用于檢測(cè)多點(diǎn)觸摸事件的光學(xué)觸敏裝置的低功率運(yùn)行的制作方法
【專利說明】用于檢測(cè)多點(diǎn)觸摸事件的光學(xué)觸敏裝置的低功率運(yùn)行
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)根據(jù)美國(guó)法典35 § 119(e)要求在2012年7月13日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/671，225號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體涉及檢測(cè)觸敏裝置中的觸摸事件，尤其是涉及能夠檢測(cè)多點(diǎn)觸摸事件的低功率方法。
【背景技術(shù)】
[0004]用于與計(jì)算裝置交互的觸敏顯示器正變得越來越普遍。存在用于實(shí)現(xiàn)觸敏顯示器和其它觸敏裝置的許多不同技術(shù)。這些技術(shù)的示例包括(例如)電阻式觸摸屏、表面聲波式觸摸屏、電容式觸摸屏和某些類型的光學(xué)觸摸屏。然而，這些方法中的許多方法目前仍然有缺點(diǎn)。例如，一些技術(shù)在用于小尺寸顯示器時(shí)可能運(yùn)作良好，如用在許多現(xiàn)代的移動(dòng)電話中，但不能很好地?cái)U(kuò)展到更大屏幕尺寸，如用于便攜式計(jì)算機(jī)或臺(tái)式計(jì)算機(jī)中的顯示器。一些技術(shù)的另一缺陷是它們不能夠或難以處理多點(diǎn)觸摸事件。當(dāng)同時(shí)發(fā)生多個(gè)觸摸事件時(shí)，發(fā)生多點(diǎn)觸摸事件。另一缺陷是這些技術(shù)可能不能夠滿足日益增長(zhǎng)的分辨率要求。
[0005]另一缺陷是功耗。許多觸敏裝置是移動(dòng)設(shè)備(諸如移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)和平板計(jì)算機(jī))，其中功耗是重要的因素。此外，更大的屏幕尺寸、更快的設(shè)備運(yùn)行、更高的設(shè)備分辨率和多點(diǎn)觸摸檢測(cè)是會(huì)增加功耗的設(shè)備需求。功耗可能是觸敏器件能否在商業(yè)上可行的決定因素。
[0006]因此，存在對(duì)較低功率觸敏系統(tǒng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]一種光學(xué)觸敏裝置能夠檢測(cè)并確定多個(gè)同時(shí)觸摸事件的位置。這也可以被稱為觸摸事件分辨率。該光學(xué)觸敏裝置包括多個(gè)發(fā)射器和檢測(cè)器。這些發(fā)射器產(chǎn)生由這些檢測(cè)器接收的光束。這些光束優(yōu)選以使得許多光束能夠被一個(gè)檢測(cè)器同時(shí)接收的方式被多路復(fù)用。觸摸事件干擾光束。
[0008]該裝置以節(jié)省功率的方式運(yùn)行。例如，該裝置可以具有不同的運(yùn)行模式(有效模式、待機(jī)模式、高分辨率模式、高速模式、軟件驅(qū)動(dòng)模式等)，其將消耗不同的功率量。通過在不同運(yùn)行模式之間切換，可以降低總功耗。
[0009]即使在一種運(yùn)行模式內(nèi)，裝置也可以具有消耗不同功率量的多種可用檢測(cè)方案。例如，檢測(cè)方案可以在施加于光束的功率量或能量；掃描速率；分辨率；選擇激活哪些光束、發(fā)射器或檢測(cè)器；掃描面積；光束密度；多路復(fù)用方案和/或用于確定觸摸事件的處理類型等方面存在差異。通過組合不同的檢測(cè)方案，可以降低總功耗。
[0010]其他方面包括與上述內(nèi)容有關(guān)的方法、裝置、系統(tǒng)和軟件。
