CN105960625B - 一种用于从触摸传感器补偿非线性响应的方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种用于通过即时动态补偿校正对象的非线性追踪的系统和方法，所述对象在电极之间具有相对较大间隔的大型触摸传感器上移动时可改变尺寸，所述即时动态补偿是通过连续地计算由触摸传感器测量的手指的尺寸，然后标定测量的尺寸使得查找表可以用于补偿X轴和Y轴上的任何尺寸的手指。

Description

一种用于从触摸传感器补偿非线性响应的方法及系统

技术领域

本发明总体涉及触摸传感器。具体地，本发明涉及电极之间具有相对较宽间隔(spacing)的大型触摸传感器，该相对较宽的间隔可能导致非线性追踪并可基于测量的手指尺寸通过应用即时(on-the-fly)标定(scaled)的校正值进行校正。

背景技术

有一些电容敏感触摸传感器的设计。有用的是，研究基础技术以便更好地了解可如何修改任何电容敏感触摸板以适用本发明。

公司的触摸板是互电容感应装置(mutual capacitance-sensingdevice)，图1的方框图示例了一种实施例。在该触摸板 10中，X(12)和Y(14)电极和感应电极16的栅格用于限定触摸板的触摸敏感区域18。典型地，当有间隔限制时，触摸板10为大约16×12个电极或8×6 个电极的矩形栅格。与这些X(12)和Y(14)(或行和列)电极交错的是单一的感应电极16。通过感应电极16进行所有的位置测量。

公司的触摸板10测量感应线16上的电荷失衡。当没有指向对象(pointing object)在触摸板10上或靠近触摸板10时，触摸板电路20处于平衡状态，并且感应线16上没有电荷失衡。当由于指向对象接近或接触触摸表面(触摸板10的传感区域18)时产生的电容耦合而使指向对象产生失衡时，电极12和电极14上出现电容变化。测量的是电容变化，而不是电极12和电极14上的绝对电容值。触摸板10通过测量必须注入到感应线 16上以重建或恢复感应线上的电荷平衡的电荷量来确定电容变化。

上述系统用于确定如下述的手指在触摸板10上或接近触摸板10的位置。该实施例描述行电极12，以及对于列电极14，以相同的方式重复该实施例。从行和列电极测量值得到的值确定交点，其是指向对象在触摸板10上或接近触摸板10的质心。

在第一步骤中，用来自P、N发生器22的第一信号驱动第一组行电极 12，用来自P、N发生器的第二信号驱动不同的但相邻的第二组行电极。使用指示哪个行电极最接近指向对象的互电容测量装置26，触摸板电路 20得到感应线16的值。然而，在一些微控制器28控制下的触摸板电路20 可能尚未确定指向对象位于行电极的哪一侧，而且触摸板电路20也可能没有确定指向对象位于距离电极的多远处。因此，该系统通过一个电极移动待驱动的电极12的组。换句话说，在该组的一侧上加入电极，而不再驱动该组的相对侧上的电极。然后由P、N发生器22驱动新的组，并进行感应线16的第二次测量。

从这两次测量中，可能确定指向对象位于行电极的哪一侧，以及多远处。使用比较测量的两个信号的强度的等式然后进行指向对象位置的确定。

公司触摸板的灵敏度或分辨率远高于16×12栅格的行和列电极所具有的灵敏度或分辨率。分辨率通常是每英寸960计数，或更大的量级。通过组件的灵敏度、相同行和列上的电极12和电极14之间的间隔以及对本发明不重要的其它因素确定确切的分辨率。使用P、N发生器24 对Y或列电极14重复上述过程。

虽然上述的触摸板使用X电极12和Y电极14的栅格和独立且单一的感应电极16，但通过使用多路复用，感应电极实际上可以为X电极12或Y电极14。

在具有宽电极间隔的大型触摸传感器上，难以准确追踪小手指同时不会产生具有某些非线性问题的光标移动。当使用具有由触摸传感器测量的固定大小的笔或触针时，有可能使用两个线性校正查找表以在X轴和 Y轴上补偿。可惜的是，如果正被追踪的指向对象如手指在移动时改变尺寸，则该方法不能校正非线性。这是由于手指尺寸不是恒定的。手指尺寸会随着使用者的不同而有所不同，甚至当使用者在传感器的表面移动手指时也有所不同。

因此，需要的是能够补偿对象的方法，该对象在移动时改变尺寸并且当其在大型触摸传感器上被追踪时产生关于移动的线性响应。

发明内容

在第一个实施方案中，本发明是用于通过即时动态补偿校正对象的非线性追踪的系统和方法，所述对象在电极之间具有相对大间隔的大型触摸传感器上移动时可改变尺寸，所述即时动态补偿是通过连续地计算由触摸传感器测量的手指的尺寸，然后标定测量的尺寸使得查找表可以用于补偿X轴和Y轴上的任何尺寸的手指。

