CN101171566A - 使用弯曲模式传感器和多种检测技术的触摸位置判定 - Google Patents

使用弯曲模式传感器和多种检测技术的触摸位置判定 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种触摸感测***，和使用弯曲模式传感器和多种不同的触摸位置检测技术来生成触摸位置信息。将多个弯曲模式传感器耦接至触摸敏感表面。提供多种不同的触摸位置检测技术，其中的至少一种检测技术对由弯曲模式传感器所生成的信号加以利用。通过使用这些不同的触摸位置检测技术来得出触摸位置信息。触摸位置信息可以包含触摸敏感表面上的触摸位置。

Description

使用弯曲模式传感器和多种检测技术的触摸位置判定
技术领域
本发明涉及一种触摸敏感设备，尤其涉及使用多种触摸位置检测技术的方法和***，其中至少一种所述技术使用由弯曲模式传感器生成的信号。
背景技术
触摸敏感设备为计算机或者其它数据处理设备提供简单直观的接口。用户可以通过触摸图标或者通过在触摸敏感面板书写或者描划来传递信息，而无需使用键盘输入数据。触摸面板用于各种信息处理应用。交互式视频显示通常包括某种形式的触摸敏感面板。带有可视显示器的集成触摸敏感面板正随着下一代便携式多媒体设备比如移动电话、个人数字助理(PDA)、和手持或膝上计算机的出现而变得常见。如今常能在譬如柜员机、游戏机、自动导航***、酒店管理***、杂货店结帐线、气泵、信息亭、以及手持数据管理器等各种应用中见到电子显示器。
有很多种方法被用来判定触摸敏感面板上的触摸位置。例如可以通过使用多个耦接至触摸面板的力传感器来判定触摸位置。力传感器生成响应于触摸而变化的电信号。由力传感器生成的信号的相对量值可以用来判定触摸位置。
电容性触摸定位技术包含对由于在触摸面板上的触摸所产生的电容耦接而导致的电流变化的感测。对触摸面板的几个位置例如触摸屏的每个角施加小的电压。在触摸屏上的触摸会耦接入一个电容，该电容改变从每个角流出的电流。电容性触摸***对电流进行测量并根据电流的相对量值来判定触摸位置。
电阻性触摸面板是典型的多层设备，其具有被隔离物分离的柔性顶层和刚性底层。导电材料或导电阵列布置在顶层和底层的相对的表面上。触摸使得顶层弯曲，从而导致相对的导电表面接触。该***根据接触所导致的触摸面板电阻变化来判定触摸位置。
可以依靠光信号或声音信号来进行触摸位置判定。用于触摸面板的红外技术通常使用专门的聚光圈沿着水平和垂直轴发射红外光束。传感器对阻断红外光束的触摸进行检测。
表面声波(SAW)触摸定位处理使用在玻璃屏表面传播的高频波。由手指触摸玻璃屏表面所导致的声波衰减被用来检测触摸位置。SAW通常采用一种“行程时间”技术，其中到达接收传感器的扰动时间被用来检测触摸位置。当在介质具有非频散性质、声波速度在所关心的频率范围内不会有明显变化时，此方法可行。
弯曲波触摸技术感测由触摸敏感基板的整块材料上的触摸所产生的振动。这些振动成为弯曲波，其可以使用通常布置在基板边缘的传感器检测到。对这些传感器所产生的信号进行分析来判定触摸位置。
发明内容
本发明涉及一种触摸感测***以及一种使用弯曲模式传感器和多种不同的触摸位置检测技术来生成触摸位置信息的方法。根据一个实施例，该方法包含提供多个耦接至触摸敏感表面的弯曲模式传感器。提供了多种不同的触摸位置检测技术，其中至少一种触摸位置检测技术使用由弯曲模式传感器生成的信号。该方法还包括使用不同的触摸位置检测技术来得出触摸位置信息。该触摸位置信息可以包括例如触摸敏感表面上的触摸位置。
在一种方案中，第一触摸位置检测技术提供与触摸位置判定相关联的第一精度，第二触摸位置检测技术提供与触摸位置判定相关联的第二精度。在另一种方案中，得出触摸位置信息的方法包含使用与第一触摸位置检测技术相关联的触摸位置信息来优化通过第二触摸位置检测技术进行的触摸位置判定。通常，至少某些不同的触摸位置检测技术能够独立地检测触摸位置。
根据另一种方案，第一触摸位置检测技术判定触摸位置相对于触摸敏感表面的x和y坐标。第二触摸位置检测技术判定相对于触摸敏感表面的z坐标。
在另一种方案中，至少一种触摸位置检测技术提供了对由至少一个弯曲模式传感器所生成的信号的频散校正。在另一种方案中，得出触摸位置信息的方法包含使用至少一种触摸位置检测技术来判定触摸敏感表面的位移。得出触摸位置信息的方法可以包含使用至少一种触摸位置检测技术来判定由触摸敏感表面上的触摸所产生的弯曲波的行程时间。得出触摸位置信息的方法还可以包含对由至少一个弯曲模式传感器所生成的信号的频散进行校正。得出触摸位置信息的方法还可以包含：使用第一触摸检测技术来确认在触摸敏感表面上的触摸，并且使用第二触摸检测技术来判定在触摸敏感表面上的触摸位置。
根据另一个实施例，一种触摸敏感设备包括多个触摸传感器，这些触摸传感器被配置来检测触摸敏感表面由于对其的触摸而导致的弯曲。该设备还包括处理电路，其被配置来实现多种不同的触摸位置检测技术。实现这些触摸位置检测技术来使用由触摸传感器生成的信号通过这些不同的触摸位置检测技术来得出触摸位置信息。
在一种方案中，至少一个触摸传感器对第一频率范围敏感，至少一个其它的触摸传感器对不同于第一频率范围的第二频率范围敏感。在另一种方案中，所述不同的触摸位置检测技术中的至少一种对第一频率范围敏感，至少一种其它的触摸位置检测技术对不同于第一频率范围的第二频率范围敏感。在再一种方案中，触摸传感器对相同的频率范围敏感。
