CN104487922A - 通过力感测来检测手势和触摸输入 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种被配置为检测用户输入的计算设备。该计算设备包括处理器、与处理器通信并被配置为检测与物体接近或接触表面对应的触摸信号的触摸界面，以及与处理器通信并被配置为检测与物体在表面上施加力对应的力信号的至少三个力传感器。响应于力，至少处理器确定力质心位置，并由处理器通过分析力质心位置来处理触摸信号。

Description

通过力感测来检测手势和触摸输入
相关申请的交叉引用
本专利合作条约专利申请要求于2012年7月26日提交的并且名称为“Gesture and Touch Input Detection Through Force Sensing”的美国非临时性专利申请13/559,577的优先权，其内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及计算设备，并且更具体地涉及检测计算设备的输入。
背景技术
许多类型的输入设备可用于向计算设备提供输入，该计算设备诸如按钮或按键、鼠标、轨迹球、操纵杆、触摸屏等。具体地，触摸屏由于其在操作方面的便利性和灵活性而变得越来越受欢迎。触摸屏通常可包括触摸传感器面板和显示设备，该触摸传感器面板可以是具有触敏表面的透明面板，该显示设备可定位于面板后面，使得触敏表面基本上覆盖显示设备的可视区域。触摸屏允许用户使用手指、触笔或其他物体在由显示设备正在显示的用户界面所指示的位置处通过触摸触摸传感器面板来向计算设备提供各种类型的输入。一般来讲，触摸屏可识别触摸事件和触摸事件在触摸传感器面板上的位置，并且计算系统然后可根据触摸事件发生时出现的显示内容来解释触摸事件，并且然后可基于触摸事件来执行一个或多个动作。
触摸传感器面板可由行迹线和列迹线的矩阵形成，当被绝缘材料分开时，在行和列彼此交叉处有传感器或像素出现。可由激励信号来驱动每行，并且可通过激励信号的变化来识别触摸位置。通常，基于激励信号的干扰来感测触摸位置，使得触摸位置可对应于激励信号最弱的位置。触摸传感器面板一般可被配置为检测来自用户的手指的触摸，用户的手指一般具有表面区域，该表面区域接触触摸传感器面板以干扰足以识别出触摸位置的激励信号。
在一些情况下，结合触摸屏的计算设备可被配置为检测一个或多个手势作为用户输入。例如，第一类型的手指运动诸如用户将两个手指彼此分开移动可指示第一类型的输入(例如放大命令)，而第二类型的手指运动诸如用户将两个手指彼此朝向移动可指示第二类型的输入(例如缩小命令)。然而，在一些情况下，如果用户恰好在触摸屏感测区域外诸如朝设备的边缘开始一种手势，可能难以检测到手势，因为仅手势的一部分可被触摸屏检测到。在这些情况下，计算设备可能感测到可与用户的期望输入不同的输入。
发明内容
本公开的一个实例可采取被配置为检测用户输入的计算设备的形式。计算设备包括处理器、与处理器通信并被配置为检测与物体接近或接触表面对应的触摸信号的触摸界面，以及与处理器通信并被配置为检测与物体在表面上施加力对应的力信号的至少三个力传感器。响应于力，处理器确定力质心位置，并由处理器通过分析力质心位置来处理触摸信号。
本公开的另一个实例可采取用于通过力感测来检测至计算设备的用户输入的方法的形式。该方法包括由三个或更多个力传感器来检测力输入、由与力传感器通信的处理器基于力输入来计算力质心，以及使用力质心来分析至计算设备的一个或多个用户输入。
本公开的又一个实例可采取移动计算机的形式，该移动计算机被配置为检测至少两种类型的用户输入。移动计算机包括处理器、与处理器通信的触摸屏，以及与处理器通信的至少三个压力传感器。触摸屏被配置为检测与用户手指接近或接触触摸屏对应的触摸信号。至少三个压力传感器被配置为检测与物体在表面上提供(proving)压力对应的压力信号。响应于该压力信号，处理器确定相对于表面的质心位置，并由处理器通过分析质心位置来处理触摸信号。
附图说明
图1是包括用于检测一个或多个触摸输入的触摸界面的计算设备的顶部平面图。
图2是图1的计算设备的简化框图。
图3是沿图1中的线3-3截取的计算设备的简化横截面图。
图4A是用户向计算设备提供输入手势的顶部平面图。
图4B是对应于图4A的输入手势的第一力质心和第二力质心的顶部平面图。
图4C是示出了基于一个或多个用户输入的力质心位置和触摸质心位置的顶部平面图。
图5A是图1的由用户理解的计算设备的顶部透视图。
图5B是示出了基于一个或多个用户输入的力质心位置的顶部平面图。
图6是图1的具有定位于非电容性触敏表面上的用户输入按钮的计算设备的顶部平面图。
图7是示出了用于使用力传感器来检测用户输入和触摸手势的方法的流程图。
具体实施方式
综述
在本文的一些实施例中，公开了一种计算设备，该计算设备包括用于检测一个或多个触摸输入的触摸界面和用于检测一个或多个力输入的多个力传感器。计算设备可包括至少三个并且通常四个或更多个力传感器，该力传感器检测表面上的力输入。力传感器可沿计算设备的不同部分分布，并且一般可以可操作地连接到覆盖表面。覆盖表面可覆盖在触摸屏和/或外壳的一部分处(如果不是全部的话)，诸如覆盖计算设备的触摸屏或其他部分的保护性玻璃层。覆盖表面可在触摸屏以及计算设备的其他非触敏部分上方延伸。例如，在一些情况下，计算设备可包括显示器的“黑色掩膜”部分或其他外壳区域，其可接近触摸屏的一部分(如果不是全部的话)，但可能对电容性输入或触摸输入不敏感。
