光學(xué)觸摸斷層掃描的制作方法
【專利說明】光學(xué)觸摸斷層掃描
[0001]相關(guān)申請交叉引用
[0002]本申請要求Julien P1t等人于2012年11月30日提交的美國臨時專利申請序列N0.61/732，225在35U.S.C § 119(e)下的優(yōu)先權(quán)，該申請的名稱為“光學(xué)觸摸斷層掃描(Optical Touch Tomography)”。所有前述的主題通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體涉及檢測并分解觸摸敏感設(shè)備上的觸摸事件，更具體地，涉及檢測并分解多點觸摸事件。
【背景技術(shù)】
[0004]用于與計算設(shè)備交互的觸摸敏感顯示器正變得更普遍。存在用于實施觸摸敏感顯不器和其他觸摸敏感設(shè)備的若干不同技術(shù)。這些技術(shù)的實例包括，例如，電阻式觸摸屏、表面聲波觸摸屏、電容式觸摸屏和某些類型的光學(xué)觸摸屏。
[0005]然而，這些方法中的許多目前存在缺點。例如，一些技術(shù)對于(如在許多現(xiàn)代移動電話中使用的)小尺寸的顯示器可以很好地運行，但是不能很好地適應(yīng)較大屏幕尺寸(如在便攜式計算機或甚至臺式計算機使用的顯示器中)。對于需要特定處理表面或在表面中使用特定元件的技術(shù)，屏幕尺寸線性增加N倍意味著特定處理必須被縮放以處理屏幕的N2較大面積，或意味著需要多達N2倍的許多特定元件。這能夠?qū)е虏豢山邮艿牡土悸驶蜻^高的成本。
[0006]—些技術(shù)的另一個缺點是在處理多點觸摸事件中的無能力或困難。當多個觸摸事件同時發(fā)生時，多點觸摸事件發(fā)生。這能夠在原始檢測到的信號中引入模糊度，那么這必須被解決。重要地，模糊度必須以快速且計算有效的方式解決。如果太慢，那么該技術(shù)將不能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)所需要的觸摸采樣速率。如果計算太密集，那么這將使該技術(shù)的成本和功耗上漲。
[0007]另一個缺點在于該技術(shù)可能不能夠滿足增加的分辨率要求。假設(shè)觸摸敏感表面是具有長和寬尺寸為LxW的矩形。進一步假設(shè)應(yīng)用要求觸點分別以δ?和δ￥的精度定位。所需的有效分辨率則為R = (L W) / ( δ 1 δ w)。R將表示為觸點的有效數(shù)目。隨著技術(shù)進步，R中的分子通常將增大而分母通常將減小，因此導(dǎo)致所需的觸摸分辨率R的整體增加的趨勢。
[0008]因此，需要改進的觸摸敏感系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]—種光學(xué)觸摸敏感設(shè)備具有確定多個同時觸摸事件的觸摸位置的能力。觸摸事件干擾傳播穿過觸摸敏感表面的光束。在多點觸摸事件中，單個光束能夠由不止一個觸摸事件干擾。在一方面，非線性變換被應(yīng)用于光束的測量，以便線性化多個觸摸事件對單個光束的影響。在另一方面，已知觸摸事件(即，參考觸摸)的影響提前模型化，并且隨后未知觸摸事件相對于參考觸摸確定。
[0010]在一些實施例中，接收由多點觸摸事件產(chǎn)生的光束測量值。光束測量值由穿過觸摸敏感表面發(fā)射的不同光束產(chǎn)生，其中多點觸摸事件干擾觸摸區(qū)域附近的光束?；诠馐鴾y量值和基于傳遞函數(shù)的模型確定綁定值估計(binding value estimate)。綁定值估計是光束干擾相對于參考觸摸的測量。傳遞函數(shù)是從綁定值到光束測量值的傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)是線性的。
[0011]多點觸摸事件中各個觸摸事件的觸摸區(qū)域(例如，觸摸位置)根據(jù)綁定值估計確定?？蛇x地，觸摸事件的一個或更多個其他物理屬性也被確定。在一些實施例中，產(chǎn)生多點觸摸事件的物體(例如，手指、光筆、鋼筆等)類型基于多點觸摸事件的一個或更多個屬性(例如，觸摸區(qū)域的形狀、觸摸區(qū)域的面積、觸摸區(qū)域的尺寸、觸摸事件的壓力分布或梯度、觸摸事件的壓力值等)來識別。
