TW200530929A - Touch sensitive device employing bending wave vibration sensing and excitation transducers - Google Patents

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200530929 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於觸摸感應裝置，更特定言之，係關於利用 若干拾取感測器及至少一激勵轉換器之振動感測觸摸感應 裝置。 【先前技術】 互動式視覺顯示器通常包含某種形式的觸摸感應螢幕。 隨著下一代可攜式多介質裝置的出現，將觸摸感應面板與 視覺顯示器整合在一起的做法變得越來越普遍。一種常見 的觸摸偵測技術，稱為表面聲波（SAW)，使用在玻璃螢幕 表面上傳播的高頻波。手指接觸玻璃螢幕表面而產生的波 衰減係用於偵測觸摸位置。SAW利用「飛行時間」技術， 其中干擾到達拾取感測器的時間係用於债測觸摸位置。當 介質以非分散的方式作用，使波速不會在有關頻率範圍上 大幅變動時，該方案可行。 【發明内容】 本發明係關於一種通常能夠感測觸摸感應板中的彎曲波 振動之觸摸感應設備。本發明的具體實施例包括利用若干 拾取感測器及至少一激勵轉換器之觸摸感應設備。根據一 具體貫施例，一觸摸感應設備包括一觸摸板，有數個拾取 感測器及至少一激勵轉換器各自耦合至該觸摸板。每一該 等感測器係配置成感測該觸摸板中的彎曲波，並且該激勵 轉換器係配置成在該觸摸板中引起彎曲波。該設備進一步 包括主動緩衝器電路，其中每一該等主動緩衝器電路係耗 98500.doc 200530929 合至該等感測器之一。一控制器係經由該主動緩衝器電路 耦合至'該军感測器，並且係經由一非主動緩衝連接而輕人 至該激勵轉換器。該控制器係配置成回應於從該等感測器 接收的感測信號而計异該觸摸板上的一接觸位置。 利用若干拾取感測器及至少一激勵轉換器之觸摸感應設 備可執行多種校準，包括觸摸板與感測器校準。例如，可 使用板校準來提供有關該觸摸基板的有用資訊，例如相對 或絕對的板尺寸。拾取感測器可，例如，用來決定感測器 相位回應的差異，並且可對所測量的彎曲波信號進行修正， 以適應感測器相位回應的差異。可隨時間偵測並追蹤觸摸 感測設備校準與性能中的變化。 根據另一具體實施例，一種用於觸摸感應裝置的方法包 括將一藉由激勵轉換器所產生的激勵信號施加於一觸摸板 上並且藉由若干感測器之每一感測器感測該激勵信號。決 定該激勵轉換器處之一輸入至每一該等感測器處之一輸出 之一傳輸函數。使用傳輸函數針對每一該等感測器決定已 修正分散的脈衝回應。使用該等個別已修正分散的脈衝回 應來執行該觸摸感應裝置的校準。有用的校準包括決定該 觸摸板的相對或絕對尺寸，並且決定每一該等感測器的相 位或振幅回應。當執行觸摸位置谓測時，可修正該等感測 器之間的相位或振幅回應差異。另一有用的校準包括決定 該觸摸板的分散關係。 根據另—具體實施例’―種用於觸摸感應裝置的方法包 括將一藉由激勵轉換器所產生的激勵信號施加於一觸摸板 98500.doc 200530929 上並且藉由若干感測器之每一感測器感測該激勵信號。決 定該激勘#換器處之一輸入至每一該等感測器處之一輸出 之一傳輸函數。根據此具體實施例，不使用每一該等感測 為之已校準分散的脈衝回應。該方法進一步包括測量與每 一該等感測器所感測到的該激勵信號相關的頻率回應之相 位成分’並且使用該等所測量的相位成分執行該觸摸板的 权準。測量該頻率回應的相位成分可能包括以機械或演算 法方式增強每一該等感測器對該激勵信號之能量之第一到 達的偵測。 根據此具體實施例校準該觸摸板可能包括針對每一該等 感測器計算總相位回應與所測量的相位成分之相位比，並 且使用該相位比計算該觸摸板的縱橫比。另一觸摸板校準 方案包括針對每一該等感測器計算第一到達能量的總相位 回應，關於頻率對該總相位回應之相位進行微分，將相位 速度特徵化為頻率的函數，並且使用該相位速度特徵化來 決定該觸摸板的分散關係。 艮據另-具體實施例，結合觸摸板校準來使用到達時間。 才據方帛，一才父準方法包括將一藉由該激勵轉換器所產 生的激勵信號施加於一觸摸板，藉由數個感測器之每_感 測器感測該激勵信號，並且決定該激勵轉換器處之-輸入 至每一該等感測器處之-輸出之傳輸函數。該方法進一步 包括使用該傳輸函數在時財計算每_該等感測器的脈衝 回應’並且測量至每一該等感測器之第一能量到達時間。 斤’則里的第#置到達時間來計算從該激勵轉換器至 98500.doc 200530929 母一该荨感測器之距離。你田 哭夕―… 使用该等所計算的轉換器至感測 益之距離來計算該觸摸板的 了 5亥方法可能進一步包括 將该脈衝回應濾波為一或多個 夕调頻π，針對每一該等頻帶對 該等所計算的距離求平均，计 並且使用經平均的轉換器至感 測器距離來計算該觸摸板的 上述本發明内容之本意並非 。卫非要祝明本發明之每一具體實 施例或每項實施方式。藉由泉者 曰田 > 亏以下砰細說明及申請專利 範圍並結合附圖，將更充分祕切# 士於 又兄刀地5忍識本發明的優點及成就。 【實施方式】 以下將參考附圖說明具體實施例，該等附圖形成本發明 的一部分並纟㈣中藉由圖解方式顯示實施本發明的各種 具體實施例》應瞭解到可在不脫離本發明之範圍中利用其 他具體實施例且可進行結構化改變。 本發明係關於觸摸啟動的、使用者互動的裝置，其感測 傳播穿過一觸摸基板並由若干觸摸轉換器來感測的振 動。更特定言之，本發明係關於一種彎曲波振動觸摸感測 設備，除利用拾取感測器之外，該設備還包括至少一激勵 轉換器。該等拾取感測器與激勵轉換器的配合使用提供若 干增強的操作與診斷能力。此類能力包括，例如，執行板 校準程序，其提供有關該觸摸基板之有用資訊，例如相對 或絕對板尺寸。另一能力係關於拾取感測器校準，其中決 定感測器相位回應的差異，並且修正所測量的彎曲波信 號，以適應感測器相位回應中的此類差異。 可透過觸摸感測設備之拾取感測器與激勵轉換器之配合 98500.doc 200530929 使用而實現的另_鉈夬μ ^ %π 此力關於隨時間偵測觸摸感測設備性能 t的變化並且追縱觸摸感测設備性能的變化。可㈣與追 從觸拉感測。又備性此的細微與劇烈變化。有關觸摸感測設 備狀態與性能變化的資訊可儲存在本地及/或藉由-遠端 系統來存取。可實施若干自我診斷程序來修正不太嚴重的 ㈣變化（以本地及/或相方式），並且可㈣於偵測到觸 摸感測設備性能的顯著變化而產生維護資訊/警告訊息。其 他能力包括增強起飛_、改進對光觸摸的敏感度以及改 進觸摸喚醒功能。 以下將更詳細地說明此等及其他有利的特徵與能力。根 據本發明所實施的觸摸感測設備可併入本文所述的特 徵、結構、方法或其組合之一或多項。希望此類裝置或方 法無需包括本文所述的所有特徵與功能，而可實施為包括 選定的特徵與功能，其組合提供獨特的結構及/或功能。 在包括壓電感測器的振動感測觸摸輸入裝置中，例如，在 觸摸面板平面中傳播的振動壓迫壓電感測器，引起橫跨感 測裔之可偵測電壓降。所接收的信號可能由直接觸摸輸入 或具有軌跡（摩擦）的能量輸入之衝擊而直接產生的振動而 引起，或藉由影響現有振動的觸摸輸入，例如藉由振動的 衰減而引起。所接收的信號亦可能由無意中的觸摸輸入引 起，例如由觸摸輸入裝置之使用者操作或誤操作引起的觸 摸輸入，或由觸摸輸入裝置外部但由觸摸輸入裝置感測到 的環境來源所引起。 根據一種觸摸感測方案，例如在接收到指示直接觸摸的 98500.doc -10- 200530929 信號之後，可使用在每一感測器處接收到相同信號的差動 時間來·推*觸摸輸入的位置。當傳播介質係分散介質時，由 多重頻率組成的振動波包隨著傳播而展開並衰減，從而使 信號的解釋變難。因此，已提議轉換所接收的信號，使其 可被解釋’如同其在非分散介質中傳播一般。此類技術特 別適合偵測彎曲波振動的系統。 國際公開案 WO 2003/005292與 WO 01/48684 ; 12/26/2000

