CN1914585A - 使用触碰和脱离敏感性进行触摸检测 - Google Patents

Abstract

一种触摸检测设备(10)包括耦合到触摸面板(12，102)的多个传感器(16，104)和发射换能器。所述换能器(16，108)在触摸面板(12，102)中感生弯曲波。所述传感器(16，104)检测触摸面板(12，102)中的弯曲波，并响应于检测到的弯曲波生成弯曲波信号。控制器(120)响应于感生的弯曲波识别未触摸状态信号。所述控制器(120)对未触摸状态信号和弯曲波信号进行比较，并基于所述比较探测在触摸面板上的触摸。

Description

使用触碰和脱离敏感性进行触摸检测

技术领域

本发明涉及触摸输入设备。更具体地说，本发明涉及使用来自触摸面板中的振动的信息以确定与在触摸面板上的触摸有关的信息的触摸输入设备。

背景技术

电子显示器广泛应用于生活中的各个方面。虽然过去使用的电子显示器基本上已被局限于诸如台式计算机和笔记本电脑的计算机应用，但是随着加工能力已经变得更容易获得，这样的能力已经被集成到各种应用。例如，现在，电子显示器在在广泛的应用中是常见的，诸如柜员机、游戏机、自动导航系统、餐馆管理系统、百货店收银台、气泵、信息亭和手持数据管理器，在此只列出很少一部分。

交互可视显示器通常包括某种形式的触摸敏感屏幕。随着下一代便携式多媒体设备的出现，将触摸敏感面板与可视化显示器进行集成正变得平常。一种被称为声表面波(SAW)的流行的触摸探测技术使用在玻璃屏幕的表面上传输的高频波。来源于手指与玻璃屏幕表面的接触的波的衰减用于探测触摸位置。SAW采用“穿行时间”(time-of-flight)技术，其中，使用到达拾取传感器的干扰的时间来探测触摸位置。当介质以非扩散方式运动时，能够使用该方法，从而在所关心的频率范围波的速度不发生明显的变化。

发明内容

本发明涉及实现用于触碰和/或脱离探测的触摸检测方法的触摸敏感设备和系统。根据本发明的一个实施例，触摸检测设备包括：触摸面板；耦合到所述触摸面板的换能器，被配置以在触摸面板中感生弯曲波；以及耦合到所述触摸面板的多个传感器，被配置以在触摸面板中检测弯曲波，并响应于检测到的弯曲波产生弯曲波信号。

所述触摸检测设备还包括耦合到所述多个传感器的控制器。所述控制器被配置以响应于由换能器感生的弯曲波来识别未触摸状态信号。所述控制器还被配置以对未触摸状态信号和弯曲波信号进行比较，并基于所述比较在触摸面板上探测触摸。

本发明的另一实施例关注于触摸屏系统，所述触摸屏系统包括：触摸屏；显示器，用于显示可通过触摸屏观看的信息；以及耦合到所述显示器的处理器，被配置以处理在显示器上显示的信息。

所述触摸屏包括触摸面板、耦合到所述触摸面板的换能器、耦合到所述触摸面板的多个传感器、以及耦合到所述多个传感器的控制器。所述换能器被配置以在触摸面板中感生弯曲波。所述多个传感器被配置以在触摸面板中检测弯曲波，并响应于检测到的弯曲波生成弯曲波信号。所述控制器被配置以响应于感生的弯曲波来识别未触摸状态信号，并基于弯曲波信号和未触摸状态信号的差探测触摸面板上的触摸。

本发明的另一实施例关注于一种触摸探测方法。该方法包括：使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波；识别响应于感生的弯曲波的未触摸状态信号；生成响应于触摸面板上的触摸的弯曲波信号；对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较；基于所述比较探测触摸面板上的触摸。

本发明的另一实施例关注于一种用于探测触摸脱离的方法。该方法包括：使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波，并响应于感生的弯曲波识别未触摸状态信号。触摸面板上的触摸响应于触摸生成弯曲波信号。在探测触摸之后，对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较。基于所述比较探测触摸脱离。

在本发明的另一实施例中，触摸检测方法包括：通过多个触摸探测处理中的一个或多个触摸探测处理来探测在触摸面板上的触摸。基于由驱动信号在触摸面板中感生的弯曲波来进行所述多个触摸探测处理中的至少一个触摸探测处理。在探测触摸之后开始触摸位置处理。

上述发明内容并非想要描述本发明的每一公开的实施例或每一实现。附图和后面的更具体的详细描述说明了这些实施例。

附图说明

通过下面结合附图进行的对各个实施例的详细描述可完整地理解本发明，其中：

图1a图示性地示出与平方根扩散有关的理想介质中的脉冲响应；

图1b图示性地示出通过对图1a的脉冲响应进行傅里叶变换获得的图1a的扩散的脉冲响应的频率响应；

图1c图示性地示出通过反转触摸面板扩散来变化频率轴获得的图1b所示的扩散的频率响应的扩散被校正的变换；

图1d示出通过对图1c的轨迹进行逆快速傅里叶变换(FFT)而产生的非扩散的脉冲响应，其已经针对扩散进行了校正；

图2示出根据本发明实施例的包含用于探测弯曲波振动的特点和功能的触摸敏感装置的一种结构；

图3示出根据本发明实施例的包含拾取传感器和激励换能器的触摸敏感装置的另一结构；

图4示出根据本发明实施例的包含激励换能器和耦合到缓冲电路的拾取传感器的触摸敏感装置的结构；

图5示出适合在图4所示的实施例的装置中使用的缓冲电路结构的示图；

图6是根据本发明实施例的安装到显示器的触摸敏感装置的截面图；

图7是根据本发明实施例的包括触摸敏感装置和触摸面板控制器的触摸面板系统的描述；

图8示出根据本发明实施例的用于处理在若干拾取传感器的每一个获得的弯曲波信息的实现；

图9示出根据本发明实施例的包括耦合到主机处理器和触摸面板控制器并安装到显示器的触摸敏感装置的触摸面板系统；

图10示出根据本发明的相互通信地耦合到触摸敏感装置的触摸面板控制器的实施例；

图11a是示出根据本发明实施例的触碰探测的方法的流程图；

图11b是示出根据本发明实施例的脱离探测的方法的流程图；

图12a是示出根据本发明实施例的基于自适应滤波器方法的触碰探测的方法的流程图；

图12b-12c是示出根据本发明实施例的采用自适应滤波器方法的脱离探测的方法的流程图；

图13是示出根据本发明实施例的采用用于触碰和/或脱离探测处理的参考系数的方法的流程图；

图14a是示出根据本发明实施例的使用宽带噪声刺激作为驱动信号的触碰探测方法的流程图；

图14b-14c是示出根据本发明实施例的使用宽带噪声刺激作为驱动信号的脱离探测方法的流程图；

图15a是根据本发明实施例的采用具有扫频的驱动信号的触碰探测方法的流程图；

图15b-15c是根据本发明实施例的采用具有扫频的驱动信号的脱离探测方法的流程图；

图16a-16b是示出根据本发明实施例的结合触摸唤醒而实现的脱离探测的流程图；以及

图17是示出根据本发明实施例的采用多种触碰探测技术的触碰探测方法的处理流程图。

在可将本发明改变为各种修改和替换形式的同时，将通过附图中的示例来示出和详细描述其特征。然而，应理解，本发明的目的不在于将本发明限制于所描述的特定实施例。反之，本发明将覆盖落入本发明的精神和范围中的所有修改、等同物以及替换。

具体实施方式

在下面对示出的实施例的描述中，参照形成了可被实施的各种实施例的一部分并通过示例的方式示出的附图。应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可使用实施例，并可改变结构。

本发明涉及触摸激活的用户交互装置，其通过多个触摸换能器检测通过触摸基底传播的振动。更具体地说，本发明涉及一种弯曲波振动触摸检测检测设备，该设备除了采用拾取传感器之外还包括至少一个激励换能器。拾取传感器和激励换能器的结合使用提供了多种增强的可操作和诊断能力。例如，所述能力包括：执行板校准过程，其提供关于诸如相对或绝对的板尺寸的触摸基底有用信息。另一能力是指拾取传感器校准，其中，确定了传感器相位响应中的差，并校正了测得的弯曲波信号以适应所述传感器相位响应中的差。

可通过结合使用触摸检测设备的拾取传感器和激励换能器而实现的另一能力关注于检测触摸检测设备性能的改变，同时跟踪改变。在触摸检测设备性能中的细微和重大的改变可被检测和跟踪。关于触摸检测设备状态和性能改变的信息可被存储在本地和/或由远程系统存取。可实施多个自诊断过程以校正性能中的不太大的改变(本地或远程地)，并可响应于触摸检测设备性能中的重大改变的检测而生成维持信息/告警消息。其它能力包括增强的脱离(lift-off)检测，对轻触摸的改进的灵敏度以及改进的触摸唤醒功能。