上述的本发明概要无意于说明本发明的每个实施例或所有的实现方案。通过参照结合附图进行的详细说明以及权利要求，能够显见本发明的优点和实现方案以及对本发明更完整的理解。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的触摸面板***的框图，其包括弯曲模式传感器以及配置来实现不同的触摸位置检测技术的控制器；
图2至图4是示出根据本发明的实施例的几种使用弯曲模式传感器信号和不同的触摸位置检测技术来得出或优化触摸位置信息的方法的流程图；
图5是示出根据本发明的实施例的用来实现不同的触摸位置检测技术的***的框图；
图6是示出另一种根据本发明的实施例的用来实现不同的触摸位置检测技术的***的框图；
图7至图9是示出一种根据本发明的实施例的触摸面板***的截面的曲线，其中该触摸面板***具有一个或多个用于通过使用不同的触摸位置检测技术来实现触摸位置检测的弯曲模式传感器；以及
图10是根据本发明的实施例的适用于实现优化的触摸位置判定的触摸屏***的框图。
本发明适于各种修改和替代形式，而其细节已通过示例在附图中示出并将被详细描述。然而应当理解，其目的不在于将本发明限制于所述的特定实施例。相反，其目的在于涵盖符合由权利要求所限定的范围内的全部修改、等同物、和替代方案。
具体实施方式
在下面对示例实施例的说明中对构成本文一部分的附图进行参照，并且在附图中以示例的方式示出了能够实现本发明的各种实施例。应当理解，在不偏离本发明范围的情况下可以利用这些实施例并且做出结构性的改变。
本发明涉及触摸致动的用户交互设备，以及提供了通过多个触摸传感器对经过触摸基板传播的振动的感测的方法。本发明尤其涉及触摸感测设备以及使用配置来感测通过触摸基板传播的弯曲波振动的传感器的方法，其中根据所述弯曲波振动能够使用不同的触摸位置检测技术来判定触摸位置信息。
按照本发明来实现的触摸感测设备可能结合了文中所述的特征、结构、方法、或其组合的一种或者多种。这样一种设备或者方法不需要包括文中所述的全部特征和功能，但会包括组合起来提供有用的结构和/或功能的所选特征及功能。
本发明的实施例涉及将多种不同的触摸定位处理结合起来判定触摸面板上的触摸位置。文中所述的某些实施例包含对两种或两种以上触摸定位处理的使用，其中这些触摸定位处理利用不同类型的触摸定位技术。其它的实施例包含对两种或两种以上触摸定位处理的使用，其中这些触摸定位处理使用相同类型的触摸定位技术，不过其使用不同的操作法来判定触摸位置。
对触摸基板上的触摸进行定位包含对静态触摸位置的判定和/或对动态移动触摸比如在拖曳、描划、或书写操作时所使用的动作的判定。动态触摸测量会包含触摸之前、触摸期间、和/或触摸结束后的流数据。触摸信息可以包含平面上的触摸位置信息，例如触摸位置在平坦面板上的x和y坐标。此外，触摸位置判定可以包含对z轴信息的获取。z轴触摸信息可以包括，举例来说，触摸和/或脱离检测、触摸和/或脱离速度、触摸面板上的距离、和/或触摸面板上的触摸压力等级。触摸信息还可以包括用于分辨有意和无意的触摸事件(例如错误/正确触摸识别，防误触措施)的信息以及用于实现触摸唤醒功能的信息。
触摸信号中的噪声会导致触摸位置判定不精确。举例来说，噪声可能由静电电荷、电磁干扰、振动、扭矩、环境光、来自显示单元的噪声、声音噪声、表面污染、和/或气体噪声源。对触摸定位处理来说，噪声排除是重要的因素。某些触摸定位处理对于来自特定源的噪声敏感度较低。在某些实施例中，将多种触摸定位处理结合起来以提高抗噪声能力。
触摸定位处理与各种处理参数相关联，比如触摸位置测量的精度、测量的分辨率、获得测量结果的速度、以及触摸定位处理所消耗的资源例如功率或者所占用的处理器时间。单个触摸定位处理可以针对上述触摸定位的一个参数提供出色的性能。然而，单个触摸定位处理可能无法成为在所有条件下测量全部触摸参数的最优方案。
如本文所述发明的实施例所示，触摸定位处理的组合可以有利地用于获取针对一个或多个上述参数的出色性能。例如，可以把得自两个或多个触摸定位处理的信息组合起来以优化一个或多个上述处理参数或其它处理参数。把多个用于判定触摸位置的独立处理的结果结合起来能够提供优于仅使用单一处理的许多优点。文中所述的触摸位置判定的组合方案可以提供任意或全部下述优点：例如，提高的触摸定位精度、降低的触摸定位计算复杂度、提高的触摸位置判定速度、降低的功率消耗、提高的触摸定位敏感度、增强的抗噪声能力、和/或增强的z轴信息。
术语“弯曲波振动”是指例如由触摸导致的激励，其对能够支撑弯曲波振动的部件造成某种出平面位移。很多材料能够弯曲，其中一些材料发生具有完全方根频散关系的纯弯曲，还有一些材料带有纯弯曲和剪切弯曲的混合。所述频散关系描述波在平面内的速度对于波的频率的依赖关系。术语“弯曲”也可以应用于一个部件承受负载时的出平面位移或者挠曲，比如当触摸面板响应于施加到其表面上的触摸而发生挠曲(例如翘曲成弓形)时。关于这点，触摸面板的一个表面处于压缩状态，同时与其相对的表面处于拉伸状态，从而导致触摸面板弯曲成弓形。通过使用本文所述类型的弯曲模式传感器并按照下文所讨论的方式能够检测到触摸面板的此类弯曲。
