接触感测器是透明或不透明的输入装置，用于计算机和其他电 子系统。如其名称所暗示的，接触感测器由使用者的手指或指示笔 或一些其他装置的接触而启动。透明的接触感测器、特别是触摸屏 通常设置在诸如阴极射线管(CRT)监视器和液晶显示器之类的显示装 置上，以便建立触摸显示系统。这些系统越来越多地用于商业应用， 诸如餐厅订位系统、工业流程控制应用、交互式博物馆展览、公用 信息亭、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理和电子游戏。
目前使用的主要接触技术是电阻、电容、红外线和声音技术。 结合这些技术的触摸屏已经以具竞争力的价格提供高标准的性能。 以上全都是透明装置，它们通过传送接触位置坐标到主控计算机来 响应接触。触摸屏性能的一个重要方面是，在位于接触感测器上的 触敏区域(即接触区)之内的所有位置处，真实的和测量的接触位置之 间的接近对应关系。
一种电阻触摸屏，特别是5线的电阻触摸屏，例如，位于加州 Fremont的Elo TouchSystems公司的AccuTouchTM产品系列，已为许 多触摸屏应用所广泛接受。在这些触摸屏中，来自手指或指示笔的 机械压力导致塑料薄膜盖板弯曲，并与基础玻璃基板物理接触。该 玻璃基板涂布有电阻层，在该层上，经由沿着基板周边设置的电极 图案来激励电压梯度。经由电连接至涂布玻璃基板的四个角，相关 的电子电路可以顺序地激励X和Y方向的梯度，如美国专利第 3591718号所描述。盖板的下面具有导电涂料，提供在接触位置和电 压感应电子电路之间的电连续性。关于5线电阻触摸屏的进一步详 细说明，可参见美国专利No.4220815、4661655、4731508、4822957、 5045644以及5220136。
在典型的5线电阻触摸屏中，沿着基板的各个边框的电极图案 在“来源”模式和“非来源”模式中工作。例如，图1和2说明一 种触摸屏基板2，其中通过向沿着基板2的周边8延伸的电极图案6 施加不同的角电压(在这种情况下，为5伏特)，在接触区4上产生相 应的X和Y激励。箭头表示电流流过接触区4的方向，而虚线表示 等位线，即，沿着这些线的电压是恒定的。为了得到理想的线性触 摸屏性能，等位线完全是直线，如图1和2所表明的。电流的流动 与这些等位线垂直，因此当等位线是直线时，电流的线是直的。
如图1所示，X激励是通过传送电流经过接触区4(在边框电极 图案6的右侧注入且在左侧收集)而产生的。也就是说，左侧和右侧 是在X激励的“来源”(或吸收)模式中。理想地，对于X激励，没 有电流从上下侧进入或离开接触区4。也就是说，上下侧是X激励 的“非来源”。
如图2所示，Y激励是通过传送电流经过接触区4(在边框电极 图案6的上侧注入且在下侧收集)而产生的。也就是说，上下两侧是 在Y激励的“来源”(或吸收)模式中。理想地，对于Y激励，没有 电流从左侧和右侧进入或离开接触区4。也就是说，左右侧是Y激 励的“非来源”。电子电路可以经由上述电压激励以及电流注入和 电容结构从5线电阻触摸屏得到接触信息。还有一种9线的连接方 案，可提供电子电路和四个角连接点中每一个之间的驱动和感测线 连接。在美国专利申请第09/705383号中描述了这些和其他技术，特 意将其通过引用结合于此。
一种5线连接接触感测器利用具有不连续的重叠电阻的周边电 极图案，例如Elo TouchSystems公司的AccuTouchTM产品，并公开 于美国专利第5045644号中，特意将其通过引用结合于此。在这个 实例中，通过接触区的相对侧上的周边电极图案之间的隔离线内的 间隙来提供平行电阻电流路径。该电流路径在周边电极图案附近的 接触区中产生不希望有的波纹非线性。因此，在这个区域中沿直线 移动的手指将经历激励电压的变化，由此产生所测量坐标的变化(除 非加以更正，否则会产生变化)。靠近上下电阻链的相当大的波纹限 制了这个区域中的测量准确度，因此减少了有效接触区的大小。
