基于手指变形速度的触摸屏幕的触摸力测量的制作方法

背景技术：

现今，许多不同类型的消费型电子装置通常包括触摸屏，该触摸屏可以充当显示图像、视频和/或图形信息的输出装置，并且还可以充当用于接收来自用户的触摸控制输入的输入触摸接口装置。触摸屏(或触摸面板，或触摸面板显示器)可以检测显示区域内触摸的存在和位置，其中，触摸可以包括利用身体部位(例如，手指)或利用特定对象(例如，触笔)来触摸显示器。触摸屏通常使得用户能够与正在显示的内容进行直接交互，而不是利用由鼠标或触摸板控制的光标进行间接交互。触摸屏已广泛用于各种不同类型的消费型电子装置，包括例如蜂窝无线电话、个人数字助理(pda)以及手持式游戏装置。

技术实现要素：

在一个示例性实施方式中，一种方法包括如下步骤：在触摸时段期间的多个时间点(instancesoftime)处测量电容触摸屏显示器的与触摸该电容触摸屏显示器的手指所接触的区域相关联的电容值；确定在多个时间点处在电容触摸屏显示器上的与触摸电容触摸屏显示器的手指接触的区域的大小；确定与手指接触的区域的大小相对于时间的变化率；基于所确定的区域的大小的变化率来估计与手指相关联的速度；以及基于所估计的与手指相关联的速度来估计手指触摸电容触摸屏显示器的触摸力。

在另一示例性实施方式中，一种装置包括：电容触摸屏显示器；电容采样单元，该电容采样单元被配置为在触摸时段期间的多个时间点处测量电容触摸屏显示器的与触摸该电容触摸屏显示器的对象所接触的区域相关联的电容值；触摸变形区域单元，该触摸变形区域单元被配置为测量在多个时间点处在电容触摸屏显示器上的与触摸电容触摸屏显示器的可变形指示对象接触的区域的大小；以及触摸力估计单元，该触摸力估计单元被配置为：确定与对象接触的区域的大小相对于时间的变化率；并且基于所确定的区域的大小相对于时间的变化率来估计对象触摸电容触摸屏显示器的触摸力。

在又一示例性实施方式中，一种非暂时性计算机可读介质，其包含可由至少一个处理器执行的指令，该非暂时性计算机可读介质包括：用于接收在触摸时段期间的多个时间点处对电容触摸屏显示器的与触摸该电容触摸屏显示器的手指所接触的区域相关联的电容值的第一测量结果的一个或更多个指令；用于接收在多个时间点处对电容触摸屏显示器上的与触摸电容触摸屏显示器的手指接触的区域的大小的第二测量结果的一个或更多个指令；用于确定与手指接触的区域的大小相对于时间的变化率的一个或更多个指令；以及用于基于所确定的区域的大小相对于时间的变化率来估计手指触摸电容触摸屏显示器的触摸力的一个或更多个指令。

附图说明

并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本文所描述的一个或更多个实施方式，并且连同说明书一起解释这些实施方式。在附图中：

图1a和图1b示出了用于基于手指变形速度来对触摸面板上的触摸力执行精准估计的电子装置的触摸屏显示器的触摸面板的应用；

图2是描绘图1a的电子装置的示例性部件的框图；

图3描绘了图1a的电子装置的示例性功能部件；

图4描绘了在时间t处在图1a的触摸面板的触摸表面上发生的触摸，其中施加触摸的对象以相对于触摸表面的速度v移动；

图5a至图5c描绘了在包括多个时间点的时间段内，由手指施加到图1a的装置的触摸表面的触摸的时间进展的示例；

图6和图7描绘了相对于时间的、图1a的装置的触摸面板上的触摸，其中，y轴包括所测量的电容值并且x轴包括时间；以及

图8a和图8b是示出基于相应的声强测量结果和所估计的与触摸相关联的对象的速度来估计触摸屏显示器的触摸表面上的触摸力的示例性过程的流程图。

具体实施方式

以下的详细说明参考附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。此外，以下的详细描述并不限制本发明。

