预测式的触摸表面扫描的制作方法

专利名称：预测式的触摸表面扫描的制作方法
预测式的触摸表面扫描技术领域
此公开涉及触摸传感器的领域，以及特别是涉及执行电容触摸传感器阵列的测量 扫描。
背景
计算设备如笔记本计算机、个人数字助理(PDA)、信息亭和手机具有用户接口设 备，其也被称为人机接口设备(HID)。已变得较常见的一种用户接口设备是触摸传感器板 (通常也被称为触摸板)。基本的笔记本计算机触摸传感器板模拟个人计算机(PC)鼠标的功 能。为了内置便携性，触摸传感器板一般嵌入PC笔记本中。触摸传感器板使用沿两个定义 的轴布置的一批电容传感器元件复制X/Y运动，这些传感器元件检测一个或多个传导物体 如手指的存在或接近度。鼠标右/左按钮点击可以由位于触摸板附近的两个机械或电容感 测的按钮复制，或通过触摸传感器板本身上的敲入命令复制。触摸传感器板提供用于执行 诸如定位指针或选择显示器上的项目的功能的用户接口设备。这些触摸传感器板可包括用 于确定传导物体在多个轴上的运动的多维传感器阵列。传感器阵列可包括检测在一个轴上 的运动的一维传感器阵列。传感器阵列也可以是二维的，检测在两个轴上的运动。
已变得较常见的另一用户接口设备是触摸屏。也称为触摸屏幕、触摸窗口、触摸 面板或触摸屏面板的触摸屏是透明的显示覆盖层，其一般是压敏的(电阻的或压电的)、电 敏的(电容的)、声敏的(表面声波(SAW))或者光敏的(红外线)。这种覆盖层允许显示器用 作输入设备，去除了作为用于与显示图像的内容进行交互的主要输入设备的键盘和/或鼠 标。这种显示器可以附接到计算机或作为终端附接到网络。触摸屏已经在零售环境中、销 售点系统上、ATM上、手机上、信息亭上、游戏控制台上和PDA上变得常见，其中触控笔有时 被用来操纵图形用户接口(GUI)和输入数据。用户可以触摸到触摸屏或触摸传感器板以操 纵数据。例如，用户可以通过使用手指触摸到触摸屏的表面来施加单次触摸，以从菜单选择项目。
附图简述
本公开作为例子而不是作为限制示出，在附图的图中


图1是示出处理触摸传感器数据的电子系统的实施方式的框图。
图2是示出处理触摸传感器数据的电子系统的实施方式的框图。
图3示出具有菱形图案的电容传感器阵列的实施方式。
图4示出根据实施方式的电容传感器阵列的单位单元。
图5示出根据实施方式的触摸传感表面的区域。
图6A不出根据实施方式的触摸传感表面的搜索窗口。
图6B不出根据实施方式的触摸传感表面。
图6C不出根据实施方式的触摸传感表面。
图7是示出根据实施方式的用于扫描电容触摸传感器阵列的过程的流程图。
详细描述
下面的描述阐述了许多具体细节例如具体系统、部件、方法等的例子，以便提供对本发明的若干实施方式的良好理解。然而，对于本领域的一个技术人员来说明显的是，可实 践本发明的至少一些实施方式而没有这些具体细节。在其他实例中，为了避免不必要地使 本发明难理解，众所周知的部件或方法没有被详细描述或以简单的框图形式呈现。因此，所 阐述的具体细节只是示范性的。特定的实现可能从这些示范性细节改变而仍然被考虑在本 发明的精神和范围内。
在一个实施方式中，电容触摸传感表面可以用于通过扫描电容传感器元件之间的 多个交叉点的每个来跟踪接触或非常接近触摸传感表面的一个或多个传导物体的位置。在 一个实施方式中，当传导物体如手指接触或非常接近触摸传感表面时，触摸可在触摸传感 表面处被检测到。两个传感器元件之间的交叉点可以被理解为一位置，在此处一个传感器 元件与另一个交叠或重叠，同时维持彼此的电隔离。扫描可包括在跨越触摸传感表面的全 部或部分的交叉传感器兀件对之间的一系列互电容测量。这种电容触摸传感表面的实施方 式可通过限制为识别传导物体的位置而扫描的交叉点的数量来降低功耗和提高抗噪性。在 一个实施方式中，限制所扫描的交叉点的数量可进一步提高精度、减少响应时间以及提高 触摸传感设备的刷新率。
在一个实施方式中，处理设备可执行触摸传感表面的第一次扫描以检测和分辨传 导物体的位置。基于此分辨(即，计算)的位置，处理设备可预测传导物体的位置或一组可能 的未来位置。例如，基于传导物体的上一个已知的或先前分辨的位置、传导物体的速度、加 速度或其组合，处理设备可计算传导物体的预测位置。可选地，处理设备可确定搜索窗口， 搜索窗口包括在后续的扫描期间传导物体很可能被找到的全部或大部分位置。在一个实施 方式中，预测也可基于第一次扫描与下一个后续扫描之间的持续时间。在一个实施方式中， 搜索窗口可以是矩形的。在可选的实施方式中，搜索窗口可以是某个其他的非正方形或非 矩形形状。
在确定了与传导物体的预测位置相关联的搜索窗口后，处理设备可以调用在搜索 窗口内对交叉点的扫描，搜索窗口可包括靠近预测位置的交叉点。因此可通过执行包括对 传导物体很可能被找出的有限数量的交叉点的一系列局部扫描来随着时间的过去跟踪传 导物体。在使用来自局部扫描的数据不能准确地分辨传导物体的位置的罕见情况中，多达 或包括整个面板的额外交叉点可以被感测，以便以期望精度确定物体的位置。
图1示出电子系统100的一个实施方式的框图，电子系统100包括可被配置成从 包括电容传感器阵列的触摸传感表面116测量电容的处理设备110。在一个实施方式中，复 用器电路可用于将电容传感器101与传感器元件阵列121连接。电子系统100包括耦合到 处理设备110的触摸传感表面116(例如，触摸屏或触摸板)，处理设备110耦合到主机150。 在一个实施方式中，触摸传感表面116是二维用户接口，其使用传感器元件阵列121检测表 面116上的触摸。
