專利名稱：具有降低對射頻干擾的敏感性的觸摸屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觸摸屏，并涉及降低觸摸屏中RF的敏感性。
技術(shù)背景觸摸輸入裝置可為使用者提供一種便捷直觀的方法來與電子系 統(tǒng)(諸如電腦、電子游戲、公共信息亭、車用導(dǎo)航系統(tǒng)等等)進(jìn)行互 動。其中的許多系統(tǒng)包括放置在觸摸傳感器后面的顯示器，并且顯示 器緊鄰觸摸傳感器，以使得用戶可通過觸摸傳感器查看顯示器。各種 觸敏技術(shù)包括那些在本領(lǐng)域中已為人們所知的電容式、投射電容式、 電阻式、表面聲波式以及紅外光式。發(fā)明內(nèi)容本專利申請公開一種觸摸屏系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)設(shè)置在觸摸 屏基板上的觸敏層、構(gòu)造為能將基本等同的信號施加到多個(gè)觸摸信號 驅(qū)動和一個(gè)輔助驅(qū)動的控制器電子元件，其中每個(gè)觸摸信號驅(qū)動都通 過一個(gè)相關(guān)電容器連接到輔助驅(qū)動。控制器電子元件還被進(jìn)一步構(gòu)造 為根據(jù)接收到的信號(作為對耦合到觸敏層的觸摸進(jìn)行響應(yīng)而接收到 的信號)確定觸摸輸入位置。多條觸摸信號線將觸摸信號驅(qū)動耦合到 觸敏層，以使得觸摸信號能傳送到控制器?？梢赃x擇相關(guān)電容器以降 低對RF干擾作用所導(dǎo)致的觸摸位置確定錯(cuò)誤的敏感性，并且在某 些實(shí)施例中，相關(guān)電容器可以位于觸摸屏基板、將控制器電子元件連 接到觸敏層的電尾(electrical tail)、與控制器電子元件分開的 電路板、與控制器電子元件相連的電路板等等之上。除了降低那些沒 有后部防護(hù)罩的觸摸屏中的RF敏感性，電容器還可進(jìn)一步降低已 包括后部防護(hù)罩的觸摸屏中的RF敏感性。本發(fā)明所公開的方法還可降低觸摸屏系統(tǒng)中對因RF干擾而導(dǎo)致的觸摸位置確定錯(cuò)誤的敏感性。所述方法包括以下步驟提供觸摸 屏系統(tǒng)的觸摸傳感器，所述觸摸傳感器包含設(shè)置在基板上的觸敏層并 且沒有后部防護(hù)罩；提供耦合到所述觸摸傳感器的控制器電子元件，所述控制器電子元件被構(gòu)造為能將基本等同的信號施加到多個(gè)觸摸 信號驅(qū)動和一個(gè)輔助驅(qū)動，并進(jìn)一步被構(gòu)造為能根據(jù)接收到的信號 (作為對耦合到觸敏層的觸摸進(jìn)行響應(yīng)而接收到的信號)確定觸摸輸入位置；以及通過相關(guān)電容器單獨(dú)將每個(gè)觸摸信號驅(qū)動連接到所述輔 助驅(qū)動。本發(fā)明還公開了在沒有后部防護(hù)罩的電容式觸摸傳感器中用來 模擬后部防護(hù)罩的效果的方法，所述方法包括將多條觸摸信號驅(qū)動 線中的每一條連接到一條輔助驅(qū)動線，每個(gè)連接都是通過電容器進(jìn)行 的；以及將基本等同的信號施加到所述信號驅(qū)動線和所述輔助驅(qū)動 線。上述概述并非旨在進(jìn)行限制，也并非旨在描述受權(quán)利要求書保護(hù)的本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例或每個(gè)實(shí)行方案。通過參考與附圖結(jié)合的下 列具體實(shí)施方式
和權(quán)利要求，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和成效以及對其更完整的理解將顯而易見并為人所認(rèn)識。


圖1為一個(gè)包括后部防護(hù)罩的電容式觸摸屏系統(tǒng)的示意圖。 圖2為一個(gè)電容式觸摸屏系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括連接到控 制器電子元件的輔助驅(qū)動以模擬電容的電容器，所述電容也可由后部防護(hù)罩提供。圖3為一個(gè)觸摸屏控制器的角驅(qū)動和輔助驅(qū)動之間電容連接的 電路示意圖。圖4為一個(gè)觸摸傳感器和具有多條角驅(qū)動線和一條輔助驅(qū)動線 的電尾的示意圖。雖然本發(fā)明可修改為各種變化形式和替代形式，但其細(xì)節(jié)已通 過舉例的方式在附圖中示出并且將會作詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)明白， 其目的并不是將本發(fā)明限定于所描述的具體實(shí)施例。相反，其目的在于涵蓋所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改形式、等同形式 和可供選擇的形式。
