專(zhuān)利名稱(chēng)：使用彎曲模式傳感器和多種檢測(cè)技術(shù)的觸摸位置判定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種觸摸敏感設(shè)備，尤其涉及使用多種觸摸位置檢 測(cè)技術(shù)的方法和系統(tǒng)，其中至少一種所述技術(shù)使用由彎曲模式傳感器 生成的信號(hào)。
背景技術(shù)：
觸摸敏感設(shè)備為計(jì)算機(jī)或者其它數(shù)據(jù)處理設(shè)備提供簡(jiǎn)單直觀的 接口。用戶(hù)可以通過(guò)觸摸圖標(biāo)或者通過(guò)在觸摸敏感面板書(shū)寫(xiě)或者描劃
來(lái)傳遞信息，而無(wú)需使用鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)。觸摸面板用于各種信息處理 應(yīng)用。交互式視頻顯示通常包括某種形式的觸摸敏感面板。帶有可視 顯示器的集成觸摸敏感面板正隨著下一代便攜式多媒體設(shè)備比如移
動(dòng)電話(huà)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、和手持或膝上計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)而變得 常見(jiàn)。如今常能在譬如柜員機(jī)、游戲機(jī)、自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)、酒店管理系 統(tǒng)、雜貨店結(jié)帳線(xiàn)、氣泵、信息亭、以及手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器等各種應(yīng)用 中見(jiàn)到電子顯示器。
有很多種方法被用來(lái)判定觸摸敏感面板上的觸摸位置。例如可 以通過(guò)使用多個(gè)耦接至觸摸面板的力傳感器來(lái)判定觸摸位置。力傳感 器生成響應(yīng)于觸摸而變化的電信號(hào)。由力傳感器生成的信號(hào)的相對(duì)量 值可以用來(lái)判定觸摸位置。
電容性觸摸定位技術(shù)包含對(duì)由于在觸摸面板上的觸摸所產(chǎn)生的 電容耦接而導(dǎo)致的電流變化的感測(cè)。對(duì)觸摸面板的幾個(gè)位置例如觸摸 屏的每個(gè)角施加小的電壓。在觸摸屏上的觸摸會(huì)耦接入一個(gè)電容，該 電容改變從每個(gè)角流出的電流。電容性觸摸系統(tǒng)對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量并根 據(jù)電流的相對(duì)量值來(lái)判定觸摸位置。
電阻性觸摸面板是典型的多層設(shè)備，其具有被隔離物分離的柔 性頂層和剛性底層。導(dǎo)電材料或?qū)щ婈嚵胁贾迷陧攲雍偷讓拥南鄬?duì)的
表面上。觸摸使得頂層彎曲，從而導(dǎo)致相對(duì)的導(dǎo)電表面接觸。該系統(tǒng) 根據(jù)接觸所導(dǎo)致的觸摸面板電阻變化來(lái)判定觸摸位置。
可以依靠光信號(hào)或聲音信號(hào)來(lái)進(jìn)行觸摸位置判定。用于觸摸面 板的紅外技術(shù)通常使用專(zhuān)門(mén)的聚光圈沿著水平和垂直軸發(fā)射紅外光 束。傳感器對(duì)阻斷紅外光束的觸摸進(jìn)行檢測(cè)。
表面聲波(SAW)觸摸定位處理使用在玻璃屏表面?zhèn)鞑サ母哳l波。 由手指觸摸玻璃屏表面所導(dǎo)致的聲波衰減被用來(lái)檢測(cè)觸摸位置。SAW 通常采用一種"行程時(shí)間"技術(shù)，其中到達(dá)接收傳感器的擾動(dòng)時(shí)間被 用來(lái)檢測(cè)觸摸位置。當(dāng)在介質(zhì)具有非頻散性質(zhì)、聲波速度在所關(guān)心的 頻率范圍內(nèi)不會(huì)有明顯變化時(shí)，此方法可行。
彎曲波觸摸技術(shù)感測(cè)由觸摸敏感基板的整塊材料上的觸摸所產(chǎn) 生的振動(dòng)。這些振動(dòng)成為彎曲波，其可以使用通常布置在基板邊緣的 傳感器檢測(cè)到。對(duì)這些傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行分析來(lái)判定觸摸位 置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種觸摸感測(cè)系統(tǒng)以及一種使用彎曲模式傳感器和 多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)生成觸摸位置信息的方法。根據(jù)一個(gè) 實(shí)施例，該方法包含提供多個(gè)耦接至觸摸敏感表面的彎曲模式傳感 器。提供了多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)，其中至少一種觸摸位置檢 測(cè)技術(shù)使用由彎曲模式傳感器生成的信號(hào)。該方法還包括使用不同的 觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)得出觸摸位置信息。該觸摸位置信息可以包括例 如觸摸敏感表面上的觸摸位置。
在一種方案中，第一觸摸位置檢測(cè)技術(shù)提供與觸摸位置判定相 關(guān)聯(lián)的第一精度，第二觸摸位置檢測(cè)技術(shù)提供與觸摸位置判定相關(guān)聯(lián) 的第二精度。在另一種方案中，得出觸摸位置信息的方法包含使用與
第一觸摸位置檢測(cè)技術(shù)相關(guān)聯(lián)的觸摸位置信息來(lái)優(yōu)化通過(guò)第二觸摸 位置檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行的觸摸位置判定。通常，至少某些不同的觸摸位置 檢測(cè)技術(shù)能夠獨(dú)立地檢測(cè)觸摸位置。
根據(jù)另一種方案，第一觸摸位置檢測(cè)技術(shù)判定觸摸位置相對(duì)于
觸摸敏感表面的x和y坐標(biāo)。第二觸摸位置檢測(cè)技術(shù)判定相對(duì)于觸摸
敏感表面的z坐標(biāo)。
在另一種方案中，至少一種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)提供了對(duì)由至少 一個(gè)彎曲模式傳感器所生成的信號(hào)的頻散校正。在另一種方案中，得
出觸摸位置信息的方法包含使用至少一種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)判定 觸摸敏感表面的位移。得出觸摸位置信息的方法可以包含使用至少一 種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)判定由觸摸敏感表面上的觸摸所產(chǎn)生的彎曲 波的行程時(shí)間。得出觸摸位置信息的方法還可以包含對(duì)由至少一個(gè)彎 曲模式傳感器所生成的信號(hào)的頻散進(jìn)行校正。得出觸摸位置信息的方
法還可以包含使用第一觸摸檢測(cè)技術(shù)來(lái)確認(rèn)在觸摸敏感表面上的觸 摸，并且使用第二觸摸檢測(cè)技術(shù)來(lái)判定在觸摸敏感表面上的觸摸位 置。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例， 一種觸摸敏感設(shè)備包括多個(gè)觸摸傳感器， 這些觸摸傳感器被配置來(lái)檢測(cè)觸摸敏感表面由于對(duì)其的觸摸而導(dǎo)致 的彎曲。該設(shè)備還包括處理電路，其被配置來(lái)實(shí)現(xiàn)多種不同的觸摸位 置檢測(cè)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)這些觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)使用由觸摸傳感器生成的 信號(hào)通過(guò)這些不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)得出觸摸位置信息。
在一種方案中，至少一個(gè)觸摸傳感器對(duì)第一頻率范圍敏感，至
少一個(gè)其它的觸摸傳感器對(duì)不同于第一頻率范圍的第二頻率范圍敏 感。在另一種方案中，所述不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)中的至少一種對(duì) 第一頻率范圍敏感，至少一種其它的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)對(duì)不同于第一
頻率范圍的第二頻率范圍敏感。在再一種方案中，觸摸傳感器對(duì)相同 的頻率范圍敏感。
