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CN102171637A - 用于检测光学触摸敏感装置中的多触摸事件的方法和设备 - Google Patents

用于检测光学触摸敏感装置中的多触摸事件的方法和设备 Download PDF

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CN102171637A CN2009801396126A CN200980139612A CN102171637A CN 102171637 A CN102171637 A CN 102171637A CN 2009801396126 A CN2009801396126 A CN 2009801396126A CN 200980139612 A CN200980139612 A CN 200980139612A CN 102171637 A CN102171637 A CN 102171637A
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Abstract

本发明涉及一种触摸敏感光学控制装置，其包括关于该可触摸的表面30设置的一组光发射器14、22和光检测器18、24，使得发射器发射的光被沿着横向地通过该表面的多个相交光束的检测器接收，并且在光束触摸该表面中断沿着该光束传输的光。候选触摸点T1、T2、F1、F2被限定在被中断的光束的相交处，并且通过检查靠近候选触摸点或与候选触摸点重合的测试光束40、42、54、56被确定为是，或不是实际触摸点。

Description

用于检测光学触摸敏感装置中的多触摸事件的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于检测触摸敏感装置中的触摸点的方法和设备。
背景技术
参考图1，在常规的光学触摸表层/覆层(overlay)中，光发射器14、22和检测器18、24沿着矩形的触摸敏感表面16的相对的边设置，并且正交的栅格/网格由在发射器和对应的检测器之间传输的光束12、20形成。正如此处所用的，术语“光束”是指沿着发射器和检测器之间狭窄的光路通过的光，尽管在图1的情况下，每个发射器只在狭窄的角度上发光以确保只有直接相对的检测器接收来自该发射器的光，但是并不意味着任何给定的发射器必然以一个或多个不连续/离散的定向的光束发光。而且，术语“光”包括红外(IR)和紫外(UV)辐射，并且术语“光学的”也据此解释。
触摸敏感表面可以是光束以全内反射通过的光学透明的平面波导，或光束非常靠近该表面并且平行于该表面通过的表面。
在波导的情况下，所用的材料可以是透明的塑料或玻璃板。与透明的波导接触的诸如手指或触针的物体的折射率比通常围绕该波导的空气高。在接触区域，折射率的增加将干扰波导内的光束的全内反射。破坏全内反射将增加波导的光泄漏，衰减通过该触摸事件位置的任何光束。相应地，移除触摸物体将使通过的光束的衰减被减少。这种衰减的变化在相关检测器的输出中是可检测的。当触摸敏感表面是光束在其上通过的表面时，在所用波长非光学透明的物体将衰减或中断通过该物体位置的光束。不论在那种情况下，如果由相关检测器检测的其振幅下降低于预定的或自适应计算的阈值Th，都认为光束被中断。
发射器14、22和检测器18、24由控制器200经由驱动电路210驱动。例如可以包括适当编程的微处理器或PLA的控制器200，也用来处理从检测器输出的数据，在模数转换之后，确定触摸点的位置。光束被逐一扫面并且CPU中的逻辑可以确定一个或多个被中断的光束的交点并推断出该中断物体/遮挡物体(interrupting object)的位置。物体必须足够大，以可检测地衰减沿着一个轴的至少一个光束和沿着正交轴的至少一个光束，因此，分辨率通常相当低除非使用大量发射器和/或检测器。通过扫描光束是指采样检测器的输出，以确定照射在每个检测器上的该光束或每个光束的振幅。
当最不透明的物体位于触摸敏感区中时使用光束的正交栅格是有效的，因为该物体的中心位置可以通过扫描处理产生的一对正交坐标完全描述。
美国专利4,301,447(Funk等人)公开了一种机构，该机构用于检测沿着触摸敏感表面的相对边的任何给定的发射器和一些或全部检测器之间的光束的中断，用以增加触摸敏感机构的分辨率。
欧洲专利EP 0601651A1和美国专利US5,635,724公开了用于处理来自此种扫描系统的检测器输出的方法，以便在遮挡物体放置在具有发散模式辐射的发射器的光路中时分辩该阴影投射的中心线。
在这些公开中，分辨率被改进，但是不适应多个同时触摸事件。如图2a所示，由存在多于一个遮挡物体26、28的此种系统产生的坐标可能是不明确的，因为与一个触摸点相关的光束可能与另一个触摸点的光束相交，并且指示可能存在至少一个假的额外触摸点。例如，两对被中断的正交光束可以表示在由四个相交光束描述的矩形角处的两个和四个同时触摸事件之间。