举例来说，在包含压电式传感器的振动感测触摸输入设备中，在触摸面板的平面内传播的振动会挤压压电式传感器，从而在传感器上产生可检测到的电压。所接收的信号可以由直接触摸输入或者由于描划(摩擦)的能量输入所直接导致的振动产生，也可以由对现有振动有影响(例如使振动衰减)的触摸输入产生。所接收的信号也可以是由意外的输入比如用户对触摸输入设备的操作或误操作导致的、或者由外部的环境源生成但被触摸输入设备感测到的输入所产生。
现参照图1，其中示出了一种触摸敏感设备100的配置，其并入有通过使用多种不同的触摸位置检测技术来检测弯曲波振动并且判定触摸位置的特征和功能。根据此实施例，触摸敏感设备100包括触摸基板120和耦接至触摸基板120上表面的振动传感器130。在此示例中，触摸基板120的上表面限定触摸敏感表面。尽管传感器130被示为耦接至触摸基板120的上表面，但是传感器130也可以耦接至触摸基板120的下表面。在另一个实施例中，一个或多个传感器130可以耦接至触摸基板120的上表面，同时另外一个或多个传感器130可以耦接至触摸基板120的下表面。振动传感器130A-130D可以通过任何适当的手段耦接至触摸板120，例如使用粘合、焊料、或者其它适用材料，只要所获得的机械连接足以使触摸板中传播的振动能够被振动传感器检测到。在共同受让的(co-assigned)美国专利申请USSN 10/440,650和USSN 10/739,471中公开了示例振动传感器以及振动传感器布置，其通过引用整体并入本文。
触摸基板120可以是支撑所感兴趣的振动比如弯曲波振动的基板。示例基板120包括诸如丙烯酸酯类或者聚碳酸酯的塑料、玻璃、或其它适当的材料。触摸基板120可以是透明的或不透明的，并且可选地包括或者并入有其它层或者支持附加的功能。举例来说，触摸基板120可以提供防划痕、防污迹、低眩光、抗反射属性，以及用于定向处理或者隐私保护、过滤、极化、光学补偿、摩擦变形、着色、图解图像的光控制，等等。
总体来说，触摸敏感设备100至少包括3个传感器130以判定触摸输入的二维位置，并且在某些实施例中可能需要4个传感器130(在图1中示为130A、130B、130C、和130D)，如在国际公开WO2003/005292和WO 01/48684以及共同受让的美国专利申请09/746,405中所讨论的，其通过引用整体并入本文。
在本发明中，传感器130优选地是能够感测指示触摸基板120上的触摸输入的压电式传感器。可用的压电式传感器包括单压电晶片和双压电晶片压电式传感器。压电式传感器能够提供多种有利特征，例如包括：良好的敏感性、相对低的成本、足够的鲁棒性、潜在较小的形状因数、足够的稳定性、以及线性响应。其它能够用在振动感测触摸敏感设备100中的传感器包括：电致伸缩型、磁致伸缩型、压阻型、声学型、电容型、以及可动线圈型传感器/器件等。
在一个实施例中，全部传感器130被配置来感测触摸基板120中的振动。传感器130在技术和功能上可以基本相同。例如，所有传感器130可以是由特定制造商生产的带有相同的部件号或标识的弯曲模式传感器。在其它实施例中，传感器130可以在技术上基本相同，但是功能不同。例如，所有传感器130可以是由特定制造商生产的弯曲模式传感器，其中一些传感器用于检测弯曲波而其它的传感器用于检测板反射。在某些实施例中，一个或多个传感器130可以是不同于弯曲模式传感器的传感器。
根据另外一个实施例，一个或多个传感器130可用作发射器件，其发射能够被其它传感器130感测到的信号以将其用作基准信号，或者产生能够被触摸输入改变的振动，这样被改变的振动可以被传感器130感测到以判定触摸的位置。电动式传感器可用作合适的发射器件。另外，一个或多个传感器130可被配置为双用感测激励传感器，例如在先前并入本文的国际公开WO 2003/0052 92和WO 01/48684以及共同受让的美国专利申请10/750,502中所公开的示例，所述公开及申请通过引用整体并入本文。
很多使用触摸敏感设备100的应用也使用电子显示器来通过触摸敏感设备100显示信息。由于显示器通常是矩形的，因此使用矩形的触摸敏感设备100是典型而方便的。同样，附接有传感器130的触摸基板120通常为矩形，尽管也可以考虑其它的几何形状。
根据一种配置，传感器130A、130B、130C、和130D优选地布置在靠近触摸基板120的角上。由于很多应用需要通过触摸敏感设备100来查看显示画面，因此最好将传感器130A-D置于触摸基板120的边缘处，这样它们就不会占据可视显示区域。将传感器130 A-D置于触摸基板120的角上也能够减小来自面板边缘的声音反射的影响。
触摸敏感设备100所感测到的触摸可以是以触针接触的形式出现，这可能是以手持笔的形式出现。触针在触摸基板120上的运动会产生连续信号，其受到触针在触摸基板120上的位置、压力、和速度的影响。该触针可能具有弹性尖端例如橡胶，其通过向触摸基板120施加可变的力而在触摸基板120中产生弯曲波。所述的可变力由尖端提供，其交替地接触到或者滑过触摸基板120的表面。另一种方案是，接触可以是手指触摸的形式，其能够在触摸基板120中产生弯曲波，该弯曲波能够被被动和/或主动的感测检测到。该弯曲波可以具有超声波范围(＞20kHz)的频率分量。
