觸敏顯示器及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及觸敏顯示器及其使用方法。該觸敏顯示器包括：顯示層；透明層，其設(shè)置在顯示層上方，其中，透明層包括頂、底表面及至少四個(gè)邊緣表面，頂、底表面是大致平行的；至少一個(gè)光源，其鄰近于各個(gè)邊緣表面，至少一個(gè)光源經(jīng)由邊緣表面引導(dǎo)光傳播到透明層的大部分內(nèi)；至少一個(gè)光感元件，其鄰近于各個(gè)邊緣表面且與透明層接觸，并操作以響應(yīng)于物體觸摸透明層的頂表面并干擾光從光源穿過透明層的傳播而接收散射光；以及控制電路，控制電路包括處理器，處理器接收來自至少一個(gè)光感元件的指示散射光的信號(hào)并計(jì)算物體觸摸透明層的一個(gè)或多個(gè)位置；其中，透明層的各個(gè)邊緣表面以及透明層的頂表面和底表面的至少鄰近于邊緣表面的部分包括光減少機(jī)構(gòu)。
【專利說明】觸敏顯示器及其使用方法
[0001] 本申請是國際申請日為2010年11月10日、國際申請?zhí)枮镻CT/US2010/056119、進(jìn)入 中國國家階段的申請?zhí)枮?01080053255.4、名稱為"用于感測顯示器上觸摸事件的方法和 裝置"的發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002] 相關(guān)申請的交叉引用
[0003]本申請要求2009年11月25日提交的美國申請第12/625882的優(yōu)先權(quán)權(quán)益。
【背景技術(shù)】
[0004] 本發(fā)明涉及感測觸敏顯示器上觸摸事件的方法和裝置，觸敏顯示器諸如液晶顯示 器、有機(jī)發(fā)光二極管顯示器等。
[0005] 顯示器市場主要是提供觸敏功能的顯示器一一且預(yù)期具有觸摸功能顯示器的市 場份額在未來幾年會(huì)極速增加。于是，多家公司已經(jīng)研究各種感測技術(shù)，包括電阻感測、投 射式電容感測、紅外感測等。盡管這些技術(shù)中的多種技術(shù)產(chǎn)生合理的觸摸功能，但每種技術(shù) 對(duì)于特定應(yīng)用都存在某些性能缺點(diǎn)，且?guī)缀醵荚斐芍圃烀糠N顯示器的顯著成本增加。
[0006] 考慮到性能，觸敏顯示器的基本衡量標(biāo)準(zhǔn)是觸摸事件的精確感測以及觸摸事件在 觸摸/顯示窗上的精確位置的確定。許多次要特性對(duì)于增加的功能變得越來越重要，包括感 測諸如筆、觸針的除了人手指之外的各種觸摸實(shí)施體的靈活性、感測多個(gè)同時(shí)觸摸事件的 能力、位置分辨率以及區(qū)分假觸摸(懸?；颦h(huán)境干擾)的能力。
[0007] 觸敏顯示器在移動(dòng)裝置應(yīng)用中使用日益廣泛，諸如iPhoneTM、iP0DTM等，觸敏顯示 器等總厚度和重量對(duì)于商業(yè)生存力越來越成為重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)考慮這些附加標(biāo)準(zhǔn)時(shí)， 只有寥寥傳感器技術(shù)脫穎而出。
[0008] 目前，電阻式觸摸屏由于其延展性且相對(duì)低的成本而在市場中占有重要地位。電 阻式觸摸屏的常見類型是4-線型，其中兩個(gè)無圖案的透明導(dǎo)體(通常是銦錫氧化物，IT0的 涂層)彼此面對(duì)，一個(gè)在塑料膜的下側(cè)上，而另一個(gè)在玻璃基底的頂部上。電壓在相對(duì)邊緣 上交替施加至每個(gè)導(dǎo)體。由于導(dǎo)體內(nèi)的電阻，電壓跨越片降低。當(dāng)電壓未施加至給定片時(shí)， 該片用作傳感器。當(dāng)塑料膜由于觸摸事件移位時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)體片彼此接觸，且電流從供能片流 向未供能片。接觸點(diǎn)處的電壓取決于到輸入源的距離，這允許沿一個(gè)維度確定接觸位置。通 過將源反向并感測兩個(gè)片的功能，可類似的沿另一維度確定該位置。
[0009] 有多種關(guān)于電阻式觸摸屏的缺點(diǎn)，諸如塑料膜相對(duì)易于損壞、IT0涂層易于碎裂 (因?yàn)檫@種涂層相當(dāng)脆）以及IT0涂層既不理想地透明也不導(dǎo)電。電阻式觸摸屏也不能支持 iPhone?(使用電容式觸摸屏）中最流行的多點(diǎn)觸摸功能。iPhone上可能的非常輕的觸摸在 電阻式觸摸屏上也不能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸仨毷鼓の锢硪莆灰允箖蒊T0涂層接觸。
[0010] 盡管比電阻式類型成本高，但電容式觸摸屏變得越發(fā)流行。電容式觸摸屏包括觸 摸玻璃層和覆蓋玻璃層。觸摸玻璃層在相反側(cè)上承載電跡線(通常是IT0)，通常成交叉網(wǎng)格 圖案，其間有絕緣體(玻璃）。當(dāng)人體作為導(dǎo)體時(shí)，觸摸覆蓋玻璃致使局部靜電場變形，可作 為電容變化測量。方波沿給定方向相繼輸入每個(gè)電跡線，并感測每個(gè)線沿另一方向的互電 容耦合。如果手指觸摸覆蓋玻璃，互電容將在多于一個(gè)單元格（網(wǎng)格的相應(yīng)跡線的交點(diǎn)）處 降低。電容式觸摸屏之所以理想是由于能夠提供多點(diǎn)觸摸靈敏度、其能夠感測甚至非常輕 的觸摸事件、其穩(wěn)健性(不需要彎曲）以及其透明特性。
[0011] 電容式觸摸屏技術(shù)的缺點(diǎn)包括:不能感測觸針的觸摸，難以擴(kuò)展到較大尺寸，且制 造成本高。
[0012] 因而，在本領(lǐng)域需要發(fā)展觸摸屏技術(shù)的新方法和裝置，以包括：良好的擴(kuò)展性、低 成本、對(duì)觸針的靈敏性、穩(wěn)健性、良好透明度、對(duì)多點(diǎn)觸摸事件的靈敏性以及對(duì)輕觸摸事件 的靈敏性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 根據(jù)本文所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提供用于觸敏顯示器的方法和裝置，其可包 括:顯示層;透明層，該透明層設(shè)置在顯示層上方;至少一個(gè)光源，該至少一個(gè)光源發(fā)出光以 傳播到透明層內(nèi)和/或穿過透明層;至少一個(gè)光感元件，該至少一個(gè)光感元件與透明層連通 并操作以響應(yīng)于物體觸摸透明層的表面并干擾光穿過透明層的傳播而接收散射光；以及控 制電路，該控制電路包括處理器，該處理器從至少一個(gè)光感元件接收指示散射光的信號(hào)，并 計(jì)算物體觸摸透明層的一個(gè)或多個(gè)位置。
[0014] 根據(jù)本文所述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方法可包括:將透明層設(shè)置在顯示層上方;發(fā) 出光以傳播到透明層內(nèi)和/或穿過透明層；響應(yīng)于物體觸摸透明層的表面并干擾光穿過透 明層的傳播而測量散射光；以及基于測量散射光的步驟得到的信號(hào)計(jì)算物體觸摸透明層的 一個(gè)或多個(gè)位置。
[0015] 結(jié)合附圖從本文的說明，本文實(shí)施例的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員是顯而易見的。
【附圖說明】
[0016] 為了說明目的，附圖中示出目前較佳的形式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本文所述實(shí)施例并不 限于所示的精確布置和方法。
[0017] 圖1是具有本文一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中可采用的某些特征的觸敏顯示器的側(cè)視圖；
[0018] 圖2A-2B是根據(jù)本文一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例采用減少反光機(jī)構(gòu)的觸敏顯示器的側(cè)視 圖；
[0019] 圖3是根據(jù)本文一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施例的觸敏顯示器的替代實(shí)施方式的示意圖；
[0020] 圖4是根據(jù)本文一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例采用另一減少反光機(jī)構(gòu)的觸敏顯示器的側(cè)視 圖；
[0021] 圖5是示出用在圖5的減少反光機(jī)構(gòu)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)過濾器的某些傳遞特性的圖 表；
[0022] 圖6是根據(jù)本文一個(gè)或多個(gè)另外的實(shí)施例的觸敏顯示器的又一替代實(shí)施方式的示 意圖；
[0023] 圖7是可根據(jù)本文的一個(gè)或多個(gè)另外的實(shí)施例可使用的有效觸針的示意圖；
[0024] 圖8是根據(jù)本文一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施例的替代觸敏顯示器的側(cè)視圖；以及
[0025] 圖9是適用于本文的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的代碼調(diào)制器和解調(diào)器電路的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]參照附圖，其中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示相同的構(gòu)件，圖1中示出根據(jù)本文所述一個(gè)或 多個(gè)實(shí)施例和各方面的觸敏顯示器100A。觸敏顯示器100A可用在各種消費(fèi)電子商品，例如 蜂窩電話和能夠無線通信的其它電子裝置、音樂播放器、筆記本電腦、移動(dòng)裝置、游戲控制 器、計(jì)算機(jī)"鼠標(biāo)"、電子書閱讀器和其它裝置。
