DE112014006608B4

DE112014006608B4 - Verfahren, Systeme und elektronische Vorrichtungen zum Bestimmen der Kräfteaufteilung für Multi-Touch-Eingabevorrichtungen elektronischer Vorrichtungen

Info

Publication number: DE112014006608B4
Application number: DE112014006608.7T
Authority: DE
Inventors: Alex Bijamov; Wayne C. Westerman; Zhiqiang Gu
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2034-04-22
Also published as: DE112014006608T5; AU2014391723A1; US10545604B2; WO2015163842A1; US20170038905A1; CN106489116B; CN106489116A; AU2014391723B2

Abstract

System zum Bestimmen von in einer elektronischen Vorrichtung (20) beaufschlagten Kraftmengen durch mindestens zwei Finger eines Benutzers auf einer berührungssensiblen Eingabevorrichtung (40) mit einer flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche (22), Folgendes umfassend:eine Vielzahl von Kraftsensoren (24), die auf der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche verteilt sind;eine Vielzahl von Berührungssensoren (28), die auf der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche verteilt sind; undein Modul zum Aufteilen (42) einer ersten Kraftmenge, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren an einem ersten der mindestens zwei Finger, und zum Aufteilen einer zweiten Kraftmenge, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren an einem zweiten der mindestens zwei Finger, wobei das Modul (42) konfiguriert ist zum:Empfangen einer Positionsinformation von der Vielzahl von Berührungssensoren (28) entsprechend einer ersten Berührungsposition, die dem ersten Finger zugeordnet ist, und einer zweiten Berührungsposition, die dem zweiten Finger zugeordnet ist;Empfangen von Kraftdaten von der Vielzahl von Kraftsensoren (24) entsprechend einer Verformung der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche als Ergebnis dessen, dass der erste Finge die erste Berührungsposition berührt und dass der zweite Finger die zweite Berührungsposition berührt; undAnpassen der Kraftdaten, die von der Vielzahl von Kraftsensoren (24) empfangen wird, unter Verwendung eines ersten Vektors von Kraftkalibrierungsdaten, die der ersten Berührungsposition entsprechen, und eines zweiten Vektors von Kraftkalibrierungsdaten, die der zweiten Berührungsposition entsprechen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung behandelt allgemein Verfahren, Systeme und elektronische Vorrichtungen zum Bestimmen der beaufschlagten Kraftmengen auf einer Eingabevorrichtung einer elektronischen Vorrichtung, insbesondere einer berührungssensiblen Eingabevorrichtung, wie einem Touchscreen oder einem Trackpad.
HINTERGRUND
Elektronische Vorrichtungen wie z. B. Rechenvorrichtungen haben verschiedene Eingabemechanismen, wie Tastaturen, Touchscreens, Trackpads usw., die Benutzer einsetzen, um auf die Rechenvorrichtung zuzugreifen und sie zu steuern.
Bei einer typischen berührungssensiblen Eingabevorrichtung, wie z. B. einem Trackpad oder einem Touchscreen kann ein Benutzer seinen Finger über eine Eingabefläche der berührungssensiblen Eingabevorrichtung bewegen. Als Reaktion erkennt die berührungssensible Eingabevorrichtung die Fingerbewegung. Bei einigen berührungssensiblen Eingabevorrichtungen (zum Beispiel bei Trackpads und bestimmten Mäusen) kann die Vorrichtung auch auf binäre Weise erkennen, wenn der Benutzer auf der Eingabefläche nach unten drückt, z. B., um eine Schaltfläche oder ein Steuerelement zu wählen, die auf der Rechenvorrichtung angezeigt werden. Im Allgemeinen verzeichnen oder verarbeiten derartige Vorrichtungen jedoch nicht eine Eingabefolge, die mit einer Folge von Kräften in Zusammenhang gebracht werden kann, die auf der Eingabefläche ausgeübt werden.
Wenn ein Benutzer weiter mit Bezug auf typische berührungssensible Eingabevorrichtungen die Eingabefläche mit zwei Fingern in unterschiedlichen Positionen niederdrückt, kann die Eingabefläche Kräfte nicht bestimmen, die durch die zwei Finger beaufschlagt werden, und es kann Kräfte (oder geschätzte Kräfte) nicht separat jeder vom Benutzer berührten Region zuordnen. Das heißt, dass berührungssensible Eingabevorrichtungen, und zwar auch solche mit gewissen kraftsensiblen Eigenschaften, generell Kräfte nicht unter mehreren simultanen Eingaben aufteilen können.
Wie die hier bezeichneten Erfinder erkannten, werden Verfahren, Systeme und elektronische Vorrichtungen benötigt, um Multi-Touch-Eingaben von Benutzern an elektronischen Vorrichtungen zu erkennen und die erkannten Kräfte unter Eingaben mit mehreren Fingern aufzuteilen.
Das Dokument US 2011 / 0 291 950 A1 offenbart ein Verfahren umfassend: das Erfassen einer ersten Berührung an einer ersten Stelle und einer zweiten Berührung an einer zweiten Stelle auf einer berührungsempfindlichen Anzeige, das Bestimmen eines ersten Kraftwertes und eines zweiten Kraftwertes auf der Grundlage von gemessenen Kraftwerten an Kraftsensoren, Kraftsensorpositionen und der ersten und zweiten Stelle, das Bestimmen eines dritten Kraftwertes auf der Grundlage der gemessenen Kraftwerte der Kraftsensoren, der Kraftsensorpositionen und der ersten und zweiten Stelle und das Verknüpfen von Koordinatenwerten der ersten Berührung und der zweiten Berührung auf der Grundlage des ersten Kraftwertes, des zweiten Kraftwertes und des dritten Kraftwertes.
Das Dokument US 2003 / 0 214 485 A1 offenbart ein Verfahren und ein System, um Ungenauigkeiten bei der Bestimmung von Berührungsposition zu korrigieren, die mit mechanischer Verzerrung des Berührungsbildschirms verbunden sind.
Das Dokument US 2012/0 086 666 A1 offenbart ein Verfahren zum Erfassen der Größe einer Kraft, die auf eine kapazitive Sensoranordnung ausgeübt wird.
Das Dokument US 2011 / 0 248 941 A1 offenbart eine Erfassungsvorrichtung für die ferngesteuerte, virtuelle Dateneingabe auf einem Bildschirm.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe mit einem System, einem Verfahren und einer elektronischen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 10 und 12. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem weitläufigen Aspekt einer Ausführungsform dieser Offenbarung wird hierin ein System zum Bestimmen der Mengen an Kraft beschrieben, die durch mindestens zwei Finger eines Benutzers auf einer berührungssensiblen Eingabevorrichtung mit einer berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt werden. Bei einem Beispiel kann das System eine Vielzahl von Kraftsensoren einschließen, die über die berührungssensible Eingabefläche verteilt sind; sowie eine Vielzahl von Berührungssensoren, die über die berührungssensible Eingabefläche verteilt sind; und ein Modul zum Aufteilen einer ersten, von der Vielzahl von Kraftsensoren gemessenen Kraftmenge an einem der mindestens zwei Finger und zum Aufteilen einer zweiten, von der Vielzahl von Kraftsensoren gemessenen Kraftmenge an einem anderen der mindestens zwei Finger.
Bei einem Beispiel kann das System auch eine persistente Datenstruktur mit Kraftkalibrierungsdaten einschließen. Die Kraftkalibrierungsdaten können Kraftverformungsmesswerte einschließen, die von jedem Kraftsensor der Vielzahl von Kraftsensoren als Reaktion auf eine standardisierte Kraft gemessen werden, mit der verschiedene bekannte Positionen auf der berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt werden.
Bei einem anderen Beispiel kann das System ein oder mehrere passende Filtermodule einschließen. Das Modul zur Aufteilung kann ein passendes Filtermodul einschließen.
Bei einem Beispiel können die berührungssensiblen Sensoren eine oder mehrere Positionen von einer oder mehreren Berührungen erkennen, die gleichzeitig auf der berührungssensiblen Eingabefläche erfolgen. Das Modul zur Aufteilung kann Kraftdaten bereitstellen, die sich auf eine Kraftmenge beziehen, die durch einen der mindestens zwei Finger auf der berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt wird, und es kann Kraftdaten bereitstellen, die sich auf eine Kraftmenge beziehen, die durch einen anderen der mindestens zwei Finger auf der berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt wird. Das Modul kann eine Kraftmenge prüfen, die an jeder der Vielzahl von Kraftsensoren mit Bezug auf die Kraftkalibrierungsdaten gemessen wird.
