CN106575185A - 触控压力传感器的算法及建构 - Google Patents

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Abstract

一种用于电子显示器的压力感测触控系统，包括多个压力传感器及一控制器。所述多个压力传感器中之各压力传感器经配置以产生信号，所述信号指示出施加至所述电子显示器之表面的压力。所述控制器经配置以进行下列步骤：(1)接收同时发生在所述电子显示器上之多个触碰事件的空间坐标，(2)选择所述多个压力传感器的子集，及(3)根据所述空间坐标以及来自所述所选择子集的所述信号，计算分别对应于所述多个触碰事件的压力值。所述所选择子集是一真子集。

Description

触控压力传感器的算法及建构
技术领域
本揭示案关于触碰敏感装置，尤其是关于触控屏幕系统及用于感测触控屏幕位移的方法。
背景技术
本申请案主张申请于2014年6月17号之美国临时申请案编号第62/013,120号的优先权，本申请案根据所述优先权案之内容，所述优先权案之内容在此藉引用方式整体并入本文。
在此提供之现有技术说明是为了概略提出本揭示案之背景。目前被指称之发明人的成果(如在本现有技术部分所述及之程度)还有申请时不一定为适格之现有技术的说明书的方面，在此既非明确地亦非隐含地被认可为相对于本揭示案的现有技术。
具有非机械式触控功能的显示器及其他装置(例如键盘)正快速成长。因此，已经开发出触碰感测技术，以使显示器及其他装置能够具有触控功能。触碰感测功能在行动装置应用程序中正得到更广泛的使用，像是智能型手机、电子书阅读器、膝上型计算机及平板计算机。
触碰敏感表面已经成为用户与可携式电子装置互动所偏好的方法。为此，已开发出以触控屏幕之形式的触控系统，其可响应各式各样的触碰类型，像是单一触碰、多重触碰，及轻扫。这些系统有些仰赖根据与触控屏幕表面进行光学接触的光散射及/或光衰减，所述触控屏幕表面相对于其支撑框维持固定。此种触控屏幕系统之一例经描述于美国专利申请案公开文件编号2011/0122091中。
像是智能型手机之商业触控式装置目前侦测来自用户的互动，是随着物体(也就是手指、触控笔)出现在所述装置之显示器上或是靠近所述装置之显示器。如此被认定是使用者输入，且能藉由确定是否发生互动、计算所述互动的X-Y位置，以及确定所述互动的长度来数量化。
触控屏幕装置受限于它们仅能收集在用户输入期间的位置及计时数据。需要有对使用者而言直觉的额外输入参数(像是力)。藉由利用对触碰事件及输入手势之更精密处理，使用者得以更有效率且更直觉地向电子装置传达其意向。
发明内容
一种用于电子显示器的压力感测触控系统，包括多个压力传感器及一控制器。所述多个压力传感器中之各压力传感器经配置以产生信号，所述信号指示出施加至所述电子显示器之表面的压力。所述控制器经配置以进行下列步骤：(1)接收同时发生在所述电子显示器上之多个触碰事件的空间坐标，(2)选择所述多个压力传感器的子集，及(3)根据所述空间坐标以及来自所述所选择子集的所述信号，计算分别对应于所述多个触碰事件的压力值。所述所选择子集是真子集。
在其他特征中，所述控制器经配置以针对所述多个触碰事件进行下列步骤：(1)确定所述多个压力传感器中多个候选子集之各者的噪声值，及(2)将具有最低噪声值的候选子集指定为所述所选择子集。在其他特征中，所述控制器经配置以进行下列步骤：响应于所述最低噪声值超过预定噪声临界值，对所述多个压力传感器的所述信号套用低通滤波器。在其他特征中，所述控制器经配置以进行下列步骤：响应于所述触碰事件中之两者的空间坐标比预定距离临界值更靠近，则针对所述两触碰事件计算合并压力值。
在其他特征中，所述控制器经配置以当在所述电子显示器上没有发生触碰事件的同时，校正来自所述多个压力传感器的所述信号。在其他特征中，所述控制器经配置以进行下列步骤：只要在所述电子显示器上没有发生触碰事件，就持续校正来自所述多个压力传感器的所述信号。在其他特征中，所述电子显示器具有概略矩形，所述矩形具有第一短边及第二短边，以及第一长边及第二长边，所述多个压力传感器中之第一传感器及第二传感器位在沿着所述第一短边处，所述多个压力传感器中之第三传感器及第四传感器位在沿着所述第二短边处，所述多个压力传感器中之第五传感器位在沿着所述第一长边处，而所述多个压力传感器中之第六传感器位在沿着所述第二长边处。
在其他特征中，所述第五传感器在沿着所述第一长边的中间，而所述第六传感器在沿着所述第二长边的中间。在其他特征中，所述电子显示器包括可见区域及围绕所述可见区域的边框，且其中所述多个压力传感器位在所述边框底下。在其他特征中，所述电子显示器包括第一表面，所述触碰事件乃对所述第一表面施加压力，所述第一表面回应于所述经施加压力而偏折，且所述多个压力传感器中之第一传感器包括电磁传感器，所述电磁传感器侦测所述第一表面的偏折。在其他特征中，反射器被附加至所述第一表面的底侧。在其他特征中，所述第一传感器包括电磁发射器。在其他特征中，所述电磁发射器发射红外光。在其他特征中，所述第一表面相对支点枢转，且所述第一传感器位在所述支点及所述电子显示器之中心之间。
