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技術 加重マスクを用いた単数および複数の指の抽出および位置計算

出願人 サーク・コーポレーション
発明者 レイトン,マイケル・ディー
出願日 2013年3月28日 (8年2ヶ月経過) 出願番号 2015-503581
公開日 2015年4月27日 (6年1ヶ月経過) 公開番号 2015-512544
状態 特許登録済
技術分野 位置入力装置
主要キーワード 電極グリッド 部分合計 接触強度 スムージング関数 検知ライン マスク要素 位置結果 合計結果
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年4月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (15)

課題・解決手段

各指について加重マスクを用いた単数および複数の指の抽出および位置計算のための方法であり、各指のマスクは、各指の以前の位置を用いて計算され、測定結果重複するときに、結果がマスクに従って配分され、各位置の結果がそのマスクに従ってスケーリングされ、全ての重複したマスクの合計によって分配されるそのマスクによってスケーリングされる。

概要

背景

量感応型タッチパッドには様々な設計がある。いずれの容量感応型タッチパッドであれ、どのように変更すれば本発明を用いて動作可能になるかより良く理解するためには、基礎技術を調べることが有用である。

CIRQUE(登録商標)Corporation製のタッチパッドは、相互容量検知デバイスであり、一例を図1にブロック図として示す。このタッチパッド10では、X(12)およびY(14)電極ならびに検知電極16の格子が、タッチパッドのタッチ感応エリア18を規定するために用いられる。通例、タッチパッド10は約16×12電極、または空間に制約があるときには8×6電極の矩形格子である。これらX(12)およびY(14)(または行および列)電極には、1つの検知電極16が織りまぜられる。全ての位置測定は検知電極16を通じて行われる。

CIRQUE(登録商標)Corporation製のタッチパッド10は、検知ライン16上における電荷不均衡を測定する。タッチパッド10上またはその近傍に指示物体(pointing object)がない場合、タッチパッド回路20は均衡状態にあり、検知ライン16上には電荷の不均衡はない。指示物体がタッチ表面(タッチパッド10の検知エリア18)に接近またはタッチしたときの容量性結合のために、指示物体が不均衡を生ずると、電極12,14上に容量変化が生ずる。測定するのは容量の変化量であって、電極12,14上における絶対容量値ではない。タッチパッド10は、検知ライン上において均衡を再確立するため即ち再現するために、検知ライン16に注入すべき電荷量を測定することによって、容量変化量を判定する。

以上のシステムは、タッチパッド10上またはその近傍にある指の位置を、以下のようにして判定するために利用される。この例では、行電極12について説明するが、列電極14についても同様に繰り返される。行および列電極の測定から得られた値が、タッチパッド10上またはその近傍にある指示物体の重心である交点を決定する。

第1ステップでは、P,N発生器22からの第1信号によって第1組の行電極12が駆動され、P,N発生器からの第2信号によって、異なるが隣接する第2組の行電極が駆動される。タッチパッド回路20は、どの行電極が指示物体に最も近いかを示す相互容量測定デバイス26を用いて、検知ライン16から値を得る。しかしながら、マイクロコントローラ28の制御下にあるタッチパッド回路20は、行電極のどちら側に指示物体が位置するか未だ判定することができず、タッチパッド回路20は、指示物体が電極からどの位離れて位置するか判定することもできない。このため、このシステムは、駆動される電極12のグループを1電極だけシフトする。言い換えると、グループの一方側に電極を追加し、グループの逆側にある電極はもはや駆動されない。次いで、新たなグループがP,N発生器によって駆動され、検知線16の第2測定値が取り込まれる。

これら2つの測定値から、行電極のどちら側に指示物体が位置するのか、そしてどれ位離れて位置するのか判定することが可能になる。次いで、2つの測定された信号の振幅を比較する式を用いて、指示物体の位置判定を行う。

CIRQUE(登録商標)Corporation製タッチパッドの感度または分解能は、16×12格子の行および列電極が含意するよりも遥かに高い。分解能は、通例、1インチ当たり約960カウント以上である。正確な分解能は、コンポーネントの感度、同じ行および列上にある電極12,14間の間隔、そして本発明にとっては重要でないその他の要因によって決定される。

以上のプロセスは、P,N発生器24を用いて、Y即ち列電極14に対して繰り返される。
CIRQUE(登録商標)Corporation製タッチパッドはXおよびY電極12,14の格子、ならびに別個の単独検知電極16を使用するが、多重化を用いることによって、検知電極16もXまたはY電極12,14にすることができる。

1本以上の指が電極のアレイまたはグリッドによって検出されるとき、各電極は、指の一部または近くの指の存在に対応する信号を受け取ることができる。従来技術は、指の位置を生じさせる周知の「加重平均アルゴリズムを使用することができる。

本発明の利点を理解するために、加重平均アルゴリズムを詳細に理解することが重要である。それ故、加重平均アルゴリズムについて説明を行う。要約すると、或る起点(origin)が選択され、結果のアレイが有する各結果には、該結果の起点からの距離に比例する加重が与えられる。加重平均は合計され、結果が非加重の合計によって分配(devide)される。

この結果は、選択された次元において起点からの指の位置となる。つまり、線形アレイのような単一の次元を有するタッチ・センサが用いられ、単一の加重平均計算が実行されて、選択した起点からの指の位置が決定される。

概要

各指について加重マスクを用いた単数および複数の指の抽出および位置計算のための方法であり、各指のマスクは、各指の以前の位置を用いて計算され、測定結果重複するときに、結果がマスクに従って配分され、各位置の結果がそのマスクに従ってスケーリングされ、全ての重複したマスクの合計によって分配されるそのマスクによってスケーリングされる。

