CN111414075A - 力敏感输入装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开力敏感输入装置和方法。一种力敏感输入装置可包含按钮、模拟传感器和电路。所述按钮可沿着第一轴线在第一和第二端部位置之间移动且朝向所述第一端部位置偏置。所述模拟传感器可输出作为所述按钮沿着所述第一轴线从所述第一端部位置的移位的函数的模拟信号。所述电路可响应于所述模拟信号产生模拟输入数据和数字输入数据两者。所述模拟输入数据可包含与所述按钮的所述移位单调地相关的值的范围，且所述数字输入数据可包含第一和第二二进制值。

Description

力敏感输入装置和方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2019年1月4日提交的第62/788,486号美国临时专利申请的权益，所述美国临时专利申请的整个公开内容以引用的方式并入本文中。本申请还与第8,717,202号和第8,922,399号美国专利相关，所述美国专利的整个公开内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开大体涉及输入装置和方法，且更确切地说涉及力敏感输入装置和方法。
背景技术
在与计算装置介接的过程中使用的一个常见输入装置是数字开关或按钮。数字开关通常包含物理电接触件，其被设计成在开关激活时呈现低电阻，且在开关未激活时呈现断路。此类开关通常具有二进制输出(例如，开或关，高或低)。具有不同行为的许多类型的物理机制可用于数字开关。举例来说，摇臂开关、双态切换开关、触觉开关和滑动开关都是采取离散开值或关值的开关的实例。一些数字开关可通过连接三个或三个以上接触件的某一组合来表示两个以上值(例如，经由多个位置)。然而，所有这些开关具有明显的局限性：仅能够采取离散数目的位置且因此仅能够表示一组有限的可能用户意图。
还可在与计算装置介接的过程中使用模拟传感器来实现沿着连续用户意图的较大粒度。因为模拟传感器通常测量可在用户的控制下连续变化的物理行为或现象，所以其通常具有连续的输出值范围。模拟传感器的一个实例为电位计(即，可变电阻器)，其耦合到由用户操控的滑块或旋钮。用户可调整滑块或旋钮来设定沿着连续值的电位计的电阻，且此电阻可由适当电路测量。例如基于可变电阻器的模拟传感器等先前模拟传感器归因于所使用的测量方法和/或所利用材料所需的松弛时间而具有较差响应时间。先前模拟传感器还提供较差触感或触觉响应，这些较差触感或触觉响应不能向用户反馈传感器的性能或保证输入将是用户预期的输入。
当在输入装置中使用时，传感器必须适配特定应用所需的形状因数。用于与计算装置介接的一个常见形状因数为键开关(keyswitch)(“键(key)”)，其已经在个人计算机键盘、游戏控制器、计算机数值控制(CNC)工业设备(例如，车床、锯子、铣床等)的控制面板和其它计算装置中使用。键通常包含弹性组件(例如，金属线圈弹簧、橡胶按键等)，其在用户不与键交互时使键帽返回到回归状态。对于许多模拟传感器，将用于测量主体物理行为或现象的额外电路并入到标准键的形状因数中是不可行的。举例来说，在利用电位计(如上文所描述)的模拟传感器中，电位计不能适配在标准键的形状因数内。
用作输入装置的游戏控制器常常用于控制电子游戏(例如，计算机游戏)中的角色的移动和/或动作。游戏控制器通常包含若干数字开关或按钮。如上文所描述，此类游戏控制器的数字按钮通常具有二进制输出，其导致角色以恒定速度移动或完全不移动。虽然使用四个数字按钮(例如，向上、向下、向左和向右按钮)来控制角色可产生精确的移动方向，但移动的量值或速度是固定的。一些游戏控制器还包含模拟操纵杆来允许对角色移动和/或动作的较大粒度控制。通常，游戏控制器中的模拟传感器确定操纵杆沿着x轴和y轴两者(同时)从中心位置移位多远。因此，与数字按钮相比，模拟操纵杆能够控制角色在任何方向上(即，360度)以及不同量值处(基于操纵杆从中心位置移动多远)的移动。然而，不同于数字按钮，用户不能够以模拟操纵杆精确地控制角色移动的方向(例如，恰好处于90度)。
发明内容
根据本公开的一个方面，一种力敏感输入装置可包括按钮、模拟传感器和电路。所述按钮可沿着第一轴线在第一和第二端部位置之间移动且朝向第一端部位置偏置。模拟传感器可输出作为按钮沿着第一轴线从第一端部位置的移位的函数的模拟信号。电路可响应于模拟信号产生模拟输入数据和数字输入数据两者。模拟输入数据可包含与按钮的移位单调地相关的值的范围，且数字输入数据可包含第一和第二二进制值。
在一些实施例中，电路可输出模拟输入数据和数字输入数据两者、仅模拟输入数据，或仅数字输入数据。
在至少一个实施例中，第一二进制值可表示按钮的移位小于阈值移位，且阈值移位可对应于定位于第一和第二端部位置之间的阈值位置。第二二进制值可表示按钮的移位等于或大于阈值移位。
在一些实施例中，模拟输入数据的最小值可表示按钮处于第一端部位置，且模拟输入数据的最大值可表示按钮处于第二端部位置。
在一些实施例中，模拟输入数据的最小值可表示按钮处于第一端部位置，且模拟输入数据的最大值可表示按钮处于阈值位置。
在至少一个实施例中，阈值移位可重新配置到按钮的任何选定移位。
在一些实施例中，与第一端部位置相比，阈值位置可更接近第二端部位置。
根据本公开的另一方面，一种使用力敏感输入装置的方法可包括使用模拟传感器输出作为按钮沿着第一轴线从第一端部位置的移位的函数的模拟信号。所述方法可进一步包括响应于模拟信号产生模拟输入数据和数字输入数据两者。模拟输入数据可包含与按钮的移位单调地相关的值的范围，且数字输入数据可包含第一和第二二进制值。力敏感输入装置可包括按钮，所述按钮可沿着第一轴线在第一和第二端部位置之间移动且朝向第一端部位置偏置。
在一些实施例中，所述方法可进一步包括配置力敏感输入装置以输出以下中的一个：(i)模拟输入数据和数字输入数据两者，(ii)仅模拟输入数据，或(iii)仅数字输入数据。
在至少一个实施例中，第一二进制值可表示按钮的移位小于阈值移位，且阈值移位可对应于定位于第一和第二端部位置之间的阈值位置。第二二进制值可表示按钮的移位等于或大于阈值移位。
在一些实施例中，模拟输入数据的最小值可表示按钮处于第一端部位置，且模拟输入数据的最大值可表示按钮处于第二端部位置。
在至少一个实施例中，模拟输入数据的最小值可表示按钮处于第一端部位置，且模拟输入数据的最大值可表示按钮处于阈值位置。
在一些实施例中，与第一端部位置相比，阈值位置可更接近第二端部位置。
在至少一个实施例中，所述方法可进一步包括基于用户设定调整阈值移位。
根据本公开的又一方面，一种力敏感输入装置可包括按钮、模拟传感器和电路。所述按钮可沿着第一轴线在第一和第二端部位置之间移动且朝向第一端部位置偏置。模拟传感器可输出作为按钮沿着第一轴线从第一端部位置的移位的函数的模拟信号。所述电路可使用使模拟信号的值与按钮沿着第一轴线的位置相关联的所存储校准数据响应于模拟信号产生输入数据。所述电路还可执行自动校准程序，所述自动校准程序包括以模拟信号的至少一个取样值更新所存储校准数据。
在一些实施例中，自动校准程序可包括，当模拟信号的取样值大于所存储校准数据中的与第二端部位置相关联的所存储值时，通过用所述取样值替换与第二端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。
在至少一个实施例中，自动校准程序可包括，当模拟信号的取样值小于所存储校准数据中的与第一端部位置相关联的所存储值时，通过用取样值替换与第一端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。
在一些实施例中，自动校准程序可包括在第一校准时间周期期间重复地对模拟信号进行取样，以及通过用第一校准时间周期期间取样的模拟信号的最高值替换所存储校准数据中的与第二端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。