Bei einem Beispiel kann die berührungssensible Eingabefläche eine flexible Schicht einschließen, wie zum Beispiel eine flexible Glasschicht oder transparente Schicht, die sich als Reaktion auf die durch die mindestens zwei Finger des Benutzers beaufschlagte Kraft verformt.
Die berührungssensible Eingabevorrichtung kann in verschiedenen Formen vorliegen, wie zum Beispiel als Trackpad, Touchscreen oder andere berührungssensible Eingabevorrichtung.
Gemäß einem weiteren weitläufigen Aspekt einer Ausführungsform dieser Offenbarung wird hierin ein Verfahren zum Bestimmen der Mengen an Kraft offenbart, die durch mindestens zwei Finger eines Benutzers auf einer berührungssensiblen Eingabefläche einer elektronischen Vorrichtung mit einer Vielzahl von Kraftsensoren, die der berührungssensiblen Eingabefläche zugeordnet sind, beaufschlagt werden. Bei einem Beispiel kann das Verfahren das Bereitstellen von Kalibrierungsdaten an die elektronische Vorrichtung einschließen, wobei die Kalibrierungsdaten Kraftverformungsmesswerte einschließen, die von jedem der Vielzahl von Kraftsensoren als Reaktion auf eine standardisierte Kraft gemessen werden, mit der eine Vielzahl verschiedener bekannter Positionen auf der berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt wird; sowie das Erkennen einer ersten Berührung an einer ersten Position; das Erkennen einer zweiten Berührung an einer zweiten Position; das Erhalten von Kraftdaten, die durch die Vielzahl von Kraftsensoren gemessen werden; das Aufteilen einer ersten Kraftmenge, die durch die Vielzahl von Kraftsensoren gemessen wird, auf einen der mindestens zwei Finger; und das Aufteilen einer zweiten Kraftmenge, die durch die Vielzahl von Kraftsensoren gemessen wird, auf einen anderen der mindestens zwei Finger.
Die elektronische Vorrichtung kann in verschiedenen Formen vorliegen, wie zum Beispiel als Smartphone, Tablet-Computer, tragbaren Computer oder in anderer Form.
Gemäß einem weiteren, weitläufigen Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist hierin eine elektronische Vorrichtung offenbart, die einen Prozessor umfasst sowie einen Speicher einschließlich eines persistenten Speichers, wobei der Speicher mit dem Prozessor gekoppelt ist; eine flexible berührungssensible Eingabefläche, die sich als Reaktion auf eine oder mehrere durch mindestens zwei Finger eines Benutzers auf der berührungssensiblen Eingabefläche angewandte Berührungen verformt; eine Vielzahl berührungssensibler Sensoren, die auf der berührungssensiblen Eingabefläche verteilt sind, wobei die berührungssensiblen Sensoren eine oder mehrere Positionen der einen oder mehreren Berührungen erkennen, die gleichzeitig auf der berührungssensiblen Eingabefläche erfolgen; eine Vielzahl von auf der berührungssensiblen Eingabefläche verteilten Kraftsensoren; und ein Modul zum Aufteilen einer ersten Kraftmenge, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren an einem der mindestens zwei Finger, und zum Aufteilen einer zweiten Kraftmenge, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren an einem anderen der mindestens zwei Finger.
Bei einem Beispiel kann der persistente Speicher Kraftkalibrierungsdaten einschließen, die eine Vielzahl von Kraftverformungsmesswerten aufweisen, gemessen durch jeden der Vielzahl von Kraftsensoren als Reaktion auf eine standardisierte Kraft, die durch eine Vielzahl verschiedener, bekannter Positionen auf der berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt wird. Das Modul zur Aufteilung kann ein passendes Filtermodul einschließen. Bei einem anderen Beispiel kann das Modul zur Aufteilung Kraftdaten bereitstellen, die sich auf eine Kraftmenge beziehen, die durch einen der mindestens zwei Finger auf der berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt wird, und es kann Kraftdaten bereitstellen, die sich auf eine Kraftmenge beziehen, die durch einen anderen der mindestens zwei Finger auf der berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt wird. Das Modul kann eine Kraftmenge prüfen, die an jeder der Vielzahl von Kraftsensoren mit Bezug auf die Kraftkalibrierungsdaten gemessen wird.
Andere Ausführungsformen der Offenbarung werden hierin beschrieben. Die Merkmale, Anwendungen und Vorzüge verschiedener Ausführungsformen dieser Offenbarung werden aus der folgenden genaueren Beschreibung von Ausführungsformen entsprechend der Darstellung in den beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 gibt ein Beispiel einer elektronischen Vorrichtung mit einem flexiblen Touchscreen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wieder.
2 gibt ein Beispiel einer elektronischen Vorrichtung mit einer Vielzahl von Kraftsensoren wieder, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter dem flexiblen Touchscreen verteilt sind.
3 gibt ein Beispiel eines Blockdiagramms eines Kraftaufteilungsmoduls zur Verwendung in einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wieder.
4 gibt ein Beispiel eines Blockdiagramms einer elektronischen Vorrichtung mit darin integriertem Kraftaufteilungsmodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wieder.
5 gibt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Beispiel für die Erzeugung von Kalibrierungsdaten mit Bezug auf die Verteilung von Kräften als Reaktion auf eine Krafteinheit wieder, die an verschiedenen, bekannten Positionen auf einem flexiblen Touchscreen einer elektronischen Vorrichtung beaufschlagt wird.
6 gibt ein Beispiel eines Prozesses zum Aufteilen von Kräften unter mehreren Eingabefingern wieder, die auf einem flexiblen Touchscreen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung niedergedrückt werden.
7 gibt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Beispiel von Kraftdaten wieder, die durch Sensoren als Reaktion auf das Niederdrücken von zwei Fingern eines Benutzers auf einem flexiblen Touchscreen empfangen werden.
8 gibt ein Beispiel von Gauß'schen Kräfteprofilen auf einem flexiblen Touchscreen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wieder.
9 gibt ein Beispiel einer weiteren elektronischen Vorrichtung wieder, die eine berührungssensible Eingabefläche aufweist, die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung integrieren kann.
10A-C geben ein Beispiel für die Verbesserung angepasster Filtergenauigkeit wieder, um gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung mögliche Ausfälle einer Vorrichtung zu berücksichtigen.
11A-E geben ein weiteres Beispiel für die Verbesserung angepasster Filtergenauigkeit wieder, um gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung mögliche Ausfälle einer Vorrichtung zu berücksichtigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin offenbart sind verschiedene Beispiele von Mechanismen zum Erkennen der Position und der Kraftmenge, die durch einen oder mehrere Finger eines Benutzers auf einer berührungssensiblen Eingabefläche einer elektronischen Vorrichtung aufgebracht wird. Die Mechanismen können in Form von Ausgaben Koordinaten der Position von Fingern eines Benutzers auf der berührungssensiblen Eingabevorrichtung bereitstellen, wenn ein Niederdrücken erkannt wurde, sowie Werte, die Kräfte jedes Niederdrücken wiedergegeben, das einem der Finger des Benutzers zugeordnet werden kann. Falls ein Benutzer die berührungssensible Eingabevorrichtung mit zwei Fingern gleichzeitig an unterschiedlichen Positionen und mit der gleichen oder mit unterschiedlichen Kraftmengen niederdrückt, können Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf diese Weise diese beiden Druckvorgänge erkennen, die Koordinaten beider Druckvorgänge bestimmen und die jedem der beiden Druckvorgänge entsprechenden Kraftmengen bestimmen.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können in verschiedenen, elektronischen Vorrichtungen verwendet werden, wie zum Beispiel (bei einem nicht einschränkenden Beispiel) als oder in Verbindung mit einem Touchscreen eines Mobiltelefons oder Tablet-Computers oder einer anderen tragbaren elektronischen Vorrichtung (siehe zum Beispiel Vorrichtungen 20 in 1-2, 9). Bei einem anderen Beispiel kann eine Touchpad/Trackpad-Eingabevorrichtung unter Verwendung von einem/einer oder mehreren Merkmalen, Vorgängen oder Strukturen der vorliegenden Offenbarung ausgebildet sein.
