實施例一般涉及輸入感測,以及具體來說涉及估計由輸入物體對觸摸傳感器所施加的力。
背景技術:
包括接近傳感器裝置(通常又稱作觸摸板或觸摸傳感器裝置)的輸入裝置廣泛用于多種電子系統(tǒng)中。接近傳感器裝置通常包括常常通過表面來區(qū)分的感測區(qū),其中接近傳感器裝置確定一個或多個輸入物體的存在、位置和/或運動。接近傳感器裝置可用來提供電子系統(tǒng)的接口。例如,接近傳感器裝置常常用作較大計算系統(tǒng)的輸入裝置(例如筆記本或臺式計算機中集成的或者作為其外設的不透明觸摸板)。接近傳感器裝置還常常用于較小計算系統(tǒng)(例如蜂窩電話中集成的觸摸屏)中。許多接近傳感器沒有準確地測量由輸入物體在感測區(qū)中施加的力的能力。
技術實現(xiàn)要素:
在一個實施例中,提供一種力感測裝置。力感測裝置包括感測區(qū)中的多個傳感器電極。力感測裝置還包括處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)配置成驅(qū)動多個傳感器電極以獲取傳感器數(shù)據(jù)。處理系統(tǒng)還配置成基于傳感器數(shù)據(jù)來生成第一直方圖,第一直方圖包括每個具有關聯(lián)值的多個格。處理系統(tǒng)還配置成基于與第一直方圖的多個格的至少一個子集關聯(lián)的值來確定輸入物體的力信息。
在另一個實施例中,提供一種處理系統(tǒng)。該處理系統(tǒng)包括傳感器電路,其配置成驅(qū)動感測區(qū)中的多個傳感器電極以獲取傳感器數(shù)據(jù)。處理系統(tǒng)還包括確定處理器,其配置成基于傳感器數(shù)據(jù)來生成第一直方圖,并且基于與第一直方圖的多個格的至少一個子集關聯(lián)的值來確定輸入物體的力信息,其中第一直方圖包括各具有關聯(lián)值的多個格。
在另一個實施例中,提供一種方法。該方法包括驅(qū)動感測區(qū)中的多個傳感器電極,以獲取傳感器數(shù)據(jù)。該方法還包括基于傳感器數(shù)據(jù)來生成第一直方圖,第一直方圖包括每個具有關聯(lián)值的多個格。該方法還包括基于與第一直方圖的多個格的至少一個子集關聯(lián)的值來確定輸入物體的力信息。
附圖說明
為了能夠詳細了解實施例的上述特征的方式,可參照實施例進行以上概述的實施例的更具體描述,實施例的一部分在附圖中示出。但是要注意,附圖僅示出典型實施例,并且因此不是要被理解為限制范圍,因為可容許其他有效實施例。
圖1是按照一示例、包括輸入裝置的系統(tǒng)的框圖。
圖2A是示出按照一示例的電容傳感器裝置的框圖。
圖2B是示出按照一示例的另一個電容傳感器裝置的框圖。
圖3是按照一示例、與采用傳感器電極所接收的信號關聯(lián)的值的直方圖。
圖4示出按照一示例、用于基于單個輸入物體的存在來估計觸摸事件的力的方法。
圖5示出按照一示例、用于基于多個輸入物體的存在來估計多個觸摸事件的力的方法。
圖6示出一圖表,該圖表示出按照一示例、信噪比的測量的幾何相關加權。
為了便于理解,相同的參考標號在可能的情況下用于表示附圖共同的相同元件。預期一個實施例的元件可有益地結合在其他實施例中。
具體實施方式
以下詳細描述實際上只是示范性的,而不是意在限制實施例或者這類實施例的應用和使用。此外,并不是意在通過前面的技術領域、背景、概述或者以下詳細描述中提供的任何明確表達或暗示的理論進行限制。
各個實施例提供用于估計輸入物體所施加的力的技術。技術一般包括驅(qū)動感測區(qū)中的多個傳感器電極以獲取傳感器數(shù)據(jù),基于傳感器數(shù)據(jù)來生成第一直方圖,并且基于與第一直方圖的多個格的至少一個子集關聯(lián)的值來確定輸入物體的力信息,其中第一直方圖包括各具有關聯(lián)值的多個格。
現(xiàn)在來看附圖,圖1是按照本發(fā)明的實施例的示范輸入裝置100的框圖。輸入裝置100可配置成向電子系統(tǒng)(未示出)提供輸入。如本文檔所使用的術語“電子系統(tǒng)”或(或“電子裝置”)廣義地表示能夠電子地處理信息的任何系統(tǒng)。電子系統(tǒng)的一些非限制性示例包括所有尺寸和形狀的個人計算機,例如臺式計算機、膝上型計算機、上網(wǎng)本計算機、平板、萬維網(wǎng)瀏覽器、電子書閱讀器和個人數(shù)字助理(PDA)。附加示例電子系統(tǒng)包括合成輸入裝置,例如包括輸入裝置100和獨立操縱桿或按鍵開關的物理鍵盤。其他示例電子系統(tǒng)包括諸如數(shù)據(jù)輸入裝置(包括遙控和鼠標)和數(shù)據(jù)輸出裝置(包括顯示屏幕和打印機)之類的外圍設備。其他示例包括遠程終端、售貨亭和視頻游戲機(例如視頻游戲控制臺、便攜游戲裝置等)。其他示例包括通信裝置(包括蜂窩電話、例如智能電話)和媒體裝置(包括記錄器、編輯器和播放器、例如電視機、機頂盒、音樂播放器、數(shù)碼相框和數(shù)碼相機)。另外,電子系統(tǒng)可能是輸入裝置的主機或從機。
輸入裝置100能夠?qū)崿F(xiàn)為電子系統(tǒng)的物理部分,或者能夠與電子系統(tǒng)在物理上分隔。適當?shù)?,輸入裝置100可使用下列的任一個或多個與電子系統(tǒng)的部分進行通信:總線、網(wǎng)絡和其他有線或無線互連。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行總線(USB)、藍牙、RF和IRDA。
圖1中,輸入裝置100示為接近傳感器裝置(又常常稱作“觸摸板”或“觸摸傳感器裝置”),其配置成感測由一個或多個輸入物體140在感測區(qū)120中提供的輸入。示例輸入物體包括手指和觸控筆,如圖1所示。
感測區(qū)120包含輸入裝置100之上、周圍、之中和/或附近的任何空間,其中輸入裝置100能夠檢測用戶輸入(例如由一個或多個輸入物體140所提供的用戶輸入)。特定感測區(qū)的尺寸、形狀和位置可逐個實施例極大地改變。在一些實施例中,感測區(qū)120沿一個或多個方向從輸入裝置100的表面延伸到空間中,直到信噪比阻止充分準確的物體檢測。在各個實施例中,這個感測區(qū)120沿特定方向所延伸的距離可以是大約小于一毫米、數(shù)毫米、數(shù)厘米或者以上,并且可隨所使用的感測技術的類型和預期的精度而極大地改變。因此,一些實施例感測輸入,其包括沒有與輸入裝置100的任何表面相接觸、與輸入裝置100的輸入表面(例如觸摸表面)相接觸、與耦合某個量的所施加力或壓力的輸入裝置100的輸入表面相接觸和/或它們的組合。在各個實施例中,可由傳感器電極所在的殼體的表面、由施加在傳感器電極或者任何殼體之上的夾層結構面板等,來提供輸入表面。在一些實施例中,感測區(qū)120在投影到輸入裝置100的輸入表面時具有矩形形狀。
輸入裝置100可利用傳感器組件和感測技術的任何組合來檢測感測區(qū)120中的用戶輸入。輸入裝置100包括用于檢測用戶輸入的一個或多個感測元件。作為若干非限制性示例,輸入裝置100可使用電容、倒介電、電阻、電感、磁、聲、超聲和/或光學技術。一些實現(xiàn)配置成提供跨越一維、二維、三維或更高維的空間的圖像。一些實現(xiàn)配置成提供沿特定軸或平面的輸入的投影。在輸入裝置100的一些電阻實現(xiàn)中,柔性和導電第一層通過一個或多個隔離元件與導電第二層分隔。在操作期間,跨層創(chuàng)建一個或多個電壓梯度。按壓柔性第一層可使它充分偏轉(zhuǎn),以在層之間創(chuàng)建電接觸,從而產(chǎn)生反映層之間的(一個或多個)接觸點的電壓輸出。這些電壓輸出可用來確定位置信息。
