一种方法及实施这种方法的触敏装置制造方法

一种方法及实施这种方法的触敏装置制造方法
【专利摘要】一种用于确定声响响应的方法，其中所述声响响应是由包括至少一个换能器的物体的表面上的冲击的位置引起的，尤其是由接触事件的位置引起的，所述方法包括以下步骤：在换能器位置(5a，5b)处通过所述换能器发射预定的声响弯曲波，在与所述换能器位置不同的表面上的第二位置(11)处检测弯曲波参数，基于检测到的弯曲波参数和预定的声响弯曲波特性有效地确定所述声响响应，仿佛所述发射发生在与所述换能器位置不同的表面上的至少一个第二位置(11)处并且所述检测基于互易原理发生在所述换能器位置处；和基于在步骤c)中确定的至少两个不同的声响响应，确定所述声响响应是由在不同于与所述换能器位置不同的表面上的第二位置(11)的至少一个的表面上的至少一个位置(9)引起的。
【专利说明】一种方法及实施这种方法的触敏装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种确定由冲击(例如物体表面上的接触事件)的位置引起的声响响应的方法，和实施该方法的触敏装置。
【背景技术】
[0002]基于分析声响信号确定物体表面上的冲击位置的方法在本领域中是已知的。这种技术基于通过使用一个或多个传感器测量声响信号以获得所述冲击的声波标记图(acoustic signature)并将该信号与预定的一组声波标记图作比较,其中每个预定的声波标记图代表触感或触摸界面的指定位置。随后，基于冲击的声波标记图与预定的声波标记图之一的相似性确定冲击的位置。图1示意性地描绘了具有交互表面101和两个换能器103的这种现有技术装置。
[0003]可以是查找表或数据库的形式的预定的声波标记图组，通过在装置的校准过程中计算触觉界面的表面上的紧密间隔的位置105的各自的声波图(acoustic pattern)而产生。查找表可以例如通过使用自动化工作台由自动程序生成。所使用的自动机械装配有振动器和金属尖端，并且在每个位置依次地执行具有预定力和形状的冲击。从声响响应构建出用于指定位置的声波标记图，所述声响响应从检测到的声响信号确定出，所述声响信号在位置处的冲击之后通过至少一个传感器接收。声波标记图与冲击位置唯一对应。当经受机械刺激时，声响响应是代表触感界面的响应的频率的函数。声响响应可以是代表机械刺激与传感器输出之间的关系的传递函数。
[0004]W02006/015888A1简单地提出储存校准阶段的测量信号。W02006/069596A1提出，
当在交互表面的预定区域上发生基准冲击时，基于由声响传感器接收到的两个声响信号的相位的相关性确定声波标记图。
[0005]特别地，对于触摸屏应用而言，生成查找表需要很多时间，因为通常需要数千个声音响应以覆盖具有足够分辨率的触感区域。此外，由于具有触感表面的物体在制造过程中所接受的公差，每个产品需要被单独地校准，一个已确定的查找表不可能必然从一个物体应用到下一个物体。由于特定物体的复杂性，至少在它们的集成状态下，类似于W02006/015888所提出的纯理论性地产生查找表的方法，并非总是可行的。
[0006]在工业化过程中缩短校准时间的一种方法是使用多个具有自动化工作台的校准工作站。由于这些平台的相对较高的成本，校准过程需要高投入。另一方面，减少制造公差，也将导致不可接受的成本上升。
[0007]因此，本发明的第一目的是提供一种确定物体表面上任意位置处的冲击的声响响应的方法和一种实施该方法的触敏装置，藉此可更快速地获得预定的声波标记图组。
[0008]此外，由于磨损、刮伤、老化、温度变化、集成偏差(integrations drifts)或其他已知或未知效果的影响，具有触感表面的物体将可能发生变化，因此，具有预定声波标记图的原始查找表将无法再提供满意的结果。结果，需要执行声波标记图组的再校准。这可通过使用自动化工作台完成。然而，这与非常实际的解决方案不相符。[0009]W02008/146098A1提出了一种方法，以考虑那些可能轻微地改变传感器尺寸的环境变化。实际上，物体的厚度在波的传播方面有影响。W02008/146098A1提出了一种缩短/延长算法，其在频率间隔之间缩短或延长声响响应，以考虑厚度的变化，以改进局部化结果。然而，虽然该方法看起来能够在这一特殊变化中提供满意的结果，但它不能处理物体的更复杂的变化。
[0010]因此，本发明的第二目的是提供一种确定物体表面上冲击位置处的声响响应的方法，从而能够以简化的方式执行预定的声波标记图组的再校准。

【发明内容】

[0011]第一目的是通过使用一种用于确定声响响应的方法实现的，其中声响响应是由包括至少一个换能器的物体的表面上的冲击(尤其是接触事件)的位置引起的，所述方法包括以下步骤:a)在换能器位置(5a，5b)处通过换能器发射预定的声响弯曲波，b)在与换能器位置不同的表面上的第二位置处检测弯曲波参数，c)基于检测到的弯曲波参数和预定的声响弯曲波特性有效地确定声响响应，仿佛所述发射发生在与所述换能器位置不同的表面上的至少一个第二位置(11)处并且所述检测基于互易原理发生在所述换能器位置处；d)基于在步骤c)中确定的至少两个不同的声响响应，确定声响响应是由在不同于与所述换能器位置不同的表面上的第二位置(11)的至少一个的表面上的至少一个位置(9)引起的。
