CN107219950B - 力传感器的重新校准 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施方式一般涉及触摸感测的方法和设备，更具体地说，涉及重新校准力传感器的方法、用于重新校准输入装置中的力传感器的处理系统和用于电容性触摸感测的输入装置。该方法包括在第一电极和第二电极的每个处测量力的大小。该方法还包括根据第一电极处的经测量的力的大小和第二电极的力所占比例确定第二电极处的预计的力的大小。该方法包括确定第二电极处的经测量的力的大小与第二电极处的预计的力的大小之间的差，并且响应于所述差超过预定的阈值而调整第二电极的力权重因子以形成经调整的力权重因子。该方法还包括调整第二电极处的经测量的力的大小。

Description

力传感器的重新校准
技术领域
本公开的实施方式一般涉及触摸感测的方法和设备，更具体地说，涉及对已接收的信号的处理。
背景技术
输入装置包括接近传感装置(也常称为触摸板或触摸传感装置)，该输入装置广泛地用于各种电子系统。接近传感装置可包括感测区域，该区域经常称为表面，其中接近传感装置确定一个或多个输入物体的存在、位置和/或运动。接近传感装置可用于提供电子系统的接口。例如，接近传感装置经常用作较大的计算系统(例如集成于笔记本或桌面计算机中或作为笔记本或桌面计算机外围设备的不透明的触摸平板)的输入装置。接近传感装置还经常用于较小的计算系统(例如集成于蜂窝电话中的触摸屏)。
发明内容
在这里公开的实施方式包括对输入装置进行操作的方法，该方法包括：在第一电极和第二电极的每个处测量力的大小。该方法还包括：根据第一电极处的经测量的力的大小和第二电极的力所占比例，确定第二电极处的预计的力的大小。该方法包括：确定第二电极处的经测量的力的大小与第二电极处的预计的力的大小之间的差，并响应于所述差超过预定的阈值而调整第二电极的力权重因子，以形成经调整的力权重因子。该方法还包括：调整第二电极处的经测量的力的大小。
在另一实施方式中，提供用于电容性传感装置的处理系统，其包括：校准模块，该校准模块配置为在第一电极和第二电极的每个处测量力的大小。校准模块进一步配置为根据第一电极处的经测量的力的大小和第二电极处的力所占比例确定第二电极处的预计的力的大小。校准模块进一步配置为确定第二电极处的经测量的力的大小与第二电极处的预计的力的大小之间的差，并响应于所述差超过预定的阈值而调整第二电极的力权重因子以形成经调整的力权重因子。校准模块还配置为调整第二电极处的经测量的力的大小。
附图说明
为使具体地理解本公开的上述列举的特征的方式，对上面概述的本公开的更具体描述可参参考实施方式进行，这些实施方式中的一些在附图中示出。但是应注意到，这些附图仅仅表示本公开的示例性的实施方式，并且因此不应将其认定为对其范围的限定，因为于本公开可允许其它等同效果的实施方式。
图1为根据一实施方式的包括输入装置的系统的方框图。
图2为根据一实施方式的示例性传感器电极图案。
图3表示用于校准电容性力传感器的示例性处理系统。
图4表示力传感器上的力感测电极的示例性的分布。
图5表示显示经过重新校准的力测量值的示例性的表。
图6表示显示在三个装置的重新校准之前和之后的三个示例性装置的测试结果的示例性的表。
图7为表示重新校准电容性力传感器的方法的流程图。
为了便于理解，如果可能，采用相同的标号表示对于这些附图共同的相同部件。应想到，在一个实施方式中公开的部件在不进行具体引用的情况下可有利地用于其它的实施方式。除非具体地提示，这里所参考的附图不应理解为按照比例而绘制。另外，这些附图经常是简化的，并且为了呈现和解释清楚起见，对细节或部件作了省略。附图和讨论用于解释下面讨论的原理，其中相同的标号表示相同的部件。
具体实施方式
从性质上说，下面的具体的描述仅仅是示例性的，并且不打算构成对实施方式或这样的实施方式的应用和使用的限定。另外，不打算受到在前述的技术领域、技术背景、发明内容概述或下面的具体描述中出现的任何明示或隐含的理论的约束。
本技术的各种实施方式提供改善易用性的方法和输入装置。特别是，这里描述的实施方式有利地提供校准触摸装置的力传感器的技术。根据力传感器的对地位移计算力。触摸装置和力传感器的物理特性可随时间而变化。例如，用户会将装置掉落在硬表面上，这会产生机械损害。温度变化和其它的环境变化也会影响装置的物理特性。这些物理特性会影响通过力传感器所得到的力测量值。为了补偿这些变化，在运行期间，可定期地对力传感器进行重新校正。在这里描述的实施方式中，可调整每个力电极的权重因子以补偿这些物理变化。
现在转到附图，图1为根据本公开的实施方式的示例性输入装置100的方框图。输入装置100可配置为向电子系统(在图中未示出)提供输入。如在本文档中所使用的那样，术语“电子系统”(或“电子装置”)广义地指代能够以电子方式对信息进行处理的任何系统。电子系统的一些非限定例子包括所有尺寸和形状的个人计算机，例如桌面计算机、笔记本型计算机、上网本计算机、平板电脑、网页浏览器、电子书阅览器和个人数字助理(PDAs)。另外的示例性电子系统包括复合输入装置，例如具有输入装置100和单独的游戏杆或键开关的物理键盘。另外的示例性的电子系统包括外围设备，例如数据输入装置(包括远程控制器和鼠标)和数据输出装置(包括显示屏和打印机)。其它的例子包括远程终端器、信息亭、视频游戏机(例如视频游戏主机、便携游戏机等)。此外的例子包括通信装置(包括蜂窝电话，例如智能手机)、介质装置(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、数字相框和数字照相机))。此外，电子系统可为主机或从属于输入装置的从机。
输入装置100可作为电子系统的物理部分而实施，或可与电子系统物理上分开。作为适合方式，输入装置100可采用下述方式中的任何一种或多种而与电子系统的部分进行通信：总线、网络和其它的有线或无线互联。例子包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF和IRDA。
在图1中，输入装置100被显示为接近传感器装置(也经常称为“触摸平板”或“触摸传感装置”)，其配置为对感测区域120中的一个或多个物体140所提供的输入进行感测。示例性的输入物体包括手指和手写笔，如图1所示。
