基于力的触摸界面装置和用于校正触摸界面装置的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年5月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2016-0055655的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

本公开涉及一种基于力的触摸界面装置，其通过当施加在基于力的触摸板上的力触摸的力大小和触摸位置被测量时校正制造误差来提高测量精度，以及一种用于校正基于力的触摸界面装置的方法。

背景技术：

触摸面板是能够通过用手指或电子笔触摸显示器的表面或限定的接触表面来简单且直观地输入和接收用户操纵的用户界面(ui)。这样的触摸面板已经应用于诸如导航终端、远程信息处理终端、个人数字助理(pda)、膝上型计算机、笔记本计算机和智能电话的各种应用。

触摸面板使用触摸识别技术，例如电阻覆盖层、电容覆盖层、表面声波和红外光束。由于触摸面板提供了直观且灵活的ui并且具有高功能可扩展性，所以其已经被用作车辆的控制系统(其由于方便性、安全性和信息娱乐功能的增加而变得复杂)，但是具有不能提供盲控的限制，因为触摸面板在用户的手指触摸触摸面板的瞬间识别触摸位置。

为了解决上述问题，已经提出了基于力的触摸板，其通过感测力触摸来对用户的搜索和输入意图进行分类。在这样的基于力的触摸板中，触摸板会因用户的力触摸而弯曲或变形。结果，可能不能精确地测量力触摸的力大小和触摸位置。因此，相关技术通过提出通过校准来校正触摸板的扭曲来解决该误差。

然而，由于根据相关技术的基于力的触摸板允许触摸板弯曲，因此其具有由于板的改变而难以检测吸收力的大小的结构。结果，当通过力大小来对用户的搜索和输入意图进行分类时，识别精度可能劣化。

技术实现要素：

已经做出本公开以解决现有技术中出现的上述问题，同时完整保持由现有技术实现的优点。

本公开的一个方面提供了一种基于力的触摸界面装置，其通过在施加在基于力的触摸板上的力触摸的力大小和触摸位置被测量时校正制造误差来提高测量精度，及其校正方法。

根据本公开的示例性实施例，一种触摸界面装置包括：触摸基板；防扭曲结构，用于防止通过从外部施加的力接触而导致的触摸基板的扭曲；多个传感器，用于测量在不同位置处施加到触摸基板的力触摸；输入装置，用于将力触摸施加到触摸基板上；以及控制器，用于在将力触摸施加到触摸基板上时使用多个传感器测量力数据，用于使用测量的力数据估计施加了力触摸的触摸点的对称点的力数据，并且用于将测量的力数据和估计的力数据与理想力数据进行比较以产生用于校正制造误差的校准矩阵。

防扭曲结构可以包括：边框，形成为对应于触摸基板；多个肋条，形成在边框的内部。

防扭曲结构可以包括彼此连接以支撑触摸表面的多个杆。

多个传感器可以包括应变仪、力敏电阻(fsr)和电容传感器中的任一个。

多个传感器包括三个或更多个传感器，并且每个传感器可以基于穿过重心的线彼此对称地设置。

可以根据传感器的数量确定触摸点的数量。

控制器可以将触摸点和对称点的力数据与理想力数据进行比较，以计算两种数据之间的关系。

控制器可以根据计算的关系计算校准参数，以产生校准矩阵。

制造误差可以是由相应传感器的失配导致的误差。

控制器可以使用校准矩阵校正由多个传感器测量的力数据，并且可以通过将校正的力数据应用到力矩平衡方程来计算施加了力触摸的触摸位置。

根据本公开的另一个示例性实施例，一种用于校正包括防止触摸基板扭曲的防扭曲结构的基于力的触摸界面装置的方法，包括：当将力触摸施加到触摸基板上时，收集使用多个传感器在不同位置处测量的测量的力数据；基于测量的力数据估计施加了力触摸的触摸点的对称点的力数据；以及通过将对每个触摸点测量的力数据和对每个对称点估计的力数据与理想力数据进行比较，来生成用于校正处理误差的校准矩阵。