图1a和图1b示出了用于基于手指变形速度来对触摸面板105上的触摸力执行精准估计的电子装置100的触摸屏显示器的触摸面板105的应用。为简明起见，如图1a和图1b所示，触摸面板105并未示出触摸屏显示器或装置100的其它部件。

电子装置100可以包括具有触摸屏显示器的任何类型的电子装置。例如，装置100可以包括：蜂窝无线电话；卫星导航装置；智能手机；可以将蜂窝无线电话与数据处理、传真和数据通信能力相结合的个人通信系统(pcs)终端；可以包括无线电话、寻呼机、因特网/内联网接入、网络浏览器、整理器、日历和/或全球定位系统(gps)接收机的个人数字助理(pda)；游戏装置；媒体播放器装置；平板计算机；具有触摸屏显示器的平板；或数码相机。在一些示例性实施方式中，装置100可以包括手持式电子装置。在一实现中，装置100可以包括具有例如具有投射式(projected)用户接口的投射式显示器的装置。

触摸面板105可以与显示器集成，和/或覆盖在显示器上，以形成可以充当用户输入接口的触摸屏或面板启用显示器(panel-enableddisplay)。例如，在一实现中，触摸面板105可以包括允许触摸屏显示器用作输入装置的电容触摸面板。电容触摸面板可以包括自电容和/或互电容类型触摸面板(例如，使用自电容和互电容的floatingtouch^tm显示器)。在其它实现中，可以使用其它类型的近场灵敏、声学灵敏(例如，表面声波)、光敏(例如，红外线)和/或任何其它类型的允许显示器用作输入装置的触摸面板。在一些实现中，触摸面板105可以包括多种触敏技术。通常，触摸面板105可以包括提供识别触摸面板105上的触摸的发生的能力的任何种类的技术。

与触摸面板105相关联的显示器(未示出)可以包括这样的装置：该装置能够将由电子装置100产生的信号作为文本或图像显示在屏幕(例如，液晶显示器(lcd)、阴极射线管(crt)显示器、有机发光二极管(oled)显示器、表面传导电子发射体显示器(sed)、等离子显示器、场致发射显示器(fed)、双稳态显示器等)上。在某些实现中，显示器可以提供适合于与典型装置相关联的各种应用和特征的高分辨率、有源矩阵呈现。显示器可以向用户提供视觉信息并与触摸面板105相结合用作用户接口，以检测用户输入。如本文所使用的术语“触摸”或“触摸输入”可以指对象(诸如身体部位(例如，手指)或指示装置)在触摸面板105上的触摸，或者对象(例如，身体部位或指示装置)到触摸面板105的特定近距离内的移动。

在图1a和图1b所描绘的示例性实现中，触摸面板105包括电子装置100的外表面110，该外表面110包括触摸表面115。如图1a的分解图所示，触摸面板105还包括声学测量层120和触摸位置测量层130。声学测量层120包括多个声学传感器125-1至125-n(其中，n是大于或等于2的正整数)。在图1a所示的实现中，描绘了四个声学传感器，触摸面板105的每个角部中有一个。在其它实现中，可以使用不同数量的和不同配置的声学传感器125-1至125-n。在一些实现中，声学传感器125-1至125-n可以各自包括加速度计或麦克风。

如图1a进一步所示，触摸位置测量层130包括位置测量传感器阵列135xy，该位置测量传感器阵列135xy测量在触摸面板105上层130内的x和y位置处的触摸。在图1a和图1b的实现中，触摸位置测量层130包括电容测量传感器阵列(例如，掺杂铟的氧化锌感测单元阵列)，其中，每个位置x和y处的电容随每个位置x和y处所施加的触摸力而变化。例如，当x和y位置处的触摸力增加时，该x和y位置处的电容可能增加。电容测量传感器可以包括投射式电容传感器(即，自电容和/或互电容)阵列。

