觸摸模擬系統和方法
2023-06-03 04:44:21
專利名稱：觸摸模擬系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及觸控螢幕傳感器，尤其涉及適用於模擬在觸控螢幕傳感器上有效人體觸摸的系統和方法。
背景技術：
典型的觸控螢幕一般都是採用一片玻璃，它具有諸如氧化銦錫之類導電塗層並採用四角端點連接。觸控螢幕可以配置成電容式或者電阻式觸控螢幕，並具有導電材料所製成的電極圖形。手指、鋼針或者導電的尖端都可以在接觸點上吸取或注入電流。隨後，該電流以相對於接觸點位置成比例的方式分布到觸摸平面的端點。
由於許多系統和環境因素，例如，在超期使用過程中的磨損，觸控螢幕的觸摸檢測精度是隨著時間而變化的。觸控螢幕系統的監測、測試和維修通常只包含通過定點技術人員對可疑系統的人工評估。這種常規的評估和修理都是成本和時間的效率很差的。
發明概要本發明涉及一種適用於模擬觸控螢幕傳感器上有效觸摸的系統和方法。根據一例實施例，觸控螢幕傳感器包括第一表面，相對於第一表面的第二表面，以及一個或多個設置在第二表面上或者接近於第二表面的電極。信號施加於第一和第二表面，這樣就會在觸控螢幕傳感器的指定位置上產生一種模擬的觸摸。根據另一例實施例，可以將多個電壓驅動信號施加於觸控螢幕傳感器的多個觸摸表面區域。檢測由於電壓驅動信號施加所產生的電流，作為模擬的觸摸。
根據又一例實施例，觸控螢幕傳感器包括一個基板，它具有第一表面以及相對於第一表面的第二表面；以及一個導電結構，它耦合著或者位置接近於基板並且位置接近於第二表面。第一和第二信號可以分別施加於觸控螢幕傳感器的第一表面和導電結構。通過第一和第二信號中的一個信號相對於第一和第二信號中的另一個信號的變化，就可以模擬出在觸控螢幕傳感器上的觸摸。例如，第一和第二信號分別施加於第一表面和導電結構，以便於在第一表面和導電結構之間形成電位差。檢測對電位差的響應，作為模擬的觸摸。
根據另一例實施例，觸控螢幕傳感器包括第一表面，相對於第一表面的第二表面，以及多個設置在第二表面上或者接近於第二表面的電極。第一信號施加於觸控螢幕傳感器的第一表面。多個第二信號中的一個信號施加於設置在或者接近於觸控螢幕傳感器的第二表面上的多個電極中的各個電極。通過變化多個第二信號中至少一個信號相對於第一信號的特徵，就可以模擬出在觸控螢幕傳感器上的觸摸。
根據又一例實施例。觸摸檢測系統包括一個觸控螢幕傳感器，它是由具有第一表面和相對於第一表面的第二表面的基板所構成的。該系統還包括一個導電結構，它耦合著或者定位接近於基板並且位置接近於第二表面。一個控制器，與觸控螢幕傳感器相耦合。該控制器可以配置成將第一信號和第二信號分別施加於觸控螢幕傳感器的第一表面和導電結構。通過第一和第二信號中的一個信號相對於第一和第二信號中的另一個信號的變化，控制器就可以模擬出在觸控螢幕傳感器上的觸摸。
根據另一例實施例，觸摸檢測系統包括一個觸控螢幕傳感器，它包括第一表面，相對於第一表面的第二表面，以及多個設置在第二表面上或者接近於第二表面的電極。一個控制器，與觸控螢幕傳感器相耦合，並可以配置成將第一信號施加於觸控螢幕傳感器的第一表面，以及將多個第二信號中的一個信號施加於設置在或者接近於觸控螢幕傳感器的第二表面上的多個電極中的各個電極。通過變化多個第二信號中至少一個信號相對於第一信號的特徵，控制器就可以模擬出在觸控螢幕傳感器上的觸摸。
根據還有一例實施例，觸摸檢測系統包括一個觸控螢幕傳感器，它是由具有第一表面和相對於第一表面的第二表面的基板所構成的。一個控制器，與觸控螢幕傳感器相耦合，並配置成將多個電壓驅動信號施加於觸控螢幕傳感器的多個區域。控制器檢測多個電壓驅動信號施加所引起的電流，作為模擬的觸摸。
觸摸模擬可以本機啟動或者遠程啟動，作為自動監測、測試、校對和/或維修流程中的一部分。觸摸模擬流程的結果，例如，電流和歷史觸摸檢測精度的數據，都可以收集起來並可以本機或遠程使用，以便於評估觸控螢幕傳感器長時期的操作適用性。
以上所述本發明概述並不是旨在討論本發明的各個實施例或者每一個實施方法。通過參考以下結合附圖的詳細討論以及權利要求，本發明的優點、成就以及更加完整的理解都將變得更加清晰和顯見。
圖1圖示說明了根據本發明一實施例採用觸摸模擬功能的觸控螢幕傳感器系統；圖2圖示說明了根據本發明另一實施例採用觸摸模擬功能的觸控螢幕傳感器系統；圖3圖示說明了根據本發明又一實施例採用包括遠程觸摸模擬功能的觸摸模擬功能的觸控螢幕傳感器系統；圖4顯示了根據本發明一實施例採用觸摸模擬功能的觸控螢幕傳感器系統；圖5圖示說明了根據本發明一實施例採用單一背面電極的觸控螢幕傳感器結構；圖6圖示說明了根據本發明一實施例採用多個背面電極的觸控螢幕傳感器結構；圖7圖示說明了根據本發明一實施例採用位置接近於觸控螢幕傳感器背面表面的導電結構的觸控螢幕傳感器結構；圖8圖示說明了根據本發明一實施例採用位置接近於觸控螢幕傳感器背面表面並且與觸控螢幕傳感器的側表面相接觸的導電框架的觸控螢幕傳感器結構；圖9是根據本發明一實施例適用於模擬在觸控螢幕傳感器上觸摸的方法的流程圖；圖10是根據本發明又一實施例適用於模擬在觸控螢幕傳感器上觸摸的方法的流程圖；圖11是根據本發明另一實施例適用於模擬在觸控螢幕傳感器上觸摸的方法的流程圖；圖12是根據本發明又一實施例適用於模擬在觸控螢幕傳感器上觸摸的方法的流程圖；圖13是根據本發明一實施例適用於模擬在觸控螢幕傳感器上觸摸的方法的流程圖；圖14是根據本發明又一實施例適用於遠程或本機啟動在觸控螢幕傳感器上觸摸模擬方法的流程圖；
