專利名稱：非線性觸摸屏的動態校正的制作方法
背景技術：
本發明涉及一種用于在2-維系統中確定位置的坐標的裝置和方法，例如用于產生涉及觸摸部位的輸出信號的觸摸敏感屏。本發明特別是涉及一種用于產生代表觸摸部位的信號的裝置和方法，其中應用了非線性校正。
對于正在增長的各種應用，觸摸屏正在變成為備選的計算機輸入裝置。觸摸屏是透明的輸入裝置，其能夠檢測到手指或其他電子無源觸針相對于觸摸屏的觸摸部位。典型地，觸摸屏放置于顯示裝置例如陰極射線管顯示器和液晶顯示器之上。觸摸屏輸入常常更多地應用于例如餐廳訂單輸入系統、工業過程控制應用、交互式博物館展覽、公共信息亭、膝上型計算機和其他這樣的應用。
對于觸摸屏的制作已經提出了許多方案，其中一些方案已經獲得商業接收。觸摸屏性能的一個重要方面是，在有效觸摸區域內所有位置上實際的和測量的觸摸部位之間的準確對應。有許多類型的觸摸屏可用，包括5-線電阻觸摸屏、4-線電阻觸摸屏、電容觸摸屏、超聲波觸摸屏和紅外線觸摸屏。所有這些類型的觸摸屏企圖以有競爭力的成本價提供性能的高水平。
5-線電阻觸摸屏已經為許多觸摸屏應用廣泛接收，例如來自加利福尼亞弗里蒙特Elo Touchstems有限公司的AccuTouch觸摸屏產品線的5-線電阻觸摸屏。在5-線電阻觸摸屏中，來自手指或觸針的機械壓力引起彈性板(例如塑性蓋板)彎曲并與下面的剛性基片(例如玻璃基片)物理接觸。給剛性基片涂電阻涂層，在其上產生電壓梯度。通過電連接到剛性基片的四個角，關聯的電子設備從而能在X和Y方向順序地產生電壓梯度。彈性板的下面有在電阻涂層與導電涂層之間的觸摸位置提供電連接的導電涂層。應當注意在這種類型的觸摸屏系統中，在觸摸屏與控制器電子設備之間有總共五個電連接，也就是“5-線”。關于5-線電阻觸摸屏進一步的詳細情況可在下面的美國專利中找到給予吉布森(Gibson)的美國專利4220815、給予吉布森(Gibson)等人的美國專利4661655和4731508、給予泰爾梅迪(Talmadge)等人的美國專利4822957、給予鄧桑(Dunthorn)的美國專利5045644和給予肯特(Kent)的美國專利5220136，通過引用將其詳細描述結合在此。
由于4-線電阻觸摸屏制造成本一般低于5-線電阻觸摸屏制造成本，4-線電阻觸摸屏統治著低端觸摸屏市場。然而，應用中面對大量的使用需要可靠的性能，5-線電阻技術已經證實一般是較好的。為測量X和Y兩者的坐標，4-線電阻觸摸屏交替在基片電阻涂層上產生電壓梯度和在彈性板導電涂層上產生相互垂直的電壓梯度。作為彈性板機械可撓性的結果，隨著導電涂層均勻電阻率的喪失，4-線電阻觸摸屏的性能會降低。對5-線觸摸屏這不是問題，那里在剛性基片的電阻涂層上產生X和Y兩者的電壓梯度，彈性板上的導電涂層只需要提供電連續性。然而，在5-線觸摸屏中，需要某種復雜的外圍電極模式使能夠在同樣的電阻涂層上連續地產生X和Y兩個電壓梯度。區分5-線觸摸屏與4-線觸摸屏的關鍵設計特征是，在5-線觸摸屏基片上四個角連接點的存在，在其上給外圍電極模式施加電壓。
如上所述的電壓梯度的產生一樣，控制器電子設備通過電流注入從5-線電阻觸摸屏能獲得觸摸信息。為了通過電流注入獲得觸摸信息，通過彈性板電流源注入電流，并然后測量到達每一個四角連接點的電流。從這些角電流的總合和比，重建觸摸部位。電流入射與電壓梯度之間的選擇是電子設備設計選擇，且很大程度上不依賴于觸摸屏設計。用于有電壓產生電子設備的觸摸屏系統的外圍電極模式設計，同樣可應用于使用電流注入的觸摸屏系統。
在電容觸摸屏中，彈性板被薄透明電介質涂層代替，透明電介質涂層然后形成在涂有ITO或ATO的基片之上的外層。在一種電子讀出的方法中，給四個角連接點施加振蕩電壓。手指觸摸提供對地的AC分流，并因此在觸摸位置起到AC電流源的作用。測量在四角連接點之間這種AC電流的分配，并將其用于確定觸摸坐標。利用電流注入電子設備的AC變量。電容觸摸屏通常需要外圍電極模式，其起到如在5-線電阻觸摸屏中相同的基本功能。例如，3M觸摸系統有限公司供應的有外圍電極模式的電容觸摸屏(CLearTekTM)和5-線電阻觸摸屏(TouchTekTM)，類似于給予佩珀(Pepper)的美國專利4371746的圖1b中所示的那些，通過引用將其詳細說明結合在此。廣為人知的是在5-線電阻和電容系統兩者之中都能使用外圍電極模式。
在電子設備與每一個四角連接點之間既有驅動線也有檢測線連接有時是有利的。在電子設備中有適當的反饋回路，驅動和檢測線的組合給予控制器電子設備對施加給角連接點的電壓的更好的控制。這導致“五-線”觸摸屏的變量，其包括在電子設備與觸摸屏之間的九線連接，或者稱為九-線觸摸屏。外圍電極模式的設計很大程度上不受在五-線與九-線連接方案間選擇的影響。兩個都包括給外圍電極模式施加電壓的基片上的四角連接點。
分離的驅動和檢測線的使用也導致4-線觸摸屏的變量，即“8-線”電阻觸摸屏，例如由德克薩斯奧斯丁和3M觸摸系統甘茲美國有限公司出售的那些。例如，如果給在電阻涂層上激發電壓梯度的一對驅動線施加0和5伏，驅動線上的電壓降可導致越過電阻涂層的總電壓降的減少，比如說從0.2到4.8伏。而且，如果驅動線電壓降隨著老化或環境條件而變化，觸摸部位與測量的電壓間的關系也將變化。然而，通過監控檢測線上的電壓，能跟蹤并通過對原始測量的觸摸坐標的線性校正解決這種變化。
不是按照嚴格的標準來制造觸摸屏而是對觸摸屏數據應用校正，以補償制造變化和非理想的材料性能。能使用兩種類型的校正線性的和非線形性的。電阻和電容觸摸屏通常被設計為“線性的”，在其中X和Y電壓梯度被交替運用于公共的電阻涂層。那就是，在水平或X方向測量電壓時，在電阻涂層上的等位線基本上是直的、豎直的、并是均勻間隔的。在豎直或Y方向測量電壓梯度時，等位線實際上也是直的并是均勻間隔的，但是水平的。無論在X方向還是Y方向，如果等位線不是直的和均勻間隔的，那么認為觸摸屏是非線性的。不管制造的變化，線性觸摸屏的設計與制造包括良好近似這些線性條件。雖然線性觸摸屏將控制器電子設備計算的負荷減到最小，然而重大的制約在于線性觸摸屏的設計與制造上。
有非線性觸摸屏是可能的，可是有線性觸摸屏系統。在這種情況下，控制器電子設備或在主機算計上的驅動器軟件必須給粗略的觸摸屏測量應用非線性校正。隨著電子設備和信息處理軟件成本的連續下跌，將線性系統水平性能的負荷更多地移向電子設備和軟件變得有吸引力。
非線性觸摸屏系統的關鍵問題是非線性參數的確定。在已知的部位通過機械地觸摸適當的點格，能校準非線性觸摸屏。然而，對于觸摸屏制造過程或觸摸屏系統安裝過程這是重要的附加物，其不可避免地增加成本。作為選擇，能使用固定的非線性校正參數集并保證制造的各觸摸屏有相同的非線性失真。然而，這導致和在線性觸摸屏的制造過程中相似的容差要求，并因此不可避免地增加成本。從而，有必要改進用于觸摸屏系統的確定非線性校正參數的方法。
在先前的系統里非線性校正通常是固定不變的。因而，隨時間或環境條件的變化而變化的非線性失真是有問題的，并限制對觸摸屏制造過程和材料的選擇。因而，需要便利的和自動的手段來更新非線性參數，并跟蹤隨時間和環境條件的變化而出現的非線性失真的變化。
發明內容
本發明提供在觸摸屏中測量和跟蹤非線性校正的方法。使用各種類型電路的可以確定某些或全部有關的非線性校正。生產場地試驗設備(production floor test equipment)可做電子測量、計算參數和在控制器電子設備的非易失性存儲器中裝入參數。作為選擇，控制器電子設備能做電子測量和確定非線性參數。本發明后面的實施例允許實地確定非線性參數、動態跟蹤隨著時間的推移或由于環境條件而發生的裝機觸摸屏的非線性特性的變化。
