TWI308709B - Contact sensitive device and method of determinign information relating to a contact thereon - Google Patents

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TWI308709B
TWI308709B TW092134393A TW92134393A TWI308709B TW I308709 B TWI308709 B TW I308709B TW 092134393 A TW092134393 A TW 092134393A TW 92134393 A TW92134393 A TW 92134393A TW I308709 B TWI308709 B TW I308709B
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Description

1308709 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於接觸敏感裝置。 【先前技術】 視覺顯示器通常包含某種形式的觸控敏感螢幕。隨著下 一代可攜式多媒體裝置（如掌上型電腦）的出現，此種現象變 得曰益普遍。使用波來偵測接觸之最完善的技術為表面聲 波（Surface Acoustic Wave; SAW)技術，該技術在玻璃螢幕 的表面上產生高頻波，並使用由手指接觸而引起的高頻波 哀減來偵測觸控位置。此技術為「飛行時間」型，其中使 用干擾到達一或多個感測器所需的時間來偵測接觸位置。 當介質以非分散的方式作用，即波的速度不會在有關頻率 範圍上大幅變動時，該方法可行。 在本發明人的 WO01/48684 與 PCT/GB2002/003073 中，提 出了兩種接觸敏感裝置及其使用方法。在該等兩份申請案 中，該裝置可包括一能支承彎曲波振動的部件以及一安裝 於該部件上賴測量該部件中的彎曲波振動並且用於將一 信號發送至-處理器之感測器，#中從該部件之表面上所 作的接觸在該部件中所產生㈣曲波振㈣化來計算有關 該接觸的資訊。 彎曲波振動意味著一激發 該部件發生平面外的位移。 具有完全平方根離差關係之 彎曲與剪切彎曲之混合彎曲 ，例如藉由接觸，該激發會使 許多材料都會彎曲，某些材料 純青曲’而某些材料則具有純 離差關係說明波的平面内速 89931-961213.doc 1308709 度與波的頻率之相依性。 彎曲波具有優點，如提高強固性以及降低對表面刮傷的 敏感性等。然@，彎曲波為分散波，gp f曲波的速度從而 「飛行時間」與頻率有關。-般而言，一脈衝包含大範圍 的頻率成分，因此如果該脈衝行進一較短距離，高頻成分 會首先到達。在WO01/48684 與 PCT/GB2〇〇2/〇〇3〇73t，^ 應用將所測量的彎曲波信號轉換成一來自非分散波源的傳 播信號之校正，以便可應用雷達與聲納領域所使用之技術 來偵測接觸位置。 【發明内容】 根據本發明之一方面，會提供一接觸敏感裝置，該裝置 包括一能支承彎曲波之部件、安裝於該部件上用於測量該 部件中之彎曲波振動的三個感測器，其中每個感測器可= 定一所測量的彎曲波信號，以及一從該等所測量的彎曲|皮 信號計算該部件上一接觸之一位置的處理器，該接觸敏感 裝置之特徵在於該處理器計算每個所測量彎曲波作號之 相位角’然後計算至少兩對感測器之相位角 n〜丨的—相位 差異’並從該相位差異決定該接觸之該位置。 根據本發明之一第二方 百风伏一種决定與 、 …、钱觸每 感裝置上一接觸有關的資訊之方法，該方法之步驟包括 提供一能夠支承彎曲波的部件以及安裝於該部件上用、 量該部件中的彎曲波振動之三個感測器；在該部件的二\ 置處施加一接觸；使用每個感測器來決定— ’ 又尸坏冽置的彎d 波信號以及從該所測量的彎曲波信號計算一接 嗎之該彳 89931-961213.doc ._ :.. DO.丄-άΙ3087Θ9 :該=的特徵在於計算每個所測量彎曲波信號的一相 =計：至少兩對感測器之相位角之間的相位差異以及 該4至少兩個所計算的相位差異決定該接觸之該位置。 下列特徵可應用於該裝置與該方法，其中將該處理器調 適以提供該方法之許多計算或處理步驟。 :藉由將-吸收器放置成與該部件之邊緣接觸而抑制反 :波。該吸收器與部件之力學阻抗可選擇為使得該部件之 =的彎曲波反射減至最少。特定言之，所選擇的阻抗使 付弯曲波能量在圍繞所選頻“的頻帶中受到強烈的吸 收。該吸收器的阻抗可選擇成兼具抗性與相容性。該等阻 抗可選擇成滿足下列等式：