考虑到结合附图进行的以下详细的描述，本发明的这些和其它目的、特征、优点和替代方面对于本领域技术人员而言将变得显而易见。

附图说明

图1为由公司制造的电容敏感触摸板的部件的框图，其可以根据本发明的原理进行操作。

图2为在如本文所限定的电极之间具有宽间隔或间距的大型触摸传感器的表面上平行手指移动的图示。

图3为在电极之间具有宽间距的大型触摸传感器的表面上相同的平行手指移动、但使用本发明第一个实施方案以校正由宽间距所引起的测量不准确的图示。

图4为本发明第一个实施方案中使用的线性校正表。

具体实施方式

现在将参照附图，图中对本发明的各种元件给出数字标号，并且将讨论本发明以便使本领域技术人员能够制造和使用本发明。应理解，下面的描述仅是本发明原理的示例，不应该被视为缩小随附的权利要求。

应理解，在本文的全文中使用的术语“触摸传感器”可以与“接近传感器”、“触摸传感器”、“触摸和接近传感器”、“触摸面板”、“触摸板”和“触摸屏”互换使用。

本发明涉及通过减小具有宽电极间隔的大型触摸传感器的非线性响应而改善操作。具有宽间隔的大型触摸传感器可以被定义为其中在同一平面上平行电极之间的间隔与被检测的手指或其它指向对象的最小宽度接近或比其更宽的触摸传感器。更具体而言，每个X电极之间的等距间隔或每个Y电极之间的等距间隔通常称为电极的间距。如果电极的间距接近被追踪手指的尺寸，那么手指开始对相邻的电极有较小的影响。结果是来自触摸传感器的对手指以触摸传感器的对角直线移动的响应将以逐步的方式(step-wise fashion)进行移动。更一般地，触摸传感器的响应可以被定义为非线性的。

应理解，触摸传感器不会对与触摸传感器接触的所有手指或指向对象(以下简称为手指)都给出非线性响应。例如，如果手指比间距大得多，那么触摸传感器的响应可以是线性的。因此，本发明是用于通过触摸传感器校正实质上非线性的响应，其中实质上非线性的响应是可能导致以直线移动的手指具有不是线性的响应的任何响应。

当间距远大于或远小于手指宽度时，间距还可能影响触摸传感器的响应。

图2为现有技术的图示。具体而言，在显示器32上显示的线30表示手指在触摸传感器(未示出)的表面上以平行对角线移动的追踪。线30具有波动的或波状的外形，而不是直线。触摸传感器的间距接近手指宽度。在该实施例中，X电极和Y电极的间距为约8mm。指向对象具有精确且不会改变的8mm直径，以便说明本发明所解决的问题。

图3为显示器32上表示在图2中使用的手指追踪但应用了本发明的原理的线30的图示。现在的线更直，并示出了第一个实施方案应用的线性校正。

本发明的第一个实施方案通过第一次测量由触摸传感器检测出的手指的尺寸开始。计算尺寸的速率(rate)不是本发明的限制。可以假设触摸传感器的硬件能够进行所需计算而不会引起触摸传感器操作延迟。可以从每秒1次直至1000次重新计算手指的尺寸。每次计算都可以确定手指的尺寸，进行每次计算以确定手指的校正位置。

在测量手指的尺寸后，下一个步骤是确定比例因子。比例因子用于标定所测量的手指的尺寸使得单个查找表可用于确定被应用至手指在触摸传感器上的位置的线性校正。因此，标定为了确定手指尺寸而进行的所有测量，使得线性校正总能得到应用，就好比手指的尺寸是恒定的。

即时计算应用到所测量的手指的比例因子使得应用到位置计算的线性校正是不变的。即使当手指沿触摸传感器的表面移动而改变尺寸时，也能保持应用准确比例因子的一致性。例如，当使用者重按或轻按触摸传感器时手指可能会改变尺寸，从而或多或少导致指尖变形。

一旦确定比例因子，将比例因子应用到查找表。在第一个实施方案中，也可以产生将要由触摸传感器检测的最小手指尺寸的查找表。然后将比例因子用于确定待应用的线性校正将会大多少或小多少。换言之，如果所测量的手指尺寸与用于创建线性校正表的手指尺寸一样，则比例因子不会改变线性校正。然而，当发现所测量的手指尺寸大于或小于用于线性校正查找表的尺寸时，比例因子增大或减小。

在该第一个实施方案中，可以假设最小的手指是8mm。然而，应理解，被追踪的手指或其它指向对象实际上可能是更小的。必须使用被校准用于可被触摸传感器追踪的最小对象的查找表。

