CN110568951B - 压力信号处理 - Google Patents

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Abstract

一种方法，包括从触摸面板(1)接收(S1)对应于多个压电传感器(5、6、7)的力值(23)。每个压电传感器对应于触摸面板上的物理位置(xm，yn)。该方法还包括：如果所述力值中有力值受到与外部电场的耦合的影响的话，接收(S2)哪些力值(23)受到与外部电场的耦合的影响的标识。该方法还包括响应于一个或多个力值(23)被标识为受到与外部电场的耦合的影响(S3)，将相应的力值(23)设置为排除力值(S4)，并将剩余的力值(23)设置为有效力值(S5)。该方法还包括基于所述有效力值，内插和/或外推(S6)一个或多个重构力值(25)，所述一个或多个重构力值与相应的排除力值(23)对应相同的物理位置(xm，yn)。

Description

压力信号处理
技术领域
本发明涉及处理来自触摸面板的信号，用于压电压力感测或组合电容和压电压力感测。
背景技术
电阻触摸屏和电容触摸面板用作计算机和移动装置的输入装置。一种类型的电容触摸面板(投影电容触摸面板)通常用于移动装置，因为外层可以由玻璃制成，提供了抗刮擦的硬表面。在US 2010/0079384 A1中描述了投影电容触摸面板的示例。
投影电容触摸面板通过检测导电物体附近引起的电场变化来操作。触摸投影电容触摸面板的位置通常使用电容传感器阵列或网格来确定。虽然投射电容触摸面板通常可以区分单触摸事件和多触摸事件，但是它们具有不能感测压力的缺点。因此，投射电容触摸面板往往无法区分较轻的敲击和较重的按压。能够感测压力的触摸面板可以通过提供额外信息以简单地定位触摸，来使得用户能够以新的方式与装置交互。
WO 2016/102975 A2描述了用于组合电容和压力感测的设备和方法，其中，单个信号被放大，然后被分成压力分量和电容分量。WO 2017/109455 A1描述了用于组合电容和压力感测的设备和方法，其中，单个信号被分成电容信号和放大的压力信号。
压电传感器生成瞬态信号，并且已经尝试开发将瞬态压电信号转换成表示静态作用力的信号的方法。例如，WO 2017/122466 A1、JP 2015/097068 A和EP 2902886 A1描述了对来自压电传感器的信号进行条件积分的方法。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种方法，包括从触摸面板接收对应于多个压电传感器的力值。每个压电传感器对应于触摸面板上的物理位置。该方法还包括：如果所述力值中有力值受到与外部电场的耦合的影响的话，接收哪些力值受到与外部电场的耦合的影响的标识。该方法还包括响应于一个或多个力值被标识为受到与外部电场的耦合的影响，将相应的力值设置为排除力值，并将剩余的力值设置为有效力值。该方法还包括基于所述有效力值，内插和/或外推一个或多个重构力值，所述一个或多个重构力值与相应的排除力值对应相同的物理位置。
有效力值和重构力值可以输出到处理器。有效力值和重构力值可以用作软件应用程序的输入。
内插和/或外推一个或多个重构力值可以包括基于有效力值和相应的物理位置执行多项式内插。
多项式内插可以使用拉格朗日多项式方法、牛顿多项式方法或任何其他合适的多项式内插方法来执行，例如，内维尔多项式方法。
内插和/或外推一个或多个重构力值可以包括确定一组内插位置。内插位置的数量可以等于接收到的力值的数量。内插位置朝向触摸面板的边缘，内插位置较所述物理位置可以具有更高的空间密度。内插和/或外推一个或多个重构力值可以包括通过从接近或跨越内插位置的两个或多个物理位置内插或外推有效力值，来确定所述内插位置中的一些或所有内插位置的估计力值。内插和/或外推一个或多个重构力值可以包括使用估计力值和相应的内插位置执行多项式内插，并且使用聚合插值，确定所述一个或多个重构力值。
可以选择内插位置来减轻龙格现象。内插位置可以被确定为多个切比雪夫点(有时也称为切比雪夫节点)，切比雪夫点的数量等于接收到的力值的数量。
确定一些或所有内插位置的估计力值可以包括确定每个内插位置的估计力值。
确定一些或所有内插位置的估计力值可以包括：确定由一对相邻物理位置跨越的每个内插位置的估计力值，该一对相邻物理位置两者对应于有效力值；并且确定在对应于有效力值的物理位置的预定距离内的每个内插位置的估计力值。
确定一些或所有内插位置的估计力值可以包括确定对应于有效力值的每个内插位置的估计力值。如果按坐标排序的所有内插位置的序列中内插位置的位置与按坐标排序的所有物理位置的序列中与力值相关联的物理位置的位置相匹配，则内插位置对应于力值。
该方法还可以包括接收对应于坐标的一个或多个触摸位置，用户在该坐标处与触摸面板交互。
该方法还可以包括响应于触摸位置位于距触摸面板边缘的预定距离处或小于预定距离，确定每个内插位置的估计力值。该方法还可以包括：响应于触摸位置比距触摸面板边缘的预定距离更远，确定由一对相邻物理位置跨越的每个内插位置的估计力值，这两个物理位置都对应于有效力值；或者确定对应于有效力值的每个内插位置的估计力值。
每个估计力值可以通过以下方式确定：
a)基于对应于有效力值的第一物理位置和第二物理位置，执行线性内插，所述第二物理位置是第一物理位置之前的最近物理位置并且对应于有效力值；或者
b)基于第一物理位置和第三物理位置，执行线性内插，所述第三物理位置是第一物理位置之后最近的物理位置并且对应于有效力值。
所述第一物理位置可以是对应于内插位置或最接近内插位置的有效力值的物理位置。可以依据针对第一物理位置和第二物理位置计算的成本函数与针对第一位置和第三位置计算的成本函数的比较，来进行步骤a)或b)的选择。
前面的术语可能意味着相对于给定坐标系，第二位置具有比第一物理位置更低的值。术语“之后(following)”可能意味着相对于给定坐标系，第三位置具有比第一物理位置更大的值。
可以从以下组中选择成本函数：
C5＝|Pb-Pa|×|xa-xint|
C9＝|Pb-Pa|
其中，C1至C10是第一至第十成本函数，Pa是对应于物理位置xa的第一有效力值输入，Pb是对应于物理位置xb的第二有效力值输入，xint是内插位置，Cstd是根据以下公式计算的标准成本：
Cstd＝max{|xb-xint|，1}
可以基于计算连接跨越内插位置的两个或多个物理位置的二次或三次样条来确定每个估计力值。可以基于计算和外推连接靠近内插位置的两个或多个物理位置的二次或三次样条来确定每个估计力值。
第一物理位置可以是对应于或最接近内插位置的有效力值的物理位置。每个估计力值可以通过以下方式确定：
a)基于在任何方向上最接近第一物理位置的第一对物理位置，执行线性内插；或者
b)基于第二对物理位置执行线性内插，所述第二对物理位置对应于与紧邻第一物理位置之前的有效压力值对应的物理位置以及与紧邻第一物理位置之后的有效压力值对应的物理位置。
可以依据针对第一对物理位置计算的成本函数与针对第二对物理位置计算的成本函数的比较，来进行步骤a)或b)的选择。
第一对物理位置可以排除第一物理位置。第二对物理位置可以排除第一物理位置。可以基于内插位置来解决选择第一对物理位置和/或第二对物理位置中的任何模糊性。
内插和/或外推一个或多个重构力值可以包括用力值模型拟合有效力值和相应的物理位置。拟合可以是最小二乘拟合。
内插和/或外推一个或多个重构力值可以包括确定穿过每个有效力值和相应物理位置的样条内插。样条内插可以是二次或三次的。样条可以对靠近触摸面板边缘的位置使用线性内插，而在别处使用高阶内插。
接收哪些力值(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响的标识可以包括确定哪些力值(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响。
确定哪些力值(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响的标识可以包括，对于每个力值，如果力值超过预定值阈值，则将力值标记为受到与外部电场的耦合的影响。
确定哪些力值(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响的标识可以包括：基于多个力值和相应的物理位置，计算对应于每个力值的空间梯度；并且对于每个力值，响应于相应的空间梯度超过预定的空间梯度阈值，将力值标记为受到与外部电场的耦合的影响。
确定哪些力值(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响可以包括：基于当前测量的力值和存储先前测量的力值的缓冲器，计算对应于每个力值的时间梯度；并且对于每个力值，响应于相应的时间梯度超过预定的时间梯度阈值，将力值标记为受到与外部电场的耦合的影响。
所述多个压电传感器可以包括设置在多个感测电极和至少一个公共电极之间的压电材料层。每个压电传感器可以由感测电极和公共电极形成。所述方法还可以包括接收外部干扰信号，所述外部干扰信号是从所有感测电极以及所述或每个公共电极接收的信号之和。确定哪些力值(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响可以包括将外部干扰信号与预定的外部干扰阈值进行比较。
响应于外部干扰信号超过预定的外部干扰阈值，可以设置全局标志来指示力值受到与外部电场的耦合的影响。
该方法可以包括接收对应于用户触摸的一个或多个位置。可以使用电容触摸信息来确定一个或多个位置。确定哪些力值(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响可以包括响应于设置全局标志，排除对应于具有用户触摸位置的预定距离的物理位置的所有力值。
值阈值、空间梯度阈值和/或时间梯度阈值中的一个或多个的值可以是响应于设置全局标志的第一值和响应于未设置全局标志的第二值。
根据本发明的第二方面，提供了一种计算机程序，其存储在非暂时性计算机可读介质上，并且包括用于使数据处理设备执行该方法的指令。
根据本发明的第三方面，提供了一种被配置为执行该方法的设备。
根据本发明的第四方面，提供了一种设备，其被配置为接收对应于多个压电传感器的力值。每个压电传感器对应于触摸面板上的物理位置。该设备还被配置为接收哪些力值(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响的标识。该设备还被配置为响应于一个或多个力值被标识为受到与外部电场的耦合的影响，将相应的力值设置为排除力值，并将剩余的力值设置为有效力值。该设备还被配置为基于所述有效力值，内插和/或外推对应于与相应排除力值相同的物理位置的一个或多个重构力值。
该设备可以被配置为从多个压电传感器接收信号。该设备还可以被配置为基于接收的信号，生成力值，每个力值对应于一个压电传感器或者两个或更多个相邻的压电传感器。
一种系统可以包括该设备和包括多个压电传感器的触摸面板。触摸面板还可以包括多个电容传感器。触摸面板可以是用于组合压电压力和电容测量的触摸面板。触摸面板可以包括设置在多个感测电极和至少一个公共电极之间的压电材料层。该设备还可以被配置为基于从感测电极接收的信号，生成电容值和力值。
附图说明
现在将参考附图，通过示例的方式描述本发明的某些实施例，其中：
图1是用于压电压力测量或电容和压电压力组合测量的触摸面板的横截面；
