CN106020546A - 用于使用所估计偏转响应来确定物体信息的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文所述的实施例提供促进改进性能的装置和方法。具体来说，装置和方法提供确定引起电容传感器装置表面的偏转的物体的物体信息的能力。装置和方法配置成使用传感器值集合来确定与至少一个感测电极的偏转关联的所估计偏转响应，其中偏转由与输入表面相接触的一个或多个物体来引起。所估计偏转响应至少部分考虑与接触输入表面的物体的电容耦合的效应。物体信息则可使用所估计偏转响应来生成。在输入装置用于指导电子系统的情况下，物体信息可用于促进多种不同的电子系统上的多种界面动作。

Description

用于使用所估计偏转响应来确定物体信息的系统和方法
本申请是下述申请的分案申请：
发明名称：用于使用所估计偏转响应来确定物体信息的系统和方法，
申请日：2011年10月25日，
申请号：201180065047.0。
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年11月17日提交的美国非临时专利申请No.12/948455的优先权益。
技术领域
一般来说，本发明涉及电子装置。
背景技术
包括接近传感器装置(通常又称作触摸板或触摸传感器装置)的输入装置广泛用于多种电子系统中。接近传感器装置通常包括常常通过表面来区分的感测区，其中接近传感器装置确定一个或多个输入物体的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可用于提供用于电子系统的接口。例如，接近传感器装置常常用作较大计算系统的输入装置(例如笔记本或台式计算机中集成的或者作为其外设的不透明触摸板)。接近传感器装置还常常用于较小计算系统(例如蜂窝电话中集成的触摸屏)中。
一些接近传感器装置被传感器装置的部件的物理偏置不利地影响。例如，当用户在接近传感器装置的输入表面上触摸或施加压力时，输入表面和下面的感测电极可偏转到使得偏转使装置性能降级的程度。例如，一些接近传感器装置因而可能产生不准确的测量、估计或其它信息。这种降级在触摸屏装置和非触摸屏装置中可能是明显的。
一些接近传感器装置或者与接近传感器装置进行通信的电子系统也获益于与施加到传感器装置的输入表面的力有关的信息。
因此，用于处理上述方面的方法和装置是合乎需要的。通过以下结合附图和上述技术领域及背景的具体实施方式和所附权利要求书，其它期望特征和特性将变得显而易见。
发明内容
本发明的实施例提供促进改进传感器装置的装置和方法。具体来说，装置和方法提供确定引起电容传感器装置表面的偏转的物体的物体信息的能力。示例物体信息包括例如引起偏转的物体的位置信息和力估计。装置和方法在确定物体信息中至少部分考虑与引起偏转的物体的电容耦合的效应。
在一个实施例中，电容输入装置包括输入表面、至少一个感测电极以及通信上耦合到至少一个感测电极的处理系统。输入表面是由物体在感测区中可接触的，以及至少一个感测电极配置成与感测区中的物体电容地耦合。处理系统配置成使用传感器值集合来确定与至少一个感测电极的偏转关联的所估计偏转响应，其中偏转由与输入表面相接触的一个或多个物体来引起。所估计偏转响应至少部分考虑与接触输入表面的物体的电容耦合的效应。处理系统还配置成使用所估计偏转响应来确定物体信息。在输入装置用于指导电子系统的情况下，物体信息可用于促进多种不同的电子系统上的多种界面动作。
所估计偏转响应可用于确定诸如力或位置估计之类的物体信息。物体信息可通过迭代过程来确定，例如以便产生细化的更准确物体信息。
在一个具体触摸屏实施例中，物体信息可以是至少部分考虑至少一个电极的偏转的效果的位置估计。
附图说明
下面将结合附图来描述本发明的优选示范实施例，其中，相似的标号表示相似的元件，以及：
图1是按照本发明的一个实施例、包括输入装置的示范系统的框图；
图2是按照本发明的一个实施例的输入装置的顶视图；
图3和图4是按照本发明的一个实施例的输入装置的截面侧视图；
图5、图6和图7是按照本发明的一个实施例的示范总响应、偏转响应和物体响应的投影；
图8、图9和图10是按照本发明的一个实施例、表示示范总响应、偏转响应和物体响应的表面曲线；
图11-15是按照本发明的实施例的传感器值的图形表示。
具体实施方式
以下详细描述实际上只是示范性的，而不是要限制本发明或者本发明的应用和使用。此外，并不是预计由前面的技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提供的任何明确表达或暗示的理论进行限制。
本发明的各个实施例提供促进改进可用性的输入装置和方法。
现在来看附图，图1是按照本发明的实施例的示范输入装置100的框图。输入装置100可配置成向电子系统(未示出)提供输入。如本文档所使用的术语“电子系统”(或“电子装置”)广义地表示能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，例如台式计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、平板、万维网浏览器、电子书阅读器和个人数字助理(PDA)。附加示例电子系统包括合成输入装置，例如包括输入装置100和独立操纵杆或按键开关的物理键盘。其它示例电子系统包括诸如数据输入装置(包括遥控装置和鼠标)和数据输出装置(包括显示屏幕和打印机)之类的外围设备。其它示例包括远程终端、售货亭和视频游戏机(例如视频游戏控制台、便携游戏装置等)。其它示例包括通信装置(包括诸如智能电话之类的蜂窝电话)和媒体装置(包括记录器、编辑器和播放器、例如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机)。另外，电子系统可能是输入装置的主机或从机。
