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CN108463794B - 多模态感测表面 - Google Patents

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CN108463794B CN201680064358.8A CN201680064358A CN108463794B CN 108463794 B CN108463794 B CN 108463794B CN 201680064358 A CN201680064358 A CN 201680064358A CN 108463794 B CN108463794 B CN 108463794B
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Abstract

一种多模态感测表面包括两个叠加阵列：电容感测电极阵列和RF天线阵列。第一感测模块耦合到电容感测电极阵列，并且被配置为检测阵列中电极之间的电容的增加和减小两者。第二感测模块耦合到RF天线阵列，并且被配置为选择性地对RF天线阵列中的一个或多个进行调谐和解调谐。

Description

多模态感测表面
背景技术
电容式多点触摸表面可以检测一个或多个手指在表面上的位置，但是不能唯一地标识表面上所放置的对象。使用相机/投影仪系统或传感器像素技术的光学多点触控桌子具有标识配备有可视标记的对象以及感测多点触摸用户输入的能力。然而，这样的桌子很大，具有刚性的形状因素限制(由于光学布置)和高功耗。
发明内容
下面呈现本公开的简要概述，以便为读者提供基本的理解。本概述并非旨在确定所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本文中公开的概念的选择，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
一种多模态感测表面包括两个叠加阵列：电容感测电极阵列和RF天线阵列。第一感测模块耦合到电容感测电极阵列，并且被配置为检测阵列中电极之间的电容的增加和减小两者。第二感测模块耦合到RF天线阵列，并且被配置为选择性地对RF天线阵列中的一个或多个进行调谐和解调谐。
很多伴随的特征将更容易理解，因为这些特征通过参考结合附图考虑的以下详细描述将变得更好理解。
附图说明
根据附图阅读以下详细描述将更好地理解本描述，在附图中：
图1是示出示例多模态感测表面的示意图；
图2是更详细地示出图1的感测表面的一部分的示意图；
图3示出了各种示例RF环形天线的示意图；
图4示出了另外的示例RF环形天线的示意图；
图5是示出示例RF环形天线的信号响应的示意图；
图6是更详细地示出图1的感测表面的另一部分的示意图；
图7是示出多模态感测表面的示例实现的示意图；
图8是示出多模态感测表面的操作的示例方法的流程图；
图9是示出多个RF天线的示意图；和
图10是示出电容感测电极阵列和RF天线阵列的平铺布置的示意图。
相同的附图标记用于表示附图中的相同的部分。
具体实施方式
下面结合附图提供的详细描述旨在作为本示例的描述，而并非旨在表示可以构造或利用本示例的唯一形式。描述阐述了示例的功能以及用于构造和操作示例的步骤序列。然而，相同或等同的功能和序列可以由不同的示例来完成。
如上所述，现有的可以检测多点触摸用户输入并且还标识放置在表面上的对象(通过对象底部上的标记)的表面设备使用光学技术来定位和标识对象。因此，表面设备体积大并且在操作时消耗大量功率。多点触摸用户输入检测还可以使用光学技术(例如，使用FTIR或表面成像)，或者可以使用电容感测(以与传统的智能手机和平板电脑类似的方式)。
与电容感测表面不同，NFC和RFID读取器可以经由寄生供电标签来标识对象，该寄生供电标签在被激活时传输标签的标识符(ID)(其可以是唯一ID)；然而，它们不提供有关正在被标识的对象的位置的信息。此外，如果电容感测和NFC在使用彼此极为贴近，则它们可能会彼此干扰。
下面描述的实施例不限于解决已知的感测表面的任何或全部缺点的实现。
本文中描述的是多模态感测表面，其既可以检测多点触摸用户输入又可以定位表面上的一个或多个对象。在对象包括短程无线标签(例如，NFC或近场RFID标签)的情况下，多模态感测表面既可以定位对象，又可以标识对象。感测表面可以用作计算设备的输入设备，并且可以是单独的外围设备，或者可以被集成到计算设备本身中。
本文中描述的多模态感测表面包括电容感测电极阵列和RF天线阵列，其中一个阵列叠加在另一阵列之上(例如，RF天线阵列可以位于电容感测电极阵列之下，即在电容感测电极阵列的与用户触摸的表面相对的一侧)。第一感测模块耦合到电容感测电极阵列，并且被配置为检测阵列中的电极之间的电容的减小和增加两者。第二感测模块耦合到RF天线阵列，并且被配置为选择性地对阵列中的RF天线进行调谐和解调谐，其中在被调谐时，这些天线被调谐到与对象中的无线标签相同的频率(例如，13.56MHz)，使得第二感测模块可以激活邻近的无线标签并且从标签接收数据(例如，标签的唯一ID)。然后，位置和身份信息(所知道的)被提供作为到计算设备上运行的软件的输入。
图1是示出多模态感测表面100的示意图，多模态感测表面100可以用作单独的计算设备102的外围设备(例如，输入设备)，并且可以使用有线或无线技术(例如，USB，蓝牙TM，Wi-FiTM等)与单独的计算设备102通信。感测表面100能够检测和定位表面上的多点触摸用户输入(例如，用户的手指104)和一个或多个对象106。如果对象106中的任意对象包括无线标签，则感测表面100还能够通过读取无线标签来标识那些对象106。
