DE112010003106T5

DE112010003106T5 - System und Verfahren für einen projiziert-kapazitiven Touchscreen mit gewichtbasierterKoordinatenbestimmung

Info

Publication number: DE112010003106T5
Application number: DE112010003106T
Authority: DE
Inventors: Ricardo R. Salaverry; Joel C. Kent; L. Aroyan James
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: Elo Touch Solutions Inc
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2012-09-27
Also published as: US8477106B2; US20110025638A1; CN102483672A; WO2011016956A1; CN102483672B; TW201108085A

Abstract

Eine Berührungsposition an einem kapazitiven Touchscreen-System wird identifiziert, indem Signale in Reaktion auf eine Berührung von elektrischen Kanälen empfangen werden, die mit einer Elektrode oder mit einer Gruppe halb-aneinandergrenzender Elektroden verbunden sind, die auf einem Substrat vorhanden sind. Aneinandergrenzende der Elektroden haben im Wesentlichen dreieckige Formen, die sich zwischen einer ersten und einer zweiten Ausrichtung abwechseln, so dass eine verschachtelte Anordnung entsteht und die Berührung einen Signal-Cluster erzeugt, der die von einer Reihe aneinandergrenzender elektronischer Kanäle erzeugten Signale umfasst. Gewichte mit wenigstens zwei verschiedenen numerischen Werten warden auf die Signale von der Reihe aneinandergrenzender elektronischer Kanäle angewendet. Die wenigstens zwei verschiedenen numerischen Werte basieren auf Pegeln der Signale. Eine Position der Berührung an dem Substrat wird auf Basis der gewichteten Signale bestimmt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Der offenbarte Gegenstand betrifft im Allgemeinen berührungsempfindliche Bildschirme, sogenannte Touchscreens, und Touchscreen-Systeme und insbesondere projiziert-kapazitive Touchscreens.
Bei einem projiziert-kapazitiven Touchscreen kann eine Außenfläche über einer oder mehreren Schichten vorhanden sein, auf denen Erfassungselektroden bzw. Sensoren ausgebildet sind. Im Unterschied zu üblichen resistiven Touchscreens kann die Außenfläche eines projiziert-kapazitiven Touchscreens eine strapazierfähige Glasfläche sein, die gute optische Transparenz zum Betrachten von Bildern aufweist, die durch eine darunterliegende Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Der Touchscreen kann sich über einer Anzeigeeinrichtung befinden, die graphische Auswahlsymbole, wie beispielsweise Schaltflächen und Icons, anzeigt. Wenn ein Benutzer die Außenfläche mit einem Finger an einem gewünschten Auswahlsymbol berührt, das auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt wird, erfasst das Touchscreen-System eine Änderung der Kapazität, die mit einer oder mehreren der Elektroden zusammenhängt. Ein sogenannter ”projiziert-kapazitiver” Touchscreen unterscheidet sich von einem ”flächen-kapazitiven” Touchscreen, der eine einzelne Erfassungselektrode aufweist, die die gesamte Berührungsfläche abdeckt. Der hier verwendete Begriff ”projiziert-kapazitiver Touchscreen” bezieht sich allgemein auf jeden beliebigen kapazitiven Touchscreen mit einer Vielzahl von Erfassungselektroden in dem berührungsempfindlichen Bereich.
Bei einigen projiziert-kapazitiven Touchscreens wird eine sogenannte ”Backgammon”-Konfiguration für die Elektroden eingesetzt. Bei dieser Konfiguration sind die Elektroden langgezogene Dreiecke, die an einer einzelnen Fläche ausgebildet sind. Die Ausrichtung aneinandergrenzender Elektroden wechselt sich ab, das heißt, eine Basis einer ersten Elektrode befindet sich nahe an einer Kante der Fläche, und die Basis der nächsten bzw. benachbarten Elektrode befindet sich nahe an der gegenüberliegenden Kante der Fläche. Eine derartige Elektrodenform erinnert an das Muster eines Backgammon-Spielbretts. Derartige Anordnungen weisen dadurch einen Kostenvorteil auf, dass zweidimensionale Berührungs-Koordinaten mit einer einzelnen Ebene von Erfassungselektroden geschaffen werden.
Touchscreens mit sogenannter Backgammon-Anordnung weisen üblicherweise eine große Anzahl schmaler Elektroden auf, so dass jede Berührung von wenigstens zwei Elektroden erfasst wird. Bei einigen Backgammon-Systemen erfassen die Elektroden beispielsweise Signale, die genutzt werden, um sowohl die X- als auch die Y-Koordinate zu bestimmen. Wenn jede Berührung durch eine große Anzahl von Elektroden erfasst wird, ermöglicht ein Bruchteil des Gesamtsignals an den Elektroden, die gleich ausgerichtet sind, eine genaue Messung einer der Koordinaten, wie beispielsweise der vertikalen bzw. Y-Koordinate. Üblicherweise wird jedoch jede Berührung durch eine geringere Anzahl von Elektroden erfasst, und dadurch ermöglicht der Bruchteil des Gesamtsignals an den Elektroden, die gleich ausgerichtet sind, unter Umständen keine genaue und zuverlässige Koordinaten-Messung. Es sind verbesserte Koordinaten-Bestimmungen auf Basis durch Berührung induzierter Elektrodensignale erforderlich.
Kurze Beschreibung der Erfindung
in einer Ausführungsform enthält ein kapazitives Touchscreen-System ein Substrat, Elektroden, einem Controller und elektronische Kanäle, Das Substrat umfasst einen berührungsempfindlichen Bereich. Die Elektroden sind auf dem Substrat innerhalb des berührungsempfindlichen Bereiches vorhanden und haben im Wesentlichen dreieckige Form. Die Elektroden sind in einem nicht-überlappenden Muster auf dem Substrat verschachtelt und erzeugen entsprechende Signale in Reaktion auf eine Berührung an dem Substrat. Die elektronischen Kanäle befinden sich innerhalb des Controllers und jeder der elektronischen Kanäle ist mit einer Elektrode oder einer Gruppe halb-aneinandergrenzender Elektroden verbunden. Der Controller erfasst die Signale von den elektronischen Kanälen und identifiziert einen Signal-Cluster, der die die Signale von einer Reihe wenigstens zweier aneinandergrenzender elektronischer Kanäle umfasst. Der Controller identifiziert den elektronischen Kanal innerhalb der Reihe, der ein Signal eines lokalen Maximums bzw. Lokalmaximum-Signal aufweist, wendet ein Gewicht mit einem ersten numerischen Wert auf das Signal von dem elektronischen Kanal an, der das Lokalmaximum-Signal aufweist, und wendet ein Gewicht mit einem zweiten numerischen Wert auf das Signal von dem anderen elektronischen Kanal innerhalb der Reihe an. Der erste numerische Wert unterscheidet sich von dem zweiten numerischen Wert, und die Steuereinrichtung bestimmt eine Position der Berührung auf Basis der gewichteten Signale.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Identifizieren einer Berührungsposition an einem kapazitiven Touchscreen-System das Empfangen von Signalen in Reaktion auf eine Berührung von elektronisches Kanälen, die mit einer Elektrode oder einer Gruppe halbaneinandergrenzender Elektroden verbunden sind, die auf einem Substrat vorhanden ist. Aneinandergrenzende der Elektroden haben im Wesentlichen dreieckige Formen, die sich zwischen einer ersten und einer zweiten Ausrichtung abwechseln, so dass eine verschachtelte Anordnung entsteht und die Berührung einen Signal-Cluster erzeugt, der die von einer Reihe benachbarter elektronischer Kanäle erzeugten Signale umfasst. Gewichte mit wenigstens zwei verschiedenen numerischen Werten werden auf die Signale von der Reihe aneinandergrenzender elektronischer Kanäle angewendet. Die wenigstens zwei verschiedenen numerischen Werte basieren auf den Pegeln der Signale. Eine Position der Berührung an dem Substrat wird auf Basis der gewichteten Signale bestimmt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt einen berührungsempfindlichen Bereich eines Backgammon-Touchscreens dar, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
1A stellt mehrere Berührungskontakt-Bereiche dar, die mit Berührungen an dem Touchscreen in 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammenhängen.
2 stellt Berührungssignale als eine Funktion des Elektroden-Index für die 1 gezeigten zwei Berührungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
3 stellt Gewichte für herkömmliche Verfahren für die Identifizierung von Berührungspositionen dar.
