專利名稱：在多對象感應(yīng)中測量單個(gè)力的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電子設(shè)備，更具體涉及傳感器設(shè)備和利用傳感器設(shè)備來產(chǎn)生用戶界面輸入。
背景技術(shù)：
接近傳感器設(shè)備(通常也被稱作觸摸傳感器設(shè)備)被廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)。接近傳感器設(shè)備通常包括感應(yīng)區(qū)，其通常被表面所劃分，在其中可以檢測到輸入對象。示例輸入對象包括手指、筆尖等等。接近傳感器設(shè)備可以使用一個(gè)或更多的基于電容性、電阻性、電感性、光學(xué)、聲學(xué)和/或其他技術(shù)的傳感器。此外，接近傳感器設(shè)備能確定在感應(yīng)區(qū)中的單個(gè)輸入對象的存在、位置和/或運(yùn)動(dòng)，或者同時(shí)確定在感應(yīng)區(qū)中的多個(gè)輸入對象的存在、位置和/或運(yùn)動(dòng)。接近傳感器設(shè)備可以被用來使能對相關(guān)的電子系統(tǒng)的控制。例如，接近傳感器設(shè)備經(jīng)常被用作比較大型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入設(shè)備，包括筆記本電腦和臺式機(jī)。接近傳感器設(shè)備也經(jīng)常被用于較小的系統(tǒng)中，包括如個(gè)人數(shù)字助理(PDAs)、遠(yuǎn)程控制這樣的手持系統(tǒng)和無線電話和短信系統(tǒng)這樣的通訊系統(tǒng)。接近傳感器設(shè)備越來越多地被用到了媒體系統(tǒng)中，比如⑶、DVD、MP3、視頻或者其他媒體記錄器或播放器。接近傳感器設(shè)備可以是與其交互的計(jì)算系統(tǒng)的組成部分或外設(shè)。過去，ー些接近傳感器已經(jīng)被實(shí)施以額外的能力來檢測并確定作用到傳感器表面的力。比如，通過從測量當(dāng)手指按壓表面時(shí)由于増加的接觸面積而造成的増大的電容來估計(jì)作用力。不幸的是，這些接近傳感器的一些實(shí)施在使用這些技術(shù)估計(jì)作用力時(shí)只有有限的準(zhǔn)確性。因?yàn)槭艿劫|(zhì)疑的準(zhǔn)確性，這樣的傳感器通常只有有限的能力來使用這樣被確定的力作為確定用戶輸入的基礎(chǔ)。這限制了接近傳感器設(shè)備作為輸入設(shè)備工作的靈活性。因此，存在對接近傳感器設(shè)備改進(jìn)的需求，尤其是接近傳感器設(shè)備確定和響應(yīng)于作用力的指示的能力。從隨后的詳細(xì)描述以及所附權(quán)利要求，結(jié)合附圖和上述的技術(shù)領(lǐng)域和背景，其他理想的特征和特點(diǎn)會(huì)變得顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了促進(jìn)設(shè)備可用性的提高的設(shè)備和方法。具體來說，這種設(shè)備和方法通過幫助從在感應(yīng)區(qū)中多個(gè)對象中每ー個(gè)的位置信息和力信息二者確定用戶輸入來提供改進(jìn)的用戶界面功能性。輸入設(shè)備包括處理系統(tǒng)，被配置成感應(yīng)貼近表面的感應(yīng)區(qū)中的對象的傳感器，以及多個(gè)カ傳感器。多個(gè)カ傳感器被耦合到表面以提供對作用在表、面的力的多個(gè)測量。處理系統(tǒng)被配置成為對感應(yīng)區(qū)中傳感器感應(yīng)到的多個(gè)對象中每ー個(gè)確定位置信息。此外，處理系統(tǒng)被配置成從作用在表面的力的被確定的位置信息以及多個(gè)測量為多個(gè)對象中的每ー個(gè)的確定カ信息。因此，設(shè)備和方法提供了為感應(yīng)區(qū)中多個(gè)對象中每ー個(gè)確定位置信息和力信息二者的能力。這可以被用于幫助提高用戶界面功能性，比如，通過規(guī)定特定用戶界面動(dòng)作響應(yīng)于對多個(gè)對象的力的確定指示。


本發(fā)明的優(yōu)選示例實(shí)施例會(huì)在下文中結(jié)合附圖進(jìn)行描述，其中相同的標(biāo)示指示相同的元件，其中
圖I是示例性系統(tǒng)的框圖，其包含根據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的輸入設(shè)備；
圖2是根據(jù)本方明一實(shí)施例的具有多個(gè)對象的輸入設(shè)備的俯視 圖3是根據(jù)本方明一實(shí)施例的具有多個(gè)對象的輸入設(shè)備的側(cè)視 圖4 - 7是根據(jù)本方明一實(shí)施例的輸入設(shè)備的俯視 圖8是使用一維輪廓來確定對象位置的示例性接近傳感器的俯視圖。