具體實(shí)施方式
本專利申請的教導(dǎo)內(nèi)容可用于降低觸摸輸入系統(tǒng)對輻射的射頻(RF)干擾的敏感性，尤其是在集成了電容式觸摸傳感器的觸摸輸入 系統(tǒng)中，所述電容式觸摸傳感器沒有可幫助降低RF敏感性的防護(hù) 層，本專利申請的教導(dǎo)內(nèi)容還可用于進(jìn)一步降低包括后部防護(hù)罩的觸摸輸入系統(tǒng)中的RF敏感性。可通過例如提供電容器將后部防護(hù)罩 驅(qū)動(對于沒有后部防護(hù)罩的觸摸屏系統(tǒng)為輔助驅(qū)動)耦合到感應(yīng)層 觸摸信號驅(qū)動以模擬發(fā)生在感應(yīng)層和后部防護(hù)罩之間并且消除了至 少一部分RF信號的電容耦合，從而能夠模擬趨于降低RF敏感性的 后部防護(hù)罩的效果。降低RF敏感性會減少可由RF干擾導(dǎo)致的觸摸 位置錯(cuò)誤。觸摸屏控制器易受導(dǎo)入到電源電纜、視頻電纜、串行電纜或USB 電纜中的RF的影響，還易受輻射到觸摸屏中的RF的影響。具體地 講，已經(jīng)注意到，與連接到具有后部防護(hù)罩層的電容傳感器的同樣的 控制器相比，連接到?jīng)]有后部防護(hù)罩層的電容傳感器的某些電容式觸 摸屏控制器易受RF影響的程度可能為前者的兩倍。為了在不喪失 一般性的同時(shí)表述清楚起見，將在隨后的描述中使用電容式觸摸屏的 實(shí)例，但是讀者應(yīng)該理解，本申請的教導(dǎo)內(nèi)容可應(yīng)用于對RF干擾 所導(dǎo)致的錯(cuò)誤具有敏感性的其他類型觸摸屏。后部防護(hù)罩在電容式觸摸屏的觸敏表面生成若干毫微法(nF) 電容。后部防護(hù)罩通常作為觸摸屏背部(面對顯示器)表面上的透明 導(dǎo)電涂層提供。后部防護(hù)罩連接到觸摸屏控制器上的一個(gè)后部防護(hù)罩 驅(qū)動。后部防護(hù)罩驅(qū)動將角(觸摸信號)驅(qū)動上被發(fā)送到觸敏層的信 號復(fù)制。由于后部防護(hù)罩和角驅(qū)動信號為等同物(即相同波形、相同 電壓)，因此控制器角驅(qū)動不經(jīng)受來自后部防護(hù)罩的任何額外負(fù)載。 僅當(dāng)外部噪音信號注入觸摸屏?xí)r才檢測到電容，此類檢測可用于幫助 降低所述外部噪音的任何不良影響。由于沒有后部防護(hù)罩，RF信號可直接耦合到電容式觸摸屏控制 器的四個(gè)角輸入中。該RF信號對所有四個(gè)輸入作用相等，因而被 稱為"共模"信號。 一般來講，控制器不會將此類共模信號視為噪音， 因此，在觸摸位置確定中會意外地包括這些信號，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤。當(dāng) 使用者觸摸電容式觸摸屏?xí)r，該使用者會成為RF信號的負(fù)載并從 該觸摸屏的每個(gè)角牽引電流。根據(jù)觸摸的位置(如果未直接在中央)， 使用者將從最接近觸摸位置的一個(gè)或幾個(gè)角牽引更多電流，導(dǎo)致控制 器上出現(xiàn)一個(gè)差分RF信號。該RF信號導(dǎo)致觸摸位置的偏移，這 取決于信號電壓電平和具體頻率。通過在控制器的后部防護(hù)罩驅(qū)動(不存在后部防護(hù)罩時(shí)為輔助 驅(qū)動)和每個(gè)觸摸信號驅(qū)動之間加入濾波電容器，可以大大降低RF 敏感性。通過上述操作，即使觸摸傳感器上可能不存在后部防護(hù)罩， 加入的電容器也可模擬可由觸摸屏后部防護(hù)罩產(chǎn)生的電容。圖l示出電容式觸摸屏系統(tǒng)IOO的示意性框圖，該系統(tǒng)包括具 有觸敏層110和后部防護(hù)罩層120的觸摸屏，以及被定位成可通 過觸摸屏查看的可選顯示器裝置190。觸摸屏控制器130通過四個(gè) 角驅(qū)動112A-112D將信號施加到觸敏層110，并通過后部防護(hù)罩驅(qū) 動114將信號施加到后部防護(hù)罩120。