CN101095100A

CN101095100A - 利用振动波束分散的触摸位置确定方法

Info

Publication number: CN101095100A
Application number: CNA2005800454179A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·J·佩奇曼; 伯纳德·O·吉安; 杰里·B·罗伯茨
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-12-26
Also published as: WO2006071982A2; EP1839114A2; TW200725379A; US20060139339A1; WO2006071982A3

Abstract

用于通过对在与触摸板耦合的多个振动传感器的每一个上的分散振动进行感测来确定触摸板上的一个触摸位置的方法和设备，所述振动是由触摸板上的触摸所引起的。确定在每个振动传感器上感测到的分散振动中的分散量。计算与在每个振动传感器上感测到的分散振动中的分散量相对应的触摸与每个振动传感器间的距离。使用计算出的距离的一些或全部来确定触摸位置。

Description

利用振动波束分散的触摸位置确定方法

技术领域

本发明涉及触摸输入设备。本发明尤其涉及通过使用从触摸面板中的振动得来的信息来测定关于触摸面板上触摸的信息的一种触摸输入设备。

背景技术

电子显示器已被广泛应用于生活的许多方面中。尽管在过去，电子显示器的使用主要限于诸如桌上型电脑和笔记本电脑这样的计算应用，但是随着处理能力变的更加容易可行，这些能力已经被结合到更广泛的应用中。例如，现在我们可以在很广泛的应用中看到电子显示器，仅举几个例子，比如播音机、游戏机、自动导航***、餐馆管理***、杂货商店结帐线、气泵、信息亭和便携式数据夹。

交互式视觉显示器经常包括一些触敏屏的形式。随着下一代便携式多媒体设备的出现，将触敏面板与视觉显示器集成正在被越来越普遍的使用。一种称作表面声波(SAW)的触摸检测技术使用在玻璃屏幕表面进行传播的高频波。由于手指接触玻璃屏幕表面而造成的波的衰减被用来检测触摸位置。SAW使用一种“飞行时间”技术，该技术中使用到达检波传感器的干扰时间来检测触摸位置。当介质以非分散方式运行时，这种方式是可以实现的，这样波速在相关频率范围内不会显著地变化。

发明内容

本发明提出了用于根据由触摸引起的在触敏板上传播的振动的分散来确定触敏板上的触摸位置与一个或多个传感器间的距离的方法和设备。本发明还提出了用于根据对触敏板的触摸引起的感应振动的分散来确定触敏板上的触摸位置的方法和设备。

根据本发明的一个实施例，一种确定触摸板上触摸位置的方法包括在多个与触摸板连接的振动传感器的每一个上感测分散振动，这些振动是由触摸板上的触摸引起的。在每个振动传感器上感测到的分散振动中的分散量被确定出来。此方法进一步包括对应于在每个振动传感器上所感测到的分散振动中的分散量来计算触摸与每个振动传感器间的距离。

在一种方法中，即计算触摸与每个振动传感器间的距离包括使在每个振动传感器处的分散量与代表触摸与每个振动传感器间有多远的距离相关联。确定触摸位置可以包括使用所有或部分计算出的距离来确定触摸位置。

感测分散振动可以包括在每个振动传感器所感测到的分散振动中感测预定内容，并且可以根据该预定内容来确定分散振动中的分散量。根据一种方法，感测分散振动包括用来感测与多个频率的每一个相关联的分散振动中的内容，并且根据与每个频率相关联的内容来确定分散振动中的分散量。根据另一种方法，感测分散振动用来感测与多个频带的每一个相关联的分散振动中的内容，并且根据与每个频带相关联的内容来确定分散振动中的分散量。在又一种方法中，感测分散振动用来感测在具有预定频率和幅度特性的分散振动中的内容，并根据该预定频率和幅度特性来确定分散振动中的分散量。

优选的是，在每个振动传感器感测到的分散振动包括由触摸板上的触摸所引起的振动的首次到达能量。确定触摸位置可以包括对使用所有或部分计算的距离而算出的圆弧的交叉点进行确定。

根据另一个实施例，一种触摸感测设备包括：一个触摸面板和与此触摸面板连接的多个传感器。配置所述传感器来感测在触摸面板上的分散振动，并响应于感测到的分散振动来产生一个感测信号。一个控制器与传感器连接并被配置为根据在由每个传感器产生的感测信号中出现的分散量来计算触摸面板上的触摸与每个传感器间的距离。此控制器也可被配置为使用至少一些计算出的距离来确定触摸面板上触摸的位置。本发明的一种触摸感测设备可以实现一个或多个上面或下面描述的处理过程，以计算出触摸与触摸传感器间的距离，并且来确定触摸面板上的触摸位置。