具體實(shí)施例方式以下的詳細(xì)描述實(shí)際上僅是示例性的，并非為了限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用及使用。此外，也不存在由在前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或以下的詳細(xì)描述中呈現(xiàn)的明示或暗示的理論所限制的意圖。本發(fā)明的實(shí)施例提供幫助提高設(shè)備可用性的設(shè)備和方法。具體說來，該設(shè)備和方法通過幫助對感應(yīng)區(qū)中多個(gè)對象中每ー個(gè)的位置信息和力信息的二者的確定來幫助提高用戶界面功能性?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖I是ー個(gè)示例性電子系統(tǒng)100的框圖，其以輸入設(shè)備116操作。正如將在下文更詳細(xì)地討論的那樣，輸入設(shè)備116可以被實(shí)施為作為電子系統(tǒng)100的接ロ工作。輸入設(shè)備116具有感應(yīng)區(qū)118并且被實(shí)施為具有處理系統(tǒng)119。圖I中沒有示出的是適于感應(yīng)在感應(yīng)區(qū)118中的對象的感應(yīng)電極的陣列。圖I中沒有示出的還有耦合到感應(yīng)區(qū)118下的表面以對作用到表面的力提供多個(gè)測量的多個(gè)カ傳感器。輸入設(shè)備116適于通過幫助響應(yīng)于感應(yīng)到的對象及這些對象作用的力的數(shù)據(jù)輸入來提供用戶界面功能性。具體說來，處理系統(tǒng)119被配置成對由感應(yīng)區(qū)118中的傳感器感應(yīng)到的多個(gè)對象確定位置信息。然后此位置信息可以由系統(tǒng)100使用來提供廣泛的用戶界面功能性。此外，處理系統(tǒng)119被配置成從カ傳感器確定的カ的位置信息和多個(gè)測量來為多個(gè)對象中的每ー個(gè)確定カ信息。此カ信息然后可以也被系統(tǒng)100用來提供廣泛的用戶界面功能性。比如，通過響應(yīng)于在感應(yīng)區(qū)中多個(gè)對象中的每ー個(gè)作用的力的不同級別提供不同的用戶界面功能。因此，輸入設(shè)備116的處理系統(tǒng)119提供了對感應(yīng)區(qū)中多個(gè)對象中每ー個(gè)的位置信息和力信息二者進(jìn)行確定的能力。這可以被用來幫助提高用戶界面功能性，例 如，通過規(guī)定特定用戶界面動(dòng)作來響應(yīng)多個(gè)不同對象的力的確定的指示。在一個(gè)實(shí)施例中，處理系統(tǒng)119被配置成基于多個(gè)對象中每ー個(gè)的位置信息利用力的多個(gè)測量的疊加來確定多個(gè)對象中每ー個(gè)的力信息。此外，在本實(shí)施例的ー個(gè)具體實(shí)施中，處理系統(tǒng)119被配置成利用偽逆矩陣技術(shù)確定多個(gè)對象中每ー個(gè)的力信息。現(xiàn)在回到圖I，如前所述，輸入設(shè)備116包含一感應(yīng)區(qū)118。輸入設(shè)備116對一個(gè)或更多個(gè)輸入對象(比如手指，筆尖等)的輸入敏感，例如感應(yīng)區(qū)118中輸入對象114的位置。這里使用的“感應(yīng)區(qū)” g在廣泛涵蓋輸入設(shè)備的上方，四周，里面和/或附近的任何空間，其中輸入設(shè)備的傳感器能檢測用戶輸入。在常規(guī)的實(shí)施例中，輸入設(shè)備的感應(yīng)區(qū)從輸入設(shè)備的傳感器的表面沿ー個(gè)或多個(gè)方向延伸到空間中，直到信噪比妨礙充分精確的對象檢測。在一具體方向上感應(yīng)區(qū)延伸的距離可能在不足一毫米，幾毫米，幾厘米或更多的級上，并且可能隨使用的感應(yīng)技術(shù)類型和要求的精度而顯著變化。因此，一些實(shí)施例可能需要與表面接觸，要么具有作用的壓カ要么不具有，而其他的一些又不需要。相應(yīng)的，在不同的實(shí)施例中，特定感應(yīng)區(qū)的尺寸、形狀和位置可能有很大的差別。常見的感應(yīng)區(qū)具有矩形ニ維投影形狀，但也可能是許多其他的形狀。例如，根據(jù)傳感器陣列和周圍電路的設(shè)計(jì)，針對輸入對象的防護(hù)，等等，感應(yīng)區(qū)可能被做成具有其他形狀的ニ維投影。類似的方法可以被用來限定感應(yīng)區(qū)的三維形狀。例如，傳感器設(shè)計(jì)、防護(hù)、信號操作等等的任何組合，可有效限定延伸一段距離進(jìn)出圖I中的頁的感應(yīng)區(qū)118。 在運(yùn)行中,輸入設(shè)備116適宜地檢測感應(yīng)區(qū)118內(nèi)一個(gè)或更多個(gè)輸入對象(如輸入對象114)。因此,輸入設(shè)備116包含一傳感器(未不出),其利用任何組合傳感器兀件和傳感技術(shù)來實(shí)現(xiàn)ー個(gè)或更多的感應(yīng)區(qū)(如感應(yīng)區(qū)118)并檢測如對象的存在的用戶輸入。輸入設(shè)備可以包含任何數(shù)量的結(jié)構(gòu)，比如一個(gè)或更多的傳感器電極，一個(gè)或更多的其他電極或者是適于檢測對象的存在的其他結(jié)構(gòu)。作為ー些非限制性的例子，輸入設(shè)備可以使用電容的、電阻的、電感的、表面聲波和/或光學(xué)技術(shù)。這些技術(shù)中許多對需要移動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)(比如機(jī)械開關(guān))的那些是具有優(yōu)勢的，因?yàn)樗麄兛删哂虚L得多的使用壽命。例如，輸入設(shè)備116中的傳感器可以使用電容式傳感器電極的陣列或其他模式來支持任何數(shù)量的感應(yīng)區(qū)118。作為另ー個(gè)例子，傳感器可以用電容傳感技木，結(jié)合電阻傳感技術(shù)來支持同一感應(yīng)區(qū)或不同的感應(yīng)區(qū)?？