【附圖說明】
[0011]現(xiàn)將通過示例的方式參照附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
[0012]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)觸敏裝置的示意圖。
[0013]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于確定觸摸事件的位置的流程圖。
[0014]圖3是示出觸敏裝置的不同運(yùn)行模式的狀態(tài)圖。
[0015]圖4A-C是示出光束數(shù)量與每個(gè)光束的能量之間的折中的示意圖。
[0016]圖5A-C是示出用于激活光束終端的不同方案的示意圖。
[0017]圖6是示出在有效模式中在不同檢測(cè)方案之間切換的狀態(tài)圖。
[0018]圖7A-D是示出基于圖6中示出的方案的示例的流程圖。
[0019]圖8A-B是示出多回程(mult1-pass)方法的示例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]1.引言
[0021]A.裝置概述
[0022]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)觸敏裝置的示意圖。該光學(xué)觸敏裝置包括控制器110、發(fā)射器/檢測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路120以及觸敏表面組合件130。該表面組合件130包括表面131，在該表面上將檢測(cè)觸摸事件。為方便起見，由表面131定義的面積有時(shí)候可以被稱為有效面積或有效表面，即使該表面本身可能是完全無(wú)源的結(jié)構(gòu)。組合件130還包括沿有效表面131周邊布置的發(fā)射器和檢測(cè)器。在該示例中，存在被標(biāo)記為Ea-EJ的J個(gè)發(fā)射器和被標(biāo)記為Dl-DK的K個(gè)檢測(cè)器。該裝置還包括觸摸事件處理器140，其可以被實(shí)施為控制器110的一部分或如在圖1中單獨(dú)示出。標(biāo)準(zhǔn)化的API可以被用于與觸摸事件處理器140通信，例如在觸摸事件處理器140與控制器110之間，或者在觸摸事件處理器140與連接到該觸摸事件處理器的其他裝置之間。
[0023]發(fā)射器/檢測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路120充當(dāng)控制器110與發(fā)射器Ej和檢測(cè)器Dk之間的接口。發(fā)射器產(chǎn)生由檢測(cè)器接收的“光束”。優(yōu)選地，由一個(gè)發(fā)射器產(chǎn)生的光線由不止一個(gè)檢測(cè)器接收，并且每個(gè)檢測(cè)器接收來自不止一個(gè)發(fā)射器的光線。為方便起見，“光束”將指代從一個(gè)發(fā)射器到一個(gè)檢測(cè)器的光線，即使其可以是去到許多檢測(cè)器的大扇形光的一部分而不是單獨(dú)的光束。從發(fā)射器Ej到檢測(cè)器Dk的光束將被稱為光束jk。圖1明確地標(biāo)記光束al、a2、a3、el和eK作為示例。在有效面積131內(nèi)的觸摸將干擾某些光束，從而改變?cè)跈z測(cè)器Dk處的接收。關(guān)于這些變化的數(shù)據(jù)被傳送給觸摸事件處理器140，該觸摸事件處理器分析該數(shù)據(jù)以確定觸摸事件在表面131上的(多個(gè))位置(和時(shí)間)。
[0024]B.過程概述