[0027]觸敏顯示器100A包括顯示層102和觸摸屏層104(也可作為保護(hù)覆蓋層使用）。觸敏 顯示器100A可包括顯示層102與觸摸玻璃104之間的空氣間隙。
[0028] 觸摸屏層104包括表面106,表面106可由使用者用于通過觸摸事件與觸敏顯示器 100A交互?？稍诒砻?06上或通過表面106將各種標(biāo)記呈現(xiàn)給使用者，從而在這種交互作用 中引導(dǎo)使用者。例如，標(biāo)記可包括屏104的表面106上設(shè)置在旁以指示用戶選擇、軟件執(zhí)行等 (這里僅列舉了幾個(gè)）的區(qū)域。如該說明書中稍后將更詳細(xì)描述的，觸敏顯示器100A可包括 從屏104接收信號(hào)來檢測觸摸事件的電子電路，包括表面106上事件的具體位置。
[0029] 觸摸屏層104可由任何合適的透明材料、諸如玻璃、塑料等制成。盡管塑料較為廉 價(jià)，但認(rèn)為玻璃產(chǎn)生更好的性能。因此，本說明書的其余部分假設(shè)使用玻璃材料來形成觸摸 屏層104。例如，玻璃可以是化學(xué)加固玻璃、諸如鈉鈣型玻璃。一種這樣的玻璃是通過離子交 換硬化的堿性硅酸鋁玻璃。這些類型玻璃的通常成分不僅由Na 20(蘇打）、CaO(石灰）以及 Si02(二氧化硅)而且由諸如1%0、1^20、1(20、2110、以及2抑 2的幾種其它氧化物組成。一旦通過 離子交換硬化，這些類型的玻璃呈現(xiàn)使得它們不僅對(duì)于觸摸屏應(yīng)用而且對(duì)于覆蓋玻璃(保 護(hù))應(yīng)用來說都理想的某些特性。關(guān)于適于用作觸摸屏104的鈉鈣型玻璃的形成和/或生產(chǎn) 細(xì)節(jié)的其它細(xì)節(jié)可在以下申請中的一篇或多篇中找到：2007年7月31日提交的美國專利申 請第11/888,213號(hào)、2009年8月7日提交的美國專利申請第12/537,393號(hào)、2009年8月21日提 交的美國專利申請第12/545,475號(hào)以及2009年2月25日提交的美國專利申請第12/392,577 號(hào)，這些申請的全文以參見的方式納入本文。
[0030] 可使用任何已知的電子顯示技術(shù)，諸如LCD顯示技術(shù)等來實(shí)施顯示層102。該顯示 器可包括背光機(jī)構(gòu)(未示出），該背光機(jī)構(gòu)產(chǎn)生并透射光線穿過觸摸玻璃層104,如虛線箭頭 所示大致垂直穿過表面106。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可借助于穿過觸摸屏層104透射光線 的顯示層102來將上述標(biāo)記呈現(xiàn)給使用者。
[0031] 無論經(jīng)由背光機(jī)構(gòu)還是其它光源110,觸敏顯示器100A包括引導(dǎo)光傳播到玻璃層 內(nèi)和/或穿過玻璃層的至少一個(gè)源。在顯示層102的背光機(jī)構(gòu)的情況下，來自背光機(jī)構(gòu)的光 會(huì)(大致垂直地)傳播穿過觸摸玻璃層104。在光源110的情況下，來自光源的光會(huì)通過觸摸 玻璃層104的邊緣耦合到觸摸玻璃層104內(nèi)并以引導(dǎo)模式112在玻璃內(nèi)傳播。例如，光源110 可包括一個(gè)或多個(gè)LED，諸如發(fā)射波長范圍為400nm至約650nm的光的可見光LED或者發(fā)出波 長超過約700nm的光的紅外LED。
[0032 ]當(dāng)諸如使用者手指的物體觸摸到觸摸玻璃層104的表面106時(shí)，干擾光穿過觸摸玻 璃層104的傳播，由此形成散射光能量114。觸敏顯示器100A包括至少一個(gè)光感元件116,該 至少一個(gè)光感元件116與玻璃層104連通，并操作以響應(yīng)于物體觸摸表面106而接收或感測 散射光能量114。至少一個(gè)光感元件116(諸如光電二極管、成像器或類似裝置)可產(chǎn)生指示 足以計(jì)算物體觸摸玻璃層104的一個(gè)或多個(gè)位置的散射光能量114的信號(hào)。在該說明書中稍 后將更詳細(xì)討論計(jì)算觸摸事件位置的方法。
[0033] 為了保持良好的信噪比以通過光感元件116精確感測散射光114,理想的是使耦合 進(jìn)入的光112的反射和/或離開觸摸玻璃層104的邊緣表面的散射光114最少。在這點(diǎn)上，且 參照圖2A和2B，觸敏顯不器100A(和或本文的任何其它實(shí)施例)還可包括一個(gè)或多個(gè)抑光機(jī) 構(gòu)120A和/或120B，抑光機(jī)構(gòu)操作以減少這種光反射。
[0034] 抑光機(jī)構(gòu)120A包括沿玻璃層104的至少一個(gè)邊緣設(shè)置的低反射系數(shù)顏料(諸如黑 漆或吸光材料）。當(dāng)采用至少一個(gè)源110來耦合入光112時(shí)，則理想的是在與源110相對(duì)的邊 緣上設(shè)置有抑光機(jī)構(gòu)120A的低反射系數(shù)顏料。當(dāng)僅施加至邊緣表面本身時(shí)低反射系數(shù)顏料 可很好地起作用;但是，相信當(dāng)該顏料設(shè)置在邊緣表面以及玻璃104的與該邊緣相鄰的上部 和下部表面的至少一部分時(shí)會(huì)得到有利結(jié)果。最好是在玻璃層104的所有邊緣表面上以及 相鄰表面的相關(guān)部分上包括該顏料。
[0035]抑光機(jī)構(gòu)120B包括玻璃層104在一個(gè)或多個(gè)邊緣處的漸薄厚度。同樣，當(dāng)采用至少 一個(gè)源110來耦合入光112時(shí)，則理想的是在與源110相對(duì)的邊緣上設(shè)置有抑光機(jī)構(gòu)120B的 漸薄邊緣。此外，可能同樣理想的是在玻璃層104的所有邊緣上采用抑光機(jī)構(gòu)120B。抑光機(jī) 構(gòu)120B的錐度賦予觸摸玻璃層104以"泄漏-波導(dǎo)"特性，從而抑制光反射回玻璃內(nèi)。實(shí)質(zhì)上， 抑光機(jī)構(gòu)120B的漸薄通過允許到達(dá)玻璃層104的邊緣的光漏出而減少向后散射。
[0036] 為了說明泄漏-波導(dǎo)特性的功能，圖2B示出觸摸玻璃層104內(nèi)的兩個(gè)引導(dǎo)射線。第 一射線122相對(duì)于表面106的法線約為40度，對(duì)于折射率約1.572的玻璃來說接近約39.5度 的臨界角。第二射線124在撞擊到減薄區(qū)域之前沿觸摸玻璃層104的中心傳播。這兩個(gè)射線 122、124代表導(dǎo)波射線角的極端范圍。當(dāng)射線122、124撞擊、反射并再撞擊抑光機(jī)構(gòu)120B的 漸薄部分時(shí)，入射角變化，直到它們低于臨界角入射并開始泄漏出觸摸玻璃層104。這樣，使 回到觸摸玻璃層104的反射減少和/或最少。
[0037] 抑制向后散射的質(zhì)量(例如反彈次數(shù)和回程損耗)將取決于觸摸玻璃層104的幾何 形狀和折射率。通過計(jì)算估計(jì)到對(duì)于折射率約1.572、厚度為1個(gè)單位且錐度為10度(例如在 約5.59單位上漸薄)的玻璃，射線122、124將經(jīng)歷約7次泄漏反彈。盡管考慮和公開了 10度的 錐度，但也可采用其它錐度。通常，錐度越淺，射線122、124在反射回接觸玻璃層104之前會(huì) 遇到的泄漏反彈越多。關(guān)于射線122的其它計(jì)算揭示了對(duì)于p-偏振光約6.65E-13而對(duì)于s-偏振3.01E-9的回程損失（由于七次泄漏反彈）。反射光是強(qiáng)s-偏振的。由于LED源110是隨機(jī) 偏振的，平均邊緣反射約為1.5E-9?？赏ㄟ^在光感元件116前面放置p-透射偏振器來實(shí)現(xiàn)對(duì) 反射的進(jìn)一步抑制(兩個(gè)或三個(gè)數(shù)量級(jí)）。此外，在錐體上采用上述顏料(諸如黑漆或吸光材 料)也可減少邊緣反射。
[0038]現(xiàn)參照圖3,該圖示出根據(jù)本文一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施例的觸敏顯示器100B的替代 實(shí)施方式。觸敏顯示器100B包括顯示層(未示出）和觸摸玻璃層104,該觸摸玻璃層104示出 為俯視圖，且同樣也可用作保護(hù)覆蓋玻璃層。在該實(shí)施例中，觸敏顯示器100B包括多個(gè)光源 110厶、1108、110(：和1100，其中每個(gè)光源110與屏104的相應(yīng)邊緣13(^、1308、130(：和1300連 通。如下文將更詳細(xì)討論的，在屏104的每個(gè)邊緣130處采用至少一個(gè)光源110與較少數(shù)量的 光源110相比提供有利的功能。但，盡管示出四個(gè)這種光源110,但可使用任何合理的數(shù)量。 例如，可采用兩個(gè)、三個(gè)或更多這種光源110。
[0039] 觸敏顯示器100B包括各圍繞屏周界有策略布置的多個(gè)光感元件116A、116B、116C 和116D。具體來說，當(dāng)光感元件116中的相應(yīng)光感元件位于屏104的每個(gè)角部時(shí)可實(shí)現(xiàn)有利 的作用。但應(yīng)當(dāng)理解，可采用任何數(shù)量的光感元件116,且可使用其任何位置，只要實(shí)現(xiàn)足夠 的感測能力即可。