Zr =_ίΖΒ(ω〇) 其中ΖΤ為吸收器的終止阻抗，且Ζβ為該部件邊緣的力學 阻抗。 該吸收11可^料轉製成，該等料歸可具有開孔 或閉孔且可為聚安I旨或聚氯乙婦。例如，該泡珠可為一軟 PVC、閉孔為主之料，如miersTM，或—中等密度至高 密度開孔聚安酯泡珠。另—類已發現的合適泡料丙稀酸 閉孔泡珠。此等泡沫可具有較高的阻尼度以及較高的硬 度。此類特性尤其適合於硬、重材料如玻璃的邊緣終止。 範例包括3M序列號碼4956、491〇、495〇與4655。該吸收器 可實貝上圍繞該部件之周邊而延伸。該吸收器可當作一安 裝架，用於將該部件支撐於一框架中或至另一表面。 該部件的表面上可包括一凸起的圖案，從而橫跨該表面 8993l-96l213.doc 所，拉的一接觸為該部件提供—可變的力以在該部件中產 八彎曲波該圖案可為具有—統計上良好定義之空間波動 佈之週期性或準週期性圖案。該圖案可為隨機圖案，從 左在該σρ件之表面上行進的接觸產生—隨機彎曲波信號。 =子雕圖案可為抗反射塗層、-防眩表面光製或-敍刻 光製h纟電子顯示器之前部所放置的許多熟知透明面板 上所發現的圖案。 可藉由具有以所選頻率ω。為中心且具有一頻寬的帶通 濾波器來處理每個所測量的彎曲波信號。滤波器的頻寬△. 最好選擇成解決Doppler(都卜勒）效應，其中一彎曲波到達 -點時的頻率與其原始頻率不同。因A，頻寬最好符合以 下關係：
Aa»2k(〇)0)ymiK 其中乂《„^為橫跨該表面之接觸的最大橫向速度，例如，如 果該接觸係'由i控筆提供’則vmax為使用者能夠移動觸控 葦的最大速度。 每個已過減信號的相位可藉由與一參考信號比較而得 到。參考信號可具有-頻率^所測量相位係輸人與參考 L號之間的平均相位差異，最佳在間隔2“^期間測量。或 者’參考信號可從一第二感測器之一已過濾的信號導出， 在該If形下，所測量的相位為兩個輸入信號之間的差異。 相位差異可以2 的間隔予以計算，該間隔可為小於ι〇 咖之間隔。可將參考與輸入信號饋送至一相位该測器。相 位偵測器的輸出可饋送通過具有約W2之截斷頻率之低通 S9932-9612J3.doc 1308709 滤2、錢通過數位化器、最後通過—處理器以計算相 位01⑴與&⑴可滿足相 兩個所測量彎曲波信號的瞬時相 位差等式： =k(o0)AXlm +2^ 其中Axmm，（Xm與Χι分別為從接觸位置至標有m與^ 之每個感測器的距離)’Μ⑷為波向量。如果兩個感測器 之間的路徑長度差異小於帶通遽波器之相干長度，則可滿 足此等式，帶通濾波器之相干長度可定義為： ν _ 2脚0 /Vq — _
Aak(a0) 相干條件因此為|Δχ扣c。如果未滿足相干條件，則可能 不滿足上述相位等式。 因此’需要〜與相位角差異的值來決定接觸的位置。該 部件的形狀可選擇成將&^的幅度限制為小於一波長之」 半的值，即|Δ^|<^/]{Κ)β在此情形中，如果Δ^之所有可能 的值滿足條件h|<;r/kK)，僅有一個^值為滿足 的整數^。或者，n可以某種方式加以估計或推 斷。 每個才Μ立角差異結纟整數〜之可能值的範圍可用以產生 一系列的路徑長度差異，從而在該部件之表面上定義—系 歹J的離散雙曲線，以表示可能的接觸位置。可藉由繪製每 個路徑長度差異所定義的每條雙曲線並選擇大量雙曲線相 交或近乎相交的一點而決定該接觸位置。此點可能為真實 的接觸位置。 B9931-961213.doc 1308709 如果〜未知，則決定接觸位置所需之雙曲線系列的最小 為一並且藉由增加欲繪製之雙曲線的數目而增加決 :正確接觸位置的可能性。可使用多個感測器，其中可為 每對感測器計算-相位角差異，從而產生多條雙曲線。在 此項具體實施例中，感測器的最小數目為三。 或者，如果〜未知，則可將來自每個感測器之所測量的 彎曲波信號分成兩個或多個離散頻帶，其中可為每個頻帶 並=每對感測器計算-相位角差異。雖然可從單對感測器 計算多個相位角差#，但不同頻率下的相位角差異係從相 同的路徑長度差異導出。因此，感測器的最小數目為三。 可藉由具有不同通帶頻率之至少兩個帶通濾波器來處理彎 曲波信號’藉此分割頻帶。例如’使用具有頻率^以及 之兩個帶通濾波器，兩個感測器之相位角差異岣、△久 可定義為 a b A0a =k(«〇 +as)Ax + 2ma = k(〇j〇 - c〇s )Δχ + 異 其中Δχ為該接觸與感測器位置所定義之單路徑長度差 因此，可選擇〜與!^的值，使得所測量的相位角差異可推 斷出路徑長度差異的類似值。僅有一 κ，叫)值級合滿足此 點。在此情形下’可決定路徑長度差異的真實值。正確的 組合（na，nb)可決定為使以下表逵彳
