СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ТАКТИЛЬНЫХ ЭКРАНОВ, ВОСПРИНИМАЮЩИХ УСИЛИЯ МНОЖЕСТВЕННЫХ КАСАНИЙ
MULTI-TOUCH FORCE SENSING TOUCH-SCREEN DEVICES AND METHODS

Область техники, к которой относится изобретение
Раскрыты способы и устройства для тактильных экранов, воспринимающих усилия множественных касаний и, в частности, пользовательская система ввода, включающая в себя слой датчиков касания (тактильных датчиков), сконфигурированных для приема ввода касания, и слой датчиков усилия, уложенный на слой датчиков касания, причем слой датчиков усилия включает в себя матрицу датчиков усилия, сконфигурированных для приема ввода усилия, оба (два) из которых применяются совместно для определения положения и информации об усилии ввода пользователя.
Предшествующий уровень техники
Тактильные экраны, воспринимающие множественные касания, пользуются повышенным спросом, в частности, вследствие растущих функциональных возможностей таких малых устройств, как устройства мобильной связи. Например, сотовые телефоны включают в себя такие характеристики, как фото и видеокамеры, потоковое видео и двусторонние видеозвонки, функциональные возможности электронной почты, браузеры сети Интернет, аудиоплееры, FM радио со стереозвуком и органайзеры. Коммерческая деятельность, связанная с мобильными телефонами, продвигаемая, в целом, посредством мобильных телефонов, может включать в себя такие услуги, как банковские операции, платежи и продажа и покупка билетов. Новейшие технологии на фоне коммерции, связанной с мобильными телефонами, могут преобразовывать устройство мобильной связи в электронный кошелек. В частности, сотовые телефоны превращаются в нечто большее, чем простые устройства мобильной связи. Они эволюционируют в мощные устройства управления информацией, а также в развлекательные игровые пульты.
Тактильные экраны могут применяться для обеспечения ввода пользователя для множества функциональных возможностей устройств мобильной связи, в которых тактильные экраны могут иметь малые размеры. Вследствие их размера и способа, как их держит пользователь, обеспечивающий ввод в маленькие устройства с тактильными экранами, могут быть внесены ошибки в дифференцировании вводных данных пользователем. Быстрый ввод ввода пользователя на тактильный экран, в частности, в режиме работы двумя руками может вызывать ошибку. То есть пользователь может по неосторожности нажать две клавиши тактильного экрана, по существу, одновременно. В частности, это может произойти, если тактильный экран имеет клавишную панель QWERTY, а пользователь вводит текст двумя руками. В случае нажатия пользователем двух клавиш, если предполагалось, что пользователь хотел нажать одну клавишу, устройство может попытаться определить, которое из касаний следует распознать как верный ввод касания, например, в соответствии со способами прогнозирующих программных средств. В других устройствах, ввод клавиши может быть утвержден исходя из подъема ввода (удаления) пользователя от тактильного экрана.
Краткое описание чертежей
На чертежах:
Фиг.1 изображает пользовательскую систему ввода с множественными касаниями, включающую в себя слой датчиков касания, сконфигурированный для приема ввода касания, и слой датчиков усилия, размещенный на слое датчиков касания для приема ввода усилия;
Фиг.2 изображает стопку слоев, которая включает в себя слой касания и слой усилия, как указано выше, а также модуль отображения;
Фиг.3 изображает блок-схему последовательности операций варианта осуществления способа, где как ввод сигнала касания, так и данные матрицы датчиков усилия используются для определения положения нажатия на тактильном экране и усилия, связанного с этим положением касания;
Фиг.4 изображает блок-схему последовательности операций, изображающую другой вариант осуществления способа, где предполагается, что датчик касания из слоя разделяется на координатную решетку с крупным шагом, по сравнению с разрешением датчика касания, для сокращения памяти, требуемой для обработки последующих этапов, и допускает распознавание положения множества вводов;
Фиг.5 изображает блок-схему последовательности операций, изображающую другой вариант осуществления способа, в котором слой датчиков касания способен определять положения множества вводов касаний, и, в этом конкретном варианте осуществления, способ содержит обработку данных, распознанных на матрице датчиков усилия, для формирования одного значения усилия и положения, связанного с тактильным экраном, который используется для определения того, какой ввод касания связан с значением усилия, посредством определения ближайшего положения касания к вычисленному положению усилия.