方法可以进一步包括：在收集测量的力数据的步骤之前，定义触摸点的数量、其位置、其触摸强度及其触摸顺序。

当传感器的数量n是偶数时，触摸点的数量可以是n/2或更多。

当传感器的数量n是奇数时，触摸点的数量可以是(n+1)/2或更多。

在生成校准矩阵的步骤种，可以将测量的力数据和估计的力数据与理想力数据进行比较以计算关系，并且可以根据计算的关系来计算校准参数，以产生校准矩阵。

方法可以进一步包括：在产生校准矩阵的步骤之后，当将力触摸施加到触摸基板上时，使用多个传感器测量力数据，校正包括在测量的力数据中的制造误差，并且然后使用校正的力数据计算触摸位置。

附图说明

根据结合附图的以下详细描述，本公开的上述和其它目的、特征和优点将更加显而易见。

图1是根据本公开的示例性实施例的触摸板的示意性分解透视图。

图2a至图2c是示出根据本公开的示例性实施例的力传感器的布局结构的示意图。

图3是根据本公开的示例性实施例的触摸板的示意性分解透视图。

图4是示出根据本公开的示例性实施例的理想触摸位置测量算法的示图。

图5是示出根据本公开的示例性实施例的由传感器失配导致的误差的示图。

图6是示出根据本公开的示例性实施例的由触摸基板位移引起的误差的示图。

图7是示出根据本公开的示例性实施例的由支撑传感器的梁的改变引起的误差的示图。

图8是根据本公开的示例性实施例的触摸界面装置的方框配置图。

图9是示出根据本公开的示例性实施例的触摸基板上的校准点的选择的示图。

图10是示出根据本公开的示例性实施例的具有对称性的校准点的示图。

图11是示出根据本公开的示例性实施例的用于校正触摸界面装置的方法的流程图。

图12是示出根据本公开的示例性实施例的用于识别触摸界面装置的触摸位置的方法的流程图。

具体实施方式

在整个说明书中，由于术语“包括“、“配置”、“具有”等可以表示可以内含相应的元件，除非在本说明书中明确地相反地描述，否则这样的描述表示包括其它元件，而不排除任何其它元件。

另外，本说明书中描述的术语“-器(-er)”、“-件(-or)”、“模块”等表示用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以通过硬件、软件或它们的组合实现。此外，在描述本公开的上下文中，除非上下文另有明确指示，否则诸如“一”、“一个”、“该”等冠词可以用于包括单数形式和复数形式。

在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。

本公开涉及一种使用力传感器识别由用户施加到触摸板的力触摸的力大小(总和)和触摸位置的技术，并且通过校正由力传感器的失配和其上支撑力传感器的梁的改变引起的误差来提高触摸位置的识别精度。

图1是根据本公开的示例性实施例的触摸板的示意性分解透视图，并且图2a至图2c是示出根据本公开的示例性实施例的力传感器的布局结构的示意图。

如图1所示，在某些实施例中，触摸板100包括触摸基板110、防扭曲结构120和多个传感器130。

触摸基板110是用户使用诸如手指或铁笔的触摸工具施加力触摸的区域。触摸基板110可以由丙烯酸树脂、塑料或玻璃形成。

触摸基板110可以形成为具有四边形形状或圆形形状的平板。然而，触摸基板110的形状不限于此，并且可以根据触摸基板110所应用至的产品进行各种修改。例如，触摸基板110也可以形成在弯曲表面中或其上。

另外，触摸基板110也可以被实现为触摸面板或包括触摸传感器的触摸屏。

防扭曲结构120形成在触摸基板110下方，用于防止触摸基板110由于从外部施加的力(力触摸)而弯曲或扭曲。换句话说，当触摸基板110被外力弯曲时，与触摸基板110的弯曲相对应的外力不会传递到传感器130。因此，为了防止上述现象的目的而安装防扭曲结构120。

防扭曲结构120包括对应于触摸基板110的边框121a，和在边框121a的内部规则地或不规则地形成的多个肋条123a。

多个传感器130设置在防扭曲结构120下方，从而产生对应于施加到触摸基板110的力触摸的力数据。多个传感器130支撑触摸基板110的重量，并且安装为指向z轴方向。传感器130可以包括力传感器，例如应变仪、力敏电阻器(fsr)或电容传感器。

