TWI743600B - 相位關係感測系統 - Google Patents

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伯恩 莫斯利
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美商塔切爾實驗室公司
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Abstract

一人或物件被輸注一信號。該經輸注信號與自一觸控感測器、控制器或可佩戴裝置傳輸及由該觸控感測器、控制器或可佩戴裝置使用的信號具有一相位關係。使用該經輸注信號之該相位關係，以便提高該觸控感測器、控制器或可佩戴裝置處或上的接收器量測及判定諸如懸停之觸控事件的能力。

Description

相位關係感測系統
所揭示系統一般而言係關於感測器領域，且特定言之係關於使用經傳輸信號之一相位關係之感測器。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張於2018年11月27日申請之美國臨時申請案第62/771,871號的權利，該案之內容係以引用的方式併入本文中；本申請案亦為於2018年2月26日申請之標題為「Phase Shift and Phase Shift Assisted Sensing」之美國專利第15/905,465號的一部分接續申請案，該美國專利第15/905,465號主張於2017年8月2日申請之標題為「Noise Mitigation for Frequency Domain Sensor」之美國臨時專利申請案第62/540,458號及於2017年10月13日申請之標題為「High Proximity Minimal Transmit Sensor Driver」之美國臨時專利申請案第62/572,005號的權利，所有上述申請案之內容係以引用的方式併入本文中。
在各項實施例中，本發明係關於對懸停、接觸及壓力敏感之系統(例如，物件、可佩戴裝置、面板、鍵盤)及其等在真實世界、人工實境、虛擬實境及擴增實境設置中之應用。一般技術者將理解，本文中之揭示內容通常應用於使用快速多點觸控以偵測懸停、接觸及壓力之所有類型之系統。在一實施例中，本發明系統及方法可應用於面板及顯示表面(包含但不限於，智慧板、觸控墊、智慧墊及互動式顯示器)。
貫穿本發明，術語「觸控(touch/touches」、「觸控事件」、「接觸（contact/contacts）」、「懸停(hover或hovers)」或其他描述符可用於描述其中藉由一感測器偵測一按鍵、按鍵開關、使用者之手指、一觸控筆、一物件或一身體部分之事件或時間段。在一些感測器中，僅在使用者與一感測器或其中體現該感測器之一裝置實體接觸時發生偵測。在一些實施例中且通常如藉由字詞「接觸」所表示，由於與一感測器或其中體現該感測器之一裝置實體接觸而發生此等偵測。在其他實施例中且如有時通常藉由術語「懸停」所指代，儘管存在導電性或電容性物件(例如，一觸控筆或筆)不與表面實際實體接觸之事實，感測器仍可經調諧以容許偵測懸停於觸控表面上方一距離處或以其他方式與感測器裝置分離並引起一可辨識變化之「觸控」。因此，在此描述內使用暗示依靠經感測之實體接觸之語言不應被視為意謂所描述之技術僅適用於該等實施例；實際上，本文中所描述之幾乎所有(若非所有)內容將同樣適用於「接觸」及「懸停」(其等之各者係一「觸控」)。通常，如本文中所使用，字詞「懸停」係指非接觸式觸控事件或觸控，且如本文中所使用，在本文中「觸控」係所期望之意義上，術語「懸停」係一種類型之「觸控」。因此，如本文中所使用，片語「觸控事件」及字詞「觸控」在用作一名詞時包含一接近觸控及一接近觸控事件，或可使用一感測器識別之任何其他手勢。「壓力」係指由一使用者接觸(例如，由使用者手指或手按壓)對一物件之表面所施加之每單位面積的力。「壓力」之量類似地係「接觸」(即，「觸控」)之一量度。「觸控」係指「懸停」、「接觸」、「壓力」或「抓握」之狀態，而缺少「觸控」通常藉由信號低於用於感測器之準確量測之一臨限值來識別。根據一實施例，可以非常低延遲(例如，大約十毫秒或更短，或大約小於一毫秒)偵測、處理觸控事件並將其等供應至下游運算程序。
如本文中且尤其在發明申請專利範圍內所使用，序數術語(諸如第一及第二)本身並不旨在暗示序列、時間或唯一性，而是用於區分一所主張之建構體與另一所主張之建構體。在上下文規定之一些使用中，此等術語可暗示第一及第二係唯一的。例如，在一事件在一第一時間發生且另一事件在一第二時間發生之情況下，無意暗示該第一時間在該第二時間之前、在該第二時間之後或與該第二時間同時發生。然而，在發明申請專利範圍中提出第二時間係在第一時間之後之進一步限制的情況下，上下文將要求將第一時間及第二時間解讀為唯一時間。類似地，在上下文如此規定或允許之情況下，序數術語旨在被廣泛地解釋，使得兩個所識別之請求項建構體可具有相同特性或具有不同特性。因此，例如，一第一及一第二頻率(無進一步限制)可為相同頻率，例如，該第一頻率為10 MHz且該第二頻率為10 MHz；或可為不同頻率，例如，第一頻率為10 MHz且第二頻率為11 MHz。上下文可另有規定，例如，在一第一及一第二頻率進一步限於彼此頻率正交之情況下，在此情況中，其等可為相同頻率。
