TWI827604B - 光學觸控感測器裝置與系統及其偵測器與控制器 - Google Patents

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TWI827604B
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羅伯 唐諾 麥克勞
Ｍ 大衛 阿伯特
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Abstract

本發明提供一種觸控感測器系統，該系統包括一具有周邊的感測區域、複數個光源、及圍繞該感測區域的周邊配置的複數個類比光偵測器。該系統更包括定址電路，其使用調變信號以選擇性驅動該等複數個光源之每一者，並選擇性啟動該等複數個類比光偵測器；及一控制器，其接收來自該等複數個類比光偵測器的集體偵測器輸出。來自該等類比光偵測器的輸出可為時間多工，以提供集體偵測器輸出。每個光偵測器可包括一光電二極體；一第一電晶體，其耦接該光電二極體形成一電流放大器組態，以依照光電二極體電流的函數來產生放大電流輸出；及致能電路，其依照致能輸入信號的函數以致能及禁能該光偵測器。

Description

光學觸控感測器裝置與系統及其偵測器與控制器
本發明有關觸控感測器裝置和控制器。更具體為，本發明有關包括光源陣列和光偵測器之光學紅外線(Infrared，IR)觸控感測器。
本申請案主張2018年5月18日申請的美國臨時專利申請案第62/673,539號與2018年9月21日申請的美國臨時專利申請案第62/734,932號的優先權，其整個內容在此併入本說明書供參考。
存在許多不同的觸控感測器技術。這些技術包括電阻、電容、表面聲波、光束干涉、與基於光學影像的觸控感測器技術。本發明有關但沒有限於基於光束干涉的觸控感測器，其在本說明書稱為「光學觸控感測器」。如本說明書使用的術語「紅外線(IR)觸控感測器」是指在IR範圍內工作的基於干涉的光學觸控感測器。
紅外線(IR)或其他基於干涉的光學觸控感測器通常具有優於其他觸控感測器技術的某些優點。相較於基於電容的觸控感測器，光學或IR觸控感測器可具有以下優點：其可測來自各種物件的觸控及偵測未戴手套的五根手指；其可不受射頻(Radio Frequency，RF)干擾；其可不對螢幕上的薄導電污染物(諸如水)具靈敏性；其幾乎可不發射射頻電磁輻射；其可不需要螢幕上可能降低螢幕清晰度和對比度的導電層。
IR觸控感測器通常可包括具有周邊(例如螢幕)的感測區域，其中感測區域的周邊配置IR光源和偵測器。IR觸控感測器可藉由偵測平行及靠近感測區域表面行進的多個光路徑進行操作，而且當先前無障礙路徑受到不透明物件阻斷時會注意到。單根手指的位置通常可被決定為受到阻斷或干涉的至少兩光路徑相交的位置。術語「光路徑」應理解為是行進於一光源(例如，發光二極體(Light Emitting Diode，LED))和一光接收器之間的光路徑(而且不必然是從光源發射所有光的路徑)。
在可能有較高RF雜訊位準、可見光反射造成低螢幕對比度、觸控感測器需要在大溫度範圍內運作、使用者可能想要能夠戴手套、污染物存在螢幕上、及/或需要較長的可靠生命週期的某些環境下，紅外線觸控感測器是有效益。資訊服務機(kiosk)、汽車和航空是這類環境的主要示例。
IR觸控感測器可由光束的兩正交對準陣列組成，一陣列決定手指的「X」位置，另一陣列決定手指的「Y」位置。正交光束設計的一優點是每個光源僅需要照射在相對側的單一光偵測器，因此其光可兼具相對改善光學效能的高度定向。其他IR觸控感測器可能具有來自每個光源的廣角光座落在多個偵測器上。然而，廣角光束可能造成每個偵測器更低效能和更大雜訊。因此，習知的廣角方法可能需要高功率光源、或昂貴且不可靠的機械轉向機構。
例如，在美國專利案第3,016,421號和第3,764,813號已描述不同數量LED陣列和光學感測器的組合，其整個內容併入本說明書供參考。
習知的IR觸控螢幕可能易受來自諸如環境光源及/或太陽的明亮環境光源的雜訊影響。某些常見的光干涉源包括陽光、明亮的白熾燈、和LED照明。入射在觸控感測器上的陽光位準可經調變(例如，如果觸控感測器位於行中車輛或飛機)。習知的觸控感測器控制器亦可能引起干擾。如 果光偵測器飽和(例如在陽光下)，則偵測器的輸出可能變成固定，因此抑制來自觸控感測器LED的任何附加光學信號變化。如果接收器正在尋找調變信號，則此通常可能導致產生錯誤觸控。如果接收器具有一DC臨界值偵測器，則光干涉增添到所接收信號的位準，而且可能抑制實際觸控。
一種用以減少此雜訊的方法是調變IR光源及具有一用以濾除所想要調變信號之外大多數信號的接收電路。然而，歷史上還沒有實現一種能夠在大多數光學雜訊環境下決定手指的準確位置，而可輕易購置且可安裝在螢幕周圍的窄聚光圈內的有效接收電路。例如，已在美國專利案第4,855,590號和第5,635,724號中描述調變在觸控感測器周圍LED的概念，其整個內容併入本說明書供參考。然而，習知的調變設計使用的光偵測器在正常光學干涉位準下可能飽和(導致信號損失)、太慢而無法處理不同於許多光學雜訊源的所想要調變速率、太貴、及/或太笨重。因此，需要能有改善的IR觸控感測器。
此外，習知的光束干涉IR觸控感測器可決定每個光束的數位開/關(或清除/阻斷)狀態以決定手指位置。習知的感測器無法解決部分受阻斷的光束。
此外，現正開發具有較窄聚光圈的LCD顯示器。觸控螢幕聚光圈寬度未跟上腳步，且目前需要明顯較寬的聚光圈。可能需要能夠適合圍繞觸控螢幕周圍0.3英寸或更小尺寸寬度的觸控感測器電路。
根據一態樣，提供一類比光偵測器，其包括：一光電二極體；一第一電晶體，其耦接該光電二極體形成一電流放大器組態，以根據光電 二極體電流的函數產生放大電流輸出；及致能電路，其根據一致能輸入信號的函數以致能(enable)及禁能(disable)該光偵測器。
在某些實施例中，該第一電晶體是一雙極電晶體，該雙極電晶體具有一基極和一集極的，且該第一雙極電晶體的基極連接該光電二極體，且該電晶體的集極電流基本上鏡射及放大所述光電二極體電流以產生放大電流輸出。
在某些實施例中，該致能/禁能電路是一第二電晶體。
在某些實施例中，該第二電晶體是一雙極電晶體，且該第二電晶體的基極連接該第一電晶體的集極，且一電阻器連接在該第二電晶體的基極與一用以接收所述致能輸入信號的輸入之間。
在某些實施例中，該第二電晶體的集極連接一電壓源，且該光電二極體是以逆向偏壓組態連接在該第一雙極電晶體的基極與該電壓源之間。
根據一態樣，提供一種觸控感測器系統，其包括：一具有周邊的感測區域；複數個光源與複數個類比光偵測器，其圍繞該感測區域的周邊配置，該等複數個光源之每一者對準該等複數個類比光偵測器的相對一者；定址電路，其使用調變信號以選擇性驅動該等複數個光源之每一者，而且選擇性啟動該等複數個類比光偵測器；一控制器，其接收來自該等複數個類比光偵測器的集體偵測器輸出。
在某些實施例中，每個類比偵測器包括：一第一電晶體，其耦接該光電二極體形成一電流放大器組態，以根據光電二極體輸出的函數產生放大電流輸出；及致能電路，其根據一致能輸入信號的函數以致能和禁能該類比光偵測器。
在某些實施例中，該系統更包括：一產生用於驅動複數個光源的調變信號之調變信號產生器，其中該控制器包括一相關濾波器，其從該等複數個類比光偵測器接收集體偵測器輸出並從所述集體偵測器輸出產生一濾波類比輸出。
在某些實施例中，該相關濾波器接收調變信號並根據所述集體偵測器輸出的函數與該調變信號產生所述濾波類比輸出。
在某些實施例中，該相關濾波器包括一用於濾波及放大所述集體偵測器輸出以產生預調節偵測器輸出之前端。
在某些實施例中，該前端包括一濾波器放大器與相位調整電路。
在某些實施例中，該相關濾波器包括截波電路，其可在所述濾波器放大器輸出到達一臨界值時限制所述濾波器放大器輸出。
在某些實施例中，該相關濾波器更包括執行所述預調節偵測器輸出的以調變邊緣為主的取樣與相關之取樣和相關電路。
在某些實施例中，該取樣和相關電路包括：第一類比取樣電路，其根據調變信號的函數在信號峰值處取樣該預調節偵測器輸出信號，以產生一相關最大信號；第二類比取樣電路，其根據調變信號的函數在信號谷值處取樣該預調節和相位調整偵測器輸出信號，以產生一相關最小信號；及一類比減法器，其從所述相關最大信號減去所述相關最小信號，以產生一類比相關差信號。
在某些實施例中，該取樣和相關電路更包括：一正緣脈衝產生器，用以產生一系列對應調變信號正緣的脈衝；一負緣脈衝產生器，用以產生對應調變信號負緣的一系列脈衝，其中該第一類比取樣電路根據來自該正緣脈衝產生器的脈衝函數取樣預調節偵測器輸出信號，以產生所述 相關最大值信號；及該第二類比取樣電路根據來自該負緣脈衝產生器的脈衝函數取樣預調節偵測器輸出信號，以產生該相關最小信號。
在某些實施例中，該模式相關濾波器更包括一用以低通濾波器及放大類比相關差信號的類比低通濾波器放大器。
在某些實施例中，該定址電路包括解多工電路。
在某些實施例中，該解多工電路包括：一第一至少一移位暫存器，其包括一第一複數個暫存器輸出，所述第一複數個暫存器輸出之每一者係操作連接該等光源的相對一者；及一第二至少一移位暫存器，其包括一第二複數個暫存器輸出，所述第二複數個移位暫存器輸出之每一者連接該等複數個類比光偵測器的相對一者。
在某些實施例中，該定址電路工作上可選擇性驅動該等光源之每一者持續相對時間週期，且對於每個光源，在時間週期期間啟動該等類比光偵測器的相對一者。
在某些實施例中，該定址電路可工作在第一和第二模式，其中：當工作在第一模式，針對每個光源所啟動的該等類比光偵測器的相對一者是相對於光源進行定位；且當工作在第二模式，針對每個光源所啟動的該等類比光偵測器的相對一者係偏移相對於光源所定位的偵測器。
在某些實施例中，該調變模式在該時間週期內是平衡。
根據一態樣，提供一觸控感測器，其包括：一具有周邊的感測區域；複數個光源和複數個類比光偵測器，其圍繞該感測區域的周邊配置，該等複數個光源之每一者對準該等複數個類比光偵測器的相對一者；定址電路，其選擇性驅動該等複數個光源之每一者及選擇性啟動該等複數個類比光偵測器；及一類比資料匯流排，其中該等複數個類比光偵測器之 每一者具有一相對輸出，該等複數個類比光偵測器的輸出為集體連接該類比資料匯流排。
在某些實施例中，該定址電路選擇性及循序啟動該等類比光偵測器，使得來自該等類比光偵測器的輸出信號在該等類比資料匯流排上形成時間多工，因此產生一時間多工的集體偵測器輸出。
在某些實施例中，該定址電路操作上選擇性驅動該等光源之每一者持續相對時段，而且對於每個光源，在所述時間週期期間啟動該等類比光偵測器的相對一者。
在某些實施例中，該觸控感測器更包括一阻抗平衡電路，其從所述時間多工的集體偵測器輸出產生一差動輸出信號。
在某些實施例中，該觸控感測器更包括解多工電路，其操作耦接該等複數個光源與該等複數個類比光偵測器，以選擇性啟動該等複數個光源之每一者；及針對每個所述光源，選擇性啟動相對類比光偵測器。
在某些實施例中，該解多工電路包括：一第一至少一移位暫存器，其包括一第一複數個暫存器輸出，所述第一複數個暫存器輸出之每一者係操作連接該等光源的相對一者；及一第二至少一移位暫存器，其包括一第二複數個暫存器輸出，所述第二複數個移位暫存器輸出之每一者連接該等複數個類比光偵測器的相對一者。
根據一態樣，提供一種用於觸控感測器的控制器，其包括複數個光源、複數個類比光偵測器、及操作耦接該等複數個光源和該等複數個類比光偵測器的定址電路，以選擇性啟動該等複數個光源和類比光偵測器之每一者，該控制器包括：一處理器、一操作連接該處理器的記憶體、一產生用於驅動該觸控感測器之複數個光源的調變信號之調變信號產生 器、及一接收來自該等複數個類比光偵測器的集體偵測器輸出及從所述集體偵測器輸出產生濾波類比輸出之相關濾波器。
在某些實施例中，該相關濾波器接收該調變信號並根據所述集體偵測器輸出的函數和所述調變信號產生濾波類比輸出。
在某些實施例中，該相關濾波器包括一用於濾波及放大所述集體偵測器輸出以產生預調節偵測器輸出之前端。
在某些實施例中，該差動接收器前端包括一濾波器放大器和相位調整電路。
在某些實施例中，該相關濾波器更包括用於執行預調節偵測器輸出的以調變邊緣為主的取樣和相關性之取樣和相關電路。
熟習該項技藝者可從以下本發明具體實施例描述更明白本發明的其他態樣和特徵。
100:觸控感測器系統
102:控制器
104:觸控感測器
106:互連
114:第一移位暫存器模塊
114a:第一移位暫存器
114b:第二移位暫存器
116:第二移位暫存器模塊
116a:第一移位暫存器
116b:第二移位暫存器
117:共同類比資料匯流排
118:微控制器
120:相關濾波器
122:處理器
124:記憶體
126:時脈
128:數位計時器模組
130:類比對數位轉換器
150:圓圈
180:顯示器
112a~112c:光路徑
300:光偵測器
310:輸出連接
400a、400b、400c、400d:光偵測器
500:觸控感測器系統
502:控制器
504:觸控感測器
506:互連
510:交替調變產生模組
520:D型正反器
522:第一MUX
524:第二MUX
202,204,206:時脈週期
801a:接收信號
801b:預調節偵測器輸出信號部分
801c:相位調整信號部分
802:濾波器放大器
804:固定相位調整模塊
806:第一取樣和保持模塊
808:第二取樣和保持模塊
810:正緣脈衝產生器
812:負緣脈衝產生器
816a:信號部分
816b:信號部分
818a:接收信號參考部分
818b:接收信號參考部分
820:類比減法器
822:類比低通濾波器放大器
824:相關/濾波輸出信號部分
830:偽平衡電路
830a、830b、830c:偽平衡電路
831:互連
832、833:導線
512a~512d:光路徑
1102a:第一取樣和保持電路
1102b:第二取樣和保持電路
1104a:控制邏輯
1104b:控制邏輯
1401:電容器
1402:第一電阻器
1403:第二電阻器
1403a:第一NPN電晶體
1403b:第二NPN電晶體
1404:NPN電晶體
1405:負載電阻器
1601:時脈週期
1602:光路徑
1603:時脈週期
1604:光路徑
814a,814b:脈衝序列
830a~830c:偽差動阻抗平衡電路
1800:觸控感測器電路
1802:周邊
1803:顯示器
1808:移位暫存器
1809:菊鏈連接
1811:菊鏈連接
1813:互連
1815:移位暫存器
2000:模擬結果
2002:圖式
2004:圖式
2006:圖式
2008:圖式
2010:交替LED調變週期
2012:接收器啟動週期
2100:模擬結果
2200:定址電路
2202:第一3對8解碼器電路
2204:第二3對8解碼器電路
2206:第三3對8解碼器電路
2300:連接電路
2400:計算系統
2402:觸控感測器
2404:觸控感測器控制器
2406:顯示器
2408:觸控感測器電路
2410:處理器
2412:記憶體
2500:模擬結果
2502:圖式
2503:接收器同步脈衝信號
2504:圖式
2506:圖式
2508:圖式
2510:圖式
2602:濾波器放大器
2603a:第一級
2603b:第二級
2704:交替相位調整模塊
2710:取樣脈衝產生器模塊
2820:類比低通濾波混波器
2822:類比低通濾波器放大器
2900:模擬結果
2902:圖式
2903:接收器同步脈衝信號
2904:圖式
2906:圖式
2908:圖式
2909c:物件引起的半阻斷事件點
2910:圖式
2911a:物件引起的全阻斷點
2911b:物件引起的兩阻斷點
2911c:物件引起的半阻斷點
3000:凹面觸控感測器
3002:光路徑
3004:光路徑
3006:觸控感測器表面
3008a:第一側
3008b:第二側
3010:手指
3100:觸控感測器裝置
3102:顯示區域
3104:觸控感測器區域
3106:透明蓋罩
3109a:第一側緣
3109b:第二側緣
3111a:頂側緣
3111b:底側緣
3112:水平光路徑
3114:垂直光路徑
3200:觸控感測器
3202a:第一光電路部分
3202b:第二光電路部分
3203:感測區域
3204:光路徑
3206:蓋罩
3207a:第一鏡射面
3207b:第二鏡射面
3300:觸控感測器裝置
3302a:第一光電路部分
3302b:第二光電路部分
3303:感測區域
3304:光路徑
3308:光學窗口部分
3400:觸控感測器裝置
3402a:第一光電路部分
3402b:第二光電路部分
3403:感測區域
3404:光路徑
3406:蓋罩
3500:觸控感測器裝置
3501:螢幕
3502:觸控電路
3504:發光二極體
3505:光學聚焦透鏡
3506:光接收器
3507:光學聚焦透鏡
3508:光路徑
3510:疏水層
3512:液滴
3514:轉斜區域
3600:觸控感測器裝置
3601:螢幕
3602:觸控電路
1804a~1804k:電路部分
3608:光路徑
1805a~1805k:方向
1806a~1806k:電路部分
3612:液滴
1807a~1807b:方向
3614:汲流通道
1810a~1810d:發光二極體
1812a~1812d:光偵測器
1813a~1813d:光電二極體
1814a~1814d:電晶體晶片
1816a~1816d:發光二極體
1818a~1818d:光偵測器
3700:觸控感測器裝置
3701:螢幕
3702:觸控電路
3704:應變計
3706:螢幕安裝件
3800:觸控感測器配置
3801:螢幕
3802:發光二極體(LED)
3804:光接收器
3900:觸控感測器配置
3901:螢幕
3902:發光二極體(LED)
3904:光接收器
3908:蒼蠅
3910:手指
4100:觸控感測器配置
4101:螢幕
4106:水平光路徑
4107:垂直光路徑
4108:蒼蠅
4110:手指
4111:虛線圓圈
4300:觸控感測器裝置
4302:殘留物件
4304:圓圈
4306:髒物
2507a,2507b:接收器週期
2511a~2511c:較小輸出峰值點
2601a,2601b:截波電路
2909a,2909b:物件引起的全阻斷事件點
3108a,3108b:光學聚光圈
3110a,3110b:光學聚光圈
3208a,3208b:凸起點