在至少一个实施例中，第一校准时间周期可以是在此期间激活按钮的机械开关的时间周期。
在一些实施例中，自动校准程序可包括在第二校准时间周期期间重复地对模拟信号进行取样，以及通过用第二校准时间周期期间取样的模拟信号的最低值替换所存储校准数据中的与第一端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。
在至少一个实施例中，第二校准时间周期可以是在此期间未激活按钮的机械开关的时间周期。
根据本公开的再一方面，一种使用力敏感输入装置的方法可包括使用模拟传感器输出作为按钮沿着第一轴线从第一端部位置的移位的函数的模拟信号。所述方法可进一步包括使用使模拟信号的值与按钮沿着第一轴线的位置相关联的所存储校准数据响应于模拟信号的取样值产生输入数据。所述方法可进一步包括自动校准力敏感输入装置。所述自动校准可包括以模拟信号的至少一个取样值更新所存储校准数据。力敏感输入装置可包括按钮，所述按钮可沿着第一轴线在第一和第二端部位置之间移动且朝向第一端部位置偏置。
在一些实施例中，自动校准可包括，当模拟信号的取样值大于所存储校准数据中的与第二端部位置相关联的所存储值时，通过用所述取样值替换与第二端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。
在至少一个实施例中，自动校准可包括，当模拟信号的取样值小于所存储校准数据中的与第一端部位置相关联的所存储值时，通过用所述取样值替换与第一端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。
在一些实施例中，自动校准可包括在校准时间周期期间重复地对模拟信号进行取样，在所述校准时间周期期间，激活按钮的机械开关。自动校准可进一步包括通过用校准时间周期期间取样的模拟信号的最高值替换所存储校准数据中的与第二端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。
在至少一个实施例中，自动校准可包括在校准时间周期期间重复地对模拟信号进行取样，在所述校准时间周期期间，未激活按钮的机械开关。自动校准可进一步包括通过用校准时间周期期间取样的模拟信号的最低值替换所存储校准数据中的与第一端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。
附图说明
通过实例而非限制在随附图式中示出本公开中所描述的概念。为简单和清晰说明起见，图中所示出的元件未必按比例绘制。例如，为清楚起见，可能相对于其它元件夸示一些元件的尺寸。此外，在适当时，已经在各图之间重复相同参考标记或类似参考标记(例如，以相同的两个数位结束的参考标记)以指示相应或类似的元件。详细描述具体参考附图，在附图中：
图1是力敏感输入装置的一个说明性实施例的横截面图；
图2是组合式模拟/数字输入键(移除了键帽)的一个实施例的图式，其示出沿着键击的第一数字激活点和沿着键击的第一模拟输入范围；
图3是组合式模拟/数字输入键(移除了键帽)的另一实施例的图式，其示出沿着键击的第二数字激活点和沿着键击的第一模拟输入范围；
图4是组合式模拟/数字输入键(移除了键帽)的又一实施例的图式，其示出沿着键击的第二数字激活点和沿着键击的第二模拟输入范围；
图5是包含若干力敏感输入键和若干二进制输入键的输入装置的一个说明性实施例的透视图；
图6是图5的输入装置的若干组件的部分分解透视图；
图7是可用于图5的输入装置中的力敏感输入键的另一说明性实施例的横截面图；
图8是展示力敏感输入方法的一个说明性实施例的简化流程图；
图9是示出可通过当前公开的装置和方法自动补偿的各种校准情境的简化曲线图；以及
图10是展示力敏感输入方法的另一说明性实施例的简化流程图。
具体实施方式
虽然本公开的概念容许各种修改及替代形式，但其特定示范性实施例已在图式中通过实例展示，且本文中将予以详细描述。然而，应理解，不希望将本公开的概念限于所公开的特定形式，而是相反地，意图是涵盖落在如由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。
在以下描述中，阐述例如电路组件的类型和相互关系等许多特定细节以提供对本公开的更详尽理解。然而，所属领域的技术人员应了解，本公开的实施例可在没有此些特定细节的情况下实践。在其它例项中，未详细展示(或未在每一例项中标记)各种电路组件以免使本发明模糊不清。所属领域的一般技术人员利用所包含的描述将能够在无不当实验的情况下实施适当功能性。
在说明书中提及“一个实施例”、“实施例”、“说明性实施例”等等指示所描述的至少一个实施例可包含特定特征、结构或特性，但并非每一实施例必定包含所述特定特征、结构或特性。此外，此些词组未必是指同一实施例。另外，当结合实施例来描述特定特征、结构或特性时，应理解，无论是否予以明确描述，结合其它实施例来实现此特征、结构或特性均在所属领域的技术人员的知识范围内。
参看图1-10，展示组合式模拟/数字输入键10的各种实施例。图1-10中的每一个中的组合式模拟/数字输入键10展示为无键帽134，键帽134通常耦合到柱塞12、136且由用户按下来激活键10。当键帽134由用户按下时，柱塞12能够向下行进经过距离H。定位在壳体18内部的弹性组件14(其可以是弹簧、弹性部件等)朝向图1-7中示出的柱塞12的最上位置偏置柱塞12。在其它实施例中，弹性组件14可能朝向最下位置偏置柱塞12。
在说明性实施例中，组合式模拟/数字输入键10利用模拟传感器16(例如，反射传感器、电容传感器等)来获得柱塞12沿着其行进轴线移动的模拟测量值(经过距离H)。由模拟传感器16输出的信号是柱塞12已沿着距离H移动多远(即，用户已按下键多远)的函数。与输入键10相关联的电路17可接收模拟传感器信号，且使其值与柱塞12行进的距离相关，其可表达为距离H的百分比。电路17接着可产生模拟输入数据和数字输入数据，其可输出到例如计算机硬件的驱动器软件等单独电路组合件。
现在参看图1，以横截面展示力敏感输入键10的一个说明性实施例。在至少一个实施例中，输入键10可通常包含柱塞12、弹性组件14、模拟传感器16和壳体18。在例如图1中展示的一些实施例中，壳体18的底侧可打开，从而允许输入键10固定到例如印刷电路板(PCB)20等支撑表面。预期在其它实施例中，输入键10可含有除图1所示组件以外的额外组件或与之不同的组件。如本文中所使用，术语“柱塞”还可指代力敏感输入键的“按钮”，且词组“力敏感输入键”还可指代“力敏感输入装置”。
输入键10的柱塞12包含表面22，其穿过壳体18暴露且被设计成由用户按压或附接到键帽134，如下文将更详细地论述。柱塞12可相对于壳体18沿着轴线24在两个端部位置之间移动。柱塞12在图1中示出为处于顶端位置。当按钮的表面22由用户按压时，柱塞12可沿着轴线24移动(图1中向下)直至柱塞12到达底端位置。在说明性实施例中，当柱塞12处于底端位置时，柱塞12的底部表面26将接近PCB 20。因为柱塞12为模拟机构，所以柱塞12可定位在顶端和底端位置之间的无穷大数目的位置处。
在一些实施例中，确切地说在其中模拟传感器16包含反射传感器的那些实施例中，柱塞12可包含部分或完全反射一些或所有类型的光的反射表面28。在说明性实施例中，反射表面28朝向模拟传感器16反射光使得模拟传感器16输出作为施加到柱塞12的力和/或柱塞12沿着第一轴线24的移位的函数的模拟信号。预期在其中模拟传感器16包含除反射传感器以外的一或多个传感器的其它实施例中，由模拟传感器16输出的模拟信号仍是施加到柱塞12的力和/或柱塞12沿着第一轴线的移位的函数。
在说明性实施例中，柱塞12的反射表面28可反射特定波长或特定光谱的波长的光。在说明性实施例中，反射表面28是柱塞12的表面(即，反射表面28与柱塞12一体地形成)。在其它实施例中，反射表面28可在柱塞12已形成之后耦合到柱塞12。借助于实例，反射表面28可作为反射涂层施加到柱塞12的表面。