图1所示的触摸敏感设备100可通信地连接至控制器150。传感器130A-D经由线缆或者制作在触摸基板120上的印刷电极图案而电连接至控制器150。控制器150通常包括为传感器130提供信号并且对信号或信号变化进行测量的前端电路。在其它的配置中，控制器150还在前端电路之外包括微处理器。下文将要详述的控制器150能够实现从不同的触摸位置检测技术库中选择的一种或多种触摸位置检测技术。对触摸位置检测技术的选择可以根据上述讨论的标准，并且这种选择可以根据触摸激励特性、操作条件、环境条件等的变化而改变。
在一种典型配置中，触摸敏感设备100用于同主计算机***(未示出)的显示器组合起来提供用户与主计算机***之间的可视的触觉交互。主计算机***可以包括诸如网络接口的通信接口以便在包含触摸敏感设备100的触摸面板***和远程***之间进行通信。举例来说，各种触摸面板***的诊断、校准、以及维护例程都能够通过触摸面板***与远程***之间的协作通信来实现。
图2是示出根据本发明的实施例使用弯曲模式传感器信号和不同的触摸位置检测技术来得出触摸位置信息的方法的流程图。图2所示的方法包括在202中提供耦接至触摸敏感表面的弯曲模式传感器。在204中提供多种不同的触摸位置检测技术。这些技术中的至少一种使用弯曲模式传感器的信号。在206中使用这些不同的触摸位置检测技术来得出触摸位置信息。
得出触摸位置可以包含对触摸敏感表面上的触摸位置的判定。至少某些不同的触摸位置检测技术能够独立地检测出触摸位置。例如，第一触摸位置检测技术能够判定触摸位置相对于触摸敏感表面的x和y坐标，而第二触摸位置检测技术能够判定相对触摸敏感表面的z坐标。
触摸位置信息可以包括有利于触摸面板***校准的信息或适用于执行***诊断或维护的信息。在某些实施例中，至少提供两种不同的使用由弯曲模式传感器所产生信号的触摸位置检测技术。例如，两种或更多种触摸位置检测技术使用由弯曲模式传感器产生的信号，但是它们在频率响应或者诸如触摸位置测量精度、测量分辨率、获得测量结果的速度、触摸定位处理的资源消耗等特性上彼此不同。
作为其它的示例，两种或更多种触摸位置检测技术可以在每种技术对弯曲模式传感器信号进行处理以产生触摸位置信息的方式上彼此不同。在一个实施例中，特定的触摸位置检测技术可能对弯曲波信号以两种或更多种不同的方法进行处理以产生触摸位置信息。在另一个实施例中，两种或更多种不同的触摸位置检测技术可能以实质上相同的方法对弯曲波信号进行处理以产生触摸位置信息。
图3的流程图说明了一种优化触摸位置信息的方法，其中包含对根据本发明实施例的弯曲模式传感器信号和不同的触摸位置检测技术的使用。图3所示的方法包括：在302中提供多种不同的触摸位置检测技术，其中至少一种使用弯曲模式传感器信号。在304中使用第一触摸位置检测技术得出第一组触摸位置信息。在306中，使用第一组触摸位置信息来优化根据第二触摸位置检测技术做出的触摸位置判定。
图4是说明另一种使用根据本发明实施例的弯曲模式传感器信号和不同的触摸位置检测技术来得出触摸位置信息的方法的流程图。图4所示的方法包括：在402中提供多种不同的触摸位置检测技术，其中至少一种使用弯曲模式传感器信号。在404中第一触摸位置检测技术提供与触摸位置判定相关联的第一精度。在406中第二触摸位置检测技术提供与触摸位置判定相关联的第二精度。举例来说，第一技术提供触摸定位的较低精度，而第二技术提供触摸定位的较高精度。
在408中使用第一触摸位置检测技术得出第一组触摸位置信息。在410中使用第二触摸位置检测技术得出第二组触摸位置信息。例如，第一技术可以用来估计触摸敏感表面内发生触摸的区域。第二技术可以用来在由第一技术估计的区域内提供对触摸位置的更精确的估计。
图5是示出根据本发明的实施例的用来实现不同的触摸位置检测技术的***500的框图。如图5所示，***500包括多个弯曲模式传感器501，并且可选地包括其它类型的传感器502(例如，电容型、电阻型、力、表面声波、或光传感器)。传感器501、502连接至触摸敏感表面(未示出)并连接至控制器504。控制器504被配置来实现多种不同的触摸位置检测技术(TLDT)510，这些触摸位置检测技术510可以通过连接至控制器504的存储器进行存取。控制器504使用不同的触摸位置检测技术510来产生触摸位置信息比如触摸位置。
举例来说，技术TLDT-1与技术TLDT-2至TLDT-N在上文讨论的功能及其他方面有所不同。关于这点，技术TLDT-1被认为是与技术TLDT-2至TLDT-N相异的触摸位置检测技术。通过其它的示例，给定的技术比如技术TLDT-1可以数种方式实现以提供不同的触摸位置信息，尽管每种技术对弯曲模式传感器信号以相似的方式进行处理。例如，TLDT-1代表这样一种触摸位置检测技术，其对弯曲模式传感器信号概括地进行频率分析。例如，技术TLDT-1A可以实现来对不同于与技术TLDT-1N相关联的频率进行分析。尽管每种技术以共同的方法对弯曲模式传感器信号进行处理，它们通过分析信号的不同特性来生成不同的触摸位置检测信息。这样，技术TLDT-1A被认为是与技术TLDT-1N相异的触摸位置检测技术。
图6是示出另一种根据本发明的实施例的用来实现不同的触摸位置检测技术的***600的框图。***600接收弯曲模式传感器信号602，并且可选地接收其它类型的触摸传感器信号603。控制器604被配置来实现多种不同的触摸位置检测技术610-618。控制器604使用多种不同的触摸位置检测技术610-618来产生触摸位置信息。在一种方案中，控制器604产生控制信号605，其能够选择或者取消选择不同的触摸位置检测技术610-618中的一种。根据图6所示的实施例，不同的触摸位置检测技术包括delta速度触摸定位技术610、delta到达时间触摸定位技术612、弯曲率触摸定位技术614、频散校正触摸定位技术616、以及迭代触摸定位技术618。现对这些触摸定位技术610-618的每一种进行详细说明。