感测区域120包括输入装置100的上方、周围、内部和/或附近的任何空间，在该空间内，输入装置100能够检测用户的输入(例如通过一个或多个物体140而提供的用户输入)。特定感测区域的尺寸、形状与位置可在实施方式之间大跨度变化。在一些实施方式中，感测区域120从输入装置100的表面沿一个或多个方向而延伸到空间中，直至信噪比足以妨碍精确的物体检测。在各种实施方式中，感测区域120于特定方向而延伸的距离可处于小于毫米、多个毫米、多个厘米或更大的量级，并且可伴随所采用的感测技术的类型和所需要的精度而显著变化。因此，一些实施方式感测的输入包括与输入装置100的任何表面没有接触，与输入装置100的输入表面(例如触摸表面)有接触，与施加有一定大小的力或压力相耦合的输入装置100的输入表面有接触，和/或它们的组合。在各种实施方式中，输入表面可通过传感器电极位于其内的外壳的表面而提供，通过敷设于传感器电极上的面状片或任何外壳等而提供。在一些实施方式中，感测区域120在投影到输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。
输入装置100可采用传感器元件和检测技术的任何组合，以便检测感测区域120中的用户输入。输入装置100包括一个或多个用于检测用户输入的感测元件。作为几个非限定性例子，输入装置100可采用电容性、弹性、电阻性、感应性、磁性、声学性、超声和/或光学技术。一些实施方式配置为提供跨过一维、二维、三维或更多维度空间的图像。一些实施方式配置为提供沿特殊轴或平面的输入的投影。在输入装置100的一些电阻性的实施方式中，柔性和导电第一层通过一个或多个间隔元件与导电第二层分隔开。在操作期间，跨层而产生一个或多个电压梯度。按压柔性第一层会使其足够大地偏斜以产生层间的电接触，造成反映层间触点的电压输出。这些电压输出可用于确定位置信息。
在输入装置100的一些感应性实施方式中，一个或多个感测元件拾取由谐振线圈或成对的线圈所感应的回路电流。于是，可采用电流的振幅、相位和频率的一些组合来确定位置信息。
在输入装置100的一些电容性的实施方式中，施加电压或电流以便产生电场。附近的输入物体导致电场的变化，并且产生电容耦合的可检测的变化，该变化可作为电压、电流等的变化而检测。
一些电容性的实施方式采用电容性感测元件的阵列或其它的规则或非规则的图案以便产生电场。在一些电容性的实施方式中，分开的感测元件可被欧姆短路在一起从而形成较大的传感器电极。一些电容性的实施方式采用电阻片，该电阻片的电阻可是均匀的。
一些电容性的实施方式采用“自电容”(或“绝对电容”)感测方法，该方法基于传感器电极和输入物体之间的电容耦合的变化。在各种实施方式中，靠近传感器电极的输入物体改变靠近传感器电极的电场，改变了被测量的电容耦合。在一个实施方式中，绝对电容感测方法通过下述方式操作：相对于参考电压(例如系统接地)而对传感器电极进行调制和检测传感器电极与输入物体之间的电容耦合。
一些电容性的实施方式采用“互电容”(或“横跨电容”)感测方法，该方法基于传感器电极之间的电容耦合的变化。在各种实施方式中，靠近传感器电极的输入物体改变传感器电极之间的电场，从而改变被测的电容耦合。在一个实施方式中，横跨电容感测方法通过检测一个或多个发射器传感器元件(也称为“发射器电极”或“发射器”)与一个或多个接收器传感器电极(也称为“接收器电极”或“接收器”)之间的电容耦合而操作。可相对参考电压(例如系统接地)，对发射器传感器电极进行调制以便对发射器信号进行发射。接收器传感器电极可相对参考电压基本保持恒定，以便于作为结果的信号的接收。作为结果的信号可包括与一个或多个发射器信号和/或与环境干扰(例如其它的电磁信号)的一个或多个源相对应的(多个)效果。传感器电极可为专门的发射器或接收器，或传感器电极可配置为进行发射和接收二者。作为替换方式，可相对地调制接收器电极。
在图1中，处理系统110作为输入装置100的部分而示出。处理系统110配置为操作输入装置100的硬件以检测感测区域120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路(ICs)和/或其它的电路单元的部分或全部。例如，用于互电容性传感器装置的处理系统可包括发射器电路和/或接收器电路，发射器电路配置为通过发射器传感器电极而发射信号，接收器电路配置为通过接收器传感器电极而接收信号。在一些实施方式中，处理系统110还包括可以电子方式读取的指令，例如固件代码，软件代码和/或类似代码。在一些实施方式中，构成处理系统110的单元设置在一起，例如靠近输入装置100的(多个)感测元件。在其它的实施方式中，处理系统110的单元与紧靠输入装置100的(多个)感测元件的一个或多个单元以及其它的地方的一个或多个单元以物理方式分开。例如，输入装置100可为与桌面计算机耦合的外围设备，并且处理系统110可包括软件和一个或多个ICs(或许其带有相应的固件)，软件配置为在桌面计算机的中央处理单元上运行，ICs与中央处理单元分开。作为另一例子，输入装置100可以物理方式集成于电话中，并且处理系统110可包括作为电话的主处理器部分的电路和固件。在一些实施方式中，处理系统110专用于输入装置100的实施。在其它的实施方式中，处理系统110还实现其它的功能，例如对显示屏幕进行操作，驱动触觉致动器等。
处理系统110可作为一组模块而实现，该组模块操作处理系统110的不同功能。每个模块可包括构成处理系统110的部分的电路、固件、软件或它们的组合。在各种实施方式中，可采用模块的不同组合。示例性的模块包括硬件操作模块，该硬件操作模块用于对硬件(例如传感器电极和显示屏)进行操作；数据处理模块，该数据处理模块用于处理数据(例如，传感器信号和位置信息)；以及报告模块，该报告模块用于报告信息。另外的示例性的模块包括：传感器操作模块，该模块被配置为对(多个)感测元件进行操作以检测输入；识别模块，该识别模块被配置为识别姿态(例如模式变化姿态)；以及模式变化模块，该模式变化模块用于改变操作模式。