在图2a中，分别在触摸敏感表面30中的位置T1和T2处的两个触摸事件26、28中断沿着一个轴的光束32和34和沿着另一个轴的光束36和38。从图中很显然，仅仅用这个信息，相关的逻辑电路不能肯定地确定在位置T1和T2或位置F1和F2处，或者在这些位置的一些组合处是否有触摸事件，前面所说这些位置与四个光束32、34、36和38的中断一致。
IBM Technical Disclosure Bulletin Vol.28，No.4，September 1985 pages 1760-1762(“Enhanced Optical Touch Panel”)，M.Johnson公开了一种触摸敏感表面的位映像的使用，来自围绕该触摸敏感表面的周边的连续激活的发射器的这种发散的被中断的光束的三角形阴影区被映射在该触摸敏感表面上。该公开的方法包括：在开始时将所有的位映像点初始化成相同的值，并且当第一发射器被激活时在沿着未被中断的光束的所有点将位映像点设置成相反的值。随后，第一发射器被停止激活，并且下一个发射器被激活，并且再一次，沿着未被中断的光束的任何点设置成与初始化设置的值相反的值。对于每个发射器激活时间以这种方式已经顺序地激活的所有的发射器和已经处理过的位映像点，对于所有的发射器激活时间仅仅在由被中断的光束经过的这些点，最终位映像将保留初始化的值，并且因此最有可能对应于真实的触摸事件。
自始至终使用在交点之间具有最小间隔的不变分辨率笛卡尔位映像将极大浪费RAM储存器和处理能力。在具有合理的响应时间的一般应用(可能是16个发射器和16个检测器)中应用IBM的位映像方法意味着或者分辨率必须降低或者能够得到相当可观的资源。因此，这种位映像的方法仅仅对于低分辨率应用是合理的。
因此本发明的目的是解决/确定(resolve)在具有高分辨率的接触敏感区域内的一个或多于一个同时触摸事件的位置，并且不需要过多的处理能力或存储器，或使用诸如集成线性检测器阵列或摄像机的昂贵的光学传感器。
发明内容
因此，提供一种确定触摸敏感光学装置中的触摸点的方法，该触摸敏感光学装置包括多个光发射器和多个光检测器，该光发射器和光检测器在其之间限定多个光束路径，这些光束路径形成在一个区域延伸的光束相交图案，该方法包括如下步骤：
检测沿着一对光束路径中每个传输的能量的调制；
在所述成对调制的光束的相交处指定候选触摸点；
分析靠近所述候选触摸点或与所述候选触摸点重合的预定的其他光束；以及
响应所述分析确定候选触摸点是不是实际触摸点。
优选地，所述指定步骤是基于该预定的其他光束的调制度函数。
优选地，预定的其他光束的影响/贡献以所述调制度的函数被加权。
优选地，对于每个预定的其他光束的加权取决于下述的一个或多于一个：预定的其他光束与候选触摸点的接近度(proximity)；预定的其他光束到限定候选触摸点的光束的角度；以及预定的其他光束的数目。
优选地，分析步骤是基于靠近所述候选触摸点或与所述候选触摸点重合的预定的其他光束交点。
优选地，该方法还包括这样的步骤：对于每个光束交点从数据库检索储存的数据，该数据库限定预定的其他光束或预定的其他光束相交，所述分析步骤至少部分地基于所述储存的数据。
优选地，该储存的数据包括与预定的其他光束或预定的其他光束相交相关的各自加权和/或接近度值。
优选地，光束相交图案是关于光束路径区域的至少一个轴对称的，其中所述检索步骤包括检索关于所述至少一个轴的一侧上的光束的储存数据，该方法还包括根据所述储存的数据推断所述至少一个轴的对称相对侧上的光束的光束数据。
优选地，该方法还包括，如果所述调制超过阈值水平，则将所述调制指定为中断光束的步骤，并且其中在所述指定步骤中，所述候选触摸点被指定在一对被中断的光束相交处。
优选地，所述阈值水平时一个自适应阈值水平。
优选地，所述指定步骤包括将检测的调制与该触摸点区域的预先限定的调制水平进行比较。
优选地，该方法包括检索数据的步骤，该数据为该触摸点区域的实际触摸点指示典型的调制水平。
优选地，所述数据包括下述数据的一个或多于一个：通过触摸点区域的光束的数目；落入该触摸点区域的相交光束的数目；或在该触摸点区域中期望的最大调制。
优选地，该方法还包括根据从一个组(cluster)单元到该相同组的至少一个其他单元的搜索半径距离将实际触摸点分成组的分组步骤。
优选地，所述光束相交图案是非均匀的，并且所述搜索的半径距离根据光束相交图形中的组单元的位置而变化。
优选地，该方法还包括估算该组的中心作为所有的组单元的平均位置的步骤。
优选地，该方法还包括估算该组的中心作为围绕该组的边界矩形的中心的步骤。
优选地，该方法还包括估算该组的中心作为外面的组单元的平均位置的步骤。
优选地，所述估算步骤是基于加权平均，该加权取决于在影响该平均的每个点的光束的调制度。
优选地，该方法还包括确定非圆的触摸接触区的取向的步骤。
优选地，在所述确定步骤中，该取向通过数学上旋转在位于围绕该接触区估算中心的该接触区的周边上或附近的至少两个确认的触摸点来确定，并且确定每个触摸点和固定轴之间的距离的最小或最大平均绝对值。
优选地，该方法包括如下步骤：
(i)对于所述候选触摸点初始化点有效值；
(ii)选择靠近所述候选触摸点或与候选触摸点重合的预定的其他光束；
(iii)测量所述预定的其他光束的强度；
(iv)基于所述测量的光束强度计算所述预定的其他光束的衰减容限；
(v)用加权值乘所述衰减容限；
