DE112017003328T5 - Berührungsempfindliche Tastatur - Google Patents

Abstract

Offenbart werden Tastaturen und Tastaturschalter, die berührungsempfindlich sind, einschließlich Scheben und Druck. Die Tastaturschalter haben Sende- und Empfangsantennen, die so beabstandet sind, dass kein Teil der Sendeantenne einen Teil der Empfangsantenne berührt. Die Tastaturschalter sind in logischen Zeilen und logischen Spalten so angeordnet, dass jeder der Tastaturschalter einer Zeile und einer Spalte zugeordnet ist. Signalgeber sind leitend mit den Sendeantennen für jeden der jeder der Zeilen zugeordneten Tastaturschalter gekoppelt, und jeder der Signalgeber ist so ausgelegt, dass jede der Sendeantennen ein oder mehrere Quellsignale sendet. Empfänger sind mit den Empfangsantennen für jeden der jedem der Spalten zugeordneten Tastaturschalter gekoppelt, und jeder der Empfänger ist so ausgelegt, dass er einen Rahmen von Signalen erfasst, die auf den gekoppelten Empfangsantennen vorhanden sind. Ein Signalprozessor ist angepasst, um eine Messung aus jedem Frame zu bestimmen, die einer Menge der Quellsignale entspricht, die auf den Empfangsantennen während einer Zeit, in der das entsprechende Frame empfangen wurde, vorhanden sind. Der Signalprozessor ist ferner angepasst, um aus einem Bereich von Berührungszuständen basierend zumindest teilweise auf der entsprechenden Messung einen Tastaturschalter-Berührungszustand zu bestimmen.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die offenbarten Systeme beziehen sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Benutzereingabe, insbesondere auf Tastaturen und berührungsempfindliche Tastaturschalter, einschließlich einer Schwebeeingabe und einer Druckeingabe.
• HINTERGRUND
• Bekannte Methoden haben im Allgemeinen den Nachteil, dass sie sich nur auf Kontakte innerhalb der Taste verlassen, um festzustellen, wann eine Taste gedrückt wurde. Die hier offenbarte Fähigkeit, Schwebe-, Kontakt- und Tastendruckinformationen zu erfassen - und Informationen zur Verfügung zu haben, um die Gesten und Interaktionen eines Benutzers zu verstehen - eröffnet unzählige Möglichkeiten für die Interaktion mit Touchgeräten.
• Figurenliste
• Die vorstehenden Ausführungen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Offenbarung ergeben sich näher aus der folgenden genaueren Beschreibung der Ausführungsformen, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, in denen sich die Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten auf dieselben Teile beziehen. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, sondern konzentrieren sich auf die Veranschaulichung der Prinzipien der offenbarten Ausführungsformen. In den Zeichnungen zeigen:
• 1A eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Tastaturschalters zur Verwendung mit einer Tastatur im traditionellen Stil;
• 1B eine perspektivische Ansicht des beispielhaften Tastaturschalters ohne Tastenabdeckung;
• 1C eine linke Seitenansicht des Tastaturschalters;
• 1D eine Querschnittsansicht des Tastaturschalters auf der rechten Seite;
• Die 2A und 2B beispielhafte Sende- und Empfangsschichten einer Tastatur mit dem in den 1A-1 D dargestellten beispielhaften Tastaturschalter;
• 3A und 3B eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Tastaturschalters;
• 4A und 4B eine weitere beispielhafte Ausführungsform des T astaturschalters;
• 5 eine weitere beispielhafte Ausführungsform des T astaturschalters;
• 6 eine noch weitere beispielhafte Ausführungsform des Tastaturschalters;
• 7 eine beispielhafte Tastatur mit den Händen eines Benutzers in der Nähe davon und eine Darstellung dieser Tastatur mit einer computergenerierten Wärmekarte, die der illustrierten Tastatur überlagert ist, um der Positionierung und Nähe der Hände des Benutzers mit der beispielhaften Tastatur zu entsprechen;
• 8 eine andere Ansicht der beispielhaften Tastatur mit den Händen eines Benutzers, die in der Nähe davon neu positioniert wurden, und eine Darstellung dieser Tastatur mit einer Darstellung einer computergenerierten Wärmekarte, die darüber überlagert ist;
• 9 eine Darstellung, die eine Mischung aus der Sicht eines Benutzers und der realen Sicht auf eine Tastatur mit Merkmalen darstellt;
• 10 eine Darstellung, die eine Mischung aus der Benutzeransicht und der realen Ansicht einer Tastatur ohne viele Merkmale darstellt;
• 11 eine beispielhafte Ausführungsform einer Tastatur mit Merkmalen;
• 12A einen illustrativen Sensorbereich einer Tastatur mit Merkmalen;
• 12B ein Beispiel einer Wärmekarte der Finger und Hände des Benutzers innerhalb des Sensorbereichs auf einer Tastatur mit Merkmalen;
• 12C ein Beispiel dafür, wie die Finger, Hände und Handgelenke eines Benutzers sowie der visuelle Kontext auf einer Tastatur in der virtuellen Realität (virtual reality) oder erweiterten Realität (augmented reality) nachgebildet werden; und
• 13 eine Darstellung, die eine Mischung bzw. ein Hybrid aus der Benutzeransicht und der realen Ansicht einer Tastatur zeigt, die schwebende Tooltips in der virtuellen oder erweiterten Realitätsansicht des Benutzers anzeigt.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Diese Anmeldung bezieht sich auf Benutzeroberflächen wie die schnellen Multitouch-Sensoren und andere Schnittstellen, die in der U.S. Patentanmeldung Nr. 15/056,805 , eingereicht am 29. Februar 2016 mit dem Titel „Änderbare Bodenfläche für Touch-Oberflächen“ und in der U.S. Patentanmeldung Nr. 14/490,363 , eingereicht am 18. September 2014 mit dem Titel „Systeme und Verfahren zur Beantwortung von Benutzereingaben unter Verwendung von Informationen über Zustandsänderungen und zur Vorhersage zukünftiger Benutzereingaben“ offenbart sind. Die gesamten Offenlegungen dieser Anmeldungen sind hier durch Verweis Teil der vorliegenden Anmeldung.
• In verschiedenen Ausführungsformen richtet sich die vorliegende Offenbarung auf Tastaturen, die auf Schweben, Kontakt und Druck reagieren, und auf deren Anwendungen in Settings der realen Welt, der virtuellen Realität und der erweiterten Realität. Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet werden verstehen, dass die hier enthaltenen Offenlegungen im Allgemeinen für alle Arten von Tastaturen gelten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Folientastaturen, Domtastaturen, Scherenschalttafeln, kapazitive Tastaturen, mechanische Tastaturen, Knick-Feder-Tastaturen, Hall-Effekt-Tastaturen, Laserprojektionstastaturen, Rolltastaturen und optische Tastaturtechnologien.
• Während dieser Offenbarung können die Begriffe „schweben“, „Berührung (Touch)“, „Berührungen“, Kontakt“, „Kontakte“, „Druck“, „Drucke“ oder andere Bezeichnungen verwendet werden, um Ereignisse oder Zeitperioden zu beschreiben, in denen der Finger, der Stift, ein Objekt oder ein Körperteil eines Benutzers vom Sensor erfasst wird. In einigen Ausführungsformen und wie im Allgemeinen mit dem Wort „Kontakt“ bezeichnet, treten diese Erkennungen auf, wenn der Benutzer in physischem Kontakt mit einem Sensor oder einer Vorrichtung steht, in der er ausgeführt ist. In anderen Ausführungsformen, und wie allgemein mit dem Begriff „Schweben“ bezeichnet, kann der Sensor so eingestellt werden, dass er die Erkennung von „Berührungen“ ermöglicht, die in einem Abstand über der Berührungsfläche schweben oder anderweitig von der berührungsempfindlichen Vorrichtung getrennt sind. Wie hierin verwendet, beinhaltet „Touch-Oberfläche bzw. Berührungsoberfläche“ eine Tastatur oder Taste; wie leicht verständlich ist, kann die Touch-Oberfläche unter Umständen jedoch keine tatsächlichen Tasten oder Merkmale aufweisen und könnte eine allgemein funktionsorientierte Oberfläche sein. Die Verwendung von Wortlaut innerhalb dieser Beschreibung, der impliziert, dass man sich auf einen physikalischen Kontakt stützt, sollte nicht so verstanden werden, dass die beschriebenen Techniken nur für die Ausführungsformen gelten; im Allgemeinen gilt das, was hierin beschrieben wird, gleichermaßen für „Kontakt“ und „Schweben“, von denen jede eine „Berührung“ ist. Generell bezieht sich der Begriff „Berührung“, wie hierin verwendet, auf eine Handlung, die von den hierin offenbarten Sensortypen erkannt werden kann, so dass, wie hierin verwendet, der Begriff „schweben“ eine Art „Berührung“ in dem Sinne ist, dass „Berührung“ hier beabsichtigt ist. „Druck“ bezieht sich auf den Druck des „Kontakts“, d.h. eine Kraft, mit der ein Benutzer seine Finger oder Hand gegen die Taste oder eine andere Oberfläche drückt. Die Höhe des „Drucks“ ist in ähnlicher Weise ein Maß für die „Berührung“. Es ist auch zu beachten, dass eine gedrückte Taste eine weitere Art von „Berührung“ ist, so dass sich „Berührung“, wie hierin beschrieben, im Allgemeinen auf die Zustände „Schweben“, „Kontakt“ und eine vollständig gedrückte Taste bezieht, während ein Mangel an „Berührung“ im Allgemeinen durch Signale identifiziert wird, die unterhalb eines Schwellenwerts für eine genaue Messung durch den Sensor liegen.
• Wie hier und insbesondere innerhalb der Ansprüche verwendet, sind ordnungsbezogene Begriffe, wie erster und zweiter nicht dazu bestimmt, an sich eine Sequenz, Zeit oder Einzigartigkeit implizieren zu wollen, sondern dienen vielmehr der Unterscheidung eines beanspruchten Konstrukts von einem anderen. In einigen Anwendungen, bei denen der Kontext dies vorgibt, können diese Begriffe bedeuten, dass der erste und der zweite eindeutig sind. Wenn beispielsweise ein Ereignis zu einem ersten Zeitpunkt und ein anderes Ereignis zu einem zweiten Zeitpunkt eintritt, ist nicht beabsichtigt, dass das erste Mal vor dem zweiten Mal eintritt. Wird jedoch in dem Anspruch die weitere Einschränkung, dass das zweite Mal nach dem ersten Mal liegt, dargelegt, so müsste der Kontext das erste Mal gelesen werden und das zweite Mal einmalig sein. Ebenso sind, wenn der Kontext dies vorschreibt oder zulässt, Ordnungsbegriffe so weit auszulegen, dass die beiden identifizierten Anspruchskonstrukte dasselbe oder ein anderes Merkmal aufweisen können. So könnten beispielsweise eine erste und eine zweite Frequenz, ohne weitere Einschränkung, die gleiche Frequenz sein - z.B. die erste Frequenz ist 10 Mhz und die zweite Frequenz ist 10 MHz; oder sie könnten unterschiedliche Frequenzen sein - z.B. die erste Frequenz ist 10 MHz und die zweite Frequenz ist 11 MHz. Der Kontext kann etwas anderes vorschreiben, z.B. wenn eine erste und eine zweite Frequenz weiter darauf beschränkt sind, orthogonal zueinander zu sein, wobei sie in diesem Fall nicht die gleiche Frequenz sein könnten.
• Die vorliegend offenbarten Systeme ermöglichen das Design, die Herstellung und den Einsatz von kapazitiven Berührungssensoren, insbesondere kapazitiven Berührungssensoren, die ein Multiplexing-Schema verwenden, das auf orthogonalen Signalen basiert, wie beispielsweise Frequenzmultiplexing (FDM), Code-Division-Multiplexing (CDM) oder eine Hybridmodulationstechnik, die sowohl FDM- als auch CDM-Verfahren kombiniert. Verweise auf die hier enthaltene Frequenz können sich auch auf andere orthogonale Signalbasen beziehen. Somit umfasst diese Anmeldung die frühere US-Patentanmeldung Nr. 13/841.436 , die am 15. März 2013 mit dem Titel „Low-Latency Touch Sensitive Device“ eingereicht wurde, und die am 1. November 2013 eingereichte US-Patentanmeldung Nr. 14/069.609 mit dem Titel „Fast Multi-Touch Post Processing“ vom Anmelder der vorliegenden Anmeldung. Bei diesen Anmeldungen handelt es sich um kapazitive FDM-, CDM- oder FDM/CDM-Hybrid-Touchsensoren, die in Verbindung mit den vorliegend offenbarten Sensoren verwendet werden können. In derartigen Sensoren werden Berührungen erfasst, wenn ein Signal aus einer Zeile mit einer Spalte gekoppelt (erhöht) oder entkoppelt (verringert) wird und das Ergebnis auf dieser Spalte empfangen wird.
• Diese Offenbarung wird zunächst den Betrieb von schnellen Multitouch-Sensoren beschreiben, auf die die derzeitigen Systeme und Verfahren für Design, Herstellung und Verwendung angewendet werden können. Details zu den vorliegend offenbarten Systemen für Schwebungs-, Kontakt- und Druck-empfindliche Tastaturen werden im Folgenden unter der Rubrik „Tastatur-Ausführungsform“ näher beschrieben.
• Wie hier verwendet, beinhalten der Ausdruck „Berührungsereignis“ und das Wort „Berührung“, wenn es als Substantiv verwendet wird, eine Nahberührung und ein Nahberührungsereignis, oder jede andere Geste, die durch einen Sensor identifiziert wird. Gemäß einer Ausführungsform können Berührungsereignisse mit sehr geringer Latenz, z.B. in der Größenordnung von zehn Millisekunden oder weniger, oder in der Größenordnung von weniger als einer Millisekunde, erfasst, verarbeitet und den nachfolgenden Berechnungsprozessen zugeführt werden.
• In einer Ausführungsform verwendet der offenbarte schnelle Multitouch-Sensor ein projektiertes kapazitives Verfahren, das für Messungen von Berührungsereignissen mit hoher Aktualisierungsrate und niedriger Latenz verbessert wurde. Die Technik kann parallele Hardware und Wellenformen mit höherer Frequenz verwenden, um die oben genannten Vorteile zu erzielen. In einer Ausführungsform können offenbarte Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden, um empfindliche und robuste Messungen durchzuführen, die auf transparenten Anzeigeflächen verwendet werden können und die eine wirtschaftliche Herstellung von Produkten ermöglichen, die diese Technik anwenden. In einer Ausführungsform können offenbarte Verfahren und Vorrichtungen auf traditionellen Tastaturen, Folientastaturen und anderen Tastaturen mit Tasten sowie auf funktionsarmen oder haptischen Tastaturoberflächen und auf verschiedenen Tastaturschaltern (z.B. Tasten) verwendet werden, die eine wirtschaftliche Herstellung von Produkten ermöglichen können, die diese Technik anwenden. In diesem Zusammenhang könnte ein „kapazitives Objekt“, wie hier verwendet, ein Finger, ein anderer Teil des menschlichen Körpers, ein Stift oder ein beliebiges Objekt sein, für das der Sensor empfindlich ist. Die hier offenbarten Sensoren und Verfahren müssen sich unbedingt nicht auf die Kapazität stützen. In Bezug auf z.B. den optischen Sensor, verwenden solche Ausführungsformen Photontunnelverfahren und ein Leck, um ein Berührungsereignis zu erfassen, und ein „kapazitives Objekt“, so wie es hier verwendet wird, beinhaltet jedes Objekt, wie beispielsweise einen Stift oder Finger, das mit dieser Abtastung kompatibel ist. Ebenso erfordern „Berührungspositionen“ und „berührungsempfindliche Vorrichtung“, so wie sie hier verwendet werden, keinen tatsächlichen Berührungskontakt zwischen einem kapazitiven Objekt und dem offenbarten Sensor.
• Wie in der am 17. März 2014 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 14/216,948 mit dem Titel „Fast Multi-Touch Stylus and Sensor“ beschrieben, übertragen schnelle Multi-Touch-Sensoren ein anderes Signal auf jeder der Zeilen der Einheit. Die gesamte Offenbarung dieser Anmeldung ist hier durch Verweis Teil der vorliegenden Anmeldung. Die Signale sind im Allgemeinen „orthogonal“, d.h. trennbar und voneinander unterscheidbar. An jeder der beliebig bezeichneten Spalten der Einheit ist ein Empfänger angebracht. Der Empfänger ist so ausgelegt, dass er jedes der übertragenen Signale oder eine beliebige Kombination von ihnen mit oder ohne anderen Signalen und/oder Rauschen empfängt und individuell ein Maß bestimmt, z.B. eine Größe für jedes der auf dieser Spalte vorhandenen orthogonalen übertragenen Signale. Die Berührungsfläche des Sensors umfasst eine Reihe von Zeilen und Spalten, entlang derer sich die orthogonalen Signale ausbreiten können. In einer Ausführungsform sind die Zeilen und Spalten so gestaltet, dass, wenn sie keinem Berührungsereignis unterliegen, eine Signalmenge zwischen ihnen gekoppelt wird, während, wenn sie einem Berührungsereignis unterliegen, eine andere Signalmenge zwischen ihnen gekoppelt wird. In einer Ausführungsform kann eine geringere Signalmenge ein Berührungsereignis darstellen, und eine größere Signalmenge kann einen Mangel an Berührung darstellen. Da der Berührungssensor schließlich Berührungen aufgrund einer Änderung der Kopplung erkennt, ist es nicht von besonderer Bedeutung, außer aus Gründen, die für eine bestimmte Ausführungsform andernfalls ersichtlich sein könnten, ob die berührungsbezogene Kopplung eine Erhöhung der Menge des auf der Spalte vorhandenen Zeilensignals oder eine Verringerung der Menge des auf der Spalte vorhandenen Zeilensignals bewirkt. Wie bereits erwähnt, erfordert das Berührungs- oder Berührungsereignis keine physische Berührung, sondern ein Ereignis, das den Pegel des gekoppelten Signals beeinflusst.
• In einer Ausführungsform kann das kapazitive Ergebnis eines Berührungsereignisses in der Nähe sowohl einer Zeile als auch einer Spalte im Allgemeinen eine nicht vernachlässigbare Änderung der Signalmenge in der Zeile verursachen, die mit der Spalte gekoppelt ist. Generell verursachen und entsprechen somit Berührungsereignisse den empfangenen Signale auf den Spalten. Da die Signale auf den Zeilen orthogonal sind, können mehrere Zeilensignale mit einer Spalte gekoppelt und durch den Empfänger unterschieden werden. Ebenso können die Signale auf jeder Zeile mit mehreren Spalten gekoppelt werden. Für jede Spalte, die mit einer bestimmten Zeile gekoppelt ist (und unabhängig davon, ob die Kopplung bewirkt, dass ein Anstieg oder Rückgang des Zeilensignals auf der Spalte vorhanden ist), enthalten die auf der Spalte gefundenen Signale Informationen, die anzeigen, welche Zeilen in der Nähe dieser Spalte berührt werden. Die Größe jedes empfangenen Signals bezieht sich im Allgemeinen auf den Betrag der Kopplung zwischen der Spalte und der Zeile, die das entsprechende Signal trägt, und kann somit einen Abstand des berührenden Objekts von der Oberfläche, einen Bereich der Oberfläche, der von der Berührung bedeckt ist, und/oder den Druck der Berührung anzeigen.
• Wenn eine Zeile und eine Spalte gleichzeitig berührt werden, wird ein Teil des in der Zeile vorhandenen Signals in die entsprechende Spalte eingekoppelt (die Kopplung kann zu einer Erhöhung oder Verringerung des Zeilensignals in der Spalte führen) (Wie bereits erwähnt, erfordert der Begriff Berührung oder berührt keinen tatsächlichen physikalischen Kontakt, sondern vielmehr relative Nähe.) In der Tat ist bei verschiedenen Implementierungen einer Berührungsvorrichtung ein physikalischer Kontakt mit den Zeilen und/oder Spalten unwahrscheinlich, da es eine Schutzbarriere zwischen den Zeilen und/oder Spalten und dem Finger oder einem anderen Berührungsobjekt geben kann. Darüber hinaus sind die Zeilen und Spalten selbst im Allgemeinen nicht miteinander in Kontakt, sondern in einer Nähe angeordnet, die es ermöglicht, eine Menge an Signalen dazwischen zu koppeln, und diese Menge ändert sich (positiv oder negativ) bei Berührung. Im Allgemeinen resultiert die Zeilen-Spalten-Kopplung nicht aus dem tatsächlichen Kontakt zwischen ihnen, noch aus dem tatsächlichen Kontakt des Fingers oder eines anderen Berührungsobjekts, sondern aus dem kapazitiven Effekt, den Finger (oder ein anderes Objekt) in die Nähe zu bringen - wobei die Nähe, die zu einem kapazitiven Effekt führt, im Folgenden als Berührung bezeichnet wird.
• Wie in der am 1. Juli 2016 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/200 320 mit dem Titel „Systeme und Verfahren zum Erfassen von Druck in berührungsempfindlichen Vorrichtungen“ beschrieben, deren gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist, besteht bei tatsächlichem physischem bzw. physikalischem Kontakt ein Zusammenhang zwischen der Größe und Form der Kontaktfläche zwischen Finger und Berührungsfläche und dem auf die Oberfläche ausgeübten Druckbetrag. Da der menschliche Finger nicht starr ist, verformt er sich über einen Bereich entsprechend dem Druck. Somit ist die Kontaktfläche eines Fingers bei hohem Druck auf die Kontaktfläche im Allgemeinen größer und bei niedrigem Druck kleiner. Ähnlich verhält es sich mit Bezug auf die kapazitive Kopplung zwischen Zeilen und Spalten in einem kapazitiven Berührungssensor, soi dass im Allgemeinen gilt, je größer der angewandte Druck, desto höher die kapazitive Kopplung. Die Betrag der kapazitiven Kopplung kann mit der üblichen Funktionsweise des Touch-Systems ermittelt werden. In einer Ausführungsform ändern Änderungen in dem Betrag der kapazitiven Kopplung die gemessene Signalstärke zwischen Zeilen und Spalten. Ein höherer Druck bewirkt, dass mehr Haut, Fett, Muskeln und Gewebe in engen Kontakt mit der Berührungsfläche kommen, und diese Teile des menschlichen Körpers liefern die Leitfähigkeit und das Dielektrikum, was zu einer erhöhten kapazitiven Kopplung führt.
• Die Beschaffenheit der Zeilen und Spalten ist beliebig und die jeweilige Ausrichtung irrelevant. Tatsächlich sollen sich die Begriffe Zeile und Spalte nicht auf ein quadratisches Raster beziehen, sondern auf einen Satz von Leitern, auf denen das Signal übertragen wird (Zeilen) und einen Satz von Leitern, auf die das Signal gekoppelt werden kann (Spalten). (Die Vorstellung, dass Signale auf Zeilen übertragen und auf Spalten selbst empfangen werden, ist willkürlich, und Signale könnten ebenso einfach auf Leitern übertragen werden, die willkürlich als Spalten benannt sind, und auf Leitern, die willkürlich als Zeilen benannt werden, oder beide könnten willkürlich als etwas anderes benannt werden.) Außerdem ist es nicht notwendig, dass sich die Zeilen und Spalten in einem Raster befinden. Andere Formen sind möglich, solange ein Berührungsereignis einen Teil einer „Zeile“ und einen Teil einer „Spalte“ berührt und irgendeine Form der Kopplung verursacht. So könnten beispielsweise die „Zeilen“ in konzentrischen Kreisen und die „Spalten“ in Speichen sein, die von der Mitte ausgehen. Und weder die „Zeilen“ noch die „Spalten“ müssen einem geometrischen oder räumlichen Muster folgen, so dass beispielsweise die Tasten einer Tastatur beliebig mit Zeilen und Spalten verbunden werden können (bezogen oder nicht bezogen auf deren relative Position). Außerdem ist es nicht notwendig, dass es nur zwei Arten von Signalausbreitungskanälen gibt: Anstelle von Zeilen und Spalten können in einer Ausführungsform die Kanäle „A“, „B“ und „C“ vorgesehen werden, wobei die auf „A“ übertragenen Signale auf „B“ und „C“ empfangen werden können, oder in einer Ausführungsform können die auf „A“ und „B“ übertragenen Signale auf „C“ empfangen werden. Es ist auch möglich, dass die Signalausbreitungskanäle eine alternative Funktion haben, die manchmal das Senden und manchmal das Empfangen unterstützt. Es wird auch erwogen, dass die Signalausbreitungskanäle gleichzeitig Sender und Empfänger unterstützen können - vorausgesetzt, die übertragenen Signale sind orthogonal und damit von den empfangenen Signalen trennbar. Es können drei oder mehr Arten von Antennenleitern anstelle von lediglich „Spalten “ und „Spalten“ verwendet werden. Viele alternative Ausführungsformen sind möglich und werden für einen Durchschnittsfachmann nach Prüfung dieser Offenbarung offensichtlich sein.
• Wie bereits erwähnt, besteht die Berührungsfläche in einer Ausführungsform aus einer Reihe von Zeilen und Spalten, entlang derer sich Signale ausbreiten können. Wie vorstehend erläutert, sind die Zeilen und Spalten so ausgelegt, dass, wenn sie nicht berührt werden, eine Signalmenge bzw. ein Signalbetrag zwischen ihnen gekoppelt wird, und wenn sie berührt werden, eine andere Signalmenge bzw. ein andere Signalbetrag zwischen ihnen gekoppelt wird. Die zwischen ihnen gekoppelte Signaländerung kann im Allgemeinen proportional oder umgekehrt proportional (wenn auch nicht unbedingt linear proportional) zur Berührung sein, so dass die Berührung weniger eine Ja-Nein-Frage und mehr eine Abstufung ist, die eine Unterscheidung zwischen mehr Berührung (d.h. näher oder fester) und weniger Berührung (d.h. weiter oder weicher) ermöglicht - und sogar keine Berührung. Außerdem wird in jede der Zeilen ein anderes Signal übertragen. In einer Ausführungsform ist jedes dieser verschiedenen Signale orthogonal (d.h. trennbar und unterscheidbar) voneinander. Wenn eine Zeile und eine Spalte gleichzeitig berührt werden, wird das auf der Zeile vorhandene Signal (positiv oder negativ) gekoppelt, wodurch mehr oder weniger in der entsprechenden Spalte erscheint. Die Größe des Signals, das an eine Spalte gekoppelt wird, kann sich auf die Nähe, den Druck oder den Berührungsbereich beziehen.
• An jeder Spalte ist ein Empfänger angebracht. Der Empfänger ist so ausgelegt, dass er die auf den Spalten vorhandenen Signale empfängt, einschließlich eines der orthogonalen Signale oder einer beliebigen Kombination der orthogonalen Signale und irgendwelchem Rauschen oder anderen vorhandenen Signale. Im Allgemeinen ist der Empfänger so ausgelegt, dass er einen Rahmen von Signalen empfängt, die auf den Spalten vorhanden sind, und dass er die Spalten identifiziert, die das Signal bereitstellen. In einer Ausführungsform kann der Empfänger (oder ein den Empfängerdaten zugeordneter Signalprozessor) ein Maß bestimmen, das der Menge jedes der orthogonal übertragenen Signale zugeordnet ist, die in dieser Spalte während der Zeit, in der der Rahmen der Signale erfasst wurde, vorhanden sind. Auf diese Weise kann der Empfänger nicht nur die mit jeder Spalte in Berührung kommenden Zeilen identifizieren, sondern auch zusätzliche (z.B. qualitative) Informationen über die Berührung liefern. Im Allgemeinen können Berührungsereignisse den empfangenen Signalen auf den Spalten entsprechen (oder umgekehrt). Für jede Spalte zeigen die verschiedenen darauf empfangenen Signale an, welche der entsprechenden Zeilen in der Nähe dieser Spalte berührt wird. In einer Ausführungsform kann der Betrag der Kopplung zwischen der entsprechenden Zeile und der Spalte z.B. die Fläche der von der Berührung bedeckten Oberfläche, den Berührungsdruck usw. anzeigen. In einer Ausführungsform zeigt eine Änderung der Kopplung im Laufe der Zeit zwischen der entsprechenden Zeile und der Spalte eine Änderung der Berührung am Schnittpunkt der beiden an.
• EINFACHE SINUSFÖRMIGE AUSFÜHRUNGSFORM
• In einer Ausführungsform können die auf die Zeilen übertragenen orthogonalen Signale unmodulierte Sinuskurven sein, die jeweils eine unterschiedliche Frequenz aufweisen, wobei die Frequenzen so gewählt sind, dass sie im Empfänger voneinander unterschieden werden können. In einer Ausführungsform werden Frequenzen so gewählt, dass ein ausreichender Abstand zwischen ihnen gewährleistet ist, so dass sie im Empfänger leichter voneinander unterschieden werden können. In einer Ausführungsform werden Frequenzen so gewählt, dass keine einfachen harmonischen Beziehungen zwischen den ausgewählten Frequenzen bestehen. Das Fehlen einfacher harmonischer Beziehungen kann nichtlineare Artefakte abschwächen, die dazu führen können, dass ein Signal ein anderes nachahmt.
• Im Allgemeinen erfüllt ein „Kamm“ von Frequenzen, bei dem der Abstand zwischen benachbarten Frequenzen konstant und die höchste Frequenz weniger als zweimal die Niedrigste ist, diese Kriterien, wenn der Abstand zwischen den Frequenzen, Δf, mindestens der Kehrwert der Messzeit τ ist. Wenn beispielsweise eine Kombination von Signalen (z.B. aus einer Spalte) gemessen werden soll, um zu bestimmen, welche Zeilensignale einmal pro Millisekunde (τ) vorhanden sind, dann muss der Frequenzabstand□□Δf) größer als ein Kilohertz (d.h. ΔΦ>1/τ) sein. Nach dieser Berechnung, in einem beispielhaften Fall mit nur zehn Zeilen, könnte man die folgenden Frequenzen verwenden:

  Zeile 1:	5.000 MHz	Zeile 6:	5.005 MHz
  Zeile 2:	5.001 MHz	Zeile 7:	5.006 MHz
  Zeile 3:	5.002 MHz	Zeile 8:	5.007 MHz
  Zeile 4:	5.003 MHz	Zeile 9:	5.008 MHz
  Zeile 5:	5.004 MHz	Zeile 10:	5.009 MHz

• Für einen Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet ist ersichtlich, dass der Frequenzabstand wesentlich größer sein kann als dieses Minimum, um ein robustes Design zu ermöglichen. Eine 20 cm x 20 cm große Berührungsfläche mit 0,5 cm Zeilen-/Spaltenabstand würde beispielsweise vierzig Zeilen und vierzig Spalten erfordern und Sinuskurven mit vierzig verschiedenen Frequenzen erfordern. Während eine Analyserate von einmal pro Millisekunde nur einen 1 KHz Abstand benötigt, wird für eine robustere Implementierung ein beliebig größerer Abstand verwendet. In einer Ausführungsform unterliegt der beliebig größere Abstand der Einschränkung, dass die maximale Frequenz nicht mehr als doppelt so groß wie die Niedrigste sein sollte (d.h. f_max < 2_(fmin)). So kann in einer beispielhaften Ausführungsform ein Frequenzabstand von 100 kHz mit der niedrigsten Frequenz auf 5 MHz eingestellt verwendet werden, was zu einer Frequenzliste von 5,0 MHz, 5,1 MHz, 5,2 MHz usw. bis zu 8,9 MHz führt.
• In einer Ausführungsform kann jede der Sinuskurven auf der Liste von einem Signalgenerator erzeugt und auf einer separaten Zeile von einem Signalemitter oder Sender übertragen werden. In einer Ausführungsform können die Sinuskurven vorher erzeugt werden. Um die Zeilen und Spalten zu identifizieren, die gleichzeitig berührt werden, empfängt ein Empfänger alle auf den Spalten vorhandenen Signale und ein Signalprozessor analysiert das Signal, um festzustellen, welche Frequenzen auf der Liste erscheinen, falls vorhanden. In einer Ausführungsform kann die Identifizierung durch eine Frequenzanalysemethode (z.B. Fourier-Transformation) oder durch die Verwendung einer Filterbank unterstützt werden. In einer Ausführungsform empfängt der Empfänger einen Rahmen von Spaltensignalen, der durch eine FFT verarbeitet wird, und so wird für jede Frequenz ein Maß bestimmt. In einer Ausführungsform stellt die FFT ein In-Phase und Quadratur-Maß für jede Frequenz, für jeden Frame zur Verfügung.
• In einer Ausführungsform kann der Empfänger/Signalprozessor aus dem Signal jeder Spalte einen Wert (und in einer Ausführungsform einen In-Phase- und Quadratur-Wert) für jede Frequenz aus der Liste der Frequenzen bestimmen, die im Signal auf dieser Spalte enthalten sind. In einer Ausführungsform, in der der einer Frequenz entsprechende Wert größer oder kleiner als ein Schwellenwert ist oder sich von einem früheren Wert ändert, werden diese Informationen verwendet, um ein Berührungsereignis zwischen der Spalte und der Zeile, die dieser Frequenz entspricht, zu identifizieren. In einer Ausführungsform können Signalstärkeinformationen, die verschiedenen physikalischen Phänomenen entsprechen können, einschließlich des Berührungsabstandes von der Zeilen-/Spalten-Überschneidung, der Größe des Berührungsobjekts, des Drucks, mit dem das Objekt nach unten gedrückt wird, des Anteils der Zeilen-/Spalten-Überschneidung, die berührt wird, als Hilfsmittel zur Lokalisierung des Bereichs des Berührungsereignisses verwendet werden. In einer Ausführungsform sind die ermittelten Werte nicht selbstbestimmend für die Berührung, sondern werden anstelle dessen zusammen mit anderen Werten zur Bestimmung von Berührungsereignissen weiterverarbeitet.
• Sobald Werte für jede der orthogonalen Frequenzen für mindestens zwei Frequenzen (entsprechend den Zeilen) oder für mindestens zwei Spalten bestimmt wurden, kann eine zweidimensionale Karte erstellt werden, wobei der Wert als oder proportional / umgekehrt proportional zu einem Wert der Karte an diesem Zeilen-/Spalten-Überschneidung verwendet wird. In einer Ausführungsform werden Werte an mehreren Zeilen/Spalten-Überschneidungen auf einer Berührungsoberfläche bestimmt, um eine Karte für die Berührungsfläche oder - region zu erstellen. In einer Ausführungsform werden für jede Zeilen-/Spalten-Überschneidung auf einer Berührungsfläche oder in einem Bereich einer Berührungsfläche Werte bestimmt, um eine Karte für die Berührungsoberfläche oder -region zu erstellen. In einer Ausführungsform werden die Werte der Signale für jede Frequenz auf jeder Spalte berechnet. Sobald die Signalwerte berechnet sind, kann eine zweidimensionale Karte erstellt werden. In einer Ausführungsform ist der Signalwert der Wert der Karte an dieser Zeilen-/Spalten-Überschneidung. In einer Ausführungsform wird der Signalwert verarbeitet, um das Rauschen zu reduzieren, bevor er als Wert der Karte an diesem Schnittpunkt (Überschneidung) von Zeile und Spalte verwendet wird. In einer Ausführungsform wird ein anderer Wert proportional, umgekehrt proportional oder anderweitig bezogen auf den Signalwert (jeder nach einer Verarbeitung zur Rauschunterdrückung) als Wert der Karte an dieser Zeilen-/Spalten-Überschneidungt verwendet. In einer Ausführungsform werden die Signalwerte aufgrund physikalischer Unterschiede in der Berührungsoberfläche bei unterschiedlichen Frequenzen für eine bestimmte Berührung normiert oder kalibriert. Ebenso müssen in einer Ausführungsform aufgrund physikalischer Unterschiede über die Berührungsoberfläche oder zwischen den Schnittpunkten/den Überschneidungen die Signalwerte für eine bestimmte Berührung normiert oder kalibriert werden.
• In einer Ausführungsform werden Berührungsereignisse anhand einer aus den Wertinformationen erstellten Karte identifiziert und berücksichtigen so die Wertänderungen benachbarter Zeilen-/Spalten-Überschneidungen. In einer Ausführungsform können die zweidimensionalen Kartendaten einer Schwellwertbestimmung unterzogen werden, um Berührungsereignisse besser zu identifizieren, zu bestimmen oder zu isolieren. In einer Ausführungsform können die zweidimensionalen Kartendaten verwendet werden, um Informationen über die Form, Ausrichtung usw. des Objekts, das die Oberfläche berührt, abzuleiten.
• In einer Ausführungsform kann eine solche Analyse und Berührungsbearbeitung, wie hier beschrieben, auf der diskreten Berührungssteuerung eines Berührungssensors durchgeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann eine solche Analyse und Touch-Verarbeitung auf anderen Computersystemkomponenten durchgeführt werden, wie beispielsweise an einem oder mehreren ASICs, MCUs, FPGAs, CPUs, GPUs, SoCs, DSPs oder dedizierten Schaltkreisen. Der hier verwendete Begriff „Hardware-Prozessor“ bezeichnet eine der vorgenannten Vorrichtungen oder eine andere Vorrichtung (jetzt bekannt oder im Folgenden entwickelt), die Rechenfunktionen ausführt.
• Um auf die Diskussion über die auf den Zeilen übertragenen Signale zurückzukommen, eine ,Sinuskurve ist nicht das einzige orthogonale Signal, das in der oben beschriebenen Konfiguration verwendet werden kann. In der Tat, wie oben besprochen, funktioniert jeder Satz von Signalen, die voneinander unterschieden werden können. Dennoch können Sinuskurven einige vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, die ein einfacheres Engineering und eine kostengünstigere Herstellung von Geräten, die diese Technik verwenden, ermöglichen. Beispielsweise haben Sinuskurven ein sehr schmales Frequenzprofil (per Definition) und müssen sich nicht bis zu tiefen Frequenzen in der Nähe von DC erstrecken. Darüber hinaus können Sinuskurven relativ unbeeinflusst von 1/f-Rauschen sein, wobei dieses Rauschen breitere Signale beeinflussen könnte, die sich bis zu tieferen Frequenzen hin erstrecken.
• In einer Ausführungsform können Sinuskurven von einer Filterbank erkannt werden. In einer Ausführungsform können Sinuskurven durch Frequenzanalyseverfahren (z.B. Fourier-Transformation / Schnelle Fourier-Transformation) nachgewiesen werden. Frequenzanalyseverfahren können relativ effizient eingesetzt werden und weisen tendenziell gute Dynamikbereichseigenschaften auf, so dass sie eine große Anzahl gleichzeitiger Sinuskurven erkennen und unterscheiden können. Im Sinne der weit gefassten Signalverarbeitungsbegriffe, kann die Dekodierung mehrerer Sinuskurven durch den Empfänger als eine Form von Frequenz-Teilungs-Multiplexen betrachtet werden. In einer Ausführungsform können auch andere Modulationsverfahren wie Zeitmultiplex und Code-Division-Multiplexing verwendet werden. Ein Zeit-Teilungs-Multiplexing hat gute Dynamikbereichseigenschaften, erfordert aber typischerweise, dass eine endliche Zeit für die Übertragung in die (oder die Analyse von Empfangssignalen von) der Touchoberfläche aufgewendet werden muss. Code-Divisioin-Multiplexing hat die gleiche gleichzeitige Natur wie Frequenz-Teilungs-Multiplexing, kann aber auf Probleme mit dem Dynamikbereich stoßen und kann sich unter Umständen nicht so leicht zwischen mehreren gleichzeitigen Signalen unterscheiden.
• MODULIERTE SINUSFÖRMIGE AUSFÜHRUNGSFORM
• In einer Ausführungsform kann eine modulierte Sinuskurve anstelle, in Kombination mit und/oder als Erweiterung der vorstehend beschriebenen sinusförmigen Ausführungsform verwendet werden. Die Verwendung unmodulierter Sinuskurven kann zu hochfrequenten Störungen an anderen Geräten in der Nähe der Berührungsoberfläche führen, so dass eine Vorrichtung, die diese verwendet, auf Probleme stoßen kann, die behördlichen Prüfungen zu bestehen (z.B. FCC, CE). Darüber hinaus kann die Verwendung unmodulierter Sinuskurven anfällig für Störungen durch andere Sinuskurven in der Umgebung sein, sei es durch absichtliche Sender oder durch andere Störgeräte (vielleicht sogar eine andere identische Touch-Oberfläche). In einer Ausführungsform können solche Störungen zu falschen oder verschlechterten Berührungsmessungen in der beschriebenen Vorrichtung führen.
• In einer Ausführungsform können die Sinuskurven zur Vermeidung von Störungen vor der Übertragung durch den Sender so moduliert oder „gerührt bzw. gemischt“ werden, dass die Signale demoduliert („entrühr bzw. entmischt“) werden können, sobald sie den Empfänger erreichen. In einer Ausführungsform kann eine invertierbare Transformation (oder nahezu invertierbare Transformation) verwendet werden, um die Signale derart zu modulieren, dass die Transformation kompensiert werden kann und die Signale im Wesentlichen wiederhergestellt werden können, sobald sie den Empfänger erreichen. Wie Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet verstehen werden, Signale, die mit einer Modulationstechnik in einem Touchgerät, wie hier beschrieben, ausgesendet oder empfangen werden, werden weniger mit anderen Dingen korreliert sein und sich daher eher wie bloßes Rauschen verhalten, anstatt so zu wirken, als ob sie anderen in der Umgebung vorhandenen Signalen ähnlich wären und/oder einer Störung durch diese ausgesetzt wären.
• Die U.S. Patentanmeldung Nr. 13/841,436 , eingereicht am 15. März 2013, mit dem Titel „Low-Latency Touch Sensitive Device“, offenbart Ausführungsformen, die auf Frequenzmodulation, Direktsequenz-Spreizspektrummodulation und kostengünstige Implementierungsausführungen ausgerichtet sind. Die gesamte Offenbarung der Anmeldung ist hier durch Verweis in der vorliegenden Anmeldung enthalten.
• SINUSKURVEN-ERKENNUNG
• In einer Ausführungsform können Sinuskurven in einem Empfänger unter Verwendung eines vollständigen Funkempfängers mit einem Fourier-Transformation-Erfassungsschema nachgewiesen werden. Eine solche Erkennung kann die Digitalisierung einer Hochgeschwindigkeits-HF-Wellenform und die anschließende digitale Signalverarbeitung erfordern. Für jede Spalte der Oberfläche kann eine separate Digitalisierung und Signalverarbeitung implementiert werden, so dass der Signalprozessor feststellen kann, welche der Zeilensignale mit dieser Spalte in Berührung stehen. Im oben genannten Beispiel würde eine Berührungsfläche mit vierzig Zeilen und vierzig Spalten vierzig Kopien dieser Signalkette erfordern. Heutzutage sind Digitalisierung und digitale Signalverarbeitung relativ teure Operationen, was Hardware, Kosten und Leistung betrifft. Es wäre sinnvoll, eine kostengünstigere Methode zur Erkennung von Sinuskurven zu verwenden, insbesondere eine, die leicht replizierbar ist und sehr wenig Energie benötigt.
• In einer Ausführungsform können Sinusoide (Sinuskurven) über eine Filterbank nachgewiesen werden. Eine Filterbank umfasst eine Anordnung von Bandpassfiltern, die ein Eingangssignal aufnehmen können und dieses in die jedem Filter zugeordneten Frequenzkomponenten zerlegen können. Die Diskrete Fourier-Transformation (DFT, von der die FFT eine effiziente Implementierung ist) ist eine Form einer Filterbank mit gleichmäßig beabstandeten Bandpassfiltern, die für die Frequenzanalyse verwendet werden können. DFTs können digital implementiert werden, aber der Digitalisierungsschritt kann teuer sein. Es ist möglich, eine Filterbank aus einzelnen Filtern, wie z.B. passiven LC (Induktor und Kondensator) oder aktiven RC-Filtern, zu realisieren. Induktivitäten (Induktoren) sind bei VLSI-Prozessen schwer zu implementieren, und diskrete Induktivitäten sind groß und teuer, so dass es möglicherweise nicht kostengünstig ist, Induktivitäten in der Filterbank zu verwenden.
• Bei niedrigeren Frequenzen (ca. 10 MHz und niedriger) ist es möglich, Bänke von aktiven RC-Filtern auf VLSI aufzubauen. Solche aktiven Filter können eine gute Leistung erbringen, können aber auch viel Platz einnehmen und mehr Leistung benötigen, als wünschenswert ist.
• Bei höheren Frequenzen ist es möglich, Filterbänke mit Oberflächenwellen-(SAW)-Filtertechniken zu bauen. Diese ermöglichen nahezu beliebige FIR-Filtergeometrien. SAW-Filtertechniken erfordern piezoelektrische Materialien, die teurer sind als einfaches CMOS-VLSI. Darüber hinaus erlauben SAW-Filtertechniken möglicherweise nicht genügend gleichzeitige Anzapfungen, um ausreichend viele Filter in ein einziges Gehäuse zu integrieren, was die Herstellungskosten erhöht.
• In einer Ausführungsform können Sinuskurven mit einer analogen Filterbank nachgewiesen werden, die mit geschalteten Kondensatortechniken auf Standard-CMOS-VLSI-Prozessen implementiert ist und eine FFT-ähnliche „Butterfly“-Topologie verwendet. Die für eine solche Implementierung erforderliche Matrizenfläche ist typischerweise abhängig vom Quadrat der Anzahl der Kanäle, was bedeutet, dass eine 64-Kanal-Filterbank mit der gleichen Technologie nur 1/256stel der Matrizenfläche der 1024-Kanal-Version benötigen würde. In einer Ausführungsform ist das komplette Empfangssystem für den Touchsensor mit niedriger Latenz auf einer Vielzahl von VLSI-Matrizen implementiert, einschließlich eines entsprechenden Satzes von Filterbänken und der entsprechenden Verstärker, Schalter, Energiedetektoren usw. In einer Ausführungsform ist das komplette Empfangssystem für den Berührungssensor mit niedriger Latenz auf einer einzigen VLSI-Düse implementiert, einschließlich eines entsprechenden Satzes von Filterbänken und der entsprechenden Verstärker, Schalter, Energiedetektoren usw. In einer Ausführungsform ist das komplette Empfangssystem für den Low-Latency-Tastsensor (Berührungssensor mit niedriger Latenz) auf einer einzigen VLSI-Matrize implementiert, die n Instanzen einer n-Kanal-Filterbank enthält und Platz für die entsprechenden Verstärker, Schalter, Energiedetektoren usw. lässt.
• SINUSKURVEN-ERZEUGUNG
• Die Erzeugung der Sendesignale (z.B. Sinuskurven) in einem TouchSensor mit niedriger Latenz ist im Allgemeinen weniger komplex als die Erkennung, vor allem weil jede Zeile die Erzeugung eines einzelnen Signals (oder einer kleinen Anzahl von Signalen) erfordert, während die Spaltenempfänger viele Signale erkennen und unterscheiden müssen. In einer Ausführungsform können Sinuskurven mit einer Reihe von Phase-Locked-Loops (phasenstarren Regelschleifen, PLLs) erzeugt werden, die jeweils eine gemeinsame Referenzfrequenz mit einem anderen Vielfachen multiplizieren.
• In einer Ausführungsform erfordert das Touchsensor-Design mit niedriger Latenz nicht, dass die übertragenen Sinuskurven von sehr hoher Qualität sind, sondern kann vielmehr übertragene Sinuskurven aufnehmen, die mehr Phasenrauschen, Frequenzvariationen (über die Zeit, Temperatur usw.), harmonische Verzerrungen und andere Unvollkommenheiten aufweisen, als normalerweise in Funkschaltungen zulässig oder wünschenswert sind. In einer Ausführungsform kann die große Anzahl von Frequenzen digital erzeugt werden und kann dann einen relativ groben Digital-Analog-Wandlungsprozess einsetzen. Wie vorstehend erläutert, sollten die erzeugten Zeilenfrequenzen in einer Ausführungsform keine einfachen harmonischen Beziehungen zueinander aufweisen, irgendwelche Nichtlinearitäten im Generierungsprozess sollten kein Signal im Satz als „alias“ hervorbringen oder ein anderes nachahmen.