在一些实施例中，力传感器可用于检测计算设备的非触敏区域上的输入。例如，如果用户在黑色掩膜上施加力，则力传感器可检测到输入力和/或其位置。另外，力传感器可用于增强对计算设备的触敏区域上的输入的检测。在这些实施例中，力传感器可增强对可能在非触敏表面上开始的输入手势的检测，还可提供可允许计算设备的非触敏表面接收用户输入的附加输入接收机构。
在一些情况下，当接收到输入力时诸如由于用户在覆盖玻璃上施加力，力传感器可各自检测到可对应于输入力的力信号，但所感测到的信号可基于每个力传感器的位置而改变。例如，如果输入力被施加于表面的右上角，则与表面的右上角相邻的第一力传感器可感测到第一力值，可位于左下角的第二力传感器可感测到第二力值，并且位于左上角的第三力传感器可感测到第三力值。这三个力值可用于确定力的中心位置或力质心位置。
力质心位置可用于分析至计算设备的一个或多个触摸输入和/或用户力输入。作为第一实例，力质心可与任何所检测到的触摸输入一起使用以确定触摸输入是否是在离开触摸屏敏感区域时开始的力手势的一部分，使得触摸输入可被视为触摸手势。作为第二实例，力质心可用于确定一个或多个触摸输入是否是意外的，诸如由于用户手持计算设备并将手指的一部分放置在触敏屏幕上，但并非意在提供触摸输入。作为第三实例，力质心可用于检测触敏区域外的用户输入。在该实例中，计算设备可检测可能与触敏区域或活动触摸区域外的虚拟按钮或命令相关的特定用户输入。
详细描述
现在转向附图，将更详细地论述包括触摸屏的计算设备。图1是包括触摸界面102和力传感器110,112,114,116的计算设备100的顶部透视图。计算设备100可以是包括触摸输入机构诸如触摸界面102或其他触摸屏和相关联的部件的基本上任何类型的电子设备。例如，计算设备100可以是膝上型计算机、平板电脑、智能电话、数字音乐播放器、便携式游戏机等。
计算设备100可包括触摸界面102、至少部分围绕触摸界面102的外壳104、覆盖触摸界面102和/或外壳104的至少一部分的覆盖表面106、和/或一个或多个输入按钮108。外壳104包封计算设备100的一个或多个部件，还可围绕触摸界面102的一部分和/或将触摸界面102的一部分固定到计算设备100。一个或多个输入按钮108可向计算设备100提供输入功能。例如，输入按钮108可调节计算设备100的音量，打开或关闭计算设备100，或者可为计算设备100提供其他输入。此外，计算设备100还可包括一个或多个接收端口(未示出)。接收端口可接收一个或多个插头或连接器，诸如但不限于通用串行总线(USB)电缆、尖端环套管连接器等。
覆盖表面106可作为触摸界面102的一部分被并入和/或可以是保护触摸界面102和/或外壳104或它们的部分的保护性表面。在一些实施例中，覆盖表面106可在外壳104的顶表面以及触摸界面102的顶表面上方延伸。在这些实施例中，覆盖表面106还可充当用于计算设备100的部件的外壳。覆盖表面106可以是可允许一个或多个电气属性通过其被传输的材料。例如，覆盖表面106可以是玻璃或塑料。另外，在触摸界面102还可包括显示屏的情况下，覆盖表面106的在触摸界面102上方延伸的至少部分可以是透明的或部分透明的。通常，覆盖表面106应当足够薄，以允许触摸界面102和任何外部输入物体(例如手指、输入设备)之间有充分的电极耦合。
触摸界面102可包括一个或多个触摸传感器以便检测一个或多个触摸或电容性输入，诸如由于用户将他或她的手指放置于接近覆盖表面106和/或触摸界面102的位置或将他或她的手指放置于覆盖表面106和/或触摸界面102上。下文将更详细地论述触摸界面102，但一般可以是被配置为检测可能与用户输入相关的电容或其他电气参数的变化的任何类型的界面。
力传感器110,112,114,116被配置为感测可能施加于覆盖表面106、外壳104和/或触摸界面102的所感测的力的变化或输入力。尽管本文将力传感器论述为接收施加于覆盖表面的输入力，但应当指出的是，力传感器可以可操作地连接到计算设备内的用户可施加力的多种不同表面或元件。因此，对针对力传感器的任何具体实施例的论述仅意在是示例性的，而非意在进行限制。
继续参考图1，在一个实施例中，第一力传感器110可定位于计算设备100的右上角，第二力传感器112可定位于计算设备100的左上角，第三力传感器114可定位于左下角，第四力传感器116可定位于计算设备100的右下角。力传感器110,112,114,116可以可操作地连接到覆盖表面106和/或触摸界面102并可检测施加于触摸界面102或覆盖表面106上的一个或多个输入力。在一个具体实例中，力传感器106可以是应变计，该应变计可基于或以其他方式对应于施加至其的弯曲力而产生信号。作为另一个实例，力传感器可以是电容传感器，该电容传感器可感测当向覆盖表面106施加压力时的电容的变化。作为又一个实例，力传感器可包括光学传感器。在该实例中，小型相机或其他图像捕获设备可捕获可包括覆盖表面106和/或触摸界面底部上的已知图案的图像。当向覆盖表面106施加压力时，图案可能会变化(例如，某一点可能彼此靠近或可能向外变形)，并且相机可捕获图案和其任何变化。图案变化可由计算设备转变成一个或多个缩放图像，该缩放图像可被转变成力值测量。
在一些实施例中，诸如图1中所示，力传感器110,112,114,116可沿着触摸界面102的周边诸如在矩形外壳的每个拐角中彼此间隔开。然而，在其他实施例中，力传感器110,112,114,116可在触摸界面102内、在触摸界面102上方或下方等彼此相邻定位。此外，尽管示出了仅四个力传感器，但计算设备100可包括基本上任意数量的力传感器102。尽管如此，在许多实施例中，计算设备100可包括至少三个力传感器102，以便更好地估计力质心的位置，这在下文将被更详细地论述。另外，可基于计算设备的形状、尺寸等的变化改变力传感器的数量和定位。