本申請案設想經設計用於在裝置(諸如觸控面板、控制器、物件、介面、可佩戴裝置等)中實施之感測器之各項實施例。感測器組態係適於與頻率正交傳訊技術一起使用(有關進一步論述參見，例如，美國專利第9,019,224號及第9,529,476號，以及美國專利第9,811,214號，所有案以引用的方式併入本文中)。本文中所論述之感測器組態可與其他信號技術(包含掃描或分時技術及/或分碼技術)一起使用。相關應注意的是，本文中所描述及繪示之感測器亦適於結合信號輸注(亦被稱為信號注入)技術及設備一起使用。
本發明所揭示之系統及方法涉及與設計、製造及使用感測器有關及用於設計、製造及使用感測器之原理，諸如基於電容性之感測器，其採用基於正交傳訊之一多工方案，諸如(但不限於)分頻多工(FDM)、分碼多工(CDM)或組合FDM方法及CDM方法兩者之一混合調變技術。本文中對頻率之參考亦可係指其他正交信號基。因而，本申請案將申請人之標題為「Low-Latency Touch Sensitive Device」之先前美國專利第9,019,224號及標題為「Fast Multi-Touch Post Processing」之美國專利第9,158,411號以引用的方式併入本文中。此等申請案設想可結合本發明所揭示感測器一起使用之FDM、CDM或FDM/CDM混合觸控感測器。在此等感測器中，當來自一列之一信號耦合(增加)至一行或自一行解耦(減少)時感測互動且在該行上接收結果。藉由循序激發列及量測行處之激發信號之耦合，可產生反映電容變化且因此接近度之一熱圖。
本申請案亦採用在以下項中揭示之快速多點觸控感測器及其他介面中所使用之原理：美國專利第9,933,880號；第9,019,224號；第9,811,214號；第9,804,721號、第9,710,113號；及第9,158,411號。假定熟悉此等專利內之揭示內容、概念及命名法。該等專利及以引用的方式併入其中之申請案之全部揭示內容係以引用的方式併入本文中。本申請案亦採用在以下項中揭示之快速多點觸控感測器及其他介面中所使用之原理：美國專利申請案第15/162,240號；第15/690,234號；第15/195,675號；第15/200,642號；第15/821,677號；第15/904,953號；第15/905,465號；第15/943,221號；第62/540,458號；第62/575,005號；第62/621,117號；第62/619,656號；及PCT公開案PCT/US2017/050547，假定熟悉該等案中之揭示內容、概念及命名法。該等申請案及以引用的方式併入其中之申請案之全部揭示內容係以引用的方式併入本文中。
已在上文所論述之專利申請案中揭示一快速多點觸控(FMT)感測器之特定原理。正交信號經傳輸至複數個傳輸導體(或天線)中且藉由附接至複數個接收導體(或天線)之接收器接收資訊，接著藉由一信號處理器分析信號以識別觸控事件。術語「導體」與「天線」在本文中可互換使用。傳輸導體及接收導體可以各種組態(例如，包含其中交叉點形成節點之一矩陣)組織，且藉由處理經接收信號來偵測該等節點處之互動。在其中正交信號係頻率正交之一實施例中，正交頻率之間的間隔
Figure 02_image001
係至少量測週期
Figure 02_image003
之倒數，量測週期
Figure 02_image003
等於在其期間對行進行取樣之週期。因此，在一實施例中，可使用一千赫之頻率間隔(
Figure 02_image005
)針對一毫秒(
Figure 02_image003
)量測一行(即，
Figure 02_image007
)。
在一實施例中，一混合信號積體電路(或一下游組件或軟體)之信號處理器經調適以判定表示傳輸至一列之各頻率正交信號之至少一值。在一實施例中，該混合信號積體電路(或一下游組件或軟體)之信號處理器對經接收信號執行一傅立葉變換。在一實施例中，混合信號積體電路經調適以數位化經接收信號。在一實施例中，混合信號積體電路(或一下游組件或軟體)經調適以數位化經接收信號且對經數位化資訊執行一離散傅立葉變換(DFT)。在一實施例中，混合信號積體電路(或一下游組件或軟體)經調適以數位化經接收信號且對經數位化資訊執行一快速傅立葉變換(FFT)，FFT為一種類型之離散傅立葉變換。
熟習此項技術者鑑於本發明將明白，一DFT本質上將在一取樣週期(例如，整合週期)期間獲取之數位樣本序列(例如，窗口)視為如同其重複般。因此，並非中心頻率(即，並非整合週期之倒數(此倒數定義最小頻率間隔)的整數倍)之信號可能具有將小值貢獻至其他DFT頻格中之相對標稱、但非預期後果。因此，熟習此項技術者鑑於本發明亦將明白，如本文中所使用之術語正交不被此等小貢獻所「違背」。換言之，在吾人在本文中使用術語頻率正交時，若一個信號對DFT頻格之實質上所有貢獻係對不同於另一信號之實質上所有貢獻之DFT頻格進行，則兩個信號被視為頻率正交。
