TW201606593A - 判定觸控螢幕上觸碰力量的懸臂式位移感測器及方法 - Google Patents

Abstract

揭示具有強化位移敏感性之懸臂式位移感測器以及判定多數觸碰位置之觸碰力量的方法。該等懸臂式位移感測器支持相鄰一觸碰螢幕周圍的觸碰螢幕。該觸碰螢幕的位移則由在一接近度感測器上方延伸的一懸臂式元件所放大。於多數觸碰位置處的觸碰力量，則藉由根據該等觸碰位置實作該等經測量位移的套配，以獲得在該觸碰螢幕所有位置處的位移，接著建立在該多數觸碰位置處該觸碰螢幕的位移與在該個別多數觸碰位置處的施加分佈負載的關聯，並接著以該相關聯觸碰位置面積乘上該等施加分佈負載的方式加以判定。

Description

判定觸控螢幕上觸碰力量的懸臂式位移感測器及方法 【相關申請交叉參考】

本發明於專利法下，主張於2014年5月6日申請的美國臨時專利序號61/989,057的優先權，其完整內容係經依賴並於此以參考方式整合。

本發明揭示內容與觸碰螢幕及觸碰螢幕感測器有關，且更特別的，係與用於觸碰螢幕應用而具有強化測量敏感性的懸臂式位移感測器有關，也與判定在一觸碰螢幕上於多數觸碰位置處所發生的多數觸碰的觸碰力量有關。

在此所提及之任何發表的或專利文件的完整揭示內容係以參考方式整合，包含美國專利案號4,455,452、4,698,460、4,733,222、7,254,775與8,599,165，以及美國早期公開案號2013/0285977。

具有觸碰功能的顯示器與其他裝置(例如，鍵盤)的市場正快速茁壯。其結果是已經發展許多利用觸碰螢幕的觸碰感測技術，以使得顯示器與其他裝置能具有觸碰功能性。觸碰感測功能性在行動裝 置應用中係更加廣泛的使用，像是在智慧型手機、電子書閱讀器、膝上電腦與平板電腦中。

已經發展許多具有觸碰螢幕的觸碰系統，因此其回應多種形式的觸碰，像是單一觸碰、多數觸碰、揮動以及具有不同壓力的觸碰。不幸的是，現今的觸碰螢幕壓力感測能力係受限於感測器的效能。此外，需要與多數觸碰相關聯之多數觸碰力量的更精確判定，以改良觸碰螢幕的觸碰感測能力。

本發明揭示內容之一態樣為具有強化位移測量敏感性的觸碰螢幕組件。該組件包含：一平面觸碰螢幕；一支撐底座，該支撐底座具有一上方表面與一外側邊緣；以及至少一懸臂式位移感測器，該感測器佈置於該支撐底座相鄰於該外側邊緣的該上方表面上，該至少一懸臂式位移感測器具有一接近度感測器，其以可操作地相對於一懸臂式元件所佈置，該懸臂式元件支撐一接觸特徵，其中該接觸特徵接觸該觸碰螢幕，因此當該觸碰螢幕經受朝向該支撐底座的位移時，該懸臂式元件放大該位移，且該接近度感測器測量該經放大位移。

本發明揭示內容之另一態樣為一種位移感測器，該位移感測器用於測量一觸碰螢幕的經放大位移，該觸碰螢幕則具有在一觸碰螢幕組件中的一下方表面。該方法包含：該位移感測器包括：一基座， 該基座具有一前方面與一上表面；一懸臂式元件，具有以懸臂形式於該上表面自該底座延伸的部分，該懸臂式元件具有一上方表面、一下方表面與一長軸；一接觸特徵，於該懸臂式元件於一接觸位置處接觸該觸碰螢幕下方表面的上方表面上，並位於在該長軸方向中所測量相離該基座前方面的距離x1處；以及一位置感測器，佈置相鄰於該懸臂式元件的下方表面，以在該長軸方向中所測量相離該基座前方面的距離x2的測量位置處，測量該懸臂式元件的偏移，其中5．x1x210．x1，因此在該接觸特徵處該懸臂式元件的位移便於該測量位置處被放大。

本發明揭示內容之另一態樣為一種測量於一觸碰螢幕組件中一觸碰螢幕的位移的方法，該方法包括：利用至少一懸臂式位移感測器支撐該觸碰螢幕，該懸臂式位移感測器經配置以放大該觸碰螢幕的位移；在一觸碰位置處以一朝下力量觸碰該觸碰螢幕，該朝下力量造成該觸碰螢幕的位移；以及以該至少一懸臂式位移感測器測量該經放大位移。