输入键10的弹性组件14朝向顶端位置偏置柱塞12。如图1中所展示，弹性组件14说明性地体现为金属线圈弹簧14。弹簧14的一端与柱塞12接合，而弹簧14的另一端与PCB 20接合。在图1的说明性实施例中，弹簧14具有大体圆柱形形状，且柱塞12和PCB 20各自包含圆柱形特征，所述圆柱形特征接纳在弹簧14的一端内以维持与弹簧14的接合。弹簧14的弹性性质允许当用户将力施加到柱塞12时柱塞12沿着轴线24移动，但当用户不再施加力时致使柱塞12返回到图1中展示的顶端位置。柱塞12和弹簧14的此配置提供触觉反馈，所述触觉反馈允许用户感觉到用户正施加到柱塞12的输入(即，力)的量。此外，弹簧14可设计有需要极少松弛时间的快速稳健响应。应了解，在其它实施例中，弹性组件14可以是允许柱塞12沿着轴线24移动但朝向顶端位置(例如，橡胶按键)偏置柱塞12的任何类型的组件。
在至少一个实施例中，确切地说在其中模拟传感器16包含反射传感器的实施例中，输入键10的模拟传感器16被配置成发射照射在反射表面28上的光。照射在反射表面28上的光的量将朝向模拟传感器16反射回去，且将由模拟传感器16测量。如图1中所示，从模拟传感器16发射的被反射表面28反射且接着返回到模拟传感器16的光大体沿着平行于轴线24的轴线30行进。在说明性实施例中，反射表面28大体垂直于轴线30。随着柱塞12沿着轴线24移动(例如，当用户将力施加到柱塞12时)，柱塞12的反射表面28将沿着轴线30移动。
随着模拟传感器16和柱塞12的反射表面28之间的距离改变，从反射表面28反射回到模拟传感器16的光的量也将改变(例如，当反射表面28和模拟传感器16相隔较远时，将发生较多散射，且较少光将返回到模拟传感器16)。确切地说，从反射表面28反射的光的量与柱塞12从顶端位置的移位(即，柱塞12沿着轴线24行进的距离，其也是反射表面28沿着轴线30行进的距离)单调地相关。如此，通过测量从反射表面28反射的光的量，模拟传感器16能够间接测量模拟传感器16和柱塞12的反射表面28之间的距离。
模拟传感器16对从反射表面28反射的光的量的测量不仅与模拟传感器16和反射表面28之间的距离相关，而且(由于弹簧14的缘故)与用户施加到柱塞12的力相关。输入键10中使用的弹簧14(或其它弹性组件14)的特定性质将产生施加到柱塞12的力的量和弹簧14允许柱塞12的移位之间的特定关系。在说明性实施例中，弹簧14被配置成允许柱塞12从顶端位置的移位与施加到柱塞12的力成比例。因为柱塞12的移位与所施加的力成比例，且从反射表面28反射的光的量与柱塞12的移位单调地相关，所以从反射表面28反射的光的量还与施加到柱塞12的力单调地相关。如此，通过测量从反射表面28反射的光的量，模拟传感器16还能够间接测量由用户施加到柱塞12的力。
在说明性实施例中，模拟传感器16包含被配置成发射光的发光二极管(LED)，和被配置成接收和测量从反射表面28反射的光的量的光电晶体管。确切地说，模拟传感器16说明性地体现为可购自加利福尼亚圣何塞(San Jose，California)的Fairchild半导体公司的QRE1113微型反射对象传感器。如图1中所展示，模拟传感器16可焊接到PCB 20，其中LED和光电晶体管朝向反射表面28。当被激励时，模拟传感器16的LED朝向反射表面28发射红外光。从反射表面28返回到模拟传感器16的红外光照射在光电晶体管上。在说明性实施例中，模拟传感器16的光电晶体管为具有光敏底座的双极结晶体管(BJT)。
如此，光电晶体管将输出(例如，不同电压的)模拟信号，其是从反射表面28反射回到模拟传感器16的光的量的函数。此模拟信号可经处理以确定施加到柱塞12的力以及柱塞12的移位，如下文进一步描述。预期在其它实施例中，模拟传感器16可具有包含不同光源、光传感器和/或不同类型的传感器的其它配置。
壳体18可具有用于支撑输入键10的组件的任何合适的形状。在说明性实施例中，壳体18在壳体18的内部部分中限定腔室32。如图1中所示，模拟传感器16安置于腔室32中。柱塞12的一部分也安置于腔室32中。确切地说，柱塞12的反射表面28安置于腔室32中。在说明性实施例中，壳体18由不透明材料形成，使得由模拟传感器16发射的光不通过壳体18。不透明壳体18还防止外部光照射在模拟传感器16上及被模拟传感器16测得。
在说明性实施例中，输入键10可在模拟模式、数字模式和组合模拟/数字模式中运作。在模拟模式和数字模式两者中，与输入键10相关联的电路17可接收模拟传感器信号，且使其值与柱塞12行进的距离相关，其在一些实施例中可表达为距离H的百分比。在模拟模式中，在接收模拟传感器信号之后，电路17接着可产生模拟输入数据(即，表示模拟输入的数据)，所述模拟输入数据可由电路17输出。在数字模式中，在接收模拟传感器信号之后，电路17接着可产生数字输入数据(即，表示数字输入的数据)，所述数字输入数据可由电路17输出。在组合模拟/数字模式中，电路17可响应于模拟传感器信号产生(和输出)模拟输入数据和数字输入数据两者。
在至少一个实施例中，每一组合式模拟/数字输入键10的柱塞12、弹性组件14和壳体18说明性地体现为可购自威斯康星普莱森特普雷里(Pleasant Prairie，Wisconsin)的Cherry公司的MX系列桌上型构型0.60英寸键开关，如图2-4中所展示。在此说明性实施例中，距离H为约4毫米，但其它尺寸的输入键10具有柱塞12的不同的可能按下距离。
在说明性实施例中，在模拟模式中，由与输入键10相关联的电路17产生的模拟输入数据可采取表示柱塞12已从其最上静止位置移位的距离的值的范围。举例来说，在一个实施例中，模拟输入数据可以是0到100范围内的整数(即，1、2、3、...、98、99、100)，其中所述整数表示柱塞12行进的距离H的百分比。在其它实施例中，模拟输入数据可以是表示柱塞12行进的距离H的百分比的小数。在此类实施例中，模拟输入数据的最小值表示柱塞12处于起始位置且尚未被用户按压。模拟输入数据的最大值表示柱塞12被用户完全按下。预期在利用其它类型的传感器的其它实施例中，模拟输入数据的最小值和最大值可表示柱塞12的其它位置。
在数字模式中，由与输入键10相关联的电路17产生的数字输入数据采取表示柱塞12是否已经按下至少阈值距离34的二进制值(例如，高或低，0或1)。举例来说，在一些实施例中，阈值距离34可设定为距离H的50％(例如，在说明性实施例中，可设定在2mm处)。在此类实施例中，当柱塞12尚未按下或仅已按下小于距离H的50％时，与输入键10相关联的电路17将在数字模式中时输出第一二进制值(例如，数字低或“0”)。在此实施例中，一旦柱塞12已按下距离H的至少50％(即，50-100％之间)，与输入键10相关联的电路17就将在数字模式中时输出第二二进制值(例如，数字高或“1”)。预期在利用其它类型的传感器的其它实施例中，数字输入数据的值可表示柱塞12的其它位置。
在一些实施例中，用户可能够在模拟模式和数字模式之间双态切换输入键10的功能性(例如，通过在包含输入键10的键盘上按压另一键或其它键的组合)。然而，以此方式双态切换输入键10的功能性对于用户来说并非始终是方便或直观的。举例来说，用户在参与由键盘控制的电子计算机游戏期间在模拟模式和数字模式之间切换可能是不便的，因为通常要求用户的手在整个游戏过程中保持在键盘的键的特定组合上。确切地说，在许多此类电子计算机游戏中，游戏内的快速事件要求用户在游戏的大部分时间期间保持他或她的四个左手手指在W、S、A和D键上。
相应地，输入键10还能够在组合模拟/数字模式中运作，其中与输入键10相关联的电路17同时向与包含输入键10的输入键相关联的软件或固件提供上文描述的两种输出(即，模拟输入数据和数字输入数据)。以此方式呈现模拟输入数据和数字输入数据两者对于特定软件的控制可能成问题，至少在数字输入数据的阈值距离34如图2中所示出维持在50％处的情况下是成问题的。
