专利名称：涉及多种触摸位置处理的触摸位置确定的制作方法
技术领域：
本发明涉及触敏装置，特别是涉及采用多种触摸检测处理以在 一个触敏面板上确定触摸位置的方法和系统。
背景技术：
己经采用多种方法来在一个触敏面板上确定触摸位置。例如， 采用多个连接到触摸面板的力传感器来确定触摸位置。力传感器产生 一个响应于触摸而变化的电信号。可以使用力传感器产生的信号的相 关幅度来确定触摸位置。
电容性触摸定位技术包含感测电流变化，该电流变化是由于触 摸面板上的触摸所产生的电容耦合而导致的。在触摸面板上的一些位 置，例如，在触摸面板的每个角落上施加小电压。触摸面板上的触摸 与电容耦合，该电容改变从每个角落流出的电流。电容性触摸系统测 量电流并基于电流的相关幅度来确定触摸位置。
电阻性触摸面板典型地是多层装置，该多层装置有一个柔性顶 层和一个刚性底层，这两层被隔离板隔离开。在顶层和底层的相对表 面上分布有导电材料或者导电阵列。触摸使顶层弯曲，使相对的两个 导电表面触摸。基于由触摸导致的触摸面板阻抗变化，系统确定触摸 位置。
触摸位置确定可能依赖于光信号或者声音信号。在触摸面板中 应用的红外技术典型地采用一个专门的框，该框沿着水平轴和垂直轴 发射红外光束。传感器检测使红外光束断开的触摸。
表面声波(SAW)触摸位置处理采用在玻璃屏表面传播的高频波。 手指和玻璃屏表面触摸而产生的波的衰减被用来检测触摸位置。SAW 典型地采用一种"飞行时间"技术，这里，扰动到达拾取传感器的时 间被用来检测触摸位置。当介质在非扩散方式下工作时，在感兴趣的
频率范围内的波的传播速度没有大的改变，这样的方法是可行的。
弯曲波触摸技术感测由在触敏基片的基体材料上的触摸产生的 振动。这些振动被表示为弯曲波，并可能通过典型地安装在基片边缘 的弯曲模式传感器被检测到。分析传感器产生的信号以确定触摸位
置。在一些实施方式中，传感器信号被处理以解决由基片材料导致的 频散。
对于上述的任何一种技术，都期望能够提高触摸位置确定的精 度和/或速度，并减少实现的处理过程和/或降低成本。本发明满足了 这些要求以及其它一些要求，并提供相对于之前的技术的其它优势。
发明内容
本发明涉及采用多种触摸检测处理方法以在触敏面板上确定触 摸位置的方法和系统。
本发明的一个实施例涉及一种触摸位置确定的方法，该方法包 含多种触摸定位技术。每一种触摸定位技术均能够单独地确定触敏装 置的触摸区域内的触摸位置。使用与由一种或多种其它触摸定位技术 获得的触摸相关的触摸位置信息，可以增强由至少一种触摸定位技术 完成的触摸位置确定。
按照本发明的一个实施方式， 一种触摸定位技术以第一精度确 定触摸位置，以及其它一个(多个)触摸定位技术以第二精度确定触 摸位置。在另一个实施方式中， 一种触摸定位技术以第一准确度确定 触摸位置，以及其它一个(多个)触摸定位技术以第二准确度确定触 摸位置。增强触摸位置确定可能包含使用其它触摸定位技术获得的触 摸信息来调整用一种触摸定位技术获得的数据。
按照多个方面， 一种触摸定位技术可能使用来自一种或多种其 它触摸定位技术的不同种类的传感器、信号和/或算法。增强触摸位 置确定的方法可能包含采用由一种或多种其它触摸定位技术获得的 触摸位置信息来校正与一种触摸定位技术相关的误差。
本发明的另一个实施例包含一种触敏装置。该触敏装置包含至 少一个触摸探测器，该触摸探测器被配置以确定触摸面板上的一个触
摸的位置，以及一种或多种其它触摸探测器被配置以获得触摸位置信 息。该触敏装置还包含连接到多个触摸探测器的处理电路。该处理电 路被配置以增强由至少一种位置探测器做出的触摸位置确定，该触摸 位置确定采用与一个或多个其它触摸探测器获得的触摸相关的触摸 位置信息。
本发明的上述概述并非意图描述本发明的每一个实施例或者实 施方式。通过结合权利要求以及附图，以及参考下列的详细描述，加 上对本发明的更加全面的理解，本发明的优点和成就会变得更加明显 和容易理解。
图1A是一个图示了按照本发明实施例的触摸位置确定方法的框
图1B和1C图示了按照本发明实施例的触敏装置的一般性框图； 图2A和2B是图示按照本发明实施例的采用迫近触摸 (impending touch)感测以增强触摸位置确定的流程图3A图示了按照本发明实施例的能够感测和采用预触摸 (pre-touch)以及触摸信息以确定触摸位置的触摸感测系统的框图； 图3B是图示了按照本发明实施例的采用预触摸信息以增强触摸 位置确定的框图3C是概念性地图示按照本发明实施例的触摸感测系统操作的 状态图4A是图示按照本发明实施例的采用预触摸信息以确认一个有 效触摸己经发生的方法流程图4B是图示按照本发明的一个实施例的触碰和/或抬起检测的 流程图5A-5C示出了与两个触碰事件相关的信号相对于时间的曲线
图6是图示了一种按照本发明的实施例的触敏装置图，该触敏 装置合并了用于检测弯曲波振动并使用多种各不相同的触摸位置检
测技术确定触摸位置的特征和功能；
图7是图示按照本发明实施例的一种采用弯曲模式传感器和各 不相同的触摸位置检测技术获得触摸位置信息的方法流程图8是图示按照本发明实施例的增强触摸位置信息方法流程图， 该增强触摸位置信息方法包含采用弯曲模式传感器信号和各不相同 的触摸位置检测技术；
图9是图示按照本发明实施例的另一种采用弯曲模式传感器信 号和各不相同的触摸位置检测技术获得触摸位置信息的方法流程图10和图11是按照本发明实施例的用于实现各不相同的触摸 位置检测技术的系统框图12图示了按照本发明实施例的一种有覆盖层并且在每一边均 有传感器的触摸系统，该传感器测量覆盖层的大波长弯曲；
图13图示了按照本发明实施例的一种有弯曲模式压电转换传感 器覆盖层的触摸系统，该压电转换传感器测量覆盖层的振动；
图14图示了按照本发明实施例的一种有覆盖层和在每个角落 都有传感器的触摸系统，该传感器能被用于确定触摸位置；
图15A和15B是图示了按照本发明实施例的包含误差校正的触
摸感测方法流程图16图示了按照本发明实施例的触摸屏系统，该系统包含一个 电连接到控制器的电容式触摸面板；
图17和18图示了按照本发明实施例的电容式触摸面板，该电 容式触摸面板具有用于误差校正的背面电极；
图19A-19F图示了按照本发明实施例的不同类型的可能采用误 差校正处理的电容式触摸面板；以及
图20是按照本发明实施例的适于实现增强触摸位置确定的触摸 屏系统框图。
虽然通过附图中的和详细描述的例子对其中具体的实例进行了 说明，然而本发明可以有多种修改方式和可选方式。然而，应当理解 的是，并非要将本发明限制在所述的特定实施例中，相反地是，意图 覆盖由所附的权利要求中定义的发明范围内的所有修改形式、等价形
式和可选形式。
具体实施例方式
在下列图示实施例的描述中，参照了形成与此相关的部分的附 图，以及通过图示的方式，本发明能够实践的多个实施例在附图中得 到说明。应当理解的是，在不离开本发明范围的情况下，能够利用这 些实施例，以及可以进行结构性的修改。
每一种类型的触摸技术或者触摸位置处理方法都具有某些优势 和劣势。从两种或者更多的触摸技术或处理方法中得到的参数可以结 合起来以增强通过单一技术可以实现的触摸位置确定。本发明的实施 例涉及结合多个不同的触摸位置处理方法，以增强在触摸面板上的触 摸位置确定。这里描述的一些实施例涉及利用两种或更多的采用不同 类型触摸定位技术的触摸位置处理方法。其它的实施例涉及利用两种 或更多触摸位置处理方法，这些处理方法采用相同类型的触摸定位技 术以及不同的方法来确定接触位置。
触摸位置可能涉及确定静态触摸位置和/或确定诸如拖动、画或 者写操作之类的动态移动触摸的路径。动态触摸测量可能涉及触碰之 前、中和/或后的数据流。触摸信息可能包括面板表面的触摸位置信 息，例如，在平板上的触摸位置的x坐标和y坐标。另外，触摸位置 确定还可能涉及获得z轴信息。为简洁起见，可以使用惯例，这里， 一个小于0的z轴数值表示悬停(负值越大，表示离触摸表面越远)， 一个大于或等于0的z轴数值表示和触摸表面的触摸，施加的触摸力 越大，z轴数值越大。z轴触摸信息可能包括，例如，触碰和/或抬起 检测，触碰和/或抬起速度，距触摸面板的距离和/或触摸面板上的触 摸力等级。
触摸信号中的噪声可能导致不正确的触摸位置确定。例如，噪 声可能由静电放电、电磁波干扰、振动、扭转、附近的光、来自显示 设备的噪声、音噪、表面污染和/或其它噪声源导致。噪声抑制可能 是一个触摸位置处理方法的重要因素。一些触摸位置处理方法降低了 对某种特定噪声源噪声的灵敏度。在一些实施例中，触摸位置处理方
法可能和提高抗干扰性联合在一起。
触摸位置处理方法与多个处理参数相关，例如，触摸位置测量 精度、测量分辨率、测量速度以及触摸位置处理方法消耗的资源，例 如功率和/或处理器时间消耗。单一触摸位置处理方法可能提供与上
述触摸位置参数中的一个相关的卓越性能。然而， 一个特定的触摸位 置处理方法不可能是在所有条件下测量所有触摸参数的最优化方案。
像通过这里描述的本发明实施例图示的那样，触摸位置处理方 法的组合可能被有利地用来产生与上述参数中的多个参数相关的卓 越性能。可能结合由两个或更多触摸位置处理方法产生的信息以增强 这些或其它处理参数中一个或者多个。结合多个独立的处理方法的结 果以确定触摸位置提供了很多相对于使用单一处理方法的优势。例 如，这里描述的触摸位置确定的组合方法可能提供下述优势中的任意 一个或者全部提高触摸位置精度、降低触摸位置计算复杂度、提高 触摸位置确定速度、降低功耗、提高触摸位置灵敏度、提高对噪声的 抗干扰能力和/或增强Z轴信息。
图1A是图示按照本发明实施例的触摸位置确定方法的框图。从 多个独立的处理装置151、 152和153获得与触摸位置相关的信息。 独立处理151、 152和153可能包括采用，例如，在多种模式下运转 的同一类型传感器。可选的地，独立处理可能包括采用不同类型的传 感器。采用第一处理获得的与触摸位置相关的信息被用来增强160 由第二处理获得的与触摸位置相关的信息。使用被增强的信息，触摸 位置得到确定170。
按照本发明实施例的触敏装置100、 101的一般性框图在图1B 和图1C中示出。在图1B图示的实施方式中，在两种独立的方法中采 用同一类型传感器120以获得触摸信息。触敏表面110的配置和传感 器120关于触敏表面110的布置会依照传感器技术类型而有所不同。 例如，在一些实施例中，四个传感器可能放置在矩形触敏表面的角落。 传感器120在第一模式下操作时能够产生第一类型的信号，以及在第 二模式下操作时能够产生第二类型的信号。例如，当在第一模式下操 作时，压电传感器产生信号，该信号被通过在触敏表面的触摸产生的
弯曲波调制，当在第二模式下操作时，压电传感器产生的信号被静态 板弯曲调制。板弯曲信号可能被用来增强基于弯曲波信号的触摸位置 确定。