在一个实施方式中，传感器元件阵列121包括被布置为二维矩阵(也称为XY矩阵) 的传感器元件121 (1)-121 (N)(其中N是正整数)。传感器元件阵列121通过传输多个 信号的一个或多个模拟总线115耦合到处理设备110的引脚113 (1)-113 (N)。在此实施 方式中，每个传感器元件121 (1)-121 (N)被表示为电容器。
在一个实施方式中，电容传感器101可包括张弛振荡器或其他装置以将电容转换 成被测值。电容传感器101还可包括计数器或定时器以测量振荡器的输出。处理设备110可进一步包括软件部件以将计数值(例如，电容值)转换成传感器元件检测判决(也称为切换检测判决)或相对幅值。应当注意，有各种已知的用于测量电容的方法，例如电流相对于电压相移测量、电阻器-电容器充电计时、电容桥式分压器、电荷转移、逐次逼近法、Σ-Λ 调制器、电荷聚积电路、场效应、互电容、频移或其他电容测量算法。然而，应注意，不是相对于阈值评估原始计数，电容传感器101可评估其他测量以确定用户的交互。例如，在具有 Σ-Δ调制器的电容传感器101中，电容传感器101评估输出的脉冲宽度的比(即密度域)， 而不是原始计数超过或低于某一阈值。
在一个实施方式中，处理设备110进一步包括处理逻辑102。处理逻辑102的操作可在固件中实现；可选地，它可在硬件或软件中实现。处理逻辑102可从电容传感器101 接收信号，并确定传感器元件阵列121的状态，例如物体(例如手指)是被检测到在传感器元件阵列121上还是接近传感器元件阵列121 (例如确定物体的存在)，分辨物体在传感器阵列上的地方(例如，确定物体的位置)，跟踪物体的运动或关于在触摸传感器处检测到的物体的其他信息。
在另一实施方式中，不是在处理设备110中执行处理逻辑102的操作，处理设备 110可将原始数据或部分处理的数据发送到主机150。如图1所示，主机150可包括执行处理逻辑102的一些或全部操作的决策逻辑151。决策逻辑151的操作可以在固件、硬件、软件或其组合中实现。主机150可包括应用152中的高级应用编程接口(API)，应用152对所接收的数据执行例程，例如补偿灵敏度差异、其他的补偿算法、基线更新例程、启动和/或初始化例程、插值操作或缩放操作。关于处理逻辑102描述的操作可在决策逻辑151、应用 152中或在处理设备110外部的其他硬件、软件和/或固件中实现。在一些其他实施方式中，处理设备110是主机150。
在另一实施方式中，处理设备110还可包括非传感行为块103。此块103可用于处理数据和/或将数据发送到主机150和从主机150接收数据。例如，额外部件(例如，键盘、辅助键盘、鼠标、轨迹球、LED、显示器或其他外围设备)可被实现来与处理设备110以及传感器元件阵列121 —起操作。
处理设备110可存在于公共载体基底如例如集成电路(IC)管芯基底或多芯片模块基底上。可选地，处理设备110的部件可以是一个或多个分离的集成电路和/或分立部件。在一个实施方式中，处理设备110可以是由加利福尼亚州的San Jose的Cypress半导体公司开发的可编程片上系统(PSoCTM)处理设备。可选地，处理设备110可以是本领域的普通技术人员已知的一个或多个其他处理设备，例如微处理器或中央处理单元、控制器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程设备。在可选实施方式中，例如，处理设备110可以是具有包括核心单元和多个微引擎的多个处理器的网络处理器。另外，处理设备110可包括通用处理设备和专用处理设备的任何组合。在一个实施方式中，电子系统100在包括作为用户接口的触摸传感表面116的设备中实现，该设备例如是手持式电子设备、便携式电话、蜂窝电话、笔记本计算机、个人计算机、个人数字助理(PDA)、信息亭、键盘、电视机、遥控器、监控器、手持式多媒体设备、手持式视频播放器、游戏设备、家用或工业器具的控制面板或其他计算机外围设备或输入设备。可选地，电子系统100可用在其他类型的设备中。应当注意，电子系统100的部件可包括上述所有部件。可选地，电子系统100可只包括上述部件中的一些，或包括在本文未列出的额外 部件。
图2是示出电容触摸传感器元件121的阵列和电容传感器101的一个实施方式的 框图，电容传感器101将被测电容的变化转换为指示触摸的存在和位置的坐标。基于被测 电容相对于在非触摸状态下的同一触摸传感器元件阵列121的电容的变化来计算坐标。在 一个实施方式中，传感器兀件阵列121和电容传感器101在诸如电子系统100的系统中实 现。传感器元件阵列121包括NXM个电极(N个接收电极和M个发射电极)的矩阵225，矩 阵225还包括发射(TX)电极222和接收(RX)电极223。矩阵225中的每个电极通过解复 用器212和复用器213与电容传感电路101连接。
电容传感器101包括复用器控制器211、解复用器212和复用器213、时钟发生器 214、信号发生器215、解调电路216以及模拟数字转换器(ADC) 217。ADC 217进一步与触 摸坐标转换器218耦合。触摸坐标转换器218可在处理逻辑102中实现。
电极矩阵225中的发射和接收电极可被布置成使得每个发射电极与每个接收电 极重叠和相交，例如以形成交叉点的阵列，同时维持彼此的电隔离。因此，每个发射电极可 与每个接收电极电容地耦合。例如，发射电极222与接收电极223在发射电极222和接收 电极223重叠的点处电容地耦合。
时钟发生器214向信号发生器215提供时钟信号，信号发生器215生成将提供给 触摸传感器121的发射电极的TX信号224。在一个实施方式中，信号发生器215包括根据 来自时钟发生器214的时钟信号操作的一组开关。通过将信号发生器215的输出端周期性 地连接到第一电压以及然后连接到第二电压，开关可生成TX信号224，其中所述第一和第 二电压是不同的。