为了解决此问题，在一些实施例中，用于激活数字键按压的阈值距离34可调整到比50％高或低的值。举例来说，如图3所示，输入键10的数字输入数据的阈值距离34可设定成80％。应了解，在其它实施例中，阈值距离34可设定成其它值，例如50-100％之间的任何其它值。还预期，阈值距离34可设定成0-50％之间的值。在一些实施例中，阈值距离34可以是用户可配置的，使得其可调整到柱塞12的任何选定移位，从而允许用户针对不同应用重新配置输入键10。举例来说，外部软件或键盘上的单独的键可用以手动地设定柱塞12的阈值距离34。
在使用距离H的80％作为阈值距离34的实施例中，当柱塞12尚未按下或仅已按下小于距离H的80％时，与输入键10相关联的电路17将输出“0”作为数字输入数据。在此实施例中，一旦柱塞12已按下距离H的至少80％(即，80-100％之间)，则电路17将输出“1”作为数字输入数据。这允许距离H的较大部分用于模拟控制，同时仍保持输入键10的数字功能性。
在图4中示出的另一实施例中，输入键10的模拟信号可缩放到用于数字激活的阈值距离34以上的距离H的部分。此实施例的优点是，允许用户执行0-100％的完全模拟控制(以不针对所述模拟控制使用键击的完全距离H为代价)。如上所述，用于数字激活的阈值距离34可设定成51-100％之间的任何值，且在图4的实施例中说明性地设定成80％。阈值距离34还可设定成0-50％之间的值。在说明性实施例中，柱塞12移动经过距离H的初始80％与0-100％范围内的模拟输出相关，而柱塞按下到距离H的最终20％内的任何位置会激活数字输出。在此类实施例中，模拟输入数据的最小值表示柱塞12处于起始位置且尚未被用户按压。同样如此实施例中示出，模拟输入数据的最大值表示柱塞12到达阈值距离34的80％。预期在利用其它类型的传感器的其它实施例中，模拟输入数据的值可表示柱塞12的其它位置。
下表1包含用于从模拟传感器信号计算模拟输出的代码的一个说明性实施例，其中模拟输出的范围经缩放以仅涵盖距离H的一部分(从无移位到阈值距离34(表1中的*神奇点(magicpoint)*))。
Figure BDA0002357283220000111
下表2包含代码的一个说明性实施例，所述代码用于控制数字输出以当模拟传感器信号指示柱塞12已达到(或超出)阈值距离34时登记键击(“1”)，且一旦模拟传感器信号指示柱塞12在阈值距离34以上则返回到“0”。
Figure BDA0002357283220000112
现在参看图5和6，输入装置100的一个说明性实施例展示为游戏控制器或游戏板100。虽然本公开大体描述涉及电子游戏(例如，计算机游戏)的应用，但应了解，输入装置100的一或多个特征可有利地针对消费品、工业、医疗和其它电子器件的领域中的许多应用并入到输入键中。预期，类似于本文中所描述的输入键的输入键可用于将用户意图转化为任何类型的计算装置可翻译的形式，所述计算装置包含(但不限于)个人计算机、娱乐系统、工业计算系统、速记装置、医疗计算系统和其它计算装置。借助于实例，当根据本公开的输入键用于医疗应用(确切地说，放射成像)中时，由用户施加到输入键的力敏感输入键的力可控制计算机断层扫描系统在所显示切片之间多快地改变。
如图5中所展示，游戏板100包含若干力敏感输入键110和若干二进制输入键160。确切地说，游戏板100的说明性实施例包含布置在游戏板100的中心附近的六个力敏感输入键110，以及环绕力敏感输入键110的十六个二进制输入键160(图2中未标记所有二进制输入键160)。预期在其它实施例中，游戏板100可包含任何数目的力敏感输入键110和任何数目的二进制输入键160(包含无二进制输入键160)。如下文所描述，至少四个力敏感输入键110的布置对于特定应用可能是有利的。此应用可包含电子计算机游戏，其中传统计算机键盘上的相应W、S、A和D键被配置成力敏感输入键110。
游戏板100还包含覆盖物150以保护游戏板100的内部电子组件。游戏板100在图5中展示为移除了覆盖物150以暴露游戏板100的若干内部组件。预期在其它实施例中，游戏板100可含有除图5和6中示出的组件以外的组件或与之不同的组件。
除下文所说明的方面之外，游戏板100的力敏感输入键110中的每一个具有与上文(参考图1-4)描述的力敏感输入键10类似的配置和操作。在图5和6中展示的说明性实施例中，游戏板100的力敏感输入键110(和二进制输入键160)各自以标准键开关的形状因数体现。确切地说，每一力敏感输入键110的按钮112具有两部分构造，其包含被配置成由用户按压的键帽134和接合壳体118内的弹簧114的柱塞136。每一力敏感输入键110的壳体118、柱塞136和弹簧114说明性地体现为可购自威斯康星普莱森特普雷里的Cherry公司的MX系列桌上型构型0.60英寸键开关(具有线性致动)。每一二进制输入键160的按钮162具有类似的两部分构造，其包含键帽184和接合壳体168内的弹簧164的柱塞186。每一二进制输入键160的壳体168、柱塞186和弹簧164说明性地体现为同样可购自Cherry公司的MX系列桌上型构型0.60英寸键开关(具有压力点点击)。每一力敏感输入键110的壳体118和每一二进制输入键160的壳体168固定到PCB 120。
图6中已经移除大部分键帽134、184以暴露输入键110、160的壳体118、168和柱塞136、186。一个键帽134和一个键帽184在图6的部分分解视图中展示以分别指示其与柱塞136和柱塞186的关系。当键帽134耦合到柱塞136时，柱塞136支撑键帽134。当组装好时，键帽134和柱塞136一起沿着轴线124作为力敏感输入键110的按钮112移动。类似地，当键帽184耦合到柱塞186时，柱塞186支撑键帽184。当组装好时，键帽184和柱塞186一起沿着轴线174作为二进制输入键160的按钮162移动。
如图6中所展示，对于力敏感输入键110中的每一个，模拟传感器116定位在壳体118外部(而非壳体内，比如图1中展示的力敏感输入键10的说明性实施例)。确切地说，力敏感输入键110中的每一个的模拟传感器116在邻近于壳体118的位置中焊接到PCB 120。在至少一些实施例中，确切地说在其中模拟传感器116包含反射传感器的实施例中，力敏感输入键110中的每一个的键帽134包含反射表面128。如图6所示，反射表面128从键帽134朝外延伸到模拟传感器116上方。在说明性实施例中，反射表面128与键帽134一体地形成(即，反射表面128为键帽134的表面)。在其它实施例中，反射表面128可在键帽134已形成之后耦合到键帽134。随着按钮112(包含键帽134)沿着轴线124移动，反射表面128将沿着大体平行于轴线124的轴线移动。在说明性实施例中，反射表面128大体垂直于轴线124(和其行进轴线)。
类似于上文描述的力敏感输入键10，游戏板100的力敏感输入键110中的每一个被配置成输出模拟信号，所述模拟信号是施加到所述输入键110的力或所述输入键110行进的距离的函数。举例来说，在包含反射传感器的实施例中，每一力敏感输入键110的模拟传感器116将响应于测得的反射光的量产生模拟信号。如上文所描述，因为按钮112(包含键帽134和其反射表面128)的移位与施加到键帽134的力成比例，且从反射表面128反射的光的量与按钮112的移位单调地相关，所以从反射表面128反射的光的量还与施加到键帽134的力单调地相关。如此，通过测量从反射表面128反射的光的量，模拟传感器116还能够间接测量由用户施加的力。