如图2a至图2c所示，多个传感器130基于穿过重心g的线对称地设置在同一平面上。在一些实施方式中，触摸板110包括三个或更多个力传感器130。

图3示出了根据本公开的示例性实施例的触摸板的示意性分解透视图。在示例性实施例中，将省略对与图1所示的示例性实施例相同的部件的详细描述。

触摸板100包括触摸基板110、防扭曲结构120和多个传感器130。

防扭曲结构120设置在触摸基板110和传感器130之间，以防止由力触摸引起的触摸基板110的扭曲。防扭曲结构120包括多个杆121b、122b、123b和124b。多个杆(121b至124b)规则地或不规则地彼此连接以使触摸基板110的扭曲最小化。尽管示例性实施例描述了多个杆形成为棒状的情况，但是杆的形状不限于此并且可以进行各种修改。

当力触摸被施加到触摸基板110时，传感器130输出根据力触摸的大小和位置而改变的传感器值(例如，电压)。

图4是示出根据本公开的实施例的理想触摸位置测量算法的示图，图5是示出根据本公开的示例性实施例的由传感器失配导致的误差的示图，图6是示出根据本公开的示例性实施例的由触摸基板位移引起的误差的示图，图7是示出根据本公开的示例性实施例的由支撑传感器的梁的改变引起的误差的示图。

四个传感器130安装为指向触摸基板110的底面(z轴方向)，以测量施加到触摸基板110的力，并将测量的力输出为模拟信号(例如，电压)。触摸界面装置以限定的采样周期收集由相应的传感器130测量的测量值。此外，触摸界面装置基于力和传感器130的测量值之间的关系将测量的电压值转换为力的值(力数据)。在这种情况下，触摸界面装置使用模数转换器(adc)将测量值(模拟信号)转换为数字信号。

例如，如图4所示，在四个传感器设置在矩形的四个角的情况下，可以使用力矩平衡方程(force-momentequilibriumequation)来计算触摸位置。触摸位置的x坐标可以由等式1表示，并且其y坐标可以由等式2表示。

[等式1]

[等式2]

这里，f1、f2、f3和f4是由相应传感器130测量的力数据值，a是触摸基板110的水平长度并且b是触摸基板110的垂直长度。

在如上所述的理想位置测量算法中，由于以下原因存在位置识别误差。

首先，如图5所示，在制造触摸板100的处理过程中传感器130没有准确地设置在限定的布局位置的情况下，触摸界面装置由于传感器的失配而不能精确地识别触摸位置。

第二，如图6所示，由于按压方向(力触摸的垂直负载方向)响应于触摸基板110的位移而扭曲，触摸界面装置可能无法精确地识别触摸位置。

第三，如图7所示，由于例如支撑传感器130的梁140的扭曲的原因，产生触摸位置的识别误差。

图8示出根据本公开的示例性实施例的触摸界面装置的方框配置图，图9是示出根据本公开的示例性实施例的触摸基板上的校准点的选择的示图，图10是示出根据本公开的示例性实施例的具有对称性的校准点的示图。

根据各种实施例，触摸界面装置包括触摸板110、输入装置150和控制器200。

触摸板100包括触摸基板110、防止触摸基板110的扭曲的防扭曲结构120、测量施加到触摸基板110的力触摸的多个传感器130。多个传感器130测量在不同的位置处的力触摸。

输入装置150是用于将具有预定大小的力触摸施加到触摸基板110上的工具。换句话说，输入装置150用于在校准过程中将相同的垂直负载施加到两个或更多个校准点(触摸点)。

当力触摸施加至触摸板100上的校准点的预定位置时，控制器200测量施加了力触摸的触摸点的位置(触摸位置)，并且从各个传感器130输出力的值。

另外，当对校准点施加力触摸的过程完成时，控制器200使用校准点之间的对称性估计当力触摸施加至没有施加力触摸的剩余校准点时由传感器130测量的测量值。控制器200将当力触摸施加至校准点时实际测量的力数据与理想力数据进行比较，以计算两种数据之间的关系。控制器200将计算出的关系存储在存储器220中。

