评估多个触摸输入的位置的系统和方法

专利名称：评估多个触摸输入的位置的系统和方法
技术领域：
本发明整体涉及用于评估和区分多个触摸输入的触摸输入系统和方法，具体涉及 在容易出现虚假触摸差错的触摸系统中区分多个触摸输入。
背景技术：
触敏装置减少或消除了对机械按钮、小键盘、键盘和指针设备的使用，因而用户可 以方便地与电子系统和显示器进行交互。例如，用户只需要在由图标标识的位置触摸即显 触摸屏，即可执行一系列复杂的指令。在许多触敏装置中，当传感器内的导电物体通过电容 连接到导电性触摸工具(例如用户的手指)时，可以感应输入。由于存在触摸干扰，所以这 类装置会在多个位置测量电容，并且利用电容测量值确定触摸位置。在一些应用中，(例如)多人游戏中的多个用户或使用虚拟键盘或类似界面的一 个人会同时施加多个触摸输入。这些应用得益于准确区分同时发生的多个触摸，以使得可 以确定每个输入的触摸位置，从而在应用中触发正确的动作。

发明内容
在某些实施例中，本发明提供了用于评估和区分两个或更多个短暂重叠的触摸输 入的触摸位置的方法，该方法用于矩阵电容触摸屏系统中。该系统包括具有多个X电极和 多个y电极的传感器，X电极基于对地电容测量值提供X信号并指示触摸输入的X坐标，y 电极基于对地电容测量值提供y信号并指示触摸输入的y坐标。该方法包括根据接收到的 X信号确定两个或更多个触摸输入的有效X坐标，根据接收到的y信号确定两个或更多个 触摸输入的有效y坐标，以及形成有效的χ-y坐标对，该有效的χ-y坐标对指示了触摸输入 的位置。在某些实施例中，可通过使用互电容测量值和/或通过比较一个或多个信号参数 (例如信号幅度、信号强度、信号宽度和信号变化率)来形成有效坐标对。在某些实施例中，本发明提供了包括传感器的矩阵电容触摸屏系统，其中传感器 具有多个χ电极和多个y电极，其中χ电极基于对地电容测量值提供χ信号并指示触摸输 入位置的χ坐标，y电极基于对地电容测量值提供y信号并指示触摸输入位置的y坐标。该 系统还包括连接到χ电极以接收χ信号并连接到y电极以接收y信号的控制器电路，控制 器被构造基于χ信号确定一个或多个χ坐标，根据y信号确定一个或多个y坐标，并且响应 施加到触摸传感器的两个或更多个触摸输入，以根据确定的χ坐标和确定的y坐标形成有 效的χ-y坐标对。
在某些实施例中，本发明提供了用于评估三个或更多个短暂重叠的触摸输入的触 摸位置的方法，该方法用于包括传感器的矩阵触摸屏系统，其中传感器提供指示触摸输入 的X坐标的χ信号和指示触摸输入的y坐标的y信号。该方法包括根据接收到的X信号确 定三个或更多个触摸输入的有效χ坐标，根据接收到的y信号确定三个或更多个触摸输入 的有效ι坐标，根据指示有效触摸位置的确定的χ坐标和确定的y坐标形成有效的χ-y坐 标对，从而分辨其中一个触摸输入，并使其他触摸输入保持未分辨状态，同时响应该已分辨 的触摸输入，根据剩余的χ坐标和剩余的y坐标形成未分辨的触摸输入中的一者或多者的 有效χ-y坐标对。在某些实施例中，本发明还涉及用于评估两个或更多个短暂重叠的触摸输入的触 摸位置的方法，该方法用于在X传感器条和y传感器条交点处具有多个节点的矩阵触摸屏， 每个节点都由电子器件驱动，以使其产生信号强度，对于信号强度高于规定的触摸事件阈 值的节点，所述方法包括(1)将具有最高信号强度的节点与第一触摸关联；(2)将具有最 高信号强度的节点的相邻节点与第一触摸关联；(3)在未与第一触摸关联的节点中，将具 有最高信号强度的节点与第二触摸关联；以及(4)将与第二触摸关联的节点的相邻节点与 第二触摸关联。以上发明内容并非旨在描述本发明的每个实施例或每种实施方式。结合附图并参 照下文的具体实施方式
以及所附权利要求书，再结合对本发明比较完整的理解，本发明的 优点和成效将变得显而易见并且为人所领悟。


结合附图并参照下文中多个实施例的具体实施方式
，可以更全面地理解和领会本 发明，其中图1示意性地示出根据本发明的某些实施例的用于评估多个触摸输入的矩阵触 摸传感器系统；图2示出根据本发明的某些实施例评估多个触摸输入时使用的步骤；图3A示出矩阵触摸传感器上的三个短暂重叠的触摸，根据本发明的某些实施例， 这些触摸可以分辨；图3B示意性地示出根据图3A所示触摸接收到的信号的时间图；图4A示出矩阵触摸传感器上的三个短暂重叠的触摸，根据本发明的某些实施例， 这些触摸可以分辨；图4B示意性地示出根据图4A所示触摸接收到的信号的时间图；图5A示出矩阵触摸传感器上的三个短暂重叠的触摸，根据本发明的某些实施例， 这些触摸可以分辨；图5B示意性地示出根据图5A所示触摸接收到的信号的时间图；图6示出根据本发明的某些实施例评估多个触摸输入时使用的步骤；图7示出在存在根据本发明的某些实施例可分辨的两个位置相邻的触摸的情况 下在矩阵电容触摸系统内相邻的电极处接收到的信号；图8A示出示例性虚拟键盘布局；以及图8B示出示例性改进的虚拟键盘布局，其允许根据本发明的某些实施例分辨预期的击键组合。图9A示出具有两个不同的触摸按下、拖动、离开事件的实例。图9B示出图9A的两个不同的触摸按下事件如何被错误判读。图IOA为示出判读基本合理的按下事件的曲线图。图IOB为示出按下事件的曲线图。图IOC为示出按下事件的曲线图。虽然本发明可修改为各种修改形式和替代形式，但其细节已通过举例的方式在附 图中示出并且将会作详细描述。然而，应当理解，其目的不在于将本发明局限于所述具体实 施例。相反，其目的在于涵盖由所附权利要求书限定的本发明范围内的所有修改形式、等同 形式和替代形式。
具体实施例方式在下文对所举例说明的实施例的叙述中将参考构成本发明一部分的附图，并且其 中通过举例说明示出多个可以在其中实施本发明的实施例。应当理解，在不脱离本发明范 围的前提下，可以利用这些实施例，并且可以进行结构上的修改。本发明整体适用于触摸系统，尤其适用于可由一个或多个用户施加两个或更多个 触摸的触摸系统。本发明尤其适用于两个或更多个触摸输入的一些部分可以同时发生或者 说是短暂重叠的触摸系统。例如，本发明可以适用于设计用于供一个或多个玩家操控的电 子游戏系统，其中在游戏过程中，玩家可以施加触摸输入以对游戏作出响应，并且其中两个 或更多个触摸可以同时开始和/或同时结束和/或在每个触摸施加过程中的至少一部分时 间重叠。这种触摸输入可称为重叠触摸、双触摸或同时触摸。在某些实施例中，本发明涉及用于评估两个或更多个短暂重叠的触摸输入的触摸 位置的触摸传感器系统和方法。例如，该系统和方法包括具有多个χ电极和多个y电极的传 感器，χ电极基于对地电容测量值提供χ信号并指示触摸的输入χ坐标，y电极基于对地电 容测量值提供y信号并指示触摸输入的y坐标。根据接收到的χ信号确定两个或更多个触 摸输入的有效χ坐标，根据接收到的y信号确定两个或更多个触摸输入的有效y坐标。由 确定的χ坐标和y坐标形成有效的χ-y对，该有效对指示有效触摸位置。