[0012]在另一方面，光學(xué)觸摸敏感設(shè)備包括沿著觸摸敏感表面的外圍定位的多個發(fā)射器和檢測器。每個發(fā)射器產(chǎn)生由檢測器接收的光束。光束優(yōu)選以一種方式被多路傳輸，使得許多光束能夠由檢測器同時接收。多點觸摸事件包括在與光束交互的觸摸敏感表面的各種觸摸區(qū)域處的并發(fā)觸摸事件。
[0013]其他方面包括部件、設(shè)備、系統(tǒng)、方法、過程、軟件、應(yīng)用程序、改進和與上述相關(guān)的其他技術(shù)。
【附圖說明】
[0014]通過示例并參考附圖，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的實施例，其中:
[0015]圖1是根據(jù)一個實施例的光學(xué)觸摸敏感設(shè)備的圖表。
[0016]圖2是根據(jù)一個實施例的用于確定觸摸事件的位置的流程圖。
[0017]圖3A-3F示出與光束進行觸摸交互的不同機制。
[0018]圖4是二進制和模擬觸摸交互的圖。
[0019]圖5A-5C是不同形狀的光束覆蓋區(qū)的頂視圖。
[0020]圖6A-6B是示出分別行進通過窄光束和寬光束的觸點的頂視圖。
[0021]圖7是圖6的窄光束和寬光束的二進制和模擬響應(yīng)的圖。
[0022]圖8A-8B是示出發(fā)射器的有源區(qū)域覆蓋的頂視圖。
[0023]圖8C-8D是示出檢測器的有源區(qū)域覆蓋的頂視圖。
[0024]圖8E是示出替代的發(fā)射器和檢測器的頂視圖。
[0025]圖9A是示出由多點觸摸事件中斷的光束的頂視圖。
[0026]圖9B是示出圖9A的光束和圖9A的多點觸摸事件之間的觸摸交互的側(cè)視圖。
[0027]圖10是示出一組參考觸摸的頂視圖。
[0028]圖11是用于將多點觸摸事件分解為各個觸摸事件的方法的流程圖。
[0029]圖12是觸摸敏感表面的綁定值估計的灰度圖像。
[0030]圖13示出從綁定值p到光束測量值b的傳遞函數(shù)Μ的矩陣形式。
[0031]圖14示出圖13的矩陣形式的求逆。
[0032]圖15是用于校準傳遞函數(shù)Μ的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0033]1.簡介
[0034]A.設(shè)備概述
[0035]圖1是根據(jù)一個實施例的光學(xué)觸摸敏感設(shè)備100的圖表。光學(xué)觸摸敏感設(shè)備100包括控制器110、發(fā)射器/檢測器驅(qū)動電路120和觸摸敏感表面組件130。表面組件130包括在其上檢測觸摸事件的表面131。為了方便，表面131限定的區(qū)域有時可以稱為有源區(qū)域或有源表面，即使表面本身可以是完全無源結(jié)構(gòu)。組件130還包括沿著有源表面131外圍設(shè)置的發(fā)射器和檢測器。在這個實例中，存在標記為Ea-EJ的J個發(fā)射器和標記為D1-DK的K個檢測器。設(shè)備還包括觸摸事件處理器140，其可以實施為控制器110的部分或如圖1所示地單獨地實施。標準API可以用于與觸摸事件處理器140通信，例如在觸摸事件處理器140和控制器110之間，或在觸摸事件處理器140和連接到觸摸事件處理器的其他設(shè)備之間。
[0036]發(fā)射器/檢測器驅(qū)動電路120用作控制器110與發(fā)射器Ej和檢測器Dk之間的接口。發(fā)射器產(chǎn)生由檢測器接收的光“束”。優(yōu)選地，一個發(fā)射器產(chǎn)生的光由不止一個檢測器接收，并且每個檢測器接收來自不止一個發(fā)射器的光。為了方便，“光束”將指從一個發(fā)射器到一個檢測器的光，即使其可以是進入許多檢測器的大扇形光的部分而不是單獨的光束。從發(fā)射器Ej到檢測器Dk的光束將被稱為光束jk。例如，圖1明確地標記光束al、a2、a3、el和eK。有源區(qū)域131內(nèi)的觸摸將干擾某些光束，因此改變在檢測器Dk處接收到的光束。關(guān)于這些變化的數(shù)據(jù)將被傳遞到觸摸事件處理器140，其分析數(shù)據(jù)以確定表面131上觸摸事件的(一個或多個)位置(和次數(shù))。