下面将更详细地描述这些和其它有利特点和能力。根据本发明实现的触摸检测设备可包括在此描述的一种或多种特点、结构、方法或其组合。目的在于所述装置或方法不需要包括在此描述的所有特点和功能，而是可被实现为包括提供特定结构和/或功能的组合的选择的特征和功能。

例如，在包括压电传感器的振动检测触摸输入装置中，在触摸面板的平面中传播的振动对压电传感器产生压力，致使可检测到的电压降穿过传感器。可通过由直接触摸输入的挤压或以轨迹(摩擦)的能量的输入，或通过影响现有振动(例如通过振动的衰减)的触摸输入而产生的振动来产生接收的信号。也可通过无意的触摸输入(例如由触摸输入装置的用户处理或误处理、或从外部环境源到触摸输入装置(但是被触摸输入装置检测))而产生的触摸输入来产生接收的信号。

根据一种触摸检测方法，例如，当接收表示直接触摸的信号时，可使用在传感器的每一个接收到的相同信号的微分次数来推导触摸输入的位置。当传输介质是扩散介质时，包括多个频率的振动波包被展开并随着其传输而衰减，使得信号的译码变得困难。这样，提出该方法以转换接收的信号，从而它们可如同在非扩散介质中传输那样被译码。这样的技术尤其适合于检测弯曲波振动的系统。

在国际公布WO 2003/005292和WO 01/48684、于2000年12月26日提交的第09/746,405号美国专利申请、2002年12月10日提交的第60/432,024号美国临时申请以及共同共有的第10/440,650号美国专利申请中公开了解决振动波包扩散并产生校正这样的扩散的典型信号的技术。术语弯曲波振动指的是激励，例如通过接触，该激励将一些超出平面的移动给予能够支持弯曲波振动的部件。许多材料弯曲，一些材料具有良好的平方根扩散关系的纯的弯曲，一些材料具有纯弯曲和切变(shear)弯曲的混合弯曲。扩散关系描述波的平面内速度对波的频率的依赖性。

将参照图1a-1d以增加对振动波包扩散和产生校正这样的扩散的典型信号的理解。图1a示出在具有平方根关系的理想介质中的脉冲，并示出扩散介质未保持脉冲的波形。输出波60在时间t＝0是明显的，而回波信号62随着时间而被扩展，这使确切接触位置的确定变得困难。

在诸如空气的非扩散介质中，频率响应的周期性变化由反射来表征，通常被称作梳状滤波。从物理上来说，频率响应中的周期性变化来源于适用于信源和反射器之间的波长的数量。随着频率增加以及适用于该空间的波长的数量增加，反射波对输出波的干扰介于建设性与破坏性之间振荡。

对图1a的扩散脉冲响应的傅里叶变换进行计算产生图1b所示的频率响应。频率响应是非周期性的，波长的周期性变化对应于随频率增加而变得较缓慢的频率的变化。这是平方根扩散的结果，其中，波长与频率的倒数的平方根成比例。因此，在频率响应上面板的效果在于根据面板扩散将该响应延展为频率的函数。因此，可通过在频域中应用逆延展来校正面板扩散，从而恢复在非扩散情况下的周期性。

通过反转面板扩散来变化频率轴，图1b可被变换为用于非扩散情况(图1c)的频率响应，其中，激励的频率与波长的倒数成比例。如图1c所示，这种简单关系将随波长减少的周期性变化转变为随频率增加的周期性变化。

对图1c的轨迹进行逆快速傅里叶变换(FFT)产生图1d所示的脉冲响应，其校正扩散并恢复明显的反射。如图1d所示，因为在非扩散介质中传播的波具有传播的恒定速度，所以脉冲的任意特定波形扩散被及时保留，而与频率无关。因此，回波定位的任务相对简单。输出波50在t＝0的时间连同在4ms处的明显的反射52是清楚的。反射52具有近似于输出波50的幅度的四分之一的幅度。

应注意，如果脉冲在未知时间t₀产生，则不可应用上述过程，并且如果脉冲在t₀＝0处发生，则仅仅可计算从响应到初始脉冲的距离x。在接触发生的精确时间t₀未知的情况下，可采用扩散被校正的相关函数。根据一种方法，安装在能够支持弯曲波的结构上的第一传感器测量第一测得的弯曲波信号。第二传感器被安装在该结构上以确定第二测得的弯曲波信号。第二测得的弯曲波信号与第一测得的弯曲波信号同时被测量。两个测得的弯曲波信号的扩散被校正的函数被计算，其可以是扩散被校正的相关函数、扩散被校正的卷积函数、扩散被校正的相干函数或其它相位等同函数。处理测得的弯曲波信号以通过应用扩散被校正的函数来计算与接触相关的信息。关于该方法的细节公布在先前合并的第01/48684号PCT申请和第09/746,405号美国专利申请中。

现参照示出触摸敏感装置10的一种结构的图2，触摸敏感装置10包含用于探测弯曲波振动的特点和功能。根据该实施例，触摸敏感装置10包括触摸基底12和耦合到触摸基底12的上表面的振动传感器16。在该示例性示例中，触摸基底12的上表面限定了触摸敏感的表面。虽然示出传感器16被耦合到触摸基底12的上表面，但传感器16可替换地耦合到触摸基底12的下表面。在另一实施例中，一个或多个传感器16可被耦合到触摸基底12的上表面，同时另外的一个或多个传感器16被耦合到触摸基底12的下表面。

触摸基底12可以是支持所关心的振动(例如弯曲波振动)的任意基底。示例性基底12包括诸如丙烯酸的或聚碳酸酯的塑胶、玻璃或其它适合的材料。触摸基底12可以是透明的或不透明的，并可以可选地包括或合并其它层或支持附加的功能。例如，触摸基底12可提供抗划痕、抗污迹、闪烁减少、抗反射特性、用于方向性或保密的光控制、滤波、偏振、光学补偿、摩擦纹理、着色、图形图像等。

通常、触摸敏感装置10至少包括三个传感器16以确定在两维中触摸输入的位置，如在第WO 2003005292号和WO 0148684号国际公布以及第09/746,405号美国专利申请中讨论的那样，在某些实施例中可期望四个传感器16。在本发明中，传感器16优选地是压电传感器，其可检测表示输入到触摸基底12的触摸的振动。有用的压电传感器包括单态(unimorph)和双态(bimorph)压电传感器。例如，压电传感器提供多种有利的特点，包括好的灵敏度、相对低的成本、充分的耐用性、潜在的小的形式因素、足够的稳定性以及线性响应。可用于检测触摸敏感装置10的振动的传感器其它包括传感器中的电致伸缩的、磁致伸缩的、压阻的、声学的以及移动线圈换能器/装置。

在一实施例中，所有传感器16被配置以检测触摸基底12的振动。在另一实施例中，一个或多个传感器16可被用作发射器装置，以发射可由其它传感器16检测到的将被用作参考信号的信号，或创建可在触摸输入下被改变的振动，所述改变的振动由传感器16来检测以确定触摸的位置。电动换能器可用作合适的发射器装置。此外，一个或多个传感器16可被配置为双重目的检测和激励换能器。传感器16可通过任何合适的手段(例如通过使用粘合剂)附加或结合到触摸基底12。

当触摸敏感装置10以有源传感器16(即以生成激励信号的发射换能器)运行时，在触摸基底12上的接触可将非线性力施加到触摸基底12，从而生成激励信号的谐波。可使用信号处理以将激励信号和谐波隔离，从而谐波可按与无源检测相似的方式而用于确定接触位置。谐波从接触点有效地构建弯曲波的源。

在触摸敏感装置10采用有源和无源传感器16两者的结构中，所述传感器16可适用于在有源和无源模式之间切换，这取决于接触是否施加到触摸基底12上。当未检测到接触时，触摸敏感装置10可在无源检测模式下的休眠时循环，当施加接触时，可切换到激活模式，一旦移除接触以等待另外的接触，就返回无源检测模式。这可有利地避免在激活模式中当无需触摸敏感装置10时的功率消耗。

采用触摸敏感装置10的许多应用也使用电子显示器以通过触摸敏感装置10来显示信息。由于显示器通常是矩形的，因此使用矩形触摸敏感装置10是典型的和方便的。这样，传感器16所附着到的触摸基底12通常在形状上是矩形。此外，触摸基底12可具有更复杂的形状，例如曲线的表面和/或可变的厚度。在触摸基底12具有复杂形状的情况下，可使用自适应算法(例如神经网络)从由传感器16接收的弯曲波信号来对接触位置进行译码。

