触摸屏装置的悬停位置计算的制作方法
【专利摘要】公开了一种用于计算悬停在多个互电容传感器上方的导电物体的位置的方法。所述方法始于测量多个互电容传感器上的电容，每一互电容传感器被表示为单位器件阵列中的单位器件。在测量电容之后，所述方法基于测得电容来识别峰值单位器件，且从测得电容计算边缘临界值。在计算边缘临界值之后，选择具有边缘临界值所界定的范围内的测得电容的多个单位器件，且计算悬停导电物体的位置。
【专利说明】
触摸屏装置的悬停位置计算
[0001] 相关申请
[0002] 本专利申请主张以下美国临时专利申请的权益：2013年10月14日提交的第61 / 890，738号美国临时专利申请;2013年10月14日提交的第61 /890，745号美国临时专利申请； 2013年10月14日提交的第61/890,753号美国临时专利申请;2013年10月14日提交的第61/ 890，757号美国临时专利申请;2013年10月14日提交的第61/890,794号美国临时专利申请； 2014年5月29日提交的第62/004,724号美国临时专利申请；2014年7月24日提交的第62/ 028，393号美国临时专利申请；2014年8月19日提交的第62/039，308号美国临时专利申请； 2014年8月20日提交的第62/039,796号美国临时专利申请；以及2014年8月27日提交的第 62/042，678号美国临时专利申请，所述美国临时专利申请中的每一者的全部内容通过引用 并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开一般涉及电子系统，且特别涉及触摸屏接口和操作。
【背景技术】
[0004] 电容感测系统能够感测电极上生产的电信号，所述电信号反映电容改变。这种电 容改变能够指示触摸事件(例如，物体接近特定电极）。电容性感测元件可用于替代机械按 钮、旋钮和其它类似机械用户接口控制装置。使用电容性感测元件允许去除复杂的机械开 关和按钮，从而在苛刻条件下提供可靠的操作。此外，电容性感测元件广泛用于现代消费型 应用中，从而在现有产品中提供用户接口选项。电容性感测元件的范围能够从单个按钮到 以用于触摸感测表面的电容性感测阵列的形式布置的大量传感器。
[0005] 利用电容性感测阵列的透明触摸屏在当今的工业市场和消费型市场中普遍存在。 它们能够存在于蜂窝式电话、GPS装置、机顶盒、相机、计算机屏幕、MP3播放器、数字平板等 上。电容性感测阵列通过如下方式来工作:测量电容性感测元件的电容；以及寻找指示导电 物体的触摸或存在的电容的改变。当导电物体(例如，手指、手或其它物体)接触或接近电容 性感测元件或电容性感测元件上方的表面时，电容发生改变且导电物体被检测到。能够由 电路测量电容性感测元件的电容改变。电路将电容性感测元件的电容转换为数字值。
【发明内容】
[0006] 公开了一种用于计算悬停在多个互电容传感器上方的导电物体的位置的方法。该 方法始于测量多个互电容传感器上的电容，每一互电容传感器被表示为单位器件阵列中的 单位器件。在测量电容之后，该方法基于测得电容来识别峰值单位器件，且根据测得电容计 算边缘临界值。在计算边缘临界值之后，选择具有边缘临界值所界定的范围内的测得电容 的多个单位器件，且计算悬停导电物体的位置。公开了一种用户接口装置，包括:第一组多 个电容感测电极，沿着阵列的第一轴线设置;第二组多个电容感测电极，沿着阵列的第二轴 线设置；以及控制器。该控制器可被配置成计算悬停在多个互电容传感器上方的导电物体 的位置。该控制器可测量多个互电容传感器上的电容，每一互电容传感器被表示为单位器 件阵列中的单位器件。在测量电容之后，该控制器可基于测得电容来识别峰值单位器件，且 根据测得电容计算边缘临界值。在该控制器计算边缘临界值之后，可基于边缘临界值所界 定的范围内的单位器件而计算位置。
[0007]公开了一种控制器，该控制器被配置成计算悬停在多个互电容传感器上方的导电 物体的位置。该控制器可测量多个互电容传感器上的电容，每一互电容传感器被表示为单 位器件阵列中的单位器件。在测量电容之后，该控制器可基于测得电容来识别峰值单位器 件，且根据测得电容计算边缘临界值。在该控制器计算边缘临界值之后，可基于边缘临界值 所界定的范围内的单位器件而计算位置。
【附图说明】
[0008]图1A图不了根据一个实施例的自电容的表不。
[0009] 图1B图示了根据一个实施例的由菱形感测元件组成的行电极和列电极之间的互 电容的表不。
[0010] 图1C图示了根据一个实施例的条形电极的行与列之间的互电容的表示。
[0011] 图2A图示了根据一个实施例的布置为二维阵列的菱形感测元件阵列。
[0012]图2B图示了根据一个实施例的布置为二维阵列的条形电极阵列。
[0013]图3A图示为根据一个实施例的用于自电容测量的感测电路。
[0014]图3B图示为根据一个实施例的用于互电容测量的感测电路。
[0015] 图4A图示了根据一个实施例的多个感测通道与多个可测量电容之间的接线。
[0016] 图4B图示了根据一个实施例的单个感测通道与多个可测量电容之间的接线。
[0017] 图5图示了根据一个实施例的电容感测系统中的信息和控制信号的流动。
[0018] 图6A图示了根据一个实施例的电容感测阵列上的以数字表示的测量电容的改变。
[0019] 图6B图示了根据一个实施例的电容感测阵列上的以图形表示的测量电容的改变。
[0020] 图6C图示了根据一个实施例的电容感测阵列上的多个所检测的峰值。
[0021] 图6D图示了根据一个实施例的5X5窗口的传感器的质心计算。
[0022] 图6E图示了根据一个实施例的对于两个导电物体的5 X 5窗口的传感器的质心计 算的结果。
[0023 ]图6F图示了追踪跨越电容感测阵列移动的多个导电物体的表示。
[0024]图7A图示了根据一个实施例的触摸屏堆叠。
[0025]图7B图不了根据一个实施例的触摸屏系统。
[0026]图8A图不了根据一个实施例的单击、双击和单击并拖动手势的接触时序图。
[0027] 图8B图示了根据一个实施例跨越电容感测阵列移动以产生"旋转"手势的多个导 电物体。
[0028] 图8C图示了根据一个实施例跨越电容感测阵列移动以产生"收缩"或"缩小"手势 的多个导电物体。
[0029] 图8D图示了根据一个实施例跨越电容感测阵列移动以产生"增大"或"放大"手势 的多个导电物体。
[0030] 图8E图示了根据一个实施例跨越电容感测阵列移动以产生"平移"手势的多个导 电物体。
[0031]图8F图示了根据一个实施例跨越电容感测阵列移动以产生"下一项"或"下一页" 手势的导电物体。
[0032]图8G图示了根据一个实施例跨越电容感测阵列移动以产生"滚动"手势的导电物 体。
[0033]图9图示了根据一个实施例的用于测量触摸屏上的电容且输出结果的方法。
[0034]图10A图示了根据一个实施例的具有互电容差值的单位器件阵列。
[0035]图10B图示了根据一个实施例的具有互电容差值的单位器件阵列，其中每一值以 围绕中心值的所有值的3 X 3和值来更新。
[0036]图10C图示了根据一个实施例的具有第一峰值单位器件的互电容差值阵列。
[0037] 图10D图示了根据一个实施例的互电容差值阵列，其中每一值以围绕中心值的所 有值和所更新的峰值单位器件的5 X 5和值来更新。
[0038] 图11A图示了根据一个实施例的单位器件的3X3矩阵。
[0039] 图11B图示了根据一个实施例的单位器件与每一基本方向上的额外传感器的5传 感器群组。
[0040] 图12图示了根据一个实施例的用于检测悬停且以和值计算位置的实施例。
[0041] 图13图示了根据一个实施例的具有边缘区的单位器件阵列。
[0042] 图14A图示了根据一个实施例的具有在边缘区处的悬停接触路径的单位器件阵 列，其中边缘区在该阵列的每一边缘处。
[0043] 图14B图示了根据一个实施例的具有悬停接触的实际路径、所检测的路径和所校 正的路径的图14A的阵列的特写。
[0044] 图15图示了根据一个实施例的用于基于悬停接触存在于边缘区中而应用各种校 正因数的方法。
[0045] 图16图示了根据一个实施例的用于应用共模滤波以及验证悬停检测的方法。
[0046] 图17A图示了根据一个实施例的用于将共模滤波应用到悬停数据的方法。
[0047] 图17B图示了根据一个实施例的在应用共模滤波之后的悬停数据。
[0048]图18A图示了根据一个实施例的用于以自电容测量数据验证悬停检测的方法。 [0049]图18B图示了根据一个实施例的如图18A的方法中所应用的自电容悬停数据。
[0050]图19A图示了根据一个实施例的用于确定在悬停位置计算中将包括哪些单位器件 的数据表格。
[0051 ]图19B图示了根据一个实施例的图19A的边缘临界(EdgeCutoff)的应用。
[0052]图20图示了根据一个实施例的用于对悬停检测确定悬停位置和距离的方法。
[0053]图21图示了根据一个实施例的用于区别且处理大物体的悬停的方法。
[0054]图22A图示了根据一个实施例的用于计算在阵列上方的悬停接触的位置的方法。
[0055] 图22B图示了根据一个实施例的计算在阵列上方的悬停接触的位置的示例。
[0056] 图23A、图23B和图23C图示了根据各种实施例的代表握持、阵列的边缘上方的悬停 和接近阵列的边缘的悬停的比率的计算。
[0057]图24图示了根据一个实施例的用于计算且使用测量的比率以识别且处理各种类 型的接触的方法。
[0058] 图25A图示了根据一个实施例的单位器件阵列上方的各种接触类型的最大值。
[0059] 图25B图示了根据一个实施例的各种物体和接触类型的峰值与5X5和值的比率。
[0060] 图26图示了根据一个实施例的经过绘制以示出模式分区的峰值和5X5和值。
[0061]图27A图示了根据一个实施例的以手指模式操作的装置的多个分区。
[0062]图27B图示了根据一个实施例的以手套模式操作的装置的多个分区。
[0063]图27C图示了根据一个实施例的以触笔模式操作的装置的多个分区。
[0064]图28图示了根据一个实施例的用于确定触摸屏装置的正确模式的方法。
[0065]图29图示了根据另一实施例的用于确定触摸屏装置的正确模式的过程。
[0066] 图30图示了根据一个实施例的用于在触摸屏装置的各种状态之间移动的状态图。
【具体实施方式】
[0067] 在下文的描述中，出于解释的目的，阐述许多特定细节以便全面理解本文所论述 的本发明的实施例。然而，对于本领域的技术人员将明显的是，可在不存在这些特定细节的 情况下实践这些实施例和其它实施例。在其它情形下，未详细示出熟知的电路、结构和技 术，而是以框图示出这些电路、结构和技术，以便避免不必要地混淆对本描述的理解。
[0068] 在本描述中对"一个实施例"或"一实施例"的引用意味结合该实施例描述的特定 特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。本描述中各种位置处的短语"在一个 实施例中"未必指同一实施例。
[0069] 为了说明的简单和清楚起见，可在附图之间重复参考标号，以指示对应或类似的 元件。阐述了许多细节以提供对本文所述的实施例的理解。可在不存在这些细节的情况下 实践示例。在其它情形下，未详细描述熟知的方法、流程、过程和组件，以避免混淆所描述的 示例。本描述将不被视为限于本文所述的示例的范围。
[0070] 里查
[0071] 电容器是由两个导电板形成的，通过以介电材料填充的空间分开这两个导电板。 由两个较大板制成的电容器的电容（以法拉为单位)C由下式给出：
[0073]其中A是两个导电板之间的重叠面积(m2)，d是两个导电板之间的距离(m)，er是两 个导电板之间的材料的介电常数，以及是电常数(￡〇~8.854\10^^!^1)。此外，沿着两 个相邻导电板的边缘的边缘电容增加了其间的总电容。