按照本發明的第一方面，提供用于產生觸摸坐標的觸摸屏系統。該觸摸屏系統包括觸摸屏、校正參數電路和校正應用電路。觸摸屏產生觸摸信息以響應觸摸，并產生指示觸摸屏特定電特性的可測量信息。校正參數電路與觸摸屏通訊，其中校正參數電路接收可測量信息并產生非線性校正參數。校正應用電路接收觸摸信息和非線性校正參數并校正觸摸屏中的非線性。
按照本發明的另一方面，提供用于產生代表觸摸部位的信號的觸摸屏系統。該觸摸屏系統包括有四個角并在各角有角觸點的基片，以及與各角觸點通訊的數字化電路。數字化電路測量一個觸點的電特性并產生可測量信息以響應。觸摸屏系統還包括與數字化電路通訊的校正參數電路。校正參數電路產生非線性校正參數。
按照本發明的另一方面，提供在觸摸屏中用于校正非線性的方法。觸摸屏包括與第二點隔開的第一點。該方法包括當給第二點施加電壓或電流中的一個時，測量第一點的電特性并產生可測量信息以響應。該方法還包括使用可測量信息在觸摸屏中校正非線性。
按照本發明的另一方面，提供用于產生代表觸摸部位的信號的觸摸屏系統。該觸摸屏系統包括基片，基片包括與第二觸點隔開的第一觸點和覆于基片上并與第一和第二觸點通訊的第一涂層。該觸摸屏系統還包括與基片隔開的薄板，其中薄板包括面對第一涂層的第二涂層，其中從第一部位(在那里第二涂層與第一涂層不相接觸)到第二部位(在那里第二涂層與第一涂層相接觸)薄板是可移動的。該觸摸屏系統還包括與第一和第二觸點兩者通訊的數字化電路，其中數字化電路接收第一模擬可測量信息并產生數字可測量信息以響應，其中，當薄板在第一部位時數字化電路接收模擬可測量信息。該觸摸屏系統還包括校正參數電路和校正應用電路。校正參數電路與數字化電路通訊，其中校正參數電路接收數字可測量信息并產生校正參數以響應。校正應用電路接收校正參數并使用校正參數在觸摸屏系統中校正非線性。
按照本發明的另一方面，提供在觸摸屏中校正非線性的方法。該觸摸屏包括基片和與基片隔開的薄板。基片包括與第二觸點隔開的第一觸點和覆于基片上并與第一和第二觸點通訊的第一涂層。薄板包括面對第一涂層的第二涂層，其中從第一部位(在那里第二涂層與第一涂層不相接觸)到第二部位(在那里第二涂層與第一涂層相接觸)薄板是可移動的。該方法包括當給第二點施加電壓或電流中的一個時，測量第一觸點的電特性，當薄板在第一部位時，產生可測量的信息以響應測量，并使用可測量信息在觸摸屏系統中校正非線性。
按照本發明的另一方面，提供用于產生代表觸摸部位的信號的觸摸屏系統。該觸摸屏系統包括觸摸屏和與觸摸屏通訊的數字化電路，其中數字化電路接收模擬可測量信息并產生數字可測量信息以響應。該觸摸屏系統還包括與數字化電路通訊的校正參數電路，其中校正參數電路使用數字可測量信息在觸摸屏中校正非線性。
按照本發明的另一方面，提供在觸摸屏中校正非線性的方法。該方法包括測量觸摸屏的電特性，其中電特性有值，并使用該電特性的值在觸摸屏中校正非線性。
圖1是按照本發明的實施例，說明觸摸屏系統運行的流程圖。
圖2是按照本發明的實施例，具有初始等位線的觸摸屏的平面圖。
圖3是按照本發明的實施例，具有初始和失真等位線的圖2的觸摸屏的平面圖。
圖4是按照本發明的實施例，具有失真等位線的圖2的觸摸屏的平面圖。
圖5是按照本發明的實施例，產生可測量信息的數字化電路的一個例子。
圖6是按照本發明的實施例，觸摸屏的透視圖。
圖7是圖6的觸摸屏的基片的透視圖。
圖8是按照本發明的實施例，觸摸屏的基片的平面圖。
圖9是按照本發明的實施例，圖8的基片的放大平面圖。
圖10是按照本發明的實施例，觸摸屏的基片的平面圖。
圖11是按照本發明的實施例，觸摸屏的基片的平面圖。
圖12是按照本發明的實施例，觸摸屏的基片的平面圖。
圖13是圖12中所示的沿基片的13-13線的剖面圖。
圖14是按照本發明的實施例，觸摸屏系統的部分的示意圖。
圖15是按照本發明的實施例，說明觸摸屏系統運行的流程圖。
圖16是按照本發明的實施例，說明觸摸屏系統運行的流程圖。
圖17是按照本發明的實施例，觸摸屏系統的示意圖。
圖18是按照本發明的實施例，觸摸屏系統的示意圖。
應該意識到，為了說明的簡單和清楚，圖中所示的單元沒有必要按比繪制。例如，為了清楚夸大了某些單元相對的相互之間的尺寸。而且，其中考慮適當，在附圖中重復附圖標記以指示相應的單元。
具體實施例方式
圖1是按照發明的方法的說明的流程圖。將會明白，在裝置(系統)中或通過計算機程序指令能實現流程圖的某些塊以及流程圖中塊的組合。可給計算機或其他可編程數據處理裝置裝入這些計算機程序指令以產生一種設備，這樣以使得在計算機或其他可編程數據處理裝置上執行的指令產生用于實現在流程圖的塊中指定的功能的單元。這些計算機程序指令也可被存儲在計算機可讀存儲器中，其能指揮計算機或其他可編程數據處理裝置以特定的方式運行，這樣以使得存儲在計算機可讀存儲器中的指令生產一件產品，例如，實現在流程圖的塊中指定的功能的指令單元。也可給計算機或其他可編程數據處理裝置裝入計算機程序指令，以引起在計算機或其他可編程數據處理儀器中執行的工作步驟系列以產生計算機實現的過程，這樣以使得在計算機或其他可編程裝置中執行的指令提供用于實現流程圖的塊中詳指定的功能的步驟。
因此，流程圖說明的塊支持用于執行指定功能的單元的組合、用于執行指定功能的步驟的組合和用于執行指定功能的程序指令單元。還將了解，通過執行指定功能或步驟的專用的基于硬件的計算機系統或專用硬件和計算機指令的組合，能實現流程圖說明的各塊和流程圖說明的塊的組合見圖1和2，觸摸屏50產生觸摸信息100以響應觸摸，并且根據監控特定的電學特性產生可測量信息102。觸摸屏50可以是許多類型觸摸屏中的任何一個，例如，5-線電阻觸摸屏、9-線電阻觸摸屏或電容觸摸屏。最初，如圖2所示，觸摸屏50幾乎是線性的。在觸摸屏50上產生的電壓梯度有初始垂直的等位線120和初始水平的等位線122。初始等位線120、122是穿過觸摸屏50的觸摸區域21的，其中在初始等位線120、122上的各點按時間在某些點處于相同的電位(at some point in time)。于是，例如如果尋找觸摸部位的水平坐標，那么給觸摸屏50的角觸點32和34施加電壓V0，且角觸點30和36接地，導致初始垂直的等位線120。另外，如果尋找觸摸部位的垂直坐標，那么給觸摸屏50的觸點30和32施加電壓V0，產生初始水平的等位線122。例如圖3和4所示，如果向觸摸屏50引入非線性失真，觸摸屏50產生有失真的垂直等位線128和失真的水平等位線130的電壓梯度。由于向觸摸屏50引入非線性失真，如圖3所示，失真的等位線128、130的曲率可不同于初始等位線120、122的曲率。通過設計向觸摸屏50引入非線性失真，或者通過許多事件(例如，觸摸屏50制造中的不規則或環境條件的變化)中的一個可引起。
觸摸屏50產生觸摸信息100以響應在部位A的觸摸。在一個實施例中，觸摸信息100是模擬信號，如下面所討論的，隨后被轉換為數字信號，稱為數字觸摸信息106。觸摸信息100代表例如觸摸的測量部位M，并包含信息，例如在觸摸部位A的實際的垂直和水平等位線的電壓。作為選擇，通過在觸摸部位A向基片22注入電流和在角觸點30、32、34和36測量作為結果的電流，可讀出測量的觸摸部位M。在這種情況，等位線120被認為是右邊觸點32和34的電流的總合對所有角觸點30、32、34和36的電流的總合的等比的線，且同樣地等位線122被認為是通過上角觸點30和32注入的電流的分數。最初，對觸摸屏系統20等位線120、122呈線性，因此，如圖2所示，測量部位M和實際部位A是在同一點。如圖3所示，如果向觸摸屏引入非線性失真和改變原始等位線120、122的曲率，測量部位M的值會偏離觸摸的實際部位A的值。如果由于向觸摸屏50引入非線性失真，測量部位M偏離實際部位A，則為了補償這種非線性失真和確定觸摸的實際部位，如下所述，可以將非線性校正應用于數字觸摸信息106。為了補償引入到觸摸屏50的任何非線性失真，對數字觸摸信息106執行非線性校正112，以使校正的測量部位118精確地代表實際部位A。