如图1所示，感测表面100具有两个部分：包括两个叠加阵列(电容感测电极阵列和RF天线阵列)的第一部分108(其可以被称为感测垫片(mat)或衬垫(pad))和包括有源电子器件(第一感测模块和第二感测模块)的第二部分110。取决于感测表面100的实现，第二部分还可以包括被布置为与单独的计算设备102通信的通信接口。然而，在其他示例中，感测表面100可以与计算设备集成(例如，使得第二部分110包括处理器、存储器、显示器接口等)。
如图2中更详细地示出的，感测表面100的第一部分108是包括叠加在另一阵列之上的一个阵列的多层结构。在所示出的示例中，电容感测电极阵列202在RF天线阵列208上方(例如，当处于图1所示的取向并且用户触摸第一部分108的最上面的触摸表面时(如图1中的手112所指示的))，即电容感测电极阵列202比RF天线阵列208更靠近触摸表面。如下文所述，将电容感测电极阵列202比RF天线阵列208更靠近触摸表面使得RF天线阵列能够提供电容传感层下方的屏蔽(例如，以防止由感测表面下面的对象引起的错误检测)和用户手指的接地触摸返回路径。
在各种示例中，两个阵列202、208可以具有基本上相同的尺寸，使得阵列完全重叠。然而，在其他示例中，两个阵列可以不是相同的尺寸(例如，电容感测电极阵列202可以大于RF天线阵列，反之亦然)，和/或阵列可以部分彼此偏移，使得它们并不完全重叠并且使得存在为多模态的感测表面的部分(即，其中两个阵列重叠)并且存在不是多模态的感测表面的部分(即，其中只存在两个阵列202、208中的一个)。
电容感测电极阵列202包括在第一层205中的第一电极集合204和在第二层207中的第二电极集合206。在图2所示的示例中，两组电极204、206被布置为彼此垂直，使得一组可以被称为x轴电极，而另一组可以被称为y轴电极。然而，在其他示例中，电极集合可以被布置为使得它们不完全彼此垂直，而是电极以不同的角度交叉。电极集合204、206通过某种绝缘体分离，绝缘体可以是形成电极集合204、206中的一者或两者的导线上的绝缘层(图2中未示出)或绝缘体的形式。
RF天线阵列208包括多个环形天线，并且在图2中的示例中，阵列208包括在两个单独的层212、213中的两个天线集合210、211；然而，在其他示例中，RF天线阵列208可以仅包括单个天线集合(即，可以省略图2所示的两个集合210、211中的一个)。如图2所示的两个天线集合可以被提供，以使得感测表面100能够区分在不同位置的两个对象，但是这两个对象都邻近相同的RF天线(使得如果仅存在一组天线，则单个RF天线将能够读取两个对象中的标签)。RF天线的这样的行/列布置(包括如图2所示的两个天线集合210、211)还使得感测表面能够更好地缩放(即，到更大尺寸的感测表面)并且跨该区域进行扫描以更快地发现对象。在备选布置中，可以使用单独天线的矩阵(或网格)(例如，布置成网格的m×n个天线)。这样的网格不像图2所示的布置那样缩放，但是可以使得能够更快地执行已知位置处的对象的寻址。
在图2所示的示例中，两个天线集合210、211在行/列矩阵中彼此垂直地布置，使得一个集合可以被称为x轴天线，而另一集合可以被称为y轴天线。然而，在其他示例中，天线集合可以被布置为使得它们不完全彼此垂直，而是天线以不同角度交叉，或者可以仅存在单个天线集合(即，集合210、211被省略)。两个天线集合210、211通过某种绝缘体分离，绝缘体可以是形成天线集合210、211中的一者或两者的导线上的绝缘层(图2中未示出)或绝缘体的形式。
两个阵列202、208被分离一定距离(例如，通过在图2中也未示出的绝缘层)以便减小电容感测电极与由NFC天线提供的“接地”层之间的互电容。
如图2所示，RF天线可以是具有宽度的基本上矩形的环形天线(如箭头214所示)，其接近待标识的任何对象中所使用的无线标签的尺寸。例如，尽管有较大的标签(例如，50mm直径)，但是宽度可以是大约25mm，典型的标签直径是17mm、22mm、25mm、30mm和35mm。或者，可以使用其他形状的环形天线，并且在图3中示出了各种示例。在第一示例301中，存在宽度减小部分302并且其中使用天线的行/列矩阵，x轴和y轴天线可以对准使得x轴天线301中的宽度减小部分302与y轴天线304中的类似的宽度减小部分重叠。第二示例306与第一示例301类似，因为其也包括宽度减小部分；然而，在这个示例中，宽度减小部分的形状是不同的。
RF回路天线的另外三个示例402至408在图4中示出(图406和408涉及相同的示例，如下所述)。图4中的示例402至408都示出了类似于图3中宽度减小部分但是具有不同形状的宽度减小部分。如同图3中的示例那样，x轴天线中的宽度减小部分与y轴天线中的宽度减小部分重叠。与其他示例不同，第三示例406至408中的环形天线由弯曲线(而非直线)形成，并且在这个示例中，图408示出了单个环形天线的一部分的形状。
两个集合210、211中的每个集合内的环形天线可以等间隔(其中天线之间的这个间距s不一定与天线的宽度w相同)或者不等间隔(并且如上所述，在一些示例中，天线阵列208可以仅包括单组天线)。例如，可以使用不等间隔来在感测表面上的各个点处实现可变分辨率(例如，提供朝向边缘具有较低分辨率并且在中间具有较高分辨率的感测表面)，并且例如，这可以使得相同数目的天线能够用于较大感测表面和较小感测表面。
在一个示例中，环形天线可以被分隔开以便提供整个表面的良好的覆盖，并且减轻单个天线504的信号响应中的任何零点502的影响。这可以参考图5来描述，图5示出了单个天线的示例信号响应以及这些如何叠加以在整个表面提供良好的响应并且减轻零点502的影响。如第二图所示，RF天线(具有响应506、508、510)可以被分隔开使得零点不对准，并且在图5所示的示例中，一个天线的峰值响应基本上与相邻RF天线的零点502对准。
尽管可以使用RF天线的矩阵(如图2所示)来定位和标识对象(而不是用户使用他们的手指的多点触摸输入)而不需要电容感测电极阵列202，但是这将是缓慢且能量低效的。相反，如上所述的两个阵列(其使用不同的感测技术)的组合使得能够更快速且更高效地定位和标识对象(这因此增加了电池供电感测表面的充电之间的操作时间)。下面参考图8描述两个阵列202、208的这种组合使用。