图1b描绘了触摸面板105的另一分解图，其中，触摸140正发生在触摸表面115上，其中，触摸触摸表面115的对象具有速度(v)并施加相对于时间变化的力(ftouch)。在图1b中，触摸触摸表面115的对象(左侧)、或者在触摸表面115的特定近距离内移动的对象(右侧)被描绘为手指。如下面相对于图4进一步描述的，在触摸140期间，使用层120的声学传感器125进行声学测量，并且在层130的电容单元阵列中的一个或更多个单元处进行电容测量。如本文所进一步描述的，当触摸140发生时，在多个时间点处进行的声学测量和电容测量可以用于执行对触摸140发生的时段(即，触摸时段)期间的ftouch的精准估计。如图1b中右侧所示，触摸面板105的电容传感器阵列可以使得能够在对象(例如，手指)在触摸面板105的近距离内以速度(v)移动时检测到“触摸”。该速度v可以与触摸面板105上的“虚拟”触摸力((ftouch))成比例，即使实际上可能并没有发生物理触摸。

图2是描绘电子装置100的示例性部件的框图。如图所示，电子装置100可以包括总线210、处理单元220、主存储器230、只读存储器(rom)240、存储装置250、输入装置260、输出装置270以及通信接口280。总线210可以包括允许装置100的元件之间的通信的路径。装置100可以包括下面图3中所描绘的电路(图2中未示出)。

处理单元220可以包括可以解释和执行指令的处理器、微处理器或处理逻辑。主存储器230可以包括随机存取存储器(ram)或可以存储由处理单元220执行的信息和指令的另一种类型的动态存储装置。rom240可以包括rom装置或可以存储供处理单元220使用的静态信息和指令的另一种类型的静态存储装置。存储装置250可以包括磁和/或光学记录介质及其相应的驱动器。主存储器230、rom240以及存储装置250在本文中可以均被称为“有形的非暂时性计算机可读介质”。

输入装置260可以包括允许用户向装置100输入信息的机构，诸如鼠标、笔、语音识别和/或生物计量机构等。输入装置260还可以包括具有触摸面板105的触摸屏显示器。输出装置270可以包括向操作者输出信息的机构，包括显示器、打印机、扬声器等。此外，输出装置270还可以包括也充当输入装置260的触摸屏显示器。通信接口280可以包括使得装置100能够与其它装置和/或系统进行通信的任何收发器类机构。

装置100可以执行本文所描述的某些操作或过程。装置100可以响应于执行包含在诸如存储器230的计算机可读介质中的软件指令的处理单元220来执行这些操作。计算机可读介质可以被限定为物理或逻辑存储装置。软件指令可以经由通信接口280从诸如数据存储装置250的另一计算机可读介质，或从另一装置读取到存储器230中。包含在存储器230中的软件指令可以使处理单元220执行本文所描述的操作或过程。另选地，可以使用硬连线电路来代替软件指令或与软件指令相结合，以实现本文所描述的过程。因此，本文所描述的实现并不局限于硬连线电路和软件的任何特定组合。

图2所示的装置100的部件的配置仅出于说明的目的。可以实现其它配置。因此，装置100可以包括相对于图2中所描绘的那些部件附加的、更少的和/或不同的部件，或者不同布置的部件。

图3描绘了电子装置100的示例性功能部件。可以使用结合硬件或软件执行的过程的专用电路来实现图3中所描绘的装置100的功能部件。如图3所示，装置100可以包括触摸面板105、电容采样单元300、触摸变形区域单元310、声学测量单元320以及触摸力估计单元330。下面参照图4来描述图3的功能部件的操作。参照图4，在触摸时段(t＝t1,t2,t3,...)期间，触摸140发生在触摸面板105的触摸表面115上，或发生在触摸面板105的触摸表面115的近距离内，其中，与触摸140相关联的对象相对于触摸表面115以速度v移动。在触摸时段期间，触摸140以基于该对象的速度(v)的特定幅度将力ftouch施加到触摸表面115。

电容采样单元300在触摸时段期间的连续采样时间点t1,t2,t3,…tq处，对触摸位置测量层130中的电容单元阵列中的每个单元位置x,y处的电容值cxy的测量结果进行采样。电容采样单元300产生矢量输出该矢量输出包括在触摸时段期间的每个时间点t处触摸位置测量层130中每个单元位置x,y处的电容值的矢量阵列。单元300将该矢量输出提供至触摸变形单元310和触摸力估计单元330。