使用與四個(gè)角驅(qū)動 112A-112D相同的波形和電壓(即等同信號)來驅(qū)動后部防護(hù)罩120。 使用者140對觸敏層110的電容耦合式觸摸142通過觸敏層110 的每個(gè)角來牽引電流，電流量與觸摸位置和角之間的距離成比例?？?制器130可以使用該信息來確定觸摸位置?？蛇M(jìn)行射頻傳導(dǎo)抗擾度(CRFI)測試以確定RF干擾的敏感性。 在CRFI測試中，分別和同時(shí)地將某個(gè)范圍內(nèi)(例如，150 KHZ到80 MHZ)各種頻率下的RF電壓(按照商業(yè)規(guī)格為3 V/M)的受控電平 注入到控制器電源和信號線中。RF還可注入到顯示器的視頻電纜和 電源電纜中，因?yàn)榭刂破鞅话惭b在顯示器裝置殼體內(nèi)。然后使用者對 觸摸屏進(jìn)行操作，繪制出連續(xù)的垂直線和水平線。由于頻率在其范圍 內(nèi)例如以0.1%的增量成階躍狀，因此會監(jiān)控線位置中的任何偏移。 可根據(jù)超出某個(gè)可接受量的線偏差來定義故障狀況，例如超出屏幕對角的+/-1%的量。如果察覺到某個(gè)敏感頻率點(diǎn)，則會手動調(diào)整頻率以 找出峰值偏差。再次參考圖1，在CRFI測試期間，共用接地136由各種頻率 下3 V/M的電壓下的RF信號134驅(qū)動。該RF是一個(gè)共模信號， 因?yàn)樵揜F平等地驅(qū)動每個(gè)部件。共用接地136、角驅(qū)動112A-112D 和后部防護(hù)罩驅(qū)動114上均有相同的RF信號。當(dāng)使用者140觸 摸屏幕時(shí)，該使用者以地132為基準(zhǔn)，并因此作為對RF信號134的 負(fù)載以及對控制器130的觸摸信號。在使用者觸摸屏幕之前，RF不 被視為信號。當(dāng)觸摸發(fā)生時(shí)，作用于角驅(qū)動上的RF信號導(dǎo)致屏幕 上的觸摸位置發(fā)生偏移，并且由于該RF對所有角作用相同，所以 偏移將明顯的觸摸位置移向屏幕的中央。然而，在具有后部防護(hù)罩的 電容式觸摸屏中，例如圖1所示，觸敏層IIO和后部防護(hù)罩層120 之間的電容會作為對RF干擾的低阻抗。RF電流由觸摸信號角驅(qū)動 提供，還由后部防護(hù)罩驅(qū)動通過觸摸屏后部防護(hù)罩的耦合電容提供。 該隔離壁作用會降低進(jìn)入角驅(qū)動的RF并減小由于RF干擾而產(chǎn)生 的位置偏移。一些電容式觸摸屏不使用后部防護(hù)罩，盡管它們?nèi)钥墒褂弥С?后部防護(hù)罩驅(qū)動的電子平臺。在此類觸摸屏中，角驅(qū)動會看到所有RF 信號，從而可觀察到相對較大的觸摸位置偏移。在屏幕邊緣或邊緣附 近進(jìn)行觸摸或追蹤時(shí)偏移最大，并在接近中央時(shí)減小。根據(jù)本發(fā)明， 可在控制器外部添加電容器，這些電容器將后部防護(hù)罩驅(qū)動單獨(dú)連接 到每個(gè)角驅(qū)動以模擬觸摸屏上的后部防護(hù)罩電容。這些電容器為RF 信號提供低阻抗路徑，從而減小進(jìn)入觸摸屏角的RF誘導(dǎo)電流并相 應(yīng)減小觸摸位置偏移。圖2示出電容式觸摸屏系統(tǒng)200的示意性框圖，該系統(tǒng)包括 一個(gè)設(shè)置在可選顯示器裝置290前面的觸摸屏的觸敏層210，其中 所述觸摸屏不包括后部防護(hù)罩?？刂破?30通過角驅(qū)動212A-212D 連接到觸敏層210。該控制器還包括一個(gè)輔助驅(qū)動214，它將為具 有后部防護(hù)罩的觸摸屏驅(qū)動后部防護(hù)罩。如此，該輔助驅(qū)動使用與角 驅(qū)動大體上等同的信號來被驅(qū)動。每個(gè)角驅(qū)動212A-212D通過電容器218A-218D連接到輔助驅(qū)動214。圖2還標(biāo)示了一位施加觸摸 242的使用者240 (所述觸摸電容耦合到觸敏層210)、地232、 RF信號234、以及系統(tǒng)共用接地236。以舉例的方式，對于17英寸的對角電容式觸摸屏，所述觸摸 屏不帶連接到觸摸屏控制器電子元件(諸如以商業(yè)標(biāo)號EX II購自 3M Touch Systems的電子元件)的后部防護(hù)罩，在角驅(qū)動和后部防 護(hù)罩驅(qū)動之間添加具有約1000 pF到3000 pF(最好為約1500 pF) 電容的電容器，可充分模擬本可由后部防護(hù)罩提供的電容。