申請的美國專利申請案09/746,405 ; 12/10/2002申請的美國 臨時申請案60/432,024 ;以及在共同擁有的美國專利申請案 1〇/440,650甲，揭示了用於定址振動波包分散並產生已 此類分散之代表性信號的技術。 術語彎曲波振動指激勵，例如藉由接觸，其向能夠支才 彎曲波振動的部件施加一定的平面外位移。許多材料都1 幫曲，某些材料具有完全平方根分散關係之純彎曲，而2 些材料則具有純彎曲與剪變彎曲之混合彎曲。分散輸 明波的平面内速度與波的頻率之相依性。

若要增加對振動波包分散以及產生已修正此類分散之^ 表性信號之理解，請參考圖wld。圖_示具有平方相 ::關係之理想介質中的脈衝並證明分散介質不保留脈種 日士門=展Γ波6〇在時間㈣係明顯的，並且回音信號_ 展開’其使得確城觸位置㈣定成為問題。 在諸如空氣之類的非分散介質 動係反射的特微…一 應的週期性振 應的週期性變化#湄 、 湧羊回 係/原自適配於來源與反射器之間的若干波 98500.doc -11 - 200530929 長。隨著頻率增加，以及適配於此間隔中的波長數目增 加’反射逐對出射波的干擾在建設性與破壞性之間振盪。 計算圖la之分散式脈衝回應之傅立葉轉換產生圖lb所示 的頻率回應。頻率回應係非週期性的，波長的週期性變化 轉換成頻率的變化，其隨著頻率的增加而變慢。此係平方 根分散的結果，其中波長與頻率倒數的平方根成正比。因 此，面板對頻率回應的影響係要根據面板分散而與頻率成 函數關係來伸展回應。因此，藉由在頻域中應用相反的伸 展而應用對面板分散的修正，因而恢復非分散情形下所存 在的週期性。 藉由以面板分散的倒數繞曲頻率軸，圖lb可能轉換成非 分散情形的頻率回應（圖1 c)，其中激勵的頻率與波長的倒數 成正比。此簡單的關係將隨波長降低而發生的週期性變化 轉換成隨頻率增加而發生的週期性變化（如圖lc所示）。 將反向快速傅立葉轉換（FFT)應用於圖卜之執跡可產生 圖id所示的脈衝回應，其已被修正分散並且其中已恢復清 晰的反射。如圖ld中所示，脈衝之任何特定的波形係在時 域中保留，因為非分散介質中的行進波具有恆定的行進速 度，而與其頻率無關。因此，回音定位的任務相對較直接。出 射波50在時間t=〇係明顯的，連同在4ms處的清晰反射52。反 射52的幅度大約為出射波5〇之幅度的四分之一。 應注意，如果在未知的時間t〇已發生脈衝，則上述程序不 適用，亚且如果脈衝發生於1〇=〇，則僅計算出從回應至初始 脈衝的距離X D已修正分散的相關函數可用於發生接觸的 98500.doc 200530929 精確時間to未知的情況。根 、 〜 很爆万累，女裝於一能夠支援彎 曲波的結構上的第一成測 為劂斋測里一第一测量的彎曲波信 號。將一第二感測器安裝 X衣γL構上，以決定一第二測量 的彎曲波信號。第二測量的彎贫 里J弓萌/反k唬係與第一測量的彎 曲波信號同時測量。計瞀屮士加π、nr曰 t π出兩個所測量的彎曲波信號之已 修正分散的函數’其可能係'已修正分散的相關函數，已修 正分散的捲積函數，已修正分散的相干函數或其他相位等 效函數。處理所測量的彎曲波信號，以藉由應用已修正分 散的函數來計算與接觸㈣的資訊。先前併人的PCT申請 案01/48684與美國專利中請案G9/746，彻中揭# 了有關此 方案的細節。 現在轉到® 2，其說明-併人用於㈣f曲波振動之特徵 與功能之觸摸感應裝置10的組態。根據此具體實施例，觸 摸感應裝置10包括一觸摸基板12與耦合至該觸摸基板以之 上表面之振動感測器16。在此說明性的範例中，觸摸基板 12的上表面定義一觸摸感應表面。儘管所示感測器16係耦 合至觸摸基板12之上表面，但感測器16可替代地耦合至觸 摸基板12的下表面。在另一具體實施例中，可將一或多個 感測器16耦合至上表面，而將一或多個其他感測器16耦合 至觸摸基板12的下表面。 觸摸基板12可為支援有關振動，例如彎曲波振動，之任 何基板。示範性的基板12包括丙烯酸樹脂或聚碳酸脂之類 的塑膠、玻璃或其他適當的材料。觸摸基板12可能係透明 或不透明的，並且可能視需要包括或併入其他層或支援其 98500.doc -13- 200530929 他功能。例如，觸摸基板12可提供抗到擦性、抗污染性、眩 光減少'、防反射特性、方向性或保密性的光控制、過濾、偏 振、光學補償、摩擦紋理、著色、圖形影像等。 一般而§，觸摸感應裝置10包括至少三個感測器16，用 於決定二維的觸摸輪入位置，並且在某些具體實施例令可 能需要四個感測器16，如國際公開案w〇 2〇〇3 〇〇5292與 0148684中以及美國專利申請案〇9/746,4〇5中所述。在本發 明中’感測器16較佳係麼電感測器’其感測指示觸摸基板 12之觸拉輸入之振動。有用的壓電感測器包括單遷電晶# € 與雙壓電晶片壓電感測器。壓電感測器提供若干有利的特 徵’例如包括良好的敏感度、相對較低的成本、足夠的健 壯性、可能較小的形狀因數、；^夠的穩定性與回應的線 性。可在振動感測觸摸感應裝置1〇中使用的其他感測器包 括電伸縮、磁致伸縮、壓阻、聲音與動圈轉換器/裝置等。 在一具體實施例中，將所有的感測器16配置成感測觸摸 基二12中的振動。在另一具體實施例中，可將一或多個感 4益16用作电射器裝置，以發射可由其他感測器16感測到 的L號帛作參考仏说，或產生在觸摸輸入下更改的振 動’例如可由感測器16感測到的經更改的振動，以決定觸 拉的，置。可將電動轉換器用作一適當的發射器裝置。而 可將或多個感測器16配置為感測與激勵兩用轉換 ， 器:可藉由任何適當的構件’例如藉由使用黏著劑，將感 測器16附著或焊接於觸摸基板12。 當觸摸感應裝置10與-主動感測器16，即與一產生激勵 98500.doc -14- 200530929 信號的發射轉換器，一起運作時，對觸摸基板12的接觸可 能將二非成性力施加於觸摸基板12上，以便產生激勵信號 的谐波。可使用信號處理來隔離激勵信號與諧波，以便可 使用諧波以類似於被動感測的方式決定接觸位置。譜波有 效地構成來自接觸部位的彎曲波來源。 在觸摸感應裝置10利用一主動與被動雙模式感測器16的 組悲中，可將此感測器16調適成根據是否將接觸施加於觸 摸基板12上而在主動與被動感測模式之間切換。觸摸感應 裝置10可能在以下狀態之間循環，即當偵測不到接觸時在 被動感測模式下靜止、當施加接觸時切換到主動感測模式 並且一旦移除接觸便返回至被動感測模式以等待另外的接 觸。當觸摸感應裝置10未必處於主動模式時，上述情況對 於避免功率消耗可能係有利的。 利用觸摸感應裝置1 0的許多應用亦使用電子顯示器透過 觸摸感應裝置10來顯示資訊。因為顯示器通常係矩形的，故 使用矩形觸摸感應裝置1 〇係典型並且方便的做法。因此，感 測器16所附著的觸摸基板12通常為矩形。或者，該觸摸基 板12可具有一更複雜的形狀，例如一曲面及/或可變厚 度。在具有複雜形狀之觸摸基板12的情形下，可使用自適 應演异法（例如，類神經網路）來根據感測器16所接收到的彎 曲波信號譯解接觸位置。 根據一組態，該等感測器16較佳係放置在靠近觸摸基板 12之角落處。因為許多應用要求透過觸摸感應裝置1〇來觀 看顯不器，故最好將感測器放置在靠近觸摸基板12之邊緣 98500.doc -15- 200530929 處，以使其不會不合需要砧> 〜曰个口而要地知入可視顯示區域。將感測器 16放在觸摸基板12的角落虛介 备爽亦可減小來自面板邊緣之反射 的影響。 觸摸感應裝置1G所感測到的接觸可能以尖筆的接觸為形 式該大筆可此以手持筆為形式。尖筆在觸摸基板12上的 移動可能產生一連續的信號，其受到尖筆在觸摸基板。上 的位置、壓力與速度的影響。尖筆可能具有一撓性尖端，例 如由橡膠製成的撓性尖端，其藉由向觸摸基板施加一可變 的力而於觸摸基板12中產生彎曲波。可藉由尖端來提供可 變的力，该尖端替代地附著於觸摸基板丨2的表面或滑過該 表面。或者，該接觸可以手指的接觸為形式，其在該觸摸 基板12中產生彎曲波，該彎曲波係藉由被動及/或主動感測 所偵測到。該等彎曲波可具有在超聲波區域内的頻率成分 (>20 kHz) 〇 圖3或明根據本發明一具體實施例之觸摸感應裝置1 〇之 另一組態。根據此具體實施例，該觸摸感應裝置丨〇包括若 干感測裔1 6 ’用於感測觸摸基板12中的彎曲波振動。觸摸 感應裝置1 0進一步包括一激勵轉換器1 8。激勵轉換器丨8較 佳係「專用的」轉換器18’因為其通常不用於正常的觸摸 位置計算。而是使用拾取感測器16來進行正常的觸摸位置 計算。