專利名稱：采用脈沖重構(gòu)的觸敏裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動感測觸敏裝置，并且更具體地涉及一種用于重構(gòu)最初由接觸或觸摸分散介質(zhì)而產(chǎn)生的脈沖的技術(shù)。
背景技術(shù)：
交互式的可視顯示器通常包括某種形式的觸敏屏。隨著下一代便攜式多媒體設(shè)備的出現(xiàn)，將觸敏面板和可視顯示器集成變得更加普遍。稱為表面聲波(SAW)的一種常用的觸摸檢測技術(shù)使用在玻璃屏的表面上傳播的高頻波。由于手指和玻璃屏的接觸而導(dǎo)致波衰減，從而利用波的衰減來檢測觸摸的位置。SAW采用“飛行時間”技術(shù)，其中到達(dá)拾波傳感器的干擾時間被用來檢測觸摸位置。這種方法在介質(zhì)表現(xiàn)為非分散方式時是可行的，這使得波的速度在所關(guān)心的頻率范圍內(nèi)不會顯著地變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供用于重構(gòu)因接觸或觸摸觸敏介質(zhì)而產(chǎn)生的脈沖的裝置和方法。本發(fā)明的目的還在于提供用于確定接觸或觸摸觸敏介質(zhì)的位置的裝置和方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，觸敏裝置包括觸摸板和連接到該觸摸板上的多個傳感器。每個傳感器構(gòu)造為用來檢測觸摸板內(nèi)的彎曲波，并且響應(yīng)于對觸摸板的觸摸而生成傳感器信號?？刂破髋c該傳感器相連接。該控制器校正傳感器信號的分散并且采用該分散校正信號確定觸摸的位置。該控制器進(jìn)行脈沖重構(gòu)，據(jù)此重構(gòu)代表由接觸或觸摸觸敏裝置而產(chǎn)生的脈沖的脈沖。利用該重構(gòu)的脈沖，控制器驗證該觸摸的位置。
根據(jù)另一實施例，觸敏裝置所采用的方法包括響應(yīng)于對觸敏裝置的觸摸而生成表現(xiàn)出分散的傳感器信號。校正傳感器信號的分散，以便產(chǎn)生分散校正信號，并且利用該分散校正信號來確定觸摸的位置。該方法還包括重構(gòu)代表因接觸或觸摸觸敏裝置而產(chǎn)生的脈沖的脈沖。利用該重構(gòu)的脈沖，可以驗證觸摸的位置。對觸摸位置的驗證通常包括評價重構(gòu)脈沖的一個或多個特征的相似性。如果重構(gòu)脈沖的相似性超過預(yù)設(shè)的閾值，則認(rèn)為觸摸位置是有效的。如果重構(gòu)脈沖的相似性未能超過該預(yù)設(shè)的閾值，則認(rèn)為該觸摸位置無效。
以上發(fā)明內(nèi)容并不旨在描述本發(fā)明的每個實施例或每一個實施方案。通過參照結(jié)合附圖的下列詳細(xì)說明書和權(quán)利要求書，可以更清楚而全面地理解本發(fā)明的優(yōu)點、效果。


圖1a用圖示出在具有平方根分散關(guān)系的理想介質(zhì)中的脈沖響應(yīng)；圖1b用圖示出圖1a的分散脈沖響應(yīng)的頻率響應(yīng)，該頻率響應(yīng)是通過對圖1a的脈沖響應(yīng)采取傅里葉變換所獲得的；圖1c用圖示出圖1b中示出的分散頻率響應(yīng)的分散校正變換，這是用觸摸面板分散的倒數(shù)來彎曲頻率軸線而獲得的；圖1d示出通過對已經(jīng)對分散予以校正的圖1c的跡線進(jìn)行快速傅立葉逆變換(FFT)而產(chǎn)生的非分散脈沖響應(yīng)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的觸敏裝置的一種結(jié)構(gòu)，該設(shè)備結(jié)合了用于檢測彎曲波振動的特征和功能；圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例的觸敏裝置的另一結(jié)構(gòu)，該設(shè)備使用了拾波傳感器和激勵轉(zhuǎn)換器；圖4示出根據(jù)本發(fā)明實施例的觸敏裝置的結(jié)構(gòu)，該設(shè)備采用連接到緩沖電路的激勵轉(zhuǎn)換器和拾波傳感器；圖5是緩沖電路結(jié)構(gòu)的示意圖，該電路結(jié)構(gòu)適用于圖4所示實施例的設(shè)備；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的安裝到顯示器上的觸敏裝置的剖視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的觸摸面板系統(tǒng)的描述圖，該系統(tǒng)包括觸敏裝置和觸摸面板控制器；圖8示出根據(jù)本發(fā)明實施例的處理彎曲波信息的執(zhí)行過程，該信息由多個拾波傳感器的每一個所獲得；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的觸摸面板系統(tǒng)，其包括安裝到顯示器上并且連接到觸摸面板控制器和主處理器的觸敏裝置；圖10示出根據(jù)本發(fā)明的通信連接到觸敏裝置的觸摸面板控制器的實施例；圖11示出根據(jù)本發(fā)明實施例的采用脈沖重構(gòu)的方法；圖12示出根據(jù)本發(fā)明實施例的采用脈沖重構(gòu)和觸摸位置確定的方法；圖13示出根據(jù)本發(fā)明實施例的進(jìn)行脈沖重構(gòu)的方法；圖14示出根據(jù)本發(fā)明實施例的進(jìn)行脈沖重構(gòu)和觸摸位置確定的方法；圖15示出觸敏裝置，根據(jù)本發(fā)明的實施例可以執(zhí)行采用該設(shè)備并且包括脈沖重構(gòu)和觸摸位置驗證的方法；圖16是標(biāo)出尺寸的觸敏板的圖形表示，以及指示手指接觸該板的位置的標(biāo)記；圖17示出響應(yīng)于圖16所示接觸的四個傳感器的拾波信號的跡線；圖18示出與圖17所示原始數(shù)據(jù)相對應(yīng)的脈沖重構(gòu)數(shù)據(jù)的跡線；圖19示出圖16的觸敏板，為了模擬錯誤，該觸敏板帶有指示移動后的接觸位置的附加標(biāo)記；圖20示出圖19所示出的四個拾波器信號的跡線，該跡線已經(jīng)經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明的脈沖重構(gòu)和觸摸位置驗證，該重構(gòu)脈沖驗證圖19所模擬的錯誤；圖21示出安裝到LCD組件上的觸敏板，以及指示由觸摸位置確定算法所返回的錯誤接觸點的標(biāo)記，該觸摸位置確定算法由觸摸LCD組件的窗口框而引發(fā)；圖22和23分別示出由圖21所示的窗口框觸摸事件所引起的拾波器信號和重構(gòu)脈沖的跡線；
圖24、25和26分別示出由輸入筆觸摸事件所引起的接觸位置、拾波器信號以及重構(gòu)脈沖；圖27示出根據(jù)本發(fā)明實施例對圖18中所示數(shù)據(jù)進(jìn)行的脈沖同步性度量；圖28示出當(dāng)所報告的觸摸并不準(zhǔn)確時，根據(jù)本發(fā)明實施例對圖20所示數(shù)據(jù)進(jìn)行的脈沖同步性度量；圖29示出根據(jù)本發(fā)明實施例對圖22所示的窗口框觸摸數(shù)據(jù)進(jìn)行的脈沖同步性度量；圖30示出觸敏板以及兩次不同強(qiáng)度的接觸的位置；圖31示出對應(yīng)于圖30所示兩次接觸的拾波器信號；圖32示出對應(yīng)于圖30所示兩次接觸的脈沖重構(gòu)信號；盡管本發(fā)明可以被改動為各種修改和替代形式，但仍以圖示實例的方式表示出并且詳細(xì)地介紹其具體內(nèi)容。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明的意圖并不在于將本發(fā)明限制在所介紹的具體實施例。相反，本發(fā)明的意圖在于涵蓋落入所附權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍內(nèi)的所有修改例、等同例以及替代例。
具體實施例方式
在對配有附圖的實施例的以下說明中，所采用的附圖標(biāo)記是附圖的一部分，并且在圖中以實例的方式示出，本發(fā)明可以按照各個實施例來實施。應(yīng)該理解，各實施例均可應(yīng)用，并且可以在不脫離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改變。
