專(zhuān)利名稱(chēng)：有選擇性觸摸源的觸摸屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有選擇性觸摸源的觸摸屏或觸摸式數(shù)字轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明更具體地涉及一種利用來(lái)自觸摸傳感器和接觸點(diǎn)的信息以便確定觸摸該觸摸傳感器的位置的觸摸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
觸摸屏能夠測(cè)量單一觸摸點(diǎn)的觸摸位置。現(xiàn)在的觸摸屏不能有效地確定多個(gè)用戶(hù)的觸摸位置、區(qū)別多用戶(hù)的觸摸或者使一個(gè)用戶(hù)的觸摸有效而使另一個(gè)用戶(hù)的觸摸無(wú)效，尤其當(dāng)同時(shí)發(fā)生觸摸時(shí)。眾多觸摸屏應(yīng)用將得益于確定對(duì)觸摸屏的多個(gè)觸摸的位置、在多用戶(hù)觸摸之間加以區(qū)別及使一個(gè)用戶(hù)的觸摸有效而使另一個(gè)用戶(hù)的觸摸無(wú)效的能力。
紅外線和表面聲波(surface acoustic wave)觸摸屏系統(tǒng)具有將兩個(gè)獨(dú)立的同時(shí)的觸摸定位在四個(gè)可能位置的兩個(gè)中的能力，但由于“陰影(shadow)”效應(yīng)，它們不能唯一地分辨位置。一種具有區(qū)別人類(lèi)觸摸和同時(shí)使用的無(wú)生命物體(輸入筆(stylus))的能力的電容觸摸屏，由Stein等人在美國(guó)專(zhuān)利No.5,365,461公開(kāi)。該系統(tǒng)是對(duì)小Pepper(Pepper，Jr.)在美國(guó)專(zhuān)利No.4,371,746、4,293,734、4,198,539和4,071,691中的限定電容的(definitecapacitive)技術(shù)方案的改進(jìn)。這些電容的系統(tǒng)缺少測(cè)量?jī)蓚€(gè)同時(shí)的人類(lèi)觸摸坐標(biāo)的能力，因?yàn)榱鹘?jīng)觸摸屏而源自每個(gè)觸摸的電流被合在一起，所測(cè)量的結(jié)果指示的是兩個(gè)觸摸位置的平均值。致力于解決已知觸摸系統(tǒng)及其組件的缺點(diǎn)的觸摸系統(tǒng)將是本領(lǐng)域的重要進(jìn)展。
概述本發(fā)明一般涉及利用具有選擇性觸摸源的觸摸屏或觸摸數(shù)字轉(zhuǎn)換器的觸摸系統(tǒng)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種觸摸系統(tǒng)，用于確定在觸摸傳感器和與觸摸傳感器分開(kāi)的用戶(hù)接觸點(diǎn)上的觸摸位置。該系統(tǒng)利用來(lái)自用戶(hù)接觸點(diǎn)和對(duì)觸摸傳感器的觸摸兩者的信息確定在觸摸傳感器上的觸摸位置。
按照本發(fā)明用于確定在觸摸傳感器上的觸摸位置的方法，包括從與觸摸傳感器分開(kāi)的接觸點(diǎn)收集信息、從觸摸傳感器收集信息、以及使用來(lái)自接觸點(diǎn)和觸摸傳感器二者的信息確定在觸摸傳感器上的觸摸位置。
本發(fā)明的以上概述并非想要描述本發(fā)明所揭示的每個(gè)實(shí)施例或每種實(shí)現(xiàn)。隨后的附圖和詳細(xì)描述更具體地舉例說(shuō)明了這些實(shí)施例。


結(jié)合附圖考慮以下對(duì)本發(fā)明各種實(shí)施例的詳細(xì)描述，可更完全地理解本發(fā)明，在所有視圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件，其中圖1是一示意簡(jiǎn)圖，包括按照本發(fā)明的一種觸摸系統(tǒng)的主要特征；圖2是一示意簡(jiǎn)圖，包括按照本發(fā)明的可替換觸摸系統(tǒng)實(shí)施例的特征；圖3是一現(xiàn)有技術(shù)的觸摸系統(tǒng)示意圖；圖4是一現(xiàn)有技術(shù)的觸摸系統(tǒng)的示意性電路圖；圖5是按照本發(fā)明的一種觸摸系統(tǒng)的示意圖；圖6是按照本發(fā)明圖1和圖5的觸摸系統(tǒng)的示意性電路圖；圖7是按照本發(fā)明圖2的觸摸系統(tǒng)實(shí)施例的詳圖；圖8是按照本發(fā)明的圖2和7的觸摸系統(tǒng)的示意性電路圖；圖9是按照本發(fā)明的一種觸摸系統(tǒng)的透視圖，在其中將觸摸傳感器和接觸點(diǎn)安裝在同一個(gè)基底上。
本發(fā)明可以有可替換形式的各種修改方案，其中的細(xì)節(jié)作為示例在附圖中表示出并將詳細(xì)描述。然而，應(yīng)該理解，并不是想要將本發(fā)明局限在所述特定的實(shí)施例中。相反，本發(fā)明是要覆蓋所有落在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的修改方案、等價(jià)方案和可替換方案。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明一般可應(yīng)用于具有選擇性觸摸源(selective touch sources)的觸摸屏或觸摸式數(shù)字轉(zhuǎn)換器(touch digitizer)。本發(fā)明更具體地涉及具有一觸摸傳感器和一用戶(hù)接觸點(diǎn)的觸摸系統(tǒng)，在其中該系統(tǒng)利用來(lái)自用戶(hù)接觸點(diǎn)和對(duì)觸摸傳感器的觸摸的信息確定對(duì)觸摸傳感器的觸摸的位置。本發(fā)明可能特別適于與電容觸摸系統(tǒng)(capacitive touch system)一起使用，在其中觸摸傳感器和用戶(hù)接觸點(diǎn)二者都觸摸，這可額外增強(qiáng)觸摸系統(tǒng)的性能。本發(fā)明可能還特別適于用在例如設(shè)計(jì)為由一個(gè)或多個(gè)玩家玩的電子游戲系統(tǒng)，在玩游戲過(guò)程中，玩家能施加觸摸輸入以在游戲中產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答。
在觸摸系統(tǒng)中，通常通過(guò)測(cè)量由對(duì)系統(tǒng)的觸摸輸入產(chǎn)生的獨(dú)立信號(hào)，以及比較信號(hào)或信號(hào)比計(jì)算觸摸位置，確定用戶(hù)施加觸摸的位置。然后可將觸摸數(shù)據(jù)，例如，與特定的動(dòng)作或指令相互關(guān)聯(lián)。假設(shè)一完全校準(zhǔn)的觸摸系統(tǒng)，計(jì)算出的觸摸位置作為報(bào)告的觸摸定位應(yīng)足夠接近用于特定動(dòng)作或指令的實(shí)際觸摸定位。取得“足夠接近”資格的內(nèi)容部分地由觸摸系統(tǒng)的分辨率確定。如這里所用的，報(bào)告一個(gè)觸摸定位是指由觸摸系統(tǒng)以合適的方式例如由應(yīng)用軟件用來(lái)確定用戶(hù)輸入指令的計(jì)算出的觸摸位置。報(bào)告可包括從觸摸系統(tǒng)處理器到中央處理單元(CPU)的通信，或在更集成的系統(tǒng)中能簡(jiǎn)單地要求計(jì)算觸摸位置數(shù)據(jù)并如預(yù)期的由應(yīng)用適當(dāng)?shù)厥褂谩?br> 對(duì)觸摸傳感器或接觸點(diǎn)的“觸摸”可包括實(shí)際的物理觸摸，或可定義為近程觸摸，其中當(dāng)用戶(hù)或?qū)ο?object)放得足夠接近以產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，在觸摸傳感器或接觸點(diǎn)中產(chǎn)生觸摸信號(hào)。
如這里所用的，涉及用于確定對(duì)觸摸傳感器的觸摸位置的接觸點(diǎn)和觸摸傳感器的“信息”可包括幾個(gè)區(qū)別特征并包括任意適合的可測(cè)量或可檢測(cè)的參數(shù)、數(shù)量或?qū)傩浴＠?，“信息”可包括?lái)自對(duì)觸摸傳感器或?qū)佑|點(diǎn)的“觸摸”的觸摸信號(hào)的量值、頻率或相位。“信息”還可涉及觸摸到觸摸傳感器或接觸點(diǎn)和從觸摸傳感器或接觸點(diǎn)提起的時(shí)間，或?qū)τ谟|摸系統(tǒng)的給定功能“觸摸”是否在觸摸屏或接觸面的激活或非激活區(qū)域?！靶畔ⅰ痹诟旧峡砂ㄊ欠駥?duì)特定的觸摸傳感器或接觸點(diǎn)進(jìn)行了任何“觸摸”。
