专利名称：用于感测显示器上触摸事件的方法和装置的制作方法
用于感测显示器上触摸事件的方法和装置相关申请的交叉引用本申请要求2009年11月25日提交的美国申请第12/625882的优先权权益。
背景技术：
本发明涉及感测触敏显示器上触摸事件的方法和装置，触敏显示器诸如液晶显示器、有机发光二极管显示器等。显示器市场主要是提供触敏功能的显示器一且预期具有触摸功能显示器的市场份额在未来几年会极速增加。于是，多家公司已经研究各种感测技术，包括电阻感测、投射式电容感测、红外感测等。尽管这些技术中的多种技术产生合理的触摸功能，但每种技术 对于特定应用都存在某些性能缺点，且几乎都造成制造每种显示器的显著成本增加。考虑到性能，触敏显示器的基本衡量标准是触摸事件的精确感测以及触摸事件在触摸/显示窗上的精确位置的确定。许多次要特性对于增加的功能变得越来越重要，包括感测诸如笔、触针的除了人手指之外的各种触摸实施体的灵活性、感测多个同时触摸事件的能力、位置分辨率以及区分假触摸(悬停或环境干扰)的能力。触敏显示器在移动装置应用中使用日益广泛，诸如iPhone 、iPOD 等，触敏显示器等总厚度和重量对于商业生存力越来越成为重要的衡量标准。当考虑这些附加标准时，只有寥寥传感器技术脱颖而出。目前，电阻式触摸屏由于其延展性且相对低的成本而在市场中占有重要地位。电阻式触摸屏的常见类型是4-线型，其中两个无图案的透明导体(通常是铟锡氧化物，ITO的涂层)彼此面对，一个在塑料膜的下侧上，而另一个在玻璃基底的顶部上。电压在相对边缘上交替施加至每个导体。由于导体内的电阻，电压跨越片降低。当电压未施加至给定片时，该片用作传感器。当塑料膜由于触摸事件移位时，两个导体片彼此接触，且电流从供能片流向未供能片。接触点处的电压取决于到输入源的距离，这允许沿一个维度确定接触位置。通过将源反向并感测两个片的功能，可类似的沿另一维度确定该位置。有多种关于电阻式触摸屏的缺点，诸如塑料膜相对易于损坏、ITO涂层易于碎裂(因为这种涂层相当脆)以及ITO涂层既不理想地透明也不导电。电阻式触摸屏也不能支持iPhone (使用电容式触摸屏)中最流行的多点触摸功能。iPhone上可能的非常轻的触摸在电阻式触摸屏上也不能实现，因为必须使膜物理移位以使两ITO涂层接触。尽管比电阻式类型成本高，但电容式触摸屏变得越发流行。电容式触摸屏包括触 摸玻璃层和覆盖玻璃层。触摸玻璃层在相反侧上承载电迹线(通常是IT0)，通常成交叉网格图案，其间有绝缘体(玻璃)。当人体作为导体时，触摸覆盖玻璃致使局部静电场变形，可作为电容变化测量。方波沿给定方向相继输入每个电迹线，并感测每个线沿另一方向的互电容耦合。如果手指触摸覆盖玻璃，互电容将在多于一个单元格(网格的相应迹线的交点)处降低。电容式触摸屏之所以理想是由于能够提供多点触摸灵敏度、其能够感测甚至非常轻的触摸事件、其稳健性(不需要弯曲)以及其透明特性。电容式触摸屏技术的缺点包括不能感测触针的触摸，难以扩展到较大尺寸，且制造成本闻。因而，在本领域需要发展触摸屏技术的新方法和装置，以包括良好的扩展性、低成本、对触针的灵敏性、稳健性、良好透明度、对多点触摸事件的灵敏性以及对轻触摸事件的灵敏性。
发明内容
根据本文所述的一个或多个实施例，提供用于触敏显示器的方法和装置，其可包括显示层；透明层，该透明层设置在显示层上方；至少一个光源，该至少一个光源发出光以传播到透明层内和/或穿过透明层；至少一个光感元件，该至少一个光感元件与透明层连通并操作以响应于物体触摸透明层的表面并干扰光穿过透明层的传播而接收散射光；以及控制电路，该控制电路包括处理器，该处理器从至少一个光感元件接收指示散射光的信号，并计算物体触摸透明层的一个或多个位置。根据本文所述一个或多个实施例的方法可包括将透明层设置在显示层上方；发出光以传播到透明层内和/或穿过透明层；响应于物体触摸透明层的表面并干扰光穿过透明层的传播而测量散射光；以及基于测量散射光的步骤得到的信号计算物体触摸透明层的一个或多个位置。结合附图从本文的说明，本文实施例的其它方面、特征和优点对于本领域的技术人员是显而易见的。
为了说明目的，附图中示出目前较佳的形式，但是应当理解，本文所述实施例并不限于所示的精确布置和方法。图I是具有本文一个或多个实施例中可采用的某些特征的触敏显示器的侧视图；图2A-2B是根据本文一个或多个实施例采用减少反光机构的触敏显示器的侧视图；图3是根据本文一个或多个其它实施例的触敏显示器的替代实施方式的示意图；图4是根据本文一个或多个实施例采用另一减少反光机构的触敏显示器的侧视图；图5是示出用在图5的减少反光机构内的一个或多个过滤器的某些传递特性的图表;图6是根据本文一个或多个另外的实施例的触敏显示器的又一替代实施方式的示意图；图7是可根据本文的一个或多个另外的实施例可使用的有效触针的示意图；图8是根据本文一个或多个其它实施例的替代触敏显示器的侧视图；以及图9是适用于本文的一个或多个实施例的代码调制器和解调器电路的框图。
