交互屏幕上的稀疏感测制造技术

一种使用稀疏激活压缩感测来检测传感器在交互屏幕上被激活的位置的方法。稀疏激活压缩感测利用同时被激活的传感器的数目充分小于传感器(节点)的数目的情况。因为同时被激活的传感器的数目充分小于传感器的数目，所以所需用于确定哪些传感器被激活的测量的次数也可以减少。因为当与全扫描技术相比时需要更少的测量，所以需要更小的电路以及功率来检测交互屏幕上所激活的传感器的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交互屏幕上的稀疏感测
本专利技术涉及交互屏幕，并且更具体地，涉及与屏幕的感测接触。
技术介绍
自从智能手机以及平板PC(个人计算机)引入以来，交互屏幕已经越来越普及。交互屏幕在尺寸上变得更大，并且对这些交互屏幕的响应性、分辨率以及智能的需求日益增加。通常，交互屏幕通过周期性地扫描屏幕上的通常称为节点的每个传感器来检测其中传感器已经激活的位置而起作用。可以通过由物体(例如，人的手指或触笔)进行的直接物理接触、通过接近传感器的物体或通过相距一定距离刺激传感器来激活传感器。当与在交互屏幕上的传感器的数目相比时，在特定时刻在交互屏幕上激活的传感器的数目相对很少。图3示出与交互屏幕进行的接触的稀疏特性的示例。在图3所示的示例中，当手指很靠近交互屏幕时，电容在主动节点上发生变化。在交互屏幕上手指不是很靠近交互屏幕的位置处，电容不发生变化。一种确定交互屏幕上的传感器何时被激活的方法是周期性地扫描屏幕上的所有传感器以监控哪些传感器已经被激活以及哪些传感器尚未被激活。全扫描(即，扫描屏幕上的所有传感器)可能是耗时的并且可能消耗比所需的更多的功率。便携式电子装置上的功率消耗是极为重要的，因为功率的量可能有限。用于驱动交互屏幕的功率的量可以通过降低交互屏幕的感测复杂度同时维持对传感器在何处被激活的检测以及定位的精确度来减少。附图说明图1是电容式触摸屏上的传感器与该电容式触摸屏上的电容的横截面图。图2是表明电极的位置的电容式触摸屏的布局图。图3是两个手指与电容式触摸屏进行接触产生的传感器中的电容变化的曲线图。图4A是为电容器充电的电压源的示意图。图4B是已充电电容器和未充电电容器的示意图。图4C是电荷从一个电容器转移到另一个电容器的示意图。图5是电荷转移电路的示意图。图6是用于确定物体与电容式触摸屏进行接触的位置的设备的示意图。图7根据本专利技术实施例说明大传感器间距拓扑。图8根据本专利技术实施例说明利用大传感器间距拓扑来恢复电容的变化。图9根据本专利技术实施例说明利用小传感器间距拓扑来恢复电容的变化。图10是根据本专利技术实施例说明确定与电容式触摸屏进行接触的位置的方法的流程图。具体实施方式附图以及描述大体上揭示使用稀疏激活压缩感测来检测交互屏幕上传感器被激活的位置的方法以及设备。在本专利技术的实施例中，稀疏激活压缩感测利用其中同时被激活的传感器的数目(例如，每人10个或更少)充分小于传感器(节点)的数目(例如，100个)的情况。因为同时被激活的传感器的数目充分小于传感器的数目，所以需要用于确定哪些传感器被激活的测量的次数也可以减少。因为当与全扫描技术相比时需要更少的测量，所以需要更小的电路以及功率来检测在交互屏幕上被激活的传感器的位置。本专利技术的用于确定交互屏幕上被激活的传感器位于何处的实施例包括三个步骤。在第一步骤期间，将在N个传感器的列中的传感器驱动至初始状态。初始状态经选择以简化用作此实施例的一部分的稀疏激活压缩感测算法。N个传感器的状态是初始状态以及它们感测到的交互的函数。同样在第一步骤期间，来自N个传感器的输出被合并成单个状态。在N个传感器总计成单个状态之后，该单个状态被电子存储。在本专利技术的此实施例的第二步骤期间，重复第一步骤K次。第一步骤被重复的次数K的数目充分小于传感器的数目N。在此实施例的第三步骤期间，使用K个被电子存储的单个状态以及稀疏激活压缩感测来确定传感器在交互屏幕上被激活的位置。在本专利技术的另一实施例中，电压驱动器将某列中的传感器(节点)预充电至不同的电压。在该列中的传感器被预充电至不同的电压Vn之后，这些传感器以并联方式被电气连接并且来自这些传感器的电荷被转移到参考电容器Cref。参考电容器Cref上的电荷通过电容-电压转换器转换成感测电压Vsense。感测电压Vsense被存储在触摸屏控制器中。以下过程被重复K次(其中K的值充分小于传感器的数目N-1)：1)将某列中的传感器预充电至电压Vn，2)并联连接这些传感器，3)将电荷从这些传感器转移到参考电容器Cref，4)将参考电容器Cref上的电荷转换成感测电压Vsense，以及5)将感测电压Vsense存储在触摸屏控制器中，以便创建线性方程，在该线性方程中，可以使用稀疏激活压缩感测来确定任何传感器的电容变化。线性方程以及稀疏激活压缩感测以及本专利技术的其它实施例稍后将在本说明书中更加详细地论述。图1说明电容式触摸屏100上的传感器112以及电容式触摸屏100上的电容。