快速多触摸减噪的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求2014年3月17日提交的美国专利申请No. 14/216, 791的优先权。本申 请也要求2013年3月15日提交的题为"Fast Multi-Touch Noise Reduction(快速多触摸 减噪）"的美国临时专利申请No. 61/798, 828的优先权；本申请是2014年1月22日提交的 题为"Dynamic Assignment of Possible Channels in a Touch Sensor(触摸传感器中的 可能信道的动态分配）"的美国临时专利申请No. 61/930, 159的非临时申请并要求其优先 权；本申请是2013年3月15日提交的题为"Low-Latency Touch Sensitive Device (低等 待时间触敏设备）"的美国专利申请No. 13/841，436的部分继续申请；本申请是2013年11 月1日提交的题为"快速多触摸后处理"的美国专利申请No. 14/069,609的部分继续申请， 美国专利申请No. 14/069, 609是2013年7月12日提交的美国临时专利申请No. 61/845,892 的非临时申请。本申请包括受版权保护的素材。版权所有者不反对本专利公开的任何人作 出的拓制，就像它出现在专利和商标局的文件或记录中的内容，但在其它情况下保留任何 版权。
技术领域
[0002] 所披露的系统和方法总体涉及用户输入领域，更具体地涉及提供快速多触摸传感 器的减噪的用户输入系统。 附图简述
[0003] 如附图中所示，根据以下对实施例的更具体说明，本公开的上述和其它目的、特征 以及优点将变得显而易见，在附图中，各个图中的附图标记指示相同部件。这些附图不一定 按比例绘制，而是着重于说明所公开实施例的原理。
[0004] 图1提供了示出低等待时间触摸传感器设备的实施例的高级方框图。
[0005] 图2示出可用于低等待时间触摸传感器设备的实施例中的交叉的导电路径的布 局的实施例。
[0006] 图3示出展示场平坦化过程的方框图。
[0007] 图4示出展示在局部最大值周围的四个相连的邻近点的图。
[0008] 图5示出展示在局部最大值周围的八个相连的邻近点的图。
[0009] 图6示出展示对非对称触摸点的椭圆拟合的几何图。
[0010] 图7给出展示被配置成减噪的低等待时间触摸传感器设备的实施例的高级方框 图。
[0011] 图8-12是信号产生和发送机制的简化图示。
[0012] 图13示出展示根据所披露的系统和方法的实施例的用户识别技术的侧视图。
[0013] 图14和图15示出展示根据所披露的系统和方法的实施例的快速多触摸笔 (styli)的立体图。
[0014] 图16不出展不传感器板和有源光笔的俯视图。
[0015] 图17不出展不传感器板和有源光笔的侧视图。
[0016] 图18示出根据所披露的有源光笔的实施例的传感器板内的内反射的侧视图。
[0017] 图19示出根据所披露的有源光笔的实施例的角滤波器的使用的侧视图。
[0018] 图20示出展示由有源光笔发射到传感器板上的图案的侧视图。
[0019] 图21-23示出沿传感器板的边缘由有源光笔发射出的光点的几何投影。
【具体实施方式】
[0020] 本申请涉及2013年3月15日提交的题为"Low-Latency Touch Sensitive Device"的美国专利申请No. 13/841，436、2014年1月16日提交的题为"Fast Multi-Touch Update Rate Throttling(快速多触摸更新率扼制）"的美国专利申请No. 61/928, 069、 2013 年 10 月 4 日提交的题为"Hybrid Systems And Methods For Low-Latency User Input Processing And Feedback(对于低等待时间用户输入处理和反馈的系统和方 法）"的美国专利申请No. 14/046, 819、2013年3月15日提交的题为"Fast Multi-Touch Stylus(快速多触摸笔）"的美国专利申请N〇.61/798,948、2013年3月15日提交的题 为"Fast Multi-Touch Sensor With User-Identification Techniques(具有用户识 别技术的快速多触摸传感器）"的美国专利申请N〇.61/799,035、2013年3月15日提 交的题为"Fast Multi-Touch Noise Reduction(快速多触摸减噪）"的美国专利申请 吣.61/798,828、2013年3月15日提交的题为"4(^丨￥6〇?