输入装置100能够实现为电子系统的物理部分，或者能够与电子系统在物理上分离。适当地，输入装置100可使用下列的任一个或多个与电子系统的部分进行通信：总线、网络和其它有线或无线互连。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF和IRDA。
图1中，输入装置100示为接近传感器装置(又常常称作“触摸板”或“触摸传感器装置”)，配置成感测由一个或多个输入物体140在感测区120中提供的输入。示例输入物体包括手指和触控笔，如图1所示。
感测区120包含输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，其中输入装置100能够检测用户输入(例如由一个或多个输入物体140所提供的用户输入)。特定感测区的尺寸、形状和位置可以逐个实施例极大地改变。在一些实施例中，感测区120沿一个或多个方向从输入装置100的表面延伸到空间中，直到信噪比阻止充分准确的物体检测。在各个实施例中，这个感测区120沿特定方向所延伸的距离可以是大约小于一毫米、数毫米、数厘米或者以上，并且可随所使用的感测技术的类型和预期的精度而极大地改变。因此，一些实施例感测包括没有与输入装置100的任何表面相接触、与输入装置100的输入表面(例如触摸表面)相接触、与耦合某个量的外加力或压力的输入装置100的输入表面相接触和/或它们的组合的输入。在各个实施例中，输入表面可由传感器电极所在的壳体的表面、由施加在传感器电极或者任何壳体之上的面板等来提供。在一些实施例中，感测区120在投射到输入装置100的输入表面时具有矩形形状。
输入装置100可利用传感器组件和电容感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。例如，输入装置100包括用于电容地检测用户输入的一个或多个感测元件。
一些实现配置成提供在空间中跨越一维、二维或三维的图像。一些实现配置成提供沿特定轴或平面的输入的投影。
在输入装置100的一些电容实现中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入物体引起电场的变化，并且产生可作为电压、电流等的变化来检测的电容耦合的可检测变化。
一些电容实现利用电容感测元件的阵列或者其它规则或不规则模式来创建电场。在一些电容实现中，独立感测元件可欧姆地短接在一起，以便形成较大传感器电极。一些电容实现利用可以是电阻均匀的电阻片。
一些电容实现利用基于传感器电极与输入物体之间的电容耦合的变化的“自电容”(或“绝对电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极附近的输入物体改变传感器电极附近的电场，因而改变所测量电容耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过相对参考电压(例如系统地)来调制传感器电极以及通过检测传感器电极与输入物体之间的电容耦合进行操作。
一些电容实现利用基于传感器电极之间的电容耦合的变化的“互电容”(或者“跨电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极附近的输入物体改变传感器电极之间的电场，因而改变所测量电容耦合。在一个实现中，跨电容感测方法通过检测一个或多个发射电极与一个或多个接收电极之间的电容耦合进行操作。发射传感器电极可相对参考电压(例如系统地)来调制以促进传输，以及接收传感器电极可相对参考电压实质上保持为恒定以促进接收。传感器电极可以是专用发射器或接收器，或者可配置成既传送又接收。
图1中，处理系统(或“处理器”)110示为输入装置100的一部分。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件，以便检测感测区120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路(IC)和/或其它电路组件的部分或全部；在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，例如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，组成处理系统110的组件共同位于例如输入装置100的感测元件的附近。在其它实施例中，处理系统110的组件在物理上是独立的，其中一个或多个组件靠近输入装置100的感测元件，而一个或多个组件在其它位置。例如，输入装置100可以是耦合到台式计算机的外设，并且处理系统110可包括配置成运行于台式计算机的中央处理单元上的软件以及与中央处理单元分离的一个或多个IC(也许具有关联固件)。作为另一个示例，输入装置100可在物理上集成到电话中，并且处理系统110可包括作为电话的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入装置100。在其它实施例中，处理系统110还执行其它功能，例如操作显示屏幕、驱动触觉致动器等。
处理系统110可实现为处理该处理系统110的不同功能的一组模块。各模块可包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或者它们的组合。在各个实施例中，可使用模块的不同组合。示例模块包括：硬件操作模块，用于操作诸如传感器电极和显示屏幕之类的硬件；数据处理模块，用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据；以及报告模块，用于报告信息。其它示例模块包括：传感器操作模块，配置成操作感测元件以检测输入；识别模块，配置成识别诸如模式变化手势之类的手势；以及模式变更模块，用于变更操作模式。
按照一些实施例，位置获取模块配置成使用输入装置的至少一个感测元件来获取传感器值集合。同样，确定器模块配置成使用传感器值集合来确定与至少一个感测元件的偏转关联的所估计偏转响应，偏转由物体对输入装置所施加的力所引起，其中所估计偏转响应至少部分考虑与物体的电容耦合的效应。确定器模块还可配置成从所估计偏转响应来确定物体信息。
