專利名稱：用于觸摸板多觸點(diǎn)感應(yīng)的同步定時(shí)正交測(cè)量模式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及觸摸板、觸摸屏及觸控面板。更加具體地，本發(fā)明是一種使用源自觸摸感應(yīng)表面的數(shù)據(jù)的方法，所述方法使用兩組正交電極來探測(cè)和追蹤正在觸摸感應(yīng)表面的多個(gè)對(duì)象。
背景技術(shù)：
當(dāng)討論觸摸板時(shí)，應(yīng)注意，存在幾種不同的電容感應(yīng)觸摸板設(shè)計(jì)。能夠被修改從而與本發(fā)明一起使用的其中一種現(xiàn)存觸摸板設(shè)計(jì)是CIRQUE 公司制造的觸摸板。因此，調(diào)查基礎(chǔ)技術(shù)是有用的，其能夠更好理解如何修改任何一個(gè)電容感應(yīng)觸摸板從而與本發(fā)明一起使用。CIRQUE 公司觸摸板是互電容感應(yīng)裝置，并且在圖1中以方框圖形式顯示了一個(gè)例子。在這種觸摸板10中，使用X(12)和Y(14)電極柵以及感應(yīng)電極16來定義觸摸板的觸摸感應(yīng)區(qū)域18。典型地，當(dāng)存在空間限制時(shí)，觸摸板10是近似16乘12的矩形電極柵，或者是8乘 6的矩形電極柵。與這些Χ(12)和Υ(14)(或者行和列)電極相互交錯(cuò)的是單根感應(yīng)電極 16。通過感應(yīng)電極16進(jìn)行所有位置測(cè)量。CIRQUE 公司觸摸板10測(cè)量感應(yīng)線16上的電荷失衡。當(dāng)沒有指向?qū)ο笪挥谟|摸板10上或者在觸摸板10附近時(shí)，觸摸板電路20處于平衡狀態(tài)，并且在感應(yīng)線16上沒有電荷失衡。當(dāng)對(duì)象接近或接觸觸摸表面時(shí)(觸摸板10的感應(yīng)區(qū)域18)時(shí)，指向?qū)ο笠螂娙蓠詈隙a(chǎn)生失衡，在電極12、14上發(fā)生電容變化。所測(cè)量的是電容的變化，而不是電極12、14 上的絕對(duì)電容值。通過測(cè)量為了在感應(yīng)線上重新建立或者重新獲得電荷平衡而必須注入到感應(yīng)線16上的電荷數(shù)，觸摸板10確定電容變化。利用上述系統(tǒng)以如下所述來確定在觸摸板10上或在其附近的手指位置。這個(gè)例子描述了行電極12，并且對(duì)于列電極14以相同方式重復(fù)。通過從行和列電極測(cè)量獲得的值來確定交點(diǎn)，所述交點(diǎn)是在觸摸板10上或在其附近的指向?qū)ο蟮馁|(zhì)心。在第一步驟中，使用來自P、N發(fā)生器22的第一信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一組行電極12，并使用來自P、N發(fā)生器的第二信號(hào)驅(qū)動(dòng)不同但相鄰的第二組行電極。使用能表明哪一行電極最接近指向?qū)ο蟮幕ル娙轀y(cè)量裝置26，觸摸板電路20從感應(yīng)線16上獲得值。然而，在某些微控制器28控制下的觸摸板電路20還不能確定指向?qū)ο笪挥谛须姌O哪一側(cè)，也不能確定指向?qū)ο笪挥陔姌O多遠(yuǎn)處。因此，系統(tǒng)通過待驅(qū)動(dòng)的電極組12的一根電極而移位。換句話說， 增加在電極組一側(cè)上的電極，同時(shí)不再驅(qū)動(dòng)該組相反側(cè)上的電極。然后通過P、N發(fā)生器22 驅(qū)動(dòng)新的組，并且對(duì)感應(yīng)線16進(jìn)行第二次測(cè)量。
從這兩次測(cè)量，能夠確定指向?qū)ο笪挥谛须姌O哪一側(cè)，以及離行電極有多遠(yuǎn)。然后，通過使用比較所測(cè)的兩個(gè)信號(hào)大小的方程式，執(zhí)行指向?qū)ο笪恢么_定。CIRQUE 公司觸摸板的靈敏度或分辨率比16乘12的行和列電極柵更高。典型地， 分辨率為960像素/英寸的量級(jí)，或者更高。由組件的靈敏度、在同一行和同一列中的電極 12、14之間的間隔以及沒有成為本發(fā)明材料的其他因素來確定精確分辨率。使用P、N發(fā)生器24對(duì)Y或者列電極14重復(fù)上述過程。盡管上述的CIRQUE 公司觸摸板使用了 12乘14的X和Y電極柵以及分離的單根感應(yīng)電極16，但是通過使用多路復(fù)用技術(shù)，感應(yīng)電極實(shí)際上可以是X或Y電極12、14。兩者中任一種設(shè)計(jì)都會(huì)使本發(fā)明發(fā)揮作用。用于CIRQUE 公司觸摸板的基礎(chǔ)技術(shù)是基于電容式傳感器的。然而，對(duì)于本發(fā)明也可以使用其他觸摸板技術(shù)。這些其他接近_感應(yīng)和觸摸_感應(yīng)觸摸板技術(shù)包括電磁、電感、壓力傳感、靜電、超聲波、光學(xué)、電阻膜、半導(dǎo)體膜或其他手指或者觸針反應(yīng)技術(shù)。