上述的本發(fā)明概要無(wú)意于說(shuō)明本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例或所有的實(shí) 現(xiàn)方案。通過(guò)參照結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明以及權(quán)利要求，能夠顯見(jiàn) 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方案以及對(duì)本發(fā)明更完整的理解。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的觸摸面板系統(tǒng)的框圖，其包 括彎曲模式傳感器以及配置來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)的控制器；
圖2至圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的幾種使用彎曲模式傳 感器信號(hào)和不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)得出或優(yōu)化觸摸位置信息的 方法的流程圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的觸摸位置檢 測(cè)技術(shù)的系統(tǒng)的框圖6是示出另一種根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的觸摸 位置檢測(cè)技術(shù)的系統(tǒng)的框圖7至圖9是示出一種根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的觸摸面板系統(tǒng)的 截面的曲線(xiàn)，其中該觸摸面板系統(tǒng)具有一個(gè)或多個(gè)用于通過(guò)使用不同 的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)觸摸位置檢測(cè)的彎曲模式傳感器；以及
圖io是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的適用于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的觸摸位置判定
的觸摸屏系統(tǒng)的框圖。
本發(fā)明適于各種修改和替代形式，而其細(xì)節(jié)已通過(guò)示例在附圖 中示出并將被詳細(xì)描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，其目的不在于將本發(fā)明限制 于所述的特定實(shí)施例。相反，其目的在于涵蓋符合由權(quán)利要求所限定 的范圍內(nèi)的全部修改、等同物、和替代方案。
具體實(shí)施例方式
在下面對(duì)示例實(shí)施例的說(shuō)明中對(duì)構(gòu)成本文一部分的附圖進(jìn)行參 照，并且在附圖中以示例的方式示出了能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的各種實(shí)施 例。應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下可以利用這些實(shí)施例并 且做出結(jié)構(gòu)性的改變。
本發(fā)明涉及觸摸致動(dòng)的用戶(hù)交互設(shè)備，以及提供了通過(guò)多個(gè)觸 摸傳感器對(duì)經(jīng)過(guò)觸摸基板傳播的振動(dòng)的感測(cè)的方法。本發(fā)明尤其涉及 觸摸感測(cè)設(shè)備以及使用配置來(lái)感測(cè)通過(guò)觸摸基板傳播的彎曲波振動(dòng) 的傳感器的方法，其中根據(jù)所述彎曲波振動(dòng)能夠使用不同的觸摸位置 檢測(cè)技術(shù)來(lái)判定觸摸位置信息。
按照本發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)的觸摸感測(cè)設(shè)備可能結(jié)合了文中所述的特 征、結(jié)構(gòu)、方法、或其組合的一種或者多種。這樣一種設(shè)備或者方法
不需要包括文中所述的全部特征和功能，但會(huì)包括組合起來(lái)提供有用 的結(jié)構(gòu)和/或功能的所選特征及功能。
本發(fā)明的實(shí)施例涉及將多種不同的觸摸定位處理結(jié)合起來(lái)判定 觸摸面板上的觸摸位置。文中所述的某些實(shí)施例包含對(duì)兩種或兩種以 上觸摸定位處理的使用，其中這些觸摸定位處理利用不同類(lèi)型的觸摸 定位技術(shù)。其它的實(shí)施例包含對(duì)兩種或兩種以上觸摸定位處理的使 用，其中這些觸摸定位處理使用相同類(lèi)型的觸摸定位技術(shù)，不過(guò)其使 用不同的操作法來(lái)判定觸摸位置。
對(duì)觸摸基板上的觸摸進(jìn)行定位包含對(duì)靜態(tài)觸摸位置的判定和/ 或?qū)?dòng)態(tài)移動(dòng)觸摸比如在拖曳、描劃、或書(shū)寫(xiě)操作時(shí)所使用的動(dòng)作的 判定。動(dòng)態(tài)觸摸測(cè)量會(huì)包含觸摸之前、觸摸期間、和/或觸摸結(jié)束后 的流數(shù)據(jù)。觸摸信息可以包含平面上的觸摸位置信息，例如觸摸位置 在平坦面板上的x和y坐標(biāo)。此外，觸摸位置判定可以包含對(duì)z軸信 息的獲取。z軸觸摸信息可以包括，舉例來(lái)說(shuō)，觸摸和/或脫離檢測(cè)、 觸摸和/或脫離速度、觸摸面板上的距離、和/或觸摸面板上的觸摸壓 力等級(jí)。觸摸信息還可以包括用于分辨有意和無(wú)意的觸摸事件(例如 錯(cuò)誤/正確觸摸識(shí)別，防誤觸措施)的信息以及用于實(shí)現(xiàn)觸摸喚醒功 能的信息。
觸摸信號(hào)中的噪聲會(huì)導(dǎo)致觸摸位置判定不精確。舉例來(lái)說(shuō)，噪 聲可能由靜電電荷、電磁干擾、振動(dòng)、扭矩、環(huán)境光、來(lái)自顯示單元 的噪聲、聲音噪聲、表面污染、和/或氣體噪聲源。對(duì)觸摸定位處理 來(lái)說(shuō)，噪聲排除是重要的因素。某些觸摸定位處理對(duì)于來(lái)自特定源的 噪聲敏感度較低。在某些實(shí)施例中，將多種觸摸定位處理結(jié)合起來(lái)以 提高抗噪聲能力。
觸摸定位處理與各種處理參數(shù)相關(guān)聯(lián)，比如觸摸位置測(cè)量的精 度、測(cè)量的分辨率、獲得測(cè)量結(jié)果的速度、以及觸摸定位處理所消耗 的資源例如功率或者所占用的處理器時(shí)間。單個(gè)觸摸定位處理可以針 對(duì)上述觸摸定位的一個(gè)參數(shù)提供出色的性能。然而，單個(gè)觸摸定位處 理可能無(wú)法成為在所有條件下測(cè)量全部觸摸參數(shù)的最優(yōu)方案。
如本文所述發(fā)明的實(shí)施例所示，觸摸定位處理的組合可以有利
地用于獲取針對(duì)一個(gè)或多個(gè)上述參數(shù)的出色性能。例如，可以把得自 兩個(gè)或多個(gè)觸摸定位處理的信息組合起來(lái)以?xún)?yōu)化一個(gè)或多個(gè)上述處 理參數(shù)或其它處理參數(shù)。把多個(gè)用于判定觸摸位置的獨(dú)立處理的結(jié)果 結(jié)合起來(lái)能夠提供優(yōu)于僅使用單一處理的許多優(yōu)點(diǎn)。文中所述的觸摸 位置判定的組合方案可以提供任意或全部下述優(yōu)點(diǎn)例如，提高的觸 摸定位精度、降低的觸摸定位計(jì)算復(fù)雜度、提高的觸摸位置判定速度、 降低的功率消耗、提高的觸摸定位敏感度、增強(qiáng)的抗噪聲能力、和/ 或增強(qiáng)的Z軸信息。
術(shù)語(yǔ)"彎曲波振動(dòng)"是指例如由觸摸導(dǎo)致的激勵(lì)，其對(duì)能夠支 撐彎曲波振動(dòng)的部件造成某種出平面位移。很多材料能夠彎曲，其中 一些材料發(fā)生具有完全方根頻散關(guān)系的純彎曲，還有一些材料帶有純 彎曲和剪切彎曲的混合。所述頻散關(guān)系描述波在平面內(nèi)的速度對(duì)于波
的頻率的依賴(lài)關(guān)系。術(shù)語(yǔ)"彎曲"也可以應(yīng)用于一個(gè)部件承受負(fù)載時(shí) 的出平面位移或者撓曲，比如當(dāng)觸摸面板響應(yīng)于施加到其表面上的觸 摸而發(fā)生撓曲(例如翹曲成弓形)時(shí)。關(guān)于這點(diǎn)，觸摸面板的一個(gè)表 面處于壓縮狀態(tài)，同時(shí)與其相對(duì)的表面處于拉伸狀態(tài)，從而導(dǎo)致觸摸 面板彎曲成弓形。通過(guò)使用本文所述類(lèi)型的彎曲模式傳感器并按照下 文所討論的方式能夠檢測(cè)到觸摸面板的此類(lèi)彎曲。