本发明的以上总结并不意在描述本发明的每一个公开的实施例或每一个实施。附图和以下的详细描述将以实例来更具体的解释这些实施例。

附图说明

结合附图并考虑接下来对本发明多种实施例进行的详细描述可以更完整地了解本发明。

图1示出了一种触敏设备，其结合有根据本发明的实施例使用检测到的弯曲波振动的分散来检测弯曲波振动并确定触摸位置的特点和功能；

图2是叙述了根据本发明的一个实施例直接利用振动波束分散来确定触摸位置的方法的流程图；

图3是叙述了根据本发明的另一个实施例直接利用振动波束分散来确定触摸位置的方法的流程图；

图4示出了根据本发明原理的实例说明，由触敏设备的传感器接收到的最小程度分散的声音信号能量的简易波形图，E(t)；

图5示出了根据本发明原理的实例说明，由触敏设备的传感器接收到的大大分散的声音信号能量的简易波形图，E(t)；

图6示出了一种可以实施本发明原理的触摸面板；

图7A是在手指触摸到图6所指示的LLT点后在图6中示出的四个传感器接收到的能量的图形表示；

图7B是在用输入笔触摸到图6所指示的LLT点后同样四个传感器接收到的能量的图形表示；

图8A-8D是摄谱仪图，叙述了根据图7A和7B中用图形表示的使用手指触摸图6中LLT点引起的触摸数据所计算出的数据；

图9A到9D为摄谱仪图，叙述了根据图7A和7B中用图形表示的使用硬输入笔触摸图6中LLT点引起的触摸数据所计算出的数据；

图10是代表经过图8B中6KHz频带的竖直条分的图解数据。

图11是代表经过图8B中24KHz频带的竖直条分的图解数据。

虽然本发明服从于多种修正和可变形式，但其细节已经通过附图的方式展示出来，并且将在下面具体描述。然而，我们应该理解，本发明不限于所描述的特别实施例的发明。相反，本发明包含本发明范围和实质内的所有修正、等价物以及可选方案。

具体实施方式

在下面对示例性实施例的描述中，对形成说明书一部分的附图进行参考(发明可以采取不同的形式来表达)。可以这样来理解：在不脱离该发明的前提下，可以利用和变化多种形式来表达。

这个发明是关于触发式的用户交互设备，其感测通过触摸基片传播的振动，该基片用多个触摸传感器进行感测。具体来说，这个发明涉及一种触摸感测设备，其采用了配置来感测通过触摸基片传播的弯曲波振动的传感器。本发明的***和方法是采用振动波束分散的现象来确定对一个触摸基片的触摸位置来实现的。本发明的触摸位置确定方法使用了振动波束分散本身来进行距离测量，根据该距离测量可计算触摸位置。

下面我们将更加详细的描述其各种功能和特点。本发明所实现的触摸感测设备可能会结合这里所描述的一项或多项特点、结构、方法或其组合。也就是说，这种设备或方法不需要包括这里描述的所有功能和特点，但可能会实现为包括选择性的特点及功能来以组合方式提供有用的结构和/或功能。

术语“弯曲波振动”是指例如由接触而导致的激励，该接触对一个能够支持弯曲波振动的物体给予一定的脱离平面位移。很多材料能够弯曲，一些是具有完全平方根分散关系的纯弯曲，一些是纯弯曲和剪切弯曲的混合体。分散关系描述了弯曲波的平面速率与弯曲波的频率的相关性。

在包括了压电式传感器的振动感测触摸输入设备中，例如，在触摸面板的平面中传播的振动压动了压电式传感器，引起了传感器两端的可检测电压降。接收到的信号可以是由直接触摸输入的敲击或描画(摩擦)能量的输入而直接导致的振动所产生的，也可以是由影响已有振动的触摸输入，例如，振动的衰减而产生的。接收到的信号也可以是由一个无意识的触摸输入造成的，例如由用户对触摸输入设备的操作或误操作，或由触摸输入设备范围外的但被该设备所感测的外部触发源所造成的触摸输入造成的。

