用于分辨多個接近觸摸的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于分辨多個接近觸摸的方法和系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0001] 分辨接近的多個觸摸需要準確的觸摸位置并需要識別多觸摸手勢。更靠近的電極 間距改善了多觸摸分辨率，但這是昂貴的，特別是對于大傳感器。本發(fā)明的改進方法還可增 強多觸摸分辨率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 本發(fā)明公開了一種方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)用于接收觸摸相關(guān)的測量數(shù)據(jù)， 并由此形成測量的輪廓，然后將所測量的輪廓擬合到一組預(yù)定的輪廓，以確定預(yù)定的輪廓 中的哪一個充分擬合測量的輪廓。預(yù)定的輪廓可以與許多類型的觸摸事件相關(guān)聯(lián)，其中使 用常規(guī)技術(shù)可難于分辨所述類型的觸摸事件。例如，預(yù)定的輪廓中的一個可以與極為接近 地觸摸觸摸表面的兩個、三個、四個等等手指相關(guān)聯(lián)。擬合的輪廓可用于確定發(fā)生的觸摸事 件的類型，以及/或者與多個靠近定位的定點對象（例如，指尖）相關(guān)聯(lián)的位置。
【附圖說明】
[0003] 圖1為觸敏裝置的簡化示意圖；
[0004] 圖2為觸敏裝置的簡化示意圖；
[0005] 圖3a是示出矩陣式觸摸屏上指尖觸摸信號的兩個輪廓的圖示；
[0006] 圖3b是示出與接近的兩個觸摸相關(guān)聯(lián)的信號響應(yīng)的圖示；
[0007] 圖4是示出與矩陣式觸摸屏上的觸摸相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)值的陣列的圖示；
[0008] 圖5a是示出與圖4的圖示中所示的矢量相關(guān)聯(lián)的值的表；
[0009] 圖5b是示出與圖4的圖示中所示的矢量相關(guān)聯(lián)的值的表；
[0010] 圖6a是示出四觸摸群集的值的陣列的表；
[0011] 圖6b是示出與本文所描述的方法相關(guān)聯(lián)的值間內(nèi)插的示例的表；
[0012] 圖7a是示出與應(yīng)用本文所描述的方法的結(jié)果相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的圖示；
[0013] 圖7b是不出和與圖7a的圖不相關(guān)聯(lián)的峰值相交的寬度矢量的值的圖不；
[0014] 圖8a是示出從一行五個觸摸測量的值的陣列的表；
[0015] 圖8b是示出線性形式的脊線矢量的表；
[0016] 圖8c是不出與相關(guān)值相關(guān)聯(lián)的值的表；
[0017] 圖8d是不出與相關(guān)值相關(guān)聯(lián)的值的表；
[0018] 圖9是不出脊值和相關(guān)值的圖不；
[0019] 圖IOa是示出在互電容式觸摸屏上測量的數(shù)據(jù)的圖示；
[0020] 圖Ila是示出與觸摸屏響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的模擬數(shù)據(jù)的圖示；
[0021] 圖Ilb是示出與電容耦合輪廓相關(guān)聯(lián)的曲線的圖示；
[0022] 圖Ilc是示出模擬幾對觸摸的電容耦合輪廓的曲線的圖示；
[0023] 圖12a是示出與電容耦合輪廓相關(guān)聯(lián)的曲線的圖示；
[0024] 圖12b是示出與電容耦合輪廓相關(guān)聯(lián)的曲線的圖示；
[0025] 圖13a是示出與電容耦合輪廓相關(guān)聯(lián)的曲線的圖示；
[0026] 圖13b是示出與電容耦合輪廓相關(guān)聯(lián)的曲線的圖示；
[0027] 圖13c是示出與電容耦合輪廓相關(guān)聯(lián)的曲線的圖示；
[0028] 圖13d是示出與電容耦合輪廓相關(guān)聯(lián)的曲線的圖示；
[0029] 圖13e是示出與電容耦合輪廓相關(guān)聯(lián)的曲線的圖示；
