專利名稱：二維觸摸傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及二維(2D)觸摸傳感器，具體來說，涉及對從所述傳感器獲取的數(shù)據(jù)的處理。
背景技術：
各種不同技術用于2D觸摸傳感器，值得注意的是電阻性電容性。不管使用何種技 術，2D觸摸傳感器一般具有基于傳感器節(jié)點的矩陣的構造，所述傳感器節(jié)點在笛卡兒坐標 中形成2D陣列，即柵格。在電容性觸摸感測中的兩個最活躍的開發(fā)領域是多觸摸處理以及手勢辨識(或 簡稱為“多觸摸”和“手勢”)的相關話題。多觸摸是指2D觸摸傳感器能夠同時感測一個以上觸摸的能力?；镜挠|摸傳感 器經設計以假設在任何一個時間僅一個觸摸存在于傳感器上，且經設計以在任何一個時間 僅輸出一個x，y坐標。多觸摸傳感器經設計以能夠檢測多個同時的觸摸。多觸摸傳感器的 最簡單的形式是兩點觸摸傳感器，其經設計以能夠檢測高達兩個同時的觸摸。將了解，兩點觸摸檢測對于甚至基本的鍵盤模擬來說是基本的，因為需要SHIFT 鍵來操作常規(guī)鍵盤。此外，許多手勢需要兩點觸摸檢測。雖然術語“手勢”在業(yè)界可能未明 確界定，但其一般用于指比在特定位置處的單一“敲擊”或“按壓”更復雜的用戶輸入。非常 簡單的手勢可為當用戶以快速的連續(xù)性兩次快速地觸摸觸摸表面并釋放觸摸表面時的“兩 次敲擊”。然而，通常當指手勢時，其與觸摸動作結合。實例單一觸摸動作手勢為“翻動”和 “拖曳”，且實例兩點觸摸動作為“捏”、“拉伸”和“旋轉”。顯然，多觸摸感測能力是能夠提供基于兩個或兩個以上同時對象的任何手勢的首 要條件。手勢辨識的現(xiàn)有方法是基于向手勢辨識算法供應來自觸摸傳感器的觸摸坐標的 時間序列，來自每一時間間隔的數(shù)據(jù)集被稱作幀，或在下文中稱為幀數(shù)據(jù)。舉例來說，處理 四個連續(xù)時間幀、、、和、以跟蹤觸摸傳感器上的高達三個觸摸的動作的結果可為以下數(shù) 據(jù) 表 1在所述表中，展示三個所跟蹤觸摸的實例(X，y)坐標，其中第二觸摸在時間、處 中止。當然，所述時間序列將在非常大量的時間增量內持續(xù)。手勢辨識算法的任務是分析幀數(shù)據(jù)首先識別用戶正在輸入哪些手勢；且其次將 所辨識的手勢參數(shù)化，且將這些參數(shù)輸出到處理軟件的更高級。舉例來說，手勢辨識算法可 報告用戶已輸入表達67度角的旋轉的“旋轉”手勢。

發(fā)明內容
本發(fā)明通過提供額外提供關于觸摸形狀或得自觸摸形狀的數(shù)據(jù)的觸摸傳感器而 脫離觸摸傳感器僅提供觸摸位置數(shù)據(jù)的常規(guī)假設。這是通過在比致動對象(通常為手指) 的大小精細的網格或柵格上具有取樣節(jié)點而實現(xiàn)的。因此，手指的每一觸摸一般將致使激 活傳感器的多個鄰近節(jié)點，使得每一觸摸具有由節(jié)點群組形成的形狀。此允許觸摸傳感器 輸出每一觸摸的觸摸位置，但所述觸摸位置不簡單地與正在檢測中的單一節(jié)點同義，而是 通過分析共同表示觸摸的所激活節(jié)點的群組而計算出的，例如從所激活節(jié)點的質心計算出 的。此外，此額外允許觸摸傳感器輸出關于觸摸形狀的數(shù)據(jù)。具體來說，可提供一種觸摸傳 感器，其輸出與每一觸摸位置的觸摸角度，且任選地還輸出表示觸摸形狀(例如，觸摸有多 細長)的其它數(shù)據(jù)。如果觸摸形狀近似橢圓，那么所述橢圓可用于提供角度和扁率。如從 基礎幾何學已知，扁率是指示橢圓有多細長的參數(shù)，即是一種“細長度”因數(shù)。在本發(fā)明的 優(yōu)選實施方案中，每一觸摸作為觸摸位置和觸摸向量的組合而輸出。觸摸位置和觸摸向量 兩者均可表達為二維坐標，其在形式上可為笛卡兒或極坐標。笛卡兒坐標是優(yōu)選的，因為此 便利地映射到常規(guī)2D傳感器陣列的普通柵格形式。舉例來說，對于從傳感器陣列收集到的 每一數(shù)據(jù)幀來說，傳感器輸出觸摸位置或定位的U，y)坐標和(χ，y)向量，所述(χ，y)向 量根據(jù)定義具有量值和方向，所述方向提供觸摸角度，且所述量值提供觸摸的扁率或“細長
度 O通過包含此額外形狀數(shù)據(jù)以作為幀數(shù)據(jù)的一部分，極大地簡化了手勢處理，因為 其變?yōu)橛靡宰R別手勢的簡單得多的處理任務。至少同等重要的是，額外的形狀數(shù)據(jù)打開發(fā) 明新手勢的無窮可能性，所述新手勢原本僅基于觸摸位置數(shù)據(jù)是不實際或不可能識別的。 另外，如下文進一步詳細描述，已有可能使用容易在例如微控制器等簡單的硬件平臺上運 行的非常簡單的數(shù)值方法來實施本發(fā)明。本發(fā)明建立于來自馬丁 ·西蒙和丹尼爾·皮克特的三個早先發(fā)明的元素之上和/ 或其最佳模式并入有所述元素，馬丁 ·西蒙和丹尼爾·皮克特是本申請案的共同發(fā)明人中 的兩者，現(xiàn)在列出所述發(fā)明。2008年10月21日申請的US 12/255，610，其描述一種用于識別2D觸摸傳感器上的觸摸的方法和設備，其中觸摸大小大于節(jié)點間隔。2008年10月21日申請的US 12/255，616，其描述一種用于計算2D觸摸傳感器上 的觸摸位置的方法和設備，其中觸摸大小大于節(jié)點間隔。2008年10月21日申請的US 12/255，620，其描述一種用于跟蹤2D觸摸傳感器上 的多個觸摸的方法和設備。這三個早先申請案的內容的以全文引用的方式并入本文中。本發(fā)明在一個方面中提供一種感測觸摸傳感器上的觸摸的方法，所述方法包括 提供觸摸傳感器，所述觸摸傳感器具有分布于感測區(qū)域上的感測節(jié)點的二維陣列；從所述 感測節(jié)點獲取觸摸信號值的幀；處理所述觸摸信號值以檢測所述幀中的至少一個觸摸，每 一觸摸由一個或一個以上感測節(jié)點的鄰接群組形成；針對每一觸摸，通過處理所述觸摸的 所述觸摸信號值而計算其在所述感測區(qū)域上的觸摸位置；針對每一觸摸，通過處理所述觸 摸的所述觸摸信號值而計算指示所述觸摸在所述感測區(qū)域上的定向的觸摸角度；以及針對 每一幀，輸出包含所述觸摸位置和所述觸摸角度的幀數(shù)據(jù)。所述方法可進一步包括針對每一觸摸，通過處理所述觸摸的所述觸摸信號值而 計算指示所述觸摸所擁有的形狀有多細長的觸摸扁率因數(shù)；以及針對每一幀，輸出所述觸 摸扁率因數(shù)以作為所述幀數(shù)據(jù)的一部分?？捎煞謩e從所述觸摸扁率因數(shù)和所述觸摸角度確 定的校正距離和校正方向來翻譯所述觸摸位置。在本發(fā)明的實施例中，將所述觸摸角度和觸摸扁率因數(shù)共同表達為向量。可將所 述向量表達為笛卡兒坐標(χ，y)或極坐標(r，θ )。在一個特定實施方案中，通過對沿著第一和第二正交對的方向的觸摸信號值求 和，所述對方向彼此相對地旋轉45度，以及從所述第一對的總和獲得第一比率和從所述第 二對的總和獲得第二比率，而計算所述向量。用以計算所述比率的總和可為在四個方向中 的每一者中具有最大值的若干者?；蛘?，如果將觸摸位置視為原點且針對四個方向中的每 一者僅采用與所述原點相交的一根線，那么針對每一方向僅需要計算一個總和。