Hi从-2叫|卜表達式最小化的值組合： k(o0+®5) k(i〇〇-iy5) 路徑長度差異則可估計為： 89931-961213.doc I30870f /
—·*- —^ ..… I Δχ=— A0b - 2^nh、 如果對兩對感測器重複此程序，則可決定兩個路徑長度 差異，該等兩個路徑長度差異進而可用於決定接觸位置。 或者，如果未知，則可使用W〇〇1/4嶋與pcT/GB2〇〇2/ 〇_73(如圖U所概述）中所教導的方法來作出接觸位置的 初始決定。然後，可假定該接觸比彎曲波移動更慢，因此 相位角差異在時間標度At期間變動較小的增量。因此，打的 每個值可經過選擇以最小化路徑長度差異的變動。 所測量的相位角差異可包含會導致選擇不正確η值之隨 機錯誤。例如可藉由狀態空間估計器如廣為人知的〖—an 濾波器來評估η之連續序列的可能性，藉此減輕此錯誤。會 選擇具有最大可能性測量值的序列。 狀態空間估計器提供-系統（會對該系統進行雜訊測量） 之内部狀態之估計。狀態空間估計器的必要輸入為系統狀 態之演變的統計說明。該狀態的一範例為說明與該部件接 觸之物體的位置與速度之座標組。廣為人知的係，Kaiman 濾波器與其他狀態空間估計器可提供所觀察到的雜訊測量 之序列與系統狀態之模型相一致之可能性的測量。 一狀態空間估計器因此可用以採取在不同時間（例如I L L…）所作的一對路徑長度差異（例如δ^與“Μ)之序列 來估計該等時間的系統狀態，即接觸的位置與速度。而且， 可評估路徑長度差異之該等值與系統模型相一致之總體可 能性。 如果從一相位角差異序列與一組整數（n=n(ti)，n(t2)， 89931-961213.doc -12- 1308爾卉 η⑹，.·.)獲得該路徑長度差異序列，則藉由狀態空間㈣ 器所產生之可能性的測量值可心推斷已選擇η之正確值 的可能性。由此得出結論1於選擇整數η之正確序列的方 法係找到狀態空間估計器給予最大可能性測量值的序列。 如上所述’狀態空間估計器使用系統狀態演變之某統計 說明。接觸移動的適當模型可為—簡單的隨機步行。或者， 該模型可採用使用者如何移動觸控筆或手指之詳細統計說 明。-範例為使用者在寫入文字或個別字元時如何移動一 鋼筆的統計說明。 處理器可進-步調適為在該決定㈣中包含任何有關接 觸預期位置的可用資訊。例如，如果該部件為-圖形使用 者介面之輸入裝置，纟中使用者可選擇按了「按*」，則有 用的係，假定該部件上的任何接觸在與該等按紐對應之離 散區域内發生。 或者，可使用接觸可能發生之機率的地 基於使用者的預期行為。該裝置可包括—具有圖形使^ 介面（Gm)之軟體應用程式，其利用—應用程式介面（Αρι) 與作業系統互動，其中ΑΡΙ係調適用於產生機率地圖。該機 率地圖可基於圖形使用者介面所呈現之物體的位置、=小 以及使用頻率。該機率地圖亦可基於有關啟動各種Gm元件 之相對可能性的資訊。 下列特徵可應用於本發明的全部具體實施例。該裝置可 包括記錄構件，用於當該接觸橫跨該部件移動時，隨時間 記錄來自該感測器或每個感測器之所測量的彎曲波信號。 89931-961213.doc • 13 . 可中計算與接觸有關的資訊。該等感測器 =於該縣之邊緣處或與該部件之邊緣隔開。感測器 =可將f曲波振動轉換成類比輸入信號之感測轉換器 該部件可採用板或面板的形式。該部件可為透明或非透 歹’如具有一印刷圖案。該部件可具有均勻的厚度。或 2該部件可具有一更複雜的形狀，例如一曲面及/或可變 该裝置可為純被動感測器’其中藉由一初始衝擊或藉由 =1 摩擦移動來產生彎曲波振動，從而產生所測量的 / 该接觸可採用一手指觸控或觸控筆(其可為手 夺鋼筆的形式）觸控的形式。觸控筆在該部件上的移動可產 生-連續的信號’該信號受到觸控筆在該部件上的位置、 壓力以及速度之影響。該觸控筆可具有—撓性尖端、例如， 橡皮尖端’該尖端藉由向該部件施加一可變的力而在該部 2產生弯曲波。該可變的力可由黏著於該部件之表面或 榣該部件之表面滑動的尖端來提供。當央端橫跨該部件 移動時’會產生―張力’該張力在某臨界值處會造 i該尖端與該部件之間的任何黏合破裂，從而允許尖端橫 表面滑動°彎曲波可具有超聲波區域（>20 kHz)内的的 頻率成分。 該部件亦可為一聲輻射器，並可將-發射轉換器安裝於 該部件上’以便在該部件中激發彎曲波振動，以產生一聲 輸出。