CN102918481A - 用于检测持续接触的方法及相应设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定用户在对象表面上执行的触摸事件的持续接触的位置和持续时间的方法，该方法包括步骤：a)具体基于表面上触摸的碰撞所产生的声信号，确定触摸事件的位置，以及b)基于换能器在对象中或对象上产生的信号的扰动，确定触摸事件的持续时间，其特征在于步骤b)包括分析位于或接近对象的N个固有频率处产生的信号，N等于或大于1。接近固有频率的分析允许对触摸事件位置以及用户是否持续与对象表面交互的可靠确定，这是因为在存在触摸时对所产生信号的重要阻尼。本发明还涉及配置为执行该方法的触敏设备。

Description

用于检测持续接触的方法及相应设备

本发明涉及一种使用声信号的分析来确定用户在对象表面上执行的触摸事件的持续接触(也称为保持动作)的位置和持续时间的方法，并涉及一种用于执行这种方法的设备。

使用声信号来确定设备触觉表面上碰撞的位置的触敏设备基于对用户触摸该设备时设备中弯曲波传播的分析。通过在对象中由例如拖动动作期间的碰撞或摩擦产生振动，用户实际上生成用于定位触敏时间的振动信号。EP 1512116A1描述了一种使用声信号来定位碰撞位置的方法。

然而，上述声学方法的缺陷在于，一旦声信号不再存在，该方法就无法再区分其中用户仍然触摸表面的状态(也称为保持动作，与持续的计算机鼠标点击相当)与其中用户不再触摸表面的状态。确实，在保持动作期间，不产生振动，从而不产生弯曲波。然而，保持动作对于触敏表面而言是重要的特征，因为在现今的普通用户接口中，普遍使用“点击按下”特征。此外，该“保持”特征在例如电容性、表面声波或电阻性等其他触摸技术中也是固有地存在的。

WO 2006/039033提出了基于对触摸板位移或触摸板弯曲的测量，或者基于对低频信号是否存在的测量，来识别单个保持动作，其中低频信号可能由于交互表面上手指的存在而产生。WO 2005/0066755提出了使用自适应滤波处理感应出弯曲波信号并将其与未触摸状况信号相比较，其中该自适应滤波处理使用对弯曲波信号进行消除的滤波系数。在WO 2005/0066755使用的系统中，需要布置用户接口，使得能够防止任何信号反射。然而，该提出的处理看起来要么无法可靠地检测持续接触，要么处理的实施繁重，特别对于需要抑制信号反射的系统来说。此外，该处理使用感应的弯曲波信号，这相当耗能，使得不可能用于电池运行的设备，例如移动电话等。

因此，本发明的目的是提供一种基于声信号确定触摸事件位置的改进方法，其也能够可靠地确定持续接触的持续时间，以实现触摸和保持功能。本发明的第二目的是将触摸和保持功能扩展到多触摸和保持情况，其中用户和用户接口间的持续交互同时发生在多于一个的位置处。

利用根据权利要求1的方法实现该目的。用于确定用户在对象表面上执行的触摸事件的持续接触的位置和持续时间的本发明方法包括步骤：a)具体基于表面上触摸碰撞所产生的声信号，确定触摸事件的位置，以及b)基于换能器在对象中或对象上产生的信号的扰动，确定触摸事件的持续时间，该方法的特征在于步骤b)包括分析位于或接近对象的N个固有频率处产生的信号，N等于或大于1。

因此，本发明方法将无源声学技术与有源声学技术相结合，并针对有源声学部分利用了对对象固有频率的使用。在上下文中，属于“固有频率”是指在不存在例如手指或铁笔等任何其他元件触摸对象的情况下对象的固有频率。原理是使用激励器来产生由无源传感器感测的对象中的弯曲波。由于所用频率位于或接近对象的固有频率，所以产生的信号的幅度可以相当高，从而可以将产生可利用信号所必需的功率保持得较低，这保持了低能耗。此外，由于固有频率上的谐振条件不在满足，所以对象边界条件的任何改变，例如对象表面上手指或铁笔的存在，会立即产生信号的扰动。可以容易地检测到该扰动，从而提供了可靠和低能量需求的保持检测方案。