可通过(例如) 使用互电容测量和/或通过比较一个或多个信号参数(例如信号幅度、信号强度、信号宽 度和信号变化率)执行x_y坐标验证。共同转让的美国专利No. 7，254，775,"Touch Panel System and Method for Distinguishing Multiple Touch Inputs" ( ΜΤΙΚ^^^Μ Ι 输入的触摸板系统与方法)(Geaghan等人)包括用于区分多个短暂重叠的触摸输入的方法 和系统。本发明公开的触摸板传感器、控制器、系统和方法可以区分短暂重叠的触摸输入 与单一触摸输入，从而可以确定有效的触摸位置坐标。本发明的触摸板系统和方法可通过 以下方法区分重叠的触摸比较信号强度与规定阈值；比较信号幅度的顺序变化；比较信 号幅度或测量位置的变化率与确定的参数，等等。如本文所用，信号幅度是包括信号强度和 信号宽度的量度。本发明提供了这样的系统和方法其用于从两个或更多个短暂重叠的触摸所产生 的多个可能的触摸位置中分辨有效触摸位置。此外，本发明可用于存储多个触摸重叠期间测量的信号值，以使得通过分辨和报告至少一个有效触摸位置获得的信息可用于根据该存 储的信号辨识、分辨和报告额外的有效触摸位置。由检测机制的本质所决定，矩阵触摸传感器技术(例如矩阵电容、红外矩阵(IR) 和表面声波(SAW))可以很容易指示和辨别多个触摸事件的有效χ坐标和有效y坐标。然 而，哪个χ坐标与哪个y坐标匹配可能并不清楚，因此本发明涉及区分有效触摸位置(即有 效x-y对)与虚假触摸位置(即无效x_y对)。通过比较和关联信号事件的时序、关联信 号幅度信息、关联信号变化率信息等，可以做到这一点。辨别的基本原理是有效触摸位点 的χ和y信号具有类似的信号时序、信号强度、信号幅度和信号变化率；而虚假触点则与某 些或所有这些信号特性不同的χ和y信号相关。因此，可将这些信号特性中的任何者单独 使用或以任何合适的组合使用，以区分有效触摸位置与虚假触摸位置。在某些实施例中，在区分多个真实触点与虚假触点之前，会先区分多个触点的存 在情况与单个触点的存在情况。当两次触摸在空间上彼此非常靠近时，其信号可能混在一 起，使得无法立即明显区分是两次触摸还是一次触摸。本发明后面部分描述了根据触摸信 号幅度分辨矩阵电容系统中这种相邻的多个触摸的方法，并且描述了根据换算测量值内插 来提高触摸位置精度的校正技术，该技术也可与本文所述方法一起使用以提高分辨率。在某些实施例中，通过确定有效χ坐标和y坐标可以充分分辨多个触摸，即使有效 坐标无法匹配形成有效坐标对。在这些实施例中，所关注的是由可能的触点限定的边界多 边形。例如，两个触摸及其虚假触摸可以限定由触摸坐标系取向的边框的顶点。可以将该 边框作为基准，以通过检测两个触摸彼此靠近和远离的移动将所显示的矩形调至更小和更 大。应用包括双指缩放操作，该操作并不需要依靠对真实触摸与虚假触摸的区分。下文描 述了可用于进行此类操作的方法。当施加更多短暂重叠的触摸(例如3个或更多个触摸)时，触摸落在或靠近虚假 触摸位置中的至少一个上的可能性会增大。根据本发明的某些实施例，将一个或多个信号 特性相关联以找到至少一个有效触摸位置，并利用该有效触摸位置排除可能的虚假触摸位 置中的一者或多者，从而简化对剩余信号的分析，通过这种方法可以解决上述问题。在涉及矩阵电容触摸传感器的某些实施例中，利用对地电容信号产生一组有效的 X和y坐标，其表示一组可能的x-y触摸位置。然后可以对每个可能的x-y触摸位置进行测 试，以检测χ电极和y电极之间是否存在互电容，从而确定是否存在有效触摸位置。例如， 在3触点情况下，存在3个可能的χ坐标xl、x2和χ3以及3个可能的y坐标yl、y2和y3， 从而产生 9 个可能的触摸位置(xl，yl)、(xl，y2)、(xl, y3)、(x2, yl)、(x2, y2)、(x2, y3)、 (x3, yl)、(x3, y2)和(x3, y3)。假设χ电极为驱动线，y电极为感测线，可以依次驱动与有 效χ坐标相关的每个χ电极，并且可以监测与有效y坐标相关的每个y电极以获得互电容 信号。该方法可以发现有效x-y对。另外，利用内插技术，例如通过监测有效触摸位置任一 侧的χ电极和y电极上的信号强度(对地电容或互电容)并相应调整触摸位置，可以使触 摸位置精确化。附录A和C介绍了这类技术。由于本发明的触摸板系统和方法可以区分多个触摸，因此可用于多人游戏之类 的多用户应用、可能出现快速的连续或重叠触摸输入的应用，以及单个用户使用多根手指 (以一只或两只手的手指的任何组合)输入信息(例如手势或虚拟键盘触摸)的应用中。 区分任意数量的同时触摸的能力使得可以开发利用这种功能的应用。例如，某些手持设备利用了触摸输入双指缩放操作，在该操作中，用户用两根手指触摸屏幕，并且扩大或缩小两 指之间的间距，以放大或缩小文档、地图、图像等。本发明的系统和方法也可用于检测和区分悬停事件与同时触摸或区分悬停事件 与悬停事件。当触摸物体与触摸表面的距离足够近以与电极产生电容耦合，但其与触摸表 面的距离又没有近到被当作完全接触(例如接触触摸表面或以足够的压力接触)时，发生 悬停事件。除非上下文指出，否则本文在提到触摸和触摸输入时，应被看作包括完全接触和 悬停事件。在触摸屏系统中，通常通过测量触摸输入产生的信号并利用该信号计算触摸位 置，来确定用户所施加的触摸的位置。然后根据所确定的触摸位置发出因应用而异的指令。 假设触摸系统经过正确校准，则计算的触摸位置应足够靠近用户触摸的实际位置以使得用 户的预期指令可以执行。报告的触摸位置与将要充分靠近的实际触摸位置之间应保持多 近，一定程度上取决于触摸系统的分辨率。对应于与用户触摸的实际位置足够近的报告触 摸位置称为有效触摸。如本文所用，报告触摸位置是指触摸系统以正确的方式(例如通过 应用软件来确定用户输入的指令)使用的计算得到的触摸位置。报告可能包括从触摸屏控 制器到中央处理器的通信，或者在一体化程度更高的系统中，可以只是计算触摸位置数据 并按照应用的预期目的正确使用该数据。本发明的方法可适合与各种不同的触摸传感器技术(例如，矩阵电容(对地电容) 系统、矩阵IR和SAW) —起使用，这些技术中的χ坐标数据可以独立于y坐标数据确定。由 于每种触摸屏技术至少一定程度上在测量的触摸输入信号以及判读信号的方式方面不同， 本发明的各方面的实施可具有应用特定的元素。在某些实施例中，本发明用来辨别多个短暂重叠的触摸输入，特别是在使用矩阵 电容触摸传感器作为触摸输入装置时。当使用对地电容确定矩阵电容触摸传感器系统内的 触摸坐标时，将测量每个单独的电极的对地电容信号。因此，可以根据从χ电极收集的信号 直接确定有效的χ坐标位置，并且可以根据从y电极收集的信号直接确定有效的y坐标位 置。