具体实施例方式参照附图，其中相同的附图标记标示相同的构件，图I中示出根据本文所述一个或多个实施例和各方面的触敏显示器100A。触敏显示器100A可用在各种消费电子商品，例、如蜂窝电话和能够无线通信的其它电子装置、音乐播放器、笔记本电脑、移动装置、游戏控制器、计算机“鼠标”、电子书阅读器和其它装置。触敏显示器100A包括显示层102和触摸屏层104(也可作为保护覆盖层使用)。触敏显示器100A可包括显示层102与触摸玻璃104之间的空气间隙。触摸屏层104包括表面106,表面106可由使用者用于通过触摸事件与触敏显不器100A交互。可在表面106上或通过表面106将各种标记呈现给使用者，从而在这种交互作用中引导使用者。例如，标记可包括屏104的表面106上设置在旁以指示用户选择、软件执行等(这里仅列举了几个)的区域。如该说明书中稍后将更详细描述的，触敏显示器100A可包括从屏104接收信号来检测触摸事件的电子电路，包括表面106上事件的具体位置。触摸屏层104可由任何合适的透明材料、诸如玻璃、塑料等制成。尽管塑料较为廉价，但认为玻璃产生更好的性能。因此，本说明书的其余部分假设使用玻璃材料来形成触摸屏层104。例如，玻璃可以是化学加固玻璃、诸如钠钙型玻璃。一种这样的玻璃是通过离子 交换硬化的碱性硅酸铝玻璃。这些类型玻璃的通常成分不仅由Na2O (苏打)、CaO (石灰)以及SiO2 (二氧化硅)而且由诸如MgO、Li2O, K2O, ZnO、以及ZrO2的几种其它氧化物组成。一旦通过离子交换硬化，这些类型的玻璃呈现使得它们不仅对于触摸屏应用而且对于覆盖玻璃(保护)应用来说都理想的某些特性。关于适于用作触摸屏104的钠钙型玻璃的形成和/或生产细节的其它细节可在以下申请中的一篇或多篇中找到2007年7月31日提交的美国专利申请第11/888，213号、2009年8月7日提交的美国专利申请第12/537，393号、2009年8月21日提交的美国专利申请第12/545，475号以及2009年2月25日提交的美国专利申请第12/392，577号，这些申请的全文以参见的方式纳入本文。可使用任何已知的电子显示技术，诸如IXD显示技术等来实施显示层102。该显示器可包括背光机构(未示出)，该背光机构产生并透射光线穿过触摸玻璃层104，如虚线箭头所示大致垂直穿过表面106。在一个或多个实施例中，可借助于穿过触摸屏层104透射光线的显示层102来将上述标记呈现给使用者。无论经由背光机构还是其它光源110，触敏显示器100A包括引导光传播到玻璃层内和/或穿过玻璃层的至少一个源。在显示层102的背光机构的情况下，来自背光机构的光会(大致垂直地)传播穿过触摸玻璃层104。在光源110的情况下，来自光源的光会通过触摸玻璃层104的边缘耦合到触摸玻璃层104内并以引导模式112在玻璃内传播。例如，光源110可包括一个或多个LED，诸如发射波长范围为400nm至约650nm的光的可见光LED或者发出波长超过约700nm的光的红外LED。当诸如使用者手指的物体触摸到触摸玻璃层104的表面106时，干扰光穿过触摸玻璃层104的传播，由此形成散射光能量114。触敏显示器100A包括至少一个光感元件116，该至少一个光感元件116与玻璃层104连通，并操作以响应于物体触摸表面106而接收或感测散射光能量114。至少一个光感元件116 (诸如光电二极管、成像器或类似装置)可产生指示足以计算物体触摸玻璃层104的一个或多个位置的散射光能量114的信号。在该说明书中稍后将更详细讨论计算触摸事件位置的方法。为了保持良好的信噪比以通过光感元件116精确感测散射光114，理想的是使耦合进入的光112的反射和/或离开触摸玻璃层104的边缘表面的散射光114最少。在这点上，且参照图2A和2B，触敏显示器100A (和或本文的任何其它实施例)还可包括一个或多个抑光机构120A和/或120B，抑光机构操作以减少这种光反射。抑光机构120A包括沿玻璃层104的至少一个边缘设置的低反射系数颜料(诸如黑漆或吸光材料)。当采用至少一个源110来耦合入光112时，则理想的是在与源110相对的边缘上设置有抑光机构120A的低反射系数颜料。当仅施加至边缘表面本身时低反射系数颜料可很好地起作用；但是，相信当该颜料设置在边缘表面以及玻璃104的与该边缘相邻的上部和下部表面的至少一部分时会得到有利结果。最好是在玻璃层104的所有边缘表面上以及相邻表面的相关部分上包括该颜料。抑光机构120B包括玻璃层104在一个或多个边缘处的渐薄厚度。