目的

本発明の第1実施形態は、加重マスクを用いてノイズの影響を低減させると共に、位置計算のためのスムージング関数を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

タッチセンサ上の単一のオブジェクトの位置を改善する方法であって、1)電極の2次元グリッドに含まれるタッチ・センサを設けるステップであって、各次元において前記電極の各々にはインデックス値が0から最高インデックス値まで割り当てられる、ステップと、2)前記電極のグリッドから取得される信号を用いて、前記電極のグリッドの第1次元において前記単一オブジェクトの位置を基準位置として決定するステップと、3)前記基準位置を用いて第1加重マスクを生成するステップと、4)前記第1加重マスクを適用して、前記第1次元において前記単一オブジェクトの改善位置を取得するステップとを含む、方法。

請求項2

請求項1記載の方法であって、更に、1)前記電極のグリッドに対し、第2次元において前記単一オブジェクトの位置を基準位置として決定するステップと、2)前記基準位置を用いて第2加重マスクを生成するステップと、3)前記第2加重マスクを適用して、前記第2次元において前記単一オブジェクトの改善位置を取得するステップとを含む、方法。

請求項3

請求項1記載の方法であって、更に、前記改善位置のノイズを低減させるステップであって、1)信号が前記基準位置の中心から有効なものとみなされることになる最大距離値を選択するステップと、2)前記基準位置からの各電極の距離を記録する第1アレイを生成するステップと、3)各前記電極についてのクリッピングされた信号値を記録する第2アレイを生成するステップであって、前記クリッピングされた信号値は、前記基準位置からの電極の距離が前記最大距離値未満である場合に前記距離に等しく、前記電極の距離が前記最大距離値よりも大きい場合に前記最大距離値に等しい、ステップと、4)前記第2アレイの各値をスケーリングして第3アレイを取得するステップと、5)前記第3アレイの各値に関数を適用して、第4アレイを取得するステップと、6)前記第4アレイの各値を丸めて、前記単一オブジェクトの前記改善位置を取得するのに用いることができる前記加重マスクを規定する第5アレイを取得するステップとによるステップを含む、方法。

請求項4

請求項3記載の方法において、前記第3アレイの各値に適用される前記関数が余弦2乗関数である、方法。

請求項5

請求項3記載の方法であって、更に、少なくとも1つの前記オブジェクトについての前記改善位置を取得するステップであって、1)各電極のインデックス値を前記第5アレイの対応する値で乗算して、これにより第6アレイにおいて前記加重マスクを適用するステップと、2)前記第6アレイの全ての値を総計して、信号値の総計強度を取得するステップと、3)前記第6アレイの各値を対応する電極のインデックス値で乗算して、加重した第7アレイを取得するステップと、4)前記第7アレイの全ての値を総計して、信号値の総計加重強度を取得するステップと、5)前記信号値の総計荷重強度を、前記信号値の総計強度で除算して、前記第1次元において前記改善位置を取得するステップとによるステップを含む、方法。

請求項6

位置計算においてノイズの影響を低減させる、タッチ・センサ上の少なくとも1つのオブジェクトの位置を決定する方法であって、1)電極の2次元グリッドに含まれるタッチ・センサを設けるステップであって、各次元において前記電極の各々にはインデックス値が0から最高インデックス値まで割り当てられる、ステップと、2)前記電極のグリッドから取得される信号を用いて、前記電極のグリッドの第1次元において前記少なくとも1つのオブジェクトの位置を基準位置として決定するステップと、3)前記基準位置を用いて第1加重マスクを生成するステップであって、前記第1加重マスクが該第1加重マスクを生成するのに用いられる信号をクリッピングし、その結果、選択した前記基準位置からの距離を超えるノイズ信号を除外し、含まれるが、前記基準位置から離れて生じる信号に与えられた加重を低減させる、ステップと、4)前記第1加重マスクを適用して、前記第1次元において前記少なくとも1つのオブジェクトの改善位置を取得するステップとを含む、方法。

請求項7

タッチ・センサ上の2つのオブジェクトの位置を改善する方法であって、1)電極の2次元グリッドに含まれるタッチ・センサを設けるステップであって、各次元において前記電極の各々にはインデックス値が0から最高インデックス値まで割り当てられる、ステップと、2)前記電極のグリッドから取得される信号を用いて、前記電極のグリッドの第1次元において前記2つのオブジェクトの位置を、第1オブジェクト基準位置および第2オブジェクト基準位置として決定するステップと、3)前記第1オブジェクト基準位置を用いて第1オブジェクト加重マスクを生成すると共に、前記第2オブジェクト基準位置を用いて第2オブジェクト加重マスクを生成するステップと、4)前記第1オブジェクト加重マスクを適用して、前記第1次元において改善した第1オブジェクト位置を取得すると共に、前記第2オブジェクト加重マスクを適用して、前記第1次元において改善した第1オブジェクト位置を取得するステップとを含む、方法。

請求項8

請求項7記載の方法であって、更に、1)前記電極のグリッドに対し、第2次元において前記2つのオブジェクトの位置を、第1オブジェクト基準位置および第2オブジェクト基準位置として決定するステップと、2)前記第2次元において前記第1オブジェクト基準位置を用いて第1オブジェクト加重マスクを生成すると共に、前記第2次元において前記第2オブジェクト基準位置を用いて第2オブジェクト加重マスクを生成するステップと、3)前記第1オブジェクト加重マスクを適用して、前記第2次元において改善した第1オブジェクト位置を取得すると共に、前記第2オブジェクト加重マスクを適用して、前記第2次元において改善した第2オブジェクト位置を取得するステップとを含む、方法。

