CN102144207A - 根据二分法原理的多触点触摸传感器的采集和分析方法、实施该方法的电子电路和多触点触摸传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多触点触摸传感器的采集和分析方法，所述多触点触摸传感器包括传感点矩阵和用于控制对所述矩阵的采集和分析的电子分析电路。所述方法依次包括以下步骤：所述传感器的检测区域的采集步骤(24、25)，用于确定所述检测区域的每个触点的状态；以及所述检测区域的分析步骤(26)，用于根据所述触点的激活状态传递信息。以迭代的方式重复进行所述采集步骤(24、25)和分析步骤(26)。在包含在前一次分析步骤(26)中被确定为激活了的触点的检测区域上执行所述采集步骤(24、25)。该检测区域的尺寸小于在前一次采集步骤(24、25)中采集过的检测区域的尺寸。执行该迭代直到获得预定的空间分辨率(27)为止。本发明还涉及一种实施所述方法的电子采集和分析电路以及多触点触摸传感器。

Description

根据二分法原理的多触点触摸传感器的采集和分析方法、实施该方法的电子电路和多触点触摸传感器
本发明涉及根据二分法原理的多触点触摸传感器的采集和分析方法，以及实施该方法的电子电路和多触点触摸传感器。
技术领域
本发明涉及多触点触摸传感器领域。该类传感器配有同时采集其表面上多个指状物的位置、压力、尺寸、形状和位移的装置，以便优选地通过图形界面来控制设备。该类传感器可用于多种设备的界面，比如但不限于个人计算机(便携或非便携的)、手机、自动柜员机(银行、销售点、售票处)、游戏控制台、便携式多媒体播放器(数字随身听)、视听设备或家电控制器、工业设备控制器以及GPS(全球定位系统)导航仪等。
本发明更尤其涉及多触点触摸传感器的采集和分析方法，该多触点触摸传感器包括传感点矩阵和用于控制对该矩阵的采集和分析的电子采集和分析电路，该方法依次包括以下步骤：传感器的检测区域的采集步骤，用于确定该检测区域的每个触点的状态；以及该检测区域的分析步骤，用于根据触点的激活状态传递信息。
背景技术
现有技术中已知多触点触摸传感器，这些传感器允许同时检测多个触点的存在及状态。这样的传感器可以是矩阵式的。顺序且快速地执行对矩阵的每个节点的端子处的电压的测量，以便每秒钟多次重建传感器的图像。
为了用于要求感觉不到传感器的反应时间的应用(打字、电子游戏、音乐或多媒体应用的控制器)，必须能够在最大延迟为20毫秒的情况下测量指状物的活动。
在现有技术中提出了在专利文献FR2866726中描述的一种方案，该方案针对的设备通过操纵多触点触摸屏上的虚拟图形对象来进行控制。该设备还包括允许以100Hz的采样频率采集并分析传感器数据的电子采集和分析电路。传感器可以被分成多个区域，以便在这些区域上执行并行处理。
该方案的缺点在于以高扫描频率测量传感器的所有点所产生的大量信息。实际上，控制器对整个传感器进行扫描而不考虑是否存在接触。因此，即使不存在接触，也扫描整个传感器。同样，当只检测到一个接触区域时，也扫描传感器其余部分。一般而言，期望提高分辨率，也就是说减小每个传感器单元的尺寸。然而，对于给定的扫描频率，提高分辨率增加了信息量。每个接触区域处的分辨率是传感器的空间分辨率(所扫描的单元的数量)与时间分辨率(每个单元上的测量时间)这两者之间折衷的结果。在这种类型传感器的日常使用中，激活了的触点的数量平均来说远小于传感器可激活的触点的总量。
发明内容
本发明的目的是，对于一定数量的接触点，通过允许减少每确定一个激活了的触点所需的采集的次数来克服这些技术问题。
为此，本发明提出根据二分法进行一系列采集和分析，目的在于按照激活了的触点的数量将采集步骤的次数减小至最低限度。
该方案的方法在于，试图通过在传感器的不同检测区域上执行空间分辨率不同的扫描来避免在空间分辨率和时间分辨率之间的这种折衷。对空间分辨率的改进应当使得首先以低频率扫描整个传感器，以便确定接触区域。然后仅对包含检测到的接触区域的检测区域再次进行空间分辨率改进了的扫描。该方法可以一直迭代进行，直至所扫描的检测区域与检测出的接触区域相比足够小为止。为了获得与正常扫描整个传感器时的频率一致的整体扫描频率，空间分辨率改进了的扫描将以高于整体扫描频率的频率来进行。