如果在角 驅(qū)動和輔助(即后部防護(hù)罩)驅(qū)動之間使用相同(或幾乎相同)的波 形進(jìn)行驅(qū)動，則控制器不會將額外電容視為負(fù)載，因而不需要額外電 源，而且所添加的電容器僅會驅(qū)動所述觸摸的負(fù)載。在最多兩倍于正 常RF測試電壓(即6 V/M)下對一個(gè)商業(yè)標(biāo)號為MicroTouch Cleartek II購自3M Touch Systems的17英寸電容式觸摸屏進(jìn) 行了測試，所述觸摸屏不具有后部防護(hù)罩并在EX II控制器的角驅(qū) 動和后部防護(hù)罩驅(qū)動之間使用1500 pF電容器，并且該觸摸屏通過 了 CRFI測試。這一性能優(yōu)于配有后部防護(hù)罩的典型電容式觸摸屏 的性能，因而，如本發(fā)明中所述的添加此類電容器還可用于改進(jìn)包括 后部防護(hù)罩的觸摸屏系統(tǒng)的性能。EX II控制器使用窄帶信號來測量電容，因而易受基本控制器 操作頻率的諧波影響。RF敏感性測試以0.1%的增量在RF頻帶內(nèi) 成階躍狀，因此會發(fā)現(xiàn)控制器的大部分諧波。該測試要求對RF頻 率做出調(diào)整，以使發(fā)現(xiàn)共振時(shí)的影響增加到最大限度。EXII控制器 中包括一些電路部件來降低此類影響，此類部件包括一個(gè)接地的解耦 電容器和每個(gè)角驅(qū)動上的串聯(lián)鐵氧體元件。這些電路元件有助于RF 信號在被接收到EX II ASIC中之前被降低。與具有后部防護(hù)罩的 電容式觸摸屏配合使用時(shí)，這些電路已足夠。圖3示出電路一部分的示意圖，所述電路包括觸摸屏角驅(qū)動 312A-312D、后部防護(hù)罩驅(qū)動314以及在后部防護(hù)罩驅(qū)動和每個(gè)相 應(yīng)角驅(qū)動之間添加的用以模擬后部防護(hù)罩所具有的RF降低效果的 電容器318A-318D。角驅(qū)動電路中還示出鐵氧體317A-317D和解耦電容器319A-319D，諸如EX II控制器中已存在的標(biāo)準(zhǔn)鐵氧體和 100 pF濾波電容器。圖4示出觸摸傳感器410，該傳感器包括角驅(qū)動線412A-412D， 所述角驅(qū)動線412A-412D從電尾440通向角電極413A-413D。角 電極向電極圖案(未示出)提供信號，所述電極圖案被設(shè)計(jì)為在整個(gè) 傳感器表面形成線性電場。電尾440和傳感器410還包括輔助驅(qū) 動線414。電尾可包括用于連接到控制器電子元件(未示出)的連接 器442。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)使用電容器將角驅(qū)動連接到輔助驅(qū)動以模擬 后部防護(hù)罩電容時(shí)，所述電容器可位于各種位置，包括位于觸摸傳感 器基板(例如鄰近電尾440耦合到該傳感器的位置)、電尾440、 連接器442、電尾440和控制器電子元件之間(例如擴(kuò)展電路板、 撓性電路、連接器等等)的位置之上，或者直接位于控制器電子板上。 一種示例性實(shí)行方案涉及在控制器電路板背面附連表面安裝電容器 并布線到傳感器連接器上的適當(dāng)管腳。上述本發(fā)明各種實(shí)施例的描述是出于舉例說明和描述的目的。 并非旨在面面俱到或?qū)⒈景l(fā)明限定于本發(fā)明所公開的精確形式。按照 上述教導(dǎo)內(nèi)容，可以有許多修改形式和變化形式。本發(fā)明的范圍不受 本具體實(shí)施方式
限制，而是受此處所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種觸摸屏系統(tǒng)，包括觸摸傳感器，其包含觸敏層；控制器電子元件，所述控制器電子元件被構(gòu)造為能將基本等同的信號施加到多個(gè)觸摸信號驅(qū)動和一個(gè)輔助驅(qū)動，其中每個(gè)觸摸信號驅(qū)動都通過相關(guān)電容器耦合到所述輔助驅(qū)動，所述控制器電子元件進(jìn)一步被構(gòu)造為能根據(jù)響應(yīng)于耦合到觸敏層的觸摸而接收到的信號來確定觸摸輸入位置；以及多條觸摸信號線，所述觸摸信號線將觸摸信號驅(qū)動耦合到觸敏層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏系統(tǒng)，其中選擇相關(guān)電容器以 