能夠使用幾種不同的技術(shù)來探測(cè)觸摸感應(yīng)表面上的對(duì)象。本文獻(xiàn)中涉及的具有觸摸感應(yīng)表面的裝置指的是觸摸板、觸摸屏、觸控面板或者結(jié)合了觸摸感應(yīng)表面并使用以正交設(shè)置形式布置且位于平行平面內(nèi)的電極的任何其他裝置。為了簡潔的目的，本文獻(xiàn)在整個(gè)文獻(xiàn)中將這種裝置稱為“觸摸板”，但是應(yīng)理解其是指任何具有帶正交電極的觸摸感應(yīng)表面的裝置。現(xiàn)有技術(shù)包括對(duì)能夠探測(cè)和追蹤在觸摸板上的多個(gè)對(duì)象的觸摸板的描述。這篇現(xiàn)有技術(shù)專利教導(dǎo)并聲明觸摸板能探測(cè)和追蹤觸摸板上任何地方的單個(gè)對(duì)象。所述專利描述了一種系統(tǒng)，依靠此系統(tǒng)，對(duì)象以“最大值”呈現(xiàn)在曲線上。所以也有“最小值”，其是曲線的下段，此處探測(cè)不到任何對(duì)象。圖2是闡釋了第一最大值30、第二最大值34和位于最大值之間的最小值的理念的圖表，其是觸摸板上兩個(gè)對(duì)象的探測(cè)結(jié)果。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，提供一種新穎的探測(cè)和追蹤方法是非常有利的，為了確定觸摸感應(yīng)表面上多個(gè)對(duì)象的存在或位置，這種方法不需要掃描多個(gè)對(duì)象的最大值或最小值。

發(fā)明內(nèi)容
在第一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明是一種用于探測(cè)觸摸板上多個(gè)對(duì)象的方法，所述觸摸板具有正交電極柵，其中，同時(shí)激勵(lì)所有驅(qū)動(dòng)電極，然后使用頻率編碼或電極編碼來分離每一個(gè)電極接合點(diǎn)并且以單個(gè)測(cè)量順序產(chǎn)生觸摸板表面的電容圖像。在本發(fā)明的第一方面，在單個(gè)測(cè)量中能夠觀察觸摸板的整個(gè)表面。在本發(fā)明的第二方面，所述系統(tǒng)能夠報(bào)告每個(gè)觸點(diǎn)的壓力和寬度。
在本發(fā)明的第三個(gè)方面，所述系統(tǒng)對(duì)噪聲具有強(qiáng)大的抗擾度。在本發(fā)明的第四個(gè)方面，消除了觸點(diǎn)的疊影。結(jié)合附圖，考慮下述詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)和可選擇方面對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中適合在本發(fā)明中使用的觸摸板的第一個(gè)實(shí)施例的操作框圖；圖2為闡明第一最大值、第二最大值和在第一最大值和第二最大值之間的最小值的理念的圖表；圖3闡釋了沃爾什矩陣；圖4闡釋了用于顯示本發(fā)明CDMA理念的具有驅(qū)動(dòng)和感應(yīng)電極的電極柵；圖5是一種矩陣，其顯示了在圖4驅(qū)動(dòng)電極中使用的STOMP電極模式；圖6是顯示每根感應(yīng)電極中感應(yīng)電流的列表，其是沿著感應(yīng)電極每個(gè)接合點(diǎn)處所感應(yīng)的電流總量；圖7是圖6中所示的測(cè)量的矩陣概括；圖8顯示了用于圖6和7中所示的測(cè)量的點(diǎn)積計(jì)算；圖9顯示了矩陣概括形式的點(diǎn)積；圖10提供了能夠與16乘16電極柵一起使用的STOMP模式的表格；圖11是顯示了測(cè)量值例子的表格，所述測(cè)量值是使用圖10中所示的STOMP模式產(chǎn)生的；圖12是理論ADC測(cè)量的表格；圖13是顯示了結(jié)電容生成圖像的表格；圖14闡釋了對(duì)4乘4電極矩陣使用本發(fā)明FDMA測(cè)量實(shí)施例的觸摸板接合點(diǎn)；圖15是原始測(cè)量數(shù)據(jù)的圖示，原始測(cè)量數(shù)據(jù)顯示了使用本發(fā)明收集的觸點(diǎn)和噪聲；圖16是一種系統(tǒng)模型，通過在觸摸板各個(gè)x/y坐標(biāo)位置上放置作為傳遞函數(shù)的輸入的多觸點(diǎn)來構(gòu)造所述系統(tǒng)模型，該傳遞函數(shù)具有圖15中所示的圖像作為輸出；圖17是顯示了在三維空間提取的觸點(diǎn)的圖解表示；圖18是所提取的觸點(diǎn)的二維視圖；圖19是顯示了坐標(biāo)提取方法的步驟的流程圖；圖20闡釋了具有簡單矩陣傳感器的所有驅(qū)動(dòng)電極的理念，由行和列電極組成的簡單矩陣傳感器產(chǎn)生觸摸板表面的圖像；圖21闡釋了可選擇的實(shí)施例，其使用行驅(qū)動(dòng)電極和列感應(yīng)電極來產(chǎn)生觸摸板表面的全點(diǎn)可尋址(APA)圖像；圖22闡釋了產(chǎn)生觸摸板表面的軸線觀察的可選擇實(shí)施例；圖23闡釋了用于線性觸摸板傳感器的可選擇實(shí)施例；圖24闡釋了最后可選擇實(shí)施例，其具有由行驅(qū)動(dòng)電極和列感應(yīng)電極組成的簡單矩陣傳感器，該簡單矩陣傳感器通過多路轉(zhuǎn)換器連接到正感應(yīng)或負(fù)感應(yīng)上。