在一些实施例中，处理系统110直接通过引起一个或多个动作来响应感测区120中的用户输入(或者没有用户输入)。示例动作包括变更操作模式以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其它功能之类的GUI动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分(例如向电子系统中与处理系统110分离的中央处理系统，若这种独立中央处理系统存在的话)提供与输入(或者没有输入)有关的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从处理系统110所接收的信息，以便对用户输入起作用，例如促进全系列的动作，包括模式变更动作和GUI动作。
例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入装置100的感测元件，以便产生指示感测区120中的输入(或者没有输入)的电信号。处理系统110可在产生提供给电子系统的信息中对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可数字化从传感器电极所得到的模拟电信号。作为另一个示例，处理系统110可执行滤波或者其它信号调节。作为又一个示例，处理系统110可减去或者以其它方式考虑基准，使得信息反映电信号与基准之间的差。作为又一些示例，处理系统110可确定位置信息，将输入识别为命令，识别笔迹等。
本文所使用的“位置信息”广义地包含绝对位置、相对位置、速度、加速度和其它类型的空间信息。示范“零维”位置信息包括近/远或接触/无接触信息。示范“一维”位置信息包括沿轴的位置。示范“二维”位置信息包括平面中的位置。示范“三维”位置信息包括空间中的位置以及平面中的位置和速度幅值。其它示例包括空间信息的其它表示。还可确定和/或存储与一种或多种类型的位置信息有关的历史数据，包括例如随时间来跟踪位置、运动或瞬时速度的历史数据。同样，本文所使用的“位置估计”预计广义地包含物体位置的任何估计而与格式无关。例如，一些实施例可将位置估计表示为物体位置的二维“图像”。其它实施例可使用物体位置的质心。
如本文所使用的“力估计”预计广义地包含与力有关的信息而与格式无关。力估计可采取任何适当形式以及具有任何适当的复杂度等级。例如，一些实施例确定单个合力的估计，而与组合成产生合力的力(例如通过一个或多个物体向输入表面施加力所施加的力)的数量无关。一些实施例在多个物体同时向表面施加力时确定由各物体所施加的力的估计。作为另一个示例，力估计可具有任何位数的分辨率。也就是说，力估计可以是指示外加力(或合力)是否超出力阈值的单个位；或者力估计可具有多个位，并且以更细分辨率表示力。作为又一示例，力估计可指示相对或绝对力测量。作为其它示例，一些实施例组合力估计，以便提供由物体对输入表面所施加的力的图或“图像”。还可确定和/或存储力估计的历史数据。
位置信息和力估计是可用于促进全系列的界面输入的两种类型的物体信息，包括接近传感器装置用作用于选择、光标控制、卷动和其它功能的指示装置。
在一些实施例中，输入装置100采用由处理系统110或者由另外某种处理系统所操作的附加输入组件来实现。这些附加输入组件可提供用于感测区120中的输入的冗余功能性或者某种其它功能性。图1示出感测区120附近的能够用于促进使用输入装置100来选择项目的按钮130。其它类型的附加输入组件包括滑块、球、轮、开关等。相反，在一些实施例中，输入装置100可以在没有其它输入组件的情况下实现。
在一些实施例中，输入装置100包括触摸屏界面，并且感测区120重叠显示屏幕的工作区的至少一部分。例如，输入装置100可包括覆盖显示屏幕的基本上透明的传感器电极，并且提供用于关联电子系统的触摸屏界面。显示屏幕可以是能够向用户显示可视界面的任何类型的动态显示器，并且可包括任何类型的发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光(EL)或者其它显示技术。输入装置100和显示屏幕可共享物理元件。例如，一些实施例可将相同电组件的一部分用于显示和感测。作为另一个示例，显示屏幕可部分或全部由处理系统110来操作。
应当理解，虽然在全功能设备的上下文中描述本发明的许多实施例，但是本发明的机制能够作为各种形式的程序产品(例如软件)来分配。例如，本发明的机制可作为电子处理器可读的信息承载介质上的软件程序来实现和分配(例如，处理系统110可读的非暂时计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质)。另外，本发明的实施例同样适用，而与用于执行分配的介质的特定类型无关。非暂时的电子可读介质的示例包括各种光盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可基于闪速、光、磁、全息或者任何其它存储技术。
在一个实施例中，输入装置100包括输入表面和至少一个感测电极，其中感测电极在通信上耦合到处理系统110。在这个实施例中，输入表面是由物体在感测区中可接触的，以及至少一个感测电极配置成与感测区中的物体电容地耦合，以及响应由与输入表面相接触的物体施加到输入表面的力而偏转。处理系统110配置成使用传感器值集合来确定与至少一个感测电极的偏转关联的所估计偏转响应，其中偏转由与输入表面相接触的物体来引起。所确定的估计偏转响应至少部分考虑与接触到输入表面的物体的电容耦合的效应，以及处理系统还配置成使用所估计偏转响应来确定物体信息。这个物体信息可用于促进多种不同电子装置上的多种界面动作。
在一个示例中，处理系统110可使用所估计偏转响应来确定引起偏转的物体的力估计(或者多个力估计)。在另一个示例中，处理系统110可使用所估计偏转响应来确定引起偏转的物体的位置估计(或者多个位置估计)。这类力和位置估计可在具有或没有其它力或位置估计的重复的情况下产生。
