專利名稱：操作觸摸屏系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及觸摸屏，更具體地說(shuō)，涉及調(diào)整觸摸屏控制器的頻率，以便使控制器與特定觸摸屏的具體工作特性匹配的方法和裝置。
背景技術(shù)：
觸摸屏配合各種顯示器類型、包括陰極射線管(即CRT)和液晶顯示屏(即LCD屏)，用作將信息輸入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的裝置。當(dāng)觸摸屏被置于顯示屏之上或集成到顯示屏中時(shí)，可以供用戶通過(guò)觸摸屏幕上的目標(biāo)圖標(biāo)或元素所對(duì)應(yīng)的位置來(lái)選擇所顯示的圖標(biāo)或元素。在各種不同的應(yīng)用中，包括例如銷售點(diǎn)系統(tǒng)、信息公告亭、自動(dòng)出納機(jī)(即ATM)、數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)等，觸摸屏已經(jīng)成為常用之處。
在一種特定類型的觸摸屏、聲學(xué)觸摸屏中，產(chǎn)生聲波或超聲波，并且利用表面聲波現(xiàn)象如瑞利波、拉夫波或其他波直接將其通過(guò)觸摸屏表面?zhèn)鞑?。一般?lái)說(shuō)，觸摸屏的各個(gè)軸包括單一的發(fā)射換能器和單一的接收換能器以及一對(duì)反射陣列。發(fā)射換能器和接收換能器連接到控制器，該控制器產(chǎn)生施加到發(fā)射換能器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并放大、調(diào)整和響應(yīng)從接收換能器得到的信號(hào)。各發(fā)射換能器產(chǎn)生的聲波被位于觸摸屏邊緣附近的反射陣列反射。反射陣列通常沿陣列全長(zhǎng)成直角反射聲波，從而形成在觸摸屏的有效區(qū)域傳播的表面聲波模式。傳播的表面聲波具有基本是振幅均勻的線性波前。相對(duì)的反射陣列將表面?zhèn)鞑サ穆暡ǚ瓷涞浇邮論Q能器。通過(guò)監(jiān)視沿觸摸屏各個(gè)軸的傳播聲波的到達(dá)時(shí)間和振幅，可以確定觸摸屏表面上任何波衰減點(diǎn)的位置。衰減可能因手指或指示筆或其他媒體接觸屏幕所導(dǎo)致。
觸摸屏系統(tǒng)的制造商通常制造或購(gòu)買具有預(yù)定振蕩頻率的控制器，所述預(yù)定振蕩頻率處于界限明確的頻率范圍內(nèi)，而晶體振蕩器提供參考頻率。這樣在制造過(guò)程中，根據(jù)需要，確定和調(diào)整各個(gè)觸摸屏的特征頻率，以便確保觸摸屏與控制器的振蕩頻率之間充分匹配。
讓我們來(lái)更仔細(xì)地定義觸摸屏的特征頻率。這里作為要關(guān)注類型的聲學(xué)觸摸屏具有窄帶通濾波器的屬性。窄帶的中心頻率由反射器的間距和聲波的速度來(lái)決定。結(jié)果，在聲波以最短可能路徑傳到接收換能器所對(duì)應(yīng)的時(shí)間延遲之后，施加到發(fā)射換能器的短脈沖串就會(huì)以長(zhǎng)的拉長(zhǎng)波列的形式出現(xiàn)。由于脈沖串的持續(xù)時(shí)間短，輸入脈沖串的頻譜通常相當(dāng)寬，而輸出波列的頻譜會(huì)很理想，非常窄并且在特定頻率有突出的峰值。所述特定頻率稱為觸摸屏的特征頻率。最好是觸摸系統(tǒng)的工作頻率與觸摸屏的特征頻率匹配。
原則上，理想觸摸屏具有單一特征頻率。原則上，制造上的變化可能導(dǎo)致多個(gè)特征頻率或一定范圍的特征頻率。目前的實(shí)踐包括在觸摸屏制造工藝上進(jìn)行足夠的投資，使得有效地僅存在單一的觸摸屏特征頻率并且該特征頻率與控制器的參考振蕩器所確定的頻率匹配。為了達(dá)到對(duì)觸摸屏制造工藝期望的控制，需要陣列設(shè)計(jì)的精確配位，仔細(xì)監(jiān)視輸入材料的供應(yīng)鏈以及對(duì)反射陣列的迅速電子測(cè)試。此外，當(dāng)發(fā)現(xiàn)未預(yù)想到的更改或變化時(shí)，還需要快速的校正動(dòng)作。例如，陣列可能需要重新設(shè)計(jì)和制造新的印刷掩模。維持對(duì)觸摸屏特征頻率的控制所要求的配位、監(jiān)視和測(cè)試程度增加了加工成本，并且使生產(chǎn)僅限于在具有聲學(xué)觸摸屏制造的復(fù)雜性上受過(guò)良好培訓(xùn)的工人的工廠來(lái)完成。這對(duì)現(xiàn)有聲學(xué)觸摸屏技術(shù)是主要的限制。
一般來(lái)說(shuō)，頻率失配在性質(zhì)上可以歸類為全局性的或局部性的。在頻率失配為全局性的情況中，失配源會(huì)影響整個(gè)觸摸屏。例如，如果控制器的參考振蕩器漂移，或者如果玻璃基板具有所不期望的聲速(例如，因?yàn)橛刹煌ＡЧ?yīng)商制造的玻璃基板)，觸摸屏和控制器之間的頻率匹配都會(huì)受損，而與觸摸屏上關(guān)注的位置無(wú)關(guān)。相比而言，在頻率失配為局部性的情況中，僅有觸摸屏的特定區(qū)域可能呈現(xiàn)出與控制器的失配。
全局性或局部性頻率失配都可能由不同源所導(dǎo)致。雖然一些失配源可以通過(guò)充分的質(zhì)量控制來(lái)克服，但是此類控制的成本通常會(huì)很高。例如，觸摸屏玻璃基板方面的變化可能改變聲波速度，從而導(dǎo)致全局頻率失配，充分控制玻璃供應(yīng)鏈和制造工藝來(lái)確保所有基板的聲波速度都處于窄范圍內(nèi)可能在經(jīng)濟(jì)上是不可行的?？刂撇ＡЧ?yīng)鏈和制造工藝在如下情況下更成問(wèn)題聲反射陣列被直接印刷到陰極射線管(即CRT)的面板上。難以控制到避免全局頻率失配所要求的程度的特定玻璃特征包括化學(xué)組成和受熱歷程(例如，退火時(shí)間和溫度等)。
另一個(gè)頻率失配源是由于印刷在觸摸屏基板上的反射陣列內(nèi)的非期望的變化引起的。這些變化可能是例如屏幕印刷工序中陣列掩模變形所致。如果陣列要直接印刷到CRT面板上，則印刷掩模變形尤其成問(wèn)題。諸如壓印之類的其它陣列印刷技術(shù)也會(huì)遇到印刷工序中引入的配準(zhǔn)誤差，這可能導(dǎo)致進(jìn)一步的頻率失配。再一個(gè)頻率失配源可能來(lái)自于對(duì)非平面基板表面的球面幾何效應(yīng)的不恰當(dāng)校正。
現(xiàn)有技術(shù)中需要一種用于使控制器振蕩頻率適應(yīng)特定觸摸屏的工作頻率要求的方法和裝置。本發(fā)明提供了這種方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于使控制器的頻率適應(yīng)特定觸摸屏基板的工作頻率要求的方法和裝置，其中觸摸屏基板包括反射陣列。更具體地說(shuō)，調(diào)整控制器，使得它將脈沖串信號(hào)輸出到觸摸屏的發(fā)射換能器或者調(diào)節(jié)來(lái)自觸摸屏的接收換能器的信號(hào)，從而適應(yīng)觸摸屏基板的特定工作頻率特性。
