CN107239161B - 用于力检测器的基于拐折的校准方法 - Google Patents

Abstract

在本文中描述的实施例包括一种用于校准电容性力传感器的方法。所述方法包括获取电容性传感器中的多个传感器电极处的多个电容变化，其中所述多个电容变化表示力。所述方法还包括识别所述多个电容变化中的多个拐点，其中所述多个拐点中的每一个都为一个建模区定界。所述方法包括为每个建模区确定一个建模方程，其中所述建模方程被用于力感测的校准。

Description

用于力检测器的基于拐折的校准方法

技术领域

本发明的实施例一般地涉及用于触摸感测的方法和装置，并且更具体地，涉及处理所接收到的信号。

背景技术

包括接近传感器设备（通常也被称为触摸板或触摸传感器设备）的输入设备被广泛用在各种各样的电子系统中。接近传感器设备典型地包括常常通过表面划界的感测区，接近传感器设备在该感测区中确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器设备可以被用来为电子系统提供界面。例如，接近传感器设备常常被用作较大型计算系统的输入设备（诸如集成在笔记本或桌上型计算机中的或者作为笔记本或桌上型计算机外设的不透明触摸板）。接近传感器设备还常常在较小型的计算系统中使用（诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏）。

发明内容

在本文中描述的实施例包括一种用于操作输入设备的方法，其包括获取电容性传感器中的多个传感器电极处的多个电容变化，其中该多个电容变化表示力。该方法还包括识别该多个电容变化中的多个拐点，其中该多个拐点中的每一个都为一个建模区定界。该方法还包括为每个建模区确定一个建模方程，其中该建模方程被用于力感测的校准。

在另一实施例中，一种用于电容性感测设备的处理系统，其包括被配置成获取电容性传感器中的多个传感器电极处的电容变化的触摸感测模块。该处理系统还包括被配置成基于电容变化来确定力的力感测模块。该处理系统还包括校准模块，其被配置成识别多个电容变化中的多个拐点，其中该多个拐点中的每一个都为一个建模区定界，并且还被配置成为每个建模区确定建模方程，其中该建模方程被用于力感测的校准。

附图说明

为了本发明的以上记载的特征所用的方式可以被详细地理解，可以通过参考实施例来得到以上简要地概述的本发明的更具体的描述，所述实施例中的一些实施例示意在附图中。然而，要注意的是，附图仅示意本发明的典型实施例，并且因此将不被视为限制其范围，因为本发明可以容许其他等同地有效的实施例。

图1是根据一个实施例的包括输入设备的系统的框图。

图2是根据一个实施例的示例传感器电极图案。

图3图示力水平与沿着触摸传感器的长轴的位置之间的关系的示例曲线图。

图4图示力水平与沿着触摸传感器的短轴的位置之间的关系的示例曲线图。

图5图示非均匀分布的校准点。

图6图示沿着长轴的校准点的分段线性近似的曲线图。

图7图示沿着短轴的校准点的分段线性近似的曲线图。

图8图示用于校准电容性力传感器的示例处理系统。

图9是图示用于校准电容性力传感器的方法的流程图。

为了便于理解，已经在可能的情况下使用了相同的附图标记来标明为附图所共有的相同的元件。要预期到的是，在没有特定记载的情况下在一个实施例中公开的元件可以被有益地用在其他实施例上。在此提及的附图不应当被理解为按照比例绘制，除非特别说明。此外，为了呈现和解释的清楚性，附图通常被简化并且细节或组件被省略。附图和讨论用于解释以下所论述的原理，其中相似的标记表示相似的元件。

具体实施方式

下面的详细描述本质上仅是示例性的，并且不意图限制本发明或这样的实施例的应用和使用。此外，不意图受前述技术领域、背景技术、发明内容或者下面的具体实施方式中所给出的任何明示或暗示理论的约束。

本技术的各种实施例提供用于提高可用性的输入设备以及方法。特别地，在本文中描述的实施例有利地提供了用于校准触摸设备的力传感器的技术。一些先前的解决方案将使用大量校准点来校准力传感器，由于所需的时间和处理功率（特别当校准大量设备时）这变得不现实。其他先前解决方案将使用触摸传感器上均匀间隔开的校准点。然而，因为机械弯曲在触摸传感器的不同部分上是不同的，所以校准点的均匀分布可能引入大的错误。在本文中描述的实施例测量在触摸传感器上的多个位置处的力水平并且然后确定触摸传感器上的力水平的拐点。这些拐点然后被用来确定校准点，这导致更准确的力校准。