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)參考附圖來討論本發(fā)明，從而使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┎⑹褂帽景l(fā)明，附圖中對(duì)本發(fā)明的各種元件賦予數(shù)字標(biāo)識(shí)。需要理解的是下述描述僅僅是本發(fā)明原理的示例， 不應(yīng)該被視為縮小了隨附的權(quán)利要求。在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明使用同步定時(shí)正交測(cè)量模式(STOMP)處理改進(jìn)噪聲性能的問題以及在電容感應(yīng)表面上探測(cè)多觸點(diǎn)的問題。通過連續(xù)地激勵(lì)和從所有電極同時(shí)連續(xù)地收集數(shù)據(jù)，能夠極大提高噪聲性能。使用隨機(jī)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性來計(jì)算觸點(diǎn)位置， 進(jìn)一步改進(jìn)抗干擾度和準(zhǔn)確度。
隨著用于計(jì)算裝置的便宜交換式電源的使用增長，在手提電腦和利用觸點(diǎn)輸入傳感器、例如觸摸板的其他計(jì)算設(shè)備中，會(huì)增加寬頻帶噪聲量。對(duì)于避免噪聲的傳統(tǒng)技術(shù)來說，這種干擾會(huì)產(chǎn)生不利于其應(yīng)用的環(huán)境。對(duì)于在電容感應(yīng)表面上的多觸點(diǎn)位置測(cè)量也存在不斷增長的需求。測(cè)量多觸點(diǎn)位置與測(cè)量單個(gè)觸點(diǎn)位置是不同的。使用本發(fā)明的新方法，能夠測(cè)量正交設(shè)置電極的每個(gè)接合點(diǎn)的電容變化，從而獨(dú)特地識(shí)別在表面上的多個(gè)觸點(diǎn)。這與隨后闡釋的簡單識(shí)別最大值和最小值的方法極其不同。用于探測(cè)電容感應(yīng)表面上多個(gè)對(duì)象的現(xiàn)有技術(shù)方法包括使用周期信號(hào)以掃描模式激勵(lì)電極以及尋找由最小值分開的最大值。將周期信號(hào)施加到連續(xù)的獨(dú)立電極上并將電流在幾個(gè)周期上進(jìn)行積分。為了對(duì)大于噪聲的足夠大的信號(hào)進(jìn)行積分進(jìn)而進(jìn)行測(cè)量，這需要相當(dāng)大數(shù)量的周期。此外，被掃描表面的尺寸是有限的，因?yàn)楸仨氃诮o定的測(cè)量讀取速率內(nèi)對(duì)整個(gè)表面進(jìn)行掃描。還能通過電極的頻率響應(yīng)和觸點(diǎn)相互作用來限制周期信號(hào)。已在實(shí)驗(yàn)室確定了典型電容觸摸板對(duì)人手指的頻率響應(yīng)，該頻率響應(yīng)近似在600KHz至1200KHZ之間對(duì)人手指位置最為敏感。這個(gè)頻帶經(jīng)常被交換式電源噪聲和射頻干擾占用，其需要大量時(shí)間平均來達(dá)到無噪聲效果。一種連續(xù)激勵(lì)所有驅(qū)動(dòng)電極的新方法使用STOMP來提高抗噪聲度并以改進(jìn)抽樣率追蹤大量的觸點(diǎn)。探測(cè)表面上多觸點(diǎn)的存在和位置的問題好比在一個(gè)房間內(nèi)人們希望彼此交流一樣。為了避免混淆，人們輪流講話(時(shí)間劃分)、以不同音調(diào)講話(頻率劃分)或者用不同語言講話(編碼劃分)?，F(xiàn)有技術(shù)方法典型地依賴于輪流激勵(lì)各個(gè)電極。換句話說，是時(shí)間劃分，其轉(zhuǎn)化為低的信噪比和有限性能。與之相反，本發(fā)明連續(xù)激勵(lì)所有驅(qū)動(dòng)電極并利用頻率編碼(FDMA) 和/或電極編碼(CDMA)來分離每個(gè)接合點(diǎn)并產(chǎn)生表面的電容圖像。本發(fā)明利用正交原理來分離測(cè)量信息。換句話說，激勵(lì)來自于與被測(cè)電極正交的電極。然后，本發(fā)明使用關(guān)于正交性的數(shù)學(xué)原理來分離實(shí)質(zhì)上多路復(fù)用在一起的數(shù)據(jù)。隨后分離在每個(gè)電極接合點(diǎn)處獲得的感應(yīng)信息從而形成整個(gè)電極柵的完整的電容圖像，之后是形成整個(gè)觸摸板的電容圖像。電極可以被物理正交或數(shù)學(xué)正交。在數(shù)學(xué)上，兩個(gè)向量正交是指它們相互垂直，也就是它們形成直角。本發(fā)明使用數(shù)據(jù)編碼。