舉例來(lái)說(shuō)，在包含壓電式傳感器的振動(dòng)感測(cè)觸摸輸入設(shè)備中， 在觸摸面板的平面內(nèi)傳播的振動(dòng)會(huì)擠壓壓電式傳感器，從而在傳感器 上產(chǎn)生可檢測(cè)到的電壓。所接收的信號(hào)可以由直接觸摸輸入或者由于 描劃(摩擦)的能量輸入所直接導(dǎo)致的振動(dòng)產(chǎn)生，也可以由對(duì)現(xiàn)有振 動(dòng)有影響(例如使振動(dòng)衰減)的觸摸輸入產(chǎn)生。所接收的信號(hào)也可以 是由意外的輸入比如用戶(hù)對(duì)觸摸輸入設(shè)備的操作或誤操作導(dǎo)致的、或 者由外部的環(huán)境源生成但被觸摸輸入設(shè)備感測(cè)到的輸入所產(chǎn)生。
現(xiàn)參照?qǐng)D1，其中示出了一種觸摸敏感設(shè)備100的配置，其并入 有通過(guò)使用多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)彎曲波振動(dòng)并且判
定觸摸位置的特征和功能。根據(jù)此實(shí)施例，觸摸敏感設(shè)備100包括觸 摸基板120和耦接至觸摸基板120上表面的振動(dòng)傳感器130。在此示 例中，觸摸基板120的上表面限定觸摸敏感表面。盡管傳感器130
被示為耦接至觸摸基板120的上表面，但是傳感器130也可以耦接至 觸摸基板120的下表面。在另一個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)傳感器130 可以耦接至觸摸基板120的上表面，同時(shí)另外一個(gè)或多個(gè)傳感器130 可以耦接至觸摸基板120的下表面。振動(dòng)傳感器130A—130D可以通 過(guò)任何適當(dāng)?shù)氖侄务罱又劣|摸板120，例如使用粘合、焊料、或者其 它適用材料，只要所獲得的機(jī)械連接足以使觸摸板中傳播的振動(dòng)能夠 被振動(dòng)傳感器檢測(cè)到。在共同受讓的(co-assigned)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) USSN 10/440, 650和USSN 10/739,471中公開(kāi)了示例振動(dòng)傳感器以及 振動(dòng)傳感器布置，其通過(guò)引用整體并入本文。
觸摸基板120可以是支撐所感興趣的振動(dòng)比如彎曲波振動(dòng)的基 板。示例基板120包括諸如丙烯酸酯類(lèi)或者聚碳酸酯的塑料、玻璃、 或其它適當(dāng)?shù)牟牧稀Ｓ|摸基板120可以是透明的或不透明的，并且可 選地包括或者并入有其它層或者支持附加的功能。舉例來(lái)說(shuō)，觸摸基 板120可以提供防劃痕、防污跡、低眩光、抗反射屬性，以及用于定 向處理或者隱私保護(hù)、過(guò)濾、極化、光學(xué)補(bǔ)償、摩擦變形、著色、圖 解圖像的光控制，等等。
總體來(lái)說(shuō)，觸摸敏感設(shè)備100至少包括3個(gè)傳感器130以判定 觸摸輸入的二維位置，并且在某些實(shí)施例中可能需要4個(gè)傳感器130 (在圖1中示為130A、 130B、 130C、和130D)，如在國(guó)際公開(kāi)WO 2003/005292和WO 01/48684以及共同受讓的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) 09/746,405中所討論的，其通過(guò)引用整體并入本文。
在本發(fā)明中，傳感器130優(yōu)選地是能夠感測(cè)指示觸摸基板120 上的觸摸輸入的壓電式傳感器?？捎玫膲弘娛絺鞲衅靼▎螇弘娋?和雙壓電晶片壓電式傳感器。壓電式傳感器能夠提供多種有利特征， 例如包括良好的敏感性、相對(duì)低的成本、足夠的魯棒性、潛在較小 的形狀因數(shù)、足夠的穩(wěn)定性、以及線(xiàn)性響應(yīng)。其它能夠用在振動(dòng)感測(cè) 觸摸敏感設(shè)備100中的傳感器包括電致伸縮型、磁致伸縮型、壓阻 型、聲學(xué)型、電容型、以及可動(dòng)線(xiàn)圈型傳感器/器件等。
在一個(gè)實(shí)施例中，全部傳感器130被配置來(lái)感測(cè)觸摸基板120中 的振動(dòng)。傳感器130在技術(shù)和功能上可以基本相同。例如，所有傳感
器130可以是由特定制造商生產(chǎn)的帶有相同的部件號(hào)或標(biāo)識(shí)的彎曲 模式傳感器。在其它實(shí)施例中，傳感器130可以在技術(shù)上基本相同， 但是功能不同。例如，所有傳感器130可以是由特定制造商生產(chǎn)的彎 曲模式傳感器，其中一些傳感器用于檢測(cè)彎曲波而其它的傳感器用于 檢測(cè)板反射。在某些實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)傳感器130可以是不同于 彎曲模式傳感器的傳感器。根據(jù)另外一個(gè)實(shí)施例， 一個(gè)或多個(gè)傳感器130可用作發(fā)射器件， 其發(fā)射能夠被其它傳感器130感測(cè)到的信號(hào)以將其用作基準(zhǔn)信號(hào)，或 者產(chǎn)生能夠被觸摸輸入改變的振動(dòng)，這樣被改變的振動(dòng)可以被傳感器 130感測(cè)到以判定觸摸的位置。電動(dòng)式傳感器可用作合適的發(fā)射器 件。另外， 一個(gè)或多個(gè)傳感器130可被配置為雙用感測(cè)激勵(lì)傳感器， 例如在先前并入本文的國(guó)際公開(kāi)WO 2003/005292和WO 01/48684以 及共同受讓的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10/750,502中所公開(kāi)的示例，所述公開(kāi) 及申請(qǐng)通過(guò)引用整體并入本文。
很多使用觸摸敏感設(shè)備100的應(yīng)用也使用電子顯示器來(lái)通過(guò)觸 摸敏感設(shè)備100顯示信息。由于顯示器通常是矩形的，因此使用矩形 的觸摸敏感設(shè)備IOO是典型而方便的。同樣，附接有傳感器130的觸 摸基板120通常為矩形，盡管也可以考慮其它的幾何形狀。
根據(jù)一種配置，傳感器130A、 130B、 130C、和130D優(yōu)選地布置 在靠近觸摸基板120的角上。由于很多應(yīng)用需要通過(guò)觸摸敏感設(shè)備 100來(lái)查看顯示畫(huà)面，因此最好將傳感器130 A—D置于觸摸基板120 的邊緣處，這樣它們就不會(huì)占據(jù)可視顯示區(qū)域。將傳感器130 A — D 置于觸摸基板120的角上也能夠減小來(lái)自面板邊緣的聲音反射的影 響。
觸摸敏感設(shè)備100所感測(cè)到的觸摸可以是以觸針接觸的形式出 現(xiàn)，這可能是以手持筆的形式出現(xiàn)。觸針在觸摸基板120上的運(yùn)動(dòng)會(huì) 產(chǎn)生連續(xù)信號(hào)，其受到觸針在觸摸基板120上的位置、壓力、和速度 的影響。該觸針可能具有彈性尖端例如橡膠，其通過(guò)向觸摸基板120 施加可變的力而在觸摸基板120中產(chǎn)生彎曲波。所述的可變力由尖端 提供，其交替地接觸到或者滑過(guò)觸摸基板120的表面。另一種方案是，
接觸可以是手指觸摸的形式，其能夠在觸摸基板120中產(chǎn)生彎曲波， 該彎曲波能夠被被動(dòng)和/或主動(dòng)的感測(cè)檢測(cè)到。該彎曲波可以具有超 聲波范圍(>20 kHz)的頻率分量。
圖1所示的觸摸敏感設(shè)備100可通信地連接至控制器150。傳感 器130A-D經(jīng)由線(xiàn)纜或者制作在觸摸基板120上的印刷電極圖案而電 連接至控制器150?？刂破?50通常包括為傳感器130提供信號(hào)并且 對(duì)信號(hào)或信號(hào)變化進(jìn)行測(cè)量的前端電路。在其它的配置中，控制器 150還在前端電路之外包括微處理器。下文將要詳述的控制器150能 夠?qū)崿F(xiàn)從不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)庫(kù)中選擇的一種或多種觸摸位置 檢測(cè)技術(shù)。對(duì)觸摸位置檢測(cè)技術(shù)的選擇可以根據(jù)上述討論的標(biāo)準(zhǔn)，并 且這種選擇可以根據(jù)觸摸激勵(lì)特性、操作條件、環(huán)境條件等的變化而 改變。
