光学触摸断层扫描的制作方法
【专利说明】光学触摸断层扫描
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本申请要求Julien P1t等人于2012年11月30日提交的美国临时专利申请序列N0.61/732，225在35U.S.C § 119(e)下的优先权，该申请的名称为“光学触摸断层扫描(Optical Touch Tomography)”。所有前述的主题通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
[0003]本发明大体涉及检测并分解触摸敏感设备上的触摸事件，更具体地，涉及检测并分解多点触摸事件。
【背景技术】
[0004]用于与计算设备交互的触摸敏感显示器正变得更普遍。存在用于实施触摸敏感显不器和其他触摸敏感设备的若干不同技术。这些技术的实例包括，例如，电阻式触摸屏、表面声波触摸屏、电容式触摸屏和某些类型的光学触摸屏。
[0005]然而，这些方法中的许多目前存在缺点。例如，一些技术对于(如在许多现代移动电话中使用的)小尺寸的显示器可以很好地运行，但是不能很好地适应较大屏幕尺寸(如在便携式计算机或甚至台式计算机使用的显示器中)。对于需要特定处理表面或在表面中使用特定元件的技术，屏幕尺寸线性增加N倍意味着特定处理必须被缩放以处理屏幕的N2较大面积，或意味着需要多达N2倍的许多特定元件。这能够导致不可接受的低良率或过高的成本。
[0006]—些技术的另一个缺点是在处理多点触摸事件中的无能力或困难。当多个触摸事件同时发生时，多点触摸事件发生。这能够在原始检测到的信号中引入模糊度，那么这必须被解决。重要地，模糊度必须以快速且计算有效的方式解决。如果太慢，那么该技术将不能够实现系统所需要的触摸采样速率。如果计算太密集，那么这将使该技术的成本和功耗上涨。
[0007]另一个缺点在于该技术可能不能够满足增加的分辨率要求。假设触摸敏感表面是具有长和宽尺寸为LxW的矩形。进一步假设应用要求触点分别以δ?和δ￥的精度定位。所需的有效分辨率则为R = (L W) / ( δ 1 δ w)。R将表示为触点的有效数目。随着技术进步，R中的分子通常将增大而分母通常将减小，因此导致所需的触摸分辨率R的整体增加的趋势。
[0008]因此，需要改进的触摸敏感系统。
【发明内容】
[0009]—种光学触摸敏感设备具有确定多个同时触摸事件的触摸位置的能力。触摸事件干扰传播穿过触摸敏感表面的光束。在多点触摸事件中，单个光束能够由不止一个触摸事件干扰。在一方面，非线性变换被应用于光束的测量，以便线性化多个触摸事件对单个光束的影响。在另一方面，已知触摸事件(即，参考触摸)的影响提前模型化，并且随后未知触摸事件相对于参考触摸确定。
[0010]在一些实施例中，接收由多点触摸事件产生的光束测量值。光束测量值由穿过触摸敏感表面发射的不同光束产生，其中多点触摸事件干扰触摸区域附近的光束。基于光束测量值和基于传递函数的模型确定绑定值估计(binding value estimate)。绑定值估计是光束干扰相对于参考触摸的测量。传递函数是从绑定值到光束测量值的传递函数。传递函数是线性的。
[0011]多点触摸事件中各个触摸事件的触摸区域(例如，触摸位置)根据绑定值估计确定。可选地，触摸事件的一个或更多个其他物理属性也被确定。在一些实施例中，产生多点触摸事件的物体(例如，手指、光笔、钢笔等)类型基于多点触摸事件的一个或更多个属性(例如，触摸区域的形状、触摸区域的面积、触摸区域的尺寸、触摸事件的压力分布或梯度、触摸事件的压力值等)来识别。
[0012]在另一方面，光学触摸敏感设备包括沿着触摸敏感表面的外围定位的多个发射器和检测器。每个发射器产生由检测器接收的光束。光束优选以一种方式被多路传输，使得许多光束能够由检测器同时接收。多点触摸事件包括在与光束交互的触摸敏感表面的各种触摸区域处的并发触摸事件。
[0013]其他方面包括部件、设备、系统、方法、过程、软件、应用程序、改进和与上述相关的其他技术。
【附图说明】
[0014]通过示例并参考附图，现在将描述本发明的实施例，其中:
[0015]图1是根据一个实施例的光学触摸敏感设备的图表。
[0016]图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。
[0017]图3A-3F示出与光束进行触摸交互的不同机制。
[0018]图4是二进制和模拟触摸交互的图。
[0019]图5A-5C是不同形状的光束覆盖区的顶视图。
[0020]图6A-6B是示出分别行进通过窄光束和宽光束的触点的顶视图。
[0021]图7是图6的窄光束和宽光束的二进制和模拟响应的图。
[0022]图8A-8B是示出发射器的有源区域覆盖的顶视图。
[0023]图8C-8D是示出检测器的有源区域覆盖的顶视图。
[0024]图8E是示出替代的发射器和检测器的顶视图。
[0025]图9A是示出由多点触摸事件中断的光束的顶视图。
[0026]图9B是示出图9A的光束和图9A的多点触摸事件之间的触摸交互的侧视图。
[0027]图10是示出一组参考触摸的顶视图。
[0028]图11是用于将多点触摸事件分解为各个触摸事件的方法的流程图。
