CN102144205B - 多点触摸力感应触摸屏装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了包括被配置为接收触摸输入的触摸传感器层和与该触摸传感器层堆叠的力传感器层的方法和装置，其中，所述力传感器层可以包括被配置为接收力输入的力传感器阵列。该力传感器阵列包括单独的力传感器。所公开的力传感器阵列的特定传感器与触摸屏的特定位置相关联，以添加可以用来辨认哪个键实际上正在被按压的信息且可以避免错误。利用触摸信号和力信号来确定用户触摸输入的有效性。在一个实施例中，每个力传感器可以相互独立地进行操作。描述了特定实施例，其中，利用粗网格来确定有效触摸输入并基于多个力传感器来进行质心位置的确定，以确定有效触摸输入。

Description

多点触摸力感应触摸屏装置和方法

技术领域

本发明公开了用于多点触摸(multi-touch)力感应触摸屏的装置和方法，并且特别地，涉及包括被配置为接收触摸输入的触摸传感器层和与该触摸传感器层堆叠的力传感器层的用户输入系统，所述力传感器层包括被配置为接收力输入的力传感器阵列，两者被协同地用来确定与用户输入有关的位置和力信息。

背景技术

具有多点触摸能力的触摸屏处于高需求中，特别是由于诸如移动通信装置的小型装置的扩展的功能而导致其出于高需求中。例如，蜂窝式电话包括诸如静态和视频照相机、视频流和双向视频呼叫、电子邮件功能、因特网浏览器、音乐播放器、具有立体声音频的FM无线电、和管理器的特征。通常由移动电话推动的移动商务可以包括诸如银行业务、支付、和订票的服务。移动商务背后的新兴技术可以将移动通信装置变换成电子钱包。特别地，蜂窝式电话正在变得不仅仅是简单的移动通信装置。其正在演进成用于信息管理以及娱乐控制台的强大工具。

对于其上的触摸屏可能会很小的移动通信装置的许多功能，可以利用触摸屏来提供用户输入。由于其尺寸和利用触摸屏来向较小的装置提供用户输入的用户握住它们的方式，在区别用户进行的手势输入时可能引入错误。用户输入到触摸屏的快速输入，特别是在双手模式下可能引起错误。也就是说，用户可能不经意地基本上同时地按下触摸屏的两个键。在触摸屏提供QWERTY键盘且用户使用双手文本输入的情况下，尤其如此。如果用户在用户意图按下一个键时按下两个键，则装置可能例如，试图依照预测性软件方法来区别将哪个触摸识别为有效触摸输入。在其它装置中，可以在用户输入离开触摸屏时，使得键输入有效。

附图说明

图1描述了如下的多点触摸用户输入系统，所述系统包括被配置为接收触摸输入的触摸传感器层和与该触摸传感器层堆叠以接收力输入的力传感器层；

图2描述了包括如上文所讨论的触摸层和力层两者，以及显示模块的叠层；

图3是描述其中利用触摸输入信号和力传感器阵列数据来确定触摸屏上的按压位置和与该触摸位置相关联的力的方法的实施例的流程图；

图4是描述如下的方法的另一实施例的流程图，在所述方法中，假设触摸传感器层相对于触摸传感器分辨率而被划分成粗网格以减小处理接下来的步骤所需的存储器，且其能够感应多个输入的位置；

图5是描述其中触摸传感器层能够感应多个触摸输入的位置的方法的另一实施例的流程图，在该特定实施例中，方法处理在力传感器阵列上感应的数据，以形成单个力值和与触摸屏相关联的位置，其被用于通过确定到所计算的力位置最近的触摸位置，来确定哪个触摸输入与所述力值相关联。

具体实施方式

力传感器可以向触摸屏提供附加维度(dimension)，以帮助确定触摸屏上的有意进行的用户输入的位置。触摸屏系统的力传感器的附加维度提供了力的额外维度，其可以用于产生更像传统的基于弹压(popple)的键盘的用户体验。例如，当用户输入超过指定力阈值时，力传感器将允许发生选择功能。力传感器提供与由触摸屏传感器所感应的每个触摸位置关联的力值。