同样，当采用至少一个源110来耦合入光112时，则理想的是在与源110相对的边缘上设置有抑光机构120B的渐薄边缘。此外，可能同样理想的是在玻璃层104的所有边缘上采用抑光机构120B。抑光机构120B的锥度赋予触摸玻璃层104以“泄漏-波导”特性，从而抑制光反射回玻璃内。实质上，抑光机构120B的渐薄通过允许到达玻璃层104的边缘的光漏出而减少向后散 射。为了说明泄漏-波导特性的功能，图2B示出触摸玻璃层104内的两个引导射线。第一射线122相对于表面106的法线约为40度，对于折射率约I. 572的玻璃来说接近约39. 5度的临界角。第二射线124在撞击到减薄区域之前沿触摸玻璃层104的中心传播。这两个射线122、124代表导波射线角的极端范围。当射线122、124撞击、反射并再撞击抑光机构120B的渐薄部分时，入射角变化，直到它们低于临界角入射并开始泄漏出触摸玻璃层104。这样，使回到触摸玻璃层104的反射减少和/或最少。抑制向后散射的质量(例如反弹次数和回程损耗)将取决于触摸玻璃层104的几何形状和折射率。通过计算估计到对于折射率约I. 572、厚度为I个单位且锥度为10度(例如在约5. 59单位上渐薄)的玻璃，射线122、124将经历约7次泄漏反弹。尽管考虑和公开了10度的锥度，但也可采用其它锥度。通常，锥度越浅，射线122、124在反射回接触玻璃层104之前会遇到的泄漏反弹越多。关于射线122的其它计算揭示了对于P-偏振光约6. 65E-13而对于S-偏振3.01E-9的回程损失(由于七次泄漏反弹)。反射光是强S-偏振的。由于LED源110是随机偏振的，平均边缘反射约为I. 5E-9。可通过在光感元件116前面放置P-透射偏振器来实现对反射的进一步抑制(两个或三个数量级)。此外，在锥体上采用上述颜料(诸如黑漆或吸光材料)也可减少边缘反射。现参照图3，该图示出根据本文一个或多个其它实施例的触敏显示器100B的替代头施方式。触敏显不器100B包括显不层(未不出)和触摸玻璃层104，该触摸玻璃层104不出为俯视图，且同样也可用作保护覆盖玻璃层。在该实施例中，触敏显示器100B包括多个光源110A、110B、110C和110D，其中每个光源110与屏104的相应边缘130A、130B、130C和130D连通。如下文将更详细讨论的，在屏104的每个边缘130处采用至少一个光源110与较少数量的光源110相比提供有利的功能。但，尽管示出四个这种光源110，但可使用任何合理的数量。例如，可采用两个、三个或更多这种光源110。触敏显示器100B包括各围绕屏周界有策略布置的多个光感元件116A、116B、116C和116D。具体来说，当光感元件116中的相应光感元件位于屏104的每个角部时可实现有利的作用。但应当理解，可采用任何数量的光感元件116，且可使用其任何位置，只要实现足够的感测能力即可。
触敏显示器IIOB还包括或联接至控制电路140。控制电路140提供必要的功能来对光源110通电、从光感元件116接收信号以及处理这些信号来确定物体触摸到触摸玻璃层104的表面106的一个或多个位置。具体来说，控制电路包括微处理器142、驱动电路144和接口电路146。微处理器142经由信号线、总线等联接至驱动电路144和接口电路146。微处理器142执行计算机可读代码(软件程序)，计算机可读代码控制和协调驱动电路144和接口电路146的活动来实现前述功能。例如，微处理器142可向驱动电路144提供控制信号，指示何时接通和切断相应电源110。如本文稍后将更详细讨论的，微处理器142也可提供附加信息以使驱动电路144调制从光源110发出的光。接口电路146从光感元件116接收信号并处理这些信号，从而可将这些信号输入微处理器142。例如，当光感元件116是光电二极管时，接口电路146可为光电二极管提供适当的偏置条件，使得光电二极管能够 正确地感测光能。在这方面，接口电路146可在特定时段内使某些光感元件116启用而其它光感元件不启用。接口电路146还可处理从光电二极管接收的模拟信号并将模拟信号转换从用于微处理器142的数字格式。微处理器142可利用适当的硬件来实施，诸如标准数字电路、可运行以执行软件和/或固件程序的任何已知处理器、一个或多个可编程数字装置或系统，诸如可编程只读存储器(PR0M)、可编程阵列逻辑装置(PAL)等。此外，尽管示出控制电路140划分成某些功能块(微处理器142、驱动器144和接口 146)，但这些功能块可实施为分开电路和/或组合到一个或多个功能单元内。微处理器142可执行不同的软件程序以实施不同的技术来计算物体触摸到触摸玻璃层104的表面106的一个或多个位置。一个这种技术是三角测量法，这是通过测量从已知点到变量点的角度来确定变量点(在该情况下是物体触摸到屏104的点)位置的公知方法。