根據監控未觸摸觸摸屏的基片的特定電學特性，觸摸屏50也產生可測量信息102，其中可測量信息102代表監控的電學特性的值或多個監控的電學特性。電學特性可以是各種各樣的電學狀態，例如電阻、電容、電壓或電流。優選的是，當給剩余的角觸點(例如角觸點32、34和36)施加至少一個電壓或電流時，測量一個角觸點(例如角觸點30)的電學特性。例如，當給角觸點32、34和36施加電壓時，根據監控角觸點(例如角觸點30)的電壓，觸摸屏50可產生可測量的信息102。作為另一個例子，當給角觸點32施加電壓V0以及角觸點30和34接地時，可監控然后測量角觸點36的電壓。另外，當給角觸點32施加第二電流且不給角觸點30和34施加電流時，可監控和測量角觸點36的第一電流。在一個實施例中，如下所討論的，可測量信息102是模擬信號，它隨后被轉換為數字信號(稱為數字可測量信息104)。數字可測量信息104用于確定校正參數108，校正參數108隨后被用于數字觸摸信息106的非線性校正。
參考圖1，觸摸信息100和可測量信息102最好是模擬信號，然后在塊110和114其被轉換為數字信號，且分別作為數字觸摸信息106和數字可測量信息104從塊110和114輸出。最低限度，塊110和114包含模數轉換器。任選地，塊110和114可包含另外的模擬電路，以對隨后被數字化的觸摸信息100和可測量信息102的模擬信號進行緩沖、放大、濾波、或另外進行調整。
數字觸摸信息106進入塊112，為了補償引入觸摸屏50的非線性失真，于是，給數字觸摸信息106應用非線性校正，以使校正后的測量部位118的值更接近或與實際部位A的值一致。數字可測量信息104進入塊116，然后，用于確定非線性校正參數或隨后被應用于數字觸摸信息106的參數108。如上所述，為了校正引入觸摸屏50的非線性失真，校正參數108然后進入塊112并被用于給數字觸摸信息112應用非線性校正。
根據對觸摸屏50中發現的非線性失真的校正，如塊112所示，然后獲得觸摸坐標118。與代表測量部位M的觸摸信息100相比，觸摸坐標118更精確地代表實際部位A。然后，電子裝置可使用觸摸坐標118以確定觸摸的實際部位。電子裝置是可使用觸摸屏50的任何裝置，例如個人數字助理、現金出納機、個人計算機、全球定位系統(GPS)單元、自動導航系統、飛機售票亭、表、便攜式音頻播放機機或電話。
圖6和7說明觸摸屏550，它是觸摸屏50的一個首選的實施例。如圖6所示，觸摸屏550包括在薄板24下面的基片22，在基片22上的第一涂層26，以及面向第一涂層在薄板24上的第二涂層28。優選的是，基片22通常是長方形并包括第一、第二、第三和第四觸點30、32、34和36，在基片22的各角定位一個觸點。優選的是，基片22通常包括剛性材料，例如玻璃或硬塑料。優選的是，第一涂層涂敷基片22的一側且是電阻涂層，例如氧化錫、氧化銦錫或導電聚合物。如圖6所示，薄板24與基片22隔開距離D。優選的是，薄板24包括通常彈性材料，例如塑料、玻璃微片(microsheet)或包含玻璃和聚合物材料的迭片。如圖6所示，薄板24包括在薄板24面對第一涂層26的一側上的第二涂層28和在薄板24的相對側的觸摸表面23。從第一部位(在那第二涂層28與第一涂層26不接觸)到第二部位(在那第二涂層28與第一涂層26在觸摸部位接觸)薄板24是可移動的。當給薄板24施加作為觸摸結果的壓力時，從第一部位向第二部位移動薄板24，且薄板24彎曲，因此引起第一涂層26與第二涂層28接觸。優選的是，第二涂層28是電阻涂層。
如圖7所示，第一涂層26包括有電阻率的內區44和外區42。內區44以外區42為邊，并且外區42包圍內區44。在一個實施例中，如圖6和7所示，外區42包括角觸點30、32、34、36。與期望更好地成形在內區44內的等位線時，外區42可包含任何各種各樣的結構。可能的范圍成形結構包括但不限于以下教導的那些給予赫斯特(Hurst)、瑞奇(Ritchie)、布丁(Bouldin)和華麥克(Warmack)的PCT申請WO/98/19283 A1，給予吉布森(Gibson)的美國專利4220815，給予吉布森(Gibson)等人的美國專利4661655和4731508，給予泰爾梅治(Talmadge)等人的美國專利4822957，給予鄧桑(Dunthorn)的美國專利5045644，以及給予佩珀(Pepper)的美國專利4371746，通過引用將其詳述結合在此。優選的是，角觸點30、32、34、36位于或接近外區42的角，并提供向觸摸屏外電路的電連接。
如上所述，雖然本發明適用于寬范圍的觸摸屏50，下面的例子提供本發明的概念的定量說明。參照圖8和9，顯示有用戶觸摸的觸摸區21的基片22的觸摸屏150。基片22包括基本透明的電阻第一涂層146。基片22可包括例如玻璃，且第一涂層146可包括例如氧化錫。如圖8和9所示，第一涂層146不是均勻地覆蓋基片22，而是以緊密地隔開的條帶圖案構成。優選的是，第一涂層146包括由第一材料(例如氧化錫)構成的多個條帶27，且其中基片22進一步包括在每一對條帶27之間的間隙25，其中間隙25不包括第一材料。優選的是，間隙25包括第二材料，它是絕緣材料，例如空氣。陰暗區域表示第一涂層146的條帶27，而之間的間隙25表示沒有涂敷第一涂層146的區域。如于此所使用的，W2是條帶27的寬度。例如，在一個實施例中，W2在0.50和2mm之間。條帶27之間的間隙25表示絕緣區域，其中要么從基片22去除了第一涂層146要么從未向基片22涂敷第一涂層146。如于此所使用的，g是這些間隙25的寬度，例如，它可以是在0.05和0.2mm之間。如于此所使用的，ρ0是第一涂層146的電阻率(Ohms/square歐姆/平方)。如圖8和9所示，在Y方向，平均電阻率變為ρ0’＝(1+g/w2)*ρ0如圖8所示，大張帶條帶電阻涂層的這種基片材料可被切割成高度H和寬度W1的觸摸屏大小的片。四個暗的正方形表示四個觸點30、32、34、36。頂部觸點30、32連接到總電阻R的第一線性電阻器60的端點。底部觸點34、36類似地連接到總電阻R的第二線性電阻器62。第一和第二線性電阻器60、62可以例如包括導電的復合聚合物墨印刷條。觸點30、32、34、36和兩個線性電阻器60、62與電阻涂層146的各條帶27的端點電接觸。
如圖8和9所示，上述觸摸屏設計將提供在水平或X方向是線性的觸摸屏150。一旦給觸摸屏150的觸點30、32、34、36施加適當的電壓，在頂部和底部線性電阻器60、62上將產生線性電壓梯度。例如，給左邊兩個觸點30、36中的每一個可施加0伏，且給右邊兩個觸點32、34中的每一個可施加5伏。在觸摸區域21的X方向，這為線性電壓梯度提供校正邊界條件。各條帶27將處于恒定的電位，且各條帶27以基本相同的電壓差不同于鄰近的條帶27。用電流注入讀出，也提供X方向的線性度。
因為電流流經線性電阻器60、62，上述的觸摸屏設計在Y方向的電壓梯度將是非線性的。在Y方向量化電壓梯度的非線性的關鍵校正參數β可定義為[1]β≡(R/2)/(ρ0’*H/W1)其中β是X方向觸摸屏150的總電阻對Y方向觸摸屏150的觸摸區域的總電阻的比。觸摸屏150的水平電阻是頂部和底部線性電阻器60、62的組合的并聯電阻，也就是R/2。如果兩個左邊的觸點30、36相互連接且兩個右邊的觸點32、34也相互連接，這將是通過歐姆計測量的電阻。觸摸屏150的觸摸區域的垂直電阻是ρ0’*H/W2，其中ρ0’是第一涂層146的每平方的歐姆，ρ0，由于在間隙25除去的涂層而做了電阻輕微增加的校正。
能定義坐標系，在其上觸摸屏150的中心作為原點(x，y)＝(0，0)和“地”或0電壓。對Y方向電壓梯度的產生，在(x，y)＝(±W1/2，H/2)的頂部觸點30、32供有電壓+V，以及在(x，y)＝(±W1/2，-H/2)的底部觸點34、36供有電壓-V。能數學地表示在Y方向產生的作為結果的非線性電壓梯度由下述方程給出。