Bei einem Beispiel erfolgt, je stärker die Kraft ist, die der Benutzer beim Niederdrücken der Eingabevorrichtung aufwendet, ein entsprechender Vorgang in der elektronischen Vorrichtung umso schneller, wie zum Beispiel ein schnellerer Bildlauf, eine schnellere Bewegung durch ein Video, eine schnellere Weise des Hervorhebens von Text und dergleichen.
Mit Bezug auf 1-2 ist bei einem Beispiel eine elektronische Vorrichtung 20 mit einer berührungssensiblen Eingabefläche 22 mit einer Vielzahl oder einem Array von Kraftsensoren 24 (2) bereitgestellt. Beispielsweise können die Kraftsensoren 24 als Umfangs-Array von Sensoren, als vollständiges Array von auf der Fläche 22 einer elektronischen Vorrichtung 20 verteilten Sensoren oder als beliebige Kombination daraus angeordnet sein. Die Sensorpositionen sind bekannt und relativ zur berührungssensiblen Eingabefläche 22 einer elektronischen Vorrichtung 20 fest. Die Kraftsensoren 24 können ein oder mehrere Dehnungsmessstreifen, kapazitive Kraftsensoren, Drucksensoren und dergleichen sein. Beispielsweise kann eine Ausführungsform kapazitive Platten einsetzen, die parallel zueinander ausgerichtet sind, sodass eine auf die Eingabefläche 22 ausgeübte Kraft die Platten näher zueinander hinbewegt. Diese Distanzänderung zwischen den Platten kann eine erhöhte Kapazität zwischen den Platten ergeben. Die Kapazitätsänderungen können wiederum mit einer Kraftmenge korreliert sein, die auf die Eingabefläche 22 ausgeübt wird.
Generell können die hierin offenbarten Ausführungsformen selbstverständlich mit beliebigen Typen von Kraftsensoren verwendet werden, sodass die vorstehenden Beispiele nicht einschränkend sein sollen.
Eine elektronische Vorrichtung 20 kann eine berührungssensible Eingabefläche 22, wie zum Beispiel einen Touchscreen, einschließen. Bei einem Beispiel und mit Bezug auf 2 kann eine berührungssensible Eingabefläche 22 einer elektronischen Vorrichtung 20 eine flexible Glasschicht oder transparente Schicht 26 einschließen, sowie eine Vielzahl berührungssensibler Positionssensoren (ein Beispiel einer berührungssensiblen Position, die durch einen berührungssensiblen Positionssensor erkannt wurde, ist in 2 als 28 dargestellt), und eine Vielzahl von Kraftsensoren 24, die proximal zur berührungssensiblen Eingabefläche verteilt sind. Die flexible Glasschicht 26 kann bei einem Beispiel Abschnitte (z. B. Kanten) aufweisen, die relativ zum Hauptkörper oder Gehäuse 30 der elektronischen Vorrichtung 20 hängend sind, und der flexible Glasabschnitt 26 kann sich verformen oder biegen, wenn ein Benutzer die berührungssensible Eingabefläche 22 unter Verwendung von einem oder mehreren Fingern an einer oder mehreren Positionen auf der berührungssensiblen Eingabefläche 22 beaufschlagt oder niederdrückt.
Wenn die berührungssensible Eingabefläche 22 durch den Finger eines Benutzers mit Kraft beaufschlagt wird, verbreitet sich die beaufschlagte Kraft über die Eingabefläche, und die Reaktion auf die Kraft (zum Beispiel Messwerte der Verformung, Kapazität, Dehnung und dergleichen), die vom Kraftsensor oder von den Sensoren 24 gemessen wird, kann das Aussehen einer Glockenkurve (entsprechend der Darstellung in 7) aufweisen.
Bei einer vorgegebenen Menge von Berührungspositionen unterstützen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Bestimmung oder Aufteilung der entsprechenden Kräfte, die durch jede Berührung der Finger eines Benutzers auf einer berührungssensiblen Eingabefläche 22 beigetragen werden. Durch die Bestimmung der Kraftmenge, die jeder Berührung durch Finger eines Benutzers auf einer berührungssensiblen Eingabefläche 22 zugeordnet ist, können derartige Informationen durch den Prozessor der elektronischen Vorrichtungen (4) verwendet werden, um eine Vielfalt von Funktionen oder Vorgängen zum Nutzen des Benutzers durchzuführen. Es versteht sich, dass die Berührungsposition eines Benutzers durch die Verwendung einer beliebigen von verschiedenen berührungssensiblen Technologien bestimmt werden kann, wie zum Beispiel durch kapazitives Abtasten, resistives Abtasten, thermisches Abtasten usw. Daher werden die Details von Technologien, die zum Abtasten der Position einer Berührung konzipiert sind, hierin nicht detailliert beschrieben.
Bei Bedarf kann eine Vielzahl von hierin beschriebenen Merkmalen und Funktionen in eine Eingabevorrichtung 40 integriert sein, das in die elektronische Vorrichtung 20 integriert sein kann. Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Beispiel einer Eingabevorrichtung 40 dargestellt, das eine Vielzahl von berührungssensiblen Positionssensoren 28 und eine Vielzahl von Kraftsensoren 24 einschließt. Wie weiter oben erörtert, können die berührungssensiblen Positionssensoren 28 und Kraftsensoren 24 beliebige aus einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren sein, die unterschiedliche Abtasttechnologien verwenden. Die Eingabevorrichtung 40 kann auch ein Kraftaufteilungsmodul 42 einschließen, das Positionsinformationen (wie zum Beispiel (x, y)-Berührungskoordinaten) von den berührungssensiblen Positionssensoren 28 und Kraftdaten (wie die Kraftverformungsmesswerte) von der Vielzahl von Kraftsensoren 24 als Eingaben empfängt. Das Kraftaufteilungsmodul 42 kann auch Kraftkalibrierungsdaten 44 empfangen, die die erwartete Kraftmenge wiedergeben, die durch eine Vielzahl von Kraftsensoren 24 als Reaktion auf eine feste Krafteinheit empfangen werden, die über verschiedene, bekannte Positionen der Eingabevorrichtung 40 und/oder der elektronischen Vorrichtung 20 beaufschlagt wird. Ein angepasstes Filtermodul 46 kann ebenfalls bereitgestellt sein, um die Bestimmung der Kraftmenge zu unterstützen, die jedem Niederdrücken von Fingern eines Benutzers der Eingabevorrichtung 40 zugeteilt wird.
Das Kraftaufteilungsmodul 42 kann konfiguriert sein, um einen oder mehrere Vorgänge, Prozesse (oder Teile davon), Merkmale oder Funktionen wie hierin beschrieben zu implementieren. Bei einem Beispiel bestimmt oder verteilt das Kraftaufteilungsmodul 42 eine erste Kraftmenge auf einen von mindestens zwei Fingern, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren 24, und es bestimmt oder verteilt eine zweite Kraftmenge, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren 24, auf einen anderen der mindestens zwei Finger.
Die Eingabevorrichtung 40 kann die Position und die Kraft, die dem Niederdrücken eines Fingers eines Benutzers durch einen Benutzer zuzuordnen sind (dargestellt als 46), und die Position und die Kraft, die dem Niederdrücken von einem oder mehreren weiteren Finger(n) eines Benutzers zuzuordnen sind (dargestellt als 48), als Ausgaben 46, 48 des Kraftaufteilungsmoduls bereitstellen. Wenn ein Benutzer beispielsweise zwei Finger an unterschiedlichen Positionen einsetzt, um die Eingabevorrichtung zu berühren, kann die Eingabevorrichtung 40 aus 3 die Position und die Kräfte, die dem Niederdrücken von jedem der beiden Finger des Benutzers zugeordnet werden können, als Ausgaben generieren. Diese Ausgaben 46, 48 können zu dem/den Prozessor(en), der Logik oder anderen Komponenten oder Modulen der elektronischen Vorrichtung 20 geleitet werden, die mit der Eingabevorrichtung 40 aus 3 interagiert.