3306a,3306b:蓋罩部分
3610a,3610b:疏水層
3806a~3806d:光路徑
3906a,3906b:光路徑
2014,2016,2018,2020:陷波
4102a,4102b:垂直對準聚光圈
4104a,4104b:水平對準聚光圈
4106a,4106b:路徑
4107:垂直光路徑
參考附圖將更瞭解本發明，在附圖中：圖1A為根據某些實施例之示例性IR觸控感測器系統之方塊圖；圖1B為圖1A所示觸控感測器系統中串聯連接用於啟動LED的示例性第一和第二移位暫存器之方塊圖；圖1C為圖1A所示觸控感測器系統中聯連接用於啟動光偵測器的示例性第一和第二移位暫存器串之方塊圖；圖1D為圖1A所示系統中的示例性觸控感測器之示意圖；圖2為顯示圖1A所示系統中的示例性輸入和輸出信號之信號圖； 圖3為根據某些實施例之示例性光偵測器之示意圖；圖4A至4D為根據某些實施例之進一步示例性光偵測器之示意圖；圖5A為根據某些實施例之另一示例性IR觸控感測器系統之方塊圖；圖5B為圖5A所示觸控感測器系統中串聯連接用於啟動LED的示例性第一和第二移位暫存器之方塊圖；圖5C為圖5A所示觸控感測器系統中串聯連接用於啟動光偵測器的示例性第一和第二移位暫存器之方塊圖；圖5D為圖5A所示系統中的示例性觸控感測器之示意圖；圖6為顯示圖5A所示系統中的示例性輸入和輸出信號之信號圖；圖7為根據一實施例之圖5A所示控制器中的示例性交替調變產生模組之示意圖；圖8為根據一實施例之圖1A和5A所示控制器的示例性相關濾波器之功能方塊圖；圖9為根據一實施例之圖8所示相關濾波器的示例性差動輸入類比帶通濾波器放大器之示意圖；圖10為根據一實施例之圖8所示相關濾波器的一第一取樣和保持模塊及一第二取樣和保持模塊之示意圖；圖11為根據一實施例之圖8所示相關濾波器的一正緣脈衝產生器和一負緣脈衝產生器之示意圖；圖12為根據一實施例之圖8所示相關濾波器的一類比減法器電路和一類比低通濾波器放大器之示意圖； 圖13為根據某些實施例之藉由互連所連接一偽平衡電路和一濾波器放大器之方塊圖；圖14A至14C為根據某些實施例之示例性偽平衡電路之示意圖；圖15為圖5D所示的示例性觸控感測器之圖式，但是示意說明某些LED之間的一組可能成角光路徑；圖16為顯示圖5A所示系統中的示例性輸入和輸出信號之信號圖，但是針對圖15所示的成角光路徑；圖17為根據某些實施例之IR觸控感測器的示例性佈局之圖式；圖18為圖18所示觸控感測器電路之一電路部分的示例性佈局之放大圖；圖19為圖18所示觸控感測器電路之另一電路部分的示例性佈局之放大圖；圖20顯示觸控感測器系統之模擬結果；圖21顯示相同於圖20所示的模擬觸控感測器系統之進一步模擬結果，但是當暴露於強烈和不同位準的光雜訊時；圖22為根據某些實施例之可當作定址LED和光偵測器的替代方法使用的定址電路之示意圖；圖23為包括一LED經由一電阻器間接連接一移位暫存器輸出的電路之示意圖；圖24為根據某些實施例之包括一觸控感測器的示例性計算系統之方塊圖；圖25顯示示意說明突然環境光瞬變對觸控感測器系統的可能影響之模擬結果； 圖26為根據一實施例之相關濾波器的替代濾波器放大器之示意圖，其中截波電路包括在放大器的第一和第二級中；圖27為根據一實施例之相關濾波器的一交替相位調整模塊和一取樣脈衝產生器模塊之示意圖；圖28為根據一實施例之相關濾波器的一交替類比低通濾波混波器和一類比低通濾波器放大器之示意圖；圖29顯示包括一相關濾波器的觸控感測器系統之模擬結果，所述相關濾波器具有圖26至28所示的交替濾波器放大器、取樣脈衝產生器模塊、相位調整模塊、低通濾波混波器和一類比低通濾波器放大器；圖30A為根據某些實施例之凹面觸控感測器之透視圖；圖30B為圖30A所示的觸控感測器之底橫截面圖；圖31為根據仍然另一實施例之示例性觸控感測器裝置之透視圖；圖32為根據仍然另一實施例之示例性觸控感測器之側橫截面圖；圖33為根據一實施例之具有聚光圈蓋罩的觸控感測器裝置之側橫截面圖；圖34為根據另一實施例之具有替代蓋罩的觸控感測器裝置之側橫截面圖；圖35為根據一實施例之具有替代蓋罩配置成減少液滴干涉的觸控感測器裝置之側橫截面圖；圖36為根據仍然另一實施例之包括汲流通道的觸控感測器裝置之側橫截面圖； 圖37為根據某些實施例之包括應變計的光學觸控感測器裝置之側橫截面圖；圖38為根據某些實施例之包括堆疊光路徑的觸控感測器配置之側橫截面圖；圖39和40為根據某些實施例之顯示兩堆疊光路徑的示例性觸控感測器配置之橫截面圖；圖41和42為根據仍然另一實施例之示例性觸控感測器配置之前視圖；及圖43為示意說明持續阻斷一或多個光路徑的觸控感測器裝置之前視圖。
本發明描述觸控感測器、觸控感測器裝置、系統及方法。一典型的紅外線觸控感測器包括複數個光源(典型的光源為IR發光二極體(LED)，或可稱為「IR Light Emitting Diode，IRED」)與對應的複數個光偵測器，其中該等光源和偵測器圍繞電子顯示器或其他類型螢幕的所有側邊配置。每個光源通常配置成相對於及對準該等偵測器的相對一者，使得來自光源的光大致平行於顯示器表面行進且進入對應的偵測器。例如，光源可沿矩形顯示器的兩垂直側配置，而且對應數量的偵測器可配置在另外兩側及對準該等光源。因此，當人或物件觸控顯示器時，其中斷一或多個光源和偵測器之間的光路徑，而且可基於對應光偵測器的接收光變化來計算觸控位置。
根據本發明的一態樣，一觸控感測器系統可包括光偵測器陣列，當選定時，則輸出對應所要接收光學IR功率量的類比信號。類比信號可輸出到共用導體上。
根據本發明的一態樣，一觸控感測器系統可包括光源和光偵測器。該系統可包括一利用調變模式調變觸控感測器光源的控制器。該控制器可包括一接收集體偵測器輸出及提供濾波類比輸出的基本上線性(即是類比)濾波器。一示例性線性(類比)濾波器包括一接收類比調變模式及基於所述模式濾波集體偵測器輸出的模式相關濾波器。相較於簡單的開/關光束偵測，類比輸出可提供更多有關內插手指位置的資訊。
在某些實施例中，所使用的類比偵測方法允許掃描成角光路徑(angled light path)以偵測部分光束阻斷。可改變角度以允許或改善分辨多個觸控位置(可能同時觸控)。類比濾波輸出可允許使用相對小光束角度光學組件(以獲得較高效率和較佳SNR)，同時仍然允許使用成角路徑進行掃描，而無需機械式重新對準光源或偵測器，如以下將更詳細解釋。此可允許成角路徑掃描，這對於雙觸控情境(例如，兩根手指在X或Y方向重疊出現)可能是特別有效益。
來自光源的IR光可例如具有約960nm波長。然而，實施例沒有限於作為光源的LED或限於IR光學範圍。IR光具有不可見的優點。作為光源的LED亦可能是有效益的，因為光是採允許透鏡將光聚焦回到具有一定寬度的光束之寬角度而從基板發射。光束寬度可能是有幫助，因為此意味著當手指或其他物件移到其路徑時光被緩慢阻斷，因此改變用於多個光路徑之間內插的輸出信號。本發明的態樣和原理可亦用在基於光束路徑干涉工作但在IR光範圍外工作的觸控感測器中。
在某些實施例中，光源和光偵測器陣列是時間多工。在某些實施例中，LED經調變實現模式相關以降低雜訊。
太陽輻射含有明顯紅外線位準的高位準光能。理想上，一偵測器在暴露於其使用環境的最壞情況陽光位準時不應接近飽和。當沒有移動時，位準在100ms或更短的週期內相對恆定，而且在偵測器路徑中具有DC阻隔(DC block)可有效分離想要信號與太陽信號。然而，在運輸應用中，移動通過的物件與來自螺旋槳和翼扇的閃頻可能在許多kHz速率下調變太陽。現代照明，特別是現代熒光燈，低電壓和LED照明通常使用非常低成本和電氣不完美開關電源，在高達100kHz甚至更高的速率下產生調變的光位準(包括IR光)。然而，如在許多裝置(諸如電視機)上使用的習知IR控制器在約38kHz頻率下工作。在使用紅外線光的觸控螢幕設計中應避免在此頻率附近使用調變。
干涉光源(包括紅外線)的容許偏差是紅外線觸控螢幕相對於光學觸控螢幕的優點。當干涉光源非常明亮(如太陽)或調變(如太陽照射到移動汽車或現代熒光燈照明或LED照明)時，光學觸控螢幕和較小程度的紅外線觸控螢幕可能無法正常工作。本說明書揭露的紅外線接收器「知道」發射光源正發送的模式。此允許接收器使用相關電子器件拒絕基本上更多不想要光，而仍保持對想要光的完全靈敏度。該模式可為一簡單單頻調變，或是例如一隨機數位模式。
本說明書描述的某些實施例可較大程度提供不受太陽光或其他明亮環境光源(包括閃頻環境光)雜訊的影響。在某些實施例中，LED光是採其分開來自外部干涉光源的方式來調變或選控。可藉由偵測是否具有特定閃頻頻率和特定開關模式的接收光(或降低的強度、亮度等)來決定障礙物(例如，觸控)的位置。
LED可在遠高於循序啟動成對LED/偵測器的速率之頻率下進行其調變(導通和關閉)。先前的觸控螢幕已在低於40kHz頻率下調變觸控感測器光，但是在許多環境中，干射光亦調變速度太快，在此觸控感測器調變範圍內無法進行有效雜訊抑制。此雜訊情境的某些實例包括快速太陽陰影和來自螺旋槳和扇翼的反射，與從白熾燈泡到開關電源供應的LED照明的各種人造光源。LED調變速率可選擇為比環境光變化明顯較高的頻率。為此目的，調變速率可例如明顯高於100kHz。在某些實施例中，接收的光信號轉換成與原始發調變源相關的電類比信號(原始光接收器信號)，如此可濾除背景光影響。
使用光電電晶體的習知低成本光偵測器可能不足以快速追踪所選定的LED調變速率。選擇具有足夠面積的半導體接合以具有足夠光學偵測靈敏度通常導致電晶體接合具有太大的由電晶體的增益所放大的基極到集極電容，因此吸收了高阻抗光學所產生接合電流的快速變化。
使用崩潰光電二極體(avalanche photodiode)和電流放大器的習知快速光偵測器可能太複雜和昂貴而不能以實際方式安裝在觸控螢幕的聚光圈內。
對每個光偵測器的固定臨界值高/低數位化的習知光偵測器會失去有關多少光束被阻斷的資訊，阻止了光束間有效的內插值。
根據一態樣，對於使用本說明書所述的LED調變的觸控感測器應用而言，本發明提供了一種可以足夠快且成本低的光偵測器。即使在暴露於諸如太陽的明亮環境光雜訊時，本說明書所述的光偵測器亦可不飽和。此外，本說明書所述的LED調變和快速光偵測器可結合使用模式相關性，以分離來自觸控螢幕LED的想要信號與光雜訊源。在較佳實施例中， 光偵測器包括具有局部電流放大的分立光電二極體。在某些實施例中，該等光偵測器是光電電晶體。
本說明書描述的實施例可允許接收的調變光與原始發送調變相關性，以抑制寬範圍的外部光干涉。本說明書顯示和描述的示例性電路可使用以調變邊緣為主的取樣技術在沒有中間射頻濾波級的基帶處工作。此相關方法可用於處理複雜的調變資料模式。利用資料模式進行調變並使用相關偵測器可進一步改善外部光雜訊抑制。
在某些實施例中，所述光源和偵測器係選擇性和循序啟動，使得在特定週期內僅有一光源和一對應偵測器啟動。輸出的類比輸出可在類比資料匯流排的單線上進行時間多工。時間多工輸出的差動形式可承載在資料匯流排的第二線上。因此，相較於每個偵測器使用一互連的設計，實施例可允許感測器和控制器之間的窄互連。
保持想要調變信號(分離干涉)的振幅資訊可是想要的，此有助於更準確在兩相鄰光路徑之間內插手指位置。為了避免在甚至強光學雜訊位準下飽和，保持低的預濾波級電壓增益可是想要的。
所接收信號與原始調變的相關性是想要的，因為其可提供更嚴格的干擾濾波。此濾波應用於多個接收器不是易事。想要所有接收器都不能飽和，而且在做出是否存在手指的任何決定之前使用相對調變信號的線性相關性。
觸控感測器電路通常可位於圍繞感測區域(例如，螢幕)的周邊延伸的聚光圈內。本說明書描述的某些實施例可實現非常小型(例如，可能小於0.30英寸寬)觸控感測器聚光圈。
在某些實施例中，每個LED具有可將其大部分光聚焦成具有約10度的3dB寬度光束的一透鏡。對於特定的LED發射功率，此聚焦的光 學增益改善感測器信號與噪訊比。如果焦點非常密集高於10度，則LED和光學感測器的製造對準變得困難，而且消除用於解析軸對準手指的某些重要選項。LED透鏡的實際尺寸可用於增加有效光束寬度，因此阻斷光的百分比隨手指移入光路徑的相關寬度而更線性變化，此然後可允許內插以將觸控手指定位到比光路徑之間的間距更精細的分辨率。為獲得最佳內插，透鏡寬度將等於路徑間隔開的整個寬度。然而，此可能因此增加聚光圈寬度。
在某些實施例中，每個光電二極體可具有類似於LED焦點的透鏡；然而，目前可用的裝置具有60度焦點。焦點可改善來自對應LED的光相對於其他光源的位準。然而，在某些實施例中，觸控感測器可設計成與非常寬範圍的透鏡一起工作或甚至根本沒有透鏡進行工作。
圖1A為根據本發明的一態樣之示例性IR觸控感測器系統(100)的方塊圖。該觸控感測器系統(100)係分成下列一般功能組件(如虛線方塊所示)：一控制器(102)、一觸控感測器(104)及一耦接該控制器(102)至該觸控感測器(104)的互連(106)。該觸控感測器系統(100)可整個收容在一觸控螢幕裝置(諸如，一平板電腦)中。或者，控制器(102)和觸控感測器(104)可收容在單獨裝置(例如，控制模組和單獨觸控螢幕)中，且控制器(102)距觸控感測器(104)有數英寸。互連(106)可包括一或多個電線、電纜、軟性連接器及/或任何其他適當連接。
此示例中的觸控感測器(104)為含有當作感測區域的電子顯示器(180)(例如，平板電腦或其他電子裝置的顯示器)之觸控螢幕的形式。下述觸控感測器實施例可實現為含有電子顯示器的觸控螢幕。然而，亦可使用其他觸控感測器類型(例如，靜態影像感測區域)，而且實施例沒有限於電子顯示器。
下面顯示及討論的觸控感測器(104)的IR感測電路通常將圍繞顯示器(180)的周邊配置。例如，IR感測電路可包含在圍繞顯示器周邊延伸的聚光圈或其他殼體中。
該觸控感測器(104)的IR感測電路包括複數個發射IR光的LED(LED0、LED1、......、LEDn)和複數個用於偵測IR光的IR偵測器(Rx0、Rx1、......、Rxn)。變數「n」用於表示此實施例中的LED和偵測器的確實數量未指定且可變化。該等LED(LED0至LEDn)之每一者對準該等IR偵測器(Rx0至Rxn)的相對一者，使得LED(LED0至LEDn)發射光行進至對應的IR偵測器(Rx0至Rxn)，如箭號所示的光路徑(112a至112c)。例如，LED可間隔約4mm，且光束寬度約1.5mm。或者，光束寬度可為整個4mm。同樣地，接收光電二極體可接收約1.5至4mm光束寬度。實施例沒有限於這些特定實例。
LED為觸控感測器系統(100)的光源，但是實施例沒有限於LED，而且可使用其他光源。術語「光源」沒有限於可見光源，而且光源可輸出非可見光(例如，IR光)。
如果顯示器(180)是矩形，則LED(LED0至LEDn)可圍繞顯示器(180)的兩垂直側配置成線性陣列，而且該等偵測器(Rx0至Rxn)可沿著其餘相對兩側(如圖1D所示)配置成線性陣列。例如，如果顯示器具有如左側、右側、頂部和底部所定義的四個側緣，則LED可沿著頂部和左側緣配置，而偵測器沿著底部和右側緣配置且對準LED(反之亦然)。其他配置亦可使用，而且實施例沒有限於光源和偵測器的特定定位或配置。在其他實例中，LED和IR偵測器可交錯(如圖5A至圖5D所示的示例中)。
觸控感測器(104)的IR感測電路更包括一第一移位暫存器模塊(114)和第二移位暫存器模塊(116)。如下述，第一和第二移位暫存器模塊 (114、116)在本說明書是當作用於選擇性及循序啟動LED(LED0至LEDn)和IR偵測器(Rx0至Rxn)的定址電路之一可能實施例使用。然而，在其他實施例中可使用其他定址方法。該等複數個LED(LED0至LEDn)之每一者連接第一移位暫存器模塊(114)的輸出(QLED0至QLEDn)的相對一者。該等複數個光偵測器(Rx0至Rxn)的每一者同樣連接所述第二移位暫存器模塊(116)的該等輸出(QR0至QRn)的相對一者。
第一和第二移位暫存器模塊(114、116)之每一者更包括一相對時脈輸入(顯示為「Clock(時脈)」)、一資料輸入(顯示為「Data In(資料輸入)」)和一Inverse Output Enable(反相輸出致能)輸入(顯示為上面有一條橫線的「輸出致能」)。「Clock(時脈)」輸入係接收所述第一和第二移位暫存器模塊(114、116)的共同時脈輸入(來自控制器(102))。「Data In(資料輸入)」輸入係在時脈輸入所設定速率下接收透過所述第一和第二移位暫存器模塊(114、116)循序移位的資料位元輸入。在圖1A中，資料位元向右移位。當驅動時，該等移位暫存器模塊(114、116)的「輸出致能」輸入係致能相對測定輸出(QLED0至QLEDn)和(QR0至QRn)。例如，如果移位暫存器模塊是一目前儲存「00100000」的8位元移位暫存器模塊(即是，8個儲存位置和輸出)，則驅動第二移位暫存器模塊(116)的「輸出致能」輸入將使8個輸出QR1至QR8分別輸出0 0 1 0 0 0 0 0。然後，在時脈觸發一移位且假設Data In為低位準後，八個輸出QR1至QR8將分別輸出0 0 0 1 0 0 0 0等。通常，LED和偵測器的數量將大於8，但上面示例僅用於示意說明目的。
所述第一和第二移位暫存器模塊(114、116)用於循序啟動成對LED/偵測器。當一高資料位元(「1」)同步輸入所述第一和第二移位暫存器模塊(114、116)兩者時，所述第一和第二移位暫存器模塊(114、116)兩者將有相同行為。資料位元從對應輸出QR0和QLED0的一第一移位暫存器 位置開始。當資料位元處於第一位置時，啟動在第一移位暫存器模塊(114)上的對應「(Output Enable)輸出致能」輸入則觸發第一輸出QLED0，因此驅動LED0。同樣地，當資料位元處於該第二移位暫存器模塊(116)的第一位置時，啟動對應「輸出致能」輸入則觸發第一輸出QR0，因此在驅動LED0的同時來驅動偵測器Rx0。
當經由時脈輸入觸發時，所述第一和第二移位暫存器模塊(114、116)將資料位元移位到下一暫存器位置，因此驅動LED1和Rx1等。在此示例中，在特定時間點僅選擇成對LED/偵測器之一者。此可在資料位元(即是，「1」)通過所述第一和第二移位暫存器模塊(114、116)期間保持「Data In(資料輸入)」信號低位準(即是，「0」)而實現。
偵測器(Rx0至Rxn)的輸出係集體連接一單個共同類比資料匯流排(117)，以產生時間多工輸出「ScreenOut」信號。