当手指正在被追踪时，将所报告的位置(来自直接触摸传感器测量) 与使用线性校正查找表计算的校正位置进行比较。因为触摸传感器的响应随着手指尺寸增大而为更小的非线性，所以第一个实施方案可以有效地按比例缩小需要应用的校正量。随着手指尺寸增大，手指变得比电极间的间距大得多，非线性减小，校正变得越来越不必要。

第一个实施方案的一个好处将使得提供具有较宽的电极间隔的大型触摸传感器的能力成为可能，而不是本发明进行线性校正的能力。因此，可以制造不必增加电极数目的大型触摸传感器，并且其仍然实现相同的性能。

给出了将线性校正应用于大型触摸传感器的详细实施例。第一个步骤可以生成四个值，其是计算中所需的常数。对特定的触摸传感器而言常数是唯一的，但对具有一定间距的触摸传感器必须一次确定。常数为比例斜率(Scale Slope)1、比例斜率2、8mmYraw和1mmΔ。如下确定这些常数。

值8mmYraw和1mmΔ本质上是信号强度的计算。可以凭经验从触摸传感器获得它们的值。因此，8mm的手指可以产生约9000单位的信号，其是该实施例中分配给最小手指以提供线性校正的值，为最小手指而设计第一个实施方案。该值实际上可能略高，但差异是不相关的。值9000 对于第一个实施方案足够接近正确操作。同样地，1mmΔ的1300单位的值是尺寸比由触摸传感器检测的8mm手指大1mm的对象的信号强度差异。

常数比例斜率1和比例斜率2是确定特定手指尺寸的比例因子的公式中使用的系数。通过对不同尺寸手指的查找表中表示数据需要的标定量的线进行线性回归计算比例斜率1和比例斜率2。假定表示触摸传感器对手指的响应的数据不需要校正，那么该数据由直线表示。线性回归函数y ＝CO+C1*x，其中x为x坐标，用于计算特定手指尺寸的数据需要按比例缩小多少以匹配不需要进行校正的直线。

例如，最小的手指尺寸(需要最多校正)代表比例为1。稍大的手指需要较少的校正，所以需要的校正量可能是0.9。更大的手指可能需要0.75 的比例因子。这些比例因子值可用于产生表示手指尺寸对比例因子值的线。对该数据进行线性回归将生成用于能够采取任何手指尺寸并计算比例因子来使用的常数。计算每个新触摸传感器所使用的实际比例因子值。通过比较在相同传感器上的若干不同尺寸手指所需的校正来计算比例因子值。

一旦确定如何必须标定这些手指尺寸中的每个的线以匹配所需的响应，那么在线性回归函数中使用该数据以获得两个其它系数比例斜率1和比例斜率2。

一旦计算出常数，则它们可用于具有相同间距和介电性能的任何触摸传感器，并且不需要重新计算。对于以下实施例，如下确定这些常数。

比例斜率1＝0.9976

比例斜率2＝-0.2596

8mmYraw＝9000

1mmΔ＝1300

应理解，以下计算用于获得手指在触摸传感器电极的Y轴上的位置。然而，应用同样的原理以获得手指在X轴上的位置。

第一个步骤是在应用线性校正之前获得测量的Y位置。在该实施例中，发现Y Raw为1722计数。从触摸传感器电路获得该值。由公司制造的大型触摸传感器的典型尺寸可能为4000计数。然而，不应该认为该尺寸是限制。如果要比作触摸屏，则计数类似于像素。

第二个步骤是使用下式测量手指的尺寸：

尺寸＝(Y Raw-8mmYraw)/1mmΔ

其中，Y Raw是尺寸为10mm的手指的信号强度，或11670单位；8mmYraw 为表示系统能够校正的最小手指信号强度的常数。确定尺寸为2.053846。换句话说，基于测量的手指信号强度，手指比为8mm手指的基础手指(base finger)大2.053846mm。因此，手指尺寸为10.053846mm。

第三个步骤是使用下式计算比例因子：

比例因子＝比例斜率1+(尺寸*比例斜率2)

其中，确定比例因子为0.464422。换句话说，将要应用以确定校正量从而添加到手指在Y轴的测量位置的比例因子是0.464422。应指出，如果手指尺寸为9mm或8mm，该校正较小。

第三个步骤是使用下式计算电极计数(Electrode Count)：

电极计数＝测量的Y位置/256

其中，确定电极计数为6.726563。下一个步骤是将电极计数的整数部分与小数部分分开。整数部分或电极是6，小数部分或索引是0.726563。

下一个步骤是使用下式确定索引计数(Index Count)：

索引计数＝索引*256

其中，计算索引计数为186。

下一个步骤是使用线性校正表来确定线性校正的量从而应用于测量的位置。通常，索引计数值186可以用于定位查找表中相应的校正值。

图4为可在第一个实施方案中使用的线性校正表。其是可以用于为每个可能的测量Y位置查找实际Y位置的简单查找表。因为现已标定测量的手指就好像它是8mm的手指，所以得到的值是应用到测量的位置的线性校正量。在该实施例中，索引计数值186用于定位对应的新值169。这两个位置的差异表示8mm的手指所需的校正量。