根据一结构，传感器16优选地位于靠近触摸基底12的角。因为许多应用通过触摸敏感装置10调用将被观看的显示器，所以期望将传感器放置靠近触摸基底12的边缘，从而它们不会不期望地超出可见的显示器区域。将传感器16放置在触摸基底12的角还可减少来自面板边缘的反射的干扰。

由触摸敏感装置10检测到的接触可以是来自以手持笔的形式的指示笔的触摸的形式。在触摸基底12上移动指示笔可生成连续信号，其受到指示笔在触摸基底12上的位置、压力以及速度的影响。例如，指示笔可具有柔韧的橡胶尖端，其通过将可变力施加到触摸基底12上而在触摸基底12中生成弯曲波。可变力可由尖端来提供，其可替换地附加到或滑动跨越触摸基底12的表面。此外，接触可以是来自手指的触摸的形式，其可在触摸基底12中生成弯曲波，其可通过无源和/或有源检测而被探测。弯曲波可具有在超声波区域(＞20kHz)的频率分量。

图3示出根据本发明实施例的触摸敏感装置10的另一结构。根据该实施例，触摸敏感装置10包括多个传感器16，用于检测触摸基底12中的弯曲波振动。触摸敏感装置10还包括激励换能器18。激励换能器18优选地为“专用”换能器18，其通常不用于正常触摸定位计算。反之，使用拾取传感器16来进行正常触摸定位计算。应理解，激励换能器18可以是发射换能器或发射器/传感器换能器两者。在激励换能器18被配置以发射器/传感器换能器两者的结构中，双模换能器一般不涉及正常触摸定位确定操作。专用激励换能器18的使用提供了执行使用传统的传感器/换能器布局无法实现的多种功能的机会。

在图3所示的结构中，四个传感器16被用于振动拾取。这些换能器16优选地将灵敏度优化到与轻触摸关联的振动的低电平。可用印制的电极模式来进行对这些换能器16的连接。除了如振动拾取的操作之外，当电压被应用于传感器16时，能量被转换到板，从而产生弯曲波。这样，如上所述，传感器16可作为振动拾取传感器和弯曲波生成器两者运行。然而，使用给定的传感器16作为用于振动拾取和基底12的有源激励的换能器具有很多缺点。

一个缺点是单个传感器16不能同时作为拾取和发射器两者运行。例如，当传感器16用作由刺激驱动的发射器时，它们无法准备同时用作拾取。因此，在拾取模式中的基底12的功能可能被削弱或可能处于复用的方式中。

如下所述，在将缓冲电路合并到给定的传感器16和关联的检测电路之间的结构中，当作为拾取换能器运行时，这样的缓冲电路提供将电压应用于传感器16的势垒(barrier)。虽然缓冲电路可按相反的偏置条件放置，在此情况下，应用于连接到基底12的外部电压被直接应用于传感器16，可按线性方式实现的电压范围被相当地限制。此外，该方法要求在控制器处的附加的电路，触摸敏感装置10相互通信地耦合到该控制器。

为了克服与传统的触摸敏感装置实现关联的这些和其它不足，如图3所示的根据本发明实施例的换能器排列至少包含一个专用激励换能器18提供在基底12中有源生成弯曲波。弯曲波的生成可被用于提供很多性能改善和诊断的特点，在此描述其示例。

参照图4，其示出根据本发明实施例的触摸敏感装置10的示例。在该实施例中，四个传感器16被安装在基底12的四个角。作为激励换能器18的第五换能器沿着基底12的边缘放置，优选地，在基底12的相同边缘最近的安装的两相邻的传感器之间距离相等。应理解，激励换能器18还可位于除了图4所示的位置之外的基底位置。四个传感器16以及激励换能器18中的每一个被连接到途经尾部连接器26的各个导体。如上所述，印制电极模式可用作导体。

图4还示出与四个角的传感器16关联的缓冲电路30。缓冲电路30可安装在基底12上，与每一传感器16相邻，以对响应于在基底12中传播的检测到的弯曲波振动而由传感器16产生的信号进行缓冲。将缓冲电路30包括进来提供一些优点，包括增加传感器16的信噪比以及减少来自环境的EMI干扰的电平。如图4所示，期望缓冲电路30接近于传感器16而被安装。然而，如果期望的话，则缓冲电路30可位于基底12上的其它地方，并可替换地被集成到尾部连接器26。

缓冲电路30中的每一个包括如图5所示的放大电路。根据图5所示的简化的电路结构，缓冲电路30包括诸如场效应晶体管(FET)的晶体管42，使基极并联地耦合到拾取传感器16和电阻器44。如n沟道JFET(例如FET-J-N SST310)所示的FET 42的漏极耦合到第一导体45。FET 42的源极经由电阻器46耦合到第二导体47。导体45和47耦合到触摸敏感装置10的控制器。应注意，其它组件(未示出)需要脱离基底来合适地偏置FET 42。通常脱离基底的组件包括电源、偏置电阻器和耦合到触摸敏感装置10的控制器的模拟输入的电容性组件。

在图5所示的结构中，拾取传感器16为有线的，从而其是以地为基准。应理解，在替换实施例中，拾取传感器16可以是有线的，以提供对平衡式放大器的差动输入，诸如在主板上的(on-board)平衡式放大器(例如缓冲电路放大器)或脱离主板(off-board)的平衡式放大器(例如触摸面板控制器的检测放大器)。根据该实施例，每一拾取传感器16经由两平衡的导线被连接到放大器的平衡的输入。平衡式放大器可以是在主板上的放大器和脱离主板的放大器。

在一结构中，每一拾取传感器16经由双绞线导线连接到脱离主板的平衡式放大器，无需使用在主板上的FET 42。在另一结构中，每一拾取传感器16经由两平衡式导线被连接到FET 42的平衡输入，而FET 42的差动输出经由双绞线导线被连接到脱离主板的放大器的平衡输入。使用根据该实施例的平衡式放大器提供差动拾取传感器电压测量。该结构可提供用于改善经由差动拾取传感器电压测量所提供的共同模式拒绝的特定传感器信号噪声的消除。

为了示例性的目的，图4中示出的传感器16的每一个被定向为相对于基底12的边缘为近似45度。此外，一个缓冲电路30被安装为邻近角传感器16中的每一个。根据一种触摸敏感装置实现，基底包括玻璃板，具有长度、宽度和厚度尺寸分别为L＝324mm，W＝246mm以及T＝2.2mm。在基底12的四个角的每一个中，压电传感器16具有长度、宽度和厚度尺寸分别为L＝7mm、W＝3mm和T＝1mm是合适的。

图6是安装到显示器25的触摸敏感装置10的截面图。显示器25可以是诸如液晶显示器(LCD)、电致发光显示器、阴极射线管显示器、等离子体显示器和发光二极管显示器等的任意合适的电子显示器。显示器25可附加地或替换地包括可以是持久的或可代替的静态图形。图6中示出的该类型的触摸敏感装置10包括安装在LCD屏幕20的前端的透明基底12。

LCD屏幕20被安装到LCD显示器25的框24。泡沫垫片或支架22被附加到基底12的下侧，并绕着基底12的外围充分的扩展。泡沫垫片22具有可附着的表面，从而基底12可被安全地附着到任意表面。泡沫垫片22可减少来自基底12的边缘的反射。触摸敏感装置10的尾部连接器26可被连接到触摸敏感装置10的控制器。

图7描述了包括触摸敏感装置102和触摸面板控制器120的触摸面板系统100。触摸敏感装置102包括至少三个传感器104、优选地包括四个传感器104，每一传感器耦合到关联的缓冲电路106。触摸敏感装置102还包括至少一个发射器换能器108。发射器换能器108可被配置以仅作为激励换能器或作为发射器/传感器换能器两者运行。缓冲电路106和发射器换能器108中的每一个都耦合到控制器120。

控制器120包括检测电路124，其每一个耦合到传感器/缓冲电路组合104/106中的一个。检测电路124通常包括一个或多个放大、调节和滤波电路。发射器换能器108耦合到驱动电路128，其生成使发射器换能器108生成预定的激励换能器信号的信号，所述激励换能器信号被传递触摸敏感装置102的基底。驱动电路128和检测电路124中的每一个耦合到触摸定位处理器130。触摸定位处理器130通常包括：模拟信号调节级，模数转换器(ADC)，在合适的采样频率(例如200kHz)进行采样；以及数字信号处理器(DSP)，实现坐标位置算法/固件和其它算法和程序。