因此，已设计了一些电阻链来减少在接触区周边常见的波纹。 美国专利申请第09/705383号公开了一种方法，该方法通过增加在电 极边框与接触区之间的不连续电连接的密度，即增加隔离线内的间 隙数，从而减少触摸屏基板的来源侧上的波纹非线性。
问题在于，当增加电极边框与接触区之间不连续电连接的密度 以改进来源侧上的线性时，它提供更多机会给在非来源侧上电流的 寄生来源和吸收。在非来源侧上电连接的密度越高，往往使情况越 糟。特别是，如果对于接触区比对于电极电压有更多的连接，则难 以避免到相同电极电压的连接对，因而导致所需线性电压梯度的扭 曲。实际上，在来源侧上大的线性改善会伴随在非来源侧上线性的 适度减小。虽然这似乎是相当合理的工程折衷，但市场唯恐降低触 摸屏性能的任何方面的任何事情。
这个问题在美国专利申请第09/705383号中在概念上加以解决， 解决方法是找到电极之间接合处上方的一些间隙，使得这些间隙内 的有效电压处于相邻电极的电压之间。例如，图3显示电阻链48， 它具有Z电极50，该电极具有重叠的外部和内部部分51、52，相邻 电极的内部部分52最靠近接合处54。对于每个重叠电阻电极50有 两个间隙56的绝缘区55的阵列与内部部分52平行。一些间隙56 位于接合处54上方。如图4的等效电路中所示，这在概念上导致交 流连接在两个相邻电极50之间分开，使得有效电压处于相邻电极50 的电压之间，由此减少触摸屏的非来源侧上的波纹。非来源模式中 流过串联电阻链的主要电流被标为“I”，而次要电流“i”流过接合 处间隙区域，这在概念上等效于包含两个相等电阻的简单电阻分压 器电路。因此，可以看出，间隙电压序列为VN-1、(VN-1+VN)/2、VN、 (VN+VN+1)/2、VN+1…
但是，已确定，相邻电极50之间的有效电压实际上并未分开。 绝缘区55通常设置在非常靠近串联电阻链电极50之处，以便响应 市场对于最小边框宽度的需求。结果是，间隙宽度通常比与串联电 阻链电极50之间的间隔大得多。由于这样的长宽比，电极电压VN 和VN+1就没有足够空间混合并提供平均电压(VN+VN+1)/2给触摸屏。 实际上，接触区的等位线“看到”两个电极电压。因此，VN和VN+1 等位线往往在电极50上终止，而且VN和VN+1之间的所有等位线在 接合处54处聚集，如图5所示。这样，图3的电阻链48事实上具 有如图6中说明的等效电路。
因此，仍然需要改进具有不连续电阻结构的触摸屏的非来源侧 的线性。

本发明针对一种接触感测器，它利用接合处间隙中的导电岛， 以便在间隙内提供真正的分压器，由此提供沿电阻链的线性改变电 压序列。该接触感测器可以如例如5或9线的电阻接触感测器、电 容接触感测器或任何需要串联电阻链的接触感测器那样工作。
接触感测器包括基板，该基板具有由多个周边边缘所界定的电 阻表面。在触摸屏的情况下，基板可以是透明的，或者可以是不透 明的。电阻表面具有在周边边缘内部的接触区。接触感测器还包括 靠近周边边缘的串联电阻链，用于建立跨越接触区的电场。电阻链 包括多个导电电极(例如，Z-电极)，排列成与表面的电阻区串联，在 其间形成重叠的电阻。每个电极具有面对接触区的内部部分，相邻 电极的内部部分由接合处分隔开。
接触感测器还包括在接触区和电阻链之间的电阻表面中的绝缘 区(未提供电阻层的区域)的线性阵列。绝缘区由间隙、例如电阻表面 完全保持原状的区域来分隔。至少两个间隙在接触区和内部部分之 间形成，其中一个间隙在接触区和接合处之间形成接合处间隙。在 优选实施例中，接合处间隙在接触区和至少一个内部部分间接合处 之间形成。
接触感测器还包括位于接合处间隙内的导电岛。以这样的方式， 分压器在接合处间隙内形成，由此使在非来源模式期间电极上的等 位线的聚集减至最少。在优选实施例中，导电岛位于多个接合处间 隙之内，从而提供最大利益。为了在不同间隙之间提供可变电阻， 例如沿着电阻链长度提供按抛物线变化的电阻，非接合处间隙可以 采用各种各样的设计。例如，为了提供最大电阻，非接合处间隙可 以是空的，即，它未包含导电材料。为了提供最小电阻，非接合处 间隙可包含从电极内部部分的延伸。为了提供在其间某处的电阻， 非接合处间隙可包含导电岛。