應瞭解，激勵轉換器1 8可能係一發光轉換器或發射 器/感測器兩用轉換器。在將激勵轉換器1 8配置為發射器/ 感測器兩用轉換器的組態中，正常的觸摸位置決定操作中 通常不包括雙模式轉換器。專用激勵轉換器1 8的使用提供 98500.doc -16- 200530929 機會來執行多種使用傳統感測器/轉換器拓樸不容易獲得 的功能’。' 在圖3所示的組態中，使用四個感測器16作為振動拾取 器。較佳係在對與光觸摸相關聯的低位準振動之敏感度方 面最佳化此等轉換器16。可使用印刷電極圖案來形成與此 等轉換器16的連接。除了其作為振動拾取器之操作之外，當 將一電壓施加於感測器16上時，將能量傳輸至平板上，從 而導致彎曲波的產生。因此，如上所述，感測器丨6可用作 一振動拾取感測器與一彎曲波產生器。然而，將給定的感 測器16作為轉換器用於基板12的振動拾取與主動激勵具有 若干缺點。 一缺點係單一感測器16不能同時用作拾取器與發射 器。當將感測器16用作，例如藉由刺激驅動的發射器時，其 播法容易地被用作同步的拾取器。因此，基板12在拾取模 式中的功能可能受到削弱或僅在多工方式下才可行。 如下所述，於給定感測器16與相關感測電路之間併入緩 衝器電路的组態中，當感測器16用作拾取轉換器時，此一 緩衝電路提供一阻障向感測器丨6施加電壓。儘管可將緩 衝器電路置於反向偏壓條件下，在該情形下，可將施加於 基板12之外部連接上的電壓直接施加於感測器16之上，但 可以線性方式實現此操作的電壓範圍相當有限。而且，此 方案要求在控制器處有額外的電路，該觸摸感應裝置丨〇係 以通信方式耦合至該控制器。 為了克服與傳統觸摸感應裝置實施方案相關的此等與其 98500.doc -17- 200530929 他缺點，根據本發明一具體實施例並且如圖3所示之轉換器 配置评入至少一個專用激勵轉換器18，其用於在基板丨2中 主動產"曲&。可使用料波之產生來提供若干性能改 進與診斷特徵，本文中說明其範例。 現在轉到圖4，其顯示根據本發明之觸摸感應裝置1〇之具 體實施例。在此項具體實施例中，有四個感測器16位於基 板12的四個角落處。一第五轉換器，即激勵轉換器^係沿 基板12的邊緣放置，較佳係在靠近基板以的相同邊緣之兩 個相鄰感測器16之間等距。應明白，可將激勵轉換器吡 置在圖除圖4所示之外的基板位置。四個感測器“與激勵轉 換器18各係連接至個別的導體，而該等導體係連接至尾部 連接器26。可使用印刷電極圖案作為導體，如上所述。 圖4進一步顯示與四個角落感測器16之每一感測器相關 的緩衝器電路30。緩衝器電路30可位於基板12上鄰近每一 感測器16處，以緩衝感測器16回應所感測到的在基板^傳 播的彎曲波振動而產生的信號。參雜緩衝器電路3〇提供數 個優點，包括增加感測器16的信號對雜訊比，以及降低環 境的EMI干擾位準。緩衝器電路3〇最好係位於靠近感測器 16處，如圖4所示。然而，若需要，緩衝器電路3〇可位於基 板12上的其他位置，並且可替代地整合到尾部連接器2 6中。 母一緩衝器電路30包括一放大電路，如圖5所示者。根據 圖5所示的簡化電路組態，緩衝器電路3〇包括一電晶體 42,例如場效電晶體（FET)，其具有一並聯耦合至拾取感測 器16與電阻器44的基極。FET 42的汲極，如n通道JFET(例 98500.doc -18 - 200530929 如FET小N SST310)所示，係耦合至第一導體45。FET 42的 來源係ϋ電阻器46耦合至第二導體47。導體45與47係輕 合至觸摸感應裝置1 〇的控制器。應注意，基板外需要其他 組件（未顯示），以正確地偏壓FET 42。典型的基板外組件包 括一電源供應、偏壓電阻器以及耦合至觸摸感應裝置1〇之 控制器之類比輸入的電容。 在圖5所示的組態中，拾取感測器16接有導線，使其參考 接地。應明白，在替代具體實施例中，拾取感測器16可接 有導線，以向平衡的放大器，例如平衡的板上放大器（例 如’緩衝器電路放大器）或板外放大器（例如，觸摸面板控制 器之感測放大器）提供一差動輸入。根據此項具體實施 例’經由兩根平衡的導線將每一拾取感測器丨6連接至一放 大器的平衡輸入。平衡的放大器可為一板上或板外放大器。 在一組態中，經由雙絞線導體將每一拾取感測器16連接 至一板外平衡放大器，並且可能不需要使用板上FET 42。在 另一組態中，經由二平衡的導線將每一拾取感測器16連接 至FET 42的平衡輸入，並且經由雙絞線導體將fet 42之一 差動輸入連接至一板外放大器之平衡輸入。可使用根據此 項具體實施例之平衡放大器來進行差動拾取感測器電壓測 量。此配置可改進經由差動拾取感測器電壓測量所提供的 共用模式拒絕而取消特定的感測器信號雜訊。 基於說明目的，圖4所示的每一感測器16係定向為大約與 基板12的邊緣成45度。此外，鄰近每一角落感測器16而安 裝一緩衝器電路30。根據一觸摸感應裝置實施方案，該基 98500.doc -19- 200530929 板包含一玻璃板，其長度、寬度與厚度尺寸分別為l=324 mm、W=2i6mm與T=2.2mm。在基板12之四個角落之每一 角落中，有一壓電轉換器16，其長度、寬度與厚度尺寸分 別為 L=7 mm、W=3 mm與 T=1 mm。 圖6係安裝於顯示器25的觸摸感應裝置1〇之斷面圖。顯示 器25可能係任何適#的電子顯示器，例如_液晶顯示器 (LCD)、一電致發光顯示器、一陰極射線管顯示器、一電漿 顯示器、一發光二極體顯示器等。顯示器25可另外或替代 地包括靜悲圖形，其可為永久的或可替代的。圖6所述類型 之觸摸感應裝置10包括安裝於LCD螢幕20前面的透明基板 12 〇 將LCD螢幕20安裝在LCD顯示器25的框架24上。一泡沫 襯墊或安裝結構22附著於基板12下側，並且實質上延伸於 基板12周邊。泡沫襯墊22具有黏著表面，藉此可將基板^ 安全地附著於任何表面。泡沫襯墊22可能減少來自12之邊 緣的反射。可將觸摸感應裝置1〇的尾部連接器26連接至觸 摸感應裝置1 〇的控制器。 圖7係包括觸摸感應裝置102與觸摸面板控制器120的觸 摸面板系統1〇〇之說明。觸摸感應裝置1〇2包括至少三個感 測器104、較佳係四個感測器1〇4，每一感測器係耦合至相 關緩衝器電路1 〇6。觸摸感應裝置1 〇8進一步包括至少一個 發射器轉換器1〇8。可將發射器轉換器108配置成僅用作一 激勵轉換器或用作發射器/感測器兩用轉換器。緩衝器電路 106與發射器轉換器ι〇8各係耦合至控制器12〇。 98500.doc -20- 200530929 控制為120包括若干感測電路丨24，各耦合至感測器/緩衝 器電路組合104/106之一。感測電路124通常包括放大、調 即與濾波電路之一或多個。發射器轉換器1〇8係耦合至驅動 黾路、，、所產生的佗號使發射器轉換器108產生被施加 於觸拉感應裝置102之基板上的預定激勵信號。驅動電路 128與感測電路124各係耦合至觸摸定位處理器13〇。觸摸定 位處理器130通常包括一類比信號調節級、一以適當取樣頻 率（例如200 kHz)取樣的類比至數位轉換器（ADC)以及一實 施座標位置演算法/韌體以及其他演算法與常式的數位信 號處理器（DSP)。 例如，參考圖8，其說明一用於處理在圖7之每一感測器 104處所感測到的彎曲波資訊之實施方案。在圖8中，面板 1〇5中的彎曲波係藉由至少三個，較佳係四個感測器ι〇4來 感測。該等感測器104測量類比彎曲波信號Wi(t)、W2(t)… wN(t)，其係發射至多工ADC 126。將所產生的數位輸入信 5虎發射至觸摸定位處理器13〇,從中決定與接觸脈衝之位置 與輪廓有關的資訊1 3 2。 如圖9所進一步顯示，通常將觸摸面板控制器} 耦合至 主機處理器150。亦將主機處理器15〇耦合至觸摸顯示系統 125，其併入圖7所示類型之觸摸感應裝置1〇2。主機處理器 1 50可此包括通k介面，例如網路介面，以促進觸摸面板系 統100與遠端系統之間的通信。例如，各種觸摸面板系統診 斷、技準與維護 < 式可藉由觸摸面板系統丨〇〇與遠端系統之 間的配合通信而得以實施。 98500.doc -21 - 200530929 如圖7進一步所示’觸摸面板控制器i2〇可視需要包括一 觸摸嗔I履測器1 40。