現(xiàn)在參考圖1的示意圖，本發(fā)明的觸摸系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例包括一觸摸傳感器12、一接觸點(diǎn)14、一處理器16和一電源18。連接這些部件的直線代表部件間例如通過(guò)導(dǎo)線聯(lián)通。觸摸傳感器12可以是紅外線觸摸傳感器、壓力觸摸傳感器(即通過(guò)測(cè)量由于觸摸壓力造成的彎曲、張力和/或位移確定觸摸位置的傳感器)、電阻觸摸傳感器(resistive touch sensor)、表面聲波(SAW)觸摸傳感器、電容性觸摸傳感器，等等。觸摸傳感器可以是透明的，以允許與圖象交互，或者它可以是不透明的，如在觸摸板和數(shù)字轉(zhuǎn)換器的情況下。電容觸摸傳感器可包括具有導(dǎo)電表面的觸摸傳感器12，一般由在玻璃基底上涂敷透明的銦錫氧化物(ITO)或錫銻氧化物(TAO)制成。然后一般在導(dǎo)電表面上涂刷一層絕緣材料?？商鎿Q地，可將觸摸傳感器12配置成多電極近場(chǎng)成像(near field imaging)(NFI)電容系統(tǒng)或X-Y陣列，諸如用于透過(guò)玻璃離散的按鈕，作為下面參考圖3-9所述的電流傳感電容系統(tǒng)的一個(gè)替換方案。
可將接觸點(diǎn)14配置為由觸摸激活，一般來(lái)自用戶(hù)。接觸點(diǎn)14可以是觸摸傳感器、近程傳感器(proximity sensor)或其它可以接收輸入的裝置或?qū)ο?object)或其它手段，以在觸摸系統(tǒng)中產(chǎn)生觸摸信號(hào)。接觸點(diǎn)14可采取其功能對(duì)用戶(hù)顯見(jiàn)的對(duì)象的形式，或采取其在觸摸傳感器系統(tǒng)中的功能對(duì)于用戶(hù)不太可見(jiàn)和/或不太顯然的形式。接觸點(diǎn)14一般電連接至觸摸系統(tǒng)且可放在觸摸系統(tǒng)中與觸摸傳感器12分開(kāi)的位置。當(dāng)接觸點(diǎn)14與觸摸傳感器12物理上分開(kāi)時(shí)，能易于區(qū)別由每個(gè)接觸點(diǎn)和觸摸傳感器生成的觸摸信號(hào)。這些組件物理上分開(kāi)對(duì)本發(fā)明的某些應(yīng)用是有利的，諸如多用戶(hù)游戲。
把接觸點(diǎn)14和觸摸傳感器12定位在相互分開(kāi)的位置上的一個(gè)實(shí)例包括將接觸點(diǎn)置于一個(gè)外殼里而將觸摸傳感器置于一分開(kāi)的外殼里。在這種安排中，接觸點(diǎn)和觸摸傳感器仍可用例如導(dǎo)線或軟線(cord)互相電連接并連接到觸摸系統(tǒng)上。在第二實(shí)施例中，接觸點(diǎn)14和觸摸傳感器12各被放在同一外殼中，但以不共用同一基底的方式彼此在物理上分開(kāi)。在這個(gè)第二實(shí)施例中，接觸點(diǎn)和觸摸傳感器還可彼此電連接并連到觸摸系統(tǒng)。
在一可替換實(shí)施例中，可將接觸點(diǎn)14安置在與觸摸傳感器12同一個(gè)表面、屏幕、導(dǎo)電表面等等上。按照這個(gè)可替換的實(shí)施例，接觸點(diǎn)14將位于觸摸傳感器12上的一個(gè)位置，為了在系統(tǒng)中產(chǎn)生一個(gè)由于在那個(gè)位置的觸摸輸入而作出的響應(yīng)，觸摸傳感器永久或暫時(shí)不激活，但將產(chǎn)生對(duì)于接觸點(diǎn)唯一的觸摸信號(hào)。結(jié)果，來(lái)自接觸點(diǎn)14的觸摸信號(hào)能從來(lái)自觸摸傳感器12的觸摸信號(hào)區(qū)別開(kāi)來(lái)，即使它們兩者都位于同一表面或屏幕。這樣，來(lái)自接觸點(diǎn)區(qū)域的信息可用于確定對(duì)于觸摸傳感器的激活區(qū)域的觸摸位置和/或確定由所報(bào)告的觸摸引起的系統(tǒng)指令。例如，觸摸接觸點(diǎn)區(qū)域可提供由觸摸觸摸傳感器產(chǎn)生的觸摸信號(hào)的“增強(qiáng)”，因此達(dá)到該系統(tǒng)的閾值信號(hào)(例如，該系統(tǒng)的給定功能所必需的)，或者增加了該系統(tǒng)的信噪比，從而該系統(tǒng)可更準(zhǔn)確地確定對(duì)觸摸傳感器的觸摸位置。在這個(gè)可替換的實(shí)施例中，區(qū)別對(duì)觸摸傳感器12和接觸點(diǎn)14的觸摸的一種方法就是要求要么把觸摸到觸摸傳感器和接觸點(diǎn)的事件要么把從觸摸傳感器和接觸點(diǎn)提起的事件在時(shí)間上分開(kāi)。結(jié)果，為實(shí)現(xiàn)觸摸系統(tǒng)的目標(biāo)，系統(tǒng)能夠確定哪個(gè)觸摸信號(hào)先產(chǎn)生，確定這些觸摸的每一個(gè)的大概位置(例如，在為觸摸傳感器留出的“激活”區(qū)域內(nèi)部或外部)，以及從所有在系統(tǒng)中生成的觸摸信號(hào)扣除來(lái)自觸摸傳感器或接觸點(diǎn)的觸摸信號(hào)。
觸摸系統(tǒng)10還可包括電連接到觸摸傳感器12和接觸點(diǎn)14的處理器16。處理器16可收集來(lái)自觸摸傳感器12和接觸點(diǎn)14的信息。處理器16能夠辨別信號(hào)的身份(identity)、信號(hào)的量值、產(chǎn)生信號(hào)的時(shí)間，以及關(guān)于觸摸傳感器12和接觸點(diǎn)14的其它信息。處理器16然后可處理所收集的信息并產(chǎn)生輸出，例如，用于觸摸系統(tǒng)的指令或一個(gè)特定的動(dòng)作。
觸摸系統(tǒng)10還可包括為系統(tǒng)提供能量的電源18.電源18一般可以是電壓源，其輸出在與觸摸系統(tǒng)的要求關(guān)聯(lián)的電平上。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，觸摸系統(tǒng)10包括觸摸傳感器112、第一接觸點(diǎn)114、第二接觸點(diǎn)115、處理器116和電源118，如在圖2的示意圖中所示。觸摸傳感器112被配置成接收產(chǎn)生觸摸信號(hào)的觸摸。觸摸傳感器112可以是多種多樣觸摸傳感器之一，諸如用于壓力、紅外線、電阻、表面聲波或電容觸摸系統(tǒng)技術(shù)的觸摸傳感器。接觸點(diǎn)114和115可以由在觸摸系統(tǒng)中產(chǎn)生觸摸信號(hào)的觸摸激活。接觸點(diǎn)114和115通常電連接到觸摸系統(tǒng)100，并且該系統(tǒng)能夠區(qū)別對(duì)于接觸點(diǎn)的觸摸。觸摸系統(tǒng)100還可包括處理器116，它收集來(lái)自觸摸傳感器112和接觸點(diǎn)114與115的信息。通常，直到接觸點(diǎn)114和115的至少一個(gè)或兩個(gè)也被激活才能確定對(duì)觸摸傳感器112的觸摸位置。處理器116能夠識(shí)別、測(cè)量來(lái)自觸摸傳感器112和接觸點(diǎn)114和115的信息的量值，并確定其順序。系統(tǒng)還能夠區(qū)別由用戶(hù)A對(duì)接觸點(diǎn)114的觸摸和由用戶(hù)B對(duì)接觸點(diǎn)115的觸摸，通過(guò)唯一地經(jīng)由每個(gè)用戶(hù)各自的接觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)每個(gè)用戶(hù)。觸摸系統(tǒng)100可由電源118供電，用電壓源等“驅(qū)動(dòng)”觸摸傳感器112和/或接觸點(diǎn)114和115。
電容觸摸系統(tǒng)200示于圖3的示意圖中。觸摸系統(tǒng)200包括觸摸傳感器212、處理器216、電源218、觸摸傳感器212上的導(dǎo)電表面213、電極220、放大器222和連接放大器至觸摸傳感器220的導(dǎo)線224。觸摸系統(tǒng)200還包括測(cè)量裝置228測(cè)量來(lái)自觸摸傳感器212的電流226的電流裝置、電壓227、用戶(hù)和觸摸傳感器212之間的電容230、接地232、來(lái)自用戶(hù)的身體阻抗234、身體到接地的阻抗236、大地(earth ground)238、系統(tǒng)阻抗240和中央處理單元(CPU)242。包括觸摸傳感器200的一些組件的概略的電路圖參見(jiàn)圖4。