由游戏板100的力敏感输入键110中的每一个输出的模拟信号发射到电路152，电路152被配置成产生表示由输入键110的每一按钮112行进的距离的模拟输入数据和数字输入数据两者。电路152还被配置成基于相应模拟信号确定施加到力敏感输入键110中的每一个的力。在说明性实施例中，游戏板100的电路152焊接到PCB 120。在其它实施例中，电路152可在游戏板100的外部。电路152说明性地体现为可购自加利福尼亚圣何塞的Atmel公司的具有16K字节的ISP快闪和USB控制器的ATmega16U4 8位AVR微控制器。
在一些实施例中，电路152可包含模/数转换器(ADC)，其被配置成将从力敏感输入键110接收的模拟信号转换为数字信号。换句话说，电路152的ADC被配置成基于从力敏感输入键110接收的每一模拟信号输出数字信号。预期在其它实施例中，ADC可与电路152分离(即，焊接到PCB 120的单独的组件)。在说明性实施例中，游戏板100还包含焊接到PCB 120(未图示)的背侧的一或多个低通滤波器。这一或多个低通滤波器定位于力敏感输入键110和电路152的ADC之间，且被配置成在模拟信号由ADC接收之前减小来自力敏感输入键110的模拟信号中的一或多个中的噪声。
一旦来自力敏感输入键110的模拟信号已经转换成数字信号，游戏板100的电路152就可确定施加到力敏感输入键110中的每一个的力和/或按钮112行进的距离，且随后产生模拟输入数据和数字输入数据。如上文所描述，每一模拟信号的量值表示每一力敏感输入键110测得的光的量，其与施加到所述输入键110的键帽134的力和/或由键帽134行进的距离单调地相关。如此，电路152可使用所接收模拟信号(转换为数字信号)计算施加到力敏感输入键110中的一个的力和/或力敏感输入键110中的一个行进的距离。电路152可使用数学函数、查找表或任何其它合适的计算过程执行所施加力的此计算。电路152接着可执行所确定的力和/或距离到适于呈现给连接到游戏板100的计算装置的驱动器的格式的适当校准、映射和/或缩放。
在说明性实施例中，电路152被配置成响应于从游戏板100的力敏感输入键110中的四个接收的模拟信号输出包含方向和量值两者的移动数据。确切地说，力敏感输入键110中的两个可用于登记关于沿着x轴的移动的用户意图(一个输入键110表示沿着x轴的正移动，且一个输入键110表示沿着x轴的负移动)。同样，力敏感输入键110中的两个可用于登记关于沿着y轴的移动的用户意图(一个输入键110表示沿着y轴的正移动，且一个输入键110表示沿着y轴的负移动)。使用由这四个力敏感输入键110输出的模拟信号，电路152可产生包含x轴分量和y轴分量的移动数据。当四个力敏感输入键110中的任一个被用户按压时，电路152可计算相应方向中的向量，其中所述向量的量值与由用户施加到所述输入键110的力成比例。在同时按压多个(例如，两个)力敏感输入键110的情况下，电路152可将所计算的向量相加以确定用户所期望的移动的总体方向和量值。在电子游戏应用(例如，计算机游戏)中，此移动数据可用于准确地且精确地控制游戏中的角色的移动和/或动作。
在一些实施例中，电路152可格式化所确定的移动数据、模拟输入数据和/或数字输入数据以供呈现给连接到游戏板100的计算装置的驱动器。举例来说，移动数据可根据通用串行总线(USB)协议(例如，由包含在电路152中的USB控制器)格式化，其中游戏板100经由USB缆线耦合到计算装置。在其它实施例中，电路152可根据直接输入协议、X-输入协议或由特定计算装置的驱动器预期的任何其它协议格式化移动数据、模拟输入数据和/或数字输入数据。在一些实施例中，由电路152执行的格式化可由用户调整。举例来说，用户可设定施加到游戏板100的力敏感输入键110中的一个的不同力如何映射到256值尺度。此可配置性可以允许(例如，不同能力的)更多用户有效地使用游戏板100。在一些实施例中，用户还可以能够设定类似于上文描述的阈值距离34的阈值距离。
尽管上述实施例包含电路152和电路17分别作为游戏板100和输入装置10的组件，但预期可使用其它合适的方法，所述方法接收模拟信号且继而产生关于柱塞12、134的移位的模拟输入数据和数字输入数据两者。举例来说，软件开发工具包(SDK)、应用编程接口(API)等可用于响应于模拟信号产生模拟输入数据和数字输入数据。在一个此实施例中，力敏感输入装置10的电路17可经由协议、接口或端口传送力敏感输入装置10的当前状态，确切地说柱塞12的位置。接着，所述信息馈送到软件应用，所述软件应用将在待由所述软件应用操控的每一力敏感输入装置10的模拟状态中读取，或所述信息被传递到另一应用上，在所述另一应用中模拟状态将被编程以执行所述软件应用内的函数。
在至少一些实施例中，COM端口可在力敏感输入装置的硬件和操作系统之间打开。每一输入装置10的模拟状态将连续地经由此COM端口发送，其中每一输入装置10将能够具有某一值范围。取决于所要尺度和精度，所述输出可以在0-255或0-4096的范围内，或所述输出可以在0.000-1.000和两者之间的所有小数点的范围内。举例来说，当未按压柱塞12时，相关联值将为0或0.000，且当一直向下按压柱塞12时，相关联值可为255、4096或1.000。向下按压到半途的柱塞12将产生相关联值128、2048或0.500。
接下来，软件应用(SDK/API)将被编程以连续地读取输出数据且跟踪装置10、100的所有键10、110、160的状态，并建立数据的标准化格式，使得所述数据可呈现给其它软件应用。举例来说，其可能针对标准键盘上的“A”键读取值“0.250”，且针对标准键盘上的“S”键读取值“0.125”。这些值接着将以例如“analog_s＝0.125”和“analog_a＝0.250”等变量存储在SDK/API中。软件应用接着可将此格式化数据按(“analog_s＝0.125”)传递到其它应用，或其可对值执行内部计算且使用节流或峰值例程操控数据并为所述格式化数据指派特定值(“analog_s_throttle_rate＝2”或“analog_s_peak＝0.125”)。此类节流和峰值例程将在下文详细描述。
这些软件应用接着将被编程以与此SDK/API交互且在这些标准化模拟值中读取。在至少一个实施例中，如果程序具有滑块，则可基于模拟键的状态操控所述滑块。在此类实施例中，如果程序在“analog_s＝0.125”中读取，则软件应用将立即将滑块设定到向上12.5％。或者，软件可在“analog_s_throttle_rate＝2”中读取，且改为使滑块值每隔一个增加2％。作为另一替代方案，软件可采取“analog_s”值且执行其自身的内部计算并以“analog_s”值的速率增加滑块的当前值。在此情境中，如果滑块当前处于10％且其接收了“analog_s＝0.125”的值，则其可使滑块值每隔一个增加2％(10％到12％到14％等)。然而，如果其接收了“analog_s＝0.250”的值，则其可能使滑块每隔一个增加4％的值(10％到14％到18％等)。类似的功能可在SDK/API层级处或特定软件应用中编程。
现在参看图7，以横截面展示可用于游戏板100(或其它输入装置100)中的力敏感输入键110的另一说明性实施例。图7中展示的力敏感输入键110的说明性实施例在配置和操作方面类似于图5和6中展示的力敏感输入键110，只是(类似于图1的力敏感输入键10)模拟传感器116安置于壳体118内限定的腔室132中。如图7所示，力敏感输入键110的按钮112具有两部分构造，其包含键帽134(具有被配置成由用户按压的表面122)和接合壳体118内的弹簧114的柱塞136。柱塞136可在力由用户施加到键帽134时沿着轴线124移动。柱塞136在图7中示出为处于顶端位置。当键帽134的表面122由用户按压时，键帽134和柱塞136两者可沿着轴线124(图7中向下)移动直至按钮112到达底端位置。