现转向图，图1是根据本发明的实施例的示例性输入设备100的框图。输入设备100可以被配置成向电子系统（未示出）提供输入。如在该文档中所使用的，术语“电子系统”（或者“电子设备”）大体上泛指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，诸如桌上型计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器以及个人数字助理（PDA）。额外的示例电子系统包括组合的输入设备，诸如包括输入设备100和单独的操纵杆或按键开关的物理键盘。其他示例电子系统包括诸如数据输入设备（包括远程控制器和鼠标）和数据输出设备（包括显示屏和打印机）之类的外围设备。其他示例包括远程终端、信息亭和视频游戏机（例如视频游戏控制台、便携式游戏设备以及诸如此类的视频游戏机）。其他示例包括通信设备（包括蜂窝式电话，诸如智能电话）以及媒体设备（包括录音机，编辑器和诸如电视、机顶盒、音乐播放器、数字照片相框和数字照相机之类的播放器）。另外，电子系统可以是输入设备的主机或从机。

输入设备100可以被实施为电子系统的物理部分，或者可以与电子系统物理地分开。视情况而定，输入设备100可以使用以下各项中的任何一个或多个来与电子系统的多个部分通信：总线、网络及其他有线或无线互连。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF和IRDA。

在图1中，输入设备100被示为接近传感器设备（常常也被称为“触摸板”或“触摸传感器设备”），其被配置成感测由一个或多个输入对象140在感测区120中提供的输入。示例输入对象包括手指和触控笔，如图1所示。

感测区120包括输入设备100上方、周围、之内和/或附近的任何空间，在其中输入设备100能够检测用户输入（例如由一个或多个输入对象140提供的用户输入）。特定感测区的尺寸、形状和位置可能随着不同实施例广泛变化。在一些实施例中，感测区120在一个或多个方向上从输入设备100的表面延伸到空间中直到信噪比阻碍足够准确的对象检测为止。在各种实施例中，该感测区120在特定方向上延伸的距离可能是大约小于一毫米、几毫米、几厘米或更多，并且可能随着所使用的感测技术的类型和期望的准确度而显著变化。因此，一些实施例感测下面这样的输入：其包括与输入设备100的任何表面没有接触、与输入设备100的输入表面（例如触摸表面）的接触、与一定量的所施加的力或压力耦合的与输入设备100的输入表面的接触和/或它们的组合。在各种实施例中，输入表面可能由其中存在传感器电极的外壳的表面、施加在传感器电极上的面板或任何外壳等来提供。在一些实施例中，感测区120在被投影到输入设备100的输入表面上时具有矩形形状。

输入设备100可以利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。输入设备100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为若干个非限制性示例，输入设备100可以使用电容性、弹性、电阻性、电感性、磁性、声学、超声和/或光学技术。一些实施方式被配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维空间的图像。一些实施方式被配置成提供输入沿着特定轴线或平面的投影。在输入设备100的一些电阻性实施方式中，通过一个或多个间隔件元件将柔性且导电的第一层与导电的第二层分开。在操作期间，产生横跨多层的一个或多个电压梯度。按压柔性第一层可能使其足够偏斜以在各层之间产生电气接触，从而产生反映该多层之间的（一个或多个）接触点的电压输出。这些电压输出可被用来确定位置信息。

在输入设备100的一些电感性实施方式中，一个或多个感测元件拾取谐振线圈或线圈对所感应的环路电流。电流的幅度、相位和频率的一些组合然后可被用来确定位置信息。

在输入设备100的一些电容性实施方式中，施加电压或电流以产生电场。附近的输入对象引起电场的变化，并且产生可以被检测为电压、电流或诸如此类的参数的变化的、可检测的、电容耦合的变化。

一些电容性实施方式利用电容性感测元件的阵列或者其他规则或不规则图案来产生电场。在一些电容性实施方式中，独立的感测元件可被一起欧姆短路以形成更大的传感器电极。一些电容性实施方式利用电阻片，其可以是电阻性均匀的。

一些电容性实施方式利用基于传感器电极与输入对象之间的电容耦合的变化的“自电容”（或“绝对电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极附近的电场，改变测得的电容耦合。在一种实施方式中，绝对电容感测方法通过关于基准电压（例如系统接地）调制传感器电极以及通过检测传感器电极与输入对象之间的电容耦合来操作。