圖15是根據本發明一實施例適用於自動觸摸模擬而配置在近場成像(NFI)電容性觸控螢幕傳感器的簡化示意圖；以及，圖16是根據本發明一實施例適用於自動觸摸模擬而配置在柵格狀電容性觸控螢幕傳感器的簡化示意圖。
在本發明服從於各種不同的改進和替換形式的同時，籍助於附圖中的實例顯示了細節並進行詳細地討論。但是，應該理解的是，其目的並不是將本發明局限於所討論的特殊實施例。相反，目的是覆蓋在所附權利要求所定義的本發明範圍內的所有改進、等效和替換。
具體實施例方式
在下列圖示實施例的討論中，可以參考附圖，附圖也構成了討論的一部分並且也顯示了說明內容，附圖所示的各種不同實施例都可以實現本發明。應該理解的是，實施例的採用和結構變化都沒有脫離本發明的範圍。
本發明涉及一種適用於模擬在觸控螢幕傳感器上觸摸的系統和方法。模擬在觸控螢幕傳感器(TSS)上的觸摸會涉及到來自遠程位置所產生的或者所執行的處理，例如，初始化、監測、分析或者控制觸摸模擬處理。觸摸模擬方法可以根據本發明的原理來實施，具有增強診斷、校正和維護等功能，並且可以用於多種不同的觸控螢幕傳感器技術，包括，例如，電容式、電阻式，以及混合電容/電阻式TTS技術。
已經發現，在給定觸控螢幕傳感器的超期使用的過程中會產生觸摸檢測精度的變化。例如，在給定觸控螢幕傳感器所檢測的坐標中發生變化就會引起觸摸檢測不準確，這是由於磨損、環境因素或者在實現觸控螢幕傳感器的特殊應用或系統的特徵所引起的。因此，很重要的是，檢測在TSS檢測精度中的任何這類變化和整個TSS的性能，以便於在需要時可以啟動隊觸控螢幕系統的重新校準和維護。傳統的方法是，一般由熟練的技術人員通過對觸控螢幕系統執行定點服務來收集這類數據，這通常是在TSS性能已經明顯下降到對系統的應用產生負面影響的水平之後。
根據本發明的觸摸模擬方法提供了對觸控螢幕傳感器性能的增強監測，這樣就可以在許多情況下消除熟練技術人員的定點測試和服務的需要。本發明的某些實施例提供了觸控螢幕傳感器診斷和校正測試的本機啟動，它包括由TSS控制器或者結合觸控螢幕傳感器的主機計算機系統所產生的觸摸模擬。本發明的其它實施例提供了觸控螢幕傳感器診斷和校正測試的遠程啟動，它包括由TSS控制器或者結合觸控螢幕傳感器的主機計算機系統所產生的觸摸模擬。
根據本發明的觸摸模擬可以由結合觸控螢幕系統的主機計算機系統可執行的軟體來啟動或者可以由TSS控制器可執行的軟體/固件來啟動。觸摸模擬軟體可以通過網絡連接進行本機控制或者遠程控制，例如，較佳的是在避峰時間、在TSS空閒的周期中，或者在正常日程安排維護的周期中。每一次觸摸都可以，觸摸的檢測位置可以本機記錄，例如，記錄在主機計算機系統中，並且可以存儲於文件或者資料庫。隨著時間周期的變化，可以追蹤在記錄的觸摸數值中的變化。可以監測變化的趨勢，並在需要時，可以發布維護變更的信息。在TSS監測、評估和修理中所涉及到的各種操作都可以本機執行、遠程執行或者通過本機和遠程資源協同執行。
本發明的自動觸摸模擬方法提供了可以高精度模擬指定屏幕位置上的高度重複的觸摸。以高精度模擬在指定位置上的觸摸的能力提供了高解析度的觸摸檢測精度。應該意識到的是，例如，在觸控螢幕的指定校正位置上所產生的人體觸摸會呈現成明顯的位置不精確，因為重複的人體觸摸很難在同一位置上產生。
會負面影響常規TSS監測和測試方法的另一不精確的來源包括對配屬於觸控螢幕傳感器的顯示器(例如，陰極射線管CRT)的視頻位置、尺寸以及水平和垂直維度的有意或無意的調整。如果這些參數發生變化，則在顯示器上的觸摸目標就會移動。當人使用顯示器的預定觸摸目標來測試觸摸坐標移動時，實際上是不可能重複的。
本發明的觸摸模擬方法可以在廣泛的多種應用中獲得效用。例如，娛樂系統可以安裝在公共場合，例如，在拱廊、娛樂場和酒吧間，在這些場合觸摸的精度是很重要的。在避峰時間，或者在系統啟動或者關閉過程中或者在其它預定時間，可以運行包括模擬觸摸的背景維護程序，並且可以記錄在觸摸位置中的任何變化。可以監測觸摸位置隨時間的變化，並且可以向操作者或者服務的主人報告明顯的變化。例如，服務工程師可以通過計算機網絡或者定點遠程點播啟動背景維護。這種背景維護例程也可以根據日程維護程序本機啟動或者遠程啟動，這可以是在，例如，監測到系統空閒的周期中，或者是在系統啟動或關閉的過程中。
技術人員可以通過網絡或者撥號連接的方式遠程訪問TSS系統。舉例來說，可以通過在遠程計算機系統和TSS系統的控制器之間所建立的通訊鏈路來方位TSS系統，並假定TSS系統包括一個合適的通訊接口。可替換的，或者另外，可以通過在遠程計算機系統和結合TSS系統的主機計算機系統的通訊接口之間所建立的通訊鏈路來訪問TSS系統。
現在，參見圖1，該圖顯示了根據本發明一實施例採用觸摸模擬功能的觸控螢幕傳感器(TSS)系統的實施例。圖1所示的TSS系統20包括與控制器通信耦合的觸控螢幕傳感器22。在典型的展開結構中，TSS 22是與主機計算機系統28的顯示器24組合使用的，用於提供用戶和主機計算機系統28之間的視覺和觸覺交互。