当传输介质为分散介质时，由多个频率组成的振动波束在其传输过程中将变的散开并衰减，使得信号分析变的困难。由此，我们假设将接收到的信号进行变换以使他们能像在非分散介质中传播那样被分析。用于引导振动波束分散以及产生对该分散进行校准的代表信号的示例技术在国际公开WO2003/005292和WO01/48684中进行了公开。

根据一项关于校准振动波束分散的方法，例如，用一个安装在能够支持弯曲波的结构上的第一传感器来测量第一被测弯曲波信号。第二传感器被安装在该结构上来测量第二被测弯曲波信号。第二被测弯曲波信号与第一被测量弯曲波信号同时被测量。两个被测弯曲波信号的分散校准函数将被计算，该函数可以是分散校准相关函数、分散校准卷积函数、分散校准相干函数或其他的等相位函数。通过应用这些分散校准函数来处理这些被测弯曲波信号以计算与接触相关的信息。关于这个方法的详情在国际公开WO2003/005292和WO01/48684中进行了公开。

这样的技术用来对振动波束分散现象进行校准。与之完全相反的是，本发明中的技术正是采用这种现象来进行触摸位置确定。

现在转到图1，这里图释了触敏设备100的结构，该触敏设备100结合了用于检测弯曲波振动和使用所检测的弯曲波振动来确定触摸位置的特点与功能。根据本实施例，触敏设备100包括一个触摸基片120和连接到触摸基片120上表面的振动传感器130。在该图释示例中，触摸基片120的上表面定义了一个触敏表面。虽然传感器130示为与触摸基片120的上表面连接，但是可选的是传感器130也可以连接到触摸基片120的下表面。在另一实施例中，一个或多个传感器130可以被连接到触摸基片120的上表面，而一个或多个传感器130可以被连接到触摸基片120的下表面。振动传感器130A-130D可以通过任何合适的方法被连接到触摸基片120，例如使用粘合剂、焊料或其它合适的材料，只要该机械连接强度对于在触摸面中传播并能被振动传感器检测到的振动来说足够。示例振动传感器和振动传感器的设计安排在联合受让美国专利申请USSN10/440,650和USSN10/739,471中进行了公开。

触摸基片120可以是任何能够支持感兴趣的振动(例如弯曲波振动)的基片。示例基片120包括诸如丙烯酸或聚碳酸酯之类的塑料、玻璃或其它合适的材料。触摸基片120可以是透明或不透明的，并可以选择性地包括或结合其它层或支持其它附加功能。例如，触摸基片120可以提供抗划伤功能、抗污染功能、减少强光功能、抗反射功能、用于方向性或密闭性的光控制功能、滤光功能、偏振功能、光补偿功能、摩擦结构化功能、着色功能、图形图像功能等等。

通常来说，触敏设备100包括至少三个传感器130来在两维中确定触摸输入的位置，并且在某些实施例中期望是四个传感器130(在图1里示为传感器130A、130B、130C、和130D)，如在国际公开WO2003/005292和WO0148684和联合受让美国专利申请2001/0006006(2000年12月26日提交的，美国序列号为09/746,405)中有所阐述的。

在本发明中，传感器130优选的是能够对指示了对触摸基片120的触摸输入的振动进行感测的压电式传感器。可用的压电式传感器包括单压电晶片式压电传感器和双压电晶片式压电传感器两种。压电式传感器具有以下几大优点，例如包括：好的灵敏度，相对较低的成本，足够牢固，潜在的小波形因数，足够稳定，以及响应线性强。其它可以在振动感测触敏设备100中采用的传感器包括：电致伸缩性感应器，磁致伸缩性感应器，压阻式感应器，声学式感应器，以及移动线圈能量转换器/设备等等。

在一个实施例中，所有的传感器130被配置用来感测触摸基片120中的振动。在另一实施例中，一个或多个传感器130可以被用作发送装置，从而来发送能够被其他传感器130感测到将用作参考信号的信号，或者来产生能在触摸输入下被改变的振动，由传感器130感测到的改变的振动用来确定触摸的位置。电动换能器可以被用来作为合适的发送装置。而且，一个或多个传感器130可以被配置来作为一个双功能的感测-激励换能器，例如在国际公开WO2003/005292和WO 01/48684以及联合受让美国专利申请10/750,502所公开的。

采用触敏设备100的很多应用还使用了电子显示器来通过触敏设备100显示信息。因为电子显示器通常为矩形的，因而典型并方便的是采用矩形的触敏设备100。同样，固定了传感器130的触摸基片120的形状也通常为矩形，可以理解其它几何形状也是可以的。

