TFT)。电平移位器的TFT的大小针对公共源放大器为 7200μm/10μm且针对输出下拉设备为3000μm/10μm。
[0070] 图15a和图15b表示示出使用铜电极的灵敏度测量的图。图15a示出了针对手在 检测电极之上的距离绘制的读出SNR和TDC码（具有RMS条）；如所示出的，大量的SNR被 维持在到16cm(在10cm具有22dBSNR)。图15b示出了针对手在检测电极之上5cm的水平 位移示出的SNR和TDC码；针对5cm的位移实现了 22dBSNR(与针对所使用的10cm电极间 隔的最差情况位移相对应）。
[0071] 图16a和图16b表不不出在时域中所测量的波形和读出输出的图。图16a不出了 由TFT扫描电路生成的轮询EN< 1-4 >信号。图16b示出了当手扫过跨过在上方6cm的 距离处的一行电极的同时从CMOS1C获得的频移（所示出的频率变化Af从所获得的TDC 码导出）。
[0072] 图17表示示出原型触摸检测系统的性能概况的表。手在10cm距离的情况下，该 系统实现22B的SNR。在10cm的距离处，x、y方向分辨率是1. 8cm，且z方向分辨率是lcm。 4通道CMOS读出电路消耗1. 8mW。TFTSO阵列和扫描电路从20V供电消耗24mW。当扫描 电路运行在1kHz的情况下时，读出时间是每行lms，能够实现240Hz扫描速率。
[0073] 3D手势检测能够实现引人注目的人-计算机接口。可扩展到大面积片材且基于 柔性形式因子的系统由于其能够被集成到在典型生活空间中的对象和表面中，因此其具有 特殊的益处。电容检测系统近来已经证明了能够实现扩展的范围的能力，使得其针对3D手 势检测是可行的。在本申请中公开的是配置成减小或消除边缘通量且还提供基于像素的触 摸检测系统的结构。在没有寄生效应的情况下，先前的系统具有有限的能力来同时检测和 隔离多个手势。所公开的结构扩展范围的电容性检测（> 16cm)具有减小的边缘通量，且 其还可以包括可扩展的像素阵列。先前的基于像素的检测由于对增加数目的接口的需要对 读出1C提出了挑战。所公开的系统通过针对像素电容到频率转换使用TFT检测振荡器以 及用于顺序使能各行像素S0的TFT扫描电路克服了该挑战。从而，所有的像素经由电感耦 合通过单个接口对接到读出1C。所有的TFT电路在室内柔性制造且使用来自IBM的130nm CMOS工艺来制造。使用4x4阵列像素，跨越检测面积40cmx40cm，该系统以针对1C1. 8mW 和针对TFT电路24mW的功耗实现了每秒超过240帧的扫描速率。
[0074] 对所公开的设备的进一步描述是论文：Y. Hu，L. Huang，W. Rieuort-Louis， J. Sanz Robinson, S. Wagner, J. C. Sturm和N. Verma, "3D Gesture Sensing System for Interactive Displays Based on Extended-range Capacitive Sensing(用于基于扩展 范围的电容检测的互动显示的3D手势检测系统）"，国际固态电路会议（ISSCC)，2014年 2 月；Yingzhe Hu, Tiffany Moy, Liechao Huang, Warren Rieutort-Louis，Josue Sanz Robinson，Sigurd Wagner, James C. Sturm, Naveen Verma, "3D Multi-Gesture Sensing System for Large Areas based on Pixel Self-Capacitance Readout using TFT Scanning and Frequency-Conversion Circuits(基于使用TFT扫描和频率转换电路的像 素自电容读出的、用于大面积的3D多手势检测系统）"。这些引用也是本申请的一部分且如 在本申请中完全给出的通过引用将其全部并入。
[0075] 本申请中列出的任何或全部的引用也是本申请的一部分且如在本申请中完全给 出的通过引用将其全部并入。应该理解的是，基于本申请中的公开的许多变化是可能的。 虽然上文已特定的组合描述了特征和单元，但是可以在没有其他特征和单元的情况下单独 使用每一特征或单元或者在有或没有其他特征和单元的情况下在各种组合中使用每一特 征或单元。本申请中提供的方法和流程图可以以并入到非暂时性计算机可读存储介质中以 由通用计算机或处理器执行的计算机程序、软件、或固件来实现。计算机可读存储介质的示 例包括只读存储器（R0M)、随机存取存储器（RAM)、寄存器、高速缓存存储器、半导体存储设 备、诸如内部硬盘和可移动磁盘之类的磁介质，磁光介质、以及诸如CD-ROM光盘和数字多 功能光盘（DVD)之类的光学介质。