此后，当力触摸施加至触摸板100上时，控制器200感测施加的力触摸，以使用校准处理来校正制造误差和由触摸板100的结构引起的误差。这里，处理误差是指传感器130的失配，与应变传感器运动相关的误差指由梁的改变引起的误差，其中在梁上通过剪切力支撑传感器130，并且由触摸板100的结构引起的误差指由于触摸板的位移的发生而导致没有垂直地按压传感器而引起的误差。

控制器200包括输入接口210、存储器220、输出接口230以及处理器240。

输入接口210连接至触摸板100的多个传感器130，以从相应的传感器130接收测量数据(例如测量值、传感器值)，或者将控制信号发送至相应的传感器130。

输入接口210以限定的采样周期或在限定的采样周期内收集由相应的传感器130测量的测量值。另外，输入接口210使用adc将由传感器130收集的作为模拟信号的测量值转换为作为数字信号的力数据。

存储器220存储基于力的触摸位置识别算法、理想力数据(参考力数据)以及校准矩阵。此外，存储器220可以暂时存储控制器200的输入数据和输出数据。

存储器220可以实现为存储介质中的任何一种，诸如闪存、硬盘、安全数字(sd)卡、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)以及网络存储。

输出接口230提供与连接至控制器200的外部装置的数据通信。换句话说，输出界面230将从处理器240输出的输出数据发送至外部装置，或从外部装置接收数据。

这里，外部装置可以是安装在车辆中的显示装置、导航终端、各种电子控制单元、音频装置或移动终端等。

处理器240进入校准模式，用于在触摸界面装置的初始操作时执行触摸界面装置的校准。尽管本示例性实施方式以实例的方式描述了在触摸界面装置的初始操作时处理器进入校准模式的情况，但是处理器不限于此，而是可以在各种示例性实施方式中进行修改。例如，当用户输入单独准备的特定键时，处理器240进入校准模式。

处理器240确定触摸基板110上的校准点的数量、其位置、其触摸强度以及其触摸顺序。根据传感器130的数量确定校准点的数量。当传感器130的数量n是偶数时，处理器240设置n/2个或更多个校准点。当传感器130的数量n是奇数时，处理器240设置(n+1)/2个或更多个校准点。

此后，处理器240等待预定时间，直到感测到施加至触摸基板110的力触摸。当预定时间过去时，处理器240通过输出装置(未示出)输出警告声音或引导消息(guidancemessage)。

用户根据自己或校准工具限定的触摸顺序将力触摸施加至触摸基板110上的校准点。在这种情况下，用户使用输入装置150以限定的力(触摸强度)输入力触摸。如图9所示，在触摸基板110上的特定区域s内的四个测量点基于穿过特定区域s的重心的线彼此对称布置的情况下，用户可以在该四个测量点当中任意选择两个测量点，以使用所选择的测量点作为校准点。

在通常的校准处理中，在相应的传感器130布置在矩形的角部处的情况下，用户以限定的力顺序地触摸触摸基板110上的四个点。当力f施加至限定的位置p1(x1，y1)、p2(x2，y2)、p3(x3，y3)以及p4(x4，y4)时，处理器240使用传感器130测量相应位置处的力。这里，当力触摸分别施加至限定的位置p1、p2、p3以及p4时，由相应传感器130实际测量的值是(p11，p12，p13，p14)、(p21，p22，p23，p24)、(p31，p32，p33，p34)以及(p41，p42，p43，p44)，并且理想测量值是(f11，f12，f13，f14)、(f21，f22，f23，f24)、(f31，f32，f33，f34)以及(f41，f42，f43，f44)。

实际测量值和理想测量值由于处理误差等而具有差异。因此，实际测量值与理想测量值之间的关系可以由以下等式3限定，并且校准矩阵h可以从等式3获得。

[等式3]

