CN105247455B

CN105247455B - 光学触摸断层扫描

Info

Publication number: CN105247455B
Application number: CN201380069063.6A
Authority: CN
Inventors: J·皮奥特; M·柯伦吉亚; D·柯察金; I·多科马尼克; M·沃特利; O·德拉姆
Original assignee: Lapute Intellectual Property Corp
Current assignee: Lapute Intellectual Property Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2017-06-16
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: KR101690205B1; TW201428582A; US20160034095A1; KR20150109346A; US9671900B2; US20170269777A1; US20140152624A1; WO2014083437A2; CN105247455A; WO2014083437A3; US9092091B2; TWI549038B

Abstract

一种光学触摸敏感设备具有确定多个同时触摸事件的触摸位置的能力。触摸事件干扰传播穿过触摸敏感表面的光束。在多点触摸事件的情况下，能够通过不止一个触摸事件干扰单个光束。在一方面，非线性变换被应用于光束的测量，以便线性化多个触摸事件对单个光束的影响。在另一方面，已知触摸事件的影响(例如，参考触摸)被提前模型化，并且然后未知触摸事件的影响相对于参考触摸被确定。

Description

光学触摸断层扫描

相关申请交叉引用

本申请要求Julien Piot等人于2012年11月30日提交的美国临时专利申请序列No.61/732,225在35U.S.C§119(e)下的优先权，该申请的名称为“光学触摸断层扫描(Optical Touch Tomography)”。所有前述的主题通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明大体涉及检测并分解触摸敏感设备上的触摸事件，更具体地，涉及检测并分解多点触摸事件。

背景技术

用于与计算设备交互的触摸敏感显示器正变得更普遍。存在用于实施触摸敏感显示器和其他触摸敏感设备的若干不同技术。这些技术的实例包括，例如，电阻式触摸屏、表面声波触摸屏、电容式触摸屏和某些类型的光学触摸屏。

然而，这些方法中的许多目前存在缺点。例如，一些技术对于(如在许多现代移动电话中使用的)小尺寸的显示器可以很好地运行，但是不能很好地适应较大屏幕尺寸(如在便携式计算机或甚至台式计算机使用的显示器中)。对于需要特定处理表面或在表面中使用特定元件的技术，屏幕尺寸线性增加N倍意味着特定处理必须被缩放以处理屏幕的N²较大面积，或意味着需要多达N²倍的许多特定元件。这能够导致不可接受的低良率或过高的成本。

一些技术的另一个缺点是在处理多点触摸事件中的无能力或困难。当多个触摸事件同时发生时，多点触摸事件发生。这能够在原始检测到的信号中引入模糊度，那么这必须被解决。重要地，模糊度必须以快速且计算有效的方式解决。如果太慢，那么该技术将不能够实现系统所需要的触摸采样速率。如果计算太密集，那么这将使该技术的成本和功耗上涨。

另一个缺点在于该技术可能不能够满足增加的分辨率要求。假设触摸敏感表面是具有长和宽尺寸为LxW的矩形。进一步假设应用要求触点分别以δl和δw的精度定位。所需的有效分辨率则为R＝(L W)/(δl δw)。R将表示为触点的有效数目。随着技术进步，R中的分子通常将增大而分母通常将减小，因此导致所需的触摸分辨率R的整体增加的趋势。

因此，需要改进的触摸敏感系统。

发明内容

一种光学触摸敏感设备具有确定多个同时触摸事件的触摸位置的能力。触摸事件干扰传播穿过触摸敏感表面的光束。在多点触摸事件中，单个光束能够由不止一个触摸事件干扰。在一方面，非线性变换被应用于光束的测量，以便线性化多个触摸事件对单个光束的影响。在另一方面，已知触摸事件(即，参考触摸)的影响提前模型化，并且随后未知触摸事件相对于参考触摸确定。

在一些实施例中，接收由多点触摸事件产生的光束测量值。光束测量值由穿过触摸敏感表面发射的不同光束产生，其中多点触摸事件干扰触摸区域附近的光束。基于光束测量值和基于传递函数的模型确定绑定值估计(binding value estimate)。绑定值估计是光束干扰相对于参考触摸的测量。传递函数是从绑定值到光束测量值的传递函数。传递函数是线性的。

多点触摸事件中各个触摸事件的触摸区域(例如，触摸位置)根据绑定值估计确定。可选地，触摸事件的一个或更多个其他物理属性也被确定。在一些实施例中，产生多点触摸事件的物体(例如，手指、光笔、钢笔等)类型基于多点触摸事件的一个或更多个属性(例如，触摸区域的形状、触摸区域的面积、触摸区域的尺寸、触摸事件的压力分布或梯度、触摸事件的压力值等)来识别。

在另一方面，光学触摸敏感设备包括沿着触摸敏感表面的外围定位的多个发射器和检测器。每个发射器产生由检测器接收的光束。光束优选以一种方式被多路传输，使得许多光束能够由检测器同时接收。多点触摸事件包括在与光束交互的触摸敏感表面的各种触摸区域处的并发触摸事件。

其他方面包括部件、设备、系统、方法、过程、软件、应用程序、改进和与上述相关的其他技术。

附图说明

通过示例并参考附图，现在将描述本发明的实施例，其中：

图1是根据一个实施例的光学触摸敏感设备的图表。

图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。

图3A-3F示出与光束进行触摸交互的不同机制。

图4是二进制和模拟触摸交互的图。

图5A-5C是不同形状的光束覆盖区的顶视图。

图6A-6B是示出分别行进通过窄光束和宽光束的触点的顶视图。

图7是图6的窄光束和宽光束的二进制和模拟响应的图。

图8A-8B是示出发射器的有源区域覆盖的顶视图。

图8C-8D是示出检测器的有源区域覆盖的顶视图。

图8E是示出替代的发射器和检测器的顶视图。

图9A是示出由多点触摸事件中断的光束的顶视图。

图9B是示出图9A的光束和图9A的多点触摸事件之间的触摸交互的侧视图。

图10是示出一组参考触摸的顶视图。

图11是用于将多点触摸事件分解为各个触摸事件的方法的流程图。

图12是触摸敏感表面的绑定值估计的灰度图像。

图13示出从绑定值p到光束测量值b的传递函数M的矩阵形式。

图14示出图13的矩阵形式的求逆。

图15是用于校准传递函数M的方法的流程图。

具体实施方式

I.简介

A.设备概述

图1是根据一个实施例的光学触摸敏感设备100的图表。光学触摸敏感设备100包括控制器110、发射器/检测器驱动电路120和触摸敏感表面组件130。表面组件130包括在其上检测触摸事件的表面131。为了方便，表面131限定的区域有时可以称为有源区域或有源表面，即使表面本身可以是完全无源结构。组件130还包括沿着有源表面131外围设置的发射器和检测器。在这个实例中，存在标记为Ea-EJ的J个发射器和标记为D1-DK的K个检测器。设备还包括触摸事件处理器140，其可以实施为控制器110的部分或如图1所示地单独地实施。标准API可以用于与触摸事件处理器140通信，例如在触摸事件处理器140和控制器110之间，或在触摸事件处理器140和连接到触摸事件处理器的其他设备之间。