delta速度触摸定位技术610是指一种利用振动波包频散的现象来判定触摸基板上的触摸位置的技术。一种delta速度触摸定位技术610方案使用振动波包频散自身来执行距离测量，从中可以计算得到触摸位置。根据一种delta速度触摸定位技术610，由触摸敏感基板上的触摸引起的频散振动波包会被每个振动模式传感器感测到。每个传感器都会检测到包含指定频率或者多种频率的波包的内容。在每个传感器中计算与指定频率或者多种频率相关联的波包内容到达的相对时延。使用该相对时延来计算每个传感器与触摸事件之间的距离。然后使用所计算的距离就可以判定触摸的位置。
关于这点，delta速度触摸定位技术610可以实现为仅通过使用波频散的差异来计算波行程的时间与距离以测量触摸位置。可以通过数字或模拟滤波来分离频散介质中振动波包的不同频率或频段，从而能够分别判定每个特定频率或频段的到达时间。
根据另一种方案，可以对已感测到的由触摸事件产生的振动波包与基准波形进行互相关处理，其中所述基准波形是在校准处理期间通过在各个已知位置进行触摸而产生的。此互相关处理能够揭示与从已知位置处散发出的特定波形的最佳匹配。由于振动波形的源头已知，则可以根据对各个频率所包含能量的分离时间的最佳匹配来判定触摸事件的距离。适用于本发明的此种以及其它delta速度触摸定位技术的附加细节在2004年12月29日提交的代理编号NO.60084US002的共同所有的USSN 11/025,389以及标题为“Touch LocationDeterminations Using Vibration Waye Packet Dispersion”的US5,635,643中提供有说明，其通过引用并入本文。
参照图6，delta到达时间触摸定位技术612包括根据第一能量到达每个弯曲模式传感器的时间来进行的触摸位置判定。例如，当每个传感器上的能量超过预设阈值时，可以判定到达每个传感器的时间。可以使用上述阈值能量在到达时间上的差别来计算初始触摸比如轻敲的位置。此技术612不适于测量诸如拖曳的移动连续触摸的位置。然而，delta到达时间技术能够以相比其它更加鲁棒的技术来说更简单、更低能耗的处理来对触摸进行测量。其它的技术可以用于计算更精细(更精确)的触摸位置和/或计算拖曳操作期间的位置。在US 5,691,959和WO 01/48684中对适用的delta到达时间技术有进一步的说明，US 5,691,959和WO 01/48684通过引用并入本文。
图6所示的弯曲率触摸定位技术614使用平板弯曲结合幅度测量值与计算值的简单比率来测量触摸位置。图7示出带有覆盖层741和传感器742的***740，其中处在每个边缘上的传感器742测量覆盖层741的长波长弯曲。传感器742可以沿着每个边缘的全部长度或者部分长度上扩展。面板741在角上通过支撑部件747和748附接至基底749，其中支撑部件747和748垂直约束面板741。覆盖层741在横向上(例如在覆盖层741的平面内)被附接至基底749的边缘744和745约束而无法移动。
典型的玻璃触摸传感器的基本半波振荡频率(在图7所示的弯曲模式下)处在50Hz至1KHz的范围内，取决于玻璃厚度、边缘长度、以及延迟特性。手指触摸将在5Hz至1KHz的频率具有最大能量，因此通过在半波弯曲模式频率处或其附近进行测量来检测触摸能够获得良好的信号。与接近静态(0至10Hz)的测量相比，对此频率范围内的信号进行测量能够减少用来约束面板741的部件744、745、747、和748的滞后效应和非线性。
继续参照图6，频散校正触摸定位技术616可以用来使用弯曲模式信号得出触摸位置信息。当传播介质是频散型介质时，由多种频率组成的振动波包会散布开来并随着传播而衰减，从而使信号的解读变得困难。这样，需要对所接收到的信号进行转换，使其像在非频散型介质中传播一样能够被解读。在国际公开WO 2003/005292和WO01/48684以及US 6,871,149中公开了用于确定振动波包频散以及用于产生针对此类频散进行了校正的代表信号的示例技术，WO2003/005292和WO 01/48684以及US 6,871,149中通过引用并入本文。
根据一种进行操作来校正振动波包频散的方案，举例来说，安装在能够支持弯曲波的结构上的第一弯曲模式传感器测量得到第一测量弯曲波信号。第二弯曲模式传感器被安装在该结构上以判定第二测量弯曲波信号。第二测量弯曲波信号与第一测量弯曲波信号同时测量得到。计算两个所测量的弯曲波信号的频散校正函数，该函数可能是频散校正的相关函数、频散校正的卷积函数、频散校正的相干函数、或者其它的相变平衡函数。对测量得到的弯曲波信号进行处理以通过应用频散校正的函数来计算与触摸相关的信息。在先前并入本文的WO 2003/005292和WO 01/48684以及US 6,871,149中公开了与此方案相关的细节。