此實施例中的控制器(102)包括一微控制器(118)和一耦接該微控制器的相關濾波器(120)。該微控制器(118)提供各種控制信號給該觸控感測器(104)，如下面將更詳細描述。該相關濾波器(120)使用零中頻(Zero IF)相關方法從觸控感測器偵測器Rx0至Rxn接收及過濾集體偵測器輸出「ScreenOut」信號，將在下面更詳細說明。該相關性係基於用於調變LED的信號調變模式。然後將濾波過的輸出RxOut傳遞給微控制器(118)進行額外處理以產生觸控資料而由微控制器(118)輸出(例如，供包括觸控感測器系統(100)的設備或系統使用)。該微控制器(118)輸出經處理的觸控資料，其通常表示在觸控感測器(104)的顯示器(180)上存在(或不存在)的觸控事件。觸控事件通常是指諸如手指觸控顯示器(180)的物件。基本上，藉由監視在一或多個偵測器Rx0至Rxn處接收光的變化以估計接觸觸控感測器(104)的手指或物件的近似位置。
微控制器(118)包括一處理器(122)、一操作耦接該處理器(122)的記憶體(124)、一內部時脈(126)、一數位計時器模組(128)、及一類比對數位轉換器(Analog to Digital Converter，ADC)(130)。在此示例中，時脈(126)產生由該處理器(122)和該數位計時器模組(128)使用的時脈信號。應瞭解，在某些實施例中，該數位計時器模組(128)可由該處理器(122)實施。此外，記憶體(124)、數位計時器模組(128)和時脈(126)不必然是該處理器(122)的外部。熟習該項技藝者將瞭解，微控制器(118)的實際硬體和軟體實施可變化，同時仍然提供本說明書描述的相同或等效功能。實施例沒有限於特定硬體或軟體實施。
數位計時器模組(128)提供下列輸出信號：「LED調變(LED Modulation)碼片率(chip rate)」、「Shift_Step_Clock(移位步階時脈)」、「Start_Pulse_LED_Shift」、及「Start_Pulse_Rx_Shift」。
下列實施例描述計時器模組產生信號之間的某些示例關係。應注意，設計上可發揮具有各種LED調變碼片率、每個移位步階時脈週期的各種調變碼片的功能，而且「start_pulses」的週期可較長於聚光圈周圍的LED數量乘以移位步階時脈週期。
「Start_Pulse_Rx_Shift」信號係週期性提供透過第二移位暫存器模塊(116)移位的一資料位元，以循序啟動偵測器Rx0至Rxn。「Start_Pulse_LED_Shift」信號係週期性提供透過第一移位暫存器模塊(114)移位的一資料位元，以循序啟動LED(LED0至LEDn)。「Shift_Step_Clock」信號係輸入移位暫存器模塊(114、116)兩者，而且根據信號頻率的函數，控制通過移位暫存器模塊(114、116)的資料位元位移(圖1所示向右移位)。LED調變信號用於調變目前由第一移位暫存器模塊(114)所選定LED(LED0至LEDn)的輸出。LED是在較高於 「Shift_Step_Clock」信號速率的速率下調變(例如，每個「Shift_Step_Clock」信號週期有24個LED碼片)。主動LED的此調變用於在相關濾波器(120)處執行的相關性，如下所述。LED調變信號亦發送給相關濾波器(120)進行相關性處理。
在某些實施例中，第一移位暫存器模塊(114)可包括一單個移位暫存器或串聯連接(即是，菊鏈連接)的多個移位暫存器。同樣地，第二移位暫存器模塊(116)可包括一單個移位暫存器或串聯連接(即是，菊鏈連接)的多個移位暫存器。
圖1B顯示用於驅動LED的一組示例性第一和第二移位暫存器(114a、114b)，其連接形成圖1所示第一移位暫存器模塊(114)，其中n=15(即是，16個移位暫存器輸出QLED0至QLED15)。如圖所示，LED調變和「Shift_Step_Clock」信號分別輸入第一移位暫存器(114a)的「反相輸出致能和時脈」輸入。LED調變和「Shift_Step_Clock」信號亦傳遞通過第二移位暫存器(114b)的相同輸入。或者，LED調變和「Shift_Step_Clock」信號可並聯連接所述第一和第二移位暫存器(114a、114b)之每一者，而不是傳遞通過所述第一和第二移位暫存器(114a、114b)。
第一移位暫存器(114a)具有對應八個輸出QLED0至QLED7的八個暫存器位置，而且第二移位暫存器(114b)具有對應八個輸出QLED8至QLED15的另外八個暫存器位置。目前儲存在第一移位暫存器(114a)的最後暫存器位置的資料位元係輸出(標示為輸出QLED7')到第二移位暫存器(114b)的Data In輸入。輸出QLED7'通常對應輸出QLED7，但沒有依取決於第一移位暫存器(114a)的Output(輸出)致能輸入。
「Start_Pulse_LED_Shift」信號係輸入第一移位暫存器(114a)的Data In輸入埠。從「Start_Pulse_LED_Shift」信號接收到的高位準資料 位元在「Shift_Step_Clock」信號所設定的速率下循序向下移位對應八個輸出QLED0至QLED7的暫存器位置。當資料位元到達對應第一移位暫存器(114a)的輸出QLED7的最後暫存器位置時，高位準資料位元係輸該入第二移位暫存器(114b)。因此，從下一時脈週期開始，高位準資料位元將開始循序移位通過對應第二移位暫存器(114b)的輸出QLED8至QLED15的八個暫存器位置。
僅當「反相輸出致能」為低位準和有關QLED0的移位暫存器中的資料為高位準時，輸出QLED0才有效驅動為高位準。同樣地，當高資料脈衝通過移位暫存器時脈計時時，輸出QLED1至QLED15才有效驅動為高位準。
在其他實施例中，兩個以上的移位暫存器可菊鏈連接在一起。
圖1C顯示用於啟動光偵測器的一組示例性第一和第二移位暫存器(116a、116b)，其配置形成圖1所示的第二移位暫存器模塊(116)，其中n=15(即是，16個移位暫存器輸出QR0至QR15)。如圖所示，「Shift_Step_Clock」信號係輸入第一移位暫存器(116a)的Clock(時脈)輸入。「Shift_Step_Clock」信號亦傳遞通過第二移位暫存器(116b)的相同輸入。
第一移位暫存器(116a)具有對應八個輸出QR0至QR7的八個暫存器位置，而且第二移位暫存器(116b)具有對應八個輸出QR8至QR15的另外八個暫存器位置。儲存在最後暫存器中的資料位元係輸出(標示為輸出QR7')到該第二移位暫存器(116b)的Data In(資料輸入)輸入。因此，第一和第二移位暫存器(116a、116b)為菊鏈連接，類似於所述第一和第二移位暫存器(114a、114b)，但是「反相輸出致能」輸入保持低位準。因此，輸入第一移位暫存器(116a)的高資料位元將通過第一移位暫存器(116a)且然後通過第二移位暫存器(116b)。
在其他實施例中，兩個以上的移位暫存器可菊鏈連接在一起。
在此示例中，至少一相同移位暫存器(或移位暫存器群組)用於驅動複數個LED，使用一共同預同步致能信號可允許使用單個選擇信號(例如，圖1A至1C所示的「Start_Pulse_LED_Shift」信號)來定址、及由藉由來自控制器的一單個信號(例如，圖1A至1C所示的LED調變信號)來調變大量LED。使用來自同步LED的控制器的一單個選擇信號(例如，圖1A至1C所示的「Start_Pulse_Rx_Shift」信號)同樣致能光偵測器。來自控制器的相同時脈信號(例如，圖1A至1C所示的「Shift_Step_Clock」)係輸入移位暫存器。因此，可使用相同四個信號來選擇性致能可變數量的LED和光偵測器。同樣地，一單個輸出類比資料匯流排(標示為「ScreenOut」)用於承載所有光偵測器的時間多工輸出。此可允許在觸控感測器(104)和控制器(102)之間的相對緊密互連(106)，其具有與感測器區域尺寸無關的尺寸和接線數量。
熟習該項技藝者將明白，存在多個替代實施例變體，其使用「高」或「低」「Start_Pulses」的不同組合、在移位暫存器輸出上使用「AND」或「OR」閘或「輸出致能」電路或「反相輸出致能」電路、及/或改變來自主動高位準至主動低位準裝置的LED和接收器，以實現類似的LED驅動和接收器啟動能力。
圖1D為使用圖1B所示的第一和第二移位暫存器(114a、114b)及圖1C所示的第一和第二移位暫存器(116a、116b)的圖1A所示觸控感測器(104)的一可能實施例之示意圖。
在圖1D中，觸控感測器(104)包括一電子顯示器(180)、移位暫存器(114a、114b)、移位暫存器(116a、116b)、16個LED(LED0至LED15)和16個光偵測器(Rx0至Rx15)。第一組八個LED(LED0至LED7)是沿著顯 示器(180)的頂緣配置，且一對應第一組八個光偵測器(Rx0至Rx7)沿著顯示器(180)的底部配置，使得每個偵測器(Rx0至Rx7)對準該等LED(LED0至LED7)的相對一者。第一移位暫存器(114a)的輸出QLED0至QLED7之每一者連接第一組LED(LED0至LED7)的相對一者。第一移位暫存器(116a)的輸出QR0至QR7之每一者連接第一組光偵測器(Rx0至Rx7)的相對一者。因此，在第一組LED(LED0至LED7)和第一組光偵測器(Rx0至Rx7)之間建立垂直光路徑，如圖1D的向下箭號所示。
第二組八個LED(LED8至LED15)是沿著顯示器(180)的左緣配置，並連接第二移位暫存器(114b)的對應輸出QLED8至QLED15。第二組八個偵測器(Rx8至Rx15)是沿著顯示器(180)的右緣配置，而且連接第二移位暫存器(116b)的對應輸出QR8至QR15。第二組八個LED(LED8至LED15)和第二組八個偵測器(Rx8至Rx15)對準形成水平(在此示例是從左至右)光路徑，如圖1D的向右箭號所示。
圖1D亦顯示代表一物件(例如，手指)觸控顯示器(180)的圓圈(150)。此觸控事件阻斷來自LED3、LED4、LED12和LED13的光。因此，可藉由偵測在Rx3、Rx4、Rx12和Rx13處接收的光變化來估計該觸控事件的X和Y位置。
圖2示意說明在8個步階循環下的輸出信號「Start_Pulse_LED_Shift」、「Shift_Step_Clock」、「LED調變(LED Modulation)」、及「Start_Pulse_Rx_Shift」的狀態。圖1D顯示第一移位暫存器(114a)的輸出QLED0至QLED7、和第一移位暫存器(116a)的輸出QR0至QR7的結果狀態。一類似的輸出模式隨後將通過第二移位暫存器(114b)和第二移位暫存器(116b)。
如圖所示，對於由「Shift_Step_Clock」信號所設定的第一時脈週期(202)(即是，步階或移位週期)而言，「Start_Pulse_Rx_Shift」和「Start_Pulse_LED_Shift」信號為高位準，以開始移動通過該等移位暫存器(114a、116a)之每一者的資料位元「1」。在下一時脈週期中，「Start_Pulse_Rx_Shift」和「Start_Pulse_LED_Shift」信號驅動為低位準，並且在所示序列的其餘部分保持低位準。因此，透過所示的序列，一單個「1」位元通過該等移位暫存器(114a、116a)之每一者。
在所示的下一時脈週期(204)中，「1」位元移位到移位暫存器(114a、116a)的第一輸出QLED0和QR0。驅動第一偵測器(圖1A所示的Rx0)的輸出QR0在整個時脈週期中保持高位準，因為移位暫存模塊(116)的「反相輸出致能」輸入是接地(參見圖1A)。然而，輸入第一移位暫存器模塊(114)的LED調變信號調變驅動第一LED(圖1A所示的LED0)的輸出QLED0。因此，第一LED(LED0)的輸出是在LED調變信號的頻率下調變。
在所示的下一時脈週期(206)中，「1」位元移位到移位暫存器(114a、116a)的第二輸出QLED1和QR1。驅動第二偵測器(圖1所示的Rx1)的輸出QR1在整個時脈週期中保持高位準。輸出QLED1在LED調變信號的頻率下驅動第二LED(圖1所示的LED1)的調變輸出。
所述處理繼續，且對於每個循續時脈週期(即是，步階週期)而言，由於移位暫存器(114a、116a)的移位輸出，使得成對主動偵測器/LED移位一(1)位元。此處理最後導致每個成對LED/偵測器處於主動狀態持續一時段，其整個可稱為觸控感測器的單個「掃描」。然後可週期性重複所述掃描處理以掃描是否出現部分或完全阻斷一或多個成對偵測器/LED間傳輸的一或多個手指或其他物件。
如前述，每個LED係經調變以在對應光偵測器的主動週期內提供若干碼片。例如，每個LED可分成24個時間、32個時間、64個時間或更多。LED調變的頻率可例如在100kHz或更高的範圍內。如何快速LED調變的主要限制是光偵測器速度和相關器最小取樣週期。通常在觸控感測器裝置中使用的習知光偵測器可能不夠快，無法在此頻率下可靠工作。可足夠快的現有偵測器可能較大及/或昂貴，使得其不適用於小型因素(包括小聚光圈空間)與合理價格是重要因素的消費者可攜式裝置。
根據本發明的一態樣，提供一光電二極體型光偵測器。該光偵測器可適用於例如圖1所示的觸控感測器系統(100)。
該等LED之每一者可具有將其大部分光聚焦成一光束的透鏡。例如，光束可聚焦到約10度的3dB寬度。
圖3為根據某些實施例之光電二極體型類比光偵測器(300)的示意圖。圖1所示的該等光偵測器Rx0至Rxn之每一者可具有圖3所示光偵測器(300)的形式。在圖3中，「RX_Enable_N」信號是用於致能或啟動光偵測器(300)的信號驅動(在此示例中為第「N」個接收器)。例如，「RX_Enable_N」信號將是圖1所示觸控感測器系統(100)的對應移位暫存器輸出。
類比光偵測器(300)包括一光電二極體D1及第一和第二電晶體Q1和Q2。在此示例中，第一和第二電晶體Q1和Q2是NPN電晶體，而且可為6引腳雙電晶體封裝的形式。然而，實施例沒有限於特定類型的電晶體或光偵測器(300)的特定配置。光電二極體D1連接在Q1的基極與電壓VCC(在此示例中是4V)之間。
第一電晶體Q1耦接光電二極體D1形成一電流放大器組態，根據光電二極體電流的函數產生放大電流輸出。第二電晶體Q2亦是一雙極電 晶體，而且功能如同致能電路，以致能及禁能光偵測器(300)，如下所述。然而，實施例沒有限於如同致能電路的雙極電晶體。
Q2的基極連接至與第一電阻器R1並聯的第一電晶體與的集極，可控制靈敏度。電阻器R1亦連接成接收「Rx_Enable_N」信號輸入，其然後連接移位暫存器的對應輸出(例如，圖1A所示Rx0至Rxn之一者)。Q1的射極是接地。Q2的集極是連接電壓VCC，而且射極是連接光偵測器(300)的輸出「OUT」。在某些實施例中，第二電晶體Q2的集極可供電至少超過高電壓0.3V，而且射極連接共同輸出匯流排。
跨光電二極體的電壓可為3.5伏特。光電二極體D1可與具透鏡的IR光電二極體間隔4.0mm。「Rx_Enable_N」信號輸入可週期性使用3.3伏特脈衝驅動為高位準以致能該光偵測器(300)。VBE(基極-射極間電壓)Q1可為0.5伏特。電阻器R1和Rcommon可為一0402型電阻器。Q1和Q2可為6引腳雙電晶體封裝的形式。這些規範是舉例說明提供，而且實施例沒有限於這些特定規範。
其他光偵測器(圖3中未顯示)的輸出可經由輸出連接(310)而並聯連接標示為「ScreenOut」的一共同輸出類比資料匯流排(例如，參見圖1所示偵測器Rx0至Rxn的共同輸出連接，以產生集體輸出信號)。一電阻器Rcommon是連接在輸出連接(310)和地端之間。
第一電晶體Q1作用為一電流對電流放大器，其集極電流為光電二極體電流乘以電晶體的Hfe電流增益係數。隨著光電二極體的電流變化，跨光電二極體D1的電壓可能不會明顯變化。最小電阻可串聯第一電晶體Q1的射極。第一電晶體Q1的集極是受到由「Rx_Enable_N」信號輸入所驅動電阻器R1的偏壓。
光電二極體D1基本上為恆定逆向偏壓，並將其光感應電流饋送到第一電晶體Q1的基極。幾乎恆定偏壓可能導致很少浪費在充電和放電光電二極體D1及/或電晶體寄生電容的小光學感應電流變化。
當「Rx_Enable_N」信號輸入為高位準時，第一電晶體Q1可放大來自光電二極體D1的任何電流，在跨電阻器R1上產生光依賴電壓，第二電晶體Q2緩衝到一共同類比資料匯流排(117)。當「Rx_Enable_N」信號輸入為低位準時，第一電晶體Q1的集極可為低位準，防止其作為一放大器。在這情況下，光電二極體電流僅通過第一電晶體Q1的基極射極接合。第二電晶體Q2的基極亦可為低位準，以防止任何電流流過它。
Q2根據致能輸入信號(圖3所示的「Rx_Enable_N」信號)的函數而致能及禁能Q1的電流放大器。當「Rx_Enable_N」信號輸入為低位準時，沒有電流流入Q1的集極，因為Q2的基極到集極和基極到射極接合兩者是逆向偏壓。因此，Q2的射極亦沒有電流注入ScreenOut匯流排。
當「Rx_Enable_N」信號輸入為高位準時，Q2基極的呈現電壓將近似等於「Rx_Enable_N」信號輸入電壓減去跨R1上的電壓降，因為流過Q1集極的電流與光電二極體電流成正比。
Q2的射極在低於Q2基極電壓約0.5V下驅動「ScreenOut」信號輸出。
當逆向偏壓光電二極體D1暴露於來自LED的IR光時，與該光成比例的電流通過光電二極體D1釋放。此電流由Q1放大，而且如果Q1的集極經由電阻器R1偏壓為高位準，則在跨R1上將有與電流成比例的電壓。如果R1未偏壓為高位準，則Q1集極上的電壓將保持低位準(例如，低於0.6V)。
選擇R1使得當光電二極體暴露於最大位準的IR光時，Q1將仍具有跨其的足夠電壓作為放大器。最好是，R1是被最佳化成確保由於來自螢幕LED的光引起的明顯電壓擺動，同時確保在最大可能光位準下跨R1的電壓小於3V。
不像習知設計，在圖3所示的示例性實施例中，未添加額外的串聯射極電阻來控制第一級增益。光電二極體和Q1製造增益變化稍後由軟體進行校準及補償。最小化Q1的有效基極對地電阻可最小化跨光電二極體D1上的電壓變化，然後最小化二極體D1和電晶體Q1寄生電容充電和放電電流，其可實現或促進快速工作。圖3顯示的下拉電阻器Rcommon連接在所有輸出連接(310)和地端之間。例如，電阻器Rcommon可實體位於圍繞觸控感測器裝置周邊的聚光圈內。或者，R1可位於控制器中，或可分別位於聚光圈和控制器中。可添加R5以減少高位準脈衝向下驅動到當啟動時Q2保持偏壓的位準。電阻器Rcommon是由所有偵測器所共用。