图2示意性示出了用于压电压力测量或电容和压电压力组合测量的设备；
图3示出了施加到触摸面板的力输入；
图4示出了对应于图3所示的力输入的压电压力信号；
图5描绘了测量的压电压力信号的示例；
图6描绘了从图5中绘制的测量的压电压力信号获得的力值；
图7是校正力值以减少或去除与外部电场的耦合的影响的第一种方法的过程流程图；
图8示出了一组力值，包括排除力值的子集；
图9示出了估计用来替换图8所示的排除力值的重构力值；
图10是校正力值以减少或去除与外部电场的耦合的影响的第二种方法的过程流程图；
图11示出了从一组等距物理位置到一组内插位置的转换；
图12示出了确定对应于一组内插位置的估计力值；
图13描绘了测量的力值与使用第一组内插位置的拉格朗日多项式内插确定的重构力值的比较；
图14描绘了从图13测量的力值与使用第二组内插位置的拉格朗日多项式内插确定的重构力值；
图15描绘了从图13测量的力值与使用第二组内插位置的拉格朗日多项式内插以及与图14相比估计在内插位置处的力值的不同方法确定的重构力值；
图16描绘了从图13测量的力值与使用三次样条插值确定的重构力值；
图17描绘了图13至16中绘制的重构力值的比较；
图18与图17相同，除了绘制的数据对应于不同的用户交互；
图19描绘了不受外部电场耦合影响的用户交互的测量的压电压力信号和相应的力值随时间的变化；
图20描绘了受外部电场耦合影响的用户交互的测量的压电压力信号、相应的力值和一组重构力值随时间的变化；
图21绘制了使用第一组内插位置和第二组内插位置的拉格朗日多项式内插获得的和使用三次样条内插获得的重构力值的比较；
图22绘制了力值与使用第一组内插位置和第二组内插位置的拉格朗日多项式内插获得的和使用三次样条内插获得的重构力值的比较；
图23示出了物体和触摸面板的电极之间的干扰耦合的简化表示；以及
图24是示出在触摸面板的感测电极和公共电极上感应的电荷转换成电压信号的简化示意图。
具体实施方式
在下面的描述中，相似的部分用相似的附图标记表示。
在某些情况下，各种不需要的信号可能经由用户的手指或导电触针耦合到压电压力感测触摸面板或电容和压电压力组合感测触摸面板的感测电极。这种信号可以与期望的压电压力信号一起放大，并且可以具有与期望的压电压力信号相当或比其更大的振幅。例如，放置在压电压力感测触摸面板或电容和压电压力组合感测触摸面板传感器上的用户手指可以将电源干扰耦合到感测电极中。另外或替代地，用户可能由于静电而带电，静电可以耦合到压电压力感测触摸面板或电容和压电压力组合感测触摸面板的感测电极。本说明书涉及信号后处理方法，旨在减少或去除这种不想要的信号的影响，以便使得能够对通过一个或多个用户交互而施加到压电压力感测触摸面板或电容和压电压力组合感测触摸面板上的一个或多个力进行更精确地测量。
在本文中，术语“用户交互”可以指用户触摸或按压触摸面板1(图1)或覆盖在触摸面板上的材料层。用户交互可以包括用户的手指或触笔(无论是否导电)。触摸交互可以包括用户的手指或导电触笔靠近触摸面板1(图1)，而没有直接物理接触或没有施加显著的力。按压交互包括用户用足够的力按压触摸面板1(图1)，以引起压电材料层的应变并生成压电响应。当用户移动手指或触笔时，用户交互的位置可能随时间而变化。本说明书的方法可以应用于测量和跟踪一个或多个并发的用户交互，有时称为“多触摸”交互。
参考图1，示出了用于压电压力测量或电容和压电压力组合测量的触摸面板1的示例。
触摸面板1包括具有第一面3和相对的第二面4的第一层结构2。多个第一感测电极5设置在第一层结构2的第一面3上。每个第一感测电极5在第一方向x上延伸(或等同地伸长)，并且第一感测电极5在第二方向y上间隔开。公共电极6被设置成基本上覆盖第一层结构2的第二面4。
第一层结构2包括一层或多层，包括至少一层压电材料7。包括在第一层结构2中的每一层通常是平面的，并且在垂直于厚度方向z的第一方向x和第二方向y上延伸。第一层结构2的一层或多层设置在第一面和第二面3、4之间，使得第一层结构2的每一层的厚度方向z基本上垂直于第一面和第二面3、4。
触摸面板1还包括具有第一面9和相对的第二面10的第二层结构8。多个第二感测电极11设置在第二层结构8的第一面9上。每个第二感测电极11在第二方向y上延伸(或等同地伸长)，并且第二感测电极11在第一方向x上间隔开。
第二层结构8包括一个或多个介电层12。每个介电层12通常是平面的，并且在垂直于厚度方向z的第一方向x和第二方向y上延伸。第二层结构8的一个或多个介电层12设置在第二层结构8的第一面和第二面9、10之间，使得第二层结构8的每个介电层12的厚度方向z垂直于第一面和第二面9、10。
优选地，压电材料层7包括压电聚合物或由压电聚合物形成，例如，聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚乳酸。然而，压电材料层7可以替代地是压电陶瓷的层，例如，锆钛酸铅(PZT)。优选地，第一感测电极和第二感测电极5、11以及公共电极6由银纳米线形成。然而，第一感测电极和第二感测电极5、11以及公共电极6可以替代地由透明导电氧化物形成，例如，氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。第一感测电极和第二感测电极5、11以及公共电极6可以是金属膜，例如，铝、铜、银或适于沉积和图案化为薄膜的其他金属。第一感测电极和第二感测电极5、11以及公共电极6可以是导电聚合物，例如，聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯或聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT/PSS)。第一感测电极和第二感测电极5、11以及公共电极6可以由金属网、金属纳米线、石墨烯和/或碳纳米管形成。介电层12可以包括聚合物电介质材料的层，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和/或压敏粘合剂材料(PSA)层。然而，介电层12可以包括陶瓷绝缘材料的层，例如，氧化铝。
第一层结构2可以仅包括压电材料层7，使得第一和第二相对面3、4是压电材料层7的面。或者，第一层结构2可以包括堆叠在压电材料层7和第一层结构2的第一面3之间的一个或多个介电层12。第一层结构2可以另外或替代地包括堆叠在第一层结构2的第二面4和压电材料层7之间的一个或多个介电层12。
第二层结构8可以仅包括单个介电层12，使得第二层结构8的第一面和第二面9、10是单个介电层12的面。或者，不需要使用第二层结构8，并且第二感测电极11可以与第一感测电极5一起设置在第一面3上。
在图1中，已经参照标记为x、y和z的正交轴示出了触摸面板1。然而，第一方向、第二方向和厚度方向不需要形成右手正交集。在其他示例中，第一感测电极5可以在第二方向y上伸长，第二感测电极11可以在第一方向x上伸长。
还参考图2，示出了用于压电压力测量或电容和压电压力组合测量的设备13的示例。
设备13包括触摸面板1、第一电路14、控制器15、后处理模块16以及可选的第二电路17。第一感测电极和第二感测电极5、11中的每一个都通过相应的导电迹线18连接到第一电路14。当存在时，第二电路17连接到公共电极6。
在一些示例中，第一电路14、控制器15、后处理模块16以及可选的第二电路17各自可以设置为单独的部件。然而，在其他示例中，第一电路14、控制器15、后处理模块16以及可选的第二电路17可以一起由单个部件提供。例如，单个微控制器、专用集成电路、处理器等。在又一些示例中，第一电路14、控制器15、后处理模块16以及可选的第二电路17的功能可以在触摸控制器(未示出)与包含设备13的装置(未示出)的一个或多个中央处理器(未示出)之间划分。
第一电路14从第一感测电极和第二感测电极5、11接收信号和/或向其发送信号。第一电路14测量第一压电压力信号19。第一电路14可以成组或单独连接到第一感测电极和第二感测电极5、11中的每一个。每个第一压电压力信号19对应于第一感测电极或第二感测电极5、11中的一个或多个，并且每个第一压电压力信号19指示作用在靠近相应第一感测电极或第二感测电极5、11的触摸面板1上的压力。例如，第一电路14可以测量或生成对应于每个第一感测电极5的第一压电压力信号19和对应于每个第二感测电极11的第一压电压力信号19。或者，每个第一压电压力信号19可以对应于一对相邻的第一感测电极或第二感测电极5、11等。每个感测电极5、11有助于一个第一压电压力信号19。
可选地，第一电路14也可以测量对应于第一感测电极和第二感测电极5、11的每个交叉点21的互电容信号20。在其他示例中，第一电路14可以替代地测量对应于每个第一感测电极和/或第二感测电极5、11的自电容信号。第一电路14可以同时确定电容信号20和第一压电压力信号19。或者，第一电路14可以在确定电容信号20和第一压电压力信号19之间交替。
例如，第一电路14可以被配置用于电容和压电压力组合测量，如WO 2016/102975A2中所述，其全部内容通过引用合并到本文中。特别地，第一电路14可以如WO 2016/102975A2的图21至26中所示的示例所描述的那样配置。或者，第一电路14可以被配置用于电容和压电压力组合测量，如WO 2017/109455 A1所述，其全部内容通过引用合并到本文中。特别地，第一电路14可以如WO 2017/109455 A1的图4至21中所示的示例所描述的那样配置。
然而，本说明书的方法不限于这些示例，并且适用于能够提供上述功能的任何第一电路14。
当存在时，可选的第二电路17测量对应于公共电极6的第二压电压力信号22。第二压电信号22应该指示施加到触摸面板1的总压力。当使用一个以上的公共电极6时，可以生成对应于每个公共电极6的第二压电信号22，用于随后由控制器15求和。或者，当使用一个以上的公共电极6时，第二电路17可以基于在所有公共电极6上感应的电荷，生成单个第二压电信号17。在理想条件下并且在没有外部干扰的情况下，第二压电压力信号22和第一压电信号19的总和应该近似为零(取决于测量误差)，因为感测电极5、11和公共电极6设置在压电材料层7内感应的任何极化P的相对侧。
响应于用户与触摸面板1或覆盖在触摸面板1上的材料层的交互，产生第一压电压力信号19以及可选的第二压电压力信号22和/或电容信号20。
控制器15接收第一压电压力信号19，并对其进行积分，以生成相应的力值23。实际上，一个感测电极5、11的每一对与下面的公共电极6构成了单独的压电传感器。下面将参考图3至图6解释对第一压电压力信号19进行积分以生成力值23的示例。控制器15还生成哪些力值23(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响的标识24。如果力值23中的任何一个受到与外部电场的耦合的影响，则可以应用本说明书的方法来减少或去除这些影响，以便获得对用户交互施加的一个或多个力的更好估计。将在下文中描述用于确定哪些力值23(如果有的话)受到外部电场耦合的影响的方法的示例。