根據一般的觸摸喚醒方案，感測到因 接觸觸摸感應裝置基板而引起的或以其他方式施加給觸摸 感應裝置基板的彎曲波振動。分析與評估所感測到的振 動，以決定所感測到的振動係使用者所希望觸摸還是對觸 摸感應裝置之不希望觸摸之結果。回應於決定對觸摸感應 裝置的觸摸係所希望的，產生一喚醒信號。然而，如果決 定對觸摸感應裝置的觸摸係不希望的，則不產生一喚醒信 號。 術語「所希望觸摸」指可谓測振動、引起此類振動的事 件以及由於感測器接收此類振動而產生的信號，其係要被 解釋為觸摸輸人。術言吾「不希望觸摸」指可備測振動、引 起此類振動的事件以及由於感測器接收此類振動而產生的 信號，其係不希望被解釋為觸摸輸入。不希望觸摸之範例 包括外部雜訊以及對觸摸感應裝置之引起振動的衝擊，其 不在所偵測到的信號中產生必要的特徵。 分析與評估所感測到的振動，以決定所感測到的振動係 使用者所希望觸摸還是對觸摸感應裝置之不希望觸摸之結 果。一般而言，處理所感測到的彎曲波振動，並將其與一 臨界值或輪廓比較，該臨界值或輪廓係為了方便辨別^希 望觸摸與不希望觸摸而建立。可以若干方式來完成所希望 觸摸與不希望觸摸之間的區分，例如，包括將觸摸信號振 幅與臨界值比較’將經濾波的觸摸信號與臨界值比較，時 域評估（例如，信號特徵相關分析），以及頻域評估（例如，離 98500.doc -22- 200530929 散傅立葉轉換（DFT)分析）。2〇〇3年1〇月1〇日申請之共同擁 有共同待i美國專利申請案10/683,342中揭示了有關各種 觸摸喚醒方案的細節。 圖1〇說明以通信方式耦合至觸摸感應裝置102的觸摸面 板控制裔120之一具體實施例。根據此項具體實施例，觸摸 面板控制器120包括經由匯流排2〇8耦合至主要處理器2〇6 的I/O處理器204。此項具體實施例中利用1/〇處理器2〇4來管 理觸摸面板控制器丨2〇與外部系統或裝置之間經由匯流排 209之I/O發信。 在一組態中，實施I/C)處理器2〇4以管理透過高速介面2〇9 的發#，例如串列介面或匯流排。舉例而言，匯流排2〇9 可付合咼速串列匯流排架構，例如USB(通用串列匯流排） 或IEEE 1394火線架構，並且可實施1/〇處理器2〇4來協調透 過串列匯流排209之發信。根據USB或火線規格配置匯流排 209可提供即時的隨插即用連接性。因此，可在任何時間將 觸摸面板控制器120插入不同部分或從不同部分拔出觸摸 面板控制器120，而不會對連接性造成不利的影響。 如圖10所不’將觸摸喚醒偵測器140耦合至I/O處理器 204、介面202，並且視需要耦合至主要處理器2〇6。在另一 組態中，可將觸摸喚醒偵測器14〇耦合至1/〇處理器2〇4的前 端，或作為I/O處理器2〇4與匯流排2〇2之間的介面而併 入。較佳係將觸摸喚醒偵測器14〇配置成從觸摸感測裝置 102接收感測信號，而不會對感測信號與其他信號或資料在 觸杈感測裝置102與觸摸面板控制器12〇之間的傳輸產生負 98500.doc -23- 200530929 面影響。 根據'自1¾所述的一組態，可將觸摸喚醒偵測器140耦合至 I/O處理器204，以便經由線222將觸摸喚醒偵測器140所產 生的喚醒信號發射至I/O處理器204。在此組態中，I/O處理 器回應於喚醒信號而從睡眠模式轉變至主動模式。在從睡 眠模式轉變至主動模式之後，1/0處理器2〇4可決定其他組 件是否需要啟動，例如主要處理器2〇6或觸摸面板控制器 120的其他組件及/或併入觸摸感應裝置1〇2之可攜式裝置 之控制系統。或者，I/O處理器2〇4可產生一次要喚醒信 號，其經由線226經由匯流排208發射至主要處理器206。在 另一組態中，觸摸喚醒偵測器14〇可產生一喚醒信號，其向 I/O處理器204(經由線222)與主要處理器2〇6(經由線224)發 射喚醒信號。 在圖10所示的觸摸感應裝置1〇2之組態中，將每一感測器 104耦合至緩衝器電路106。因為緩衝器電路1〇6具有主動組 件（例如·Τ)，故當主動時必須將功率供應至緩衝器電路 1 06 S1此’在功率#省很重要的應用中，感測器⑽係觸 摸喚醒感測器的不良候選者。然而，未將發射器轉換器⑽ 麵合至緩衝器電路1G6，使得發射器轉換㈣8為觸摸喚醒 感測器的良好候選者。 4艮谷易明白，根據此頂呈Mik 、/、體貫知例的觸摸喚醒方法可大 幅降低觸摸感應裝置的功率、、#紅 们料植，尤其係可攜式與手持觸 摸輸入裝置。例如，主要虛理哭1 Λ β t 土晋慝理态206與I/O處理器2〇4之每一 者在正常操作期間可能需11 而要數百耄安的電流。藉由使用發 98500.doc •24- 200530929 射器轉換器1G 8來進行觸摸喚醒_，在睡眠模式中關閉主 要處理.器2〜06m/〇處理器2〇4之大多數電路，從而將功:要 求明顯地降低至全部操作所需功率的一小部分。 在觸摸面板上提供結合拾取感測器而操作的專用激勵轉 換器允許實施各種新穎實用觸摸偵測系統操作與診斷能 力。此類能力包括，例如，增強起飛偵測、改進對光觸摸 的敏感度以及改進觸摸喚醒功能。可使用該激勵轉換器所 產生的特定刺激並處理拾取感測器回應於此類刺激而產生 的信號，來實施此等與其他增強的能力。 例如，可藉由產生施加於激勵轉換器之信號音調，例如 具有50 kHz之基本頻率之音調，來實施用於增加對光觸摸 之敏感度的起飛偵測方法與技術，如標題為「具有著地與 起飛敏感度之觸摸感測」之共同擁有共同待審美國專利申 請案’其與本發明同日寺申請，律師檔案號碼為 59377US002。單一音調較佳係具有高於可聞範圍之頻率， 的非可聞音調。根據先 例如頻率專於取樣頻率之四分之一 前併入之美國專利申請案（在律師檔案號碼593771；8〇〇2下 申請）中所述之其他起飛偵測/增強光觸摸敏感度方案，藉由 平行地施加具有多重頻率的刺激，來偏移敏感度對於起飛 事件的空間變化。應注意，當選擇多重頻率時，應避免空 間週期性。 在另一範例中，可以大體類似於單一頻率測量的方式來 貫施寬頻雜訊刺激對於起飛偵測/增強光觸摸敏感度的使 用。在此一方案中，可使用，例如頻率範圍為5〇 1^1^至乃 98500.doc -25- 200530929 kHz的寬頻雜訊刺激。此方案的有利方面關於包含更多空間 資訊的’展頻·内容。此特性可使回應敏感度在觸摸板區域上 的均勻性更大’ k而不需要在不同的頻帶中進行平行計算。 根據先前併入之美國專利申請案（在律師檔案號"^馬 59377刪)2下_請）中所述之另一起飛制/增強光㈣敏 感度方案，可使用掃掠音調來測量—給㈣寬上觸摸板回 應的頻譜。例如1聲㈣可為職，並且與此信號同步 地解調變所測量的信號。此方案具有以下優點，即由於刺 激信號與偵測程序高度確定的性質，其非常能夠抵抗信號 中的雜訊。可使用具有，例如5〇_75kHz掃頻的掃掠音調來 實施起飛偵測/增強的光觸摸敏感度演算法。 用於為起飛偵測/增強的光觸摸敏感度產生一刺激信號 之另一方案係將觸摸面板驅動至fs/2以上，其中匕係取樣頻 率。一般而言’將取樣的系統驅動至匕/2以下，使得該感測 類比至數位轉換器（ADC)根據Nyquist標準正確地捕獲信 號中的為δ扎。ADC通常利用反重疊遽波器，以將信號位準 限制在fs/2以上的頻率。對於能夠捕獲頻率遠大於取樣頻率 之L就的ADC，如果ADC拾取大於fs/2的信號，則會將此類 化滅顯示為較低頻率下的混淆信號。 有若干方式可使用混淆來增強起飛偵測。最初，高頻率 之使用係用來減小觸摸板中的空間波長，其減小因小接觸 引起的觸摸板回應之空間敏感度。多重/單音調之使用可改 進對起飛之敏感度之空間均勻性。高於fs/2之混淆信號的使 用允η午增加選擇此組頻率之額外自由度。此外，可使用混 98500.doc 200530929 淆，以便按^目同的頻帶内頻率來對該組刺激頻率進行取樣。 使用混淆方法的另一優點係，可將有關信號調諧成先前 不可用或不理想的頻帶，例如20 kHz#下的可聞頻帶，如 果在此頻帶中存在刺'激信號，該可聞頻帶將從所引起的觸 摸板振動產生可聞的聲音輻射。使用混淆方法，例如，可 藉由取樣頻率與刺激頻率之間的差異來調諧可對混淆信號 進行取樣的頻率。可將此方法應用於信號頻率、多重頻 率、掃掠音調與寬頻雜訊信號。 混淆方法之特別有利的實施方案包括使用fs作為刺激信 號的頻率。根據此方案，混淆頻率係dc，並且高頻刺激之 感測得到一 dc偏移，其係由拾取信號之振幅與相位決定。