图1B中图示的触敏装置100包括处理器130、 132以处理传感 器信号。第一处理器130处理在由按照第一方法的传感器120以第一 模式操作时产生的信号。第二处理器132处理当传感器120以第二模 式操作时按照第二种方法的传感器信号。触摸位置检测器140采用来 自传感器的当传感器以第二模式操作时产生的信号，以增强触摸位置 处理方法，该触摸位置处理方法使用传感器以第一模式操作时产生的 传感器信号。
图1C图示了按照本发明实施例的触敏装置101的另一个实施方 式。触敏装置101采用两种类型的触摸传感器122、 124。例如，第 一类型传感器可能包括一种光学触摸传感器，第二类传感器可能包括 一种力触摸传感器。由两种类型传感器122、 124产生的传感器信号 被分离的处理器134、 136独立地处理。触摸位置探测器140使用来 自第二类型传感器124产生的信号的信息来增强触摸位置确定，采用 了通过使用第一类型传感器122获得的信息来执行该触摸位置确定。 图1B和图1C中的处理器130、 132、 134、 136图示了可能以硬件、 软件、固件及其组合的形式示出的功能块。
在一些实施例中，第一类型的触摸传感器可能被用来在手指或 者触摸指示笔在触敏表面上悬停(z<0)时，检测一个迫近触摸(预 触摸)以及测量粗略的触摸位置。来自第二类传感器的信号可能被用 来确定最终的触摸位置，典型地是在当z〉0时。触摸位置检测器可能 使用粗略的触摸位置信息来增强触摸位置信息，该粗略的触摸位置信 息由预触摸传感器(第一类型传感器)获得，该触摸位置信息由触摸 传感器(第二类传感器)产生。
图2A是图示按照本发明实施例的使用迫近触摸感测以增强触摸
位置确定的方法流程图。 一个或多个预触摸传感器被用来产生201 在触摸工具触摸面板之前的预触摸信号。在触摸工具触碰后(z大于
或者等于O)，一个或多个触摸传感器响应于触摸屏上的触摸产生205
触摸信号。使用触摸信号和预触摸信号来确定207触摸的位置。
在多个实施例中，迫近触摸感测可能包含同一类型传感器和/或方法，或者不同类型的触摸感测传感器和/或方法。图2B的流程 示了这种概念。使用第一传感器类型和/或第一方法产生220预触摸 信号。使用第二传感器类型和/或第二方法产生222触摸信号。使用 预触摸信号和触摸信号确定224触摸位置。
图3A图示了一种触摸感测系统的框图，按照本发明实施例，该 触摸感测系统能够感测迫近触摸和触摸状况，并能够使用预触摸和触 摸信息。在该例子中，使用电容性传感器来实现预触摸感测以及使用 力传感器来实现触摸感测。图3A示出了一种触摸感测系统，该触摸 感测系统包含一个电容式触摸屏370，还合并了在矩形触摸屏370角 落布置的四个力传感器332、 334、 336、 338。电容式触摸屏370和 力传感器332、 334、 336、 338电连接到控制器350。电容式触摸屏 370包括一个诸如玻璃之类的基片，其有上表面372和下表面371, 这两个表面分别地被提供了一个导电涂层。上表面372是感测迫近触 摸和触摸状况的基本表面。上表面372通常由电压范围为IV-5V的交 流电压驱动。
电容式触摸面板370被示出为包括四个角端子322、 324、 326、 328，其分别连接线322a、 324a、 326a、 328a。线322a、 324a、 326a、 328a的每一根都连接至控制器350。线322a、 324a、 326a、 328a分 别连接至他们的角端子322、 324、 326、 328，以各自的驱动/感测控 制器350中提供的电容传感器驱动/感测电路320的电路。
控制器350通过电容传感器驱动/感测电路320控制每一个角端 子322、 324、 326、 328的电压以在上表面372上保持一个理想的电 压。悬停在上表面372上的手指或其它触摸工具作为施加到上表面 372上的有效小电容而被检测到。悬停触摸工具导致电流测量结果的 变化，该电流由控制器350通过电容式驱动/感测电路320测量。控 制器350测量每个角端子322、 324、 326、 328上的由电容变化引起 的电流变化。控制器350可能使用电容的改变来检测悬停，确定迫近 触摸位置，和/或基于角落电流的相对幅度来测量悬停触摸工具距上
表面372的接近度。悬停工具的z轴接近度可以确定为当悬停工具接 近上表面372时的电流变化的函数。悬停检测，也就是识别出一个悬 停在上表面372上的工具，例如，如果电流的变化超过了一个预定的 限制。迫近触摸悬停位置的X、 Y位置可以使用下列等式1和等式2 来确定
XH = (UR+LR-UL-LL)/(UR+LR+UL+LL) 等式1
YH = (UR+H1X)/(UR+LR+UUIX) 等式2
这里，UL、 LL、 LR、 UR是分别在左上、右上、右下、左下角端 子322、 324、 326、 328测到的信号电流。
力传感器332、 334、 336、 338被用来在触摸工具触摸到触摸表 面后确定触摸位置，以及这里，z大于一个阈值， 一个事件被称为触 碰。力传感器332、 334、 336、 338分别分布在触摸面板370的下面 板371最近的触摸面板370的角落上。当指示笔、手指或其它的触摸 工具按在触摸表面372上时，触摸力被施加在触摸表面372上。触摸 力以与力作用位置相关的量作用在力传感器332、 334、 336、 338上。 作用在力传感器332、334、336、338上的力导致由力传感器332、 334、 336、 338产生的信号的变化。力传感器332、 334、 336、 338 通过线332a、 334a、 336a、 338a连接到控制器350中的力传感器驱 动/感测电路330上。控制器350测量由每个力传感器332、 334、 336、 338由于触摸力的变化而产生的信号的变化。控制器350可能使用信 号变化来检测触碰，确定触摸位置，禾B/或测量在上表面372上的触 摸工具的z轴力。触摸工具的z轴力可以确定为由等式3和等式4 表示的力和的函数。触碰可能发生，例如，如果总的力，F^超过了 预定的限制值。
通过使用力传感器信号的结合可以执行触摸位置的计算。由力 传感器332、 334、 336、 338产生的信号可能被用来计算多个触摸相 关的信号，包括关于y轴的力矩，My， x轴的力矩，Mx，以及总的z 轴力，F^。触摸位置的坐标可以从力传感器信号确定，以等式3和等 式4给出
XT = (URF+LRF-ULF-LLF)/(URF+LRF+ULF+LLF) 等式3
YT = (URF+ULF-LRF-LLF)/(URF+LRF+ULF+LLF) 等式4
这里，XT和YT是基于力的触摸坐标，URF、 LRF、 ULF、 LLF是
分别由右上、右下、左上、左下的力传感器334、 336、 332、 338测
量到的力。
在一个实施例中，使用电容传感器确定的迫近触摸位置在最终 的触摸位置处理中作为低精度的"粗略的"触摸位置。粗略的触摸位 置可能被用作简化和/或加速一个使用力传感器的更精确的"精确" 触摸位置计算。
在悬停过程中的低精度可能比低触摸位置精度有更少有害的结 果。由于用户可能不执行任何要求更高精度的操作，所以悬停位置的 低精度可能并非很重要。例如，用户可能基于悬停位置来回移动光标 或者十字线。在这种情况下，悬停期间的低精度的结果是次要的。另 外，由于显示的光标可能在追踪悬停运动，用户对系统已经确定的悬 停位置有一个视觉确定，并可以调整位置。即使是低精度的位置，在 悬停期间获得位置的优势是悬停位置在更大的期望触摸落在其上的 触摸表面上限定了一个相对小的区域。
通过两个独立的传感器或者方法进行的Z轴值检测(和一个触 碰)可能是更可靠的检测。每一种方法都有误差源，这些误差源都会 由于其它方法的使用而减少。例如，悬停位置可能在有明显的"手影" 出现时而被来自附近手指的电容(期望的)影响，也被触摸表面附近 的手(不期望的，由于它在手指位置测量中引入了误差)影响，模拟 电容触摸系统可能难以解析悬停位置。当手的阴影被包含在触摸测量 中时，它可能在触摸位置的电容测量中引入误差。力系统不受手的阴 影影响，因此，手的阴影在电容测量中导致的误差可以被力测量校正。
除了确定触摸位置之外，控制器还可以使用由预触摸传感器和/ 或触摸传感器产生的信号来实现多个处理过程。例如，控制器350 可以基于预触摸传感器信号来激活和停用触摸位置电路。在需要启用 之前一直停用触摸位置电路，这样可以保存设备能量，这对电池供电 的便携设备非常重要。
图3B图示了一个使用预触摸信息来增强触摸位置确定的例子。
图3B概念性地图示了矩阵电容式触摸传感器的表面380的一部分。
矩阵电容式触摸传感器包含一个诸如氧化铟锡之类的透明导电材料 的栅格，或者其它合适的导电材料。控制器(图中未显示)访问每一
条栅格线381、 382以确定是否产生了电容变化。电容的变化指示一 个临界的或者现在已经发生的触摸。
按照本发明实施例，在触碰之前，可以使用预触摸信息来勾勒 出一个触摸最可能发生的触摸面板区域。在该实施例中，确定悬停位 置386，以及计算悬停位置386附近的区域385。此时，控制器只检 测和区域385相关的栅格线381。由于触摸不大可能会发生在和这些 栅格线382相关的位置，剩余的栅格线382不被检测。在该例子中， 使用预触摸悬停位置，通过减少确定触摸位置所要求的处理量，加速 触摸位置确定。
在美国专利申请USSN 11/032,572中描述了另一个说明采用最 初的粗略的触摸位置来增强触摸位置确定的例子。参考专利申请描述 了--种对派生触摸位置的可选方法。在本发明中应用的参考专利申请 的概念，例如，可能包含使用采用电容式预触摸传感器获得的最初的 粗略的位置或其它类型的预触摸传感器。触摸位置的连续反复可能基 于预触摸传感器信号来实现。
虽然在图3A和图3B中提供的例子图示了用作获得预触摸信息 的电容传感器，以及用作获得触摸信息的电容传感器和力传感器的实 例，但是，可以釆用多种传感器来获得预触摸信息和触摸信息。用来 感测预触摸状况和触摸状况的传感器可能包括，例如，多种类型的电 容式传感器、力传感器、表面声波(SAW)传感器、弯曲模式传感器、 红外传感器、光学LCD、电阻式传感器和/或其它触摸传感器类型。
例如，在多个实施例中，电容式传感器可能和力传感器、弯曲 波动声音传感器、红外(IR)传感器、电阻式传感器或力传感器来感测
预触摸状况和触摸状况。电容或光学传感器可能被用来提供预触摸位 置坐标，以及力、电容、SAW、 IR或其它传感器可能被用来检测触碰 和测量更精确的触摸位置坐标。矩阵电容式传感器可能检测悬停期间 的接近度和并测量粗略的位置。光学方法，包括光学敏感LCD，可能
检测悬停期间的接近度并测量粗略的位置。力传感器、电阻式传感器、 SAW传感器或弯曲波传感器或其它类型的触摸感测系统可能使用电 容式或光学式近程传感器，这些传感器可以检测到人在触摸面板的预 定范围内的出现。例如，人的出现可能启动视听节目的显示或者其它 处理。
能够感测预触摸和触摸的触摸感测系统被用来报告预触摸位置