Bei einem Beispiel können angepasste Filtertechniken (zum Beispiel entsprechend der Beschreibung hierin) vom Modul 46 verwendet werden, um Kräfte zu bestimmen, die durch jede Berührung von einem oder mehreren Fingern eines Benutzers auf einer berührungssensiblen Eingabevorrichtung 40 einer elektronischen Vorrichtung 20 beigetragen werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und wiederum mit Bezug auf 3 wird eine Datenbibliothek 44 in der elektronischen Vorrichtung 20 gepflegt, die Kraftkalibrierungsdaten einschließt, die die Kraftverformungsmesswerte, die von jedem einer Vielzahl von Kraftsensoren 24 (wie zum Beispiel 24 oder repräsentativen Versionen von Sensoren 24) als Reaktion auf eine standardisierte Kraft gemessen werden, mit der verschiedene bekannte Positionen auf einer berührungssensiblen Eingabefläche (wie zum Beispiel 22 oder repräsentative Versionen der berührungssensiblen Eingabefläche 22) beaufschlagt werden. Bei einem Beispiel und mit Bezug auf 5 kann ein wiederholbarer Roboter- oder sonstiger mechanisierter Prozess zum Bilden der Kalibrierungsdaten 44 verwendet werden, um eine bekannte Kraftmenge (zum Beispiel die gleiche Kraftmenge) an unterschiedlichen, bekannten Positionen auf einer berührungssensiblen Eingabefläche zu beaufschlagen, und für jede berührungssensible Position werden Kraftverformungsmesswerte, die von jedem der Kraftsensoren gemeldet werden, in der Bibliothek 44 gespeichert. So bildet diese Datenbibliothek 44 eine Karte (z. B. 8A) von Verformungen als Funktion von Sensorpositionen für eine gegebene Berührungsposition (X, Y). Diese Bibliothek 44 kann in der elektronischen Vorrichtung 20 in beliebiger Form gespeichert werden, wie zum Beispiel - aber ohne diesbezügliche Einschränkung - als Matrix, Tabelle, Suchtabelle, Datenbank, parametrische Darstellung, oder in Form einer beliebigen anderen Datenstruktur.
Eine Eingabevorrichtung 40 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können Stand-Alone-Vorrichtungen sein (wie z. B. ein Stand-Alone-Trackpad), oder kann in elektronische Vorrichtungen 20 wie z. B. Mobiltelefone, Tablet-Computer oder andere portable elektronische Vorrichtungen integriert sein. 4 gibt ein Beispiel eines Blockdiagramms einer elektronischen Vorrichtung 20 mit darin integriertem Kraftaufteilungsmodul 42 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wieder. Bei dem Beispiel aus 4 schließt eine elektronische Vorrichtung 20 einen Prozessor 50 ein, der mit einem Speicher 52, einem Display 54, einer Stromschaltung 56 und einem oder mehreren Sensoren 58, Eingangs/Ausgangs-Vorrichtungen 60 sowie mit dem Prozessor 50 gekoppelten Kommunikationsmodulen 62 gekoppelt ist und damit kommuniziert. Die Sensoren 56 können eine Vielzahl von berührungssensiblen Positionssensoren 28 und eine Vielzahl von Kraftsensoren 24 einschließen. Der Speicher 52 kann einen persistenten Speicher oder eine Datenstruktur einschließlich Kraftkalibrierungsdaten 44 einschließen, die die erwartete Kraftmenge wiedergeben, die von einer Vielzahl von Kraftsensoren als Reaktion auf eine feste Krafteinheit empfangen werden, die über verschiedene, bekannte Positionen der Eingabevorrichtung beaufschlagt wird.
Bei einem Beispiel im 4 kann der Prozessor 50 ein Kraftaufteilungsmodul 42 einschließen, das mit den Positionssensoren 28, den Kraftsensoren 24 und den Kraftkalibrierungsdaten 44 interagiert und Daten davon empfängt. Das Kraftaufteilungsmodul 42 kann konfiguriert sein, um einen oder mehrere Vorgänge, Prozesse (oder Teile davon), Merkmale oder Funktionen wie hierin beschrieben zu implementieren. Das Kraftaufteilungsmodul 42 kann bei einem Beispiel die Position und die Kraft bestimmen, die der Position und Kraft zuzuordnen sind, die dem Niederdrücken des Fingers eines Benutzers durch einen Benutzer zuzuordnen sind, sowie die Position und Kraft, die dem Niederdrücken von einem oder mehreren Fingern eines Benutzers durch einen Benutzer zuzuordnen sind.
5 gibt ein Beispiel für verschiedene Kalibrierungstechniken gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wieder. Beim Vorgang 500 beaufschlagt ein Roboter oder eine andere Vorrichtung eine bekannte Kraftmenge an einer angegebenen Position (eine Beispielposition 501 ist in 5 gezeigt) auf einer berührungssensiblen Eingabefläche 22 einer elektronischen Vorrichtung 20. Bei Vorgang 505 werden Verformungskarten aller Berührungspositionen analysiert. Dies bedeutet, dass die Kraft-Messwerte, die von jedem Kraftsensor 24 der elektronischen Vorrichtung 20 als Reaktion auf die robotergesteuerte Berührung aus Vorgang 500 erkannt werden, aufgezeichnet werden.
Es versteht sich, dass die Kraftsensoren 24 möglicherweise nicht an oder in der Nähe der Position sind, an der Kraft beaufschlagt wird. Dennoch können die Kraftsensoren 24 die Kraft insofern aufzeichnen, als die Eingabefläche zumindest in gewisser Weise verformbar sein kann, wodurch es ermöglicht wird, dass an einer Stelle ausgeübte Kraft über einen Bereich verteilt wird. Somit können die an der Position der Kraftbeaufschlagung nächstliegenden Kraftsensoren 24 eine stärkere Kraft aufzeichnen als Kraftsensoren, die von der Position der Kraftbeaufschlagung weiter entfernt sind. Da die aufgezeichnete Kraft mit der Distanz zwischen dem Kraftsensor 24 und der Position der Kraftbeaufschlagung abnehmen kann, können Kraftsensoren, die von der Position der Kraftbeaufschlagung ausreichend entfernt sind, keine oder fast keine Kraft aufzeichnen.
Die Vorgänge 500-505 werden für unterschiedliche Positionen (andere Positionen als 501) auf der berührungssensiblen Eingabefläche 22 wiederholt, an denen der Roboter die bekannte Kraftmenge beaufschlagt, bis eine ausreichende Datenmenge erfasst worden ist, die die Bereiche wiedergibt, in denen ein Benutzer die berührungssensible Eingabefläche während der Benutzung berühren könnte. Jeder Kraftsensor 24 kann somit eine Kraftkarte erzeugen, die aus verschiedenen Messungen bekannter Kräfte an verschiedenen, bekannten Positionen auf der berührungssensiblen Eingabefläche 22 gebildet wird. Im Allgemeinen unterscheidet sich jede Kraftkarte eines Kraftsensors von Dehnkraftkarten der anderen Kraftsensoren und reflektiert die Abweichungen in der Positionierung der Kraftsensoren innerhalb der elektronischen Vorrichtung. Kraftkarten geben unter gewissen Umständen auch Unterschiede zwischen individuellen Kraftsensoren wieder, wie zum Beispiel Sensibilität, Konstruktion und dergleichen.
Auf diese Weise kann entsprechend der Darstellung bei 510 eine zweidimensionale Verteilung von Kalibrierungsdaten (die Kraftkarte) formuliert werden. In dieser Offenbarung gibt eine Kraftkarte (in bestimmten Gleichungen durch die Variable „G“ dargestellt) (z. B. 8B) wieder, welche Kraftreaktion an einer gegebenen Berührungsposition für einen gegebenen Kraft-Eingabewert zu erwarten ist. Durch die Verwendung der Kraftkarte können an bekannten Berührungspositionen ausgeübte Kräfte, die über die berührungssensiblen Sensoren bereitgestellt werden, mit Kraft-Eingaben korreliert werden. Diese Informationen können verwendet werden, um eine gesamte, erkannte Kraft zwischen mehreren Berührungspositionen aufzuteilen.