在本發(fā)明的一種應(yīng)用中，首先確定特定觸摸屏的一個(gè)或多個(gè)特征頻率。然后調(diào)整將要配合這個(gè)基板使用的控制器頻率以匹配基板的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量的特征頻率，從而使這兩個(gè)組件配對(duì)成匹配組。在另一種應(yīng)用中，在使觸摸屏基板與控制器的工作頻率匹配之前，將這兩個(gè)組件配對(duì)。配對(duì)之后，系統(tǒng)在確定觸摸屏基板的頻率特性期間進(jìn)行初始化。然后調(diào)整控制器的頻率特性以便與基板的頻率特性匹配。如果需要的話，系統(tǒng)可以定期重新測(cè)試基板的頻率特性，并且在認(rèn)為必要時(shí)重新調(diào)整控制器的輸出。
在本發(fā)明的主要為對(duì)全局頻率失配誤差進(jìn)行補(bǔ)償而設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的自適應(yīng)控制器采用模擬信號(hào)處理和晶體參考振蕩器。采用數(shù)字乘法器來(lái)修改參考振蕩器的輸出，以便產(chǎn)生發(fā)送到發(fā)射換能器的音頻脈沖串的期望頻率和/或改變接收電路所用的頻率來(lái)生成基帶信號(hào)。脈沖串長(zhǎng)度由脈沖串電路決定。期望的工作頻率由混頻器包含電路決定，該電路將數(shù)字乘法器的輸出與接收換能器的適當(dāng)調(diào)節(jié)的輸出信號(hào)進(jìn)行比較?；祛l器包含電路的輸出被用于確定期望的工作頻率。
在本發(fā)明的為同時(shí)對(duì)全局和局部頻率變化進(jìn)行補(bǔ)償而設(shè)計(jì)的另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的自適應(yīng)控制器采用數(shù)字信號(hào)處理和晶體參考振蕩器。在該實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)處理器從一對(duì)混頻器接收數(shù)字化和濾波后的輸出。送至混頻器的輸入是一對(duì)參考信號(hào)，其中之一已經(jīng)被90度相移，以及適當(dāng)濾波和放大的接收換能器RF信號(hào)。此實(shí)施例是采用對(duì)相位敏感的控制器的實(shí)例，其中將接收的信號(hào)的完全數(shù)學(xué)的內(nèi)容、例如相位和振幅進(jìn)行數(shù)字化。由于完全數(shù)字化的信息可供數(shù)字信號(hào)處理器算法來(lái)處理，所以可以將軟件可調(diào)諧頻率濾波器運(yùn)用于接收的信號(hào)。基于存儲(chǔ)器中所含的校正值的數(shù)字信號(hào)處理器運(yùn)用具有特定中心頻率的頻率濾波器，所述特定中心頻率最好是根據(jù)自上次發(fā)送脈沖串起的延遲時(shí)間而變化。由此，系統(tǒng)可以適應(yīng)于由聲波反射陣列中的局部變化所導(dǎo)致的變化。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，采用非晶體本機(jī)振蕩器來(lái)提供自適應(yīng)控制器中的參考信號(hào)。利用這種振蕩器可使控制器最小化到足以直接安裝在觸摸屏基板上的程度。反饋環(huán)路用于補(bǔ)償振蕩器的漂移。在這個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自觸摸屏接收換能器的調(diào)節(jié)后的RF信號(hào)與本機(jī)振蕩器的輸出進(jìn)行混頻?；祛l器的IF輸出通過(guò)鑒頻器電路，該電路生成一個(gè)電壓，所述電壓的符號(hào)取決于頻率高于還是低于期望值，而其振幅取決于與期望頻率的偏離程度。鑒頻器的輸出被用于調(diào)整本機(jī)振蕩器的頻率，使其跟蹤觸摸屏的頻率。為了得到期望的脈沖串頻率，將本機(jī)振蕩器的穩(wěn)定輸出與IF振蕩器的輸出進(jìn)行混頻。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，脈沖串是足夠?qū)拵У?，使得足以通過(guò)電壓控制的可變頻率帶通濾波器來(lái)只調(diào)整處理接收電路的電路的中心頻率。
參考本說(shuō)明書的以下部分和附圖，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)先有技術(shù)的聲學(xué)觸摸屏的圖解說(shuō)明；圖2是關(guān)于先有技術(shù)的觸摸屏的一條軸、由表面聲波換能器所接收的信號(hào)振幅-時(shí)間的波形圖；圖3是圖2中所示波形的示意圖，其中該波形已被觸摸屏上的觸摸所擾動(dòng)；圖4是在與圖2和圖3所示波形正交的方向上經(jīng)過(guò)觸摸屏表面的擾動(dòng)波形的示意圖；圖5是說(shuō)明利用本發(fā)明的一種方法的流程圖；圖6是說(shuō)明利用本發(fā)明的另一種方法的流程圖；圖7示意說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明用于校正全局變化的自適應(yīng)控制器；圖8是說(shuō)明用于調(diào)諧圖7所示數(shù)字乘法器的頻率的技術(shù)的流程圖；
圖9示意說(shuō)明正交和檢測(cè)器；圖10是說(shuō)明與圖11所示的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例相關(guān)的方法的流程圖；圖11示意說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明用于校正全局和局部變化的自適應(yīng)控制器；圖12示意說(shuō)明配合圖11和圖15所示自適應(yīng)控制器使用的數(shù)字脈沖串處理器；圖13示意說(shuō)明可以直接安裝在觸摸屏基板上的控制器；圖14是說(shuō)明與圖15所示的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例相關(guān)的方法的流程圖；圖15示意說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明、對(duì)全局和局部變化都進(jìn)行有效校正的自適應(yīng)控制器；圖16示意說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明、只調(diào)整接收器中心頻率的自適應(yīng)控制器；以及圖17是利用附加的用于觸摸屏特征化的換能器組的聲學(xué)觸摸屏的圖解說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
圖1是利用根據(jù)先有技術(shù)的表面聲波的觸摸屏100的圖解說(shuō)明。這種觸摸屏適合于配合陰極射線管(即CRT)顯示器、液晶顯示器(即LCD)或其它顯示器類型使用。常見(jiàn)的聲學(xué)觸摸屏采用瑞利波，這里所用的術(shù)語(yǔ)包含準(zhǔn)瑞利波。涉及瑞利波觸摸屏的作為舉例說(shuō)明的公開(kāi)包括Adler的美國(guó)專利4642423、4645870、4700176、4746914、4791416以及Re 33151；Adler等人的美國(guó)專利4825212、4859996以及4880665；Brenner等人的美國(guó)專利4644100；Davis-Cannon等人的美國(guó)專利5739479；以及Kent的美國(guó)專利5708461和5854450。采用其他類型的聲波(如蘭姆波或切變波)或者不同類型聲波的組合(包括含瑞利波的組合)的聲學(xué)觸摸屏也是已知的，作為舉例說(shuō)明的公開(kāi)包括Kent的美國(guó)專利5591945和5854450；Knowles的美國(guó)專利5072427、5162618、5177327、5243148、5329070和5573077；以及Knowles等人的美國(guó)專利5260521。本段落所提及的這些文件全部通過(guò)引用結(jié)合于本文中以用于各種目的。這里將詳細(xì)討論表面聲波觸摸屏，以便可以更全面地理解本發(fā)明。
