CN102197354A - 触摸位置寻找方法及设备 - Google Patents

Abstract

在包括多个感测节点的触摸传感器中，从节点获得每一维度上的触摸位置，在所述节点处指派给所述节点的任一侧上的触摸的信号值的和相等或大约相等。所述感测节点中的每一者由在对应于节点间间距的距离上分布于其相应感测节点周围的多个概念性感测节点来替换。已针对跨越所述触摸传感器的信号分布获得信号值2、6、11、5及2。将这些信号在由每一节点覆盖的范围中以相等间距概念性地拆分，以垂直标签棒显示每一概念性信号。接着，通过找到中值标签棒的位置来确定触摸坐标。由于存在各自具有信号值1的26个概念性信号，因此中值信号的位置在第13个概念性信号与第14个概念性信号之间，如粗箭头所指示。此为一种用于以比理想地适于在微控制器上实施的节点的分辨率高的分辨率获得触摸坐标的数值上简单的方法。

Description

触摸位置寻找方法及设备

相关申请案交叉参考

本文请求对在2008年10月21日提出申请的第12/255,616号美国专利申请案的优先权权益，所述申请案以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于计算触摸传感器上的触摸的位置的方法及设备。

背景技术

二维(2D)触摸屏幕，不论使用哪种技术，通常均具有基于传感器节点矩阵的构造，所述传感器节点的笛卡尔坐标形成2D阵列，即，栅格。

在电容性传感器中，举例来说，以每一取样间隔检查每一节点以获得所述节点处的信号或实际上从预定背景等级的信号改变。接着，将这些信号与预定阈值进行比较，且认为高于阈值的那些信号已被触摸且其用作进一步数值处理的基础。

此触摸屏幕的最简单情形为，通过仅在矩阵上的单个节点处发生的信号来检测触摸。此情形将在致动元件的大小相对于节点之间的距离较小时发生。实际上，此可在使用手写笔时发生。另一实例可为在提供用于手指感测的低分辨率面板(举例来说，尺寸为120mmx120mm的4x4键矩阵)时。

通常，情况并不如此简单，且由于触摸而出现的信号将在矩阵上的多个节点处产生有效信号，这些节点形成邻接群组。此情形将在致动元件的大小相对于节点之间的距离较大时发生。实际上，此为在相对高分辨率触摸屏幕由人类手指(或拇指)致动时的典型情景，因为手指触摸将在多个节点上方延伸。

数据处理的重要初始任务是处理这些原始数据以计算每一触摸的位置，即，每一触摸的x、y坐标。当然，较高级数据处理任务(例如，追踪触摸随时间的运动)需要触摸位置，所述触摸位置又可用作笔势辨识算法中的输入。

此问题存在各种已知或简单的解决方案，现在将简要地概述所述解决方案。

图3A显示具有由5个行电极与3个列电极的矩阵界定的正方形敏感区域10的屏幕，所述矩阵以20mm的栅格间距延伸以界定15个感测节点。

首先，如上文所提到，可将触摸坐标简单地视为与具有最大信号的节点重合。参照所述图，最大信号为节点(2，2)处所登记的26，且认为触摸位置(x，y)在所述节点处。

一种更完善的方法是在计算触摸位置时考虑到紧邻具有最大信号节点的节点的信号值。对于x坐标，可通过考虑到紧在左边及右边定位的节点来计算平均值。即，将这三个值中的最低者从其它两个值中减去且接着在剩余的两个值之间执行线性内插以确定x位置。参照所述图，从20及26中减去18获得2与8。接着，x位置经计算为从2到1的距离的1/5，即1.8。接着，针对y坐标进行类似计算，即，从26及18中减去14获得12与4。接着y位置为从2到3的距离的4/16，即，2.25。因此，触摸位置为(1.8，2.25)。如应了解，此方法对仅由高于检测阈值的两个节点构成的触摸也将行得通，但当然省略了初始步骤。

另一标准数值方法将是，对来自“属于”有关触摸的所有节点的信号执行质量中心计算，如US 2006/0097991[1]中所揭示。这些节点将是具有高于阈值的信号且位于围绕最大信号节点的邻接群组中的所有节点。在所述图中，给这些值画了阴影。

可根据质量中心公式计算触摸坐标R

$R=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n{r}_n}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n}$

其中I_n是第n个节点的信号值且r_n是第n个节点的位置。可将此方程式分为x与y分量以从个别节点的坐标x_n与y_n确定触摸的X与Y坐标。

$X=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n{x}_n}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n}$ $Y=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n{y}_n}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n}$

在所图解说明的实例中，此将得出

$X=\frac{20\×1+(14+26+18)\×2+(12+18+11)\×3}{14+12+20+26+18+18+11}=\frac{20+116+123}{119}=\frac{259}{119}=2.18$

$Y=\frac{(14+12)\×1+(20+26+18)\×2+(18+11)\×3}{14+12+20+26+18+18+11}=\frac{26+128+87}{119}=\frac{241}{119}=2.03$

因此，触摸位置经计算为(2.18，2.03)。

质量中心计算方法的缺点是，其在计算上相对昂贵。如可从上文简单实例中看出，存在包含浮点除法的大量计算。使用微控制器，其可能花费数毫秒来计算帧的触摸位置，此慢得令人无法接受。