(vi)将加权衰减容限与所述点有效值相加；
(vii)对于靠近所述候选触摸点或与候选触摸点重合的多个预定的其他光束重复步骤(ii)-(vi)；
(viii)使所述点有效值标准化；
(ix)如果所述点有效值超过阈值，则将所述候选触摸点指定为实际的触摸点。
优选地，所述点有效值被初始化为0。
优选地，步骤(iv)包括从所述测量的光束强度减去阈值。
优选地，步骤(viii)包括用预定的其他光束的数目除所述点有效值。
优选地，该方法还包括将所述实际触摸点的指示(indication)储存在确认/有效点列表中。
优选地，该方法还包括确定候选触摸点是否接近触摸事件的边界的步骤，并且其中所述分析和确定所述候选触摸点是否是实际触摸点的步骤仅仅关于接近触摸事件边界的那些触摸点进行。
还提供一种触摸敏感光学装置，该触摸敏感光学装置包括多个光发射器和多个光检测器，光发射器和光检测器相对于可触摸的表面设置成使得由发射器发射的能量被沿着靠近表面通过的多个相交光束的检测器接收，并且其中在光束处触摸该表面使得可检测地调制沿着光束传输的能量。该触摸敏感光学装置还包括可操作以执行下述步骤的处理装置：
(i)检测沿着光束路径传输的能量的调制；
(ii)在一对被调制光束的相交处指定候选触摸点；
(iii)分析靠近所述候选触摸点或与所述候选触摸点重合的预定的其他光束；以及
(iv)响应所述分析，确定该候选触摸点是否是实际触摸点。
还提供一种触摸敏感光学控制装置，该触摸敏感光学控制装置包括相对可触摸表面设置的一组光发射器和一组光检测器，使得由发射器发射的光被沿着横向通过该表面的多个相交光束的检测器接收，并且在光束处触摸该表面使得可检测地调制沿着该光束传输的光，如果这种调制足够大，这种调制被记录为被相关的处理装置中断的光束，其中该处理装置在被中断的光束的相交处限定候选触摸点，并且通过检查靠近所述候选触摸点或与所述候选触摸点重合的预定的其他光束(测试光束)确定每个候选触摸点是实际触摸点，或不是实际触摸点。
由于测试光束很可能是在靠近候选触摸点或与候选触摸点重合的点处相交，所述测试光束交点可以被选择地检查以将每个候选触摸点确定为实际触摸点。
本发明在多触摸系统中是特别有用的，在该系统中单独两个光束的相交可能是不确定的。
本发明提供具有高分辨率和多接触能力的低成本光学触摸覆层。
本发明的实施例进一步提供关于触摸点的其他细节，例如每个触摸点接触区的中心、尺寸和取向，以及这些值的有效计算。
附图说明
下面将参考附图，以举例的方式描述本发明的实施例。
图1是常规的光学接触敏感覆层和相关电路的示意图，该覆层具有在发射器和检测器之间延伸的正交排列的光束。
图2a示出当图1的覆层中具有多个触摸点时可能产生的不明确的点。
图2b示出利用附加的附近的光束排除图1的覆层中的假触摸点。
图3是在本发明的实施例中所用的光学触摸敏感覆层的示意图。
图4示出为了最大的覆盖图3的发射器和检测器的轴如何相对于触摸敏感表面被取向。
图5a示出利用附近的光束确认候选触摸点。
图5b示出利用附近的光束交点确认候选触摸点。
图6a示出包含在确认中所用的光束信息的查阅表的构造。
图6b是在确认过程中执行的步骤的流程图。
图6c是在确认计算中所用的加权表。
图7a示出优先确认的触摸事件的接触区的边界点。
图7b是图6b的流程图的修改，该修改的流程图执行图7a的原理。
图8a和8b示出如何通过利用光束对称性减少数据储存器的需要。
图9a示出与触摸事件相关的确认点如何能够聚集成组。
图9b是成组的过程的流程图。
图10示出估算一个组的旋转对称度和其取向的方法。
图11示出一个基本非圆的组的取向如何能够用作控制值。
图12是应用单轴扫描系统的本发明的实施例。
具体实施方式
在本实施例中，为了确定接触区内的多触摸的不明确点，为中断测试多个光束相交，其中被测试的光束与每个所示的候选触摸点重合或靠近。该原理被示于图2b中，其中附加的光束40和42，如果存在，可以被用来确定在图2a的触摸敏感表面30上的位置F1和F2的触摸事件的可能性。光束40可以靠近被中断的光束32和38的交点，并几乎与光束32和38的交点重合，因此除了非常小的物体之外，出现在位置F1的任何事物将中断光束32、38和40。同样地，光束42几乎与被中断的光束34和36在位置F2的交点重合。这两个附加光束40和42的状态，以及与通过T1和T2的附加光束54和56的状态，可以被用来确定在位置T1、T2、F1和F2没有不明确的点，存在触摸事件。
在本实施例中，具有宽辐射角的发射器和具有宽接收角的检测器围绕触摸敏感表面的整个周边设置，以最大化可得到的光束角的数目和角跨度，以确定不明确的光束交点。这图3中被现实，其中一组相交的光束44在具有宽辐射角的发射器46和具有宽接收角的检测器48之间穿过触摸敏感表面50。从这个图中很显然，用于触摸检测能够得到的光束44的数目和它们最紧密间隔的交点与图1的结构相比，尽管发射器46和检测器48的数目相同，但是提供一种潜力，以确定在这些区域中具有高分辨率的物体的位置。在发射器和检测器的数目相等并且相等地间隔的情况下，光束之间的许多交点将与其他光束的交点重合，这对于增加检测的精度是非常有用的。