觸摸屏100包括適合于傳播表面聲波、例如對(duì)表面上觸摸敏感的瑞利波、洛夫波及其它波的基板101。為了確定沿x-軸103的觸摸坐標(biāo)，所采用的系統(tǒng)包括發(fā)射換能器105、接收換能器107以及一對(duì)分別與之相關(guān)的反射陣列109和111。采用類似的系統(tǒng)來(lái)確定沿y-軸113的坐標(biāo)，它包括發(fā)射換能器115、接收換能器117以及與之相關(guān)的反射陣列119和121。發(fā)射換能器105和115連接到控制器123，控制器通常是在處理器125的控制下。接收換能器107和117還連接到控制器123，所述控制器123包括信號(hào)處理系統(tǒng)127。雖然可以同時(shí)將信號(hào)施加到換能器105和115，但是最好是依次把信號(hào)加到這些換能器，由此減少兩個(gè)坐標(biāo)檢測(cè)通道之間的干擾和串音。依次檢測(cè)法還降低了電路復(fù)雜性，因?yàn)檫@兩個(gè)檢測(cè)通道中可以交替使用許多必需電路，從而免除不必要的電路重復(fù)。為了進(jìn)一步降低電路復(fù)雜性，通常先有技術(shù)向發(fā)射換能器105和115發(fā)送相同頻率的脈沖串。
下面更詳細(xì)地說(shuō)明檢測(cè)通道之一。對(duì)這個(gè)通道所作的說(shuō)明同樣適用于第二個(gè)檢測(cè)通道。為了確定沿基板101的x-軸103的觸摸坐標(biāo)，發(fā)射換能器105沿著路徑129發(fā)送脈沖串聲波(例如，約5微秒的脈沖串)。因?yàn)榕c此脈沖串聲波相關(guān)的帶寬相對(duì)較寬，所以頻率不是非常界限分明。反射陣列109包括多個(gè)沿路徑129設(shè)置的反射元件131，各個(gè)元件131與路徑129成大致45度角。元件131被設(shè)計(jì)為從沿路徑129傳播的聲波中抽取多個(gè)聲波分量133，并沿基板表面101傳送分量133，方向最好與y-軸113平行。陣列109的圖案設(shè)計(jì)是這樣的，使得各個(gè)反射器131反射的各個(gè)分量相干地加在一起，從而形成具有均勻振幅的基本線性的波前。聲波分量133通過(guò)陣列111內(nèi)的多個(gè)反射元件135進(jìn)行重新組合，元件135將沿路徑137的聲波分量引導(dǎo)到接收換能器107。各個(gè)陣列元件135被沿著路徑137設(shè)置并且取向與該路徑約成45度角。由于與基板101相關(guān)的聲音速度而引起換能器105所傳送的聲波的時(shí)間延遲，所以接收換能器107接收到相對(duì)較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的信號(hào)(例如約150微秒的持續(xù)時(shí)間)，而非短脈沖串。
接收換能器107將沿路徑137接收到的波形信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。例如通過(guò)執(zhí)行接收聲波的到達(dá)時(shí)間分析，分析此電信號(hào)。圖2是說(shuō)明這種聲波的典型時(shí)間分析的圖。如圖所示，振幅、即所接收的波的RF信號(hào)的包絡(luò)是對(duì)應(yīng)于時(shí)間繪制的。在時(shí)間t1，由源123將信號(hào)提供給換能器105。時(shí)間t2是換能器107接收的波的開(kāi)始時(shí)間。t1和t2之間的時(shí)間延遲源于換能器105發(fā)出的波到達(dá)陣列109的第一元件139、通過(guò)板101表面?zhèn)鞑?、以及被陣?11的第一元件141反射之間的時(shí)間延遲。在時(shí)間t3，聲波的末尾到達(dá)換能器107。由于陣列元件的間距和設(shè)計(jì)，假設(shè)聲波未受擾動(dòng)，時(shí)間t2和t3之間曲線的振幅相對(duì)恒定。
圖3是換能器107所接收的第二波形的曲線。如圖所示，波形的振幅在時(shí)間t1存在下降301。下降301是由于基板101上位置143處的聲波衰減所致。通過(guò)分析t1和t2之間的時(shí)間延遲，信號(hào)處理器127與處理器125結(jié)合可以計(jì)算觸摸143的x坐標(biāo)。同樣，處理器125和127連同源123、換能器115和117以及反射陣列119和121可以計(jì)算觸摸143的y坐標(biāo)。圖4是換能器117所接收的波形的曲線，其中表示了因觸摸143而導(dǎo)致的衰減下降401。
圖5-6是說(shuō)明與本發(fā)明的自適應(yīng)控制器相關(guān)的基本方法的流程圖。圖5所示的方法最適合用于觸摸屏系統(tǒng)制造工藝過(guò)程中，雖然在用戶位置也可以采用此方法。在步驟501，特定觸摸屏的一個(gè)或多個(gè)特征頻率是利用各種眾所周知的測(cè)試技術(shù)中的任一種來(lái)確定的。例如，如果制造商一方在測(cè)試觸摸屏，則可以將其置于測(cè)試夾具中，可以在基板表面上發(fā)出聲波。一旦知道觸摸屏的一個(gè)或多個(gè)特征頻率，則可調(diào)整控制器的設(shè)計(jì)用于該觸摸屏的頻率，以便與被測(cè)觸摸屏頻率匹配(步驟503)。通常調(diào)整控制器的頻率，直到獲得期望的頻率為止。或者，控制器可以包括一個(gè)查找表，其中記錄了控制器設(shè)置以及得出的輸出頻率。最好該查找表專用于給定的控制器，即每個(gè)控制器都有一個(gè)考慮了各個(gè)控制器內(nèi)變化的查找表。一旦確定觸摸屏的工作頻率，就用與該給定觸摸屏配對(duì)的控制器的查找表進(jìn)行適當(dāng)控制器設(shè)置。無(wú)論采用哪種方法來(lái)調(diào)整控制器，一旦將其調(diào)整成與基板匹配，就可以組裝觸摸屏系統(tǒng)(步驟505)。
在圖6所示的方法中，在嘗試使控制器與觸摸屏的頻率匹配之前，將兩者配對(duì)(步驟601)。然后，完成觸摸屏系統(tǒng)的安裝(步驟603)并且開(kāi)始系統(tǒng)初始化(步驟605)。在系統(tǒng)初始化過(guò)程中，測(cè)試觸摸屏來(lái)確定其一個(gè)或多個(gè)特征頻率(步驟607)。該測(cè)試步驟最好采用以單脈沖串測(cè)試模式工作的普通觸摸屏發(fā)射器/接收換能器(即105/107和/或115/117)?；蛘撸部刹捎脤Ｓ玫膿Q能器對(duì)。一旦確定基板的一個(gè)或多個(gè)特征頻率，就調(diào)整控制器的頻率(步驟609)，從而對(duì)普通操作而言，系統(tǒng)已準(zhǔn)備就緒(步驟611)。