如果在传感器上施加单个触摸输入以验证单个χ坐标和单个ι坐标，则不存在坐标差， 并且可以直接报告触摸位置(虽然可以通过内插和其他方法使触摸位置精确化，这些方法 可能使用从额外的信号获得的额外信息，例如比例电流测量值、互电容测量值等，如本领域 的技术人员可以理解的)。当在传感器上施加多个触摸输入，使得触摸输入在时间上重叠 时，通常存在与每个触摸输入对应的一对有效χ坐标和y坐标(有效触摸位置)，以及无效 坐标对(虚假触摸位置)。本发明提出的方面是为了使用各种技术区分有效触摸位置与虚 假触摸位置，以辨识单独提供χ坐标和y坐标信息的传感器上任意数量的短暂重叠触摸的 有效坐标对。本发明的申请人已经确认了利用对地电容测量值区分矩阵电容触摸传感器上的 多个触摸的效率。在使用矩阵电容触摸传感器测量对地电容时，测量每个χ电极和每个y 电极产生的信号，以独立地确定触摸输入的χ位置和y位置。如上所述，在同一时帧施加多 个触摸时，这种独立测定会导致虚假触摸。矩阵电容触摸传感器也可以通过监测每个χ电 极与每个y电极之间的互电容进行测量。通过这种方式可以监测每个χ-y电极交点，并自 动分辨有效触摸(即不会出现虚假触摸)。然而，对于包括N个χ电极和M个y电极的传感 器，要全面表征该传感器，互电容涉及NXM次测量，而对地电容涉及N+M次测量。此外，对地电容测量可以在所有X或Y电极上同时进行，因此可以采用两个步骤测量所有电极；而互 电容涉及依次驱动一个维度的每个电极，以及同时或依次测量电极或另一维度。图1示意性地示出触摸传感器系统100，该系统对χ坐标数据和y坐标数据进行独 立测量，然后将其匹配或关联，以形成表示传感器110上的触摸位置的有效X-y对。为便于 举例说明，将把触摸传感器110描述为矩阵电容触摸传感器，但应当理解，传感器110和本 文所述概念同样适用于IR、SAW和其他基于矩阵的触摸感测技术。触摸传感器系统100可 以组装到任何合适的设备中，包括诸如平板计算机、PDA、手机等的移动设备，以及游戏和娱 乐机器、公共资讯站，或利用触摸输入并且可以包括利用多个触摸位置(可由单个用户或 多个用户同时施加)的应用软件的任何其他设备。本文所述的许多这种概念适于以多种合 适的方式在独立测量X和Y的矩阵系统中类似地实施，所述系统包括矩阵电容触摸系统、IR 触摸系统和SAW触摸系统。矩阵电容触摸屏包括多个电极构成的网格，使得当触摸物体电容耦合到紧邻触摸 位置的电极时，可以测量所得信号以确定触摸位置。多电极传感器构造包括互相垂直的几 组线性χ电极和线性y电极，但也可以采用其他构造。信号可以基于对地电容测量值(当 测量触摸对每个单独的电极的影响时)，或者基于互电容测量值(当通过驱动电极对中的 一个电极并感测另一个电极来确定触摸对每个电极对的影响时)。在示例性矩阵电容触摸 屏中，使用AC信号(例如)依次激活各个电极。距离其中一个或多个电极足够近的手指或 其他导电性触摸物体电容耦合到这些电极，并且使该电极上的信号与电容耦合强度成正比 地改变。测量每个电极上的这种信号变化，并利用相对变化计算触摸位置。触摸位置是信号强度和信号宽度的函数。信号强度是在一个电容电极上测得的最 大信号，例如图7中所示的柱62。信号宽度是在若干电容电极上测得的钟形信号包络的宽 度，例如图7所示曲线70的宽度。电容信号幅度可包括信号强度和/或宽度。矩阵IR触摸屏的工作原理在(例如)美国专利No. 4，868，912中有所公开。矩阵 IR触摸系统通常在矩形活动触摸表面的两条邻边(水平和竖直)上具有光发射器(例如 LED)阵列，并且在该活动表面的两条对边上具有光接收器阵列。在其最简单的形式中，每个 发射器将光横跨活动表面发送至其正对的接收器。活动表面上的触摸使至少一个水平光束 和一个竖直光束中断。通过确定收到的光减少的光接收器，就能确定触摸位置。IR系统中 的信号幅度是指因触摸中断的IR光束所产生的阴影的宽度。SAW触摸屏的工作原理在(例如)美国专利No. 6，225，985中有所公开。在SAW系 统中，声波从发射器出发，通过靠近活动表面一条边的反射阵列分布到触摸屏的整个活动 表面上，然后再通过活动表面的对边上的反射阵列反射到接收器。例如，波在活动表面上方 的反射阵列处从发射器水平发出，直到波能被反射阵列反射90°并均勻分布在整个活动表 面上。接着，波被活动表面下方的反射阵列水平反射到接收器。波能到达接收器的相对时 间取决于波能在反射阵列中传播的(水平)距离。因此，波传播的时间与活动表面的水平 位置相关。活动表面上的触摸会吸收在触摸下方传播的波的一些能量，从而使收到的波的 一部分衰减。然后通过测量收到波的衰减部分的相对时间，可以确定触摸在水平(X)维度 的位置。触摸的幅度可以包括收到的波的衰减部分的最大衰减程度和宽度。通过类似方式 可以发出、分布和检测竖直波，以测量触摸的竖直(Y)坐标。再次参见图1，传感器110包括连接到控制器120的χ-Ι/0(输入/输出)122x的X电极(例如，包括电极XA、Xb和Xc)和连接到控制器120的y-l/o 122y的y电极(例如， 包括电极yA、yB*y。)。作为对触摸输入(例如触摸A、B和C生成的输入)的响应，一个或 多个χ和y电极中产生信号，该信号可由A/D转换器IM转换，以计算触摸位置。在某些实 施例中，通过用信号驱动每个电极(同时或依次、根据动态寻址方案、按随机顺序等)，来测 量被驱动的电极的对地电容。在某些实施例中，通过驱动一对χ和y电极中的一个电极(称 为驱动电极或驱动线)并测量因耦合到电极对中另一电极(称为感测电极或感测线)而产 生的信号，从而测量电极对交点处的互电容。也可以通过(例如)驱动一个χ电极并立刻 测量所有ι电极来测量互电容。根据接收并转换的χ和y信号，利用计算模块1 计算一个或多个有效的χ坐 标(可存储在X缓冲器128X中)以及一个或多个有效的y坐标(可存储在y缓冲器128y 中)。有效的χ和y坐标的各种可能组合表示一组可能的触摸位置，其包括真实触摸和虚 假触摸。计算模块126通过将接收到的χ信号的特征与接收到的y信号的特征相关联来区 分真实触摸与虚假触摸。当形成有效χ-y坐标对时，可以将其存储在130中，以便用于推迟 的报告和在后面的区分步骤中使用。例如，在确定有效触摸之后，即便所确定的触摸在整个 触摸表面上移动，也可以将有效触摸“锁定”并与其他触摸区别开来。可以将已分辨的触摸 (某些应用中还包括未分辨的触摸)报告至另一设备150，以便进一步分析、在应用中使用 和显示等。图2示意性地示出触摸区分方法200，该方法可以在触摸控制器中实施，并且适 用于根据某些实施例的矩阵电容触摸传感器。接收对地电容χ信号(210x)，同时接收对地 电容y信号OlOy)。根据接收到的χ信号确定一组有效的χ坐标O20x)。根据接收到的y 信号确定一组有效的1坐标O20y)。将确定的χ和y坐标匹配(230)，以形成有效的坐标 对。在某些实施例中，坐标对匹配采用互电容信号进行，互电容信号可任选地采集015)自 由可能的χ和y坐标匹配确定的潜在触摸位点处或其附近。