触摸变形区域单元310接收来自电容采样单元300的电容值的矢量输出并基于所测量的电容值阵列，如图4所示，确定与触摸表面115上的触摸140相关联的触摸变形区域420。例如，在整个电容值阵列之外，在触摸位置测量层130的区域中的几个电容值可能超过指示该区域中的触摸的阀值电容值，其中，触摸变形区域由具有超过阀值电容值的电容值的区域限定。在触摸时段期间的时间点t处的触摸变形区域的大小和位置可以被提供至触摸力估计单元330。

声学测量单元320可以测量每个声学传感器125-1至125-n处各时间点t的声强it，以产生声强向量410，如图4所示，该声强向量410包括n个不同的声强值。声学测量单元320将声强向量提供至触摸力估计单元330。每个传感器125处的声强值都取决于时间，因为声波需要从触摸面板105上的触摸位置行进至声学传感器125-1至125-n中的每一个。

在触摸时段期间的每个时间点tx处，触摸力估计单元330分别从单元300、310和320接收电容值的向量阵列触摸变形区域以及声强向量并将这些数值存储在存储器(例如，存储器230、rom240或存储装置250)中。触摸力估计单元330可以例如将at以及存储在按触摸事件和按触摸时段期间的特定时间点t编排索引的存储器中。触摸力估计单元330(使用将声强水平映射到触摸表面115上的触摸力的声强水平数据库)基于声强向量确定对触摸力的初始估计。触摸力估计单元330还可以确定电容值相对于时间的变化(例如，变化率)以及针对触摸的变形区域相对于时间的变化(例如，变化率)(δat/δt)，如相对于图8a和图8b的示例性过程在下文中进一步详细描述的。触摸力估计单元330可以根据所确定的变形区域的变化率估计触摸面板105上的触摸的速度(vtouch)，如相对于图8a和图8b在下文中进一步详细描述的：

触摸力估计单元330可以根据和vtouch估计触摸力(ftouch)，如相对于图8a和图8b的示例性过程在下文中进一步详细描述的：

另选地，触摸力估计单元330可以根据vtouch以及估计触摸力(ftouch)，如相对于图8a和图8b的示例性过程在下文中进一步详细描述的：

触摸力估计单元330可以提供触摸力估计ftouch，作为针对特定触摸事件的触摸时段的输出值。该输出值可以包括至少三种离散力水平(例如，低、中、高)中的一个，或者可以是从最小力到最大力的连续力范围。

在一实现中，可以通过用于测量触摸时段期间每个时间tx处的电容cxy的电路结合接收并处理该电容值cxy的处理单元220来实现电容采样单元300。可以通过处理电容值cxy以确定与触摸140相关联的时间点t处的触摸变形区域at的处理单元220来实现触摸变形区域单元330。可以通过用于测量每个声学传感器125-1至125-n处的声强水平的电路结合用于接收并处理声强水平以基于所测量的声强水平确定触摸力的初始估计的处理单元220来实现声学测量单元320。

图5a至图5c描绘了触摸140的时间进展的示例，该触摸140在包括时间点t1、t2和t3的触摸时段期间，由手指500施加到装置100的触摸表面115。在图5a中，在时间点t1处，在触摸140期间以速度v行进的手指500的指尖刚刚触摸到触摸表面115并且具有相应的小触摸变形区域在时间点t2处，如图5b进一步所示，手指500的指尖在触摸表面115上的触摸140期间继续变形，使得相应的触摸变形区域增大。在时间点t3处，如图5c所示，手指500的指尖在触摸表面115上的触摸140期间继续变形附加的量，使得相应的触摸变形增加到与该触摸140相关联的最大变形区域。从图5a、图5b和图5c可以看出，当手指500的指尖以速度v触摸触摸表面115时变形区域的进展是如图5a中进一步所描绘的，电容向量和声强向量与时间t1处的触摸变形区域相关联。也如图5b和图5c所描绘的，电容向量和声强向量与时间t2处的触摸变形区域相关联，并且电容向量和声强向量与时间t2处的触摸变形区域相关联。