4A und 4B stellen Gewichte für Links-Mitten-Paar-Gewichtung bzw. Rechts-Mitten-Paar-Gewichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
5 stellt Gewichte für Mitten-Dreifach-Gewichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
6 stellt ein Flussdiagramm für gewichtbasierte Koordinaten-Berechnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
7 stellt Gewichte für Mitten-Vierfach-Gewichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
8 stellt Gewichte für ausgeglichene Gewichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
9 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren bedingter Gewichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
10 stellt eine Backgammon-Elektroden-Anordnung mit gruppierten horizontalen Elektroden dar, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die oben stehende Zusammenfassung sowie die folgende ausführliche Beschreibung bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn sie in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Die Figuren stellen die funktionalen Blöcke verschiedener Ausführungsformen schematisch dar, wobei die funktionalen Blöcke jedoch nicht notwendigerweise die Unterteilung zwischen Hardware-Schaltungen zeigen. So kann/können beispielsweise einer oder mehrere der funktionalen Blöcke (beispielsweise Prozessoren oder Speicher) in einem einzelnen Hardware-Element implementiert werden (beispielsweise eine Mehrzweck-Signalverarbeitungseinrichtung oder ein RAM-Speicher, eine Festplatte oder dergleichen). Desgleichen können die Programme eigenständige Programme sein, können als Teilroutinen in ein Betriebssystem integriert sein, können Funktionen in einem installierten Softwarepaket und dergleichen sein. Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausführungsformen nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Anordnungen und Mittel beschränkt sind.
Ein im Folgenden aufgeführtes Element bzw. ein Schritt, das/der im Singular angeführt wird und auf das Wort ”ein” folgt, sollte nicht so verstanden werden, dass die Mehrzahl der Elemente bzw. Schritte ausgeschlossen ist, wenn dies nicht ausdrücklich geschieht. Des Weiteren sollen Verweise auf ”eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung nicht als das Vorhandensein weiterer Ausführungsformen ausschließend interpretiert werden, die ebenfalls die aufgeführten Merkmale einschließen. Des Weiteren können, sofern nicht ausdrücklich gegenteilig angeführt, Ausführungsformen, die ein Element oder eine Vielzahl von Elementen ”umfassen” oder ”aufweisen”, das/die eine bestimmte Eigenschaft aufweist/aufweisen, zusätzlich Elemente enthalten, die diese Eigenschaft nicht aufweisen.
1 stellt einen berührungsempfindlichen Bereich 100 eines projiziert-kapazitiven Touchscreens 102 in einem projiziert-kapazitiven Touchscreen-System 104 dar. Der berührungsempfindliche Bereich 100 enthält eine Anzahl von Elektroden, die im Wesentlichen dreieckige Form haben und in einem nicht-überlappenden Muster verschachtelt auf einem Substrat 103 angeordnet sind. Die Elektroden können sequentiell mit einem Index ”j” nummeriert sein, der von 1 bis J reicht, wobei J die Gesamtzahl von Elektroden ist. Für das in 1 dargestellte Beispiel beträgt J 42. Alle Elektroden mit einem ungeradzahligen Wert von j, wie beispielsweise die Elektroden 107, 109, 111 und 135 mit j-Indizes von 7, 9, 11 bzw. 35, sind gleich ausgerichtet, das heißt, ihre Basen befinden sich an der Unterkante 150 des berührungsempfindlichen Bereiches 100 und ihre Scheitelpunkte an Oberkante 160 des berührungsempfindlichen Bereiches 100. Elektroden, wie beispielsweise die Elektroden 106, 110, 114, 134 und 136 mit Werten des j-Index von 6, 10, 14, 34 und 36 haben geradzahlige j-Indizes und weisen ebenfalls eine gemeinsame Ausrichtung auf, die entgegengesetzt zu der Ausrichtung der Elektroden mit ungeradzahligen j-Indizes ist.
Der hier verwendete Begriff ”aneinandergrenzende Elektroden” betrifft Elektroden, die einander am nächsten benachbart sind und nebeneinander liegen und entgegengesetzte Ausrichtung haben. Beispielsweise grenzt Elektrode 107 an beide Elektroden 106 und Elektrode 108 an, und Elektrode 108 grenzt an beide Elektroden 107 und 109 an. Daher wechseln die Ausrichtungen aneinandergrenzender Elektroden zwischen der ersten und der zweiten Ausrichtung, so dass eine verschachtelte Anordnung entsteht. Des Weiteren bezieht sich der hier verwendete Begriff ”halb-aneinandergrenzende Elektroden” auf einander am nächsten benachbarte Elektroden, die die gleiche Ausrichtung haben. Beispielsweise ist Elektrode 107 halb-angrenzend zu Elektrode 109 und Elektrode 109 ist halb-angrenzend zu den beiden Elektroden 107 und 111.
Elektronische Kapazitätsmess-Kanäle 254, 256, 256, 260, 262, 264, 266 sind innerhalb von Controller 250 vorhanden und jeweils mit einer Elektrode oder einer Gruppe halb-aneinandergrenzender Elektroden verbunden. Eine ”Gruppe” schließt in der vorliegenden Erläuterung wenigstens zwei halb-aneinandergrenzende Elektroden ein. Gruppen von Elektroden können über Leiterbahnen auf dem Substrat 103, innerhalb von Kabel 252 oder innerhalb von Controller 250 miteinander verbunden sein. Gruppen-Verbindungen innerhalb des Controllers 250 können beispielsweise fest verdrahtet sein oder können dynamisch geändert werden. Es sollte klar sein, dass verschiedene Controller 250 unterschiedlich viele elektronische Kanäle haben können und die Anzahl elektronischer Kanäle nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt ist.
Des Weiteren bezieht sich der hier verwendete Begriff ”aneinandergrenzende elektronische Kanäle” auf elektronische Kanäle, die mit angrenzenden Gruppen halb-aneinandergrenzender Elektroden verbunden sind. Eine Gruppe 280 kann Signale enthalten, die durch die halb-aneinandergrenzenden Elektroden 121, 123 und 125 erzeugt werden, während eine Gruppe 282 Signale enthalten kann, die durch die halb-aneinandergrenzenden Elektroden 127, 129 und 131 erzeugt werden. Eine weitere Gruppe 281 kann Signale enthalten, die durch die halb-aneinandergrenzenden Elektroden 124, 126 und 128 erzeugt werden. Die Gruppen 280 und 281 grenzen aneinander, und die Gruppen 281 und 282 grenzen aneinander. Die Gruppen 280 und 282 grenzen halb aneinander. Die Gruppe 280 kann mit dem elektronischen Kanal 254 verbunden sein, während die Gruppe 281 mit dem elektronischen Kanal 256 verbunden sein kann, und so grenzen die elektronischen Kanäle 254 und 256 aneinander. Es sollte klar sein, dass aneinandergrenzende elektronische Kanäle nicht physisch innerhalb des Controllers 250 aneinandergrenzen müssen. Beispielsweise würden die elektronischen Kanäle 254 und 266 aneinander grenzen, wenn die Gruppe 280 mit dem elektronischen Kanal 254 verbunden ist und die Gruppe 281 mit dem elektronischen Kanal 266 verbunden ist.
Jede Elektrode ist, wie unter Bezugnahme auf 1–9 erläutert, zu Erläuterungszwecken in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit einem elektronischen Kanal verbunden. In 10 sind Gruppen halb-aneinandergrenzender Elektroden ausgebildet, und jede Gruppe ist in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit einem elektronischen Kanal verbunden. Die elektronischen Kanäle 254–168 erfassen Signale von den Elektroden über das Kabel 252, und der Controller 250 erfasst die Signale von den elektronischen Kanälen 254–268. Das Kabel 252 kann mit Leiterbahnen (nicht dargestellt) auf dem Substrat 130 verbunden sein, die sich jenseits des berührungsempfindlichen Bereiches 100 befinden.
Eine Berührung des Touchscreens 102 mit einem Objekt oder Finger verursacht einen Berührungskontakt-Bereich 210, der mit einem Kreis angedeutet ist und kapazitive Signale in Elektroden mit j-Indizes 6 bis 14 erzeugt, wobei die Amplitude jedes der Signale von der Überlappungsfläche zwischen dem Berührungskontakt-Bereich 210 und der Elektrode abhängt. Im Allgemeinen bewirkt eine größere Überlappungsfläche, dass die entsprechende Elektrode eine größere bzw. höhere Amplitude des Signals erzeugt, während vergleichsweise kleinere Überlappungsflächen relativ niedrige Amplitudenpegel bewirken. In einer Ausführungsform bewirkt die Elektrode mit der größten Überlappungsfläche innerhalb des Berührungskontakt-Bereiches 210 den maximalen Signalpegel, der mit der Berührung zusammenhängt. In Bezug auf den Berührungskontakt-Bereich 210 wird mehr als die Hälfte des Berührungssignals in den geradzahligen Elektroden erfasst, womit aufgezeigt wird, dass die Berührung näher an der oberen Kante 160 des berührungsempfindlichen Bereiches 100 liegt als an der Unterkante 150. Im Unterschied dazu erzeugt eine andere Berührung mit Berührungskontakt-Bereich 220 weniger als die Hälfte des Berührungssignals in geradzahligen Elektroden, wodurch eine Berührung angezeigt wird, die näher an der Unterkante 150 des berührungsempfindlichen Bereiches 100 liegt.