如果需要，并且如图4所示，每个发射器46的辐射图案通过相应地定向发射器46或通过使用透镜、波导或反射镜，可以被引导以便以最大数目的检测器48被最优化接收。每个检测器48的接收角的取向可以类似地优化。
无论在那种情况下，发射器和检测器的阵列通常由诸如关于图1所示并描述的驱动电路210和控制器200驱动。
图5a示出在光束68和70的相交处包括候选触摸点P的触摸事件66。候选触摸点是指两个被中断的光束的交点。候选触摸点可以是实际的触摸点，如图5a所示，其中触摸点P是由在触摸事件66的光束68和70的实际的中断引起的，或者可以通过触摸敏感表面上的别的地方的触摸事件，由光束的中断引起。
在本实施例中，已经被中断的两个光束与触摸事件重合的方式被测试，看看它们是否相交，如果相交，这对光束的交点被当作候选触摸点。候选触摸点通过检查重合的或附近光束(测试光束)被验证(确认)或被排除。如果衰减(attenuating)的物体在候选触摸点实际存在，那么通过这个点的任何测试光束将同样被中断。在候选交点附近的测试光束通常比较远的测试光束对确认过程发挥更大的影响。
在图5a所示的例子中，光束72、74和76被测试，看看它们是否也被中断，并且如果被中断，点P被认为是有效的。由于光束72、74和76都不与光束68和70的交点P重合，所以它们的状态值的加权和被用来确定候选点P是有效的可能性。光束72和76两者都被中断，并且只有光束74不被中断，因为光束72和76两者在候选点P附近，所以本实施例认为点P是有效的。
与测试光束相关的加权值通常将被设置成足够高，以超过被中断的附近或重合光束的任何数目光束的组合验证效果，其中测试光束与候选触摸点重合但未被中断。这确保通过一个点的未中断的光束防止这个点变成被确认为触摸点。但是，可能有这样的情况(例如，在扫描机构中的低信噪比)，即在未中断的光束的否定效果和中断的光束的验证效果之间的很小的差别是适合的。
理想地，在候选触摸点附近范围内许多光束或所有光束被测试以确定它是否表示真实的触摸事件。如果对于每个候选点有限数目的光束被测试以使处理时间最小，那么所选的光束应当选择成它们的角的至少一部分与该候选点的光束的角相关；使用宽范围光束角测试增加排除假触摸点的机会。
因此，光束的加权值应当包括对候选触摸点的接近度、限定候选触摸点的光束的角度差和在候选触摸点附近的光束的数目(密度)的一些组合。根据需要加权值可以被计算，或能够从查阅表或列表检索。
为了确定两个光束的交点，熟知的几何或代数方法可以被使用，并且给出在这样的系统中发现的有限数目的光束角，有利的使用可以由已知的三角查阅表构成。
进一步的计算优点可以通过使用关于至少两个光束的交点的信息的列表或查阅表得到，诸如该点笛卡尔坐标和附近光束或重合的光束或附近的点，其应当进行测试以确认该点。
可选地，候选点通过检查光束的重合或附近的交点被确认(证实)或被排除。候选点附近的测试光束交点通常比更远的测试光束交点对确认过程发挥更大的影响。
图5b示出候选触摸点q附近的交点(例如，点71和73)，该交点可以用来确认或排除触摸点q。在光束74和光束76的相交处的测试交点71与候选触摸点q的距离比与在光束68和光束74的相交处的交点73的距离远，这通常导致测试点73对确认过程的影响大于测试点71的影响。如果附近和重合的测试交点与在候选触摸点q的一致，候选触摸点q被确认为真实的触摸点。
使用的标准将类似于用于附近光束所用的标准，例如在测试交点相交的光束的调制深度，在测试交点相交的光束的角度，测试交点对候选触摸点的接近度和靠近候选触摸点的光束的数目(或密度)。
图6a是这种列表结构的示例。对于每个光束，它包含与另一个光束的每个交点的记录，只要没有用于在该表的其他地方交点的重复记录。每个交点记录包含该交点的X和Y坐标和被测试的附近/重合的光束的识别，用于在这个交点的将要被确认的候选触摸点。它还保持用于每个测试光束的加权码，其确定测试光束状态对该候选触摸点的确认的影响。在每个交点记录中该列表还包括组(cluster)搜索半径和边界点领域(field)，其目的将在下面说明。
此种表便于对照许多局部参考光束或点快速测试候选触摸点，看看它表示实际的中断或是其他中断的伪像。
图6b是在本实施例中由控制器200执行的步骤的流程图，根据上面描述的原理排除或确认候选触摸点。
在步骤600，用候选触摸点开始，在步骤602将称为点的有效性值的参数设置为零。在步骤604，用于确认候选触摸点的第一个重合/附近的测试光束的识别从光束交点列表获取。在步骤606得到这个测试光束的强度。这个值可以是1比特二进位值0或1(1对应于在该光束每个端的发射器和检测器之间的完全发射)或在相同范围中的高分辨率值。
在步骤608，通过从光束强度减去阈值Th来计算衰减容限(光束强度在0-1的范围内被标准化，而Th是0和1之间分别对应于完全发射和完全中断的值)。下一步，步骤610，从光束交点列表获取光束加权码，并且在步骤612使用加权表(见图6c)和衰减容限的符号，将光束加权码转换成加权值。在步骤614，加权值乘以衰减容限并且在步骤616将该乘积与点有效值相加。
在步骤618测试关于当前的候选触摸点是否存在将要被评估的更多测试光束，并且对于每个测试光束重复步骤604至616。