本發(fā)明涉及觸發(fā)和用戶交互式設(shè)備，該設(shè)備借助多個接觸傳感器來感測沿著感測用觸摸基片傳播的振動。本發(fā)明的實施例旨在公開用于重構(gòu)接觸或觸摸觸敏介質(zhì)，尤其是分散介質(zhì)而產(chǎn)生的脈沖的結(jié)構(gòu)和技術(shù)。本發(fā)明的實施例還旨在公開用于確定接觸或觸摸觸敏介質(zhì)的位置的結(jié)構(gòu)和技術(shù)。本發(fā)明進(jìn)一步的實施例旨在公開能夠提供改進(jìn)的觸摸檢測以及位置確定的結(jié)構(gòu)和技術(shù)。這些改進(jìn)例包括但并不局限于改進(jìn)對觸敏裝置的外殼或支撐結(jié)構(gòu)的偽觸摸的濾除；改進(jìn)z軸或接觸強(qiáng)度的確定；改進(jìn)當(dāng)存在模糊和干擾時確定觸摸位置的精度；改進(jìn)對接觸方式和相關(guān)特性的識別；改進(jìn)對偽接觸數(shù)據(jù)的濾除，該數(shù)據(jù)由背景噪音干擾、空氣或結(jié)構(gòu)干擾而產(chǎn)生。
本文所述的脈沖重構(gòu)技術(shù)可用于各種結(jié)構(gòu)的觸敏裝置中。例如，包括本發(fā)明的脈沖重構(gòu)的技術(shù)可以用于使用少至三個拾波傳感器的觸敏裝置中。例如，本發(fā)明的脈沖重構(gòu)技術(shù)可以用于使用四個或更多個拾波傳感器的觸敏裝置中，比如其構(gòu)造可以是拾波傳感器位于矩形觸敏板的四個角的每一個上。涉及本發(fā)明脈沖重構(gòu)的技術(shù)還可以用于采用多個拾波傳感器和至少一個激勵轉(zhuǎn)換器的觸敏裝置中。
應(yīng)該注意到，在采用激勵轉(zhuǎn)換器和幾個拾波傳感器的構(gòu)造中，激勵轉(zhuǎn)換器可以直接參與，也可以不直接參與脈沖重構(gòu)過程。例如，根據(jù)一個實施例的激勵轉(zhuǎn)換器可以構(gòu)造為實現(xiàn)感測和激勵這兩種目的的轉(zhuǎn)換器，能夠直接參與脈沖重構(gòu)過程。在激勵轉(zhuǎn)換器不直接參與脈沖重構(gòu)的構(gòu)造中，激勵轉(zhuǎn)換器可以用來為觸敏裝置提供增強(qiáng)的特征和功能。
例如，通過幫助確定觸敏板的相對或絕對尺寸的觸敏板校準(zhǔn)程序，激勵轉(zhuǎn)換器可以直接參與脈沖重構(gòu)過程。根據(jù)本發(fā)明的實施例，觸敏板的尺寸數(shù)據(jù)是用來執(zhí)行脈沖重構(gòu)的信息。借助進(jìn)一步的實例，可以利用包含激勵轉(zhuǎn)換器的技術(shù)來確定觸敏板的分散關(guān)系。另一功能是拾波傳感器校準(zhǔn)，其中確定傳感器相位響應(yīng)差，校正所測得到的彎曲波信號，以便適應(yīng)該傳感器相位響應(yīng)差。
使用激勵轉(zhuǎn)換器的其它功能包括增強(qiáng)的脫離檢測、改進(jìn)的輕微觸摸靈敏度，以及改進(jìn)的喚醒觸摸功能。用于脫離(lift-off)檢測以及改進(jìn)的輕微觸摸靈敏度的各種方法的細(xì)節(jié)在與本發(fā)明同時申請的、代理受理號為59377US002、標(biāo)題為“Touch Sensing with TouchDown and Lift Off Sensitivity”的待審美國專利申請中有所介紹。各種喚醒觸摸方法的細(xì)節(jié)在2003年10月10日提交的美國專利申請10/683342中有所公開。
根據(jù)本發(fā)明所實施的觸摸感測裝置可以采用一個或多個特征、結(jié)構(gòu)、方法，或在此介紹的它們的組合。根據(jù)本發(fā)明的意圖，該設(shè)備或方法并不需要包括本文所述的所有特征和功能，而是可以實施為包括選定的特征和功能，它們的組合能夠提供單一的結(jié)構(gòu)和/或功能。例如，如上文所述，本文所介紹的脈沖重構(gòu)技術(shù)可以在各種構(gòu)造的觸摸感測裝置中執(zhí)行，該構(gòu)造可以使用拾波傳感器而不用激勵轉(zhuǎn)換器，或者使用拾波傳感器和至少一個激勵轉(zhuǎn)換器。
例如，在包括壓電傳感器的振動感測觸摸輸入設(shè)備中，在觸摸面板的平面中傳播的振動對壓電傳感器施壓，引起經(jīng)過傳感器的可檢測到的電壓降。所檢測到的信號可以是由振動引起的，該振動是由直接觸摸輸入或帶有痕跡(摩擦)的能量的輸入直接引起的，或者是由影響已有振動的觸摸輸入引起的，例如由振動的衰減引起。該檢測到的信號還可能是由不經(jīng)意的觸摸輸入，比如由操作或誤操作觸摸輸入設(shè)備的觸摸輸入所引起的，或者是由源于外部環(huán)境而被觸摸輸入設(shè)備感測到的觸動引起的。
例如，根據(jù)一種觸摸感測方法，一旦接收到表示直接觸摸的信號，每個傳感器接收到該相同信號的時間差可以用來推算觸摸輸入的位置。如果傳播介質(zhì)為分散介質(zhì)，由多個頻率組成的振動波包蔓延開來并且在傳播過程中衰減，致使難于對信號作出解析。這樣，有人提出轉(zhuǎn)換所接收到的信號，這樣使得這些信號可被解析，仿佛它們在非分散介質(zhì)中傳播一樣。這種技術(shù)特別適合于檢測彎曲波振動的系統(tǒng)。
用于解決振動波包分散并且產(chǎn)生對分散進(jìn)行校正的代表信號的技術(shù)在國際公開WO2003/005292和WO01/48684、2000年12月26日提交的美國專利申請09/746,405、2002年12月10日提交的美國臨時申請60/432,024以及共有的美國專利申請10/440,650中有所公開。
術(shù)語“彎曲波振動”是指激勵，例如由接觸或引起的激勵，該激勵給能夠支撐彎曲波振動的構(gòu)件施加面外的位移。許多材料都彎曲，有些是帶有精確平方根分散關(guān)系的純彎曲，而有些是純彎曲和剪切彎曲的混合。該分散關(guān)系描述的是波在面內(nèi)的速度對波的頻率的依賴關(guān)系。
為了有助于理解振動波包分散以及產(chǎn)生校正該分散后的代表信號，請參照圖1a-1b。圖1a示出在具有平方根分散關(guān)系的理想介質(zhì)中的脈沖，并且證明分散介質(zhì)并不保持脈沖的波形。輸出波60在時刻t＝0時是明顯的，而反射信號62則隨著時間而蔓延開，這使得難于確定準(zhǔn)確的接觸位置。
在非分散性介質(zhì)，比如空氣中，頻率響應(yīng)的周期振動的特征在于反射，并且被經(jīng)常稱為梳狀濾波。從物理上講，頻率響應(yīng)中的周期振動減少了適于在波源和反射體之間的波長的數(shù)量。隨著頻率的增加，在此空間內(nèi)的波長數(shù)量也增加，反射波和輸出波的干涉在相長和相消之間振動。
計算圖1a中分散脈沖響應(yīng)的傅里葉變換產(chǎn)生了圖1b所示的頻率響應(yīng)。該頻率響應(yīng)為非周期性的，并且隨著波長的周期變化轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率變化，該頻率變化隨著周期的增加而減緩。這是平方根分散的結(jié)果，其中波長正比于頻率倒數(shù)的平方根。因此面板對頻率響應(yīng)的作用是根據(jù)面板分散將響應(yīng)展成頻率的函數(shù)。因此，可以通過應(yīng)用頻域延展的倒數(shù)來對面板分散進(jìn)行校正，從而恢復(fù)非分散情況下的周期。
通過結(jié)合面板分散的倒數(shù)來彎曲頻率軸線，圖1b可以轉(zhuǎn)換成針對非分散情況的頻率響應(yīng)(圖1c)，這種情況下，激勵的頻率與波長的倒數(shù)成正比。這一簡單的關(guān)系將波長減小的周期振動轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率增加的周期振動，這如圖1c所示。
對圖1c的跡線進(jìn)行快速傅里葉逆變換(FFT)生成了圖1d所示的脈沖響應(yīng)，該脈沖響應(yīng)被進(jìn)行了分散校正，并且恢復(fù)了清晰的反射波。如圖1d所示，由于在非分散介質(zhì)中傳播的波具有獨(dú)立于其頻率的恒定傳播速度，因此脈沖的任何特定波形都被及時保存下來。因此，回波的位置是相對直線向前的。輸出波50在t＝0時刻是明顯的，而在4ms時具有清晰的反射波52。反射波52的振幅大約是輸出波50的振幅的1/4。
