用于檢測多點觸摸事件的光學觸敏裝置的低功率運行的制作方法
【專利說明】用于檢測多點觸摸事件的光學觸敏裝置的低功率運行
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請根據美國法典35 § 119(e)要求在2012年7月13日提交的美國臨時專利申請第61/671，225號的優先權，其全部內容以引用方式并入本文。
技術領域
[0003]本發明總體涉及檢測觸敏裝置中的觸摸事件，尤其是涉及能夠檢測多點觸摸事件的低功率方法。
【背景技術】
[0004]用于與計算裝置交互的觸敏顯示器正變得越來越普遍。存在用于實現觸敏顯示器和其它觸敏裝置的許多不同技術。這些技術的示例包括(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觸摸屏。然而，這些方法中的許多方法目前仍然有缺點。例如，一些技術在用于小尺寸顯示器時可能運作良好，如用在許多現代的移動電話中，但不能很好地擴展到更大屏幕尺寸，如用于便攜式計算機或臺式計算機中的顯示器。一些技術的另一缺陷是它們不能夠或難以處理多點觸摸事件。當同時發生多個觸摸事件時，發生多點觸摸事件。另一缺陷是這些技術可能不能夠滿足日益增長的分辨率要求。
[0005]另一缺陷是功耗。許多觸敏裝置是移動設備(諸如移動電話、便攜式計算機和平板計算機)，其中功耗是重要的因素。此外，更大的屏幕尺寸、更快的設備運行、更高的設備分辨率和多點觸摸檢測是會增加功耗的設備需求。功耗可能是觸敏器件能否在商業上可行的決定因素。
[0006]因此，存在對較低功率觸敏系統的需求。

【發明內容】

[0007]一種光學觸敏裝置能夠檢測并確定多個同時觸摸事件的位置。這也可以被稱為觸摸事件分辨率。該光學觸敏裝置包括多個發射器和檢測器。這些發射器產生由這些檢測器接收的光束。這些光束優選以使得許多光束能夠被一個檢測器同時接收的方式被多路復用。觸摸事件干擾光束。
[0008]該裝置以節省功率的方式運行。例如，該裝置可以具有不同的運行模式(有效模式、待機模式、高分辨率模式、高速模式、軟件驅動模式等)，其將消耗不同的功率量。通過在不同運行模式之間切換，可以降低總功耗。
[0009]即使在一種運行模式內，裝置也可以具有消耗不同功率量的多種可用檢測方案。例如，檢測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、發射器或檢測器；掃描面積；光束密度；多路復用方案和/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方案，可以降低總功耗。
[0010]其他方面包括與上述內容有關的方法、裝置、系統和軟件。
【附圖說明】
[0011]現將通過示例的方式參照附圖來描述本發明的實施例，其中:
[0012]圖1是根據一個實施例的光學觸敏裝置的示意圖。
[0013]圖2是根據一個實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行模式的狀態圖。
[0015]圖4A-C是示出光束數量與每個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方案之間切換的狀態圖。
[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。
【具體實施方式】
[0020]1.引言
[0021]A.裝置概述
[0022]圖1是根據一個實施例的光學觸敏裝置的示意圖。該光學觸敏裝置包括控制器110、發射器/檢測器驅動電路120以及觸敏表面組合件130。該表面組合件130包括表面131，在該表面上將檢測觸摸事件。為方便起見，由表面131定義的面積有時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源的結構。組合件130還包括沿有效表面131周邊布置的發射器和檢測器。在該示例中，存在被標記為Ea-EJ的J個發射器和被標記為Dl-DK的K個檢測器。該裝置還包括觸摸事件處理器140，其可以被實施為控制器110的一部分或如在圖1中單獨示出。標準化的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]發射器/檢測器驅動電路120充當控制器110與發射器Ej和檢測器Dk之間的接口。發射器產生由檢測器接收的“光束”。優選地，由一個發射器產生的光線由不止一個檢測器接收，并且每個檢測器接收來自不止一個發射器的光線。為方便起見，“光束”將指代從一個發射器到一個檢測器的光線，即使其可以是去到許多檢測器的大扇形光的一部分而不是單獨的光束。從發射器Ej到檢測器Dk的光束將被稱為光束jk。圖1明確地標記光束al、a2、a3、el和eK作為示例。在有效面積131內的觸摸將干擾某些光束，從而改變在檢測器Dk處的接收。關于這些變化的數據被傳送給觸摸事件處理器140，該觸摸事件處理器分析該數據以確定觸摸事件在表面131上的(多個)位置(和時間)。
[0024]B.過程概述
[0025]圖2是根據一個實施例用于確定觸摸事件的位置的流程圖。這個過程將使用圖1的裝置來說明。該過程大致分為兩個階段，其將被稱為物理(或掃描)階段210和處理階段220。從概念上講，兩個階段之間的分界線是一組透射系數Tjk。
