值可通过发射光的任何不同的能量值编码。
[0218] 图20示出又一种类型的调制，其中发射器的不同脉冲长度被用来表示相关联的 代码的不同代码值。因此，发射器的占空比通过改变激活间隔相对于代码生成周期的恒定 时间间隔AT的持续时间来调制。在图20的例子中，脉冲长度h表示代码值0,而脉冲长 度t 2表示代码值1，以及最终得到的代码是0100。
[0219] 图21示出又一种类型的调制，其中关于发射器的激活的延迟被用来表示相关联 的代码的不同代码值。因此，发射光通过改变代码生成周期的恒定时间间隔AT内的脉冲 延迟来调制。在图21的例子中，脉冲延迟At 1表示代码值0,而脉冲延迟At2表示代码值 1，以及最终得到的代码是0100。
[0220] 还可能结合上述调制的任一种，用于将代码嵌入发射光中。
[0221] 在另一变形中，通过根据不同的函数调制发射光的振幅将代码嵌入发射光中，函 数被选择以便每个函数的自相关值显著高于不同发射器的任何两个函数之间的互相关值。 在一个这样的例子中，不同的函数由基本周期函数的不同调制频率 Qk(载波）给出。优选 地，基本函数具有围绕其调制频率的明确定义的频谱。基本函数可以例如是余弦或正弦函 数，如：
[0225] 像前述中所描述的实施方式，每个检测器生成测量信号，其是沿一组光路即从不 同的发射器接收的光的时间分辨的表示。存在不同的用于将这样的测量信号分离成一组发 射器信号的方法。代码生成周期一般被选择以包括至少一个周期的最低调制频率。
[0226] 在一个方法中，测量信号由频谱分析仪处理以识别从不同发射器接收的光能。这 样的方法在图22中进一步举例说明，图22示出都由余弦函数进行幅度调制但以单独的频 率《1-?5进行幅度调制的五个发射器2。检测器4接收来自发射器2的光。检测器4在 至少两倍于最高编码频率（即根据奈奎斯特采样定理）的频率被采样，以生成测量信号。测 量信号由频谱分析仪14处理以生成功率谱，例如通过例如使用FFT (快速傅立叶变换）算 法计算测量信号的傅立叶变换的方式。从每个发射器2接收的光能值然后由各自的频率处 的功率谱的强度给出。在这种编码方案中，选择相应于FFT将测量的实际频率的调制频率 ? 1-? 5可是有利的，使得频率由Ok= 2JI n/N给出，其中n= [1，发射器的总数]以及N 是代码生成周期期间采样点的总数。频谱分析仪14可被实施为处理元件5的部分或者可 以是单独的单元。
[0227] 在第二种方法中，测量信号通过一组带通滤波器，每个匹配各自的发射器的频率。 这种方法在图23中进一步举例说明。像图22的实施方式一样，检测器4被采样以生成表 示来自五个发射器2的所接收的光的测量信号。一组带通滤波器15被布置成在测量信号 上操作，以便每个带通滤波器消除围绕各自的发射器2的调制频率co 1-? 5的通带外的频 率。每个带通滤波器15的输出信号将表示从各自的发射器2接收的光能。输出信号然后 被传递到振幅检测器或积分器16,其提供表示光能的发射器信号。带通滤波器15和振幅检 测器/积分器16可通过在处理元件5中的数字信号处理，或通过在来自检测器的模拟测量 信号上操作的专用电子电路来实现。模拟信号的处理避免对采样的需要，并可以因而实现 更高的调制频率的使用。更高的频率的使用可实现更短的代码生成周期或提高的SNR。
[0228] 频率调制的使用具有额外的优势，来自环境光或其他噪声源的任何信号干扰可被 去除，只要调制频率与这些噪声源的频率充分地分离。
[0229] 在又一变形中，通过相位调制将代码嵌入发射光中，以便不同的代码值由载波的 不同相移表示，载波可以是任何合适的波形，包括余弦/正弦、方形、三角、锯齿等。
[0230] 在一个实施方式中，所有发射器发射在共同的频率co处由共同的载波调制的光， 并且根据复用方案调制发射器组的相位。在下面的例子中，复用方案使用代码值-1和1，其 中-1由载波的180°相移给出。因此，相位调制是所谓的BPSK(二进制相移键控）。在代 码生成周期的时间间隔i期间从发射器e k发射的光可因此由下式给出：
[0231] ek i= Ek ? (l+mkji ? cos(〇 ? t))/2,
[0232] mtl是时间间隔i处发射器e ,的代码值。因此，每个发射器的代码通过由代码值 1? i组成的向量m k给出。如上所解释的，复用矩阵M可以由N个发射器的向量m k形成：M = Dn1 m2…mN]，并且不同发射器的代码可以是线性无关的，或者甚至是正交的。在这个例子 中，复用矩阵可以是Hadamard矩阵，如上所描述的。
[0233] 检测器处在时间间隔期间所检测的信号Il1是到达检测器的光的总和。光通过与 参考信号，通常是原始载波，进行乘法运算来解调：
[0234]
[0235] 通过选择积分时间T为载波频率〇的偶数倍，涉及cos (〇? t)和cos (2 〇 ? t) 的所有项成为零。此外，选择积分时间等于代码生成周期中的时间间隔。解调因此产生：
[0237] 上述乘法和积分（解调）在代码生成周期的每个时间间隔期间执行，产生测 量信号n。如前所描述的，使用复用求逆方案可将测量信号分离成一组发射器信号： 亡二M \如果代码是正交的，则该操作可进一步被简化，因为对于正交（标准正交的） 复用矩阵Mt=M i。