图8示出一种覆盖层821，其带有能够测量覆盖层821的通常处在音波频率的振动的弯曲模式压电传感器822和823。从声波行程的频率-校正后的时间能够计算得出触摸位置。柔性悬架824也可以用作衬垫，并且能够阻尼覆盖层821边缘处的声信号。在另一个示例中，可以使用一种时域技术(无论其是否采用频散校正)来产生初始位置信息，而一种根据相位差进行操作的技术能够用来细化由所述时域技术产生的初始位置信息。
如图6所示的迭代触摸定位技术618能提供多种增强的能力。例如，使用简单计算获得的粗略触摸位置可被用来经由迭代处理进行更精确的触摸位置分析。粗略的或者中间触摸位置可以用来迭代调整传感器信号，从而能够提高简单计算的精度。
其它的触摸定位方法对触摸位置的判定精度是所使用的触摸定位技术的固有精度。迭代触摸定位技术618提供迭代逼近源波形的精确再现的能力。这样，使用此迭代技术能够使触摸位置的判定到达所期望的或所需的精确度。
作为示例，通过譬如上述的处理来响应于触摸板上的触摸所产生的振动来产生触摸位置信号。判定得到粗略的触摸位置。该粗略触摸位置可以是任意选择的位置，可以是基于所产生的信号，或者可以是通过其它方法近似得到。在一种方案中，可以使用第一触摸定位技术来粗略得到触摸位置，并使用第二触摸定位技术通过迭代处理来更精确地判定触摸位置。
基于粗略的触摸位置来调整所产生的信号。根据调整后的信号来计算触摸位置。可以使用新判定的中间触摸位置继续迭代来对信号进行再次调整，任意迭代次数地重新计算触摸位置。可以将迭代处理重复多个循环以获得所期望或所需的精度。在要求的循环次数完成时、或者当获得所期望的精度时，终止触摸定位算法，返回由迭代处理判定的最终触摸位置。在2005年1月10日提交的代理编号NO.60083US002标题为“Iterative Method for Determining TouchLocation”的共同所有的USSN 11/032,572中描述了迭代触摸定位技术618的示例，上述公开通过引用并入本文。
下列示例说明根据本发明的实施例使用多种不同的触摸定位技术来生成触摸位置信息。根据一种方案，面板弯曲的低频测量和弯曲率分析(例如弯曲率触摸定位技术614)可以与音频频散校正测量以及频域分析(例如频散校正触摸定位技术616)结合起来实现不错的粗略和精确的触摸位置测量。
图9示出带有覆盖层961并且在各个角上带有传感器962和963的***960。传感器962和963测量覆盖层961的弯曲。在结合使用频散校正触摸定位技术616和弯曲率触摸定位技术614时，传感器962和963优选地是能够测量音频振动的相同传感器。柔性悬架964是围绕面板961***的条带。悬架964优选地用作触摸***的衬垫，并且其阻尼特性必须能够满足特定频散校正触摸定位技术616的音频要求，以及特定弯曲率触摸定位技术614的低频平板弯曲要求。悬架964可以在所示的顶面、底面、或者两个面上接触面板961。
如先前已讨论的，典型玻璃触摸传感器的振荡的基本半波弯曲模式频率处在50Hz至1KHz的范围内，并且手指触摸将会在5Hz至1KHz具有最大能量。这样，通过在半波弯曲模式频率处或其附近进行测量来检测触摸能够获得良好的信号。如先前同样已讨论的，与接近静态(0至10Hz)的测量相比，对此低频弯曲模式范围(50Hz至1KHz)内的信号进行测量能够减少悬架964的弹性常数中的滞后效应和非线性。图9所示的弯曲***也能够相对地免受大面积“噪声”力比如空气传播的音波的影响。然而，分辨率和精度会受到经过悬架964在面板961和基底969之间传递的无法测量(误差)力的限制。它们包括由基底的挠曲和悬架964的不均匀导致的弯曲力。
某些触摸位置检测技术更加适用于判定触摸敏感基板上的粗略触摸位置，而另一些触摸位置检测技术更适于判定触摸敏感基板上的精确触摸位置。下面示出的方法包含使用几种技术之一来判定粗略的触摸位置，还包括使用几种其它技术之一来判定精确的触摸位置。
步骤A-通过下列几种方法之一找出粗略的触摸位置：
1、测量时基波形的相对delta到达时间(例如技术612)。例如，测量每个传感器上能量(第一次)超过阈值的时间。超过阈值的能量的到达时间上的差别可以用来计算粗略位置。此粗略方案包含比举例来说频散校正触摸定位技术616更简单的计算，并且可以更少的时间和更少的处理功率实现。
2、已接收波形的频散量(例如在接收3KHz能量对接收15KHz能量时的延迟)可以用来计算波的传播时间，因为频散与时间成比例(例如delta速度触摸定位技术610)。通过使用简单的测量和对此频散差别的计算就能够判定粗略的位置，然后通过下述“精细位置”选项中的方法来得出精确的位置。
3、静态/低频平板弯曲信号可以用来通过上述关于弯曲率触摸定位技术616来产生粗略的触摸位置。面板、面板悬架、以及用于测量Lamb波声信号(例如频散校正触摸定位技术616)的传感器也可以用来测量低频平板弯曲信号。这允许单组的传感器测量两种类型的信号(例如，弯曲率和频散校正，其均在分离的频率范围内使用弯曲波，并且具有不同的距离测量标准)。不同的信号类型(及其不同的计算技术)可以结合起来实现比单个方法可能获得的更好的结果。
4、迭代触摸定位技术618可以用于产生粗略位置，如上文所述。这种方法使用带有多重相对简单的频域计算的迭代方案(被动地)根据面板中的声数据来定位触摸位置，比如频散校正触摸定位技术616所使用的。
a、多次应用此算法能够计算触摸定位所需的粗略以及精细的精度，或者
b、一次(或多次)使用此算法能够根据声数据来计算粗略的位置，然后可以应用频散校正算法使用相同的声数据来计算精细(更高精度)的位置。