[0029]图12是触摸敏感表面的绑定值估计的灰度图像。
[0030]图13示出从绑定值p到光束测量值b的传递函数Μ的矩阵形式。
[0031]图14示出图13的矩阵形式的求逆。
[0032]图15是用于校准传递函数Μ的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033]1.简介
[0034]A.设备概述
[0035]图1是根据一个实施例的光学触摸敏感设备100的图表。光学触摸敏感设备100包括控制器110、发射器/检测器驱动电路120和触摸敏感表面组件130。表面组件130包括在其上检测触摸事件的表面131。为了方便，表面131限定的区域有时可以称为有源区域或有源表面，即使表面本身可以是完全无源结构。组件130还包括沿着有源表面131外围设置的发射器和检测器。在这个实例中，存在标记为Ea-EJ的J个发射器和标记为D1-DK的K个检测器。设备还包括触摸事件处理器140，其可以实施为控制器110的部分或如图1所示地单独地实施。标准API可以用于与触摸事件处理器140通信，例如在触摸事件处理器140和控制器110之间，或在触摸事件处理器140和连接到触摸事件处理器的其他设备之间。
[0036]发射器/检测器驱动电路120用作控制器110与发射器Ej和检测器Dk之间的接口。发射器产生由检测器接收的光“束”。优选地，一个发射器产生的光由不止一个检测器接收，并且每个检测器接收来自不止一个发射器的光。为了方便，“光束”将指从一个发射器到一个检测器的光，即使其可以是进入许多检测器的大扇形光的部分而不是单独的光束。从发射器Ej到检测器Dk的光束将被称为光束jk。例如，图1明确地标记光束al、a2、a3、el和eK。有源区域131内的触摸将干扰某些光束，因此改变在检测器Dk处接收到的光束。关于这些变化的数据将被传递到触摸事件处理器140，其分析数据以确定表面131上触摸事件的(一个或多个)位置(和次数)。
[0037]图1示出的光学方法的一个优点在于该方法能够很好地缩放较大屏幕尺寸。因为发射器和检测器围绕外围定位，屏幕的尺寸线性增大N倍意味着外围也缩放N倍而不是N2倍。
[0038]B.过程概述
[0039]图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。该过程将使用图1的设备示出。过程200被大致分为两个阶段，两个阶段被称为物理阶段210和处理阶段220。概念上，两个阶段的分割线是一组透射系数Tjk。
[0040]与光束的基线透射比相比，透射系数Tjk是从发射器j到检测器k的光束的透射比。光束的基线透射比是在不存在与光束交互的触摸事件时已经从发射器j传输到检测器k的光束的透射比。在一些情况下，基线透射比在检测到触摸事件之前可以被测量或可以是在缺少触摸事件的期间进行的特定数目的先前记录的透射比测量值的平均值。在一些情况下，基线透射比可以是过去记录的透射比测量值的平均值。在下面实例中，我们将使用0(完全阻塞的光束)到1(完全透射的光束)的比例。因此没有被触摸事件干扰的光束jk具有Tjk = 1。完全由触摸事件阻塞的光束jk具有Tjk = 0。由触摸事件部分阻塞或衰减的光束jk具有0〈Tjk〈l。Tjk>l是可能的，例如根据触摸交互的性质或在通常不会到达检测器的光被转向或散射到检测器k的情况下。
[0041]这种具体测量的使用仅是一个实例。能够使用其他测量。尤其，因为我们最关心的是中断的光束，相反测量(诸如(Ι-Tjk))可以被使用，由于其通常为0。其他实例包括吸收、衰减、反射或散射的测量。此外，虽然使用作为物理阶段210和处理阶段220之间的分割线的Tjk解释图2，但是Tjk不需要被明确计算。也不需要物理阶段210和处理阶段220之间的清楚分割。
[0042]返回图2，物理阶段210是根据物理设置确定Tjk的过程。处理阶段220根据Tjk确定触摸事件。图2示出的模型是概念上有用的，因为其在某种程度上将物理设置和潜在物理机制与后续处理分离。
[0043]例如，物理阶段210产生透射系数Tjk。触摸敏感表面组件130的许多不同的物理设计是可能的，并且不同的设计权衡将根据终端应用来考虑。例如，发射器和检测器可以更窄或更宽、更窄的角度或更宽的角度、各种波长、各种功率、相干或不相干等。如另一个实例，不同类型的多路复用可以用于允许来自多个发射器的光束被每个检测器接收。若干个这些物理设置和操作方式将在下面、主要在第II部分中描述。
[0044]块210的内部示出过程210的一种可能实施方式。在该实例中，发射器发送光束到多个检测器212。行进穿过触摸敏感表面的一些光束由触摸事件干扰。检测器接收来自发射器的以多路复用光学形式的光束214。接收到的光束被解复用以从彼此区别各个光束jk 216。每个单独的光束jk的透射系数Tjk接着通过比较触摸事件期间的光束jk的透射比和光束jk的基线透射比(例如，使其除以光束jk的基线透射比)而被确定218。
[0045]处理阶段220获得从物理阶段210的多点触摸事件产生的Tjk测量值，并确定对应于多点触摸事件中的一个或更多个触摸事件的触摸区域。处理阶段220还可以确定多点触摸事件中的触摸事件的一个或更多个物理属性(例如，触摸压力或