具有基于电容性数据的锐度的自适应触摸感测阈值的电容式触摸屏的制作方法

本公开总体涉及电容式传感器，并且具体地涉及电容式触摸屏。

背景技术：

参照图1，图1示意性地图示了常规的电容式触摸屏系统10。。触摸屏系统10包括被形成为包括电容式感测节点12的阵列的触摸屏面板10p。每个感测节点12位于驱动(或强制)线14与感测线16交叉的点处。在普通的实现方式中，驱动和感测线14和16由传导性材料形成。多个驱动线14被形成在由衬底支撑的第一材料层中。多个感测线16被形成在也由衬底支撑的第二材料层中。第一和第二材料层由介电材料的层分隔。因此在每个感测节点12处形成电容器12c，该电容器由第一极板14a(来自驱动线14在交叉点处的部分)和第二极板16a(来自感测线16在交叉点处的部分)以及定位在第一和第二极板之间的电介质18构成。在每个感测节点12处的电容器12c将展现出如本领域所知的相关联的互电容(或耦合电容)值。

虽然驱动和感测线14和16被图示为线性结构，但是要理解到那仅仅是一种典型的实现方式，并且本领域已知形成具有除线性之外的形状的驱动和感测线。对于查阅者而言，串联连接的菱形在本领域中是已知的以形成驱动/感测线。

此外，虽然驱动和感测线14和16被描述为位于不同的层中，但是要理解到那仅仅是一种典型的实现方式，并且本领域已知在共同的材料层中形成驱动和感测线，其中通过传导性桥接和居间介电结构来提供感测节点12处的交叉点。

驱动线14由被耦合到驱动线的驱动电路20所输出的强制信号来激活。在普通的实现方式中，从驱动电路20输出的强制信号可以包括AC信号。感测线16被耦合到感测电路22的输入，该感测电路22可以操作为感测放大器(例如，电荷放大器或者跨导放大器)以生成输出信号。

由于将AC信号施加至驱动线，以及到感测线的电容性耦合的存在，所以由每个感测电路22生成的输出信号将指示感测节点12处的电容。例如，由驱动电路20向给定的驱动线14施加的AC信号通过在感测节点12处的电容器12c而被耦合至交叉的感测线16。被耦合至交叉的感测线16的感测电路22接收耦合的AC信号并且检测感测线上的电压。所感测的电压的量值根据在感测节点12处的电容器12c的互电容(或者耦合电容)而变化。

在感测节点12附近的物体(诸如人体部位(例如，手指)或者设备(例如，触笔))的存在导致在该感测节点12处的电容器12c的互电容(或耦合电容)的改变。因此，由于物体的存在及其对在感测节点12处的电容器12c的互电容(或耦合电容)的影响，在耦合的AC信号中将存在改变，以及由感测电路22感测的电压的量值的对应的改变。

控制电路26被耦合至驱动电路20和感测电路22。控制电路26包括驱动控制器28，该驱动控制器28进行操作以顺序地对驱动电路20中的每个驱动电路进行致动，以向每个驱动线14施加AC信号。控制电路26还包括被耦合至感测电路22的输出的信号处理电路30。对于对驱动电路20的每个驱动控制器28致动，信号处理电路30进行操作以读取由感测电路22中的每个感测电路所感测的耦合的AC信号的电压。结果，电压值由信号处理电路30从电容式触摸屏10的每个感测节点12的信号处理电路30所收集。然后所收集的电压值由信号处理电路30处理以确定物体的存在和该物体的位置(或多个位置)。

在此上下文中，检测物体的存在可以包括，在一些配置中，控制电路26从所收集的电压值中检测以下两者的能力：由物体对电容式触摸屏的实际触摸，以及其中物体靠近但未触摸电容式触摸屏的情况(这在本领域被称为“悬浮”检测)。

由信号处理电路30对物体存在的检测通常通过将在感测节点12处的收集的电压值与阈值进行比较。如果由信号处理电路30确定在电容式触摸屏10的区域中的足够数目的电压值超过阈值，则控制电路26将生成指示在该区域处的物体存在的检测和位置的输出信号。