捎糜趯?shí)現(xiàn)本發(fā)明各種實(shí)施例的這些技術(shù)類別的示例可以在美國專利號 5，543，591,5, 648，642,5, 815，091,5, 841，078 和 6，249，234 中找至IJ。在一些電容性輸入設(shè)備的實(shí)施中，作用以電壓來產(chǎn)生跨越感應(yīng)表面的電場。這些電容性輸入設(shè)備通過檢測電容變化來檢測對象的位置，而電容變化是因?qū)ο笠鸬碾妶鲎兓斐傻摹鞲衅骺梢詸z測電壓、電流等等的變化。作為ー個(gè)例子，一些電容性實(shí)現(xiàn)利用電阻片，其可以統(tǒng)ー是電阻性的。這種電阻片電(通常歐姆性地)耦合到電極。在一些實(shí)施例中，這些電極可能位于電阻片的拐角，為電阻片提供電流并檢測通過電容性耦合到電阻片上被輸入設(shè)備引出的電流。在另外的實(shí)施例中，這些電極位于電阻片的其他區(qū)域，并且驅(qū)動(dòng)或接收其他形式的電信號。根據(jù)實(shí)施，傳感器電極可以被看作電阻片，耦合到電阻片的電極或者電極和電阻片的組合。作為另ー個(gè)例子，ー些容性實(shí)現(xiàn)利用基于傳感器電極之間的電容性耦合的跨電容感應(yīng)方法。有時(shí)也把跨電容感應(yīng)方法稱作“互電容感應(yīng)方法”。在一實(shí)施例中,跨電容傳感方法通過檢測將ー個(gè)或更多的發(fā)射電極與ー個(gè)或更多個(gè)接收電極耦合起來的電場而運(yùn)作。貼近的對象可以引起電場的變化，并在跨電容耦合中產(chǎn)生可檢測到的變化。傳感電極既可以發(fā)射也可以接收，要么同時(shí)要么以分時(shí)復(fù)用的方式。有時(shí)把發(fā)射的傳感電極稱作“發(fā)射傳感器電扱”，“驅(qū)動(dòng)傳感器電扱”，“發(fā)射器”或“驅(qū)動(dòng)”一至少在它們正在發(fā)射的期間。也可以用其他名字，包括對前面的名字的縮寫或組合(例如“驅(qū)動(dòng)電扱”和“驅(qū)動(dòng)器電極”)。有時(shí)把接收的傳感器電極稱作“接收傳感器電扱”，“接收電扱”或“接收器”一至少在它們正在接收的期間。同樣的，也可以用其他名字，包括前面的名字的縮寫或組合。在一實(shí)施例中，發(fā)射傳感器電極被相對于系統(tǒng)地而調(diào)制以便于發(fā)射。在另ー實(shí)施例中，接收傳感器電極未被相對系統(tǒng)地而調(diào)制以便于接收。除用來實(shí)現(xiàn)ー個(gè)或更多個(gè)感應(yīng)區(qū)的傳感器元件和傳感技術(shù)外，輸入設(shè)備包括多個(gè)カ傳感器。多個(gè)カ傳感器被耦合到表面并被配置成提供作用到表面的力的多個(gè)測量。正如下文將更詳細(xì)地描述的那樣，多個(gè)カ傳感器可以以多種不同的設(shè)置被實(shí)施。舉幾個(gè)例子，多個(gè)カ傳感器可以被實(shí)施為設(shè)置在靠近感應(yīng)區(qū)118的周邊的三個(gè)或更多的カ傳感器。此外，每個(gè)カ傳感器都可以被實(shí)施為測量作用在表面的壓縮力、膨脹カ或兩者。最后，多種不同的技術(shù)可以被用來實(shí)施カ傳感器。例如力傳感器可以以包括壓電カ傳感器、電容性力傳感器和電阻性力傳感器的多種不同技術(shù)來實(shí)施。
圖I中處理系統(tǒng)(或“處理器”)119被耦合到輸入設(shè)備116和電子系統(tǒng)100。諸如處理系統(tǒng)119這樣的處理系統(tǒng)可以對從輸入設(shè)備116的傳感器接和力傳感器收到的信號進(jìn)行各種處理。比如，處理系統(tǒng)可以選擇或耦合單個(gè)傳感器電極，檢測存在/接近，計(jì)算位置或運(yùn)動(dòng)信息或把對象運(yùn)動(dòng)解釋為手勢。處理系統(tǒng)還可以校準(zhǔn)單個(gè)カ傳感器以及從力傳感器提供的數(shù)據(jù)確定力的測量。處理系統(tǒng)119可以為電子設(shè)備100提供基于輸入對象(如輸入對象114)的位置信息和力信息的電氣或電子標(biāo)記。在一些實(shí)施例中，輸入設(shè)備使用相關(guān)的處理系統(tǒng)為電子系統(tǒng)提供位置信息和力信息的電子標(biāo)記，而電子系統(tǒng)處理標(biāo)記來基于來自用戶的輸入而動(dòng)作。一個(gè)示例的系統(tǒng)響應(yīng)就是在顯示器上移動(dòng)光標(biāo)或其他對象，且標(biāo)記可以以任何其他目的而被處理。在這樣的實(shí)施例中，響應(yīng)于識別出的對象運(yùn)動(dòng)的ー筆，或基于任何數(shù)量和種類的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)達(dá)到閾值時(shí)，處理系統(tǒng)可以不斷地向電子系統(tǒng)報(bào)告位置和力信息。在其他ー些實(shí)施例中，處理系統(tǒng)可以直接處理標(biāo)記來接收來自用戶的輸入，并且不與任何外部處理器進(jìn)行交互就在顯示器上產(chǎn)生變化或ー些其他動(dòng)作。在本說明中，術(shù)語“處理系統(tǒng)”被定義為包含ー個(gè)或更多個(gè)適于實(shí)施所述操作的處理元件。因此，處理系統(tǒng)(如處理系統(tǒng)119)可以包含ー個(gè)或更多個(gè)集成電路、固件代碼、和/或軟件代碼的全部或部分，其從傳感器接收電氣信號并與其關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)(如電子系統(tǒng)100)進(jìn)行通信。