CN1771430A - 数字化器的触摸检测 - Google Patents

Abstract

一种用于检测传感器上通过手指或相似体部分的触摸的检测器，包括：至少一个延伸进传感器的感测导体，通常是这种导体的栅格；在预定频率的振荡电能源；以及检测电路，用于当施加所述振荡电能时检测对感测导体的电容性影响，电容性影响解释为触摸。检测器是有利的，因为相同的感测导体可以用于触摸感测和电磁触针的检测。

Description

数字化器的触摸检测

技术领域

本发明涉及组合的触摸和触针数字化器，并且，更具体而非排他地，涉及对手指触摸的检测的适用。

背景技术

计算机的普及已经使得在数字化器和触摸屏领域展开了广泛的研究和开发。虽然有许多发明描述了触摸板，但几乎很少发明描述了能够使用相同的感测设备检测EM触针和手指触摸的数字化器。于2000年7月7日提交的转让给N-trig Ltd的US专利申请09/629,334“物理对象定位装置和方法及使用该装置和方法的平台”和于2003年8月28日提交并也转让给N-trig Ltd的US专利申请09/628,334“透明数字化器”描述了能够检测位于平面屏幕显示器上的多个物理对象(最好是触针)的定位设备。

于2002年10月15日提交并转让给N-trig Ltd的US专利申请10/270,373“双功能输入设备和方法”，描述了能够使用相同的透明传感器来检测电磁对象和手指触摸的系统。在公开内容中，通过并入EM检测图形的电阻性条纹的矩阵来实现手指触摸检测。特殊的分离层放在导体层之间以同时使能触摸条纹的触摸并阻止EM线之间的触摸。需要另外的电子装置设备来驱动和读取来自传感器的触摸信号。该方法的主要缺点是增加了传感器和电子装置的复杂性。

US专利3,944,740采用安装在等离子体平板显示器顶部上方的输入垫。输入垫是传导行和传导列的矩阵，布置它们使得具有传导尖的触针在其触摸点可以使行电极和列电极短路，通过行电极和列电极传导的电流表示触针位置。US专利4,639,720采用类似的思想，使用传导像素而不是行和列的矩阵。

上述专利的两个主要缺点是触针检测的分辨率低并且不能明确地检测电磁类型的触针。因为只有当触针使两个辅助线\像素短路时才检测触针，所以当它位于线\像素之间时不可能跟踪它。因此，触针检测的分辨率限于线\像素的接近。触针检测，如在这些专利中所公开的，本质上不同于在目前优选的实施例中描述的触针检测。US专利6,239,389描述了手指检测的方法，即通过从每条导线测量第一组电压值并计算这些采样值关于在没有手指存在时采集的采样值的加权平均。传感器由一系列布置成行和列并由导线连接的板构成。该方法的主要缺点是它需要用于计算采样值的加权平均的算术单元，它不允许检测EM触针并且传感器不是透明的。

US专利4,550,221描述了传感器阵列，它包括由导线连接的传导板/像素系列。手指触摸改变像素关于环境地的电容。检测并转化该变化以指示手指的位置。公开内容不允许EM触针检测和手指检测。传感器的板\像素不是透明的，因此不可能安装在显示屏上。

US专利4,293,734采用两个驱动预定电流通过天线每一端的电流源。使用基尔霍夫定律(Kirchoffs law)计算通过手指到地的电流漏泄来计算手指的位置。在其中公开的检测系统的缺点是它不允许检测EM触针。更确切地，它需要从传导表面的两端都有电流流过，这显然是在消耗功率。此外，检测是模拟的并涉及相对复杂的电路。

US专利6,452,514采用两个或更多个电极，它们被布置以产生通过相邻介电质发送的电场，这可以被传导对象的接近干扰。电荷传递测量电路连接到这些电极之一以确定对象的存在。公开内容论述了连接每个电极到单独的电荷传递测量单元。上述发明的缺点是不能检测EM触针、更新率低并且分辨率受限。

US专利6,583,676描述了在施加频率变化时检测手指增加的电容的方法。接近/触摸检测器的校准电路和方法允许自动校准接近/触摸检测器部件、机壳影响和环境条件，这样就不需要初始的工厂校准和周期性的人工校准。校准电路将电容切换成自由运行振荡器的施密特(Schmitt)触发器的输入电容，以改变振荡器的输出频率。电容传感器形成输入电容的一部分。频率的变化模拟与对象例如手指触摸电容传感器时和电容传感器不触摸对象时产生的输入电容的差异相关联的频移。本发明最明显的缺点是需要另外的硬件并且不能检测EM触针。

可以在US专利6,587,093、6,633,280、6,473,069和6,278,443中找到手指检测的其它方法。上述的手指检测方法全部本质上不同于以下描述的方法，并且没有一个方法结合了感测EM触针和手指触摸的能力。

因此，广泛认识到需要具有一种没有上述限制的数字化器系统，并且这将会是非常是有利的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种检测器，用于提供第一类位置检测和第二类位置检测，该检测器包括：

传感器，

在传感器内延伸的感测导体的被组成图形的布置，以及

与该布置相关联的检测电路，用于在相同的感测导体检测由第一类位置检测产生的信号和由第二类位置检测产生的信号，由此检测在传感器上的位置。

最好，第一类位置检测包括能够产生电磁谐振场的对象的基于谐振的对象检测。

最好，第一类位置检测包括基于电容的触摸检测。

最好，第一类位置检测包括能够产生电磁谐振场的对象的基于谐振的对象检测，而第二类位置检测包括基于电容的触摸检测。

最好，检测电路能够同时检测第一类的相互作用和第二类的相互作用。

最好，检测电路能够独立检测第一类的相互作用和第二类的相互作用。

最好，传感器位于检测区上方，并且包括：用于提供振荡信号的振荡器，用于提供激励信号的激励电路，该激励信号能够激励电磁触针型对象的谐振电路，其中组成图形的布置包括在检测区上方延伸的传导元件，并且检测电路适于检测传导对象(例如手指触摸)的电容效应和来自在至少一个传导元件的电磁触针型对象的谐振。

最好，连接振荡器以向激励电路提供振荡信号并且还提供基于电容的触摸检测的激励信号。

最好，传感器是基本透明的并且适合于在显示屏上的位置。

最好，检测区是显示屏的表面并且包括至少一个传导元件的传感器是基本透明的。

检测器可以包括多个传导元件，并且检测电路可以包括与用于检测导体的输出之间的差异的感测导体相关联的差分检测器布置。

最好，配置感测电路用于在至少一个感测传导元件感测由受到振荡信号的传输的传导对象的触摸感生的信号。

最好，至少提供位于传感器内并与一个传导元件有连接的第二传导元件，其中振荡器应用于这些传导元件之一，并且配置连接使得电容性体部分的触摸在连接处引起a.c短路，检测器配置成在第二传导元件检测产生的振荡信号并由此推断该触摸。

最好，检测电路适于在至少第二传导元件检测用于解释为许多触摸对象的信号。

最好，可以基于检测信号的属性的解释来检测多个基于谐振的对象。

最好，可以基于检测信号的属性的解释来检测多个传导对象。

最好，连接振荡器以使检测器、检测器的部分和至少一个传导元件中至少之一关于参考电压电平振荡，从而允许在传导触摸对象和至少一个导体之间流过电容性电流。

最好，传感器配置有在它自己和下面的显示屏之间的透明介质。

最好，透明介质包括气隙。

根据本发明的第二方面，提供检测器，用于检测由与位于显示屏上的透明传感器进行电容性触摸的传导对象的触摸，检测器包括：

延伸到传感器内的感测导体的组成图形的布置，

在预定频率上的振荡电能的源，以及

用于检测当施加振荡电能时在至少一个感测导体上的电容性影响的检测电路。

最好，检测电路包括与用于检测导体的输出之间差异的感测导体相关联的差分检测器布置。

最好，配置振荡电能的源以发射能量进入传导对象，并配置感测电路用于在至少一个感测传导元件感测由接受发送的振荡信号的传导对象的触摸感生的信号。

检测器最好配置成按照许多触摸传导对象来解释在至少一个导体的检测信号的属性。

最好，至少提供位于传感器内并与至少一个传导元件有连接的第二传导元件，其中振荡电能的源施加于这些导体之一，并且配置连接使得传导对象的触摸在连接处引起a.c.短路，检测器配置成在第二传导元件检测的振荡信号作为电容效应并推断该触摸。