1A stellt des Weiteren den Berührungskontakt-Bereich 210 und einen vergleichsweise kleineren Berührungskontakt-Bereich 230 dar. Der Controller 250 in 1 kann den Berührungskontakt-Bereich 210 auf Basis von Signalpegeln von Elektroden oder elektronischen Kanälen bestimmen, die aneinandergrenzen. In einer Ausführungsform kann ein Berührungskontakt-Bereich wenigstens zwei aneinandergrenzende Elektroden oder wenigstens zwei aneinandergrenzende elektronische Kanäle umfassen, die Signalpegel erzeugen, die über einem vorgegebenen Signal-Schwellenwert liegen. Die Reihe elektronischer Kanäle, die den Berührungskontakt-Bereich 210 erfassen, unterscheidet sich von der Reihe elektronischer Kanäle, die den Berührungskontakt-Bereich 230 erfassen.
In dem Berührungskontakt-Bereich 210 erfasst der Controller 250 Signale von einer Reihe aneinandergrenzender Elektroden 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113 und 114, die einen Signal-Schwellenwert übersteigen. Der Signal-Schwellenwert kann beispielsweise ein minimaler Amplitudenpegel sein. Daher erstreckt sich die Größe des Berührungskontakt-Bereiches 210 über neun aneinandergrenzende Elektroden, wobei äußerste Punkte 196 und 198 des Berührungskontakt-Bereiches 210 an äußeren Kanten entlang der X-Richtung 170 definiert sind. Die Signale von den aneinandergrenzenden Elektroden 106, 114 können als lokale Signale bezeichnet werden, da jedes der Signale mit dem Berührungskontakt-Bereich 210 zusammenhängt. Es kann ein Lokalmaximum-Signal, wie beispielsweise eine Lokalmaximum-Signalamplitude, mit dem Berührungskontakt-Bereich 210 zusammenhängen. Im Unterschied dazu hängen Signale von der Reihe aneinandergrenzender Elektroden 120, 121, 122 mit dem Berührungskontakt-Bereich 230 zusammen. Mit dem Berührungskontakt-Bereich 230 hängt ein anderes Lokalmaximum-Signal zusammen. Daher kann durch den Controller 250 zu jedem beliebigen Zeitpunkt mehr als ein Lokalmaximum-Signal erfasst werden, wobei jeder Berührungskontakt-Bereich ein anderes Lokalmaximum-Signal aufweist. Es sollte klar sein, dass der Controller 250 gleichzeitig mehr als zwei Lokalmaximum-Signale erfassen kann, wenn gleichzeitig mehr als zwei Berührungskontakt-Bereiche vorhanden sind. Die zwei oder mehr Berührungskontakt-Bereiche können als simultan auftretend betrachtet werden, wenn die Kontakt-Bereiche während des gleichen Zeitraums erfasst werden.
Die Elektrode 110 weist die maximale Überlappung mit Berührungskontakt-Bereich 210 auf und ist daher die Elektrode, die das stärkste Signal erzeugt. Eine oder beide der Elektroden 106 und 114 weisen die minimale Überlappung mit Berührungskontakt-Bereich 210 auf und sind daher die Elektroden, die das/die kleinste/n Signal/e erzeugen. In Bezug auf die Quer- bzw. X-Richtung befindet sich Elektrode 110 nahe an einer Mitte 200 von Berührungskontakt-Bereich 210 und kann die Mitte 200 von Kontakt-Bereich 210 überlappen. Von den Elektroden 106 bis 114, die Kontakt-Bereich 210 überlappen, weist Elektrode 110 die maximale oder nahezu maximale Überlappung mit Berührungskontakt-Bereich 210 in der Y-Richtung auf. Die Elektroden 109 und 111, die an Elektrode 110 angrenzen, weisen nahezu die gleiche Länge der Überlappung in der Y-Richtung mit Kontakt-Bereich 210 wie Elektrode 110 auf, jedoch ist diese geringfügig kleiner. Die Länge der Überlappung in der Y-Richtung kann für Elektroden, wie beispielsweise die Elektroden 109, 110 und 111, die sich in einer inneren Zone 190 des Berührungskontakt-Bereiches 210 befinden, nur geringfügig variieren. Wenn Koordinaten berechnet werden, ergeben Berechnungen von Y-Koordinaten, die Gewichte mit höheren numerischen Werten bevorzugen oder diese auf die Signale von dem/den elektronischen Kanal/Kanälen anwenden, die mit einer/mehreren Elektrode/n oder einer/mehreren Gruppe/n von Elektroden in der inneren Zone 190 zusammenhängen, im Unterschied zu Signalen von dem/n elektronischen Kanal/Kanälen, der/die mit einer/mehreren Elektrode/n oder einer oder mehreren Gruppe/n von Elektroden in Grenzzonen 192 und 194 zusammenhängen, zuverlässigere Ergebnisse für Y-Koordinaten. Das heißt, in einigen Ausführungsformen können zuverlässigere Ergebnisse für Y-Koordinaten erzielt werden, wenn auf Elektroden-Signale von elektronischen Kanäle an dem elektronischen Kanal, der das Lokalmaximum-Signal aufweist, oder in dessen Nähe Gewichte angewendet werden, die höhere numerische Werte haben als die elektronischen Kanäle, die weiter von dem elektronischen Kanal entfernt sind, der das Lokalmaximum-Signal aufweist.
Die äußersten Punkte 196 und 198 befinden sich, wie oben erläutert, an der äußersten linken und rechten Seite des Berührungskontakt-Bereiches 210 entlang der X-Richtung 170. Die Lange der Überlappung zwischen Elektroden 106 und 114 und dem Berührungskontakt-Bereich 210 in der Y-Richtung ist erheblich geringer als die Strecke der Überlappung für Elektroden, wie beispielsweise 109, 110 und 111 in der Y-Richtung, die sich in der inneren Zone 190 befinden. Die Strecke der Überlappung in der Y-Richtung variiert zwischen den Elektroden 106 und 107 schnell und variiert desgleichen zwischen den Elektroden 114 und 113 schnell. Mit den äußersten Punkten 196 und 198 hängen Grenzzonen 192 bzw. 194 zusammen, in denen Distanzen der Überlappung in der Y-Richtung von Elektrode zu Elektrode schnell variieren. Die Grenzzonen 192 und 194 können jeweils eine oder mehrere Elektrode/n enthalten. In einer Ausführungsform können Berechnungen von Y-Koordinaten, die Gewichte mit niedrigeren numerischen Werten benachteiligen oder die Signale von elektronischen Kanälen vollständig ignorieren, die mit Elektroden in Grenzbereichen 192 und 194 zusammenhängen, zuverlässigere Koordinaten-Ergebnisse erzeugen. Daher werden die Ergebnisse für Y-Koordinaten verbessert, wenn Signale von elektronischen Kanälen, die näher an dem elektronischen Kanal mit dem Lokalmaximum-Signal liegen oder diesen in einigen Fällen einschließen, stärker gewichtet werden, das heißt, Gewichte mit vergleichsweise höheren numerischen Werten auf sie angewendet werden, und Signale von elektronischen Kanälen, die weiter von dem elektronischen Kanal mit dem Lokalmaximum-Signal entfernt sind, weniger stark gewichtet werden, das heißt, Gewichte mit vergleichsweise niedrigeren numerischen Werten auf sie angewendet werden. Die Begriffe ”nahe an”, ”näher an” und ”weiter entfernt von”, die hier in Bezug auf die Elektroden und elektronischen Kanäle verwendet werden, beziehen sich auf geometrische Abstände der Elektroden zueinander.