在一些實(shí)施例中，所有包括處理系統(tǒng)的處理元件都定位在一起，在關(guān)聯(lián)的輸入設(shè)備中或附近。在其他的實(shí)施例中，處理系統(tǒng)的元件可以是物理隔離的，一些元件靠近相關(guān)輸入設(shè)備而ー些元件在別處(比如靠近電子系統(tǒng)的其他電路)。在后一個(gè)實(shí)施例中，最小量的處理可以通過輸入設(shè)備附近的處理系統(tǒng)元件來執(zhí)行，且多數(shù)的處理可以通過其他地方的元件來執(zhí)行，反之亦然。此外，處理系統(tǒng)(如處理系統(tǒng)119)可以是和與其通訊的電子系統(tǒng)(如電子系統(tǒng)100)的一部分物理隔離的，或是處理系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的那一部分一起被整體地實(shí)施。例如，處理系統(tǒng)可以至少部分存在于被設(shè)計(jì)來實(shí)施除了實(shí)施輸入設(shè)備外的電子系統(tǒng)的其他功能的ー個(gè)或更多個(gè)集成電路中。在一些實(shí)施例中，輸入設(shè)備可以被實(shí)施以通任何感應(yīng)區(qū)外的其他輸入功能性。例如，圖I中的輸入設(shè)備116被實(shí)施以感應(yīng)區(qū)118附近的按鈕或其他輸入設(shè)備。按鈕可以被用來幫助使用接近傳感器設(shè)備選擇條目，為感應(yīng)區(qū)提供冗余功能性，或提供一些其他功能性或非功能性的美化效果。按鈕只是形成了怎樣給輸入設(shè)備116増加額外輸入功能性的一個(gè)例子。在其他的實(shí)施中，如輸入設(shè)備116的輸入設(shè)備可以包含替代的或額外的輸入設(shè)備，比如物理的或虛擬的開關(guān)，或額外的感應(yīng)區(qū)。相反，在各種實(shí)施例中，輸入設(shè)備可以只以感應(yīng)區(qū)輸入功能性實(shí)現(xiàn)。
同樣地，任何位置信息確定的處理系統(tǒng)可以是對對象存在的任何適當(dāng)?shù)臉?biāo)記。例如，處理系統(tǒng)可以被實(shí)施成確定作為標(biāo)量的“一維”位置信息(如沿感應(yīng)區(qū)的位置或運(yùn)動(dòng))。處理系統(tǒng)也可以被實(shí)施成確定作為組合值的多維位置信息(如ニ維水平/垂直軸，三維水平/垂直/深度軸，角度/徑向軸，或跨多個(gè)維度的任何其他軸的組合)，等等。處理系統(tǒng)也可以被實(shí)施成確定關(guān)于時(shí)間或歷史的信息。此外，這里所說的術(shù)語“位置信息”意在廣泛涵蓋絕對和相對位置類型的信息，以及同樣其他類型的空間域信息，比如速度，加速度等等，包括ー個(gè)或更多個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)的測量。各種形式的位置信息也可以包括時(shí)間歷史分量，比如在手勢識別的情況中等等。同樣地，這里所說的術(shù)語“カ信息”意在廣泛涵蓋任何形式的力信息。例如，可以以向量或標(biāo)量量為每個(gè)對象提供力信息。作為另ー個(gè)例子，可以以其確定的力有沒有超過閾值量的指示提供力信息。作為另ー個(gè)例子，力信息也可以包含用于手勢識別的時(shí)間歷史分量。正如在下文作中將更詳細(xì)地描述的那樣，來自處理系統(tǒng)的位置信息和力信息可以被用來幫助全方位的界面輸入，包括使用接近傳感器設(shè)備作為選擇、光標(biāo)控制、滾動(dòng)和其他功能的指向設(shè)備。在一些實(shí)施例中，如輸入設(shè)備116的輸入設(shè)備適于作為觸摸屏界面的一部分。具體說來，顯示屏至少與輸入設(shè)備的感應(yīng)區(qū)的一部分重疊，如感應(yīng)區(qū)118。輸入設(shè)備和顯示屏一起提供了與相關(guān)的電子系統(tǒng)連接的觸摸屏。顯示屏可以是能夠?yàn)橛脩籼峁┛梢暬缑娴娜魏晤愋偷碾娮语@示器，并且可以包括任何類型的LED (包括有機(jī)LED (OLED)), CRT、IXD、等離子、EL或其他顯示技木。這樣實(shí)施時(shí)，輸入設(shè)備被用來激活電子系統(tǒng)上的功能。在一些實(shí)施例中，觸摸屏實(shí)施通過在貼近指示出功能的圖標(biāo)或者其它用戶界面元素的感應(yīng)區(qū)放置一個(gè)或更多個(gè)對象讓用戶選擇功能。輸入設(shè)備可以被用來促進(jìn)其他的用戶界面交互，比如滾動(dòng)、取景、菜單導(dǎo)航、光標(biāo)控制、參數(shù)調(diào)整等等。觸摸屏設(shè)備上的輸入設(shè)備和顯示屏可以廣泛共享物理元件。例如，一些顯示和傳感技術(shù)可以利用一些同樣的電氣組件來顯示和傳感。應(yīng)當(dāng)理解，雖然本發(fā)明的許多實(shí)施例將在這里的全功能裝置的背景中被描述，但本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以被分布為各種形式的程序產(chǎn)品。例如，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以被實(shí)施并且被分布為計(jì)算機(jī)可讀的媒體上的傳感器程序。此外，本發(fā)明的實(shí)施例不論用來實(shí)施分布的計(jì)算機(jī)可讀媒介的特定類型都同樣地適用。計(jì)算機(jī)可讀媒體的例子包括光盤、記憶棒、存儲卡、內(nèi)存模塊等等。