在一實施例中，經接收信號係以至少1 MHz進行取樣。在一實施例中，經接收信號係以至少2 MHz進行取樣。在一實施例中，經接收信號係以4 MHz進行取樣。在一實施例中，經接收信號係以4.096 MHz進行取樣。在一實施例中，經接收信號係以4 MHz以上進行取樣。
為實現kHz取樣，例如，4096個樣本可以4.096 MHz獲取。在此一實施例中，整合週期係1毫秒，此根據頻率間隔應大於或等於整合週期之倒數之約束提供一最小頻率間隔1 KHz。(熟習此項技術者鑑於本發明將明白，以(例如) 4 MHz獲取4096個樣本將產生略長於1毫秒之一整合週期，且未實現kHz取樣，及一最小頻率間隔976.5625 Hz)。在一實施例中，頻率間隔係等於整合週期之倒數。在此一實施例中，一頻率正交信號範圍之最大頻率應小於2 MHz。在此一實施例中，一頻率正交信號範圍之實際最大頻率應小於取樣率之約40%，或約1.6 MHz。在一實施例中，一DFT (其可為一FFT)係用於將經數位化之經接收信號變換成資訊頻格，各資訊頻格反映經傳輸之一頻率正交信號(其可藉由傳輸天線傳輸)之頻率。在一實施例中，2048個頻格對應於從1 KHz至約2 MHz之頻率。熟習此項技術者鑑於本發明將明白，此等實例僅供例示。取決於一系統之需求且服從上文所描述之約束，可增加或減少樣本率，可調整整合週期，可調整頻率範圍等。
在一實施例中，一DFT (其可為一FFT)輸出包括用於經傳輸之各頻率正交信號之一頻格。在一實施例中，各DFT (其可為一FFT)頻格包括一同相(I)分量及正交(Q)分量。在一實施例中，I分量與Q分量之平方和係用作對應於針對該頻格之信號強度之量度。在一實施例中，I分量與Q分量之平方和之平方根係用作對應於針對該頻格之信號強度之一量度。熟習此項技術者鑑於本發明將明白，對應於針對一頻格之信號強度之一量度可用作與生物測定活動有關之一量度。換言之，對應於一給定頻格中之信號強度之該量度將由於某一活動而改變。
圖1繪示根據一實施例之一快速多點觸控感測器100之特定原理。傳輸器200將藉由信號產生器202產生之一不同信號傳輸至面板400之列導體201之各者中。信號經設計為「正交」，即，可彼此分離及區分。一接收器300附接至各行導體301且使一信號處理器302可操作地耦合至接收器300。列導體201及行導體301係能夠傳輸及/或接收信號之導體/天線。接收器300經設計以接收經傳輸信號之任一者，或經傳輸信號之一任意組合(具有或不具有其他信號及/或雜訊)，及個別地判定一量度(例如，存在於該行導體301上之正交經傳輸信號之各者之一數量)。觸控面板400包括正交信號可沿著其等傳播之一系列列導體201及行導體301 (未全部展示)。在一實施例中，列導體201及行導體301經配置使得一觸控事件將引起列導體201之至少一者與行導體301之至少一者之間的耦合之一變化。在一實施例中，一觸控事件將引起在行導體301中偵測之在一列導體201上傳輸之一信號之量(例如，量值)之一變化。在一實施例中，一觸控事件將引起在一行導體301上偵測之在一列導體201上傳輸之一信號之相位之一變化。因為感測器100最終歸因於耦合變化而偵測一觸控事件，所以其無特別重要性，惟對於一特定實施例原本可能顯而易見之原因(對於藉由一觸控之觸控相關耦合引起之變化類型)除外。如上文所論述，觸控或觸控事件不需要一實體觸控，而是需要影響經耦合信號之一事件。在一實施例中，觸控或觸控事件不需要一實體觸控，而是需要以一可重複或可預測方式影響經耦合信號之一事件。
繼續參考圖1，在一實施例中，通常，在一列導體201及行導體301附近之一觸控事件之結果引起在一列導體201上傳輸之信號(在其在一行導體301上被偵測時)之一變化。在一實施例中，可藉由比較行導體301上之連續量測來偵測耦合變化。在一實施例中，可藉由比較在列導體201上傳輸之信號之特性與在行導體301上進行之一量測來偵測耦合變化。在一實施例中，既可藉由比較行導體301上之連續量測亦可藉由比較在列導體201上傳輸之信號之已知特性與在行導體301上進行之一量測來量測一耦合變化。更一般而言，觸控事件引起且因此對應於在行導體301上之信號之量測。因為列導體201上之信號係正交的，所以多個列信號可耦合至行導體301且藉由接收器300區分。同樣地，在各列導體201上之信號可耦合至多個行導體301。對於耦合至一給定列導體201之各行導體301 (且無關於觸控如何影響列導體與行導體之間的耦合)，在行導體301上量測之信號含有將指示哪些列導體201與該行導體301同時被觸控之資訊。經接收之各信號之量值或相移通常與攜載對應信號之行導體301與列導體201之間的耦合量有關，且因此可指示觸控物件至表面之一距離、觸控覆蓋之表面之一面積及/或觸控之壓力。