后处理模块16接收力值23，每个力值对应于由一对一个或多个感测电极5、11和公共电极6提供的压电传感器之一。这样，每个力值对应于触摸面板1上的物理位置。后处理模块16还接收哪些力值23(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响的标识24。后处理模块被配置为响应于一个或多个力值23被标识为受到与外部电场的耦合的影响，将相应的力值23设置为排除力值23b(图8)，并将剩余的力值23设置为有效力值23a。后处理模块16基于内插和/或外推有效力值23a和相应的物理位置，确定对应于与相应的排除力值23b相同的物理位置的一个或多个重构力值25(图8)。有效力值23a和重构力值25可以输出到包含设备13的装置(未示出)的一个或多个处理器(未示出)。有效力值23a和重构力值25可以用作由包含设备13的装置执行的软件应用程序(未示出)的输入。
在一些示例中，当设备13包括第二电路16时，控制器15还可以接收第二压电压力信号22，并且可以将第二压电压力信号22与所有第一压电压力信号19求和，以生成外部干扰指数26。外部干扰指数26可以是未加权的第一压电压力信号和第二压电压力信号19、22的简单和，或者外部干扰指数26可以是第一压电压力信号和第二压电压力信号19、22的加权和。控制器15可以被配置为至少部分基于外部干扰指数26与预校准阈值(例如，Vthresh)的比较来生成指示24。可选地，外部干扰指数26也可以输出到后处理模块16，以提供外部干扰大小的指示。
可选地，控制器15还可以将原始的第一压电压力信号和/或第二压电压力信号19、22中继到后处理模块16和/或一个或多个处理器(未示出)，这些处理器操作包含设备13的装置。
在一些示例中，控制器15还可以基于第一压力信号19以及可选的第二压力信号22来确定触摸位置数据27。触摸位置数据27指示一个或多个用户交互的位置，例如，x、y坐标。当被确定时，触摸位置数据27可以输出到后处理模块16和/或操作包含设备13的装置的一个或多个处理器(未示出)。在其他示例中，触摸位置数据27可以由后处理模块16确定。
当测量时，控制器15接收电容信号20，并且要么将其中继到一个或多个处理器(未示出)，这些处理器操作包含设备13的装置，要么执行电容值20的进一步处理。例如，控制器15可以处理电容信号20，以生成或有助于生成触摸位置数据27。电容信号20可以允许比单独的第一信号19更精确地确定触摸位置数据27。电容信号20也可以用在生成力值23的过程中。
控制器15和后处理器16的功能可以以与处理步骤的必要顺序兼容的任何方式分布在这两个元件之间。控制器15和后处理模块16可以组合成单个元件。控制器15和后处理模块16的所有功能可以由包含设备13的装置(未示出)的一个或多个处理器(未示出)提供。
在描述用于减少或去除与外部电场的耦合的影响的方法之前，简要描述对压电压力信号19、22进行积分以产生相应的力值23的示例将是有用的。
还参考图3，示意性地示出了对触摸面板1施加的力输入28。
还参考图4，示出了对应于力输入28的理想压电压力信号29。
压电材料层7是极化的，并且响应于施加足够的力的用户交互所引起的应变，使用极化P来进行极化。压电材料层7的极化P导致在公共电极6和感测电极5、11之间产生相应的电荷Qpiezo(t)。产生极化P的应变可能是由压缩或拉伸引起的。产生极化P的应变可以是压电材料层7的面内拉伸。压电材料层7和传感电极5、11之间不需要紧密接触。通常，压电材料层7的更大应变(由更强的用户交互引起)将导致更大的极化P以及在感测电极5、11上感应的电荷差ΔQpiezo的相应更大的幅度。作为与电荷Qpiezo(t)相关联的电流的压电响应Ipiezo(t)可以被放大和/或积分，以确定第一压电压力信号和第二压电压力信号19、22。理想化的压电压力信号29可以对应于第一压电压力信号或第二压电压力信号19、22。
压电压力信号19、22、29(例如，作为来自第一电路或第二电路14、17的输出)基本上是瞬态信号。由于泄漏电流，感应的压电电压随时间衰减。此外，可以包括在第一电路或第二电路14中以放大压电电流Ipiezo的积分电荷放大器的输出也随时间衰减。
例如，在第一加载周期t0≤t≤t1期间，力28从零稳定增加到第一作用力值F1。假设施加的输入力28的增加速率比相应压电压力信号29的衰减速率快，则压电压力信号29在第一加载周期t0≤t≤t1期间稳定减小，当力28达到第一作用力值F1时，达到第一峰值V1。施加的输入力28然后在第一保持周期t1≤t≤t2在F1保持恒定。在第一保持周期t1≤t≤t2期间，压电压力信号29从第一峰值V1向理想情况下的零DC偏移向上衰减。
在第二加载周期t2<t≤t3期间，施加的输入力28再次从第一作用力值F1增加到第二作用力值F2。假设施加的输入力28的增加速率比相应压电压力信号29的衰减速率快，则压电压力信号29在第二加载周期t2<t≤t3期间稳定减小，当力28达到第二作用力值F2时，达到第二峰值V2。施加的输入力28然后在第二保持周期t3<t≤t4在F2保持恒定。在第二保持周期t3<t≤t4期间，压电压力信号29从第二峰值V2向理想情况下的零信号向上衰减。
在第二保持周期t3<t≤t4结束时，用户交互随着在卸载周期t4<t≤t5期间施加的输入力28的释放而结束。假设施加的输入力28的减小速率比相应压电压力信号29的衰减速率快，则压电压力信号29在卸载周期t4<t≤t5期间稳定增加，当力28达到零时，达到第三峰值V3。由卸载而不是加载产生的第三峰值V3具有与第一峰值和第二峰值V1、V2相反的符号。在用户交互结束后，压电压力信号29向理想情况下的零DC偏移衰减。
尽管图4示出了理想化的压电压力信号29响应于加载变为负，响应于卸载变为正，但是在其他示例中，压电压力信号29的极性可以颠倒，这取决于触摸面板1和设备13的配置。
如图4所示，当压电压力信号29理想或近似理想时，压电压力信号29的衰减可以通过各种方法来补偿，例如，基于压电压力信号29的梯度和/或值对压电压力信号29进行条件积分。当压电压力信号29的梯度和值是相同符号时，通过对压电压力信号29进行积分，可以恢复与施加的力28成比例的估计测量值。
然而，当使用用于压力和电容组合测量的触摸面板1和设备13时，压电压力信号19、22、29实际上可能遭受DC偏移和显著噪声源的连续变化，这可能阻碍基于初始值和梯度的进行条件积分的可靠操作。尽管与可以应用于不管采用何种方式获得的测量的力值23的本说明书的方法没有直接联系，但是将简要讨论潜在的噪声源、外部电场耦合以及对压电压力信号19、22、29进行积分以获得力值23的示例方法，作为本说明书的方法的上下文。
触摸面板1和设备13通常可以安装在手持电池供电的电子装置(未示出)中。这种装置通常不接地，或者接地很弱，这可能会增加噪声拾取和DC偏移变化的敏感性。此外，由于用户与他们的衣服、鞋子和/或他们的环境之间的相互作用，用户可能经常因静电而带电。这可能进一步导致DC偏移变化，并且还可能在与触摸面板1初始接触时导致用户手指和/或触笔之间的静电耦合。这种静电耦合可以向接近用户交互的感测电极5、11感应电荷，该电荷可以等于或者甚至基本上超过由施加的力产生的电荷Qpiezo。此外，短交互(例如，快速连续轻敲触摸面板1)可能混淆基于梯度和值的方法，因为在下一次轻敲开始之前，来自一次轻敲的信号可能没有完全衰减，导致不准确测量力。前面的讨论不是详尽的，许多额外因素可能导致触摸面板1和设备13的DC偏移变化和噪声水平。将简要概述一种从接收的压电压力信号19、22、29获得力值23的方法。
还参考图5，示出了使用触摸面板1和设备13的示例获得的测量的压电压力信号30的示例。测量的压电压力信号30可以表示第一压电压力信号或第二压电压力信号19、22。
还参考图6，示出了测量的力值23，其对应于图5所示的测量的压电压力信号30。
可以观察到，测量的压电压力信号30可以以多种方式偏离理想的压电压力信号29。首先，在压力信号30的值P(t)不在零DC偏移时，会出现例如使用电容信号20确定的用户交互的开始。相反，在相对于用户交互开始的时间t＝0时，压力信号30的值P(t)可以经常显示初始DC偏移值P0＝P(0)。这可能由于多种原因而发生，例如，先前用户交互之后的残余DC偏移、来自先前用户交互的信号完全衰减之前的重复触摸等。初始偏移P0实际上可能很重要。当用户的手指因静电而带电时，初始偏移P0有时可能伴随有初始假峰值(未示出)，该初始假峰值被认为是由静电放电和/或与用户带电手指的电容耦合而产生的。包括初始假峰值(未示出)可能导致不准确的力输出。然而，简单地设置梯度和值阈值，以排除初始偏移P0和/或假峰值(未示出)，将导致在用户交互的剩余部分中降低灵敏度。
其次，在达到初始峰值P1之后，压力信号30的值P(t)可能衰减到不等于零的偏移值Poff。已经观察到偏移值Poff通常为与初始峰值P1相反的符号。还观察到偏移值Poff可能在每次用户与特定感测电极5、11交互之后改变，使得传统的DC偏移校正和校准方法可能不太有效或无效。此外，在一部分用户交互期间，压力信号30的值P(t)可以显示假峰值P2，在此期间，压力信号30的值P(t)在稳定之前超过偏移值Poff。在一些用户交互过程中，假峰值P2的幅度可能很大。
如上文所解释的，简单地设置梯度和值阈值，以排除初始偏移和/或静电放电峰值、偏移值Poff和假峰值P2，可能导致在用户交互的剩余部分中降低灵敏度。然而，对于某些应用，简单的条件积分方案可能具有足够的分辨率。
参考图5和6中绘制的示例，将描述基于压电压力信号19、22、30确定力值23的一个示例方法的应用。
随着用户交互的进行，控制器15更新至少4个可区分状态S0、S1、S2和S4之间的状态寄存器值。状态S0、S1、S2和S4之间的边界和转换如图5和图6所示，以供参考。在图6中，绘制输出力值23与第二轴y。
当用户交互开始时(在图5和图6的示例中，基于电容信号20确定)，用户交互被初始化为第一状态或初始状态S0。在该示例中，在初始状态S0期间，不使用压力信号30值P(t)，除非具有用于增加触摸面板1上的负载的适当符号。对于图5和6所示的示例，适当的符号是负的，但是在其他示例中，压力信号30的值P(t)可以响应于作用力的增加而增加。实际上，可以通过根据以下等式生成处理后的压力信号31的值P*(t)，来应用该条件：
在初始状态S0期间，通过将对应的处理后的信号31的值P*(t)与先前的输出力值23相加，即，F(t)＝F(t-δt)+P*(t)，为压力信号30的值P(t)的每个新采样获得输出力值23、F(t)，其中，δt是采样间隔。因为当压力信号30的值P(t)具有增加的作用力的错误符号时，处理后的信号31的值P*(t)被设置为零，所以这些值对输出力值23、F(t)没有贡献。
注意，输出力值23、F(t)与作用力成比例，但是为了获得绝对作用力的估计测量值，力值23、F(t)需要乘以相应的比例因子。可以从使用已知作用力分布的校准实验中获得比例因子。比例因子还可以取决于用户与触摸面板1交互的位置。
一旦从用户交互开始起经过了预定的持续时间，就可以发生到第二主加载状态S1的转换。如果获得电容信号20，则用户交互的开始可以以良好的准确度被确定为已知。在主加载状态S1期间，可以无条件地使用所有样本压力信号30的值P(t)，即，处理后的信号31可以被设置为P*(t)＝P(t)，并且输出力值23F(t)可以被更新为F(t)＝F(t-δt)+P*(t)。