以 取樣頻率驅動刺激信號具有若干優點，其中數個優點係在 先前併入的美國專利申請案（在律師檔案號碼59377US002 下申請）中說明。 可藉由併入與使用專用激勵轉換器並結合觸摸感應裝置 之拾取感測器來實現各種增強的校準與診斷方法。例如，可 使用專用的激勵轉換器結合拾取感測器來實施各種觸摸板 與拾取感測器杈準程序。根據本發明的一觸摸板校準方 法，可感測並決定觸摸板或基板的尺寸。觸摸板尺寸的自 動感測使相同的觸摸面板控制器橫跨許多不同的拾取感測 器尺寸與縱橫比而使用。 在圖11所述的具體實施例中，例如，使用專用的激勵轉 換為來產生300彎曲波，並藉由位於觸摸基板角落中的拾取 感測器來感測302該等彎曲波。激勵刺激可能係脈衝刺激或 98500.doc •27· 200530929 寬頻似雜訊刺激。可以分散式方式處理藉由拾取感測器所 輸出的拾或信號，例如藉由將每一拾取信號轉換3 〇4為如前 所述的一等效非分散系統的一拾取信號。計算3〇6出從激勵 轉換器至每一拾取感測器之相對距離。一種用於決定激勵 轉換器與拾取感測器之間相對距離的替代方案涉及移除固 定數量之分散，以調查第一到達時間。在另一替代方案 中’可將激勵信號集中於窄頻帶上，並可估計到達每一拾 取感測器的相對時間。此等及其他方案將在下文中詳細說 明。 如果觸摸板材料的絕對分散關係係已知的3〇8，則可計算 3 12出觸摸板的絕對尺寸。然而，如果觸摸板材料的絕對分 散關係係未知的308，則僅可計算31〇出觸摸板的相對尺 寸。需要瞭解觸摸板之絕對分散關係，以決定板的絕對尺 寸，因為觸摸板的材料特性決定波橫跨觸摸板傳播的絕對 速度，其與頻率成函數關係。若無此知識，則在正規化的 座標中才知道觸摸板尺寸。

即使觸摸板的材料係未知的，並且無法直接計算出板的 絕對尺寸，與觸摸板中的波長成函數關係的尺寸的知識亦 足以使接觸位置演算法將接觸位置決定為正規化的座 標。應注意，可使用此方法來直接決定演算法的參數，或 根據，例如選擇表，來識別觸摸板尺寸。 當執行接觸位置計科，如果拾取感㈣ 的相位回應，則係有利的。然……丨… ^ 、、·口疋感測态之相位回應 、徵與感測器在觸摸板上的安裝配置密切相關，並且亦 98500.doc -28- 200530929 與觸摸板在整合系統㈣安裝配置密切相關。舉例而言，拾 :錢器i常將具有彼此不同的相位回應，其中將觸摸板 安裝於一硬泡沫上，並且係非常靠近地附著於該等感測器 上，而且係不同地配置於每一角落處。該感測器的不同相 位回應可能破壞觸摸位置計算。例如，已修正分散的相關 函數中的峰值可能被扭斜並且其幅度較低。 種用於允s午一疋程度之安裝/整合變化的方案包括針 對感測器的相位回應來修正拾取感測器信號。此可根據感 測器相位回應的知識而容易地達成。可使用該專用激勵轉 換器來決定感測器相位回應。 可考慮並實施以上參考圖U所述的板校準技術，以測量 與激勵轉換器相對於每一該等拾取感測器而產生的直接波 之頻率成函數關係的相位延遲。此相位延遲之大部分係與 距每一感測器的距離相關，從而可提供觸摸板尺寸的測 置。然而，由於感測器的相位回應而引起更多的相位變 化。一旦決定觸摸板尺寸，可根據總相位延遲測量容易地 獲得此剩餘部分。 根據圖12所述的方案，使用專用的激勵轉換器產生33〇 彎曲波’並且藉由位於觸摸基板角落中的拾取感測器來感 測332彎曲波。激勵刺激，如同圖u之說明性範例一樣，可 能係脈衝刺激或寬頻似雜訊刺激。在拾取感測器信號上執 行334分散修正。以上述或其他已知的方式來決定336觸摸 板的尺寸。可根據總相位延遲之知識來決定3 3 8每一拾取感 測器的相位回應。 98500.doc -29· 200530929 使用專用的激勵轉換器來測量拾取感測器的相位回應允 許修正所顽量的拾取信號，以適應此類感測器相位回應。此 種情況進而可提供不太嚴袼的構建容限以及廣泛的系統整 合可能性。此外，在感測器附近併入硬泡沫的某些整合方 案可改進裝置對光觸摸的敏感度，此係由於對感測器附近 觸摸板應力的影響。本文所述的相位回應修正方案使得此 類整合更能抵抗感測器之間的輕微變化，因此，不失為一 種改進對光觸摸之敏感度的候選方案。 本文所述的板與感測器校準方案較佳係使用專用的激勵 轉換器來作為彎曲波的產生器，隨後藉由至少三個感測 器，更佳係藉由四個角落感測器，來感測彎曲波。在下述 各種校準方案中，有用的係獲得激勵轉換器處之一輸入至 每一该等感測器處之輸出之傳輸函數。可使用若干標準方 法來獲得此傳輸函數。此類已知方法包括以下内容：最大 長度序列（MLS)信號之模擬以及交叉相關，用於獲得脈衝回 應，具有似雜訊信號之自適應濾波器之使用；複雜頻率回 應之平均比率；脈衝之直接輸入與測量；以及以時間延遲 度瑨術（Tlme Delay Spectrometry ; TDS)測量線性唧聲信號 等。 TDS方法使用線性唧聲信號來刺激系統。接著使用同相 刺激（正弦）以及離相9〇度的刺激（餘弦）來解調變回應。其產 V員率回應的M分量與虛分量。如圖13所示，在方塊400 產生一線性听聲信號。對該頻率進行積分並乘以^，以獲 知乜號的相位。在方塊4〇4、4〇6產生餘弦與正弦函數（⑺s(e) 98500.doc •30- 200530929 與sin(e))，並將其用於同步地解調變感測器回應。在方塊 4〇8將一正-彳玄函數sin(e)乘以一振幅β，並且該正弦函數定義 激勵轉換器的輸入信號或施加於激勵轉換器上的刺激。 在方塊410處’回應於刺激的施加而在觸摸板中產生彎曲 波，並且藉由拾取感測器來感測彎曲波並產生一輸出信 號。在方塊412處將該輸出信號除以振幅β的一半。在方塊 414、416處將此信號乘以每一該等餘弦與正弦函數c〇s(0) 與sin(e) ’並且分別在方塊418、420進行低通濾波。TDS方 法分別在方塊422、424與426處提供頻率以及頻率回應的實 分量與虛分量。 TDS方法的一優點係，由於所用刺激信號高度相關的性 質，其可具有優異的雜訊拒絕性能。事實上，可使用較低 的掃掠速率並且結合低通濾波器較低的截止頻率來獲得任 意高的性能。圖14顯示所測量傳輸函數的範例。應注意，在 低頻端處的特徵係所用方法的缺陷，並且隨後予以消除。

上述TDS方法僅僅係若干可用於決定從激勵轉換器至^ —角落感測器之傳輸函數的不同方法之一範W。其他範$ 可在時域或頻域中決定傳輸函數。可使用快速傅立葉轉ί (FFT)來谷易地執行此等兩種域之間的轉換。 在決定激勵轉換器處之輸入至分別位於觸摸感應板上& 每一拾取感測器處之輸出的傳輸函數之後，使用本文戶 u 類型的激勵轉換n來執行各種性能與校準程序。例如，環 =明-種使關15所示程序所決定的已修正分散的卿 回應來計算觸摸咸雍 、心w 之尺寸的方案。圖15說明用於獲卷 98500.doc -31- 200530929 與觸摸距離成函數關係之已修正分散的脈衝回應之程序。 —般而言，可使用以上參考圖13所述的傳輸函數測量來 決定觸摸感應板的尺寸。如上所述，需要觸摸感應板之材 料的知識來決定板的絕對尺寸，因為其決定與頻率成函數 關係之波的絕對速度。若無此知識，則在正規化的座標中 才知道板尺寸。 如圖15中所示，可將傳輸函數乘以視窗函數5〇2，以減小 低頻與高頻下的㈣。分散係源於彎曲波速度與頻率的相 方根相關性，如方塊5〇6 請案09/746,405說明一種

關性’其對於純·彎曲而言係一平 中所指示。先前併入的美國專利申 方法’藉此可藉由轉換來修正信號的分散，該轉換將傳輸 函數的頻率軸内插到波向量上，如方塊綱—般指示。進行 反向FFT 508接著產生與距離成函數關係的脈衝回應 5 1 〇 ’使所有的頻率成分對齊，以修正分散的影響。如果從 有關觸摸感應面板的材料特性之知識中瞭解了與頻率成函 數關係的、、€對速度’則可返回與絕對距離成函數關係之已