應該理解的是，TSS 22可以器件單獨的方式來實現，但是要與主機計算機系統28的顯示器24一起進行操作。另外，TSS22也可以作為包括顯示器件的整個系統中的一部分來實現，例如，等離子體顯示器，液晶顯示器(LCD)、後者能夠結合TSS 22使用的其它類型顯示技術。應該進一步理解的是，在定義只包括TSS 22和控制器26的系統中所能發現的效用都可以一起顯示本發明的觸摸模擬方法。
在圖1所示的示例性結構中，在TSS 22和主機計算機系統28之間的通信是通過控制器26來實施的。值得注意的是，一個或多個TSS控制器26可以與一個或多個觸控螢幕傳感器22和主機計算機系統28進行通信耦合。控制器26一般可構成執行適用於施加於TSS 22觸摸監測而提供的固件/軟體，各種校準和診斷例程的執行，以及根據本發明原理的對TSS 22觸摸的模擬。應該理解的是，控制器26所執行的功能和例程也可以由主機計算機系統28的處理器或控制器來執行。
在一個特殊的結構中，例如，主機計算機系統28可以構成支持作業系統和觸控螢幕驅動軟體。該主機計算機系統28還可以支持效用軟體和硬體。例如，軟體可以存儲於主機計算機系統28，執行該軟體可以校準觸控螢幕傳感器22以及配置和設置TSS 22。應該意識到的是，各種用於實現根據本發明原理的觸控螢幕傳感器處理和功能的軟體/固件和處理器件都可以是物理上或者邏輯上與TSS控制器26、主機計算機系統28、遠程處理系統或者在兩個或多個控制器26、主機計算機系統28、遠程處理系統之間的分布相關聯。
控制器26，可以直接裝配在一個單獨的卡上和可卸載地安裝在主機計算機系統的機箱中，一般都包括處理器和存儲器器件，用於存儲和執行TSS操作固件和與主機計算機系統28通信的通信固件。TSS 22可以附屬在顯示器24上，並且包括用於連接控制器26的連接接口。
在圖2中，顯示了較為健狀的系統環境，在該環境中，本發明的觸控螢幕傳感器系統和觸摸模擬方法可以發揮出效用。根據該實施例，主機計算機系統28包括用戶接口23，這一接口合併了TSS 22和顯示器24。值得注意的是，圖2所示的用戶接口23可以包括其它用戶輸入或交互器件，例如，可以包括麥克風和揚聲器。所示的控制器26與用戶接口23相耦合。正如以上所述，控制器26可以在主機計算機系統或者用戶接口23中實現。
主機計算機系統28還包括一個或多個媒介驅動器38，該媒介驅動器可以構成訪問(讀取和/或寫入)適當的可攜式媒介40。例如，媒介驅動器38可以包括一個或多個CD-ROM讀寫器、DVD驅動器、軟盤驅動器、存儲卡讀寫器、或者其它類型的媒介驅動器。主機計算機系統28還包括大容量存儲設備36，例如，直接訪問的存儲設備(例如，硬碟)或者非易失性數字存儲器，以及系統存儲器34。
在圖2所示的結構中，主機計算機系統28包括一個通信接口32，該通信接口提供一個可以通過通信鏈路與遠程系統通信的接口。通信接口32可以，例如，構成包括網路接口卡(NIC)或者其它適用的接口，可用於和一個或多個網路42進行通信。例如，通信接口32可以連接著能夠提供訪問一個或多個公眾的區域網或者用於和遠程系統46進行通信的私密網路。在這一方面，通信接口32可以採用與公知的有線或無線網路協議相兼容的方法與一個或多個網路進行通信，這些協議包括，例如，IP(即，IPv4或Ipv6)、GSM、UMTS/IMT、WAP、GPRS、ATM、SNMP、SONET、TCP/IP、ISDN、FDDI、Etherent或100Base-X協議。在遠程系統46和主機計算機系統28的通信接口32之間的通信也可以通過直接連線或者無線通信鏈路44來建立，例如，陸上線路。
遠程系統46可以根據指定應用所需服務和功能的要求水平採用各種不同的方式與主機計算機系統28進行交互。這種服務和功能可以包括一種或多種主機計算機系統28和/或控制器26的遠程控制、例如，遠程觸摸模擬、遠程監測、遠程診斷、遠程校準、以及遠程服務/修理。在大多數的結構中，在遠程系統46和通信接口32之間可以應用雙向的通信。然而，應該理解的是，這在某些系統結構中，僅僅只需要或者只要求在遠程系統46和主機計算機系統28之間提供單向的通信。
現在，參見圖3，顯示了一個局域的主機計算機系統28，它結合觸控螢幕傳感器22，並構成了與遠程系統46的通信。在圖3所示的系統結構中，為了說明的目的顯示多種遠程系統46。圖3所示的遠程系統46，例如，可以是設置在遠離主機計算機系統28的控制臺56。處理系統和/或在控制臺56上的操作人員都可以通過適當的通信鏈路與TSS 22的控制器26和/或主機計算機系統28進行交互遠程系統46葉可以是網路42中的一個結點52。此外，遠程系統46可以是中央系統54中的一個結點。
圖3還圖示了兩種可能的通信路徑，通過這些路徑，遠程信號可以在遠程系統46和TSS控制器26之間通信。根據一種結構，遠程信號50通過主機計算機系統28在遠程系統46和TSS控制器26之間通信。遠程信號50可以由主機計算機系統28通過鏈路50A發送和/或接收。主機計算機系統28可以通過鏈路50C向TSS控制器26發送遠程信號50或遠程信號50的處理格式以及/或者接收來自TSS控制器26的遠程信號50或遠程信號50的處理格式。正是如此，根據這一結構，TSS控制器26可以通過主機計算機系統28與遠程系統46間接連接。