图6和图7描绘了相对于时间的触摸面板105上的触摸，其中，纵轴包括所测量的电容值，并且横轴包括时间(秒：毫秒)。在图6中，测量触摸面板105上的“温柔的”触摸(即，以相对低的力触摸)，其中，每个群组600-1、600-2和600-3包括在多个连续时间点在触摸面板105的层130的电容单元阵列中的单个单元位置x,y处进行的电容测量结果。例如，群组600-1测量在时间点8:08、8:09、8:10、8:11、8:12、8:13和8:14在单个单元位置处变化的电容。群组600-2和600-3各自测量在不同的连续时间点在不同的单元位置处变化的电容。

在图7中，测量触摸面板105上的“有力的”触摸(即，以相对高的力触摸)，其中，每个群组700-1、700-2和700-3包括在多个连续时间点在触摸面板105的层130的电容单元阵列中的一个单元位置x,y处进行的电容测量结果。例如，群组700-1测量在时间点8:10、8:11、8:12、8:13、8:14和8:15在单个单元位置处变化的电容。群组700-2和700-3各自测量在不同的连续时间点在不同的单元位置处变化的电容。如从图6中“温柔的”触摸和图7中“有力的”触摸的电容对时间的图可明显看出的，相对于图7中电容值的变化率，图6中的电容值具有更慢的变化率。因此，相对于图6中更慢的电容变化，与图7的“有力的”触摸相关联的电容值具有更高、“更紧密(tighter)”的电容峰值。触摸面板105上针对“有力的”触摸的δa/δt和δc/δt将大于针对“温柔的”触摸的δa/δt和δc/δt。

图8a和图8b是示出用于基于相应的声强测量结果和与触摸相关联的对象的估计触摸速度来估计触摸屏显示器的触摸表面上的触摸的力的示例性过程的流程图。可以由电子装置100的部件(诸如图3中所描绘的那些部件)来执行图8a和图8b的示例性过程。图8a和图8b的该示例性过程可以当在装置100的触摸面板105的触摸表面115上在时间tx(其中，x＝0)开始触摸时执行。图8a和图8b的示例性过程可以根据在触摸面板105上发生触摸而被触发，并且可以在包括可以对应于例如装置100的数字时钟的时段的多个时间点(t0,t1,t2,t3,...)的触摸时段期间执行。在其它实现中，可以以循环(recurring)的时段(例如，以数字时钟的时段)执行图8a和图8b的示例性过程，其中，该时段是短持续时间(例如，毫秒或微秒)。

示例性过程可以包括声学测量单元320，该声学测量单元320基于由多个触摸面板声学传感器125-1至125-n进行的声学测量来确定声强值的向量(块805)。每个声学传感器125在时间tx处测量声学传感器的各自位置处的声强(即，声音振幅)，并将所测量的声强从触摸面板105提供到声学测量单元320。声学测量单元320产生针对时间tx的n维声强向量该n维声强向量包括从声学传感器125-1至125-n所测量的声强值的全部集合，并将该向量传递到触摸力估计单元330。

触摸力估计单元330可以将声强值的向量映射到所施加的触摸力水平(块810)。数据结构可以与触摸力估计单元330相关联地存储(例如，存储在存储器230或存储装置250中)，该触摸力估计单元330将n维声强值阵列映射到所施加的触摸力的初始估计。

电容采样单元300可以在时间tx对触摸面板105的层130的电容单元矩阵中的每个单元位置x,y处的电容进行采样(块815)。电容采样单元300在时间tx对层130的单元矩阵中的每个单元位置x,y处的当前电容值进行采样，其中，每个单元位置x,y的电容值与施加到该单元位置的触摸力相关。例如，在一些实现中，单元位置x,y上的触摸力越大，该单元位置的电容值越高。

触摸变形区域单元310可以基于采样的电容值，确定在时间tx处触摸面板105的与触摸相关联的区域中的触摸变形区域(块820)。触摸变形区域单元310可以确定，在整个电容单元矩阵之外，一个或更多个单元可能具有在触摸位置测量层130的区域中指示该区域中的触摸的电容值(例如，超过阀值电容值的电容值)。例如，在时间tx处的触摸变形区域可以由具有超过阀值电容值的电容值的该区域来限定。在时间点tx处的触摸变形区域的大小和位置可以被提供至触摸力估计单元330。触摸变形区域单元310将触摸变形区域的大小和位置提供至触摸力估计单元330。