[0012]本发明发现，用于指定位置的声响响应可以从涉及其他不同位置的实验数据确定出。这极大地简化了物体的触敏表面的校准，因为在校准过程中表面上的真实冲击的数目可以被减少。
[0013]在本文中，冲击特别涉及接触事件，例如由一个或多个用户手指接触或在物体(例如触屏装置)的表面上拖动。
[0014]此外，物体可以是由任意类型的材料或材料混合物制成的任意类型的物体，只要能够传递声波,并且可做成任意形状。例如,物体可以由玻璃、塑料、木材、金属等制成并且其形状可以是平面面板或弯曲面板，并且通常可以是从简单到复杂的任意3D形状。
[0015]优选地，步骤a)可包括用换能器发射弯曲波，在不用于换能器位置的表面上的第二位置处检测弯曲波，并且使用互易原理重建刺激信号。
[0016]在本文中，换能器对应于将声响信号转化为其他类型信号(例如电信号)的任意装置。例如，压电换能器可用于实现本发明。术语“声响(acoustic)”涉及高达IOOkHz的频率，尤其是高达40kHz，更尤其是高达20kHz。
[0017]因此，本发明利用了存在提供弯曲波的换能器的优点，使得如在现有技术中使用的自动化工作台不再是必需的。事实上，通过在换能器的位置处施加具有理想特性的驱动或致动信号，可以测量在不同于换能器位置的表面上的第二位置处产生的振动。应用本领域已知的互易原理(reciprocity principles),对此,检测部分(在此是在不同于换能器位置的表面上的第二位置处)变成了虚拟的发射部分，并且原始发射部分(在换能器位置处的换能器)实际上变成了检测部分，可以建立信号，该信号与在刺激已经提供在不同于换能器位置的表面上的第二位置处的情况下本应由换能器检测的信号相对应。
[0018]有利地，发射弯曲波的步骤包括提供具有在预定频率范围内的不同频率的多个弯曲波并检测用于具有不同频率的弯曲波的每一个的信号。在这种情况下，可以在频率范围内确定测量数据，这便利随后的数据处理，至于接触位置算法，声波标记图通常被存储在频率范围内，例如，以计算用于不同换能器位置的传递函数之间的相差。
[0019]优选地，该方法的步骤b)可以包括在与所述换能器位置不同的第二位置(11)处使用振动计检测。振动计，例如激光振动计、原子力显微镜或更通常的能够测量表面运动的任意其他装置，能够使物体表面的结果高度偏差的测量为测量位置以及发射的弯曲波的频率的函数。
[0020]根据本发明的另一方面，定位在不同换能器位置处的两个或更多换能器执行步骤a)至步骤C)。因此，在该变型中，执行本发明所需的至少两个不同的声响响应由至少两个发射弯曲波的换能器获得，其参数随后在不同于换能器位置的第二位置处测量。
[0021]对于多个换能器而言，换能器相继地或同时执行步骤a)至c)。如果用多个换能器同时执行步骤c)，则当彼此不相关的信号已经被换能器发射时，可以确定每个响应。
[0022]根据一种变型，可在表面上的至少两个第二位置执行步骤a)至C)。从而，步骤c)中的声响响应被重建用于在表面上的关于一个指定换能器位置的至少两个不同位置。
[0023]当然，上述两个变型可以组合，从而可以使用一个以上的换能器并且使用一个以上的在表面上施加刺激的位置。步骤c)中使用的不同声响响应的数目还将取决于人们希望获得的在步骤c)中确定声响响应的精度。
[0024]优选地，步骤a)至c)可执行用于定位在物体的表面的边界区域中的位置，尤其是在物体的表面的用作触敏输入区的部分的边界区域中或甚至在所述触敏输入区之外。通常，在物体上，只有一部分表面被用作触敏输入区域，例如手持式电子装置的屏幕部分。在这种情况下，用于测量弯曲波参数的装置可以被设置成远离所关心的区域，例如隐藏在屏幕的框架区域中。因此，用于测量的装置可实际上保留在物体内，并且不仅在校准过程中还最终可以在再校准过程中使用。
[0025]有利地，该方法还包括步骤d):基于在步骤b)中确定的声响响应，确定在不同于与换能器位置不同的表面上的至少一个第二位置的表面上的多个位置处的声响响应。因此，仅通过有限数目的重建的刺激/冲击，即可在物体的所关心的整个表面上确定声响响应。
[0026]优选地，该方法还包括步骤e):收集在步骤d)中在不同于与换能器位置不同的表面上的第二位置的表面上的多个位置处的确定的声响响应，以形成查找表。因此，该方法可用于如上文更快地建立一组预定的声响响应，但其相比于现有技术只使用有限数目的真实冲击的方式而言，仍然是一种可靠的方式。查找表包括特征化物体表面的数据，并且一旦表面的校准程序已经建立起一组预定的声响响应，查找表即可在接触事件局部处理过程中使用。由于只需要有限数目的真实刺激以获取物体表面的查找表，因此可为每个物体创建专属的查找表。这样可降低集成偏差，因为每个产品的任何偏差都已经被分别单独地加以考虑了。