6 stellt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Beispiel für einen Prozess zum Aufteilen von Kräften unter mehreren Eingabefingern dar, die auf einer flexiblen Eingabefläche Kraft ausüben. („Flexibel“ oder „verformbar“ können sich auf beliebige Substanzen oder Oberflächen beziehen, die sich unter einer Last lokal verformen statt sich als fester Körper gleichmäßig zu bewegen. Glas kann beispielsweise flexibel/verformbar sein.) Diese Vorgänge oder Teile davon können bei einem Beispiel innerhalb einer elektronischen Vorrichtung verwendet werden. Bei Vorgang 600 werden eine oder mehrere Berührungseingabebedingungen erkannt. Beispielsweise kann der Vorgang 600 das Erkennen einer Berührung auf einer berührungssensiblen Eingabefläche einer Eingabevorrichtung einschließen, oder er kann mehrere Berührungen auf einer Fläche einer Eingabevorrichtung erkennen.
Bei Vorgang 605 werden die Positionen von durch den Vorgang 600 erkannten Berührungen bestimmt. Bei einem Beispiel empfängt oder erhält der Vorgang 605 Positionsinformationen (z. B. (x, y)-Koordinaten) einer ersten Berührungsposition auf der Oberfläche einer berührungssensiblen Eingabevorrichtung. Bei Vorgang 610 wird die Position einer zweiten Berührung, sofern eine solche vorliegt, bestimmt; bei einigen Ausführungsformen sind die Vorgänge 605 und 610 kombiniert oder erfolgen auf sonstige Weise im Wesentlichen gleichzeitig. Bei einem Beispiel empfängt der Vorgang 610 Positionsinformationen (z. B. (x, y)-Koordinaten einer zweiten Berührungsposition. Falls andere Berührungen (z. B. eine dritte Berührung durch einen dritten Finger) erkannt werden, die im Wesentlichen zeitlich zusammenfallend mit der ersten Berührung und der zweiten Berührung erfolgen, werden die Positionen dieser anderen Berührungen ebenfalls von den Berührungssensoren bestimmt.
Bei Vorgang 620 werden die Kraftmengen, die jeder Berührung auf der berührungssensiblen Eingabevorrichtung zuzuordnen sind, bestimmt. Vorgang 620 kann unter Verwendung einer Anzahl unterschiedlicher Methodologien durchgeführt werden. Bei einem Beispiel werden die Vorgänge 620A-620C verwendet, um die jeder Berührung zuzuordnenden Kraftmengen zu bestimmen. Diese Vorgänge können bei einem Beispiel iterativ an einigen oder allen der berührungssensiblen Kraftsensoren der berührungssensiblen Eingabevorrichtung der elektronischen Vorrichtung durchgeführt werden.
Bei Vorgang 620A wird der Kraftwert an einem Kraftsensor an einer bestimmten Position erhalten. Bei einem Beispiel wird eine Eingabe als Reaktion auf eine Fingerberührung, gemessen durch einen Kraftsensor an einer bestimmten Position, durch den Vorgang 620A erhalten oder gelesen. Diese Eingabe kann mit einer Kraft korreliert sein, die der bestimmte Kraftsensor erfährt.
Bei Vorgang 620B werden die Kraftkartendaten für den Kraftsensor aus Vorgang 620A abgefragt oder auf sonstige Weise erhalten. Die durch jeden Kraftsensor erzeugten Kraftkarten sind weiter oben allgemein beschrieben.
Bei Vorgang 620C wird die Kraft bestimmt, die jeder Fingerberührungsposition auf der berührungssensiblen Eingabevorrichtung an der Position des Kraftsensors zuzuordnen ist. Bei einem Beispiel kann der Vorgang 620C entsprechend der Beschreibung hierin einen angepassten Filterprozess verwenden, um die Kraftmenge zu bestimmen, die jedem Niederdrücken eines Fingers an der berührungssensiblen Eingabevorrichtung an der bestimmten Position des Kraftsensors zuzuordnen ist.
Die Vorgänge 620A-620C können bei einem Beispiel für jede Kraftsensorposition der berührungssensiblen Eingabevorrichtung wiederholt werden.
Somit ist ersichtlich, dass die Vorgänge aus 6 für jede erkannte Berührung die Berührungsposition und die Kraft bereitstellen, die der Berührung zuzuordnen sind. Diese Informationen können in der elektronischen Vorrichtung für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, wie zum Beispiel - aber ohne diesbezügliche Einschränkung - für die hierin beschriebenen Zwecke.
Angepasste Filter
Bei einer Ausführungsform ist ein gesamtes Kraftprofil der berührungssensiblen Eingabefläche als ein Vektor charakterisiert, und sein Skalarprodukt mit Ist-Daten der Reaktionskraft an einer bestimmten Kraftsensorposition wird zusammen mit vorhergesagten Reaktionskräften anderer Berührungspositionen und deren Skalarprodukten mit den Ist-Wert-Messungen der Kraftreaktion an den betreffenden anderen Positionen berechnet. Das Ergebnis kann isoliert werden, um die Kraftmenge zu bestimmen, die dem ersten Finger eines Benutzers zugeordnet wird; und das Ergebnis kann isoliert werden, um die Kraftmenge zu bestimmen, die dem zweiten Finger eines Benutzers zugeordnet wird; und falls mehr Berührungen durch mehr als zwei Finger erkannt werden, können die den zusätzlichen Fingern zugeordneten Kräfte bestimmt werden. Das heißt, dass der Vorgang individuelle Kräfte individuellen Berührungspositionen als Vektoren zuordnen kann, sodass die Kräfte geschätzt werden, die an jeder Berührungsposition von einer gesamten beaufschlagten Kraft anfallen.
Skalarprodukte sind zweckmäßig zum Bearbeiten oder Bestimmen von vektorbasierten Werten, wobei das Ergebnis eines Skalarprodukt-Vorgangs eine skalare Größe ist. Beispielsweise kann für Vektoren (a, b), „a Punkt b“ wiedergegeben werden als (Absolutwert von a) x (Absolutwert von b) x Kosinus(Theta), wobei Theta der Winkel zwischen den Vektoren a, b ist. Eine andere Art, „a Punkt b“ auszudrücken, ist (ax x bx) + (ay x by).
Angepasste Filter für Zwei-Finger-Berührungseingaben
Bei einem Beispiel wird ein angepasster Filter verwendet, um die Kraftmenge (f₁, f₂, f_n) zu bestimmen, die jedem Niederdrücken eines Fingers (1, 2, ...N) auf der berührungssensiblen Eingabefläche zuzuordnen ist. Eine lineare Gruppe von Gleichungen kann verwendet werden: ${\begin{matrix} ⋮ \\ f_{1} \cdot g_{i} + f_{2} \cdot h_{i} = s_{i} \\ ⋮ \end{matrix}$
wobei

s_i die derzeitige/aktuelle Kraftverformung wiedergibt, gemessen durch den Sensor i = 1 ... N,
g_i die erwartete Verformung für den Sensor i für die Einheitskraft bei A wiedergibt (siehe 7-8),
h_i die erwartete Verformung für den Sensor i für die Einheitskraft bei B wiedergibt (siehe 7-8).

Die Werte für g_i und h_i können bei einem Beispiel aus der Bibliothek von Kraftkalibrierungsdaten für jeden Kraftsensor erhalten werden. Die Kraft (f₁, f₂, f_n), die jedem Niederdrücken eines Fingers auf der berührungssensiblen Eingabefläche zuzuordnen ist, kann unter Verwendung der folgenden beispielhaften Operationen bestimmt werden: $\begin{array}{l} f_{1} = (\sum s_{i} g_{i} \cdot \sum h_{i}^{2} - \sum s_{i} h_{i} \cdot \sum g_{i} h_{i}) / Δ \\ f_{2} = (- \sum s_{i} g_{i} \cdot \sum g_{i} h_{i} + \sum s_{i} h_{i} \cdot \sum g_{i}^{2}) / Δ \\ Δ = \sum g_{i}^{2} \cdot \sum h_{i}^{2} - {(\sum g_{i} h_{i})}^{2} \end{array}$
Bei einer Ausführungsform kann es für N Sensoren N Gleichungen geben.