本發明揭示內容之另一態樣為一種測量於一觸碰螢幕上多數觸碰位置處之觸碰力量的方法，該方法包括：判定該多數觸碰位置，其中該等觸碰位置包含個別的觸碰位置面積；測量在多數測量位置處該觸碰螢幕的多數位移，該等測量位置係與該等觸碰位置不同；根據該等觸碰位置實行對該等經測量 位移的套配，以獲得在該多數觸碰螢幕位置處的位移；建立在該多數觸碰位置處該觸碰螢幕的位移與在該個別多數觸碰位置處的施加分佈負載的關聯；以及以該等相關聯觸碰位置面積乘上該等施加分佈負載的每一個的方式，判定在該多數觸碰位置處的觸碰力量。

其他的特徵與優點將於以下的【實施方式】中設定，而在某種程度上藉由該敘述或以實作所書寫之敘述與其請求項以及該等伴隨圖式所敘述之該等具體實施例而認可的方式，其對於該領域技術人員而言將為顯而易見的。要瞭解的是前述的一般性敘述以及以下的【實施方式】都只是示例，並預期提供用於瞭解該等請求項之本質與特徵的概觀或架構。

10‧‧‧觸碰螢幕顯示器系統

16‧‧‧觸碰螢幕組件

18‧‧‧控制器

20‧‧‧觸碰螢幕

22‧‧‧上方表面

23‧‧‧導電元件

24‧‧‧下方表面

25‧‧‧光束

26‧‧‧周圍

30‧‧‧表框

50‧‧‧支撐底座

52‧‧‧上方表面

56‧‧‧周圍

80‧‧‧懸臂式位移感測器

82‧‧‧基部

84‧‧‧上方表面

86‧‧‧前方面

90‧‧‧懸臂式元件

92‧‧‧上方表面

94‧‧‧下方表面

95‧‧‧小區域

96‧‧‧接觸特徵

97‧‧‧接觸位置

110‧‧‧接近度感測器

112‧‧‧光源

114‧‧‧光偵測器

120‧‧‧工具

122‧‧‧光線

該等伴隨圖式係被涵蓋以提供進一步瞭解，且該等伴隨圖式係被整合並構成本申請書的一部分。該等圖式描繪一或多個具體實施例，且與【實施方式】一起用於解釋該等各種具體實施例的原則與操作。因此，本發明揭示內容從下述【實施方式】並與該等伴隨圖式結合下將能被更完整瞭解，其中：第1圖為一示例觸碰螢幕顯示器系統的示意圖，該觸碰螢幕顯示器系統包含一觸碰螢幕組件與一控制器，其中該觸碰螢幕組件包含相鄰於該觸碰螢幕周圍所佈置的多數懸臂式位移感測器，第一與第 二特寫插圖(以IN1及IN2標示)分別描繪電容觸碰感測與光學觸碰感測；第2圖為第1圖觸碰螢幕組件之一部分的特寫側視圖，其繪示以一支撐底座支撐的一示例懸臂式位移感測器，且該懸臂式位移感測器係以可操作地相對於該觸碰螢幕所佈置；第3圖為第1圖觸碰螢幕組件之一部分的正視特寫圖，其描繪該等懸臂式位移感測器如何沿著一支撐底座的周圍佈置，該等懸臂式元件的長軸概與該對應相鄰支撐底座周圍或觸碰螢幕周圍對齊(例如，名義上與其平行)；第4圖類似於第2圖，並繪示因為一使用者指尖形式的觸碰實作，而在該觸碰螢幕一觸碰位置上造成的施加力量，所引起該懸臂式元件的偏移；第5圖為該懸臂式位移感測器之該懸臂式元件的特寫圖，並描繪該懸臂式元件於靠近該懸臂式元件底座處的位移dz1係如何被放大，而在靠近該懸臂式元件端部處形成一較大位移dz2的幾何關係；第6圖為非協助式(非懸臂式)接近度感測器(曲線A)與該懸臂式位移感測器(曲線B)兩者，從該懸臂式位移感測器之正規化計數NC(x10³)對於該位移△z(μm)的圖形；第7A圖與第7B圖為懸臂式位移感測器之一示例配置及一示例觸碰螢幕的正視圖，其繪示一 單一觸碰(第7A圖)與兩觸碰(第7B圖)下該觸碰螢幕的一示例偏移(位移)。