在輸入裝置100的一些電感實現(xiàn)中,一個或多個感測元件拾取由諧振線圈或線圈對所感應的回路電流。電流的幅值、相位和頻率的某個組合則可用來確定位置信息。
在輸入裝置100的一些電容實現(xiàn)中,施加電壓或電流以創(chuàng)建電場。附近的輸入物體引起電場的變化,并且產(chǎn)生可作為電壓、電流等的變化來檢測的電容耦合的可檢測變化。
一些電容實現(xiàn)利用電容感測元件的陣列或者其他規(guī)則或不規(guī)則圖案來創(chuàng)建電場。在一些電容實現(xiàn)中,獨立感測元件可歐姆地短接在一起,以形成較大傳感器電極。一些電容實現(xiàn)利用電阻片,其可以是電阻均勻的。
一些電容實現(xiàn)利用基于傳感器電極與輸入物體之間的電容耦合的變化的“自電容”或(或“絕對電容”)感測方法。在各個實施例中,傳感器電極附近的輸入物體改變傳感器電極附近的電場,從而改變所測量電容耦合。在一個實現(xiàn)中,絕對電容感測方法通過相對參考電壓(例如系統(tǒng)地)來調(diào)制傳感器電極以及通過檢測傳感器電極與輸入物體之間的電容耦合進行操作。
一些電容實現(xiàn)利用基于傳感器電極之間的電容耦合的變化的“互電容”(或“跨電容”)感測方法。在各個實施例中,傳感器電極附近的輸入物體改變傳感器電極之間的電場,從而改變所測量電容耦合。在一個實現(xiàn)中,跨電容感測方法通過下列步驟進行操作:檢測一個或多個發(fā)射器傳感器電極(又稱作“發(fā)射器電極”或“發(fā)射器”)與一個或多個接收器傳感器電極(又稱作“接收器電極”或“接收器”)之間的電容耦合。發(fā)射器傳感器電極可相對于參考電壓(例如系統(tǒng)地)來調(diào)制,以傳送發(fā)射器信號。接收器傳感器電極可相對于參考電壓基本上保持為恒定,以促進所產(chǎn)生信號的接收。所產(chǎn)生信號可包括與一個或多個發(fā)射器信號和/或與一個或多個環(huán)境干擾源(例如其他電磁信號)對應的影響。傳感器電極可以是專用發(fā)射器或接收器,或者傳感器電極可配置成既傳送又接收。備選地,接收器電極可相對于地來調(diào)制。
圖1中,處理系統(tǒng)110示為輸入裝置100的一部分。處理系統(tǒng)110配置成操作輸入裝置100的硬件,以檢測感測區(qū)120中的輸入。處理系統(tǒng)110包括一個或多個集成電路(IC)的部分或全部和/或其他電路組件。例如,互電容傳感器裝置的處理系統(tǒng)可包括:發(fā)射器電路,配置成采用發(fā)射器傳感器電極來傳送信號;和/或接收器電路,配置成采用接收器傳感器電極來接收信號。在一些實施例中,處理系統(tǒng)110還包括電子可讀指令,例如固件代碼、軟件代碼等。在一些實施例中,組成處理系統(tǒng)110的組件共同位于例如輸入裝置100的(一個或多個)感測元件的附近。在其他實施例中,處理系統(tǒng)110的組件在物理上是獨立的,其中一個或多個組件靠近輸入裝置100的(一個或多個)感測元件,而一個或多個組件在其他位置。例如,輸入裝置100可以是耦合到臺式計算機的外設,并且處理系統(tǒng)110可包括配置成運行于臺式計算機的中央處理器上的軟件以及與中央處理器分隔的一個或多個IC(也許具有關聯(lián)固件)。作為另一個示例,輸入裝置100可在物理上集成到電話中,并且處理系統(tǒng)110可包括作為電話的主處理器的一部分的電路和固件。在一些實施例中,處理系統(tǒng)110專用于實現(xiàn)輸入裝置100。在其他實施例中,處理系統(tǒng)110還執(zhí)行其他功能,例如操作顯示屏幕、驅(qū)動觸覺致動器等。
處理系統(tǒng)110可實現(xiàn)為操控處理系統(tǒng)110的不同功能的一組模塊。各模塊可包括作為處理系統(tǒng)110的一部分的電路、固件、軟件或者其組合。在各個實施例中,可使用模塊的不同組合。示例模塊包括:硬件操作模塊,用于操作諸如傳感器電極和顯示屏幕之類的硬件;數(shù)據(jù)處理模塊,用于處理諸如傳感器信號和位置信息之類的數(shù)據(jù);以及報告模塊,用于報告信息。其他示例模塊包括:傳感器操作模塊,配置成操作感測元件以檢測輸入;識別模塊,配置成識別例如模式變更手勢等的手勢;以及模式變更模塊,用于變更操作模式。
在一些實施例中,處理系統(tǒng)110直接通過引起一個或多個動作,來響應感測區(qū)120中的用戶輸入(或者沒有用戶輸入)。示例動作包括變更操作模式以及諸如光標移動、選擇、菜單導航和其他功能之類的GUI動作。在一些實施例中,處理系統(tǒng)110向電子系統(tǒng)的某個部分(例如向電子系統(tǒng)中與處理系統(tǒng)110分離的中央處理系統(tǒng),若這種獨立中央處理系統(tǒng)存在的話)提供與輸入(或者沒有輸入)有關的信息。在一些實施例中,電子系統(tǒng)的某個部分處理從處理系統(tǒng)110所接收的信息,以便對用戶輸入起作用,例如促進全系列的動作,包括模式變更動作和GUI動作。
例如,在一些實施例中,處理系統(tǒng)110操作輸入裝置100的(一個或多個)感測元件,以便產(chǎn)生指示感測區(qū)120中的輸入(或者沒有輸入)的電信號。處理系統(tǒng)110可在產(chǎn)生提供給電子系統(tǒng)的信息中對電信號執(zhí)行任何適當量的處理。例如,處理系統(tǒng)110可數(shù)字化從傳感器電極得到的模擬電信號。作為另一個示例,處理系統(tǒng)110可執(zhí)行濾波或者其他信號調(diào)節(jié)。作為又一個示例,處理系統(tǒng)110可減去或者以其他方式考慮基準,使得信息反映電信號與基準之間的差。作為又一些示例,處理系統(tǒng)110可確定位置信息,將輸入識別為命令,識別筆跡等。
如本文所使用的“位置信息”廣義地包含絕對位置、相對位置、速度、加速度和其他類型的空間信息。示范“零維”位置信息包括近/遠或接觸/無接觸信息。示范“一維”位置信息包括沿軸的位置。示范“二維”位置信息包括平面中的運動。示范“三維”位置信息包括空間中的瞬時或平均速度。其他示例包括空間信息的其他表示。還可確定和/或存儲與一種或多種類型的位置信息有關的歷史數(shù)據(jù),包括例如隨時間來跟蹤位置、運動或者瞬時速度的歷史數(shù)據(jù)。
在一些實施例中,輸入裝置100采用由處理系統(tǒng)110或者由另外某種處理系統(tǒng)所操作的附加輸入組件來實現(xiàn)。這些附加輸入組件可提供用于感測區(qū)120中的輸入的冗余功能性或者某種其他功能性。圖1示出感測區(qū)120附近的按鈕130,其能夠用來促進使用輸入裝置100對項目的選擇。其他類型的附加輸入組件包括滑塊、球、輪、開關等。相反,在一些實施例中,輸入裝置100可以在沒有其他輸入組件的情況下實現(xiàn)。