具體地，第一個(gè)實(shí)施例采用CDMA或者碼分多路訪問的理念。碼分多路訪問是被各種無線電通信技術(shù)利用的多通道接入方法。其不應(yīng)該與也被稱為 CDMA的移動(dòng)手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)混淆。數(shù)據(jù)通信的其中一個(gè)基本理念是允許幾個(gè)傳遞者同時(shí)在單個(gè)通信通道上發(fā)送信息的想法。這使得幾個(gè)使用者共享頻率帶寬。這種理念被稱為多路復(fù)用。CDMA應(yīng)用擴(kuò)展頻譜技術(shù)和特別編碼方案(其中每個(gè)傳遞者分配有一個(gè)編碼)從而允許多個(gè)使用者在同一物理信道上被多路復(fù)用。CDMA是“擴(kuò)頻”信令形式，因?yàn)檎{(diào)制編碼信號(hào)比正在通信的數(shù)據(jù)具有更高的數(shù)據(jù)帶寬。在此第一實(shí)施例中，編碼被簡單用來識(shí)別通道數(shù)。通過將指向?qū)ο蠡蛴|點(diǎn)帶入電極柵接合點(diǎn)的附近來完成調(diào)制。
在可選擇的實(shí)施例中，F(xiàn)DMA或者頻分多路訪問按頻率將物理信道劃分成使用子載波的子信道。正交子載波頻率僅是彼此的倍數(shù)。使用FDMA不需要對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行編碼。通過觸點(diǎn)相對(duì)于電極柵上的子載波電極的位置再次完成調(diào)制。頻分多路訪問本質(zhì)上等同于編碼正交頻分復(fù)用(COFDM)和離散多音調(diào)制(DMT)。在FDMA方法中，選擇子載波頻率以使子載波彼此正交，這意味著消除了子信道之間的串音，并且不需要載波間的保護(hù)帶。CDMA測(cè)量方法在本發(fā)明的CDMA實(shí)施例中，CDMA利用了代表數(shù)據(jù)串的向量之間的正交數(shù)學(xué)屬性。例如，使用向量(1，0，1，1)代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)串“1011”。通過算出它們的點(diǎn)積，然后合計(jì)它們各個(gè)分量的點(diǎn)積，可以使向量相乘。如果點(diǎn)積是零，那么這兩個(gè)向量被認(rèn)為是彼此正交。本發(fā)明可以利用矩陣?yán)砟?。例如，沃爾什矩陣是特殊的方陣，具?次冪的維數(shù)， 其項(xiàng)是+1或-1，方陣中任何不同的兩行(或兩列)的點(diǎn)積是零，如在圖3中所示的沃爾什矩陣所示。可選擇地，本發(fā)明能夠利用其它矩陣類型，例如也會(huì)滿足本發(fā)明要求的各種 Hanamard種類的向量。調(diào)整STOMP中多根驅(qū)動(dòng)電極上的極性將提供獨(dú)立的通道，能夠在表面上一起多路復(fù)用這些獨(dú)立通道并且隨后分離和取樣?？紤]“平衡”也很重要?？梢酝ㄟ^總是同時(shí)驅(qū)動(dòng)相等數(shù)量的同相和180度異相的驅(qū)動(dòng)電極來獲得平衡。以這種方式，在沒有減少觸點(diǎn)調(diào)制量的情況下極大地減少了感應(yīng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。沃爾什矩陣總是在第一行產(chǎn)生一個(gè)(1)完全失調(diào)的模式。簡單忽略這種測(cè)量模式，會(huì)沿著生成圖像中的每一列產(chǎn)生獨(dú)立偏移。通過使圖像陣列中的列歸一化，可以簡單克服這種獨(dú)立偏移。當(dāng)將不同軸與不同數(shù)量的電極進(jìn)行對(duì)比時(shí)，也能夠通過測(cè)量的數(shù)量劃分所述結(jié)果從而使絕對(duì)幅值歸一化。使用窮舉搜索并強(qiáng)制執(zhí)行每一行中相等數(shù)量的1和-1以及每列之間的零點(diǎn)積，這樣能夠產(chǎn)生可用的向量。產(chǎn)生表面的完整圖像所需的測(cè)量總數(shù)通過下面的方程式給出#Measurements = #Drive Electrodes+#Sense Electrode Multiplexers-2。在本發(fā)明中，考慮帶有正交放置電極的電極柵。將一組電極指定為驅(qū)動(dòng)電極，同時(shí)將另一組電極指定為感應(yīng)電極。無論在什么地方，驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極交叉的地方被稱為接合點(diǎn)。當(dāng)指向?qū)ο蠼咏苯游挥隍?qū)動(dòng)和感應(yīng)電極的電極柵之上的觸摸板表面時(shí)，調(diào)制驅(qū)動(dòng)電極上的被編碼驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值，然后在每個(gè)結(jié)合點(diǎn)處對(duì)其進(jìn)行多路復(fù)用。