作為圖6所示的上述方法的變體，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在觸摸操作過(guò)程中定期調(diào)整控制器，以便確保最優(yōu)的頻率匹配。但是，與先前所述系統(tǒng)不同，執(zhí)行定期測(cè)試程序，其中重新測(cè)試觸摸屏并重新調(diào)整控制器(步驟613)。可以將控制器的重新調(diào)整設(shè)置為在每次系統(tǒng)進(jìn)入上電程序時(shí)或者在經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)段之后執(zhí)行。通常在觸摸屏基板或控制器傾向于溫度相關(guān)的波動(dòng)時(shí)，需要定期控制器調(diào)整。例如，如果采用聚合物基板，基板的聲波速度很可能隨環(huán)境溫度變化而改變。同樣，如果控制器不采用晶體振蕩器，可能會(huì)使頻率參考受到漂移影響，因此需要主動(dòng)的控制器調(diào)整。
在由于觸摸屏基板的故障(例如有意破壞)或者控制器故障所導(dǎo)致的在用戶位置觸摸屏系統(tǒng)失效的情況下，都會(huì)發(fā)現(xiàn)上述的自適應(yīng)控制器的明顯優(yōu)點(diǎn)。由于控制器的頻率自適應(yīng)質(zhì)量的原因，可以很容易地在現(xiàn)場(chǎng)安裝新觸摸屏或新控制器，這種解決方案優(yōu)于將整個(gè)觸摸屏系統(tǒng)發(fā)回給制造商進(jìn)行修理，或者將已匹配的觸摸屏/控制器發(fā)送到用戶位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)更換。例如，如果現(xiàn)有觸摸屏系統(tǒng)的觸摸屏需要更換，舊的控制器可以執(zhí)行一個(gè)新初始化測(cè)試，其中確定新觸摸屏的一個(gè)或多個(gè)特征頻率，并重新設(shè)置控制器的頻率以使之與所述一個(gè)或多個(gè)特征頻率匹配?；蛘?，可以利用上述查找表使用新觸摸屏的標(biāo)識(shí)碼來(lái)設(shè)置控制器的頻率。同樣，如果用戶位置需要新的控制器，可以通過(guò)初始化測(cè)試使新的控制器與現(xiàn)有觸摸屏匹配，或者可以利用查找表方法和舊觸摸屏的標(biāo)識(shí)碼來(lái)設(shè)置它。在后一種方法中，既可以在制造商處，也可以在用戶處設(shè)置控制器。
本發(fā)明的實(shí)施例有很多，它們各自提供使控制器的頻率適應(yīng)觸摸屏要求的功能。這些實(shí)施例在自適應(yīng)控制器校正的頻率失配類型上有所不同。圖7所示實(shí)施例設(shè)計(jì)用于受到“全局”頻率失配誤差、即均勻地影響控制器和觸摸屏之間的頻率兼容性的誤差影響的系統(tǒng)。例如玻璃片的聲波速度通常隨其確切成分而有所不同。這樣，由于各批玻璃或者各玻璃制造商之間成分是不同的，并且假定其他影響頻率的因素得到足夠的控制，則成分不同所引入的誤差會(huì)由于聲波速度上各批產(chǎn)品間的差異而均勻地影響整個(gè)觸摸屏的特征頻率。在特定實(shí)例中，觸摸屏制造工序期間，通常需要進(jìn)行玻璃回火步驟。隨玻璃回火步驟的時(shí)間和溫度特性而定，各個(gè)觸摸屏之間的特征頻率可能有所不同。
在受到非時(shí)變?nèi)诸l率失配誤差(例如，玻璃成分不同)影響的觸摸屏中，本發(fā)明的自適應(yīng)控制器最好是采用單一自適應(yīng)頻率算法。在此方案中，不需要多次或連續(xù)的頻率適配，因?yàn)榭刂破骱陀|摸屏之間的失配不隨時(shí)間而變化。相反，此實(shí)施例的意圖是使得在最終系統(tǒng)組裝或系統(tǒng)維修期間隨機(jī)選擇的觸摸屏和隨機(jī)選擇的控制器(即非配對(duì)的觸摸屏/控制器組)可以成功配對(duì)。由此，最好在配對(duì)的觸摸屏/控制器的初試上電程序期間執(zhí)行此自適應(yīng)頻率算法。
圖7所示的自適應(yīng)控制器的實(shí)施例采用模擬信號(hào)處理。但是，顯然也可在此實(shí)施例中采用數(shù)字信號(hào)處理?？刂破?00內(nèi)有以接近期望頻率的頻率振蕩的晶體振蕩器701。此參考振蕩器701的輸出被饋送到控制器700內(nèi)的數(shù)字乘法器703(也稱為數(shù)字分頻器)以及微處理器705。數(shù)字乘法器703以數(shù)學(xué)方式修改晶體振蕩器的輸出(例如，把晶體振蕩器頻率乘以有理數(shù)A/B)，以便根據(jù)微處理器705發(fā)送給它的命令生成期望頻率。由此，數(shù)字乘法器703與晶體振蕩器701結(jié)合而構(gòu)成與觸摸屏相關(guān)的模擬系統(tǒng)的主振蕩器704。
數(shù)字乘法器703的輸出被用于生成音頻脈沖串，該音頻脈沖串沿線路707輸出到觸摸屏的發(fā)射換能器(例如圖1的換能器105和115)。音頻脈沖串處于乘法器703輸出的頻率，并且具有與微處理器705連接的脈沖串電路709所確定的脈沖串長(zhǎng)度。在音頻脈沖串被傳送到發(fā)射換能器之前，通常經(jīng)脈沖串放大器711調(diào)節(jié)和放大。
為了確定期望的工作頻率，接收換能器的輸出(例如圖1的107和117)沿線路713發(fā)送到混頻器包含電路715。換能器輸出最好首先通過(guò)帶通濾波器717和RF放大器719。帶通濾波器717，通常是固定寬帶濾波器，主要用作噪聲抑制電路，調(diào)節(jié)RF輸入。RF放大器719將信號(hào)放大到期望的電平?；祛l器包含電路715將來(lái)自接收換能器的調(diào)節(jié)和放大后的信號(hào)的頻率分量與數(shù)字乘法器703的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而輸出相對(duì)緩慢變化且基本為直流的基帶信號(hào)?；祛l器包含電路715的輸出由模數(shù)轉(zhuǎn)換器723進(jìn)行數(shù)字化，并被饋送到微處理器705。作為選擇方案，低通濾波器721在混頻器包含電路的輸出被數(shù)字化之前對(duì)其提供額外的調(diào)節(jié)，但是通?；祛l器包含電路提供有限窄帶濾波。
如前面所述，項(xiàng)目703最好是A/B數(shù)字乘法器。但是，應(yīng)該理解，籠統(tǒng)地說(shuō)，項(xiàng)目703僅僅是頻率修改電路，因此可以包括響應(yīng)來(lái)自微處理器705的控制信號(hào)修改晶體振蕩器頻率的任何數(shù)字、模擬或數(shù)/?；旌想娮与娐贰?br> 隨應(yīng)用而定，僅調(diào)整脈沖串中心頻率或接收中心頻率可能就足夠了。在僅調(diào)整脈沖串中心頻率就足夠的那些情況中，電路715無(wú)需來(lái)自數(shù)字乘法器703的輸入。因此，可以替代為更標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)器元件，如現(xiàn)有控制器中常見(jiàn)的那些元件。在僅調(diào)整接收中心頻率就足夠的那些情況中，數(shù)字乘法器703和脈沖串電路709之間的連接不再是必需的。
圖8是說(shuō)明用于調(diào)諧數(shù)字乘法器703的頻率以與要連接的觸摸屏的頻率匹配的技術(shù)的流程圖。如上所述，該實(shí)施例最好只在上電時(shí)將控制器的頻率與觸摸屏匹配(步驟801)?；蛘撸梢詫⑾到y(tǒng)設(shè)計(jì)成定期地或者只在第一次上電周期中執(zhí)行控制器頻率調(diào)整。