[0074] 在一个实施例中，导电板可为常规金属板(诸如，铜电极）。在另一实施例中，导电 板可由透明导电材料(诸如，氧化铟锡，"ΙΤ0"）、银或碳墨或金属网形成。在又一实施例中， 导电板可为人的手指或手掌。能够传导电力的任何材料可充当电容器的导电板。
[0075] 电容器可存储可转移到电路的其它部分的电荷。电容器所存储的电荷（以库伦为 单位)q由下式给出：
[0076] q = CV (2)
[0077] 其中C是方程式（1)中所给出的电容器的电容以及边缘电容，以及V是两个导电板 之间的电压差。
[0078] 可将电容作为自电容或互电容来测量，自电容是单个导电板（电极)与其充当第二 导电板的环境的电容，互电容是两个特定导电板之间的电容。自电容和互电容可由于接近 被测导电板的诸如手指的额外导电板的存在而改变。出于描述的目的，导电板被称为"电 极"或"传感器"。这并不是要限制，因电路可以不同的术语来描述电容器的导电板。此外，虽 然手指是用于创建电容器的导电板，但手指不被称为"电极"或"传感器"。虽然在下文描述 中使用手指来代表被电容传感器和测量电路感测的导电物体，但也可使用其它导电物体。 [0079] 传感器构造
[0080]图1A图不了根据一个实施例的系统101中的自电容的表不。电极110可置于衬底 115上。电容117可根据方程式（1)而存在于电极110与至少一个另一电极112之间。在一个实 施例中，电极110和112可由铜形成。在另一实施例中，电极110和112可由诸如的氧化铟锡 (ΙΤ0)透明导电材料形成。在又一实施例中，电极110和112可由银或碳墨、金属网或另一导 电材料形成。在一个实施例中，衬底115可为玻璃。在其它实施例中，衬底115可为塑料膜(诸 如，聚对苯二甲酸乙二醇酯"PET"或某一其它聚碳酸酯）、柔性印刷电路板材料或刚性印刷 电路板材料(如FR4)。衬底115可为独立层或可为如下文图7A和图7B所示的较大集成系统的 一部分。虽然电容117被示出为处于耦合到接地电压电位的电极110与112之间，但本领域的 技术人员应理解，电极110与112之间的电容可存在于任何电压电位，且该接地连接并不是 必须的。此外，虽然仅示出电极110与电极112之间的电容性耦合，但电极110可电容性地耦 合到图1A未示出的电路元件。
[0081]图1B图示了根据一个实施例的系统102中的互电容的表示。包含多个菱形元件的 第一电极120可沿着第一轴线放置在衬底(未示出）上。包含多个菱形元件的第二电极122可 沿着第二轴线而放置。在一个实施例中，可在电极120和122的交叉点125处存在互电容127。 [0082]在各种实施例中，电极120和122可由铜、如ΙΤ0的透明导电材料、银或碳墨、金属网 或其它导电材料或导电材料的组合形成。在各种实施例中，衬底（例如，参见图1A的衬底 115)可为玻璃、塑料膜(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯"PET"或某一其它聚碳酸酯）、柔性印 刷电路板材料或刚性印刷电路板材料(诸如，FR4)。此外，例如，在实施例中，衬底可为独立 的层或可为如下文图7A和图7B所示的较大集成系统的一部分。在一个实施例中，电极120和 122可放置在粘合在一起的两个不同衬底上。在其它实施例中，电极120和122可放置在同一 衬底的两侧上，或可放置在衬底的同一侧上，且电极120或电极122的接线通过电极120和 122的各个元件之间的跳线而形成且放置在介电材料上方。
[0083]图1C图不了根据另一实施例的系统103中的互电容的另一表不。第一电极130可沿 着第一轴线放置在衬底(例如，参见图1A的衬底115)上。第二电极132可沿着第二轴线而放 置。在一个实施例中，电极130和132可为条形。在另一实施例中，电极130和132可具有基于 条形主题的更复杂的结构。在电极130和132的交叉点处，可存在互电容137。在一个实施例 中，电极130和132可由铜形成。在另一实施例中，电极130和132可由诸如ΙΤ0的透明导电材 料形成。在又一实施例中，电极110和112可由银或碳墨、金属网或另一导电材料形成。
[0084] 互电容127和137可用于检测在表面上或接近表面的一个或更多个导电物体的位 置(例如，图6A到图6E)。互电容阵列（参见下文的图2A和图2B的描述)可用于检测具有触摸 表面的装置的边缘上的一个或更多个导电物体。在一个实施例中，如图7A所示，放置了导电 物体的边缘可以是垂直于放置了电极的衬底的表面。
[0085] 在各种实施例中，电极130和132可由铜、诸如氧化铟锡（ΙΤ0)的透明导电材料、银 或碳墨、金属网或其它导电材料或导电材料的组合形成。在各种实施例中，衬底(例如，参见 图1A的衬底115)可为玻璃、塑料膜(例如，PET或某一其它聚碳酸酯）、柔性印刷电路板材料 或刚性印刷电路板材料(如FR4)。此外，例如，在实施例中，衬底可为独立层或可为如下文图 7A和图7B所示的较大集成系统的一部分。在一个实施例中，电极130和132可设置在粘合在 一起的两个不同衬底上。在其它实施例中，电极130和132可放置在同一衬底的两侧上，或可 放置在衬底的同一侧上，且电极130或电极132的接线通过电极130和132的各个元件之间的 跳线而形成且放置在介电材料上方。
[0086]图2A图示了与图1B所示的电极阵列类似的电极阵列202。包含多个菱形元件的第 一组多个电极220可沿着第一轴线放置在衬底(未示出）上。包含多个菱形元件的第二组多 个电极222可沿着第二轴线放置在衬底上。特写225图示了第一组多个电极220与第二组多 个电极222之间的交叉点。可在第一组多个电极220中的电极和第二组多个电极222中的电 极的交叉点处存在互电容(例如，如图1B的互电容127)。此互电容区域可被描述为电极阵列 202的单位器件229。如图7A所示，单位器件存在于每一交叉点处，且可用于检测导电物体的 位置，或检测沿着启用触控屏的装置的边缘存在至少一个导电物体。
[0087]图2B图示了与图1C所示电极阵列类似的电极阵列203。第一组多个电极230可沿着 第一轴线放置在衬底(未示出）上。第二组多个电极232可沿着第二轴线放置在衬底上。在一 个实施例中，电极230和232可为条形。在另一实施例中，电极230和232可具有基于条形主题 的更复杂的结构。特写235图示了第一组多个电极230与第二组多个电极232之间的交叉点。 类似于图2A，可在第一组多个电极230中的电极和第二组多个电极232中的电极的交叉点处 存在互电容，且此互电容区域可被描述电极阵列203的单位器件239。如图7A所示，单位器件 存在于每一交叉点处，且可用于检测导电物体的位置，或沿着启用触控屏的装置的边缘检 测存在至少一个导电物体。
[0088]单位器件229和239和它们的被测得电容值可用于检测在表面上或接近表面的一 个或更多个导电物体的位置(如图6A到图6E)。单位器件阵列可用于检测各种类型的一个或 更多个导电物体，包含裸露的手指、带手套的手指、触笔(有源或无源的)或悬停在表面上方 的物体。单位器件可个别地、组合地或个别且组合地用于确定物体和交互类型。
[0089]单位器件(unit cell)229和239可在几何上被概念化为棋盘形布置的最小单位， 即，阵列上测量的最小可重复单位。单位器件229和239还可通过如下陈述来概念化:较之任 何其它单位器件的中心，一单位器件内的每一点更接近该单位器件的中心（不同轴线上电 极之间的交叉点的中心）。单位器件229和239可在功能上被概念化为阵列202和203的原生 分辨率。也就是说，每一行和每一列可被识别，且位置被限定在每一行和每一列上。对于十 二列九行的矩形阵列，可存在108个离散位置。因为单位器件229存在于第七行(从顶部数） 与第六列（从左侧数)之间的交叉点，且单位器件239存在于第六行与第六列之间的交叉点 处，所以其位置可基于阵列202和203的原生分辨率而由6，7和6，6给出。单位器件229和239 可被概念化为阵列的像素，其中每一像素可被指派位置和该位置特有的可测量值。在下文 的图6A和图6B中给出了单位器件的基于像素的解释的示例。单位器件229和239还可被称为 "节点"，其中行电极和列电极的每一交叉点是阵列的节点。单位器件可在如图2B和图2C所 示的互电容感测阵列中仅被称为交叉点。术语"交叉点"仅是其作为行电极与列电极之间的 交叉点的构造的简写。
[0090] 电容感测
[0091] 图3A图示了自电容测量电路301的一个实施例。自电容传感器310(Cs)可形成在如 图1A所示的电极110与接地之间。自电容传感器310的非接地侧可耦合到电容测量电路301 的插脚312。开关网络315可用于通过交替的下述步骤来生成电流:将自电容传感器310充电 到电压(V DD)，然后将所聚集的电荷放电到可作为通道320的一部分的积分电容器322上。来 自开关网络315和自电容传感器310的电流可由下式给出：
[0093]其中开关网络315和自电容传感器310的等效电阻由下式给出：
[0095]其中Cs是由方程式（1)给出，以及f是开关SW1和SW2的开关频率。开关网络315和积 分电容器322可親合到具有参考电压(Vref)的运算放大器324的输入，以允许对积分电容器 322进行逐步的线性充电。积分电容器322两端的电压可由模/数转换器(ADC)326测量，其中 模/数转换器(ADC)326的输出可由处理块330分析。在积分电容器322两端的电压由ADC 326 测量之后，积分电容器322两端的电压可由开关SW3重置，从而允许进行新的测量。
[0096] 图3B图示了互电容测量电路302的一个实施例。互电容传感器311(Cm)可形成在还 具有寄生电容318(CP)的两个电极（图1B的120和122;图1C的130和132)的交叉点处。互电容 传感器311的每一板可耦合到互电容感测电路302的插脚(pin)。第一插脚313可耦合到信号 发生器(TX)316,以及第二插脚314可耦合到通道320。信号生成器316的交流电压可产生从 互电容传感器311到通道320的积分电容器322的电流。在一个实施例中，积分电容器322两 端的电压可由ADC 326测量，其中ADC 326的输出可由处理块330分析。在积分电容器322两 端的电压由ADC 326测量之后，积分电容器322两端的电压可由开关SW4重置，从而允许进行 新的测量。在另一实施例中，来自互电容传感器311的电流可用于使与图3Α所示的自电容测 量电路类似的自电容测量电路301的输入偏压。互电容诱发的电流所提供的偏压可提供积 分电容器322和ADC 326的组合的较大动态范围。
[0097]虽然图3Α和图3Β的通道320被示出为包括运算放大器(324)和ADC(326)，但本领域 的技术人员理解，存在测量积分电路电压的许多方式，且图3A和图3B的实施例是示例性的 而非限制性的。例如，ADC 326可替换为比较器以及由比较器的输出门控的计数机制，以产 生积分电路上的电容的数字表示。在此实施例中，计数机制的计数的数量可表示将积分电 路充电到比较器的参考电压所需的时间。较大充电电流可产生对积分电路的较快充电和较 低计数值。
[0098] 诸如图3A和图3B所示的那些的电容测量电路可单独地或结合每一者的若干示例 而在集成电路(1C)上实施，以测量多个输入的电容。
[0099]图4A图示了根据一个实施例的用于测量多个电容411.1到411.N的电路401。在电 路401中，四个电容411.1到411.N可耦合到感测1C 405的插脚414.1到414.N。每一互电容 411.1到411. N可耦合到通道320.1到320. N，且通道320.1到320. N中的每一者的输出经由多 路复用器410而耦合到处理块330。
