用于分辨多个接近触摸的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于分辨多个接近触摸的方法和系统
【背景技术】
[0001] 分辨接近的多个触摸需要准确的触摸位置并需要识别多触摸手势。更靠近的电极 间距改善了多触摸分辨率，但这是昂贵的，特别是对于大传感器。本发明的改进方法还可增 强多触摸分辨率。
【发明内容】
[0002] 本发明公开了一种方法和系统，所述方法和系统用于接收触摸相关的测量数据， 并由此形成测量的轮廓，然后将所测量的轮廓拟合到一组预定的轮廓，以确定预定的轮廓 中的哪一个充分拟合测量的轮廓。预定的轮廓可以与许多类型的触摸事件相关联，其中使 用常规技术可难于分辨所述类型的触摸事件。例如，预定的轮廓中的一个可以与极为接近 地触摸触摸表面的两个、三个、四个等等手指相关联。拟合的轮廓可用于确定发生的触摸事 件的类型，以及/或者与多个靠近定位的定点对象（例如，指尖）相关联的位置。
【附图说明】
[0003] 图1为触敏装置的简化示意图；
[0004] 图2为触敏装置的简化示意图；
[0005] 图3a是示出矩阵式触摸屏上指尖触摸信号的两个轮廓的图示；
[0006] 图3b是示出与接近的两个触摸相关联的信号响应的图示；
[0007] 图4是示出与矩阵式触摸屏上的触摸相关联的数据值的阵列的图示；
[0008] 图5a是示出与图4的图示中所示的矢量相关联的值的表；
[0009] 图5b是示出与图4的图示中所示的矢量相关联的值的表；
[0010] 图6a是示出四触摸群集的值的阵列的表；
[0011] 图6b是示出与本文所描述的方法相关联的值间内插的示例的表；
[0012] 图7a是示出与应用本文所描述的方法的结果相关联的数据的图示；
[0013] 图7b是不出和与图7a的图不相关联的峰值相交的宽度矢量的值的图不；
[0014] 图8a是示出从一行五个触摸测量的值的阵列的表；
[0015] 图8b是示出线性形式的脊线矢量的表；
[0016] 图8c是不出与相关值相关联的值的表；
[0017] 图8d是不出与相关值相关联的值的表；
[0018] 图9是不出脊值和相关值的图不；
[0019] 图IOa是示出在互电容式触摸屏上测量的数据的图示；
[0020] 图Ila是示出与触摸屏响应相关联的模拟数据的图示；
[0021] 图Ilb是示出与电容耦合轮廓相关联的曲线的图示；
[0022] 图Ilc是示出模拟几对触摸的电容耦合轮廓的曲线的图示；
[0023] 图12a是示出与电容耦合轮廓相关联的曲线的图示；
[0024] 图12b是示出与电容耦合轮廓相关联的曲线的图示；
[0025] 图13a是示出与电容耦合轮廓相关联的曲线的图示；
[0026] 图13b是示出与电容耦合轮廓相关联的曲线的图示；
[0027] 图13c是示出与电容耦合轮廓相关联的曲线的图示；
[0028] 图13d是示出与电容耦合轮廓相关联的曲线的图示；
[0029] 图13e是示出与电容耦合轮廓相关联的曲线的图示；
[0030] 图13f是示出与电容耦合轮廓相关联的曲线的图示；
[0031] 图13g是示出与电容耦合轮廓相关联的曲线的图示；
[0032] 图14是示出与使用预定的轮廓以感测触摸事件相关联的过程的流程图；
[0033] 图15a是示出表示与触摸事件的电容耦合相关联的值的点虚线高斯曲线的图示；
[0034] 图15b是示出表示与触摸事件的电容耦合相关联的值的点虚线高斯曲线的图示；