衍。313七71118(有源光笔）"的美 国专利申请No. 61/798, 708、2012年 10月 5 日提交题为"Hybrid Systems And Methods For Low-Latency User Input Processing And Feedback(低等待时间用户输入处理和反馈的 混合式系统和方法）"的美国专利申请No. 61/710, 256、2013年7月12日提交的题为"Fast Multi-Touch Post Processing(快速多触摸后处理）"的美国专利申请No. 61/845, 892、 2013 年 7 月 12 日提交的题为"Reducing Control Response Latency With Defined Cross-Control Behavior (通过定义的交叉控制行为减少控制响应等待时间）"的美国专利 申请 No. 61/845, 879、2013 年 9 月 18 日提交的题为"Systems And Methods For Providing Response To User Input Using Information About State Changes And Predicting Future User Input (使用关于状态改变为用户输入提供响应并预测未来用户输入的系统 和方法）"的美国专利申请No. 61/879,245、2013年9月21体提交的题为"Systems And Methods For Providing Response To User Input Using Information About State Changes And Predicting Future User Input (使用关于状态改变为用户输入提供响应 并预测未来用户输入的系统和方法）"的美国专利申请No. 61/880, 887、2013年10月4日 提交的题为 "Hybrid Systems And Methods For Low-Latency User Input Processing And Feedback(对于低等待时间用户处理和反馈的混合式系统和方法）"的美国专利申请 No. 14/046, 823、2013 年 11 月 1 日提交的题为"Fast Multi-Touch Post Processing(快 速多触摸后处理）"的美国专利申请No. 14/069, 609、2013年10月7日提交的题为"Touch And Stylus Latency Testing Apparatus(触摸和笔等待时间测试装置）"的美国专利 申请 No.61/887, 615、2014年 1 月 22 日提交的题为 "Dynamic Assignment Of Possible Channels In A Touch Sensor (触摸传感器中的可能信道的动态分配）"的美国专利申请 No. 61/930, 159 以及 2014 年 1 月 27 日提交的题为 "Decimation Strategies For Input Event Processing(对于输入事件处理的降频策略）"的美国专利申请No. 61/932, 047中披 露的诸如快速多触摸传感器的用户接口和其它接口。这些申请的全部公开内容通过引用纳 入于此。
[0021] 本公开将首先描述快速多触摸传感器的操作，对于所述多触摸传感器可描述本后 处理技术。然而，当前披露的系统和方法不仅限于与下面描述的多触摸传感器关联的后处 理，而是可广泛地运用到其它传感器而不脱离本发明的精神和范围。
[0022] 在一个实施例中，利用本文披露的后处理技术的快速多触摸传感器提供来自二维 流形（manifold)上的手指（或其它物体）的触摸事件（或其它姿态）的检测并具有对触 摸事件或多个同时的触摸事件进行检测并彼此区别的能力。（如本文中使用的，词"触摸事 件"和字"触摸"当用作名词时包括接近触摸和接近触摸事件，或者可使用传感器识别的任 何其它姿态。）根据一个实施例，触摸事件可以非常低的等待时间（例如大约十毫秒或或更 少时间、或者一毫秒或更少时间）被检测、处理并提供至下游计算进程。