在其他特征中，在所述支点及所述第一表面之间存在有粘弹性材质，所述压力感测触控系统进一步包含额外电磁传感器，所述额外电磁传感器侦测所述第一表面的偏折，且所述额外电磁传感器位在所述支点离所述电子显示器之所述中心的对侧。在其他特征中，所述控制器经进一步配置以根据由所述额外电磁传感器侦测到的偏折，来补偿所述粘弹性材质的移位。
在其他特征中，显示系统包括所述压力感测触控系统、所述电子显示器，及经配置以产生所述坐标的位置感测装置。在其他特征中，所述触碰事件包括下列之至少一者：(1)在使用者之手及所述电子显示器之间的接触，及(2)在导电器具及所述电子显示器之间的接触。在其他特征中，位置感测装置包含电容式多重触碰敏感装置。在其他特征中，移动计算设备包括所述显示系统。
一种操作用于电子显示器之压力感测触控系统的方法，包括下列步骤：从多个压力传感器中之各压力传感器接收信号，所述信号指示出施加至所述电子显示器之表面的压力。所述方法进一步包括接收同时发生在所述电子显示器上之多个触碰事件的空间坐标。所述方法进一步包括选择所述多个压力传感器的子集。所述所选择子集是真子集。所述方法进一步包括：根据所述空间坐标以及来自所述所选择子集的所述信号，计算分别对应于所述多个触碰事件的压力值。
在其他特征中，所述方法进一步包括：响应于所述多个触碰事件，(1)针对所述多个压力传感器中之多个候选子集的各者确定噪声值，及(2)从所述多个候选子集中，指定具有最低噪声值的候选子集作为所述所选择子集。在其他特征中，所述方法进一步包括：响应于所述最低噪声值超过预定噪声临界值，对所述多个压力传感器的所述信号套用低通滤波器。
在其他特征中，所述方法进一步包括：响应于所述触碰事件中之两者的空间坐标比预定距离临界值更靠近，针对所述两触碰事件计算合并压力值。在其他特征中，所述方法进一步包括当在所述电子显示器上没有发生触碰事件的同时，校正来自所述多个压力传感器的所述信号。在其他特征中，所述方法进一步包括：只要在所述电子显示器上没有发生触碰事件，就持续校正来自所述多个压力传感器的所述信号。
在其他特征中所述电子显示器具有概略矩形，其具有第一短边及第二短边，以及第一长边及第二长边，所述多个压力传感器中之第一传感器及第二传感器位在沿着所述第一短边处，所述多个压力传感器中之第三传感器及第四传感器位在沿着所述第二短边处，所述多个压力传感器中之第五传感器在沿着所述第一长边的中间，而所述多个压力传感器中之第六传感器在沿着所述第二长边的中间。
在其他特征中，所述电子显示器包括第一表面，所述触碰事件乃对所述第一表面施加压力，所述第一表面回应于所述所施加压力而相对支点枢转，在所述支点及所述第一表面之间存在粘弹性材质，且所述方法进一步包括：根据所述粘弹性材质的移位来补偿来自所述第一传感器的信号。在其他特征中，所述压力感测触控系统进一步包括额外电磁传感器，所述额外电磁传感器侦测所述第一表面的偏折并产生偏折信号。所述额外电磁传感器位在所述支点距离所述电子显示器之所述中心的对侧上。所述方法进一步包括：根据所述偏折信号来确定所述粘弹性材质的移位。
一种非瞬时计算机可读取媒体储存指令。所述指令包括：从多个压力传感器中之各压力传感器接收信号，所述信号指示出施加至电子显示器之表面的压力。所述指令进一步包括接收同时发生在所述电子显示器上之多个触碰事件的空间坐标。所述指令进一步包括选择所述多个压力传感器的子集。所述子集是真子集。所述指令进一步包括根据所述空间坐标以及来自所述所选择子集的所述信号，计算分别对应于所述多个触碰事件的压力值。
在其他特征中，所述指令进一步包括：响应于所述多个触碰事件，(1)针对所述多个压力传感器中之多个候选子集的各者确定噪声值，及(2)从所述多个候选子集中，指定具有最低噪声值的候选子集作为所述所选择子集。在其他特征中，所述指令进一步包括：响应于所述最低噪声值超过预定噪声临界值，对所述多个压力传感器的所述信号套用低通滤波器。
在其他特征中，所述指令进一步包括：响应于所述触碰事件中之两者的空间坐标比预定距离临界值更靠近，针对所述两触碰事件计算合并压力值。在其他特征中，所述指令进一步包括当在所述电子显示器上没有发生触碰事件的同时，校正来自所述多个压力传感器的所述信号。在其他特征中，所述指令进一步包括：只要在所述电子显示器上没有发生触碰事件，就持续校正来自所述多个压力传感器的所述信号。
在其他特征中，所述电子显示器包括第一表面，所述触碰事件乃对所述第一表面施加压力，所述第一表面回应于所述所施加压力而相对支点枢转，在所述支点及所述第一表面之间存在粘弹性材质。所述指令进一步包括根据所述粘弹性材质的移位来补偿来自所述第一传感器的信号。在其他特征中，额外电磁传感器位在所述支点距离所述电子显示器之所述中心的对侧上，所述额外电磁传感器侦测所述第一表面的偏折并产生偏折信号。所述指令进一步包括：根据所述偏折信号来确定所述粘弹性材质的移位。
从实施方式、权利要求书及附图，将显而易见本揭示案之进一步适用范围。实施方式部分及特定例子仅为阐释之目的，并未意图限制本揭示案之范畴。
附图说明
从以下之实施方式部分及附图，将更完全理解本揭示案。