一般地，電極220被結(jié)合在導(dǎo)電表面213上，并且電連接到導(dǎo)電表面213。電極220提供兩個(gè)用途第一，它們通過(guò)電線224將導(dǎo)電表面連接到放大器222；第二，電極在導(dǎo)電表面213的邊緣的排列模式使得在導(dǎo)電表面內(nèi)流動(dòng)的電流以線性、正交的方式分配。電極模式中電容傳感器的結(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員是眾所周知的，如Pepper，Jr.的美國(guó)專(zhuān)利No.4,198,539和4,371,746中所揭示)。
系統(tǒng)200還包括產(chǎn)生時(shí)變信號(hào)v(t)的電源218。這個(gè)信號(hào)可以是符號(hào)波(signwave)、方波或其它時(shí)變電壓。放大器222通過(guò)導(dǎo)線224驅(qū)動(dòng)信號(hào)至導(dǎo)電表面213的每個(gè)角落。電壓v(t)由每個(gè)放大器222的輸出驅(qū)動(dòng)，這樣觸摸傳感器212的整個(gè)表面都在一個(gè)統(tǒng)一的電壓上。電流測(cè)量裝置238測(cè)量流經(jīng)放大器輸出的電流226。當(dāng)例如手指觸摸導(dǎo)電表面213時(shí)，電容接觸產(chǎn)生并由電容器230表示。電流從接地232流出，經(jīng)過(guò)放大器222、導(dǎo)電表面213、觸摸電容器230，并從大地238經(jīng)系統(tǒng)阻抗240返回局部接地(local ground)232。由裝置228測(cè)得的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，并且處理器216用從對(duì)觸摸傳感器212的觸摸產(chǎn)生的電流226的比率計(jì)算對(duì)觸摸傳感器212的觸摸位置。處理器216可向CPU242發(fā)送位置信息以進(jìn)一步處理。
如果觸摸系統(tǒng)200直接連接在接地的壁裝電源插座上，則阻抗240可接近于零。如果觸摸系統(tǒng)200是在諸如帶有絕緣塑料盒的電池供電裝置這樣的小型裝置內(nèi)，則阻抗240可能很高，它將限制電流。在這種情況下受限的電流還限制觸摸系統(tǒng)200的性能和靈敏度。
電容觸摸系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例是示于圖5中的觸摸系統(tǒng)300，且一般參照?qǐng)D1進(jìn)行描述。電容觸摸系統(tǒng)300包括觸摸傳感器312、接觸點(diǎn)314、處理器316、電源318、觸摸傳感器312的導(dǎo)電表面313及電連接到觸摸傳感器312的電極320。觸摸系統(tǒng)300還包括放大器322、連接放大器322于觸摸傳感器312的導(dǎo)線324、系統(tǒng)電流326、來(lái)自電源318的電壓327、電流測(cè)量裝置328、觸摸電容330、局部接地332、身體阻抗334、身體到接地阻抗336、大地338、系統(tǒng)阻抗340和CPU342。觸摸系統(tǒng)300還包括不同于現(xiàn)有技術(shù)的幾個(gè)特征，包括觸摸傳感器開(kāi)關(guān)344、接觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)346、用于接觸點(diǎn)314的放大器348、電流檢測(cè)器350、信號(hào)調(diào)節(jié)器352、接觸點(diǎn)電壓354、接觸點(diǎn)電流356及接觸點(diǎn)電容358。開(kāi)關(guān)344和346和觸摸傳感器314使觸摸系統(tǒng)300有可能在幾種模式下運(yùn)行，然而觸摸系統(tǒng)200只能在一種模式下運(yùn)行。在第一模式中，觸摸系統(tǒng)300以與現(xiàn)有技術(shù)的電容觸摸系統(tǒng)200相同的方式運(yùn)行。但是，在可替換的用戶(hù)可選擇的模式中，觸摸系統(tǒng)300能夠克服在現(xiàn)有技術(shù)的觸摸系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的許多缺點(diǎn)。觸摸系統(tǒng)300還包括驅(qū)動(dòng)觸摸墊(touch pad)314的放大器348，以及由電流測(cè)量裝置350測(cè)量的來(lái)自接觸點(diǎn)314輸出電流356。
如上所述，對(duì)觸摸傳感器312或接觸點(diǎn)314的“觸摸”，如本申請(qǐng)通篇所指，可包括一實(shí)際物理觸摸，諸如通過(guò)用戶(hù)的手指或用戶(hù)所持另一對(duì)象，或可定義為“近程”觸摸，它在沒(méi)有實(shí)際物理地觸摸觸摸傳感器或接觸點(diǎn)的情況下，在電路內(nèi)產(chǎn)生觸摸信號(hào)。為了產(chǎn)生可由處理器316處理的“觸摸”信號(hào)，可將接觸點(diǎn)314設(shè)計(jì)為按鈕、鼠標(biāo)、操縱桿、手套、開(kāi)關(guān)或其它可通過(guò)由用戶(hù)接觸或近程激活的裝置。
表1表示圖5的觸摸系統(tǒng)300的一些可能的操作模式。操作模式1-3取決于開(kāi)關(guān)342和344的狀態(tài)，取決于電壓327和354的關(guān)系、電流檢測(cè)器328和350，取決于由處理器316和CPU342執(zhí)行的算法。在一可替換的實(shí)施例中，操作模式可取決于電壓327和354的頻率或相位及電流檢測(cè)器328和350的頻率和相位靈敏度。利用相位的觸摸系統(tǒng)將在貫穿說(shuō)明書(shū)的其余部分中描述。

在觸摸系統(tǒng)300的第一模式(模式1)中，檢測(cè)和定位對(duì)觸摸傳感器312的任意觸摸，且只在觸摸傳感器312也被觸摸或產(chǎn)生一個(gè)來(lái)自觸摸傳感器312的觸摸信號(hào)時(shí)，檢測(cè)對(duì)接觸點(diǎn)314的觸摸。開(kāi)關(guān)344已經(jīng)關(guān)閉，因此來(lái)自電源318的時(shí)變電壓327連接至放大器322，它可能是單位增益放大器(unity gainamplifier)。觸摸傳感器312由時(shí)變電壓327驅(qū)動(dòng)，因此對(duì)導(dǎo)電表面313的觸摸將引起電流326流經(jīng)觸摸傳感器312、觸摸電容330至接觸表面313的用戶(hù)身體、身體阻抗334、身體至接地的阻抗336、大地338、系統(tǒng)阻抗340、局部接地332，并返回至放大器322。觸摸傳感器電流326和接觸點(diǎn)電流356分別由電流測(cè)量裝置328和350測(cè)量。
處理器316收集來(lái)自電流測(cè)量裝置328和350的信息并根據(jù)電流326的比率計(jì)算對(duì)觸摸傳感器312的觸摸的觸摸位置。電流檢測(cè)器326和356用于檢測(cè)對(duì)接觸點(diǎn)314和觸摸傳感器312的觸摸。電流檢測(cè)器326和356還可由處理器316使用，以確定對(duì)觸摸傳感器312和接觸點(diǎn)314的觸摸的順序、觸摸的持續(xù)時(shí)間、觸摸的量值、以及可用于為使用觸摸系統(tǒng)300的用戶(hù)激活觸摸系統(tǒng)300或?yàn)橛|摸系統(tǒng)300提供指令的其它有用信息。還可將該系統(tǒng)配置成持續(xù)測(cè)量來(lái)自觸摸傳感器312和接觸點(diǎn)314的信號(hào)的位置，以便確定觸摸到或提起的時(shí)間。在這個(gè)配置中，將接觸點(diǎn)314包括在與觸摸傳感器312同一傳感器中是可能的，只要由接觸點(diǎn)314產(chǎn)生的信號(hào)不同于或可區(qū)別于觸摸傳感器312的信號(hào)。