[0100]图4B图示了根据另一实施例的用于测量多个电容411.1到411.N的电路402。在电 路402中，四个电容411.1到411.N可耦合到感测1C 405的插脚414.1到414.N。每一电容 411.1到411.N可耦合到多路复用器410的输入，其中多路复用器410的输出可耦合到通道 320。通道320的输出可耦合到处理块330。
[0101]图4A和图4B图示了用于每一电容的各个通道或用于所有电容的单个通道逻辑极 端。然而，在另一实施例中，可实施图4A和图4B的电路的不同组合。例如，多个通道320可耦 合到多个电容411。在一个实施例中，电容可在整个可用通道均匀地分布。在另一实施例中， 电容可以某些通道被配置成较之其它通道测量较多插脚上的电容的方式而非均匀地分布。 此外，虽然图4A和图4B图示了四个电容、插脚或通道，但本领域的技术人员应理解，可使用 多于四个或少于四个的电容、插脚或通道。此外，取决于设计要求，电容、插脚和通道的数量 可为相同的，或可为不同的。
[0102]电容411.1到411 .N可耦合到与插脚414.1到414.N相反的信号，以产生代表如图3 所述的测得电容输入到通道320的电流。在另一实施例中，电容411.1到411. N可耦合到信 号，以产生用于电路401和402的校准的电流。
[0103]虽然图4A和图4B图示了多路复用器，但本领域的技术人员理解，多个开关可被配 置成执行与多路复用器类似的功能。电容411.1到411.N通过其耦合到通道320的机制的表 示，或通道320.1到320.N通过多路复用器如何耦合到处理块330的机制的表示仅是示例性 的，且不旨在将本描述限于特定电路元件。
[0104] 处理
[0105]图5图示了触摸屏系统501的一个实施例。触摸屏510可经由插脚414(例如，图3A中 的312、图3B中的313和314以及图4A和图4B中的414)耦合到感测1C 505。感测1C 505可包括 耦合到触摸屏510的触摸屏电极（图2A和图2B所示)的通道320。在一个实施例中，通道320的 输出可被发送到CPU 512以用于处理(如图3A和图3B所示），以及然后经由通信接口 516而传 输到主机530,或存储在存储器514中且经由通信接口 516从存储器514传输到主机530。在另 一实施例中，通道320的输出可直接存储在存储器514中（在由CPU 512处理之前），以及或者 由CPU 512从存储器514中处理且然后经由通信接口 516传输到主机530,或经由通信接口 516从存储器514传输到主机530而无 CPU干预。调谐和校准例程可存储在存储器514中且由 CPU 512经由调谐块513来实施。经由通道320且通过通道320对来自触摸屏510的信号进行 校准可按较大的信噪比和对用户交互的保真度来提供电容测量数据。
[0106] 来自通道320的电容测量数据可代表通道320所测量的总电容。即，图1A到图1C的 自电容或互电容的电容可转换为数字值。数字值可包括寄生电容（图3A和图3B的318)以及 未有手指存在的情况下的原生互电容（图3B的311)和导电物体或手指的电容。可将寄生电 容和原生互电容作为基线从所测量的值中减去，以产生代表导电物体或手指的电容的差 值。差值可由处理块330分析以确定导电物体是否接近阵列以及高级别的用户交互。
[0107] CPU 512或主机530可进一步使用电容和/或差值以检测各种类型的物体和交互。 在各种实施例中，不同级别的数据可传输到主机530以在CPU 512外进行处理。虽然CPU 512 可执行下文本说明书中的所有处理，但或多或少的数据分析和操纵通常可基于CPU 512、主 机530和系统操作的处理要求和开销而卸载到主机530。
[0108] 图6A图示了互电容感测阵列的多个交叉点611的数值差值601。数值差值601可从 例如每一单位器件（图2A的229和图2B的239)的通道320(图3B)的原始值或互电容Cm 311 (图3B)导出。在一个实施例中，数值差值可为从通道320输出的原始计数值与基线值之间的 差。在一个实施例中，可对整个阵列来全局地储存基线值。在另一实施例中，可对每一交叉 点分别存储基线值。在另一实施例中，可取决于每一存储器在触摸屏上的位置、各个传感器 的噪声性能、其它设计限制而对多组传感器来存储基线值。在一个实施例中，可在开发期间 确定基线值。在另一实施例中，可在启动时计算基线值，或可在触摸屏的操作期间更新基线 值以考量触摸屏电极所经历的噪声的变化、触摸屏上的物理改变(热度、湿度等)或输入通 道(例如，通道320)的其它漂移源。
[0109] 图6A的数值差值601可在图6B中以图形图示为热图602。热图602的每一器件或互 电容601的阴影可指示图6A的数值差值601。较暗的器件可指示互电容电极与导电物体的较 大电容性耦合以及互电容电极自身之间的较小电容性耦合。为了描述的清楚起见，图6B所 示的表示用于后续附图。
[0110] 图6C图示了基于图6A和图6B的数据的峰值检测方案603的示例。峰值检测方案603 可将每一单位器件（图2A的229和图2B的239)或互电容611(图6A和图6B)与其周围的那些进 行比较。如图10B和图10D所示，峰值检测可使用周围值的和值以提供对峰值检测的共模滤 波。单位器件或互电容与最高差值的交叉点可被识别为峰值且被给予标识符和位置。第一 峰值631可被给予第一位置(X轴632和Y轴634)。第二峰值635可被给予第二位置(X轴636和Y 轴638)。
[0111] 图6D图示了质心计算604的示例，其中围绕每一峰值的传感器阵列被界定和处理。 每一峰值的质心可由下式给出：
[0113] 其中P是计算的位置，i是被测单位器件，且31是每一单位器件(被测单位器件和周 围单位器件)处的信号。
[0114] 第一峰值631可用于界定第一阵列641，第一阵列641包括周围的25个单位器件并 包括第一峰值631处的单位器件。第二峰值635可用于界定第二阵列645,第二阵列645包括 周围的25个单位器件并包括峰值635处的单位器件。第一阵列641和第二阵列645的值可被 处理成基于每一阵列(641和645)内所含有的值来发现导电物体的质心或质量中心。虽然在 图6D中图示了对称的5X5阵列且参考图6D来描述对称的5X5阵列，但在各种实施例中，阵 列可具有不同尺寸，且因此具有不同数量的单位器件。这样的各种实施例可包含3X3、4X4 或较大阵列。阵列可将峰值定位在中心或峰值可发生偏移。此外，阵列可以是不对称的，具 有较多的行数或较多的列数，或阵列是不规则的，其中每一行或列可具有不同数量的单位 器件。
[0115] 图6E图示了当未有虚拟传感器被确定激活时，从图6D的第一阵列641和第二阵列 645计算的第一质心651和第二质心655的示例。
[0116] 图6F图示了跨越触摸屏移动的两个导电物体661和665的示例及其分别沿着轨迹 663和667的位置。
[0117] 图7A图示了触摸屏系统501(图5)的触摸屏堆叠的一个实施例。触摸屏堆叠701可 包含显示器740。在显示器740上方可放置传感器层750。在传感器750与诸如手指或触笔的 导电物体之间，可放置覆盖层760。
[0118] 虽然传感器层750被视为处于衬底的同一层上，但这仅是示例性的。在一个实施例 中，传感器层750可放置置在覆盖层760的底部上，从而在触摸屏堆叠701中将层的数量从三 层减少到两层。在另一实施例中，传感器层750可放置在显示器740的顶部上，这也从触摸屏 堆叠701中移除了一层。在另一实施例中，传感器层750上所示出的电极的一条轴线或两条 轴线可放置在显示器内的各种深度处。例如，传感器层750可被实施为内嵌式(in-cell)、表 面式(on-cell)或内嵌式与表面式的混合。此外，传感器层750可与显示器740共享某些电 极。
[0119] 在根据一个实施例的图7B中的触摸屏系统702中图示了触摸屏堆叠701。触摸屏/ 显示器705(类似于图7A的触摸屏堆叠701)可耦合到触摸控制器710和显示控制器/驱动器 715。触摸控制器710可被配置成感测自电容（图3A)或互电容（图3B)或两者。触摸控制器710 的输出可被传达到应用处理器730。触摸控制器710还可被配置成从应用处理器730接收命 令和数据。可由触摸控制器710传达到应用处理器730的信息可包括用于阵列上的每一所识 别的导电物体的以下数据：
[0120] ?检测的时长一一触摸已在触摸屏上存在了多久（以扫描次数为单位）；
[0121] · X轴位置一一沿着阵列上的导体物体的水平轴的位置；
[0122] · Y轴位置一一沿着阵列上的导体物体的垂直轴的位置；
[0123] ·Ζ轴强度一一可指示导电物体的大小或导体物体压在触摸表面上的压力的触摸 强度(在一些实施例中，Ζ轴强度可用于指示物体距表面或感测电极的距离）；
[0124] ?接触区域长轴长度一一以阵列上的导电物体的位置为中心的椭圆的长轴；
[0125] ?接触区域短轴长度一一以阵列上的导电物体的位置为中心的椭圆的短轴；
[0126] ?接触区域长轴角度一一以阵列上的导电物体的位置为中心的椭圆的长轴的角 度(相对于垂直线）；
[0127] ?触下/抬起反跳(debounce) -一是否存在用于检测阵列上的导电物体的反跳 (或滞后）以及检测是否处于反跳内/检测在反跳内处于何处；
[0128] ?导电物体标识一一触摸的类型（裸露的手指、带手套的手指、触笔、悬停、接近 等)；
[0129] ?导电物体大小--大导电物体或规则大小的导电物体；
[0130] ?虚拟传感器激活状态一一各种激活虚拟传感器的标识、位置和信号级别；以及
[0131] ?手势(参考图8A到图8G更详细地论述）。
[0132] 应用处理器730还可耦合到显示控制器/驱动器715以控制在触摸屏/显示器705上 示出的内容。
[0133] 图8A图示了可被解释为单点触摸手势的单个导体物体的电容测量数据的示例。图 8A中的导电物体的检测被图示为电容传感器上的导电物体的数字开/关或高/低。单击手势 810可被检测为检测到导电物体的存在以及然后检测到导电物体的不存在，以界定第一触 摸811。双击手势812可被检测为检测到导电物体的存在以及然后检测到导电物体的不存 在，以界定第一触摸811，然后在指定的时间内检测到第二触摸813。单击并拖动手势814可 被检测为检测到导电物体的存在以及然后检测到导电物体的不存在，以界定第一触摸811， 然后在特定时间内检测到第二触摸815。单击并拖动手势814还可在第二触摸保持在触摸表 面上且跨越表面而移动时在显示器上移动光标。
[0134] 图8B到图8E图示出基于检测到两个导电物体的手势的示例。在一个实施例中，导 电物体821和823可围绕某中心点以圆形运动顺时针或逆时针移动，以产生旋转手势802。在 另一实施例中，导电物体821和823可沿着基本上直线的路径彼此靠近地移动以产生"收缩" 或"缩小"的手势803。在另一实施例中，导电物体821和823可沿着基本上直线的路径彼此离 远地移动以产生"增大"或"放大"的手势804。在另一实施例中，导电物体821和823可沿着基 本上平行的路径移动以产生"平移(pan)"的手势805。
[0135] 图8F和图8G图示了基于检测到跨越电容感测阵列而移动的单个接触的手势。在一 个实施例中，导电物体821可以基本上直线地移动以产生"下一项"的手势806。在另一实施 例中，导电物体821可围绕某中心点以圆形运动顺时针或逆时针移动以产生滚动的手势 807〇
[0136] 可在虚拟传感器上检测到图8A和图8C到8F的手势以实现额外的功能，而无需用户 直接地接触触摸屏。