Der Berührungskontakt-Bereich 230 ist kleiner als der Berührungskontakt-Bereich 210, und eine geringere Anzahl an Elektroden erzeugen Berührungssignale. Nur drei Elektroden 120, 121 und 122 werden wenigstens teilweise von dem Berührungskontakt-Bereich 230 durchlaufen. Bei einem kleinen Kontakt-Bereich, wie beispielsweise Kontakt-Bereich 230, ist der Kontakt-Bereich nicht sauber in eine innere Zone und Grenzzonen unterteilt. Bei Kontakt-Bereich 230 ist die Elektrode mit Überlappung des Kontakt-Bereiches und daher maximaler Signalamplitude Elektrode 122. Selbst bei einem kleinen Kontakt-Bereich, wie beispielsweise Kontakt-Bereich 230, können Ergebnisse für Y-Koordinaten verbessert werden, wenn Signale von Elektroden, die sich nahe an der Elektrode mit dem Lokalmaximum-Signal befinden und/oder diese einschließen, starker gewichtet werden, während Signale von Elektroden, die weiter von der Elektrode mit dem Lokalmaximum-Signal entfernt sind, weniger stark gewichtet werden. Die Gleichungen (1) und (2) stellen herkömmliche Methoden zum Berechnen einer horizontalen Koordinate X in Richtung 170 sowie einer vertikalen Koordinate Y in Richtung 180 in Abhängigkeit von berührungsinduzierten Signalen Q_j dar, die an jeder Elektrode des Index j erfasst werden. 2 zeigt eine graphische Darstellung berührungsinduzierter Signale Q_j als Funktion des index j für die zwei Berührungskontakt-Bereiche 210 und 220 in 1. Das berührungsinduzierte Signal gibt eine Amplitude bzw. einen Pegel eines erfassten Signals an, das mit einer Elektrode zusammenhängt. 2 nimmt, wie bereits erläutert, eine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen jeder Elektrode und jedem elektronischen Kanal an. Es gibt zwei Signal-Cluster 1210 und 1220 von Null verschiedener Signale, die den Berührungskontakt-Bereichen 210 bzw. 220 entsprechen. Die Gleichungen (1) und (2) können separat auf Signal-Cluster 1210 und 1220 angewendet werden, um die Positionen der Berührungskontakt-Bereiche 210 bzw. 220 zu bestimmen. Die Summen in den Gleichungen (1) und (2) erstrecken sich über einen Bereich von Indizes j, der alle von Null verschiedenen Signale des Clusters einschließt. Für Signal-Cluster 1210 kann die Summe beispielsweise die Werte von j von 6 bis 14 einschließen. Optional können in Fällen, in denen nur eine einzelne Berührung erwartet wird, sich die Summen und Gleichungen (1) und (2) über den gesamten Bereich des Elektroden-Index j erstrecken. Die Summe in dem Nenner beider Gleichungen (1) und (2) ist das Gesamt-Berührungssignal für den Berührungskontakt-Bereich innerhalb des Umfangs von Elektroden-Index j. X = (Σj·Q_j)/(ΣQ_j) (1) Y = (Σ(–1)^j·Q_j)/(ΣQ_j) (2)
Wenn die Gleichungen (1) und (2) bei der in 1 gezeigten Konfiguration verwendet werden, bei der sich die dreieckigen Elektroden entlang der Y-Achse des Touchscreens 102 erstrecken, ergibt Gleichung (1) X-Koordinaten ausreichender Qualität für viele Verwendungszwecke. Unter Verwendung von Gleichung (2) berechnete Y-Koordinaten weisen jedoch häufig Fehler auf, die inakzeptabel groß sind.
Gleichung (2) kann als die Summe berührungsinduzierter Signale über geradzahlige Elektroden eines Clusters Q_even und die Summe von Signalen über ungeradzahlige Elektroden eines Clusters Q_odd als Gleichung (3) umgestellt werden. In 2 sind die Signale, die die Signalsumme Q_even über geradzahlige Elektroden bilden, durchgehend schattiert, und die Signale, die die Signalsumme Q_odd der ungeradzahligen Elektroden bilden, sind schraffiert dargestellt. Y = (Q_even – Q_odd)/(Q_even + Q_odd) (3)
Die Koordinate Y, die durch die Gleichungen (2) und (3) definiert wird, ist so skaliert und versetzt (offset), dass die Mitte des Touchscreens einem Null-Wert von Y entspricht und der mathematisch mögliche Bereich von Y von –1 bis +1 (bei nicht-negativem Q_j) reicht. Ohne Änderung am prinzipiellen Inhalt kann die Form der Gleichungen (2) und (3) durch Änderungen am Versatz des Ursprungs und der Skalenvergrößerung modifiziert werden. Beispielsweise kann eine neu skalierte und versetzte vertikale Koordinate Y' = (Y + 1)/2 innerhalb eines Bereiches von Null bis Eins definiert werden, und Gleichung (3) erscheint in der Form von Gleichung (4) an. Der Fachmann weiß, dass X- und Y-Koordinaten beliebig versetzt und skaliert werden können, um den Ursprung (x, y) = (0, 0) zu verschieben und die Einheit des Koordinatenabstandes so zu regulieren, dass sie den Einsatzzwecken am besten entsprechen, die von Interesse sind. In einigen Ausführungsformen kann eine Definition der Y-Koordinate verwendet werden, bei der der Ursprung symmetrisch in der Mitte des berührungsempfindlichen Bereiches 100 angeordnet ist, wie dies durch die Gleichungen (2) und (3) impliziert wird. Y' = Q_even/(Q_even + Q_odd) (4)
Bei Gleichung (2) werden alle Signale innerhalb eines Signal-Clusters, der mit einem Berührungskontakt-Bereich zusammenhängt, gleich gewichtet. In einer Ausführungsform können Y-Koordinaten berechnet werden, indem ein Gewicht mit einem höheren numerischen Wert auf Elektrodensignale mit stärkerem Gewicht von einem oder mehreren elektronischen Kanal/Kanälen, wie beispielsweise dem elektronischen Kanal, angewendet wird, der mit der in 1A erläuterten inneren Elektrode 110 zusammenhängt, die sich in der Nähe der Mitte 200 des Berührungskontakt-Bereiches 210, beispielsweise innerhalb des inneren Bereiches 190, befindet. Ein Gewicht mit einem niedrigeren numerischen Wert kann auf weniger stark gewichtete Elektroden-Signale von elektronischen Kanälen, die mit Elektroden in der Nähe eines der äußersten Punkte 196 und 198 des Berührungskontakt-Bereiches 210 zusammenhängen, und/oder auf weniger stark gewichtete Elektroden-Signale von elektronischen Kanälen angewendet werden, die mit Elektroden zusammenhängen, die von der Mitte 200 des Berührungskontakt-Bereiches 210 entfernt sind und sich innerhalb der inneren Zone 190 und/oder innerhalb der Grenzzonen 192 und 194 befinden. Beispielsweise kann Gleichung (5) ausgebildet werden, indem die Summen (Q_j) in Gleichung (2) durch gewichtete Summen ersetzt werden, wobei w_j ein mit Elektrode j zusammenhängendes Gewicht ist. In dem speziellen Fall, in dem die numerischen Werte aller Gewichte 1 sind, das heißt, w_j = 1, reduziert sich Gleichung (5) auf Gleichung (2), und so kann die herkömmliche Methode so beschrieben werden, dass Gewichte mit gleichen numerischen Werten auf alle Signale in einem Signal-Cluster angewendet werden. Y = (Σ(–1)^j·w_j·Q_j)/(Σw_j·Q_j) (5)
Um eine ungleichmäßige oder ungleiche Gewichtung auf die Signale anzuwenden, die mit dem Berührungskontakt-Bereich zusammenhängen, soll ”k” der Index der Elektrode mit dem Lokalmaximum-Signal des Signal-Clusters sein. Für Signal-Cluster 1210 ist beispielsweise, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, der Wert von k 10, und für Signal-Cluster 1220 beträgt der Wert von k 35. Für den Signal-Cluster 1210 in 2 stellt 3 für w_j = 1 gleiche Gewichtung 3210 dar, die durch die herkömmliche Berechnung von Y unter Verwendung von Gleichung (2) umgesetzt wird. Bei diesem Beispiel wird gleiche Gewichtung 3210 auf die Signale von den Elektroden mit j-Indizes von 6 bis 14 angewendet.
In einigen Ausführungsformen kann die Position der Berührung bestimmt werden, indem ungleiche Gewichte w_j ausgewählt werden, wobei größere Gewichte häufig für Werte von j ausgewählt werden, die näher an k liegen, und kleinere Gewichte häufig für Werte von j ausgewählt werden, die weiter von k entfernt sind. Im Folgenden werden verschiedene Gewichtungsverfahren erläutert, bei denen dieses Gewichtungs-Muster angewendet wird.
”k” ist, wie oben definiert, der Wert von Index j, der dem maximalen berührungsinduzierten Signal entspricht, das hier auch als das Lokalmaximum-Signal bezeichnet wird. Gleichung (6) wiederholt diese Aussage in mathematischer Form. Elektrode k überlappt die Mitte, wie beispielsweise die Mitte 200 in 1A, oder befindet sich nahe an der Mitte des Berührungskontakt-Bereiches. Zwei Gewichtungsverfahren, die Signale im Innenraum des Berührungskontakt-Bereiches bevorzugen, können hier als ”Links-Mitten-Paar” – sowie ”Rechts-Mitten-Paar”-Gewichtungsverfahren bezeichnet werden, und werden durch die Gleichungen (7) bzw. (8) definiert. Links-Mitten-Paar-Gewichtung 4210 und Rechts-Mitten-Paar-Gewichtung 4211 sind in 4A bzw. 4B für das Beispiel des Berührungssignal-Clusters 1210 in 2 dargestellt. Q_k = Max {Q_j} = Maximum über alle j in Cluster von Q_i (6) w_k = 1; w_k-1 = 1; alle anderen w_j = 0 (7) w_k = 1; w_k+1 = 1; alle anderen w_j = 0 (8)
Wenn die Gewichte der Gleichungen (7) und (8) in Gleichung (5) eingesetzt werden, ergeben sich die Gleichungen (9) bzw. (10) zum Berechnen der vertikalen Koordinate auf Basis von Links- und Rechts-Mitten-Paar-Gewichtung. Bezüglich der versetzten und skalierten vertikalen Koordinate Y' = (Y + 1)/2 sind die Gleichungen (9) und (10) äquivalent zu Gleichung (11), wobei Verwendung des Minus-Vorzeichens von ”1” Gleichung (9) entspricht und Verwendung des Plus-Vorzeichens Gleichung (10) entspricht, Y = {(–1)^k–1·Q_k-1 + (–1)^k·Q_k}/(Q_k-1 + Q_k) (9) Y = {(–1)^k·Q_k + (–1)^k+1·Q_k+1}/(O_K+ Q_k+1) (10) Y' = Q_k/(O_k + Q_k±1) für k geradzahlig; Q_k±1/(O_k + Q_k±1) für k ungeradzahlig (11)
In einigen Ausführungsformen können die Schätzwerte von Y nach Links- und Rechts-Mitten-Paar-Gewichtung als Bausteine bei der Erstellung komplexerer Algorithmen verwendet werden, die bedingte Logik und/oder das Mitteln mehrerer Y-Schätzwerte beinhalten. Die Wahl zwischen Links-Mitten-Paar-Gewichtung und Rechts-Mitten-Paar-Gewichtung ist jedoch nicht vollständig sicher, und so können in einigen Ausführungsform zusätzliche Erwägung bei der Bestimmung des Gewichtungsverfahrens herangezogen werden.