使用所产生信号中的多于一个固有频率的附加优点在于，可以平均掉对象整个表面上幅度分布的非同质性，从而进一步改善上述方法。

最后，通过使用固有频率，不再局限于用户接口设置来抑制信号反射了。

这里，属于“接近”表示典型地在固有频率的1％偏差内，从而在20kHz以上的声信号的范围中，这表示大约100到300Hz。

优选地，步骤a)可以包括粗略位置确定步骤，其基于对象中或对象上产生的信号的扰动，以及精细位置确定步骤，其基于触摸事件所产生的声信号。被扰动的信号不仅携带与对象上手指或铁笔的存在或不存在有关的信息，还可以携带与碰撞的位置有关的一些信息。

此外，优选地，在粗略位置确定步骤期间，可以确定比交互表面小的候选区域，在该候选区域内发生了触摸事件；并且在精细位置确定步骤期间，在该候选区域内确定触摸事件的位置。

为此，利用被扰动信号的特性的改变，特别是比率，这依据相对于用来感测被扰动信号的感测装置，碰撞的位置。精确碰撞定位确定步骤可以在候选区域内执行。由此，可以降低识别触摸位置所必要的计算量。

本发明的第二目的利用根据权利要求4的方法来实现，并涉及一种用于确定用户在对象表面上执行的触摸事件的两个或更多个持续接触的位置和持续时间的方法，其中所述两个或更多个持续接触在时间上至少部分地交叠。该方法包括步骤：基于表面上触摸的碰撞所产生的声信号，确定触摸事件的位置；以及b)基于对第二种类的信号的分析，确定持续触摸事件中每一个的持续时间，其中基于对该第二种类信号的至少一个参数中观察到的变化的识别，确定两个或更多个持续触摸事件之一的结束。基于弯曲波的声学技术可以扩展至多触摸情况，并且通过使用第二种类的信号，可以像上述一样，例如基于使用换能器对对象表面中或表面上产生的被扰动信号的感测，来确定持续接触。在持续接触之一在另一持续接触之前结束的情况下，可以观察到被扰动信号的变化。该变化可以用于识别一个碰撞的结束，从而用于对多触摸和保持事件的分析。

根据其他优选实施例，根据权利要求4的方法的步骤b)可以包括所述的粗略确定步骤，其中确定哪个触摸事件已结束。确实，如果用户用两根手指触摸对象表面并在移开一个手指之前移开了另一手指，则被扰动信号特性的变化指示了手指之一的抬离，并且此后感测到的信号的特性可以用于确定余下手指的位置。因此，可以使用该过程来识别多触摸和保持事件。

根据优选实施例，可以在步骤a)和b)中分析不同频率。这简化了信号分析。

优选地，步骤b)中用于分析的N个频率可以在可听频率范围之外，具体地，在20kHz或以上的频率处。在这种情况下，用于确定持续触摸或保持事件的存在的所产生信号不是可听到的，从而不会干扰用户。

进一步优选地，可以通过相同的感测装置来感测声信号和被扰动信号。然后可以在分析装置中基于这些信号的频率特性将它们分离。这简化了触敏对象的结构。

有利地，该方法可以进一步包括校准步骤，包括在换能器能够提供的整个频带上扫描，并通过识别感测装置所感测的N个最大信号幅度，来识别步骤b)中使用的N个频率。通过使用该校准步骤，可以自动方式找到最适合的候选频率，而无需详细了解对象本身的特性。识别N个极值就足够了。

此外优选地，可以按照校准的频率扫描中使用的频率步长的至少三倍，来分离步骤b)中使用的N个频率。扫描阶段中的频率步长依据面板中存在的阻尼的量。阻尼越多，该频率步长可以越大。通过仅选择分离得足够远的频率来用于分析，可以防止这些频率间的串扰，从而进一步提高分析的可靠性。

根据优选实施例，本发明还可以进一步包括重新校准步骤，具体是有规律地执行或基于用户请求执行，该重新校准步骤包括在换能器能够提供的整个频带上扫描，并且具体在已观察到频率移位的情况下，对步骤b)中要使用的N个频率进行调整。因此，可以调整用于分析的N个频率以适应变化的情况，特别是在对象的交互表面的特性劣化的情况下，例如划痕、污垢等。