现参照图2A，图2A图示了在用于电容式触摸屏10的一部分的感测节点12处的感测的电压值的覆盖图。在这一情况下，电压值(这里由信号处理电路30响应于感测电路22输出而生成的对应的信号码值来表示)被感测为人类手指对电容式触摸屏的实际触摸40的结果。信号码值的量值在更靠近与电容式触摸屏形成手指接触所在的点的感测节点处更高。将注意到的是大量感测的值具有超过示例性阈值“200”的量值。这将由控制电路26的信号处理电路30解释为对电容式触摸屏10的检测的触摸并且对应的输出信号被生成。对于手指触摸，在示例性实现方式中，与触摸相关联的信号码值甚至可以高达800-1000，并且因此图2A中的所图示的值仅作为示例。

现在参照图2B，图2B再次图示在用于电容式触摸屏10的一部分的感测节点12处的感测的电压值的覆盖图。在这一情况下，电压值(这里由对应的信号码值来表示)被感测为触笔对电容式触摸屏的实际触摸42的结果。信号码值的量值在更靠近与电容式触摸屏形成触笔接触所在的点的感测节点处更高。然而，由于用于触笔的触摸面积远小于用于人类手指的触摸面积，因此存在较少的具有信号码值的感测节点。如果在这一情况下使用来自图2A的示例性阈值“200”，控制电路26的信号处理电路30将不指示对触摸的检测，这是因为不足数目的感测节点12具有超过示例性阈值的信号码值。对于触笔触摸，在示例性实现方式中，与触摸相关联的信号码值通常小于与手指触摸相关联的信号码值(例如，小于800)，并且因此图2B中的所图示的值仅作为示例。

为了确保实际上检测到触笔触摸42，一个选项在于降低阈值。例如，如果阈值被降低至阈值“100”，则例如然后足够数目的感测节点12(在这一情况下为两个或更多)将具有超过较低阈值的信号码值。这将由控制电路26的信号处理电路30解读为对电容式触摸屏10的检测到的触摸。将理解到可以根据超过阈值的单个节点12值来进行触笔检测。

上述分析是在未考虑时域的情况下进行的。如果在计算中考虑时域，则阈值的降低以便准许进行触笔触摸检测可能产生关于触摸检测操作的准确性的问题。

现在考虑其中人类手指正在朝着电容式触摸屏移动但是还没有与电容式触摸屏形成实际触摸接触的情形。图2C图示了在先于实际触摸事件发生的时间点、在用于电容式触摸屏10的一部分的感测节点12处的感测的电压值的覆盖图。电压值(这里再次由对应的信号码值表示)实际上正在感测移动的人类手指在电容式触摸屏之上的“悬浮”。信号码值的量值在更靠近手指悬浮在电容式触摸屏之上所在的点的感测节点处更高。然而，将注意到的是与关于图2A在上文描述的实际触摸的情况相比，所有信号码值都具有低很多的量值。如果在这一情况下应用用于手指触摸检测的示例性阈值“200”(图2A)，则没有(或者不足数目的)信号码值将超过示例性阈值，并且控制电路26的信号处理电路30将正确地标识还没有发生对电容式触摸屏的触摸。

然而，如果以与想要准许形成触笔触摸检测相一致的方式来替代地应用降低的阈值“100”(如关于图2B在上文所论述的)，则将注意到足够数目的感测节点12(在这一情况下为两个或更多)具有超过较低阈值的信号码值。所以，移动的手指的悬浮状况然后将被不正确地由控制电路26的信号处理电路30解读为对电容式触摸屏10的实际检测的(触笔)触摸。

重要地，将悬浮状况不正确检测为对电容式触摸屏的实际触摸在关于手指朝着电容式触摸屏移动的时域中是不成熟的。本领域技术人员将意识到这样的不成熟(不正确)的触摸检测可能导致针对依赖于将触摸精确定时地检测为控制输入的应用(诸如游戏)的执行的严重问题。这可能是对电容式触摸屏的操作的用户不满意的重要来源。