現在將參考本發明揭示內容之各種具體實施例的細節，其示例則描繪於該等伴隨圖式之中。盡可能的，在所有該等圖式中以相同或類似的參考符號指示相同或類似的部分。該等圖式並不需要以其比例繪製，而該領域技術人員將可認同該等圖式係已經簡化以描繪本發明揭示內容的關鍵態樣。

以下設定該等請求項，其被整合於【實施方式】之中並構成【實施方式】的部分。

為了參考的目的，在該等圖式中的某些中係繪示卡式坐標，但並不預期成為其方向或定向的限制。

第1圖為一示例觸碰螢幕顯示器系統10的示意圖，其包含一觸碰螢幕組件16與一控制器18。第2圖為該觸碰螢幕組件16之一部分的特寫側視圖。該控制器18係以可操作地連接至該觸碰螢幕組件16，並經配置以控制該觸碰螢幕組件16的操作。該觸碰螢幕組件16包含一觸碰螢幕覆蓋玻璃(「觸碰螢幕」)20，其具有一上方表面22、一下方表面24與一周圍、外圍或邊緣26。

一示例觸碰螢幕20一般而言為矩形及平面，在此情況中該上方與下方表面22、24定義該 觸碰螢幕概為固定的厚度t。在一示例中，觸碰螢幕20於該上方表面22或下方表面24相鄰於該周圍26的一部分上包含一表框30。該表框30用於隱藏該觸碰螢幕組件16的某些部分或組件的可視情況，像是在以下所介紹及詳細討論的懸臂式位移感測器80。第2圖也繪示一種在一觸碰位置TL處與該觸碰螢幕組件16觸碰螢幕20建立觸碰以定義一觸碰事件TE的工具120(例如，如繪示的指尖、或是觸控筆、鉛筆端等)。該觸碰位置TL則具有一對應的觸碰面積AR。

第1圖包含一第一特寫插圖IN1，其繪示該觸碰螢幕20之一示例的特寫圖，該觸碰螢幕20包含具有多數透明導電元件23的陣列，該等元件23經配置以提供具有電容觸碰感測能力的觸碰螢幕組件16。第1圖也包含一第二特寫插圖IN2，其繪示該觸碰螢幕20之一示例的特寫圖，該特寫圖繪示於該觸碰螢幕20之中移動的多數光束25，以提供具有光學式觸碰感測能力的觸碰螢幕組件16。

特別參考第2圖，以及同樣參考第3圖的正視特寫圖，該觸碰螢幕組件16也包含一支撐底座50，該支撐底座50具有一上方表面52與一周圍、外圍或邊緣56。該支撐底座50於該上方表面52與相鄰周圍56上支撐複數個懸臂式位移感測器80。該支撐底座50也以可操作地支援對該等懸臂式位移感測器80的電氣連接(未圖示)，例如，藉由支援電線或含 有電線之電路板的方式。在一示例中，該等懸臂式位移感測器80也設置於相鄰的觸碰螢幕周圍26。

第2圖與第3圖的示例懸臂式位移感測器80包含一基部82，其具有一上方表面84與一前方面86。該基部82具有基部高度h_B，其在一示例中為1.5mmh_B 2mm的範圍中。該懸臂式位移感測器80也包含一懸臂式元件90，其附加於該基部82之上方表面84，因此其以懸臂形式於x方向中延伸超過該前方面86。在另一示例中，該基部82與該懸臂式元件90係形成為一單一結構。

該懸臂式元件90具有一長軸A1、一上方表面92與一下方表面94。該懸臂式元件90係以彈性材料製成，像是金屬或塑膠。在一示例中，該懸臂式元件90具有概為矩形的形狀。在一示例中，每一懸臂式位移感測器80都經佈置，因此該懸臂式元件90的長軸A1一般而言於相同於該懸臂式位移感測器80所設置之該支撐底座50邊緣56的方向前進延伸(也就是，大致上與其平行)。此配置避免使該懸臂式元件90朝向該觸碰螢幕20的中央延伸，這將需要更寬的表框30，為了容易描繪起見這並未於第3圖中繪示。在該觸碰螢幕20具有的尺寸與形狀係概與該支撐底座50對應的情況中，該懸臂式元件90的長軸A1一般而言於相同於該懸臂式位移感測器所設置之該觸 碰螢幕20邊緣26的方向前進延伸(也就是，大致上與其平行)。

