優(yōu)先權(quán)要求

本申請案要求2015年2月6日申請且名為“用于傳感器的正交頻分掃描方法(orthogonalfrequencydivisionscanningmethodforsensors)”的美國臨時專利申請案第62/112,778號及2016年2月4日申請且名為“用于傳感器的正交頻分掃描方法(orthogonalfrequencydivisionscanningmethodforsensors)”的美國專利申請案第15/016,112號的優(yōu)先權(quán)，所述專利申請案兩者特此以引用的方式并入。

背景技術(shù)：

觸摸面板為允許電子裝置的操作者使用諸如手指、手寫筆等等的器具而將輸入提供到所述裝置的人機接口(humanmachineinterface；hmi)。舉例來說，操作者可使用其手指以操縱電子顯示器(諸如附接到移動計算設(shè)備的顯示器、個人計算機(pc)，或連接到網(wǎng)絡(luò)的終端機)上的圖像。在一些狀況下，操作者可同時使用兩個或兩個以上手指以提供獨特命令，諸如：放大命令，其是通過使兩個手指遠離彼此進行移動而執(zhí)行；縮小命令，其是通過使兩個手指朝向彼此進行移動而執(zhí)行；等等。

觸摸屏幕為并有覆蓋在顯示器上的觸摸面板以檢測所述屏幕的顯示區(qū)域內(nèi)的觸摸的存在及/或位置的電子視覺顯示器。觸摸屏幕在諸如一體式計算機、平板計算機、衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、游戲設(shè)備、媒體裝置及智能電話的裝置中是常見的。觸摸屏幕使得操作者能夠直接地與由位于觸摸面板下的顯示器顯示的信息互動，而非間接地與由鼠標或觸摸板控制的指針互動。電容性觸摸面板常常與觸摸屏幕裝置一起使用。電容性觸摸面板通常包含涂布有諸如氧化銦錫(ito)的透明導(dǎo)體的諸如玻璃的絕緣體。因為人體也是電導(dǎo)體，所以觸摸所述面板的表面會引起所述面板的靜電場畸變，此相當于電容改變。

指紋傳感器為用以捕獲指紋圖案(例如，指紋的實時掃描)的數(shù)字圖像的電子裝置。實時掃描可用以形成生物識別模板，其可被存儲及用于匹配目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在實施例中，一種設(shè)備包含經(jīng)配置以操作性地耦接到傳感器(例如，觸摸面板傳感器、指紋傳感器)的控制器。所述傳感器包含多個驅(qū)動電極及多個感測電極。節(jié)點(“像素”)形成在所述多個驅(qū)動電極及所述感測電極的交叉點處。所述控制器包含操作性地耦接到所述多個驅(qū)動電極的輸出電路。所述輸出電路經(jīng)配置以產(chǎn)生獨特驅(qū)動信號以驅(qū)動所述傳感器的對應(yīng)驅(qū)動電極。所述控制器還包含操作性地耦接到所述感測電極的輸入電路。所述輸入電路經(jīng)配置以測量形成在所述多個驅(qū)動電極及所述多個感測電極的每一交叉點處的互電容以形成接近于所述傳感器的一或多個對象的圖像。

提供此[發(fā)明內(nèi)容]而以簡化形式介紹下文在[實施方式]中進一步所描述的概念的選擇。此[發(fā)明內(nèi)容]并不旨在識別所要求主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不旨在用作輔助來確定所要求主題的范圍。

附圖說明

參考附圖來描述詳細描述。在描述及圖中的不同情況下使用相同參考編號可指示相似或相同項目。

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一實例實施方案的說明觸摸面板傳感器系統(tǒng)的框圖。

圖2為說明觸摸面板傳感器系統(tǒng)的框圖，其中正在觸摸傳感器上方執(zhí)行觸摸事件。

圖3及4為說明各種驅(qū)動信號振幅相對于驅(qū)動信號頻率的圖解圖形，其中圖3說明不在觸摸傳感器上方執(zhí)行觸摸事件的振幅，且圖4說明根據(jù)圖2所說明的觸摸事件的振幅。

圖5為說明觸摸面板傳感器系統(tǒng)的框圖，其中正在觸摸傳感器上方執(zhí)行觸摸事件。

圖6及7為說明各種驅(qū)動信號振幅相對于驅(qū)動信號頻率的圖解圖形，其中圖6說明不在觸摸傳感器上方執(zhí)行觸摸事件的振幅，且圖7說明根據(jù)圖5所說明的觸摸事件的振幅。

圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一實例實施方案的說明觸摸面板傳感器系統(tǒng)的框圖，其中頻率產(chǎn)生器經(jīng)配置以產(chǎn)生具有呈交錯形式的頻率特性的驅(qū)動信號。

圖9為根據(jù)本發(fā)明的另一實例實施方案的說明觸摸面板傳感器系統(tǒng)的框圖，其中頻率產(chǎn)生器經(jīng)配置以產(chǎn)生具有載波頻率的驅(qū)動信號。

圖10為根據(jù)本發(fā)明的另一實例實施方案的說明觸摸面板傳感器系統(tǒng)的框圖，其中手寫筆正在觸摸傳感器上方執(zhí)行觸摸事件。

圖11到13說明根據(jù)本發(fā)明的一實例實施方案的各種圖解數(shù)據(jù)發(fā)射協(xié)議。

具體實施方式

概觀

通常，測量觸摸傳感器上的發(fā)射器線與接收器線的交叉點處的互電容時順著所述傳感器一次掃描一個行。如果觸摸傳感器必須以100個幀/秒(fps)進行更新且如果在每一幀中存在50個行以供掃描，那么每一行僅具有200μs(1/[(100fps)(50個行)])。在一些測量方法中，同時驅(qū)動多個行。在驅(qū)動波形已傳播通過傳感器路徑之后，所述波形可在傳感器的輸入電路(例如，接收器)處被一起加總。

可由接收器使用各種驅(qū)動信號的正交性以識別所述驅(qū)動信號中的每一者的改變來確定阻抗如何在每一交叉點處改變。在觸摸傳感器或指紋傳感器的狀況下，所述傳感器的每一驅(qū)動線是由自身具有正交信號的驅(qū)動信號驅(qū)動。所述信號可在幀時間期間連續(xù)地運行，且結(jié)果為整個觸摸屏幕或指紋傳感器主動地測量電容改變。

在實施例中，一種設(shè)備包含經(jīng)配置以操作性地耦接到傳感器(例如，觸摸面板傳感器、指紋傳感器)的控制器。傳感器包含多個驅(qū)動電極及多個感測電極。節(jié)點(“像素”)形成在多個驅(qū)動電極及感測電極的交叉點處。控制器包含操作性地耦接到多個驅(qū)動電極的輸出電路。輸出電路經(jīng)配置以產(chǎn)生獨特驅(qū)動信號以驅(qū)動觸摸面板傳感器的對應(yīng)驅(qū)動電極?？刂破鬟€包含操作性地耦接到感測電極的輸入電路。輸入電路經(jīng)配置以測量形成在多個驅(qū)動電極及多個感測電極的每一交叉點處的互電容以在傳感器上形成對象的圖像。另外，圖像的進一步信號處理可確定手指的位置或與指紋相關(guān)聯(lián)的獨特特性(例如，獨特凸紋線圖案等等)。舉例來說，如上文所描述，每一驅(qū)動信號可具有正交于其它驅(qū)動信號的頻率特性的頻率特性。

因此，接收器可測量信號的振幅及/或相位延遲，以便確定阻抗已如何沿著從發(fā)射器(例如，輸出電路)到接收器(例如，輸入電路)的路徑改變。出于較大準確度起見而將測量一起平均化。

實例實施方案

圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一實例實施方案的傳感器系統(tǒng)100。在一實施方案中，傳感器系統(tǒng)100包括觸摸面板傳感器系統(tǒng)。在另一實施方案中，傳感器系統(tǒng)100包括指紋傳感器系統(tǒng)。傳感器系統(tǒng)100包含傳感器102(例如，觸摸面板傳感器、指紋傳感器)、輸出電路104(例如，具有多個傳感器驅(qū)動器的發(fā)射器)、輸入電路106(例如，接收器)，及控制器108。如所展示，控制器108操作性地連接(經(jīng)由通信接口)到傳感器102。在一或多個實施方案中，傳感器102用以使在其表面上方的手指及/或手掌成像。在另一實施方案中，傳感器102用以使定位在傳感器102上方的手指的指紋凸紋線成像。舉例來說，傳感器102可包含具有多個行跡線(例如，電極)或驅(qū)動線110及多個列跡線(例如，電極)或感測線112的電容性感測媒體，以用于檢測歸因于面板的表面上方的手指或手掌的電容改變。因此，術(shù)語“線”、“電極”及“跡線”可在本文中被可互換地使用?？刂破?08(利用成像電路113)可實施用以處理傳感器圖像的功能以確定手指及/或手掌的位置。在一或多個實施方案中，控制器108經(jīng)配置以檢測觸摸事件(例如，指紋、手掌等等)、手寫筆裝置事件及暫留事件的存在。