图1是按照本揭示案之原理的一范例触控屏幕装置之方块图；
图2A是触控屏幕装置的简化截面图，所述触控屏幕装置包括偏折传感器。
图2B是简化截面图，其中所述触控屏幕装置之盖板被施加的力移位；
图3A是对于范例触控屏幕之反应敏感度的图解说明，所述触控屏幕使用单一个传感器。
图3B是使用四个传感器之触控屏幕显示器的图解说明。
图4是范例触控屏幕组合件之正面图，其包括范例游戏应用程序的屏幕截图。
图5A是对于范例触控屏幕组合件之反应敏感度的图解说明，所述触控屏幕组合件包括四个传感器，在其中正感应到同时的紧密触碰。
图5B是对于范例触控屏幕组合件之反应敏感度的图解说明，所述触控屏幕组合件包括四个传感器，在其中位于最小敏感度之位置处正发生触碰。
图6A是当第一触碰维持在一个四传感器触控屏幕组合件之中央处时，针对在所述触控屏幕组合件上之第二同时触碰的噪声水平映像图。
图6B是当第一触碰维持在一个六传感器触控屏幕组合件之中央处时，针对在所述触控屏幕组合件上之第二同时触碰的噪声水平映像图。
图7是力传感器随时间之反应的图表，对比于理想反应轮廓线。
图8是触控屏幕组合件之简化截面图，所述触控屏幕组合件包括用来补偿粘弹性材质浮动的额外偏折传感器。
图9是当由来自第二传感器(像是图8中所显示者)之数据所补偿时之范例传感器反应图。
图10是来自补偿传感器之范例信号，以所述信号之经低通滤波之版本所覆盖的传感器反应图。
图11是力确定控制器之范例操作流程图。
图12A是用于计算单一力的范例操作流程图。
图12B是描绘计算用于多重触碰之力的范例操作流程图。
图13是补偿传感器数据的范例操作流程图。
图14是描绘根据第二传感器之传感器补偿的额外范例操作流程图。
图15是描绘根据第二传感器之传感器补偿的额外范例操作流程图。
附图中，参考组件符号可能经重复使用以识别类似的及/或相同的组件。
具体实施方式
当用户触碰触控屏幕时，现今的触控技术能正确地确定所述触碰发生在哪。使用者可用他们的手指、触控笔，或任何其他适当器具来触碰触控屏幕。所述触控屏幕可实施各种形式之位置识别方式，包括电容感测、电阻感测，及表面声波感测。在各种实施方式中，电容感测可能要求使用者所使用来触碰触控屏幕的器具具有某程度的导电性。
以现今的技术，触控屏幕可确定多个同时触碰(包括例如二个同时触碰、三个同时触碰、四个同时触碰、五个同时触碰，或十个同时触碰)的位置。虽然利用现今的技术能够确定触碰的位置，但藉由正确地确定触碰所施加的压力/力，有机会加强使用者体验。
本揭示案描述如何能利用触碰的位置数据来改善这些触碰之力的确定的准确度，尤其是在有多重触碰同时发生的情况中。本揭示案包括对力传感器位置的实体排列方式之说明，所述排列方式可改善在各种触碰情境中之力准确度。还有讨论了用于处理及校正力传感器数据的做法。
进一步，由于传感器本身固有的时间常数，或者由于具有慢时间常数之物理过程，力传感器读数可能随时间浮动。例如，在触控屏幕的盖板及枢转点之间的弹性耦合可能随时间变形。这或许是当使用粘弹性材质(像是压力敏感粘着剂)来维持住盖板的情况。以下讨论的是用于针对所述浮动错误来校正力传感器数据的做法，包括数据的处理还有纳入额外的传感器。
在图1中，触控屏幕装置100包括触控屏幕组合件104。触控屏幕组合件104包括显示器108，所述显示器可包括各式各样的组件，像是背光、液晶层、彩色滤光层、偏光层、薄膜晶体管层及盖板。盖板可以玻璃、陶瓷，或玻璃陶瓷制成。玻璃材质之一例是纽约州康宁市康宁公司的玻璃。显示器108整合有触碰位置传感器112。虽然在图1被分别地描绘出来，但触碰位置传感器112可构成显示器108的一或更多层。
显示器108也关联于一或更多力传感器116。如下将更详细示出，力传感器116可位在显示器108之非可见部分下方，像是在显示器108之边框部分的底下。
位置确定电路120控制触碰位置传感器112，及感应施加至显示器108的触碰的位置。这些触碰的坐标被中继至处理器124及力确定电路128。力确定电路128控制力传感器116，并从力传感器116读取力数据。力确定电路128利用所述力传感器数据及所述坐标去确定对应于所述触碰的力水平。这些力水平被提供给处理器124。
处理器124执行来自内存132的指令。如以下将更详细说明，内存132可包括挥发性随机存取内存、闪存、只读存储器、等等。在各种实施方式中，内存132可作为工作空间及作为长期储存(未示出)之用的快取。处理器124控制在显示器108上显示的影像，并处理来自位置确定电路120之坐标及来自力确定电路128的力水平，以确定使用者的输入。
处理器124可执行用户应用程序(像是游戏、电子邮件及网页客户端，及生产力软件)，且可进行包括无线局域网络联机、蜂巢式通讯，及无线个人局域网络联机等通讯工作。在各种实施方式中，此功能之部分可藉由其他电路来进行-仅为举例，图形处理器可绘制要显示在显示器108上的影像。额外地或替代地，处理器124可整合有位置确定电路120及/或力确定电路128之功能的部分或全部。