應(yīng)該注意到，如果脈沖發(fā)生在未知時刻t0則上述的步驟并不適用，并且僅當(dāng)脈沖在t0＝0時刻發(fā)生才可以計算離開響應(yīng)初始脈沖地點的距離x。分散校正關(guān)系函數(shù)可以用于未知接觸發(fā)生的精確時刻t0的情況。根據(jù)一種方法，安裝在能夠承受彎曲波的結(jié)構(gòu)上的第一傳感器測量第一測得彎曲波信號。第二傳感器也安裝在該結(jié)構(gòu)上，用于確定第二測得彎曲波信號。該第二測得彎曲波信號與第一測得彎曲波信號同時測量。計算這兩個測得彎曲波信號的分散校正函數(shù)，該函數(shù)可以是分散校正相關(guān)函數(shù)、分散校正卷積函數(shù)、分散校正相干函數(shù)、分散校正等效函數(shù)。通過使用分散校正函數(shù)處理測得到的彎曲波信號，以便計算與接觸(觸摸)有關(guān)的信息。有關(guān)該方法的詳細(xì)內(nèi)容在之前并入的PCT申請01/48684和美國專利申請09/746,405中有所公開。
對彎曲波感測信號的分散進(jìn)行校正的另一方法包括使用激勵轉(zhuǎn)換器和位于觸敏板拐角處的拾波傳感器。根據(jù)這一方法，確定由激勵轉(zhuǎn)換器處的輸入到每個拾波傳感器處的輸出的傳遞函數(shù)?？梢岳脦追N標(biāo)準(zhǔn)方法來獲得該傳遞函數(shù)。此類現(xiàn)有方法包括下述步驟為獲得脈沖響應(yīng)而通過最大長度序列(MLS)信號和交叉相關(guān)性所進(jìn)行的模擬；使用具有類似干擾信號的自適應(yīng)濾波器；復(fù)頻響應(yīng)的平均比率；脈沖的直接輸入和測量；以及利用時延光譜測定法(TDS)測量線性調(diào)頻脈沖信號等等。
所測得的傳遞函數(shù)可以用脈沖響應(yīng)來表示，該脈沖響應(yīng)通常表示分散。分散產(chǎn)生于彎曲波速度與頻率的相關(guān)性，這對于純彎曲而言是平方根關(guān)系。之前引用的美國專利申請09/746,405描述了一種方法，該方法借助將傳遞函數(shù)的頻率軸線插入波矢的轉(zhuǎn)換可以校正信號的分散。采用快速傅里葉逆變換產(chǎn)生了作為距離的函數(shù)的脈沖響應(yīng)，其調(diào)整所有的頻率成分以便對分散的影響進(jìn)行校正。
如果作為頻率的函數(shù)的絕對速度可以由觸敏面板的材料特性獲知，那么分散校正脈沖響應(yīng)可以恢復(fù)為絕對距離的函數(shù)。但是，如果這種關(guān)系不是已知的，那么距離軸的任意標(biāo)度仍然能夠確定有用的信息，比如觸敏板的寬高比。該技術(shù)的其它詳細(xì)內(nèi)容在共有的待審美國專利申請10/750,502中有所描述。
參照圖2，該圖示出觸敏裝置10的一種結(jié)構(gòu)，其具有用來檢測彎曲波振動的特征和功能。根據(jù)該實施例，觸敏裝置10包括觸摸基片12和連接到觸摸基片12上表面的振動傳感器16。在該圖示實例中，觸摸基片12的上表面限定了觸敏表面。盡管所示的傳感器16連接到觸摸基片12的上表面，但是傳感器16也能夠連接到觸摸基片12的下表面。在另一實施例中，一個或多個傳感器16可以連接到觸摸基片12的上表面，而一個或多個另外的傳感器16可以連接到觸摸基片12的下表面。
基片12可以是承受所需振動，比如彎曲波振動的任何基片。典型的基片12包括塑料，比如丙烯酸或聚碳酸酯、玻璃，或其它合適的材料。觸摸基片12可以是透明或不透明的，并且可以有選擇地包括或結(jié)合其它層或支持其它功能。例如，觸摸基片12能夠提供防滑傷、防污染、減輕眩光、防反射、用于方向性或保密的光量控制、濾光、偏光、光學(xué)補(bǔ)償、摩擦織構(gòu)化、顯色、圖形圖像等等。
通常，觸敏裝置10包括至少三個傳感器16，用來沿二維方向確定觸摸輸入的位置，在某些實施例中適于用四個傳感器16，例如國際公開專利WO2003-005292和WO0148684，以及美國專利申請09/746,405。在本發(fā)明中，觸感器16優(yōu)選為壓電傳感器，其能夠感測振動，該振動指示對觸摸基片12的觸摸輸入?？捎玫膲弘妭鞲衅靼▎螇弘娋碗p壓電晶片壓電傳感器。壓電傳感器能夠提供多個有利的特征，這些特征例如包括良好的靈敏度、較低的成本、合適的耐用性、潛在的小波形因數(shù)、合適的穩(wěn)定性、以及響應(yīng)的線性等。其它可以用于振動感測觸敏裝置10中的傳感器包括電致伸縮的、磁致伸縮的、壓阻的、聲的以及動圈式變換器/設(shè)備等等。
在一個實施例中，所有的傳感器16都用于感測觸摸基片12的振動。在另一實施例中，一個或多個傳感器16可以用作發(fā)射設(shè)備，以便發(fā)射用作基準(zhǔn)信號的信號，而該信號可以被其它傳感器16所感測，或者產(chǎn)生在觸摸輸入時可以改變的振動，傳感器16能夠感測改變后的振動以便確定觸摸的位置。電動轉(zhuǎn)換器可以用作合適的發(fā)射裝置。此外，一個或更多個傳感器16能夠構(gòu)造為實現(xiàn)感測和激勵兩種目的轉(zhuǎn)換器。傳感器16可以借助任意合適的裝置固定或粘附到觸摸基片12上，例如用粘結(jié)劑。
當(dāng)帶有有源傳感器16，即產(chǎn)生激勵信號的發(fā)射轉(zhuǎn)換器的觸敏裝置10運(yùn)行時，對觸摸基片12的接觸可以在觸摸基片12上施加非線性力，從而可以產(chǎn)生激勵信號的諧波?？梢圆捎眯盘柼幚韥韺⒓钚盘枏闹C波中分離出來，從而使得該諧波可以用于以類似無源感測的方式確定接觸位置。該諧波有效地構(gòu)成來自于接觸點的彎曲波源。
在觸敏裝置10采用有源傳感器16和無源傳感器16的結(jié)構(gòu)中，根據(jù)是否有接觸施加在觸摸基片12上，傳感器16適于在主動和被動感測模式之間切換。觸敏裝置10可以在下述狀態(tài)之間循環(huán)當(dāng)沒有檢測到接觸時，處于被動感測模式中；當(dāng)有接觸施加時，轉(zhuǎn)換到主動感測模式；并且一旦接觸消失即返回到被動感測模式，以等候下一次接觸。這可以有利地避免當(dāng)觸敏裝置10不必要地處于主動模式時所引起的電力消耗。
許多采用觸敏裝置10的應(yīng)用還使用電子顯示器，以便通過觸敏裝置10顯示信息。由于顯示器通常為矩形，因此通常便于使用矩形的觸敏裝置10。這樣，傳感器16固定在其上的觸摸基片12典型地為矩形。或者，觸摸基片12可以具有更復(fù)雜的形狀，例如具有曲線表面和/或變化的厚度。在觸摸基片12具有復(fù)雜形狀的情況下，自適應(yīng)算法(例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))可以用來從傳感器16所接收到的彎曲波信號中辨認(rèn)接觸位置。
根據(jù)一種結(jié)構(gòu)，傳感器16優(yōu)選位于觸摸基片12的角部附近。由于很多應(yīng)用要求通過觸敏裝置10來觀看顯示器，因此希望將傳感器安裝在觸摸基片12的邊緣附近，從而使得傳感器不會不利地占用可見的顯示區(qū)域。傳感器16放置在觸摸基片12的角部還能夠降低來自面板邊緣的反射的影響。
觸敏裝置10所檢測到的接觸可以是輸入筆的接觸的形式，該輸入筆可以是手持筆的形式。輸入筆在觸摸基片12上的移動可以產(chǎn)生連續(xù)的信號，該信號受到輸入筆在觸摸基片12上的位置、壓力以及速度的影響。該輸入筆可以具有柔性的末端，例如橡膠，其通過對觸摸基片12施加變化的力而在觸摸基片12內(nèi)產(chǎn)生彎曲波?；蛘撸摻佑|可以是手指的觸摸，該手指可以在觸摸基片12內(nèi)產(chǎn)生彎曲波，而該彎曲波可以由被動和/或主動感測檢測到。該彎曲波可以具有超聲波范圍(＞20kHz)的頻率成分。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例的觸敏裝置10的另一結(jié)構(gòu)。根據(jù)該實施例，觸敏裝置10包括用于感測觸摸基片12內(nèi)的彎曲波振動的多個傳感器16。觸敏裝置10還包括激勵轉(zhuǎn)換器18。激勵轉(zhuǎn)換器18優(yōu)選是“專用的”轉(zhuǎn)換器18，其通常不用于普通的觸摸位置計算。應(yīng)該理解到，激勵轉(zhuǎn)換器18可以是發(fā)射轉(zhuǎn)換器或雙向的發(fā)射/傳感轉(zhuǎn)換器。在激勵轉(zhuǎn)換器18被構(gòu)造成雙向發(fā)射/傳感轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)中，雙模式的轉(zhuǎn)換器通常并不參與正常的觸摸位置確定運(yùn)算。使用專用的激勵轉(zhuǎn)換器18使得執(zhí)行用傳統(tǒng)的傳感器/轉(zhuǎn)換器布局所不容易執(zhí)行的各種功能成為可能。