Подробное описание изобретения
Датчик усилия может предоставлять на тактильный экран дополнительное измерение для оказания помощи при определении положения предполагаемого ввода пользователя на тактильном экране. Дополнительное измерение датчика усилия для системы тактильного экрана обеспечивает добавочное измерение усилия, которое может быть полезным для формирования квалификации пользователя, которое является более похожим на традиционную, основанную на очередности клавишную панель. Например, датчик усилия позволит реализовать выбранную функцию, когда ввод пользователя превышает определенное пороговое значение усилия. Датчик усилия предоставляет значение усилия, связанное с каждым положением касания, распознаваемым датчиком тактильного экрана.
Если поверхность ввода тактильного экрана является, по существу, твердой, то всего лишь одиночный датчик усилия может быть в состоянии учитывать относительное смещение поверхности ввода в ответ на одиночный ввод усилия. Одиночный датчик усилия будет распознавать общее усилие, связанное с любым количеством вводов усилия пользователя, но не будет в состоянии дифференцировать, какая величина усилия связана с каждым вводом пользователя. Однако при двух вводах усилия на один датчик усилия, предполагаемый ввод пользователя, определяемый в соответствии с одним датчиком усилия, может являться неточным. Например, в клавишной панели QWERTY тактильного экрана, в случае если пользователь нажимает две клавиши, в то время как предполагалось, что пользователь нажмет одну клавишу, один датчик усилия может не преодолеть связанную с этим ошибку. Один датчик усилия распознает общее усилие, связанное с любым количеством вводов усилия, но не сможет различать, какая величина усилия связана с каждым вводом пользователя.
Ниже раскрыты способы и устройства, включающие в себя как слой датчиков касания, сконфигурированных для приема ввода касания, так и слой датчиков усилия, уложенный на слой датчиков касания, причем слой датчиков усилия может включать в себя множество датчиков усилия, сконфигурированных для приема ввода усилия. Матрица датчиков усилия включает в себя отдельные датчики усилия. Различные положения в области тактильного экрана связаны с определенными датчиками усилия в матрице. В одном варианте осуществления, каждый датчик усилия из матрицы датчиков усилия может работать независимо от других. Описываются другие конкретные варианты осуществления. Например, в одном варианте осуществления, тактильный экран определяется в качестве координатной решетки с крупным шагом, где часть решетки может быть связана с, по меньшей мере, одним датчиком в матрице для определения верных вводов касаний. В другом варианте осуществления, определение положения центроида (центра тяжести) может выполняться на основе множества датчиков усилия для определения достоверных вводов касаний. "Положение центроида" является одиночным положением, которое связано с одним вводом усилия, вычисляемым посредством сочетания различных значений в некоторых или во всех датчиках в матрице датчиков усилия.
Данное описание предоставлено для разъяснения упрощенным способом лучших режимов создания и использования различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Кроме того, описание позволяет лучше понять и правильно воспринять принципы изобретения и его преимущества, а не ограничивает изобретение каким-либо способом. В то время как в настоящем документе проиллюстрированы и описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, очевидно, что изобретение этим не ограничивается. У специалистов в данной области техники, имеющих преимущество от данного раскрытия, могут возникнуть многочисленные модификации, изменения, вариации, замещения и эквиваленты без отступления от сущности и объема настоящего изобретения, как определено посредством нижеследующей формулы изобретения.
Подразумевается, что соответственные термины, если таковые имеются, как первый и второй, верх и низ и т.п., используются исключительно для различения одного элемента или действия от другого без непременного требования или влечения за собой какой-либо фактической взаимосвязи или последовательности такого рода между элементами или действиями.