在一特定實施方案中，傳感器102為定位在顯示裝置(諸如液晶顯示器、陰極射線管、等離子顯示器或其類似者)前方或內(nèi)的透明面板。然而，在其它實施方案中，顯示裝置與觸摸面板傳感器可為分離的(即，觸摸面板傳感器并非定位在顯示裝置前方)。行跡線及列跡線可由諸如氧化銦錫(ito)或氧化銻錫(ato)的透明導(dǎo)電材料形成，但還可使用諸如銅或銀的其它透明及非透明材料。在一些實施方案中，行跡線與列跡線可彼此垂直，使得行跡線及列跡線界定坐標系統(tǒng)，且每一坐標位置包括形成在行跡線與列跡線的交叉點118處的電容器，如本文中更詳細地所描述。在其它實施方案中，其它非笛卡爾(cartesian)定向也是可能的。如上文所描述，傳感器系統(tǒng)100經(jīng)配置以檢測觸摸事件(例如，指紋、手掌)、手寫筆事件及暫留事件。

控制器108經(jīng)配置以與傳感器102介接以刺激傳感器102(例如，刺激驅(qū)動線)且從感測線檢測(例如，讀取)電容改變。在一或多個實施方案中，控制器108包括經(jīng)配置以驅(qū)動所述驅(qū)動線110(例如，驅(qū)動信道、驅(qū)動電極)的專用集成電路(asic)。在一實施方案中，控制器108可包括將處理功能提供到系統(tǒng)100的固件及/或asic。

如圖1所展示，控制器108包含經(jīng)配置以輸出具有波形特性的驅(qū)動信號的輸出電路104(例如，發(fā)射器)。如所展示，輸出電路104包括用于產(chǎn)生具有波形特性的多個信號的頻率產(chǎn)生器122。舉例來說，頻率產(chǎn)生器122經(jīng)配置以產(chǎn)生具有相對于其它信號的波形特性的獨特波形(例如，頻率)特性的多個信號。頻率產(chǎn)生器122以通信方式連接到多個數(shù)模轉(zhuǎn)換器124(dac)，且每一dac124以通信方式連接到相應(yīng)緩沖器126。每一緩沖器126電連接到相應(yīng)驅(qū)動線110。在一實施方案中，輸出電路包含數(shù)目等于驅(qū)動線110的數(shù)目的dac124及緩沖器126。然而，在某一實施方案中，傳感器驅(qū)動器可包括能夠產(chǎn)生驅(qū)動信號的其它合適裝置。

頻率產(chǎn)生器122經(jīng)配置以產(chǎn)生用于每一相應(yīng)驅(qū)動線110的獨特信號。舉例來說，頻率產(chǎn)生器122經(jīng)配置以產(chǎn)生用于第一驅(qū)動線110的第一信號，且經(jīng)配置以產(chǎn)生用于第二驅(qū)動線110的第二信號(等等)。在一實施方案中，頻率產(chǎn)生器122產(chǎn)生相對于鄰近信號具有正交頻率特性的信號。舉例來說，驅(qū)動第一驅(qū)動線110的第一信號相對于驅(qū)動第二驅(qū)動線110的第二信號可具有正交頻率特性(其中第二驅(qū)動線110直接地鄰近于第一驅(qū)動線110)。

驅(qū)動線110(例如，行)與感測線112(例如，列)的每一交叉點118表示具有特性互電容的像素。朝向?qū)?yīng)像素118移動的接地對象(例如，手指、手寫筆等等)可使存在于對應(yīng)行與列交叉點之間的電場分流，此造成那個位置處的互電容減小。在操作期間，可通過驅(qū)動(經(jīng)由傳感器驅(qū)動器)具有波形對應(yīng)于特定頻率特性的預(yù)定電壓信號的對應(yīng)驅(qū)動線110而對每一行(或列)依序地充電。測量每一交叉點118的電容。即，感測電路106經(jīng)配置以測量驅(qū)動線110與感測線112之間的驅(qū)動信號的電容耦合以確定對象相對于每一節(jié)點(例如，交叉點118像素)的電容。

控制器108經(jīng)配置以致使頻率產(chǎn)生器122產(chǎn)生驅(qū)動信號以用于掃描傳感器102(例如，測量或確定傳感器102內(nèi)的電容改變)。舉例來說，控制器108經(jīng)配置以致使輸出電路104輸出具有預(yù)定義頻率特性的信號(例如，產(chǎn)生在預(yù)定義頻率范圍內(nèi)發(fā)生的輸出信號)。感測電路106經(jīng)配置以監(jiān)測(例如，確定)在給定時間中轉(zhuǎn)移的電荷以檢測每一節(jié)點處的電容改變。使用傳感器102內(nèi)發(fā)生電容改變的位置及那些改變的量值以使接近于傳感器102(例如，在傳感器102上方)的手指及/或手掌成像。