在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，四個傳感器16用作振動拾波器。這些傳感器16優(yōu)選被優(yōu)化為用于感測與輕微觸摸相關(guān)的輕微振動。可以用印刷電極圖案與這些傳感器16相連。除了用作振動拾波器之外，當(dāng)有電壓施加到傳感器16時，能量被輸入板內(nèi)，而產(chǎn)生彎曲波。這樣，如上文所述，傳感器16能夠起到振動拾波傳感器和彎曲波發(fā)生器的雙重作用。然而，用給定的傳感器16作為基片12的既振動拾波又主動激勵的轉(zhuǎn)換器具有幾個缺點。
一個缺點是信號傳感器16不能同時起到拾波器和發(fā)射器的作用。例如，當(dāng)傳感器16被用作由激勵所驅(qū)動的發(fā)射器時，它們不能被同時用作拾波器。因此，基片12在拾波模式下的功能或者被削弱，或者僅在多路復(fù)用模式下才可能實現(xiàn)。
在給定的傳感器16和相關(guān)的讀出電路之間采用緩沖電路的結(jié)構(gòu)中，如下文所述，該緩沖電路對施加到用作拾波器的傳感器16的電壓提供了阻擋。盡管該緩沖電路可以置于反偏壓狀態(tài)，在這種情況下，施加到基片12外部接頭的電壓被直接施加到觸感器16，但是可以用線性方式實行阻擋的電壓范圍還是相當(dāng)受限的。并且，該方法需要在觸敏裝置10與之通信連接的控制器處附加電路。
為了克服與傳統(tǒng)觸敏裝置有關(guān)的這些不足，如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)換器設(shè)置采用至少一個專用激勵轉(zhuǎn)換器18，該激勵轉(zhuǎn)換器在基片12中主動生成彎曲波。生成彎曲波可以用來提供多方面的性能改善和診斷特征，下文將介紹其實例。
參照圖4，該圖示出了根據(jù)本發(fā)明的觸敏裝置10的實施例。在該實施例中，四個傳感器16位于基片12的四個角上。激勵轉(zhuǎn)換器18(第五個傳感器)沿著基片12的邊緣優(yōu)選地位于與接近基片12同一邊緣的兩個相鄰傳感器等距的中間位置處。可以想到，激勵轉(zhuǎn)換器18可以位于除圖4所示位置之外的其它基片位置處。四個傳感器16中的每個和激勵轉(zhuǎn)換器18都與各自的導(dǎo)線相連，這些導(dǎo)線都通到尾導(dǎo)線26。如上文所述，印刷電極圖案可以用作導(dǎo)線。
圖4還示出與四角傳感器16中的每一個相連的緩沖電路30。緩沖電路30可以位于基片12上接近每個傳感器16的位置處，用于緩沖由傳感器產(chǎn)生的信號，該信號響應(yīng)于所感測到的在基片12內(nèi)傳播的彎曲波振動。使用緩沖電路30具有幾個有益效果，這些效果包括增加傳感器16的信噪比并且降低來自環(huán)境的EMI干擾水平。希望緩沖電路30位于十分接近傳感器16的位置，這如圖4所示。然而，緩沖電路30可以根據(jù)需要而位于基片12上的其它位置，并且可以集成到尾連導(dǎo)線26中。
每個緩沖電路30包括放大電路，例如圖5所示的放大電路。根據(jù)圖5所示的簡化的電路結(jié)構(gòu)，緩沖電路30包括晶體三極管42，例如場效應(yīng)晶體管(FET)，其基極并聯(lián)有拾波傳感器16和電阻44。FET42(如圖所示為n通道JFET)的漏極與第一導(dǎo)線45相連。FET42的源極與觸敏裝置10的控制器相連。應(yīng)該注意到，其它部件(未示出)需要離開基片，以便適當(dāng)?shù)仄珘篎ET42。典型的基片外部件包括電源、偏壓電阻、以及連接到觸敏裝置10的控制器的模擬輸入端的電容耦合。
在圖5所示的結(jié)構(gòu)中，拾波傳感器16接有地線，從而能夠以地面為參考電壓。可以想到，在替代的實施例中，拾波傳感器16可以接線以便給平衡放大器，例如平衡板上放大器(例如緩沖電路放大器)或板外放大器(例如觸摸面板控制器的讀出放大器)提供差分輸入。根據(jù)該實施例，每個拾波傳感器16通過兩根平衡導(dǎo)線連接到放大器的平衡輸入端。該平衡放大器可以是板上放大器或板外放大器。
在一個結(jié)構(gòu)中，每個拾波傳感器16通過一對絞合線連接到板外平衡放大器，并且不需要使用板上FET42。在另一結(jié)構(gòu)中，每個拾波傳感器16通過兩根平衡導(dǎo)線被連接到FET42的平衡輸入端，并且FET42的差分輸入端通過一對絞合線被連接到板外放大器的平衡輸入端。根據(jù)該實施例，使用平衡放大器能夠提供差分拾波傳感器電壓測量。該結(jié)構(gòu)可以通過共模抑制改進(jìn)對某些傳感器信號噪聲的濾除，該共模抑制由差分拾波傳感器電壓測量提供。
為了說明起見，圖4所示的每個傳感器16的取向相對于基片12大致為45度。此外，鄰近每個角傳感器16安裝有一個緩沖電路30。根據(jù)一種觸敏裝置實現(xiàn)方式，該基片包括玻璃板，該玻璃板的長度、寬度和厚度尺寸分別為L＝324mm，W＝246mm，T＝2.2mm。在基片12四角的每個角中，壓電轉(zhuǎn)換器16的長度、寬度和厚度尺寸分別為L＝7mm，W＝3mm，T＝1mm。
圖6是安裝到顯示器25上的觸敏裝置10的剖視圖。顯示器25可以是任何合適的電子顯示器，比如液晶顯示器(LCD)、場致發(fā)光顯示器、陰極射線管顯示器、等離子顯示器、發(fā)光二極管顯示器等等。顯示器25可以附帶地或可選擇地包括永久或可更換的靜止圖形。圖6所介紹類型的觸敏裝置10包括安裝在LCD屏幕前方的透明基片12。
LCD屏22安裝到LCD顯示器25的框架上。在基片12的下方附接有泡沫塑料襯墊22，并且基本圍繞基片12的周邊延伸。泡沫塑料襯墊22具有粘結(jié)表面，基片12借此可以可靠粘附到任意表面上。泡沫塑料襯墊22可以降低基片12邊緣的折射。觸敏裝置10的尾導(dǎo)線26可以連接到觸敏裝置10的控制器上。
圖7所示的觸敏系統(tǒng)包括觸敏裝置102和觸摸面板控制器120。觸敏裝置102包括至少三個傳感器104，優(yōu)選四個傳感器104，每個傳感器被連接到相關(guān)的緩沖電路106。觸敏裝置102還包括至少一個發(fā)射轉(zhuǎn)換器108。發(fā)射轉(zhuǎn)換器108可以僅用作激勵轉(zhuǎn)換器，或者用作發(fā)射/傳感轉(zhuǎn)換器。每個緩沖電路106和發(fā)射轉(zhuǎn)換器108均連接到控制器120上。
控制器120包括讀出電路124，每個讀出電路被連接到一個傳感器/緩沖電路組合104/106之一上。讀出電路124典型地包括一個或多個放大、調(diào)節(jié)以及濾波電路。發(fā)射轉(zhuǎn)換器108連接到驅(qū)動電路128，驅(qū)動電路128產(chǎn)生信號，該信號使發(fā)射轉(zhuǎn)換器108產(chǎn)生施加到觸敏裝置102的基片上的預(yù)定激勵信號。每個驅(qū)動電路128和讀出電路124都連接到觸摸定位處理器130。觸摸定位處理器130通常包括模擬信號調(diào)節(jié)階段，以合適的采樣周期(例如200kHz)采樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，以及執(zhí)行坐標(biāo)位置算法/固件及其它算法和程序的數(shù)字信號處理器(DSP)。
例如，參照圖8，該圖示出用于處理圖7所示的每個傳感器104所感測到的彎曲波信息的執(zhí)行方法。在圖8中，由至少三個并且優(yōu)選四個傳感器104來感測面板中的彎曲波105。傳感器104測量模擬彎曲波信號W1(t)，W2(t)…WN(t)，這些信號傳送到多路復(fù)用ADC126中。所生成的數(shù)字輸入信號輸送到觸摸位置處理器130，由其來確定與接觸脈沖的位置和輪廓相關(guān)的信息132。
如圖9進(jìn)一步所示，觸摸面板控制器120通常連接到主處理器150。主處理器150也連接到觸摸顯示系統(tǒng)125，該系統(tǒng)采用圖7所示類型的觸敏裝置102。主處理器150可以包括通訊接口，比如網(wǎng)絡(luò)接口，以便有助于在觸摸面板系統(tǒng)100和遠(yuǎn)程系統(tǒng)之間通信。例如可以通過在觸摸面板系統(tǒng)100和遠(yuǎn)程系統(tǒng)之間的協(xié)同通信來執(zhí)行各種觸摸面板系統(tǒng)診斷、計算以及維修程序。