觸摸傳感器300還可包括一移相器或移頻器352，來(lái)調(diào)整電壓352相對(duì)于電壓327的關(guān)系，同時(shí)保持電壓327恒定的波形。一般地，將電壓354的相位設(shè)置成與電壓327可區(qū)別的某個(gè)量，以便最大化觸摸傳感器312和接觸點(diǎn)314之間的凈電壓，例如差180°。表1包括在一依照本發(fā)明的典型相位設(shè)定值中的各種相移的實(shí)例。信號(hào)調(diào)整器352還可改變電壓354相對(duì)于電壓327的量值。放大器322和348一般具有可忽略的相移或頻移。電流測(cè)量裝置328和350可用各種方法進(jìn)行電流測(cè)量，包括結(jié)合一同步解調(diào)器，以便檢測(cè)電流326和356的相位。
裝置328和350的檢測(cè)相位是可個(gè)別地調(diào)整的。在模式1中，裝置328的檢測(cè)相位一般被設(shè)置為檢測(cè)從源(觸摸傳感器312)至接地(接地332)的電容耦合電流。觸摸電流很大程度上是電容耦合的，且一般從電壓327移相60°至80°。在阻抗336和340很大程度上是電阻的情況下相位差可以小到30°。為在本公開(kāi)中示例的目的，將用到多個(gè)90°的相移。在模式1的較佳實(shí)施例中，裝置350的檢測(cè)相位被設(shè)置為[電壓327+270°]。裝置350檢測(cè)從觸摸傳感器312流向接觸點(diǎn)314的電容耦合電流。在實(shí)現(xiàn)頻率靈敏電路的可替換實(shí)施例中，電壓頻率的量值中不同的標(biāo)準(zhǔn)增量可用于區(qū)別由觸摸傳感器312和接觸點(diǎn)314產(chǎn)生的信號(hào)。
在觸摸系統(tǒng)300的第二模式(模式2)中，檢測(cè)到對(duì)接觸點(diǎn)314的觸摸，然后檢測(cè)對(duì)觸摸傳感器312的觸摸。開(kāi)關(guān)346在這種模式下是閉合的，因此電壓354通過(guò)放大器348傳至接觸點(diǎn)314。開(kāi)關(guān)344是斷開(kāi)的，因此放大器322不由電壓327供電，這樣允許觸摸傳感器312具有零時(shí)變信號(hào)。結(jié)果，對(duì)觸摸傳感器312的觸摸而不同時(shí)觸摸接觸點(diǎn)314導(dǎo)致沒(méi)有可測(cè)量信號(hào)且系統(tǒng)300檢測(cè)不到觸摸。信號(hào)調(diào)整器352可修改電壓354的電壓相位或電壓頻率，因此它的相位或電壓與電壓327的相位和電壓不同。較佳地，在相位靈敏電路中，電流測(cè)量裝置322的相位被設(shè)定在90°。
當(dāng)觸摸接觸點(diǎn)314時(shí)，電流356從局部接地332流經(jīng)放大器348、接觸點(diǎn)314、觸摸電容358，并流經(jīng)用戶(hù)的身體阻抗334。電流356在流過(guò)身體阻抗后可沿兩條分開(kāi)的途徑而行。如果用戶(hù)只觸摸接觸點(diǎn)314，則電流340流經(jīng)用戶(hù)的身體對(duì)接地阻抗336，到大地338、系統(tǒng)阻抗340，并回到局部接地332。由對(duì)接觸點(diǎn)314的觸摸產(chǎn)生的電流356由電流測(cè)量裝置350測(cè)量。這個(gè)測(cè)量傳至處理器316，它被配置成基于電流356的變化檢測(cè)對(duì)接觸點(diǎn)314的觸摸。處理器316可將此電流變化傳至CPU342，而CPU342可利用此信息觸發(fā)程序中的變化，改變顯示器上的圖像，或給出其它可能是觸摸系統(tǒng)300適當(dāng)應(yīng)用和功能所要求的指令。例如，對(duì)接觸點(diǎn)314的觸摸可指示觸摸系統(tǒng)300的一個(gè)用戶(hù)，例如在視頻游戲情形中，已準(zhǔn)備玩這個(gè)視頻游戲了。CPU342作出響應(yīng)改變顯示器上的一個(gè)指示器由紅變綠，以指示該用戶(hù)現(xiàn)在能夠參與游戲。
如果用戶(hù)同時(shí)觸摸接觸點(diǎn)314和觸摸傳感器312，或如果有重疊的觸摸，則電流340的一部分也從用戶(hù)的身體流經(jīng)觸摸電容330到觸摸傳感器312。電流340基于對(duì)觸摸傳感器312的觸摸位置被分配到放大器322，然后流回局部接地332。當(dāng)電流340通過(guò)放大器322時(shí)，電流測(cè)量裝置328將測(cè)量到這個(gè)電流，且該測(cè)量將順序地被傳至處理器316。這樣，僅當(dāng)用戶(hù)同時(shí)觸摸接觸點(diǎn)314和觸摸傳感器312時(shí)，能檢測(cè)出對(duì)觸摸傳感器312的觸摸，然后測(cè)出那個(gè)觸摸的位置。然而要注意，由觸摸接觸點(diǎn)314和觸摸傳感器312提供的電流返回路徑可增加被引導(dǎo)(channeled)通過(guò)觸摸傳感器312的電流。象這樣，較高的電流量可增加送往處理器314的信號(hào)量而系統(tǒng)中的“噪聲”量仍保持不變。結(jié)果，可增加電流測(cè)量和最后所得到的位置測(cè)量的信噪比。
在觸摸系統(tǒng)的第三模式(模式3)中，優(yōu)選通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)344和346，以電壓信號(hào)同時(shí)驅(qū)動(dòng)觸摸傳感器312和接觸點(diǎn)314。可單獨(dú)檢測(cè)和測(cè)量對(duì)觸摸傳感器314的觸摸，就象只對(duì)接觸點(diǎn)314的觸摸一樣。信號(hào)調(diào)整器352可調(diào)整電壓354的相位和頻率以區(qū)別于電壓327。在對(duì)相位變化靈敏的觸摸系統(tǒng)情況下，電壓354優(yōu)選與電壓327相位相差180°。
模式3的好處是，如果用戶(hù)同時(shí)觸摸或靠近接觸點(diǎn)314時(shí)，則提高了觸摸傳感器312上觸摸信號(hào)的信噪比。信噪比至少在兩方面受到影響。第一，觸摸接觸點(diǎn)314同時(shí)觸摸觸摸傳感器312為觸摸電流提供了一個(gè)局部接地路徑，如圖6的示意性電路圖所示。第二，除觸摸電流從觸摸電容330流經(jīng)用戶(hù)身體阻抗334至大地338、并經(jīng)過(guò)系統(tǒng)阻抗至局部接地332之外，電流還可從傳感器電容330流經(jīng)用戶(hù)身體阻抗334，流經(jīng)接觸點(diǎn)電容358、放大器348而進(jìn)入局部接地332。因此，為觸摸傳感器312提供更高的信號(hào)，并且增強(qiáng)觸摸傳感器312的靈敏度。當(dāng)大地338被旁路時(shí)，當(dāng)用戶(hù)同時(shí)觸摸接觸點(diǎn)314和觸摸傳感器312時(shí)，當(dāng)電壓354經(jīng)過(guò)接觸點(diǎn)314和用戶(hù)到觸摸傳感器312時(shí)，或在系統(tǒng)300上的這些影響的組合時(shí)，部分地增強(qiáng)觸摸傳感器312的靈敏度。在系統(tǒng)阻抗高時(shí)尤其如此，如在用未接地電池運(yùn)行裝置的情況下，使高百分比的電流經(jīng)過(guò)觸摸傳感器312而不是返回系統(tǒng)接地332。
按照示于圖7的更詳細(xì)的觸摸系統(tǒng)400的示意圖，更詳細(xì)地描述示于圖2的本發(fā)明觸摸系統(tǒng)的可替換實(shí)施例。觸摸系統(tǒng)400是一電容觸摸系統(tǒng)，以許多與圖5的觸摸系統(tǒng)相同的特征和功能運(yùn)行。用相似的標(biāo)號(hào)描述相似的特征。除圖5的特征外，觸摸系統(tǒng)400還包括附加的接觸點(diǎn)415、放大器460、電流測(cè)量裝置462、接觸點(diǎn)觸摸電容464、信號(hào)調(diào)節(jié)器466、接觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)468、接觸點(diǎn)電流470和接觸點(diǎn)電壓472。包括圖7的觸摸系統(tǒng)的一些組件的概略電路圖示于圖8。
觸摸系統(tǒng)400可運(yùn)行于克服現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中存在的技術(shù)限制的幾個(gè)用戶(hù)可選擇模式的任意一個(gè)模式中。與觸摸系統(tǒng)400的電容觸摸系統(tǒng)有關(guān)的一些細(xì)節(jié)示于表2。