在一些實施例中,輸入裝置100包括觸摸屏界面,并且感測區(qū)120重疊顯示屏幕的工作區(qū)的至少一部分。例如,輸入裝置100可包括覆蓋顯示屏幕、基本上透明的傳感器電極,并且提供用于關聯(lián)電子系統(tǒng)的觸摸屏界面。顯示屏幕可以是能夠向用戶顯示可視界面的任何類型的動態(tài)顯示器,并且可包括任何類型的發(fā)光二極管(LED)、有機LED(OLED)、陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、等離子體、電致發(fā)光(EL)或者其他顯示技術。輸入裝置100和顯示屏幕可共享物理元件。例如,一些實施例可將相同電組件的一部分用于顯示和感測。作為另一個示例,顯示屏幕可部分或全部由處理系統(tǒng)110來操作。
應當理解,雖然在全功能設備的上下文中描述本發(fā)明的許多實施例,但是本發(fā)明的機制能夠作為各種形式的程序產(chǎn)品(例如軟件)來分配。例如,本發(fā)明的機制可作為電子處理器可讀的信息承載介質(zhì)上的軟件程序來實現(xiàn)和分配(例如,處理系統(tǒng)110可讀的非暫時計算機可讀和/或可記錄/可寫信息承載介質(zhì))。另外,本發(fā)明的實施例同樣適用,而與用于執(zhí)行分配的介質(zhì)的特定類型無關。非暫時的電子可讀介質(zhì)的示例包括各種光盤、存儲棒、存儲卡、存儲模塊等。電子可讀介質(zhì)可基于閃速、光、磁、全息或者任何其他存儲技術。
圖2A是示出按照一示例的電容傳感器裝置200A的框圖。電容傳感器裝置200A包括圖1所示輸入裝置100的示例實現(xiàn)。電容傳感器裝置200A包括傳感器電極集合208,其耦合到處理系統(tǒng)(稱作“處理系統(tǒng)110A”)的示例實現(xiàn)。如本文所使用,一般提到處理系統(tǒng)110指的是圖1所述的處理系統(tǒng)或者本文所述的它的任何其他實施例(例如處理系統(tǒng)110A、110B等)。注意,在一些實施例中,除非另加說明,處理系統(tǒng)110B執(zhí)行與處理系統(tǒng)110A相同的功能性。
傳感器電極集合208設置在襯底202上,以提供感測區(qū)120。傳感器電極集合208包括設置在襯底202上的傳感器電極。在本例中,傳感器電極集合208包括兩批多個傳感器電極220-1至220-N(統(tǒng)稱為“傳感器電極220”)以及230-1至230-M(統(tǒng)稱為“傳感器電極230”),其中M和N為大于零的整數(shù)。傳感器電極220和230通過電介質(zhì)(未示出)來分隔。傳感器電極220和傳感器電極230能夠是非平行的。在一示例中,傳感器電極220與傳感器電極230正交地設置。
在一些示例中,傳感器電極220和傳感器電極230能夠設置在襯底202的獨立層上。在其他示例中,傳感器電極220和傳感器電極230能夠設置在襯底202的單個層上。雖然傳感器電極示為設置在單個襯底202上,但是在一些實施例中,傳感器電極能夠設置在多于一個襯底上。例如,一些傳感器電極能夠設置在第一襯底上,而其他傳感器電極能夠設置在附于第一襯底的第二襯底上。
在本例中,傳感器電極集合208示為具有傳感器電極220、230,其一般按照正交傳感器電極的交叉的矩形網(wǎng)格來設置。要理解,傳感器電極集合208并不局限于這種布置,而是能夠包括許多傳感器圖案。雖然傳感器電極集合208示為矩形,但是傳感器電極集合208能夠具有其他形狀、例如圓形形狀。
如以下所述,處理系統(tǒng)110A能夠按照多種激勵方案來操作傳感器電極220、230,包括用于互電容感測(“跨電容感測”)和/或自電容感測(“絕對電容感測”)的(一個或多個)激勵方案。在跨電容激勵方案中,處理系統(tǒng)110A采用發(fā)射器信號來驅(qū)動傳感器電極230(傳感器電極230是“發(fā)射器電極”),并且從傳感器電極220(傳感器電極220是“接收器電極”)來接收所產(chǎn)生信號。在一些實施例中,傳感器電極220可作為發(fā)射器電極來驅(qū)動,以及傳感器電極230可作為接收器電極來操作。傳感器電極230能夠具有與傳感器電極220相同或不同的幾何結構。在一示例中,傳感器電極230比傳感器電極220(其更薄并且更稀疏地分布)更寬并且更緊密地分布。類似地,在一實施例中,傳感器電極220可以更寬和/或更稀疏地分布。備選地,傳感器電極220、230能夠具有相同寬度和/或相同分布。
傳感器電極220和傳感器電極230分別通過導電布線跡線204和導電布線跡線206來耦合到處理系統(tǒng)110A。處理系統(tǒng)110A經(jīng)過導電布線跡線204、206來耦合到傳感器電極220、230,以實現(xiàn)用于感測輸入的感測區(qū)120。傳感器電極220的每個能夠耦合到布線跡線206的至少一個布線跡線。同樣,傳感器電極230的每個能夠耦合到布線跡線204的至少一個布線跡線。
圖2B是示出按照一示例的電容傳感器裝置200B的框圖。電容傳感器裝置200B包括圖1所示輸入裝置100的另一個示例實現(xiàn)。在本例中,傳感器電極集合208包括多個傳感器電極2101,1至210J,K,其中J和K為整數(shù)(統(tǒng)稱為“傳感器電極210”)。在本例中,傳感器電極210按照矩形矩陣圖案來設置,其中J或K的至少一個大于零。傳感器電極210能夠按照其他圖案來設置,例如極陣、重復圖案、非重復圖案等類型的布置。在各個實施例中,(一個或多個)網(wǎng)格電極是可選的,并且可以不被包括。與電容傳感器裝置200A相似,處理系統(tǒng)110B能夠按照多個激勵方案來操作傳感器電極210,包括用于跨電容感測和/或絕對電容感測的(一個或多個)激勵方案。
在一些示例中,傳感器電極210能夠設置在襯底202的獨立層上。在其他示例中,傳感器電極210能夠設置在襯底202的單個層上。傳感器電極210能夠處于與傳感器電極220和傳感器電極230相同和/或不同的層上。雖然傳感器電極示為設置在單個襯底202上,但是在一些實施例中,傳感器電極能夠設置在多于一個襯底上。例如,一些傳感器電極能夠設置在第一襯底上,而其他傳感器電極能夠設置在附于第一襯底的第二襯底上。處理系統(tǒng)110B經(jīng)過導電布線跡線212來耦合到傳感器電極210,以實現(xiàn)用于感測輸入的感測區(qū)120。
在一個或多個實施例中,傳感器電極集合208還可包括一個或多個網(wǎng)格電極,其設置在傳感器電極210之間。(一個或多個)網(wǎng)格電極可至少部分包含傳感器電極210的一個或多個。
參照圖2A和圖2B,電容傳感器裝置200A或200B能夠用來向電子系統(tǒng)(例如計算裝置或其他電子裝置)傳遞用戶輸入(例如用戶的手指、諸如觸控筆之類的探頭和/或一些其他外部輸入物體)。例如,電容傳感器裝置200A或200B能夠?qū)崿F(xiàn)為電容觸摸屏裝置,其能夠放置在基本圖像或信息顯示裝置(未示出)之上。這樣,用戶通過經(jīng)過傳感器電極集合208中的基本上透明的元件進行查看來查看基本圖像或信息顯示。在觸摸屏中實現(xiàn)時,襯底202能夠包括至少一個基本上透明的層(未示出)。傳感器電極和導電布線跡線能夠由基本上透明的導電材料來形成。氧化銦錫(ITO)和/或幾乎不可見的細導線只是能夠用來形成傳感器電極和/或?qū)щ姴季€跡線的實際上透明的材料的許多可能示例中的兩個。在其他示例中,導電布線跡線能夠由非透明材料來形成,并且然后在傳感器電極集合208的邊界區(qū)域(未示出)中隱藏。