c、简化的频散校正算法(低分辨率快速傅立叶变换或FFT)可用在测量得到的声数据上以计算粗略的位置，然后一次(或多次)使用此迭代算法来根据相同的声数据计算精确的位置。
步骤B-通过下列几种方法之一细化得出更精确的位置：
1、可以使用一种基于频域的迭代触摸定位技术618来对按照上述的时域技术1、2、或3或者上述的频域技术4得出的粗略位置进行细化，以得到更高精度的位置。
2、通过较简单的基于时间的粗略位置测量进行的触摸检测(按照上述处理1、2、或3)会触发公知的FFT算法(例如迭代或频散校正)，FFT算法能够计算出较为精确的位置。随着触摸位置在拖曳/书写操作期间移动，delta到达时间触摸定位技术612和delta速度触摸定位技术610会由于信号幅度的缺失、信号变化的缺失、和反射干扰而丧失精确性；这样诸如频散校正616或者迭代618等算法可以用来跟踪拖曳期间的位置。
3、基于时间的校正-已给出粗略的触摸位置：
a、根据粗略位置计算每个传感器处的频散(D)量。
b、为每个传感器生成对应于该频散量的模板TD(t)。
c、然后将频散模板TD(t)与接收到的波进行相关处理。
d、达到最大正相关则确认该频散(以及因此到触摸点的距离)对于每个角的传感器都是正确的。
e、未达到最大相关则表明还需要进一步的误差校正。
在某些情况下，得到触摸坐标精确至5％至20％的粗略位置就足够了，例如在显示器上起始带有4至8个宽幅按钮的菜单的应用，+/-20％的精度就足以分辨触摸了哪个按钮。后续的触摸操作可能需要额外的精度，因此可能需要采用第二种触摸定位技术。
作为示例，防误触(如错误的触摸)方法可以通过不同的触摸位置检测技术来实现。在一个示例中，频散校正技术616(例如频散校正后的声测量)和弯曲率技术614(例如静态/低频平板弯曲测量)可以结合起来实现防误触方法。
用于书写输入的触摸面板可以具有两个触摸点；一个是停留在面板上的手，另一个是用于书写的触针尖端。在使用频散校正方法测量触针位置的同时获知手的位置是有利的。手会产生声能量，并且还会吸收和反射一部分由触针在书写期间产生的能量，尤其是在较大的手压力的情况下。通过测量更高的声频率能够最有效地定位触针的移动和位置。当手移动时可以单独地测量声信号的组合(一般为较低频率)，当手停留在书写板表面时进行甚低频弯曲率测量，以得到手的位置。
对手所产生的信号以及手对触针信号的影响的补偿能够提高触针位置测量的精度。
1、当使用触针书写时，来自手的反射和声音噪声可以被忽略或者通过(某些非常复杂的)计算主动排除。
2、如果在触针和一个角之间检测到手的存在，则在该角上接收到的迭代或频散校正后的信号可以被忽略(位置计算一般不需要全部4个角上的信号)或被修改。
使用弯曲模式传感器和多种不同的触摸位置检测技术能够实现触摸唤醒或触摸确认方法。例如，触摸唤醒方法包含对导入触摸基板的弯曲波振动的感测，以及对此类波振动是由对触摸基板有意的触摸还是无意的触摸所引起进行判定。某些对触摸基板的触摸可以与其它使用不同的触摸工具或不同的触摸力度的触摸区别开来，于是只有特定的有意触摸可以被检测为唤醒触摸信号。在2003年10月10日提交的美国专利申请10/683,342中公开了各种触摸唤醒方法的细节，其通过引用并入本文。各种涉及脱离检测以及对光接触的改进敏感度的方法的细节在共同所有的USSN 10/750,291中进行了说明，其通过引用并入本文。
作为进一步的示例，可以使用一种低功耗技术来唤醒(通电)主触摸测量***，并可以使用另一种(更高功率的)技术来测量触摸位置。这些不同的技术中的每一种都优选使用弯曲模式传感器。基于时间的技术，比如delta到达时间定位技术612、delta速度定位技术610、和弯曲率定位技术614，比基于FFT的方法如频散校正定位技术616所要求的处理功率更低，因此基于时间的方法可以用于唤醒触摸检测处理。
现参照图10，其中示出了根据本发明的实施例的一种适用于实现优化的触摸位置判定的触摸屏***的实施例。图10中所示的触摸***1020包括触摸面板1022，其可通信地连接至控制器1026。控制器1026至少包括为触摸面板1022提供信号、测量触摸信号或触摸信号的变化、并且实现两种或更多种不同的触摸位置检测技术以产生触摸位置信息的电路1025(例如前端电路)。在更鲁棒的构造中，控制器1026还在前端电路1025之外进一步包括微处理器1027。在一种典型的配置中，触摸面板1022用于和主计算***1028的显示器1024结合起来，在用户和主计算***1028之间提供可视的触觉交互。
可以理解，触摸面板1022能够作为与主计算***1028的显示器1024分离但与其协作的设备来实现。另一种方案是，触摸面板1022可以作为单一***的一部分来实现，其中该单一***包括诸如等离子、LCD、或其它类型显示技术的能够并入触摸面板1022的显示设备。还应当理解，可以使用这样一种***，其被定义为只包括传感器1022和控制器1026，其中传感器1022和控制器1026能够结合起来实现本发明的触摸检测方案。
在图10所示的示例构造中，触摸面板1022和主计算***1028之间的通信是经由控制器1026来实现的。注意，一个或多个控制器1026可以可通信地连接至一个或多个触摸面板1022和主计算***1028。控制器1026具有用以执行施加到触摸面板1022上的触摸检测的固件/软件的典型构造，其包含根据本发明的原理对触摸面板上的运动进行的误差校正。应当理解，由控制器1026执行的功能或者程序可以由主计算***1028的处理器或者控制器二者择一来实现。
