触摸检测的制作方法

专利名称：触摸检测的制作方法
技术领域：
本申请案主张美国临时申请案第60/771,681号的权益。本发明涉 及触摸检测，特别涉及用以检测特定表面上触摸的触摸检测系统。
背景技术：
触摸检测技术已行之有年。 一般而言，触摸检测装置是包含根据 电阻、电容、红外线、表面声波、力以及弯曲波等判断触摸位置的 产品。这些利用声波来判断触摸位置的装置是基于测量行进时间、 或测量相位差及/或将屏幕特征化。
美国专利第6922642号公开了如何在能够传送声波的表面上产 生声波。此外，该专利还公开了如何产生离散校正巻积函数、离散 校正相关函数以及其它相位等效函数，以测定与表面上接触相关的 信息。这种方法并未预先将屏幕特征化，而是使用实时信号来判断 触摸位置。然而来自于基板边缘的反射将造成检测上的问题，故需 要在屏幕边缘使用某些能够减少这些反射的材质。
美国专利第6871149号揭示如何利用在检测信号中的相位差来 判断特定表面上的触摸位置。需要至少二对转换器以检测在表面上 产生的声波。这些信号经处理以判断相位，且接着利用这些信号间 的相位差以判断触摸位置。
世界专利申请案第WO 00/38104号公开如何检测大表面上的触 摸位置。该申请案论及如何利用坚硬的物体或手指(手指的指曱或 皮肤)产生声波，以及如何分析这些声波以判断触摸位置。
美国专利申请案第2005/0083313号公开如何利用相位信息以检 测触摸位置。在特征化过程中，判断抵达右边与左边信道的信号的 相位，并随后计算这些相位之差并储存于内存中。当在实时应用中触摸表面时，计算右边与左边信道间的相位差，并与储存于内存中 的相位差相比较。这种方式有两个缺点。首先，必须触摸数个位置 以将整个屏幕特征化。这在制造期间需要额外的时间，且对生产有 不利的影响。其次，需要更大的内存，在生产较大型屏幕时将造成 费用的增加。
美国专利申请案第2005/02127777号公开如何特征化表面以及将 特征化数据储存于内存中。揭示了不同的技术，包括如何将测得的 相位差与所储存的相位差相比较以检测触摸位置。
WO0148684号案公开如何在特定表面上片全测声波，以及如何利 用该测量数据建构非分散式信号以判断触摸位置。
美国专利第6456952号公开如何特征化触摸屏以避免漂移。
美国专利第6977646号揭示如何校准触摸屏。
美国专利第5751276号公开如何在触摸屏上执行校准，以及如何 将这些数字存放于内存位置中以供其后使用。
美国专利第6353434号公开如何在一触4莫屏上执行校准，以及如 何将校准数据储存一 内存位置中以供其后使用。
美国专利第6650319号揭示完整的对应以及屏幕特征化。
这些现有技术的专利以及专利申请案说明，检测在能传递声波的 表面上的触摸位置有二种不同的方式。第一种方式为利用实时信号， 并对信号执行信号处理技术以判断触摸位置。这种方式的问题在于 基板边缘的反射以及因此所导致的制造成本。第二种方式为将屏幕 特征化并将特征化信息储存于内存中，以与实时数据比较以检测触 摸位置。这种方式需将屏幕上众多点加以储存。
由上述观点可知，本发明与现有技术的传统概念与设计实质上有 所不同，且提供了主要为了在特定表面上容易校准和检测触摸的目的 所开发的设备。该屏幕的校准通过触摸表面上的一点或多点而实现。 这可在制造该触摸屏期间内于工厂执行，或在该触摸屏在上线服务前 由终端使用者执行。本发明提供一种触摸检测系统，其可在单次触摸 下校准屏幕，并通过使用一个容易实施的算法来判断触摸位置。由这些观点可知，依据本发明的触摸检测与现有技术的传统概念 和设计实质上有所不同，且提供了主要在特定表面上检测触摸的目 的所开发的设备，其克服了现有技术的缺点。

发明内容
有鉴于出现于先前技术中，目前已知类型的触摸检测所承袭的前 述缺点，本发明提供了一种崭新的触摸检测系统，其中同样可用以 检测在特定表面上的触摸。
如后文的详述，本发明的通常目的在于提供一种崭新的触摸检 测，其具有目前为止所提及的触摸检测的众多优点以及许多新颖的 特点，且无法通过任何之前触摸检测技术或其组合可以预知、显而 易见、获得启发甚至暗示。