修正分散的脈衝回應。然而，如果此關係未知，則距離軸 的任思縮放仍允許決定有用的資訊，例如觸摸感應板的縱 橫比。 現在參考圖16，在沐> 、疋600已修正分散的脈衝回應之 後，例如藉由圖1 5所述的古安 ^ ^ 1的方案，根據激勵轉換器能量在個 別拾取感測器處的笫_釗、去十^ ^達來決定602拾取感測器相對於 激勵轉換器的距離。將p 、 將攸激勵轉換器至兩個最靠近角落拾 取感測器的距離決定兔命 為與犯1在每一拾取感測器處之第一 98500.doc * 32 - 200530929 到達相對應的回應中第—峰值的位置。因此，此距離對應 於板總寬度（Lx)的-半，如方塊6()钟所示。可根據至复他 兩個拾取感測器之第—到達之類似距離（Lt)，連同下列等 式，來決定板的高度尺寸（Ly): 上述方法表示用於決定觸摸感應板之尺寸之數種方法之 一。現在將說明數種另外的方法。應注意，本文所述用於 決定觸摸感應板之尺寸之某些方法不需要計算與使用已修 正分散的脈衝回應。例如，可使用各種飛行時間技術來決 定觸摸感應板尺寸，並且此類技術適用於此類分散與非分 散介質。以下用於決定觸摸感應板之尺寸的其他方法包括 利用已修正分散之脈衝回應之方法以及利用飛行時間技術 之方法。 根據第一其他方法，使用非常類似於以上參考圖15與16 所述者之技術來決定正規化的板尺寸。在此第一其他方案 中’由於缺少絕對材料分散關係的域，假定㈣感應板 之絕對尺寸未知。此處，返回具有任意刻度x軸之已修正分 散的相關函數。可遵循圖16所示的相同程序來提供任意單 位的觸摸感應板尺寸。然而，此允許決定觸摸感應板的縱 橫比，但非絕對尺寸。 根據用於計异觸摸感應板尺寸之第二其他方法，可使用 與每一拾取感測器之第一到達之頻率成函數關係的相位測 量來決定板尺寸。在此方案中，可直接從頻率回應獲得相 98500.doc • 33 - 200530929 位’然後展開該相位以移除相位跳躍。為了將此方案應用 於板校'準6任務，重要的係藉由能量至拾取感測器之第一 到達來控制頻率回應。當藉由吸收邊緣終止來支援觸摸感 應板時，情況可能如此。或者，將一縮放函數應用於時域 ^料’以衣減觸拉感應板中的混響’留下第一到達作為每 一拾取感測器所偵測到的主要能量來源。 圖17說明此第二其他方法。應注意，此方案不需要分散 修正，並且可針對原始的傳輸函數資料或已修正分散的資 料實施。如圖17中所述，測量700激勵轉換器處之輸入至每 馨 ' 感測斋處之輸出之傳輸函數’例如精由上述數種方宰之 一。將傳輸函數資料轉換到時域中702。應用704阻尼來最 小化信號中的混響，其增強第一到達能量的偵測。計算7〇6 傳輸函數的頻率回應。 計算相位，然後將其展開708。計算710總相位延遲與每 一拾取感測器之相關延遲之比率。根據此資訊，可計算712 觸摸感應板的縱橫比。如果分散常數係已知的，則可計算 714觸摸感應板的絕對尺寸，如前所述。 響 圖18說明用於根據本發明執行觸摸感應板校準之第三其 他方法。圖1 8所示方法利用飛行時間。在分散式介質中，如 果波的分散係不過量的，則飛行時間係有用的。根據此方 案，可將拾取感測器信號濾波成一或多個頻帶，並且可決 定至每一感測器的相對到達時間。圖18中說明此方法的一 實施方案。 如圖18中所述，測量800激勵轉換器處之輸入至每一感測 98500.doc -34- 200530929 處之輪出之傳輸函數，例如藉由上述數種方案之一，並 且在知域t計异8〇2脈衝回應。將脈衝回應濾波8〇4成一或 多個頻帶’以增強每-拾取感測器處之第—能量到達之偵 測。計算806每一感測器處之第一到達能量的到達時間。以 則述方式來計算808距每一拾取感測器的距離。所計算的距 離可能係正規化的距離或絕對距離，視分散常數是否已知 而疋。可針對濾波方塊8〇4中所用的每一頻帶而執行此計 算。假定濾波方塊804中利用多個頻帶，則針對每一拾取感 測器對每一頻帶之距離計算結果求平均81〇。使用至每一拾 取感測器之距離計算，可計算出觸摸感應板的寬度（1^)與高 度(Ly)。 ° 應瞭解，純彎曲動作的分散關係係與頻率有關的平方 根，如上所述。然而，對於任何給定的材料，將會有一頻 率，高於該頻率時，彎曲將會偏離純彎曲動作，並且會修 改與頻率有關的平方根。給定實際分散關係的知識，可將 此修改併入接觸位置計算中通常所用的分散修正轉換 中。圖19中顯示一種用於測量給定材料之分散關係的方 法。此方案可基於總的相位延遲，如以上參考圖丨7所述。 如圖19所述，計算900每一拾取感測器處第—到達能量之 總相位延遲。對於每一該等拾取感測器，關於頻率對相位 (其可以參考圖17所述之方式來計算）求微分9〇2。與頻率成 函數關係的相位速度Vp可由下式給定：

98500.doc -35- 200530929 其中’ d係給定拾取感測器與激勵轉換器之間的間距。可 將一平清立數適配9〇6於所測量的相位速度。此平滑函數將 分散關係特徵化為頻率的函數，並且可用來修正分散關係 相對於與頻率有關的平方根的偏差。 根據用於決定給定材料的分散關係之另一方案，可建立 並使用用於分散關係的參數模型，以最佳化此等參數。此 類最佳化可基於分散修正之應用，並且針對所得脈衝之銳 度而測量已修正分散的脈衝回應。所選分散關係將導致已 修正分散之脈衝之最大銳度。 上述方法表示用於決定分散關係及觸摸感應板之尺寸的 各種方案。可用於改進觸摸感應裝置之性能的另一校準技 術係測量每一拾取感測器的相位回應。接著，可將感測器 校準結果用於位置偵測演算法，以修正拾取感測器之間的 差異，其係由於製造容限或觸摸感應板整合至給定系統應 用時的差異而引起。 根據此校準方法，特別重要的特徵係每一拾取感測器的 相位回應，以及拾取感測器之間相位回應差異的修正。圖 20中顯示根據本發明之感測器校準技術之一具體實施 例。使用上述方案，計算1〇〇〇主題觸摸感應板的分散關 係，亚且計算1002的板尺寸。決定1〇〇4至每一拾取感測器 的總相位延遲。移除1006與方塊1〇〇〇與1〇〇2之校準程序中 所汁异出的速度與尺寸相關的總相位延遲。對所得到的每 -拾取感測器的相位差異求平均1〇〇8，其提供藉由激勵轉 換器所發射的激勵信號之起始相位之估計。接著，可針對 98500.doc -36- 200530929 每一拾取感測器從相位延遲移除丨0丨0起始相位之此估 計。可將广平滑函數適配1012於針對每一拾取感測器所產 生的相位差異資料。熟習此項技術者應明白，可將此技術 谷易地延伸至基於每一拾取感測器之振幅回應以及拾取感 測器之間振幅回應差異之修正的感測器校準方案。 上述校準技術已根據激勵轉換器處之輸入至每一感測器 之輸出之傳輸函數予以一般性地說明。一替代方案包括在 存在由激勵轉換器所發射之激勵信號的情況下，計算兩個 拾取感測器之間的相關函數。此替代方法不需要與輸入信 號同步’並且可將分散修正應用於相關函數。在先前併入 的一或多項美國專利申請案中揭示了可用於本發明之校準 方法的已修正分散的相關函數之細節。熟習此項技術者很 容易明白在本文所述方法之内實施所揭示的已修正分散的 相關函數。與返回從激勵轉換器至每一拾取感測器之直接 距離的傳輸函數方法相反，一種使用已修正分散的相關函 數之方法返回激勵轉換器至每一對感測拾取感測器之相對 距離。 以上方法已根據激勵轉換器發射至拾取感測器的直接信 號而予以大體說明。應瞭解，板邊緣的反射以及板中的混 響會干擾有關信號。上述方法之延伸係要利用觸摸感應板 中的反射，如果得到正確地識別，該等反射可用於提供有 關板尺寸的額外資訊。 可使用本文所述之觸摸感應板與感測器校準方法來增強 觸摸感應t置的性能與診斷。例如，本發明之板校準技術 98500.doc -37- 200530929 可用來決定板尺寸，如前所述，並且可將此等參數輸入位 置偵測演算法，亦可使用板校準來識別哪一觸摸感應板（例 如，形成資料庫或標準尺寸）係附著於觸摸面板控制器。根 據從板識別程序返回的結果，可從資料庫擷取位置偵測演 算法的參數。另一增強係關於改進位置偵測演算法中的參 數’以考慮觸摸感應裝置之間由於製造容限或整合差異而 引起的差異。 可進一步使用本文所述的方法來隨時間追蹤觸摸感應裝 置/系統性能中的變化。使用上述包含專用激勵轉換器之技 術可提供機會來隨時間偵測觸摸感應裝置及/或系統性能 的微小與劇烈變化。舉例而言，偵測感測器回應測量中的 大變化可指示感測器或觸摸感應板所維持的顯著損壞，例 如在板破裂的情形下。 觸摸感應裝置/系統特徵的其他變化可予以反轉，如同對 %境之回應的情形，例如溫度相依性。例如，對於某此材 料，觸摸感應板中的波速可能對於溫度過度敏感。溫度的 極端可加速或減慢波速。觸摸感應板的校準允許在位置偵 測演算法中追蹤與修正此類變化。