快速多觸摸減噪的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請要求2014年3月17日提交的美國專利申請No. 14/216, 791的優(yōu)先權(quán)。本申 請也要求2013年3月15日提交的題為"Fast Multi-Touch Noise Reduction(快速多觸摸 減噪）"的美國臨時(shí)專利申請No. 61/798, 828的優(yōu)先權(quán)；本申請是2014年1月22日提交的 題為"Dynamic Assignment of Possible Channels in a Touch Sensor(觸摸傳感器中的 可能信道的動(dòng)態(tài)分配）"的美國臨時(shí)專利申請No. 61/930, 159的非臨時(shí)申請并要求其優(yōu)先 權(quán)；本申請是2013年3月15日提交的題為"Low-Latency Touch Sensitive Device (低等 待時(shí)間觸敏設(shè)備）"的美國專利申請No. 13/841，436的部分繼續(xù)申請；本申請是2013年11 月1日提交的題為"快速多觸摸后處理"的美國專利申請No. 14/069,609的部分繼續(xù)申請， 美國專利申請No. 14/069, 609是2013年7月12日提交的美國臨時(shí)專利申請No. 61/845,892 的非臨時(shí)申請。本申請包括受版權(quán)保護(hù)的素材。版權(quán)所有者不反對本專利公開的任何人作 出的拓制，就像它出現(xiàn)在專利和商標(biāo)局的文件或記錄中的內(nèi)容，但在其它情況下保留任何 版權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 所披露的系統(tǒng)和方法總體涉及用戶輸入領(lǐng)域，更具體地涉及提供快速多觸摸傳感 器的減噪的用戶輸入系統(tǒng)。 附圖簡述
[0003] 如附圖中所示，根據(jù)以下對實(shí)施例的更具體說明，本公開的上述和其它目的、特征 以及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在附圖中，各個(gè)圖中的附圖標(biāo)記指示相同部件。這些附圖不一定 按比例繪制，而是著重于說明所公開實(shí)施例的原理。
[0004] 圖1提供了示出低等待時(shí)間觸摸傳感器設(shè)備的實(shí)施例的高級方框圖。
[0005] 圖2示出可用于低等待時(shí)間觸摸傳感器設(shè)備的實(shí)施例中的交叉的導(dǎo)電路徑的布 局的實(shí)施例。
[0006] 圖3示出展示場平坦化過程的方框圖。
[0007] 圖4示出展示在局部最大值周圍的四個(gè)相連的鄰近點(diǎn)的圖。
[0008] 圖5示出展示在局部最大值周圍的八個(gè)相連的鄰近點(diǎn)的圖。
[0009] 圖6示出展示對非對稱觸摸點(diǎn)的橢圓擬合的幾何圖。
[0010] 圖7給出展示被配置成減噪的低等待時(shí)間觸摸傳感器設(shè)備的實(shí)施例的高級方框 圖。
[0011] 圖8-12是信號產(chǎn)生和發(fā)送機(jī)制的簡化圖示。
[0012] 圖13示出展示根據(jù)所披露的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例的用戶識別技術(shù)的側(cè)視圖。
[0013] 圖14和圖15示出展示根據(jù)所披露的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例的快速多觸摸筆 (styli)的立體圖。
[0014] 圖16不出展不傳感器板和有源光筆的俯視圖。
[0015] 圖17不出展不傳感器板和有源光筆的側(cè)視圖。
[0016] 圖18示出根據(jù)所披露的有源光筆的實(shí)施例的傳感器板內(nèi)的內(nèi)反射的側(cè)視圖。
[0017] 圖19示出根據(jù)所披露的有源光筆的實(shí)施例的角濾波器的使用的側(cè)視圖。
[0018] 圖20示出展示由有源光筆發(fā)射到傳感器板上的圖案的側(cè)視圖。