根据一种配置，传感器130A、130B、130C、130D优选地被安置在触摸基片120的拐角处附近。这是因为很多应用要求通过触敏设备100而看到显示，因而期望将传感器130A-D安装到触摸基片120的拐角处附近以便它们不会侵占可视显示区域。将传感器130A-D安装到触摸基片120的拐角处附近还可以降低来自平板边缘的反射的影响。

由触敏设备100所感测到的接触可以是输入笔形式的接触，其可以是手持笔的形式。输入笔在触摸基片120上的移动会产生一个连续信号，该信号受输入笔在触摸基片120上的位置、压力和速度的影响。这个输入笔可以安装一个例如橡胶质的软尖头，它可以通过在触摸基片120上施加的一个变化的力来在触摸基片120中产生弯曲波。这个变化的力可以由紧贴到或滑过触摸基片120的表面的尖头来产生。可选的是，可以是手指触摸的形式进行接触来在触摸基片120上产生弯曲波，该弯曲波可以被主动/被动感测所检测到。这些弯曲波可具有超音波频率范围(＞20KHZ)的频率分量。

如图1所示的触敏设备100与控制器150可通信地连接。传感器130A-D通过导线140A-D或一个显影在触摸基片120上的印刷电路图案来与控制器150电连接。控制器150通常包括将信号施加到传感器130的前端电路并且测量信号或信号变化。在其它设计中，控制器150除了包括前端电路以外还可以包括一个微处理器。

在一个典型的设计中，触敏设备100与一主计算机***(未在图中显示)的显示器结合使用，以在用户和主计算机***之间提供一个视觉和触觉的交互平台。这个主计算机***包括一个通信接口，如一个网络接口，用来在一个结合了触敏设备100的触摸面板***与一个远端控制***间进行通信。触摸面板***的各种例如诊断、校准和定期维护可以通过触摸面板***与远端控制***之间的通信来实现。

现在转到图2，该图显示了根据本发明一个实施例直接利用振动波束分散来确定触摸位置的方法。假设在该图显示的实施例中，提供多个传感器来感测在触敏基片传播的弯曲波振动。如图2所示，在每个传感器上感测由对触敏基片的触摸引起的分散振动202。在每个传感器上确定与感测到的分散振动相关的分散量204。使用在每个传感器上确定的分散量来计算每个传感器与触摸事件之间的距离206。使用计算得到的距离来确定触摸位置208。

图3图示了根据本发明的另一实施例直接采用振动波束分散来确定触摸位置的方法。与上面的例子类似，假设在图示的实施例中，提供多个传感器来感测在触敏基片中传播的弯曲波振动。如图3所示，在每个传感器上感测由对触敏基片的触摸引起的分散振动波束302。在每个传感器上检测包含了一个或多个指定频率的波束的内容304。在每个传感器上计算与一个或多个指定频率相关的波束内容到达的相对时间延迟306。使用该相对时间延迟来计算每个传感器与触摸事件间的距离308。随后使用计算得到的距离来确定触摸位置310。

正如我们上面讨论的那样，测量触摸板中分散振动波的已知***，如那些使用从触摸点到多个传感器的声波的飞行时间测量的***，还对接收到的波的分散进行校正。与此相反，本发明的***可实现为只采用波分散中的差来计算波传播的时间和距离从而确定触摸位置。

现在参考图4，示出由触敏设备(如图1中的设备100)的一个传感器接收到的作为一次轻拍触摸结果的最小程度分散的声音信号能量的简化波形E(t)。给定一个脉冲状触摸信号，传感器几乎同时接收到所有频率。当触摸点非常靠近传感器时可以接收到该波形。图5示出了由触敏设备(如图1中的设备100)的一个传感器接收到的作为一次脉冲状触摸的结果的广泛分散的声音信号能量的简化波形E(t)。当触摸点与传感器有一定距离时可以接收到该波形。需要注意的是，根据触摸面板的分散特性，先收到高频率，接下来是低频率和更低频率。