• In einer Ausführungsform kann ein Frequenzkamm erzeugt werden, indem eine Reihe von schmalen Impulsen durch eine Filterbank gefiltert wird, wobei jedes Filter in der Bank die Signale zur Übertragung in einer Reihe ausgibt. Der Frequenz „Kamm“ wird von einer Filterbank erzeugt, die identisch sein kann mit einer Filterbank, die vom Empfänger verwendet werden kann. Als Beispiel wird in einer Ausführungsform ein 10-Nanosekunden-lmpuls, der mit einer Rate von 100 kHz wiederholt wird, in die Filterbank geleitet, die dazu bestimmt ist, einen Kamm von Frequenzkomponenten beginnend bei 5 MHz und getrennt durch 100 kHz zu trennen. Die definierte Impulsfolge hätte Frequenzkomponenten von 100 kHz bis zu zehn MHz und damit ein Signal für jede Zeile im Sender. Wenn also die Impulsfolge durch eine identische Filterbank wie die vorstehend beschrieben geleitet wurde, um Sinuskurven in den empfangenen Spaltensignalen zu erkennen, dann enthalten die Ausgänge der Filterbank jeweils eine einzelne Sinuskurve, die auf eine Zeile übertragen werden kann.
• SCHNELLE MULTI-TOUCH-NACHVERARBEITUNG
• Nachdem die Signalstärken aus jeder Zeile in jeder Spalte z.B. mit den oben beschriebenen Verfahren berechnet wurden, wird eine Nachbearbeitung durchgeführt, um die resultierende 2-D „Heat Map“ (Wärmekarte), auch als „Matrix“ bezeichnet, in brauchbare Touch-Ereignisse umzuwandeln. In einer Ausführungsform beinhaltet eine solche Nachbearbeitung mindestens einige der folgenden vier Verfahren: Feldreduzierung, Berührungspunkterkennung, Interpolation und Berührungspunktabgleich zwischen Rahmen. Das Verfahren zur Feldreduzierung subtrahiert einen Versatzebene, um Übersprechen zwischen Zeilen und Spalten zu vermeiden, und gleicht Amplitudenunterschiede zwischen bestimmten Zeilen/Spalten-Kombinationen aufgrund von Dämpfung aus. Das Verfahren zur Berührungspunkterkennung berechnet die groben Berührungspunkte, indem es lokale Maxima im abgeflachten Signal findet. Das Interpolationsverfahren berechnet die Feinberührungspunkte, indem es die den Grobberührungspunkten zugeordneten Daten an ein Paraboloid anpasst. Die Rahmenanpassungssprozedur passt die berechneten Berührungspunkte über Rahmen hinweg an. Im Folgenden wird jedes der vier Verfahren nacheinander beschrieben. Außerdem werden Beispiele für die Implementierung, mögliche Fehlermöglichkeiten und Konsequenzen für jeden Verarbeitungsschritt offenbart. Aufgrund der Anforderung an eine sehr geringe Latenz sollten die Verarbeitungsschritte optimiert und parallelisiert werden.
• Das Verfahren der Feldreduzierung wird als erstes beschrieben. Systematische Probleme aufgrund des Designs der Berührungsfläche und der Sensorelektronik können Artefakte in der empfangenen Signalstärke jeder Spalte verursachen. In einer Ausführungsform können diese Artefakte wie folgt kompensiert werden. Erstens, wegen des Übersprechens zwischen den Zeilen und Spalten, wird die empfangene Signalstärke für jede Zeilen/Spalten-Kombination einen Offset-Pegel aufweisen. Um eine gute Annäherung zu erreichen, ist dieser Offsetpegel konstant und kann subtrahiert (oder addiert) werden.
• Zweitens hängt die Amplitude des Signals, das an einer Spalte empfangen wird, aufgrund einer kalibrierten Berührung an einem bestimmten Zeilen und Spaltenschnittpunkt von dieser bestimmten Zeile und Spalte ab, hauptsächlich aufgrund der Dämpfung der Signale, während sie sich entlang der Zeile und Spalte ausbreiten. Je weiter sie sich bewegen, desto mehr Dämpfung wird es geben, so dass Spalten, die weiter weg von den Sendern entfernt sind und Zeilen, die weiter von weg den Empfängern entfernt sind, in der „Heat Map“ niedrigere Signalstärken aufweisen als ihre Gegenstücke. Wenn die HF-Dämpfung der Zeilen und Spalten gering ist, können die Signalstärkeunterschiede vernachlässigbar gering sein und eine geringe oder gar keine Kompensation erforderlich sein. Wenn die Dämpfung hoch ist, kann eine Kompensation erforderlich sein oder die Empfindlichkeit oder Qualität der Berührungserkennung verbessern. Im Allgemeinen wird erwartet, dass die an den Empfängern gemessenen Signalstärken linear mit der Menge des in die Spalten übertragenen Signals sind. So beinhaltet die Kompensation in einer Ausführungsform das Multiplizieren jeder Stelle in der Wärmekarte (heat map) mit einer Kalibrierungskonstante für diese bestimmte Zeilen/Spalten-Kombination. In einer Ausführungsform können Messungen oder Schätzungen verwendet werden, um eine Wärmekarten-Kompensationstabelle zu bestimmen, die ebenfalls verwendet werden kann, um die Kompensation durch Multiplikation bereitzustellen. In einer Ausführungsform wird ein Kalibriervorgang verwendet, um eine Wärmekarten-Kompensationstabelle zu erstellen. Der hier verwendete Begriff „Wärmekarte“ erfordert keine tatsächliche Wärmekarte, sondern kann jede Matrix oder jedes Array von mindestens zwei Dimensionen bedeuten, die Daten enthält, die den Orten entsprechen.
• In einer Ausführungsform sieht der gesamte Vorgang der Feldreduzierung (auch als Feldverflachung bezeichnet) wie folgt aus. Ohne die Oberfläche zu berühren, wird zunächst die Signalstärke für jedes Zeilensignal an jedem Spaltenempfänger gemessen. Da es keine Berührungen gibt, ist im Wesentlichen das gesamte empfangene Signal auf Übersprechen zurückzuführen. Der gemessene Wert (z.B. der Betrag des Signals jeder Zeile in jeder Spalte) ist ein Offset-Pegel, der von dieser Position in der Wärmekarte abgezogen werden muss. Anschließend wird mit den konstanten Offsets subtrahiert ein kalibriertes Berührungsobjekt an Zeilen-/Spaltenschnitten platziert und die Signalstärke des Signals dieser Zeile wird an diesem Spaltenempfänger gemessen. In einer Ausführungsform werden alle Zeilen-/Spalten-Überschneidungen zur Kalibrierung verwendet. Der Signalprozessor kann konfiguriert sein, um die Berührungsereignisse auf den Wert einer Stelle (eines Orts) auf der Berührungsfläche zu normalisieren. Der Ort, an dem die stärksten Signale zu erwarten sind, kann beliebig gewählt werden (weil er die geringste Dämpfung aufweist), d.h. die Zeilen-/Spalten-Überschneidung, die den Sendern und Empfängern am nächsten liegt. Wenn die kalibrierte Berührungssignalstärke an dieser Stelle SN ist und die kalibrierte Berührungssignalstärke für jede Zeile und Spalte SR,C ist, dann sind alle Berührungswerte normalisiert, wenn jede Stelle in der Wärmekarte mit (SN / SR,C) multipliziert wird. In einer Ausführungsform können kalibrierte Berührungen bewirken, dass die normierte Signalstärke für jede Zeile/Spalte in der Wärmekarte gleich eins ist.
• Das Verfahren der Feldreduzierung ist gut parallelisierbar. Sobald die Offsets und Normierungsparameter gemessen und gespeichert sind - was nur einmal (oder eventuell noch einmal in einem Wartungsintervall) erfolgen sollte - können die Korrekturen angewendet werden, sobald jede Signalstärke gemessen ist.
• In einer Ausführungsform kann die Kalibrierung jeder Reihen/Spalten-Überschneidung in regelmäßigen oder ausgewählten Wartungsintervallen erforderlich sein. In einer Ausführungsform kann die Kalibrierung jeder Zeilen-/Spalten-Überschneidung einmal pro Einheit erforderlich sein. In einer Ausführungsform kann die Kalibrierung jeder Zeilen-/Spalten-Überschneidung einmal pro Entwurf erforderlich sein. In einer Ausführungsform, und insbesondere wenn z.B. die HF-Dämpfung der Zeilen und Spalten gering ist, kann auf das Kalibrieren jeder Zeilen-/Spalten-Überschneidung verzichtet werden. Darüber hinaus kann es in einer Ausführungsform, in der die Signaldämpfung entlang der Zeilen und Spalten relativ vorhersehbar ist, möglich sein, eine gesamte Oberfläche aus nur wenigen Überschneidungsmessungen zu kalibrieren.
• Wenn eine Berührungsfläche eine große Dämpfung erfährt, wird das Feldabflachungsverfahren die Messungen zumindest bis zu einem gewissen Grad normalisieren, kann aber einige Seiteneffekte haben. So wird beispielsweise das Rauschen bei jeder Messung mit zunehmender Normierungskonstante zunehmen. Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet werden erkennen, dass bei niedrigeren Signalstärken und höheren Dämpfungen Fehler und Instabilität in den Berührungspunkterkennungs- und Interpolationsprozessen auftreten können. Dementsprechend ist in einer Ausführungsform eine ausreichende Signalstärke für das Signal vorgesehen, das die größte Dämpfung erfährt (z.B. der weitest entfernte Zeilen-/Spalten-Überschneidung).
• Die Berührungspunkterkennung wird nun angesprochen, wobei ein oder mehrere grobe Berührungspunkte identifiziert werden. In einer Ausführungsform können nach der Erzeugung der Wärmekarte und der Abflachung des Feldes ein oder mehrere grobe Berührungspunkte identifiziert werden. In einer Ausführungsform kann die Identifizierung eines oder mehrerer grober Berührungspunkte durch das Auffinden lokaler Maxima in den normierten (d.h. abgeflachten) Signalstärken erfolgen. In einer Ausführungsform vergleicht ein schnelles und parallelisierbares Verfahren zum Auffinden der einen oder mehreren Berührungspunkte jedes Element der normierten Wärmekarte mit seinen Nachbarn und bezeichnet ein Element als lokales Maximum, wenn es streng größer als alle von diesen ist. In einer Ausführungsform wird ein Punkt als lokales Maximum identifiziert, wenn er sowohl streng größer als alle seine Nachbarn als auch über einem bestimmten Schwellenwert liegt.
• Es ist im Rahmen dieser Offenbarung, den Satz von Nachbarn auf verschiedene Weise zu definieren. In einer Ausführungsform werden die nächstgelegenen Nachbarn durch ein Von Neumann-Viertel definiert. In einer Ausführungsform werden die nächstgelegenen Nachbarn durch eine Moore-Nachbarschaft definiert. Das Von Neumann-Umgebung kann aus den vier Elementen bestehen, die vertikal und horizontal an das Element in der Mitte angrenzen (d.h. die Elemente im Norden, Süden, Osten und Westen). Dies wird auch als „vier-verbundene“ Umgebung bezeichnet. Komplexere (d.h. größere) Von Neumann-Umgebungen (Nachbarschaften) sind ebenfalls anwendbar und können genutzt werden. Das Moore-Umgebung besteht aus den acht Elementen, die vertikal, horizontal und diagonal an das Element in der Mitte angrenzen (d.h. die Elemente im Norden, Süden, Osten, Westen, Nordosten, Nordwesten, Südosten und Südwesten davon). Dies wird auch als „acht-verbundene“ Nachbarschaft bezeichnet.
• Die gewählte Nachbarschaft kann von dem Interpolationsschema abhängen, das zur Berechnung der Feinberührungspunkte verwendet wird. Dies wird im Folgenden näher erläutert.
• In einem gegebenen Nachbarvergleich kann ein Sonderfall vorliegen, bei dem die normierte Signalstärke eines Elements gleich einem oder mehreren seiner Nachbarn ist, streng oder innerhalb einer Toleranz, um Rauschpegel zu berücksichtigen. In einer Ausführungsform wird keiner der beiden Punkte in einem solchen Paar als Berührungspunkt betrachtet, auch wenn sie Werte oberhalb des Schwellenwerts haben. In einer Ausführungsform werden beide Punkte in einem solchen Paar als Berührungspunkte betrachtet. In einer Ausführungsform werden Bereiche, in denen zwei oder mehr benachbarte Punkte ungefähr den gleichen Wert haben, als ein Berührungsereignis behandelt. In einer Ausführungsform werden Bereiche, in denen zwei oder mehr benachbarte Punkte ungefähr den gleichen Wert haben, als eine andere Art von Berührungsereignis behandelt (z.B. vielleicht hat jemand sein Handgelenk in Kontakt mit der Berührungsfläche), als die Bereiche, in denen sich ein einziges lokales Maximum befindet.
• Kommen wir nun zum Interpolationsverfahren. Nachdem die groben Berührungspunkte bestimmt (d.h. identifiziert) wurden, können Feinberührungspunkte mittels Interpolation berechnet werden. In einer Ausführungsform wird der kapazitive Kontakt einer verteilten Berührung an eine Modellfunktion mit einem Maximum angepasst. In einer Ausführungsform ist die Modellfunktion eine Funktion zweiter Ordnung in zwei oder mehr Dimensionen. In einer Ausführungsform ist die Funktion zweiter Ordnung ein Paraboloid. In einer Ausführungsform ist das Paraboloidmodell eine akzeptable Annäherung für eine Vielzahl von Objekten, die verwendet werden können, um eine Berührungsfläche zu berühren, wie beispielsweise ein Finger oder ein Stift. Darüber hinaus ist das Paraboloidmodell, wie im Folgenden erläutert, relativ wenig rechenintensiv. In einer Ausführungsform kann ein komplexeres oder rechenintensiveres Modell verwendet werden, um eine genauere Abschätzung der Berührung aus der abgeflachten Wärmekarte zu erhalten. Für die Zwecke der nachstehenden Diskussion wird das Paraboloid als veranschaulichendes Beispiel verwendet, aber wie sich für einen Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet angesichts dieser Offenbarung zeigen wird, können andere Modelle, einschließlich Modelle von mehr oder weniger Komplexität, zum Zwecke der Interpolation verwendet werden.
• Für eine derartige vierfach-verbundene Von-Neumann-Umgebung um ein beispielhaftes lokales Maximum herum erscheinen die relevanten Punkte, wobei das zentrale Element das lokale Maximum und die Indizes die Koordinaten eines bestimmten Elements relativ zu ihm sind. Die Positionen und Signalstärken der fünf Elemente passen in die folgende Gleichung, die ein Paraboloid definiert: $$A{x}^2+C{y}^2+Dx+Eu+F=\text{z}$$

  

  wobei x und y die Position eines Elements sind, z die Signalstärke des Elements ist und A, C, D, E und F die Koeffizienten des Polynoms zweiter Ordnung sind. Bezogen auf den zentralen Punkt sind alle Positionen des Elements x, y konstant. Die z-Werte sind die gemessenen Signalstärken an jedem Element und sind somit bekannt. In einer Ausführungsform können fünf gleichzeitige Gleichungen verwendet werden, um nach den fünf unbekannten Polynomkoeffizienten aufzulösen. Jede Gleichung stellt einen der fünf Punkte dar, einschließlich des Mittelpunktes und seiner vier Nachbarn.
• In einer Ausführungsform kann eine Vandermonde-ähnliche Matrix verwendet werden, um nach den Polynomkoeffizienten aufzulösen: $$\left[\begin{array}{lllll}{\text{x}}_{\mathrm{0,1}}^2\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{0,1}}^2\hfill & {\text{x}}_{\mathrm{0,1}}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{0,1}}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{-\mathrm{1,0}}^2\hfill & {\text{y}}_{-\mathrm{1,0}}^2\hfill & x_{-\mathrm{1,0}}\hfill & {\text{y}}_{-\mathrm{1,0}}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{\mathrm{0,0}}^2\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{0,0}}^2\hfill & {\text{x}}_{\mathrm{0,0}}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{0,0}}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{\mathrm{1,0}}^2\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{1,0}}^2\hfill & {\text{x}}_{\mathrm{1,0}}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{1,0}}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{\mathrm{0,}-1}^2\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{0,}-1}^2\hfill & {\text{x}}_{\mathrm{0,}-1}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{0,}-1}\hfill & 1\hfill \end{array}\right]\left[\begin{array}{l}\text{A}\hfill \\ \text{C}\hfill \\ \text{D}\hfill \\ \text{E}\hfill \\ \text{F}\hfill \end{array}\right]=\left[\begin{array}{l}{\text{z}}_{\mathrm{0,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{-\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,}-1}\hfill \end{array}\right]$$

  

  Das Ersetzen der Werten für die Elementpositionen ergibt: $$\left[\begin{array}{rrrrr}\hfill 0& \hfill 1& \hfill 0& \hfill 1& \hfill 1\\ \hfill 1& \hfill 0& \hfill -1& \hfill 0& \hfill 1\\ \hfill 0& \hfill 0& \hfill 0& \hfill 0& \hfill 1\\ \hfill 1& \hfill 0& \hfill 1& \hfill 0& \hfill 1\\ \hfill 0& \hfill 1& \hfill 0& \hfill -1& \hfill 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{l}\text{A}\hfill \\ \text{C}\hfill \\ \text{D}\hfill \\ \text{E}\hfill \\ \text{F}\hfill \end{array}\right]=\left[\begin{array}{l}{\text{z}}_{\mathrm{0,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{-\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,}-1}\hfill \end{array}\right]$$

  

  Und dann ergibt eine Auflösung nach den Polynomkoeffizienten durch Invertierung der konstanten Vandermonde-ähnlichen Matrix: $${\left[\begin{array}{rrrrr}\hfill 0& \hfill 1& \hfill 0& \hfill 1& \hfill 1\\ \hfill 1& \hfill 0& \hfill -1& \hfill 0& \hfill 1\\ \hfill 0& \hfill 0& \hfill 0& \hfill 0& \hfill 1\\ \hfill 1& \hfill 0& \hfill 1& \hfill 0& \hfill 1\\ \hfill 0& \hfill 1& \hfill 0& \hfill -1& \hfill 1\end{array}\right]}^{-1}=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{rrrrr}\hfill 0& \hfill 1& \hfill -2& \hfill 1& \hfill 0\\ \hfill 1& \hfill 0& \hfill -2& \hfill 0& \hfill 1\\ \hfill 0& \hfill -1& \hfill 0& \hfill 1& \hfill 0\\ \hfill 1& \hfill 0& \hfill 0& \hfill 0& \hfill -1\\ \hfill 0& \hfill 0& \hfill 2& \hfill 0& \hfill 0\end{array}\right]$$

  