信号发生器215的输出端与解复用器212连接，解复用器212允许TX信号224被 施加到触摸传感器121的M个发射电极的任一个。在一个实施方式中，复用器控制器211 控制解复用器212，使得TX信号224以受控的顺序被施加到每个发射电极222。解复用器 212也可用于接地、浮动或将备用信号连接到TX信号224当前没有被施加到的其他发射电 极。在可选实施方式中，TX信号224可按照实际形式提供给发射电极222的子集，并按照 补充形式提供给发射电极222的第二子集，其中在发射电极222的第一和第二子集的成员 中没有重叠。
由于发射和接收电极之间的电容耦合，被施加到每个发射电极的TX信号224在每 个接收电极内感应出电流。例如，当通过解复用器212将TX信号224施加到发射电极222 时，TX信号224在矩阵225中的接收电极上感应出RX信号227。然后可以通过使用复用器 213将N个接收电极的每个依次连接到解调电路216来依次测量每个接收电极上的RX信号 227。
与TX电极和RX电极之间的每个交叉点相关联的互电容可以通过使用解复用器 212和复用器213选择TX电极和RX电极的每一可用组合来被感测。为了提高性能，复用 器213也可被分割以允许矩阵225中的一个以上的接收电极按规定路线到额外的解调电路 216。在有解调电路216的实例与接收电极的I对I对应的优化配置中，复用器213可以不 在系统中存在。
当传导物体如手指接近电极矩阵225时，物体只在一些电极之间引起被测互电容的减少。例如，如果手指被放置成靠近发射电极222和接收电极223的交叉点，则手指的 存在将会减少电极222和223之间耦合的电荷。因此，能够通过识别具有被测互电容的减 少的一个或多个接收电极并且在该一个或多个接收电极上测量到电容减少时识别TX信号 224被施加到的发射电极，来确定手指在触摸板上的位置。
通过确定与矩阵225中的电极的每个交叉点相关联的互电容，可确定一个或多个 传导物体的存在和位置。该确定可以是连续的、并行的或者可在通常使用的电极处更频繁 地发生。
在可选的实施方式中，可使用用于检测手指或其他传导物体的存在的其他方法， 其中手指或传导物体引起一个或多个电极处的被测电容的增加，这些电极可按照网格或其 他图案布置。例如，被放置成靠近电容传感器的电极的手指可能引入额外的对地电容，这增 加了电极与地之间的总电容。手指的位置可以基于被测电容中的变化被检测到的一个或多 个电极的位置以及在每个相应的电极处的电容变化的相关幅度来确定。
感应的电流信号227由解调电路216积分。通过解调电路216输出的整流电流可 然后被过滤并由ADC 217转换成数字代码。
从相邻传感器交叉点测量的一系列这种数字代码当与非触摸状态中的这些相同 传感器的相关代码比较或由其补偿时，可通过触摸坐标转换器218转换为指示在触摸传感 器元件阵列121上的输入的位置的触摸坐标。通过处理逻辑102，触摸坐标然后可用于检测 手势或执行其他功能。
图3示出包括电容传感器阵列320的电容触摸传感系统300的实施方式。电容传 感器阵列320包括多个行电极331-340和多个列电极341-348。行和列电极331-348连接 到处理设备310，处理设备310可包括电容传感器101的功能，如图2所示。在一个实施方 式中，处理设备310可执行对电容传感器阵列320的互电容测量扫描以测量与传感器阵列 320中的行电极和列电极之间的每个交叉点相关联的互电容值。被测电容可被进一步处理 以确定接近电容传感器阵列320的传导物体的一个或多个接触部的形心位置。
在一个实施方式中，处理设备310连接到主机150，主机150可从处理设备310接 收被测电容或计算的形心位置。
图3所示的传感器阵列320包括被布置成产生互连的菱形形状的图案的传感器电 极。具体来说，传感器阵列320的传感器电极331-348形成单个实心菱形(SSD)图案。在 一个实施方式中，行电极和列电极之间的每个交叉点定义单位单元。单位单元内的每个点 到相关联交叉点比到任何其他交叉点更近。例如，单位单元350包含最接近行电极334和 列电极346之间的交叉点的点。
在一个实施方式中，电容触摸传感系统可通过执行扫描以从构成触摸传感表面的 单位单元测量电容来从整个触摸传感表面收集数据，然后与后续扫描连续或并行地处理数 据。例如，连续地处理数据的一个系统可从整个触摸传感表面的每个单位单元收集原始电 容数据，并过滤原始数据。基于过滤的原始数据,该系统可确定电容中的被测量的变化中的 局部最大值以计算手指或其他传导物体的位置，然后执行所分辨的位置的后处理以报告传 导物体的位置，或执行其他功能例如运动跟踪或手势识别等。
在一个实施方式中，触摸传感系统可以被配置成执行自电容感测和互电容感测中 的一个或两个。被配置成执行自电容传感的电容触摸传感系统的一个实施方式可连续地测量触摸传感表面的每行和每列传感器元件的自电容，使得对于具有N行和M列的电容传感器阵列，感测操作的总数为N+M。在一个实施方式中，触摸传感系统可能能够将单独的传感器元件连接在一起以用单个操作来并行地感测。例如，多行和/或多列传感器元件可耦合在一起并在单个操作中被感测以确定传导物体是否正触摸或靠近触摸传感表面。
在一个实施方式中，触摸传感系统可通过单独地感测行电极和列传感器电极之间的每个交叉点来执行互电容感测。因此，对于具有X行和Y列的电容触摸传感器的感测操作的总数为XXY。在一个实施方式中，执行在行电极和列电极的交叉点处形成的单位单元的互电容测量包括将信号(TX)施加到一个电极并测量在另一电极上的信号的特征，这些特征由电极之间的电容耦合弓I起。