[0023] 在一个实施例中，所披露的快速触摸传感器利用一种投射电容性方法，该方法对 于触摸事件的高更新率和低等待时间测量已有改善。该技术可使用并行硬件和较高频率波 形以获得前述优势。另外披露了作出灵敏和稳固测量的方法，该方法可用在透明显示表面 上并允许运用这项技术的产品的廉价制造。在这一点，本文中使用的"电容性物体"可以是 手指、人体的其它部分、指示笔或传感器对其敏感的其它物体。本文披露的传感器和方法不 需要依赖于电容。对于下面披露的光传感器实施例，这些实施例利用光子隧穿和泄漏以感 测触摸事件，并且本文描述的"电容性物体"包括可与这种感测相容的任何物体，例如指示 笔或手指。类似地，本文中使用的"触摸位置"和"触敏设备"不需要电容性物体与所披露 的传感器之间的实际触摸接触。
[0024] 图1示出根据一个实施例的快速多触摸传感器100的某些原理。在附图标记200， 不同的信号被发送到该表面的行的每一行内。信号被设计成"正交的"，即可彼此隔开并可 区别。在附图标记300,接收器附连至每一列。接收器被设计成接收所发送的信号中的任何 一个、或者这些信号的任意组合，并且单独地测量出现在该列上的正交发送信号的每一个 的量。传感器的触摸表面400包括一系列行和列（未全部示出），沿这些行和列能够传播数 个正交信号。在一个实施例中，行和列被设计成：当它们不受触摸事件作用时，较低量或可 忽略量的信号被耦合在它们之间，相反，当它们受触摸事件作用时，较高量或不可忽略量的 信号被耦合在它们之间。（在一个实施例中，相反情形可以成立一一使较少量的信号代表触 摸事件，而使较大量的信号代表没有触摸）如前面讨论的那样，触摸或触摸事件不需要物 理接触，而是影响耦合信号的电平的事件。
[0025] 继续参见图1，在一个实施例中，一般来说，在行和列两者附近的触摸事件的电容 性结果可能使出现在该行上的不可忽略的量的信号耦合至该列。更一般地说，触摸事件可 造成并由此对应于列上接收的信号。由于行上的信号是正交的，因此多个行信号可能被耦 合至一列并通过接收器加以区别。同样，每个行上的信号可耦合至多个列。对于耦合至给 定行的每个列，该列上发现的信号包含将指示哪些行正与该列同时地被触摸的信息。所接 收的每个信号的量总体关联于携带对应信号的列和行之间的耦合的量，并由此可指示由触 摸物体与该表面的距离、触摸所覆盖的表面积和/或触摸压力。
[0026] 当同时触摸行和列时，出现在行上的一些信号被耦合到相应的列内。（如前所述， 术语"触摸"或"被触摸"不一定指实际的物理接触，而可以是相对接近）。事实上，在触摸设 备的各种实施方式中，与行和/或列的物理接触是不可能的，因为在行和/或列与手指或其 它触摸物体之间可以具有保护性阻挡层。此外，一般来说，行和列本身不彼此接触，相反被 布置在接近位置，这防止可忽略的量以上的信号被耦合在它们之间。一般来说，行-列耦合 不起因于它们之间的实际接触，也不来自手指或其它接触物体的实际接触，而是起因于使 手指（或其它物体）贴近的电容性效应一一导致电容性效应的贴近在本文中被称为触摸）。
[0027] 行和列的本性是任意的并且具体取向是无关的。事实上，术语"行"和"列"不旨在 表示方格，而是表示在其上发送一信号的一组导体（行）以及在其上可耦合一信号的一组 导体（列）。行和列甚至根本不一定是方格形的。其它形状是可能的，只要触摸事件将触摸 部分"行"和部分"列"，并造成某种形式的耦合。例如，"行"可以是同心圆，而"列"可以是 从中心向外辐射的轮辐。此外，不一定仅存在两种类型的信号传播信道：在一个实施例中， 取代行和列，可提供信道"A"、"B"和"C"，在"A"上发送的信号可在"B"和"C"上被接收， 或者，在一个实施例中，在"A"和"B"上发送的信号可在"C"上被接收。另一种可能是，信 号传播信道可交替发挥作用，有时支持发送器，有时支持接收器。许多替代实施例是可能的 并对本领域内技术人员而言在考虑本公开后将变得显而易见。
[0028] 如前面提到的，在一实施例中，触摸表面400由一系列行和列构成，信号可沿其传 播。如前面讨论的，以下列方式设计这些行和列：当它们不被触摸时，可忽略的量的信号被 耦合在它们之间。此外，不同的信号被发送到每个行内。在一个实施例中，这些不同信号中 的每一个是彼此正交的（即可隔开和可区别的）。当同时触摸行和列时，出现在行上的不可 忽略的量的信号被耦合到相应的列内。被耦合到列上的信号的量可关联于触摸的压力或面 积。
[0029] 接收器300被附连至每个列。接收器被设计成接收不可忽略的量的任何正交信 号、或者正交信号的任意组合，并识别提供不可忽略的量的信号的列。在一个实施例中，接 收器可测量出现在该列上的正交发送信号中的每一个的量。如此，除了识别与每个列接触 的行，接收器可提供关于该触摸的额外（例如定性）的信息。一般来说，触摸事件可对应于 在列上接收的信号。对于每个列，在其上接收的不同信号指示哪些对应行正与该列同时被 触摸。在一个实施例中，所接收的每个信号的不可忽略的量可关联于相应行和列之间的耦 合的量并可指示由该触摸覆盖的表面积、触摸压力等等。 简单正弦波实施例