当触摸屏的输入表面基本上是刚性时，单个力传感器可能只能响应于单个力输入而将输入表面的相对位移考虑在内。单个力传感器将感应与任何数目的用户力输入相关联的总力，但是将不能区别力与每个用户输入相关联到什么程度。单个力传感器将感应与任何数目的用户力输入相关联的总力，但是将不能区别力与每个用户输入相关联到什么程度。然而，在两个力输入到单个力传感器的情况下，依照单个力传感器所确定的有意进行的用户输入可能不准确。例如，在QWERTY触摸屏键盘中，如果用户在用户意图按下一个键时按下了两个键，则单个力传感器可能不会克服关联的错误。单个力传感器将感应与任何数目的用户力输入相关联的总力，但是将不能区别力与每个用户输入相关联到什么程度。

本发明描述了包括被配置为接收触摸输入的触摸传感器层和与该触摸传感器层堆叠的力传感器层两者的方法和装置，其中，所述力传感器层可以包括被配置为接收力输入的力传感器的阵列。该力传感器阵列包括单独的力传感器。触摸屏区域上的不同位置与阵列中的特定力传感器相关联。在一个实施例中，力传感器阵列的每个力传感器可以相互独立地进行操作。本发明还描述了其它特定实施例。例如，在一个实施例中，将触摸屏定义为粗网格，其中可以使网格部分与阵列中的至少一个传感器相关联，以确定有效触摸输入。在另一实施例中，可以基于多个力传感器来进行质心位置的确定，以确定有效触摸输入。“质心位置”是与通过将力传感器阵列中的某些或所有传感器上的不同值组合所计算出来的单个力输入相关联的单个位置。

提供本公开是为了以可行的方式解释完成并使用依照本发明的各种实施例的最佳方式。提供本公开还为了加强对本发明原理及其优点的理解和认识，而不是以任何方式限制本发明。虽然在这里图示并描述了本发明的优选实施例，但很明显本发明不限于此。在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，受益于本公开的本领域的技术人员将想到许多修改、变化、变更、替换、和等价物。

应理解的是诸如第一和第二、上和下等关系术语(如果有的话)的使用仅仅用来将一个实体或动作与另一个区别开，而不一定要求或暗示此类实体或动作之间的任何实际此类关系或顺序。

大部分本发明的功能和大部分本发明的原理最好使用软件程序或指令以及诸如专用IC的集成电路(IC)来实现，或者实现在其中。出于简洁的目的，和为了使令根据本发明的原理和概念含糊不清的任何风险的最小化，此类软件和IC的讨论(如果有的话)局限于与优选实施例内的原理和概念有关的本质。

图1描述了包括被配置为接收触摸输入的触摸传感器层104和与触摸传感器层104堆叠以接收力输入的力传感器层106两者的多点触摸用户输入系统102。力传感器层104被描述为包括力传感器1、2、3、4、5、6、7、和和8的阵列108，每个力传感器被配置为单独地或以共同的方式来接收力输入，如下文将描述的。应理解的是阵列108可以包括任何适当数目的力传感器。在所描述的实施例中，力传感器阵列108包括用于监视施加于力传感器层104的特定区域、部分、或位置的力的单独的力传感器1、2、3、4、5、6、7、和8。

所描述的力传感器层104具有18个触摸位置110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、和127。描述了与控制器132通信的触摸位置的电路130的一部分。并且，描述了与控制器132通信的力传感器的阵列108的电路134的一部分。控制器132可以从针对触摸屏的用户输入来接收触摸输入和力输入，并根据这两者经由下文所讨论的不同方法来确定是否触摸输入是有意进行的。控制器132可以与向控制器提供指令的模块和存储器进行通信，其中，所述存储器用于某些计算所基于的诸如查找表的数据。

触摸传感器层104可以具有诸如位置111的位置，所述位置可以与诸如力传感器2的阵列108中的至少一个力传感器相关联。在另一示例中，触摸传感器层104可以具有诸如位置119的位置，所述位置可以与诸如力传感器5的阵列108的至少一个力传感器相关联。应理解的是，多点触摸环境中的触摸位置的任何适当布置在本讨论的范围内。此外，如下文将更详细地讨论的，触摸传感器位置与力传感器阵列108的力传感器之间的任何适当相关性也在本讨论的范围内。可以向触摸屏的一个或多个位置进行力传感器阵列108的力传感器的分配。此外，可以基于当时的装置功能来动态地布置力传感器到触摸屏的位置的分配。

可以依照针对一个或多个触摸屏位置的一个或多个关联触摸输入，来进行基于力传感器处的输入的力值计算。通过控制器132，利用通过公开的力传感器阵列108的力信号所确定的力值而进行的计算可以在多点触摸环境中区别哪个触摸层位置、或键被按下；并且可以在触摸屏上的两个位置基本上被同时按压的情况下避免错误。用户可能不经意地基本上同时地按下触摸屏的两个键。例如，如果用户按压位置110和111，但是力传感器2生成与到位置111的按压相当的力值，则控制器可以确定位置111是有意进行的键按压。