计算设备100可包括可彼此通信的一个或多个部件。图2是计算设备100的简化框图。参考图2，计算设备100还可包括电源102、输入/输出接口122、处理器124、一个或多个存储器部件126和/或一个或多个传感器128。
处理器124可以是能够处理、接收和/或传输指令的基本上任何电子设备。例如，处理器124可以是微处理器或微型计算机。如本文所述，术语“处理器”意在涵盖单个处理器或处理单元、多个处理器或多个处理单元或其他适当配置的计算元件。例如，电子设备100的选择部件可由第一处理器控制并且电子设备100的其他部件可由第二处理器控制，其中第一处理器和第二处理器可或不可彼此通信。作为一个具体实例，触摸界面102可包括一个或多个独立的处理部件，该一个或多个独立的处理部件可与处理器124通信。
存储器126可存储可由电子设备100利用的电子数据。例如，存储器126可存储对应于各种应用程序的电气数据或内容，例如音频文件、视频文件、文档文件等。存储器126可以是例如非易失性存储装置、磁存储介质、光存储介质、磁光存储介质、只读存储器、随机存取存储器、可擦除可编程存储器、闪存存储器、或一个或多个类型的存储器部件的组合。
除了并入触摸界面102的力传感器110,112,114,116和/或触摸传感器之外，电子设备100还可包括一个或多个传感器128。传感器128可将基本上任何类型的输入提供至电子设备100。例如，传感器128可以是一个或多个加速度计、陀螺仪、光传感器、图像传感器(诸如相机)、力传感器等。
电源120可以是能够向计算设备100提供能量的基本上任何设备。例如，电源120可以是电池，并且连接电缆可被配置为将计算设备100连接到另一电源诸如壁装电源插座等。
输入/输出接口122可被配置为提供与计算设备100的往复通信。例如，输入/输出接口122可有利于由计算设备进行的与多种设备/源的往复通信。例如，输入/输出接口122可从用户、计算设备100上的控制按钮等接收数据。另外，输入/输出接口122还可从外部驱动接收数据和向外部驱动传输数据，该数据例如通用串行总线(USB)或其他视频/音频/数据输入。
应当指出的是，图1和图2仅是示例性的。在其他实例中，电子设备可包括比图1和图2中所示的那些部件更少或更多的部件。另外，示出的电子设备仅仅是结合了触摸界面和力传感器的计算设备的一个实例。
现在将更详细地论述触摸界面102和力传感器110,112,114,116。图3是沿图1中的线3-3截取的计算设备100的横截面图。参考图3，覆盖表面106可在外壳104的顶表面上方以及力传感器110,112,114,116和触摸界面102上方延伸。力传感器110,112,114,116可以可操作地连接到覆盖表面106、外壳104，还可以与触摸界面102通信。
参考图3，触摸界面102和/或力传感器110,112,114,116可以可操作地连接到基板或电路板134和/或与基板或电路板134通信。基板134可提供力传感器110,112,114,116和/或触摸界面102与计算设备100的一个或多个部件之间的通信，该一个或多个部件诸如但不限于处理器124、存储器126和电源120。
触摸界面102被配置为从物体接收输入(例如，基于用户手指的位置信息或来自输入设备的数据)并向处理器124发送这种信息。触摸界面102可向处理器124报告触摸并且处理器根据其编程解释该触摸。例如，处理器可根据特定的触摸发起一项任务。触摸界面102可包括显示屏132和至少部分地定位于显示屏132上方的传感器面板130。
显示屏132被配置为显示用于计算设备100的一个或多个输出图像和/或视频。显示屏132可以是基本上任何类型的显示机构，诸如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器等。在显示屏132为LCD显示器的情况下，显示屏132可包括(未示出)各个层，诸如荧光面板、一层液晶单元、滤色器、一个或多个偏振滤光器等。应当指出的是，图3不是按比例绘制的并且是触摸界面102的示意图，例如在触摸界面和/或覆盖表面的一个或多个部件之间可能有间隙(未示出)。
在一些实施例中，覆盖表面106可以是可允许通过其看到显示屏132的透明玻璃或塑料面板。传感器面板130可包括可沉积于覆盖表面106上的一个或多个电极。例如，电极层可包括透明导电材料和图案技术，诸如ITO和印刷。
应当指出的是，在一些实施例中，触摸界面102是基本上任何类型的触摸屏或一个或多个触摸检测部件。例如，触摸界面可能不能透视和/或可不对应于显示屏。在这些情况下，特定的表面或表面组可被配置为接收触摸输入，该触摸输入可或不可对应于独立所显示的用户界面、图标等。
传感器面板130可包括一个或多个触摸传感器，该一个或多个触摸传感器可检测可能对应于物体触摸或接近触摸界面102的电气参数的变化。例如，传感器面板130可包括可在面板130上间隔开的一层或两层电极。电极可限定充当用于检测触摸界面102上的触摸的电容耦合传感器的一个或多个节点。可根据触摸界面102的期望灵敏度来改变节点的数量和配置。
在一些实施例中，触摸界面102的传感器面板130可被配置为通过感测电容的一个或多个变化来检测触摸界面102的表面上的触摸。通常，在两个导电构件彼此接近而未实际接触时，它们的电场进行交互以形成电容。如以上简要描述的，传感器面板130可包括可由一个或多个电极所形成的多个感测节点，该一个或多个电极可与外部物体诸如用户的手指进行交互以检测物体的存在。