[0035] 图15c是示出表示与触摸事件的电容耦合相关联的值的点虚线高斯曲线的图示；
[0036] 图16a是示出与两个触摸相关联的轮廓和位置计算的表；
[0037] 图16b是示出与两个触摸相关联的轮廓和位置计算的表；并且
[0038] 图16c是示出与两个触摸相关联的轮廓和位置计算的表。
[0039] 在附图中，类似的附图标号指示类似的元件。
【具体实施方式】
[0040] 本发明是对分辨电容触摸系统中的多重触摸和触摸位置的内插的方法的增强，所 述电容触摸系统包括电极的阵列和控制电路。电极电容（互电容和/或自电容）通过一个 或多个触摸的存在而修改，并且每个触摸产生关于接近电极的测量值的轮廓。所述增强包 括使用纵横比和/或相关性识别多重触摸，并通过与已知触摸信号轮廓的相关性分辨单个 或多重时间上重叠的触摸的方法。
[0041] 已知触摸信号轮廓可以基于传感器参数数学上地生成，或者它们可以在校准过程 期间被测量。单独的轮廓可用于触摸屏的不同区域，例如，特殊的边缘轮廓可用于内插或外 插靠近边缘的触摸位置。单独的轮廓可被生成用于表示单个触摸以及两个或更多个非常靠 近的触摸。可在测量的值之间或者相关系数之间执行内插。
[0042] 图1示出用于测量两个电极12和13之间的互电容Cm的装置10的简化示意图。 测量电路18和驱动电路19连接到接收器电极12和驱动电极13,并用于测量互电容Cm。用 于测量电容的装置可采取电容输入（例如，触摸）装置的形式，诸如按钮和开关、线性滑块 和矩阵触摸面板，以及用于检测接近电极定位的物质的存在或量的传感器，或者用于触控 笔的电容检测的数字化器。在这些情况的每个中，至少一种未知的互电容（本文中表示为 Cm)由电极之间的耦合引起，并且第二未知电容和第三未知电容（本文中表示为Cd和Cr) 由驱动电极和接地以及接收电极和接地之间的親合引起。当对象或物质与当AC电压被施 加到至少一个电极时生成的电场接近时，Cm、Cd和Cr改变。该改变可用作用于识别对象或 物质的触摸或存在的基础。
[0043] 图2示出用于测量触摸对象（例如，对点TT1、TT2和TT3的触摸）的位置的装置 20的简化示意图。驱动电极Da-驱动电极Dd分别具有到地电容Cda-到地电容Cdd，并且接 收电极Rcvl-接收电极Rcv4分别具有到地电容Crl-到地电容Cr4。在驱动电极和接收电 极之间的电容具有互电容Cmla-互电容Cm4d。当触摸物体在附近时，电容Cda-电容Cdd、 电容Crl-电容Cr4和电容Cmla-电容Cm4d改变。在典型的矩阵互电容传感器中，互电容 Cm大约相等，并且除非另有说明假设相等的Cm。到地电容Cr和到地电容Cd通常在量值上 大于Cm。控制器29包括电子器件，所述电子器件包括测量电路和驱动电路，用于测量在装 置20上发生的互电容电平中的改变。
[0044] 通过测量相邻电极上的电容Cm中的改变以及/或者到地电容（例如，Cr和/或 Cd)中的改变以形成触摸轮廓来分辨（定位）触摸位置，所述触摸轮廓然后与指示例如极为 接近地定位的一个触摸或两个触摸（或更多个）的预定义的一组其他轮廓进行比较。该比 较通常是某种相关性函数。基于所述比较，例如触摸轮廓可与预定的轮廓相关，所述预定的 轮廓与两个靠近的、时间上重叠的触摸相关联。因此，可辨认多重触摸，并且与此相关联的 位置由控制器29上报给计算机。在一些实施例中，相对于使用传统内插和基于阈值的触摸 分辨方法，用于定位一个或多个时间上重叠的触摸事件的相关性方法能够更好地分辨两个 或更多个时间上重叠的触摸，所述触摸如此靠近在一起以至于不生成单独的可识别信号。