如圖7所示，接觸面板控制器120可以有選擇地包括喚醒觸摸檢測器140。根據(jù)常用的喚醒觸摸方法，由接觸或觸摸觸敏裝置而產(chǎn)生的彎曲波振動受到感測。對所感測到的振動進(jìn)行分析或評價，以便確定該檢測到的振動是由使用者有意觸摸還是無意觸摸該觸敏裝置。當(dāng)確定對觸敏裝置的觸摸是有意的，則產(chǎn)生喚醒信號。否則，如果確定對觸敏裝置的觸摸是無意的，則不產(chǎn)生喚醒信號。
“有意觸摸”是指可檢測到的振動、引發(fā)該振動的事件以及由接收該振動的傳感器所產(chǎn)生的信號，該信號被解析為觸摸輸入?！盁o意觸摸”是指可檢測到的振動、引發(fā)該振動的事件以及由接收該振動的傳感器所產(chǎn)生的信號，該信號不被解析為觸摸輸入。在之前引入的美國專利申請10/68,3342中公開了可以引入本發(fā)明上下文中的有關(guān)各種喚醒方法的細(xì)節(jié)。
圖10示出觸摸面板控制器120的實施例，該控制器被以通信的方式連接到觸敏裝置102。根據(jù)該實施例，觸摸面板控制器120包括通過總線208連接到主處理器206的I/O處理器204。該實施例中，采用I/O處理器204，以管理觸摸面板控制器120經(jīng)由總線209與外圍系統(tǒng)或設(shè)備之間的信號傳輸。
在一個結(jié)構(gòu)中，I/O處理器204用于管理經(jīng)過高速接口209，例如串行接口或總線的信號傳輸。例如，總線209可以符合高速串行總線結(jié)構(gòu)，比如USB(通用串行總線)或IEEE1394火線結(jié)構(gòu)，并且I/O處理器204可以用來協(xié)調(diào)經(jīng)過串行總線209的信號傳輸。根據(jù)USB或火線結(jié)構(gòu)的構(gòu)造總線209能夠提供快速插拔以及工作連通性能。這樣，觸摸面板控制器120能夠在任何時候被插入不同的端口以及從不同端口中拔出，而不會對連通性產(chǎn)生不利影響。
如圖10所示，喚醒觸摸檢測器140連接到I/O處理器204，并且可選地連接到主處理器206。在另一結(jié)構(gòu)中，喚醒觸摸檢測器140可以連接到I/O處理器204的前端或者被用作I/O處理器204和總線202之間的接口。喚醒觸摸檢測器140優(yōu)選構(gòu)造為接收來自觸敏裝置102的傳感信號，而對觸敏裝置102和觸摸面板控制器120之間的傳感信號和其它信號或數(shù)據(jù)沒有不利影響。
根據(jù)圖10所示的結(jié)構(gòu)，喚醒觸摸檢測器140能夠連接到I/O處理器204，從而使得由喚醒觸摸檢測器140產(chǎn)生的喚醒信號通過數(shù)據(jù)線222傳輸?shù)絀/O處理器204。在該結(jié)構(gòu)中，I/O處理器204響應(yīng)該喚醒信號而由休眠模式轉(zhuǎn)入激活模式。從休眠模式轉(zhuǎn)入激活模式之后，I/O處理器204可以確定是否需要激活其它部件，比如主處理器206或觸摸面板控制器120的其它部件，和/或具有觸敏裝置102的便攜設(shè)備的控制系統(tǒng)?；蛘?，I/O處理器204可以產(chǎn)生第二喚醒信號，該信號通過數(shù)據(jù)線226和總線208傳輸?shù)街魈幚砥?06。在另一結(jié)構(gòu)中，喚醒觸摸檢測器140能夠產(chǎn)生喚醒信號并且將該喚醒信號傳輸?shù)絀/O處理器204(通過數(shù)據(jù)線222)和主處理器206(通過數(shù)據(jù)線224)。
在圖10所示的觸敏裝置102的結(jié)構(gòu)中，每個傳感器104連接到緩沖電路106。由于緩沖電路106具有有源部件(例如JFET)，因此當(dāng)激活時必須向緩沖電路106供電。這樣，在電力保存有問題的應(yīng)用中，傳感器104并不是用于喚醒觸摸傳感器的優(yōu)選部件。而發(fā)射轉(zhuǎn)換器108沒有連接到緩沖電路106，使得發(fā)射轉(zhuǎn)換器108成為用于喚醒觸摸傳感器的優(yōu)選部件。
很容易想到，根據(jù)該實施例的喚醒觸摸方法能夠顯著地降低觸敏裝置的電力消耗，特別是便攜式以及手持式觸摸輸入設(shè)備的電力消耗。例如，每個主處理器206和I/O處理器204在正常工作時需要幾百毫安的電流。如果喚醒觸摸檢測使用發(fā)射轉(zhuǎn)換器108，則利用該檢測的主處理器206和I/O處理器204的大多數(shù)電路能夠被關(guān)閉在休眠模式，由此可觀地將電力需求降低到完全工作所需電力的一小部分。
參照圖11，該圖示出了采用根據(jù)本發(fā)明原理的脈沖重構(gòu)的各個步驟。此處所用的“脈沖重構(gòu)”是指生成初始脈沖的形狀和/或其它規(guī)定的特性，該初始脈沖由接觸觸敏基片而產(chǎn)生。圖11以及后續(xù)附圖所示的方法可以在各種觸敏裝置結(jié)構(gòu)中執(zhí)行，例如上述的那些結(jié)構(gòu)。
根據(jù)圖11，在步驟300，響應(yīng)于對觸敏板的接觸而產(chǎn)生拾波傳感器信號。在步驟302，確定接觸觸敏板的位置，該步驟優(yōu)選由用于拾波傳感器信號分散校正的方法來完成。在步驟304，一旦已知觸摸位置，執(zhí)行脈沖重構(gòu)，以便有效地重構(gòu)由接觸所產(chǎn)生脈沖的初始形狀。在步驟306，可以使用重構(gòu)脈沖從中得出有關(guān)初始接觸事件的其它信息。
圖12示出一種特別有用的方法，涉及根據(jù)本發(fā)明實施例的脈沖重構(gòu)。在圖12中，在步驟320，響應(yīng)于對觸敏板的接觸而產(chǎn)生拾波傳感器信號，接著，在步驟322，確定接觸觸敏板的位置。在步驟324，在確定觸摸位置之后，執(zhí)行脈沖重構(gòu)以便生成脈沖的初始形狀。在步驟326，利用所述重構(gòu)脈沖驗證或核對初始接觸的位置。
如之前所述，采用脈沖重構(gòu)的接觸位置確定可以用于實現(xiàn)各種性能改進(jìn)，例如包括改進(jìn)對觸敏裝置的外殼或支撐結(jié)構(gòu)的偽觸摸的抑制、改進(jìn)的接觸強(qiáng)度確定、改進(jìn)當(dāng)存在模糊和干擾時確定觸摸位置的精度、改進(jìn)對接觸方式和相關(guān)特性的識別、改進(jìn)對由背景音干擾產(chǎn)生的偽接觸數(shù)據(jù)的濾除等等。
圖13示出包含根據(jù)本發(fā)明實施例的脈沖重構(gòu)的另一方法。根據(jù)該方法，在步驟340，響應(yīng)在觸敏板上產(chǎn)生初始信號的接觸事件而獲得拾波傳感器信號。在步驟342，優(yōu)選以之前描述的方法來確定接觸位置。接著，在步驟344，確定觸敏板的尺寸或長寬比。在步驟346，確定或獲得觸敏板的分散關(guān)系。在步驟348，利用在步驟340-346所獲得的信息，重構(gòu)代表初始脈沖的脈沖。
根據(jù)步驟344所獲得的用來確定觸敏板尺寸的一種方法，專用的激勵轉(zhuǎn)換器可以用來產(chǎn)生彎曲波，位于觸敏板角部的拾波傳感器感測該彎曲波。激勵刺激可以是脈沖刺激或?qū)掝l帶噪聲刺激。拾波傳感器的拾波信號輸出可以以分散的方式被處理，例如通過將每個拾波信號轉(zhuǎn)換為等效的非分散系統(tǒng)之一。計算從激勵轉(zhuǎn)換器到每個拾波傳感器的相對距離。用于確定激勵轉(zhuǎn)換器和拾波傳感器之間相對距離的一個替代方法包括去除分散的固定量，用于確定第一到達(dá)時刻。在另一替代方法中，可以將激勵信號集中在窄頻帶并且可以估算到達(dá)每個拾波傳感器的相對到達(dá)時間。如果觸敏板的絕對分散關(guān)系是已知的或已通過直接測量而被確定，則可以計算觸敏板的絕對尺寸。如果觸敏板的絕對分散關(guān)系是未知的，則僅可以計算觸敏板的相對尺寸。由于觸敏板的材料特性決定了經(jīng)過觸敏板的波的傳播速度是頻率的函數(shù)，因此需要觸敏板的材料的絕對分散常數(shù)，以便確定觸敏板的絕對尺寸。不知道這一點，則觸敏板的尺寸僅在標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)內(nèi)可知。用來計算觸敏板并且確定觸敏板分散關(guān)系的各種方法，如圖13的步驟344和346所示，在之前引入的待審美國專利申請中有所介紹，該申請的標(biāo)題為“Touch Sensitive Device Employing Bending Wave VibrationSensing and Excitation Transducers”、與本發(fā)明同時申請的代理受理號為59372US002。