一些电容性实施方式利用基于各传感器电极之间的电容耦合的变化的“互电容”（或“跨越电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变各传感器电极之间的电场，从而改变测得的电容耦合。在一种实施方式中，跨越电容感测方法通过检测一个或多个发射器传感器电极（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”）之间的电容耦合来操作。可以相对于基准电压（例如系统接地）来调制发射器传感器电极以发射发射器信号。接收器传感器电极可以被保持为相对于基准电压基本上不变以促进对结果得到的信号的接收。结果得到的信号可以包括对应于一个或多个发射器信号和/或环境干扰（例如其他电磁信号）的一个或多个来源的（一个或多个）作用。传感器电极可以是专用发射器或接收器，或者传感器电极可以被配置成既发射又接收。可替代地，可以相对于地来调制接收器电极。

在图1中，处理系统110被示出为输入设备100的一部分。处理系统110被配置成操作输入设备100的硬件以检测感测区120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路（IC）和/或其他电路部件的部分或全部。例如，用于互电容传感器设备的处理系统可以包括被配置成利用发射器传感器电极发射信号的发射器电路和/或被配置成利用接收器传感器电极接收信号的接收器电路。在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码和/或诸如此类的电子可读指令。在一些实施例中，组成处理系统110的部件被设置在一起，诸如在输入设备100的（一个或多个）感测元件附近。在其他实施例中，处理系统110的部件与靠近输入设备100的（一个或多个）感测元件的一个或多个部件以及别处的一个或多个部件物理上分开。例如，输入设备100可以是耦合到桌上型计算机的外围设备，并且处理系统110可以包括被配置成在桌上型计算机的中央处理单元以及与该中央处理单元单独的一个或多个IC（可能具有相关联的固件）上运行的软件。作为另一示例，输入设备100可以物理地集成在电话中，并且处理系统110可以包括作为电话的主处理器的部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实施输入设备100。在其他实施例中，处理系统110还执行其他功能，诸如操作显示屏，驱动触觉致动器等等。

处理系统110可以被实施为操控处理系统110的不同功能的一组模块。每个模块可以包括电路、固件、软件或其组合，其中所述电路是处理系统110的一部分。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括用于操作诸如传感器电极和显示屏之类的硬件的硬件操作模块、用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据的数据处理模块以及用于报告信息的报告模块。其他示例模块包括被配置成操作（一个或多个）感测元件以检测输入的传感器操作模块、被配置成识别诸如模式改变手势之类的手势的识别模块以及用于改变操作模式的模式改变模块。

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于感测区120中的用户输入（或用户输入的缺失）。示例动作包括改变操作模式，以及诸如光标移动、选择、菜单导航及其他功能的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（例如向电子系统的与处理系统110单独的中央处理系统，如果这样的单独的中央处理系统存在的话）提供关于输入（或输入的缺失）的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部件处理从处理系统110接收到的信息以作用于用户输入，诸如促进全方位的动作，包括模式改变动作和GUI动作。

例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入设备100的（一个或多个）感测元件以产生指示感测区120中的输入（或输入的缺失）的电信号。处理系统110可以在产生提供给电子系统的信息的过程中对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可以对从传感器电极获得的模拟电信号进行数字化。作为另一示例，处理系统110可以执行滤波或其他信号调节。作为又一示例，处理系统110可以去掉或以其他方式计及基线，使得信息反映电信号与基线之间的差别。作为再一示例，处理系统110可以确定位置信息、将输入识别为命令、识别手写以及进行诸如此类的处理。

如在本文中使用的“位置信息”广泛地包括绝对位置、相对位置、速度、加速度及其他类型的空间信息。示例性的“零维”位置信息包括近/远或者接触/无接触信息。示例性的“一维”位置信息包括沿着轴的位置。示例性的“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性的“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。其他示例包括空间信息的其他表示。关于一种或多种类型的位置信息的历史数据也可以被确定和/或存储，例如包括随着时间追踪位置、运动或瞬时速度的历史数据。

在一些实施例中，利用通过处理系统110或通过一些其他处理系统操作的额外输入部件来实施输入设备100。这些额外输入部件可以提供用于感测区120中的输入的冗余功能或一些其他功能。图1示出感测区120附近可以被用来促进使用输入设备100选择条目的按钮130。其他类型的额外输入部件包括滑动条、滚珠、轮盘、开关以及诸如此类的输入部件。反过来，在一些实施例中，可以在没有其他输入部件的情况下实施输入设备100。

在一些实施例中，输入设备100包括触摸屏接口，并且感测区120覆盖显示屏的有效面积的至少一部分。例如，输入设备100可以包括覆盖显示屏的基本上透明的传感器电极并且为相关联的电子系统提供触摸屏接口。显示屏可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示器，并且可以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）或其他显示技术。输入设备100和显示屏可以共享物理元件。例如，一些实施例可以利用一些用于显示和感测的相同电子部件。作为另一示例，显示屏可以部分或整体地由处理系统110来操作。