Большая часть изобретательских функциональных возможностей и многие из изобретательских принципов лучше всего реализуются в компьютерных программах или командах и таких интегральных микросхемах (ИС), как ИС специального назначения. В интересах краткости и минимизации любого риска затрудненного понимания принципов и концепций, в соответствии с настоящим изобретением, обсуждение таких программных средств и схем ИС, если таковые вообще имеются, ограничивается сущностью, применительно к принципам и понятиям в пределах предпочтительных вариантов осуществления.
Фиг.1 изображает систему 102 ввода пользователем множественного касания, включающую в себя слой 104 датчиков касания, сконфигурированный для ввода входного касания, и слой 106 датчиков усилия, уложенный на слое 104 датчиков касания для приема ввода усилия. Слой 104 датчиков усилия изображен как включающий в себя матрицу 108 датчиков 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 усилия, каждый из которых сконфигурирован для приема ввода усилия, либо по отдельности, либо совместно, как будет описано ниже. Подразумевается, что матрица 108 может включать в себя любое подходящее количество датчиков усилия. В изображенном варианте осуществления, матрица 108 датчиков усилия включает в себя отдельные датчики 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 усилия для контроля усилия, прикладываемого к определенным областям, частям или положениям в слое 104 датчиков касания.
В слое 104 датчиков касания имеется восемнадцать положений 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126 и 127 для касания. Изображена часть схемы 130 положений касания, связанная с контроллером 132. Кроме того, изображена часть схемы 134 матрицы 108 датчиков усилия, связанная с контроллером 132. Контроллер 132 может принимать ввод касания и ввод усилия из ввода пользователя в тактильный экран и от каждого из них определять обсуждаемыми ниже различными способами, предполагался ли ввод касания или нет. Контроллер 132 может быть связан с модулями, предоставляющими команды на контроллер, и с памятью для таких данных, как таблица преобразования, на основе которой выполняются определенные вычисления.
В слое 104 датчика касания может иметься такое положение, как положение 111, которое может быть связано с, по меньшей мере, одним датчиком усилия из матрицы 108, таким как датчик 2 усилия. В другом примере, в слое 104 датчика касания может иметься такое положение, как положение 119, которое может быть связано с, по меньшей мере, одним датчиком усилия матрицы 108, таким как датчик 5 усилия. Подразумевается, что любое подходящее расположение положений касания в среде с распознаванием множественных касаний находится в рамках объема данного обсуждения. Кроме того, как будет обсуждаться более подробно ниже, любая подходящая корреляция между положениями датчиков касания и датчиками усилия матрицы 108 датчиков усилия находится в рамках данного изобретения. Соотнесение датчиков усилия матрицы 108 датчиков усилия может быть сделано для одного или более положений на тактильном экране. Кроме того, соотнесение датчиков усилия с положением на тактильном экране может быть динамично организовано на основе функциональных возможностей устройства на данный момент времени.
Вычисление значения усилия на основе ввода на датчик усилия может выполняться в соответствии с одним или более связанными вводами касания к одному или более положениям на тактильном экране. Вычисления, выполняемые посредством контроллера 132 с использованием значения усилия или значений, определяемых посредством сигналов усилия матрицы 108 датчиков усилия, могут дифференцировать, какое положение или клавиша нажаты в среде, обеспечивающей множественные касания, и можно избежать ошибки в случае, когда два положения на тактильном экране нажаты, по существу, одновременно. Пользователь может по неосторожности нажать две клавиши тактильного экрана, по существу, одновременно. Например, в случае если пользователь нажимает на положения 110 и 111, но датчик 2 усилия формирует значение усилия, соразмерное с нажатием на положение 111, контроллер может определить, что положение 111 было намеренным нажатием на клавишу.