該轉換器的聲頻信號之頻帶最好不同於並且不重疊 89931-961213.doc •14· 1308709 於感測器之測量之頻帶。聲頻信號因而可得以過濾，例如， 聲頻頻帶可限於20 kHz以下的頻率，而振動測量可限於2〇 kHz以上的頻率。一感測器可具有雙重功能性並且當作發射 轉換器。 該或每個發射轉換器或感測器可為一彎曲轉換器，其與 該部件例如一壓電轉換器直接焊接。或者，該或每個發射 轉換器或感測器可為一在單點處與該部件耦合的慣性轉換 器°慣性轉換器可為電動轉換器或壓電轉換器。 根據本發明之接觸敏感裝置可包含於一行動電話、膝上 型電腦或個人資料助理中。例如，傳統上裝配於行動電話 的袖珍鍵盤可由一連續模具（其為根據本發明之觸控敏感 裝置）替代。在一膝上型電腦中，當作一滑鼠控制器發揮作 用的觸控板可由一連續模具（其為根據本發明之接觸敏感 裝置）替代。或者，該接觸敏感裝置可為一顯示器螢幕，例 如包含液晶之液晶顯示器螢幕，其可用於激發或感測彎曲 波。顯示器螢幕可呈現與接觸有關的資訊。 【實施方式】 圖1說明一接觸敏感裝置1〇,其包括一安裝於顯示裝置14 則方的透明觸控敏感板12。顯示裝置14可採用電視、電腦 螢幕或其他視覺顯示裝置的形式。使用一鋼筆形式的觸控 筆18來將文字20或其他内容寫在觸控敏感板12上。 透明觸控敏感板12為一能夠支承彎曲波振動的部件，例 如一聲裝置。如圖2所示，將用於測量板12中彎曲波振動的 四個感測器16安裝於該板的下側。感測器16採用壓電振動 89931-961213.doc -15. 1308709 感測器的形式，並且會在板12的每個角落安裝一個感測 器。至少一個感測器16亦可當作一發射轉換器，用於在板 中激發彎曲波振動。以此方式，該裝置可當作一組合式揚 聲器與接觸敏感裝置。 由泡沫塑膠製成的安裝架22係附著於板12的下側並實質 上圍繞板12的周邊而延伸。安裝架22具有黏性表面，從而 該部件可牢固地附著於任何表面。安裝架與板的力學阻抗 經過選擇而使板邊緣的彎曲波反射減至最小。 安裝架與板的力學阻抗之間的關係可藉由考慮圖3所示 的一維模型而加以近似。該模型包括一樑形式之波導34 , 其終止於具有一終止阻抗的邊緣安裝架36。沿波導34向下 行進的入射波38係由安裝架36反射而形成一反射波4(^入 射與反射波係、沿垂直於邊緣之方向㈣的平面纟。假定安 裝架36滿足下列邊界條件： ⑴終止阻抗僅輕合進橫向速度，即其不提供任何扭矩阻 力；從而彎曲力矩在邊緣處等於零，以及 (Π)邊緣處橫向剪切力與速度的比率等於終端阻抗； 女裝架的反射係數係由下式給定： R(〇)= -Ζτ/ΖΒ(ο)-ί ZT /ZB(<y) + l 其中Ζτ為安裝架的終止阻抗’並且ΖΒ為波導末端的力學 阻抗’由下式給定 ZB(G»=B^)(1 + i) 2ω 八中k(a>)為波向量，其根據面板的彎曲硬度β以及每單位 面積的質量V來表示， 89931-961213.doc •16- 1308709 ( f \l/4 k =〔f)心 因此，反射係數取決於波導末端與安裝架之阻抗的比 率。此外，波導的阻抗與頻率的平方根成正比，並且具有 權重相等的實與虛成分（即：/4相位角因此，反射係數可 能與頻率有很大關係。 如果下列條件得到滿足，則反射係數消失，即在圍繞⑺。之 頻帶中強烈吸收彎曲波能量： Ζτ =-ΐΖΒ(β)0) 因此，該安裝Μ終止阻抗必須兼具實與虛成分，或等 效地’該安裝架必須兼具抗性與相容性。 該板可為例如lmm厚的聚碳酸酯薄片，其每單位面積質 量為//=1.196kgm-2，並且彎曲硬度為B = 0·38Nmβ以上等 式可用於計算板的阻抗以及強烈吸收所選角頻率 %=2π(900 Hz)周圍的彎曲波能量所需之吸收器的阻抗。 板之母單位寬度阻抗（1 mm樑近似值）為： 4〇。）=(1+1)33.8 N s m·2。 提供所需吸收之吸收器的特性因而為·· 每單位寬度的阻力，
Re(ZT)=Im[ZB(6；0)] = 33.8 N s πΓ2。 每單位寬度的硬度， -i 1111(7丁）〇。=；^[28(©0)]©。= 1.91><105 N m·2。 反射係數為無單位複數。圖4a以及仆為說明反射係數R(<y) 之振幅與相位隨頻率變動的曲線圖。當叫近似等於Hz 時’反射係數的振幅為零，反射係數的相位為倒相。 8993i-96i2i3.doc 17 1308709 在圖5a與对，板12具有均句的表面輪度且採用凸起表 面圖案28、29的形式◊沿路徑3〇橫跨該表面拖拉觸控筆a， 當觸控筆18通過圖案上—凸起部分或線時，便在該部件中 產生彎曲波32。因此，觸控筆18的接觸在該部件中提供— 彎曲波振動來源。在圖5&中，表面圖案28為凸起交又線之 週期性圖案’而在圖％中，表面圖案29為隨機浮雕圖案。 在圖2、5a與5|3之具體實施例中，當接觸在該部件之粗糙 表面上移動時，彎曲波在該部件中從接觸點各向同性地輻 射。該部件在距離X處從接觸點的位移藉由一轉移函數玛％ X)而與接觸點處的位移相關。在距離大於波長又4 π/k(… 時’轉移函數可近似為，