計(jì)算機(jī)可讀媒體可以基于閃存的、光學(xué)的、磁性的、全息的或任何其他存儲技木。如上所述，輸入設(shè)備116適于通過響應(yīng)于感應(yīng)的貼近的對象和這些對象作用的力來幫助數(shù)據(jù)輸入以提供用戶界面功能。具體說來，處理系統(tǒng)119被配置成對在感應(yīng)區(qū)118中的傳感器感應(yīng)的多個(gè)對象確定位置信息。此外，處理系統(tǒng)119被配置成對從作用在表面的力的確定的位置信息和多個(gè)測量對多個(gè)對象中每ー個(gè)確定カ信息。因此，輸入設(shè)備116的處理系統(tǒng)119提供確定感應(yīng)區(qū)多個(gè)對象中每ー個(gè)的位置信息和力信息二者的能力。這可以用來幫助用戶界面功能性的提高，例如，通過規(guī)定特定用戶界面動(dòng)作響應(yīng)于對多個(gè)不同對象的位置和力的確定的指示?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2和圖3，其示出了感應(yīng)區(qū)中的對象和作用力到表面的例子。具體來說，圖2和圖3不出了不例的輸入設(shè)備200的俯視圖和側(cè)面圖。在所不例子中，用戶手指202和204給設(shè)備200提供輸入。具體說來，輸入設(shè)備200被配置成使用傳感器在感應(yīng)區(qū)206中確定手指202和204的位置。例如，電容式接近傳感器，采用多個(gè)傳感器電極，可以被配置成通過檢測在傳感器電極間的跨電容式耦合的變化，來檢測諸如手指202和204這樣的對象，以及從已檢測到的跨電容式耦合的變化來確定手指的位置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，輸入設(shè)備200進(jìn)ー步地被配置成確定手指202和204作用到表面208的力。具體來說，多個(gè)力傳感器210被設(shè)置在感應(yīng)區(qū)206各處。這些カ傳感器的每個(gè)提供手指作用在表面208上的力的一測量。處理系統(tǒng)被配置成利用傳感器確定的手 指位置和力傳感器210提供的力的測量確定單個(gè)手指202和204的每個(gè)作用的力。應(yīng)該注意，被確定的カ是被確定的多個(gè)手指中每個(gè)單獨(dú)手指作用到表面208的力的總計(jì)。因此，系統(tǒng)可根據(jù)哪些手指按壓以什么樣的力做出不同的反應(yīng)。確定多個(gè)手指中每ー個(gè)作用的力，以及響應(yīng)于這樣被確定的カ提供不同的輸入動(dòng)作的能力，為幫助用戶輸入選擇提供了廣泛的靈活性。本發(fā)明的實(shí)施例可以被用來實(shí)現(xiàn)輸入設(shè)備上各種不同的能力。比如，其可以被用來使能基于カ和接近指示的任何類型的用戶輸入。比如，“按壓選擇”手勢，其中接近指示可以被用于光標(biāo)控制而力指示可以被用于選擇元素。作為另ー個(gè)例子，對多個(gè)對象的力和接近的連續(xù)測量值可以被用于連續(xù)手勢，比如擴(kuò)展放大，擴(kuò)展?jié)L動(dòng)或擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)。在這些情況的每種下，増加的力指示可以被用來擴(kuò)展響應(yīng)，因此可以被用來有選擇地延伸響應(yīng)。在這些情況中，同時(shí)確定多個(gè)對象的力和接近是特別有用的，因?yàn)檫@為確定用戶意圖提供了增強(qiáng)的靈活性。如上所述，在本發(fā)明的實(shí)施例中，多個(gè)カ傳感器被設(shè)置到傳感器周圍并被配置成提供作用在表面的力的測量。這些單個(gè)的カ傳感器的每個(gè)都可以以任何合適的カ傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)。例如，カ傳感器可以以壓電カ傳感器、電容式カ傳感器、電阻應(yīng)變計(jì)和/或力感應(yīng)電阻來實(shí)現(xiàn)。此外，力傳感器可以被實(shí)施成測量壓縮カ(即向傳感器作用的力)、膨脹カ(即離開傳感器作用的力)、或者兩者。力傳感器被配置成每個(gè)提供向表面作用的力的測量。各種不同的實(shí)施都可以被用來幫助這一測量。例如，力傳感器中的傳感元件可以是直接附著在表面的。例如，傳感元件也可以直接附著在表面的下面或其他層。在這樣的實(shí)施例中，憑借被直接耦合到表面，每個(gè)力傳感器都可以提供對正在對表面作用的力的測量。在其他實(shí)施例中，力傳感器可被間接耦合到了表面。例如，通過傳遞力的中間耦合結(jié)構(gòu)，中間材料層或者兩者。不論哪種情況，力傳感器又被配置成每個(gè)提供對作用到表面的力的測量。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，多個(gè)カ傳感器被設(shè)置到傳感器周圍。正如將在下文作更詳細(xì)的描述的那樣，本發(fā)明的各方面允許使用相對較少的力傳感器而仍然提供確定多個(gè)對象中每ー個(gè)作用在表面的力的能力。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器周圍設(shè)置了兩個(gè)カ傳感器。在另一例子中，傳感器周圍設(shè)置了三個(gè)カ傳感器。在另ー實(shí)施例中，傳感器周圍設(shè)置了四個(gè)或者更多的傳感器。