Таким образом, определенные датчики усилия матрицы 108 датчиков усилия связаны с определенными положениями на тактильном экране для добавления информации, которая может быть использована для определения того, какая клавиша фактически нажимается. Если одновременно нажимаются две или более клавиш, то раскрытые способы и устройства могут быть предусмотрены, в дополнение к датчику тактильного экрана, для определения намеренного ввода пользователя.
В соответствии с раскрытыми способами и устройствами, ввод пользователя может включать в себя как ввод касания в слой 104 датчиков касания, так и ввод усилия в слой 106 датчиков усилия. Контроллер 132 может быть сконфигурирован для приема, по меньшей мере, одного сигнала касания, сопоставленного с, по меньшей мере, одним вводом касания из слоя 104 датчиков касания, и сконфигурирован для сигнала усилия, сопоставленного с вводом усилия из слоя 106 датчиков усилия, причем контроллер 132 дополнительно сконфигурирован для обработки обоих сигналов сначала для обработки сигнала касания, а затем для последующей обработки сигнала усилия. Вследствие ввода пользователя в слой 104 касания, используя как сигнал касания, так и сигнал усилия, быстрый ввод ввода пользователя в тактильный экран, в частности, в режиме работы двумя руками, который, в ином случае, может вызывать ошибку, может выверяться множеством различных способов, как описано ниже. Например, каждый датчик усилия матрицы 108 датчиков усилия может работать независимо от других, или два или более датчиков усилия матрицы 108 датчиков усилия могут работать вместе.
Фиг.2 изображает комплект слоев, который включает в себя как слой касания, так и слой усилия, как обсуждалось выше, а также модуль отображения. Посредством включения слоя касания и слоя усилия в комплект с модулем отображения пользовательская система ввода может изменяться в зависимости от функциональных возможностей устройства на текущий момент времени. Стеклянная линза 240 может примыкать к слою 204 датчиков касания, который может включать в себя активную область 205 датчиков касания. Модуль 242 отображения может быть включен в состав пользовательской системы, имеющей активную область обзора. По меньшей мере, часть матрицы 208 датчиков усилия слоя 206 датчиков усилия может находиться за пределами активной области обзора модуля отображения. Соответственно, матрица 208 датчиков усилия может не быть видимой через активную область устройства отображения.
В варианте осуществления, который является таким же или сходным с системой, изображенной на Фиг.2, каждое касание слоя 204 датчика касания может быть связано с координатами x и y, которые являются позициями касаний или положениями касаний, а также связанным с ним значением усилия. Датчик 204 касания может формировать сигнал касания для сообщения ввода пользователем касания на более высокий уровень системы, такой как контроллер 132 (см. Фиг.1), который может выполнять определения на основе сообщенных положений касаний и формировать значения усилий для различных вводов касаний. Сообщенные значения усилий могут являться двоичными, например нажато или не нажато, или они могут иметь более высокое разрешение, указывающее на степени приложенных усилий. Вариант осуществления системы, изображенной на Фиг.2, может применяться как для улучшения однородности воздействия усилия, так и для помощи в определении значений усилий, связанных с множеством вводов касаний.
Фиг.3 изображает блок-схему варианта осуществления способа, в котором сигнал ввода касания и данные матрицы датчика усилия используются для определения положения нажатия при размещении на тактильном экране. Активная область 205 датчика касания может быть активирована и ожидать ввода 350 касания. Пользователь может обеспечивать ввод касания таким образом, чтобы он мог определяться в слое датчика касания, являлось ли это касание достоверным касанием к тактильному экрану 352 или нет. Если нет, то процесс возвращается к режиму 350 ожидания. Если на тактильном экране 352 определено, что касание является достоверным, то положение касания сообщается как данные 354 матрицы датчиков усилия, например, на контроллер 132 (Фиг.1). Определение 356 того, что значение матрицы датчиков усилия превышает основанные на положении пределы значений, может выполняться для определения того, находится ли касание в конкретном положении на тактильном экране 352, превысил ли ввод касания его пороговое значение усилия или нет. Таким образом, контроллер может быть сконфигурирован для обработки сигнала усилия для определения значения усилия ввода пользователя, в соответствии с положением ввода пользователя в слой датчиков касания, определенным из обработки сигнала касания. Кроме того, контроллер может быть сконфигурирован для определения множества вводов пользователя, принимаемых посредством слоя датчиков касания, и для определения одного или более положений множества вводов пользователя и связанных с ними значений усилия. Таким образом, нажатие на конкретное положение в слое датчиков касания может определяться и сообщаться для подтверждения касания 358.