也就是说，所公开的力传感器阵列108的特定力传感器与触摸屏的特定位置相关联，以添加可以用来辨认哪个键实际上正在被按压的信息。如果两个或更多键被同时按压，则除了触摸屏传感器之外，所公开的方法和装置可以提供对有意进行的用户输入的检测。

依照所公开的方法和装置，用户输入可以包括针对触摸传感器层104的触摸输入，和针对力传感器层106的力输入两者。控制器132可以被配置为从触摸传感器层104接收与至少一个触摸输入相关的至少一个触摸信号，并被配置为从力传感器层106接收与力输入相关的力信号，并且其中，控制器132还被配置为处理两个信号，首先处理触摸信号并随后处理力信号。可以以下文所述的许多不同方式，根据针对触摸层104的用户输入，通过使用触摸信号和力信号来解决针对触摸屏的用户输入的快速输入，否则特别是双手模式下该快速输入可能引起错误。例如，力传感器阵列108的每个力传感器可以相互独立地进行操作，或者力传感器阵列108的两个或更多力传感器可以一起进行操作。

图2描述了包括如上文所讨论的触摸层和力层两者，以及显示模块的叠层。通过将触摸层和力层与显示模块一起并入堆栈中，用户输入系统可以根据当时的装置功能而进行变化。玻璃透镜240可以邻近于可以包括触摸传感器有效区域205的触摸传感器层204。可以将显示模块242并入具有有效观看区域的用户系统。力传感器层206的力传感器阵列208的至少一部分可以在显示模块的有效观看区域的外面。因此，这样，力传感器阵列208可能通过显示器的有效区域是不可见的。

在与图2所描述的系统相同或类似的实施例中，可以使针对触摸传感器层204的每个触摸与x和y坐标，即，触摸位置，以及与之相关联的力值相关联。触摸传感器204可以生成触摸信号，以向诸如控制器132(参见图1)的高层系统报告触摸的用户输入，控制器132可以基于所报告的触摸位置来进行确定并生成用于不同触摸输入的力值。报告的力值可以是二元的，诸如被按压或未被按压，或者其可以具有指示施加力的程度的更高的分辨率。可以利用图2所描述的系统的实施例来改善致动力均匀度，以及帮助确定与多个触摸输入相关联的力值。

图3是描述了如下方法的实施例的流程图，所述方法描述利用触摸输入信号和力传感器阵列数据两者来确定触摸屏位置处的按压位置。触摸传感器有效区域205可以被激活并等待触摸输入350。用户可以提供触摸输入，使得可以在触摸传感器级确定352触摸是否是针对触摸屏的有效触摸。如果不是，则过程返回到等待模式350。如果确定352在触摸屏处的触摸是有效的，则触摸的位置被例如作为力传感器阵列数据而报告354给控制器132(参见图1)。可以进行力传感器阵列值超过基于位置的极限值的确定356，以确定在触摸屏352上的特定位置处的触摸输入是否已超过其力阈值。也就是说，控制器可以被配置为依照通过处理触摸信号而确定的针对触摸传感器层的用户输入的位置，来处理力信号，以确定用于用户输入的力值。控制器还可以被配置为确定由触摸传感器层接收到的多个用户输入，并确定多个用户输入的一个或多个位置及其关联力值。这样，可以确定并报告针对触摸屏上的特定位置的按压以使触摸有效358。

图4是描述如下方法的另一实施例的流程图，在所述方法中，假设层的触摸传感器相对于触摸传感器分辨率而被划分成粗网格，以减小处理接下来的步骤所需的存储器，且其能够感应多个输入的位置。网格的每个位置可以具有与之相关联的一组力传感器阈值。所述阈值可以被存储在存储器中。在另一实施例中，可以使力传感器阈值与多点触摸网格框的组合相关联。可以应用各种形式的逻辑，基于关于触摸传感器网格的每个位置的不同力传感器值来确定力值。