的X轴和Y轴坐标、触摸位置的X轴和Y轴坐标、和/或从测量的到 触摸面板表面的接近度到测量的施加在触摸面板表面的触摸力的z 轴信息。图3C是一个状态图，其概念性地图示了按照本发明实施例 的触摸感测系统的操作。在检测到预触摸状况之前(触摸工具悬停在 触摸表面上)，该触摸感测系统停留在等待状态360。在检测到预触 摸状况之后，系统转变361到模式365，在该模式中，系统确定预触 摸接近度，以及可能确定预触摸位置。系统可能周期性地364更新， 并向主计算机报告375包括预触摸接近度和/或预触摸位置的当前触 摸状态。
触碰和抬起检测可能取决于多种因素，其包括用于触摸确定的 传感器和/或处理器。触碰/抬起标准，例如，基于触摸传感器的环境 条件，采用的触摸工具的类型，禾卩/或其它的因素，各不相同。在不 同的实施例中，触碰和/或抬起可能涉及检测信号绝对幅度、变化率 或其它信号特征。例如，当触摸工具在触摸表面的预定距离内来临时， 或在触摸表面施加预定量的力时，或当触摸信号超过了预定的电平 时，检测到触碰。例如，当触摸力小于预定值，或当触摸工具在预定 的触摸表面的距离之外，检测到抬起。触碰和抬起的阈值可以被预置， 可以由用户人为地修改或者被系统动态的修改。
在检测到触碰之后，系统转变362到模式373，在这种模式下， 系统确定触摸力和触摸位置。系统可能周期性地366更新包括触摸力 和触摸位置的当前触摸状况，并向主计算机报告375当前的触摸状 况。在触摸抬起之后，系统转变363到等待状态360。
在一些情况下，当没有触摸发生时，触摸感测装置可能错误地 检测一个触摸。可能是由于多种条件，例如风吹在触摸面板上，由于
操作导致的触摸面板的弯曲和扭转或其它的因素导致这种情况的发 生。按照本发明的实施例，触摸感测装置可能采用预触摸信息来确定 一个有效的触摸的发生。图4A图示了这样的一个实现。最初，系统
感测410触摸工具在触摸面板上的悬停和触摸。如果检测420到触摸， 则系统检查在之前是否检测到一个悬停的工具。如果在之前检测430 到一个悬停的工具，则系统确定该触摸有效450并基于预触摸信息和 触摸信息计算455触摸位置。触摸位置计算可能使用预触摸位置信息 来对这里叙述的最终触摸位置计算提高速度，提高精度和/或降低处 理复杂度。如果在之前没有检测到430 —个悬停的工具，那么，该触 摸就会被判定为一个伪触摸，不计算440该触摸位置，或者可能进行 其它的测量以确认一个有效的触摸，或者要求一个更高的信号阈值来 确认一个有效的触摸。
按照一些实施例，触摸感测系统能够测量包括触摸工具在触摸 到触摸面板之前到触摸表面的预触摸距离和在触摸到触摸面板之后 的触摸力的Z轴信息。在这些实施例中，例如，当Z轴分量符合Z轴 触碰和/或抬起的标准时，触碰和/或抬起可能被检测到。图4B图示了 该实施方式的流程图。
包括到触摸表面的预触摸距离和在触摸表面的力的触摸Z轴分量 被测量460。在一个实施方式中，使用一种传感器类型来测量预触摸距 离，使用第二传感器类型来测量触摸力。如果Z轴分量符合470触碰 标准，那么，检测480到该触摸。触摸标准可能是从距触摸表面的距 离到施加在触摸表面的力的范围内选择的。在检测480到触碰后，确 定4卯X轴、Y轴触摸位置。在一些实施方式中，X轴、Y轴触摸位置 确定可能会使用这里描述的预触碰的信息和触碰后的信息。
另外地，Z轴分量的变化率可能被用作触碰标准，或者被用于修 改其它触碰标准。例如，电容式测量的预触摸信号幅度可能会迅速地 增加，这表示一个接近中的触摸工具。预触摸z (触摸表面上的距离) 的变化率在触摸的那一刻，会典型地突变为负值，以及施加的力的变 化率在触摸的同一时刻会迅速增大。对这种典型的触摸分布的背离指 示着一个伪触摸或者需要进行额外的检测以确认一个有效的触碰。不
在一个合适的预触摸信号幅度变化之后的力的迅速变化可能指示一个 (非触摸)声波被施加到触摸面板表面，或者指示触摸面板系统正在 经受一个诸如对框的叩击或者显示系统晃动之类的非触摸的加速度。
图5A-5C示出了与两个触碰事件相关的信号-时间图。通过模拟电
容方法测量预触摸信号，使用电容信号以及基于力的触摸方法来测量
触碰。时刻501指示触碰的时刻。
在图5A中，曲线505、 510图示了两种类型的预触摸状况。信号 510表示由从远距离迅速接近触摸表面，并规则地移动，直到在时刻 501压紧触摸表面的触摸所产生的电容信号幅度。在触摸之后，信号 510没有变化，以及在触碰的那一刻，力信号519从0开始增大并在 T7时刻超过触摸力阈值电平521。通常检测到的是一个超过阈值的快 速电平变化，这被表示为基本电平511和触摸阈值512之间的幅度差 异。在T1时刻，信号510超过阈值512。
信号505示出了在触摸工具悬停在触摸表面足够长的时间，以至 于电容触摸阈值基本电平506被调整至等于电平506时的不同的预触 摸状况，并且阈值507被相应地调整。信号505在T2时刻超过阈值507。 长时间悬停的一个例子是游戏系统中，玩家保持对触摸表面的近距离 悬空状态，这样他们可以快速地触摸在显示屏上出现的图标。
图5B中的曲线520和525分别是信号510和505的一阶导数。 520和525的峰值被用来检测触碰，例如，如果曲线520和525在时刻 T3超过阈值527，可以确定一个触碰。在图500中的基本电平调整方 法可能不适用于一阶导数方法。这样，阈值不能被调整以补偿上述的 长时间悬停状况，以及触摸对应的曲线525可能不会被一阶导数方法 检测到。力信号529在落下那一刻从0幵始增大，在T8时刻超过力阈 值521，从而，力测量可以检测到电容方法没有检测到的触摸。
图5C中的曲线535和530分别是信号505和510的二阶导数。 就像对于一阶导数那样，基本电平536的调整可能是不可行的，所以， 阈值537是固定的。阈值537是一个负值，因此，它测量电容信号505 或510的减速。当二阶导数曲线在负方向上超过了阈值537时，在T4 时刻可能检测到一个触摸。使用阈值538也可以检测到一个触摸，或
者可能要求超过了阈值538和537的结合以确定一个有效的触碰。另 外地，信号505超过阈值507，和/或曲线525超过了阈值527，和/或 力信号539在时刻T9超过阈值521，均提供了确定有效触碰的辅助标 准。
在美国专利申请USSN11/H6,576中描述了用于增强触摸位置确 定的结合预触摸位置处理和触摸位置处理的多种方法。
在一些实施例中，同一类型的触摸传感器可能被用于实现两种触 摸位置方法，这两种方法被用来协同地增强触摸位置确定。从第一种 方法中获得的信息，例如说，粗略的触摸位置，被用来增强通过第二 种方法确定的触摸位置。
在一些实施例中，第一种和第二种方法可能涉及使用在触摸面板 内的弯曲和/或振动波的被动测量。术语"弯曲波振动"指的是，例如， 通过触摸的激励，将平面位移的一部分传导给能够支撑弯曲波振动的 部分。很多材料可以弯曲， 一些是完美平方根扩散关系的纯弯曲，还 有一些是纯弯曲和剪切弯曲的混合。扩散关系描述了波在面内的速度 对波的频率的依赖关系。术语"弯曲"可能还适用于面外位移或加了 负载的部分的偏转，诸如触摸面板响应于一个施加于触摸面板表面的 触摸而发生偏转(受向下弯曲的影响)。在这一点，触摸面板的一个 表面处于力作用下，而相对的表面处于张力作用下，这是由触摸面板 的弯曲产生的。可以使用这里描述的一种类型的弯曲模式传感器以在 此讨论的一种模式来检测触摸面板的这种弯曲。
例如，在包括压电传感器的振动感测触摸输入装置中，在触摸面 板平面内的振动传播在压电传感器上施加力，产生一个通过传感器的 可探测电压。接收到的信号可能是由振动产生，该振动是由直接触摸 输入的冲击、或由于轨迹(摩擦)产生的能量输入产生的，或接收到 的信号是由一个触摸输入影响的现有振动，例如由振动的衰减，而产 生的。接收到的信号还可能是由无意输入导致的，诸如用户操作导致 的输入或触摸输入装置的误操作，或者是由外部环境源产生但被触摸 输入装置感测到的输入之类。
现在转到图6，图6图示了一种触敏装置600的一种配置，该触
敏装置600合并了检测弯曲波振动和使用各不相同的触摸位置检测技 术的多样性来确定触摸位置的特性和功能。按照本实施例，触敏装置
600包含一个触摸基板620和连接到触摸基板620的上表面的振动传感 器630。在该图示的例子中，触摸基板620的上表面定义了一个触敏表 面。虽然传感器630被显示连接到触摸基板620的上表面上，传感器 630可选地连接到触摸基板620的下表面上。在另一个实施例中， 一个 或多个传感器630可能连接到上表面，同时， 一个或多个传感器630 可能连接到触摸基板620的下表面。振动传感器630A-630D可以通过 任何合适的装置，例如使用粘合剂、焊料或其它合适的材料，连接到 触摸面板620，只要实现的机械连接足以使振动在触摸面板中传播，该 振动传播能够被振动传感器检测到。在共同受让的美国专利申请 USSN10/440,650和USSN10/739,471中公布了示范性的振动传感器和
振动传感器布置。
触摸基板620可能是任何基板，其能够支撑感兴趣的振动，诸如 弯曲波振动。示范性的基板620包括，诸如丙烯酸树脂、聚碳酸酯之 类的塑料，玻璃，或其它合适的材料。触摸基板620可以是透明的或 者不透明的，以及可以选择性地包括或者合并其它层或支撑附属功能。 例如，触摸基板620可能提供抗划伤、防污、减少闪耀、减少反射特 性、用于方向性或隐私的光控制、过滤、极化、光学补偿、磨损的组 织化处理、染色、图形图像以及相类似的功能。
通常，触敏装置600包含至少三个传感器630以在两个方向上确 定一个触摸输入的位置，在国际公开WO2003/005292和WO01/48684 中以及共同受让的美国专利申请09/746406中的实施例中讨论的一些 实施例中期望有四个传感器630 (图6中显示的传感器630A、 630B、 630C、 630D)。
在本发明中，传感器630优选地是压电传感器，其能够感测指示 触摸输入到触摸基板620上的振动。有用的压电传感器包括单晶片压 电传感器和双晶片压电传感器。压电传感器提供很多有利的特性，例 如，包括灵敏度高、相对低成本、强度大、潜在的小形变系数、稳定 性高和线性响应。能够被用在振动感测触敏装置600中的其它传感器
包括电致伸縮式、磁致伸縮式、压阻式、声学式、电容式和动圈式变 送器/装置，等等。
在一个实施例中，所有的传感器630均被配置以感测在触摸基板 620中的振动。这些传感器630有同样的技术和功能。例如，所有的传 感器630可能是由一特定制造商在同一零件编号或识别号下生产的弯 曲模式传感器。在其它实施例中，传感器630有同样的技术，但功能 不同。例如，所有的传感器630是由一特定制造商生产的弯曲模式传 感器， 一些传感器被生产用来检测弯曲波，以及其它的传感器被生产 用来检测板的偏转。在一些实施例中， 一个或多个传感器630可能是 弯曲模式传感器之外的传感器。