[0030] 圖13f是示出與電容耦合輪廓相關(guān)聯(lián)的曲線的圖示；
[0031] 圖13g是示出與電容耦合輪廓相關(guān)聯(lián)的曲線的圖示；
[0032] 圖14是示出與使用預(yù)定的輪廓以感測觸摸事件相關(guān)聯(lián)的過程的流程圖；
[0033] 圖15a是示出表示與觸摸事件的電容耦合相關(guān)聯(lián)的值的點虛線高斯曲線的圖示；
[0034] 圖15b是示出表示與觸摸事件的電容耦合相關(guān)聯(lián)的值的點虛線高斯曲線的圖示；
[0035] 圖15c是示出表示與觸摸事件的電容耦合相關(guān)聯(lián)的值的點虛線高斯曲線的圖示；
[0036] 圖16a是示出與兩個觸摸相關(guān)聯(lián)的輪廓和位置計算的表；
[0037] 圖16b是示出與兩個觸摸相關(guān)聯(lián)的輪廓和位置計算的表；并且
[0038] 圖16c是示出與兩個觸摸相關(guān)聯(lián)的輪廓和位置計算的表。
[0039] 在附圖中，類似的附圖標號指示類似的元件。
【具體實施方式】
[0040] 本發(fā)明是對分辨電容觸摸系統(tǒng)中的多重觸摸和觸摸位置的內(nèi)插的方法的增強，所 述電容觸摸系統(tǒng)包括電極的陣列和控制電路。電極電容（互電容和/或自電容）通過一個 或多個觸摸的存在而修改，并且每個觸摸產(chǎn)生關(guān)于接近電極的測量值的輪廓。所述增強包 括使用縱橫比和/或相關(guān)性識別多重觸摸，并通過與已知觸摸信號輪廓的相關(guān)性分辨單個 或多重時間上重疊的觸摸的方法。
[0041] 已知觸摸信號輪廓可以基于傳感器參數(shù)數(shù)學上地生成，或者它們可以在校準過程 期間被測量。單獨的輪廓可用于觸摸屏的不同區(qū)域，例如，特殊的邊緣輪廓可用于內(nèi)插或外 插靠近邊緣的觸摸位置。單獨的輪廓可被生成用于表示單個觸摸以及兩個或更多個非?？?近的觸摸?？稍跍y量的值之間或者相關(guān)系數(shù)之間執(zhí)行內(nèi)插。
[0042] 圖1示出用于測量兩個電極12和13之間的互電容Cm的裝置10的簡化示意圖。 測量電路18和驅(qū)動電路19連接到接收器電極12和驅(qū)動電極13,并用于測量互電容Cm。用 于測量電容的裝置可采取電容輸入（例如，觸摸）裝置的形式，諸如按鈕和開關(guān)、線性滑塊 和矩陣觸摸面板，以及用于檢測接近電極定位的物質(zhì)的存在或量的傳感器，或者用于觸控 筆的電容檢測的數(shù)字化器。在這些情況的每個中，至少一種未知的互電容（本文中表示為 Cm)由電極之間的耦合引起，并且第二未知電容和第三未知電容（本文中表示為Cd和Cr) 由驅(qū)動電極和接地以及接收電極和接地之間的親合引起。當對象或物質(zhì)與當AC電壓被施 加到至少一個電極時生成的電場接近時，Cm、Cd和Cr改變。該改變可用作用于識別對象或 物質(zhì)的觸摸或存在的基礎(chǔ)。
[0043] 圖2示出用于測量觸摸對象（例如，對點TT1、TT2和TT3的觸摸）的位置的裝置 20的簡化示意圖。驅(qū)動電極Da-驅(qū)動電極Dd分別具有到地電容Cda-到地電容Cdd，并且接 收電極Rcvl-接收電極Rcv4分別具有到地電容Crl-到地電容Cr4。在驅(qū)動電極和接收電 極之間的電容具有互電容Cmla-互電容Cm4d。當觸摸物體在附近時，電容Cda-電容Cdd、 電容Crl-電容Cr4和電容Cmla-電容Cm4d改變。在典型的矩陣互電容傳感器中，互電容 Cm大約相等，并且除非另有說明假設(shè)相等的Cm。到地電容Cr和到地電容Cd通常在量值上 大于Cm?？刂破?9包括電子器件，所述電子器件包括測量電路和驅(qū)動電路，用于測量在裝 置20上發(fā)生的互電容電平中的改變。
[0044] 通過測量相鄰電極上的電容Cm中的改變以及/或者到地電容（例如，Cr和/或 Cd)中的改變以形成觸摸輪廓來分辨（定位）觸摸位置，所述觸摸輪廓然后與指示例如極為 接近地定位的一個觸摸或兩個觸摸（或更多個）的預(yù)定義的一組其他輪廓進行比較。該比 較通常是某種相關(guān)性函數(shù)?；谒霰容^，例如觸摸輪廓可與預(yù)定的輪廓相關(guān)，所述預(yù)定的 輪廓與兩個靠近的、時間上重疊的觸摸相關(guān)聯(lián)。因此，可辨認多重觸摸，并且與此相關(guān)聯(lián)的 位置由控制器29上報給計算機。在一些實施例中，相對于使用傳統(tǒng)內(nèi)插和基于閾值的觸摸 分辨方法，用于定位一個或多個時間上重疊的觸摸事件的相關(guān)性方法能夠更好地分辨兩個 或更多個時間上重疊的觸摸，所述觸摸如此靠近在一起以至于不生成單獨的可識別信號。