在另一個示例中,電容傳感器裝置200A或200B能夠?qū)崿F(xiàn)為電容觸摸板、滑塊、按鈕或另一電容傳感器。例如,襯底202能夠非限制性地采用一個或多個透明或不透明材料來實現(xiàn)。同樣,透明或不透明導電材料能夠用來形成傳感器電極集合208的傳感器電極和/或?qū)щ姴季€跡線。
一般來說,處理系統(tǒng)110(例如處理系統(tǒng)110A或處理系統(tǒng)110B)采用感測信號來激勵或驅(qū)動傳感器電極集合208的感測元件,并且測量所感應或者所產(chǎn)生信號,其包括與感測區(qū)120中的感測信號、輸入物體和干擾的至少一個對應的效應。如本文所使用的術語“激勵”和“驅(qū)動”包含控制被驅(qū)動元件的某個電氣方面。例如,有可能通過導線來驅(qū)動電流、將電荷驅(qū)動到導體中、將基本上恒定或變化電壓波形驅(qū)動到電極上,等等。感測信號能夠是恒定、基本上恒定或者隨時間變化的,并且一般包括形狀、頻率、幅度和相位。感測信號能夠稱作“有源信號”,與諸如地信號或另一參考信號之類的“無源信號”相對。感測信號在用于跨電容感測時又能夠稱作“發(fā)射器信號”,或者在用于絕對感測時稱作“絕對感測信號”或“調(diào)制信號”。
在一示例中,處理系統(tǒng)110采用電壓來驅(qū)動傳感器電極集合208的一個或多個傳感器電極,并且感測(一個或多個)傳感器電極上的相應所產(chǎn)生電荷。也就是說,感測信號是電壓信號,以及所產(chǎn)生信號是電荷信號(例如,指示積聚電荷的信號、例如積分電流信號)。電容與所施加電壓成正比而與積聚電荷成反比。處理系統(tǒng)110能夠從所感測電荷來確定電容的(一個或多個)測量。在另一個示例中,處理系統(tǒng)110采用電荷來驅(qū)動傳感器電極集合208的一個或多個傳感器電極,并且感測(一個或多個)傳感器電極上的相應所產(chǎn)生電壓。也就是說,感測信號是引起電荷的積聚的信號(例如電流信號),以及所產(chǎn)生信號是電壓信號。處理系統(tǒng)110能夠從所感測電壓來確定電容的(一個或多個)測量。一般來說,術語“感測信號”表示包含感測電荷的驅(qū)動電壓和感測電壓的驅(qū)動電荷以及能夠用來得到電容的標記的任何其他類型的信號?!半娙莸臉擞洝卑姾伞㈦娏?、電壓等的測量,從其中能夠得出電容。
處理系統(tǒng)110能夠包括傳感器電路240。傳感器電路240執(zhí)行處理系統(tǒng)110的感測相關功能,例如采用信號來驅(qū)動傳感器電極以進行感測、從傳感器電極接收信號以進行處理和其他功能。傳感器電路240可以是傳感器模塊的部分,其包括與電路協(xié)作的固件、軟件或者其組合。
在一些實施例中,處理系統(tǒng)110包括確定模塊260。確定模塊260可體現(xiàn)為或者可包括確定處理器,其配置成執(zhí)行如本文中描述為由確定模塊260所執(zhí)行的部分或全部操作,例如分析經(jīng)由傳感器電路240所接收的信號以確定輸入物體的存在。在一些實施例中,確定處理器是微處理器、微控制器或者運行采取軟件或固件形式的指令以用于執(zhí)行這類操作的其他指令處理電子元件。在其他實施例中,確定處理器是專用集成電路,其具有選擇和設置成執(zhí)行所述操作的電路元件。注意,在各個實施例中,確定處理器包含在與處理系統(tǒng)110的一些或全部其他部分相同的集成電路中。
注意,由傳感器電路240和確定模塊260所執(zhí)行的那個功能性可被認為由處理系統(tǒng)110來執(zhí)行。還要注意,雖然描述傳感器電路240和確定模塊260并且將特定功能性歸于這些元件,但是在各個實施例中,功能性可在傳感器電路240與確定模塊260之間按照不同方式來劃分。
傳感器電路240有選擇地按照一個或多個方案(“激勵方案”),在一個或多個周期(“激勵周期”)內(nèi)驅(qū)動傳感器電極集合208的一個或多個感測元件上的(一個或多個)感測信號。在各激勵周期期間,傳感器電路240有選擇地從傳感器電極集合208的一個或多個感測元件來感測(一個或多個)所產(chǎn)生信號。各激勵周期具有關聯(lián)時間周期,在此期間,驅(qū)動感測信號并且測量所產(chǎn)生信號。
在一種類型的激勵方案中,傳感器電路240能夠有選擇地驅(qū)動傳感器電極集合208的感測元件以進行絕對電容感測。在絕對電容感測中,傳感器電路240采用絕對感測信號來驅(qū)動所選(一個或多個)傳感器電極,并且從所選(一個或多個)傳感器電極來感測(一個或多個)所產(chǎn)生信號。在這種激勵方案中,從(一個或多個)所產(chǎn)生信號來確定所選的(一個或多個)感測元件與(一個或多個)輸入物體之間的絕對電容的測量。在一示例中,傳感器電路240能夠采用絕對感測信號來驅(qū)動所選傳感器電極220和/或所選傳感器電極230。在另一個示例中,傳感器電路240能夠采用絕對感測信號來驅(qū)動所選傳感器電極210。
在另一種類型的激勵方案中,傳感器電路240能夠有選擇地驅(qū)動傳感器電極集合208的感測元件以進行跨電容感測。在跨電容感測中,傳感器電路240采用(一個或多個)發(fā)射器信號來驅(qū)動所選發(fā)射器傳感器電極,并且從所選接收器傳感器電極來感測所產(chǎn)生信號。在這種激勵方案中,從所產(chǎn)生信號來確定發(fā)射器與接收器電極之間的跨電容的測量。在一示例中,傳感器電路240能夠采用(一個或多個)發(fā)射器信號來驅(qū)動傳感器電極230,并且接收傳感器電極220上的所產(chǎn)生信號。在另一個示例中,傳感器電路240能夠采用(一個或多個)發(fā)射器信號來驅(qū)動所選傳感器電極210,并且從傳感器電極210的其他傳感器電極來接收所產(chǎn)生信號。
在任何激勵周期中,傳感器電路240能夠采用其他信號(例如屏蔽或防護信號)來驅(qū)動傳感器電極集合208的感測元件。屏蔽信號可以是任何基本上恒定的電壓信號或者變化電壓信號。沒有采用感測信號來驅(qū)動或者被感測以接收所產(chǎn)生信號的傳感器電極集合208的傳感器電極能夠采用屏蔽信號來驅(qū)動或者保持為浮動(即,沒有采用任何信號來驅(qū)動)。屏蔽信號可以是輸入裝置的地信號(例如系統(tǒng)地)。包括變化電壓信號的屏蔽信號又可稱作保護信號。這種信號能夠是在發(fā)射器信號或絕對電容感測信號的形狀、幅度、頻率或相位的至少一個方面相似或相同的信號。
“系統(tǒng)地”可表示輸入裝置100的任何參考電壓。例如,移動裝置的電容感測系統(tǒng)有時能夠稱作電話的電源(例如充電器或電池)所提供的系統(tǒng)地。系統(tǒng)地可相對每個或任何其他參考不是固定的。例如,臺面上的移動裝置通常具有浮動系統(tǒng)地。由經(jīng)過自由空間與地球地強耦合的人所持有的移動裝置可相對此人接地,但是,人-地可相對于地球地而改變。在許多系統(tǒng)中,系統(tǒng)地連接到系統(tǒng)中的最大面積電極或者由其來提供。電容傳感器裝置200A或200B能夠位于接近這種系統(tǒng)地電極(例如,位于地平面或底板上方)。
確定模塊260基于傳感器電路240得到的所產(chǎn)生信號來執(zhí)行電容測量。電容測量能夠包括元件之間的電容耦合的變化(又稱作“電容的變化”)。例如,確定模塊260能夠在沒有(一個或多個)輸入物體存在的情況下確定元件之間的電容耦合的基準測量。確定模塊260然后能夠?qū)㈦娙蓠詈系幕鶞蕼y量與(一個或多個)輸入物體存在時的電容耦合的測量相組合,以確定電容耦合的變化。