[0137] 图9图示了感测触摸屏阵列且确定适当显示的方法901的一个实施例。首先在步骤 910中测量电容。步骤910可对应于自电容测量或互电容测量，且可使用与图3A或图3B所述 的感测电路类似的感测电路。在其它实施例中，可使用其它自电容或互电容感测方法。在步 骤920中，可使用原始电容值来创建基线。在步骤930中，可从原始电容值中减去基线值以生 成差值(如图6A所示）。在一个实施例中，差值可用于确定用于硬件配置的校准参数。校准参 数可包含将各种单位器件（例如，图2A和图2B的分别为229和239)耦合到驱动信号，以使得 为可测量电容的数字转换(例如，下文的图10)提供偏压电流。在步骤940中，可使用步骤930 的差值来确定已影响测得电容值的物体的类型（例如，裸露的手指、戴手套的手指或触笔） 以及交互的类型（例如，悬停的接触）。一旦确定了物体和交互的类型，在步骤950可计算该 物体的位置。在步骤960中，可使用来自多次扫描的相继的位置处理来检测至少一个物体在 电容感测电极阵列上方的运动，且在步骤960中，可使用这些物体的运动及其仅仅存在或不 存在来确定如图8A到图8G所图示的手势。在方法900的任一步骤中，可将数据直接传达到图 5的主机530。这使得较快速的处理或减轻触摸控制器(使用CPU 512)的负担以执行电容感 测信息的分析的其它处理。
[0138] 在一个实施例中，图9的整个方法901可由图7的触摸控制器710来完成。在另一实 施例中，方法901的各种步骤可由诸如图7的应用处理器730的外部处理器来完成。在此实施 例中，数据可经由图5的通信接口 516而传达到触摸控制器710以及从触摸控制器710传达。 被传达到主机的信息可存储在存储器(诸如存储器514)中或经由处理单元(诸如CPU 512) 而传达。在另一实施例中，额外的处理步骤可由触摸控制器710或应用处理器730来完成，且 这些步骤的结果用于执行图9所示的方法901的步骤。
[0139] 悬停检测和处理
[0140]悬停在如图2A和图2B所示的那些的传感器阵列上方的接触件可生成比图6A所示 的差值显著降低的差值，且该差值跨面板及随着时间具有更大的相对变化。在图10A中图示 了此情形的示例，其中互电容传感器(单位器件）1011的8X12的阵列1001可具有单位器件 1021最大为80且最小为-9的差值，这意味系统中的噪声可使得测得电容实际上低于基线。 因为悬停在阵列1001上方的接触件可在垂直于该阵列所界定的板的方向上移动，且极小的 移动可对所计算的差值具有大的影响，所以在相继的阵列扫描之间，识别的峰值单位器件 (图6C所图示)可快速移动，其中每一扫描测量必要数量的单位器件的电容，或必要数量的 电极的行与列之间的交叉点的电容。
[0141] 图10B图示了互电容单位器件1011的8X12的阵列1001的实施例，其中每一交叉点 的值替换为围绕每一单位器件的总和差值。在此实施例中，单位器件1021现具有值275,值 275是先前峰值80与围绕该先前峰值且包含在单位器件的3 X 3矩阵1023内的其它八个单位 器件的和值。[互电容单位器件阵列1001]中的每一单位器件(例如，单位器件1011)也可与 其周围的其它八个单位器件相加，这导致了对于单位器件1021和单位器件的分组1023的图 10B所示的值。对于每一单位器件的这种相加处理可通过集合中以类似定位的单位器件进 行补偿来减小噪声对特定单位器件的影响。也就是说，一个单位器件不会对确定峰值单位 器件的值具有过大影响，以致于系统或特定单位器件或电极所经历的噪声可支配峰值的检 测以及在阵列上方的悬停导电物体的位置的后续计算。
[0142] 图10C图示了具有对每一单位器件的互电容值的8X12阵列1003的另一实施例。具 有最高值(峰值)的单位器件是24，对应于单位器件1031 (E4)。在此示例中，单位器件1031处 的峰值仅比三个其它器件(E5、D6和E6)高单个单位，且峰值可仅通过阵列1001上方的接触 的最小移动或响应于噪声而移动，从而在图9的步骤940和950的检测和位置计算中导致抖 动。
[0143] 图10D图示了图10C的8X12阵列1001的实施例，其中中间4X8个单位器件(列C到F 以及行3到10)中的每一个与构成单位器件的5X5矩阵（图10C中的1033)的剩余24个单位器 件相加。在此实施例中，最高值(峰值1042)是362,对应于器件E6。器件E6具有比下一最高器 件(E5)大14个单位的值。这意味着电容的小改变不太可能移动峰值，从而允许用于计算悬 停位置的较稳定的窗口值。
[0144] 图11A图不了可用于计算每一单位器件的处理电容(processed capacitance)的 单位器件的3X3矩阵1101的一个实施例。在图11A的实施例中，被测单位器件1111可被更新 成包括被测单位器件的上方、下方、左侧和右侧一个单位器件内的每一单位器件的值的和 值。正如图10B所图示，对于图10A中具有值80的单位器件，新值可为275。虽然在图11A中示 出了单位器件1101的3X3矩阵，但本领域的技术人员应理解，可使用不同尺寸和形状的矩 阵。此外，虽然示出了以完全正方形填充的矩阵，但本领域的技术人员应理解，可使用具有 圆角(缺失器件）的矩阵。在一个实施例中，可使用5X5矩阵(例如，图10C的1033)，包括被测 单位器件1111和24个周围的单位器件。在图10B的示例中，使用5X5矩阵，图10A的具有值80 的单位器件将具有值445。
[0145] 图11B图示了可用于计算每一单位器件的处理电容的单位器件的5单位器件群组 1102的实施例。在图11B的实施例中，受测单位器件1112可被更新成包括紧接在被测单位器 件1112的上方、下方、左侧和右侧的每一单位器件的值的和值。在单位器件的5传感器矩阵 1102中，在处理电容中可不包括位于被测单位器件的对角线上的单位器件。在此实施例中， 具有差值80的图10A和图10B的示例可被更新为105。
[0146] 在另一实施例中，可使用9传感器矩阵，包含紧接在受测单位器件1112的上方、下 方、左侧和右侧的两个单位器件的值。在此实施例中，上文的示例可被更新成使受测单位器 件1112的所处理的电容为155。在又一实施例中，可仅使用沿着受测单位器件1112的对角线 的值。本领域的技术人员应理解，可使用包括代表该阵列的单位器件和受测单位器件的单 位器件的各种组合。
[0147] 图12图示了用于对单位器件生成用于悬停位置计算的处理电容的方法1200的一 个实施例。首先可在步骤1210中测量电容。在各种实施例中，可根据图3A或图3B，或适用于 确定如互电容电极的多个交叉点或自电容电极的位置处的电容的改变的其它自电容或互 电容方法来测量电容。在步骤1210测量电容之后，在步骤1220,可将每一测得电容存储在该 阵列中对应于每一交叉点或单位器件的位置中。在一个实施例中，可将测得电容作为转换 为数字值的原始电容值来存储。在另一实施例中，可将测得电容作为原始电容值与基线值 之间的差来存储。在各种实施例中，基线值可为静态的、动态的、对于单位器件的整个阵列 来说全局的、每一单位器件所特有的或每一上述的某一组合。在步骤1230,可如参考图11A 和图11B所述那样更新每一单位器件处的值。在步骤1240,然后可利用处理电容值来更新该 阵列。在步骤1250,然后可使用步骤1230和1240的处理电容值来确定至少一个峰值单位器 件处的峰值。在步骤1260,然后可使用步骤1250的峰值单位器件来计算悬停在电容感测电 极上方的接触的位置。可如图10和图11所示完成峰值单位器件检测。在各种阶段，可在块 1201中检测悬停(相对于表面的触摸，或相对于导电物体与电容性感测电极之间的某一其 它交互）。如果在方法1200的各种步骤之前，未检测到悬停，那么可不完成剩余步骤，且可再 次测量每一电极或电极的每一单位器件的电容，或完成电容值的某一其它处理。
[0148] 随着悬停导电物体接近阵列的边缘，该阵列的电极所检测的导电物体的电容改变 量可减小，以致于悬停接触件的计算位置不再代表实际位置。图13图示了在物体1320悬停 位置的上方的互电容传感器1311的阵列1300的一个实施例。每一单位器件的测得电容值可 足够低且具有足够高的变化性，以使得阵列的边缘处的位置计算不精确。因此，可识别其中 可应用校正因数的边缘区1330。虽然在图13中示出了单个边缘区1330,但可对每一边缘/轴 线界定边缘区。
[0149] 图14A图示了互电容单位器件1411的阵列1400的实施例，其中每一轴线具有界定 在该阵列的每一侧处的两个边缘区。可对沿着阵列的顶部和底部的位置来界定边缘区1431 和1432。可对沿着阵列的左侧和右侧的位置来界定边缘区1433和1434。随着导电物体1420 朝着阵列1400的右边缘移动且移动到边缘区1433中，可由阵列1400和电容测量与处理电路 (例如，图3A和图3B的301或302)检测到导电物体1420。导电物体1420可沿着路径1425移动。
[0150] 图14B图示了图14A的部分1440的特写视图。路径1425被图示为在图14A的阵列 1400上方的导电物体1420的实际位置。随着导电物体1420移动到边缘区1433中，路径的未 经校正的位置可开始显著不同于沿着路径1425的实际位置。因此，一旦导电物体的位置被 计算为处于边缘区1433内，便可应用上文所述的校正方案以生成所校正的路径1429。在各 种实施例中，所校正的路径可具有或多或少对路径1425的保真度，然而，所校正的路径1429 与路径1425之间的差异可小于路径1427与1425之间的差异。根据又另外的实施例，可通过 所计算的位置、通过被标识为峰值的特定单位器件或单位器件阵列的边缘处或其附近的传 感器的和值群组来确定物体处于边缘区内。
[0151] 在一个实施例中，可将同一校正方案应用到每一区域中所检测的导电物体。在另 一实施例中，可将不同方案应用到每一轴线或接近或远离的传感器(相对于电极到感测电 路的接线）。在此实施例中，接近感测电路的电极的接线的导电物体的校正位置可由下式给 出：
[0153] 其中P是X位置或Y位置的未经校正的值，P'是X位置或Y位置的校正值，B是边缘区 的边界的位置，以及α是校正系数(大于1)。远离感测电路的电极的接线的导电物体的校正 位置可由下式给出：
[0155] 其中Ρ是X位置或Υ位置的未经校正的值，Ρ'是X位置或Υ位置的校正值，Β是边缘区 的边界的位置，P max是最大可能的位置值，以及α是校正系数(大于1)。
[0156] 在另一实施例中，可对阵列的整个激活区域而不仅仅对每一轴线的边缘处的区域 来对位置进行缩放。在此实施例中，位置可由下式给出：
[0158] 其中Ρ是X位置或Υ位置的未经校正的值，Ρ'是X位置或Υ位置的校正值，Β是边缘区 的边界的位置，以及p max是最大可能的位置值。
[0159] 在另一实施例中，位置根据二阶或较高阶校正而改变。在此实施例中，位置可由下 式给出：
[0160] Ρ7 =α2*(Β-Ρ)2+αι*(Β-Ρ)+α〇 (9)
[0161] 其中Ρ是X位置或Υ位置的未经校正的值，Ρ'是X位置或Υ位置的校正值，Β是边缘区 的边界的位置，以及^是校正系数(大于1)。
[0162] 针对较高阶校正，位置可由下式给出：
[0164] 其中Ρ是X位置或Υ位置的未经校正的值，Ρ'是X位置或Υ位置的校正值，Β是边缘区 的边界的位置，且W是校正系数(大于1)。
[0165] 图15图示了用于校正如图13、图14Α和图14Β所图示的悬停在边缘区上方的导电物 体的位置的方法1500的一个实施例。首先可在步骤1510计算导电物体的位置。如果在步骤 1515中该位置处于沿着X轴的近端的边缘区内，那么在步骤1520中，可应用近校正方案。在 应用近校正方案之后，方法1500可进行到判定步骤1535,其中将该位置与沿着Υ轴的近端的 边缘区进行比较。如果该位置处于沿着Υ轴的近端的边缘区内，那么在步骤1540中，可应用 近校正方案。如果在步骤1515中，该位置不处于沿着X轴的近端的边缘区内，那么方法1500 可进行到步骤1525,其中将该位置与沿着X轴的远端的边缘区进行比较。如果该位置处于沿 着X轴的远端的边缘区内，那么在方法1500进行到步骤1535之前，在步骤1530中，可应用远 校正方案。类似地，如果在步骤1535中，该位置不处于沿着Υ轴的近端的边缘区内，那么方法 1500可进行到步骤1545,其中将该位置与沿着Υ轴的远端的边缘区进行比较。如果该位置处 于沿着Υ轴的远端的边缘区内，那么在步骤1550中，可应用远校正方案，以及方法1500可进 行到步骤1560且报告该位置。如果该位置不处于任何边缘区内，那么可报告步骤1510的所 计算的位置，而无需步骤1520、1530、1540或1550的任何校正。