当压力信号30的值P(t)改变符号时，或者在控制器15已经最终检测到初始负载峰值P1之后，可以发生到第三或稳定状态S2的转变。在图5和6所示的示例中，由于压力信号30的值P(t)已经从负值变为正值，所以发生了S1到S2的状态转变。当然，在增加作用力导致压力信号30增加的其他示例中，可以在相反的方向上检测到转变。控制器15可以采用任何合适的数值技术来确定初始峰值P1的近似时间和值。在稳定状态S2期间，可以不使用压力信号30的值P(t)，例如，通过将处理后的信号值31P*(t)设置为P*(t)＝0。因此，在图5和6中，可以观察到，在这个示例中，在假过冲峰值P2期间，处理后的信号31P*(t)箝位到零。
一旦压力信号30的值P(t)已经稳定在DC偏移Poff，就可以转变到第四或稳定状态S3。通常，DC偏移Poff可以随时间和/或压力信号30的值P(t)的每个加载/卸载峰值缓慢变化。在一些示例中，控制器15保持数量Nbuff的先前压力样本{P(t),P(t-δt),…,P(t-δt(Nbuff+1))}的缓冲器，其中，上下文t、t-δt、t-δtNbuff是采样时间。当获得每个新的压力样本P(t)时，第一电路14计算缓冲样本{P(t),P(t-δt),…,P(t-δt(Nbuff+1))}上的线性回归。一旦缓冲的压力信号30样本{P(t),P(t-δt),…,P(t-δt(Nbuff+1))}的斜率m和方差值VAR的大小低于预先校准的阈值m稳定、VAR稳定，控制器15将状态寄存器值更新为稳定状态S3，并将缓冲样本{P(t),P(t-δt),…,P(t-δt(Nbuff+1))}的平均值设置为偏移校正值Pcor＝mean({P(t),P(t-δt),…,P(t-δt(Nbuff+1))})。
在稳定状态S3期间，处理后的压力信号31的值P*(t)可以根据P*(t)＝P(t)–Pcor来设置。输出力值23F(t)然后可以根据以下等式更新：
其中，P噪声是噪声阈值。例如，在没有用户交互的校准周期期间，P噪声可以被设置为压力信号19、22、30的值P(t)的标准偏差的倍数。噪声阈值P噪声可以被设置为校准期间记录的压力信号19、22、30的值P(t)的标准偏差的五倍。噪声阈值P噪声可以是预设的，或者可以在没有检测到用户交互的安静时段期间周期性地更新，例如，使用电容信号20。
可以以高灵敏度在稳定状态S3期间捕捉用户的作用力的变化，无论是作用力的增加还是减少。在图5和6所示的示例中，检测到对应于所施加压力的轻微减小的小峰值P3，并且输出力值23F(t)相应地减小。
在稳定状态S3期间，用于检测施加到触摸面板1的力的变化的阈值可以被设置为比施加到整个信号的传统的基于梯度和值的条件积分可能的值更低的值。这是因为可以通过使用其他状态寄存器值S0、S1和S2来筛选出静态放电/耦合、初始偏移P0、过冲偏移Poff和假峰值P2等效应。
实际上，当用户保持恒定的输入力时，所需的偏移校正Pcor可能会缓慢漂移。另外，如果用户显著增加或减少所施加的输入力，这可以改变压电压力信号19、22、30的值P(t)衰减到的偏移Poff。然而，当缓冲器{P(t),P(t-δt),…,P(t-δt(Nbuff+1))}保持相对平坦(即m<m稳定和VAR<VAR稳定)时，不能简单地连续更新校正值Pcor。如果是这种情况，则所施加的输入力的任何轻微增加或减少将从处理后的压力信号31、P*(t)中连续移除，因此不会被检测到。
相反，在稳定状态S3期间，控制器15可以在每个新采样P(t)之后对缓冲器{P(t),P(t-δt),…,P(t-δt(Nbuff+1))}执行线性回归。当缓冲器{P(t),P(t-δt),…,P(t-δt(Nbuff+1))}保持平坦时(即m<m稳定和VAR<VAR稳定)，缓冲样本的平均值与校正值Pcor进行比较，如果差值|平均值({P(t),P(t-δt),…,P(t-δt(Nbuff+1))})-Pcor|小于阈值ΔPcor，则校正值Pcor不改变。然而，如果差值|平均值({P(t),P(t-δt),…,P(t-δt(Nbuff+1))})-Pcor|超过阈值ΔPcor，则校正值更新为Pcor＝平均值({P(t),P(t-δt),…,P(t-δt(Nbuff+1))})。
阈值ΔPcor的值可以针对每个触摸面板1和设备13而变化。可以通过测量对应于已知校准力分布的选择的数据来获得给定触摸面板1和设备13的合适值。在简单的情况下，阈值ΔPcor可以根据已知静态作用力的持续时间内观察到的最大漂移来设置。或者，使用已知的校准力分布获得的测量值可以用于生成拟合的训练集，使用已知的和测量的力的偏差作为成本函数。
稳定状态S3在用户交互结束时结束。
前述确定力值23的方法仅仅是示例性的，并不旨在限制本说明书所附的权利要求。本说明书的方法可以应用于压电力值23F(t)，而不管用于获得力值23F(t)的具体方法或条件积分方案。
第一种方法
还参考图7，将解释针对与外部电场的耦合对力值23进行校正的第一种方法。
例如，经由第一电路14和控制器15从触摸面板1接收力值23(步骤S1)。每个力值23对应于触摸面板1上的特定物理位置。例如，对应于在y方向上间隔开的N个第一感测电极5中的第n个的力值23可以表示为F(yn)，对应于在x方向上间隔开的M个第二感测电极11中的第m个的力值23可以表示为F(xm)。每个感测电极5、11是等电位的，因此在x方向上伸长的第一感测电极5不响应x方向上的变化，对于每个第二感测电极11来说也是类似的。每个物理位置xm、yn可以对应于例如相应的第一感测电极或第二感测电极5、11的质心。在一些示例中，第一电路14可以聚集来自两个或多个相邻感测电极5、11的压电电荷Qpiezo，以输出用于分组电极5、11的单个第一压电压力信号19。在这样的示例中，每个物理位置xm、yn可以对应于例如聚集的两个或多个第一感测电极或第二感测电极5、11的质心。
还参考图8，示意性地示出了一组力值23F(xm)，包括有效力值23a和排除力值23b。
在用户交互的位置周围，三个力值F(x9)、F(x10)、F(x11)受到与外部电场的耦合的影响，并因此显著偏离对应于压电材料层7中的物理应变的基础值32。这种外部场耦合被认为是由于触摸面板1的用户因静电而带电等原因造成的。
还接收哪些力值23、F(xm)、F(yn)(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响的标识24(步骤S2)。或者，后处理模块16可以确定哪些力值23、F(xm)、F(yn)(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响。下文将描述用于检测与外部电场的耦合的存在或可能存在的一系列合适方法。
如果力值23、F(xm)、F(yn)中没有一个被指示受到与外部电场的耦合的影响(步骤S3)，则力值23、F(xm)、F(yn)输出到包含设备13的装置(未示出)的处理器(未示出)(步骤S4)。输出力值23、F(xm)、F(yn)可以用作操作系统或软件应用程序的输入，该操作系统或软件应用程序正由包含设备13的装置(未示出)的处理器(未示出)执行。
然而，响应于一个或多个力值23、F(xm)、F(yn)被标识为受到与外部电场的耦合的影响(步骤S3)，相应的力值23、F(xm)、F(yn)被设置为排除力值23b，剩余的力值被设置为有效力值23a(步骤S5)。例如，力值P(xk)、P(yp)可以被指示为受到与外部电场的耦合的影响，使得有效力值23a对于所有m≠k是P(xm)，对于所有n≠P是P(yn)。通常，可以从x或y力值中排除零个、一个或一个以上的力值23b。换言之，如果x方向上测量的总数Mex是排除力值23b，则对于所有m≠k1，…，kMex，有效力值23a可以是P(xm)，并且如果y方向上测量的总数Nex是排除力值23b，则对于所有n≠p1，…，pNex，有效力值23a可以是P(yn)。当排除两个或多个力值23b时，可以对应于或不对应于相邻的物理位置，例如，k1，…，kMex不需要是连续的。
在图8所示的示例中，对于Mex＝3和k1＝9、k2＝10、k3＝11，三个力值F(x9)、F(x10)、F(x11)是排除力值23b。剩余的力值F(x1)至F(x8)和F(x12)至F(x14)是有效力值23a。
通过基于有效力值23a和相应的物理位置进行内插和/或外推，对应于与任何排除力值23b相同的物理位置来确定重构力值25(步骤S6)。例如，有效力值23a、F(xm)(m≠k1，…，kMex)和P(yn)(n≠p1，…，pNex)可用于生成对应于排除力值23b、F(xk)、F(yp)(对于k＝k1，…，kMex和p＝p1，…，pNex)的物理位置xk、yp的重构值R(xk)和R(yp)。该过程是当为由一对有效力值23a跨越的物理位置xk、yp确定重构值R(xk)、R(yp)时的一个内插以及例如当排除力值23b、F(xk)、F(yp)延伸到触摸面板1的边缘时的一个外推。
还参考图9，对于图8所示的示例，示出了重构力值25。
已经基于有效力值23a、F(x1)至F(x8)和F(x12)至F(x14)以及相应的物理位置，内插重构力值R(x9)、R(x10)、R(x11)。
可以采用多种方法来确定重构力值25。例如，多项式内插可以应用于有效力值23a和相应的物理位置xm、yn，以便内插和/或外推一个或多个重构力值25。多项式内插可以使用拉格朗日多项式方法、牛顿多项式方法或任何其他合适的多项式内插方法来执行。
在替代示例中，可以通过用力值模型拟合有效力值23a和相应的物理位置来执行内插和/或外推一个或多个重构力值R(xk)、R(yp)。例如，可以使用最小二乘拟合方法来拟合力值模型。力值模型可以基于任何完整的基函数集，包括但不限于多项式、正弦或余弦函数等。
在其他替代示例中，可以通过确定连接有效力值23a、F(xm)(m≠k1，…，kMex)和P(yn)(n≠p1，…，pNex)中的每一个和相应物理位置xm(m≠k1，…，kMex)、yn(n≠p1，…，pNex)的样条内插来内插和/或外推一个或多个重构力值R(xk)、R(yp)。样条内插可以是二次或三次的。样条可以对靠近触摸面板边缘的位置使用线性内插，而在别处使用高阶内插。这有助于避免在靠近触摸面板1边缘的位置出现不切实际的发散值。
有效力值23a、F(xm)(m≠k1，…，kMex)和P(yn)(n≠p1，…，pNex)以及重构压力值25、R(xk)、R(yp)(对于k1，…，kMex和p＝p1，…，pNex)输出到包含设备13的装置(未示出)的处理器(未示出)(步骤S7)。有效力值23a、F(xm)(m≠k1，…，kMex)和P(yn)(n≠p1，…，pNex)以及重构力值25、R(xk)、R(yp)(对于k1，…，kMex和p＝p1，…，pNex)可以用作操作系统或软件应用程序的输入，该操作系统或软件应用程序正由包含设备13的装置(未示出)的处理器(未示出)执行。
当设备13保持激活时(步骤S8)，接收另外的力值23(步骤s1)。
第二种方法
还参考图10，将解释针对与外部电场的耦合对力值23进行校正的第二种方法。第二种方法是专用于多项式内插方法的第一种方法的示例。
将不再描述与第一种方法相同的第二种方法的步骤(步骤S1至S5和S7)。
后处理模块16确定一组内插位置x’m，y’n，每个内插位置x’m，y’n对应于原始物理位置xm，yn中的一个(步骤S6a)。换言之，内插位置x’m，y’n的数量等于接收到的力值23的数量。在其他示例中，内插位置x’m，y’n可以预先确定，并且可以在需要时由后处理模块16检索。内插位置x’m，y’n分布不均匀，朝向触摸面板1的边缘具有更高的空间密度。相反，对应于触摸面板1电极5、11的物理位置xm，yn通常是均匀间隔的。