Vy(x，y)＝V*(2y/H)*[cosh(β1/2(2x/W1))/cosh(β1/2)]在非線性校正參數β趨近0的數學極限處，該方程趨近簡單線性電壓梯度Vy(x，y)＝V*(2y/H)。在與W1相比W2十分小的極限處，觸摸屏150的水平電阻簡單是頂部和底部線性電阻器60、62的組合的并聯電阻。在觸摸屏150的頂部(底部)中心，在(x，y)＝(0，±H/2)，Y方向的失真達到它的最大值，達到一階β、(β/4)*H。從而，如果第一與第二線性電阻器60、62的電阻R相對于第一涂層146的電阻率做的十分小，觸摸屏150有效地變成線性。例如，如果β＜1/25，觸摸屏150將變成好于±1％的線性。雖然這避免了對非線性校正的需要，第一和第二線性電阻器60、62的電阻R的十分低的值是不好的，因為它將增加觸摸屏150的電源需求和/或增加觸摸屏150對電子噪音的敏感度。在系統級，考慮非線性校正參數β的更大的值是有利的。
例如，對β＝1的值，在Y方向電壓梯度的產生顯著地失真。又最大失真是在(x，y)＝(0，±H/2)，由于非線性失真Vy(0，H/2)從V下降到0.648*V，也就是下降35％。在沿Y方向觸摸部位的測量中對應的誤差相當于觸摸屏150的高度H的約18％。在觸摸屏系統中，該誤差水平是不可接收的，因此，非線性校正是需要的。假定已知非線性校正參數β，通過將下面關系到真實觸摸部位(x，y)的聯立方程組轉換到未應用非線性校正的原始測量坐標(x′，y′)，能確定這些非線性校正。
x′＝x[4]y′＝H*Vy(x，y)/2V＝y*[cosh(β1/2(2x/W1))/cosh(β1/2)]轉換后的方程如下[5]x＝x′[6]y＝y′*cosh(β1/2)/cosh(β1/2(2x′/W1))對于算法化，通過多項式展開、查表、線性外推法等的適當使用，有避免超越雙曲余弦函數的選擇。
從可測量的Rx和RY能確定參數β。如于此使用的，Rx是在X方向測量的觸摸屏150的電阻。為確定Rx，我們要使兩個左觸點30、36相互電連接且使兩個右觸點32、34同樣地相互電連接，以及左和右觸點30、32、34、36全部連接到歐姆計或等效功能的電路。電阻Rx于是簡單是頂部和底部線性電阻器60、62的并聯電阻。
Rx＝R/2如于此使用的，Ry是在Y方向測量的觸摸屏150的電阻。為確定RY，我們使兩個上部觸點30、32相互電連接，且使兩個底部觸點34、36同樣地相互電連接，以及上部和下部觸點30、32、34、36全部連接到歐姆計或等效功能的電路。為計算的簡單，讓我們假定在上部觸點30、32歐姆計施加電壓+V，且電壓-V施加在底部觸點34、36上。使用對Vy(x，y)的上述公式，我們能計算進入(比如說上部左電極)的電流。
I＝-Vy/X(-W1/2，H/2)/(R/W1)＝V*2β1/2tanh(β1/2)/R因為角是成對的，對施加的電壓2V，歐姆計電流是2I，所以Y方向的電阻如下[9]RY＝(2V)/(2I)＝R/(2β1/2tanh(β1/2))注意，在極限β→0，線性電阻器R變成導電母線，且如所期望的RY→ρ0’*H/W1。
現在考慮X和Y電阻的比[10]Rx/RY＝β1/2tanh(β1/2)＝β-β2/3±...
能容易地使用方程[10]去構造作為測量的比Rx/RY的函數的β的對照表。因而用Rx和RY的歐姆計測量，能確定非線性校正參數β，因此，可對觸摸屏150適當地應用非線性校正。
注意非線性校正參數β≡(R/2)/(ρ0’*H/W1)取決于第一和第二線性電阻器60、62的電阻R、第一涂層146的電阻率ρ0、及間隙25的寬度g(回想ρ0’＝(1+g/w)*ρ0)。所有這些因素服從制造變化。例如，如果線性電阻器60、62由絲網印刷導電墨形成，由于印刷高度、印刷寬度和墨電阻率的變化，電阻R可變化。由于涂層厚度和第一涂層146所用材料的電性能的變化，第一涂層146的電阻率ρ0可變化。間隙25的寬度g也可服從制造變化。在許多情況下，在單一觸摸屏150內這些制造參數可趨于十分一致，但是，制造過程中的漂移可導致各部件的這些制造參數的變化。在這種情況下，β的值可服從有效的制造變化(significant manufacturing variations)，但是保持唯一有效的非線性校正參數(only significant non-linear correctionparameter)。
參考圖1，觸摸屏50可包括有電阻涂層26和多個角觸點30、32、34和36的基片22。另外，如下所述，觸摸屏50可以是另一設計。雖然描述了四個角觸點30、32、34、36，觸摸屏50可包括任何數量的基片觸點。
在一個實施例中，如圖17所示，在觸摸屏系統520的控制器電子設備525中圖1的塊被具體化為硬件電路。在本實施例中，觸摸屏系統520包括觸摸屏50和控制器電子設備525。控制器電子設備525連接到觸摸屏50，并且對觸摸屏50的運轉是必需的。優選的是，控制器電子設備525固定地連接到觸摸屏50，以使當觸摸屏50在生產場地外實際使用時它們與觸摸屏50保持在一起。控制器電子設備525是用來永久連接到觸摸屏50。控制器電子設備525的使用允許實際確定校正參數108、動態跟蹤隨時間的推移或由于環境條件而發生的已裝機觸摸屏50的非線性特性的變化。
控制器電子設備525包括數字化電路510和514、校正參數電路516和校正應用電路512，其全部在功能上分別地對應于塊110、114、116和112。在本實施例，觸摸屏系統520如下確定非線性校正參數508。數字化電路514與觸摸屏50通訊，且通過施加電壓或注入電流或通過其他電子手段，測量觸摸屏50的電子特性。優選的是，當不接觸觸摸屏50時，完成這樣的測量。以這種方式，給數字化電路514傳輸關于觸摸屏50的電子特性的模擬可測量信息502。
如于此所定義的，相互“通訊”的裝置或電路是其中使用各種各樣的不同傳輸技術從一個裝置向第二個傳輸信息的裝置或電路，上述各種各樣的不同傳輸技術例如但不限于無線傳輸，通過電纜的電子傳輸，通過光纜的光傳輸，無線的、電子的和光的傳輸的結合，或允許裝置相互之間通訊或傳輸信息的任何其他傳輸技術。另外，用來相互“通訊”的裝置或電路不必要在一個方向傳輸信息。在裝置之間可以是雙向地傳輸信息。
數字化電路514然后將模擬可測量信息502轉換為數字可測量信息504，并向校正參數電路516傳輸數字可測量信息504。使用數字可測量信息504，校正參數電路516又產生非線性校正參數508，并向校正應用電路512傳輸非線性校正參數508，校正應用電路512對數字觸摸信息506應用非線性校正以確定線性觸摸坐標518。
如圖17所示，觸摸屏系統520如下確定線性觸摸坐標518。數字化電路510與觸摸屏50通訊。如果觸摸屏50是電阻觸摸屏，數字化電路510也將優選地是與觸摸屏50的薄板24通訊。當觸摸觸摸屏50時，通過施加電壓或通過注入電流或通過其他電子手段，數字化電路510探查觸摸屏50的觸摸狀況。以這種方式，向數字化電路510傳輸關于觸摸位置的模擬觸摸信息500。數字化電路510將模擬觸摸信息500轉換為數字觸摸信息506，并向校正應用電路512傳輸數字觸摸信息506。數字化電路510包括用于將模擬觸摸信息500轉換為數字觸摸信息506的模數轉換器。數字化電路510然后向校正應用電路512傳輸數字觸摸信息506。校正應用電路512使用從校正參數電路516接收的非線性校正參數508將非線性校正應用于數字觸摸信息506。以這種方式，即使觸摸屏50是非線性的，觸摸屏系統520總體上能充當線性觸摸屏系統。