[0040] 觸敏顯示器110B還包括或聯(lián)接至控制電路140?？刂齐娐?40提供必要的功能來對(duì) 光源110通電、從光感元件116接收信號(hào)以及處理這些信號(hào)來確定物體觸摸到觸摸玻璃層 104的表面106的一個(gè)或多個(gè)位置。具體來說，控制電路包括微處理器142、驅(qū)動(dòng)電路144和接 口電路146。微處理器142經(jīng)由信號(hào)線、總線等聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)電路144和接口電路146。微處理器 142執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀代碼(軟件程序），計(jì)算機(jī)可讀代碼控制和協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)電路144和接口電路 146的活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)前述功能。例如，微處理器142可向驅(qū)動(dòng)電路144提供控制信號(hào)，指示何時(shí) 接通和切斷相應(yīng)電源110。如本文稍后將更詳細(xì)討論的，微處理器142也可提供附加信息以 使驅(qū)動(dòng)電路144調(diào)制從光源110發(fā)出的光。接口電路146從光感元件116接收信號(hào)并處理這些 信號(hào)，從而可將這些信號(hào)輸入微處理器142。例如，當(dāng)光感元件116是光電二極管時(shí)，接口電 路146可為光電二極管提供適當(dāng)?shù)钠脳l件，使得光電二極管能夠正確地感測光能。在這方 面，接口電路146可在特定時(shí)段內(nèi)使某些光感元件116啟用而其它光感元件不啟用。接口電 路146還可處理從光電二極管接收的模擬信號(hào)并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換從用于微處理器142的數(shù) 字格式。
[0041 ]微處理器142可利用適當(dāng)?shù)挠布韺?shí)施，諸如標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電路、可運(yùn)行以執(zhí)行軟件 和/或固件程序的任何已知處理器、一個(gè)或多個(gè)可編程數(shù)字裝置或系統(tǒng)，諸如可編程只讀存 儲(chǔ)器(PR0M)、可編程陣列邏輯裝置(PAL)等。此外，盡管示出控制電路140劃分成某些功能塊 (微處理器142、驅(qū)動(dòng)器144和接口 146)，但這些功能塊可實(shí)施為分開電路和/或組合到一個(gè) 或多個(gè)功能單元內(nèi)。
[0042]微處理器142可執(zhí)行不同的軟件程序以實(shí)施不同的技術(shù)來計(jì)算物體觸摸到觸摸玻 璃層104的表面106的一個(gè)或多個(gè)位置。一個(gè)這種技術(shù)是三角測量法，這是通過測量從已知 點(diǎn)到變量點(diǎn)的角度來確定變量點(diǎn)（在該情況下是物體觸摸到屏104的點(diǎn)）位置的公知方法。 然后可用一個(gè)已知邊和兩個(gè)已知角計(jì)算作為三角形第三點(diǎn)的變量點(diǎn)。在觸敏顯示器100B 中，任何兩個(gè)光感元件116可在三角測量法算法中提供固定點(diǎn)。為了改進(jìn)位置計(jì)算的精度， 可能理想的是使用多對(duì)光感元件116來多次計(jì)算觸摸點(diǎn)并然后使用數(shù)據(jù)計(jì)算來得到最終觸 摸位置。
[0043]在某些實(shí)施例中，光感元件116的運(yùn)行特性會(huì)使三角測量法的使用有問題。例如， 如果光感元件116是僅測量光強(qiáng)的光電二極管，則三角測量法可能難以或不可能使用。計(jì)算 觸摸事件位置的替代方法是比較由光感元件116感測的相應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度。例如，如果元件116A 和116D測得相同的信號(hào)強(qiáng)度，則可確定觸摸事件的位置位于到兩元件116A和116D的等距線 上。但如果信號(hào)不相等，則觸摸事件的位置可確定為更靠近一個(gè)光感元件而不是另一個(gè)。實(shí) 際上，觸摸事件的位置不會(huì)在一條線上而是在弧上。通過感測第三元件116B的信號(hào)強(qiáng)度，可 實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)觸摸位置的確定。為了說明而非限制目的，在本說明書中稍后會(huì)以"實(shí)例-位置感 測算法"為標(biāo)題討論基于從光感元件116接收的幅值數(shù)據(jù)計(jì)算屏104上觸摸事件位置的示例 算法。
[0044]影響用于計(jì)算觸摸位置的數(shù)學(xué)方法精度因素之一是微處理器142在從光感元件 116接收的信號(hào)中區(qū)分出是由來自特定光源110還是成組光源110的光能產(chǎn)生的能力。在這 方面，控制電路140可操作以使從至少兩個(gè)(且較佳地所有)光源發(fā)出的光包括至少兩個(gè)區(qū) 別特征。這樣，微處理器142可從由光感元件116產(chǎn)生的信號(hào)提取這種特征的指示，并因此區(qū) 分那個(gè)信號(hào)是來自響應(yīng)于特定光源110產(chǎn)生的散射光。
[0045] 這些區(qū)別特征可包括以下中的至少一個(gè)：（i)從兩個(gè)或多個(gè)光源110發(fā)出的光的不 同波長；（ii)調(diào)制部件，由此從兩個(gè)或多個(gè)光源發(fā)出的光用相應(yīng)的不同編碼進(jìn)行調(diào)制；以及 (iii) 頻率調(diào)制部件，由此從兩個(gè)或多個(gè)光源發(fā)出的光用相應(yīng)的不同頻率進(jìn)行調(diào)制，以及 (iv) 時(shí)間部件(或時(shí)間復(fù)用），由此在不同時(shí)間從兩個(gè)或多個(gè)光源發(fā)出光。
[0046] 再看每個(gè)上述區(qū)別特征，每個(gè)光源110可用具有不同光波長的相應(yīng)LED來實(shí)施。例 如，光源110A可發(fā)射第一波長范圍內(nèi)，諸如約430nm至約470nm(大致是藍(lán)光光譜)之間的光。 光源110B可發(fā)射第二波長范圍內(nèi)，諸如約490nm至約550nm(大致是綠光光譜)之間的光。光 源110C可發(fā)射第三波長范圍內(nèi)，諸如約615nm至約650nm(大致是紅光光譜）之間的光。這些 可見藍(lán)、綠、紅波長范圍僅用于說明目的。實(shí)際上，也可能有其它范圍（包括復(fù)合藍(lán)-綠、綠_ 紅等）。此外，也可采用不可見波長，諸如紅外波長。因此，例如光源110D可發(fā)射第四波長范 圍內(nèi)，諸如約820nm至約880nm之間的光。
[0047] 假如兩個(gè)或多個(gè)光源110可發(fā)生不同波長的光，則可在屏104本身和/或控制電路 140內(nèi)采取步驟來在從光感元件116接收的信號(hào)之間作出區(qū)分。例如，光感元件116可定位成 趨于使僅僅某些元件116感測源自某些光源110的散射光。具體來說，給定光感元件116的定 向，每個(gè)光源的光投射場可排除某些光感元件116。例如，光源110A的光透射場可包括屏104 的僅虛線134A前部的各部分。假設(shè)使屏104的邊緣130處的光反射減小或最小，僅光感元件 116A和116D (沿與光源110A相同的邊緣130A)會(huì)由于觸摸事件從光源110A接收散射光能量 (且沒有從光源110直接入射的光能）?？蓪?duì)其它光源110和光感元件116進(jìn)行類似分析。 [0048]光感元件116本身可如本領(lǐng)域已知的以不同方式響應(yīng)于光能的波長。例如，給定的 光感元件116可包括響應(yīng)于某些波長而不響應(yīng)其它波長的傳感器，由此提供不僅接收的光 能的幅值而且關(guān)于其波長的輸出指示。
[0049] 控制電路140,且具體是微處理器142可在從相應(yīng)光感元件116接收的信號(hào)之間區(qū) 分出與來自光源110的入射光不同的光散射事件。此外，這些信號(hào)可用在適于計(jì)算屏104上 觸摸事件的一個(gè)或多個(gè)位置的數(shù)學(xué)算法中。
[0050] 如上文討論的，使用波長區(qū)別特征（以及將在下文討論的一個(gè)或多個(gè)其它特征）的 觸摸位置計(jì)算精度受到屏104的邊緣130處光反射的程度和特征的影響。最理想的是，使這 種邊緣反射減少或最少。在這方面，除了或附加于先前參照圖2A-2B討論的特征，觸敏顯示 器100B還可包括其它特征來減少這種邊緣反射。
[0051 ]在這點(diǎn)上，參照圖4，該圖示出采用另一反光減少機(jī)構(gòu)的觸摸玻璃層104的側(cè)視圖。 具體來說，低反射系數(shù)顏料120A可沿玻璃層104的邊緣130(較佳地所有邊緣)設(shè)置。低反射 系數(shù)顏料120A可包括穿過其中與相應(yīng)光源110相鄰的相應(yīng)窗口，從而來自光源的光可不受 阻地耦合到玻璃層104內(nèi)。為了減少來自窗口和/或光源110本身的反射（由于從另一光源入 射的光能或散射事件產(chǎn)生），可在光源110與玻璃層104的邊緣130之間設(shè)置至少一個(gè)過濾器 126。過濾器126運(yùn)行以顯著削弱由相應(yīng)光源110產(chǎn)生的波長范圍外的光。這樣，窗口和光源 110本身對(duì)于該波長范圍外的光會(huì)呈"暗的"（即不反射）。在可見波長范圍的情況下，根據(jù)其 特定過濾特性可能采用單個(gè)過濾器126。但是，在某些情況下，可能需要第一和第二過濾器 126A、126B來過濾整個(gè)關(guān)注范圍。例如，一個(gè)過濾器126A可削弱第一可見波長范圍外的光 (諸如前述藍(lán)光范圍），而另一過濾器126B可削弱另一這種范圍外的光、諸如紅外波長范圍。 [0052]圖5是示出一個(gè)或多個(gè)過濾器126的某些透射特性的圖表。具體來說，示出入射光 波長（例如藍(lán)128A、綠128B、紅128C、紅外128D)與相應(yīng)過濾器特性129A、129B、129C、129Di 間的關(guān)系。該圖表的豎直軸線視情況為光源110或穿過過濾器126的透射百分比，而水平軸 線是以nm為單位的光波長。