在一示例中，該懸臂式元件90的上方表面92包含一接觸特徵96。該接觸特徵96具有與該觸碰螢幕20下方表面24接觸的位置97(例如，一點或小面積)，所以此位置在此後將被稱為接觸位置97。在一示例中，該接觸特徵96係經修整，例如，包括一球形的至少一部分。該接觸特徵96的接觸位置97係設置於相距該基部82前方面86的距離x1(當在x方向中測量時)處，如能最佳見於第2圖中。

該懸臂式位移感測器80也包含一接近度感測器110，其設置在該支撐底座50上方表面52上，因此其設置於該懸臂式元件90的下方表面94下方，並與該基部82相隔。該接近度感測器110具有高度h_P，在一示例中其標稱高度為0.7mm。該接近度感測器110例如可為光學式、電容式、電感式等等。藉由描述的方式，該接近度感測器110係繪示為光學式，並因此包含一光源112與一光偵測器114。該光源112放射光線122照明該懸臂式元件90下方表面94的一小區域95。光線122自該小區域95反射並由該光偵測器114偵測。該小區域95的位置係相距該基部82前方面86的x2距離處。該接近度感測器110與該懸臂式元件90下方表面94之間的z方向距離則標示為z2。該接近度感測器110係經配置以決定該距離 z2，當該觸碰螢幕20係由於一或多個觸碰事件TE而係位移或變形時，z2便可能改變。在如繪示之光學式接近度感測器110的情況中，該距離z2係根據於該光線122從該光源112移動通過該光學路徑至該下方表面94小區域95，並接著抵達該光偵測器114的移動時間所決定。

第4圖與第2圖類似，並繪示由於觸碰事件TE而在觸碰位置TL處，因為一觸碰力量而在-z方向中形成該觸碰螢幕20位移△z的工具120。第4圖中的虛線用於△z的測量，標示在施加該觸碰力量F之前該觸碰螢幕20上表面22的原始位置。造成該觸碰螢幕20位移的觸碰力量F則透過該接觸特徵96轉移至該懸臂式元件90。該經轉移的觸碰力量F接著造成該懸臂式元件90彎曲或偏移，因此該距離z2與在不存在該觸碰力量F的情況相比之下，其數值將減小。在該觸碰位置TL處的施加壓力P大小係定義為P=F/AR，其中AR為與該觸碰位置TL相關聯的面積。

第5圖為當由該觸碰力量F使該懸臂式元件90偏移時，該懸臂式元件90的特寫圖，並描繪在觸碰位置TL處，該懸臂式元件90的作用係如何使由該觸碰事件所造成的位移放大。沿著在距離x1處該懸臂式元件90的z方向位移dz1與在距離x2處該懸臂式元件90的z方向位移dz2，則繪示該距離x1及 x2。位移dz1與dz2係相對於未偏移的懸臂式元件90加以測量，而在未偏移時dz1=dz2=0。

藉由相似三角形的基本幾何學，可以從第5圖知道dz1/x1=dz2/x2，所以dz2=α．dz1，其中α=x2/x1，為代表該懸臂式元件90如何放大該位移dz1的放大因子。在一示例中，該放大因子α係於5α10的範圍。同樣也在一示例中，距離x1係於1mm至2mm的範圍中，而距離x2係於5mm至12mm的範圍中。此該觸碰螢幕20位移測量的敏感度增加，至少在一初步近似下，係由該放大因子α所給定。

由該懸臂式位移感測器80所提供的位移放大允許對該觸碰螢幕20的位移有更大的測量敏感度。此接著允許例如利用以下敘述的方法，進行由工具120於該觸碰位置TL處所施加之觸碰力量F的更精確判定。

再次參考第1圖，在一示例中，該觸碰螢幕組件16包含多數懸臂式位移感測器80，其佈置相鄰於該支撐底座50的周圍56，因此該位移的測量位置便相鄰於該觸碰螢幕周圍26。每一懸臂式位移感測器80都生一電子位移訊號SD，其代表該經測量的位移dz2。在一示例中，來自該等不同懸臂式位移感測器80的多數位移訊號SD被傳送至該控制器18，並與由該觸碰螢幕20之觸碰感測能力(例如，電容式或光 學式觸碰感測能力)所建立的一或多個觸碰位置TL比較。