Bei einigen Sonderfällen der vorstehenden Gleichungen sind, wenn zum Beispiel die beiden Finger des Benutzers nahe zueinander sind, die von beiden Fingern erzeugten Karten der erzeugten Verformung ähnlich (g_i ist ungefähr h_i), und der Nenner verschwindet (Δ nähert sich an 0 an). Die Gleichungen für f₁ und f₂ werden stark instabil, und eventuelle Störungen (beispielsweise Messrauschen) in s_i werden deutlich verstärkt und tragen somit zu großen Fehlern bei der Kraftwiederherstellung bei. Die Konstante λ kann eingeführt werden, um die Gleichung stabil und ohne Diskontinuitäten zu halten.
Wenn beispielsweise zwei Finger erkannt werden, die das Display 22 kontaktieren, kann das System linearer Gleichungen wie folgt geschrieben werden: ${\begin{array}{l} f_{1} \cdot (\sum g_{i}^{2} + λ) + f_{2} \cdot \sum g_{i} h_{i} = \sum s_{i} g_{i} \\ f_{1} \cdot \sum g_{i} h_{i} + f_{2} \cdot (\sum h_{i}^{2} + λ) = \sum s_{i} h_{i} \end{array}$
und die Lösung wird dann: $\begin{array}{l} f_{1} = (\sum s_{i} g_{i} \cdot (\sum h_{i}^{2} + λ) - \sum s_{i} h_{i} \cdot \sum g_{i} h_{i} / Δ_{\dot{λ}} \\ f_{2} = (- \sum s_{i} g_{i} \cdot \sum h_{i} h_{i} + \sum s_{i} h_{i} \cdot (\sum g_{i}^{2} + λ)) / Δ_{\dot{λ}} \\ Δ_{λ} = \sum g_{i}^{2} \cdot \sum h_{i}^{2} - {(\sum g_{i} h_{i})}^{2} + λ (\sum g_{i}^{2} + \sum h_{i}^{2}) + λ^{2} \end{array}$
Der Nenner Δ_λ verschwindet nicht mehr, wenn g_i ungefähr h_i ist, und die Lösung wird in Bezug auf Messstörungen stabil. Während die Stabilität der Lösung verbessert wird, senkt der Regularisierungsparameter λ auch die Genauigkeit der Kraftwiederherstellung (wegen der zusätzlichen Terme in den Gleichungen für f₁ und f₂).
Um die Wiederherstellungsgenauigkeit in den Fällen zu erhalten, in denen die Lösung ansonsten stabil und eine Regularisierung nicht erforderlich ist, ist es möglich, die Größe von λ in Abhängigkeit beispielsweise von der Distanz zwischen den Fingern oder ihrer Position auf dem Bildschirm 22 zu variieren. Ein Beispiel für einen adaptiven Regularisierungsparameter ist: $λ (r) = λ_{max} - \frac{λ_{max}}{(\frac{λ_{max}}{λ_{max} - λ_{min}} + e^{- \frac{r - r_{0}}{w}})}$
worin r der Abstand zwischen den Fingern ist. Bei kleinen Abständen (r < r_o) nimmt die Funktion einen Maximalwert λ_max an, der einen hohen Umfang der Regionalisierung ergibt: Die Lösungsstabilität wird zulasten der Genauigkeit der Kraftwiederherstellung erhöht (bei diesem Beispiel wird die beaufschlagte Gesamtmenge gleichmäßig zwischen den beiden Fingern verteilt).
Bei großen Trennabständen (r > r_o) zwischen den Fingern, die das Display 22 berühren, ist die Regionalisierung minimal (λ(r)= X_min), wenn die Lösung stabil ist, und die Genauigkeit der Kraftwiederherstellung ist verbessert.
Bei Abständen, bei denen r ungefähr gleich r_o ist, wird der Regionalisierungsparameter λ sanft reduziert (z. B. innerhalb eines Fuzzy-Fensters +/- w), um die Genauigkeit und Stabilität der Kraftwiederherstellung abzugleichen.
Anders ausgedrückt, kann die Konstante λ verwendet werden, um Unregelmäßigkeiten des Systems zu kompensieren, die ansonsten bewirken, dass die Gleichungen durch fehlerhafte Resultate wieder ungenau werden.
Bei allgemeineren Fällen von K Fingern kann der Regularisierungsparameter λ wie folgt eingeführt werden: $(\begin{array}{l} g_{1.1} & g_{1.2} & \dots & g_{1. K} \\ g_{2.1} & g_{2.2} & \dots & g_{2. K} \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ g_{N 1} & g_{N 2} & \dots & g_{N K} \\ \sqrt{λ} & 0 & \dots & 0 \\ 0 & \sqrt{λ} & \dots & 0 \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ 0 & 0 & \dots & \sqrt{λ} \end{array}) \cdot (\begin{matrix} f_{1} \\ f_{2} \\ ⋮ \\ f_{K} \end{matrix}) = (\begin{matrix} s_{1} \\ s_{2} \\ ⋮ \\ s_{N} \\ 0 \\ 0 \\ ⋮ \\ 0 \end{matrix})$
wobei g_n,k die erwartete Reaktion des Sensors auf eine Einheitskraft an der Position des Fingers k ist.
Angepasster Filter für Einzelfinger-Berührungseingaben
Die Kraft (f), die dem Niederdrücken eines einzelnen Fingers auf einer berührungssensiblen Eingabefläche zuzuordnen ist, kann unter Verwendung der folgenden beispielhaften Operationen bestimmt werden: $f = \frac{\sum_{i = 1}^{N} g_{i} s_{i}}{\sum_{i = 1}^{N} g_{i}^{2}}$
worin
s_i die vorliegende/aktuelle Verformung wiedergibt, gemessen durch den Sensor i = 1 ... N
g_i die erwartete Verformung für den Sensor i wiedergibt, wenn an einer gegebenen Position eine Einheitskraft beaufschlagt wird.
Die Werte für g; können bei einem Beispiel aus der Bibliothek von Kraftkalibrierungsdaten für jeden Kraftsensor erhalten werden.
N kann entweder gleich der Gesamtzahl von Sensoren sein oder eine kleine Gruppe von Sensoren um die Berührungsposition(en) wiedergeben. Die Auswahl kann zwischen Ausführungsformen variieren und auf einer Anzahl von Faktoren basieren, wie z. B. der Größe der Ausführungsform, dem Abstand der Kraftsensoren, den für die Eingabefläche verwendeten Materialien, anderen physikalischen Eigenschaften der Eingabefläche (wie z. B. Flexibilität) und dergleichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform können Daten von Sub-Clustern von Kraftsensoren zusammen gruppiert werden, und Durchschnittswerte von ihren Daten können vor Anwendung der Skalarprodukt-Vorgänge bestimmt werden. Beispielsweise können Daten-Cluster von (2 Kraftsensoren mal 2 Kraftsensoren) unter Verwendung der Verformungsmesswerte von Kraftsensoren gebildet werden. Dies kann die Zahl von auszuführenden Skala Produkt-Berechnungen reduzieren, wodurch sich die Laufzeit-Komplexität reduzieren kann und die Speicheranforderungen für den Prozessor zur Ausführung der hierin offenbarten Prozesse reduziert werden können, es führt jedoch zu weniger genauen Ergebnisdaten als bei Kraftwerten. Bei einem anderen Beispiel können Kraftsensoren (oder ihre Ausgaben) anhand der Größen ihrer erwarteten Signale sortiert werden (die bei einem Beispiel aus Kalibrierungsdaten erhalten werden können) sowie eines Skalarprodukt-Vorgangs, der auf die erwarteten und gemessenen Werte angewandt wird, und der paarweise Differenzen zwischen den Sensoren mit den größten und den kleinsten erwarteten Werten umfasst. Eine derartige Gruppierung kann beispielsweise bei einem Szenario mit Einzelfinger-Kraftwiederherstellung zweckmäßig sein, um die Effekte von Gleichtaktstörungen und/oder räumlich korreliertem Rauschen abzumildern, die in Sensorausgaben vorliegen können.
Bei einem weiteren Beispiel kann für Eingaben von zwei oder mehr Fingern (wobei k = Anzahl der Finger) der Ausdruck G Punkt f = S verwendet werden, wobei G ausgedrückt ist als ein Spaltenvektor mit m Zeilen entsprechend der Anzahl von Sensoren und wobei G Spalten aufweist, die der Anzahl von Fingern entsprechen. Da dieser Ausdruck im praktischen Einsatz mehr Zeilen als Spalten aufweist, kann ein Prozess der kleinsten Fehlerquadrate verwendet werden, um [[(G Punkt f) - s]] zu minimieren, wobei G ausgedrückt ist als eine Matrix von (m X k) und f ein Kraftvektor von (k X 1) ist. Hieraus können für jeden Finger k Werte für f bestimmt werden.