优选地，校准和/或重新校准步骤可以进一步包括如下步骤：在N个固有频率处，确定幅度值和/或相位差和/或所感测信号间特性的均值和标准偏差；以及对于每个相应频率或频率组合，确定最小阈值和最大阈值。例如，在校准阶段，可以建立N个幅度和/或相位和/或所感测信号间特性的基准矢量。然后，可以将输入的被扰动信号的N个幅度和/或相位差和/或所感测信号间特性与基准矢量相比较，例如通过执行给出类似度分数或相关性级别的相关运算来进行该比较。当该分数低于给定阈值时，触摸事件发生。当分数回到给定阈值以上时，触摸事件终止。

有利地，在步骤b)，只要N个频率的至少一个信号幅度或相位或所感测信号间特性在通过相应的最小和最大阈值分别限定的幅度和/或相位差和/或所感测信号间特性范围之外，就可以判定触摸动作仍在发生。由此，可以提供简单但可靠的准则来判断触摸事件继续或停止，而不需要复杂的数据分析。

优选地，步骤b)还可以包括基于在幅度和/或相位差和/或所感测信号间特性范围之外的幅度或相位或信号间特性的数目，来确定置信度。因此，可以简单地调整该方法以适应用户的需要。

本发明的目的也可以利用根据权利要求14的方法实现，该方法还涉及一种用于确定用户在对象表面上执行的触摸事件的持续接触的位置和持续时间的方法，尤其根据上述方法及其变型。所述方法包括以下步骤：a)具体基于表面上触摸的碰撞所产生的声信号，确定触摸事件的位置，以及b)基于换能器在对象中或对象上产生的信号的扰动，确定触摸事件的持续时间，该方法的特征在于，步骤b)包括感测所产生的信号并分析所感测信号的变化。本发明的发现在于信号在接近固有频率处的变化或无变化(变化例如是信号的标准偏差)是用于识别触摸事件是否持续的合适措施。与对象表面相互作用的人实际上无法在与表面交互的整个持续时间上保持住触摸事件的精确位置，而是用户的手指或持有的铁笔会在围绕触摸位置振动，并且也会引起压力变化，该压力变化与未触摸情况下信号的变化大。因此，通过简单分析信号变化，本发明方法能够可靠地检测持续触摸事件的存在。

优选地，在步骤b)，可以在所感测信号的变化低于预定阈值的情况下，检测到触摸事件的结束。

根据优选实施例，可以在位于或接近至少一个频率分量处分析所感测信号的变化，该至少一个频率分量位于或接近对象的固有频率。因此，同样可以通过如下事实来提供优点：在存在手指或铁笔的情况下，谐振信号快速衰减，从而可以可靠地确立持续接触的存在。

本发明还涉及一种计算机程序产品，包括具有计算机可执行指令的一个或更多个计算可读介质，用于执行上述方法之一的步骤或上述方法步骤的组合。

本发明的目的还利用根据权利要求18的触敏设备来实现，该触敏设备具体配置为执行上述方法，包括一个触摸位置确定单元和一个触摸持续时间确定单元，其中触摸位置确定单元包括：第一感测装置，用于接收由对象表面上触摸的碰撞产生的声信号；以及定位单元，用于基于声信号来确定触摸的位置；触摸持续时间确定单元包括：换能器，用于产生位于或接近对象固有频率处的信号，N等于或大于1；第二感测装置，用于接收所产生的信号；以及持续时间确定单元，用于基于换能器在对象中或对象上产生的信号的扰动，确定触摸的持续时间。利用这种触敏设备，可以实现上述相对于方法及其变型所描述的效果和优点。

优选地，第一和第二感测装置可以共享相同的传感器，滤波器单元用于以确定触摸事件的位置和持续时间中使用的不同频率为基础，将信号归属于定位单元和持续时间确定单元。这简化了设备结构，同时能够可靠地识别保持动作及其结束。