当χ和y坐标匹配时，该信息 可供随后的匹配操作使用。然后，正确地报告有效触摸位置040)。除了测量互电容之外，匹配操作包括将信号时序相关联、将信号强度相关联、将信 号幅度相关联、将信号宽度相关联(尤其可用于SAW和顶触摸传感器)、将信号变化率(例 如，信号幅度的升降速率)相关联、以及观察触摸位置移动在整个触摸传感器上的连续性 (即，确定真实触摸的坐标之后，可以在触摸位置在整个触摸屏上移动时追踪该触摸的连续 性，并利用此连续性来区分后续触摸与虚假触摸)。一般来讲，施加到触摸屏的触摸可被看作按时序发生的事件，其可以包括(例如) 靠近或悬停触摸物体、将触摸物体按下到触摸表面、保持触摸或触摸停留、将触摸物体在整 个触摸表面上移动(或在保持可检测的悬停距离的情况下四处移动)的拖动动作、以及让 触摸物体离开触摸表面。根据某些实施例，在χ信号和y信号中可以观察到一个或多个此 类事件，并且其相对时序与匹配的有效χ和y坐标对相关联。按下通常由高出阈值的信号幅度确定，阈值可以是设定值或动态确定的值(例 如，根据环境、背景噪声，以及不同触摸物体的电容耦合程度之间的差异确定的值)。在触摸 阈值水平以下的一些信号值处，即使没有接触触摸表面，也可以获得可量测的信号。这被称 为悬停事件，该事件也可具有相关的阈值信号水平。悬停位置可通过类似于完全触摸事件 的方式确定，但系统可以要求首先满足额外的要素(例如，检测一定时间以与乱真或意外 遭遇相区分的悬停、局限在较小区域以将手指与整只手相区分的悬停，等等)。即使没有报告悬停位置，也可以记录悬停信息并将其与按下数据一起使用，以区分真实触摸与虚假触 摸。图3AJB至5A、5B示出了在包括χ电极Χ1-Χ8和y电极Y1-Y7的矩阵电容触摸传 感器上的多个3触点情景中真实触摸与虚假触摸的区分。每种情况下都存在3个真实的触 摸(用A、B和C标记)，并指出所得的一组虚假触摸(未标记)。在图3A中，示出了最一般的情况的例子，其中三个真实触摸A、B和C中每一个都 具有不同的X坐标和不同的y坐标。图3B示意性地示出了接收到的最强信号(即在最靠 近触摸位置的电极上)。在该情景中，虽然每个触摸在不同时间施加和移除，但在一定时间 内它们会全部重叠。(虽然不常见，但可以同时接触两点，使得无法像上文所述那样可使用 其他参数通过信号时序区分触摸。)通过将每个χ信号升高与每个y信号升高的时间相关 联，和/或通过将每个χ信号下降与每个y信号下降的时间相关联，可以区分触摸，从而得 到分辨的触摸位置，A = (X3，Y6)、B = (X5，Y2)和 C = (X6，Y5)。当(例如)一个或多个信号一起升高或下降，使得时序不能正确区分触摸时，也可 以使用其他参数。图3A以不同直径的圆示出每个触摸A、B和C，直观地示出了使用其他参 数(例如信号强度和信号宽度)的情形。假设各个触摸具有类似于y特性的χ特性，真实 触摸将是参数最对称的触摸。因此在图3A中，虚假触摸用椭圆形示出，该椭圆具有与提供 χ信号的真实触摸的直径相等的χ维度和与提供y信号的真实触摸的直径相等的y维度。 χ-y不对称是虚假触摸的标志。在图4A所示例子中，三个真实触摸中的两个(B和C)具有相同的χ坐标，并且所有 真实触摸都具有不同的y坐标。在这种情况下，如图4B所示的信号变化时序仍可用来区分 不同触摸。在电容系统和SAW系统中，有可能检测到电极)(6上的信号强度变化，同时TO上 的新信号指示两个触摸，而电极X3上的信号强度峰值指示单个触摸。因此，一旦分辨出触 摸A的触摸位置(X3，Y6)，就可以直接确定触摸B和C的χ坐标，从而分辨出位置B= (Χ6， Υ3)禾Π C = (Χ6, Υ5)。也可用信号宽度来区分结合图4Α、4Β、5Α和5Β描述的虚假触摸情形。例如，在图 4Α和5Α中，触摸C的信号比信号A宽。信号宽度的变化可以像信号强度那样指示两个触 摸。例如，以电极Χ6为中心的触摸的测量水平宽度在增加更宽的触摸B和C时不变，这表 明(Χ3，Υ3)和(Χ3，Υ5)处的虚假触摸不是真实触摸。图5Α示出了电容或SAW系统的例子，其中施加了触摸A和B，然后在因施加触摸A 和B而形成的其中一个虚假触摸位置上施加触摸C。因此，触摸C与触摸A共用χ坐标，而 与触摸B共用y坐标。在这种情况下，如图5B所示，可以将电极X3、X6、TO和Y6的上升时 间序列相关联，以区分触摸B = (X6,Y3)和触摸A= (Χ3，Υ6)。还可以发现，在Χ3和TO处 保持居中的信号存在可以区分为多个触摸的峰值强度和/或宽度差异，从而可以分辨出触 摸C = (Χ3，Υ3)，而不是虚假位置(Χ6，Υ6)。图6示出了可用来评估矩阵电容传感器上的多个触摸的方法600的示意图，该方 法包括用来评估适用于顶和SAW传感器的多个触摸的步骤。在步骤610中，测量χ信号和 y信号。利用测得的X和y信号生成有效的X和y坐标。然后在615中，根据在多个候选 区分方法620A-620C中作出的选择，区分真实触摸位置与虚假触摸位置。例如，可按照步骤 620A使用信号时序区分真实触摸和虚假触摸。可按照步骤620B使用其他信号参数区分真实触摸和虚假触摸，这些参数包括信号幅度参数、信号变化率参数、表观触摸位置与允许或 不允许区域的重合(例如，如结合图8A和8B所示情形)，等等。就矩阵电容式传感器而言， 可按照步骤620C使用互电容测量区分真实触摸和虚假触摸。虽然在一些情况下可使用单 一区分技术(例如620A-620C中所示)区分所有有效触摸位置，但可以依次或同时选择和 使用多个技术，并且单独或循环地应用这些技术，以便(例如)区分使用另一技术很难区分 的触摸、验证使用其他技术进行的触摸区分，等等。在某些实施例中，可使用多种区分技术 响应对更复杂的区分操作的预测，例如当检测和区分3个或更多个触摸时。可以通过方法600重新测量和重新测试测得的触摸信号，以搜寻(例如)在设定 间隔处和/或某个时间段内(例如，在预定的时期内，或直到所有当前触摸均已消失)的信 号变化。信号变化包括因一个或多个触摸在整个触摸传感器上的移动、触摸离开、新触摸按 下等而产生的变化。也可以用信号变化来帮助区分尚未验证的触摸位置。验证各触摸位置时，将已分辨的触摸位置排队(650)，并确定是否还有未分辨的触 摸位置(630)。如果未分辨的触摸的未分辨时间小于某个时间段(例如，小于20或40毫 秒)(640)，则重复测量和区分步骤，从而可获得额外的信息。如果未分辨触摸在该时间段 之后仍然未分辨(640)，则可以将未分辨位置排队(660)，并且可以在报告了有效触摸位置 (670)时通过(例如)以下方式对未分辨位置加以分辨根据可结合具体应用确定(例如， 如结合图8A和8B所示)的已分辨触摸位置、允许触摸区域、允许触摸组合等分析可能的触 摸位置。活动区域、活动图标和有效键组合可通过应用感知过程分辨，该过程具有与有效触 摸组合有关的信息。