請求項9

請求項7記載の方法であって、更に、前記第1オブジェクトの改善位置のノイズを低減させると共に、加重マスクが生じるときに該加重マスクを重複させるために補償するステップであって、1)信号が前記第1オブジェクト基準位置の中心から有効なものとみなされることになる最大距離値を選択するステップと、2)前記第1オブジェクト基準位置からの各電極の距離を記録する第1オブジェクトの第1アレイを生成するステップと、3)各前記電極についてのクリッピングされた信号値を記録する前記第1オブジェクトの第2アレイを生成するステップであって、前記クリッピングされた信号値は、前記第1オブジェクト基準位置からの電極の距離が前記最大距離値未満である場合に前記距離に等しく、前記電極の距離が前記最大距離値よりも大きい場合に前記最大距離値に等しい、ステップと、4)前記第1オブジェクトの第2アレイの各値をスケーリングして第1オブジェクトの第3アレイを取得するステップと、5)前記第1オブジェクトの第3アレイの各値に関数を適用して、第1オブジェクトの第4アレイを取得するステップと、6)前記第1オブジェクトの第4アレイの各値を丸めて、前記第1オブジェクトの改善した位置を取得するのに用いることができる前記第1オブジェクトの加重マスクを規定する第1オブジェクトの第5アレイを取得するステップとによるステップを含む、方法。

請求項10

請求項9記載の方法において、前記第1オブジェクトの第3アレイの各値に適用される前記関数が余弦2乗関数である、方法。

請求項11

請求項9記載の方法であって、更に、前記第2オブジェクトの改善位置のノイズを低減させると共に、加重マスクが生じるときに該加重マスクを重複させるために補償するステップであって、1)信号が前記第2オブジェクト基準位置の中心から有効なものとみなされることになる最大距離値を選択するステップと、2)前記第2オブジェクト基準位置からの各電極の距離を記録する第2オブジェクトの第1アレイを生成するステップと、3)各前記電極についてのクリッピングされた信号値を記録する前記第2オブジェクトの第2アレイを生成するステップであって、前記クリッピングされた信号値は、前記第2オブジェクト基準位置からの電極の距離が前記最大距離値未満である場合に前記距離に等しく、前記電極の距離が前記最大距離値よりも大きい場合に前記最大距離値に等しい、ステップと、4)前記第2オブジェクトの第2アレイの各値をスケーリングして第2オブジェクトの第3アレイを取得するステップと、5)前記第2オブジェクトの第3アレイの各値に関数を適用して、第2オブジェクトの第4アレイを取得するステップと、6)前記第2オブジェクトの第4アレイの各値を丸めて、前記第2オブジェクトの改善位置を取得するのに用いることができる前記第2オブジェクトの加重マスクを規定する第2オブジェクトの第5アレイを取得するステップとによるステップを含む、方法。

請求項12

請求項11記載の方法において、前記第2オブジェクトの第3アレイの各値に適用される前記関数が余弦2乗関数である、方法。

請求項13

請求項11記載の方法であって、更に、前記第1オブジェクトについて前記改善位置を取得するステップであって、1)前記第1オブジェクトの第4アレイおよび前記第2オブジェクトの第4アレイを加算して、加重マスクの合計のアレイを生成するステップと、2)各電極のインデックス値を前記第1オブジェクトの第5アレイの対応する値で乗算し、次いで、加重マスクの合計のアレイの値で除算される、前記第1オブジェクトの第5アレイの値で乗算して、これにより、第1オブジェクトの第6アレイにおいて前記第1オブジェクトの加重マスクを適用するステップと、3)前記第1オブジェクトの第6アレイの全ての値を合計して、重複するマスクによって配分される信号値について第1オブジェクトの総計強度を取得するステップと、4)前記第1オブジェクトの第6アレイの各値を、対応する電極インデックス値で乗算し、加重された第1オブジェクトの第7アレイを取得するステップと、5)前記第1オブジェクトの第7アレイの全ての値を合計して、重複するマスクによって配分された信号値について第1オブジェクトの総計加重強度を取得するステップと、6)前記信号値について前記第1オブジェクトの総計加重強度を、前記信号値について前記第1オブジェクトの総計強度で除算して、第2次元での前記第1オブジェクトの改善位置を取得するステップとによるステップを含む、方法。

請求項14

請求項11記載の方法であって、更に、前記第2オブジェクトについて前記改善位置を取得するステップであって、1)前記第1オブジェクトの第4アレイおよび前記第2オブジェクトの第4アレイを加算して、加重マスクの合計のアレイを生成するステップと、2)各電極のインデックス値を前記第2オブジェクトの第5アレイの対応する値で乗算し、次いで、加重マスクの合計のアレイの値で除算される、前記第2オブジェクトの第5アレイの値で乗算して、これにより、第2オブジェクトの第6アレイにおいて前記第2オブジェクトの加重マスクを適用するステップと、3)前記第2オブジェクトの第6アレイの全ての値を合計して、重複するマスクによって配分される信号値について第2オブジェクトの総計強度を取得するステップと、4)前記第2オブジェクトの第6アレイの各値を、対応する電極インデックス値で乗算し、加重された第2オブジェクトの第7アレイを取得するステップと、5)前記第2オブジェクトの第7アレイの全ての値を合計して、重複するマスクによって配分された信号値について第2オブジェクトの総計加重強度を取得するステップと、6)前記信号値について前記第2オブジェクトの総計加重強度を、前記信号値について前記第2オブジェクトの総計強度で除算して、第2次元での前記第1オブジェクトの改善位置を取得するステップとによるステップを含む、方法。

