CN109416592A - 触摸敏感键盘 - Google Patents

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Abstract

公开了对触摸(包括悬停和压力)敏感的键盘和键盘开关。键盘开关具有发射天线和接收天线，该发射天线和该接收天线被间隔开，从而使得发射天线没有任何部分接触接收天线的任何部分。键盘开关被布置成逻辑行和逻辑列，从而使得键盘开关中的每一个键盘开关与一行和一列相关联。信号发射器导电地耦合至键盘开关中与行中的每一行相关联的每一个键盘开关的发射天线，并且信号发射器中的每一个信号发射器适配为使发射天线中的每一个发射天线发射一个或多个源信号。接收器耦合至键盘开关中与列中的每一列相关联的每一个键盘开关的接收天线，并且接收器中的每一个接收器适配为捕捉经耦合的接收天线上存在的信号的帧。信号处理器适配为从每个帧确定测量，该测量对应于在接收到对应的帧的时间期间接收天线上存在的源信号的量。信号处理器进一步适配为至少部分地基于对应的测量来从一系列触摸状态中确定键盘开关触摸状态。

Description

触摸敏感键盘
技术领域
所公开的系统总的来说涉及用户输入领域，且更具体地涉及提供对触摸(包括悬停和压力)敏感的键盘和键盘开关。
背景技术
已知的方法通常具有仅依赖键内的接触来确定键何时被按压的缺点。如本文中所公开的感测悬停、接触和键按压信息并使信息可用于理解用户的手势和交互的能力引入多种与接触设备进行交互的可能性。
附图说明
如附图中所示，根据以下对实施例的更具体说明，本公开的上述和其它目的、特征以及优点将变得显而易见，在附图中，各个图中的附图标记指示相同部件。附图不一定按比例绘制，而是着重于描绘所公开实施例的原理。
图1A示出用于传统式键盘的键盘开关的示例性实施例的透视图。
图1B示出没有键帽的示例性键盘开关的透视图。
图1C示出键盘开关的左侧视图。
图1D示出键盘开关的右侧剖视图。
图2A和图2B示出使用了图1A-图1D中所示的示例性键盘开关的键盘的示例性发射层和接收层。
图3A和图3B示出键盘开关的另一示例性实施例。
图4A和图4B示出键盘开关的又一示例性实施例。
图5示出键盘开关的进一步的示例性实施例。
图6示出键盘开关的再进一步的示例性实施例。
图7示出示例性键盘，用户的手被定位在该示例性键盘的附近，并且图7示出计算机生成的热图被叠加在所图示的键盘上以对应于用户的手与该示例性键盘的定位和接近的图示。
图8示出示例性键盘的另一个视图，其中，用户的手被重新定位在该示例性键盘的附近，并且图8示出具有计算机所生成的热图被叠加在该键盘上的图示的该键盘的图示。
图9是示出有特征的键盘的用户的视图和真实世界视图的混合的图示。
图10是示出特征稀疏的键盘的用户的视图和真实世界视图的混合的图示。
图11示出有特征的键盘的示例性实施例。
图12A示出有特征的键盘的说明性传感器范围。
图12B示出在有特征的键盘上的在传感器范围内的用户手指和手的热图的示例。
图12C示出在虚拟现实或增强现实中被重建在键盘上的用户的手指、手、和腕部以及视觉情境的示例。
图13是示出在用户的虚拟现实视图或增强现实视图中显示了悬浮的工具提示的键盘的用户的视图和真实世界视图的混合的图示。
具体实施方式
本申请涉及用户接口，诸如2016年2月29日提交的题为“Alterable Ground Planefor Touch Surfaces(用于触摸表面的可改变的接地面)”的美国专利申请第15/056,805号和2014年9月18日提交的题为“Systems and Methods for Providing Response to UserInput Using Information About State Changes and Predicting Future User Input(使用关于状态变化的信息和预测未来用户输入来提供对用户输入的响应的系统以及方法)”的美国专利申请第14/490,363号中所公开的快速多触摸传感器和其他接口。那些申请的完整公开内容通过引用被并入本文。
在各种实施例中，本公开针对对悬停、接触和压力敏感的键盘以及真实世界设定、虚拟现实设定、以及增强现实设定中的该键盘的应用。本领域普通技术人员将理解到，本文中的本公开通常应用于所有类型的键盘，包括但不限于：薄膜键盘、圆顶开关键盘、剪式开关键盘、电容式键盘、机械开关键盘、屈蹲弹簧键盘、霍尔效应键盘、激光投影键盘、卷轴式键盘、以及光学键盘技术。
贯穿本公开，可以使用术语“悬停”、“触摸”、“多个触摸”、“接触”、“多个接触”、“压力”或“多个压力”或其他描述符来描述由传感器检测到用户的手指、触控笔、物体或身体部位的事件或时间段。在一些实施例中，如通常由术语“接触”表示的，这些检测在用户与传感器或设备(传感器具体化于该设备中)物理地接触时发生。
在其他实施例中，如通常由术语“悬停”指代的，可以调谐传感器以允许检测悬停在触摸表面上方的一定距离或以其他方式与触摸敏感设备分离的“触摸”。如本文中使用的，“触摸表面”包括键盘或键；然而，如可以容易地理解到的那样，触摸表面可以不具有真实的键或特征，并且可以是通常特征稀疏的表面。本说明书中使用的暗示依赖感测的物理接触的语言不应被视为所描述的技术仅适用于这些实施例；实际上，通常，本文描述的内容同样适用于“接触”以及“悬停”，其中每一个都是术语“触摸”。更一般地，如本文中使用的，术语“触摸”指代可以由本文中公开的传感器的类型检测的动作，因此，如本文中使用的术语“悬停”是在本文中旨在“触摸”意义上的一种“触摸”。“压力”指“接触”的压力，即，一种力，用户利用该力来将他们的手指或手对键或其他表面进行下压。“压力”的量与“接触”的测量相似。还应该注意到，被按压的键是进一步的一种类型的“接触”，因此，通常，如本文中所描述的那样，“触摸”指代“悬停”、“接触”和被完全按压的键，而缺乏“触摸”通常通过传感器的精确测量的阈值之下的信号来识别。
如本文中使用的，并且特别是权利要求内的，诸如第一和第二的叙述术语本身并不旨在意味着序列、时间或独特性，而是用于区分一个所述的构造与另一个。在上下文规定的一些用途中，这些术语可能暗示着第一和第二是唯一的。例如，在第一时间发生事件，并且在第二时间发生另一个事件时，没有意图指示第一时间发生在第二时间之前。然而，在权利要求中提出了在第一时间之后的第二时间的进一步限制，上下文将要求第一时间和第二时间理解为唯一的时间。类似地，在上下文如此指示的或允许的情况下，序数术语旨在被广义地解释，使得两个识别的权利要求构造可以具有相同的特征或不同的特征。由此，例如，没有进一步限制的第一和第二频率可以是同一频率，例如第一频率是10Mhz并且第二频率是10Mhz，或可以是不同的频率，例如，第一频率是10Mhz并且第二频率是11Mhz。例如，上下文可以规定第一和第二频率被进一步限制为彼此正交，在这种情况下，它们不可能是同一频率。
当前公开用于设计、制造和使用电容性触摸传感器的系统，并且具体地，采用基于正交信号的复用机制的电容性触摸传感器，所述复用机制诸如但不限于：频分复用(FDM)、码分复用(CDM)、或者结合了FDM方法和CDM方法的混合调制技术。本文中对频率的引用也可以指代为其他正交信号基础。由此，本申请纳入申请人于2013年3月15日提交的题为“Low-Latency Touch Sensitive Device(低等待时间触摸敏感设备)”的在先美国专利申请第13/841,436号和2013年11月1日提交的题为“Fast Multi-Touch Post Processing(快速触摸后处理)”的美国专利申请第14/069,609号作为引用。这些申请考虑了电容性FDM、CDM或FDM/CDM混合触摸传感器，所述电容性FDM、CDM或FDM/CDM混合触摸传感器可以结合当前公开的传感器使用。在这种传感器中，当来自行的信号耦合(增加)或解耦(减少)到列并且结果在该列上被接收时，触摸可以被感测。
本公开将首先描述快速多触摸传感器的操作，用于设计、制造和使用的本系统和方法可以应用于所述快速多触摸传感器。随后，在标题“键盘实施例”下将进一步描述当前公开的与对悬停、接触和压力敏感的键盘相关的系统的细节。
如本文中所使用的，短语“触摸事件”和单词“触摸”在被用作名词时包括接近触摸和接近触摸事件，或者可通过使用传感器来识别的任何其它手势。根据实施例，触摸事件可以非常低的等待时间(例如大约十毫秒或更少时间、或者少于一毫秒)被检测、处理并提供至下游计算进程。
在一个实施例中，所公开的快速多触摸传感器利用投射电容性方法，该方法已被改善以用于触摸事件的高更新率和低等待时间测量。该技术可使用并行硬件和较高频率波形以获得上述优势。在一个实施例中，公开的方法和装置可被用于进行敏感的和强健的测量，该方法可被用于透明显示器表面并且可以允许使用该技术的产品的经济型制造。在一个实施例中，所公开的方法和装置可以被使用在传统的键盘、薄膜键盘和具有键的其他键盘上，以及可以被使用在特征稀疏的或触觉的键控表面上，以及可以被使用在各种键盘开关(即，键)上，并且可以允许采用该技术的产品的经济型制造。在这一点，本文中使用的“电容性物体”可以是手指、人体的其它部分、触控笔或传感器对其敏感的其它物体。本文公开的传感器和方法不需要依赖于电容。对于例如光传感器，这样的实施例利用光子隧穿和泄漏以感测触摸事件，并且本文使用的“电容性物体”包括可与这种感测兼容的任何物体，诸如触控笔或手指。类似地，本文中使用的“触摸位置”和“触敏设备”不需要电容性物体与所披露的传感器之间的实际触摸接触。
如2014年3月17日提交的题为“Fast Multi-Touch Stylus and Sensor(快速多触摸触控笔和传感器)”的美国专利申请第14/216,948号中所描述的，快速多触摸传感器将不同的信号发射到单元的行中的每一个行上。本申请的全部公开内容通过引用结合在此。信号通常被设计成“正交的”，即，可彼此隔开并可区分。接收器附连至单元的任意指定的列中的每一列。接收器被设计为在具有或不具有其他信号和/或噪声的情况下接收被发送的信号的任何信号或它们的任何组合，并且单独地确定出现在该列上的正交的被发送的信号中的每一个信号的测量(例如，数量)。传感器的触摸表面包括一系列行和列，正交信号可沿这些行和列传播。在一个实施例中，这些行和列被设计成：当它们没有经受触摸事件时，一个量的信号被耦合在它们之间，相反，当它们经受触摸事件时，另一个量的信号被耦合在它们之间。在一个实施例中，较少量的信号可代表触摸事件，而较大量的信号可代表缺乏触摸。因为触摸传感器最终由于耦合的变化而检测到触摸，所以除了对于特定实施例可能更明显的原因之外，触摸相关的耦合是导致列中存在的行信号的量增加还是导致列中存在的行信号的量减少并不特别重要。如以上所讨论的，触摸或触摸事件不需要物理接触，而是影响耦合信号的电平的事件。
在一个实施例中，一般来说，在行和列两者附近的触摸事件的电容性结果可能使出现在与该列耦合的行上的信号的量的不可忽略的变化。更一般地说，触摸事件导致并由此对应于列上接收的信号。由于行上的信号是正交的，因此多个行信号可被耦合至列并由接收器区分。同样，每行上的信号可被耦合至多个列。对于与给定行耦合的每一列(并且无论耦合是否导致出现在列上的行信号的增加或减少)，在列上找到的信号包含将指示在该列附近哪些行正在被触摸的信息。所接收的每个信号的量通常与携带对应信号的列与行之间的耦合的量有关，并且因此可以指示正在触摸的物体到表面的距离、触摸所覆盖的表面的面积和/或触摸的压力。
当行和列被同时触摸时，信号中存在于该行上的一些信号被耦合至对应列(耦合可以导致列上的行信号增加或减少)。(如以上所讨论的，术语“触摸”或“被触摸(touched)”不需要实际的物理接触，而是相对接近。)事实上，在触摸设备的各种实现中，与行和/或列的物理接触是不太可能的，因为在行和/或列与手指或其它触摸物体之间可存在保护性障碍物。此外，一般来说，行和列本身不彼此接触，而是被布置在附近，这允许一个量的信号被耦合在它们之间并且该量可以随着触摸变化(正或负)。一般来说，行-列耦合不是由它们之间的实际接触导致的，也不是由来自手指或其它触摸物体的实际接触导致的，而是由使手指(或其它物体)靠近的电容性效应导致——导致电容性效应的靠近在本文中被称为触摸。