如前述，實施例沒有限於圖3所示的特定類比光偵測器(300)。交替類比光偵測器(400a-400d)的示意圖分別顯示在圖4A至圖4D。類比光偵測器(400a、400d)可適用於觸控感測器應用，諸如圖1所示的觸控感測器系統(100)。類比光偵測器(400a-400d)包括電阻器R1、R2、R3和R4、R5和Rcommon、光電二極體D1、及一第一雙極電晶體Q1。在圖4A和4B中，Q1是一NPN電晶體，而且R2是連接在Q1射極和地端之間。在圖4C和4D中，Q1是一PNP電晶體，而且R2連接在Q1射極和地端之間。R3是一向上偏壓電阻，而且R4是一向下偏壓電阻。類比光偵測器(400a、400c)包括一第二雙極NPN或PNP電晶體Q2。類比光偵測器(400b、400d)包括一肖特基二極體D2而不是一第二電晶體，其功能如同致能控制。輸出連接(310)亦顯示在圖4A至4D。
類比光偵測器(300)中使用雙極電晶體可有效益，因為雙極電晶體具有高增益，但在集極和基極之間亦具有相對小電容。針對下列一或多個原因，此小電容可優於其他小型或低成本偵測器。首先，高增益可允許放大高於雜訊的小偵測位準。其次，其可在本說明書討論的高調變頻率下實現快速類比偵測。
交替類比光偵測器(400a-400d)可工作上類似於圖3所示光偵測器(300)。如果滿足下列一或多個條件，類比光偵測器(400a-400d)可特別適合：電阻器R2足夠小，使得在光電二極體的最大光暴露下，跨R2的電壓小於0.5V(或者省略R2)；且當暴露於LED光(或者省略R3和R4)時，電阻器R3和R4阻抗類似或較高於光電二極體。
如圖4A至圖4D所示，使用R2來增加串聯Q1射極的小量電阻，其中R2的值小於50 Ohm可能不會明顯影響光偵測器的工作。
具有約500 Ohm值的電阻器可選擇性串聯光電二極體D1配置形成僅一故障電流限制裝置，而且可不明顯影響光偵測器的工作。
增加如圖4A至圖4D所示的偏壓電阻器R3及/或R4可不明顯影響光偵測器的工作，其並聯阻抗為例如大於10Meg Ohm(兆歐姆)。
在如圖4A和圖4B所示的某些實施例中，「Rx_Enable_N」信號輸入是從移位暫存器驅動的一正高位準邏輯信號。在諸如圖4C至圖4D所示的其他實施例中，「Rx_Enable_N」信號輸入是一負低位準邏輯信號。
如果Q2是如圖4A和圖4C所示的一雙極電晶體，高位準可為至少低於VCC的0.8V，以確保Q2保持適當偏壓。
在圖3所示的實施例中，光偵測器使用Q1的小低電容雙NPN電晶體。然而，如圖4C和4D所示，使用Q1的PNP電晶體可實現相同或類似功能。
NPN電晶體、PNP電晶體、二極體、JFETS、NMOS及/或PMOS閘極的各種組合可執行類似於Q2的功能，而不是圖3至4D所示的特定電晶體。實施例沒有限於圖3至4D所示的特定組件或配置。
圖5A為根據本發明的另一態樣之示例性IR觸控感測器系統(500)的方塊圖，其中使用交錯的LED/光偵測器配置。IR觸控感測器系統(500)類似於圖1所示的觸控感測器系統(100)，其中相同編號或符號表示類似元件。再者，IR觸控感測器系統(500)的組件分成下列一般組件：一觸控感測器控制器(502)、觸控感測器(504)及將觸控感測器控制器耦接觸控感測器(504)的互連(506)。IR觸控感測器系統(500)可整個收容在一IR觸控感測器裝置(諸如，一平板電腦)中。或者，觸控感測器控制器(502)和觸控感測器(504)可收容在單獨裝置(例如，控制模組和單獨觸控感測器)中，該觸控感測器控制器(502)距離該觸控感測器(504)數英寸。
如圖所示，偵測器Rx0至Rxn和LED(LED0至LEDn)形成交錯配置。更具體為，第一移位暫存器模塊(114)具有輸出QA0至QAn，其是採交替循序連接LED(LED0、LED2、LED4、......)和偵測器(Rx1、Rx3、Rx5、......)。換句話說，第一暫存器位置的輸出QA0連接LED0，第二暫存器位置的輸出QA1連接Rx1，第三暫存器位置的輸出QA2連接LED2、等。第二移位暫存器模塊(116)具有輸出QB0至QBn，其是採相較於第一移位暫存器模塊(114)(即是，Rx0、LED1、Rx2、LED3、等)為反相的交替方式連接偵測器Rx0、Rx2、Rx4和Rx6及LED1、LED3、LED5和LED7。因此，偵測器Rx0至Rxn和LED(LED0至LEDn)配置成在交替方向中形成如箭號的光路徑(512a至512d)所示。
因此，該等移位暫存器模塊(114、116)之每一者啟動一對應組的LED和偵測器。LED(LED0至LEDn)再次在高於移位暫存器模塊 (114、116)的移位速率的頻率下進行調變。為了提供適當交替「反相輸出致能」輸入信號給移位暫存器模塊(114、116)，控制器包括在本實施例中的交替調變產生模組(510)。交替調變產生模組(510)接收作為輸入的「Start_Pulse_Rx/LED_Shift」信號(作為「同步(sync)」輸入)和「Shift_Step_Clock」信號(作為「時脈(clock)」輸入)。交替調變產生模組(510)亦接收作為輸入的LED調變信號。交替調變產生模組(510)根據這些輸入的函數產生輸出信號「Rx/LED Mod」和「LED/Rx Mod」。如圖所示，「LED/Rx Mod」和「Rx/LED Mod」信號分別輸入移位暫存器模塊(114、116)的「反相輸出致能」輸入。「LED/Rx Mod」和「Rx/LED Mod」信號是「主動低位準」，以驅動移位暫存器模塊(114、116)的「反相輸出致能」輸入，其在此示例中是由0V輸入所啟動。
當第一移位暫存器模塊(114)正驅動一LED(即LED0、LED2、......)時，「LED/Rx Mod」信號是該步階週期內的LED調變信號。當第一移位暫存器模塊(114)正驅動一偵測器(即Rx1、Rx3、......)時，「LED/Rx Mod」信號在步階週期內保持低位準。「Rx/LED Mod」信號同樣在LED調變信號之間移位且於每一步階週期內保持低位準，但是在交替「LED/Rx Mod」信號的相對步驟時脈週期中。
圖5B顯示一組示例性第一和第二移位暫存器(114a、114b)，其連接形成圖5A所示的第一移位暫存器模塊(114)，其中n=15(即是，16個移位暫存器輸出QA0至QA15)。在圖5B中，「LED/RX Mod」信號(而不是圖1B所示的LED調變信號)係輸入第一移位暫存器(114a)的「反相輸出致能」輸入。除此以外，第一和第二移位暫存器(114a、114b)的結構和功能類似於圖1B所示的示例。再者，輸出第一移位暫存器(114a)的最後暫存器位置中的資料位元(標示為QA7')，以輸入第二移位暫存器(114b)的Data In輸入。
圖5C顯示一組示例性第一和第二移位暫存器(116a、116b)，其配置形成圖5A所示的第二移位暫存器模塊(116)，其中n=15(即是，16個移位暫存器輸出QB0至QB15)。第一和第二移位暫存器(116a、116b)的「反相輸出致能」輸入(而不是接地)接收作為輸入的「Rx/LED Mod」信號。除此以外，第一和第二移位暫存器模塊(116a、116b)的結構和功能類似於圖1C所示的示例。再者，輸出第一移位暫存器(116a)的最後暫存器位置中的資料位元(標示為QB7')，以輸入第二移位暫存器(116b)的Data In輸入。
在圖5A至5C的示例中，使用至少一移位暫存器來使用一共同預同步選擇信號(例如，圖5A至5C所示的「Start_Pulse_LED/Rx_Shift」信號)和致能信號(例如，「LED/Rx Mod」信號)來驅動一第一組LED和偵測器。同樣地，一第二組LED和偵測器對準第一組且連接要由一共同預同步選擇信號(例如，圖5A至5C所示的「Start_Pulse_Rx/LED_Shift」信號)、和致能信號(例如，「Rx/LED Mod」)驅動的另一至少一移位暫存器。相同時脈信號(例如，圖5A至5C所示的「Shift_Step_Clock」信號)係輸入每個至少一移位暫存器。因此，可使用相同的五個信號來選擇性致能可變數量的LED和光偵測器。同樣地，一單個輸出類比資料匯流排(標示為「ScreenOut」)用於承載所有光偵測器的時間多工輸出。此可允許具有與感測器區域尺寸無關的接線尺寸和數量的觸控感測器(504)和控制器(502)之間的相對緊密互連(506)。
圖5D為圖5A所示交錯型觸控感測器(504)的一可能實施例之示意圖，其使用圖5B所示的第一和第二移位暫存器(114a、114b)和圖5C所示的第一和第二移位暫存器(116a、116b)。
在圖5D中，觸控感測器(104)包括電子顯示器(180)、第一和第二移位暫存器(114a、114b)、另一第一和第二移位暫存器(116a、116b)、16個LED(LED0至LED15)及16個光偵測器(Rx0至Rx15)。
一第一組八個LED(LED0至LED7)是沿著顯示器(180)的頂部和底部邊緣採交替方式配置。換句話說，LED0、LED2、LED4和LED6是沿著頂部隔開，而LED1、LED3、LED5和LED7是沿著底部隔開。一對應第一組八個光偵測器(Rx0至Rx7)是沿著頂部和底部邊緣採交錯方式與LED配置，每個偵測器對準一對應的LED，使得提供光從一LED行進到對應偵測器的八個垂直光路徑(使用箭號顯示)。相鄰光路徑在垂直方向中交替。第一移位暫存器(114a)的輸出QA0至QA7之每一者連接第一組LED(LED0至LED7)的相對一者。第一移位暫存器(116a)的輸出QB0至QB7之每一者連接第一組光偵測器(Rx0至Rx7)的相對一者。因此，在第一組LED(LED0至LED7)和第一組光偵測器(Rx0至Rx7)之間建立垂直光路徑，如圖5D的向下箭號所示。
第二組八個LED(LED8至LED15)和偵測器(Rx8至Rx15)同樣沿著顯示器(180)的左緣和右緣配置及交錯，而且連接第二移位暫存器(114b、116b)的對應輸出QA8至QA15和QB8至QB15，形成交替垂直光路徑。
圖6示意說明針對圖5A和5B所示交錯設定，在8步階循環中的輸出信號「Start_Pulse_LED/Rx_Shift」、「Shift_Step_Clock」、「LED調變(LED Modulation)」、「Start_Pulse_Rx/LED_Shift」、「LED/Rx Mod」、和「Rx/LED Mod」的狀態。顯示移位暫存器(114a、116b)(圖5C)的輸出之結果狀態。
如圖所示，對於由「Shift_Step_Clock」信號設定的第一時脈週期(602)(即是步階或移位週期)，「Start_Pulse_LED/Rx_Shift」和 「Start_Pulse_Rx/LED_Shift」信號為高位準，以開始移動通過該等移位暫存器(114a、116a)之每一者的資料位元「1」。在下一時脈週期中，「Start_Pulse_LED/Rx_Shift」和「Start_Pulse_Rx/LED_Shift」信號是被驅動為低位準，而且對於所示序列的其餘部分則保持低位準。因此，通過所示的序列，一單個「1」位通過該等移位暫存器(114a、116a)之每一者。
在所示的下一時脈週期(604)中，「1」位元移位到對應暫存器(114a、116a)的輸出QA0和QB0的第一暫存器位置。驅動第一偵測器(圖5D所示的Rx0)的輸出QB0在整個時脈週期中保持高位準，因為第一移位暫存器(116a)的「反相輸出致能輸」入是由「Rx/LED Mod」信號致能(其在此週期期間保持低位準)。然而，輸入第一移位暫存器(114a)的「LED/Rx Mod」信號調變在此週期期間驅動第一LED(圖5D所示的LED0)的輸出QA0。因此，第一LED(LED0)的輸出是在LED調變信號的頻率下調變。
在所示的下一時脈週期(606)中，「1」位元移位到對應暫存器(114a、116a)的輸出QA1和QB1的第二暫存器位置。驅動第二偵測器(圖1所示的Rx1)的輸出QA1在整個時脈週期中保持高位準，因為第一移位暫存器(114a)的「反相輸出致能」輸入是由「LED/Rx Mod」致能(其在此週期期間保持低位準))。然而，輸入第一移位暫存器(116a)的「Rx/LED Mod」信號調變在此週期期間驅動第二LED(圖5D所示的LED1)的輸出QB0。因此，LED1的輸出是在LED調變信號的頻率下調變。
每個循續時脈週期(即是，步階週期)，由於通過暫存器114a、114b、116a和116b移動「1」位，使得成對主動偵測器/LED移位，直到已啟動成對偵測器/LED之每一者為止。此處理可稱為觸控感測器(504)的單個「掃描」(圖5D)。然後可重複所述掃描處理以連續掃描存在於觸控該觸控感測器(504)的一或多個手指或其他裝置。
圖7為圖5A所示的交替調變產生模組(510)之示意圖，其顯示如何可產生圖6所示「LED/Rx Mod」(調變)和「Rx/LED Mod」(調變)信號的示例。如圖7所示，交替調變產生模組(510)包括一D型正反器(520)，其接收作為輸入的「Shift_Step_Clock」信號(作為一「時脈(clock)」輸入)和「Start_Pulse_Rx/LED_Shift」信號(作為一「同步(sync)」輸入)。交替調變產生模組(510)亦接收作為輸入的LED調變信號。D型正反器(520)的Q和倒相Q輸出分別連接第一和第二MUX(522、524)的第一輸入。LED調變信號連接第一和第二MUX(522、524)兩者的第二輸入。第一MUX(522)的結果輸出是「LED/Rx Mod」信號，而且第二MUX(524)的結果輸出是「Rx/LED Mod」信號，如圖所示。
或者，交替調變信號可由微控制器產生。
現將更詳細描述圖1A和圖5A所示相關濾波器(120)中執行的相關處理。相關性可減少雜訊。
圖8為相關濾波器(120)的方塊圖。相關濾波器(120)可使用在移位步階時脈週期內平衡的任何數位調變模式(例如，110100101100模式、或簡單的101010模式等)來工作。在本說明書中的術語「平衡」意指1的數量等於在調變模式中0的數量。最好是亦保持在此部分上平衡模式的後段部分。在一實施例中，使用簡單的交替調變模式(即是，101010等)，每個移位步階時脈週期具有24個碼片。舉另一例來說，該模式在每個步階時脈週期可具有32或64個碼片。如果碼片率是微控制器(118)的時脈頻率的精確劃分，則可有利或簡化設計，不過實施例沒有限於任何特定碼片率或調變模式。在圖8中，為清楚和說明目的，僅顯示用於示例性接收信號(801a)的8個碼片。增加每個移位步階時脈的碼片數量可改善雜訊抑制，但是可包括更快的光學器件工作或可能減少可掃描整個感測器區域的速率。
一第一輸入接收「ScreenOut」信號(即是，原始集體偵測器輸出)，其是光偵測器Rx0至Rxn(圖1和5)的集體輸出。該信號是經過調變(由於入射在偵測器上的LED光調變)而且通常含有雜訊，諸如環境雜訊。為了說明目的，顯示一示例性輸入「ScreenOut」信號部分(801a)的圖形表示。「ScreenOut」信號輸入首先經過一濾波器放大器(802)濾波及放大，以產生預調節偵測器輸出信號，然後輸入一固定相位調整模塊(804)中。此示例中的濾波器放大器(802)是一類比帶通濾波器放大器。顯示一示例性預調節偵測器輸出信號部分(801b)。顯示一示例性相位調整信號部分(801c)。相位調整可幫助確保在實際峰值/谷值處或附近進行信號取樣。比較器產生的濾波信號和取樣脈衝的相對相位可取決於通過電路的延遲和所選定的濾波頻率。相位調整電路可用於幫助確保取樣定時是正確的。亦可對進行相位小微調，避免在3.3V電軌(power rail)中發生數位突波期間進行取樣。
然後將來自固定相位調整模塊(804)的相位調整接收信號輸入一第一取樣和保持模塊(806)和一第二取樣和保持模塊(808)兩者，在本實施例中為類比取樣和保持電路。第一和第二取樣和保持模塊(806、808)分別在信號的峰值和谷值處取樣。固定相位調整模塊(804)執行的相位調整可改善或最大化第一和第二取樣和保持模塊(806、808)的效率。
一相位調整電路的替代位置在LED調變信號驅動正緣脈衝產生器(810)和負緣脈衝產生器(812)之前是在該信號中。相位調整電路將是由一或多個R-C級和一比較器組成，其使結果邊緣限制波形回到全振幅方波邊緣信號。
如前述，LED調變信號亦輸入相關濾波器(120)。LED調變信號作為接收信號進行時序取樣(一旦濾波及相位調整)的參考信號。更具體 為，LED調變信號係輸入一正緣脈衝產生器(810)和一負緣脈衝產生器(812)兩者。
正緣脈衝產生器(810)在LED調變信號的正緣處產生一系列短但定義的持續時間脈衝(透過部分脈衝序列(814a)的圖示)。這些脈衝作為第一取樣和保持模塊(806)的時脈信號的輸入，以提供峰值取樣時序。負緣脈衝產生器(812)在LED調變信號的負緣處產生類似系列的短脈衝(透過部分脈衝序列(814b)的圖示)。這些脈衝作為第二取樣和保持模塊(808)的時脈信號的輸入，以提供波谷取樣時序。
第一取樣和保持模塊(806)在信號峰值處取樣來自光偵測器Rx0至Rxn的接收(預調節和相位調整)信號，如由來自正緣脈衝產生器(810)的脈衝所定時序。在處理隨後的取樣之前，保持每個取樣的類比取樣值。因此，來自第一取樣和保持模塊(806)的輸出是一相關的最大類比信號(透過匹配接收信號部分(801c)的示例性信號部分(816a)和虛線接收信號參考部分(818a)的圖示)。
同樣地，第二取樣和保持模塊(808)在信號波底或波谷處取樣來自光偵測器Rx0至Rxn的接收(預調節和相位調整)信號，由來自負緣脈衝的脈衝所定時序。再者，在處理隨後的取樣之前，保持每個取樣的類比取樣值。因此，來自第二取樣和保持模塊(808)的輸出是一相關的最小類比信號(由匹配接收信號部分(801c)的示例性信號部分(816b)和虛線接收信號參考部分(818b)的圖示)。第二取樣和保持模塊(808)可取樣具有關於第一取樣和保持模塊(806)的類似相位之接收信號的反相形式。兩取樣和保持模塊的輸出可經混波及濾波，如下所述。
在其他實施例中，第一和第二取樣和保持模塊兩者可取樣非反相的接收信號及使用一電阻器和一電容器分別濾波的每個輸出。可使用一差動放大器來擷取濾波信號之間的差值。