Hrffl；v)= A cik(^x，
Vk(〇))x 其中A為常數且k(e)為先前定義的波向量。雖然嚴格地 說，H( ，X)僅適用於無限板上的彎曲波，但因為安裝架強 烈吸收彎曲波振動，故該關係得以滿足。轉移函數顯示， 如果一彎曲波來源發射一純正弦頻率，角頻率為ω。，則對 於該來源，在距離心與&處的兩個位置與接觸點的位移之間 的相位差異Α化為 exp(iA012) = expfikiOoXx! - x2)l 這意味著相位角差異、路徑長度差異以及—整 數以2之間的下列關係。 Αθη =θχ~θ2= k(ej〇)Ax12 + 2mn 圖6說明使用此等式來決定接觸位置之方法中的步驟： a)使用各感測器來測量一彎曲波信號，以提供已測量的彎 89931-961213.doc
-«I 1 β〇§7〇ψ 曲波信號Wi⑴與Wj⑴， b) e十算所測量彎曲波信號％⑴與％⑴之相位角ι⑴與 …⑴， 、 c) 計算兩個相位角$⑴與θ』⑴之間的差異， d) 從下式計算接觸位置； k^JAx.j =A^-2milj 圖7a說明-裝置之示意方塊圖，該裝置用於計算該等感 測器之一所測量之彎曲波W』⑴的相位角Θ j。W j⑴為隨機信 號，因而在長時間標度期間不相關。該信號首先由放大器: 42加以放大，然後一類比帶通濾波器44加以處理，該帶通 濾波器的通帶以ω。為中心、，並且頻寬為^。 f曲波的移動來源可證明D〇ppler效應，其中一具有頻率 並由一以速度v朝部件上一點移動的來源所發射之彎曲 波到達該點時具有所定義的一不同頻率。因此， 該部件上兩個不同點處的f曲波之間的最大角頻率偏移為 2k⑷vmax’其中Vm“移動來源的最大速度。如果角頻率 偏移變得大於帶通濾波器的寬度，則以上相位差異等式不 成立。因此，將遽波器44的頻寬△禮定為大於此最大頻率 偏移，因而符合以下關係： "’' Δβ>» 2k(iy0)vmax 由;慮波器44處理後，所產生的已過遽信號^⑴為—具 頻率叫之振幅與相位調變載體，並由下式加以定義：
Wj⑴=A』⑴sinht + ⑴] 其中Aj⑴與⑴為該信號的振幅與相位。在時間標度&期 89931-961213.doc -19· 1308709? 设1 =，取決於濾波器的頻寬，即Δί=2 。可從帶通遽 波盗輪出作獨立相位角測量之最大頻率為去。因為觸控感 測器通常每ίο ms提供—更新的接觸位置測量，位置測量的 最小頻率之條件為义<1〇1118。 <然後將已過濾的信號⑴同時發送至兩個類比相位偵 測器46。此類偵測器在本技術中已廣為人知，例如，參見 Horowitz與η出的「電子技術」第⑷頁。亦將各具有頻率仿。 但相位差異為"/2的參考信號饋送至兩個相位偵測器。相位 偵測器的輸出通過各具有約△歲截斷頻率的低通滤波器 48。低通濾'波器的輪出分別與⑽(Θ』)與si，成正比。此等 輸出然後係藉由數位化器50加以數位化並由處理器52加以 處理，以便提供相位角0』。 圖几說明圖7a中所用之參考信號可如何產生。在一第二 感測器處測量一第二彎曲波信號％⑴。將該信號饋送通過 放大器42 W及類比帶通濾波器44，以便產生—已過滤的 信號W,j⑴。已過濾的信號W，j⑴形成直接饋送至—相位偵 測器46的參考信號。亦經由一裝置將已過遽的信號饋送至 第二相位制器46,該裝置將該信號的相㈣“/2。❹ 相位偏移錢料第：相則貞測㈣的參考信號。 圖8a至峨明相位角差異因而路徑長度差異如何用於計 算接觸位置。圖6之步驟⑷中的等式定義可覆蓋於板12±的 雙曲線。圖8a說明你田 4ki #、 乃使用一對感測器16(板12之短側的各端均 安裝-個)之三個不同的〜值以及所計算的相位角差異所 產生的一條雙曲線26。同樣地，圖8b與8e說明藉由兩對其 89931-961213.doc •20- 1308709 他的感測器之相位角差異以及不同的ι值而產生的雙曲線 26。圖8d說明由感測器所產生的全部雙曲線。接觸位置24 為二條雙曲線的交點，每對感測器各對應一條雙曲線。可 從接觸位置24推斷„/m的正確值。 可使用圖9中所示之具體實施例來實施推斷n之方法。每 個感測器所測量的彎曲波信號Wi⑴係由兩個帶通濾波器 48 54同時處理。計算兩個相位角，每個濾波器各對應一 個一例如如圖7所述。濾波器48、54具有略微不同的通帶 頻率，其中由每對感測器提供兩個相位角差異，每個通帶 頻率各對應一個差異。 感測器的相位角差異从、可定義為： △A = k(o。+ % )Δχ + 2;zna ^h= k(G)0 - ^ )Δχ + 2mih 其中Δχ為接觸與感測器位置所定義之單路徑長度差異。 正確的組合(na，nb)可決定為使以下表達式最小化的值组 合： ^Aeh-2mh kOo+c^) kO。-%)