触摸界面102可检测每个节点处电容的变化，这样可允许触摸界面102确定用户何时何处利用一个或多个物体已触摸覆盖表面106和/或触摸界面102的各个表面。触摸界面102可以是在本领域中是公知的基本任何类型的触摸检测机构，并且具体实施可基于多个不同的因素诸如但不限于触摸屏的尺寸、触摸屏的期望灵敏度等。因此，对任何特定触摸界面配置的论述都仅仅意在是示例性的并非意在进行限制。
再次参考图3，力传感器110,112,114,116可以可操作地连接到覆盖表面106，以便检测可能施加于覆盖表面106的基本上任何位置的输入力。例如，力传感器110,112,114,116可通过感测覆盖表面106的挠曲来测量力。然而，在其他实施例中，力传感器110,112,114,116可以是被配置为感测可能与力的变化相关的一个或多个参数的变化的其他机构。
触摸界面102和力传感器110,112,114,116可用于确定计算设备100的覆盖表面106的各种输入的位置和强度。使用定位于覆盖表面106的每个拐角处的力传感器110,112,114,116，计算设备100可被配置为确定用户输入或输入的力质心的位置。在其他实施例中，力传感器可以不同的方式配置和/或定位，但仍可用于确定力并将力分配至特定输入位置。
利用所检测到的触摸位置的质心计算
对于与触摸界面102通信的用户输入(例如，可由触摸界面检测到，诸如在活动触摸区域内)，触摸传感器130可确定定位于触摸界面102上方的覆盖表面106的任何触摸或输入的位置，并且力传感器110,112,114,116可确定覆盖表面106的位置处的力的大小。
例如，在用户利用单个手指向触摸界面102上方的覆盖表面106提供输入力的情况下，计算设备100可将该位置与由一个或多个力传感器110,112,114,116所检测到的整个力相关联。然而，在许多情况下，用户可利用一根或多根手指和/或他或她的手的其他部分来提供一个或多个输入力。例如，触摸界面102可用于基于手指输入的次数或类型来捕获输入手势。在这些情况下，计算设备100可确定与覆盖表面106上的各个触摸位置的几个或全部触摸位置相关联的输入力以输入力的水平。在一些实施例中，计算设备100可确定总体所施加力的质心，其可包括所施加的力的大致中心的位置。这样，如果存在一种力是由用户的两根手指所施加的，则质心可能定位于两根手指之间。
下文将更详细地论述用于确定力质心位置的质心计算的实例。如以上简要论述的，在输入力可施加于触摸界面102的情况下，可基于由触摸界面102所感测到的触摸位置数据来确定力的位置。在这些实施例中，计算设备100可使用质心计算来确定提供大部分输入力的触摸位置。然而，由于在一些实施例中，计算设备100可仅包括四个力传感器110,112,114,116，因此一些计算和/或估计可用于确定可能正在提供输入力的手指。如下文所详述的，计算设备100可利用如由触摸界面102所检测到的位置信息连同由四个力传感器110,112,114,116所检测到的各个力信号来确定对应于特定力的触摸位置。通过确定提供至覆盖表面106的输入力的质心，以及由于通过触摸屏106的传感器面板130所检测到的覆盖表面106上的触摸的位置，计算设备100可将提供输入力的手指确定为最靠近力质心的手指。全局力质心CGF可通过以下公式(1)来表示：
C GF = Σ W i P i Σ W i
公式(1)
在公式(1)中，全局力质心CGF被表示为所选择的多个位置Pi乘以每个位置Pi处的权数Wi的总和除以权数Wi的总和。位置Pi可由触摸界面102确定。例如，如果用户利用两根手指按压在覆盖表面106上，则这些手指可在两个独立的位置或节点处提供位置输入信号(诸如电容的改变)。这些位置可被用作公式(1)中的两个输入位置Pi。在一些情况下，位置Pi可以是一组坐标或单轴坐标，在后一个实例中，公式(1)可被重复两次，一次针对X轴或水平轴，并且另一次针对Y轴或垂直轴。在其他实例中，诸如公式(2)中所示，位置Pi可被表示为相对于预先确定的原点的位置向量。权数Wi可与被每个力传感器所感测到的力相同，或者可以是被每个力传感器所感测到的力乘以重力加速度(例如9.80665m/s2或32.174ft/s2)。
公式(1)还针对每个位置来使用权数Wi；然而，因为可能不是在可能存在触摸的覆盖表面106的每个位置处都有力传感器110,112,114,116，所以可能不知道每个位置处的权数Wi，仅知道的是力传感器110,112,114,116的位置处的力。在这些实施例中，位置信息连同在每个输入传感器110,112,114,116处所感测到的力可用于解决全局力质心。
使用具有四个力传感器110,112,114,116的计算设备100的实例，公式(1)可扩展以包括针对输入传感器110,112,114,116中的每一者的外推至以下公式(2)的值：
公式(2)
在上述公式(2)中并参考图1，LPF表示低通滤波器，其为由右下(RB)力传感器116所记录的力，为从相应传感器到触摸位置的位置向量，表示由左上力传感器110所记录的力，为从相应传感器到触摸位置的位置向量，为由右上力传感器112所记录的力，为从相应传感器到触摸位置的位置向量，为由右下力传感器114所记录的力，为从相应传感器到触摸位置的位置向量，位置向量可表示特定力相对于特定预先确定的原点的位置和值。