為了本文獻(xiàn)的目的，被編碼的驅(qū)動(dòng)信號(hào)此時(shí)意味著只要編碼彼此數(shù)學(xué)正交，那么就能夠分離出所需的 fn息ο在這種情況下，被多路復(fù)用成單個(gè)信號(hào)的是每個(gè)沿著感應(yīng)電極的接合點(diǎn)處的電容。換句話說，單根感應(yīng)電極與多根驅(qū)動(dòng)電極交叉，每個(gè)交叉處定義一個(gè)接合點(diǎn)。所需要重點(diǎn)理解的是盡管這些接合點(diǎn)是物理正交的電極，但是在本發(fā)明中重要的是信號(hào)是數(shù)學(xué)正交的，因?yàn)檫@能夠使信號(hào)彼此被分離。圖4是本發(fā)明中如何使用CDMA方法來探測(cè)電容感應(yīng)表面上的多個(gè)對(duì)象的例子。在這個(gè)圖中，所顯示的4乘4傳感器具有放置在接合點(diǎn)22和23處的兩個(gè)觸點(diǎn)，其被指定為 J22和J33。圖4是四根感應(yīng)電極和四根驅(qū)動(dòng)電極的正交電極柵。相應(yīng)地，標(biāo)注了接合點(diǎn)。 然而，應(yīng)理解，可以在一個(gè)或兩個(gè)方向上擴(kuò)展電極柵尺寸。通過查找每個(gè)正交向量的點(diǎn)積， 能夠確定在每個(gè)接合點(diǎn)處的電容。其結(jié)果是觸摸板整個(gè)表面的電容圖像。圖5顯示了用于驅(qū)動(dòng)電極D1-D4的上述STOMP電極模式。在每一時(shí)間⑴處，以一定循環(huán)次數(shù)，同相(1)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電極或者180度異相(-1)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電極。在同步整流和對(duì)由每根電極觸發(fā)事件生成的感應(yīng)電流積分后，抽樣每根感應(yīng)電極。在每根感應(yīng)電極上的感應(yīng)電流是沿著感應(yīng)電極的每個(gè)接合點(diǎn)處所感應(yīng)的電流的總和，如圖6和圖7所
7J\ ο圖8顯示了用于這個(gè)例子的點(diǎn)積計(jì)算，以及圖9顯示了矩陣概括形式的點(diǎn)積。因此，在這個(gè)CDMA實(shí)施例中，在通過放置在J22和J33處的觸點(diǎn)的僅僅4次測(cè)量后，本發(fā)明獲得了電容感應(yīng)表面的圖像，所述4次測(cè)量顯示出衰減。圖像觀察表明每根感應(yīng)電極用作獨(dú)立傳感器，并且闡釋了這種方法是如何應(yīng)用到簡單線性傳感器上的。圖10是用于16乘16電極柵的STOMP模式的例子。其顯示了具有16根驅(qū)動(dòng)電極和16根感應(yīng)電極、使用6個(gè)觸點(diǎn)且無噪聲的觸摸板的理想例子。使用圖11中的示例結(jié)電容值以及顯示在圖12中的理論ADC測(cè)量，將觸點(diǎn)顯示在表面上。在圖13中顯示了結(jié)電容生成圖像。僅僅在15次測(cè)量后就產(chǎn)生了整個(gè)圖像。在給定500KHZ的觸發(fā)率和每次測(cè)量128 次循環(huán)的電流測(cè)量方法中，讀取速率近似為350次讀取/秒。對(duì)于16比特/接合點(diǎn)來說， 這幾乎是IMb/s的數(shù)據(jù)速率。對(duì)于試圖電追蹤獨(dú)立觸點(diǎn)的現(xiàn)有技術(shù)追蹤方法來說，提高了信噪比。上述數(shù)字僅僅是用于闡釋的目的，并且不應(yīng)該被認(rèn)為是限制性的。本發(fā)明的另一方面涉及由觸摸板使用的能量。一種使用了最大值和最小值的電容觸摸板操作的現(xiàn)有技術(shù)使用電極的順序掃描。其結(jié)果是一些電極被激勵(lì)或者具有被施加的信號(hào)，而其他電極沒有被激勵(lì)并且沒有被施加的信號(hào)。相反地，在本發(fā)明中，所有電極都被激勵(lì)，因此同時(shí)被“打開”。在每次測(cè)量期間，觸發(fā)每個(gè)接合點(diǎn)。其結(jié)果是每個(gè)接合點(diǎn)始終被供電并且具有等量的功率。這種均衡化功率分配的一個(gè)效果是使噪聲更加均勻地影響整個(gè)電極柵，因此降低了其對(duì)測(cè)量的影響。FDMA測(cè)量方法在FDMA中，選擇子載波頻率以使子載波彼此正交，這意味著消除了子信道之間的串音，不再需要載波間的保護(hù)帶。FDMA使用正交頻率，而不是使用數(shù)字模式來將通道分離成接合點(diǎn)。正交頻率僅僅是基頻的倍數(shù)?？梢詫⑦@些頻率隨意地一起移位從而形成子載波頻率。以同樣的方式，即，將CDMA信號(hào)放置在驅(qū)動(dòng)電極上并通過表面上的觸點(diǎn)進(jìn)行調(diào)制，進(jìn)而通過傳感器將其多路復(fù)用到感應(yīng)電極上，F(xiàn)DMA在驅(qū)動(dòng)電極上放置獨(dú)特的頻率，其中驅(qū)動(dòng)電極被一起調(diào)制且一起被多路復(fù)用到感應(yīng)電極上。