在寬松的意義上而不是在嚴格的幾何意義上使用術語“扁率”來表達觸摸的“細長 度”的程度，且不暗示著依照橢圓形狀來處理觸摸或觸摸形狀?？闪硗鈴亩M制指向方向指示符來確定觸摸方向，可例如用并入有觸摸傳感器的 裝置在正常使用中時將如何定向的知識來確定所述二進制指向方向指示符?；蛘?，可從正 被檢測的觸摸的特性計算二進制指向方向指示符。所述方法可進一步包括提供手勢處理器，其經布置以從觸摸傳感器接收幀數(shù)據(jù) 且可操作以隨時間處理所述幀數(shù)據(jù)，其中所述手勢處理器運行手勢處理算法，所述手勢處 理算法從所述幀數(shù)據(jù)識別手勢，且輸出手勢數(shù)據(jù)。所述手勢處理算法可包含用到觸摸角度 的映射來辨識具有一參數(shù)的至少一個手勢。所述手勢處理算法可可操作以基于觸摸角度 來確定觸摸是來自左手還是右手，且優(yōu)選觸摸扁率因數(shù)也用于確定觸摸是來自左手還是右 手。此可為左手或右手的一根手指，或左手或右手中保持的一根尖筆?？商峁┐斯δ苄?，因 為當作出鍵輸入時將以某一方式保持手持式裝置，使得通過手指和/或拇指作出的左手和 右手觸摸將處于某一可預測角度范圍內。手勢辨識算法優(yōu)選包含基于隨著時間對觸摸角度和觸摸位置的分析來辨識至少 一個手勢，使得在大體上橫向于觸摸的觸摸角度的方向上的觸摸位置的運動被辨識為手指的側向滑動或搖動運動。所述手勢處理算法優(yōu)選包含用到觸摸扁率因數(shù)的映射來辨識具有一參數(shù)的至少 一個手勢。所述手勢處理算法優(yōu)選包含辨識至少一個手勢，其共同處理觸摸角度和觸摸扁率 因數(shù)，從而使用觸摸扁率因數(shù)的量值來確定觸摸角度的角度精確度。所述手勢處理算法可可操作以基于觸摸扁率因數(shù)和(任選地)還有觸摸角度來確 定觸摸是來自拇指還是手指。一般來說，拇指觸摸較圓且手指觸摸較細長，因此拇指觸摸將 具有較低的扁率。這在拇指和食指的兩點觸摸手勢中是有用的。舉例來說，可將拇指界定 為用于食指進行旋轉或其它運動的原點。映射到觸摸角度的參數(shù)可例如為視圖的旋轉(例如，場景內的對象或整個場景的 旋轉)、放大或縮小(例如，映射到隨著時間的正/負角度前進的放大/縮小，或反之亦然)、 行進方向(例如，在街道視圖中)、轉向輪的致動(例如，在汽車駕駛模擬中)。所述手勢辨識算法可包含基于隨著時間對觸摸扁率因數(shù)和觸摸位置的分析來辨 識至少一個手勢，使得在觸摸位置相對恒定的同時觸摸扁率因數(shù)中的改變被辨識為手指的 垂直搖動運動，其中手指與感測區(qū)域的平面的角度正在變化。觸摸傳感器可為電容性觸摸傳感器或某一其它類型的觸摸傳感器。在以下詳細描 述中，將使用電容性感測實例，但所屬領域的技術人員將理解，本發(fā)明的方法適用于從本文 所描述的一類感測表面輸出原始數(shù)據(jù)集的任何2D位置感測技術，例如，電阻性、全內反射、 超聲波、表面聲波和其它裝置。本發(fā)明在另一方面中提供一種觸摸傳感器，其包括感測節(jié)點的二維陣列，其分布 于感測區(qū)域上；測量電路，其可操作以從所述感測節(jié)點獲取觸摸信號值的幀；以及處理單 元，其可操作以處理所述觸摸信號值以檢測所述幀中的至少一個觸摸，每一觸摸由一個或 一個以上感測節(jié)點的鄰接群組形成；針對每一觸摸，通過處理所述觸摸的所述觸摸信號值 而計算其在所述感測區(qū)域上的觸摸位置；針對每一觸摸，通過處理所述觸摸的所述觸摸信 號值而計算指示所述觸摸在所述感測區(qū)域上的定向的觸摸角度；以及針對每一幀，輸出包 含所述觸摸位置和所述觸摸角度的幀數(shù)據(jù)。所述處理單元優(yōu)選進一步可操作以針對每一 觸摸，通過處理所述觸摸的所述觸摸信號值而計算指示所述觸摸所擁有的形狀有多細長的 觸摸扁率因數(shù)；以及針對每一幀，輸出所述觸摸扁率因數(shù)以作為所述幀數(shù)據(jù)的一部分。可與手勢處理器組合地提供所述觸摸傳感器，所述手勢處理器經布置以從觸摸傳 感器接收幀數(shù)據(jù)且可操作以隨時間處理所述幀數(shù)據(jù)，其中所述手勢處理器可操作以運行手 勢處理算法，以從所述幀數(shù)據(jù)識別手勢，且輸出手勢數(shù)據(jù)。通過使用在比觸摸手指的觸摸墊的大小精細的柵格(例如，小于5mm左右的柵格 間距)上具有可獨立尋址的感測“節(jié)點”的觸摸傳感器，有可能解析觸摸對象的“形狀”。通 過使用合適的算法，有可能推斷出觸摸對象相對于感測柵格的角度以及還有其“細長度”的 程度。通過與觸摸位置數(shù)據(jù)一起報告此角度數(shù)據(jù)，可提供新的手勢種類，其可為單點觸摸和 多觸摸兩者。舉例來說，通過單個手指，有可能通過在觸摸屏上簡單地扭轉觸摸手指而具有 放大和縮小手勢。以扭轉運動使用兩個手指也可用于其它用戶接口控制?？梢悦總€觸摸為 基礎(例如，在多觸摸獲取中對于每一觸摸獨立地)利用角度和細長度因數(shù)。還有可能使 用觸摸角度以在致動虛擬鍵或圖標的過程中校正系統(tǒng)性人類錯誤。


為了更好地理解本發(fā)明，且為了展示可如何實現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在以實例的方式參考 附圖。圖1是本發(fā)明的實施例的示意圖。圖2以平面圖示意性展示2D觸敏電容性位置傳感器的電路元件。圖3說明用于單個觸摸的來自2D觸摸傳感器的實例輸出數(shù)據(jù)集。圖4說明在兩個觸摸的情況下來自圖3的2D觸摸傳感器的實例輸出數(shù)據(jù)集。圖5說明在三個觸摸的情況下來自圖3的2D觸摸傳感器的實例輸出數(shù)據(jù)集。圖6是展示用于將節(jié)點指派給鄰近于觸摸面板的一個或一個以上觸摸的方法的 流程圖。圖7是展示用于計算觸摸位置的方法的流程圖；圖8是展示在圖7的過程中計算χ坐標的流程圖。圖9是展示在圖7的過程中計算y坐標的流程圖。圖10示意性說明用于單個觸摸的來自2D觸摸傳感器的實例輸出數(shù)據(jù)集以及關于 計算與觸摸有關的形狀數(shù)據(jù)的注解。圖11是展示用于計算觸摸形狀向量的方法的流程圖。圖12A到圖12F說明來自2D觸摸傳感器的不同實例輸出數(shù)據(jù)集以及關于計算觸 摸形狀向量的注解。圖13展示手指觸摸2D觸摸傳感器上的虛擬鍵以說明形狀數(shù)據(jù)的應用實例。圖14A和14B說明用戶分別用其右手和左手來保持具有觸敏顯示器面板的手持式 裝置以說明形狀數(shù)據(jù)的應用實例。圖15說明正由兩個拇指致動的具有QWERTY鍵盤的手持式裝置以說明形狀數(shù)據(jù)的 應用實例。圖16A和圖16B展示單個手指在兩個位置之間旋轉以說明形狀數(shù)據(jù)的應用實例。圖17展示同一手的兩個手指正側向移動越過觸摸屏裝置以說明形狀數(shù)據(jù)的應用 實例。圖18A和圖18B展示單個手指致動觸摸屏裝置20的平面圖和側視圖以說明形狀 數(shù)據(jù)的應用實例。