根據另一結構，遠程信號50可以在遠程系統46和TSS控制器26之間直接通信。遠程信號50可以由TSS控制器26通過鏈路50B來發送和/或接收。在這一結構中，TSS控制器26可以通過鏈路50B直接連接遠程系統46。TSS 26可以通過適當的連接(例如，鏈路50C)與主機計算機系統28進行通信，只要是需要或者要求這一結構能夠支持TSS服務和功能即可。在另外一個結構中，遠程信號50可以通過鏈路50A和50B選擇性地連接主機計算機系統28和TSS控制器26中的一個或者兩個，但這取決於遠程信號50的屬性以及其它考慮。
現在，參見圖4，顯示了根據本發明一實施例觸控螢幕傳感器70電性能耦合控制器75。根據這一實施例，TSS 70可以電容式觸控螢幕傳感器方式來實施。TSS 70包括一個基板72，例如，玻璃且在其上面72和背面73分別具有導電性塗層。上表面72是用於檢測觸摸的主要表面。該上表面72一般是採用AC電壓驅動，該電壓的範圍為大約2.5V至大約5V。背面73，該表面時常被稱之為「後屏蔽」(即，電學噪聲的屏蔽)，通常是採用與上表面72相同的電壓驅動，使得在上表面72和背面73之間所產生的電容可減小道幾乎為零。
所示的TSS 70包括四個角端點74、76、78和80且各個角端點上附屬在一根引線74a、76a、78a和80a。各根引線74a、76a、78a和80a都與TSS控制器74相耦合。引線74a、76a、78a和80a將它們各自所對應的角端點74、76、78和80與控制器75中所提供的各個驅動/檢測電路74b、76b、78b和80b相連接。另外一根引線73a將設置在背面73上的端點(未顯示)與控制器75中的驅動/檢測電路73b相連接。
控制器75通過各個驅動/檢測電路74b、76b、78b、80b和73b控制在各個角端點74、76、78和80以及背面端點上的電壓，以便於使表面72和背面73保持所需的電壓。在正常的操作過程中，控制器75保持上表面和背面的電壓為大致相同的電壓。施加於上表面72的手指或鋼針的觸摸力可以作為施加於上表面72所感應的小電容來檢測。採用本領域所熟知的方法，由控制器75通過對角驅動/檢測電路74b、76b、78b和80b進行電流測量就能夠確定在上表面72的觸摸位置。
根據本發明的原理，控制器75可以各種方式來控制驅動/檢測電路74b、76b、78b、80b和73b，以便於模擬在觸控螢幕傳感器70上的觸摸。正如所要詳細討論的那樣，觸摸模擬可以進行初始化、監測，以及本機控制和/或遠程控制。
根據一種方法，控制器75可以通過調整上表面和背面表面電壓以便於在上表面72和背面表面73之間形成電位差來模擬度TSS 70的觸摸效應。這種方式所形成的電位差勢必在上表面72和背面表面73之間產生電容效應，這就可以通過控制器75在四個角端點74、76、78和80所進行的電流測量來檢測。
例如，上表面72可以保持著一正常的操作電壓，而背面表面73的電壓可以從正常操作電壓減小，例如，可以減小至大約0V。在上表面72和背面73之間形成的電位差所產生的電容效應就可以作為在上表面72中央附近的有效觸摸或者模擬觸摸來檢測。當隨著時間重複這種觸摸模擬處理過程時，在模擬觸摸的檢測位置上的變化就可以表示成在觸控螢幕檢測系統的精度中的變化。
在圖5中，顯示了根據本發明一實施例所構成的觸控螢幕傳感器。根據這一結構，TSS 130包括連接著上電阻層144的線性電極圖形132，其中，該線性電極圖形分別設置在TSS 130的上表面140上。線性電極圖形132的結構一般都具有矩形形狀，所具有的四個角端點134、135、136和137分別通過引線134a、135a、136a和137a連接著TSS控制器(未顯示)。背面電極142與分別設置在TSS 130的背面表面141上的背面電阻層143電性能接觸。
在正常的操作中，驅動信號通過在控制器中的各個驅動電路施加於角端點134、135、136和137，並且控制器通過在控制器中的各個檢測電路來測量流過角端點134、135、136和137的電流。隨後，可以使用眾所周知的方法從測量到的電流中計算出觸摸的位置。
角端點134、135、136和137一般都是採用AC電壓驅動，而線性電極132分布在上電阻層144兩端的電壓。背面的電極142和背面的電阻層143一般都採用AC電壓驅動，其幅度和香味等於驅動角端點134、135、136和137的電壓。正是如此，背面電阻層143可以用於屏蔽噪聲以及也可以最小化寄生電容的效應，因為忽略了從上面電阻層144流向背面電阻層143的電容性電流。如果在背面電阻層143上的電壓不等於在上表面電阻層144上的電壓，則在角端點134、135、136和137上流過的電流中的相等變化將會產生對TSS 130上表面140中心的明顯觸摸。這一模擬觸摸就可以用於診斷、校準和修理的目的，正如本文所討論的。
根據圖5所示觸控螢幕傳感器結構的變化，TSS 130可以包括一個背面電極142，該電極沒有包括背面電阻層143。在這種結構中，背面電極142可以用於在線性電極圖形132之下的局部屏蔽，這是觸控螢幕傳感器130的高靈敏區域。模擬在沒有背面電阻層143條件下的觸摸是通過變化施加於背面電極142驅動電壓的效應。