In einer Ausführungsform kann Mitten-Dreifach-Gewichtung, wie sie in Gleichung (12) gegeben ist, genutzt werden, um die Links-/Rechts-Unsicherheit von Links- und Rechts-Mitten-Paar-Gewichtung 4210 und 4211 zu eliminieren, wie sie in 4A und 4B erührung dargestellt ist. 5 stellt Mitten-Dreifach-Gewichtung 5210 für Signal-Cluster 1210 in 2 dar, der Berührungskontakt-Bereich 210 in 1 entspricht. In Ausführungsformen, in denen ein Berührungskontakt-Bereich fünf oder mehr Erfassungselektroden überlappt, kann beispielsweise Mitten-Dreifach-Gewichtung 5210 verwendet werden, um die vertikale Koordinate zu berechnen. w_k-1 = 1; w_k = 2; w_k+1 = 1; alle anderen w_j = 0 (12)
Daher gewichtet bei Mitten-Dreifach-Gewichtung der Controller 250 die innere Elektrode 110, die auch die Elektrode ist, die das Lokalmaximum-Signal erzeugt, mit dem doppelten Gewicht der Elektroden 109 und 111, die an die Elektrode 110 angrenzen. Das heißt, der Controller 250 wendet ein Gewicht, das einen vergleichsweise höheren numerischen Wert hat, auf das Signal von dem elektronischen Kanal mit dem Lokalmaximum-Signal an und wendet Gewichte mit einem vergleichsweise niedrigeren numerischen Wert auf das Signal von den elektronischen Kanälen an, die an den elektronischen Kanal mit dem Lokalmaximum-Signal angrenzen. In einer Ausführungsform kann der vergleichsweise höhere numerische Wert ungefähr das Doppelte des vergleichsweise niedrigeren numerischen Wertes betragen. In dem Beispiel in 1A erhalten die anderen aneinandergrenzenden Elektroden 106–108 und 112–114, die eine Reihe aneinandergrenzender Elektroden bilden, die den Signal-Cluster 1210 in 2 erzeugen, ein Gewicht von Null. In einigen Ausführungsformen können die anderen aneinandergrenzenden Elektroden 106–108 und 112–114 ein Gewicht erhalten, das nicht Null beträgt, das jedoch auch niedriger ist als der vergleichsweise niedrigere numerische Wert. Es sollte klar sein, dass die numerischen Werte der Gewichte, wie beispieisweise w_j, die 0, 1 und 2 betragen, wie dies in 5 dargestellt ist, lediglich beispielhaft sind und dass andere numerische Werte verwendet werden können.
Das Flussdiagramm 600 in 6 stellt einen beispielhaften Einsatz von Gewichten, wie denen von Gleichung (12) dar. In 610 werden berührungsinduzierte Signale Q_j beispielsweise durch den Controller 250 gemessen. In 620 bestimmt der Controller 250 den Index k der Elektrode mit dem maximalen Berührungs-Signal. Da der Index k bekannt ist, kann der Controller 250 in 630 beispielsweise über Gleichung (12) Gewichte w_j zuweisen, so dass Signale, die den Elektroden entsprechen, die sich näher an der Elektrode mit index k befinden, starker gewichtet werden bzw. Gewichte mit höheren numerischen Werten als die Elektroden enthalten, die weiter von der Elektrode mit Index k entfernt sind. Wenn die Gewichte zugewiesen sind, kann der Controller 250 in 640 die vertikale Koordinate Y unter Verwendung von Gleichung (5) oder eine versetzte und skalierte Version derselben berechnen.
Die Gewichte w_j können mit einem konstanten Faktor multipliziert werden, ohne dass dies eine Auswirkung auf die mittels Gleichung (5) berechnete Koordinate hat, da die Zähler-Summe und die Nenner-Summen mit dem gleichen konstanten Faktor multipliziert werden. Daher besteht kein wesentlicher Unterschied zwischen dem Satz von Gewichten [w_k-1, = 1; w_k = 2; w_k+1 = 1] von Gleichung (12) und dem Satz von Gewichten [w_k-1 = ½; w_k = 1; w_k+1 = ½] sowie dem Satz von Gewichten [w_k-1, = 10; w_k = 20; w_k+1 = 10]. Es versteht sich, dass die Gewichte w_j mit jedem beliebigen gewünschten Vielfachen skaliert werden können, um Codierung zu erleichtern.
Die Gewichte der in 4A, 4B und 5 gezeigten Beispiele sind Spezialfälle binomischer Gewichtung. Binomische Gewichte können bestimmt werden, indem die N-te Potenz eines Binoms, wie in Gleichung (13) entwickelt wird und die Koeffizienten selektiert werden. Tabelle 1 zeigt Gewichtungen, die in der Auswahl binomischer Potenz N von 1 bis 5 resultieren. (1 + α)^N = 1·α⁰ + N·a¹ + {N(N – 1)/2}·α² + ... + [(N!)/{(n!)·(N – n)!}]·α² + ... + 1·α^N (13) Tabelle 1

N Gewichte

1 1, 1

2 1, 2, 1

3 1, 3, 3, 1

4 1, 4, 6, 4, 1

5 1, 5, 10, 10, 5, 1
Für N = 1 reproduziert Tabelle 1 die Gewichte des Mitten-Paars in 4A und 4B, und die Gewichte für N = 2 reproduzieren die Mitten-Dreifach-Gewichte in 5 (in Tabelle 1 sind nur die von Null verschiedenen Gewichte dargestellt). Bei ungeradzahligen Werten von N sind zwei gleiche maximale Gewichte vorhanden und damit die in 4A und 4B auftretende Links-/Rechts-Unsicherheit. Bei geradzahligen Werten von N ist ein einzelnes maximales Gewicht (N!)/((N/2)!)² vorhanden, das dem Signal Q für die Elektrode mit Index k sicher zugewiesen werden kann, die die Elektrode mit dem Lokalmaximum-Signal ist. Der Wert N = 4 resultiert, wie in 7 gezeigt, in Mitten-Fünffach-Gewichtung 7210 von Gleichung (14) für Signal-Cluster 1210 in 2. w_k-2 = 1; w_k-1 = 4; w_k = 6; w_k+1 = 4; w_k+2 = 1; alle anderen w_j = 0 (14)
Eine Eigenschaft binomischer Gewichte einschließlich aller Beispiele in Tabelle 1 besteht darin, dass die Gewichte zwischen geradzahligen und ungeradzahligen Werten von Elektroden-Index j ausgeglichen oder im Wesentlichen ausgeglichen sind. Das heißt, die Summe von w_j für ungeradzahliges j (Elektroden mit einer ersten Ausrichtung) entspricht der Summe von w_j für geradzahliges j (Elektroden mit einer zweiten Ausrichtung, die entgegengesetzt oder abwechselnd zu der ersten Ausrichtung ist). Es sollte klar sein, dass geringfügige Abweichungen zwischen den Summen von Gewichten vorgesehen sind. Das heißt, die Summe eines ersten Satzes von Gewichten mit einem ersten Satz numerischer Werte, der auf die elektronischen Kanäle angewendet wird, die mit den Elektroden mit der ersten Ausrichtung zusammenhängen, ist die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche wie die Summe eines zweiten Satzes von Gewichten mit einem zweiten Satz numerischer Werte, der auf die elektronischen Kanäle angewendet wird, die mit den Elektroden zusammenhängen, die die zweite Ausrichtung haben. (Dies kann mathematisch bewiesen werden, indem α in Gleichung (13) auf –1 gesetzt wird, wobei zu bemerken ist, dass die Entwicklung nach links Null beträgt, und sich die Entwicklung nach rechts auf eine Differenz geradzahliger und ungeradzahliger Summen reduziert.)