具體實施例方式圖1是展示寄存以虛線橢圓說明的手指觸摸的觸摸傳感器100的示意圖。觸摸傳感器100包括與相關聯(lián)測量電路組合的分布于感測區(qū)域上的感測節(jié)點的 二維陣列。在使用中，每一節(jié)點或鍵遞送指示觸摸的接近度的測量信號。來自傳感器的包 括來自每一鍵的測量信號值的一組數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)幀。在圖中，展示6X6鍵陣列，其中觸摸 致使7個節(jié)點的鄰接群組寄存觸摸對象的接近度。這些鍵在圖中以陰影展示，其稱為“檢測 中”的鍵，通常是因為其測量信號高于一閾值。觸摸傳感器100連接到觸摸數(shù)據(jù)獲取單元110，其可操作以從感測節(jié)點獲取數(shù)據(jù) 幀。
觸摸數(shù)據(jù)獲取單元110將幀數(shù)據(jù)輸出到觸摸辨識單元120，所述觸摸辨識單元120 可操作以處理觸摸信號值以檢測在幀中是否存在任何觸摸。在簡單實施方案中，觸摸辨識 單元僅能夠區(qū)分任一幀中的一個觸摸，但一般來說觸摸辨識單元優(yōu)選具有能夠檢測兩個同 時觸摸、三個同時觸摸或更多同時觸摸的能力。每一觸摸由一個或一個以上感測節(jié)點的鄰 接群組形成。每一觸摸進一步經處理以計算其在感測區(qū)域上的觸摸位置，即，其X和y坐標。 這是通過處理觸摸的觸摸信號值來實現(xiàn)。通過處理觸摸的觸摸信號值，每一觸摸還經處理 以計算形狀數(shù)據(jù)，尤其是指示觸摸在感測區(qū)域上的定向的觸摸角和指示觸摸所擁有的形狀 有多細長的觸摸扁率因數(shù)。在優(yōu)選實施例中，兩個形狀參數(shù)是以向量的形式傳達，所述向量 的方向提供所述角度且所述向量的量值提供所述扁率。所述向量可方便地作為x、y坐標對 來傳達，使得每一幀的位置和形狀數(shù)據(jù)作為兩個χ、y坐標對而共同輸出。觸摸位置和形狀數(shù)據(jù)從觸摸辨識單元120輸出到手勢辨識處理器130。手勢辨識 處理器130可操作以運行手勢處理算法，其從觸摸位置和形狀數(shù)據(jù)識別手勢。手勢辨識處理器130具有連接到較高級軟件處理單元140的輸出，所述軟件處理 單元140經編程以作用于手勢數(shù)據(jù)。手勢辨識處理器130操作以輸出手勢數(shù)據(jù)以指示哪些 手勢與其參數(shù)值一起識別，例如旋轉經過某一角度，或以敲擊之間的測得時間間隔進行兩 次敲擊。圖2更詳細說明觸摸傳感器100以及其如何連接到觸摸數(shù)據(jù)獲取單元110。展示 觸敏矩陣，其提供二維電容性換能傳感器布置。觸摸傳感器100包括m行電極和η列電極 WmXn陣列，其中m = η = 6。將了解，可按需要選擇列和行的數(shù)目，另一實例是十二列和 八行，或任何其它實際數(shù)目的列和行。感測節(jié)點陣列通過延伸經合適成形和尺寸設計的電極而容納于例如玻璃面板等 襯底中或襯底下方。感測電極界定感測區(qū)域，可在所述感測區(qū)域內確定對象(例如，手指或 尖筆)到傳感器的位置。對于其中傳感器上覆于例如液晶顯示器(LCD)等顯示器的應用， 襯底可為透明塑料材料，且電極是由使用常規(guī)技術沉積于襯底上的氧化銦錫(ITO)的透明 膜形成。因此，傳感器的感測區(qū)域是透明的，且可放置于顯示器屏幕上而不遮擋感測區(qū)域后 方顯示的內容。在其它實例中，位置傳感器可能不既定位于顯示器上且可能不透明；在這些 實例中，ITO層可以例如銅層壓印刷電路板(PCB)等較經濟的材料來代替。這在襯底上的感測電極的圖案方面是相當大的設計自由。重要的是其將感測區(qū)域 劃分為布置于行和列中的感測單元陣列(柵格)。(應注意，術語“行”和“列”在此處用以 方便地在兩個方向之間區(qū)分，且不應解釋為暗示垂直或水平方向。)一些實例電極圖案揭示 于例如US 2008/0246496A1中，其內容以全文引用的方式并入。所屬領域的技術人員將認識到，所說明的傳感器是有源型，即，基于測量兩個電極 之間(而不是單個感測電極與系統(tǒng)接地之間)的電容性耦合。有源電容性感測技術所基于 的原理在US 6，452，514中描述。在有源型傳感器中，一個電極(所謂的驅動電極)被供應 振蕩驅動信號。驅動信號與感測電極的電容性耦合的程度是通過測量由振蕩驅動信號傳送 到感測電極的電荷量來確定。所傳送的電荷量(即，在感測電極處所見的信號的強度)是 電極之間的電容性耦合的量度。當電極附近不存在指向對象時，感測電極上的測得信號具 有背景或靜態(tài)值。然而，當指向對象(例如，用戶的手指)接近電極(或更特定來說，接近 靠近使電極分離的區(qū))時，指向對象充當虛擬接地且從驅動電極吸取驅動信號(電荷)中的一些。這用以降低耦合到感測電極的驅動信號的分量的強度。因此，取得感測電極上的 測得信號的減小來指示指向對象的存在。所說明的mXn陣列是6X6陣列，其包括6個驅動線，下文中稱為X線，和六個感 測線，下文中稱為Y線。在X和Y線在圖解中交叉的情況下，存在感測節(jié)點205。實際上，X 和Y線位于觸摸面板的由電介質分離的不同層上，使得其電容性耦合，即，非歐姆接觸。在 每一節(jié)點205處，電容形成于X和Y線的鄰近部分之間，此電容在此項技術中通常稱為Ce或 Cx，其實際上為耦合電容器。例如手指或尖筆等致動主體的存在具有引入分路電容的作用， 所述分路電容隨后通過到接地或大地的等效接地電容器經由所述主體而接地。因此，所述 主體的存在影響從耦合電容器的Y側傳送的電荷量，且因此提供一種檢測主體的存在的方 式。這是因為每一感測節(jié)點的X與Y “板”之間的電容隨著由觸摸引起的接地電容的增加 而減小。這在此項技術中是眾所周知的。在使用中，依次驅動X線中的每一者以從傳感器陣列獲取完整的數(shù)據(jù)幀。為此，觸 摸數(shù)據(jù)獲取單元110經由控制線103. m致動驅動電路101. m以依次驅動‘m’個X線中的每 一者。對驅動電路的又一控制線107提供輸出啟用以使到相關X線的X板的輸出浮動。對于每一 X線，電荷傳送到連接到‘η’個Y線中的相應者的相應電荷測量電容 器Cs 112. η。電荷從耦合電容器205傳送到電荷測量電容器Cs在由控制器控制的開關的 動作下發(fā)生。為了簡單起見，未說明開關或其控制線。進一步細節(jié)可在US 6，452，514和 W0-00/44018 中找到。電荷測量電容器Cs 112. η上保持的電荷可由觸摸數(shù)據(jù)獲取單元110通過模/數(shù) 轉換器(未圖示)經由相應連接線116. η來測量。在US 6，452，514和W0-00/44018中揭示針對此矩陣電路的操作的更多細節(jié)。觸摸數(shù)據(jù)獲取單元110如上文闡釋而操作以通過在測量循環(huán)的突發(fā)期間鍵上感 應的電荷量的改變，從鍵的電容的改變來檢測鍵205的矩陣中的一者上方的對象的存在。 然而，噪聲信號的存在可將電荷感應到觸摸傳感器的鍵上，且提供錯誤檢測或妨礙進行檢 測。觸摸數(shù)據(jù)獲取單元110可操作以使用下文描述的算法計算位置傳感器上的同時 觸摸的數(shù)目，且將離散鍵指派給同時觸摸中的一者。指派給每一觸摸的離散鍵在輸出連接 上從控制器輸出到較高級系統(tǒng)組件?；蛘?，觸摸數(shù)據(jù)獲取單元110將對指派給每一觸摸的 節(jié)點中的每一者進行內插以獲得觸摸的坐標。用以對觸摸坐標進行內插的數(shù)值方法可為 對來自指派給每一觸摸的所有節(jié)點的信號進行質心計算，類似于US 2006/0097991中所揭