图4描述了触摸传感器有效区域205可以被激活并等待触摸输入450。用户可以提供触摸输入，使得可以在触摸传感器级确定452触摸是否是针对触摸屏的有效触摸。如果不是，则过程返回到等待模式450。如果确定452在触摸屏处的触摸是有效的，则例如由控制器132(参见图1)基于触摸传感器205的高分辨率能力来确定460所有触摸的位置。可以例如通过控制器132来进行确定462，所述确定基于上述低分辨率来为每个触摸确定网格位置。可以确定与低分辨率网格位置中的触摸相关的力值，使得可以将其与和位置特定查找表阈值相关的力传感器值进行比较464，从而确定用于每个触摸输入的力值。可以进行力传感器阵列值超过基于位置的极限值的确定456，以确定452触摸屏上的特定位置处的触摸是否是有效触摸。也就是说，控制器可以被配置为依照通过处理触摸信号而确定的针对触摸传感器层的用户输入的位置，来处理力信号，以确定用于用户输入的力值。控制器还可以被配置为确定由触摸传感器层接收到的多个用户输入，并确定多个用户输入的一个或多个位置及其关联力值。这样，可以确定并报告针对触摸传感器上的特定坐标或位置的按压和用于每个触摸输入的力值，以使触摸有效466。

图5是描述其中触摸传感器层能够感应多个输入的位置的方法的另一实施例的流程图，在该特定实施例中，方法表征力输入以形成表示该力输入的质心的坐标，从而确定与接收触摸输入最近的触摸屏位置。“质心位置”是与通过将力传感器阵列中的某些或所有传感器上的不同值组合所计算的单个力输入相关联的单个位置。

图5描述了触摸传感器有效区域205(参见图2)可以被激活并等待触摸输入550。用户可以提供触摸输入，从而可以在触摸传感器级确定552触摸是否是针对触摸屏的有效触摸。如果不是，则过程返回到等待模式550。如果确定552在触摸屏处的触摸是有效的，则可以例如通过控制器132(参见图1)，通过力传感器阵列208来确定570所有触摸的低分辨率位置。该过程可以使用阵列208的一个、某些、或所有力传感器来确定与触摸相关联的力值。当使用两个或更多力传感器时，可以根据力传感器阵列208确定574力输入的质心位置。可以进行从某些或所有触摸位置到力位置的距离的计算576，以确定哪个触摸位置是最近的。这样，可以确定并报告针对触摸传感器204上的特定坐标或位置的按压，和用于每个触摸输入的力值，以使触摸有效578。这样，一个触摸可以接收大于0的力输入。

因此，在上述质心方法中，可以使用阵列208(参见图2)中的每个受影响的力传感器所经历的单独的力值和该力值的幅值，通过选择距离力质心位置最近的触摸位置，来确定哪个触摸输入正在施加力。此外，通过使用根据力传感器的某些或所有值而计算的总力值来确定进行触摸输入的时间或键被按下的时间，存在改善跨越触摸屏的致动力的均匀性的方法。例如，一旦总值超过预置阈值，则可以识别键按压，并且然后通过找出距离质心力输入最近的触摸输入来确定触摸屏上的被按压的位置。

在上述方法和装置中，力传感器向触摸屏提供附加维度，以帮助确定触摸屏上的有意进行的用户输入的位置。所述方法和装置包括利用被配置为接收触摸输入的触摸传感器层和与该触摸传感器层堆叠的力传感器层，其中，所述力传感器层可以包括被配置为接收力输入的力传感器的阵列。该力传感器阵列包括单独的力传感器。所公开的力传感器阵列的特定力传感器与触摸屏的特定位置相关联，以添加可以用来辨认哪个键实际上正在被按压的信息，从而避免错误。利用触摸信号和力信号来确定用户触摸输入的有效性。在一个实施例中，力传感器阵列的每个力传感器可以相互独立地进行操作。本发明还描述了其它特定实施例。例如，在一个实施例中，将触摸屏定义为粗网格，其中可以使网格部分与阵列中的至少一个传感器相关联，以确定有效触摸输入。在另一实施例中，可以基于多个力传感器来进行质心位置的确定，以确定有效触摸输入。

本公开意图解释如何形成并使用依照本技术的各种实施例，而不是用于限制其真实、有意、和清楚的范围和精神。前述说明并不是穷举的，或将本发明局限于所公开的精确形式中。根据以上讲授内容，可以进行修改或变更。选择和描述实施例是为了提供所述技术的原理的最佳说明及其实际应用，并使得本领域的技术人员能够使用在各种实施例中的技术，以及使用具有适合于预期的特定使用而对其进行的各种修改中的技术。当依照清楚地、合法地和公正地授予权利的范围来进行解释时，所有此类修改和变更都将落入在由所附权利要求、在本专利申请的待决期间所进行的修改，及其所有等价物所确定的本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种用户输入系统，包括：

