专利名称：触摸面和检测触摸输入的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种触碰表面，特别涉及一种检测触碰输入的系统和方法。
背景技术：
大量产品如手机、电子游戏和其它便携式装置已经开始使用触控式 (touch-sensitive)显示屏或显示器。目前，触摸屏使用多种可行技术，包括电阻式触摸 屏(resistive panel)，其以矩阵式排列的多个传感器来检测压力，还包括电容式触摸屏 (capacitive-type panel)，其有多个导电层来检测触碰。这些触摸屏各自都有一些局限 性，当使用较大屏幕时，就会出现质量缺陷和成本昂贵。所以，需要有一种触摸表面和一种 检测触碰输入的系统和方法以便能够解决这些缺陷。
发明概述依照本发明一个实施例，披露了一种触摸表面。触摸表面包括一个平面；靠近平 面的第一位置上的第一发射传感器设备，其中第一发射传感器设备包括第一光束发射器， 其被设置以发出第一光束，第一活动表面，其反射第一光束而穿过平面，以及第一光传感 器，其被设置以检测第一光束的反射；靠近平面的第二位置上的第二发射传感器设备，其中 第二发射传感器设备包括第二光束发射器，其被设置以发出第二光束，第二活动表面，其反 射第二光束而穿过平面，以及第二光传感器，其被设置以检测第二光束的反射；一个处理单 元，与第一发射传感器设备和第二发射传感器设备联合运作，其中处理单元被设置以基于 第一光束的反射时间和第二光束的反射时间来计算触摸在平面上的位置。依照本发明一个实施例，披露了一种触摸检测方法，以检测触摸在平面上的位置。 本方法包括提供一个平面；从平面上的第一位置发出第一光束；反射第一光束而穿过平 面，其中第一光束是在多个预设角度上被反射，每个预设角度对应多个预设时间；从平面上 的第二位置发出第二光束；反射第二光束而穿过平面，其中第二光束是在多个预设角度上 被反射，每个预设角度对应多个预设时间；在时间tl检测第一光束和第二光束中至少一个 光束的反射；确定在时间tl上第一光束的第一反射角度；确定在时间tl上第二光束的第 二反射角度；基于第一角度和第二角度计算触摸位置。依照本发明一个实施例，披露了 一种触摸面。触摸面包括一个平面；用来检测在该 平面上的触摸的装置；确定在该平面上的触摸的第一角度的装置；确定在该平面上的触摸 的第二角度的装置；使用触摸的第一角度和触摸的第二角度来计算x和y位置坐标的处理
直o对本领域技术人员而言，从以下的详细描述，本发明的其它实施例将变得更容易 理解，其中本发明的实施例是通过附图进行描述。将会理解，本发明可用于其它和不同的实 施例，并能够对其中的一些细节作出各种修改，而不会脱离本发明的精神和范围。
图1是本发明一个实施例描述一种触摸面和触摸检测系统运作的一种触摸面的 示意图；图2是本发明一个实施例描述触摸检测系统的一个示范控制系统的模块图；图3是本发明一个实施例描述位置计算的第一步骤的透视示意图；图4是本发明一个实施例描述位置计算的第二步骤的正视示意图。
发明详述在以下的描述里，通过参考附图和图例说明，披露了本发明的具体实施例。可以理 解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以有结构或其它方面上的改变，构成其它实施例。 再者，不同实施例和每个不同实施例的各个方面可以以任何合适方式结合使用。所以，附图 和详细描述本质上是被看作描述性的而非限制性的。通常，本发明实施例涉及一种触摸表面和一种检测触摸面上的触摸和移动的方法 和系统。可以使用光发射器和光传感器进行检测。本发明实施例可以在任何需要触摸反应 的平面上实施，诸如电子显示器、触摸屏和移动设备。触摸表面可以是一个真实表面或在空 间建立的一个虚拟表面，例如在投影系统的情况里。