在一觸控裝置之各項實施方案中，與列導體201及/或行導體301之實體接觸係不太可能或不可能的，此係因為在列導體201及/或行導體301與觸控之手指或其他物件之間可能存在一保護障壁。此外，通常，列導體201及行導體301自身並不彼此實體接觸，而是以容許信號在其等之間耦合且耦合隨著觸控而改變之一接近度放置。通常，列-行耦合並非由其等之間實際接觸所引起，亦不是由來自觸控之手指或其他物件之實際接觸所引起，而是由使手指(或其他物件)接近之效應所引起，此接近度導致一耦合變化，此效應在本文中被稱為觸控。
在一實施例中，列導體201及行導體301之定向可由於一物理程序而改變，且列導體201及/或行導體301相對於彼此之定向(例如，移動)變化可引起一耦合變化。在一實施例中，一列導體201及一行導體301之定向可由於一物理程序而改變，且列導體201與行導體301之間的定向範圍包含歐姆接觸，因此在一範圍內的一些定向中，一列導體201與行導體301可係實體接觸，而在該範圍內之其他定向中，列導體201與行導體301未實體接觸且可使其等耦合改變。在一實施例中，當一列導體201與行導體301未實體接觸時，其等耦合可由於移動更靠近彼此或移動更遠離彼此而改變。在一實施例中，當一列導體201與行導體301未實體接觸時，其等耦合可由於接地而改變。在一實施例中，當一列導體201與行導體301未實體接觸時，其等耦合可由於在耦合場內轉換之材料而改變。在一實施例中，當一列導體201與行導體301未實體接觸時，其等耦合可由於列導體201或行導體301或與列導體或行導體相關聯之一天線之一變化形狀而改變。
列導體201及行導體301之性質係任意的，且特定定向係可變的。實際上，術語列導體及行導體並不意欲係指一方格網，而是指在其等上傳輸信號之一組導體(列導體)及信號可被耦合至其等之一組導體(行導體)。信號在列導體上傳輸且在行導體上接收之概念本身係任意的，且信號可容易地在任意指定行之導體上傳輸且在任意命名為列導體之導體上接收，或列導體及行導體兩者皆可任意地命名為其他。此外，列導體及行導體不一定在一網格中。只要一觸控事件將影響一列-行耦合，其他形狀便係可能的。例如，「列」可在同心圓中，且「行」可為自中心輻射出之輻條。且「列」及「行」皆不需要遵循任何幾何或空間圖案，因此，例如，一鍵盤上之按鍵可被任意地連接以形成列及行(與其等相對位置有關或無關)。此外，一導體或天線之實體結構可隨一列導體(例如，具有比一簡單導線(舉例而言，諸如由ITO製成之一列)更明確之一形狀)而改變。例如，一天線或導體可呈圓形或矩形，或具有實質上任何形狀，或變化之一形狀。用作一列之一天線(或導體)可接近一或多個導體或充當行之一或多個其他天線而被定向。換言之，在一實施例中，一天線可用於信號傳輸且接近一或多個導體，或用於接收信號之一或多個其他天線而被定向。一觸控將改變用於信號傳輸之天線與用於接收信號之天線之間的耦合。
不必僅存在兩種類型信號傳播通道：代替列導體及行導體，在一實施例中，可提供通道「A」、「B」及「C」，其中在「A」上傳輸之信號可在「B」及「C」上接收，或在一實施例中，在「A」及「B」上傳輸之信號可在「C」上接收。信號傳播通道亦可交替功能，有時支援傳輸器且有時支援接收器。亦設想信號傳播通道可同時支援傳輸器及接收器，條件是經傳輸信號係正交的，且因此可與經接收之信號分離。可使用三種或三種以上類型之天線或導體而非僅「列」及「行」。許多替代實施例係可行的，且熟習此項技術者在考量本發明之後將明白該等替代實施例。
同樣地，在各傳輸媒體上不必僅傳輸一個信號。在一實施例中，多個正交信號在各列導體上傳輸。在一實施例中，多個正交信號在各傳輸天線上傳輸。
返回圖1，如上文所提及，在一實施例中，面板400 (其係一觸控面板)包括信號可沿著其等傳播之一系列列導體201及行導體301。如上文所論述，列導體201及行導體301經定向使得在其等未被觸控時，信號係以不同於在其等被觸控時的方式耦合。在其等之間耦合之信號的變化可係通常與觸控成正比或成反比(儘管不一定成線性比例)，使得觸控係作為一階度(gradation)來量測，從而允許區分更多觸控(即，更近或更有力)與更少觸控(即，更遠或更輕柔)，且甚至無觸控。
一接收器300附接至各行導體301，該接收器300使一信號處理器302可操作地連接至其。接收器300經設計以接收存在於行導體301上之信號，包含正交信號之任一者，或正交信號之一任意組合，及所存在之任何雜訊或其他信號。通常，接收器經設計以接收存在於行導體301上之一信號訊框，及識別提供信號之行。一信號訊框係在一整合週期或取樣週期期間接收。在一實施例中，與接收器資料相關聯之信號處理器302可判定與在擷取該信號訊框之時間期間存在於該行導體301上之正交傳輸信號之各者之數量相關聯的一量度。以此方式，除了識別與各行導體301觸碰之列導體201之外，接收器亦可提供關於觸控之額外(例如，定性)資訊。一般而言，觸控事件可對應(或反向對應)於行導體301上之經接收信號。對於各行導體301，在其上接收之不同信號指示對應列導體201之哪一者與該行導體301同時被觸控。在一實施例中，對應列導體201與行導體301之間的耦合量可指示(例如)觸控所覆蓋之表面之面積、觸控之壓力等。在一實施例中，在對應列導體201與行導體301之間隨時間之一耦合變化指示在兩者之相交處之一觸控變化。