触摸力估计单元330可以确定触摸变形区域的大小相对于时间的变化率(块825)。例如，触摸力估计单元330可以确定变形区域相对于当前时间点tx以及一个或更多个先前时间点(例如，针对时间点tx和tx-1)的变化率。作为另一示例，触摸力估计单元330可以确定在时间点t处触摸变形区域相对于时间的瞬时变化率：dat/dt。触摸力估计单元330可以根据触摸变形区域的变化率估计触摸速度(vtouch)(块830)：基于数学模型，和/或基于实际实验测量结果，可以获得使得触摸速度(vtouch)等于变形区域的变化率的函数(f)。

触摸力估计单元330可以确定电容值相对于时间的变化率(块835)。例如，触摸力估计单元330可以确定电容相对于当前时间点tx以及一个或更多个先前时间点的变化率。作为另一示例，触摸力估计单元330可以确定在时间点tx针对每个单元位置x,y电容相对于时间的瞬时变化率：

可以进行确定触摸时段是否结束的步骤(块840)。当移除触摸输入时，触摸时段可以结束。如果触摸时段未结束(块840为否)，则时间点可以增加(x＝x+1)，并且示例性过程可以返回至块805(例如，下一时钟时段)。如果触摸时段已结束(块840为是)，则触摸力估计单元330可以根据初始触摸力估计和估计的触摸速度(vtouch)来估计触摸力(ftouch)：或者根据初始触摸力估计估计的触摸速度(vtouch)以及所确定的电容值相对于时间的变化率来估计触摸力：(块850)。

触摸力估计单元330可以基于块810中所确定的触摸力水平、块830中所确定的估计的触摸速度和/或块835中所确定的电容值变化率来估计触摸力ftouch。可以使用各种不同函数来基于vtouch和/或确定ftouch。在一个实现中，可以基于将vtouch和/或的分数分量(fractionalcomponents)加起来的函数来确定ftouch。然而，可以另选地使用其它类型的函数。可以在与触摸面板105上的触摸140相关联的触摸时段期间的多个时间点(tx、tx+1、tx+2、tx+3等)处重复图8a和图8b的示例性过程。因此，每个触摸140可以与在触摸时段期间的不同时间点(x,x+1,x+2,...)处针对以及的一系列值相关联。可以将来自块850的估计的触摸力ftouch映射到多个离散力水平中的一个(块855)。例如，可以将估计的触摸力ftouch映射到低、中或高触摸力的三种不同的离散力水平中的一个。另选地，可以输出估计的触摸力ftouch，作为具有连续范围的力(即，fmin<ftouch<fmax，其中，fmin和fmax由触摸面板105的检测能力确定)。

本文所描述的实施方式的前面的描述提供了说明和描述，但是并不旨在穷尽本发明或者将本发明限制于所公开的确切形式。根据上述教导，修改和变型是可能的，或者可以从本发明的实践中得到。例如，虽然参照图8a和图8b描述了一系列块，但是在其它实现中可以改变这些块的顺序。此外，可以并行执行没有依赖关系的块。

可以将本文所描述的某些特征实现为执行一个或更多个功能的“逻辑”或“单元”。该逻辑或单元可以包括硬件(诸如一个或更多个处理器、微处理器、专用集成电路或现场可编程门阵列)、软件或硬件和软件的组合。

本文(包括权利要求)所使用的术语“包括”或“包含”指定所述特征、要件、步骤或部件的存在，并不排除一个或更多个其它特征、要件、步骤、部件或它们的组的存在或添加。

本申请的说明书中所使用的元件、动作或指令没有哪个应被解释为对本发明而言是关键的或必要的，除非已明确地这样描述过。而且，如本文所使用的，冠词“一个”旨在包括一项或更多项。此外，如本文所使用的“基于”一词旨在意为“至少部分地基于”，除非另有明确阐述。