JP6660066B2 - 周波数分割変調タッチシステムにおける信号検知 - Google Patents
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Description
一実施形態では、行上に送信される直交信号は、未変調のシヌソイドであってもよく、その各々が異なる周波数を有しており、該周波数は、受信器において互いに区別され得るように選択される。一実施形態では、周波数は、受信器において互いに容易に区別され得るように、それらの間に十分な間隔を設けるように選択される。一実施形態では、周波数は、選択された周波数間に単純な調波関係が存在しないように選択される。単純な調波関係の欠如は、1つの信号に別の信号を模倣させ得る非線形のアーチファクト(non−linear artifacts)を軽減し得る。
一実施形態では、シヌソイドは、フーリエ変換検知スキームを備えた完全な無線受信器を使用して、受信器で検知され得る。そのような検知は、高速RF波形をデジタル化し、その後にデジタル信号処理を行なうことを必要とし得る。別々のデジタル化および信号処理が、面の全ての列に対して実施されてもよく、これにより信号プロセッサは、どの行の信号がその列とタッチしているかを発見することが可能となる。上述の例において、タッチ面に40の行と40の列がある場合、この信号チェーンの40のコピーが必要となる。今日、デジタル化およびデジタル信号処理は、ハードウェア、コスト、および動力の点で、比較的高価な作業である。シヌソイドを検知するよりコスト効率の良い方法、特に、容易に再現可能であり、および動力をほとんど必要としない方法を利用するのが有用である。
低レイテンシのタッチセンサーにおける送信信号(例えばシヌソイド)の生成は通常、検知よりも複雑ではなく、それは主として、各行が1つの信号(または少数の信号)の生成を必要とする一方で、列の受信器は多くの信号を検知および区別しなければならないからである。一実施形態では、シヌソイドは、一連の位相ロックループ(PLL)により生成され得、その各々は共通の基準周波数に異なる倍数を掛け合わせる。
人がCGおよびCGI(computer−generated graphics and imagery)とインタラクトすることができるように、タッチ面がコンピュータディスプレイに統合されるのが望ましい場合もある。正面投影が不透明なタッチ面に使用され、背面投影が透明なものに使用され得る一方で、現代の平面パネルディスプレイ(LCD、プラズマ、OLED等)は一般的に、タッチ面が透明であることを要求する。一実施形態では、現在の技術における行および列は、信号がそれらに沿って伝搬することを可能にし、それらの信号に対して導電性である必要がある。一実施形態では、現在の技術の行および列は、無線周波数信号がそれらに沿って伝搬することを可能にし、導電性である必要がある。
例えば上述の手順を使用して、各列の各行から信号強度を計算した後、結果として生じる2−Dの「ヒートマップ」またの名を「マトリックス」を使用可能なタッチ事象に変換するために、後処理が行われる。一実施形態では、そのような後処理は、以下の4つの手順の少なくともいくつかを含む:フィールド平坦化、タッチポイント検知、補間、およびフレーム間のタッチ点の整合。フィールド平坦化の手順は、行と列の間のクロストークを取り除くためにオフセットレベルを減じ、および減衰により特定の行/列の組み合わせの間の振幅の差を補う。タッチ点の検知手順は、平坦化された信号の極大値を見出すことにより、粗いタッチ点を計算する。補間の手順は、粗いタッチ点に関連したデータを放物面に適合させることにより、細かいタッチ点を計算する。フレームの整合手順は、フレームにわたり計算されたタッチ点を互いに一致させる。以下に、4つの手順の各々を順に説明する。各処理工程について、実装と、可能な不良モードと、結果の例がさらに開示される。非常に低いレイテンシを必要とするがゆえに、処理工程は最適化され、および平行処理されねばならない。
タッチセンサーはさらに、タッチセンサー内の干渉や他の雑音の影響を減らすために多くの技術を利用することができる。例えば、FDMを使用するタッチセンサーの実施形態では、タッチセンサーは行ごとに複数の周波数を使用することができ、その結果、たとえセンサーがどの周波数ビンが干渉にさらされることになるかを予測することができなくても、センサーは複数の方法で各行(または列)を測定し、および雑音の最も少ない測定値(あるいは測定値の組み合わせ)を測定し、そしてそれらを使用することができる。
1.行ごとに複数の周波数を使用する。こうした周波数は同時に、または順に使用することができる。
2.行から列へ、および列から行への送信。これもまた、上記の複数の周波数の使用または変調スキームの他の組み合わせと組み合わせることができる。
3.FDMの上にCDMAを使用する、または変調スキームのいくつかの組み合わせを使用する。CDMA信号は、FDM技術によって一般に使用されるものとは異なり、基本的には「不自然」なものであり、したがってコンピューターシステムの外部環境で自然に発生する様々な信号に対して、FDM変調スキームよりも免疫があることに注目すべきである。