在一實施例中，一混合信號積體電路包括信號產生器、傳輸器、接收器及信號處理器。在一實施例中，該混合信號積體電路經調適以產生一或多個信號且將該等信號發送至傳輸天線。在一實施例中，混合信號積體電路經調適以產生複數個頻率正交信號且將該複數個頻率正交信號發送至傳輸天線。在一實施例中，混合信號積體電路經調適以產生複數個頻率正交信號且將該複數個頻率正交信號之一或多者發送至複數個列之各者。在一實施例中，頻率正交信號係在DC至高達約2.5 GHz之範圍內。在一實施例中，頻率正交信號係在DC至高達約1.6 MHz之範圍內。在一實施例中，頻率正交信號係在50 KHz至200 KHz之範圍內。頻率正交信號之間的頻率間隔應大於或等於一整合週期(即，取樣週期)之倒數。
當處置一觸控面板400時，管控信號及因此觸控事件之偵測之許多因素開始起作用。列導體201與行導體301之間的串擾在判定觸控事件時發揮作用。觸控面板400之任何區域中之耦合量值及相位亦可在判定觸控事件時發揮作用。例如，用於列導體201及行導體301之導體之性質可在判定觸控事件時作為發揮作用之一因素。一列導體201與另一列導體201之間的近場中之互電容可在判定觸控事件時作為發揮作用之一因素。一列導體201與另一行導體301之間的互電容可在判定觸控事件時作為發揮作用之一因素。一行導體301與另一行導體301之間的互電容可在判定觸控事件時作為發揮作用之一因素。一列導體201與另一列導體201之間的近場中之互電感可在判定觸控事件時作為發揮作用之一因素。一列導體201與另一行導體301之間的互電感可在判定觸控事件時作為發揮作用之一因素。一行導體301與另一行導體301之間的互電感可在判定觸控事件時作為發揮作用之一因素。另外，列導體201及行導體301之間、上及附近之材料之介電及滲透性特性可在判定觸控事件時作為發揮作用之一因素。
信號處理器302能夠分析經接收信號且偵測串擾/耦合之小變化。在各經感測列/行處，可藉由信號處理器302偵測及分析大於一(或若干)驅動頻率之絕對量值之耦合。可藉由信號處理器302偵測及分析一(或若干)驅動頻率之經接收信號之實數分量。可藉由信號處理器302偵測及分析一(或若干)驅動頻率之經接收信號之虛數分量。相對於經耦合信號之一(或若干)驅動頻率之實數分量及虛數分量的相位關係可相對於各OFD可分離頻率增大、減小或保持不變。此等變化可藉由信號處理器302偵測及分析。
針對整個感測器100之每個唯一經感測列/行耦合重複用於耦合之經接收信號分量之可偵測變化。接著可在任兩個或兩個以上經感測列/行耦合之間，在附近經感測列/行耦合之任何區域或鄰域間，及/或在任兩個或兩個以上此類區域間進行數學比較。
用於一單個經感測列/行耦合之資訊空間係相當密集的，且因此在一經感測列/行耦合或區域間之資訊空間相對於另一唯一及分離經感測列行耦合或區域之置換相當大。在一給定經感測列/行耦合處建立一或多個信號性質之因素之任何關係變化係可偵測的。
除了如上文所描述歸因於偵測導體之間的互動而在一觸控感測器上偵測觸控事件之外，亦已發現，可將一信號輸注至一人或導電物件中且該經輸注信號將影響在該經輸注人或物件附近之一感測器。在以引用的方式併入本文中之標題為「System and Methods for Infusion Range Sensor」之美國專利申請案第16/193,476號中，論述用於量測經輸注物件距一感測器之距離之一方法及系統。在該申請案中，一身體部分或一物件被輸注一信號且相對於一感測器移動。透過經輸注身體部分或物件之移動，系統能夠基於經接收信號判定量測且判定身體部分或物件距該感測器之一位置。
基於自上述揭示內容學習之關於判定被輸注一信號之一人或物件之位置的見解，探索輸注之進一步用途。其中已被輸注信號之一人或物件可影響感測器及感測器上之接收器偵測及量測之內容。在一實施例中，一經輸注信號係相對於觸控感測器所使用(例如，跨觸控感測器傳輸)之其他信號頻率正交。在一實施例中，經輸注信號係與在觸控面板上傳輸之另一信號相同頻率。在一實施例中，經輸注信號具有與感測器上之另一信號相同之頻率，然而，相對於具有相同頻率之信號具有一預定相位關係。
已進一步判定可基於特定經傳輸信號之相位關係自系統獲得額外資訊。特定經傳輸信號之相位關係將影響接收器處對經傳輸信號之接收。經傳輸信號之接收將影響在一系統(諸如一觸控面板或其他感測器)上偵測及判定之內容。除了能夠偵測觸控面板上之經輸注信號之一量測之外，亦可使用經輸注信號之相位特性以便使用經傳輸及經輸注信號之相位關係偵測或更佳判定觸控事件(在特定案例中，諸如懸停)。特定言之，經輸注信號相對於在觸控面板上傳輸之信號之相位關係可用於影響觸控事件(諸如懸停)之偵測。在一實施例中，經輸注信號相對於在觸控面板上傳輸之信號之相位關係可增強觸控面板之懸停偵測。在一實施例中，經輸注信號與在觸控感測器上傳輸之信號之相位關係可用於形成一較佳熱圖以用於(例如)判定一身體部分之位置。在一實施例中，經輸注信號與在觸控面板上傳輸之信號之相位關係可用於在判定一身體部分之位置時改良信雜比。