路徑長度差異則可估計為： 2ν^®〇+〇>ί) k(6?0J 對墩測器則可用於決定 力一 峪徑長度差異 路：長度差異在該面板上定義一雙曲線。此等兩條雙曲、， 的交點為接觸位置。如圖8a至8d所示，繪製雙曲線，並」 最大數目之雙曲線的交點报可能為真實的接觸位置。 S993 l-961213.doc -21 - 1308709 圖ι〇說明一用於從以上等式計算接觸位置的替代方法， 即： / ， i.測量一對彎曲波信號％⑴與Wj(t)，每個信號分別係由 一感測器測量； Π·使用圖Π與Ua中所述之方法計算兩個信號之離差校 正的相關函數； iii_使用離差校正的相關函數計算接觸的初始位置，如圖 11與11a所述； iv. 重新測量彎曲波信號Wi⑴與％⑴； v. a十算每個信號的相位角-例如’如圖73與7b所述； vi·計算相位角之間的差異； vii_選擇使路徑長度差異的變動最小化的、值； viii·繪製由下式所定義的雙曲線： k(<w〇)A^ij ~2mi} 汰重複步驟（iv)至（viii)，重新測量規則間隔泣（例如 Μ=2π/Λω)的彎曲波信號。 在步驟(vm) ’需要來自數對不同感測器的兩條雙曲線之 最小值來決定接觸位置。因& ’必須為至少兩對感測器同 時實行整個程序。因此，必須決定兩個相位角差異的最小 值。如圖9所述’藉由使用兩個感測器並將該信號分成兩個 頻帶而產生兩個相位角罢里。+ ^ ^ 月差呉或者，可使用多個感測器， 以便使用數對不同的感測ϋ來計算多重相位角差異。 圖11說明計算離差桉正的$ & θ 仪的相關函數以顯示接觸位置與感 測器之間的路徑長唐矣里夕士、+ 抆度差異之方法。以下提出的方法概述了 89931-961213.doc -22· 13^7091 / PCT/GB2G()2/_73t之資訊。該方法包括下列步驟 0)測量兩個彎曲波信號％⑴與W2(t)，· ()冲算Wi(t)與W2⑴的傅立葉變換以得到免㈣與化㈣並因 而侍到中間函數W1⑻穴⑻；其中命:⑻為複數共軛傅立葉變 換’ t代表時間，0為2;^，其中£為頻率。 (c) 3十异一第二中間函數Μ(β))，其為一免⑻你:⑽之函數 (d) 與（e)在實行步驟（&)至（(；）的同時，使用預定的面板離差 關係k = (；//BrV^來計算頻率延伸運算吵卜心/时，4‘。 (f) 組^ My)與f(6)) = V(///By“^以得到離差校正之相關函數： 邱）=5 [M[f⑽]exp(ii〇t)dGj ;以及 (g) 根據時間繪製離差校正之相關函數，峰值發生在時間h 處’如圖1 la所示； (11)從tu計算△、； axu為從第一與第二感測器至接觸的路徑 長度Χι與x2之間的路徑長度差異。 (1) Δχ1ζ定義一雙曲線，其可如圖7所示繪製，以計算接觸位 置。 如使用圖10之方法’需要兩條雙曲線的最小值來決定接 觸位置。因此，上述產生更多雙曲線之方式可應用於此方 法。 第二十間函數Μ〇)可簡單地為灾㈣舍:㈣，其可提供一標 準的離差校正之相關函數。或者，Μ(ω)可從下列函數中選 擇’此等函數皆會產生標準的離差校正之相關函數的相位 等效函數： 89931-961213.doc •23-
|w丨⑻w2*㈣丨 抑仞)％(«)! c) M㈣=免⑽欠⑻兔⑻兔》|j其中 1 nx)為—實值函數 d) M⑻=免㈣命2»㈣’其中γ(ω)為— 4 頁值函數 或者，Μ㈣可為函數β⑻，其為相關函數D⑴的傅立 換：D⑴ ^J^W/t + OW/t，)*, 、 該等步驟為計算D(t);計算0(fi))並應用一頻率延伸運算以 得出離差校正之相關函數：GW = 士 £J0[f⑻]6χρ(_ω。 或者，1在步驟（f) ’可計算下列離差校正之相關函數： G(t) = ^ [古丨[f㈣呢[f㈣]<^[f㈣]exp(i〇rt)dfi> 其中 <^i2 (®) = S^i,j(G>)W2*j(i»)exp[-ik(6>)Ax.]