然后，通過分離和探測(cè)每根感應(yīng)電極上的每個(gè)子載波的幅值，識(shí)別每個(gè)接合點(diǎn)或?qū)γ總€(gè)接合點(diǎn)進(jìn)行尋址，并將每個(gè)結(jié)合點(diǎn)累加為接合點(diǎn)值，其形成表面電容圖像。參考4乘4電極矩陣，圖14顯示了使用本發(fā)明的FDMA測(cè)量實(shí)施例的觸摸板接合點(diǎn)。仍然需要從收集的測(cè)量數(shù)據(jù)中提取觸點(diǎn)信息。本發(fā)明的觸點(diǎn)提取方法能夠阻止一個(gè)觸點(diǎn)對(duì)其他觸點(diǎn)的影響，能夠確定觸點(diǎn)是手指或者手掌或是無意的，并且與諸如確定最小值之間的最大值的方法相比，此方法能夠提供查找觸點(diǎn)中心的更精確方式。在表面上放置觸點(diǎn)的效果潛在地展開到幾根電極上，并且被疊加到可能位于表面上的其他觸點(diǎn)上。在圖15中闡釋了這種理念。圖15顯示了觸摸板上的五個(gè)觸點(diǎn)，具有“尖刺噪聲”和“白噪聲”。圖16顯示，可通過在投射電容傳感器上的各個(gè)x/y坐標(biāo)位置上放置作為傳遞函數(shù)輸入的多觸點(diǎn)來構(gòu)造系統(tǒng)模型，其中傳遞函數(shù)將上述電容圖像作為輸出。該系統(tǒng)的輸入是由寬帶噪聲和觸點(diǎn)位置的疊加組成的?；陔妶鐾队昂碗S后對(duì)每個(gè)接合點(diǎn)處電容的調(diào)制，通過系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(x，y)轉(zhuǎn)換每個(gè)觸點(diǎn)位置。每個(gè)觸點(diǎn)生成的脈沖響應(yīng)被近似為高斯分布，并且通過下述方程式表示Value (ix, iy)=(1. 0f/pow(2. 0*3. 1415927*sigma2，1· 5))*exp(-((fx*fx+fy*fy+fz*fz)/(2*sigma2)))；傳遞函數(shù)對(duì)噪聲的影響是均勻的。如果存在一些關(guān)于傳遞函數(shù)近似本質(zhì)和噪聲大體形狀的知識(shí)，那么就能夠逆向系統(tǒng)效果并恢復(fù)輸入觸點(diǎn)位置。假定系統(tǒng)的通解是Capacitance Array = (Contactl+Contact2+. . . +Noise)*H(x，y)，其中，*是數(shù)學(xué)卷積算子，其能夠?qū)⒃撨^程逆向?yàn)镃ontactl+Contact2+. . . +Noise = Deconv (Image Array, H(χ, y))。值得注意的是，卷積是對(duì)兩個(gè)函數(shù)f和g的數(shù)學(xué)運(yùn)算，其產(chǎn)生第三個(gè)函數(shù)，該第三個(gè)函數(shù)典型地被認(rèn)為是類似于互相關(guān)(cross-correlation)的原始函數(shù)中的一個(gè)函數(shù)的改進(jìn)版本。去卷積是一種用來對(duì)記錄數(shù)據(jù)的卷積效果進(jìn)行逆向的數(shù)學(xué)運(yùn)算。假定使用相當(dāng)恒定的功率譜密度來均勻分布噪聲，可以將平滑濾波器用作去卷積或者互相關(guān)的一部分，從而更好地執(zhí)行觸點(diǎn)的模式匹配并降低噪聲影響。圖17顯示了在圖15中顯示的表面電容圖像上執(zhí)行這一過程的結(jié)果。該附圖顯示了三維提取觸點(diǎn)。圖18顯示了所提取觸點(diǎn)的二維視圖。五個(gè)觸點(diǎn)被識(shí)別為項(xiàng)100。坐標(biāo)提取方法一旦收集了數(shù)據(jù)，還不能夠知道觸點(diǎn)在觸摸板上的位置。必須處理所提取的觸點(diǎn)陣列從而產(chǎn)生每個(gè)觸點(diǎn)的獨(dú)立χ/y坐標(biāo)對(duì)。可以使用觸點(diǎn)追蹤算法來完成這個(gè)過程。隨后通過在陣列中尋找最高值來產(chǎn)生第一觸點(diǎn)候選。使用圍繞最高值的預(yù)定半徑來確定觸點(diǎn)中心或者“豆莢”。重復(fù)這個(gè)過程，產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量的觸點(diǎn)候選。通過使用在觸點(diǎn)半徑內(nèi)的所有值的加權(quán)計(jì)算，確定每個(gè)觸點(diǎn)的坐標(biāo)。一旦確定了候選觸點(diǎn)，它們被發(fā)送到主機(jī)。然后主機(jī)分配觸點(diǎn)標(biāo)識(shí)符。將被分配有標(biāo)識(shí)符的觸點(diǎn)分類為“活躍觸點(diǎn)”。在這種狀態(tài)下，使用后續(xù)測(cè)量來確定觸點(diǎn)什么時(shí)候變化為“丟棄觸點(diǎn)”。