例如，参照图8，其示出用于处理在图7中的每一传感器104处检测到的弯曲波信息。在图8中，由至少三个(优选地为四个)传感器104来检测在面板105中的弯曲波。传感器104测量模拟弯曲波信号W1(t)、W2(t)……WN(t)，所述信号被发送到多路复用ADC 126。得到的数字输入信号被发送到触摸定位处理器130，从触摸定位处理器130来确定与位置相关的信息132和接触脉冲的分布图。

如图9进一步所示，触摸面板控制器120通常耦合到主机处理器150。主机处理器150还耦合到触摸显示器系统125，其包含图7中所示的类型的触摸敏感装置102。主机处理器150可包括诸如网络接口的通信接口，从而促进触摸面板系统100和远程系统之间的通信。例如，可由触摸面板系统100和远程系统之间的联合通信来实现各种触摸面板系统诊断、校准和维持程序。

如图7进一步所示，触摸面板控制器120可以可选地包括触摸唤醒探测器140。根据一般触摸唤醒方法，检测与触摸敏感装置的基底的接触或被给予触摸敏感装置的基底的接触导致的弯曲波振动。检测到的振动被分析或估计以确定检测到的振动是由用户有意的触摸还是对触摸敏感装置无意的触摸。响应于确定触摸为对触摸敏感装置有意的触摸而生成唤醒信号。然而，如果确定触摸为对触摸敏感装置无意触摸，则不生成唤醒信号。

术语“有意的触摸”指的是可检测到的振动、导致该振动的事件、以及由于传感器接收这样的振动而创建的信号，其期望被解释为触摸输入。术语“无意的触摸”指的是不期望被解释为触摸输入的可检测到的振动、导致该振动的事件、以及由于传感器接收这样的振动而创建的信号。无意的触摸的示例包括外部噪声和振动，它们对在检测到的信号中不产生必要的特征的触摸敏感装置有影响。

检测到的振动被分析或估计以确定检测到的振动是由用户期望的触摸的结果还是对触摸敏感装置不期望的触摸。一般地，检测到的弯曲波振动被处理并与被建立的阈值或简档进行比较，以促进区分有意的触摸和无意的触摸。可按多种方式实现有意的触摸和无意的触摸之间的区分，例如，包括：将触摸信号幅度与阈值进行比较，对与阈值进行比较的触摸信号进行滤波、时域估计(例如信号特征相关分析)和频域估计(例如离散傅里叶变换(DFT)分析)。在2003年10月10日提交的第10/683,342号美国专利申请中公开了关于各种触摸唤醒方法的细节。

图10示出相互通信地耦合到触摸敏感装置102的触摸面板控制器120的实施例。根据该实施例，触摸面板控制器120包括I/O处理器204，经由总线208耦合到主处理器206。在该实施例中采用I/O处理器204以经由总线209管理触摸面板控制器120和外部系统或装置之间的I/O信令。

在一结构中，I/O处理器204被实现以管理在诸如串行接口或总线的高速接口209上的信令。以示例的方式，总线209可遵守诸如USB(通用串行总线)或IEEE 1394防火墙架构的高速串行总线架构。根据USB或防火墙规范的配置总线209提供固定的插入和播放连接。这样，触摸面板控制器120在任何时候都可被插入到不同端口，或从不同端口拔出，而不会有关于连接性的不利的后果。

如图10所示，触摸唤醒探测器140耦合到I/O处理器204、接口202，并且可选地耦合到主处理器206。在另一结构中，触摸唤醒探测器140可耦合到I/O处理器204的前端或被结合作为I/O处理器204和总线202之间的接口。触摸唤醒探测器140被优选地配置以从触摸敏感装置102接收检测信号，而没有对检测信号和触摸敏感装置102和触摸面板控制器120之间的其它信号或数据的传输产生不利影响。

根据图10描述的一结构，触摸唤醒探测器140可耦合到I/O处理器204，从而由触摸唤醒探测器140生成的唤醒信号经由线路222被发送到I/O处理器204。在该结构中，I/O处理器响应于唤醒信号从休眠模式过渡到激活模式。在从休眠过渡到激活模式之后，I/O处理器204可确定诸如主处理器206或触摸面板控制器120和/或包含触摸敏感装置102的便携式装置的控制系统的其它组件是否要求激活。此外，I/O处理器204可生成次要唤醒信号，其经由线路226发送到经由总线208到主处理器206。在另一结构中，触摸唤醒探测器140可生成唤醒信号并将该唤醒信号(经由线路222)发送到I/O处理器204和(经由线路224)到主处理器206。

在图10所示的触摸敏感装置102的结构中，传感器104的每一个被耦合到缓冲电路106。因为缓冲电路106具有有源组件(例如JFET)，所以当激活时需要向缓冲电路106供电。这样，在电源保存成问题的情况下，传感器104对于触摸唤醒传感器来说是一个不好的候选。然而，发射器换能器108没有耦合到缓冲电路106，这使得发射器换能器108对于触摸唤醒传感器来说是一个好的候选。

容易理解，根据该实施例的触摸唤醒方法可大大减少触摸敏感装置(尤其是便携式和手持触摸输入装置)的功率消耗。例如，主处理器206和I/O处理器204可在正常运行期间要求几百毫安的电流。通过使用采用发射器换能器108的触摸唤醒检测，主处理器206和I/O处理器104的很多电路可在休眠模式中被关闭，从而适当地将功率需求减少到对于完全运行所需的小部分。

提供与在触摸面板上的拾取传感器结合运行的专用激励换能器允许实现广泛的新的和有用的触摸探查系统运行及诊断能力。例如，所述能力包括增强的脱离检查、对轻触摸改善的灵敏度以及改善的触摸唤醒功能。可使用由激励换能器生成的特定刺激来实现这些和其它增强的能力，并响应于该刺激而处理由拾取传感器产生的信号。

如上所述，采用弯曲波技术的触摸检测设备检测触摸面板中的平面传播的振动以确定触摸输入的位置。在某些应用中，可期望除了触摸位置之外的其它信息全面地表征触摸。例如，可实现处理以提供关于触摸开始(在此表示为触碰)的定时的更精确的信息。此外，在此表示为触摸脱离的触摸事件的结束的探测也可有助于表征触摸事件。

本发明的各种实施例关注于以增强的触碰和/或脱离探测来进行触摸检测的方法和系统。在各种实现中，对触碰和/或脱离的增强的灵敏度涉及使用发射换能器。发射换能器感生用于表征触摸面板的未触摸状态的弯曲波。检测换能器响应于感生的弯曲波生成信号，所述弯曲波被识别为未触摸状态信号。

可通过对未触摸状态信号和响应于触摸面板上的触摸生成的信号进行比较来探测触碰。如果触摸发生在触摸面板上，则该触摸在触摸面板上产生弯曲波。由触摸产生的弯曲波和由发射换能器感生的弯曲波结合。检测换能器检测结合的弯曲波并生成弯曲波信号。可通过对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较来探测触碰。在一个实现中，如果弯曲波信号偏离未触摸状态信号达到阈值量，则探测触摸事件。当探测到触摸事件时，可触发触摸位置确定算法。

当移除触摸时产生脱离，导致触摸面板返回未触摸状态。当弯曲波信号返回未触摸状态信号时，可探测脱离。

可通过触摸和/或脱离触发方案来限制在探测触碰和/或脱离中的系统的灵敏度。例如，在不包括发射换能器的无源系统中，如果响应于触摸面板上的触摸的弯曲波生成阈值电平之上的弯曲波信号，则可探测触碰。在探测触碰之后，如果弯曲波信号落入阈值电平之下，则可探测脱离。可与背景噪声基线关联来定义阈值电平，所述阈值电平可随噪声动态变化。

在基于相关的检测技术的基础上的触碰可比上述的无源阈值穿过(passive threshold crossing)方法更容忍噪声。当与无源阈值穿过技术进行比较时，在此描述的触碰探测可采用与基于相关的检测处理结合的发射换能器，从而增加对轻触摸的触碰和脱离的灵敏度。

图11a至15c是示出根据本发明实施例的探测触碰和/或触摸脱离的各种方法的流程图。结合图11a至15c描述的方法包括使用至少一个发射换能器以及两个或多个检测换能器。在优选结构中，在矩形触摸面板的各个角附近放置四个检测换能器。可沿着触摸面板的边缘放置发射换能器，或在另一位置放置发射换能器。发射换能器和/或检测换能器可包括压电的、电致伸缩的、磁致伸缩的、压阻的、声学的和/或运动盘卷(coil)换能器/设备。检测换能器可耦合到如上所述的FET缓冲器电路。

