CN101937296A - 电容-电感式触摸屏 - Google Patents

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Abstract

一种电容-电感式触摸屏使用应用到相同的传感器模式的电容感应和电感感应的组合。电容传感器使用由传感器矩阵的列和行所形成的电场。电感传感器使用由在列线和行线中流动的电流形成的磁场来感应电感笔。使用相同的传感器线路，检测由振荡的电感笔所生成的磁场。两种方法都不需要移动传感器中的元件并且可以在相同的传感器模式中组合两种检测方法。使用开关矩阵，针对电容式检测模式，传感器线路工作在开环方式下，针对电感式检测模式，传感器线路工作在闭环方式下。

Description

电容-电感式触摸屏
技术领域
本发明涉及触摸屏，并且更具体地，涉及能够使用相同的传感器面板操作在电容和电感模式下的触摸屏。
背景技术
电容式触摸屏仅可以接收来自手指的输入，但是其可以给予用户不同的体验并且支持多点触摸输入。电阻式触摸屏能够接收来自手指和触笔二者的输入。然而，电阻式触摸屏需要较大的压力来激活检测，并且传统的4/5/8线电阻式触摸屏仅允许单点检测。尽管电容式触摸屏给出了较好的体验(灵敏度、多点触摸以及其他优势)，一些用户仍倾向于使用触笔，尤其是对于手写识别应用。
图1A中示出现有技术的电感式触摸屏100的示意图。在现有技术中，交错的闭环电流线106用于在电感笔的谐振频率处感应电感笔。触摸屏100也包括耦合到X线的第一振荡电流源和检测器102以及耦合到Y线的第二振荡电流源和检测器104。一旦笔被充电，相同的线路用于检测由振荡笔所感应出的磁场。对X轴和Y轴中的所有闭环路径重复处理。为了估计笔的确切位置，使用加权平均算法。使用线路来实现传感器并且将其置于触摸屏后。在图1B中，仅针对Y轴示出闭环电流线108。
在图2中示出现有技术的电容式触摸屏200的示意图。现有技术的电容式触摸屏200包括多个开环X线和多个开环Y线。在图2中，示出三个X线X1-X3以及五个Y线Y1-Y5。正如现有技术中所知的，可以使用任意数目的X线和Y线。在现有技术的电容式触摸屏传感器中，测量X线和Y线之间的交叉电容。手指触摸造成触摸的交叉处上的交叉电容发生改变。接着使用加权平均来估算手指触摸的确切位置。电容传感器通常以ITO层(氧化铟锡，其是透明和导电的)来实现并且被置于触摸屏前。
尽管电容式触摸屏和电感式触摸屏每个具有它们各自的优势和缺陷，但是所期望的是一种触摸屏，其可以在单个的触摸屏系统中组合两种操作模式。
发明内容
根据本发明，一种触摸屏使用应用到相同传感器模式的电容式感应和电感式感应的组合。电容传感器使用由传感器矩阵的列和行所形成的电场。电感传感器使用在列和行线路中流动的电流形成的磁场来感应电感笔(具有通过相应的电感和电容形成的谐振频率)。使用相同的传感器线路，检测由振荡的电感笔所生成的磁场。两种方法都不需要移动传感器中的元件并且可以在相同的传感器模式中组合两种检测方法。使用开关矩阵，对于电容式检测模式，传感器线路以开环方式操作，而对于电感式检测模式，传感器线路以闭环方式操作。
附图说明
根据下面对具体实施方式的描述并结合附图，本发明的上述和其他目的、特征和优势将变得明显，其中：
图1A是现有技术的电感式触摸屏系统的示意图；
图1B是图1A的触摸屏系统的仅针对Y轴的闭环电流线的示意图；
图2是现有技术的电容式触摸屏传感器的示意图；
图3是电容式触摸屏传感器的一部分的示意图；
图4是与电容式触摸屏传感器一起使用的电荷放大器的示意图；
图5是根据本发明的组合电感/电容式触摸屏系统的示意图，其中图示出电容模式；
图6和图7是触摸屏的数据矩阵，其示出与所有的触摸屏位置关联的交叉电容的值，并且图示出根据本发明的相对噪声的有效触摸；
图8是根据本发明的组合电感/电容触摸屏系统的示意图，其中图示出电感模式；
图9是根据本发明的组合电感/电容触摸屏系统的示意图，其中图示出电感模式的充电相位；以及
图10是根据本发明的组合电感/电容触摸屏系统的示意图，其中图示出电感模式的测量相位。
具体实施方式
现在参考图3，示出电容式触摸屏的一部分300，其具有多个开环X线X1-X4和多个开环Y线Y1-Y6。触摸屏的一部分302被进一步突出显示，其中例如第三X线与第五Y线交叉。进一步详细示出两条线之间的交叉电容。多点触摸电容式触摸屏测量X线和Y线之间的交叉电容。当手指按压交叉处时，交叉电容将减小。电荷放大器用于量化由交叉电容转移的电荷，并且该值可以被数字化。
现在参考图4，示出根据本发明一个实施方式的结合电容式触摸屏或组合电容/电感式触摸屏使用的电荷放大器400。电荷放大器400包括具有用于接收VREF参考电压的正输入端的差分放大器或运算放大器402。输入信号404代表由用户提供的信号输入，而电容器CC代表了图3中示出的交叉电容。包括电阻器Rx和电容器Cx的反馈阻抗耦合在放大器402的输出端408和负输入端之间。在工作中，上升沿信号404被施加到代表性的X轴线Xn。交叉电容(CC)将电荷转移到相应的Y轴线Yn。电荷放大器402对电荷进行放大并且将其存储在放大器电容Cx上，并且Rx缓慢地对电容器Cx进行放电。在放大器402的输出端408的电压毛刺(“t”)的宽度以某种程度的非线性与交叉电容成比例。