在一些实施方式中，处理系统110直接通过引起一个或多个动作而对感测区域120中的用户输入(或用户输入的缺乏)作出响应。示例性动作包括改变操作模式，以及图形用户接口(GUI)动作，GUI动作例如是光标移动、选择、菜单导航和其它的功能。在一些实施方式中，处理系统110将关于输入(或输入的缺乏)的信息提供给电子系统的某部分(例如提供给电子系统的中央处理系统，中央处理系统与处理系统110分开(如果这种分立的中央处理系统存在))。在一些实施方式中，电子系统的某部分对从处理系统110接收的信息进行处理以对用户输入进行动作，例如便于全系列动作的实现，其包括模式改变动作和GUI动作。
例如，在一些实施方式中，处理系统110对输入装置100的(多个)感测元件进行操作以产生表示感测区域120中的输入(或输入的缺乏)的电信号。处理系统110在产生提供给电子系统的信息的过程中，可对电信号进行任何适量的处理。例如，处理系统110可对从传感器电极获得的模拟电信号进行数字化处理。作为另一例子，处理系统110可进行滤波或其它的信号调整处理。作为还一个例子，处理系统110可扣除基准或以其它方式解释基线，从而使得信息反映电信号和基线之差。作为又一例子，处理系统110可确定位置信息、识别作为命令的输入、识别手写等。
在这里所使用的“位置信息”从广义上说包括绝对位置、相对位置、速度、加速度和其它类型的空间信息。示例性的“零维的”位置信息包括近/远或接触/非接触信息。示例性的“一维的”位置信息包括沿轴的位置。示例性的“二维的”位置信息包括平面内的运动。示例性的“三维的”位置信息包括空间内的瞬间或平均速度。进一步的例子包括空间信息的其它表示。还可确定和/或存储与位置信息中的一种或多种类型有关的历史数据，该信息例如包括跟踪随时间变化的位置、运动或瞬间速度的历史数据。
在一些实施方式中，输入装置100通过另外的输入部件而实现，另外的输入部件由处理系统110或某些其它的处理系统操作。这些另外的输入部件可针对位于感测区域120中的输入而提供冗余的功能或某些其它的功能。图1表示靠近感测区域120的按钮130，其可用于帮助采用输入装置100而进行项目选择。其它类型的另外的输入部件包括滑动件、球、轮、开关和类似部件。与此相反，在一些实施方式中，输入装置100可以没有其它的输入部件的方式实施。
在一些实施方式中，输入装置100包括触摸屏接口，并且感测区域120与显示屏的有效区域的至少部分地重叠。例如，输入装置100可包括基本透明的传感器电极，传感器电极与显示屏重叠，并且输入装置100提供用于相应电子系统的触摸屏接口。显示屏可为能够对用户显示视频接口的动态显示的任何类型，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、电致发光(EL)或其它的显示技术。输入装置100和显示屏可共用物理元件。例如，一些实施方式可采用相同的电子器件中的一些来显示和检测。作为还一例子，显示屏可由处理系统110局部地或全部地操作。
应理解到，虽然本公开的许多实施方式在全功能设备的背景下描述，但是，本公开的机制能够作为程序产品(例如，软件)，通过各种形式而分发。例如，本公开的机制可作为信息承载介质上的软件程序而实施和分发，介质(例如非临时的计算机可读取的和/或可记录的/可写入的信息承载介质，其可由处理系统110读取)可通过电子处理器而读取。另外，无论用于实施分发的介质的具体类型，本公开的实施方式等同地应用。非临时的、可以电子方式读取的介质的例子包括各种盘、存储棒、存储卡、存储模块和类似介质。以电子方式读取的介质可基于闪存、光的、磁的、全息的或任何其它的存储技术。
图2表示按照一些实施方式的系统200，系统200包括处理系统110和示例性的传感器电极图案图案的一部分，示例性传感器电极图案配置为在与图案有关的感测区域中进行检测。为了清楚图示和描述，图2表示代表传感器电极的简单矩形的图案并且没有示出各种部件。传感器电极图案包括第一多个传感器电极160(160-1，160-2，160-3，......160-n)和设置于多个传感器电极160的上方的第二组传感器电极170(170-1，170-2，170-3，......170-n)。
虽然在图2中没有示出，但是分立的力传感器可通过在那里设置力传感器电极而设置于显示屏的下方。这里描述的实施方式可采用这样的分立的力传感器来感测力。示例性的力传感器330在下面的图3中示出。在其它的实施方式中，针对图2而在这里描述的传感器电极用于感测力。
传感器电极160和传感器电极170可彼此欧姆隔离开。这就是说，一个或多个绝缘件将传感器电极160和传感器电极170分开，并且防止它们彼此电气短路。在一些实施方式中，传感器电极160和传感器电极170通过绝缘性材料而分开，该绝缘性材料设置在位于交叉跨接区域处的传感器电极之间；在这样的结构中，传感器电极160和/或传感器电极170可通过跨接线而形成，该跨接线将相同电极的不同部分连接。在一些实施方式中，传感器电极160和传感器电极170通过一个或多个绝缘材料层而分开。在一些其它的实施方式中，传感器电极160和传感器电极170通过一个或多个衬底而分开；例如，它们可设置于相同衬底的相对侧，或设置于叠置在一起的不同衬底上。
在其它的实施方式中，传感器电极160或170中的一个或多个设置于公共衬底的相同侧或表面上，并且在感测区域120中相互分隔开。传感器电极160和170可设置于矩阵阵列中，在该阵列中，每个传感器电极可称为矩阵传感器电极。每个传感器电极可为基本相同的尺寸和/或形状。在一个实施方式中，传感器电极160和170的矩阵阵列中的一个或多个传感器电极可在尺寸和形状中的至少一个方面变化。矩阵阵列中的每个传感器电极可与电容性图像的一个像素相对应。另外，矩阵阵列中的两个或更多个传感器电极可与电容性图像的一个像素相对应。在各种实施方式中，矩阵阵列中的每个传感器电极可与多根电容性路径迹线的分立的电容性路径迹线耦合。在各种实施方式中，传感器电极160或170包括设置于至少两个传感器电极之间的一个或多个栅电极。栅电极和至少一个传感器电极可设置于衬底的公共侧、公共衬底的不同侧和/或不同的衬底上。在一个或多个实施方式中，传感器电极和(多个)栅电极可包括显示器的整个电压电极。虽然传感器电极可在衬底上电气隔离，但这些电极可在感测区域120的外侧(例如在连接区域)耦合在一起。在一个实施方式中，浮动电极可设置于栅电极和传感器电极之间。在一个特殊实施方式中，浮动电极、栅电极和传感器电极构成了显示器的公共电极的全体。