[0019] 圖21-23示出沿傳感器板的邊緣由有源光筆發(fā)射出的光點(diǎn)的幾何投影。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本申請涉及2013年3月15日提交的題為"Low-Latency Touch Sensitive Device"的美國專利申請No. 13/841，436、2014年1月16日提交的題為"Fast Multi-Touch Update Rate Throttling(快速多觸摸更新率扼制）"的美國專利申請No. 61/928, 069、 2013 年 10 月 4 日提交的題為"Hybrid Systems And Methods For Low-Latency User Input Processing And Feedback(對于低等待時(shí)間用戶輸入處理和反饋的系統(tǒng)和方 法）"的美國專利申請No. 14/046, 819、2013年3月15日提交的題為"Fast Multi-Touch Stylus(快速多觸摸筆）"的美國專利申請N〇.61/798,948、2013年3月15日提交的題 為"Fast Multi-Touch Sensor With User-Identification Techniques(具有用戶識 別技術(shù)的快速多觸摸傳感器）"的美國專利申請N〇.61/799,035、2013年3月15日提 交的題為"Fast Multi-Touch Noise Reduction(快速多觸摸減噪）"的美國專利申請 吣.61/798,828、2013年3月15日提交的題為"4(^丨￥6〇?衍。313七71118(有源光筆）"的美 國專利申請No. 61/798, 708、2012年 10月 5 日提交題為"Hybrid Systems And Methods For Low-Latency User Input Processing And Feedback(低等待時(shí)間用戶輸入處理和反饋的 混合式系統(tǒng)和方法）"的美國專利申請No. 61/710, 256、2013年7月12日提交的題為"Fast Multi-Touch Post Processing(快速多觸摸后處理）"的美國專利申請No. 61/845, 892、 2013 年 7 月 12 日提交的題為"Reducing Control Response Latency With Defined Cross-Control Behavior (通過定義的交叉控制行為減少控制響應(yīng)等待時(shí)間）"的美國專利 申請 No. 61/845, 879、2013 年 9 月 18 日提交的題為"Systems And Methods For Providing Response To User Input Using Information About State Changes And Predicting Future User Input (使用關(guān)于狀態(tài)改變?yōu)橛脩糨斎胩峁╉憫?yīng)并預(yù)測未來用戶輸入的系統(tǒng) 和方法）"的美國專利申請No. 61/879,245、2013年9月21體提交的題為"Systems And Methods For Providing Response To User Input Using Information About State Changes And Predicting Future User Input (使用關(guān)于狀態(tài)改變?yōu)橛脩糨斎胩峁╉憫?yīng) 并預(yù)測未來用戶輸入的系統(tǒng)和方法）"的美國專利申請No. 61/880, 887、2013年10月4日 提交的題為 "Hybrid Systems And Methods For Low-Latency User Input Processing And Feedback(對于低等待時(shí)間用戶處理和反饋的混合式系統(tǒng)和方法）"的美國專利申請 No. 14/046, 823、2013 年 11 月 1 日提交的題為"Fast Multi-Touch Post Processing(快 速多觸摸后處理）"的美國專利申請No. 14/069, 609、2013年10月7日提交的題為"Touch And Stylus Latency Testing Apparatus(觸摸和筆等待時(shí)間測試裝置）"的美國專利 申請 No.61/887, 615、2014年 1 月 22 日提交的題為 "Dynamic Assignment Of Possible Channels In A Touch Sensor (觸摸傳感器中的可能信道的動(dòng)態(tài)分配）"的美國專利申請 No. 61/930, 159 以及 2014 年 1 月 27 日提交的題為 "Decimation Strategies For Input Event Processing(對于輸入事件處理的降頻策略）"的美國專利申請No. 61/932, 047中披 露的諸如快速多觸摸傳感器的用戶接口和其它接口。這些申請的全部公開內(nèi)容通過引用納 入于此。