在圖8所示的示例中，從第一和第二取樣和保持模塊(806、808)輸出的相關最大和相關最小信號係輸入一類比減法器(820)或組合電路，其從相關最大值減去相關最小值。然後，來自類比減法器(820)的結果輸出係輸入類比低通濾波器放大器(822)，其中其經低通濾波及放大成提供相關和濾波類比輸出。類比低通濾波器放大器(822)在測量每個單獨LED/偵測器光路徑的時段內將此信號平均。為了說明目的，顯示一示例性相關/濾波輸出信號部分(824)的圖形表示。在某些實施例中，可使用一或多個類比對數位轉換器將類比輸出轉換為數位信號，而不是使用一類比低通濾波器放大器，而且可數位式計算其間差值。
圖8所示組件的示例電路顯示在圖9至圖12。圖9至圖12所示的示例性電路和下面提供的示例性電路元件參數值(例如，電阻、電容等)僅是舉例說明且沒有限於這些示例的揭露。
圖9為圖8所示相關濾波器(120)的濾波器放大器(802)和固定相位調整模塊(804)之示意圖。濾波器放大器(802)和固定相位調整模塊(804)用於最佳化信號對準於使用在相關濾波器(120)的取樣脈衝。
示例性濾波器放大器(802)包括：電阻器RLoadCont、RBalCont、RA1、RA2和RA3；電容器CA1、CA2、CA3和C05；二極體D1和D2；及放大器UA7，如圖所示的連接。在此示例中：RLoadCont、RBalCont和RA1的每一者為3.3kOhm；RA2為3kOhm；RA3為47kOhm；CA1和CA2的每一者為330pF；CA3為15pF；C05為0.1μF；二極體D1和D2為BAV99LT1G二極體；而且放大器UA7為一LTC6252放大器晶片。在 圖9中，「V+3.3」表示連接3.3V電軌，「V+1.5」表示1.5V輸入。然而，實施例沒有限於此電路或組件值。
示例性固定相位調整模塊(804)包括：電阻器RA4、RA6和RA7；電容器CA4、CA6、CA7和C10；及放大器UA4。在此示例中，RA4和RA6的每一者為3.3kOhm；RA7為47kOhm；CA4和CA6的每一者為330pF；CA7為15pF；C10為0.1μF；而且放大器UA4是一LTC6252放大器晶片。然而，實施例沒有限於此電路或組件值。
整體上，相關濾波器(120)的此部分可稱為「前端接收器」。此前端可明顯減少或消除高於和低於調變頻率的低調變及充分放大想要的信號，因此將在第一和第二取樣和保持模塊(806、808)(圖8)中拾取的取樣雜訊將不致太明顯。AC濾波可包括消除來自太陽光等的穩定位準。放大器UA1A是一AC耦合差動接收器，其構成一帶通放大器、一RC相位調整、另一帶通濾波器。應瞭解，特定組件值、配置和電壓參考值在不同實施例中可改變。
來自光接收器(例如，來自圖1A和5A所示的Rx0至Rxn)的所有接收信號是經時間多工成圖9所示的「ScreenOut+」信號輸入。接地和電軌中的電壓調變(在此示例為3.3V)可能由於螢幕聚光圈和控制器之間電纜的導線電阻而產生。即使偵測器的光路徑被阻斷，此調變亦可能導致光偵測器輸出信號調變。在此實施例中，選擇性輸入信號「ScreenOut-」為包含「ScreenOut+」信號的差動形式，以減少或消除此電纜引起的調變。更具體為，「ScreenOut-」信號是來自一阻抗平衡電路的輸出，以使電纜感應調變的位準趨近回到控制器。由於控制器的相關濾波器(120)是差動，使得其可抵消電纜引起的調變，因此留下想要的信號。在圖9所示的具體設計中，「ScreenOut」信號可在匹配接收器(例如Rx0至Rxn)的阻抗下拾取3.3V 電軌。在其他實施例中，可修改電路以使用差動輸出Op-amp產生「ScreenOut+」信號的真差動形式。此示例性設計包括濾波器放大器(802)中的非線性限幅(藉由二極體D1和D2)以吸收大於想要信號的快速瞬態。
圖10為圖8所示的相關濾波器(120)的第一取樣和保持模塊(806)和第二取樣和保持模塊(808)之示意圖。
此實施例中的第一取樣和保持模塊(806)包括一第一取樣和保持電路(1102a)，其可為一具有輸入引腳VCC、VINP、VINN、SEN和GND和輸出引腳VOUTN、VOUTP和DEN的MaximTM DS1843電路。此實施例中的第二取樣和保持模塊(808)包括一第二取樣和保持電路(1102b)，其亦可為一具有相同輸入和輸出引腳的MaximTM DS1843電路。
非反相第一取樣和保持電路(1102a)在信號的調變分量的最大值(峰值)的取樣時序下取樣所接收和濾波的「Pre Filtered Signal(預濾波信號)」。反相第二取樣和保持電路(1102b)是在信號的調變分量的最小值(谷值)下取樣相同的「Pre Filtered Signal(預濾波信號)」。
對於第一和第二取樣和保持電路(1102a、1102b)兩者而言，一電壓(例如3.3V)輸入VCC，GND和DEN連接地端，而且VOUTN是未連接。在圖10中，輸入「Pre Filtered Signal(預濾波信號)」是從圖8所示固定相位調整模塊(804)輸出的相位調整接收信號，其為連接第一取樣和保持電路(1102a)的VINP和第二取樣和保持電路(1102b)的VINN。圖10所示的輸入「PSampleDrive(P取樣驅動)」是從圖8所示的正緣脈衝產生器(810)輸出的脈衝，其為連接第一取樣和保持電路(1102a)的SEN，然後輸入控制邏輯(1104a)以控制Pre Filtered Signal輸入的取樣時間。圖10所示的輸入「NSampleDrive(N取樣驅動)」是從圖8所示的正緣脈衝產生器(810)輸出 的脈衝，其為連接第二取樣和保持電路(1102b)的引腳SEN，然後輸入控制邏輯(1104b)以控制Pre Filtered Signal輸入的取樣時間。
第一取樣和保持模塊(806)是當饋送到其非反相輸入時在預濾波信號的相關信號峰值下取樣。取樣電壓越高，第一取樣保持輸出在整個取樣時段內越高。第二取樣和保持模塊(808)是當饋送到其反相輸入時在預濾波信號的相關信號谷值下取樣。取樣電壓越低，第二取樣和保持輸出將在整個取樣時段內越高。來自第一取樣和保持電路(1102a)的引腳VOUTP輸出為相關信號峰值(如圖10的「P Sample(P取樣)」所示)。來自第二取樣和保持電路(1102b)的引腳VOUTP輸出為相關信號谷值(如圖10的「N Sample(N取樣)」所示)。兩取樣和保持電路的輸出為組合一起，而且由每一者所進行低通濾波以通過電阻器驅動到一共同混波電容器。由微控制器進行A/D取樣之前可進一步放大及低通濾波共同混波電容器的信號。
低通濾波時對預濾波信號的相關調變將不會彼此抵消且導致正輸出。
如果存在不相關的光學雜訊調變，則取樣將隨機定相，而且在藉由RC濾波器平均化之後，可很大程度抵消光學雜訊。應瞭解，特定組件值、配置和電壓參考值在不同實施例中可改變。替代方案包括取樣和保持非反相兩者，然後在加總一起之前使其輸出之一者反相。隨著取樣和保持在其路徑中具有反相與取樣的相對相位，相關輸出可為正信號或負信號。微控制器可編程成處理任一極性。或者，可將每個取樣和保持的輸出平均化，並由微控制器單獨進行A/D取樣，並在微控制器內計算差值。
圖11為圖8所示相關濾波器(120)的正緣脈衝產生器(810)和負緣脈衝產生器(812)之示意圖。圖11所示的「ContinuousModulation(連續調變)」信號輸入為前述的LED調變信號。
此實施例的正緣脈衝產生器(810)包括：電容器C02和C11、電阻器RSMA1和RL1、二極體DA1和DA2、及放大器UA1A，如圖所示的連接。在圖11中，「V+3.3」表示一正3.3V電軌連接。電容器C02和C11可分別為22pF和0.1μF。二極體DA1和DA2可為BAV99LT1G二極體。電阻器RSMA1可為10kOhm，而且電阻器RL1可為3.3kOhm。放大器UA1A可為一LT1720放大器晶片。然而，實施例沒有限於此電路或組件值。
此實施例的負緣脈衝產生器(812)包括：電容器C01和CL1、電阻器RSMB1和RL2、二極體DB1和DB2、及放大器UA1B，如圖所示的連接。在圖11中，「V+3.3」表示一正3.3V電軌連接。電容器C01和CL1可分別為22pF和2.2nF。二極體DB1和DB2可為BAV99LT1G二極體。電阻器RSMB1可為10kOhm、且電阻器RL2可為3.3kOhm。放大器UA1B可為一LT1720放大器晶片。然而，實施例沒有限於此電路或組件值。
正緣脈衝產生器(810)和負緣脈衝產生器(812)用於控制圖10所示的第一和第二取樣和保持模塊(806、808)。應瞭解，特定的組件值、配置和電壓參考值在不同實施例可改變。
圖12為平均兩取樣和保持輸出的類比減法器(820)、及圖8所示相關濾波器(120)的類比低通濾波器放大器(822)之示意圖。類比減法器(820)輸出來自圖10所示第一和第二取樣和保持模塊(806、808)的正和負電流輸出的平均值。類比低通濾波器放大器(822)是一DC耦合積分低通放大器，其參考位準和增益經過調整，因此在此示例中，輸出擺動適於微控制器(118)(圖1A和5A)。結果輸出是有效濾除不相關信號變化的兩取樣和保持輸出的平均值。應瞭解，特定組件值、配置和電壓參考值在不同實施例可改變。
實施例沒有限於前述特定相關方法。在某些實施例中，藉由將偵測器輸出信號轉換成具有同步於每個調變碼片的非常高(>=16位元)分辨率A/D取樣的數位信號，將時間多工偵測器輸出信號與調變信號形成相關性，而且在任何相關成分可具有最大碼片相關振幅的相位下。如果LED調變碼片為高位準，則可不修改取樣信號。如果LED調變碼片為低位準，則取樣信號可乘以-1。結果可在主動光路徑週期內求總和。此相關方法可例如由一微控制器執行。
在其他實施例中，藉由以臨界值為主的偵測器將時間多工偵測器輸出信號轉換成一數位信號，可將時間多工偵測器輸出信號與調變信號形成相關性。然後可藉由一互斥或(Exclusive-Or，XOR)閘將轉換信號乘以原始調變信號。
在仍然其他實施例中，藉由使用類似於典型調幅外差式無線電接收器的方法，可將時間多工偵測器輸出與簡單頻率類型調變形成相關性。例如，時間多工偵測器輸出可例如使用一混波器與具有鎖相到調變頻率的較高頻率正弦波相乘，以在對準陶瓷或石英晶體濾波器的兩頻率之總和處的較高中頻(Intermediate Frequency，IF)下產生頻率成分。陶瓷石英晶體濾波器可用於消除幾乎所有其他頻率成分。濾波的IF可再次混合相同較高頻率正弦波，以產生原始偵測器輸出信號的高度濾波形式，然後可簡單進行整流和低通濾波以產生想要的相關輸出信號。其他相關方法亦可能。
在某些實施例中，可在使用任何先前相關方法而與調變信號相關之前，可將入射光信號進行頻率濾波及放大(例如，使用濾波器放大器(802))。
圖13為顯示濾波器放大器(802)和選擇性偽平衡電路(830)之方塊圖，偽平衡電路係藉由互連(831)連接濾波器放大器(802)。在此示例中， 偽平衡電路(830)為一偽差動阻抗平衡電路，且可位於圖1A所示的接收器Rx0至Rxn與相關濾波器(120)之間。此示例中的互連(831)可為包括導線(832、833)(例如，電線)的差動導軌互連電纜，而且可形成圖1A所示互連(106)之一部分(即是，接收器Rx0至Rxn與相關濾波器(120)之間的連接)。在一較佳實施例中，來自接收器Rx0至Rxn的「ScreenOut+」信號係輸入偽平衡電路(830)，其從「ScreenOut+」信號產生「ScreenOut-」信號。「ScreenOut+」和「ScreenOut-」信號兩者分別從偽平衡電路(830)輸出到導線(832、833)。「ScreenOut+」和「ScreenOut-」信號是由互連(831)承載並輸入濾波器放大器(802)。
在偽平衡電路(830)處接收的「ScreenOut+」信號可能包括不想要的功率波動。「ScreenOut+」和「ScreenOut-」信號可亦在互連(831)中接收不想要的外部RF干擾。偽平衡電路(830)可用於消除在來自光偵測器輸出信號上的相關功率調變和互連RF拾取雜訊。例如，偽平衡電路(830)可對互連(831)呈現類似於所接收「ScreenOut+」信號的阻抗。因此，互連(831)中的差動成對的導線(832、833)兩者可在允許濾波器放大器(802)(其作用如同一差動接收器)在很大程度上抵消雜訊，僅留下來自接收器的想要信號之類似位準下拾取RF雜訊。如果承載「ScreenOut+」信號和「ScreenOut-」信號的兩導線(832、833)在兩端具有類似的接地阻抗，則在兩導線(832、833)上的任何RF雜訊拾取可相同或幾乎相同。控制器的濾波器放大器(802)是差動傳遞，因此只傳遞「ScreenOut+」和「ScreenOut-」信號之間的差動，基本上或完全消除成對導線(832、833)的RF雜訊。此外，藉由使偽平衡電路(830)具有類似接收器電路的聚光圈電軌耦合，還可很大程度上消除所接收「ScreenOut+」信號上的聚光圈電軌波動影響。
偽平衡電路(830)可位於觸控感測器的聚光圈(例如，圖1所示的觸控感測器(104))中，而且濾波器放大器(802)可位於控制器(例如，圖1所示的控制器(102))內。
可用於圖13所示偽平衡電路(830)的偽平衡電路之示例顯示在圖14A至14C。圖14A為可當作圖13所示差動阻抗平衡電路(830)使用的一第一示例性偽平衡電路(830a)之示意圖。此示例中的偽平衡電路(830a)具有強烈有關3.3V電軌電壓的偵測器輸出。偽平衡電路(830a)可用於減少在聚光圈和互連電纜內產生的電源雜訊、以及減少由互連電纜所拾取的RF雜訊兩者。
偽平衡電路(830a)包括一電容器(1401)、第一和第二電阻器(1402、1403)、一NPN電晶體(1404)和一負載電阻器(1405)。NPN電晶體(1404)可為一BFU520Y電晶體封裝。第二電阻器(1403)可為22kOhm。電容器(1401)可為0.1μF。負載電阻器(1405)可為3.3kOhm。然而，實施例沒有限於此電路或組件值。
這些電路中使用的電晶體可變化，而且可匹配在光接收器電路的輸出中使用的電晶體，如圖3和4A至4D所示。
圖14B所示的示例性偽平衡電路(830b)包括類似的電阻器(1402、1403)及NPN電晶體(1404)，但省略電容器(1401)。第二電阻器(1403)可為47kOhm，而且負載電阻器(1405)可為3.3kOhm。然而，實施例沒有限於此電路或組件值。在圖14B所示的示例中，「ScreenOut-」信號沒有追踪「ScreenOut+」信號。而是，偽平衡電路(830b)具有如用於接收器中電晶體(1404)的固定偏壓。
此偽平衡電路(830b)的輸出阻抗在某種程度上取決於與電路的輸出電壓成比例的其電晶體輸出電流。電晶體(1404)的輸出電壓可隨環 境光條件而明顯變化。此偽平衡電路(830b)具有可設定在光接收器額定位準的固定電晶體輸出電壓。其匹配光接收器的阻抗準確度可取決於環境光條件，因其將相對於光接收器電路注入3.3V電源雜訊。
圖14C為另一示例性替代偽平衡電路(830c)的示意圖。圖14C所示的示例性偽平衡電路(830c)包括第一和第二NPN電晶體(1404a、1404b)。此偽平衡電路(830c)可改變平衡電路的電晶體輸出電壓以對準平均接收器電晶體偏壓位準。因此，其在寬範圍環境光條件下具有幾乎相同於光接收器電路的阻抗特性，而且將注入幾乎相同於光接收器電路的3.3V電源雜訊。圖14C所示的偽平衡電路(830c)可抵消基極/射極接合偏移誤差。
通常，正交光學光路徑用於定位觸控事件的位置。對於矩形螢幕而言，正交路徑通常可為垂直和水平。例如，參見圖1D和5D所示成對LED和偵測器的示例性配置。為了方便描述，手指(或光學光路徑中的其他物件)的垂直位置將稱為「Y位置」，而且水平位置將稱為「X位置」。
在某些「雙觸控」情境(即是，兩根手指同時觸摸觸控感測器區域)中，兩根手指可具有相同或非常接近相同的X位置或Y位置。在這情況下，當僅使用正交光路徑的兩個光束角度時，可能難以決定或保持知道哪個所偵測到X和Y值是與哪根手指有關聯。如果發生所偵測到X和Y值的不正確關聯，則可能獲得非意欲的影響，諸如如果成對手指旋轉，實際上當旋轉是逆時針時，可能感測到順時針旋轉，反之亦然。
如果兩根手指置放在觸控感測器上的速度較快於掃描速率可解析的速度，則可能出現類似困難。本說明書的術語「掃描速率」是指循序啟動所有對應成對LED/光偵測器的速率，使得針對觸控事件而掃描整個觸控感測器。例如，如果偵測到兩個X位置(X1、X2)並且偵測到兩個Y位置(Y1、Y2)，則可能不知道X1是否與Y1有關聯或與Y2有關聯，反之亦然。
根據本發明的另一態樣，可實施主動LED和偵測器之間的相對時序偏移以修改光路徑的角度。此光路徑在本說明書將稱為「成角」光路徑。當兩或多根手指(或其他物件)同時置放在觸控感測器上或者垂直或水平對準時，此成角光路徑角度可幫助解決模糊或不確定性。可包括成角的光路徑作為掃描處理的一部分。例如，控制器可先掃描正常的正交光路徑，然後是成角的光路徑。
主動LED和主動偵測器之間的光路徑可相對於X方向、Y方向或兩者而成角度。此角度可導致手指或其他物件阻斷光學光路徑的相關變化，此取決於手指距LED的距離。因此，對於成角的路徑感測而言，可更確定正交路徑感測為模糊的手指位置或移動，反之亦然。此方法可特別有助益於解決在X或Y方向上重疊出現的兩根手指位置。
由於來自LED的光的傳播，其可能不必然實際改變LED的實體對準以產生成角光路徑。而是，每個LED可輸出充分向外扇出而由一或多個偵測器接收的光，所述偵測器偏移偵測器而且直接相對於LED定位及對準。例如，在圖1B中，LED1可輸出扇出部分由Rx1接收、而且還可部分由Rx0和Rx2所接收足夠寬的光。因此，在某些實施例中，為了產生成角的光學光路徑，當LED1為主動時僅啟動Rx0或Rx2。此偏移LED/Rx啟動可藉由調整控制一側移位暫存器相對於另一側的時序的同步脈衝的相對時序來完成。
圖15為圖5D所示的示例觸控感測器(504)之圖式，但是示意說明某些LED和偏移到這些LED的光偵測器之間的可能一組成角路徑(如虛線箭號表示)。表示路徑的虛線箭號未有示意說明從對應LED發射的總光，而是成對的偏移LED/偵測器之間的路徑。在此示例中，LED實際上沒有旋轉或移動。而是，從每個LED發射的光具有擴散角，允許一部分光入射到 對應的相對光接收器、以及相鄰對應相對光接收器的至少一光接收器。因此，藉由在一時段內啟動想要的LED和光接收器而不是透過LED的機械運動來簡單產生成角的路徑。定址電路(在此示例中為移位暫存器(114a/114b、116a/116b)可具有一第一模式，其中使用通常直光路徑(如圖1D和5D所示)；及一用於測量成角路徑的第二模式。多個不同角度係可測量。