根據(jù)下述等式可以理解到，在觸敏板上的脈沖從接觸位置向外以環(huán)形方式傳播Ψ(r,t)=Ψ(0,t)·ei(kr-ωt)r]]>在此，Ψ對應(yīng)于物理參數(shù)，比如位移或速度，ω是角速度，k是在觸敏板內(nèi)的波矢，以及r是從接觸位置到感測位置的距離。該波矢k在觸敏板內(nèi)以下述分散關(guān)系與角速度ω相關(guān)k(ω)=ωμB]]>在此，μ表示觸敏板的面密度，并且B表示板的彎曲剛度。應(yīng)該注意的是，為了清楚起見，上述等式是整板等式(full plateequation)的簡化，整板等式由于近場彎曲的存在而更加復(fù)雜。
由上述等式可以看出，脈沖的振幅隨著距離而衰減，這是能量守恒所要求的。此外，相位因數(shù)根據(jù)距離而被施加到脈沖上。該相位因數(shù)具有對頻率的平方根關(guān)系并且因此引起脈沖波形在傳感器處被感測到時發(fā)生變化(相反，沒有與脈沖波形相關(guān)的變化的純延遲具有對頻率的線性關(guān)系)。這是彎曲波傳播的分散的眾所周知的效果。
以上討論了用于執(zhí)行分散校正的各種方法，其中分散信號被轉(zhuǎn)換成在非分散介質(zhì)中傳播的信號。這些轉(zhuǎn)換方法的特性是始終對分散效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，該方法有利于高效地計算接觸位置。
但是，根據(jù)本發(fā)明的脈沖重構(gòu)可以采用更簡單的轉(zhuǎn)換。根據(jù)一個這樣的實施例，分散的固定量被從分散傳感器信號中去除。給定接觸觸敏板的位置，則很容易從上述等式理解脈沖的分散。在使用反相位因數(shù)的情況下，與接觸/傳感器分離相對應(yīng)，被每個傳感器所感測的初始信號可以被補(bǔ)償，并且初始脈沖可以被重構(gòu)。應(yīng)該注意到，與反射/混響相關(guān)的稍后的能量將保持分散特性。
該更簡單的轉(zhuǎn)換方法并不直接適用于確定接觸事件的位置，因為分散消除過程需要預(yù)先知道接觸位置。應(yīng)該注意的是，可以執(zhí)行基于第一次到達(dá)和消除分散固定量的遞次求近法，盡管該方法可能在計算方面不如真實分散校正轉(zhuǎn)換有效。然而，通過從另一方法(比如分散校正相關(guān)函數(shù))給出觸摸位置，初始脈沖的重構(gòu)為改進(jìn)觸敏裝置提供了多項益處。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，該方法包括采用反相位因數(shù)作為脈沖重構(gòu)的一部分。根據(jù)圖14所示的方法，在步驟360，感測在分散觸敏板內(nèi)傳播的彎曲波，接著，在步驟362，產(chǎn)生表現(xiàn)出分散的傳感器信號。在步驟364，將該分散的傳感器信號轉(zhuǎn)換成分散校正信號。在步驟366，利用該分散校正信號以確定接觸觸敏板的位置。接著，在步驟368，確定每個拾波傳感器和接觸位置之間的間距。
接著，在步驟370，利用各接觸/傳感器間距可以推導(dǎo)出針對每個拾波傳感器的反相位因數(shù)。在步驟372，將該反相位因數(shù)應(yīng)用于分散傳感器信號，以便重構(gòu)由每個拾波傳感器感測到的脈沖。在步驟374，比較重構(gòu)后的脈沖的一個或多個特征，比如到達(dá)時刻、波形、振幅或其它形態(tài)特征，以便驗證步驟366所計算得到的接觸位置是否正確。
為了介紹本發(fā)明其它特征，請參照圖15所示的彎曲波觸敏裝置400。根據(jù)該實施例，觸敏面板402安裝到LCD監(jiān)視器的框架404內(nèi)，前面的窗口框和后面的外殼由塑料模制而成。拾波傳感器16安裝在觸敏面板402的每個角處。對圖16-32的下述討論假設(shè)與這些附圖相關(guān)的方法可以在通常如圖15所示類型的觸敏裝置400中執(zhí)行。
圖16示出觸敏面板區(qū)域的標(biāo)圖，軸線的單位為厘米。圖中示出了每個角上的傳感器編號。此外，十字(加號)表示由手指觸摸面板而產(chǎn)生的接觸位置。該接觸產(chǎn)生彎曲波的瞬時脈沖，該脈沖被每個拾波傳感器轉(zhuǎn)換為電壓。該傳感器信號隨后被預(yù)先放大、數(shù)字化并且以10kHz進(jìn)行高通濾波，從而產(chǎn)生圖17所示的跡線。請注意，所有這些圖表的y軸單位是任意的，而采樣號的x軸單位采用100kHz的抽樣率。
圖17所示跡線的分散是清楚的。特別是，距離接觸位置最遠(yuǎn)的傳感器(即傳感器1和傳感器2)表示出能量隨后到達(dá)以及更擴(kuò)散開的脈沖波形。當(dāng)與接觸/傳感器間距相關(guān)的反相位因數(shù)應(yīng)用于圖17的原始傳感器信號數(shù)據(jù)時，產(chǎn)生了圖18所示的跡線。
與圖17所示的分散跡線表示出不同形狀和到達(dá)時刻有所不同，圖18所示的跡線具有類似的形狀(即所有的跡線都具有正向的初始瞬時脈沖)。下面將更詳細(xì)地介紹用于確定重構(gòu)脈沖間的脈沖相似性的技術(shù)。
接觸脈沖的分散可以被看作是空間濾波，其中每個傳感器處的信號被針對觸敏板的每一點進(jìn)行不同地過濾。如之前所討論，脈沖重構(gòu)的過程可以被看作是對初次到達(dá)能量應(yīng)用反向濾波，并且可以用于校驗由位置確定算法所確定的接觸位置與初始拾波信號是否一致。
圖19以實例的方式示出圖16所示的初始接觸位置和沿著x軸和y軸移動25mm的位置。該直觀的實例模擬所報告的點的位置偏離真實位置的錯誤。
如圖17所示，在拾波信號上執(zhí)行脈沖重構(gòu)，但是具有移動后的定位位置。結(jié)果在圖20中示出。很明顯，初始脈沖的重構(gòu)不再精確，在不同的信號之間表現(xiàn)出明顯的變化。這個偽點可以很容易地被檢測出并且作為錯誤被報告。
根據(jù)本發(fā)明的脈沖重構(gòu)方法所提供的點位置的校驗提供了增強(qiáng)的功能。例如，如果在計算中產(chǎn)生錯誤，脈沖重構(gòu)可以被用于突出錯誤而沒有點返回。沒有點返回被認(rèn)為優(yōu)于返回錯誤的點。作為另一實例，來自面板邊緣的反射可以在分散校正關(guān)系函數(shù)中產(chǎn)生另外的波峰。這可以產(chǎn)生模糊以及多個候選點?？梢岳帽景l(fā)明的脈沖重構(gòu)以及接觸位置校驗方法來很容易地消除這些模糊。
在另外的實例中，降低觸發(fā)位置確定計算的閾值可能會由于背景噪聲，比如空氣噪聲、結(jié)構(gòu)噪聲或電噪聲的瞬態(tài)而引起偽點。與偽點相關(guān)的噪聲可以通過脈沖重構(gòu)來抑制，該脈沖重構(gòu)允許設(shè)置更低的閾值，進(jìn)而實現(xiàn)針對輕微觸摸的更高的靈敏度。
以下的直觀的實例包括對LCD窗口框的觸摸。這種情況下，對窗口框的觸摸向觸敏面板輸入了能量，引發(fā)了位置確定計算。這可能會報告觸敏板主體內(nèi)的某一點，而這需要用脈沖重構(gòu)來校驗。圖21示出因觸摸LCD窗口框而被報告的點。
圖22示出由輕叩LCD窗口框所引起的拾波器信號跡線。這些信號跡線表示不同的到達(dá)時間和分散的形狀。根據(jù)圖22所示的跡線，不能立刻地明顯看出這些跡線是由于觸摸窗口框引起的還是對觸敏面板的有效接觸引起的。然而，圖23示出對圖22的跡線應(yīng)用脈沖重構(gòu)的結(jié)果。從圖23的跡線明顯可見，重構(gòu)后的脈沖形狀與有效點并不相應(yīng)。這樣，可以容易地濾除該錯誤點。
圖24、25和26示出由輸入筆的觸摸事件所引起的接觸位置、拾波器信號以及重構(gòu)后的脈沖。由圖26所示的跡線容易看出，脈沖重構(gòu)進(jìn)行得非常好。使用輸入筆所產(chǎn)生的脈沖波形與手指接觸所產(chǎn)生的脈沖波形差別很大。這些差別可以用來檢測接觸類型的性質(zhì)，比如手指、輸入筆以及戴手套的手指。
以上借助實例詳細(xì)介紹了用于確認(rèn)接觸位置的脈沖重構(gòu)，這些實例表示出可以從每個傳感器獲得非常相似的重構(gòu)脈沖。確認(rèn)接觸點有效性的過程包括測定每個重構(gòu)脈沖在到達(dá)時間和波形方面的相似性。多種技術(shù)可以用于該目的，包括測定不同重構(gòu)脈沖之間的相關(guān)性。參照圖27(a)-(d)的下述方法表示運(yùn)行良好并且計算高效的幾種技術(shù)之一。