该应用感知过程可与其他触摸测量过程分开进行，因此可以将未分辨 触摸位置信息报告给应用感知过程。图7示出了一系列χ传感器元件(例如χ电极)的示例性信号强度柱状图，其中 每个柱的高度与每个传感器元件处测得的信号强度成正比。在这种情况下，存在至少两个 触摸，一个触摸由具有靠近传感器元件X2的χ坐标的信号包络70限定，另一个触摸由具有 靠近传感器元件X4的χ坐标的信号包络71限定。触摸也电容耦合到相邻的柱，以使得靠 近电极X2的触摸对传感器元件Xl和X3具有可量测的贡献，靠近传感器元件X4的触摸对 传感器元件X3和X5具有可量测的贡献。因此，触摸70为传感器元件Xl贡献了信号61，为 传感器元件X2贡献了信号62，为传感器元件X3贡献了信号63。触摸71为传感器元件X3 贡献了信号64，为传感器元件X4贡献了信号65，为传感器元件X5贡献了信号66。相邻传感器元件上的信号通常可用来内插和精确化触摸位置。当如图7所示同时 施加两个触摸，并且两个触摸都贡献于同一相邻传感器元件时，通过分辨每个触摸对重叠 的相邻传感器元件的贡献，可以有利于内插。只要两个触摸的按下和离开时间不完全相同， 就可以分辨这种对电极X3的单独的触摸贡献。如果在一段时间内仅存在触摸70和71中 的一者，则可以确定该触摸对传感器元件X3上测得的信号的贡献，并且可以从两个触摸在 传感器元件X3上的总贡献中进一步减去该贡献，以确定另一个触摸自身的贡献。结合图8A和8B可以理解有效组合处理的例子。图8A示出了标准PC键盘布局 800。在正常键盘操作中，常使用多个键输入数据。键盘布局800可以是触摸显示器上显示 的“虚拟键盘”。各种双键按键组合(例如Siift、Ctrl或Alt键与任何字母键的组合)通 常依次进行，因此可以用上述触摸顺序处理方法加以验证。也可以使用三键组合(例如[Shift+Ctrl+箭头键(一、丨、一或丨)])，并且用三键组合可以产生单独使用信号时序难以分辨的虚假触摸。例如，如果触摸Siift+Ctrl，然后 触摸丨，在丨键位置会产生难以通过时序分辨的虚假触摸。在某些应用中，丨和丨均可以是 与Siift+Ctrl组合的有效键(例如，在MS Word中，用于一次选中一行)。通过适当地重新 配置虚拟键盘布局可以避免这类情况，在这种情况下，将箭头键上移一行，如图8B中的布 局850所示。因此，本发明设想将应用特定的键、图标和按钮重新布置到有助于分辨多键组 合的位置。再次参见图8B的键盘布局850，[Ctrl+Alt]的组合不会产生虚假触摸，因为 这两个键在同一行(假设触摸传感器矩阵与键的行对齐)。按住[Ctrl+Alt]的同时 触摸Del会在一键下面的区域内产生虚假触点852，在Tab键的区域内产生虚假触点 854，以及在W键与E键的区域内产生虚假触点856 (假设触摸左侧Ctrl和Alt键)。 [Ctrl+Alt+Tab]、[Ctrl+Alt+E]、[Ctrl+Alt+ff]和[Ctrl+Alt+空键]组合会被识别为虚 假触摸，因为[Ctrl+Alt]是在触摸Del之前测量，并且虚假触摸的一个坐标与已知触摸相 同。如果这还不够，当其在给定的具体应用中形成与Ctrl+Alt结合的无效组合时，可排除 [Ctrl+Alt+Tab]、[Ctrl+Alt+E]、[Ctrl+Alt+ff]和[Ctrl+Alt+空键]点。上文对于本发明的各种实施例的描述，其目的在于进行举例说明和描述，并非意 图穷举本发明或将本发明局限于所公开的精确形式。可以按照上述教导内容进行多种修改 和变化。例如，本文所述检测方法可结合多种触摸工具使用，包括带绳工具和装有电池或其 他电源的工具。此外，可使用多种装置和方法实现各种工序，包括运行专用软件的通用处理 器、数字信号处理器、可编程逻辑阵列、离散逻辑元件和完全可编程电路与半可编程电路。 本发明的范围不受所述具体实施方式
的限定，而仅受所附权利要求书的限定。虽然已在上述具体实施方式
和附录A、B、C(构成本文的一部分)及下文的权利要 求书中描述了本发明，但本领域的技术人员将会知道，在不脱离本发明精神和范围的前提 下，可以对其进行修改。这种修改可以包括(例如)实施附录A、B和C中所描述的一种或 多种方法。如下文可以预想的权利要求中描述的这些和其他方法表征了本发明的各方面。互电容多点触摸方法提供了利用由矩阵传感器上所做互电容测量所得数据区分多个触摸的方法。该方 法计算精确的触摸位置，同时在各个触摸按下、拖动和离开时对其进行排序和跟踪。互电容矩阵传感器的一个性质是，来自一个操作者或多个操作者的任意一只手的 各个触摸信号不干扰其他触摸信号，该性质允许进行多点触摸。矩阵传感器是直的电极 “条”或相连的垫的XY阵列，有时为菱形。条阵列的每个垫或交点(节点)的互电容为测量 参数。扫描矩阵之后，控制器的两项主要任务是在触摸按下、拖动和离开时排序并跟踪 各个触摸，并且利用排列成大间距的垫/条的电容测量值计算精确位置。已经使用比率法计算单个触摸矩阵传感器的精确位置。一旦通过寻找信号最强的 垫/条确定了粗略位置，就可以使用比率公式用1或2个相邻条的信号内插精确位置。在其他方法中，首先利用某些分水岭算法确定与各个触点相关的节点区域的形 状，然后利用一组节点的加权平均数计算形心，通过这种方法计算多触点情景中的大致触 摸位置。本文所述算法通过递归方式寻找多个触摸的中心节点，然后使用内插算法。
工作原型采用Silcon Labs (Austin，Texas)的C8051F327微处理器，其控制 Analog Devices (Norwood, Massachusetts)的 AD7142 电容数字转换器。在 C8051F327 控 制下，将AD7142激励驱动器多路复接到较小的菱形图案矩阵触摸屏的一条轴上。AD7142将 感测线内部多路复接到另一条轴。不使用(也不能使用)内部AD7142环境补偿，相反通过 C8051F327固件进行。远离触点的节点的信号强度通常快速下降。可根据典型触摸的信号强度下降程度 表征触摸屏类型。可以定义“触摸宽度”参数，其限定了典型强触摸中心周围的节点的半径， 超出该范围时，信号水平会降至预定触摸阈值以下。换句话讲，“触摸宽度”参数是环绕信号 高于限定阈值的所有节点的圆(近似圆)的半径，该信号由施加到给定传感器表面的典型 强触摸产生。算法扫描电极阵列并找到具有高于触摸阈值的最强信号的节点。如果该节点及其 相邻区域内的节点(根据上述“触摸宽度”参数)之前尚未保留，则将该节点与上述相邻节 点一起保留。或者，可以扫描并保留邻近中心节点和离中心节点越来越远的节点，直到发现 其低于触摸阈值，但这会增加处理时间。对于多达所支持触摸数的触摸，本算法接着以此方式递归扫描阵列内所有未保留 节点，直到不再发现节点为止。应当注意，在互电容矩阵触摸屏中，触摸实际上降低了环境值，但按照惯例，将更 强的触摸信号称为“更高”值。还应当注意，在下列算法中，“旋转检查”(Slew Check)拒绝 乱真或噪声影响的触摸测量值。该操作还用来检测同时(相隔不足一个扫描间隔)发生的 触摸按下和离开事件。算法1(采用伪代码)扫描互电容矩阵触摸屏内所有节点。将节点值保存到二维矩阵(驱动X感测)中。减去杂散电容和可选的手掌电容检验矩阵将所有节点标记为未保留。将新触摸的临时列表初始化为全部无效。loop所支持的尽可能多的手指触摸loop所有驱动线loop所有感测线如果该节点和预定的相邻节点为未保留，则检查该节点是否为此循环中扫描的最 高值，如果是，则保存节点高度和索引next 感测线next 驱动线校验已发现的最高未保留节点的高度。如果最高节点高于触摸阈值，则将其加入有效新触摸列表，并保留该节点及其周 围的预定相邻节点。否则执行上面的检验矩阵next 手指