【主权项】
1. 一种三维触摸检测系统，所述系统具有配置成探测在触摸表面上方的触摸输入的触 摸表面，所述系统包括： 多个电容触摸检测电极，其设置在触摸表面上，每一电极具有基准电容和基于触摸输 入的触摸电容； 振荡平面，其设置在触摸表面下方； 触摸检测器，其被配置成利用AC信号驱动触摸检测电极中的一个触摸检测电极，所述AC信号的频率基于电极电容从基准电容到触摸电容的变化从基准频率移动到触摸频率，所 述触摸检测器被配置成将振荡平面驱动到触摸频率。2. 根据权利要求1所述的系统，其中，触摸表面是具有在振荡平面下方的公共电极的 显示器。3. 根据权利要求1所述的系统，其中，多个电容触摸检测电极包括多个行电极和多个 列电极。4. 根据权利要求1所述的系统，其中，多个电容触摸检测电极以二维阵列配置。5. 根据权利要求1所述的系统，其中，振荡平面被配置为矩形区域。6. 根据权利要求1所述的系统，其中，振荡平面配置具有多个可独立驱动的部分。7. 根据权利要求1所述的系统，其中，触摸检测器被配置成基于电极电容从基准电容 到触摸电容的变化，确定从触摸表面到触摸输入的距离Z。8. 根据权利要求1所述的系统，其中，多个电容触摸检测电极相对于触摸表面具有X-Y 几何关系，且触摸检测器被配置成基于多个电容触摸检测电极相对于触摸表面的X-Y几何 配置，确定触摸输入的X-Y位置。9. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括频率读出集成电路（1C)，所述触 摸表面被配置具有电容到频率转换电路且频率读出1C被配置具有频率到数字转换电路。10. 根据权利要求9所述的系统，还包括与电容到频率转换电路耦合的电感线圈，频率 读出1C与电感线圈电感耦合。11. 一种三维触摸检测方法，用于与配置成探测在触摸表面上方的触摸输入的触摸表 面一起使用，所述方法包括： 提供设置在触摸表面上的多个电容触摸检测电极，每一电极具有基准电容和基于触摸 输入的触摸电容； 提供设置在触摸表面下方的振荡平面； 利用AC信号驱动触摸检测电极中的一个触摸检测电极，所述AC信号的频率基于电极 电容从基准电容到触摸电容的变化从基准频率移动到触摸频率，以及将振荡平面驱动到触 摸频率。12. 根据权利要求11所述的方法，其中，触摸表面是具有在振荡平面下方的公共电极 的显示器。13. 根据权利要求11所述的方法，其中，多个电容触摸检测电极包括多个行电极和多 个列电极。14. 根据权利要求11所述的方法，其中，多个电容触摸检测电极以二维阵列配置。15. 根据权利要求11所述的方法，其中，振荡平面被配置为矩形区域。16. 根据权利要求11所述的方法，其中，振荡平面配置具有多个可独立驱动的部分。17. 根据权利要求11所述的方法，还包括基于电极电容从基准电容到触摸电容的变 化，确定从触摸表面到触摸输入的距离Z。18. 根据权利要求11所述的方法，其中，多个电容触摸检测电极相对于触摸表面具有 X-Y几何关系，以及基于多个电容触摸检测电极相对于触摸表面的X-Y几何配置，确定触摸 输入的X-Y位置。19. 根据权利要求11所述的方法，还包括提供频率读出集成电路（1C)，所述触摸表面 被配置具有电容到频率转换电路且频率读出1C被配置具有频率到数字转换电路。20. 根据权利要求19所述的方法，还包括提供与电容到频率转换电路耦合的电感线 圈，频率读出1C与电感线圈电感耦合。
【专利摘要】公开了一种三维触摸检测系统，具有配置成探测在触摸表面上方的触摸输入的触摸表面。该系统包括多个电容触摸检测电极，设置在触摸表面上，每一电极具有基准电容和基于触摸输入的触摸电容。振荡平面设置在触摸表面下方。触摸检测器被配置成利用AC信号驱动触摸检测电极中的一个，该AC信号的频率基于电极电容从基准电容到触摸电容的变化从基准频率移动到触摸频率。触摸检测器被配置成将振荡平面驱动到触摸频率。
【IPC分类】G06F3/044
【公开号】CN105431805
【申请号】CN201480037823
【发明人】胡颖哲, 黄烈超, 瓦朗·里厄托尔-路易, 约苏埃·桑斯-鲁滨逊, 纳韦恩·维尔马, 西古德·瓦格纳, 詹姆斯·C·斯特姆
【申请人】普林斯顿大学理事会, 瓦朗·里厄托尔-路易
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2014年5月7日
【公告号】EP2994817A2, US20160054853, WO2014182824A2, WO2014182824A3