按照另一个实施例， 一个或多个传感器630可能被用作发射装置 以发射信号，该信号能被其它的传感器630感测到，并被用作参考信 号或产生在触摸输入下能够被改变的振动，这样改变了的振动被传感 器630感测以确定触摸的位置。 一种电动变送器可能被用作合适的发 射器装置。而且， 一个或多个传感器630能够被配置为双用感测激励 变送器，例如在之前合并的国际公开WO2003/005292和WO01/48684 中以及共同受让的美国专利申请10/750,502中公布的例子。
采用触敏装置600的许多应用装置还使用电子显示屏以显示通过 触敏装置600的信息。由于显示屏通常是矩形的，使用矩形触敏装置 600是典型的和方便的。同样地，传感器630附于其上的触摸基板620 在形状上典型地是矩形的，应当理解的是其它几何形状也是可以的。
按照一个配置，传感器630A、 630B、 630C、 630D被优选地放置 在邻近触摸基板620角落的位置。由于许多应用要求显示屏能够通过 触敏装置600被看到，希望将传感器630A-630D放置在靠近触摸基板 620边缘的位置，这样，它们不会侵占可视显示区域。传感器630A-630D 放置在触摸基板620的角落还可以减少来自面板边缘的声波反射的影 响。
由触敏装置600感测到的触摸可能是指示笔触摸的形式，还可能 是手持笔触摸的形式。指示笔在触摸基板620上的运动可能产生一个 连续的信号，该信号受指示笔在触摸基板620上位置、力、速度的影
响。指示笔可能有一个柔性末端，比如橡皮，其通过在触摸基板620
上施加一个可变力，在触摸基板620内产生弯曲波。可变力可能由末 端提供，其可选地附着在或划过触摸基板620的表面。可选地，触摸 可能是以手指触摸的形式，这种触摸会在触摸基板620内产生弯曲波， 这种弯曲波能够被被动和/或主动感测检测到。弯曲波可能有超声波区 域(>20kHz)的频率分量。
图6所示的触敏装置600通信连接到控制器650。传感器 630A-630D通过线或者在触摸基板620上制成的印制电极图形连接到 控制器650。控制器650典型地包括前端电路，其对传感器630施加信 号，并测量信号或信号变化。在其它的配置中，控制器650可能还包 括前端电路之外的微处理器。下文要详细描述的控制器650能够实现 从各不相同的触摸位置检测技术库中选出的一种或多种触摸位置检测 技术。多种触摸位置检测技术的选择可能是基于上面讨论的标准进行 的，以及响应于触摸激励特征、操作条件、环境条件和其它类似条件， 这样的选择可以被修改。
在典型的配置中，触敏装置600和主计算机系统的显示屏(图中 未显示)搭配使用，以提供用户和主计算机系统之间的视觉和触觉的 交互。主计算机系统可能包括一个诸如网络接口之类的通信接口以改 善合并了触敏装置600的触摸面板系统与远程系统之间的通信。多种 触摸面板系统的诊断、校准和常规维护，例如，可能是由触摸面板系 统与远程系统之间的合作通信来完成的。
图7图示了使用按照本发明实施例的弯曲模式传感器和各不相同 的触摸位置检测技术获得触摸位置信息的方法的流程图。图7中图示 的方法涉及提供702连接到触敏表面的弯曲模式传感器。提供704 了 多样的各不相同的触摸位置检测技术。这些技术中的至少一个采用弯
曲模式传感器信号。使用各不相同的触摸位置检测技术获得706触摸 位置信息。
获得触摸位置可能涉及确定在触敏表面上的触摸位置。各不相同 的触摸位置检测技术中的至少一种能够独立地检测触摸位置。例如， 第一触摸位置检测技术可能确定相对于触敏表面的触摸位置的x和y
坐标，第二触摸位置检测技术可能确定相对于触敏表面的Z坐标。
触摸位置信息可能包括促进触摸面板系统校准的或在执行系统诊 断或维护时有用的信息。在一些实施例中，至少提供两种使用由弯曲 模式传感器产生的信号的不同触摸位置检测技术。例如，两个或更多 触摸位置检测技术可能使用由弯曲模式传感器产生的信号，但在频率 响应或诸如触摸位置测量精度、测量分辨率、获得测量结果的速度和 触摸位置处理消耗的资源等之类的其它特征方面各不相同。
在更进一步的例子中，两种或更多的触摸位置检测技术可能在处 理弯曲模式传感器信号以产生触摸位置信息的方式方面各不相同。在
一个实施例中， 一种特定的触摸位置检测技术可能以两种或更多不同 的方式处理弯曲波信号，以产生触摸位置信息。在另一个实施例中， 两种或更多不同的触摸位置检测技术可能以同一方式处理弯曲波信 号，以产生触摸位置信息。
图8图示了增强触摸位置信息的方法流程图，该方法涉及使用按 照本发明实施例的弯曲波信号和各不相同的触摸位置检测技术。图8 中图示的方法涉及提供802多样的各不相同的触摸位置检测技术，这 些技术中的至少一个采用弯曲模式传感器信号。使用第一触摸位置检 测技术获得804第一组触摸位置信息。第一组触摸位置信息被用来增 强806由第二触摸位置检测技术进行的触摸位置确定。
图9图示了使用按照本发明实施例的弯曲波信号和各不相同的触 摸位置检测技术获得触摸位置信息的另一种方法的流程图。图9中图 示的方法涉及提供卯2多种各不相同的触摸位置检测技术，这些技术 中的至少一种采用弯曲模式传感器信号。第一触摸位置检测技术提供 904与触摸位置确定相关的第一精度。第二触摸位置检测技术提供906 与触摸位置确定相关的第二精度。例如，第一技术可能提供低精度的 触摸位置，而第二技术可能提供高精度的触摸位置。
使用第一触摸位置检测技术获得908第一组触摸位置信息。使用 第二触摸位置检测技术获得910第二组触摸位置信息。例如，第一技 术可能被用来估计在触敏表面内触摸要发生的区域，第二技术可能被 用来提供更高精度的在第一技术估计的区域内的触摸位置估计。
图10是用于实现按照本发明实施例的各不相同的触摸位置检测
技术的系统IOOO的框图。如图10所示，系统IOOO包括多个弯曲模式 传感器IOOI，以及可能选择性地包括其它类型的传感器1002 (例如， 电容式、电阻式、力式、表面声波式或光学传感器)。传感器1001、 1002连接到触敏表面(图中未显示)和控制器1004。控制器1004被 配置以实现多个各不相同的触摸位置检测技术(TLDT) 1010，其可以 被连接到控制器1004的存储器存储或访问。控制器1004使用该各不 相同的触摸位置检测技术IOIO产生诸如触摸点的触摸位置信息。
例如，技术TLDT-1在功能方面或上面讨论的其它方面与从技术 TLDT-2到技术TLDT-N的技术都不相同。在这个方面，技术TLDT-1 被认为是一种与从技术TLDT-2到技术TLDT-N都不相似的触摸位置 检测技术。在更进一步的例子中，可以以多种方式实现一种诸如 TLDT-1的特定的技术，以提供不同的触摸位置信息，尽管每一种技术 均以相似的方式处理弯曲模式传感器信号。例如，TLDT-1可以表现一 种触摸位置检测技术，该技术大体上执行对弯曲模式传感器信号的频 率分析。例如，技术TLDT-1A可能被实现以分析与技术TLDT-1N的 有关频率不同的频率。虽然这些技术共享一种共同的处理弯曲模式传 感器信号的方法，但他们通过分析弯曲模式传感器信号的不同特征来 处理这些信号，从而产生不同的触摸位置检测信息。同样地，技术 TLDT-1A被认为是与技术TLDT-1N不同的触摸位置检测技术。
图11是用于实现按照本发明实施例的各不相同的触摸位置检测 技术的系统1100的框图。系统1100接收弯曲模式传感器信号，以及 可能选择性地接收其它类型的触摸传感器信号1103。控制器1104被配 置以实现多个各不相同的触摸位置检测技术1110-1118。控制器1104 使用各不相同的触摸位置检测技术1110-1118产生触摸位置信息。在一 种方法中，控制器1104产生控制信号1105，该信号对选中的各不相同 的触摸位置检测技术1110-1118进行启用和禁用。按照图11中描述的 实施例，各不相同的触摸位置检测技术包括德尔塔(Delta)速度触摸 定位技术1110、德尔塔到达时间触摸定位技术1112、弯曲率触摸定位 技术1114、扩散校正触摸定位技术1116和叠代触摸定位技术1118。
现在会以更详细细节描述每一种触摸定位技术1110-1118。
德尔塔速度触摸定位技术1110指的是使用振动波包扩散的现象 以确定在触摸基板上的触摸的位置的技术。德尔塔速度触摸定位技术 1110方法使用振动波包分散自身来执行距离测量，从这些距离测量中，
可以计算触摸位置。按照一个德尔塔速度触摸定位技术iiio,在每一
个弯曲模式传感器感测到由触敏基板上的一个触摸产生的一个扩散的
振动。检测到包含特定频率或频率部分的波包内容。在每一个传感器 处计算与特定频率或频率部分相关的波包内容到达的相对时间延迟。
使用相对时间延迟计算每个传感器之间的距离和触摸事件。从而，使 用计算出的距离来确定触摸位置。
在这个方面，德尔塔速度触摸定位技术iiio可能被实现以只使用
计算波传播时间和距离的波的扩散差异来测量触摸位置。通过数字滤 波或者模拟滤波分离在扩散媒介中的振动波包的不同频率部分或频 带，可以分别确定每一特定的频率或频带的到达时间。
按照另一种方法，感测到的由触摸事件产生的振动波包可以和基 线波形交叉相关，该基线波形是在校准过程中，由多个已知位置的触 摸产生。交叉相关过程揭示了与一从已知位置发出的特定波形的最佳 匹配。由于已知校准波形的源点，可以基于包含的不同频率能量的分
离时间的最佳匹配来确定触摸事件的距离。在共有的USSN11/025，389 和US5,635，643中描述了该德尔塔速度触摸定位技术以及其它德尔塔 速度触摸定位技术的其它细节，这些技术适用于和本发明的装置和方 法一起使用。
继续参照图11，德尔塔到达时间触摸定位技术1112涉及基于第 一能量到达每个弯曲模式传感器的时间的触摸位置确定。例如，当在 每个传感器处的能量超过预定阈值时，到达每一个传感器的时间可能 被确定。上述阈值能量的到达时间的差异可以被用来计算最初的触摸 位置，例如， 一个轻击。技术1112在一个移动的连续触摸(例如拖动) 的位置测量方面不是很有效。然而，德尔塔到达时间技术能够比其它 更有效的技术以更简单方式、或许更低能量的处理方法来测量触摸。 这些其它技术能够被用来计算更精细的(更精确的)触摸位置和/或计
算拖动操作中的位置。在专利US5, 691， 959和WOOl/48684中更进一步 地描述了有用的德尔塔到达时间技术。
图11所示的弯曲率触摸定位技术1114采用结合了幅度测量和计 算的简单比率的面弯曲来测量触摸位置。图12示出了系统1240，该系 统有一个覆盖层1241和在每一条边测量覆盖层1241的长波长弯曲的 传感器i242。传感器1242可能会沿着每一条边延伸，并达到每条边的 全长或边长的一部分。面板1241通过支撑物1247和1248在角落附着 到基本层1249，支撑物在竖直方向上约束面板1241。由附着在基本层 1249上的边沿1244和1245限制覆盖层1241在侧向上的移动(例如， 覆盖层1241的平面方向)。
