在电阻触摸屏应用中的位置确定技术的制作方法
【专利摘要】确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的方位的系统和方法。该系统和方法可包括在两个操作阶段中测量来自电阻触摸屏的第一和第二电阻片的每个上的电极对的信号。该系统和方法可进一步包括从信号测量确定触摸屏分段电阻。该系统和方法可从该电阻确定与双触摸操作对应的方位。该系统和方法也可从信号测量确定方位。
【专利说明】在电阻触摸屏应用中的位置确定技术
[0001]相关申请案
[0002]本申请涉及2010年8月5日提交的共同未决的美国专利申请App.N0.12/851,291的“System and Method for Dual-Touch Gesture Classification (用于双触摸手势分类的系统和方法)”。
[0003]背景
[0004]4线电阻触摸屏是当物理触摸可在屏上发生时记录的电子装置。一般地，4线电阻触摸屏的结构是众所周知的。图1示出典型的4线电阻触摸屏100。屏100可包括:第一塑料薄膜层(Y层)110，其具有在底侧上的透明电阻涂层；一对Y+和Y-电极112，其在第一层Iio的垂直边缘处。屏100可进一步包括:第二塑料薄膜层(X层)120，其以在顶侧上的透明电阻涂层与第一层110隔开；以及一对X+和X-电极122，其在第二层120的水平边缘处。屏100也可包括在两个塑料薄膜层110、120之下定位的IXD屏130，其可显示通过两个塑料薄膜层110、120可观察的图像内容。
[0005]在触摸操作期间，用户触摸在触摸屏100上的点，这可导致第一层110偏转并且与第二层120接触。然后确定接触点的近似X-Y笛卡尔坐标。在第一阶段中，电压在Y层(t匕如层110)上驱动并且电压从X层(比如层120)的单个电极中读取。在第二阶段中，电压在X层上驱动并且电压从Y层的单个电极中读取。高阻抗输入装置用于从在每个阶段中的感测层读取电压，这最小化在感测层中的电压损耗。因此，在感测层电极处感测的电压表示在两层之间接触点处的电压。为便于参考，由施加电压驱动的层可称为“有源”层，而感测层可称为“无源”层。通过每个操作阶段读取的电压被数字化并且转换为表示在层彼此触摸处的X-Y轴中的接触单点值。
[0006]对于用户可取的是在触摸操作期间以接触的单点或双点触摸屏。一些触摸屏系统已经试图确定用于双点触摸的方位，但是这些系统涉及特殊屏或效率低。
[0007]因此，本领域存在确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸方位的技术需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1示出典型的4线电阻触摸屏100。
[0009]图2示出根据本发明实施方案的触摸确定系统200。
[0010]图3示出根据本发明实施方案的触摸处理系统300。
[0011]图4示出根据本发明实施方案的确定触摸类型的方法400。
[0012]图5模拟在多触摸事件期间四线电阻触摸屏的操作。
[0013]图6示出根据本发明实施方案的四线电阻触摸屏的电气模型600，其描述在电阻触摸屏分段电阻和两个触摸位置之间的关系。
[0014]图7示出根据本发明实施方案的确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的方位的方法700。
[0015]图8示出根据本发明实施方案的从计算的分段电阻确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的方位的方法800。[0016]图9示出根据本发明实施方案的从估计的分段电阻确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的估计方位的方法900。
[0017]图10示出根据本发明实施方案的用于确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的估计方位的人工神经网络1000。
[0018]图11示出根据本发明实施方案的使用监督学习过程而校准用于确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的方位的人工神经网络的方法1100。