传感器电极160和传感器电极170之间的局部的电容耦合区域可称为“电容性像素”。传感器电极160和传感器电极170之间的电容性耦合随与传感器电极160和传感器电极170有关的感测区域中的输入物体的接近程度和运动而变化。
在一些实施方式中，对传感器图案进行“扫描”以确定这些电容性耦合。这就是说，驱动传感器电极160以便对发射器信号进行发射。发射器可这样地操作，从而一个传感器电极在一个时刻进行发射，或多个传感器电极在相同时刻发射。在多个传感器电极同时地进行发射的场合，这些多个传感器电极可发射相同的发射器信号并且有效地产生有效程度上较大的传感器电极，或这些多个传感器电极可发射不同的发射器信号。例如，多个传感器电极可按照一个或多个编码方案发射不同的发射器信号，编码方案能够对独立确定的传感器电极170的作为结果的信号产生组合效果。
接收器传感器电极170可单个或多个地工作，从而获得作为结果的信号。作为结果的信号可用于确定电容性像素处的电容性耦合的测量值。
电容性像素的测量值组构成表示像素处的电容性耦合的“电容性图像”(也称为“电容性帧”)。可在多个时间周期内获得多个电容性图像，并且它们之间的差别用于产生关于感测区域内的输入的信息。例如，在连续时间周期获得的连续的电容性图像可用于跟踪进入感测区域、从感测区域中出来和位于感测区域内部的一个或多个输入物体的(多个)运动。
传感器装置的背景电容为与感测区域的无输入物体有关的电容性图像。背景电容随环境和操作条件而变化，并且可以各种方式评估。例如，一些实施方式在确定感测区域中没有输入物体时取“基准图像”，并且将那些基准图像作为它们的背景电容的估计。
可针对传感器装置的背景电容调整电容性图像以更有效的处理。一些实施方式通过下述方式完成：在电容性像素处形成电容性耦合的测量值的“基准”以形成“基准的电容性图像”。也就是说，一些实施方式将构成电容性图像的测量值与和这些像素有关的“基准图像”的适合的“基准值”进行比较，并确定相对基准图像的变化。
在一些触摸屏的实施方式中，传感器电极160包括一个或多个公共电极(例如“V-com电极”)，其用于对显示屏的显示进行更新。这些公共电极可设置于适合的显示屏衬底上。例如，公共电极可设置于一些显示屏(例如，平面内转换(IPS)、平面-线转换(PLS))的TFT玻璃上；设置于一些显示屏(例如图案垂直对准(PVA)或多畴垂直对准(MVA))的滤光片玻璃的底部，等等。在这样的实施方式中，这些公共电极也可称为“组合电极”，因为其执行多个功能。在各种实施方式中，每个传感器电极160包括一个或多个公共电极。在其它的实施方式中，至少两个传感器电极160可共用至少一个公共电极。
在各种触摸屏的实施方式中，“电容性帧频”(获得连续的电容性图像的速度)可与“显示帧频”(更新显示图像的速度，更新包括对屏进行刷新以便重新显示相同图像)相同或不同。在上述两个帧频不同的一些实施方式中，在不同的显示更新状态下获得连续的电容性图像，并且不同的显示更新状态会影响所获得的电容性图像。这就是说，显示更新特别会影响背景电容性图像。因此，如果在显示更新处于第一状态时获得第一电容性图像，并且在第二显示更新处于第二状态时获得第二电容性图像，则第一和第二电容性图像可不同，这是因为与显示更新状态有关的背景电容性图像存在差别，而并非由于感测区域的变化。这对于电容性检测和显示更新电极相互紧靠的场合或它们被共用(例如组合电极)时更加可能。
为了便于说明，将在特殊显示更新状态期间而提取的电容性图像视为特殊帧类型。也就是说，特殊帧类型与将特定电容性感测序列到特定显示序列的映射有关。因此，将在第一显示更新状态期间提取的第一电容性图像视为第一帧类型，将在第二显示更新状态的期间提取的第二电容性图像视为第二帧类型，将在第一显示更新状态的期间提取的第三电容性图像视为第三帧类型，等等。在显示更新状态和电容性图像获得之间的关系呈周期性时，获得的电容性图像在帧类型之间循环并且然后重复。
处理系统110可包括驱动器模块230、传感器模块240、确定模块250和可选择的存储器260。处理系统110通过多个导电路径迹线(在图2中没有示出)而与传感器电极170和传感器电极160耦合。
传感器模块240包括传感器电路，该传感器模块240与多个传感器电极170耦合，并且配置为接收表示感测区域120中的输入(或输入的缺乏)和/或环境干扰的作为结果的信号。传感器模块240还可配置为将作为结果的信号传送给确定模块250和/或可选的用于存储的存储器260，该确定模块250用于确定输入物体的存在。传感器模块240还可驱动传感器电极。在各种实施方式中，处理系统110的IC可与驱动传感器电极160的驱动器耦合。驱动器可采用薄膜晶体管(TFT)制造，并且可包括开关、组合逻辑、多路复用器和其它的选择和控制逻辑。
驱动器模块230包括驱动器电路，该驱动器模块230包含在处理系统110中，该驱动器模块230可配置为对显示装置(在图中未示出)的显示屏上的图像进行更新。例如，驱动器电路可包括显示电路和/或传感器电路，配置为将一个或多个像素电压通过像素源驱动器施加给显示像素电极。显示和/或传感器电路还可配置为将一个或多个公共驱动电压施加给公共电极以更新显示屏。另外，处理系统110配置为通过将发射器信号驱动到公共电极，如同对用于输入感测的发射器电极那样操作公共电极。
处理系统110可通过一个或多个IC而实施以控制输入装置中的各种部件。例如处理系统110的IC的功能可在一个以上的集成电路内实施，该集成电路可控制显示模块元件(例如公共电极)，并且驱动发射器信号和/或接收自感测元件阵列接收的作为结果的信号。在具有处理系统110的一个以上的IC的实施方式中，分立的处理系统IC之间的通信可通过同步机制实现，该同步机制使信号按照顺序提供给传感器电极160。可选地，同步机制可位于IC中的任何一个的内部。