[0053] 如果確定前述顏料、錐度和/過濾器126未充分削弱邊緣反射，則用某些附加信息 調(diào)制由光源110產(chǎn)生的光可進(jìn)行來自光感元件116的理想信號(hào)與不理想信號(hào)的進(jìn)一步區(qū)分。 例如，驅(qū)動(dòng)電路144可調(diào)制一個(gè)或多個(gè)光源110,使得來自光源的相應(yīng)光包括一定編碼或多 個(gè)編碼，諸如正交碼，像公知的沃爾什碼。例如，由特定光源110產(chǎn)生的光可包括特定比特率 (諸如lKHz)的調(diào)制的20比特沃爾什碼。接口電路146可包括接收器，該接收器可解調(diào)特定沃 爾什碼并拒絕不包括這種碼的信號(hào)。該調(diào)制/解調(diào)過程確保僅響應(yīng)于由于觸摸事件(與相對(duì) 或相鄰邊緣上其它光源110直接發(fā)出的光不同）的散射光產(chǎn)生的信號(hào)被處理，以計(jì)算觸摸位 置。應(yīng)當(dāng)指出，調(diào)制和解調(diào)電路(諸如用于正交碼方案)是信號(hào)處理領(lǐng)域公知的。為了討論目 的，在本說明書中稍后將以"實(shí)例-編碼調(diào)制實(shí)施方式"為標(biāo)題呈現(xiàn)這種調(diào)制和解調(diào)電路的 實(shí)施方式的更詳細(xì)說明。
[0054] 上述編碼調(diào)制的一變型是使用頻率調(diào)制。在該實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路144可調(diào)制一個(gè) 或多個(gè)光源110,使得來自光源的相應(yīng)光包括一定的頻率或多個(gè)頻率(可由調(diào)諧接收器區(qū) 分）。接口電路146可包括適當(dāng)?shù)慕邮掌?，該接收器可解調(diào)特定頻率并拒絕不包括這種頻率 的信號(hào)。與編碼調(diào)制一樣，該調(diào)制/解調(diào)過程確保僅響應(yīng)于由于觸摸事件（與相對(duì)或相鄰邊 緣上光源110直接發(fā)出的光不同）的散射光產(chǎn)生的信號(hào)被處理，以計(jì)算觸摸位置。應(yīng)當(dāng)指出， 頻率調(diào)制和解調(diào)電路在信號(hào)處理領(lǐng)域是公知的，且因此，在本說明書中省略對(duì)其實(shí)施方式 的詳細(xì)描述。
[0055] 接著看可用于輔助將承載關(guān)于特定散射事件信息和特定光感元件116的信號(hào)隔離 的區(qū)別特征，每個(gè)光源110以時(shí)間復(fù)用方式被供能。例如，控制電路140 (例如驅(qū)動(dòng)電路144) 可在特定時(shí)段內(nèi)使僅一個(gè)(或特定幾個(gè))光源11 〇發(fā)光。同時(shí)，控制電路140 (例如接口電路 146)可在該時(shí)段內(nèi)允許僅光感元件116中的某些啟用。
[0056] 為了說明以上內(nèi)容，當(dāng)光源110A啟用時(shí)，控制電路140可僅啟用光感元件116A和 116D。在這些情況下，且由于呈現(xiàn)有限的邊緣反射，僅光感元件116A和116D(沿與光源110A 相同的邊緣130A)會(huì)由于觸摸事件接收來自光源110A的散射光能量(沒有來自光源110A的 直接入射光能量）。在其它時(shí)段可對(duì)其它光源110和光感元件116進(jìn)行類似分析。應(yīng)當(dāng)指出， 可通過同時(shí)對(duì)一個(gè)以上的光源110供能來采用這種時(shí)間復(fù)用方法，但必須注意在觸摸位置 計(jì)算時(shí)考慮多個(gè)光源。此外，可對(duì)相同波長或波長范圍的光源110采用時(shí)間復(fù)用方法，因?yàn)?同時(shí)啟用的光源110和光感元件116的數(shù)量有限。因此，為了降低觸摸屏104的表面106上污 垢的影響，和/或允許標(biāo)記實(shí)際涂在或以其它方式妨礙該表面106,光源可以都是紅外型的。 [0057]使用時(shí)間復(fù)用方法，控制電路140在從相應(yīng)光感元件116接收的信號(hào)之間區(qū)分出與 來自光源110的入射光不同的光散射事件。這允許這些信號(hào)可用在例如計(jì)算屏104上觸摸事 件的一個(gè)或多個(gè)位置的算法中。同樣，以"實(shí)例-位置感測算法"為標(biāo)題討論的示例算法可用 來計(jì)算觸摸時(shí)間的位置。
[0058]現(xiàn)參照圖6,該圖示出根據(jù)本文一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施例的觸敏顯示器100C的替代 實(shí)施方式。觸敏顯示器100C還包括顯示層(未示出）和觸摸玻璃層104,示出為俯視圖。在該 實(shí)施例中，觸敏顯示器100C包括沿一邊緣130A的多個(gè)光源110A(諸如四個(gè)）和沿另一邊緣 130B的多個(gè)光源110B等。類似地，觸敏顯示器100C包括沿邊緣130A的多個(gè)光感元件(諸如四 個(gè)）、沿另一邊緣130B的多個(gè)光感元件等。與本文其它實(shí)施例一樣，觸敏顯示器110C還包括 或聯(lián)接至控制電路140。觸敏顯示器100C可用與前述實(shí)施例的觸敏顯示器100B類似的方式 運(yùn)行，但在波分復(fù)用的情況下，沿屏104的給定邊緣130的所有光源可具有相同波長(或波長 范圍），和/或在時(shí)分復(fù)用的情況下同時(shí)啟用/不啟用。對(duì)于沿每個(gè)相應(yīng)邊緣130的光感元件 116也是一樣。
[0059]根據(jù)觸敏顯示器的又一實(shí)施方式，圖1、3和6中所示的任何前述實(shí)施方式可基于熒 光原理運(yùn)行。在物體(諸如手指)響應(yīng)于由于觸摸玻璃層104的表面106產(chǎn)生的入射光而發(fā)熒 光的情況下，來自物體的熒光可耦合到玻璃層104內(nèi)。由于熒光(通過光源的精心選擇)可具 有與入射光不同且更高的波長，可方便地檢測散射光，且入射光的檢測由控制電路140拒 絕。
[0060] 如當(dāng)前撰寫中所描述的，手指可將光向后散射，允許檢測觸摸事件。可類似地將光 散射的無源觸針也是同樣情況。但可能提供有源觸針。不同于在覆蓋玻璃內(nèi)或通過覆蓋玻 璃提供的反射光，有源觸針會(huì)是光源。
[0061] 現(xiàn)參照圖7,該圖是可與本文所披露的一個(gè)或多個(gè)觸敏顯示器100組合使用的有源 觸針200的示意圖。一般而言，有源觸針200的方法是將用于觸摸位置感測的光源210放置在 實(shí)施體的殼體202內(nèi)，使用者使用該實(shí)施體來觸摸到觸摸屏104而不是依賴光散射。該方法 的優(yōu)點(diǎn)在于穩(wěn)健性，因?yàn)楣庠?10遠(yuǎn)比任何向后散射光強(qiáng)烈，如此強(qiáng)烈使得使用者可在用觸 針200書寫的同時(shí)能夠?qū)⑵涫终茢R在屏104上而不會(huì)削弱這些光以妨礙位置檢測。當(dāng)使用有 源觸針200時(shí)，在觸摸屏104內(nèi)或通過觸摸屏104提供光的光源110就不需要了，所以它們可 完全消失或暫時(shí)切斷。暫時(shí)切斷光源110會(huì)提供雙操作模式:使用光源110的一種觸敏模式； 使用有源觸針200的另一觸敏模式。
[0062] 光源210可以是LED，諸如IR LED，在該情況下光感元件116會(huì)適于感測IR光。如果 光被如上所述進(jìn)行調(diào)制，則會(huì)采用用于將光源210的光發(fā)射和光感元件116處檢測的信號(hào)同 步的裝置。給出上述討論和本文稍后參照圖9所示和描述的系統(tǒng)，這種裝置對(duì)于技術(shù)人員是 顯而易見的。來自光源的光照射到殼體202遠(yuǎn)端的珠體204內(nèi)，該珠體204漫射和隨機(jī)化從觸 針200發(fā)出的光。這種散射消除了觸針200的姿勢對(duì)從光感元件116的視點(diǎn)的光檢測的影響。 珠體204可由任何適當(dāng)材料制成，諸如填充有例如約1%二氧化鈦以用作散射劑的塑料。 [0063]當(dāng)不與觸摸屏104接觸時(shí)由電池206對(duì)電源210供能是不理想的。有各種可能的機(jī) 械構(gòu)造允許觸針200僅在與屏104接觸時(shí)接通。例如，珠體204可通過彈簧環(huán)208朝向殼體202 的遠(yuǎn)端向前偏置。彈簧環(huán)208可由某些彈性材料制成，某些彈性材料可用相對(duì)小的力壓縮但 當(dāng)壓力釋放時(shí)反彈回其正常較大形狀。當(dāng)對(duì)珠體204施加壓力且彈簧環(huán)108被壓縮時(shí)，導(dǎo)電 觸板212將兩個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)214連結(jié)，允許電流從電池206流到電源210。附加地或替代地，電池 206可省略，且觸針200可能夠通過觸感顯示器100內(nèi)的主機(jī)提取功率輸出。
[0064]圖8示出又一替代的觸感顯示器110D。該觸感顯示器100D包括顯示層102、玻璃層 1〇4(可設(shè)置在顯示層102上方）以及玻璃層104上方的彈性觸摸層105。經(jīng)由間隔件等在彈性 觸摸層105與玻璃層104之間形成間隙。觸摸層105由合適的聚合物制成，合適的聚合物可響 應(yīng)于觸摸事件撓曲并與玻璃層104接觸。此外，觸摸層105由具有良好波導(dǎo)性質(zhì)的材料制成。 光源110產(chǎn)生耦合到玻璃層104內(nèi)并以引導(dǎo)模式在玻璃層104內(nèi)傳播的光。由于玻璃層104內(nèi) 的全內(nèi)反射，沒有觸摸事件就沒有光耦合到觸摸層105內(nèi)，且因此光感元件116不會(huì)感測到 散射光。在發(fā)生觸摸事件時(shí)，在玻璃層104內(nèi)傳播的光的引導(dǎo)模式被打擾，且某些光耦合到 觸摸層105內(nèi)。光感元件116可因此測量這種光并提供指示這種光的信號(hào)給控制電路(未示 出）。這樣，控制電路可使用上述類似技術(shù)和裝置來計(jì)算觸摸事件的位置。