因此在本领域存在更准确地与电容式触摸屏的操作相联系地进行不同类型的检测的需要。

技术实现要素：

在实施例中，一种系统包括：电容式触摸系统，该电容式触摸系统被配置为生成指示感测的电容的数据；以及信号处理电路，该信号处理电路被耦合至电容式触摸系统并且被配置为：将抛物线曲线拟合至指示感测的电容的数据，确定拟合抛物线曲线的锐度，以及根据确定的锐度的变化设置用于针对指示感测的电容的数据而应用的触摸检测阈值。

在实施例中，一种方法包括：在电容式触摸系统处生成指示感测的电容的数据；将抛物线曲线拟合至指示感测的电容的数据；确定拟合抛物线曲线的锐度；以及根据确定的锐度的变化设置用于针对指示感测的电容的数据而应用的触摸检测阈值。

本公开的上述及其它特征和优点将通过结合附图而阅读的以下对实施例的详细描述而变得更清楚。该详细描述和附图仅仅对公开内容作出说明，而不是限制本发明的范围，该范围由所附的权利要求书及其等同物所限定。

附图说明

在附图中以示例方式图示实施例，附图未必按比例绘制，其中相同的附图标记指示相似的部件，并且其中：

图1是常规的电容式触摸屏系统的示意性图示；

图2A-2C图示了用于进行不同的电容式触摸屏检测的阈值的使用的示例；

图3图示了触摸屏数据的示例性3D表示；

图4A-4C图示了触摸轮廓和拟合的抛物线曲线；

图5是实现自适应阈值确定的电容式触摸屏系统的示意性图示；以及

图6A-6C总体图示了用于生成触摸轮廓和拟合抛物线曲线的过程；

图7A-7B图示了用于手指悬浮状况的具体过程示例；

图8A-8B图示了用于触笔触摸状况的具体过程示例；以及

图9图示了利用根据锐度而变化的阈值来进行触摸检测。

具体实施方式

能够生成信号码值的量值的3D表示。这样的3D表示的示例在图3中示出，其中x-y平面对应于电容式触摸屏的平面，并且垂直于x-y平面延伸的z轴对应于信号码值的量值。

通过取平行于z轴且垂直于x-y平面的截面，能够生成触摸轮廓。图4A图示了与手指触摸(例如，见图2A)对应的这样的触摸轮廓50的示例，图4B图示了与触笔触摸(例如，见图2B)对应的这样的触摸轮廓52的示例，并且图4C图示了与移动但还未触摸的手指(悬浮状况；例如，见图2C)对应的这样的触摸轮廓54的示例。

参照图4A，将注意到通过设置示例性检测阈值T1，能够通过用于触摸的手指的触摸轮廓50来进行实际触摸检测。然而，参照图4B，示例性检测阈值T1太高，以至于对于触摸的触笔不能导致实际触摸检测。为了解决这一问题，如上所述，可以替代地使用降低的阈值T2。用于触摸的手指的触摸轮廓50满足这一降低的阈值T2，因此在该情形中进行触摸检测的能力没有改变。用于触摸的触笔的触摸轮廓52也满足降低的阈值T2，并且因此将正确地进行实际触摸检测。然而，用于悬浮的手指的触摸轮廓54也满足降低的阈值T2，并且因此将做出错误的(如上所述，不成熟的)实际触摸检测。

将注意到触摸轮廓50-54中的每个触摸轮廓能够被认为模仿抛物线形。总体上被拟合成触摸轮廓50、52和54的形状的对应的抛物线60、62和64在图4A、4B和4C中示出。能够看到拟合的抛物线形60-64的锐度(也被称为窄度)基于触摸及其对应的触摸轮廓50-54的性质而有所不同。就此而言，用于手指和触笔的实际触摸的触摸轮廓50和52虽然不具有对应的量值，但是具有都比针对悬浮情况的用于触摸轮廓54的拟合的抛物线形64(其展现出相对而言更“平”(更宽)的形状)更“锐利”(或更窄)的拟合的抛物线形60、62。