在一實施例中，一觸控感測系統經組態為具有由至少兩個天線或導體(一個天線或導體用於傳輸且另一個天線或導體用於接收)構成之一感測器。可增加更多天線或導體以增加解析度及/或敏感度。一TX信號產生電路經組態以產生可操作地連接至一導體或天線之一信號，且因此傳輸該信號。相同信號亦耦合至輸出一經改變信號之一相變電路，該經改變信號與源信號相差一相位角(例如，90度或180度)。經改變之相位信號可操作地耦合至感測器附近之身體(例如，一信號輸注器與身體可操作地連接)。一RX及處理電路經組態以在用於傳輸信號之導體或天線正在傳輸之一時間段期間接收入射於另一導體或天線(即，並非用於傳輸信號之導體或天線)上之信號。經接收信號(例如)如上文所描述經處理以進行對應於在該時間段期間之經傳輸信號之一或多個量測。根據應用需要，以(例如) 100 Hz、500 Hz、1 MHz重複同時接收及傳輸。在一實施例中，前述新穎組態增加熱圖變形。在一實施例中，前述新穎組態增加感測器中之信號位準。在一實施例中，前述新穎組態增加經接收信號中之信雜比。上文所描述之相位角可經預定(例如，90度或180度)，可一次或不時地調整或可連續調整(例如，在一回饋迴路中)以增加由於所關注觸控而引起之熱圖變形。
圖2及圖3展示採用經傳輸信號之相移以便影響系統量測及判定系統中之觸控事件之能力的系統之實施例。圖2展示一實施例，其中經輸注信號之相位關係係其中經輸注信號相對於在感測器20上傳輸之信號異相180度之相位關係。一信號產生器21產生一第一信號且將該第一信號傳輸至感測器20。相同信號(即，相同頻率信號)經相移180度且被輸注至一手22中。使手22被輸注自感測器20上之第一信號相移180度之一信號使感測器20能夠在較遠離感測器20之表面之一距離處量測手22之存在。在一實施例中，相同信號產生器產生具有預定相位關係之兩個信號。在一實施例中，經產生並傳輸至感測器之信號及經產生並輸注至手之信號係藉由不同信號產生器產生，其中該等信號產生器之各者知道經產生之每個其他信號之相位關係。
圖3展示一相位關係系統中所使用之感測器30之一實施例。感測器30具有至少一接收天線31 (或導體)及至少一傳輸天線32 (或導體)。一信號接收器35可操作地連接至接收天線31。一信號產生器34可操作地連接至傳輸天線32。信號產生器34及信號接收器35可操作地連接至一信號處理器36或與信號處理器36整合。一輸注天線37 (或電極)可操作地連接至一身體部分33。信號產生器34產生具有一第一相位之一信號。具有該第一相位之該經產生信號經傳輸至傳輸天線32。相同信號(例如，相同頻率信號)係自傳輸至傳輸天線32且傳輸至輸注天線37之信號相移180度。輸注天線37將經相移信號輸注至身體部分33中。此外，在此實例中形成之相位關係修改感測器30量測在感測器30附近發生之互動的能力。例如，能夠藉由感測器歸因於經輸注至身體部分33中之經相移信號之存在而鑑別(即，更清楚地感測)在感測器30附近移動之一物件或身體部分。經輸注至身體部分33中之180度相移之信號的存在提高信號強度，此增加信號相對於雜訊之量。此影響接收天線31判定以第一相位傳輸之信號之量測之能力。在一實施例中，相同信號產生器產生具有預定相位關係之兩個信號。在一實施例中，經產生並傳輸至感測器之信號及經產生並輸注至手之信號係藉由不同信號產生器產生，其中該等信號產生器之各者知道經產生之每個其他信號之相位關係。
在一實施例中，經輸注信號之相位關係係其中經輸注信號相對於在觸控面板上傳輸之信號異相90度之相位關係。在一實施例中，經輸注信號與經傳輸信號之間的相位關係係呈除90度或180度以外之一關係。在一實施例中，相位關係係45度。在一實施例中，相位關係係135度。在一實施例中，相位關係係30度。在一實施例中，相位關係係60度。在一實施例中，相位關係係120度。在一實施例中，相位關係係150度。在一實施例中，相位關係小於10度。在一實施例中，相位關係以一已知速率改變，例如，在一訊框中相位關係可為90度且在另一訊框中相位關係可為180度。在一實施例中，相位關係在90度與180度之間交替。在一實施例中，相位關係以一連續速率改變。
除了觸控面板之外，亦可用能夠傳輸及接收信號之導體或天線覆蓋或分層其他物件及物品。例如，一控制器可用導體或天線覆蓋。在一實施例中，一輸注導體(電極)可另外定位於該控制器上。該輸注導體(電極)經調適以將一信號輸注至控制器之一使用者體內。在一實施例中，輸注導體係定位於除控制器以外之一物件上。例如，輸注導體可定位於使用者佩戴之一可佩戴裝置或一件珠寶上。若輸注導體定位於與控制器分離之一物件或具有導體之其他物件上，則輸注導體可另外可操作地連接至信號產生器以便產生相對於在導體上產生及傳輸之信號具有一預定相位關係之信號。在一實施例中，經產生並傳輸至感測器之信號及經產生並輸注至手之信號係藉由不同信號產生器產生，其中該等信號產生器之各者具有經產生之每個其他信號之一已知相位關係。