发明人所证实的另外缺点为：当应用形心计算时，信号中相对远离针对质量中心计算而选择的原点的小改变会导致所计算的触摸位置的显著改变。此效应对于其中作为单个触摸的部分的节点之间的最大距离变大的较大区域触摸尤其成问题。如果考虑到将针对每一样本来计算触摸位置，那么以此方式使静态触摸的所计算触摸位置从样本移到样本是极不期望的。在电容性触摸传感器中此效应进一步加剧，因为信号值通常为整数且较小。举例来说，如果靠近触摸区域的边缘的节点处的信号值从样本到样本在11到12之间改变，那么此单独可致使所计算的触摸位置显著移动，从而导致抖动。

上文实例仅考虑了屏幕上的单个触摸。然而，应了解，对于数目日益增加的应用，触摸屏幕必需能够检测多个同时发生的触摸(所谓的多触摸检测)。举例来说，触摸屏幕通常需要能够检测笔势，例如拇指与食指之间的挤捏运动。上文技术可经扩展以满足多触摸检测。

US 5,825,352[2]揭示一种用以实现相同最终结果的不同方法。图1以示意性方式图解说明此方法。在此实例中，使用内插来创建一x、f(x)曲线及另一y、f(y)曲线，其中相应曲线映射信号强度沿每一轴的变化。接着，将每一所检测峰值定义为所述位置处的触摸。在所图解说明的实例中，x中存在两个峰值且y中存在一个峰值，从而产生(x1，y1)及(x2，y2)处的两个触摸的输出。如所述实例显示，此方法本质地满足多触摸检测以及单触摸检测。基于检测x曲线中两个最大值之间的最小值来区分多个触摸。此方法非常适于高分辨率屏幕，但实施起来需要可观的处理能力及存储器，因此通常不适于微控制器。

应注意，上文对可观的处理能力及存储器的提及反映在其中成本为重要因素的诸多高容量商业应用中(例如，对于消费者产品)需要在低复杂性硬件(特定来说，为微控制器)中实施触摸检测处理的事实。因此，虽然在微处理器或数字信号处理器的背景下正考虑的此种处理能力极其微小，但其对于微控制器或具有存储器以及数值处理制约的其它低规格项目来说并非无关紧要。

发明内容

根据本发明，提供一种依据从触摸屏幕输出的数据集确定触摸位置的方法，所述触摸屏幕包括感测节点阵列，所述数据集包括所述感测节点中的每一者的信号值，所述方法包括：

a)接收所述数据集作为输入；

b)识别所述数据集中的触摸，其中通过所述数据集的由邻接节点群组构成的子集来界定触摸；

c)将每一维度上的所述触摸位置确定为在所述节点处或邻近所述节点，在所述节点处指派给所述节点的任一侧上的所述触摸的信号值的和相等或大约相等。

可通过用分布于所述感测节点周围的多个概念性感测节点替换至少在所述触摸位置处或邻近所述触摸位置的所述感测节点来修改所述子集。在某些实施例中，通过用分布于其相应感测节点周围的多个概念性感测节点替换所述感测节点中的每一者来修改所述子集。可将所述概念性感测节点分布于对应于节点间间距的距离或区域上。距离是指可用于一维触摸传感器(例如，线性滑动器或滚轮)中以及用于二维触摸传感器中且原则上用于三维触摸传感器中的一维间距。区域是指可用于二维或更高维触摸传感器中的二维分布。

所述信号值为整数，且所述多个概念性感测节点等于每一感测节点处的整数信号值，使得每一概念性感测节点处的信号值为一。或者，所述方法可应用于输出非整数信号值的传感器。

所述方法可进一步包括重复步骤b)及c)以确定一个或一个以上另外触摸的所述触摸位置。

可将在步骤c)中确定的所述触摸位置与通过在所述触摸数据集中的节点之间内插的方法确定的另外触摸位置组合。可以所述触摸数据具有至少阈值数目个节点为条件来执行步骤c)，且如果不是，那么通过不同方法来确定所述触摸位置。举例来说，如果所述触摸数据集中仅存在一个节点，那么将所述触摸位置视为所述节点的坐标。另一实例将是，当所述触摸数据集中存在两个节点时根据在所述触摸数据集中的节点之间或可能在2个与所述阈值数目(举例来说，其可为3、4、5、6、7、8、9或更多个)的节点之间内插的方法来确定触摸位置。

每一维度可仅由一个维度组成。此可为一维触摸传感器的情况，包含闭环以及棒式检测器或带式检测器，且也为仅用于检测一个维度上的位置的二维触摸传感器的情况。在其它实施方案中，每一维度包括第一及第二维度，此对于操作以解析两个维度上的触摸位置的二维传感器将是典型的。

应理解，根据以上方法计算的触摸位置将被输出到较高级处理。

本发明还涉及一种触敏位置传感器，其包括：触摸面板，其具有分布于其区域上以形成感测节点阵列的多个感测节点或元件，所述感测节点中的每一者经配置以收集指示触摸的位置特定感测信号；测量电路，其连接到所述感测元件且可重复地操作以获取信号值集，每一数据集由来自所述节点中的每一者的信号值构成；及处理器，其经连接以接收所述数据集且可操作以根据本发明的方法处理每一数据集。所述阵列在一维传感器的情况下可为一维阵列，但对于二维传感器通常将为二维阵列。所述处理器优选地为微控制器。

最终，应理解，在本文件中对触摸的提及遵循此项技术中的用法，且应包含接近感测。在电容性感测中，举例来说，众所周知在不需要手指或其它致动器到感测表面上的实体触摸的情况下获得信号，且本发明可应用于以此模式操作的传感器，即，接近传感器。