技術分野

0001

本発明は、全般的タッチパッドおよびタッチスクリーンを含むタッチセンサに関するものである。より詳細には、本発明は、1本以上の指が電極グリッドにより検出されるときの位置計算についての方法である。電極グリッドでは、各電極が、近くにある指の存在に対応する信号を有することができる。

背景技術

0002

量感応型タッチパッドには様々な設計がある。いずれの容量感応型タッチパッドであれ、どのように変更すれば本発明を用いて動作可能になるかより良く理解するためには、基礎技術を調べることが有用である。

0003

CIRQUE(登録商標)Corporation製のタッチパッドは、相互容量検知デバイスであり、一例を図1ブロック図として示す。このタッチパッド10では、X(12)およびY(14)電極ならびに検知電極16の格子が、タッチパッドのタッチ感応エリア18を規定するために用いられる。通例、タッチパッド10は約16×12電極、または空間に制約があるときには8×6電極の矩形格子である。これらX(12)およびY(14)(または行および列)電極には、1つの検知電極16が織りまぜられる。全ての位置測定は検知電極16を通じて行われる。

0004

CIRQUE(登録商標)Corporation製のタッチパッド10は、検知ライン16上における電荷不均衡を測定する。タッチパッド10上またはその近傍に指示物体(pointing object)がない場合、タッチパッド回路20は均衡状態にあり、検知ライン16上には電荷の不均衡はない。指示物体がタッチ表面(タッチパッド10の検知エリア18)に接近またはタッチしたときの容量性結合のために、指示物体が不均衡を生ずると、電極12,14上に容量変化が生ずる。測定するのは容量の変化量であって、電極12,14上における絶対容量値ではない。タッチパッド10は、検知ライン上において均衡を再確立するため即ち再現するために、検知ライン16に注入すべき電荷量を測定することによって、容量変化量を判定する。

0005

以上のシステムは、タッチパッド10上またはその近傍にある指の位置を、以下のようにして判定するために利用される。この例では、行電極12について説明するが、列電極14についても同様に繰り返される。行および列電極の測定から得られた値が、タッチパッド10上またはその近傍にある指示物体の重心である交点を決定する。

0006

第1ステップでは、P,N発生器22からの第1信号によって第1組の行電極12が駆動され、P,N発生器からの第2信号によって、異なるが隣接する第2組の行電極が駆動される。タッチパッド回路20は、どの行電極が指示物体に最も近いかを示す相互容量測定デバイス26を用いて、検知ライン16から値を得る。しかしながら、マイクロコントローラ28の制御下にあるタッチパッド回路20は、行電極のどちら側に指示物体が位置するか未だ判定することができず、タッチパッド回路20は、指示物体が電極からどの位離れて位置するか判定することもできない。このため、このシステムは、駆動される電極12のグループを1電極だけシフトする。言い換えると、グループの一方側に電極を追加し、グループの逆側にある電極はもはや駆動されない。次いで、新たなグループがP,N発生器によって駆動され、検知線16の第2測定値が取り込まれる。

0007

これら2つの測定値から、行電極のどちら側に指示物体が位置するのか、そしてどれ位離れて位置するのか判定することが可能になる。次いで、2つの測定された信号の振幅を比較する式を用いて、指示物体の位置判定を行う。

0008

CIRQUE(登録商標)Corporation製タッチパッドの感度または分解能は、16×12格子の行および列電極が含意するよりも遥かに高い。分解能は、通例、1インチ当たり約960カウント以上である。正確な分解能は、コンポーネントの感度、同じ行および列上にある電極12,14間の間隔、そして本発明にとっては重要でないその他の要因によって決定される。

0009

以上のプロセスは、P,N発生器24を用いて、Y即ち列電極14に対して繰り返される。
CIRQUE(登録商標)Corporation製タッチパッドはXおよびY電極12,14の格子、ならびに別個の単独検知電極16を使用するが、多重化を用いることによって、検知電極16もXまたはY電極12,14にすることができる。

0010

1本以上の指が電極のアレイまたはグリッドによって検出されるとき、各電極は、指の一部または近くの指の存在に対応する信号を受け取ることができる。従来技術は、指の位置を生じさせる周知の「加重平均アルゴリズムを使用することができる。

0011

本発明の利点を理解するために、加重平均アルゴリズムを詳細に理解することが重要である。それ故、加重平均アルゴリズムについて説明を行う。要約すると、或る起点(origin)が選択され、結果のアレイが有する各結果には、該結果の起点からの距離に比例する加重が与えられる。加重平均は合計され、結果が非加重の合計によって分配(devide)される。

0012

この結果は、選択された次元において起点からの指の位置となる。つまり、線形アレイのような単一の次元を有するタッチ・センサが用いられ、単一の加重平均計算が実行されて、選択した起点からの指の位置が決定される。

発明が解決しようとする課題

0013

理想的な「1本の指」の場合(すなわち、各結果が近い指の存在の測定から構成される場合)、加重平均アルゴリズムは、大部分の状況のために適切に実行する。
しかしながら、2本以上の指が存在するような実世界の場合は、加重平均アルリムズの使用について少なくとも2つの課題があり、1本または複数本の指の位置が不正確になるという結果となることがある。第1の課題は、ノイズである。実際のところ、幾らかのランダム・ノイズ・エラーが測定され、結果に格納される場合に、位置結果は非常に不正確となる場合がある。このことは、1本の指が実際の指の位置から離れたタッチ・センサ上の位置に存在することを示す測定値の誤差が、計算した加重平均位置において不均衡に大きく加重されることになるからである。したがって、不正確な結果をもたらすランダム・ノイズの影響を最小化することができることが、従来技術に対する利点となるであろう。