在上電步驟801，微處理器705使數(shù)字乘法器703的輸出在預(yù)定頻率范圍中掃描(步驟803)?？刂破髯詈孟葓?zhí)行粗調(diào)諧操作，然后執(zhí)行精調(diào)諧操作，但是可以將這兩個(gè)操作組合在單一掃描程序中。因此，在步驟803中，采用相對(duì)較大頻率躍變掃描預(yù)定的頻率范圍。將各個(gè)頻率躍變的A-D轉(zhuǎn)換器723的輸出求和(步驟805)，并選擇最大信號(hào)振幅(步驟806)，它指示了主振蕩器的輸出和觸摸屏之間最接近的匹配。然后重復(fù)執(zhí)行此掃描/優(yōu)化過(guò)程(步驟807-809)，采用較小頻率躍變?cè)谙惹斑x擇的頻率附近掃描主振蕩器的輸出頻率。然后將步驟809中確定的最接近觸摸屏固有頻率的頻率輸入存儲(chǔ)器中(步驟811)，由此確保主振蕩器的輸出維持在期望的頻率。
雖然圖8中表示了兩步頻率掃描法，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，還有許多其他技術(shù)可用于確定期望的輸出頻率。例如，本發(fā)明還可以利用抖動(dòng)或者逐次逼近法。
圖8的基本算法不需要使用A-D轉(zhuǎn)換器求和。一般來(lái)說(shuō)，步驟805和808表示收集對(duì)頻率失配度敏感的任何可測(cè)量的量，而步驟806和809表示選擇對(duì)應(yīng)于小到可接受的頻率失配的可測(cè)量的量。例如，對(duì)于給定的時(shí)間間隔，微處理器705可以在接收的信號(hào)和數(shù)字乘法器703的輸出中統(tǒng)計(jì)RF周期數(shù)。RF周期數(shù)之間的差異提供了頻率失配的量度。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，還有其他眾所周知的電路和技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)同一目的。
圖9示意說(shuō)明作為混頻器包含電路715的說(shuō)明性實(shí)例的正交和檢測(cè)器。在混頻器903中，調(diào)節(jié)后的RF輸入信號(hào)901與來(lái)自數(shù)字乘法器703中的振蕩器輸出進(jìn)行混頻。混頻器903輸出兩個(gè)輸入頻率的和頻率與差頻率。利用低通濾波器905濾除約10MHz處的和頻率。其余頻率接近于零，即基帶。雖然可以采用上述單個(gè)混頻器電路提供基帶信號(hào)，但是輸出隨振蕩器輸出和RF輸入信號(hào)的相對(duì)相位而定。為了實(shí)現(xiàn)相對(duì)相位不相關(guān)性，即避免A-D轉(zhuǎn)換器723所數(shù)字化的波形中出現(xiàn)拍頻波形圖，正交和檢測(cè)器具有圖9所示的兩個(gè)信道。如圖所示，采用第二混頻器907，其中來(lái)自振蕩器的頻率輸入按90度進(jìn)行相移。第二混頻器907的輸出，在通過(guò)另一個(gè)低通濾波器905之后，與來(lái)自正交和電路909的第一通道的輸出相加。電路909的輸出是一個(gè)基帶信號(hào)911，它免于拍頻波形圖并且與接收的信號(hào)的確切相位無(wú)關(guān)。圖9的正交和檢測(cè)器有效地提供窄帶帶通濾波器，其中心頻率可由數(shù)字乘法器703輸出的頻率進(jìn)行調(diào)整和控制。
圖9所示的混頻器903和907是正交和檢測(cè)器以及其他可能的混頻器包含電路的基本組件。例如，混頻器903將線路713上始發(fā)的信號(hào)與源704的輸出組合，得到與這兩個(gè)輸入信號(hào)及其頻率間差異存在函數(shù)關(guān)系的期望輸出。在某些情況中，可能不需要全部正交和檢測(cè)器。例如，如果所需要的只是調(diào)整脈沖串頻率，要關(guān)注的輸出量是來(lái)自線路713和來(lái)自源704的信號(hào)之間差異的拍頻。這種差頻率信號(hào)可容易地由二極管混頻器生成。當(dāng)然，先有技術(shù)中還有其他常用混頻設(shè)備，也可以在本發(fā)明中作為一種修改形式被采用。
在圖10-12所示的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中，控制器可以如下方式編程使之既可以適應(yīng)全局變化、即均勻地影響整個(gè)觸摸屏的特征頻率的頻率變化，也可以適應(yīng)局部變化，即觸摸屏的局部區(qū)域內(nèi)的頻率變化。僅為了說(shuō)明的目的，本實(shí)施例采用數(shù)字信號(hào)處理。但是應(yīng)該理解，本實(shí)施例也可以采用模擬信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖10是說(shuō)明與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的方法的流程圖。觸摸屏基板制造(包括任何所需的陣列淀積和玻璃回火工序)完成之后，測(cè)量該觸摸屏的特征頻率，包括任何局部陣列變形的影響(步驟1001)。這些測(cè)量最好在制造工廠中利用生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試設(shè)備來(lái)完成。根據(jù)這些測(cè)量，計(jì)算一系列的頻率校正值(步驟1003)，它們通常與x和y坐標(biāo)的延遲時(shí)間成函數(shù)關(guān)系。然后將各個(gè)觸摸屏所特有的這組校正值裝入自適應(yīng)控制器1100的存儲(chǔ)器中(步驟1005)，該控制器與此特定觸摸屏配對(duì)(步驟1007)。應(yīng)當(dāng)理解，步驟1005和1007可以在次序上顛倒，可以將觸摸屏基板頻率變化測(cè)量步驟1001與校正值計(jì)算步驟1003組合起來(lái)。
對(duì)圖10所示的方法稍作改變，每個(gè)觸摸屏基板設(shè)有一個(gè)標(biāo)識(shí)碼。然后將標(biāo)識(shí)碼和各標(biāo)識(shí)碼所特定的相關(guān)校正值的表歸檔，最好由制造商、經(jīng)銷商或二者一起來(lái)完成。由此，若例如由于破損而需要更換控制器，用戶只需要提供標(biāo)識(shí)碼，以便得到已經(jīng)預(yù)先裝入必需的校正值的新控制器。
在圖11和圖12所示的本發(fā)明實(shí)施例中，自適應(yīng)控制器1100采用振蕩器1101作為參考。最好采用穩(wěn)定的晶體振蕩器作為頻率源。振蕩器1101的輸出被傳送到分頻器/移相器1103，它將頻率從約22MHz分頻為約5.53MHz的期望頻率，并將一部分輸出移相90度。然后在混頻器1109和1111中將未移相的振蕩器頻率1105和移相的振蕩器頻率1107與適當(dāng)濾波并放大的接收換能器RF信號(hào)進(jìn)行混頻。與在控制器700中一樣，來(lái)自觸摸屏的接收換能器的RF信號(hào)通過(guò)帶通濾波器1113、通常是固定寬帶濾波器進(jìn)行濾波，從而除去各種噪聲分量，然后通過(guò)放大器1115進(jìn)行放大，以便獲得期望的信號(hào)電平。