触摸排序现在得到了合格新触摸的临时列表，该列表将与“旧”触摸的工作列表相关。将所有旧触摸标记为未保留。将所有旧触摸的状态标记为低于阈值(有待在下面的循环中更新)将所有新触摸标记为未执行。while未执行新触摸loop列表中所有新触摸(未标记为已执行)loop所有有效的未保留旧手指触摸如果该新触摸比本循环中扫描的其他旧触摸更靠近该旧触摸，则保存旧触摸索引和新触摸索引以及它们之间的距离。next 旧触摸如果在上一个循环中未发现有效的未保留旧触摸，则在旧触摸工作列表的第一个 空索引中填入该新触摸值，保留该索引并将状态标记为高于阈值。将新触摸索引标记为已 执行。提前结束此新触摸循环。next 新触摸如果发现了有效的未保留最近新/旧触摸对，则将旧触摸值更新为新值，将旧触 摸的索引保留在工作列表中并将状态标记为高于阈值。将新触摸索引标记为已执行。next while 循环现在就得到了更新的触摸工作列表对于该工作列表中的每个索引，独立地执行触摸上/下逻辑、筛选、换算、旋转检 查(可选)以及内插。将按索引顺序格式化的触摸数据包发送至主机。数据包内的每个索引都包含与从 按下到离开的一次手指触摸有关的连续数据流。算法1结束。当两次扫描之间的移动相比扫描速度足够慢，从而可以避免模棱两可的情形时， 算法1运行良好。算法1循环访问所有新旧触摸的所有组合，并按照最近距离的顺序将它 们配对。图9示出了触摸屏表面上可能发生的两个按下事件。手指(例如)在位置Tl按 下，然后移动并在位置T2处离开触摸屏。同时，在位置T3和T4处发生类似的事件。如果 扫描速度相对于手指的移动速度足够快，则图9就可示出实际已分辨的触摸和离开的示意 图。然而，当扫描较慢和/或移动较快时，会出现模棱两可的情形。图9B示出了图9A 的触摸/拖拽序列在实际上可能如何解释-或者包括路径851，或者包括路径852。下文所述的算法2可用来校正快速运动伪影，例如根据图9B所示的那些伪影。算 法2同样循环访问所有新旧触摸的所有组合，并按最近距离将触摸配对，但配对是按照新 触摸的顺序进行，而不是按最近距离的顺序进行。该算法随后循环访问新触摸顺序的所有 排列。排列数为N的阶乘，其中N为新触摸的数目。对于每个排列，会产生具有最小距离的 一对触摸和具有最大距离的一对触摸。最后，该算法接受产生最小的最大触摸对距离的排 列。算法2 (采用伪代码)
loop新触摸的所有排列将所有旧触摸标记为未保留。将所有旧触摸的状态标记为低于阈值(有待在下面的循环中更新)将所有新触摸标记为未执行。loop列表中的所有新触摸(按照排列顺序)loop所有有效的未保留旧手指触摸。如果该新触摸比本循环中的其他旧触摸更靠近该旧触摸，则保存旧触摸索引和新 触摸索引以及它们之间的距离。如果此对触摸的距离大于循环中原有的触摸对的距离，则 将该距离保存为最大距离。next 旧触摸如果在上一个循环中未发现有效的未保留旧触摸，则在旧触摸工作列表的第一个 空索引中填入该新触摸值，保留该索引并将状态标记为高于阈值。将新触摸索引标记为已 执行。提前结束此新触摸循环。如果发现了有效的未保留最近新/旧触摸对，则将旧触摸值更新为新值，将旧触 摸的索引保留在工作列表中并将状态标记为高于阈值。将新触摸索引标记为已执行。next 新触摸如果在此排列中发现的最大触摸对距离大于循环中原有的排列中的距离，则将该 距离保存为最大距离。next 排列仅使用最佳排列重新运行上述算法，并更新得到最终的触摸列表(或者将已保存 的临时最佳列表复制到最终列表中)。算法2结束。投射电容触撙区分法本节描述可使用投射电容矩阵传感器采集的数据来区分单个触摸或由两个触摸 限定的矩形(边框)的算法实例。该算法可计算准确的触摸位置，还可在各个触摸按下、拖 拽和离开时对其进行排序和跟踪。投射电容矩阵传感器被构造为以较大间距布置的直条或相连的垫的XY阵列(通 常是菱形)。通过一次测量整行或整列的电容可以快速、经济地扫描这类传感器。然而，当以这 种方式扫描时，如果两个手指同时触摸，则会产生两个虚假触摸。虚假触摸出现在实际触摸 限定的矩形的一对对角处。已经用比率法计算了单个触摸矩阵传感器和滑块的精细位置。(矩阵屏可被看作 两个滑块，每轴各一个。)一旦通过查找信号最强的条确定了粗略位置，就可以使用比率公 式用一个或两个相邻条的信号内插精细位置。也可以使用轴线内的条的加权平均数计算形心，从而确定滑块或单个矩阵轴的精
细位置。本发明的算法查找每个轴上的一个或两个触摸的中心条，然后使用内插法。本发明的算法可用于手持电子产品市场的客户所需的某些双指手势，包括(但不 限于)缩放和对象旋转。本发明的算法还允许主机软件以独立于硬件的方式实现触摸手势。工作原型使用Silcon Labs (Austin, Texas)的C8051F327微处理器，其控制一对 Analog Devices (Norwood, Massachusetts)的AD7147电容数字转换器,每个轴上各有一个 该转换器，每一个都在另一个禁用时交替工作。没有使用(也不可能使用)内部AD7147环 境补偿，而是由C8051F327固件来实现此目的。远离触点的条的信号强度会快速下降。可根据典型触摸的这一信号强度下降程度 表征触摸屏的类型。可以定义“触摸宽度”参数，其规定到强触摸中心的距离，如果超出该 距离，信号水平将降至触摸阈值以下。该算法扫描每个轴，寻找具有高于触摸阈值的两个最强信号的条。如果只有一个 条高于阈值，或者这两个条未充分隔开(根据上述触摸宽度参数)，则该算法进入单触摸状 态。在此状态下，该算法使用内插算法计算每个轴的精细坐标。然后以指示出只有一个手指 进行触摸的格式报告该坐标。否则，如果这两个条被充分隔开，则该算法进入双触摸状态。在双触摸状态下，该算法使用相同的内插算法计算每个轴上的两个触摸位置的精 细坐标。由于两个触摸会产生四种可能的解，因此准确的触摸位置不确定。例如，已知坐标 (X3，Y9)和(Χ6, Υ4)处发生了实际触摸，则可能会报告在(Χ6, Υ9)和(Χ3，Υ4)处发生了其 他触摸(虚假触摸)。