在一个实施方式中，可并行地使用多个电容传感电路以同时测量由施加到一个或多个行电极的信号而稱合到多个列电极的信号。在一个实施方式中，对于具有X行、Y列且 N列可以同时被感测的电容传感器阵列，互电容感测操作的数量是大于或等于XX Υ/Ν的最小整数。
自电容或互电容触摸传感系统的功耗可通过限制对触摸传感表面的一部分的扫描来减少。当跟踪传导物体时，限制扫描可进一步导致对噪声的更高抗扰性以及更高精度、 响应时间和刷新率。
作为例子，触摸传感系统可以有Χ=16行、Υ=24列以及可以同时被感测的Ν=8列。 当被配置成测量作为搜索窗口的8X8单位单元的块时，这种触摸传感系统可以使用每扫描8个感测操作来跟踪传导物体的存在和位置。执行对整个触摸传感表面的扫描的同一系统每次更新将使用48个感测操作。因此，在这个特定的例子中，局部扫描导致在扫描时间上6倍的提高以及执行扫描的功率上的类似减少。
在一个实施方式中，对于由>700个单位单元组成的5. 5英寸的对角线面板，使用 7X7搜索窗口与全扫描相比可将扫描时间减少15倍。这个减少的扫描速度可进一步影响触摸屏系统的许多关键参数，如功耗、信噪比、刷新率和精度。
图4不出根据实施方式的表不电容传感器阵列的一部分的6X6单位单兀的网格。 所示出的网格包括被传导物体的接触或接近度影响的传感器元件的单位单元。在一个实施方式中，每个单位单元如单位单元404对应于电容传感器阵列中的行与列电极之间的交叉点。在图4中，每个单位单元的阴影指示该单位单元的由在接触位置401处的传导物体的存在引起的互电容中的变化的幅度，较暗的阴影指示电容中的较大变化。在一个实施方式中，接触部401的位置由形心402确定，形心402基于填充有局部搜索窗口内的每个交叉点的感测的电容值的阵列来计算。在一个实施方式中，使用X和Y方向的每个上的所有被测电容值之间的插值并通过使用超过噪声阈值的大部分或全部读数来计算接触位置的形心 402。通过这种方法，由传导物体接触的中心或传导物体的存在可以用比用于产生传感器网格的电极的间距精细得多的分辨率来计算。在另一实施方式中，只有被测电容值的子集用于计算。
在一个实施方式中，触摸传感系统可以执行局部扫描的搜索窗口的大小可基于由触摸传感系统跟踪的手指或其他传导物体的预期 最大速度确定。例如，电容传感器阵列可以有5mm的电极间距并可能以IOOHz的速度被扫描。对于触摸传感应用，触摸屏上的手指可在传感器阵列上与每秒I米一样快的速度移动，远远快于每秒几百毫米的速度是相对少见的。
在这样的触摸传感系统中，手指在扫描之间的时间间隔期间移动多于几毫米将是 不寻常的。因此，给出传导物体的预期的行进速度，搜索窗口可依尺寸形成为实质上包括传 导物体的所有预测位置。例如局部扫描可包括在8X8单位单元的区域内的所有交叉点或 交叉点的子集，如果局部扫描窗口的中心在先前扫描中的所分辨的触摸的形心上，则该区 域足够大以容纳每扫描间隔几毫米的手指或其他传导物体的最大预期行进距离。
在一个实施方式中，触摸传感系统可基于传导物体如手指的预测位置来确定要执 行局部扫描的搜索窗口的位置。例如，系统可预测手指在后续扫描的时间期间预期处于的 位置并执行包括在预测位置周围的传感器元件的交叉点的局部扫描。在一个实施方式中， 该系统识别搜索窗口，搜索窗口是包括在局部扫描期间有待扫描的交叉点的区域。在一个 实施方式中，搜索窗口包括传导物体的预测位置。在一个实施方式中，传导物体的预测位置 是根据先前扫描而计算的传导物体的位置。
在一个实施方式中，触摸传感系统使用由初始扫描确定的传导物体的位置作为对 后续局部扫描的传导物体的预测位置。在一个实施方式中，触摸传感系统也可考虑到在运 动中的传导物体的速度或加速度。例如，基于传导物体的先前分辨的位置，该系统可确定传 导物体的上一个已知的位置、速度和加速度，以便在后续局部扫描被安排执行时的时间计 算传导物体的预测位置。在一个实施方式中，用于使用局部扫描找出接触部的过程通过预 测接触位置开始。在一个实施方式中，触摸传感系统可基于下面的假设来操作接近触摸传 感表面的传导物体的接触点正足够缓慢地移动，接触部的上一个已知的位置可用于近似对 后续扫描的接触部的预测位置。
在一个实施方式中，使用上一个已知的接触位置作为预测位置的适用性可取决于 各种因素，包括触摸传感系统的扫描速度、传感器元件的大小、传导物体的预期最高速度以 及搜索窗口的大小。
例如，对于以200Hz被扫描的具有5x5mm的单位单元大小的触摸传感面板，将仍然 能够使用包括边界的搜索窗口来找出以200HzX5mm=lm/S移动的传导物体如手指，边界宽 度是在用于确定接触部的形心位置的最小区域的所有侧上的至少一个额外“缓冲”单位单 元。例如，如果触摸传感系统使用最小6X6单位单元的网格来计算传导物体的形心位置， 则搜索窗口的大小将是8X8个单位单元。
在可选实施方式中，传导物体的预测位置可基于接触位置的先前确定的位置来预 测。在一个实施方式中，接触部的先前位置可用于计算接触部的速度和加速度。基于速度 对预测的接触位置的计算可提高预测的精度，尤其是对于以实质上恒定的速度移动的接触 部。补偿移动接触部的加速度可进一步提高不以恒定速度移动的接触部的预测精度。
图5不出根据实施方式的触摸传感表面500的区域。如图5所不,搜索窗口 501 可覆盖触摸传感表面500的一部分，并可被定位使得搜索窗口 501包含传导物体的预测位 置502。在一个实施方式中，搜索窗口 501可以预测位置502为中心。