典型的玻璃触摸传感器(以图12所示的弯曲模式)振荡的基本半 波频率范围是50Hz lkHz，这取决于玻璃厚度、边沿长度、悬置体特 性。手指触摸在频率5Hz lkHz内有最大能量，因此，通过测量半波弯 曲模式频率内或附近的频率来检测触摸会产生很好的信号电平。相对
于准静态(0~10Hz)测量，测量在该频率范围内的信号会减少迟滞效 应以及在支撑面板1241的部件1244、 1245、 1247、和1248内的非线 性。
继续参照图11，扩散校正触摸定位技术1116可能被用来使用弯 曲模式信号获得触摸位置信息。当传播媒介是扩散媒介时，包含多个 频率分量的振动波包在传播时会展开和衰减，这样，难以解释信号。 同样地，提议转换接收到的信号，从而可以像他们在非扩散介质中传 播那样来解释信号。在国际公开W02003/005292和W001/48684中以及 US6，871， 149中公布了用于处理振动波包扩散并为这样的传播产生代 表性的已校正信号的示例性技术。
按照一种运转以校正振动波包扩散的方法，例如，安装在结构上 的能够支撑弯曲波的第一种弯曲模式传感器测量第一种测得的弯曲波 信号。第二种弯曲模式传感器安装在结构上以确定第二种测得的弯曲 波信号。第二种测得的弯曲波信号和第一种测得的弯曲波信号同时被 测。计算两种测得的弯曲波信号的扩散校正函数，该扩散校正函数可 能是扩散校正相关函数、扩散校正巻积函数、扩散校正相干函数或其
它相位等效函数。通过应用校正函数，处理测得的弯曲波信号以计算
关于触摸的信息。在以前并入的国际公开WO2003/005292和 W001/48684中以及US6, 871, 149中公布了关于该方法的细节。
例如，图13示出了有弯曲模式压电变送传感器1322和1323的覆 盖层1321，弯曲模式压电变送传感器测量覆盖层1321的振动，特别是 在音频范围内的振动。可以从声波传播的频率校正时间来计算触摸位 置。适应的悬置体1324可能作为垫片，以及可能在覆盖层1321的边 沿抑制声音信号。在更进一步的例子中，不管是否采用了扩散校正， 一种时域技术被用来产生最初的位置信息，以及一种处理相差的技术 被用来改进由时域技术产生的最初的位置信息。
在图11中还示出了一种叠代的触摸定位技术1U8，其提供多个 增强的性能。例如，使用简单计算获得的粗略的触摸位置可以被用于 通过叠代方法得到更精确的触摸位置。大概的或中间的触摸位置可以 被用来反复地调整传感器信号，以便提高简单计算的精度。
其它的触摸位置方法以采用的触摸定位技术内在的精度去确定触 摸位置。叠代触摸定位技术1118提供指向正确的源波形重建的叠代性 能。从而，使用这样的叠代技术，允许以期望的或要求的精度等级来 确定触摸位置。
通过一个例子，响应于触摸面板上的触摸制造的振动，触摸位置 信号由上文描述的过程产生。触摸的大概触摸位置被确定。大概触摸 位置可能是一个任意选择的位置，可能基于产生的信号，或可能由其 它方式估计得出。在某种情况下，第一种触摸定位技术可能被用来估 计触摸位置，第二种触摸定位技术可能被用来通过叠代过程更精确地 确定触摸位置。
产生的信号基于大概的触摸位置被调整。触摸位置基于调整的信 号被计算。通过最新确定的中间触摸位置，叠代过程继续任意次数， 以又一次调整信号，重新计算触摸位置。叠代过程可能重复循环，以 达到期望的或要求的触摸位置精度。当要求的循环次数结束时，或当 达到期望的精度时，触摸位置算法结束，返回由叠代过程最后确定的 触摸位置。在共有的USSNI1/032，572中描述了叠代触摸定位技术1118
的例子。
下文的例子说明了按照本发明实施例，使用多个各不相同的触摸 定位技术以产生触摸位置信息。按照一种方法，面板弯曲和弯曲率分 析(例如， 一种弯曲率触摸定位技术1114)的低频测量可以和音频扩 散校正测量以及频域分析(例如，扩散校正触摸定位技术1116)结合 起来，以获得触摸位置的额外的粗测和精测结果。
例如，图14示出了有覆盖层1461，以及在角落有传感器1462和 1463的系统1460。传感器1462和1463测量覆盖层1461的弯曲。传 感器1462和1463优选地是同一种传感器，其用于在与弯曲率触摸定 位技术1114结合使用扩散校正触摸定位技术1116时，测量音频振动。 适应的悬置体1464是环绕面板1461的带状物。悬置体1464优选地还 作为触摸系统的垫片，以及它的抑制特性必须适应特定的扩散校正触 摸定位技术1116的音频要求和特定的弯曲率触摸定位技术1114的低 频板弯曲要求。悬置体1464可能像图示的那样在其上表面、下表面或 者两个表面接触面板1461。
就像以前讨论的，典型玻璃触摸传感器振荡的基本半波频率范围 是50Hz lkHz，并且手指触摸在频率5Hz lkHz内有最大能量。同样 地，通过测量半波弯曲模式频率内或附近的频率来检测触摸会产生很 好的信号电平。同样讨论过的，相对于准静态(0 10Hz)测量，测量 在该低频弯曲模式范围(50Hz lkHz)内的信号会减少迟滞效应以及在 悬置体1464的弹簧常数内的非线性。图14所示的弯曲系统同样相对
地不被诸如空气中传播的声波之类的大区域"噪声"力所影响。但是， 分辨率和精度被非测量(误差)力限制，这些非测量力通过悬置体1464
在面板1461和基板1469之间传递。这些非测量力包括由于基板弹性 而形成的弯曲力以及悬置体1464的非一致性。
某种触摸位置检测技术更适于在触敏基板上确定触摸的粗略的位 置，而其它的技术更适于在触敏基板上确定触摸的精确位置。下面说 明的方法涉及使用一种技术确定触摸的粗略的位置，以及更进一步地 涉及使用一种其它技术确定触摸的精确位置。
步骤A—一通过几种方法中的一种发现粗略的的触摸位置1. 测量时基波形的相对德尔塔到达时间(例如，技术1112)。例 如，在每个传感器测量能量超过阈值的(第一)时间。高于阈值 的能量的到达时间的差异可能被用来计算粗略的位置。这种粗略 的方法涉及比扩散校正触摸定位技术1116更简单的计算，例如， 以及可能以更少的时间、消耗更少的处理能量来实现。
2. 由于波的传播与时间成比例(例如德尔塔速度触摸定位技术
1110)，接收到的波的扩散量(例如，接收3KHz能量对比接收 15認z能量的延迟)可以被用来计算波的传播时间。使用对这个 扩散差异的简单测量和计算，确定一个粗略的位置，从而，使用 在下面列出的"精确位置"选项中的方法推导出精确位置。
3. 通过上面描述的关于扩散校正触摸定位技术1116的方法，静态 /低频板弯曲信号可以被用来产生粗略的触摸位置。用来测量Lamb 波声信号(例如，扩散校正触摸定位技术1116)面板、面板悬置 体和传感器还可以被用来测量低频板弯曲信号。这使传感器的一 组信号能够测量两种类型的信号(例如，弯曲率和扩散校正，这 两个信号在奋力的频率范围内和以不同的位置测量标准使用弯曲 波)。不同的信号类型(和他们不同的计算技术)可能被结合起 来以获得比单独使用任何一种技术能够获得的更好的结果。
4. 如上文讨论的，叠代的触摸定位技术1U8可以被用来产生粗略 的位置。该方法在频域使用多个相对简单的计算的叠代方法从面 板内的诸如用于扩散校正触摸定位技术U16的声音数据(被动 的)来确定一个触摸位置。
a) 该算法的多程可以被用来计算定位一个触摸要求的粗略的 位置和高精度位置；或
b) 该算法的一 (或多)程可以被用来从声音数据计算粗略的 位置，从而，使用同一声音数据扩散校正算法可以被用来 计算精确(高精度)位置。
c) 基于测得的声音数据，简化的扩散校正算法(低分辨率快 速傅里叶变换或FFTs)可以被用来计算一个粗略的位置， 从而，该算法的一 (或多)程可以被用来从同一声音数据
计算精确位置。 步骤B—一使用几种方法中的一种提炼一个更精确的位置
1. 基于频域的叠代触摸定位技术1118可以被用来提炼粗略的位
置，该粗略的位置从上述时域技术1、 2或3，或上述的基于频域 的技术4得到，得出一个有更高精度的位置。
2. 通过简单的时基大概位置测量(从上述过程l、 2或3)的触摸 检测可以触发已知的FFT算法(例如，叠代或扩散校正)，该 FFT算法会计算一个更精确的位置。由于拖动/写操作期间的触摸 位置移动，德尔塔到达时间和德尔塔速度触摸定位技术1112、 1110可能会由于缺少信号幅度、缺少信号变化以及反射的干扰而 降低精度；因此，诸如扩散校正1116或可能的叠代1118之类的 算法可以被用来追踪拖动期间的位置。
3. 时基校正一一给定一个大概的触摸位置
a) 基于大概位置计算每个传感器处的扩散量(D);
b) 对应于扩散量，对每一个传感器产生一个模板T。 (t);
c) 从而，该模板T。 (t)和接收到的波相互关联；
d) 最大正关联确认扩散(以及这样到触摸点的距离)对每一 个角落传感器是正确的；
e) 小于最大关联表示需要进行进一步的误差校正。 在一些情况下，产生精确至5%-20%的触摸坐标的粗略的位置可能
足够了，例如， 一个应用程序可能是以一个有四到八个在显示屏上显 示间距很大的按钮开始的，±20%的精度可能足以区分哪个按钮被触 碰了。最后的触碰操作可能要求另外的精度，因此，可能需要采用第 二种触摸定位技术。
更进一步的例子，通过各不相同的触摸位置检测技术可以实现手 抑制(例如，伪触摸)方法。在一个图示的例子中，扩散校正技术1116 (例如，扩散校正声波测量)和弯曲率技术1114 (例如，静态/低频 率板弯曲测量)可能会被联合使用，以实现手抑制方法。
用于写输入的触摸面板可能有两个触摸点， 一是手支撑在面板
上，另一个是用于写的指示笔末端。在用扩散校正方法测量指示笔位
置时，知道手的位置是非常有利的。手产生声波能量，并且，它还吸 收和反射在写期间由指示笔产生的一些能量。对于重手压来说，这是 特别正确的。通过高声波频率，指示笔的运动和位置能够很有效地被 定位。手的位置可能作为当手移动时的(通常较低频率的)声波信号 加上手停靠在面板表面时的非常低频率的弯曲率测量结果的结合，被 分离测量的。
对手产生的信号的补偿以及对手在指示笔信号上的影响的补偿 可以增加指示笔位置测量的精确度。
1. 当用指示笔写时，来自手的反射和声波噪声可以被忽略掉，或 者通过(有些非常复杂的)计算被主动地减掉。
2. 如果在指示笔和一个角落之间检测到手，则在角落接收到的叠 代的或扩散校正信号可以被忽略掉(所有4个角落信号通常不被 要求进行位置计算)或被修改。
使用弯曲模式传感器和多样各不相同的触摸位置检测技术可以 实现对一个触摸或者触摸方法的唤醒。触摸方法的唤醒，例如，涉及 感测传导给触摸基板的弯曲波振动以及确定这样的波振动是由有意 或无意的对触摸基板触摸产生的。使用不同的触摸工具或不同的触摸 力， 一些对触摸基板的触摸也可以从其它的触摸中被区分出来，这些 其它的触摸是使用不同的触摸工具或不同的触摸力产生的，以至于只 有确定的有意触摸作为唤醒触摸信号被检测到。在美国专利申请