[0238] 解调可以通过处理元件中的数字信号处理，或通过在来自检测器的模拟测量信号 上操作的专用电子电路来实现。模拟信号的处理避免对采样的需要，并可因而实现更高的 调制频率的使用。更高的频率的使用可实现更短的代码生成周期或提高的SNR。相位调制 的使用具有额外的优势是，来自环境光或其他噪声源的任何信号干扰可被去除，只要调制 频率与这些噪声源的频率充分地分离。
[0239] 要注意的是，代码值-1/1只是作为例子被给出，而任何类型的代码值可以使用相 位调制被嵌入在发射光中。此外，可使用其他类型的相位调制技术，包括但不限于MSK(最 小频移键控）、正交相移键控（QPSK)和差分相移键控（DPSK)。
[0240] 技术人员还认识到，某些实施方式/特征适用于任何类型的发射器激活方案，包 括操作触摸感应装置而没有发射光的编码，例如通过顺序激活发射器。例如，解码过程的步 骤22-24 (图17)可被使用，而不管用于获取发射器信号，即在不同光路上所接收的光能，的 方法。同样，上面在段落"检测器和发射器的外围布置"中所描述的实施方式适用于所有类 型的发射器激活方案。
【主权项】
1. 一种触摸感应装置，包括： 触摸表面（1); 发射器（2)组，其被布置成围绕所述触摸表面（1)的外围，以发射光束在触摸表面（1) 上方，使得触摸所述触摸表面（1)的物体（7)引起所述光束的衰减或遮挡，其中每条光束在 所述光束通过触摸表面（1)上方时在所述触摸表面（1)的平面中发散； 光检测器（4)组，其被布置成围绕所述触摸表面（1)的外围，以在多条光路上从所述发 射器（2)组接收光，其中每个光检测器（4)被布置成接收来自一个以上的发射器（2)的光； 以及 处理元件（5)，其被配置成基于所述光检测器（4)的输出信号来确定每条光路的光能 值、基于所述光能值生成关于每条光路的传输值、以及对如此生成的传输值的至少一部分 运行图像重建算法，以便确定所述触摸表面（1)上所述物体（7)的位置， 其中，所述图像重建算法是关于具有扇束几何的传输层析成像的算法。2. 如权利要求1所述的装置，其中所述处理元件（5)被配置成通过所述光能值除以背 景值来生成所述传输值。3. 如权利要求2所述的装置，其中所述背景值表示没有触摸所述触摸表面（1)的所述 物体（7)的情况下关于所述光路的能量值。4. 如权利要求3所述的装置，其中所述背景值被预先设置、在单独的校准步骤期间被 获得、或者根据一个或多个先前的输出信号来获得。5. 如权利要求2-4中的任一项所述的装置，其中所述处理元件（5)被配置成生成所述 传输值作为所述光能值和所述背景值之间的商的对数。6. 如权利要求1-5中的任一项所述的装置，其中所述处理元件（5)被配置成对每个光 检测器（4)的入射光路的所述光能值或所述传输值进行插值，以便所述光检测器（4)的所 有入射光路具有相同的互角。7. 如权利要求1-6中的任一项所述的装置，其中每个发射器（2)被控制以经由所发射 的光传输代码，以便所述代码识别各自的发射器（2)，并且其中所述处理元件（5)被配置成 基于所述光检测器（4)的所述输出信号、基于所传输的代码分离从各个发射器（2)接收的 光。8. 如权利要求1-7中的任一项所述的装置，其中所述图像重建算法生成在所述触摸表 面（1)上方的传输或衰减值的二维分布。9. 一种触摸感应装置中的方法，所述触摸感应装置包括触摸表面（1)，发射器（2)组， 所述发射器（2)组被布置成围绕所述触摸表面（1)的外围，以发射光束在触摸表面（1)上 方，使得触摸所述触摸表面（1)的物体（7)引起所述光束的衰减或遮挡，且其中每条光束在 所述光束通过触摸表面（1)上方时在所述触摸表面（1)的平面中发散， 所述装置还包括光检测器（4)组，所述光检测器（4)组被布置成围绕所述触摸表面（1) 的外围以在多条光路上从所述发射器（2)组接收光，并且生成表示由每个光检测器（4)接 收的光能的输出信号的集合，其中每个光检测器（4)被布置成从一个以上的发射器（2)接 收光，所述方法包括步骤： 基于所述输出信号的集合确定关于每条光路的光能值； 通过将所述光能值除以背景值生成关于每条光路的传输值；以及
【专利摘要】本发明提供了触摸感应装置及其操作方法。一种触摸感应装置被控制以确定与触摸表面相互作用的一个或多个物体的位置。该装置包括被布置成发射光以照射触摸表面的至少部分的一组发射器、被布置成从该组发射器接收光的光检测器以及处理元件。每个发射器被控制以经由发射光传输代码，以便代码识别各自的发射器。代码可以至少部分地同时被传输。代码可以被选择以便每个代码的自相关值显著高于不同发射器的任何两个代码之间的互相关值。处理元件处理来自光检测器的输出信号以基于传输的代码分离从各个发射器接收的光，并基于从各个发射器接收的光确定一个或多个物体的位置，例如使用三角测量或图像重建如关于传输层析成像的算法。
【IPC分类】G06F3/03, G06F3/042
【公开号】CN105068698
【申请号】CN201510471111
【发明人】克里斯多·法拉尤斯, 亨里克·沃尔, 奥拉·瓦斯维克, 托马斯·克里斯蒂安松
【申请人】平蛙实验室股份公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2009年12月2日
【公告号】CA2745422A1, CN102292696A, CN102292696B, EP2370884A2, EP2370884A4, EP2370884B1, US8581884, US20110227874, US20140125633, WO2010064983A2, WO2010064983A3