图6A不出根据实施方式的触摸传感表面600的搜索窗口 611。在一个实施方式 中，一个或多个先前的触摸接触部被分辨以允许接触位置610的预测。在一个实施方式中， 一旦触摸传感系统已经预测出位置610，触摸传感系统就可在与搜索窗口 611内的其他传 感器元件交叉的传感器元件上执行自电容或互电容测量。在一个实施方式中，预测的接触位置610在搜索窗口 611的中心。
在一个实施方式中，触摸传感系统通过使用行612和列613执行电容测量来扫描 搜索窗口 611内的交叉点，这样的测量的结果用于分辨传导物体在搜索窗口 611内的位置。 在一个实施方式中，电容测量可以是在单独的行和列传感器元件之间的互电容测量。可选 地，触摸传感系统可执行行612和列613中的每个的自电容扫描，以确定传导物体在搜索窗 口 611内的被检测的位置。例如，局部扫描搜索窗口 400的自电容扫描可导致包括列电容 405和行电容406的自电容分布图。
从扫描搜索窗口 611收集的电容测量可被分析以确定手指或其它传导物体的存 在是否在搜索面积611内被检测到。在一个实施方式中，如果检测到接触部完全在搜索区 域611内，则触摸传感系统可基于电容测量继续分辨传导物体的位置。在一个实施方式中， 可以基于最小数目的电容测量来分辨位置。因此，完全在搜索窗口内的传导物体的位置可 只使用在搜索窗口内交叉的传感器元件的电容测量来分辨。相反，可使用在搜索窗口 611 内交叉的传感器元件的电容测量加之使用在搜索窗口 611外交叉的传感器元件的电容测 量，来分辨仅仅部分地在搜索窗口内的接触部。在一个实施方式中，如果在X或Y方向上的 最高(或最低)电容值在搜索窗口的边缘的预定数量的交叉点内，则接触部可被检测为仅仅 部分地(即不是全部)在搜索窗口内。在另一实施方式中，如果形成搜索窗口边界的一个或 多个(或另一预定数量的)交叉点处的被测电容值与参考水平相差大于预定量，则接触部可 被确定为仅仅部分地在搜索窗口内；这个预定水平可以是绝对电容值，或可以是相对于在 搜索窗口内测量的最高或最低电容值的值。
例如，在位置610处的接触部可完全在搜索窗口 611内，而在位置620处的接触部 可部分地在搜索窗口 611内。值得注意的是，虽然接触位置620的中心在搜索窗口 611夕卜， 但是在位置620处的接触部仍可能引起搜索窗口 611内的一些交叉点处可测量的电容的变 化。
响应于确定接触位置部分地或完全在搜索窗口 611外,触摸传感系统可通过扫描 额外的传感器元件例如列623和行622来扩大搜索窗口 611的大小。因此，初始搜索窗口 611可被扩大至扩展的搜索窗口 621。请注意，在一些实施方式中，区分开在搜索窗口外移 动的触摸和远离触摸传感表面的附近区域移动的传导物体可能是不可能的。然而，在一个 实施方式中，该系统以同样的方式——通过扩大搜索窗口的大小——来作出响应。在一个 实施方式中，搜索窗口可增大以覆盖整个触摸传感表面。如果在扩大的搜索窗口内没有检 测到触摸，则可以推断传导物体已经远离传感表面的附近区域移动。
例如，即使在触摸传感系统基于手指的先前确定的位置已经预测到位置610之 后，手指也可能在触摸位置620处接近触摸传感表面600。在一个实施方式中，这种情况可 能在手指被拿开且又被放回到触摸面板上或移动得比可以通过预测方法适应的更快时出 现。
在一个实施方式中，触摸传感系统可以在每个方向上将搜索窗口 611扩展相同数 量的传感器电极。例如，扩展的搜索窗口可包括初始搜索窗口和初始搜索窗口的四个侧面 的每个上的一个额外的传感器电极。可选地，触摸传感系统可在取决于从搜索窗口 611内 测量的电容的方向上或接触部的行进方向上扩展搜索窗口 611。
在一个实施方式中，触摸传感系统可在与从初始搜索窗口测量的最强电容信号相同的侧上扩展初始搜索窗口。这个过程适应接触位置620部分地在初始搜索窗口 611内的 情况或至少引起搜索窗口 611内的交叉点处的电容的可测量变化。在一个实施方式中，搜 索窗口 611可被扩展，直到用于分辨接触位置的最低足够量的电容数据被收集到。
在一个实施方式中，触摸传感表面可在与接触部的行进方向相同的方向上扩展搜 索窗口 611。例如，响应于确定接触部不完全在搜索窗口 611内，触摸传感系统可向上和向 左(参考图6A)扩展搜索窗口 611，以找到从位置610行进至位置620的接触部的位置。
在一个实施方式中，如果触摸传感系统不能够基于被限制到搜索窗口的局部扫描 来检测到接触部的存在，则触摸传感系统可扩展搜索以扫描整个电容传感器阵列。因此，即 使接触部完全在搜索窗口外行进，使得传导物体不影响搜索窗口 611内的任何电容测量， 触摸传感系统也可能能够找到接触部。
在一个实施方式中，实现局部扫描方法的触摸传感系统也可被配置成检测额外的 传导物体的存在同时使用局部扫描方法跟踪初始接触部，以允许局部扫描用于多触摸应 用。存在可用于检测新接触部的几种方法，包括检测电容传感器阵列的总自电容的变化，或 使用自电容或互电容传感方法扫描传感器阵列的全部或部分。
在一个实施方式中，除了局部扫描的区域以外，触摸传感系统还可执行触摸传感 表面的剩余区域的扫描，以便检测额外传导物体例如接近触摸传感表面的额外的手指的存在。
在一个实施方式中，在触摸传感表面处的新接触部的快速检测可以使用整个传感 器的单次自电容测量来执行，这可在单个处理周期中进行。在一个实施方式中，当目前没 有正被跟踪的触摸位置时，检测新触摸的存在可包括仅仅一个轴的传感器元件的自电容感 测。一旦检测到触摸，则该触摸就可以被定位并通过第二轴的自电容测量被验证为是单次 触摸。如果一个以上的触摸存在，则使用互电容的一个或多个精细扫描可用于分辨各个触 摸的位置。在自电容测量具有低分辨率以只执行触摸存在的可靠检测的一个实施方式中， 触摸位置的分辨可总是使用互电容精细扫描来执行。