在图7的说明性实施例中，柱塞136包含延伸到壳体118中限定的腔室132中的柱塞臂138。按钮112的反射表面128包含在柱塞臂138上且面朝模拟传感器116。在其中模拟传感器116包含反射传感器的一些实施例中，反射表面128与柱塞136一体地形成(即，反射表面128为柱塞136的表面)。在其它实施例中，柱塞臂138和/或反射表面128可在柱塞136已形成之后耦合到柱塞136。随着按钮112(包含柱塞136)沿着轴线124移动，反射表面128将沿着大体平行于轴线124的轴线130移动。在说明性实施例中，反射表面128大体垂直于轴线130(以及轴线124)。在说明性实施例中，壳体118可由不透明材料形成，使得光不能逸出和/或进入腔室132。
在一些实施例中，输入装置可输出表示键帽134和柱塞12的“实时”位置的值。举例来说，如果用户向下按压输入装置10到半途，则输出值可为“50”。但是，当用户释放输入装置10时，其返回到其原始位置，且输出值立即变为“0”。此行为对于特定应用(例如，当设定计算机上的音量水平时)可能成问题，因为这将要求用户无限期地保持模拟输入键处于特定部分压下位置来实现需要值。
根据本公开，力敏感输入装置10、100可被配置成使得其可控制关于向下按压模拟输入装置10、100多远的控制值的增加或减小。举例来说，如果用户将按压并保持柱塞12、134向下其最大移位的10％，则控制值将以特定速率稳定地增加，例如0到10到20到30等。如果用户接着释放柱塞12、134，则控制值将保持恒定(直至进一步用户输入)。如果用户期望减小控制值，则第二力敏感输入装置(即，按钮112中的另一个)可以类似方式使用来控制所述减小。举例来说，如果用户将按压并保持第二力敏感输入装置向下其最大移位的10％，则控制值将以特定速率稳定地减小，例如30到20到10到0。如果用户想要更快速地增加或减小控制值，则他或她可进一步向下按压适当的力敏感输入装置更远来以较高速率增加或减小控制值(例如，0到30到60到90等)。
在另一实施例中，一个力敏感输入装置10可用于通过监视输入装置10的按下期间的“峰”值来设定并保持控制值的特定水平。在此控制方法中，与输入装置10相关联的电路17将与输入装置10由用户向下按压的量成比例地增加控制值，但随着输入装置10返回到其静止位置将维持而不会减小所述值。在已完全释放力敏感输入装置10之后，用户随后在输入装置10上向下按压且从其静止位置移位输入装置10可使控制值复位到“0”(且接着可开始与输入装置10由用户向下按压的量成比例地增加控制值)。此功能性在例如电子计算机游戏等涉及“节流”的情形中是有用的，例如飞行模拟器和汽车驾驶模拟器。
现在参看图8，力敏感输入方法200的一个说明性实施例展示为简化流程图。方法200可与图1-4的力敏感输入装置10、与图5-7的力敏感输入键110和/或与任何其它合适的力敏感输入装置一起使用。方法200开始于框202，其中可沿着轴线24在两个端部位置之间移动的柱塞12抵着弹性组件14的力朝向两个端部位置中的一个移位。如上文所描述，柱塞12可使用弹簧14朝向两个端部位置中的一个偏置。当弹簧14允许柱塞12沿着轴线24移位(如下文所描述)时，弹簧14持续朝向两个端部位置中的一个偏置柱塞12。在一些实施例中，框202可涉及用户将力施加到柱塞12以致使柱塞12沿着轴线24移动。
方法200继续框204，框204在框202期间发生。框204可涉及输出作为柱塞12沿着第一轴线24从第一端部位置的移位的函数的模拟信号。在至少一些实施例中，所述输出可由模拟传感器16执行。在此实施例中，柱塞12的反射表面28可用大体平行于轴线24行进的光照明。在其中模拟传感器16为反射传感器的实施例中，框204可包含通过从面朝反射表面28的传感器16的LED发射光来照明柱塞12的反射表面28。确切地说，框202可涉及从传感器16的LED发射红外光。预期在其它实施例中，其它类型的光源和/或其它类型的光可用于照明柱塞12的反射表面28。框204可在整个方法200中连续地或间歇地执行。此外，预期涉及输出作为柱塞12的移位的函数的模拟信号的其它合适的方法的其它类型的传感器可用作模拟传感器16。
在框204期间，从反射表面28反射且大体平行于轴线24行进的光的量可由传感器16测量。在一些实施例中，框204可涉及使用传感器16的光电晶体管接收和测量反射光。传感器16的光电晶体管可输出作为从反射表面28反射的光的量的函数的模拟信号。如上文所描述，从反射表面28反射的光的量(以及因此，所产生的模拟信号的量值)可与施加到柱塞12的力和柱塞12行进的距离单调地相关。
在框204之后，方法200继续到框206，框206可涉及响应于模拟信号产生模拟输入数据和数字输入数据两者。模拟输入数据可包含与柱塞12的移位单调地相关的值的范围。数字输入数据可包含第一和第二二进制值。在一些实施例中，框206可涉及电路152接收由光电晶体管在框204中输出的模拟信号，以及使用此模拟信号计算施加到柱塞12的力和柱塞12行进的距离，如上文所描述。在此类实施例中，框206可涉及使用电路152的ADC将由光电晶体管输出的模拟信号转换为数字信号。在一些实施例中，框206还可涉及在模拟信号由ADC转换之前使用低通滤波器减小模拟信号中的噪声。
在框206之后，方法200可继续到框208，框208可涉及配置力敏感输入装置10、100以输出以下中的一个：(i)模拟输入数据和数字输入数据两者，(ii)仅模拟输入数据，或(iii)仅数字输入数据。
在方法200中，第一二进制值可表示柱塞12的移位小于阈值移位，所述阈值移位对应于定位于第一和第二端部位置之间的阈值位置34。第二二进制值可表示柱塞12的移位等于或大于阈值移位。在一些实施例中，模拟输入数据的最小值可表示柱塞12处于第一端部位置，且模拟输入数据的最大值可表示柱塞12处于第二端部位置。在至少一个实施例中，模拟输入数据的最小值可表示柱塞12处于第一端部位置，且模拟输入数据的最大值可表示柱塞12处于阈值位置34。与第一端部位置相比，阈值位置34可更接近第二端部位置。在框208之后，方法200可进一步包括框210，框210可涉及基于用户设定调整阈值移位34。
在一些实施例中，每一输入装置10的行为将由于输入装置10的各种组件的制造容差、用于测量柱塞12的移位的模拟传感器随时间的降级，乃至归因于环境因素而与其它输入装置10的行为不同。确切地说，表示柱塞12的移位的模拟传感器信号的最小值和最大值将在输入装置10之间变化，且可随时间波动。如此，有利的是周期性地自动校准每一输入装置10，且将校准信息存储在包含输入装置10的装置(例如，键盘)的存储器中。
图9示出力敏感输入装置10的三个不同校准曲线。虽然原始校准曲线40可准确地表示初始时间周期期间输入装置10的行为，但输入装置10的行为可随时间改变。在由校准曲线42表示的一些情形中，模拟传感器信号可在柱塞12的特定移位处登记比原始校准曲线40所建议的值高的值。在由校准曲线44表示的其它情形中，模拟传感器信号可在柱塞12的特定移位处登记比原始校准曲线40所建议的值低的值。
如图9中可观察到，模拟传感器信号随时间的此变化导致对于力敏感输入装置10的用户来说可能成问题的至少四个可能情境。在示例性实施例的第一情境中，键按压的顶部处的传感器信号值可高于校准值(曲线42的左侧)，从而要求用户进一步按压输入装置10以便获得期望的响应。在第二情境中，键按压的顶部处的传感器信号值可低于校准值(曲线44的左侧)，这可致使输入装置10在用户未按压输入装置10的情况下指示激活。在第三情境中，键按压的底部处的传感器信号值可高于校准值(曲线42的右侧)，从而防止用户利用输入装置10的完全范围。在第四情境中，键按压的底部处的传感器信号值可低于校准值(曲线44的右侧)，从而致使用户较早到达输入装置10按压的底部且失去敏感性。
周期性地执行每一输入装置10的自动校准且将校准信息存储在包含输入装置10的装置(例如，键盘)的存储器中可帮助防止这些情境。在一些实施例中，周期性校准可由与力敏感输入装置10相关联的电路17执行。电路17被配置成使用例如上文所论述的所存储校准曲线40、42、44响应于模拟信号产生输入数据。在此类实施例中，模拟信号的值与按钮沿着第一轴线的位置相关联。如下文将描述，电路17可进一步被配置成执行自动校准程序，所述自动校准程序包括以模拟信号的至少一个取样值更新所存储校准数据。