当与当前的候选触摸点相关的全部测试光束已经被评估时，步骤620用得到平均值的测试光束的数目除累积点有效值。如果平均值大于零，在步骤622触摸点的数据被确认，并且在步骤624被添加到被确认的点列表中。
图6b所示的处理结果是被确认的点列表，其包含诸如每个点的X和Y坐标的信息，以及每个点的有效值(该点与真实触摸事件相关的置信度的测量)和在随后的处理阶段中所用的各种其他值。
图6c示出保存在光束交点列表中用于从加权码转换成在确认计算中所用的加权值的两组值的示例。图6c示出如何能够使在候选触摸点附近未中断光束的否定影响比到候选触摸点相同距离的被中断光束的验证效果强得多，以减小假的积极点验证的发生率。
图7a示出两个中断的光束78和80在触摸区T相交并且产生候选触摸点Q。另一个候选触摸点R由中断的光束82和84相交形成。
这些候选触摸点Q和R可以使用图6b所示的处理被确认，但是更优选用图6b中修改的处理方案，使得对于将要被确认为触摸点的点至少需要一个附近光束不被中断。在这个修改的算法方案中，加权码表曲线对于附近被中断的光束和附近未中断的光束很可能给出几乎相等的加权。
在修改的处理中，候选触摸点Q附近的垂直的光束82和86以及水平光束84和88被测试以确认点Q。由于只有光束86不被中断，其他被中断的光束的加权和将确认点Q。垂直光束78和94和水平光束80和92被测试以确认候选触摸点R。但是，由于四个光束74、94、80和92全部被中断，修改的算法将排除候选触摸点R。
这种修改的好处是对于确认触摸事件边界的附近的候选触摸点具有优先权。这可以用于减少产生的数据量，特别是当触摸事件具有很大的接触区时。而且，关于触摸事件的大多数有用的数据，例如接触面积，可以只从在其边界外面的点确定。
图7b是修改的处理算法的流程图，其有利于围绕触摸事件接触区的边界的点的确认，如果由修改的处理生成的数据量过大，这是由于大量被中断的光束被检测，则控制器软件可以转换到这种模式。
图7b的流程图与图6b的流程图相同，但是包括附加步骤601、609A、609B和619。步骤601将称为被中断的附近光束计数的参数设置为零。步骤609A测试该光速是否被中断(光束强度小于Th)并且如果被中断，则在步骤609B将1添加到被中断的附近光束计数，步骤619测试是否全部光束被中断，如果全部被中断，则候选触摸点不被确认。
图7a、7b、8a、8b和8c表示处理步骤和数据结构，其可以用于利用附近或重合的光束确认候选触摸点。应当明白，这些方法通过参考在这些测试交点相交的光束，也可以应用于附近或重合的测试交点。
图8a示出光束图案中的对称性如何能够有利地用于减少与光束和光束相交相关的数据所需要的储存器。
在图8a的示例性的设置中，触摸敏感表面96被16个发射器98和16个检测器100围绕，从图中很明显，相交的光束102形成水平和垂直对称的图案，这意味着在触摸敏感表面96的单个象限104中相交光束102的图案是其他三个象限中的图案的代表。
这种对称性可以用来通过参考与光束图案相关的数据结构减少所需要的储存空间。例如，图6a中的光束交点列表可以具有所需总数的大约四分之一，以表示整个触摸敏感表面。包括交点标题(header)中的1比特边界点领域以标记沿着至少两个象限之间的边界的光束交点。这些点只需要在一个象限中被确认并且在所有其他象限中被忽略。
图8b示出诸如光束线段106的光束线段和光束线段之间的交点，例如，单个象限112内的点108和110。光束线段106是在离开象限112之前在象限112的边界只具有单个交点114的光束的示例。与象限112外面的光束线段106的其他部分的相交通过对关于象限112保持的数据应用轴对称来处理。
例如，光束线段106延续到象限112的外面，以完成发射器E15和检测器D10之间的光路。与继续通过与参考象限112相邻的象限的光束线段106的这部分的相交可以通过关于Y轴的轴对称来确定，以便光束端点E15和D10分别转移到E6和D11。图8b示出这个反射线段116和在参考象限112内发现的对应的交点可以通过执行关于Y轴相同的轴对称被转换成通过与参考象限112相关的查阅表或列表返回的值。在其他象限中与光束线段部分的相交以类似的方式处理。
在图8b中的光束118与光束120在参考象限112的拐角相交。在该点有许多其他光束交点，并且像沿着参考象限112的边界的其他交点一样，它只需要当处理参考象限112时被确认并且忽略所有其他象限。
虽然在利用单个参考象限进行轴对称有很小的处理辅助操作(overhead)，但是节省相当大的储存空间。图8a所示的具有完整的一组相交光束的结构的示例性实施具有查阅表，该查阅表具有用于6261个独特交点的数据，因而具有图8b中所示的参考象限的示例性实施具有象限查阅表，该查阅表具有用于1580个交点的数据，其余的通过对参考象限数据的对称操作被推导出。
在触摸敏感表面上的光束密度的变化(正如在图3、4和8所看到的)和最小密度通过发射器之间的间隔和检测器之间的间隔初步确定。这种间隔选择成使得任何真实的触摸事件很可能产生若干个被确认的点。在这个实施例中，被确认的点被集合成组，其中每个组表示触摸接触区。