在一實施例中，一信號係自一控制器或可佩戴裝置自複數個傳輸器之一或多者傳輸。相同信號(經相移180度)被輸注至一身體部分中。亦可使用其他相位關係(諸如上文所論述之相位關係)。一身體部分之互動或一身體部分之移動將與經傳輸信號互動。一接收器接收經傳輸信號且量測經接收之信號。與經傳輸信號且因此經量測之經接收信號之互動係系統用以產生能夠在判定一身體部分之移動、手勢或位置時使用之一熱圖。經輸注之相移信號的存在使接收器能夠量測自傳輸器傳輸之信號且產生具有比不存在具有相位關係之經輸注信號更佳之解析度的熱圖。
在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定一腳之運動。在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定一腳之姿勢。在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定一腿之運動。在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定手之一姿勢。在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定一手之運動。在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定手之一姿勢。在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定一手之運動。在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定手之一姿勢。在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定一手臂之運動。在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定手臂之一姿勢。在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定一頭部之運動。在一實施例中，藉由輸注相位關係系統來判定頭部之一姿勢。
除了控制器、可佩戴裝置及觸控面板之外，亦可在車輛中採用一輸注相位關係系統。在一車輛中，該車輛之組件具有經嵌入於其中或經放置於其上之傳輸器及接收器。車輛之另一組件具有能夠與正在與車輛互動之一人接觸且經調適以將一相移信號輸注至該人體內之一輸注電極或導體。該相移信號相對於自傳輸器傳輸之信號具有一相位關係。在一實施例中，一個信號相對於另一個信號之相位關係係180度。亦可使用其他相位關係(諸如上文所論述之相位關係)。
基於車輛之相位關係系統可用於改良對與車輛之各種互動的偵測及判定。在一實施例中，一汽車座椅可具有經嵌入之傳輸器及接收器。一人可具有能夠輸注相對於自該座椅傳輸之信號具有相位關係之一信號之一輸注電極或與該輸注電極互動。可藉由相位關係系統來更好地判定一人之靠近及位置。在一實施例中，一方向盤採用一相位關係系統以判定一駕駛員之手的位置。在一實施例中，儀表板控制系統採用一相位關係系統以相對於儀表板控制系統之控制件更好地判定一使用者之手。在一實施例中，乘客控制系統採用一相位關係系統以相對於乘客控制系統更好地判定一使用者之手。在一實施例中，一鑰匙圈(key fob)具有與車輛中之傳輸器同步之一信號產生器。該鑰匙圈可將一信號輸注至攜帶鑰匙圈之人體內，使得更好地鑑別與門把手、行李箱等之互動。
除了上文所論述之輸注基系統之外，亦可具有接著提供相同益處之自身與相對於將經傳輸信號具有一相位關係之信號同步且能夠產生該等信號之物件。在一實施例中，一觸控筆可產生相對於在一觸控面板上傳輸之信號具有一相位關係之一信號。在一實施例中，一球或其他遊戲件可產生相對於藉由環境內之傳輸器傳輸之信號具有一相位關係之一信號。
本發明之一態樣係一種相位關係系統。該相位關係系統包括：第一複數個天線，其等可操作地連接至一信號產生器，其中該信號產生器經調適以產生複數個信號，其中該複數個信號之至少一者經產生以具有一第一相位；第二複數個天線，其等可操作地連接至一接收器，其中該第二複數個天線經調適以接收該複數個信號之至少一者；一輸注電極，其可操作地連接至該信號產生器，其中該輸注電極經調適以傳輸具有一第二相位之一信號，該第二相位相對於具有一第一相位之該複數個信號之該至少一者呈一預定相位關係，其中該第一相位與該第二相位係不同的；及一信號處理器，其經調適以處理及判定經接收信號之量測。
本發明之另一態樣係一種用於判定觸控事件之方法。該方法包括：在可操作地連接至一信號產生器之第一複數個天線上產生複數個信號，其中該複數個信號之至少一者經產生以具有一第一相位；在可操作地連接至一接收器之第二複數個天線之至少一者上接收該複數個信號之至少一者；經由可操作地連接至該信號產生器之一輸注電極傳輸一輸注信號，其中該輸注信號具有相對於經產生以具有一第一相位之該複數個信號之該至少一者呈一預定相位關係之一第二相位，其中該第一相位與該第二相位係不同的；及處理並判定經接收信號之量測以便判定一觸控事件。