在這里，所使用的術語“電路”是泛指。例如電路，如電路512和516，可以是專用定制設計的電子電路，但是也可采取由個人計算機操作系統使用的觸摸屏驅動器軟件的形式。例如，WindowsTM操作系統可認為觸摸屏驅動器是一種鼠標驅動器。參考圖18，在某些實施例中，所提供的觸摸屏系統620包括功能分別相當于塊114和116的數字化電路614和校正參數電路616。使用數字化電路614和校正參數電路616以確定非線性校正參數608，其中數字化電路614和校正參數電路616只是暫時地與觸摸屏50通訊。在本實施例中，觸摸屏系統620也包括觸摸屏50、數字化電路610和功能分別相當于塊110和112的校正應用電路612。在本實施例中，觸摸屏系統620如下確定非線性校正參數608。數字化電路614與觸摸屏50通訊，并通過施加電壓或通過注入電流或通過其他電子手段，測量觸摸屏50的電子特性。優選的是，當不接觸觸摸屏50時完成這種測量。以這種方式，向數字化電路614傳輸關于觸摸屏50的電子特性的模擬可測量信息602。數字化電路614然后將模擬可測量信息602轉換為數字可測量信息604，并向校正參數電路616傳輸數字可測量信息604。最低限度，數字化電路614包括將模擬可測量信息602轉換為數字信號(也就是數字可測量信息604)的模數轉換器。使用數字可測量信息604，校正參數電路616又產生非線性校正參數608，并向校正應用電路612傳輸非線性校正參數608，為了確定線性觸摸坐標618，校正應用電路612給數字觸摸信息606應用非線性校正。向數字化電路610傳輸關于觸摸位置的模擬觸摸信息600。數字化電路610將模擬觸摸信息600轉換為數字觸摸信息606，并向校正應用電路612傳輸數字觸摸信息606。使用從校正參數電路616接收的非線性校正參數608，校正應用電路612給觸摸信息606應用非線性校正。以這種方式，即使觸摸屏50不是線性的，觸摸屏系統620總體上能充當線性觸摸屏系統。
由于數字化電路614和校正參數電路616只是暫時與觸摸屏50通訊，可以用各種各樣的不同方式實現它們。例如，如圖18所示，數字化電路614和校正參數電路616可安置在生產場地測試設備上。如上所討論的，生產場地測試設備630于是要么手工地要么自動地采集可測量信息602，如Rx和RY。使用可測量信息602，生產場地測試設備630于是能確定適當的非線性校正參數，然后非線性校正參數可隨后被裝入校正應用電路612，例如包括校正應用電路612的觸摸屏控制器產品的非易失性存儲器，或者如驅動器軟件可得到的數據文件，驅動器軟件包括由校正參數電路616產生的應用非線性校正608的代碼。生產場地測試設備630能并入能與觸摸屏50電連接的現有的生產線測試設備。
對非線性校正參數(例如β)通過使其制造公差更寬，如上所述，本發明能極大地放寬制造公差和有效地增加設計、材料和制造工藝的選擇。最后，在觸摸屏系統和觸摸屏50的制造和生成時，本發明能使成本有效降低。
如上所述，雖然使用生產場地測試設備630有優點，然而將電路614和616從生產場地測試設備630移到裝機觸摸屏系統520也有大的優點。在這種情況，電路514和516能周期性地測量并跟蹤非線性校正參數，因此，提供動態非線性校正，如上討論的。例如，如圖8所示，當遭受溫度和/或濕度的環境變化時如果第一涂層146的電阻率和線性電阻器60、62的電阻R變化，非線性校正參數β將不穩定并將從它在生產場地的值向它離開生產場地且在實際運行中的值漂移。各種各樣的老化影響也可引起非線性校正參數改變。動態非線性校正提供適應這種漂移的手段，通過準許允許非線性校正參數漂移的材料、制造工藝和設計的使用，允許進一步增加成本降低的選擇。
參考圖17，數字化電路510可以是例如標準5-線控制器產品，如Elo TouchSystem的2210系列控制器。在這種情況，模擬觸摸信息500采取的是由薄板24產生的電壓的形式，其對應于基片22的X和Y激勵。假設觸摸屏相當于觸摸屏150，如上所述，數字化電路510產生數字觸摸信息506，其通過簡單誤差和放大與方程式[3]和[4]的x’和y’相聯系。數字觸摸信息106(即(x’，y’))包括非線性失真。在校正應用電路512中校正這些失真。例如，校正應用電路512可以是運行包括基于方程式[5]和[6]的校正算法的觸摸屏驅動器軟件的主計算機。以這種方式，校正應用電路512將原始的非線性部位測量(x’，y’)轉換成(x，y)，即想得到的觸摸坐標518。
另外，非線性校正參數508可如下確定。起到歐姆計的作用，如方程[7]和[9]給出的，數字化電路514可測量觸摸屏150的Rx和RY。例如，如果給觸摸屏150的角觸點30、32、34和36施加預先確定的電壓，然后通過觸摸屏50和數字化電路514之間的作為結果的電流可產生可測量信息502。在這種情況下，數字可測量信息504是數字形式的電阻Rx和RY。校正參數電路516然后使用方程[10]，例如以查表的形式(該表包括電阻比Rx/RY的不同的值和非線性校正參數508的相應值)將數字可測量信息504轉換成非線性校正參數108，例如β。這個例子(圖8)的公式定量說明圖1和17所示概念的一個具體實施例。
參考圖10，顯示了觸摸屏250，其中第一涂層26包括具有第一電阻率ρA的內區44和具有第二電阻率ρB的外區42，其中第一和第二電阻率ρA、ρB不相等。內區44以外區42為邊，并且外區42包圍內區44。優選的是，如圖10所示，外區42是有四個邊四邊形。包括有內區44和外區42的第一涂層26的觸摸屏250在這里也將被認為是畫框觸摸屏。用許多方法中的一種能產生內區44和外區142。例如，在基片22上涂敷第一涂層26的過程中，可在基片22上放置掩膜以遮蓋并阻止在基片22的表面的子集上第一涂層26的沉積。內區44和外區42的產生，使得能制造具有對應于兩個不同電阻率ρA、ρB的兩個區的基片22。如圖10所示，外區142作為基片22的邊界。觸點30、32、34、36位于基片22上的外區42內。
如果ρA/ρB趨近于∞，也就是如果與外區46的第二電阻率ρB相比內區44的第一電阻率ρA變得十分大，觸摸屏250將變成線性的。如果觸摸屏250變成線性的，非線性校正參數將趨近于0，然而，觸摸屏250將遭受到電源需求的增加和對電子噪音敏感性的增加。因此，優選的是設計非線性的觸摸屏250大體上仍然有線性觸摸屏的優點，在其上可十分精確地確定觸摸部位。
在1998年5月7日公開的PCT申請WO/98/19283 A1和通過引用將其具體內容結合在此的給予赫斯特(Hurst)、瑞奇(Ritchie)、布丁(Bouldin)和華麥克(Warmack)的相應的歐洲專利申請EP01010156中，可找到有內區44和外區42的非線性觸摸屏250的例子，以及在這種觸摸屏250中遇到的失真。從一般的數學擬合到使用各種物理原理以限制要擬合的無約束參數的數量，PCT申請WO/98/19283 A1也描述了在觸摸屏中非線性校正方法的寬度。另外，通過引用將其具體內容結合在此的給予威爾遜(Wilson)和貝布(Babb)的美國專利5940065，描述了可應用于在此描述了的觸摸屏250和觸摸屏系統20的非線性校正參數。
在上述觸摸屏250中，比ρA/ρB的變化很可能是非線性校正參數變化的主要根源。如在先前的例子中，能容易地測量X方向的電阻Rx和Y方向的電阻RY。然而，Rx和RY兩者可主要依賴于外電阻率ρA且對內部電阻率ρB相當不敏感，因而比Rx/RY對主要確定非線性失真的大小的比ρA/ρB會相當不敏感。因此，對內部電阻率ρB敏感的另外的測量也許是重要的。圖5顯示用于做對ρB敏感的這種測量的方法。