[0019]图12示出根据本发明实施方案的使用人工神经网络而确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的估计方位的方法1200。
[0020]图13示出根据本发明实施方案的从重心计算和估计的触摸距离而确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的估计方位的方法1300。
【具体实施方式】
[0021 ] 本发明的实施方案提供确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的方位的系统和方法。该系统和方法可包括在两个操作阶段中测量来自电阻触摸屏的第一和第二电阻片的每个上的电极对的信号。该系统和方法可进一步包括从信号测量确定触摸屏分段电阻。该系统和方法可从分段电阻确定与双触摸操作对应的方位。该系统和方法也可从信号测量确定方位。
[0022]图2示出根据本发明实施方案的触摸确定系统200。系统200可包括开关块210、转换器220、数据存储230、处理单元240以及触摸屏驱动器212。开关块210可管理在触摸屏(未示出)和系统200之间的接口。例如，它可将来自触摸屏驱动器212的驱动电压连接到触摸屏的X和Y层，从而导致它们操作为在各个操作阶段期间的有源和无源层。开关块210也可从触摸屏电极(X+、X-、Y+和Y-)捕捉输入信号203并且将它们输出到转换器220。
[0023]转换器220可数字化从开关块210输出的捕捉信号并且输出数字化值到存储单元230。处理单元240可解释数字化信号从而确定做出的触摸类型(例如单触摸或双触摸)并且解析触摸坐标。处理单元240可包括指示触摸类型和触摸方位的输出。
[0024]在实施方案中，触摸确定系统200可在普通的集成电路中制造。在实施方案中，到开关块210的输入/来自开关块210的输出和来自处理单元240的输出可分别耦合到集成电路的输入/输出引脚和输出引脚。
[0025]开关块210可在任一电压或电流域中捕捉来自电极的信号。当捕捉电压时，开关块210可包括耦合到每个电压的多个采样电容器(未示出)。当捕捉电流时，开关块可包括耦合到每个电压的多个电阻路径(未示出)。在其它实施方案中，开关块210可包括在确定触摸位置之前减少噪音或提高准确性的滤波器。
[0026]图3示出根据本发明实施方案的触摸处理系统300。系统300可包括触摸确定单元350。触摸确定单元350可包括开关块310。开关块可具有:双向连接端，其用于驱动并且接收耦合到电阻触摸屏(未示出)的电极(Χ+、Χ_、Υ+和Y-)的信号303;输入端，其用于从电阻触摸屏驱动器312接收层控制信号；以及输出端，其耦合到转换器320。系统300可进一步包括:数据存储330，其耦合到转换器320的输出端；处理单元340，其耦合到数据存储330 ;以及外部处理器360，其耦合到来自触摸确定单元350的各种输出端。
[0027]系统300可提供各种输出到外部处理器360。系统300可以用如关于图2的系统200所讨论的类似方式而操作。然而，在一个实施方案中，转换器320可从系统300直接输出数字代码到可确定触摸位置的外部处理器360。在另一个实施方案中，转换器320可输出模拟信号值到可确定触摸位置的外部处理器360。在又一个实施方案中，数据可从数据存储330或处理单元340提供到外部处理器360或通过外部处理器360从数据存储330或处理单元340直接提取，使得处理器360可确定触摸位置。
[0028]在实施方案中，触摸确定单元350可在普通的集成电路中制造。在实施方案中，到开关块310的输入/来自开关块310的输出和来自处理单元340的输出可分别耦合到集成电路的输入/输出引脚和输出引脚。
[0029]图4示出根据本发明实施方案用于分类触摸类型的方法400。除了表征触摸位置，如在图2-图3中示出的触摸确定单元也可进一步表征可在电阻触摸屏上发生的触摸类型。在单触摸操作的发生期间，流过有源层的电流可以是恒定的。然而，在双触摸操作期间，作为双触摸之间的距离和双触摸施加的压力的函数，流过有源层的电流可减小。因此，如在图4中示出的方法400可检测用于各种触摸操作的触摸类型和触摸位置。