圖6圖示說明了適用於實現本發明觸摸模擬方法的觸控螢幕傳感器壁的另一實施例。根據這一實施例，觸控螢幕傳感器TSS 250包括連接著上表面電阻層244的線性電極圖形232，該電極圖形分別設置在TSS 250的上表面240上。線性電極232包括四個角端點234、235、236和237且分別通過引線234a、235a、236a和237a連接著TSS控制器(未顯示)。在圖6所示實施例中的背面電極布局包括多個分離背面電極，這些電極分布在TSS 250的背面表面241上。在圖6所示的特殊結構中，四個背面電極251、252、253和254都設置在背面表面241的四周，一個背面電極的位置是沿著一個TSS 250的背面表面241的邊緣區域。應該理解的是，背面電極的數量和位置可以根據特殊的TSS設計而改變。如圖所示，背面電極251、252、253和254分別與TSS 250背面表面241上所設置的背面電阻層243電性能相接觸。
在採用多層背面電極的結構中，如同圖6所示的實施例，控制器(未顯示)採用AC電壓驅動背面電極251、252、253和254，其電壓幅度等於在角端點234、235、236和237尚所施加的電壓幅度。當採用這種控制方式時，多層背面電極251、252、253和254可以有效地執行如同圖5所示TSS實施例中單一背面電極142的相同功能。
在診斷模式中，觸摸模擬可以通過改變多個驅動信號的參數，例如，相互之間的幅度、相位和頻率，來實現。根據一種方法，以及正如圖13所示，控制器可以向觸控螢幕傳感器的第一表面施加第一信號270。控制器向設置在TSS的第二表面上或者位置接近於TSS的第二表面的多個電極施加第二信號272。控制器通過變化至少一個第二信號相對於第一信號的特徵就可以模擬出對TSS的觸摸274。
例如，並且可參考圖6，背面電極251、252、253和254可以採用在幅度上不同於施加於TSS 250的其它背面電極和/或上表面240的角端點234、235、236和237的電壓進行。背面電極251、252、253和254可以採用在相位上不同於施加於其它背面電極和/或上表面240的角端點234、235、236和237的電壓進行。背面電極251、252、253和254可以採用在頻率上不同於施加於其它背面電極和/或上表面240的角端點234、235、236和237的電壓進行。
舉例說明，背面電極252和254沒有驅動，背面電極251採用相位反相於施加於上表面240的角端點234、235、236和237的電壓進行驅動，而背面電極253採用相位同相於施加於上表面240的角端點234、235、236和237的電壓進行驅動。在該圖示說明的實例中，所模擬的觸摸位於在圖6所示的點260。舉另一例說明，控制器可以採用DC電壓或者採用相同頻率和等幅電壓來驅動背面電極251、252、253和254，而採用不等於施加於背面電極251、252、253和254的電壓來驅動在上表面240上的角端點234、235、236和237。該模擬的觸摸使用這一方法將位於上表面240的中心點261。
獨立的背面電極，例如，如圖6所示的背面電極251、252、253和254，可以用於模擬存在背面電阻層243或不存在背面電阻層243條件下的觸摸。如果是不存在著背面電阻層243，則為了能夠模擬觸摸，一般就必須將更高的驅動電壓施加於背面電極。
根據另一種方法，可以採用非電容技術來模擬對觸控螢幕傳感器的觸摸。在圖5和圖6所示的這類系統中，在存在著或者不存在著背面電阻層和背面電極之一或者兩者的情況下，可以使用該非電容的模擬觸摸技術。根據這一方法，且參見圖11，電壓驅動信號可以施加於TSS觸摸背面的多個區域。檢測電壓驅動信號施加所產生的電流282，作為所模擬的觸摸。
舉例說明，且特別參考圖6和圖12，控制器(未顯示)可以改變施加於上表面240的角端點234、235、236和237驅動信號290的相互電平292，並且測量在角端點234、235、236和237各自所產生的電流。控制器隨後測量從各個角端點234、235、236和237相互間所產生的電流。這樣，就可以產生所模擬的觸摸296。
例如，控制器可以增加在上表面240上的所有四個角端點234、235、236和237的驅動電壓，以便於模擬對在TSS 250中心上的點260的觸摸。控制器也可以增加對角端點235和236相對於施加於角端點234和237驅動信號的驅動電壓，同時保持恆定的觸摸檢測閾值。這就會在點260上產生模擬的觸摸。
現在，參見圖7和圖8，顯示了觸控螢幕傳感器的兩個實施例，其中一個實施例結合一個導電結構，該結構耦合或者定位接近於觸控螢幕傳感器的基板。在圖7和圖8所示的布局中，導電結構，是與觸控螢幕傳感器基板電性能絕緣的，可以用於和觸控螢幕傳感器基板組合在一起，以便於實現根據本發明原理的觸摸模擬。該導電結構也可以有效的用於背面屏蔽，以必要實現電學噪聲的屏蔽。
在圖7和圖8所示的實施例中，觸控螢幕傳感器300包括一個基板305，其上表面302具有導電塗層。角端點304、306、308和310電性能連接著上導電錶面302並且通過引線304a、306a、308a和320a連接著控制器(未顯示)。TSS 300可以包括一個或者多個背面表面電極，並且還可以包括或者不包括背面電阻層，如同圖5和圖6所示結構。可替換，或者另外，導電結構可以包括一個或多個電極(例如，4個電極)，各個電極通過各自引線與控制器相耦合。