在图1所示的示例感测表面100中，第一部分108与第二部分110之间存在明显的区别。感测表面的第一部分108例如可以形成为多层柔性电路，或者使用导电迹线到柔性基材(例如，编织成织物)的刺绣(embroidery)以提供柔韧而坚固的表面区域来形成。在一个示例中，第一部分108可以具有足够的柔性，使得当不使用时，它可以卷绕在第二(电子)部件(其可以是刚性的)上用于储存。然而，在其他示例中，两个部分之间可以没有明显的区别(例如，第二部分110的电子器件可以集成在第一部分108内)或者区别可以更小(例如，第二部分可以形成为在第一部分108下面的一个或多个附加层)。
感测表面100的第二部分110包括有源电子器件，并且这可以参考图6进行描述。在各种示例中，第二部分110永久地连接到第一部分108，并且在其他示例中，第一部分110可以通过一个或多个连接器(其将感测模块连接到相应阵列)连接到第一部分108，使得两个部分可以由用户解耦合(例如，以使得用户能够在第一更大和更低分辨率的感测垫片与具有相同数目的连接的第二更小和更高分辨率的感测垫片之间切换，并且使用相同的有源电子器件)。第二部分110包括第一感测模块602和第二感测模块604，并且还可以包括电源605(例如，电池、用于外部电源的输入连接等)。
如上所述，第一感测模块602(其可以包括微处理器控制单元MCU)耦合到电容感测电极阵列202，并且被配置为检测阵列中的电极之间的电容的减小和增加两者。电极之间(即，第一电极集合204中的一个或多个电极与第二电极集合206中的一个或多个电极之间)的互电容的减小用于以与传统多点触摸感测相同的方式检测用户的手指。然而，与传统的多点触摸感测不同，第一感测模块602还可以检测阵列中的电极之间电容的增加。电极之间(即，第一电极集合204中的一个或多个电极与第二电极集合206中的一个或多个电极之间)的互电容的增加用于检测导电对象(诸如非导电壳体中的无线标签(例如，NFC或RFID标签)或由导电材料形成的其他对象(没有标签))的位置，并且在各种示例中还用于检测导电对象的形状。与用户的手指不同，这样的对象没有与接地的连接，相反其电容耦合相邻的电极(因此，对象不需要具有高导电率，而是可以由任何导电材料制成或者包括任何导电材料)。
第二感测模块604耦合到RF天线阵列208，并且被配置为选择性地对阵列中的RF天线进行调谐和解调谐。例如，第二感测模块604可以对除了所选择的一个或多个RF天线以外的所有天线进行去激活，并且然后给所选择的RF天线供电，使得它们可以激活并且读取任何邻近的无线标签(其中可以以与传统NFC或RFID读取器相同的方式执行使用所选择的天线对标签的读取)。在同时对多于一个RF天线进行调谐和供电的情况下，这些天线被选择为相距足够远，以至于不会存在任何其他供电RF天线中对一个供电RF天线的影响。RF天线的去激活可以以很多不同的方式来实现，例如通过经由晶体管来缩短回路的两个半部，或者使调谐电容器(其否则将以正确的频率调谐天线)开路(使用晶体管)。RF天线的这样的选择性的调谐和解调谐防止天线彼此耦合(例如，使得功率不被耦合到另一天线中，其然后可以激活邻近该另一天线而不是原始的供电天线的标签)。第二感测模块604还可以被配置为当第一感测模块602正在操作时将所有RF天线连接到接地。这防止电容传感器感测在感测垫片的非触摸侧的活动(例如，桌子下方的腿)并且提供到接地的电容返回路径(其完成用户手指到感测电极到接地和到用户身体的电路)。
取决于感测表面100的实现，第二部分还可以包括通信接口606，其被布置为使用有线或无线技术与分离的计算设备102通信。在其中电源605包括用于外部电源(例如，USB插座)的输入连接并且通信接口606使用有线协议(例如，USB)的示例中，通信接口606和电源605可以被集成。在各种示例中，附加地或备选地，通信接口606可以被布置为与对象106通信(例如，在第二感测模块604的模块进行标识之后)。
在各种示例中，感测表面100可以与计算设备集成，使得第二部分110还包括计算设备的组成部分，诸如处理器608、存储器610、显示器接口612等。在其他示例，感测表面100可以集成在计算设备的外围设备中(例如，在如图7所示的键盘700内)。图7示出了键盘700，其中感测表面的第一部分108向跟踪板702的一侧提供多模态感测区域。这个键盘700可以是(例如，用于膝上型电脑、平板电脑或游戏控制台的)外围设备或者可以是笔记本电脑的组成部分。
在各种示例中，感测表面100可以被布置为(使用如上所述的两个阵列和两个感测模块)检测第一部分108的表面上方的手势以及与表面接触的手指或导电对象。因此，第二部分110可以另外包括耦合到电容感测电极阵列202的手势识别模块614(或者这个功能可以被合并到第一感测模块602内)。
本文中描述的感测模块602、604和/或姿势识别模块614中的一个或两个的功能可以至少部分由一个或多个硬件逻辑组件来执行。作为示例而非限制，可以使用的说明性类型的硬件逻辑组件包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、图形处理单元(GPU)。
在其中感测表面100与计算设备集成为使得第二部分110还包括诸如处理器608、存储器610、输入/输出接口612等计算设备的组成部分的示例中，处理器608可以是用于处理计算机可执行指令以控制设备的操作以便实现计算设备的功能(例如，运行操作系统和应用软件)的微处理器、控制器或任何其他合适类型的处理器。