[0065] 實(shí)例-位置感測算法
[0066] 該部分描述可在以上所披露和討論的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中用來計(jì)算觸摸事件的 位置檢測算法。在該部分中，我們描述位置檢測算法以及關(guān)于其在程序中實(shí)施的考慮，該程 序管理觸感顯示器的運(yùn)行。
[0067] 作為背景知識(shí)，在日常生活中，我們通常需要估計(jì)隨機(jī)事件的概率。實(shí)例包括擲骰 子、從撲克中抽牌或估計(jì)測量儀器的噪聲。在這些情況下，使用描述實(shí)體系統(tǒng)的模型知識(shí) (概率分布)來對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測。當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)建模時(shí)，我們想要做的剛好相反:給出已知經(jīng)驗(yàn)數(shù) 據(jù)，我們想要找到提供良好描述的模型。實(shí)現(xiàn)這種方式的方法可參照貝葉斯定理，其表達(dá) 為：
(1)
[0069]應(yīng)用到給出經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)尋找模型的本問題，貝葉斯定理變?yōu)椋?br>[0071]概率P(模型)稱為先驗(yàn)值;如果不假設(shè)哪個(gè)模型有效則可認(rèn)為該先驗(yàn)值是常數(shù)。分 母僅是確保所有模型的概率等于1的標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)。因此，我們發(fā)現(xiàn) [0072] P(模型|數(shù)據(jù)）&P(數(shù)據(jù)|模型）（3)
[0073] 這意味著給定支持?jǐn)?shù)據(jù)模型有效的概率與給定特定模型觀察數(shù)據(jù)的概率成比例。 該結(jié)果是本文所討論的參數(shù)擬合方法的基礎(chǔ)。
[0074] 實(shí)際配置提供給我們N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（由檢測器116測得的信號(hào)），表示為g i = l，…， N，我們想要擬合到模型，…，aM)，其中w，j = l，…，M，是未知參數(shù)。該模型是通常使用 關(guān)于隨機(jī)過程的特性的某些物理角度建立的函數(shù)。
[0075]如果每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的試驗(yàn)誤差以標(biāo)準(zhǔn)偏差〇1正態(tài)分布，如果模型預(yù)測這些h值由
[0076] 尸(數(shù)據(jù)|模型/)〇=
[0077] 給出，則測量數(shù)據(jù)的概率經(jīng)驗(yàn)地設(shè)定$ 〇
[0078] 我們知道，根據(jù)我們對(duì)貝葉斯定理的討論，方程(4)也是給定觀察數(shù)據(jù)時(shí)模型有效 的概率。因此，最可能的模型是使方程(4)最大或等同于使其對(duì)數(shù)的負(fù)數(shù)最小的模型。 (5)
[0080]因?yàn)镹和Af為常數(shù)，發(fā)現(xiàn)最可能的模型等同于使該量
[0082] 最小。
[0083] 所以該問題簡化為在M維參數(shù)空間內(nèi)找到（一般而言）非線性函數(shù)的最小值。使x2 最小的ai，…，aM的值稱為"最佳擬合參數(shù)或最大可能性估計(jì)量"。
[0084]以上描述的最小二乘法包括對(duì)模型作出假設(shè)，并選擇在模型與數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生最好 擬合的參數(shù)。但是，不實(shí)際保證該模型是隨機(jī)過程的良好表示。我們需要"擬合度"標(biāo)準(zhǔn)來決 定模型是否適當(dāng)。
[0085]該標(biāo)準(zhǔn)由以下結(jié)果提供:如果模型對(duì)其參數(shù)是線性的，則量X2在最小時(shí)符合自由 度為v = N_M的卡方分布。因此，"真"模型具有的大小為x2卡方的概率Q由下式給出
[0086] Q=1-P(x2|v), (7)
[0087]其中P(x2卜)是不完全伽瑪函數(shù)，
[0088] pix^dx, j〇. (8)
[0089] 其中
(9)
[0091] 不完全伽瑪函數(shù)可用于大多數(shù)計(jì)算軟件;在Matlab?中，其用命令"gammainc"調(diào) 用。如果Q接近1，則模型很好地?cái)M合數(shù)據(jù)。相反，如果Q非常小，則該擬合不是良好擬合。實(shí)踐 中，Q在模型被拒絕之前可以小至1(T 3。
[0092] 盡管卡方分布僅對(duì)于線性模型嚴(yán)格有效，但其通常甚至對(duì)于對(duì)其參數(shù)為非線性的 模型也是良好逼近。
[0093]我們假設(shè)模型，…，aM)與參數(shù)^具有非線性關(guān)聯(lián)。為此，必須迭代尋找卡方的 最小值。從某些初始猜測開始，我們更改各參數(shù)來減小x2的值。我們重復(fù)該過程直到x2不再 減小。
[0094] 根據(jù)X2是接近最小值還是遠(yuǎn)離最小值，應(yīng)當(dāng)考慮兩個(gè)狀態(tài)。遠(yuǎn)離最小值，其一階倒 數(shù)較大，所以通過減小梯度的步驟來減小卡方。從步驟n的參數(shù)值開始，標(biāo)為矢量a (n)，步驟n +1的值由下式給出：
[0095] a(B+1) = a(H>-常數(shù) xVj2(a(,,)). (10)
[0096] 該方程中出現(xiàn)的常數(shù)(constant)應(yīng)當(dāng)足夠小以不會(huì)由于過沖而錯(cuò)過該最小值。以 下給出正確值。
[0097] 接近最小值，X2的梯度較小，且因此最小值amin周圍的二次方局部展開是有效的：
(12)
[0099]關(guān)于ak求導(dǎo)，我們得到
[0101]我們引入符號(hào)
(13)
[0103] 以及
(14)
[0105] 則方程(12)可寫為
[0106] 爲(wèi)(氣--叫） 1 (15)
[0107] 或，矩陣形式
[0108] 0^a(amin_a). (16)
[0109] 因此，從步驟n的值a(n)開始，在步驟n+1向最小值的逼近由下式給出：
[0110] a(n+l)=a(n)+a-l 0_ (17) 讓我們詳細(xì)描述矩陣元&和的計(jì)算。從定義方程(6)，我們得到
(18)
[0113] 以及
(19)
[0115]涉及h的二階導(dǎo)數(shù)的第二項(xiàng)在實(shí)踐中通常忽略，因?yàn)槠渫c包含一階導(dǎo)數(shù)的項(xiàng) 相比很小，且會(huì)實(shí)際上造成最小化算法不穩(wěn)定。因此我們?nèi)匀皇褂靡韵鹿絹碛?jì)算矩陣元 〇ki:
(20)
[0117]方程（10)和（17)給出了取決于卡方遠(yuǎn)離還是靠近最小值的迭代過程。但是我們怎 樣知道我們在哪個(gè)范圍，以及何時(shí)轉(zhuǎn)換？由列文伯格-馬夸爾特方法提出一種聰明的方法。 該方法還解決了找到常數(shù)來使用方程(10)的問題。
[0118]假設(shè)我們用a'代替矩陣a，a'從a通過對(duì)角元素乘以1+A得到，其中A是常數(shù)，其值可 從一次迭代到下一次迭代變化：
[0119] a^^and+A) (21)
[0120] a，kl = akl對(duì)于k辛 1 ? (22)
[0121] 代替后，方程(17)變?yōu)?br>[0122] a(n+1)=a ⑷+(〇'）-$? (23)
[0123]迭代式方程(23)確保從遠(yuǎn)離最小值的區(qū)間過渡到靠近最小值的區(qū)間。實(shí)際上如果 M艮大，則矩陣a'實(shí)質(zhì)上是對(duì)角矩陣，所以方程(23)變成：
(24)
[0125] 其僅是具有步進(jìn)常數(shù)l/(akkA)的方程(10)，該步進(jìn)常數(shù)很小，因?yàn)锳很大。相反，當(dāng)A 很小時(shí)，則矩陣a'減小到a，且方程(23)與方程（17)相同。因?yàn)槠涓鶕?jù)A的值覆蓋兩個(gè)范圍， 在迭代過程中使用方程(23)來找到卡方的最小值。
[0126] 最后，可示出一旦找到X2的最小值，則cT1是各參數(shù)的協(xié)方差矩陣。具體來說，由cT1 的對(duì)角元素給出該估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差：
[0127] o2(aj) = (a-1)jj. (25)
[0128] 以下算法用于使卡方最小來找到最佳擬合參數(shù)。
[0129] 1.從用于參數(shù)m，…，aM的某些初始猜測開始。
[0130] 2?計(jì)算 x2(ai,…，aM)。
[0131] 3.取X為較小值，g卩A = 〇.〇〇l。
[0132] 4.形成矩陣a '和0并使用方程(23)計(jì)算下一猜測a(n+1)。
[0133] 5.如果x2(a(n+1))彡x 2(a(n))，將A減去10并返回步驟4。（換言之，我們離最小值很 遠(yuǎn)，且我們必須在采取更小步幅的同時(shí)遵循該梯度。）