为达此项目的，本发明通常包含一触摸其上以产生声波的表面、 检测这些声波的转换器， 一 计算触摸位置的控制器以及 一 主机装置， 其中该触摸位置是用来与应用程序进行通讯。该屏幕是以任何可传 递声波的材质所制成。四个转换器置于屏幕上。由这些转换器所接 收的信号施加于定时器以检测时间差。这些时间差通过控制器依序 使用以计算将传输至主机装置的触摸位置。驱动软件可与控制器进 行通讯，并从控制器接收触摸位置信息。驱动软件亦与其它应用软 件以及操作系统进行通讯，以报告从控制器单元所传送的触摸位置。
为使本发明的详细说明获得较佳的了解，同时使本发明对于此技 术领域的贡献获得较佳的认识，以上已强调本发明的重要特征。以 下将说明本发明的其它特征。
在详细说明本发明的至少 一个具体实施例前，须了解本发明的应 用并不限于以下说明所提出或附图中所示出的结构细节以及元件的 安排。本发明可存在其它具体实施例，并可以众多方式加以实施与 执行。此外，本说明书中所使用的措辞与用语是为的说明的目的， 并不具有限制性质。
本发明的主要目的是提供了克服先前技术装置缺点的触摸检测。本发明的目的是提供一种用来检测在特定表面上触摸的触摸检
另 一 目的是提供一种检测表面上触摸的触摸检测，其中该表面可 传递声波。
又 一 目的是提供 一 种在制造阶段期间不需要任何大规模校准的 触摸检测。
再一 目的是提供一种触摸检测系统，其可通过在屏幕上的单次触 摸来进行调校。
另 一 目的是提供一种触摸检测，其无需对表面进行任何特别处理 以阻绝来自于表面边缘波的反射。
又一 目的是提供一种触摸检测，无视所使用的物体而可检测在表 面上的触摸。该物体可为笔、金属、手指或任何其它可因接触而在 表面上产生弯曲波的物体。
再一目的是相较于先前技术而言，增加触摸的分辨率。
对读者而言，本发明其它目的与优点均显而易见，而这些目的与 优点均属于本发明的范畴。
为达上述以及其它相关目的，本发明可由附图中所示的形式加以 具体实施，但需注意，这些图式仅为例示性质，就所例示的特定架 构可进行变化。


参照附图，将可充分领会并更加了解本发明的众多目的、特征与 伴随的优点，而综观这些附图，类似的元件符号代表相同或相似的
元件，其中 图1为屏幕； 图2为系统元件； 图3为控制器； 图4为校准屏幕的算法； 图5为检测触摸的算法；以及图6为判断转换器位置的几何方法。
主要元件符号说明
1屏幕
2转换器
3转换器
4转换器
5转换器
6转换器2的输出
7转换器3的输出
8转换器4的输出
9转换器5的输出
IO控制器
11触摸位置信息
12驱动软件13定时器
14定时器
15定时器
16定时器
21微控制器(微控制器芯片) 41放大器单元 42放大器单元41的输出 43放大器单元41的输出 44放大器单元41的输出 45放大器单元41的输出 46逻辑门单元 47逻辑门单元46的输出
具体实施例方式
下面依据附图进行说明，综观这些附图，其中相似的元件符号代表相似的元件，附图示出一种触摸检测系统，其包含触摸其上以产
生声波的屏幕1、检测这些声波的转换器2、 3、 4、 5、计算触摸位 置的控制器10以及主机装置，其中该触摸位置用来与应用程序进行 通讯。屏幕1以任何能传递弯曲波的材质制成。四个转换器2、 3、 4、 5置于屏幕1上。这些转换器2、 3、 4、 5检测产生于屏幕1上的弯 曲波。各转换器2、 3、 4、 5的输出传送至控制器单元10。控制器单 元10具有i文大器单元41、逻辑门单元46、定时器13、 14、 15、 16 以及微控制器21。来自于屏幕l的信号施加至这些定时器以检测时 间差，这些时间差则用以判断触摸位置。控制器10计算触摸位置， 并将该位置传送至主机装置。驱动软件12与控制器10进行通讯， 并从控制器IO接收触摸位置信息。驱动软件12还与其它应用软件 以及操作系统进行通讯，以报告由控制器IO所传送的触摸位置。
屏幕1以任何能传导声波的材质制成。四个转换器2、 3、 4、 5 置于屏幕1上。这些转换器检测产生于屏幕上的声波。转换器2、 3、 4、 5的输出6、 7、 8、 9传送至控制器10。四个转换器2、 3、 4、 5 置于屏幕上以检测触摸屏幕1时所产生的弯曲波。