本发明也针对利用各种类型的间隙来控制间隙的电阻值的接触 感测器。接触感测器可如上所述来类似地构建。但是，至少两个间 隙(可能是接合处和/或非接合处间隙)是从空间隙、具有导电岛的岛间 隙、具有从内部部分之一的导电延伸的电极间隙中的不同间隙中选 取。例如，其中两个间隙可以是空间隙和岛间隙、空间隙和电极间 隙、或者岛间隙和电极间隙。若是三个间隙，则第一间隙可以是空 间隙，第二间隙可以是岛间隙，第三间隙可以是电极间隙。
以这样的方式，间隙可以具有实质上相同的宽度，然而具有实 质上不同的电阻。例如，沿着一个周边电极的间隙可以具有按抛物 线变化的电阻。或者，间隙可以具有实质上不同的宽度，然而具有 实质上相同的电阻。
附图简介
附图说明本发明的一个优选实施例的设计和利用，其中类似的 元件由公用的参考标号来引用。为了更好地理解本发明的优点和目 标，应参考说明此优选实施例的附图。但是，附图只说明本发明的 一个实施例，不应视为限制它的范围。根据防止误解的说明，本发 明将通过使用附图以额外具体性和细节加以描述和说明，其中：
图1是先有技术触摸屏的平面图，可用来提供X激励信号，使 得左右侧皆处于来源模式，上下侧则处于非来源模式；
图2是先有技术触摸屏的平面图，可用来提供Y激励信号，使 得左右侧皆处于非来源模式，上下侧则处于来源模式；
图3是串联电阻链的简图，每个重叠电阻电极都具有两个间隙(一 个接合处和一个非接合处)；
图4是图3的电阻链的等效电路；
图5是图3的串联电阻链的一部分的简图，特别显示当用于非 来源模式时等位线以非线性方式终止于该电阻链上；
图6是图3的电阻链的实际等效电路，特别显示电流和电位；
图7是根据本发明的一个优选实施例所构建的接触系统的功能 图；
图8是用于图7的接触系统中的触摸屏的分解图；
图9是用于图7的触摸屏的串联电阻链的简图；
图10是图9的电阻链的等效电路；
图11a-c是可用于图9的串联电阻链的不同类型间隙配置的简 图；
图12是用于图7的触摸屏的梯度薄板右上角的平面图；以及
图13是显示器的平面图，特别显示在X和Y方向上需要具有 不对称位置准确度要求的软件接触按钮。
优选实施例的详细说明
参见图7，描述根根本发明的优选实施例所构建的电阻触摸屏系 统100。该触摸屏系统100一般包括触摸屏105(即，具有透明基板的 接触感测器)、控制器电子电路110以及显示器120。触摸屏系统100 通常耦合到主控计算机115。一般来说，控制器电子电路110从触摸 屏105接收承载接触信息的模拟信号。控制器电子电路110也向触 摸屏105发送激励信号。明确地说，控制器电子电路110建立跨越 触摸屏105的电压梯度。在接触点的电压代表所接触的位置。控制 器电子电路110将这些电压数字化，并将这些数字化信号或以这些 数字化信号为基础建立的数字形式的接触信息发送到主控计算机115 用于处理。
参见图8，现在将进一步详细描述触摸屏105。将会认识到，在 某些附图中的一些元件的厚度、高度或其他尺寸为了说明而被放大。 触摸屏105包括梯度薄板195，该薄板包括基板200，该基板具有持 久地涂敷到该装置的一个表面的均匀电阻层205。电阻层205还包括 接触区206。
基板200的几何形状可以是例如平面的(如图8所示)，或者可以 是仿形的以匹配弯曲物体面，例如阴极射线管(CRT)面或其他传统视 频显示器屏幕。基板200也可以具有任何周长配置，例如矩形(如图 所示)，大体上的矩形，或环状。
为了提供必要的透明度，基板200和电阻层205优选由基本上 透明的材料制成。或者，如果所得到的产品要是不透明的感测器， 则基板200可由不透明材料构成。在电阻层205之上间隔一小段距 离处是盖板210，它通常是柔性薄膜215，在该柔性薄膜215的下面 上有导电涂层220。盖板210沿着它的相关边缘用粘合剂与触摸屏105 的其余部分接合，或者可选地，以绝缘粘合框225或类似事物与触 摸屏接合。此外，电极230经由导线235连接盖板210的导电涂层220 至适当的外部电路，例如控制器电路110。附加到盖板210的导电涂 层220通过多个小的透明绝缘体岛或点240与电阻层205分隔，以 免导电涂层220和电阻层205之间意外的接触。