[0134] 6.如果x2(a(n+1))〈x 2(a(n))(即，我們越來越靠近最小值），將入減去10并更新解:a(n) -a(n+1)。返回步驟4。
[0135] 7.當(dāng)x2變化小于0.001時(shí)停止。
[0136] -旦找到最佳擬合參數(shù)，則計(jì)算由方程(7)給出的概率Q來確保該擬合是良好擬合 總是正確的。
[0137] 我們現(xiàn)在描述怎樣采用以上詳述的參數(shù)擬合方法來確定上述一個(gè)或多個(gè)觸敏顯 示器實(shí)施例中觸摸事件的位置。出于教學(xué)原因，我們從描述經(jīng)過簡化的模型開始，該模型說 明算法的運(yùn)作，且我們將證明這種技術(shù)比更簡單的代數(shù)公式運(yùn)行更好。然后我們將描述更 實(shí)際的模型。
[0138] 為了應(yīng)用上述通用機(jī)械，應(yīng)指定數(shù)據(jù)模型。在這里，關(guān)于所考慮的物理系統(tǒng)的理解 開始作用?？蓪⒏鞣N改良包括在該模型中以用理想精度描述現(xiàn)實(shí)情況。在該部分，我們將從 盡可能簡單的模型開始，其中到達(dá)檢測器的幅值隨著到觸摸事件距離的倒數(shù)變化。這個(gè)模 型之所以合理是因?yàn)檫M(jìn)入平面波導(dǎo)的觸摸表面手指散射的光的幅值減少為1/r。然而，這樣 的描述顯著簡化，因?yàn)樗俣ǖ男盘?hào)電平是已知和恒定的，光線是不會(huì)隨著其傳播穿過玻 璃而減弱，且忽視了檢測器響應(yīng)的角度依賴性。然而，為了熟悉算法，該模型是一個(gè)很好的 起點(diǎn)。
[0139] 因此，在該部分，我們假設(shè)檢測器的響應(yīng)i由下式給出
[0141]觸摸事件與檢測器之間的距離為 (26) (27)
[0143] 這里，x和y是觸摸事件的未知坐標(biāo)，而xdPyi是每個(gè)檢測器的已知位置。
[0144] 作為未知參數(shù)x和y的函數(shù)的卡方，由下式給出：
(28)
[0146]其中又是從N個(gè)檢測器中每個(gè)檢測器測得的信號(hào)。為了構(gòu)建使卡方最小所需的矩 陣a和0，我們必須計(jì)算h的導(dǎo)數(shù)：
(29) (30)
[0149]從方程(18)和(20)得到矩陣元素。為了清楚我們將它們明確地寫出：
[0152]從中我們構(gòu)建： (31) (32)
[0154] 類似地，
(35)
[0159]我們用上面的式子形成矩陣： _ ^xx ^\\
[0160] 議=以 n MwJ (38)
[0161] 以及 \a.a{\ + A) a,y - C〇162] ^ ?,,(! +/i)J' (39)
[0163] 根據(jù)部分2.5中詳述的過程迭代得到然后包含未知參數(shù)的矢量
[0164] -旦得到解，由標(biāo)準(zhǔn)偏差給出位置的誤差：
[0165] ci^(a 'I (4〇)
[0166] % 二(》')， （4 丨）
[0167]圖1和2示出卡方最小化算法的過程。本文使用的實(shí)例是用于矩形顯示器，該顯示 器具有2:1的長寬比并在坐標(biāo)為(Xl，yi) = (±l，±0.5)的角部處有4個(gè)檢測器。使用下式產(chǎn) 生合成數(shù)據(jù)來模擬位置(xo，y〇)處的觸摸。
m
[0169]使用原點(diǎn)（1，7) = (0,0)作為初始猜測來進(jìn)行卡方最小化過程。通過建模已經(jīng)證實(shí) 該算法遵循x2(x，y)的圖表和軌跡?？稍趦H幾次迭代之后發(fā)現(xiàn)位于(XQ，yQ)處的最小值。 [0170] 一般而言，不能按照檢測器數(shù)據(jù)找到觸摸事件位置的代數(shù)表達(dá)。但用簡單1/r模 型，存在代數(shù)表達(dá)。有趣的是看到在該情況下數(shù)據(jù)方法怎樣與代數(shù)公式比較。
[0171]可通過對(duì)于1/A2寫出該表達(dá)來得到代數(shù)公式：
(43)
[0173]取一對(duì)檢測器1和2并計(jì)算量I//；2 -1沱，得到
(44)
[0175] 如果我們將這些檢測器放置成使得X2 = -XdPy2 = yi，則我們可分離出x坐標(biāo)：
(45)
[0177] 類似地，可通過取放置在X2 = XjPy2 = -yi&的兩個(gè)不同檢測器來分離出y坐標(biāo)。因 此使用在寬度為wx且高度為wy的矩形的四個(gè)角對(duì)稱放置的4個(gè)檢測器，能夠使用下式提取這 些坐標(biāo)：
(46) (47)
[0180]我們現(xiàn)將對(duì)于更復(fù)雜模型不必存在的代數(shù)解放置一旁。在沒有檢測器噪聲時(shí)，代 數(shù)公式精確地給出該位置并使用很少的運(yùn)算。在該情況下，不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)方法。但在存在 檢測器噪聲時(shí)，不清楚哪個(gè)方法更精確。已進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)來回答該問題。采用在4個(gè)角（±1， ±0.5)中每個(gè)角具有檢測器的矩形顯示器。對(duì)于給定觸摸位置( XQ，yo)產(chǎn)生合成數(shù)據(jù)，并將 高斯噪聲增加到每個(gè)檢測器的值。然后使用數(shù)據(jù)卡方最小化算法和代數(shù)公式來恢復(fù)觸摸事 件的位置。將該過程重復(fù)100次來得到大量數(shù)據(jù)。然后計(jì)算和比較兩種方式得到的x和y坐標(biāo) 的標(biāo)準(zhǔn)偏差。然后對(duì)于觸摸位置(x〇，y〇)的不同值重復(fù)整個(gè)過程。
[0181] 在該實(shí)例中，增加到合成數(shù)據(jù)的噪聲是具有標(biāo)準(zhǔn)偏差〇1 = 0.05的高斯噪聲。準(zhǔn)確 度研究的結(jié)果將代數(shù)和數(shù)據(jù)方法得到的恢復(fù)坐標(biāo)Ox和〇y的不確定性比較。（在后一種情況 下，用兩種方式獲得標(biāo)準(zhǔn)偏差:從分析公式方程(40-41)以及從多次數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)。）
[0182] 通過試驗(yàn)確定數(shù)據(jù)方法比代數(shù)公式更精確。我們還發(fā)現(xiàn)從多次實(shí)現(xiàn)得到的標(biāo)準(zhǔn)偏 差等于理論預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)偏差，在鞏固了以下理論的可信度。
[0183] 代數(shù)方法的較差精確度在于公式使用試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)數(shù)的平方fr2。為此，我們會(huì)預(yù)期 包含大部分信息的強(qiáng)信號(hào)具有微弱貢獻(xiàn)。相反，最受噪聲影響的弱信號(hào)作出主要貢獻(xiàn)。這解 釋了代數(shù)確定的位置誤差為什么比數(shù)據(jù)得到的誤差大。
[0184] 在涉及使用上述熒光技術(shù)的一組試驗(yàn)中，到達(dá)光檢測器的信號(hào)實(shí)質(zhì)上遵循先前部 分中描述的1/r模型。但是，必須包括多個(gè)重要改進(jìn)。
[0185] 首先，發(fā)現(xiàn)需要考慮光隨著其傳播由于玻璃內(nèi)部全內(nèi)反射的削弱。因此，exP(-ar) 的因子包括在該模型中。在1.1_厚的強(qiáng)化玻璃板中，我們估計(jì)削弱系數(shù)的值為a~7HT 1。
[0186] 第二，我們發(fā)現(xiàn)光檢測器的響應(yīng)突然偏離法向下降超過60°。這是由于玻璃框的設(shè) 計(jì)，玻璃框包括沿所有邊緣與玻璃接觸的〇形環(huán)以防止雜散光撞擊檢測器。當(dāng)其沿法向僅造 成可忽略的損失時(shí)，〇形環(huán)造成以較大角度進(jìn)入玻璃框的光線的顯著削弱。通過表示為超高 斯傳遞函數(shù)exp[-(0/0 max)m]計(jì)算檢測器的角度依賴性，其中m為偶數(shù)。發(fā)現(xiàn)值0max~85°和m =6提供與測得的響應(yīng)曲線的合理一致。
[0187] 最后，散射光的量是未知的且隨事件變化。所以模型需要包括總體未知的比例常 數(shù)，允許該比例常數(shù)從一個(gè)時(shí)間步驟到下一時(shí)間步驟變化。
[0188] 此外，檢測器的靈敏度可彼此稍微變化。所以每個(gè)檢測器的響應(yīng)需要乘以已知校 準(zhǔn)因子，其值需要測量一次并在假設(shè)此后保持不變。
[0189] 集合所有這些貢獻(xiàn)，光檢測器的響應(yīng)可由下式描述
[0190] fi(x,y,C)=CHig[Ri(x,y)]h[0i(x,y)], (48)
[0191] 其中
(49) (50)
[0194]以及m表示校準(zhǔn)常數(shù)。該模型包含三個(gè)未知參數(shù):位置(x，y)和幅值C。盡管在R和0 中是可分離的，但并不要求這樣。距離通常由下式給出：
(51)
[0196] 通過取位置矢量與傳感器邊緣的法線的矢量乘積可得到該角度：
[0197] Ri Xn = zRisin9i. (52)
[0198] 計(jì)算該矢量乘積，我們發(fā)現(xiàn)：
[0199] 9i = arcsin Ui, (53)
[0200] 其中 (54)
[0202] 且其中nix和my是與檢測器i相關(guān)的法向矢量的x-和y-分量。
[0203] 卡方最小化算法所需要的矩陣a和0的計(jì)算需要我們計(jì)算h關(guān)于其變量參數(shù)的導(dǎo) 數(shù)。關(guān)于幅值C的導(dǎo)數(shù)如下：
(55)
[0205]關(guān)于位置變量的導(dǎo)數(shù)為：
(56)
[0207] 其中
(5， (58)
[0210] 以及
(59)