定义抛物线的数学方程对于本领域技术人员是公知的，该方程按照以下的标准格式：y＝ax²+bx+c；其中a＝1/4p并且p是从顶点到抛物线的焦点的距离(也被本领域技术人员称为抛物线的焦距)。用于抛物线的方程中的常数“a”被本领域技术人员称为“二阶常数”并且二阶常数“a”的绝对量值已知与抛物线的“锐度”(窄度)直接成比例。换言之，二阶常数“a”的绝对量值越大，抛物线形就越锐利(或越窄)。

参照图4A-4C，用于被拟合至用于电容式触摸屏的实际触摸的触摸轮廓50、52的抛物线60、62的二阶常数“a”的绝对量值基本上大于被拟合至用于悬浮状况的触摸轮廓54的抛物线64的二阶常数“a”的绝对量值。根据这一事实，用于拟合的抛物线的二阶常数“a”的绝对量值能够被用于协助解决不正确地将悬浮状况检测为对电容式触摸屏的实际触摸的问题。所以，抛物线60和64与抛物线62相比将具有较小的锐度值。一般而言，手指触摸/悬浮状况展现出比触笔触摸更平的轮廓。

设置二阶常数阈值Ta以在用于对电容式触摸屏的实际触摸的触摸轮廓50、52和用于悬浮状况的触摸轮廓54之间进行区分。从电容式触摸屏获得感测的电压值，并且根据需要将感测的电压值转换成用于处理的值。例如，如上所述，感测的电压值可以被转换成信号码值(或备选地转换成本领域所知的另一信号处理格式)。根据信号码值，生成触摸轮廓。使用本领域所知的曲线拟合技术，标识最佳拟合触摸轮廓的抛物线。被拟合至触摸轮廓的标识的抛物线可以至少由其二阶常数“a”来在数学上表示。然后将二阶常数“a”与二阶常数阈值Ta进行比较。如果二阶常数“a”满足或超过二阶常数阈值Ta，则使用相对较低的检测阈值(例如，如上所述的阈值T2)来进行实际触摸确定。相反地，如果二阶常数“a”小于二阶常数阈值Ta，则使用相对较高的检测阈值(例如，如上所述的阈值T1)来来进行实际触摸确定。

取决于被拟合至触摸轮廓的抛物线64的二阶常数“a”的检测阈值(T1或T2)的自适应改变准许了使用较低的阈值T2对由触笔或手指的实际触摸的准确检测(见图4A和4B)以及使用较高的阈值T1对由悬浮手指的无触摸的准确检测(见图4C)。

现参照图5，图5示意性图示了实现自适应阈值确定的电容式触摸屏系统110。相同的附图标记指代图1中相似的部件，并且不再进一步对其进行描述。

系统110包括被耦合至驱动电路20和感测电路22耦合的控制电路126。控制电路126包括驱动控制器28，该驱动控制器28通过向每个驱动线14施加AC信号来顺序地对驱动电路20进行致动。控制电路126还包括被耦合至感测电路22的输出的信号处理电路130。对于驱动电路20的每个驱动控制器28致动，信号处理电路130进行操作以读取由感测电路22中的每个感测电路所感测的耦合的AC信号的电压。结果，由信号处理电路130从电容式触摸屏10的每个感测节点12收集电压值。然后由信号处理电路130来处理收集的电压以确定物体的存在和该物体的位置(或多个位置)。