0014

1本の指の実際の場所から離れて発生するノイズが不正確な位置結果をもらたすことがあるということが直観的に明白である一方で、1本の指の端の近傍で発生するノイズはまた課題を生じさせる。指の端の近くでノイズが発生するときに、測定される信号のどの部分がノイズによるものか、また測定される信号のどの部分が有効な位置信号によるものかについて知ることは不可能である。したがって、より正確な位置測定は、指の端の近傍でのノイズの影響を最小化できる場合に行うことができる。

0015

第2の課題は、タッチ・センサ上に存在する指が複数本ある場合に生じる。指が離れているときには、各指の正確な位置を決定することに関する課題は存在しない。しかしながら、測定されるときに2本以上の指が相互に近くにあるときは、幾らかの位置測定は、測定されていない指からの信号を含む。双方の指に対する位置測定は、目下、他の指からの幾らかの信号を含む。ノイズに関して、従来技術の平均加重アルゴリズムを用いると、所与の結果のどの部分が各指からのものであるかを知ることは不可能であり、また、結果をまたはクリッピングすることは、非連続的なやり方位置誤差およびジッターを与える。

0016

したがって、指から離れたノイズを除去でき、指のより近くで測定されるノイズの異境を最小化できること、および位置が測定されている指の近くにある指の影響を最小化できることは、従来技術に対する利点となる。

課題を解決するための手段

0017

好適な実施形態では、本発明は、単数または複数本の指の抽出および各指の加重マスクを用いた位置計算のための方法である。各指のマスクは、各指の以前の位置を用いて計算され、測定した結果が重複すると、結果は、各位置結果がそのマスクに基づいてスケーリングされ、また全ての重複するマスクの合計により分配されるそのマスクによってスケーリングされる。

0018

これらのそして他の目的、特徴、利点および本発明の他の態様は、添付の図面と組み合わせて、以下の詳細な説明を考慮することから当業者にとって明らかとなろう。

図面の簡単な説明

0019

図1は、CIRQUE(登録商標)社によって製造され、本発明の原理に従って動作できる容量感応型のタッチ・センサの構成要素についてのブロック図である。
図2は、8X8の電極アレイの平面図である。
図3は、2次元のタッチ・センサ30で測定される信号を表すスプレッドシートである。
図4は、加重平均アルゴリズムの幾らかの欠点を示すために設けられるスプレッドシートである。
図5は、1次元における本発明の第1実施形態を示すために設けられるスプレッドシートである。
図6は、図5のスプレッドシートからのX位置データを例示するグラフである。
図7は、加重マスクを生成する基本ステップを示すフローチャートである。
図8は、加重マスクを生成するより詳細なステップを示すフローチャートである。
図9は、図5で計算される余弦2乗関数についての加重マスクを例示するために設ける。
図10は、タッチ・センサ30によって検出される重複した位置結果を有する2本の指に対して実行される計算を示すスプレッドシートとして設ける。
図11は、2本の指に対して測定される位置結果のグラフである。
図12は、第1指に対して計算される加重マスクのグラフである。
図13は、第2指に対して計算される加重マスクのグラフである。
図14は、第1指および第2指に対して配分される(apportioned)加重マスクを示すグラフである。

実施例

0020

これより、本発明の種々のエレメントに符号指定(numeral designation)を設けた図面を参照して、当業者が本発明を行い使用するのを可能にするために本発明について説明する。尚、以下の記載は、本発明の原理の説明に過ぎず、後に続く特許請求の範囲を狭めるように解釈してはならないことは言うまでない。以下の説明が本発明の原理の例示に過ぎず、後述する特許請求の範囲を狭く見てはならないことが理解されるべきである。

0021

この文書の全体にわたり「タッチセンサ」という用語の使用は、タッチパッド、タッチ・スクリーンおよびタッチ・パネルを含む如何なる容量性タッチ・センサ・デバイスをも含むことができることが理解されるべきである。

0022

加重平均アルゴリズムとの詳細な比較は、第1実施形態の利点を示すために役立つものとなる。第1実施形態がタッチセンサにおいて1つ以上の次元に適用することができることが理解されるべきである。

0023

図2は、8本のX電極32および8本のY電極34を備えるタッチ・センサ30平面図である。X電極32およびY電極34の数は重要ではなく、例示目的のために過ぎない。
図3は、信号が2次元のタッチ・センサ30で測定されている信号を表すスプレッドシートである。タッチ・センサ30は、X次元において次のように動作する加重平均アルゴリズムを用いて、指のような2次元のオブジェクトの位置を決定することができる。

0024

X電極32のみを用いて、信号強度は、測定された値に対応する位置に格納される。つまり、指は楕円36によって示される領域内にあるべきことが概略的に検出される。
第1ステップでは、ライン38に示す各列ごとの部分合計を検出する。部分合計は、次いで共に加算されて、位置40に示す指の接触強度の合計を見い出す。X次元の指の位置を決定するために、列の合計は、X電極32をカウントすることによって、Xの起点からのそれらの距離に基づいて加重される。言い換えると、各部分合計は電極数で乗算されて、ライン42に示す各列ごとの加重合計を取得する。各列ごとの加重合計は、次いで、位置44に示す加重列合計の全てを一緒に加算することによって決定される。

0025

X次元において指の位置36は加重合計44であり、接触強度の総計40によって分配され位置46に示される。おおよそのX位置3.35がノイズのない相当正確なものとなる。