现在来看图2，示出示范输入装置200的顶视图。输入装置200包括输入表面206和至少一个感测电极(未示出)。输入装置200还包括在通信上耦合到至少一个感测电极的处理系统(未示出)。输入装置200配置成使用至少一个感测电极电容地感测在感测区202中的物体(例如手指204)。如上所述，至少一个感测电极能够包括多种布置的任一种中的任何数量的传感器电极。例如，至少一个感测电极能够包括单个传感器电极、沿一个轴对齐的一组传感器电极、沿正交轴对齐的电极阵列以及其它配置或空间布置。类似地，至少一个感测电极能够具有任何适当形状。例如，至少一个感测电极能够驻留在单个平面中或者是非平面的，并且能够具有任何数量的曲线或线性部分以及任何适当大小。
在感测区202中的一个或多个物体使输入表面206偏转的情况下，它还使至少一个感测电极偏转。“偏转”在这里用于包含响应由一个或多个输入物体施加到输入表面206的力的至少一个感测电极的配置的所有类型的运动或变化，而“进行偏转”在这里用于表示偏转动作。例如，偏转包括基本上刚性运动，其中主体在没有形状的改变的情况下进行平移或旋转。例如，电极的刚性运动可包含在没有诸如大小和曲度之类的电极特性的变化的情况下的电极的旋转或平移。作为另一个示例，偏转包括基本上非刚性运动，其中主体的形状变形或发生变化。例如，电极的非刚性运动包括延伸、压缩、弯曲和扭曲。偏转还包括组合的刚性和非刚性运动。
应当注意，响应输入物体的力而发生的偏转的类型将主要取决于输入装置的结构。例如，输入装置组件的基本上刚性运动通常在那些组件配置成相对于其底座、支承及其环境的其它相关方面是基本上更为刚性的情况下发生。作为另一个示例，输入装置组件的非刚性运动通常在那些组件配置成相对于其底座、支承及其环境的其它相关方面是基本上较少刚性的情况下发生。
通过输入装置200，使用至少一个感测电极所得到的电容测量包括与感测区202中的物体的电容耦合的效应以及至少一个感测电极的偏转的效应两者。偏转的效应能够影响检测在检测区中的物体的精度，并且能够提供与物体提供给输入装置200的输入有关的附加信息。
术语“偏转响应”在这里用于表示因偏转而发生的与至少一个感测电极的电容耦合的变化。也就是说，偏转引起至少一个感测电极的布置和配置相对于输入装置和环境的其它部分的变化，使得至少一个感测电极周围的电场改变。这改变至少一个感测电极所遇到的电容耦合，以及改变使用至少一个感测电极来产生的传感器值。因此，“偏转响应”表示对偏转的电响应。
术语“所估计偏转响应”表示由输入装置(例如由输入装置的处理系统或者另外某个处理元件)所确定的与偏转响应的估计对应的值。所估计偏转响应可采取电容单位或者采取反映电容的变化的某些其它单位。一般来说，通过考虑(整体或部分)至少一个感测电极与引起偏转的至少一个物体之间的电容耦合的效应，来产生所估计偏转响应。
类似地，“物体响应”在这里用于表示因输入物体在感测区中存在和/或进行移动而发生的与至少一个感测电极的电容耦合的变化。另外，“所估计物体响应”表示由输入装置(例如由输入装置的处理系统或者另外某个处理元件)所确定的与物体响应的估计对应的值。
输入装置(例如通过其处理系统或其它处理元件)配置成使用至少一个感测电极来得到传感器值集合，确定所估计偏转响应，以及使用所估计偏转响应来确定物体信息。所估计偏转响应使用传感器值集合来与至少一个感测电极的偏转关联。偏转由与输入表面相接触的至少一个物体来引起，以及所估计偏转响应至少部分考虑与接触到输入表面的至少一个物体的电容耦合的效应。
传感器装置还可包括接近至少一个感测电极的一个或多个导体，其中导体与至少一个感测电极之间的电容耦合随至少一个感测电极的偏转而发生变化。导体相对至少一个感测电极可具有任何形状或布置。例如，导体可重叠、铡接或者围绕、交织至少一个感测电极。
例如，传感器装置还可包括至少一个感测电极下面的显示屏幕。显示屏幕可包括配置用于在显示屏幕上显示图像的一个或多个导体，其中导体与至少一个感测电极之间的电容耦合随至少一个感测电极的偏转而发生变化。
物体信息可包括位置估计、力估计和/或与感测区中或者接触到输入表面的物体相关的另外某个估计。
处理系统可配置成按照多种方式来确定所估计偏转响应。在以下章节描述一些示例。
处理系统可配置成通过确定与输入表面相接触的至少一个物体的位置估计，确定与远离位置估计的位置对应的传感器值集合的子集，并且使用该子集确定所估计偏转响应，来确定所估计偏转响应。该子集可以是传感器值集合的适当非空子集，使得它包括传感器值集合的至少一个值而并非全部值。
处理系统可配置成通过将参数化函数与传感器值集合或子集拟合，来确定所估计偏转响应。
处理系统可配置成通过确定接触到输入表面的至少一个物体的位置估计，并且通过使用位置估计以至少部分考虑与接触到输入表面的至少一个物体关联的电容耦合效应，来确定所估计偏转响应。
处理系统可配置成按照多种方式来确定物体信息。在以下章节描述一些示例。
处理系统可配置成通过使用所估计偏转响应以确定位置估计，使用位置估计以确定第二估计偏转响应，并且使用第二估计偏转响应以确定物体信息，来确定物体信息。第二估计偏转响应与至少一个感测电极的偏转关联，并且是对第一估计偏转响应的细化。
处理系统还可配置成确定与输入表面相接触的至少一个物体的第一位置估计。并且处理系统可配置成通过使用传感器值集合和第一位置估计来确定所估计偏转响应。并且处理系统可配置成通过使用所估计偏转响应以确定与输入表面相接触的至少一个物体的第二位置估计，来确定物体信息，其中第二位置估计是对第一位置估计的细化。
存在用于确定所估计偏转响应和物体信息的多种其它技术，以及下面结合其它附图来描述其它示例。
处理系统可由适当模块组成，以便执行归结于其的功能。例如，处理系统可包括位置获取模块和确定器模块。位置获取模块可配置成使用输入装置的至少一个感测电极来获取传感器值集合。确定器模块可配置成确定所估计偏转响应，以及使用所估计偏转响应来确定物体信息。