将参照附图详细描述本发明的优选实施例。

图1示意性示出了根据本发明的触敏设备；

图2示出了用于确定持续触摸事件的位置和持续时间的本发明方法的第一实施例；

图3a示出了校准阶段对固有频率的识别；

图3b示出了触摸事件对参数的影响；

图4示出了检测保持和抬离的备选方式；

图5a示出了用于确定持续触摸事件的位置和持续时间的本发明方法的第二实施例；

图5b示意性示出了使用粗略和精细定位步骤的构思；

图5c示出了在触摸事件发生在用户接口上第一区域中时被扰动信号的参数的特性；

图5d示出了在触摸事件发生在用户接口上第二区域中时被扰动信号的参数的特性；

图5e示出了依据作为时间函数的参数，多触摸和保持事件的效果；以及

图6示出了用于确定持续触摸事件的位置和持续时间的本发明方法的第三实施例。

图1示意性示出了触敏设备1，例如移动电话、mp3播放器、pda、膝上型计算机等手持移动设备或任何其他电子设备，该触摸设备1包括用于输入指令的用户接口3。根据本发明，用户接口3是设备1的触敏表面，其中使用声学技术来实现触摸定位。用户的任何触摸事件，例如轻敲或滑动/拖动动作，可以是单或多触摸的触摸事件，该触摸事件在用户接口3内部产生弯曲波。由第一感测装置感测所产生的声信号，在本实施例中，第一感测装置是声学换能器5a、5b，例如压电换能器，用于将声信号变换为电信号，然后由定位单元7分析电信号，以基于声信号确定触摸的位置。第一感测装置5和定位单元7形成了根据本发明的触摸位置确定单元。可以使用多于两个的换能器或者甚至仅使用一个换能器来感测信号。用户接口3可以由任何材料制成，只要声信号能够在其中传播即可。

此外，触敏设备1还包括触摸持续时间确定单元，该触摸持续时间确定单元包括用于产生信号的换能器9(例如压电换能器)、用于接收所产生信号的第二感测装置11(例如压电换能器)、以及用于基于换能器在对象中或对象上产生的信号的扰动来确定用户触摸的持续时间的持续时间确定单元13。在所示实施例中，仅示出了一个第二感测装置，然而可以使用多于一个的传感器，就像对于触摸位置确定单元一样。

定位单元7和确定单元13均包括信号滤波和调节单元。

本发明的触敏设备1包括附加的触摸持续时间确定单元13，以考虑到如下事实：当用户的手指或铁笔15在用户接口3上碰撞时，通过交互表面朝着第一感测装置5a、5b传播的声信号可以用于识别碰撞的位置17，但是在用户的持续或保持触摸动作期间，用户触摸本身不再产生声波，从而难以在简单短暂的触摸事件与触摸-保持事件之间区分。然而，可以在标准用户接口中实施这两种动作，并且可以将不同功能或动作归属于这两种事件。

下面在附图中描述用于确定用户在用户接口3上执行的触摸事件的持续接触的位置17和持续时间的方法的实施例。为了说明目的，该方法在如图1所述的根据本发明的触敏设备1中实施。然而，其他触敏设备也可以实施下述方法。

图2示出了根据本发明的方法的第一实施例。本发明使用两步方案，基于对用户在触摸用户接口3的交互表面时产生的信号(无源信号)的分析，并基于对换能器9产生的信号(有源信号)的信号特性的分析，来确定触摸事件的位置和持续时间。

根据本发明方法并且在图2中示出的第一实施例包括如下处理步骤：

在步骤21，分析由第一感测装置5a、5b和/或第二感测装置11捕获的信号，以检查是否发生了触摸事件，例如用户的手指或铁笔15造成的碰撞。重复该步骤S21，直至已检测到触摸事件为止。

在存在触摸事件的情况下，处理前进到步骤23，该步骤23包括确定用户接口3上触摸事件的位置17。基于用户接口3上触摸的碰撞所产生的声信号来确定位置17。用户接口3上触摸的碰撞在用户接口3的材料内部产生声学弯曲波。弯曲波传播通过材料，并由触敏设备1的第一感测装置5a、5b感测。基于例如EP 1 512 116A1中描述的处理，由定位单元7确定碰撞位置17的坐标。

并行地，步骤25包括判定触摸事件是否涉及持续接触，在该持续接触期间，用户将其手指15或铁笔保持在用户接口3上。

根据本发明，通过分析换能器9所产生的信号(该信号由第二感测装置11感测并由持续时间确定单元13分析)来进行上述判定，从而不使用交互表面本身上碰撞所产生的弯曲波。

如果在步骤25判定触摸事件不涉及持续接触，持续时间确定单元13判定发生了与计算机鼠标上的点击动作或键盘上按键的击打相当的短暂接触，并提供相应的输出(步骤27)，并且处理从步骤21重新开始。