在另一範例中，用於觸 摸感應板的泡沫支架可能具有溫度相依性。如前所述，安 裝泡沫可能影響感測器相位回應，因此，其可能具有㈤产 相依性。 & 觸摸感應板尺寸與感測器相位/振幅回應之重複校準可 特徵化並追蹤此等隨溫度之變化。例如，表面污染可改變 所測量的觸摸感應板之脈衝回應，其可隨時間予以追蹤。此 98500.doc •38- 200530929 類污染可能係局部的（你丨士 、〜 口香糖）或分佈於觸摸咸靡献夕 大區域（例-如，液體溢屮、 、S w板之 來隨時間侧、決μ及㈣_ 法可用 特徵以及裝置/系統性能。 、旲u置/系統 基於圖解及說明的目的，前 施例的說明。無意包攬無遺、 體形式。在以上教導的啟發下 的乃是不將本發明範疇限於詳 隨附的申請專利範圍内。 面已提出本發明各種具體實 或將本發明限於所揭示的具 ’可有許多修改及變更。目 細說明内，而是將其限制在 【圖式簡單說明】 圖U以圖形方式顯示具有平方根分散關係的理想介質中 之脈衝回應； ' 圖lb以圖形方式顯示藉由對圖la之脈衝回應進行傅立葉 轉換而獲得之@ 1 a之分散式脈衝回應的頻率回應； 圖1。以圖形方式顯示藉由以觸摸面板分散之倒數繞曲頻 率軸而獲得之圖lb所示的分散式頻率回應之已修正分散的 轉換； 圖Id顯示藉由施加反向快速傅立葉轉換（fft)於圖^之 執跡而產生的非分散脈衝回應，其已修正分散，· 圖2說明根據本發明一具體實施例併入用於偵測彎曲波 振動之特徵與功能的觸摸感應裝置之一組態； 圖3說明根據本發明一具體實施例併入拾取感測器與激 勵轉換器之觸摸感應裝置之另一組態； 圖4說明根據本發明一具體實施例併入激勵轉換器與拾 98500.doc -39- 200530929 感則器輕合至緩衝器電路之觸摸感應裝置之另一組態； 圖5係適用於圖4所示裝置具體實施例之緩衝器電路組態 之示意圖； 圖6係根據本發明一具體實施例安裝於一顯示器之觸摸 感應裝置之斷面圖； 圖7係根據本發明一具體實施例包括一觸摸感應裝置與 一觸摸面板控制器之觸摸面板系統之說明； 圖8說明根據本發明一具體實施例用於處理在若干拾取 感測器之每一拾取感測器處所獲得之彎曲波資訊之實施方 案； ' 圖9說明根據本發明一具體實施例包括安裝於一顯示器 並耦合至一觸摸面板控制器與主機處理器之觸摸感應裝置 之觸摸面板系統； 圖10說明以通信方式耦合至根據本發明之觸摸感應裝置 的觸摸面板控制器之一具體實施例； 圖11說明根據本發明一具體實施例使用已修正分散的感 測器資料來執行觸摸板校準之實施方案； 圖12說明根據本發明一具體實施例使用已修正分散的感 測器資料來決定個別拾取感测器之相位回應之實施方案「 圖13說明根據本發明-具體實施例來決定敫勵轉換器 處之輸入至若干拾取感測器之每一拾取感測器處之輸出之 傳輸函數之實施方案； 圖14顯示藉由使用圖13中所述的皆 4的貫苑方案來導出所測量 傳輸函數的說明性範例； 98500.doc -40- 200530929 圖1 5 s兒明根據本發明一具體實施例用於獲得與觸摸距離 成函數關ii之脈衝回應之程序； 圖16說明根據本發明一具體實施例使用圖丨5所示程序所 決定的已修正分散之脈衝回應來計算觸摸感應板之尺寸的 校準方法； 圖17說明根據本發明一具體實施例用於根據相位延遲測 量來計算觸摸感應板之尺寸之另一校準方法； 圖18說明根據本發明一具體實施例用於使用飛行時間技 術來計算觸摸感應板之尺寸之另一校準方法； 圖19說明根據本發明一具體實施例用於決定觸摸感應板 之材料分散關係之校準方法；以及 圖20說明根據本發明一具體實施例用於決定個別拾取感 測器之相位回應之感測器校準技術。 但本發明可利用各種修改及替代形式，並在圖式中以示 例形式說明其細節，下面詳細說明。然而應瞭解，不希望 將本發明限於所說明的特定具體實施例。相反，本發明可 涵蓋屬於本發明範圍内由隨附申請專利範圍所定義的所有 修改、等效方案及替代。 【主要元件符號說明】 10 觸摸感應裝置 12 觸摸基板 16 拾取感測器 18 激勵轉換器 20 LCD螢幕 98500.doc 200530929 22 泡沫襯墊或安裝結構 24 才ί架 25 LCD顯示器 26 尾部連接器 28 文中找不到 30 緩衝器電路 40 文中找不到 42 電晶體 44 電阻器 46 電阻器 47 第二導體 50 出射波 52 反射 60 出射波 62 回音信號 100 觸摸面板系統 102 觸摸感應裝置 104 感測器 105 面板 106 緩衝器電路 108 觸摸感應裝置 120 控制器 124 感測電路 125 觸摸顯示系統 98500.doc -42· 200530929 126 多工ADC 128 驅動電路 130 觸摸定位處理器 132 資訊 140 觸摸喚醒偵測器 150 主機處理器 202 介面 204 I/O處理器 206 主要處理器 209 匯流排 222 線 224 線 226 線 98500.doc

Claims (1)

1. 200530929 十、申請專利範圍： 1 · 一種·觸模^感應設備，其包含·· 一觸摸板； 複數個耦合至該觸摸板的感測器，每一該等感測器配 置成感測3亥觸^吳板中的彎曲波； 一激勵轉換器，其耦合至該觸摸板並且配置成在該觸 摸板中引起彎曲波； 複數個主動緩衝器電路，每一該等主動緩衝器電路分 別係麵合至該等感測器之一；以及 一控制器，其經由該等主動緩衝器電路耦合至該等感 測裔亚且經由一非主動緩衝連接而耦合至該激勵轉換器 ，該控制器配置成回應於該等感測器所接收的感測信號 而計算與該觸摸板上的一觸摸與有關的資訊。 2. 如請求項1之設備，其中與該觸摸有關的該資訊包括觸摸 位置。 3. 如請求項丨之設備，其中與該觸摸有關的該資訊包含有關 該觸摸之一起飛之偵測的資訊。 4·如請求項1之設備，其中： 該觸摸板實質上係矩形； 該等複數個感測器包含四個感測器，每個感測器係位 於該觸摸板的一個別角落處；以及 該激勵轉換器係靠近該觸摸板的一周邊邊緣。 5·如請求項1之設備，其中該等複數個感測器包含壓電感測 器。 98500.doc 200530929 6.如請求項5之設備，其中該激勵轉換器包含一壓電轉換 器。：， 、 7 · 如5月求項1之設備，盆中备_ ^ ^ ^ 又1W 母 主動緩衝器電路包含一 場效電晶體。 8. 如請求们之設備，其中該等複數個感測器、該等複數個 主動緩衝器電路及該激勵轉換器分別係置放於該觸摸板 上。 9. 如請求項丨之設備，其中該激勵轉換器係配置成在該觸摸 板中引起彎曲波並且感測該觸摸板中的彎曲波。 10·如請求項1之設備，其中每一該等感測器係配置成提供一 差動感測信號至該等主動緩衝器電路之一主動緩衝器電 路之一平衡輸入，並且每一該等主動緩衝器電路係耦合 至該控制器之一平衡輸入。 11 ·如請求項1之設備，其中： 該等感測器回應於所引起的該等彎曲波而產生彎曲波 信號；以及 該控制器使用該等彎曲波信號來計算該觸摸板的相對 尺寸。 12·如請求項1之設備，其中： 該等感測器回應於所引起的該等彎曲波而產生彎曲波 信號；以及 該控制器使用該等彎曲波信號來計算該觸摸板的絕對 尺寸。 13.如請求項1之設備，其中： 98500.doc 200530929 該等感測器回應於所引起的該等彎曲波而產生彎曲波 信號’ ·; ？ 該控制器使用該等彎曲波信號來計算該觸摸板的尺寸 ;以及 該控制器使用所計算出的該觸摸板尺寸、一分散關係 及一所測量的相位回應來計算每一該等感測器之一相位 回應。 1 4·如請求項1之設備，其中該激勵轉換器回應於一非可聞音 調信號而在該觸摸板中引起彎曲波。 1 5_如請求項1之設備，其中該控制器包含具有一取樣頻率的 類比至數位轉換器（ADC)，該控制器產生一音調信號，該 音調信號的頻率實質上等於該ADC的取樣頻率，並且將 所產生的該音調信號傳達至該激勵轉換器。 16·如請求項丨之設備，其中該激勵轉換器回應於一非可聞多 重音調信號而在該觸摸板中引起彎曲波。 17·如睛求項16之設備，其中該多重音調信號包含具有在空 間上係非週期性之頻率的音調。 1 8·如叫求項1之設備，其中該激勵轉換器在該觸摸板中引起 一非可聞的寬頻雜訊刺激。 如明求項1之設備，其中該激勵轉換器回應於從該控制器 接收掃掠音調信號而在該觸摸板中引起彎曲波，該等 Μ感2器回應於所引起的該等彎曲波而產生彎曲波信號。 