图3-4示出图2的示例的实现。具体来说，图3-4示出具有输入表面306、至少一个感测电极308和导体310的示例输入装置300的截面侧视图。为了便于取向还示出第一轴312。图3-4还示出的是接近输入装置300的输入物体304(示出手指)。输入装置300配置成使得由输入物体304施加到输入表面306的力引起至少一个感测电极308相对于导体310偏转。导体310接近至少一个感测电极308，使得导体310与至少一个感测电极308之间的电容耦合随至少一个感测电极308相对于导体310的偏转而按照可测量方式发生变化。
也就是说，至少一个感测电极208的偏转改变至少一个感测电极308的部分与导体310的部分之间的相对距离，并且改变其周围的电场。在至少一个感测电极308相对导体310经过电调制的情况下，这改变至少一个感测电极308所测量的电容。
导体310能够包括专用于响应至少一个感测电极的偏转而改变至少一个感测电极周围的电场或者具有其它功能的输入装置300的部分。例如，导体310还可将输入装置300与外部噪声源电屏蔽或者将外部组件与至少一个传感器电极308的操作所产生的噪声电屏蔽。
作为另一个示例，在一些实施例中，输入装置300包括至少一个感测电极308下面的显示屏幕，以及导体还用于显示功能。例如，导体310可以是用于显示操作的显示电极。显示电极可在显示操作期间被驱动到一个或多个电压，例如在显示操作期间被驱动到恒定Vcom电压或者多个电压的液晶显示屏幕(LCD)的一个或多个Vcom电极。
输入装置300可以包括或者可以没有包括也响应至少一个感测电极308的偏转而在与至少一个感测电极308的电容耦合中发生变化的附加导体。这些附加导体还可在至少一个感测电极308的下面，或者相对至少一个感测电极208处于另外某个布置中。
现在来看图4，示出输入装置300，其中输入物体304向输入表面306施加力，使得至少一个感测电极308偏转。在这个所示示例中，至少一个感测电极308朝导体310偏转。如上所述，至少一个感测电极308的这个偏转改变至少一个感测电极308所测量的电容。
输入装置300的处理系统(未示出)配置成使用包括偏转的效应的传感器值集合来确定与至少一个感测电极308的偏转关联的所估计偏转响应。偏转可由输入物体304接触输入表面306来引起。处理系统通过至少部分考虑与输入物体304(以及其它适当的输入物体)的电容耦合对传感器值集合具有的效应，来确定这个所估计偏转响应。所估计偏转响应能够用于确定多种物体信息204。
图5-7示出输入装置300的示范总响应、偏转响应和物体响应。图5-7的示例可以是沿传感器的截面的响应(例如可与成像传感器中的像素的行或列关联)、响应的投影(例如可与剖面传感器关联)或者另外某个适当的一维表示。现在来看图5，以图形形式来示出与至少一个感测电极308关联的总响应500的示例。具体来说，图5示出图4所示偏转情形的示范总响应500。
总响应500包括至少两个不同效应。总响应的第一部分是反映因输入物体304相对于至少一个感测电极208的接近性和/或位置引起的变化的物体响应。第二部分是反映因至少一个感测电极308的偏转引起的变化的偏转响应。在许多实施例中，以及对一阶，物体响应和偏转响应是加性效应，并且因而总响应能够被认为是物体响应和偏转响应的重叠。因此，物体或偏转响应能够从总响应中减去或者以其它方式去除，而没有实质上影响另一响应–至少对一阶。
一般来说，与物体响应关联的变化集中在输入物体304附近的至少一个感测电极308的部分中，因为相对地定位由输入物体304的存在和运动所引起的电场的变化。同时，与偏转响应关联的变化趋向于覆盖较大部分。但是，在一些实施例中情况不是这样。
现在来看图6和图7，这些图示出图4所示偏转情形的示范偏转响应600和示范物体响应700。如在图5、图6和图7中可以看到，总响应500实际上是偏转响应600和物体响应700的重叠。
在本发明的一些实施例中，输入装置(例如输入装置200或300)配置成使用至少一个感测电极来得到传感器值集合。传感器值集合可反映包括偏转响应(例如偏转响应600)和物体响应(例如物体响应700)的总响应(例如总响应500)。传感器值集合可能经过量化，并且由指示使用至少一个感测电极进行的测量的值的离散集合来形成。
输入装置还配置成使用传感器值集合来确定与至少一个感测电极的偏转关联的所估计偏转响应。也就是说，输入装置使用所得到的传感器值来产生实际偏转响应的估计。所估计偏转响应可采取任何适当形式，包括作为离散值、函数的系数、函数等。所估计偏转响应至少部分考虑与输入物体的电容耦合的效应。也就是说，所估计偏转响应至少部分地考虑物体响应。输入装置还配置成使用所估计偏转响应来确定物体信息。
在一些实施例中，传感器值和所估计偏转响应沿一维、例如沿图3-4的第一轴进行。在设计成提供沿特定轴或平面的输入的投影的实施例中(例如“剖面”传感器)，情况可以是这样。例如，剖面传感器可生成所定义坐标系、例如在使用笛卡尔坐标系时的“X”和“Y”坐标的传感器值集合。
在设计成提供二维或更高维的图像的实施例中，所估计偏转响应也可沿一维进行，其中图像的特定一维截面或层面用于确定所估计偏转响应和物体信息。例如，可获取与图像中的峰值(或者多个峰值)相交的一个或多个一维层面。作为另一个示例，可获取一个或多个一维层面，其中各层面经过输入物体的相同估计位置(或者经过多个输入物体的不同估计位置)。
在配置成提供二维、三维或更多维的图像的实施例中，传感器值和所估计偏转响应可沿二维(适当地获取二维剖面)进行。这种方式还能够类推到三维和更高维。
图8-10示出作为跨越第一和第二轴并且与感测区对应的表面曲线的总响应、物体响应和偏转响应。第一和第二轴可以是X和Y轴。图8-10示出作为感测区中的电容效应的二维“图像”的这些响应。
现在来看图8，图3-4的示例的示范二维总响应800示为表面曲线。与图5的示例相似，总响应800包括偏转和物体响应。并且还与先前示例相似，所估计偏转响应能够通过至少部分考虑物体响应来确定。现在来看图9和图10，这些图示出图8所示示范总响应800的示范偏转响应900和示范物体响应1000。这些响应相互之间具有与结合图5-7所述相似的关系，除了是二维而不是一维之外。