最好，检测电路配置成解释检测信号的属性为相应导体的许多触摸。

检测器可以包括在第一方向上对齐的第一传感器和在第二方向上对齐的第二传感器的矩阵，在其间有多个连接。此外可以提供每个连接的漏泄电容值的列表，检测器配置成使用漏泄电容值以校正在每个导体的读数。

最好，连接振荡电能的源以使检测器、检测器的部分和至少一个传导元件中至少之一关于参考电压电平振荡，从而允许电容性电流在传导触摸对象和至少一个导体之间流过。

最好，连接振荡能量的源以使检测器的第一部分振荡，并且其中第一部分经由不受检测器的第一和第二部分之间的电位差影响的通信连接连接到不受到振荡的第二部分。

最好，通信连接包括至少一个差分放大器。

最好，传感器配置有在它自己和显示屏之间的透明介质。

最好，透明介质包括气隙。

最好，传感器包括布置在其层内的导体栅格。

最好，导体成对连接到放大器。

最好，放大器是各自有正输入和负输入的差分放大器，并且其中导体对的一个导体连接到正输入而导体对的第二导体连接到负输入。

检测器可以包括补偿表，用于提供在每个导体的补偿值以补偿静态噪声。

检测器可配置成系统一启动就更新补偿表。

检测器可配置成使用模糊性对象检测作为触发器以刷新补偿表。

最好，检测信号的数量、相位和位置数据的任何组合用于定义对象检测中的模糊性。

根据本发明第三方面，提供位于电子显示屏上方的透明传感器中的感测导体矩阵的触摸感测方法，包括：

提供在预定频率的振荡信号，以及

测量导体以得到由于其上的触摸引起的在导体上的电容效应。

所述方法可以包括向外部发送器提供振荡信号以给触摸体部分提供能量。

最好，矩阵包括在第一方向上对齐的第一导体和在第二方向上对齐的第二导体，所述方法包括向第一导体提供振荡信号并感测在任何第二导体的振荡信号，该信号通过触摸传导对象引起的电容性链路传送到第二导体。

所述方法可以包括向至少导体提供振荡信号，这样传导触摸体从各自导体汲取电流。

所述方法可以包括将振荡信号用于使包括导体的检测机构振荡，其中，同时振荡的检测机构与公共地隔离。

所述方法可以包括将振荡信号用于使检测机构的第一部分振荡，第一部分包括导体，

将第一部分与第二部分隔离，以及

使用隔离的第二部分以将触摸检测输出传送到外部设备。

根据本发明的第四方面，提供制造用于电子显示屏的触摸检测器的方法，包括：

提供振荡信号源，

在至少一个透明箔内嵌入透明导体栅格，

将透明箔放在电子显示屏上方，以及

提供用于检测在导体上的电容效应的检测电路。

所述方法可以包括在电子屏幕周围施加激励单元，用于激励电磁触针，这样在透明导体栅格的触针的位置是可检测的。

根据本发明的第五方面，提供触摸检测装置，包括：

包括至少一个感测传导元件的传感器，

用于提供振荡信号的振荡器，

与振荡器相关联的发送器，用于在传感器附近发送振荡信号，

感测电路，用于在至少一个感测传导元件感测由接受发送的振荡信号的传导对象的触摸感生的信号。

根据本发明的第六方面，提供触摸检测装置包括：

传感器，包括第一感测的导体和第二感测的导体并且其间有连接的导体栅格阵列，

用于向第一感测的导体提供振荡信号的振荡器，

检测电路，用于在振荡信号经由连接传递到第二感测的导体时检测振荡信号，该传递表示由在各自连接触摸传感器的传导对象的触摸感生的电容耦合。

根据本发明的第七方面，提供触摸检测装置，包括：

包括至少一个感测传导元件的传感器，

用于提供振荡信号的振荡器，振荡信号施加到包括至少一个感测传导元件的装置的至少一部分，以及，

检测电路，用于检测由于到触摸传感器的传导对象的电容性连接引起的至少一个感测传导元件的a.c.接地。

除非另外定义，在此使用的所有技术和科学术语具有和本发明所属技术领域的技术人员通常理解的相同的意思。在此提供的材料、方法和示例只是描述性的而不是用于限制。

本发明的方法和系统的实现涉及手动、自动或手动自动组合起来进行或完成某些选定的任务或步骤。此外，根据本发明的方法和系统的优选实施例的实际设备和装置，可以通过硬件或通过任何固件的任何操作系统上的软件或其组合来实现若干选定的步骤。例如，作为硬件，本发明选定的步骤可实现为芯片或电路。作为软件，本发明选定的步骤可实现为由使用任何适合的操作系统的计算机执行的多个软件指令。在任一情况下，本发明的方法和系统选定的步骤可以描述为由数据处理器进行，例如用于执行多个指令的计算平台。

附图说明

参考附图，在此只以示例方式描述本发明。现在具体详细地参考附图，要强调的是，在此示出的细节是以示例方式并且只是出于说明性讨论本发明的优选实施例的目的，并且提出来是为了提供认为是本发明的原理和概念方面的最有用和最易于理解的描述。在这方面，只是示出用于基本理解本发明所必需的细节，并不试图更详细地示出本发明的结构细节，本领域的技术人员可以通过与附图一起的描述来理解本发明的几种形式是如何可以在实践中实现的。

在附图中：

图1A是示出本发明一般化实施例的简化框图；

图1B是示出将振荡能量发送到手指的本发明实施例的简化图；

图2是示出触摸手指提供栅格上感测导体之间的电容性链路的本发明实施例的简化图；

图3是示出图2实施例的电理论的电路图；

图4是示出本发明实施例的简化示意图，其中，使用关于参考信号振荡的信号使检测设备浮动，并且压在导体上的手指提供到地的电容性路径；

图5是示出图4实施例的一个版本的电路图；

图6是示出图4实施例的变体的电路图；

图7是示出图4实施例另一变体的电路图，其中直接使导体振荡；

图8是示出图7实施例变体的电路图，其中，从导体远端使导体振荡；

图9是图4实施例变体的框图，其中由DC到DC转换器提供隔离；

图10A是示出图4实施例另一变体的框图，其中，由DC到DC转换器在检测器的两部分之间提供隔离；

图10B是示出为允许在检测器的两部分之间通信修改图10A实施例的框图；

图11是示出根据本发明实施例的检测器基于线圈的隔离的框图；

图12是示出图11实施例变体的框图，其中基于线圈的隔离用于检测器的一部分；

图13是示出通过在正电源干线和地电源干线上放置串联振荡器使检测器浮动的框图；

图14是示出根据本发明的优选实施例如何可以使相同的激励电路用于触针和手指触摸感测的简化框图；

图15是示出影响本发明各实施例中的触摸测量的稳态噪声源的理论上的电路图；

图16A和16B示出对于各自导体的噪声影响的导体栅格和列表，都具有幅度和相位；

图17是能够使用图16B的列表以校正触摸读数的触摸检测装置的框图；

图18是示出表示手指触摸的信号图形的简化图；

图19是示出根据本发明的触摸测量步骤的简化流程图。

具体实施方式

目前的实施例包括允许在平板显示器上手指点击和移动检测的数字化器，以这种方式使得相同的感测基础结构可用于电磁(EM)触针检测。数字化器设计成和组成图形的透明传导箔系统一起工作，这考虑了检测在电子显示器表面顶部上的电磁触针的位置。一些目前优选的实施例使用连接传感器线的手指感生的电容作为手指检测的方法。目前的实施例其中包括通过测量两个不同的传感器天线之间的差分信号来识别手指的存在和位置的方法。在优选实施例中，从天线的一端驱动电流，并且然后使用检测器感测信息并进行数字化，这将在下面更详细地描述。

尽管现有技术教导连接单独的电荷传感器等到每个电极，但本实施例能够利用两个电极之间产生的差分信号。

在下面公开的方法之一涉及测量由于手指增加了到地的电容性短路引起的电压差异。

优选实施例的主要用途是允许在例如平板PC(tablet PC)的设备中自然且直观地操作“屏幕键盘”，分别地，除了准确的电磁触针的操作以外和与准确的电磁触针的操作并行。

在下面的描述中，提出了三种使用与用于EM触针的检测相同的检测器单元和传感器栅格来实现触摸传感器的方法。对于给定的情况和设备，公开的感测方法可能需要调整，正如本领域的技术人员将理解的。然而，所有方法设计成使能够以类似于在2003年8月28日提交的US专利申请10/649,708(转让给本受让人)的方式同时和独立检测EM触针，并且要求US临时专利申请60/406,662的优先权。手指触摸和EM触针的检测是独立的并且可以同时或在不同的时候进行。由使用者决定是否使用目前公开的实施例以实现只一种相互作用(即手指触摸或EM触针)还是允许检测两类相互作用的检测器。