本開示の周波数分割変調タッチシステムは、タッチ面と接続して使用される。周波数分割変調タッチシステムは、タッチ事象が起きたかどうかを判定するために、受信信号の動力(または振幅)を判定しなければならない。動力と振幅には機能的関連または比例関係があり、これは一方が変化するともう一方も予測可能な挙動で変化することを意味する。動力は通常、対象の周波数においてFFTの実数成分と虚数成分の二乗和をとることにより算出される。二乗和の演算には、推定される信号の動力を判定するために2つのスカラー乗法と加算を、続いて振幅を判定するための平方根命令を必要とする。
受信器は、列に存在する列信号を受信するために、列に関連付けられている。さらに、本明細書に記載されるタッチシステムの受信器は、意図的に送信された行信号だけでなく、雑音と干渉も受信する。雑音と干渉は付加的であり、行信号に依存せず、および各チャネルにおいて独立している。それは以下のようにモデル化することができる:
FMTなどの周波数分割多重化(FDM)を使用するタッチシステムは上記のように相加性雑音と干渉を被りやすい。信号処理チェーンは通常、対象の各周波数における複素数の出力を提供するFFTを計算し、および動力は実数成分と虚数成分の二乗の和をとることにより算出することができる。振幅を生み出すために、動力の平方根をとる必要があり、それは計算上費用がかかる。動力または振幅の算出は、位相情報の全てを放棄する。二乗和演算は次のとおりである:
二乗和多項式を使用して原信号の動力を推定するために、特定のFFT出力ビンの複素数値およびA(f)を用いて以下を算出する:
送信された位相が受信器に対して一定でない場合、センサー上のタッチは送信器と受信器との間に位相変化を引き起こし、または位相が不正確に測定され、その結果、原信号の位相が一定せず、またはそうでなければ演算で使用される「既知の」位相と一致しないだろう。
Claims (15)
- コンダクタの第1のセットとコンダクタの第2のセットを有するタッチ面との接続のための、信号対雑音比を改善したタッチ検知器であって、該タッチ検知器は:
複数の原信号の固有の信号をコンダクタの第1のセットの各々に送信するのに適した信号エミッタであって、複数の原信号の各々はそれぞれ初位相とそれぞれの周波数を有し、および原信号の各々は他の原信号の各々に直交する周波数である、信号エミッタ;
コンダクタの第2のセットに存在する信号を受信するための、コンダクタの第2のセットの各々に関連付けられた受信器;および、
信号プロセッサであって、
(i)各々の受信した信号について、複数の原信号の各々のそれぞれの周波数に関する同相成分および直交成分の判定であって、同相成分および直交成分の各ペアがそれぞれの周波数で受信された信号の成分を反映するベクトルを定義する、判定;
(ii)対応するそれぞれの位相において各原信号を表す単位ベクトルと、判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することによるそれぞれの周波数の各々についての推定値の判定、および、
(iii)前記推定値に基づいてタッチ面でのタッチの特定、
に適した信号プロセッサ、を含む、タッチ検知器。 - 信号プロセッサおよび受信器は同じコンポーネントの一部であることを特徴とする、請求項1に記載のタッチ検知器。
- 複数の原信号のうちの1つの各初位相は、複数の原信号のうちの他の各初位相とは異なることを特徴とする、請求項1に記載のタッチ検知器。
- タッチ検知器であって、該タッチ検知器は:
第1と第2の行コンダクタおよび列コンダクタであって、指を接近させることによる静電容量の効果が、列コンダクタと、第1と第2の行コンダクタの少なくとも1つとの間の結合の変化を引き起こすように配置される、第1と第2の行コンダクタおよび列コンダクタ;
第1と第2の信号エミッタであって、第1の行コンダクタ上の第1の位相において第1の周波数を有する第1の信号、および第2の行コンダクタ上の第2の位相において第2の周波数を有する第2の信号を送信するのに適しており、第1と第2の信号の各々が互いに直交している、第1と第2の信号エミッタ;
列コンダクタに存在する信号を受信するために列コンダクタに関連付けられた受信器;
信号プロセッサであって、
受信された信号の第1と第2の周波数の同相成分と直交成分を判定し;
対応する第1の位相において第1の周波数を表す第1のベクトルと、第1の周波数の判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することにより第1の周波数の第1の推定値を判定し、
対応する第2の位相において第2の周波数を表す第2のベクトルと、第2の周波数の判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することにより第2の周波数の第2の推定値を判定し、
第1の推定値と第2の推定値に基づいてタッチを検知する、
のに適した信号プロセッサ、
を含む、タッチ検知器。 - 第1の推定値と第2の推定値の少なくとも1つは振幅の推定値に比例することを特徴とする、請求項4に記載のタッチ検知器。