信号处理电路130将收集的电压值转换(操作132)成信号码值(或备选地转换成本领域所知的另一信号处理格式)。信号处理电路130进一步根据信号码值来生成(操作134)触摸轮廓。使用本领域所知的曲线拟合技术，信号处理电路进一步将抛物线拟合(操作136)至触摸轮廓。被拟合至触摸轮廓的识别的抛物线可以至少由其二阶常数“a”来在数学上表示(按照公知的抛物线数学定义：y＝ax²+bx+c；其中二阶常数a＝1/4p并且p是从顶点到抛物线的焦点的距离(也被本领域技术人员称为抛物线的焦距))。信号处理电路130然后将用于拟合的抛物线的二阶常数“a”与二阶常数阈值Ta进行比较(操作138)。如果二阶常数“a”满足或超过二阶常数阈值Ta(操作138处的是)，则信号处理电路130将使用相对较低的检测阈值(例如，如上所述的阈值T2)来进行实际触摸确定(操作140)。相反地，如果二阶常数“a”小于二阶常数阈值Ta(操作138处的否)，则信号处理电路130将替代地使用相对较高的检测阈值(例如，如上所述的阈值T1)来进行实际触摸确定(操作142)。

现参照图6A-6C，图6A-6C总体图示了用于生成触摸轮廓和拟合抛物线曲线的过程。如上所述，根据通过感测电容式触摸屏10收集的电压值(或者根据从电压值获得的信号码值)来推导触摸轮廓。简要参照图2A-2C，沿着驱动线14或者感测线16所取的信号码值可以被绘制为如图6A所示的80。可以使用其它技术(在以下结合图7A和8A提供的示例)来获得绘图80。如图6B所示，然后确定与绘制80的信号码值对应的触摸轮廓82。触摸轮廓82的中央部分模仿抛物线形。然后关于至少中央部分来执行曲线拟合计算以将抛物线86拟合至触摸轮廓82，如图6C所示。关于拟合的抛物线86，然后确定该抛物线的参数。例如，可以执行最小二乘估计算法来计算参数。特别感兴趣的参数是顶点88和焦点90。然后确定顶点88与90之间的垂直距离p。然后根据方程a＝1/4p来确定二阶常数“a”。一旦已经确定用于拟合触摸轮廓82的抛物线86的二阶常数“a”，就针对二阶常数阈值Ta进行比较以标识将使用相对较高还是相对较低的检测阈值中的哪一个来评估用于触摸检测的触摸轮廓。

现参照图7A-7B，图7A-7B图示了该过程的更详细实现方式。图7A示出在电容式触摸面板的与手指悬浮(见图4C)相关联的子区域内的用于感测节点12的信号码值。针对信号码值应用评估阈值Te(在这一情况下Te＝100)以标识其中信号码值超过评估阈值的感兴趣区域100。然后标识扩展的区域102，其附加地包括距感兴趣区域100一个节点内的感测节点12。然后选择行通道或者列通道(图7A示出列通道的选择)，并且在扩展的区域102内的沿着选择的通道的信号码值被求和以产生触摸轮廓数据值104。

在实施例中，基于哪个通道更宽(即，哪个通道具有更多的数据点)来进行对行或列通道的选择。在图7A的实例中，行和列通道具有相同的宽度(即，4)。在这一情况下，可以进行对一个通道的默认选择(诸如，对列通道的默认选择)。

图7B示出了对触摸轮廓数据值104的绘图以定义触摸轮廓106。然后执行曲线拟合计算以将抛物线108拟合至触摸轮廓106(更具体地，将抛物线108拟合至触摸轮廓数据值104)。然后可以确定用于拟合的抛物线108的方程。在这一示例中，定义拟合的抛物线108的数学方程被确定为y＝-111.75x²+515.25x-127。因此二阶常数“a”为a＝-111.75，并且二阶常数“a”的绝对量值为111.75。

现参照图8A和8B，图8A和8B图示了该过程的更详细实现方式。图8A示出了在电容式触摸面板的与触笔触摸(见图4B)相关联的子区域内的用于感测节点12的信号码值。针对信号码值应用评估阈值Te(在这一情况下Te＝100)以标识其中信号码值超过评估阈值的感兴趣区域100。然后标识扩展的区域102，其附加地包括距感兴趣区域100一个节点内的感测节点12。然后选择行通道或者列通道(图8A示出行通道的选择)，并且在扩展的区域102内的沿着选择的行的信号码值被求和以产生触摸轮廓数据值104。