[0030] 在一个实施例中，被发送到行中的正交信号可以是未经调制的正弦波，每个正弦 波具有不同的频率，选择频率以使它们在接收器中能容易地彼此区别。在一个实施例中，选 择频率以在这些频率之间提供充分的间隔，以使这些频率在接收器中能容易地彼此区别。 在一个实施例中，所选择的频率之间不存在简单谐波关系。简单谐波关系的缺乏可减轻可 能造成一个信号模仿另一个的非线性伪像。
[0031] 一般来说，如果频率之间的间隔Af至少是测量周期τ的倒数，相邻频率之间的 间隔是恒定的并且最高频率小于最低频率的两倍的频率"梳" 一般能满足这些标准。例如， 如果希望测量（例如来自列的）信号的组合以确定哪些行信号是每毫秒（τ)出现一次，则 频率间隔（△ f)必须大于一千赫（即△ f > 1/ τ )。根据这种计算，对于具有仅十行的示例 情况，可以使用下列频率：
[0032] 本领域内技术人员将明白，频率间隔可明显大于该最小值以实现稳固的设计。作 为一个例子，具有〇. 5cm行/列间隔的20cmX 20cm触摸表面将需要40个行和40个列并且 需要在40个不同频率下的正弦波。尽管每毫秒一次的分析可能只需要IKHz间隔，然而为了 更稳固的实现方式而利用任意更大的间隔。任意更大的间隔受制于如下约束条件：最大频 率不应当大于最低频率的两倍（即f_〈2 (f_))。在该例中，可使用最低频率设定在5MHz的 IOOkHz的频率间隔，由此得到5. 0MHz、5. lMHz、5. 2MHz以此类推直至8. 9MHz的频率列表。
[0033] 在一个实施例中，列表上的每个正弦波可通过信号发生器产生并通过发送器在独 立的行上发送。为了识别被同时触摸的行和列，接收器接收出现在列上的任何信号并且信 号处理器分析该信号以确定哪些（如果有的话）频率出现在列表上。在一个实施例中，上 述识别可通过频率分析技术（例如傅立叶变换）或通过使用滤波器排予以支持。
[0034] 在一个实施例中，接收器可从每个列的信号确定来自该列上的信号中所发现的频 率列表中的每个频率的强度。在一个实施例中，在频率强度大于某一阈值的情况下，信号处 理器识别出在与该频率对应的行和列之间有触摸事件。在一个实施例中，可将对应于各种 物理现象的信号强度信息作为定位触摸事件区域的辅助手段，所述物理现象包括离行/列 交叉点的触摸距离、触摸物体的尺寸、物体下压于此的压力、被触摸的行/列交叉点的部分 等等。
[0035] -旦对至少两个频率（对应于行）或对于至少两个列已计算出信号强度，则可创 建二维映射，其中信号强度是在该行/列交叉点处的映射值。在一个实施例中，对于每列上 的每个频率，计算信号的强度。一旦计算出信号强度，则可创建二维映射。在一个实施例中， 信号强度是在该行/列交叉点处的映射值。在一个实施例中，由于触摸表面在不同频率下 的物理差异，信号强度对于给定的触摸需要被归一化或被校准。同样，在一个实施例中，由 于跨触摸表面或在交叉点之间的物理差异，信号强度对于给定的触摸需要被归一化或被校 准。
[0036] 在一个实施例中，二维映射数据可被阈值化以更好地识别、确定或隔离触摸事件。 在一个实施例中，可使用二维映射数据来推导关于触摸该表面的物体的形状、取向等信息。
[0037] 回到对在行上发送的信号的讨论，正弦波不是能在上述配置中使用的唯一的正交 信号。事实上，如之前讨论的，可彼此区别的任何组的信号都将行得通。尽管如此，正弦波可 能具有一些优势性质，能够给予这项技术中使用的设备更简单的设计和更高节约成本的制 造。例如，正弦波具有非常窄的频率分布（通过定义），并且不需要向下扩展至低频率（接 近DC)。此外，正弦波可相对地不受Ι/f噪声影响，该噪声可能对扩展至较低频率的较宽信 号产生影响。
[0038] 在一个实施例中，可通过滤波器排来检测正弦波。在一个实施例中，正弦波可通过 频率分析技术（例如傅立叶变换）予以检测。频率分析技术可以相对高效的方式实现并容 易具有良好的动态范围特性，由此允许它们在大量同时的正弦波之间作出检测和区别。在 宽信号处理方面，接收器对多个正弦波的解码可被认为是某种形式的频分复用。在一个实 施例中，也可使用诸如时分和码分复用的其它调制技术。时分复用具有良好的动态范围特 性，但一般需要延长有限的时间从而发送到触摸表面中（或分析从触摸表面接收的信号）。 码分复用具有与频分复用相同的同步性质，但可能遇到动态范围问题并且可能无法容易地 在多个同时的信号之间作出区别。 经调制的正弦波实施例
[0039] 在一个实施例中，可使用经调制的