[0037]圖1示出的光學(xué)方法的一個優(yōu)點在于該方法能夠很好地縮放較大屏幕尺寸。因為發(fā)射器和檢測器圍繞外圍定位，屏幕的尺寸線性增大N倍意味著外圍也縮放N倍而不是N2倍。
[0038]B.過程概述
[0039]圖2是根據(jù)一個實施例的用于確定觸摸事件的位置的流程圖。該過程將使用圖1的設(shè)備示出。過程200被大致分為兩個階段，兩個階段被稱為物理階段210和處理階段220。概念上，兩個階段的分割線是一組透射系數(shù)Tjk。
[0040]與光束的基線透射比相比，透射系數(shù)Tjk是從發(fā)射器j到檢測器k的光束的透射比。光束的基線透射比是在不存在與光束交互的觸摸事件時已經(jīng)從發(fā)射器j傳輸?shù)綑z測器k的光束的透射比。在一些情況下，基線透射比在檢測到觸摸事件之前可以被測量或可以是在缺少觸摸事件的期間進行的特定數(shù)目的先前記錄的透射比測量值的平均值。在一些情況下，基線透射比可以是過去記錄的透射比測量值的平均值。在下面實例中，我們將使用0(完全阻塞的光束)到1(完全透射的光束)的比例。因此沒有被觸摸事件干擾的光束jk具有Tjk = 1。完全由觸摸事件阻塞的光束jk具有Tjk = 0。由觸摸事件部分阻塞或衰減的光束jk具有0〈Tjk〈l。Tjk>l是可能的，例如根據(jù)觸摸交互的性質(zhì)或在通常不會到達檢測器的光被轉(zhuǎn)向或散射到檢測器k的情況下。
[0041]這種具體測量的使用僅是一個實例。能夠使用其他測量。尤其，因為我們最關(guān)心的是中斷的光束，相反測量(諸如(Ι-Tjk))可以被使用，由于其通常為0。其他實例包括吸收、衰減、反射或散射的測量。此外，雖然使用作為物理階段210和處理階段220之間的分割線的Tjk解釋圖2，但是Tjk不需要被明確計算。也不需要物理階段210和處理階段220之間的清楚分割。
[0042]返回圖2，物理階段210是根據(jù)物理設(shè)置確定Tjk的過程。處理階段220根據(jù)Tjk確定觸摸事件。圖2示出的模型是概念上有用的，因為其在某種程度上將物理設(shè)置和潛在物理機制與后續(xù)處理分離。
[0043]例如，物理階段210產(chǎn)生透射系數(shù)Tjk。觸摸敏感表面組件130的許多不同的物理設(shè)計是可能的，并且不同的設(shè)計權(quán)衡將根據(jù)終端應(yīng)用來考慮。例如，發(fā)射器和檢測器可以更窄或更寬、更窄的角度或更寬的角度、各種波長、各種功率、相干或不相干等。如另一個實例，不同類型的多路復(fù)用可以用于允許來自多個發(fā)射器的光束被每個檢測器接收。若干個這些物理設(shè)置和操作方式將在下面、主要在第II部分中描述。
[0044]塊210的內(nèi)部示出過程210的一種可能實施方式。在該實例中，發(fā)射器發(fā)送光束到多個檢測器212。行進穿過觸摸敏感表面的一些光束由觸摸事件干擾。檢測器接收來自發(fā)射器的以多路復(fù)用光學(xué)形式的光束214。接收到的光束被解復(fù)用以從彼此區(qū)別各個光束jk 216。每個單獨的光束jk的透射系數(shù)Tjk接著通過比較觸摸事件期間的光束jk的透射比和光束jk的基線透射比(例如，使其除以光束jk的基線透射比)而被確定218。
[0045]處理階段220獲得從物理階段210的多點觸摸事件產(chǎn)生的Tjk測量值，并確定對應(yīng)于多點觸摸事件中的一個或更多個觸摸事件的觸摸區(qū)域。處理階段220還可以確定多點觸摸事件中的觸摸事件的一個或更多個物理屬性(例如，觸摸壓力或