[0027]有利地，该方法还包括步骤f):仅选择在步骤c)过程中确定用于执行步骤d)的满足预定准则的声响响应，特别地，所述预定准则涉及信噪比和/或测量相干性中的至少一个。这些标准是基于频率的，因此能够有动机地选择能够使声响响应具有良好质量的频率范围。这一额外的步骤带来了能够进一步提高步骤c)中所确定的声响响应的质量的优点。[0028]根据优选实施例，方法还包括以下步骤:g)g)基于辅助位置和在不同于与所述换能器位置不同的表面上的第二位置的表面上的位置之间的距离确定第一代表函数，其中所述辅助位置被定位成远离不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)和不同于所述第二位置(11)的表面上的位置；h)基于所述辅助位置与不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)之间的距离确定第二代表函数；i)计算在步骤g)中确定的第一代表函数与在步骤h)中确定的第二代表函数之比；j)为不同于与所述换能器位置不同的表面上的第二位置(11)的表面上的每个位置和为每个辅助位置重复执行步骤g);和10为在不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)的每个重复执行步骤h)。
[0029]优选地，辅助位置位于表面之外并远离在不同于换能器位置的表面上的第二位置的每个，并且远离在不同于与换能器位置不同的表面上的每个第二位置的表面上的每个位置。确定地，通过将辅助位置设置在外侧，算法允许确定辅助位置内侧的声响响应。
[0030]本发明的第二目的通过以下方法实现的，并且该方法除包括权利要求1中的方法步骤之外，还包括步骤i):重复至少步骤a)至d)，尤其是根据要求和/或响应特定环境的检测结果和/或根据规则基础。
[0031]通过不时地重复至少步骤a)至d)，可以识别在声响响应中以及在预定的声波标记图组中的改变，所述预定的声波标记图组对于识别由用户在物体的触感表面(其因而可以用作触敏界面)上施加的冲击的位置是必需的。通过根据权利要求1中的步骤a)至c)简单地重新确定换能器位置与第二位置之间的声响响应，所述方法允许再校准表面上的所有位置上的声响响应，并且类似于磨损、划伤、老化、温度等效果都被考虑进去。由于再校准在重新运行校准的时刻考虑了物体的那些特性，因此更新后的声响响应的精度比通过使用修正因数修正数据库要好得多。例如当用户意识到确定的位置与真实位置不同时，再校准可以自动地或根据需求执行。
[0032]有利地，该方法还包括步骤m):将声响响应与先前确定的与表面上的位置对应的声响响应作比较，尤其是与查找表中的表面上的位置相对应的声响响应。通过保留改变的痕迹，可以确定声响响应的改变的源。
[0033]优选地，可以选择第二位置，从而两个相邻第二位置之间的间距λ满足关系式
λ ( 1.2A，其中A是
【权利要求】
1.一种用于确定声响响应的方法，其中所述声响响应是由包括至少一个换能器的物体的表面上的冲击的位置引起的，尤其是由接触事件的位置引起的，所述方法包括以下步骤: a)在换能器位置(5a，5b)处通过所述换能器发射预定的声响弯曲波， b)在与所述换能器位置不同的表面上的第二位置(11)处检测弯曲波参数， c)基于检测到的弯曲波参数和预定的声响弯曲波特性有效地确定所述声响响应，仿佛所述发射发生在与所述换能器位置不同的表面上的至少一个第二位置(11)处并且所述检测基于互易原理发生在所述换能器位置处； d)基于在步骤c)中确定的至少两个不同的声响响应，确定所述声响响应是由在不同于与所述换能器位置不同的表面上的第二位置(11)的至少一个的表面上的至少一个位置(9)引起的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中发射弯曲波的步骤包括提供具有在预定频率范围内的不同频率的多个弯曲波并检测用于具有不同频率的弯曲波的每一个的信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤b)包括在与所述换能器位置不同的第二位置(11)处使用振动测量装置检测，尤其是使用振动计(12)检测。
4.根据权利要求1- 3中任一项所述的方法，其中定位在不同换能器位置处的两个或更多换能器执行步骤a)至步骤c)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中换能器相继地或同时执行步骤a)至C)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中在所述表面上的至少两个第二位置执行步骤a)至c)。
7.根据权利要求1-6中至少一项所述的方法，其中定位在物体的表面的边界区域中的第二位置执行步骤a)至c)，尤其是在物体的表面的用作触敏输入区的部分的边界区域中或甚至在所述触敏输入区之外的第二位置执行步骤a)至c)。