如2016年7月1日提交的题为“Systems and Methods for Sensing Pressure inTouch Sensitive Devices(触摸敏感设备中的用于感测压力的系统以及方法)”的美国专利申请第15/200,320号(该专利的全部公开内容通过引用被并入本文)中所详细描述的那样，在其中存在实际物理接触，手指和触摸表面的接触区域的尺寸和形状与被施加至该表面的压力量之间存在一定关系。由于人类手指不是刚性的，所以在一定范围上，人类手指根据压力变形。如此，当较高水平的压力被施加到触摸表面时，手指的接触面积一般较大，而当较低水平的压力被施加时，手指的接触面积一般较小。类似地，相对于电容性触摸传感器中的列与行之间的电容耦合，一般来说，施加的压力越大，电容耦合越高。电容耦合的量可以由触摸系统的通常操作方法来推断。在一个实施例中，电容耦合的量的变化将改变行与列之间的经测量的信号强度。较高水平的压力使更多的皮肤、脂肪、肌肉和组织与触摸表面达到紧密接触，并且人体的这些部分提供了电导和介电质，该电导和介电质导致增加的电容耦合。
行和列的性质是任意的并且具体取向是无关的。事实上，术语“行”和“列”不旨在表示方格，而是表示在其上发送信号的一组导体(行)以及在其上可以耦合信号的一组导体(列)。(信号在行上发射并且在列上接收的概念本身是任意的，并且信号可以容易地在任意命名为列的导体上发射并且在任意命名为行的导体上接收，或者两者可以任意地被命名为别的)。进一步，行和列不一定在一个网格中。其它形状是可能的，只要触摸事件将触摸部分“行”和部分“列”，并造成某种形式的耦合。例如，“行”可以是同心圆，而“列”可以是从中心向外辐射的轮辐。并且“行”和“列”都不需要遵循任何几何或空间模式，因此，例如，可以任意地连接键盘上的键以形成行和列(与其相对位置有关或无关)。此外，不一定仅存在两种类型的信号传播通道：在一个实施例中，取代行和列，可提供通道“A”、“B”和“C”，在“A”上发送的信号可在“B”和“C”上被接收，或者，在一个实施例中，在“A”和“B”上发送的信号可在“C”上被接收。还可能的是，信号传播通道可交替发挥作用，有时支持发送，有时支持接收。也可以构想到，信号传播通道可以同时地支持发射器和接收器——只要所发送的信号与接收到的信号是正交的并且因此是可分离的。可以使用三个或更多类型的天线导体，而不是仅仅“行”和“列”。许多替代实施例是可能的并对本领域内技术人员而言在考虑本公开后将变得显而易见。
如前面所提到的，在一个实施例中，触摸表面由一系列行和列构成，信号可沿该一系列行和列传播。如上所述，行和列被设计成使得当它们没有被触摸时，它们之间耦合有一个量的信号量，并且当它们被触摸时，它们之间耦合有另一个量的信号。行和列之间耦合的信号的变化通常可以与接触成正比或成反比(但是不一定成线性比例)，使得触摸更少地是是否问题，并且更多的是渐变，这允许更多的触摸(即，更近的或更结实的)和更少的触摸(即，更远的或更软的)和甚至没有触摸之间的区分。此外，不同的信号被发送到行中的每个行。在一个实施例中，这些不同信号中的每一个信号是彼此正交的(即可隔开和可区分的)。当同时触摸行和列时，行上存在的信号被(正或负)耦合，导致或多或少地出现在相应的列中。被耦合到列上的信号的量可与触摸的接近度、压力或面积相关。
接收器被附接至每个列。接收器被设计成接收在列上存在的信号，包括正交信号中的任一个、或正交信号的任意组合、以及任何存在的噪声或其他信号。通常，将接收器被设计成接收存在于列上的信号的帧，并且识别提供信号的列。在一个实施例中，接收器(或与接收器数据相关联的信号处理器)可以在信号帧被捕获的时间期间确定与存在于该列上的正交发送的信号中的每一个信号的量相关联的测量。如此，除了识别与每个列接触的行，接收器可提供关于该触摸的额外(例如定性)的信息。一般来说，触摸事件可对应(或反向对应)于在列上接收的信号。对于每个列，在其上接收的不同信号指示了对应的行中的哪些行在该列附近被触摸。在一个实施例中，对应的行和列之间的耦合量可以指示例如由触摸覆盖的表面的面积、触摸的压力等。在一个实施例中，对应的行和列之间的耦合随时间的变化指示两者交点处的触摸变化。
简单正弦波实施例
在一个实施例中，被发送到行上的正交信号可以是未经调制的正弦波，每个正弦波具有不同的频率，选择频率以使它们在接收器中能彼此区分。在一个实施例中，选择频率以在这些频率之间提供充分的间隔，以使这些频率在接收器中能更容易地彼此区分。在一个实施例中，频率被选择为使得选定的频率之间不存在简单谐波关系。简单谐波关系的缺乏可减轻可能导致一个信号模仿另一个信号的非线性伪像。
一般来说，如果频率之间的间隔Δf至少是测量周期τ的倒数，则频率的“梳”能满足这些标准，其中，相邻频率之间的间隔是恒定的并且最高频率小于最低频率的两倍的频率。例如，如果希望测量(例如来自列的)信号的组合以确定哪些行信号是每毫秒(τ)出现一次，则频率间隔(Δf)必须大于一千赫(即Δφ＞1/τ)。根据这种计算，在具有仅十行的示例情况中，可以使用下列频率：
行1：5.000MHz行6：5.005MHz
行2：5.001MHz行7：5.006MHz
行3：5.002MHz行8：5.007MHz
行4：5.003MHz行9：5.008MHz
行5：5.004MHz行10：5.009MHz
对于本领域内技术人员将显而易见的是，频率间隔可明显大于该最小值以允许稳健的设计。作为一个示例，具有0.5cm行/列间隔的20cm×20cm触摸表面将需要40个行和40个列并且需要在40个不同频率下的正弦波。尽管每毫秒一次的分析速率可能只需要1KHz间隔，然而为了更稳健的实现方式而利用任意更大的间隔。在一个实施例中，任意更大的间隔受制于如下约束条件：最大频率不应大于最低频率的两倍(即fmax<2(fmin))。由此，在一个示例性实施例中，可使用最低频率设定在5MHz的100kHz的频率间隔，由此得到5.0MHz、5.1MHz、5.2MHz以此类推直至8.9MHz的频率列表。
在一个实施例中，列表上的每个正弦波可通过信号发生器产生并通过信号发射器或发射器在分离的行上发送。在一个实施例中，可以预生成正弦波。为了识别被同时地触摸的行和列，接收器接收出现在列上的任何信号并且信号处理器分析该信号以确定哪些(如果有的话)频率出现在列表上。在一个实施例中，上述识别可通过频率分析技术(例如傅立叶变换)或通过使用滤波器排来支持。在一个实施例中，接收器接收通过FFT被处理的列信号的帧，并且因此针对每个频率确定测量。在一个实施例中，对于每一个帧，FFT为每个频率提供同相测量和正交测量。
在一个实施例中，接收器/信号处理器可以从每列的信号中确定该列上的信号中找到的频率列表中的每一个频率的值(并且在一个实施例中是同相值和正交值)。在一个实施例中，在对应于频率的值大于或小于某个阈值，或从现有值改变的情况下，该信息被用于识别对应于该频率的列与行之间的触摸事件。在一个实施例中，可将对应于各种物理现象的信号强度信息作为定位触摸事件区域的辅助手段，所述信号强度信息包括离行/列交叉点的触摸距离、触摸物体的尺寸、物体下压于此的压力、正被触摸的行/列交叉点的部分等等。在一个实施例中，确定的值不是自主确定触摸，而是与其他值一起被进一步处理以确定触摸事件。
一旦为至少两个频率(该频率对应行)或为至少两个列确定了正交频率中的每一个正交频率的值，就可以创建二维映射，其中该值被用作该行/列交叉点处的映射的值，或与该值成正比/反比。在一个实施例中，在触摸表面上的多个行/列的交叉点处确定值以产生触摸表面或区域的映射。在一个实施例中，为在触摸表面或触摸表面的区域内的每个行/列确定值以产生用于该触摸表面或区域的映射。在一个实施例中，对于每列上的每个频率计算信号的值。一旦计算出信号值，则可以创建二维映射。在一个实施例中，信号值是在该行/列交叉点处的映射值。在一个实施例中，在被用作该行/列交叉点处的映射值之前，信号值被处理以减小噪声。在一个实施例中，采用与信号值成正比、反比、或以其他方式相关的另一个值(在被处理以减小噪声之后)作为在该行/列交叉点处的映射的值。在一个实施例中，由于触摸表面在不同频率下的物理差异，信号值对于给定的触摸被归一化或被校准。同样，在一个实施例中，由于跨触摸表面或在交叉点之间的物理差异，对于给定的触摸需要对信号值进行归一化或对信号值进行校准。
在一个实施例中，使用从值信息产生的映射来识别触摸事件，并且因此考虑到相邻行/列的交叉点的值的变化。在一个实施例中，可以将二维映射数据阈值化以便更好地识别、确定或隔离触摸事件。在一个实施例中，可以使用二维映射数据来推导关于触摸该表面的物体的形状、定向等的信息。
在一个实施例中，可在触摸传感器的分立式触摸控制器上执行这种分析以及本文所述的任何触摸处理。在另一实施例中，可以在其它计算机系统组件上执行这种分析和触摸处理，诸如但不限于ASIC、MCU、FPGA、CPU、GPU、SoC、DSP或专用电路中的一个或多个。如本文所使用的术语“硬件处理器”意味着上述设备以及执行计算功能的任何其他设备(现在已知的或者之后开发的)中的任何一个。
回到对在行上发送的信号的讨论，正弦波不是能在上述配置中使用的唯一的正交信号。事实上，如之前讨论的，可彼此区分的任何组的信号都将起作用。尽管如此，正弦波可以具有一些优势性质，能够给予使用这项技术的设备更简单的设计和更高成本效益的制造。例如，正弦波具有非常窄的频率分布(通过定义)，并且不需要向下扩展至低频率(接近DC)。此外，正弦波可相对地不受1/f噪声影响，该噪声可能对扩展至较低频率的较宽信号产生影响。
在一个实施例中，可以由滤波器排来检测正弦波。在一个实施例中，正弦波可通过频率分析技术(例如傅立叶变换/快速傅里叶变换)予以检测。频率分析技术可以以相对高效的方式来实现并可倾向于具有良好的动态范围特性，由此允许其检测大量的同时的正弦波并在大量的同时的正弦波之间区分。在宽信号处理方面，可以认为接收器对多个正弦波的解码是频分复用的一种形式。在一个实施例中，也可以使用诸如时分和码分复用的其它调制技术。时分复用具有良好的动态范围特性，但通常需要延长有限的时间以便发送到触摸表面中(或分析从触摸表面接收的信号)。码分复用具有与频分复用相同的同步性质，但可能遇到动态范围问题并且可能无法容易地在多个同时的信号之间作出区分。
经调制的正弦波实施例
在一个实施例中，可使用经调制的正弦波作为前述正弦波实施例的替代、组合方案和/或改进。未调制的正弦波的使用可能造成对触摸表面附近的其它设备的射频干扰，并因此，采用未调制正弦波的设备在通过规章测试(例如，FCC、CE)时会遇到麻烦。另外，未调制正弦波的使用可能容易受到来自环境中其它正弦波的干扰，不管是来自蓄意发射器的正弦波还是来自其它干扰设备(甚至可能是另一相同触摸表面)。在一个实施例中，这种干扰可能造成所描述设备中错误的或劣化的触摸测量。
在一个实施例中，为了避免干扰，可以这样一种方式在通过发射器发送之前先对正弦波进行调制或“搅动”：即一旦信号到达接收器就能对信号进行解调(“解除搅动”)。在一个实施例中，可使用可逆变换(或几乎可逆的变换)来调制信号，以使得该变换可被补偿并且当信号到达接收器时基本恢复。如对于本领域技术人员而言同样是显而易见的，如本文所述在触摸设备中使用调制技术发射或接收的信号与其它事物具有较少的关联性，并因此更像单纯的噪声，而不是看上去类似于环境中出现的其它信号和/或受来自环境中出现的其它信号的干扰。
2013年3月15日提交的题为“Low-Latency Touch Sensitive Device(低时延触摸敏感设备)”的美国专利申请第13/841,436号公开了涉及频率调制、直接序列扩频调制的实施例以及低成本的实现方式实施例。该申请的全部公开内容通过引用结合在此。
正弦波检测
