CN102027438B - 触摸坐标消歧的多触摸检测板 - Google Patents

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Abstract

一种分离地确定多触摸的每个坐标并能够将坐标正确配对的多触摸检测系统(100)，触摸板包括多个(例如，两个或四个)分离的部分(104、106)，以检测不同区域中的触摸。系统(100)能够以高刷新速率操作，从而允许支持速度敏感的应用。

Description

触摸坐标消歧的多触摸检测板
技术领域
本发明总体上涉及触摸板和触摸屏。
背景技术
触摸屏具有安装在显示屏(例如，CRT、LCD)前部的触摸坐标检测系统。已尝试基于不同物理原理的很多不同类型的触摸检测系统。示例包括基于光、声和电子技术的触摸屏，并且在每种类别中有多种变化。一些触摸屏技术使用模拟/矢量方法来定位触摸，并且因此不是在预定网格上定位触摸。然而，很多类型的触摸屏使用固定的2-D网格来定位触摸，固定的2-D网格可以基于光或电气阻抗变化感测。
使用预定网格的触摸板类别可进一步细分为两种类别。一种类别在此称之为“M×N”(其中M和N代表整数，并且M×N是那些整数的乘积)。M×N类别的触摸屏将感测区域有效地划分为M×N个独立的传感器，使得当M×N系统检测到触摸时，立即确定该触摸的两个坐标(例如，X和Y坐标)，因为每个分离地的传感器具有特定的X坐标和特定的Y坐标。一些电M×N系统的缺陷在于要询问很多独立的传感器。要询问的传感器的数目暗示需要高带宽数据总线或者慢帧速率用于感测。对于诸如手写识别的触摸屏的特定应用，期望实现高速的触摸坐标更新，并且对于这样的应用，M×N系统呈现出限制。
使用预定网格的另一触摸板类别在此称之为“M+N”(其中M和N代表整数，并且M+N是那些整数的总和)。M+N类型触摸板使用一个子系统(例如，包括垂直延伸电极的阵列)分离地检测触摸的X坐标，并使用另一个子系统(例如，包括水平延伸电极的阵列)分离地检测Y坐标。通常，对于实际感兴趣的触摸屏，整数M和N将具有足够高的值，使得M×N将远大于M+N。因此，为了实现特定的触摸坐标更新率，M+N系统将需要小得多的数据速率，并且因此诸如手写识别的要求高触摸坐标更新率的应用更易被支持。
如果仅检测到单个触摸，则上述分离地检测X和Y坐标不会出现问题，因为假定单个触摸的X和Y坐标是相关的。然而，为了支持更加复杂的触摸屏交互(例如，手势)，期望能够同时检测两个或两个以上的触摸。例如，用户可以使用其拇指和食指触摸触摸屏，并且为了输入旋转命令而沿着弧形路径移动其拇指和食指，然后这被解释为要求对显示的图形(例如，地图)进行旋转。在分离地检测X和Y坐标的M+N系统的情况下，两个同时触摸(例如，多触摸)可能使系统复杂，因为系统将不能无歧义地将两个检测到的X坐标与两个检测到的Y坐标相关联。因此，例如，依赖于M+N触摸检测系统的软件应用将不能确定用户是请求顺时针旋转还是逆时针旋转。
附图说明
在附图中，相同的附图标记在各个分离地视图中指的是相同或功能上类似的元素，并且附图与以下详细说明一起并入说明书并构成说明书的一部分，附图用于进一步图示各种实施例和解释均根据本发明的各种原理和优点。
图1是根据本发明实施例的多触摸检测系统的视图；
图2是使用图1所示的多触摸检测系统的电子装置的框图；
图3是突出在检测两个同时触摸的位置时的歧义的现有技术M+N触摸屏系统的图示；
图4是根据本发明实施例的触摸屏系统的示意图示；
图5是根据本发明另一实施例的触摸屏系统的示意图示；
图6是示出根据本发明实施例的触摸屏系统如何检测调整大小手势的示意图示；
图7是根据本发明实施例检测两个触摸的触摸屏手势的方法的流程图。
技术人员将理解，附图中的元素为了简单和清楚而图示，并且不一定按比例绘制。例如，为了有助于增进对本发明实施例的理解，附图中一些元素的尺寸可能相对其它元素被放大。