[0021] 本公開將首先描述快速多觸摸傳感器的操作，對于所述多觸摸傳感器可描述本后 處理技術(shù)。然而，當(dāng)前披露的系統(tǒng)和方法不僅限于與下面描述的多觸摸傳感器關(guān)聯(lián)的后處 理，而是可廣泛地運(yùn)用到其它傳感器而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，利用本文披露的后處理技術(shù)的快速多觸摸傳感器提供來自二維 流形（manifold)上的手指（或其它物體）的觸摸事件（或其它姿態(tài)）的檢測并具有對觸 摸事件或多個(gè)同時(shí)的觸摸事件進(jìn)行檢測并彼此區(qū)別的能力。（如本文中使用的，詞"觸摸事 件"和字"觸摸"當(dāng)用作名詞時(shí)包括接近觸摸和接近觸摸事件，或者可使用傳感器識別的任 何其它姿態(tài)。）根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，觸摸事件可以非常低的等待時(shí)間（例如大約十毫秒或或更 少時(shí)間、或者一毫秒或更少時(shí)間）被檢測、處理并提供至下游計(jì)算進(jìn)程。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，所披露的快速觸摸傳感器利用一種投射電容性方法，該方法對 于觸摸事件的高更新率和低等待時(shí)間測量已有改善。該技術(shù)可使用并行硬件和較高頻率波 形以獲得前述優(yōu)勢。另外披露了作出靈敏和穩(wěn)固測量的方法，該方法可用在透明顯示表面 上并允許運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)品的廉價(jià)制造。在這一點(diǎn)，本文中使用的"電容性物體"可以是 手指、人體的其它部分、指示筆或傳感器對其敏感的其它物體。本文披露的傳感器和方法不 需要依賴于電容。對于下面披露的光傳感器實(shí)施例，這些實(shí)施例利用光子隧穿和泄漏以感 測觸摸事件，并且本文描述的"電容性物體"包括可與這種感測相容的任何物體，例如指示 筆或手指。類似地，本文中使用的"觸摸位置"和"觸敏設(shè)備"不需要電容性物體與所披露 的傳感器之間的實(shí)際觸摸接觸。
[0024] 圖1示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的快速多觸摸傳感器100的某些原理。在附圖標(biāo)記200， 不同的信號被發(fā)送到該表面的行的每一行內(nèi)。信號被設(shè)計(jì)成"正交的"，即可彼此隔開并可 區(qū)別。在附圖標(biāo)記300,接收器附連至每一列。接收器被設(shè)計(jì)成接收所發(fā)送的信號中的任何 一個(gè)、或者這些信號的任意組合，并且單獨(dú)地測量出現(xiàn)在該列上的正交發(fā)送信號的每一個(gè) 的量。傳感器的觸摸表面400包括一系列行和列（未全部示出），沿這些行和列能夠傳播數(shù) 個(gè)正交信號。在一個(gè)實(shí)施例中，行和列被設(shè)計(jì)成：當(dāng)它們不受觸摸事件作用時(shí)，較低量或可 忽略量的信號被耦合在它們之間，相反，當(dāng)它們受觸摸事件作用時(shí)，較高量或不可忽略量的 信號被耦合在它們之間。（在一個(gè)實(shí)施例中，相反情形可以成立一一使較少量的信號代表觸 摸事件，而使較大量的信號代表沒有觸摸）如前面討論的那樣，觸摸或觸摸事件不需要物 理接觸，而是影響耦合信號的電平的事件。
[0025] 繼續(xù)參見圖1，在一個(gè)實(shí)施例中，一般來說，在行和列兩者附近的觸摸事件的電容 性結(jié)果可能使出現(xiàn)在該行上的不可忽略的量的信號耦合至該列。更一般地說，觸摸事件可 造成并由此對應(yīng)于列上接收的信號。由于行上的信號是正交的，因此多個(gè)行信號可能被耦 合至一列并通過接收器加以區(qū)別。同樣，每個(gè)行上的信號可耦合至多個(gè)列。對于耦合至給 定行的每個(gè)列，該列上發(fā)現(xiàn)的信號包含將指示哪些行正與該列同時(shí)地被觸摸的信息。所接 收的每個(gè)信號的量總體關(guān)聯(lián)于攜帶對應(yīng)信號的列和行之間的耦合的量，并由此可指示由觸 摸物體與該表面的距離、觸摸所覆蓋的表面積和/或觸摸壓力。
[0026] 當(dāng)同時(shí)觸摸行和列時(shí)，出現(xiàn)在行上的一些信號被耦合到相應(yīng)的列內(nèi)。（如前所述， 術(shù)語"觸摸"或"被觸摸"不一定指實(shí)際的物理接觸，而可以是相對接近）。事實(shí)上，在觸摸設(shè) 備的各種實(shí)施方式中，與行和/或列的物理接觸是不可能的，因?yàn)樵谛泻?或列與手指或其 它觸摸物體之間可以具有保護(hù)性阻擋層。此外，一般來說，行和列本身不彼此接觸，相反被 布置在接近位置，這防止可忽略的量以上的信號被耦合在它們之間。一般來說，行-列耦合 不起因于它們之間的實(shí)際接觸，也不來自手指或其它接觸物體的實(shí)際接觸，而是起因于使 手指（或其它物體）貼近的電容性效應(yīng)一一導(dǎo)致電容性效應(yīng)的貼近在本文中被稱為觸摸）。