图2A是力传感器之范例实施方式的截面图。盖板200(像是透明的玻璃盖板)由框架204所支撑。所述盖板可经由任意种方式附加至所述框架，包括(例如)经由机械式或粘着机制。例如，利用粘着剂208将盖板200粘合至框架204。可在所述玻璃盖板之任一面施加边框油墨212，以在盖板200不会显示影像的一部分上制造不透明层。
可选择性地安装反射器216至盖板200，而在框架204及盖板200之间的凹洞中面对反射器216安装传感器220。在某些实施例中不存在所述反射器，而盖板玻璃200就作为用于传感器220的反射器。在各种实施方式中，反射器216及传感器220可位于边框油墨212底下(或者当从正面看触控屏幕时，在边框油墨212后方)。传感器220朝反射器216发光，光被反射回到传感器220。此光可在频谱之可见光部分中或在不可见光(像是红外线)部分。范例光源包括发光二极管、激光二极管、光纤激光枪、等等。传感器220可包括光电二极管数组、大范围光电传感器、直线式光电传感器、电荷耦合装置、等等。传感器220之一例是欧司朗(OSRAM)接近性传感器型号SFH 7773，其利用850nm光源及直线式光传感器。
替代地，反射器及传感器之位置可对调，使得所述传感器位在盖板200上而反射器216位在框架204上。
在图2B中，藉由使用者之触碰对盖板200施加朝下的力。盖板200相对于作为支点的框架204之一部分枢转。由反射器216所反射之光线的图案接着落在传感器220的不同部份上。传感器220能够根据所述光线的图案横跨传感器220之光敏感部分移动多远，来侦测盖板200的偏折量。
在此揭露之实施例可适用于具有任何尺寸之显示器，唯一可能需要之改变是传感器之数目及接近度。图3A显示由矩形代表的范例触控屏幕，其具有大约200mm之高度，宽度大约是150mm。传感器300经定位于靠近所述触控屏幕之一角。阴影描绘出传感器300对使用者触碰的敏感度。当所述触碰靠近传感器300时敏感度最高，随着所述触碰远离所述传感器敏感度减少，而在所述触控屏幕远离传感器300之一侧为最不敏感。
传感器300的反应非常非定域化(delocalized)，这表示传感器300将会响应于发生在所述触控屏幕之表面上任何地方的触碰，不只是位于传感器300之位置处的触碰而已。触碰发生所在的坐标能被用来确定所述触碰离传感器300有多近，因此还有传感器300对所述特定触碰有多敏感。
由于传感器300对远离传感器300之触碰较不敏感，要估计确切的所施力需要将传感器300所读取之数值按比例放大。图3A中以图形显示的敏感度可经储存在永久性内存中之二维数组或“查看”表中。当侦测到触碰时，所述触碰的位置能被用来查看其敏感度，敏感度可以(例如)每克之计数来测量。藉由将传感器之反应(例如以计数来测量)除以所确定的敏感度能计算出触碰的力。然而随着敏感度减弱，此除式将变成乘数越来越大的乘式。此造成传感器300之反应中存在的任何噪声将被放大，可能导致受干扰而不准确之力的数据。
在图3B中，四个传感器304-1、304-2、304-3，及304-4(合称传感器304)位于接近所述触控屏幕之角落处。有那四个传感器304，所述触控屏幕对触碰的敏感度在整个触控屏幕都相当高。要产生图3B的敏感度映射图，对所述触控屏幕之每一点而言，选定所述传感器304中最接近者并使用所述传感器的敏感度。如此基本上制造了图3A之传感器之水平的及垂直的对称性，且仅在所述触控屏幕的中间留下带状具有低于理想之敏感度。当计算触碰的力时，所述传感器304中最接近者被选定，而所述传感器于所述触碰位置处的敏感度被确定。从所述传感器所测量之力接着除以所确定之敏感度，以产生对所施力之估计值。
为了改善某些情况中的准确度，传感器304中多于一个传感器能被用来计算触碰的力。例如，下列等式能被用来计算针对各传感器的力：
其中Fi是针对传感器i所计算出的力，Ri是传感器i之所测量反应(此可以称为计数之无单位数值来测量)，而Si(x0,y0)是于所述触碰位置处(坐标x0,y0)传感器i的预定敏感度y。
接着能够利用来自各别传感器之估计值的加权总合而估计所述触碰的力，如下所示：
F＝∑σi*Fi
其中F是总合力，σi是指定给传感器i的权重，Fi是针对传感器i所计算出的力，而全部权重的和为1(∑σi＝1)。
根据各传感器之敏感度可动态地确定所述权重σi。在各种实施方式中，具有较低敏感度的传感器可经指派为零的权重，藉以忽略不计其贡献。
当存在有多重触碰时，由各传感器测量的力可概略为对于所述触碰之各者的传感器反应的线性迭加。例如，传感器i对于同时的第一触碰(位于坐标x1,y1)及第二触碰(于坐标x2,y2)的反应(Ri)是：
Ri＝Si(x1,y1)F1+Si(x2,y2)F2
其中F1是由所述第一触碰施加的力，F2是由所述第二触碰施加的力，而Si是传感器i于特定触碰位置处的敏感度。
对于提供了经测量反应为R1及R2的一对指定的传感器，其反应等式能够如下地写成矩阵形式：
系数a及系数b分别是所述第一传感器对第一及第二触碰的敏感度，而系数c及系数d分别是所述第二传感器对第一及第二触碰的敏感度。特定言之，系数a对应至S1(x1,y1)而系数b对应至S1(x2,y2)，其中S1是所述第一传感器位于指定触碰坐标的敏感度。进一步，系数c对应至S2(x1,y1)而系数d对应至S2(x2,y2)，其中S2是所述第二传感器位于指定触碰坐标的敏感度。