在一个实施方式中，通过电耦合传感器元件以构成分区，传感器阵列可按这样的 分区来被感测，来检测新接触部。例如，触摸传感系统可感测电容传感器阵列的三个重叠分 区，每个分区覆盖整个电容传感器阵列的大约一半区域。在一个实施方式中，具有重叠分区 的触摸传感系统可能更容易检测传导物体在重叠区域中的存在，尤其是当由传导物体引起 的被测电容的变化相对小时。在可选实施方式中，这些分区可以是相邻的，但不重叠。对于 具有带有多个传感通道的电容传感器的系统，所有行和列传感电极的自电容都可以并行地 被测量，其中每个传感电极可连接到分离的传感通道。
在一个实施方式中，通过使用互电容传感方法扫描电容传感器阵列的全部或部 分，触摸传感系统可检测额外接触部的存在。根据传感器间距与最低预期的接触部大小之 比，传感器电极的交叉点可根据各种图案如条纹或棋盘图案来感测。在一个实施方式中，触 摸传感系统可感测与交替的行和列相关联的交叉点以检测接触部的存在。可选地，触摸传 感系统可以感测与每三行和列相关联的交叉点以检测接触部。
例如，图6B示出包括具有N=8的16X24传感器阵列的触摸传感表面650的实施 方式。通过执行包括扫描与交替的列(列651)结合的每三行(行652)之一的自电容或互电 容扫描，触摸传感系统可检测在触摸传感表面650处的接触部。因此，对扫描的行652和扫描的列651的交叉点处的单位单元(包括单位单元653)执行互电容测量。可选地，触摸传 感系统可将TX信号同时施加到多行。在一个实施方式中，这些行可与未被感测的行交错。
在一个实施方式中，对新接触部的扫描可能以比使用局部扫描方法跟踪已知接触 部低的速度执行。在一个实施方式中，检测新接触部的整个传感器阵列的扫描可以在若干 局部扫描周期内执行。例如，触摸传感系统可对三个分区的每个执行自电容扫描，其中在用 于跟踪已知接触部的各个局部扫描之后，针对新接触部，扫描一个分区。在这种情况下，以 用于局部扫描跟踪的200Hz的更新率，用于检测新接触部的典型“触摸时延”将是大约15ms 到 20ms ο
在使用互电容测量检测新接触部的一个实施方式中，对新接触部的互电容扫描可 在一系列局部跟踪扫描之间交错。例如，如果12个互电容感测操作(对应于交替的行和列 和N=S个通道并且测量48个独立的交叉点)用于在触摸传感表面的全部区域上找到新接触 部，则可能对于每个局部扫描，三行被感测，导致用于检测新接触部的20ms典型时延。请注 意，当执行这些新接触部扫描时，在一个实施方式中，已经由局部扫描覆盖的区域可能被排 除在外，因为它已被测量。
图6C示出具有16X24电容传感器阵列和N=8个通道的触摸传感表面670的实施 方式，对于其，可以同时感测16列中的一组8列671，交替的行被驱动，总共有8X 12=96个 电容测量。在一个实施方式中，一些行可以使用实际的TX信号驱动，而其他行则用补充TX 信号驱动。被驱动的12行可按照四组每组3个来驱动，使得3行元件的第一组672、第二 组673、第三组674和第四组675分别在第一、第二、第三和第四次局部扫描之后依次被驱 动。在一个实施方式中，对应于每组672-675中的所有3个交错行的交叉点可以通过同时 驱动所有3行来一起被感测，从而将新触摸检测操作减少到对每个局部扫描的单个互电容 操作。
在一个实施方式中，仅在跟踪接触或接近触摸传感表面的单个传导物体的位置时 使用局部扫描方法。可选地，局部扫描方法可用于跟踪许多接近的传导物体如手指触摸。
在一个实施方式中，该系统可使用用于跟踪系统中的有限数量的触摸的局部扫描 方法，其能够跟踪比有限数量的接触部多的接触部。例如，能够跟踪多达十个接触部的触摸 传感系统在同时跟踪触摸传感表面处的多达两个接触部时可使用局部扫描模式，并可切换 至用于跟踪两个以上的接触部的不同模式。在此例中，在跟踪两个手指时，可使用两个分离 的搜索窗口。在一个实施方式中，如果两个搜索窗口重叠，则单个较大的窗口可被使用，只 要两个形心在彼此的预定距离内。
图7不出用于扫描触摸传感表面的过程700的实施方式。在一个实施方式中，扫 描过程700可在触摸传感系统例如图2所不的系统中实现。在Iv实施方式中，触摸传感 系统可能能够执行互电容和自电容测量。在一个实施方式中，过程700包括可在处理设备 如处理设备110中或者在主机如主机150中执行的操作。可选地，过程700的操作可在处 理设备和主机之间分配。
在一个实施方式中，扫描过程700在块701处开始。在块701处，触摸传感系统可 执行触摸传感表面的初始扫描以在触摸传感表面检测新接触部。在一个实施方式中，该扫 描可以是触摸传感表面例如图6A中所的触摸传感表面600的互电容扫描。在一个实施 方式中，在块701处的扫描可覆盖触摸传感表面的整个传感区域以检测传感区域中的任何地方的新接触部。在一个实施方式中，过程700重复与块701相关联的扫描操作，直到触摸 被最初检测到。在可选的实施方式中，在块701处的扫描可以是电极的自电容扫描，其包括 触摸传感表面例如图6A中所不的触摸传感表面600的一个轴。在一个实施方式中，指不一 个以上的触摸的自电容扫描可使系统切换到互电容扫描方法以确定触摸的数量。从块701 起，流程700在块709继续。
在块709处，基于在块701处执行的扫描，触摸传感系统确定在触摸传感表面处的 接触部的数量自从先前的扫描以来是否已经改变。从块709起，如果接触部的数量并没有 改变，那么过程700在块707处继续。否则，如果接触部的数量已经改变，那么过程700在 块717处继续。