在一示例中,確定模塊260能夠?qū)⑴c感測區(qū)120的特定部分關聯(lián)的多個電容測量作為“電容像素”來執(zhí)行,以創(chuàng)建“電容圖像”或“電容幀”。電容圖像的電容像素表示感測區(qū)120中的位置,其中電容耦合能夠使用傳感器電極集合208的感測元件來測量。例如,電容像素能夠?qū)趥鞲衅麟姌O220與傳感器電極230之間通過(一個或多個)輸入物體所影響的跨電容耦合。在另一個示例中,電容像素能夠?qū)趥鞲衅麟姌O210的絕對電容。確定模塊260能夠使用傳感器電路240得到的所產(chǎn)生信號來確定電容耦合變化的陣列,以產(chǎn)生形成電容圖像的電容像素的x×y陣列。電容圖像能夠使用跨電容感測來得到(例如跨電容圖像),或者使用絕對電容感測來得到(例如絕對電容圖像)。這樣,處理系統(tǒng)110能夠捕獲作為相對感測區(qū)域120中的(一個或多個)輸入物體所測量的響應的快照的電容圖像。給定電容圖像能夠包括感測區(qū)中的全部電容像素,或者僅包括電容像素的子集。
在另一個示例中,確定模塊260能夠執(zhí)行與感測區(qū)120的特定軸關聯(lián)的多個電容測量,以創(chuàng)建沿那個軸的“電容剖面”。例如,確定模塊260能夠確定沿傳感器電極220和/或傳感器電極230所定義的軸的絕對電容耦合變化的陣列,以產(chǎn)生(一個或多個)電容剖面。電容耦合變化的陣列能夠包括少于或等于沿給定軸的傳感器電極的數(shù)量的多個點。
由處理系統(tǒng)110進行的電容的(一個或多個)測量、例如(一個或多個)電容圖像或者(一個或多個)電容剖面實現(xiàn)由傳感器電極集合208進行的相對所形成感測區(qū)的接觸、懸浮或其他用戶輸入的感測。確定模塊260能夠利用電容的測量來確定針對相對于傳感器電極集合208所形成的感測區(qū)的用戶輸入的位置信息。作為補充或替代,確定模塊260使用這種(這類)測量來確定輸入物體大小和/或輸入物體類型。
除了確定輸入物體140的位置之外,處理系統(tǒng)110還能夠確定由輸入物體140對輸入裝置100所施加的力。更具體來說,在一些實施例中,輸入裝置100包括蓋板元件、例如玻璃或塑料蓋板元件,其覆蓋于傳感器電極集合208。當輸入物體140接觸輸入裝置100時,傳感器電極208的一個或多個可朝一個或多個導電電極偏轉(zhuǎn)或者移動到更靠近一個或多個導電電極,以及處理系統(tǒng)110配置成測量一個或多個傳感器電極與一個或多個導電電極之間的距離的變化。在一個或多個實施例中,當一個或多個傳感器電極朝一個或多個導電電極偏轉(zhuǎn)時,一個或多個傳感器電極與一個或多個導電電極之間的電容發(fā)生變化,并且能夠由處理系統(tǒng)110來測量。在這類實施例中,一個或多個導電電極可保持在基本上恒定的電壓,同時驅(qū)動一個或多個傳感器電極以進行絕對電容感測。此外,在另一個實施例中,一個或多個導電電極可采用發(fā)射器信號來驅(qū)動,而一個或多個傳感器電極可作為接收器電極來操作。在又一些實施例中,一個或多個導電電極可作為接收器電極來操作,而一個或多個傳感器電極作為發(fā)射器信號或絕對電容信號來驅(qū)動。在各個實施例中,導電電極可以是輸入裝置的一個或多個電極(例如屏蔽電極)或者顯示裝置的一個或多個電極。此外,在其他實施例中,一個或多個導電電極可設置在輸入裝置100中的任何位置。
注意,除了通過偏轉(zhuǎn)所引起的電容變化之外,處理系統(tǒng)110還檢測通過輸入物體140的存在所引起的電容的變化。因此,由處理系統(tǒng)110從傳感器電極所接收的信號包括來自力相關傳感器電極偏轉(zhuǎn)以及感測區(qū)中的輸入物體140的存在的份額。將與輸入物體140的存在相關的信號的成分和與力輸入相關的信號的成分進行區(qū)分是重要的。
因此,本文中提供用于基于從傳感器電極所接收的信號來確定輸入力的技術。這些技術是基于直方圖的技術,由此生成和分析與所接收信號關聯(lián)的直方圖,以確定一個或多個輸入物體的輸入力。注意,基于直方圖的技術可與多種電容感測技術配合使用,例如以上針對圖1和圖2A-2B所述的絕對電容感測技術或跨電容感測技術。此外要注意,基于直方圖的技術可用于單元中傳感器(其中傳感器電極包括顯示元件的至少一部分)、單元上傳感器(其中傳感器電極放置于顯示元件之上)或分立傳感器(其中傳感器組合件是與顯示組合件分立的組件)。
在上述傳感器電極布置的任一種中,傳感器電極208可在顯示裝置外部或內(nèi)部的襯底上形成。例如,傳感器電極208可設置在輸入裝置100中的透鏡的外表面上。在其他實施例中,傳感器電極208設置在顯示裝置的濾光片玻璃與輸入裝置的透鏡之間。在其他實施例中,傳感器電極的至少一部分可設置成使得它們處于薄膜晶體管襯底(TFT襯底)與顯示裝置的濾光片玻璃之間。在一個實施例中,第一批多個傳感器電極設置在TFT襯底與顯示裝置的濾光片玻璃之間,以及第二批多個傳感器電極設置在濾光片玻璃與輸入裝置100的透鏡之間。在又一些實施例中,傳感器電極208全部設置在TFT襯底與顯示裝置的濾光片玻璃之間,其中傳感器電極可如上所述設置在相同襯底上或者不同襯底上。
圖3是按照一示例、與采用傳感器電極(其可以是例如工作在絕對電容模式的傳感器電極210、傳感器電極220或傳感器電極230或者作為跨電容模式的發(fā)射器或接收器電極中的任一個)所接收的信號關聯(lián)的值的直方圖300。直方圖300繪制測量值與每個這種測量的計數(shù),其中測量可包括來自到輸入物體的電容耦合以及來自傳感器電極相對一個或多個導電電極的位移的份額。所示的各黑色豎條表示對于采用傳感器電極所接收的信號的特定測量范圍的計數(shù)。各豎條的范圍稱作“格”,其是表示進行計數(shù)的測量范圍的直方圖項。例如,一個格可從值20.5至21.8(按照用于便于說明的任意單位)。如果特定電容圖像的三個所接收信號落入這個范圍之內(nèi),則直方圖的對應豎條的計數(shù)為3。
存在圖3所示的三個不同格編組302。這些不同的格編組302表示與質(zhì)量上不同的輸入現(xiàn)象關聯(lián)的格編組。更具體來說,第一格編組302-1表示與沒有輸入物體140和極少至沒有所施加力關聯(lián)的格。第二格編組302--2表示與所施加力關聯(lián)但是沒有與來自輸入物體140的實際電容信號關聯(lián)的格。最后,第三格編組302-2表示與輸入物體140的電容感測關聯(lián)的格。注意,雖然三個格編組302在圖3中示出,但是本文所公開的實施例可與不同數(shù)量的格編組302配合工作。
第一格編組302-1包括具有低測量值的格。這些格與感測區(qū)中觀測到與基準測量相比的極少或沒有電容的變化的位置關聯(lián)。這些格中的測量可被認為是由噪聲所主導。在概念上,這些格能夠被認為不受輸入物體140的力或者到輸入物體140的電容耦合所影響。
第二格編組302-2包括具有中級測量值的格。這些格與感測區(qū)中關聯(lián)輸入物體140所施加的力但是在電容上基本不受輸入物體140所影響的位置關聯(lián)。
第三格編組303-3包括具有高級測量值的格。這些格表示基本上受到與輸入物體140的電容耦合所影響的位置。注意,這些區(qū)域也受到輸入物體所施加的力(若存在的話)所影響。但是,因為電容耦合產(chǎn)生比輸入物體力要大的信號幅度,所以具有高級測量值的格指示電容耦合發(fā)生的位置。