处理系统110还可包括接收器270，接收器270作为传感器与其它的部件的接口。在一些实施方式中，接收器270可包括模拟前端(AFE)，并且为了方便起见，在本示例性的实施方式中其称为AFE 270。在其它的实施方式中，可采用其它的接收器实施方式。可在传感器模块240中或在处理系统110的一个或多个部件中实施ATE 270。
在这里描述的实施方式提供校准输入装置100上的力检测的技术。基于具有空隙的电容性传感器的力检测的操作方式为：测量在力改变该空隙的宽度时电容发生的变化。所检测的力的值基于空隙宽度的变化量。采用该方法测定力的难点在于输入装置100的机械部件可随时间而变化。例如，该装置会掉落于坚硬的表面上。空隙或显示器会发生变化。温度或湿度的变化也会影响该装置，如正常的磨损和撕裂那样。如果发生了永久的机械变化，则力测量值会变得不精确。精确的力测量值可通过对力传感器进行重新校准而重新获得。在于下面描述的方法中，可调整每个力电极的权重因子以补偿这些机械变化。
为了重新校准力传感器，在输入装置100的初始校准的期间测量参考力。然后，在输入装置100使用时，力电极中的一个用作参考以相对机械变化恢复或局部恢复已测量的力。该方法在下面进行更具体的描述。
图3表示校准电容性力传感器的示例性的处理系统300。对触摸表面300施加力，并且触摸感测模块320获得电容性传感器中的多个传感器电极处电容的变化。触摸感测模块320可包括如上所述的传感器电极160和170，其工作以对感测区域中的触摸进行感测。触摸感测模块320与传感器模块240协同来识别力的坐标位置。
力传感器330配置为根据电容的变化而确定力的值。力传感器330确定分布在力传感器330范围内的多个力感测电极处的力的值。力传感器330包括一个或多个感测元件，例如在下面更具体地描述的力感测电极。力传感器330的运动用于检测施加至触摸表面310的力。在一个例子中，通过检测力传感器330和地之间的电容变化而确定力。在这里描述的任何实施方式中，可通过跨电容感测或绝对电容感测而完成力的感测。驱动力感测元件以用于绝对电容感测，同时通过恒定电压驱动另一力感测元件。另外，第二力感测元件(或第二力感测元件的电极)可通过恒定电压而驱动，或以不同于第一力感测元件(或第一力感测元件的电极)的方式(相位、振幅和/或频率)而调制。对于跨电容感测，力感测元件可通过检测一个或多个发射器传感器电极与一个或多个接收器传感器电极之间的电容耦合而运作。发射器传感器电极和接收器传感器电极可以各种配置来设置。
校准模块340配置为实施在这里描述的实施方式的多个方面。校准模块340包括适合的电路和/逻辑以实施这些实施方式。校准模块340可包括一个或多个集成电路(ICs)和/或其它的电路部件中的部分或全部。在一些实施方式中，校准模块340还包括可以电子方式读取的指令，例如固件代码、软件代码和/或类似代码。校准模块340接收表示力传感器330的力读数的电容变化。校准模块还可相对存储器和/或寄存器而进行读和写处理以实施在这里描述的实施方式。校准模块340可将表示力读数的电容的变化与基于已存储数据的预计的力读数进行比较，存储数据包括涉及一个或多个力感测电极的已存储的数据。校准模块340可采用在这里描述的已存储的数据和/或收集的数据，利用适合的硬件、固件和/或软件进行计算。
图4表示力传感器330上的力感测电极示例性的分布。在这里示出9个力感测电极，但是在其它的实施方式中可采用任何适合数量的力感测电极。针对在这里描述的实施方式，采用9个力感测电极的示例性分布。力感测电极从402到418编号，并且位于力传感器330的位置(i，j)处。在力传感器330的任何点处施加力时，每个独立的力感测电极感测和测量位于相应电极处的力fij。于是，在每个电极处测量的力fij的总和提供施加给力传感器300的力的总和的测量值。例如，如果在或靠近力感测电极410的位置施加力Ftotal，则力感测电极410感测到力Ftotal的一部分。其它的8个力感测电极也感测到力Ftotal的一部分。力Ftotal通过将各个力感测电极的响应累加而确定：
Ftotal＝∑fij
由于在本例子中，在靠近力感测电极410(中心电极)处施加力Ftotal，故力感测电极410最可能提供相对于各个力感测电极响应的总和的最大占比。
当在输入装置100销售给零售商或用户之前对其进行测试时，对力传感器330进行校准，使得每个力感测电极感测和报告施加于力传感器330的正确的力。例如在输入装置100的掉落测试后，该装置的机械部件会变化，并且力感测电极不再会报告正确的力测量值。但是，与更接近力传感器330的边缘的其它的力感测电极相比较，靠近力传感器330的中心的电极或多个电极(例如本例子中的力感测电极410)经常经历较小的变化。这就是说，在该装置经历机械变化后，中心电极的力测量值的变化小于其它电极的测量值。由于该原因，在用户使用它后，当装置经历机械变化时中心电极可用作参考以对其它的力感测电极进行校准。用作参考以对其它的电极进行重新校准的电极可称为“金电极”。在其它的实施方式中，可根据机械变化时哪个电极经历的测量值变化较小而将除了中心电极以外的任何其它的力感测电极指定为金电极。
在这里描述的实施方式中，在校准期间，当在或靠近金电极(在本例子中为力感测电极410)处施加参考力Ftotal时，在每个力感测电极处提取力测量值。金电极和其它的力感测电极中的每个的各自的力响应存储于输入装置100中并且作为校准的参考。校准模块340可在任何适合位置存储这些测量值。
另外，每个力感测电极相对力的总和Ftotal的预计占比由rij表示(力所占比例)。其结果是：
Figure BSA0000144923650000141
每个力所占比例rij的总和等于1。如果力Ftotal施加于中心力感测电极410处，则通过每个力感测电极而检测力Ftotal的一部分，并且通过力感测电极而检测到的总的力加到Ftotal上。例如，对于100％的总值，可在中心力感测电极处检测到该力的44％，而在其它8个力感测电极的每个处检测到7％。如果在校准期间确定了那些示例性的力测量值，则中心力感测电极410的rij为0.44，并且其它的8个力感测电极中的每个的rij为0.07。这些比例与等于或基本等于在中心力感测电极410处施加的Ftotal的力相对应。施加于输入装置100的其它地方的力对于每个传感电极产生不同组rij值。将在校准期间确定的该组rij值保存，并且用于在位于或靠近力感测电极410处检测到基本等于Ftotal的力时的将来时刻，对力传感装置重新校准。