在觸摸系統(tǒng)的第一模式(模式1)中，觸摸系統(tǒng)400運(yùn)行在與現(xiàn)有技術(shù)的電容觸摸屏的相同方式中，諸如觸摸系統(tǒng)200。按照這種模式，開(kāi)關(guān)444閉合而開(kāi)關(guān)446和468保持?jǐn)嚅_(kāi)。結(jié)果，由觸摸激活觸摸傳感器412，并且處理器416能夠確定對(duì)觸摸傳感器412的觸摸的位置(進(jìn)一步的細(xì)節(jié)見(jiàn)觸摸系統(tǒng)300的模式1)。
在觸摸系統(tǒng)400的第二模式(模式2)中，類(lèi)似于觸摸系統(tǒng)300的模式2，開(kāi)關(guān)446閉合而開(kāi)關(guān)444和468斷開(kāi)。僅當(dāng)用戶(hù)同時(shí)對(duì)接觸點(diǎn)414觸摸或產(chǎn)生重疊的觸摸時(shí)，才能檢測(cè)到并測(cè)量對(duì)接觸點(diǎn)415或觸摸傳感器412的觸摸。開(kāi)關(guān)446閉合，因此電壓454經(jīng)由放大器448傳至接觸點(diǎn)414。開(kāi)關(guān)444和468斷開(kāi)，因此放大器422和460具有DC(直流)電壓且觸摸傳感器412和接觸點(diǎn)415具有零時(shí)變信號(hào)。結(jié)果，對(duì)觸摸傳感器412或接觸點(diǎn)415的觸摸而不是觸摸接觸點(diǎn)414導(dǎo)致沒(méi)有可測(cè)量的信號(hào)和檢測(cè)不到對(duì)觸摸傳感器412的觸摸。信號(hào)調(diào)節(jié)器(signalmodifier)452改變電壓454的相位或頻率，因此電壓454可區(qū)別于電壓427和464。在對(duì)相位變化靈敏的觸摸系統(tǒng)情況下，電流測(cè)量裝置428和462的相位優(yōu)選被設(shè)置成與電流測(cè)量裝置450的相位相差180°。
如果觸摸系統(tǒng)400的用戶(hù)同時(shí)觸摸接觸點(diǎn)415和414以及觸摸傳感器412，電流456的一部分可從用戶(hù)的身體流經(jīng)觸摸電容430至觸摸傳感器412、至放大器422并返回局部接地432，或電流456可流經(jīng)接觸點(diǎn)415的觸摸電容464、流經(jīng)放大器460而返回局部接地432。在電流456流經(jīng)放大器422或460時(shí)，電流測(cè)量裝置428或462將測(cè)量到這個(gè)電流，并且將測(cè)量結(jié)果傳至處理器416。這樣，僅當(dāng)用戶(hù)同時(shí)觸摸接觸點(diǎn)414時(shí)，才可檢測(cè)到并測(cè)量觸摸傳感器412或接觸點(diǎn)415上的觸摸。要注意，由觸摸接觸點(diǎn)414和觸摸傳感器412或接觸點(diǎn)415提供的電流返回路徑通常將增大所測(cè)電流，這樣增大電流測(cè)量結(jié)果和由處理器收集的最后所得到的信號(hào)的信噪比。尤其在阻抗440高時(shí)更是如此。
在觸摸系統(tǒng)400的類(lèi)似于模式2的第三模式(模式3)中，閉合開(kāi)關(guān)468激活接觸點(diǎn)415或使之可激活。僅當(dāng)用戶(hù)同時(shí)觸摸接觸點(diǎn)415時(shí)，才可檢測(cè)到并測(cè)量在接觸點(diǎn)414或觸摸傳感器412上的觸摸。也可檢測(cè)到與觸摸接觸點(diǎn)414或觸摸傳感器412無(wú)關(guān)的對(duì)接觸點(diǎn)415的觸摸。在模式3中，開(kāi)關(guān)444和446斷開(kāi)，因此放大器222和448，從而觸摸傳感器412和接觸點(diǎn)414，具有DC信號(hào)。結(jié)果，僅對(duì)觸摸傳感器412或接觸點(diǎn)414的觸摸而不觸摸接觸點(diǎn)415，導(dǎo)致沒(méi)有可測(cè)量的信號(hào)且檢測(cè)不到觸摸。當(dāng)開(kāi)關(guān)468閉合時(shí)，電壓464經(jīng)放大器460傳至接觸點(diǎn)415，并且由電流測(cè)量裝置462測(cè)量電流470。
在觸摸系統(tǒng)400的一個(gè)實(shí)施例中，如果將處理器416編程為在模式2和3之間快速轉(zhuǎn)換或切換，兩個(gè)用戶(hù)能同時(shí)使用觸摸系統(tǒng)。如果第一用戶(hù)連續(xù)地觸摸接觸點(diǎn)414，而第二用戶(hù)連續(xù)地觸摸接觸點(diǎn)415，則能測(cè)量每個(gè)用戶(hù)觸摸觸摸傳感器412的觸摸坐標(biāo)，因?yàn)橛擅總€(gè)用戶(hù)在觸摸傳感器412上產(chǎn)生的信號(hào)是彼此可區(qū)別的。按照本實(shí)施例，處理器416首先配置開(kāi)關(guān)444、446和468至模式2，用與電壓454相等的信號(hào)激活接觸點(diǎn)414。通過(guò)由第一用戶(hù)的電容觸點(diǎn)458所導(dǎo)致的經(jīng)過(guò)接觸點(diǎn)414的電流變化檢測(cè)到第一用戶(hù)的存在。當(dāng)?shù)谝挥脩?hù)觸摸觸摸傳感器412時(shí)，電壓454通過(guò)放大器448至接觸點(diǎn)414的連接引起電流456流經(jīng)第一用戶(hù)的身體并進(jìn)入觸摸傳感器412。從通過(guò)電極420、電流測(cè)量裝置428和放大器422的電流分布測(cè)量第一用戶(hù)的位置。如果第二用戶(hù)在這時(shí)正在觸摸觸摸傳感器412，則第二用戶(hù)身體的電容耦合對(duì)于從第一用戶(hù)流進(jìn)觸摸傳感器412的電流456將只有可忽略的影響，因?yàn)閬?lái)自第一用戶(hù)身體的電流在觸摸傳感器412表面上產(chǎn)生可忽略的電壓。在測(cè)量第一用戶(hù)的位置后，處理器416從模式2改變或切換至模式3，這樣使接觸點(diǎn)414失活而用電壓信號(hào)464激活接觸點(diǎn)415。是通過(guò)由第二用戶(hù)的電容觸點(diǎn)所導(dǎo)致的經(jīng)過(guò)接觸點(diǎn)415的電流變化檢測(cè)到第二用戶(hù)的存在。當(dāng)?shù)诙脩?hù)觸摸觸摸傳感器412時(shí)，電壓464通過(guò)放大器460至接觸點(diǎn)415的連接引起電流470流經(jīng)第二用戶(hù)的身體并進(jìn)入觸摸傳感器412。從觸摸傳感器412中電流的分配測(cè)量由第二用戶(hù)對(duì)觸摸傳感器412的觸摸。通過(guò)從模式2到模式3和從模式3到模式2的轉(zhuǎn)換或切換測(cè)量第一和第二用戶(hù)的位置能以高速率重復(fù)，例如每種模式5毫秒。這將產(chǎn)生同時(shí)檢測(cè)的感覺(jué)，甚至在以人的標(biāo)準(zhǔn)判斷觸摸到和提起是很快的情況下。雖然這個(gè)實(shí)施例顯示了一個(gè)有用的具有兩個(gè)接觸點(diǎn)414和415的雙用戶(hù)裝置，但是很容易通過(guò)附加多個(gè)接觸點(diǎn)及其相關(guān)電路而擴(kuò)展至多于兩個(gè)用戶(hù)。
除如上所述的順序多用戶(hù)系統(tǒng)，從一個(gè)接觸點(diǎn)流向另一個(gè)接觸點(diǎn)的電流能夠用作唯一條件的一種指示。如果，例如，兩個(gè)用戶(hù)在給定的應(yīng)用中觸摸他們各自的接觸點(diǎn)，諸如雙個(gè)競(jìng)賽性視頻游戲，且第一用戶(hù)觸摸第二用戶(hù)，電流將從一個(gè)接觸點(diǎn)經(jīng)過(guò)第一用戶(hù)的身體、第二用戶(hù)的身體，流入第二用戶(hù)的接觸點(diǎn)。在上面實(shí)例中的任意給定點(diǎn)，一個(gè)接觸點(diǎn)具有施加于其上的電壓，從而它能在與那個(gè)墊相關(guān)聯(lián)的用戶(hù)觸摸觸摸屏?xí)r提供一電流，而另一個(gè)接觸點(diǎn)是無(wú)電壓非激活的且應(yīng)沒(méi)有電流。如果給定墊的電流在非激活墊上檢測(cè)到，它就是兩個(gè)用戶(hù)彼此觸摸的指示。這可在游戲或其它應(yīng)用中用作為“干擾”或“犯規(guī)”指示器。