0026

図4は、加重平均アルゴリズムの幾らかの欠点を示すために設けたスプレッドシートである。例えば、図4は、位置50でのノイズの導入により、指位置36について計算された位置がX次元2.71となり、実際の位置3.35とは実質的に異なる結果となることを示す。つまり、少し離れたノイズによって生じる課題が容易に認識される。指36の端にあるノイズが、大幅な位置変化の原因とはならない一方で、位置の正確性は尚も妥協され、カーソルジャンプや、他の不正確な位置を出現させる結果となる場合がある。

0027

図5は、本発明の第1実施形態を1次元で示すために設けたスプレッドシートである。なお、1次元で示される原理が如何なる次元数についても適用可能であることが理解されるべきである。また、この例では、16個のX電極があるが、電極の数には関係しないことが認識されるべきである。しかしながら、より大きな数の電極を用いることは、本発明の特定の態様を例示するために有用となる。

0028

加重平均アルゴリズムによって計算されるX次元の指の位置は、図5に示す5.17となる。図6は、図5のスプレッドシートからX次元の位置データを示したグラフである。
本発明の第1実施形態は、加重マスクを用いてノイズの影響を低減させると共に、位置計算のためのスムージング関数を提供する。

0029

一般に、第1実施形態では、以前に決定した指の位置を用いることにより開始する。加重マスクが生成されている第1時間のとき、位置は、最高水準の技術(state of the art )の加重平均アルゴリズムを用いて決定することができている。後続する以前の位置は、加重マスクを用いるか、または加重平均アルゴリズムを用いて新規に計算した位置を用いることによって決定することができる。

0030

加重マスクを生成する目的は、関数に位置計算を適用することである。その結果、指の中心の近傍の信号によって、指の端の近傍で生成される信号と比べて位置計算への影響をより大きくするのを可能にする。例えば、この関数は、釣曲線(bell curve)によって特徴付けることができる。釣鐘曲線は、信号が測定された指の中心から、信号が所与の相対距離となるであろう加重または重要度を表す。本第1実施形態では、信号が指の中心から発生する加重または重要度の点で減少することがある。

0031

釣鐘曲線は各サイドに向けてゼロとなり、指の中心から離れた測定信号が、位置計算において何らの加重や影響が与えられないことを最終的に実証している。これにより、ストレイ信号がX次元の指の計算位置を大幅に変更するという図4の課題を解決することができる。従って、加重マスクは、指の中心の近傍にあるように出現する信号に対してはより大きな加重を与え、更に離れて測定される信号に対してはより小さい加重を与える如何なる所望の関数となる。つまり、ノイズとなり且つ指の端の近傍に出現する信号は、そのノイズが位置計算に含まれる場合でさえ、加重マスクについて選択される関数が、指の端の近傍の信号への相対的に小さい加重を与える限りにおいて、計算位置への非常に少ない影響を目下有することになる。

0032

図7は、本発明の第1実施形態を用いて指の位置を決定するステップを示すフローチャートである。第1ステップでは、指の以前の位置を用いるが、基準位置を用いられように計算される。第2ステップでは、基準位置のデータを用いる加重マスクを生成する。第3ステップでは、加重マスクを基準位置データに適用し、その結果、加重マスクにより指の位置を改善(refine)するのを可能にする。

0033

図8は、図7の加重マスクを生成するステップをより詳細に説明するものである。加重マスクを生成するために、第1ステップでは、指の以前の位置を現在位置の推定として用いる。各電極について、以前の位置からの距離がライン60に示すように計算される。つまり、各結果が非ゼロのみの結果となる場合に、加重平均計算からの結果となる位置が、当該結果となる。その距離に基づいて、各結果は反比例して加重される。

0034

例えば、第1X電極は指の中心から5.1666667ユニットだけ離れていることを示す。何故ならば、指は、以前の位置として用いられている加重平均計算において5.16666667であると示されたからである。同様に、次のX電極は指の中心から4.1666667ユニットのところにあるといった具合である。この距離計算は、ライン60の全て電極の対して行われる。この距離計算は、指の中心からの距離に基づいて、信号にはがどれくらいの「加重」が与えられるべきかについて決定するために用いられることになる。指の中心から離れた信号には、加重は与えられず、中心のより近くの信号にはより多くの加重が与えられることになる。

0035

次のステップでは、距離の値をクリッピングする(clip)。換い言えれば、指の中心において特定の距離範囲内にある電極のみが、加重マスクの生成で用いられることになる。このクリッピングは、加重マスクのために選択される関数に従う。我々の例では、余弦2乗関数が、加重マスクのために用いられている。値4がクリッピング距離として選択され、その結果、指の中心からの4本の電極の距離を越える如何なる値もが値4において無視またはクリッピングされることになる。

0036

異なるクリッピング距離を選択することができる。この例では、4ユニットのクリッピング距離を例示の目的のみで用いており、制限因子とみなしてはならない。クリッピング距離は、整数または十進数としてもよい。

0037

なお、適用可能なマスク生成関数には、特に余弦2二乗関数があることがまた理解されるべきである。これは、指の中心からの距離が無い場合にこの関数は1に等しいからである。しかしながら、距離が増加するにつれて、関数はゼロへとスムーズに近づく。0マスキングが望まれる距離は、PI/2にスケーリングされ、次いで、余弦2乗関数が適用される。クリッピング距離より大きな距離に対しては、マスキングはゼロにセットされる。なお、余弦2乗関数は、無限微分可能であり、全ての導関数が連続である。これは、当該関数がまた非常にスムーズであることを意味することに留意すべきである。余弦2乗関数の他の利点は、導関数がゼロおよびPI/2の両方においてゼロと評価されるために、ジッターが指の中央および端に対して最小化されるということである。