雖然已參考本發明之一較佳實施例特別展示及描述本發明，但熟習此項技術者將理解，可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下進行形式及細節之各種改變。
20:感測器 21:信號產生器 22:手 30:感測器 31:接收天線 32:傳輸天線 33:身體部分 34:信號產生器 35:信號接收器 36:信號處理器 37:輸注天線 100:快速多點觸控感測器/感測器 200:傳輸器 201:列導體 202:信號產生器 300:接收器 301:行導體 302:信號處理器 400:面板/觸控面板
將自如隨附圖式中所繪示之實施例之以下更具體描述明白本發明之前述及其他目的、特徵及優點，其中貫穿各種圖，元件符號係指相同部分。圖式不一定按比例，而是將重點放在繪示所揭示實施例之原理上。
圖1係用於偵測觸控之一感測器之一示意圖。
圖2係使用輸注之一相移系統之一圖式。
圖3係使用輸注之一相移系統之另一圖式。
100:快速多點觸控感測器/感測器
200:傳輸器
201:列導體
202:信號產生器
300:接收器
301:行導體
302:信號處理器
400:面板/觸控面板

Claims (18)

  1. 一種相位關係系統，其包括：第一複數個天線，其等經可操作地連接至一信號產生器，其中該信號產生器經調適以產生複數個信號，其中該複數個信號之至少一者經產生以具有一第一相位；第二複數個天線，其等經可操作地連接至一接收器，其中該第二複數個天線經調適以接收該複數個信號之至少一者；一輸注電極，其經可操作地連接至該信號產生器，其中該輸注電極經調適以傳輸具有一第二相位之一信號，該第二相位相對於具有一第一相位之該複數個信號之該至少一者呈一預定相位關係，其中該第一相位與該第二相位係不同的，其中該輸注電極經調適以待可操作地連接至一身體部分，且具有該第二相位之該信號被傳輸至該身體部分中，從而至少部分因於具有該第二相位之該信號與經產生以具有該第一相位之該複數個信號之該至少一者之間的相位關係影響對該身體部分之懸停之判定；及一信號處理器，其經調適以處理及判定經接收信號之量測。
  2. 如請求項1之相位關係系統，其中該第一相位係不同於該第二相位180度。
  3. 如請求項1之相位關係系統，其中該第一相位係不同於該第二相位90度。
  4. 如請求項1之相位關係系統，其中具有該第一相位之該複數個信號之該至少一者具有與具有該第二相位之該信號相同之一頻率。
  5. 如請求項1之相位關係系統，其中該預定相位關係經調適以提供一較佳信雜比。
  6. 如請求項1之相位關係系統，其中該預定相位關係經調適以影響觸控事件之偵測。
  7. 如請求項1之相位關係系統，其中該預定相位關係週期性地改變。
  8. 如請求項1之相位關係系統，其中該預定相位關係連續地改變。
  9. 如請求項1之相位關係系統，其中對不具有該經輸注(infused)信號之另一身體部分之懸停之判定係不同於對具有該經輸注信號之該身體部分之懸停之判定。
  10. 一種用於判定觸控事件之方法，其包括：在經可操作地連接至一信號產生器之第一複數個天線上產生複數個信號，其中該複數個信號之至少一者經產生以具有一第一相位；在經可操作地連接至一接收器之第二複數個天線之至少一者上接收該複數個信號中之至少一者，經由經可操作地連接至該信號產生器之一輸注電極傳輸一輸注信 號，其中該輸注信號具有相對於經產生以具有一第一相位之該複數個信號中之該至少一者呈一預定相位關係之一第二相位，其中該第一相位與該第二相位係不同的，其中該輸注電極經調適以待可操作地連接至一身體部分，且具有該第二相位之該信號被傳輸至該身體部分中，從而至少部分因於具有該第二相位之該信號與經產生以具有該第一相位之該複數個信號之該至少一者之間的相位關係影響對該身體部分懸停之判定；及處理並判定經接收信號之量測，以便判定一觸控事件。
  11. 如請求項10之方法，其中該第一相位係180度不同於該第二相位。
  12. 如請求項10之方法，其中該第一相位係90度不同於該第二相位。
  13. 如請求項10之方法，其中具有該第一相位之該複數個信號中之該至少一者具有與具有該第二相位之該信號相同之一頻率。
  14. 如請求項10之方法，其中該預定相位關係提供一較佳信雜比。
  15. 如請求項10之方法，其中該預定相位關係影響觸控事件之偵測。
  16. 如請求項10之方法，其中該預定相位關係週期性地改變。
  17. 如請求項10之方法，其中該預定相位關係連續地改變。
  18. 如請求項10之方法，其中對不具有該經輸注(infused)信號之另一身體部分之懸停之判定係不同於對具有該經輸注信號之該身體部分之懸停之判定。
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