j ’ J 其中{九(〇)}與{ <(ί〇) }為兩個所測量之彎曲波信號（％ j(t)) 與{wyt)}的傅立葉變換與複數共輛傅立葉變換，且{如』}為 路徑長度差異。 一感測器可當作第一與第二感測器，其中該離差校正之 相關函數為一自動相關函數。可使用冒1(〇 =貿2(1)對該離差 校正之相關函數應用相同的步驟而計算自動相關函數。 圖12a說明一兼作揚聲器操作的接觸敏感装置。圖12b說 明用於將聲頻信號以及所測量的信號分成兩個不同的頻帶 以便抑制聲頻信號對已處理之所測量信號的貢獻之方法。 該裝置包括一部件106,其中藉由一發射轉換器或驅動器 89931-961213.doc -24-
1308709 刚與該接觸產生彎曲波。反射轉換器將一聲頻信號施加於 科106以產生-聲輸出在施加於該部件之前，藉由 通遽波器112過㈣聲㈣號，如0m所示，㈣波器移 除臨界頻率f〇以上的聲頻信號。 如圖m所示，該接觸產生一信號，該信號之功率輸出在 :較大頻帶上實質上不變。將來自該接觸的信號與該聲頻 信號加總以得到一組合式信號’該組合式信號通過高通濾 波器114以移除臨界頻率£。以上的信號。然後將該已過據： 信號傳送至一數位化器116以及—處理器118上。 【圖式簡單說明】 上文已藉由範例在附圖中概略性說明本發明，其中： 圖1為根據本發明一方面之觸控敏感裝置之示意平面圖； 圖2為圖1之裝置之示意透視圖； 圖3為一維樑之示意側視圖； 圖4a為說明反射係數之振幅對頻率（Hz)之曲線圖’因振 幅為一比率故無單位； 圖4b為說明反射係數之相位（以弧度為單位）對頻率（Hz) 之曲線圖； 圖5a與5b為替代性觸控敏感裝置之示意透視圖； 圖6為根據本發明找到接觸位置之方法之流程圖； 圖7a為用於計算相位角之設備之示意方塊圖； 圖7b為結合圖7a之設備使用之設備的示意方塊圖； 圖8a至8d為根據本發明之設備之平面圖，說明路徑長度 差異之雙曲線； 89931-961213.doc •25· 130870936 / 圖9為用料算相位角之#代性設備之示意方塊圖； 圖10為說明計算接觸位置之替代性方法之流程圖，· 圖11為使用離差校正之相關函數計算接觸位置之方法之 流程圖； 圖11 a為離差校正之相關函數對時間的曲線圖，以及 圖12a為兼作一揚聲器操作之接觸敏感裝置之示意方塊 圖，以及 圖12b說明在圖12a之裝置中分離聲頻信號與所測量彎曲 波信號之方法。 【圖式代表符號說明】 10 接觸敏感裝置 12 觸控敏感板 14 顯示裝置 16 感測器 18 觸控筆 20 文字 22 安裝架 24 接觸位置 26 雙曲線 28 凸起表面圖案（週期性） 29 凸起表面圖案（隨機） 30 路徑 32 彎曲波 34 波導 89931-961213.doc -26- 1 11308709 36 邊緣安裝架 3 8 入射波 40 反射波 42 放大器 44 類比帶通濾波器 46 類比相位偵測器 48 低通濾波器 50 數位化器 52 處理器 54 帶通濾波器 106 部件 108 轉換器或驅動器 112 低通濾波器 114 高通濾波器 116 數位化器 118 處理器 89931-961213.doc -27-

Claims (1)

  1. W 1308709 拾、_請專利範園： L 一種接觸敏感裝置，包含： —能夠支承彎曲波之部件； 安裝於該部件上用於測量該部件中之㈣波振動之複數 個感測器，其中每個感測器測定一所測量的蠻曲波作 號，•以及 ° -處理器’該處理器藉由該等所測量的彎曲波信號計算該 部件上一接觸之位置； 該處理ϋ計算每個所測量彎曲波信號之—相位角以及至 少兩對感測器之相位角之間的一相位差，以便計算至少 兩個相位差，並從該等至少兩個相位差計算該接觸之位 置。 2·如申請專利範圍第1項之接觸敏感裝置，其包含： 在該部件之邊緣處具有一吸收器，從而反射波得以被抑 制。 3·如申請專利範圍第2項之接觸敏感裝置，其中選擇該吸收 器與該部件之力學阻抗，以使來自該部件之邊緣的彎曲 波反射減至最小。 4·如申請專利範圍第3項之接觸敏感裝置，其中選擇該等阻 抗’使得彎曲波能量在圍繞一所選頻率ω。之一頻帶中被強 烈吸收。 5·如申請專利範圍第4項之接觸敏感裝置，其中選擇該等阻 抗以滿足下列等式： ZT = —iZB{〇)Q) 89931-961213.doc 13087j)9^ ^ 曰緣(亨正替換頁 其中ζτ為吸收器的終止阻抗’且Ζβ為該部件之邊緣的 力學阻抗。 6. 如申請專利範圍第4項之接觸敏感裝置，其包括： 一用於過濾每個所測量之彎曲波信號之帶通濾波器，該濾 波器具有一以該所選頻率ω。為中心的通帶以及一頻寬 7. 如申請專利範圍第6項之接觸敏感裝置，其中該遽波器之 該頻寬Δω符合以下關係： Δω » 2^(®0)vmax 其中Vmajc 為該接觸的最大橫向速度。 8·如申請專利範圍第2至5項中任一項之接觸敏感裝置，其 中該吸收器係由泡沫塑膠所製成。 9. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之接觸敏感裝置，其 中該部件在其表面上包括一凸起的圖案，從而橫跨該表 面所拖拉之一接觸為該部件提供一力，以在該部件中產 生彎曲波。 10. 如申請專利範圍第9項之接觸敏感裝置，其中該圖案為隨 機圖案’從而在該部件之該表面上行進的一接觸產生— 隨機彎曲波信號。 11. 如申請專利範圍第10項之接觸敏感裝置，其中該圖案係 由一抗反射塗層、一防眩表面光製或一蝕刻光製所形成。 12. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之接觸敏感裝置，其 包括： 至少兩個帶通濾波器，該等帶通濾波器具有不同的通帶頻 89931-961213.doc / ϊ 1308709 / 率並同時處理由一對感琪j器所測量之彎曲波信號，從而藉 由一對感測器提供每個通帶頻率之一相位角差異。 