β月求項19之設備，其中該控制器包含一解調變器，其 ;該掃掠音調信號同步地解調變該等彎曲波信號。 98500.doc 200530929 21 ·如請求項1之設備，其中： 該运制益包含一具有取樣頻座 傢頭羊之類比至數位轉換器 (ADC);以及 該激勵轉換器在該觸摸板中引如#古 议T⑴起頻率大於fs/2的彎曲 波。 22. 如請求項21之設備，其中： 該等感測器回應於所引起的兮笪#方， 丨&们4專頻率大於fs/2的彎曲 波而產生彎曲波信號；以及 該等ADC將料彎曲波信號顯㈣頻率低於^的混 淆彎曲波信號。 23. 如請求項1之設備，其中： 該控制器包含一具有取樣頻率匕之類比至數位轉換器 (ADC);以及 該激勵轉換器在該觸摸板中引起頻率實質上等於f的 彎曲波。 24·如請求項23之設備，其中： 該等感測器回應於所引起的該等彎曲波而產生彎曲波 信號；以及 該A D C將該等彎曲波信號顯示為具有一 d c偏移的混淆 奇曲波彳§ ϊ虎’该dc偏移係由所引起的該等彎曲波之一振 幅與一相位所決定。 25·如請求項1之設備，其中·· 該激勵感測器係配置成在該觸摸板中引起彎曲波並且 感測該觸摸板中的彎曲波；以及 98500.doc 200530929 該控制器進一步包含喚醒電路，其耦合至該激勵感測 器，該β醒電路係配置成回應於該激勵感測器感測到對 該觸摸板的一觸摸而產生一喚醒信號，並且將該喚醒信 號傳達至該控制器。 26·如請求項25之設備，其中至少該等主動緩衝器電路回應 於該控制器接收該喚醒信號而從一睡眠模式轉換至一操 作模式。 27.如請求項丨之設備，其進一步包含一耦合至該觸摸感應設 備的顯示器。 28·如請求項1之設備，其進一步包括： 一顯示器，其耦合至該觸摸感應設備；以及 一主機處理器，其耦合至該顯示器與該觸摸感應設備。 29. —種用於一包含一觸摸板之觸摸感應裝置之方法，有一 激勵轉換器與複數個感測器各自耦合至該觸摸板，該方 法包含： ，將該激勵轉才奐器所產生的一激勵冑號施加於該觸摸板 並由每一該等感測器感測該激勵信號； 決定該激勵轉換器處之一輸入至每—該等感測器處之 一輸出之一傳輸函數； 對於每一該等感測器，使用該傳輸函數決定一已修正 分散的脈衝回應；以及 使用該等個別已修正分散的脈衝回應來執行該觸摸感 應裝置的校準。 3〇·如睛求項29之方法，其中執行該觸摸感應裝置之校準包 98500.doc 200530929 含執行該觸摸板之校準。 31· 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 如請:求項〜29之方法，直中 人i Υ執仃該觸摸感應裝置之校準包 含決定該觸摸板之尺寸。 如請求項29之方法 含決定該觸摸板之 置之校準包 ’其中執行該觸摸感應裝 絕對尺寸。 如請求項29之方法，直中刼> 八干執仃該觸摸感應裝置之校準包 含執行每一該等感測器之校準。 月求胃29之方法’其中執行該觸摸感應裝置之校準包 含決定每一該等感測器之相位回應。 如巧求項29之方法’其中執行該觸摸感應裝置之校準包 含決定每一該等感測器之振幅回應。 如请求項29之方法，其中執行該觸摸感應裝置之校準包 含決定每一該等感測器之一相位回應，該方法進一步包 含當執行觸摸位置偵測時修正該等感測器之間的相位回 應差異。 如請求項29之方法，其中執行該觸摸感應裝置之校準包 含決定每一該等感測器之一振幅回應，該方法進一步包 含當執行觸摸位置偵測時修正該等感測器之間的振幅回 應差異。 如請求項29之方法，其中執行該觸摸感應裝置之校準包 含決定該觸摸板之一分散關係。 如請求項29之方法，其進一步包含重複地執行該觸摸感 應裝置之校準以及隨時間追蹤觸摸感應裝置校準的變 化0 98500.doc 200530929 40· —種用於一包含一觸摸板之觸摸感應裝置之方法，有一 激勵轉換〜器與複數個感測器各自耦合至該觸摸板，該方 法包含： 將該激勵轉換器所產生的一激勵信號施加於該觸摸板 並由每一該等感測器感測該激勵信號； 決定該激勵轉換器處之一輸入至每一該等感測器處之 一輸出之一傳輸函數； 測量與每一該等感測器所感測到的該激勵信號相關聯 的一頻率回應之一相位成分；以及 使用所測量的該等相位成分來執行該觸摸板之一校準。 41·如請求項40之方法，其中測量該頻率回應的相位成分進 -步包含以機械或演算法方式增強每一該等感測器對該 激勵信號之能量之第一到達的偵測。 42·如請求項40之方法，其中執行該觸摸板之校準包含決定 該觸摸板之尺寸。 43.如請求項4〇之方法，其中執行該觸摸板之校準包含決定 該觸摸板之絕對尺寸。 44·如請求項40之方法，其中勃弁兮總城丄 τ钒仃该觸摸板的校準包含： 計算總相位回應與所測量的畚一 里的母该專感測器之相位成 分之相位比；以及 使用該相位比來計算該觸摸板的_縱橫比。 45·如請求項40之方法，其中勃钚 轨仃5亥觸換板的校準包含： 針對每一該等感測器計瞀笛 .. ^. 斤第一到達能量的一總相位 應， 98500.doc 200530929 關於頻率對該總頻率回應的相位求微分； 將一相位速度特徵化為頻率的函數；以及 使用該相位速度特徵化來決定該觸摸板的一分散關係。 46. —種用於一包含一觸摸板之觸摸感應裝置之方法，有一 激勵轉換器與複數個感測器各自耦合至該觸摸板，該方 法包含： 將該激勵轉換器所產生的一激勵信號施加於該觸摸板 並由每一該等感測器感測該激勵信號； 決定該激勵轉換器處之一輸入至每一該等感測器處之 一輸出之一傳輸函數； 使用該傳輸函數在該時域中計算每一該等感測器的一 脈衝回應； 測量至每一該等感測器之第一能量到達之時間； 使用所測量的該等第_能量到達時間來計算從該激勵 轉換器至每一該等感測器之距離；以及 使用該等所β十异的轉換器至感測器之距離來計算該觸 摸板的尺寸。 47. 如請求項46之方法，其進一步包含： 將该脈衝回應濾波成一或多個頻帶；以及 針對每一該等頻帶對所計算的該等距離求平均； 其中計算該等觸摸板尺寸包 抑、 丁匕3使用該等已平均的轉換 器至感測器距離來計算該觸摸板之尺寸。 48. 如請求項46之方法，其中許瞀兮细 、〒彳异4觸摸板尺寸包含計算該 觸摸板的絕對尺寸。 98500.doc 200530929 49. 50. 51. 52. 53. 一種觸摸感應裝置，其包含： 施如構~件，其用於將一激勵信號施加於一觸摸板上· 感測構件，其用於在該觸摸板之四個角落之每一角落 處感測該激勵信號； 決定構件，其用於決定該激勵信號施加構件處之一輪 入至每一該等感測構件處之一輸出之一傳輸函數； 、疋構件，其針對母一该專感測構件，使用該傳輪函 數’來決定一已修正分散的脈衝回應；以及 執行構件，其用於使用該等個別已修正分散的脈衝回 應來執行該觸摸感應裝置的校準。 如請求項49之裝置，其中該執行構件包含用於決定該觸 摸板之尺寸的構件。 ):求項49之|置’其中該執行構件包含用於決定每— 该等感測構件之一相位回應的構件。 如請求項49之裝置，其中該執行構件包含用於決定每一 孩等感測構件之一振幅回應的構件。 一種觸摸感應裝置，其包含： 施加構件，其用於將一激勵信號施加於 感測構件，i用於’摸板上， ， 在§亥觸摸板之四個角落之每-角落 處感測該激勵信號； 用各 決定構件，其用於決定該激勵信號施加構件處之 入:丨：一該等感測構件處之-輪出之-傳輸函數；" h構件’其用於測量與每—該等感 的該激勵信號相關聯的—頻率回應之-相位成分以及到 98500.doc -9 · 200530929 該:3::於使_量的該等相位成分來執行 54. 一種觸摸感應裝置，其包含·· 、構件，其用於將一激勵信號施加於一觸模板上· 感測構件，其用於在該觸摸板之四個角落之每 處感測該激勵信號； ' 決定構件，其用於決定該激勵信號施加構件處之一輸 入至每-該等感測構件處之—輸出之—傳輸函數； 計算構件，其用於使用該傳輸函數在該時域中計算每 一該等感測構件的一脈衝回應； 。。測量構件，其用於測量至每一該等感測構件之一感測 器之第一能量到達之時間； 计异構件’其使用所測量的該等第一能量到達時間來 計算從該激勵信號施加構件之—轉換器至每-該等感測 構件之該感測器之一距離；以及 計算構件，其用於使用該等所計算的轉換器至感測器 之距離來計算該觸摸板的尺寸。 98500.doc 10-