附图说明

为更好地理解本发明并显示可如何实施本发明，现在以实例方式参考附图，附图中：

图1示意性地显示用以识别触摸面板上的多个触摸的现有技术方法；

图2以平面图示意性地显示本发明实施例的2D触敏电容性位置传感器及相关联硬件；

图3A图解说明来自图2中所示的触摸面板的实例性输出数据集；

图3B示意性地图解说明根据本发明的作为计算触摸的坐标位置的基础的原理；

图4是显示用于在最高级处计算触摸位置的方法的流程图；

图5是显示使用本发明的第一实例性方法计算x坐标的流程图；

图6是显示使用本发明的第一实例性方法计算y坐标的流程图；

图7是显示使用本发明的第二实例性方法计算x坐标的流程图；

图8是显示使用本发明的第二实例性方法计算y坐标的流程图；

图9显示根据本发明的进一步触摸处理方法的流程图；且

图10以平面图示意性地显示本发明另一实施例的2D触敏电容性位置传感器及相关联硬件。

具体实施方式

本发明的方法应用于从触摸屏幕输出的数据集。以下详细说明中将使用2D触摸屏幕。然而，应注意，所述方法可应用于ID触摸传感器且原则上还可应用于3D传感器技术，但后者还未得以良好开发。假设2D触摸屏幕由特征在于沿两个正交轴相同的节点间间距的感测节点的正方形栅格构成，所述两个轴在下文中将称为x及y。然而，应理解，可能有其它节点布置，举例来说，可使用矩形栅格。此外，可提供其它规则栅格图案或任意节点分布，其或多或少可为可行的，此取决于正考虑的触摸屏幕类型(即，电容性、电阻性、声学性等)。举例来说，可提供三角形栅格。

当取样时，假设触摸屏幕输出包括每一感测节点的标量值的数据集，所述标量值指示所述节点处的信号量且称为信号值。在所考虑的特定实例中，此标量值为正整数，此对于电容性触摸屏幕来说是典型的。

图2是图解说明根据本发明实施例的提供二维电容性变换传感器布置的触敏矩阵的电路图。图1中所示的触摸面板包括三个列电极及五个行电极，而图2的触摸面板具有4x 4阵列。应了解，可视需要来选择列及行的数目，另一实例是十二个列及八个行或任一其它可行数目个列及行。

通过使适合大小及尺寸的电极延伸来将感测节点阵列容纳于衬底(例如玻璃面板)中或其下方。所述感测电极界定可在其内确定对象(例如，手指或手写笔)到传感器的位置的感测区域。对于其中传感器上覆于显示器(例如液晶显示器(LCD))上的应用，衬底可为透明塑料材料且电极由使用常规技术沉积于衬底上的氧化铟锡(ITO)的透明膜形成。因此，所述传感器的感测区域是透明的且可放置于显示屏幕上方而不会使在所述感测区域后面显示的内容模糊。在其它实例中，所述位置传感器可不既定定位于显示器上方且可不透明；在这些例示中，举例来说，可用更经济的材料(例如，铜层压印刷电路板(PCB))来替换ITO层。

关于衬底上感测电极的图案，存在可观的设计自由度。重要的是其将感测区域划分成布置成行及列的感测单元阵列(栅格)。(应注意，术语“行”及“列”在此处用于在两个方向之间进行方便的区分且不应理解为暗指垂直定向或水平定向。)举例来说，某些实例性电极图案揭示于US 2008/0246496A1[6]中，其内容以引用方式并入本文中。

所属领域的技术人员应认识到，图2中所图解说明的传感器为有源或横向电极类型，即，基于测量两个电极之间(而非单个感测电极与系统接地之间)的电容性耦合。作为有源电容性感测技术的基础的原理描述于US 6,452,514[5]中。在有源或横向电极类型传感器中，向一个电极(所谓的驱动电极)供应振荡驱动信号。所述驱动信号与所述感测电极的电容性耦合程度是通过测量由所述振荡驱动信号传送到所述感测电极的电荷量来确定。所传送的电荷量(即，在所述感测电极处所经历的信号的强度)为所述电极之间的电容性耦合的测量。当靠近于所述电极不存在任何指向对象时，所述感测电极上的所测量信号具有背景值或静态值。然而，当指向对象(例如用户的手指)接近所述电极(或更特定来说靠近于分离所述电极的区而接近)时，所述指向对象充当虚拟接地并吸收来自所述驱动电极的驱动信号(电荷)中的一些。此用于降低耦合到所述感测电极的驱动信号的分量的强度。因此，认为所述感测电极上的所测量信号的衰减指示指向对象的存在。

所图解说明的mxn阵列为4x4阵列，其包括4条驱动线(在下文中称为X线)及4条感测线(在下文中称为Y线)。在图解中X线与Y线交叉的地方存在感测节点205。实际上，X线与Y线位于触摸面板的由电介质分离的不同层上，以使得其电容性耦合，即非欧姆接触。在每一节点205处，X线与Y线的邻近部分之间形成电容，此电容在此项技术中通常称为C_E或C_x，实际上为耦合电容器。致动主体(例如，手指或手写笔)的存在具有引入分路电容的效应，接着所述分路电容由等效接地电容器经由所述主体接地到接地或大地。因此，所述主体的存在影响从耦合电容器传送的电荷量且因此提供检测所述主体的存在的方式。因为每一感测节点的X与Y“板”之间的电容随着由触摸所引起的接地电容增加而减小。此在此项技术中为众所周知的。

在使用中，依次驱动X线中的每一者以从传感器阵列获取全数据帧。为此，控制器118经由控制线103.1、103.2、103.3及103.4致动驱动电路101.1、101.2、101.3、101.4以依次驱动X线中的每一者。到所述驱动电路的另外控制线107提供输出启用以使输出浮动到相关X线的X板。