- 信号プロセッサは1つ以上の信号プロセッサユニットを含み、1つ以上の信号プロセッサユニットの各々は:
受信された信号の第1と第2の周波数の同相成分と直交成分の判定;
対応する第1の位相において第1の周波数を表す第1のベクトルと、第1の周波数の判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することによる第1の周波数の第1の推定値の判定、
対応する第2の位相において第2の周波数を表す第2のベクトルと、第2の周波数の判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することによる第2の周波数の第2の推定値の判定、
第1の推定値と第2の推定値に基づくタッチの検知、
の動作の少なくとも1つを行うのに適しており、
1つ以上の信号プロセッサユニットはすべて、前記動作の全てをまとめて行う、
ことを特徴とする、請求項4に記載のタッチ検知器。 - タッチ検知器であって:
第1の行コンダクタと第1の列コンダクタであって、第1の行コンダクタの経路が第1の列コンダクタの経路と交差するように配置される、第1の行コンダクタと第1の列コンダクタ;
第1の行コンダクタ上の第1の位相において第1の周波数を有する第1の信号を送信するのに適した信号エミッタ;
第1の列コンダクタに存在する信号を受信するために第1の列コンダクタに関連付けられた受信器;
信号プロセッサであって、
第1の列コンダクタ上で受信された信号の第1の周波数の同相成分と直交成分の判定であって、同相成分および直交成分が第1の周波数で受信された信号の成分を反映するベクトルを定義する、判定、および、
第1の位相において第1の周波数を表す単位ベクトルと、判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することによる第1の周波数のタッチに関係する推定値の判定、
に適した信号プロセッサ、
を含むタッチ検知器。 - 信号プロセッサは1つ以上の信号プロセッサユニットを含み、1つ以上の信号プロセッサユニットの各々は:
受信された信号の第1の周波数の同相成分と直交成分の判定;および、
第1の位相において第1の周波数を表す単位ベクトルと、判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することによる第1の周波数のタッチに関係する推定値の判定、
の少なくとも1つの動作を行うのに適しており;および、
1つ以上の信号プロセッサユニットはすべて、両方の動作をまとめて行う、
ことを特徴とする、請求項7に記載のタッチ検知器。 - 少なくとも1つの追加の列コンダクタをさらに含み、少なくとも1つの追加の列コンダクタの経路が第1の行コンダクタの経路と交差するように配置されることを特徴とする、請求項7に記載のタッチ検知器。
- 受信器は、少なくとも1つの追加の列コンダクタ上に存在する信号を受信するために、少なくとも1つの追加の列コンダクタに関連付けられ、および、
信号プロセッサは:
少なくとも1つの追加の列コンダクタ上で受信された信号の第1の周波数の同相成分と直交成分の判定;
第1の位相において第1の周波数を表す単位ベクトルと、少なくとも1つの追加の列コンダクタ上で受信された信号について判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することによる第1の周波数のタッチに関係する別の推定値の判定、および、
タッチに関係する測定値およびタッチに関係する別の測定値に基づくタッチの特定、
にさらに適している
ことを特徴とする、請求項9に記載のタッチ検知器。 - 少なくとも1つの追加の列コンダクタは複数の追加の列コンダクタであり、および複数の追加の列コンダクタの各々は、各々の経路が第1の行コンダクタの経路と交差するように配置されることを特徴とする、請求項9に記載のタッチ検知器。
- タッチ検知器上のタッチ情報を検知するための方法であって、
該タッチ検知器は、第1と第2の行コンダクタおよび少なくとも1つの列コンダクタであって、指を接近させることによる静電容量の効果が、列コンダクタと、第1と第2の行コンダクタの少なくとも1つとの間の結合の変化を引き起こすように配置される、第1と第2の行コンダクタおよび少なくとも1つの列コンダクタを含み、該タッチ検知器はさらに、少なくとも1つの列コンダクタに関連付けられた受信器と、少なくとも1つの信号プロセッサを含み、
該方法は:
第1と第2の信号をそれぞれ第1と第2の行コンダクタ上に送信する工程であって、第1の信号は第1の周波数および第1の位相にあり、および第2の信号は第2の周波数および第2の位相にあり、第1と第2の周波数は互いに直交する、工程と、
列コンダクタに存在する信号を受信する工程と、
受信された信号の第1の周波数の同相成分と直交成分を判定する工程であって、第1の周波数の同相成分および直交成分が第1の周波数で受信された信号の成分を反映する第1のベクトルを定義する、工程と、
第1の位相において第1の信号を表すベクトルと、第1のベクトルの点乗積を計算することにより第1の周波数の第1の推定値を判定する工程と、