[0030]如在方框410中所示，方法400可在电阻触摸屏的第一电阻片的两端驱动预定电压并且测量来自在第一电阻片和第二电阻片上的电极对的第一组信号。方法400可在第二电阻片的两端驱动预定电压并且测量来自在第一电阻片和第二电阻片上的电极对的第二组信号(方框420)。方法400可基于测量信号而分类触摸类型为单触摸类型或双触摸类型(方框430 )。在实施方案中，在分类触摸类型之后，该方法然后可输出触摸类型的指示符(方框 440)ο
[0031]图5模仿在双触摸操作期间的四线电阻触摸屏的操作。由于触摸屏层可在有源和无源层之间交替，为便于参考，Y层510可描述为有源层，而X层520可描述为无源层。在有源层中，系统500可包括具有已知开关电阻的开关515A、515B以及电极512A (Y+)和612B(Y-)。在无源层中，系统500可包括具有已知开关电阻的开关525A、525B以及电极522A(X+)和522B (X-)。电极512A、512B、522A和522B可每个连接到如图2中所示的位置确定系统200，其中在每个电极处的信号可在触摸操作期间进行测量。
[0032]当施加例如高触摸和低触摸的双触摸时，有源层510的电阻片可在概念上分段成代表性电阻Ru、Rm和Rd。电阻Ru可表示从电极512A到高触摸方位的片电阻分量。电阻Rm可表示从高触摸方位到低触摸方位的片电阻分量，以及电阻Rd可表示从低触摸方位到电极512B的片电阻分量。
[0033]此外，无源层520的片电阻可在概念上分段成代表性电阻RpRlj和RK。电阻Rp可表示用于无源层中高和低触摸方位之间的片电阻分量。电阻&可表示在高触摸和电极522A之间的电阻，以及电阻Rk可表示在低触摸和电极522B之间的电阻。
[0034]此外，可能存在触摸电阻RThi，其可由在高触摸方位处从有源层510到无源层520的触摸产生。类似地，触摸电阻RTuj可由在低触摸方位处从有源层510到无源层520的触摸产生。触摸电阻RlapRIYo可由于由每个相应触摸施加在触摸屏上的触摸压力量而变化。例如，轻压力触摸将导致比重压力触摸的触摸电阻值更高的触摸电阻值。
[0035]在系统500的第一操作阶段期间，预定电压Vrc可经由开关515A (示出闭合)驱动到有源层510的电极512A，并且电极512B可经由开关515B连接到接地。用于无源层520的开关525A和525B可保持打开。连接到电极512A、512B、522A、522B中的每个的位置确定系统(未示出)可测量来自电极的信号。
[0036]在第二操作阶段期间，预定电压V。。可在先前无源层(X层520)上经由开关525A(示出打开)驱动到电极522A，而电极522B可经由开关525B (示出打开)连接到接地。开关515A和515B可对于X层510打开。来自电极512A、512B、522A和522B的信号可由位置确定系统测量。在通过每个操作阶段收集信号之后，位置确定系统可使用代表性分段电阻确定触摸方位。
[0037]图6示出根据本发明实施方案的四线电阻触摸屏的电气模型600，其描述在电阻触摸屏分段电阻和双触摸位置之间的关系。如所指出的，用于确定触摸位置的系统(例如图2的系统200)可操作从而通过两个操作阶段测量第一和第二层的信号。在每个阶段中，系统可驱动预定电压到有源层。
[0038]图6 (a)示出用于第一操作阶段的示例性电阻模型600，其中预定电压V。。可横跨Y层到VeND (OV)而驱动，使其成为有源层。电阻触摸屏可具有高触摸和低触摸。电压VA1、Vbi> Vu、Vei (即来自图5的Y+、Y-、X+以及X-电极的电压)或电流I1可在第一操作阶段期间进行测量。高触摸的触摸电阻RThi和低触摸的触摸电阻RTm可假设在触摸期间为恒定。其余部分的分段电阻Zp化、Rd、Rml、Rm2, R’ ml、R’ m2、Rl, Re, Rx和Ry以及电压VA1，和Vbi，可使用方程组而确定。这种方程式可示例为:
[0039]Vcc-Va1-11.Ru
[0040]Vb1-Vgnd-11.Rd
[0041]Va1-Vbi=I1.Z1
[0042]Z1=Rffll I I (RThi+RTL0+R，ml)方程式 I`[0043]Riii1=Ry-Ru-Rd
【权利要求】