有關於該一或多個觸碰位置TL的資訊，可用於更精確地計算該觸碰力量或多數觸碰力量F。此外，由於該等懸臂式位移感測器80的不同測量位置所形成該等位移訊號SD的差異，也提供有關該觸碰位置TL的額外資訊。所述資訊在該觸碰螢幕20並不具有位置感測能力時，被證實是有用的，例如，該觸碰螢幕20只是一種簡單的非感測式覆蓋層。注意在第1圖中，當該等位移感測器係經佈置相鄰於該觸碰螢幕20與該支撐底座50的個別周圍26與56時，由該等懸臂式位移感測器80進行的該等位移測量典型上將在與該觸碰位置TL不同的多數測量位置處進行。

第6圖為傳統(非協助式)接近度感測器(曲線A)與該懸臂式位移感測器80(曲線B)兩者的正規化計數NC(x10³)對於該位移△z(μm)的圖形。該圖形繪示該懸臂式位移感測器80與該傳統接近度感測器相比之下，對於該訊號響應的改善。在測量第6圖資料的該等實驗設備中，懸臂式元件90係以0.008”厚的鋼製彈簧經金屬加工製成，以提供一種α為9.2的放大因子。該懸臂式位移感測器80具有的x1數值為0.047”(或1.2mm)與x2數值為0.434”(或11mm)。

判定多數觸碰力量

如以上提及，有許多觸碰螢幕應用係特別關注多數觸碰位置TL每一個的觸碰力量F，例如，對於平板、智慧型手機、平板手機、膝上電腦、個人電腦、電視等等。據此，本發明揭示內容之一態樣係指向判定在該觸碰螢幕組件16觸碰螢幕20上，與多數觸碰位置TL處多數觸碰事件TE相關聯之觸碰力量F的多數方法。該等方法將該等觸碰力量F與該觸碰螢幕20的該等經測量位移△z建立關係，其中舉例而言，該等位移係利用該觸碰螢幕組件16所測量，該觸碰螢幕組件16則運用以上討論的多數懸臂式位移感測器80。實際上在大多數情況中，該等位移係在遠離該等觸碰位置處的多數測量位置處測量，因此在該等觸碰位置處的該等觸碰力量F必須從在該等測量位置處的經測量位移加以判定。

第7A圖為一示例觸碰螢幕20與多數懸臂式位移感測器80之一示例佈置的正視圖，其繪示與一單一觸碰事件TE相關聯的一單一觸碰位置TL。第7B圖也類似，並繪示該示例觸碰螢幕係具有兩觸碰位置TL1與TL2，其與個別的觸碰事件TE1與TE2相關聯。如以上連結第1圖所討論，與一已知觸碰位置TL相關聯的面積係標註為AR，並被稱做為觸碰位置面積。在一示例中，該觸碰位置面積AR係由在該觸碰位置TL處與該觸碰螢幕20接觸的工具120(未圖 示，參考第2圖)的接觸面積所定義。在第7B圖中，該等觸碰位置TL1與TL2具有相對應的觸碰位置面積AR1與AR2，其在大小上不需相等。在一示例中，該等觸碰位置面積AR係利用該觸碰螢幕20的電容感測或光學感測能力所測量。

該觸碰螢幕20的位移△z(第4圖)係於z方向中測量，對於該兩觸碰事件TL1與TL2而言分別標示為△z1及△z2。做為範例且為了容易討論，在此揭示之該等方法部分連結兩觸碰位置TL1與TL2敘述。在此揭示之該等方法可被應用於多於兩個觸碰事件TE與對應的觸碰位置TL。

如以上提及，在大多數情況中，該等經測量位移△z係於不同於該等觸碰位置TL的多數測量位置處建立。例如，該等位移測量係利用佈置在相鄰於該觸碰螢幕20周圍26多數位置處的多數懸臂式位移感測器90所建立，同時該等觸碰位置TL則相離該觸碰螢幕的周圍，例如，較靠近於該觸碰螢幕的中心。因此，要找到在該等觸碰位置處施加的力量大小，首先需要找到在該等不同觸碰位置處的位移大小。

有關該等觸碰位置TL1與TL2的資訊係為已知，並由該觸碰螢幕20的觸碰感測能力所提供。在某些具體實施例中，使用一查詢表以將該覆蓋玻璃偏移轉換為施加力量。這些係數系使用該等施加 力量的位置加以索引。為每一感測器產生一唯一的查詢表。當在一已知位置施加力量時，利用位置將所有的查詢表進行索引查詢，而其係數被應用至位移的已知改變。對於具有較大範圍的感測器給予較高的優先性，將能利用該等係數進行最小平方演算法的加權方式更精確計算所施加的力量。該查詢表能夠補償由於機殼的建構或差異所造成的小量偏移差異。