应该理解，尽管在全功能的装置的背景下描述了本发明的许多实施例，但是本发明的各机构能够被分配为各种形式的程序产品（例如软件）。例如，本发明的各机构可以被实施并且分配为能够被电子处理器读取的信息承载介质（例如能够被处理系统110读取的非瞬时计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质）上的软件程序。另外，本发明的实施例等同地适用，不管被用来实施该分配的特定介质类型是什么。非瞬时电子可读介质的示例包括各种盘、记忆棒、存储卡、存储模块以及诸如此类的非瞬时电子可读介质。电子可读介质可以基于闪存、光、磁、全息或任何其他存储技术。

图2是根据一些实施例的包括处理系统110和示例传感器电极图案的一部分的系统200，该示例传感器电极图案被配置成在与该图案相关联的感测区中进行感测。为了清楚地说明和描述，图2示出图示传感器电极的简单矩形的图案并且没有示出各种部件。该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）以及安置在多个传感器电极160上的第二多个传感器电极170（170-1、170-2、170-3、…170-n）。

尽管图2中没有图示，但是通过在显示屏下面安置力感测电极来在那里放置单独的力传感器。在本文中描述的实施例可以使用这样的单独的力传感器来感测力。在其他实施例中，在本文中关于图2所描述的传感器电极被用来感测力。

传感器电极160和传感器电极170通常彼此欧姆隔离。也就是说，一个或多个隔离件将传感器电极160与传感器电极170分开并且防止它们彼此电气短路。在一些实施例中，传感器电极160和传感器电极170被交叉区域处安置在它们之间的绝缘材料分开；在这样的构造中，可以在跨接线连接同一电极的不同部分的情况下形成传感器电极160和/或传感器电极170。在一些实施例中，通过绝缘材料的一个或多个层来将传感器电极160与传感器电极170分开。在一些其他实施例中，通过一个或多个衬底来将传感器电极160与传感器电极170分开；例如它们可以被安置在同一衬底的相对侧或者被安置在层压在一起的不同衬底上。

在其他实施例中，传感器电极160或170中的一个或多个被安置在共用衬底的同一侧或表面上并且在感测区120中彼此隔离开。传感器电极160和170可以被安置在矩阵阵列中，其中每个传感器电极可以被称为矩阵传感器电极。每个传感器电极可以具有基本上相似的尺寸和/或形状。在一个实施例中，传感器电极160和170的矩阵阵列的传感器电极中的一个或多个可以在尺寸和形状中的至少一个上变化。矩阵阵列的每一个传感器电极都可以对应于电容图像的一个像素。此外，矩阵阵列的两个或更多传感器电极可以对应于电容图像的一个像素。在各种实施例中，矩阵阵列的每个传感器电极可以被耦合到多个电容布线迹线中的一个单独的电容布线迹线。在各种实施例中，传感器电极160或170包括安置在至少两个传感器电极之间的一个或多个网格电极。该网格电极和至少一个传感器电极可以被安置在衬底的共用侧、共用衬底的不同侧和/或不同衬底上。在一个或多个实施例中，传感器电极和（一个或多个）网格电极可以包括显示设备的整个电压电极。尽管传感器电极可以在衬底上被电气隔离，但是电极可以在感测区120之外 - 例如在连接区中被耦合在一起。在一个实施例中，浮动电极可以被安置在网格电极和传感器电极之间。在一个特定的实施例中，浮动电极、网格电极和传感器电极包括显示设备的整个共用电极。

在传感器电极160与传感器电极170之间的局部化电容耦合的区域可以被称为“电容像素”。传感器电极160与传感器电极170之间的电容耦合随着与传感器电极160和传感器电极170相关联的感测区中的输入对象的接近度和运动改变。

在一些实施例中，传感器图案被“扫描”以确定这些电容耦合。也就是说，传感器电极160被驱动以发射发射器信号。发射器可以被操作以使得一个传感器电极在一个时间发射，或者多个传感器电极同时发射。在多个传感器电极同时发射的情况下，这些多个传感器电极可以发射相同的发射器信号并且有效地产生有效更大的传感器电极，或者这些多个传感器电极可以发射不同的发射器信号。例如，多个传感器电极可以根据一个或多个编码方案发射不同的发射器信号，这使它们对传感器电极170的结果得到的信号的组合作用能够被独立确定。

接收器传感器电极170可以被单个或多个地操作以获取结果得到的信号。结果得到的信号可以被用来确定电容像素处的电容耦合的测量结果。

来自电容像素的一组测量结果形成表示像素处的电容耦合的“电容图像”（也叫“电容帧”）。可以在多个时间段内获取多个电容图像，并且它们之间的差被用来导出关于感测区中的输入的信息。例如，在连续的时间段内获取的连续电容图像可以被用来跟踪一个或多个输入对象进入感测区、离开感测区以及在感测区之内的（一个或多个）运动。