对于每一X线，电荷被传送到连接到所述Y线中的相应Y线的相应电荷测量电容器C 112.1、112.2、112.3、112.4。在由控制器控制的开关的作用下，发生电荷从耦合电容器205到电荷测量电容器C的传送。为简单起见，图解说明所述开关或其控制线。可在US 6,452,514[5]及WO-00/44018[7]中找到另外的细节。

电荷测量电容器C 112.1、112.2、112.3、112.4上所保持的电荷可由控制器118经由相应连接线116.1、116.2、116.3、116.4透过在控制器118内部的模/数转换器(未显示)来测量。

关于此矩阵电路的操作的更多细节揭示于US 6,452,514[5]及WO-00/44018[7]中。

所述控制器如上文所解释而操作以根据键205的电容的改变、透过在测量循环的突发期间所述键的矩阵中的一者上方所感应的电荷量的改变来检测所述键上方对象的存在。

所述控制器可操作以计算位置传感器上同时发生的触摸的数目且使用上文所描述的算法将离散键指派给所述同时发生的触摸中的一者。指派给所述触摸中的每一者的离散键在输出连接上从所述控制器输出到较高级系统组件。或者，主机控制器将对指派给所述触摸中的每一者的节点中的每一者进行内插以获得所述触摸的坐标。

所述控制器可为单个逻辑装置，例如微控制器。所述微控制器可优选地具有推拉型CMOS引脚结构。必需功能可由单个通用可编程微处理器、微控制器或其它集成芯片(例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成芯片(ASIC))提供。

图3A图解说明来自触摸传感器阵列(例如图2中所示)的实例性输出数据集，但图3A的实例为3x5阵列，而图2显示4x4阵列。

如上文所描述，所述输出数据集优选地经预处理以断定所述输出数据集中存在多少个触摸(如果有)。可能不存在触摸或存在一个触摸。另外，如果装置经配置以满足所述可能性，那么可能存在多个触摸。

通过具有高于阈值的信号值的邻接节点群组在所述输出数据集中识别触摸。因此，每一触摸是通过所述数据集的子集来界定，此子集在下文中称为触摸数据集。所述群组可仅具有一个成员或任一其它整数数目。

举例来说，在图3A中所示的输出数据集中，存在一个触摸，群组成员被画了阴影。此处，检测阈值为10。

对于较高级数据处理，需要给予每一触摸特定触摸位置，即，x、y坐标。

本发明的方法涉及计算(特定来说)在由任意数目个节点构成的触摸的情况下触摸数据集的触摸位置的坐标。由于2D触摸屏幕随着技术的开发而具备越来越高密度的栅格，因此预期每一触摸节点的数目会上升。举例来说，当前，触摸包括1到10个节点并不罕见。图4是显示用于在最高级处计算触摸位置的方法的流程图。此对于下文所描述的第一及第二方面是通用的。所述方法以输入触摸数据集开始。接着，所述流程继续进行到计算所述触摸的x与y坐标的相应步骤。最终，输出这些坐标以供较高级处理使用。

方法1

现在参照图4、5及6且还参照提供特定实例的图3A描述用于计算触摸位置的第一方法。此方法为最佳模式。

在参照特定实例描述方法1之前，首先论述作为根据本发明的计算触摸的坐标位置的基础的原理。

图3B示意性地图解说明所述原理。所述原理可视为类似于使用中值来计算平均值。相反，现有技术质量中心方法可视为类似于通过算术均值来计算平均值。

根据本发明原理，从节点获得每一维度上的触摸位置，在所述节点处指派给所述节点的任一侧上的触摸的信号值的和相等或大约相等。为在此方法内获得较精细的分辨率，所述感测节点中的每一者由在对应于节点间间距的距离上分布于其相应感测节点周围的多个概念性感测节点来替换。通过图3B中的实例性数字集来图解说明此原理，所述数字集局限于单个维度，假设所述维度为x坐标。已针对跨越触摸屏幕的信号分布获得信号值2、6、11、5及2(图中底部行的数字)，其是从分别定位于x坐标1到5(图中顶部行的数字)处的列1到5获得。首先以x＝1列为例，其具有信号值2，且将此信号概念性地拆分成两个信号值1，其以相等间距定位于x范围0.5到1.5中，节点间间距为1。以垂直标签棒显示所述2个概念性信号。x＝2列具有信号值6，且此被拆分成6个概念性信号1，其从x＝1.5分布到x＝2.5。较粗标签棒示意性地指示来自邻近节点的相同x坐标处存在两个棒。

接着通过找到中值标签棒的位置来确定x触摸坐标。由于存在26个概念性信号(每一者具有信号值1)，即，所有信号值的和为26，因此中值信号的位置在第13个标签棒与第14个标签棒或概念性信号之间。此为由粗箭头指示的位置且在下文中称为中值位置。在此实例中，存在偶数数目个概念性信号。然而，如果存在奇数数目个概念性信号，那么中值将与所述概念性信号中的唯一概念性信号重合。为避免在偶数数目的情况下计算两个位置之间的均值，可采用所述两者中的任意一者，例如最左者。

此为用于在不求助于更复杂的代数(例如此对于质量中心计算将是必需的)的情况下以比列电极的分辨率高得多的分辨率获得x坐标的数值上非常简单的方法。

当然，所述方法可用于y坐标或任一其它坐标。

也可将相同方法一般化到其中信号是在区域上而非仅沿一个维度概念性地分布的二维。举例来说，如果信号值为，比如说64，那么可将所述信号概念性地拆分成64个单值信号，其散布于覆盖指派给界定节点的xy电极交叉点的区域的二维8x8栅格上。