[0027] 行和列的本性是任意的并且具體取向是無關(guān)的。事實(shí)上，術(shù)語"行"和"列"不旨在 表示方格，而是表示在其上發(fā)送一信號的一組導(dǎo)體（行）以及在其上可耦合一信號的一組 導(dǎo)體（列）。行和列甚至根本不一定是方格形的。其它形狀是可能的，只要觸摸事件將觸摸 部分"行"和部分"列"，并造成某種形式的耦合。例如，"行"可以是同心圓，而"列"可以是 從中心向外輻射的輪輻。此外，不一定僅存在兩種類型的信號傳播信道：在一個(gè)實(shí)施例中， 取代行和列，可提供信道"A"、"B"和"C"，在"A"上發(fā)送的信號可在"B"和"C"上被接收， 或者，在一個(gè)實(shí)施例中，在"A"和"B"上發(fā)送的信號可在"C"上被接收。另一種可能是，信 號傳播信道可交替發(fā)揮作用，有時(shí)支持發(fā)送器，有時(shí)支持接收器。許多替代實(shí)施例是可能的 并對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員而言在考慮本公開后將變得顯而易見。
[0028] 如前面提到的，在一實(shí)施例中，觸摸表面400由一系列行和列構(gòu)成，信號可沿其傳 播。如前面討論的，以下列方式設(shè)計(jì)這些行和列：當(dāng)它們不被觸摸時(shí)，可忽略的量的信號被 耦合在它們之間。此外，不同的信號被發(fā)送到每個(gè)行內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，這些不同信號中 的每一個(gè)是彼此正交的（即可隔開和可區(qū)別的）。當(dāng)同時(shí)觸摸行和列時(shí)，出現(xiàn)在行上的不可 忽略的量的信號被耦合到相應(yīng)的列內(nèi)。被耦合到列上的信號的量可關(guān)聯(lián)于觸摸的壓力或面 積。
[0029] 接收器300被附連至每個(gè)列。接收器被設(shè)計(jì)成接收不可忽略的量的任何正交信 號、或者正交信號的任意組合，并識別提供不可忽略的量的信號的列。在一個(gè)實(shí)施例中，接 收器可測量出現(xiàn)在該列上的正交發(fā)送信號中的每一個(gè)的量。如此，除了識別與每個(gè)列接觸 的行，接收器可提供關(guān)于該觸摸的額外（例如定性）的信息。一般來說，觸摸事件可對應(yīng)于 在列上接收的信號。對于每個(gè)列，在其上接收的不同信號指示哪些對應(yīng)行正與該列同時(shí)被 觸摸。在一個(gè)實(shí)施例中，所接收的每個(gè)信號的不可忽略的量可關(guān)聯(lián)于相應(yīng)行和列之間的耦 合的量并可指示由該觸摸覆蓋的表面積、觸摸壓力等等。 簡單正弦波實(shí)施例
[0030] 在一個(gè)實(shí)施例中，被發(fā)送到行中的正交信號可以是未經(jīng)調(diào)制的正弦波，每個(gè)正弦 波具有不同的頻率，選擇頻率以使它們在接收器中能容易地彼此區(qū)別。在一個(gè)實(shí)施例中，選 擇頻率以在這些頻率之間提供充分的間隔，以使這些頻率在接收器中能容易地彼此區(qū)別。 在一個(gè)實(shí)施例中，所選擇的頻率之間不存在簡單諧波關(guān)系。簡單諧波關(guān)系的缺乏可減輕可 能造成一個(gè)信號模仿另一個(gè)的非線性偽像。
[0031] 一般來說，如果頻率之間的間隔Af至少是測量周期τ的倒數(shù)，相鄰頻率之間的 間隔是恒定的并且最高頻率小于最低頻率的兩倍的頻率"梳" 一般能滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。例如， 如果希望測量（例如來自列的）信號的組合以確定哪些行信號是每毫秒（τ)出現(xiàn)一次，則 頻率間隔（△ f)必須大于一千赫（即△ f > 1/ τ )。根據(jù)這種計(jì)算，對于具有僅十行的示例 情況，可以使用下列頻率：
[0032] 本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將明白，頻率間隔可明顯大于該最小值以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的設(shè)計(jì)。作 為一個(gè)例子，具有〇. 5cm行/列間隔的20cmX 20cm觸摸表面將需要40個(gè)行和40個(gè)列并且 需要在40個(gè)不同頻率下的正弦波。盡管每毫秒一次的分析可能只需要IKHz間隔，然而為了 更穩(wěn)固的實(shí)現(xiàn)方式而利用任意更大的間隔。任意更大的間隔受制于如下約束條件：最大頻 率不應(yīng)當(dāng)大于最低頻率的兩倍（即f_〈2 (f_))。在該例中，可使用最低頻率設(shè)定在5MHz的 IOOkHz的頻率間隔，由此得到5. 0MHz、5. lMHz、5. 2MHz以此類推直至8. 9MHz的頻率列表。