8.根据权利要求1-7中至少一项所述的方法，还包括步骤f):仅选择在步骤c)过程中确定用于执行步骤d)的满足预定准则的声响响应，特别地，所述预定准则涉及信噪比和/或测量相干性中的至少一个。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，还包括以下步骤: g)基于辅助位置和在不同于与所述换能器位置不同的表面上的第二位置的表面上的位置之间的距离确定第一代表函数，其中所述辅助位置被定位成远离不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)和不同于所述第二位置(11)的表面上的位置； h)基于所述辅助位置与不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)之间的距离确定第二代表函数； i)计算在步骤g)中确定的第一代表函数与在步骤h)中确定的第二代表函数之比； j)为不同于与所述换能器位置不同的表面上的第二位置(11)的表面上的每个位置和为每个辅助位置重复执行步骤g);和 k)为在不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)的每个重复执行步骤h)。
10.根据权利要求1-9中至少一项所述的方法，其中所述辅助位置位于所述表面之外并远离在不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)的每个，并且远离在不同于与所述换能器位置不同的表面上的每个第二位置(11)的表面上的每个位置。
11.根据权利要求1-10中至少一项所述的方法，其中在不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)设置为使得两个相邻位置之间的间距λ满足关系式λ < 1.2Α，尤其是
0.5Α λ≤1.2Α，并且更尤其是0.9λ≤1.0Α;其中A与
12.据权利要求11所述的方法，其中在不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)设置为使得所述间距λ满足关系式0.5Α≤λ ( 1.2八，尤其是0.9八≤λ ( 1.0Α。
13.根据权利要求1-12中至少一项所述的方法，其中在每个声响信号的波长中，尤其是所关心的最小波长中，在不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)的数目为多于一个，尤其是三至六个。
14.根据权利要求1-13中至少一项所述的方法，其中所述至少一个换能器定位在所述物体的表面的对称轴上。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述表面被形成为矩形，所述至少一个换能器被定位在所述矩形表面的至少一条对称轴上，并且在所述矩形表面的每个第二象限的位置处设置重建的预定刺激。
16.根据权利要求1-15中至少一项所述的方法，其中不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)是随机排布的。
17.根据权利要求1-16中至少一项所述的方法，其中在不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)形成在至少两排中，特别地，使得在第一排中的位置之间的间距与在第二排中的位置之间的间距不同。
18.一种计算机可读取的介质，包括储存在该介质上的计算机可执行的指令，用于执行权利要求1-17中至少一项所述的方法。
19.一种触感装置校准系统，包括: 具有交互表面和至少一个换能器的触感装置；和 构造成执行根据权利要求1-18中任一项所述方法的控制装置。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述控制装置包括用于指令所述换能器以发射弯曲波的输出单元和被连接到振动计的用于接收检测到的弯曲波参数的输入单元，所述振动计被构造成在不同于所述换能器位置的表面上的第二位置(11)处检测弯曲波参数。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述控制装置被构造成指令所述换能器以发射具有在预定频率范围内的不同频率的多个弯曲波，并且被构造成从所述振动计接收用于具有不同频率的弯曲波的每个的、检测到的信号。
【文档编号】G06F3/043GK103443752SQ201180061157
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2011年12月22日 优先权日:2010年12月22日
【发明者】西蒙·埃斯特韦, 奥利维尔·申温 申请人:电子触控产品解决方案公司