在一種典型配置中，觸摸敏感設(shè)備IOO用于同主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(未 示出)的顯示器組合起來(lái)提供用戶(hù)與主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的可視的觸覺(jué) 交互。主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括諸如網(wǎng)絡(luò)接口的通信接口以便在包含觸 摸敏感設(shè)備100的觸摸面板系統(tǒng)和遠(yuǎn)程系統(tǒng)之間進(jìn)行通信。舉例來(lái) 說(shuō)，各種觸摸面板系統(tǒng)的診斷、校準(zhǔn)、以及維護(hù)例程都能夠通過(guò)觸摸 面板系統(tǒng)與遠(yuǎn)程系統(tǒng)之間的協(xié)作通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例使用彎曲模式傳感器信號(hào)和不 同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)得出觸摸位置信息的方法的流程圖。圖2 所示的方法包括在202中提供耦接至觸摸敏感表面的彎曲模式傳感 器。在204中提供多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)。這些技術(shù)中的至少 一種使用彎曲模式傳感器的信號(hào)。在206中使用這些不同的觸摸位置 檢測(cè)技術(shù)來(lái)得出觸摸位置信息。
得出觸摸位置可以包含對(duì)觸摸敏感表面上的觸摸位置的判定。 至少某些不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)能夠獨(dú)立地檢測(cè)出觸摸位置。例 如，第一觸摸位置檢測(cè)技術(shù)能夠判定觸摸位置相對(duì)于觸摸敏感表面的 x和y坐標(biāo)，而第二觸摸位置檢測(cè)技術(shù)能夠判定相對(duì)觸摸敏感表面的
Z坐標(biāo)o
觸摸位置信息可以包括有利于觸摸面板系統(tǒng)校準(zhǔn)的信息或適用
于執(zhí)行系統(tǒng)診斷或維護(hù)的信息。在某些實(shí)施例中，至少提供兩種不同 的使用由彎曲模式傳感器所產(chǎn)生信號(hào)的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)。例如，兩 種或更多種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)使用由彎曲模式傳感器產(chǎn)生的信號(hào)，但 是它們?cè)陬l率響應(yīng)或者諸如觸摸位置測(cè)量精度、測(cè)量分辨率、獲得測(cè) 量結(jié)果的速度、觸摸定位處理的資源消耗等特性上彼此不同。
作為其它的示例，兩種或更多種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)可以在每種 技術(shù)對(duì)彎曲模式傳感器信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生觸摸位置信息的方式上
彼此不同。在一個(gè)實(shí)施M中，特定的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)可能對(duì)彎曲波 信號(hào)以?xún)煞N或更多種不同的方法進(jìn)行處理以產(chǎn)生觸摸位置信息。在另 一個(gè)實(shí)施例中，兩種或更多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)可能以實(shí)質(zhì)上 相同的方法對(duì)彎曲波信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生觸摸位置信息。
圖3的流程圖說(shuō)明了一種優(yōu)化觸摸位置信息的方法，其中包含
對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的彎曲模式傳感器信號(hào)和不同的觸摸位置檢測(cè)
技術(shù)的使用。圖3所示的方法包括在302中提供多種不同的觸摸位 置檢測(cè)技術(shù)，其中至少一種使用彎曲模式傳感器信號(hào)。在304中使用 第一觸摸位置檢測(cè)技術(shù)得出第一組觸摸位置信息。在306中，使用第 一組觸摸位置信息來(lái)優(yōu)化根據(jù)第二觸摸位置檢測(cè)技術(shù)做出的觸摸位 置判定。
圖4是說(shuō)明另一種使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的彎曲模式傳感器信 號(hào)和不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)得出觸摸位置信息的方法的流程圖。 圖4所示的方法包括在402中提供多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)， 其中至少一種使用彎曲模式傳感器信號(hào)。在404中第一觸摸位置檢測(cè) 技術(shù)提供與觸摸位置判定相關(guān)聯(lián)的第一精度。在406中第二觸摸位置 檢測(cè)技術(shù)提供與觸摸位置判定相關(guān)聯(lián)的第二精度。舉例來(lái)說(shuō)，第一技 術(shù)提供觸摸定位的較低精度，而第二技術(shù)提供觸摸定位的較高精度。
在408中使用第一觸摸位置檢測(cè)技術(shù)得出第一組觸摸位置信息。 在410中使用第二觸摸位置檢測(cè)技術(shù)得出第二組觸摸位置信息。例 如，第一技術(shù)可以用來(lái)估計(jì)觸摸敏感表面內(nèi)發(fā)生觸摸的區(qū)域。第二技 術(shù)可以用來(lái)在由第一技術(shù)估計(jì)的區(qū)域內(nèi)提供對(duì)觸摸位置的更精確的 估計(jì)。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的觸摸位置檢 測(cè)技術(shù)的系統(tǒng)500的框圖。如圖5所示，系統(tǒng)500包括多個(gè)彎曲模式 傳感器501，并且可選地包括其它類(lèi)型的傳感器502 (例如，電容型、 電阻型、力、表面聲波、或光傳感器)。傳感器501、 502連接至觸 摸敏感表面(未示出)并連接至控制器5(H?？刂破?04被配置來(lái)實(shí) 現(xiàn)多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)(TLDT) 510，這些觸摸位置檢測(cè)技 術(shù)510可以通過(guò)連接至控制器504的存儲(chǔ)器進(jìn)行存取。控制器504 使用不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)510來(lái)產(chǎn)生觸摸位置信息比如觸摸位 置。
舉例來(lái)說(shuō)，技術(shù)TLDT-1與技術(shù)TLDT-2至TLDT-N在上文討論的 功能及其他方面有所不同。關(guān)于這點(diǎn)，技術(shù)TLDT-1被認(rèn)為是與技術(shù) TLDT-2至TLDT-N相異的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)其它的示例，給定 的技術(shù)比如技術(shù)TLDT-1可以數(shù)種方式實(shí)現(xiàn)以提供不同的觸摸位置信 息，盡管每種技術(shù)對(duì)彎曲模式傳感器信號(hào)以相似的方式進(jìn)行處理。例 如，TLDT-1代表這樣一種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)，其對(duì)彎曲模式傳感器 信號(hào)概括地進(jìn)行頻率分析。例如，技術(shù)TLDT-1A可以實(shí)現(xiàn)來(lái)對(duì)不同于 與技術(shù)TLDT-1N相關(guān)聯(lián)的頻率進(jìn)行分析。盡管每種技術(shù)以共同的方法 對(duì)彎曲模式傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，它們通過(guò)分析信號(hào)的不同特性來(lái)生 成不同的觸摸位置檢測(cè)信息。這樣，技術(shù)TLDT-1A被認(rèn)為是與技術(shù) TLDT-IN相異的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)。
圖6是示出另一種根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的觸摸 位置檢測(cè)技術(shù)的系統(tǒng)600的框圖。系統(tǒng)600接收彎曲模式傳感器信號(hào) 602，并且可選地接收其它類(lèi)型的觸摸傳感器信號(hào)603?？刂破?04 被配置來(lái)實(shí)現(xiàn)多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)610 — 618。控制器604 使用多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)610 — 618來(lái)產(chǎn)生觸摸位置信息。 在一種方案中，控制器604產(chǎn)生控制信號(hào)605，其能夠選擇或者取消 選擇不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)610 — 618中的一種。根據(jù)圖6所示的 實(shí)施例，不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)包括delta速度觸摸定位技術(shù)610、 delta到達(dá)時(shí)間觸摸定位技術(shù)612、彎曲率觸摸定位技術(shù)614、頻散 校正觸摸定位技術(shù)616、以及迭代觸摸定位技術(shù)618?，F(xiàn)對(duì)這些觸摸