替代的，在某些具體實施例中，覆蓋玻璃偏移至該等觸碰位置TL1與TL2的施加力量的轉換，係透過決定該觸碰螢幕20曲率(形狀)與該等位移△z1與△z2的最佳套配而完成。此套配係被迫具有與該等觸碰位置TL相關聯的最大值(或大致上最大值)。接著藉由將該觸碰力量F與該等位移△z表示成為傅立葉序列的方式，求解將該等觸碰力量F與該等位移△z建立關係的四階差分方程式。一旦解得該四階差分方程式，該等觸碰力量F與該等位移△z的傅立葉係數便可彼此建立關係。

該方法之一態樣包含根據使用該觸碰螢幕20的(x,y)觸碰位置資訊，實行該經測量位移資料的套配。該套配提供與該等觸碰位置TL1與TL2相關聯之該等觸碰力量F1與F2的(x,y)空間坐標。在一示例中，使用最小平方套配，其中，大致上強迫該等位移△z與該邊界條件相符(例如，在實質上固定 的邊緣並不具有位移)，也在該等觸碰位置TL處具有個別的(大致上)最大值。

該等觸碰力量F對z方向中該等位移△z的關係可以一四階差分方程式表示，並可利用描述該位移△z的傅立葉序列求解。接著基於(x,y)資訊的該等力量F也可以利用另一傅立葉序列描述，而兩者序列的係數可以直接彼此建立關係。

在以下的數學處理上，使用下述的參數：

●x,y：觸碰螢幕坐標

●a,b：觸碰螢幕長度

●(cx ₁,cy ₁)與(cx ₂,cy ₂)：觸碰位置TL1與TL2的觸碰坐標

●e _i,j ：該觸碰螢幕位移「最佳套配」的展開係數

●wx ₁,wy ₁,wx ₂,wy ₂：由於在觸碰位置TL1與TL2處與該觸碰螢幕位移相關聯的曲率有效半寬

●x _m ,y _n ：該等懸臂式位移感測器80的坐標位置

●I：欲被最小化的最小平方函數

●D：由感測器位移數值所構成的位移向量

●t：觸碰螢幕的厚度

●A _m,n ：位移傅立葉展開式的傅立葉係數

●AR：觸碰位置面積

因此，利用在該特定坐標(x _m ,y _n )處的經測量資料，實行該位移曲率的套配，也就是對於具有坐標(cx ₁,cy ₁)與(cx ₂,cy ₂)的兩觸碰位置TL1與TL2實行。為了 確保在該等觸碰位置TL1與TL2的每一處都有最大值，該位移△z係被重新定義為函數f(x,y)，並如以下表示：f(x,y)=η _x1．η _y1．η _x2．η _y2 (1)其中

接著在該等特定坐標處使用f(x,y)(方程式1)套配該位移資料，而得到以下函數(方程式2)： 其中，a與b為x與y的最大長度。該等係數可利用最小平方套配獲得。因此，該最小平方函數I便定義如下(方程式3) 其中D(x _m ,y _n )代表在(x _m ,y _n )的位移。

為了使I最小化，將δI/δe _i,j 設定為0，也就是I/δe _i,j =0 (4)方程式4形成一矩陣方程式，從該矩陣方程式可獲得該等係數e _i,j 。該矩陣方程式可如下表示：M．e _i,j =D (5)

為了確定M與D，為經測量位移數值假設兩個x坐標與兩個y坐標。所以，以下假設對於所有的數值m=1,2與n=1,2進行加總。在此情況中，D為欄向量，並以下述方程式6a-6d表現：D(1)=D _m,n ．F ₁₁(x _m ,y _n ) (6a)

D(2)=D _m,n ．F ₁₂(x _m ,y _n ) (6b)

D(3)=D _m,n ．F ₂₁(x _m ,y _n ) (6c)

D(4)=D _m,n ．F ₂₂(x _m ,y _n ) (6d)