面板中如反对称兰姆波之类的弯曲波振动的速率与频率的平方根成比例，如下等式1所示。不同频率的波随着在面板中传输的时间和距离而分散。

v = \sqrt{k \cdot T \cdot f}

等式1

其中，v＝波速(英寸/秒)，f＝频率(Hz)，k＝常量(单位为：英寸/秒)---是所使用平板每单位面积抗弯刚度与质量的函数，T＝平板厚度(英寸)。对于如在图示示例中使用的一个钠钙玻璃平板，k＝3.783*10⁵，并给出厚度为2.14mm＝0.084英寸，(k*T)＝3.1891*10⁴。

例一

在本例图示中，假定在一个触敏设备(如图1或图6中的设备100)上施加一个触摸输入，并且兰姆波从触摸点开始发射。出现在该信号中的所选频率(或频率的窄频带)的到达时间可以被检测到。可以利用同步解调来处理在每个传感器上所接收到的信号，或者可利用模拟滤波器、或优选的数字滤波来选择频率。虽然两个频率足以满足测量分散时间的需要，可以测量多个频率来保证最少两个频率的足够的信号数量。

通过举例，如果选择了具有足够幅度的两个频率(例如6KHz和24KHz)，则能够确定在第一换能器这两个频率每个的能量接收之间的时间差Δt。类似地，在其余每个换能器同样两个频率的能量接收之间的时间差也能够被确定。到达时间差根据以上等式1中的分散关系与触摸点到各个换能器间的距离成比例。根据这一信息，可以画出几条圆弧，并且使用已知的三角测量方法，两条、三条或四条圆弧的交叉点表示了触摸发生的位置。

表1

频率距离(英寸)速度 1 11.84 14.63 18.78 19.78

KHz 英寸/毫秒 LLS ULS LRS URS MAX

6 13.8 0.07 0.09 1.06 1.36 143

9 16.9 0.06 0.74 0.86 1.11 1.17

12 19.6 0.05 0.64 0.75 0.96 1.01

15 21.9 0.05 0.57 0.67 0.86 0.91

18 24.0 0.04 0.52 0.61 0.78 0.82

21 27.7 0.04 0.48 0.57 0.73 0.77

24 27.7 0.04 0.45 0.53 0.68 0.72

27 29.3 0.03 0.42 0.50 0.64 0.67

30 30.9 0.03 0.40 0.47 0.61 0.64

36 33.9 0.03 0.37 0.43 0.55 0.58

40 35.7 0.03 0.35 0.41 0.53 0.56

图6示出了可以实践本发明原理的一种类型的触摸面板100。在四个角处的四个传感器LLS、ULS、LRS和URS用来测量从触摸点到达的兰姆波。被标记为ULT、URT、CtrT等的触摸点指示了这里所示的被触摸以产生测试数据的点。通过用手指也可以用硬塑料输入笔来触摸所有的指示点来获得测试数据。这里将使用来自点LLT的数据作为示例。

图7A是在手指触摸到图6所指示的点LLT后在图6中示出的四个传感器LLS、ULS、LRS、和URS接收到的能量的图形表示。图7B是在输入笔触摸到图6所指示的点LLT后由相同四个传感器收到的能量的图形表示。从LLT触摸点到传感器LLS、ULS、LRS和URS的距离分别为1、11.84、14.63和18.78英寸。

图8A-8D和图9A-9D中的摄谱仪10到13和15到18中的数据分别由图7A和7B所示的通过触摸图6所指示的点LLT而引起的触摸数据来计算得出。图8A-8D的摄谱仪10到13示出了使用手指触摸分别由传感器LLS、ULS、LRS和URS接收到的数据。对于图9A-9D中的摄谱仪15到18的数据是使用一个硬塑料输入笔触摸图6所指示的点LLT得到的。

参考图8A-8D和图9A-9D，线60到63和65到68是来自以上表1中由等式1计算得到的值的曲线图，表示了从图6的触摸面板100上的任何可能的触摸点接收主要能量(没有反射的能量)的最大限度。在超出由线60到63所指示的限制时测量到的能量不被用于对触摸点的计算。图8A-8D和图9A-9D中的虚线20到23和25到28分别通过连接在由线60到63和65到68所指示的时间限制内摄谱仪上的最大测量能量的点而产生。

接着参考图6和8A-9D，传感器LLS在四个传感器中首先接收能量，其是在由图8A的摄谱仪10中的线50所表示的时间0.52ms＝t₀时进行能量接收的。接着，在图8B中的线51所示的时间，第一能量到达传感器ULS。图8C和图8D中的线52和53则分别表示了第一能量到达传感器LRS和URS。从图8A-9D的摄谱仪中可以看出，如线50到53和55到58所示，第一能量在较高频率到达。而在较低频率，例如6KHz，能量可以在摄谱仪10到13和15到18中由图8A-8D的线40到43以及图9A-9D的线45到48所指示的时间到达。