降低對因RF干擾而導(dǎo)致的觸摸位置確定錯(cuò)誤的敏感性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏系統(tǒng)，其中相關(guān)電容器位于觸 摸傳感器上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的觸摸屏系統(tǒng)，其中相關(guān)電容器位于將 控制器電子元件連接到觸敏層的電尾上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏系統(tǒng)，其中相關(guān)電容器位于與 控制器電子元件分離的電路板上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的觸摸屏系統(tǒng)，其中相關(guān)電容器位于與 控制器電子元件相關(guān)聯(lián)的電路板上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏系統(tǒng)，其中相關(guān)電容器的電容 在大約1000 nF至3000 nF的范圍內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的觸摸屏系統(tǒng)，其中觸摸傳感器為電容 式觸摸傳感器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的觸摸屏系統(tǒng)，其中觸摸傳感器沒有后 部防護(hù)罩。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏系統(tǒng)，其中觸摸傳感器進(jìn)一 步包括基板，在該基板上設(shè)置有觸敏層，并且其中在該基板上與觸敏 層相對的一個(gè)表面上設(shè)置了后部防護(hù)罩。
11. 一種在觸摸屏系統(tǒng)中用于降低對因RF干擾而導(dǎo)致的觸摸位 置確定錯(cuò)誤的敏感性的方法，包括提供觸摸屏系統(tǒng)的觸摸傳感器，所述觸摸傳感器包含設(shè)置在基 板上的觸敏層，并且所述觸摸傳感器沒有后部防護(hù)罩；提供耦合到所述觸摸傳感器的控制器電子元件，所述控制器電 子元件被構(gòu)造為能將基本等同的信號施加到多個(gè)觸摸信號驅(qū)動和一 個(gè)輔助驅(qū)動，并進(jìn)一步被構(gòu)造為根據(jù)響應(yīng)于耦合到觸敏層的觸摸而接 收到的信號來確定觸摸輸入位置；以及通過相關(guān)的電容器單獨(dú)將每個(gè)觸摸信號驅(qū)動連接到所述輔助驅(qū)動。
12. —種在沒有后部防護(hù)罩的電容式觸摸傳感器中模擬后部防 護(hù)罩的效果的方法，包括將多條觸摸信號驅(qū)動線的每一條連接到一條輔助驅(qū)動線，其中 每個(gè)連接都是通過電容器進(jìn)行的；以及將基本等同的信號施加到所述觸摸信號驅(qū)動線和輔助驅(qū)動線。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于降低觸摸屏對RF干擾的敏感性、進(jìn)而減少對因RF干擾而導(dǎo)致的觸摸位置錯(cuò)誤的敏感性的系統(tǒng)和方法。在具有不帶后部防護(hù)罩的觸摸傳感器的觸摸屏系統(tǒng)中，控制器電子元件的后部防護(hù)罩驅(qū)動可以單獨(dú)地電容連接到觸摸信號驅(qū)動，從而對觸摸信號驅(qū)動施加電容負(fù)載，該電容負(fù)載模擬了或由后部防護(hù)罩提供的電容負(fù)載。該電容負(fù)載對RF干擾進(jìn)行補(bǔ)償，所述RF干擾(如得不到補(bǔ)償)將趨向于錯(cuò)誤地朝向觸摸屏中央來偏移觸摸位置確定。
文檔編號G06F3/044GK101243385SQ200680029561
公開日2008年8月13日 申請日期2006年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者布魯斯·A·萊薩德, 戈登·F·泰勒, 托馬斯·J·雷貝斯基, 理查德·A·小皮特森 申請人:3M創(chuàng)新有限公司