如果在步骤25判定触摸事件涉及持续接触，则将触摸事件识别为保持动作，并且持续时间确定单元13提供相应的输出(步骤29)。然后，后续步骤31用于通过再次分析换能器9所产生并由第二感测装置11感测的信号，来识别保持动作的结束(抬离)。

在步骤31中确定了抬离的情况下，与用户接口3的用户交互已经结束，由持续时间确定单元13提供相应的输出(步骤33)，并且处理从步骤21重新开始。

因此，本发明提出的解决方案将用于确定触摸位置的无源声学技术与用于确定触摸事件持续时间的有源声学技术相结合。

为此，在步骤25，换能器9产生具有公知参数(频率、幅度、相位)的弯曲波。为确定是否存在持续接触，持续时间确定单元13被配置为相比于无用交互的情况，识别第二感测装置11所感测的信号中的扰动。

为了能够可靠地检测持续接触而无需大量计算能力，本发明提出对位于或接近触敏设备1和/或其用户接口3的N个固有频率处的所产生的信号进行分析。术语“固有频率”涉及如下情况：其中发生在设备中弯曲波的反射，使得在存在由换能器9引入的具有给定频率的外部信号的情况下，设备谐振，并且这是在无用户交互的情况下。

为了识别设备1和/或用户接口3的固有频率，执行校准步骤，在校准步骤期间，扫描换能器9能够提供的整个频带，然后通过持续时间确定单元13对第二感测装置11所感测的信号进行分析，以识别具有N个最大幅度的频率。

在扫描阶段使用的频率步长的个数典型地依据设备1中存在的阻尼的量。存在越多阻尼，则频率步长可以越大。在扫描换能器9能够提供的频带中，也通过可用的计算能力来决定扫描频率步长。实际上，使用100kHz左右的采样频率以及512、1024或2048量级上的采样数目，这分别带来192、96或48Hz的频率步长。

为了防止换能器9有源地产生的信号与触摸事件的碰撞产生的信号之间的相互作用，选择可听频率范围之外的固有频率，特别是20kHz或以上的频率。

选择不同的频率范围还具有的优点在于，碰撞产生的声信号和换能器9产生的信号两者都可以由相同的物理传感器来感测，因此该相同的物理传感器可以用作第一和第二感测装置两者。

此外，选择谐振频率，谐振频率按照频率扫描中使用的频率步长的至少三倍而分离，以防止选择在两个相邻频率段上拖影的一个固有频率。

持续时间确定单元13还配置为在N个频率的每一个频率处识别以下参数中的至少一个：信号幅度，相位差(在感测装置11感测的信号的相位与所产生信号的相位之间感测到的相位差，或者在使用多个第二感测装置11的情况下，在所感测信号的相位之间的相位差)，或者由多个第二感测装置感测的信号的感测信号内特性的值，特别是频谱内特性y1×y2*或传递函数y2/y1，其中y1和y2是第一和第二感测装置11感测到的信号，y2*对应于y2的复共轭。

对于参数“相位差”，应该注意，在相应谐振频率附近分析该参数，典型地在谐振频率的半功率带宽的加/减一半的范围上，可以提高灵敏度。该半功率带宽对应于如下频率：对于这些频率，信号功率是谐振频率周围的最大谐振信号的至少一半，该半功率带宽也对应于通过考虑将谐振幅度除以2的平方根(或在对数分度上是3dB)而获得的频率值。

此外，在校准期间，确定信号幅度的幅度值和/或相位差和/或感测信号内特性的均值和标准偏差，并且可以针对相应的信号参数，固定最小和/或最大阈值。

图3a示出了这种情况，示出了在20kHz到100kHz的频率范围上已识别出的三个谐振频率f1，f2和f3。对于每个固有频率f1，f2和f3，示出了信号特性a1，a2和a3以及相应的标准偏差。当然，不使用三个频率，而是仅使用一个固有频率或者使用两个或者甚至多于三个的固有频率，也可以实现本发明。

持续时间确定单元13配置为当对于自然频率f1，f2，f3中至少一个，相应参数在上限和下限阈值限定的参数范围之外时，判定存在持续接触。实际上，用户接触用户接口3会增加对换能器9产生的信号的阻尼，从而第二感测装置11感测到的信号的幅度会落到该范围之外。本发明利用了在接近固有频率处对扰动因素的灵敏度较高这一事实。因此，该方法能够检测保持交互，甚至在用户用其手指或塑料或金属工具触摸用户接口3的情况下，相比于赤裸的人类肌肤而言，这种情况下阻尼低得多。