[0212]關(guān)于y的導(dǎo)數(shù)類似，除了叫％包含的符號(hào)不同：
_
[0214] 然后根據(jù)方程（18)和(20)形成矩陣a和0，并遵循部分3中說明的過程，值得一提的 是a現(xiàn)在是3 X 3矩陣，因?yàn)橛?個(gè)未知數(shù)需要求解。
[0215] 上述位置檢測算法僅是管理觸摸傳感器的運(yùn)算的程序的一方面。該程序獲取由控 制器板產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，檢查誤差、進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑運(yùn)算、檢測和更新基線水平、調(diào)用位置檢測算 法、決定結(jié)果是否通過質(zhì)量測試、管理由使用者輸入的觸摸事件的歷史并在屏上顯示結(jié)果。 在該部分，我們更詳細(xì)地描述這些任務(wù)。
[0216]在我們的證明過程中，光電二極管產(chǎn)生的電信號(hào)由控制器板處理。在其眾多功能 中，該控制器產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)紅外背光的調(diào)制信號(hào)。需要約1kHz的該調(diào)制來消除環(huán)境光。控制 器板從光電二極管10接收信號(hào)、將每個(gè)信號(hào)放大并通過將它們乘以調(diào)制信號(hào)并對(duì)多個(gè)時(shí)段 積分來進(jìn)行同步檢測。然后使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將每個(gè)通道離散化，并通過串行端口發(fā)送結(jié)果。 這是我們的Matlab程序接收作為輸入的數(shù)據(jù)。
[0217] 首先平滑該數(shù)據(jù)來降低噪聲。沒有該步驟，該噪聲大得足以造成計(jì)算位置的跳動(dòng)。 下一部分將描述用于平滑數(shù)據(jù)的遞歸時(shí)域過濾器。
[0218] 當(dāng)程序開始時(shí)，在短時(shí)期(0.1s)內(nèi)監(jiān)測信號(hào)電平來獲得基線。從數(shù)據(jù)中減去該基 線，且結(jié)果是通入位置檢測算法的值。當(dāng)背景電平趨于漂移時(shí)，尤其是由于積聚在觸摸屏表 面上的污漬和指紋，該基線頻繁更新?；€調(diào)整成其從不超過信號(hào)電平且在足夠長的時(shí)段 (通常是0.5s)內(nèi)無論何時(shí)所有信號(hào)都保持恒定。
[0219]只要信號(hào)超過一定閾值，就調(diào)用位置檢測算法。怎樣選取初始猜測是敏感問題，因 為其可確定算法是否收斂。當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用該算法時(shí)，連續(xù)地嘗試多個(gè)位置，并保持最佳擬合 數(shù)據(jù)的結(jié)果。使用信號(hào)電平估計(jì)用于信號(hào)幅值的初始猜測。當(dāng)隨后調(diào)用該算法時(shí)，來自前一 事件步驟的結(jié)果用作后一事件步驟的初始猜測。
[0220]在該算法返回位置之后，其必須通過多個(gè)質(zhì)量測試。首先，信號(hào)幅值(參數(shù)C)必須 高于一定閾值。這對(duì)于識(shí)別觸摸事件的終止是必要的。第二，位置的不確定性(關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)偏 差〇x和〇y)必須低于一定值。這確保僅保留已經(jīng)確定的具有合理可信度的位置。第三，如果 "跳出"先前值太遠(yuǎn)，則拒絕該數(shù)據(jù)點(diǎn)。這防止當(dāng)信號(hào)從弱值增加或減小到弱值時(shí)，在觸摸事 件開始和結(jié)束時(shí)往往會(huì)發(fā)生的非故意的快速位移。
[0221] 最后，該程序保持跟蹤對(duì)話歷史。這樣識(shí)別連續(xù)蹤跡，并在屏上顯示為連續(xù)線。初 級(jí)"繪畫"程序允許使用者在屏幕上看到在玻璃表面上畫了什么。
[0222] 先前描述了來自控制器板的信號(hào)在饋送到位置發(fā)現(xiàn)算法之前被平滑，從而減少由 于噪聲造成的跳動(dòng)。使用遞歸線性過濾器(也稱為"無線脈沖響應(yīng)過濾器"）在時(shí)域內(nèi)實(shí)施該 步驟。在該部分，為了完整，我們給出該理論的概述。
[0223] 假設(shè)我們有噪聲數(shù)據(jù)流，只要有可用數(shù)據(jù)，我們就想從噪聲數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)構(gòu)造平滑 版本?？捎玫男畔⑹瞧窨捎玫乃性肼曋岛推交档募?。用于構(gòu)造平滑數(shù)據(jù)的該過程 由總體線性過濾器描述。
(61)
[0225] 其中Xn表示初始噪聲數(shù)據(jù)，而yn是平滑數(shù)據(jù)。目標(biāo)是確定系數(shù)cdP山的值，這些值 將產(chǎn)生所要求的過濾器。我們使用諧波信號(hào)作為輸入并確保輸出滿足所要求的過濾器而將 該時(shí)域過程與頻率域中定義的過濾器關(guān)聯(lián)。我們采用諧波信號(hào)：
[0226] xk = xoe2llikfA (62)
[0227] yk = y〇e2llikfA, (63)
[0228] 具有幅值XQ和yQ以及時(shí)段1/f。這里，A表示采樣率。代入(61)，我們發(fā)現(xiàn)系數(shù)c k和 dj之間的關(guān)系和所要求的過濾函數(shù)H(f):
(64)
[0230]方便地是引入z = e2lIlfA。則過濾器可寫為 (65)
[0232]如果所有的山是零，則過濾器是非遞歸的，因?yàn)槠洳蝗Q于平滑數(shù)據(jù)的先前值。這 種過濾器總是穩(wěn)定的。如果至少一個(gè)山不為零，則過濾器是遞歸的。通常，遞歸過濾器運(yùn)行 更好，但它們可能不穩(wěn)定。穩(wěn)定性條件是特征方程的所有根
(66)
[0234] 必須在單位圓上。
[0235] 在本說明書中稍后給出構(gòu)建具有所需過濾函數(shù)同時(shí)滿足穩(wěn)定性條件的過濾器的 過程。方法是使用變量的變化，使得容易識(shí)別過濾器功能是否穩(wěn)定。為此，我們引入
(67)
[0237] 各變量的變化描繪出單位圓內(nèi)部(穩(wěn)定性區(qū)域)到上半復(fù)平面。所以，根據(jù)w，特征 方程(66)的零必須位于上半平面內(nèi)以確保穩(wěn)定性。
[0238] 例如，考慮以下:簡單低通過濾器為
(68)
[0240]其中，b涉及截止頻率。則響應(yīng)的幅值為
(69)
[0242]為了確定H的極點(diǎn)在哪兒，我們僅將過濾函數(shù)的分母分解因子：
PQ)
[0244] H的極點(diǎn)在土 ib處，但現(xiàn)在我們已知僅+ib對(duì)應(yīng)于穩(wěn)定過濾器。所以我恠 H⑴的 表達(dá)式中僅保留該因子。
(71)
[0246] 可以驗(yàn)證該表達(dá)式滿足由方程(69)給出的幅值。包括-i的因子以得到所需相響應(yīng) (即，f = 〇處的零相移）。使用方程(67)，根據(jù)廠1的冪，過濾函數(shù)可寫為：
(72)
[0248]誦討與遞丨]3討濾器的一般表達(dá)式、方程(65)比較，我們可簡單地讀出過濾系數(shù)： (73) (74) (75)
[0252] 該簡單過濾器僅后退一個(gè)時(shí)間步驟。
[0253] 迄今所描述的過濾器不是非常好的過濾器，因?yàn)槠浣刂狗浅５?。通過使用稍微更 復(fù)雜的過濾函數(shù)，獲得具有更突然截止的過濾器：
(76)
[0255] 其幅值響應(yīng)為
(77)
[0257]現(xiàn)在有位于elV4b、e3lV4b、e5lV4b和e 7lV4b的四個(gè)極點(diǎn)。僅前兩個(gè)位于上半平面內(nèi) 并滿足穩(wěn)定性條件，所以它們是我們保留的僅有的因子：
(78)
[0259]其中巾是我們稍后確定為31的相因子。代替z，過濾器可寫成方程(65)的標(biāo)準(zhǔn)形式。 在某些冗長的代數(shù)之后，我們發(fā)現(xiàn)遞歸系數(shù)為
(79) (80) (81) (82) (83)
[0265] 該過濾器后退兩個(gè)時(shí)間步驟。由于其較尖銳的截止，該過濾器是在光觸摸類型中 實(shí)施的過濾器。我們發(fā)現(xiàn)使用截止參數(shù)b = 0.3給出充分的噪聲降低。
[0266] 實(shí)例-編碼調(diào)制實(shí)施方式
[0267] 如上所述，驅(qū)動(dòng)電路144可調(diào)制一個(gè)或多個(gè)光源110使得來自一個(gè)或多個(gè)光源110 的相應(yīng)光包括一定的編碼或一些編碼，諸如正交碼，像公知的沃爾什碼。為了討論目的，該 部分提供適于進(jìn)行編碼調(diào)制以消除來自光源110的光能量的四個(gè)同時(shí)源之間串?dāng)_的調(diào)制和 解調(diào)電路的實(shí)施方式的詳細(xì)描述。
[0268] 參照圖9,示出電路的框圖，該電路適于提供上述編碼調(diào)制和解調(diào)。明顯地，相同的 一般電路拓?fù)淇捎糜趯?shí)施上述任何調(diào)制實(shí)施例(包括頻率調(diào)制），但對(duì)于實(shí)施不同的調(diào)制方 案會(huì)有某些固件和軟件變化。