触摸传感器层，所述触摸传感器层被配置为接收触摸输入；

力传感器层，所述力传感器层包括力传感器阵列，被配置为接收力输入并且确定接收到的力输入的质心位置，并依照所述质心位置处的力输入的幅值来确定力值；以及

控制器，所述控制器被配置为：(i)从所述触摸传感器层接收触摸输入；(ii)处理所述触摸输入以确定是否接收到通过所述触摸传感器层进行的基本上同时的触摸输入，所述同时的触摸输入包括有意进行的用户输入和无意进行的用户输入；(iii)从所述力传感器层接收力输入，包括与所述有意进行的用户输入相当的第一力值和与所述无意进行的用户输入相当的第二力值；以及，(iv)响应于通过选择距离所述质心位置最近的预定触摸屏位置而确定所述同时的触摸输入中的哪个触摸输入与所述力值相关联，在所述同时的触摸输入之间确定所述有意进行的用户输入有效。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括：

显示模块，所述显示模块具有有效观看区域，所述显示模块与所述触摸传感器层堆叠，其中，所述力传感器阵列的至少一部分在所述显示模块的有效观看区域之外。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述触摸传感器层具有其中位置与所述触摸传感器层的区域的一部分相关联的区域，并且其中，至少一个力传感器层与所述触摸传感器层的至少一个位置相关联。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器还被配置为依照通过处理触摸信号而确定的针对所述触摸传感器层的用户输入的位置来处理力信号，以确定用于用户输入的力值。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器还被配置为确定由所述触摸传感器层接收到的多个用户输入，并确定多个用户输入的一个或多个位置及其关联力值。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述触摸传感器层具有分辨率，并且其中，所述触摸传感器层被划分成网格部分，使得所述触摸传感器的网格部分与力传感器阵列中的至少一个力传感器相关联，其中所述触摸传感器层的网格具有比所述力传感器层的网格更高的分辨率。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为在多个力传感器处接收力输入。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为确定从所述触摸传感器层接收到的多个触摸输入，并且其中，所述控制器还被配置为确定力传感器阵列中的哪个传感器接收到力输入，以便确定与所述多个触摸输入中的至少一个触摸输入相关联的力值，以确定将所述多个触摸输入中的哪个触摸输入登记为有效触摸输入。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为确定从所述触摸传感器层接收到的多个触摸输入，并且所述控制器还被配置为确定由所述力传感器阵列中的至少两个力传感器接收到的力输入的相对水平，以确定将为所述多个触摸输入中的哪个触摸输入分配力值。

10.一种包括触摸传感器层和力传感器层的用户输入系统的方法，所述力传感器层包括力传感器阵列，所述方法包括：

从所述触摸传感器层接收触摸输入；

从所述力传感器层接收力输入；

确定接收到的力输入的质心位置；

依照所述质心位置处的所述力输入的幅值来确定力值；

处理所述触摸输入以确定是否接收到通过所述触摸传感器层进行的同时的触摸输入，所述同时的触摸输入包括有意进行的用户输入和无意进行的用户输入；

从所述力传感器层接收力输入，包括与所述有意进行的用户输入相当的第一力值和与所述无意进行的用户输入相当的第二力值；以及

响应于通过选择距离所述质心位置最近的预定触摸屏位置而确定所述同时的触摸输入中的哪个触摸输入与所述力值相关联，在所述同时的触摸输入之间确定所述有意进行的用户输入有效。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述触摸屏包括包含多个触摸屏位置的区域，并且其中，特定触摸屏位置被分配给所述力传感器阵列的特定力传感器，所述方法进一步包括：

当在特定触摸屏位置处接收到触摸输入时，依照分配给所述特定触摸屏位置的至少一个力传感器来确定与用户输入相关联的力值。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

确定所述力值是否超过用于所述触摸屏的位置的预定阈值。

13.根据权利要求10所述的方法，还包括：

确定由所述力传感器阵列中的至少两个力传感器接收的力输入的相对水平，以确定将为多个触摸输入中的哪个触摸输入分配力值。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括：

在多个力传感器处接收力输入；

确定接收到的力输入的质心位置；

依照所述质心位置处的所述力输入的幅值来确定力值；以及

通过选择距离所述质心位置最近的触摸屏位置来确定所述多个触摸输入中的哪个触摸输入与所述力值相关联。