两层铟锡二氧化物(ITO)电极102和104被覆盖在LCD屏幕108上。一层电介质材料(例如，塑料或派热克斯玻璃)106位于两层电极102和104之间。考虑如图2中所示的具有M行电极RE[0]到RE[M-1]以及N列电极CE[0]到CE[N-1]的电容式触摸屏。图2中示出的电容式触摸屏具有M×N个电容传感器S0,0到S[m-1],[n-1](节点)，其中每个传感器在每列和每行行电极的交叉点处具有寄生电容每列和每行电极的交叉点在图2中用虚线正方形表示。在列和行电极的交叉点处，电极不直接连接(即，它们不彼此短路)。靠近传感器的手指110(可以使用除手指之外的其它物体，例如触笔)将电场的一部分分流到地，这相当于添加了与并联的电容ΔC。因此，节点上的感测电容变成：方程1)：电容式触摸屏200上的每个传感器S0,0到S[m-1],[n-1]可以被视为图像中的像素。在从C中测定出之后，每个节点上剩余的ΔC有效地构成与电容式触摸屏200进行的触摸或接触的二维图像。触摸可以被检测为图像中的峰值，其具有如反映在峰值的形状中诸如手指大小、形状、定向以及压力等特性。当相对于电容式触摸屏上的传感器的数目存在很少的数目的手指时，图像被认为是稀疏的。作为图像是稀疏的结果，可以使用稀疏激活压缩感测技术来确定诸如手指的物体位于电容式触摸屏上的何处。图3是两个手指与电容式触摸屏进行接触产生的传感器上的电容变化的曲线图。图3说明传感器的电容在与两个手指接触的地方(即，主动节点)发生变化。在此示例中，未触摸的传感器(即，非主动节点)的数目充分大于被触摸的传感器(即，主动节点)的数目。因为电容式触摸屏上的同时触摸是稀疏的，所以可以减少感测触摸的复杂度同时保持检测以及定位的精确度。图4A到图4C是电荷转移技术的示意图。如图4A到图4C中所示，电荷转移在两个阶段中实现：预充电阶段和转移阶段。在如图4A中所示的预充电阶段中，电容器C利用已知电压源Vdrive来充电，使得在稳定状态中，电荷Q等于Q＝(Vdrive*C)，如图4B中所示。在转移阶段中，图4C中，参考电容器Cref与C并联连接，使得C上的电荷被转移到Cref上。Cref上的电压是Vsense。根据总电荷守恒定律，我们有：方程2)：Vdrive*C＝Vsense(C+Cref)；该方程可以重新排列为：方程3)：Vsense=C/(C+Cref)*Vdrive。在此情况下，因为Cref＞＞C，我们有：方程4)：Vsense＝(C/Cref)*Vdrive方程4使得有可能按照驱动电压Vdrive、感测电压Vsense与参考电容Cref之间的比例关系来估算传感器的电容C。在本专利技术的此实施例中，使用此关系以及其它关系来确定在电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定所激活的传感器位于交互屏幕上何处的非暂时性机器实施的方法，其包括：第一步骤，所述第一步骤包括：将初始状态施加到N个传感器的群组中的每个传感器；其中所述N个传感器的状态是所述初始状态以及它们感测的交互的函数；将来自所述N个传感器的输出合并成单个状态；存储所述单个状态；第二步骤，所述第二步骤包括：重复所述第一步骤K次；其中所述K的值充分小于传感器的数目N；第三步骤，所述第三步骤包括：使用K个所存储的状态以及稀疏激活压缩感测来确定传感器在所述交互屏幕上被激活的位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.28 US 13/432,5761.一种确定所激活的传感器位于交互屏幕上何处的非暂时性机器实施的方法，其包括：第一步骤，所述第一步骤包括：将初始状态施加到N个传感器的群组中的每个传感器；其中所述N个传感器的状态是所述初始状态以及它们感测的交互的函数；将来自所述N个传感器的输出合并成单个状态；存储所述单个状态；第二步骤，所述第二步骤包括：重复所述第一步骤K次；其中所述K的值充分小于传感器的数目N；第三步骤，所述第三步骤包括：使用K个所存储的状态以及稀疏激活压缩感测来确定传感器在所述交互屏幕上被激活的位置；其中所述传感器被用来测量电容；并且其中所述交互屏幕是电容式触摸屏；其中将初始状态施加到N个传感器的群组中的每个传感器上包括：将所述N个传感器的群组中的每个传感器预充电至不同电压Vn；其中将来自所述N个传感器的输出合并成单个状态包括：以并联方式电气连接所有N个传感器；将来自并联连接的所有N个传感器的电荷转移到参考电容器Cref；将转移到所述参考电容器Cref的电荷转换成感测电压Vsense；其中所述感测电压Vsense等于所述单个状态；其中使用K个所存储的状态以及稀疏激活压缩感测来确定传感器在所述交互屏...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·罗，M·A·博卡，A·J·雷德芬，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US