传感器设备的背景电容是不与感测区中的输入对象相关联的电容图像。背景电容随着环境和操作状况改变，并且可以以各种方式来估计。例如，当确定在感测区中没有输入对象时，一些实施例采用“基线图像”，并且使用这些基线图像作为它们的背景电容的估计。

为了更高效的处理，可以针对传感器设备的背景电容来调整电容图像。一些实施例通过“基线化”电容像素处的电容耦合的测量结果以产生“基线化的”电容图像来完成这一点。也就是说，一些实施例将形成电容图像的测量结果和与那些像素相关联的“基线图像”的适当“基线值”进行比较，并且确定从该基线图像的变化。

在一个触摸屏实施例中，传感器电极160包括在更新显示屏的显示器时使用的一个或多个共用电极（例如“V-com电极”）。这些共用电极可以被安置在适当的显示屏衬底上。例如，共用电极可以被安置在一些显示屏中的TFT玻璃上（例如面内切换（IPS）或面至线切换（PLS））、在一些显示屏的滤色玻璃的底部上（例如图案化的垂直对齐（PVA）或多域垂直对齐（MVA））等等。在这样的实施例中，共用电极还可以被称为“组合电极”，因为它执行多个功能。在各种实施例中，每个传感器电极160都包括一个或多个共用电极。在其他实施例中，至少两个传感器电极160可以共享至少一个共用电极。

在各种触摸屏实施例中，“电容帧速率”（ 以其来获取连续电容图像的速率）可以与“显示帧速率”（以其来更新显示图像的速率，包括刷新屏幕来重新显示同一图像）相同或不同。在这两个速率不同的一些实施例中，以不同的显示更新状态来获取连续电容图像，并且不同的显示更新状态可能影响被获取的电容图像。也就是说，显示更新特别影响背景电容图像。因此，如果当显示更新在第一状态时获取第一电容图像，并且当显示更新在第二状态时获取第二电容图像，则第一和第二电容图像可能不同，这归因于与显示更新状态相关联的背景电容图像中的差别，而不是归因于感测区中的变化。在电容感测和显示更新电极彼此靠得很近的情况下或者当它们被共享（例如组合电极）时，这更有可能。

为了便于解释，在特定显示更新状况期间取得的电容图像被视为具有特定帧类型。也就是说，特定帧类型与特定电容感测顺序与特定显示顺序的映射相关联。因此，在第一显示更新状态期间取得的第一电容图像被视为具有第一帧类型、在第二显示更新状态期间取得的第二电容图像被视为具有第二帧类型、在第一显示更新状态期间取得的第三电容图像被视为具有第三帧类型等等。在显示更新状态与电容图像获取的关系是周期性的情况下，所获取的电容图像将循环通过各帧类型并且然后重复。

处理系统110可以包括驱动器模块230、传感器模块240、确定模块250和可选存储器260。处理系统110通过多个导电布线迹线（图2中未示出）被耦合到传感器电极170和传感器电极160。

包括传感器电路的传感器模块240被耦合到多个传感器电极170并且被配置成接收指示感测区120中的输入（或输入的缺失）和/或环境干扰的结果得到的信号。传感器模块240还可以被配置成将结果得到的信号传递给确定模块250以用于确定输入对象的存在和/或将结果得到的信号传递给可选存储器260以用于存储。传感器模块240还可以驱动传感器电极。在各种实施例中，处理系统110的IC可以被耦合到用于驱动传感器电极160的驱动器。驱动器可以是使用薄膜晶体管（TFT）制造的，并且可以包括开关、组合逻辑、多路复用器及其他选择和控制逻辑。

被包括在处理系统110中的驱动器模块230（其包括驱动器电路）可以被配置成更新显示设备（未示出）的显示屏上的图像。例如，驱动器电路可以包括显示电路和/或传感器电路，该显示电路和/或传感器电路被配置成通过像素源驱动器将一个或多个像素电压施加到显示像素电极。显示器和/或传感器电路还可以被配置成将一个或多个共用驱动电压施加到共用电极以更新显示屏。此外，处理系统110被配置成通过将发射器信号驱动到共用电极上来将共用电极操作为发射器电极以用于输入感测。