朝向触摸面板1边缘的内插位置x’m，y’n的空间密度增加的原因是试图避免或最小化龙格现象的出现，龙格现象是指当多项式内插应用于等间距的内插点时在边界处可能观察到的有问题的振荡。可以选择内插位置x’m，y’n的分布，以便减轻或避免龙格现象。
例如，也参考图11，内插位置x’m，y’n可以被计算为切比雪夫点33(有时也称为切比雪夫节点)，每个点对应于一个原始等间距的物理位置34。
对应于在x方向上间隔开的M个物理位置xm中的第m个的切比雪夫点33可以被确定为：
其中，xmin是x1或触摸面板的开始，xmax是xN或触摸面板的结束，n＝1，2，…，N。优选地，xmin＝x1，xmax＝xN。可以类似地确定对应于在y方向上间隔开的N个物理位置yn中的第n个的切比雪夫点33。
对应于一些或所有内插位置x’m，y’n来确定估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)(步骤S6b)。基于从靠近或跨越内插位置x’m，y’n的两个或多个物理位置xm，yn内插或外推有效力值23a、F(xm)(m≠k1，…，kMex)和F(yn)(n≠p1，…，pNex)来确定内插位置x’m，y’n的估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)。
内插选项A
在一些实现方式中，可以为每个内插位置x’m，y’n确定估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)。当随后计算多项式内插时，这样的示例可能过度约束，并且趋于稳定。然而，过度约束内插可能导致低估重构力值25。
内插选项B
在其他实现方式中，可以仅针对对应于有效力值23a、F(xm)(m≠k1，…，kMex)和F(yn)(n≠p1，…，pNex)的每个内插位置x’m，y’n来确定估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)。如果通过坐标排序的所有内插位置x’m，y’n的序列中的内插位置x’m，y’n的位置与通过坐标排序的所有物理位置xm，yn的序列中与力值23，F(xm)，F(yn)相关联的物理位置xm，yn的位置相匹配，则内插位置x’m，y’n对应于力值23，F(xm)，F(yn)(也参见等式(3))。例如，再次参考图8和9，对于第9、第10和第11内插位置x’9、x’10、x’11，将不计算估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)。内插选项B可以提供重构力值25的更好估计，因为内插多项式的计算在排除力值23b的区域中较少受到约束。然而，当排除力值23b接近触摸面板1的边缘时，这种较少约束的方法可能不如先前解释的过度约束内插选项A准确。
混合内插选项
在该方法的改进中，可以根据对应于排除力值23b的物理位置xm，yn来在以下选项之间进行选择：
(选项A)确定每个内插位置x’m，y’n的估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)，或
(选项B)仅针对对应于有效力值F(xm)(m≠k1，…，kMex)和F(yn)(n≠p1，…，pNex)的内插位置x’m，y’n确定估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)。
在这种混合方法中，当排除力值23b接近触摸面板1的边缘时，过度约束(选项A)可以用于稳定性。相反，当排除力值23b不靠近触摸面板1的边缘时，较少约束(选项B)可用于获得重构力值25的较少约束估计。
已经发现，受到与外部电场的耦合的影响的力值23通常是那些对应于最接近用户交互的物理位置xm，yn的力值。因此，在一些实现方式中，后处理模块16还可以接收对应于一个或多个用户交互的触摸位置数据27(或“触摸坐标”)。在使用内插选项A还是内插选项B之间的选择可以基于接收到的触摸坐标。触摸位置数据27可以基于第一压力信号19来确定。或者，当实现电容感测时，可以使用电容信号20来确定触摸位置数据27。
内插选项C
在一些实现方式中，所使用的插值位置x’m，y’n的数量可以在选项A和B之间。例如，可以为由一对相邻的物理位置xm，yn跨越的每个内插位置x’m，y’n确定估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)，这对物理位置都对应于有效力值23a，F(xm)(m≠k1，…，kMex)和F(yn)(n≠p1，…，pNex)。另外，也可以为每个内插位置x’m，y’n确定估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)，该内插位置在对应于有效力值23a，F(xm)(m≠k1，…，kMex)和F(yn)(n≠p1，…，pNex)的物理位置xm，yn的预定距离内。
确定估计力值的第一种方法
可以用多种不同的方式确定估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)。
根据估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)的第一种方法，每个估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)根据线性内插计算，使用由紧接在内插位置x’m，y’n本身之前和之后的有效力值形成的对。
还参考图12，第一位置35、x4对应于有效力值23a、F(x4)，第二位置36、x2对应于有效力值23a、F(x2)，第三位置37、x5对应于有效力值23a、F(x5)。力值F(x3)是排除力值23b，因为被指示为受到与外部电场的耦合的影响(或可能受其影响)。示出了对应于第一位置35、x4的内插位置x’4，包括通过在F(x2)和F(x4)之间的内插或者从F(x4)和F(x5)外推获得的可能值。还指示了额外的内插位置x'3，x'5。
将估计力值Fest(x’m)、Fest(y’n)的第一种方法应用于第四内插位置x'4，紧接在内插位置x'4之前和之后的一对有效力值23a由第二位置36、x2处的F(x2)和第一位置35、x4处的F(x4)组成。估计力值Fest(x'4)可以内插为：
物理位置x3和相应的力值F(x3)不用作紧接在前面的内插位置，因为其对应于排除力值23b。
类似地，对于第三内插位置x’3，紧接在内插位置x’3之前和之后的一对有效力值23a再次由第二位置36、x2处的F(x2)和第一位置35、x4处的F(x4)组成。估计力值Fest(x’3)可以内插为：
对于第五内插位置x’5，紧接在内插位置x’5之前和之后的一对有效力值23a由第一位置35、x4处的F(x4)和第三位置37、x5处的F(x5)组成。估计力值Fest(x'5)可以内插为：
当特定内插位置x’m、y’n没有被至少一对有效压力值23a跨越时，例如，当排除的压力值23b出现在触摸面板1的边缘附近时，则可以使用基于两个最接近的有效压力值23a的线性外推来代替线性内插。
确定估计力值的第一种方法可以应用于根据内插选项A至C或混合内插选项中的任何一个选择的内插位置。
确定估计力值的第二种方法
根据确定估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)的第二种方法，每个估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)可以通过参考以下各项来确定：
估计对(1)第一有效力值23a和第二有效力值23a的对，第二有效力值23a是在第一有效力值23a(相对于给定坐标系)以及相应的物理位置xm，yn之前的最接近的有效力值23a；或者
估计对(2)一对第一有效力值23a和第三有效力值23a，第三有效力值23a是在第一有效力值23a(相对于给定坐标系)、相应物理位置xm，yn之后的最近有效力值23a。
第一有效力值23a总是对应于内插位置x’m，y’n的有效力值23，或者如果内插位置x’m，y’n没有对应于有效力值23a的有效力值，则是最接近的有效力值23a。如关于内插选项B所定义的，如果通过坐标排序的所有物理位置xm，yn的序列中的相应物理位置xm，yn的位置与通过坐标排序的所有内插位置x’m，y’n的序列中的内插位置x’m，y’n的位置匹配，则有效力值23a对应于内插位置x’m，y’n。
例如，再次参考图12，并考虑第四内插位置x’4，第一有效压力值23a在第一位置35、x4处为F(x4)。在这种情况下，第一有效压力值23a，F(x4)对应于内插位置x’4。在第一有效力值F(x4)之前的最近的有效力值23a是在第二位置36、x2处的F(x2)，使得估计对(1)由第一有效力值F(x4)、x4和第二有效力值F(x2)、x2组成。物理位置x3处的力值F(x3)是排除力值23b，并且不使用。在第一有效力值F(x4)之后的最接近的有效力值23a是在第三位置37、x5处的F(x5)，使得估计对(2)由第一有效力值F(x4)、x4和第三有效力值F(x5)、x5组成。
使用估计对(1)和(2)，可以根据以下公式计算估计压力值Fest(x’4)：
或者：
显然，Fest(x’4)的值将取决于计算是使用等式(7a)还是等式(7b)。例如，如图12所示，如果根据等式(7a)使用估计对(1)，则Fest(x’4)将被内插为F24，而如果根据等式(7b)使用估计对(2)，则Fest(x’4)将被外推为F45≠F24。
可以根据为第一估计对(1)和第二估计对(2)计算的成本函数，在估计对(1)或(2)之间进行选择(例如，在等式(7a)和(7b)之间)。合适的成本函数的示例包括：
C5＝|Pb-Pa|×|xa-xint|
C9＝|Pb-Pa|
其中，C1至C10是第一至第十成本函数，Fa＝F(xa)和Fb＝F(xb)是对应于相应物理位置xa、xb的有效力值，xint是内插位置，Cstd是根据以下公式计算的标准成本：
Cstd＝max{|xb-xint|,1} (9)
可以首先使用第一估计对(1)来评估所选择的成本函数C1，…，C10，以提供自变量Fa，xa，Fb，xb，其次使用第二估计对(2)来提供自变量Fa，xa，Fb，xb。然后，具有所选择的成本函数C1，…，C10的最低值的估计对(1)、(2)用于内插或外推对应于内插位置xint的估计力值Fest(xint)。上文列出的成本函数C1，…，C10并不表示详尽的列表，可以使用其他成本函数来代替C1，…，C10。
回到图12所示的第四内插点x’4的示例，如果由第二有效力值F(x2)，x2和第一有效力值F(x4)，x4组成的第一估计对(1)具有成本函数C1，…，C10的较低值，则估计力值Fest(x’4)将根据等式(7a)计算为F24。然而，如果由第一有效力值F(x4)，x4和第三有效力值F(x5)、x5组成的第二估计对(2)具有成本函数C1，…，C10的较低值，则估计力值Fest(x’4)将使用等式(7b)计算为F45。
将确定估计力值的第二种方法应用于第五内插位置x’5，第一有效力值23在对应于第五内插位置x’5的物理位置x5处为F(x5)。估计对(1)由第一有效力值F(x5)、x5和第二有效力值F(x4)、x4(对应于在x’5处Fest(x’5)的内插)组成。估计对(2)由第一有效力值F(x5)、x5和第三有效力值F(x6)、x6(对应于在x’5处Fest(x’5)的外推)组成。