圖27(a)示出針對傳感器1-4的重構(gòu)后的脈沖，如圖18最初所示。圖27(b)示出這些脈沖的平均值。對重構(gòu)后的脈沖采取平均值是用來加強(qiáng)每個跡線的所希望的相似特征，四個傳感器的上升時間和波形均相似。應(yīng)該注意的是，沒有借助脈沖重構(gòu)過程對觸敏板內(nèi)反射所產(chǎn)生的后期能量針對分散進(jìn)行校正。在這方面，脈沖重構(gòu)過程僅試圖校正一個距離，即首次到達(dá)的距離。結(jié)果，后期能量在四個跡線之間并不相同，并且因此被平均步驟降低。圖27(b)所示的跡線因此以有益的方式結(jié)合了四條跡線的信息。
為了進(jìn)一步加強(qiáng)在圖27(b)中明顯可見的急劇變化，可以有效地采用標(biāo)度因數(shù)(scaling factor)。該標(biāo)度因數(shù)在圖27(c)中示出，該標(biāo)度因數(shù)是由脈沖響應(yīng)絕對值的累加總和推導(dǎo)出的。對每個傳感器進(jìn)行該計算并且進(jìn)行平均，以便給出圖27(c)所示的跡線。當(dāng)信號較弱時所生成的跡線較低，但是隨著時間增加而經(jīng)過脈沖的非靜部分(non-quite portion)后，跡線逐漸升高。該方法可以用來加強(qiáng)如圖27(d)所示的初次到達(dá)。
圖27(d)示出平均脈沖響應(yīng)除以平均累加總和的結(jié)果，即圖27(b)的跡線除以圖27(c)的跡線。該定標(biāo)用于標(biāo)準(zhǔn)化跡線并且加強(qiáng)接近采樣點40的脈沖的起點。響應(yīng)的初始20樣值表示出由定標(biāo)函數(shù)的較大值產(chǎn)生的部分噪聲。但是當(dāng)首批樣值被放棄之后，測量值可以用來指示脈沖的同步性。圖27(d)的曲線還示出了閾值0.2，高于該閾值的脈沖被認(rèn)為是同步的并且該接觸點有效。
圖27示出了對同步性的度量，其加強(qiáng)了脈沖的類似形狀，而所有的脈沖大約在同一時刻急劇地開始。這一度量可以用來確認(rèn)有效接觸點并濾除錯誤接觸點。為了使給出的同步性度量有效，應(yīng)該濾除“壞”點。下面將討論該度量的兩個實例。第一個，如圖28所示，表示最初在圖20中示出的不精確數(shù)據(jù)實例的結(jié)果。第二個，如圖29所示，表示最初在圖22中示出的LCD窗口框觸摸數(shù)據(jù)的結(jié)果。兩個壞點實例都沒有超過所設(shè)定區(qū)域(例如20采樣點之后)的閾值，這證明了上文介紹的同步性度量方法的有效性。
以上所介紹的脈沖重構(gòu)方法依賴于初始接觸產(chǎn)生合適脈沖的事實。對于大多數(shù)接觸來說是會產(chǎn)生合適脈沖的，并且該方法采用與到達(dá)每個傳感器的初次到達(dá)距離相關(guān)的反相位因數(shù)而執(zhí)行順利。但是，在測量中還可能存在恒定的相位因數(shù)。
幾個不同的原因可以引發(fā)這種情況，包括(1)在觸敏板內(nèi)的彎曲波既有傳播波的形式又近場指數(shù)衰減。這些近場不會從接觸點傳播到傳感器，但是他們影響在接觸點處的響應(yīng)并且可以與傳播波相異相。當(dāng)在接觸點有脈沖輸入后，觸敏板的響應(yīng)也可以是脈沖式的，但是傳播波的相位可能會移動；(2)該接觸可以是依從的，導(dǎo)致在所產(chǎn)生的力中具有相位因數(shù)；(3)在傳感器位置處的響應(yīng)的相位受到在傳感器附近的邊緣的邊界條件的影響；以及(4)傳感轉(zhuǎn)換器本身可以被用作測量不同物理量的響應(yīng)。例如，這些物理量包括速度、力、同相應(yīng)力以及曲率。這些物理參數(shù)通常不同相，并且根據(jù)這些參數(shù)可以測得不同的相位因數(shù)。
相位因數(shù)的作用是改變重構(gòu)脈沖的波形。所產(chǎn)生的脈沖仍然是時間調(diào)整后的脈沖，并且重構(gòu)之后在形狀上類似。然而，它們對脈沖的相似性可以借助任意相位因數(shù)來折中。由于該原因，上述的脈沖重構(gòu)方法可以擴(kuò)展為除了校正與首次到達(dá)距離有關(guān)的相位之外，還包括對恒定相位的校正。這可以被選用來改進(jìn)重構(gòu)脈沖波形的清晰度。
脈沖重構(gòu)可以用于接觸位置驗證之外的其它目的。例如，脈沖重構(gòu)可以被用于確定觸摸觸敏板的強(qiáng)度(z軸靈敏度)。Z軸靈敏度指的是檢測觸摸強(qiáng)度的能力。某種程度上可以用原始拾波器信號來做到這一點。硬接觸和軟接觸的過程區(qū)別可以通過比較所產(chǎn)生的電壓水平來獲得。例如，硬接觸將會比軟接觸產(chǎn)生更高RMS電壓水平。
下面參照圖30-32。圖30示出接觸觸敏面板的兩個位置。圖31示出了兩次接觸所產(chǎn)生的拾波器信號，其中以重疊的方式示出了每次接觸的四條跡線。第二接觸的跡線清晰地示出了更高的電壓水平。然而，由于與接觸/傳感器間距相關(guān)的分散量不同而導(dǎo)致信號的波形不同。相對水平的具體量化需要脈沖重構(gòu)跡線的比較，如圖32所示。
在圖32中示出的脈沖重構(gòu)信號能夠比僅使用分散的拾波器信號明顯更準(zhǔn)確地確定觸摸強(qiáng)度。需要注意的是，圖32所示的跡線已經(jīng)被針對相位因數(shù)和距離的平方根振幅衰減予以校正，而之前的曲線圖僅針對相位因數(shù)予以校正。該完全校正及時地調(diào)整脈沖和全部振幅。在該實例中的脈沖的相對強(qiáng)度大約為電壓的2倍(factor of two involtage)(6dB)。
為了舉例和說明起見，給出了對于本發(fā)明各實施例的前述說明。其用意并不在于窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制在公開的具體形式。按照以上敘述，可以做出許多修改和變型。本發(fā)明并不旨在用本詳細(xì)說明書來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，而是用所附的權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于觸敏裝置的方法，所述觸敏裝置包括連接有多個傳感器的觸摸板，所述方法包括響應(yīng)于對所述觸敏裝置的觸摸而產(chǎn)生傳感器信號，所述傳感器信號表現(xiàn)出分散；對所述傳感器信號中的分散進(jìn)行校正，以便產(chǎn)生分散校正信號；利用所述分散校正信號確定觸摸的位置；重構(gòu)脈沖，所述脈沖代表由觸摸所述觸敏裝置所產(chǎn)生的脈沖；以及利用重構(gòu)脈沖驗證所述觸摸的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，重構(gòu)所述脈沖還包括確定所述觸摸板的分散關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，重構(gòu)所述脈沖還包括確定所述觸摸板的尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，確定所述觸摸板的尺寸包括利用連接到所述觸摸板上的激勵轉(zhuǎn)換器和所述多個傳感器來確定所述觸摸板的尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，確定所述觸摸板的尺寸包括將由所述激勵轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的激勵信號施加到所述觸摸板上，并且用每個所述傳感器感測所述激勵信號；確定從所述激勵轉(zhuǎn)換器處的輸入到每個所述傳感器處的輸出的傳遞函數(shù)；利用所述傳遞函數(shù)確定針對每個所述傳感器的分散校正脈沖響應(yīng)；以及利用所述各個分散校正脈沖響應(yīng)來確定所述觸摸板的尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，重構(gòu)所述脈沖包括確定所述觸摸位置和每個所述傳感器之間的間距；利用所述各個間距推導(dǎo)出針對于每個所述傳感器的反相位因數(shù)；以及將所述反相位因數(shù)應(yīng)用于所述傳感器信號，以便重構(gòu)所述脈沖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，驗證所述觸摸位置包括評價所述重構(gòu)脈沖的一個或多個特征的相似性。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，評價所述重構(gòu)脈沖的相似性包括根據(jù)所述相似性評價達(dá)到閾值，而驗證所述觸摸位置為有效；以及根據(jù)所述相似性評價未能達(dá)到所述閾值，而認(rèn)為所述觸摸位置為無效。