发射器/检测器驱动电路120用作控制器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，一个发射器产生的光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。为了方便，“光束”将指从一个发射器到一个检测器的光，即使其可以是进入许多检测器的大扇形光的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。例如，图1明确地标记光束a1、a2、a3、e1和eK。有源区域131内的触摸将干扰某些光束，因此改变在检测器Dk处接收到的光束。关于这些变化的数据将被传递到触摸事件处理器140，其分析数据以确定表面131上触摸事件的(一个或多个)位置(和次数)。

图1示出的光学方法的一个优点在于该方法能够很好地缩放较大屏幕尺寸。因为发射器和检测器围绕外围定位，屏幕的尺寸线性增大N倍意味着外围也缩放N倍而不是N²倍。

B.过程概述

图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。该过程将使用图1的设备示出。过程200被大致分为两个阶段，两个阶段被称为物理阶段210和处理阶段220。概念上，两个阶段的分割线是一组透射系数Tjk。

与光束的基线透射比相比，透射系数Tjk是从发射器j到检测器k的光束的透射比。光束的基线透射比是在不存在与光束交互的触摸事件时已经从发射器j传输到检测器k的光束的透射比。在一些情况下，基线透射比在检测到触摸事件之前可以被测量或可以是在缺少触摸事件的期间进行的特定数目的先前记录的透射比测量值的平均值。在一些情况下，基线透射比可以是过去记录的透射比测量值的平均值。在下面实例中，我们将使用0(完全阻塞的光束)到1(完全透射的光束)的比例。因此没有被触摸事件干扰的光束jk具有Tjk＝1。完全由触摸事件阻塞的光束jk具有Tjk＝0。由触摸事件部分阻塞或衰减的光束jk具有0<Tjk<1。Tjk>1是可能的，例如根据触摸交互的性质或在通常不会到达检测器的光被转向或散射到检测器k的情况下。

这种具体测量的使用仅是一个实例。能够使用其他测量。尤其，因为我们最关心的是中断的光束，相反测量(诸如(1-Tjk))可以被使用，由于其通常为0。其他实例包括吸收、衰减、反射或散射的测量。此外，虽然使用作为物理阶段210和处理阶段220之间的分割线的Tjk解释图2，但是Tjk不需要被明确计算。也不需要物理阶段210和处理阶段220之间的清楚分割。

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。图2示出的模型是概念上有用的，因为其在某种程度上将物理设置和潜在物理机制与后续处理分离。

例如，物理阶段210产生透射系数Tjk。触摸敏感表面组件130的许多不同的物理设计是可能的，并且不同的设计权衡将根据终端应用来考虑。例如，发射器和检测器可以更窄或更宽、更窄的角度或更宽的角度、各种波长、各种功率、相干或不相干等。如另一个实例，不同类型的多路复用可以用于允许来自多个发射器的光束被每个检测器接收。若干个这些物理设置和操作方式将在下面、主要在第II部分中描述。

块210的内部示出过程210的一种可能实施方式。在该实例中，发射器发送光束到多个检测器212。行进穿过触摸敏感表面的一些光束由触摸事件干扰。检测器接收来自发射器的以多路复用光学形式的光束214。接收到的光束被解复用以从彼此区别各个光束jk216。每个单独的光束jk的透射系数Tjk接着通过比较触摸事件期间的光束jk的透射比和光束jk的基线透射比(例如，使其除以光束jk的基线透射比)而被确定218。

处理阶段220获得从物理阶段210的多点触摸事件产生的Tjk测量值，并确定对应于多点触摸事件中的一个或更多个触摸事件的触摸区域。处理阶段220还可以确定多点触摸事件中的触摸事件的一个或更多个物理属性(例如，触摸压力或接触压力、压力梯度、空间压力分布、光学透射属性等)。处理阶段220在下面的第III部分中进一步描述。

II.物理设置

触摸敏感设备100可以以若干不同的方式实施。下面是设计变体的一些实例。

A.电子设备

关于电子设备方面，注意图1本质上是示例性和功能性的。图1中的不同框的功能能够在相同的一个部件中一起实施。

例如，控制器110和触摸事件处理器140可以实施为硬件、软件或两者的组合。他们还可以一起实施(例如，作为具有在片上系统(SoC)中的处理器上运行的代码的SoC)或单独地实施(例如，控制器作为ASIC的部分，以及触摸事件处理器作为在与ASIC通信的单独的处理器芯片上运行的软件)。示例实施方式包括专用硬件(例如，ASIC或编程的现场可编程门阵列(FPGA))以及运行软件代码(包括固件)的(嵌入式的或独立的)微处理器或微控制器。软件实施方式能够在制造之后通过更新软件来修改。

发射器/检测器驱动电路120用作控制器110与发射器和检测器之间的接口。在一个实施方式中，到控制器110的接口本质上至少部分是数字的。关于发射器，控制器110可以发送控制发射器操作的命令。这些命令可以是指令，例如打算采取某些动作的比特序列，该些动作包括启动/停止光束的传输、改变光束的某一形态或序列、调整功率、加电/掉电电路。他们还可以是更简单的信号，例如“光束使能信号”，其中当光束使能信号高时发射器传输光束，并且当光束使能信号低时不传输光束。

电路120将接收到的指令转换为驱动发射器的物理信号。例如，电路120可以包括耦接到数模转换器一些数字逻辑，以便将接收到的数字指令转换为发射器的驱动电流。电路120还可以包括用于操作发射器的其他电路系统：例如，用于外加电调制至光束上(或至驱动发射器的电信号上)的调制器、控制环路以及来自发射器的模拟反馈。

关于检测器，控制器110还可以发送控制检测器操作的命令，并且检测器可以将信号返回到控制器。检测器还传输有关由检测器接收到的光束的信息。例如，电路120可以从检测器接收原始或放大的模拟信号。然后，电路可以约束这些信号(例如，噪声抑制)、将他们从模拟形式转换到数字形式，以及或许还可以应用一些数字处理(例如，解调制)。