由于第三内插位置x’3没有直接对应的有效压力值23a，所以将确定估计力值的第二种方法应用于第三内插位置x’3略有不同。相反，选择第一有效力值23a，作为最接近第三内插位置x’3的值，第三内插位置x’3在x2处为F(x2)。然后，第一估计对(1)由第一有效力值F(x2)、x2和第二有效力值F(x1)、x1(图12中未示出)组成。在这种情况下，第一估计对(1)对应于Fest(x'3)，x'3的外推。第二估计对(2)由第一有效力值F(x2)、x2和第三有效力值F(x4)、x4组成。在这种情况下，第二估计对(1)对应于Fest(x’3)、x’3的内插。
确定估计力值的第二种方法是对应于内插还是外推取决于成本函数值以及内插位置x’m，y’n的相对位置、有效压力值23a和排除压力值23b。
确定估计力值的第三种方法
第三种方法类似于第二种方法，除了根据与第二种方法的第一和第二估计对(1)、(2)略有不同的标准选择第三和第四估计对(3)、(4)。
对于每个内插位置x’m，y’n，以与第二种方法相同的方式识别第一有效力值23a。然而，与第一有效力值是第一和第二估计对(1)、(2)的一部分的第二种方法不同，第三和第四估计对(3)、(4)不包括第一有效力值23a。
使用确定估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)的第三种方法，每个估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)可以通过参考以下各项来确定：
估计对(3)，其由在任何方向上最接近第一有效压力值23a的两个有效压力值23a组成；或者
估计对(4)，其由在正坐标方向上最接近第一有效压力值的有效压力值23a和在负坐标方向上最接近第一有效压力值23a的有效压力值23a组成。
为第三和第四估计对(3)、(4)计算成本函数C1，…，C10，并且具有成本函数C1，…，C10的最低值的对(3)、(4)用于内插或外推估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)。
再次参考图12所示的与第四内插位置x’4相关的示例。对应于第四内插位置x’4的第一有效压力值23a在物理位置x4处是F(x4)。第三估计对(3)包括在x5处的F(x5)，然而，在x6处的F(x6)和在x2处的F(x2)相等地接近。选择第三估计对(3)中的这种模糊性可以用多种方式解决。例如，有效力值之间的最小间隔可以优先排序，在这种情况下，第三估计对(3)可能由在x5处的F(x5)和在x6处的F(x6)组成。或者，到内插点x’4的距离可用于解决模糊性，在这种情况下，第三估计对(3)将由在x5处的F(x5)和在x2处的F(x2)组成。或者，当具有模糊性时，可以为所有可能的配对计算选择的成本函数C1，…，C10。通常，可以使用任何合适的策略来解决第三估计对(3)的选择中的模糊性。
第四估计对(4)不经历相同的模糊问题，并且由在x5处的F(x5)和在x2处的F(x2)组成。可以观察到，在某些情况下，第三和第四估计对(3)、(4)可以相同。
为了获得x和y方向上的估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)，可以遵循相同的程序。成本函数C1到C10仅仅是示例，并且任何合适的成本函数可以用于确定哪对物理位置35、36、37用于确定估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)。
然而，在其他实现方式中，可以以其他方式计算估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)。例如，可以计算二次或三次样条，其连接所有有效力值23a，F(xm)(m≠k1，…，kMex)。然后，可以使用相应的样条段为一些或所有内插位置x’m计算估计力值Fest(x'm)。然后，可以以相同的方式为一些或所有内插位置y’n计算估计力值Fest(y'n)。
一旦确定了内插位置x’m，y’n和相应的估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)，这些用作生成内插多项式的输入(步骤S6c)。如上所述，可以使用任何合适的多项式内插方法。一个合适的示例是拉格朗日内插。
内插选项A的拉格朗日多项式计算
使用每个内插位置x’m，y’n的值和相应的估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)。因此，在x方向上总共有M个内插点，拉格朗日内插多项式由下式给出：
其中，m＝1，…，M，并且lm(x)是拉格朗日基多项式，由下式给出：
其中，j＝1，…，M。类似地，y方向上总共有N个内插点，拉格朗日内插多项式由下式给出：
其中，m＝1，…，M，并且lm(y)是拉格朗日基多项式，由下式给出：
内插选项B的拉格朗日多项式计算
如上所述，仅使用对应于有效力值的内插位置x’m，y’n。因此，在x方向上总共有MMex个内插点，使用这个较少数量的内插点计算拉格朗日内插多项式。同样，使用内插选项B，在y方向上总共有N Nex个内插点。
重构力值的计算
一旦已经确定拉格朗日内插多项式Lx(x)、Ly(y)，这些可以用于通过将对应于排除力值23b的物理位置xm，yn替换为拉格朗日内插多项式Lx(x)、Ly(y)来计算重构力值25(步骤S6d)。例如，R(xk)＝Lx(xk)，其中，k＝k1，…，kMex，R(yp)＝Ly(yp)，其中，p＝p1，…，pNex。
实验数据
还参考图13，示出了原始力值23和重构力值25的比较。
原始力值23标记为“F”，并用虚线和菱形标记绘制。具有一个排除力值23b。使用确定估计力值的第二种方法和拉格朗日多项式内插根据内插选项A计算的有效力值23a和重构力值25被标记为“A”，并用实线和正方形标记绘制。由于与外部电场的耦合，原始力值23似乎显示出不切实际的尖锐峰值。当排除并使用重构力值25替换受影响的力值23b时，峰值显著降低量ΔFA。以这种方式，可以确定由用户交互施加的峰值力值的更加物理真实和准确的估计。
还参考图14，使用确定估计力值的第二种方法，将图13所示的原始力值23与根据内插选项B获得的重构力值25进行比较。
原始力值23标记为“F”，并用虚线和菱形标记绘制。使用确定估计力值的第二种方法，根据内插选项B计算的有效力值23a和重构力值25以及拉格朗日多项式内插标记为“B2”，并用实线和正方形标记绘制。类似于内插选项A，可以使用内插选项B和确定估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)的第二种方法来确定由用户交互施加的峰值力值的更实际和更精确的估计。
还参考图15，使用确定估计力值的第三种方法，将图13所示的原始力值23与根据内插选项B获得的重构力值25进行比较。
原始力值23标记为“F”，并用虚线和菱形标记绘制。使用确定估计力值的第三种方法，根据内插选项B计算的有效力值23a和重构力值25以及拉格朗日多项式内插标记为“B3”，并用实线和正方形标记绘制。类似于内插选项A，可以使用内插选项B和确定估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)的第三种方法来确定由用户交互施加的峰值力值的更实际和更精确的估计。
还参考图16，将图13所示的原始力值23与使用三次样条获得的重构力值25进行比较。
原始力值23标记为“F”，并用虚线和菱形标记绘制。使用三次样条内插计算的有效力值23a和重构力值25标记为“Sp”，并用实线和正方形标记绘制。与图13至15所示的重构力值25不同，图16所示的重构力值25不是使用多项式内插获得的。相反，获得连接有效力值23a的三次样条，并且在对应于排除力值23b的物理位置对跨越该物理位置的样条段进行采样，以获得重构力值25。类似于使用内插选项A或B的多项式内插，可以使用三次样条内插来确定由用户交互施加的峰值力值的更实际和更精确的估计。
还参考图17，示出了图13至16中所示的重构力值25的比较。图17的轴对应于较小范围的力值和位置，以便允许更详细地比较重构力值25。
还参考图18，示出了根据内插选项A、内插选项B使用确定估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)的第二种方法(B2)或确定估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)的第三种方法(B3)以及使用三次样条的内插获得的重构力值25的比较。图18中显示的数据对应于与图17中显示的数据不同的用户交互，但是使用相同的方法来准备。
可以观察到，用于获得重构力值25的不同方法之间的变化显著小于重构力值25和原始排除力值23b之间的差值ΔFA、ΔFB2、ΔFB3和ΔFSp，该差值包括与外部电场的耦合的影响。特别地，因为与外部电场的耦合可能大于实际压力信号，并且取决于例如静电荷的量，所以受影响的值可能看起来与用户施加的力的量基本上不相关。
相反，尽管被估计，但是重构力值25提供了对作用力的更现实的测量。重要的是，通过内插和/或外推有效力值23a，可以预期重构力值25与用户实际施加的力的大小密切相关。
还参考图19，针对不受与外部静电场的耦合的影响的用户交互，示出了接收到的第一压力信号19、P(t)和相应的力值23、F(t)随时间变化的示例。
力值23、F(t)相对于主垂直轴绘制为标记为“F”的虚线，压力信号19、P(t)相对于副轴绘制为标记为“P”的实线。可以观察到，用户已经施加并保持相对恒定的作用力，然后释放该作用力。力值23，F(t)和压力信号19，P(t)都表现出预期的行为。
还参考图20，针对不受与外部静电场的耦合的影响的用户交互，示出了接收到的第一压力信号19、P(t)和相应的力值23、F(t)随时间变化的示例。
通过用户在轻敲触摸面板1之前在合成纤维地毯上摩擦他们的鞋，获得图20所示的数据。示出了最靠近用户轻叩的位置的感测电极5、11的数据。还示出了重构力值25，绘制为标记为“A”的链式线。使用内插选项A，使用拉格朗日多项式内插获得重构力值25。在图20中绘制的数据中，力值23是排除力值23b，并且使用来自相邻电极5、11的有效力值23a获得重构力值25。可以观察到，如果依赖原始输出力值23，则将大大高估施加的压力。由于输出力值23潜在地由耦合到用户的静电荷控制，则作用力的测量可能变得与用户施加的力的量基本不相关。相反，基于相邻有效力值23a的重构力值25可以保持与用户实际施加的力强相关，该有效力值23a可以仅弱耦合到例如用户手指上的静电荷。
还参考图21，示出了图20中绘制的重构力值25和获得重构力值25的三种替代方法之间的比较。
根据内插选项A使用拉格朗日多项式内插计算的重构力值25被标记为“A”，并用实线绘制。使用确定估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)的第二种方法和拉格朗日多项式内插，根据内插选项B计算的重构力值25被标记为“B2”，并用虚线绘制。使用确定估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)的第三种方法和拉格朗日多项式内插，根据内插选项B计算的重构力值25被标记为“B3”，并用链式线绘制。使用三次样条内插计算的重构力值25被标记为“Sp”，并用虚线绘制。再次参考图20，可以观察到，估计重构力值25的替代方法之间的偏差显著小于任何一组重构值25和原始力值23、23b之间的差异，包括与外部电场的耦合的影响。更重要的是，因为在不使用排除力值23b的情况下估计重构值25，所以重构力值25保持与用户实际施加到触摸面板1的力的相关性。