预期其它电路、软件、应用等可基于模拟信号执行输入数据的自动校准和产生。举例来说，在力敏感输入装置10内部或外部的电路(例如上文所论述的电路152)可用以执行本文中所描述的功能。此外，预期操作系统的驱动器、软件开发工具包(SDK)、应用编程接口(API)等可用于执行本文中所描述的功能。
有利的是，自动校准程序可基于输入装置10中的机械开关的状态来利用对特定输入装置10是否正被按下的了解。举例来说，说明性实施例中使用的MX系列桌上型构型0.60英寸键开关将经由键击在大致半途处激活(参看图2)。此机械信息指示输入装置10在被按下0-2mm之间还是被按下2-4mm之间，且可在自动校准程序中使用，如下文所描述。
为了解决上述第一情境，如果检测到模拟传感器信号的值大于当前校准曲线的最大值，则所述检测到的值可设定为所述信号的新的最大可能值。在一些实施例中，当模拟信号的取样值大于所存储校准数据中的与第二端部位置相关联的所存储值时，电路17可通过用取样值(即，曲线42)替换与第二端部位置相关联的所存储值(即，校准曲线40)来更新所存储校准数据。下表3含有用于实现此功能性的代码的一个说明性实施例。
Figure BDA0002357283220000201
为了解决上述第二情境，可在模拟传感器信号预期处于其范围的较高端的校准时间周期期间对模拟传感器信号的值重复地进行取样。接着，此校准时间周期期间检测到的模拟传感器信号的最高值可经由电路17或任何合适的装置设定为所述信号的新的最大可能值。模拟传感器信号预期处于其范围的较高端的校准时间周期将对应于以下任一情况：(i)相应按钮被按下且相关联机械开关被激活，或(ii)按钮未被按下且相关联机械开关未被激活，这取决于模拟传感器的类型和配置(即，模拟传感器信号可在按钮为静止时采取其最大值或最小值的任一个，且在按钮被完全按下时采取相反值)。因此，在一些实施例中，模拟传感器信号预期处于其范围的较高端的校准时间周期可对应于期间与对应于模拟传感器的按钮相关联的机械开关被激活的时间周期；在其它实施例中，此校准时间周期可对应于相关联机械开关未被激活的时间周期。下表4含有用于实现刚刚描述的功能性的代码的一个说明性实施例。
Figure BDA0002357283220000202
为了解决上述第二情境，可在模拟传感器信号预期处于其范围的较低端的校准时间周期期间对模拟传感器信号的值重复地进行取样。接着，此校准时间周期期间检测到的模拟传感器信号的最低值可经由电路17或任何合适的装置设定为所述信号的新的最小可能值。如上文所论述，模拟传感器信号预期处于其范围的较低端的校准时间周期将对应于以下任一情况：(i)相应按钮被按下且相关联机械开关被激活，或(ii)按钮未被按下且相关联机械开关未被激活，这取决于模拟传感器的类型和配置(即，模拟传感器信号可在按钮为静止时采取其最大值或最小值的任一个，且在按钮被完全按下时采取相反值)。因此，在一些实施例中，模拟传感器信号预期处于其范围的较低端的校准时间周期可对应于期间与对应于模拟传感器的按钮相关联的机械开关被激活的时间周期；在其它实施例中，此校准时间周期可对应于相关联机械开关未被激活的时间周期。下表5含有用于实现刚刚描述的功能性的代码的一个说明性实施例。
Figure BDA0002357283220000211
为了解决上述第四情境，如果检测到模拟传感器信号的值小于当前校准曲线的最小值，则所述检测到的值可设定为所述信号的新的最小可能值。在一些实施例中，当模拟信号的取样值小于所存储校准数据中的与第一端部位置相关联的所存储值时，电路17可通过用取样值(即，曲线44)替换与第一端部位置相关联的所存储值(即，校准曲线40)来更新所存储校准数据。下表6含有用于实现此功能性的代码的一个说明性实施例。
Figure BDA0002357283220000221
现在参看图10，力敏感输入方法300的一个说明性实施例展示为简化流程图。方法300可涉及校准图1-4的力敏感输入装置10、图5-7的力敏感输入键110和/或任何其它合适的力敏感输入装置。方法300开始于框302，其中可沿着轴线24在两个端部位置之间移动的柱塞12抵着弹性组件14的力朝向两个端部位置中的一个移位。如上文所描述，柱塞12可使用弹簧14朝向两个端部位置中的一个偏置。当弹簧14允许柱塞12沿着轴线24移位(如下文所描述)时，弹簧14持续朝向两个端部位置中的一个偏置柱塞12。在一些实施例中，框302可涉及用户将力施加到柱塞12以致使柱塞12沿着轴线24移动。
方法300继续框304，框304在框302期间发生。框304可涉及输出作为柱塞12沿着第一轴线24从第一端部位置的移位的函数的模拟信号。在至少一些实施例中，所述输出可由模拟传感器16执行，如上文所描述。预期在至少一个实施例中，如上文所论述的反射传感器可用作模拟传感器16。然而，涉及输出作为柱塞12的移位的函数的模拟信号的其它合适的方法的其它类型的传感器可用作模拟传感器16。
在框304之后，方法300继续到框306，框306可涉及使用使模拟信号的值与柱塞12沿着第一轴线的位置相关联的所存储校准数据响应于模拟信号的取样值产生输入数据。在至少一些实施例中，如上文所论述，所存储校准数据可包含力敏感输入装置10的三个不同校准曲线。虽然原始校准曲线40可准确地表示初始时间周期期间输入装置10的行为，但输入装置10的行为可随时间改变。在由校准曲线42表示的一些情形中，模拟传感器信号可在柱塞12的特定移位处登记比原始校准曲线40所建议的值高的值。在由校准曲线44表示的其它情形中，模拟传感器信号可在柱塞12的特定移位处登记比原始校准曲线40所建议的值低的值。
在框306之后，方法300可继续到框308，框308可涉及自动校准力敏感输入装置10，所述自动校准包含用模拟信号的至少一个取样值更新所存储校准数据。
在至少一些实施例中，当模拟信号的取样值大于所存储校准数据中的与第二端部位置相关联的所存储值时，自动校准可进一步包含通过用所述取样值替换与第二端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。在一些实施例中，当模拟信号的取样值小于所存储校准数据中的与第一端部位置相关联的所存储值时，自动校准可进一步包含通过用所述取样值替换与第一端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。在至少一些实施例中，自动校准可进一步包含在期间按钮的机械开关被激活的校准时间周期期间对模拟信号重复地进行取样，以及通过用所述校准时间周期期间取样的模拟信号的最高值替换所存储校准数据中的与第二端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。在一些实施例中，自动校准可进一步包含在期间按钮的机械开关未被激活的校准时间周期期间对模拟信号重复地进行取样，以及通过用所述校准时间周期期间取样的模拟信号的最低值替换所存储校准数据中的与第一端部位置相关联的所存储值来更新所存储校准数据。
虽然已在图式和前述描述中详细说明和描述本公开，但此说明和描述在特性上应被视为示例性而非限制性，应了解，已展示和描述仅说明性实施例且希望保护在本公开的精神内的所有改变和修改。存在由本文中所描述的设备、系统及方法的各种特征产生的本公开的多个优势。应注意，本公开的设备、系统及方法的替代性实施例可不包含所有所描述特征，但仍受益于此类特征的优势中的至少一些优势。所属领域的一般技术人员可容易地设计并有本发明的特征中的一或多个且落在如所附权利要求书界定的本公开的精神和范围内的设备、系统和方法的其自身实施方案。

Claims (28)

1.一种力敏感输入装置，其包括：