在实施例中，基于哪个通道更宽(即，哪个通道具有更多的数据点)来进行对行或列通道的选择。在图8A的实例中，行通道更宽(即，4个数据点对3个数据点)，所以选择行通道。

图8B示出了对触摸轮廓数据值104的绘图以定义触摸轮廓106。然后执行曲线拟合计算以将抛物线108拟合至触摸轮廓106(更具体地，将抛物线108拟合至触摸轮廓数据值104)。然后可以确定用于拟合的抛物线108的方程。在这一示例中，定义拟合的抛物线108的数学方程被确定为y＝-146x²+786.4x-692.5。因此二阶常数“a”为a＝-146，并且二阶常数“a”的绝对量值为146。

由于针对悬浮和触笔触摸的抛物线曲线拟合，将注意到二阶常数“a”的绝对量值针对悬浮和触笔触摸而有所不同，并且进一步地，针对触笔触摸的二阶常数的绝对量值大于针对悬浮的二阶常数的绝对量值。

随着二阶常数阈值Ta被设置在111.75与146之间的某处，能够进行触笔触摸与悬浮检测之间的区分。由于该区分，能够在进行触摸检测确定时选择相对较高的检测阈值来评估针对触笔触摸的触摸轮廓数据值104，并且在进行触摸检测确定时选择相对较低的检测阈值来评估针对悬浮的触摸轮廓数据值104。

在一个实施例中，可以关于针对触笔触摸和悬浮的触摸轮廓数据值104而应用单个检测阈值。然而，在另一实施例中，检测阈值能够根据二阶常数“a”变化。现参照图9，图9图示了变化的检测阈值的一个示例。例如，可以将检测阈值参数建立为锐度的函数(即，作为二阶常数“a”的函数)。所以对于相对低的锐度，必须满足较高的检测阈值，而对于相对高的锐度，必须满足较低的检测阈值。在图9的示例中，检测阈值参数如下：a)对于80的锐度(二阶常数“a”)，检测阈值为300；并且b)对于180的锐度(二阶常数“a”)，检测阈值为100。然后通过来自检测阈值参数的插值来确定检测阈值函数Td。图9图示了使用线性插值来推导检测阈值函数Td(其中检测阈值参数被表示为端点110和112)。线性插值的使用仅是示例性的，要理解到可以选择其它数学函数来定义插值。

为了使用根据锐度(二阶常数“a”)变化的检测阈值来进行触摸确定，执行上文结合图6A-6B、7A-7B和/或8A-8B所描述的过程以确定用于拟合的抛物线的二阶常数“a”的绝对量值，并且与锐度对应的检测阈值被标识并且与触摸轮廓数据进行比较。如果触摸轮廓数据比较指示超过了对应的检测阈值，则已经检测到实际触摸。相反地，如果触摸轮廓数据比较指示还没有超过对应的检测阈值，则没有检测到实际触摸。

图9在图7A-7B和8A-8B的示例的上下文中图示了这一过程。关于图7A所示的手指悬浮状况数据，图7B的拟合的抛物线108产生二阶常数“a”的绝对量值111.75。图9中的绘图114示出感兴趣区域100内的最大信号码值186。然而，值186小于针对检测阈值函数Td的插值的对应的检测阈值，并且因此手指悬浮被取消被标识为实际触摸的资格。关于图8A所示的触笔触摸状况数据，图8B的拟合的抛物线108产生二阶常数“a”的绝对量值146。图9中的绘图116示出感兴趣区域100内的最大信号码值363。值363超过了针对检测阈值函数Td的插值的对应的检测阈值，并且因此触笔触摸具有实际触摸的资格。

以上描述已经通过示例性和非限制性示例方式提供了对本发明的一个或多个示例性实施例的全面和有益的描述。然而，对于相关领域技术人员在结合所附附图和所附权利要求进行阅读时，各种修改和改进可以在参照前述描述时变得显而易见。然而，对本发明的教导的所有这些和相似的修改仍将落入本发明的范围内，该范围在所附权利要求书中进行限定。