7J\ ο圖3展示來自2D觸摸面板的可從觸摸數(shù)據(jù)獲取單元110輸出的數(shù)據(jù)的典型曲線。所述曲線展示位于χ和y傳導線的每個交叉點處的χ和y傳導線的交叉點處的離 散鍵或節(jié)點中的每一者處的信號電平。為了前述目的，X和y傳導線中的每一者處的交叉 點將稱為節(jié)點。信號數(shù)據(jù)展示為觸摸面板的標稱平面圖中的二維布局。正方形中的每一者中的數(shù) 字表示χ和y傳導線或電線的每一交叉點處，即，每一感測節(jié)點處的信號值。另外，每一節(jié) 點區(qū)域的左上角中的圓表示相關節(jié)點處于“檢測中”，即，具有高于閾值的信號值，其中在這 些實例中閾值是12，13是處于檢測中，且12不處于檢測中。檢測中節(jié)點還以傾斜影線以陰影展示。應注意，幀數(shù)據(jù)對應于圖1中高度示意性說明的實例觸摸。X和y傳導線分別由垂 直和水平虛線指示。存在標記為0-5的六個χ電極和標記為0-5的八個y電極。圖4展示另一實例，但在兩個同時觸摸的情況下。如前，指示信號值，且以陰影展 示檢測中節(jié)點。另外，在檢測中節(jié)點的隅角中放置圓的習慣被延伸，借此與第一觸摸相關聯(lián) 的檢測中節(jié)點如前在左上角中具有圓，且第二觸摸的那些節(jié)點在左下角中放置圓?？梢?，節(jié) 點中的兩者(3，2)和(3，3)處的節(jié)點是共享的，即，是兩個觸摸的部分。具有最大信號值 的每一觸摸的節(jié)點也以其坐標來標記。圖5展示具有3個同時觸摸的又一實例觸摸數(shù)據(jù)。如前使用相同的標記習慣。另 外，在檢測中節(jié)點的隅角中放置圓的習慣被延伸，因此第一、第二和第三觸摸分別以左上、 左下和右下角中的圓指示。圖6展示用以將離散鍵或節(jié)點指派給位于觸摸面板上的一個或一個以上觸摸的 方法的流程圖。圖6所示的流程圖將結合圖3、4和5使用以說明節(jié)點中的每一者的信號值 如何用以識別節(jié)點中的哪些節(jié)點被指派給一個或一個以上觸摸。在圖6中的流程圖未圖示的預處理步驟中，將節(jié)點中的每一者的信號與閾值信號 值進行比較。在以下算法中將不考慮具有小于閾值的信號值的任何節(jié)點。這是本發(fā)明的優(yōu) 選方法?；蛘?，與閾值的比較可在算法期間實施。在替代方法中，在將節(jié)點指派給特定觸摸 之前，將其與閾值信號電平進行比較。使用任一方法，如果信號值小于閾值信號值，那么節(jié) 點將被指派給空觸摸?！翱沼|摸”用以表示無觸摸，使得在算法的任何后續(xù)步驟中將不考慮 所述節(jié)點，因為其被指派。為了以下描述的目的，將假定在應用算法之前將信號與閾值進行比較。將閾值取 為13。因此，將圖3所示的節(jié)點信號中的每一者與閾值13進行比較，且以陰影展示大于或 等于閾值的那些節(jié)點信號。具有小于閾值的信號的其它檢測到的節(jié)點被指派給空觸摸。在步驟602中，選擇未指派給觸摸的具有最高信號的節(jié)點。在圖3中，具有最高信 號的節(jié)點位于坐標(2，3)處。第一選定節(jié)點稱為一級節(jié)點或開始節(jié)點。在步驟604中，將坐標(2，3)處的選定節(jié)點的直接相鄰者(尚未經指派)中的每 一者的信號與選定節(jié)點或一級節(jié)點的信號進行比較。在圖3所示的實例中，存在8個直接 相鄰者節(jié)點。如果直接相鄰者節(jié)點的信號小于或等于選定節(jié)點的(一級節(jié)點)信號，那么 將直接相鄰節(jié)點指派給選定節(jié)點或一級節(jié)點。這被解釋為表示指派給另一節(jié)點的節(jié)點形成 單個觸摸。在圖3所示的實例中，坐標(1，3)、(1，4)、(2，2)、(2，4)、(3，2)和(3,3)處的節(jié) 點全部指派給坐標(2，3)處的選定節(jié)點或一級節(jié)點。這些稱為二級節(jié)點。所有其它相鄰節(jié) 點在上述預處理步驟中已經指派給空觸摸。在步驟606中，識別二級節(jié)點中的每一者的直接相鄰者中的每一者的所指派狀 態(tài)。二級節(jié)點中的每一者現(xiàn)在是開始節(jié)點。如果不存在二級節(jié)點中的任一者的未經指派直 接相鄰者節(jié)點，那么過程到達步驟612。在圖3所示的實例中，二級節(jié)點的所有相鄰者節(jié)點 被指派給一級節(jié)點或空觸摸。因此，對于圖3所示的實例，過程到達步驟612。然而，如果 存在二級節(jié)點中的任一者的未經指派直接相鄰者節(jié)點，那么將這些節(jié)點中的每一者的信號 與和其是直接相鄰者的二級節(jié)點的信號值進行比較。此過程針對二級節(jié)點中的每一者重 復，直到不再存在是二級節(jié)點中的每一者的直接相鄰者的未經指派節(jié)點為止。如果直接相 鄰者節(jié)點中的任一者具有小于或等于二級節(jié)點的信號的信號，那么所述節(jié)點被指派給同一觸摸。這些節(jié)點稱為三級節(jié)點。步驟608和610中所示的過程重復四次、五次等等開始節(jié) 點，直到不存在滿足具有小于或等于其直接相鄰者開始節(jié)點的信號值的信號值的要求的未 經指派節(jié)點為止。換句話說，步驟608和610重復，直到不再存在任何新的經指派開始節(jié)點 為止。在步驟612中，搜索節(jié)點以查找具有大于或等于閾值的信號的任何未經指派節(jié)
點ο在步驟614中，選擇最高未經指派節(jié)點且重復步驟604到612中的過程。在步驟616中，以指派給每一觸摸的一個或一個以上鄰接節(jié)點群組的形式輸出數(shù) 據(jù)。在圖3所示的實例中，存在單個觸摸。因此，上文識別的節(jié)點是來自單個觸摸，其是以 指派給觸摸Tl的一個鄰接節(jié)點群組的形式輸出，如表1所示。 表 1圖4將結合圖6所示的算法使用，以展示如何將觸摸面板上的節(jié)點指派給多個觸 摸。應注意，6X8的陣列大小不同于先前實例，但這不影響操作原理中的任一者。存在標記 為0-5的六個χ電極和標記為0-7的八個y電極，朝向圖4的圖的左上方展示其定向。將 預處理步驟應用于圖4所示的節(jié)點中的每一者。將來自節(jié)點中的每一者的信號與閾值13 進行比較。以陰影展示具有大于或等于13的信號值的節(jié)點。所有其它節(jié)點被指派給空觸 摸。搜索未經指派節(jié)點的信號值以查找具有最高信號值的節(jié)點。具有最高信號值的未 經指派節(jié)點是坐標(2，4)處的具有信號值72的節(jié)點。這是針對此觸摸的一級節(jié)點或開始 節(jié)點。開始節(jié)點位于坐標(2，4)處的觸摸將稱為Tl。將作為Tl的一級節(jié)點的直接相鄰者的未經指派節(jié)點中的每一者的信號值與一級 節(jié)點的信號值進行比較。坐標(1，4)、(1，5)、(2，3)、(2，5)、(3，3)、(3,4)和(3,5)處的節(jié) 點全部具有小于或等于一級節(jié)點的信號值的信號值。因此，坐標(1，4)、(1,5), (2,3), (2， 5)、(3,3), (3,4)和(3,5)處的節(jié)點(稱為二級節(jié)點)被指派給一級節(jié)點且因此指派給觸 摸Tl。