每个力感测电极也具有相应的权重因子kij。在校准期间，针对每个力感测电极，权重因子kij初始设定为1。在重新校准期间，可改变这些权重因子以针对输入装置100和力传感器330的机械变化进行补偿。校准模块340在任何适合位置存储每个力感测电极的权重因子k和比例r。在一些实施方式中，r和k值可存储于寄存器中。
在运行期间，可在施加与校准力相似的力时对输入装置100重新校准。这就是说，当在位于或靠近中心力感测电极410处施加大约等于Ftotal的力时，可对输入装置100进行重新校准。可根据在校准期间而确定的并且由校准模块340存储的比例r和权重因子k，将力感测电极针对施加的力Ftotal的响应与力感测电极的“预计的”响应进行比较。根据该比较，可调整力感测电极的力权重因子k，以便针对机械变化而进行补偿。
作为例子，输入装置100通过位于中心力感测电极410处的其值为100的力Ftotal校准。当在金电极周围的预定区域内施加处于Ftotal附近的预定范围内的力时，可对输入装置100编程以进行重新校准，在这一情况下，金电极为中心力感测电极410。针对施加的力和金电极的周围区域，可采用任何适合的范围。例如，如果施加的力F’total在校准力Ftotal的10％的范围内，并且施加的力在距金电极的坐标(x，y)1cm的范围内(在一个实施方式中，可认为1cm属于“靠近”中心电极)，则可进行重新校准。在其它的实施方式，可采用其它的范围。在另一实施方式中，如果与任何其它的力感测电极相比较，施加的力更接近中心电极，则认为施加的力靠近中心电极。
为了使用简单的例子，在运行期间，其值为100的力F’total施加于中心力感测电极410的预定范围内的位置。由于力F’total在校准力的10％的范围内，并且力的位置在距离中心力感测电极410的1cm的范围内，故在此时可对输入装置100重新校准。在9个力感测电极的每个电极处，提取力测量值。由于力F’total等于总的校准力，故预计9个力感测电极的每个所检测的力值基本等于在初始校准的期间确定的值。如果在重新校准的期间而施加的力F’total比初始校准力高出10％，则预计在9个力感测电极的每个电极处检测的力值高出10％。假定对于重新校准计算，下述比例rij是恒定的，该比例rij指在校准力Ftotal施加于校准位置(即金电极)处的校准期间确定的力感测电极中的每个的比例。这就是：
Figure BSA0000144923650000151
这里F’total为重新校准过程中施加和检测的总的力，并且f’ij为位于位置(i，j)处的力感测电极所检测的力。
在重新校准过程期间，确定金电极处的力(fgolden)。金电极的比例由rgolden表示。由于假定金电极处的力最精确，故采用该力以通过下述公式确定施加给输入装置100的预计的总的力Fexp：
Figure BSA0000144923650000152
于是，针对位于位置(i，j)处的每个力传感器电极，计算fij/rij。将这些值与如上所述在金电极处确定的Fexp进行比较。如果位于位置(i，j)处的fij/rij的给定值与Fexp的差大于预定阈值，则重新校准位置(i，j)处的力传感器。针对重新校准的每个力传感器电极的目标是使fij/rij基本等于Fexp。该目标通过对需要重新校准的每个力传感器电极的权重因子k进行更新而实现。如果kij表示位于位置(i，j)处的力传感器电极的权重因子，则k’ij表示经过更新的权重因子。经过更新的k’ij选择为使得：
Figure BSA0000144923650000161
求解k’ij，用fgolden/rgolden代替Fexp：
Figure BSA0000144923650000162
因此，可通过在金力传感器电极处测得的力、在位于位置(i，j)的力传感器电极处测得的力和该两个位置的r值确定新的权重因子k’ij。当针对要求重新校准的每个力传感器电极计算新的权重因子k’时，权重因子由校准模块340存储于存储器中。如上所述，在位于给定力传感器电极处检测的力超出某预定范围时，仅仅对权重因子进行重新计算。例如，力传感器电极处检测的力与力传感器电极处的预计的力仅仅相差10％或更低的程度时，可确定检测的力位于可接受的范围内。噪音和其它的随机影响可稍稍改变由力传感器电极所检测的值，因此位于某范围内的力测量值经常是可接受的，从而避免过度的重新校准。
在确定新的权重因子k’ij之后，在位于位置(i，j)处的力感测电极处的将来的力测量值与新的权重因子相乘以确定施加给输入装置100的力。作为例子，在具有0.5的r的金力感测电极附近检测到的力的值为50(其接近本例子的校准力的值)。因此，Fexp为50/0.5或100。在触摸传感电极414处检测到值为3的力，触摸传感电极414位于图4中的力传感器330的右下角。如果触摸传感电极414的r值为0.08，则fij/rij＝3/0.08＝37.5。由于值37.5与Fexp值的100相差很大，故应当对触摸传感电极414重新校准。新的权重因子表示为：
Figure BSA0000144923650000171
因此：
Figure BSA0000144923650000172
新的权重因子k’ij＝2.67。默认的权重因子为1，这样经更新的权重因子由校准模块340存储于存储器中。对于将来的力测量值，触摸传感电极414检测的力与值为2.67的权重因子k相乘，并且与其它的触摸传感电极的力测量值相加，从而确定施加于力传感器330上的总的力。其结果是，如果在触摸传感电极414处检测到的后续的力为3，则3×2.67≈8的力用作该力感测电极相对总的施加力的贡献。权重因子有助于部分解释输入装置100中的机械变化。
在一些实施方式中，可采用滤波器以缓慢改变给定力感测电极的k值，而取代在一个步骤中以较大值修正k。例如，给定的重新校准过程可表明k应当从1变为5。但是，诸如此类的较大变化率会导致k值的过校正。由于噪音、机械变化和其它的不规则性，新的k值会过多改变权重因子，所以可实施较慢的变化率而取代使用滤波值。于是，如果上述变化不充分，则可于下一重新校准期间再次更新k值。