注意,術語“低測量值”、“中級測量值”和“高級測量值”表示調(diào)諧格編組—即分別為第一格編組302-1、第二格編組302-2和第三格編組302-3。還要注意,雖然不同的格編組302在圖3中示為由其測量是毗連的格所組成,但是格編組302可以是“分離的”和非毗連的。例如,第二格編組302-2可包括由5與6(任意單位)之間的測量值所組成的格以及由7與8(任意單位)之間的測量值所組成的格,但是可以不包括由6與7任意單位之間的測量值所組成的格。
第二格編組302-2被認為與輸入物體140所施加的力關聯(lián)。因此,處理系統(tǒng)110分析第二格編組302-2中的數(shù)據(jù),以確定輸入物體140的力的估計。更具體來說,處理系統(tǒng)110基于調(diào)諧過程并且可選地基于輸入物體140的所確定位置來確定哪些格要包含在第二格編組302-2中。隨后,處理系統(tǒng)110基于所包含的格來生成直方圖,并且處理直方圖以得到輸入物體所施加的力的估計。
圖4和圖5更詳細示出用于基于直方圖數(shù)據(jù)來估計輸入物體的力的技術。圖4示出用于當輸入物體存在時估計力的技術,以及圖5示出用于當多個輸入物體存在時估計力的技術。注意,在本文所提供的描述中,與確定輸入物體所施加的力相關的操作可由上述確定模塊260來執(zhí)行,以及與驅(qū)動傳感器電極以進行感測或者采用傳感器電極來接收信號相關的操作可由傳感器模塊240來執(zhí)行。
圖4示出按照一示例、用于基于單個輸入物體140的存在來估計觸摸事件的力的方法400。雖然針對圖1和圖2A-2B的系統(tǒng)來描述,但是本領域的技術人員將會知道,在能夠執(zhí)行方法400的任何系統(tǒng)的上下文中并且按照各種技術可行備選順序所執(zhí)行的方法400落入本公開的范圍之內(nèi)。
如所示,方法400開始于步驟402,其中輸入裝置100得到電容圖像。電容圖像包括感測區(qū)中的多個位置的感測值。處理系統(tǒng)110可通過在跨電容或絕對電容感測模式的至少一個操作傳感器電極來得到感測值,如以上針對圖1和圖2A-2B更詳細描述。處理系統(tǒng)110可通過例如對信號進行解調(diào)、對信號進行濾波(例如經(jīng)由低通濾波器)并且將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值,來處理從傳感器電極所接收的所產(chǎn)生信號。這個處理的結果是電容圖像,其包括表示在感測區(qū)中的多種位置所接收的信號的數(shù)字值。
在步驟404,處理系統(tǒng)110可選地將第一濾波器應用于電容圖像。第一濾波器是可選的,并且可包括空間濾波器和時間濾波器的任一個或兩者。濾波器可用來去除空間或時間偽影。在各個實施例中,空間濾波器可對應于一個或多個導電電極的形狀和/或特征。一個或多個導電電極可具有任何數(shù)量的孔、壓痕或其他變化。與沒有重疊孔、壓痕或另一變化的傳感器電極相比,至少部分重疊孔、壓痕或另一變化的傳感器電極可在施加力時以不同方式受到影響??臻g濾波器可基于一個或多個導電電極的特征來構建,使得直方圖中的值可基于重疊量來歸一化。在一個實施例中,可構成矩陣,其中矩陣的各元素對應于傳感器電極與一個或多個導電電極的孔、壓痕或另一變化之間的重疊量,以及矩陣可在構建直方圖時與觸摸位置相結合。值零可對應于傳感器電極沒有重疊一個或多個導電電極的孔、壓痕或另一變化的區(qū)域,而值一可應用于完全重疊。零與一之間的值可基于存在的部分重疊量來應用。時間濾波器可基于輸入物體在輸入裝置的感測區(qū)中存在的時間量來應用。如果輸入物體對閾值時間量不存在,則對應值與輸入物體對大于閾值量的時間量存在時相比以不同方式來加權。例如,可以不報告與觸摸對閾值時間量不存在對應的力值。此外,與長時間周期的按下觸摸對應的力值可停止報告。可應用的其他濾波器包括抖動濾波器和噪聲濾波器。
在步驟406,處理系統(tǒng)110基于電容圖像來確定感測區(qū)中的輸入物體140的位置。在一些實施例中,處理系統(tǒng)110將輸入物體140的位置確定為對應于電容圖像中的一個或多個最高值。換言之,發(fā)現(xiàn)最高值的位置可被認為是輸入物體140的位置。在其他實施例中,利用最佳擬合技術,其中簽名從所得感測數(shù)據(jù)來構成,并且擬合到模型,以確定簽名匹配模型的程度。這些示例不應當被理解為進行限制,以及處理系統(tǒng)110能夠使用其他技術來確定輸入物體140的位置。
在步驟408,處理系統(tǒng)110在調(diào)諧圖中查找與輸入物體140的所確定位置對應的直方圖格的集合。直方圖格的這個集合對應于上述第二格編組302-2。調(diào)諧圖包括預調(diào)諧數(shù)據(jù),其對于不同的輸入物體位置定義屬于第二格編組302-2的格。在一個實施例中,通過對特定輸入物體位置指定歸入屬于第二格編組302-2的每個格的測量范圍,對不同的輸入物體位置來“定義”不同的格。當輸入物體被確定為處于感測區(qū)的中心時包含在第二格編組302-2中的格可不同于當輸入物體被確定為處于感測區(qū)的角時包含在第二格編組302-2中的格。
在步驟410,處理系統(tǒng)110將第二可選濾波器應用于在步驟402得到的電容圖像。第二濾波器可如以上針對第一濾波器所述來構成,并且因而可以是如上所述的空間和/或時間濾波器。第二濾波器可與第一濾波器相同或不同。例如,第一濾波器可以是時間濾波器,而第二濾波器可以是空間濾波器。在另一個示例中,第一濾波器和第二濾波器包括空間和時間濾波器。在一些實施例中,僅應用第一濾波器,而在其他實施例中,僅應用第二濾波器。在其他實施例中,應用第一濾波器和第二濾波器,而在又一些實施例中,沒有應用濾波器。
在步驟412,處理系統(tǒng)110生成電容圖像的直方圖。為此,對于對輸入物體140的位置所定義的格中的每個格,處理系統(tǒng)110對落入那個特定格中的各測量進行計數(shù)。直方圖基于這個計數(shù)過程來構成。注意在一些實施例中,在構成直方圖之后,處理系統(tǒng)110可對直方圖歸一化。
在步驟414,處理系統(tǒng)110計算作為直方圖格中的值的函數(shù)的力量度值。下面更詳細描述用于計算力量度的技術。在步驟416,處理系統(tǒng)110使用局部校正來線性化力量度。線性化產(chǎn)生量度,其對于實際力的所有不同值,作為力量度得到的估計是實際力值的線性函數(shù)。
圖5示出按照一示例、用于基于多個輸入物體140的存在來估計多個觸摸事件的力的方法500。雖然針對圖1和圖2A-2B的系統(tǒng)來描述,但是本領域的技術人員將會知道,在能夠執(zhí)行方法500的任何系統(tǒng)的上下文中并且按照各種技術可行備選順序所執(zhí)行的方法500落入本公開的范圍之內(nèi)。
如所示,方法500開始于步驟502,其中輸入裝置100得到電容圖像。電容圖像包括感測區(qū)中的多個位置的感測值。處理系統(tǒng)110可通過采用感測信號驅(qū)動傳感器電極并且在跨電容或絕對電容感測模式接收所產(chǎn)生信號,來得到感測值。處理系統(tǒng)110可通過例如對信號進行解調(diào)、對信號進行濾波(例如經(jīng)由低通濾波器)并且將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值,來處理從傳感器電極所接收的所產(chǎn)生信號。這個處理的結果是上述電容圖像。