[0166] 在一个实施例中，可使用类似于方程式(5)和(6)的方程式。然而，本领域的技术人 员应理解，可使用更忠实于电极阵列上方的悬停导电物体的实际位置的不同校正方案来产 生悬停导电物体的位置。类似地，虽然方程式(5)和(6)被描述为分别适用于近端X和Y位置 以及远端X和Y位置，但本领域的技术人员应理解，可对每一边缘区使用不同校正方案。类似 地，本领域的技术人员应理解，虽然单个系数α应用于每一方程式和每一区，但不同系数可 与相同方程式一起用于每一边缘区。不同区大小可用于不同轴线或阵列的不同侧。在其它 实施例中，边缘区可使用计算的位置或峰值单位器件的位置。在又另外实施例中，边缘区的 形状和大小可基于测量的峰值的高度或至少一个电容感测电极或电容感测电极的组合上 的激活级别(测得电容)来改变。
[0167] 电容感测阵列上的物体的识别和追踪对噪声高度敏感。为了进行悬停检测，噪声 代表了对准确且精确的检测的显著障碍。来自悬停导电物体的信号可相当小于与感测表面 直接接触的物体的信号。因此，悬停可被错误检测，这是因为信号由于测得电容的改变而被 放大或错误地减小，测得电容的改变是因系统噪声所致且不是电容的实际改变。
[0168] 图16图示了用于检测且确认如图10Α、图10C和14Α所图示且由图5的系统501所检 测的悬停在电极阵列上方的导电物体的方法1600的一个实施例。首先在步骤1601中测量电 容。电容测量可通过自电容测量电路和互电容测量电路两者来进行。在通过互电容进行悬 停检测和位置计算之后，在步骤1610中，可将阵列的交叉点（或单位器件）的每一者处的互 电容值记录到存储器中。互电容可通过图3Β所示的电路来测量，且存储在如图5所示的存储 器中。在记录所有互电容数据之后，在步骤1620中，可应用共模滤波。在图17Α和图17Β所示 的实施例中更详细地图示了步骤1620的共模滤波处理的细节。在应用步骤1620的共模滤波 之后，在步骤1630中，可记录所处理的互电容数据，以及在步骤1640中，可计算悬停在电极 阵列上方的导电物体的位置。
[0169] 与步骤1610、1620、1630和1640的互电容测量和处理并行，可使用自电容测量和处 理来确认有效悬停。在步骤1601中，可测量自电容。在一个实施例中，可使用与图3Α所示的 自电容测量电路类似的自电容测量电路。在步骤1615中，可记录所测量的自电容值，以及在 步骤1625的单位器件群组处理中，可处理所测量的自电容值。在步骤1635中，可记录所处理 的自电容数据，以及在步骤1645中，更新可用于确定有效悬停的基线值。在步骤1655中，可 使用所更新的自电容基线来验证悬停检测。如果验证了步骤1655的悬停检测，那么在步骤 1661中，可将步骤1640中所计算的悬停位置报告给主机。
[0170] 在一个实施例中，方法1600可由图5的CPU 512来完成。在各种其它实施例中，方法 1600的部分可由图5的CPU 512、调谐逻辑513和主机520的组合来完成。
[0171] 图17A图示了方法1600的步骤1620的共模滤波的一个实施例。类似于方法1600的 步骤1601的电容测量且使用与图3B所示的电路类似的电路，首先在步骤1701中，可测量互 电容。在步骤1610中记录互电容数据之后，在步骤1715中，方法1700可确认装置处于悬停模 式中，且至少一个导电物体被与如图10A到图10D、图13和图14A所图示的单位器件相关联或 与其对应的电极以及电容测量电路和处理逻辑检测到。如果在步骤1715中未检测到导电物 体或装置不处于悬停模式中，那么方法1700可返回到步骤1701且再次测量互电容。如果悬 停模式是激活的且至少一个导电物体被检测到，那么在步骤1725中，可将每一互电容传感 器（单位器件或电极交叉点）与排除区域进行比较。在一个实施例中，该排除区域 (exclusion region)可通过每一单位器件上的电容改变的级别来界定。如果在一个实施例 中互电容改变得足够大，那么该互电容可被确定为处于排除区域内，且该单位器件的值未 被包含。在另一实施例中，足够接近峰值单位器件的单位器件可被确定为处于排除区域内， 这意味着该确定是空间上的，而非基于信号。如果单位器件被确定为处于排除区域内，那么 在步骤1730中，可将其值从共模滤波平均值中扣除(排除）。如果单位器件不处于排除区域 内，那么在步骤1740中，可根据所测量的互电容值和共模滤波基线值来计算差值。如果在步 骤1745中，差值大于阈值，那么在步骤1750中，可将原始电容测量值加至和值（sum)。步骤 1755可确保所有接收通道(例如，图3B的通道320)已经被分析，且如果单位器件处于排除区 域之外（步骤1725)且差值大于阈值(步骤1745)，那么将所有接收通道的值加至和值。如果 已在步骤1755中处理了所有接收通道，那么在步骤1760中，可计算所处理的接收通道的平 均值。在一个实施例中，可根据步骤1750的相加的差值除以加至和值的差值的总数来计算 所处理的接收通道的平均值。应注意，和值不包括处于排除区内（步骤1725)的单位器件的 值，或差值低于阈值（步骤1745)的单位器件的值。在步骤1760中计算平均值之后，在步骤 1780中，可将平均值从所有传感器的原始电容值减去，而不管它们是否处于排除区之外或 它们的差值是否大于阈值。然后在方法1600的步骤1630中，可记录步骤1780处理的值，且完 成方法1600的剩余部分。在一个实施例中，方法1700可由图5的CPU 512来完成。在各种其它 实施例中，方法1700的部分可由图5的CPU 512、调谐逻辑513和主机520的组合来完成。
[0172] 图17B图示了对互电容悬停数据进行共模滤波的结果1790。线1791图示了方法 1600和1700的步骤1610的所记录的互电容数据。线1795图示了步骤1610的互电容数据，其 中以相同的减法处理了每一单位器件处的互电容的所有数据。将接近悬停检测的边缘的单 位器件的互电容值置零时，损失了大量信号。线1793图示了共模滤波过程已完成的步骤 1780的互电容数据。悬停检测的边缘处的噪声被置零，但保留了大量信号来计算悬停位置。
[0173] 图18A图示了方法1600的步骤1625的单位器件群组处理的方法1800的一个实施 例。类似于方法1600的步骤1601的电容测量且使用与图3A的电路类似的电路，首先可在步 骤1801测量自电容。在步骤1615中记录自电容数据之后，方法1800可向多个虚拟单位器件 填充根据真实单位器件的测量的自电容值导出的值。虚拟单位器件可对应于阵列上刚好在 电极所覆盖的物理区域之外且对应于如图2A到图2B和图10A到图10D所示的单位器件的位 置。虚拟单位器件可不是单位器件阵列的一部分，而是在固件中创建以表示超出单位器件 阵列的物理限制的单位器件的部分。在一个实施例中，可根据表1来填充虚拟单位器件。
[0174] 表1
[0176] 本领域的技术人员应理解，表1代表了自电容传感器阵列的一侧，且类似表可用于 自电容传感器阵列的另一侧。示例示出在表2中。
[0177] 表2
[0179] 虽然表1和表2示出了用于阵列的右侧和左侧两者的相同方程式，但本领域的技术 人员应理解，可使用其它计算来导出虚拟单位器件的值。此外，虽然仅示出两个基本方程式 且将其应用于特定单位器件，但可使用各种其它方程式，且这些其它方程式可基于虚拟单 位器件相对于单位器件阵列的剩余部分的位置、虚拟单位器件的轴线或受测轴线、包含峰 值单位器件的各种单位器件的测得电容值、或装置或触摸屏控制器的操作模式而不同。在 步骤1820中，可将虚拟单位器件和真实单位器件数据相加以创建自电容阵列中的每一现实 单位器件的新值。在一个实施例中，可将以每一单位器件为中心的1X5矩阵中的五个单位 器件一起相加。在各种实施例中，可使用单位器件的不同组合(多于或少于五个）。改变单位 器件的数量可需要不同数量的虚拟单位器件。仍在其它实施例中，可将额外处理应用到单 位器件信息，包含但不限于将值乘以或除以各种系数。在步骤1825中，可比较步骤1820的总 和指标与悬停阈值，以及如果总和指标大于悬停阈值，那么检测到悬停，且在步骤1661中， 将方法1600的步骤1640的位置报告给主机。如果总和指标不大于悬停阈值，那么在步骤 1661中，可不将步骤1640中所计算的悬停位置报告给主机。在一个实施例中，方法1800可由 图5的CPU 512来完成。在各种其它实施例中，方法1800的部分可由图5的CPU 512、调谐逻辑 513和主机520的组合来完成。
[0180] 图18B图示了方法1800的总和指标和悬停阈值比较的结果1890。将线1895(步骤 1615的原始电容数据)和1893(步骤1614和1820的所处理的电容数据）的值与悬停阈值1891 进行比较。如果原始值小于阈值且所处理的值大于阈值，那么在步骤1655中检测到有效悬 停。
[0181] -旦检测到有效悬停，下一步骤可为确定该悬停在阵列上的位置。
[0182] 图19A图示了具有与图10C所示的电容改变类似的电容改变的互电容单位器件阵 列1901。如图10C所图示和图11A所描述，使用单位器件的5X5矩阵来识别峰值单位器件 1910。图19A图示了EdgeCutoff的计算，EdgeCutoff可用于确定哪些单位器件用于计算在互 电容单位器件阵列1901上的悬停位置。由于悬停的边缘处的噪声，悬停的位置计算可能存 在抖动，而抖动导致了报告给主机且被用户查看的位置的不精确。通过设置部分依据测得 电容改变导出的阈值来确定哪些单位器件用于计算位置可改进性能和用户体验。在识别了 峰值单位器件1910之后，可将围绕峰值的各器件的中间三个1X5矩阵相加。在图19中的示 例中，将具有峰值单位器件1910的行相加而等于84(14+21+23+16+10)，将紧接在峰值单位 器件1910上方和下方的行分别相加而等于97和94。将具有峰值单位器件1910的列相加而等 于106(15+24+23+23+21)，且将紧接在峰值单位器件1910的左侧和右侧的列分别相加而等 于94和82。然后，可将围绕峰值单位器件1910的三行和三列相加而产生行和值275以及列和 值282。这些和值可乘以缩放系数以产生EdgeCutoff值。在图19中的示例中，缩放系数是10/ 54,这产生了的值为51的行的EdgeCutoff以及值为52的列的EdgeCutoff。使用这些 EdgeCutoff，基于围绕峰值单位器件1910的IX 5矩阵的和值，行和列被包括或不被包括。虽 然在图19中示出了 1X5矩阵，但本领域的技术人员应理解，在各种实施例中，可使用不同形 状和大小的矩阵。例如，可使用1 X 3、1 X 4乃至1 X 87矩阵。在一个实施例中，可在开发期间 设置矩阵的大小。在另一实施例中，可基于受测单位器件或列或行、峰值单位器件的信号级 另IJ、或装置或触摸屏控制器的操作模式来设置矩阵的大小。
[0183] 在图19A的示例中，存在具有大于EdgeCutoff的值的六列和具有大于EdgeCutoff 的值的六行。这六行和六列可用于计算悬停的位置。在一个实施例中，可在触摸屏的开发和 设计中确定缩放量10/54。在另一实施例中，可存在存储在装置中的多个值，该装置为触摸 屏控制器或主机，所述值可基于变化的电容改变值或用户设置来使用。在一个实施例中，用 户可能够通过进入设置窗口且相对其它触摸参数调整悬停检测的灵敏度和位置的准确性 来增大或减小缩放量。例如，减小EdgeCutoff可在悬停位置的计算中提供较大范围，但也可 将较多抖动引入到位置计算中。如果用户相比精确度更看重灵敏度，那么可选择减小缩放 量值。