B.触摸交互

图3A-3F示出与光束进行触摸交互的不同机制。图3A示出基于受阻的全内反射(TIR)的机制。虚线示出的光束通过光学透明波导302从发射器E行进到检测器D。光束通过全内反射被约束到波导302。例如，波导可以由塑料或玻璃构造。与透明波导302进行接触的物体304(诸如，手指或光笔)具有比通常围绕波导的空气高的折射率。在接触区域上方，由于物体而引起的折射率的增加干扰波导内光束的全内反射。全内反射的分裂增加来自波导的漏光，从而衰减通过接触区域的任何光束。相应地，移除物体304将停止衰减穿过的光束。衰减穿过触点的光束将导致检测器处的较小功率，根据其能够计算减小的透射系数Tjk。

图3B示出基于光束阻碍的机制。发射器产生接近表面306的光束。与表面306进行接触的物体304将部分或完全阻塞接触区域内的光束。图3A和图3B示出一些触摸交互的物理机制，但也能够使用其他机制。例如，触摸交互可以基于偏振变化、散射或传播方向的变化或(垂直或水平)传播角度的变化。

例如，图3C示出基于传播角度的不同机制。在该实例中，经由TIR引导波导302中的光束。光束以某一角度碰撞波导-空气界面，并以相同的角度被反射回。然而，触摸304改变光束传播的角度。在图3C中，在触摸304后，光束以更陡峭的传播角度行进。检测器D具有根据传播角度而变化的响应。检测器D能够对以原始传播角度行进的光束更敏感，或其能够更不敏感。无论如何，触摸304干扰的光束将在检测器D处产生不同的响应。

在图3A-3C中，触摸物体还是与光束交互的物体。这将称为直接交互。在间接交互中，触摸物体与中间物体交互，中间物体与光束交互。图3D示出使用中间阻塞结构308的实例。通常，这些结构308不阻塞光束。然而，在图3D中，物体304接触阻塞结构308，这导致其部分或完全阻塞光束。在图3D中，结构308被示出为离散物体，但他们不必须是离散物体。

在图3E中，中间结构310是可压缩的、部分透射薄片。当不存在触摸时，薄片衰减光束一定量。在图3E中，触摸304压缩薄片，从而改变光束的衰减。例如，薄片的上部分可以比下部分更不透明，使得压缩减小透射比。可替代地，薄片可以具有一定密度的散射位置。压缩增加接触区域的密度，因为相同数目的散射位置占用较小体积，因此减小了透射比。相似的间接方法还能够用于受阻的TIR。注意，这种方法能够用于基于压缩程度或压缩率来测量接触压力或触摸速度。

触摸机制还可以增强透射而不是减小透射，或在减小透射之外，触摸机制还可以增强透射。例如，图3E中的触摸交互可以增加透射而不是减少透射。薄片的上部分可以比下部分更透明，使得压缩增加透射比。

图3F示出由于触摸交互而增加发射器和检测器之间的透射比的另一个实例。图3F是顶视图。发射器Ea通常产生由检测器D1接收的光束。当不存在触摸交互时，Ta1＝1且Ta2＝0。然而，触摸交互304阻塞到达检测器D1的光束并且散射一些所阻塞的光到检测器D2。因此，检测器D2从发射器Ea接收到比其通常接收到的更多的光。因此，当存在触摸事件304时，Ta1减小而Ta2增加。

为了简单，在本说明的剩余部分中，触摸机制将被假设基本为阻塞性质，这意味着从发射器到检测器的光束将部分或全部由中介触摸事件阻塞。这不是所需要的，但是便于示出各种概念。

为了方便，触摸交互机制有时可以分类为二进制的或模拟的。二进制交互是根据触摸基本具有两个可能的响应的一种交互。实例包括非阻塞和完全阻塞、或非阻塞和10％+衰减，或非受阻和受阻的TIR。模拟交互是对触摸具有“灰度级”响应的一种交互：经过部分阻塞等级到阻塞等级的非阻塞。无论触摸交互机制是二进制的还是模拟的，这都部分取决于触摸与光束之间的交互性质。其不取决于光束的横向宽度(其还能够被操控以获得二进制或模拟衰减，如下面所述)，尽管其可能取决于光束的垂直大小。

图4是示出二进制触摸交互机制与模拟触摸交互机制相比的图。图4图形化透射比Tjk为触摸的深度z的函数。大小z处于有源表面内和外。曲线410是二进制响应。在低z下(即，当触摸还没有干扰光束时)，透射比Tjk处于最大值。然而，在某一点z₀处，触摸破坏光束并且透射比Tjk相当突然地下降到其最小值。曲线420示出在z的较宽范围内从最大值Tjk转变到最小值Tjk的模拟响应。如果曲线420表现很好，则可能根据测量的Tjk值来估计z。

C.发射器、检测器和耦合器

每个发射器传输光到若干检测器。通常，每个发射器同时输出光到不止一个检测器。类似地，每个检测器接收来自若干不同发射器的光。光束可以是可见的红外和/或紫外光。术语“光”是指包括所有这些波长和相应被解释的术语(诸如“光学”)。

发射器的光源的实例包括(多个)发光二极管(LED)和半导体激光器。还能够使用IR源。光束的调制能够通过直接调制光源或通过使用外部调制器(例如，液晶调制器或偏转镜调制器(deflcted mirro modulator))来实现。检测器的传感器元件的实例包括电荷耦合设备、光电二极管、光敏电阻器、光电晶体管和非线性全光检测器。通常，检测器输出电信号，其是接收到的光束的强度的函数。

发射器和检测器还可以包括除了主光源和传感器元件之外的光学器件和/或电子器件。例如，光学器件能够用于耦合在发射器/检测器和期望的光束路径之间。光学器件还能够再整形或以其他方式调节由发射器产生或由检测器接受的光束。这些光学器件可以包括透镜、菲涅尔透镜、反射镜、滤波器、非成像光学器件以及其他光学部件。

在本公开中，为了清楚，光学路径将被示出为未折叠的。因此，源、光束和传感器将被示为位于一个平面。在实际实施方式中，源和传感器通常不会位于与光束相同的平面。能够使用各种耦合方法。平面波导或光纤可以用于将光耦合到实际的光束路径或耦合来自实际光束路径的光。还可以使用自由空间耦合(free space coupling)(例如，透镜和反射镜)。还可以使用组合，例如，沿着一维的波导以及沿着其他维的自由空间。各种耦合器设计在2011年7月22日提交的美国申请序列No.61/510,989、名称为“光学耦合器(OpticalCoupler)”中描述，其全部内容通过引用并入本文。