所述力能藉由确定所述二维矩阵之转置来解出，如下：
在图4中，所简化描绘的触控屏幕装置400包括由边框408环绕的可见区域404。传感器304可位在边框408后方。在图4中，可见区域404经显示为具有赛车游戏的屏幕截图。所述赛车游戏可具有预先定义的控制区412-1、412-2、412-3及412-4。游戏控件412可对应至(例如)加速、剎车及转弯，而在真实的游戏中可能比有不同阴影线图案的方块更为美观。
因为游戏控制区412靠近传感器304的位置，因此传感器304之各者相对于最接近所述传感器的游戏控件而言的敏感度高，相对于其余游戏控件而言为低。结果，矩阵中的系数b及c变得接近零，而来自传感器304的噪声未被放大。
然而，如果同时触碰未受限于接近传感器位置的特定控制位置，噪声可能成为一个问题。系数可能按照以下等式藉由除以其行列式来重新定义：
接着能如下来计算由第一及第二传感器对经估计之力贡献的噪声：
其中σF1是由第一及第二传感器对位于第一触碰位置之力的测量值(F1)贡献的噪声，σF2是由第一及第二传感器对位于第二触碰位置之力的测量值(F1)贡献的噪声，而σS是出现于第一及第二传感器处之原始测量值噪声。
针对每一可能的传感器组对能计算出这些噪声放大值(即数量及)，接着能选定具有最低噪声放大值的传感器组对。在做此选择时可以忽略原始测量值噪声(σS)，因为其对于全部传感器而言是共通的。所选定的传感器组对接着能被用来估计对应至同时触碰的力。
在图5A中，触碰450-1及450-2经彼此接近地同时施加，且离传感器304-1较近于其他传感器304。因为触碰450之间的距离远小于在触碰450及除传感器304-1以外其他传感器304之间的距离，其他传感器304不能提供有意义的数据，以允许在触碰450-1及触碰450-2之间正确地分离出来自传感器304-1的力信号。
一种应付此情况的做法是将触碰450视作单一触碰，及确定对应于此假想单一触碰的力。接着能够将此力在触碰450之间相等地分割。当无法取得额外的数据来协助分摊所述二触碰450之间整体的力时，这可能是最准确的作法。
在图5B中，触碰460经显示是在对于全部传感器304而言低敏感度的区域中。所测量的传感器304-1及传感器304-4可被用来估计触碰460的力。然而，由于触碰460离传感器304的距离，在读数中的噪声量可能为高。
可设计触控屏幕组合件，使得触控屏幕不包括任何一点为在所述处对全部传感器304之敏感度低于临界值。如果有一或更多这类点存在，则传感器304可经重新定位及/或加上额外的传感器，直到满足所述条件为止。例如，所述临界值可能是N/20，其中N是传感器304之一者的噪声。随着传感器304之噪声升高，或随着传感器304的敏感度降低，或随着触控屏幕组合件的尺寸提高，可能需要增加传感器的数目。
为了允许在接近单一传感器的两个触碰之间区分(像是图5A中的情况)，可能需要处以额外的限制条件。例如，设计限制条件可能需要在所述触控屏幕上没有一点是对于所述点仅有传感器具有大于特定临界值的敏感度。换言之，对所述触控屏幕上的每一点来说，有至少二个传感器的敏感度高于所述临界值。
在图6A中之噪声水平映像图，以第一触碰维持固定在所述触控屏幕中间之时第二触碰之位置的函数的方式显示了噪声水平。在所述第二触碰位于沿着传感器304-1及304-2和传感器304-3及304-4之间的对称线处时噪声是高的。噪声在沿着此对称线处所述显示器的边缘处达到峰值。
一旦所述第二触碰从所述对称线移开，所述噪声水平就大幅下降。例如，随着所述第二触碰朝向传感器304-1及304-2上移，则所述第一触碰能接着由传感器304-3及304-4正确地测量，而由于来自所述二个触碰的力能更正确地区分，所以噪声减少。
使用此类触控屏幕的应用程序可经程序化使得用户接口概略地不要求沿此对称线处的同时触碰。此外，当触碰之位置指示出所述触碰乃沿着此对称线时，可对来自传感器304的信号施以平均。平均可减少噪声，使得当来自传感器304的信号被放大时，所导致的噪声量被减少。代价是对力之变化的反应将延迟。
在图6B中，另一作法是加入额外的传感器304-5及304-6到所述对称线。现在，当第一触碰480固定于触控屏幕之中心处时，对仅第二触碰而言的噪声量在所述第二触碰变得非常接近第一触碰480时大量增加。对于矩形屏幕而言，一种有利的六个传感器配置方式如图6B上所示，有二个传感器被配置在沿着所述短边之各者处而在所述长边之各者的中间置有传感器。
由于考察了可能的传感器位置，藉由计算噪声的最大量可确定在所述短边之各者上传感器组对之间的间隔。一旦确定了最低噪声条件，可接着固定所述短边上传感器之间的所述间隔。仅为举例，在短边上的各传感器可经定位于四分点处(即离长边为宽度之四分之一的地方)或位于五分点处(即离长边为宽度之五分之一的地方)。
相对于高频噪声，可能发生低频浮动而造成减少之力测量结果准确性。在图7中，于504显示理想力传感器读出数，300单位的力被施加于大约一分钟时且于大约六分钟又一半被移除。然而，所测量之力传感器反应被显示于508，其在五分钟之过程上展现了弧形修圆及大幅朝上浮动。接着当力被移除时，此浮动仅被缓慢移除。