上述对本发明各种实施例的描述用于示例和说明的目的。其无意于进行穷举或将本发明限制于所公开的确切形式。根据上述指导可以进行很多种修改和变动。本发明的范围受到所附权利要求而非此详细说明的限制。

Claims (24)

1.一种触摸感测方法，包括：
提供多个耦接至触摸敏感表面的弯曲模式传感器；
提供多种不同的触摸位置检测技术，其中至少一种触摸位置检测技术使用由弯曲模式传感器生成的信号；以及
使用不同的触摸位置检测技术来得出触摸位置信息。
2.如权利要求1所述的方法，其中得出触摸位置信息的方法包括对触摸位置的判定。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述多种不同的触摸位置检测技术中的至少两种技术使用由弯曲模式传感器产生的信号。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述多种不同的触摸位置检测技术中的至少两种使用由弯曲模式传感器产生的信号的技术在频率响应上有差别。
5.如权利要求1所述的方法，其中提供多种不同的触摸位置检测技术包括：
提供第一触摸位置检测技术，其提供与触摸位置判定相关联的第一精度；以及
提供第二触摸位置检测技术，其提供与触摸位置判定相关联的第二精度。
6.如权利要求1所述的方法，其中得出触摸位置信息的方法包含：使用与所述多种触摸位置检测技术中的第一触摸位置检测技术相关联的触摸位置信息来优化通过所述多种触摸位置检测技术中的第二触摸位置检测技术进行的触摸位置判定。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述多种不同的触摸位置检测技术中的至少一些能够独立地检测触摸位置。
8.如权利要求1所述的方法，其中提供多种不同的触摸位置检测技术包括：
提供第一触摸位置检测技术，其判定触摸位置相对于触摸敏感表面的x和y坐标；以及
提供第二触摸位置检测技术，其判定触摸位置相对于触摸敏感表面的z坐标。
9.如权利要求1所述的方法，其中提供多种不同的触摸位置检测技术包括：提供至少一种触摸位置检测技术，其提供对由多个弯曲模式传感器中的至少一个所生成的信号的频散校正。
10.如权利要求1所述的方法，其中得出触摸位置信息的方法包含使用多种触摸位置检测技术中的至少一种来判定触摸敏感表面的位移。
11.如权利要求10所述的方法，其中得出触摸位置信息的方法包含：使用所述多种触摸位置检测技术中的至少一种来判定由触摸敏感表面上的触摸所产生的弯曲波的行程时间。
12.如权利要求10所述的方法，其中得出触摸位置信息的方法包含对由所述多个弯曲模式传感器中的至少一个所生成的信号的频散进行校正。
13.如权利要求1所述的方法，其中得出触摸位置信息的方法包含：
使用所述多种触摸检测技术中的第一触摸检测技术来确认在触摸敏感表面上的触摸；并且
使用所述多种触摸检测技术中的第二触摸检测技术来判定在触摸敏感表面上的触摸位置。
14.一种触摸敏感设备，包括：
多个触摸传感器，其被配置来检测触摸敏感表面由于对其的触摸而导致的弯曲；以及
处理电路，其被配置来实现多种不同的触摸位置检测技术，其中实现这些触摸位置检测技术来使用由多个触摸传感器生成的信号并且通过使用这些不同的触摸位置检测技术来得出触摸位置信息。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述多个触摸传感器中的至少一个对第一频率范围敏感，所述多个触摸传感器中的至少一个其它的触摸传感器对不同于第一频率范围的第二频率范围敏感。
16.如权利要求14所述的设备，其中所述多种不同的触摸位置检测技术中的至少一种对第一频率范围敏感，所述多种不同的触摸位置检测技术中的至少一种其它的触摸位置检测技术对不同于第一频率范围的第二频率范围敏感。
17.如权利要求14所述的设备，其中多个触摸传感器对相同的频率范围敏感。
18.如权利要求14所述的设备，其中所述多种不同的触摸位置检测技术中的至少一些能够独立地检测触摸位置。
19.如权利要求14所述的设备，其中所述触摸位置信息包含触摸敏感表面上的触摸位置。
20.如权利要求14所述的设备，其中所述触摸位置信息包含该触摸相对于触摸敏感表面的z坐标。
21.如权利要求14所述的设备，其中所述触摸位置信息包含触摸敏感表面上的触摸的力度。
22.如权利要求14所述的设备，其中所述多种不同的触摸位置检测技术中的至少一些技术使用由所述多个触摸传感器中的某些传感器所感测到的弯曲波来得出触摸位置信息。
23.如权利要求14所述的设备，其中所述多种不同的触摸位置检测技术中的至少一些技术使用由所述多个触摸传感器中的至少一个所感测到的触摸敏感表面的位移来得出触摸位置信息。
24.如权利要求14所述的设备，其中所述处理器被配置为通过使用所述多种触摸检测技术中的第一触摸检测技术来确认在触摸敏感表面上的触摸，并且通过使用所述多种触摸检测技术中的第二触摸检测技术来判定在触摸敏感表面上的触摸位置。
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