D.光束路径

触摸敏感系统的另一方面是光束和光束路径的形状和位置。在图1-图2中，光束被示为线。这些线应该被解释为光束的表示，但是光束本身不必是窄线束光束。图5A-5C示出不同的光束形状。

图5A示出点发射器E、点检测器D和从发射器到检测器的窄“线束”光束510。在图5B中，点发射器E产生由宽检测器D接收的扇形光束520。在图5C中，宽发射器E产生由宽检测器D接收的“矩形”光束530。这些是光束的顶视图，并且所示形状是光束路径的覆盖区。因此，光束510具有线形覆盖区，光束520具有在发射器处窄而在检测器处宽的三角形覆盖区，以及光束530具有完全恒定宽度的矩形覆盖区。在图5中，他们的宽度(如光束路径所示)表示检测器和发射器。实际光源和传感器可能没有这么宽。相反，光学器件(例如，圆柱形透镜或反射镜)能够用于有效加宽或变窄实际源和传感器的横向范围。

图6A-6B和图7示出覆盖区的宽度如何能够确定透射系数Tjk是否表现为二进制量或模拟量。在这些图形中，触点具有接触区域610。假设触摸完全阻塞，使得碰撞接触区域610的任何光将被阻塞。图6A示出当触点从左向右移动穿过窄光束时发生什么。在最左边的情况下，光束根本没有被阻塞(即最大值Tjk)直到接触区域610的右边缘中断光束。在此时，光束完全被阻塞(即最小值Tjk)，如其在中间情形也是这种情况。其继续被完全阻塞直到整个接触区域移动通过光束。然后，光束被再次完全未阻塞，如右手边情形所示的。图7中的曲线710示出透射比Tjk作为接触区域610的横向位置x的函数。最小值和最大值Tjk之间的尖锐转变示出这种响应的二进制性质。

图6B示出当触点从左向右移动穿过宽光束时发生什么。在最左边的情况下，光束刚开始恰好被阻塞。透射比Tjk开始下降，但在最小值与最大值之间的某一值。当触点阻塞更多的光束时透射比Tjk继续下降，直到光束被完全阻塞的中间情形。然后，当接触区域离开光束时透射比Tjk再次开始增加，如在右手边情形所示的。图7中的曲线720示出透射比Tjk作为接触区域610的横向位置x的函数。在x的宽范围内的转变示出这种响应的模拟性质。

图5-7考虑单独的光束路径。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。

图8A是示出由点发射器产生的光束图案的顶视图。发射器Ej将光束传输到宽检测器D1-DK。为了清楚，三个光束被阴影化：光束j1、光束j(K-1)和中间光束。每个光束具有扇形覆盖区。所有覆盖区的聚合是发射器Ej的覆盖区域。也就是说，落入发射器Ej覆盖区域内的任何触摸事件将干扰来自发射器Ej的光束中的至少一个。图8B是类似的图形，除了发射器Ej是宽发射器并产生具有“矩形”覆盖区(实际上是梯形，但我们将它们称为矩形)的光束。三个阴影光束用于与图8A中的检测器相同的检测器。

注意，每一个发射器Ej可以不为每一个检测器Dk产生光束。在图1中，考虑从发射器Ea到检测器DK的光束路径aK。首先，发射器Ea产生的光可以不在该方向上行进(即，发射器的辐射角度可能不足够宽)，因此可能根本不存在物理光束，或检测器的接受角度可能不足够宽，使得检测器没有检测到入射光。其次，即使存在光束且其是可检测的，则其可能由于光束路径没有位于产生有用信息的位置而被忽略。因此，透射系数Tjk可以不具有发射器Ej和检测器Dk的所有组合的值。

来自发射器的各个光束的覆盖区以及来自发射器的所有光束的覆盖区域能够使用不同的量来描述。空间范围(即宽度)、角度范围(即发射器的辐射角度、检测器的接受角度)以及覆盖区形状是能够用于描述各个光束路径以及单独的发射器的覆盖区域的量。

从一个发射器Ej到一个检测器Dk的单独的光束路径能够通过发射器Ej的宽度、检测器Dk的宽度和/或限定两者之间的光束路径的角度和形状来描述。

这些单独的光束路径能够聚合在一个发射器Ej的所有检测器上方，以产生发射器Ej的覆盖区域。发射器Ej的覆盖区域能够通过发射器Ej的宽度、相关检测器Dk的总宽度和/或限定从发射器Ej的光束路径聚合的角度和形状来描述。注意，各个覆盖区可以重叠(参见接近发射器的图8B)。因此，发射器的覆盖区域可以不等于其覆盖区的总和。(发射器的覆盖区的总和)/(发射器的覆盖区域)的比率是重叠量的一个测量。

各个发射器的覆盖区域能够在所有发射器上方聚合，以获得系统的总覆盖范围。在这种情况下，总覆盖区域的形状不是所关心的，因为其应该覆盖整个有源区域131。然而，不是有源区域131内的所有点都将被平等的覆盖。一些点可以被许多光束路径穿过，而其它点被少得多的光束路径穿过。光束路径在有源区域131上方的分布可以通过计算多少光束路径穿过有源区域内的不同(x,y)点而被表征。光束的定向是分布的另一方面。与彼此全部以60度角运行的三个光束路径穿过的点相比，源自都在相同方向上大致运行的三个光束路径的(x,y)点将通常具有较弱分布。

上面针对发射器的讨论也适用检测器。图8A-8B中针对发射器构造的图表也能够针对检测器构造。例如，图8C示出针对图8B的检测器D1的类似图表。即图8C示出由检测器D1接收的所有光束路径。注意，在该实例中，到检测器D1的光束路径仅来自沿着有源区域的底边缘的发射器。(在该实例的设计中)左边缘上的发射器不值得连接到D1且右边缘上不存在发射器。图8D示出检测器Dk的图表，其是图8B中发射器Ej的类似位置。