正如將在下文作更詳細(xì)地解釋的那樣，通常更多的傳感器數(shù)量將提供更高的精度，且ー些情況中增加了冗余度，但是添加額外的傳感器也增加了成本和復(fù)雜性。鑒于這些原因，在大多數(shù)實(shí)施例中，在感應(yīng)區(qū)各處使用三到八個(gè)之間的カ傳感器將是理想的?？傮w上，把多個(gè)カ傳感器的每個(gè)設(shè)置在傳感器邊緣附近并最大限度地分開傳感器將是理想的，因?yàn)檫@將易于最大化傳感測量的精度。在大多數(shù)情況下，這將把傳感器設(shè)置在靠近感應(yīng)區(qū)的外緣。在另外的情況下，其可能接近觸摸表面的外緣，而感應(yīng)區(qū)可以延伸出表面一定的距離。最后，在其他實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)傳感器可能被設(shè)置在傳感器內(nèi)部。在圖2的示例中，四個(gè)傳感器210被設(shè)置在靠近矩形感應(yīng)區(qū)206的周邊并在表面208的下方。轉(zhuǎn)到圖4，其示出了輸入設(shè)備400的另ー個(gè)例子。在該例中，三個(gè)カ傳感器410被設(shè)置在感應(yīng)區(qū)406周邊內(nèi)并且在表面408的下方。在該例中，相比于圖2所示的那些，力傳感器410被設(shè)置得離周邊更遠(yuǎn)。

轉(zhuǎn)到圖5,其不出了輸入設(shè)備500的另ー個(gè)例子。在該例中，五個(gè)カ傳感器510被設(shè)置在感應(yīng)區(qū)506周邊內(nèi)并且在表面508的下方。在該實(shí)施例中，力傳感器510中的一個(gè)被設(shè)置在了感應(yīng)區(qū)506的中央?yún)^(qū)域，而另外四個(gè)傳感器510被設(shè)置在更接近感應(yīng)區(qū)506的周邊。轉(zhuǎn)到圖6,其不出了輸入設(shè)備600的另ー個(gè)例子。在該例中，四個(gè)カ傳感器610被設(shè)置在感應(yīng)區(qū)606的周邊內(nèi)并在表面608的下方。在該實(shí)施例中，力傳感器610的姆個(gè)都提供更大矩形區(qū)域上的力的測量。該類型的傳感器可以用カ感應(yīng)電阻或其他合適的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施例也適用于不同形狀的輸入設(shè)備。轉(zhuǎn)到圖7，其闡明了輸入設(shè)備700的另ー個(gè)例子。在該例中，三個(gè)カ傳感器710被設(shè)置在感應(yīng)區(qū)706的周邊內(nèi)并且在表面708的下方，其中感應(yīng)區(qū)706具有圓形的形狀。在這樣的實(shí)施例中，傳感器可以不同的坐標(biāo)系來提供位置信息，如以極坐標(biāo)。然而，在這種傳感器中，直接或通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，也可以提供X-Y坐標(biāo)系的使用。應(yīng)當(dāng)注意，雖然圖2—1闡明了很大程度上具有共同范圍的各種感應(yīng)區(qū)和表面，但并不是在所有實(shí)施例中都要求如此。例如，在一些實(shí)施例中感應(yīng)區(qū)的形狀可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出呈現(xiàn)給用戶的主表面。在另外的實(shí)施例中，也許剛好相反。正如將在下文作更詳細(xì)地解釋的那樣，輸入設(shè)備的表面和其他層可以用具有不同物理性質(zhì)的不同類型的材料來實(shí)施。例如，表面可以用具有不同物理硬度級別的材料實(shí)施。因此，在一些實(shí)施例中表面可以隨用戶作用力而明顯地偏轉(zhuǎn)和彎曲。在另ー些實(shí)施例中，表面將擁有更大的硬度，因此在正常使用時(shí)可以很大程度地避免彎曲。這些不同的實(shí)施可以給用戶不同的用戶體驗(yàn)。例如，易于偏轉(zhuǎn)給用戶提供了與他們作用的力相對應(yīng)的反饋的途徑。通常，為了提供顯著的偏轉(zhuǎn)量，傳感器可被配置以給感應(yīng)層提供適當(dāng)彎曲的空間的結(jié)構(gòu)。例如，通過使用類似彈簧的結(jié)構(gòu)。此外，正如將在下文更詳細(xì)地討論的那樣，用來確定感應(yīng)區(qū)中多個(gè)對象中每ー個(gè)的力的技術(shù)可適于說明使用過程中可能發(fā)生在表面上的偏轉(zhuǎn)的總量。下面將不詳細(xì)討論可被用于確定感應(yīng)區(qū)中多個(gè)對象的力信息的技木?？傮w上，該技術(shù)利用通過傳感器確定的每個(gè)對象的位置信息和力的多個(gè)測量來為每個(gè)對象確定作用カ的總量。具體來說，該技術(shù)基于多個(gè)對象中每ー個(gè)的位置信息利用力的多個(gè)測量的疊加來為每ー個(gè)對象確定作用的力。在該實(shí)施例的一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，此疊加通過偽逆矩陣技術(shù)來計(jì)算出。作為ー個(gè)例子，一輸入設(shè)備可以被提供以四個(gè)カ傳感器，每ー個(gè)都提供一力測量(.Fm Fm Fbd FbrX如上所述，輸入設(shè)備被配置成使用例如電容式接近傳感器的傳感器確定多對象的位置信息。在本例中，感應(yīng)區(qū)中的對象的位置用X和y坐標(biāo)位置值來表示。因此，感應(yīng)區(qū)中兩個(gè)被檢測到的對象的位置可以用值來表示。使用線性模型，并假設(shè)矩形傳感器的尺寸是WxH，兩個(gè)被檢測對象(も^), ハ)的位置、四個(gè)測量到的カ值(.Fm Fm Fbd Fbr),以及兩個(gè)對象作用的力(4 F1)之間的關(guān)系可以用矩陣方程表示為