然而，用户接口上手指或铁笔的存在不仅对信号造成阻尼，还改变系统的相位或者甚至偏移系统的固有频率。由此，也存在如下情况：例如由于校准中使用的离散的频率步长，或者交互表面3上谐振模式的改变，手指或铁笔的存在实际上会导致观察到比校准期间的幅度甚至更大的幅度。

图3b示出了上述情况。对于频率f1，观察到的特性低于下限阈值，而对于频率f2，观察到的特性较大。对于频率f3，特性仍然在对应范围内。这可能是例如由于如下事实造成的：在该特定频率上，碰撞位置与例如振动节点等谐振弯曲波模式弱耦接。因此，考虑到多个固有频率还具有的效果在于，可以通过考虑其他谐振频率来排除如下情况：持续触摸事件的位置与固有频率处信号的振动节点相对应，这种情况会错误地指示无交互发生。因此，当分析多于一个的固有频率时，可以进一步提高系统的可靠性。

也可以使用如下频率的数目来确立置信度：对于这些频率，所感测信号位于针对固有频率的预定频率范围之外。在这种情况下，置信度可能是2/3。

在步骤31，在判定是否发生了抬离事件，利用如下情况：当用户移除其手指或铁笔时，换能器9产生的信号将再次表现出位于校准步骤期间确定的范围内的特性。

取代考虑单独的频率f1，f2或f3，可以在该校准阶段确立N个幅度和/或相位差和/或所感测信号间特性的基准矢量。然后，通过执行相关运算，将感测到的被干扰信号的N个幅度和/或相位差和/或所感测信号间特性与基准矢量相比较，其中该相关运算给出了类似度分数(相关性级别)。当该分数低于给定阈值时，触摸事件发生。当分数回到给定阈值以上时，触摸事件终止(抬离)。

可以有规律地执行或者按需执行上述校准步骤，以考虑到触敏设备1或用户接口3的特性的变化，例如由于老化、累积的污垢等导致的特性变化。

图4示出了检测保持和抬离的备选方式，可以与图3a和3b所示方式相组合，或者可以单独使用。

图4示出了作为时间的函数，换能器9产生的信号的一个信号参数P的特性，例如幅度、相位差或信号间特性。在步骤21，例如使用图4所示信号或使用第一感测装置5a和5b感测到的信号，在时刻t0已检测到触摸事件之后，可以通过考虑第二感测装置11感测到的信号的变化，来确定根据该备选方式的持续触摸事件的持续时间。

如图4所示，在时刻t0触摸开始之前，第二感测装置11感测到的信号的波动非常小。谐振条件相当稳定。

然后，在t0与对应于触摸结束的t1之间，观察到的信号变化变大。该效果的原因可以在于人手指的固有运动，这种固有运动无法被抑制，而是转换为第二感测装置11感测到的信号变化。

在从用户接口3移开的时刻，不仅所感测信号的参数回到其初始值P0，并且参数的变化也再次变小，从而通过考虑所分析参数的标准偏差或类似特性，也可以检测用户接口3上手指的存在或不存在，并且相应地，可以检测触摸事件是否涉及持续触摸事件以及触摸事件发生了多久。

在这种备选方式中，可以使用的频率不一定与设备1的固有频率对应。同样，使用固有频率表示了显著提高对用户交互的灵敏度这一优势。

图5a示出了根据本发明的方法的第二实施例。步骤S21、S23、S25、S27、S29和S31对应于第一实施例中的那些步骤。不再详细重复对这些步骤的描述，而是可以参照以上的详细描述。

除了第一实施例的步骤之外，该方法在步骤S21已识别出触摸事件之后还包括另一步骤41，步骤41由粗略位置确定步骤构成。在步骤41，基于第二感测装置11感测到的信号，确定粗略候选区域，该粗略候选区域在尺寸上比交互表面3本身小，并且在该粗略候选区域内发生了触摸事件。