本发明实施例提供一个“虚拟的”触摸 感应面，其中多个发射传感器通过检测位置和移动来确定在表面上的“触摸”，所以本发明 实施例不直接检测在表面上的压力或物理触摸。现参照附图，图1是本发明一个实施例的描述触摸表面和触摸检测系统运作的一 种触摸屏的示意图。触摸表面100通常由一个矩形区域表示。触摸面100可能是一个显示 器或显示屏或一部分的显示器或显示屏。一次触碰108由一个圆点表示，显示用户手指或 其它设备如钢笔、触控笔或具有小尺寸的其它物体在触摸面上触碰的一个点，来显示在屏 幕或显示器上的一次触碰。第一发射传感器设备102位于触摸面100的第一角上，而第二 发射传感器设备104位于触摸面100的第二角上。在所述的示意图里，第一发射传感器设 备102位于触摸面的左下角，而第二发射传感器设备104位于触摸面的右下角。但是，这两 个发射传感器设备可以位于表面100的任何两个角上。当然，发射传感器也不一定要位于 触摸面100的角上。尽管两个发射传感器设备足够应付系统运行，但是根据本发明的教导， 可以在表面的边缘或其它位置上使用两个或多个发射传感器设备用于适当的计算。每个发射传感器设备102、104包括一个光束发射器以发射光束，还包括一个活动 的反射表面以反射发出的光束横贯触摸面100，并与触摸面100平行，以及包括一个光传感 器，以检测发出光束的任何反射，其是通过用户触摸表面而引起。例如，依照本发明一个实 施例，每个发射传感器设备102、104上的光束发射器是一个激光发射装置，活动的反射表 面是一个扫描微振镜，而光传感器是一个激光传感器，用来检测从激光发射装置发出的激 光束的反射。激光发射装置可以是一个激光二极管，且激光指向扫描微振镜。扫描微振镜 以超过90 _的范围反射激光贯穿触摸面100。虽然90 _范围允许激光发射贯穿触摸面100 的整个区域，依照特别实施的要求可以使用其它范围，而90 _仅是一个合适传输范围的例 子。反射的激光由多条线106显示，其显示从第一发射传感器设备102和第二发射传感器 设备104发出。扫描微振镜是通过诸如MEMS(微机电系统)而制成。但是，也可以使用其 它合适的装置。
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检测触摸反射的一个优点是降低系统的处理负载。本发明实施例不需要持续处理 没有触摸屏幕情况下的重复反射。但是，仅当在检测到反射时需要进行额外的处理。另外， 在一个实施例里，发射传感器设备的运行不需要一个固定尺寸的框架或边界。这样允许表 面尺寸的灵活性，因为系统可能设置运行在不同表面尺寸下。但是，对某些需要预先确定触 摸屏区域的特别应用也可以使用边界。依照一个实施例，可以使用任何适合的激光发射装置。对一些应用而言，期望有 一个小尺寸的激光发射装置，例如，如果触摸屏和使用触摸屏的设备很小或当要求便携性 或移动性时。一个合适的激光发射装置的例子是一个激光二极管。一个合适的激光二极 管的规格包括一个可视波长，如大约380 800nm，5cc物理尺寸或者更小，运行电压大约是 2. 7-3V，以及功率< 100mW。在一个实施例里，从第一发射传感器设备102发出的激光的波 长/频率，不同于从第二发射传感器设备104发出的激光的波长/频率。一个扫描微振镜 的例子可以包括以下规格单轴(1-D扫描)；扫描角度>90-;扫描频率彡2kHz ；以及运行 电压< 30V。依照另一个实施例，也可以使用一个双轴(2-D)微振镜用于扫描垂直于触摸面 方向上的移动。微振镜的使用降低了对机械设备的要求，并允许制作小型反射传感器设备。通常，每个发射传感器设备102、104迅速发出一个预定波长的激光束，并使用扫 描微振镜使得激光以90 —旋转贯穿表面100。每个发射传感器设备102、104包括一个传感 器，来检测一个特定波长的激光束。