24KHz(即较高频率)与6KHz(即较低频率)能量到达的时间差在图8A-8D和图9A-9D中被用曲线图表示为间隔30到33和35到38。每个传感器LLS、ULS、LRS和URS到触摸点(例如LLT)之间的距离可以由间隔30到33和35到38来计算得到。

对于感兴趣的频率和速率V的每一个都可以通过上面的等式1计算得到，随后到触摸点的距离差可以使用以下等式得到：

距离＝(t₂-t₁)*(v₁*v₂)/(v₁-v₂) 等式2

其中v_n＝所选频率处的速度并且t_n＝在所选频率处能量的到达时间。

图10和11示出了用于产生图8A-9D的摄谱图的典型数据。图10显示的是通过图8B的6KHz频带的竖直条分。图11显示的是通过图8B的24KHz频带的竖直条分。图8A-11中所使用的测量方法包括应用了设置为32个采样以及汉宁形状(Hanning Shape)的窗口的快速傅立叶变换(FFT)。对于这些例子，对每个传感器都使用512个点的数据集，但在所使用的20英寸的触摸面板示例中，全部事件都发生在96KHz采样***的128个周期内。而且，不必对很多频率生成FFT bins(相关性)。在使用示例中，如图8A-9D可以看出，使用了6KHz、9KHz、12KHz、15KHz、18KHz、21KHz和24KHz的频率。尽管只需要两个频率，但实际情况是两个所选频率的能量并非总是足够保证测量的适当信噪比。

在每个传感器所接收到的信号的能量E(t)可以由下面的等式来表示：

E(t)＝S(t)*F(t) 等式3

其中，S(t)为源信号，典型的是手指或输入笔在面板上的触摸；F(t)为面板、接收器传感器和测量***的传递函数。理想的是，S(t)为一个脉冲，但实际上它是在手指最初触摸在面板的时间段内产生多个频率的能量的复杂函数。

一个非脉冲源信号S(t)可能会在产生一个分散的初始信号的时间内在不同的频率上贡献能量，所述分散的初始信号如等式1所述被面板的传递函数来附加地分散。基于传递函数F(t)的分散被用来确定触摸点的距离，并且这必须决定于分散信号的存在。

在不同的应用里，增加测量***的信噪比是我们所希望的。用来改善信噪比的一个考虑包括在执行信号分析之前获知触敏板大小。这种获知可以保证允许触摸事件的时间窗口被限定在已知距离内的波的最大传播时间内。例如，对于一个对角线测量为20英寸的平面来说，大约4KHz的最慢波将在大约2.25ms(由公式1算出)内在整个对角线距离内传播，所以在这个时间之后接收到的数据对于计算主波阵面(没有反射的波阵面)的分散是没有用处的。板的尺寸在触摸面板安装期间可以被设定为常数，或者可以在正常使用之前采用交互式安装过程来由测量的方法导出。

触摸位置确定的准确性可以通过使用相符的并舍弃了猜想的测量的触摸位置测量方法来改进。举例来说，与触摸板每个角的触摸距离是与其它角的已知距离相关的，也就是说，这四个触摸信号必须解算出一个共同的点。用传感器进行四次测量，采用已知的三角测量法使用能够提供最接近结果的两个或三个测量来计算触摸点。通过进一步距离，通过对到达每个传感器的第一能量的到达时间的一个简单测量来得到一个粗略的触摸位置。这典型地产生了对触摸位置在+/-10％以内的估计，这可以被用来为接下来的计算选择数据。

例二：

根据其它实施例，到达每个传感器的触摸能量可以滤波到一个高频带和一个低频带。分散使在两个频带看到的波束到达该传感器的时间发生偏移。在不同的实现中，代表高频和低频的两个导出信号可以由一定数量的如方形滤波器、高斯滤波器、同步滤波器等不同通带形线性滤波器形成。这些通带可能会有一些重叠或被一极不典型的中间频率的间隙分离。