在图8中，截面图显示出盖板200再次由力所偏折。粘着剂208可为压力敏感之粘着剂，其具有粘弹性表现，且并不立即对所施加的力作反应，却随时间对所述所施加力缓慢地屈服。此种随时间之移位可能藉由建立基线而被部分地移除，以下将更详细说明。当藉由所述触碰位置传感器没有感测到触碰时，可假设没有力被施加，且因此任何所观察到的力都是粘弹性表现的结果，而应所述被视为基线，从基线之上才能测量力。
在各种实施方式中，在建立所述基线的同时能够监测所述读数的导数(derivative)。此导数指示出所述基线随时间的变化，使得就算一旦有施加力，也能在所述力被施加的同时利用所述导数来更新所述基线。额外地或替代地，另一偏折传感器604及伴随的反射器608可与所述触控屏幕组合件整合。传感器604及反射器608被安装在相对于所述显示器之可见区域而言框架204的外侧。在各种实施方式中，反射器608及传感器604的位置可对调。同样地，传感器220及反射器216的位置可对调。
传感器604产生信号，其可被称为补偿信号。所述补偿信号可经比例放大(scaled)，接着从来自传感器220之力信号中减除，以达到经补偿信号。所述预定数值可能大于一或小于一。
应注意，传感器604可能比传感器220更接近框架204的支点部分。这可能代表由传感器604测量出的偏折相对小，而必须藉由一较大预定数值来比例放大，而这也比例放大了来自传感器604的任何噪声。为了减少噪声的量，可对来自传感器604之补偿信号施加低通滤波(像是平均)。仅为举例，可对所述补偿信号施加二分之一移动平均(one-secondrolling average)。
在图9中，未经补偿信号650藉由补偿信号654来补偿，而达到经补偿信号658。在从未经补偿信号650减去补偿信号654之前，可藉由预定数值来比例放大补偿信号654。
在图10中，经平均之信号660将范例之原始(未经平均)补偿信号中的高偏离664及低偏离668移除。
在图11中说明了按照本揭示案之力感测处理的范例操作。控制流程开始于700，其中如果侦测到触碰则控制流程转换到704；否则控制流程维持于700。于704，如果有二个同时触碰，控制流程转换到708；否则，如果仅有触碰，则控制流程转换到712。于712，控制流程确定所述单一触碰的力。例如，可按照图12A来确定此力。控制流程接着持续到716，其中回报所确定的力，且控制流程返回到700。
于708，如果在所述二个触碰之间的距离小于临界值，则控制流程转换到720；否则控制流程转换到724。于720，控制流程可选择性地启用力传感器之平均。此可减少由力传感器所贡献的噪声量，代价是失去对力之变化的快速反应。控制流程持续于728，其中确定对应于两触碰的单一坐标组对。仅为举例，所述坐标组对可藉由下列方式确定：将所述触碰的x坐标平均而产生总合x坐标，而平均所述二个触碰之y坐标可产生总合y坐标。
控制流程持续于732，其中按照图12A确定了所述单一坐标组对的力。于736，控制流程针对各触碰回报所述所计算力的一半。控制流程接着返回到700。于724，控制流程可停用传感器平均，以改善反应性。控制流程持续于740，其中按照图12B确定了对应所述触碰的力。控制流程持续于744，其中回报了对应所述触碰的力。控制流程接着返回到700。
在图12A中，控制流程开始于804，其中针对力传感器的候选子集估算噪声参数。于808，控制流程确定是否有额外的可能传感器子集要作为候选子集被估算。若此，控制流程返回到804；否则控制流程持续于812。所述候选子集是整个力传感器集合的真子集。换言之，各子集包括的力传感器少于全部。
于812，已经估算了全部可能候选子集的噪声参数，而选定具有最低噪声参数的候选子集。于816，从所述所选择之力传感器子集计算对应于所述触碰的力。控制流程接着回传所计算出之力信息。
在图12B中，控制流程开始于854，其中根据一组所侦测之触碰来确定力传感器候选子集的噪声参数。控制流程持续于858，其中如果有额外的候选子集需估算，控制流程返回到854；否则控制流程持续于862。控制流程于862选择具有最低噪声值的候选子集，且于866控制流程根据所述所选择子集来计算对应于触碰的力。控制流程接着回传所计算出之力的数值。
在图13中显示出浮动补偿的范例操作。控制流程开始于904，其中接收到传感器数据。于908，如果触碰位置数据指示出有一或更多触碰正在发生，则控制流程转换至912；否则控制流程转换至916。于916没有触碰正在发生，因此可利用所述力传感器数据作为新的基线。
于920，控制流程可估算最近的历程力数据而确定导数。于924储存所述导数，且控制流程转换至928。于928从所述传感器数据减去所述基线，以及于932输出所述经补偿传感器数据。控制流程接着返回到904。