记住此原理，现在描述方法1。应预先注意，参照图3B所描述的原理也应用于方法2及其它实施例。

最终一般性观察为，应了解仅需要针对最靠近于触摸位置的信号值来实施用多个信号概念性地替换每一原始信号，因为仅此处需要额外分辨率。参照图3B实例，因此仅信号值11需要在2.5与3.5之间划分，且可实现相同结果。此可被视为处于本发明范围内的替代方法。换句话说，仅需用分布于最靠近于触摸位置的感测节点周围的多个概念性感测节点来替换所述感测节点。

图4是显示计算x坐标的流程图。现在结合图3A中所示的输出数据集使用图4中的流程图中所示的步骤。

将列中的每一者中的信号相加。使用来自图3A的输出数据集，从左到右三个列分别相加为20、58及41。

将列和中的每一者相加在一起。使用来自图3A的输出数据集，将来自以上经相加的列相加，即20+58+41＝119。

找到了所有信号的和的中值位置。使用来自图3A的输出数据集，中值位置为60。

通过在输出数据集的极左处开始从1向上计数来识别含有中值位置的列。使用来自图3A的输出数据集，所述输出数据集计数如下：

列1从1计数到20

列2从21计数到78

列3从79计数到119

因此，中值位置60在列2中。此被理解为x坐标位于第二列中或位于1.5与2.5之间的坐标处。

为计算x坐标在1.5与2.5之间位于何处，使用中值位置及中值列的经相加列值。将在中值列左边的经相加列信号相加并将其从中值位置中减去。使用图3A中所示的数据集及以上所计算的中值位置对此进行计算，为60-20＝40。接着将此结果除以以上所计算的中值列的经相加信号值，即，40/58＝0.69。接着，将此的结果与1.5(其为中值列的左边缘处的x坐标)相加。因此，x坐标经计算为2.19。

在用于计算x坐标的以上方法中，使用总的经相加信号值的中值。然而，如果中值位于列中的两者之间，例如在1.5处，那么可使用均值或可任意选择任一列。

图6是显示计算y坐标的流程图。现在结合图3A中所示的输出数据集使用图6中的流程图中所示的步骤。

将行中的每一者中的信号相加。使用来自图3A的输出数据集，从顶部到底部三个行分别相加为26、64及29。

将行和中的每一者相加在一起。使用来自图3A的输出数据集，将来自以上经相加的行相加，即26+64+29＝119。应注意，由此步骤产生的结果与在将列和相加时所获得的结果相同。

找到了所有信号的和的中值。使用来自图3A的输出数据集，中值位置为60。应注意，由此步骤产生的结果与在找到经相加列和的中值时所获得的结果相同。

通过在输出数据集的顶部处开始从1向上计数来识别含有中值位置的行。使用来自图3A的输出数据集，所述输出数据集计数如下：

行1从1计数到26

行2从27计数到90

行3从91计数到119

因此，中值位置60在行2中。此被理解为y坐标位于第二行中或位于1.5与2.5之间的坐标处。

为计算y坐标在1.5与2.5之间位于何处，使用中值位置及中值行的经相加行值。将在中值行上面的经相加行信号相加并将其从中值位置中减去。使用图3A中所示的数据集及以上所计算的中值位置对此进行计算，为60-26＝34。接着将此结果除以以上所计算的中值行的经相加信号值，即，34/64＝0.53。接着，将此的结果与1.5(其为中值行的上部边缘处的y坐标)相加。因此，y坐标经计算为2.03。

通过图3A上所示的信号值，邻近图3A中所示的触摸面板的触摸的坐标经计算为(2.19，2.03)。

方法2

现在参照图7及8且还参照提供特定实例的图3A描述用于计算触摸位置的第二方法。

图7是显示计算x坐标的流程图。现在结合图3A中所示的输出数据集使用图7中的流程图中所示的步骤。

在步骤702中，选择第一行。使用图3A中所示的数据集，选择最上部行。然而，应了解，可选择任一行。为便于理解前文，第一选定行将称为X₁，第二选定行将称为X₂且第三选定行将称为X₃。

在步骤704中，检查选定行以识别选定行X₁的数据集中含有多少个信号值。如果仅存在一个行信号，那么过程进行到步骤714。此被理解为意指无需对选定行实施步骤706到712。

在步骤706中，将选定行X₁中的信号相加。使用来自图3A的输出数据集，选定行经相加为26。如以下将显示，针对行中的每一者重复所述过程。因此，图3A中所示的数据集的第二行X₂及第三行X₃经相加分别为64及29。

在步骤708中，计算经相加选定行X₁的中值。使用来自图3A的输出数据集，选定行X₁的中值位置经计算为13.5。如以下将显示，针对行中的每一者重复所述过程。因此，图3A中所示的数据集的第二行X₂及第三行X₃的中值分别为32.5及15。

在步骤710中，通过在输出数据集的极左处开始从1向上计数来识别含有选定行X₁的中值位置的列。使用来自图3A的输出数据集，所述输出数据集计数如下：

列1从-计数

列2从1计数到14

列3从15计数到26

列1中不存在选定行X₁的计数，因为在输出数据集的列1中未检测到选定行X₁的信号。

因此，选定行X₁的中值位置在列2中。

如以下将显示，针对行中的每一者重复所述过程。因此，还识别含有第二行X₂及第三行X₃的中值位置的列。使用来自图3A的输出数据集，针对第二行X₂，所述输出数据集计数如下：