在本发明的优选实施例中，相同的检测器可以检测和处理来自电磁触针的信号，而不管它是触摸平板显示器的表面还是放置在离平板显示器表面的短距离处。例如，可以以在转让给N-trig Ltd的US专利申请09/628,334“物理对象定位装置和方法及使用该装置和方法的平台”和还是转让给N-trig Ltd的US专利申请09/628,334“透明数字化器”中描述的方式进行检测。同时，检测器可用于检测放在相同显示器上的使用者的手指，这将在下文描述。在本发明的其它实施例中，手指检测可以单独或与任何其它输入设备组合来起作用。

参考附图和所附描述，可以更好地理解根据本发明的数字化器的原理和操作。

在详细说明本发明至少一个实施例之前，应该理解，在本发明应用中，本发明并不限于在下面描述中阐述的或在附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够有其它实施例或以各种方式实现或进行。而且，应该理解，这里采用的措辞和术语是出于描述的目的而不应该被认为是限制。

现在参考图1A，它是示出本发明一般化实施例的示意图。在图1A中，传感器2包括至少一个电导体4。在通常情况下，不止一个导体，并且在传感器上方以某种布置或图形设置导体，更常见的是设置为在需要触摸感测的诸如电子屏幕的表面上方延伸的栅格。检测器6获取来自导体的输出。振荡器8向包括传感器和检测器的系统提供振荡或a.c.能量。在一个实施例中，系统最初并不是a.c.耦合的。然而，传导对象，包括例如手指的体部分是电容性的，因此通过手指等的触摸完成系统内的a.c.耦合并且允许触摸被感测。可选地，通过手指的触摸可以为给定导体提供到地的a.c.短路，再一次允许触摸被感测。

优选实施例如上所述检测触摸，并且此外允许例如触针的物理对象的定位和识别。物理对象的位置由最好在显示器顶部构造的电磁透明数字化器感测，一些优选实施例的特征是电磁透明数字化器利用与在此所述的触摸数字化器相同的部件，这样两种类型的检测可以并入单个数字化器中，这将在下面说明。在US专利申请09/628,334中描述了适合的电磁透明数字化器的构造。本申请描述了能够检测位于平面屏幕显示器顶部的多个物理对象的感测设备。

透明数字化器的各种部件和功能性方式如下。

1.

a.传感器

如在参考申请的上述内容中所述并且如在目前优选实施例中所使用的，传感器包括两个透明箔，一个包含一组垂直导体而另一个包含一组水平导体。导线栅格由在透明箔上组成图形的传导材料制成，例如可以是PET箔。

关于传感器构造的另外的信息可以从US临时专利申请60/406,662(子章节4.2，题为：“传感器”)和于2003年8月28日提交的相应的US专利申请10/649,708中得到，两者都转让给N-Trig.Ltd.，在此通过引用结合两者的内容。

b.前端单元

如在参考申请的上述内容中所述并且如在目前优选实施例中所使用的，检测器包括前端单元，后者是处理传感器信号的第一级。

前端单元功能如下：

差分放大器放大信号并转送结果到开关。开关选择看起来需要进一步处理的被转送的输入。换言之，开关过滤掉那些看起来没有活动发生的输入。在采样之前，选定的信号由滤波器与放大器布置放大和滤波。滤波器和放大器布置的输出然后由A到D转换器采样并经由串行缓冲器发送到数字单元。

另外的信息参见US临时专利申请60/406,662(子章节4.3，题为：“前端”)以及于2003年8月28日提交的相应的US专利申请10/649,708，两者都转让给了N-Trig.Ltd.，在此通过引用结合两者的内容。

c.数字单元

如在参考申请的上述内容中所述并且如在目前优选实施例中所使用的，提供数字单元或微处理器，其功能如下：

前端接口接收来自各种前端单元的采样信号的串行输入并将它们封装成并行表示。

数字信号处理器(DSP)核心，其进行数字单元处理、读取采样数据、处理它并确定例如触针或手指的物理对象的位置。

计算的位置经由链路发送到主机计算机。

另外的信息参见US临时专利申请60/406,662(子章节4.4，题为：“数字单元”)和于2003年8月28日提交的相应的US专利申请10/649,708，两者都转让给了N-Trig.Ltd.，在此通过引用结合两者的内容。上面提到的申请讨论了从电磁EM触针发射的信号的信号处理和位置确定，但是不提供任何关于手指检测的公开内容。如将在下面所说明的，在本实施例中，手指触摸可使用相同的检测导体上的基本上以相同方式处理的兼容信号来检测。对于DSP核心或中间的电子装置而言，信号来源于手指还是触针没有实质的区别。

d.检测器

检测器由数字单元和前端单元构成，如上所述。

2.触针检测

如在参考申请的上述内容中所述并且如在目前优选实施例中所使用的，来自触针或来自手指的同时输入和单独输入可以被检测。

本发明的优选实施例利用包括谐振电路的无源EM触针。围绕传感器的外部激励线圈激励触针内的谐振电路。谐振电路发出可以被导体检测的辐射。触针的确切位置和唯一标识可以然后由检测器确定作为处理传感器感测的信号的结果。

另外的信息参见US临时专利申请60/406,662(子章节4.5题为：“触针”)和于2003年8月28日提交的相应的US专利申请10/649,708，两者都转让给了N-Trig.Ltd.，在此通过引用结合两者的内容。

算法

在本发明的优选实施例中，基本检测操作周期由平均、衰减补偿、开窗、FFT/DFT、峰值检测、插值、误差补偿、滤波和平滑构成。无论是检测手指触摸或触针，周期基本上是相同的，显著除外的是：如以下公开的，噪声源以及适当的误差补偿的类型不同。

另外的信息参见US临时专利申请60/406,662(子章节4.6题为：“算法”)和于2003年提交8月28日提交的相应的US专利申请10/649,708，两者都转让给了N-Trig.Ltd.，在此通过引用结合两者的内容。

3.手指检测

a.第一实施例

该方法利用从外部源或由传感器部件发送并由使用者身体接收的电磁波。当使用者的手指触摸传感器时，EM能量从使用者传递到传感器。检测器处理信号并确定手指的位置。

现在参考图1B，它是根据本发明的第一手指检测装置的一般描述。外部源10发送电磁波能量，该能量被使用者的身体吸收。如果使用者现在触摸传感器12，在手指14和传感器导体之间形成电容。接收的信号的频率允许它通过通常形成的级别的电容，从而接收的信号从使用者的手指14传到传感器12。检测器16，它处理感测的信号，确定使用者的手指的位置。

在优选实施例中，外部能量源由系统使用专用发送器在内部产生。在其它实施例中，能量源可以是系统其它部分的副作用，例如DC到DC转换器的传输或甚至是完全与系统无关的背景噪声，例如电网噪声。

在优选实施例中，与用于感测EM触针相同的传感器导体还感测由使用者的手指发送的信号。此外，信号的模拟处理和信号的采样类似于EM触针的并且由相同的硬件进行，如在本文中其它地方所述。在其它实施例中，使用不同的导体用于分别感测手指和触针可能更方便，从而增加另外的电子装置，以及触针感测布置，用于处理和采样手指信号。

在优选实施例中，EM触针信号和使用者手指信号被同时接收和处理，这样两种输入类型都可以同时被检测。这是可能的，因为如在本文其它地方所述，来自传感器的输入信号的类型实质上是相同的。在其它实施例中，系统可以在手指和触针的检测之间交替。

传感器需要参考电压电平而方便的参考是地。然而，在本发明的一个实施例中，传感器参考与电网地分离。原因是，当使用地时，使用者身体的电位接近于传感器参考的电位并且感测作为结果的信号低。当参考从地被移开时，感测的信号被增大。

在其它实施例中，特别是如果使用专用发送器，传感器参考可以仍然连接到电网地。也就是说，系统可作为整体被操作，而不管系统是否连接到地。然而，当系统连接到地时，最好使用专用发送器。这是因为，如果不在接地系统上使用专用发送器，那么由于手指触摸产生的信号更弱，因此更难检测。

手指触摸位置通过处理在两个轴上检测的信号的相对幅度(和相位)来确定，这将在下面更详细地说明。准确的定位通过对接近手指触摸点的其它导体感测的信号的插值型处理来计算。