下一个步骤是使用下式：

Δ校正＝8mmLC值–索引计数

其中，Δ校正计算为169–186＝-17。

下一个步骤是通过使用下式，获得比例校正值，其是实际测量的手指尺寸的校正：

比例校正＝Δ校正*比例因子

其中，比例校正＝-7.89517。

下一个步骤是使用下式获得校正的索引值：

校正的索引＝比例校正+索引计数

其中，校正的索引＝178.1048。

最后一个步骤是获得手指的新位置。这通过使用下式进行：

新位置＝整数部分(校正的索引)+(电极*256)

其中，新位置＝1714。测量的Y位置为1722，实际Y位置为1714。

下一个步骤可以是进行如上所示的相同的计算，但在X轴而不是Y轴上进行测量。通过在两个轴上进行线性校正算法，触摸传感器可以校正由所述触摸传感器测量的任何尺寸手指的位置。

本发明也能够同时对多个手指进行相同的计算。因此，本发明也可以对多点触摸应用以及单个手指应用发挥功能。

第一个实施方案能使本发明为在电极之间具有很宽间距的触摸传感器提供线性校正。因此，第一个实施方案提供了在电极间距接近于手指宽度，或比手指宽度更宽的传感器上进行线性校正的能力。因此，第一个实施方案能使单个集成触摸测量电路能够与以前需要多个触摸测量电路的较大触摸传感器合作。

可以在固件中实施本发明，从而使计算和位置校正成为快速的过程，或介于每秒1次和2000次之间。

虽然上面详细地描述了仅几个示例性实施方案，但本领域技术人员将容易理解，示例性实施方案中许多修改是可能的，而实质上并不脱离本发明。因此，所有这样的修改旨在包括在所附权利要求所限定的本公开的范围内。除了权利要求明确使用的词语“手段方式”连同相关的功能，申请人的明确意图不是援引35U.S.C.§112第6段用于任意限制本文的任何权利要求。

Claims (7)

1.一种用于从触摸传感器补偿非线性响应的方法，所述方法包括：

1)提供具有正交的X电极和Y电极阵列的触摸传感器，所述X电极和Y电极设置在两个平行平面中，一个平面直接在另一个平面之上，其中同一平面上的电极之间的间距等于由所述触摸传感器测量的指向对象的宽度或比由所述触摸传感器测量的所述指向对象的宽度宽；

2)提供线性校正表，所述线性校正表针对将在所述触摸传感器上经历非线性响应的预定尺寸的对象进行校准；

3)测量由所述触摸传感器检测的所述指向对象的尺寸，并测量所述指向对象在第一轴上的位置；

4)确定比例因子，使得所述线性校正表能够用于校正所述指向对象的测量位置；

5)将所述比例因子应用于所述线性校正表以查找待应用于所述指向对象的位置的校正量并确定相对于所述第一轴的实际位置；以及

6)对于第二轴重复步骤3)-5)，以便确定相对于所述第二轴的实际位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括针对最小指向对象校准线性校正表，所述最小指向对象将在所述触摸传感器上使用并会导致在所述触摸传感器上的非线性响应。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括通过确定由具有所述预定尺寸的对象产生并由所述触摸传感器测量的信号的强度创建所述线性校正表。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述方法还包括查找线性回归函数使用的两个系数以确定具有所述预定尺寸的对象的预定尺寸线的斜率。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述方法还包括确定所述指向对象相对于用于生成所述线性校正表的所述预定尺寸的对象的尺寸。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述方法还包括计算比例因子以减小将从所述线性校正表应用的所述校正量。

7.一种用于从触摸传感器补偿非线性响应的系统，所述系统包括：

具有正交的X电极和Y电极阵列的触摸传感器，所述X电极和Y电极设置在两个平行平面中，一个平面直接在另一个平面之上，其中同一平面上的电极之间的间距等于由所述触摸传感器测量的指向对象的宽度或比由所述触摸传感器测量的所述指向对象的宽度宽；以及

线性校正表，所述线性校正表针对将在所述触摸传感器上经历非线性响应的预定尺寸的对象进行校准，

所述系统执行以下步骤：

1)提供触摸传感器；

2)提供线性校正表；

3)测量由所述触摸传感器检测的所述指向对象的尺寸，并测量所述指向对象在第一轴上的位置；

4)确定比例因子，使得所述线性校正表能够用于校正所述指向对象的测量位置；

5)将所述比例因子应用于所述线性校正表以查找待应用于所述指向对象的位置的校正量并确定相对于所述第一轴的实际位置；以及

6)对于第二轴重复步骤3)-5)，以便确定相对于所述第二轴的实际位置。