列1从1计数到20

列2从21计数到46

列3从47计数到64

使用来自图3A的输出数据集，针对第三行X₃，所述输出数据集计数如下：

列1从-计数

列2从1计数到18

列3从19计数到29

因此，第二行X₂与第三行X₃的中值位置也在列2中。此被理解为意指对于行X₁、X₂及X₃中的每一者x坐标位于第二列中或在1.5与2.5之间的坐标处。

在步骤712中，使用行X1的中值位置及中值列中的选定行的信号值来计算选定行X₁的x坐标。将在选定行中的中值列左边的信号相加且将其从中值位置中减去，即13.5-0＝13.5。接着，将此结果除以选定行X₁中的中值列的信号。使用图3A中所示的数据集，此经计算为13.5/14＝0.96。接着，将此的结果与1.5(其为中值列的左边缘处的x坐标)相加。因此，选定行X₁的x坐标经计算为2.46。

如以下将显示，针对行中的每一者重复所述过程。因此，第二行X₂(1.5+12.5/26＝1.98)及第三行X₃(1.5+15/18＝2.33)的坐标经计算分别为1.98及2.33。

在步骤714中，如果存在剩余未经处理的行，那么所述过程进行到步骤716，其中选择下一行且重复步骤704到714中的过程。为便于解释，已针对图1中所示的数据集的三个行中的每一者对此予以显示。

在步骤718中，使用行中的每一者的x坐标中的每一者以使用加权平均值来计算实际x坐标，如以下所示：

$X=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n{x}_n}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n}$

使用行X1(2.46)、X2(1.98)及X3(2.33)的x坐标以及来自图3A中所示的数据集的信号值，x坐标计算如下：

$X=\frac{(2.46\×26)+(1.98\×64)+(2.33\×29)}{26+64+29}=\frac{64.0+126.7+67.6}{119}=\frac{258}{119}=2.16$

因此，x坐标经计算为2.16。

图8是显示计算y坐标的流程图。现在结合图3A中所示的输出数据集使用图8中的流程图中所示的步骤。

在步骤802中，选择第一列。使用图3A中所示的数据集，选择最左列。然而，应了解，可选择任一列。为便于理解前文，第一选定列将称为Y₁，第二选定列将称为Y₂且第三选定列将称为Y₃。

在步骤804中，检查选定列以识别选定列Y₁的数据集中含有多少个信号值。如果仅存在一个列信号，那么过程进行到步骤814。此被理解为意指无需对选定行实施步骤806到812。使用来自图3A的输出数据集，选定列Y₁中仅存在一个信号值。因此，所述过程将进行到步骤814。选定列Y₁的信号值将在步骤814中的过程的结束处用于加权平均值计算中。对于列Y₁的坐标的加权平均值计算将被视为2，因为其位于图3A中所示的输出数据集中的坐标2处的电极上。

在步骤814中，如果存在剩余未经处理的列，那么所述过程进行到步骤816，其中选择下一列且重复步骤804到814中的过程。由于第一选定列Y₁仅含有一个信号值，因此将选择下一列(列Y₂)且将应用步骤804到814中的过程来图解说明如何使用所述过程来计算所述列中的一者的坐标。因此，以下过程步骤将应用于列Y₂，因为其含有多于一个信号值。

在步骤806中，将选定列Y₂中的信号相加。使用来自图3A的输出数据集，所述选定列相加为58。如以下将显示，针对第三列Y₃重复所述过程。因此，图3A中所示的数据集的第三列Y₃相加为41。

在步骤808中，计算经相加的选定列Y₂的中值。使用来自图3A的输出数据集，选定列Y₂的中值位置经计算为29.5。如以下将显示，针对列Y₃重复所述过程。因此，图3A中所示的数据集的第三列Y₃的中值为21。

在步骤810中，通过在所述输出数据集的最上部处开始从1向上计数来识别含有选定列Y₂的中值位置的行。使用来自图3A的输出数据集，所述输出数据集计数如下：

行1从1计数到14

行2从15计数到40

行3从41计数到58

因此，选定行Y₂的中值位置在行2中。

如以下将显示，针对列Y₃重复所述过程。因此，还识别含有第三列Y₃的中值位置的行。使用来自图3A的输出数据集，针对第三列Y₃，所述输出数据集计数如下：

行1从1计数到12

行2从13计数到30

行3从31计数到41

因此，第三列Y₃的中值位置也在行2中。此被理解为意指对于列Y₂及Y₃中的每一者，y坐标位于第二行中或位于1.5与2.5之间的坐标处。

在步骤812中，使用列Y₂的中值位置及中值行中的选定列的信号值来计算选定列Y₂的Y坐标。将在选定列中的中值行上面的信号相加且将其从中值中减去，即，29.5-14＝15.5。接着，将此结果除以选定列Y₂中的中值行的信号。使用图3A中所示的数据集，此经计算为15.5/26＝0.6。接着，将此的结果与1.5(其为中值行的上部边缘处的y坐标)相加。因此，选定行Y₂的y坐标经计算为2.1。

如以下将显示，针对每一列Y₃重复所述过程。因此，第三列Y₃(1.5+9/18＝2)的坐标经计算为2。

在步骤814中，如果存在剩余未经处理的行，那么所述过程进行到步骤816，其中选择下一列且重复步骤804到814中的过程。为便于解释，已针对图3A中所示的数据集的三个列中的每一者对此予以显示。

在步骤818中，使用列中的每一者的y坐标中的每一者以使用加权平均值来计算实际Y坐标，如以下所示：

$Y=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n{y}_n}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n}$