为此，本发明提供一种多触点触摸传感器的采集和分析方法，该多触点触摸传感器包括传感点矩阵以及用于控制对矩阵的采集和分析的电子采集和分析电路。该方法依次包括以下步骤：传感器的检测区域的采集步骤，用于确定检测区域的每个触点的状态；以及该检测区域的分析步骤，用于根据触点的激活状态传递信息。根据本发明，以迭代方式重复进行上述采集和分析步骤。在包含在前一次分析步骤中被确定为激活了的触点的检测区域上执行采集步骤。该检测区域的尺寸小于在前一次采集步骤中采集过的检测区域的尺寸。执行该迭代直到获得预定的空间分辨率为止。
这种方法允许减少要执行的测量的量。实际上，在每次新的迭代中，采集只发生在先前根据激活了的触点的检测获得的检测区域上。该方法使得不会在所有不存在激活了的接触的检测区域上执行测量。
优选地，在第一次迭代时，在整个传感器上执行采集步骤。因此可以在进行后续的迭代之前获得关于整个传感器的状态的信息，其中后续的迭代将提炼出触点的位置。
在迭代时，将待处理的检测区域划分为尺寸较小的子检测区域，在每个子检测区域上独立地采集接触信息。下一次迭代将在每个提供过接触信息的子检测区域中执行。因此避免了在不存在激活了的触点的检测区域中执行迭代。
有利地，当在迭代中没有任何触点被检测为激活了时，下一次迭代在整个传感器上执行。
有利地，在每次迭代的采集和分析步骤中采集的检测区域为矩形形状。
根据一种具体实施方式，在每次迭代时，要采集的区域的尺寸是分别在每个轴上除以二得到的。
优选地，在每次迭代时，将要采集的区域的尺寸在前一次迭代时采集过的区域的尺寸的基础上除以四。这使得能够实施确切地称作二分法的采集和分析方法。在每次迭代时，将前一次采集过的检测区域分成尺寸相同的四个子检测区域，并且在这些子检测区域中标记出接触区域的位置。因此，在每次迭代时，将只对包含了接触区域的子检测区域再次进行扫描。
在针对检测到多个接触区域的情况的实施方式中，如果在一次迭代中检测到分开的多个接触区域，则在下一次迭代中在这些接触区域中的每一个中并行地执行采集和分析步骤。
本发明还涉及一种实施这种采集和分析方法的、用于包括触点矩阵的多触点触摸传感器的电子采集和分析电路。
根据本发明的第一实施方式，通过对检测区域的所有列同时供电并在检测区域的所有行上一同进行测量，来执行对检测区域的测量。
根据本发明的第二实施方式，通过对检测区域的所有列同时供电并在检测区域的所有行上分别进行测量，来执行对检测区域的测量。
在包括有源触点矩阵(所述触点包括晶体管)的多触点触摸传感器的情况下，优选地，通过对检测区域的所有行和所有列同时供电并测量传感器的公共电极，来执行对检测区域的测量。
最后，本发明涉及一种多触点触摸传感器，该多触点触摸传感器包括传感点矩阵以及用于实施上述采集和分析方法来控制对该矩阵的采集和分析的这样的电子采集和分析电路。
附图说明
通过阅读对附有附图的非限定性实施例的详细描述将更好地理解本发明，附图分别表示：
-图1，无源矩阵多触点触摸电子设备的视图；
-图2，由电子电路实施的在传感器区域上的采集方法的图；
-图3，根据本发明一种实施方式的采集和分析方法的图；以及
-图4A到4C，实施根据本发明的采集和分析方法的不同情况。
具体实施方式
根据本发明的电子采集和分析电路旨在集成到矩阵式多触点触摸传感器中。其可以涉及无源矩阵，即由被布置为矩阵且由绝缘层分隔的两个透明导电材料层组成的无源矩阵；或者涉及有源矩阵，对于有源矩阵而言矩阵的每个节点由有源部件(比如晶体管或二极管)构成。无源或有源矩阵的轴中被称为列的用作控制部分，而被称为行的用作测量部分。行和列的投影交叉形成节点。
图1示出电子触摸设备的视图，该电子触摸设备包括：
-矩阵触摸传感器1，
-显示屏2，
-传感接口3，
-主处理器4，以及
-图形处理器5。
