上のコンピュータプロセッサ又はマイクロコントローラを含んでもよい。ノートブックコンピュータなどのより大きい装置に組み込まれる場合、処理ユニット２０５８は、より大きい装置の中央処理装置（central processing unit、ＣＰＵ）でもよい。追加的に、又は別法として、処理ユニット２０５８は、特定用途向け集積チップ（application specific integrated chip、ＡＳＩＣ）及び他のマイクロコントローラ装置を含む、装置２０００の中の他のプロセッサを含んでもよい。処理ユニット２０５８は、上の例に述べられる機能を実施することができる。

【0163】

メモリ２０６０は、たとえば、リードアクセスメモリ（read access memory、ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（read-only memory、ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルメモリ（たとえばＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ）、又はフラッシュメモリを含めた、種々のタイプの非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい。メモリ２０６０は、コンピュータ可読命令、センサ値、及び他の永続性ソフトウェア要素を格納するように構成される。

【0164】

この例では、処理ユニット２０５８は、メモリ２０６０に格納されるコンピュータ可読命令を読み出すように動作可能である。コンピュータ可読命令は、本明細書に述べられる動作又は機能を実行するように処理ユニット２０５８を適合させることができる。コンピュータ可読命令は、コンピュータプログラム製品、ソフトウェアアプリケーションなどとして提供されてもよい。

【0165】

装置２０００は、装置２０００の構成要素に電力を供給するように構成されるバッテリ２０６２も含むことができる。バッテリ２０６２は、共にリンクされて電力の内部供給を可能にする１つ以上の蓄電セルを含んでもよい。バッテリ２０６２は、装置２０００の中の個々の構成要素又は構成要素のグループに適当な電圧及び電力レベルを供給するように構成される電力管理回路に動作可能に連結されてもよい。バッテリ２０６２は、電力管理回路を介して、ＡＣ電力コンセントなどの外部電源から電力を受けることができる。バッテリ２０６２は、装置２０００が数時間から数日におよび得る長時間、外部電源への接続なしで動作することができるように、受けた電力を貯蔵することができる。

【0166】

装置２０００は、ディスプレイ２０２０（又は複数のディスプレイ２０２０）も含むことができる。ディスプレイ２０２０は、液晶ディスプレイ（liquid crystal display、ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（organic light emitting diode、ＯＬＥＤ）ディスプレイ、エレクトロルミネッセント（electroluminescent、ＥＬ）ディスプレイ、電気泳動インク（ｅインク）ディスプレイなどを含んでもよい。ディスプレイ２０２０が、ＬＣＤ又はｅインクタイプのディスプレイである場合、ディスプレイ２０２０は、可変レベルのディスプレイ輝度を実現するように制御され得るバックライト構成要素も含み得る。ディスプレイ２０２０が、ＯＬＥＤ又はＥＬタイプのディスプレイである場合、ディスプレイ２０２０の輝度は、ディスプレイ要素に与えられる電気的信号を変えることによって制御され得る。ディスプレイ２０２０は、ディスプレイ１７４４（図１７）などの独立型ディスプレイ、及び／又はキーボード若しくは他の入力デバイスの適応的ディスプレイを含んでもよい。たとえば、ディスプレイ２０２０は、キーボードに組み込まれて、種々のキーボード配列又は他のユーザインタフェースを提示してもよい。

【0167】

いくつかの実施形態では、装置２０００は、１つ以上の入力デバイス２０６４を含む。入力デバイス２０６４は、ユーザ入力を受けるように構成される装置である。入力デバイス２０６４は、たとえばプッシュボタン、タッチ作動式ボタンなどを含んでもよい。いくつかの実施形態では、入力デバイス２０６４は、たとえば電源ボタン、音量ボタン、ホームボタン、スクロールホイール、及びカメラボタンを含めた、専用の、又は１次的な機能を提供し得る。一般に、タッチ感知システム及び力感知システムは、入力デバイスとしても分類され得る。しかし、この図示される例では、タッチ感知システム（タッチ感知素子２０１８及びタッチ感知回路２０７０）並びに力感知システム（力感知素子２０６６及び力感知回路２０７２）は、装置２０００の中の別個の構成要素として示される。

【0168】

装置２０００は、タッチ感知システム（又は複数のタッチ感知システム）を含んでもよい。タッチ感知システムは、タッチ感知素子２０１８又は複数のタッチ感知素子２０１８と、タッチ感知回路２０７０とを含むことができる。タッチ感知システムは、電子デバイスのカバー又は入力表面などの、電子デバイスの他の構成要素を含むか又は組み込むこともできる。タッチ感知素子２０１８は、電極、電極層、又は他の構成要素を含んでもよく、上述のように相互容量又は自己容量タッチ感知方式に従って動作するように構成され得る。追加的に、又は別法として、表面弾性波センサ、抵抗性センサ、赤外線センサなど向けの要素など、他のタイプのタッチ感知方式用のタッチ感知素子２０１８が使用されてもよい。