[0026]透射系數Tjk是從發射器j到檢測器k的光束與如果沒有與光束交互的觸摸事件時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。可以使用其他的量度。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是根據物理設置確定Tjk的過程。處理階段220根據Tjk確定觸摸事件。在圖2中示出的模型在概念上是有用的，這是因為該模型在某種程度上將物理設置和底層的物理機制與后續處理分開。
[0028]例如，物理階段210產生透射系數Tjk。觸敏表面組合件130的許多不同物理設計是可能的，并且將根據最終應用來考慮不同的設計折中。例如，發射器和檢測器可以更窄或更寬、具有更窄的角度或更寬的角度、具有不同的波長、具有不同的功率、相干或不相干等。作為另一個示例，不同類型的多路復用可以被用于允許來自多個發射器的光束被每個檢測器接收。這些物理設置和運行模式中的幾種在下面描述(主要在下面的章節C中)。
[0029]塊210的內部示出過程210的一種可能的實施方式。在這個示例中，發射器向多個檢測器傳送212光束。橫跨觸敏表面行進的一些光束被觸摸事件干擾。檢測器以多路復用光學形式從發射器接收214光束。所接收的光束被解復用216以彼此區分獨立光束jk。然后確定218每個獨立光束jk的透射系數Tjk。
[0030]處理階段220還可以以許多不同的方式實施。候選觸摸點、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的一部分的技術示例。這些技術中的若干技術在下面描述(主要在下面的章節D中)。
[0031]C.物理設施
[0032]觸敏裝置可以以許多不同的方式實施。以下是設計變體的一些示例。
[0033]電子裝置.關于電子方面，需要指出圖1本質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施。
[0034]觸摸交互.可以使用與光束的觸摸交互的不同機制。一個示例是受抑全內反射(TIR)。在受抑TIR中，光束被全內反射限制在波導中，并且觸摸交互以某種方式干擾全內反射。另一個示例是光束阻擋，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，因此當手指與波導直接接觸時將抑制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物體與波導接觸，或者可以促使該波導或周圍材料的折射系數變化。
[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量接觸壓力或觸摸速度。還需要指出的是，一些觸摸機制可以增強透射而不是降低透射，或者除了降低透射以外還可以增強透射。為簡單起見，在本說明書的剩余部分中，將假設觸摸機制主要具有阻擋特征，也就是說從發射器到檢測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，觸摸交互機制有時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基本具有兩種可能響應的交互。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。模擬交互是對觸摸具有“灰度”響應的交互:非阻擋經過漸變為部分阻擋直至阻擋。
[0038]發射器、檢測器和耦合器.每個發射器向多個檢測器傳送光。通常，每個發射器向不止一個檢測器同時輸出光。類似地，每個檢測器接收來自多個不同發射器的光。光束可以是可見光、紅外光和/或紫外光。術語“光/光線”旨在包括所有這些波長，并且諸如“光學”等術語應該相應地解釋。
[0039]用于發射器的光源的示例包括發光二極管(LED)和半導體激光器。也可以使用IR源。光束的調制可以是外部或內部的。用于檢測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器。除了主光源和傳感器元件以外，發射器和檢測器還可以包括光學裝置和/或電子裝置。在本公開中，為清楚起見，光學路徑被展開顯示。可以使用包括波導、光纖和/或自由空間耦合在內的各種耦合方法。
[0040]光束路徑.觸敏系統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。這些直線應當被解釋為表示光束，但是光束本身可以具有不同的形狀和占位面積(footprint)。點發射器和點檢測器產生具有線狀占位面積的窄“鉛筆”光束。點發射器和寬檢測器(或反之亦然)產生具有三角形占位面積的扇狀光束。寬發射器和寬檢測器產生具有相當恒定寬度的矩形占位面積的“矩形”光束。
[0041]根據占位面積的寬度，透射系數Tjk表現為二進制數或模擬量。如果隨著觸摸點經過光束，透射系數相當突然地從一個極值轉換到另一個極值，則該透射系數是二進制數。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經過該光束而被部分阻擋，從而導致更模擬的行為。
[0042]在大多數實施方式中，每個發射器和每個檢測器將支持多個光束路徑，雖然可能不是每一發射器的光束到達每一個檢測器。來自一個發射器的所有光束的占位面積的聚集將被稱為該發射器的覆蓋范圍。所有發射器的覆蓋范圍可以被聚集以獲得該系統的總覆蓋范圍。