然后，检测器Dk的覆盖区域是检测器Dk接收到的光束的所有覆盖区的聚合。所有检测器覆盖区域的聚合给出整个系统覆盖范围。

在该图中，窄“线束”光束的路径被示为直线，在波导接近平面时(例如，当上界面和下界面两者是平行平面时)，其是实际光束路径的良好表示。然而，这不是所必需的。在一些实例中，构造波导具有导致弯曲的光束路径的缓慢变化的厚度。例如，虽然波导可以表现为基本平面的，但是波导界面的一个或更多个(例如，顶部、底部或两者)是轻微倾斜的，并且在波导渐缩的光沿弯曲路径行进。在另一个实施例中，波导呈现任意形状，该任意形状限定(例如汽车控制设备或与其环境交互的机器人蒙皮的)弯曲的触摸表面。在弯曲的触摸表面的情况下，连续反射限定光束路径，每个反射在波导界面上局部发生(例如，基于全内反射)。在这种实施例中，在具有充足的能量的情况下，波导的形状被设计，使得发射器以与全内反射适合的角度投射的光将经历多个反射并且将在波导内传播，而不离开波导直到其到达一个或更多个检测器。更一般地，可以使用能够检测一个或更多个触摸事件的任何(弯曲的或直的)光束路径。

E.有源区域覆盖范围

有源区域131的覆盖范围依赖于光束路径的形状，而且还依赖于发射器和检测器的布置。在大多数应用中，有源区域在形状上是矩形，并且发射器和检测器沿着矩形的四个边缘定位。

在优选的方法中，不是具有仅沿着某些边缘的发射器以及具有仅沿着其他边缘的检测器，而是发射器和检测器沿着边缘交织。图8E示出发射器和检测器沿着四个边缘可替换的实例。阴影光束示出发射器Ej的覆盖区域。

F.多路复用

因为多个发射器传输多个光束到多个检测器，以及因为各个光束的行为通常被期望，因此使用多路复用/解复用方案。例如，每个检测器通常输出指示入射光的强度的单个电信号，无论光是来自由一个发射器产生的一个光束还是来自由多个发射器产生的多个光束。然而，透射比Tjk是单独的光束jk的特征。

能够使用不同类型的多路复用。取决于所使用的多路复用方案，光束的透射特征(包括它们的范围(content)以及何时它们被透射)可以改变。结果，多路复用方案的选择可以影响光触摸敏感设备的物理构造以及其操作两者。

一种方法基于码分复用。在该方法中，由每个发射器产生的光束使用不同的代码编码。检测器接收光信号(其是来自不同发射器的光束的结合)，但是接收到的光束能够基于代码被分成其分量。这在美国申请序列No.13/059,772、名称为“具有调制发射器的光控制系统(Optical Control System With Modulated Emitters)”中进一步详细描述，该申请通过引用并入本文。

另一种类似的方法是频分复用。在该方法中，不是由不同的代码调制，而是来自不同发射器的光束由不同的频率调制。频率足够低，以致检测到的光束中的不同分量能够通过电子滤波或其它电子或软件手段来恢复。

还能够使用时分复用。在该方法中，不同的发射器在不同的时间传输光束。光束和透射系数Tjk基于定时被确定。如果仅使用时间复用，则控制器必须足够快速地循环通过发射器以满足所需要的触摸采样速率。

通常与光学系统一起使用的其他复用技术包括波分复用、偏振复用、空间复用和角度复用。电子调制方案(诸如，PSK、QAM和OFDM)还可能应用于区分不同的光束。

可以一起使用若干复用技术。例如，能够结合时分复用和码分复用。不是码分复用128发射器或时分复用128发射器，发射器可以被分成8组，每组16个。8组是时分复用，使得在任何一次仅16个发射器运转，并且那些16个发射器是码分复用。这可能是有利的，例如，在任何给定的时间点最小化有效发射器的数目以降低设备的功率需求。

III.处理阶段

在图2的处理阶段220中，透射系数Tjk用于确定触摸事件的位置以及可选地确定与触摸事件关联的物理属性。

A.多点触摸事件

多点触摸事件包括多个同时或基本同时触摸事件。多点触摸事件可以包括静止或静态触摸事件，或随时间变化的触摸事件。静止或静态多点触摸事件的实例包括触摸敏感表面上的两个手指接触、三个接触等。触摸敏感表面上的随时间变化的多点触摸事件的实例包括触摸敏感表面上的缩小手势、放大(de-pinch)手势、多手指轻扫手势以及多手指点击手势。触摸事件可以由各种物体(例如，人的手指、光笔或钢笔)与触摸敏感表面进行接触而产生或各种物体进入触摸敏感表面的预定接近范围内而产生。

图9A-9B(未按照比例)分别示出具有三个触摸事件904A-C的多点触摸事件的顶视图和侧视图。触摸事件904与从发射器Ej到检测器Dk的光束910交互。虽然在图9A-9B中没有示出，但是三个触摸事件904中的一个或更多个还可以与对应于沿着触摸敏感表面外围定位的附加发射器-检测器对的附加光束交互。

触摸事件904能够通过触摸区域和触摸分布而被表征。触摸事件的触摸区域表征触摸事件在触摸敏感表面上的空间扩展。根据应用，触摸区域可以由不同的参数限定。例如，触摸区域能够通过触摸面积(例如，触摸区域的面积)、触摸区域的尺寸(例如，长、宽、周长、长轴、短轴、半径或沿着触摸敏感表面的任何其他可测量的尺寸)、触摸区域的几何形状(例如，圆、椭圆、正方形、n边形等)和/或触摸区域的触摸位置(例如中心或重心)而被表征。

在相同多点触摸事件中的不同触摸事件的触摸区域在空间上可以重叠或可以不重叠。如图9A-9B中所示的，不同触摸事件的触摸区域在形状、面积、尺寸、定向等上可以不同。触摸区域的周长可以是平滑的、锯齿状的、常规的、对称的、不规则的、不对称的、曲线的、多边形的、凹面的、凸面的、闭合的、基本闭合的，或任何其他合适形状或形式。

触摸事件的触摸分布表示与触摸事件与触摸敏感表面物理交互关联的物理属性(例如，触摸压力或接触压力、压力梯度、空间压力分布、空间透射属性等)。不同触摸事件的触摸分布可以不同。多点触摸事件中的任何两个触摸事件之间的触摸压力值、触摸压力梯度、空间压力分布和空间透射属性可以不同。

当多个触摸事件904与光束910交互时，光束910的透射系数Tjk是每个单独的触摸事件的各个透射系数的函数。干扰光束910的每个触摸事件904对光束910的组合透射系数Tjk的贡献能够被建模为相乘。假设三个触摸事件904A-C每个均具有对应的单独的透射系数TjkA-C。即触摸事件904A的透射系数单独(如果不存在触摸事件904B或904C)为TjkA。光束910的累积透射系数Tjk然后可以被计算为