13. 如申請專利冑圍第1至5項中任一項之接觸敏感裝置，其 包括： 在該部件上具有四個或更多個感測器。 14. 如申請專利範圍第丨至5項中任一項之接觸敏感裝置，其 包括： 使用複數對所測量之彎曲波信號之離差校正之相關函數 來決定該接觸之一初始位置之構件；以及 使用複數對所測量之彎曲波信號之間的相位角差異來決 定該接觸的後續位置之構件。 15. 如申请專利範圍第〖至5項中任一項之接觸敏感裝置，其中 其中該接觸之一相始位置’係使用複數對所測量之彎曲波 信號之離差校正之相關函數來決定；以及 其中該接觸之後續位置，係使用複數對所測量之彎曲波信 號之間的相位角差異來決定。 16·如申請專利範圍第〗項之接觸敏感裝置，進一步包括： 一相位偵測器用以測定該相位角。 17. 如申sf專㈣圍第16項之接觸敏感裝置其中該處理器 包括一低通據波器與—數位化器用於決定該相位角。 18. 如申凊專利靶圍第丨至5項中任一項之接觸敏感裝置，其 中牛為-聲輻射器，並將一發射轉換器安裝於該部 件上以在該部件中激發彎曲波振動，從而產生一聲輸出。 19_如中睛專利$&圍第18項之接觸敏感裝置，其包括：用於 89931-9612l3.doc 1308709 / 確保該聲輪出與所測量之彎曲波信號處於離散的頻帶中 2〇=申請專利範圍第18項之接觸敏感裝置，其進一步包括： 一個或多個濾波器，該（等）濾波器將聲輸出自經測得的彎 曲波信號中分離出來。 21.如申請專利範圍第1項之接觸敏感裝置，其進一步包括： 一發射轉換器’該發射轉換器被安裝在該部件上，以便於 該部件中激發彎曲波震動。 A如申請專利範圍第21項之接觸敏感裝置，其中該發射轉換 器也具有如該等感測器的功能。 23. 如申請專利範圍第i項之接觸敏感裝置，其中該部件係一 液晶顯示螢幕，該螢幕包含液晶用以激發或感測位於該 部件中之彎曲波震動。 24, 種決定與—接觸敏感裝置上之—接觸有關的資訊之方 法該方法之步驟包括：提供一能夠支承變曲波的部件以 及安裝於該件上用於測量該部件中的彎曲波振動之複 數個感測器；在該部件的一位置處施加一接觸；使用該等 感测器之每-個來決^ —所測量的彎曲波信號以及從該 所測量的弯曲波信號計算一接觸之該位置，藉由計算每個 所測篁著曲波信號的一相位角、計算至少兩對感測器之相 位角之間的一相位差異以及從該等至少兩個所計算的相 位差異決定該接觸之該位置。 25·如申靖專利範圍第24項之方法’其中該複數之感測器至少 89931-961213.doc 1308709 ^ %^ f ' 1 -· . V . . .、.，— 是四個感測器。 26.如申請專利範圍第24項之方法，包括藉由將一吸收器使 用於該部件之邊緣處而抑制反射波。 27:申請專利範圍第26項之方法，包括選擇該吸收器與該 Ρ件的力學阻抗以使來自該部件之邊緣處的彎曲波反射 減少。 28·如申請專利範圍第27項之方法，包括選擇該等阻抗使得 彎曲波能量在圍繞一所選頻率％的一頻帶中被強烈吸收。 29. 如中晴專利範圍第28項之方法包括選擇該等阻抗以滿 足下列等式： ζτ=-ίΖΒ(ω〇) 其中ζτ為該吸收器的阻抗，且Ζβ為該部件之邊緣的阻 抗。 30. 如申凊專利範圍第28或29項之方法，包括藉由一帶通滤 波器過據每個所測量的彎曲波信號，該帶通濾、波器具有 一以该所選頻率％為中心的通帶以及一頻寬△必。 3 1 ’如申”月專利範圍第24項之方法’包括應用該相位差異等 式： =θι-θη= k(a0)Axlm + 2mlm 。來決定忒接觸之該位置，其中㊀丨為一所測量之彎曲波信 號的相位角’ Xi為從該接觸位置至每個感測器的距離， 為兩個感測器的路徑長度差異’叫為波向量 以及為一未知整數。 32.如申請專利範圍第3丨項 π心力凌，包括選擇該部件以將知 89931-961213.doc 130870¾ 1¾1^ 运·換哥 的幅度限制為小於 ΙΔ6^—2ΐ|<π決定 „/m。 波長之—半的值， 以便從 33. 如申請專利範圍第31 ^ ^ ^ 万法，包括使用—對所、、a, $ 考曲波信號之離差校正 所測量之 目關函數來決定該接觫认 始位置，並選擇使該路徑 碉的一初 飞值。 …差異中之變動減至最小的 34. 如中料利範㈣31項之方法，包㈣擇—夺 值’將該系列的值與各相位角差異組合以定 〜 路捏長度差異，繚製該等路歹/的 圖，以及從一大量兮黧A46e1又聂呉之該系列曲線 值。 -、線圖相交的一點推斷真實的〜 35·如申請專利範圍第24至29項中任—項之方法，包括從卞 等複數對相位角計算多個相位角差異，緣製每個路徑： 度差異的-曲線圖以及將大量該等雙曲線相交的一點 擇為該接觸之該位置^ “ 36.如申請專利範圍以至29項中任—項之方法，包括將來 自每個感測器之該等所測量彎曲波信號分割成至少兩個 離散頻帶’以及針對每個頻帶計算_對感測器的— 角差異。 89931-961213.doc 1308709 / 柒、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（2 )圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明： 10 接觸敏感裝置 12 觸控敏感板 16 感測器 22 安裝架 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 89931-961213.doc
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