Unter der mathematischen Einschränkung, dass die Zahl J gegen Unendlich geht, und die Breite der Elektroden gegen Null geht, geht der Fehler bei der herkömmlichen Berechnung von Y-Koordinaten nach Gleichung (2) ebenfalls, wie gewünscht, gegen Null. Dies ist jedoch für die gewichtete Berechnung von Y-Koordinaten nach Gleichung (5) nicht notwendigerweise der Fall. Häufig bleibt bei der Auswahl von Werten für die Gewichte w_j der Fehler in der Berechnung der Y-Koordinate auch in dem idealen Fall, in dem die Elektroden verglichen mit dem Berührungskontakt-Bereich unendlich schmal sind, verschieden von Null. Wenn die Gewichte w_j jedoch im Gleichgewicht sind, ergibt Gleichung (5) die erwünschte Grenze ohne Y-Koordinatenfehler bei der idealisierten mathematischen Einschränkung unendlich feiner dreieckiger Elektroden.
Gleichung (15) ist ein Beispiel für ausgeglichene Gewichtung, die keine binomische Gewichtung ist. 8 stellt ein Beispiel dieser Gewichtung 8210 für das Beispiel von Signal-Cluster 1210 aus 2 dar. Das Mitten-Gewicht w_k für das Signal mit dem höchsten Signalpegel, das j = 10 entspricht, beträgt wie bei einem Donut mit einem Loch in der Mitte Null. Sowohl das Mitten-Dreifach- als auch das Mitten-Fünffach-Gewichtungsverfahren aus 5 und 7 können Schätzwerte von Y erzeugen, die in der Richtung der Basis der Elektrode mit Index k verlagert sind, während Donut-Gewichtung in der entgegengesetzten Richtung zur Spitze der Elektrode mit Index k hin verlagert sein kann, Daher können, wie weiter unten erläutert, Y-Schätzwerte, die auf Donut-Gewichtung basieren, einen interessanten Baustein zum Berechnen vertikaler Koordinaten auf Basis eines Mittelwertes unterschiedlicher Y-Schätzwerte bilden. w_k-2 = 1; w_k-1 = 1; w_k+1 = 0; w_k+1 = 1; w_k+2 = 1; alle anderen w_j = 0 (15)
In einer Ausführungsform können zwei oder mehr Gewichtungsverfahren kombiniert werden, um die Position der Berührung zu bestimmen. Wenn Y₁, Y₂, ... Y_M M verschiedene Schätzwerte der vertikalen Koordinate Y aus Gleichung (2) auf Basis verschiedener Gewichtungsverfahren sind, kann, wie in Gleichung (16) gezeigt, ein gewichteter Mittelwert dieser Schätzwerte geschaffen werden. Die Summe in Gleichung (16) betrifft Werte des Index m von 1 bis M. In einer Ausführungsform beträgt die Summe der Gewichtungskoeffizienten C_m 1, so dass in dem speziellen Fall, dass alle Werte Y_m der verschiedenen Schätzwerte richtig sind, dies auch für den mit Gleichung (16) berechneten resultierenden Y-Wert gilt. Y = ΣC_m·Y_m (16)
Wenn beispielsweise M = 2, C₁ und C₂ jeweils eine Hälfte sind und Y₁ sowie Y₂ die Schätzwerte vertikaler Koordinaten sind, die unter Verwendung von Links- bzw. Rechts-Mitten-Paar-Gewichtung berechnet werden, wird Y aus Gleichung (16) der Mittelwert der Ergebnisse von Links- und Rechts-Mitten-Paar-Gewichtung. Dies ist eine Möglichkeit, die Links-/Rechts-Unsicherheit in 4A und 4B aufzuheben.
In einer anderen Ausführungsform kann der Mittelwert von Y-Schätzwerten bestimmt werden, indem ein gewichteter Mittelwert der mit der Mitten-Dreifach-Gewichtung in Gleichung (12) berechneten vertikalen Koordinate und der mit der Donut-Gewichtung in Gleichung (15) berechneten vertikalen Koordinate bestimmt wird. Die Mitten-Dreifach-Gewichtung 5210 in Gleichung (12) führt im Allgemeinen zu einem Fehler bzw. einer Abweichung in der Richtung der Basis der Elektrode mit dem maximalen Signal und Index k, während die Donut-Gewichtung in Gleichung (15) im Allgemeinen zu einem Fehler in der entgegengesetzten Richtung führt, so dass Mittelwertbildung diese Fehler häufig aufhebt. Die Beträge der Abweichungen der zwei Schätzwerte unterscheiden sich normalerweise, so dass die Aufhebung von Abweichungen in einigen Fällen über einen gewichten Mittelwert von Schätzwerten, wie in Gleichung (16), statt über einen einfachen, nicht-gewichteten Mittelwert erzielt werden kann. Des Weiteren deuten Simulierungsstudien darauf hin, dass die bei Mitten-Dreifach-Gewichtung und Donut-Gewichtung auftretenden Abweichungen mit unterschiedlichen Raten gegen Null gehen, wenn der Berührungskontakt-Bereich 210 größer wird, so dass es vorteilhaft sein kann, wenn die Koeffizienten Cm von Gleichung (16) Funktionen relevanter messbarer Parameter, wie beispielsweise des Gesamt-Berührungssignals ΣQ_j, sind.
Die Auswahl der in Gleichung (5) verwendeten Gewichte kann durch den Controller 250, beispielsweise mittels Laufzeit-Code, auf Basis verschiedener, mit den Berührungssignal-Daten Q_j zusammenhängender Bedingungen getroffen werden. Flussdiagramm 900 in 9 stellt ein Beispiel bedingter Gewichtung zum Anwenden eines Gewichtungsverfahrens dar. Nachdem berührungsinduzierte Signale Q_j gemessen worden sind, kann der Controller 250 in 910 den Index k des elektronischen Kanals mit dem maximalen Signal bestimmen. In 920 kann der Controller 250 die Signale der elektronischen Kanäle, die halb an den elektronischen Kanal mit dem maximalen Signal angrenzen, mit einem Signal-Schwellenwert vergleichen. Wenn beide Signale der halb-aneinandergrenzenden elektronischen Kanäle über dem Signal-Schwellenwert liegen, geht der Prozessfluss zu 930 über, und die Berechnung vertikaler Koordinaten basiert auf Mitten-Dreifach-Gewichtung 5210. Daher kann in einer Ausführungsform, wenn der Berührungskontakt-Bereich 210 relativ groß ist und beispielsweise wenigstens vier Abschnitte von fünf oder mehr Elektroden enthält, die Mitten-Dreifach-Gewichtung 5210 verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform kann ein vergleichsweise großer Kontakt-Bereich auch so definiert sein, dass er wenigstens fünf aneinandergrenzende elektronische Kanäle einschließt, wobei jeder der elektronischen Kanäle, wie bereits erläutert, mit zwei oder mehr halb-aneinandergrenzenden Elektroden verbunden ist.
Wenn in 920 wenigstens eines von Signalen, die durch die elektronischen Kanäle erzeugt werden, die halb an den elektronischen Kanal mit dem maximalen Signal angrenzen, unter dem Signal-Schwellenwert liegt, ist der Berührungskontakt-Bereich möglicherweise vergleichsweise klein, deckt beispielsweise weniger als fünf Elektroden ab, wie dies mit dem Berührungskontakt-Bereich 230 in 1A dargestellt ist. In einer anderen Ausführungsform kann ein vergleichsweise kleiner Berührungskontakt-Bereich weniger als fünf aneinandergrenzende elektronische Kanäle enthalten. Bei diesem Beispiel geht das Verfahren zu 940 über.
In 940 werden die Signale, die durch elektronische Kanäle erzeugt werden, die an den elektronischen Kanal mit dem maximalen Signal angrenzen, mit einem Signal-Schwellenwert verglichen. Wenn keines der Signale von den angrenzenden elektronischen Kanälen den Signal-Schwellenwert übersteigt, sind möglicherweise nicht ausreichend Informationen vorhanden, um Berührungskoordinaten zuverlässig zu rekonstruieren, und der Verfahrensfluss geht zu Schritt 950 über, in dem der Controller 250 die mit dem Berührungskontakt-Bereich zusammenhängenden Signale verwerfen kann, und es werden keine Koordinaten gemeldet.
Wenn wenigstens ein angrenzender elektronischer Kanal ein Signal aufweist, das über dem Signal-Schwellenwert liegt, geht der Verfahrensfluss zu 960 über, um festzustellen, ob Links- oder Rechts-Mitten-Paar-Gewichtung 4210 bzw. 4211 verwendet werden kann. In 960 vergleicht der Controller 250 die Signale von den aneinandergrenzenden elektronischen Kanälen miteinander. Der Prozessfluss geht dann in Abhängigkeit davon, ob der linke angrenzende elektronische Kanal oder der rechte angrenzende elektronische Kanal das stärkere berührungsinduzierte Signal aufweist, entweder zur Berechnung 970 vertikaler Koordinaten auf Basis von Links-Mitten-Paar-Gewichten oder zur Berechnung 980 vertikaler Koordinaten auf Basis von Rechts-Mitten-Paar-Gewichten über.