使用行Y₁(2)、Y₂(2.1)及Y₃(2)的Y坐标以及来自图3A中所示的数据集的信号值，y坐标计算如下：

$Y=\frac{(2\×20)+(2.1\×58)+(2\×41)}{20+58+41}=\frac{40+121.8+82}{119}+\frac{253.8}{119}=2.05$

因此，y坐标经计算为2.05。

通过图3A上所示的信号值，邻近图3A中所示的触摸面板的触摸的坐标经计算为(2.16，2.05)。

应了解，在方法2或方法1中，可在应用任一方法之前修改信号值。举例来说，可从信号值中减去阈值，或者等于或略小于最低超阈值信号的信号值(例如比其小1)的数字。在以上实例中，阈值为10，因此可在应用上述过程流程之前减去此值。

变体方法

现在已描述了确定触摸位置的两种方法，即方法1及方法2，应了解，这些方法理想地适于处置由数个节点构成的触摸数据集。另一方面，如果触摸数据集仅含有单个节点，或者也可能仅含有2或3个节点，那么这些方法稍微过于复杂。

在现在描述的变体方法中，通过应用较高级过程流程来计算触摸位置，所述较高级过程流程依据触摸数据集中的节点的数目选择多个计算方法中的一者。

方法1或方法2中的任一者可形成所述变体方法的部分，但在下文中将其视为方法1。

图9显示用于确定使用哪一坐标计算方法的流程图。应了解，从触摸面板输出的数据集中可存在多个触摸。如果数据集中存在多个触摸，那么个别地计算每一触摸位置。使用以下步骤来确定应用哪一方法来计算触摸的位置。

确定每一触摸的数据集中的节点数目。此将用于识别最适当坐标计算方法。

如果触摸数据集中仅存在1个节点，那么将所述节点的坐标视为触摸位置的坐标。

如果存在2或3个节点，那么使用内插方法。为图解说明如何使用所述内插方法，将使用包括三个节点的触摸。所述节点在分别具有信号值20、26及18的坐标(1，2)、(2，2)及(2，3)处。为计算x坐标，使用坐标(1，2)及(2，2)处的节点，即，在x方向上的两个节点。为计算x坐标，将坐标(1，2)(其为最左坐标)处的信号值除以所述两个信号值的和，即，20/(20+26)＝0.43。接着，将所述结果添加到1，因为所述触摸位于坐标1与2之间。因此，x坐标为1.43。

类似方法应用于y方向上的信号值，即，分别具有信号值26及18的坐标(2，3)及(2，2)。为计算y坐标，将坐标(2，2)(其为最上部坐标)处的信号值除以所述两个信号值的和，26/(26+18)＝0.59。接着，将所述结果添加到2，因为所述触摸位于坐标2与3之间。因此，y坐标为2.59。因此，通过使用所述内插方法计算，所述触摸的坐标为(1.43，2.59)。

如果触摸数据集中存在4、5或6个节点，那么使用混合方法。所述混合方法根据方法1及上述内插方法两者来计算坐标，且使用加权平均值对所述两种方法的结果求平均值，其中加权根据节点的数目变化以从其中内插贡献具有较低数目个节点的最高加权的情形逐渐移到其中中值方法贡献具有较高数目个节点的最高加权的情形。此在节点的数目在样本之间变化时确保触摸坐标中的平滑转变，借此避免抖动。

换句话说，当内插方法用于多于三个节点时，具有最高值的检测中键及其邻近相邻者用于内插计算中。一旦计算了两个坐标集，即将触摸位置视为平均值，优选地为加权平均值，或通过这两种方法获得的触摸位置。举例来说，如果存在4个节点，那么所使用的加权可为内插方法坐标的75％及方法1坐标的25％。

替代实施例

应了解，形成上述实施例的基础的触摸传感器为所谓的有源或横向型电容性传感器的实例。然而，本发明也可应用于所谓的无源电容性传感器阵列。无源或单端电容性传感装置依赖于测量感测电极到系统参考电位(大地)的电容。作为此技术的基础的原理描述于US 5,730,165及US 6,466,036中，举例来说，在离散(单节点)测量的背景中。

图10以平面图示意性地显示根据本发明的无源型传感器实施例的2D触敏电容性位置传感器301及随附电路。

2D触敏电容性位置传感器301可操作以确定对象的沿第一(x)方向及第二(y)方向的位置，其定向显示为朝向图式的左上角。传感器301包括其上布置有感测电极303的衬底302。感测电极303界定可在其内确定对象(例如，手指或手写笔)到所述传感器的位置的感测区域。衬底302为透明塑料材料且所述电极由使用常规技术沉积于衬底302上的氧化铟锡(ITO)的透明膜形成。因此，所述传感器的感测区域是透明的且可放置于显示屏幕上方而不会使在所述感测区域后面显示的内容模糊。在其它实例中，所述位置传感器可不既定定位于显示器上方且可不透明；在这些例示中，举例来说，可用更经济的材料(例如，铜层压印刷电路板(PCB))来替换ITO层。

所述感测电极在衬底302上的图案使得将所述感测区域划分成布置成行及列的感测单元304阵列(栅格)。(应注意，术语“行”及“列”在此处用于在两个方向之间进行方便的区分且不应理解为暗指垂直定向或水平定向。)在此位置传感器中，存在与x方向对准的三个感测单元列及与y方向对准的五个感测单元行(总共五十个感测单元)。最顶部感测单元行称为行Y₁，向下下一行称为行Y₂，且如此向下到行Y₅。所述感测单元列从左到右类似地称为列X₁到X₃。