查阅表可以用来储存触摸敏感表面的每个区域的光束密度和/或光束交点。通过允许候选触摸点附近的光束的检测的调制量或光束交点与触摸敏感表面的区域的光束的可能的调制量或光束交点相关，这个表将便于用于候选触摸点的确认过程。
该表可以储存作为触摸敏感表面的给定区域的光束或光束交点数目的值。可选地，当在该区域内存在真实触摸时，该储存的值表示该触摸敏感表面的给定区域内的最大的或典型的调制水平。
参考图9a，触摸事件的接触区的轮廓线122包含若干个确认的点，例如点124、126、和128，这些点将在由图6b和7b描述的处理所生成的确认的点列表中。触摸事件接触区的轮廓线122也包含一些不被确认的点，例如点130。确认的点列表不需要以任何特定的顺序，因此分组算法用于通过组参考(cluster reference)将非常可能属于相同触摸事件的任何被确认的点聚集在一起。
仍然参考图9a，示例性的确认点列表可以具有被确认的点124作为其第一个进入。最初，没有组编号被分配给任何点。用点124开始作为组的种子点，它是第一个被指定的组编号。接下来，对于其他被确认的触摸点，搜索在围绕点124的半径132内进行，但是其还未被指定给组。在这个例子中，还未被指定给组的被确认的点126和128在点124的半径132内被发现。不是被确认的点134和136也在点124的半径132内，但是被忽略。然后，点126被指定给与点124相同的组，并且对于还未被指定给组的被确认的触摸点，搜索在点126的半径138内进行。没有发现这种点，因此处理的焦点移到点128等。
由于光束交点之间的间隔在整个触摸敏感表面上变化很大，因此分组算法可以用确定的最大分组搜索半径，用于被搜索的触摸敏感表面的特定部分或用于围绕该点进行搜索的特定点。如果需要，该搜索半径可以计算或保持在诸如图6a所示的查阅表或列表中。
图9b是由控制器200执行的分组处理的流程图。在步骤900用确认的触摸点列表开始，在步骤902当前的组编号设置为1，并且在步骤904和906识别第一个未分组的触摸点1。事实上，对于该第一组，没有触摸点被分组，因此步骤904和906在列表中识别第一个触摸点。在步骤908，当前组编号被指定给该识别的未分组的触摸点。在步骤910，对于未分组的被确认的触摸点在搜索半径内的区域被搜索，并且如果在步骤912发现，则在步骤914原点(即在步骤906发现的点)被识别为在步骤912发现的点的母点。现在，在步骤916，将焦点(focus)移动到在步骤912发现的新点并且算法循环通过步骤908至916直到在步骤912没有发现的另外的点。在这种情况下，步骤918测试，看看是否有在步骤912发现的最后一个点的母点。如果有，在步骤920和922将焦点移动到该母点，并且算法围绕用于母点的908至916的回路循环。当在步骤912和918再没有发现点时，在步骤924分组完成，并且算法返回到下一个未分组的触摸点，即步骤904。在处理的结束处，在被确认点列表中的全部点已经被指定给组。
以类似于候选触摸点的唯一确认的方式，其围绕该候选触摸点至少有一个未中断的光束，如果围绕它的所有的光束交点也是被确认的触摸点，则确认的触摸点可以从一个组丢弃。生成只具有一个单个被确认的触摸点的组的小触摸接触区可以仍然是有效的，但是位置分辨率将是这个触摸事件区域中潜在(underlying)的相交图案的位置分辨率，根据该应用，小区域的组可以作为虚假的而被丢弃。过分大的组也可以被丢弃。
可以进行组的其他处理以确定每个组的中心点和尺寸(跨距和面积)、其旋转对称，以及如果明显是非旋转对称的，确定其取向。
为了估算组的中心位置、可以对在该组中的各点的X坐标和Y坐标进行平均。结果得到的平均的X和平均Y值可以用作估算的中心点。由于在触摸敏感表面上的光束交点的分布是不均匀的，因此更多的代表性的中心点可以通过平均围绕一个组的边界的外面的单元(members)的X坐标和Y坐标来进行估算。
在一些应用中，通过利用该组中任何点的最小和最大X坐标和该组中任何点的最小和最大Y坐标表示该组的边界区。为了改善分辨率在组的单元点的光束的调制深度可以用作加权因子。从组的估算中心到该组的外面的点的径向距离也可以用来确定触摸接触区的跨距。
熟知的方法可以用来计算组的面积，例如将组的边界轮廓线分成三角形多边形(组的估算中心可以用作每个三角形的顶点)并且将所有的多边形的面积相加。
图10a至10d示出估算一个组的旋转对称度和其取向的示例性的方法。
在该组中被确认的点通过控制器绕该组的估算的中心点数学地旋转超过180度范围的连续量。对于每个旋转角度。在该旋转组中的各点的平均绝对Y坐标被计算，并且当该组的取向轴基本上与X轴对齐时得到最小平均值。这个过程可以利用该组中所有点进行，或只用该组的附近或周边上的点进行。
通过所有的测试角的平均绝对Y值的变化表示该组的旋转均匀度。大的变化表示该组的形状不近似圆。理想地，在旋转期间只有一个宣称的最小(pronounced minimum)，以表示该组具有明显的取向主轴。
组取向可以用作额外的参数，与尺寸、中心位置和与每个触摸事件相关的其他数据一起转到触摸覆层与其连接的处理系统。组取向的变化可以用作旋转运动到控制(controls)或可以渲染在相关的显示板上的其他图形。例如，通过将手指放在基本上平行于触摸覆层的显示的控制器(control)上，并且同时保持与触摸覆层的接触，顺时针转动手指并且使相关的图形控制指向更高的水平值，图示地绘制在触摸覆层下面的显示器上的旋转声频水平控制可以开大(turn up)。将紧密地并在一起的两个手指放在控制器上并且转动整个手将得到类似的结果。