具有很大边界区域(即，延迟的反应时间)或者具有极好边缘吸收的触敏面板可以采取以下程序。对每个传感器来说，对在波束振幅的重要的时域区间上使高频导出信号成方形，然后确定这个功率-时间曲线的矩心来作为高频波束的到达时间。以类似的方法，来判断低频波束的到达时间。利用到达时间差、所采用的高频和低频滤波器的中心频率、以及介质的分散关系来确定到每个传感器的触摸事件的距离。利用下面的图示例子的方法，使用一组计算到的传感器到事件的距离来确定一个触摸位置以及一个误差估计。如果误差估计足够小则给出位置估计值。

例三：

一些触敏面板能够产生大的边缘反射，这些边缘反射能够以与直接路径信号相比较小的时间延迟到达传感器。这种触敏面板可以受益于对高频和低频波束的上升沿到达进行定时，而非去寻找它们的矩心。这可以通过以下程序来获得：

A.触摸分析

1.将工作到达门限值设置到一个预期的倍数，如代表更早到达每个传感器的幅度的0.1倍。早期到达信号可以被作为第一个超出静止之上的上升之后的延续预定间隔(如0.1ms)的一部分。典型早期到达的幅度可以被作为平均早期到达功率的平方根。

2.调整相关的高频和低频到达门限值使误差估计最小化：

a.对于每个传感器信号而言，从高频和低频第一次超过相关的到达门限值的时刻提取到达时间。获得针对每个感测信号高频和低频之间的到达时间差。

b.从这些到达时间差来进行位置和误差估计的计算。

c.当调整一个我们称之为P1的并可能具有单一的起始值的优化参数时，由高频工作值的P1倍得到一高频的到达时间门限值的临时组，并由低频工作值的1/P1倍得到一低频的到达时间门限值的临时组。根据需要重复2a和2b来确定产生最少误差估计值的P1的值。将相关的临时门限值作为工作门限值。

3.衡量到达时间差来使误差估计最小化。

b.使用一个我们可称之为P2的并可能具有单一的起始值的优化参数，由这些到达时间差的P2倍来计算位置及误差估计。

c.当调整P2时，根据需要重复步骤3a和3b来确定产生最少误差估计值的P2的值。

d.如果误差估计值低于预计值，那么就把位置估计报告为触摸位置。

B.触摸位置确定

为了确定一个位置估计和误差估计，接下来可以进行下面的程序：

1.对于每一对沿屏幕***相邻的传感器：

a.如果两个传感器到事件间距离的总和比传感器到传感器间的距离大，那么就在距每个传感器特定距离的屏幕上的点处形成一个试验点。

b.如果两个传感器到事件间距离的总和小于传感器到传感器间的距离，那么就在沿传感器间的线上的点处形成一个试验点，使得该点到正被讨论的传感器的距离与该特定距离具有相同的比例。

2.在试验点的平均值处形成一个位置估计。

3.形成一个等于从位置估计到试验点距离的平方总和的误差估计。

在某些情形时，通过使用以下改变来确定到达波束的首个门限值交叉点或触发时间可能是很有利的：

1.提取出代表信号幅度(可选，信号幅度的平方)的绝对值的局部最大值的采样点。收集这些用于波束的初期上升部分。

2.通过一个最小平方拟合来获取对于这些点的一个平滑近似曲线。该拟合可以使用例如一种低阶多项式，如从零幅度的二次切向分离、或从零幅度渐进分离的指数上升。可以选择这种拟合上的形态和参数约束来反应期望的波束形态的在先知识。

3.确定门限值交叉时间来作为平滑拟合曲线与给定门限值第一次交叉的时间。

从以上讨论可看出，我们可以通过采用对在触敏面板上的触摸所引起的分散振动波束的不同频率的到达时间进行分离来确定触摸位置。任意两个频率或频带的到达之间的时间间隔都能够通过上面描述的非限制性的示例技术来被确定。综上所述，分散振动波束的不同频率或频带都能够通过数字或模拟滤波器来分离，而且每个特定频率或频带的到达时间也可以被分别确定。

根据另一种方法，感测到的由一个触摸事件引起的分散振动波束能够与具有所需的一个或多个频率的基线波形进行交叉关联。这种交叉关联处理揭示了感测到的分散振动波束中特殊频率的开始或到达。由于我们已经知道了两个频率的速率，所以我们就可以根据分离时间来确定触摸事件的距离。美国专利No.5,635,643描述了适用于本发明的方法和设备这种技术和其他技术的额外详情。

本发明不应该被认为仅仅限制于上面描述的个别事例，而是应该被认为包含如本发明附加权利要求中清楚说明的所有方面。对本领域技术人员来说在本说明书的指导下可以容易地作出各种修改、等同处理以及应用了本发明的多种结构。