10/683， 342中公布了多种触摸唤醒方法的细节。在共有的共同未决 的美国专利申请USSN10/750， 291中描述了涉及抬起检测和改善了的 对轻微触摸的灵敏度的多种方法的细节。
在一个更进一步的实施例中， 一种低功耗技术可能被用来唤醒 (上电)主触摸测量系统，以及另外一种(高功率技术)可能被用来 测量触摸位置。这些各不相同的技术的每一个优选地使用弯曲模式传 感器。时基技术，例如德尔塔到达时间1112、德尔塔速度1110以及 弯曲率1114，可能比基于FFT的方法，诸如扩散校正1116,需要更 小的处理功率，因此，时基方法可以被用于唤醒一个触摸检测过程。
在共有的美国专利申请USSN11/116， 463中描述了说明弯曲波处
理的结合使用的多个方法和系统。
在一些实施例中，从第一组传感器或第一种方法获得的信息可能 被用来校正从第二组传感器或第二种方法获得的信息中的误差。例 如，在一个电容式触摸面板上的触摸力能够导致电容传感器相对于它 的环境的运动，该环境包括邻近的诸如显示屏或框架之类的导体。触 摸面板的运动导致了在电容电流中的变化，该电流变化可能导致在有 效触摸的测得位置中的误差。由于大尺寸面板比小尺寸面板有更大的 寄生电容和弯曲，这种现象在大尺寸触摸面板中，例如，对角线大于 20英寸的触摸面板中非常常见。更大的寄生电容和增大的弯曲的结 合，当有对大尺寸触摸面板的触摸力时，导致更大的寄生电容的变化。 接地或驱动后部屏蔽，有助于减少与触摸面板运动相关的寄生电容和 电容变化。
许多电容式触摸面板采用透明后部屏蔽，该后部屏蔽提供了几种 有利的影响。当触摸面板在触摸力作用下运动时，接地或驱动后部屏 蔽阻碍与邻近的显示屏或者框架耦合的寄生电容中发生变化。驱动屏 蔽减少触摸面板到邻近的显示屏或框架的电容耦合。另外，后部屏蔽
阻碍来自触摸面板后面的电磁干扰(EMI)，例如，从显示装置发出 的EMI 。
尽管后部屏蔽存在好处，但是附加的屏蔽层增加了触摸面板的成 本并减弱了通过透明触摸面板的光学传输。本发明的实施例涉及一种 没有后部屏蔽的电容式触摸面板。本发明的电容式触摸系统提供了上 面列出的后部屏蔽的好处，而没有相关的花费和光学传输损失的后 果。
本发明的实施例涉及误差校正的方法和系统，以及在不采用后部 屏蔽的触摸面板系统中的EMI屏蔽。采用一个附加的传感器来校正触
摸位置确定中的误差，该误差是由于触摸面板运动而产生的寄生电容 变化导致的。图15A图示了按照本发明实施例的触摸感测方法的流程 图。按照该方法，指示在触摸面板上的电容式耦合触摸的触摸信号被 产生1501。与触摸信号中的误差相关的误差信号被产生1503。该误 差信号关系到由触摸力导致的电容式触摸面板的运动。电容式触摸面
板的运动可能包括，例如，触摸面板的位移，触摸面板的弯曲、伸缩 和/或扭转，和/或触摸面板的任意其它的在物理定位方面关于一个或 更多的邻近结构的变化。基于触摸信号和误差信号确定1505触摸位
在一个实施例中，误差信号可能基于电流变化而产生，该电流变 化是由触摸面板运动导致的电容变化引起的。如这里所述，使用布置 在电容是触摸面板上的后部电极产生这样的误差信号。在其它配置 中，误差信号可能由力传感器、加速度计、弯曲模式传感器或任何其 它类型的传感器产生，这些传感器被配置以感测表示触摸面板移动的 参数。在一些实施例中，误差信号可以被用来测量在触摸面板表面的 触摸力。
图15B图示了按照本发明实施例的用于增强触摸位置确定的方法 流程图。触摸信号在一个或多个触摸面板电极处被测量1511，例如， 电极位于矩形触摸面板的每个角。由于触摸力而产生的触摸面板的运 动可能导致触摸信号测量误差。在一些实施例中，触摸面板的运动分 别从触摸信号中被测量1512，以及已知的运动量可以被用来估计触摸 信号测量误差。从而，可以使用估计的误差来修改1515触摸信号以 消除误差，或当传感器运动误差太大1513时，避免1514进行测量。 在另一个实施方式中，在没有测量运动量的情况下，由误差传感器产 生的信号可以被用于矫正由触摸面板的运动导致的误差。可选择地， 误差信号还可以被用于确定1519触摸面板上的触摸的Z轴力。
在图16中，示出了一个触摸面板系统，该系统包括一个按照本 发明实施例电连接到控制器1675的电容式触摸面板1670。图16所示 的电容式触摸面板1670可以被用于连接到按照本发明实施例的有误 差校正的触摸位置检测。触摸面板1670包括一个基板，诸如玻璃， 其有上表面1672和下表面1671，这两个表面都被提供了电导涂层。 上表面1672是感测触摸的基本表面。上表面1672名义上由IV-5V范
围内的交流电压驱动。
触摸面板1670被显示为包含四个角端子1674、 1676、 1678、 1680， 线1674a、 1676a、 1678a、 1680a分别加到这四个角端子上。每根线
1674a、 1676a、 1678a、 1680a都连接到控制器1675。线1674a、 1676a、 1678a、 1680a连接到他们各自的角端子1674、 1676、 1678、 1680以 分别驱动/感测电路1674b、 1676b、 1678b、 1680b，这些电路在控制 器1675中提供。
触摸面板系统还包括连接到至少一个误差传感器1673的至少一 根线1673a。在一个实施例中，误差传感器1673包括一个电容传感器， 其基于由触摸力引起的触摸表面的运动导致的电容变化产生信号。误 差传感器1673通过线1673a连接到一个在控制器1675中的误差传感 器驱动/感测电路1673b。
控制器1675通过驱动/感测电路1674b、 1676b、 1678b、 1680b 控制在每一个角端子1674、 1676、 1678、 1680的电压，以保证在上 表面1672上有一个期望电压。施加到上表面1672的手指或指示笔触 摸力作为施加到上表面1672的有效小电容被检测。触摸在电流测量 中产生变化，该电流测量是由控制器1675通过角驱动/感测电路 1674b、 1676b、 1678b、 1680b进行的。控制器1675在每个角端子1674、 1676、 1678、 1680测量由电容变化导致的电流变化，并基于角电流的 相对幅度确定触摸位置，典型地使用下列的等式5和等式6。
<formula>formula see original document page 35</formula>等式5
<formula>formula see original document page 35</formula>等式6
这里，UL、 LL、 LR、 UR是在左上、左下、右下、右上角端子1674、 1676、 1678、 1680处分别测得的电流。
误差传感器1673基于触摸传感器1670由于触摸力导致的相对于 包围的导电结构的运动产生一个误差信号。控制器1675基于电流测 量的变化和误差信号的变化确定触摸位置，该电流测量是由控制器 1675通过角驱动/感测电路1674b、 1676b、 1678b、 1680b进行的，该 误差信号的测量是由控制器通过误差驱动/感测电路1673b进行的。
图17和图18图示了按照本发明实施例有用作误差校正的后部电 极的电容式触摸面板。图17和图18是不包含透明后部屏蔽层的电容 式触摸面板1730、 1850的例子。触摸面板可能包括，例如，图17中 描述的单一后部电极1742，或图18中描述的多个后部电极1851、1852、 1853、 1854。后部电极1742、 1851、 1852、 1853、 1854有多 项功能。例如，如果连接到一个低阻抗，后部电极1742、 1851、 1852、
1853、 1854屏蔽触摸面板1730、 1850的一部分，以免于电磁干扰 (EMI)。
如果由与触摸面板U30、 1850的顶层阻抗层1744、 1844相同的 交流信号驱动，则后部电极1742、 1851、 1852、 1853、 1854减少与 触摸面板1730、 1850后面的导电部件之间的电容耦合，导电部件典 型地包括显示屏和/或框架。如果后部电极1742、 1851、 1852、 1853、 1854由等于或大于触摸面板1730、 1850的顶层阻抗层1744、 1844 的同相交流信号驱动，则通过触摸面板1730、 1850的静寄生电容电 流可以被偏移至零电平附近。这对于有大的寄生电容的大尺寸触摸面 板非常有用，大的寄生电容可以降低测量灵敏度和/或超过连接到触 摸面板1730、 1850的角上的放大器的驱动能力。如果由交流信号驱 动，流向和流出后部电极1742、 1851、 1852、 1853、 1854的电流可 以被用来测量触摸面板1730、 1850的后部电极1742、 1851、 1852、 1853、 1854与触摸面板1730、 1850后面的导电部件(例如框架和显 示屏)之间的运动。另外地，后部电极1742、 1851、 1852、 1853、 1854 可以被用于测量施加到触摸面板1730、 1850上的力。
在图17中示出了按照本发明实施例的一个电容式触摸面板。按 照这种配置，触摸面板1730包括一个连接到顶层阻抗层1744的线性 电极图形1732，该顶层阻抗层1744被提供在触摸面板1730的上表面 1740上。该线性电极图形1732被配置为通常的矩形形状，该矩形形 状有四个角端子1734、 1735、 1736、 1737，其分别通过线1734a、 1735a、 1736a、 1737a连接到控制器(图中未显示)。在正常的操作中，驱动 信号通过在控制器中的各自的驱动电路被施加到角端子1734、 1735、 1736、 1737。如果触摸面板1744被触摸，则流经角端子1734、 1735、 1736、 1737的电流会改变。
角端子1734、 1735、 1736、 1737典型地用交流电压驱动，以及 线性电极1732在上导电层1744上平均地分配电压。触摸面板1730 包括一个单一后部电极1742，其在这个例子中被配置为放置在触摸面
板1730的下表面1741的外围部分1743上的导电材料带。在这种配 置中，后部电极1742可以被用作在触摸屏1730传感器的高灵敏区域 线性电极图形1732下的局部屏蔽。通过线1748，以与驱动角端子
1734、 1735、 1736、 1737的电压相等和同相的交流电压驱动后部电极 1742。同样地，后部电极1742针对噪声提供屏蔽，以及由于从阻抗 层1744到后部电极1742的电流可以忽略不计的，减小了寄生电容效 应。
此外，后部电极1742可以被用于测量触摸面板1730相对于邻近 的导电结构的运动。如果在触摸时触摸面板1730发生了伸縮，则后 部电极1742与显示表面、框架或其它支撑结构之间的电容发生变化。 在后部电极1742的信号变化量与由触摸力导致的触摸面板运动的量 相关。在后部电极1742的误差信号可以被用于校正在角端子1734、
