[发明专利]在显示器外部定位触摸力的方法和装置

说明书

本发明涉及触屏阴极射线管及类似的显示器，如用于计算机及其它视频系统等中的，特别涉及用于从配置在显示器外部并远离显示器的装置上确定在显示器上的触力位置的新颖方法与装置，这不同于应用在显示器表面本身周围与/或在其表面上或邻近表面的力传感器。

更一般地，本发明涉及适用于测定作用在力传感元件的平面或表面外部的力的新颖的三维的力定位技术。

虽然本发明的应用较为广泛，其重要用途之一是在计算机或相关的显示屏系统的领域中，诸如阴极射线管显示器（或液晶显示器、发光二极管、场致发光或其它电光显示器等）;从而在下文中本发明将以这种典型的应用作为重要的实例加以描述。

一台现代的计算机通常向其用户提供这样一个显示屏，在该显示屏上显示用户可作出的各种选择的说明或图形表示。在许多情况中，用户作出响应的最快捷、最方便及最直观方法是用手指实际触摸屏幕上显示所要求的选择的区域。

为了容许这样做，计算机必须装备一种使在该计算机上运行的程序能够确定这种触摸事件的出现与位置的一种输入设备。为了这一目的，任何一种这类输入设备将称作一个“触屏”。

理想的触屏输入设备应该是廉价的、坚固的、可靠的与足够精确的。同样非常希望一个单一的型号能够在大范围的不同显示设备上工作，并且它是能够由非专业用户容易地在现场安装在新的或者已有的设备上的。

然而，诸如下面要描述的那些现存的触屏是相对地低产的，从而从它们的市场标准上看是十分昂贵的，因此在制造显示器时在多数应用中将它结合在内是不可能的。此外，它们要求大量的工作、费用及专门制造技术来进行改型。由于每一种型号是或多或少地专用于一种特定的屏幕的几何形状的，因此必须制造大量的不同型号，而可能的用户必定会受到他们的显示器选择的限制。从而，为了综合考虑功能与美观因素，某些先有技术的触屏实际上是在初始制造时内装在诸如阴极射线管这样的显示设备中的（虽然由于产量低而昂贵），而其它的则需要棘手的改装（也是昂贵的）。再者，这种先有的触屏是与它们联合使用的显示设备的设计紧密相连的，必须提供大量的不同型号来适应广泛的应用。更有甚者，多数具有受到相关联的显示器的几何形状、兼容性与组装约束的紧密制约的内在昂贵的传感器结构，因此传感器结构通常无法在成本上得到优化。

在阴极射线管或类似显示屏上确定触摸位置的这些先有技术涉及围绕实际显示表面或屏幕或者在它们上面分布的某种传感器的组合。应用力感测来定位一个力在表面上的作用点的这些已知的方法通常配置三个以上共面而不共线的传感器，每一个传感器的敏感轴与该平面正交，并且这些传感器的输出被用于计算作用在该同一平面上的接触力的位置。如在容许接触表面离开这一平面时，接触力的不能予测的切向分力必定会在报告的位置中导致误差。如果接触表面远离传感器平面（即严重地不在同一平面内时），则先有技术的方法是无效的。

具体地说，具有这一性质的一个第一系统适用于设置有各中启动接触定位的附件（包括电阻性与电容性传感技术）的阴极射线管的正面部分，在这一系统中，在显示屏的面上应用了一块附加的传感器板。该板带有一或二层透明的导体图形，它们产生接触位置信息并将这些信息传送给覆盖板边缘上的导体。虽然为使所有部件透明作出了努力，但在实践中图象的亮度与清晰度仍有明显的损失与降低。

这种触屏传感器的实例可在4，198，539;4，293，734;4，353，552;4，371，746;4，806，709;及4，821，029号美国专利中见到。

第二种方法涉及表面声波（SAN）技术，其中的一块玻璃覆盖板带有由设置在周边附近的传感器与反射器装置生成、改变方向与感测的声能。触摸该板时使这一能量从该接触位置所特有的方式衰减，例如在电图形杂志（Elecgraphics）1987附页“表面声波”中所阐述的。