[0025]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于確定觸摸事件的位置的流程圖。這個(gè)過程將使用圖1的裝置來說明。該過程大致分為兩個(gè)階段，其將被稱為物理(或掃描)階段210和處理階段220。從概念上講，兩個(gè)階段之間的分界線是一組透射系數(shù)Tjk。
[0026]透射系數(shù)Tjk是從發(fā)射器j到檢測(cè)器k的光束與如果沒有與光束交互的觸摸事件時(shí)所透射的光束相比的透射率。這種比量度(specific measure)的使用純粹是示例?？梢允褂闷渌牧慷?。此外，雖然圖2使用Tjk作為物理階段210與處理階段220之間的分界線來解釋說明，但是并不需要明確地計(jì)算Tjk。也不需要在物理階段210與處理階段220之間有清晰的劃分。
[0027]返回圖2，物理階段210是根據(jù)物理設(shè)置確定Tjk的過程。處理階段220根據(jù)Tjk確定觸摸事件。在圖2中示出的模型在概念上是有用的，這是因?yàn)樵撃Ｐ驮谀撤N程度上將物理設(shè)置和底層的物理機(jī)制與后續(xù)處理分開。
[0028]例如，物理階段210產(chǎn)生透射系數(shù)Tjk。觸敏表面組合件130的許多不同物理設(shè)計(jì)是可能的，并且將根據(jù)最終應(yīng)用來考慮不同的設(shè)計(jì)折中。例如，發(fā)射器和檢測(cè)器可以更窄或更寬、具有更窄的角度或更寬的角度、具有不同的波長(zhǎng)、具有不同的功率、相干或不相干等。作為另一個(gè)示例，不同類型的多路復(fù)用可以被用于允許來自多個(gè)發(fā)射器的光束被每個(gè)檢測(cè)器接收。這些物理設(shè)置和運(yùn)行模式中的幾種在下面描述(主要在下面的章節(jié)C中)。
[0029]塊210的內(nèi)部示出過程210的一種可能的實(shí)施方式。在這個(gè)示例中，發(fā)射器向多個(gè)檢測(cè)器傳送212光束。橫跨觸敏表面行進(jìn)的一些光束被觸摸事件干擾。檢測(cè)器以多路復(fù)用光學(xué)形式從發(fā)射器接收214光束。所接收的光束被解復(fù)用216以彼此區(qū)分獨(dú)立光束jk。然后確定218每個(gè)獨(dú)立光束jk的透射系數(shù)Tjk。
[0030]處理階段220還可以以許多不同的方式實(shí)施。候選觸摸點(diǎn)、線成像、位置插值、觸摸事件模板和多回程方法都是可以被用作處理階段220的一部分的技術(shù)示例。這些技術(shù)中的若干技術(shù)在下面描述(主要在下面的章節(jié)D中)。
[0031]C.物理設(shè)施
[0032]觸敏裝置可以以許多不同的方式實(shí)施。以下是設(shè)計(jì)變體的一些示例。
[0033]電子裝置.關(guān)于電子方面，需要指出圖1本質(zhì)上是示例性和功能性的。圖1中的不同方框的功能可以在相同的組件中被一起實(shí)施。
[0034]觸摸交互.可以使用與光束的觸摸交互的不同機(jī)制。一個(gè)示例是受抑全內(nèi)反射(TIR)。在受抑TIR中，光束被全內(nèi)反射限制在波導(dǎo)中，并且觸摸交互以某種方式干擾全內(nèi)反射。另一個(gè)示例是光束阻擋，其中觸摸交互部分地或全部阻擋光束。其他觸摸交互可以基于極化、散射或傳播方向或傳播角(垂直或水平)的變化。
[0035]該觸摸交互也可以是直接的或間接的。在直接交互中，觸摸物體(例如，手指或鐵筆)是與光束交互的物體。例如，手指可以比空氣具有更高的折射系數(shù)，因此當(dāng)手指與波導(dǎo)直接接觸時(shí)將抑制TIR。在間接交互中，觸摸物體與中間物體交互，該中間物體與光束交互。例如，手指可以促使高折射系數(shù)物體與波導(dǎo)接觸，或者可以促使該波導(dǎo)或周圍材料的折射系數(shù)變化。