图11a至11e示出基本非圆的组的取向如何能够被用作控制值。
图11a示出两个手指角度之间的转动，首先在位置1，然后转动该手指到位置2。图11b示出与图11a所示的手指旋转相关的被确认的点组的旋转，而图11c示出从图11b所示的组旋转推导出的取向轴的旋转。
图11d示出在与该触摸敏感覆层相关的LCD上或与类似的显示装置上的示例性的旋转控制图形。图11e示出已经旋转一定量的示例性的旋转控制图形图像，该旋转控制图形图像与图11a的位置1和位置2之间的触摸手指的旋转相关连(linked to)。
两个单独的组的中心之间的角度可以以类似的方式使用。
图12示出单轴扫描系统，该单轴扫描系统利用在至少两个被中断光束的相交处的候选触摸点附近通过的光束的状态作为用其确认该候选触摸点的附加数据。单轴扫描系统是指一种触摸敏感光学控制装置，该装置具有只沿着触摸敏感表面的相对的边设置的发射器和检测器。
在图12中，发射器140和检测器142的阵列设置在矩形触摸敏感表面144的两个相对边上。图12中的触摸点146在交点148和150处中断光束对，并且还中断光束152和154。交点148是通过测试光束146和光束152可以被确认的候选触摸点。在这个例子中，光束146和光束152两者都被中断，并且点148被确认。交点150是通过测试光束152和光束156可以被确认的候选触摸点。在这种情况下，光束152被中断而光束156不被中断，因此候选触摸点150很可能被排除。
一般而言，候选触摸点可以从在发射器的线性阵列和检测器的平行阵列之间通过的相交光束产生，该发射器的线性阵列沿着触摸敏感表面的一侧并且检测器的平行阵列是沿着其相对侧。用于确认候选触摸点的光束可以从相同的阵列发射器传到相同阵列的检测器，因此发射器和检测器的第二轴对于实现本发明不是必需需要的。这有利于使用绝对小数目的发射器和检测器稳健检测触摸。
被光束横向通过的面板(panel)，除了检测触摸事件之外，还可以检测沿着光路设置的机械控制装置的运行。例如，机械按钮控制器可以沿着光路嵌入，因而当按钮致动器在其停止位置时，按钮控制器最小化衰减光能，但是当按钮致动器被按压时引起显著的光学衰减。这可以通过当按钮被按压时将不透明的叶片引进光束路径中实现。用于控制装置的各种机械结构可以用来调制沿着光束通过的光能，使得这种控制装置的状态可以通过处理来自光检测器的信号被检测。
虽然本发明主要意欲与离散的光检测器一起使用，例如光电晶体管或光电二极管，但是有利的是可以应用于利用光敏电阻、集成线性阵列、摄像机或其他多元件光学检测装置的系统。
虽然已经利用光束衰减作为由触摸引起的调制模式描述了本发明，但是可以设想其他调制类型，例如由于触摸物体的反射或由于被触摸物体聚焦引起的增加光束密度，并且在本发明的范围内。
利用本发明，储存器和处理需求是最少的，即便在高分辨率装置中。
本发明不限于这里描述的实施例，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下修改或改变。

Claims (28)

1.一种用于确定接触敏感光学装置中的触摸点的方法，该接触敏感光学装置包括多个光发射器和多个光检测器，所述光发射器和光检测器在其之间限定多个光束路径，所述光束路径形成在一个区域延伸的光束相交图案，该方法包括如下步骤：
检测沿着一对光束路径中的每个传输的能量的调制；
在所述一对调制的光束的相交处指定候选触摸点；
分析靠近所述候选触摸点或与所述候选触摸点重合的预定的其他光束；以及
响应于所述分析，确定所述候选触摸点是否是实际的触摸点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述指定步骤是基于所述预定的其他光束的调制度的函数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述预定的其他光束的影响在取决于调制度的所述函数中被加权。
4.根据权利要求3所述的方法，其中对于每个预定的其他光束的所述加权取决于下述一个或多于一个：所述预定的其他光束与所述候选触摸点的接近度；所述预定的其他光束与限定所述候选触摸点的光束的角度；以及所述预定的其他光束的数目。
5.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述分析步骤是基于靠近所述候选触摸点或与所述候选触摸点重合的预定的其他光束的交点。
6.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括对于每个光束交点从数据库检索储存的数据的步骤，该数据库限定所述预定的其他光束或预定的其他光束相交，所述分析步骤至少部分地基于所述储存的数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述储存的数据包括与所述预定的其他光束或预定的其他光束相交相关的相应的加权和/或接近度值。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中光束相交图案是关于光束路径区域的至少一个轴对称的，其中所述检索步骤包括检索关于所述至少一个轴的一侧上的光束的储存数据，该方法还包括根据所述储存的数据推断在所述至少一个轴的对称的相对侧上光束的光束数据的步骤。