0038

それにもかかわらず、他の関数も余弦2乗関数と類似の特性で存在することが理解されるべきである。例えば、区分的放射線(piecewise parabolic)は、或る所望の精度に従いこれらの属性の全てを呈する。従って、加重マスクのための余弦2乗関数の選択は、本発明の範囲についての制限因子とみなしてはならない。

0039

次のステップは、クリッピングした距離の値をスケーリングすることである。上述したように、余弦2乗関数を用いるときは、加重を値に配分するために、その値はPI/2によってスケーリングされる。第1電極の例では、第1スケーリング値は、PI/2で乗算され、クリッピング値(この例では4)で除算される被クリッピング値であり、これは、1.5707963に等しい。第2電極についての第2スケーリングされる値は同一である。何故ならば、被クリッピング値は共に4だからである。しかしながら、第3電極については、スケーリングされる値は、1.2435471である。スケーリングは、指の中央からの距離に基づいて各電極についてクリッピングされる全ての値に対して繰り返される。

0040

次のステップでは、余弦2乗関数をスケーリングされた値に目下適用する。これらの値は、次いで便宜上丸められて、その結果、加重マスクの値が使用可能となる。丸め値の簡単な観察について加重マスクの概念を目下例示する。例えば、インデックス値5を有する第6電極は、以前に計算した指の位置である5.16666667に非常に近くなる。第6電極の加重マスク値は0.996である。これは、第6電極からの信号が非常に大きく加重されることになるのを意味する。これと対照的に、指の端の第3電極上の信号は、第6電極からの信号についてわずかに、すなわち0.103だけ加重された信号のみを有することになる。

0041

図9は、図5で計算した余弦2乗関数についての加重マスクを例示するために設ける。
より正確には、図8のステップは以下に説明するとおりである。第1ステップでは、信号が基準位置の中心から有効とみなされることになる最大距離値を選択する。次のステップでは、基準位置からの各電極の距離を記録する第1アレイを作成する。第2アレイは、各電極についてクリッピングされた値を記録するのに用いる。クリッピングされた信号の値は、基準位置からの電極の距離が最大距離値未満である場合は当該距離と等しく、または電極の距離が最大距離値より大きい場合は最大距離値と等しい。次のステップでは、第2アレイの各値をスケーリングして、第3アレイを取得する。次いで、関数が第3アレイに適用されて、第4アレイを取得する。最後に、第4アレイの各値が丸められて、第5アレイを取得する。当該第5アレイは加重マスクを規定し、単一のオブジェクトの改善位置を取得するのに用いることができる。

0042

位置を決定するステップは、次いで、平均加重アルゴリズムで用いるのと同一のステップとなる。つまり、丸められた値が、電極数によって乗算され、ライン62に示す部分的な合計結果を取得する。加重された列の合計結果は、ライン64において計算される。

0043

最終ステップでは、次いで、加重列合計結果を部分的な合計結果によって除算し(devide)て、加重マスクを用いて改善位置を取得する。ここでは、5.105744577と示される。この改善位置は、以前に決定した位置5.16666667よりも近く、且つ正確なものとなる。

0044

上述したステップを用いて加重マスクを取得することで、各現在の結果について、その距離に対応する加重が目下存在する。言い換えれば、指の中心のより近い結果は、位置の決定に相対してより大きく(heabily)「加重」され、より離れた結果は、目下、より少なく「加重」されて与えられる。この相対的な値は結果に適用されて、位置計算で用いられている加重および非加重の合計で用いられるよりも前に、各電極について丸められた加重マスク結果を取得することができる。加重マスクは、完全な加重が適用されると指に近い結果となり、且つ指から離れた結果は加重の適用を有しないという結果となるという特徴を有する。

0045

加重マスクは、実際の指測定から取得される結果の形状と一致する傾向にある。形状およびサイズの重大なミスマッチでも、所望の結果に到達するために、許容することができる。測定した軸に対して対称となる単一の指について、加重マスクがまた、絶対位置誤差がない所に対しても十分に対称となる。

0046

マスクの形状のスムーズ性は有利であり、その結果、マスク対指位置における小さいデルタ(delta)が、結果として大きな位置変更となることはない。実際のところ、加重マスクは移動中の指と共に使用され、以前の位置についての現在の位置に対する幾らかの遅延が生じる。スムーズな加重マスクによって、位置をスムーズにキャッチアップさせる。

0047

加重マスクが単一の指の位置決定に対するノイズの影響を低減させるのに役立つことについて上記に示した。しかしながら、本発明はまた、2本以上の指が存在し、共に接近する場合にも適用することができる。2本の指が相互に接近するときに、加重マスクは重複する場合がある。それ故、本第2実施形態では、加重マスクが重複するのに十分に近接したオブジェクトの位置を決定するのに適用される。

0048

各指についての加重マスクは、各指の以前の位置を用いて、直前(just as before)に計算される。加重マスクにおいて非ゼロの加重が重複しない結果について、単一の指に対する上記アルゴリズムは代わるところはない。しかしながら、重複する結果の場合には、結果はマスクに従って配分される。各結果はここでもそのマスクに従ってスケーリングされるが、マスクが全ての重複するマスクの合計によって分配されることによってもスケールされる。なお、この配分は、マスク要素それぞれによる「結果毎の結果(result by result)」であり、結果の中には、1つの指に完全に配分されるものもあり、また、マスク要素がほぼ同一のときにおおよそ均一に分配されるものもあり、また、全てのマスクがゼロである場合に無視されるものもあることに留意すべきである。