[0269] 為了簡化，示出單個(gè)接收器通道具有單個(gè)LED源110,應(yīng)當(dāng)注意，可采用多個(gè)LED源。 該電路可用于相敏檢測和專用偽隨機(jī)編碼。在相敏檢測模式中，微處理器142在至驅(qū)動(dòng)電路 144的線路142A上產(chǎn)生雙極(+/-1)方波脈沖。該方波頻率有些隨機(jī)，但該頻率應(yīng)當(dāng)足夠高以 高于前置放大器150的1/f噪聲，但足夠低以在最低成本、低噪聲運(yùn)行放大器的帶寬限制內(nèi)。 此外，方波脈沖的頻率不應(yīng)在60Hz電源頻率的諧波處。約1kHz的頻率工作良好。該方波脈沖 的循環(huán)次數(shù)取決于多個(gè)因素，但為了使在50Hz下的測量符合微軟的視窗操作系統(tǒng)7 (Windows 7)標(biāo)準(zhǔn)，20次循環(huán)(對(duì)應(yīng)于20ms)來很好完成整個(gè)序列的工作。光源110由相同的 方波脈沖波形驅(qū)動(dòng);但光源110僅在方波的正半個(gè)循環(huán)期間開啟。
[0270] 觸摸信號(hào)將與光源110輸出同步，在光感元件116(諸如光電二極管）內(nèi)產(chǎn)生方波光 電流。光電流通過互導(dǎo)倒數(shù)前置放大器150轉(zhuǎn)換成電壓。
[0271] 線路152上的前置放大器信號(hào)電壓輸出乘以乘法器塊160內(nèi)的雙極編碼以產(chǎn)生該 信號(hào)(線路152)與線路154上編碼的乘積。一旦完成編碼脈沖，則微處理器142命令模數(shù)轉(zhuǎn)換 器180采樣和數(shù)字化積分器170的輸出，接著命令通過關(guān)閉轉(zhuǎn)儲(chǔ)開關(guān)來重置積分器170。乘法 器塊160的值選擇成對(duì)于恒定的背景信號(hào)，在乘以雙極編碼之后，得到線路156上的雙極輸 出信號(hào)和確切為零的雙極背景信號(hào)線的積分。這在抑制背景光的同時(shí)造成同步檢測。除了 背景抑制還有其它優(yōu)點(diǎn)。同步檢測像對(duì)以方波頻率對(duì)中的窄帶過濾器那樣作用，帶寬約等 于1/T，其中T是方波脈沖的長度或積分時(shí)間。使積分時(shí)間變長減小檢測帶寬和伴隨噪聲。
[0272] 來自所有光感元件116的數(shù)字化信號(hào)（線路156)由微處理器142收集，微處理器142 然后使用以上詳細(xì)討論的算法計(jì)算觸摸位置。
[0273] 作為使用雙極方波脈沖信號(hào)作為編碼的替代方式，有其它關(guān)注的選擇。為了實(shí)施 感測來自某些光源110而非來自其它的光學(xué)接收器，可采用沃爾什編碼，一類偽噪聲編碼 (可用在CDMA蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)中）。沃爾什編碼方便地構(gòu)建成2的冪的長度。對(duì)于其它長度，諸 如20比特序列，使用已知的阿達(dá)瑪矩陣(Hadamard matrice)。一個(gè)20階的阿達(dá)瑪矩陣列出 如下。

[0294] +和-號(hào)各表示雙極序列的+ 1和-1值。注意，編碼是平衡的。即，有相等數(shù)量的1和_ 1，所以每行的總和為零。因此，恒定背景的積分會(huì)是零，就像前述方波編碼。這些阿達(dá)瑪序 列的重要特性是它們是正交的。因此，將兩個(gè)不同編碼兩兩相乘，并將結(jié)果相加得到零結(jié) 果。其特性是使一個(gè)阿達(dá)瑪編碼驅(qū)動(dòng)的接收器對(duì)由不同阿達(dá)瑪編碼調(diào)制的信號(hào)不敏感。
[0295] 參照圖9的框圖，顯然如果我們加上用第1行阿達(dá)瑪編碼調(diào)制的第二光源110,同時(shí) 乘法器160由第2行編碼驅(qū)動(dòng)，則積分器170的輸出是零，因?yàn)樵撾娐愤M(jìn)行與上述相同的運(yùn) 算。
[0296] 盡管已經(jīng)參照特定方面和特征描述了本文的各實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例 僅是說明需要的原理和應(yīng)用。因此，應(yīng)當(dāng)理解可對(duì)說明性實(shí)施例進(jìn)行多種更改且可設(shè)計(jì)其 它設(shè)置而不偏離由所附權(quán)利要求書所限定精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種觸敏顯示器，包括： 顯不層； 透明層，所述透明層設(shè)置在所述顯示層上方，其中，所述透明層包括頂表面和底表面以 及至少四個(gè)邊緣表面，所述頂表面和所述底表面是大致平行的； 至少一個(gè)光源，所述至少一個(gè)光源鄰近于各個(gè)邊緣表面，所述至少一個(gè)光源經(jīng)由所述 透明層的邊緣表面引導(dǎo)光傳播到所述透明層的大部分內(nèi)和/或傳播穿過所述透明層的大部 分； 至少一個(gè)光感元件，所述至少一個(gè)光感元件鄰近于各個(gè)邊緣表面且與所述透明層接 觸，并操作以響應(yīng)于物體觸摸所述透明層的頂表面并干擾所述光從鄰近于邊緣表面的光源 穿過所述透明層的傳播而接收散射光；以及 控制電路，所述控制電路包括處理器，所述處理器接收來自所述至少一個(gè)光感元件的 指示所述散射光的信號(hào)并計(jì)算所述物體觸摸所述透明層的一個(gè)或多個(gè)位置； 其中，所述透明層的各個(gè)邊緣表面以及所述透明層的頂表面和底表面的至少鄰近于邊 緣表面的部分包括光減少機(jī)構(gòu)。2. 如權(quán)利要求1所述的觸敏顯示器，其特征在于： 鄰近于各個(gè)邊緣表面的所述至少一個(gè)光源與所述透明層連通，使得所述光耦合到所述 透明層內(nèi)并以引導(dǎo)模式傳播;以及 所述物體觸摸所述透明層引起中斷并干擾所述光的所述引導(dǎo)模式，由此產(chǎn)生所述散射 光。3. 如權(quán)利要求1所述的觸敏顯示器，其特征在于： 從鄰近于各個(gè)邊緣表面的各個(gè)光源發(fā)出的光包括至少一個(gè)區(qū)別特征，使得所述處理器 能操作以區(qū)分某些信號(hào)為響應(yīng)于各個(gè)光源產(chǎn)生的散射光。4. 如權(quán)利要求3所述的觸敏顯示器，其特征在于，所述至少一個(gè)區(qū)別特征包括以下中的 至少一個(gè)： 從各個(gè)光源發(fā)出的光的不同波長； 時(shí)間部件，由此與從其它光源發(fā)出的光相比在不同時(shí)間從各個(gè)光源發(fā)出光； 調(diào)制部件，由此從各個(gè)光源發(fā)出的光用獨(dú)特編碼進(jìn)行調(diào)制；以及 另一調(diào)制部件，由此從各個(gè)光源發(fā)出的光用獨(dú)特頻率進(jìn)行調(diào)制。5. 如權(quán)利要求1所述的觸敏顯示器，其特征在于，所述光減少機(jī)構(gòu)包括低反射系數(shù)顏 料，所述低反射系數(shù)顏料沿所述透明層的邊緣設(shè)置。6. 如權(quán)利要求5所述的觸敏顯示器，其特征在于，還包括： 至少一個(gè)過濾器，所述至少一個(gè)過濾器設(shè)置在各個(gè)光源和所述透明層之間，并操作以 削弱光。7. 如權(quán)利要求6所述的觸敏顯示器，其特征在于，至少一個(gè)過濾器包括紅外過濾器，所 述紅外過濾器操作以削弱紅外波長范圍內(nèi)的光。8. 如權(quán)利要求4所述的觸敏顯示器，其特征在于： 所述控制電路包括光源驅(qū)動(dòng)電路，所述光源驅(qū)動(dòng)電路操作以按時(shí)間序列對(duì)各個(gè)光源供 能；以及 其中，所述處理器部分地基于區(qū)分某些信號(hào)是在某些時(shí)間響應(yīng)于光從特定的一個(gè)或多 個(gè)所述光感元件產(chǎn)生的，而另外某些信號(hào)是在另外某些時(shí)間響應(yīng)于光從特定的一個(gè)或多個(gè) 其它所述光感元件產(chǎn)生的，來計(jì)算所述物體觸摸所述透明層的一個(gè)或多個(gè)位置。9. 一種使用如權(quán)利要求1所述的觸敏顯示器的方法，包括： 引導(dǎo)光傳播到透明層內(nèi)并傳播穿過所述透明層； 響應(yīng)于物體觸摸所述透明層的表面并干擾所述光穿過所述透明層的傳播來測量散射 光；以及 基于由測量所述散射光的步驟得到的信號(hào)，計(jì)算所述物體觸摸所述透明層的一個(gè)或多 個(gè)位置。10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： 將所述光耦合到所述透明層內(nèi)，使得所述光以引導(dǎo)模式在所述透明層內(nèi)傳播；以及 通過觸摸所述透明層的所述表面干擾所述光的所述引導(dǎo)模式。11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： 通過與所述透明層的各個(gè)邊緣連通的至少一個(gè)光源引導(dǎo)所述光進(jìn)入所述透明層； 在從各個(gè)相應(yīng)光源發(fā)出的光內(nèi)包括至少一個(gè)區(qū)別特征；以及 基于所述至少一個(gè)區(qū)別特征，區(qū)分某些信號(hào)來自響應(yīng)于各個(gè)相應(yīng)光源產(chǎn)生的散射光。12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)區(qū)別特征包括以下中的至少 一個(gè)： 從各個(gè)光源發(fā)出的光所具有的不同波長； 時(shí)間部件，由此與從其它光源發(fā)出的光相比在不同時(shí)間從各個(gè)光源發(fā)出光； 調(diào)制部件，由此從各個(gè)光源發(fā)出的光用獨(dú)特編碼進(jìn)行調(diào)制；以及 另一調(diào)制部件，由此從各個(gè)光源發(fā)出的光用獨(dú)特頻率進(jìn)行調(diào)制。
【文檔編號(hào)】G06F3/042GK105930013SQ201610202845
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2010年11月10日
【發(fā)明人】J·S·金, M·查博尼奧-萊弗特, T·J·奧斯雷, W·R·特魯特納
【申請人】康寧股份有限公司