虽然图8中描述的实施例利用盖板210，但是任何导电元件、如 导电指示笔(未显示)都可当作替代品来使用。这种导电指示笔可以在 电阻层205足够耐用的情况下使用，以便经受这类接触造成的破坏。 作为另一种选择，电容或电阻拾取系统可与用户的手指或适当的探 针一起使用。
继续参照图8，电阻链245沿着电阻层205的各边缘间隔开，并 用于将电位施加至电阻层205，以便在其中建立正交的电压梯度。接 下来的图中显示，电阻链245(由导电区、绝缘区和电阻区组成)包括 以串联方式连接的不连续电阻单元。电阻链245的电阻值部分取决 于形成电阻链245的一部分的电阻层205的电阻值。但是，电阻链245 的电阻值可根根设计要求改变。图8的实施例中有四个电阻链245， 更明确地标为250、255、260和265。每一个电阻链250、255、260 或265的末端接合到或接近电阻层205的角270。每个角270都具有 相应的一条电导线275、280、285、290。以这样的方式，触摸屏105 连接至控制器电子电路110，该电子电路提供电压给电阻链245并处 理来自触摸屏105的信息。
当按压触摸屏105时，盖板210的导电涂层220与基板200上 的电阻层205进行直接电接触。对于通常称为“电阻触摸屏”的准 DC电阻触摸屏，盖板210可以用作感测接触区电压的电压感应探测 器，或者用作电流注入源。作为另一选择，盖板210可由直接涂敷 至电阻层205的薄介质涂层来代替，在这种情况下，控制器电子电 路110可支持AC操作。
在美国专利第6163313号中公开了关于触摸屏系统100的一般构 造的更详细信息，将该文件明确地通过引用结合于本文中。
现在参照图9，将更进一步地描述电阻链245的一部分。电阻链 245具有Z形电极305，每个电极具有外部部分310和内部部分315。 第一电极305的内部部分315与第二个相邻的电极305的外部部分310 重叠。因此，在这些内部和外部部分之间的电阻层205(如图8所示) 形成电阻连接320。相邻电极305的内部部分315彼此通过接合处325 分隔。多个绝缘区330在梯度薄板195(在图8中显示)中形成，例如， 通过除去所选位置的电阻层205来进行。此后，电阻涂层205的区 域保持在相邻的绝缘区330之间，此处称为“间隙”335。一些间隙 335位于电极305的内部部分315和接触区206(称为“非接合处间隙”) 之间，而一些间隙335则位于接合处325和接触区206之间(称为“接 合处间隙”)。
绝缘区330和间隙335也可以下列方式形成：除去一排电阻层 205(绝缘线)，然后沿着绝缘线在选定位置的薄板上设置电阻材料、 如ITO。在所说明的实施例中，绝缘区330和间隙335排成一条与电 极305的内部部分315平行的线。因此，建立多个跨越接触区206 的平行电流路径。通过激光烧蚀电阻层205可容易地形成绝缘区330。 也可形成延伸在电极305之间的绝缘子区。这些子区的激光调整有 效地修整了电极305之间的电阻。
为了在相邻电极305之间的接合处325达到真正分压器的目的， 导电区或“岛”340位于接合处间隙335之内。导电材料可以是例如 导电玻璃料。因此，接触区206中的VN等位线通过接合处间隙335 不再“看到”具有电压VN的电极，因为导电岛340单纯地为所希望 的等效电路提供电子节点，如图10中所示。
模拟和原型触摸屏已经表明，在接合处间隙335之内导电岛340 的使用不仅避免了在非来源侧上增加的波纹非线性，而且事实上， 与每一重叠电阻电极有一个电连接的现有商业产品相比，在非来源 侧上的线性得到改善。这种改善的原因可以从图9中发现，该图说 明当他们接近电极边框时接触区206的等位线。由于导电区处于恒 定的电压，最多一个等位线可以在导电电极305或导电岛340上终 止。相反，许多等位线可终止于绝缘区330上。宽松地说，通过间 隙335连接到接触区的导电区“排斥”等位线。间隙愈宽，等位线 扭曲也愈大，因此波纹非线性就愈大。以由两个较小间隙围绕的导 电岛来取代大间隙，可提供非来源波纹非线性的更多净增益。