如在公式(2)中所示，在一些实施例中，可在处理之前对力传感器的值进行低通滤波。这种滤波可用于移除噪声，诸如信号内的峰值。然而，在其他情况下，可能不需要基于每个信号的噪声水平来对来自力传感器110,112,114,116的输入值进行低通滤波。如上所述，力传感器110,112,114,116可被配置为检测预先确定的位置处的力。然而，在可能存在施加于覆盖表面106的一个或多个力的情况下，可基于所施加的力与相应力传感器110,112,114,116的距离，在每个力传感器110,112,114,116处所记录的力相比于其他传感器110,112,114,116减小或增大。换句话讲，因为从力位置到力传感器110,112,114,116的力矩臂或垂直距离可能增大或减小，所以覆盖表面106针对特定力传感器110,112,114,116的力矩可基于与特定力的距离而改变。在一些实施例中，力传感器110,112,114,116可以是应变计，该应变计可基于力矩来记录变化的力输入，使得如通过力传感器110,112,114,116所感测到的力输入可基于与相应输入力的距离而改变。
尽管结合四个力传感器110,112,114,116对上述实例进行了描述，但在其他实施例中，还可使用三个传感器或多于四个传感器。例如，由于仅需要三个点来限定平面，因此计算设备100可包括仅三个力传感器并使用与上述基本上相同的计算。另选地，计算设备100可包括更多个力传感器以便改善上述计算。
使用上述公式(2)可确定全局力质心，即所施加的力的中心位置。例如，在进行单个触摸时，可通过分析在每个力传感器处所记录的力，连同由触摸界面102所检测到的触摸位置来确定力的中心。由于在该实例中仅存在单个输入触摸，因此计算设备100可确定整个力在力质心的位置处提供，然后使用该知识来确定施加至其的力的大小。
没有所检测到的触摸位置的质心计算
对于未与触摸界面102通信的用户输入，诸如不在触摸界面102上方的覆盖表面106的黑色掩膜118部分中的或换句话讲在触摸屏的触敏区域外的那些用户输入，力传感器110,112,116,118可检测力的大小并可从由每个传感器110,112,114,116所检测到的不同值外推位置。例如，参考图1，假设第一力F1被施加于触敏区域外的覆盖表面106的一部分，则每个传感器110,112,114,116可感测到不同的力值(尽管总施加的输入力可能是恒定的)，其可能对应于每个力传感器110,112,114,116远离输入力F1定位的距离。如图1中所示，第一力传感器110可与输入力F1间隔距离D1，第二力传感器112可与输入力F1间隔距离D2，第三力传感器114可与输入力F1间隔距离D3，并且第四力传感器116可与输入力F1间隔距离D4。
在图1中所示的实例中，输入力F1被示为最靠近第二传感器112，因此第二力传感器112可感测到最大量值的力。类似地，第三力传感器114可感测到第二大量值的力，等等。在该实例中，所感测到的力的大小的差异可对应于每个力传感器110,112,114,116远离输入力F1定位的距离的差异。因为每个传感器110,112,1146,116彼此定位的距离是已知的，所以可使用这个已知距离，连同所感测到的不同量值来确定输入力F1的大约位置。
作为具体的非限制性实例，可通过确定沿第一轴和第二轴的轴质心位置来确定质心位置。然后轴质心值可表示总体质心位置的坐标。在该实例中，计算设备可使用由每个传感器110,112,114,116在设备100的给定轴(例如x轴或y轴)上所测量的力值。在一些情况下，该设备可包括针对设备的每侧的轴质心值，例如左y轴、右y轴、上x轴和/或下x轴。可对特定轴的每个值求和，然后可将由每个相应传感器所检测的值(即，由每个传感器所感测到的力)乘以该轴的长度，提供相对于特定轴的轴质心的位置。具体地，如果第二传感器112感测到80克的力并且第四传感器114感测到20克的力，则左y轴的总力可是100克。在第二传感器112和第四传感器114之间的距离为160mm的情况下，对于本实例而言左边缘y轴上的力质心可以是(80g/100g)*160mm，使得这个轴的质心距第四传感器114为128mm，并且距第二传感器112为32mm。然而，应当指出的是，上述实例仅仅是可确定力质心的一种方式，还可设想其他实施例。此外，可基于传感器的数量和/或位置来改变针对力质心的计算。
使用力质心位置
使用上文列出的公式，在可由触摸界面102检测到触摸的情况下以及在不可由触摸界面102检测到触摸的情况下，可针对两种情况均确定全局力质心CGF的位置。计算设备100然后可使用CGF的位置来跟踪所施加的力的变化，以便更好地检测可能在黑色掩膜118中开始的手势。图4A是提供第一力F1然后跨覆盖表面106移动以提供第二力F2的用户的手指140的顶部平面图。应当指出的是，两个力F1和F2可以是沿手指140的移动的长度L1施加的基本上连续的力，但可指示用户输入诸如手势的开始和结束。
在用户通过从黑色掩膜118朝触摸界面102移动他或她的手指140而已输入手指手势之后，力质心的位置也可移动。图4B是示出分别对应于第一力F1和第二力F2的第一力质心CGF1和第二力质心CGF2的图4A的计算设备100的顶部平面图。可使用上述公式来确定两个力质心CGF1和CGF2，并且当手指140移动并且力的位置移动时，全局力质心(即，所施加力的质心)可对应地移动。这样，计算设备100可以能够确定手指140从黑色掩膜118朝触摸界面102移动，尽管触摸界面102可能未检测到对应于第一力的第一触摸，而仅仅检测到对应于第二力F2的第二触摸。在该实例中，当触摸界面102最终检测到触摸时，处理器可以能够确定对应的力质心是否源自于黑色掩膜118(或触摸界面102外的其他部分)并且现在是否在第二手指处或接近第二手指。即，力质心是否移动了可关联于从第二触摸位置到黑色掩膜118的距离的距离L1。