可以使用由感测表面100可访问的任何计算机可读介质来提供操作系统和应用软件。计算机可读介质可以包括例如计算机存储介质，诸如存储器610和通信介质。诸如存储器610等计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备、或者可以用于存储用于由计算设备访问的信息的任何其他非传输介质。相反，通信介质可以实施计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制等调制数据信号中的其他数据。如本文中定义的，计算机存储介质不包括通信介质。因此，计算机存储介质不应当被解释为传播信号本身。传播信号可以存在于计算机存储介质中，但是传播信号本身不是计算机存储介质的示例。虽然计算机存储介质(存储器610)被示出为在感测表面100内，但是应当理解，存储器可以是分布式的，或者位于远程并且经由网络或其他通信链路(例如，使用通信接口606)被访问。
感测表面100还可以包括输入/输出接口612，其被布置为向显示设备输出显示信息的，显示设备可以与感测表面100分离或集成。显示信息可以提供图形用户界面。输入/输出接口612还可以被布置为接收和处理来自诸如用户输入设备(例如，鼠标、键盘、相机、麦克风或其他传感器)等一个或多个设备的输入。在一些示例中，用户输入设备可以检测语音输入、用户手势或其他用户动作，并且可以提供自然用户界面(NUI)。输入/输出接口612可以包括NUI技术，其使得用户能够以自然方式与基于计算的设备交互，而不受由诸如鼠标、键盘、遥控器等输入设备施加的人为约束。可以提供的NUI技术的示例包括但不限于依赖于声音和/或语音识别、触摸和/或触笔识别(触敏显示器)、屏幕上和屏幕附近的手势识别、空中手势、头部和眼睛跟踪、声音和语音、视觉、触摸、手势和机器智能的NUI技术。可以使用的NUI技术的其他示例包括意图和目标理解系统、使用深度相机(诸如立体相机系统、红外相机系统、RGB相机系统及其组合)的运动姿势检测系统、使用加速度计/陀螺仪的运动姿势检测、面部识别、3D显示器、头部、眼睛和视线跟踪、身临其境的增强现实和虚拟现实系统、以及用于使用电场感测电极(EEG和相关方法)来感测大脑活动的技术。
图8是示出感测表面100的操作的示例方法的流程图。尽管所有RF天线(在阵列208中)接地(框802，由第二感测模块604)，但是感测表面100可以使用电容电极阵列202来检测电容的变化(框804，由第一感测模块602)。如果第一感测模块检测到感测表面上特定位置处电容的减小(在框804)，则提供这个位置作为到软件的输入(框806，例如，其中软件可以在感测表面100中或在单独的计算设备中的处理器608上运行)。
如果第一感测模块检测到感测表面上的特定位置处的电容的增加(在框804)，则使用这个位置来标识RF天线中的一个(框808，由第二感测模块604)，并且然后去激活所有其他RF天线(框810，由第二感测模块604)。然后，使用所标识的RF天线(其在框810中未被去激活)来读取任何邻近的无线标签(框812，由第二感测模块604)。
邻近的无线标签的读取(在框812)包括激活标签，并且然后读取由激活的标签传输的数据。使用从天线耦合到其的RF功率来激活标签，并且如果标签为无源标签，则这个耦合RF功率还可提供足够的功率以使得标签能够传输数据(其包括标签的ID)。在各种示例中，从RF天线耦合到标签的功率还可以为对象内的其他功能(例如，对象内的闪烁的LED)供电。
在一些示例中，所标识(在框804，由第一感测模块602)的位置可以在相同的集合(例如，图2中的集合210或集合211)中的两个RF天线之间和/或对应于每个天线集合210、211中的一个RF天线。在这样的示例中，可以针对与该位置相对应的每个RF天线重复框808至812。在其中针对同一集合中的两个RF天线重复框808至812的情况下，从无线标签接收的数据的相对信号强度可以用于提供对象之间的另外的位置信息(例如，通过在两个RF天线的位置之间内插，其可以用于在用户触摸或通用导电对象与有意无线加标签的对象之间消除歧义)和/或区分多个标签(其中多个标签可以被两个RF天线中的一者或两者读取)。在针对不同集合中的两个RF天线(即，来自每集合的一个)重复框808至812的情况下，这可以用于在感测表面上存在多于一个对象的情况下正确地标识对象，使得RF天线中的任一个或两个可以读取多个无线标签(例如，该位置的正确标签是由两个天线读取的标签)。
在使用上述方法在感测表面上定位并且标识具有无线标签的对象之后，可以重复该方法(即，框802至812)以跟踪所标识的对象的任何移动。或者，可以基于信号强度(框814，即，基于从无线标签接收的信号的强度)来执行对象的跟踪而不需要重复地读取(即，解码)由标签传输的数据，并且与仅使用电容感测来跟踪位置(在框804中)相比，这可以不易受噪声的影响，因为电容感测可以检测对象(其导致阵列202中的电极之间的电容增加)以及用户的手握住和移动对象(其导致阵列202中的电极之间的电容减小)两者。此外，通过检测用户是否正在触摸或拾取对象，可以提供这个作为软件的附加输入数据(在框816)。
然后提供所确定(在框804和808至812)的位置数据和对象标识符(如从无线标签读取的)作为到软件的输入(框816，例如，其中软件可以在感测表面100中或在单独的计算设备中的处理器608上运行)。如果导致电容增加的对象(如在框804所检测到的)不包括无线标签，则第二感测模块604将不会读取对象ID(在框812)，在这种情况下，将仅提供位置信息作为到软件的输入(在框816)。
如果在多于一个位置处检测到电容的变化(在框804)，则可以重复图8的方法中的后续框，并且取决于具体情况，可以针对每个位置串行地或并行地实现后续框。例如，如果存在检测到电容减小的一个或多个位置(除了没有，检测到电容增加的一个或多个位置)，则可以并行地提供检测到减小的所有这些位置作为到软件的输入(在框806)。