1.一种用于确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的方位的方法，其包括: 在所述触摸屏的第一电阻片两端驱动电压并且测量来自在所述第一电阻片和第二电阻片上的电极对的第一组信号； 在所述触摸屏的所述第二电阻片两端驱动所述电压并且测量来自在所述第一电阻片和所述第二电阻片上的电极对的第二组信号； 从所述第一组测量信号和所述第二组测量信号估计由所述双触摸操作在所述第一电阻片和所述第二电阻片两端产生的分段电阻；以及 从所述估计的分段电阻估计表示所述双触摸操作的方位的X-Y坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量信号组是在所述电极对处的电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量信号组是每个电阻片的电流。
4.根据权利要求1所述的方法，所述估计坐标还包括: 计算所述双触摸操作的重心方位，以及 估计所述双触摸操作的每个触摸之间的距离。
5.根据权利要求1所述的方法，所述估计分段电阻还包括根据方程式I和2计算所述分段电阻。
6.根据权利要求1所述的方法，所述估计分段电阻还包括输入所述第一组测量信号和所述第二组测量信号到人工神经网络。
7.一种用于确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的方位的方法，其包括: 在所述双触摸操作期间捕捉来自所述电阻触摸屏电阻片的电极对的信号； 根据方程式I和2计算所述电阻触摸屏的第一电阻片和第二电阻片的分段电阻；以及 从所述计算的分段电阻计算表示所述双触摸操作的方位的X-Y坐标。
8.根据权利要求7所述的方法，其还包括从集成电路输出所述X-Y坐标。
9.根据权利要求7所述的方法，其还包括从集成电路输出所述分段电阻。
10.一种用于确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的估计方位的方法，其包括: 在所述双触摸操作期间捕捉来自所述电阻触摸屏电阻片的电极对的信号； 基于试验和误差: 估计所述电阻触摸屏的第一电阻片和第二电阻片的分段电阻； 根据由所述分段电阻填充的多段电阻器模型而计算所述第一电阻片和所述第二电阻片的估计信号； 比较所述估计信号与所述捕捉信号并且确定其中的误差值；以及 如果所述误差值在预定范围内，则从所述估计的分段电阻估计所述双触摸操作的方位。
11.根据权利要求10所述的方法，其还包括:如果所述误差值在所述预定范围之外，则调节所述估计的分段电阻。
12.根据权利要求10所述的方法，其中根据方程式I和2计算所述估计的信号。
13.根据权利要求10所述的方法，其还包括: 计算所述双触摸操作的重心方位，以及 估计所述双触摸操作的每个触摸之间的距离。
14.一种用于确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的估计方位的系统，其包括: 输入端，其用于在所述双触摸操作期间由所述电阻触摸屏的相应无源层所产生的信号对； 输入节点，其用于将所述信号与相应的比例因子相乘； 中间节点，其用于将从所述比例节点接收的信号加权并且求和，以及施加相应的非线性计算到所述信号的所述加权求和；以及 输出节点，用于将从所述中间节点接收的信号加权并且求和，以及施加相应的非线性计算到所述信号的所述加权求和，所述输出节点的输出指示所述双触摸操作的所述估计的方位。
15.根据权利要求14所述的系统,其中所述非线性计算是sigmoid计算。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述非线性计算是分片线性计算。
17.一种使用人工神经网络确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的估计方位的方法，其包括: 在所述双触摸操作期间捕捉来自所述电阻触摸屏电阻片的电极对的信号； 将所述捕捉信号中的每个与预定比例因子相乘； 施加第一加权求和计算到所述比例信号；` 施加第一非线性计算到所述比例信号的所述加权求和； 施加第二加权求和计算到预定组的所述第一非线性计算； 施加第二非线性计算到所述预定组的所述加权求和；以及 从所述第二非线性计算估计表示所述双触摸操作的方位的X-Y坐标。