定位技術(shù)610 — 618的每一種進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
delta速度觸摸定位技術(shù)610是指一種利用振動(dòng)波包頻散的現(xiàn) 象來(lái)判定觸摸基板上的觸摸位置的技術(shù)。一種delta速度觸摸定位技 術(shù)610方案使用振動(dòng)波包頻散自身來(lái)執(zhí)行距離測(cè)量，從中可以計(jì)算得 到觸摸位置。根據(jù)一種delta速度觸摸定位技術(shù)610，由觸摸敏感基 板上的觸摸引起的頻散振動(dòng)波包會(huì)被每個(gè)振動(dòng)模式傳感器感測(cè)到。每 個(gè)傳感器都會(huì)檢測(cè)到包含指定頻率或者多種頻率的波包的內(nèi)容。在每 個(gè)傳感器中計(jì)算與指定頻率或者多種頻率相關(guān)聯(lián)的波包內(nèi)容到達(dá)的 相對(duì)時(shí)延。使用該相對(duì)時(shí)延來(lái)計(jì)算每個(gè)傳感器與觸摸事件之間的距 離。然后使用所計(jì)算的距離就可以判定觸摸的位置。
關(guān)于這點(diǎn)，delta速度觸摸定位技術(shù)610可以實(shí)現(xiàn)為僅通過(guò)使用
波頻散的差異來(lái)計(jì)算波行程的時(shí)間與距離以測(cè)量觸摸位置?？梢酝ㄟ^(guò) 數(shù)字或模擬濾波來(lái)分離頻散介質(zhì)中振動(dòng)波包的不同頻率或頻段，從而 能夠分別判定每個(gè)特定頻率或頻段的到達(dá)時(shí)間。
根據(jù)另一種方案，可以對(duì)已感測(cè)到的由觸摸事件產(chǎn)生的振動(dòng)波 包與基準(zhǔn)波形進(jìn)行互相關(guān)處理，其中所述基準(zhǔn)波形是在校準(zhǔn)處理期間 通過(guò)在各個(gè)已知位置進(jìn)行觸摸而產(chǎn)生的。此互相關(guān)處理能夠揭示與從 已知位置處散發(fā)出的特定波形的最佳匹配。由于振動(dòng)波形的源頭已 知，則可以根據(jù)對(duì)各個(gè)頻率所包含能量的分離時(shí)間的最佳匹配來(lái)判定 觸摸事件的距離。適用于本發(fā)明的此種以及其它delta速度觸摸定位 技術(shù)的附加細(xì)節(jié)在2004年12月29日提交的代理編號(hào)NO. 60084US002 的共同所有的USSN 11/025,389以及標(biāo)題為"Touch Location Determinations Using Vibration Wave Packet Dispersion" 的US 5,635,643中提供有說(shuō)明，其通過(guò)引用并入本文。
參照?qǐng)D6， delta到達(dá)時(shí)間觸摸定位技術(shù)612包括根據(jù)第一能量 到達(dá)每個(gè)彎曲模式傳感器的時(shí)間來(lái)進(jìn)行的觸摸位置判定。例如，當(dāng)每 個(gè)傳感器上的能量超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，可以判定到達(dá)每個(gè)傳感器的時(shí) 間?？梢允褂蒙鲜鲩撝的芰吭诘竭_(dá)時(shí)間上的差別來(lái)計(jì)算初始觸摸比如 輕敲的位置。此技術(shù)612術(shù)'適于測(cè)量諸如拖曳的移動(dòng)連續(xù)觸摸的位 置。然而，delta到達(dá)時(shí)間技術(shù)能夠以相比其它更加魯棒的技術(shù)來(lái)說(shuō)
更簡(jiǎn)單、更低能耗的處理來(lái)對(duì)觸摸進(jìn)行測(cè)量。其它的技術(shù)可以用于計(jì) 算更精細(xì)(更精確)的觸摸位置和/或計(jì)算拖曳操作期間的位置。在
US 5, 691， 959和W0 01/48684中對(duì)適用的delta到達(dá)時(shí)間技術(shù)有進(jìn) 一步的說(shuō)明，US 5， 691， 959和WO 01/48684通過(guò)引用并入本文。
圖6所示的彎曲率觸摸定位技術(shù)614使用平板彎曲結(jié)合幅度測(cè) 量值與計(jì)算值的簡(jiǎn)單比率來(lái)測(cè)量觸摸位置。圖7示出帶有覆蓋層741 和傳感器742的系統(tǒng)740，其中處在每個(gè)邊緣上的傳感器742測(cè)量覆 蓋層741的長(zhǎng)波長(zhǎng)彎曲。傳感器742可以沿著每個(gè)邊緣的全部長(zhǎng)度或 者部分長(zhǎng)度上擴(kuò)展。面板741在角上通過(guò)支撐部件747和748附接至 基底749，其中支撐部件747和748垂直約束面板741。覆蓋層741 在橫向上(例如在覆蓋層741的平面內(nèi))被附接至基底749的邊緣 744和745約束而無(wú)法移動(dòng)。
典型的玻璃觸摸傳感器的基本半波振蕩頻率(在圖7所示的彎 曲模式下)處在50Hz至lKHz的范圍內(nèi)，取決于玻璃厚度、邊緣長(zhǎng) 度、以及延遲特性。手指觸摸將在5 Hz至1K Hz的頻率具有最大能 量，因此通過(guò)在半波彎曲模式頻率處或其附近進(jìn)行測(cè)量來(lái)檢測(cè)觸摸能 夠獲得良好的信號(hào)。與接近靜態(tài)(O至IO Hz)的測(cè)量相比，對(duì)此頻 率范圍內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量能夠減少用來(lái)約束面板741的部件744、 745、 747、和748的滯后效應(yīng)和非線(xiàn)性。
繼續(xù)參照?qǐng)D6，頻散校正觸摸定位技術(shù)616可以用來(lái)使用彎曲模 式信號(hào)得出觸摸位置信息。當(dāng)傳播介質(zhì)是頻散型介質(zhì)時(shí)，由多種頻率 組成的振動(dòng)波包會(huì)散布開(kāi)來(lái)并隨著傳播而衰減，從而使信號(hào)的解讀變 得困難。這樣，需要對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其像在非頻散型 介質(zhì)中傳播一樣能夠被解讀。在國(guó)際公開(kāi)W0 2003/005292和W0 01/48684以及US 6， 871， 149中公開(kāi)了用于確定振動(dòng)波包頻散以及用 于產(chǎn)生針對(duì)此類(lèi)頻散進(jìn)行了校正的代表信號(hào)的示例技術(shù)，W0 2003/005292和WO 01/48684以及US 6, 871， 149中通過(guò)引用并入本 文。
根據(jù)一種進(jìn)行操作來(lái)校正振動(dòng)波包頻散的方案，舉例來(lái)說(shuō)，安 裝在能夠支持彎曲波的結(jié)構(gòu)上的第一彎曲模式傳感器測(cè)量得到第一
測(cè)量彎曲波信號(hào)。第二彎曲模式傳感器被安裝在該結(jié)構(gòu)上以判定第二 測(cè)量彎曲波信號(hào)。第二測(cè)量彎曲波信號(hào)與第一測(cè)量彎曲波信號(hào)同時(shí)測(cè) 量得到。計(jì)算兩個(gè)所測(cè)量的彎曲波信號(hào)的頻散校正函數(shù)，該函數(shù)可能
是頻散校正的相關(guān)函數(shù)、頻散校正的巻積函數(shù)、頻散校正的相干函數(shù)、 或者其它的相變平衡函數(shù)。對(duì)測(cè)量得到的彎曲波信號(hào)進(jìn)行處理以通過(guò)
應(yīng)用頻散校正的函數(shù)來(lái)計(jì)算與觸摸相關(guān)的信息。在先前并入本文的
W0 2003/005292和W0 01/48684以及US 6， 871， 149中公開(kāi)了與此方 案相關(guān)的細(xì)節(jié)。
圖8示出一種覆蓋層821，其帶有能夠測(cè)量覆蓋層821的通常處 在音波頻率的振動(dòng)的彎曲模式壓電傳感器822和823。從聲波行程的 頻率-校正后的時(shí)間能夠計(jì)算得出觸摸位置。柔性懸架824也可以用 作襯墊，并且能夠阻尼覆蓋層821邊緣處的聲信號(hào)。在另一個(gè)示例中， 可以使用一種時(shí)域技術(shù)(無(wú)論其是否采用頻散校正)來(lái)產(chǎn)生初始位置 信息，而一種根據(jù)相位差進(jìn)行操作的技術(shù)能夠用來(lái)細(xì)化由所述時(shí)域技 術(shù)產(chǎn)生的初始位置信息。