[0045] 互電容Cmla-互電容Cm4d以及電容Cda-電容Cdd和電容Crl-電容Cr4可由本 領(lǐng)域中已知的方法測量。例如，用于測量Cm、Cd或Cr，并且也用于測量包括Cm和Cr的比 率的Cm、Cd和Cr的有用參數(shù)的系統(tǒng)和方法例如在美國專利申請公布號US20080142281、 US20100073323 和 US20110163766 中被公開。
[0046] 接收電路28a_d在控制器29的控制下分別測量接收器電極Rcvl-接收器電極 Rcv4上的信號。驅(qū)動電路21a-d在控制器29的控制下將信號分別施加到電極Da、電極Db、 電極Dc和電極Dd。在本文所描述的一些實施例中，電路21-電路28中的一些可在驅(qū)動功 能和接收功能之間轉(zhuǎn)換，所以在一個模式中，驅(qū)動Da-Dd同時Rcvl_Rcv4接收，然后在另一 個模式中，驅(qū)動Rcvl-R Cv4同時Da-Dd接收信號。雖然驅(qū)動電路和接收電路被單獨示出，但 它們也可被配置作為多路復(fù)用器配置的部分，特別是在驅(qū)動側(cè)上。
[0047] 簡化的示例性系統(tǒng)20中的觸摸TTUTT2和TT3被示出為直接在電極交叉點上，僅 影響一個觸摸接近電極。這僅用于舉例說明的目的。對于典型的矩陣式觸摸屏而言，單個 觸摸將影響兩個或更多相鄰電極上的電容和信號，并且內(nèi)插法用于以比電極的間距更精細 的分辨率來分辨觸摸位置。
[0048] 圖3a示出諸如圖2中所示的矩陣式互電容觸摸屏上的指尖觸摸信號的兩個輪廓。 背景矩陣中的直線表示觸摸屏中的X-電極和Y-電極。在圖3a中，電極12的矩陣上的單 個觸摸導致測量的互電容值在電極交叉區(qū)域（或節(jié)點）處改變，參考圖2, Cm。圖3a示出在 X維度中測量的四個值的輪廓14以及在Y維度中測量的三個值的輪廓15。兩個輪廓具有 大約高斯型輪廓。
[0049] 圖3b示出兩個接近的觸摸。它們在Y軸中具有與圖3a中表示的單個觸摸相同的 輪廓（在圖3b中未示出的輪廓），但因為兩個觸摸的信號被合并，所以X軸輪廓16具有復(fù) 雜形狀?？呻y于區(qū)分存在一個觸摸還是兩個觸摸。本文所描述的方法用于從單個觸摸區(qū) 分出多重觸摸，并用于分辨多重接近觸摸的位置。可使用關(guān)于二維數(shù)據(jù)陣列的圖像識別來 完成多觸摸區(qū)分，或者本文所描述的簡化方法可用于減少關(guān)于一維中矢量陣列的分析的問 題。包括的方法為：通過計算觸摸數(shù)據(jù)值群集內(nèi)的脊線來識別觸摸值的矢量陣列；使觸摸 值的陣列與波形相關(guān)以識別觸摸位置；在觸摸形心之間分配中間值（例如，值11，圖3b)，并 計算觸摸位置。使用這些方法，復(fù)雜輪廓16可被分解成多重單個觸摸輪廓，諸如由沿圖3b 中的X軸示出的重疊高斯曲線所表示。
[0050] 本公開的指導思想是測量的觸摸值的復(fù)雜陣列（諸如在輪廓16下的七個值）可 通過到兩個或更多個子陣列中的相關(guān)來分解，并且在手指或觸控筆觸摸的情況下，子陣列 將具有一致的形狀，例如高斯分布的形狀。將值的復(fù)雜陣列分解成分量形狀的該方法類似 于快速傅里葉變換（FFT)中的過程，其中使用相關(guān)性函數(shù)將復(fù)雜波形分解成各種波長、相 位和相對量值的多個正弦波。本公開的方法也使各種長度的波形相關(guān)，并且波形的位置被 偏移用于使相關(guān)性函數(shù)最大化。
[0051] 圖4示出從包括平行水平電極和平行垂直電極的觸摸傳感器測量的數(shù)據(jù)值的陣 列。電極之間的距離在X維度上和Y維度上均為6. 5mm。數(shù)據(jù)測量是手和手指的邊緣觸摸 的結(jié)果。每個值表示在其中水平電極和垂直電極交叉的節(jié)點處互電容中的改變。突出顯示 的值超過觸摸閾值（出于圖4中示出的數(shù)據(jù)的目的，所述觸摸閾值被選擇為673,其為圖4