在步驟504,處理系統(tǒng)110可選地將第一濾波器應用于電容圖像。第一濾波器是可選的,并且可包括空間和時間濾波的任一個或兩者。濾波技術可用來去除空間或時間偽影。這些濾波技術可針對圖4的第一(和第二)濾波技術來描述。
在步驟506,處理系統(tǒng)110確定感測區(qū)中的兩個或更多輸入物體140的數(shù)量和位置。在一些實施例中,處理系統(tǒng)110將輸入物體140的位置確定為對應于電容圖像中的局部最大數(shù)。換言之,發(fā)現(xiàn)最高值的位置可被認為是輸入物體140的位置。以上針對圖4的步驟406來描述用于確定輸入物體的位置的其他技術。
在步驟508,對于各輸入物體,處理系統(tǒng)110在調(diào)諧圖中查找與輸入物體的所確定位置對應的直方圖格的集合。直方圖格的這些集合(各用于一個輸入物體)對應于上述第二格編組302-2。如上所述,調(diào)諧圖包括預調(diào)諧數(shù)據(jù),其對于不同的輸入物體位置定義屬于第二格編組302-2的格。因為圖5中存在多于一個輸入物體位置,所以處理系統(tǒng)110可得到對不同輸入物體位置有所不同的格定義的一個以上集合。在一些實施例中,格定義與輸入物體位置沒有差別,在這種情況下,格定義的相同集合用于不同的輸入物體位置。
在步驟510,處理系統(tǒng)將第二可選濾波器應用于在步驟402得到的電容圖像。第二濾波器可與第一濾波器相似或不同,如針對圖4所述。此外,在各個實施例中,可應用第一或第二濾波器的任一個、兩者或者不應用。
在步驟511,處理系統(tǒng)511基于輸入物體的數(shù)量和位置將電容圖像分段。在一些實施例中,將電容圖像分段包括對于各輸入物體,將電容圖像中的測量的子集指配用于確定那個輸入物體所施加的力。測量的這類子集可基于用來以幾何方式選擇整個電容圖像的子集的預定義“模板”來確定。模板可根據(jù)輸入物體的位置以不同方式來成形。優(yōu)選地,模板足夠大以覆蓋輸入物體100的區(qū)域,其中產(chǎn)生于外加力的信號相對于噪聲是可區(qū)分的。模板可考慮因觸摸引起的傳感器傳感器欠置位偽影,其通常稱作“陰影”,并且可在幾何上對應于矩陣傳感器布置、例如圖2B所示布置中常見的觸摸傳感器布線。這些陰影可通過排除來自直接在傳感器布線之上的傳感器的測量(同時包括如模板所定義的其他測量)來適應。在一些實施例中,模板可近似為圓形,并且可具有大約等于3.5cm的半徑。一旦基于模板選擇特定測量,則那些測量用于直方圖的生成,而沒有包含的測量不用于直方圖的生成。
在一些實施例中,與使用“模板”相比或者與在直方圖中簡單地包括電容圖像中的所有測量相比,處理系統(tǒng)110使用選擇用于包含在直方圖中的電容圖像測量的備選方法。按照這個備選方法,對于各測量,處理系統(tǒng)110確定測量的位置是否大于離開觸摸位置(即,輸入物體的所確定位置)的閾值距離。如果測量的位置大于離開觸摸位置的閾值距離,則測量不包含在直方圖中,而如果測量小于閾值距離,則測量包含在直方圖中。注意,測量可通過加權因子(其取決于測量離觸摸位置的距離)來加權。
如果測量處于在兩個或更多不同輸入物體的兩個或更多不同觸摸位置之間“共享”的位置,則測量在對兩個不同輸入物體所生成的直方圖之間劃分。如果測量小于離開兩個或更多不同輸入物體的每個的閾值距離,則測量處于在兩個或更多不同輸入物體之間共享的位置。在這種狀況中,處理系統(tǒng)110通過對各輸入物體將測量與權重(其等于從輸入物體到測量的距離除以各輸入物體到測量的距離之和)相乘,在兩個或更多不同輸入物體之間“劃分”測量。權重可基于到對應于不同檢測輸入物體的觸摸位置的中心的距離的比較、觸摸位置的最大感測值之間的比較或者特定測量的位置與對應于不同觸摸位置的邊界之間的比較。因此,在一些實施例中,對于任何特定輸入物體IN,處理系統(tǒng)通過將測量與下式相乘,來對那個輸入物體的測量MN進行加權:
其中,DX是從輸入物體IX到測量的距離。加權測量然后用作用于在步驟512生成直方圖的測量之一。兩個不同觸摸位置的不同加權測量包含在各觸摸位置的直方圖中。在其他實施例中,可使用加權的不同技術。
用于加權測量的過程能夠一般化到如下通過第p個程度的加權測量:
(α·xp+β·yp)1/p
其中,α和β分別是與水平和垂直測量關聯(lián)的權重,其中x和y表示感測區(qū)中的水平和垂直位置,以及p表示可根據(jù)需要來改變以反映輸入物體100的物理性質(zhì)的加權測量的程度。α和β可根據(jù)經(jīng)驗確定。
在步驟512,處理系統(tǒng)512生成各輸入物體的直方圖。為了生成直方圖,對于對輸入物體140所定義的格中的每個格,處理系統(tǒng)110對落入那個特定格中的各測量進行計數(shù)。注意,如果排除測量,則那些測量沒有包含在直方圖中,以及如果對測量進行加權,則這類加權測量包含在直方圖中,代替未加權測量。注意在一些實施例中,在構成直方圖之后,處理系統(tǒng)110可對直方圖歸一化。
在步驟514,對于各輸入物體,處理系統(tǒng)110計算作為直方圖格中的值的函數(shù)的力量度值。下面更詳細論述用于計算力量度的技術。在步驟516,處理系統(tǒng)110使用局部校正來線性化力量度。線性化產(chǎn)生量度,其對于實際力的所有不同值,作為力量度得到的估計是實際力值的線性函數(shù)。
現(xiàn)在描述用于創(chuàng)建用來定義圖4的步驟408和圖5的步驟508的直方圖格的調(diào)諧圖的技術。按照一種技術,對于電容圖像中的每一個測量,查找格的集合,其中對于那些格的每個,格中的計數(shù)數(shù)量與所施加力的單調(diào)相關性存在。這種技術可在預生產(chǎn)測試和開發(fā)中對輸入裝置的測試版本來執(zhí)行。此外,這可通過對感測區(qū)中的各位置改變格的范圍以及改變該位置的輸入物體的力,直到對格觀測到力與計數(shù)之間的單調(diào)相關關系,根據(jù)經(jīng)驗來實現(xiàn)。這種技術的結果是對各潛在輸入物體位置指定要用于那個位置的格的集合的地圖?,F(xiàn)在更詳細描述調(diào)諧格。
為了調(diào)諧格,調(diào)諧器利用一種優(yōu)化技術,其使變化力量度相對不同輸入力的最小偏差為最大。首先要注意,表示所施加力的估計。這個估計是力量度計算的輸出。
力量度估計定義如下:其中B(x,y)是對(x,y)處的輸入物體位置所定義的格中的計數(shù)值的集合。用于調(diào)諧的校準力值如下:換言之,存在(從1至C)的校準力值的集合中的各校準力值單調(diào)增加。注意,這個值表示所施加的實際力,但是處理系統(tǒng)110所確定的值是力的估計,如下所述:是在(x,y)所施加的力的估計,使用B(x,y)所估計。
注意,調(diào)諧涉及考慮Δi函數(shù),其表示兩個連續(xù)力估計值之間的差。i=1..C-1。