然后通過在后續(xù)測(cè)量中產(chǎn)生的觸點(diǎn)候選來替換丟棄觸點(diǎn)。圖19是顯示上述坐標(biāo)提取方法步驟的流程圖。本發(fā)明還支持單個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)輕擊手勢(shì)的識(shí)別和追蹤，其中使用者在特定方向上越過觸摸板快速擦過單個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)，或者在多個(gè)觸點(diǎn)的情況下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。觸點(diǎn)被一起移動(dòng)從而指示執(zhí)行一些手勢(shì)動(dòng)作，例如向前翻頁/向后翻頁或者下一個(gè)/前一個(gè)。與提取例如越過表面輕擊手指的快速手勢(shì)所需的時(shí)間相比，提取坐標(biāo)數(shù)據(jù)所需的測(cè)量讀取時(shí)間經(jīng)常比較長。引進(jìn)一種技術(shù)來提取由快速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的手勢(shì)，該快速運(yùn)動(dòng)是通過使一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)在特殊方向上越過表面而產(chǎn)生的。及時(shí)執(zhí)行交互自相關(guān)能夠準(zhǔn)確地確定這種手勢(shì)，而不需要追蹤獨(dú)立觸點(diǎn)。其結(jié)果是每個(gè)方向上的動(dòng)作關(guān)聯(lián)的單個(gè)數(shù)字，并且該單個(gè)數(shù)字可被簡單地讀取為1、-1或者0，這取決于探測(cè)臨界值。因此，可以調(diào)整探測(cè)臨界值從而捕獲所需的輕擊手勢(shì)。還能夠提取非常復(fù)雜的手勢(shì)，例如蜷縮或者伸展多根手指。在實(shí)踐中，這也可以通過執(zhí)行對(duì)電容圖像的三維(3)去卷積來完成，該電容圖像是通過在ζ軸上堆積隨后圖像形成的。生成的去卷積陣列由表明每個(gè)觸點(diǎn)軌跡的三維向量組成。電極構(gòu)造存在幾種不同的驅(qū)動(dòng)和感應(yīng)電極構(gòu)造，可使用這些電極構(gòu)造來實(shí)施本發(fā)明的理念。每一種方法給出不同的結(jié)果。圖20闡釋了所有具有簡單矩陣傳感器的所有驅(qū)動(dòng)電極的理念，其中簡單矩陣傳感器由行和列組成，且每一根驅(qū)動(dòng)電極具有感應(yīng)。其結(jié)果將是觸摸板表面的圖像。對(duì)由電極上的電壓變化而在每根電極中感應(yīng)出的電流進(jìn)行積分并對(duì)其取樣，從而產(chǎn)生同步定時(shí)正交測(cè)量。對(duì)測(cè)量乘以圖形系數(shù)并且將其累積到接合點(diǎn)值中。生成的接合點(diǎn)值產(chǎn)生顯示觸點(diǎn)位置、尺寸和幅值的表面電容圖像。不存在分離的感應(yīng)電極。能夠確定每個(gè)接合點(diǎn)處的結(jié)電容，并且能夠通過執(zhí)行如下后續(xù)測(cè)量的點(diǎn)積來產(chǎn)生表面電容圖像Jll = DRl(measl)*I_DR1(measl)+DCl(measl)*I_DC1(measl)+...在至少一個(gè)周期或模式的時(shí)間內(nèi)求和...圖21是另一個(gè)實(shí)施例，其顯示了由行驅(qū)動(dòng)電極和列感應(yīng)電極組成的簡單矩陣傳感器。驅(qū)動(dòng)電極以90度放置在感應(yīng)電極附近從而分別形成行和列。它們?cè)诿啃?列交叉處形成接合點(diǎn)。對(duì)由每根驅(qū)動(dòng)電極上電壓的變化而在每根感應(yīng)電極上感應(yīng)出的電流進(jìn)行積分并對(duì)其進(jìn)行抽樣，從而產(chǎn)生同步定時(shí)正交測(cè)量。通過表面上的觸點(diǎn)來調(diào)制每個(gè)被編碼的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值，并且該信號(hào)在每個(gè)接合點(diǎn)處被多路復(fù)用。能夠確定在每個(gè)接合點(diǎn)處的結(jié)電容，并且通過如下執(zhí)行后續(xù)測(cè)量的點(diǎn)積來產(chǎn)生表面電容圖像。在CDMA測(cè)量的情況下，通過根據(jù)下面公式計(jì)算點(diǎn)積而產(chǎn)生接合點(diǎn)的累加
4 TfiSJSt