Dementsprechend ist ersichtlich, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Aufteilung gemessener Kräfte bereitstellen, die durch mehrere Finger eines Benutzers auf einer berührungssensiblen Eingabefläche einer elektronischen Vorrichtung beaufschlagt werden. Wenn ein Benutzer eine berührungssensible Eingabefläche mit zwei oder mehr Fingern berührt, kann auf diese Weise eine Bestimmung der Kraftmenge erfolgen, die von jedem Finger auf der berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt wird. Diese Bestimmung kann zweckmäßig sein, um für die elektronische Vorrichtung zusätzliche Dimensionen der Benutzereingabe und Steuerung der Vorrichtung bereitzustellen, die verwendet werden können, um die Arbeit und Interaktion des Benutzers mit der elektronischen Vorrichtung zu verbessern.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Genauigkeit angepasster Filter bei Bedarf weiter verbessert werden, um mögliche Schäden zu berücksichtigen, die an der elektronischen Vorrichtung (z. B. Vorrichtung 22 oder 40) auftreten können. Bestimmte Ereignisse während der Einsatzdauer einer Vorrichtung können die Änderung von Randbedingungen bewirken, was zu signifikanten Differenzen zwischen den erwarteten und den beobachteten Verformungskarten führen kann.
In einigen Fällen kann es möglich sein, diese Änderungen teilweise zu kompensieren, zum Beispiel durch Änderung der Gewichte (oder Vertrauensstufen) bei den Ablesewerten bestimmter betroffener Sensoren. Bei einem Beispiel ist das Vertrauen in die Werte vom Randbereich der Eingabefläche 22 minimiert (basierend auf dem Vertrauen nach einem Fall der Vorrichtung, deren Kantensensoren negativ beeinflusst sein können), und das Vertrauen in die Sensoren im mittigen Bereich der Eingabefläche 22 ist erhöht (da diese Sensoren nach einem Fall der Vorrichtung wahrscheinlich intakt sein werden). Man betrachte beispielsweise das folgende Gleichungssystem: $[\begin{matrix} g_{1} \\ ⋮ \\ g_{n} \end{matrix}] \cdot f = [\begin{matrix} s_{1} \\ ⋮ \\ s_{n} \end{matrix}]$
Bei einem Beispiel kann statt der Minimierung $\sum_{i = 1}^{N} {(s_{i} - g_{i} \cdot f)}^{2}$
ein Minimierungsvorgang an (f) ausgeführt werden: $\sum_{i = 1}^{N} w_{i} \cdot {(s_{i} - g_{i} \cdot f)}^{2}$
Dynamische Gewichte können beispielsweise auf Folgendes bezogen werden: (a) aktuelle Position des Verformungsmittelpunkts, (b) Verschiebung des aktuellen Verformungsmittelpunkts aus seiner erwarteten Position für eine gegebene Berührung, (c) Abstand des Abtastpixels von den Vorrichtungsrändern (um die Abhängigkeit von Randbedingungen zu reduzieren) oder eine andere Metrik, die die Vertrauensstufe bei der Ausgabe bestimmter Sensoren angibt.
Bei einem Beispiel kann die Änderung der Gewichte (oder Vertrauensstufen) bei den Ablesewerten bestimmter betroffener Sensoren um den erwarteten Mittelpunkt aufgewertet werden, und Pixel um den beobachteten (verschobenen) Mittelpunkt können abgewertet werden. Bei einem anderen Beispiel kann die Änderung der Gewichte (oder Vertrauensstufen) bei den Ablesewerten bestimmter betroffener Sensoren durch Aufwerten der Sensoren in der Nähe des Mittelpunkts des Bildschirms 22 erreicht werden.
Beispielsweise zeigt 10A im linken Bild ein Beispiel einer Verformungskarte mit intakten Rändern; während das rechte Bild in 10A eine beispielhafte Verformungskarte in einer Situation zeigt, wobei der Rand gebrochen ist, sodass eine Bruchstelle in der Nähe der oberen linken Ecke der Vorrichtung aufgetreten ist und eine Fingerbetätigung eines Benutzers in der Nähe der oberen linken Ecke vorliegt.
10B und 10C zeigen anschließend mögliche Verteilungen von Gewichten „w“ für die weiter oben in Absatz [0089] erwähnte Gleichung. 10B gibt ein Beispiel wieder, wobei der alte Mittelpunkt aufgewertet und der neue Mittelpunkt abgewertet worden ist.
Bei einem weiteren Beispiel stellt 10C ein Beispiel dar, wobei die Sensor-Ablesewerte des Bildschirmmittelpunkts aufgewertet worden sind, sodass ein höheres Vertrauen in von den Vorrichtungsgrenzen entfernte Sensoren gesetzt worden ist.
Bei einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung kann eine Verbesserung der Genauigkeit angepasster Filter über Randsensoren-Subtraktion erreicht werden, um Unterstützung in Situationen zu leisten, bei denen Sensoren aufgrund eines Falls der Vorrichtung beschädigt sein können.
Beispielsweise können bestimmte Bruchstellen an Vorrichtungsrändern zu einem signifikanten Anstieg der Compliance für Berührungen in der Nähe des betreffenden Rands führen. Bei solchen Berührungen verschiebt sich der Verformungsmittelpunkt in Richtung auf die Bruchstelle, und das Verformungsprofil ähnelt dem einer teilweise gestützten Platte (z. B. einer Platte mit Kraftsensoren 24) mit einem freien Randbereich. Es kann möglich sein, diese Bruchstellen mit Randbedingungen zu kompensieren, indem der „Träger“-Modus von den beobachteten Verformungen abgezogen wird. Der Träger-Modus kann bestimmt werden, in dem eine repräsentative parametrische Form an die durch die Randsensoren beobachteten Verformungen angepasst wird.
Beispielsweise sind die Randsensoren nicht mehr Teil der gewichteten Schätzung nach kleinsten Quadraten. Die Größe des subtrahierten Träger-Modus kann im Verhältnis zur Verschiebung des Verformungsmittelpunkts weiter skaliert werden. Der Träger-Modus kann näherungsweise durch eine Gauß'sche 2D-Verteilung dargestellt werden, die außerhalb des aktiven Bildschirmbereichs zentriert ist. In 11A ist ein Beispiel einer kalibrierten Verformungskarte dargestellt, wobei die Vorrichtungsränder intakt sind. In 11B ist ein Beispiel einer Verformungskarte dargestellt, wobei an der oberen linken Ecke des Displays der Vorrichtung ein gebrochener Rand vorliegt, der Mittelpunkt verschoben ist und die Compliance erhöht ist. In 11C ist ein Beispiel dargestellt, wobei ein „Träger“-Anpassungsmodus unter Verwendung von Daten von den Randsensoren eingesetzt wird. In 1 1D ist der Träger-Modus auf die Innenfläche ausgeweitet. In 11E ist die angepasste Karte gezeigt, wobei der Träger-Modus von der beobachteten Verformungskarte aus 11B subtrahiert worden ist.
Während Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf einen Tablet-Computer oder ein Mobiltelefon beschrieben wurden, versteht es sich, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen verwendet werden können, einschließlich - aber ohne diesbezügliche Einschränkung - mobilen Vorrichtungen, Mobiltelefonen, Tablet-Computern, Musik- und Multimedia-Abspielvorrichtungen, Uhren, Gaming-Vorrichtungen und anderen Handheld-, am Körper tragbaren oder portablen Vorrichtungen.
Während die hierin offenbarten Verfahren mit Bezug auf besondere, in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführte Vorgänge beschrieben und gezeigt worden sind, versteht es sich, dass diese Vorgänge kombiniert, unterteilt oder umgeordnet werden können, um gleichwertige Verfahren zu bilden, ohne von den Lehren der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend ist die Ordnung und Gruppierung der Vorgänge, sofern hierin nicht spezifisch angegeben, keine Einschränkung der vorliegenden Offenbarung.