Gewichte mit negativen numerischen Werten sowie möglicherweise negative Koeffizienten Cm von Gleichung (16) sind ebenfalls vorgesehen. Der wahlweise Einsatz negativer Werte bietet größere Freiheit beim Abstimmen von Algorithmen auf bestimmte Einsatzzwecke. Es versteht sich, dass beim Vergleichen von ”größeren” und ”kleineren” Werten von Gewichten die Begriffe ”größer” und ”kleiner” den Betrag bzw. Absolutwert der Werte der Gewichte betreffen.
Die oben aufgeführten Beispiele können, wie im Folgenden erläutert, auf verschiedene Weise verallgemeinert werden.
Wenn die Längsachsen der Elektroden horizontal ausgerichtet sind, wie dies bei dem in 10 gezeigten Elektrodenmuster 1100 der Fall ist, und nicht vertikal, wie in 1, ändert sich prinzipiell nichts. In diesem Fall jedoch wird die Vertikal-Koordinate ”Y” in Richtung 1180 in den Gleichungen (2) bis (5) sowie (9) bis (11) durch die horizontale Koordinate ”X” in Richtung 1170 ersetzt.
In einer Ausführungsform kann die Anzahl dreieckig geformter Elektroden die Anzahl verfügbarer elektronischer Kanäle 254–268 übersteigen, und jeder elektronische Kanal 254–268 innerhalb von Controller 250 kann einer Gruppe halb-aneinandergrenzender Elektroden entsprechen, Beispielsweise kann, wie unter Bezugnahme auf 10 zu sehen ist, eine Gruppe 1020 aus drei halb-aneinandergrenzenden Elektroden 1002, 1004 und 1006 elektrisch mit einer Leiterbahn 1010 verbunden sein, die ihrerseits mit dem elektronischen Kanal 216 verbunden ist (wie in 1 gezeigt), der Berührungssignal Q₅ misst. In einer anderen Ausführungsform können Gruppen von fünf halb-aneinandergrenzenden Elektroden elektrisch miteinander verbunden sein, wobei jede Gruppe mit einem elektronischen Kanal verbunden ist. In anderen Ausführungsformen können halb-aneinandergrenzende Elektroden in anderer Anzahl elektrisch miteinander verbunden sein und Gruppen bilden. Bei derartigen Gruppenkonstruktionen von Elektroden werden j als ein Index über elektronische Kanäle, und J als die Gesamtzahl verfügbarer elektronischer Kanäle interpretiert. Mit Ausnahme einer verallgemeinerten Interpretation von j als ein Index über elektronische Kanäle statt notwendigerweise einzelner Erfassungselektroden, wird Gleichung (5) weiterhin auf die gleiche Weise verwendet, um eine Koordinate parallel zu der Längsachse der Erfassungselektroden in Abhängigkeit von Berührungssignalen Q_j zu berechnen.
Drei halb-aneinandergrenzende Elektroden 1026, 1028 und 1030 sind elektrisch mit einer Leiterbahn 1032 zur Gruppe 1022 verbunden, die mit dem elektronischen Kanal 262 verbunden sein kann. Des Weiteren sind drei halb-aneinandergrenzende Elektroden 1034, 1036 und 1038 elektrisch mit einer Leiterbahn 1040 zur Gruppe 1024 verbunden, die mit dem elektronischen Kanal 264 verbunden sein kann. Daher grenzt Gruppe 1022 an beide Gruppen 1020 und 1024 an, und Gruppe 1020 grenzt halb an Gruppe 1024 an. In einigen Ausführungsformen kann jede Gruppe mehr als drei Elektroden aufweisen, und in anderen Ausführungsformen kann wenigstens eine Gruppe eine andere Anzahl von Elektroden als anderen Gruppen aufweisen.
Ein Berührungskontakt-Bereich 1050 kann einen Signal-Cluster (nicht dargestellt) erzeugen, der die Signale von der Reihe aneinandergrenzender elektronischer Kanäle 260, 262 und 264 enthält.
Durch die oben beschriebenen Verfahren können sowohl Single-Touch- als auch Multi-Touch-Betätigung unterstützt werden, indem die Index-Summe bei jeder Anwendung von Gleichung (5) auf einen Signal-Cluster von Berührungssignalen oder auf eine Zone begrenzt wird, die einen Signal-Cluster berührungsinduzierter Signale beinhaltet.
Koordinaten, die, wie in den verschiedenen Ausführungsformen oben beschrieben berechnet wurden, können weiter mit zeitlicher Filterung oder zeitlicher Entscheidungsfindung verarbeitet werden, bevor sie zu dem Betriebssystem weitergeleitet werden. Beispielsweise kann eine Zeitsequenz aus fünf berechneten Koordinaten (X₁, Y₁), (X₂, Y₂), (X₃, Y₃), (X₄, Y₄) und (X₅, Y₅) mit einem Zeitfilter bearbeitet werden, um zeitlich geglättete Koordinaten (X, Y) zu erzeugen, wobei X = (X₁ + 2X₂ + 2X₃ + 2X₄ + X₅)/8 and Y = (Y₁ + 2Y₂ + 2Y₃ + 2Y₄ + Y₅)/8. Alternative zeitliche Filter können längere oder kürzere Zeitsequenzen berechneter Koordinaten verwenden, andere Gewichtungs-Koeffizienten verwenden oder auf rekursiven Formeln basieren.
Ein Beispiel für zeitliche Entscheidungsfindung besteht darin, dass Koordinaten an das Betriebssystem nur dann gemeldet werden, wenn, wie in 9 dargestellt, Koordinaten in allen der vorhergehenden fünf Abtastvorgänge von Signalen Q_j erfolgreich berechnet wurden. Zeitliche Entscheidungsfindung kann auch das Verwerfen berechneter Koordinaten einschließen, die sehr unwahrscheinlichen Fingerbewegungen entsprechen, wenn beispielsweise eine Zeitsequenz berechneter Berührungs-Koordinaten (x, y) mit Ausnahme einer falsch berechneten Position (x, y) an einer weit entfernten Stelle eine glatte Bahn bilden, kann diese falsch berechnete Position verworfen werden. Es können viele andere zeitliche Filter und zeitliche Entscheidungsfindungs-Verfahren auf Zeitsequenzen anhand der berührungsinduzierten Signale Q_j berechneter Koordinaten angewendet werden.
Es versteht sich, dass die oben stehende Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Beispielsweise können die oben beschriebenen Ausführungsformen (und/oder Aspekte derselben) miteinander verwendet werden. Weiterhin können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um die Lehren der Erfindung an eine bestimmte Situation oder bestimmtes Material anzupassen, ohne von ihrem Schutzumfang abzuweichen. Die vorliegende schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, die die beste Ausführungsweise einschließen, und auch, um Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung zu praktizieren, wobei dies Herstellen und Verwenden jeglicher Vorrichtungen oder Systeme sowie Durchführen integrierter Verfahren einschließt. Obwohl die Abmessungen und Typen von Materialien, wie sie hier beschrieben sind, die Parameter der Erfindung definieren sollen, sind sie in keiner Weise einschränkend und stellen beispielhafte Ausführungsformen dar. Viele andere Ausführungsformen werden für den Fachmann beim Lesen der oben stehenden Beschreibung ersichtlich. Der Schutzumfang der Erfindung sollte daher unter Bezugnahme auf die beigefügten Patentansprüche zusammen mit dem vollständigen Umfang von Äquivalenten bestimmt werden, die diese Patentansprüche rechtlich ermöglichen. In den beigefügten Patentansprüchen werden die Begriffe ”einschließen” und ”wobei” als die umgangssprachlichen Äquivalente der jeweiligen Begriffe ”umfassen” und ”bei dem/der/denen” verwendet. Des Weiteren werden in den folgenden Patentansprüchen die Begriffe ”erste/r” ”zweite/r” und ”dritte/r” lediglich zur Kennzeichnung verwendet und sollen ihren Gegenstand nicht numerisch einschränken.