在一个实施例中，可使用具有傅立叶变换检测方案的完整无线电接收器在接收器内检测正弦波。这种检测可能需要将高速RF波形数字化并在其上执行数字信号处理。可对表面的每个列执行单独的数字化和信号处理；这允许信号处理器发现哪些行信号与该列接触。在具有四十行和四十列的触摸表面的以上提到的示例中，将需要该信号链的四十个副本。如今，就硬件、成本和功率而言，数字化和数字信号处理是相对昂贵的操作。利用更节约成本的检测正弦波的方法将会是有益的，尤其是可被容易地复制并且需要非常少的功率的方法。
在一个实施例中，可使用滤波器排检测正弦波。滤波器排包括带通滤波器的阵列，所述带通滤波器的阵列可获取输入信号并将其分解成与每个滤波器相关联的频率分量。离散傅立叶变换(DFT，其中FFT的一种有效实现方式)是具有均匀间隔的带通滤波器的滤波器排的一种形式，该离散傅立叶变换可以被用于频率分析。DFT可以数字方式实现，但数字化步骤可能是昂贵的。可由单独的滤波器来实现滤波器排，诸如无源LC(电感器和电容器)或RC有源滤波器。难以很好地将电感器实现在VLSI工艺上，并且分立的电感器大而且昂贵，因此在滤波器排中使用电感器可能不是成本节约的。
在较低频率(大约10MHz和10MHz以下)，可将多排RC有源滤波器构筑在VLSI上。这样的有源滤波器可表现良好，但也会占据很多管芯空间并且需要比期望更多的功率。
在较高频率下，可以通过表面声波(SAW)滤波器技术来构筑滤波器排。这允许几乎任意的FIR滤波器几何结构。SAW滤波器技术需要比直接CMOS VLSI更昂贵的压电材料。此外，SAW滤波器技术可能不允许足够的同步抽头(simultaneous tap)来将足够多的滤波器集成到单个封装内，由此增加了制造成本。
在一个实施例中，可使用模拟滤波器排检测正弦波，该模拟滤波器排通过开关电容器技术实现在标准CMOS VLSI工艺上，其采用FFT式“蝴蝶”拓扑结构。这种实现方式所需的管芯面积通常是通道数的平方的函数，这意味着使用相同技术的64通道滤波器排只需要1024通道版本的管芯面积的1/256。在一个实施例中，用于低等待时间触摸传感器的完整接收系统被实现在多个VLSI管芯上，该系统包括适当组的滤波器排和适当的放大器、开关、能量检测器等等。在一个实施例中，用于低等待时间触摸传感器的完整接收系统被实现在单个VLSI管芯上，该系统包括适当组的滤波器排和适当的放大器、开关、能量检测器等等。在一个实施例中，用于低等待时间触摸传感器的完整接收系统被实现在单个VLSI管芯上，该系统包含n沟道滤波器排的n个实例并为适当的放大器、开关、能量检测器等留出空间。
正弦波生成
在低等待时间触摸传感器中产生发送信号(例如正弦波)一般比检测要简单，主要是因为每个行需要产生单个信号(或少量信号)而列接收器必须检测许多信号并且在许多信号之间作出区分。在一个实施例中，可用一系列的锁相环(PLL)来生成正弦波，每个锁相环将共同基准频率乘以一不同的倍数。
在一个实施例中，低等待时间触摸传感器设计不要求所发送的正弦波具有非常高的质量，而是相比在无线电电路中经常允许或希望的，它可以容许具有更多相位噪声、频率变化(随时间、温度等等)、谐波畸变和其它不完美性的所发送正弦波。在一个实施例中，可通过数字装置生成大量的频率并随后采用相对粗略的数模转换处理。如前面讨论的，在一个实施例中，所生成的行频率应当彼此间不具有任何简单谐波关系，生成处理中的任何非线性不应当使组中的一个信号“混淆”或模仿另一个信号。
在一个实施例中，可通过使一串窄脉冲由滤波器排滤波而产生频率梳，滤波器排中的每个滤波器输出信号以在行上发送。频率“梳”是通过滤波器排产生的，该滤波器排可以与可由接收器使用的滤波器排相同。作为示例，在一个实施例中，以100kHz的速率重复的10纳秒脉冲被传到滤波器排中，该滤波器排被设计成将开始在5MHz处的频率梳分量隔开，并隔开100kHz。如定义那样的脉冲串将具有从100kHz至几十MHz的频率分量，并因此对发射器中的每个行将会具有信号。因此，如果使脉冲串通过与上述滤波器排相同的滤波器排以检测所接收的列信号中的正弦波，则滤波器排输出将各自包含可被传送到行上的单个正弦波。
快速多触摸后处理
在已使用例如前述过程计算来自每列中的每行的信号强度之后，执行后处理以将作为结果的2-D“热图”(也被称为“矩阵”)转换成可用的触摸事件。在一个实施例中，这样的后处理包括下面四个过程中的至少一些：场平坦化、触摸点检测、插值和帧之间的触摸点匹配。场平坦化过程减去偏移电平以去除行和列之间的串扰，并补偿特定行/列组合之间由于衰减造成的振幅差。触摸点检测过程通过寻找平坦化的信号中的局部最大值来计算粗略触摸点。插值过程通过将与粗略触摸点关联的数据拟合到抛物面来计算精细触摸点。帧匹配过程跨帧地将计算出的触摸点彼此匹配。下面，将依次描述四个过程中的每一个。另外公开了对每个处理步骤的一些实现方式、可能的故障模式和结果的示例。由于对非常低的等待时间的需求，这些处理步骤应当被优化和并行化。
首先描述场平坦化过程。由于触摸表面和传感器电子器件的设计造成的系统性问题可能导致每个列接收的信号强度中的伪像。在一个实施例中，这些伪像可以被如下地补偿。首先，由于行和列之间的串扰，针对每个行/列组合接收到的信号强度将经历偏移电平。为了良好的近似，该偏移电平将是恒定的并可被减去(增加)。
其次，由于在给定行和列交叉点处校准的触摸造成的在一个列上接收的信号的振幅将依赖于该特定的行和列，主要是由于信号沿行和列传播时的衰减。信号走得越远，就会有越多衰减，因此更远离发射器的列和更远离接收器的行在“热图”中比其对应物具有更低的信号强度。如果行和列的RF衰减低，则信号强度差可以是可忽略的和小的，或者不需要补偿。如果衰减高，则补偿可能是必须的或者可提高触摸检测的灵敏性或质量。一般来说，期望在接收器处测得的信号强度与在列中发送的信号量成线性关系。因此，在一个实施例中，补偿将涉及用对该特定行/列组合的校准常数乘以热图中的每个位置。在一个实施例中，可使用测量或估计以确定热图补偿表，该表同样可用来提供通过乘法的补偿。在一个实施例中，使用校准操作来创建热图补偿表。本文中使用的术语“热图”不需要实际的热图，相反，该术语可意指包含与这些位置对应的数据的至少二维阵列。
在一个实施例中，整个场的平坦化过程如下。在没有任何物体触摸该表面的情况下，首先在每个列接收器处测量每个行信号的信号强度。由于不存在触摸，所接收的整个信号基本上是由串扰造成的。测得的值(例如每个列上发现的每个行的信号的量)是需要从热图中的该位置被减去的偏移电平。然后，在减去恒定的偏移的情况下，经校准的触摸物体被布置在行/列交叉点处并且在该列接收器处测得该行的信号的信号强度。在一个实施例中，使用所有的行/列交叉点以用于校准。信号处理器可被配置成将触摸事件归一化至触摸表面上的一个位置的值。可任意地选择可能具有最强信号(由于其经历最少衰减)的位置，即最接近发射器和接收器的行/列交叉点。如果在该位置处的经校准触摸信号强度是SN而对于每行和每列的经校准触摸信号强度为SR,C，则如果将热图中的每个位置乘以(SN/SR,C)，则所有触摸值将被归一化。在一个实施例中，经校正的触摸可以使热图中的任何行/列的归一化信号强度等于1。
场平坦化过程良好地并行化。一旦偏移和归一化参数被测量和存储——这应当只需要做一次(或者可能在维护间隔内再做一次)——每个信号强度一被测量就可施加校正。
在一个实施例中，可能需要定期地或在选择的维护间隔内校准每个行/列交叉点。在一个实施例中，可能对于每个单元需要校准每个行/列交叉点一次。在一个实施例中，可能对于每个设计需要校准每个行/列交叉点一次。在一个实施例中，尤其是在例如行和列的RF衰减为低的情形下，可能根本不需要校准每个行/列交叉点。此外，在沿行和列的信号衰减相当可预见的实施例中，可以仅从几个交叉点测量值来校准整个表面。
如果触摸表面确实经历许多衰减，则场平坦化过程将至少某种程度地对测量值进行归一化，但这可能具有一些副作用。例如，每个测量值上的噪声将随着其归一化恒定的变大而增加。本领域内技术人员将能理解，对于更低的信号强度和更高的衰减，这可能造成触摸点检测和插值处理的错误和不稳定。相应地，在一个实施例中，向经历最大的衰减(例如最远的行/列交叉点)的信号提供足够的信号强度。
现在解决触摸点检测，在该触摸点检测中，识别一个或多个粗略的触摸点。在一个实施例中，在生成热图并且将场平坦化之后，可以识别一个或多个粗略的触摸点。在一个实施例中，识别一个或多个粗略的触摸点可通过寻找归一化(平坦化)信号强度中的局部最大值来完成。在一个实施例中，用于寻找一个或多个触摸点的快速和可并行方法将归一化热图的每个要素与其邻近点作比较并且如果一个要素完全大于所有邻近点则将该要素标记为局部最大值。在一个实施例中，如果一个点完全地大于其所有邻近点并高于一给定阈值，则将其识别为局部最大值。
以各种方式限定这组邻近点都落在本公开的范围内。在一个实施例中，最近的邻近点是通过冯诺依曼邻近法定义的。在一个实施例中，最近的邻近点是通过摩尔邻近法定义的。冯诺依曼邻近法可包括与中心处的要素垂直地和水平地相邻的四个要素(即该要素东南西北四个位置的要素)。这也被称为“四相连”邻近法。更复杂的(即更大的)冯诺依曼邻近法也是可行的并且可被使用。摩尔邻近法可包括与中心处的要素垂直地、水平地和对角地相邻的八个要素(即该要素东、南、西、北、东北、西北、东南和西南位置的要素)。这也被称为“八相连”邻近法。
所选择的邻近法可依赖于用来计算精细触摸点的插值方案。这在下面更详细地予以解说。
在给定的邻近点比较中，可能存在特殊情形，其中要素的归一化信号强度严格地等于其一个或多个邻近点，或在噪声水平所允许的容限内。在一个实施例中，这样的对中没有一个点被认为是触摸点，即便它们具有高于阈值的值。在一个实施例中，这样的对中的两个点被认为是触摸点。在一个实施例中，其中两个或更多个邻近点具有大致相同值的区域被视为一个触摸事件。在一个实施例中，其中两个或更多个邻近点具有大致相同值的区域被视为与其中可找到单个局部最大值的区域不同类型的触摸事件(例如可能某人用手腕接触触摸表面)。
现在转向插值过程。一旦已确定(即识别)粗略触摸点，则可使用插值来计算精细触摸点。在一个实施例中，分布式触摸的电容性接触被拟合到具有最大值的模型函数。在一个实施例中，模型函数是在二维或更多维上的二次函数。在一个实施例中，该二次函数是抛物面。在一个实施例中，抛物面模型是对于可用于接触触摸表面的多种物体(诸如手指或指示笔)的可接受的近似。此外，如下所述，抛物面模型是相对非计算密集的。在一个实施例中，可使用更复杂或更计算密集的模型以从平坦化的热图中提供对触摸的更准确估计。为了下面的解释，以抛物面作为解说性示例，但本领域内技术人员鉴于本公开将能理解，可采用其它模型来用于插值，包括具有更大或更小复杂度的模型。
对于示例性局部最大值周围的这样的四相连的冯诺依曼邻近法，将出现相关点，其中心要素是局部最大值而下标是相对于它的特定要素的坐标。将五个要素的位置和信号强度拟合到定义抛物面的下列方程：
Ax2+Cy2+Dx+Ey+F＝z
其中x和y是要素的位置，z是要素的信号强度，而A、C、D、E和F是二次多项式的系数。相对于中心点，所有要素x、y位置是恒定的。z值是在每个要素测得的信号强度，并因此是已知的。在一个实施例中，可使用五个联立方程来求解五个未知的多项式系数。每个方程代表五个点中的一个，其包括中心点及其四个邻近点。
在一个实施例中，可采用冯诺依曼式矩阵来求解多项式系数，如下：
用值代入要素位置，提供：
然后通过对恒定冯诺依曼式矩阵作逆变换来求解多项式系数：
这得到：
在一个实施例中，这些多项式系数是信号强度的线性组合并且是牵涉到负和单偏移的唯一简单乘数，需要计算这些多项式系数；因此，它们可在FPGA或ASIC中高效地计算出。
在抛物面的最大值处，下面两个偏导数均为零：
和
这将发生在点xf、yf处，其中：
和
由此，在一个实施例中，将邻近点数据拟合到抛物面，并因为抛物面具有一个最大值，因此该最大值被用作精细触摸点的位置。在利用四相连近邻的实施例中，值xf和yf是彼此独立的，其中xf仅依赖于中心点左侧和右侧的元素的信号强度，而yf仅依赖于中心点上方和下方的元素的信号强度。
对于局部最大值周围的摩尔邻近法或八相连邻近法，相关点将表现为中心要素是局部最大值而下标是相对于它的特定要素的坐标。九个元素的位置和信号强度可被拟合至抛物面方程。由于本例相比之前的例子更多输入数据可用，因此可采用某种程度上更复杂的抛物面方程：
Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝z
该方程具有增加的xy交叉项和新的B系数，它允许模型补偿在除了x或y以外的方向上的延伸率。再次，相对于中心点，所有元素x、y位置是恒定的并且z值是已知的。九个联立方程(每个元素一个方程)可被用于确定(即，超定)六个未知的多项式系数。可使用最小二乘法技术来求解六个未知的多项式系数。
可使用冯诺依曼式矩阵来拟合多项式。不同于以上描述的实施例，该矩阵是非方形的，它具有九个行和六个列。
冯诺依曼式矩阵的所有条目是恒定的，并且z值是已知的，由此代入到恒定的值，得到：
由于冯诺依曼式矩阵是非正方形的，因此它无法被逆变换以求解多项式系数。然而，它可使用其摩尔-彭罗斯(Moore-Penrose)伪逆变换并对多项式系数执行最小二乘法拟合来求解。在一个实施例中，伪逆变换被定义为：
pinv(X)＝(XTX)-1XT
给出：
这些多项式系数是信号强度的线性组合。乘法运算稍微更复杂些，但许多被乘数可作为因数取出并在快要计算结束时施加一次。此步骤的目的是寻找抛物面的最大值。因此，所有的比例因数是不相关的，并且只需要将注意力放在使函数最大化的相对值和变量上，在一个实施例中，许多操作能够消除，由此提高实施效率。
如前所述，精细触摸点被假设在抛物面的最大值处，在该最大值处，两个偏导数为零；
和
这将发生在点xf、yf处，其中：
xf＝(BE-2CD)/(4AC-B2)和yf＝(DB-2AE)/(4AC-B2)
对于八相连邻近点，值xf、yf不彼此独立。两者均依赖于所有八个邻近点的信号强度。因此，该方法可具有增加的计算负担，以及信号强度的某些组合将产生精细触摸点的奇异值的可能性。在对八个摩尔邻近点使用最小二乘法的实施例中，这种实现方式对于噪声信号强度值更为稳健。换句话说，在一个实施例中，一个信号强度中的小误差将通过计算中所使用的增加的数据量和该数据的自一致性(self-consistency)而被补偿。
此外，八相连的邻近点提供B系数——一段额外的信息——它作为用户接口的一部分可能证明是有用的。xy交叉项的B系数可连同A系数和C系数中固有的纵横比信息一起被用于表征所拟合的抛物面的非对称性，这可允许软件来确定触摸发生所处的角度。
通过示例的方式，可以通过在特定z值处截短该抛物面来获得具有椭圆形截面的触摸点。a和b的值可从多项式的A和C系数获得，并且它们提供关于触摸表面的物体的纵横比的信息。例如，手指或指示笔不一定是圆对称的，并且a与b的比率可提供关于其形状的信息。
知晓角度φ能提供关于椭圆方位的信息，并例如可指示手指或笔指向的方式。φ可从通过下式给出的2x 2矩阵M的本征值和本征向量中计算出：
该矩阵将具有两个本征值和两个本征向量。与最大本征值关联的本征向量将沿椭圆的长轴方向指向。另一本征向量将在短轴方向上指向。本征值λ1和λ2可如下地计算出：
其中tr(M)是矩阵M的迹，它等于AC，而det(M)是矩阵M的行列式，它等于AC-B2/4。
一旦获得本征值，可使用凯莱-哈密顿定理来计算本征向量。与λ1相关联的本征向量是矩阵M-λ2I的列中的任一个，而与λ2相关联的本征向量是矩阵M-λ1I的列中的任一个。注意本征值下标的颠倒。椭圆的长轴相对于我们的坐标系的x轴成的角度是本征向量的斜率的反正切。本征向量的斜率只是Δy/Δx。
如前面讨论的那样，插值步骤需要例如使用从平坦化的热图获得的数据来确定精细触摸点，但不一定限于前面讨论的解说性抛物面模型。确定精细触摸点的目的在于允许后处理器提供触摸点的更好粒度，并尤其提供超出传感器的交叉点的粒度。换句话说，经建模和插值的精细触摸点可直接落在行/列交叉点上，或落在这些交叉点之间的任何地方。在模型的准确度及其计算要求之间可能存在权衡；类似地，在模型的准确度及其提供与实际触摸对应的经插值的精细触摸点的能力之间可能存在权衡。因此，在一个实施例中，模型被选择成需要最小的计算负荷同时提供经插值的触摸点和实际触摸之间的充分对应。在一个实施例中，模型被选择成需要经插值的触摸点和实际触摸之间的充分对应，且处理硬件被选择成适应该模型的计算负荷。在一个实施例中，选择不超过预选择的硬件和/或操作触摸界面的其它软件的计算能力的模型。
转向帧匹配过程，为了随着时间流逝正确地跟踪在触摸表面上移动的物体，重要的是，使计算出的触摸点跨帧边界地彼此匹配并由此随着物体在触摸表面上移动而跟踪它。因此，在一个实施例中，一个帧中每个计算出的触摸点应当被标识在后一帧中，或者在后一帧中具有另一布置(例如，被移除)。虽然这代表一般情形中可能无法解决的根本上困难的问题，但在一个实施例中，可使用几何学和物理定律两者来实现解决方案。由于与触摸表面接触的这些物品具有有限尺寸并根据某些物理原理移动，在一个实施例中，因而某些情形因为在似合理的范围外而可被忽略。此外，在一个实施例中，应该将帧速率选择为足够地高以允许具有合理的确定性的物体跟踪(即，帧-帧触摸点跟踪)。因此，例如，在待被跟踪的物体已知在触摸表面上以最大速率移动或者跟踪被设计成跟踪物体仅高至最大速率的情形下，可选择将允许用合理的确定性跟踪的帧速率。例如，如果跨触摸表面的多个行或列的移动的最大速率为例如每秒1000行或列，则1000Hz的帧速率将“看到”不超过1行或列/帧的物体移动。在一个实施例中，(如以上所讨论的)触摸点插值可提供触摸点位置的更精确测量，并因此行内(intra-row)和列内(intra-column)位置是可容易地识别的，如本文中更充分地描述的那样。
手指和指示笔具有最小尺寸并且在大多数情况中不太可能彼此足够地接近以造成不清楚的情形。它们也以人的手臂及其部分(例如，手腕、手肘、手指等)特有的速度行进，这提供了限制。在一个实施例中，触摸表面具有一千赫或更高的数量级的更新率，因此在从一帧至下一帧的更新周期期间，触摸该表面的手指和指示笔无法移动到非常远或以极端角度移动。由于有限的距离和角度，根据本公开，可通过将来自一帧的数据与一个或多个之前的帧相对比来进行跟踪。
在一个实施例中，关于过往帧的数据(例如，热图)可被保持在临时缓冲器中。在一个实施例中，关于过往帧的经处理的数据(例如，场平坦化的热图或拟合的多项式系数)可被保持在临时缓冲器中。在一个实施例中，被保持在临时缓冲器内的关于一过往帧的数据可包括或可由以下部分构成：在先前帧中的每个精细触摸点的经插值的精细触摸点坐标以及关于这些精细触摸点的先前运动的向量(在这些精细触摸点存在的情况下)。临时缓冲器可保存关于一个或多个过往帧的数据，并且当其不再与之后计算有关时可停止保存该数据。
在一个实施例中，帧匹配处理一开始假设当前帧i内的物体触摸点可能是几何上最接近该帧的之前帧(例如i-1)内的触摸点。
在一个实施例中，关于触摸点的运动的数据(例如速度和方向)被确定并并与一个或多个帧相关联地被存储。在一个实施例中，关于触摸点的运动的数据被用于预测该触摸点在下一帧中的可能位置。关于触摸点的运动的数据可包括例如速度或位置变化，并且可来自一个或多个先前帧。在一个实施例中，预测帧内可能的位置是通过考虑两个帧之间的运动来完成的——由此得出每个帧的位移及其方向。在一个实施例中，预测帧内的可能位置是通过考虑三个或更多个帧内的运动来完成的。使用来自三个或更多个帧的精细触摸点位置信息可产生更精确的预测，因为它除了考虑每帧的位移和方向外也能够把加速度和方向变化考虑在内。在一个实施例中，相比被分配给较老的帧数据，更多权重被分配给更新的帧数据。帧匹配过程则可一开始假设物体在当前帧i内的触摸点更可能对应于之前帧(即i-1)内的触摸点，该触摸点关联于最接近当前帧的触摸点的预测的可能位置。
在一个实施例中，关于触摸点尺寸(大小)的数据(例如抛物面的A和C系数)被确定并并与一个或多个帧相关联地被存储。帧匹配过程可一开始假设当前帧i内的给定物体的尺寸对应于之前帧(即i-1)内的该物体的尺寸。
在一个实施例中，关于触摸点随时间的尺寸(大小)变化的数据被确定并与一个或多个帧相关联地被存储。在一个实施例中，关于帧内触摸点尺寸变化的数据(例如，从最后一帧算起，或在多个帧上)被用来预测该触摸点在下一帧内的可能尺寸。帧匹配过程则可一开始假设在当前帧i内的物体更可能对应于之前帧(即i-1)内的物体，该物体关联于最接近当前帧内的触摸点的尺寸的预测的最可能的尺寸。
在一个实施例中，关于触摸点随时间的旋转取向变化的数据(例如抛物面的B系数)联系一个或多个帧被确定并存储。在一个实施例中，关于帧内触摸点的旋转取向的数据(例如，从最后一帧算起，或在多个帧上)被用于预测该触摸点在下一帧内的旋转取向。帧匹配过程则可一开始假设在当前帧i内的物体更可能对应于之前帧(即i-1)内的物体，该物体关联于最接近当前帧内的触摸点的旋转取向的所预测的最可能的旋转取向。在一个实施例中，触摸点的旋转取向可允许旋转的单触摸点控制(例如单指控制)，因此例如一个手指在屏幕上的旋转可提供充分的信息以例如旋转视图——这个功能一般需要与触摸表面接触的两个旋转点。使用描述随时间的旋转取向的数据，可计算出旋转速度。类似地，关于旋转取向或旋转速度的数据可被用于计算旋转加速度。因此，旋转速度和旋转加速度两者均利用旋转取向。可针对一触摸点计算旋转取向、旋转速度和/或旋转加速度并且该旋转取向、旋转速度和/或旋转加速度可被帧匹配过程输出或使用。
在一个实施例中，帧匹配的启发包括距离的变化和触摸点的速度向量的变化。在一个实施例中，在非限制的情况下，帧匹配的启发包括下列中的一个或多个：
帧i+1内的物体的触摸点更可能是几何上最接近它的帧i内的触摸点；
帧i+1内的物体的触摸点更可能是帧i内最接近该点的触摸点，在那里它将被预测为给定的物体的速度历史；以及
物体在帧i+1内的触摸点更可能与其在帧i内的触摸点具有相同尺寸。
可使用历史数据的其它组合而不脱离本公开的范围。在一个实施例中，先前位置和速度历史两者均可被用于启发式(heuristic)帧匹配过程中。在一个实施例中，先前位置、速度历史和尺寸历史可被用于启发式帧匹配过程中。在一个实施例中，先前位置和另一历史信息可被用于启发式帧匹配过程中。在一个实施例中，在多个帧上的历史信息被用于启发式帧匹配过程中。鉴于前述公开内容，其它组合对于本领域技术人员将是显而易见的。
在2014年3月17日提交的题为“Fast Multi-Touch Noise Reduction(快速多触摸噪声降低)”的美国专利申请第14/216,791号中，提供了方法和系统以克服其中噪声造成与快速多触摸(FMT)传感器干涉或幽灵接触(phantom touch)的某些状况。该申请的全部公开内容通过引用结合在此。在一个实施例中，可在所有行和列上发送独特的信号。在一个实施例中，可在多个行的一个或多个子集中的每个行上发送独特的信号。在一个实施例中，可在多个列的一个或多个子集中的每个列上发送独特的信号。在一个实施例中，所有行和列被配置成检测独特的信号。在一个实施例中，多个行的一个或多个子集中的每个行被配置成检测独特的信号。在一个实施例中，多个列的一个或多个子集中的每个列被配置成检测独特的信号。
如2015年1月22日提交的题为“Dynamic Assignment of Possible Channels ina Touch Sensor(触摸传感器中的可能通道的动态分配)”的美国专利申请第14/603,104号中公开的那样，系统和方法使得触摸传感器能够减小或消除这样的错误或带噪声的读数并维持高信噪比，即使它接近于来自其它计算机系统组件的干扰电磁噪声或不想要的外部信号。该方法也可用来动态地重新配置信号调制方案，由此在给定时间点调整触摸传感器的选择部分或整个表面积，从而降低传感器的总功耗，同时仍然就并行化、延迟、采样率、动态范围、感测粒度等方面优化传感器的总体性能。该申请的全部公开内容通过引用结合在此。
键盘实施例