该触摸设备的第一基本部件是借助于传感接口3进行采集-多触点操作所需的触摸传感器1。该传感接口3包含采集和分析电路。触摸传感器1是矩阵式的。其可以在需要的情况下被分为多个部分，以通过同时扫描每个部分来使传感(captation)加速。
来自传感接口3的数据在过滤后被传送给主处理器4。主处理器4执行允许将板(dalle)的数据与图形对象相关联的本地程序，图形对象被显示在显示屏2上以便对其进行操作。主处理器4还把要显示在显示屏2上的数据传送给图形界面5。该图形界面还可以由图形处理器控制。
矩阵传感器1例如是阻抗式传感器或投射电容式传感器。其包括两个透明层，在这两个透明层上布置对应于导线的行和列。这些层因此形成导线的矩阵网络。
当希望知道是否有接触被激活时，测量矩阵每个节点的端子处的电特性——电压，电容或电感。通过使用传感器1和集成在主处理器4中的控制电路，设备允许以约为100Hz的采样频率在整个传感器1上采集数据。
在无源矩阵触摸传感器的情况下，采集按照如下方式进行：对列供电并检测传感器的每个行上的响应。根据这些响应来确定接触区域，接触区域对应于与休眠(repos)状态相比状态被改变了的节点。确定状态被改变了的相邻节点的一个或多个集合。这种相邻节点的一个集合限定接触区域。根据该节点集合计算在本发明中被称作为“光标”的位置信息。在多个节点集合被非激活区域分隔开的情况下，将在同一扫描阶段中确定多个独立的光标。
该信息在新的扫描阶段过程中被周期性地更新。根据在相继扫描过程中获得的信息，光标被创建、跟踪或删除。以举例说明的方式，通过接触区域的重心函数来计算光标。总的原则是创建与在触摸传感器上确定的接触区域同样多的光标并跟踪其随时间的变化。当用户从传感器上收回指状物时，相关的光标就被删除。以这种方式，可以同时感应多个指状物在触摸传感器上的位置和变化。
主处理器4执行允许将传感器的数据与图形对象相关联的程序，图形对象被显示在显示屏2上以便对其进行操作。
图2图示出由电子电路实施的在传感器的区域[P1，P2，Q1，Q2]上的采集方法的图。
矩阵传感器1包括N行和M列。该方法10用于确定矩阵传感器1的检测区域的状态，以获知该区域是否包括至少一个触点。传感器的该检测区域[P1，P2，Q1，Q2]包括P＝P2-P1行以及Q＝Q2-Q1列。该检测区域的范围由整数参数P1、P2、Q1、Q2限定。方法10因此执行对由P1到P2行和Q1到Q2列所界定的检测区域的测量。
该方法对应于对作为一个块的检测区域[P1，P2，Q1，Q2]的测量。从该检测区域测量的电特性例如是电压。该方法允许提供矩阵传感器1的检测区域[P1，P2，Q1，Q2]在给定时刻的状态。
采集方法10从对前次采集时获取的数据的初始化步骤11开始。在此，列轴构成供电轴，而行轴构成检测轴。随后该方法进行对Q1到Q2列的供电12，并在此期间执行对所有P1到P2行的同步测量13。
因此获得在由Q1到Q2列和由P1到P2行所界定的整个块上的测量。检测到非零电压表明在检测区域[P1，P2，Q1，Q2]中存在至少一个触点，而检测到零电压则表明在该检测区域[P1，P2，Q1，Q2]中不存在接触。
该采集方法用于实现下文描述的根据本发明的采集和分析方法，以便在检测区域上进行采集，以在整体区域上获取接触信息而不是在该区域的每个节点上获取接触信息。
图3示出在根据本发明一种实施方式而实施的采集和分析方法的图。
该方法20由一系列迭代步骤构成：
-在检测区域上开始迭代；
-将检测区域分成N个子检测区域；
-对于每个子检测区域：
·一同控制属于该子区域的列，
·测量属于该子区域的行，
·确定属于该子区域的接触信息，
·如果检测到接触，则在该子区域上进行下一次迭代。
在方法20中，被考察的第一个区域是对应于整个传感器的区域Z1。该区域在步骤22被分成四个子区域SZ11、SZ12、SZ13和SZ14。随后对第一子区域SZ11的列进行供电24，并同时在该子区域SZ11的行上进行测量25。在这些供电步骤24和测量步骤25之前先对所考察的子检测区域进行初始化步骤(未示出)。