处理系统110可以被实施为具有一个或多个IC以控制输入设备中的各种部件。例如，可以在多于一个集成电路中实施处理系统110的IC的功能，该集成电路可以控制显示模块元件（例如共用电极）并且驱动发射器信号和/或接收从感测元件阵列接收到的结果得到的信号。在其中处理系统110存在多于一个IC的实施例中，可以通过同步机构来实现单独的处理系统IC之间的通信，该同步机构对提供给传感器电极160的信号排序。可替代地，同步机构可以在各IC中的任何一个的内部。

处理系统110还可以包括接收器270，其将传感器接合到其他部件。接收器270在一些实施例中可以包括模拟前端（AFE），并且为了方便在该示例实施例中将被称为AFE 270。可以在其他实施例中使用其他接收器实施方式。AFE 270可以被嵌入在传感器模块240中或处理系统110的一个或多个其他部件中。

在本文中描述的实施例提供用于校准触摸设备上的力检测的技术。当将已知力被施加到触摸传感器时，归因于传感器的弯曲及其他机械作用，触摸传感器的不同部分检测到不同力水平。为了使力水平在触摸传感器上的不同位置处均匀，引入位置补偿来校准该设备。因为被制造的每个设备与同一型号的其他设备相比可能具有细微的机械差别，所以在制造期间校准每个设备。

在先前的解决方案中，在跨触摸传感器的均匀位置处确定力水平以生成查找表。在各均匀位置之间进行线性内插以便为每个位置生成补偿。然而，因为力水平在触摸传感器上的不同位置处变化，所以线性内插可以在触摸传感器上的一些位置处的校准之后导致大的误差。在另一解决方案中，更大数量的均匀位置被用来生成更准确的查找表。然而，当位置的数目增加时复杂性和校准时间也会增加。在本文中描述的实施例基于触摸传感器上的力水平的拐点来确定校准点。基于拐折的校准在没有显著增加复杂性的情况下提供比先前的解决方案更高的准确性。

一般来说，因为型号线上的每个设备都具有相同的硬件设计，同一型号的触摸设备具有类似的拐折位置。然而，归因于制造容差、材料中的细微差别或其他机械变化，可能会发生一些波动。

图3图示力水平与沿着触摸传感器的长轴的位置之间的关系的示例曲线图300。如上文所论述的，触摸传感器电极以行和列的网格来布置。沿着触摸传感器的长轴的位置被图示在曲线图300的x轴上。在触摸传感器上施加多个已知力，并且在每个电极处测量力水平（被图示在曲线图300的y轴上）。作为一个示例，沿着每个长轴施加多个已知力。如图3所示，施加了31个已知力，每个力位于在x轴上表示的一个位置处，并且得到力测量结果。“力水平”是基于这些力测量结果的计算，诸如该轴上所有力电极的总和、任一力电极处的峰值力水平等等。在曲线图300上将针对每一行电极计算的力水平图示为曲线图上的单独曲线。针对每一行的曲线被归一化，如可以在曲线图300上看到的那样（曲线中的每一条都在位置16、力水平1000处相交）。在归一化之后，在曲线图300中可以看到，针对每一行的曲线都具有粗略类似的形状。

可以从曲线图300确定力曲线的拐点的位置。拐点在曲线的导数（或斜率）改变符号的情况下出现。描述拐点的另一方式是曲线中的峰和谷。第一拐点302位于x轴上的位置9附近。在位置1与位置9之间的区中，曲线稳步上升。在位置9处，曲线开始向下移动。曲线继续向下直到位置18附近的第二拐点304为止。在位置9与位置18之间的区中，曲线向下倾斜。

第三拐点306位于位置23处。在位置18与位置23之间，曲线向上倾斜。在位置23处，曲线开始向下倾斜。曲线在位置23与位置31之间的区中向下倾斜。

在该示例中位置1被标记为点310并且位置31被标记为点312。尽管点310和312不是拐点，但是在一些实施例中这些点也被用作校准点。这些点在触摸传感器的边缘附近并且对边缘附近的校准调整有用。在一些实施例中，作为对位置1和位置31的替代或者在位置1和位置31之外，根据正被校准的设备的具体特性可以使用边缘附近的其他位置（诸如位置2和位置30）以提供更高的准确性。

在上述示例中，已识别沿着长轴的五个校准点，位于位置1、9、18、23和31处。这些点可以结合以类似方式确定的沿着短轴的校准点来使用，以便为触摸传感器上的校准点提供x和y坐标位置。

在一些实施例中，来自不同设备的力曲线可以被用来确定拐点。从同一型号的多个设备获取多个电容变化。电容变化表示力测量结果，并且来自不同设备的力曲线被归一化并且被绘制在一曲线图上。然后，如关于图3和图4所描述的那样确定拐点。使用来自不同设备的力曲线可以消除跨具体型号的各设备的任何变化。