Фиг.4 изображает блок-схему, изображающую другой вариант осуществления способа, где предполагается, что в слое датчик касания разделен на координатную решетку с крупным шагом по отношению к разрешению датчика касания для сокращения памяти, требуемой для обработки следующих этапов, и допускает распознавание положения множества касаний. В каждом положении решетки может иметься множество связанных с ним пороговых значений датчика усилия. Пороговые значения могут быть сохранены в памяти. Еще в одном варианте осуществления, пороговые значения датчика усилия могут быть связаны с сочетанием распознающих множественное касание квадратов решетки. Могут применяться различные формы логических схем для определения значений усилий на основе различных значений датчика усилия для каждого положения решетки датчика касания.
Фиг.4 изображает, что активная область 205 датчика касания может быть активирована и может ожидать ввода 450 касания. Пользователь может предоставлять ввод касания таким образом, чтобы он мог определяться в слое датчика касания, было ли это касание достоверным касанием к тактильному экрану 452 или нет. Если нет, то обработка возвращается в режим 450 ожидания. Если на тактильном экране 42 определено, что касание является достоверным, то положение всех касаний на основе возможностей высокого разрешения датчика 205 касания определяется, например, посредством контроллера 132 (Фиг.1). Определение, в каком положении решетки находится каждое касание на основе рассмотренного выше низкого разрешения, может определяться 462, например, посредством контроллера 132. Могут определяться значения усилий, которые сопоставляются с касанием в положении в решетке с низким разрешением таким образом, чтобы они могли сравниваться 464 со значениями датчиков усилия, имеющими отношение к пороговым значениям таблицы преобразования, характерным для позиции, для определения значения усилия для каждого ввода касания. Может быть выполнено определение 456 того, что значение матрицы датчиков усилия превышает основанные на положении пределы значений для определения того, является ли касание в конкретном положении на тактильном экране 452 достоверным касанием. Таким образом, контроллер может быть сконфигурирован для обработки сигнала усилия для определения значения усилия для ввода пользователя, в соответствии с положением ввода пользователя в слой датчика касания, определенного из обработки сигнала касания. Кроме того, контроллер может быть сконфигурирован для определения множества вводов пользователя, принимаемых посредством слоя датчиков касания, и для определения одного или более положений множества вводов пользователя и связанных с ними значений усилия. Таким образом, нажатие на конкретные координаты или положения в датчике касания и значения усилия для каждого ввода касания могут определяться и сообщаться для подтверждения касания 466.
Фиг.5 изображает блок-схему последовательности операций другого варианта осуществления способа, в котором слой датчиков касания допускает распознавание позиции множества вводов, и, в данном конкретном варианте осуществления, способа получения характеристик вводов усилия для формирования координаты, представляющей центроид вводов усилия для определения ближайшего положения тактильного экрана для приема ввода касания. "Положение центроида" является одиночным положением, связанным с одиночным вводом усилия, вычисленным посредством объединения различных значений на некоторых или всех датчиках матрицы датчиков усилия.