虚拟现实或增强现实(后文中记为“VR/AR”，虽然两个术语可能是互相排斥的)中的物理键盘设定的使用因以下事实而复杂化：当在VR/AR设定内时，用户可能不具有键盘的任何视图或不具有键盘的完整的视图。本文中所公开的键盘和键盘开关使一个或多个键、触摸表面、或键盘成为敏感的、动态的、对悬停、接触和压力敏感的表面，该表面可用于传统键盘或键控应用这两者以及由可从键或表面获得的附加信息实现的多种新的应用。在一个实施例中，物理键盘被描述为不仅可以感测传统键盘输入还可能能够区分手指-键接触和手指悬停，因此使得能够在键盘正被使用时确定用户的手指、手、腕部和潜在前臂的相应位置。在一个实施例中，使用键盘数据以重构用户的手指、手、前臂和潜在VR/AR设定中的键盘(包括对键盘的改变，诸如添加键顶部或侧部标签或者例如工具提示)的位置和取向。这样的重构允许用户“看见”他的或她的手指、手、腕部和可能前臂相对于键盘VR/AR设定的，这使得可在VR/AR设定中使用键盘。
首先转至图1A-图1D，示出键盘开关110的说明性实施例。在一个实施例中，键座100支撑键盘开关110的其他元件。在一个实施例中，键帽101被提供为可相对于键座100移动。在一个实施例中，键帽101相对于键座100仅部分可移动。在一个实施例中，偏置装置(未图示)在静止时将键帽101推动到其伸出位置，并且对于本领域技术人员而言是明显的，键帽101在大致垂直于该键帽101的上表面的方向上移动。
在一个实施例中，两个天线102、103与键盘开关110相关联，这两个天线中的一个天线是接收天线103，而另一个天线是发射天线102。对发射或接收的指定是任意的，除了在一个实施例中，每个中的至少一个天线与键盘开关相关联。两个天线102、103彼此间隔开，从而使得发射天线102没有任何部分与接收天线103的任何部分接触。在一个实施例中，键盘开关110与一个或多个其他的键共享该键盘开关110的天线102、103。在一个实施例中，键盘开关110包括一个独特的天线，并与一个或多个其他键共享该键盘开关110的其他天线。如将在以下更完全地讨论的，键盘开关110可以是唯一的键盘开关，或更常见地可以与多个其他键盘开关一同在键盘中使用。
在一个实施例中，一个天线是发射天线102，并且另一个天线是接收天线103。在一个实施例中，键盘开关110可以具有一个或多个附加的发射天线(未图示)。在一个实施例中，键盘开关110可以具有一个或多个附加的接收天线(未图示)。与任何键盘开关110相关联的所述天线中的每一个天线彼此间隔开，从而使得任何天线没有任何部分接触任何其他天线的任何部分。
虽然在示例性实施例中示出键座100的前侧和后侧，但天线可以被布置成最适合预期应用。例如，在各种实施例中，
1)将发射天线布置在键的一侧上，并将接收天线布置在另一侧上；
2)将发射天线布置在键座内，并将接收天线环绕键座；
3)将发射天线布置在键座的每一侧上，并将接收天线布置在键座的中心内；
4)将接收天线布置在键座的每一侧上，并将发射天线布置在键座的中心内；或
5)将发射天线布置在键座的每一侧上，并将接收天线布置在键座的前面和后面。
许多其他配置将对本领域技术人员而言是明显的，并在不背离要求保护的发明的精神和范围的情况下可作出许多其他配置。
在一个实施例中，天线102、103是固定的，并且在键帽101被移动或按压时不相对于彼此移动。在一个实施例中，天线102、103中的至少一个天线可以相对于另一个天线移动。在一个实施例中，天线102、103中的至少一个天线在键帽101被移动或按压时相对于另一个天线移动。天线的移动(或缺乏移动)可导致与键盘静止的情况不同的对键下压的响应。如将由本领域技术人员理解的，按键的压力或水平需要大量的粒度—即，对键帽101被压下的程度的非常灵敏的测量—这希望，作为该键帽101下压的结果，天线102、103中的至少一个天线移动。在物体对键帽101进行下压具有有限的电容影响时(例如，使用长的指甲来打字，戴着手套打字、利用铅笔或其他工具打字、在水下打字等)，也希望一个或多个天线响应于键帽101的移动而移动。
在一个实施例中，发射天线102与信号发射器相关联(未图示)。在一个实施例中，当将信号发射至发射天线102上并且接收器(未图示)接收存在于接收天线103上的信号时，天线102、103形成触摸传感器。在一个实施例中，使用信号处理器(未图示)来确定被发射至发射天线102上的信号的量或量的变化，该信号存在于接收天线103上的信号中。在一个实施例中，发射天线102和接收天线103被设计成使得：当它们没有经受触摸事件时，一个量的信号被耦合在它们之间，相反，当它们经受触摸事件时，另一个量的信号被耦合在它们之间。另外，在一个实施例中，发射天线102和接收天线103被设计成使得耦合在它们之间的信号的量随各种接触事件(从最远的悬停，到通过键接触，一直到键完全被按压)变化。在一个实施例中，从最远的悬停到键完全被按压的信号的变化包括一系列可检测的触摸状态，这可以包括除了未接触状态之外的至少三种触摸状态(例如，悬停、接触和按压)。在一个实施例中，表示悬停触摸状态的信号的变化包括多个离散的电平。在一个实施例中，表示接触触摸状态的信号的变化包括多个离散的电平。在一个实施例中，从最远的悬停到键完全被按压的信号的变化包括一系列可检测的触摸状态，这包括除了未接触状态之外的至少255种或更多的触摸状态。如以上所讨论的，因为触摸传感器最终由于耦合的变化而检测到触摸，所以除了对于特定实施例可能更明显的原因之外，无论触摸相关的耦合是导致发射天线103上存在的信号的量增加还是导致接收天线103上存在的信号的量减少并不特别重要。
为了识别接触，接收器接收存在于接收天线103上的信号，并且信号处理器分析所接收的信号，以确定耦合的经发射的信号的量。在一个实施例中，该识别可通过频率分析技术(例如傅立叶变换)或通过使用滤波器排来支持。在一个实施例中，接收器接收通过FFT被处理的信号的帧，并且因此至少为经发射的频率确定测量。在一个实施例中，对于每一个帧，FFT至少为发射频率提供同相测量和正交测量。
在一个实施例中，信号发射器导电地耦合至用于键盘开关110的发射天线102。信号发射器发出源信号，该源信号使得与该信号发射器相关联的发射天线102发射源信号。源信号可以是例如其他信号的组合，因此，例如，虽然源信号可能是简单正弦波(例如，5.01Mhz)，但源信号是两个或多个正弦波的组合也在本公开的范围内。在一个实施例中，可以有一个以上的信号发射器导电地耦合至用于键盘开关110的发射天线102。在一个以上的信号发射器被导电地耦合至发射天线102的情况下，一个以上的信号发射器的输出提供由发射天线102所发射的信号。在一个实施例中，多个源信号的发射可以增加灵敏度。在一个实施例中，若将高频信号和低频信号相组合，则多个源信号的发射可以进一步地增加灵敏度。在一个实施例中，源信号是频率正交的。如本文中在以上所使用的，频率正交指的是源信号可彼此隔开并可彼此区分。在一个实施例中，接收器耦合至接收天线103，并且适配为捕捉耦合的接收天线103上存在的信号的帧。在另一个接收天线(未图示)与键盘开关110相关联的情况下，附加的接收天线可以共享同一接收器(并且因此，如对于本领域技术人员而言是明显的，可以被认为是同一天线的不同的部分)，或可任选地，可以导电地耦合至单独的接收器。
在一个实施例中，在发射天线102上发射多个正交信号。为了在这样的实施例中识别接触，接收器接收存在于接收天线103上的信号，并且信号处理器分析所接收的信号，以确定对应于被耦合在所接收的信号之间的正交的所发射的信号中的每一个信号的量。可通过频率分析技术(例如傅立叶变换)或通过使用滤波器组来支持上述识别。在一个实施例中，接收器接收通过FFT被处理的信号的帧，并且因此针对每个频率确定测量。在一个实施例中，对于每一个帧，FFT为每个发射频率提供同相测量和正交测量。
在一个实施例中，接收器/信号处理器可以从所接收的信号中确定在该接收天线103上接收的信号中找到的频率列表中的每一个频率的值(并且在一个实施例中是同相值和正交值)。在一个实施例中，在对应于频率的值大于或小于某个阈值或从现有值改变(或从大于阈值一定量的现有值改变)的情况下，该信息被用于识别在键盘开关110处的触摸事件。在一个实施例中，可以使用对应于各种物理现象的值信息来从一系列可检测的触摸状态中识别触摸状态，该值信息包括离键盘开关110的触摸距离、触摸物体的尺寸、物体下压到键盘开关上的压力、被触摸的键帽101的部分等等。在一个实施例中，可以使用值信息的变化来从一系列可检测的触摸状态中识别触摸状态。在一个实施例中，经确定的值不是自主确定触摸状态，而是与其他值一起被进一步处理以确定触摸状态。在一个实施例中，进一步对靠近经确定的值连同来自邻近于键盘开关110的其他键盘开关的值进行处理，以确定键盘开关110的触摸状态。
在一个实施例中，与键盘开关110相关联的天线102、103形状相似。在一个实施例中，与键盘开关110相关联的天线102、103形状不同。不同形状的天线102、103基于天线102、103的形状来生成不同形状的天线图案。如鉴于本公开将对于本领域技术人员而言是明显的，可以将与键盘开关110相关联的天线102、103定向为不同的空间取向以生成不同的天线图案。在一个实施例中，每个相应的发射天线和接收天线102、103与发射层或接收层相关联，由此导致键盘开关110的多层构造。
在一个实施例中，信号处理器适配为从每个帧确定测量，该测量对应于接收天线103上存在的源信号的量。在一个实施例中，信号处理器进一步适配为至少部分地基于对应的测量从一系列触摸状态中确定键盘开关触摸状态。
键盘开关110可以是唯一的键盘开关，或更常见地可以与多个其他键盘开关(未图示)一同在键盘中使用。在一个实施例中，键盘由键盘开关110的集合组成。在一个实施例中，键盘开关110被组织成逻辑行和逻辑列，从而使得多个键盘开关中的每一个键盘开关与一行和一列相关联并且由一行和一列唯一地识别。在一个实施例中，键盘开关110可被组织成逻辑行和逻辑列，从而使得多个键盘开关中的每一个键盘开关与至少一行和一列相关联并且由至少一行和一列唯一地识别。
在一个实施例中，键盘中没有两个键盘开关可以共享共用的行/列组合，因此键盘可以检测对于相应的键盘开关110而言唯一的测量。在一个实施例中，每个键盘开关110通过在天线102上发射信号以及接收另一个天线103上的经耦合的信号来作为接近度传感器进行操作。如以上所讨论的，对于每个键盘开关110，可从在经耦合的信号中发现的经发射的信号的量推导与键盘开关110处的触摸相关联的值或者该量的变化。值可以与一系列触摸状态中的一个触摸状态相关联。在一个实施例中，该一系列的触摸状态包括无悬停、悬停、接触、和被下压或被按压。在一个实施例中，“无悬停”意味着在键盘开关110附近没有检测到用户的手指、手、或前臂。如这里所使用的，通常，“悬停”指的是对应于电容性物体(例如，用户的手指、手、前臂、或触控笔)的可检测位置在键盘开关的检测的极限内但不包括与键盘开关或键盘的实际接触的触摸状态。如这里所使用的，通常，“触摸”指的是对应于一直到被下压为止的键盘开关或键盘与电容性物体存在可检测接触的触摸状态。被下压或按压对应于例如在对应的字符要被置于屏幕上时将键闭合的传统观念。然而，如这里所使用的，“被按压”或“被下压”指的是对应于检测到完全被按压的键的触摸状态，并且还可包括对应于在完全被按压之后在键上存在压力的各种附加的状态。在一个实施例中，触摸状态可以使用例如从0到255的原始范围(其中零对应于无触摸状态)、对应于各种悬停状态的例如从1到127的第一范围、对应于各种触摸状态的例如128-197的第二范围、以及对应于被下压的状态的范围的例如198-255的第三范围。在一个实施例中，该一系列的触摸状态包括至少四种状态。在一个实施例中，该一系列触摸状态包括至少6种状态，其中至少两种子状态对应于悬停以及接触。在一个实施例中，该一系列触摸状态包括至少256种状态，其中至少三种子状态对应于悬停、接触以及被下压。在一个实施例中，该一系列的触摸状态包括至少1024种状态。如鉴于本公开对于本领域技术人员而言是明显的，触摸状态的数目和这些状态与任何子状态之间的关联性是设计选择，并且可以被选择为提供针对键盘开关的所希望的粒度。此外，子状态不一定具有与其他的子状态相等的粒度。例如，在一个实施例中，可能希望在接触状态上或在悬停状态与接触状态之间的划分上具有更多粒度。类似地，在一个实施例中，可能更希望在悬停状态或在被下压状态上具有附加的粒度。