然后可用一个已知边和两个已知角计算作为三角形第三点的变量点。在触敏显示器100B中，任何两个光感元件116可在三角测量法算法中提供固定点。为了改进位置计算的精度，可能理想的是使用多对光感元件116来多次计算触摸点并然后使用数据计算来得到最终触摸位置。在某些实施例中，光感元件116的运行特性会使三角测量法的使用有问题。例如，如果光感元件116是仅测量光强的光电二极管，则三角测量法可能难以或不可能使用。计算触摸事件位置的替代方法是比较由光感元件116感测的相应信号强度。例如，如果元件116A和116D测得相同的信号强度,则可确定触摸事件的位置位于到两兀件116A和116D的等距线上。但如果信号不相等，则触摸事件的位置可确定为更靠近一个光感元件而不是另一个。实际上，触摸事件的位置不会在一条线上而是在弧上。通过感测第三元件116B的信号强度，可实现单点触摸位置的确定。为了说明而非限制目的，在本说明书中稍后会以“实例-位置感测算法”为标题讨论基于从光感元件116接收的幅值数据计算屏104上触摸事件位置的示例算法。影响用于计算触摸位置的数学方法精度因素之一是微处理器142在从光感元件116接收的信号中区分出是由来自特定光源110还是成组光源110的光能产生的能力。在这方面，控制电路140可操作以使从至少两个(且较佳地所有)光源发出的光包括至少两个区别特征。这样，微处理器142可从由光感元件116产生的信号提取这种特征的指示，并因此区分那个信号是来自响应于特定光源110产生的散射光。
这些区别特征可包括以下中的至少一个(i)从两个或多个光源110发出的光的不同波长；(ii)调制部件，由此从两个或多个光源发出的光用相应的不同编码进行调制；以及(iii)频率调制部件，由此从两个或多个光源发出的光用相应的不同频率进行调制，以及(iv)时间部件(或时间复用)，由此在不同时间从两个或多个光源发出光。再看每个上述区别特征，每个光源110可用具有不同光波长的相应LED来实施。例如，光源IlOA可发射第一波长范围内，诸如约430nm至约470nm (大致是蓝光光谱)之间的光。光源IlOB可发射第二波长范围内，诸如约 490nm至约550nm (大致是绿光光谱)之间的光。光源IlOC可发射第三波长范围内，诸如约615nm至约650nm (大致是红光光谱)之间的光。这些可见蓝、绿、红波长范围仅用于说明目的。实际上，也可能有其它范围(包括复合蓝-绿、绿-红等)。此外，也可采用不可见波长，诸如红外波长。因此，例如光源IlOD可发射第四波长范围内，诸如约820nm至约880nm之间的光。假如两个或多个光源110可发生不同波长的光，则可在屏104本身和/或控制电路140内采取步骤来在从光感元件116接收的信号之间作出区分。例如，光感元件116可定位成趋于使仅仅某些元件116感测源自某些光源110的散射光。具体来说，给定光感元件116的定向，每个光源的光投射场可排除某些光感兀件116。例如,光源IlOA的光透射场可包括屏104的仅虚线134A前部的各部分。假设使屏104的边缘130处的光反射减小或最小，仅光感元件116A和116D (沿与光源IlOA相同的边缘130A)会由于触摸事件从光源IIOA接收散射光能量(且没有从光源110直接入射的光能)。可对其它光源110和光感元件116进行类似分析。光感元件116本身可如本领域已知的以不同方式响应于光能的波长。例如，给定的光感元件116可包括响应于某些波长而不响应其它波长的传感器，由此提供不仅接收的光能的幅值而且关于其波长的输出指示。控制电路140，且具体是微处理器142可在从相应光感元件116接收的信号之间区分出与来自光源110的入射光不同的光散射事件。此外，这些信号可用在适于计算屏104上触摸事件的一个或多个位置的数学算法中。如上文讨论的，使用波长区别特征(以及将在下文讨论的一个或多个其它特征)的触摸位置计算精度受到屏104的边缘130处光反射的程度和特征的影响。最理想的是，使这种边缘反射减少或最少。在这方面，除了或附加于先前参照图2A-2B讨论的特征，触敏显示器100B还可包括其它特征来减少这种边缘反射。在这点上，参照图4，该图示出采用另一反光减少机构的触摸玻璃层104的侧视图。具体来说，低反射系数颜料120A可沿玻璃层104的边缘130 (较佳地所有边缘)设置。低反射系数颜料120A可包括穿过其中与相应光源110相邻的相应窗口，从而来自光源的光可不受阻地耦合到玻璃层104内。为了减少来自窗口和/或光源110本身的反射(由于从另一光源入射的光能或散射事件产生)，可在光源110与玻璃层104的边缘130之间设置至少一个过滤器126。过滤器126运行以显著削弱由相应光源110产生的波长范围外的光。这样，窗口和光源110本身对于该波长范围外的光会呈“暗的”(即不反射)。