9.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括如果所述调制超过阈值水平，则指定所述调制作为中断光束的步骤，并且其中在所述指定步骤中，在一对被中断光束的相交处指定所述候选触摸点。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述阈值水平是自适应阈值水平。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述指定步骤包括将所述检测的调制与触摸点区域的预定的调制水平进行比较。
12.根据权利要求11所述的方法，其中该方法包括检索数据的步骤，该数据表示用于触摸点区域的实际触摸点的典型调制水平。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述数据包括下述数据的一种或多于一种：通过触摸点区的光束的数目；落入该触摸点区的光束相交的数目；或在该触摸点区中期望的最大调制。
14.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括根据搜索半径距离将实际触摸点分成组的分组步骤，该搜索半径距离是从一个组单元到该相同组的至少一个其他单元的距离。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述光束相交图案是非均匀的，并且所述搜索半径距离根据该光束相交图案中的组单元的位置而变化。
16.根据权利要求14或15所述的方法，还包括估算组的中心作为所有组单元的平均位置的步骤。
17.根据权利要求14或15所述的方法，还包括估算组的中心作为围绕该组的边界矩形的中心的步骤。
18.根据权利要求14或15所述的方法，还包括估算组的中心作为外面的组单元的平均位置的步骤。
19.根据权利要求16、17或18所述的方法，所述估算步骤是基于加权的平均，该加权取决于在对该平均有影响的每个点处的光束的调制度。
20.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括确定非圆的触摸接触区的取向的步骤。
21.根据权利要求20所述的方法，其中在所述确定步骤中，所述取向通过数学旋转位于围绕该触摸区的所述估算中心的接触区的周边上或附近的至少两个确认的触摸点来确定，并且确定每个触摸点和固定轴之间的距离的最小或最大平均绝对值。
22.根据任何前述权利要求所述的方法，包括如下步骤：
(i)初始化用于所述候选触摸点的点有效值；
(ii)选择靠近所述候选触摸点或与候选触摸点重合的预定的其他光束；
(iii)测量所述预定的其他光束的强度；
(iv)计算所述预定的其他光束的衰减容限；
(v)用加权值乘所述衰减容限；
(vi)将所述加权衰减容限加到所述点有效值；
(vii)对于靠近所述候选触摸点或与候选触摸点重合的多个预定的其他光束重复步骤(ii)-(vi)；
(viii)使所述点有效值标准化；和
(ix)如果所述点有效值超过阈值，将所述候选触摸点指定为实际触摸点。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述点有效值被初始化为0。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中步骤(iv)包括从所述测量的光束强度减去阈值。
25.根据权利要求22-24中任何一项所述的方法，其中步骤(viii)包括用该预定的其他光束的数目除所述点有效值。
26.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括将所述实际触摸点的指示储存在被确认的点列表中的步骤。
27.根据任何前述权利要求所述的方法，还包括确定候选触摸点是否靠近触摸事件的边界的步骤，并且其中所述分析步骤和确定所述候选触摸点是否是实际触摸点的步骤仅仅关于接近触摸事件边界的这些候选触摸点进行。
28.一种触摸敏感光学装置，其包括多个光发射器和多个光检测器，所述光发射器和所述光检测器相对于可触摸的表面设置成使得所述发射器发射的能量被沿着邻近表面通过的多个相交光束的所述检测器接收，并且其中在光束触摸该表面使得沿着光束传输的能量的可检测地调制，该触摸敏感光学装置还包括可操作执行下述步骤的处理装置：
(i)检测沿着光学路径传输的能量的调制；
(ii)在一对被调制光束的相交处指定候选触摸点；
(iii)分析靠近所述候选触摸点或与所述候选触摸点重合的预定的其他光束；以及
(iv)响应于所述分析，确定所述候选触摸点是否是实际的触摸点。
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