參考圖5，運算放大器56的高阻抗負極輸入端64不接收電流，因此，在觸摸屏基片的角36注入來自電流源的電流Iin的固定量的全部。而且，運算放大器56的正極輸入端66接地，以使在輸入端64和角36負反饋環導致虛地。通過基片的接地角30和34，在角30和36之間沒有凈電壓降，在角34和36之間也沒有，因此，阻攔電流Iin沿基片外部到角30和34。反而，電流趨向于穿過有電阻率ρB的內基片區從角36流向對角32。因此，由運算放大器56產生的在角32的反饋電壓Vout主要由內電阻率ρB決定。組合這種ρB敏感測量與ρA敏感測量，例如Rx或RY，能精確測量比ρA/ρB和精確地確定非線性校正參數。在自動化的生產場地設備中能包括有這種類型測量能力的電路，或者在形成裝機觸摸屏系統的部件的觸摸屏控制器產品內。
參考圖11，如觸摸屏350一樣說明上述觸摸屏250的變化。在通過引用將其詳細內容結合在此的給予泰爾梅治(Talmadge)和吉布森(Gibson)(以下稱為“Talmadge專利”)的美國專利4797514中，更詳細地說明和描述了觸摸屏350。如通過虛線說明一樣，觸摸屏350對應于上述的非線性圖框觸摸屏250，外加在第一涂層26中的刪除線74。如圖11所示，接近觸點30、32、34、36的每一個以“L”形圖案排列刪除線74，且位于內區44內。刪除線74線性化觸摸屏350。
圖11的觸摸屏是圖1的觸摸屏50的一種選擇。加上測量電路114、非線性校正參數電路116以及非線性校正應用電路112，實現觸摸屏350的成本減少的變化，在其中邊框電阻率和觸摸區電阻率的比隨溫度和濕度可變化。例如，內區44可包括ITO涂層，然而外區242可以是用導電復合聚合物墨印刷的屏幕。這種不同材料的電阻率對運行溫度和濕度的變化特有地不同反應。名義上這種設計的結果是線性觸摸屏，那就是，通過設計非線性校正參數的標稱值是0。然而，因為在內區44和外區242內材料的電阻率隨環境狀況漂移，非線性校正變為非零。然而，如上所述，如果提供動態非線性校正，這變為次要的問題，因此能選擇制造過程所用的材料以最小化制造成本。
也能將上述發明應用于帶離散電阻器單元(以下稱為“離散電極模式”)的有邊沿電極模式的觸摸屏，如在通過引用將其詳細內容結合于此的給予鄧桑(Dunthorn)(以下稱為“Dunthorn”專利)的美國專利5045644中說明和描述的。如果在外區42中與離散電極模式聯系在一起的電阻隨關于內區44的電阻率而變化，那么觸摸屏變為非線性。制造或環境因素可引起這種非線性。在任何情況下，有離散電極模式的觸摸屏也是圖1的觸摸屏50的另一種選擇。
參考圖12和13，顯示有內區78和圍繞內區78的外區79的基片81的電容觸摸屏450。電容觸摸屏450還包括全部位于外區79的第一觸點90、第二觸點92、第三觸點94和第四觸點96。基片81包括剛性基片，例如玻璃或硬化塑料。如圖13的剖面所示，第一涂層84在基片81上。第一涂層84可包括電阻涂層，例如氧化錫、氧化銦錫或氧化銻錫。電介質層82在第一涂層84上，其中電介質層82形成電容性地連接到涂層84的觸摸區，并且在第一涂層84和第二涂層86之間提供DC隔離以及在第一涂層84和第二涂層86之間的AC耦合。通過電介質層82的高度、寬度、介電常數和工作頻率控制電介質層82的單位長度阻抗。電介質層82包括電介質例如但不限于玻璃、硅涂層或聚合物薄膜。第二涂層86在電介質層82上。第二涂層86可包括電阻涂層，例如，氧化錫、導電聚合體復合物或燒制的陶瓷電阻材料。
在平面圖中，如圖12所示，電容觸摸屏450類似于觸摸屏250，如圖10所示。當接地的導電物體(如人的手指)觸摸或按壓電介質層82的上表面85時，有到地的AC電流，其由在觸點90、92、94、96供給的AC電流依次來供給。電路測量提供給觸點90、92、94、96的四個AC電流的值，并從這四個AC電流的比，然后確定在觸摸屏450上的觸摸部位。這種觸摸屏可以是非線性的，且在觸摸屏450中非線性失真度依賴于第二涂層86的寬度W3和電介質層82的厚度T、以及工作頻率。
在一個實施例中，為了避開周圍電磁背景的頻率尖峰，包括觸摸屏450的觸摸系統有能力在一定量內調節觸摸屏450的工作頻率，例如加或減10％。如下確定第二涂層86和第一涂層84之間的AC耦合的單位長度的阻抗。
Im(Z)＝T/(2πf*ε*W3)在這里T是電介質層82的厚度，ε是電介質層82的介電常數，且W3是第二涂層的寬度。注意這個每單位長度的阻抗隨工作頻率f而變化。因此，工作頻率的變化將導致非線性參數的變化。結合觸摸屏450的觸摸系統可包括非線性校正參數如何隨頻率變化的第一原理預測(first-principle prediction)。或者，如上所述，本發明的動態非線性校正方法可用于跟蹤頻率變化時觸摸屏450的非線性校正參數的變化。優選的是，使用兩種方法的結合。
觸摸屏系統20的電子電路可以是許多類型接線系統中的任何一個，例如，電容4-線，電阻5-線和電阻9-線接線系統。只是為了說明性的目的，如圖14所示，有5-線接線系統的觸摸屏系統20是將要描述的電阻觸摸屏。如圖14所示，5-線接線系統包括第一線52、第二線53、第三線55、第四線57和第五線59。觸點30、32、34、36分別連接到第一線52、第二線53、第三線55和第四線57。第二涂層28連接到第五線59。線52、53、55、57和59也連接到多路轉接器200。多路轉接器200有四個通道202、204、206、208、210，它們分別連接到第一線52、第二線53、第三線55和第四線57。另外，多路轉接器200有連接到第五線59的第五通道206。
依據多路轉接器200的狀態，通道202、204、206、208、210全部與接地電路31、電壓源35或數字化電路39連接。因此，依據多路轉接器200的狀態，多路轉接器200允許觸點30、32、34、36和第二涂層28與接地電路37、電壓源35或數字化電路39連接。優選的是，如圖14所示，數字化電路39包括與放大器56連接的模數轉換器(以下稱為“ADC”)電路54。從模擬信號到數字信號，ADC電路54轉換放大器56的輸出。
如下所示，在表A中列舉了多路轉接器200可處的狀態的一些不同類型，以及通過多路轉接器200觸點30、32、34、36與接地電路37、電壓源35或數字化電路39能被連接的組合。如表A所列舉的，條目“V0”代表給觸點施加的電壓，該觸點對應列出條目“V0”的欄。另外，條目“0”代表給觸點施加零電壓，該觸點對應列出條目“0”的欄。此外，條目“檢測”指示數字化電路39正在監控在第二涂層或觸點對應列出“檢測”的欄的電特性，。例如，在第一狀態，表A的第一行所示，給所有觸點30、32、34、36施加電壓“V0”，且數字化電路正在檢測的在第二涂層電特性，因此，觸摸屏系統20是在“探測”模式，等待在觸摸屏50上發生觸摸。當在觸摸屏50上發生觸摸時，觸摸屏系統20正在檢測觸摸位置，通過使用表A第2行的狀態測量X方向的坐標。類似地，通過使用表A第3行的狀態觸摸屏系統20檢測Y方向的觸摸位置。在第四到第六狀態和第九到第十三狀態，表A的4-6行和9-13行所示，數字化電路39數字化例如對上面討論的比ρA/ρB敏感的電壓。例如，在第四狀態，當觸點32和36接地且觸點34處在電壓V0時，數字化電路39正在監控觸點30的電壓。在第七和第八狀態，表A的7和8行所示，通過將第一、第二和第三觸點30、32、34設定為零電壓或“V0”電壓并測量在第四觸點36作為結果的電壓，觸摸屏系統20在實施ADC尺度校準。
表A
首先的三個狀態，如表A的1-3行所示，支持標準5-線觸摸屏運行。當不使用時，觸摸屏50在“探測”模式且不汲取電流。從電源管理的觀點，這可稱為“睡眠模式”。然而，一旦在薄板24的第二涂層28出現電壓V0，觸摸屏50轉換到X/Y測量模式，如第二和第三狀態所示。在X/Y測量模式，當觸摸觸摸屏50的時候，數字化電路39將在測量X和Y電壓梯度之間交替，于是能夠做2-D坐標測量。