如圖6所示的迭代觸摸定位技術(shù)618能提供多種增強(qiáng)的能力。 例如，使用簡(jiǎn)單計(jì)算獲得的粗略觸摸位置可被用來(lái)經(jīng)由迭代處理進(jìn)行 更精確的觸摸位置分析。粗略的或者中間觸摸位置可以用來(lái)迭代調(diào)整 傳感器信號(hào)，從而能夠提高簡(jiǎn)單計(jì)算的精度。
其它的觸摸定位方法對(duì)觸摸位置的判定精度是所使用的觸摸定 位技術(shù)的固有精度。迭代觸摸定位技術(shù)618提供迭代逼近源波形的精 確再現(xiàn)的能力。這樣，使用此迭代技術(shù)能夠使觸摸位置的判定到達(dá)所 期望的或所需的精確度。
作為示例，通過(guò)譬如上述的處理來(lái)響應(yīng)于觸摸板上的觸摸所產(chǎn) 生的振動(dòng)來(lái)產(chǎn)生觸摸位置信號(hào)。判定得到粗略的觸摸位置。該粗略觸 摸位置可以是任意選擇的位置，可以是基于所產(chǎn)生的信號(hào)，或者可以 是通過(guò)其它方法近似得到。在一種方案中，可以使用第一觸摸定位技 術(shù)來(lái)粗略得到觸摸位置，并使用第二觸摸定位技術(shù)通過(guò)迭代處理來(lái)更 精確地判定觸摸位置。
基于粗略的觸摸位置來(lái)調(diào)整所產(chǎn)生的信號(hào)。根據(jù)調(diào)整后的信號(hào)
來(lái)計(jì)算觸摸位置?？梢允褂眯屡卸ǖ闹虚g觸摸位置繼續(xù)迭代來(lái)對(duì)信號(hào) 進(jìn)行再次調(diào)整，任意迭代次數(shù)地重新計(jì)算觸摸位置?？梢詫⒌幚?重復(fù)多個(gè)循環(huán)以獲得所期望或所需的精度。在要求的循環(huán)次數(shù)完成 時(shí)、或者當(dāng)獲得所期望的精度時(shí)，終止觸摸定位算法，返回由迭代處
理判定的最終觸摸位置。在2005年1月10日提交的代理編號(hào) NO. 60083US002標(biāo)題為"Iterative Method for Determining Touch Location"的共同所有的USSN 11/032， 572中描述了迭代觸摸定位技 術(shù)618的示例，上述公開(kāi)通過(guò)引用并入本文。
下列示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例使用多種不同的觸摸定位技 術(shù)來(lái)生成觸摸位置信息。根據(jù)一種方案，面板彎曲的低頻測(cè)量和彎曲 率分析(例如彎曲率觸摸定位技術(shù)614)可以與音頻頻散校正測(cè)量以 及頻域分析(例如頻散校正觸摸定位技術(shù)616)結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)不錯(cuò)的
粗略和精確的觸摸位置測(cè)量。
圖9示出帶有覆蓋層961并且在各個(gè)角上帶有傳感器962和963 的系統(tǒng)960。傳感器962和963測(cè)量覆蓋層961的彎曲。在結(jié)合使用 頻散校正觸摸定位技術(shù)616和彎曲率觸摸定位技術(shù)614時(shí)，傳感器 962和963優(yōu)選地是能夠測(cè)量音頻振動(dòng)的相同傳感器。柔性懸架964 是圍繞面板961外圍的條帶。懸架964優(yōu)選地用作觸摸系統(tǒng)的襯墊， 并且其阻尼特性必須能夠滿(mǎn)足特定頻散校正觸摸定位技術(shù)616的音 頻要求，以及特定彎曲率觸摸定位技術(shù)614的低頻平板彎曲要求。懸 架964可以在所示的頂面、底面、或者兩個(gè)面上接觸面板961。
如先前已討論的，典型玻璃觸摸傳感器的振蕩的基本半波彎曲 模式頻率處在50 Hz至1K Hz的范圍內(nèi)，并且手指觸摸將會(huì)在5 Hz 至lKHz具有最大能量。這樣，通過(guò)在半波彎曲模式頻率處或其附近 進(jìn)行測(cè)量來(lái)檢測(cè)觸摸能夠獲得良好的信號(hào)。如先前同樣已討論的，與 接近靜態(tài)(0至10Hz)的測(cè)量相比，對(duì)此低頻彎曲模式范圍(50 Hz 至lKHz)內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量能夠減少懸架964的彈性常數(shù)中的滯后 效應(yīng)和非線(xiàn)性。圖9所示的彎曲系統(tǒng)也能夠相對(duì)地免受大面積"噪聲" 力比如空氣傳播的音波的影響。然而，分辨率和精度會(huì)受到經(jīng)過(guò)懸架 964在面板961和基底969之間傳遞的無(wú)法測(cè)量(誤差)力的限制。
它們包括由基底的撓曲和懸架964的不均勻?qū)е碌膹澢Α?br> 某些觸摸位置檢測(cè)技術(shù)更加適用于判定觸摸敏感基板上的粗略 觸摸位置，而另一些觸摸位置檢測(cè)技術(shù)更適于判定觸摸敏感基板上的 精確觸摸位置。下面示出的方法包含使用幾種技術(shù)之一來(lái)判定粗略的 觸摸位置，還包括使用幾種其它技術(shù)之一來(lái)判定精確的觸摸位置。 步驟A —通過(guò)下列幾種方法之一找出粗略的觸摸位置
1、 測(cè)量時(shí)基波形的相對(duì)delta到達(dá)時(shí)間(例如技術(shù)612)。例 如，測(cè)量每個(gè)傳感器上能量(第一次)超過(guò)閾值的時(shí)間。超過(guò)閾值的 能量的到達(dá)時(shí)間上的差別可以用來(lái)計(jì)算粗略位置。此粗略方案包含比 舉例來(lái)說(shuō)頻散校正觸摸定位技術(shù)616更簡(jiǎn)單的計(jì)算，并且可以更少的 時(shí)間和更少的處理功率實(shí)現(xiàn)。
2、 已接收波形的頻散量(例如在接收3KHz能量對(duì)接收15KHz 能量時(shí)的延遲)可以用來(lái)計(jì)算波的傳播時(shí)間，因?yàn)轭l散與時(shí)間成比例
(例如delta速度觸摸定位技術(shù)610)。通過(guò)使用簡(jiǎn)單的測(cè)量和對(duì)此 頻散差別的計(jì)算就能夠判定粗略的位置，然后通過(guò)下述"精細(xì)位置" 選項(xiàng)中的方法來(lái)得出精確的位置。
3、 靜態(tài)/低頻平板彎曲信號(hào)可以用來(lái)通過(guò)上述關(guān)于彎曲率觸摸 定位技術(shù)616來(lái)產(chǎn)生粗略的觸摸位置。面板、面板懸架、以及用于測(cè) 量Lamb波聲信號(hào)(例如頻散校正觸摸定位技術(shù)616)的傳感器也可 以用來(lái)測(cè)量低頻平板彎曲信號(hào)。這允許單組的傳感器測(cè)量?jī)煞N類(lèi)型的 信號(hào)(例如，彎曲率和頻散校正，其均在分離的頻率范圍內(nèi)使用彎曲 波，并且具有不同的距離測(cè)量標(biāo)準(zhǔn))。不同的信號(hào)類(lèi)型(及其不同的 計(jì)算技術(shù))可以結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)比單個(gè)方法可能獲得的更好的結(jié)果。
4、 迭代觸摸定位技術(shù)618可以用于產(chǎn)生粗略位置，如上文所述。 這種方法使用帶有多重相對(duì)簡(jiǎn)單的頻域計(jì)算的迭代方案(被動(dòng)地)根 據(jù)面板中的聲數(shù)據(jù)來(lái)定位觸摸位置，比如頻散校正觸摸定位技術(shù)616 所使用的。
a、 多次應(yīng)用此算法能夠計(jì)算觸摸定位所需的粗略以及精細(xì) 的精度，或者
b、 一次(或多次)使用此算法能夠根據(jù)聲數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算粗略 的位置，然后可以應(yīng)用頻散校正算法使用相同的聲數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算精細(xì) (更高精度)的位置。
c、簡(jiǎn)化的頻散校正算法(低分辨率快速傅立葉變換或FFT) 可用在測(cè)量得到的聲數(shù)據(jù)上以計(jì)算粗略的位置，然后一次(或多次) 使用此迭代算法來(lái)根據(jù)相同的聲數(shù)據(jù)計(jì)算精確的位置。
步驟B—通過(guò)下列幾種方法之一細(xì)化得出更精確的位置
1、 可以使用一種基于頻域的迭代觸摸定位技術(shù)618來(lái)對(duì)按照上 述的時(shí)域技術(shù)1、 2、或3或者上述的頻域技術(shù)4得出的粗略位置進(jìn) 行細(xì)化，以得到更高精度的位置。
2、 通過(guò)較簡(jiǎn)單的基于時(shí)間的粗略位置測(cè)量進(jìn)行的觸摸檢測(cè)(按 照上述處理1、 2、或3)會(huì)觸發(fā)公知的FFT算法(例如迭代或頻散校 正)，F(xiàn)FT算法能夠計(jì)算出較為精確的位置。隨著觸摸位置在拖曳/ 書(shū)寫(xiě)操作期間移動(dòng)，delta到達(dá)時(shí)間觸摸定位技術(shù)612和delta速度 觸摸定位技術(shù)610會(huì)由于信號(hào)幅度的缺失、信號(hào)變化的缺失、和反射 干擾而喪失精確性；這樣諸如頻散校正616或者迭代618等算法可以 用來(lái)跟蹤拖曳期間的位置。