18.根据权利要求17所述的方法,其中所述第一非线性计算是sigmoid计算。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一非线性计算是分片线性计算。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一非线性计算是双曲线正切计算。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一非线性计算是反正切计算。
22.根据权利要求17所述的方法,其中所述第二非线性计算是sigmoid计算。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二非线性计算是分片线性计算。
24.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二非线性计算是双曲线正切计算。
25.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二非线性计算是反正切计算。
26.根据权利要求17所述的方法,其中所述第二非线性计算是sigmoid计算、分片线性计算、双曲线正切计算或反正切计算。
27.根据权利要求17所述的方法，其还包括校准所述人工神经网络。
28.根据权利要求27所述的方法，所述校准所述人工神经网络还包括: 基于迭代: 输入训练数据集到所述人工神经网络； 比较所述人工神经网络输出与来自所述训练数据集的预期输出； 从所述比较调节所述人工神经网络的操作参数； 输入验证数据集到所述人工神经网络； 计算在所述人工神经网络输出和来自所述验证数据集的预期输出之间的差；如果在第一迭代内并且所述差高于预定阈值，则重复所述输入、所述比较、所述调节、所述输入以及所述计算所述差；以及如果所述差在连续迭代之间减小，则重复所述输入、所述比较、所述调节、所述输入以及所述计算所述差。
29.根据权利要求28所述的方法，其还包括: 如果所述差在连续迭代之间停止减小，则 停止所述校准，以及 将所述操作参数复位到所述先前迭代的设定。
30.根据权利要求28所述的方法，其还包括: 对于预定数量的迭代重复所述输入训练数据集、所述比较以及所述调节。
31.一种用于确定在四线电阻触摸屏上执行的触摸操作的触摸类型的方法，其包括: 在所述触摸屏的第一电阻片两端驱动电压并且测量来自在所述第一电阻片和所述第二电阻片上的电极对的第 一组信号； 在所述触摸屏的所述第二电阻片两端驱动所述电压并且测量来自在所述第一电阻片和所述第二电阻片上的电极对的第二组信号；以及 基于所述测量的信号将触摸操作分类为单触摸类型或双触摸类型。
32.根据权利要求31所述的方法，其还包括从集成电路输出所述触摸类型的指示符。
33.一种用于确定在四线电阻触摸屏上执行的触摸操作的估计方位的设备，其包括: 开关块，其用于管理到所述电阻触摸屏的接口 ； 触摸屏驱动器，其用于产生信号从而驱动所述电阻触摸屏； 转换器，其用于数字化并且测量从所述开关块输出到所述转换器的信号； 数据存储，其用于存储从所述转换器输出的数字代码；以及 处理单元，其经配置从所述数据存储输出的所述数字代码确定表示所述触摸操作的方位的估计的X-Y坐标。
34.根据权利要求33所述的设备，其还包括用于从所述转换器输出所述数字代码而连接到所述转换器的输出端。
35.根据权利要求33所述的设备，其还包括用于输出所述估计的X-Y坐标而连接到所述处理单元的输出端。
36.根据权利要求33所述的设备，其中所述处理单元还经配置确定所述触摸操作的触摸类型。
37.根据权利要求33所述的设备，其中所述处理单元包括神经网络。
38.一种用于确定在四线电阻触摸屏上执行的双触摸操作的估计方位的方法，其包括: 在所述双触摸操作期间捕捉来自所述电阻触摸屏电阻片的电极对的信号； 计算所述双触摸操作的重心方位； 估计在所述双触摸操作的每个触摸之间的距离；以及 从所述重心方位和所述估计的距离估计表示所述双触摸操作的方位的X-Y坐标。
【文档编号】G06F3/045GK103765360SQ201280038004
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年7月27日 优先权日:2011年7月29日
【发明者】J·卡尔皮·玛拉维拉, I·C·麦迪纳, M·J·马丁内斯, A·卡巴乔·加尔维 申请人:美国亚德诺半导体公司