給觸摸屏50加電后，且優選的是其后在周期時間間隔，數字化電路39將等待片刻，在這期間沒有觸摸觸摸屏50，然后，將如下繼續確定非線性校正參數。使用第四狀態，如表A的第四行所示，第二觸點和第四觸點接地，給第三觸點提供電壓V0，在第一觸點測量作為結果的電壓。在第一觸點因此測量的電壓是電阻率比的函數。在電阻率比趨向零的極限，能完全忽略觸摸區域的電導率且第一觸點將處于零伏。在電阻率比趨向無窮大的極限處，有效地消除外區42上的電導率，簡單地留下四個角觸點30、32、34、36。
例如，如果觸摸屏50是圖10所示的觸摸屏250類型，且有3∶4的高寬比，當電阻率比ρA/ρB趨向零，在第一觸點30的電壓等于提供給第三觸點34的電壓V0的約28％。在這些極限之間，在第一觸點30測量的電壓隨電阻率比的值增加而單調減少。通過計算機模擬，能確定在第一觸點30測量的電壓和電阻率比之間的詳細的映射。以這種方式，使用第四狀態，數字化電路39能測量和跟蹤電阻率比的變化。
如果溫度和濕度的變化導致電阻率比的變化，數字化電路39容易跟蹤這些變化且觸摸屏系統20的線性保持穩定。這種系統水平的堅固性，允許為了穩定性的原因也許別的方式認為是不可接收的低成本材料和工藝的使用。類似地，從非常寬的電阻率比的容差生產線受益。
象第四狀態、第五和第六狀態，表A的5和6行所示，分別提供電阻率比的等效的測量。有電阻率比的冗余測量是受關注的。如果觸摸屏50確實如設計的頂/底和左/右是對稱的，那么冗余測量不提供新信息。然而，如果在觸摸屏50中制造缺陷破壞了對稱性，第四狀態、第五和第六狀態也許不再提供電阻率比的一致的測定，且數字化電路39將知道觸摸屏50是非對稱的。這種自我診斷的能力是這個例子的觸摸屏系統20的特征。
列舉在表A的7和8行的第七和第八狀態提供手段確定兩個參數，例如偏移和增益，用于數字化ADC計數和相應的檢測電壓之間的線性映射的，因此，允許更完全地自校準觸摸屏系統20。
雖然在圖14中顯示的多路轉接器200有五個通道，然而對許多應用四個通道是足夠的。注意對表A中首先的七個狀態，第三個觸點34一直是在電壓V0。如果首先的七個狀態是足夠的，那么能免去多路轉接器的通道208且角34永久地連接電壓源35。提供第五通道208只是允許另外的測量，例如第九到第十四狀態，表A的9-14行所示。使用只有四個多路轉接器通道的選擇有商業利益，如許多打算供4-線觸摸屏使用的現行嵌入式電阻控制器包括類似于圖14的電路但只有四個多路轉接器通道。
參考圖14和17，注意圖14中所示電路，例如多路轉接器200和數字化電路39，不但用于數字化觸摸信息500而且用于數字化觸摸屏50的電特性502。在這種情況，數字化電路510和514的硬件是一個且相同。然而，該硬件的功能將隨時間變化。當觸摸觸摸屏50時，圖14的電路數字化模擬觸摸信息500并因此起到圖17的數字化電路510的作用。當沒有觸摸觸摸屏50時，且觸摸屏系統20選擇更新非線性校正參數508，那么，圖14的電路探查觸摸屏50的電特性，并因此起到圖17的數字化電路514的作用。在手持式計算機(如PDA)所用的芯片集中，一般可找到圖14所示的類型的電路。這種電路起初打算是與4-線電阻觸摸屏接口連接，但是通過對軟件代碼的適當改變能適應本發明的用途。利用在這種手持式計算機中呈現的數字處理能力，電路512和516可便利地采取在通用微處理器中運行的軟件算法的形式。在手持式計算機中以稍微增加的成本可提供圖17中給出的所有單元。
圖15和16是按照本發明的方法的流程圖說明。將了解，通過計算機程序指令能實現流程圖的各塊和流程圖中塊的組合。這些計算機程序指令可裝入計算機或其他可編程數據處理裝置以制造機器，以便在計算機或其他可編程數據處理裝置中執行的指令產生用于實現在流程圖的塊中詳指定的功能的單元。這些計算機程序指令也可存儲在計算機可讀存儲器中，其指揮計算機或其他可編程數據處理裝置以特定方式運行，以便存儲在計算機可讀存儲器中的指令生產一件產品，例如，實現在流程圖的塊中指定的功能的指令單元。計算機程序指令也可裝入計算機或其他可編程數據處理裝置，以引起在計算機或其他可編程數據處理裝置執行的工作步驟系列以生產計算機執行的步驟，以使在計算機或其他可編程裝置上執行的指令提供用于實施在流程圖的塊中指定的功能。
因此，流程圖的塊支持用于執行指定的功能的單元的組合、用于執行指定的功能的步驟的組合、以及用于執行指定的功能的程序指令單元。也將明白，通過執行指定的功能或步驟的專用的基于硬件的計算機系統，或者專用的硬件和計算機指令，能實施流程圖的各塊和流程圖中塊的組合。
如圖15所示，顯示觸摸屏的操作300。在觸摸屏系統20上執行觸摸屏的操作300。在塊301開始觸摸屏的操作300，其中通過給觸摸屏系統20供電打開觸摸屏系統20。一旦打開觸摸屏系統20，如塊302所示，那么，觸摸屏的操作300在觸摸屏系統20中設置或編程非線性校正參數。最初，在觸摸屏系統20中設置或編程缺省的校正參數，然而，如下所述，在缺省的校正參數編入程序后在觸摸屏系統20中還可以設置或編程更新的校正參數。在塊304中觸摸屏操作300然后探測是否觸摸觸摸屏50。如果探測到觸摸，觸摸屏操作300移動到塊304，然而，如果沒有探測到觸摸，觸摸屏操作移動到塊314。在塊314，觸摸屏操作測量基片的特性，且因此產生數字可測量信息104。一產生數字可測量信息，在塊316，觸摸屏操作300然后就使用數字可測量信息104以決定且然后更新中的非線性校正參數。一旦確定了更新的校正參數，觸摸屏操作300然后移動到塊302并在觸摸屏系統20中設置或編程更新的校正參數。
在塊310，觸摸屏操作300在觸摸屏50上測量觸摸部位。更明確地，通過測量電特性(例如電壓)，觸摸屏操作測量在X和Y方向在觸摸屏50的觸摸區域21上發起的觸摸的位置。通過在X和Y兩個方向上測量觸摸位置，觸摸屏操作300能查明在觸摸屏50的觸摸區域21上的觸摸位置。如于此使用的，當壓力施加到觸摸區域21時，發起觸摸。如果沒有壓力施加到觸摸區域21，那么探測不到觸摸，且觸摸屏操作300移動到塊314而不是塊310。一測量觸摸部位，觸摸屏操作300然后就產生代表觸摸部位的數字觸摸信息106。一產生數字觸摸信息106，觸摸屏操作300然后就移動到塊312，其中，為了產生校正觸摸坐標118，觸摸屏操作給數字觸摸信息106應用非線性校正。如塊318所示，然后給使用觸摸部位信息的電子裝置傳輸觸摸坐標118，例如，在顯示裝置上呈現的選項中選擇菜單條目。一傳輸觸摸坐標，觸摸操作300然后就移回塊304，并進行觸摸屏50是否被觸摸的探測。
如圖16所示，在塊401發動校正操作400，其中測量電路與觸摸屏50通訊。測量電路包括數字化電路614和校正參數電路616。一連接測量電路到觸摸屏，如塊414所示，然后就測量觸摸屏50的基片22的特性。一測量基片22的特性，就產生數字可測量信息104。如塊416所示，使用可測量信息計算或確定非線性校正參數108。一旦確定非線性校正參數108，在塊408中它們被裝入或編程到觸摸屏系統20，且更明確地它們被裝入或編程到在觸摸屏系統20內的非線性校正電路，且隨后用來把非線性校正用在觸摸信息100，如下所述。
在塊403中起動操作電源，其中通過給觸摸屏50供電打開觸摸屏50。一給觸摸屏500供電，在塊404中，校正操作400然后就探測是否觸摸觸摸屏50。如果探測到觸摸，校正操作400移到塊410，然而，如果沒有探測到觸摸，如圖16所示，觸摸屏操作留在塊404。在塊410，校正操作400測量觸摸屏50上的觸摸部位。更明確地，通過測量電特性(例如電壓)，校正操作400測量X和Y方向觸摸屏50的觸摸區域21上發動的觸摸位置。通過在X和Y兩個方向上測量觸摸位置，校正操作400能查明在觸摸屏50的觸摸區域21上的觸摸位置。如在此所用的，當壓力施加到觸摸區域21上時發動了觸摸。如果沒有壓力施加到觸摸區域21，那么探測不到觸摸，且校正操作400留在塊404而不是移向塊410。一測量觸摸部位，校正操作400然后就產生代表觸摸部位的數字觸摸信息106。一產生數字觸摸信息106，校正操作400然后移向塊412，其中，為了產生校正觸摸坐標118，觸摸屏操作給數字觸摸信息106應用非線性校正。如塊418所示，然后向電子裝置傳輸觸摸坐標118，該電子裝置使用校正觸摸部位信息例如選擇菜單條目。一傳輸的觸摸坐標，校正操作400然后就移回塊404且進行探測是否觸摸觸摸屏50。
