用于检测多点触摸事件的光学触敏装置的低功率运行的制作方法
【专利说明】用于检测多点触摸事件的光学触敏装置的低功率运行
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据美国法典35 § 119(e)要求在2012年7月13日提交的美国临时专利申请第61/671，225号的优先权，其全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
[0003]本发明总体涉及检测触敏装置中的触摸事件，尤其是涉及能够检测多点触摸事件的低功率方法。
【背景技术】
[0004]用于与计算装置交互的触敏显示器正变得越来越普遍。存在用于实现触敏显示器和其它触敏装置的许多不同技术。这些技术的示例包括(例如)电阻式触摸屏、表面声波式触摸屏、电容式触摸屏和某些类型的光学触摸屏。然而，这些方法中的许多方法目前仍然有缺点。例如，一些技术在用于小尺寸显示器时可能运作良好，如用在许多现代的移动电话中，但不能很好地扩展到更大屏幕尺寸，如用于便携式计算机或台式计算机中的显示器。一些技术的另一缺陷是它们不能够或难以处理多点触摸事件。当同时发生多个触摸事件时，发生多点触摸事件。另一缺陷是这些技术可能不能够满足日益增长的分辨率要求。
[0005]另一缺陷是功耗。许多触敏装置是移动设备(诸如移动电话、便携式计算机和平板计算机)，其中功耗是重要的因素。此外，更大的屏幕尺寸、更快的设备运行、更高的设备分辨率和多点触摸检测是会增加功耗的设备需求。功耗可能是触敏器件能否在商业上可行的决定因素。
[0006]因此，存在对较低功率触敏系统的需求。
【发明内容】
[0007]一种光学触敏装置能够检测并确定多个同时触摸事件的位置。这也可以被称为触摸事件分辨率。该光学触敏装置包括多个发射器和检测器。这些发射器产生由这些检测器接收的光束。这些光束优选以使得许多光束能够被一个检测器同时接收的方式被多路复用。触摸事件干扰光束。
[0008]该装置以节省功率的方式运行。例如，该装置可以具有不同的运行模式(有效模式、待机模式、高分辨率模式、高速模式、软件驱动模式等)，其将消耗不同的功率量。通过在不同运行模式之间切换，可以降低总功耗。
[0009]即使在一种运行模式内，装置也可以具有消耗不同功率量的多种可用检测方案。例如，检测方案可以在施加于光束的功率量或能量；扫描速率；分辨率；选择激活哪些光束、发射器或检测器；扫描面积；光束密度；多路复用方案和/或用于确定触摸事件的处理类型等方面存在差异。通过组合不同的检测方案，可以降低总功耗。
[0010]其他方面包括与上述内容有关的方法、装置、系统和软件。
【附图说明】
[0011]现将通过示例的方式参照附图来描述本发明的实施例，其中:
[0012]图1是根据一个实施例的光学触敏装置的示意图。
[0013]图2是根据一个实施例用于确定触摸事件的位置的流程图。
[0014]图3是示出触敏装置的不同运行模式的状态图。
[0015]图4A-C是示出光束数量与每个光束的能量之间的折中的示意图。
[0016]图5A-C是示出用于激活光束终端的不同方案的示意图。
[0017]图6是示出在有效模式中在不同检测方案之间切换的状态图。
[0018]图7A-D是示出基于图6中示出的方案的示例的流程图。
[0019]图8A-B是示出多回程(mult1-pass)方法的示例的流程图。
【具体实施方式】
[0020]1.引言
[0021]A.装置概述
[0022]图1是根据一个实施例的光学触敏装置的示意图。该光学触敏装置包括控制器110、发射器/检测器驱动电路120以及触敏表面组合件130。该表面组合件130包括表面131，在该表面上将检测触摸事件。为方便起见，由表面131定义的面积有时候可以被称为有效面积或有效表面，即使该表面本身可能是完全无源的结构。组合件130还包括沿有效表面131周边布置的发射器和检测器。在该示例中，存在被标记为Ea-EJ的J个发射器和被标记为Dl-DK的K个检测器。该装置还包括触摸事件处理器140，其可以被实施为控制器110的一部分或如在图1中单独示出。标准化的API可以被用于与触摸事件处理器140通信，例如在触摸事件处理器140与控制器110之间，或者在触摸事件处理器140与连接到该触摸事件处理器的其他装置之间。
[0023]发射器/检测器驱动电路120充当控制器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，由一个发射器产生的光线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线。为方便起见，“光束”将指代从一个发射器到一个检测器的光线，即使其可以是去到许多检测器的大扇形光的一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。图1明确地标记光束al、a2、a3、el和eK作为示例。在有效面积131内的触摸将干扰某些光束，从而改变在检测器Dk处的接收。关于这些变化的数据被传送给触摸事件处理器140，该触摸事件处理器分析该数据以确定触摸事件在表面131上的(多个)位置(和时间)。
[0024]B.过程概述
[0025]图2是根据一个实施例用于确定触摸事件的位置的流程图。这个过程将使用图1的装置来说明。该过程大致分为两个阶段，其将被称为物理(或扫描)阶段210和处理阶段220。从概念上讲，两个阶段之间的分界线是一组透射系数Tjk。