在可见波长范围的情况下，根据其特定过滤特性可能采用单个过滤器126。但是，在某些情况下，可能需要第一和第二过滤器126A、126B来过滤整个关注范围。例如,一个过滤器126A可削弱第一可见波长范围外的光(诸如前述蓝光范围)，而另一过滤器126B可削弱另一这种范围外的光、诸如红外波长范围。图5是示出一个或多个过滤器126的某些透射特性的图表。具体来说，示出入射光波长(例如蓝128A、绿128B、红128C、红外128D)与相应过滤器特性129A、129B、129C、129D之间的关系。该图表的竖直轴线视情况为光源110或穿过过滤器126的透射百分比，而水平轴线是以nm为单位的光波长。如果确定前述颜料、锥度和/过滤器126未充分削弱边缘反射，则用某些附加信息调制由光源110产生的光可进行来自光感元件116的理想信号与不理想信号的进一步区分。例如，驱动电路144可调制一个或多个光源110，使得来自光源的相应光包括一定编码或多个编码，诸如正交码，像公知的沃尔什码。例如，由特定光源110产生的光可包括特定比特率(诸如IKHz)的调制的20比特沃尔什码。接口电路146可包括接收器，该接收器可 解调特定沃尔什码并拒绝不包括这种码的信号。该调制/解调过程确保仅响应于由于触摸事件(与相对或相邻边缘上其它光源110直接发出的光不同)的散射光产生的信号被处理，以计算触摸位置。应当指出，调制和解调电路(诸如用于正交码方案)是信号处理领域公知的。为了讨论目的，在本说明书中稍后将以“实例-编码调制实施方式”为标题呈现这种调制和解调电路的实施方式的更详细说明。上述编码调制的一变型是使用频率调制。在该实施例中，驱动电路144可调制一个或多个光源110，使得来自光源的相应光包括一定的频率或多个频率(可由调谐接收器区分)。接口电路146可包括适当的接收器，该接收器可解调特定频率并拒绝不包括这种频率的信号。与编码调制一样，该调制/解调过程确保仅响应于由于触摸事件(与相对或相邻边缘上光源110直接发出的光不同)的散射光产生的信号被处理，以计算触摸位置。应当指出，频率调制和解调电路在信号处理领域是公知的，且因此，在本说明书中省略对其实施方式的详细描述。接着看可用于辅助将承载关于特定散射事件信息和特定光感元件116的信号隔离的区别特征，每个光源110以时间复用方式被供能。例如，控制电路140 (例如驱动电路144)可在特定时段内使仅一个(或特定几个)光源110发光。同时，控制电路140 (例如接口电路146)可在该时段内允许仅光感元件116中的某些启用。为了说明以上内各，当光源IIOA启用时，控制电路140可仅启用光感兀件116A和116D。在这些情况下，且由于呈现有限的边缘反射，仅光感元件116A和116D(沿与光源IIOA相同的边缘130A)会由于触摸事件接收来自光源IlOA的散射光能量(没有来自光源IlOA的直接入射光能量)。在其它时段可对其它光源110和光感元件116进行类似分析。应当指出，可通过同时对一个以上的光源110供能来采用这种时间复用方法，但必须注意在触摸位置计算时考虑多个光源。此外，可对相同波长或波长范围的光源110采用时间复用方法，因为同时启用的光源110和光感元件116的数量有限。因此，为了降低触摸屏104的表面106上污垢的影响，和/或允许标记实际涂在或以其它方式妨碍该表面106，光源可以都是红外型的。使用时间复用方法，控制电路140在从相应光感元件116接收的信号之间区分出与来自光源110的入射光不同的光散射事件。这允许这些信号可用在例如计算屏104上触摸事件的一个或多个位置的算法中。同样，以“实例-位置感测算法”为标题讨论的示例算法可用来计算触摸时间的位置。
现参照图6，该图示出根据本文一个或多个其它实施例的触敏显示器100C的替代实施方式。触敏显示器100C还包括显示层(未示出)和触摸玻璃层104，示出为俯视图。在该实施例中，触敏显示器100C包括沿一边缘130A的多个光源IIOA (诸如四个)和沿另一边缘130B的多个光源IlOB等。类似地，触敏显示器100C包括沿边缘130A的多个光感元件(诸如四个)、沿另一边缘130B的多个光感元件等。与本文其它实施例一样，触敏显示器IlOC还包括或联接至控制电路140。触敏显示器100C可用与前述实施例的触敏显示器100B类似的方式运行，但在波分复用的情况下，沿屏104的给定边缘130的所有光源可具有相同波长(或波长范围)，和/或在时分复用的情 况下同时启用/不启用。对于沿每个相应边缘130的光感元件116也是一样。根据触敏显示器的又一实施方式，图1、3和6中所示的任何前述实施方式可基于荧光原理运行。在物体(诸如手指)响应于由于触摸玻璃层104的表面106产生的入射光而发荧光的情况下，来自物体的荧光可耦合到玻璃层104内。