具体实施方式
在详细描述根据本发明的实施例之前，应当注意到，实施例主要在于与触摸屏相关的方法步骤和装置组件的组合。因此，在附图中合适的地方已经通过常规符号表示装置组件和方法步骤，仅显示与理解本发明的实施例相关的那些具体细节，以便不会因对受益于本文描述的本领域的普通技术人员来说显而易见的细节而使本公开模糊。
图1是根据本发明实施例的多触摸检测系统100的视图。按本文的用法，术语“多触摸检测系统”指的是能够登记一个以上同时触摸事件的触摸检测系统。系统100包括多触摸板102，其包括上矩形部分104和下矩形部分106。替代地，多触摸板102及其部分在形状上可以不是矩形。图1所示的多触摸板102是串联M+N型电容感测型的多触摸板。替代地，可以使用基于不同物理原理的多触摸板，诸如光或电阻感测型触摸板。如图1所示，在共用透明平面基板108上形成两个部分104、106，然而，替代地，两个部分104、106可以在沿着边缘结合在一起的分离的平面基板上形成。平面基板108和电极110、112是透明的，从而允许触摸板102适合于在触摸屏系统中使用，然而替代地，如果在触摸板应用中使用系统100，则平面基板108和电极110、112不必是透明的。在多触摸板是透明的情况下，平面基板108适合用例如玻璃或透明塑料制成，并且电极110、112适合用例如ITO制成。在例如可佩戴或可折叠显示应用中，不是使用平面基板，而是替代地使用柔性或密贴式基板(conformable base)。
在上矩形部分104中，多个垂直延伸感测电极110(为了避免附图杂乱，仅对其中三个编号)并排(在水平阵列中)放置。另外，在上矩形部分104中，多个水平延伸感测电极112叠加(在垂直阵列中)放置。垂直延伸感测电极110和水平延伸感测电极112适当地位于平面基板108的对面上，使得平面基板108在两组电极110、112之间提供电绝缘。替代地，为了使两组电极110、112相互绝缘，作出其他规定(provisions)。如图1所示，两组电极110、112均包括通过更窄的宽线116连接的衬垫区域(padarea)114。来自两组电极110、112的衬垫区域114不重叠，只有窄宽线116在其交叉的地方有小重叠。后一安排限制了一组电极110(112)的电极和另一组电极112(110)的邻近电极之间的寄生电容耦合。以此方式，使平板102对由用户触摸导致的电容变化更加敏感。
两组电极110、112均经由第一信号总线110耦合到第一微控制器120。根据一种操作模式，第一微处理器120将分离地询问垂直延伸感测电极110和水平延伸感测电极112中的每个。第一微处理器是可以用于询问感测电极110、112的一种形式的电气电路；然而，对于该目的，可以替代地使用其他类型的电气电路。可以通过施加测量电容的信号来询问各感测电极110、112。靠近用户触摸的电极的电容将改变，从而显露出用户触摸的位置。垂直延伸感测电极110可以确定用户触摸或多次同时触摸的X坐标(多个)，并且水平延伸电极112可以确定用户触摸或多次同时触摸的Y坐标(多个)。注意到，对于两次同时触摸(例如，用拇指和食指)，有两个X坐标和两个Y坐标，并且系统100可能不一定正确地将X和Y坐标配对在一起，因为有四个可能的配对，其中仅有两个是有效的。
然而，注意到，系统还包括较低的矩形部分106，并且鉴于整个多触摸板102的大小和鉴于对于所支持的手势在手指之间的典型间距(例如，拇指到食指多触摸间距为5厘米)调整部分104、106的大小，使得可以预计多触摸的一个触摸(例如，食指触摸)将处于多触摸板102的上矩形部分104中，并且多触摸的另一个触摸(例如，拇指触摸)将处于多触摸板102的下矩形部分106中。