過程現(xiàn)在針對二級節(jié)點中的每一者重復。在圖4中，坐標(2，3)和(3，3)處的二 級節(jié)點是具有未經指派的直接相鄰者節(jié)點的僅有節(jié)點。取坐標(2，3)處的節(jié)點，將未經指 派的其每一直接相鄰者節(jié)點的信號值與坐標(2，3)處的二級節(jié)點的信號值進行比較。坐標 (2,3)處的節(jié)點的未經指派直接相鄰者是坐標(2，2)和(3，2)處的節(jié)點。然而，這兩個節(jié)點 的信號值大于坐標(2，3)處的節(jié)點的信號值。因此，這些節(jié)點中的任一者均未指派給二級 節(jié)點(2，3)或觸摸Tl。其它二級節(jié)點中的任一者均不具有尚未經指派的或具有小于或等于 二級節(jié)點中的任一者的信號值的信號的直接相鄰者節(jié)點。因此，識別具有大于或等于閾值 信號的信號值的任何未經指派節(jié)點。將坐標(3，2)處的節(jié)點識別為用于觸摸T2的開始節(jié)點或一級節(jié)點。以用于觸摸 T2的未經指派節(jié)點重復上述過程。使用上述過程，坐標(1，2)、(2，1)、(2，2)、2，3)、(3,1)和(3，3)處的節(jié)點全部指派給坐標(3，2)處的一級節(jié)點且因此指派給觸摸T2。這些也稱為 二級節(jié)點。在圖4所示的觸摸面板上不存在其它未經指派觸摸。下文表2概述指派給觸摸 Tl和T2中的每一者的節(jié)點。以指派給每一觸摸的兩個鄰接節(jié)點群組的形式輸出表2所示 的數(shù)據(jù)。 表 2圖5將來自圖5的信號數(shù)據(jù)展示為與圖4相同的二維布局。將預處理步驟應用于 圖5所示的節(jié)點中的每一者。將來自節(jié)點中的每一者的信號與閾值13進行比較。以陰影 展示具有大于或等于13的信號值的節(jié)點。所有其它節(jié)點指派給空觸摸。將上述過程應用于圖5所示的節(jié)點。下文表3概述指派給三個觸摸Tl、T2和T3 的坐標。 表 3從觸摸數(shù)據(jù)獲取單元110將來自表1、2或3的鄰接節(jié)點群組輸出到觸摸辨識單元 120以供進一步處理。使用上述過程尋求的觸摸數(shù)目可以最大值為上限，例如限于1、2、3或4。舉例來 說，如果沒有針對手勢檢測或其它任務的較高級處理迎合于例如3個或4個同時觸摸，那么 重復本發(fā)明的方法超出四次觸摸并無益處，因為這將是浪費的處理。而且，可通過取決于何 種應用程序或應用程序的哪一部分正在觸摸屏幕對其提供輸入的裝置上運行而改變固定 數(shù)目，來靈活地改變數(shù)據(jù)采集模式。即，一些應用程序將僅需要單觸摸輸入，而其它應用程 序將預期多觸摸輸入，常常具有同時觸摸的固定最大數(shù)目。為了概述處理的此部分，輸出是(針對每一幀)指示觸摸(如果存在的話)已經 寄存且其涉及哪些節(jié)點的數(shù)據(jù)。對于每一觸摸，隨后必要的是計算觸摸的所認為的位置。這現(xiàn)在參看圖6、7和8 使用來自圖3的實例觸摸的值來描述。方法計算觸摸位置作為來自由任意數(shù)目的節(jié)點構成 的觸摸的x、y坐標。圖7是展示用于觸摸位置計算的方法的流程圖。方法以輸入觸摸數(shù)據(jù)集開始。流 程隨后前進到計算觸摸的X和y坐標的相應步驟。最終，輸出這些坐標以供較高級處理使用。圖8是展示χ坐標的計算的流程圖。圖8的流程圖所示的步驟現(xiàn)在結合圖3所示的幀數(shù)據(jù)集而使用，其中僅考慮高于閾值的信號。將每一列中的信號求和。使用來自圖3的輸出數(shù)據(jù)集，在列2、3和4中從左到右 地將三個列分別求和為35、68和37。將列總和中的每一者一起求和。使用來自圖3的輸出數(shù)據(jù)集，將來自上文的經求 和列求和，即35+68+37 = 140。找到所有信號的總和的中值點。使用來自圖3的輸出數(shù)據(jù)集，中值位置是70。通過以輸出數(shù)據(jù)集的極左處開始從1進行累加來識別含有中值點的列。使用來自 圖3的輸出數(shù)據(jù)集，將輸出數(shù)據(jù)集計數(shù)如下列2從1計數(shù)到35列3從36計數(shù)到1028列4從103計數(shù)到140因此，中值位置70在列3中。這被解釋為χ坐標位于第4列中，或在2. 5與3. 5 之間的坐標處。為了計算χ坐標在2. 5與3. 5之間位于何處，使用中值位置和中值列的經求和列 值。將中值列左邊的經求和列信號求和且從中值位置減去。這是使用圖3所示的數(shù)據(jù)集和 上文計算為70-35 = 35的中值位置來計算。隨后將此結果除以上文計算的中值列的經求 和信號值，即，35/68 = 0. 51。隨后將此結果與2. 5求和，其為中值列的左邊緣處的χ坐標。 因此，χ坐標經計算為3.01。在用于計算χ坐標的以上方法中，使用總求和信號值的中值。然而，如果中值位于 列中的兩者之間，例如在1. 5處，那么可使用平均值或可任意選擇任一列。圖9是展示y坐標的計算的流程圖。現(xiàn)在結合圖3所示的輸出數(shù)據(jù)集來使用圖9 中的流程圖所示的步驟。將每一行中的信號求和。使用來自圖3的輸出數(shù)據(jù)集，從頂部到底部，將三個行分 別求和為38、65和37。將行總和中的每一者一起求和。使用來自圖3的輸出數(shù)據(jù)集，將來自上文的經求 和行求和，即38+65+37 = 140。應注意，來自此步驟的結果與當對列總和求和時獲得的結果 相同。找到所有信號的總和的中值點。使用來自圖3的輸出數(shù)據(jù)集，中值位置是70。應 注意，來自此步驟的結果與在找到經求和列總和的中值時獲得的結果相同。通過在輸出數(shù)據(jù)集的頂部處開始從1進行累加來識別含有中值位置的行。使用來 自圖3的輸出數(shù)據(jù)集，將輸出數(shù)據(jù)集計數(shù)如下行1從1計數(shù)到38行2從39計數(shù)到102行3從103計數(shù)到140因此，中值位置70在行2中。這被解釋為y坐標位于第二行中，或在1. 5與2. 5 之間的坐標處。為了計算y坐標在1. 5與2. 5之間位于何處，使用中值位置和中值行的經求和行 值。將中值行上方的經求和行信號求和且從中值位置減去。這是使用圖3所示的數(shù)據(jù)集和 上文計算為70-38 = 32的中值位置來計算。隨后將此結果除以上文計算的中值行的經求和信號值，即，32/65 = 0. 49。隨后將此結果與1. 5求和，其為中值行的上部邊緣處的y坐 標。因此，y坐標經計算為1. 99。鄰近于圖3所示的觸摸面板的觸摸的坐標(具有圖3所示的信號值)已經計算 為(xp, yp) = (3.01,1.99)其中下標‘ρ’表示用以將此坐標與作為觸摸形狀參數(shù)而計算的稍后坐標進行區(qū)分 的位置。上述方法因此根據(jù)含有任意數(shù)目的節(jié)點(各自提供信號值)的觸摸來計算觸摸位 置。這是通過從節(jié)點獲得每一維度中的觸摸位置來實現(xiàn)的，在所述節(jié)點處指派給所述節(jié)點 的任一側上的觸摸的信號值的總和相等或近似相等。