  Das ergibt: $$\left[\begin{array}{c}\text{A}\\ \text{C}\\ \text{D}\\ \text{E}\\ \text{F}\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& -2& 1& 0\\ 1& 0& -2& 0& 1\\ 0& -1& 0& 1& 0\\ 1& 0& 0& 0& -1\\ 0& 0& 2& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{l}{\text{z}}_{\mathrm{0,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{-\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,0,}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,}-1}\hfill \end{array}\right]$$

  
• In einer Ausführungsform sind die Polynomkoeffizienten eine Linearkombination der Signalstärken und es ist nur eine einfache Multiplikation mit Negation und eine einzige Verschiebung erforderlich, um sie zu berechnen; entsprechend können sie effizient in einem FPGA oder ASIC berechnet werden.
• Am Maximum des Paraboloids sind beide Teilableitungen Null: $$\frac{\partial \text{x}}{\partial \text{z}}=2\text{Ax}+\text{D}=0\text{ und }\frac{\partial \text{y}}{\partial \text{z}}=2\text{Cy}+\text{E}=0$$

  

  Dies tritt an dem Punkt x_f, y_f auf, an dem: $${\text{x}}_{\text{f}}=-\frac{\text{D}}{\text{2A}}{\text{ und y}}_{\text{f}}=-\frac{\text{E}}{2\text{C}}$$

  

  ist. So wird in einer Ausführungsform, in der die Nachbarschaftsdaten an ein Paraboloid angepasst sind, und weil ein Paraboloid ein Maximum hat, dieses Maximum als Ort des Feinberührungspunktes verwendet. In einer Ausführungsform, die die vier-verbundene Nachbarschaft verwendet, werden sind die Werte x_f und y_f unabhängig voneinander, mit einem x_f abhängig nur von den Signalstärken der Elemente links und rechts vom Mittelpunkt, und y_f abhängig nur von den Signalstärken der Elemente darüber und darunter.
• Für eine Moore- oder achtfach-verbundene Umgebung um ein lokales Maximum herum erscheinen die relevanten Punkte, wobei das zentrale Element das lokale Maximum und die Indizes die Koordinaten eines bestimmten Elements relativ zu ihm sind. Die Positionen und Signalstärken der neun Elemente können an eine Paraboloidgleichung angepasst werden. Da in diesem Beispiel mehr Eingangsdaten zur Verfügung stehen als im vorherigen Beispiel, kann eine etwas komplexere Gleichung für ein Paraboloid verwendet werden: $$A{x}^2+Bxy+C{y}^2+Dx+Ey+F=\text{z}$$

  

  Diese Gleichung hat einen zusätzlichen xy Mischterm und einen neuen B Koeffizienten, der es dem Modell ermöglicht, die Dehnung in eine andere Richtung als x oder y zu kompensieren. Auch hier gilt, bezogen auf den Mittelpunkt, dass das alle Element x, y Positionen konstant sind und die z Werte sind bekannt. Neun gleichzeitge Gleichungen (eine pro Element) können verwendet werden, um die sechs unbekannten Polynomkoeffizienten zu bestimmen (d.h. zu überbestimmen). Das Verfahren der kleinsten Quadrate kann verwendet werden, um nach den sechs unbekannten Polynomkoeffizienten aufzulösen.
• Eine Vandermonde-ähnliche Matrix kann verwendet werden, um das Polynom anzupassen. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Matrix nicht quadratisch, mit neun Zeilen und sechs Spalten. $$\left[\begin{array}{llllll}{\text{x}}_{-\mathrm{1,1}}^2\hfill & {\text{xy}}_{-\mathrm{1,1}}\hfill & {\text{y}}_{-\mathrm{1,1}}^2\hfill & {\text{x}}_{-\mathrm{1,1}}\hfill & {\text{y}}_{-\mathrm{1,1}}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{\mathrm{0,1}}^2\hfill & {\text{xy}}_{\mathrm{0,1}}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{0,1}}^2\hfill & {\text{x}}_{\mathrm{0,1}}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{0,1}}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{\mathrm{1,1}}^2\hfill & {\text{xy}}_{\mathrm{1,1,}}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{1,1,}}^2\hfill & {\text{x}}_{\mathrm{1,1}}\hfill & {\text{y}}_1{}_{\mathrm{,1}}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{-\mathrm{1,0}}^2\hfill & {\text{xy}}_{-\mathrm{1,0}}\hfill & {\text{y}}_{-\mathrm{1,0}}^2\hfill & {\text{x}}_{-\mathrm{1,0}}\hfill & {\text{y}}_{-\mathrm{1,0}}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{\mathrm{0,0}}^2\hfill & {\text{xy}}_{\mathrm{0,0}}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{0,0}}^2\hfill & {\text{x}}_{\mathrm{0,0}}\hfill & {\text{y}}_{\text{0}\text{,0}}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{\mathrm{1,0}}^2\hfill & {\text{xy}}_{\mathrm{1,0}}^2\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{1,0}}^2\hfill & {\text{x}}_{\mathrm{1,0}}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{1,0}}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{-\mathrm{1,}-1}^2\hfill & {\text{xy}}_{-\mathrm{1,}-1}\hfill & {\text{y}}_{-\mathrm{1,}-1}^2\hfill & {\text{x}}_{-\mathrm{1,}-1}\hfill & {\text{y}}_{-\mathrm{1,}-1}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{\mathrm{0,}-1}^2\hfill & {\text{xy}}_{\mathrm{0,}-1}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{0,}-1}^2\hfill & {\text{x}}_{\mathrm{0,}-1}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{0,}-1}\hfill & 1\hfill \\ {\text{x}}_{\mathrm{1,}-1}^2\hfill & {\text{xy}}_{\mathrm{1,}-1}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{1,}-1}^2\hfill & {\text{x}}_{\mathrm{1,}-1}\hfill & {\text{y}}_{\mathrm{1,}-1}\hfill & 1\hfill \end{array}\right]\left[\begin{array}{l}\text{A}\hfill \\ \text{B}\hfill \\ \text{C}\hfill \\ \text{D}\hfill \\ \begin{array}{l}\text{E}\\ \text{F}\end{array}\hfill \end{array}\right]=\left[\begin{array}{l}{\text{z}}_{-\mathrm{1,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{-\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{-\mathrm{1,}-1}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,}-1}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,}-1}\hfill \end{array}\right]$$

  

  Alle Einträge in der Vandermonde-ähnlichen Matrix sind konstant, und die z-Werte sind bekannt, wodurch die konstanten Werte ersetzt werden, was ergibt $$\left[\begin{array}{llllll}1\hfill & 1\hfill & 1\hfill & -1\hfill & -1\hfill & 1\hfill \\ 0\hfill & 0\hfill & 1\hfill & 0\hfill & -1\hfill & 1\hfill \\ 1\hfill & -1\hfill & 1\hfill & 1\hfill & -1\hfill & 1\hfill \\ 1\hfill & 0\hfill & 0\hfill & -1\hfill & 0\hfill & 1\hfill \\ 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 1\hfill \\ 1\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 1\hfill & 0\hfill & 1\hfill \\ 1\hfill & -1\hfill & 1\hfill & -1\hfill & 1\hfill & 1\hfill \\ 0\hfill & 0\hfill & 1\hfill & 0\hfill & 1\hfill & 1\hfill \\ 1\hfill & 1\hfill & 1\hfill & 1\hfill & 1\hfill & 1\hfill \end{array}\right]\left[\begin{array}{l}\text{A}\hfill \\ \text{B}\hfill \\ \text{C}\hfill \\ \text{D}\hfill \\ \begin{array}{l}\text{E}\\ \text{F}\end{array}\hfill \end{array}\right]=\left[\begin{array}{l}{\text{z}}_{-\mathrm{1,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{-\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{-\mathrm{1,}-1}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,}-1}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,}-1}\hfill \end{array}\right]$$

  

  Da die Vandermonde-ähnliche Matrix nicht quadratisch ist, kann sie nicht invertiert werden, um nach den Polynomkoeffizienten aufzulösen. Sie kann jedoch mit seiner Moore-Penrose-Pseudoinversen und der Durchführung einer Anpassung mit kleinsten Fehlerquadraten an die Polynomkoeffizienten gelöst werden. In einer Ausführungsform ist die Pseudo-Inverse wie folgt definiert als: $$\text{pinv}\left(X\right)={\left(X^{T}X\right)}^{-1}{X}^T$$

  

  $$\begin{array}{l}\text{pinv}\left[\begin{array}{llllll}1\hfill & 1\hfill & 1\hfill & -1\hfill & -1\hfill & 1\hfill \\ 0\hfill & 0\hfill & 1\hfill & 0\hfill & -1\hfill & 1\hfill \\ 1\hfill & -1\hfill & 1\hfill & 1\hfill & -1\hfill & 1\hfill \\ 1\hfill & 0\hfill & 0\hfill & -1\hfill & 0\hfill & 1\hfill \\ 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 1\hfill \\ 1\hfill & 0\hfill & 0\hfill & 1\hfill & 0\hfill & 1\hfill \\ 1\hfill & -1\hfill & 1\hfill & -1\hfill & 1\hfill & 1\hfill \\ 0\hfill & 0\hfill & 1\hfill & 0\hfill & 1\hfill & 1\hfill \\ 1\hfill & 1\hfill & 1\hfill & 1\hfill & 1\hfill & 1\hfill \end{array}\right]=\\ \frac{1}{36}\left[\begin{array}{rrrrrrrrr}\hfill 6& \hfill -12& \hfill 6& \hfill 6& \hfill -12& \hfill 6& \hfill 6& \hfill -12& \hfill 6\\ \hfill -9& \hfill 0& \hfill 9& \hfill 0& \hfill 0& \hfill 0& \hfill 9& \hfill 0& \hfill -9\\ \hfill 6& \hfill 6& \hfill 6& \hfill -12& \hfill -12& \hfill -12& \hfill 6& \hfill 6& \hfill 6\\ \hfill -6& \hfill 0& \hfill 6& \hfill -6& \hfill 0& \hfill 6& \hfill -6& \hfill 0& \hfill 6\\ \hfill 6& \hfill 6& \hfill 6& \hfill 0& \hfill 0& \hfill 0& \hfill -6& \hfill -6& \hfill -6\\ \hfill -4& \hfill 8& \hfill -4& \hfill 8& \hfill 20& \hfill 8& \hfill -4& \hfill 8& \hfill 4\end{array}\right]\end{array}$$

  

  was Folgendes ergibt: $$\left[\begin{array}{l}\text{A}\hfill \\ \text{B}\hfill \\ \text{C}\hfill \\ \text{D}\hfill \\ \begin{array}{l}\text{E}\\ \text{F}\end{array}\hfill \end{array}\right]=\frac{1}{36}\left[\begin{array}{rrrrrrrrr}\hfill 6& \hfill -12& \hfill 6& \hfill 6& \hfill -12& \hfill 6& \hfill 6& \hfill -12& \hfill 6\\ \hfill -9& \hfill 0& \hfill 9& \hfill 0& \hfill 0& \hfill 0& \hfill 9& \hfill 0& \hfill -9\\ \hfill 6& \hfill 6& \hfill 6& \hfill -12& \hfill -12& \hfill -12& \hfill 6& \hfill 6& \hfill 6\\ \hfill -6& \hfill 0& \hfill 6& \hfill -6& \hfill 0& \hfill 6& \hfill -6& \hfill 0& \hfill 6\\ \hfill 6& \hfill 6& \hfill 6& \hfill 0& \hfill 0& \hfill 0& \hfill -6& \hfill -6& \hfill -6\\ \hfill -4& \hfill 8& \hfill -4& \hfill 8& \hfill 20& \hfill 8& \hfill -4& \hfill 8& \hfill 4\end{array}\right]\left[\begin{array}{l}{\text{z}}_{-\mathrm{1,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,1}}\hfill \\ {\text{z}}_{-\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,0}}\hfill \\ {\text{z}}_{-\mathrm{1,}-1}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{0,}-1}\hfill \\ {\text{z}}_{\mathrm{1,}-1}\hfill \end{array}\right]$$

  

  Die Polynomkoeffizienten sind eine Linearkombination der Signalstärken. Die Multiplikationen sind etwas komplizierter, aber viele der Multiplikanden können ausgeklammert und gegen Ende der Berechnung ein einziges Mal angewendet werden. Der Zweck dieses Schrittes ist es, das Maximum eines Paraboloids zu finden. Dementsprechend sind allgemeine Skalierungsfaktoren irrelevant, und der Fokus muss sich nur auf relative Werte und Argumente konzentrieren, die die Funktion maximieren, in einer Ausführungsform können viele der Operationen herausgestirchen werden, was die Effizienz der Implementierung verbessert.
• Wie vorstehend wird der Feinberührungspunkt an dem Maximum des Paraboloids angenommen, wo beide Teilableitungen Null sind: $$\frac{\partial \text{x}}{\partial \text{y}}=2\text{Ax}+\text{Von}+\text{D}=0\text{ und }\frac{\partial \text{y}}{\partial \text{z}}=\text{Bx}+2\text{Cy}+\text{E}=0$$

  

  Dies geschieht an dem Punkt x_f,y_f an dem: $${\text{x}}_{\text{f}}=\left(\text{BE}-2\text{CD}\right)/\left(\text{4AC}-{\text{B}}^2\right){\text{und y}}_{\text{f}}=\left(\text{DB}-\text{2AE}\right)/\left(4\text{AC}-{\text{B}}^2\right)$$

  
• ist. Für die achtfach-verbundene Nachbarschaft sind die Werte x_f und y_f nicht unabhängig voneinander. Beide hängen von den Signalstärken aller acht Nachbarn ab. Daher kann dieser Ansatz eine erhöhte Rechenlast und die Möglichkeit haben, dass bestimmte Kombinationen von Signalstärken Singulärwerte für die feinen Berührungspunkte erzeugen. In einer Ausführungsform mit dem Ansatz der kleinsten Fehlerquadrate auf die acht Moore-Nachbarn ist eine solche Implementierung robuster gegenüber verrauschten Signalstärkewerten. Mit anderen Worten, in einer Ausführungsform werden kleine Fehler in einer Signalstärke durch die erhöhte Datenmenge, die für die Berechnung verwendet wird, und die Selbstkonsistenz dieser Daten kompensiert.
• Darüber hinaus bietet die achtfach-verbundene Nachbarschaft einen B-Koeffizienten - eine zusätzliche Information -, der sich als Teil einer Benutzeroberfläche als nützlich erweisen könnte. Der B-Koeffizient des xy Misch-Terms kann verwendet werden, um die Asymmetrie im angepassten Paraboloid zu charakterisieren und zusammen mit der Aspektverhältnisinformationen, die den A- und C-Koeffizienten innewohnen, die es der Software ermöglichen könnten, den Winkel zu bestimmen, unter dem eine Berührung stattfindet.
• Als Beispiel kann ein Berührungspunkt mit einem elliptischen Querschnitt erhalten werden, indem das Paraboloid an einer bestimmtem z Wert abgeschnitten wird. Die Werte von a und b können aus den A- und C-Koeffizienten des Polynoms gewonnen werden und sie stellen Information über das Seitenverhältnis des die Oberfläche berührenden Objekts bereit. So wäre beispielsweise ein Finger oder Stift nicht unbedingt kreissymmetrisch, und das Verhältnis von a zu b könnte Information über seine Form bereitstellen.
• Die Kenntnis des Winkels Φ kann Information über die Orientierung der Ellipse geben und beispielsweise aufzeigen, in welche Richtung ein Finger oder Stift zeigt. Φ kann aus den im Folgenden angegebenen Eigenwerten und Eigenvektoren der 2 × 2 Matrix M berechnet werden, die folgendermaßen lautet: $$M=\left[\begin{array}{cc}A& B/2\\ B/2& C\end{array}\right]$$

  

  Diese Matrix wird zwei Eigenwerte und zwei Eigenvektoren haben. Der dem größten Eigenwert zugeordnete Eigenvektor zeigt in Richtung der Hauptachse der Ellipse an. Der andere Eigenvektor zeigt in Richtung der Nebenachse. Die Eigenwerte, λ₁ und λ₂ können wie folgt berechnet werden: $${\lambda }_i=\frac{\text{tr}\left(M\right)\pm \sqrt{\text{tr}{\left(M\right)}^2-4\text{det}\left(M\right)}}{2}$$

  

  wobei tr(M) die Spur der Matrix M ist, die gleich AC ist, und det(M) die Determinante der Matrix M ist, die gleich ist zu $\text{AC}-\frac{{\text{B}}^2}{4}$