在一个实施例中，使用这些状态，键盘上的键盘开关110可以提供涉及相应的键盘开关110上(或者可能在相应的键盘开关110之间)的用户的手指的粒状的、多层次的信息。例如，在一个实施例中，当键帽101被按压时，键盘可以检测到与手指接触的键的表面积的变化。进一步地，在一个实施例中，当键被按压时，键帽101更接近导体，并因此表面积以及电容性物体与导体的接近度这两者的变化可能导致电容变化，该电容变化提供涉及键盘开关上的用户的手指的信息。
图2A和图2B示出了示例性典型键盘的实施例的天线层。图2A示出了多个发射天线220的导电地耦合的列(水平地被示出)的示例性图示。(列和行的指定是任意的。)将发射迹线225沿发射层210进行布线以将发射天线220组连接到一起，并在束235处将发射迹线225捆绑在一起。图2B示出了被组织成导电地耦合的行(垂直地被示出)的多个接收天线200的示例性图示。将接收迹线205沿接收层230进行布线直到束215处。天线层250、260是分开的并且堆叠在键盘(未图示)中，该键盘具有多个键座(未图示)，键座中的每一个具有键帽(未图示)。在一个实施例中，天线220、200形成每个键盘开关(未图示)的发射天线102和接收天线103(参见图1B)。
在一个实施例中，信号发射器(未示出)与每个发射迹线225导电地耦合，并经由发射器在发射天线220行中的每一行上分别发射多个信号。在一个实施例中，多个信号中的每一个信号正交于其他多个信号中的每一个信号。在一个实施例中，在发射天线102中的每一个发射天线上同时地发射多个正交信号。
接收器(未图示)与接收迹线205中的每一条迹线导电地耦合。接收器和/或与该接收器相关联的信号处理器(未图示)被适配为接收在接收迹线205上存在(即，来自于接收天线200)的信号的帧，并且从帧中确定针对在发射天线102中的每一个发射天线上被发射的多个信号中的每一个信号的值。在一个实施例中，每个值与一系列触摸状态中的一个触摸状态相关联，并且所有的值共同地产生键盘状态。在一个实施例中，键盘中的每个键盘开关与一系列触摸状态中的一个触摸状态相关联，并且至少部分地基于与该键盘开关相关联的值来计算该关联性。在一个实施例中，至少部分地基于与该键盘开关相关联的值和至少与一个相邻键盘开关相关联的值来计算该关联性。
可通过频率分析技术(例如傅立叶变换)或通过使用滤波器组来支持对在发射天线102上被发射的多个信号中的每一个信号的值的确定。在一个实施例中，接收器接收通过FFT被处理的信号的帧，并且因此针对每个频率确定测量。在一个实施例中，对于每一个帧，FFT为每个发射频率提供同相测量和正交测量。
虽然经由每个发射天线来发送经发射器被发送的多个信号中的至少一个信号，但在一个实施例中，至少一个发射天线102同时地发射多个信号中的第二个信号。在一个实施例中，同时地发射多个正交信号，以使得在发射天线102上同时地发射所述正交信号中的至少两个正交信号。在一个实施例中，在单个发射天线上对多个信号同时进行发射可以增加灵敏度。在一个实施例中，在单个发射天线102上发射频率远(frequency-distant)的正交信号。
转至图3A-图6，示出了键盘开关的数个附加的示例性实施例。如图1A-图1D中所示的键盘开关110，可以单独地使用图3A-图6中所示的键盘开关或者使用图3A-图6中所示的键盘开关作为小键盘或键盘的一部分。虽然可以在许多种键盘中使用图3A-图6中所公开的键盘开关，但它们在非传统键盘(例如，诸如“巧克力”(或浮岛式)键盘和薄膜键盘之类的较薄的键盘)的设计中是尤其有用的。图3A-图5中所公开的键盘开关被示出为具有单个发射天线和单个接收天线。在不背离本公开的精神以及范围的情况下，这些键盘开关可具有一个或多个附加的发射天线和/或一个或多个附加的接收天线。例如，如以下更详细地描述的那样，图6示出具有两个发射天线的实施例。
如在图1A-图1D中所示出的之前讨论的键盘开关110那样，在一个实施例中，图3A-图5中所公开的键盘开关各自在其发射天线上发射单个频率。同样如图1A-图1D中所示的之前讨论的键盘开关110那样，在一个实施例中，图3A-图5中所公开的键盘开关各自在其发射天线上发射多个正交信号。具有两个发射天线的图6中所示的键盘开关可以类似地使用单个发射频率、或者多个同时正交发射频率。
图3A示出键盘开关的天线部件310的说明性取向，该键盘开关的天线部件310包括：发射天线300和导电地耦合至该发射天线300的发射迹线301，以及接收天线302和导电地耦合至该接收天线302的接收迹线303。如将由本领域技术人员所理解的，这里的发射和接收的指定是任意的，并且在可以使用接收天线302来进行发射的同时可以使用发射天线300来进行接收；这些任意的指定仅是为了说明性目的的便利。在一个实施例中，信号发射器(未图示)发出一个或多个信号以用于经由发射迹线301在发射天线300上进行发射，并且接收器(未图示)经由接收迹线303接收在接收天线302上存在的信号的帧。信号处理器(未图示)分析该帧以确定对应于在发射天线300上被发射的一个或多个信号的量的值。可将该值(或该值的变化)与一系列触摸状态中的一个触摸状态相关联。图3B示出使用了图3A中的天线部件310的说明性取向的键盘开关311的示意性视图。键盘311包括覆盖了天线部件310的键帽305。在一个实施例中，用户可以与键帽305进行交互以作为键盘的键。在一个实施例中，键帽305具有偏置装置(未图示)，诸如弹簧，该弹簧将该键帽305朝远离天线部件310的就位位置偏置。在一个实施例中，键帽305由可变形的记忆材料制成，该可变形的记忆材料自身将回到远离天线部件310的就位形状。
如以上详细地讨论的，在一个实施例中，由使用天线300、302形成的触摸检测器来检测电容性物体(包括例如用户的手或手指或者触控笔)，并且由此可以将一系列触摸状态中的一个触摸状态与键盘开关311相关联。同样如以上所讨论的，在一个实施例中，键盘开关311适用于键盘中。在一个实施例中，行和列与键盘开关的矩阵中的每一个键盘开关相关联。在一个实施例中，可以至少部分地基于触摸检测器(该触摸检测器使用天线300、302形成)所检测到的信息或该信息的变化来确定键的触摸状态。在一个实施例中，可以至少部分地基于由另一个接近的键盘开关的天线检测到的信息(或检测到的信息的变化)来确定键的触摸状态。
图4A示出键盘开关的天线部件410的说明性取向，该键盘开关的天线部件410具有：发射天线300和导电地耦合至该发射天线300的发射迹线301，以及接收天线302和导电地耦合至该接收天线302的接收迹线303。还示出导电衬底404。如以上那样，发射和接收的指定是任意的。在一个实施例中，信号发射器(未图示)发出一个或多个信号以用于经由发射迹线301在发射天线300上进行发射，并且接收器(未图示)经由接收迹线303接收在接收天线302上存在的信号的帧。信号处理器(未图示)分析该帧以确定对应于在发射天线300上被发射的一个或多个信号的量的值。可将该值(或该值的变化)与一系列触摸状态中的一个触摸状态相关联。
现在转至图4B，图4B是使用了图4A中的天线部件410的说明性取向的键盘开关411的示意性视图。键盘411包括覆盖了天线部件410的键帽405。在一个实施例中，键帽405具有偏置装置(未图示)，该偏置装置在该键帽405没被接触时将该键帽405朝就位位置偏置。在一个实施例中，偏置装置可以是弹簧。在一个实施例中，偏置装置可以包括柔性可变形键帽。导电衬底404定位于键帽405的底面。在一个实施例中，导电衬底404适配为与键帽405的上表面的至少一部分一致地移动。在一个实施例中，导电衬底404可以将与其相接触的电容性物体的电容性效应放大。在一个实施例中，导电衬底404使处于悬停和接触的触摸状态之间的过渡中的来自触摸检测器的响应更加可测量。在一个实施例中，可以使用导电衬底404来增强在电容性物体与键帽405相接触的触摸状态的可测量的范围，因此改进触摸传感器中的可测量的状态的粒度。在一个实施例中，导电衬底404是固体导电材料。在一个实施例中，导电衬底404是导电网状材料。在一个实施例中，导电衬底404的导电性质与键帽405的导电性质不同。在一个实施例中，使用上胶工艺将导电衬底404粘附到键帽405上。在一个实施例中，将导电衬底404粘附到键帽405上，从而使得导电衬底404的导电部分突出穿过键帽405并且可以被电容性物体直接接触。在一个实施例中，导电衬底404和键帽405由同一种材料形成，导电衬底404具有比键帽405的顶部要大的厚度。在一个实施例中，将导电衬底404与键帽405模塑为单个物体。可以以与键盘开关311相同的方式来使用键盘开关411，然而，电容衬底404的添加可以增强对接触的检测，并且可提供接触触摸状态之间的更好的可测量的粒度。
转至图5，在示意性剖视图中示出键盘开关511的另一个实施例。键盘开关511包括许多与键盘411(图4B)通用的部件，包括发射天线300、发射迹线301、接收天线302、接收迹线303以及键帽405和导电衬底404。键盘开关511还与键盘开关411相似地使用信号发射器(未图示)和接收器(未图示)进行操作。键盘开关511进一步包括导电衬底404与发射天线300之间的导电耦合506。在一个实施例中，导电耦合可形成偏置装置，诸如将键帽405推至就位位置的弹簧(例如，螺旋弹簧或板簧)。导电衬底404与发射天线300之间的导电耦合506使导电衬底404作为用于发射信号的发射的进一步的天线来操作。在一个实施例中，发射天线300、导电衬底404和导电耦合506共同地形成单个可移动天线，可以使用该单个可移动天线来对发射信号进行发射(或者接收信号，如果该单个可移动天线附连至接收器的话)。
图6示出又一个键盘开关611的实施例的示意性剖视图，该键盘开关611具有两个发射天线(或者两个接收天线)。键盘开关611包括许多与键盘411(图4B)通用的部件，包括发射天线300、发射迹线301、接收天线302、接收迹线303以及键帽405和导电衬底404。对于其通用部件的程度，键盘开关511与键盘开关411相似地使用信号发射器(未图示)和接收器(未图示)进行操作。键盘开关611进一步包括导电导线606，该导电导线606导电地耦合至导电衬底404。进一步的信号发射器(未图示)导电地耦合至导电导线606。进一步的信号发射器发出一个或多个进一步的信号以用于导电衬底404上的发射。在一个实施例中，一个或多个进一步的信号与在发射天线300上被发射的一个或多个信号正交。信号处理器(未图示)还分析由接收器接收到的帧，以确定对应于在导电衬底404上被发射的一个或多个进一步的信号的量的进一步的值。在一个实施例中，可以将该进一步的值(或该进一步的值的变化)与一系列触摸状态中的一个触摸状态相关联。在一个实施例中，使用该值(该值对应于一个或多个信号)和该进一步的值(所述进一步的值对应于一个或多个进一步的信号)这两者作为识别与键盘开关相关联的触摸状态的基础。在其他的实施例中，可以附加地使用来自相邻的键或接近的键的值(和进一步的值)作为识别与键盘开关相关联的触摸状态的基础的至少一部分。在不背离本公开的精神以及范围的情况下，替代具有两个发射天线和一个接收天线，键盘开关611可以具有两个接收天线和一个发射天线。
在一个实施例中，可使用键盘中的各种键盘开关所提供的触摸状态的范围来对电容性物体及其相对于键盘的位置和取向进行建模。在一个实施例中，可使用这样的建模来提供视觉反馈，包括在VR/AR设定中的电容性物体的视觉3D模型。例如，VR/AR设置中的2-D和3-D“全息”视觉反馈的叠加可以基于用户的手指、手、手腕和前臂在由触摸检测键盘开关组成的物理键盘上或附近的真实世界位置。进一步地，因为键盘可以进行对电容性物体相对于键盘的位置的精细测量，可使用触摸测量来重新创建手指、手以及可能其他部位(包括腕部和/或前臂，因为手和前臂可以相对于手指移动的方式的数目是有限的—例如，有限的范围和自由度)的位置和取向。