控制器单元IO具有微控制器21、定时器13、 14、 15、 16、放大 器单元41以及逻辑门单元46。必要时也在控制器单元中使用其它电 子电路以达成设计的目的。来自于屏幕1的信号6、 7、 8、 9施加至 放大器单元41。来自于放大器单元41的输出42、 43、 44、 45施加 至逻辑门单元46。逻辑门单元46的输出47施加至定时器13、 14、 15、 16以检测用以判断触摸位置的时间。定时器单元13、 14、 15、 16的其它输入为与各定时器相对应的信号42、 43、 44、 45。控制器 IO可计算触摸位置，并将该位置传送至主机装置。该控制器由微控 制器21、定时器13、 14、 15、 16、模拟放大器41以及逻辑门46所 组成。控制器10中使用四个定时器13、 14、 15、 16。定时器13、 14、 15、 16用以测量在不同时间的来自转换器2、 3、 4、 5的声波间 的时间差。控制器IO上还具有微控制器芯片21,其执行所有计算并 提供控制器10与主机装置间的通讯11。触摸点的坐标系由控制器IO传送至主机装置。定时器13、 14、 15、 16可以在微控制器21的 内部或微控制器21的外部。微控制器21可以是任何能够以特定速 度来执行程序代码的微控制器。微控制器21可并入特定应用集成电 路或并入现场可程序化逻辑门阵列。放大器则系用以放大来自于转 换器的信号。
驱动软件12为与控制器IO通讯并从控制器IO接收触摸位置信 息11的软件。驱动软件12还与其它应用软件以及操作系统进行通 讯，以报告由控制器单元IO所传送的触摸位置。驱动软件可以是驱 动程序的形式或用于较小单元的嵌入式软件。驱动软件12与操作系 统进行通讯，并将来自于控制器10的坐标信息传送至操作系统以及 其它应用程序。驱动软件12可利用任何程序语言撰写。控制器可利 用任何特定的元件进行设计，只要测量时间差并根据该信息来判断 触摸位置即可。
在图1中示出了屏幕1。四个转换器2、 3、 4、 5置于屏幕上。 这些转换器2、 3、 4、 5通过使用教着剂或其它方式附着于屏幕1， 以确保这些转换器成为屏幕1的一部分，并可检测屏幕1上的声波 震动。上述声波行进经过屏幕而到达置于屏幕上的转换器2、 3、 4、 5。转换器的输出6、 7、 8、 9施加至放大器41,于该处放大这些输 出，如图3中所示。经豸文大的信号42、 43、 44、 45施加至逻辑门电 路46。逻辑门电if各46的输出47施加至所有定时器13、 14、 15、 16 的输入以作为触发信号。这样，无论哪个信号从转换器2、 3、 4、 5 最先抵达，将成为触发信号而启动所有定时器13、 14、 15、 16。定 时器13、 14、 15、 16的其它输入为来自于相对应的转换器的相对应 信号。举例而言，信号42施加于定时器13的其它输入。信号43施 加于定时器14的其它输入。信号44施加于定时器15的其它输入。 而信号45施加于定时器16的其它输入。定时器13、 14、 15、 16在 输入47到达某个临界位准时开始计时。当其它输入到达某个临界位 准时，定时器13、 14、 15、 16停止执行。通过这种方式，由定时器 13、 14、 15、 16测量两个信号到达之间的时间差。测量不同声波间的时间差可以判断屏幕1上的触摸位置。
在校准过程期间，重要的是知道确切的转换器位置以便针对屏幕 上的每一 点计算时间差的映对。这可以在制造过程中或使用者设定 该单元期间通过快速的校准程序而完成。在图5中示出了该算法。
在校准阶段期间，重要的是记住转换器2、 3、 4、 5的其中之一必须 置于确切的已知位置。其余转换器则可置于预定位置的附近，然而 其余转换器不必在精确位置上。其余转换器的位置由以下方法确定。 以任意材质触摸与已知转换器相邻的已知屏幕位置P,并从而产生声 波。这些声波到达位于已知位置的转换器。此处，选择转换器2作 为位于已知位置的转换器。然而，为达此项目的可选择任何转换器。 当来自于逻辑门单元4 6的信号到达某种位准时，定时器开始计时。 定时器13、 14、 15、 16接收来自放大器单元41的其它输入。这些 输入42、 43、 44、 45用以使定时器13、 14、 15、 16停止。当这些 定时器停止计时，所保持的这些时间将等同于声波到达不同转换器 时的时间差。举例而言，定时器14将保持声波到达转换器2与转换 器3间的时间差。而定时器15将保持声波到达转换器2与转换器4 间的时间差。同样的，定时器16将测量声波到达转换器2与转换器 5间的时间差。由于已知转换器2的位置，转换器2与触摸点P间的 距离可利用以下方程式计算