用于k值的滤波器可通过任何适合的方法而完成实施。一个方法为将k值的变化量与小于1的值相乘，该小于1的值由α表示(滤波值)。例如，如果α＝0.5，则重新校准过程确定k应从1变为5，然后经过更新的kij表示为：
Figure BSA0000144923650000173
因此更新的kij值为0.5×(5/1)，或2.5。其结果是，将k更新为2.5而取代5，从而产生k值的较慢的变化率。可采用另一公式以对k进行滤波，该公式为：
kijnew＝(1-α)kij+αk’ij
采用本公式和上述α与k’ij的值，则新的kij值为0.5(1)+0.5(5)或3.例如如果α为0.8，则较大的变化率产生新的kij值：0.2(1)+0.8(5)或4.2。可根据所需的变化到K的进取程度，采用α的不同值。
在要求重新校准的每个力感测电极的重新校准过程期间，当确定了新的k因子之后，将每个力感测电极的力测量值相加以确定总的力。因此：
Ftotal＝∑k’ijfij
图5表示实例表500，该表500表示重新校准的力测量值，该重新校准的力测量值基于靠近金电极(例如图4所示的中心力感测电极410)施加的力。图5所示的力测量值的重新校准的改善程度可以与其它环境下的其它输入装置的使用差不多。在这里所示的结果仅仅为一个示例性的实施方式。在本例子中，在列A～I中示出9个感测电极。在于输入装置100上进行测试电池之前，获得力测量值。测试电池可包括例如输入装置100的掉落测试，该测试可改变装置中的力传感器的物理特性。该9个力感测电极的这些“之前”的力测量值在行502中示出。行502中的力测量值用于确定在重新校准前后该误差有多大的基准。行504示出行502中的力测量值的总和(5958)。行506示出在重新校准期间使用的力测量值的k的值(以百分比表示)。列E的k值为100％，其指示列E中表示的力传感器在本例子中为“金”电极。
行508示出在实施测试电池后的每个力感测电极的力传感器测量值。如在行508中所看到的那样，在于装置上进行测试电池后，这些“之后”的力传感器测量值相对行502中的“之前”的测量值大大地改变。例如在列B中，“之前”测试测量的力的值为1489，而“之后”测试测量的力的值为787。类似地，在列G中，“之前”测试测量的值为809，而“之后”测试测量的值为366。“之后”测试中的力测量值的总和在行510中示出(3889)。因此，“之前”和“之后”的测试之间的误差为(5958-3889)/5958或约35％。
行512示出在“之后”的测量值(行508)与每个力感测电极的权重因子k(行506)相乘时的力传感器测量值。例如在列A中，“之后”的测量值136与400％的k因子相乘从而产生重新校准的测量值544。类似地，列B的“之后”的测量值787与列B的197％的k因子相乘，其产生重新校准的力测量值1553。在对力传感器测量值中的每个重新校准后，在行514中示出那些经重新校准的力测量值的总和。经重新校准的测量值的总和为6513。“之前”的总和与经重新校准的总和之间的误差为(6513-5958)/5958或约9.3％。因此，在本例子中，采用这里描述的重新校准过程导致误差从约35％降至约9％。
图6示出实例表600，该表600示出三个样本装置的测试结果和三个装置校准之前和之后的相应的力测量值。该表示出测试力在装置上的15个不同点(列A中示出为点1、点2等)的15个施加。例如，在校准之前和之后，对三个装置中的每个上的点1施加力。该表示出在校准之前和之后的力测量值的误差。这里描述的实施方式的其它应用会导致力传感器测量值的不同程度的改善。
列B和C示出在15个不同点中的每个处的电话1的误差测量值。列D和E示出电话2的误差测量值。列F和G示出电话3的误差测量值。行602显示每列的15个不同点的误差率的平均值。例如，电话1在校准之前的平均误差率为36.99％，并且在校准之后的平均误差率为11.22％。如在表600中所看到的那样，对于该三个样本装置中的每个的平均误差量得到了改善。行604示出校准之前和校准之后的每个装置的最大误差。对于三个样本装置中的每个，其最大误差也得到改善。
图7为示出校准电容性力传感器的方法700的流程图。虽然结合图1～4的系统对该方法步骤进行了描述，但是本领域的技术人员理解，配置为以任何可行的顺序执行该方法步骤的任何系统仍落入本公开的范围内。在各种实施方式中，在图1～4中描述的硬件和/或软件单元可配置为执行图7的方法步骤。在一些实施方式中，图1～4所示的部件(例如力传感器电极与校准模块340)可采用硬件和/软件而执行图7中的部分或全部步骤。
该方法开始于步骤710，该步骤中，在第一电极和第二电极中的每个处测量力的大小。可通过各种方式测量力，包括如上所述的测量电容的变化。
该方法继续进行至步骤720，该步骤中，校准模块根据第一电极处的经测量的力的大小和第二电极处的力所占比例确定第二电极处的预计的力的大小。如上所述，第一电极可为金电极，该金电极用于对其它的力传感器电极进行重新校准，该其它的力传感器电极包括第二力感测电极。每个力传感器电极的力所占比例r可存储于任一适合的存储器或寄存器中。
该方法继续进行至步骤730，该步骤中，校准模块确定第二电极处的经测量的力的大小和第二电极处的预计的力的大小之间的差。在步骤740，响应于差超过预定的阈值，校准模块调整力权重因子。换言之，如果第二电极处的力测量值远离预计的测量值(即其超过阈值)，则调整权重因子。如果差较小并且差没有超过阈值，则力权重因子不需要调整。
该方法继续进行至步骤750，该步骤中，校准模块调整第二电极处的经测量的力的大小。该调整至少部分地基于经调整的力权重因子。
因此，这里给出实施方式和例子是为了以最佳方式说明本发明的技术及其特殊应用，并且由此使本领域的技术人员能够制作和使用本公开。但是，本领域的技术人员会意识到，前面的描述和例子仅仅是为了说明和举例的目的而提供的。所作的描述不试图作详尽无遗的公开或将本公开限定为所公开的精确形式。
鉴于前面的描述，本公开的范围由下面的权利要求书确定。
标号列表