  
• Sobald die Eigenwerte erhalten sind, kann das Cayley-Hamilton-Theorem verwendet werden, um die Eigenvektoren zu berechnen. Der Eigenvektor, der mit λ₁ assoziiert ist, ist irgendeine der Spalten der Matrix M - λ₂I und der Eigenvektor, der mit λ₂ assoziiert ist, ist irgendeine der Spalten der Matrix M - λ₁I. Es sei auf die Umkehrung der Eigenwertindizes hingewiesen. Der Winkel Φ, den die Hauptachse der Ellipse in Bezug auf die x-Achse des Koordinatensystems bildet, ist der Arcustangens der Neigung des Eigenvektors. Die Steigung des Eigenvektors ist nur Δy/Δx.
• Wie vorstehend erläutert, erfordert der Interpolationsschritt das Bestimmen eines feinen Berührungspunktes, z.B. unter Verwendung von Daten, die aus einer abgeflachten Wärmekarte gewonnen wurden, ist aber nicht unbedingt auf das vorstehend erläuterte illustrative Paraboloidmodell beschränkt. Der Zweck des Bestimmens eines feinen Berührungspunktes ist es, dem Postprozessor zu ermöglichen, eine bessere Granularität in Berührungspunkten bereitzustellen, und zwar insbesondere eine Granularität, die die Schnittpunkte bzw. Überschneidungen des Sensors übersteigt. Anders ausgedrückt, kann der modellierte und interpolierte Feinberührungspunkt direkt auf einem Zeilen-/Spalten-Überschneidung oder irgendwo zwischen den Überschneidungen landen. Es kann einen Kompromiss zwischen der Genauigkeit des Modells und seinen Berechnungsanforderungen geben; ebenso kann es einen Kompromiss zwischen der Genauigkeit des Modells und seiner Fähigkeit geben, einen interpolierten Feinberührungspunkt bereitzustellen, der der tatsächlichen Berührung entspricht. Somit wird in einer Ausführungsform ein Modell so ausgewählt, dass es die geringste Rechenlast erfordert und gleichzeitig eine ausreichende Übereinstimmung zwischen dem interpolierten Berührungspunkt und der tatsächlichen Berührung gewährleistet. In einer Ausführungsform wird ein Modell ausgewählt, um eine ausreichende Übereinstimmung zwischen dem interpolierten Berührungspunkt und der tatsächlichen Berührung zu erfordern, und die Verarbeitungshardware wird ausgewählt, um die Rechenlast des Modells aufzunehmen. In einer Ausführungsform wird ein Modell ausgewählt, das die Rechenleistung der vorselektierten Hardware und/oder anderer Software, die die Touchschnittstelle bedient, nicht überschreitet.
• Hinsichtlich der Rahmenanpassungsprozedur ist es, um Objekte, die sich auf der Berührungsfläche über der Zeit bewegen, richtig zu verfolgen, wichtig, die berechneten Berührungspunkte über Rahmengrenzen hinweg aufeinander abzustimmen bzw. anzupassen und so z.B. Objekte, die sich auf der Berührungsfläche bewegen, während sie sich bewegen, zu verfolgen. Somit sollte in einer Ausführungsform jeder berechnete Berührungspunkt in einem Rahmen im nachfolgenden Rahmen identifiziert werden oder eine andere Anordnung (z.B. entfernt) aufweisen. Während dies ein grundlegend schwieriges Problem darstellt, das im allgemeinen Fall unlösbar sein könnte, wird in einer Ausführungsform eine Lösung sowohl mit Hilfe der Geometrie als auch der physikalischen Gesetze implementiert. Da die Gegenstände, die mit der Berührungsfläche in Berührung kommen, von endlicher Größe sind und sich nach bestimmten physikalischen Prinzipien bewegen, können in einer Ausführungsform bestimmte Fälle als außerhalb plausibler Bereiche ignoriert werden. Darüber hinaus sollte in einer Ausführungsform eine Rahmenrate so gewählt werden, dass sie ausreichend hoch ist, um eine Objektverfolgung (d.h. Rahmen-zu-Rahmen-Berührungspunktverfolgung) mit hinreichender Sicherheit zu ermöglichen. Wenn beispielsweise bekannt ist, dass sich zu verfolgenden Objekte entweder mit maximaler Geschwindigkeit bzw. Rate über die Berührungsfläche bewegen oder die Verfolgung so konzipiert ist, dass sie die Objekte nur bis zu einer maximalen Geschwindigkeit bzw. Rate verfolgt, kann eine Rahmenrate gewählt werden, die eine Verfolgung mit ausreichender Sicherheit ermöglicht. Wenn beispielsweise eine maximale Bewegungsrate über die Zeilen oder Spalten der Berührungsfläche z.B. 1000 Zeilen oder Spalten pro Sekunde beträgt,, dann wird eine Rahmenrate von 1000 Hz eine Objektbewegung von nicht mehr als 1 Zeile oder Spalte pro Rahmen „sehen“. In einer Ausführungsform kann die Berührungspunktinterpolation (wie vorstehend erläutert) ein genaueres Maß für den Berührungspunktort liefern, so dass die Positionen innerhalb der Reihe und innerhalb der Spalte leicht erkennbar sind, wie hier näher beschrieben.
• Finger und Stifte haben eine Mindestgröße und in den meisten Fällen ist es unwahrscheinlich, dass sie sich einander so nahe kommen, dass ein mehrdeutiger Fall entsteht. Sie bewegen sich auch mit Geschwindigkeiten, die für die Bewegung eines menschlichen Armes und seiner Teile (z.B. Handgelenk, Ellbogen, Finger usw.) charakteristisch sind, was Grenzen setzt. In einer Ausführungsform hat eine Berührungsfläche eine Aktualisierungsrate in der Größenordnung von einem Kilohertz oder mehr, so dass Finger und Stifte, die die Oberfläche berühren, sich während der Aktualisierungsperiode von einem Rahmen zum nächsten nicht sehr weit oder nicht unter extremen Winkeln bewegen können. Aufgrund der begrenzten Entfernungen und Winkel kann die Verfolgung entsprechend der aktuellen Offenbarung durchgeführt werden, indem Daten von einem Einzelrahmen mit einem oder mehreren früheren Einzelrahmen verglichen werden.
• In einer Ausführungsform können Daten über vergangene Rahmen (z.B. eine Heatmap bzw Wärmkarte) in einem Zwischenspeicher gespeichert werden. In einer Ausführungsform können verarbeitete Daten, die sich auf vergangene Rahmen beziehen (z.B. feldabgeflachte Wärmekarte oder angepasste Polynomkoeffizienten), in einem Zwischenspeicher aufbewahrt werden. In einer Ausführungsform können die Daten über einen vergangenen Rahmen, die in einem temporären Puffer gehalten werden, eine interpolierte Feinberührungspunktkoordinate für jeden Feinkontaktpunkt im vorherigen Rahmen und, soweit vorhanden, Vektoren über die vorherige Bewegung dieser Feinkontaktpunkte beinhalten oder daraus bestehen. Der temporäre Pufferspeicher kann Daten über einen oder mehrere frühere Rahmen speichern und die Daten nicht mehr speichern, wenn sie für spätere Berechnungen nicht mehr relevant sind.
• In einer Ausführungsform geht der Rahmenanpassungsprozess zunächst davon aus, dass ein Berührungspunkt eines Objekts im aktuellen Rahmen i wahrscheinlich der Berührungspunkt im vorherigen Rahmen (d.h. i - 1) ist, der geometrisch am nächsten zu ihm liegt.
• In einer Ausführungsform werden Daten über die Bewegung eines Berührungspunktes (z.B. Geschwindigkeit und Richtung) in Verbindung mit einem oder mehreren Rahmen bzw. Bilder bestimmt und gespeichert. In einer Ausführungsform werden Daten über die Bewegung eines Berührungspunktes verwendet, um eine wahrscheinliche Position für diesen Berührungspunkt im nächsten Rahmen vorherzusagen. Daten über die Bewegung eines Berührungspunktes können beispielsweise Geschwindigkeit oder Positionsänderung umfassen und können von einem oder mehreren vorherigen Rahmen stammen. In einer Ausführungsform wird die Vorhersage einer wahrscheinlichen Position in einem Rahmen unter Berücksichtigung der Bewegung zwischen zwei Rahmen durchgeführt - was zu einer Verschiebung pro Rahmen und deren Richtung führt. In einer Ausführungsform wird die Vorhersage einer wahrscheinlichen Position in einem Rahmen durch Berücksichtigung der Bewegung in drei oder mehr Rahmen durchgeführt. Die Verwendung von feinen Berührungspunkt-Positionsinformationen aus drei oder mehr Rahmen kann zu einer genaueren Vorhersage führen, da sie neben der Verschiebung und Richtung pro Rahmen auch die Beschleunigung und Richtungsänderungen berücksichtigen kann. In einer Ausführungsform wird den jüngeren Rahmendaten mehr Gewicht zugewiesen als den älteren Rahmendaten. Ein Rahmenanpassungsprozess kann zunächst davon ausgehen, dass der Berührungspunkt eines Objekts im aktuellen Rahmen i wahrscheinlicher mit dem Berührungspunkt im vorherigen Rahmen (d.h. i - 1) übereinstimmt, der der vorhergesagten wahrscheinlichen Position zugeordnet ist, die dem Berührungspunkt im aktuellen Rahmen am nächsten liegt.
• In einer Ausführungsform werden Daten über die Größe (Betrag) eines Berührungspunktes (z.B. die A- und C-Koeffizienten eines Paraboloids) bestimmt und in Verbindung mit einem oder mehreren Rahmen gespeichert. Ein Rahmenanpassungsprozess kann zunächst davon ausgehen, dass die Größe eines bestimmten Objekts im aktuellen Rahmen i wahrscheinlich der Größe dieses Objekts im vorherigen Frame (d.h. i - 1) entspricht.
• In einer Ausführungsform werden Daten über die Größenänderung (Größe) eines Berührungspunktes über der Zeit bestimmt und in Verbindung mit einem oder mehreren Rahmen gespeichert. In einer Ausführungsform werden Daten über die Größenänderung eines Berührungspunktes in einem Rahmen (z.B. seit dem letzten Rahmen oder über eine Vielzahl von Rahmen) verwendet, um eine wahrscheinliche Größe für diesen Berührungspunkt im nächsten Rahmen vorherzusagen. Ein Rahmenanpassungsprozess kann zunächst davon ausgehen, dass ein Objekt im aktuellen Rahmen i wahrscheinlicher mit einem Objekt im vorherigen Frame (d.h. i - 1) übereinstimmt, das der vorhergesagten wahrscheinlichen Größe zugeordnet ist, die der Größe des Berührungspunktes im aktuellen Frame am nächsten liegt.
• In einer Ausführungsform werden Daten über die Drehorientierung (z.B. der B-Koeffizient eines Paraboloids) eines Berührungspunktes über der Zeit bestimmt und in Verbindung mit einem oder mehreren Rahmen gespeichert. In einer Ausführungsform werden Daten über die Drehorientierung eines Berührungspunktes in einem Rahmen (z.B. seit dem letzten Rahmen oder über eine Vielzahl von Rahmen) verwendet, um eine Drehorientierung für diesen Berührungspunkt im nächsten Rahmen vorherzusagen. Ein Rahmenanpassungsprozess kann zunächst davon ausgehen, dass ein Objekt im aktuellen Rahmen bzw. Frame i wahrscheinlicher mit einem Objekt im vorherigen Frame (d.h. i - 1) übereinstimmt, das der vorhergesagten wahrscheinlichen Drehorientierung zugeordnet ist, die der Drehorientierung des Berührungspunktes im aktuellen Rahmen am nächsten liegt. In einer Ausführungsform könnte die Drehorientierung eines Berührungspunktes eine Einzelberührungspunkt-Steuerung (z.B. Einfinger-Steuerung) der Drehung ermöglichen, so dass beispielsweise die Drehung eines Fingers auf einem Bildschirm ausreichende Informationen liefern könnte, um beispielsweise eine Ansicht zu drehen - eine Funktion, die traditionell zwei rotierende Kontaktpunkte mit einer Berührungsfläche erfordert. Unter Verwendung von Daten, die die Drehrichtung bzw. Drehorientierung über der Zeit beschreiben, kann die Drehgeschwindigkeit berechnet werden. Ebenso können Daten zur Drehrichtung oder Drehgeschwindigkeit verwendet werden, um die Drehbeschleunigung zu berechnen. So nutzen sowohl die Drehgeschwindigkeit als auch die Drehbeschleunigung beide die Drehorientierung. Drehorientierung, Drehgeschwindigkeit und/oder Drehbeschleunigung können für einen Berührungspunkt berechnet und vom Rahmenanpassungsprozess ausgegeben oder verwendet werden.
• In einer Ausführungsform beinhalten Heuristiken für die Rahmenanpassung Änderungen im Abstand und in den Geschwindigkeitsvektoren der Berührungspunkte. In einer Ausführungsform beinhalten Heuristiken für die Rahmenanpassung ohne Einschränkung einen oder mehrere der folgenden Aspekte:
• der Berührungspunkt eines Objekts im Rahmen i+1 ist wahrscheinlicher der Berührungspunkt im Rahmen i, der geometrisch am nächsten zu ihm liegt;
• der Berührungspunkt eines Objekts im Rahmen i+1 ist wahrscheinlicher der Berührungspunkt im Rahmen i, der dem Punkt am nächsten liegt, an dem vorhergesagt werden würde, dass er die Geschwindigkeitshistorie des Objekts erhält; und
• der Berührungspunkt eines Objekts im Rahmen i+1 ist wahrscheinlicher von ähnlicher Größe wie sein Berührungspunkt im Rahmen i.
• Andere Kombinationen von historischen Daten können verwendet werden, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. In einer Ausführungsform können sowohl vorherige Positionen als auch die Geschwindigkeitshistorien in einem heuristischen Rahmenanpassungsprozess verwendet werden. In einer Ausführungsform können frühere Positionen, die Geschwindigkeitshistorien und Größenhistorien in einem heuristischen Rahmenanpassungsprozess verwendet werden. In einer Ausführungsform können vorherige Positionen und andere historische Informationen in einem heuristischen Rahmenanpassungsprozess verwendet werden. In einer Ausführungsform werden historische Informationen über eine Vielzahl von Frames in einem heuristischen Rahmenanpassungsprozess verwendet. Andere Kombinationen werden angesichts der vorgenannten Offenbarung für einen Durchschnittsfachmann in dem technischen Gebiet ersichtlich sein.
• In der US-Patentanmeldung Nr. 14/216,791 vom 17. März 2014 mit dem Titel „Fast Multi-Touch Noise Reduction“ werden Verfahren und Systeme bereitgestellt, um bestimmte Bedingungen zu überwinden, unter denen Rauschen Störungen des Fast Multi-Touch (FMT)-Sensors erzeugt oder diesen berührt. Die gesamte Offenlegung dieser Anwendung ist hier durch Verweis Teilder vorliegenden Anmeldung. In einer Ausführungsform können auf allen Zeilen und Spalten eindeutige Signale übertragen werden. In einer Ausführungsform können in jeder Zeile in einer oder mehreren Teilmengen von Zeilen eindeutige Signale übertragen werden. In einer Ausführungsform können auf jeder Spalte in einer oder mehreren Teilmengen von Spalten eindeutige Signale übertragen werden. In einer Ausführungsform sind alle Zeilen und Spalten konfiguriert, um die eindeutigen Signale zu erkennen. In einer Ausführungsform ist jede Zeile in einer oder mehreren Teilmengen von Zeilen konfiguriert, um die eindeutigen Signale zu erfassen. In einer Ausführungsform ist jede Spalte in einer oder mehreren Teilmengen von Spalten konfiguriert, um die eindeutigen Signale zu erfassen.
• Wie in der US-Patentanmeldung Nr. 14/603,104 vom 22. Januar 2015 mit dem Titel „Dynamische Zuordnung möglicher Kanäle in einem Berührungssensor“ offenbart, ermöglicht ein System und Verfahren einem Berührungssensor, solche falschen oder verrauschten Messwerte zu reduzieren oder zu eliminieren und ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis aufrechtzuerhalten, selbst wenn es in der Nähe von elektromagnetischen Störungen durch andere Computersystemkomponenten oder unerwünschten externen Signalen liegt. Mit diesem Verfahren kann auch das Signalmodulationsschema, das zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgewählte Abschnitte oder die gesamte Oberfläche eines Berührungssensors steuert, dynamisch rekonfiguriert werden, um den Gesamtenergieverbrauch des Sensors zu senken und gleichzeitig die Gesamtleistung des Sensors in Bezug auf Parallelität, Latenz, Abtastrate, Dynamikbereich, Sensorgranularität usw. zu optimieren. Die gesamte Offenlegung der Anmeldung ist hier durch Verweis Teil der vorliegenden Anmeldung.
• AUSFÜHRUNGSFORM DER TASTATUR
• Die Verwendung physikalischer Tastaturen in Einstellungen der Virtual Reality oder Augmented Reality (im Folgenden „VR/AR“, auch wenn sich die beiden Begriffe gegenseitig ausschließen können) wird dadurch erschwert, dass ein Benutzer in der VR/AR-Einstellung möglicherweise keinerlei Ansicht oder eine vollständige Ansicht der Tastatur nicht hat. Die hier offenbarten Tastatur- und Tastaturschalter versetzen eine oder mehrere Tasten, eine Touch-Oberfläche oder eine Tastatur zu einer empfindlichen, dynamischen, schwebenden, kontakt- und druckempfindlichen Oberfläche, die sowohl für traditionelle Tastatur- oder Tastaturanwendungen als auch für zahlreiche neue Anwendungen verwendet werden können, die durch die zusätzlichen Informationen, die von den Tasten oder Oberflächen verfügbar sind, ermöglicht werden. In einer Ausführungsform wird eine physikalische Tastatur beschrieben, die nicht nur die traditionellen Tastatureingaben erfassen kann, sondern auch Finger-Tasten-Kontakt und Finger-Schwebung unterscheiden kann und so die Bestimmung der jeweiligen Positionen der Finger, Hände, Handgelenke und möglicherweise Unterarme eines Benutzers bei Verwendung der Tastatur ermöglicht. In einer Ausführungsform werden die Tastaturdaten verwendet, um die Position und Ausrichtung der Finger, Hände, Handgelenke, Unterarme und möglicherweise der Tastatur (einschließlich Änderungen an der Tastatur, wie das Hinzufügen von Tasten- oder Seitenbeschriftungen oder z.B. Tooltips) in einer VR/AR-Einstellung zu rekonstruieren. Eine solche Rekonstruktion ermöglicht es dem Benutzer, seine Finger, Hände, Handgelenke und eventuell Unterarme in Bezug auf die VR/AR-Einstellungen der Tastatur zu „sehen“, wodurch die Verwendung einer Tastatur in VR/AR-Einstellungen möglich wird.
• Betrachtet man zunächst die 1A-1D, so ist eine anschauliche Ausführungsform eines Tastaturschalters 110 dargestellt. In einer Ausführungsform unterstützt die Tastenbasis 100 die anderen Elemente des Tastaturschalters 110. In einer Ausführungsform ist die Tastenabdeckung 101 in beweglicher Beziehung zur Tastenbasis 100 vorgesehen. In einer Ausführungsform ist die Tastenabdeckung 101 in Bezug auf die Tastenbasis 100 nur teilweise beweglich. In einer Ausführungsform drängt ein Vorspannelement (nicht dargestellt) die Tastenabdeckung 101 in Ruhestellung in ihre ausgefahrene Position, und wie Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet ersichtlich ist, die Tastenabdeckung 101 bewegt sich in einer Richtung bewegt, die etwa senkrecht zu ihrer Oberseite verläuft.
• In einer Ausführungsform sind dem Tastaturschalter 110 zwei Antennen 102, 103 zugeordnet, wobei eine der beiden Antennen eine Empfangsantenne 103 und die andere eine Sendeantenne 102 ist. Die Bezeichnung von Senden oder Empfangen ist beliebig, mit der Ausnahme, dass in einer Ausführungsform mindestens eines von beiden dem Tastaturschalter zugeordnet ist. Die beiden Antennen 102, 103 sind so voneinander beabstandet, dass kein Abschnitt der Sendeantenne 102 einen Abschnitt der Empfangsantenne 103 berührt. In einer Ausführungsform teilt sich der Tastaturschalter 110 seine Antennen 102, 103 mit einer oder mehreren anderen Tasten. In einer Ausführungsform umfasst der Tastaturschalter 110 eine einzige Antenne und teilt seine andere Antenne mit einer oder mehreren anderen Tasten. Wie im Folgenden ausführlicher erläutert wird, kann der Tastaturschalter 110 ein einzelner Tastaturschalter sein oder kann häufiger mit einer Vielzahl anderer Tastaturschalter in einer Tastatur verwendet werden.
• In einer Ausführungsform ist eine Antenne eine Sendeantenne 102 und die andere Antenne eine Empfangsantenne 103. In einer Ausführungsform kann ein Tastaturschalter 110 eine oder mehrere zusätzliche Sendeantennen aufweisen (nicht dargestellt). In einer Ausführungsform kann ein Tastaturschalter 110 eine oder mehrere zusätzliche Empfangsantennen aufweisen (nicht dargestellt). Jede der Antennen, die einem Tastaturschalter 110 zugeordnet sind, ist so voneinander beabstandet, dass kein Abschnitt einer der Antennen einen Abschnitt einer anderen Antenne berührt.
• Obwohl in einer beispielhaften Ausführungsform auf der Vorder- und Rückseite des Tastenbodens 100 dargestellt, können die Antennen so platziert werden, wie es der vorgesehenen Anwendung am besten entspricht. Zum Beispiel in unterschiedlichen Ausführungsformen,
1. 1) ist eine Sendeantenne auf einer Seite der Taste und eine Empfangsantenne auf der anderen Seite angeordnet;
2. 2) ist eine Sendeantenne innerhalb der Tastenbasis angeordnet ist, und eine Empfangsantenne ist um die Tastenbasis herum ringförmig;
3. 3) Sendeantennen sind auf jeder Seite der Tastenbasis angeordnet, und eine Empfangsantenne ist in der Mitte der Tastenbasis angeordnet ist;
4. 4) Empfangsantennen sind auf jeder Seite der Tastenbasis angeordnet sind und eine Sendeantenne ist in der Mitte der Tastenbasis angeordnet ist; oder
5. 5) Sendeantennen sind auf jeder Seite der Tastenbasis angeordnet und Empfangsantennen auf der Vorder- und Rückseite der Tastenbasis angeordnet.
Viele andere Konfigurationen werden für Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet der Offenbarung offensichtlich sein und können vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken und Umfang der hier beanspruchten Erfindungen abzuweichen.
• In einer Ausführungsform sind die Antennen 102, 103 fest und bewegen sich nicht relativ zueinander, wenn die Tastenabdeckung 101 bewegt oder gedrückt wird. In einer Ausführungsform kann sich mindestens eine der Antennen 102, 103 relativ zu der anderen bewegen. In einer Ausführungsform bewegt sich mindestens eine der Antennen 102, 103 relativ zur anderen, wenn die Tastenabdeckung 101 bewegt oder gedrückt wird. Eine Bewegung (oder mangelnde Bewegung) der Antennen kann zu einer anderen Reaktion auf den Tastendruck führen als bei stationären Antennen. Wie Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen werden, wenn der Druck oder das Niveau des Tastendrucks eine erhebliche Granularität erfordert - d.h. ein sehr empfindliches Maß dafür, wie viel die Tastenabdeckung 101 gedrückt wird -, kann es wünschenswert sein, dass sich mindestens eine der Antennen 102, 103 durch das Drücken dieser Tastenabdeckung 101 bewegt. Eine oder mehrere Antennen, die sich als Reaktion auf die Bewegung der Tastenabdeckung 101 bewegen, sind auch dann wünschenswert, wenn das Objekt, das die Taste drückt, eine begrenzte kapazitive Auswirkung hat (z.B. Tippen mit langen Fingernägeln, Tippen mit Handschuhen, Tippen mit Bleistift oder einem anderem Objekt, Tippen unter Wasser, usw.).
• In einer Ausführungsform ist eine Sendeantenne 102 einem Signalemitter zugeordnet (nicht dargestellt). In einer Ausführungsform bilden die Antennen 102, 103 einen Berührungssensor, wenn ein Signal auf die Sendeantenne 102 übertragen wird und ein Empfänger (nicht dargestellt) die auf einer Empfangsantenne 103 vorhandenen Signale empfängt. In einer Ausführungsform wird ein Signalprozessor (nicht dargestellt) verwendet, um einen Betrag und/oder Änderungen in dem Betrag des auf die Sendeantenne 102 übertragenen Signals zu bestimmen, das in den Signalen auf der Empfangsantenne 103 vorhanden ist. In einer Ausführungsform sind die Sendeantenne 102 und die Empfangsantenne 103 so ausgelegt, dass, wenn sie keinem Berührungsereignis ausgesetzt sind, eine Signalmenge (bzw. Signalbetrag) zwischen ihnen gekoppelt wird, während, wenn sie einem Berührungsereignis ausgesetzt sind, eine andere Signalmenge zwischen ihnen gekoppelt ist. Darüber hinaus sind in einer Ausführungsform die Sendeantenne 102 und die Empfangsantenne 103 so ausgelegt, dass die zwischen ihnen gekoppelte Signalmenge mit den verschiedenen Berührungsereignissen variiert, vom äußersten Schwebezustand über den Tastenkontakt bis hin zu einer vollständig gedrückten Taste. In einer Ausführungsform umfasst die Variation des Signals vom äußersten Hover (Schwebezustand) zu einer vollständig gedrückten Taste einen Bereich von erkennbaren Berührungszuständen, die neben einem unberührten Zustand mindestens drei Berührungszustände (d.h. Schweben, Kontakt und gedrückt) umfassen können. In einer Ausführungsform umfasst die Signaländerung, die den Schwebeberührungszustand darstellt, eine Vielzahl von diskreten Pegeln. In einer Ausführungsform umfasst die Signaländerung, die den Kontaktberührungszustand darstellt, eine Vielzahl von diskreten Pegeln. In einer Ausführungsform umfasst die Variation des Signals vom äußersten Schwebezustand bis zu einer vollständig gedrückten Taste eine Bereich von erkennbaren Berührungszuständen, die neben einem unberührten Zustand mindestens 255 oder mehr Berührungszustände umfasst. Wie vorstehend erläutert, ist es, da der Berührungssensor letztlich Berührungen aufgrund einer Änderung der Kopplung erkennt, nicht von besonderer Bedeutung, außer aus Gründen, die für eine bestimmte Ausführungsform anderweitig ersichtlich sind, ob die berührungsbezogene Kopplung eine Erhöhung der Signalmenge auf der Empfangsantenne 103 oder eine Verringerung der Signalmenge auf der Empfangsantenne 103 bewirkt.