1735、 1736、 i737处产生的触摸信号的误差。后部电极的信号变化还 可以被用于测量触摸力。触摸力测量取决于触摸面板1730的尺寸以 及固定方法。
参照图17，在电极1742的电流变化与电极1742和导电表面之间 的电容变化量是成比例的，该导电表面在诸如显示屏(图中未显示) 之类的触摸面板1730后面。电容的变化与触摸面板1730相对于显示 屏的相对运动成比例。如果触摸面板1730可移动地固定在导电表面 的邻近位置，则触摸面板1730的相对运动与施加在触摸面板1730的 力依次成比例。
通过用在后部电极1742的信号改变在角端子1734、 1735、 1736、 1737的测量结果，可以减小测得的触摸位置误差。例如，在一个实施 例中，可以从角端子1734、 1735、 1736、 1737的信号中等量地减去 后部电极1742的变化。在另一个实施例中，在后部电极1742的电流 出现显著变化时，触摸测量可能被终止，以避免在由大触摸力导致的 信号中的误差。
图18图示了另一个非常适合实现本发明的触摸位置处理的触摸 面板的实施例。图18图示了一个不包含后部屏蔽的电容式触摸面板 1850。按照该实施例，触摸面板1850包括一个连接到顶层导电层1844
的线性电极图形1832，该顶层导电层1844放置在触摸面板1850的上 表面1840上。线性电极1832包括四个角端子1834、1835、 1836、 1837， 其分别通过线1834a、 1835a、 1836a、 1837a连接到控制器(图中未 显示)。
在图18中的实施例中的后部电极安排包括多个离散的后部电极 1851、 1852、 1853、 1854，位于触摸面板1850的下表面1841。在图 18所示的特定配置中，四个后部电极1851、 1852、 1853、 1854位于 下表面1841的周边1843附近，每个后部电极1851、 1852、 1853、 1854 位于触摸面板1850的下表面1841的一条边上。应该理解的是，取决 于特定的设计，后部电极1851、 1852、 1853、 1854的数量和位置都 可以改变。
在采用多个后部电极的配置中，就像图18所示的实施例中，控 制器(图中未显示)可以以等于施加到角端子1834、 1835、 1836、 1837 的交流电压驱动后部电极1851、 1852、 1853、 1854。当以这种方式被 控制时，多个后部电极185K 1852、 1853、 1854有效地执行与图17 中描述的实施例中的单一后部电极1742相同的功能。
多个后部电极1851、 1852、 1853、 1854通过线1851a、 1852a、 1853a、 1854a连接到控制器。在为触摸面板1850提供屏蔽之外，后 部电极1851、 1852、 1853、 1854可以被用来检测和测量触摸面板1850 相对于邻近的导电结构的运动。当被触摸时，如果触摸面板1850发 生了伸縮或移动，则后部电极1851、 1852、 1853、 1854与显示表面、 框架或其它支撑结构之间的电容发生变化。在后部电极1851、 1852、 1853、 1854处的信号变化量与触摸面板1850相对于它的支撑结构的 运动量相关。在后部电极1851、 1852、 1853、 1854处的信号可以被 用来计算施加的力的位置，以及可以被用来校正在角端子1834、 1835、 1836、 1837处产生的触摸信号中的误差。等式7和等式8可以被用来 计算一个施加的引起面板1850的位移的力的位置XD、 YD，这里，AT、 厶B、 AL、 AR分别是触摸面板1850上、下、左、右边的后部电极的 信号变化量。等式9可以被用来计算施加到面板1950的总的力变化。 XD =(八R-AL) / ( AR+AL) 等式7 <formula>formula see original document page 39</formula> 等式8<formula>formula see original document page 39</formula> 等式9
在一个实施例中，当位移Z小于阈值时，触摸位置可以被测量， 而且当触摸力Z超过预设阈值时，测得的触摸位置的随后变化被忽略。 在另一个实施例中，伴随着成比例的Z值的增加的XT、 YT的变 化可能被解释为由于面板1850弯曲产生的XT、 YT误差。作为响应， XT、 YT的变化可能不被报告，或如果Z、 XD、 YD和XT、 YT 二者之间 的关系被预先测量和存储，则Z、 XD、 YD的变化可能被转换成XT、 YT 误差校正值，那么，该值被用于修改XT、 YT以减少误差。可选地， 基于面板1850的参数，Z、 XD、 YD和XT、 YT误差之间的关系可以被 计算。参数包括面板1850的尺寸和硬度、电极1851、 1852、 1853、 1854的宽度、传感器1850到接地支撑部件的邻近程度、以及将面板
1850附着在支撑部件上的固定系统。
在另一个实施例中，通过第二组基于位移的坐标XD、 YD可以修
改触摸位置坐标XT、 YT，坐标XD、 YD是使用等式7和等式8计算得 出的，触摸位置坐标XT、 YT是从角1834、 1835、 1836、 1837处的测 量结果计算(使用等式5和等式6)出的。例如，假设Z〉阈值，在XT 和YT中的测量变化只有在还测量到同时等量的XD和YD变化时才被 报告。没有对应的XD和YD变化，XT和YT中的变化表示由于面板1850 的弯曲而产生的误差。
在一些实施例中， 一个校准流程被用来使运动量和误差幅度相关 联。例如，校准流程可能涉及使用一个改变触摸面板弯曲和位移的力 的变化量在一个或多个校准点计算触摸位置。 一个示范性的校准流程 可能涉及以下过程
1. 以Z接近O的非常轻地触摸在面板上已知坐标的点。
2. 测量角电流并计算触摸位置XT、 YT以及XD、 YD和Z。
3. 逐渐增加在触摸点的力，从而增加触摸面板的位移和弯曲，并 确定被测点的XT、 YT相对于XD、 YD、 Z的变化趋势。
4. 存储误差(AXT&AYT)相对于XD、 YD、 Z。
5. 随后，在正常的操作中，减去已知的由明显的XD、 YD、 Z的变化导致的(AXT和AYT)误差。 校准流程以任意数量的在触摸面板上的校准点被执行。在正常的 操作中，在校准点间的触摸位置上的误差可以被插值计算出来。触摸 面板的运动量或伸縮量可能是触摸面板尺寸和材料的函数。在安装之 前，执行对所有相似的触摸面板通用的校准过程。在触摸面板安装之 后，执行一次额外的校准(或最初的校准)是有好处的。在安装之后 的触摸面板的校准可能计算特定的配置、环境因数、触摸面板安装的 集成过程和/或其它安装相关的因素，这些因素可以影响触摸位置精 度。
图19A和图19B图示了按照本发明实施例的触摸系统1970的横 截面，该触摸系统1970采用了电容式触摸面板1950、适应的泡沫隔 离器1974和显示器1972。电容式触摸面板1950包括一个电容式基板 1965和导电层1932。显示器1972的导电上表面1975通过低阻抗接 地。电极1951、 1953和1952到显示器1972的导电上表面1975的距 离相等。
图19B图示了在施加一个足够的触摸力1960后的同一系统1970， 该力导致适应的泡沬1974在触摸系统1970的右侧压缩。触摸力和由 其产生的泡沫1974的压缩导致电极1951移动得比电极1953更靠近 导电表面1975。在图19A中，假设在电极1951和1953处的交流信号 相等，则流过电极1951和1953的电流相等。然而，对于图19B中的 系统1970，电极1951中的电流比电极1953中的电流大，其差值与电 极1951和1953的相对位移成比例，该相对位移产生自施加的力1960。 假设已知适应的泡沫1974的位移/力特性和面板1950的弯曲特性， 则可以从位移计算力。从而，可以测量触摸力的量和大概位置。
触摸面板1950和显示器1972之间的电容由电容C1、 C2、 C3、 C4 表示。电容C1、 C2、 C3表示电极1951、 1952、 1953与显示表面1975 之间的电容。电容C4表示显示表面1975和导电表面1944与层1932 的组合之间的电容。触摸位置由触摸面板表面1944和触摸手指(图 中未显示)间的电容变化来确定。以角电极的电流变化测量电容的变 化。但是，电容C4的变化还可能导致在表面1944的角电极测得的电
容的变化引起误差。用通过电极1951-1953和等式7、 8测得的位移 修改通过角电极和等式5、 6测得的触摸位置，可以减小电容位置误 差。例如，通过比较XT、 YT坐标和XD、 YD坐标可以实现误差校正。 如果XT、 YT和XD、 YD有在预设限定范围内的同样变化量，那么，计 算一个新的XT、 YT并传送至主计算机。如果XT、 YT和XD、 YD坐标 在限定范围内不一致，不计算新的XT、 YT坐标。
图19C和图19D图示了按照本发明实施例的另一个配置。在图19C 和图19D中，用力/位移传感器Fl和F2替换图19A和图19B的后部 电极195K 1952、 1953。力/位移传感器可以是任意类型的力/位移传 感器，例如包括压电传感器、应变片传感器、电容力传感器或其它传 感器类型。力/位移传感器可以测量图19C和图19D所示的电容基板 1965的下表面与显示器1972之间的力/位移，或者它们可以测量面板 1965的前表面和前悬置体框(图中未显示)之间的力/位移。可以测 量前悬置体框(图中未显示)与共有的美国专利5,457,289中描述的 前悬置体屏蔽之间的力/位移。图19C和图19D分别图示了在施加触 摸1960之前和之后的触摸系统。在图19C中，作用在力传感器F1和 F2上的力大致相等。在图19D中，由于施加的触摸1960的作用，传 感器F2上的力比传感器Fl上的力大，导致在传感器F2上有比传感 器Fl上更大的力和/或位移。在该实施例中，使用力/位移传感器测 量触摸信号、测量面板位移或力、调整触摸位置XT和YT的计算以补 偿由面板1950的位移导致的电容变化，可以实现误差校正。
在一个实施例中，触摸面板可能合并了弯曲模式触摸传感器。弯 曲模式传感器可以测量图19C和图19D中所示的面板1965的下表面与 基板1972之间的弯曲，或者他们可以测量面板1965的前表面与前悬 置体框(图中未显示)之间的弯曲。由弯曲模式传感器产生的信号可 以被用于校正由触摸力引起的寄生电容变化。弯曲模式和/或其它感测 方法还可以选择性地被用于提供Z轴触摸力测量。
图l犯和图19F图示了按照本发明实施例的触摸系统1971的横 截面，触摸系统1971采用一个电容式触摸面板1950和显示器1972， 并有一个或多个弯曲模式传感器1942。在图示的实施方式中，弯曲模