在图4A和图4B中所示的实例中，力传感器110,112,114,116可基于力和特定力传感器之间的距离感测到大致相同水平力的不同值。换句话讲，对于第一力F1，定位于覆盖表面106的顶部处的力传感器110,112可感测到与底部力传感器114,116相比更大的力的大小。这样，处理器可使用上述提供的公式通过近似触摸位置或通过基于在每个力传感器110,112,114,116处所检测到的不同量值将力的位置相关联来估计力质心。对力质心位置的估计可足以确定用户提供的输入是否是手势和/或其是否开始于黑色掩膜118中，因为一旦它们跨黑色掩膜118延伸就可由触摸界面102检测到手势的更详细的输入。
在一些实施例中，计算设备100可确定或估计施加于覆盖表面的非触敏部分或黑色掩膜的力。图4C是示出了触摸位置质心和力质心的顶部平面图。参考图4C，处理器可根据触摸质心位置来分析力质心以确定由力传感器110,112,114,116所感测到的总力的多少百分比可归因于触摸界面102上的触摸而不是黑色掩膜118上的触摸。触摸位置质心115可以是由触摸界面所感测到的一个或多个触摸的质心。换句话讲，如果触摸界面上有单个触摸，则触摸质心将定位于该触摸位置处，并且如果有多于一个触摸，则触摸质心可定位于触摸之间的质心。如上文更详细论述的，力质心117可定位于施加于覆盖表面的被感测的力的质心处。触摸界面102和黑色掩膜118之间的力分配可用于向设备100提供输入，以及如下文更详细论述的那样辅助评估触摸。
参考图4C，在力质心CGF117不匹配所计算的触摸位置质心115的情况下，处理器可确定偏差可能是由于触摸被施加于黑色掩膜118区域中这一事实。此类触摸可能不会被触摸界面102检测到，因为它落在了触敏区域外。换句话讲，如果用户在黑色掩膜中提供力，则力传感器可检测到所施加的力，但触摸界面可能不会检测到触摸位置，因此不会将触摸位置并入触摸位置质心。因此，在这些情况下，力质心可以是第一位置并且触摸位置质心115可以在第二位置处，与力质心117位置间隔开。
使用这些假设，设备100可确定施加于黑色掩膜118中的力的强度。具体地，触摸质心和力质心之间的位置差异可用于确定(或至少估计)黑色掩膜118区域中所施加的力的位置和强度。例如，计算设备100可考虑到黑色掩膜118中的已知位置，在图4C中示为围绕触摸界面102的矩形。在该实例中，可确定从触摸质心位置通过力质心并通过黑色掩膜118边界区域延伸的线。即，两个质心可通过两者之间延伸的线连接，并且这条线可朝与触敏区域邻接的黑色掩膜118延伸。
当该线的交叉点113进入黑色掩膜区域118时可被用作黑色掩膜118上的力输入的位置的可能指示符。这样可允许计算设备100确定黑色掩膜118的被施加力的侧面，以及从总体上估计相对于黑色掩膜的侧面的实际位置。一旦知道了交叉点113的位置，力质心与该位置的距离和触摸质心与该位置的距离之间的比率就可用于估计触摸区域中所施加的力相对于黑色掩膜区域的百分比。例如，力质心可能位于距交叉点距离L2处，并且触摸位置质心可能位于距交叉点距离L1处。可确定所感测到的总力中可归属于黑色掩膜118区域的百分比等于1减去距离L2与距离L1的比率。表示为公式
然后可将所感测到的力的剩余百分比归属于触摸界面触摸位置。这样，可确定施加于覆盖表面106的总力中施加于黑色掩膜区域118中的百分比以及施加于触摸界面102区域中的百分比。
力传感器110,112,114,116还可用于确定应当拒绝还是忽略用户力。换句话讲，用户输入是否在触摸界面102上可能是意外的。图5A是用户用一只手144手持计算设备100并用第二只手的手指140施加力的顶部透视图。图5B示出了由于拇指142的触摸的力质心位置。参考图5A和图5B，在一些实施例中，用户可用一只手144手持计算设备100，同时使用第二只手来向触摸界面102提供触摸输入。在一些情况下，第一只手144的一根或多根手指诸如图5A中所示的拇指142，可跨黑色掩膜118延伸到触摸界面102。拇指142(或其他手指)的放置可使得触摸界面102检测用户触摸输入，尽管用户可能是无意中将拇指142放置在触摸界面102上。换句话讲，尽管用户可能使拇指142在触摸界面102上进行触摸，但他或她可能并不希望向设备100提供触摸输入。
参考图5A，拇指142可输入第一触摸T1，并且如果用户还使用了来自他或她的第二只手的手指140，则可以是第二触摸输入T2。作为第一实例，在用户可能仅用拇指142接触触摸界面102的情况下，力传感器110,112,114,116可能检测到仅对应于第一触摸T1的力，以及由于手144的其他部分而施加于黑色掩膜118上的任何附加力。在该实例中，力质心CGF1可位于黑色掩膜118上或与触摸界面102上的黑色掩膜118相邻。换句话讲，因为手144还可能向覆盖表面106施加一些力(因为其紧握设备100)，所以力质心可能定位于拇指142的第一触摸T1和手144的位置之间的位置。在该实例中，处理器可确定第一触摸T1是无意的，因为力质心不位于触摸位置T1处，而是更接近或在覆盖表面106的黑色掩膜118部分上。因此，使用质心CGF1的位置，处理器可确定触摸T1是无意的，因为大部分力朝向黑色掩膜118或在黑色掩膜118上远离触摸居中。
在一个实施例中，参考图5B，计算设备100可围绕触摸T1设定边界148，并且如果力质心CGF1不在边界148内，则可拒绝触摸T1并不作为输入处理。在这些实施例中，可针对更接近触摸界面102的中心的触摸将边界148设定得更宽，并且针对更接近触摸界面102边缘或黑色掩膜118的触摸将边界设定得更小。这样可提供设备100的更大灵敏度以拒绝可能是意外的触摸输入。