图4图示力水平与沿着触摸传感器的短轴的位置之间的关系的示例曲线图400。如上面关于图3所描述的那样，在触摸传感器上施加多个已知力，并且在每个传感器电极处测量力水平（被图示在曲线图400的y轴上）。沿着触摸传感器的短轴的位置被图示在曲线图400的x轴上。在曲线图400上将针对每一列电极测量或计算的力水平图示为曲线图上的单独曲线。针对每一列的曲线被归一化，如可以在曲线图400上看到的那样（曲线中的每一条都在位置9、力水平1000处相交）。在归一化之后，在曲线图400中可以看到，针对每一列的曲线都具有粗略类似的形状。

图4中的拐点的位置可以被确定为如它们在上面关于图3那样。在曲线图400中，仅拐点402粗略地位于位置9处。曲线的斜率在位置9处改变符号。边缘附近的位置（诸如位置1和位置18）可以被分别用作其他校准点404和406。这三个校准点与上面关于图3找到的五个校准点一起用来确定触摸传感器的十五个x-y坐标，这在下面的表1中图示：

表1。

上面表1中的坐标被用作校准点来生成查找表，其转而被用来校准类似型号的设备。在一些实施例中，可以通过移动校准点远离触摸传感器的边缘来获得更好的结果。作为对使用位置1的代替，对于行和列二者使用位置3。作为对使用如在图4中确定的位置18的代替，使用位置16。最后，作为对使用如在图3中确定的位置31的代替，使用位置29。使用这些调整，校准点看起来像下面的表2中的点：

表2。

基于表2中的那十五个x-y坐标来执行力传感器校准。如上面所提到的，使用几百个点来校准力传感器太昂贵且耗时了，特别当每个电话在制造期间都经历校准时。因此，作为代替必须使用校准点的采样。这十五个坐标提供了比利用十五个均匀间隔开的校准点的先前的方法更准确的校准。

在图5中示出了非均匀分布的校准点的示意图。在图5中，校准点500被示出在短轴上的位置3、9.5和16以及长轴上的位置3、8、16、24和29处。在该示例中，根据上述方法确定的这十五个校准点位于拐点处。

图6图示曲线图600，其示出沿着长轴的校准点的分段线性近似。曲线图600中示出的分段（610、620、630和640）为曲线提供线性“最佳匹配”。该实施例的一个目的是以尽可能少的分段找出曲线的分段线性近似。当然，其他实施例可以包括额外的分段来增加准确性。可以连同边缘附近的点一起使用拐点来创建这些分段。各分段可以被称为建模方程，其表示各建模区。建模方程被用来生成查找表。线性内插然后被用来为触摸传感器设备上的每个位置生成补偿量。使用由如上所述的校准点生成的查找表生成补偿量提供比先前的方法更准确的校准。

如图6所示，分段610提供位置3与位置8之间的线性近似。位置3与位置8之间的区因此可以被建模为线性方程，并且可以针对位置3与位置8之间的点生成查找表。同样地，分段620提供位置8与位置16之间的线性近似。分段630提供位置16与位置23之间的线性近似，并且分段640提供位置23与位置29之间的线性近似。图6中的各分段中的每一个都表示针对曲线图的一部分的一个建模区。在其他实施例中，力与位置之间的关系的曲线图可以具有不同形状并且建模方程不一定是线性方程。然而，更复杂的建模方程在校准过程期间会导致准确性与复杂性之间的折衷。

图7图示曲线图700，其示出沿着短轴的校准点的分段线性近似。分段（710、720和730）为曲线提供最佳匹配。分段710提供位置2与位置5之间的线性近似。分段730提供位置14与位置17之间的线性近似。点6与点13之间的分段720类似于二阶多项式。因此，可以通过使用两个线性分段和一个二阶多项式来近似曲线图700。这些方程也表示各建模区，并且被用来为校准生成查找表。

图8图示用于校准电容性力传感器的示例处理系统800。将力施加到触摸表面810并且触摸感测模块820获取电容性传感器中的多个传感器电极处的电容变化。触摸感测模块820识别力的坐标位置。力感测模块830被配置成基于电容变化来确定力的数量。

校准模块840被配置成实施在本文中描述的实施例的各方面。校准模块840包括适当的电路和/或逻辑来实施这些实施例。校准模块840从触摸感测模块820接收表示坐标位置的电容变化并且从力感测模块830接收表示力读数的电容变化。校准模块840然后根据电容变化来识别多个拐点。如上所述，拐点为各建模区定界。校准模块840还被配置成为每个建模区确定一个建模方程。建模方程可以是在两个校准点之间的、力与位置之间的关系的曲线的近似。建模方程被用于力感测的校准。