[0184]图19B图示了EdgeCutoff的实施例，以及在确定哪些行用于悬停的位置计算以及 每一列和行中有多少被使用时可如何将EdgeCutoff应用到和值。虽然图19A仅图示了沿着 行的位置计算，但本领域的技术人员应理解，类似方法和计算可用于列。具有大于 EdgeCutoff 1930的值的每一行被示为具有处于顶部的值的直方图。行2和行9小于 EdgeCutoff 1930且因此未用于悬停位置的计算中。行3和行8大于EdgeCutoff 1930,但它 们是峰值单位器件1910的每一侧上所包括的第一行，其贡献可因此被打折。因为行3勉强大 于EdgeCutoff 1930且行2远小于EdgeCutoff 1930,所以行3的值的三分之一（18/54)可包 括在位置计算中。因为行8可大于EdgeCutoff 1930且因为行9较接近EdgeCutoff 1930,所 以行8的较多部分包括在位置计算中（86%，即59/69)。
[0185] 因为悬停物体可对电容感测电极阵列的测得电容级别产生较小影响，所以悬停检 测可由于接近电容感测电极阵列或在其上的其它物体的接近度而容易遭受错误检测或迅 速改变位置的影响。在各种实施例中，为了维持位置，可使用某一级别的滞后。
[0186] 图20图示了用于在存在其它信号(诸如，另一悬停或握持)或高噪声的情况下维持 悬停的位置的方法2000。方法2000可用于确保随着用户的手渐渐接近电极阵列而进行悬停 检测且在屏幕上进行追踪，或如果用户的手指拿着装置，那么开始改变沿着电极阵列的边 缘的电极的电容。可在步骤2010中测量每一单位器件的互电容，以及在步骤2010中，计算每 一单位器件与围绕该单位器件的5X5矩阵中的24个单位器件的和值。这可类似于参考图 10C所述的情形。在每一单位器件具有计算的和值之后，在步骤2030中识别峰值传感器，例 如，如图10、图11和图12所示出和描述的。使用先前识别的峰值单位器件，可比较当前识别 的峰值单位器件以了解其接近还是远离先前峰值。如果当前识别的峰值单位器件接近先前 峰值单位器件，那么在步骤2042中，可应用正常悬停阈值。在各种实施例中，这可意味着使 用正常缩放量(参见图19A和图19B的EdgeCutoff)，或可意味着维持检测到悬停存在此处所 必需的电容改变值。如果当前识别的峰值单位器件远离先前峰值单位器件，那么在步骤 2044中，可将滞后应用到各种悬停阈值。在各种实施例中，可对于EdgeCutoff而增大缩放 量，或可升高检测到悬停存在所必需的电容值。在步骤2042和2044中设置悬停阈值的情况 下，在步骤2045中，可分析电容值以检测悬停。如果在步骤2045中不满足悬停要求，那么方 法2000可返回到步骤2010且再次测量互电容。如果在步骤2045中满足了悬停要求，那么在 步骤2050中，可计算物体在阵列上方的高度(Z位置)和物体大小。对于步骤2035中所识别的 接近的峰值，在步骤2053中，可比较步骤2050的物体大小与接近物体的阈值。如果在步骤 2053中，步骤2050的物体大小大于接近物体的阈值，那么在步骤2060中可计算物体的位置， 且在步骤2070中记录该位置。如果在步骤2053中，步骤2050的物体大小不大于接近物体的 阈值，那么方法2000可在步骤2080中返回"无悬停"的状态，以及可返回到步骤2010且再次 测量互电容。对于步骤2035中所识别的远离的峰值，在步骤2057中，可比较步骤2050的物体 大小与远离物体的阈值。如果在步骤2057中，步骤2050的物体大小大于远离物体的阈值，那 么在步骤2060中可计算物体的位置，且在步骤2070中记录该位置。如果在步骤2057中，步骤 2050的物体大小不大于远离物体的阈值，那么方法2000可在步骤2080中返回"无悬停"的状 态，以及可返回到步骤2010且再次测量互电容。
[0187] 图20的方法2000可用于通过使用增加或减少用于检测悬停的判据值的预期值，来 忽略可被记录为悬停的与阵列不相关或无意识的交互。对于接近预期位置的悬停检测，与 远离预期位置的悬停检测的情况下的判断相比，可放松用于判断悬停的阈值。这意味着在 阵列上方高处正迅速移动的悬停比在相同高度处较缓慢移动的手指更可能下降。
[0188] 图21图示了用于确定在检测或维持悬停以及计算悬停位置中将使用哪个峰值单 位器件的方法2100中的额外步骤。方法2100可始于类似于图20的步骤2070,在步骤2110中 记录接近和远离物体的位置。在步骤2115中如果先前检测到大物体，那么方法2100可然后 在步骤2125中确定当前是否检测到大物体。如果在步骤2125中，当前检测到大物体，那么在 步骤2130中，可递减大物体的反跳计数器，且在步骤2190中，不报告悬停。如果在步骤2115 中，先前未检测到大物体，或在步骤2125中，未检测到大物体，那么在步骤2135中，可检测峰 值单位器件。如果未检测到峰值单位器件，那么在步骤2190中不报告悬停。如果在步骤2135 中，检测到峰值单位器件，且远离的峰值单位器件远高于接近的峰值，那么在步骤2154中， 将远离的峰值用于悬停位置计算。如果远离的峰值单位器件并不远高于接近的峰值单位器 件，那么在步骤2152中，将接近的峰值单位器件用于悬停位置计算。在步骤2160中，可基于 步骤2152和2154的所识别的峰值单位器件来更新悬停位置。如果在步骤2165中，峰值单位 器件并非大物体的一部分，那么在步骤2180中计算最终位置且将悬停接触报告给主机。如 果峰值单位器件是大触摸的一部分，那么在步骤2170中，可初始化大物体反跳计数器，且在 步骤2190中，不报告悬停。
[0189] 一旦已检测到且验证悬停，那么可使用诸如方程式（3)的标准质心计算方法来计 算该悬停的位置。然而，悬停的低信号级别可在所检测的位置中导致显著的抖动，且在悬停 能力被启用的情况下减小了触摸屏装置的可用性。因此，不同的位置计算算法可以对各种 电容感测电极和测量电路的测得电容数据具有较大电容性影响，用于确定除物体和接触类 型之外的悬停接触类型。
[0190] 图22A图示了用于计算使用中值(median)单位器件和阵列的电极的间距来计算在 电极阵列上的悬停接触的位置的方法2201的实施例。在步骤2210中，可将用于位置计算中 的所有单位器件相加。在一个实施例中，使用参考图19A和图19B而概述的方法来确定用于 悬停位置计算的单位器件。在另一实施例中，可直接使用如图10B到图10C和图11所示的围 绕峰值的单位器件的矩阵。在各种其它实施例中，可使用阵列中的全部单位器件或单位器 件的其它子集。在步骤2210中将所有相关单位器件的全部信号相加之后，在步骤2220中，然 后可将和值除以2。在步骤2230中，从阵列中被用于位置计算的第一单位器件开始，将每一 单位器件值加在一起。可将第一单位器件的值Sn与第二单位器件的值S N+1相加。在步骤2240 中，然后可将SN和3〃+1的值记录为总计Stotal。在步骤2245中，然后可将Stotal的值与步骤2220 的所有单位器件的和值除以2所得的值进行比较。如果S TQm小于所有单位器件的和值的一 半，那么在步骤2250中，可将下一单位器件的信号加至STQTAL，且可重复步骤2245的比较。如 果STQm大于所有单位器件的半和值，那么在步骤2260中，可通过将所有单位器件的半和值 从STQTAL减去且接着将该值除以一单位器件值SHALF来计算比率R，其中该单位器件值S HALF使 ST0TAL超过所有单位器件的半和值。在步骤2270中，然后可按照比率R乘以单位器件间距加上 先前单位器件的数量乘以单位器件间距来计算位置。将所有相关单位器件的和值除以二不 是限制性的。在一些实施例中，除数可使用不同值，包含整数或分数。仍在其它实施例中，可 将所有相关单位器件的和值划分为两个以上的组以提供所识别的单位器件的不同范围或 可能性。
[0191] 图22B图示了图22A的方法2201的示例。使用标准质心计算的位置被示出为质心位 置2280。然而，此位置不一定受接触的右侧边缘处的传感器值影响。通过使用图22A的方法 2201，中值位置2282被示出为质心位置2280的略偏左侧处。在图22B所示的示例中，Stotal是 270,这意味着将位置计算为跨传感器3的28.125%。如果使用标准质心计算，那么根据方程 式(3)，将位置计算为44.34%。
[0192] 图23A、图23B和图23C图示了用于接近电容感测电极阵列的边缘的不同接触类型 的单位器件的值的比率的各种实施例。这些比率可用于在不同接触之间进行区分，且将不 同位置计算和其它处理算法应用于电容信息。可类似于图19A和图19B所示的情形来确定用 于计算的传感器。
[0193] 图23A图示了在阵列的边缘上的握持接触。可识别峰值单位器件，且将围绕该峰值 单位器件的一对1X5矩阵相加。然后可计算且记录最外部矩阵与较居中矩阵的比率。对于 图23A的握持接触，阵列的边缘处的1 X 5矩阵的和值是236，以及较居中的1 X 5矩阵的和值 是64,从而产生比率3.7。
[0194] 图23B图示了在阵列的边缘上方的悬停接触。如参考图23A所述，可识别峰值单位 器件，且将围绕该峰值单位器件的一对1X5矩阵相加。然后可计算且记录最外部矩阵与较 居中矩阵的比率。对于图23B的阵列的边缘上方的悬停接触，阵列的边缘处的1 X 5矩阵的和 值是68,以及较居中的IX 5矩阵的和值是45,从而产生比率1.5。
[0195] 图23C图示了接近阵列的边缘但不处于其上方的悬停接触。如参考图23A和图23B 所述，可识别峰值单位器件，且将围绕该峰值单位器件的一对1X5矩阵相加。然后可计算且 记录最外部矩阵与较居中矩阵的比率。对于图23C的接近阵列的边缘的悬停接触，阵列的边 缘处的1 X 5矩阵的和值是124，以及较居中的1 X 5矩阵的和值是111，从而产生比率1.1。
[0196] 图23A、图23B和图23C的矩阵虽然被图示为1X5矩阵，但可具有不同尺寸和形状。 在另一实施例中，可在每一触摸屏单元的制造过程期间确定矩阵，且在生产阶段将其烧写 到控制器中。在又一实施例中，矩阵可由用户经由设置菜单和接口来改变或变换。在一些实 施例中，用户可不直接改变矩阵的尺寸和形状。实际上，对灵敏度或响应的设置可改变各种 参数，矩阵形状可为其中之一。
[0197] 可将图23A、图23B和图23C的各种比率与预期值进行比较，且如果所述比率处于特 定范围中，那么因此正确地识别接触且进行处理。在一个实施例中，可在开发期间确定范围 且在生产期间将其烧写到控制器中。在另一实施例中，可在每一触摸屏单元的制造过程期 间确定范围，且在生产阶段将其烧制在控制器中。在又一实施例中，比率可由用户经由设置 菜单和接口来改变或以其它方式来更改。在一些实施例中，用户可不直接改变比率阈值。实 际上，对灵敏度或响应的设置可改变各种参数，比率阈值可为其中之一。
[0198] 此外，虽然图23A、图23B和图23C示出了单位器件阵列的垂直边缘上的物体检测， 但本领域的技术人员应理解，可沿着单位器件阵列的水平边缘使用相同或类似方案。