在圖7所示的實施例中，導電結構312a，例如，薄的導電平板或者薄箔，位於保持相對於基板305分開關係的空間中。例如，導電結構312a可以定位在離開TSS基板305大約1/8」的位置上。導電結構312a通過引線314電性能耦合控制器。
圖8顯示了一例實施例，在該實施例中，導電結構312b呈現出一個提供TSS 300結構支撐的框架。該框架312b可以，例如，可以構成用於將TSS 300裝配在系統的機箱中，該機箱結合了TSS 300。該框架312b與TSS基板305的邊緣部分相耦合，基板305具有適當地塗層或材料，以提供框架312b的導電部分與TSS基板305的電性能絕緣框架312b的導電平面表面313位於保持相對於基板305分開關係的空間中。框架312b的平面表面313通過引線314與控制器電性能耦合。
根據一種觸摸模擬的方法，以及正如圖9的流程圖所示，控制器向觸控螢幕傳感器300的上表面302施加第一信號350。控制器向接近於或者耦合於觸控螢幕傳感器300的導電結構312a/b施加第一信號352。通過第一和第二信號之一相對於第一和第二信號中的另一個信號的變化，控制器就可以模擬出在觸控螢幕傳感器上的觸摸354。
正如以上所討論的，通過變化第一和第二信號中的一個或多個參數，包括，驅動信號的一個或多個幅度、相位和頻率，控制器就可以模擬出在TSS基板305的中心或非中心的觸摸。例如，且參考圖10，控制器將驅動信號施加於TSS基板305和導電結構312a/b，以便於形成兩者之間的電位差306。檢測對電位差的響應，作為所模擬的觸摸362。
正如圖14圖示說明實施例中所顯示的，觸摸模擬可以進行初始化、監測，以及本機控制、遠程控制或者本機和遠程兩者控制。正如圖14所示，可以由觸控螢幕傳感器的控制器接受遠程或者本機所產生的觸摸模擬控制信號402和404。可以上述所討論的方法來產生所模擬的觸摸。可以檢測和存儲一個或多個與所模擬的觸摸相關聯的參數408。一張這類參數是不十分詳盡列表包括在電流、阻抗、相位、電壓或頻率中的變化，在電流、阻抗、相位、電壓或頻率的關係(即，比率)之間的變化。參數可以本機存儲業可以遠程存儲410。
可以在一個時間周期中收集與觸摸模擬相關的參數。在一個方法中，TSS控制器或主機計算機系統的處理器分析所存儲的觸摸模擬參數，並且如果這類參數有變化的話，就檢測其變化。值得注意的是，這種分析也可以遠程執行。在給定觸摸模擬參數中超出預定限制或者範圍的變化表示觸控螢幕傳感器存在著問題，例如，在觸摸檢測精度中的變化。TSS參數的分析和檢測可以本機412、遠程414，或者在本機和遠程協同進行。
例如，在指定TSS參數中所檢測到的變化可以與預定限定或者由預先所測量到的觸摸模擬限定或結構所建立的結果進行比較416。該項比較操作可以在本機、遠程418，或者在本機和遠程協同進行。在觸控螢幕傳感器上所進行的診斷流程的結果可以存儲，並且可以本機和/或遠程產生報告420。
正如以上所討論的，本發明的觸摸模擬方法可以在觸控螢幕傳感器技術的廣泛範圍內實施。舉另一例說明，根據本發明的觸摸模擬方法可以近場成像(NFI)電容觸控螢幕傳感器實現。圖15圖示說明了NFI電容觸控螢幕傳感器的簡化示意圖NFI電容觸控螢幕傳感器包括導電ITO(氧化銦錫)條515至534，其沉積在基板501上，從而定義觸摸敏感表面。條連接540至548將ITO條與電子控制器(未顯示)相連接。
觸摸可以通過採用AC信號激勵條515至534來進行檢測，並且測量由於從一條或者多條與接近於條的手指或者鋼針而耦合電容所引起在連接540至548中流動電流中的變化。通過在條中電流變化的相對幅度就可以確定垂直位置。通過測量在它的左邊連接(540-543)和右邊連接(544-548)之間的條中的電流變化的比率就可以確定水平位置。圖15所示的這類NFI電容觸控螢幕傳感器的其它細節在美國專利No.5,650,597，以及共同擁有的美國專利序列號No.09/998,614(2001年10月30日提交)中披露。通過增加模擬電極505、506、507和508且使之接近於所選中條的左右端點或者接近於條的連接端，如圖所示，該系統就可以模擬觸摸。這些增加的電極可以設置在基板501的背面表面上或者接近於該背面表面，還可以設置在條的端點或連接540-548的前面。所增加的電極連接著電子控制器(未顯示)。為了簡化，在圖15中只顯示了四個模擬電極，並且只在各個連接540-548的端點上設置了一個模擬電極。在正常的觸摸操作過程中，模擬電極可以電性能斷開，或者採用信號驅動，該信號在幅度和相位上都等於驅動連接540-548的信號。
觸摸可以通過驅動左邊模擬電極505和506中的一個和右邊模擬電極507和508中的一個來進行模擬，所採用的驅動信號不同於驅動線540-548的信號。模擬電極可以接地，或者採用Ac信號驅動，該AC信號與驅動線540-548的信號幅度不同或者相位相反。例如，接地的電極505和507會產生在條515中心的模擬觸摸。驅動電極517採用AC信號，其信號與線540-548上的信號在幅度相等和相位同相；而接地電極505則產生在條515左端附近的模擬觸摸。接地電極505和508可以模擬對調531中心的觸摸。