然后排列这两对坐标，以便报告矩形左上角和右下角的坐标。矩形的 四角处哪两个为真实触摸、哪两个为虚假触摸并不重要。会以指示出两个手指进行触摸的 格式报告坐标。所述算法(采用伪代码)扫描投射电容矩阵触摸屏内所有行列条，将测量值保存到各个轴阵列。减去杂散电容和可选的手掌电容loop X 轴阵列检查该条是否为本循环中所扫描的最高的，以及是否高于触摸阈值，如果是，则保 存该条的高度和索引next 条如果找到了合格的条，loop X 轴阵列除了第1个条或其周围的预定相邻条之外，如果某个条为本循环所扫描的最高 的，并且高于触摸阈值，则保存该条的高度和索引next 条如果找到了合格的X轴条，loop Y 轴阵列检查该条是否为本循环中所扫描的最高的，以及是否高于触摸阈值，如果是，则保 存该条的高度和索引next 条如果找到了合格的条，loop Y 轴阵列除了第1个条或其周围的预定相邻条之外，如果某个条为本循环所扫描的最高 的，并且高于触摸阈值，则保存该条的高度和索引
next 条如果两个轴的扫描返回两个合格的触摸条，则将这两个条的坐标排列成左上角和 右下角组成的对，进入双触摸状态。否则，如果只发现一个合格的坐标对，则进入单触摸状态。如果进入了双触摸状态，则对每个角独立地执行触摸上/下逻辑、筛选、换算、旋 转检查(可选)和内插。输出按左上、右下、索引顺序格式化的触摸数据包。否则，如果进入了单触摸状态，则执行触摸上/下逻辑、筛选、换算、旋转检查(可 选)和相同的内插，并输出其格式能指示出它是单触摸的触摸数据包。算法结束。内插法可使用换算参数来优化对多种矩阵和滑块传感器上的条/垫的内插。还包括可用 来确定该参数的最佳值的方法。滑块和矩阵传感器由布置成一个或两个轴的若干垫或条构成。分辨率不应高于垫 或条的数量。通过在垫/条之间进行内插可以提高分辨率。常用的方法是调整两相邻条的 信号强度与该垫/条的宽度(即间距)之比。条的信号强度，因而该比率主要取决于垫/条的宽度、手指平面部分的尺寸和形 状以及电介质材料(通常为PET或玻璃)的厚度。在本实例中，我们采用从主条向其右侧的相邻条的从左向右进行内插的惯例。在 该惯例中，内插从主条左侧1/2条宽度处(该处信号强度与其左侧相邻条相同)开始，然后 延伸至其右侧1/2条宽度。条1是信号最强的条，条2是右侧相邻条。内插偏移量为(条宽X (条 2/(条 1+条 2)))然后将该偏移量加到位于条1中心处的基点上。对于大多数传感器，这样计算会 产生非线性结果，如图IOA所示。(图10AU0B和IOC中的曲线“原点+偏移”是指原始条 信号(输入)以及内插位置计算结果(输出)。内插位置是距条中心(原点)的偏移量。改进的内插法可产生更准确的触摸坐标。通过参数化，可利用单一固件来支持多 种矩阵和滑块传感器。该参数可以和与传感器有关的其他信息(例如垫/条的数量)一起 保存到EEPROM中。单一参数可以应用到所有条，但是如果这些条具有不同尺寸或间距(最 明显的是条矩阵传感器的X和Y平面)，也可以将参数分别优化。已经使用的其他内插惯例包括半幅内插，该方法使用中心左右侧的条。但不包括 最左侧和/或最右侧的条，例如，3M TG3触摸控制器和Touctware/MT 软件使用推动技术 (pushing technique)来允许较大手指到达活动触摸区的边缘，而牺牲边界区域的精确度。改进的内插法将应用产生比仅采用条宽度更好的结果的换算参数。确定此换算参 数的最佳值的方法是执行校正程序以表征传感器类型。为此，在以稳定速率将手指或探针 在整个条/垫上掠过的同时记录条/垫的信号强度。当如图IOA所示作图时，四个代表性 的条处的信号强度升高至峰值，然后依次下降。可以将实际值复制到模拟相同的内插惯例 的电子表格中，即内插偏移量=((换算因子X (条2/ (条1+条2))))-(换算因子/2) + (条宽/2)。然后将该偏移量加到[条1，(NX条宽)]的中心，其中N为条1的零基序数。一旦数据被输入电子表格，就可以轻松手动改变换算因子(从条宽开始向上进行)，以得到最佳结果，如图IOB所示。作为另外一种选择，软件算法可以选择与图IOA所示失配相邻内插值的端点最佳 匹配的标度，然后以迭代方式寻找剩余测量点的最佳拟合。无论怎样计算，都应避免出现图IOB所示的采用过大的换算因子过度校正的情形。作为另外一种选择，可以将上式得到的值预计算并放入只读表格中以便使用。该 表可以(例如)由多组数值组成，每组数值对应于一个换算参数值。将采用其中最适合传 感器的那一组。使用表格来模拟正弦形(或规定形状)偏移量可以具有比纯公式法更高的 计算效率，其在一些实施例中可以改善精度。在3M Touch Systems矩阵传感器演示板和多种矩阵传感器上对该方法和应用进 行了原型试验，该演示板使用运行Analog Devices (Norwood,Massachusetts)的AD7147电 容数字转换器的 Silicon Labs (Austin, Texas) C8051F327 微处理器。
权利要求
1.一种用于评估两个或更多个短暂重叠的触摸输入的触摸位置的方法，所述方法用于 包括传感器的矩阵电容触摸屏系统，所述传感器具有多个X电极和多个y电极，其中所述X 电极基于对地电容测量值提供χ信号并指示触摸输入的χ坐标，所述y电极基于对地电容 测量值提供ι信号并指示触摸输入的ι坐标，并且所述方法包括响应于对地电容χ信号，确定所述两个或多个短暂重叠的触摸输入的有效χ坐标；响应于对地电容y信号，确定所述两个或多个短暂重叠的触摸输入的有效y坐标；以及根据所述确定的χ坐标和y坐标形成有效χ-y对，所述有效χ-y对指示所述触摸位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成有效χ-y对包括比较对地电容χ信号的时序 与对地电容y信号的时序。
3.根据权利要求1所述的方法，其中形成有效χ-y对包括比较对地电容χ信号的幅度 与对地电容y信号的幅度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中形成有效x-y对包括比较对地电容χ信号的至少 一个参数的变化率与对地电容y信号的所述至少一个参数的变化率。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述至少一个参数包括信号强度。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述至少一个参数包括信号宽度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中形成有效x-y对包括测量靠近所述确定的χ坐标 的χ电极与靠近所述确定的y坐标的y电极之间的互电容信号。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括感测与所述触摸输入中的至少一者的接触前悬 停相关的对地电容χ信号和对地电容y信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其中形成有效x-y对包括使用所述感测到的接触前悬 停信号。