感測節(jié)點中的每一者由在對應于節(jié)點 間間距的距離上分布在其相應感測節(jié)點周圍的多個抽象感測節(jié)點替代。隨后通過找到中值 節(jié)點的位置來確定觸摸坐標。為了避免在偶數(shù)數(shù)目個抽象感測節(jié)點的情況下必須計算兩個 位置之間的平均值，可取所述兩者中的任意一者，例如最左邊的。這是用于在不借助于較復 雜的代數(shù)學(例如在質心計算的情況下將是必要的)的情況下以比列和行電極的分辨率高 得多的分辨率獲得χ或y坐標的數(shù)值上非常簡單的方法。其它方法也可用于根據(jù)含有任意數(shù)目的節(jié)點(各自提供信號值)的觸摸來計算觸 摸位置，例如US 12/255,616中描述的其它方法或標準質心計算。在此實施例中，以向量的形式傳達觸摸的形狀數(shù)據(jù)，且向量被表達為表示為(xs， ys)的χ和y坐標以與定位或位置數(shù)據(jù)(xp，yp)區(qū)分開。圖10再次再現(xiàn)圖3說明的實例幀，但另外帶有與觸摸向量計算相關的注解。通過 將正交方向X和Y上的觸摸形狀的縱橫比進行比較來計算觸摸向量，且隨后還針對表示為 XX和YY的旋轉經過45度的一組正交軸計算觸摸向量。這兩個縱橫比提供形狀向量坐標 (xs, ys)。圖11是展示計算形狀向量坐標所遵循的步驟的基本流程圖。首先輸入觸摸數(shù)據(jù)集。X和Y上的參數(shù)計算如下。對于X，將每一行中的高于閾值的信號值求和，且隨后 向前取所述總和的最大值。在此實例中最大值X總和是65。對于Y，將每一列中的高于閾 值的信號值求和，且隨后向前取所述總和的最大值。在此實例中最大值Y總和是68。X-Y 縱橫比因此是65 68。旋轉軸XX和YY中的參數(shù)計算如下。對于XX，將每一西北到東南(NW-SE)對角線 中的高于閾值的信號值求和，且隨后向前取所述總和的最大值。此實例中最大值XX為42。 對于YY，將每一東北到西南(NE-SW)對角線中的高于閾值的信號值求和，且隨后向前取所 述總和的最大值。此實例中最大值YY為57。XX-YY縱橫比因此為42 57。隨后通過將兩個最大值中的較大者除以較小者且減去1，且隨后依據(jù)X中的最大 總和是大于還是小于Y中的最大總和而任選地插入負號，迫使X-Y縱橫比大于一來計算坐 標 iXs'。在當前實例中，xs =-(68/65-1) = _0. 05，其中插入減號，因為最大總和X <最大 總和Y。隨后通過將兩個最大值中的較大者除以較小者且減去1，且隨后依據(jù)XX中的最大總和是大于還是小于YY中的最大總和而任選地插入負號，迫使XX-YY縱橫比大于一來計算 坐標‘ys’。在當前實例中，ys =-(57/42-1) =-0. 36，其中插入減號，因為最大總和XX <最 大總和YY。形狀向量坐標(xs，ys)隨后與位置坐標(xp，yp) 一起輸出。特定來說，將了解，雖然已單獨描述位置坐標和形狀坐標的計算，但其在實際上將 在大多數(shù)情況下一起計算，因此將合并圖7和11的流程圖。圖12A到12F展示六個實例數(shù)據(jù)集，其中圖12D再現(xiàn)圖10的數(shù)據(jù)集以便于比較數(shù) 值值的命名和布局。圖12A展示圓形對稱觸摸，其因此具有零量值和未定義方向的向量(0，0)。圖12B展示在南北(NS)上對準的對稱橢圓?？梢姡琗X-YY縱橫比為零，因為兩個 對角線方向上的最大總和相等，其中向量僅由NS方向上的X-Y分量構成，如所預期。圖12C展示在東西(TO)上對準的對稱橢圓。再次，XX-YY縱橫比為零，因為兩個 對角線方向上的最大總和相等，其中向量僅由WE方向上的X-Y分量構成，如所預期。圖12D展示大致NE-SW對準的非對稱橢圓，此實例與已經提到的圖11相同。圖12E展示大致NW-SE對準的非對稱橢圓，其中向量分量的符號由于改變的對準 方向而與圖12實例相反。圖12F展示極為細長的形狀，其因此具有較大的向量量值4. 16，其指示高扁率或 “細長度”。將了解，可通過將笛卡爾坐標對(xs，ys)轉換為極坐標(r，θ )來常規(guī)上計算向量 的角度和量值。在此做法中將注意到，推斷出的角度值實際上兩倍于真實角度。這是假象， 因為在“橢圓”的主軸中沒有方向性，因此將可測量的180度變化映射到360度上以用于計 算方便。觸摸數(shù)據(jù)獲取單元110可并入例如微控制器等單個邏輯裝置中。觸摸數(shù)據(jù)辨識 單元120也可并入例如微控制器等單個邏輯裝置中，所述微控制器優(yōu)選(但非必要)與用 于觸摸數(shù)據(jù)獲取單元110的微控制器相同，因此兩個單元并入單個微控制器中。微控制器 可優(yōu)選具有推拉型CMOS引腳結構，以及可使其充當電壓比較器的輸入。大多數(shù)常見微控制 器I/O端口均具有此能力，因為其具有相對固定的輸入閾值電壓以及接近理想的MOSFET開 關?？捎蓡蝹€通用可編程微處理器、微控制器或例如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或專用集成 電路(ASIC)等其它集成芯片來提供必要的功能。形狀向量的角度和量值可用于各種目的。現(xiàn)在描述一些實例應用。觸摸位置校正是重要的應用。需要觸摸位置校正，因為當用戶用手指觸摸一個鍵 時，在用戶既定按壓的位置與使用上述方法由觸摸傳感器寄存為觸摸(例如基于觸摸的質 心)的位置之間傾向于存在系統(tǒng)偏差。圖13說明由用戶定位以按壓鍵20 (說明其隅角)的手指10。用戶感知到他已在 位置24處按壓，因為他感知到他的手指尖端為有效位置，而觸摸傳感器報告觸摸位置為位 置22，其為與傳感器面板接觸的手指墊的中心。所報告的位置(x，y)從既定觸摸位置偏移 (Δχ, Ay)。偏移具有可界定的量值r，其中r2 = Δ χ2+Δ y2，其遵循人手指的大小。而且，可根據(jù)所報告形狀向量的角度來推斷偏移的方向。預定義的量值‘r’和所報告的角度因此以極 坐標形式界定向量，其可轉換為笛卡爾形式以獲得ΔΧ和Ay的值。可隨后應用這些以修 改所報告觸摸位置，即，(χρ，yp) — (χρ+ Δ χ，yp+ Δ y)。在較復雜的實施方案中，可動態(tài)確定量值。舉例來說，其可通過手指類型(例如， 拇指、食指、中指等)和/或手指大小(如果傳感器在使用中可推斷這些)來按比例縮放。 舉例來說，如果可將用戶辨識為實施觸摸打字，那么可假定正用以按壓QWERTY鍵盤的鍵的數(shù)字。觸摸的細長度，S卩，所報告觸摸向量的量值也可用以修改處理。舉例來說，如果觸 摸向量較小，從而指示本質上圓形的觸摸，那么可抑制校正。而且，如果觸摸向量的量值高 于用于觸摸位置校正的顯著性閾值，那么可根據(jù)觸摸向量的量值以某種方式來按比例縮放 校正的量值。圖14A和14B展示手持式裝置20，其中觸敏顯示器面板14占據(jù)裝置的一個面的大 體上全部。手持式裝置設計為在運行至少一些應用程序時假定裝置正由用戶握持在一只手 中，同時由另一只手執(zhí)行觸摸輸入。圖14A和14B說明用戶分別用其左手和右手握持裝置，其中相關手的拇指上覆于 觸敏區(qū)域。形狀向量的提供允許裝置確定裝置正在由左手還是右手握持，因為在握持手的 拇指的位置(其處于在裝置的一側區(qū)上)與其角度之間存在相關性。