作为第二实例，再次参考图5A和图5B，在一些情况下，用户可利用第二只手的手指140提供第二触摸T2。在该实例中，在第二触摸T2是有目的的情况下，力质心可朝第二触摸移动，因为用户可施加比拇指142的其余力更强的力。具体地，CGF2可表示第二力质心的位置，其可对应于由手指140和拇指142所施加的力的平均中心。在这种情况下，因为第二力质心CGF可邻近第二边界150内的第二触摸T2大致定位并且在围绕第一触摸T1的边界148外，所以可拒绝第一触摸T1。
应当指出的是，在一些情况下，用户可利用手指140和拇指142(或第二根手指)来提供有目的的输入。在这些情况下，力质心可定位于两个边界148,150外，因此处理器124可将两个触摸都解释为有目的的。这是因为输入力的总大小可相对均匀地分布于手指140和拇指142两者之间，这可能指示用户通过手指140和拇指142两者施加相对等值的力，从而意在利用两者向触摸界面102提供输入。
在一些情况下，计算设备100可包括黑色掩膜118或覆盖表面106的其他非触敏部分内的一个或多个按钮。图6是包括定位于触敏区域外的黑色掩膜118上的两个按钮152,154的计算设备100的顶部平面图。在该实例中，第一按钮152可对应于第一命令并且第二按钮154可对应于第二命令。例如，第一按钮152可对应于下一页命令并且第二按钮154可对应于上一页命令。可基于计算设备100和/或运行于计算设备100上的应用程序来以不同方式配置该按钮。
在图6中所示的实施例中，按钮可以是虚拟的，因为它们可不包括机械开关，而是可基于力质心的位置而被选择。换句话讲，如果力质心更接近特定按钮，则可确定特定按钮152,154被用户所选择。
类似地，计算设备100可使用力传感器110,112,114,116来检测黑色掩膜118上的轻击。可将轻击诸如用户利用他或她的手指按压在黑色掩膜118上用作至计算设备100的输入。例如，第一次轻击可表示第一命令，而连续两次轻击可表示第二命令。另外，计算设备100可由用户在触敏区域外检测手势。例如，当用户沿黑色掩膜118的一部分滑动他或她的手指时，力质心可对应地移动，这种运动可被力传感器110,112,114,116感测到并被跟踪作为力质心的位置的变化，并作为特定输入加以提供。在该实例中，滑动手势可用于切换读取应用程序上的页面、调节音量、调节亮度等等。另外，在这些实施例中，可将这些类型的手势与最终终止于触敏区域中的手势区分开，因为这些类型的手势可能不与任何触摸输入相关。即，非触摸区域诸如黑色掩膜118中的手势可不包括触摸界面102上的对应触摸输入。
现在将论述一种用于使用力传感器110,112,114,116来检测至计算设备100的一个或多个力输入的方法。图7是示出了用于使用计算设备100的力传感器的方法200的流程图。方法200可开始于操作202并且力传感器110,112,114,116可检测到输入力。例如，当用户按压在覆盖表面106上时，可由力传感器110,112,114,116检测到输入力。
一旦检测到输入力，该方法就可继续进行到操作204并且处理器124可确定力中的所施加力的力质心的位置。在一些实施例中，每个力传感器110,112,114,116的所感测到的输入可用于确定力质心位置。在可向触敏区域施加输入力的情况下，可由触摸界面102确定输入力的位置，并且使用位置信息和力信息，可确定力质心。然而，针对不在触敏区域上的输入力，由每个力传感器110,112,114,116所感测到的量值可用于确定力质心的位置。
在确定力质心之时、期间或之后，方法200可继续进行到操作206，并且计算设备100可确定是否还有电容性输入。换句话讲，计算设备100可确定除力输入之外是否有所感测到的触摸输入。在一些实施例中，可与操作204同时进行触摸确定，因为(在一些情况下)可使用触摸信息来确定力质心位置。在可在黑色掩膜118或触摸界面102的敏感区域外的另一区域上提供力输入的情况下，计算设备100可确定没有电容性输入。相反，如果用户向设备100的触敏区域诸如触摸界面102上提供了输入，则计算设备100可检测到电容性输入(诸如，由于用户的手指与触摸传感器130进行交互而引起的电容的变化)。
如果未检测到电容性输入，则方法200可继续进行到操作214，将更详细地论述操作214。如果检测到电容性输入，则方法200可继续进行到操作208并且计算设备100尤其是处理器124可确定质心是否在边界内。例如，参考图5B，边界148,150可围绕每次触摸并可围绕触摸位置延伸预先确定的距离。
如果质心不在边界内，则方法200可继续进行到操作210。如上文参考图5A和图5B所述的，当质心位于触摸边界148,150外时，方法200可继续进行到操作210，并可拒绝触摸输入。例如，如图5A和图5B中所示，触摸可以是由于拇指142而产生的，因此如果其位于围绕触摸的边界外，则可确定是无意的。如果质心在边界内，方法200可继续进行到操作208，下文将更详细地论述该操作。
继续参考图7，在操作210并且拒绝电容性触摸或换句话讲未处理电容性触摸之后，方法200可继续进行到操作214。在操作214中，处理器124可确定质心位置是否对应于按钮位置和/或运动是否对应于命令，诸如手势。例如，参考图6，计算设备100可包括黑色掩膜118内的多个按钮，该多个按钮可确定其被选择，其中力质心的位置近似等于按钮或其他预定义区域的位置。
如果质心位置不对应于按钮位置或手势，则方法200可继续进行到任选的操作218。在操作218中，计算设备100可在一个或多个存储器部件中存储力输入信息，诸如质心位置。在这些实施例中，可稍后使用所存储的信息，诸如如果触摸界面120区域中存在可能以黑色掩膜118中的输入力开始的后续触摸。然而，在其他实施例中，可不存储力信息。