• Um Berührungen zu identifizieren, empfängt der Empfänger Signale, die auf der Empfangsantenne 103 vorhanden sind, und ein Signalprozessor analysiert das empfangene Signal, um den Betrag des gekoppelten Sendesignals zu bestimmen. In einer Ausführungsform kann die Identifizierung durch eine Frequenzanalysemethode (z.B. Fourier-Transformation) oder durch die Verwendung einer Filterbank unterstützt werden. In einer Ausführungsform empfängt der Empfänger einen Rahmen von Signalen, wobei dieser Rahmen durch eine FFT verarbeitet wird, und somit wird ein Maß für mindestens die übertragene Frequenz bestimmt. In einer Ausführungsform stellt die FFT für jeden Rahmen ein phasengleiches (In-Phase-) und Quadratur-Maß für mindestens die Sendefrequenz zur Verfügung.
• In einer Ausführungsform ist ein Signalgeber (Signalemitter) leitend mit der Sendeantenne 102 für den Tastaturschalter 110 gekoppelt. Der Signalgeber sendet ein Quellsignal aus, wodurch die ihm zugeordnete Sendeantenne 102 die Quellsignale sendet. Das Quellsignal kann eine Kombination von z.B. anderen Signalen sein, so dass beispielsweise das Quellsignal eine einfache Sinuswelle (z.B. 5,01 MHz) sein könnte, aber es ist auch im Rahmen dieser Offenbarung, dass das Quellsignal eine Kombination von zwei oder mehreren Sinuswellen ist. In einer Ausführungsform können mehr als ein Signalgeber mit der Sendeantenne 102 für den Tastaturschalter 110 leitend gekoppelt sein. Wenn mehr als ein Signalgeber mit einer Sendeantenne 102 leitend gekoppelt ist, liefert der Ausgang des mehr als einen Signalgebers die von der Sendeantenne 102 gesendeten Signale. In einer Ausführungsform kann die Übertragung mehrerer Quellsignale die Empfindlichkeit erhöhen. In einer Ausführungsform kann die Übertragung mehrerer Quellsignale die Empfindlichkeit weiter erhöhen, wenn Hoch- und Niederfrequenzsignale kombiniert werden. In einer Ausführungsform sind die Quellsignale frequenzorthogonal. Wie bereits hier verwendet, bedeutet frequenzorthogonal, dass die Quellsignale trennbar und voneinander unterscheidbar sind. In einer Ausführungsform ist der Empfänger mit der Empfangsantenne 103 gekoppelt und ausgelegt, um einen Rahmen von Signalen zu erfassen, die auf der gekoppelten Empfangsantenne 103 vorhanden sind. Wenn dem Tastaturschalter 110 eine andere Empfangsantenne (nicht dargestellt) zugeordnet ist, kann die zusätzliche Empfangsantenne den gleichen Empfänger teilen (und somit, wie für Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet ersichtlich, könnten sie als verschiedene Teile derselben Antenne angesehen werden) oder alternativ mit einem separaten Empfänger gekoppelt werden.
• In einer Ausführungsform werden mehrere orthogonale Signale über die Sendeantenne 102 übertragen. Um Berührungen in einer solchen Ausführungsform zu identifizieren, empfängt der Empfänger Signale, die auf der Empfangsantenne 103 vorhanden sind, und ein Signalprozessor analysiert die empfangenen Signale, um einen Betrag zu bestimmen, der jedem der zwischen ihnen gekoppelten orthogonalen Sendesignale entspricht. Die Identifizierung kann durch eine Frequenzanalysemethode (z.B. Fourier-Transformation) oder durch die Verwendung einer Filterbank unterstützt werden. In einer Ausführungsform empfängt der Empfänger einen Rahmen von Signalen, der durch eine FFT verarbeitet wird, und so wird für jede Sendefrequenz ein Maß bestimmt. In einer Ausführungsform stellt die FFT ein phasengleiches und quadratur-bezogenes Maß für jede Sendefrequenz und für jeden Rahmen zur Verfügung.
• In einer Ausführungsform kann der Empfänger/Signalprozessor aus dem empfangenen Signal einen Wert (und in einer Ausführungsform einen phasengleichen und quadratur-bezogenen Wert) für jede Frequenz aus einer Liste von Frequenzen bestimmen, die sich in dem auf dieser Empfangsantenne 103 empfangenen Signal befinden. In einer Ausführungsform, in der der einer Frequenz entsprechende Wert größer oder kleiner als ein Schwellenwert ist oder sich von einem vorherigen Wert ändert (oder sich von einem vorherigen Wert um einen Betrag ändert, der größer als ein Schwellenwert ist), können diese Informationen verwendet werden, um ein Berührungsereignis am Tastaturschalter 110 zu identifizieren. In einer Ausführungsform können die Wertinformationen, die verschiedenen physikalischen Phänomenen entsprechen können, einschließlich der Entfernung der Berührung vom Tastaturschalter 110, der Größe des Berührungsobjekts, dem Druck, mit dem das Objekt auf den Tastaturschalter drückt, jedem Bruchteil der Tastenabdeckung 101, der berührt wird, usw., verwendet werden, um den Berührungszustand aus dem Bereich der erkennbaren Berührungszustände zu identifizieren. In einer Ausführungsform können Änderungen der Wertinformationen verwendet werden, um den Berührungszustand aus dem Bereich der erkennbaren Berührungszustände zu identifizieren. In einer Ausführungsform sind die bestimmten Werte nicht selbst-bestimmend für den Berührungszustand, sondern werden zusammen mit anderen Werten zur Bestimmung von Berührungszuständen weiterverarbeitet. In einer Ausführungsform werden die bestimmten Werte zusammen mit Werten von anderen Tastaturschaltern nahe dem Tastaturschalter 110 weiterverarbeitet, um den Berührungszustand des Tastaturschalters 110 zu bestimmen.
• In einer Ausführungsform sind die einem Tastaturschalter 110 zugeordneten Antennen 102, 103 ähnlich geformt. In einer Ausführungsform sind die einem Tastaturschalter 110 zugeordneten Antennen 102, 103 unterschiedlich geformt. Die unterschiedlich geformten Antennen 102, 103 erzeugen unterschiedliche Antennenmuster, basierend auf der Form der Antennen 102, 103. Wie sich für Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet im Hinblick auf diese Offenbarung zeigen wird, können die Antennen 102, 103, die einem Tastaturschalter 110 zugeordnet sind, in verschiedenen räumlichen Ausrichtungen ausgerichtet sein, um unterschiedliche Antennenmuster zu erzeugen. In einer Ausführungsform sind die jeweiligen Sende- und Empfangsantennen 102, 103 einer Sende- oder Empfangsschicht zugeordnet, was zu einem mehrschichtigen Aufbau des Tastaturschalters 110 führt.
• In einer Ausführungsform ist ein Signalprozessor ausgelegt, um aus jedem Rahmen eine Messung zu bestimmen, die einer Menge bzw. einem Betrag der auf der Empfangsantenne 103 vorhandenen Quellsignale entspricht. In einer Ausführungsform ist der Signalprozessor ferner angepasst, um aus dem Bereich der Berührungszustände einen Tastaturschalter-Touchzustand zu bestimmen, der zumindest teilweise auf der entsprechenden Messung basiert.
• Der Tastaturschalter 110 kann ein einziger Tastaturschalter sein, oder allgemeiner, kann mit einer Vielzahl anderer Tastaturschalter in einer Tastatur verwendet werden (nicht dargestellt). In einer Ausführungsform besteht eine Tastatur aus einer Sammlung von Tastaturschaltern 110. In einer Ausführungsform sind die Tastaturschalter 110 in logische Zeilen und logische Spalten so organisiert, dass jeder der Vielzahl von Tastaturschaltern einer Zeile und einer Spalte zugeordnet und eindeutig durch diese identifiziert ist. In einer Ausführungsform können die Tastaturschalter 110 in logische Zeilen und logische Spalten organisiert werden, so dass jeder der Vielzahl von Tastaturschaltern mindestens einer Zeile und einer Spalte zugeordnet und eindeutig durch mindestens eine Zeile und eine Spalte identifiziert ist.
• In einer Ausführungsform dürfen sich keine zwei Tastaturschalter in einer Tastatur eine gemeinsame Zeilen/Spalten-Kombination teilen, so dass die Tastatur ein Maß erkennen kann, das für einen jeweiligen Tastaturschalter 110 einzigartig ist. In einer Ausführungsform arbeitet jeder Tastaturschalter 110 als Näherungsschalter, indem er ein Signal über eine Antenne 102 sendet und ein gekoppeltes Signal auf der anderen Antenne 103 empfängt. Wie vorstehend erläutert, kann für jeden Tastaturschalter 110 ein Wert, der der Berührung an diesem Tastaturschalter 110 zugeordnet ist, aus der Menge oder einer Änderung der Menge des im gekoppelten Signal gefundenen Sendesignals abgeleitet werden. Der Wert kann mit einem aus einer Reihe von Berührungszuständen korreliert sein. In einer Ausführungsform beinhaltet der Bereich von Berührungszuständen kein Schweben, Schweben, Kontakt, und gedrückt oder niedergedrückt. In einer Ausführungsform bedeutet „kein Schweben“, dass keine Erkennung der Finger, der Hand oder des Unterarm des Benutzers in der Nähe des Tastaturschalters 110 stattfindet. Wie hier verwendet, bezieht sich „Schweben“ im Allgemeinen auf einen Berührungszustand, der der erfassbaren Position eines kapazitiven Objekts (z.B. Finger, Hände, Unterarm oder Stift des Benutzers) von der Grenze der Erfassung des Tastaturschalters entspricht, durch jedoch nicht den tatsächlichen Kontakt mit dem Tastaturschalter oder der Tastatur beinhaltet. Wie hier verwendet, bezieht sich „Kontakt“ im Allgemeinen auf einen Berührungszustand, der einem erkennbaren Kontakt zwischen dem Tastaturschalter oder der Tastatur und dem kapazitiven Objekt entspricht, und zwar über den gesamten Weg, über den er gedrückt wird. Gedrückt oder niedergedrückt entspricht der traditionellen Vorstellung, dass eine Taste geschlossen wird, z.B. wenn ein entsprechendes Zeichen auf den Bildschirm gebracht wird. Wie hier verwendet, bezieht sich „gedrückt“ oder „niedergedrückt“ jedoch auf einen Berührungszustand, der der Erkennung einer vollständig gedrückten Taste entspricht, und kann auch verschiedene zusätzliche Zustände beinhalten, die dem Druck auf die Taste nach vollständigem Drücken entsprechen. In einer Ausführungsform können die Berührungszustände eine ordinale Skala verwenden, z.B. von 0 bis 255, wobei Null einem Nicht-Berührungszustand entspricht, einen ersten Bereich, z.B. 1 bis 127, der verschiedenen Schwebezuständen entspricht, einen zweiten Bereich, z.B. 128-197, der verschiedenen Kontaktzuständen entspricht, und einen dritten Bereich, z.B. 198-255, der einem Bereich von gedrückten Zuständen entspricht. In einer Ausführungsform umfasst der Bereich der Berührungszustände mindestens vier Zustände. In einer Ausführungsform umfasst der Bereich der Berührungszustände mindestens 6 Zustände, wobei mindestens zwei Subzustände dem Schweben und dem Kontakt entsprechen. In einer Ausführungsform umfasst der Bereich der Berührungszustände mindestens 256 Zustände, wobei mindestens drei Subzustände dem Schweben, Kontaktieren und Drücken entsprechen. In einer Ausführungsform umfasst der Bereich der Berührungszustände mindestens 1024 Zustände. Wie sich für einen Durchschnittsfachmann im Hinblick auf diese Offenbarung zeigen wird, sind die Anzahl der Berührungszustände und die Zuordnung zwischen diesen Zuständen und allen Subzuständen Designentscheidungen und sollten so gewählt werden, dass sie die gewünschte Granularität für den Tastaturschalter bieten. Außerdem ist es nicht notwendig, dass Subzustände die gleiche Granularität wie andere Subzustände haben. So kann es beispielsweise in einer Ausführungsform wünschenswert sein (wie in Verbindung mit den 4A und 4B näher erläutert), dass eine größere Granularität bei den Kontaktzuständen oder bei der Aufteilung zwischen dem Schwebezustand und dem Kontaktzustand vorliegt. Ebenso kann es in einer Ausführungsform wünschenswerter sein, zusätzliche Granularität bei Schwebezuständen oder gedrückten Zuständen zu haben.
• In einer Ausführungsform, die diese Zustände verwendet, können die Tastaturschalter 110 auf der Tastatur detaillierte, mehrstufige Informationen in Bezug auf die Finger des Benutzers auf (und möglicherweise zwischen) den jeweiligen Tastaturschaltern 110 bereitstellen. In einer Ausführungsform kann die Tastatur beispielsweise bei gedrückter Tastenabdeckung 101 eine Änderung der Oberfläche der Taste in Kontakt mit dem Finger erkennen. Weiterhin kann in einer Ausführungsform bei gedrückter Taste die Tastenabdeckung 101 näher am Leiter liegen, so dass sowohl die Änderung der Oberfläche als auch die Nähe des kapazitiven Objekts zum Leiter zu einer kapazitiven Änderung führen kann, die Informationen in Bezug auf den Finger des Benutzers auf den Tastaturschaltern liefert.
• Die 2A und 2B zeigen Antennenschichten für eine Ausführungsform einer beispielhaften typischen Tastatur. 2A zeigt eine beispielhafte Darstellung von leitend gekoppelten Spalten (horizontal dargestellt) einer Vielzahl von Sendeantennen 220 (die Bezeichnung der Zeilen und Spalten ist beliebig). Sendebahnen 225 sind entlang der Sendeschicht 210 gezogen, um Gruppen von Sendeantennen 220 miteinander zu verbinden und um bei dem Bündel 235 gebündelt zu sein. 2B zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Vielzahl von Empfangsantennen 200, die in leitend gekoppelten Zeilen organisiert sind (vertikal dargestellt). Empfangsbahnen 205 sind entlang der Empfangsschicht 230 zu einem Bündel 215 gezogen. Die Antennenschichten 250, 260 sind getrennt und in einer Tastatur (nicht dargestellt) mit einer Vielzahl von Tastenbasen (nicht dargestellt) gestapelt, wobei jede der Basen eine Tastenabdeckung (nicht dargestellt) aufweist. In einer Ausführungsform bilden die Antennen 220, 200 die Sendeantenne 102 und die Empfangsantenne 103 (siehe z.B. 1B) jedes Tastaturschalters (nicht dargestellt).
• In einer Ausführungsform ist ein Signalemitter (nicht dargestellt) leitend mit jeder Sendebahn 225 gekoppelt, und über die Sender werden jeweils eine Vielzahl von Signalen über jede der 220 Zeilen der Sendeantenne übertragen. In einer Ausführungsform ist jedes der Vielzahl von Signalen orthogonal zu jedem der anderen Vielzahl von Signalen. In einer Ausführungsform wird die Vielzahl von Signalen gleichzeitig über jede der Sendeantennen 102 übertragen.
• Ein Empfänger (nicht dargestellt) ist leitend mit jeder der Empfangsbahnen 205 gekoppelt. Der Empfänger und/oder ein ihm zugehöriger Signalprozessor (nicht dargestellt) ist angepasst, um Rahmen von Signalen zu empfangen, die auf den Empfangsspuren 205 (d.h. von den Empfangsantennen 200) und von dem Rahmen vorhanden sind, um einen Wert für jedes der Vielzahl von Signalen zu bestimmen, die über jede der Sendeantennen 102 übertragen werden. In einer Ausführungsform wird jeder Wert mit einem aus einem Bereich von Berührungszuständen korreliert, und alle Werte zusammen ergeben einen Tastaturzustand. In einer Ausführungsform ist jeder Tastaturschalter in der Tastatur einem aus einer Reihe von Berührungszuständen zugeordnet, und diese Zuordnung wird zumindest teilweise basierend auf dem Wert berechnet, der diesem Tastaturschalter zugeordnet ist. In einer Ausführungsform wird die Zuordnung zumindest teilweise basierend auf dem Wert, der diesem Tastaturschalter zugeordnet ist, und dem Wert, der mindestens einem benachbarten Tastaturschalter zugeordnet ist, berechnet.
• Die Bestimmung eines Wertes für jedes der Vielzahl von Signalen, die über jede der Sendeantennen 102 übertragen werden, kann mit einer Frequenzanalysemethode (z.B. Fourier-Transformation) oder unter Verwendung einer Filterbank unterstützt werden. In einer Ausführungsform empfängt der Empfänger einen Rahmen von Signalen, wobei der Rahmen durch eine FFT verarbeitet wird, und so wird für jede Sendefrequenz ein Maß bestimmt. In einer Ausführungsform stellt die FFT ein phasengleiches und quadraturbezogenes (In-Phase und Quadratur-) Maß für jede Sendefrequenz und für jeden Rahmen zur Verfügung.
• Während mindestens eines der Vielzahl von Signalen, die über die Sender gesendet werden, über jede Sendeantenne 102 gesendet wird, sendet mindestens eine Sendeantenne 102 in einer Ausführungsform gleichzeitig ein zweites der Vielzahl von Signalen. In einer Ausführungsform werden eine Vielzahl von orthogonalen Signalen gleichzeitig übertragen, so dass mindestens zwei der orthogonalen Signale gleichzeitig über jede Sendeantenne 102 übertragen werden. In einer Ausführungsform kann die gleichzeitige Übertragung mehrerer Signale über eine einzige Sendeantenne die Empfindlichkeit erhöhen. In einer Ausführungsform werden frequenz-distante orthogonale Signale gleichzeitig über eine einzige Sendeantenne 102 übertragen.
• Unter Bezugnahme auf die 3A-6 sind einige zusätzliche, beispielhafte Ausführungsformen eines Tastaturschalters dargestellt. Wie beim in 1A-1D dargestellten Tastaturschalter 110 können die in 3A-6 dargestellten Tastaturschalter einzeln oder als Teil eines Tastenfelds oder einer Tastatur verwendet werden. Während die in den 3A-6 offenbarten Tastaturschalter in vielen Arten von Tastaturen verwendet werden können, sind sie besonders nützlich bei der Gestaltung von nicht-traditionellen Tastaturen, z.B. dünneren Tastaturen wie „Chicklet“ (oder Insel-Stil) Tastaturen und Folientastaturen. Die in 3A-5 offenbarten Tastaturschalter werden mit einer einzigen Sendeantenne und einer einzigen Empfangsantenne dargestellt. Ohne vom Grundgedanken und vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen, können diese Tastaturschalter eine oder mehrere zusätzliche Sendeantennen und/oder eine oder mehrere zusätzliche Empfangsantennen aufweisen. Wie im Folgenden näher erläutert, zeigt 6 beispielsweise eine Ausführungsform mit zwei Sendeantennen.
• Wie beim zuvor besprochenen Tastaturschalter 110, der in 1A-1D dargestellt ist, übertragen die in 3A-5 offenbarten Tastaturschalter in einer Ausführungsform jeweils eine einzelne Frequenz über ihre Sendeantenne. Ebenso wie beim zuvor besprochenen Tastaturschalter, der in 1A-1D dargestellt ist, übertragen die in 3A-5 offenbarten Tastaturschalter in einer Ausführungsform jeweils eine Vielzahl von orthogonalen Signalen über ihre Sendeantenne. Der in 6 dargestellte Tastaturschalter mit zwei Sendeantennen kann ebenfalls mit einer einzigen Sendefrequenz oder mit mehreren, gleichzeitigen, orthogonalen Sendefrequenzen verwendet werden.
• 3A zeigt eine illustrative Ausrichtung/Orientierung der Antennenkomponenten 310 eines Tastaturschalters, der eine Sendeantenne 300 und eine damit leitend gekoppelte Sendebahn 301 sowie eine Empfangsantenne 302 und eine damit leitend gekoppelte Empfangsbahn 303 umfasst. Wie von Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet verstanden wird, ist die Bezeichnung von Senden und Empfangen hier beliebig, und die Sendeantenne 300 könnte zum Empfangen verwendet werden, während die Empfangsantenne 302 zum Senden verwendet werden könnte; diese willkürlichen Bezeichnungen sind lediglich eine Annehmlichkeit zur Veranschaulichung. In einer Ausführungsform sendet ein Signalgeber bzw. Signalemitter (nicht dargestellt) ein oder mehrere Signale zur Übertragung auf der Sendeantenne 300 über die Sendebahn 301, und ein Empfänger (nicht dargestellt) empfängt einen auf der Empfangsantenne 302 vorhandenen Signalrahmen über die Empfangsbahn 303. Ein Signalprozessor (nicht dargestellt) analysiert den Rahmen, um einen Wert zu bestimmen, der einem Betrag des einen oder der mehreren Signale entspricht, die auf der Sendeantenne 300 übertragen werden. Der Wert (oder eine Änderung des Wertes) kann mit einem aus einer Reihe von Berührungszuständen korreliert werden. 3B zeigt eine schematische Darstellung eines Tastaturschalters 311 unter Verwendung der illustrativen Orientierung der Antennenkomponenten 310 in 3A. Der Tastaturschalter 311 umfasst eine Tastenabdeckung 305, die die Antennenkomponenten 310 abdeckt. In einer Ausführungsform kann ein Benutzer mit der Tastenabdeckung 305 als Taste einer Tastatur interagieren. In einer Ausführungsform weist die Tastenabdeckung 305 ein Vorspannelement (nicht dargestellt), wie beispielsweise eine Feder, auf, das sie zu einer Ausgangsposition weg von den Antennenkomponenten 310 vorspannt. In einer Ausführungsform besteht die Tastenabdeckung 305 aus einem deformierbaren Speichermaterial, das seinerseits in eine Ausgangsform weg von den Antennenkomponenten 310 zurückkehrt.
• Wie vorstehend ausführlich erläutert, wird in einer Ausführungsform ein kapazitives Objekt, das z.B. die Hand oder den Finger eines Benutzers oder einen Stift beinhaltet, von einem Berührungsdetektor erfasst, der mit den Antennen 300, 302 gebildet wird, und einer aus einer Reihe von Berührungszuständen kann dadurch dem Tastaturschalter 311 zugeordnet werden. Wie bereits erwähnt, ist der Tastaturschalter 311 in einer Ausführungsform für den Einsatz in einer Tastatur geeignet. In einer Ausführungsform sind Zeilen und Spalten jeweils einer Matrix von Tastaturschaltern zugeordnet. In einer Ausführungsform kann der Berührungszustand der Taste zumindest teilweise basierend auf Informationen, die von dem mit den Antennen 300, 302 gebildeten Berührungsdetektor erfasst werden, oder Änderungen dieser Informationen bestimmt werden. In einer Ausführungsform kann der Berührungszustand des Tastaturschalters zumindest teilweise basierend auf Informationen bestimmt werden, die von den Antennen eines anderen benachbarten Tastaturschalters erfasst (oder geändert) werden.
• 4A zeigt eine illustrative Orientierung der Antennenkomponenten 410 eines Tastaturschalters mit einer Sendeantenne 300 und einer damit leitend gekoppelten Sendebahn 301 sowie der Empfangsantenne 302 und einer damit leitend gekoppelten Empfangsbahn 303. Das leitfähige Substrat 404 ist ebenfalls dargestellt. Wie oben beschrieben, sind die Bezeichnungen von Senden und Empfangen beliebig. In einer Ausführungsform sendet ein Signalgeber (nicht dargestellt) ein oder mehrere Signale zur Übertragung auf der Sendeantenne 300 über die Sendebahn 301, und ein Empfänger (nicht dargestellt) empfängt einen auf der Empfangsantenne 302 vorhandenen Signalrahmen über die Empfangsbahn 303. Ein Signalprozessor (nicht dargestellt) analysiert den Rahmen, um einen Wert zu bestimmen, der einem Betrag des einen oder der mehreren Signale entspricht, die auf der Sendeantenne 300 übertragen werden. Der Wert (oder eine Wertänderung) kann mit einem aus einer Bereich von Berührungszuständen korreliert werden.