[0026]透射系数Tjk是从发射器j到检测器k的光束与如果没有与光束交互的触摸事件时所透射的光束相比的透射率。这种比量度(specific measure)的使用纯粹是示例。可以使用其他的量度。此外，虽然图2使用Tjk作为物理阶段210与处理阶段220之间的分界线来解释说明，但是并不需要明确地计算Tjk。也不需要在物理阶段210与处理阶段220之间有清晰的划分。
[0027]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。在图2中示出的模型在概念上是有用的，这是因为该模型在某种程度上将物理设置和底层的物理机制与后续处理分开。
[0028]例如，物理阶段210产生透射系数Tjk。触敏表面组合件130的许多不同物理设计是可能的，并且将根据最终应用来考虑不同的设计折中。例如，发射器和检测器可以更窄或更宽、具有更窄的角度或更宽的角度、具有不同的波长、具有不同的功率、相干或不相干等。作为另一个示例，不同类型的多路复用可以被用于允许来自多个发射器的光束被每个检测器接收。这些物理设置和运行模式中的几种在下面描述(主要在下面的章节C中)。
[0029]块210的内部示出过程210的一种可能的实施方式。在这个示例中，发射器向多个检测器传送212光束。横跨触敏表面行进的一些光束被触摸事件干扰。检测器以多路复用光学形式从发射器接收214光束。所接收的光束被解复用216以彼此区分独立光束jk。然后确定218每个独立光束jk的透射系数Tjk。
[0030]处理阶段220还可以以许多不同的方式实施。候选触摸点、线成像、位置插值、触摸事件模板和多回程方法都是可以被用作处理阶段220的一部分的技术示例。这些技术中的若干技术在下面描述(主要在下面的章节D中)。
[0031]C.物理设施
[0032]触敏装置可以以许多不同的方式实施。以下是设计变体的一些示例。
[0033]电子装置.关于电子方面，需要指出图1本质上是示例性和功能性的。图1中的不同方框的功能可以在相同的组件中被一起实施。
[0034]触摸交互.可以使用与光束的触摸交互的不同机制。一个示例是受抑全内反射(TIR)。在受抑TIR中，光束被全内反射限制在波导中，并且触摸交互以某种方式干扰全内反射。另一个示例是光束阻挡，其中触摸交互部分地或全部阻挡光束。其他触摸交互可以基于极化、散射或传播方向或传播角(垂直或水平)的变化。
[0035]该触摸交互也可以是直接的或间接的。在直接交互中，触摸物体(例如，手指或铁笔)是与光束交互的物体。例如，手指可以比空气具有更高的折射系数，因此当手指与波导直接接触时将抑制TIR。在间接交互中，触摸物体与中间物体交互，该中间物体与光束交互。例如，手指可以促使高折射系数物体与波导接触，或者可以促使该波导或周围材料的折射系数变化。
[0036]需要指出的是，除了触摸的存在以外，可以使用一些类型的触摸交互来测量接触压力或触摸速度。还需要指出的是，一些触摸机制可以增强透射而不是降低透射，或者除了降低透射以外还可以增强透射。为简单起见，在本说明书的剩余部分中，将假设触摸机制主要具有阻挡特征，也就是说从发射器到检测器的光束将被干涉触摸事件部分阻挡或全部阻挡。这不是必需的，但是便于说明各种概念。
[0037]为方便起见，触摸交互机制有时候可以被分类为二元交互或模拟交互。二元交互是作为触摸的函数基本具有两种可能响应的交互。其示例包括非阻挡和全阻挡，或者非阻挡和10%以上的衰减，或者非受抑和受抑TIR。模拟交互是对触摸具有“灰度”响应的交互:非阻挡经过渐变为部分阻挡直至阻挡。
[0038]发射器、检测器和耦合器.每个发射器向多个检测器传送光。通常，每个发射器向不止一个检测器同时输出光。类似地，每个检测器接收来自多个不同发射器的光。光束可以是可见光、红外光和/或紫外光。术语“光/光线”旨在包括所有这些波长，并且诸如“光学”等术语应该相应地解释。
[0039]用于发射器的光源的示例包括发光二极管(LED)和半导体激光器。也可以使用IR源。光束的调制可以是外部或内部的。用于检测器的传感器元件的示例包括电荷耦合器件、光电二极管、光敏电阻、光电晶体管和非线性全光检测器。除了主光源和传感器元件以外，发射器和检测器还可以包括光学装置和/或电子装置。在本公开中，为清楚起见，光学路径被展开显示。可以使用包括波导、光纤和/或自由空间耦合在内的各种耦合方法。
[0040]光束路径.触敏系统的另一方面是光束和光束路径的形状和位置。在图1-2中，光束被显示为直线。这些直线应当被解释为表示光束，但是光束本身可以具有不同的形状和占位面积(footprint)。点发射器和点检测器产生具有线状占位面积的窄“铅笔”光束。点发射器和宽检测器(或反之亦然)产生具有三角形占位面积的扇状光束。宽发射器和宽检测器产生具有相当恒定宽度的矩形占位面积的“矩形”光束。
[0041]根据占位面积的宽度，透射系数Tjk表现为二进制数或模拟量。如果随着触摸点经过光束，透射系数相当突然地从一个极值转换到另一个极值，则该透射系数是二进制数。例如，如果光束非常窄，则该光束将被完全阻挡或完全未阻挡。如果光束是宽的，则该光束可能随着触摸点经过该光束而被部分阻挡，从而导致更模拟的行为。
[0042]在大多数实施方式中，每个发射器和每个检测器将支持多个光束路径，虽然可能不是每一发射器的光束到达每一个检测器。来自一个发射器的所有光束的占位面积的聚集将被称为该发射器的覆盖范围。所有发射器的覆盖范围可以被聚集以获得该系统的总覆盖范围。