權(quán)利要求
1.一種輸入設(shè)備，包括 表面； 被配置成感應(yīng)在貼近所述表面的感應(yīng)區(qū)中的對象的傳感器； 多個(gè)力傳感器，所述多個(gè)力傳感器的每個(gè)都被耦合到了所述表面使得所述多個(gè)力傳感器提供對作用到所述表面的力的多個(gè)測量； 耦合到所述傳感器和所述多個(gè)力傳感器的處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)被配置成 確定由所述感應(yīng)區(qū)中的傳感器感應(yīng)到的多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息；以及 從以下確定所述多個(gè)對象中每一個(gè)的力信息 所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息；以及 作用在所述表面上的力的多個(gè)測量。
2.如權(quán)利要求I所述的輸入設(shè)備，其中，所述多個(gè)力傳感器至少包括三個(gè)力傳感器。
3.如權(quán)利要求I所述的輸入設(shè)備，其中，所述多個(gè)對象包含兩個(gè)或三個(gè)對象。
4.如權(quán)利要求I所述的輸入設(shè)備，其中，所述傳感器從電容式傳感器和光學(xué)傳感器組成的組中選取。
5.如權(quán)利要求I或2所述的輸入設(shè)備，其中，所述多個(gè)力傳感器的每一個(gè)被設(shè)置在所述感應(yīng)區(qū)的周邊附近。
6.如權(quán)利要求I所述的輸入設(shè)備，其中，所述多個(gè)力傳感器的每一個(gè)是從壓電力傳感器、電容式力傳感器、電阻應(yīng)變計(jì)和力感應(yīng)電阻組成的組中選取。
7.如權(quán)利要求I所述的輸入設(shè)備，其中，所述多個(gè)力傳感器的每一個(gè)都被配置成測量壓縮和膨脹二者。
8.如權(quán)利要求1，2，3，4，5，6或7所述的輸入設(shè)備，其中，所述處理系統(tǒng)被配置成從所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息以及作用在所述表面的力的所述多個(gè)測量為所述多個(gè)對象的每一個(gè)確定力信息，其通過以下方式 基于所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息利用力的所述多個(gè)測量的疊加。
9.如權(quán)利要求1，2，3，4，5，6或7所述的輸入設(shè)備，其中，所述處理系統(tǒng)被配置成從所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息以及作用在所述表面的力的所述多個(gè)測量為所述多個(gè)對象的每一個(gè)確定力信息，其通過以下方式 基于所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息解限定力的所述多個(gè)測量的疊加的超定系統(tǒng)方程。
10.如權(quán)利要求1，2，3，4，5，6或7所述的輸入設(shè)備，其中，所述處理系統(tǒng)被配置成從所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息以及作用在所述表面的力的所述多個(gè)測量為所述多個(gè)對象的每一個(gè)確定力信息，其通過以下方式 基于所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息利用偽逆矩陣技術(shù)確定對力的所述多個(gè)測量的疊加。
11.如權(quán)利要求1，2，3，4，5，6或7所述的輸入設(shè)備，其中，所述多個(gè)力傳感器被設(shè)置成使得所述多個(gè)力傳感器中的至少兩個(gè)的每一個(gè)靠近所述感應(yīng)區(qū)的角落。
12.如權(quán)利要求1，2，3，4，5，6或7所述的輸入設(shè)備，其中，所述處理系統(tǒng)被配置成對所述感應(yīng)區(qū)中的傳感器感應(yīng)到的多個(gè)對象中每一個(gè)確定位置信息，其通過以下方式 利用作用在所述表面的力的所述多個(gè)測量的至少一個(gè)來消除所述位置信息的模糊性。
13.—種輸入設(shè)備包括 表面； 電容式傳感器，其被配置成同時(shí)容性感應(yīng)在貼近所述表面的感應(yīng)區(qū)中的至少兩個(gè)對象； 至少三個(gè)力傳感器，所述至少三個(gè)力傳感器的每個(gè)都被耦合到了所述表面使得所述至少三個(gè)力傳感器提供作用到所述表面的力的至少三個(gè)測量，其中所述至少三個(gè)力傳感器中的至少兩個(gè)被放置在靠近所述感應(yīng)區(qū)的周邊； 耦合到所述電容式傳感器和所述至少三個(gè)力傳感器的處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)被配置成 確定所述感應(yīng)區(qū)中的傳感器同時(shí)感應(yīng)到的所述至少兩個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息；以及 從以下內(nèi)容確定所述至少兩個(gè)對象中的每一個(gè)的單個(gè)的力信息 所述至少兩個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息；以及 作用在所述表面的力的所述至少三個(gè)測量。