在优选实施例中，信号从时域变换到频域。如果由使用者的身体接收的能量集中在特定频率，那么处理在那个特定频率上进行并且完全忽略其它频率。此外，处理可在一组频率上进行。

在优选实施例中，不同的导体在不同的时隙被采样。假定时隙的大小被选择得足够地小使得信号的特征在少数时隙上不会变化。然而，万一信号仍然在相继的测量之间变化，例如当手指接收随机噪声时，那么，在本实施例中，测量步骤改变并且所有导线被同时采样。

在优选实施例中，能量发送源在传感器的外部。在其它实施例中，能量由传感器部件之一发送，例如传感器激励线圈、传感器矩阵或加到传感器以专门发送能量的任何其它导体。在一个实施例中，通过在正交于一组感测导体的第一发送器和正交于另一组导体的第二发送器之间交替来发送能量是可能的。关于正交于导体的发送器的概念，当从正交于一个导体轴而平行于另一导体轴的天线发送时-在平行的导体上接收的信号非常强，因此由手指感生的信号未被检测。然而，正交于发送天线的导体几乎不被它干扰。因此，由手指感生的信号在正交于发送天线的导体上是可检测的。现在在所有的优选实施例中，电磁(EM)触针激励先于采样进行，而手指检测能量在采样期间发送。因此可能产生触针激励和手指激励，也就是说使用相同的硬件发送信号，通常是信号发生器。这两个信号只是由相同的物理天线在不同的时隙发送。此外，触针采样步骤包括激励周期和在激励周期之后的单独采样周期。因此，当对触针进行采样时，天线已经可以开始产生用于手指检测的信号。因此，两个对象可以在手指激励阶段中被感测。可选地，可以提供触针激励信号发生器作为与手指检测信号发生器分离的单元。

在优选应用中，检测器能够同时检测多个手指触摸。只要不同的导体感测不同的手指，多个手指的检测类似于单个手指的检测。然而，如果不止一个手指由相同的天线感测，那么在各自天线上采样较高的信号幅度。只需要检测器来处理信号的幅度以区别多个手指触摸。

第一实施例的缺点是：

·当系统的电源接地时，由手指提供的信号显著减少。该缺点使得基于此的数字化器主要适合用于由电池或那些高度与地隔离的源供电的设备。

·需要发送并且因此潜在地干扰其它装置。

·依赖于从使用者到发送器的距离；意即使用者离发送器越远，信号越低。产生的变化能够导致可靠性问题。

b.第二实施例

第二实施例不需要发送EM信号到使用者的身体。更确切地，即使没有EM信号的影响，使用者的手指也增加了连接两条正交传感器线的电容。

现在参考图2，它是本发明第二手指检测实施例的一般描述。两维传感器矩阵20位于电子显示设备上方的透明层中。将电信号22施加到两维传感器矩阵20中的第一导体线24上。在两个导体之间的每个连接处，存在某一最小量的电容。在某一位置，手指26触摸传感器20并在发生在或最接近触摸位置的第一导体线24和正交导体线28之间增加电容。当信号为AC时，信号借助手指26的电容从第一导体线24越过到达正交导体28，并且输出信号30可被检测。

将理解的是，根据手指的大小和导体网格的精细度，任何数量的正交导体将接收一些电容性信号传递，并且导体之间的信号的插值可以用于增加测量的准确性。

还将理解的是，具有这种性质的电容耦合通常在信号中引入相移。下面将更详细地讨论相移的重要性。

现在参考图3，它是图2理论上的电等效图。与前面的图相同的部分被赋予相同的参考标记，并且不再提及，除非是理解本实施例必需的。发送的信号22施加到水平导体24。触摸传感器的手指26产生两个电容器，C1 40和C2 42，它们将信号从水平线传递到手指并从手指传递到垂直导体28。在手指触摸的情况下，输出信号30在垂直导体的边缘上检测。

在优选实施例中，用于感测触针的导体的两维矩阵和用于感测手指的是相同的。每条导线用于接收触针信号和手指信号。线中的每一条可以用作接收信号或注入信号。检测器控制传感器导体在接收模式和发送模式之间的切换。

每个水平导体与每个垂直导体重叠，并且在水平导体和垂直导体之间的重叠区还产生某一数量的寄生电容。此外，各个连接可以引起不同级别的电容。即使手指不存在，电容也使得导体之间有少量的信号传递。在优选实施例中，检测器实际上知道每个单独连接的寄生电流传递的量，并且从采样信号中减去该值。

在该方法中，手指检测算法的目标是识别所有的由于外部手指触摸而传递信号的传感器矩阵连接。应该注意，该算法最好能够同时检测不止一个手指触摸。

许多用于检测的步骤是可能的。最简单而直接的方法是向矩阵轴之一的每一条矩阵线提供信号，一次一条线，并且依次在正交轴上的每一条矩阵线读取信号。在这种情况下，信号可以是在采样硬件和检测算法范围之内的简单的任何频率的余弦图形。如果检测到显著的输出信号，这意味着有手指触摸连接。被触摸的连接是连接当前用输入信号提供能量的导体和检测到输出信号的导体的连接。这种直接检测方法的缺点是它需要数量级为n*m的步骤，其中n代表垂直线的数量而m代表水平线的数量。实际上，因为通常必需重复第二轴的步骤，所以步骤的数量更通常的是2*n*m步。然而，该方法使能够检测多个手指触摸。当在不止一个导体上检测到输出信号，那意即存在不止一个手指触摸。正在被触摸的连接是连接目前正在被提供能量的导体和呈现输出信号的导体之间的连接。

更快速的方法是将信号施加到一个轴上的一组导体。一组可以包括在那个轴中含有所有的导体的任何子集，并寻找在另一轴上的每一个导体的信号。随后，将输入信号施加到第二轴上的一组线，并且在第一轴上的每一个导体寻找输出。该方法需要最多n+m步，并且在组是整个轴的情况下，那么步骤的数量是二。然而，当偶尔在特定位置的组合处同时出现多个触摸时，该方法可能导致模糊性，并且，组越大，模糊性的范围就越大。

优化的方法是组合上述方法，以较快速的方法开始并且在检测到可能的模糊性时切换到直接的方法。

c.第三实施例

第三实施例使用使用者的手指与系统之间的电位差来确定手指的位置。

现在参考图4，它是示出本发明手指检测的第三优选实施例的简化示意图。检测器60连接到地62。检测器连接到振荡器64，它提供可以使检测器电位关于地电位振荡的交替信号。振荡电位被施加到传感器66。

在操作中，检测器62关于公共地电位振荡。当使用者的手指68触摸传感器66时，电容在手指和传感器导体之间形成。现在使用者的身体电位不关于大地振荡而传感器的电位确实关于公共地电位振荡。因此在传感器和使用者之间形成交替电位差。交替电流因此从传感器通过手指传到地。电流解释为从使用者的手指68传到传感器66的信号。检测器62处理感测电流从而根据在某些传感器导体上的幅度(即信号电平)确定使用者的手指的位置。更具体地，因为在传感器和手指之间有电位差，我们记为V，并且手指触摸本身感生电容C，所以在手指和导体之间有幅度为Q＝C*V的电荷传递。电荷传递可以从导线上的电流推断。

公共地可以是电网地，但是当系统实际上没有连接到大地而是连接到若干系统(例如平板显示器、平板PC等系统)的公共地，该方法也是起作用的。这些系统有足够的能力允许检测器关于公共地振荡。

应该注意，在一些实施例中，系统经常关于公共地振荡，但是，在优选实施例中，只在时间的一部分上振荡，即只有当信号实际上被检测器接收和处理时。换言之，如果没有输入信号被数字化，那么系统通过不操作振荡器来保存能量。

现在参考图5，它是实现在图4中描述的本发明实施例的电路图。与图4相同的部分被赋予相同的参考标记，并且只有当必需用于理解本实施例操作的理论时参考。在图5中，振荡器64在地62和检测器60之间连接。振荡器64使检测器60和检测器前端振荡，检测器前端包括两个传感器导体70和72。这两个导体分别连接到差分放大器74的两个差分输入。如上所述，所有振荡是关于公共地62的。使用者的手指对传感器导体(假定70)的触摸产生电容76。因为在导体70和使用者之间有电位，电流从导体70通过手指传到地。阻抗78指示手指的阻抗。因此，在导体70和72之间产生电位差。最好，连接到相同的差分放大器74的两导体70和72之间的分离大于手指的宽度，这样可以形成必需的电位差。差分放大器74放大电位差，而检测器60处理放大的信号并且从而确定使用者的手指的位置。应该注意，在可选实施例中，传感器可连接到标准放大器而不是差分放大器。