本發(fā)明另一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是關(guān)于汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)的。汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)可以具有使用模式2和3原理的觸摸屏。汽車(chē)制造商開(kāi)始在導(dǎo)航系統(tǒng)中使用具有觸摸屏的視頻顯示器，在導(dǎo)航系統(tǒng)中單用按鈕和刻度盤(pán)(dial)可能會(huì)使系統(tǒng)接口太過(guò)復(fù)雜。導(dǎo)航系統(tǒng)還可能在實(shí)際駕駛車(chē)輛時(shí)太復(fù)雜而難以使用。一種解決方案是當(dāng)汽車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)禁止把駕駛員的觸摸記錄在導(dǎo)航系統(tǒng)中，但允許乘客在任何時(shí)間使用導(dǎo)航系統(tǒng)。還可以是想要允許任意乘客使用導(dǎo)航系統(tǒng)，或只讓坐在前排座位之一的乘客使用。禁止將一個(gè)或多個(gè)乘客的觸摸記錄在導(dǎo)航系統(tǒng)中，可通過(guò)在一個(gè)或多個(gè)車(chē)輛座位中植入接觸點(diǎn)或類(lèi)似的傳感器完成。當(dāng)用戶(hù)通過(guò)坐進(jìn)或接近座位，在接觸點(diǎn)中產(chǎn)生觸摸信號(hào)時(shí)，觸摸系統(tǒng)將按照系統(tǒng)的程序設(shè)定值起反應(yīng)，以允許或不允許將那個(gè)用戶(hù)的觸摸記錄在導(dǎo)航系統(tǒng)中。
在觸摸系統(tǒng)400的類(lèi)似于模式2和3的第四模式(模式4)中，優(yōu)選通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)446和468同時(shí)激活接觸點(diǎn)414和415兩者。僅當(dāng)用戶(hù)同時(shí)觸摸或激活接觸點(diǎn)414或415和觸摸傳感器412時(shí)，才能夠檢測(cè)到和測(cè)量觸摸傳感器412上的觸摸。還能獨(dú)立于觸摸觸摸傳感器412檢測(cè)對(duì)接觸點(diǎn)414或415的觸摸。在模式4中，開(kāi)關(guān)444是斷開(kāi)的，因此放大器422和觸摸傳感器412在它們的輸出上具有DC電壓信號(hào)且沒(méi)有由對(duì)觸摸傳感器412的觸摸產(chǎn)生的信號(hào)。開(kāi)關(guān)446和468是閉合的，因此由放大器448和460以時(shí)變信號(hào)驅(qū)動(dòng)接觸點(diǎn)414和415。對(duì)接觸點(diǎn)414的觸摸將通過(guò)觸摸電容458耦合接觸點(diǎn)414上的電壓454至用戶(hù)身體阻抗434，引起電流456流經(jīng)電流測(cè)量裝置450、接觸點(diǎn)414、耦合電容458、用戶(hù)身體阻抗434、身體對(duì)接地阻抗436、系統(tǒng)阻抗440、局部接地432和放大器422，同時(shí)電流流回觸摸傳感器412。處理器416測(cè)量電流456的變化并確定電流變化是否在定義的閾值之上或符合規(guī)定的信號(hào)要求。如果滿足定義的要求，則記錄對(duì)接觸點(diǎn)414的觸摸并可從處理器416傳達(dá)至CPU442。
模式4與觸摸系統(tǒng)400的其它模式有一重要的不同，在這一模式中電流測(cè)量電路428可各自使用對(duì)相位變化靈敏的或?qū)︻l率變化靈敏的解調(diào)器，測(cè)量?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的相位或頻率，如相差90°的相位。而且，可將信號(hào)調(diào)節(jié)器452和466設(shè)置成在獨(dú)立的相位或頻率上產(chǎn)生電壓454和464，例如，相差90°的相位，因此對(duì)相位變化靈敏的解調(diào)器428可檢測(cè)由用戶(hù)觸摸接觸點(diǎn)414或415和觸摸傳感器412導(dǎo)致的電流。在這些相位或頻率設(shè)定值的情況下，電流測(cè)量裝置428能夠同時(shí)產(chǎn)生對(duì)接觸點(diǎn)414或415的觸摸檢測(cè)和對(duì)觸摸傳感器412的觸摸位置測(cè)量。
在觸摸系統(tǒng)400的第五模式(模式5)中，優(yōu)選通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)444、446和468，全部由時(shí)變電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)觸摸傳感器412和接觸點(diǎn)414和415?？蓡为?dú)檢測(cè)和測(cè)量對(duì)觸摸傳感器412的觸摸，和只對(duì)接觸點(diǎn)414或415的觸摸一樣。信號(hào)調(diào)節(jié)器452和466可調(diào)整電壓454和464的相位或頻率以彼此區(qū)別并和電壓427相區(qū)別，例如，與電壓427相位相差180°且彼此相位相差90°。
模式5的好處是如果用戶(hù)同時(shí)觸摸接觸點(diǎn)414或415，則提高在觸摸傳感器412上所產(chǎn)生的觸摸信號(hào)的信噪比。至少以?xún)煞N方式影響了信噪比第一，觸摸接觸點(diǎn)414或415同時(shí)觸摸觸摸傳感器412為觸摸電流提供一條局部接地路徑(如在圖8的示意圖中所示)；第二，除從觸摸電容430流經(jīng)用戶(hù)身體阻抗434、進(jìn)入大地438、系統(tǒng)阻抗440、身體對(duì)接地阻抗436和局部接地432的電流外，電流還可從觸摸電容430流經(jīng)用戶(hù)身體阻抗434、接觸點(diǎn)觸摸電容458或464、放大器448或460而進(jìn)入局部接地432。
另一個(gè)實(shí)施例是接觸點(diǎn)鄰近于傳感器且仍與傳感器分開(kāi)。一個(gè)實(shí)例是觸摸系統(tǒng)500，它包括構(gòu)造在單一基底590上的觸摸傳感器512和導(dǎo)電性接觸點(diǎn)414和415，基底在其頂面上涂了導(dǎo)電材料，如在圖9中所示?？蓪?dǎo)材料的線性化圖案(linearization pattern)592，諸如銀釉(silver frit)或?qū)щ娔?conductive ink)，印在觸摸傳感器512的邊界周?chē)?。?dǎo)線524和電極520可在觸摸傳感器512的四個(gè)角上連接線性化圖案592。諸如在圖7中所示放大器422這樣的功率放大器(drive amplifier)可用于為觸摸傳感器512的導(dǎo)電表面513提供能量。接觸點(diǎn)514和515可通過(guò)連接到導(dǎo)電電極594和596的導(dǎo)線580和581而連接到諸如圖7中的放大器448和460這樣的功率放大器上。接觸點(diǎn)514和515和觸摸傳感器512通過(guò)隔離線598和599彼此電隔離。隔離線598和599可通過(guò)有選擇地將基底590表面上的可導(dǎo)材料蝕刻掉或通過(guò)其它諸如激光消除等方法形成。
在電容觸摸系統(tǒng)的另一實(shí)施例中，諸如觸摸系統(tǒng)400，第二觸摸傳感器可取代接觸點(diǎn)414和415中的一個(gè)或兩個(gè)。在這個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)可在與系統(tǒng)300相同或類(lèi)似的模式中運(yùn)行。然而，第二或更多的附加觸摸傳感器將分別需要多個(gè)放大器和電極，諸如與電流測(cè)量裝置428關(guān)聯(lián)的放大器422和電極420，以便測(cè)量和確定對(duì)每個(gè)這些附加觸摸傳感器的觸摸。在觸摸系統(tǒng)中附加觸摸傳感器可用于許多用途，例如，用于代替操作系統(tǒng)用的“鼠標(biāo)”，在這個(gè)系統(tǒng)中，在附加的觸摸傳感器上的觸摸位置傳送鼠標(biāo)右鍵或左鍵激活，或在附加觸摸傳感器上的滑動(dòng)觸摸可執(zhí)行與鼠標(biāo)滾動(dòng)相同或相似的功能。可這樣配置觸摸系統(tǒng)，使得僅當(dāng)激活這些觸摸傳感器時(shí)或當(dāng)同時(shí)也激活一附加接觸點(diǎn)時(shí)主要的觸摸傳感器或附加的觸摸傳感器起作用、或兩者都起作用或兩者都不起作用。