[0033] 在一個(gè)實(shí)施例中，列表上的每個(gè)正弦波可通過信號發(fā)生器產(chǎn)生并通過發(fā)送器在獨(dú) 立的行上發(fā)送。為了識別被同時(shí)觸摸的行和列，接收器接收出現(xiàn)在列上的任何信號并且信 號處理器分析該信號以確定哪些（如果有的話）頻率出現(xiàn)在列表上。在一個(gè)實(shí)施例中，上 述識別可通過頻率分析技術(shù)（例如傅立葉變換）或通過使用濾波器排予以支持。
[0034] 在一個(gè)實(shí)施例中，接收器可從每個(gè)列的信號確定來自該列上的信號中所發(fā)現(xiàn)的頻 率列表中的每個(gè)頻率的強(qiáng)度。在一個(gè)實(shí)施例中，在頻率強(qiáng)度大于某一閾值的情況下，信號處 理器識別出在與該頻率對應(yīng)的行和列之間有觸摸事件。在一個(gè)實(shí)施例中，可將對應(yīng)于各種 物理現(xiàn)象的信號強(qiáng)度信息作為定位觸摸事件區(qū)域的輔助手段，所述物理現(xiàn)象包括離行/列 交叉點(diǎn)的觸摸距離、觸摸物體的尺寸、物體下壓于此的壓力、被觸摸的行/列交叉點(diǎn)的部分 等等。
[0035] -旦對至少兩個(gè)頻率（對應(yīng)于行）或?qū)τ谥辽賰蓚€(gè)列已計(jì)算出信號強(qiáng)度，則可創(chuàng) 建二維映射，其中信號強(qiáng)度是在該行/列交叉點(diǎn)處的映射值。在一個(gè)實(shí)施例中，對于每列上 的每個(gè)頻率，計(jì)算信號的強(qiáng)度。一旦計(jì)算出信號強(qiáng)度，則可創(chuàng)建二維映射。在一個(gè)實(shí)施例中， 信號強(qiáng)度是在該行/列交叉點(diǎn)處的映射值。在一個(gè)實(shí)施例中，由于觸摸表面在不同頻率下 的物理差異，信號強(qiáng)度對于給定的觸摸需要被歸一化或被校準(zhǔn)。同樣，在一個(gè)實(shí)施例中，由 于跨觸摸表面或在交叉點(diǎn)之間的物理差異，信號強(qiáng)度對于給定的觸摸需要被歸一化或被校 準(zhǔn)。
[0036] 在一個(gè)實(shí)施例中，二維映射數(shù)據(jù)可被閾值化以更好地識別、確定或隔離觸摸事件。 在一個(gè)實(shí)施例中，可使用二維映射數(shù)據(jù)來推導(dǎo)關(guān)于觸摸該表面的物體的形狀、取向等信息。
[0037] 回到對在行上發(fā)送的信號的討論，正弦波不是能在上述配置中使用的唯一的正交 信號。事實(shí)上，如之前討論的，可彼此區(qū)別的任何組的信號都將行得通。盡管如此，正弦波可 能具有一些優(yōu)勢性質(zhì)，能夠給予這項(xiàng)技術(shù)中使用的設(shè)備更簡單的設(shè)計(jì)和更高節(jié)約成本的制 造。例如，正弦波具有非常窄的頻率分布（通過定義），并且不需要向下擴(kuò)展至低頻率（接 近DC)。此外，正弦波可相對地不受Ι/f噪聲影響，該噪聲可能對擴(kuò)展至較低頻率的較寬信 號產(chǎn)生影響。
[0038] 在一個(gè)實(shí)施例中，可通過濾波器排來檢測正弦波。在一個(gè)實(shí)施例中，正弦波可通過 頻率分析技術(shù)（例如傅立葉變換）予以檢測。頻率分析技術(shù)可以相對高效的方式實(shí)現(xiàn)并容 易具有良好的動(dòng)態(tài)范圍特性，由此允許它們在大量同時(shí)的正弦波之間作出檢測和區(qū)別。在 寬信號處理方面，接收器對多個(gè)正弦波的解碼可被認(rèn)為是某種形式的頻分復(fù)用。在一個(gè)實(shí) 施例中，也可使用諸如時(shí)分和碼分復(fù)用的其它調(diào)制技術(shù)。時(shí)分復(fù)用具有良好的動(dòng)態(tài)范圍特 性，但一般需要延長有限的時(shí)間從而發(fā)送到觸摸表面中（或分析從觸摸表面接收的信號）。 碼分復(fù)用具有與頻分復(fù)用相同的同步性質(zhì)，但可能遇到動(dòng)態(tài)范圍問題并且可能無法容易地 在多個(gè)同時(shí)的信號之間作出區(qū)別。 經(jīng)調(diào)制的正弦波實(shí)施例
[0039] 在一個(gè)實(shí)施例中，可使用經(jīng)調(diào)制的