专利名称：使用飞跨电容在表面电容触摸屏上测量位置的方法和系统的制作方法
使用飞跨电容在表面电容触摸屏上测量位置的方法和系统
背景技术：
对相关申请的交叉引用本文件要求于2008年11月20日提交的、序列号为 61/116，592、案卷号为4455. CIRQ. PR的临时专利申请的优先权，并将其中包含的所有主题通过引用的方式并入。M^Ml·本发明总体上涉及触摸板技术。更具体地，本发明是一种确定表面电容触摸屏上指向对象的位置的新方法。相关技术描沭公知的触撙板技术使用如图1中示出的表面电容触摸屏10。这种触摸屏10是设置在诸如玻璃等绝缘衬底18上的导电材料16的固体薄板，具有设置在角落的传感器12。测量表面电容触摸屏10上的指向对象14的位置或者“触摸位置”的传统方法是在触摸屏的导电层16的全部四个角落上应用AC信号。导电层16可以由例如氧化铟锡(ITO)制造。为了制造触摸屏10，玻璃衬底18的表面覆盖或者遮盖有大体上均勻的电阻ITO材料层，其形成薄板电阻。然后涂覆电介质以覆盖ITO导电材料。在将AC信号应用到导电ITO材料16之后，下一个步骤是使用流过每个角落的电流来将触摸位置三角化。通常应用正弦波或者方波。如果诸如手指14等的对象开始与触摸屏10的表面接触，在ITO表面16与手指尖 14之间形成电容。该电容值非常小，通常为50pF的量级。因此，必需测量的到达屏的每个角落12的电荷量或者电流非常小。由于电流如此之小，系统对杂散电容非常敏感。因此， 触摸屏10的精确性经常成问题。因此，需要一种将触摸屏表面上的对象的位置三角化的新方法，该新方法增加测量的精确性并且减少对杂散电容的敏感性。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用新方法的触摸屏，以确定触摸其表面的对象的位置。另一个目的是提供一种对杂散电容较不敏感的测量电流的新方法。在第一实施方式中，本发明是一种在非导电衬底上具有大体均勻的导电材料涂层并且随后用电介质材料覆盖该导电材料的触摸屏，其中新颖的电流测量电路减少了杂散电容对电流测量精确性的影响，使得可以通过使用简单的比例等式来确定触摸屏上对象的相对位置。通过考虑以下详细的描述并结合附图，本发明的这些和其它目的、特征、优点和可替换的方面对本领域的技术人员来说将变得显而易见。
图1为由现有技术提供的触摸屏的透视图。图2为根据现有技术原理制造的触摸屏10的透视图。
图3为根据本发明原理制造的触摸屏10的透视图。图4为示出了怎样将由电容器和电流测量传感器构成的敏感电流测量电路应用于触摸屏的电路图。
具体实施例方式现在将参照附图，其中将为本发明的各种构件赋予数字标记，并且其中将讨论本发明以便使一本领域技术人员能够制作和使用本发明。应该理解以下的说明仅是本发明原理的实例，并且不应将以下的说明视为缩小随附权利要求的范围。图2示出了由现有技术提供的触摸屏10的表面。线20表示当将电压施加在表面的两个角落时，跨越触摸屏表面产生的电压梯度。例如，将电压施加在角落22和M，产生了示出的恒定电压梯度。电压梯度线20存在显著变形，这对于许多触摸屏10是普遍的。图3是根据本发明原理制造的触摸屏10的透视图。一种确定触摸屏上对象的位置的新的且新颖的方法是对大电容器充电且随后将该“飞跨电容”应用到触摸屏10。在本发明的飞跨电容方法中，当产生了沿单轴跨越表面的恒定电压梯度时，该方法测量在与触摸屏10的表面接触中感应的瞬时电流和总电流。电压梯度的线性可以提高触摸屏的精确性。因此，在第一步骤中，期望但非必需地，在表面上围绕触摸屏10的边缘增加低电阻材料。从顶端边缘26到底端边缘观，电压梯度线20变得更靠近且更具有线性。图4为示出怎样将由电容器和电流测量传感器构成的敏感电流测量电路应用到本发明第一实施方式中的触摸屏10的电路图。使用该电流测量电路来测量触摸屏10上减少的任何电荷。在该实施方式中，必须采取4个测量XI、X2、X3和X4，以便确定触摸屏10的表面上指向对象50 (在触摸屏10上任意地定位)的位置。因此，第一步骤是将飞跨电容30的正节点连同传感器或者电流测量电路44 一起电耦合到触摸屏10的第一边40，同时将负节点电耦合到触摸屏相对的第二边42。该电流测量电路44可以是电流表。从第一边40到第二边42，然后到传感器电路44，跨越触摸屏10的表面形成了电压梯度。触摸触摸屏10的表面上任何给定点的手指或者其它指向对象50将引起电流流失， 通过传感器电路44测量流失的电流。对于传感器电路44，流失的电流是手指与触摸屏10 的第一边和第二边40、42的距离的函数。因此，第一测量Xl是在第二边44处离开触摸屏 10的电流。任意地，假设第一边40为图4中示出的触摸屏10的左边。因此，第二边42应该相应于触摸屏10的右边。在本发明的方法中，任意地选择第一边和第二边40、42并且可以无需变化地转换。通过在触摸屏10的第一边和第二边40、42之间转换飞跨电容30的正节点与负节点来进行第二电流测量X2。当电路反向时，也移动电流测量电路44以便进行电流测量X2。可以将指向对象50的位置确定为电流测量Xl和X2的比。无疑地，指向对象50 的位置的赋值在0和1之间，并且由等式1确定X = X1/(X1+X2)使用触摸屏10的顶端沈和底端观或者第三边和第四边来进行两个类似的测量。首先可以将飞跨电容30的正节点耦合到顶端边缘沈或者底端边缘28。任意确定首先连接到正节点的边缘。其结果是电流测量Yl和Y2。随后使用等式2获得Y的位置比Y+Y1/(Y1+Y2)以上描述的本发明的优点在于使用飞跨电容30产生所需的高电流，以在触摸屏 10的表面产生恒定电压梯度，并且因此能够直接测量虽与表面接触但离开表面的电流。