如同慣常的電容觸摸傳感器一樣，接觸點(diǎn)可具有導(dǎo)電表面或可包括導(dǎo)電或電阻材料，由絕緣材料將它們與直接觸摸隔離。要“觸摸”接觸點(diǎn)，只需在用戶(hù)或?qū)ο笈c接觸點(diǎn)導(dǎo)電材料之間產(chǎn)生電容觸點(diǎn)，或通過(guò)物理觸摸或通過(guò)近程觸摸。這是有可能的，例如在一電容觸摸系統(tǒng)中，通過(guò)在表面層壓板諸如麗光板(Formica)下安裝導(dǎo)電箔墊(conductive foil pad)在桌子中實(shí)現(xiàn)接觸點(diǎn)。如果用戶(hù)把手臂擱在或靠近桌子的箔墊之上，一般有足夠的信號(hào)電容性地耦合到用戶(hù)，用于檢測(cè)到用戶(hù)和用于注入可測(cè)量的電流到觸摸傳感器或接觸點(diǎn)中?？商鎿Q地，可用金屬薄片(foil sheet)或?qū)щ娋W(wǎng)孔(conductive mesh screen)制造接觸點(diǎn)，可將這些放進(jìn)座位織物中或其下，諸如汽車(chē)座位(如上面相關(guān)于汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)所述)。在另一個(gè)典型應(yīng)用中，可用嵌入在手持個(gè)人數(shù)字助理(PDA)的外殼中的金屬薄片或?qū)щ姲?conductive plate)制作接觸點(diǎn)。諸如PDA這樣的手持裝置除了電池接地外是不接地的，產(chǎn)生具有高阻抗的電容觸摸電路。因此，通過(guò)分開(kāi)的觸摸墊(嵌入的導(dǎo)電材料)為PDA的觸摸表面供電可減少系統(tǒng)阻抗，尤其是如果獨(dú)立地為接觸點(diǎn)供電。本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)通過(guò)同時(shí)觸摸接觸點(diǎn)或觸摸附加觸摸傳感器為觸摸傳感器供電時(shí)，由同時(shí)觸摸提供的附加電流源提高了系統(tǒng)的靈敏度，即使在只涉及到一個(gè)用戶(hù)時(shí)。
除檢測(cè)用戶(hù)的存在外，可有選擇地使在觸摸傳感器上的觸摸有效。同樣，在諸如汽車(chē)座位或桌子這樣的用絕緣材料與用戶(hù)隔離的接觸點(diǎn)應(yīng)用中，最好用最高的可行電壓驅(qū)動(dòng)接觸點(diǎn)，從而使觸摸電流最大?？捎酶唠妷候?qū)動(dòng)接觸點(diǎn)，而觸摸傳感器驅(qū)動(dòng)器用低電壓，或反之亦然。
對(duì)于上述觸摸系統(tǒng)的電參數(shù)的典型量值是，用觸摸系統(tǒng)400的部件為例對(duì)于電壓427，約1到30V峰-峰值，10kHz到200kHz；對(duì)于電壓454，約1到30V峰-峰值，10kHz到200kHz；對(duì)于電壓464，約1到30V峰-峰值，10kHz到200kHz；對(duì)于觸摸電容430，約100到200pf；而對(duì)于身體對(duì)接地阻抗436，約為50到2000pf，如果用戶(hù)直接與接地438電接觸，一般的電阻小于100Ω。身體阻抗434一般在大約20到300kΩ的范圍內(nèi)。觸摸傳感器412具有大約300到3000Ω/□(Ω每平方)的表面電阻，在觸摸傳感器的兩個(gè)角之間具有大約50到500Ω的表面電阻。放大器422、448和460的輸出阻抗可能約為0.5到100Ω。對(duì)于絕緣的觸摸系統(tǒng)，系統(tǒng)阻抗440可能約為1到10,000pf。如果觸摸系統(tǒng)電連接到接地，則系統(tǒng)阻抗440可能具有小于0.001Ω的電阻。
本發(fā)明的許多實(shí)施例在電腦游戲領(lǐng)域內(nèi)有數(shù)項(xiàng)實(shí)際用途。例如，觸摸墊可集成到游戲用戶(hù)座位、胳膊擱臺(tái)、操縱桿、鼠標(biāo)等等，或者通過(guò)按一個(gè)鍵或一串鍵來(lái)激活，這個(gè)(些)鍵被獨(dú)立地或集成地安裝于游戲控制臺(tái)或其它與游戲關(guān)聯(lián)的裝置。計(jì)算機(jī)游戲可利用模擬觸摸數(shù)字轉(zhuǎn)換器及至少一個(gè)觸摸墊，在其中觸摸墊的激活表示用戶(hù)已準(zhǔn)備好玩或想要離開(kāi)一段時(shí)間。如上所述，帶有″犯規(guī)″檢測(cè)的計(jì)算機(jī)游戲，可包括在玩家彼此觸摸或執(zhí)行違反游戲規(guī)則的動(dòng)作時(shí)作出指示，如要求用戶(hù)以特定的次序輪流觸摸觸摸傳感器等規(guī)則。
在應(yīng)用于游戲時(shí)，本發(fā)明可能要求一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)只用一只手玩游戲，因?yàn)榈诙€(gè)手必須保持與接觸點(diǎn)的接觸。這個(gè)特征將幫助減少在游戲期間觸摸觸摸傳感器的手的數(shù)量，這樣減少觀看觸摸傳感器的障礙，諸如當(dāng)觸摸傳感器被集成在可視屏幕內(nèi)時(shí)。本發(fā)明還可用于測(cè)量用戶(hù)觸摸觸摸傳感器的時(shí)間量，與因接觸點(diǎn)的激活而使得觸摸傳感器處于可觸摸狀態(tài)的時(shí)間量相比較。這個(gè)特征可以是一種性能指示器或者一種用于在付費(fèi)使用的計(jì)算機(jī)游戲中確定付費(fèi)金額的方法。本發(fā)明還可允許計(jì)算機(jī)游戲顯示用戶(hù)″在游戲中″的時(shí)間量，或相反因?yàn)橥瑫r(shí)觸摸了接觸點(diǎn)而可以注冊(cè)對(duì)觸摸傳感器的觸摸。例如，當(dāng)用戶(hù)″在游戲中″時(shí)，計(jì)算機(jī)游戲屏的邊界或背景可從紅變綠并能指示幾個(gè)玩家中的每一個(gè)″在游戲中″的時(shí)間。
在進(jìn)一步應(yīng)用于游戲時(shí)，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可被配置為允許玩團(tuán)隊(duì)游戲，例如，每個(gè)玩家可有一個(gè)接觸點(diǎn)但在一個(gè)時(shí)間只有一個(gè)激活的玩家可以注冊(cè)對(duì)觸摸傳感器的觸摸?？稍谝粋€(gè)激活的玩家完成游戲的一部分后，有可能是在固定時(shí)間基準(zhǔn)上或者在沒(méi)有事先提示的隨機(jī)時(shí)間上完成激活一個(gè)不同的玩家。在一可替換的團(tuán)隊(duì)游戲中，每個(gè)團(tuán)隊(duì)可只包括一個(gè)接觸點(diǎn)，并且當(dāng)同一團(tuán)隊(duì)的玩家交替為″在游戲中″時(shí)，必須瞬時(shí)脫離觸摸接觸點(diǎn)?？膳渲糜螒?，以便團(tuán)隊(duì)的所有成員可在任何玩家″在游戲中″之前觸摸同一或不同的接觸點(diǎn)。
貫穿以上本發(fā)明的詳細(xì)描述，重點(diǎn)放在了利用各種電壓相位和相位變化實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)。例如，信號(hào)調(diào)節(jié)器452和466可以調(diào)整電壓454和464相對(duì)于電壓427的相位關(guān)系，且電流測(cè)量裝置428、450和462可構(gòu)成對(duì)相位變化靈敏的電流測(cè)量裝置。使用電壓信號(hào)頻率(如上文所述)是使用不同電壓相位作為區(qū)別電壓信號(hào)的方法的替換方案。如果頻率被用于此目的，則頻率調(diào)整器將取代移相器，電流測(cè)量裝置將進(jìn)行對(duì)頻率變化靈敏的電流測(cè)量，而非對(duì)相位變化靈敏的電流測(cè)量。
在使用頻率區(qū)別信號(hào)的情況下，就能夠通過(guò)傳遞多個(gè)頻率通過(guò)觸摸傳感器而在觸摸傳感器上產(chǎn)生某種形式的電流增長(zhǎng)(buildup)。這樣的電流增長(zhǎng)可通過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾掉來(lái)自觸摸傳感器的過(guò)量的電流而降低，這在本領(lǐng)域中是普通技術(shù)。