Claims

1.一种方法，其用来确定触敏设备上的触摸位置，所述触敏设备具有一个触摸板和多个被配置来感测在所述触摸板中传播的振动的振动传感器，该方法包括：

在每个所述振动传感器上感测分散振动，所述振动是由所述触摸板上的触摸引起的；

确定在每个所述振动传感器上感测到的分散振动中的分散量；

对应于在每个所述振动传感器上感测到的分散振动中的分散量来计算触摸与每个振动传感器间的距离；以及

至少使用一些计算出的距离来确定所述触摸位置。

2.根据权利要求1的方法，其中计算触摸与每个传感器间的距离的步骤包括：使在每个振动传感器的分散量与表示触摸到每个振动传感器有多远的距离相关联。

3.根据权利要求1的方法，其中确定触摸位置的步骤包括：使用全部计算出的距离来确定触摸位置。

4.根据权利要求1的方法，其中感测分散振动的步骤包括：感测在每个振动传感器上感测的分散振动中的预定内容，并且根据这些预定内容来确定所述分散振动中的分散量。

5.根据权利要求1的方法，其中感测分散振动的步骤包括：感测与多个频率的每一个相关联的分散振动中的内容，并且根据所述与多个频率的每一个相关联的内容来确定所述分散振动中的分散量。

6.根据权利要求1的方法，其中感测分散振动的步骤包括：感测与多个频带的每一个相关联的分散振动中的内容，并且根据与所述多个频带的每一个相关联的内容来确定所述分散振动中的分散量。

7.根据权利要求1的方法，其中感测分散振动的步骤包括：感测具有预定频率和幅度特性的分散振动中的内容，并且根据所述预定频率和幅度特性来确定所述分散振动中的分散量。

8.根据权利要求1的方法，其中在每个振动传感器上所感测到的分散振动包括由触摸板上的触摸引起的振动的第一到达能量。

9.根据权利要求1的方法，其中确定触摸位置的步骤包括：至少使用一些所述计算出的距离来确定计算出的圆弧的交叉点。

10.根据权利要求1的方法，其中确定触摸位置的步骤包括：使用非全部计算出的距离来确定触摸位置。

11.一种触摸感测设备，包括：

一个触摸面板；

多个传感器，其与所述触摸面板耦合，所述多个传感器被配置来感测在所述触摸面板中的分散振动并响应于所述感测到的分散振动来产生一个感测信号；

一个控制器，其与所述多个传感器耦合，并被配置来根据由每个传感器产生的感测信号中存在的分散量来计算触摸面板上的触摸与每个所述传感器间的距离，所述控制器被配置来至少使用一些所述计算出的距离来确定触摸面板上的触摸位置。

12.根据权利要求11的设备，其中所述控制器使用全部计算出的距离来确定触摸位置。

13.根据权利要求11的设备，其中所述控制器根据所述感测信号中的预定内容来确定所述感测信号中存在的分散量。

14.根据权利要求11的设备，其中所述控制器根据与多个频率的每一个相关的感测信号中的内容来确定所述感测信号中存在的分散量。

15.根据权利要求11的设备，其中所述控制器根据与多个频带的每一个相关的感测信号中的内容来确定所述感测信号中存在的分散量。

16.根据权利要求11的设备，其中所述控制器根据所述感测信号的预定频率和幅度特性来确定所述感应信号中存在的分散量。

17.根据权利要求11的设备，其中所述控制器通过至少使用一些所述计算出的距离而确定计算出的圆弧的交叉点来确定触摸位置。

18.根据权利要求11的设备，其中所述控制器使用非全部计算出的距离来确定触摸位置。

19.一种设备，用来确定触敏板上的触摸位置，所述设备包括：

用于感测分散振动的装置，所述分散振动是由在触敏板的多个位置的每一个上的触摸板上的触摸所引起的；

用于确定在每个触敏板位置上感测到的分散振动中的分散量的装置；

用于根据在每个触敏板位置上所感测到的分散振动中的分散量来计算触摸与每个触敏板位置间的距离的装置；

用于至少使用一些计算出的距离来确定触摸位置的装置。

20.根据权利要求19的设备，其中所述用于确定分散量的装置包括：用于根据在每个触敏板位置上所感测到的分散振动的预定频率和幅度特性二者之一或全部来确定分散量的装置。