在一些實施方案中，感測電路106(例如，接收器)可包含以通信方式連接到相應(yīng)感測線112的低通濾波器128(例如，抗頻疊濾波器)。低通濾波器128連接到相應(yīng)緩沖器130，且緩沖器130以通信方式連接到相應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)132。感測電路106還包含以通信方式連接到adc132的快速傅里葉(fourier)變換模塊134。以高效方式計算離散傅里葉變換的快速傅里葉變換模塊134將來自adc的時間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成其對應(yīng)頻率表示。快速傅里葉變換模塊134以通信方式耦接到電容測量模塊134。驅(qū)動信號含有獨特頻率，且電容測量模塊134監(jiān)測那些頻率的振幅改變以確定互電容是否已在傳感器上的任何像素處改變。通常，電容測量模塊134在不存在接近于傳感器102的對象時確定互電容的基線測量。來自基線測量的互電容改變可指示對象接近于屏幕(例如，在屏幕上方、在屏幕上等等)。因為在環(huán)境中通常存在大量噪聲，所以挑戰(zhàn)是決定互電容改變是歸因于對象還是噪聲。

緩沖器126經(jīng)配置以緩沖由傳感器dac124產(chǎn)生的信號，且將經(jīng)緩沖驅(qū)動信號輸出到傳感器102(例如，驅(qū)動傳感器102的驅(qū)動線110)。dac124經(jīng)配置以將從頻率產(chǎn)生器122接收的相應(yīng)信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)模擬信號。在實施方案中，傳感器dac124可產(chǎn)生具有由以下方程式表示的波形特性的信號：

a1·sin(ωt)，方程式1，

其中a1表示信號的振幅，ω表示信號的角頻率，且t表示時間。如上文所描述，每一dac124產(chǎn)生用于相應(yīng)驅(qū)動線的獨特信號。舉例來說，dac124可產(chǎn)生相對于鄰近驅(qū)動信號具有正交頻率特性的信號。在一些實施方案中，傳感器dac124可經(jīng)配置以輸出正弦波。然而，在其它實施方案中，傳感器dac124可經(jīng)配置以輸出具有其它波形特性(諸如方波、小波等等)的其它信號。

在一或多個實施方案中，系統(tǒng)100經(jīng)配置以測量互電容(cm)改變?；ル娙?cm)為發(fā)生在兩個電荷保持對象(例如，導(dǎo)體)之間的電容。在此情況下，互電容為構(gòu)成傳感器102的驅(qū)動線110與感測線112之間的電容。

圖2說明在傳感器102上方執(zhí)行觸摸事件的對象202(例如，手指觸摸)。如所展示，每一驅(qū)動線110接收相對于驅(qū)動其它驅(qū)動線110的其它驅(qū)動信號(例如，具有頻率特性f到4f的信號)的獨特驅(qū)動信號(具有不同頻率特性的信號)。傳感器102上方的對象縮減驅(qū)動線110與感測線112之間的互電容，且因此縮減橫越所述兩個線轉(zhuǎn)移的信號。舉例來說，與頻率特性3f相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動線110相對于與頻率特性f、2f及4f相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動線具有振幅縮減的信號(參見圖3及4)。因此，電容測量模塊134經(jīng)配置以形成緊接(例如，暫留事件、觸摸事件)于傳感器102的表面的對象(手指、手掌等等)的圖像。成像電路可確定正在傳感器102上方執(zhí)行的觸摸事件的近似位置。舉例來說，成像電路被提供何些驅(qū)動信號被提供到何些驅(qū)動線110的數(shù)據(jù)，且經(jīng)配置以基于經(jīng)修改信號(例如，具有頻率特性3f的信號)來確定近似位置。舉例來說，成像電路可確定近似位置，這是因為電容測量模塊134檢測到具有頻率特性3f的信號已被修改(通過觸摸事件)以及指示哪一驅(qū)動線110是由具有頻率特性3f的驅(qū)動信號驅(qū)動的數(shù)據(jù)已被提供到成像電路。

圖5說明在傳感器102上方的對象204、206。在此實例中，對象206在與頻率特性3f相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動線110上方，且另一對象在與頻率特性2f相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動線110上方。因此，具有頻率特性2f及3f的驅(qū)動信號的振幅特性相對于具有頻率特性1f及4f的驅(qū)動信號被修改(參見圖6及7)。