如果存在检测到电容增加的一个或多个位置(除了没变化，检测到电容减小的一个或多个位置)，则如果这些位置靠近在一起但是没有对应于相同的RF天线(例如，图9中的位置902和904)，则可以针对每个位置依次(即，串行地)执行后续方法框(框808至816)。例如，首先，标识RF天线91(在框808)，去激活其他RF天线92至97(在框810)，并且读取邻近RF天线91的任何对象(其包括在位置902处的对象)中的任何标签(在框812)。然后可以重复这些方法框，其中标识与位置902(天线95)相对应的y轴RF天线(在框808)，例如，如果在位置908处还存在具有标签的对象，则区分读取的ID。然后，该方法继续以标识RF天线92(在框808中)，去激活其他RF天线91、93至97(在框810)，并且读取邻近RF天线92的任何对象(其包括在位置904处的对象)中的任何标签(在框812)。如前所述，然后可以重复这些方法框，其中与位置904(天线96)相对应的y轴RF天线被标识(在框808)。
如果两个检测到的位置(来自框804)相距很远(例如，图9中的位置902和906)，则可以针对每个位置串行地或并行地执行后续方法框(框808至816)。例如，首先，标识RF天线91和94(在框808)，去激活其他RF天线92、93、95至97(在框810)，并且读取邻近RF天线91和94的任何对象(其包括在位置902和906处的对象)中的任何标签(在框812)。然后，可以重复这些方法框，其中与位置902和906(天线95和97)相对应的y轴RF天线被标识(在框808)。
如果两个检测到的位置(来自框804)对应于相同的RF天线(例如，图9中的位置902和908)，则可以针对每个位置串行地或并行地执行后续方法框(框808至816)。例如，首先，标识RF天线91(在框808)，去激活其他RF天线92至97(在框810中)，并且读取邻近RF天线91的任何对象(其包括在位置902和908处的对象)中的任何标签(在框812)。为了区分读取的标签(和因此ID)，然后可以串行地或并行地重复这些方法框，其中与位置902和908(天线95和97)相对应的y轴RF天线被标识(在框808)。
例如，如果位置对应于相邻RF天线(例如，对于图9中的位置902和904)，则位置为此可以被确定为“靠近在一起”，并且例如，如果位置没有对应于相同或相邻RF天线，则位置为此可以被确定为“相距很远”。在其他示例中并且取决于各个RF天线的信号响应如何叠加，位置可能需要进一步分开(例如，对应于更宽地分离的RF天线)，以便该方法可以并行进行。
除了检测对象在感测表面上的位置(在框804，使用第一感测模块602和电容感测电极阵列202)以及对象的身份，如果对象包含无线标签(在框812，使用第二感测模块604和RF天线阵列208)，也可以确定对象的取向。取向可以使用第一感测模块602来确定(作为框804的一部分，例如其中对象被成形为使得其取向可以根据具有增加的电容的区域的形状来确定)和/或可以使用第二感测模块604来确定(作为框812或814的一部分，例如其中对象中的两个或更多个无线标签在物理上间隔开或者其中对象中的无线标签中的天线被成形并且因此是定向的，例如通过使用偶极子而不是线圈)。使用第一感测模块602确定取向可能是比使用第二感测模块604更低的功率解决方案。在确定对象的取向的情况下(在框804、812和814中的任一个)，这也可以被提供作为到软件的输入(在框816)。
感测表面的两个示例形状因子在图1和7中示出。图1所示的感测表面可以被称为感测垫片，并且图7所示的感测表面被集成到键盘中(其可以是计算设备的外围设备，被集成到计算设备的盖子或计算设备的组成部分中)。由于第一部分108可以是柔性的、柔韧的和/或可拉伸的，所以感测表面可以具有很多不同的形状因子。例如，它可以被集成到可穿戴物品中(例如，被集成到一件衣服中，其中第二部分110通过与两个阵列断开连接而可移除用于洗涤)。在另一示例中，感测表面可以嵌入表面中(例如，书桌或桌子的表面或车辆中的墙壁或仪表盘/仪表板中)。在各种示例中，感测表面可以是非平面的(例如，它可以是弯曲的或起伏的)。在一个示例中，第一部分108可以是可以装配在另一对象之上的可伸展盖子(例如，以将作为无源对象的对象转变为感测输入设备)。
感测表面可以具有任何尺寸，例如，它可以很小(例如，小于100cm2，如在图7中的示例中)或者大得多。两个阵列(电容感测阵列202和RF天线阵列208)可以缩放到表面的大小。对于某些形状因子，因为天线可以自谐振，可能无法按比例放大RF天线阵列，使得它们可以覆盖整个表面；然而，在这样的实现中，可以将图2所示的配置(其可以被认为是单个“图块”1002)重复两次或更多次(例如，如图10所示)，其中阵列对共享公共有源电子器件或者针对每个图块1002具有至少部分分离的有源电子器件。例如，每个图块1002可以共享第二部分110的一些元素(例如，电源605)，并且其他元素可以针对每个图块1002(例如，第一感测模块602和第二感测模块604，其中这些可以例如嵌入在每个图块中并且报告给集成来自所有图块的数据的中央处理器)被复制。
尽管图10示出了电容感测电极阵列和RF天线阵列的平铺(tiling)，但是在其他示例中，RF天线阵列可以在感测表面的表面上平铺(即，重复)，并且可以存在延伸穿过感测表面的单个大的电容感测电极阵列。在这样的示例中，可以存在单个第一感测模块602和多个第二感测模块604(例如，耦合到每个RF天线阵列(即，每个图块)的一个第二感测模块604)。
上述感测表面提供了可以检测多点触摸输入(例如，用户的手指)和放置在表面上的对象两者的便携式感测区域，并且如果这些对象包括无线标签，则表面还可以标识对象。电容感测和RF感测的组合使用提供了一种感测设备，其功耗比纯RF解决方案低并且对此感测设备进行电池供电的电池寿命更长。对象的位置和标识也可以比纯RF解决方案更快地执行。