在表面100的两个或多个角上使用两个或多个发射传 感器设备，可以计算出触碰108在表面100上的位置。发出激光束的角度和时间是预先确 定的，所以允许通过激光将触碰检测转换成位置定位。依照一个实施例，第一和第二发射传感器设备102、104可以是多个不同配置同时 和/或同步运行。例如，在第一配置里，在每个时间t，第一发射传感器设备102和第二发射 传感器设备104同时发出一个光束。在第二配置里，第一发射传感器设备102和第二发射 传感器设备104交替发出光束，例如在时间t = 0，第一发射传感器设备102发出一个光束；在时间t = 1，第二发射传感器设备104发出一个光束；在时间t = 2，第一发射传感器设备102发出一个光束；在时间t = 3，第二发射传感器设备104发出一个光束；...在第三配置里，第一发射传感器设备102和第二发射传感器设备104交替发出预 设数量的光束，例如在时间t = 0到t = 89，设备102在每个时间t发出一个光束；在时间t = 90到t = 179，设备104在每个时间t发出一个光束；在时间t = 180到t = 269，设备102在每个时间t发出一个光束；在时间t = 270到t = 359，设备104在每个时间t发出一个光束；...在以上例子里，发射传感器设备交替发射90个光束。但是，这个数目可以根据实 施应用的不同而不同，取决于考虑诸如使用的屏幕尺寸和处理单元速度。所以，可以交替发 射更少或更多数目的预设光束，以掠过所有或部分触摸面100。在第三配置里，，从第一发射传感器设备102发出一个预设数目的光束扫过触摸 面100，然后，从第二发射传感器设备104发出一个预设数目的光束扫过触摸面100，在系统 使用期间如此交替。
依照一个实施例，设置系统使得第一发射传感器设备102和第二发射传感器设备 104各自以十分快的速度发出预设数量的光束，使得可以检测到用户触碰。例如，每个发射 传感器设备102、104在一个典型用户触碰触摸面100的要求时间的持续期间内至少一次扫 过表面。依照一个实施例，每个发射传感器设备102、104可以发出单个不间断的光束，其 由微振镜或其它反射面反射扫过触摸面100。依照另一个实施例，每个发射传感器设备 102、104可以迅速地发出多个连续光束，每个光束以一个预设角度被反射一段相关时间。一旦用手指或其它装置触碰表面，手指或装置会反射足够数量的激光。反射的激光 信号由激光传感器检测到，因为激光束是在某个时间在预设角度上发出，该角度可以被确定 为一个时间函数，并由f ，f(Tj)，g(Ti)，和g(Tp表示，其中和Tj是两个具体时间。使用这四个角度能够计算出触摸的位置和尺寸。参照图3和4，提供并解释了计算 范例。图2是本发明一个实施例描述触摸检测系统的控制系统的模块图。触摸面100 的第一发射传感器设备102和第二发射传感器设备104是由多个电子驱动器和处理器控 制的。一个示例系统可以包括一个处理单元200、一个激光控制器202、一个微振镜控制器 204、一个或多个存储器206、一个显示控制器208。每个各种控制器、驱动器和组件可以被 集成在一个控制电路210上。所需的可执行指令可以被存储在一个或多个存储器206内， 并由处理单元200和其它组件执行。这些组件以及组件执行的函数可以被合并到一个或多 个装置内，所述例子不一定是不同的组件。处理单元200被设置以处理检测触摸面100上 的触摸和移动所需的信息。图3是本发明一个实施例描述位置计算的第一步骤的透视图。使用多个虚线来描 述从第一和第二发射传感器设备102、104发出的光束或激光束在多个预定角度或方向上 的反射，其对应多个预设时间(t = H，T2. . . Tn)。当在时间t在触摸面100上有一个触摸点时，每个光束或激光束被触摸的物体反 射。