3、 基于時(shí)間的校正一己給出粗略的觸摸位置
a、 根據(jù)粗略位置計(jì)算每個(gè)傳感器處的頻散(D)量。
b、 為每個(gè)傳感器生成對(duì)應(yīng)于該頻散量的模板TD(t)。
c、 然后將頻散模板TD(t)與接收到的波進(jìn)行相關(guān)處理。
d、 達(dá)到最大正相關(guān)則確認(rèn)該頻散(以及因此到觸摸點(diǎn)的距 離)對(duì)于每個(gè)角的傳感器都是正確的。
e、 未達(dá)到最大相關(guān)則表明還需要進(jìn)一步的誤差校正。 在某些情況下，得到觸摸坐標(biāo)精確至5%至20%的粗略位置就
足夠了 ，例如在顯示器上起始帶有4至8個(gè)寬幅按鈕的菜單的應(yīng)用， +/-20%的精度就足以分辨觸摸了哪個(gè)按鈕。后續(xù)的觸摸操作可能需 要額外的精度，因此可能需要采用第二種觸摸定位技術(shù)。
作為示例，防誤觸(如錯(cuò)誤的觸摸)方法可以通過(guò)不同的觸摸 位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)示例中，頻散校正技術(shù)616 (例如頻散 校正后的聲測(cè)量)和彎曲率技術(shù)614 (例如靜態(tài)/低頻平板彎曲測(cè)量)
可以結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)防誤觸方法。
用于書(shū)寫(xiě)輸入的觸摸面板可以具有兩個(gè)觸摸點(diǎn)； 一個(gè)是停留在 面板上的手，另一個(gè)是用于書(shū)寫(xiě)的觸針尖端。在使用頻散校正方法測(cè) 量觸針位置的同時(shí)獲知手的位置是有利的。手會(huì)產(chǎn)生聲能量，并且還 會(huì)吸收和反射一部分由觸針在書(shū)寫(xiě)期間產(chǎn)生的能量，尤其是在較大的 手壓力的情況下。通過(guò)測(cè)量更高的聲頻率能夠最有效地定位觸針的移 動(dòng)和位置。當(dāng)手移動(dòng)時(shí)可以單獨(dú)地測(cè)量聲信號(hào)的組合(一般為較低頻 率)，當(dāng)手停留在書(shū)寫(xiě)板表面時(shí)進(jìn)行甚低頻彎曲率測(cè)量，以得到手的 位置。
對(duì)手所產(chǎn)生的信號(hào)以及手對(duì)觸針信號(hào)的影響的補(bǔ)償能夠提高觸 針位置測(cè)量的精度。
1、 當(dāng)使用觸針書(shū)寫(xiě)時(shí)，來(lái)自手的反射和聲音噪聲可以被忽 略或者通過(guò)(某些非常復(fù)雜的)計(jì)算主動(dòng)排除。
2、 如果在觸針和一個(gè)角之間檢測(cè)到手的存在，則在該角上
接收到的迭代或頻散校正后的信號(hào)可以被忽略(位置計(jì)算一般不需要
全部4個(gè)角上的信號(hào))或被修改。
使用彎曲模式傳感器和多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn) 觸摸喚醒或觸摸確認(rèn)方法。例如，觸摸喚醒方法包含對(duì)導(dǎo)入觸摸基板 的彎曲波振動(dòng)的感測(cè)，以及對(duì)此類(lèi)波振動(dòng)是由對(duì)觸摸基板有意的觸摸 還是無(wú)意的觸摸所引起進(jìn)行判定。某些對(duì)觸摸基板的觸摸可以與其它 使用不同的觸摸工具或不同的觸摸力度的觸摸區(qū)別開(kāi)來(lái)，于是只有特
定的有意觸摸可以被檢測(cè)為喚醒觸摸信號(hào)。在2003年10月10日提 交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10/683,342中公開(kāi)了各種觸摸喚醒方法的細(xì)節(jié)， 其通過(guò)引用并入本文。各種涉及脫離檢測(cè)以及對(duì)光接觸的改進(jìn)敏感度 的方法的細(xì)節(jié)在共同所有的USSN 10/750， 291中進(jìn)行了說(shuō)明，其通過(guò)
引用并入本文。
作為進(jìn)一步的示例，可以使用一種低功耗技術(shù)來(lái)喚醒(通電) 主觸摸測(cè)量系統(tǒng)，并可以使用另一種(更高功率的)技術(shù)來(lái)測(cè)量觸摸 位置。這些不同的技術(shù)中的每一種都優(yōu)選使用彎曲模式傳感器?；?時(shí)間的技術(shù)，比如delta到達(dá)時(shí)間定位技術(shù)612、 delta速度定位技
術(shù)610、和彎曲率定位技術(shù)614，比基于FFT的方法如頻散校正定位 技術(shù)616所要求的處理功率更低，因此基于時(shí)間的方法可以用于喚醒 觸摸檢測(cè)處理。
現(xiàn)參照?qǐng)D10，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種適用于實(shí) 現(xiàn)優(yōu)化的觸摸位置判定的觸摸屏系統(tǒng)的實(shí)施例。圖IO中所示的觸摸 系統(tǒng)1020包括觸摸面板1022，其可通信地連接至控制器1026?？刂?器1026至少包括為觸摸面板1022提供信號(hào)、測(cè)量觸摸信號(hào)或觸摸信 號(hào)的變化、并且實(shí)現(xiàn)兩種或更多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)以產(chǎn)生觸 摸位置信息的電路1025 (例如前端電路)。在更魯棒的構(gòu)造中，控 制器1026還在前端電路1025之外進(jìn)一步包括微處理器1027。在一 種典型的配置中，觸摸面板1022用于和主計(jì)算系統(tǒng)1028的顯示器 1024結(jié)合起來(lái)，在用戶(hù)和主計(jì)算系統(tǒng)1028之間提供可視的觸覺(jué)交互。
可以理解，觸摸面板1022能夠作為與主計(jì)算系統(tǒng)1028的顯示 器1024分離但與其協(xié)作的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一種方案是，觸摸面板1022 可以作為單一系統(tǒng)的一部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中該單一系統(tǒng)包括諸如等離 子、LCD、或其它類(lèi)型顯示技術(shù)的能夠并入觸摸面板1022的顯示設(shè)備。 還應(yīng)當(dāng)理解，可以使用這樣一種系統(tǒng)，其被定義為只包括傳感器1022 和控制器1026，其中傳感器1022和控制器1026能夠結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明的觸摸檢測(cè)方案。
在圖IO所示的示例構(gòu)造中，觸摸面板1022和主計(jì)算系統(tǒng)1028 之間的通信是經(jīng)由控制器1026來(lái)實(shí)現(xiàn)的。注意， 一個(gè)或多個(gè)控制器 1026可以可通信地連接至一個(gè)或多個(gè)觸摸面板1022和主計(jì)算系統(tǒng) 1028?？刂破?026具有用以執(zhí)行施加到觸摸面板1022上的觸摸檢測(cè) 的固件/軟件的典型構(gòu)造，其包含根據(jù)本發(fā)明的原理對(duì)觸摸面板上的 運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的誤差校正。應(yīng)當(dāng)理解，由控制器1026執(zhí)行的功能或者程 序可以由主計(jì)算系統(tǒng)1028的處理器或者控制器二者擇一來(lái)實(shí)現(xiàn)。
上述對(duì)本發(fā)明各種實(shí)施例的描述用于示例和說(shuō)明的目的。其無(wú) 意于進(jìn)行窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制于所公開(kāi)的確切形式。根據(jù)上述指導(dǎo)可 以進(jìn)行很多種修改和變動(dòng)。本發(fā)明的范圍受到所附權(quán)利要求而非此詳 細(xì)說(shuō)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種觸摸感測(cè)方法，包括提供多個(gè)耦接至觸摸敏感表面的彎曲模式傳感器；提供多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)，其中至少一種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)使用由彎曲模式傳感器生成的信號(hào)；以及使用不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)得出觸摸位置信息。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中得出觸摸位置信息的方法包 括對(duì)觸摸位置的判定。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述多種不同的觸摸位置檢 測(cè)技術(shù)中的至少兩種技術(shù)使用由彎曲模式傳感器產(chǎn)生的信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述多種不同的觸摸位置檢 測(cè)技術(shù)中的至少兩種使用由彎曲模式傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的技術(shù)在頻 率響應(yīng)上有差別。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，測(cè)技術(shù)包括提供第一觸摸位置檢測(cè)技術(shù)，第一精度；以及提供第二觸摸、位置檢測(cè)技術(shù)， 第二精度。其中提供多種不同的觸摸位置檢 其提供與觸摸位置判定相關(guān)聯(lián)的 其提供與觸摸位置判定相關(guān)聯(lián)的