盡管本發(fā)明特定的特征在一些圖中示出，而沒(méi)有在其它圖中示出，但這只是為了方便而已，因?yàn)橐勒毡景l(fā)明可將某些特征與任意或全部其它特征相結(jié)合。要寬泛地、全面地解釋這里所使用的詞語(yǔ)″包括″、″包含″、″具有″和″帶有″，且不局限于任何物理的互聯(lián)。此外，不要把在主題申請(qǐng)中公開(kāi)的任何實(shí)施例理解為唯一可能的實(shí)施例。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將想到其它實(shí)施例，且這些實(shí)施例都落入所附權(quán)利要求書(shū)中。
權(quán)利要求
1.一種確定在一觸摸傳感器上的觸摸位置的系統(tǒng)，其特征在于，包括一與所述觸摸傳感器分開(kāi)的第一用戶(hù)接觸點(diǎn)，其中，來(lái)自所述第一用戶(hù)接觸點(diǎn)和所述在觸摸傳感器上的觸摸兩者的信息被用于確定所述在觸摸傳感器上的觸摸的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用戶(hù)既觸摸所述觸摸傳感器又觸摸所述第一用戶(hù)接觸點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括電連接到所述觸摸傳感器的觸摸傳感器開(kāi)關(guān)、電連接到所述第一用戶(hù)接觸點(diǎn)的用戶(hù)接觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、以及電源，其中，所述觸摸傳感器開(kāi)關(guān)和所述用戶(hù)接觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)還電連接到電源上。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述觸摸傳感器開(kāi)關(guān)或所述用戶(hù)接觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)必須閉合，以便于所述系統(tǒng)確定所述觸摸傳感器上觸摸的位置。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一與所述觸摸傳感器分開(kāi)的第二用戶(hù)接觸點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二接觸點(diǎn)被唯一地驅(qū)動(dòng)，以便能夠區(qū)別來(lái)自與每個(gè)接觸點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的不同用戶(hù)的觸摸。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一用戶(hù)接觸點(diǎn)和所述觸摸傳感器被安裝在單個(gè)觸摸系統(tǒng)外殼中。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一用戶(hù)接觸點(diǎn)用一減少所述系統(tǒng)噪聲的防護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，必須觸摸所述第一用戶(hù)接觸點(diǎn)，以便于所述觸摸系統(tǒng)確定所述觸摸傳感器上觸摸的位置。
10.如權(quán)利要求5所述的觸摸系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一電耦合到所述第二用戶(hù)接觸點(diǎn)的第二用戶(hù)接觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，其中，所述第一、第二用戶(hù)接觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)以及所述觸摸傳感器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合的組合定義出系統(tǒng)模式。
11.一種確定在一觸摸傳感器上的觸摸位置的方法，其特征在于，它包括收集來(lái)自第一接觸點(diǎn)的信息，所述第一接觸點(diǎn)與所述觸摸傳感器分開(kāi)；收集來(lái)自所述在觸摸傳感器上的觸摸的信息；以及使用來(lái)自所述第一接觸點(diǎn)和所述觸摸傳感器兩者的信息，確定所述在觸摸傳感器上的觸摸的位置。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，一觸摸傳感器開(kāi)關(guān)與所述觸摸傳感器關(guān)聯(lián)，且第一接觸開(kāi)關(guān)與所述第一接觸點(diǎn)關(guān)聯(lián)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括第二接觸點(diǎn)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，一第二接觸開(kāi)關(guān)與所述第二接觸點(diǎn)關(guān)聯(lián)，其中，在第一模式中，所述觸摸傳感器開(kāi)關(guān)是閉合的而所述第一和第二接觸開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的，其中，在第二模式中，所述第一接觸開(kāi)關(guān)是閉合的，而所述觸摸傳感器開(kāi)關(guān)和所述第二接觸開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的，其中，在第三模式中，所述第二接觸開(kāi)關(guān)是閉合的，而所述觸摸傳感器開(kāi)關(guān)和第一接觸開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的，其中，在第四模式中，所述第一和第二接觸開(kāi)關(guān)是閉合的，而所述觸摸傳感器開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的，其中，在第五模式中，所述觸摸傳感器開(kāi)關(guān)和所述第一和第二接觸開(kāi)關(guān)是閉合的。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟基于是否已經(jīng)觸摸所述接觸點(diǎn)之一來(lái)區(qū)別對(duì)所述觸摸傳感器的觸摸輸入。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，完成電路包括旁路一接地。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述確定所述觸摸的位置包括測(cè)量和報(bào)告所述對(duì)觸摸傳感器的觸摸的位置至一處理器。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述觸摸傳感器是一電容觸摸傳感器，以及通過(guò)完成一電路增強(qiáng)所述觸摸傳感器的靈敏度，該電路包括一用戶(hù)和所述觸摸傳感器且不包括接地。
全文摘要
用于確定在觸摸傳感器上觸摸位置的觸摸系統(tǒng)，包括一觸摸傳感器和與觸摸傳感器分開(kāi)的用戶(hù)接觸點(diǎn)。使用來(lái)自用戶(hù)接觸點(diǎn)和對(duì)觸摸傳感器的觸摸兩者的信息，確定在觸摸傳感器上的觸摸位置。多個(gè)接觸點(diǎn)或觸摸傳感器可以合并在觸摸系統(tǒng)中?？蓪⒂|摸系統(tǒng)配置成有選擇地激活觸摸傳感器和接觸點(diǎn)，并且區(qū)別由觸摸傳感器和接觸點(diǎn)產(chǎn)生的信息。
文檔編號(hào)G06F3/044GK1529869SQ02813687
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月9日
發(fā)明者B·O·吉漢, R·S·莫希里夫扎德, B O 吉漢, 莫希里夫扎德 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司