[发明专利]漂浮平面触摸检测系统

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2009年2月17日提交的美国临时申请第61/207,775号和2010年2月17日提交的美国非临时实用新型申请第12/707,530号的利益。

背景技术

触摸设备随着要求用户界面改进的通信设备中的技术改进而变得日益普遍。最近五十年已经研究了各种检测和解释触摸的方法。今天，触摸屏被用于各种设备、小触摸面板(手机和PDA)、中触摸面板(笔记本电脑、监视器、电子书)、大触摸面板(POS终端、电话亭和ATM)和用于恶劣环境的非常大的触摸面板(超过1米)。在触摸屏设备的范围中，扁平面板显示器是流行的，尤其是LCD。但是触摸设备被各种机械问题困扰，这些机械问题仍然对工程师和制造商提出挑战。

现有技术的描述

30多年前，IBM最初研究并用文件证明通过记录所施加的力来定位触摸点的概念。最普遍的基于力的触摸设备由刚硬的触摸平面、至少3个传感器、与传感器连接的另一刚硬表面和保持传感器平展的装配机构组成。传感器被连接到A/D，A/D又被连接到处理器/微控制器。当使用者用手指或手写笔按压触摸平面时，传感器检测到所施加的力并测量它。然后传感器接收的模拟信号被发送到处理器，其计算触摸的位置(X-Y)和所施加的力的量。也需要机构来保证触摸仅产生沿着Z轴的力，并且在X-Y轴方向上的任何外加力在最大的可能的程度上被抵消。

在1991年8月6日颁发的Flower(IBM)的美国专利5,038,142说明触摸传感显示屏，其被具有基本上单轴运动自由度的硬弹簧支持。应变仪传感器被直接应用到弹簧，并且处理器计算X、Y和Z坐标的信息。这一设备使用弹簧来获得Z轴的输入。然而，该设备从未获得商业成功并且不再在市场上销售。可能是侧向力引起问题。

在2007年2月2日颁发的Roberts(3M)的美国专利7176897描述用于校正具有由粘弹性效应引起的误差的一个或多个传感器信号的方法和系统。该效应、方法和系统被提供以校正与触摸屏的机械变形关联的触摸位置确定中的错误。提供触摸屏的校准参数，其表征在期望的触摸信号中的与触摸屏的机械变形关联的误差。

在2008年9月25日颁发的Brown(F-Origin)的国际专利公布WO/2008/115408介绍了用于差动压力触摸敏感面板的悬挂系统，面板被悬挂在力传感器上以用在各种设备中。在本发明中，玻璃透镜的每侧用成图的细绳、单丝电线或挠性电线连接，该电线然后在后盖或底板周围成环，形成数字8。数字8的环在X-Y平面中将透镜带入固定的状态。细绳将两个板保持在一起，向四个传感器提供力。考虑到细绳，穿绳和使其工作所需要的其它零件，虽然在基于力的触摸设备的领域中存在改进，本发明可能难以制造。

基于力的触摸设备倾向于某些特定类型的问题或故障。除了其它问题以外，以下问题已经困扰了基于力的触摸设备的许多应用：对机械装配所需的极其小的容差；摩擦和其它干扰侧向力是常见的，并且难以检测和抵消；实现“触摸”表面所需的外来项目如额外的平面、细绳和膜是昂贵的并难以制造；外来项目占用空间(例如，在LCM层叠中)并增加成本；可能需要复杂的机构来保持触摸表面和底表面共面；归因于干扰力的低准确性和低敏感度问题。

不是使用基于力的方法，用于LCD模块(LCM)的触摸屏也使用“电容性”或“电阻性”技术。以这种方式产生的触摸屏具有某些限制，例如显示器上的昂贵的膜“层”，以便提供反馈信息。向设备添加各种层增加了它们的成本并限制了显示器的透射率，因此降低了所传送的图像的质量。

发明概述

力/位移触摸设备，本发明使用底平面和柔韧的安装材料来“漂浮”非刚性地安装的触摸平面，并在每个安装点使用传感器以测量漂浮的触摸平面的Z轴偏转。系统修改在一般LCD组件中存在的平面以实现触摸屏。这一漂浮触摸平面系统提供准确的、敏感的、紧凑的和低成本的解决方案。它减轻XY摩擦以改进Z力的检测。这一方法提供在定位传感器时的纬度，允许另外的中间平面传感器，使更大的准确度和分辨率成为可能，并且增加特征如“多触摸”敏感性。

这一触摸输入设备被定义为触摸平面到底平面的独特的和新的“漂浮”共面组件，其使用柔韧的材料以界定一致的静止的气隙，并且然后使用各种传感器类型中的任一种来感测和测量偏离共面静止位置的任何偏转。

本发明的详述

此处介绍的漂浮平面系统使用柔韧的安装材料(介质)来以适应XY摩擦并改进Z力的检测的方式悬挂或“漂浮”触摸表面。