还参考图22，受到与外部电场的耦合的影响的原始力值23、23b相对于时间绘制，用于与使用多种方法获得的重构力值25进行比较。图22中绘制的数据对应于与图20和21中绘制的数据不同的用户交互。
原始力值23标记为“F”，并使用不带线的十字标记绘制。在图22中绘制的数据中，力值23是排除力值23b，并且使用来自相邻电极5、11的有效力值23a获得重构力值25。根据内插选项A使用拉格朗日多项式内插计算的重构力值25被标记为“A”，并用实线绘制。使用确定估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)的第二种方法和拉格朗日多项式内插，根据内插选项B计算的重构力值25被标记为“B2”，并用虚线绘制。使用确定估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)的第三种方法和拉格朗日多项式内插，根据内插选项B计算的重构力值25被标记为“B3”，并用链式线绘制。使用三次样条内插计算的重构力值25被标记为“Sp”，并用虚线绘制。类似于图21，可以观察到，估计重构力值25的替代方法之间的偏差显著小于任何重构值组25和原始力值23之间的差异，包括与外部电场的耦合的影响。
确定哪些力值受到外部电场的影响
在第一种方法和第二种方法中，接收哪些力值23受到或可能受到与外部电场的耦合的影响的标识24(步骤S2)。
在第一种方法和第二种方法的一些实现方式中，接收标识24的步骤可以由确定哪些力值23(如果有的话)受到或可能受到与外部电场的耦合的影响的步骤来代替。该功能可以在第一电路14、控制器15、后处理模块16中实现，或者分布在这三者中。如前所述，这些部件都可以以微控制器、处理器等形式使用单个装置来实现，或者相关功能可以分布在两个或多个连接的部件之间。
确定哪些力值23(如果有的话)受到或很可能受到与外部电场的耦合的影响，可以以多种不同的方式实现。
例如，确定哪些力值23(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响可以包括，对于每个力值23，如果力值23超过预定值阈值，则将力值23标记为受到与外部电场的耦合的影响。再次参考图13至16，可以观察到，被标识为排除力值23b的原始力值23明显大于相邻的有效力值23a。使用已知力的预校准，可以确定预期对应于真实用户交互的信号范围，并且预定值阈值可以对应于超过最大校准输入力(或其倍数)的值。
另外或替代地，确定哪些力值23(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响可以包括，基于多个力值23、F(xm)、F(yn)和相应的物理位置xm，yn计算对应于每个力值23的一个或多个空间梯度可以使用任何合适的数值梯度，包括向前、向后和对称的差异，例如：
以及y方向上类似的近似梯度。注意，在确定空间梯度的阶段，还没有排除力值23，因此由于省略的值导致的不连续性没有问题。在计算对称差梯度的情况下，这些将需要用触摸面板1边缘附近的正向或反向差梯度来代替。
对于每个力值23、F(xm)、F(yn)，如果相应的空间梯度超过预定的空间梯度阈值，则力值23、F(xm)、F(yn)可以被标记为受到与外部电场的耦合的影响。类似于值阈值，可以预先校准空间梯度阈值，以对应于或超过使用已知校准负载测量的最大空间梯度。以这种方式，超过空间梯度阈值的空间梯度可以被解释为对应于非物理局部曲率，这可能是由于对测量的力值23的外部干扰。
另外或替代地，确定哪些力值23(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响可以包括，基于当前测量的力值F(t)和存储先前测量的力值F(t-δt)、F(t-2δt)等的缓冲器来计算对应于每个力值23的时间梯度其中，δt是采样间隔。对于每个力值，如果相应的时间梯度超过预定的时间梯度阈值，则该力值23、F(t)可以被指示为受到与外部电场的耦合的影响。类似于值阈值和空间梯度阈值，可以预先校准时间梯度阈值，以对应于或超过使用已知校准加载速率测量的最大时间梯度。以这种方式，超过时间梯度阈值的时间梯度可以被解释为对应于非物理快速加载速率，这可能是由于对测量的力值23的外部干扰。
在用户交互点在压电材料层7中感应的应变可以取决于触摸面板1上的位置以及作用力。类似地，值和空间或时间梯度可以取决于位置或用户交互以及作用力。通常，值阈值、空间梯度阈值和/或时间梯度阈值中的任何一个或全部可以是相应用户交互的位置的函数。在第一电路14也确定电容信号20的实现方式中，可以使用电容信号20方便地确定对应于用户交互的位置数据27。使用电容信号20来确定用户交互位置数据27，可以具有独立于力值23的额外优点。
使用公共电极确定与外部电场的耦合
在省略第二电路17的实现方式中，公共电极6连接到系统地或共模电压。
然而，当第二电路17连接到一个或多个公共电极6时，第二压电压力信号22可以与第一压电压力信号19组合，以生成外部干扰检测信号26，外部干扰检测信号可以同与外部电场的耦合程度相关联。外部干扰检测信号26可以形成哪些力值(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响的标识24的一部分。
还参考图23，示出了物体39和触摸面板1的电极5、6、11之间的耦合的简化表示。
还参考图24，示出了简化示意图，以说明感测电极5、11和公共电极6上感应的电荷转换成电压信号。
靠近或接触触摸面板1的物体39(例如，用户的手指)可以通过静电充电或者充当电磁干扰源Vint的天线而充电到电势Vint。在物体39和所有感测电极5、11和公共电极6的整体装配之间存在电容耦合Cext。在所有感测电极5、11和公共电极6的整体装配中感应总静电荷QES，近似为QES＝Cext.Vint。应当注意，实际上不可能校准Cext，因为当用户相对于触摸面板1移动他们的手指和/或触笔时，精确的几何形状将持续变化，并且在不同用户和同一用户的不同手指之间也将变化。此外，Vint通常是不可测量的。然而，为了确定外部干扰检测信号26，Cext和/或Vint的确定或估计不是必需的。
以下是基于这样的前提：在电极5、6、11上感应的未知的总静电荷QES将由在每个电极5、6、11上感应的单独静电荷的总和构成。
通过相应的物理位置yn参考N个第一感测电极5中的第n个并且通过相应的物理位置xm参考M个第二感测电极11中的第m个，由物体39在M个第二感测电极11、xm的第m个上感应的静电荷可以表示为Sxm等。类似地，由物体39在N个第一感测电极5、yn中的第n个上感应的静电荷可以表示为Syn等，而由物体39在反电极6上感应的静电荷可以表示为SCE。总静电荷QES可以近似为：
当在公共电极5和感测电极xm、yn之间感应压电材料层7的极化P时，感测电极xm、yn上感应的电荷具有与公共电极6上感应的电荷相反的极性。换言之，到物体39的外部耦合在系统地或共模电压和所有电极xm、yn、6的整体装配之间引起电荷流动，而相反，压电材料层7的极化P引起电荷在反电极6和感测电极xm、yn之间流动。
这样做的一个结果是，由压电材料层7的极化P引起的电荷预计总和为零，至少在测量误差范围内。例如，如果由压电材料层7的极化P在M个第二感测电极xm中的第m个上感应的压电电荷被表示为Fxm等，由压电材料层7的极化P在N个第一感测电极yn中的第n个上感应的压电电荷被表示为Fyn等，并且由压电材料层7的极化P在反电极6上感应的压电电荷被表示为FCE，则总感应压电电荷QPT可以近似为：
还可以注意到，在反电极6上感应的压电电荷FCE可以提供施加到触摸面板1的总力的良好测量。
特别参考图24，在M个第二感测电极xm、11中的第m个上感应的总电荷可以写成：
Qxm＝Sxm+Fxm (17)
类似地，在N个第一感测电极yn、5中的第n个上感应的电荷可以写成：
Qyn＝Syn+Fyn (18)
并且在反电极6上感应的电荷可以写成：
QCE＝SCE+FCE (19)
为了生成外部干扰信号26，在所有感测电极xm、yn上测量的电荷Qxm、Qyn与在公共电极6上测量的电荷SCE相加，以产生：
其中，Qext是由公共电极5和所有感测电极xm、yn测量的所有电荷的总和。外部干扰信号可以对应于和Qex或与和Qext相关。参考等式(15)和(16)，在理想条件下，等式(20)的第一括号项等于总静电荷QES，等式(20)的第二括号项等于零。在实际的非理想条件下，外部干扰信号仍可能接近总静电荷QES：
实际上，电荷Qxm、Qyn、QCE可以使用电荷放大器40来检测，例如，包含到第一电路和第二电路14、15中。对应于M个第二感测电极xm、11中的第m个的电压输出可以表示为Vxm，并且与Qxm相关等。尽管图24示出了连接到每个电极5、6、11的单个电荷放大器40，但情况不必如此。例如，两个或多个相邻的第一感测电极5可以连接到单个电荷放大器40，对于第二感测电极11来说也是类似的。此外，除了连接到电荷放大器40之外，每个电极5、6、11可以连接到额外的处理电路(未示出)。
通常，电荷放大器40将对输入电流进行积分。例如，如果在M个第二感测电极xm中的第m个上的电流是Ixm，则在理想条件下，在时间t的M个第二感测电极xm中的第m个上的电压Vxm可以表示为：
其中，Gxm是连接到M个第二感测电极xm的M个电荷放大器40中的第m个的增益，τ是积分变量。类似地，在第N个第一感测电极yn中的第n个上的电压Vyn可以表示为：
其中，Gyn是连接到第一感测电极yn的N个电荷放大器40中的第n个的增益，Iyn是N个第一感测电极yn中的第n个上的电流，τ是积分变量。类似地，公共电极6上的电压VCE可以表示为：
其中，GCE是连接到公共电极6的电荷放大器40的增益，ICE是公共电极6上的电流，τ是积分变量。外部干扰信号在这种情况下表示为Vext，然后可以近似为所有电荷放大器40信号的和：
如果增益基本相等，使得Gxm≈Gyn≈GCE≈G，则根据电压Vext的外部干扰信号26可以表示为根据电荷Qext的外部干扰信号26的简单倍数，即Vext≈G.Qext。然而，实际上，电荷放大器40增益Gxm、Gyn、GCE将不正好相同。此外，除了电压输出中的低频和DC分量随时间的衰减(有时称为“滚降”)之外，每个电荷放大器40实际上将经历DC偏移和漂移。
因此，实际上，外部干扰信号26、Vext可以被视为对应于干扰源Vint引起的电荷QES的测量值加上噪声项：
其中，GT是与电荷放大器40的总增益相关的常数，ε是表示由上述各种源产生的瞬时误差或噪声的项。噪声项ε被认为主要由由于单独的电荷放大器40增益Gxm、Gyn、GCE中的轻微不平衡而没有抵消的压力信号19、22的剩余分量组成。虽然可以校准常数GT的值，但这是不必要的。所需要的只是确定合适的阈值Vthresh，超过该阈值，可以可靠地确定外部干扰信号26、Vext正在检测干扰源Vint的影响。