即，具有大體上NW-SE 定向的右邊端中的觸摸將指示右手握持裝置，且具有大體上NE-SE定向的左邊端中的觸摸 將指示左手握持裝置。拇指還將具有典型的扁率因數(shù)，使得參數(shù)也可用于識別用戶是否正 以所說明方式握持裝置。對此握持配置的識別可隨后由應用程序使用以配置用戶顯示器。 舉例來說，在圖中，用戶可選擇的選項16經顯示為夾到顯示器的用戶正握持裝置的相對 側。圖15展示手持式裝置20，其中觸敏顯示器面板14在下部部分15中模擬QWERTY 鍵盤且在上部部分中模擬用于文本處理器顯示器的顯示器窗17。在例如便攜式消息接發(fā)裝 置等手持式裝置中，QWERTY鍵盤既定用于二拇指致動。左拇指12將大體上具有NE-SW定向，且右拇指13將大體上具有NW-SE定向。這 可經開發(fā)以輔助在用戶正使用SHIFT或ALT鍵時解釋二觸摸輸入。在圖解中，用戶正在按 壓SHIFT-D。角度信息的使用可用以將SHIFT致動區(qū)別于‘D’致動，且還用以將其解釋為 SHIFT致動，即使在左拇指偏離虛擬SHIFT鍵的位置的情況下也是如此。圖16A和16B展示單個手指10正在觸摸屏幕裝置20上移動。手指10已從先前 位置10’旋轉。在圖16A中，手指10已朝向垂直方向旋轉，且圖16中旋轉遠離垂直方向。 所報告觸摸數(shù)據(jù)中的角度信息的提供意味著用戶隨著時間旋轉其手指可直接如此解釋，因 為在用戶的手指旋轉與所報告向量方向的旋轉之間存在一對一的映射。此一對一的映射在 僅報告觸摸位置的常規(guī)觸摸面板中不存在。例如用以致使或指示旋轉的單個手指手勢等手 勢因此在常規(guī)上是不可能的，而其直接地與本發(fā)明一起實施?？删哂锌芍苯佑成涞剿鶊蟾?形狀向量的角度分量的參數(shù)的手勢包含旋轉和放大/縮小。在縮放手勢的情況下，順時針 方向上的旋轉可為與隨著時間的角度運動成比例的放大，而逆時針方向上的旋轉可為與隨 著時間的角度運動成比例的縮小。也可采用相反的習慣。
因此有可能實施一個手指‘拖曳并旋轉’手勢或一個手指‘拖曳并縮放’手勢，其 在無角度數(shù)據(jù)的情況下將不可在無二觸摸輸入的情況下實施。圖17展示同一只手的食指14和中指15在觸摸屏幕裝置20上側向移動。借助于 形狀向量中含有的定向數(shù)據(jù)，可設想對手指的相對定向及其運動敏感的手勢。因此，在所說 明實例中，有可能基于二手指致動來識別手勢，其中兩個手指具有平行向量的事實允許推 斷出其來自單個手，且其中手勢要求手指在橫向于其定向的方向上移動。此手勢可例如經 界定以上下卷動文檔，其中針對左手致動，‘上卷動’是向左的運動，且‘下卷動’是向右的運 動，而對于右手致動，可指定相反情況。手勢的手型性的辨識允許手勢辨識算法辨識何時正 由左手或右手輸入同一手勢。圖18A和18B展示致動觸摸屏幕裝置20的單個手指10的平面圖和側視圖。圖 18A本質上展示與上文參看圖16A和16B所述相同的可能性。即，手指定向與手勢參數(shù)之間 的直接一對一的映射，使得手指可移動經過如圖18A中的箭頭所說明的角度，以便控制軟 件應用程序的角度參數(shù)。這可例如為駕駛模擬中的車輛轉向，或通過地圖或其它2D圖案的 導航。圖18B展示由形狀向量使得成為可能的其它可能性。即，有可能遵循如圖18B中的 箭頭說明的手指到觸摸面板的平面的角度上的改變。雖然觸摸傳感器無法直接測量此角度 運動，但其可從觸摸傳感器上的手指墊的形狀上的改變來推測此角度運動，所述形狀上的 改變遵循手指的角度運動。即，手指與面板之間的角度越小，手指墊變得越偏心，且這可通 過扁率因數(shù)(即，形狀向量的量值)進行測量。在能夠遵循如圖18A中的箭頭所說明的角 度運動和如圖18B中的箭頭所說明的角度運動兩者的此新組合的情況下，新的手勢變?yōu)榭?能。簡而言之，可提供單個手指操縱桿功能性。兩個角度運動可用以導航通過正使用體積再現(xiàn)顯示的復雜3D空間，例如移動經 過礦山巷道，或在CT或MR體積數(shù)據(jù)集中沿著主體管子導航，例如動脈或結腸。在此情況下， 兩個所報告角度完全界定3D空間中的唯一行進方向。另一手勢可將圖18A的旋轉映射到 軟件應用程序中的角度參數(shù)，例如車輛的行進方向(即，轉向)，同時將圖18B的旋轉映射到 加速(即，節(jié)流或行走速度)。隨后可使用單個手指導航通過例如衛(wèi)星導航應用程序或街道 視圖應用程序，或例如通常在游戲中提供的在車輛模擬中駕駛車輛。將了解，向量數(shù)據(jù)，尤其是角度數(shù)據(jù)與位置數(shù)據(jù)一起提供為新的直觀手勢帶來了 大量新的可能性。向量數(shù)據(jù)的提供還顯著簡化且改善了已知手勢的解釋的可靠性，例如敲擊在用戶快速觸摸且釋放觸摸表面時發(fā)生敲擊。在用戶的手指在觸摸表面上 時未發(fā)生顯著移動。其特征在于短觸摸持續(xù)時間。這可用以例如激活所顯示網頁上的超鏈 接。雙敲擊在用戶快速連續(xù)地快速觸摸且釋放觸摸表面兩次時發(fā)生雙敲擊。在用戶 的手指在觸摸表面上或在連續(xù)觸摸之間時未發(fā)生顯著移動。其特征在于短觸摸持續(xù)時間， 以及第一釋放與第二按壓之間的短間隙。這可用以例如選擇所顯示文檔中的字。按壓在用戶觸摸且保持觸摸表面時發(fā)生按壓。在用戶的手指在觸摸表面上時未 發(fā)生顯著移動。這可用以例如從所顯示數(shù)字小鍵盤選擇數(shù)字。相同機制可用以在用戶在所 顯示數(shù)字上繼續(xù)按壓的情況下自動重復所選數(shù)字。翻動在用戶快速觸摸觸摸表面，移動較短距離，且釋放觸摸時發(fā)生翻動。其特征 在于短觸摸持續(xù)時間。這可用以例如顯示圖像序列中的下一者。
拖曳在用戶觸摸觸摸表面，在表面上移動其手指，且釋放觸摸時發(fā)生拖曳。其特 征在于觸摸表面上的較大移動。依據(jù)應用，可在用戶移動其手指時產生多個拖曳事件。這 可用以例如選擇所顯示文檔中的句子。捏在用戶將兩個手指放置于觸摸表面上，且隨后使其朝向彼此移動時發(fā)生捏。這 可用以例如縮小所顯示圖像。拉伸在用戶將兩個手指放置于觸摸表面上，且隨后使其彼此移動遠離時發(fā)生拉 伸。這可用以例如放大所顯示圖像。旋轉在用戶將兩個手指放置于觸摸表面上，且隨后使其相對于彼此旋轉時發(fā)生 旋轉操作。這可用以例如旋轉所顯示圖像。概括來說，多節(jié)點“斑”觸摸的形狀數(shù)據(jù)用以推斷觸摸對象與XY軸的近似角度及 其扁率。這些數(shù)據(jù)可與常規(guī)位置數(shù)據(jù)一起報告為笛卡爾或極坐標。形狀向量的計算可使用 經修改的質心型算法或其它眾所周知的方法來計算觸摸對象的接觸斑的近似細長程度。一 旦此細長已知，那么斑的主軸給出相對于XY軸的角度的量度。主軸的長度還用作有用的 “細長度程度”且因此可由主處理器用來對所報告的角度有多可靠進行“分級”。舉例來說， 垂直觸摸將不產生有用的角度，因為觸摸斑幾乎為圓形的，且在所述情況下主軸將實際上 為零長度。向量量值因此可用作針對所報告角度的“置信因數(shù)”。將了解，形成上述實施例的基礎的觸摸傳感器是所謂的有源或橫向電極電容性 傳感器的實例。然而，本發(fā)明也適用于所謂的無源或單端電容性傳感器陣列。無源電容 性感測裝置依賴于測量感測電極到系統(tǒng)參考電位(大地)的電容。在US 5，730，165和 US6, 466，036中例如在離散(單節(jié)點)測量的上下文中描述此技術所基于的原理。提供摘要以遵守37C. F. R. § 1. 72 (b)，且摘要是在其將不用以解釋或限制權利要 求書的范圍或意義的理解下提交。