Es versteht sich, dass die hierin bereitgestellten Richtungsbezüge, wie z. B. oben, unten, nach oben, nach unten, im Uhrzeigersinn, entgegen dem Uhrzeigersinn, links, rechts und dergleichen bereitgestellt werden, um Beispiele der hierin offenbarten Ausführungsformen zu beschreiben, und dass sie nicht einschränkend sein sollen.
Es versteht sich, dass in der vorstehenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Offenbarung verschiedene Merkmale der Offenbarung gelegentlich in einer einzelnen Ausführungsform, Figur oder Beschreibung davon zusammen gruppiert sind, um die Offenbarung zu rationalisieren und das Verständnis von einem oder mehreren der verschiedenen Aspekte zu unterstützen. Dieses Verfahren der Offenbarung soll jedoch nicht so ausgelegt werden, dass es eine Absicht wiedergibt, wonach die Ansprüche mehr Merkmale erfordern als die in jedem Anspruch ausdrücklich angeführten Merkmale. Vielmehr sind erfinderische Aspekte in weniger als allen Merkmalen einer einzelnen vorstehenden offenbarten Ausführungsform begründet, und jede hierin beschriebene Ausführungsform kann mehr als ein erfinderisches Merkmal enthalten.
Während die Offenbarung mit Bezug auf Ausführungsformen davon vorgelegt und beschrieben wird, ist es für Fachleute auf diesem Gebiet selbstverständlich, dass verschiedene andere Änderungen der Form und der Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Grundprinzip und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen.

Claims

System zum Bestimmen von in einer elektronischen Vorrichtung (20) beaufschlagten Kraftmengen durch mindestens zwei Finger eines Benutzers auf einer berührungssensiblen Eingabevorrichtung (40) mit einer flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche (22), Folgendes umfassend: eine Vielzahl von Kraftsensoren (24), die auf der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche verteilt sind; eine Vielzahl von Berührungssensoren (28), die auf der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche verteilt sind; und ein Modul zum Aufteilen (42) einer ersten Kraftmenge, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren an einem ersten der mindestens zwei Finger, und zum Aufteilen einer zweiten Kraftmenge, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren an einem zweiten der mindestens zwei Finger, wobei das Modul (42) konfiguriert ist zum: Empfangen einer Positionsinformation von der Vielzahl von Berührungssensoren (28) entsprechend einer ersten Berührungsposition, die dem ersten Finger zugeordnet ist, und einer zweiten Berührungsposition, die dem zweiten Finger zugeordnet ist; Empfangen von Kraftdaten von der Vielzahl von Kraftsensoren (24) entsprechend einer Verformung der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche als Ergebnis dessen, dass der erste Finge die erste Berührungsposition berührt und dass der zweite Finger die zweite Berührungsposition berührt; und Anpassen der Kraftdaten, die von der Vielzahl von Kraftsensoren (24) empfangen wird, unter Verwendung eines ersten Vektors von Kraftkalibrierungsdaten, die der ersten Berührungsposition entsprechen, und eines zweiten Vektors von Kraftkalibrierungsdaten, die der zweiten Berührungsposition entsprechen.
System nach Anspruch 1, Folgendes umfassend: eine persistente Datenstruktur, einschließlich Kraftkalibrierungsdaten, umfassend den ersten Vektor von Kraftkalibrierungsdaten; und den zweiten Vektor von Kraftkalibrierungsdaten.
System nach Anspruch 2, wobei die Kraftkalibrierungsdaten Kraftverformungsmesswerte einschließen, gemessen von jedem der Vielzahl von Kraftsensoren (24) als Reaktion auf eine standardisierte Kraft, mit der eine Vielzahl verschiedener, bekannter Positionen auf der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt wird.
System nach Anspruch 1, wobei das Modul zum Aufteilen (42) ein angepasstes Filtermodul (46) einschließt.
System nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Berührungssensoren (28) die erste und zweite Berührungsposition des ersten und zweiten Fingers erkennen, die gleichzeitig auf der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche erfolgen.
System nach Anspruch 5, wobei das Modul zum Aufteilen (42) Kraftdaten mit Bezug auf eine Kraftmenge bereitstellt, die durch den ersten Finger auf der ersten Berührungsposition bereitgestellt wird.
System nach Anspruch 5, wobei das Modul zum Aufteilen (42) Kraftdaten mit Bezug auf eine Kraftmenge bereitstellt, die durch den zweiten Finger auf der zweiten Berührungsposition bereitgestellt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die flexible, berührungssensible Eingabefläche eine flexible Schicht einschließt, die sich als Reaktion auf die durch die mindestens zwei Finger des Benutzers beaufschlagte Kraft verformt.
System nach Anspruch 1, wobei die berührungssensible Eingabevorrichtung ein Trackpad einschließt.
Verfahren zum Bestimmen von durch mindestens zwei Finger eines Benutzers auf einer flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche (22) einer elektronischen Vorrichtung (20) beaufschlagte Kraftmengen, die eine Vielzahl von Kraftsensoren (24) und eine Vielzahl von Berührungssensoren (28) aufweist, die der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche (22) zugeordnet sind, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen von Kalibrierungsdaten für die elektronische Vorrichtung, wobei die Kalibrierungsdaten Vektoren umfassend Kraftverformungsmesswerte durch jeden der Vielzahl von Kraftsensoren (24) als Reaktion auf eine standardisierte Kraft, mit der eine Vielzahl unterschiedlicher, bekannter Positionen auf der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt wird, einschließen; Erkennen, durch die Vielzahl von Berührungssensoren, einer ersten Berührung an einer ersten Position; Erkennen, durch die Vielzahl von Berührungssensoren, einer zweiten Berührung an einer zweiten Position; Erhalten von durch die Vielzahl von Kraftsensoren gemessenen Kraftdaten; Anpassen der erhaltenen Kraftdaten basierend auf Vektoren, die der ersten Position und der zweiten Position zugeordnet sind; Aufteilen einer ersten Kraftmenge, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren, auf eine der ersten Position oder der zweiten Position; und Aufteilen einer zweiten Kraftmenge, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren, auf eine der ersten Position oder der zweiten Position.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die elektronische Vorrichtung ein Smartphone ist.
Elektronische Vorrichtung (20), Folgendes umfassend: einen Prozessor (50); einen Speicher (52) einschließlich eines persistenten Speichers, wobei der Speicher mit dem Prozessor gekoppelt ist; eine flexible, berührungssensible Eingabefläche (22), die sich als Reaktion auf zwei oder mehr Berührungen verformt, die durch einen Benutzer auf der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt werden; eine Vielzahl von über die flexible, berührungssensible Eingabefläche verteilten Berührungssensoren (28), wobei die Berührungssensoren eine oder mehrere Positionen der einen oder mehreren Berührungen erkennen, die gleichzeitig auf der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche erfolgen; eine Vielzahl von auf der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche verteilten Kraftsensoren (24); und ein Modul zum Aufteilen (42) einer ersten Kraftmenge, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren an einer ersten Berührungsposition, und zum Aufteilen einer zweiten Kraftmenge, gemessen durch die Vielzahl von Kraftsensoren an einer zweiten Berührungsposition, unter Verwendung von Kraftkalibrierungsdaten, die von der Vielzahl von Kraftsensoren als Reaktion auf eine standardisierte Kraft, mit der die erste Berührungsposition und die zweite Berührungsposition beaufschlagt werden, erhalten werden.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der persistente Speicher (52) die Kraftkalibrierungsdaten einschließt, wobei die Kraftkalibrierungsdaten eine Vielzahl von Kraftverformungsmesswerten aufweisen, gemessen durch jeden der Vielzahl von Kraftsensoren als Reaktion auf die standardisierte Kraft, mit der die Vielzahl verschiedener, bekannter Positionen auf der flexiblen, berührungssensiblen Eingabefläche beaufschlagt wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Modul zum Aufteilen (42) ein angepasstes Filtermodul (46) einschließt.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die flexible, berührungssensible Eingabefläche (22) eine flexible Glasschicht einschließt.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Modul eine Kraftmenge untersucht, gemessen an jedem der Vielzahl von Kraftsensoren (24) mit Bezug auf die Kraftkalibrierungsdaten.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die elektronische Vorrichtung eine Tablet-Rechenvorrichtung einschließt.