在一些實施方案中，如圖8所展示，頻率產(chǎn)生器122經(jīng)配置以修改驅(qū)動信號的頻率特性。舉例來說，頻率產(chǎn)生器122可經(jīng)配置以在預(yù)定基礎(chǔ)上使驅(qū)動所述驅(qū)動線110的頻率特性交錯，使得所述驅(qū)動線具有數(shù)目與在采樣周期期間采取的測量的數(shù)目近似相同的測量。這些頻率還可在外部干擾(例如，來自外部信號的干擾)的情況下被修改。舉例來說，頻率產(chǎn)生器122可將頻率特性修改到在干擾寬帶外的頻率。

在一或多個實施方案中，如圖9所展示，頻率產(chǎn)生器122經(jīng)配置以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制到載波頻率(fc)的驅(qū)動信號。舉例來說，頻率產(chǎn)生器經(jīng)配置以產(chǎn)生具有低于傳感器102的3db頻率的載波頻率特性的正交驅(qū)動信號。

在一或多個實施方案中，手寫筆裝置用以在屏幕上書寫文字、繪制對象、選擇對象、操縱對象、移動對象，等等(參見圖10)。在這些實施方案中，手寫筆裝置包括使信號發(fā)射通過手寫筆裝置的末端(例如，手寫筆裝置的尖端)的發(fā)射器。手寫筆產(chǎn)生專用正交信號(例如，不同于分配到傳感器的正交信號的正交信號)。像素118用以確定手寫筆裝置的位置。舉例來說，傳感器102可利用時分多路復(fù)用功能性以在周期t內(nèi)在觸摸成像(上文所描述)與手寫筆裝置成像(參見圖11)之間切換。然而，在手寫筆裝置成像期間，將控制器108中的發(fā)射器信道轉(zhuǎn)換成接收器信道以確定手寫筆裝置(其包含發(fā)射器)的第二坐標?，F(xiàn)有接收器信道用以確定手寫筆裝置的第一坐標。

在實施方案中，傳感器102可最初處于觸摸檢測模式(例如，觸摸掃描模式)，如圖12所展示。手寫筆可發(fā)射(例如，廣播)具有正交頻率的組合的同步信號(例如，前向錯誤校正碼信號)(參見圖13)，其修改緊接像素118處的信號。高級手寫筆電路1002檢測這些手寫筆信號的存在，此致使控制器108進行手寫筆掃描以定位手寫筆裝置且從手寫筆裝置接收數(shù)據(jù)(參見圖12)。在緩沖時間之后，控制器108啟動觸摸掃描以使手指成像。只要存在手寫筆裝置，控制器108就繼續(xù)在手寫筆掃描與觸摸掃描之間切換。一旦手寫筆裝置移出范圍或停止發(fā)射，控制器108就切換到觸摸掃描達與不存在(例如，未檢測到)手寫筆裝置的時間一樣長的時間。

在手寫筆裝置發(fā)射同步信號之后，其發(fā)射表示身份識別信息、與手寫筆相關(guān)聯(lián)的按鈕的狀態(tài)、電池電量、傾角及/或與手寫筆裝置相關(guān)聯(lián)的壓力的數(shù)據(jù)(參見圖13)?？蓪?shù)據(jù)編碼到手寫筆裝置的專用正交信號上?？砂跋蝈e誤校正以改良在存在內(nèi)部噪聲或外部噪聲的情況下在控制器處譯碼正確數(shù)據(jù)的可能性。

因為手寫筆裝置進行發(fā)射且不具有接收能力，所以手寫筆裝置不會鎖相到外部信號。因此，只要存在手寫筆裝置，控制器108就可鎖相到手寫筆裝置，使得控制器108在手寫筆裝置正進行發(fā)射時的周期的部分中將其發(fā)射器切換到接收器。手寫筆裝置電路可具有用以使控制器的時序與手寫筆的時序?qū)实逆i相方法。然而，在控制器108的時序與手寫筆裝置的時序之間可存在某一誤差。因此，手寫筆掃描與觸摸掃描之間的某一緩沖周期可為必要的。舉例來說，圖11說明手寫筆掃描與觸摸掃描之間的1/8周期。

結(jié)論

雖然已以特定于結(jié)構(gòu)特征及/或程序操作的語言描述主題，但應(yīng)理解，所附權(quán)利要求書中所定義的主題未必限于上文所描述的特定特征或動作。實情為，上文所描述的特定特征及動作被揭示為實施權(quán)利要求書的實例形式。