按照本发明的实施例，多种不同技术可用于确定所估计偏转响应。一些技术基于关于物理偏转(以及关联静电变化)与特定形状相似的假设。一些技术使用滤波器或阈值以从传感器值中去除或减少物体响应效应。一些技术包括传感器值的部分或全部的拟合曲线。一些技术使用(与输入装置相接触或者输入装置的感测区中的)物体的估计位置来实现考虑物体的电容效应。其它技术可以不使用位置估计来确定所估计偏转响应。
各个实施例可孤立或组合地使用这些技术。例如，一些实施例可使用具有曲线拟合的位置估计来产生所估计偏转响应。作为另一个示例，一些实施例可使用阈值和滤波器两者来产生所估计偏转响应。其它示例使用偏转形状、滤波器、阈值、曲线拟合和其它技术的任何组合以及任何数量的假设。
现在将更详细论述多种这些技术。
一些技术基于关于物理偏转(以及关联静电变化)与特定形状相似的假设。例如，在一些实施例中，可假定偏转响应可通过采用低阶弯曲模式对物理偏转进行建模来近似计算。这些实施例可通过识别哪些传感器值和/或传感器值集合的部分或全部的什么量对应于低阶弯曲模式，来确定所估计偏转响应。例如，应用适当空间滤波器能够去除较高的特殊频率分量的全部或部分。作为另一个示例，可以或者可以不是来自特定物理模型的诸如正弦、多项式或者其它线性或非线性函数之类的函数可与传感器值拟合。
作为另一示例，一些实施例使用滤波器来确定所估计偏转响应。如上所述，滤波器可用于识别与弯曲模式关联的部分。但是，滤波器还可用于降低或去除传感器值的较急剧变化，而与偏转模式无关。例如，在一些实施例中，可假定物体响应产生比偏转响应更急剧的传感器值的变化，使得滤除这类更急剧变化产生用于确定物体信息的充分估计偏转响应。
作为又一个示例，一些实施例使用阈值来确定所估计偏转响应。阈值可在制造时、在启动时、在满足特定输入条件时的操作期间、基于输入条件动态地等方式来设置。通过阈值，超过特定阈值或者特定阈值之间的传感器值可被去除或者按与其它传感器值不同的方式来加权。例如，在一些实施例中，可假定高于阈值的传感器值主要归因于物体响应并且被去除。作为另一个示例，在一些实施例中，高于阈值的传感器值可按照适当加权函数来减小。作为又一个示例，可去除低于阈值的传感器值。
一些技术将一维曲线或二维表面与传感器值的部分或全部拟合。传感器值在拟合之前可以或者可以不经过预先处理(例如以便降低噪声、突出来自基准传感器值的变化等)。已经论述了曲线拟合(将函数与传感器值拟合)的一个示例。下面论述一些其它示例。
一些实施例通过假定特定函数充分描述偏转响应的一般形状来确定所估计偏转响应，并且确定将这个函数拟合到传感器值的整个集合或部分集合的参数。这个函数可以是包括下列在内的按照任何数量的方式来得出的参数化函数：假定低阶弯曲模式是感测电极会遇到的偏转的充分模型，查找对感测电极弯曲的所获得经验数据的适当拟合，使用感测电极的物理弯曲的基于物理的模型来得出模型，等等。参数化函数也可以是假定对偏转响应进行建模的常规函数。例如，参数化函数可包括正弦形的离散展开的一项或多项(例如正弦或余弦函数)。
一些实施例确定待拟合的值集合，并且通过确定降低函数与待拟合值之间的偏差的参数来将参数化函数拟合到这些值。例如，一些实施例将诸如f(x)＝A·cos(Bx+C)之类的正弦函数的组合拟合到与离开输入物体位置的位置对应的传感器值集合的部分。拟合产生可包含偏转响应或者用于确定偏转响应的参数。偏转响应可用于提供力估计。例如，在一些实施例中，正弦形的幅度可与力估计直接相互关联。
参数化函数还可基于描述至少一个电极的实际物理偏转及其对电容耦合的影响的模型。作为一个具体示例，薄板弯曲和平行板电容模型可用于产生参数化函数。
在各个实施例中，可对于与感测区的不同部分对应的值进行调整(例如不同权重)。例如，确定为主要由偏转响应所确定的传感器值可具有较大权重，而确定为主要由物体响应(或者噪声)所确定的传感器值可具有较小权重。权重可与偏转响应对传感器值的所估计贡献不相关、线性相关或者非线性相关。
一些技术使用感测区中的物体的位置、例如引起偏转的一个或多个物体的位置的确定来确定所估计偏转响应。称作位置估计的位置的确定在这些技术中用于考虑传感器值集合中存在的与物体的电容耦合的效应的至少一部分。此外，在一些实施例中，其它类型的信息也可与位置估计配合用于确定所估计偏转响应。
位置估计可使用任何适当位置确定技术和过程来确定。在一些实施例中，进入、离开感测区或者在其中移动的物体改变至少一个电极附近的电场，使得输入装置可通过使用至少一个感测电极所得到的传感器值的变化以电容方式检测物体。传感器值的所产生变化可单独地用于、与一个或多个先前读数或基准和/或其它信息(例如先前的力、偏转和位置估计)配合用于确定感测区中的物体、包括与输入装置相接触的物体的位置。任何适当数据分析方法可用于从这些传感器值来确定位置估计，包括检测峰值、计算质心等。
一些实施例使用位置估计来至少部分考虑与接触到表面并且引起偏转的物体的电容耦合效应。例如，一些实施例使用位置估计来确定传感器值的哪一个子集更少受到物体的电容耦合效应影响或者传感器值的哪一个子集更多地指示偏转效应。一些实施例确定与远离位置估计(即，远离位置估计所指示的位置)的位置对应的传感器值的子集。子集为非空，使得它包含该集合的传感器值的至少一个；该子集也是适当的，使得它没有包含该集合的全部传感器值。这些实施例使用这个子集来确定所估计偏转响应。这种方式集中于与远离估计物体所在位置的感测区的部分(因而不是估计为包含物体的感测区的部分)关联的传感器值。一般来说，与远离物体的部分关联的传感器值主要指示与偏转关联的电容效应。
现在来看图11，示出与由输入装置对于图5的总响应可得到的那些值对应的传感器值的示范集合1100。传感器值集合反映偏转的电容效应(偏转响应)和与物体的耦合的电容效应(物体响应)两者的量度。从图11所示的传感器值，可对于与位置1101对应的物体进行位置估计。这个位置估计能够用于确定与远离位置估计的位置对应的传感器值的子集。例如，区域1102中的值的子集。