例如，触摸面板1可以放置在屏蔽容器中，并且使用非导电触针或类似物体39施加一定范围的输入力。在这种情况下，总的外部感应电荷QES应该近似为零，这样等式(26)可以简化为：
Vext≈ε (27)
在记录适当长度的信号之后，跨越适当范围的作用力，例如，在0.5N和10N之间，可以基于测量值ε确定适当的阈值Vthresh。阈值Vthresh可以设置为记录的ε的最大绝对值的倍数。例如，Vthresh＝1.5×max(|ε|)或者Vthresh＝2×max(|ε|)等。
或者，可以基于测量值ε计算标准误差σε，并且阈值电压Vthresh可以设置为标准误差σε的倍数。例如，Vthresh＝3×σε或Vthresh＝5×σε。
随后，确定哪些力值23(如果有的话)受到与外部电场的耦合的影响可以包括控制器15或后处理模块16获得外部干扰信号Vext并将其与预先校准的阈值Vthresh进行比较。如果外部干扰信号Vext的幅度小于阈值Vthresh，即|Vext|<Vthresh，则压电压力信号19、22和相应的力值23不大可能受到外部干扰源Vint的显著影响。
然而，如果外部干扰信号Vext的幅度大于或等于阈值Vthresh，即|Vext|≥Vthresh，则压电压力信号19、22和相应的力值23可能受到外部干扰源Vint的影响。在这种情况下，指示24可以包括干扰标志Intflag，该干扰标志被设置为合适的值，例如，“真”、统一等。
干扰标记Intflag可以以多种不同的方式用于确定或有助于确定哪些力值23(如果有的话)应该被标记为排除力值23b。
在一个示例中，干扰标志Intflag可以与对应于一个或多个用户交互的位置数据27结合使用，以简单地将对应于距用户交互位置预定距离内的物理位置xm，yn的所有力值23指定为排除力值23b。可以使用第一压力信号19来确定用户交互的位置数据27。然而，通过使用电容信号20(如果这些信号可用)，独立于压力信号19、22来确定用户交互的位置数据27可能是有利的。这种方法是有效的，因为与用户手指或类似物体39的耦合通常比压电材料层7的变形更局部化。
在另一示例中，干扰标志Intflag可以与值阈值、空间梯度阈值和/或时间梯度阈值中的一个或多个结合使用。例如，当未设置干扰标志Intflag时，可以将力值23与第一值阈值进行比较，并且当设置干扰标志Intflag时，可以将力值23与较低的第二值阈值进行比较。以这种方式，当外部干扰信号Vext指示不希望耦合到外部电场的概率高时，可以应用较低的阈值。类似的双阈值也可以用于空间和/或时间梯度阈值。
将特定力值23指定为排除力值23b可以取决于同时超过多个阈值。例如，如果同时超过值阈值、空间梯度阈值和时间梯度阈值中的两个，则可以排除力值23。在另一示例中，如果在干扰标志Intflag被设置为真、统一等值的同时超过了值阈值、空间梯度阈值和时间梯度阈值中的任何一个，则可以排除力值23。
修改
应当理解，可以对上文描述的实施例进行许多修改。这种修改可以包括在压电压力感测触摸面板、电容触摸面板或压电压力和电容组合触摸面板的设计、制造和使用中已知的等同和其他特征，并且可以代替或附加于本文已经描述的特征，使用这些特征。一个实施例的特征可以被另一实施例的特征替代或补充。
在前面的示例中，估计力值Fest(x'm)、Fest(y'n)的内插已经被描述为在x和y方向上是独立的。然而，在一些实现方式中，二维内插可以使用内插表面来确定估计力值Fest(x'm，y'n)。例如，通过应用拉格朗日内插的二维形式。
尽管权利要求在本申请中已经表述为特征的特定组合，但是应当理解，本发明的公开范围还包括在本文中明确或隐含公开的任何新颖特征或特征的任何新颖组合或其任何概括，无论其是否与当前在任何权利要求中要求保护的相同发明相关，也无论其是否减轻了与本发明相同的任何或所有技术问题。申请人在此发出通知，在执行本申请或由此衍生的任何进一步申请的过程中，新的权利要求可以表述为这些特征和/或这些特征的组合。

Claims (21)

1.一种压电传感器力值处理方法，包括：
从触摸面板接收对应于多个压电传感器的力值，每个压电传感器对应于所述触摸面板上的物理位置；
如果所述力值中有力值受到与外部电场的耦合的影响的话，接收所述力值中哪些力值受到与所述外部电场的耦合的影响的标识；
响应于一个或多个力值被标识为受到与所述外部电场的耦合的影响，将相应的力值设置为排除力值，并将剩余的力值设置为有效力值；
基于所述有效力值，内插和/或外推一个或多个重构力值，所述一个或多个重构力值与相应的排除力值对应相同的物理位置。
2.根据权利要求1所述的压电传感器力值处理方法，其中，内插和/或外推一个或多个重构力值包括基于所述有效力值和相应的物理位置执行多项式内插。
3.根据权利要求2所述的压电传感器力值处理方法，其中，内插和/或外推一个或多个重构力值包括：
确定一组内插位置，所述内插位置的数量等于接收到的力值的数量，其中，朝向所述触摸面板的边缘，所述内插位置较所述物理位置具有更高的空间密度；
通过从接近或跨越所述内插位置的两个或多个物理位置内插或外推所述有效力值，来确定所述内插位置中的一些或所有内插位置的估计力值；
使用所述估计力值和相应的内插位置执行多项式内插；
使用聚合插值，确定所述一个或多个重构力值。
4.根据权利要求3所述的压电传感器力值处理方法，其中，确定所述内插位置中的一些或所有内插位置的估计力值包括确定每个内插位置的估计力值。
5.根据权利要求3所述的压电传感器力值处理方法，其中，确定所述内插位置中的一些或所有内插位置的估计力值包括：
确定由一对相邻物理位置跨越的每个内插位置的估计力值，所述一对相邻物理位置两者对应于有效力值；并且
确定在对应于有效力值的物理位置的预定距离内的每个内插位置的估计力值。
6.根据权利要求3所述的压电传感器力值处理方法，其中，确定所述内插位置中的一些或所有内插位置的估计力值包括：
确定对应于有效力值的每个内插位置的估计力值。
7.根据权利要求3所述的压电传感器力值处理方法，还包括接收对应于坐标的一个或多个触摸位置，用户在所述坐标处与所述触摸面板交互。
8.根据权利要求7所述的压电传感器力值处理方法，其中：
响应于触摸位置位于距触摸面板边缘的预定距离处或小于预定距离，确定每个内插位置的估计力值；
响应于触摸位置比距所述触摸面板边缘的预定距离更远，执行以下步骤：
确定由一对相邻物理位置跨越的每个内插位置的估计力值，所述一对相邻物理位置两者对应于有效力值，并且确定在对应于有效力值的物理位置的预定距离内的每个内插位置的估计力值；或
确定对应于有效力值的每个内插位置的估计力值。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的压电传感器力值处理方法，其中，每个估计力值通过以下方式确定：
a)基于对应于有效力值的第一物理位置和第二物理位置，执行线性内插，所述第二物理位置是所述第一物理位置之前的最近物理位置并且对应于有效力值；或者
b)基于所述第一物理位置和第三物理位置，执行线性内插，所述第三物理位置是所述第一物理位置之后最近的物理位置并且对应于有效力值；
其中，所述第一物理位置是对应于所述内插位置或最接近所述内插位置的有效力值的物理位置；
其中，依据针对所述第一物理位置和所述第二物理位置计算的成本函数与针对所述第一物理位置和所述第三物理位置计算的成本函数的比较，来进行步骤a)或b)的选择。
10.根据权利要求3至8中任一项所述的压电传感器力值处理方法，其中，第一物理位置是对应于内插位置或最接近内插位置的有效力值的物理位置，并且其中，每个估计力值通过以下方式确定：
a)基于在任何方向上最接近所述第一物理位置的第一对物理位置，执行线性内插；或者
b)基于第二对物理位置执行线性内插，所述第二对物理位置对应于与紧邻所述第一物理位置之前的有效压力值对应的物理位置以及与紧邻所述第一物理位置之后的有效压力值对应的物理位置；
其中，依据针对所述第一对物理位置计算的成本函数与针对所述第二对物理位置计算的成本函数的比较，来进行步骤a)或b)的选择。
11.根据权利要求1所述的压电传感器力值处理方法，其中，内插和/或外推一个或多个重构力值包括用力值模型拟合有效力值和相应的物理位置。
12.根据权利要求1所述的压电传感器力值处理方法，其中，内插和/或外推一个或多个重构力值包括确定穿过所述有效力值中的每个有效力值和相应物理位置的样条内插。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的压电传感器力值处理方法，其中，接收标识包括：如果所述力值中有力值受到与所述外部电场的耦合的影响的话，确定哪些力值受到与外部电场的耦合的影响。
14.根据权利要求13所述的压电传感器力值处理方法，其中，如果所述力值中有力值受到与所述外部电场的耦合的影响的话，确定哪些力值受到与所述外部电场的耦合的影响包括：对于每个力值，如果力值超过预定值阈值，则将该力值标记为受到与外部电场的耦合的影响。
15.根据权利要求13所述的压电传感器力值处理方法，其中，如果所述力值中有力值受到与所述外部电场的耦合的影响的话，确定哪些力值受到与所述外部电场的耦合的影响包括：
基于多个力值和相应的物理位置，计算对应于每个力值的空间梯度；并且
对于每个力值，响应于相应的空间梯度超过预定的空间梯度阈值，将该力值标记为受到与所述外部电场的耦合的影响。
16.根据权利要求13所述的压电传感器力值处理方法，其中，如果所述力值中有力值受到与外部电场的耦合的影响的话，确定哪些力值受到与所述外部电场的耦合的影响包括：
基于当前测量的力值和存储先前测量的力值的缓冲器，计算对应于每个力值的时间梯度；并且
对于每个力值，响应于相应的时间梯度超过预定的时间梯度阈值，将该力值标记为受到与所述外部电场的耦合的影响。
17.根据权利要求13所述的压电传感器力值处理方法，其中，所述多个压电传感器包括设置在多个感测电极和至少一个公共电极之间的压电材料层，每个压电传感器由感测电极和公共电极形成；
所述方法还包括接收外部干扰信号，所述外部干扰信号是从所有感测电极以及所述至少一个公共电极接收的信号之和；
其中，如果所述力值中有力值受到与所述外部电场的耦合的影响的话，确定哪些力值受到与外部电场的耦合的影响包括：将所述外部干扰信号与预定的外部干扰阈值进行比较。
18.一种存储有计算机程序的非暂时性计算机存储介质，所述计算机程序包括用于使数据处理设备执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法的指令。
19.一种被配置为执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法的设备。
20.一种压电传感器力值处理设备，其被配置为：
接收对应于多个压电传感器的力值，每个压电传感器对应于触摸面板上的物理位置；
如果所述力值中有力值受到与外部电场的耦合的影响的话，接收哪些力值受到与外部电场的耦合的影响的标识；
响应于一个或多个力值被标识为受到与外部电场的耦合的影响，将相应的力值设置为排除力值，并将剩余的力值设置为有效力值；
基于所述有效力值，内插和/或外推一个或多个重构力值，所述一个或多个重构力值与相应的排除力值对应相同的物理位置。
21.一种包括触摸面板的系统，所述触摸面板包括多个压电传感器，所述系统还包括：
根据权利要求19或20所述的压电传感器力值处理设备。
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