本示例性实施方式使用校准点之间的对称性减少了用于校准的力触摸的输入次数。

例如，如图10所示，在四个测量点p1至p4彼此线对称地布置的情况下，四个测量点当中的两个测量点p1和p2(或p1和p4)被确定为校准点。

假设当力触摸f施加至p1(x1，y)时，由四个传感器130测量的测量值是(p11，p12，p13，p14)，并且当力触摸f施加至p2(-x2，y)，由四个传感器130测量的测量值是(p21，p22，p23，p24)。

在这种情况下，与p1线对称的p3(x1，-y)的测量值是从p1的测量值获得的(p13，p14，p11，p12)，并且与p2线对称的p4(-x2，-y)的测量值是从p2的测量值获得的(p23，p24，p21，p22)。将上述结果应用于等式3以生成以下等式4。

[等式4]

当传感器的数量是偶数时，p1(x1，y)的测量值是(f11，f12，f13...f1(n/2)-1，f1n/2，...f1n)，预期在p1的对称点p3(x1，-y)处测量的值是(f1(n/2)+1，f1(n/2)+2，f1(n/2)+3，...，f11，f12，...f1(n/2))。

同时，当传感器的数量是奇数并且在线对称的顶点处的传感器的值是f11时，如果在p1(x1，y)处测量的值是(f11，f12，f13，...f1((n+1)/2)，f1((n+1)/2)+1，...f1n)，那么预期在p3(x1，-y)处测量的值是(f11，f1n，f1n-1，f1n-2，...，f1((n+1)/2)+1，f1((n+1)/2)，...f12)。

例如，当传感器的数量是6时，如果校准点的测量值是(f11，f12，f13，f14，f15，f16)，那么校准点的对称点的测量值是(f14，f15，f16，f11，f12，f13)，并且当传感器的数量是5时，如果校准点的测量值是(f11，f12，f13，f14，f15)，那么校准点的对称点的测量值是(f11，f15，f14，f13，f12)。

如上所述，在传感器的数量n是偶数的情况下，当力触摸f施加至(n/2)个校准点时由多个传感器测量力数据，并且基于测量的力数据在将力触摸f施加至与(n/2)个校准点对称的剩余(n/2)个对称点时，估计由多个传感器测量的力数据。因而，使用总共n个点计算校准矩阵，并且当传感器的数量是奇数时，测量(n+1)/2个校准点的力数据，并且估计与(n+1)/2个校准点对称的剩余的(n+1)/2个对称点的力数据，从而使用总共(n+1)个点计算校准矩阵。

当感测到施加至触摸基板110上的力触摸时，处理器240检测(收集)由相应传感器130测量的力数据。在这种情况下，当具有相同幅度的力触摸施加至校准点中的每一个时，处理器240检测由多个传感器130测量的力数据。

处理器240收集针对校准点中的每一个测量的力数据。此外，处理器240基于所收集的力数据在将力触摸施加至校准点的对称点时计算预期由各个传感器130测量的力数据。

处理器240将测量的力数据与理想力数据彼此进行比较，以计算两种数据组或数据图之间的关系。也就是说，处理器240将测量的力数据与理想力数据彼此进行比较，以计算制造误差的特性。

处理器240使用制造误差的特性计算校准参数以生成校准矩阵。换句话说，处理器240根据所计算的关系计算校准参数。

处理器240将所生成的校准矩阵存储在存储器220中。校准矩阵用于校正由传感器测量的力数据与理想力数据之间的误差。每当执行校准时，处理器240将预设在存储器220中的在先校准矩阵更新为由校准生成的新校准矩阵。

在执行校准之后，在将力触摸施加至触摸基板110上的情况下，处理器240收集由相应传感器130测量的力数据。处理器240使用校准矩阵校正在收集的力数据内的制造误差。处理器240使用校正的力数据计算施加了力触摸的触摸位置。在这种情况下，处理器240使用力矩平衡方程计算触摸位置。

图11是示出根据本公开的示例性实施方式的用于校正触摸界面装置的方法的流程图。

控制器200确定校准点的数量、其位置、其触摸强度以及其触摸顺序(s110)。在这种情况下，控制器200基于包括在触摸板100中的力传感器130的数量来确定校准点的数量。