權利要求
一種感測觸摸傳感器上的觸摸的方法，所述方法包括提供觸摸傳感器，所述觸摸傳感器具有分布于感測區(qū)域上的感測節(jié)點的二維陣列；從所述感測節(jié)點獲取觸摸信號值的幀；處理所述觸摸信號值以檢測所述幀中的至少一個觸摸，每一觸摸由一個或一個以上感測節(jié)點的鄰接群組形成；針對每一觸摸，通過處理所述觸摸的所述觸摸信號值而計算所述觸摸在所述感測區(qū)域上的觸摸位置；針對每一觸摸，通過處理所述觸摸的所述觸摸信號值而計算指示所述觸摸在所述感測區(qū)域上的定向的觸摸角度；以及針對每一幀，輸出包含所述觸摸位置和所述觸摸角度的幀數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其進一步包括針對每一觸摸，通過處理所述觸摸的所述觸摸信號值而計算指示所述觸摸擁有多么細 長的形狀的觸摸扁率因數(shù)；以及針對每一幀，輸出所述觸摸扁率因數(shù)作為所述幀數(shù)據(jù)的一部分。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中可通過校正距離且在校正方向上翻譯所述觸摸位 置，所述校正距離和校正方向是分別根據(jù)所述觸摸扁率因數(shù)和所述觸摸角度確定的。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其進一步包括提供手勢處理器，其經布置以從所述觸摸傳感器接收所述幀數(shù)據(jù)且可操作以隨時間處 理所述幀數(shù)據(jù)，其中所述手勢處理器運行手勢處理算法，所述手勢處理算法從所述幀數(shù)據(jù) 中識別手勢，且輸出手勢數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述手勢處理算法包含用到所述觸摸角度的映射 來辨識具有一參數(shù)的至少一個手勢。
6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述手勢處理算法可操作以基于所述觸摸角度確 定所述觸摸是來自左手還是右手。
7.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述手勢辨識算法包含基于隨著時間對所述觸摸 角度和所述觸摸位置的分析來辨識至少一個手勢，使得所述觸摸位置在大體上橫向于所述 觸摸的所述觸摸角度的方向上的運動被辨識為手指的側向滑動或搖動運動。
8.根據(jù)權利要求2所述的方法，其進一步包括提供手勢處理器，其經布置以從所述觸摸傳感器接收所述幀數(shù)據(jù)且可操作以隨時間處 理所述幀數(shù)據(jù)，其中所述手勢處理器運行手勢處理算法，所述手勢處理算法從所述幀數(shù)據(jù) 中識別手勢，且輸出手勢數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述手勢處理算法包含用到所述觸摸扁率因數(shù)的 映射來辨識具有一參數(shù)的至少一個手勢。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述手勢辨識算法包含辨識至少一個手勢，其共 同處理所述觸摸角度和觸摸扁率因數(shù)，從而使用所述觸摸扁率因數(shù)的量值來確定所述觸摸 角度的角度精確度。
11.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述手勢處理算法可操作以基于所述觸摸扁率 因數(shù)來確定所述觸摸是來自拇指還是手指。
12.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述手勢辨識算法包含基于隨著時間對所述觸摸扁率因數(shù)和觸摸位置的分析來辨識至少一個手勢，使得在所述觸摸位置相對恒定的同時 所述觸摸扁率因數(shù)中的改變被辨識為手指的垂直搖動運動，其中所述手指與所述感測區(qū)域 的平面的角度正在變化。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述觸摸傳感器是電容性觸摸傳感器。
14.一種觸摸傳感器，其包括感測節(jié)點的二維陣列，所述感測節(jié)點分布于感測區(qū)域上；測量電路，其可操作以從所述感測節(jié)點獲取觸摸信號值的幀；以及處理單元，其可操作以處理所述觸摸信號值以檢測所述幀中的至少一個觸摸，每一觸摸由含一個或一個以上 感測節(jié)點的一鄰接群組形成；針對每一觸摸，通過處理所述觸摸的所述觸摸信號值而計算所述觸摸在所述感測區(qū)域 上的觸摸位置；針對每一觸摸，通過處理所述觸摸的所述觸摸信號值而計算指示所述觸摸在所述感測 區(qū)域上的定向的觸摸角度；以及針對每一幀，輸出包含所述觸摸位置和所述觸摸角度的幀數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權利要求14所述的觸摸傳感器，其中所述處理單元進一步可操作以針對每一觸摸，通過處理所述觸摸的所述觸摸信號值而計算指示所述觸摸擁有多么細 長的形狀的觸摸扁率因數(shù)；以及針對每一幀，輸出所述觸摸扁率因數(shù)作為所述幀數(shù)據(jù)的一部分。
16.根據(jù)權利要求14所述的觸摸傳感器，其與以下元件組合手勢處理器，其經布置以從所述觸摸傳感器接收所述幀數(shù)據(jù)且可操作以隨時間處理所 述幀數(shù)據(jù)，其中所述手勢處理器可操作以運行手勢處理算法，以從所述幀數(shù)據(jù)中識別手勢， 且輸出手勢數(shù)據(jù)。
全文摘要
在觸摸傳感器中，不但提供觸摸位置數(shù)據(jù)，而且提供關于觸摸形狀的額外數(shù)據(jù)。這是通過在比致動對象(通常為手指)的大小精細的網格上具有取樣節(jié)點而實現(xiàn)的，因此，每一手指觸摸激活所述傳感器上的鄰近節(jié)點群組。以此方式，每一觸摸具有由所述激活的節(jié)點形成的形狀。所述形狀允許所述觸摸傳感器報告每一觸摸的角度以及指示所述觸摸有多細長的數(shù)據(jù)，優(yōu)選兩者一起作為一向量來報告，其中所述向量的方向給出所述角度且所述向量的量值給出扁率。對于從傳感器陣列收集的每一數(shù)據(jù)幀，所述傳感器輸出觸摸位置的(x，y)坐標和進一步的形狀向量的(x，y)坐標。此允許提供許多新穎的手勢，例如單個手指“拖曳并縮放”以及單個手指“拖曳并旋轉”。其還允許在將手指觸摸放置于虛擬鍵上的過程中校正系統(tǒng)性人類錯誤。
文檔編號G06F3/041GK101887323SQ20101018046
公開日2010年11月17日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權日2009年5月14日
發(fā)明者丹尼爾·皮克特, 克里斯托弗·阿爾德, 彼得·斯利曼, 馬丁·約翰·西蒙斯 申請人:愛特梅爾公司