Claims

Kapazitives Touchscreen-System, das umfasst: ein Substrat, das einen berührungsempfindlichen Bereich umfasst; Elektroden, die auf dem Substrat innerhalb des berührungsempfindlichen Bereiches vorhanden sind, wobei die Elektroden im Wesentlichen dreieckige Form haben, die Elektroden auf dem Substrat nicht-überlappend ineinander verschachtelt sind und die Elektroden so konfiguriert sind, dass sie in Reaktion auf eine Berührung an dem Substrat entsprechende Signale erzeugen; einen Controller; und elektronische Kanäle innerhalb des Controllers, wobei jeder der elektronischen Kanäle mit einer Elektrode oder einer Gruppe halb-aneinandergrenzender Elektroden verbunden ist, der Controller so konfiguriert ist, dass er die Signale von den elektronischen Kanälen erfasst und einen Signal-Cluster identifiziert, der die Signale von einer Reihe aus wenigstens zwei aneinandergrenzenden elektronischen Kanälen umfasst, der Controller den elektronischen Kanal innerhalb der Reihe identifiziert, der ein Lokalmaximum-Signal aufweist, der Controller ein Gewicht mit einem ersten numerischen Wert auf das Signal von dem elektronischen Kanal anwendet, der das Lokalmaximum-Signal aufweist, ein Gewicht mit einem zweiten numerischen Wert auf das Signal von einem anderen elektronischen Kanal innerhalb der Reihe anwendet, der Controller eine Position der Berührung auf Basis der gewichteten Signale bestimmt und sich der erste numerische Wert von dem zweiten numerischen Wert unterscheidet.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller des Weiteren so konfiguriert ist, dass er ein Gewicht mit einem vergleichsweise höheren numerischen Wert auf das Signal von einer elektronischen Kanal innerhalb der Reihe anwendet, der sich vergleichsweise näher an dem elektronischen Kanal befindet, der das Lokalmaximum-Signal aufweist, und ein Gewicht mit einem vergleichsweise niedrigeren numerischen Wert auf das Signal von einer elektronischen Kanal innerhalb der Reihe anwendet, der vergleichsweise weiter von dem elektronischen Kanal entfernt ist, der das Lokalmaximum-Signal aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller des Weiteren so konfiguriert ist, dass er die Reihe identifiziert, indem er aneinandergrenzende elektronische Kanäle identifiziert, die Signalen aufweisen, die über einem Signal-Schwellenwert liegen.
System nach Anspruch 1, wobei der erste numerische Wert größer ist als der zweite numerische Wert.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller des Weiteren so konfiguriert ist, dass er das Gewicht mit dem zweiten numerischen Wert auf wenigstens einen der elektronischen Kanäle innerhalb der Reihe anwendet, die sich an beiden Seiten des elektronischen Kanals mit dem Lokalmaximum-Signal befinden, der Controller des Weiteren so konfiguriert ist, dass er ein Gewicht mit einem dritten numerischen Wert auf das Signal wenigstens eines anderen der elektronischen Kanäle innerhalb der Reihe anwendet, und dabei der erste numerische Wert höher ist als der zweite numerische Wert und der zweite numerische Wert höher ist als der dritte numerische Wert.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller des Weiteren so konfiguriert ist, dass er ein Gewicht mit dem ersten numerischen Wert auf das Signal wenigstens eines der elektronischen Kanäle innerhalb der Reihe anwendet, der an den elektronischen Kanal mit dem Lokalmaximum-Signal angrenzt.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller des Weiteren so konfiguriert, dass er ein Gewicht mit einem numerischen Wert von ungefähr Null auf die Signale von den elektronischen Kanälen innerhalb der Reihe anwendet, die Signalpegel unterhalb eines Signal-Schwellenwertes haben.
System nach Anspruch 1, wobei der Signal-Cluster des Weiteren die Signale von einer Reihe von wenigstens drei aneinandergrenzenden elektronischen Kanälen umfasst, der erste numerische Wert höher ist als der zweite numerische Wert und das Gewicht mit dem zweiten numerischen Wert auf die elektronischen Kanäle angewendet wird, die sich auf beiden Seiten des elektronischen Kanals befinden, der das Lokalmaximum-Signal aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei der erste numerische Wert ungefähr Null beträgt und der zweite numerische Wert höher ist als der erste numerische Wert.
System nach Anspruch 1, wobei der erste numerische Wert ungefähr zweimal so groß ist wie der zweite numerische Wert.
System nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite numerische Wert auf Basis binomischer Gewichtung bestimmt werden.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Teil der Elektroden elektrisch zu Gruppen aus wenigstens drei halb-aneinandergrenzenden Elektroden verbunden sind und der Controller so konfiguriert ist, dass er ein Signal von jeder der Gruppen halb-aneinandergrenzender Elektroden erfasst.
Verfahren zum Identifizieren einer Berührungsposition an einem kapazitiven Touchscreen-System, das umfasst: Empfangen von Signalen in Reaktion auf eine Berührung von elektronischen Kanälen, die jeweils mit einer Elektrode oder einer Gruppe halb-aneinandergrenzender Elektroden verbunden sind, die auf einem Substrat vorhanden sind, wobei aneinandergrenzende Elektroden im Wesentlichen dreieckige Formen haben, die zwischen einer ersten und einer zweiten Ausrichtung abwechseln und so eine verschachtelte Anordnung bilden, so dass die Berührung einen Signal-Cluster erzeugt, der die von einer Reihe aneinandergrenzender elektronischer Kanäle erzeugten Signale umfasst; Anwenden von Gewichten mit wenigstens zwei verschiedenen numerischen Werten auf die Signale von der Reihe aneinandergrenzender elektronischer Kanäle, wobei die wenigstens zwei verschiedenen numerischen Werte auf Pegeln der Signale basieren; und Bestimmen einer Position der Berührung an dem Substrat auf Basis der gewichteten Signale.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Anwenden von Gewichten des Weiteren Anwenden eines Gewichtes mit einem niedrigeren numerischen Wert auf das Signal von einem elektronischen Kanal innerhalb der Reihe, das einen maximalen Signalpegel hat, und Anwenden eines Gewichtes mit einem höheren numerischen Wert auf das Signal von einem elektronischen Kanal innerhalb der Reihe umfasst, das einen Signalpegel hat, der niedriger ist als der maximale Signalpegel.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Anwenden von Gewichten des Weiteren umfasst, dass ein erster Satz von Gewichten mit einem ersten Satz numerischer Werte auf wenigstens einen Teil der Elektroden innerhalb der Reihe angewendet wird, die die erste Ausrichtung haben, und ein zweiter Satz von Gewichten mit einem zweiten Satz numerischer Werte auf wenigstens einen Teil der Elektroden innerhalb der Reihe angewendet wird, die die zweiten Ausrichtung haben, und dabei die Summen des ersten und des zweiten Satzes numerischer Werte im Wesentlichen gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Gewichte mit wenigstens zwei verschiedenen numerischen Werten einen ersten Satz von Gewichten umfassen und das Verfahren des Weiteren umfasst: Anwenden eines zweiten Satzes von Gewichten mit wenigstens zwei verschiedenen numerischen Werten auf die Signale von der Reihe elektronischer Kanäle, wobei sich der zweite Satz von Gewichten von dem ersten Satz von Gewichten unterscheidet; und des Weiteren Bestimmen der Position auf Basis eines Mittelwertes der gewichteten Signale basierend auf dem ersten Satz von Gewichten und der gewichteten Signale basierend auf dem zweiten Satz von Gewichten.
Verfahren nach Anspruch 13, das des Weiteren umfasst: Vergleichen von Pegeln der Signale von den elektronischen Kanälen innerhalb der Reihe mit einem Signal-Schwellenwert; und Auswählen der numerischen Werte der Gewichte auf Basis des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 13, das des Weiteren umfasst: Identifizieren des elektronischen Kanals innerhalb der Reihe, der ein maximales Signal aufweist; und Verwerfen der Signale von den elektronischen Kanälen innerhalb der Reihe, wenn der Pegel der Signale von beiden der elektronischen Kanäle, die an den elektronischen Kanal angrenzen, der das maximale Signal hat, niedriger ist als ein Signal-Schwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 13, das des Weiteren umfasst: Identifizieren des elektronischen Kanals innerhalb der Reihe, der einen maximalen Signalpegel in Bezug auf die Pegel der Signale von den anderen elektronischen Kanälen innerhalb der Reihe hat; Vergleichen der Pegel der Signale von den anderen elektronischen Kanälen innerhalb der Reihe mit wenigstens einem Signal-Schwellenwert; und Bestimmen der wenigstens zwei verschiedenen numerischen Werte der Gewichte auf Basis des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 13, das des Weiteren umfasst: Empfangen von Signalen in Reaktion auf eine zweite Berührung, die einen zweiten Signal-Cluster erzeugt, der die Signale umfasst, die von einer Reihe aneinandergrenzender elektronischer Kanäle erzeugt werden, die von der Reihe aneinandergrenzender elektronischen Kanäle getrennt ist, die den Signal-Cluster erzeugen, wobei der zweite Signal-Cluster simultan zu dem Signal-Cluster erfasst wird; Anwenden von Gewichten mit wenigstens zwei verschiedenen numerischen Werten auf die Signale, die mit dem zweiten Signal-Cluster zusammenhängen; und Bestimmen einer Position der zweiten Berührung an dem Substrat basierend wenigstens auf den gewichteten Signalen, die mit der zweiten Berührung zusammenhängen.