Tjk＝TjkA*TjkB*TjkC (1)

触摸事件与光束之间的交互程度可以由绑定值表示，如将在下更详细解释的。例如，触摸事件引起的更多散射可以由较大绑定值表示，而较少散射由较小绑定值表示。在图9A-9B中，绑定值由阴影表示。在该实例中，每个触摸事件具有两种阴影。中心实心阴影表示一个绑定值，而外点画阴影表示第二绑定值。

为了简单，虽然图9A-9B示出每个触摸事件具有两个绑定值，但是触摸事件可以通过多于或少于两个绑定值而被表征。触摸事件可以通过离散绑定值或连续变化绑定值，或它们的组合而被表征。在一些实施例中，触摸事件的绑定值显示从触摸区域的外周长朝向触摸事件的中心触摸位置渐近单调增加或减小的趋势。可替代地，绑定值不需要示出触摸区域内的单调趋势。在下面给出的更具体的实例中，每个触摸事件将通过解释触摸区域上的变化的单个绑定值而被表征。

B.参考触摸

在一些实施例中，参考一组已知触摸事件(其被称为参考触摸)限定或计算触摸事件的触摸区域和/或触摸分布。参考触摸可以被预定义、预先确定、预先校准或以其他方式已知。另外，如将在下面解释的，参考触摸能够对应于实际物理触摸，但这不是必须的。例如，参考触摸能够具有不能够由实际触摸事件产生的触摸区域和/或触摸分布。

图10是示出一组参考触摸1010A-I的顶视图。在该实例中，参考触摸1010定位在2D网格中。每个参考触摸1010具有相同的触摸面积、尺寸和形状。参考触摸1010的位置Li被布置在规则的2D网格中。该组参考触摸横跨2D参考触摸区1002。在许多情况下，参考触摸区将横跨触摸敏感表面的整个有源区域。也可能针对有源区域的不同区域使用不同组的参考触摸，或针对相同的区域使用(例如，具有变化分辨率的)多组参考触摸。

C.识别候选触摸事件

图11是用于将多点触摸事件分解为各个触摸事件的方法的流程图。它是图2的处理阶段220的一个实例。该方法利用参考触摸。

由多点触摸事件产生的光学测量值Tjk被接收1102。如上在图9中描述的，干扰光束910的每个触摸事件904对光束910的聚合透射系数Tjk的贡献能够被建模为相乘。

在一些实施例中，通过使各个触摸事件的贡献相加而非相乘来简化来自各个触摸事件的贡献的分离。这能够通过基于非线性函数修改光学测量值Tjk来完成。在此类实施例中，非线性函数将各个透射系数的相乘贡献修改为相加贡献，从而有利于后续的矩阵表示和操作。对数函数具有将变量之间的相乘关系修改为相加关系的性质(本文称为分离性质)。

因此，根据接收到的光学测量值Tjk使用非线性函数计算光束测量值Gjk 1104。为了将相乘关系转换为线性关系，能够使用对数函数：Gjk＝logTjk。具有分离性质的非线性函数的其他实例包括其他基础对数函数和对数函数的线性化近似(例如，泰勒级数展开)。例如，应用对数变换将等式(1)转换为

Gjk＝GjkA+GjkB+GjkC (2)

类似地，logTjk围绕1的第一阶泰勒级数展开导致-(1-Tjk)。系数(1-Tjk)物理上表示光束jk损失系数(例如，与透射比系数相反)。

由这种变换产生的线性化有助于矩阵的使用。触摸交互能够表征为

b＝Mp (3)

图13中示出该等式。列向量p包含绑定值p_i，其对应于参考触摸。例如绑定值p_i可以对应于位置L_i处的参考触摸。列向量b包含光束测量值b_n。例如，每个b_n可以对应于Gjk中的一个(其中还执行从二维jk到一维n的重新排序)。

然后，矩阵M是描述每个参考触摸对每个光束测量值的影响的传递函数。例如，考虑矩阵M的第二列，在图13中以灰色阴影表示。该列表示响应于存在参考触摸2(即p₂＝1)以及没有其他参考触摸(即所有其他p_i＝0)的光束测量值b。对应于存在参考触摸的绑定值不是必须被选择为1。能够选择其他值，且矩阵M会相应地调节。

在等式(3)中，给定绑定值p，我们能够计算光束测量值b。我们解决逆问题。针对多点触摸事件基于传递函数M根据光束测量值b_n确定绑定值的估计p’_i 1106。

在一些实施例中，通过计算对应于传递函数M的伪逆矩阵R来确定绑定值估计p’_i。绑定值估计p’_i的列向量p’能够基于下面等式确定：

p’＝Rb (4)

其中R＝M^-1。还能够使用其他逆处理。例如，可以通过最小化测量的b和Mp’之间的差、距离或误差来确定p’。

绑定值估计p’_i提供多点触摸事件到参考触摸i的绑定值的估计。图12是触摸敏感表面的绑定值估计的灰度图像。在该实例中，灰度图像中的每个像素表示不同的绑定值，且具有2.5mm宽度和2.5mm幅度。白色表示较强的绑定值，而黑色表示较弱的绑定值。在一些实施例中，绑定值估计可以表示触摸事件相比于参考触摸的物理属性(基于手指接触类型(干燥或油性、固定或松开等)耦合在手指和玻璃之间的平均值)。

根据绑定值估计p’_i确定对应于多点触摸事件的一个或更多个触摸事件的触摸区域1108。在一些实施例中，选择的参考触摸事件少于通常的触摸事件。在该情况下，触摸事件通常在多个参考触摸上延伸。如图12所示的，对应于触摸事件的绑定值估计p’_i能够表现为局部斑点(2D视图)或山丘(3D视图)，诸如围绕触摸区域1210A和1210B的较强绑定值的局部区域。换句话说，实际触摸事件被表示为多个邻近参考触摸的组合，且将影响不止一个绑定值估计p’_i。该影响能够用于通过搜索局部斑点来实时检测触摸位置。

例如，在一些应用中，光束测量值被周期性记录，并且在做出每个光束测量值之后产生绑定值估计的“图像”。相应地，每组光束测量值的图像以预先确定的帧速率(例如，通常在20Hz和200Hz之间)产生。来自诸如机器视觉的领域的模式识别的各种方法可以用于检测这些图像中的候选触摸区域，所述图像根据连续组的光束测量值产生。一种这样的方法是斑点检测，如上面描述的。