可實現自動觸摸模擬技術的另一觸控螢幕傳感器是柵格狀電容式觸控螢幕傳感器。圖16顯示了根據本發明一實施例的柵格狀電容式觸控螢幕傳感器。可以採用AC信號依次激勵電極652-667。手指或鋼針接近於一個或多個電極652-667就會將它們電容耦合，並與電容耦合的幅度成比例地改變電極的阻抗。測量在各個電極上的該阻抗的變化，並使用相對變化來計算位置。類似於圖16所示的柵格狀電容式觸控螢幕傳感器的其它細節在美國專利No.4,686,332和5,844,506中進行了披露。對這類觸控螢幕參觀其的觸摸模擬類似於NFI電容觸控螢幕傳感器有關的模擬，其中，接近於觸摸電極652-667或者接近於電極連接670-685的模擬電極700、701、702和703可以接地或者採用耦合於觸摸電極的信號進行驅動和變化電極的阻抗來模擬觸摸。在圖16中僅僅只顯示了4個模擬電極，這是為了簡化。可以對於每一維只使用一個模擬電極，或者對於每一個觸摸電極使用儘可能多的模擬電極。
當變化構成在觸摸傳感器上或者接近於觸摸傳感器的模擬電極時，與觸摸電極652-667或者電極連接670-685相耦合的電容就可以通過將一個標準電容器連接著電極連接670-685來實現。這類電容器可以位於傳感器上或者在它的電纜中，或者在產生驅動傳感器信號的電子控制器上。
為了說明和討論的目的，已經提出了本發明各個實施例的上述討論。但是這並不意味著完全或者限制本發明在所討論的形式中。根據上述教導，許多改進和變形都是可能的。這就意味著本發明的範圍並不受上述詳細討論的限制，而是由本文所附的權利要求所定義。
權利要求
1.一種適用於觸控螢幕傳感器使用的方法，所述觸控螢幕傳感器由基板所組成，所述基板包括第一表面和相對於第一表面的第二表面，以及一個與所述基板相耦合或位置接近於所述基板且位置接近於所述第二表面的導電結構；所述方法包括將第一信號施加於所述觸控螢幕傳感器的第一表面；將第二信號施加於所述觸控螢幕傳感器的導電結構；以及，通過第一和第二信號中的一個信號相對於第一和第二信號中的另一個信號的變化來模擬在觸控螢幕傳感器上的觸摸。
2.如權利要求1所述的方法，其特製在於，還包括使用所述導電結構來屏蔽電學噪聲。
3.如權利要求1所述的方法，其特製在於，所述模擬觸摸包括變化相對於所述第二信號幅度的所述第一信號幅度。
4.如權利要求1所述的方法，其特製在於，所述模擬觸摸包括變化所述相對於所述第二信號相位的第一信號相位。
5.如權利要求1所述的方法，其特製在於，所述模擬觸摸包括變化相對於所述第二信號頻率的所述第一信號頻率。
6.如權利要求1所述的方法，其特製在於，還包括接受初始化信號，且根據所接受到的初始化信號來初始化所述的各個施加和模擬處理。
7.如權利要求6所述的方法，其特製在於，所述初始化信號是在預定的所述觸控螢幕傳感器例程運行過程中產生的。
8.如權利要求6所述的方法，其特製在於，所述初始化信號是在所述觸控螢幕傳感器的啟動和關閉過程中產生的。
9.如權利要求6所述的方法，其特製在於，所述初始化信號是在所述觸控螢幕傳感器沒有使用的延長周期中而所述觸控螢幕傳感器處於操作模式的過程中產生的。
10.如權利要求1所述的方法，其特製在於，還包括產生與所述模擬觸摸相關聯的信息信號。
11.如權利要求10所述的方法，其特製在於，還包括將所述信息信號與遠程位置相通信。
12.一種適用於觸控螢幕傳感器使用的方法，其特徵在於，所述觸控螢幕傳感器是由基板所組成，所述基板包括第一表面和相對於第一表面的第二表面，以及一個與所述基板相耦合或位置接近於所述基板且位置接近於所述第二表面的導電結構；所述方法包括在所述觸控螢幕傳感器的第一表面和導電結構之間形成電位差；以及，檢測對所述電位差的響應，作為所述模擬的觸摸。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，形成所述電位差包括在所述觸控螢幕傳感器的操作模式的過程中，將幅度基本相等的第一和第二電壓信號分別施加於所述的第一表面和導電結構；以及，變化所述第一和第二電壓信號中的一個信號或者兩個信號，以便於在所述第一表面和導電結構之間形成電位差。
14.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，還包括所述檢測電位差的響應與在所述觸控螢幕傳感器上的模擬觸摸相關聯。
15.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，還包括接受初始化信號，且根據所接受到的初始化信號來初始化所述的形成和檢測的處理。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述初始化信號可以從遠程位置和接近於所述觸控螢幕傳感器的位置中的一個位置接受。
17.如權利要求15所述的方法，其特製在於，所述初始化信號是在預定的所述觸控螢幕傳感器例程運行過程中產生的。
18.一種適用於模擬在觸控螢幕傳感器上觸摸的方法，所述觸控螢幕傳感器是由基板所組成，所述基板包括第一表面和相對於第一表面的第二表面；所述方法包括將多個電壓驅動信號施加於所述觸控螢幕傳感器的多個區域上，以及，檢測多個電壓驅動信號施加所產生的電流，作為所模擬的觸摸。
19.如權利要求18所述的方法，其特製在於，所述電壓驅動信號具有基本相等的幅度。
20.如權利要求18所述的方法，其特製在於，所述電壓驅動信號中至少一個所具有的幅度不同於多個電壓驅動信號中的其它驅動信號的幅度。