然而，如果质心位置对应于按钮或手势，则方法200可继续进行到操作216，并且处理器124可处理按钮或手势。这可包括向运行或以其他方式利用力输入的应用程序提供输入。在操作216和218之后，方法200可继续进行到结束状态224。
如以上简要论述的，在操作208中，如果质心在边界内，则方法200可继续进行到操作212。在操作212中，计算设备100可确定质心是否已移动。例如，在用户可能执行触摸手势的情况下，当用户完成手势时，质心可能已从黑色掩膜118移动到触摸界面102区域。可基于一个或多个先前力输入通过分析一个或多个先前的质心位置来确定质心移动。
如果质心已移动，则方法2000可继续进行到操作222。在操作222中，处理器124可分析由触摸界面102通过触摸传感器130所检测到的触摸输入以及质心和力输入以确定手势，从而处理手势输入。相反，如果质心未移动，则方法200可继续进行到操作220，并且处理器124可处理触摸输入。在操作220,222之后，方法200可继续进行到结束状态224。
总结
上述描述具有广泛的应用。例如，尽管本文公开的实例可集中于具有触摸界面的计算设备，但应当理解，本文所公开的设想同样可应用于基本上任何其他类型的通信设备。类似地，尽管利用触摸屏论述了触摸检测，但本文所公开的设备和技术同样适用于其他类型的电容耦合系统。因此，对任何实施例的讨论仅旨在为示例性的，并非意在建议包括仅限于这些实例的权利要求的本公开的范围。

Claims (20)

1.一种被配置为检测用户输入的计算设备，包括：
处理器；
触摸界面，所述触摸界面与所述处理器通信并被配置为检测与物体接近或接触表面对应的触摸信号；
至少三个力传感器，所述至少三个力传感器与所述处理器通信并被配置为检测与物体在所述表面上施加力对应的力信号；其中
响应于所述力，所述处理器确定力质心位置；以及
由所述处理器通过分析所述力质心位置来处理所述触摸信号。
2.根据权利要求1所述的计算设备，其中所述至少三个力传感器包括四个力传感器。
3.根据权利要求1所述的计算设备，其中所述触摸界面为触摸屏。
4.根据权利要求1所述的计算设备，其中如果所述力质心位置位于由所述触摸界面所检测到的触摸位置的预先确定的边界外，则所述触摸信号被拒绝。
5.根据权利要求1所述的计算设备，其中如果所述力质心位置在非触敏位置到与所述触摸界面通信的触敏位置之间移动，则所述触摸信号作为手势被处理。
6.根据权利要求1所述的计算设备，还包括可操作地连接到所述触摸界面和所述至少三个力传感器的覆盖表面，其中所述至少三个力传感器检测通过所述覆盖表面所施加的力。
7.根据权利要求6所述的计算设备，其中非触敏区域被限定为所述覆盖玻璃的不与所述触摸界面通信的部分。
8.根据权利要求7所述的计算设备，其中如果所述力质心位置在所述非触敏位置到与所述触摸界面通信的触敏位置之间移动，则所述触摸信号作为手势被处理。
9.一种用于通过力感测来检测至计算设备的用户输入的方法，包括：
由三个或更多个力传感器来检测力输入；
由与所述力传感器通信的处理器基于所述力输入来计算力质心；以及
使用所述力质心来分析至所述计算设备的一个或多个用户输入。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括搜索施加于所述计算设备的触摸输入，并且如果检测到触摸输入，则确定所述力质心是否在围绕所述触摸输入的边界内。
11.根据权利要求10所述的方法，其中如果所述力质心位于所述边界外，则拒绝所述触摸输入，并且如果所述力质心位于所述边界内，则由所述处理器来处理所述触摸输入。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括确定所述力质心是否对应于按钮位置，并且如果所述力质心对应于按钮位置，则向所述处理器提供按钮输入。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述按钮是定位于所述计算设备的触敏区域外的虚拟按钮。
14.一种被配置为检测至少两种类型的用户输入的移动计算机，包括：
处理器；
触摸屏，所述触摸屏与所述处理器通信并被配置为检测与用户手指接近或接触所述触摸屏对应的触摸信号；
至少三个压力传感器，所述至少三个压力传感器与所述处理器通信并被配置为检测与物体在表面上提供压力对应的压力信号，其中
响应于所述压力信号，所述处理器确定相对于所述表面的质心位置；以及
由所述处理器通过分析所述质心位置来处理所述触摸信号。
15.根据权利要求14所述的移动计算机，其中如果所述质心位置位于所述触摸屏区域的触敏区域外，则所述处理器拒绝所述触摸信号。
16.根据权利要求14所述的移动计算机，还包括：
外壳，所述外壳可操作地连接到所述触摸屏和所述至少三个压力传感器；以及
覆盖玻璃，所述覆盖玻璃在所述触摸屏和所述至少三个压力传感器的至少一部分上方延伸。
17.根据权利要求14所述的移动计算机，其中所述至少三个压力传感器为应变仪。
18.根据权利要求14所述的移动计算机，其中所述触摸信号为电容的变化。
19.根据权利要求14所述的移动计算机，其中如果所述质心位置从所述触摸屏外移动到所述触摸屏，则所述处理器将所述触摸信号作为手势进行处理。
20.根据权利要求14所述的移动计算机，其中所述处理器被进一步配置为确定所述质心位置是否对应于按钮位置，并且如果所述力质心对应于按钮位置，则向所述处理器提供按钮输入。
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