虽然本示例在本文中被描述和示出为在如图1所示的系统中实现，但是所描述的系统仅作为示例而不是限制来提供。如本领域技术人员将认识到的，本示例适合于各种不同类型的计算系统中的应用，并且感测表面可以以不同尺度以很多不同的形状因子来实现，并且可以或可以不被集成到另一计算设备或对象中。而且，虽然在图1和7所示的示例中，感测表面处于水平取向使得用户能够接触第一部分的上表面(其可以被称为“接触表面”)，但是在其他示例中，感测表面可以垂直地定位(例如，使得RF天线阵列可以被描述为位于电容感测电极阵列之后，其中用户触摸第一部分的前表面，使得这个前表面是这个配置中的触摸表面)，或者第一部分可以是非平面的(例如，其中用户触摸正面部分的暴露表面(其因此是触摸表面)并且RF天线阵列在电容感测电极阵列之后)。虽然未在附图中示出，但是触摸表面可以为相邻阵列提供保护盖子，其在很多示例中将是电容电极感测阵列202，或者在没有提供保护盖子的情况下，触摸表面可以是电容电极感测阵列。
第一另外的示例提供了一种多模态感测表面，其包括：两个叠加阵列，这两个阵列包括电容感测电极阵列和RF天线阵列；第一感测模块，其被耦合到电容感测电极阵列，并且被布置为检测阵列中的电极之间的电容的增加和减小两者；以及第二感测模块，其被耦合到RF天线阵列，并且被布置为选择性地对RF天线阵列中的一个或多个RF天线进行调谐和解调谐。
在第一另外的示例中，第二感测模块还可以被布置为：接收由邻近调谐的RF天线的一个或多个无线标签经由经调谐的RF天线传输的数据。
在第一另外的示例中，第二感测模块可以被布置为：将RF天线阵列中的一个或多个RF天线选择性地调谐到与无线标签相对应的频率。
在第一另外的示例中，第二感测模块可以被布置为：通过去激活天线来选择性地解调谐RF天线阵列中的一个或多个RF天线。
在第一另外的示例中，RF天线阵列可以包括处于第一取向的第一RF天线集合和处于第二取向的第二RF天线集合。第一RF天线集合可以垂直于第二RF天线集合并且可以位于与包括第二RF天线集合的平面平行的平面中。
在第一另外的示例中，感测表面可以包括触摸表面，并且RF天线阵列可以位于电容感测阵列的与触摸表面相对的一侧。
在第一另外的示例中，第二感测模块还可以被布置为：在第一感测模块检测电容感测电极阵列中电极之间的电容变化的同时，将RF天线阵列连接到接地。
在第一另外的示例中，每个RF天线可以具有预定义的信号响应，并且RF天线阵列中的天线可以被分隔开，使得一个RF天线的信号响应中的零点布与相邻RF天线的信号响应中的零点基本上对准。
在第一另外的示例中，两个叠加阵列可以被形成在柔性基底中或被形成在柔性基底上。两个叠加阵列中的至少一个可以被编织到织物基底中。
第一另外的示例还可以包括被布置为向单独的计算设备传送数据的通信接口，该数据包括由第一感测模块检测到的任何触摸事件和对象的位置以及由第二感测模块确定的任何对象的身份。
在第一另外的示例中，第一感测模块和第二感测模块可以位于可拆卸电子模块中，并且可以经由一个或多个连接器耦合到阵列。
第二另外的示例提供了一种计算设备，其包括根据第一另外的示例的多模态感测表面。
第三另外的示例提供了一种使用多模态感测表面来检测和定位触摸事件和对象的方法，该方法包括：在多模态感测表面中的第一感测模块中检测多模态感测表面中的电容感测电极阵列中的电极之间的电容变化；响应于在第一感测模块中检测到第一位置处的电极之间的电容的减小，提供标识第一位置的位置数据作为到计算机程序的输入；响应于在第一感测模块中检测到第二位置处的电极之间的电容增加：基于第二位置来标识多模态感测表面中的RF天线阵列中的RF天线；在多模态感测表面中的第二感测模块中解调谐RF天线阵列中的一个或多个相邻RF天线；以及由第二感测模块经由所标识的RF天线来从任何邻近的无线标签读取数据。
第三另外的示例的方法还可以包括：在检测电容变化之前，将RF天线阵列连接到接地。
第三另外的示例的方法还可以包括：响应于在第一感测模块中检测到第二位置处的电极之间的电容的增加：提供标识第二位置的位置数据以及从任何邻近的无线标签读取的任何数据作为到计算机程序的输入。
第三另外的示例的方法还可以包括：响应于在第一感测模块中检测到第二位置处的电极之间的电容的增加：跟踪最初在多模态感测表面上的第二位置处的对象的运动。该运动可以通过重复地分析由所标识的RF天线从任何邻近的无线标签接收的信号的强度来跟踪。
第四另外的示例提供了包括多模态感测表面的用户输入设备，多模态感测表面包括感测垫片和电子模块，并且其中感测垫片包括两个叠加阵列，两个阵列包括电容感测电极阵列和RF天线阵列，并且电子模块包括第一感测模块和第二感测模块，第一感测模块耦合到电容感测电极阵列，并且被布置为检测阵列中的电极之间的电容的增大和减小两者，第二感测模块耦合到RF天线阵列，并且被布置为选择性地对RF天线阵列中的一个或多个RF天线进行调谐和解调谐。
在第四另外的示例中，第二感测模块还可以被布置为接收由邻近调谐的RF天线的一个或多个无线标签经由该调谐的RF天线传输的数据。
在第四另外的示例中，第二感测模块可以被布置为选择性地将RF天线阵列中的一个或多个RF天线调谐到与无线标签相对应的频率。
在第四另外的示例中，第二感测模块可以被布置为通过去激活天线来选择性地解调谐RF天线阵列中的一个或多个RF天线。
在第四另外的示例中，RF天线阵列可以包括处于第一取向的第一RF天线集合和处于第二取向的第二RF天线集合。第一组RF天线可以垂直于第二RF天线集合并且可以位于与包括第二RF天线集合的平面平行的平面中。
在第四另外的示例中，感测表面可以包括触摸表面，并且RF天线阵列可以位于电容感测阵列的与触摸表面相对的一侧。
在第四另外的示例中，第二感测模块还可以被布置为：在第一感测模块正在检测电容感测电极阵列中的电极之间的电容变化的同时，将RF天线阵列连接到接地。
在第四另外的示例中，每个RF天线可以具有预定义的信号响应，并且RF天线阵列中的天线可以被分隔开，使得一个RF天线的信号响应中的零点不与相邻RF天线的信号响应中的零点基本上对准。
在第四另外的示例中，两个叠加阵列可以被形成在柔性基底中或被形成在柔性基底上。两个叠加阵列中的至少一个可以被编织到织物基底中。