每一感测单元包含行感测电极305及列感测电极306。行感测电极305及列感测电极306布置于每一感测单元304内以彼此交错(在此情况下，通过围绕彼此螺旋成矩形)，但并非以电方式连接。由于所述行感测电极及所述列感测电极是交错(缠绕在一起)的，因此邻近于给定感测单元的对象可提供到两种感测电极的显著电容性耦合，而不管所述对象在所述感测单元中定位于何处。交错的特性标量可为大约或小于手指、手写笔或其它致动对象的电容性占用面积以提供最佳结果。感测单元304的大小及形状可与待检测的对象的大小及形状相当或更大(在可行限度内)。

同一行中的所有感测单元的行感测电极305电连接在一起以形成五个单独的行感测电极行。类似地，同一列中所有感测单元的列感测电极306电连接在一起以形成三个单独的列感测电极列。

位置传感器301进一步包括耦合到所述行感测电极行及所述列感测电极列中的相应一者的一系列电容测量通道307。每一测量通道可操作以产生指示相关联感测电极列或感测电极行与系统接地之间的电容值的信号。电容测量通道307在图10中显示为两个单独的库，其中一个库耦合到所述行感测电极行(标示为Y1到Y5的测量通道)且一个库耦合到所述列感测电极列(标示为X1到X3的测量通道)。然而，应了解，实际上，所有测量通道电路将最可能提供于单个单元中，例如可编程或专用集成电路。此外，虽然图10中显示八个单独的测量通道，但电容测量通道可替代地由具有适当多路复用的单个电容测量通道提供，但此并非优选操作模式。此外，可使用US 5,463,388[2]中所描述的种类的电路或类似电路，其通过单个振荡器同时驱动所有行及列以便将层状感测场集合传播穿过上覆衬底。

将指示由测量通道307测量的电容值的信号提供到包括处理电路的处理器308。所述位置传感器将被视为一系列离散键或节点。每一离散键或节点的位置为x传导线与y传导线的交叉点。所述处理电路经配置以确定所述离散键或节点中的哪一者具有指示与其相关联的电容的信号。主机控制器309经连接以接收从处理器308输出的信号，即，来自所述离散键或节点中的每一者的指示所施加的电容性负载的信号。接着，经处理的数据由控制器309在输出线310上输出到其它系统组件。

所述主机控制器可操作以计算邻近触摸面板的触摸的数目并使检测中的离散键与被识别的每一触摸相关联。可使用揭示于(举例来说)现有技术文件US6,888,536[1]、US 5,825,352[2]或US 2006/0097991A1[4]中的方法中的一者或用于计算触摸面板上的多个触摸的任一其它已知方法来识别邻近位置传感器的同时发生的触摸。一旦所述主机控制器已识别所述触摸及与这些触摸中的每一者相关联的离散键，所述主机控制器即可操作以使用上文针对本发明其它实施例所描述的方法来计算触摸或同时发生的触摸的坐标。所述主机控制器可操作以在输出连接上输出所述坐标。

所述主机控制器可为单个逻辑装置，例如微控制器。所述微控制器可优选地具有推拉型CMOS引脚结构及可经制作以充当电压比较器的输入。最常见的微控制器I/O端口能够实现此，因为其具有相对固定的输入阈值电压以及接近理想的MOSFET开关。必需功能可由单个通用可编程微处理器、微控制器或其它集成芯片(例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成芯片(ASIC))提供。

Claims (12)

1.一种依据从包括感测节点阵列的触摸屏幕输出的数据集确定触摸位置的方法，所述数据集包括所述感测节点中的每一者的信号值，所述方法包括：

a)接收所述数据集作为输入；

b)识别所述数据集中的触摸，其中通过所述数据集的由邻接节点群组构成的子集来界定触摸；

c)将每一维度上的所述触摸位置确定为在所述节点处或邻近所述节点，在所述节点处指派给所述节点的任一侧上的所述触摸的所述信号值的和相等或大约相等。

2.根据权利要求1所述的方法，其中通过用分布于所述感测节点周围的多个概念性感测节点替换至少在所述触摸位置处或邻近所述触摸位置的所述感测节点来修改所述子集。

3.根据权利要求1所述的方法，其中通过用分布于其相应感测节点周围的多个概念性感测节点替换所述感测节点中的每一者来修改所述子集。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中将所述概念性感测节点分布于对应于节点间间距的距离或区域上。

5.根据权利要求2到4中任一权利要求所述的方法，其中所述信号值为整数，且所述多个概念性感测节点等于每一感测节点处的所述整数信号值，使得每一概念性感测节点处的所述信号值为一。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其进一步包括重复步骤b)及c)以确定一个或一个以上另外触摸的触摸位置。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中将在步骤c)中确定的所述触摸位置与通过在所述触摸数据集中的节点之间内插的方法确定的另外触摸位置组合。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中以所述触摸数据集具有至少阈值数目个节点为条件来执行步骤c)，且如果不是，那么通过不同方法来确定所述触摸位置。

9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中每一维度仅由一个维度组成。

10.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的方法，其中每一维度包括第一及第二维度。

11.根据任一前述权利要求所述的方法，其进一步包括：

输出所述触摸位置。

12.一种触敏位置传感器，其包括：

触摸面板，其具有分布于其区域上以形成感测节点阵列的多个感测元件，所述感测节点中的每一者经配置以收集指示触摸的位置特定感测信号；

测量电路，其连接到所述感测元件且可重复地操作以获取信号值集，每一数据集由来自所述节点中的每一者的信号值构成；及

处理器，其经连接以接收所述数据集且可操作以按照根据权利要求1所述的方法处理每一数据集。

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