类似于上矩形部分104，下矩形部分106包括并排(在水平阵列中)放置的第二组垂直延伸感测电极122，以及叠加(在垂直阵列中)放置的第二组水平延伸感测电极124。第二组垂直延伸电极122和第二组水平延伸电极124经由第二信号总线126耦合到第二微控制器128，第二微控制器128用与第一微控制器120询问上矩形部分104相似的方式来询问多触摸板102的下矩形部分106。第一微控制器120和第二微控制器128是较大的多处模板控制器130的一部分。替代地，多触摸板控制器130包括对触摸板102的两个部分104、106进行询问的单个微控制器。
图2是使用图1所示的多触摸检测系统100的电子装置200的框图。例如，装置200可以包括智能电话、便携式数字助理(PDA)、平板计算机、超便携式计算机、数字视频盘(DVD)播放器、遥控器、或MP3播放器。在电子装置200中，多触摸板102安装在显示屏202上，形成触摸屏204。替代地，多触摸板102可以在功能上与显示屏集成在一起。显示器控制器206驱动地耦合到显示屏202，并且多触摸板控制器130耦合到多触摸板102。主控制器(例如，微处理器)208耦合到显示器控制器206和多触摸板控制器130。主控制器208运行操作系统210和软件212，软件212包括支持多触摸手势(诸如上述的旋转手势和下述的非比例缩放手势)的图形用户界面(GUI)软件。
图3是突出在检测两个同时触摸的位置中歧义的现有技术M+N触摸屏系统300的图示。在该情况下，当用户触摸触摸板302时，系统300将读出两个X坐标(例如，Xa和Xb)和两个Y坐标(例如，Ya和Yb)，但是将不能确定如何正确地将X和Y坐标配对以确定多触摸中两个触摸的真实位置。例如，多触摸中的食指触摸(X1，Y1)是由(Xa，Yb)表示还是(Xb，Yb)表示？而且，多触摸中的拇指触摸(X2，Y2)是由(Xa，Ya)表示还是(Xb，Yb)表示？因此，例如，对于多触摸中的两个触摸是处于实线圆圈标记的右上和左下之上还是虚线圆圈标记的左上和右下之上是有歧义的。
在图3-6中，下标T1指示第一触摸板扫描时段，而T2指示后续触摸板扫描时段。M+N触摸板将典型地以预定帧速率对触摸板进行定期扫描。
图4是根据本发明实施例的触摸屏系统400的示意图示。触摸屏系统400包括多触摸板402，其包括上矩形部分404和下矩形部分406。由于多触摸板402包括两个部分404、406，所以如果两个触摸不在多触摸板402的同一部分404、406内，则将单个多触摸中的两个触摸的X和Y坐标进行关联不会出现歧义。因此，在标记为T1和T2的两个连续时间段期间，系统400可以正确地确定多触摸手势的标记为(X1，Y1)的第一触摸和第二触摸(X2，Y2)的X和Y坐标。例如，第一触摸(X1，Y1)可以使用食指，并且第二触摸(X2，Y2)可以使用拇指。
包括触摸屏系统400的电子装置(例如，200)基于对参与两个同时触摸的手指的活动范围所做的人体工程学假设来适当地编程，并且在这些假设之下，可以基于在两个或两个以上连续帧扫描时段期间检测到的触摸坐标，对顺时针(CW)或逆时针(CCW)旋转的感测作出解释。
图5是根据本发明另一实施例的触摸屏系统500的示意图示。系统500包括触摸板502，其被划分为包括左上象限(quadrant)504、右上象限506、右下象限508和左下象限510的四个矩形象限。四个象限504、506、508、510分别由第一微控制器512、第二微控制器514、第三微控制器516和第四微控制器518服务。每个象限504、506、508、510与其关联的微控制器512、514、516、518相结合地用作感测子系统。替代地，单个微控制器用于询问所有四个象限。假定四个象限504、506、508、510允许触摸板502在即使两个触摸均在触摸板502的下半部或两个触摸均在上半部的情况下也能够检测双重触摸。因此，可以支持用户执行触摸屏手势方式的更多可变性，并且可以支持更多种触摸屏手持。注意到，替代地，根据本发明的实施例的触摸屏可以进一步细分，然而，在以增加用于读取触摸板的电子器件(例如，微控制器)的复杂性和/或带宽要求为代价来支持手势方面，将使回报减少。