[0036]需要指出的是，除了觸摸的存在以外，可以使用一些類型的觸摸交互來測(cè)量接觸壓力或觸摸速度。還需要指出的是，一些觸摸機(jī)制可以增強(qiáng)透射而不是降低透射，或者除了降低透射以外還可以增強(qiáng)透射。為簡(jiǎn)單起見，在本說明書的剩余部分中，將假設(shè)觸摸機(jī)制主要具有阻擋特征，也就是說從發(fā)射器到檢測(cè)器的光束將被干涉觸摸事件部分阻擋或全部阻擋。這不是必需的，但是便于說明各種概念。
[0037]為方便起見，觸摸交互機(jī)制有時(shí)候可以被分類為二元交互或模擬交互。二元交互是作為觸摸的函數(shù)基本具有兩種可能響應(yīng)的交互。其示例包括非阻擋和全阻擋，或者非阻擋和10%以上的衰減，或者非受抑和受抑TIR。模擬交互是對(duì)觸摸具有“灰度”響應(yīng)的交互:非阻擋經(jīng)過漸變?yōu)椴糠肿钃踔敝磷钃酢?br>[0038]發(fā)射器、檢測(cè)器和耦合器.每個(gè)發(fā)射器向多個(gè)檢測(cè)器傳送光。通常，每個(gè)發(fā)射器向不止一個(gè)檢測(cè)器同時(shí)輸出光。類似地，每個(gè)檢測(cè)器接收來自多個(gè)不同發(fā)射器的光。光束可以是可見光、紅外光和/或紫外光。術(shù)語(yǔ)“光/光線”旨在包括所有這些波長(zhǎng)，并且諸如“光學(xué)”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)該相應(yīng)地解釋。
[0039]用于發(fā)射器的光源的示例包括發(fā)光二極管(LED)和半導(dǎo)體激光器。也可以使用IR源。光束的調(diào)制可以是外部或內(nèi)部的。用于檢測(cè)器的傳感器元件的示例包括電荷耦合器件、光電二極管、光敏電阻、光電晶體管和非線性全光檢測(cè)器。除了主光源和傳感器元件以外，發(fā)射器和檢測(cè)器還可以包括光學(xué)裝置和/或電子裝置。在本公開中，為清楚起見，光學(xué)路徑被展開顯示?？梢允褂冒ú▽?dǎo)、光纖和/或自由空間耦合在內(nèi)的各種耦合方法。
[0040]光束路徑.觸敏系統(tǒng)的另一方面是光束和光束路徑的形狀和位置。在圖1-2中，光束被顯示為直線。這些直線應(yīng)當(dāng)被解釋為表示光束，但是光束本身可以具有不同的形狀和占位面積(footprint)。點(diǎn)發(fā)射器和點(diǎn)檢測(cè)器產(chǎn)生具有線狀占位面積的窄“鉛筆”光束。點(diǎn)發(fā)射器和寬檢測(cè)器(或反之亦然)產(chǎn)生具有三角形占位面積的扇狀光束。寬發(fā)射器和寬檢測(cè)器產(chǎn)生具有相當(dāng)恒定寬度的矩形占位面積的“矩形”光束。
[0041]根據(jù)占位面積的寬度，透射系數(shù)Tjk表現(xiàn)為二進(jìn)制數(shù)或模擬量。如果隨著觸摸點(diǎn)經(jīng)過光束，透射系數(shù)相當(dāng)突然地從一個(gè)極值轉(zhuǎn)換到另一個(gè)極值，則該透射系數(shù)是二進(jìn)制數(shù)。例如，如果光束非常窄，則該光束將被完全阻擋或完全未阻擋。如果光束是寬的，則該光束可能隨著觸摸點(diǎn)經(jīng)過該光束而被部分阻擋，從而導(dǎo)致更模擬的行為。
[0042]在大多數(shù)實(shí)施方式中，每個(gè)發(fā)射器和每個(gè)檢測(cè)器將支持多個(gè)光束路徑，雖然可能不是每一發(fā)射器的光束到達(dá)每一個(gè)檢測(cè)器。來自一個(gè)發(fā)射器的所有光束的占位面積的聚集將被稱為該發(fā)射器的覆蓋范圍。所有發(fā)射器的覆蓋范圍可以被聚集以獲得該系統(tǒng)的總覆蓋范圍。