式传感器1942被放置在触摸面板1950的每条边上。在不同的配置中， 传感器1942可以沿触摸面板1950的每条边延伸至全长或部分长度。 图l犯和图19F分别图示了在施加触摸1960之前和之后的触摸系统。 在图19E中，触摸面板1950没有弯曲。在图19F，触摸1960被施加 到触摸面板1950上。触摸1960导致触摸面板1950弯曲，还可能发 动一个触摸面板1950的低频振荡。触摸面板弯曲和/或触摸面板的低 频振荡可以被弯曲模式传感器1942检测到，并可能被用于校正由触 摸面板位移引起的误差。触摸面板1950的位移和/或低频振荡可能另 外地或可选地被用来计算由触摸1960施加到触摸面板1950的Z轴力。 在一个实施例中，弯曲模式传感器1942可以被用于测量触摸面 板1950到未被触摸位置的位移，该位移由触摸1960引起。由弯曲模 式传感器1942测量的位移可以被用于校正电容式触摸位置测量中的 误差。在该实施方式中，使用弯曲模式传感器1942测量触摸信号、 测量面板运动并且调整触摸位置XT和YT的计算以补偿由面板1950
的位移引起的电容变化，可以实现误差校正。
在另一个实施方式中，弯曲模式传感器1942可以被用于测量由
触摸I960引起的低频振荡。典型的玻璃触摸面板振荡的基本半波频 率范围是大约50Hz 大约1000Hz，这取决于触摸面板厚度、边长以及 悬置体特性。手指触摸产生的能量的频率范围大概是5Hz 1000Hz。 相对于准静态(0-10Hz)测量，测量在大约50Hz 大约1000Hz频率 范围内的弯曲模式信号减小迟滞效应和/或悬置体的弹簧常数内的非 线性。
在该实施例中，基于电容测量结果测量触摸信号并且基于由弯曲 模式传感器1942检测的面板低频振荡确定面板位移，从而可以实现 误差校正。使用由弯曲模式传感器1942获得的面板移动信息，调整 XT、 YT的触摸位置计算，以补偿由面板1950引起的电容变化。
参照图18和图19A，手指在触摸屏1850的正面上轻拂、在点1860 触碰和轻敲触摸屏1850的中心，都会产生测量线1866。触摸和同时 的对触摸屏1850的猛推也会在点i860导致最初的测量位置点。此时， 增加触摸力，触摸屏1850会移动靠近它被安装在其上的显示器，基
板1965也会向内向它的中心弯曲。这会增大电容C4和C1，可能错误 地导致触摸点沿同一条线1866的一个明显的移位。因此，在一个位 置的轻敲触摸和触摸可能作为一条线被测量。由施加的力导致的该误 差可以通过几种方法中的一种来减小。首先，在施加明显的力之前， 最初的触摸位置可以被测量，随后在触摸力超过了预定的阈值时，测 得的触摸位置上的变化被忽略。其次，从角1834、 1835、 1836、 1837 处的测量结果计算(使用等式4和6)出的触摸位置坐标XT、 YT可能 被第二组位移坐标XD、 YD修改，第二组坐标XD、 YD是从这里描述的
力位置变化计算出来的。
在共有的美国专利申请USSN 11/093,895中描述了多个用于校正
触摸位置确定中的误差的系统和方法。
现在转到图20，图20展示了一种触摸屏系统的一个实施例，该 系统适于实现按照本发明一个实施例的增强的触摸位置确定。图20 中所示的触摸系统2020包括一个触摸面板2022，其以通信方式连接 到控制器2026。控制器2026至少包括电路2025 (例如，前端电路)， 其对触摸面板2022施加信号并测量触摸信号或触摸信号变化和误差 信号或误差信号变化。在更强大的配置中，控制器2026除了前端电 路2025之外还包括微处理器2027。在典型的配置中，触摸面板2022 和主计算机系统2028的显示器2024 —起使用，以提供用户和主计算 机系统2028之间的视觉和触觉互动。
应当理解的是，触摸面板2022可以作为一种与主计算机系统 2028的显示器2024分离、但一起操作的装置被实现。可选地，触摸 面板2022可以作为单一系统的一部分被实现，该系统包括一个显示 装置，比如等离子、LCD或其它类型的适于合并进触摸面板2022的显 示技术。还应当理解的是，在系统中发现了一种限定只包含触摸面板 2022和控制器2026的应用，其在一起可以实现本发明的触摸检测方 法。
在图20图示的配置中，触摸面板2022与主计算机系统2028之 间的通信通过控制器2026实现。需要注意的是， 一个或多个控制器 2026可以以通信方式连接到一个或多个触摸面板2022和主计算机系
统2028。控制器2026典型地被配置以执行固件和软件，其提供对施 加到触摸面板2022上的触摸检测，包括按照本发明原则对触摸面板 的运动进行误差校正。应该理解的是，由控制器2026执行的功能和 例程可选地可以被处理器或主计算机系统2028的控制器实现。
就像这里描述的本发明实施例示出的触摸位置处理方法的结合 可以有利地被用来产生与一个或多个上述参数相关的卓越性能。来自 两种或更多的触摸位置处理方法的信息，例如，可能被结合以增强一 个或多个上述处理参数或其它处理参数。结合多个独立的处理方法的 结果以确定触摸位置的方法提供了对于使用单一处理方法的多种优 势。这里描述的对触摸位置确定的结合方法可能提供任意一个或全部 优势例如，提高触摸位置精度，减小触摸位置计算复杂度，提高触 摸位置确定速度，降低功耗，提高触摸位置灵敏度，增加对噪声的抗 干扰能力和/或增强的Z轴信息。
提出对本发明的多个实施例的上述描述只是为了描述和说明的 目的。并无意详尽地或将本发明限制在公布的精确形式中。在上述说 明的范围内可以进行很多修改和变化。本发明的范围不被该详细描述 限定，而由在此所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种用于触敏装置的方法，包括步骤提供多种触摸定位技术，每一种触摸定位技术均能够独立地在触敏装置的触摸区域内确定一个触摸的位置；以及增强由多种触摸定位技术中的至少一种触摸定位技术进行触摸位置确定，所述增强触摸位置确定的步骤使用了与通过所述多种触摸定位技术中的一种或多种其它触摸定位技术获得的触摸相关的触摸位置信息。
2. 按照权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种触摸定位技术以第一精度确定触摸位置以及所述一种或多种其它触摸定位技 术以第二精度确定触摸位置。
3. 按照权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种触摸定位 技术以第一准确度确定触摸位置以及所述一种或多种其它触摸定位 技术以第二准确度确定触摸位置。
4. 按照权利要求1所述的方法，其中，增强触摸位置确定的步骤包含使用由所述一种或多种其它触摸定位技术获得的触摸信息来 调整由通过至少一种接触位置技术获得的数据。
5. 按照权利要求1所述的方法，其中，所述触摸位置信息包含一个在触碰之前的触摸的预触摸位置。
6. 按照权利要求l所述的方法，其中，所述至少一种触摸定位 技术使用与所述一种或多种其它触摸定位技术不同类型的传感器。
7. 按照权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种触摸定位 技术使用与所述一种或多种其它触摸定位技术不同类型的信号。
8. 按照权利要求l所述的方法，其中，所述至少一种触摸定位 技术使用与所述一种或多种其它触摸定位技术不同类型的算法。
9. 按照权利要求l所述的方法，其中，增强触摸位置确定的步 骤包含使用从所述一种或多种其它触摸定位技术获得的触摸位置信 息来校正与所述至少一种接触位置技术相关的误差。
10. —种触敏装置，其包含.-多个触摸探测器，所述触摸探测器包含至少一个触摸探测器，被配置以在触摸面板上确定触摸的位 置；以及一个或多个其它触摸探测器，被配置以获得触摸位置信息； 以及连接到所述多个触摸探测器的处理电路，该处理电路被配置以 增强由所述至少一个触摸探测器进行的触摸位置确定，增强触摸位置 确定的操作使用了与所述一个或多个其它触摸探测器获得的触摸相 关的触摸位置信息。
11. 按照权利要求IO所述的装置，其中，所述至少一个触摸探 测器被配置以第一精度确定触摸位置，并且所述一个或多个其它触摸 探测器被配置以第二精度确定触摸位置。
12. 按照权利要求IO所述的装置，其中，所述至少一个触摸探 测器被配置以第一准确度确定触摸位置，并且所述一个或多个其它触 摸探测器被配置以第二准确度确定触摸位置。
13. 按照权利要求IO所述的装置，其中，所述处理电路被配置 以使用由所述一个或多个其它触摸探测器获得的触摸位置信息来调 整由所述至少一个触摸探测器获得的数据。
14. 按照权利要求IO所述的装置，其中，所述至少一个触摸探 测器包含第一类型的触摸传感器，并且所述一个或多个其它触摸探测 器包含一种或多种其它类型的触摸传感器。
15. 按照权利要求IO所述的装置，其中，所述至少一个触摸探测器使用第一类型的触摸检测算法，并且所述一个或多个其它触摸探 测器使用一种或多种其它类型的触摸检测算法。
16. 按照权利要求IO所述的装置，其中，所述多个触摸探测器 中的每一个均包含同一类型的触摸传感器，并且所述至少一个触摸探测器使用第一类型的触摸检测算法，并且所述一个或多个其它触摸探 测器使用一种或多种其它类型的触摸检测算法。
17. 按照权利要求IO所述的装置，其中，所述处理电路使用由 所述一个或多个其它触摸探测器获得的触摸位置信息来校正由所述 至少一个触摸探测器进行的触摸位置确定中的误差。
18. 按照权利要求i0所述的装置，其中，由所述一个或多个其 它触摸探测器获得的触摸位置信息包含预触摸位置信息。
19. 一种触敏系统，包含多个触摸探测器，每一个触摸探测器均能够独立地在触摸面板上确定一个触摸的位置；以及用于增强由所述多个触摸探测器中的至少一个在触摸区域内进 行的触摸位置确定的装置，增强触摸位置确定使用了与由所述多个触 摸探测器中的一个或多个其它触摸探测器获得的触摸相关的触摸位置信息o
20. 按照权利要求19所述的系统，还包含用于使用从所述一个 或多个其它触摸探测器获得的触摸位置信息来调整由所述至少一个 触摸探测器获得的信号的装置。
21. 按照权利要求19所述的系统，其中，所述多个触摸探测器的每一个均包含同一类型的传感器。
22. 按照权利要求19所述的系统，其中'所述至少一个触摸探 测器使用与所述一个或多个其它触摸探测器不同类型的触摸确定方 法。
全文摘要
本发明涉及一种触摸位置确定方法，该方法包含多种触摸定位技术。每一种触摸定位技术能够独立地确定在触敏装置触摸区内的触摸位置。使用与通过一种或多种其它触摸定位技术获得的触摸相关的触摸位置信息，可以增强由至少一种触摸定位技术完成的触摸位置确定。一种触摸定位技术可能使用与所述一种或多种其它触摸定位技术不同类型的传感器、信号和/或算法。
文档编号G06F3/041GK101194221SQ200680020682
公开日2008年6月4日 申请日期2006年6月5日 优先权日2005年6月8日
发明者伯纳德·O·吉安 申请人:3M创新有限公司