现在转至图7和图8，该图7和图8示出了计算机生成的被显示的触摸状态信息的说明性示例以及对根据本公开的触摸敏感键盘的描绘。图7和图8中的图700、800示出手701、801相对于示例性物理键盘702、802的位置。在键盘图示上方的高度和颜色703、803用于触摸状态说明的目的。所示的高度和颜色仅仅是说明性的。如图7和图8中所示，可以使用本文中所公开的物理键盘702、802的实施例来提供关于每个键盘开关的触摸状态的信息，如所示的，该信息可以提供对悬停、键接触和键按压的视觉显示704、804。特别地，图7示出根据本发明的示例性键盘702，其中，用户的手701被定位在该示例性键盘的附近，并且图7示出具有计算机所生成的热图703被叠加在该键盘705上的示图的键盘705的图示。计算机生成的热图703对应于各种键盘开关的触摸状态，并且因此旨在对应于用户的手与该示例性键盘702的定位和接近度。图8示出示例性键盘802的另一个视图，其中，用户的手801从图7的状态被重新定位，并且图8示出具有计算机所生成的热图803被叠加在该键盘805上的键盘805的图示。
在一个实施例中，悬停、接触和压力信息的重构可以配置为显示3D模型，这允许用户在VR/AR视图中相对于键盘地看见他或她的手指、并潜在地看见手、腕部和/或前臂。在一个实施例中，对应于悬停的触摸状态的范围从键盘开关的表面延伸出至少5mm。在一个实施例中，对应于悬停的触摸状态的范围从键盘开关的表面延伸出至少10mm。在一个实施例中，对应于悬停的触摸状态的范围从键盘开关的表面延伸出基本上大于10mm。
在一个实施例中，可以完成运行中调节以在维持接触敏感键盘的同时准许延伸的悬停。在一个实施例中，与一系列接触状态中所使用的信号不同的正交信号被用在非悬停状态以及悬停状态中，或者被用在相对于近悬停状态的远悬停状态中。在一个实施例中，与一系列接触状态中所使用的天线不同的物理天线被用于在非悬停状态以及悬停状态中发射和接收信号，或者被用在在相对于近悬停状态的远悬停状态中。
2016年3月23日提交的题为“Transmitting and Receiving System and Methodfor Bidirectional Orthogonal Signaling Sensors(用于双向正交信令传感器的发送和接收系统以及方法)”的美国专利申请第15/162,240号(该申请的全部公开内容通过引用被并入本文)提供了快速多点触摸传感器中的用户、手和物体辨别。在一个实施例中，双向正交信令与触摸敏感键盘相结合地使用以提供如该申请中所解释的益处。在使用双向正交信令的情况下，可将所述天线中的每一个天线用作接收天线和发射天线这两者。
2014年8月22日提交的题为“Orthogonal Signaling Touch User,Hand andObject Discrimination Systems and Methods(正交信令触摸用户、手和物体辨别系统以及方法)”的美国专利申请第14/466,624号全部公开内容通过引用被并入本文。在一个实施例中，本文中所公开的键盘或键盘开关可以在多个用户的手和手指之间、同一用户的不同的手之间、相同用户的不同的手指之间以及手与物体之间进行区分。
图9是示出部分表示有特征的键盘的用户的VR/AR视图和部分表示有特征的键盘的真实世界视图的混合的视图。在VR/AR设定中，在一个实施例中，键盘上的每个交互性键可成为独立的、交互性的触摸显示。允许键盘将更多的灵活性适配到经定义的软件或相关任务，并且在使用键盘时向用户提供动态视觉反馈。在一个实施例中，可以使用来自所公开的触摸敏感键盘的触摸状态信息来采用3D建模，以在VR/AR设定中向用户提供他的或她的手指、手、腕部、前臂和甚至键盘的视图。
2014年9月18日提交的题为“Systems and Methods for Providing Response toUser Input Using Information about State Changes and Predicting Future UserInput(用于对使用状态变化的信息的用户输入提供响应并且预测未来用户输入的系统和方法)”的美国专利申请第14/490,363号的全部公开内容通过引用被并入本文。在一个实施例中，可与对用户动作的预测相结合地使用触摸状态信息，并且可使用这样的预测来减轻或消除时延。
图10是示出部分表示特征稀少的键盘的用户的VR/AR视角和部分表示特征稀少的键盘的真实世界视角的混合视图。如本文中所使用的，术语“特征稀少的键盘”包括没有通常具有固定的键间隔的特定的物理键的表面。例如，iPad键盘或移动电话键盘可以被认为是特征稀少的键盘。然而，术语“特征稀少的键盘”还包括含有一些物理特征的键盘，并且可以包括对当前键的触觉反馈或键盘的其他特征。这样的触觉反馈可以包括但不限于移动机械部分、机器人图形、静电反馈和/或电击反馈。在VR/AR设定中，在一个实施例中，特征稀少的键盘和/或触觉键盘可成为独立的、交互性的触摸显示。在VR/AR设定中，通过本领域已知的技术，特征稀少的触觉键盘可在触觉上似乎具有键，并且可以当在该设定中使用键盘时向用户提供动态物理反馈。在VR/AR设定中，通过本领域已知的技术，特征稀少的键盘和/或触觉键盘可在视觉上呈现为具有键和/或标签，并且可以当在该设定中使用键盘时向用户提供动态物理反馈。因此，即使用户在真实世界设定中看见有限的特征或者完全没有特征，也可以在VR/AR设定中添加键轮廓和标签。
图11和图12A-图12C描绘了可使用本文中所公开的方法和装置的数个实施例。图11展示了真实世界设定中的具有物理特征1101的键盘1100的示例性实施例。在一个实施例中，并且如以上所描述的，键盘可以是用于VR/AR设定中的特征稀少的键盘和/或触觉键盘。图12A示出正在使用的有特征的键盘1200的触摸传感器范围1201的示例。虽然描绘了传感器范围1201，但是该描绘仅是为了说明性的目的。在一个实施例中，键盘1200可以是VR/AR设定中使用的特征稀少的键盘和/或触觉键盘。在一个实施例中，触摸传感器的传感器范围1201对应于键盘1200上的键盘开关的触摸灵敏度。图12B示出了用户的手指和手的触摸传感器范围内的信息的热图1203以及从用户的腕部1204的热图1203的外推的示例。
图12C示出同一用户的手指、手和腕部的VR/AR世界视图以及可被重构以与VR/AR设定中的键盘相结合地使用的视觉文本的实施例。在一个实施例中，可使用触摸状态信息来在低时延的情况下在VR/AR设定中的3D中重构用户的手指、手和腕部。低时延可以准许VR/AR系统提供3D触觉，因此在真实世界键盘上向用户提供物理按钮和控制器，该物理按钮和控制器反映VR/AR键盘的软件限定的按钮和控制。例如，在一个实施例中，3D触觉可以创建物理输入表面，该物理输入表面可灵活地对它们的物理控制进行变形以便匹配给定的VR/AR应用的VR/AR数字控制。在一个实施例中，触觉可以使用户感知物理输入界面，以匹配给定的VR/AR应用的VR/AR数字控制。在一个实施例中，物理表面或触觉表面可以被提供成可适合于它们的预期的用途，并且可以被提供成反映VR/AR设定中的它们的数字等效物。
由于不要求接触，所以在一个实施例中，触摸状态信息可以被用作至手势解释算法的输入。由此，可以将位于键盘上方一定距离的一个位置变成用户可以做手势的区域。这样的区域可以是模态的，其自身由手势、接触或键下压或者手势、接触或按键的组合激活。在一个实施例中，可以使用手作为计算机鼠标，其在不将手从键盘的近处移开的情况下做出熟悉的移动。在一个实施例中，将手“成杯(cupping)”成类似鼠标的形状将自动地使来自该手的进一步的手势被解释为鼠标手势—包括例如按钮点击，滚轮旋转和移动。在一个实施例中，可以将空中的轻敲运动解释为手指，并且该轻敲运动可以导致系统响应。在一个实施例中，当用户用他或她的手指或手在其上掠过或做出一些其他类型的手势时，键或键的子集的表面可以充当跟踪板。
由本文中所呈现的新颖的键盘开关和键盘提供的触摸状态信息允许应用和操作系统软件得到信息，从该信息可以识别出在物理键(或VR/AR键)上搁置或者悬停在物理键(或VR/AR键)上。转至图13，示出了工具提示的示例性实现方式。图13提供了键盘的用户的视图和真实世界视图的混合视图的示例性实现方式，该示例性实现方式向用户提供悬浮的工具提示，以例如协助了解用于给定的应用或操作系统的键盘的快捷键，因为键盘可以感测用户搁置或悬停在键上或者在用户与键进行接触之前预测用户的接下来的(一个或多个)键压下。在一个实施例中，使用触摸状态信息来确定特定的位置或位置的组合，在该特定的位置或位置的组合处希望有工具提示或其他反馈并且可以在VR/AR表示中呈现这样的工具提示或其他反馈。类似地，可能希望附加的显示空间是以气球的形式的，从而使得例如在用户悬停于键盘开关(或组合)之上或接触键盘开关(或组合)的情况下可以显示气球，诸如，如果按下“下一个”键则可以播放“下一首歌”。在一个说明性实施例中，所公开的键盘使得VR/AR用户界面能够被映射至物理输入表面，该物理输入表面包括但不限于键盘。这样，键盘上的每个键可以是多触摸手势显示，因为物理键盘上的每个键可以成为VR/AR设定中的视觉屏幕。例如，可将VR/AR用户界面元件映射至物理键盘输入控制作为交互性2D图标、图像和文本(例如，示出当前音量水平的音量按钮控制等)以及甚至作为3D图标、图像和文本(例如，播放按钮，该播放按钮在用户将他的或她的手指搁置在相关联的物理键盘上时出现，由此创建沿z轴的3D工具提示，该3D工具提示经由显示专辑封面图片来向用户示出将播放什么专辑)。
参考用于频分调制触摸系统中的对悬停、接触和压力敏感的键盘的设备，在以上对本系统进行了描述。应理解，每个操作示例可以通过模拟或数字硬件和计算机程序指令来实现。计算机程序指令可以被提供到通用计算机、专用计算机、ASIC，或其他可编程数据处理设备的处理器，以便通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令实现在指定的功能/动作。除了上述讨论明确限制之外，在一些替代实现方式中，功能/动作可以不按照操作说明中指出的顺序发生。
虽然已经参照优选实施例具体示出和描述了本发明，但本领域内技术人员可以在不背离本发明的精神和范围的情况下在形式上和细节上对本发明作出多种改变。

Claims (44)

1.一种键盘，包括：
多个键盘开关，所述多个键盘开关用于检测触摸，每个键盘开关包括：
键座；
键帽，所述键帽是相对于所述键座至少部分地可移动的；
发射天线和接收天线，所述发射天线和所述接收天线被间隔开，以使得所述发射天线没有任何部分接触所述接收天线的任何部分；
所述多个键盘开关被组织成N个逻辑行和M个逻辑列，以使得所述多个键盘开关中的每一个键盘开关与一个逻辑行和一个逻辑列相关联并且由至少一个行/列对唯一地识别；
N个信号发射器，所述N个信号发射器分别导电地耦合至所述多个键盘开关中与所述N个逻辑行中的每一个逻辑行相关联的每一个键盘开关的所述发射天线，所述N个信号发射器中的每一个信号发射器适配为使所述发射天线中与该信号发射器相关联的每一个发射天线发射一个或多个源信号；
M个接收器，所述M个接收器分别耦合至所述多个键盘开关中与所述M个逻辑列中的每一个逻辑列相关联的每一个键盘开关的所述接收天线，所述M个接收器中的每一个接收器适配为捕捉经耦合的接收天线上存在的信号的帧；以及
信号处理器，所述信号处理器适配为：
(i)从每个帧确定测量，每个测量对应于在接收到所述对应的帧的时间期间在所述接收天线上存在的所述一个或多个源信号的量；以及
(ii)对于所述多个键盘开关中的每一个键盘开关，从一系列触摸状态中确定键盘开关触摸状态，所述键盘开关触摸状态至少部分地基于所述对应的测量，其中，所述一系列触摸状态中的至少一个触摸状态对应于完全被按压的键。
2.根据权利要求1所述的键盘，其特征在于，所述一个或多个源信号中的每一个源信号是与所述一个或多个源信号中的每一个其他源信号频率正交的。
3.根据权利要求1所述的键盘，其特征在于，所述一系列触摸状态是至少四个状态的系列。
4.根据权利要求3所述的键盘，其特征在于，所述一系列触摸状态中的至少一个触摸状态对应于悬停状态。
5.根据权利要求4所述的键盘，其特征在于，所述一系列触摸状态中的至少一个触摸状态对应于非悬停状态。