21.如權利要求18所述的方法，其特製在於，所述檢測電流包括檢測在所述第一表面的多個角端點中的各個角端點上的電流變化。
22.如權利要求18所述的方法，其特製在於，還包括檢測在所述第一表面的一個角端點相對於所述第一表面的其它角端點之間的阻抗變化。
23.如權利要求18所述的方法，其特製在於，所述電壓驅動信號分別施加於所述第一表面的第一、第二、第三和第四角端點，其中所述第一和第二角相對於所述第三和第四角；所述方法還包括將各個電壓驅動信號調整到預定的幅度，並且檢測對於所調整電壓驅動信號的阻抗響應。
24.如權利要求23所述的方法，其特製在於，所述電壓驅動信號的預定幅度分別施加於所述第一和第二角的電壓驅動信號的預定幅度不同於所述電壓驅動信號的預定幅度分別施加於所述第三和第四角的電壓驅動信號的預定幅度。
25.如權利要求18所述的方法，其特製在於，所述施加和檢測處理可以隨著時間而重複，所述方法還包括檢測電流隨著時間的變化。
26.如權利要求18所述的方法，其特製在於，所述施加和檢測處理可以隨著時間而重複，所述方法還包括檢測所述模擬觸摸的位置隨著時間的變化。
27.如權利要求26所述的方法，其特製在於，還包括所產生的信息信號與模擬觸摸位置中所檢測到的變化相關聯，並且所述信息信號與遠程位置相通信。
28.如權利要求18所述的方法，其特製在於，還包括接受初始化信號，且根據所接受到的初始化信號來初始化所述的各個施加和檢測處理。
29.如權利要求28所述的方法，其特徵在於，所述初始化信號可以從遠程位置和接近於所述觸控螢幕傳感器的位置中的一個位置接受。
30.如權利要求28所述的方法，其特製在於，所述初始化信號是在預定的所述觸控螢幕傳感器例程運行過程中產生的。
31.如權利要求18所述的方法，其特製在於，所述模擬觸摸的結果與一個或多個預定限制相比較，並且超過一個或多個預定限制的結果用於評估所述觸控螢幕傳感器的操作適用性。
32.如權利要求18所述的方法，其特製在於，所述模擬觸摸的當前結果與一個或多個所述模擬觸摸的預先測量結果相比較，並且偏離預先測量結果達到預定量的當前結果用於評估所述觸控螢幕傳感器的操作適用性。
33.如權利要求18所述的方法，其特製在於，所述模擬觸摸的結果用於補償所述觸控螢幕傳感器或者結合所述觸控螢幕傳感器系統的不準確度。
34.一種觸摸檢測系統，其特徵在於，該系統包括觸控螢幕傳感器，它是由基板所組成，所述基板包括第一表面和相對於第一表面的第二表面；導電結構，它與所述基板相耦合或位置接近於所述基板且位置接近於所述第二表面；以及，控制器，它與所述觸控螢幕傳感器相耦合，所述控制器構成將第一和第二信號分別施加於所述觸控螢幕傳感器的第一表面和導電結構，所述控制器構成通過所述第一和第二信號中的一個信號相對於所述第一和第二信號中的另一個信號的變化來模擬在所述觸控螢幕傳感器上的觸摸。
35.如權利要求34所述的系統，其特徵在於，所述導電結構具有屏蔽電學噪聲的作用。
36.如權利要求34所述的系統，其特徵在於，還包括具有顯示器的主機計算機系統，其中所述觸控螢幕傳感器與顯示器相耦合，且所述控制器與所述主機計算機系統通信耦合。
37.如權利要求36所述的系統，其特徵在於，所述控制器接受來自所述主機算機系統的初始化信號，並且響應所接受到的初始化信號分別初始化施加和模擬處理。
38.如權利要求37所述的系統，其特徵在於，所述主機計算機系統接收來遠程源的觸摸模擬命令信號，且所述主機計算機系統響應所述觸摸模擬的命令信號產生所述初始化信號。
39.如權利要求34所述的系統，其特徵在於，構成了通過通信鏈路與遠程位置通信所述信息信號。
40.一種觸摸檢測系統，其特徵在於，該系統包括觸控螢幕傳感器，它具有第一表面，相對於第一表面的第二表面，以及多個設置在所述第二表面上或接近於所述第二表面的電極；以及，控制器，它與所述觸控螢幕傳感器相耦合，所述控制器構成將第一信號施加於所述觸控螢幕傳感器的第一表面以及將多個第二信號中的一個信號施加於設置在所述第二表面上或接近於所述第二表面的多個電極中的各個電極，所述控制器構成通過變化多個第二信號中的至少一個信號相對於所述第一信號的特徵來模擬在所述觸控螢幕傳感器上的觸摸。
41.如權利要求40所述的系統，其特徵在於，所述控制器通過變化多個第二信號中的至少一個信號的幅度來模擬所述觸摸。
全文摘要
披露一種適用於模擬咱觸控螢幕傳感器上有效觸摸的系統和方法。觸控螢幕傳感器(22)包括第一表面(72)，相對的第二表面(73)，以及一個或多個設置在第二表面上或接近於第二表面的電極(74、76、78和80)。信號施加於第一和第二表面上，以此模擬在觸控螢幕傳感器的指定位置上的觸摸。在另一方法中，多個電壓驅動信號施加於觸控螢幕傳感器的各個觸摸表面區域。檢測由於電壓驅動信號施加所引起的電流，作為所模擬的觸摸。觸摸模擬可以本機初始化或者遠程初始化，作為自動監測、測試、校準和/或服務流程中的一部分。觸摸模擬流程的結果可以收集並且可以用於本機或者遠程評估觸控螢幕傳感器隨著時間的操作適應性。
文檔編號G06F3/033GK1739083SQ200380108820
公開日2006年2月22日 申請日期2003年11月20日 優先權日2003年1月17日
發明者B·O·吉愛幹, G·F·泰勒, A·H·菲爾德 申請人:3M創新有限公司