混頻器1109和1111的輸出在復(fù)平面中表示x和y信號(hào)振幅。由此，利用一對(duì)混頻器和一對(duì)參考信號(hào)(其中之一已經(jīng)移相90度)，可以確定相位以及與相位有關(guān)的復(fù)數(shù)幅度。混頻器1109和1111的輸出分別通過(guò)一對(duì)低通濾波器1117和1119，然后分別通過(guò)A-D轉(zhuǎn)換器1121和1123進(jìn)行數(shù)字化。然后將這些信號(hào)發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理器(即DSP)1125。
DSP 1125充當(dāng)頻率濾波器，其中可以數(shù)學(xué)方式控制中心頻率和帶寬。以數(shù)學(xué)方式控制DSP 1125來(lái)獲得可控制帶寬和中心頻率的方法是本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的，因此不作詳細(xì)討論。連接到DSP1125的有存儲(chǔ)器1127。存儲(chǔ)器1127包含通過(guò)測(cè)量特定觸摸屏(即要與控制器1100配對(duì)的觸摸屏)的頻率特性獲得的校正值。根據(jù)存儲(chǔ)器1127中所含校正值，DSP 1125對(duì)特定的中心頻率作出響應(yīng)。DSP 1125最好對(duì)根據(jù)延遲信號(hào)變化的中心頻率作出響應(yīng)，由此考慮聲波反射陣列中局部變化所導(dǎo)致的變化。
圖11的項(xiàng)目1125在通常意義上是指數(shù)字信號(hào)處理器(即DSP)。它表示對(duì)來(lái)自A-D轉(zhuǎn)換器1121和1123的數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行的數(shù)學(xué)或數(shù)字處理。DSP 1125可以多種方式實(shí)現(xiàn)。例如，DSP 1125可以是由微處理器1131執(zhí)行的代碼。或者，DSP 1125可以是為聲學(xué)觸摸屏控制器專門設(shè)計(jì)的數(shù)字電路。再者，數(shù)字信號(hào)處理可以在封裝的硅芯片中執(zhí)行，此類芯片通常被電子工程師稱為“DSP芯片”，但是應(yīng)當(dāng)理解它并不僅限于此。
為了提供發(fā)射換能器脈沖串，將晶體振蕩器1101的輸出饋送到數(shù)字脈沖串電路1129。脈沖串電路1129根據(jù)從微處理器1131接收的指令處理此信號(hào)，而微處理器1131從永久存儲(chǔ)器1127接收有關(guān)所需中心頻率的指令。如果需要的話，在將數(shù)字脈沖串電路1129的輸出沿線路1135發(fā)送到發(fā)射換能器之前，通過(guò)脈沖串放大器1133放大。
圖12是數(shù)字脈沖串電路1129的一個(gè)實(shí)例的示意圖。在脈沖串電路1129內(nèi)，有連接到微處理器1131的位寄存器1201(例如64×8位寄存器)。微處理器1131將所需的位組合(即，微處理器1131響應(yīng)永久存儲(chǔ)器1127的輸出而生成的數(shù)字圖案)裝入寄存器1201，該位組合確定脈沖串的中心頻率。對(duì)于每個(gè)脈沖串，裝入寄存器1201中的位組合被鎖存到移位寄存器1203中，為了產(chǎn)生脈沖串，移位寄存器要時(shí)鐘同步(clocked out)。應(yīng)該理解，可以采用不同的位組合來(lái)確定觸摸屏的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)的脈沖串中心頻率，由此將這兩個(gè)軸之間的變化納入考慮。應(yīng)該指出，位組合可以由微處理器1131響應(yīng)從存儲(chǔ)器1127獲得的頻率校正數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算，也可以直接存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器1127中。
在可以采用自適應(yīng)控制器的這個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)實(shí)例中，觸摸屏采用光柵換能器。在光柵換能器中，將壓電元件運(yùn)用于基板的背面，并將光柵運(yùn)用于基板前面。光柵用來(lái)相干衍射壓電元件所產(chǎn)生的壓力波，由此生成沿表面的面?zhèn)鞑サ穆暡?。這種光柵換能器證明在工作頻率對(duì)應(yīng)于玻璃厚度諧振時(shí)最有效。因?yàn)榛宓牟ＡШ穸戎C振頻率取決于基板厚度，所以最好先測(cè)量玻璃厚度，然后計(jì)算最佳工作頻率，并運(yùn)用針對(duì)該最佳工作頻率設(shè)計(jì)的適當(dāng)反射陣列和光柵。然后利用本發(fā)明的自適應(yīng)控制器、例如1100，將控制器的頻率與觸摸屏的頻率特性匹配。但是不同于本實(shí)施例的一些應(yīng)用，此實(shí)例要求該自適應(yīng)控制器能夠?qū)γ}沖串頻率從參考振蕩器頻率作出10-20％的改變。任何接收帶通濾波器、如濾波器1113需要是可調(diào)諧的或者足夠?qū)拵У?，以便涵蓋觸摸屏頻率特性的整個(gè)變動(dòng)范圍。
圖13示意說(shuō)明自適應(yīng)控制器的另一個(gè)實(shí)施例，它可以直接安裝到觸摸屏基板上，因此提供了尺寸和成本效益。在此實(shí)施例中，晶體振蕩器被替換為本機(jī)振蕩器1301，由此提供所需的尺寸。例如，本機(jī)振蕩器1301可以完全由硅芯片上的電路元件來(lái)構(gòu)成。假定本機(jī)振蕩器1301相對(duì)于晶體振蕩器有漂移，則需要反饋環(huán)路來(lái)提供必要的頻率穩(wěn)定性。由于有反饋環(huán)路，控制器1300主動(dòng)地、即反復(fù)地將振蕩器頻率調(diào)整到期望頻率。
根據(jù)先前的實(shí)施例，來(lái)自觸摸屏接收換能器的RF信號(hào)首先通過(guò)帶通濾波器1303和放大器1305以進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)后的RF信號(hào)在混頻器1307中與來(lái)自本機(jī)振蕩器1301的輸出進(jìn)行混頻。振蕩器1301是可變頻率振蕩器，其中頻率由例如輸入電壓控制。利用電容器1308和振蕩器1301之間適當(dāng)?shù)木彌_電路，振蕩器1301可以提供其他類型的電輸入，比如電流。在此實(shí)施例中，本機(jī)振蕩器或參考振蕩器工作在比觸摸屏頻率高的頻率上。例如，對(duì)于5.5MHz的標(biāo)稱觸摸屏頻率，振蕩器1301可以工作在大約6MHz的頻率上?；祛l器1307的輸出則是在大約500kHz的IF頻率上。
混頻器1307的IF輸出在進(jìn)入鑒頻器1311之前先通過(guò)帶通濾波器1309。鑒頻器1311生成一個(gè)電壓，其符號(hào)根據(jù)該頻率是高于還是低于鑒頻器1311的中心頻率而定，其振幅取決于與鑒頻器中心頻率之間偏離的程度。然后利用鑒頻器1311的輸出調(diào)整本機(jī)振蕩器1301的頻率，例如利用變?nèi)荻O管來(lái)將鑒頻器輸出電壓降低到零附近。連接到控制處理器1314的開(kāi)關(guān)1313是樣本和保持電路的一部分，它使本機(jī)振蕩器1301可保持在脈沖串/接收周期之間先前確定的頻率上。在接收周期中，開(kāi)關(guān)1313是閉合的。