由于荧光(通过光源的精心选择)可具有与入射光不同且更高的波长，可方便地检测散射光，且入射光的检测由控制电路140拒绝。如当前撰写中所描述的，手指可将光向后散射，允许检测触摸事件。可类似地将光散射的无源触针也是同样情况。但可能提供有源触针。不同于在覆盖玻璃内或通过覆盖玻璃提供的反射光，有源触针会是光源。现参照图7，该图是可与本文所披露的一个或多个触敏显示器100组合使用的有源触针200的示意图。一般而言，有源触针200的方法是将用于触摸位置感测的光源210放置在实施体的壳体202内，使用者使用该实施体来触摸到触摸屏104而不是依赖光散射。该方法的优点在于稳健性，因为光源210远比任何向后散射光强烈，如此强烈使得使用者可在用触针200书写的同时能够将其手掌搁在屏104上而不会削弱这些光以妨碍位置检测。当使用有源触针200时，在触摸屏104内或通过触摸屏104提供光的光源110就不需要了，所以它们可完全消失或暂时切断。暂时切断光源110会提供双操作模式使用光源110的一种触敏模式；使用有源触针200的另一触敏模式。光源210可以是LED，诸如IR LED，在该情况下光感元件116会适于感测IR光。如果光被如上所述进行调制，则会采用用于将光源210的光发射和光感元件116处检测的信号同步的装置。给出上述讨论和本文稍后参照图9所示和描述的系统，这种装置对于技术人员是显而易见的。来自光源的光照射到壳体202远端的珠体204内，该珠体204漫射和随机化从触针200发出的光。这种散射消除了触针200的姿势对从光感元件116的视点的光检测的影响。珠体204可由任何适当材料制成，诸如填充有例如约1% 二氧化钛以用作散射剂的塑料。当不与触摸屏104接触时由电池206对电源210供能是不理想的。有各种可能的机械构造允许触针200仅在与屏104接触时接通。例如，珠体204可通过弹簧环208朝向壳体202的远端向前偏置。弹簧环208可由某些弹性材料制成，某些弹性材料可用相对小的力压缩但当压力释放时反弹回其正常较大形状。当对珠体204施加压力且弹簧环108被压缩时，导电触板212将两个开关触点214连结，允许电流从电池206流到电源210。附加地或替代地，电池206可省略，且触针200可能够通过触感显示器100内的主机提取功率输出。
图8示出又一替代的触感显示器110D。该触感显示器100D包括显示层102、玻璃层104 (可设置在显示层102上方)以及玻璃层104上方的弹性触摸层105。经由间隔件等在弹性触摸层105与玻璃层104之间形成间隙。触摸层105由合适的聚合物制成，合适的聚合物可响应于触摸事件挠曲并与玻璃层104接触。此外，触摸层105由具有良好波导性质的材料制成。光源110产生耦合到玻璃层104内并以引导模式在玻璃层104内传播的光。由于玻璃层104内的全内反射，没有触摸事件就没有光耦合到触摸层105内，且因此光感元件116不会感测到散射光。在发生触摸事件时，在玻璃层104内传播的光的引导模式被打扰，且某些光耦合到触摸层105内。光感元件116可因此测量这种光并提供指示这种光的信号给控制电路(未示出)。这样，控制电路可使用上述类似技术和装置来计算触摸事件的位置。实例-位置感测算法该部分描述可在以上所披露和讨论的一个或多个实施例中用来计算触摸事件的位置检测算法。在该部分中，我们描述位置检测算法以及关于其在程序中实施的考虑，该程 序管理触感显示器的运行。作为背景知识，在日常生活中，我们通常需要估计随机事件的概率。实例包括掷骰子、从扑克中抽牌或估计测量仪器的噪声。在这些情况下，使用描述实体系统的模型知识(概率分布)来对结果进行预测。当对数据建模时，我们想要做的刚好相反给出已知经验数据，我们想要找到提供良好描述的模型。实现这种方式的方法可参照贝叶斯定理，其表达为
_7] ^⑴应用到给出经验数据寻找模型的本问题，贝叶斯定理变为
順型模型)(2)
P(数据)概率P (模型)称为先验值；如果不假设哪个模型有效则可认为该先验值是常数。分母仅是确保所有模型的概率等于I的标准化常数。因此，我们发现P (模型I数据)Oc p (数据I模型)(3)这意味着给定支持数据模型有效的概率与给定特定模型观察数据的概率成比例。该结果是本文所讨论的参数拟合方法的基础。实际配置提供给我们N个数据点(由检测器116测得的信号)，表示力^ i =
1，. . .，N，我们想要拟合到模型fi (B1,. . .，aM)，其中a」，j=l, . . . , M,是未知参数。该模型是通常使用关于随机过程的特性的某些物理角度建立的函数。如果每个数据点的试验误差以标准偏差O i正态分布，如果模型预测这些&值由
尸(数据 I 模型/)00 I^Jexp —丄—— Af.(4)