在此示例中，為了建立成角路徑，透過移位暫存器(114a、114b)移位的資料位元從透過移位暫存器(116a、116b)所移位的對應資料位元偏移，使得接續的成對LED/Rx同時是主動的，以在其間產生一成角光路徑：LED2和Rx0、LED1和Rx3、LED4和Rx2、LED3和Rx5、LED6和Rx4、LED5和Rx7、LED10和Rx8、LED9和Rx11、LED12和Rx10、LED11和Rx13、LED14和Rx12、LED13和Rx15。
圖16示意說明圖5A所示觸控感測器系統(500)經過8個步階週期的輸出信號「Start_Pulse_LED/Rx_Shift」、「Shift_Step_Clock」、「LED調變(LED Modulation)」、「Start_Pulse_Rx/LED_Shift」、「LED/Rx Mod」、「Rx/LED Mod」的狀態，以實現圖15所示的成角光路徑。如圖所示，「Shift_Step_Clock」、「LED調變(LED Modulation)」、「Start_Pulse_LED/Rx_Shift」、「LED/Rx Mod」、和「Rx/LED Mod」信號保持不變，如圖6所示。然而，相較於「Start_Pulse_LED/Rx_Shift」信號，啟動光偵測器Rx0至Rxn的循序啟動之「Start_Pulse_Rx/LED_Shift」信號係偏移兩個移位時脈週期。因此，在當LED2為主動的時脈週期(1601)(由於移位暫存器輸出QA2經調變)中，Rx0為主動(由於移位暫存器輸出QB0為高位準)，因此提供由圖15和16所示箭號表示的光路徑(1602)。在下一時脈週期(1603)中，移位暫存器輸出QA3為高位準，而且移位暫存 器輸出QB1經調變，因此啟動偵測器Rx3和LED1並提供由圖15所示箭號表示的光路徑(1604)等。一類似的偏移發信模式可用於驅動連接於第二組移位暫存器(114b、116b)並對準觸在控感測器側面上的第二組LED和偵測器。
前述示例性成角光路徑在第一方向/角度上偏移正交(垂直/水平)路徑。可藉由反轉「Start_Pulse_LED/Rx_Shift」和「Start_Pulse_Rx/LED_Shift」信號之間的偏移來實施沿反向/角度偏移的另一組成角路徑。兩方向的偏移可進一步改善分辨率偵測。實施例沒有限於前述的特定成角路徑。例如，可使用較大的偏移(路徑角)。例如，可使用2的正或負倍數的其他偏移，而不是將「Start_Pulse_LED/Rx_Shift」和「Start_Pulse_Rx/LED_Shift」信號偏移兩個時脈週期。然而，故意限制偏移角度，因此可保持LED發射角度最小，因此最小化浪費光功率。
當實施共享一共同交替調變模式的LED和偵測器交錯之螢幕時，驅動步驟可採±2的倍數進行。如果使用定址的驅動結構，則可在一側上的位址的第二LSB上使用數個互斥或閘(Exclusive Or Gate)進行類似的移位。
所述的成角感測方法可助於使用兩、三或可能多個物件來感測觸控事件。
圖17為根據某些實施例的圍繞顯示器(1803)的周邊(1802)之IR觸控感測器電路(1800)的可能佈局之圖式。該IR觸控感測器電路包括一第一複數個電路部分(1804a至1804k)和一圍繞周邊(1802)分佈的第二複數個電路部分(1806a至1806k)。
第一複數個電路部分(1804a至1804k)之每一者包括一對應的8位移位暫存器，其輸出連接總共八個交錯的LED和光偵測器，類似於圖5D所示的移位暫存器(114a)、LED0、Rx1、LED2、Rx3、LED4、Rx5、LED6 和Rx7。第一複數個電路部分(1804a至1804k)是採循序菊鏈連接且圍繞顯示器(1803)的頂部和左側延伸。包括相鄰於電路部分(1804a至1804k)的箭號示意說明循序啟動每個電路部分的LED和偵測器的方向(1805a至1805k)。一另外虛線箭號顯示用於示意說明沿著頂部的最後部分(1804g)至沿著左側的第一部分(1804h)之間的菊鏈連接(1809)(例如，藉由未具體顯示的電線或其他電連接)。
第二複數個電路部分(1806a至1806k)之每一者包括一對應的8位移位暫存器，其輸出連接總共八個交錯的LED和光偵測器，類似於圖5D所示的移位暫存器(114b)、Rx0、LED1、Rx2、LED3、Rx4、LED5、Rx6和LED7，且LED和偵測器為相對於第一複數個電路部分(1804a至1804k)反置。第二複數個電路部分(1806a至1806k)是採循序、菊鏈連接並圍繞顯示器(1803)的底部和右側延伸。包括相鄰於電路部分(1806a至1806k)的箭號(1807a至1807k)示意說明循序啟動每個電路部分的LED和偵測器的方向。一另外箭號顯示用於示意說明沿著底部的最後部分(1806g)至沿著右側的第一部分(1806h)之間的菊鏈連接(1811)(例如，藉由未具體顯示的電線或其他電連接)。
第二複數個電路部分(1806a至1806k)之每一者係對準第一複數個電路部分(1804a至1804k)的相對一者，使得每個光偵測器對準(垂直或水平)該等LED的對應一者，類似於圖5D所示的示例。
圖17亦顯示可用於將觸控感測器電路連接一控制器(諸如，圖5A所示的控制器(502))的一示例柔性互連(1813)。
圖18為圖17所示第一複數個電路部分(1804a至1804k)的一部分(1804a)的示例性佈局之放大圖。第一複數個電路部分(1804a至1804k)的其餘電路部分(1804b至1804k)具有類似結構(除了最後電路部分(1804k) 不是菊鏈連接任何循序部分)。輸入和輸出連接未顯示在圖18，但可為印刷電路板上的金屬連接、電線、或任何其他適當電連接。電路部分(1804a)包括一移位暫存器(1808)，其採交錯方式連接四個LED(1810a至1810d)和四個光偵測器(1812a至1812d)(例如，類似於圖5A)。
每個光偵測器(1812a至1812d)包括一相對光電二極體(1813a至1813d)和一相對電晶體晶片(1814a至1814d)。電晶體晶片(1814a至1814d)可包括兩個NPN電晶體(例如，圖3所示的Q1和Q2)。每對光電二極體(1813a至1813d)和電晶體晶片(1814a至1814d)可例如連接形成圖3所示的光偵測器(300)。
移位暫存器(1808)採類似於圖5A所示菊鏈序列連接下一電路部分(1804b)(圖17)。在此具體示例中，「LED/RX Mod」和「Shift_Step_Clock」信號和資料輸出(例如，圖15所示的輸出QA7')信號是循序連接下一電路部分(1804b)的移位暫存器(圖18未示出)的對應輸入。
圖19為圖17所示第二複數個電路部分(1806a至1806k)的一部分(1806a)的示例佈局之放大圖。第二複數個電路部分的其餘電路部分(1806a至1806k)具有一類似結構(除了最後電路部分(1806k)不是菊鏈連接任何循續部分)。輸入和輸出連接未顯示在圖19，但可為印刷電路板上的金屬連接、電線、或任何其他適當電連接。第二複數個電路部分(1806a)包括一移位暫存器(1815)，其採交錯方式連接四個LED(1816a至1816d)和四個光偵測器(1818a至1818d)(類似於圖18，但是採相反的交替循序)。光偵測器(1818a至1818d)之每一者類似於圖18所示的光偵測器(1812a至1812d)(具有一相對光電二極體和電晶體晶片)。
移位暫存器(1815)亦採類似於圖5A所示的菊鏈序列連接下一電路部分(1806b)(圖17)。在此具體示例中，「LED/RX Mod」和 「Shift_Step_Clock」信號和資料輸出(例如，圖15所示的輸出QA7')信號循序連接下一電路部分(1806b)的移位暫存器(圖19未示出)的對應輸入。
圖18和19整個顯示第一複數個電路部分(1804a至1804k)的一部分(1804a)如何對準(但反向)第二複數個部分(1806a至1806k)的對應部分(1806a)。其他成對的對應部分亦為如此對準。
圖20顯示具有交錯LED/偵測器設計和模式相關濾波器的觸控感測器系統之模擬結果(2000)，類似於圖5A所示的示例系統(500)。模擬顯示不同程度部分阻斷的十九個光路徑中的四個影響，而觸控感測器暴露於最小光雜訊。此結果顯示數根手指完全和部分阻斷某些模擬光學光路徑的模擬影響。對於模擬而言，使用以下參數：光驅動=3.3V；42 Ohm電阻調節LED電流至約19mA。在此示例中，100mV、10MHz雜訊已加入電纜中的Rx信號。在此示例中，沒有針對模擬結果而添加光學雜訊或RF電纜雜訊。
在圖20中，圖式(2002)顯示一模擬的「LED/Rx Mod」信號。圖式(2004)顯示一模擬的「Rx/LED Mod」信號。如圖式(2002)所示，「LED/Rx Mod」信號包括一系列交替LED調變週期(2010)和接收器啟動週期(2012)。圖式(2004)所示的「Rx/Led Mod」信號是類似，但具有相反循序(即是，當「LED/Rx Mod」信號正調變以驅動LED時，「Rx/LED Mod」信號對於在相同時段內啟動對應偵測器是恆定的，反之亦然)。「LED/Rx Mod」和「Rx/LED Mod」信號包括每個LED主動時段約24個碼片。
圖式(2006)顯示在平均和最後放大之前的模式相關濾波器(例如，圖5A和8所示的相關濾波器(120))差異的濾波類比信號相關取樣。尤其是，圖式(2006)顯示類似於在圖8所示相關濾波器(120)的第一和第二取樣和保持模塊(806、808)處取樣的模擬取樣。
圖式(2008)顯示來自模式相關濾波器的模擬輸出(例如，圖5A和8所示的相關濾波器(120))。由諸如一或多個手指的物件所模擬的全阻斷事件導致陷波(2014、2016、2018)。陷波(2020)顯示一模擬半阻斷事件。
如圖20所示，模擬系統具有在「LED/Rx Mod」和「Rx/LED Mod」信號開始其相對正常工作輸出序列之前的初始電路啟動時間(Tstart-up)。此啟動時間可能僅發生在電路的初始啟動。
圖21顯示圖20所示模擬的觸控感測器系統之模擬結果(2100)，但具有高位準的光學雜訊(例如，太陽光)和RF雜訊(例如，來自120Hz白熾燈)、以及添加的IR控制器調變IR光雜訊。更具體為，添加的光學雜訊如下：DC @ 100*LED、120Hz @ 30*LED、及40kHz脈衝@ 0.3*LED強度。
圖22為根據某些實施例之可當作定址LED和光偵測器的替代方法(不是移位暫存器)使用的定址電路(2200)之示意圖。定址電路(2200)包括至少第一、第二和第三3對8解碼器電路(2202、2204、2206)。第一、第二和第三3對8解碼器電路(2202、2204、2206)之每一者包括三個定址輸入、8個輸出、和一致能輸入E1。在圖22中，第一、第二和第三3對8解碼器電路(2202、2204、2206)的致能輸入E1為高位準致能。第一、第二和第三3對8解碼器電路(2202、2204、2206)連接以選擇性致能LED和光偵測器。前三個位址信號A0、A1、A2係輸入第一3對8解碼器電路(2202)，以在第一3對8解碼器電路(2202)的八個輸出Y0至Y7之間進行選擇。輸出Y0和Y1然後選擇性致能第二或第三3對8解碼器電路(2204或2206)。第二3個位址信號A3、A4、A5係輸入第二和第三3對8解碼器電路(2204、2206)兩者，以在輸出Z0至Z15之間選擇。當Y0為高位準時，輸出Z0至Z7是由位址信號A3、A4、A5選擇。當輸出Y1為高位準時，輸出Z8至Z15是由位址信 號A3、A4、A5選擇。輸出Z0至Z15之每一者可連接以選擇相對的LED或接收器。附加的3對8解碼器電路可連接第一3對8解碼器電路的其餘輸出Y2至Y7，以致能定址附加的LED或接收器。此定址方法的潛在優點是可採任何循序選擇LED和光偵測器(例如，藉由圖1A和5A所示的微控制器(118))。當螢幕變較大且需要定址多個LED和光偵測器時，此類型的定址系統亦可經縮放成包括附加的位址線。實施例沒有限於3對8解碼器，而且可使用其他解碼器或其他定址電路。在某些實施例中，可決定或計算相對於第三軸(例如Z軸)的觸控。Z軸測量可用於決定或感測使用者觸控螢幕或其他輸入裝置的接近程度或硬度。例如，可決定或計算Z軸位置，以基於以下假設來測量有多少路徑上所被阻斷光的位準，假設是當手指接近螢幕時已知半徑的手指將部分阻斷對準手指中心的具最強阻斷的若干光路徑。手指越近，越多的光路徑將部分或整個阻斷。在至少一實施例中，可基於由觸控引起光學障礙物的寬度來決定或計算使用者觸控螢幕的力氣大小等。例如，透過輕觸，手指的尖端可在感測設備的相對側之間引起狹窄的光阻斷。然而，當使用更大壓力按下手指時，指尖可變平，因此增加障礙物的寬度。在感測設備處引起的障礙物寬度可用於決定施加觸控的壓力量。障礙物的寬度可沿著單軸(例如，X或Y軸)或沿著兩或多個軸(例如，X和Y軸)進行測量。Z軸測量可用於任何適當目的或應用。例如，在工業控制應用上，此可用於藉由輕推通過閥門的最小流量及重推增加通過閥門的流量來調整閥門圖標上的流量。其他用途亦為可能。
當使用裸露手指以外的東西來觸控一觸控輸入系統時，可能不會發生裸露手指的平壓效果。因此，在至少一實施例中，可使用能夠偵測施加於觸控輸入感測器表面的任何軸壓力的一或多個應變片感測器(Strain gauge sensor)或任何其他類型適當壓力偵測感測器。例如，一或多 個應變片感測器可安裝在任何邊緣處的感測器基板的背面上，以夾在感測器背面和視頻顯示器的感測器安裝面之間。可藉由從靜態到受壓的感測器讀數變化來偵測及測量Z軸壓力。
在某些實施例中，控制器控制該觸控感測器以逐一掃描水平和垂直路徑，然而觸控感測器可設計成同時掃描兩者。
在某些實施例中，「水平」和「垂直」光路徑群組彼此約成90度。此取向在許多觸控感測器顯示系統中是很平長。然而，應明白，兩或多個光路徑組不必然彼此約90度取向。
能夠針對多種螢幕尺寸使用具有相同韌體的相同控制器可有利的，其間無需使用者輸入來建構用於每個螢幕尺寸的控制器。螢幕中的LED/接收器總步階數量可藉由計算在許多時脈週期內接收到低位準相關信號之前的起始脈衝發生後有多少步階時脈來決定。在螢幕寬度明顯不同於螢幕高度的某些實施例中，較長的光路徑可能導致可用於分離兩軸的接收器信號振幅明顯減小。如果螢幕的寬度類似於螢幕的高度，則此方法可能不夠可靠，而且可使用更確定的方法，其中在水平移位暫存器和垂直移位暫存器之間插入一或多個額外時脈延遲。由於在這些額外延遲週期期間沒有啟動LED或接收器，使得相關的接收信號將會為低位準且控制器可偵測此差異並決定有關在額外延遲之前所發生軸的步階時脈數量，其餘步階時脈係有關另一軸。請即參考圖1，例如，可例如藉由具有Rx和未連接LED或光偵測器的移位暫存器模塊(114、116)之每一者的一或多個輸出來導入延遲，其中該等一或多個未連接輸出位於水平路徑輸出和垂直路徑輸出之間。或者，可在軸移位暫存器之間插入D-Flop。
圖23為顯示LED如何連接移位暫存器輸出的示例之示意圖。更具體為，圖23所示的示例顯示一連接電路(2300)，其中LEDn連接一移位 暫存器輸出「Shift_Register_Output_Qn」。如圖所示，一電流控制電阻器Rlimit串聯連接在LEDn和「Shift_Register_Output_Qn」之間。電阻器Rlimit可用於限制通過LEDn的電流。例如，電阻器Rlimit可為42 Ohm，但是實施例沒有限於特定電阻。在本說明書描述示例中連接移位暫存器的每個LED可同樣具有連接在LED和對應移位暫存器輸出之間的電流控制電阻器。
或者，LED可由一主動電流控制驅動級驅動。
圖24為根據某些實施例之含有一觸控感測器(2402)的示例性計算系統(2400)的方塊圖。該系統包括耦接一觸控感測器控制器(2404)(其可類似於本說明書描述的示例觸控感測器控制器)的觸控感測器(2402)(其可類似於本說明書描述的示例觸控感測器)。觸控感測器包括一顯示器(2406)和觸控感測器電路(2408)，其通常圍繞顯示器的周邊配置。觸控感測器電路(2408)可包括LED和光偵測器，其耦接定址/解多工電路，諸如移位暫存器(類似於圖1A至1D和5A至5D所示的示例)。
在此示例計算系統(2400)中，一處理器(2410)耦接及控制顯示器(2406)和觸控感測器控制器(2404)。處理器(2410)係操作耦接一記憶體(2412)，可儲存由處理器(2410)執行的處理器可執行指令，以控制顯示器(2406)及/或觸控感測器控制器(2404)。處理器(2410)和記憶體(2412)可形成觸控感測器控制器(2404)的一部分(例如，類似於圖1A所示的處理器(122)和記憶體(124))。或者，觸控感測器控制器(2404)可包括一單獨處理器及/或記憶體。處理器(2410)可例如控制顯示器以顯示圖形使用者界面，然後基於在觸控感測器上感測到的觸控事件來接收及解譯使用者輸入(意指使用者與所顯示界面互動)。
處理器(2410)和記憶體(2412)可為相同於觸控感測器(2402)及/或觸控感測器控制器(2404)的裝置之一部分。或者，處理器(2410)和記憶體(2412)可為遠離觸控感測器(2402)及/或觸控感測器控制器(2404)的一單獨電腦裝置或系統之一部分。其他配置和變化亦可能。
在某些實施例中，本說明書討論的系統和裝置可包括抑製或減輕由環境光位準變化(諸如，入射在觸控感測器的太陽光變化)所引起雜訊的電路。
觸控感測器的某些應用可能會遇到入射在觸控感測器上的太陽光變化。例如，可能在飛機駕駛艙中引起太陽光調變，其中照射在觸控感測器上的太陽照在高頻率下可能受到螺旋槳或葉扇陰影而「削弱」。由於太陽照射而從光接收器輸出的信號電流可能數百倍由於調變的LED導致的信號電流。因此，太陽光位準的快速或頻繁變化可能導致接收器信號輸出的大擺動或偏移。此移位可能使來自LED的調變信號的手指觸控變化難以或不可能偵測到。
同樣地，對於諸如圖5A至5D所示的交替接收器/LED配置，太陽可照射在觸控感測器的一側而不是另一側，使得交替接收器處於全太陽下，而其他則不是。此可能導致接收器掃描處理的每步接收信號中較大位準移位。