另一种方法是寻峰(peak finding)。当在2D坐标系统中检测峰值或最大值时寻峰正检测触摸区域，例如沿多个方向——诸如，水平方向、垂直方向以及可选的沿对角方向。这能够通过检查连续的通常nxn空间单元或像素(例如3x3像素组)组来实现；像素限定为包括一个或更多个参考触摸区域的空间单元或通过在邻近参考触摸区域之间内插而形成像素。对于每组空间单元或像素，检查峰值条件。如果满足峰值条件，那么空间单元被确定为峰值或包括峰值，并且空间单元被识别为候选触摸区域。该方法实施二进制分类，其中一组nxn空间单元或像素被确定为候选触摸区域或不是候选触摸区域。

在一些实施例中，使用从图像提取的特征(例如，角点(cornerness)、曲率、全局最小解(Hessian)等)的更精细的分类方法被实施为检测候选触摸区域。例如，绑定值估计的像素或空间单元的灰度分类方法提供非二进制分类测量值或分数——例如，当空间单元是候选触摸区域的可能性增加时(例如，连续地)增加空间单元的分类测量值或分数。真实触摸事件通常显示为增加在多个邻近像素或空间单元上观察的绑定值。在这种情况下，具有高分类测量值或分数(例如，大于指定分数阈值)的像素在空间上可以被具有高分类测量值或分数(例如，分数大于指定的分数阈值)的邻近像素围绕。该真实触摸事件的中心位置通常是中心像素或具有最高分类分数的像素。

在一些实施例中，阈值接着应用到非二进制分类测量值或分数，以确定空间单元或像素是否是候选触摸区域或包括候选触摸区域。较低阈值能够实现敏感触摸检测，但可能导致由传递函数M的逆过程中噪声或缺点产生的较高的误报。在这种实施例中，基于噪声估计、(基于根据先前图像帧做出的预测)到候选触摸区域的距离、相对于有源触摸区的像素位置等来动态控制、调整或以其他方式修改阈值。

D.插值

在一些实施例中，在确定候选触摸区域之前，为了增加绑定值估计的2D图像中的空间单元或像素的数目，附加空间单元或像素被限定在已存在的像素之间；并且附加像素的绑定值估计由诸如数值插值的方法来确定。因此，可以改善绑定值估计的2D图像上的空间分辨率，而不使线性系统欠定。

在可替换实施例中，通过使用多个传递函数M以及可选地通过限定多个伪逆矩阵R来增加像素的数目(用于改善空间分辨率同时维持超定的系统)，每个传递函数表示等式的超定系统。例如，为了加倍像素的数目，可以使用一组偏移参考触摸区域(例如，基于相对于用于计算第一传递函数的参考触摸区域的位置的特定偏移)限定第二传递函数。该方法产生具有增加数目的绑定值估计的图像，从而允许图像的改进的空间采样。

沿着类似的线，第一组参考触摸可以被限定且对应的传递函数M和伪逆矩阵R被计算。然后，针对通过在三个基本方向(水平、垂直以及沿着两个轴线联合(即对角线))偏移第一组参考触摸一半间距(pitch)而获得的三个附加组或参考触摸，可以限定三个附加传递函数M和三个附加对应的伪逆矩阵R。例如，在图12的灰度图像中，每个像素具有2.5mm x2.5mm的尺寸，且最初与邻近像素分离5mm间距，从而导致差的空间分辨率。然而，通过使用三个附加传递函数M(对应于垂直和水平方向上的一半间距偏移)，有效的内插间距被减小到2.5mm，从而在两个方向上产生改进的有效空间分辨率。有效空间分辨率能够通过水平和垂直方向上的多倍数字(例如，在水平方向上2x，垂直方向上3x等)的任何组合来类似地改进。

E.筛选

继续图11的方法220，在确定(例如，候选的)触摸区域1108之后，筛选候选触摸区域1110以拒绝误报并获得确认的触摸区域。在一些实施例中，误报由测量值噪声或由绑定值估计的不完全评估(例如，在确定传递函数M的逆过程中的计算不准确性)产生。

在一些实施例中，为了拒绝误报触摸区域，特定候选区域的中心处的绑定值与指定(例如，预先确定)阈值比较；如果绑定值大于指定阈值，那么该特定候选触摸区域被确定为确认的触摸区域。

在一些实施例中，通过应用阈值或基于形状、大小(例如，触摸区域的面积、触点区域的周长)、尺寸等的拒绝准则，候选触摸区域还可以作为误报被拒绝。例如，具有比指定面积阈值大的面积的候选触摸区域(例如，由用户的手掌与触摸敏感表面接触产生的)可以作为误报被拒绝。另一方面，具有比指定面积阈值小的面积的候选触摸区域(例如，当触摸事件相对于人的手指太小，但更可能由噪声或突发事件产生时)可以作为误报被拒绝。在一些实施例中，通过将模型或几何形状(例如，抛物线、高斯函数等)与围绕候选触摸区域的中心位置(例如，峰值绑定值)的绑定值估计匹配，估计触摸区域的尺寸。然后基于模型最佳匹配参数(一个或多个)来评估触摸区域的尺寸，并且当尺寸没有落入指定范围内时候选触摸区域作为误报被丢弃或拒绝。

在一些实施例中，通过当根据光束测量值估计绑定值时忽略贡献于其他候选触摸区域或其他确认的触摸区域的光束或将其归为较低权重，候选触摸区域还可以作为误报被拒绝。

在一些实施例中，候选触摸区域通过使用随时间变化的多个连续图像的聚合而作为误报被拒绝。如果候选触摸区域表明与来自一个或更多个先前帧(例如，1到5之间的先前帧)的对应候选触摸区域具有指定的一致水平，则该候选触摸区域可以被接受为确认的触摸区域。使用比较参数(诸如，候选触摸区域的移动速度、候选触摸区域的移动方向、候选触摸区域的位置、候选触摸区域的绑定值、候选触摸区域的形状尺寸(例如，模型最佳匹配参数))可选地确定来自两个或更多个对应的图像帧的两个或更多个候选触摸区域之间的一致测量。通过最小化成本函数或使用任何其他合适的方法基于knn(K最近邻)法来可选地评估一致性测量。当检测到多个触摸区域时，确认的触摸区域被可选地分配标记符(ID)。