^ L 2I % J给出，则测量数据的概率经验地设定又
O
我们知道，根据我们对贝叶斯定理的讨论，方程(4)也是给定观察数据时模型有效的概率。因此，最可能的模型是使方程(4)最大或等同于使其对数的负数最小的模型。
权利要求
1.一种触敏显不器，包括 显示层； 透明层，所述透明层设置在所述显示层上方； 至少一个光源，所述至少一个光源引导光传播到所述透明层内和/或传播穿过所述透明层； 至少一个光感元件，所述至少一个光感元件与所述透明层连通，并操作以响应于物体触摸所述透明层的表面并干扰所述光穿过所述透明层的传播而接收散射光；以及 控制电路，所述控制电路包括处理器，所述处理器接收来自所述至少一个光感元件的指示所述散射光的信号并计算所述物体触摸所述透明层的一个或多个位置。
2.如权利要求I所述的触敏显示器，其特征在于 所述至少一个光源与所述透明层连通，使得所述光耦合到所述透明层内并以引导模式传播；以及 所述物体触摸所述透明层引起中断并干扰所述光的所述引导模式，由此产生所述散射光。
3.如权利要求I所述的触敏显示器，其特征在于 所述至少一个光源包括至少第一和第二光源，所述至少第一和第二光源与所述透明层的一个或多个边缘连通；以及 从所述相应第一和第二光源发出的光包括至少一个区别特征，使得所述处理器能操作以区分某些信号为响应于所述第一光源产生的散射光，而某些其它信号为来自响应于所述第二光源产生的散射光。
4.如权利要求3所述的触敏显示器，其特征在于，所述至少一个区别特征包括以下中的至少一个 从所述第一光源发出的光与从所述第二光源发出的光相比所具有的不同波长； 时间部件，由此与从所述第二光源发出的光相比在不同时间从所述第一光源发出光；调制部件，由此从所述第一光源发出的光用第一编码进行调制，且从所述第二光源发出的光用第二编码进行调制；以及 另一调制部件，由此从所述第一光源发出的光用第一频率进行调制，且从所述第二光源发出的光用第二频率进行调制。
5.如权利要求4所述的触敏显示器，其特征在于，还包括 至少第一光源，所述至少第一光源与所述透明层的第一边缘连通，并产生第一波长范围内的光；以及 至少第二光源，所述至少第二光源与所述透明层的第二边缘连通，并产生在所述第一波长范围外的不同的第二波长范围内的光， 其中，所述处理器部分地基于区分某些信号是响应于所述第一波长范围内的光从特定的一个或多个所述光感元件产生的，而另外某些信号是响应于所述第二波长范围内的光从特定的一个或多个其它所述光感元件产生的，来计算所述物体触摸所述透明层的一个或多个位置。
6.如权利要求5所述的触敏显示器，其特征在于，还包括低反射系数颜料，所述低反射系数颜料沿所述透明层的与所述第一边缘相对的边缘、并沿所述透明层的与所述第二边缘相对的边缘设置，由此降低所述透明层的一个或多个边缘处的光反射。
7.如权利要求6所述的触敏显示器，其特征在于 所述第一边缘和第二边缘彼此相对，使得每个这种边缘上包括低反射系数颜料；以及 穿过所述低反射系数颜料的相应窗口与所述至少第一光源和第二光源相邻设置，使得来自所述至少第一光源和第二光源的光耦合到所述透明层内。
8.如权利要求7所述的触敏显示器，其特征在于，还包括 至少一个第一过滤器，所述至少一个第一过滤器设置在所述至少第一光源和所述透明层之间，并操作以削弱基本上在所述第一波长范围外的光；以及 至少一个第二过滤器，所述至少一个第二过滤器设置在所述至少第二光源和所述透明层之间，并操作以削弱基本上在所述第二波长范围外的光。
9.如权利要求9所述的触敏显示器，其特征在于，所述第一过滤器和第二过滤器中的至少一个过滤器包括红外过滤器，所述红外过滤器操作以削弱红外波长范围内的光。
10.如权利要求4所述的触敏显示器，其特征在于 所述控制电路包括光源驱动电路，所述光源驱动电路操作以按时间序列对所述至少第一光源和第二光源供能；以及 其中，所述处理器部分地基于区分某些信号是在某些时间响应于光从特定的一个或多个所述光感元件产生的，而另外某些信号是在另外某些时间响应于光从特定的一个或多个其它所述光感元件产生的，来计算所述物体触摸所述透明层的一个或多个位置。
11.如权利要求10所述的触敏显示器，其特征在于，所述至少第一光源和第二光源产生仅在红外波长范围内的光。
12.如权利要求4所述的触敏显示器，其特征在于，以下中的至少一种 所述控制电路包括调制电路，所述调制电路操作以调制所述第一光源和第二光源，使得来自所述第一光源和第二光源的相应光包括所述第一编码和第二编码； 所述第一编码和第二编码是正交码； 所述正交码是沃尔什码；以及 所述处理器部分地基于区分某些信号包括所述第一编码且因此是响应于光从特定的一个或多个所述光感元件产生的，而另外某些信号包括所述第二编码且因此是响应于光从特定的一个或多个其它所述光感元件产生的，来计算所述物体触摸所述透明层的一个或多个位置。