在块717处，过程700通过触摸传感表面的全面板扫描或粗扫描找出新接触部。在 一个实施方式中，在块709处的接触部的数量可改变，因为接触部被添加到触摸传感表面 或从其移除。在一个实施方式中，如果接触部的数量增加，那么触摸传感系统通过执行整个 触摸传感面板的全自电容扫描(对于单个接触部)或互电容扫描(对于多个接触部)或传感 器元件的图案的粗扫描来找出一个或多个新接触部。粗扫描可包括例如传感器元件的交替 的行和列的自电容扫描。可选地，粗扫描可包括触摸传感面板的单位单元子集的互电容扫 描。从块717起，过程700在块707处继续。
在块707处，触摸传感系统可以执行局部扫描以从预测的接触位置周围的传感器 单位单元收集原始电容数据。在一个实施方式中，如果接触部是在块701处识别的新接触 部，那么块707的局部扫描可在环绕新接触部的大致位置的搜索窗口内执行，新接触部的 大致位置通过块717的全面板扫描或粗扫描确定。否则，如果接触部不是新接触部，那么预 测的接触位置可能已经在块705处被计算出。在一个实施方式中，局部扫描在搜索窗口内 的单位单元上执行，该搜索窗口例如是图5和6A中分别示出的搜索窗口 501或611。在一 个实施方式中，搜索窗口可以在块705处预测的接触位置为中心。例如，图6A的搜索窗口 611以预测的接触位置610为中心。从块707起，过程700在块713处继续。
在块713和719处，触摸传感系统确定原始电容数据是表示整个接触部(块713)还 是部分接触部(块715)。在一个实施方式中，整个接触部的形心位置可以仅基于从搜索窗口 内测量的电容值来确定，而部分接触部的形心位置可基于从搜索窗口内测量的电容值结合 从搜索窗口外测量的电容值来确定。如果触摸传感系统确定电容数据表示整个接触部，则 过程700在块715处继续。反而，如果触摸传感系统识别部分接触部，则过程700在块721 处继续。
在块721处，触摸传感系统扫描扩大的区域以获得用于分辨来自块719的部分接 触部的位置的额外电容数据。例如，触摸传感系统可在扩展的搜索窗口例如图6A中所示的 扩展的搜索窗口 621中扫描传感器元件。从块721起，过程700在块715处继续。
在块715处，触摸传感系统基于来自块707和721的电容数据计算整个接触部或 多个接触部的分辨的接触位置。触摸传感系统可向主机计算机例如图1的主机150报告作 为触摸坐标的位置。从块715起，过程700继续回到块705。
在块705处，触摸传感系统基于块701处的扫描来预测接触位置，其中预测的接触 位置与后续扫描的时间相关联。在一个实施方式中，接触位置的预测可基于同一接触部的 一个或多个先前确定的位置。例如，触摸传感系统可基于接触部的先前位置来确定接触部的速度或加速度，并确定考虑到该速度和加速度的预测位置。可选地，触摸传感系统可使用 接触部的上一个已知的位置例如在块715处确定的接触位置作为接触部的预测位置。
在一个实施方式中，在第一触摸位置的分辨之后的下一个预测位置的中心可在第 一触摸位置上。一旦第二触摸位置被分辨出，这两个触摸位置就提供可用于预测对第三次 扫描的位置的速度向量。一旦三个分辨的触摸位置可用，就可然后可确定传导物体的加速 度。在一个实施方式中，根据速度和加速度，触摸的前一个、两个或三个分辨的位置可以然 后用于后续预测。在一个实施方式中，触摸的先前分辨的位置也可用来使精细扫描窗口的 区域成形。如果加速度为0，则可使用前两个点。如果速度为零，那么上一个点可用在预测 中。块705的预测位置可用于如在块707处提供的所执行的局部扫描。从块705起，过程 700在块703处继续。
在块703处，如果超时已过去，则过程700在块701处继续。因此，在一个实施方 式中，超时确定用于如在块701处提供的新接触部的周期性扫描的间隔。如果在块703处 超时还没过去，则过程700继续如在块707处提供的局部扫描。在一个实施方式中，超时可 在持续时间消逝时过去；可选地，超时可能在预先选定数量的扫描已被执行之后到期。
在一个实施方式中，过程700因此重复，同时触摸传感系统在操作中以不断跟踪 在触摸传感表面上或接近其的一个或多个传导物体的位置。
在一个实施方式中，局部扫描和额外的接触检测方法并不限于手指的检测和跟 踪，而是可用于跟踪其他物体如主动或被动触控笔，或可用于检测和跟踪接近但不一定接 触触摸传感表面的传导物体。在一个实施方式中，局部扫描和额外的接触检测方法也可适 用于使用传感位置阵列的非电容触摸屏传感方法。
本文所述的本发明的实施方式包括各种操作。这些操作可以由硬件部件、软件、固 件或其组合执行。如本文使用的，术语“耦合到”可意味着直接或通过一个或多个介入部件 间接地耦合。本文所述的通过各种总线提供的任何信号可与其他信号时间复用并通过一个 或多个公共总线来提供。另外，电路部件或块之间的互连可被示为总线或单信号线。每个 总线可以可选地是一个或多个单信号线以及每个单信号线可以可选地是总线。
某些实施方式可被实现为计算机程序产品，其可能包括储存在计算机可读介质上 的指令。这些指令可用于对通用或专用处理器编程来执行所描述的操作。计算机可读介 质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式(例如，软件、处理应用)储存或发送信息的任 何机构。计算机可读储存介质可包括但不限于磁储存介质(例如软盘)、光储存介质(例如 CD-ROM)、磁光储存介质、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程存储器 (例如EPROM和EEPR0M)、闪存或适合于储存电子指令的另一种类型的介质。
另外，一些实施方式可在分布式计算环境中被实践，其中计算机可读介质由一个 以上的计算机系统储存和/或执行。此外，计算机系统之间传递的信息可在连接计算机系 统的整个传输介质上被提取或推送。