两个手指的开始多触摸被标记为(X1，Y1)T1和(X2，Y2)T1，而后续多触摸(对于图示的手势)的两个触摸的最终位置被标记为(X1，Y1)T2和(X2，Y2)T2。这样的手势可以用于输入旋转命令(在该示例中，为顺时针)。旋转命令可以用于各种目的，例如旋转触摸屏系统500所显示的图形。
图6是示出根据本发明实施例的触摸屏600系统如何检测调整圆圈602大小的手势的示意图示。开始在触摸屏600上显示圆圈602。为了在用户指定的方向上执行圆圈602的非比例缩放，用户在圆圈602的对边上触摸两个手指，系统600将此解释为具有坐标(X1，Y1)T1和(X2，Y2)T1的起始多触摸。通过将连接初始多触摸的两个触摸的位置的虚线以及连接后续触摸的两个触摸的位置的虚线组合在一起来指示缩放的方向。当与初始触摸相关联的虚线以及与最后触摸相关联的虚线共线时，产生这样的手势的一个示例。在该情况下，用户分开两个手指以便输入缩放命令。后续多触摸被系统检测到并被确定为在坐标(X1，Y1)T2和(X2，Y2)T2处。基于初始多触摸的坐标(例如，(X1，Y1)T1和(X2，Y2)T1)以及后续多触摸的坐标(例如，(X1，Y1)T2和(X2，Y2)T2)之差，圆圈然后伸展到椭圆604中，椭圆604的主轴倾向于由用户的两个检测到的多触摸指示的方向。替代地，用户可以将两个手指并在一起，从而所述圆圈将变形为椭圆，该椭圆的主轴倾向于由用户的两个检测到的多触摸指示的方向。这仅是可以支持的两个多触摸手势的一个示例。也可以支持由旋转手势和非比例缩放手势的组合构成的其他手势，例如，与起始多触摸和后续多触摸相关联的上述虚线不共线的手势。
图7是根据本发明实施例检测两个触摸的触摸屏手势的方法700的流程图。可以在存储于存储器内并由处理器执行的软件中实现方法700，处理器耦合到根据上述实施例构造的触摸板。在框702中，在第一时间段期间，第一感测子系统(例如，上矩形部分104和第一微控制器120)用于检测在触摸板的第一部分中初始多触摸中的第一触摸的坐标(例如，X和Y坐标)。在框704中，还是在第一时间段期间，第二感测子系统(例如，下矩形部分106和第二微控制器128)用于检测在触摸板的第二部分中初始多触摸中的第二触摸的坐标。在框706中，在第一时间段之后的第二时间段期间，第一感测子系统用于检测在触摸板的第一部分中后续多触摸中的第一触摸的新坐标。
注意到，一些设想的实施例可以被编程为假定同一手指所做的触摸总是在触摸板的同一半部(例如，上或下)内，然而这不适用于所有实施例。该假定部分基于人手作出同时拇指和食指触摸的移动范围的人体工程学考虑，并且还基于用户将通过用户手册被指导用特定方式来执行触摸屏手势的假定。
在框708中，还是第二时间段期间，第二感测子系统用于检测在触摸板的第二部分中后续多触摸中的第二触摸的新坐标。例如，在框710中，将所检测到的触摸坐标发送到主控制器(例如，206)，并且在框712中，对坐标进行处理以推断出手势，诸如CW或CCW旋转或缩放命令。
替代地，不是提供基于笛卡尔坐标的触摸板，而是可以使用基于极坐标或另外坐标系统的触摸板。
在本文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等的关系术语可能仅用于将一个实体或动作与另一实体和动作区分开，而不一定要求或暗示这样的实体或动作之间的任何实际这样的关系或顺序。术语包括“包括”、“包含”或其任何其它变形意在覆盖非排它性包含物，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或装置不仅包括那些单元，还可以包括未明确列出的或者这样的过程、方法、物品、或装置所固有的其他元素。以“包括...”开始的元素，在没有更多限制的情况下，并不排除在包括该元素的过程、方法、物品、或装置中存在另外相同的元素。