然后，在步骤S23，仅在粗略候选区域内搜索触摸事件的精确位置。

图5b示出了该情况，其示出了用户接口3、具有压电传感器5a和5b的第一感测装置、用于提供在步骤S25中使用的有源信号以判定是否存在保持动作的换能器9、以及第二感测装置11的顶视图。确实，依据碰撞是位于例如位置51还是位置52，第二感测装置11感测到两个不同信号。例如，可以通过考虑所分析的多个固有频率之间的幅度和/或相位差的比率，或者通过考虑从均值减去观察值而得到的值的符号，将一个位置与不同位置处的持续触摸相区分。因此，来自两个位置的信号的差异可能来自由被干扰信号的幅度和/或相位限定的不同矢量形状。

图5c和5d示出了该特征。图5c示出了位置51上触摸的效果，而图5的示出了位置52上触摸的效果。位置51上的触摸将移动频率f1处的参数移动到最大阈值以上，而位置52上的触摸将该相同参数移动到最小阈值以下。对于频率f2处的参数，情况相反，在位置51，观察到的参数在阈值以下，在位置52，参数在阈值以上。对于第三参数，在两个位置处，值均移动到下限阈值以下。因此，基于这些观察，有可能创建查找表，该查找表基于观察到的扰动指示了触摸事件发生的粗略区域。

因此，依据观察到的所产生信号的扰动，附加的分析单元19能够确定粗略区域，例如由虚线和附图标记53或54表示的区域，在该粗略区域内，定位单元7可以确定触摸事件的精确位置，这里分别是51和52。因此，可以减小确定精确位置所必需的计算量。

还可以进一步利用上述效果来识别多个触摸保持事件。当两个触摸保持事件基本上同时发生或者在时间上至少交叠时，例如用户同时触摸触摸位置51和52时，可以利用参数a1，a2和a3的相对变化来识别两个触摸事件之一的结束。

图5e作为时间的函数示出了参数a1。在t0发生第一触摸之前，参数a1具有其标准值a1₀，然后第一持续接触发生在位置51，参数a1取值a1₁，如图5c所示。在t1，第二持续接触发生在位置52。现在，两个碰撞扰动了换能器9产生的信号，并且参数a1采取新的值a1₂。然后，在t2，用户决定从位置51移除其手指，并且参数的值采取值a1₃，这对应于图5d所示的值。基于在t2观察到的参数的变化，在从定位单元7知晓了已经发生了两个碰撞的情况下，附加的分析单元19可以识别出位置51处的触摸事件在t2已经终止，并且位置52处的触摸事件仍然持续直到t3。

因此，通过确定具有针对不同位置的多个参数之间关系的查找表，本发明方法可以扩展到多个触摸和保持事件。该方法不限于使用固有频率，也可以按照类似方式来利用其他种类的信号，而不是所产生的声信号，以实现多触摸保持功能。

可以通过已知的无源声学技术分析两个碰撞产生的声学弯曲波，来确定两个或更多个碰撞的位置。

图6示出了本发明方法的第三实施例，其中步骤S21、S23、S25、S27和S31与第一实施例中的步骤相同。不再重复对这些步骤的描述，而是参见对图2和3的描述。与第一实施例相反，该方法包括在步骤S21和S25之间的附加步骤S43，该附加步骤S43包括仅当在步骤S21检测到触摸事件时，才开启有源部分。这具有的优点在于可以降低能耗，而不会限制功能。确实，只有在检测到触摸事件时才有必要提供为了产生用于确定触摸事件持续时间的信号而必需的能量。因此，特别是在手持移动设备中，该实施例是有利的。

也可以组合根据实施例2和3的本发明方法。

利用本发明设备和本发明方法，不仅可以基于用户接口3内传播的声学弯曲波来确定碰撞的位置，也可以通过有源地产生信号(该信号的特性被分析)，来确定保持动作。通过使用固有频率来执行该分析，可以可靠方式并且以降低的能耗来检测保持和抬离动作。

Claims (19)

1.一种用于确定用户在对象表面上执行的触摸事件的持续接触的位置和持续时间的方法，包括步骤：

a)具体基于表面上触摸的碰撞所产生的声信号，确定触摸事件的位置，以及

b)基于换能器在对象中或对象上产生的信号的扰动，确定触摸事件的持续时间，

其特征在于

步骤b)包括分析位于或接近对象的N个固有频率处产生的信号，N等于或大于1。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a)包括：粗略位置确定步骤，基于对象中或对象上产生的信号的扰动；以及精细位置确定步骤，基于触摸事件所产生的声信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在粗略位置确定步骤期间，确定比交互表面小的候选区域，在该候选区域内发生了触摸事件，并且在精细位置确定步骤期间，在该候选区域内确定触摸事件的位置。