在一些实施例中，校准模块840从同一型号的多个设备接收电容变化并且然后为力校准确定拐点。一旦拐点被校准模块840确定，就可以生成查找表并且将其用于该型号的一个生产批次的设备的力校准。

图9是图示用于校准电容性力传感器的方法900的流程图。尽管结合图1-8的系统描述了方法步骤，但是本领域技术人员将会理解被配置成以任何可行顺序执行方法步骤的任何系统均落入本发明的范围内。在各种实施例中，上面在图1-8中描述的硬件和/或软件元件可以被配置成执行图9的方法步骤。在一些实施例中，图1-2和图8所示的部件（诸如传感器电极和校准模块）可以利用硬件和/或软件来执行图9中的一些或所有步骤。

方法在步骤910处开始，其中传感器电极获取电容性传感器中的多个电容变化。该多个电容变化表示施加到电容性传感器的力。

方法在步骤920处继续，其中校准模块识别该多个电容变化中的多个拐点。拐点中的每一个都为一个建模区定界。拐点指示电容变化的导数的符号的变化。

该方法在步骤930处继续，其中校准模块针对每个建模区确定一个建模方程。该建模方程被用于力感测的校准。利用建模方程，生成查找表来为触摸传感器的每个位置提供力补偿。

因此，为了更好地解释根据本技术及其特定应用的实施例以及由此使本领域技术人员能够完成和使用本发明，给出在本文中阐述的实施例和示例。然而，本领域技术人员将会认识到，仅为了说明和示例目的给出了前述描述和示例。所阐述的描述并不意在是穷举的或者将本发明限于所公开的精确形式。

鉴于上述内容，由下面的权利要求来确定本公开的范围。

Claims (18)

1.一种用于校准传感器的方法，包括：

响应于跨所述传感器的多个感测区施加的多个力从多个传感器电极获取多个电容变化，其中所述多个电容变化形成对应于所述多个力的曲线；

识别所述曲线上至少两个拐点，其中所述至少两个拐点为所述多个感测区中的第一建模区定界；

基于所述至少两个拐点来确定模型，所述模型表示对于所述第一建模区中的多个位置的力；以及

使用所述模型来校准所述传感器用于力感测；

其中所述多个力中的一个或多个是沿着所述传感器的每个轴来施加。

2.根据权利要求1所述的方法，其中校准所述传感器用于力感测以补偿输入设备的机械方面的变化。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个拐点对应于所述多个电容变化的导数的符号的变化。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个拐点之间的所述位置不是均匀间隔开的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中第二建模区受不是拐点的校准点约束。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述不是拐点的校准点是所述传感器边缘附近的点。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二建模区包括与所述第一建模区相同的至少一个拐点。

8.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述至少两个拐点包括识别向上斜率或向下斜率的至少一个。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型是针对所述第一建模区的分段线性近似。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型是针对所述第一建模区的二阶多项式近似。

11.根据权利要求1所述的方法，其中：

识别所述至少两个拐点包括识别在多个拐点处的所测量力水平。

12.一种用于校准传感器的处理系统，包括：

感测模块，配置成响应于跨所述传感器的多个感测区施加的多个力而从多个传感器电极获取多个电容变化，其中所述多个电容变化形成对应于所述多个力的曲线；以及

校准模块，配置成识别所述曲线上至少两个拐点，其中所述至少两个拐点为所述多个感测区中的第一建模区定界，并且还配置成基于所述至少两个拐点来确定模型，所述模型表示对于所述第一建模区中的多个位置的力，并且还配置成使用所述模型来校准所述传感器用于力感测，

其中所述多个力中的一个或多个是沿着所述传感器的每个轴来施加。

13.根据权利要求12所述的处理系统，其中使用所述模型来校准所述传感器用于力感测以补偿输入设备的机械方面的变化。

14.根据权利要求12所述的处理系统，其中所述至少两个拐点对应于所述多个电容变化的导数的符号的变化。

15.根据权利要求12所述的处理系统，其中所述模型是针对所述第一建模区的分段线性近似。

16.根据权利要求12所述的处理系统，其中所述校准模块确定受校准点约束的第二建模区，所述校准点不位于所述至少两个拐点的位置处。

17.根据权利要求12所述的处理系统，其中所述校准模块通过识别向上斜率或向下斜率的至少一个来识别所述至少两个拐点。

18.根据权利要求12所述的处理系统，其中：

识别所述至少两个拐点包括识别在多个拐点处的所测量力水平。

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