接着，每个传感器检测到相关光束或激光束的反射，然后能够确定发出的光束或激光束 的角度f(t)和g(t)。函数f (t)和g(t)得到激光在任何时间t时被反射的角度。可以确定这些角度， 因为扫描微振镜的运动被设置使得光束或激光束在任何给定时间t时指向一个具体角度， 并重复扫描周期。所以，角度f(t)和g(t)可以被确定为一个时间t的函数。图4是本发明一个实施例描述位置计算的第二步骤的正视图。在位置计算的第二 步骤里，在时间t = 时计算位置坐标x和y，具体如下 尽管图1显示了每个发射传感器设备102、104都有两个角度，但是图3和4描述 的计算只计算时间t = T,时的基于一个角度f (t)和一个角度g(t)的位置。所以，若有需 要，对任何数目的不同时间可以重复图3和4所示的计算。如图1所述，使用两个时间，因 此每个发射传感器102、104的两个不同角度，可以计算触摸108的大致尺寸，从而允许更准 确地计算触摸位置。本发明实施例的一个优点是能够具有一个可调整大小的触摸反应表面或屏幕。因 为使用发射传感器设备可以确定触摸屏的尺寸信息，接着该尺寸可用于计算触摸位置，所 以该发射传感器设备和触摸检测系统可广泛用于各种类型的表面或屏幕。本发明实施例还 有另外的优点，即同时满足触摸反应表面的多种要求，包括大尺寸屏幕，提供高清晰度，并 具有相对较低的成本。虽然参照所述实施例已经特别显示和描述了本发明，本领域技术人员将会理解， 可以对其格式和细节作出改变，而不会脱离本发明的精神和范围。例如，虽然描述了特定类 型的示例发射器和传感器，但仍然可以使用其它合适的发射器和传感器。再者，虽然提供了 计算位置的具体公式，基于这些教义可以进行的其它计算，例如以下情景即发射传感器设 备位于不同于示范实施例里所示的不同位置。所以，以上描述意在提供本发明的示范实施例，因此本发明的范围不受所提供具 体实施例的限制。
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权利要求
一种触摸面，包括一个平面；第一发射传感器设备，其位于靠近平面的第一位置上，其中第一发射传感器设备包括第一光束发射器，其被设置以发出第一光束，还包括第一活动表面，用来反射第一光束而穿过该平面，以及包括第一光传感器，其被设置以检测第一光束的反射；第二发射传感器设备，其位于靠近平面的第二位置上，其中第二发射传感器设备包括第二光束发射器，其被设置以发出第二光束，还包括第二活动表面，用来反射第二光束而穿过该平面，以及包括第二光传感器，其被设置以检测第二光束的反射；一个处理单元，其与第一发射传感器设备和第二发射传感器设备联合运行，其中处理单元被设置以基于第一光束的反射时间和第二光束的反射时间来计算该平面上的触摸位置。
2.根据权利要求1所述的触摸面，其中第一光束发射器和第二光束反射器中的每个光 束反射器是一个激光二极管。
3.根据权利要求1所述的触摸面，其中第一光束发射器和第二光束反射器中的每个光 束反射器是一个发光二极管。
4.根据权利要求1所述的触摸面，其中第一光束是具有第一预设波长/频率的第一激 光，而第二光束是具有第二预设波长/频率和第二光信号的第二激光。
5.根据权利要求1所述的触摸面，其中活动表面是一个通过MEMS制作的扫描微振镜。
6.根据权利要求1所述的触摸面，其中第一光束是在对应多个预设时间的多个预设角 度上被反射，而第二光束是在对应多个预设时间的多个预设角度上被反射；计算平面上的 触摸位置包括确定对应反射时间的第一角度和确定对应反射时间的第二角度，其中第一角 度是第一光束在该反射时间上的一个角度，而第二角度是第二光束在该反射时间上的一个 角度，使用第一角度和第二角度来计算X和y位置坐标。
7.根据权利要求1所述的触摸面，其中该平面有预定尺寸，其中处理单元被设置以计 算该平面的尺寸。