Tp*^' 4 V ω· OJds = [ Patternd St) * Measurements (t}在FDMA測(cè)量情況下，將基本子載波在至少一個(gè)周期時(shí)間上進(jìn)行積分來產(chǎn)生接合點(diǎn)的累加。圖22是另一個(gè)實(shí)施例，其是由行和列驅(qū)動(dòng)電極以及單根感應(yīng)電極組成的簡單矩陣傳感器。驅(qū)動(dòng)電極以90度放置在感應(yīng)電極附近從而分別形成行和列電極。它們沿著每行和每列形成長接合點(diǎn)。對(duì)由每根驅(qū)動(dòng)電極上電壓的變化而在感應(yīng)電極中感應(yīng)出的電流進(jìn)行積分并對(duì)其取樣，從而產(chǎn)生沿著每根軸的同步定時(shí)正交測(cè)量。通過表面上的觸點(diǎn)來調(diào)制每個(gè)編碼驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值。能夠確定沿每根電極的結(jié)電容，并且能夠通過執(zhí)行如下后續(xù)測(cè)量的點(diǎn)積來產(chǎn)生軸電容的X和Y輪廓。在CDMA測(cè)量的情況下，通過根據(jù)下面公式計(jì)算點(diǎn)積來產(chǎn)生接合點(diǎn)的累加
權(quán)利要求
1.一種用于探測(cè)觸摸板上多個(gè)對(duì)象的存在的方法，所述方法包括下述步驟1)提供觸摸板，其具有設(shè)置為正交陣列的兩組共面的電極，其中第一組電極用作驅(qū)動(dòng)電極，并且第二組電極用作感應(yīng)電極；2)使用激勵(lì)信號(hào)的編碼模式同時(shí)激勵(lì)所有驅(qū)動(dòng)電極；3)接收關(guān)于在每個(gè)電極接合點(diǎn)處的電容的數(shù)據(jù)；4)從所述數(shù)據(jù)產(chǎn)生觸摸板表面的原始圖像數(shù)據(jù)；以及5)處理所述原始圖像數(shù)據(jù)從而由此提取觸點(diǎn)信息，所述觸點(diǎn)信息被用來產(chǎn)生接觸觸摸板表面的所有對(duì)象的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，接收關(guān)于在每個(gè)電極接合點(diǎn)處的電容的數(shù)據(jù)的步驟進(jìn)一步包括使用數(shù)學(xué)正交原理來從所述數(shù)據(jù)中分離測(cè)量信息的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，使用正交原理的步驟進(jìn)一步包括分離被多路復(fù)用在一起的數(shù)據(jù)的步驟。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)電極的步驟進(jìn)一步包括使用碼分多路訪問(CDMA)來產(chǎn)生數(shù)據(jù)的步驟，所述數(shù)據(jù)可被分離出來從而識(shí)別在每個(gè)電極接合點(diǎn)處的電容。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，使用CDMA的步驟進(jìn)一步包括使用CDMA編碼來識(shí)別電極或在電極上的電極接合點(diǎn)的步驟。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)電極的步驟進(jìn)一步包括使用頻分多路訪問(FDMA)來產(chǎn)生數(shù)據(jù)的步驟，所述數(shù)據(jù)可被分離出來從而識(shí)別在每個(gè)電極接合點(diǎn)處的電容。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述方法進(jìn)一步包括使用子載波將每根驅(qū)動(dòng)電極劃分成子信道的步驟，其中正交子載波頻率是彼此的倍數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法進(jìn)一步包括通過具有相等數(shù)量的同相和異相驅(qū)動(dòng)電極而在驅(qū)動(dòng)電極上維持平衡的步驟。
9.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，平衡步驟進(jìn)一步包括降低感應(yīng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍而不降低觸點(diǎn)的調(diào)制量的步驟。
全文摘要
一種探測(cè)觸摸板上多個(gè)對(duì)象的方法，其具有正交電極柵，其中所有驅(qū)動(dòng)電極被同時(shí)激勵(lì)，然后使用頻率或電極編碼來分離每個(gè)電極結(jié)合點(diǎn)并以單個(gè)測(cè)量順序產(chǎn)生觸摸板表面的電容圖像。
文檔編號(hào)G06F3/041GK102473059SQ201080035920
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者保羅·文森特, 基思·L·保爾森, 賈里德·G·拜瑟韋 申請(qǐng)人:瑟克公司