图11a的流程图示出根据本发明实施例的触摸探测的方法。驱动信号向发射换能器提供能量，使发射换能器在触摸面板中感生弯曲波1110。由换能器感生的弯曲波在触摸面板中扩散地传播到检测传感器。当没有触摸施加到触摸面板时，仅有由发射换能器感生的弯曲波出现在触摸面板中。在此情况下，检测换能器生成与未触摸状态对应的信号。识别与未触摸状态对应的信号1120。

如果有触摸施加到触摸面板，则在触摸面板中产生弯曲波，并由检测换能器检测所述弯曲波。响应于该触摸而生成弯曲波信号1130。将响应于触摸的弯曲波信号与未触摸状态信号进行比较。基于由触摸生成的弯曲波信号和未触摸状态信号之间的差探测触碰1140。触碰探测可触发用于触摸位置确定的触摸位置算法。

图11b的流程图示出根据本发明实施例的脱离探测的方法。图11b示出的脱离探测处理采用先前关于图11a描述的触碰方法。驱动信号向发射换能器提供能量，使发射换能器在触摸面板中感生弯曲波1150。当没有触摸施加到触摸面板时，仅有由发射换能器感生的弯曲波出现在触摸面板中。在此情况下，检测换能器生成与未触摸状态对应的信号。识别与未触摸状态对应的信号1160。

如果有触摸施加到触摸面板，则在触摸面板中产生弯曲波，并由检测换能器检测所述弯曲波。响应于该触摸而生成弯曲波信号1170。基于生成的弯曲波信号和未触摸状态信号之间的差探测触碰1140。触碰探测可触发用于触摸位置确定的触摸位置算法。

在探测触摸之后，继续对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较。基于弯曲波信号返回未触摸状态信号来探测脱离1190。

图12a示出根据本发明实施例的基于自适应滤波器方法的触碰探测方法的流程图。在该实现中，发射换能器可使用在单一基本频率(例如50kHz或其它频率值)处运行的驱动信号在触摸面板中感生弯曲波1210。可数字化地生成驱动信号，并可将驱动信号相位锁定到用于处理测得的信号的模数转换器的频率。

对由检测换能器生成的弯曲波信号进行采样1220，并将其施加到自适应滤波器的输入。自适应滤波器具有更新其系数的能力。可使用例如二抽头最小均方(LMS)自适应滤波算法来数字化地实现自适应滤波器。二抽头最小均方(LMS)自适应滤波算法提供关于用于触碰和/或脱离探测的测得的弯曲波信号的幅度和相位的充足的信息。

在将测得的信号施加到自适应滤波器之前，可由与基本频率(例如50kHz)对应的带通滤波器首先对信号进行滤波，并对该信号进行平均。如果尚未对系统进行初始化1230，则确定自适应滤波器的参考系数1235。确定参考系数的处理涉及确定取消由通过发射换能器感生的弯曲波生成的信号的滤波系数。换句话说，参考滤波系数表示取消未触摸状态信号的滤波系数。在此情况下，当仅有未触摸状态信号施加到滤波器的输入时，自适应滤波器的输出最小。

如果先前已经对系统进行初始化1220，则计算滤波系数1240以取消弯曲波信号。对算出的滤波系数和参考系数进行比较。如果没有探测到触碰，则取消弯曲波信号的滤波系数与参考系数充分相同。如果滤波系数的改变没有超过阈值1250，则没有探测到触摸，并继续进行块1210-1240中描述的处理。

如果触摸出现在触摸面板中，则从未触摸状态信号中改变由检测换能器生成的弯曲波信号。被计算以取消由触摸生成的弯曲波信号的滤波系数不同于参考系数。如果滤波系数中的改变超过阈值1250，则探测到触碰1260。

在探测触碰之后，可通过探测弯曲波信号返回未触摸状态信号来确定脱离。图12b-12c示出的脱离探测处理采用对先前关于图12a描述的触碰探测的自适应滤波器方法。

图12b-12c示出根据本发明实施例的脱离探测的流程图。发射换能器使用在单一基本频率(例如50kHz或其它频率值)下运行的驱动信号在触摸面板中感生弯曲波1270。对由检测换能器生成的弯曲波信号进行采样1272，并将其施加到自适应滤波器的输入。

如果尚未对系统进行初始化1274，则确定自适应滤波器的参考系数1276。确定参考系数的处理涉及确定取消由通过发射换能器感生的弯曲波生成的信号的滤波系数。换句话说，参考滤波系数表示取消未触摸状态信号的滤波系数。在此情况下，当仅有未触摸状态信号施加到滤波器的输入时，自适应滤波器的输出最小。

如果先前已经对系统进行初始化1274，则计算滤波系数1278以取消弯曲波信号。对算出的滤波系数和参考系数进行比较。如果没有探测到触碰，则取消弯曲波信号的滤波系数与参考系数基本相同。如果滤波系数的改变没有超过触碰阈值1280，则没有探测到触摸，并继续进行块1270-1278中描述的处理。

如果触摸出现在触摸面板中，则从未触摸状态信号中改变由检测换能器生成的弯曲波信号。被计算以取消由触摸生成的弯曲波信号的滤波系数不同于参考系数。如果算出的滤波系数和参考滤波系数之间的差超过触碰阈值1280，则探测触碰1280。

在探测触碰之后，对弯曲波信号继续进行采样以确定脱离1284。计算滤波系数以取消弯曲波信号1286。对算出的滤波系数与参考系数进行比较。如果算出的滤波系数与参考滤波系数之间的差超过脱离阈值1288，则未探测到脱离，继续进行块1284-1288描述的脱离探测处理。如果算出的滤波系数与参考滤波系数之间的差未超过脱离阈值1288，则探测到脱离1290。

以上关于图11a-11b以及12a-12c描述的方法涉及识别与未触摸状态信号关联的参考。例如，在关于图12a-12c描述的方法中，参考包括运行以取消未触摸状态信号的自适应滤波器的参考系数。由于分量漂移、触摸面板的物理支撑结构老化、在触摸面板表面的灰尘和/或其它污染物的逐渐累积、和/或其它因素而导致触摸检测系统在时间上逐渐改变。这些逐渐的改变可使未触摸状态信号随时间缓慢改变。最终，参考系数可能不再取消未触摸状态信号。此外，触摸系统可能经受导致未触摸状态信号中突然偏离的突然改变。例如，在触摸表面上的污染物的溢出或其它沉积可能突然改变未触摸状态信号。在未触摸状态信号中的缓慢改变或突然改变可导致触碰和/或脱离探测中的误差。

图13是示出根据本发明实施例的用于更新在换能器脱离探测处理中使用的参考的流程图。在该实施例中，虽然当使用其它参考时可相同地应用处理，但更新自适应滤波器的参考系数。可执行参考调整以补偿触摸系统的缓慢漂移和/或突然改变。

如前所述，发射换能器使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波。驱动信号可在单一基本频率(例如50kHz或其它频率值)下运行。检测换能器检测由驱动信号产生的弯曲波，并生成表示检测到的弯曲波的信号。

在开始时，系统可实现关于图13的块1315-1325描述的初始化处理。在瞬变已经稳定之后1315，确定充分地取消由换能器感生的弯曲波信号所需的自适应滤波系数。这些初始化的滤波系数表示与未触摸状态信号关联的参考系数。存储这些参考系数1325。

对由检测换能器生成的弯曲波信号进行采样1330，并将其施加到自适应滤波器的输入。计算取消所施加的输入信号所需的滤波系数。对算出的滤波系数与参考滤波系数进行比较。如果算出的滤波系数与参考滤波系数之间的差超过触碰阈值1340，则表示触碰1355。

在某些情况下，在初始化和确定参考系数之后，触摸系统可能经历突然改变。例如，可由诸如溢出的或否则突然施加到触摸面板上的事件，或突然改变触摸系统的结构组件的关系的影响而导致所述意外改变。所述意外改变可使得由驱动信号感生的弯曲波突然变化，导致在未触摸状态信号中的关联的改变。可将意外改变探测作为触摸接触。

根据本发明实施例，系统可在与触摸接触关联的信号和由其它因素导致的信号之间作出区分。系统可通过随时间调整参考系数来补偿与触摸无关的突然改变。可在被选择为比触摸的最长持续时间长的时间量程上周期性地执行参考系数的更新。可随时间突然地或逐渐地执行参考的重新调整。

通常，有效触摸条件是相对简短的事件，其产生瞬变的离开参考条件的偏离。如果在较长的周期时间上持续离开参考条件的明显偏离，则不可能由触摸产生偏离。在此情况下，系统可调整参考系数来补偿偏离1360。在一段时间周期之后，考虑到突然改变，系统成为“重新校准的”。