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，驗證所述觸摸位置包括評價所述重構(gòu)脈沖的同步性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，驗證所述觸摸位置包括評價每個所述重構(gòu)脈沖的到達(dá)時間和波形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，驗證所述觸摸位置包括計算所述重構(gòu)脈沖的平均值，以便加強(qiáng)所述重構(gòu)脈沖的特定特征；以及評價所述重構(gòu)脈沖的所述特定特征的相似性。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，驗證所述觸摸位置包括計算所述重構(gòu)脈沖的平均值；將標(biāo)度因數(shù)應(yīng)用于所述重構(gòu)脈沖的所述平均值，以便產(chǎn)生標(biāo)度的重構(gòu)脈沖，所述標(biāo)度因數(shù)選取用來加強(qiáng)所述平均重構(gòu)脈沖的初次到達(dá)能量；以及將所述標(biāo)度的重構(gòu)脈沖與閾值比較，以便驗證所述觸摸位置為有效或無效。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，響應(yīng)于對所述觸敏裝置的窗口框或框架的觸摸而產(chǎn)生傳感器信號，并且驗證所述觸摸位置包括確認(rèn)對所述窗口框或框架的觸摸為錯誤觸摸。
14.一種觸敏裝置，包括觸摸板；多個傳感器，其與所述觸摸板連接，每個所述傳感器構(gòu)造為用來感測所述觸摸板內(nèi)的彎曲波，并且響應(yīng)于對所述觸摸板的觸摸而產(chǎn)生傳感器信號；以及控制器，其與所述傳感器連接，所述控制器對所述傳感器信號中的分散進(jìn)行校正，利用所述分散校正信號確定所述觸摸的位置，并重構(gòu)代表由觸摸所述觸敏裝置所產(chǎn)生的脈沖的脈沖，所述控制器利用所述重構(gòu)脈沖驗證所述觸摸位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，還包括多個有源緩沖電路，每個所述有源緩沖電路分別連接到所述傳感器中之一。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，還包括連接到所述觸摸板的激勵轉(zhuǎn)換器，所述激勵轉(zhuǎn)換器構(gòu)造為用來在所述觸摸板內(nèi)引發(fā)彎曲波。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述傳感器響應(yīng)于所述引發(fā)的彎曲波而產(chǎn)生彎曲波信號；并且所述控制器利用所述彎曲波信號計算所述觸摸板的尺寸，并利用所述觸摸板的尺寸來重構(gòu)所述脈沖。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，還包括多個有源緩沖電路，每個所述有源緩沖電路分別連接到所述傳感器中之一；以及激勵轉(zhuǎn)換器，其連接到所述觸摸板，并被構(gòu)造為用來在所述觸摸板內(nèi)引發(fā)彎曲波；其中，所述控制器通過所述有源緩沖電路連接到所述傳感器，并通過無源緩沖連接而連接到所述激勵轉(zhuǎn)換器。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述控制器確定所述觸摸板的分散關(guān)系，并利用所述分散關(guān)系來重構(gòu)所述脈沖。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述控制器獲取與所述觸摸板的尺寸和所述觸摸板的分散關(guān)系相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并利用與所述觸摸板的尺寸和所述觸摸板分散關(guān)系相對應(yīng)的數(shù)據(jù)來重構(gòu)所述脈沖。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述控制器確定所述觸摸位置和每個所述傳感器之間的間距，并且利用所述各個間距推導(dǎo)出與每個所述傳感器相關(guān)的反相位因數(shù)，所述控制器將所述反相位因數(shù)應(yīng)用于所述傳感器信號以便重構(gòu)所述脈沖。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述控制器確定所述重構(gòu)脈沖的一個或多個特征的相似性，以便驗證所述觸摸的位置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述控制器根據(jù)所述相似性確定達(dá)到閾值來驗證所述觸摸位置為有效，而根據(jù)所述相似性確定未能到達(dá)所述閾值而驗證所述觸摸位置為無效。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述控制器評價所述重構(gòu)脈沖的同步性，以便驗證所述觸摸的位置。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述控制器評價每個所述重構(gòu)脈沖的到達(dá)時間和波形，以便驗證所述觸摸的位置。
26.一種包括觸摸板的觸敏裝置，所述觸摸板連接有多個傳感器，所述裝置包括信號產(chǎn)生裝置，其響應(yīng)于對所述觸敏裝置的觸摸而產(chǎn)生傳感器信號；校正裝置，其用于對所述傳感器信號中的分散進(jìn)行校正，以便產(chǎn)生分散校正信號；確定裝置，其采用所述分散校正信號以確定所述觸摸位置；重構(gòu)裝置，其用于重構(gòu)代表由觸摸所述觸敏裝置所產(chǎn)生的脈沖；以及驗證裝置，其利用所述重構(gòu)脈沖以驗證所述觸摸位置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述重構(gòu)裝置包括用于確定所述觸摸板的分散關(guān)系的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述重構(gòu)裝置包括用于確定所述觸摸板尺寸的尺寸確定裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中，所述尺寸確定裝置包括用于將激勵信號施加到所述觸摸板的裝置；以及用于感測對所述激勵信號作出響應(yīng)的信號的裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述驗證裝置包括用于評價所述重構(gòu)脈沖的一個或多個特征的相似性的評價裝置。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其中，所述評價裝置包括用于根據(jù)相似性評價達(dá)到閾值而驗證所述觸摸位置為有效的裝置；以及用于根據(jù)所述相似性評價未能達(dá)到所述閾值而認(rèn)為所述觸摸位置為無效的裝置。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中，所述驗證裝置包括用于評價所述重構(gòu)脈沖的同步性的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種觸敏裝置，其包括觸摸板和連接到該觸摸板的多個傳感器。每個傳感器構(gòu)造為感測觸摸板內(nèi)的彎曲波，并且響應(yīng)于對觸摸板的觸摸而產(chǎn)生傳感器信號?？刂破鬟B接到傳感器上?？刂破鲗鞲衅餍盘栔械姆稚⑦M(jìn)行校正，并且利用分散校正信號確定觸摸位置?？刂破鬟M(jìn)行脈沖重構(gòu)，并借此產(chǎn)生脈沖，該脈沖代表由觸摸觸敏裝置而產(chǎn)生的脈沖?？刂破骼迷撝貥?gòu)脈沖以驗證觸摸位置。
文檔編號G06F3/041GK1902573SQ200480039594
公開日2007年1月24日 申請日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者尼古拉斯·P·R·希爾, 達(dá)利斯·M·沙利文 申請人:3M創(chuàng)新有限公司