于912侦测到触碰，而因此力资料的目前数值至少部分地基于实际施加的力。然而，在920中计算出的力的导数可能指示出浮动的趋势是在特定方向，而假设此趋势会随时间持续。因此，控制流程按照所储存之导数数据乘上最后一次基线调整以来所经过的时间，来调整所述基线。控制流程持续于936，其中所述所储存导数数据的幅值减少。此造成所述所储存之导数数据随时间衰减至零，因为浮动的斜率在触碰发生的同时很可能不会维持恒定。
于940计算力的目前导数。此目前导数指示出是否所测量的力正缓慢浮动或快速变化。于944，控制流程确定是否所述目前导数小于临界值。若是，控制流程转换至948；否则控制流程转换至928。于948，由于所述导数小于临界值，可假设力的变化是由于浮动而非来自所述使用者之力的变化。因此可根据所述目前导数来调整所述基线。控制流程接着持续于928。在各种实施方式中，940及944被跳过，直到所储存之导数数据已衰减至零为止。此可避免对在触碰开始之后很快发生的浮动做双重校正。
在图14中显示根据补偿传感器的补偿。控制流程开始于1004，其中接收到传感器数据。控制流程持续于1008，其中控制流程测量来自补偿传感器的信号。控制流程持续于1012，其中所述补偿信号经低通滤波(像是以移动平均法)。控制流程持续于1016，其中所述补偿信号经利用预定比例放大因子来比例放大。控制流程持续于1020，其中所述经比例放大的补偿信号被从所述经接收传感器数据中减去。于1024输出所述经补偿传感器数据，以供由像图11中所示之力确定系统使用。
在图15中显示另一用于补偿力传感器数据的范例流程，其未使用补偿传感器。尽管图13～15被分别显示，但图13～15中一或更多者的技巧可被合并以加强补偿的准确度。于1104，控制流程接收传感器数据。于1108，控制流程确定是否有侦测到触碰。如果是，控制流程转换至1112，否则控制流程转换至1116。于1116，控制流程由于目前没有侦测到触碰的事实而调整力数据的基线，且返回到1104。
于1112，控制流程确定是否出现单一触碰。如果是，控制流程转换至1120；否则控制流程转换至1124。于1120，控制流程选择出针对所述单一触碰之位置具有最高敏感度的传感器。于1128，控制流程根据来自所述所选择传感器的数据来计算对应于所述触碰的力的数量。于1132，控制流程根据从1128所计算出的力来估计其他传感器之期望测量结果。于1136，控制流程从确切的传感器测量结果确定预期测量结果的导数，并根据所述导数来调整所述基线。控制流程持续于1140。于1140，从传感器数据减去所述基线，并于1144输出所述经补偿传感器数据。控制流程接着返回到1104。
现在回到1124，控制流程选择针对目前发生之多重触碰而言具有最低噪声的力传感器子集。于1148，控制流程利用所述所选择传感器子集计算对应于所述触碰的力。仅为举例，当由所述触碰位置传感器侦测到一对触碰时，所述传感器子集可包含二个传感器。于1152，控制流程根据来自1148的所计算力来估计其他力传感器的期望测量结果。于1156，控制流程从来自其他传感器之确切测量结果确定期望测量结果的导数，并据此调整所述基线。控制流程接着持续于1140。
上述说明性质上仅为例示，绝非意图为本揭示案、其应用，或用法设限。本揭示案之广泛教示能以各式各样的形式实施。因此，尽管本揭示案包括了特定的例子，本揭示案之真实范畴不应如此受限，因为在研读本案附图、说明书，及以下之权利要求书后，将可显见其他之修改。如本说明书之用语，A、B及C中至少一者应被理解为代表逻辑上的(A或B或C)，其使用非排他逻辑OR。应了解，方法内一或更多步骤可以不同顺序来执行(或同时执行)，而无变动本揭示案的所述原则。
在此说明书中，包括以下之定义，模块一词可以电路一词来取代。模块一词可指称、可属于，或可包括：应用特定集成电路(ASIC)；数字、模拟，或混合式模拟/数字离散电路；数字、模拟，或混合式模拟/数字集成电路；组合式逻辑电路；现场可程序化门阵列(FPGA)；执行编码之处理器(共享、专属，或群组)；储存由处理器执行之编码的内存(共享、专属，或群组)；提供所述功能之其他适当硬件组件；或以上之部分或全部的组合，像是在单芯片系统中。
如以上所述之编码一词可包括软件、韧体，及/或微编码，且可指称程序、例程、函式、类别，及/或对象。共享处理器一词涵盖了执行来自多个模块之部分或全部编码的单处理器。群组处理器一词涵盖了连同额外的处理器一起执行来自一或更多模块的部分或全部编码的处理器。共享内存一词涵盖了储存来自多个模块之部分或全部编码的单一内存。群组内存一词涵盖了连同额外的内存一起储存来自一或更多模块的部分或全部编码的内存。内存一词是计算机可读取媒体一词的子集合。
如上所用之计算机可读取媒体一词，并不涵盖透过媒体(像是在载波上)传播的瞬时电子或电磁信号；计算机可读取媒体一词可因此被认为是有形且非瞬时。非瞬时、有形之计算机可读取媒体之非设限例子包括非挥发性内存(像是闪存)、挥发性内存(像是静态随机存取内存及动态随机存取内存)、磁性储存(像是磁带或硬盘机)，及光学储存。
本申请文件中所描述之设备及方法可部分地或完全地藉由一或更多处理器所执行的一或更多计算机程序来实施。所述计算机程序包括经储存在至少一非瞬时、有形之计算机可读取媒体上的处理器可执行指令。所述计算机程序可也包括已储存数据及/或仰赖已储存数据。