因此，尽量减小间隙宽度可使非来源波纹非线性的量最小化。 但是，应该指出，较宽的间隙对于减小来源波纹非线性是优选的。 因此，最好避免间隙宽度有太多变化。但是，这项避免间隙宽度不 必要变化的要求会与另一个设计要求发生冲突。在先有技术中已广 为人知，线性触摸屏的设计需要接触区和电阻链系列之间的连接电 阻呈抛物线变化。这样，至少在先有技术中，最好是间隙宽度会变 化。
假设是这样，电阻链245适宜采用多种间隙设计。明确地说， 电阻链245包括三种不同类型的间隙设计：空间隙；具有导电岛340 的间隙；以及具有重叠电阻电极305的电极延伸的间隙(例如“T”)。 这三种类型如图11a-c所示。即使间隙都是同样宽度，如图11a-c所 示，三种不同间隙设计在电阻链245和接触区206之间提供不同的 电阻。图11a中说明的空间隙有较高的电阻，图11c中说明的“T” 形电极延伸345提供最低的电阻。或者，为了到接触区206的相同 电阻，空间隙将更宽，而“T”形电极延伸345会更窄。使用这个设 计自由度提供部分所需要的抛物线电阻变化，能够有利地降低间隙 宽度所需变化至某个程度，由此改善线性。这种灵活性也有助于避 免容限问题影响到极小的导电岛340和间隙335的丝印。
如图12所说明，电阻链245，除了在接合处间隙335之内使用 导电岛340之外，还在非接合处间隙335之内使用图11a-c所示的不 同类型的间隙设计，以提供必要的抛物线电阻变化。虽然如前面所 讨论的，一般希望在接合处间隙335内使用导电岛340，以便沿着非 来源侧改善波纹线性，但有时会希望为接合处间隙335采用空间隙 设计(图11a)。例如，若在希望有高电阻的地方，例如在靠近角的间 隙335处，使用空间隙设计结合相对狭窄的间隙可能是有利的，这 样，接触区206通过接合处间隙335“看到”电极305对的未混合电 压的问题就很少。
应当指出，在一些应用中，可能希望以另一坐标中增加的边框 波纹非线性为代价，完全优化一个坐标的线性，例如，当有应用对 X和Y线性的要求不同时。例如，考虑图13，该图说明当观看触摸 屏系统100的显示器时可能会看到的软件接触按钮355的示范显示。 可以看到，接触按钮355的宽度比高度要大得多。因此，为了让用 户正确启动所需接触按钮355，触摸屏系统100必须以小误差正确地 决定Y坐标，但仅粗略地决定X坐标。
如先前所讨论的，对于Y坐标测量，电极边框的左右侧是非来 源的，上下侧是来源的。对于这类应用，在电极边框的左右侧上使 用具有导电岛340的间隙335，然后在电极边框的上下侧每个电极使 用两个以上间隙，这可能是有利的。这种设计导致在测量X坐标时 沿着上下两侧波纹非线性会增加，但是这对应用而言是次要的，如 图13中所说明。
虽然上述讨论已经在电阻触摸屏系统100的上下文中陈述，但 是它适用于触敏系统的更一般设置。这包括其他类型的接触感测器(例 如，不透明的接触垫或触敏机器人外壳)。可以想象出各种各样具有 敏感表面的感测器。实际上，电阻触摸屏系统100真的只是一个特 定类型的触敏系统，其中特别设计了梯度薄板195和盖板210以在 触摸屏105中工作。因此，本讨论，在其最广义的方面，应该被视 为适用于更一般的设置。
虽然已经显示和描述了本发明的特定实施例，但是应当理解， 上述讨论不是要将本发明局限于这些实施例。本领域的技术人员会 了解可进行各种变更和修改，而不脱离本发明的实质和范围。因此， 本发明意在涵盖可落入权利要求所定义的本发明的实质和范围之内 的替代、修改和等效物。
相关申请
本申请要求2002年4月16日提交的序号为60/373022、标题为 “在接触区域的周边上具有串联电阻链的触摸屏”的美国临时专利 申请的提交日的权益，特意将该文件通过引用结合于此。