第四另外的示例还可以包括被布置为向单独的计算设备传送数据的通信接口，该数据包括由第一感测模块检测到的任何触摸事件和对象的位置以及由第二感测模块确定的任何对象的身份。
在第四另外的示例中，第一感测模块和第二感测模块可以位于可拆卸电子模块中，并且可以经由一个或多个连接器耦合到阵列。
在第一和/或第四另外的示例中，第一和/或第二感测模块可以至少部分使用从以下中的任何一个或多个中选择的硬件逻辑来实现：现场可编程门阵列、程序特定的集成电路、程序特定的标准产品、片上系统、复杂可编程逻辑器件。
术语“计算机”或“基于计算的设备”在本文中用于指代具有处理能力使得它能够执行指令的任何设备。本领域技术人员将认识到，这样的处理能力被并入很多不同的设备中，因此术语“计算机”和“基于计算的设备”每个包括PC、服务器、移动电话(包括智能电话)、平板电脑、机顶盒、媒体播放器、游戏机、个人数字助理和很多其他设备。
本文中描述的方法可以由有形存储介质上的机器可读形式的软件来执行，例如，包括计算机程序代码装置的计算机程序的形式，计算机程序代码装置适于在程序在计算机上运行时执行本文中描述的任何方法的所有步骤，并且其中计算机程序可以在计算机可读介质上实施。有形存储介质的示例包括具有计算机可读介质(诸如磁盘、拇指驱动器、存储器等)的计算机存储设备，并且不包括传播信号。传播信号可以存在于有形存储介质中，但是传播信号本身不是有形存储介质的示例。软件可以适合于在并行处理器或串行处理器上执行，使得该方法步骤可以以任何合适的顺序或同时执行。
本文认同软件可以是有价值的可单独交易的商品。它旨在涵盖用于执行期望功能的软件，该软件在“沉默(dumb)”或标准硬件上运行或者对其进行控制。还旨在包含“描述”或定义硬件配置的软件，诸如HDL(硬件描述语言)软件，如用于设计硅芯片或用于配置通用可编程芯片以执行期望功能。
本领域技术人员将认识到，用于存储程序指令的存储设备可以分布在网络上。例如，远程计算机可以存储被描述为软件的过程的示例。本地或终端计算机可以访问远程计算机并且下载部分或全部软件以运行程序。或者，本地计算机可以根据需要下载软件片段，或者在本地终端处执行一些软件指令，而在远程计算机(或计算机网络)处执行一些软件指令。本领域技术人员还将认识到，通过利用本领域技术人员已知的传统技术，全部或部分软件指令可以由诸如DSP、可编程逻辑阵列等专用电路来执行。
对于本领域技术人员来说很清楚的是，本文中给出的任何范围或设备值可以被扩展或改变而不失去所寻求的效果。
尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，在所附权利要求中限定的主题不一定限于上述特定特征或动作。相反，上述特定特征和动作被公开作为实现权利要求的示例形式。
应当理解，上述益处和优点可以涉及一个实施例或者可以涉及若干实施例。实施例不限于解决任何或全部所述问题的那些实施例或者具有任何或所有所述益处和优点的那些实施例。将进一步理解，对“一个”项目的引用是指这些项目中的一个或多个。
本文中描述的方法的步骤可以以任何合适的顺序执行，或者在适当的情况下同时执行。另外，可以在不脱离本文中描述的主题的精神和范围的情况下从任何方法中删除各个框。以上描述的任何示例的各方面可以与所描述的任何其他示例的各方面组合以形成另外的示例而不失去所寻求的效果。
术语“包括”在本文中用于表示包括所标识的方法框或元素，但是这样的框或元素不包括排他性列表，并且方法或装置可以包含附加的框或元素。
应当理解，以上描述仅以示例的方式给出，并且本领域技术人员可以进行各种修改。以上说明、示例和数据提供了示例性实施例的结构和使用的完整描述。虽然以上已经以一定程度的特定性或者参考一个或多个单独的实施例描述了各种实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本说明书的精神或范围的情况下对所公开的实施例进行很多改变。

Claims (20)

1.一种多模态感测表面，包括：
两个叠加阵列，所述两个阵列包括电容感测电极阵列和RF天线阵列；
第一感测模块，所述第一感测模块被耦合到所述电容感测电极阵列，并且被布置为检测由第一对象和第二对象接近所述多模态感测表面所引起的所述阵列中的第一位置和第二位置处的电极之间的互电容的增加；以及
第二感测模块，所述第二感测模块被耦合到所述RF天线阵列，并且被布置为至少部分地基于检测到互电容的所述增加以：
选择性地将所述RF天线阵列中的第一RF天线调谐到第一频率，其中所述第一RF天线与所述第一位置和所述第二位置相关联；以及
将所述RF天线阵列中的第二RF天线和所述RF天线阵列中的第三RF天线解调谐到不同于所述第一频率的第二频率，其中所述第二RF天线与所述第一位置相关联，而不与所述第二位置相关联，并且所述第三RF天线与所述第二位置相关联，而不与所述第一位置相关联；
由所述第一RF天线接收从与所述第一对象相关联的第一无线标签传输的数据和从与所述第二对象相关联的第二无线标签传输的数据；
通过以下过程来区分与所述第一对象相关联的所述第一无线标签和与所述第二对象相关联的所述第二无线标签：
选择性地将所述第二RF天线调谐到所述第一频率，并且将所述第一RF天线和所述第三RF天线解调谐到所述第二频率,
由所述第二RF天线接收从与所述第二对象相关联的所述第二无线标签传输的数据,
选择性地将所述第三RF天线调谐到所述第二频率，并且将所述第二RF天线和所述第三RF天线解调谐到所述第二频率,以及
由所述第三RF天线，接收从与所述第二对象相关联的第三无线标签传输的数据。
2.根据权利要求1所述的多模态感测表面，其中所述第二感测模块被布置为：选择性地将所述RF天线阵列中的所述第一RF天线调谐到与所述无线标签相对应的频率。
3.根据权利要求1所述的多模态感测表面，其中所述第二感测模块被布置为：通过去激活所述第二RF天线和所述第三RF天线来选择性地解调谐所述RF天线阵列中的所述第二RF天线和所述第三RF天线。