10.根据权利要求1所述的方法，其中形成有效Χ-y对包括比较可能的坐标对与允许的 触摸区域。
11.一种矩阵电容触摸屏系统，包括传感器，所述传感器包括多个X电极和多个y电极，所述X电极基于对地电容测量值提 供χ信号并指示触摸输入位置的χ坐标，所述y电极基于对地电容测量值提供y信号并指 示触摸输入位置的y坐标；控制器，所述控制器包括逻辑电路，并且连接到所述χ电极以接收所述χ信号，连接到 所述y电极以接收所述y信号，所述控制器被构造用于根据所述χ信号确定一个或多个χ 坐标并根据所述y信号确定一个或多个y坐标，并且对施加到所述触摸传感器的两个或更 多个短暂重叠的触摸输入做出响应，以根据所述确定的χ坐标和确定的y坐标形成有效的 χ-y对，所述有效的χ-y对指示所述两个或更多个短暂重叠的触摸输入的位置。
12.根据权利要求11所述的触摸屏系统，还包括处理器，所述处理器从所述控制器接 收所述有效χ-y对，并响应于所述有效χ-y对执行一个或多个应用程序的操作。
13.根据权利要求12所述的触摸屏系统，其中所述控制器还被构造为从所述处理器 接收与应用特定的允许触摸区域相关的信息，并且使用所述接收到的信息来形成所述有效 χ-y 对。
14.根据权利要求11所述的触摸屏系统在多人游戏中实现。
15.根据权利要求11所述的触摸屏系统在移动设备中实现。
16.一种用于评估三个或更多个短暂重叠的触摸输入的触摸位置的方法，所述方法用 于包括传感器的矩阵触摸屏系统，所述传感器提供指示触摸输入的X坐标的X信号和指示 触摸输入的y坐标的y信号，所述方法包括响应于接收到的χ信号确定所述三个或更多个短暂重叠的触摸输入的有效χ坐标；响应于接收到的y信号确定所述三个或更多个短暂重叠的触摸输入的有效y坐标；根据所述确定的χ坐标和确定的y坐标形成第一有效χ-y对，所述第一有效χ-y对指 示所述三个或更多个短暂重叠的触摸输入中第一个的触摸位置，所述其余触摸输入未被分 辨；以及响应于所述第一有效χ-y对形成所述其余未分辨触摸输入中的一者或多者的额外的 有效x-y对。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括延期形成额外的有效x-y对，直到接收到足够 的额外χ信号或y信号以允许验证所述其余未分辨触摸输入中的一者或多者。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括将有效x-y对作为触摸位置报告给处理器，所 述处理器根据所述触摸位置执行应用程序操作。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括将所述其余未分辨触摸输入的χ和y坐标报 告给所述处理器，并且作为对其响应，从与应用特定的允许触摸区域相关的所述处理器接 收信息。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器为矩阵电容传感器。
21.根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器为顶传感器。
22.根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器为SAW传感器。
23.一种用于包括传感器和显示器的矩阵电容触摸屏系统的方法，所述传感器具有多 个χ电极和多个y电极，其中所述χ电极用于根据对地电容测量值提供χ信号并指示触摸 输入的χ坐标，所述y电极用于根据对地电容测量值提供y信号并指示触摸输入的y坐标， 所述方法包括检测至所述传感器的两个短暂重叠的触摸输入；响应于对地电容χ信号，确定所述两个短暂重叠的触摸输入的有效χ坐标；响应于对地电容y信号，确定所述两个短暂重叠的触摸输入的有效y坐标；限定顶点在所述确定的χ坐标和y坐标交点处的边框，所述边框与所述显示器上指示 的区域相关；以及通过检测所述两个重叠的触摸输入的相对运动调整所述显示器上指示的所述区域。
24.一种矩阵电容触摸屏系统，包括显不器；传感器，所述传感器包括多个χ电极和多个y电极，所述χ电极基于对地电容测量值提 供χ信号并指示触摸输入位置的χ坐标，所述y电极基于对地电容测量值提供y信号并指 示触摸输入位置的y坐标；控制器，所述控制器包括逻辑电路，并且连接到所述χ电极以接收所述χ信号，连接到 所述y电极以接收所述y信号，所述控制器被构造用于根据接收到的χ信号确定触摸输入 的有效χ坐标和根据接收到的y信号确定触摸输入的有效y坐标，其中所述控制器通过检 测两个短暂重叠的触摸输入限定了顶点在所述确定的χ坐标和y坐标交点处的边框，通过检测所述两个触摸输入随后的相对运动调整所述边框，并且传输与所述边框相关的信息以 指示在所述显示器上。
25.一种用于评估两个或更多个短暂重叠的触摸输入的触摸位置的方法，所述方法用 于在χ和y传感器条的所述交点处具有多个节点的矩阵触摸屏，所述每个节点均被电子器 件驱动，以便产生信号强度，所述方法包括对于信号强度高于规定的触摸事件阈值的节点(1)将具有最高信号强度的所述节点与第一触摸相关；(2)将具有最高信号强度的所述节点的邻近节点与所述第一触摸相关；(3)在未与所述第一触摸相关的节点中，将具有最高信号强度的所述节点与第二触摸 相关；并且(4)将与所述第二触摸相关的所述节点的邻近节点与所述第二触摸相关。
26.根据权利要求25所述的方法，其中邻近节点至少包括距离给定节点一个节点以外 的节点。
27.根据权利要求沈所述的方法，还包括(2b)将与所述第一触摸相关的节点的邻近不相关节点与保留区相关；并且其中步骤(3)另外将所述保留区内所包括的节点排除在与所述第二触摸相关的 范围之外。
全文摘要
本发明提供了一种基于矩阵的触摸输入系统，所述系统通过由独立确定的x坐标和y坐标形成有效x-y坐标对，来评估两个或更多个短暂重叠的触摸输入的触摸位置。通过比较例如信号幅度、信号强度、信号宽度和信号变化率的一个或多个信号参数来形成有效x-y对。在利用对地电容信号确定所述x坐标和y坐标的矩阵电容系统中，利用互电容测量值可以将所述确定的坐标形成为有效x-y对。当分辨不止两个短暂重叠的触摸时，可利用通过分辨所述触摸中的至少一者的有效x-y坐标对获得的信息来分辨其余触摸。
文档编号G06F3/044GK102084326SQ200980126399
公开日2011年6月1日 申请日期2009年5月13日 优先权日2008年5月14日
发明者伯纳德·O·吉安, 克雷格·A·科代罗 申请人:3M创新有限公司