注意的是，要是不使用振荡器且产生d.c.电流，通过手指的触摸不会产生可测量的电位差，因为手指的触摸感生电容，从而对d.c.电流没有影响。

在本发明的一个实施例中，如上所述，整个检测器关于公共地振荡。该选择方案的缺点是，检测器和外界之间的任何通信，例如到主机计算机的串行通信，必须适于补偿检测器和外界之间的电位差并且不能使用公共地。在彼此隔离的部件之间有多种通信方式，并且提供隔离通信的方式的一个示例是通过使用光链路。光链路将电信号变换成光而后变换回电信号，并且隔离水平非常高。然而，通过将振荡只施加给检测器的一部分还可以克服隔离的需要。

现在参考图6，它是描述只被部分提供振荡的检测器的理论上的电路图。与前面的图相同的部分被赋予相同的参考标记，并且不再提及，除非是理解本实施例必需的。检测器80与检测器60是相同的，除了它被分成两个单元：82和84。振荡器86位于检测器80中的两个单元82和84之间。

检测器的部件的振荡状态如下：

1)检测器80的单元82不关于公共地62振荡。

2)检测器的单元84关于公共地振荡。单元84包括检测器的前端。它还可包括检测器的任何其它部件。

传感器设备88借助被连接到检测器前端也关于公共地振荡，检测器前端是单元84的一部分。在本图中，传感器设备是指承载传感器矩阵的透明膜。

使用图6的实施例，它需要将检测器划分成两个单元，是可供技术人员在任何关于效率、方便和成本的给定情况下选择的选择方案。

当使用者的手指触摸传感器设备88内的传感器导体时，产生电容76，如上所述。传感器在不同传感器导体上检测由使用者的手指感生的信号。包括检测器单元82和84的检测器80，处理感测的信号从而确定使用者的手指的位置。

在本实施例中，检测器80的稳定部分82进行与外界的通信而不需要任何种类的隔离。

本实施例另外的优点是使用振荡增加功耗。振荡的部分应用因此导致降低系统内的总功耗。

本实施例的要求是在检测器的两个单元之间提供通信，因为，如上所述，一个关于另一个振荡。问题可以用许多方式解决，例如使用下面的备选方案：

1.使用差分信号，这样数据在两条平行线上输出，一个是信号而一个是参考。信号和其参考都振荡，但是，数据实际上是按这两个之间的差异来承载。下面参考图10b在标题“浮动系统”下更详细地描述实施例。

2.在检测器内使用电隔离通信，例如光隔离器

3.限制通信到时隙，在这些时隙中，前端部分不关于系统的其它部分振荡，或当这两个平衡时，在振荡阶段。

现在参考图7，它是示出本发明优选实施例的简化电路理论图。在图7的实施例中，振荡施加到传感器，具体施加到传感器中的导体而不是检测器。

在图7中，振荡器90提供关于地92的振荡信号。提供振荡信号作为参考信号Vref而提供给传感器，具体提供给传感器中的各个导体，也就是说向每个导体单独提供Vref 94。

在图中，示出连接到单个差分放大器100的差分输入的两条传感器线96和98。电容器102和104连接在各自传感器线与相应的差分输入之间。手指106然后施加到导体之一。

在图7的实施例中，参考信号Vref 94施加到在输出端的每个导体，即到差分放大器100的连接，并且更具体地，在隔离电容器102、104的放大器侧。因此激励和采样在导体的相同端进行，即差分放大器的输入。

在使用中，通过使提供给传感器的参考电压Vref 94振荡来向传感器导体施加振荡。

振荡器90使Vref 94关于公共地92振荡。导体96和98因此还关于电网地振荡。电容器102和104分别从导体96和98中过滤无关的低频率。只要使用者不触摸传感器，由差分放大器两个输入接收的信号就是类似的，并且因此没有输出产生。当使用者的手指106触摸导体98时，电容在使用者的手指106和导体98之间产生，正如前面的那样。穿过触摸导体传播的信号的振幅和相位由于增加的电容而改变。导体98和导体96之间的电位差由差分放大器100放大而后由检测器处理以确定使用者的手指的位置。

现在参考图8，它是示出图7实施例的变体的简化图。与图7中相同的部分被赋予相同的参考标记，并且不再提及，除非是理解本实施例必需的。图8的实施例与图7的不同之处在于，使用了两个参考信号，振荡参考信号Va施加到延伸进与检测进行的地方相对的传感器的端上的导体，即远离差分放大器的输入。DC参考信号施加到导体的输出侧并且用于产生导线的高参考电平。其它实施例可以不包括单独的DC参考信号Vref，并且只依靠Va。本实施例所用的Vref，产生导体的高参考电平。也就是说，因为放大器的输入电阻非常高，所以导体对来自环境的噪声灵敏。连接导体到较高参考电平消除或至少减少它们拾取噪声的趋势。在图7的实施例中，Vref信号用于使导线振荡并且设置DC电平。在图8的实施例中，要阐明的是，振荡可以在与导体的检测端相对的端施加并且振荡和DC参考信号可以分离。还注意的是，可能施加Va-不使用单独的Vref信号。

在使用中，通过使供给传感器的参考电压Va110振荡来向传感器导体施加振荡。

振荡器90使Va110关于公共地92振荡。导体96和98还关于电网地振荡。电容器102和104分别从导体96和98中过滤无关的低频率。只要使用者不触摸传感器，由差分放大器输入接收的信号是类似的，并且因此没有输出产生。当使用者的手指106触摸导体98时，电容在使用者的手指106和导体98之间产生，正如前面的那样。穿过触摸导体传播的信号的振幅和相位由于增加的电容而改变。导体98和导体96之间的电位差由差分放大器100放大而后由检测器处理以确定使用者的手指的位置。

浮动系统

为使系统或系统的一部分能够关于公共地振荡，系统或系统的一部分最好与地有某种级别的隔离。隔离级别越好，由于振荡引起的功率损失就越低。

现在参考图9，它是示出使用隔离的DC-DC转换器浮动本实施例的检测系统的布置的简化图。在图9中，检测器120经由隔离的DC-DC转换器124连接到地122。振荡器126向隔离的检测器120提供参考电压使得它振荡。

可以修改DC到DC的浮动方法，这样只有检测器的一部分关于地振荡。两个这样的修改分别在图10A和10B中示出。首先参考图10a，检测器130包括两个单元132和134。由于隔离的DC到DC部件136，检测器部件134关于地浮动并且振荡器138使检测器单元134关于公共地140振荡。

出现在两个检测器单元132和134之间的通信问题，因为检测器单元之一134振荡而另一检测器单元136不振荡。

现在参考图10b，它示出克服上述通信问题的可能的解决方案。与图10A中相同的部分被赋予相同的参考标记，并且不再提及，除非是理解本实施例必需的。检测器单元134关于地浮动并且由于振荡器136而振荡。检测器单元134的输出信号以和振荡器136相对相同的相位振荡。来自检测单元134输出信号142和振荡器输出144被输入差分放大器146。信号142和144之间的电位差由差分放大器146放大。差分放大器146的输出信号是信号142的稳定信号表示。因此，检测单元132和134可以通过用作通信设备或信道的差分放大器146通信。

现在参考图11，它是利用线圈用于隔离系统的实施例。一般而言，线圈对于低频率具有低阻抗而对于高频率具有高阻抗。向使用低频率(例如靠近DC)的隔离部分提供电源，但是线圈设法隔离较高的频率，例如用于使检测器振荡的那些。在图11中，使用两个线圈154和156，检测器150与其电源和公共地152隔离。振荡器158使检测器150关于公共地振荡。

现在参考图12，其中浮动线圈方法这样实现，只有检测器的一部分关于公共地振荡。检测器160被分成两个单元：162和164。使用两线圈168和170，单元162与其电源和公共地166隔离，并且振荡器172使单元162关于公共地振荡。

现在参考图13，它示出用于向系统或其中的部分施加关于公共地的振荡的另外的方法。在图13的实施例中，检测器180连接到第一振荡器182和第二振荡器184。第一振荡器连接到+电源线而第二振荡器连接到大地线。在使用中，施加了振荡的检测器单元未被隔离也未保持浮动。更确切地，第二振荡器184以系统的低电位(VSS)关于公共地186振荡，而第一振荡器182以系统的高电位(VCC)关于电源DC电平振荡。只要两个振荡器在相位和幅度上都是同步的，检测器或检测器中的一部分关于公共地振荡。