[0045] 互电容Cmla-互电容Cm4d以及电容Cda-电容Cdd和电容Crl-电容Cr4可由本 领域中已知的方法测量。例如，用于测量Cm、Cd或Cr，并且也用于测量包括Cm和Cr的比 率的Cm、Cd和Cr的有用参数的系统和方法例如在美国专利申请公布号US20080142281、 US20100073323 和 US20110163766 中被公开。
[0046] 接收电路28a_d在控制器29的控制下分别测量接收器电极Rcvl-接收器电极 Rcv4上的信号。驱动电路21a-d在控制器29的控制下将信号分别施加到电极Da、电极Db、 电极Dc和电极Dd。在本文所描述的一些实施例中，电路21-电路28中的一些可在驱动功 能和接收功能之间转换，所以在一个模式中，驱动Da-Dd同时Rcvl_Rcv4接收，然后在另一 个模式中，驱动Rcvl-R Cv4同时Da-Dd接收信号。虽然驱动电路和接收电路被单独示出，但 它们也可被配置作为多路复用器配置的部分，特别是在驱动侧上。
[0047] 简化的示例性系统20中的触摸TTUTT2和TT3被示出为直接在电极交叉点上，仅 影响一个触摸接近电极。这仅用于举例说明的目的。对于典型的矩阵式触摸屏而言，单个 触摸将影响两个或更多相邻电极上的电容和信号，并且内插法用于以比电极的间距更精细 的分辨率来分辨触摸位置。
[0048] 图3a示出诸如图2中所示的矩阵式互电容触摸屏上的指尖触摸信号的两个轮廓。 背景矩阵中的直线表示触摸屏中的X-电极和Y-电极。在图3a中，电极12的矩阵上的单 个触摸导致测量的互电容值在电极交叉区域（或节点）处改变，参考图2, Cm。图3a示出在 X维度中测量的四个值的轮廓14以及在Y维度中测量的三个值的轮廓15。两个轮廓具有 大约高斯型轮廓。
[0049] 图3b示出两个接近的触摸。它们在Y轴中具有与图3a中表示的单个触摸相同的 轮廓（在图3b中未示出的轮廓），但因为两个触摸的信号被合并，所以X轴轮廓16具有复 杂形状。可难于区分存在一个触摸还是两个触摸。本文所描述的方法用于从单个触摸区 分出多重触摸，并用于分辨多重接近触摸的位置。可使用关于二维数据阵列的图像识别来 完成多触摸区分，或者本文所描述的简化方法可用于减少关于一维中矢量阵列的分析的问 题。包括的方法为：通过计算触摸数据值群集内的脊线来识别触摸值的矢量阵列；使触摸 值的阵列与波形相关以识别触摸位置；在触摸形心之间分配中间值（例如，值11，图3b)，并 计算触摸位置。使用这些方法，复杂轮廓16可被分解成多重单个触摸轮廓，诸如由沿图3b 中的X轴示出的重叠高斯曲线所表示。
[0050] 本公开的指导思想是测量的触摸值的复杂阵列（诸如在轮廓16下的七个值）可 通过到两个或更多个子阵列中的相关来分解，并且在手指或触控笔触摸的情况下，子阵列 将具有一致的形状，例如高斯分布的形状。将值的复杂阵列分解成分量形状的该方法类似 于快速傅里叶变换（FFT)中的过程，其中使用相关性函数将复杂波形分解成各种波长、相 位和相对量值的多个正弦波。本公开的方法也使各种长度的波形相关，并且波形的位置被 偏移用于使相关性函数最大化。
[0051] 图4示出从包括平行水平电极和平行垂直电极的触摸传感器测量的数据值的阵 列。电极之间的距离在X维度上和Y维度上均为6. 5mm。数据测量是手和手指的边缘触摸 的结果。每个值表示在其中水平电极和垂直电极交叉的节点处互电容中的改变。突出显示 的值超过触摸阈值（出于图4中示出的数据的目的，所述触摸阈值被选择为673,其为图4