因此，已經有了按照本發明做的公開，上面提出的是用于產生代表觸摸部位的信號的、在其中應用了充分地提供了優點的非線性校正裝置和方法。雖然通過參考其中詳細的說明性的實施例，已經描述和舉例說明了該發明，但它并不是打算將該發明限制于那些說明性的實施例。本領域的那些技術人員將會認識到，能做不背離該發明精神的變化和修改。因此，落入所附權利要求及其等同物范圍之內的所有這種變化和修改，包括在本發明之內。
權利要求
1.一種用于產生觸摸坐標的觸摸屏系統，包括觸摸屏，其產生觸摸信息以響應觸摸，并產生在所述觸摸屏中指示特定電特性的可測量信息；與所述觸摸屏通訊的校正參數電路，其中所述校正參數電路接收所述可測量信息并產生非線性校正參數；和接收所述觸摸信息和所述非線性校正參數并在所述觸摸屏中校正非線性的校正應用電路。
2.如權利要求1所述的觸摸屏系統，其中所述觸摸屏進一步包括有四個角并在各角有角觸點的基片。
3.如權利要求2所述的觸摸屏系統，其中所述觸摸屏是5-線觸摸屏、9-線觸摸屏或電容觸摸屏中的一個。
4.如權利要求2所述的觸摸屏系統，其中所述基片進一步包括有第一電阻率ρA的內區和有第二電阻率ρB的外區，其中第一和第二電阻率ρA、ρB不相等。
5.如權利要求2所述的觸摸屏系統，其中所述基片進一步包括內區和外區，其中所述內區以所述外區為邊并且所述外區包圍所述內區。
6.如權利要求5所述的觸摸屏系統，其中所述內區進一步包括刪除線。
7.如權利要求1所述的觸摸屏系統，其中所述觸摸屏進一步包括有第一涂層的基片，其中第一涂層不是均勻覆蓋所述基片。
8.如權利要求7所述的觸摸屏系統，其中第一涂層包括第一材料制成的多個條帶，且其中所述基片進一步包括在各對條帶之間的間隙。
9.如權利要求1所述的觸摸屏系統，其中所述校正參數電路產生有值的校正參數，且在所述觸摸屏中所述校正應用電路使用所述校正參數的值以校正非線性。
10.如權利要求1所述的觸摸屏系統，其中所述校正應用電路周期性地接收所述觸摸信息和所述非線性校正參數，以及在所述觸摸屏中周期性地校正非線性。
11.一種用于產生代表觸摸部位的信號的觸摸屏系統，包括有四個角并在各角有角觸點的基片；與各角觸點通訊的數字化電路，其中所述數字化電路測量一個觸點的電特性并產生可測量信息以響應；和與所述數字化電路通訊的校正參數電路，其中所述校正參數電路產生非線性校正參數。
12.如權利要求11所述的觸摸屏系統，其中所述電特性是電阻、電容、電壓或電流中的一個。
13.如權利要求11所述的觸摸屏系統，其中在一個角觸點測量第一電壓，同時給至少一個余下的角觸點施加第二電壓時。
14.如權利要求13所述的觸摸屏系統，其中當給一個余下的角觸點施加第三電壓時，給兩個余下的角觸點施加第二電壓。
15.如權利要求11所述的觸摸屏系統，進一步包括與所述基片隔開的薄板，其中所述薄板包括第二涂層，所述基片包括第一涂層，且其中第二涂層面對第一涂層。
16.如權利要求11所述的觸摸屏系統，進一步包括校正應用電路，它從所述數字化電路接收觸摸信息并從所述校正參數電路接收所述非線性校正參數，并在所述觸摸屏中校正非線性。
17.如權利要求16所述的觸摸屏系統，其中所述校正參數電路基于所述可測量信息確定電阻率的比，并且所述校正應用電路基于所述電阻率的比在所述觸摸屏系統中校正非線性。
18.如權利要求11所述的觸摸屏系統，其中所述數字化電路周期性地測量所述電特性和周期性地產生可測量信息以響應。
19.一種在觸摸屏中用于校正非線性的方法，其中所述觸摸屏包括與第二點隔開的第一點，所述方法包括當給第二點施加電壓或電流中的一個時，測量第一點的電特性；產生可測量信息以響應；和使用所述可測量信息在所述觸摸屏系統中校正非線性。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述電特性是電壓、電流、電阻或電容中的一個。
21.如權利要求19所述的方法，進一步包括使用所述可測量信息在所述觸摸屏系統中周期性地校正非線性。
22.如權利要求19所述的方法，進一步包括使用所述可測量信息在所述觸摸屏系統中手工校正非線性。
23.如權利要求19所述的方法，進一步包括使用所述可測量信息產生非線性校正參數。
24.一種用于產生代表觸摸部位信號的觸摸屏系統，包括基片，它包括與第二觸點隔開的第一觸點，以及與第一和第二觸點通訊的且在所述基片上的第一涂層；與所述基片隔開的薄板，其中所述薄板包括面對第一涂層的第二涂層，其中從第二涂層與第一涂層不接觸的第一部位到第二涂層與第一涂層相接觸的第二部位所述薄板是可移動的；既與第一也與第二觸點通訊的數字化電路，其中所述數字化電路接收第一模擬可測量信息并產生數字可測量信息以響應，其中當所述薄板在第一部位時，所述數字化電路接收所述模擬可測量信息；與所述數字化電路通訊的校正參數電路，其中所述校正參數電路接收所述數字可測量信息并產生校正參數以響應；和接收所述校正參數的校正應用電路并使用所述校正參數在所述觸摸屏系統中校正非線性。
25.如權利要求24所述的觸摸屏系統，其中所述基片包括與第四觸點隔開的第三觸點。
26.如權利要求25所述的觸摸屏系統，其中所述數字化電路既與第三也與第四觸點通訊，且其中所述數字化電路接收第二模擬可測量信息并產生數字可測量信息以響應。
27.一種在觸摸屏中用于校正非線性的方法，其中所述觸摸屏包括基片和與所述基片隔開的薄板，所述基片包括與第二觸點隔開的第一觸點以及與第一和第二觸點通訊且在所述基片上的第一涂層，所述薄板包括面對第一涂層的第二涂層，其中從第二涂層與第一涂層不接觸的第一部位到第二涂層與第一涂層相接觸的第二部位所述薄板是可移動的，所述方法包括當所述薄板在第一部位，給第二點施加電壓或電流中的一個時，測量第一觸點的電特性；產生可測量信息以響應所述測量；和使用所述可測量信息在所述觸摸屏系統中校正非線性。
28.如權利要求27所述的方法，其中在所述觸摸屏上周期性地執行所述校正非線性。
29.一種用于產生代表觸摸部位信號的觸摸屏系統，包括觸摸屏；與所述觸摸屏通訊的數字化電路，其中所述數字化電路接收模擬可測量信息并產生數字可測量信息以響應；和與所述數字化電路通訊的校正參數電路，其中使用所述數字可測量信息在所述觸摸屏中所述校正參數電路校正非線性。
30.一種在觸摸屏中用于校正非線性的方法，所述方法包括測量所述觸摸屏的電特性，其中所述電特性有值；和使用所述電特性的值在所述觸摸屏系統中校正非線性。
31.如權利要求30所述的方法，其中動態地執行所述校正非線性。
32.如權利要求30所述的方法，其中使用生產場地試驗設備執行所述校正非線性。
33.如權利要求30所述的方法，其中使用控制器電子設備執行所述校正非線性。
全文摘要
本發明提供在觸摸屏中測量和跟蹤非線性校正的方法。可自動確定某些或全部有關的非線性校正。生產場地試驗設備可做電子測量、計算參數和在控制器電子設備的非易失性存儲器中裝入參數。作為選擇，控制器電子設備能做電子測量和確定非線性參數。本發明后面的實施例允許實地確定非線性參數、動態跟蹤隨著時間的推移或由于環境條件而發生的裝機觸摸屏的非線性特性的變化。
文檔編號G06F3/044GK1695109SQ03825183
公開日2005年11月9日 申請日期2003年9月16日 優先權日2002年9月17日
發明者J·C·肯特, J·L·阿羅延 申請人:伊羅接觸系統公司