受信された信号の第2の位相において第2の周波数の同相成分および直交成分を判定する工程であって、第2の周波数の同相成分および直交成分が第2の周波数で受信された信号の成分を反映する第2のベクトルを定義する、工程と、
第2の位相において第2の信号を表す第2のベクトルと、前記第2のベクトルの点乗積を計算することにより第2の周波数の第2の推定値を判定する工程と、
検知された推定値を反映するマトリックスを生成する工程と、
を含む方法。 - タッチを判定するためにマトリックスを使用する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- タッチ検知器上のタッチ事象を検知するための方法であって、
該タッチ検知器は、第1と第2の行コンダクタおよび少なくとも1つの列コンダクタであって、指を接近させることによる静電容量の効果が、列コンダクタと、第1と第2の行コンダクタの少なくとも1つとの間の結合の変化を引き起こすように配置される、第1と第2の行コンダクタおよび少なくとも1つの列コンダクタを含み、該タッチ検知器はさらに、少なくとも1つの列コンダクタに関連付けられた受信器と少なくとも1つの信号プロセッサを含み、
該方法は:
第1と第2の信号をそれぞれ第1と第2の行コンダクタ上に送信する工程であって、第1の信号は第1の周波数および第1の位相にあり、および第2の信号は第2の周波数および第2の位相にあり、第1と第2の周波数は互いに直交する、工程;
列コンダクタに存在する信号を受信する工程;
受信された信号に存在する第1と第2の信号の各々の量の変化を判定する工程;および、
受信された信号に存在する第1と第2の信号の少なくとも1つの量の変化に基づいてタッチ事象を特定する工程を含み、
受信された信号に存在する第1と第2の信号の各々の量の変化を判定する工程が、
第1の時間に受信された信号中の第1の周波数の同相成分および直交成分を判定し、ならびに、第1の位相において第1の周波数を表す単位ベクトルと、第1の時間における受信された信号中の第1の周波数の判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することにより第1の周波数のタッチに関連する第1の推定値を判定する工程と、
第1の時間に受信された信号中の第2の周波数の同相成分および直交成分を判定し、ならびに、第2の位相において第2の周波数を表す単位ベクトルと、第1の時間における受信された信号中の第2の周波数の判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することにより第2の周波数のタッチに関連する第1の推定値を判定する工程と、
第2の時間に受信された信号中の第1の周波数の同相成分および直交成分を判定し、ならびに、第1の位相において第1の周波数を表す単位ベクトルと、第2の時間における受信された信号中の第1の周波数の判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することにより第1の周波数のタッチに関連する第2の推定値を判定する工程と、
第2の時間に受信された信号中の第2の周波数の同相成分および直交成分を判定し、ならびに、第2の位相において第2の周波数を表す単位ベクトルと、第2の時間における受信された信号中の第2の周波数の判定された同相成分および直交成分によって表されるベクトルの点乗積を計算することにより第2の周波数のタッチに関連する第2の推定値を判定する工程と、
第1の周波数のタッチに関連する第1の推定値を、第2の周波数のタッチに関連する第2の推定値と比較し、ならびに、第2の周波数のタッチに関連する第1の推定値を、第2の周波数のタッチに関連する第2の推定値と比較する工程であって、それによって、受信された信号に存在する第1の信号と第2の信号の各々の量の変化を判定する、工程、
を含む、方法。 - タッチ検知器であって:
第1と第2の行コンダクタおよび列コンダクタであって、第1と第2の行コンダクタの経路が列コンダクタの経路と交差するように配置される、第1と第2の行コンダクタおよび列コンダクタ;
第1と第2の行コンダクタ各々の上の第1と第2の信号の1つを同時に送信するのにそれぞれ適した第1と第2の信号エミッタ;
互いに直交しない2つの信号の各々であって、位相と振幅の群から選択されたものにおいて第1の信号が第2の信号とは異なる、2つの信号の各々;
列コンダクタに存在する信号を受信するために列コンダクタに関連付けられた受信器;
信号プロセッサであって、
受信された信号における第1と第2の信号の組み合わせの同相成分と直交成分の判定であって、同相成分と直交成分が組み合わされたベクトルを定義する、判定、
その位相において2つの信号の1つに対応するベクトルと組み合わされたベクトルの点乗積を計算することによる2つの信号の少なくとも1つのタッチに関係する測定値の判定、および、
測定値を用いるタッチを反映するヒートマップの生成、
に適した信号プロセッサ、
を含むことを特徴とするタッチ検知器。
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