如果滤波系数中的改变不大于阈值1340，则指示无接触1345。可调整参考系数以补偿系统漂移1350。在此情况下，由于系统漂移，可稍微改变算出的系数，但改变不超过触摸探测阈值。对参考系数进行调整允许系统对诸如电子组件参数漂移、触摸面板的物理支撑结构老化、在触摸面板表面的灰尘和/或其它污染物的逐渐累积、和/或其它因素的因素进行补偿。可基于最近由换能器感生的弯曲波信号来调整参考系数。例如，可通过执行最近的参考系数的加权平均来实现参考系数调整。

如上所述的使用在单一基本频率运行的驱动信号的触碰和/或脱离探测对于信号噪声是鲁棒的。对在弯曲波信号自身中的改变而不是滤波系数值的改变进行跟踪可能是较快的，但更容易受到噪声的影响。此外，使用运行在单一基本频率的驱动信号在计算上是高效的。然而，如果驱动信号的频率与触摸面板中的振动的固定模式对应，则可能出现问题。在此情况下，触摸面板可表现出与具有低阻尼(damping)的模型系统中的波节(node)或波腹(anti-node)对应的较高或较低运动的区域。如果使用小的接触区域，例如钢笔或指甲，则特定区域可能对由于板的空间振动而导致的接触更敏感或更不敏感。如果接触区域与当在为驱动信号选择的基本频率下的板的波长相比时是显著的，则减少了这样的效应。

对使用单一频率可能产生的空间灵敏度变化进行抵消的一种方法是使用多频率信号。可对在驱动信号中的多频率中的每一个来处理在每一传感器处测得的信号。此外，由不同检测换能器生成的信号可用于处理驱动频率的较小的子集。

当选择多频率驱动信号时，应该避免触摸面板的空间周期性。对于平方根扩散关系，波长与频率的平方根倒数成比例。为了避免交迭波节线，应该避免下面的情况：

$n\·\sqrt{{\mathrm{\ω}}_1}=m\·\sqrt{{\mathrm{\ω}}_2}$

$\⇒\frac{\sqrt{\mathrm{\ω}1}}{\sqrt{\mathrm{\ω}2}}=\frac{m}{n}$

其中，ω₁和ω₂是多频率驱动信号的频率，n和m是任意整数。存在满足该条件许多频率比率。满足该条件的最简单的频率比率是在两个频率，ω₁和ω₂之间的两个的因素。

可使用多频率信号驱动发射换能器来实现触碰和/或脱离探测。图14a示出根据本发明实施例的使用宽带噪声刺激(stimulus)作为驱动信号的触碰探测的方法的流程图。图14b-14c示出根据本发明实施例的脱离探测的方法对应的流程图。

在图14a和图14b-14c示出的实施例中，宽带噪声信号用于对发射换能器提供能量。发射换能器响应于宽带噪声信号在触摸面板中感生弯曲波1410、1470。

触摸面板中的弯曲波在触摸面板中扩散地传输，并由检测换能器来检测所述弯曲波。对测得的信号进行采样1420、1472，并可对测得的信号进行进一步的处理，例如放大、滤波和/或数字化以便于分析信号。在另一示例中，可使用具有大约50kHz-大约75kHz的通带的滤波器对弯曲波信号进行滤波。

如果尚未对系统进行初始化1430、1474，则确定未触摸状态信号的幅度参考电平1435、1476。例如，所述处理可涉及响应于由换能器感生的弯曲波计算弯曲波信号的RMS值。

如果先前已经对系统进行初始化1420、1472，则确定测得的弯曲波信号的RMS值。对弯曲波信号的RMS值和先前确定的参考值进行比较1440、1478。如果弯曲波信号的RMS值和参考值之间的差大于阈值1450、1480，则探测触碰1460、1482。如果弯曲波信号的RMS值和参考值之间的差不大于阈值1450、1480，则探测没有触碰。

在探测触碰之后1482，继续对弯曲波信号进行采样1486(图14c)以确定脱离。计算弯曲波信号的RMS值1486。对测得的弯曲波信号的RMS值和参考值进行比较。如果算出的RMS值和参考值之间的差超过脱离阈值1488，则未探测到脱离，如块1484-1488中描述的那样继续脱离探测处理。如果算出的RMS值和参考值之间的差在脱离阈值之下1488，则探测到脱离1490。

虽然以上直接提供的示例基于弯曲波信号的RMS值的确定，但可使用其它参数和/或多个参数来表征弯曲波信号。在一种情况下，可使用多个参数来表征在噪声的带宽上的频谱。例如，可使用多个RMS值，每一RMS值与频谱的特定部分对应。此外，如前面关于图13讨论的那样，可周期性地更新参考值来对与触摸接触无关的触摸系统中的逐渐漂移和/或突然改变进行调整。

当与关于图12a和图12b-12c描述的单一驱动频率示例相比时，使用以上概述的类噪声信号有利地提供了其它空间信息。所述其它空间信息可导致在触摸面板的区域上的响应灵敏度的较大的均匀性。响应灵敏度的较大的均匀性可抵消如上所述的在不同频段的并行计算的需要。

在某些情况下，其它多频率驱动信号方法可以是有利的。关于触碰和/或脱离探测，使用类噪声信号刺激产生非确定性结果。可使用统计平均来补偿由类噪声仿真信号产生的非确定性结果，然而，随着在时间上对信号进行平均，可降低触碰和/或脱离响应的速度。此外，在该方法中，可由脱离探测使用用于触摸位置确定的带宽的可估计的部分。使用该方法的脱离探测可限制可用于确定触摸接触的位置的信息。

图15a和图15b-15c分别是根据本发明实施例的触碰和脱离探测方法的流程图。图15a和图15b-15c示出的方法采用具有扫频的驱动信号。扫频驱动信号可用于测量在给定的带宽上的触摸面板的频谱。同步于扫频驱动信号来解调测得的信号。由扫频产生的弯曲波信号实质上是确知的，并且相对不受噪声影响。由扫频驱动信号产生的弯曲波信号的确知特性允许相对快地测量触摸面板频率响应。这样改善了相对于噪声的响应的速度的精度。然而，在某些情况下，使用扫频驱动信号可限制可用于触摸位置确定处理的信息的量。

回到图15a和15b-15c的流程图，发射换能器使用扫频驱动信号，例如具有大约从50kHz到大约75kHz的频率的多频率驱动信号，在触摸面板中感生弯曲波1505、1506。检测换能器检测由驱动信号产生的弯曲波，并生成表示检测到的弯曲波的信号。对测得的弯曲波信号进行采样1510、1562，并可使用具有与扫频驱动信号兼容的通带的滤波器对其进行滤波，在该示例中，通带是从50kHz到大约75kHz。优选地，使用数字滤波器，然而也可采用模拟滤波器。同步于扫频刺激来解调滤波的弯曲波信号1515、1564。在整个频率范围上扫描发射换能器，并从检测换能器测量得到的弯曲波信号，从而允许确定传递函数的频谱1520、1566。

如果先前已经对系统进行初始化1525、1568，则识别确定的频谱作为参考频谱1530、1570。可周期性地更新参考频谱以按与上述方式相似的方式在与触摸接触没有关联的触摸系统中调整逐渐漂移和/或突然改变。

如果产生触碰，则从参考未触碰状态频谱改变检测的频谱。相对于参考频谱来计算频谱中的差1535、1572。如果所述差超过阈值1540、1574，则探测到触碰1550、1576。如果所述差没有超过阈值，则探测到没有接触。

在探测触碰之后1576，继续对弯曲波信号进行采样以确定脱离1577(图15c)。同步于扫频解调信号1578。计算传递函数的频谱1580。确定传递函数频谱和参考频谱之间的差1582。如果算出的频谱和参考频谱之间的差超过脱离阈值1584，则没有探测到脱离，脱离探测处理继续块1577-1582中描述的操作。如果算出的频谱和参考频谱之间的差没有超过脱离阈值1584，则探测到脱离1586。

以上描述的各种实施例涉及使用小于用于对弯曲波信号进行采样的采样频率f_s的一半的频率。通常，以超过最高频率的两倍的采样速率对信号进行采样，从而根据Nyquist准则正确地捕获信号中的信息。模数转换通常采用防混迭(anti-aliasing)滤波器以限制超过f_s/2的频率。

可将产生超过Nyquist准则的弯曲波信号频率的驱动信号的使用有利地运用于触摸探测。如果对具有超过f_s/2的频率的弯曲波信号进行采样，则采样的信号将会被探测作为在较低频率的混迭信号。可使用用于触摸探测的较高频率以用于减少触摸面板中的空间波长。对空间波长进行减少缩小了触摸面板的空间灵敏度的变化。