dl2 = (x - xl)2 + (w - y)2故dl = [(x - xl)2 + (w - y)2]1/2
d22 = (L - x)2 + (y2 — y)2故d2 = [(L - x)2 + (y2 - y)2]1/2
d32 = (x3 - x)2 + y2故d3 = [(x3 - x)2 + y2]1/2
d42 = x2 + (y - y4)2故d4 = [x2 + (y - y4)2]1/2
(dl — d2)/( dl _ d3) == a故k - [(L — x)2 + (y2 — y) 2]1/2 = a(k — [(x3 - x)2 + y2] 1/2)
(dl - d2)/( dl - d4) = b故k - [(L - x)2 + (y2 - y) 2]1/2 = b(k - [x2
+ (y — y4) 2] 1/2)
(dl - d3)/( dl - d4) = c故k - [(x3 - x) 2 + y2]1/2 = b(k - [x2 + (y
y4)2]1,2)利用这些方程式，可判断其余三个转换器的位置。这些计算可在 制造期间或当单元首次设定时由使用者执行。在任一情形中，这些 计算均执行一次，且在实时操作时无须重复。 一旦获知所有转换器 的位置，便可计算屏幕映对。也就是声波自屏幕上各点到达各转换 器的时间差的比例。而通过计算比例，以消除频率相关性。由某些 例如金属等材质所产生的较高频率行进快于较低频率。另 一 方面， 例如手指等较柔软的物质会产生较低频率。为能够生产不因某些材 质及这些材质的某些频率而受影响的屏幕，而使用时间差的比例。 根据该理论，计算屏幕上各点的时间差比例并储存于内存中。其可 在制造阶段或在设定期间由使用者触摸屏幕而完成。用以计算从各
点至不同转换器2、 3、 4、 5的距离的方程式如下 dl = [(x-xl)2 + (w-y)2]1/2 d2 = [(L-X)2 + (y2-y)2]1/2 d3 = [(x3_x)2 + y2]1/2 d4 = [x2 + (y-y4)2]1/2 (dl - d2)/( dl - d3) (dl _ d2)/( dl - d4) (dl _d3)/(dl -d4)
每一个点具有三个不同的比例。这些比例储存于三个不同的查询
表(LUT, LookUp Table),并随后用以判断屏幕上的触摸点。三个查 询表以由小比例至大比例的方式排序。这些查询表可储存于控制器 IO或主机装置中。图6中示出了触摸检测算法。在一般操作期间， 当屏幕被触摸时，产生声波并由转换器2、 3、 4、 5进行检测。来自 于转换器2、 3、 4、 5的输出信号6、 7、 8、 9施加至放大器41。而 逻辑门单元46的输出47伴随来自于放大器单元41的输出42、 43、 44、 45以施加至定时器13、 14、 15、 16加以运用。这些定时器13、 14、 15、 16计算这些时间差。其比例由微控制器计算，且将这些比 例与储存于三个查询表中的比例进行比较，以取得触摸位置。使用 二元搜索技术以加速在查询表中的搜索。此搜索可由控制器10或主机系统执行。查询表中的各条记录必须够大而足以容纳任何在屏幕1
上所可能产生的时间差。各定时器的位数由定时器13、 14、 15、 16 所使用的频率决定。频率越高则位数越多，触摸分辨率也越高。每 一定时器的位数以下列方程式决定 t = md/v
其中「md」为待检测的最小距离，「v」为弯曲波在特定材质中 的速度，而「t」为弯曲波行进至特定转换器所耗费的时间。根据这 些计算，设定某长度的位数以处理屏幕上可能的最大弯曲波行进数 值。该位数可根据屏幕的大小而变更。
关于本发明的使用与操作方式的进一步探讨，由上述说明看来应 该相当明确。因此将不对使用与操作方式作进一步探讨。
通过上述说明，应了解本发明元件间的最佳化空间关系，包含大 小、材质、外型、形式、功能与操作方法、组装与使用等各方面的 变化，对本领域的技术人员而言均显而易见，故所有与附图中的示 例以及说明书的叙述等同关系者均应为本发明所包含。