现在参考图5，示出处于电容工作模式下的电容/电感式触摸屏系统500。根据本发明的触摸屏系统500包括触摸屏传感器510，其是电容模式下的多个开环X线和Y线。传感器510可以是安装在触摸屏表面上的ITO传感器。触摸屏系统也包括耦合到Y线的第一端并且在开关控制块512控制下的第一开关矩阵502。开关矩阵502包括对应于Y线Y1-Yn的开关Y1-Yn。第二开关矩阵504耦合到X线的第一端并且受开关控制块514的控制。开关矩阵504包括对应于X线X1-Xn的开关X1-Xn。第三开关矩阵506耦合到Y线的第二端。开关矩阵耦合到放大器522、测量块520以及处理块516，以便提供输出信号。开关矩阵506也耦合到“充电到延迟(charge-to-delay)”和数字化块518(其也耦合到处理块516)。第四开关矩阵508耦合到X线的第二端，并且耦合到流出电流源(sourcing current source)526和流入电流源(sinking current source)528。开关矩阵508也耦合到放大器524。
为了测量触摸屏系统500的电容工作模式下的交叉电容，使用两个X线和两个Y线。两线用于增加活跃区域和敏感性。使用两线也是因为电感工作模式(下面解释)需要X轴和Y轴上的薄和紧密间隔的线以增加分辨率。在电感周期期间，开关矩阵502和504中的所有开关都被打开。在工作中，在电容工作模式下的扫描序列如下：
(1)将线X1-X2连接到充电信号发生器530并且按顺序测量在线Y1-Y2、Y3-Y4、Y5-Y6，...Yn-Yn+1处的转移电荷。
(2)将线X3-X4连接到充电信号发生器530并且按顺序测量在线Y1-Y2、Y3-Y4、Y5-Y6，...Yn-Yn+1处的转移电荷。
(3)将线Xn-Xn+1连接到充电信号发生器530并且按顺序测量在线Y1-Y2、Y3-Y4、Y5-Y6，...Yn-Yn+1处的转移电荷。
现在参考图6和图7，所有的X线和Y线交叉处被理想地测量以创建数据矩阵。接着可以使用加权平均方程式来估计触摸位置。每个交叉处的交叉电容将形成应用阈值的矩阵的形式。在图6和图7的例子中，值“6”被用作切断值，其中低于阈值的所有值将强迫到零值。具有数目大于两个位置的一组非零位置被考虑为有效的手指触摸。小于或等于二的组将被考虑为噪声。通过使用加权平均算法，有效手指触摸组的成员的值可以用于计算手指位置。在图6中所示出的例子中，第一组数据值包括如图所示的九个数据值，第二组数据值包括单个的数据值，并且第三组数据值包括四个数据值。如图7中所示，第一组和第三组被考虑为有效的手指触摸。
现在参考图8，图示出电感式触摸屏工作模式。图8与图5基本上相同，但注意包括触笔802和开关矩阵502和504的开关位置，这与电容工作模式不同并且在下面进一步详细地解释。还要注意到有电流在X线和Y线中流动。根据本发明，相同的ITO传感器模式510被用于电感式触摸屏检测。电感式感应方法被划分成两个阶段，即充电阶段和测量阶段。
现在参考图9，在充电阶段期间，短路开关矩阵504连接开关X2和X4(Xn和Xn+2)以形成闭环电感器，同时具有开关矩阵508的电流发生器在闭环线路中生成具有与触笔的谐振频率相同频率的AC电流。由开关矩阵508通过以交替的顺序将电流源526和528连接到线X2和X4来生成交流电。当充电周期完成时该电流将停止。触笔802包括串联的电感器和电容器。当以与来自X2和X4传感器线的L-C谐振频率的相同频率的磁通量来感应触笔802时，其将被充电并且存储能量。如果传感器线生成的磁能量停止，则触笔802将释放存储的能量并且将振荡某个时间段。该振荡将产生磁通量，可以由X线检测该磁通量。存储的能量的量将取决于触笔802相对于X2和X4线的位置。当触笔恰好位于闭环的中央时，将产生最大的能量。
现在参考图10，在检测阶段期间，短路开关矩阵502将线Y3和Y5(Yn和Yn+2)短路以便形成闭环电感器，用以捕获由触笔802所生成的磁通量。这些线接着连接到放大器522以便放大信号。放大的信号接着被馈入到测量块520中的整流器和电容器以便获得可以由ADC测量的DC电平。由Y3和Y5闭环线路捕获的磁通量的量取决于触笔的位置。当触笔802恰好位于电感器环路的中心时，捕获到最大的能量。
根据本发明，在电感工作模式的充电和检测阶段期间的电感器线路(Xn和Yn)的配置是按特定的顺序的以便形成交错的闭环线路。例如，一种特定的顺序可以是：Y1-Y3、Y2-Y4、Y3-Y5，...Yn-Yn+2。对于每个Y轴闭环线路，在所有的X线组合中执行检测。在测量了所有的X-Y线交叉处后，可以获得数据矩阵形式的数据，可以使用与电容式触摸屏工作模式的方法类似的方法来计算触笔802的位置。
根据本发明，已经示出电容和电感式触摸屏的组合。使用本发明的检测方法，组合的电容和电感式触摸屏有可能使用单个的传感器模式。电容和电感检测可以在时间共享的基础上来执行，因此可以同时检测到手指或触笔。
尽管参考特定的实施方式描述了本发明，但本领域技术人员将理解到在不偏离本发明的范围下可以做出各种改变并且可以用等同物进行替代。此外，在不偏离本发明的范围可以根据本发明的教导针对具体的应用做出许多修改。因此，不旨在将本发明限于所公开的特定的实施方式，而是本发明将包括落入到所附权利要求书范围内的所有实施方式。