如前所述，如果使用诸如由钢笔和指甲触摸的小的触摸接触区域，则触摸面板的空间灵敏度的变化尤其会带来问题。空间灵敏度的变化可是特定区域对由于板的空间变化而导致的接触更敏感，或更不敏感。如果当接触区域与在驱动信号频率的触摸面板的波长相比时是显著的，则减少了这种效应。因此，较高的驱动信号在触摸面板中产生较短的波长，相应地，空间灵敏度的较小的变化允许可靠地探测较小的区域触摸接触。

涉及较高频率多音调或单音调的驱动频率可改善触摸面板的均匀性，产生增强的触碰和/或脱离灵敏度。由超过f_s/2的驱动频率生成的混迭的频率允许附加地自由选择一组多频率。此外，可使用混迭来产生混迭到出现在相同频率的弯曲波信号。当以200kHz的频谱频率进行采样时，这样的一组频率的示例包括50kHz、150kHz和250kHz。在该示例中，当在200kHz下进行采样时，150kHz频率和250kHz频率产生混迭的频率。

使用出现在相同频率的多个驱动频率的优点是可用相同的自适应滤波器处理多个频率。得到的弯曲波信号将包括比单一频率更多的空间信息。从以在带内选择的频率进行采样的混迭的信号的其它频率获得附加的空间信息。所述多个频率可改善对在触摸面板的区域上的触碰和脱离的均匀性灵敏度。因为可使用相同的滤波器来处理由多个频率产生的弯曲波信号，所以可使用混迭的多频率技术来增强性能，而不增加处理负担。

在此描述的混迭技术的另一优点在于可将所关心的信号调谐到先前不可用的频带。例如，通常不期望在音频频带(即低于20kHz频带)中或低于音频频带的驱动信号。在音频范围中的频率可从感生的触摸面板的振动中生成不想要的听觉声学辐射。通过使用混迭，即使驱动信号具有在音频频带之上的频率，也可将由换能器感生的弯曲波信号调谐到音频频带中的频率。例如，在200kHz下进行采样的在195kHz的驱动信号将在5kHz处产生混迭的频率。该技术的优点在于允许将信息混迭到触摸位置不需要的频带。可将混迭技术应用于时间单一频率、多频率、扫频和/或宽带噪声的换能器和脱离探测方法。

根据一个实施例，可使用混迭以产生DC信号。在该示例中，使用等于采样频率的驱动频率。相对高的驱动频率在板中产生小的波长，并改善跨越触摸面板表面的触摸灵敏度均匀性。在采样之后，以在驱动频率下运行的发射换能器产生的弯曲波信号表现为由弯曲波信号的幅度和相位确定的DC偏移。这样的表示弯曲波信号的幅度和相位的DC电平是与在采用先前描述的自适应滤波器方法相似的方法。

使用等于采样频率的驱动信号具有一些优点。例如，相对容易地生成在混迭之后产生的DC电平，减少了对自适应滤波器的需要，并可实现更简单的设计以及较小的处理负担。此外，混迭的信号不干扰用于触摸位置确定的所关心的信号。可将其它频率用于驱动信号。可分离地生成其它频率，或可通过设计驱动信号的失真频谱来创建其它频率。

在上述实施例中，对触碰和/或脱离增强的灵敏度涉及使用发射换能器。发射换能器感生用于表征触摸面板的未触碰状态的弯曲波。关注于对触碰的增加的灵敏度的所述实施例涉及发射换能器的连续运行。关注于脱离探测的本发明实施例可用于结合触摸唤醒处理。在这些实施例中，可禁用发射换能器，直到由触摸唤醒信号触发。

图16a-16b的流程图示出结合触摸唤醒实现的脱离探测。可将以上描述的任意脱离探测示例修改为包括触摸唤醒特征。图16a和16b示出的方法使用自适应滤波器方法来探测弯曲波信号脱离探测的改变。

在该示例中，具有触摸唤醒的脱离探测涉及用于确定自适应滤波器的参考系数的初始化过程。图16a的流程图示出初始化处理。发射换能器使用在单一基本频率(例如50kHz或其它频率值)运行的驱动信号在触摸面板中感生弯曲波1602。对由检测换能器生成的弯曲波信号进行采样1604，并将其施加到自适应滤波器的输入。

确定取消由感生的弯曲波生成的信号的滤波系数1606。所述滤波系数表示取消未触摸状态信号的参考滤波系数。存储参考滤波系数1608。在初始化之后，可禁用发射器1610，系统等待触摸探测1612。

可使用无源方法来实现触摸探测。例如，按禁用的发射换能器，如果响应于在触摸面板上的触摸的弯曲波产生超过阈值电平的弯曲波信号，则可探测到触碰。如果弯曲波信号超过阈值电平，则探测到触碰1620(图16b)。

图16b是示出根据本发明实施例的于触摸唤醒特征的脱离探测的方法的流程图。在例如通过无源方法的触碰探测1620之后，激活发射换能器1622，并在选择的频率处(在该示例中为50kHz)运行该发射换能器。对弯曲波信号进行采样1624。计算滤波系数1626以取消弯曲波信号。对算出的滤波系数与参考滤波系数进行比较。如果算出的滤波系数和参考滤波系数之间的差超过脱离阈值1628，则未探测到脱离，脱离探测处理继续进行块1624-1626中描述的操作。如果算出的滤波系数和参考滤波系数之间的差未超过脱离阈值1628，则探测到脱离1630。

可结合其它类型的触碰探测方法来使用基于上述的激活发射器的触碰探测处理。图17是示出根据本发明实施例的采用多种触碰探测技术的触碰探测方法的处理流程图。

由驱动信号向发射换能器提供能量。在该示例中，虽然可使用其它单一频率或多个频率，但在50kHz的频率处运行发射换能器。感生的弯曲波信号生成未触摸状态信号。通过表征未触摸状态信号来识别参考条件。

对弯曲波信号进行采样1710，并在50kHz处对其进行带通滤波1710。在50kHz处对信号进行陷波滤波1715。在50kHz处对信号进行陷波滤波移除了与感生的弯曲波对于的信号部分。如果陷波滤波的信号超过触碰阈值，则探测到触碰1720。

将带通滤波的信号施加到自适应滤波器以确定误差1730。自适应滤波器的一个输出是误差函数。误差函数提供自适应滤波器的输出之间的差，其预测下一采样值和测量的下一采样值。通过自适应处理来使误差最小，然而，系统中的改变引起误差函数的瞬变。因此，当误差超过阈值时，探测到触碰1735。计算取消弯曲波信号所需的自适应滤波系数1740。如果算出的滤波系数和参考滤波系数之间的差超过阈值，则探测到触碰1745。

如果通过触碰处理1720、1735、1745中的任意一个来探测触碰，则基于触碰时间建立触摸的时间1750。将触碰探测用于触发触摸位置算法的激活1760。使用陷波滤波的数据确定触摸位置1755。

不应将本发明理解为受限于上述特定实施例，而应将其理解为覆盖在所附权利要求中清楚地阐述的本发明的所有方面。当阅读说明书时，可应用于本发明的各种修改、等同处理以及各种结构对于关注于本发明的本领域技术人员来说是容易理解的。

Claims (56)

1.一种触摸检测设备，包括：

触摸面板；

耦合到所述触摸面板的多个传感器，所述多个传感器被配置以在所述触摸面板中检测弯曲波，并响应于检测到的弯曲波而生成弯曲波信号；

耦合到所述触摸面板的换能器，被配置以在所述触摸面板中感生弯曲波；以及

耦合到所述多个传感器的控制器，所述控制器被配置以响应于感生的弯曲波来识别未触摸状态信号，对未触摸状态信号和弯曲波信号进行比较，并基于所述比较来探测在所述触摸面板上的触摸。

2.如权利要求1所述的设备，其中：

所述触摸面板实质上是矩形；并且

所述多个传感器至少包括三个传感器，所述传感器位于触摸面板的角。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述多个传感器包括压电传感器。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述换能器包括压电换能器。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述换能器被配置以在单一频率下在触摸面板中感生弯曲波。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述换能器被配置以在多个频率下在触摸面板中感生弯曲波。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述换能器被配置以在大于或等于由控制器使用的采样频率的一半的频率下在触摸面板中感生弯曲波。

8.如权利要求1所述的设备，其中，所述换能器被配置以在与混迭的未触摸状态信号关联的频率下在触摸面板中感生弯曲波。

9.如权利要求8所述的设备，其中，混迭的未触摸状态信号包括具有小于或等于音频频段频率的频率的信号。

10.如权利要求8所述的设备，其中，混迭的未触摸状态信号包括DC信号。

11.如权利要求1所述的设备，其中，控制器被配置以确定在弯曲波信号和未触摸状态信号之间的差，并基于所述差来探测所述触摸。

12.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制器被配置以确定未触摸状态信号的幅度，对未触摸状态信号幅度和弯曲波信号的幅度进行比较，并基于所述比较来探测触摸。