14.一種方法，包含如下步驟 以傳感器感應(yīng)多個(gè)對象； 對所述傳感器感應(yīng)到的多個(gè)對象的每一個(gè)確定位置信息； 確定作用到所述傳感器表面的力的多個(gè)測量；以及 從以下內(nèi)容確定所述多個(gè)對象中每一個(gè)的力信息 所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息；以及 作用到所述表面的力的所述多個(gè)測量。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，力的所述多個(gè)測量至少包含力的三個(gè)測量。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述多個(gè)對象包含兩或三個(gè)對象。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，以傳感器感應(yīng)多個(gè)對象的步驟包括以由電容式傳感器和光學(xué)傳感器組成的組中的至少一個(gè)來感應(yīng)。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，確定作用到所述傳感器表面的力的多個(gè)測量的步驟包括使用被設(shè)置到所述表面的周邊附近的多個(gè)力傳感器。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，確定作用到所述傳感器表面的力的多個(gè)測量的步驟包括使用從由壓電式力傳感器、電容式傳感器、電阻應(yīng)變計(jì)和力感應(yīng)電阻組成的組中選取的力傳感器。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，確定作用到所述傳感器表面的力的多個(gè)測量的步驟包括使用被配置成測量壓縮和膨脹二者的力傳感器。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，確定作用到表面的力的多個(gè)測量的步驟包括使用被設(shè)置成使得至少兩個(gè)力傳感器靠近所述表面的角落的力傳感器。
22.如權(quán)利要求14，15，16，17，18，19，20或21所述的方法，其中，從所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息以及作用到所述表面的力的多個(gè)測量確定所述多個(gè)對象中每一個(gè)的力信息的步驟包括 基于所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息解限定力的所述多個(gè)測量的疊加的超定系統(tǒng)方程。
23.如權(quán)利要求14，15，16，17，18，19，20或21所述的方法，其中，從所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息以及作用到所述表面的力的多個(gè)測量確定所述多個(gè)對象中每一個(gè)的力信息的步驟包括 基于所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息利用力的所述多個(gè)測量的疊加。
24.如權(quán)利要求14，15，16，17，18，19，20或21所述的方法，其中，從所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息以及作用到所述表面的力的多個(gè)測量確定所述多個(gè)對象中每一個(gè)的力信息的步驟包括 基于所述多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息利用偽逆矩陣技術(shù)確定力的所述多個(gè)測量的置加。
25.如權(quán)利要求14，15，16，17，18，19,20或21所述的方法，其中，對所述傳感器感應(yīng)到的多個(gè)對象的每一個(gè)確定位置信息的步驟包括利用作用在所述表面的力的所述多個(gè)測量的至少一個(gè)來消除所述位置信息的模糊性。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種輸入設(shè)備，其通過對感應(yīng)區(qū)中的多個(gè)對象的每一個(gè)確定力信息來幫助提高用戶界面的功能性。輸入設(shè)備包括處理系統(tǒng)，配置成感應(yīng)在貼近表面的感應(yīng)區(qū)中的對象的傳感器，和多個(gè)力傳感器。所述多個(gè)力傳感器與表面耦合以提供多個(gè)對施加在表面上的力的測量。處理系統(tǒng)被配置成為感應(yīng)區(qū)里的傳感器感應(yīng)到的多個(gè)對象中的每一個(gè)確定位置信息。此外，處理系統(tǒng)被配置成從作用在表面上的力的位置信息和多個(gè)測量為多個(gè)對象中的每一個(gè)確定力信息。這樣，設(shè)備和方法提供了確定感應(yīng)區(qū)里多個(gè)對象中每一個(gè)的位置信息和力信息二者的能力。
文檔編號G06F3/03GK102652300SQ201080056880
公開日2012年8月29日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者M.布利, T.肖爾特勒奇 申請人:辛納普蒂克斯公司