所以，現在利用最小平方即使用該觸碰位置資訊，能獲得該觸碰螢幕20位移F(x,y)的最佳套配，利用該位移與該力量之間的關係，對於一薄矩形頁片而言可判定每一觸碰位置TL的觸碰力量F。此關係需要滿足四階差分方程式(於以下設定)，其將該位移與該施加分佈負載(力量/面積)建立關係，做為示例敘述，在期刊Elsevier(1975)由Ugural與Fenster發表標題為「Advanced Strength and Applied Elasticity」的文獻中，顯示負載的傅立葉序列展開式可以滿足此四階方程式，且位移也同樣為傅立葉序列，但具有不同的展開係數。

以上方程式(2)本身並非傅立葉序列，因為藉由引入指數函數項的關係，迫使該位移在該等觸碰位置TL處具有最大值。但是，其解答F(x,y)可被展開以傅立葉序列表示，並獲得以下方程式8：F(x,y)=Σ _m,n A _m,n sin(mπx/a)．sin(nπy/b) (8) 傅立葉序列的正交性質將被用來決定該等係數A _m,n

因為在負載分佈與該位移之間存在關係，現在便能獲得該負載分佈。該負載分佈與該位移滿足前述的四階差分方程式(方程式9)：δ ⁴ F/δx ⁴+2δ ⁴ F/δx ² y ²+δ ⁴ F/δy ⁴=P/Q (9)其中P為每單位面積的負載，Q由(方程式10)給定Q=ET ³/(12(1-ν ²)) (10)其中E為楊氏模數，ν為卜松比。

該負載分佈可以表示為傅立葉序列，其中該等展開係數P _m,n 則與該位移係數相關，如以下(方程式11)P _m,n =Qπ ⁴ A _m,n [(m/a)²+(n/b)²]² (11)一旦計算該負載分佈，該觸碰力量F便可立即根據該經計算負載分佈，由將該等觸碰位置TL處的負載分佈乘以該對應觸碰位置面積AR的方式轉換而判定。

上述方法可總結如下：a)測量該等觸碰位置TL，其中該等觸碰位置包含個別的觸碰位置面積AR；b)測量該觸碰螢幕於不同於該等觸碰位置TL之多數個位置處的多數位移；c)根據該等觸碰位置TL實行對該經測量位移的套配，以獲得在該等觸碰位置TL處的位移；d)建立在該多數個觸碰位置處該觸碰螢幕之位移與在該個別多數個觸碰位置處該施加分佈負載的關係；以及e)藉由將該等施加分佈負載 乘以該等對應觸碰位址面積AR的方式判定在該多數個觸碰位置處的觸碰力量。

對於該領域技術人員明顯的是在不背離如該等附加請求項所定義之本發明揭示內容的應神與範圍下，可以對於在此敘述之本發明揭示較佳具體實施例進行各種修改。因此，本發明揭示內容將涵蓋在該等附加請求項與其等價物範圍之中所提供的修改與變化。

10‧‧‧觸碰螢幕顯示器系統

16‧‧‧觸碰螢幕組件

18‧‧‧控制器

20‧‧‧觸碰螢幕

22‧‧‧上方表面

23‧‧‧導電元件

25‧‧‧光束

26‧‧‧周圍

30‧‧‧表框

80‧‧‧懸臂式位移感測器

Claims (22)