Фиг.5 изображает, что активная область 205 датчика касания (Фиг.2) может быть активирована и может ожидать ввода 550 касания. Пользователь может предоставлять ввод касания таким образом, чтобы он мог определяться в слое датчика касания, являлось ли это касание достоверным касанием к тактильному экрану 552 или нет. Если нет, тогда процесс возвращается в режим 550 ожидания. Если на тактильном экране 552 определено, что касание является достоверным, то может быть определена 570 позиция всех касаний с низким разрешением посредством матрицы 208 датчиков усилия, например, посредством контроллера 132 (Фиг.1). Процесс может использовать один, несколько или все датчики усилия матрицы 208 для определения значения усилия, связанного с касанием. Если используется два или более датчиков усилия, то из матрицы 208 датчиков усилия может быть определена 574 позиция центроида ввода усилия. Вычисление расстояния от нескольких или всех позиций касания до позиций усилия может выполняться для определения того, какая позиция касания является ближайшей 576. Таким образом, нажатие на конкретные координаты или положения на датчике 204 касания и значения усилий для каждого ввода касания могут определяться и сообщаться для подтверждения касания 578. Таким образом, одно касание может принимать ввод усилия больше нуля.
Соответственно, в вышеописанном способе с центроидом, отдельное значение усилия, наблюдаемое посредством каждого затрагиваемого датчика усилия в матрице 208 (Фиг.2), и величина этого значения усилия могут быть использованы для определения того, каким вводом касания прикладывается усилие, посредством выбора положения касания, являющегося ближайшим к положению центроида усилия. Кроме того, могут существовать способы улучшения однородности усилия воздействия на всем тактильном экране посредством использования итогового значения усилия, вычисленного из нескольких или из всех значений датчиков усилия для определения того, когда был выполнен ввод касания или когда была нажата клавиша. Например, как только итоговое значение превышает заданное пороговое значение, может быть распознано нажатие клавиши, а затем определено, в каком положении на тактильном экране было произведено нажатие, посредством нахождения ближайшего к центроиду ввода усилия ввода касания.
В вышеописанных способах и устройствах, датчик усилия обеспечивает дополнительное измерение для тактильного экрана для оказания помощи в определении положения предполагаемого ввода пользователя на тактильном экране. Описаны способы и устройства, включающие в себя применение как слоя датчиков касания, сконфигурированного для приема ввода касаний, так и слоя датчиков усилия, уложенного на слой датчиков касания, причем слой датчиков усилия может включать в себя матрицу датчиков усилия, сконфигурированную для приема ввода усилия. Матрица датчиков усилия включает в себя отдельные датчики усилия. Определенные датчики усилия матрицы датчиков усилия связаны с определенными положениями на тактильном экране для добавления информации, которая может быть использована для декодирования того, какая клавиша, фактически, нажимается, во избежание ошибки. Как сигнал касания, так и сигнал усилия применяются для определения достоверности ввода касания пользователем. В одном варианте осуществления, каждый датчик усилия из матрицы датчиков усилия может работать независимо от других. Описываются другие конкретные варианты осуществления. Например, один вариант осуществления определяет тактильный экран в качестве координатной решетки с крупным шагом, где часть решетки может быть связана с, по меньшей мере, одним датчиком в матрице для определения достоверных вводов касаний. В другом варианте осуществления, определение положения центроида может выполняться на основании множества датчиков усилия для определения верных вводов касаний.
Настоящее описание предназначается для разъяснения того, каким образом моделировать и использовать различные варианты осуществления в соответствии с технологией, а не для ограничения истинного предполагаемого и значительного его объема притязаний и сущности. Предшествующее описание не предназначено для того, чтобы являться исчерпывающим или ограниченным точными раскрытыми формами. Возможны модификации или изменения, в свете вышеупомянутой идеи. Вариант(ы) осуществления были выбраны и описаны для предоставления наилучшего примера принципа описанной технологии и ее практического применения и для того, чтобы позволить специалистам в данной области техники применять технологию в различных вариантах осуществления и с различными модификациями, которые подходят для конкретного рассматриваемого использования. Все такие модификации и изменения находятся в рамках изобретения, как определяется посредством приложенной формулы изобретения, а также могут быть дополнены во время нахождения на рассмотрении настоящей заявки на патент и всех ее эквивалентов, при их интерпретации, в соответствии с объемом которой они, безусловно, законно и справедливо наделяются правом.