[發明專利]具有多個驅動頻率和最大似然估計的多點觸控式觸摸裝置

有效

• 申請號: 201080045180.5
• 申請日: 2010-09-16
• 公開（公告）號: CN102576272A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 拉克爾·P·馬里諾;理查德·A·小皮特森
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: G06F3/044
• 分類號: G06F3/044
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 陳源;張天舒

技術領域

本發明總體上涉及觸敏裝置，尤其涉及依賴于用戶的手指或其他觸摸工具與觸摸裝置之間的電容耦合的那些，其尤其應用于能夠檢測同時施加于觸摸裝置的不同部分處的多次觸摸的此類裝置。

背景技術

觸敏裝置通過減少或消除了對機械按鈕、小鍵盤、鍵盤和指向裝置的需求，而允許用戶方便地與電子系統和顯示器進行交互。例如，用戶只需要在由圖標標識的位置觸摸即顯觸摸屏，即可執行一系列復雜的指令。

有若干類型的技術用于實現觸敏裝置，包括(例如)電阻、紅外、電容、表面聲波、電磁、近場成像等。人們已經發現電容式觸敏裝置在大量應用中有很好的效果。在許多觸敏裝置中，當傳感器內的導電物體電容耦合到導電性觸摸工具(例如用戶的手指)時，可以感應輸入。一般來講，只要兩個導電構件彼此靠近但未實際接觸，這兩者之間便會形成電容。就電容觸敏裝置而言，手指之類的物體接近觸敏表面時，該物體和靠近該物體的感測點之間會形成微小的電容。通過檢測每個感測點處電容的變化并記錄感測點的位置，感測電路就能識別多個物體并確定當物體在整個觸摸表面上移動時物體的特性。

用于以電容方式測量觸摸情況的已知技術有兩種。第一種是測量對地電容，其中信號施加到電極上。靠近電極的觸摸導致信號電流從電極經過手指之類的物體流到電氣接地。

用于以電容方式測量觸摸情況的第二種技術是通過互電容。互電容式觸摸屏將信號施加至受驅動電極上，該電極通過電場電容耦合至接收電極。靠近的物體會減小兩個電極之間的信號耦合，因為該物體會減小電容耦合。

在第二種技術的背景下，各個其他技術已用于測量電極之間的互電容。這些技術中的每一種都具有其各自的能力、局限和其他特性，以及與如性能、速度、復雜性、成本等方面相關的優點和缺點。此外，給定技術的特性被視為優點還是缺點的問題取決于系統設計者的目的。例如，具有低分辨率并且每次只需要一次觸摸檢測的較小觸摸屏系統的設計者會認為給定感測技術的特性是有利的，而需要高分辨率和多次同時觸摸能力的較大觸摸屏系統的設計者會將同樣的特性視為缺點。

我們已經開發了其他用于測量觸摸屏的互電容的技術，當系統設計者開發新型和改進的觸摸面板系統時會希望用到這些技術。

發明內容

本專利申請尤其公開了能夠檢測同時或在重疊的時間內施加至觸摸裝置的不同部分處的多次觸摸的觸敏裝置。

在一些本發明所公開的實施例中，觸敏裝置包括觸摸面板、驅動單元和測量單元。施加至面板給定節點處的觸摸可改變觸摸面板的給定驅動電極與感測電極之間的電容耦合。驅動單元同時或在重疊的時間內將具有不同的第一和第二頻率的第一和第二驅動信號分別遞送至第一和第二驅動電極。測量單元接收來自第一感測電極的第一響應信號，通過用最大似然估計分析信號確定第一驅動電極與第一感測電極之間的第一耦合電容，并確定第二驅動電極與第一感測電極之間的第二耦合電容。可以用唯一的驅動頻率驅動更多的驅動電極，包括在一些情況下驅動所有驅動電極，并且測量單元可以感測更多的感測電極，包括在一些情況下感測所有感測電極。

測量單元還可以將確定的第一和第二耦合電容分別與第一和第二耦合電容參考值進行比較，以便確定是否在分別對應第一驅動電極與第一感測電極的交點和第二驅動電極與第一感測電極的交點的節點處或附近發生觸摸。測得的具體節點的耦合電容與該節點的參考值的差值可以是該節點處發生觸摸或部分觸摸的指示，這取決于差值的大小。

該裝置還可以包括連接到驅動單元和測量單元上的控制單元。控制單元可以使用用于生成驅動信號和評估響應信號的控制值。控制值可以對應(例如)由驅動單元遞送至觸摸面板的多個驅動電極的多個驅動信號的不同驅動頻率。可以根據第一控制值將第一驅動頻率f₁遞送至第一驅動電極，可以根據第二控制值將第二驅動頻率f₂遞送至第二驅動電極，以此類推。可以通過向測量單元提供控制值(其可以表示實際驅動頻率)并在信號分析中使用這些控制值來簡化測量技術并提高它的準確性，從而使測量單元無需分配有價值的計算資源就可以測量或估計實際驅動頻率。

測量單元可以包括模擬-數字轉換器，它可將第一響應信號從模擬格式轉換成數字格式。測量單元還可以通過用數字化的第一響應信號和第一控制值計算第一響應信號(在第一驅動頻率處)的分量的振幅來確定第一耦合電容。測量單元同樣可以通過用數字化的第一響應信號和第二控制值計算第一響應信號(在第二驅動頻率處)的另一個分量的振幅來確定第二耦合電容，第一響應信號在其他驅動頻率處的分量以此類推。