6.根据权利要求5所述的键盘，其特征在于，所述一系列触摸状态内的所述完全被按压的键状态和至少一个附加的状态对应于键接触状态。
7.根据权利要求6所述的键盘，其特征在于，所述一系列触摸状态是至少256个不同状态的系列。
8.根据权利要求7所述的键盘，其特征在于，所述一系列触摸状态中的多个触摸状态对应于悬停状态。
9.根据权利要求7所述的键盘，其特征在于，所述一系列触摸状态中的多个触摸状态对应于接触状态。
10.根据权利要求1所述的键盘，其特征在于，进一步包括：
进一步的发射天线，所述进一步的发射天线与所述多个键盘开关中的至少一个键盘开关相关联，所述进一步的发射天线被定位成使得所述进一步的发射天线没有任何部分接触所述多个键盘开关中的所述至少一个键盘开关的所述发射天线或所述接收天线的任何部分；
进一步的信号发射器，所述进一步的信号发射器导电地耦合至所述进一步的发射天线，所述进一步的信号发射器适配为使所述进一步的发射天线发射一个或多个附加的信号，所述一个或多个附加的信号是与所述一个或多个源信号中的每一个源信号频率正交的；以及
所述信号处理器进一步适配为：
(i)从每个帧确定附加的测量，每个附加的测量对应于在接收到所述对应的帧的时间期间在所述接收天线上存在的所述一个或多个附加的信号的量；以及
(ii)对于所述多个键盘开关中的每一个键盘开关，还至少部分地基于每个对应的附加的测量来确定所述键盘开关触摸状态。
11.根据权利要求1所述的键盘，其特征在于，进一步包括：
进一步的接收天线，所述进一步的接收天线与所述多个键盘开关中的一个键盘开关相关联；
进一步的接收器，所述进一步的接收器导电地耦合至所述进一步的接收天线，所述进一步的接收器适配为捕捉所述经耦合的进一步的接收天线上存在的信号的进一步的帧；
所述进一步的接收天线被定位成使得所述进一步的接收天线没有任何部分接触与所述多个键盘开关中的所述一个键盘开关相关联的所述发射天线或所述接收天线的任何部分；以及
所述信号处理器进一步适配为：
(i)从所述进一步的帧确定进一步的测量，所述进一步的测量对应于在接收到所述进一步的帧的时间期间在所述进一步的接收天线上存在的所述一个或多个源信号的量；以及
(ii)还至少部分地基于所述进一步的测量，确定对于所述多个键盘开关中的所述一个键盘开关的所述键盘开关触摸状态。
12.根据权利要求1所述的键盘，其特征在于，N是一并且M大于一。
13.根据权利要求1所述的键盘，其特征在于，M是一并且N大于一。
14.根据权利要求1所述的键盘，其特征在于，M和N都大于一。
15.一种用于检测触摸的键盘开关，所述键盘开关包括：
键座；
键帽，所述键帽是相对于所述键座可移动的；
发射天线和接收天线，所述发射天线和所述接收天线被间隔开，以使得所述发射天线没有任何部分接触所述接收天线的任何部分；
信号发射器，所述信号发射器导电地耦合至所述发射天线，所述信号发射器适配为使所述发射天线发射源信号；
信号接收器，所述信号接收器耦合至所述接收天线，所述信号接收器适配为捕捉所述接收天线上存在的信号的帧；以及
信号处理器，所述信号处理器适配为：
(i)从所述帧确定测量，所述测量对应于在接收到所述对应的帧的时间期间在所述接收天线上存在的所述源信号的量；以及
(ii)从一系列触摸状态中确定键盘开关触摸状态，所述键盘开关触摸状态至少部分地基于所述测量，其中，所述一系列触摸状态中的至少一个触摸状态对应于完全被按压的键。
16.根据权利要求15所述的键盘，其特征在于：
所述信号发射器进一步地适配为使所述发射天线与所述源信号同时地发射附加的信号，所述附加的源信号和所述源信号是彼此正交的，以及
所述信号处理器进一步适配为：
(i)从所述帧确定附加的测量，所述附加的测量对应于在接收到所述对应的帧的时间期间在所述接收天线上存在的所述附加的源信号的量，以及
(ii)还至少部分地基于所述附加的测量来确定所述键盘开关触摸状态。
17.根据权利要求16所述的键盘开关，其特征在于，所述正交信号中的所述每一个正交信号是与所述其他正交信号中的每一个正交信号频率正交的。
18.根据权利要求15所述的键盘开关，其特征在于，所述发射天线和所述接收天线在所述键帽相对于所述键座被移动时保持静止。
19.根据权利要求15所述的键盘开关，其特征在于，所述发射天线和所述接收天线中的至少一个在所述键帽相对于所述键座被移动时相对于另一方移动。
20.根据权利要求15所述的键盘开关，其特征在于，进一步包括：
第二发射天线，所述第二发射天线与所述键盘开关相关联，所述第二发射天线与所述发射天线和所述接收天线间隔开，以使得所述第二发射天线没有任何部分接触所述发射天线或所述接收天线的任何部分；
第二信号发射器，所述第二信号发射器导电地耦合至所述第二发射天线，所述信号发射器适配为使所述第二发射天线发射附加的源信号，其中，所述附加的源信号是与所述源信号正交的；
所述信号处理器进一步适配为：
(i)从所述帧确定附加的测量，所述附加的测量对应于在接收到所述对应的帧的时间期间在所述接收天线上存在的所述附加的源信号的量，以及
(ii)还至少部分地基于所述附加的测量来确定所述键盘开关触摸状态。
21.根据权利要求15所述的键盘，其特征在于，所述键帽是柔性的，并且仅仅所述键帽的一部分是相对于所述键座可移动的。
22.根据权利要求15所述的键盘开关，其特征在于，进一步包括：
第二接收天线，所述第二接收天线与所述键盘开关相关联，所述第二接收天线与所述发射天线和所述接收天线间隔开，从而使得所述第二接收天线没有任何部分接触所述发射天线或所述接收天线的任何部分；以及
第二信号接收器，所述第二信号接收器耦合至所述第二接收天线，所述第二信号接收器适配为捕捉所述第二接收天线上存在的信号的第二帧；
所述信号处理器进一步适配为：
(i)从所述第二帧确定附加的测量，所述附加的测量对应于在接收到所述对应的第二帧的时间期间在所述第二接收天线上存在的所述源信号的量，以及
(ii)还至少部分地基于所述附加的测量来确定所述键盘开关触摸状态。
23.根据权利要求22所述的键盘，其特征在于，所述信号接收器和所述第二信号接收器是同一部件的部分。
24.根据权利要求23所述的键盘，其特征在于，所述信号接收器、所述第二信号接收器和所述信号处理器是同一部件的部分。
25.一种用于在电容式触摸检测中使用的键盘开关，所述键盘开关包括：
键座；
第一天线，所述第一天线由所述键座支撑，所述第一天线适配为导电地耦合至第一信号部件；
第二天线，所述第二天线由所述键座支撑，所述第二天线适配为导电地耦合至第二信号部件，所述第二天线被定位成使得所述第二天线没有任何部分接触所述第一天线的任何部分；
键帽，所述键帽由所述键座可移动地支撑，所述键帽是相对于所述第一天线和所述第二天线可移动的，并且所述键帽被偏置朝向远离所述键座的延伸位置；
其中，所述第一信号部件和所述第二信号部件中的每一个信号部件是从由以下器件组成的组中选择出的：信号发射器和信号接收器；以及
其中，从接近所述第一天线和所述第二天线的电容性物体的效应来检测触摸。
26.根据权利要求25所述的键盘开关，其特征在于，所述第一信号部件是信号发射器，并且所述第二信号部件是信号接收器。
27.根据权利要求25所述的键盘开关，其特征在于，所述第一信号部件是信号接收器，并且所述第二信号部件是信号发射器。
28.根据权利要求25所述的键盘开关，其特征在于，所述第二信号天线被定位成使得所述第二天线至少部分围绕所述第一天线。
29.根据权利要求25所述的键盘开关，其特征在于，进一步包括：导电衬底，所述导电衬底被粘附至所述键帽的底面。
30.根据权利要求29所述的键盘开关，其特征在于，进一步包括：导电弹簧，所述导电弹簧将所述第一天线与所述导电衬底相耦合。
31.根据权利要求29所述的键盘开关，其特征在于，所述导电衬底导电地耦合至第三信号部件，所述第三信号部件是从由以下器件组成的组中选出的：
信号发射器和信号接收器。
32.一种电容式触摸检测键盘，包括：
键座；
多个第一天线，所述多个第一天线导电地耦合至第一天线层并且由所述键座支撑，并且所述多个第一天线中的每一个第一天线与N个逻辑行中的一个逻辑行相关联；
所述多个第一天线中与所述N个逻辑行中的每一个逻辑行相关联的每一个第一天线在所述第一天线层上导电地耦合至所述多个第一天线中与所述N个逻辑行中的同一个逻辑行相关联的每一个其他的第一天线，并且所述N个逻辑行中的每一个逻辑行适配为导电地耦合至N个第一信号部件中的一个第一信号部件；
多个第二天线，所述多个第二天线导电地耦合至第二天线层并且由所述键座支撑，所述多个第二天线中的每一个第二天线与M个逻辑列中的每一个逻辑列相关联，所述多个第二天线中的每一个第二天线被定位成使得任何第二天线都没有任何部分接触任何第一天线的任何部分；
所述多个第二天线中与所述M个逻辑列中的每一个逻辑列相关联的每一个第二天线在所述第二天线层上导电地耦合至所述多个第二天线中与所述M个逻辑列中的同一个逻辑列相关联的每一个其他的第二天线，并且所述M个逻辑列中的每一个适配为导电地耦合至M个第一信号部件中的一个第一信号部件；
多个键帽，所述多个键帽由所述键座可移动地支撑，所述多个键帽中的每一个键帽是相对于所述第一天线层可移动的，并且所述多个键帽中的每一个被偏置朝向远离所述键座的延伸位置；
其中，所述第一信号部件和所述第二信号部件中的每一个信号部件是从由以下器件组成的组中选择出的：信号发射器和信号接收器；以及
其中，从接近所述多个第一天线和所述多个第二天线的电容性物体的效应来检测触摸。
33.根据权利要求32所述的键盘，其特征在于，所述第一信号部件是信号发射器，并且所述第二信号部件是信号接收器。
34.根据权利要求32所述的键盘，其特征在于，所述第一信号部件是信号接收器，并且所述第二信号部件是信号发射器。
35.根据权利要求32所述的设备，其特征在于，进一步包括：导电衬底，所述导电衬底被粘附至所述多个键帽中的每一个键帽的底面。
36.根据权利要求35所述的设备，其特征在于，进一步包括：多个导电弹簧，所述多个导电弹簧中的每一个导电弹簧将所述多个第一天线中的相应的第一天线与所述多个导电衬底中的相应的导电衬底导电地相耦合。
37.根据权利要求29所述的键盘，其特征在于，所述多个信号接收器中的每一个信号接收器适配为同时地捕捉在所述经耦合的天线上存在的信号的帧，所述键盘进一步包括：
信号处理器，所述信号处理器适配为：
(i)从每个帧确定测量，每个测量对应于在接收到所述帧的时间期间在所述经耦合的天线上存在的信号的量；以及
(ii)对于所述天线中被耦合至每个信号发射器的每一个天线，从一系列触摸值中确定触摸值，所述触摸值至少部分地基于所述对应的测量。
38.根据权利要求37所述的键盘，其特征在于，所述一系列触摸值中的多个所述触摸值对应于作为悬停的所述电容性物体的接近度，并且所述多个触摸值中的每一个触摸值对应于所述键帽与所述电容性物体之间的距离。
39.根据权利要求38所述的键盘，其特征在于，所述一系列触摸值中的另外多个触摸值对应于作为与所述键帽相接触的所述电容性物体的接近度，并且所述多个触摸值中的每一个触摸值对应于所述键帽从所述键帽的延伸位置移动的距离。
40.根据权利要求39所述的键盘，其特征在于，所述一系列触摸值中的至少一个触摸值对应于完全被按压的键帽。
41.根据权利要求37所述的键盘，其特征在于，所述一系列触摸值中的多个触摸值对应于由所述电容性物体施加在所述键帽上的压力，并且所述多个触摸值中的每一个触摸值对应于所述键帽上的不同的压力。
42.如权利要求37所述的键盘，其特征在于，进一步包括：模块，所述模块适配为接收所述天线中被耦合至每个信号接收器的每一个天线的所述触摸值，并基于所接收的触摸值来对接近所述多个第一天线和所述多个第二天线的所述电容性物体进行建模。
43.根据权利要求42所述的键盘，其特征在于，通过提供对应于所述天线中被耦合至每个信号接收器的每一个天线的所述触摸值的热图来对触摸进行建模。
44.根据权利要求43所述的键盘，其特征在于，通过提供创建所检测的电容性触摸的物体的模型来对触摸进行建模。
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