13.如权利要求12所述的设备，其中，所述幅度是RMS幅度。

14.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制器被配置以确定未触摸状态信号的频谱，对未触摸状态信号和弯曲波信号的频谱进行比较，并基于所述比较来探测触摸。

15.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制器包括自适应滤波器，所述滤波器具有被选择用来取消未触摸状态信号的多个参考滤波系数，所述控制器被配置以计算滤波系数以取消弯曲波信号，将计算出的滤波系数与参考滤波系数进行比较，并基于所述比较来探测触摸。

16.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制器被配置以在探测触摸之后确定触摸的位置。

17.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制器还被配置以在探测触摸之后探测从触摸面板的触摸脱离。

18.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制器被配置以在探测触摸之后对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较，并基于所述比较来探测触摸脱离。

19.如权利要求1所述的设备，其中，如果弯曲波信号返回未触摸状态信号，则所述控制器被配置以探测从触摸面板的触摸脱离。

20.一种触摸系统，包括：

触摸屏，包括：

触摸面板；

耦合到所述触摸面板的多个传感器，所述多个传感器被配置以在所述触摸面板中检测弯曲波，并响应于检测到的弯曲波来生成弯曲波信号；

耦合到所述触摸面板的换能器，并被配置以在所述触摸面板中感生弯曲波；以及

耦合到所述多个传感器的控制器，所述控制器被配置以响应于感生的弯曲波来识别未触摸状态信号，并基于弯曲波信号和未触摸状态信号之间的差来探测在所述触摸面板上的触摸；

可通过所述触摸屏来观看的显示器，被配置以显示信息；以及耦合到所述显示器的处理器，被配置以处理将在所述显示器上显示的信息。

21.如权利要求1所述的系统，其中，所述显示器包括发光二极管显示器。

22.如权利要求1所述的系统，其中，所述显示器包括液晶显示器。

23.如权利要求1所述的系统，其中，所述显示器包括阴极射线管显示器。

24.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置以在探测触摸之后探测从触摸面板的触摸脱离。

25.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置以在探测触摸之后对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较，并基于所述比较探测从触摸面板的触摸脱离。

26.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置以在探测触摸之后对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较，并基于弯曲波信号返回未触摸状态信号来探测触摸脱离。

27.一种用于确定触摸信息的方法，包括：

使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波；

响应于感生的弯曲波识别未触摸状态信号；

响应于在触摸面板上的触摸生成弯曲波信号；

对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较；以及基于所述比较在触摸面板上探测触摸。

28.如权利要求27所述的方法，其中，使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波的步骤包括：使用单一频率驱动信号感生弯曲波。

29.如权利要求27所述的方法，其中，使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波的步骤包括：使用多个频率驱动信号感生弯曲波。

30.如权利要求27所述的方法、其中，使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波的步骤包括：使用宽带频率驱动信号在所述触摸面板中感生弯曲波。

31.如权利要求27所述的方法，其中使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波的步骤包括：使用与混迭的未触摸状态信号关联的驱动信号在所述触摸面板中感生弯曲波。

32.如权利要求27所述的方法，还包括：基于关于非触摸的条件来更新识别的未触摸状态信号。

33.如权利要求32所述的方法，其中，更新识别的未触摸状态信号包括：更新由于分量漂移而导致的识别的未触摸状态信号。

34.如权利要求32所述的方法，其中，更新识别的未触摸状态信号包括：在被选择以比触摸持续时间长的时间量程上周期性地更新识别的未触摸状态。

35.如权利要求27所述的方法，其中：

对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较的步骤包括：确定弯曲波信号和未触摸状态信号之间的差；以及

基于所述比较来探测触摸的步骤包括：如果所述差超过阈值，则探测触摸。

36.如权利要求27所述的方法，其中：

识别未触摸状态信号的步骤包括：确定未触摸状态信号的幅度；以及

对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较的步骤包括：对未触摸状态信号的幅度和弯曲波信号的幅度进行比较。

37.如权利要求27所述的方法，其中：

识别未触摸状态信号的步骤包括：探测未触摸状态信号的频谱；以及

对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较的步骤包括：对未触摸状态信号的频谱和弯曲波信号的频谱进行比较。

38.如权利要求27所述的方法，其中：

识别未触摸状态信号的步骤包括：选择自适应滤波器的多个参考滤波系数以取消未触摸状态信号；

对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较的步骤包括：计算滤波系数以取消弯曲波信号，并对计算出的滤波系数和参考滤波系数进行比较；以及

基于所述比较探测触摸的步骤包括：基于计算出的滤波系数和参考滤波系数之间的差探测触摸。

39.一种用于确定触摸信息的方法，包括：

使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波；

响应于感生的弯曲波识别未触摸状态信号；

响应于在触摸面板上的触摸生成弯曲波信号；

在触摸面板上探测触摸；

在探测到触摸之后对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较；以及

基于所述比较来探测从触摸面板的触摸脱离。

40.如权利要求39所述的方法，其中，探测触摸脱离的步骤包括：基于弯曲波信号返回未触摸状态信号来探测触摸脱离。

41.如权利要求39所述的方法，其中，使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波的步骤包括：在单一基本频率下感生弯曲波。

42.如权利要求39所述的方法，其中，使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波的步骤包括：在多个频率下感生弯曲波。

43.如权利要求39所述的方法，其中，使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波的步骤包括：使用宽带频率驱动信号感生弯曲波。

44.如权利要求39所述的方法，其中，使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波的步骤包括：使用与混迭的未触摸状态信号关联的驱动信号在触摸面板中感生弯曲波。

45.如权利要求39所述的方法，其中：

识别未触摸状态信号的步骤包括：确定未触摸状态信号的幅度；以及

对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较的步骤包括：对弯曲波信号的幅度和未触摸状态信号的幅度进行比较。

46.如权利要求39所述的方法，其中：

识别未触摸状态信号的步骤包括：确定未触摸状态信号的频谱；以及

对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较的步骤包括：对未触摸状态信号的频谱和弯曲波信号的频谱进行比较。

47.如权利要求39所述的方法，其中：

识别未触摸状态信号的步骤包括：选择自适应滤波器的多个参考滤波系数以取消未触摸状态信号；以及

对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较的步骤包括：

计算滤波系数以取消弯曲波信号；以及

对计算出的滤波系数和参考滤波系数进行比较。

48.如权利要求39所述的方法，其中，在触摸面板上探测触摸的步骤包括：

对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较；以及

基于所述比较在触摸面板上探测触摸。

49.如权利要求39所述的方法，还包括：

响应于所述触摸生成触摸唤醒信号；以及

如果生成了触摸唤醒信号，则向发射换能器提供能量。

50.一种触摸检测方法，包括：

基于通过驱动信号在所述触摸面板中感生的弯曲波，通过多个触摸探测处理中的一个或多个，即所述多个触摸探测处理中的至少一个，在触摸面板上探测触摸触摸面板；以及

在探测触摸之后开始触摸位置处理。

51.如权利要求50所述的方法，其中，所述至少一个触摸探测处理包括：

使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波；

响应于感生的弯曲波来识别未触摸状态信号；

响应于在触摸面板上的触摸生成弯曲波信号；

对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较；以及

基于所述比较在触摸面板上探测触摸。

52.如权利要求50所述的方法，还包括：在探测触摸之后探测触摸脱离。

53.一种用于确定触摸信息的系统，包括：

用于使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波的装置；

用于响应于感生的弯曲波来识别未触摸状态信号的装置；

用于响应于在触摸面板上的触摸生成弯曲波信号的装置；

用于对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较的装置；以及

用于基于所述比较在触摸面板上探测触摸的装置。

54.如权利要求53所述的系统，还包括：用于基于关于非触摸的条件来更新识别的未触摸状态信号的装置。

55.一种确定触摸脱离信息的系统，包括：

用于使用驱动信号在触摸面板中感生弯曲波的装置；

用于响应于感生的弯曲波来识别未触摸状态信号的装置；

用于响应于在触摸面板上的触摸来生成弯曲波信号的装置；

用于在触摸面板上探测触摸的装置；

用于对弯曲波信号和未触摸状态信号进行比较的装置；以及

用于基于所述比较来探测从触摸面板的触摸脱离的装置。

56.如权利要求55所述的系统，还包括：

用于响应于所述触摸生成触摸唤醒信号的装置；以及

用于如果生成触摸唤醒信号则向发射换能器提供能量的装置。

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