Claims (20)

1.一种用于电子显示器的压力感测触控系统，所述触控系统包含：
多个压力传感器，其中所述多个压力传感器中之各压力传感器经配置以产生信号，所述信号指示出施加至所述电子显示器之表面的压力；及
控制器，所述控制器经配置以进行下列步骤：(1)接收同时发生在所述电子显示器上之多个触碰事件的空间坐标，(2)选择所述多个压力传感器的子集，其中所述子集是真子集，及(3)根据所述空间坐标以及来自所述所选择子集的所述信号，计算分别对应于所述多个触碰事件的压力值。
2.如权利要求1所述之压力感测触控系统，其中所述控制器经配置以针对所述多个触碰事件进行下列步骤：(1)确定所述多个压力传感器中多个候选子集之各者的噪声值，及(2)将具有最低噪声值的候选子集指定为所述所选择子集。
3.如权利要求2所述之压力感测触控系统，其中所述控制器经配置以进行下列步骤：响应于所述最低噪声值超过预定噪声临界值，对所述多个压力传感器的所述信号套用低通滤波器。
4.如前述权利要求中任一项所述之压力感测触控系统，其中所述控制器经配置以进行下列步骤：响应于所述触碰事件中之两者的空间坐标比预定距离临界值更靠近，则针对所述两触碰事件计算合并压力值。
5.如前述权利要求中任一项所述之压力感测触控系统，其中所述控制器经配置以进行下列步骤：当在所述电子显示器上没有发生触碰事件的同时，校正来自所述多个压力传感器的所述信号。
6.如权利要求5所述之压力感测触控系统，其中所述控制器经配置以进行下列步骤：只要在所述电子显示器上没有发生触碰事件，就持续校正来自所述多个压力传感器的所述信号。
7.如前述权利要求中任一项所述之压力感测触控系统，其中：
所述电子显示器具有概略矩形，所述矩形具有第一短边及第二短边，以及第一长边及第二长边；
所述多个压力传感器中之第一传感器及第二传感器位在沿着所述第一短边处，
所述多个压力传感器中之第三传感器及第四传感器位在沿着所述第二短边处，
所述多个压力传感器中之第五传感器位在沿着所述第一长边处，及
所述多个压力传感器中之第六传感器位在沿着所述第二长边处。
8.如权利要求7所述之压力感测触控系统，其中：
所述第五传感器在沿着所述第一长边的中间，及
所述第六传感器在沿着所述第二长边的中间。
9.如前述权利要求中任一项所述之压力感测触控系统，其中所述电子显示器包括可见区域及围绕所述可见区域的边框，且其中所述多个压力传感器位在所述边框底下。
10.如前述权利要求中任一项所述之压力感测触控系统，其中：
所述电子显示器包括第一表面，所述触碰事件乃对所述第一表面施加压力，
所述第一表面回应于所述经施加压力而偏折，及
所述多个压力传感器中之第一传感器包括电磁传感器，所述电磁传感器侦测所述第一表面的偏折。
11.如权利要求10所述之压力感测触控系统，其中反射器被附加至所述第一表面的底侧。
12.如权利要求10或权利要求11所述之压力感测触控系统，其中所述第一传感器包括发出红外光的电磁发射器。
13.如权利要求10-12中任一项所述之压力感测触控系统，其中：
所述第一表面相对支点枢转，及
所述第一传感器位在所述支点及所述电子显示器之中心之间。
14.如权利要求13所述之压力感测触控系统，其中：
在所述支点及所述第一表面之间存在有粘弹性材质，
所述压力感测触控系统进一步包含额外电磁传感器，所述额外电磁传感器侦测所述第一表面的偏折，及
所述额外电磁传感器位在所述支点离所述电子显示器之所述中心的对侧。
15.如权利要求14所述之压力感测触控系统，其中所述控制器经进一步配置以进行下列步骤：根据由所述额外电磁传感器侦测到的偏折，来补偿所述粘弹性材质的移位。
16.一种显示系统，包含：
如权利要求1所述之压力感测触控系统；
所述电子显示器；及
位置感测装置，所述位置感测装置经配置以产生所述坐标。
17.如权利要求16所述之显示系统，其中所述触碰事件包括下列之至少一者：(1)在使用者之手及所述电子显示器之间的接触，及(2)在导电器具及所述电子显示器之间的接触。
18.如权利要求16或权利要求17所述之显示系统，其中所述位置感测装置包含电容式多重触碰感应装置。
19.一种操作用于电子显示器之压力感测触控系统的方法，所述方法包含下列步骤：
从多个压力传感器中之各压力传感器接收信号，所述信号指示出施加至所述电子显示器之表面的压力；
接收同时发生在所述电子显示器上之多个触碰事件的空间坐标；
选择所述多个压力传感器的子集，其中所述子集是真子集；及
根据所述空间坐标以及来自所述所选择子集的所述信号，计算分别对应于所述多个触碰事件的压力值。
20.一种储存指令的非瞬时计算机可读取媒体，所述指令包含下列步骤：
从多个压力传感器中之各压力传感器接收信号，所述信号指示出施加至所述电子显示器之表面的压力；
接收同时发生在所述电子显示器上之多个触碰事件的空间坐标；
选择所述多个压力传感器的子集，其中所述子集是真子集；及
根据所述空间坐标以及来自所述所选择子集的所述信号，计算分别对应于所述多个触碰事件的压力值。
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