4.根据权利要求1所述的多模态感测表面，其中所述RF天线阵列包括处于第一取向的第一RF天线集合和处于第二取向的第二RF天线集合，并且其中所述第一RF天线集合包括所述第一RF天线，并且所述第二RF天线集合包括所述第二RF天线和所述第三RF天线。
5.根据权利要求4所述的多模态感测表面，其中所述第一RF天线集合垂直于所述第二RF天线集合，并且位于与包括所述第二RF天线集合的平面平行的平面中。
6.根据权利要求1所述的多模态感测表面，其中所述感测表面包括触摸表面，并且所述RF天线阵列位于所述电容感测阵列的与所述触摸表面相对的一侧。
7.根据权利要求1所述的多模态感测表面，其中所述第二感测模块还被布置为：在所述第一感测模块正在检测所述电容感测电极阵列中的电极之间的电容变化的同时，将所述RF天线阵列连接到接地。
8.根据权利要求1所述的多模态感测表面，其中所述RF天线阵列中的每个RF天线包括预定义的信号响应，并且其中所述RF天线阵列中的所述天线被分隔开，使得一个RF天线的所述信号响应中的零点不与相邻RF天线的所述信号响应中的零点基本上对准。
9.根据权利要求1所述的多模态感测表面，其中所述两个叠加阵列被形成在柔性基底中或被形成在柔性基底上。
10.根据权利要求9所述的多模态感测表面，其中所述两个叠加阵列中的至少一个被编织到织物基底中。
11.根据权利要求1所述的多模态感测表面，还包括通信接口，所述通信接口被布置为向单独的计算设备传送数据，所述数据包括由所述第一感测模块检测到的任何触摸事件和对象的位置以及由所述第二感测模块确定的任何对象的身份。
12.根据权利要求1所述的多模态感测表面，其中所述第一感测模块和所述第二感测模块在检测到互电容的所述增加的期间的同时作用。
13.一种计算设备，所述计算设备包括根据权利要求1所述的多模态感测表面。
14.一种使用多模态感测表面来检测和定位触摸事件和对象的方法，所述方法包括：
由所述多模态感测表面中的第一感测模块检测所述多模态感测表面中的电容感测电极阵列中的第一位置和第二位置处的电极之间的互电容的减小；
响应于检测到在所述第一位置和所述第二位置处的所述电极之间的互电容的增加：
确定所述第一位置和所述第二位置与所述多模态 感测表面中的RF天线阵列中的第一RF天线相关联；
选择性地将所述RF天线阵列中的所述第一RF天线调谐到第一频率，其中所述第一RF天线与所述第一位置和所述第二位置相关联；
由所述多模态感测表面中的第二感测模块将所述RF天线阵列中的第二RF天线和第三RF天线解调谐到不同于所述第一频率的第二频率；
通过以下过程来区分与所述第一位置相关联的第一无线标签和与所述第二位置相关联的第二无线标签：
选择性地将所述第二RF天线调谐到所述第一频率，并且将所述第一RF天线和所述第三RF天线解调谐到所述第二频率,
由所述第二RF天线接收从与所述第二位置相关联的所述第二无线标签传输的数据,
选择性地将所述第三RF天线调谐到所述第二频率，并且将所述第二RF天线和所述第三RF天线解调谐到所述第二频率,以及
由所述第三RF天线接收从与所述第二位置相关联的第三无线标签传输的数据。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
在检测到电容变化之前，将所述RF天线阵列接地。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括：
提供标识所述第一位置和第二位置的位置数据和从所述第一无线标签和所述第二无线标签读取的任何数据以作为到计算机程序的输入。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括响应于在所述第一感测模块中检测到所述第二位置处的所述电极之间的电容的所述增加：
对初始位于所述多模态感测表面上的所述第二位置处的对象的动作进行追踪。
18.一种或多种计算机可读存储介质，所述一种或多种计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行动作，所述动作包括：
由多模态感测表面中的感测模块检测在所述多模态感测表面中的电容感测电极阵列中一位置处的电极之间电容的增加；
响应于检测到在所述位置处的所述电极之间的互电容的增加，通过以下过程来区分第一无线标签和第二无线标签：
选择性地将RF天线阵列中的第一RF天线调谐到第一频率，其中所述第一RF天线与所述位置相关联，并且其中所述第一无线标签和所述第二无线标签工作在所述第一频率；
选择性地将所述RF天线阵列中的第二RF天线解调谐到不同与所述第一频率的第二频率，其中所述第二RF天线与所述位置相关联；
在所述第一RF天线被调谐到所述第一频率时，由所述第一RF天线接收从所述第一无线标签和所述第二无线标签传输的数据；
选择性地将所述RF天线阵列中的所述第一RF天线解调谐到所述第二频率；
选择性地将所述RF天线阵列中的所述第二RF天线调谐到所述第一频率；以及
在所述第二RF天线被调谐到所述第一频率时，由所述第二RF天线接收从所述第一无线标签和所述第二无线标签传输的数据。
19.根据权利要求18所述的一种或多种计算机可读存储介质，所述动作还包括：
在电容的所述增加在第一位置处被检测到的同时，由多模感测表面中的所述感测模块检测在所述多模感测表面中的所述电容感测电极阵列中的第二位置处的电极之间电容的增加；
选择性地将所述RF天线阵列中的所述第一RF天线解调谐到所述第二频率；
选择性地将所述RF天线阵列中的所述第二RF天线解调谐到所述第一频率；以及
选择性地将所述RF天线阵列中的第三RF天线调谐到所述第一频率。
20.根据权利要求18所述的一种或多种计算机可读存储介质，其中在所述第二RF天线被调谐到所述第一频率时，数据未从所述第二无线标签被接收。
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