Figure BSA0000144923650000201
Figure BSA0000144923650000211

Claims (20)

1.一种重新校准力传感器的方法，所述方法由输入装置的一个或多个处理器执行并且包括：
在第一电极处检测电容的第一变化，所述第一电极被用作重新校准的参考；
在第二电极处检测电容的第二变化；
至少部分地基于检测到的第一变化和第二变化，分别测量第一电极和第二电极的每个上的力；
至少部分地基于在第一电极处测得的力确定第二电极处的预计的力；
确定在第二电极处的测得的力与在第二电极处的预计的力之间的差；
响应于所述差超过预定的阈值而调整第二电极的力权重因子以形成经调整的力权重因子；以及
利用经调整的力权重因子调整第二电极处的经测量的力，其中，所述经调整的力权重因子至少部分地基于第一电极处的经测量的力和第二电极处的经测量的力。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在输入装置的校准期间，确定第二电极的力所占比例。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，第一电极靠近输入装置的中心而定位。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括：
将经调整的力权重因子存储于寄存器中；以及
采用经调整的力权重因子调节第二电极处第二力的测量值。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，确定第二电极处的预计的力的步骤还包括：
根据第一电极处的经测量的力确定输入装置上的总的力；以及
将总的力与关联于第二电极的力所占比例相乘。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，调整力权重因子的步骤还包括：
调整力权重因子，使得第二电极处测量的力乘以经过调整的力权重因子基本等于第二电极处的预计的力。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，调整力权重因子的步骤还包括：
将第二电极的经过调整的力权重因子调整为力权重因子的一部分。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一电极处测量的力基本等于在输入装置的校准期间测量的力。
9.一种用于重新校准输入装置中的力传感器的处理系统，包括：
处理电路；以及
存储指令的存储器，当该指令被处理电路执行时，使处理系统执行下列步骤：
在第一电极处检测电容的第一变化，所述第一电极被用作重新校准的参考；
在第二电极处检测电容的第二变化；
至少部分地基于检测到的第一变化和第二变化，分别测量第一电极和第二电极的每个上的力；
至少部分地基于在第一电极处测得的力确定第二电极处的预计的力；
确定在第二电极处的测得的力与在第二电极处的预计的力之间的差；
响应于所述差超过预定的阈值而调整第二电极的力权重因子以形成经调整的力权重因子；以及
利用经调整的力权重因子调整第二电极处的经测量的力，其中，所述经调整的力权重因子至少部分地基于第一电极处的经测量的力和第二电极处的经测量的力。
10.根据权利要求9所述的处理系统，其中，所述指令的执行还使得处理系统执行下列步骤：
在输入装置的校准期间确定第二电极的力所占比例。
11.根据权利要求9所述的处理系统，其中，第一电极靠近输入装置的中心而定位。
12.根据权利要求9所述的处理系统，其中，所述指令的执行还使得处理系统执行下列步骤：
将经调整的力权重因子存储于寄存器中；以及
采用经调整的力权重因子调整第二电极处第二力的测量值。
13.根据权利要求10所述的处理系统，其中，为确定第二电极处的预计的力而执行指令，使得处理步骤执行下列步骤：
根据第一电极处的经测量的力确定输入装置上的总的力；以及
将总的力与相关于第二电极的力所占比例相乘。
14.根据权利要求9所述的处理系统，其中，为调整力权重因子而执行指令，使得处理系统执行下列步骤：
调整力权重因子，使得第二电极处测量的力乘以经过调整的力权重因子基本等于第二电极处的预计的力。
15.根据权利要求14所述的处理系统，其中，为调整力权重因子而执行指令使得处理系统还执行下列步骤：
将第二电极的经过调整的力权重因子调整为力权重因子的一部分。
16.根据权利要求9所述的处理系统，其中，在第一电极处测量的力基本等于在输入装置的校准期间测量的力。
17.一种用于电容性触摸感测的输入装置，包括：
力传感器，包括第一电极和第二电极；以及
处理电路；以及
存储指令的存储器，当该指令被处理电路执行时，使输入装置执行下列步骤：
在第一电极处检测电容的第一变化，所述第一电极被用作重新校准的参考；
在第二电极处检测电容的第二变化；
至少部分地基于检测到的第一变化和第二变化，分别测量第一电极和第二电极的每个上的力；
至少部分地基于在第一电极处测得的力确定第二电极处的预计的力；
确定在第二电极处的测得的力与在第二电极处的预计的力之间的差；
响应于所述差超过预定的阈值而调整第二电极的力权重因子以形成经调整的力权重因子；以及
利用经调整的力权重因子调整第二电极处的经测量的力，其中，所述经调整的力权重因子至少部分地基于第一电极处的经测量的力和第二电极处的经测量的力。
18.根据权利要求17所述的输入装置，其中，指令的执行还使得输入装置执行下列步骤：
将经调整的力权重因子存储于寄存器中；以及
采用经调整的力权重因子调整第二电极处第二力的测量值。
19.根据权利要求17所述的输入装置，其中，为确定第二电极处的预计的力而执行指令使得输入装置执行下列步骤：
根据第一电极处的经测量的力确定输入装置上的总的力；以及
将总的力与相关于第二电极的力所占比例相乘。
20.根据权利要求17所述的输入装置，其中，为调整力权重因子而执行指令使得输入装置执行下列步骤：
调整力权重因子，使得第二电极处测量的力乘以经过调整的力权重因子基本等于第二电极处的预计的力。
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