在图11的示例中，区域1102对应于主要确定为表示偏转响应的传感器值。区域1102中的传感器值的子集对应于远离位置估计的位置，同样在很大程度上不受物体响应影响，并且因而形成考虑大部分物体响应的良好估计偏转响应。但是，在其它实施例中，这样得到的传感器值的子集可形成不如考虑物体响应时那么良好但是仍然可用作所估计偏转响应的所估计偏转响应。
如上所述，一些实施例使用拟合技术来确定所估计偏转响应。拟合可对于传感器值的整个集合，包括主要由物体响应而不是偏转响应来确定的值。这如图12所示，其中所估计偏转响应从所有传感器值1100的曲线拟合1203来得出。
拟合技术还可应用于传感器值的部分集合。任何适当数据分析方法(例如阈值、估计位置等)可用于产生对其进行拟合的传感器值的子集。来看图13，传感器值1300是与远离位置估计1101的位置对应的传感器值1100的子集。所估计偏转响应从传感器值1300的这个子集的曲线拟合1303来得出。来看图14，传感器值1400是低于阈值1401的传感器值1100的子集。所估计偏转响应从传感器值1400的这个子集的曲线拟合1403来得出。
来看图15，这个图表示出被去除的传感器值可如何用于产生包括虚拟传感器值的所估计偏转响应。可使用任何适当估计方法(直线插值等)。例如，这些虚拟传感器值1502可使用区域1102中的传感器值来估计。并且所估计偏转响应可从未去除的传感器值1500和虚拟传感器值1502的组合来得出。
这些示例全部部分考虑与物体的电容耦合的效应。特定技术甚至可实质上或者完全考虑与物体的电容耦合的效应。
所估计偏转响应可用于确定物体信息，包括力估计、位置估计等。
偏转响应反映至少一个感测电极的实际物理偏转。因此，所估计偏转响应可用于确定与引起物理偏转的力有关的估计。
多种技术可用于从所估计偏转响应来确定这个力估计。例如，可采集将已知力施加与偏转响应相关的数据，并且根据经验来确定两者之间的映射。作为另一个示例，将力施加与物理偏转相关以及将物理偏转与电容效应相关的物理模型可用于确定偏转响应如何与外加力对应。取决于技术，用于确定力的所估计偏转响应的部分可包括最大数、最小数、平均数等、所估计偏转响应的2D剖面或3D图像下的面积或体积、所估计偏转响应的2D剖面或3D图像的一阶导数等等。
映射可作为阈值、查找表、函数等存储，以用于使用适合于应用的所估计偏转响应来确定力估计。
所估计偏转响应还可用于提供位置估计或者细化位置估计。例如，所估计偏转响应的形状可用于进行与输入表面相接触的物体的位置的估计。在一些实施例中，偏转响应具有局部峰值(或最大数)，其中物体与输入表面相接触并且使其偏转。作为另一个示例，所估计偏转响应能够用于提供更准确估计物体响应，以及所估计物体响应用于确定位置估计。例如，一些实施例使用偏转响应来确定应当如何调整先前位置估计。作为另一个示例，一些实施例从传感器值集合中去除所估计偏转响应，以便生成物体响应。物体响应则能够与适当位置确定技术配合用于适当地产生位置估计(以及估计输入物体的数量，并且因而根据适用情况估计要估计的位置数量)。
一些实施例重复所估计偏转响应、所估计物体响应和/或位置估计的确定。例如，在一些实施例中，从传感器值进行第一位置估计，而不管偏转响应；然后，第一位置估计用于确定第一估计偏转响应。然后，第一估计偏转响应用于确定作为对第一位置估计的细化的第二位置估计。各个实施例可以不重复任何估计，而其它实施例重复一次、两次或多次。
在偏转响应有害地影响在没有考虑偏转响应的情况下进行的位置估计的实施例中，使用所估计偏转响应来细化位置估计会是有用的。也就是说，在这些实施例中，相对于位置估计中所需的精度，偏转响应是传感器值的重要因素；在这类系统中，在没有部分或整体考虑偏转响应的情况下从传感器值来确定位置估计引起位置估计的误差，这引起错误输出或响应。另外，在一些实施例中，在没有考虑偏转响应的情况下进行的第一位置估计对于一些使用会是足够准确的(例如在唤醒装置、确定要集中数据分析工作的位置、确定所估计偏转响应等中)，但是对于一些使用则不是(例如精细光标定位、指针等)。
此外，所估计物体响应、所估计偏转响应和物体信息(包括力估计和位置估计)可迭代地重复零次、一次或多次，其中每次迭代产生更细化估计。执行这类迭代确定的各个实施例可执行所设置次数的迭代，直到估计收敛(例如前一个估计和当前估计处于所定义范围之内)或者两者(例如，直到估计收敛，但是不超过N次迭代)。
在没有重复估计的实施例的第一具体示例中，一些实施例从传感器值来确定所估计偏转响应，而没有在确定中使用位置估计。实施例可使用所估计偏转响应来确定力和/或位置估计。
在确实重复估计的实施例的第一具体示例中，该过程与以上章节所述相似，除了确定位置估计之外，并且那个位置估计用于产生第二估计偏转响应和第二力和/或位置估计，其中第二估计是对第一估计的细化。
在没有重复估计的实施例的第二具体示例中，一些实施例从传感器值来确定所估计偏转响应，而没有在确定中使用位置估计。然后，实施例可使用所估计偏转响应结合传感器值来产生位置估计(例如，在考虑传感器值的偏转响应中，以便产生所估计物体响应)；或者然后实施例可使用所估计偏转响应来确定力估计；或者实施例可进行两者。
在确实重复估计的实施例的第二具体示例中，该过程与以上章节所述相似，除了确定位置估计之外，并且那个位置估计用于产生第二估计偏转响应和第二力和/或位置估计，其中第二估计是对第一估计的细化。
在确实重复估计的实施例的第三具体示例中，实施例从传感器值来确定第一位置估计和第一估计偏转响应。然后所估计偏转响应与第一位置估计或传感器值配合用于确定第二位置估计。然后第二位置估计与传感器值或者第一估计偏转响应配合用于产生第二估计偏转响应。然后第二估计偏转响应与第二位置估计或传感器值配合用于产生第三位置估计。可从第一估计偏转响应、第二估计偏转响应或者两者进行力估计(若有的话)。