8.根据权利要求1所述的触摸面，其中触摸面有一个定义触摸面区域的周界，其中周 界并不十分反射第一和第二光束而被第一光传感器和第二光传感器记录到。
9.根据权利要求1所述的触摸面，其中处理单元被设置以同步且同时地从第一光束发 射器发出第一光束和从第二光束发射器发出第二光束。
10.根据权利要求9所述的触摸面，其中处理单元还被设置以迅速反射来自第一光束 发射器的光束而穿过触摸面，并迅速反射来自第二光束发射器的光束而穿过触摸面。
11.根据权利要求1所述的触摸面，其中平面是一个虚拟表面。
12.根据权利要求1所述的触摸面，其中第一发射传感器设备位于该平面的第一角上， 而第二发射传感器位于该平面的第二角上，第二角与第一角对角交叉。
13.一种用来检测一个平面上的位置的触摸检测方法，本方法包括提供一个平面；从该平面上的第一位置发出第一光束；反射第一光束而穿过该平面，并平行与该平面，其中第一光束是在多个预设角度上被 反射，每个角度对应多个预设时间；从该平面上的第二位置发出第二光束；反射第二光束而穿过该平面，并平行与该平面，其中第二光束是在多个预设角度上被 反射，每个角度对应多个预设时间；检测在时间tl时第一光束和第二光束中的至少一个光束的反射； 确定在时间tl时第一光束的第一反射角度； 确定在时间tl时第二光束的第二反射角度；和 基于第一角度和第二角度计算触摸位置。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括检测在时间t2时第一光束和第二光束中的至少一个光束的反射； 确定在时间t2时第一光束的第一反射角度； 确定在时间t2时第二光束的第二反射角度；和 基于第一角度和第二角度计算触摸位置。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括动态地计算该平面的尺寸。
16.根据权利要求13所述的方法，其中第一光束是具有第一预设波长/频率的第一激 光，而第二光束是具有第二预设波长/频率和第二光信号的第二激光。
17.一种触摸面，包括 一个平面；用来检测该平面上的触摸的装置； 用来确定该平面上的触摸的第一角度的装置； 用来确定该平面上的触摸的第二角度的装置；处理装置，使用触摸的第一角度和触摸的第二角度，用来计算χ和y位置坐标。
18.根据权利要求17所述的触摸面，其中用来检测该平面上的触摸的装置包括用来发 射光束的光学装置，用来引导光束穿过平面的反射装置，以及用来检测光束反射的传感器装置
19.根据权利要求18所述的触摸面，其中用来确定该平面上的触摸的第一角度的装置 和用来确定该平面上的触摸的第二角度的装置包括将多个时间与多个预设角度相关联。
20.根据权利要求19所述的触摸面，其中处理装置还被设置以检测该平面上的触摸， 确定该平面上的触摸的第一角度，和确定该平面上的触摸的第二角度。
全文摘要
本发明公开了一种触摸检测的系统和方法以及一种触摸反应表面。依照一个实施例，提供一种“虚拟”触摸感应面，其中多个发射传感器设备通过检测在触摸面上的位置和移动以接收并计算触摸。触摸面包括一个平面；位于靠近该平面的第一位置上的第一发射传感器设备和位于靠近该平面的第二位置上的第二发射传感器设备，其中每个发射传感器包括一个光束发射器和一个扫描微振镜以反射光束而穿过平面。一个处理单元与第一发射传感器设备和第二发射传感器设备联合运作，并且处理单元被设置以基于光束的一个或多个反射时间来计算在平面上的触摸位置。
文档编号G06F3/042GK101855609SQ200880000471
公开日2010年10月6日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者欧阳美思, 蔡宜庭, 蔡振荣, 陈守龙 申请人:香港应用科技研究院有限公司