将理解，在此描述的本发明的实施例可以由一个或多个常规处理器以及独特存储的程序指令所组成，所述独特存储的程序指令控制一个或多个处理器结合特定非处理器电路来实现在此描述的触摸板的一些、大多数、或所有功能。非处理器电路可以包括但不限于：无线电接收机、无线电发射机、信号驱动器、时钟电路、电源电路、和用户输入设备。同样，可以将这些功能解释为用来执行触摸板功能的方法的步骤。替代地，可以通过未存储程序指令的状态机或在一个或多个专用集成电路(ASIC)中实现一些或所有功能，在ASIC中每种功能或特定功能的一些组合被实现为定制逻辑。当然，可以使用两种方法的组合。因此，在此已经描述了用于这些功能的方法和装置。进一步地，预计普通技术人员尽管可能因例如可用时间、现有技术和经济上的考虑促使其进行重大努力和作出众多设计选择，但是当由在此公开的概念和原理指引时，将很容易能够以最少的试验生成这样的软件指令和程序及IC。
在以上说明书中，已经描述了本发明的具体实施例。然而，本领域的普通技术人员理解，在不偏离如权利要求阐述的本发明的范围的情况下可做出各种修改和改变。因此，说明书和附图应当被认为是说明性的而不是限制性意义的，并且所有这样的修改都意在被包括在本发明的范围之内。益处、优点、问题的解决方案，以及可使任何益处、优点、或解决方案发生或变得更明显的任何元素(多个)都不应当被解释为任何或所有权利要求的关键的、必须的、或必要的特征或元素。本发明仅由权利要求来限定，包括在本申请待决期间所做的任何修改以及授权的那些权利要求的等同物。

Claims (13)

1.一种多触摸检测系统，包括：
触摸板，所述触摸板包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分和所述第二部分基于用于触摸检测的相同物理原理；
第一感测子系统，用于：
在第一时间段T1，分离地检测用于所述第一部分的第一触摸的坐标对的第一坐标以及所述坐标对的第二坐标，和
在所述第一时间段T1之后的连续第二时间段T2，分离地检测所述第一部分的所述第一触摸的用于新坐标的坐标对的第一坐标以及所述第一部分的所述第一触摸的用于所述新坐标的所述坐标对的第二坐标；以及
第二感测子系统，用于：
在第一时间段T1，分离地检测用于所述第二部分的第二触摸的坐标对的第一坐标以及所述坐标对的第二坐标，和
在所述第一时间段T1之后的所述连续第二时间段T2，分离地检测所述第二部分的所述第二触摸的用于新坐标的坐标对的第一坐标以及所述第二部分的所述第二触摸的用于所述新坐标的所述坐标对的第二坐标，
其中，所述第一部分的所述第一触摸和所述第二部分的所述第二触摸是同时的；以及
多触摸板控制器，所述多触摸板控制器耦合到所述第一感测子系统和所述第二感测子系统，用于将在所述第一时间段T1和在所述第二时间段T2之间所检测到的所述第一部分的所述第一触摸和所述第二部分的所述第二触摸的坐标对的改变解释为多触摸手势。
2.根据权利要求1所述的多触摸检测系统，其中，所述第一部分和所述第二部分是矩形形状，并且所述第一坐标和所述第二坐标是笛卡尔坐标。
3.根据权利要求2所述的多触摸检测系统，进一步包括：
第三部分和第四部分；
第三感测子系统，用于分离地检测用于所述第三部分的每个触摸的坐标对的第一坐标，并且分离地检测用于所述第三部分的每个触摸的所述坐标对的第二坐标；以及
第四感测子系统，用于分离地检测用于所述第四部分的每个触摸的坐标对的第一坐标，并且分离地检测用于所述第四部分的每个触摸的所述坐标对的第二坐标。
4.根据权利要求3所述的多触摸检测系统，其中，所述第一部分和所述第二部分并排布置，并且所述第三部分和所述第四部分并排布置；并且其中，所述第一部分和所述第二部分分别布置在所述第三部分和所述第四部分之上。
5.根据权利要求1所述的多触摸检测系统，其中，所述第一感测子系统包括：
第一组多个电极；