提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明本发明及其特定应用，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，提出上述说明和示例只是用于说明和举例。所提出的描述不是意在穷尽性的或者将本发明局限于所公开的精确形式。

Claims (20)

1.一种电子系统，包括：
显示屏幕；
由输入物体在感测区中可接触的输入表面，所述感测区重叠所述显示屏幕；
多个传感器电极，其被配置成与输入物体电容地耦合；以及
处理系统，其在通信上耦合到所述多个传感器电极，所述处理系统被配置成：
使用所述多个传感器电极来得到传感器值集合，所述传感器值集合指示电容耦合；
确定所述输入物体的所估计位置；
使用所述传感器值集合来确定与所述输入表面的偏转关联的所估计偏转响应，所述偏转由所述输入物体施加到所述输入表面的力来引起，其中所述所估计偏转响应至少部分考虑所述多个传感器电极与所述输入物体的电容耦合的效应；以及
使用所述所估计偏转响应来确定施加到所述输入表面的力的力估计。
2.如权利要求1所述的电子系统，其中，所述处理系统被配置成使用所述所估计偏转响应通过下列步骤来确定施加到所述输入表面的力的力估计：
对所述所估计偏转响应进行滤波以考虑输入物体响应。
3.如权利要求1-2中的任一项所述的电子系统，其中，所述处理系统被配置成使用所述所估计偏转响应通过下列步骤来确定施加到所述输入表面的力的力估计：
除了使用所述所估计偏转响应以外还使用所估计位置。
4.如权利要求1所述的电子系统，还包括导体，其中，所述输入表面的偏转将所述多个传感器电极的至少一个子集移动得更接近于所述导体，使得所述传感器值集合指示所述多个传感器电极与所述导体之间的电容耦合的变化。
5.如权利要求4所述的电子系统，其中，所述显示屏幕包括所述导体，并且其中所述导体被配置成供所述显示屏幕上显示图像使用。
6.如权利要求4所述的电子系统，其中，所述处理系统被配置成通过下列步骤来确定所述所估计偏转响应：
测量所述多个传感器电极与所述导体之间的电容耦合的变化。
7.如权利要求1-2和4-6中的任一项所述的电子系统，其中，所述处理系统被配置成通过下列步骤来确定所述所估计偏转响应：
使用与低阶模式对应的所述传感器值集合的一部分。
8.如权利要求1-2和4-6中的任一项所述的电子系统，其中，所述处理系统被配置成通过下列步骤来确定所述所估计偏转响应：
拟合参数化函数。
9.一种用于电容输入装置的处理系统，所述处理系统包括：
位置获取模块，其被配置成使用所述电容输入装置的多个传感器电极来获取传感器值集合，所述传感器电极被配置成与接触所述电容输入装置的输入表面的输入物体电容地耦合；以及
确定器模块，其被配置成：
使用所述传感器值集合来确定与所述多个传感器电极的至少一个子集的偏转关联的所估计偏转，所述偏转由所述输入物体施加到所述输入表面的力所引起；
使用所述传感器值集合来确定所述输入物体的位置估计；以及
使用所述所估计偏转和所述位置估计来确定施加到所述输入表面的力。
10.如权利要求9所述的处理系统，还包括硬件模块，所述硬件模块被配置成操作所述电容输入装置的显示屏幕。
11.如权利要求10所述的处理系统，其中，所述硬件模块被配置成操作相同电组件以用于在所述显示屏幕上显示和用于使用所述多个传感器电极来进行感测。
12.如权利要求9-11中的任一项所述的处理系统，其中，所述确定器模块被进一步配置成通过根据所述传感器值集合对所述输入物体与所述多个传感器电极的电容耦合的效应进行滤波来确定施加到所述输入表面的力。
13.如权利要求9-11中的任一项所述的处理系统，其中，所述处理系统被进一步配置成基于所述位置估计和所述力而引起图形用户界面(GUI)动作。
14.如权利要求9-11中的任一项所述的处理系统，其中，所述偏转改变所述多个传感器电极的至少一个子集与导体之间的电容耦合，使得所述传感器值集合指示传感器电极的至少一个子集与所述导体之间的电容耦合的变化，并且其中所述确定器模块被配置成通过下列步骤来确定所述所估计偏转：
测量电容耦合的变化。
15.一种操作电容传感器装置的方法，所述方法包括：
从多个传感器电极得到传感器值集合，其中所述传感器值集合包括与所述多个传感器电极的电容耦合的变化对应的总响应；
从总电容响应对物体响应进行滤波以产生第一所估计偏转响应，其中所述物体响应对应于与电容地耦合到输入物体的所述多个传感器电极关联的电容耦合的变化的一部分，其中所述第一所估计偏转响应对应于所述多个传感器电极的偏转；以及
使用所述第一所估计偏转响应来确定针对所述输入物体的物体信息。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述使用所述第一所估计偏转响应来确定针对所述输入物体的物体信息包括：
使用所述第一所估计偏转响应来确定位置估计；
使用所述位置估计来确定第二所估计偏转响应，所述第二所估计偏转响应是对所述第一所估计偏转响应的细化；以及
使用所述第二所估计偏转响应来确定所述物体信息。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述使用所述第一所估计偏转响应来确定针对所述输入物体的物体信息包括：
使用所述第一所估计偏转响应来确定针对所述输入物体的力估计。
18.如权利要求15所述的方法，其中，所述使用所述第一所估计偏转响应来确定针对所述输入物体的物体信息包括：
确定针对所述输入物体的位置估计作为所述物体信息。
19.如权利要求15-18中的任一项所述的方法，其中，所述电容传感器装置还包括显示屏幕，所述显示屏幕包括电容地耦合到所述多个传感器电极的导体，使得所述传感器值集合指示所述多个传感器电极与所述导体之间的电容耦合的变化。
20.如权利要求15-18中的任一项所述的方法，其中，所述电容传感器装置还包括显示屏幕，所述方法还包括：
使用相同电组件以用于在显示屏幕上显示和用于感测。
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