振荡器

如上所述，本发明的各种优选实施例利用振荡器来提供传输信号，或使检测器、检测器中的一部分或传感器导体中一些或所有振荡。下面的部分说明了用于实现这类振荡器的若干选择方案。

一个优选实施例利用独立的振荡器。这种独立的振荡器能够在单个频率或变化频率上振荡，在后一种情况下，这由与数字化器系统相关联的数字单元的DSP部件确定。

另外的实施例利用DSP本身用于产生振荡。该选择方案的一个优点是可以容易地使振荡的相位同步用于采样。在这种情况下，DSP数字值提供给D2A(数字到模拟)部件或任何等价的布置，而后模拟值经过滤波和放大(如需要的话)。这类实现的另外的版本可以利用与用于激励触针相同的部件用于产生振荡。关于激励触针的另外的细节参见在题为“触针”的US临时专利申请60/406,662中的图9和相应的描述。通过引用将图和相应的描述结合在此。

可以使用相同的部件用于触针激励和手指采样，因为以下原因：

·只在专用采样周期期间检测手指，并且

·在专用采样周期期间不进行激励。

现在参考图14，它是示出如上所述使用触针激励部件来实现振荡器的简化图。DSP190产生数字信号。D/A变换器192将信号转换成模拟表示。连接到D/A变换器下游的放大器194放大模拟信号而开关196将信号发送到激励线圈98用于激励触针，或发送到振荡输出200用于提供振荡信号(如需要用于各自实施例的话)。应该注意，如果为两项任务需要不同级别的放大/输出阻抗时，开关可以位于放大器之前

无关的“稳定噪声”问题及其解决方案

显示板无关的“稳定噪声”问题

现在参考图15，它是示出可以称作是显示板信号问题的简化图。两个传感器导体210和212借助任一上述实施例关于地214振荡。如上面提到的，传感器位于电子显示器的上方。电容216和218在导体210和212与显示板220之间产生。当显示板，由电阻220电表示，不关于公共地214振荡，那么两个信号(Sa)和(Sb)，它们可以看作振荡漏泄电流，分别在导体210和212上提供。

只要振荡相位和幅度不变化，那么(Sa)和(Sb)在时间上保持相同。Sa和Sb因此在此称作稳定噪声。注意的是，在传感器和显示器之间的寄生电容也可以由于环境条件等而变化。这也可能影响信号。

在理想环境中，(Sa)＝(Sb)，并且因此没有信号差被连接在两个传感器210和212之间的差分放大器222放大，除非使用者的手指触摸导体。然而，在实践中，在距离、重叠区域、屏幕结构、中间材料、温度等有轻微的差异。(Sa)≠(Sb)，并且因此，“稳定噪声”：(Sa)-(Sb)产生。稳定噪声由差分放大器222放大。这种基于(Sa)和(Sb)的“稳定噪声”存在于由差分放大器连接的任何两个传感器导体上，从而可以说类似于(Sa)-(Sb)的差由连接系统中的传感器导体的任何差分放大器放大。结果是各种放大的稳定噪声，尽管在时间上稳定，由检测器检测。这些稳定噪声的存在可能减少检测使用者的手指的位置的准确级别。

映射解决方案

现在参考图16，它的上方部分16A示出作为传感器线232的栅格230的显示板，每对传感器线连接到差分放大器234。在本发明的一个优选实施例中，上述问题的解决方案包括映射各种面板显示器放大的信号的差。如在图16B中示出的，对于每对传感器导体确定和映射稳定噪声的值。这种映射最好实现如下：

(Sa)是在连接到放大器正侧的传感器导体上由平板显示器产生的“稳定噪声”。(Sb)是在连接到放大器的负侧的第二导体上由平板显示器产生的“稳定噪声”。差分放大器连接这两个导体。(Sa)和(Sb)之间的差由差分放大器放大。

1.放大的信号由A/D转换成数字表示

2.DSP对数字信号进行FFT/DFT

3.重复动作1-3预定的次数(例如20次)。然后进行平均。平均使可能提供暂时的测量失真的可变噪声最小。平均值然后存储在差分映射中。

4.对于由差分放大器连接的每对导体进行动作1-4。

结果是映射，在此称作差分映射，并由包括为每个传感器对记录的差分信号的幅度和相位的图16B表示。每个记录的幅度相位对表示由差分放大器连接的每对传感器导体的显示板的“稳定噪声”。幅度和相位是针对特定的振荡频率。

在优选实施例中，系统使用单个频率用于手指的检测。然而，在另外的实施例中，可以使用不止一个频率，而且系统可以在各频率之间切换或甚至同时在不止一个频率上振荡。如果使用不止一个频率，那么创建不止一个映射。最好为每个频率创建一个映射。

一旦差分映射存储在存储器中，可用它来补偿显示板信号稳定噪声现象。现在参考图17，它是示出呈现稳定噪声现象的两导体传感器布置的简化示意图。显示板分别在传感器导体240和242上产生“稳定噪声”(Sa)和(Sb)。使用者的手指产生(Sf)信号，它是希望测量的信号。由差分放大器244确定的在两个传感器导体上的信号和之间的总差是：{(Sa)+(Sf)-(Sb)}。总差由差分放大器244放大并由检测器246采样。DSP部件248读取存储在差分映射250中的差{(Sa)-(Sb)}。DSP 250从采样信号中减去差。因为{(Sa)+(Sf)}-(Sb)}-{(Sa-Sb)}＝(Sf)，所以DSP能够隔离并且识别手指信号，从而识别手指的位置。

这类映射方法用于本发明的优选实施例以解决面板显示器注入的稳定噪声的问题。相同的方法可以用于本发明相同的和其它的实施例以解决任何类型的稳定噪声问题。稳定噪声的潜在来源的示例包括：输入阻抗的差异、输入电容的差异、不够的共模抑制等。

通过映射方法问题及其解决方案检测发送信号的对象

映射方法产生下面的问题：

在映射过程期间放在显示板上的对象(通常是手指、手或手指和手的组合)产生信号。当手移开时，在最初存储在差分映射中的值上的差异产生。这种差异可能被DSP248误认为是例如手指信号的有关信号。

为简化说明，采用了相反的情况：在实际的映射过程期间，使用者的手指可放在显示板上。手指向传感器导体242输入信号(F1s)，如前面的那样。传感器导体还接收来自显示板的稳定噪声信号(D1s)。另一传感器导体240接收来自显示板的稳定噪声信号(D2s)。这两个传感器导体连接到相同的差分放大器244。由差分放大器接收和放大的差等于{(D1s)+(F1s)}-(D2s)。在映射过程结束之后的某时间，手指被移开。放大的新的差现在等于：(D1s)-(D2s)。DSP从新的值中减去存储在差分映射中的值。结果等于：{(D1s)-(D2s)}-[{(D1s)+(F1s)}-(D2s)]＝-(F1s)。实际上，(F1s)值表示幅度而符号(-)表示相位。该结果确实是当在映射过程期间手指放在第二传感器导体上并假定手指未放在第一传感器导体上所期望的差。DSP响应为好像手指被检测到，虽然实际上没有手指放在显示板上。

本发明的一个实施例利用上述的实施例，其中映射过程在制造过程期间进行一次。因为通过如上所述的映射方法问题创建发送信号的对象的检测的期望的发送信号的对象大多数是使用者的手指、不止一个手指、手掌、拳头等；并且因为制造环境是没有使用者在的地方，解决了问题。

上述方法的缺点是单个映射过程的可靠性。由于系统的移动、温度的变化、机械的变化等，在由差分放大器连接的任何两个传感器导体上由显示板产生的信号之间的差可能随时间变化，使得以前记录的差分映射值作废。通过确保没有这种变化发生，严格控制的制造方法可以解决上述缺点，但是这种方法增加了成本。另一方面，认为在系统的单个操作周期期间(即从打开计算机一直到关闭它)环境条件不会发生极度的变化是合理的。因此，在大多数情况下，在系统初始化时初始化映射过程应该足够了。

本发明的一个实施例包括在每一系统初始化期间进行映射。在初始化期间，可以由显示板上的说明或以任何其它方式警告使用者不要触摸显示板。因为期望的发送信号的对象通常是使用者的手指、不止一个手指、手掌、拳头等，这种警告解决了问题。在变体中，不仅在每一初始化时进行映射，而且在每次关于差分映射的有效性有不确定时进行。在下面描述了旨在识别这类不确定的方法。