Claims (20)

1.一种触摸屏，包括使用相同氧化铟锡ITO传感器面板图案的电容式触摸屏和电感式触摸屏的组合。
2.根据权利要求1所述的触摸屏，其中所述ITO传感器面板包括多个X线交错多个Y线。
3.根据权利要求2所述的触摸屏，进一步包括耦合到X线的第一端的第一开关矩阵以及耦合到X线的第二端的第二开关矩阵。
4.根据权利要求2所述的触摸屏，进一步包括耦合到Y线的第一端的第一开关矩阵以及耦合到Y线的第二端的第二开关矩阵。
5.根据权利要求2所述的触摸屏，进一步包括耦合到所述ITO传感器面板的处理块，用于执行电容式触摸屏工作模式下的基于电场的处理，以及用于执行电感式触摸屏工作模式下的基于磁场的处理。
6.一种包括布置ITO线的触摸屏，其中ITO线的布置被开路以形成第一工作模式下的电容式触摸屏，以及ITO线的布置被短路以形成用于形成第二工作模式下的电感式触摸屏的闭合线路。
7.根据权利要求6所述的触摸屏，其中所述ITO线的布置包括多个X线交错多个Y线。
8.根据权利要求7所述的触摸屏，进一步包括耦合到X线的第一端的第一开关矩阵以及耦合到X线的第二端的第二开关矩阵。
9.根据权利要求7所述的触摸屏，进一步包括耦合到Y线的第一端的第一开关矩阵以及耦合到Y线的第二端的第二开关矩阵。
10.根据权利要求7所述的触摸屏，进一步包括耦合到所述ITO线的布置的处理块，用于执行电容式触摸屏工作模式下的基于电场的处理，以及用于执行电感式触摸屏工作模式下的基于磁场的处理。
11.一种用于操作包括单个氧化铟锡ITO传感器图案的触摸屏的方法，所述方法包括：
使用所述单个ITO传感器图案作为第一工作模式下的电容式触摸屏；以及
使用所述单个ITO传感器图案作为第二工作模式下的电感式触摸屏。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述ITO传感器面板包括多个X线交错多个Y线。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括提供耦合到X线的第一端的第一开关矩阵以及提供耦合到X线的第二端的第二开关矩阵。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括提供耦合到Y线的第一端的第一开关矩阵以及提供耦合到Y线的第二端的第二开关矩阵。
15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括提供耦合到所述ITO传感器面板的处理块，用于执行电容式触摸屏工作模式下的基于电场的处理，以及用于执行电感式触摸屏工作模式下的基于磁场的处理。
16.一种操作包括氧化铟锡ITO传感器面板的触摸屏的方法，其中在时间共享的基础上执行电容式和电感式检测。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述ITO传感器面板包括多个X线交错多个Y线。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括提供耦合到X线的第一端的第一开关矩阵以及提供耦合到X线的第二端的第二开关矩阵。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括提供耦合到Y线的第一端的第一开关矩阵以及提供耦合到Y线的第二端的第二开关矩阵。
20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括提供耦合到所述ITO传感器面板的处理块，用于执行电容式触摸屏工作模式下的基于电场的处理，以及用于执行电感式触摸屏工作模式下的基于磁场的处理。
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