1. 一種具有強化位移測量敏感性的觸碰螢幕組件，該組件包括：一平面觸碰螢幕；一支撐底座，具有一上方表面與一外側邊緣；以及至少一懸臂式位移感測器，其佈置於該支撐底座相鄰於該外側邊緣的該上方表面上，該至少一懸臂式位移感測器具有一接近度感測器，其以可操作地相對於一懸臂式元件所佈置，該懸臂式元件支撐一接觸特徵，其中該接觸特徵接觸該觸碰螢幕，因此當該觸碰螢幕經受朝向該支撐底座的位移時，該懸臂式元件放大該位移，且該接近度感測器測量該經放大位移。
2. 如請求項1所述之觸碰螢幕組件，其中該至少一懸臂式位移感測器係包括複數個懸臂式位移感測器，其以可操作地相對於該支撐底座支撐該觸碰螢幕。
3. 如請求項1所述之觸碰螢幕組件，其中該懸臂式元件具有一長軸，且其中該至少一懸臂式位移元件係經佈置，因此該長軸係大致上平行於該支撐底座的相鄰外側邊緣。
4. 如請求項1所述之觸碰螢幕組件，其中 該位移的放大係由放大因子α所定義，α的範圍為5α10。
5. 如請求項1所述之觸碰螢幕組件，其中該位置感測器係為光學式感測器或電容式感測器。
6. 如請求項1所述之觸碰螢幕組件，其中該接觸特徵係經修整。
7. 一種位移感測器係用於測量一觸碰螢幕的一經放大位移，該觸碰螢幕具有於一觸碰螢幕組件中的一下方表面，該位移感測器包括：一基座，具有一前方面與一上表面；一懸臂式元件，具有以懸臂形式於該上表面自該底座延伸的部分，該懸臂式元件具有一上方表面、一下方表面與一長軸；一接觸特徵，於該懸臂式元件於一接觸位置處接觸該觸碰螢幕下方表面的上方表面上，並位於在該長軸方向中所測量相離該基座前方面的距離x1處；以及一位置感測器，佈置相鄰於該懸臂式元件的下方表面，以在該長軸方向中所測量相離該基座前方面的距離x2的測量位置處，測量該懸臂式元件的偏移，其中5．x1x210．x1，因此在該接觸特徵處該懸臂式元件的位移便於該測量位置處被放大。
8. 如請求項7所述之位移感測器，其中該接觸特徵係經修整。
9. 一種觸碰螢幕組件，包括：該觸碰螢幕；一支撐底座，具有一上方表面與一外部邊緣；以及至少一個請求項7所述之位移感測器，其設置於該支撐底座相鄰該支撐底座之外側邊緣的該上方表面上。
10. 如請求項9所述之觸碰螢幕組件，其中該懸臂式元件具有一長軸，且其中該至少一懸臂式位移元件係經佈置，因此該長軸係大致上平行於該支撐底座的相鄰外側邊緣。
11. 如請求項9所述之觸碰螢幕組件，其中該至少一懸臂式位移感測器係包括複數個懸臂式位移感測器，其以可操作地相對於該支撐底座支撐該觸碰螢幕。
12. 一種測量於一觸碰螢幕組件中一觸碰螢幕的一位移的方法，該方法包括以下步驟：利用至少一懸臂式位移感測器支撐該觸碰螢幕，該懸臂式位移感測器經配置以放大該觸碰螢幕的位移；在一觸碰位置處以一朝下力量觸碰該觸碰螢幕， 該朝下力量造成該觸碰螢幕的位移；以及以該至少一懸臂式位移感測器測量該經放大位移。
13. 如請求項12所述之方法，其中該位移的放大係介於5倍(5X)及10倍(10X)之間。
14. 如請求項12所述之方法，其中該至少一懸臂式位移感測器係具有一長軸，且進一步包含以下步驟：將該至少一懸臂式位移感測器支撐於相鄰一支撐底座的一外部邊緣，而該長軸大致上平行於該外部邊緣。
15. 如請求項12所述之方法，其中該至少一懸臂式位移感測器係包括複數個位移感測器，且包含以下步驟：以該等懸臂式位移感測器的每一個測量該位移的總量。
16. 一種測量於一觸碰螢幕上多數觸碰位置處之觸碰力量的方法，該方法包括以下步驟：判定該多數觸碰位置，其中該等觸碰位置包含個別的觸碰位置面積；測量在多數測量位置處該觸碰螢幕的多數位移，該等測量位置係與該等觸碰位置不同；根據該等觸碰位置實行對該等經測量位移的套配，以獲得在該多數觸碰螢幕位置處的位移；建立在該多數觸碰位置處該觸碰螢幕的位移與在 該個別多數觸碰位置處的施加分佈負載的關聯；以及以該等相關聯觸碰位置面積乘上該等施加分佈負載的每一個的方式，判定在該多數觸碰位置處的觸碰力量。
17. 如請求項16所述之方法，其中該觸碰螢幕具有一周圍，且其中該等測量位置係相鄰於該觸碰螢幕周圍。
18. 如請求項17所述之方法，其中該多數位移的測量係使用至少一懸臂式位移感測器實行。
19. 如請求項18所述之方法，其中該至少一懸臂式位移感測器係經佈置相鄰於該觸碰螢幕周圍，並具有一長軸，該長軸大致上平行於該相鄰觸碰螢幕周圍。
20. 如請求項14所述之方法，其中測量該等觸碰位置之步驟包含以下步驟：運用電容式感測或光學式感測。
21. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：利用電容式或光學式感測測量該等觸碰位置面積。
22. 一種電子裝置，其包括如請求項1至請求項6或請求項9至請求項11的觸碰螢幕組件。