识别差分映射有效性中的不确定的方法

在本发明的一个优选实施例中，为识别差分映射的有效性中的不确定，利用了对不止一个手指图形的同时识别。

因此，每当DSP同时检测到不止一个手指的信号图形时，推断差分映射有效性中的不确定，从而DSP启动新的映射过程。

现在参考图18，用它描述了这种步骤的示例。示出三条线的两个组，第一组标记为Fs，而第二组标记为PFs。每条线表示连接到相同的差分放大器的两个传感器导体。线表示传感器导体轴向信号检测，最好在从各种源中减去稳定噪声之后，例如显示板稳定噪声，如上所述。每条线的高度表示信号的幅度。(Fs)和(PFs)是手指信号图形。如果在映射过程期间，使用者将手指放在显示板上，那么只有一旦在手指移开时才检测手指信号图形(PFs)，如上所述。一旦使用者实际上放置手指，检测到另一手指信号图形(Fs)。一旦在相同的轴上检测到两个手指信号图形，出现差分映射有效性中的不确定，并且DSP启动新的映射序列。

注意的是，相同的方法可用于不仅识别不止一个手指而且可用于识别一个大于手指的单个对象，例如拳头或手掌。这类对象的信号图形的检测立即引起关于差分映射的有效性中的不确定。

·上述在面对不确定时重新初始化的方法的一个缺点是，它可能进入无穷的重新初始化周期。因此，在图18中所述的示例中，启动了新的映射过程，但是首先创建信号图形(Fs)的手指还在显示板上的位置，这毁坏在该点进行的任何重新初始化的有效性。

·另外的缺点是，这种系统可以单独用于能够进行单个手指检测的系统中。一旦系统设计成检测不止一个触摸，那么多个触摸完全是合理的输入信号并且不可能被视为需要重新初始化的指示。

在本发明的另一优选实施例中，检测器通过利用信号的相位信息来识别差分映射有效性中的不确定。如上所述，由“伪”手指引起的信号的相位与由放在相同位置的真手指引起的信号的相位是相反的(180度)。因此，在优选实施例中，系统通过检测相位和位置之间的矛盾来识别不确定。然而，因为差分放大器有两个输入，负和正，位于放大器另一输入的真手指也可以导致相反的相位。因此，为避免模糊性，系统没有使用相位信息来检测手指的位置。

在US临时专利申请60/406,662中描述了这种方法，其中使用由相邻导体接收的信号的幅度来确定放大器的输入(负或正)。

该方法进一步说明如下：如果在映射过程期间，使用者将手指放在显示板上，而后移开，那么如上所述检测手指信号图形。该方法以下面的方式将这种信号图形与来自位于显示板上的实际手指的图形区分开来：在映射过程之后的某时间，给定的差分放大器放大它连接的两个导体的信号的差。该差的图形适合手指的图形的幅度。

图形是下面情况的结果：

1.在映射过程中，使用者的手指已经放在显示板上。手指通过连接到差分放大器正输入的传感器导体发送了信号，并且，结果，信号(F1s)发送到差分放大器(N)。传感器导体还接收来自显示板的稳定噪声信号(D1s)。连接到差分放大器负输入的传感器导体接收来自显示板的稳定噪声信号(D2s)。因此由差分放大器接收和放大的差等于{(D1s)+(F1s)}-(D2s)。现在移开手指。手指移开时放大的差分信号现在等于{(D1s)-(D2s)}。DSP现在从新的值中减去存储在差分映射中的值。结果等于{(D1s)-(D2s)}-[{(D1s)+(F1s)}-(D2s)]＝-(FIs)。实际上，(F1s)值表示幅度，而符号(-)表示相移。

2.图形(幅度和相位)是真手指当前通过连接到差分放大器负输入的传感器导体发送信号的结果。

通过使用在US临时专利申请60/406,662中的子章节4.6中公开的接收的信号的幅度和相邻导体的方法，在此通过引用将该子章节结合，DSP检测来源是差分放大器的负输入还是其正输入。

·如果信号的来源是连接到差分放大器正输入的传感器导体，那么情况1看起来的情况如此并且差分映射无效。启动新的映射过程或初始化。

·如果信号的来源是连接到差分放大器负输入的传感器导体，那么上面提到的情况1不发生，从而映射是有效的。DSP因此检测到手指。

当两个选择方案如下时该方法以相同的方式起作用：

1.手指是通过连接到差分放大器负输入的传感器发送信号，并且现在被移开。

2.手指当前是通过连接到差分放大器正输入的传感器导体发送信号。

为增加检测映射中的不确定的可靠性，不管是使用相位信息或使用任何其它方法，系统可以将再学习稳定噪声的初始化只限制为这种不确定存在持续至少预定最小时间的情况。因为伪手指产生的信号是稳定的并且从不随时间变化，时间上的稳定性是在真信号和伪信号之间的另外不同的因素。

在本发明的一个优选实施例中，由手指感生的信号比稳定噪声信号大得多。这确保手指的存在总是区别于稳定噪声，因此使能够校正映射过程。例如，回到图15，当电容器216和218具有低于手指感生的电容的电容-手指触摸产生的信号大于来自电容器216和218的差分信号。因此，来自传感器阵列和显示屏的耦合的稳定噪声不可能被误认为手指触摸。任何检测信号只有当接收的信号比稳定噪声高得多时才被转化为手指触摸。在这些条件下，识别在传感器平面上没有手指存在以校正差分映射的情况是非常简单的。

用于创建这种条件的一种可能性是确保在传感器导线和显示屏之间的气隙。这种位置上气隙的存在将传感器线路和显示屏之间的耦合电容减少到使手指信号比稳定噪声大得多的级别。另一可能性包括将传感器平面放在极接近使用者手指的地方，因此确保手指感生的信号大于稳定噪声。

现在参考图19，它是总结本发明三个基本实施例的简化流程图。在图19中，级1涉及提供振荡电信号。在一个实施例中，发送振荡信号以被进行触摸的手指等获取。在第二实施例中，向两个导体组之一提供振荡信号。在存在手指触摸时振荡信号以电容方式连接到第二组导体，而不是其它方式。在第三实施例中，用振荡信号使检测设备或导体浮动，并且手指触摸提供到大地的AC短路。

在级S2，通过监视栅格中的导体来检测电容效应。根据实施例，电容效应可以是来自手指的信号、从其它组导体被连接的信号或由手指连接提供的AC短路引起的电压下降。在其它实施例中，可以使用任何其它的电容效应。

在级S3，信号经过滤波。根据实施例，滤波级可以采用不同的形式，在上面详细讨论了其中的一些。在级S4，经过滤波的信号用于识别在栅格上的什么地方发生了触摸。

预期的是，在该专利的有效期期间，许多相关的成像设备和系统将被开发，并且这里的术语的范围，尤其是术语“触针”和“透明传导材料”的范围旨在推理地包括所有这种新技术。

在审查了下面的示例时，本领域的技术人员将理解本发明另外的目的、优点和新颖特征，这些示例不是用来限制的。此外，如上所述的和如下面权利要求部分所要求的，本发明的各个实施例和方面中的每个将在下面的示例中找到实验支持。

要理解的是，为清楚在不同的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征还可以在单个实施例中组合提供。相反地，为简洁在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征，还可以单独或以任何适合的子组合来提供。

尽管已经结合本发明的特定实施例对本发明进行了描述，显然，本领域的技术人员将理解许多备选方案、修改和变体。因此，本发明旨在包括所有这种落在所附权利要求的精神和宽泛的范围之内的备选方案、修改和变体。在该说明书中提到的所有公布、专利和专利申请通过引用将其全部内容结合到本说明书中，就好像每个单独的公布、专利或专利申请是被专门地且单独地指出是通过引用结合在此。此外，本申请中任何参考的引用或标识不应该被认为是承认这种参考可用作本发明的现有技术。

Claims (49)

1.一种用于提供第一类位置检测和第二类位置检测的检测器，所述检测器包括：

传感器，

在所述传感器内延伸的感测导体的被组成图形的布置，以及

与所述布置相关联的检测电路，用于在相同的感测导体上检测由所述第一类位置检测产生的信号和由所述第二类位置检测产生的信号，由此检测在所述传感器的位置。

2.如权利要求1所述的检测器，其中所述第一类位置检测包括能够产生电磁谐振场的对象的基于谐振的对象检测。

3.如权利要求1所述的检测器，其中所述第一类位置检测包括基于电容的触摸检测。

4.如权利要求1所述的检测器，其中所述第一类位置检测包括能够产生电磁谐振场的对象的基于谐振的对象检测，而所述第二类位置检测包括基于电容的触摸检测。

5.如权利要求1所述的检测器，其中所述检测电路能够同时检测所述第一类的相互作用和所述第二类的所述相互作用。

6.如权利要求1所述的检测器，其中所述检测电路能够独立地检测所述第一类的相互作用和所述第二类的所述相互作用。

7.如权利要求3所述的检测器，其中所述传感器位于检测区的上方，并且包括：用于提供振荡信号的振荡器，用于提供能够激励电磁触针型的对象的谐振电路的激励信号的激励电路，其中所述被组成图形的布置包括在所述检测区上方延伸的传导元件，并且所述检测电路适于检测例如手指触摸的传导对象的电容效应以及在所述至少一个传导元件的来自所述电磁触针型的对象的谐振。