系統(tǒng)上電過(guò)程中，本機(jī)振蕩器1301可能偏離期望頻率相當(dāng)大的差額，從而阻止反饋環(huán)路有效地穩(wěn)定振蕩器。為此，控制器1300最好包括逐漸地調(diào)整本機(jī)振蕩器1301的頻率的斜坡處理功能，直到反饋環(huán)路可以接管為止。在一種工作方式中，上電期間，開(kāi)關(guān)1313斷開(kāi)而第二開(kāi)關(guān)1315閉合。數(shù)-模轉(zhuǎn)換器(即DAC)1317在微處理器1314的控制下調(diào)整振蕩器1301的頻率，增大(或減小)該頻率同時(shí)利用檢測(cè)器1319觀測(cè)混頻器1307的輸出。檢測(cè)器1319通過(guò)A-D轉(zhuǎn)換器1321與微處理器1314連接。當(dāng)檢測(cè)器1319的輸出超過(guò)預(yù)定閾值、從而指示本機(jī)振蕩器1301接近期望頻率時(shí)，微處理器1314斷開(kāi)開(kāi)關(guān)1315并閉合開(kāi)關(guān)1313，使反饋環(huán)路可以微調(diào)本機(jī)振蕩器的頻率?；蛘撸谏想娺^(guò)程中，可以將開(kāi)關(guān)1313和開(kāi)關(guān)1315都閉合。在此方式中，一旦振蕩器頻率處于帶通濾波器1303的帶寬內(nèi)，微處理器1314就斷開(kāi)開(kāi)關(guān)1315，從而使反饋環(huán)路可以自此點(diǎn)向前微調(diào)頻率。
與先前所述實(shí)施例不同，不將本機(jī)振蕩器1301的頻率調(diào)整到期望的脈沖串頻率。而是，本機(jī)振蕩器1301的頻率跟蹤觸摸屏的頻率，以便維持兩個(gè)頻率之間的固定差(在本例中為500kHz)。因此，為了獲得期望的脈沖串頻率，在第二混頻器1323中將本機(jī)振蕩器1301的穩(wěn)定輸出與IF振蕩器1325的輸出進(jìn)行混頻。IF振蕩器1325工作于與IF帶通濾波器1309相同的頻率(即本例中約為500kHz)。混頻器1323的輸出處于期望的脈沖串頻率(即本例中約為5.5MHz)。帶通濾波器(未顯示)可以插入到混頻器1323和脈沖串電路1327之間，以便只從混頻器1323通過(guò)期望的和或差頻率。與先前的實(shí)施例一樣，此頻率上的音頻脈沖串的長(zhǎng)度由連接到微處理器1314的脈沖串電路1327控制。音頻脈沖串通常在沿線路1331輸出到觸摸屏發(fā)射換能器之一之前被脈沖串放大器1329放大到期望的振幅。
圖13中的電路是一種電路實(shí)例，它將接收信號(hào)從RF頻率移頻到較低的不一定是基帶的頻率，例如500kHz。對(duì)于自適應(yīng)頻率控制器的設(shè)計(jì)人員，有一種通用技術(shù)可用。這種較低頻率可以選在RF頻率與基帶之間的任何位置。它的最優(yōu)值取決于特定電路的具體特性、噪聲源等。
圖14-15說(shuō)明對(duì)于使用過(guò)程中存在基板聲波速度上的變化的觸摸屏較理想的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例。例如，如先前提到的，聚合物基板的聲波速度特性可能與溫度相關(guān)。因此，在使用過(guò)程中，基于聚合物基板的觸摸屏可能會(huì)呈現(xiàn)全局變化(例如整個(gè)房間溫度的變化所引起的)或局部變化(例如屏幕不同部分的溫度不同引起的)。圖14和15所示的實(shí)施例被設(shè)計(jì)為適應(yīng)這種變化。
圖14是說(shuō)明其中控制器1500與需要主動(dòng)適配的觸摸屏相連的實(shí)施例的方法的流程圖。在此實(shí)施例中，第一步驟是確定觸摸屏是否感應(yīng)到觸摸(步驟1401)。如果未感應(yīng)到觸摸，控制器1500執(zhí)行測(cè)試程序以確定觸摸屏的頻率特性。此程序中的第一步驟最好是確定自從上次測(cè)試程序之后經(jīng)過(guò)了多長(zhǎng)時(shí)間(步驟1403)。如果未超過(guò)預(yù)置時(shí)段(步驟1405)，則系統(tǒng)循環(huán)返回到起始點(diǎn)。如果超過(guò)預(yù)置時(shí)段，系統(tǒng)則測(cè)量基板x和y坐標(biāo)的基板頻率特性(步驟1407)，并確定一組校正值(步驟1409)。這些校正值被裝入控制器1500的存儲(chǔ)器(步驟1411)，系統(tǒng)循環(huán)返回到起始點(diǎn)(步驟1413)。然后，一旦感應(yīng)到觸摸(步驟1415)，系統(tǒng)則確定觸摸坐標(biāo)(步驟1417)并且將這些坐標(biāo)發(fā)送到操作系統(tǒng)(步驟1419)。
主動(dòng)自適應(yīng)控制器1500如圖15所示。此控制器基本上與控制器1100相同，不同之處是一些小的改變。例如，將永久存儲(chǔ)器1127替換為暫時(shí)存儲(chǔ)器1501。與控制器1100中一樣，存儲(chǔ)器1501存儲(chǔ)校正觸摸屏的特征頻率變化所需的頻率校正值。本實(shí)施例中需要暫時(shí)存儲(chǔ)器，因?yàn)榭刂破?500定期更新如上所述的校正值。此外，因?yàn)榇鎯?chǔ)器必須定期更新，它是雙向鏈接到微處理器1131的。因此，在特性測(cè)試程序期間，微處理器1131利用DSP 1125的輸出來(lái)確定期望的頻率校正值，將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器1501。
與圖11所示的實(shí)施例一樣，數(shù)字脈沖串處理器1129輸出期望脈沖串頻率的脈沖串。此外，還根據(jù)存儲(chǔ)在暫時(shí)存儲(chǔ)器1501中的校正值對(duì)輸出脈沖串的功率譜進(jìn)行修整?？梢圆捎酶鞣N技術(shù)來(lái)調(diào)整脈沖串功率譜，包括對(duì)各個(gè)RF脈沖的相位進(jìn)行時(shí)間調(diào)制(例如，基于sin(x)/x曲線的脈沖相位調(diào)整)，對(duì)脈沖串進(jìn)行振幅調(diào)制(例如不同長(zhǎng)度的數(shù)字脈沖串的梯形包絡(luò)或疊加)，或者利用以RF周期為單位的非整數(shù)脈沖串長(zhǎng)度。
在圖16所示的實(shí)施例中，只調(diào)整用于處理接收信號(hào)的中心頻率，即不調(diào)整脈沖串的頻率。本實(shí)施例適用于無(wú)需調(diào)整脈沖串頻率的情況，如脈沖串非常短，例如持續(xù)時(shí)間少于10個(gè)RF周期，因此足夠?qū)拵б院w觸摸屏特征頻率中預(yù)期的變化。