從光接收器的輸出信號中的此大位準移位可能對來自純粹依賴固定頻率濾波的模式相關濾波器的輸出產生明顯影響。實際上，可能在信號中引起可能需相對長時間才能消除的非常大非對稱瞬態。
圖25示意說明可從入射在觸控感測器上的環境光(例如，太陽光)位準的頻繁變化、及/或來自入射在光接收器上的明顯不同太陽光位準引起的問題。圖25顯示具有交錯LED/偵測器設計和固定頻率模式相關濾波 器的觸控感測器系統之模擬結果(2500)，其中並沒有設計用於減輕突然瞬態影響的特徵。在此示例中，模擬入射在交替接收器(例如，沿著觸控感測器的一側但不是相對側的接收器)上的強陽光。因此，接收器在暴露於直射陽光和處於陰影之間的循序交替。在此示例中，在模擬中使用以下參數：LED調變交替高低碼片率是782kbps(每秒有千個碼片)；對應的101010調變模式的基頻為391kHz；LED調變信號每個步階時脈週期提供32個碼片；而且在每個步階時脈週期結束時採用A/D取樣。模擬加入下聚光圈的光接收器，相當於在500RPM轉速的5片直升機旋翼所截的整個太陽。旋翼片間的通過時間為400us，單個旋翼片陽光阻斷週期為20us。上聚光圈的接收器未暴露在截切太陽光，造成交替步階時脈全太陽照射。
圖式(2502)顯示觸發掃描或讀取觸控感測器的光接收器之接收器同步脈衝信號(2503)(例如，「Start_Pulse_Rx_Shift」信號)。
圖式(2504)顯示LED調變信號。
圖式(2506)顯示從接收器輸出的原始信號(例如，「ScreenOut」信號)。接收的信號顯示存在太陽光(例如，在接收器週期(2507a))和接收器處於陰影(例如，在接收器週期(2507b))時的大擺動。由於LED調變，使得這些大輸出擺動遠大於輸出信號的調變。由於LED調變引起的接收信號調變(圖式(2504))非常小，甚至無法在圖式(2506)看見。在此示例中，實際模擬的太陽光位準是當晴朗日子烈日當頭時，在50,000英尺處的可能最大理論位準。
圖式(2508)顯示從圖式(2506)的原始信號輸出產生的濾波和相關取樣信號。相關取樣信號是在平均和最後放大之前來自模式相關濾波器(例如，圖5A和8所示的模式相關濾波器(120))的輸出。可看出在太陽光照射中從每個步階產生較大和延長的持續時間非對稱瞬態。
圖式(2510)顯示來自模式相關濾波器(例如，圖5A和8所示的相關濾波器(120))的模擬輸出。模擬輸出的大擺動(波峰值和波谷值)是由模擬的截切太陽光引起的。由諸如一或多根手指的物件引起的模擬觸控事件導致較小輸出峰值點(2511a、2511b、2511c)。點(2511a、2511c)是模擬的全觸控事件，而點(2511b)是一模擬的半觸控事件。然而，這些觸控事件受到太陽調變瞬態的影響，因此，由於模擬的太陽引起較大輸出變化，可能難以可靠偵測到。
圖26至29顯示圖1A和圖8所示相關濾波器(120)的替換電路。
圖26為一濾波器放大器(2602)(例如，圖8所示的相關濾波器(120))的示意圖。濾波器放大器(2602)在功能上類似於圖9所示的濾波器放大器(802)，但是包括可吸收遠大於想要信號的快速瞬態之截波電路(2601a、2601b)。此實施例中的截波電路(2601a)包括第一和第二小信號截波二極體D1和D2，其為相反方向接線，並聯連接在反相放大器UA7輸出和輸入去耦電容器「CA1」的放大器側之間。此實施例中的截波電路(2601b)包括第三和第四小信號截波二極體D3和D4，其為相反方向接線，並聯連接在反相放大器UA4輸出和輸入去耦電容器「CA6」的放大器側之間。
濾波器放大器(2602)包括一第一級(2603a)和一第二級(2603b)。示例性濾波器放大器(2602)的第一級(2603a)包括：電阻器RLoadCont、RBalCont、RA1、RA2和RA3；電容器CA1、CA2、CA3和C05；二極體D1和D2；及放大器UA7，如圖所示的連接。在此示例中：RLoadCont和RBalCont的每一者為75kOhm；RA1和RA2為3.3kOhm；RA3為220kOhm；CA1和CA2的每一者為300pF；CA3為1.5pF；二極體D1和D2為BAV99LT1G二極體；及放大器UA7為一LTC6252放大器晶片。然而，實施例沒有限於此電路或組件值。
示例性濾波器放大器(2602)的第二級(2603b)包括：電阻器RA4、RA6、RA7和RA8；電容器CA4、C05、CA5、CA6、CA7和C10；二極體D3和D4；及放大器UA4，如圖所示的連接。在此示例中：RA4為100 Ohm；RA6為3.3kOhm；RA7為27KOhm；RA8為1.4kOhm；CA4為120pF；CA5和CA6為300pF；CA7為27pF；C05和C10的每一者為0.1pF；二極體D3和D4為BAV99LT1G二極體；及放大器UA4為一LTC6252放大器晶片。然而，實施例沒有限於此電路或組件值。
當僅處理想要的AC調變信號時，第一級(2603a)具有由電阻器RA1的相對阻抗和CA3和RA3的組合負反饋阻抗所決定的增益和頻率響應。第一級(2603a)是在約一半VCC(1.5V)處獲得最大對稱性的DC偏壓。當僅處理想要的AC調變信號時，第二級(2603b)具有由電阻器RA6的相對阻抗和CA7和RA7的組合負反饋阻抗(27k)所決定的增益和頻率響應。第二級(2603b)是DC偏壓，因此其輸出保持在取樣和保持電路的0V至1V輸入範圍內(例如，0.5V)。
當濾波器放大器(2602)輸出到達一臨界值時，截波電路(2601a、2601b)啟動以限制濾波器放大器(2602)輸出。例如，當來自觸控電路的非常大位準變化(即是，來自光接收器的輸出)及從每個放大器輸出到其輸入電阻器的電壓超過0.5V時，截波二極體導通，因此將輸出限制為來自放大器平均電壓的+/-0.5V。啟動的二極體亦快速對輸入電容器充電/放電，第1級的CA1和第2級的CA6。如此，當啟動時，截波二極體使瞬態信號快速失效。
在此瞬態信號負位準之後，每個放大器級(2603a、2603b)快速返回其正常增益和頻率工作。
圖27為根據某些實施例之用於相關濾波器(例如，圖8所示的相關濾波器(120))的交替相位調整模塊(2704)和取樣脈衝產生器模塊(2710)之示意圖。示例性交替相位調整模塊(2704)包括：電阻器RL2和RL3；電容器CL1、CL2和C11；放大器UA3B和UA3C。在此示例中，RA4和RA6的每一者為10kOhm；CL1和CL2的每一者為27pF；C11為0.1μF。此實施例的取樣脈衝產生器模塊(2710)包括：電容器C02和C11；電阻器RL4、RL5、RL6和RL7；二極體DL2A、DAL2B、DL3A和DL3B；放大器UA3D、UA3E、UA3F；及電容器C01和C02，如圖所示的連接。在此示例中，C01和C02的每一者為56pF；DL2A、DAL2B、DL3A和DL3B為BAV99LT1G二極體；RL4和RL5的每一者為10kOhm；及RL6和RL7的每一者為100 Ohm。然而，實施例沒有限於此電路或組件值。
圖28為一模式相關濾波器(例如，圖8所示的相關濾波器(120))的交替類比低通濾波混波器(2820)和類比低通濾波器放大器(2822)之示意圖。類比低通濾波混波器(2820)包括電阻器RDTA1和RDTB1，在此示例中，每個電阻器為4.75kOhm。
類比低通濾波器放大器(2822)包括：電阻器RDTO3、R8、R10、R11和R12；電容器CDT01、CDT02、CDT02、C9和C12；及放大器UA6。在此示例中，RDTO3為75kOhm；R8為10kOhm；R10為560kOhm；R11為100 Ohm；R12為2.7kOhm；CDT01為2.2nF；CDT02為10pF；CDT02為2.2nF；C9和C12之每一者為0.1μF；及UA4為一LTC6252放大器晶片。然而，實施例沒有限於此電路或組件值。
低通濾波混波器(2820)混合兩個取樣的輸出及保持一起並低通濾波信號。此導致不相關的信號變化在很大程度上衰減，但相關的信號變化則無衰減。
濾波器放大器(2822)進一步進行低通濾波想要的信號及放大其信號，並增加DC偏移，使其輸出信號對準微控制器的A/D輸入位準。
圖29顯示針對圖25所示模擬的類似觸控感測器系統之模擬結果(2900)，但具有類似於圖26所示截波電路(2601a、2601b)的截波電路。模擬系統包括圖26至28所示的交替濾波器放大器、取樣脈衝產生器模塊、相位調整模塊、低通濾波混波器和一類比低通濾波器放大器。具有直升機旋翼片截波和觸控位準的陽光暴露係相同於圖25所示未截波的模擬。
圖式(2902)顯示觸發掃描或讀取觸控感測器的光接收器的接收器同步脈衝信號(2903)(相同於圖25)。
圖式(2904)顯示LED調變信號(相同於圖25)。
圖式(2906)顯示從接收器輸出的原始信號(例如，ScreenOut)。接收到的信號再次顯顯示存在太陽光和接收器處於陰影中的大擺動。由於LED調變，使得這些大輸出擺動係遠大於輸出信號的調變。
圖式(2908)顯示從圖式(2906)的原始信號輸出產生的濾波和相關取樣信號。相關取樣信號是在平均和最後放大之前的來自模式相關濾波器的輸出。點(2909a、2909b)處顯示由物件引起的全阻斷事件。點(2909c)處顯示由物件引起的半阻斷事件。
圖式(2910)顯示來自模式相關濾波器的模擬輸出。點(2911a)處顯示由物件引起的全阻斷，而且點(2911b)處同時顯示由物件引起兩阻斷。點(2911c)處顯示由物件引起半阻斷。如圖所示，圖26所示的截波電路(2601a、2601b)可最小化環境太陽的影響，使得更容易及可靠偵測觸控事件(全阻斷和半阻斷)。
本說明書描述的觸控感測器概念可實施在凹面觸控感測器上。圖30A為一凹面觸控感測器(3000)的透視圖。在此示例中，一凹面觸 控感測器表面(3006)形成觸控感測器區域。未顯示通常位於觸控感測器表面(3006)周圍的聚光圈內的觸控電路(例如，LED、光接收器等)。
在此示例中，凹度是僅沿x方向(稱為「水平」)。顯示一組示例性y方向(即是，「垂直」)光路徑(3002)沿著x方向間隔開，而且顯示一組示例性水平光路徑(3004)沿著y方向間隔開。指示光路徑(3002、3004)的箭號沒有意指表示總路徑數量，而是表示其通常配置。實際的光路徑數量可遠高於圖30A所示。用於偵測觸控的水平位置的垂直光路徑(3002)之每一者係位於觸控感測器表面(3006)上方的短距離(例如，凹面螢幕)，使得垂直光路徑(3002)的位置遵循觸控感測器(3000)的凹度。距觸控感測器表面(3006)的每個垂直光路徑(3002)的距離沿著路徑的長度可為恆定。
然而，水平光路徑(3004)用於偵測在觸控感測器中從至少一第一側(3008a)延伸到第二側(3008b)的觸控垂直位置，而且距觸控感測器表面(3006)的水平光路徑(3004)的距離係沿著路徑的長度而變化，在第一側(3008a)和第二側(3008b)之間的中點處距離為最大。
圖30B為圖30A所示的觸控感測器(3000)之橫截面圖。如圖所示，由於觸控感測器的曲率，垂直光路徑(3002)和水平光路徑(3004)之間的距離在水平方向上變化，使得距離在觸控感測器的第一側(3008a)和第二側(3008b)之間的中點處為最大。因此，移動觸控該觸控感測器的手指可先中斷一或多個水平光路徑(3004)，然後中斷一或多個垂直光路徑(3002)。
為了說明此，觸控感測器可構成不記錄觸控的偵測，直到下列兩情況：至少一垂直光路徑；及至少一水平光路徑被手指(3010)(或其他物件)阻斷。當一方向中的一或多個光路徑阻斷但是在正交方向上沒有尚未阻斷的路徑時，這可防止模糊決定觸控位置。只要水平和垂直光路徑距螢幕的距離的最大差異小於約0.5英寸，偵測到的觸控位置相對於螢幕上的手 指尖端觸控位置的潛在偏移(可能由未垂直的觸控手指造成)將是可接受較小。例如，觸控感測器控制器可構成(例如，藉由軟體、諸如記憶體及/或處理器或兩者組合的硬體)基於所接收的感測器輸出來執行此偵測功能。
如前述，觸控感測器電路可部分或整個包含在圍繞觸控感測器表面區域周邊(即是，圍繞觸控感測器表面的邊緣)的聚光圈內。在某些實施例中，聚光圈位於觸控感測器表面邊緣的外側。除了觸控感測器區域之外，由聚光圈中的光學感測器電路產生的光路徑可跨越一或多個非觸控感測器區域。此非觸控感測器區域可例如包含一或多個沒有觸控能力及/或非顯示表面的顯示器。只要彎曲螢幕不阻斷光路徑，聚光圈和光學觸控電路的此定位可亦適用於彎曲的螢幕表面。此設定的一可能優點在於光學組件(在聚光圈內)可置放在其附加高度對使用者的影響最小且針對美學設計提供更大靈活性的位置。
圖31顯示一示例觸控感測器裝置(3100)，其包括一顯示區域(3102)和一形成整個顯示區域(3102)的一部分之觸控感測器區域(3104)。一覆蓋整個顯示區域(3102)的透明蓋罩(3106)亦顯示。垂直位置偵測光學聚光圈(3108a、3108b)顯示分別配置在透明蓋罩(3106)的第一和第二側緣(3109a、3109b)處。水平位置偵測光學聚光圈(3110a、3110b)顯示分別配置在透明蓋罩(3106)的頂側和底側緣(3111a、3111b)處。光學聚光圈(3108a、3108b、3110a、3110b)包含光學/IR觸控感測器電路，以分別產生水平光路徑(3112)和垂直光路徑(3114)。光路徑(3112、3114)僅在觸控感測區域(3104)上方交叉。
觸控感測區域可覆蓋顯示器外部的區域，或甚至可根本沒有顯示器，觸控感測器用於偵測任何表面上或上方的觸控。例如，如果將整個QWERTY鍵盤顯影在表面上，觸控感測器可偵測何時觸控特定鍵。
在某些實施例中，光學/IR觸控電路可位於螢幕的後方(其中螢幕的前端認為是在正常工作中面向使用者的表面)。鏡子可用於引導從LEDS的光路徑穿過螢幕並返回接收器。
圖32為觸控感測器(3200)的側橫截面圖，其顯示位於感測區域(3203)(例如，螢幕)相對側的第一和第二光電路部分(3202a、3202b)。一本質透明蓋罩(3206)覆蓋感測區域(3203)。顯示示例性光路徑(3204)。透明蓋罩(3206)包括在光電路部分(3202a、3202b)上方的點(3208a、3208b)處的第一和第二鏡射面(3207a、3207b)。鏡射面(3207a、3207b)係成角且定位成反射光及沿著光路徑(3204)引導光。具體係，第一鏡射面(3207a)反射從第一光電路部分(3202a)發射的光而在感測區域(3203)上方水平行進。透明蓋罩(3206)是在點(3208a、3208b)處凸起。在第一鏡射面(3207a)反射之後，光穿過透明蓋罩(3206)(在點(3208a)處的凸起區域)並穿過透明蓋罩(3206)上方的感測區域(3203)，然後再次穿過透明蓋罩(3206)(在點(3208b)處的凸起區域)。第二鏡射面(3207b)將水平行進光反射到第二電路部分(3202b)進行偵測。此鏡射導向實施例亦可結合本說明書描述的其他實施例(諸如，圖31所示的配置)實施。
在某些實施例中，一蓋罩可設置在觸控感測器電路上方(例如，在聚光圈內)。罩蓋可包括對於從LED發射的聚光圈LED發射光(例如，IR光)為透明的材料，因此提供環境和實體保護，同時提供LED和接收器的低損耗光學窗口。
圖33為觸控感測器裝置(3300)的側橫截面圖，其顯示位於感測區域(3303)的相對側的第一和第二光電路部分(3302a、3302b)。顯示示例性光路徑(3304)。一第一蓋罩部分(3306a)設置在第一光電路(3302a)上，而且一第二蓋罩部分(3306b)設置在第二光電路部分(3302b)上。每個 蓋罩部分(3306a、3306b)包括一對應的光學窗口部分(3308)，其包括對於在第一光電路部分(3302a)的LED之間行進到第二光電路部分(3302b)中光接收器(或者，反之亦然)的光(例如，IR光)基本上為透明的材料。整個蓋罩可選擇性包括基本上透明的材料。例如，蓋罩部分(3306a、3306b)可包括透明塑料、玻璃、或任何其他適當材料。除了允許想要的光學信號通過之外，蓋罩部分(3306a、3306b)可包括阻斷或過濾特定波長範圍內的光之材料。例如，蓋罩(3306a、3306b)可例如利用深紅色丙烯酸(Acrylic)類型「2423」製成，其對IR光超過99%透明，同時對可見光很大程度為不透明，降低來自可見光源落在光偵測器的光學干擾位準。
如果聚光圈僅透射IR光，則各個光偵測器的透鏡可利用對寬範圍光為透明的材料製成，而不是利用IR濾光材料製成。
如果蓋罩(3306a、3306b)是利用寬透明材料製成，以遮蔽聚光圈電路，但是除了聚光圈的光學窗口(3308)之外的所有則可使用不透明材料局部塗覆在內部。
如果聚光圈允許寬範圍的光頻率通過光學窗口，最好是各個光接收器透鏡是利用IR濾光材料製成。
各個紅外線LED上的IR濾光鏡片幾乎沒有好處，因為LED發射光的頻率本身具有非常窄頻寬。
窗口部分(3308)可相對於感測區域(3303)成90度角，或如圖33所示，窗口部分(3308)可處於傾斜角度。實施例沒有限於任何特定蓋罩形狀。
蓋罩部分(3306a、3306b)可為圍繞感測區域(3303)的周邊延伸的單個集體蓋罩的一部分。或者，蓋罩部分(3306a、3306b)可為蓋罩的不連續部分。蓋罩可亦在圍繞感測區域(3303)周邊的其餘邊緣延伸的觸控 電路上延伸，其並未在圖33示出。蓋罩(包括蓋罩部分(3306a、3306b)可包括擠製件或可為藉由例如鑄模製程形成。
圖34為顯示替代蓋罩配置的觸控感測器裝置(3400)之側橫截面圖。第一和第二光電路部分(3402a、3402b)位於感測區域(3403)的相對側。顯示示例性光路徑(3404)。在此實施例中，在第一和第二光電路部分(3402a、3402b)和感測區域(3403)上形成一蓋罩(3406)。蓋罩(3406)覆蓋感測區域(3403)，然後在含有LED和光接收器的光電路(3402a、3402b)上方上升。蓋罩(3406)可在光電路(3402a、3402b)和感測區域(3403)之間的轉變處形成傾斜面，類似於圖33所示蓋罩(3306a、3306b)的光學窗口部分(3308)。
圖34所示的蓋罩(3406)可包括對於從光電路(3402a、3402b)的LED所發射的光為透明的材料，諸如透明塑料、玻璃等。蓋罩(3406)的成形可藉由諸如真空及/或加熱製程的塌陷製程、或任何其他適當方法來完成。這些方法可為類似於相對便宜的現有塑料包裝技術。