按钮，其可沿着第一轴线在第一和第二端部位置之间移动且朝向所述第一端部位置偏置；
模拟传感器，其被配置成输出作为所述按钮沿着所述第一轴线从所述第一端部位置的移位的函数的模拟信号；以及
电路，其被配置成响应于所述模拟信号产生模拟输入数据和数字输入数据两者，其中所述模拟输入数据包含与所述按钮的所述移位单调地相关的值的范围，且其中所述数字输入数据包含第一和第二二进制值。
2.根据权利要求1所述的力敏感输入装置，其中所述电路被配置成输出所述模拟输入数据和数字输入数据两者、仅所述模拟输入数据，或仅所述数字输入数据。
3.根据权利要求1所述的力敏感输入装置，其中：
所述第一二进制值表示所述按钮的所述移位小于阈值移位，所述阈值移位对应于定位于所述第一和第二端部位置之间的阈值位置；且
所述第二二进制值表示所述按钮的所述移位等于或大于所述阈值移位。
4.根据权利要求3所述的力敏感输入装置，其中：
所述模拟输入数据的最小值表示所述按钮处于所述第一端部位置；且
所述模拟输入数据的最大值表示所述按钮处于所述第二端部位置。
5.根据权利要求3所述的力敏感输入装置，其中：
所述模拟输入数据的最小值表示所述按钮处于所述第一端部位置；
所述模拟输入数据的最大值表示所述按钮处于所述阈值位置。
6.根据权利要求3-5中任一权利要求所述的力敏感输入装置，其中所述阈值移位可重新配置到所述按钮的任何选定移位。
7.根据权利要求3-5中任一权利要求所述的力敏感输入装置，其中与所述第一端部位置相比，所述阈值位置更接近所述第二端部位置。
8.一种使用力敏感输入装置的方法，所述力敏感输入装置包括按钮，所述按钮可沿着第一轴线在第一和第二端部位置之间移动且朝向所述第一端部位置偏置，所述方法包括：
使用模拟传感器输出作为所述按钮沿着所述第一轴线从所述第一端部位置的移位的函数的模拟信号；以及
响应于所述模拟信号产生模拟输入数据和数字输入数据两者，其中所述模拟输入数据包含与所述按钮的所述移位单调地相关的值的范围，且其中所述数字输入数据包含第一和第二二进制值。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括配置所述力敏感输入装置以输出以下中的一个：(i)所述模拟输入数据和数字输入数据两者，(ii)仅所述模拟输入数据，或(iii)仅所述数字输入数据。
10.根据权利要求8所述的方法，其中：
所述第一二进制值表示所述按钮的所述移位小于阈值移位，所述阈值移位对应于定位于所述第一和第二端部位置之间的阈值位置；且
所述第二二进制值表示所述按钮的所述移位等于或大于所述阈值移位。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：
所述模拟输入数据的最小值表示所述按钮处于所述第一端部位置；且
所述模拟输入数据的最大值表示所述按钮处于所述第二端部位置。
12.根据权利要求10所述的方法，其中：
所述模拟输入数据的最小值表示所述按钮处于所述第一端部位置；
所述模拟输入数据的最大值表示所述按钮处于所述阈值位置。
13.根据权利要求10-12中任一权利要求所述的方法，其中与所述第一端部位置相比，所述阈值位置更接近所述第二端部位置。
14.根据权利要求10-12中任一权利要求所述的方法，其进一步包括基于用户设定调整所述阈值移位。
15.一种力敏感输入装置，其包括：
按钮，其可沿着第一轴线在第一和第二端部位置之间移动且朝向所述第一端部位置偏置；
模拟传感器，其被配置成输出作为所述按钮沿着所述第一轴线从所述第一端部位置的移位的函数的模拟信号；以及
电路，其被配置成使用使所述模拟信号的值与所述按钮沿着所述第一轴线的位置相关联的所存储校准数据响应于所述模拟信号产生输入数据，其中所述电路进一步被配置成执行自动校准程序，所述自动校准程序包括以所述模拟信号的至少一个取样值更新所述所存储校准数据。
16.根据权利要求15所述的力敏感输入装置，其中所述自动校准程序包括，当所述模拟信号的取样值大于所述所存储校准数据中的与所述第二端部位置相关联的所存储值时，通过用所述取样值替换与所述第二端部位置相关联的所述所存储值来更新所述所存储校准数据。
17.根据权利要求16所述的力敏感输入装置，其中所述自动校准程序包括，当所述模拟信号的取样值小于所述所存储校准数据中的与所述第一端部位置相关联的所存储值时，通过用所述取样值替换与所述第一端部位置相关联的所述所存储值来更新所述所存储校准数据。
18.根据权利要求15-17中任一权利要求所述的力敏感输入装置，其中所述自动校准程序包括：
在第一校准时间周期期间对所述模拟信号重复地进行取样；以及
通过用所述第一校准时间周期期间取样的所述模拟信号的最高值替换所述所存储校准数据中的与所述第二端部位置相关联的所存储值来更新所述所存储校准数据。
19.根据权利要求18所述的力敏感输入装置，其中所述自动校准程序包括：
在第二校准时间周期期间对所述模拟信号重复地进行取样；以及
通过用所述第二校准时间周期期间取样的所述模拟信号的最低值替换所述所存储校准数据中的与所述第一端部位置相关联的所存储值来更新所述所存储校准数据。
20.根据权利要求19所述的力敏感输入装置，其中所述第一校准时间周期是期间所述按钮的机械开关未被激活的时间周期，且其中所述第二校准时间周期是期间所述按钮的机械开关被激活的时间周期。
21.根据权利要求19所述的力敏感输入装置，其中所述第一校准时间周期是期间所述按钮的机械开关被激活的时间周期，且其中所述第二校准时间周期是期间所述按钮的机械开关未被激活的时间周期。
22.一种使用力敏感输入装置的方法，所述力敏感输入装置包括按钮，所述按钮可沿着第一轴线在第一和第二端部位置之间移动且朝向所述第一端部位置偏置，所述方法包括：
使用模拟传感器输出作为所述按钮沿着所述第一轴线从所述第一端部位置的移位的函数的模拟信号；
使用使所述模拟信号的值与所述按钮沿着所述第一轴线的位置相关联的所存储校准数据响应于所述模拟信号的取样值产生输入数据；以及
自动校准所述力敏感输入装置，其中自动校准包括以所述模拟信号的至少一个取样值更新所述所存储校准数据。
23.根据权利要求22所述的方法，其中自动校准包括，当所述模拟信号的取样值大于所述所存储校准数据中的与所述第二端部位置相关联的所存储值时，通过用所述取样值替换与所述第二端部位置相关联的所述所存储值来更新所述所存储校准数据。
24.根据权利要求23所述的方法，其中自动校准包括，当所述模拟信号的取样值小于所述所存储校准数据中的与所述第一端部位置相关联的所存储值时，通过用所述取样值替换与所述第一端部位置相关联的所述所存储值来更新所述所存储校准数据。
25.根据权利要求22-24中任一权利要求所述的方法，其中自动校准包括：
在第一校准时间周期期间对所述模拟信号重复地进行取样；以及
通过用所述第一校准时间周期期间取样的所述模拟信号的最高值替换所述所存储校准数据中的与所述第二端部位置相关联的所存储值来更新所述所存储校准数据。
26.根据权利要求25所述的方法，其中自动校准包括：
在第二校准时间周期期间对所述模拟信号重复地进行取样；以及
通过用所述第二校准时间周期期间取样的所述模拟信号的最低值替换所述所存储校准数据中的与所述第一端部位置相关联的所存储值来更新所述所存储校准数据。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一校准时间周期是期间所述按钮的机械开关未被激活的时间周期，且其中所述第二校准时间周期是期间所述按钮的机械开关被激活的时间周期。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一校准时间周期是期间所述按钮的机械开关被激活的时间周期，且其中所述第二校准时间周期是期间所述按钮的机械开关未被激活的时间周期。
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