0049

再度、マスクがスムーズであり、加重マスク位置の小さい変化のための位置ジャンプを回避することができるのは有益なことである。加重マスクの形状およびサイズが指とより良く一致することは、より正確な位置計算の結果となる。但し、加重マスクが完全に一致して正確な結果を取得することは必要ではない。

0050

なお、以前の位置を用いて現在の結果に対するマスクの位置特定をすることは、暗に指数関数的なフィルタリングとなることに留意すべきである。このフィルタリングはジッターを低減させる。また、フィルタリングは、このジッターの低減に加えて、マスク外部の結果を無視することからの結果となる。このフィルタリングは遅延を増加させる。遅延は、より多くの現在の加重マスクを計算するために、1回以上アルゴリズムを適用して、結果の位置を前進させることにより単に低減させることができる。

0051

これより、共に接近し且つ共通の電極により検出可能な位置を有する2本の指の特定の例について、図10は、実行される計算を示すスプレッドシートを提供する。
この例では、第1指が電極4にあり、第2指が電極9にあることを想定する。測定した結果は電極のインデックスで示し、図11のグラフとして示す。

0052

加重マスクを生成し次いで適用するためのステップは、単一の指に対して上記に提供したものと同一である。図12は、第1指についての加重マスクのグラフである。図13は、第2指についての計算される加重マスクのグラフである。

0053

これらのステップにおける最初の相違は、丸めた値が決定された後に、加重マスクの合計が各電極について計算され、次いで丸められるということである。
部分的な合計行、すなわち各指について配分されたマスク済みの「合計」は、電極数を余弦2乗関数で乗算することによって計算され、また、加重マスクの合計で除算された余弦2乗関数によっても乗算される。これらの値は合計されて、第1指の10.34786126として示される指の総計強度を取得する。

0054

次のステップでは、取得した位置加重に対して、電極によって配分されたマスク済み合計を乗算する。これらは、次いで、合計して第1指の加重合計45.61798597を取得する。

0055

第1指の位置は、次いで、加重され配分された合計を第1指の総計強度によって除算されることにより見いだされ、位置4.408445843を取得する。
当該ステップは第2指について繰り返され、X次元の位置8.935953568を取得する。

0056

図14は、第1指および第2指について配分された加重マスクを示すグラフである。
ステップについてのより正確な説明は、次のとおりである。第1ステップでは、信号が第1オブジェクト基準位置の中心から有効とみなされることになる最大距離値を選択し、次いで、第1オブジェクト基準位置からの各電極の距離を記録する第1オブジェクトについの第1アレイを生成する。第1オブジェクトの第2アレイが次いで生成され、各電極についてクリッピングされた信号の値を記録する。クリッピングされた信号値は、第1オブジェクトの基準位置からの電極の距離が最大距離値未満である場合は当該距離に等しく、電極の距離が最大距離値より大きい場合は最大距離値に等しい。次のステップでは、第1オブジェクトの第2アレイ内の各値をスケーリングして、第1オブジェクトの第3アレイを取得する。関数は、次いで、第1オブジェクトの第3アレイの値に適用されて、第1オブジェクトの第4アレイを取得する。これらの値は、第1オブジェクトの第4アレイで丸められ、第1オブジェクトの第5アレイを取得する。第5アレイは、第1オブジェクトの改善位置を取得するために使用することができる加重マスクを規定する。同一のステップは、第2オブジェクトすなわち指について実行される。

0057

次のステップでは、配分されたマスクを用いて各オブジェクトについて改善した位置を取得する。第1ステップでは、第1オブジェクトの第4アレイおよび第2オブジェクトの第4アレイを加算して、加重マスクの合計のアレイを生成する。次のステップでは、各電極のインデックス値を第1オブジェクトの第5アレイの対応する値で乗算し、次いで、加重マスクの合計のアレイの値で除算される、第1オブジェクトの第5アレイの値で乗算して、これにより、第1オブジェクトの第6アレイにおいて第1オブジェクトの加重マスクを適用する。

0058

次のステップでは、第1オブジェクトの第6アレイの全ての値を合計して、重複するマスクによって配分される信号の値について第1オブジェクトの総計強度を取得する。第1オブジェクトの第6アレイの各値は、対応する電極インデックス値によって乗算され、加重された第1オブジェクトの第7アレイを取得する。次のステップでは、第1オブジェクトの第7アレイの全ての値を合計して、重複するマスクによって配分された信号値について第1オブジェクトの総計加重強度を取得する。最終ステップでは、信号値について第1オブジェクトの総計加重強度を、信号値について第1オブジェクトの総計強度で除算して、第2次元での第1オブジェクトの改善位置を取得する。

0059

これら同一ステップは、第2オブジェクトについて繰り返され、改善した位置を取得する。
なお、以前の位置の計算は、加重マスク位置を生成する基礎としては用いられないことが理解されるべきである。代替として、位置の推定は、平均加重アルゴリズムから取得される現在の位置から導出される。加重マスク・アルゴリズムは、次いで、1回以上適用されて単純に位置を改善する。

0060

また、本発明は、ノイズを低減させ、1本以上の指のみの位置を正確に決定するのに限定されないことが理解されるべきである。本発明の原理は、3本以上の指に適用することができる。マスクが重複するときはいつでも、マスクは配分されて重複を考慮しなければならない。

0061

上述した構成は、本発明の原則の適用を例示するために過ぎないことが理解されるべきである。多数の修正および代替の構成が、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく当業者によって考案することができる。添付した特許請求の範囲は、このような修正および構成を包摂することを意図するものである。

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