控制器200感测施加至触摸板100上的校准点的力触摸(s120)。例如，用户使用输入装置150将具有相同垂直负载的力触摸施加至在触摸基板110上对称地指示的校准点中的任一个。在这种情况下，控制器200感测施加至触摸基板110上的力触摸。

如果感测到力触摸，那么控制器200检测从多个传感器130测量的力数据(s130)。控制器200使用输入接口210收集通过相应的传感器130测量的力数据。

控制器200确认是否完成校准点的力数据的检测(s140)。也就是说，控制器200确认是否存在要测量力数据的更多校准点。

控制器200使用测量的力数据在将与施加至校准点的力触摸具有相同幅度的力触摸施加至校准点的对称点时，估计由多个传感器130测量的力数据(s150)。

控制器200将测量的力数据和估计的力数据与理想力数据进行比较，以生成校准矩阵(s160)。控制器200计算针对校准点中的每一个所测量的力数据和针对对称点中的每一个所估计的力数据与理想力数据之间的关系。控制器200根据所计算的关系计算校准参数。控制器200使用所计算的校准参数形成校准矩阵。

图12是示出根据本公开的示例性实施方式的用于识别触摸界面装置的触摸位置的方法的流程图。

控制器200感测施加至触摸板100上的力触摸(s210)。例如，如果用户将力触摸施加至触摸基板110上的一个点，那么控制器200感测力触摸。

控制器200检测由多个传感器130测量的力数据(s220)。控制器200使用输入接口210收集相应传感器130的测量的力数据。

控制器200使用校准矩阵校正所测量的力触摸数据(s230)。控制器200利用存储在存储器220中的校准矩阵来校正所测量的力触摸数据中包括的处理误差。

控制器200使用校正的力触摸数据计算施加了力触摸的触摸位置(s240)。在这种情况下，控制器200使用力矩平衡方程计算触摸位置。

尽管已经提到，构成上述本公开的示例性实施方式的所有部件彼此组合为一个部件，或者彼此组合和操作为一个部件，但是本公开不必限于上述示例性实施方式。也就是说，在不偏离本公开的范围的情况下，所有部件还可以选择性地彼此组合和操作为一个或多个部件。另外，尽管所有组件中的每一个可以实现为一个独立的硬件，但是选择性地彼此组合的各个部件中的一些或全部也可以通过计算机程序实现，该计算机程序具有执行在一个或多个硬件中彼此组合的一些或全部功能的程序模块。本领域技术人员可以容易地推导出配置计算机程序的代码和代码段。如上所述的计算机程序可以存储在计算机可读介质中，并且可以由计算机读取和执行以实现本公开的示例性实施方式。

如上所述，根据本公开的示例性实施方式，当基于力传感器的触摸板上的触摸位置被测量时，校正由传感器的失配导致的处理误差、由传感器附接至的梁的弯曲引起的误差以及由触摸基板的倾斜引起的误差，从而能够提高触摸位置的测量的精度。

此外，在将根据本公开的触摸界面装置应用于车辆的情况下，可以通过力触摸对搜索和输入进行分类，从而使得可以实现盲控。

在上文中，尽管已经参考示例性实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，而是在不偏离所附权利要求中要求保护的本公开的精神和范围的情况下，本公开可以由本公开所属领域的技术人员进行各种修改和改变。

附图中的每一个元件的符号

210：输入接口

220：存储器

230：输出接口

240：处理器

s110：确定校准点的数量、其位置、其触摸强度以及其触摸顺序

s120：将触摸力施加至触摸板上的校准点

s130：收集通过多个传感器测量的力数据

s140：传感器测量完成？

s150：针对校准点的对称点估计力数据

s160：将测量的力数据和估计的力数据与理想力数据进行比较，以生成校准矩阵

s210：感测施加至触摸板上的触摸力

s220：检测由多个传感器测量的力数据

s230：使用校准参数校正力数据

s240：使用校正的力数据计算触摸位置。