在觸控感測器裝置暴露或使用在室外環境的環境中，雨水或水噴霧可能滴落在觸控感測器裝置上。如果LED和接收器之間的光路徑盡可能靠近觸控感測器裝置的螢幕定位，則螢幕上的水滴可能阻斷或干擾LED和光接收器之間的一或多個光路徑中的光。
在某些實施例中，觸控感測器裝置可構成其光路徑略微升高於螢幕，使得可能在螢幕上的水滴或其他流體不會干擾光路徑。
圖35為根據某些實施例的觸控感測器裝置(3500)之側橫截面圖。類似在本說明書描述的其他實施例，觸控感測器裝置(3500)包括一螢幕(3501)和觸控電路(3502)，所述觸控電路包括對準至少一光接收器 (3506)(或反之亦然)的至少一LED(3504)，其對準以在其間及螢幕(3501)上方形成一或多個光路徑(3508)。
在此示例中，該觸控感測器裝置更包括在螢幕(3501)和觸控電路(3504)上方的一選擇性疏水層(3510)。此示例中的疏水層(3510)是圖34所示蓋罩(3406)的形式，但是具有可使水形成液滴的疏水性塗層。液滴尺寸可受到螢幕(3501)特定角度的最大尺寸限制。例如，可藉由克服疏水層(3510)上的表面張力的最小液滴重量來決定或估計最大液滴尺寸。
在某些應用中，觸控感測器裝置(3500)可處於固定位置(例如，安裝在車輛中)，而且可選擇螢幕(3501)和疏水層(3510)(包括在轉斜區域(3514))的角度，以使特定尺寸的液滴滾離觸控感測器裝置(3500)，如圖35所示。
為了防止螢幕(3501)上的液滴干擾光路徑(3508)，光路徑(3508)可定位在遠離螢幕(3501)和疏水層(3510)的預定距離處。可基於估計或預期的最大液滴尺寸來選擇距離。例如，可選擇距離大於最大預期液滴高度。如圖35所示，液滴(3512)因此可在光路徑(3508)(大部分)下方滾動並且滾離觸控感測器裝置(3500)。
在此示例中，液滴可潛在定位或在光電路(3502)和螢幕(3501)之間疏水層(3510)的轉斜區域(3514)上方移動。此轉斜區域(3514)中的液滴仍然可能阻斷轉斜區域(3514)中的一或多個光路徑(3508)。然而，如果LED和光接收器的光學聚焦透鏡(3505、3507)的直徑明顯大於最大液滴尺寸的直徑，則可減小由觸控感測器裝置(3500)上的液滴(3512)引起的整體干涉。如果由於此液滴導致最壞情況的光百分比損失足夠低，則可確保連續的觸控感測器功能。偵測器中的重複取樣驗證亦可用於防止大液滴在通過光束時產生錯誤觸控。
在一替代實施例中，至少一汲流通道可形成在觸控感測器裝置的螢幕和位於其周邊周圍的光電路之間。
圖36為觸控感測器裝置(3600)的側橫截面圖，其中，一第一疏水層(3610a)覆蓋螢幕(3601)，而且至少一第二疏水層(3610b)覆蓋觸控電路(3602)，而不是一單個疏水層(如圖35所示)。在疏水層(3610a、3610b)之間形成汲流通道(3614)，其允許液滴(3612)通過。因此，可防止液滴(3612)干擾光路徑(3608)。在這情況下，每個第二疏水層(3610b)為圍繞對應觸控電路(3602)(例如，LED、光接收器、聚焦透鏡等)的殼體形式。
如果已知使用中的觸控感測器裝置的預期位置和角度(例如，一裝置安裝在特定位置)，則可將蓋罩的光學窗口部分設計成非水平角度。此可幫助防止液滴積聚其上方。
為了最小化液滴干擾光路徑(3608)的影響，每個LED和光接收器(3602)可亦具有加寬的聚焦透鏡。
在某些實施例中，一或多個壓力開關及/或應變計可安裝在觸控感測器裝置的螢幕後面。壓力開關及/或應變計可例如用於提供替代的控制及/或介面功能。此功能可例如包括選單功能或線性變量控制(例如，音量控制等)。壓力開關及/或應變計在光學/IR觸控感測器應用中可特別有利。例如，來自壓力開關及/或應變計的輸入可有助於區分意欲觸控事件和非意欲觸控事件(諸如，存在螢幕上的蒼蠅或髒物)。
圖37為具有螢幕(3701)和光學/IR觸控電路(3702)的觸控感測器裝置(3700)的側橫截面圖，其類似於本說明書描述的其他實施例，但是亦具有安裝在螢幕(3701)後面的應變計(3704)。此示例中的觸控感測器裝置(3700)更包括略微柔性的螢幕安裝件(3706)，其允許螢幕(3701)略微移動以接合所述應變計(3704)。
在某些實施例中，光學/IR觸控電路可配置成提供多個堆疊層光路徑。此可允許偵測物件(例如，手指)距螢幕的接近度或距離。例如，物件阻斷的層數可指示物件接近螢幕的程度。或者，可亦偵測朝向和遠離螢幕的移動。此深度感測資訊可控制其他輸入功能，類似於前面的壓力/應變計實施例。深度感測資訊可亦用於區分意欲觸控事件和非意欲觸控事件(例如，昆蟲、殘留物、或可能干擾一或多個光路徑的其他物件)。
圖38顯示示例性觸控感測器配置(3800)的側橫截面圖，其包括一螢幕(3801)、一LED(3802)堆疊和一光接收器(3804)堆疊。每個LED(3802)對準一對應光接收器(3804)，因此多個堆疊光路徑(3806a至3806d)設置其間。雖然未顯示，但是可在螢幕的表面上配置額外的堆疊路徑以產生多層路徑。路徑可交錯，使得一層中的路徑不必然對準在一或多個相鄰層中的某些層。
每層的感測器密度和額定聚焦方向可不同。舉例來說，外層可具有足夠的光束來偵測手指進入位置，但是下層可具有更少的光束，因為其可僅用於偵測手指接近螢幕的程度。觸控感測器控制器可構成(例如，藉由軟體、諸如記憶體及/或處理器或兩者組合的硬體)處理來自壓力開關及/或應變計的輸出，以執行本說明書描述的控制功能。
在此示例中，存在四個堆疊光路徑(3806a至3806d)，但是實施例沒有限於任何特定數量的堆疊路徑或路徑層。此外，雖然LED(3802)全部顯示在螢幕(3801)的一側，但是LED和光接收器可配置成一交錯/交替組態。
圖39和40為類似於圖38所示的示例性觸控感測器配置(3900)之橫截面圖，但是LED(3902)和光接收器(3904)配置成在一螢幕(3901)上方提供兩堆疊光路徑(3906a、3906b)(或數層)。圖39和40示意說明例如何 區分手指(3910)和蒼蠅(3908)。在圖39中，蒼蠅(3908)停留在螢幕(3901)上，僅阻斷在一光路徑(或層)(3906b)中的光。對照下，在圖40中，手指(3910)將阻斷兩光路徑(3906a、3906b)(或數層)中的光。因此，藉由監控哪個路徑(3906a、3906b)同時被阻斷，可區分手指(3910)和蒼蠅(3908)的觸控。
除了物件的高度或深度之外，物件的寬度可亦用於特徵化或區分觸控事件。圖41和42為示例性觸控感測器配置(4100)的前視圖。該觸控感測器配置包括具有垂直對準聚光圈(4102a、4102b)和沿著螢幕(4101)周邊配置的水平對準聚光圈(4104a、4104b)的螢幕(4101)。第一垂直對準聚光圈(4102a)包括LED對準於第二垂直對準聚光圈(4102b)的光接收器，以提供間隔開的水平光路徑(4106)。第一水平對準聚光圈(4104a)包括LED對準於第二水平對準聚光圈(4104b)的光接收器，以提供間隔開的垂直光路徑(4107)。
如圖41所示，蒼蠅(4108)可僅足夠大(寬)以阻斷在水平光路徑(4106)之一者及/或垂直光路徑(4107)之一者中的光。在圖41所示的示例中，蒼蠅特別阻斷路徑(4106a、4107a)。
如圖42所示，手指(4110)可足夠寬以同時阻斷兩或多個水平光路徑(4106)及兩或多個垂直光路徑(4107)中的光。在圖42所示的示例中，手指特別阻斷路徑(4106a、4106b、4107a、4107b)。
螢幕(4101)處的手指(4110)寬度可取決於距螢幕(4101)的距離及/或手指(4110)在螢幕上施加的壓力。例如，當手指更穩固按壓螢幕時，手指部位干涉光路徑的寬度可增加。例如，在圖42中，虛線圓圈(4111)表示當手指(4110)僅輕按壓螢幕時的可能較小手指寬度/輪廓，而實線圓圈則表示當更穩固按壓時的手指(4110)。
在某些實施例中，建立臨界值以決定一或多個阻斷的光路徑是否指示觸控事件。例如，一臨界值應變、感測深度、或感測寬度可用於區分一意欲觸控(例如，手指)或一非意欲觸控(例如，蒼蠅、殘留物等)。可在比初始觸控偵測更寬鬆的標準(即是，降低的臨界值)上決定連續的觸控事件(例如，在延長時段的觸控及/或移動觸控)。例如，一旦到達初始觸控臨界值且接受觸控，一較低臨界值用於決定持續或移動觸控。此可允許較輕壓力及/或手指距螢幕的較大距離成為一連續觸控。觸控感測器控制器可構成(例如，藉由軟體、諸如記憶體及/或處理器、或兩者組合的硬體)執行前述的功能。
在觸控感測器裝置的正常使用上，一或多個光學光路徑被阻斷或可能隨時變成無法工作。在某些實施例中，觸控感測器裝置可構成忽略由於螢幕上的殘留物件(例如，殘留物)而導致無法工作或阻斷的路徑。偵測電路(例如，圖1所示的處理器(122))可構成決定每個光學光路徑被阻斷的時間。
圖43顯示一觸控感測器裝置(4300)的前視圖。所示的殘留物件(4302)(例如，殘留物、昆蟲、水等)阻斷兩正交光路徑。此通常成為一觸控。然而，如果路徑保持阻斷持續較長於臨界時間(例如，5秒)，則觸控感測器裝置(4300)可忽略阻斷的路徑並且不再成為一觸控事件。忽略的路徑位置可藉由來自相鄰光束的內插法來解決，因此可限制或最小化有效分辨率損失。
如果僅阻斷單個路徑而在另一軸上沒有對應的阻斷，觸控感測器裝置(4300)可更快忽略該信號。換句話說，因為意欲觸控事件通常將阻斷在兩軸的路徑(例如，水平和垂直)，使得一單個阻斷路徑可具有較低於雙軸阻斷而要被忽略的臨界時間。圖43所示的圓圈(4304)顯示手指觸控 所期望阻斷的示例區域。圖43亦顯示由於髒物(4306)引起的示例性單個阻斷路徑。
觸控感測器控制器可構成(例如，藉由軟體、諸如記憶體及/或處理器、或兩者組合的硬體)處理來自感測器電路的輸入以執行前述功能，以區分意欲和非意欲觸控事件及/或忽略持久阻斷的光路徑。
應瞭解，可實施前述一個以上方法的組合。實施例沒有限於本說明書揭露的途徑、方法或設備的任何特定一或多者。熟習該項技藝者將明白，在不悖離申請專利範圍的範疇下，可使用各種實施進行本說明書描述的變化、替代實施例。
如前述，在某些實施例中，可基於下列的一或多個感測特徵來區分預期或真實觸控事件與非意欲觸控事件(或非意欲阻斷的光路徑)：觸控螢幕的物件、及/或偵測到的一或多個光路徑阻斷。例如，如前述，偵測到的物件特徵可包括下列的一或多者：施加的壓力、光路徑內的物件寬度、及/或光路徑內的物件深度。阻斷一或多個光路徑的特徵可包括下列的一或多者：阻斷光路徑的數量、及阻斷的持續時間等。其他區分特徵可亦偵測到及用於區分觸控事件。
本說明書描述的一或多個設備可包括一或多個用於執行本說明書描述各種功能和計算的處理器。例如，一處理器可用於下列的一或多者：控制光源的輸出(例如，振幅及/或頻率)，用於接收來自光偵測器的測量值或其他信號；及決定或計算發射波導和接收波導之間光阻斷的軸向位置。應明白，一或多個處理器可用於其他功能。
相同於本發明教示的方法亦考慮。只要本說明書描述和圖式中所示特定實施例的結構、特徵、附件和替代方案相容，其通常可應用於本發明的所有教示，包括本說明書描述和示意說明的所有實施例。換句話 說，特定實施例的結構、特徵、附件和替代方案沒有意指僅限制於特定實施例。此外，熟習該項技藝者將明白本發明的其他特徵和優點。
100:觸控感測器系統
102:控制器
104:觸控感測器
106:互連
112a~112c:光路徑
114:第一移位暫存器模塊
116:第二移位暫存器模塊
117:共同類比資料匯流排
118:微控制器
120:相關濾波器
122:處理器
124:記憶體
126:時脈
128:數位計時器模組
130:類比對數位轉換器

Claims (25)

  1. 一種類比光偵測器，該類比光偵測器包括：一光電二極體；一第一雙極電晶體，具有一第一基極，一第一集極，以及一第一射極，該第一雙極電晶體耦接該光電二極體形成一電流放大器組態，其依照該光電二極體電流的函數產生一放大電流輸出，該第一雙極電晶體的該第一基極耦接該光電二極體，該第一雙極電晶體通過一電流增益因子放大該光電二極體電流以在該第一集極中產生該放大電流輸出，其中一致能輸入信號通過一第一電阻驅動該第一雙極電晶體的第一集極；及一致能電路，其依照該致能輸入信號的函數以致能及禁能該類比光偵測器；其中該致能電路包含一第二雙極電晶體，該第二雙極電晶體具有一第二基極，一第二集極，以及一第二射極，且該第二雙極電晶體的該第二基極連接到該第一雙極電晶體的該第一集極和該第一電阻；其中，該第二雙極電晶體的該第二集極耦接一電壓源，且該光電二極體耦接在該第一雙極電晶體的該第一基極和形成一逆向偏壓組態；其中，該第一電阻串聯於該第二雙極電晶體的該第二集極和用以接收該致能輸入信號的輸入偵測器之間；以及其中，該第一雙極電晶體的該第一射極是直接或透過至少一第二電阻接地。
  2. 如請求項1所述之類比光偵測器，其中，該第一雙極電晶體的該第一射極是直接接地。
  3. 如請求項2所述之類比光偵測器，其中，該第一雙極電晶體的該第一射極是透過該第二電阻接地。
  4. 一種觸控感測器系統，其包括：一具有一周邊配置的感測區域； 複數個光源和複數個類比光偵測器，其圍繞該感測區域的該周邊配置；其中，每一該類比光偵測器是如請求項1至3中任一項所述之類比光偵測器。
  5. 如請求項4所述之觸控感測器系統，其中該等複數個光源之每一者對準該等複數個類比光偵測器的相對一者，以及該觸控感測器系統包括：定址電路，其使用一調變信號選擇性驅動該等複數個光源之每一者，並選擇性啟動該等複數個類比光偵測器之每一者；及一控制器，其接收來自該等複數個類比光偵測器的集體偵測器輸出。
  6. 如請求項5所述之觸控感測器系統，其更包括：一調變信號產生器，其產生用於驅動該等複數個光源的調變信號，其中，該控制器包括一相關濾波器，其接收來自該等複數個類比光偵測器的集體偵測器輸出，及從該集體偵測器輸出產生一濾波類比輸出。
  7. 如請求項6所述之觸控感測器系統，其中該相關濾波器接收該調變信號，並且依照該集體偵測器輸出和該調變信號產生濾波的類比輸出。
  8. 如請求項7所述之觸控感測器系統，其中該相關濾波器包括一用於濾波及放大該集體偵測器輸出以產生預調節偵測器輸出的前端。
  9. 如請求項8所述之觸控感測器系統，其中該前端包括一濾波器放大器和相位調整電路。
  10. 如請求項9所述之觸控感測器系統，其中該相關濾波器包括截波電路，該截波電路在該濾波器放大器輸出到達一臨界值時限制該濾波器放大器輸出。
  11. 如請求項5至10中任一項所述之觸控感測器系統，其中該相關濾波器更包括執行該預調節偵測器輸出的以調變邊緣為主的取樣和相關性的取樣和相關電路。
  12. 如請求項11所述之觸控感測器系統，其中該取樣和相關電路包括：第一類比取樣電路，其依照該調變信號的函數在信號峰值處取樣該預調節偵測器輸出，以產生一相關的最大信號；第二類比取樣電路，其依照該調變信號的函數在信號谷值處取樣該預調節和相位調整偵測器輸出信號，以產生一相關的最小信號；及一類比減法器，從相關的最大信號減去相關的最小信號，以產生一類比相關差信號。
  13. 如請求項12所述之觸控感測器系統，其中該取樣和相關電路更包括：一正緣脈衝產生器，其產生對應該調變信號正緣的一系列脈衝；一負緣脈衝產生器，其產生對應該調變信號負緣的一系列脈衝，其中，該第一類比取樣電路依照來自該正緣脈衝產生器的脈衝函數取樣該預調節偵測器輸出，以產生該相關的最大信號；及該第二類比取樣電路依照來自該負緣脈衝產生器的脈衝函數取樣該預調節偵測器輸出，以產生該相關的最小信號。
  14. 如請求項12或13所述之觸控感測器系統，其中該相關濾波器更包括一類比低通濾波器放大器，其低通濾波及放大該類比相關差信號。
  15. 如請求項14所述之觸控感測器系統，其中該定址電路包括解多工電路。
  16. 如請求項15所述之觸控感測器系統，其中該解多工電路包括：一第一至少一移位暫存器，其包括一第一複數個暫存器輸出，該等第一複數個暫存器輸出之每一者係操作耦接該等光源的相對一者；及一第二至少一移位暫存器，其包括一第二複數個暫存器輸出，該等第二複數個暫存器輸出之每一者耦接該等複數個類比光偵測器的相對一者。
  17. 如請求項5所述之觸控感測器系統，其中該定址電路係操作選擇性驅動該等光源之每一者持續相對時段，而且對於每個光源，在該時段期間啟動該等類比光偵測器的相對一者。
  18. 如請求項17所述之觸控感測器系統，其中該定址電路可在第一和第二模式下工作，其中：當在第一模式下工作時，針對每個光源所啟動的該等類比光偵測器的對應一者是相對光源定位；及當在第二模式下工作時，針對每個光源所啟動的該等類比光偵測器的對應一者是偏移相對光源定位的偵測器。
  19. 如請求項17所述之觸控感測器系統，其中，該相關濾波器之一調變模式在時段內為平衡。
  20. 如請求項4所述之觸控感測器系統，其中該等複數個光源之每一者對準該複數個類比光偵測器的相對一者，以及該觸控感測器系統包括：定址電路，其選擇性驅動該等複數個光源之每一者及選擇性啟動該等複數個類比光偵測器之每一者；及 一類比資料匯流排；其中，該等複數個類比光偵測器之每一者具有一相對輸出，該等複數個類比光偵測器的輸出係集體耦接該類比資料匯流排。
  21. 如請求項20所述之觸控感測器系統，其中該定址電路選擇性及循序性啟動該等類比光偵測器，使得來自該等類比光偵測器的輸出信號在該類比資料匯流排上進行時間多工，因此產生一時間多工的集體偵測器輸出。
  22. 如請求項20或21所述之觸控感測器系統，其中該定址電路係操作選擇性驅動該等光源之每一者持續相對時段，而且對於每個光源，在該時段期間啟動該等類比光偵測器的對應一者。
  23. 如請求項21所述之觸控感測器系統，其更包括一阻抗平衡電路，其從一時間多工集體偵測器輸出產生一差動輸出信號。
  24. 如請求項20所述之觸控感測器系統，其更包括解多工電路，其操作耦接該等複數個光源和該等複數個類比光偵測器，用於選擇性啟動該等複數個光源之每一者、及該等複數個類比光偵測器之每一者。
  25. 如請求項24所述之觸控感測器系統，其中該解多工電路包括：一第一至少一移位暫存器，其包括一第一複數個暫存器輸出，該等第一複數個暫存器輸出之每一者係操作耦接該等光源的相對一者；及一第二至少一移位暫存器，其包括一第二複數個暫存器輸出，該等第二複數個暫存器輸出之每一者耦接該等複數個類比光偵測器的相對一者。
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