[0199] 图24图示了用于根据图23A、图23B和图23C中的实施例来确定存在什么类型的接 触的方法2400的一个实施例。首先可在步骤2410测量互电容。在一个实施例中，可根据图3B 所图示的电路来测量互电容。在一个实施例中，可将所测量的互电容表示为所测量的值与 基线值之间的差，其中对每一单位器件或对阵列全局地维持基线值。在步骤2420中，然后可 识别峰值单位器件。可按与图10B和图10C以及图11A和图11B所示的方式类似的方式识别步 骤2420的峰值单位器件。在步骤2420中识别峰值单位器件之后，在步骤2430中，可按与图 19A所示的方式类似的方式识别激活单位器件。在步骤2440中，可计算如图23所图示的激活 单位器件的接触比率。在一个实施例中，可按照阵列的边缘处围绕峰值单位器件的第一 1 X 5矩阵的和值除以相比第一 1 X 5矩阵较居中的围绕峰值单位器件的第二1 X 5矩阵的一列或 一行的和值来计算步骤2440的接触比率。虽然图23所示的实施例仅图示了一对1X5矩阵， 但本领域的技术人员应理解，可使用较大长度和宽度的矩阵。此外，虽然图23和图24的实施 例将最外部矩阵除以相邻矩阵，但本领域的技术人员应理解，可对此进行颠倒，即，以相同 方式使用比率的倒数。一旦在步骤2440中计算了接触比率，在步骤2445中，便可将其与数个 范围进行比较。如果步骤2440的比率处于"握持"范围内，那么在步骤2452中，可识别握持接 触，且在步骤2462中，以握持启发法来处理握持接触。如果步骤2440的比率处于"边缘上的 悬停"范围内，那么在步骤2454中，可识别阵列的边缘上的悬停，且在步骤2465中，以适当悬 停启发法来处理阵列的边缘上的悬停。如果步骤2440的比率处于"接近边缘的悬停"范围 内，那么在步骤2456中，可识别接近阵列的边缘悬停，且在步骤2465中，以适当悬停启发法 来处理接近阵列的边缘的悬停。
[0200] 图25A图示了对于包括悬停、接近边缘的悬停、薄手套、2mm触笔、无触摸、厚手套和 1mm触笔的各种接触类型所检测到的最大信号。这些最大信号可用于界定具有图26的区域 的分区或范围。如果检测到触摸或悬停，那么所接收的信号可表示噪声底限，其中可从该噪 声底限计算差值且进行处理以检测各种物体和接触类型。
[0201] 图25B图示了对于各种物体和接触类型峰值单位器件和周围单位器件的值之间的 关系。代表性的手指具有高峰值单位器件值，且以低于触笔但高于戴手套的手指或悬停的 速率从该高峰值单位器件值下降。戴手套的手指和触笔具有类似的峰值单位器件值，但触 笔的较小接触面积导致信号从围绕峰值单位器件的单位器件更陡地下降。悬停和触笔可具 有不同峰值单位器件值，但对峰值单位器件和周围单位器件的值进行积分，可导致类似的 值。
[0202] 图26图示了在Y轴上具有与图10B和图10D所图示的传感器和值类似的传感器的各 种5 X 5和值，以及在X轴上具有峰值传感器值的图表，以示出各种触摸类型具有对应于特定 区域的峰值和和值，以及可在触摸控制器处于各种触摸模式中时对各种触摸类型进行分 类。
[0203] 图27A、图27B和图27C图示了用于在各种模式中进行操作时检测接触类型的各种 分区或范围。类似于图10B和图10D所图示计算围绕峰值单位器件的5 X 5矩阵和值且将其绘 制在Y轴上。峰值单位器件绘制在X轴上。点在各种分区中位于何处用于识别接触类型。对于 图27A、图27B和图27C，存在四个可能分区：闲置/悬停2711、带手套的手指2712、触笔2713和 裸露的手指2714。如果分区2711是激活的，那么可使用先前附图的用于识别且计算悬停位 置的各种方法。
[0204]图27A图示了在手指模式中操作的触摸屏装置的分区或范围的曲线图2701。在一 个实施例中，值小于第一触摸阈值2721的值的所有峰值单位器件在直接接触阵列中被识别 为"空闲"或对应于不直接接触。在一个实施例中，可根据图10、图11和图12来确定且计算峰 值单位器件和每一者的值。对于大于第一触摸阈值2721且小于最大手套峰值2723(其代表 可检测到戴手套的手指的最高峰值），且具有大于该峰值单位器件值乘以用于创建矩阵阈 值2724的值的5 X 5和值(如图10B和图10D所图示)的峰值单位器件值来说，被识别为戴手套 的手指。对于大于第一触摸阈值2721且具有小于峰值单位器件值乘以用于创建矩阵阈值 2726的值的5X5和值的峰值来说，被识别为触笔。所有其它点被识别为直接在阵列上的裸 露的手指。
[0205]图27B图示了在手套模式中操作的触摸屏装置的分区或范围的曲线图2702。在一 个实施例中，小于可用于识别戴手套的手指的最小值2731的值的所有峰值单位值在直接接 触阵列中被识别为"空闲"或对应于不直接接触。在一个实施例中，可根据图10、图11和图12 来确定且计算峰值单位器件和每一者的值。对于大于可用于识别戴手套的手指的最小值 2731以及小于可用于识别戴手套的手指的最大信号2733,且具有不处于由沿着Y轴的峰值 (线2726)以及由矩阵阈值2724和触笔阈值2732所限定的峰值单位器件值所限定的分区内 的5 X 5和值(如图10B和图10D所图示）的峰值来说，戴手套的手指被识别，其中5 X 5矩阵的 最大值2726可被检测为触笔。对于大于触笔阈值2732,且具有小于可被检测为触笔的5X5 矩阵的最大值2726以及大于Y轴上的峰值2125的5X5和值的峰值来说，被识别为触笔。所有 其它点被识别为直接在阵列上的未被覆盖的手指。对于处于由Y轴上的峰值2726以及由矩 阵阈值2724和触笔阈值2732所限定的峰值所限定的分区内的点来说，触笔被识别，其中5 X 5矩阵的最大值2726可被检测为触笔。所有其它点被识别为直接在阵列上的裸露的手指。
[0206] 图27C图示了在触笔模式或悬停模式中操作的触摸屏装置的分区或范围的曲线图 2703。在一个实施例中，小于触笔阈值2732的值的所有峰值在直接接触阵列中被识别为"空 闲"或对应于不直接接触。在一个实施例中，可根据图10、图11和图12来确定且计算峰值单 位器件和每一者的值。对于大于触笔阈值2732以及小于最大手套峰值2723,而具有大于增 大的峰值2745的5 X 5和值(如图10B和图10D所说明）的峰值来说，被识别为戴手套的手指。 对于大于触笔阈值2732且具有小于峰值2745的峰值的5X5和值的峰值来说，或对于大于最 大手套峰值2723且小于触笔与裸露手指之间的边界2744的峰值来说，被识别为触笔。所有 其它点被识别为直接在阵列上的裸露的手指。
[0207] 图28图示了根据一个实施例的基于最大信号（峰值单位器件值)和数个阈值而确 定触摸屏的正确模式的方法2800。在步骤2802中，可测量每一交叉点处的电容，以及在步骤 2804中，计算最大差值。如果在步骤2805中，悬停模式是激活的，那么在步骤2810中，通过悬 停模式设置来设置阈值，且在步骤2813中，将步骤2804的最大差值与该阈值进行比较。如果 最大差值小于阈值，那么未检测到接触，且在步骤2818中，触摸屏进入空闲模式。如果最大 差值超过阈值，那么在步骤2820中维持悬停模式。如果在步骤2805中，悬停模式并不是激活 的，那么在步骤2808中，通过先前模式设置阈值，而无论先前模式是什么。在步骤2815中，将 最大差值与先前模式的阈值进行比较，且如果最大差值小于阈值，那么未检测到接触，且在 步骤2818中，触摸屏进入空闲模式。如果最大差值大于先前模式的阈值，那么在步骤2822 中，装置从悬停模式转变到先前模式，而无论先前模式是什么。如果在步骤2825中，触笔模 式是激活的，那么在步骤2827中，将步骤2804的最大差值与用于从触笔检测到手指检测的 转变的阈值进行比较，且如果最大差值大于该阈值，那么在步骤2830中，触摸屏装置进入手 指模式。如果在步骤2833中，手套模式是激活的，那么在步骤2835中，将步骤2804的最大差 值与用于从触笔检测到手指检测的转变的阈值进行比较，且如果最大差值大于该阈值，那 么在步骤2838中，触摸屏装置进入手指模式。如果最大差值小于阈值，那么进入先前模式， 且使用用于该模式的适当阈值。
[0208] 图29图示了根据一个实施例的用于从不同模式检测物体类型和接触类型的方法 2900的另一实施例。首先在步骤2902中，类似于方法2800的步骤2804,可计算最大差值。在 步骤2905中，在触笔模式、手指模式或手套模式之间确定模式。如果在步骤2906中，装置处 于触笔模式中，那么可根据图27C来绘制峰值单位器件以及围绕峰值单位器件的单位器件 的5X5矩阵(如图10B和图10D所图示）。如果在步骤1915中，峰值单位器件和单位器件的5X 5矩阵落入图27C的手套分区内，那么在步骤2917中，方法2900可确定模式改变是否处于反 跳时间内。如果模式改变处于反跳时间内，那么在步骤1918中，可将模式切换设置为"待 决"，且在步骤2924中，可维持触笔模式。同样，如果在步骤1915中，峰值单位器件和单位器 件的5X5矩阵不落入图27C的手套分区内，那么在步骤2924中，可维持触笔模式。然而，在步 骤1915中，峰值单位器件和单位器件的5X5矩阵落入图27C的手套分区内，且在步骤2917 中，切换处于反跳时间之外，方法2900可在步骤2922中将装置模式改变为手套模式，且在步 骤2924中返回该模式。
[0209] 如果在步骤2910中，装置处于手套模式，那么可根据图27B来绘制峰值单位器件以 及围绕峰值单位器件的单位器件的5X5矩阵（如图10B和图10D所图示）。如果在步骤2925 中，峰值单位器件和单位器件的5X5矩阵落入图27B的手套分区内，那么在步骤2927中，方 法2900可确定模式改变是否处于反跳时间内。如果模式改变处于反跳时间内，那么在步骤 2928中，可将模式切换设置为"待决"，且在步骤2924中，可维持手套模式。同样，如果在步骤 2925中，峰值单位器件和单位器件的5X5矩阵不落入图27C的触笔分区内，那么在步骤2942 中，可维持手套模式。然而，在步骤2925中，峰值单位器件和单位器件的5X5矩阵落入图27C 的手套分区内，且在步骤2957中，切换处于反跳时间之外，方法2900可在步骤2940中将装置 模式改变为触笔模式，且在步骤2942中返回该模式。
[0210] 如果在步骤2908中，装置处于手指模式，那么在步骤2945中，方法2900可首先确定 是否存在待决的到手套模式的切换。如果不存在，那么可根据图27C来绘制峰值单位器件以 及围绕峰值单位器件的单位器件的5X5矩阵（如图10B和图10D所图示）。如果在步骤2955 中，峰值单位器件和单位器件的5X5矩阵落入图27B的触笔分区内，那么在步骤2957中，方 法2900可确定模式改变是否处于反跳时间内。如果模式改变处于反跳时间内，那么在步骤 2958中，可将模式切换设置为"待决"，且在步骤2972中，可维持手指模式。同样，如果在步骤 2955中，峰值单位器件和单位器件的5 X 5矩阵不落入图27C的触笔分区内，那么在步骤2972 中，可维持手指模式。然而，在步骤2955中，峰值单位器件和单位器件的5X5矩阵落入图27C 的触笔分区内，且在步骤2957中，切换处于反跳时间之外，方法2900可在步骤2970中将装置 模式改变为触笔模式，且在步骤2972中返回该模式。
[0211] 如果在步骤2945中，存在待决的手套切换，那么可根据图27A来绘制峰值单位器件 以及围绕峰值单位器件的单位器件的5X5矩阵(如图10B和图10D所图示）。如果在步骤2975 中，峰值单位器件和单位器件的5X5矩阵落入图27B的手套分区内，那么在步骤2977中，方 法2900可确定模式改变是否处于反跳时间内。如果模式改变处于反跳时间内，那么在步骤 2958中，可将模式切换设置为"待决"，且在步骤2992中，可维持手指模式。同样，如果在步骤 2975中，峰值单位器件和单位器件的5X5矩阵不落入图27C的手套分区内，那么在步骤2992 中，可维持手指模式。然而，在步骤2975中，峰值单位器件和单位器件的5X5矩阵落入图27C 的手套分区内，且在步骤2977中，切换处于反跳时间之外，方法2900可在步骤2990中将装置 模式改变为手套模式，且在步骤2992中返回该模式。
[0212] 图30图示了用于在检测到大物体时进入到悬停模式中的状态图3000的一个实施 例。状态图3000可开始寻找悬停模式3010或寻找触摸模式3012。如果检测到悬停物体，那么 状态图3000可进入有效悬停状态3020。如果检测到大悬停物体，那么状态图可进入大悬停 物体状态3030，其中从大悬停物体状态3030，仅可能有两个选项是:寻找悬停模式3010或有 效手指模式3040。这意味着如果检测到悬停在阵列上方的大物体，那么可不进入有效悬停 状态。