如圖16所示，微處理器1601接受標(biāo)稱RF工作頻率，并觸發(fā)脈沖串電路1603，從而激勵(lì)發(fā)射換能器(未顯示)。與先前的實(shí)施例一樣，脈沖串放大器1605可用于調(diào)節(jié)脈沖串電路1603的輸出。接收器電路鏈中最窄的帶通濾波器是可變帶通濾波器1607。可變帶通濾波器1607的中心頻率由D-A轉(zhuǎn)換器1609所提供的電壓控制，D-A轉(zhuǎn)換器又由微處理器1601來(lái)控制。針對(duì)可變帶通濾波器、如濾波器1607設(shè)計(jì)的相應(yīng)電路是本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的，因此不作進(jìn)一步的說(shuō)明。來(lái)自接收換能器(未顯示)的信號(hào)可以被傳遞通過(guò)相對(duì)較寬的帶通濾波器1611，并在被傳遞通過(guò)可變帶通濾波器1607之前由放大器1613進(jìn)行放大，所述濾波器1607定義中心頻率。然后通過(guò)檢測(cè)器1615將信號(hào)從RF轉(zhuǎn)換成基帶，并利用A-D轉(zhuǎn)換器1617將其數(shù)字化。微處理器1601確定D-A轉(zhuǎn)換器1609的最優(yōu)設(shè)置，例如利用圖8所示的處理程序。然后將最優(yōu)D-A轉(zhuǎn)換器設(shè)置存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器1619中，微處理器1601在一般觸摸操作過(guò)程中使用所存儲(chǔ)的值。對(duì)于x信號(hào)和y信號(hào)，可以分別存儲(chǔ)D-A轉(zhuǎn)換器的值。
在上面公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施例中，最好觸摸感應(yīng)過(guò)程中所用的換能器如換能器105、107、115和117也用于將控制器與觸摸屏適配。由此，例如換能器105發(fā)出的和換能器107接收的聲波所產(chǎn)生的接收信號(hào)都可以用作本發(fā)明的自適應(yīng)控制器的頻率參考，或者以與常規(guī)觸摸屏相同或相似的方式提供觸摸信息。但是，應(yīng)該理解，這些用于確定觸摸屏特征頻率以便調(diào)整控制器的換能器不需要與用于檢測(cè)觸摸和信息收集的換能器相同。例如，如圖17所示，換能器對(duì)1701和1703用于延遲線路反饋振蕩器(未顯示)中以確定觸摸屏的特征頻率，這些換能器作為對(duì)觸摸感應(yīng)過(guò)程中使用的換能器105、107、115和117的附加物。或者，可以在觸摸屏基板背面設(shè)置具有單獨(dú)反射陣列的單獨(dú)換能器。最好附加的換能器的輸入和輸出與控制器700的線路707和713復(fù)用，或者與控制器1100、1300或1500的對(duì)應(yīng)線路復(fù)用。這種方法提供了優(yōu)化頻率參考信號(hào)的性質(zhì)的自由，而與觸摸感應(yīng)聲路的需要無(wú)關(guān)。
雖然上面描述和說(shuō)明了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，可以設(shè)想利用本發(fā)明的自適應(yīng)方法的其他實(shí)施例。此外，還應(yīng)該理解，上述實(shí)施例的各個(gè)方面在不背離本發(fā)明的前提下可以更改。例如，可以采用圖13所示的實(shí)施例中所用的非晶體參考振蕩器和反饋環(huán)路來(lái)替代圖11-12所示的實(shí)施例中所用的晶體振蕩器。因此，在不背離本發(fā)明精神和基本特征的前提下，本發(fā)明可以其他特定形式來(lái)實(shí)施。因此，本文的公開(kāi)內(nèi)容和描述僅用于說(shuō)明，而非作為限定，本發(fā)明的范圍由下列權(quán)利要求書來(lái)陳述。
權(quán)利要求
1.一種操作觸摸屏系統(tǒng)的方法，所述方法包括如下步驟為所述觸摸屏系統(tǒng)提供電力，所述觸摸屏系統(tǒng)包括觸摸屏基板和自適應(yīng)觸摸屏控制器；在所述觸摸屏基板上發(fā)出聲波；接收所述聲波；分析所述聲波以確定所述觸摸屏基板的特征頻率的測(cè)量值；以及調(diào)整所述自適應(yīng)觸摸屏控制器的頻率，以便基本與所述觸摸屏基板的所述特征頻率匹配。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整步驟是自動(dòng)進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整步驟調(diào)整所述控制器的可變帶通濾波器的中心頻率。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，重復(fù)所述發(fā)出、接收、分析以及調(diào)整的步驟，以便獲得所述自適應(yīng)觸摸屏控制器的所述頻率和所述觸摸屏基板的所述特征頻率之間的最佳匹配。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析和調(diào)整步驟在每次向所述觸摸屏系統(tǒng)提供電力時(shí)執(zhí)行。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析和調(diào)整步驟是定期進(jìn)行的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析和調(diào)整步驟在所述觸摸屏系統(tǒng)初始上電期間執(zhí)行。
全文摘要
提供一種使聲學(xué)觸摸屏控制器適應(yīng)特定觸摸屏的工作頻率要求的方法和裝置。自適應(yīng)控制器可以利用查找表獲得所期望的輸出頻率或者可以采用多步處理，其中首先確定觸摸屏的頻率要求，然后根據(jù)觸摸屏要求調(diào)整脈沖串頻率特性、接收器電路中心頻率或兩者。在一個(gè)實(shí)施例中，自適應(yīng)控制器對(duì)全局頻率失配誤差進(jìn)行補(bǔ)償。在此實(shí)施例中，采用數(shù)字乘法器修改晶體參考振蕩器的輸出。采用參考振蕩器輸出控制來(lái)自接收換能器的信號(hào)的頻率和/或生成發(fā)送到發(fā)射換能器的音頻脈沖串的期望頻率。在設(shè)計(jì)為同時(shí)補(bǔ)償全局和局部頻率變化的另一實(shí)施例中，自適應(yīng)控制器采用數(shù)字信號(hào)處理器。數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)存儲(chǔ)器中包含的校正值，定義最好根據(jù)信號(hào)延遲變化的特定中心頻率，從而考慮聲波反射陣列中局部變化所導(dǎo)致的變化。在再一個(gè)實(shí)施例中，采用非晶體本機(jī)振蕩器來(lái)提供自適應(yīng)控制器中的參考信號(hào)。使用這種振蕩器使控制器能夠最小化到可直接安裝至觸摸屏基板的足夠程度。采用反饋環(huán)路來(lái)補(bǔ)償振蕩器漂移。鑒頻器電路確定與期望頻率的偏離程度。利用鑒頻器的輸出調(diào)整本機(jī)振蕩器的頻率，使得它跟蹤觸摸屏的頻率。
文檔編號(hào)G06F3/043GK1722073SQ200510085929
公開(kāi)日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2000年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月21日
發(fā)明者R·阿德勒, A·拉維, P·I·戈梅斯, 蒲原茂樹(shù), 金田宏, J·肯特, J·L·夏普, G·D·威爾遜 申請(qǐng)人:伊羅接觸系統(tǒng)公司