• Nun zu 4B, einer schematischen Ansicht eines Tastaturschalters 411 unter Verwendung der illustrativen Ausrichtung der Antennenkomponenten 410 in 4A. Der Tastaturschalter 411 umfasst eine Tastenabdeckung 405, die die Antennenkomponenten 410 abdeckt. In einer Ausführungsform weist die Tastenabdeckung 405 ein Vorspannelement (nicht dargestellt) auf, das sie in Richtung einer Ausgangsposition vorspannt, wenn sie nicht berührt wird. In einer Ausführungsform kann das Vorspannelement eine Feder sein. In einer Ausführungsform können die Vorspanneinrichtungen eine flexible, verformbare Tastenabdeckung umfassen. Ein leitfähiges Substrat 404 ist an der Unterseite der Tastenabdeckung 405 positioniert. In einer Ausführungsform ist das leitfähige Substrat 404 dafür ausgelegt, um sich im Einklang mit mindestens einem Teil der Oberseite der Tastenabdeckung 405 zu bewegen. In einer Ausführungsform kann das leitfähige Substrat 404 wirken, um den kapazitiven Wirkung eines damit in Kontakt gebrachten kapazitiven Objekts zu verstärken. In einer Ausführungsform bewirkt das leitfähige Substrat 404 eine messbarere Reaktion des Berührungsdetektors im Übergang zwischen den Berührungszuständen von Schweben und Kontakt. In einer Ausführungsform kann das leitfähige Substrat 404 verwendet werden, um den messbaren Bereich der Berührungszustände zu verbessern, wenn ein kapazitives Objekt mit der Tastenabdeckung 405 in Kontakt steht, wodurch die Granularität der messbaren Zustände im Tastsensor verbessert wird. In einer Ausführungsform ist das leitfähige Substrat 404 ein festes leitfähiges Material. In einer Ausführungsform ist das leitfähige Substrat 404 ein leitfähiges Gittermaterial. In einer Ausführungsform unterscheiden sich die leitenden Eigenschaften des leitenden Substrats 404 von den leitenden Eigenschaften der Tastenabdeckung 405. In einer Ausführungsform wird das leitfähige Substrat 404 im Klebeverfahren an der Tastenabdeckung 405 befestigt. In einer Ausführungsform ist das leitende Substrat 404 an der Tastenabdeckung 405 befestigt, so dass ein leitender Abschnitt des leitenden Substrats 404 durch die Tastenabdeckung 405 ragt und direkt von einem kapazitiven Objekt kontaktiert werden kann. In einer Ausführungsform sind das leitfähige Substrat 404 und die Tastenabdeckung 405 aus dem gleichen Material gebildet, wobei das leitfähige Substrat 404 eine größere Dicke als der obere Abschnitt der Tastenabdeckung 405 aufweist. In einer Ausführungsform sind das leitfähige Substrat 404 und die Tastenabdeckung 405 als ein einziges Objekt geformt. Der Tastaturschalter 411 kann wie der Tastaturschalter 311 verwendet werden, jedoch kann die Hinzufügung des kapazitiven Substrats 404 die Erkennung eines Kontakts verbessern und eine bessere messbare Granularität zwischen den Kontaktberührungszuständen bieten.
• Wendet man sich nun 5 zu, so ist eine weitere Ausführungsform eines Tastaturschalters 511 in einer schematischen Ausschnittansicht dargestellt. Der Tastaturschalter 511 besteht aus vielen gemeinsamen Komponenten mit dem Tastaturschalter 411 (4B), einschließlich der Sendeantenne 300, der Sendebahn 301, der Empfangsantenne 302, der Empfangsbahn 303 sowie der Tastenabdeckung 405 und des leitenden Substrats 404. Der Tastaturschalter 511 wird ebenfalls ähnlich wie der Tastaturschalter 411 über einen Signalgeber (nicht dargestellt) und einen Empfänger (nicht dargestellt) bedient. Der Tastaturschalter 511 umfasst ferner eine leitende Kopplung 506 zwischen dem leitenden Substrat 404 und der Sendeantenne 300. In einer Ausführungsform kann die leitende Kupplung die Vorspanneinrichtung, wie beispielsweise eine Feder (z.B. eine Schraubenfeder oder eine Blattfeder), bilden, die die Tastenabdeckung 405 in eine Grundstellung drückt. Die leitfähige Kopplung 506 zwischen leitfähigem Substrat 404 und Sendeantenne 300 bewirkt, dass das leitfähige Substrat 404 als weitere Antenne zur Übertragung von Sendesignalen dient. In einer Ausführungsform bilden die Sendeantenne 300, das leitfähige Substrat 404 und die leitfähige Kopplung 506 zusammen eine einzige, bewegliche Antenne, die zum Übertragen der Sendesignale (oder zum Empfangen der Signale, wenn sie an einem Empfänger angebracht sind) verwendet werden kann.
• 6 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines weiteren Tastaturschalters 611, der zwei Sendeantennen (oder zwei Empfangsantennen) aufweist. Der Tastaturschalter 611 besteht aus vielen gemeinsamen Komponenten mit dem Tastaturschalter 411 (4B), einschließlich der Sendeantenne 300, der Sendebahn 301, der Empfangsantenne 302, der Empfangsbahn 303 sowie der Tastenabdeckung 405 und des leitenden Substrats 404. Der Tastaturschalter 611 wird im Umfang seiner gemeinsamen Komponenten ähnlich wie der Tastaturschalter 411 über einen Signalgeber (nicht dargestellt) und einen Empfänger (nicht dargestellt) betrieben. Der Tastaturschalter 611 umfasst ferner eine leitende Leitung 606, die leitend mit dem leitenden Substrat 404 gekoppelt ist. Ein weiterer Signalgeber (nicht dargestellt) ist leitend mit der leitfähigen Leitung 606 gekoppelt. Der weitere Signalgeber sendet ein oder mehrere weitere Signale zur Übertragung auf das leitfähige Substrat 404. In einer Ausführungsform sind das eine oder die mehreren weiteren Signale orthogonal zu dem einen oder den mehreren Signalen, die auf der Sendeantenne 300 übertragen werden. Der Signalprozessor (nicht dargestellt) analysiert auch den Rahmen der vom Empfänger empfangenen Signale, um einen weiteren Wert zu bestimmen, der einem Betrag des einen oder der mehreren weiteren Signale entspricht, die auf dem leitenden Substrat 404 übertragen werden. In einer Ausführungsform kann der weitere Wert (oder eine Änderung des weiteren Wertes) mit einem aus einem Bereich von Berührungszuständen korreliert werden. In einer Ausführungsform werden der Wert (entsprechend dem einen oder den mehreren Signalen) und der weitere Wert (entsprechend dem einen oder den mehreren weiteren Signalen) als Grundlage für die Identifizierung eines dem Tastaturschalter zugeordneten Berührungszustands verwendet. Wie in anderen Ausführungsformen können die Werte (und weitere Werte) von benachbarten oder benachbarten Tasten zusätzlich als zumindest ein Teil der Grundlage zur Identifizierung eines dem Tastaturschalter zugeordneten Berührungszustands verwendet werden. Ohne vom Grundgedanken und Umfang dieser Offenbarung abzuweichen, kann der Tastaturschalter 611 anstelle von zwei Sendeantennen und einer Empfangsantenne zwei Empfangsantennen und eine Sendeantenne aufweisen.
• In einer Ausführungsform kann der Bereich von Berührungszuständen, die durch die verschiedenen Tastaturschalter in einer Tastatur bereitgestellt werden, verwendet werden, um ein kapazitives Objekt sowie dessen Position und Orientierung in Bezug auf die Tastatur zu modellieren. In einer Ausführungsform kann eine solche Modellierung verwendet werden, um ein visuelles Feedback, einschließlich eines visuellen 3-D-Modells des kapazitiven Objekts, in einer VR/AR-Einstellung bereitzustellen. So kann beispielsweise eine Überlagerung von 2D- und 3D- „holografischem“ visuellem Feedback in VR/AR-Einstellungen auf den Positionen der Finger, Hände, Handgelenke und Unterarme des Benutzers in der realen Welt auf oder in der Nähe einer physikalischen Tastatur aus berührungsempfindlichen Tastaturschaltern basieren. Da die Tastatur feine Messungen der Position kapazitiver Objekte in Bezug auf eine Tastatur durchführen kann, können die Berührungsmessungen verwendet werden, um die Position und Orientierung von Fingern, Händen und möglicherweise anderen Teilen einschließlich Handgelenken und/oder Unterarmen nachzubilden, da es eine begrenzte Anzahl von Möglichkeiten gibt, wie sich eine Hand und ein Unterarm in Bezug auf die Finger bewegen können - z.B. endliche Bereiche und Freiheitsgrade.
• Nun wird auf 7 und 8 Bezug genommen, die ein anschauliches Beispiel für computergenerierte Berührungszustandsinformationen zeigen, die über einer Darstellung einer berührungsempfindlichen Tastatur gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt sind. Die eingefügten Bilder 700, 800 in den 7 und 8 zeigen die Position der Hände 701, 801 in Bezug auf eine beispielhafte physikalische Tastatur 702, 802. Sowohl die Höhe über der Tastaturdarstellung als auch die Farbe 703, 803 werden für die Zwecke der Berührungszustandsdarstellung verwendet. Die dargestellten Höhen und Farben dienen nur zur Veranschaulichung. Wie in den 7 und 8 dargestellt, kann eine Ausführungsform der hier offenbarten physikalischen Tastatur 702, 802 verwendet werden, um Informationen über den Berührungszustand jedes Tastaturschalters bereitzustellen, der, wie dargestellt, eine visuelle Anzeige 704, 804 von Schwebezustand, Tastenkontakt und Tastendruck bereitstellen kann. Insbesondere zeigt 7 eine exemplarische Tastatur 702 gemäß der Offenbarung, mit den Händen eines Benutzers 701 in der Nähe davon und eine Illustration dieser Tastatur 705 mit einer computergenerierten Wärmekarte 703, die darauf überlagert ist. Die computergenerierte Wärmekarte 703 entspricht den Berührungszuständen der verschiedenen Tastaturschalter und soll damit der Positionierung und Nähe der Hände des Benutzers mit der exemplarischen Tastatur 702 entsprechen. 8 zeigt eine weitere Ansicht der exemplarischen Tastatur 802 mit den Händen des Benutzers 801, die aus 7 neu positioniert wurden, und eine Abbildung dieser Tastatur 805 mit einer computergenerierten Wärmekarte 803, die darüber liegt.
• In einer Ausführungsform kann eine Rekonstruktion der Schwebe-, Kontakt- und Druckinformationen konfiguriert werden, um sie als 3D-Modell anzuzeigen, so dass ein Benutzer seine Finger und möglicherweise Hände, Handgelenke und/oder Unterarme in Bezug auf die Tastatur in einer VR/AR-Ansicht sehen kann. In einer Ausführungsform erstreckt sich der Bereich der Berührungszustände, die dem Schweben entsprechen, mindestens 5 mm von der Oberfläche der Tastaturschalter entfernt. In einer Ausführungsform erstreckt sich der Bereich der Berührungszustände, die dem Schweben entsprechen, mindestens 10 mm von der Oberfläche der Tastaturschalter entfernt. In einer Ausführungsform erstreckt sich der Bereich der Berührungszustände, die dem Schweben entsprechen, wesentlich mehr als 10 mm von der Oberfläche der Tastaturschalter.
• In einer Ausführungsform kann eine spontane (on-the-fly) Abstimmung durchgeführt werden, um ein erweitertes Schweben unter Beibehaltung einer kontaktempfindlichen Tastatur zu ermöglichen. In einer Ausführungsform werden verschiedene orthogonale Signale in einem Nicht-Schwebe-Zustand und einem Schwebezustand aus den Signalen verwendet, die im Bereich der Kontaktzustände verwendet werden; oder in einem Fernschwebe-Zustand gegenüber einem Nah-Schwebe-Zustand. In einer Ausführungsform werden verschiedene physikalische Antennen verwendet, um Signale in einem Nicht-Schwebe-Zustand und einem Schwebezustand von den Antennen zu senden und zu empfangen, die im Bereich von Kontaktzuständen verwendet werden; oder in einem Fernschwebe-Zustand gegenüber einem Nah-Schwebe-Zustand.
• Die US-Patentanmeldung Nr. 15/162,240 vom 23. Mai 2016 mit dem Titel „Sende- und Empfangssystem und -verfahren für bidirektionale orthogonale Signalgeber“, deren gesamte Offenbarung hier durch Verweis Teil der vorliegenden Anmeldung ist, ermöglicht eine Unterscheidung von Benutzer, Hand und Objekt in einem schnellen Multitouch-Sensor. In einer Ausführungsform wird die bidirektionale orthogonale Signalisierung in Verbindung mit einer berührungsempfindlichen Tastatur verwendet, um die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorteile zu erzielen. Wenn eine bidirektionale orthogonale Signalisierung verwendet wird, kann jede der Antennen sowohl als Empfangs- als auch als Sendeantenne verwendet werden.
• Die gesamte Offenbarung der am 22. August 2014 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 14/466,624 mit dem Titel „Orthogonal Signaling Touch User, Hand and Object Discrimination Systems and Methods“ ist hier durch Verweis als Teil der vorliegenden Anmeldung enthalten. In einer Ausführungsform kann die hier offenbarte Tastatur oder der Tastaturschalter zwischen den Händen und Fingern mehrerer Benutzer, verschiedenen Händen desselben Benutzers, verschiedenen Fingern desselben Benutzers sowie Händen und Objekten unterscheiden.
• 9 zeigt eine Hybridansicht, die teilweise die VR/AR-Ansicht eines Benutzers und teilweise eine reale Ansicht einer vorgestellten Tastatur darstellt. In VR/AR-Einstellungen bzw. Einrichtungen kann in einer Ausführungsform jede interaktive Taste auf der Tastatur zu einer unabhängigen, interaktiven Berührungsanzeige werden, was es der Tastatur erlaubt, sich flexibler an softwaredefinierte oder verwandte Aufgaben anzupassen, und dem Benutzer während der Verwendung der Tastatur ein dynamisches visuelles Feedback zu geben. In einer Ausführungsform kann die 3D-Modellierung unter Verwendung der Berührungszustandsinformationen der offenbarten berührungsempfindlichen Tastatur verwendet werden, um dem Benutzer die Sicht auf seine Finger, Hände, Handgelenke, Unterarme und sogar die Tastatur in VR/AR-Einstellungen zu ermöglichen.
• Die gesamte Offenbarung der am 18. September 2014 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 14/490,363 mit dem Titel „Systeme und Methoden zur Bereitstellung von Antworten auf Benutzereingaben unter Verwendung von Informationen über Zustandsänderungen und zur Vorhersage zukünftiger Benutzereingaben“ ist hier durch Verweis enthalten. In einer Ausführungsform können die Berührungszustandsinformationen in Verbindung mit der Vorhersage von Benutzeraktionen verwendet werden, und solche Vorhersagen können verwendet werden, um die Latenzzeit zu verringern oder zu eliminieren.
• 10 zeigt eine Hybridansicht, die teilweise die VR/AR-Ansicht eines Benutzers und teilweise die reale Ansicht einer feature-sparse Tastatur (Tatstatur mit wenig Merkmalen) darstellt. Wie hier verwendet, umfasst der Begriff feature-sparse Tastatur Oberflächen ohne spezifische physikalische Tasten mit einem im Allgemeinen festen Tastenabstand. So kann beispielsweise eine iPad- oder eine Handytastatur als funktionsorientierte Tastatur betrachtet werden. Der Begriff feature-sparse keyboard beinhaltet jedoch auch Tastaturen, die einige physikalische Merkmale beinhalten, und kann haptisches Feedback zur Präsentation von Tasten oder anderen Merkmalen einer Tastatur beinhalten. Diese Haptik kann ohne Einschränkung bewegliche mechanische Teile, Robotergrafiken, elektrostatische Rückmeldung und/oder Elektroschockrückmeldung beinhalten. In VR/AR-Einstellungen, in einer Ausführungsform, kann die feature-sparse und/oder haptische Tastatur zu einem unabhängiger, interaktiven Berührungsanzeige werden. In VR/AR-Einstellungen kann eine feature-sparse haptische Tastatur durch in dem technischen Gebiet bekannte Techniken, taktil erscheinen und kann dem Benutzer während der Verwendung der Tastatur in dieser Einstellung ein dynamisches physikalisches Feedback geben. In VR/AR-Einstellungen kann die feature-sparse und/oder haptische Tastatur durch in dem technischen Gebiet bekannte Techniken visuell mit Tasten und/oder Beschriftungen erscheinen und dem Benutzer während der Verwendung der Tastatur in dieser Einstellung ein dynamisches physikalisches Feedback geben. Obwohl der Benutzer in einer realen Umgebung eingeschränkte oder gar keine Funktionen sieht, können in der VR/AR-Einstellung Tastenkonturen und Beschriftungen hinzugefügt werden.
• 11 und 12A-12C stellen mehrere Ausführungsformen dar, die mit den hier offenbarten Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden können. 11 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer Tastatur 1100 mit physikalischen Merkmalen 1101 in der realen Umgebung. In einer Ausführungsform und wie vorstehend beschrieben, kann die Tastatur eine feature-sparse und/oder haptische Tastatur sein, die in einer VR/AR-Einstellung verwendet wird. 12A zeigt ein Beispiel für den Tastsensorbereich 1201 einer verwendeten Tastatur 1200 mit Merkmalen. Während der Sensorbereich 1201 dargestellt ist, dient diese Darstellung nur zur Veranschaulichung. In einer Ausführungsform kann die Tastatur 1200 eine feature-sparse und/oder haptische Tastatur sein, die in einer VR/AR-Einstellung verwendet wird. In einer Ausführungsform entspricht der Sensorbereich 1201 des Tastsensors der Berührungsempfindlichkeit der Tastaturschalter auf der Tastatur 1200. 12B zeigt ein Beispiel für eine Wärmekarte 1203 von Informationen innerhalb des Tastsensorbereichs der Finger und Hände des Benutzers und die Extrapolation der Handgelenke 1204 des Benutzers aus der Wärmekarte 1203
• 12C zeigt eine Ausführungsform einer VR/AR-Weltansicht der Finger, Hände und Handgelenke desselben Benutzers und einen visuellen Kontext, der für die Verwendung in Verbindung mit der Tastatur in einer VR/AR-Situation rekonstruiert werden kann. In einer Ausführungsform können die Berührungszustandsinformationen verwendet werden, um die Finger, Hände und Handgelenke des Benutzers in VR/AR-Einstellungen mit geringer Latenzzeit in 3-D zu rekonstruieren. Die geringe Latenzzeit kann es einem VR/AR-System ermöglichen, eine 3D-Haptik bereitzustellen, wodurch der Benutzer physikalische Tasten und Controller auf einer realen Tastatur erhält, die softwaredefinierte Tasten und Bedienelemente einer VR/AR-Tastatur widerspiegelt. In einer Ausführungsform kann die 3D-Haptik beispielsweise physikalische Eingabeflächen erzeugen, die ihre physikalischen Steuerungen flexibel verformen können, um sie an die digitalen VR/AR-Steuerungen einer bestimmten VR/AR-Anwendung anzupassen. In einer Ausführungsform kann die Haptik dazu führen, dass ein Benutzer physikalische Eingabeoberflächen wahrnimmt, die mit den digitalen VR/AR-Steuerungen einer bestimmten VR/AR-Anwendung übereinstimmen. In einer Ausführungsform sind physikalische oder haptische Schnittstellen vorgesehen, die an ihren Verwendungszweck angepasst werden können und die ihre digitalen Äquivalente in VR/AR-Einstellungen widerspiegeln.
• Da kein Kontakt erforderlich ist, können in einer Ausführungsform Berührungszustandsinformationen als Eingabe in einen Gesteninterpretationsalgorithmus verwendet werden. So könnte eine Position in einem Abstand über der Tastatur in eine Zone umgewandelt werden, in der ein Benutzer eine Geste machen kann. Eine solche Zone kann modal sein und selbst durch eine Geste, einen Kontakt oder Tastendruck oder eine Kombination von Gesten, Kontakt oder Tastendruck aktiviert werden. In einer Ausführungsform kann die Hand als Computermaus verwendet werden, um die vertrauten Bewegungen auszuführen, ohne die Hand aus der Nähe der Tastatur zu entfernen. In einer Ausführungsform bewirkt das „Zusammenballen“ der Hand in eine mausähnliche Form automatisch, dass weitere Gesten aus dieser Hand als Mausgesten interpretiert werden - einschließlich z.B. Tastenklicks, Raddrehung und Bewegung. In einer Ausführungsform kann eine Antippbewegung in der Luft als Geste interpretiert werden und kann zu einer Systemreaktion führen. In einer Ausführungsform könnte die Oberfläche einer Taste oder einer Teilmenge von Tasten als Trackpad fungieren, wenn der Benutzer mit den Fingern oder der Hand darauf zeichnet oder eine andere Art von Geste macht.
• Die Berührungszustandsinformationen, die durch die hier vorgestellten neuartigen Tastaturschalter und Tastaturen bereitgestellt werden, ermöglichen es der Anwendungs- und Betriebssystemsoftware, Informationen zu erhalten, aus denen das Ruhen auf oder Schweben über einer physischen bzw. physikalischen Taste (oder VR/AR-Taste) identifiziert werden kann. Im Hinblick auf 13 ist eine exemplarische Implementierung der Toolantipp-Funktion dargestellt. 13 veranschaulicht beispielhaft eine hybride Ansicht der Benutzeransicht und die reale Ansicht der Tastatur, die dem Benutzer einen schwebenden Tooltip bietet, um beispielsweise das Erlernen von Tastenkombinationen für eine bestimmte Anwendung oder ein bestimmtes Betriebssystem zu unterstützen, da die Tastatur entweder einen Benutzer spüren kann, der auf den Tasten ruht oder über den Tasten schwebt, oder den nächsten Tastendruck des Benutzers vorhersagen kann, bevor der Benutzer mit den Tasten in Kontakt tritt. In einer Ausführungsform werden die Berührungszustandsinformationen verwendet, um bestimmte Positionen oder Kombinationen von Positionen zu bestimmen, bei denen ein Tooltip oder eine andere Rückmeldung wünschenswert ist, und ein derartiges Tooltip (Werkzeugtip) oder andere Rückmeldungen können in der VR/AR-Darstellung dargestellt werden. Ebenso kann zusätzlicher Anzeigebereich in Form eines Ballons wünschenswert sein, so dass beispielsweise dann, wenn ein Benutzer über einen Tastaturschalter (oder eine Kombination) schwebend fährt oder einen solchen berührt, ein Ballon angezeigt werden kann, wie beispielsweise der „nächste Song“, der abgespielt werden kann, wenn eine „nächster“ Taste gedrückt wird. In einer anschaulichen Ausführungsform ermöglicht die offenbarte Tastatur eine VR/AR-Benutzeroberfläche, die einer physikalischen Eingabefläche zugeordnet ist, die eine Tastatur beinhaltet, aber nicht darauf beschränkt ist. Dabei kann jede Taste auf der Tastatur eine Multi-Touch-Gestenanzeige sein, da jede Taste auf der physischen Tastatur zu einem visuellen Bildschirm in einer VR/AR-Einstellung werden kann. So können beispielsweise die VR/AR-Benutzeroberflächenelemente auf physikalische Tastatureingaben als interaktive 2D-Icons, Bilder und Texte (z.B. ein Lautstärketastenregler, der die aktuelle Lautstärke anzeigt, etc.) und sogar als 3D-Icons, Bilder und Texte (z.B. eine Wiedergabetaste, die erscheint, wenn der Benutzer seinen Finger auf die zugehörige physikalische Taste legt, wodurch ein 3D-Tooltip entlang der z-Achse erzeugt wird, der dem Benutzer zeigt, welches Album wiedergegeben wird, und zwar über die Anzeige von Album-Kunst-Bildern, etc.).
• Die vorliegenden Systeme werden vorstehend mit Bezug auf Vorrichtungen für schwebe-, kontakt- und druckempfindliche Tastaturen in frequenzteilmodulierten Touch-Systemen beschrieben. Es versteht sich, dass jede Betriebsabbildung mit Hilfe von analoger oder digitaler Hardware und Computerprogrammanweisungen realisiert werden kann. Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines Universalcomputers, eines Spezialcomputers, eines ASIC oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, so dass die Anweisungen, die über einen Prozessor eines Computers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, die angegebenen Funktionen/Aktionen ausführen. Sofern durch die vorstehende Erläuterung nicht ausdrücklich eingeschränkt, können die Funktionen/Aktionen in einigen alternativen Implementierungen außerhalb der in den Betriebsabbildungen angegebenen Reihenfolge auftreten.
• Obwohl die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, wird von Durchschnittsfachleuten in dem technischen gebiet verstanden, dass darin verschiedene Form- und Detailänderungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 15056805 [0004]
• US 14/490363 [0004]
• US 13841436 [0008, 0031]
• US 14069609 [0008]
• US 14216948 [0012]
• US 15200320 [0015]
• US 14216791 [0075]
• US 14603104 [0076]
• US 15162240 [0110]
• US 14466624 [0111]
• US 14490363 [0113]