6.如權(quán)利要求l所述的方法，其中得出觸摸位置信息的方法包含使用與所述多種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)中的第一觸摸位置檢測(cè)技術(shù)相 關(guān)聯(lián)的觸摸位置信息來(lái)優(yōu)化通過(guò)所述多種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)中的第 二觸摸位置檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行的觸摸位置判定。
7.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)中的至少一些能夠獨(dú)立地檢測(cè)觸摸位置。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，測(cè)技術(shù)包括提供第一觸摸位置檢測(cè)技術(shù)， 表面的x和y坐標(biāo)；以及提供第二觸摸位置檢測(cè)技術(shù)，表面的z坐標(biāo)。其中提供多種不同的觸摸位置檢 其判定觸摸位置相對(duì)于觸摸敏感 其判定觸摸位置相對(duì)于觸摸敏感
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中提供多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)包括提供至少一種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)，其提供對(duì)由多個(gè)彎曲模式傳感器中的至少一個(gè)所生成的信號(hào)的頻散校正。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中得出觸摸位置信息的方法包含使用多種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)中的至少一種來(lái)判定觸摸敏感表面 的位移。
11. 如權(quán)利要求io所述的方法，其中得出觸摸位置信息的方法包含使用所述多種觸摸位置檢測(cè)技術(shù)中的至少一種來(lái)判定由觸摸敏 感表面上的觸摸所產(chǎn)生的彎曲波的行程時(shí)間。
12. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中得出觸摸位置信息的方法包含對(duì)由所述多個(gè)彎曲模式傳感器中的至少一個(gè)所生成的信號(hào)的頻 散進(jìn)行校正。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中得出觸摸位置信息的方法包含-使用所述多種觸摸檢測(cè)技術(shù)中的第一觸摸檢測(cè)技術(shù)來(lái)確認(rèn)在觸摸敏感表面上的觸摸；并且 使用所述多種觸摸檢測(cè)技術(shù)中的第二觸摸檢測(cè)技術(shù)來(lái)判定在觸 摸敏感表面上的觸摸位置。
14. 一種觸摸敏感設(shè)備，包括多個(gè)觸摸傳感器，其被配置來(lái)檢測(cè)觸摸敏感表面由于對(duì)其的觸 摸而導(dǎo)致的彎曲；以及處理電路，其被配置來(lái)實(shí)現(xiàn)多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)，其中實(shí)現(xiàn)這些觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)使用由多個(gè)觸摸傳感器生成的信號(hào) 并且通過(guò)使用這些不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)得出觸摸位置信息。
15. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)觸摸傳感器中的 至少一個(gè)對(duì)第一頻率范圍敏感，所述多個(gè)觸摸傳感器中的至少一個(gè)其 它的觸摸傳感器對(duì)不同于第一頻率范圍的第二頻率范圍敏感。
16. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述多種不同的觸摸位置 檢測(cè)技術(shù)中的至少一種對(duì)第一頻率范圍敏感，所述多種不同的觸摸位 置檢測(cè)技術(shù)中的至少一種其它的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)對(duì)不同于第一頻 率范圍的第二頻率范圍敏感。
17. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中多個(gè)觸摸傳感器對(duì)相同的 頻率范圍敏感。
18. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述多種不同的觸摸位置 檢測(cè)技術(shù)中的至少一些能夠獨(dú)立地檢測(cè)觸摸位置。
19. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述觸摸位置信息包含觸 摸敏感表面上的觸摸位置。
20. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述觸摸位置信息包含該 觸摸相對(duì)于觸摸敏感表面的z坐標(biāo)。
21. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述觸摸位置信息包含觸摸敏感表面上的觸摸的力度。
22. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述多種不同的觸摸位置 檢測(cè)技術(shù)中的至少一些技術(shù)使用由所述多個(gè)觸摸傳感器中的某些傳 感器所感測(cè)到的彎曲波來(lái)得出觸摸位置信息。
23. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述多種不同的觸摸位置 檢測(cè)技術(shù)中的至少一些技術(shù)使用由所述多個(gè)觸摸傳感器中的至少一 個(gè)所感測(cè)到的觸摸敏感表面的位移來(lái)得出觸摸位置信息。
24. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述處理器被配置為通過(guò) 使用所述多種觸摸檢測(cè)技術(shù)中的第一觸摸檢測(cè)技術(shù)來(lái)確認(rèn)在觸摸敏 感表面上的觸摸，并且通過(guò)使用所述多種觸摸檢測(cè)技術(shù)中的第二觸摸 檢測(cè)技術(shù)來(lái)判定在觸摸敏感表面上的觸摸位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種觸摸感測(cè)系統(tǒng)，和使用彎曲模式傳感器和多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)生成觸摸位置信息。將多個(gè)彎曲模式傳感器耦接至觸摸敏感表面。提供多種不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)，其中的至少一種檢測(cè)技術(shù)對(duì)由彎曲模式傳感器所生成的信號(hào)加以利用。通過(guò)使用這些不同的觸摸位置檢測(cè)技術(shù)來(lái)得出觸摸位置信息。觸摸位置信息可以包含觸摸敏感表面上的觸摸位置。
文檔編號(hào)G06F3/043GK101171566SQ200680014806
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
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