虽然本文中方法的操作以特定顺序被显示和描述，但是每种方法的操作的顺序可 改变，使得某些操作可以按相反的顺序执行，或使得某个操作可至少部分地与其他操作同 时执行。在另一个实施方式中，不同操作的指令或子操作可以是间歇性和/或交替的方式。
在上述说明书中，已经参考本发明的具体的示范性实施方式描述了本发明。然而， 明显的是，可对本发明做出各种修改和变化而不偏离如所附权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围。因此，说明书和附图被认为是在说明性的意义而不是限制性的意义上。
权利要求
1.一种方法，包括基于对触摸传感表面的第一次扫描，确定接近所述触摸传感表面的传导物体的第一分辨位置；预测所述传导物体的位置；以及通过执行对所述触摸传感表面的传感器元件的子集的第二次扫描来确定所述传导物体的第二分辨位置，其中，所述传感器元件的子集基于所述传导物体的所述预测位置来选择。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述传感器元件的子集包括与环绕所述预测位置的区域内的其他传感器元件交叉的传感器元件。
3.如权利要求1所述的方法，其中，预测所述传导物体的位置包括计算所述传导物体的速度。
4.如权利要求1所述的方法，其中，预测所述传导物体的位置包括选择所述第一分辨位置作为所述预测位置。
5.如权利要求1所述的方法，其中，预测所述传导物体的位置包括计算所述传导物体的加速度。
6.如权利要求1所述的方法，还包括通过执行一系列互电容扫描来跟踪所述传导物体的分辨位置，其中，所述第二次扫描是所述一系列互电容扫描中的一个；以及通过在所述一系列互电容扫描中的互电容扫描之间的时间期间在所述触摸传感表面的至少一部分上扫描新接触部来检测接近所述触摸传感表面的额外的传导物体。
7.如权利要求6所述的方法，其中，扫描新接触部包括使一组传感器元件彼此电耦合，以及测量电耦合的这组传感器元件的自电容。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述自电容扫描包括传感器元件的第二子集，所述传感器元件的第二子集表示少于所述触摸传感表面的全部传感器元件。
9.一种方法，包括基于对触摸传感表面的第一次扫描来确定接近所述触摸传感表面的传导物体的位置；基于所述第一次扫描和第二次扫描之间的持续时间来计算所述传导物体的预测位置的搜索窗口 ；以及执行所述第二次扫描，其中，所述第二次扫描包括传感器元件的交叉点，其中，所述交叉点在所述搜索窗口内。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述搜索窗口包括在环绕所述预测位置的区域内的传感器元件的交叉点。
11.如权利要求9所述的方法，其中，计算所述搜索窗口包括计算所述传导物体的速度。
12.如权利要求9所述的方法，其中，计算所述搜索窗口包括计算所述传导物体的加速度。
13.如权利要求9所述的方法，还包括通过执行一系列互电容扫描来跟踪所述传导物体的分辨位置，其中，所述第二次扫描是所述一系列互电容扫描中的一个；以及通过在所述一系列互电容扫描中的互电容扫描之间执行对所述触摸传感表面的至少一部分的自电容扫描来检测在所述触摸传感表面处的额外的传导物体。
14.如权利要求9所述的方法，还包括响应于确定所述传导物体没有在所述搜索窗口内，通过扫描额外的传感器元件交叉点来扩大所述搜索窗口。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述搜索窗口被扩大为包括整个触摸传感表面。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述搜索窗口基于所述传导物体的移动方向来扩大。
17.如权利要求14所述的方法，其中，所述搜索窗口被扩大为包括最靠近具有最高被测电容值的交叉点的额外交叉点。
18.—种触摸传感系统,包括电容传感器阵列，其包括多个传感器元件；电容传感器，其被配置成测量所述多个传感器元件的各传感器元件之间的多个交叉点的每个交叉点的电容；以及处理逻辑，其被配置成基于扫描搜索窗口内的、交叉点的子集来确定传导物体的分辨位置，其中，所述搜索窗口界定围绕所述传导物体的预测位置的区域。
19.如权利要求18所述的触摸传感系统，其中，所述预测位置基于所述传导物体的至少一个先前确定的位置来推断。
20.如权利要求18所述的触摸传感系统，其中，所述电容传感器还被配置成执行作为一系列互电容扫描之一的第二次扫描，以及在所述一系列互电容扫描的互电容扫描之间执行对所述触摸传感表面的至少一部分的自电容扫描；以及其中，所述处理逻辑还被配置成基于所述一系列互电容扫描来随着时间的过去跟踪所述传导物体的分辨位置，以及基于所述自电容扫描来检测在所述触摸传感表面处的额外的传导物体。
全文摘要
本发明涉及预测式的触摸表面扫描。一种用于定位在触摸传感表面处的传导物体的方法可包括基于触摸传感表面的第一次扫描来检测在该触摸传感表面处的该传导物体的第一分辨位置，预测该传导物体的位置，以及通过执行对该触摸传感表面的传感器元件的子集的第二次扫描来确定该传导物体的第二分辨位置，其中，传感器元件的子集基于该传导物体的预测位置来选择的。
文档编号G06F3/041GK103034358SQ20121031966
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月31日 优先权日2011年9月30日
发明者大卫·G·怀特, 史蒂文·科罗克维斯基, 爱德华·L·格里芙娜 申请人:赛普拉斯半导体公司