如果在该子区域SZ11中未检测到任何接触，则对SZ12的列进行供电24以及在其行上进行测量25，并这样进行下去直到已在四个子区域SZ11、SZ12、SZ13和SZ14上执行完这些操作为止。
如果在子区域SZ11中存在接触，则首先验证是否达到最大空间分辨率水平。如果达到该水平，则不能将所考察的子区域SZ11再次划分成四个另外的子区域。如果没有达到该水平，则子区域SZ11成为区域Z2，在区域Z2上再次执行将其分成四个子区域SZ21、SZ22、SZ23和SZ24的划分22，然后，以与子区域SZ11上所执行过的相同的方式，在这四个子区域上相继并迭代地执行供电24、测量26和接触检测26。其上执行这些不同步骤的区域被称作“Zi”，i为允许将待处理的区域彼此区分开的递增量。
该方法如此这般继续进行，直到达到最大分辨率水平或者处理完四个子区域为止。然后，进行是否可能存在其它尚未被处理的子区域的验证32。如果存在子区域“SZkl”(其中k≤i且l≤4，i为用于区分被相继处理的区域的递增量)尚未被处理(即在该区域上尚未进行过对列的供电、在行上的测量和对在该子区域中可能存在接触的判断)，则对该子区域SZkl重新施加处理。为此，使整数i递增1且子区域SZkl成为区域Zi。
当不再有要处理的子区域时，进行至该采集和分析方法的终止35。因此该方法允许对其上存在接触的检测区域进行确定，直到达到预定的空间分辨率水平为止。该预定可以由用户手动进行，或者简单地通过传感器的节点数量来确定。因此能够仅在激活了的接触区域上以最大分辨率水平来获取信息。在该方法中不对未检测到任何接触的所有子区域进行处理，并因此直到达到最大空间分辨率水平时才对上述子区域进行观测，这使得能够在传感器的采集和分析时显著地限制所获得的信息量。
该方法以迭代的方式进行：
-采集步骤，对应于供电步骤24和测量步骤25(在这之前先进行对要采集的区域的初始化步骤，该初始化步骤未在图3中示出)，以及
-分析步骤，对应于在其上进行采集的检测区域中针对可能存在的接触的查询步骤。
采集和分析方法20结束之后，软件能够确定对应于激活了的接触区域的光标，且能够对触摸屏的虚拟图形对象应用不同的特定处理，以便实时更新触摸屏。
图4A和4C分别示出其中实施根据本发明的采集和分析方法的不同情况。
在每次迭代时，每个检测区域被分成四个子检测区域。因此，四次相继的迭代允许在每个轴上获得等于1/16的空间分辨率。
参照图4A，在传感器上仅有一个接触区域被激活。在第一次迭代41中，包括整个传感器的检测区域被分成尺寸相同的四个子检测区域，并在这些子检测区域之一中标记出接触区域的位置。在第二次迭代42中，包括所检测到的接触区域的检测区域被分成尺寸相同的四个子检测区域，然后在这些新的子检测区域中再次标记出接触区域的位置。后续的迭代43和44按照同样的方法进行，直到获得期望的空间分辨率为止。
更一般地说，所测量的检测区域的数量依赖于激活了的接触区域的数量以及最大迭代次数。
因此在图4A的示例中，该二分法方法使得能够通过四次迭代(16次测量)以每个轴上1/16的精度获得触点的位置。在传统扫描的情况下，等同精度的测量将需要256次测量。
参照图4B，接触区域被在多个检测区域上激活。在第一次迭代51中，包括整个传感器的检测区域被分成尺寸相同的四个子检测区域，且接触区域的位置被标记在这些子检测区域中的唯一一个上。在第二次迭代52中，该新的区域被分成尺寸相同的四个子区域，在两个新的子区域上检测到接触区域。然后，在迭代53和54中，至少部分地含有接触区域的那些新的检测区域中的每一个将被分成四个新的子检测区域，并在这些子检测区域中标记出接触区域的位置。
参照图4C，从第一次迭代61起检测到两个分开的接触区域。在后续迭代62、63和64中，被标记为至少部分地包含接触区域的每个检测区域将被分成尺寸相同的四个子检测区域，并将在这些子检测区域中标记出接触区域的位置，直到在接触区域处获得期望的分辨率为止。
在后两种情况下，如图4B和4C所示，该方法使得能够通过四次迭代(分别为32次和44次测量)以每个轴上1/16的精度获得触点的位置。在传统扫描的情况下，等同精度的测量将需要256次测量。