【0169】

装置２０００は、タッチ感知回路２０７０も含むことができる。タッチ感知回路２０７０は、タッチ感知素子２０１８に動作可能に連結されて、タッチ感知システムのすべて、又は一部を形成することができる。タッチ感知回路２０７０は、タッチ感知素子２０１８と共に、（キーレスキーボードの入力表面などの）入力表面での、又はその近くのタッチの場所を検出及び推定することができる。タッチ感知回路２０７０は、更に、タッチの検出された場所を示す信号又は他のしるしを出力することができる。タッチ感知回路２０７０は、更に、処理ユニット２０５８に動作可能に連結されてもよい。

【0170】

装置２０００は、力感知システム（又は複数の力感知システム）も含むことができる。力感知システムは、入力表面に印加される力の量を検出及び／又は推定する任意の構成要素、又は構成要素のグループに対応し得る。たとえば、力感知システムは、力感知素子２０６６又は複数の力感知素子２０６６と、力感知回路２０７２とを含むことができる。力感知システムは、電子デバイスのカバー又は入力表面などの、電子デバイスの他の構成要素を含むか又は組み込むこともできる。装置が複数の力感知システムを含む場合、各力感知システムは、それ自体の個別の構成要素を含んでもよく（たとえば、それぞれが異なる力感知素子及び力感知回路を有してもよく）、いくつかの構成要素を共有してもよい（たとえば、各力感知システムは、それ自体の力感知素子をそれぞれ有するが、力感知回路は共有してもよい）。

【0171】

力感知素子２０６６は、キーレスキーボード（又は他の力感知入力デバイス）に印加される力入力に応じて、電気的値（たとえば抵抗、容量、電圧など）、検出可能な信号などの変化を生じさせることができる。感知素子２０６６は、電極又は他の導電性材料の層などの１つ以上の層として実施されてもよい。力感知素子の例は上に述べられており、容量性感知素子、電極、圧電材料、歪みゲージなどを含み得る。

【0172】

力感知回路２０７２は、力感知素子２０６６に動作可能に連結されて、力感知システムのすべて、又は一部を形成することができる。力感知回路２０７２は、力感知素子２０６６と共に、入力表面に印加される力の量を検出及び推定することができる。いくつかの実施形態では、力感知回路２０７２は、更に、印加力の場所を検出することができる。力感知回路２０７２は、更に、印加力の推定量を示す信号又は他のしるしを出力することができる。いくつかの実施形態では、力感知回路２０７２は、動的な、又は調整可能な力閾値を使用して動作し得る。力感知回路２０７２は、力閾値を超える印加力のみに従って信号を出力することができる。力感知回路２０７２は、更に、処理ユニット２０５８に動作可能に連結されてもよい。

【0173】

装置２０００は、触覚アクチュエータ２０２６（又は複数の触覚アクチュエータ２０２６）も含むことができる。触覚アクチュエータ２０２６は、処理ユニット２０５８によって制御されてもよく、図２〜図６Ｃに関して上に図示されるように、装置２０００と相互に作用するユーザに触覚フィードバックを提供することができる。いくつかの実施形態では、複数の触覚アクチュエータ２０２６が、入力表面の様々なエリアで、局所的なマクロな触覚フィードバックを提供することができる。

【0174】

装置２０００は、外部の又は個別の装置から信号又は電気的通信を送るかつ／又は受けるように構成される通信ポート２０６８も含むことができる。通信ポート２０６８は、ケーブル、アダプタ、又は他のタイプの電気コネクタを介して外部装置に連結し得る。いくつかの実施形態では、通信ポート２０６８を使用して、ホストコンピュータに装置２０００を連結することができる。通信ポート２０６８は、外部装置から制御情報を受けることができ、これは装置２０００を動作させる、かつ／又は制御するために使用され得る。

【0175】

説明を目的とした前述の説明は、記述される実施形態の徹底した理解を可能にするために、具体的な専門語を使用した。しかし、記述される実施形態を実施するために、具体的な詳細は必要とされないことは、当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に述べられる特定の実施形態の前述の説明は、実例及び説明の目的で提示されている。これらの説明は、網羅的であること、又は開示されるまさにその形態に実施形態を限定することを目標としたものではない。上記の教示に鑑みて、多くの修正形態及び変形形態が考えられることは、当業者には明らかであろう。たとえば、本明細書に開示される方法又はプロセスは、特定の順序で実施される特定の動作を参照して説明され、示されてきたが、これらの動作は、本開示の教示から逸脱しない限り、組み合わせられ、細分され、又は順序を変更されて、均等な方法又はプロセスを形成してもよい。更に、ある実施形態に関して本明細書に述べる構造体、フィーチャ、構成要素、材料、ステップ、プロセスなどは、その実施形態からなくされてもよく、他の実施形態に組み込まれてもよい。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】