在低电阻材料中感应的电流比在表面上的指向对象中感应的电流大得多。具有大的待测量电流增加了系统的精确性并且减少了杂散电容对测量可能产生的影响。应该理解到，飞跨电容30上的电荷快速地恢复，以便维持跨越触摸屏10的电压梯度。将飞跨电容30从触摸屏10断开、恢复电荷并且随后重新将飞跨电容连接到触摸屏10 的方法对本领域技术人员是公知的，不是本发明的方面。还可以确定指向对象相对于触摸屏10表面的Z位置。使用等式3确定指向对象的Z位置Z = (Χ1+Χ2+Υ1+Υ2)/4以上描述的本发明的实施方式的优点在于使用相对粗略亦简单的电流测量电路 44，形成跨越触摸屏10的电压梯度。然而，由于除了飞跨电容30的正节点和负节点与指向对象50之间之外，没有供电流流过的其它路径，可以非常精确地测量到达指向对象的电流的测量。应该理解以上描述的设置仅是对本发明原理的应用的说明。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以设计出诸多的变型和替换的设置。附加的权利要求旨在覆盖这些变型和设置。
权利要求
1.一种用于测量表面电容触摸屏上指向对象的位置的方法，所述方法包括以下步骤1)提供由绝缘衬底、设置在所述衬底上的电阻材料和设置在所述电阻材料上的电介质构成的触摸屏；2)将电容器连接到所述触摸屏的相对的第一边和第二边，并且测量跨越所述触摸屏的表面的电流Xl ；3)转换所述触摸屏的所述第一边和所述第二边之间的所述电容器的连接，并且测量跨越所述触摸屏的表面的电流X2 ；4)将所述电容器连接到所述触摸屏的相对的第三边和第四边，并且测量跨越所述触摸屏的表面的电流X3 ；5)转换所述触摸屏的所述第三边和所述第四边之间的所述电容器的连接，并且测量跨越所述触摸屏的表面的电流X4 ；以及6)使用电流测量电路将所述指向对象的位置三角化，以获得电流测量X1、X2、X3和X4。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括在所述电容器上提供已知的电压充电的步骤，以便确定由于所述指向对象的存在而从所述触摸屏的表面流失了多少电流。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括将所述电容器的正节点连接到所述触摸屏的所述第一边，并且将飞跨电容的负节点连接到所述触摸屏的所述第二边的步骤， 以用于电流测量XI。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述方法还包括将所述电容器的正节点连接到所述触摸屏的所述第二边，并且将所述飞跨电容的负节点连接到所述触摸屏的所述第一边的步骤，以用于电流测量X2。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述方法还包括将所述电容器的正节点连接到所述触摸屏的所述第三边，并且将所述飞跨电容的负节点连接到所述触摸屏的所述第四边的步骤，以用于电流测量X3。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述方法还包括将所述电容器的正节点连接到所述触摸屏的所述第四边，并且将所述飞跨电容的负节点连接到所述触摸屏的所述第三边的步骤，以用于电流测量X4。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括将所述电容器充电至已知电压的步骤，以便确定通过所述指向对象而从所述触摸屏流失的电流量。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述方法还包括通过所述电容器产生跨越所述触摸屏的线性电压梯度的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述方法还包括使所述电容器恢复到所述已知电压的步骤，以便维持跨越所述触摸屏的所述电压梯度。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括通过仅允许电流流失到所述指向对象和所述电流测量电路来增加所述用于测量表面电容触摸屏上指向对象的位置的方法的精确性的步骤。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括使用等式X= X1/(X1+X2)来确定所述指向对象在X轴中的位置的步骤。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括使用等式Y= Y1/(Y1+Y2)来确定所述指向对象在Y轴中的位置的步骤。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括通过等式Z= (X1+X2+Y1+YW/4来确定所述指向对象在Z轴中的位置的步骤。
全文摘要
一种在非导电衬底上具有大体均匀的导电材料涂层并且随后用电介质材料覆盖该导电材料的触摸屏，其中新颖的电流测量电路减少了杂散电容对电流测量精确性的影响，以便可以使用简单的比值等式来确定触摸屏上对象的相对的X和Y位置。
文档编号G06F3/041GK102224481SQ200980146539
公开日2011年10月19日 申请日期2009年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者基思·L·保尔森, 贾里德·G·拜瑟韦 申请人:瑟克公司