4.一种用于确定用户在对象表面上执行的触摸事件的两个或更多个持续接触的位置和持续时间的方法，该方法具体根据权利要求1到3之一，其中所述两个或更多个持续接触在时间上至少部分地交叠，所述方法包括步骤：

a)基于表面上触摸的碰撞所产生的声信号，确定触摸事件的位置；以及

b)基于对第二种类的信号的分析，确定持续触摸事件中每一个的持续时间，其中基于对该第二种类信号的至少一个参数中观察到的变化的识别，确定所述两个或更多个持续触摸事件之一的结束。

5.根据权利要求1到4之一所述的方法，其中在步骤a)和b)中分析不同频率。

6.根据权利要求1到5之一所述的方法，其中在步骤b)中用于分析的N个频率在可听频率范围之外，具体地在20kHz或以上的频率处。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中通过相同的感测装置来感测声信号和被扰动信号。

8.根据权利要求1到7之一所述的方法，进一步包括校准步骤，所述校准步骤包括在换能器能够提供的整个频带上扫描，并通过识别感测装置所感测的N个最大信号幅度，来识别在步骤b)中使用的N个频率。

9.根据权利要求8所述的方法，其中按照频率扫描中使用的频率步长的至少三倍，来分离在步骤b)中使用的N个频率。

10.根据权利要求1到9之一所述的方法，进一步包括重新校准步骤，具体是有规律地执行或基于用户请求来执行该重新校准步骤，所述重新校准步骤包括在换能器能够提供的整个频带上扫描，并且具体在已观察到频率偏移的情况下，对要在步骤b)中使用的N个频率进行调整。

11.根据权利要求8到10之一所述的方法，校准和/或重新校准步骤进一步包括如下步骤：

对于N个固有频率中的每一个，确定幅度和/或相位差和/或所感测信号间特性的均值和标准偏差；以及

对于每个相应频率或频率组合，确定最小阈值和最大阈值。

12.根据权利要求11所述的方法，其中在步骤b)，只要N个频率的至少一个信号幅度或相位或信号间特性在通过相应的最小和最大阈值分别限定的幅度或相位或信号间特性范围之外，就判定触摸动作仍在发生。

13.根据权利要求12所述的方法，其中步骤b)还包括基于在幅度或相位或信号间特性范围之外的幅度或相位或信号间特性的数目，来确定置信度。

14.一种用于确定用户在对象表面上执行的触摸事件的持续接触的位置和持续时间的方法，具体地根据权利要求1到13之一，所述方法包括以下步骤：

a)具体基于表面上触摸的碰撞所产生的声信号，确定触摸事件的位置，以及

b)基于换能器在对象中或对象上产生的信号的扰动，确定触摸事件的持续时间，其特征在于，

步骤b)包括感测所产生的信号并分析所感测信号的变化。

15.根据权利要求14所述的方法，其中在步骤b)，在所感测信号的变化低于预定阈值的情况下，检测到触摸事件的结束。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中在步骤b)，在位于或接近至少一个频率分量处分析所感测信号的变化，该至少一个频率分量位于或接近对象的固有频率。

17.一种计算机程序产品，包括具有计算机可执行指令的一个或更多个计算可读介质，所述计算机可执行指令用于执行前述权利要求之一所述方法的步骤。

18.一种触敏设备，具体配置为执行根据权利要求1到17之一所述的方法，所述触敏设备包括一个触摸位置确定单元和一个触摸持续时间确定单元，其中

触摸位置确定单元包括：第一感测装置，用于接收由对象表面上触摸的碰撞产生的声信号；以及定位单元，用于基于声信号来确定触摸的位置；以及

触摸持续时间确定单元包括：换能器，用于产生位于或接近对象固有频率处的信号，N等于或大于1；第二感测装置，用于接收所产生的信号；以及持续时间确定单元，用于基于换能器在对象中或对象上产生的信号的扰动，确定触摸的持续时间。

19.根据权利要求18所述的触敏设备，其中第一和第二感测装置共享相同的传感器，以及使用滤波器单元以根据用于确定位置和持续时间的不同频率，将信号归属于定位单元和持续时间确定单元。

Images