在本发明的另一实施方式中，通过相结合的两种二分来实现二分法方法。第一步骤包括水平二分，而第二步骤包括竖直二分。这两个步骤中的每一个均对应于将前一次采集过的区域分成尺寸相同的两个新区域。这两种二分的连续产生了上文所述的由图3、图4A、图4B和图4C所示的二分法方法一样的二分法方法。
在本发明的另一实施方式中，二分法方法不是通过将前一次采集过的区域分成四个新区域来实施的，而是通过将其分成任意不同数量的新区域来实施的，例如，分成9个、12个或16个新区域。
根据多种实施方式，迭代方法的实施能够按照如下示例进行：
-在子区域上检测到激活了的触点后直接在该子区域上执行迭代，这需要函数递归并且因此需要存储包括所述子区域的区域的位置和大小，
-包括测量所有子区域的迭代，这不需要递归但会导致要存储的数据的量较大，其中所有子区域对应于前一次迭代检测到的包括至少一个激活了的触点的所有这样的检测区域。
本发明的上述实施方式是作为示例给出的而绝非限定性的。应理解，本领域技术人员能够在不背离本专利范围的情况下实现本发明的各种变型。

Claims (12)

1.一种多触点触摸传感器的采集和分析方法，所述多触点触摸传感器包括传感点矩阵以及用于控制对所述矩阵的采集和分析的电子采集和分析电路，所述方法依次包括所述传感器的检测区域的采集步骤(24、25)和所述检测区域的分析步骤(26)，所述采集步骤(24、25)用于确定所述检测区域的每个触点的状态，所述分析步骤(26)用于根据所述触点的激活状态传递信息，其特征在于，以迭代的方式重复进行所述采集步骤(24、25)和所述分析步骤(26)，在包含在前一次分析步骤(26)中被确定为激活了的触点的检测区域上执行所述采集步骤(24、25)，所述检测区域的尺寸小于在前一次采集步骤(24、25)中采集过的检测区域的尺寸，执行所述迭代直到获得预定的空间分辨率(27)为止。
2.根据权利要求1所述的采集和分析方法，其中，在第一次迭代时，在整个所述传感器上执行所述采集步骤(24、25)。
3.根据权利要求1或2之一所述的采集和分析方法，其中，当在迭代中没有任何触点被检测为激活了时，下一次迭代在整个所述传感器上执行。
4.根据权利要求1至3之一所述的采集和分析方法，其中，在每次迭代的所述采集步骤(24、25)和所述分析步骤(26)中采集的检测区域为矩形形状。
5.根据前述权利要求之一所述的采集和分析方法，其中，在每次迭代中，要采集的区域的尺寸是分别在每个轴上除以二得到的。
6.根据权利要求5所述的采集和分析方法，其中，在每次迭代中，将要采集的区域的尺寸在前一次迭代时采集过的区域的尺寸的基础上除以四。
7.根据前述权利要求之一所述的采集和分析方法，其中，如果在迭代中检测到分开的多个接触区域，则在下一次迭代中在这些接触区域中的每一个处并行地执行所述采集(24、25)步骤和所述分析(26)步骤。
8.一种电子采集和分析电路，用于包括触点矩阵的多触点触摸传感器，所述电子采集和分析电路实施根据前述权利要求之一所述的采集和分析方法。
9.根据权利要求8所述的电子采集和分析电路，其中，通过对检测区域的所有列同时供电并在所述检测区域的所有行上一同进行测量来执行对所述检测区域的测量。
10.根据权利要求8所述的电子采集和分析电路，其中，通过对检测区域的所有列同时供电并在所述检测区域的所有行上分别进行测量来执行对所述检测区域的测量。
11.根据权利要求8所述的电子采集和分析电路，用于包括有源触点矩阵的多触点触摸传感器，所述触点包括晶体管，其中，通过对检测区域的所有行和所有列同时供电并测量所述传感器的公共电极来执行对所述检测区域的测量。
12.一种多触点触摸传感器，包括传感点矩阵和根据权利要求8至11之一所述的电子采集和分析电路，所述电子采集和分析电路用于实施根据权利要求1至7之一所述的采集和分析方法来控制对所述矩阵的采集和分析。
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