[0213] 在上文的描述中，阐述了众多细节。然而，对于受益于本公开的本领域的技术人员 应明白，可在不存在这些特定细节的情况下实践本发明的实施例。在一些情形下，以框图形 式而不是详细地示出了熟知的结构和装置，以便避免混淆本描述。
[0214] 详细描述的一些部分是以计算机存储器内对数据位的操作的算法和符号的方式 表示来呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员所使用方法，以最有效地将 其工作的实质传达给本领域的技术人员。算法此处通常被视为导致所期待结果的步骤的自 洽序列。所述步骤是需要对物理量进行物理操纵的步骤。通常，但未必，这些量采用能够存 储、传送、组合、比较和另外操纵的电信号或磁信号的形式。有时，主要出于通用的原因，已 被证明方便的是，将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等。
[0215] 然而，应谨记，所有这些术语和类似术语应与适当物理量相关联且仅是被应用到 这些量的便利标记。除非如从上文的论述所显而易见的另有具体陈述，否则应了解，贯穿本 描述，利用诸如"积分"、"比较"、"平衡"、"测量"、"执行"、"汇总"、"控制"、"转换"、"汇总"、 "采样"、"存储"、"親合"、"变化"、"缓冲"、"应用"等术语的论述涉及计算系统或类似电子计 算装置的动作和处理，所述动作和处理将表示为计算系统的寄存器和存储器内的物理(例 如，电子)量的数据操纵和变换为类似地表示为计算系统存储器或寄存器或其它这种信息 存储、传输或显示装置的物理量的其它数据。
[0216]在本文中使用词语"示例"或"示例性"意味着充当示例、例子或说明。在本文中被 描述为"示例"或"示例性"的任何方面或设计未必被解释为相比其它方面或设计是优选或 有利的。实际上，使用词语"示例"或"示例性"旨在以具体形式呈现概念。如本串请中所使 用，术语"或"旨在意味着包含性"或"而不是排他性"或"。也就是说，除非另有指定或从上下 文清楚得知，否则"X包括A或B"旨在意味着自然包含性排列中的任一者。也就是说，如果X包 括A、X包括B或X包括A与B两者，那么在前述情形中的任一者下满足了 "X包括A或B"。此外，如 本申请和随附权利要求书中所使用的词"一"通常应被解释为意味着"一个或更多个"，除非 另有指定或从上下文清楚得知其是针对单数形式。此外，全文中使用"一实施例"或"一个实 施例"或"一实施方案"或"一个实施方案"并不旨在意味着同一个实施例或实施方案，除非 有如此的描述。
[0217] 本文所述的实施例还可涉及用于执行本文中的操作的设备。此设备可为所需目的 而专门构造，或可包括由计算机中所存储的计算机程序选择性激活或重新配置的通用计算 机。这种计算机程序可存储在非暂时性计算机可读存储介质中，诸如，但不限于包括软盘、 光盘、CD-ROM和磁光盘的任何类型的盘片、只读存储器（R0M)、随机存取存储器（RAM)、 EPR0M、EEPR0M、磁卡或光卡、闪存或适用于存储电子指令的任何类型的介质。术语"计算机 可读存储介质"应被视为包括存储一组或更多组指令的单个介质或多个介质(例如，集中式 或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器）。术语"计算机可读介质"还应被视为包 括能够存储、编码或携带一组指令的任何介质，该组指令由机器执行且使机器执行本实施 例的方法中的任一者或更多者。术语"计算机可读存储介质"应相应地被视为包括但不限于 固态存储器、光学介质、磁性介质、能够存储用于由机器执行且使机器执行本实施例的方法 中的任一者或更多者的一组指令的任何介质。
[0218] 本文所呈现的算法和显示不是固有地与任何特定计算机或其它设备相关。可与根 据本文教导的程序一起使用各种通用系统，或可证明方便的是，构造较专业化的设备以执 行所需的方法步骤。将从下文的描述中明白用于各种这些系统的所需结构。此外，不参考任 何特定编程语言来描述本实施例。应了解，各种编程语言可用于实施如本文所述的实施例 的教导。
[0219]上文的描述阐述了众多具体细节，诸如具体系统、组件、方法等的示例，以便提供 对本发明的若干实施例的良好理解。然而，对于本领域的技术人员将明显的是，可在不存在 这些具体细节的情况下实践本发明的至少一些实施例。在其它情形下，未详细描述熟知的 组件或方法，而是以简单的框图形式呈现这些组件或方法，以便避免不必要地混淆本说明。 因此，上文阐述的具体细节仅为示例性的。特定实施方案可根据这些示例性细节而变化，且 仍被认为处于本发明的范围内。
[0220]应理解，上文的描述旨在说明性的而不是限制性的。在阅读和理解上文的描述之 后，对本领域的技术人员，许多其它实施例将是显而易见的。因此，本发明的范围应参照随 附权利要求书以及这种权利要求书所认定的等同物的整个范围来确定。
【主权项】
1. 一种方法，包括： 测量多个互电容传感器上的电容，每一互电容传感器被表示为单位器件阵列中的单位 器件； 基于测得电容来识别峰值单位器件； 根据测得电容计算边缘临界值； 选择具有所述边缘临界值所界定的范围内的测得电容的多个单位器件；以及 基于所述边缘临界值所界定的区域内的测得电容来计算悬停在所述多个互电容传感 器上方的导电物体的位置。2. 根据权利要求1所述的方法，其中识别峰值包括： 把围绕每一单位器件的多个测得电容相加以生成所述单位器件阵列中的每一单位器 件的处理电容；以及 把具有最大处理电容值的单位器件识别为所述峰值单位器件。3. 根据权利要求1所述的方法，其中计算边缘临界值包括： 把包括所述峰值单位器件的单位器件行中的第一组多个测得电容相加； 把与包括所述峰值单位器件的单位器件行相邻的单位器件行中的至少一个第二组多 个测得电容相加；以及 把所述第一组多个测得电容和所述至少一个第二组多个测得电容相加；以及4. 根据权利要求3所述的方法，还包括生成:对相加的第一和第二组多个互电容应用行 缩放系数。5. 根据权利要求1所述的方法，其中计算边缘临界值包括： 把包括所述峰值单位器件的单位器件列中的第一组多个测得电容相加； 把与所述包括峰值单位器件的单位器件行相邻的单位器件列中的至少一个第二组多 个测得电容相加；以及 把所述第一组多个测得电容和所述至少一个第二组多个测得电容相加。6. 根据权利要求5所述的方法，还包括:对相加的第一和第二组多个互电容应用列缩放 系数。7. 根据权利要求1所述的方法，其中计算悬停在所述多个互电容传感器上方的导电物 体的位置包括： 把每一相加的第二组多个测得电容与所述边缘临界值做比较；以及 如果该相加的第二组多个大于所述边缘临界值，与大于所述边缘临界的相加的第二组 多个相邻，且与小于所述边缘临界的相加的第二组多个测得电容相邻，与小于所述边缘临 界的相邻的第二组多个测得电容成比例，减小用于计算所述位置的相加的测得电容的量。8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述边缘临界值对于行和列两者是相同的。9. 根据权利要求1所述的方法，其中计算悬停在所述多个互电容传感器上方的导电物 体的位置包括： 把所述边缘临界值所界定的区域内的单位器件的互电容相加； 把所述边缘临界值所界定的区域内的单位器件的相加的互电容除以二，以生成半和 值； 把所述边缘临界值所界定的区域内的单位器件的互电容逐个相加，直至和值大于所述 半和值； 所述半和值内的行或列的数量乘以所述传感器的间距，然后加上小于所述半和值的被 相加的最终传感器的比例与所述传感器的间距的乘积，由此计算悬停在所述多个互电容传 感器上方的导电物体的位置。10. 根据权利要求9所述的方法，其中使用所述边缘临界值所界定的所述区域内的相加 的单位器件的互电容值，对行和列独立地计算所述位置。11. 根据权利要求9所述的方法，其中同时对所述边缘临界值所界定的区域内的所有单 位器件计算所述位置。12. -种用户接口装置，包括： 沿着单位器件阵列的第一轴线设置的第一组多个电容感测电极； 沿着单位器件阵列的第二轴线设置的第二组多个电容感测电极；以及 控制器，其被配置成： 测量所述第一组多个电容感测电极中的每一个与所述第二组多个电容感测电极中的 每一个之间的互电容，每一互电容对于所述第一组多个电容感测电极与所述第二组多个电 容感测电极中的每一个之间的交叉点的单位器件存在； 基于测得电容识别峰值单位器件； 根据测得电容计算边缘临界值;且 基于所述边缘临界值所界定的区域内的测得电容来计算悬停在所述多个互电容传感 器上方的导电物体的位置。13. 根据权利要求12所述的用户接口装置，其中所述控制器被进一步配置成： 把围绕每一单位器件的多个测得电容相加以生成所述单位器件阵列中的每一单位器 件的处理电容；以及 把具有最大处理电容值的单位器件识别为所述峰值单位器件。14. 根据权利要求13所述的用户接口装置，其中所述处理器被进一步配置成： 把每一相加的第二组多个测得电容与所述边缘临界值做比较；以及 如果相加的第二组多个大于所述边缘临界值，与大于所述边缘临界的相加的第二组多 个相邻，且与小于所述边缘临界的相加的第二组多个测得电容相邻，与小于所述边缘临界 的相邻的第二组多个测得电容成比例，减小用于计算所述位置的相加的测得电容的量。15. 根据权利要求12所述的用户接口，其中所述处理器被进一步配置成： 把所述边缘临界值所界定的区域内的单位器件的互电容相加； 把所述边缘临界值所界定的区域内的单位器件的相加的互电容除以二，以生成半和 值； 把所述边缘临界值所界定的区域内的单位器件的互电容逐个相加，直至和值大于所述 半和值； 所述半和值内的行或列的数量乘以所述传感器的间距，然后加上小于所述半和值的被 相加的最终传感器的比例与所述传感器的间距的乘积，由此计算悬停在所述多个互电容传 感器上方的所述导电物体的位置。16. -种触摸屏控制器，其被配置成： 测量多个互电容传感器上的电容，每一互电容传感器被表示为单位器件阵列中的单位 器件； 基于测得电容来识别峰值单位器件； 根据测得电容计算边缘临界值； 选择具有所述边缘临界值所界定的范围内的测得电容的多个单位器件；以及 基于所述边缘临界值所界定的区域内的测得电容来计算悬停在所述多个互电容传感 器上方的导电物体的位置。17. 根据权利要求16所述的触摸屏控制器，其中所述触摸屏控制器被配置成通过以下 步骤来识别峰值： 把围绕每一单位器件的多个测得电容相加以生成所述单位器件阵列中的每一单位器 件的处理电容；以及 把具有最大处理电容值的单位器件识别为所述峰值单位器件。18. 根据权利要求16所述的触摸屏控制器，其中所述触摸屏控制器被配置成通过以下 步骤来计算边缘临界值： 把包括所述峰值单位器件的单位器件行或列中的第一组多个测得电容相加； 把与包括所述峰值单位器件的单位器件行相邻的单位器件行或列中的至少一个第二 组多个测得电容相加；以及 把所述第一组多个测得电容和所述至少一个第二组多个测得电容相加；以及19. 根据权利要求16所述的触摸屏控制器，其中所述触摸屏控制器被配置成通过把行 缩放系数或列缩放系数应用到相加的第一和第二组多个互电容来计算边缘临界值。20. 根据权利要求16所述的触摸屏控制器，其中所述触摸屏控制器被配置成通过以下 步骤来计算位置： 把每一相加的第二组多个测得电容与所述边缘临界值做比较；以及 如果相加的第二组多个大于所述边缘临界值，与大于所述边缘临界的相加的第二组多 个相邻，且与小于所述边缘临界的相加的第二组多个测得电容相邻，与小于所述边缘临界 的相邻的第二组多个测得电容成比例，减小用于计算所述位置的相加的测得电容的量。
【文档编号】G06F3/044GK106030482SQ201480062806
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年10月14日
【发明人】迈克尔·帕特里克·希尔斯, 帕特里克·普伦德加斯特, 何维
【申请人】谱瑞科技有限公司