8.如权利要求7所述的检测器，其中连接所述振荡器以向所述激励电路提供所述振荡信号并且还提供激励信号用于所述基于电容的触摸检测。

9.如权利要求1所述的检测器，其中所述传感器是基本透明的并且适合在显示屏上的位置。

10.如权利要求1所述的检测器，其中所述检测区是显示屏的表面并且包括所述至少一个传导元件的所述传感器是基本透明的。

11.如权利要求1所述的检测器，包括多个传导元件，并且，所述检测电路包括与用于检测所述导体的输出之间的差异的所述感测导体相关联的差分检测器布置。

12.如权利要求7所述的检测器，其中配置所述感测电路用于在所述至少一个感测传导元件感测由受到所述振荡信号的传输的传导对象的触摸感生的信号。

13.如权利要求7所述的检测器，其中至少提供位于所述传感器内且与所述一个传导元件有连接的第二传导元件，所述振荡器施加于所述传导元件之一，并且配置所述连接以使电容性体部分的触摸在所述连接引起a.c短路，所述检测器配置成在所述第二传导元件检测产生的振荡信号并由此推断所述触摸。

14.如权利要求13所述的检测器，其中所述检测电路适于在所述至少第二传导元件检测用于解释为许多触摸对象的信号。

15.如权利要求2所述的检测器，其中可以基于对所检测信号属性的解释来检测多个基于谐振的对象。

16.如权利要求3所述的检测器，其中可以基于对所检测信号属性的解释来检测多个传导对象。

17.如权利要求7所述的检测器，其中连接所述振荡器以使所述检测器、所述检测器的部分和所述至少一个传导元件中至少之一关于参考电压电平振荡，从而允许电容性电流在传导触摸对象和所述至少一个导体之间流动。

18.如权利要求1所述的检测器，其中所述传感器配置有在它自己和下面的显示屏之间的透明介质。

19.如权利要求18所述的检测器，其中所述透明介质包括气隙。

20.一种用于检测触摸的检测器，所述触摸是通过传导对象与位于显示屏上方的透明传感器进行的电容性接触，所述检测器包括：

延伸进所述传感器的感测导体的被组成图形的布置，

在预定频率的振荡电能的源，

检测电路，用于检测当施加所述振荡电能时对所述至少一个感测导体的电容性影响。

21.如权利要求20所述的检测器，其中所述检测电路包括与用于检测所述导体的输出之间的差异的所述感测导体相关联的差分检测器布置。

22.如权利要求20所述的检测器，其中所述振荡电能的源配置成发射所述能进入所述传导对象，并且配置所述感测电路用于在所述至少一个感测传导元件感测由接受所述发射的振荡信号的传导对象的触摸感生的信号。

23.如权利要求20所述的检测器，配置成按照许多触摸传导对象来解释在所述至少一个导体检测的信号属性。

24.如权利要求20所述的检测器，其中至少提供了位于所述传感器内并与所述至少一个导体有连接的第二导体，所述振荡电能的源应用于所述导体之一，并且配置所述连接使得传导对象的触摸在所述连接引起a.c短路，所述检测器配置成在所述第二导体检测所述振荡信号作为所述电容效应并且推断所述触摸。

25.如权利要求24所述的检测器，其中所述检测电路配置成解释检测信号的属性为相应导体的许多触摸。

26.如权利要求24所述的检测器，包括在第一方向上对齐的第一传感器和在第二方向上对齐的第二传感器的矩阵，其间有多个连接，并且还包括每个连接的漏泄电容值的列表，所述检测器配置成使用所述漏泄电容值来校正在每个导体的读数。

27.如权利要求20所述的检测器，其中连接所述振荡电能的源使所述检测器、所述检测器的部分和所述至少一个导体中至少之一关于参考电压电平振荡，从而允许电容性电流在所述传导对象和所述至少一个导体之间流动。

28.如权利要求27所述的检测器，其中连接所述振荡能量的源以使所述检测器的第一部分振荡，并且所述第一部分经由不受所述检测器的所述第一和所述第二部分之间的电位差影响的通信连接而连接到到不受到振荡的第二部分。

29.如权利要求28所述的检测器，其中所述通信连接包括至少一个差分放大器。

30.如权利要求20所述的检测器，其中所述传感器配置有在它自己和所述显示屏之间的透明介质。

31.如权利要求30所述的检测器，其中所述透明介质包括气隙。

32.如权利要求20所述的检测器，其中所述传感器包括布置在其层内的导体栅格。

33.如权利要求32所述的检测器，其中所述导体成对连接到放大器。

34.如权利要求33所述的检测器，其中所述放大器是各自具有正输入和负输入的差分放大器，并且所述对中的一个导体连接到所述正输入而所述对的第二导体连接到所述负输入。

35.如权利要求27所述的检测器，还包括用于提供在每个导体的补偿值以补偿静态噪声的补偿表。

36.如权利要求35所述的检测器，配置成系统一启动就更新所述补偿表。

37.如权利要求35所述的检测器，配置成使用模糊性对象检测作为触发器来刷新所述补偿表。

38.如权利要求37所述的检测器，其中来自检测信号的数量、相位和位置数据的任何组合用于定义在对象检测中的模糊性。

39.一种在位于电子显示屏上方的透明传感器中的感测导体矩阵的触摸感测的方法，包括：

提供在预定频率的振荡信号，以及

测量所述导体，以得到由其上触摸引起的在所述导体上的电容效应。

40.如权利要求39所述的方法，包括向外部发送器提供所述振荡信号以向触摸体部分提供能量。

41.如权利要求39所述的方法，其中所述矩阵包括在第一方向上对齐的第一导体和在第二方向上对齐的第二导体，所述方法包括：向所述第一导体提供所述振荡信号并在任何所述第二导体感测所述振荡信号，其中所述信号已经由触摸传导对象引起的电容性链路传送到所述第二导体。

42.如权利要求39所述的方法，包括向至少所述导体提供所述振荡信号，这样传导触摸体从各自导体汲取电流。

43.如权利要求42所述的方法，包括使用所述振荡信号使包括所述导体的检测机构振荡，其中所述振荡的检测机构同时与公共地隔离。

44.如权利要求42所述的方法，包括：

使用所述振荡信号以使检测机构的第一部分振荡，所述第一部分包括所述导体，

隔离所述第一部分与第二部分，以及

使用所述隔离的第二部分以向外部设备传送触摸检测输出。

45.一种制造用于电子显示屏的触摸检测器的方法，包括：

提供振荡信号源，

在至少一个透明箔内嵌入透明导体栅格，

将所述透明箔放在所述电子显示屏上方，以及

提供用于检测所述导体上的电容效应的检测电路。

46.如权利要求45所述的方法，还包括在所述电子屏幕周围施加用于激励电磁触针的激励单元，这样在所述透明导体栅格的所述触针的位置是可检测的。

47.触摸检测装置，包括：

包括至少一个感测传导元件的传感器，

用于提供振荡信号的振荡器，

发送器，与所述振荡器相关联，用于在所述传感器附近发送所述振荡信号，

用于在所述至少一个感测传导元件感测由接受所述发送的振荡信号的传导对象的触摸感生的信号。

48.触摸检测装置，包括：

传感器，包括第一感测的导体和第二感测的导体的栅格阵列且其间有连接，

振荡器，用于向所述第一感测的导体提供振荡信号，

检测电路，用于检测当经由所述连接传递到所述第二感测的导体时的所述振荡信号，所述传递表示在各自连接由传导对象触摸所述传感器的触摸感生的电容耦合。

49.触摸检测装置，包括：

包括至少一个感测传导元件的传感器，

用于提供振荡信号的振荡器，所述振荡信号施加到包括所述至少一个感测传导元件的所述装置的至少一部分，以及

检测电路，用于检测由到触摸所述传感器的传导对象的电容性连接引起的所述至少一个感测传导元件的a.c.接地。

Images