13.如权利要求4所述的触敏显示器，其特征在于 所述控制电路包括调制电路，所述调制电路操作以调制所述第一光源和第二光源，使得来自所述第一光源和第二光源的相应光包括所述第一频率和第二频率；以及 所述处理器部分地基于区分某些信号包括所述第一频率且因此是响应于光从特定的一个或多个所述光感元件产生的，而另外某些信号包括所述第二频率且因此是响应于光从特定的一个或多个其它所述光感元件产生的，来计算所述物体触摸所述透明层的一个或多个位置。
14.如权利要求I所述的触敏显示器，其特征在于 所述至少一个光源是所述显示层的背光元件，并与所述透明层连通，使得所述光沿垂直于所述透明层表面的方向传播穿过所述透明层；以及所述物体触摸所述透明层引起中断并致使所述光中的一些耦合到所述透明层内，由此产生所述散射光。
15.如权利要求I所述的触敏显示器，其特征在于 所述物体响应于来自触摸所述透明层的所述表面的入射光而发荧光；以及 来自所述物体的荧光耦合到所述透明层内，由此产生所述散射光。
16.如权利要求15所述的触敏显示器，其特征在于 所述至少一个光源产生第一波长范围内的光； 来自所述物体的所述荧光具有基本上在所述第一波长范围外的一个或多个波长；以及 所述控制电路运行以至少部分地通过确定响应于所述荧光产生的信号是由所述第一波长范围外的光能量造成的而在所述荧光与从所述至少一个光源传播的光之间进行区分。
17.如权利要求I所述的触敏显示器，其特征在于，还包括抑光机构，所述抑光机构运行以降低所述透明层的一个或多个边缘处的光反射。
18.如权利要求17所述的触敏显示器，其特征在于，所述抑光机构包括沿所述透明层的与所述至少一个光源相对的至少一个边缘设置的低反射系数颜料。
19.如权利要求17所述的触敏显示器，其特征在于，所述抑光机构包括所述透明层在所述透明层的与所述至少一个光源相对的边缘处的渐薄厚度。
20.如权利要求I所述的触敏显示器，其特征在于，还包括有源触针，所述有源触针包含所述至少一个光源。
21.如权利要求20所述的触敏显示器，其特征在于，所述有源触针还包括光扩散元件以在所述光传播到所述透明层内和/或传播穿过所述透明层之前扩散来自所述至少一个光源的光。
22.如权利要求20所述的触敏显示器，其特征在于，所述有源触针还包括开关电路，所述开关电路操作以仅在所述触针与所述透明层接触时启用所述至少一个光源。
23.—种方法,包括 在显示层上设置透明层； 引导光传播到所述透明层内和/或传播穿过所述透明层； 响应于物体触摸所述透明层的表面并干扰所述光穿过所述透明层的传播来测量散射光；以及 基于由测量所述散射光的步骤得到的信号，计算所述物体触摸所述透明层的一个或多个位置。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 将所述光耦合到所述透明层内，使得所述光以引导模式在所述透明层内传播；以及 通过触摸所述透明层的所述表面干扰所述光的所述弓丨导模式。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 通过与所述透明层的一个或多个边缘连通的至少第一光源和第二光源引导所述光进入所述透明层； 在从相应第一光源和第二光源发出的光内包括至少一个区别特征；以及 基于所述至少一个区别特征，区分某些信号来自响应于所述第一光源产生并在所述透明层的特定的一个或多个位置测得的散射光，且某些其它信号来自响应于所述第二光源产生并从所述透明层的特定的一个或多个位置接收到的散射光。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述至少一个区别特征包括以下中的至少一个 从所述第一光源发出的光与从所述第二光源发出的光相比所具有的不同波长； 时间部件，由此与从所述第二光源发出的光相比在不同时间从所述第一光源发出光；调制部件，由此从所述第一光源发出的光用第一编码进行调制，且从所述第二光源发出的光用第二编码进行调制；以及 另一调制部件，由此从所述第一光源发出的光用第一频率进行调制，且从所述第二光源发出的光用第二频率进行调制。
全文摘要
提供用于触敏显示器的方法和装置，其中透明层设置在显示层上方；引导光传播到透明层内和/或穿过透明层；响应于物体触摸透明层的表面并干扰光穿过透明层的传播来测量散射光；以及基于通过测量散射光的步骤得到的信号计算物体触摸透明层的一个或多个位置。
文档编号G06F3/042GK102754056SQ201080053255
公开日2012年10月24日 申请日期2010年11月10日 优先权日2009年11月25日
发明者J·S·金, M·查博尼奥-莱弗特, T·J·奥斯雷, W·R·特鲁特纳 申请人:康宁股份有限公司