Claims (44)

1. Tastatur, umfassend: eine Vielzahl von Tastaturschaltern zum Erfassen von Berührungen, wobei jeder Tastaturschalter umfasst: eine Tastenbasis; eine Tastenabdeckung, wobei die Tastenabdeckung in Bezug auf die Tastenbasis zumindest teilweise beweglich ist; Sende- und Empfangsantennen, wobei die Sende- und Empfangsantennen so beabstandet sind, dass kein Abschnitt der Sendeantenne einen Abschnitt der Empfangsantenne berührt; wobei die Vielzahl von Tastaturschaltern in N logischen Zeilen und M logischen Spalten organisiert ist, so dass jeder der Vielzahl von Tastaturschaltern einer logischen Zeile und einer logischen Spalte zugeordnet ist und durch mindestens ein Zeilen/Spaltenpaar eindeutig identifiziert ist; N-Signalgeber, die leitend mit den Sendeantennen für jeden der Vielzahl von Tastaturschaltern gekoppelt sind, die jeder der N logischen Zeilen zugeordnet sind, wobei jeder der N-Signalgeber angepasst ist, um zu bewirken, dass jede der ihnen zugeordneten Sendeantennen ein oder mehrere Quellsignale sendet; M-Empfänger, die mit den Empfangsantennen für jeden der Vielzahl von Tastaturschaltern gekoppelt sind, die jeweils jeder der M logischen Spalten zugeordnet sind, wobei jeder der M-Empfänger angepasst ist, um einen Rahmen von Signalen zu erfassen, die auf den gekoppelten Empfangsantennen vorhanden sind; und einen Signalprozessor, ausgelegt zum: (i) Bestimmen einer Messung aus jedem Rahmen, wobei jede Messung einem Betrag der einen oder mehreren Quellsignale entspricht, die während einer Zeit, in der der entsprechende Rahmen empfangen wurde, auf den Empfangsantennen vorhanden waren; und (ii) für jeden der Vielzahl von Tastaturschaltern, Bestimmen eines Tastaturschalter-Berührungszustands aus einem Bereich von Berührungszuständen, wobei der Tastaturschalter-Berührungszustand zumindest teilweise auf der entsprechenden Messung basiert, wobei mindestens einer des Bereichs von Berührungszuständen einer vollständig gedrückten Taste entspricht.
2. Tastatur nach Anspruch 1, wobei jedes der einen oder mehreren Quellsignale frequenzorthogonal zueinander der einen oder mehreren Quellsignale ist.
3. Tastatur nach Anspruch 1, wobei der Bereich von Berührungszuständen ein Bereich von mindestens vier Zuständen ist.
4. Tastatur nach Anspruch 3, wobei mindestens einer des Bereichs von Berührungszuständen einem Schwebezustand entspricht.
5. Tastatur nach Anspruch 4, wobei mindestens einer des Bereichs der Berührungszustände einem Kein-Scheben-Zustand entspricht.
6. Tastatur nach Anspruch 5, wobei der vollständig gedrückte Tastenzustand und mindestens ein zusätzlicher Zustand im Bereich von Berührungszuständen einem mit der Taste kontaktierten Zustand entspricht.
7. Tastatur nach Anspruch 6, wobei der Bereich von Berührungszuständen ein Bereich von mindestens 256 verschiedenen Zuständen ist.
8. Tastatur nach Anspruch 7, wobei eine Vielzahl des Bereichs von Berührungszuständen einem Schwebezustand entspricht.
9. Tastatur nach Anspruch 7, wobei eine Vielzahl des Bereichs von Berührungszuständen einem kontaktierten Zustand entspricht.
10. Tastatur nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine weitere Sendeantenne, die mindestens einem der Vielzahl von Tastaturschaltern zugeordnet ist, wobei die weitere Sendeantenne so positioniert ist, dass kein Abschnitt davon irgendeinen Abschnitt der Sendeantenne oder der Empfangsantenne für den mindestens einen der Vielzahl von Tastaturschaltern berührt; einen weiteren Signalgeber, der leitend mit der weiteren Sendeantenne gekoppelt ist, wobei der weitere Signalgeber angepasst ist, um zu bewirken, dass die weitere Sendeantenne ein oder mehrere zusätzliche Signale sendet, wobei das eine oder die mehreren zusätzlichen Signale frequenzorthogonal zu jedem der einen oder mehreren Quellsignale sind; und wobei der Signalprozessor weiter ausgelegt ist zum: (i) Bestimmen einer zusätzlichen Messung von jedem Rahmen, wobei jede zusätzliche Messung einem Betrag des einen oder der mehreren zusätzlichen Signale entspricht, die auf den Empfangsantennen während einer Zeit vorhanden sind, in der der entsprechende Rahmen empfangen wurde; und (ii) zum Bestimmen, für jeden der Vielzahl von Tastaturschaltern, des Berührungszustands des Tastaturschalters, basierend ebenfalls, zumindest teilweise, auf jeder entsprechenden zusätzlichen Messung.
11. Tastatur nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine weitere Empfangsantenne, die einem der Vielzahl von Tastaturschaltern zugeordnet ist; einen weiteren Empfänger, der leitend mit der weiteren Empfangsantenne gekoppelt ist, wobei der weitere Empfänger angepasst ist, um einen weiteren Rahmen von Signalen aufzunehmen, die auf der gekoppelten weiteren Empfangsantenne vorhanden sind; die weitere Empfangsantenne so positioniert ist, dass kein Abschnitt davon einen Abschnitt der Sendeantenne oder der Empfangsantenne berührt, die dem einen aus der Vielzahl der Tastaturschalter zugeordnet ist; und wobei der Signalprozessor weiter angepasst ist zum: (i) Bestimmen einer weiteren Messung aus dem weiteren Rahmen, wobei die weitere Messung einem Betrag der einen oder mehreren Quellsignale entspricht, die auf der weiteren Empfangsantenne während einer Zeit, in der der weitere Rahmen empfangen wurde, vorhanden sind; und (ii) Bestimmen des Berührungszustands des Tastaturschalters für den einen aus der Vielzahl der Tastaturschalter, basierend zumindest teilweise auch auf der weiteren Messung.
12. Tastatur nach Anspruch 1, wobei N eins ist und M größer als eins ist.
13. Tastatur nach Anspruch 1, wobei M eins ist und N größer als eins ist.
14. Tastatur nach Anspruch 1, wobei M und N beide größer als eins sind.
15. Tastaturschalter zum Erfassen von Berührungen, wobei der Tastaturschalter umfasst: eine Tastenbasis; eine Tastenabdeckung, wobei die Tastenabdeckung in Bezug auf die Tastenbasis beweglich ist; Sende- und Empfangsantennen, wobei die Sende- und Empfangsantennen so beabstandet sind, dass kein Abschnitt der Sendeantenne einen Abschnitt der Empfangsantenne berührt; einen Signalgeber, der leitend mit der Sendeantenne gekoppelt ist, wobei der Signalgeber angepasst ist, um zu bewirken, dass die Sendeantenne ein Quellsignal sendet; einen Signalempfänger, der mit der Empfangsantenne gekoppelt ist, wobei der Signalempfänger ausgelegt ist, um einen auf der Empfangsantenne vorhandenen Signalrahmen zu erfassen; und der Signalprozessor ausgelegt ist zum: (i) Bestimmen einer Messung aus dem Rahmen, wobei die Messung einem Betrag des Quellsignals entspricht, das auf der Empfangsantenne während einer Zeit vorhanden ist, in der der entsprechende Rahmen empfangen wurde; und (ii) Bestimmen eines Tastaturschalter-Berührungszustands aus einem Bereich von Berührungszuständen, wobei der Tastaturschalter-Berührungszustand zumindest teilweise auf der Messung basiert, wobei mindestens einer des Bereichs von Berührungszuständen einer vollständig gedrückten Taste entspricht.
16. Tastaturschalter nach Anspruch 15, wobei: der Signalgeber ferner angepasst ist, um die Sendeantenne zu veranlassen, ein zusätzliches Signal gleichzeitig mit dem Quellsignal zu senden, wobei das zusätzliche Quellsignal und das Quellsignal orthogonal zueinander sind, und der Signalprozessor weiter ausgelegt ist zum: (i) Bestimmen einer zusätzlichen Messung aus dem Rahmen, wobei die zusätzliche Messung einem Betrag des zusätzlichen Quellsignals entspricht, das auf der Empfangsantenne während einer Zeit vorhanden ist, in der der entsprechende Rahmen empfangen wurde, und (ii) Bestimmen des Berührungszustands des Tastaturschalters, auch basierend zumindest teilweise auf der zusätzlichen Messung.
17. Tastaturschalter nach Anspruch 16, wobei jedes der orthogonalen Signale frequenzorthogonal zu jedem der anderen orthogonalen Signale ist.
18. Tastaturschalter nach Anspruch 15, wobei die Sende- und Empfangsantennen stationär bleiben, wenn die Tastenabdeckung in Bezug auf die Tastenbasis bewegt wird.
19. Tastaturschalter nach Anspruch 15, wobei sich mindestens eine der Sende- und Empfangsantennen in Bezug zueinander bewegt, wenn die Tastenabdeckung in Bezug auf die Tastenbasis bewegt wird.
20. Der Tastaturschalter nach Anspruch 15, ferner umfassend: eine zweite Sendeantenne, die dem Tastaturschalter zugeordnet ist, wobei die zweite Sendeantenne von der Sendeantenne und der Empfangsantenne so beabstandet ist, dass kein Abschnitt der zweiten Sendeantenne einen Abschnitt der Sendeantenne oder der Empfangsantenne berührt; einen zweiten Signalgeber, der leitend mit der zweiten Sendeantenne gekoppelt ist, wobei der Signalgeber angepasst ist, um zu bewirken, dass die zweite Sendeantenne ein zusätzliches Quellsignal sendet, wobei das zusätzliche Quellsignal orthogonal zum Quellsignal ist; wobei der Signalprozessor weiter ausgelegt ist zum: (i) Bestimmen einer zusätzlichen Messung aus dem Rahmen, wobei die zusätzliche Messung einem Betrag des zusätzlichen Quellsignals entspricht, das auf der Empfangsantenne während einer Zeit vorhanden ist, in der der entsprechende Rahmen empfangen wurde, und (ii) Bestimmen des Berührungszustands des Tastaturschalters, auch basierend zumindest teilweise auf der zusätzlichen Messung.
21. Tastatur nach Anspruch 15, wobei die Tastenabdeckung flexibel ist und nur ein Teil der Tastenabdeckung in Bezug auf die Tastenbasis beweglich ist.
22. Tastaturschalter nach Anspruch 15, ferner umfassend: eine zweite Empfangsantenne, die dem Tastaturschalter zugeordnet ist, wobei die zweite Empfangsantenne von der Sendeantenne und der Empfangsantenne so beabstandet ist, dass kein Abschnitt der zweiten Empfangsantenne einen Abschnitt der Sendeantenne oder der Empfangsantenne berührt; und einen zweiten Signalempfänger, der mit der zweiten Empfangsantenne gekoppelt ist, wobei der zweite Signalempfänger angepasst ist, um einen zweiten Rahmen von Signalen zu erfassen, die auf der zweiten Empfangsantenne vorhanden sind; und wobei der Signalprozessor weiter ausgelegt ist zum: (i) Bestimmen einer zusätzlichen Messung aus dem zweiten Rahmen, wobei die zusätzliche Messung einem Betrag des Quellsignals entspricht, das auf der zweiten Empfangsantenne während einer Zeit vorhanden ist, in der das entsprechende zweite Rahmen empfangen wurde, und (ii) Bestimmen des Berührungszustands des Tastaturschalters, auch basierend zumindest teilweise auf der zusätzlichen Messung.
23. Tastatur nach Anspruch 22, wobei der Signalempfänger und der zweite Signalempfänger Teil der gleichen Komponente sind.
24. Tastatur nach Anspruch 23, wobei der Signalempfänger, der zweite Signalempfänger und der Signalprozessor Teil derselben Komponente sind.
25. Tastaturschalter zur Verwendung bei einer kapazitiven Berührungserkennung, wobei der Tastaturschalter umfasst: eine Tastenbasis; eine erste Antenne, die von der Tastenbasis getragen wird, wobei die erste Antenne ausgelegt ist, um leitend mit einer ersten Signalkomponente gekoppelt zu sein; eine zweite Antenne, die von der Tastenbasis getragen wird, wobei die zweite Antenne ausgelegt ist, um leitend mit einer zweiten Signalkomponente gekoppelt zu werden, wobei die zweite Antenne so positioniert ist, dass kein Abschnitt der zweiten Antenne einen Abschnitt der ersten Antenne berührt; eine Tastenabdeckung, die beweglich von der Tastenbasis getragen wird, wobei die Tastenabdeckung in Bezug auf die erste und zweite Antenne beweglich ist und in Richtung auf eine erweiterte Position weg von der Tastenbasis vorgespannt ist; wobei jede der ersten Signalkomponente und die zweite Signalkomponente ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: einem Signalgeber und einem Signalempfänger; und wobei eine Berührung durch die Wirkung eines kapazitiven Objekts in der Nähe der ersten und zweiten Antenne erfasst wird.
26. Tastaturschalter nach Anspruch 25, wobei die erste Signalkomponente ein Signalgeber und die zweite Signalkomponente ein Signalempfänger ist.
27. Tastaturschalter nach Anspruch 25, wobei die erste Signalkomponente ein Signalempfänger und die zweite Signalkomponente ein Signalgeber ist.
28. Tastaturschalter nach Anspruch 25, wobei die zweite Signalantenne so positioniert ist, dass die zweite Antenne die erste Antenne zumindest teilweise umgibt.
29. Tastaturschalter nach Anspruch 25, ferner umfassend: ein leitfähiges Substrat, das an einer Unterseite der Tastenabdeckung befestigt ist.
30. Tastaturschalter nach Anspruch 25, ferner umfassend: eine leitende Feder, die die erste Antenne leitend mit dem leitenden Substrat verbindet.
31. Tastaturschalter nach Anspruch 25, wobei das leitende Substrat leitend mit einer dritten Signalkomponente gekoppelt ist, wobei die dritte Signalkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Signalgeber und einem Signalempfänger.
32. Kapazitive Berührungserfassungstastatur, umfassend: eine Tastenbasis; eine Vielzahl von ersten Antennen, die leitend mit einer ersten Antennenschicht gekoppelt und von der Tastenbasis getragen werden, und wobei jede der Vielzahl von ersten Antennen einer von N logischen Zeilen zugeordnet sind; wobei jede der Vielzahl von ersten Antennen, die jeder der N logischen Zeilen zugeordnet sind, auf der ersten Antennenschicht zueinander der Vielzahl von ersten Antennen, die zu der gleichen einen der N logischen Zeilen gehören, leitend gekoppelt sind; und jede der N logischen Zeilen ausgelegt ist, um leitend mit einer der N ersten Signalkomponenten gekoppelt zu sein; eine Vielzahl von zweiten Antennen, die leitend mit einer zweiten Antennenschicht gekoppelt sind und von der Tastenbasis getragen werden, wobei jede der Vielzahl von zweiten Antennen einer von M logischen Spalten zugeordnet ist, wobei jede der Vielzahl von zweiten Antennen so positioniert ist, dass kein Abschnitt einer zweiten Antenne einen Abschnitt einer ersten Antenne berührt; wobei jede der Vielzahl von zweiten Antennen, die jeder der M logischen Spalten zugeordnet sind, auf der zweiten Antennenschicht zueinander der Vielzahl von zweiten Antennen, die zu der gleichen einen der M logischen Spalten gehören, leitend gekoppelt ist, und jede der M logischen Spalten ausgelegt ist, um leitend mit einer der M ersten Signalkomponenten gekoppelt zu sein; eine Vielzahl von Tastenabdeckungen, die beweglich von der Tastenbasis getragen werden, wobei jede der Vielzahl von Tastenabdeckungen in Bezug auf die erste Antennenschicht beweglich ist, und jede der Vielzahl von Tastenabdeckungen in Richtung einer erweiterten Position weg von der Tastenbasis vorgespannt ist; wobei jede der ersten Signalkomponenten und die zweite Signalkomponente ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: Signalgeber und Signalempfänger; und wobei eine Berührung durch die Wirkung eines kapazitiven Objekts in der Nähe der Vielzahl von ersten und zweiten Antennen erfasst wird.
33. Tastatur nach Anspruch 32, wobei die erste Signalkomponente ein Signalgeber und die zweite Signalkomponente ein Signalempfänger ist.
34. Tastatur nach Anspruch 32, wobei die erste Signalkomponente ein Signalempfänger und die zweite Signalkomponente ein Signalgeber ist.
35. Tastatur nach Anspruch 32, ferner umfassend: ein leitfähiges Substrat, das an einer Unterseite jeder der Vielzahl der Tastenabdeckungen befestigt ist.
36. Tastatur nach Anspruch 35, die ferner umfasst: eine Vielzahl von leitenden Federn, wobei jede der Vielzahl von leitenden Federn jeweilige eine der Vielzahl von ersten Antennen mit entsprechenden einen der Vielzahl des leitenden Substrats leitend verbindet.
37. Tastatur nach Anspruch 29, wobei jeder der Vielzahl von Signalempfängern ausgelegt ist, um gleichzeitig einen Rahmen von Signalen zu erfassen, die auf den gekoppelten Antennen vorhanden sind, wobei die Tastatur ferner umfasst: einen Signalprozessor ausgelegt zum (i) Bestimmen einer Messung von jedem Rahmen, wobei jede Messung einem Betrag eines Signals entspricht, der während einer Zeit, in der der Rahmen empfangen wurde, auf den gekoppelten Antennen vorhanden ist; und (ii) Bestimmen, für jede der mit jedem Signalempfänger gekoppelten Antennen, eines Berührungswerts aus einem Bereich von Berührungswerten, wobei der Berührungswert zumindest teilweise auf der entsprechenden Messung basiert.
38. Tastatur nach Anspruch 37, wobei eine Vielzahl der Berührungswerte im Bereich der Berührungswerte dem entspricht, dass die Nähe des kapazitiven Objekts ein Schweben ist, und jeder der Vielzahl der Berührungswerte einem Abstand zwischen der Tastenabdeckung und dem kapazitiven Objekt entspricht.
39. Tastatur nach Anspruch 38, wobei eine weitere Vielzahl von Berührungswerten im Bereich von Berührungswerte dem entspricht, dass die Nähe des kapazitiven Objekts in Kontakt mit der Tastenabdeckung steht, und jeder der Vielzahl von Berührungswerten einem Abstand entspricht, über den die Tastenabdeckung aus ihrer ausgefahrenen Position bewegt wird.
40. Tastatur nach Anspruch 39, wobei mindestens einer der Berührungswerte im Bereich der Berührungswerte einer vollständig gedrückten Tastenabdeckung entspricht.
41. Tastatur nach Anspruch 37, wobei eine Vielzahl von Berührungswerten im Bereich von Berührungsventilen Drucken auf der Tastenabdeckung entspricht, die durch das kapazitive Objekt ausgeübt werden, und jeder der Vielzahl von Berührungswerten einem unterschiedlichen Druck auf die Tastenabdeckung entspricht.
42. Tastatur nach Anspruch 37, ferner umfassend: ein Modul, das angepasst ist, um den Berührungswert für jede der mit jedem Signalempfänger gekoppelten Antennen zu empfangen und das kapazitive Objekt in der Nähe der Vielzahl der ersten und zweiten Antennen basierend auf den empfangenen Berührungswerten zu modellieren.
43. Tastatur nach Anspruch 42, bei der eine Berührung durch Bereitstellen einer dem Berührungswert entsprechenden Wärmekarte für jede der mit jedem Signalempfänger gekoppelten Antennen modelliert wird.
44. Tastatur nach Anspruch 43, bei der eine Berührung modelliert wird, indem ein Modell des Objekts bereitgestellt wird, das die erfasste kapazitive Berührung erzeugt.

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