从而，前述应仅一见为本发明原理的示例。此外，由于本领域的冲支 术人员可轻易做出多种修改以及变更，因此本发明不应严格限于所 显示与说明的结构以及操作，所有适合的修改以及均等物均应属于 本发明的范畴。
权利要求
1. 一种触摸检测系统，包含基板，用以为系统提供基座；多个传感器，用以检测声波，并将声能转换为电能；模数转换器，用以将模拟信号转换为数字信号；控制器；以及算法，用以处理该数字信号，并通过计算从触摸点传送到这些感应器的声波到达时间差的比例以及将这些比例与保存在储存单元中的比例进行比较，从而寻找到触摸位置。
2. 根据权利要求1所述的触摸检测系统，其特征在于，为系统 提供基座的装置包含可传递声波的基板。
3. 根据权利要求1所述的触摸检测系统，其特征在于，用以检 测声波并将声能转换为电能的装置包含转换器。
4. 根据权利要求1所述的触摸检测系统，其特征在于，用以检 测触摸位置的装置包含储存单元。
5. —种触摸^r测系统，包含 基板，用以为系统提供基座；多个感应器，用以检测声波，并将声能转换为电能； 模数转换器，用以将模拟信号转换为数字信号； 控制器，用以处理数字信号，并检测触摸位置，并将该位置传送 至主机计算机；以及算法，用以计算该触摸位置，包括下列步骤 求得数个感应器之间声波的到达时间差； 求得这些时间差的比例；对这些时间差的比例与储存单元中的时间差比例求相关；以及 根据求相关结果找到触摸位置。
6. 根据权利要求5所述的触摸检测系统，其特征在于，用以计 算时间差的装置包含计数器，用以计算声波从触摸位置到感应器的行进时间。
7. 根据权利要求5所述的触摸检测系统，其特征在于，所述主 机计算机为便携式装置。
8. 根据权利要求5所述的触摸检测系统，其特征在于，所述基 板是位于便携式装置上。
9. 根据权利要求5所述的触摸检测系统，其特征在于，所述控 制器为便携式装置的一部份。
10. 根据权利要求5所述的触摸检测系统，其特征在于，所述算 法保存在便携式装置中。
11. 根据权利要求5所述的触摸检测系统，其特征在于，所述模 数转换器保存在便携式装置中。
12. 根据权利要求5所述的触摸检测系统，其特征在于，所述计 数器是以硬件来实施。
13. 根据权利要求5所述的触摸检测系统，其特征在于，所述计 数器是以软件来实施。
14. 一种触摸检测系统，包含 基板，用以为系统提供基座；多个感应器，用以检测声波，并将声能转换为电能；模数转换器，用以将模拟信号转换为数字信号；控制器，用以处理数字信号，并检测触摸位置，并将该位置传送至主机计算机；以及算法，用以计算这些感应器的位置，并根据在屏幕上的单次触摸来计算到达时间比例，所述算法包括下列步骤 触摸屏幕上一个或多个预定的位置； 测量声波到达该已知其位置的感应器的到达时间； 计算到达时间差的比例； 通过该时间差比例求得其它感应器的位置； 计算屏幕上不同点的比例从而针对屏幕产生一个映对；以及将所产生的映对保存在储存装置中。
15. 根据权利要求14所述的触摸检测系统，其特征在于，利用如金属、手指等任何装置来触摸该已知位置。
16. 根据权利要求15所述的触摸检测系统，其特征在于，所述 储存元件是作为一个独立芯片。
17. 根据权利要求15所述的触摸检测系统，其特征在于，所述 储存元件实施于微控制器电路中。
全文摘要
一种用以检测在特定表面上触摸的触摸检测装置。本发明装置包含一个由触摸而产生声波的表面、检测这些声波的转换器、计算触摸位置的控制器以及主机装置，其中所述触摸位置用以与应用程序进行通讯。屏幕是由任何能传递声波的材质所制成。多个转换器置于所述屏幕上。这些转换器检测在屏幕上产生的声波。通过触摸屏幕一次来校准该屏幕，并产生一个抵达时间比例的映对并保存于储存单元中。在实时操作期间，在屏幕上触摸而产生声波，并由转换器来检测此声波。各转换器的输出将被传送到控制器单元中，在该控制器单元中计算出时间差及其比例，并与储存单元中的时间比例进行比较来检测触摸位置。
文档编号G06K9/00GK101512550SQ200780005040
公开日2009年8月19日 申请日期2007年2月6日 优先权日2006年2月10日
发明者尼哈特·丹尼茨·贝拉默格鲁, 戈卡尔普·贝拉默格鲁 申请人:Awq顾问公司