格的調(diào)諧通過優(yōu)化格的定義來執(zhí)行,以產(chǎn)生Bfuned(x,y),其定義為:Btuned(x,y)=argmaxB(mini=1..C-1Δi(x,y,B(x,y)))以及換言之,調(diào)諧過程確定直方圖格的范圍的值,使得連續(xù)力估計值之間的最小差相對于其而言最大。這個調(diào)諧過程還產(chǎn)生調(diào)諧量度的嚴格單調(diào)性。注意,響應的遞減單調(diào)性能夠經(jīng)過后校正。在物理上,負斜率(遞減單調(diào)性)可通過顯示器下的空氣隙(其被完全抑制)所引起,或者可通過接觸其下的支承的彎曲顯示器模塊(因此該模塊不僅在其邊緣被支承)所引起。
注意,在一些輸入裝置架構、例如一些有源矩陣感測配置(即,包括如圖2B所示的電極的矩陣的感測配置)中,格定義對不同輸入物體位置沒有改變。因此,在一些實施例中,地圖可以僅指定格定義的單個集合。作為替代或補充,可利用生成這種地圖的其他技術。
現(xiàn)在描述用于執(zhí)行圖4的步驟414和圖5的步驟514—即用于基于所生成直方圖來計算力量度—的示例技術。在一些實施例中,力代表值計算為在圖4的步驟408和圖4的步驟508定義(其基于調(diào)諧圖)的格中的條目的平均計數(shù)。在一些實施例中,力估計作為格中的計數(shù)的第一時刻來得到。在一個示例中,第一時刻計算如下:
其中,B(i)是屬于集合B的直方圖中的單位格(即,步長1的格—例如從值0到1、1到2等),以及H(i)是格B(i)中的計數(shù)數(shù)量。在其他實施例中,力量度可基于參考測量的預調(diào)諧集合與直方圖的調(diào)諧格中的測量之間的相關系數(shù)來計算。在一些實施例中,不是使用第一時刻,而是“第N”時刻備選地可用來確定力量度,其中“N”為任何正整數(shù)。
均衡確保力的估計對于所有不同的輸入物體位置是相同的。處理系統(tǒng)110可均衡經(jīng)由上述技術得到的力量度。均衡能夠采用碗狀函數(shù)來執(zhí)行,其具有朝感測區(qū)的中心的中心,并且使感測區(qū)的中心中的力估計比中心外部的力估計衰減更大程度。能夠通過在不同位置施加變化力,并且記錄所施加的實際力與估計力之間的差,在可控條件下根據(jù)經(jīng)驗來得到碗函數(shù)。
注意,包含在直方圖中的測量可具有所應用的權重。更具體來說,在確定任何特定測量歸入哪一個格之前,測量可被加權特定因子或者使用特定變換來變換。處理系統(tǒng)110則使用測量的加權(或變換)值代替未處理值,來將加權(或變換)測量放入格中。例如,如果特定格包括從1-2(任意單位)的測量,未加權測量為1.5,而加權測量為2.5,則處理系統(tǒng)110沒有將測量放入上述格中。現(xiàn)在描述用于對測量進行加權或變換的若干技術。
在一些實施例中,處理系統(tǒng)110基于信噪比來對測量進行加權,并且使用這些加權測量而不是未加權測量來構建直方圖。這個比率中的“信號”是外加力所引起的對測量的貢獻,以及這個比率中的“噪聲”是與來自電路噪聲的測量的貢獻相加的來自輸入物體的測量的貢獻之和。
在一些實施例中,這個加權過程假定信噪比的特定幾何分布。圖6是示出按照一示例、信噪比的測量的幾何相關加權的圖表600。圖表600的x軸表示沿感測區(qū)的x方向的變化位置,以及圖表的y軸表示沿感測區(qū)的y方向的變化位置。虛線在處理系統(tǒng)110認為觸摸事件發(fā)生的位置交叉。外范圍604和(可選的)內(nèi)范圍606是幾何邊界,在其外部沒有包含測量(例如通過值零來加權)。最大權重應用于位于最大標記602的測量,其表示最高“信噪”的位置或者來自力的施加的信號的份額被認為比電路噪聲和來自手指的信號相比為最大的位置。梯度指示符608表示減小權重的方向,并且端接于外范圍604和內(nèi)范圍606。應用于特定信號的權重沿梯度指示符的箭頭方向減小,其中具有在最大標記602處的最大數(shù)。注意,內(nèi)范圍606是可選的,因為有可能使物體位置處的權重為非零。內(nèi)范圍606、外范圍604和最大標記602的位置和形狀以及權重按梯度指示符608而減弱的程度可經(jīng)過經(jīng)驗方法來確定。
在另一個技術中,不是使用針對圖6所示和所述的梯度,感測區(qū)中的不同區(qū)域而是可預先定義,各區(qū)域具有跨不同區(qū)域可以是相同或不同的加權系數(shù)。落在任何特定區(qū)域中的測量通過指配給那個區(qū)域的加權系數(shù)來加權。
按照另一個技術,不是對測量進行加權,測量而是能夠按照電容-力變換來變換(其中這些變換值而不是未變換值用來生成直方圖)。電容-力變換將從傳感器電極所接收的測量轉(zhuǎn)換成力相關值,代替電容測量。電容-力變換還考慮因幾何結構引起的變化,結果是所產(chǎn)生力相關值是幾何結構無關的。
變換基于電容測量、所施加力和輸入裝置100的各種物理方面之間的下列關系:
其中:其中,ε0是真空介電常數(shù);A是從其中得到測量的電極的面積;εdisplay、εcompress分別是傳感器下的顯示器的組合層和導體的下一層上方的顯示器之間的可壓縮層的介電常數(shù)(注意,對于海綿狀材料,εcompress是d2的函數(shù));d1(x,y)是傳感器電極的位置下的顯示器的厚度;d2(x,y)是在傳感器電極的位置處的輸入裝置100中的顯示元件與導電層之間的可壓縮層的厚度;F是施加到電極的力—注意,F(xiàn)不是如上所述所估計的力(其可施加在與評估F的位置不同的位置),而是在特定位置(x,y)的“部分力”,其產(chǎn)生于在不同位置(例如觸摸位置)所施加的實際力;以及k(x,y)是在位置(x,y)的虛擬彈簧系數(shù)。k(x,y)近似為由彈簧引起的的輸入裝置100的局部彎曲,該彈簧阻止位置(x,y)處的電極在輸入物體所施加的實際力作用下的位移。
注意,上述C值表示絕對測量。表示對基準測量的校正的測量如下:
因此:
這是將要應用于值ΔC(x,y,F)的變換。處理系統(tǒng)110使用變換值而不是電容測量來生成上述直方圖。
不是在生成直方圖之前對測量進行加權或變換,對數(shù)據(jù)進行加權的另一種方式而是首先生成直方圖,并且然后對每個格中的計數(shù)進行加權。更具體來說,在基于未加權測量來生成直方圖之后,如上所述,通過將計數(shù)除以與單一格成比例的值并且使用修改計數(shù)生成如上所述的力估計,來修改每個格的計數(shù)。
注意,用于計算力量度的直方圖可來自數(shù)據(jù)的一個或多個電容幀。為了從數(shù)據(jù)的多個幀來生成直方圖,不是對僅放入來自一幀的格中的測量的數(shù)量進行計數(shù),處理系統(tǒng)110而是對放入來自多個幀的格中的測量的數(shù)量進行計數(shù)。在一個示例中,在僅利用單個幀時,處理系統(tǒng)110僅查找落入單個幀的特定格中的單個測量,并且將那一個測量放入那個格中。在另一個示例中,在利用多個幀時,處理系統(tǒng)110查找落入來自第一幀的特定格中的一個測量、落入來自第二幀的那個格中的另一個測量以及落入來自第三幀的那個格中的另一個測量,并且將所有這類測量放入格中。在一些實施例中,處理系統(tǒng)110使用30至50個連續(xù)幀來生成直方圖。
因此,提供本文中提出的實施例和示例,以便最好地說明本發(fā)明及其特定應用,并且由此使本領域的技術人員能夠?qū)嵤┖褪褂帽景l(fā)明。但是,本領域的技術人員將會知道,僅為了便于說明和舉例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵蓋本發(fā)明的各個方面或者將本發(fā)明局限于所公開的精確形式。