并且所述第二感测子系统包括：
第二组多个电极，并且
其中，所述第一组多个电极和所述第二组多个电极耦合到至少一个电气电路，所述至少一个电气电路适于测量由触摸引起的所述电极的电气阻抗变化。
6.根据权利要求5所述的多触摸检测系统，其中，所述至少一个电气电路包括至少一个微控制器。
7.根据权利要求6所述的多触摸检测系统，其中，所述至少一个微控制器包括：
第一微控制器和第二微控制器，其中，所述第一微控制器耦合到所述第一组多个电极，并且所述第二微控制器耦合到所述第二组多个电极。
8.根据权利要求5所述的多触摸检测系统，其中，所述至少一个电气电路适于测量电容的变化。
9.根据权利要求5所述的多触摸检测系统，其中，所述第一组多个电极和所述第二组多个电极是透明的。
10.根据权利要求9所述的多触摸检测系统，进一步包括显示器。
11.根据权利要求1所述的多触摸检测系统，进一步包括显示器。
12.一种检测多触摸的方法，包括：在第一时间段T1，使用第一感测子系统来检测在触摸板的第一部分中第一触摸的坐标对的第一坐标并且分离地检测在所述触摸板的所述第一部分中所述第一触摸的所述坐标对的第二坐标；
在所述第一时间段T1，使用第二感测子系统来检测在所述触摸板的第二部分中第二触摸的坐标对的第一坐标并且分离地检测在所述触摸板的所述第二部分中所述第二触摸的所述坐标对的第二坐标；
在所述第一时间段T1之后的连续第二时间段T2，使用所述第一感测子系统来检测在所述触摸板的所述第一部分中所述第一触摸的用于新坐标的坐标对的第一坐标并且分离地检测在所述触摸板的所述第一部分中所述第一触摸的用于所述新坐标的所述坐标对的第二坐标；以及
在所述第一时间段T1之后的所述连续第二时间段T2，使用所述第二感测子系统来检测在所述触摸板的所述第二部分中所述第二触摸的用于新坐标的坐标对的第一坐标并且分离地检测在所述触摸板的所述第二部分中所述第二触摸的用于所述新坐标的所述坐标对的第二坐标，
其中，所述触摸板的所述第一部分和所述第二部分基于用于触摸检测的相同物理原理，
进一步其中，所述触摸板的所述第一部分的所述第一触摸和所述第二部分的所述第二触摸是同时的，并且
其中，在所述第一时间段T1和所述第二时间段T2之间，所述第一部分的所述第一触摸和所述第二部分的所述第二触摸的所检测到的坐标对的改变被解释为多触摸手势。
13.一种用户界面系统，包括：
显示器；以及
多触摸检测系统，所述多触摸检测系统包括：
覆盖在所述显示器之上的触摸板，所述触摸板包括：
第一部分和第二部分，其中所述第一部分和所述第二部分基于用于触摸检测的相同物理原理；
第一感测子系统，用于：
在第一时间段T1，分离地检测用于所述第一部分的第一触摸的坐标对的第一坐标以及用于所述第一部分的所述第一触摸的所述坐标对的第二坐标，和
在所述第一时间段T1之后的连续第二时间段T2，分离地检测所述第一部分的所述第一触摸的用于新坐标的坐标对的第一坐标和所述第一部分的所述第一触摸的用于所述新坐标的所述坐标对的第二坐标；以及
第二感测子系统，用于：
在所述第一时间段T1，分离地检测用于所述第二部分的第二触摸的坐标对的第一坐标和用于所述第二部分的所述第二触摸的所述坐标对的第二坐标，和
在所述第一时间段T1之后的所述连续第二时间段T2，分离地检测所述第二部分的所述第二触摸的用于新坐标的坐标对的第一坐标和所述第二部分的所述第二触摸的用于所述新坐标的所述坐标对的第二坐标；
其中，所述第一部分的所述第一触摸和所述第二部分的所述第二触摸是同时的，并且
多触摸板控制器，所述多触摸板控制器耦合到所述第一感测子系统和所述第二感测子系统，用于将在所述第一时间段T1和所述第二时间段T2之间所检测到的所述第一部分的所述第一触摸和所述第二部分的所述第二触摸的坐标对的改变解释为用于改变所述显示器上的图形的多触摸手势。
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