F.触摸位置

此外，在图11中示出的方法220中，在筛选1110消除或拒绝误报之后，确认的触摸区域被进一步分析以识别每个确认的触摸区域的触摸位置1112，例如，通过估计中心位置(例如，在图12中示出的触摸区域1210的触摸位置1212)。在一些实施例中，每个确认的触摸区域的触摸位置能够使用比像素分辨率更高的精度来确定。子像素分辨率可以基于用户需要而确定，并且对于某些应用，子像素分辨率可以在1/10到1/1000的像素间距之间。即，如果参考触摸位于5mm的中心与中心之间的间距上，那么触摸位置可以被确定为该间距的1/10到1/1000的精度。

在一些实施例中，确认的触摸区域的触摸位置或中心位置通过计算围绕该触摸区域的峰值绑定值估计的绑定值估计的重心或像素来评估。在可替换的实施例中，基于最佳匹配参数(例如，抛物面、高斯模型匹配)或基于内插图像中的触摸区域的峰值位置，计算触摸位置。

在一些实施例中，触摸位置相对于参考触摸位置(例如，图10中示出的)被估计为绝对值。可替换地，对于移动或非静止触摸事件，触摸位置能够根据先前图像帧相对于识别的相同触摸事件的触摸位置被计算。换句话说，相对定位相对于帧号f1处的触摸事件的位置计算帧号f2处的触摸事件的相对位置(例如，针对f2>f1)。为了评估相对位置的目的，可以使用诸如寻峰和交叉相关函数的方法。在来自帧f1的触摸区域和帧f2的相同触摸区域之间可以应用交叉相关。通常，触摸区域被限定在围绕峰绑定值估计的位置的小空间窗口内。

在一些实施例中，追踪滤波器被应用到确认的触摸区域或应用到模型参数(例如，在识别触摸位置之前)。这种追踪滤波器包括卡尔曼滤波器、α-β滤波器、α-β-γ滤波器或具有可调节滤波器系数的自适应滤波器(例如，有限脉冲响应(FIR)滤波器或无限脉冲响应(IIR)滤波器)。各种可替换方法可以用于识别触摸事件中的一个或更多个的触摸位置——如绝对触摸位置或相对位置偏移。

G.多点触摸事件的物理属性

绑定值估计是物理属性(例如，触摸压力或接触压力、压力梯度、空间压力分布、光学透射性质等)的结果，所述物理属性与触摸事件和触摸敏感表面之间的物理交互关联。

根据绑定值估计p’_i可选地确定多点触摸事件的触摸事件的物理属性的一种或更多种1114。这种物理属性可以相对于参考触摸的已知物理属性(例如，相对于已知绑定值)来计算或确定。例如，与参考触摸的那些绑定值相比，由于不同的蒙皮类型或由于减小的有效接触面积(例如，对于具有大量指纹的干手指)，触摸事件的绑定值可以减小(例如，p<1的绑定值)。另一方面，触摸事件相对于参考触摸的改进的绑定值(例如，p>1的绑定值)能够由具有增加的有效触摸面积(例如，全或满指纹)和较强光学耦合的油性手指产生。此外，触摸事件的绑定值0可以由与接触触摸区域的损失产生。

此外，可以基于触摸事件的一个或更多个物理属性(例如，压力分布、光学透射性质等)以及可选地基于触摸事件的触摸区域(例如，尺寸、面积、周长、形状等)，可以确定产生多点触摸事件中的触摸事件的物体的性质或类型。产生触摸事件的物体可以是特定手指(例如，食指、拇指、小指、无名指等)或光笔或钢笔或任何其他合适设备或能够与触摸敏感表面交互的物体。

H.传递函数M的校准

可以先验(例如，在工厂处的触摸敏感设备的设计和预校准期间)确定传递函数M和M的逆过程(例如，伪逆矩阵R)或可以在运行期间(例如，在触摸敏感设备的部署和使用期间更新)确定传递函数M和M的逆过程。

图15是用于校准传递函数M的方法的流程图。在该实例中，参考触摸能够在物理上实现。在触摸敏感表面上提供参考触摸1502。这些参考触摸处于位置L_i，且假设他们对应于绑定值p_i＝1。在图10的实例中，在QxN的矩阵网格(例如，40、60、80、100、1000等行和列)上限定参考触摸。在一些实施例中，参考触摸区域被非一致地间隔以横跨触摸区1002。例如，可以在期望更多活动的区域(触摸区1002的中心部分或在触摸区1002的拐角和外围中)中限定较大密度的参考触摸区域。在一些实施例中，参考触摸区域被定大小使得他们重叠。在图10的实例中，邻近触摸区域之间的优选间隔(例如，间距)近似在2mm和10mm之间。间隔通过空白区域表征；即，参考触摸区域不重叠。在可替换的实施例中，参考触摸区域能够具有各种形状(例如，圆形、正方形、矩形、多边形等)以及各种大小(一致或非一致)。在一些实施例中，对于圆形参考触摸区域，参考触摸区域的半径可以随着参考触摸区域之间的局部间距或间隔而变化(例如，略大于sqrt(2)*局部间距)。在可替换的实施例中，参考触摸区域的半径小于间距，从而导致非重叠参考触摸区域。

在一些实施例中，将参考触摸应用到触摸敏感表面能够通过机器人将具有指定压力的人工手指放置在每个位置L_i处的参考触摸区域来执行。在这种实施例中，人工机器人手指可选地具有类似于真实人类手指(或在一些情况下，为光笔或钢笔)的特征的特征。相应地，这种人工手指可以包括由在属性上与人类皮肤类似的材料(例如，天鹅绒、硅胶、橡胶等)制成或覆盖有上述材料的盘片或柔性半球，或可以是在形状、尺寸、光学透射和其他物理属性上与真实人类手指类似的任何其他类似组件。

接收由参考触摸产生的光学测量值Tjk 1504。在一些实施例中，基于参考图2的物理阶段210描述的步骤(例如，步骤212-218)的一个或更多个接收由参考触摸产生的光学测量值Tjk。

针对参考触摸，使用非线性函数或其线性化近似法来计算对应于接收到的光学测量值(Tjk)的光束测量值b_n(或Gjk)1506。注意，b_n或b[n]对应于光束测量值Gjk，其为从发射器Ej到检测器Dk的光束(j,k)的线性化透射系数。在一些实施例中，非线性函数是对数函数。在一些实施例中，通过泰勒展开近似对数函数。

基于由参考触摸L_i产生的计算的光束测量值b_n计算传递函数M1508。如上面解释的，传递函数M描述每个参考触摸对每个光束测量值的影响。传递函数矩阵M的每列i表示由位置L_i处的参考触摸产生的光束测量值Gjk(对于从发射器j到检测器k的光束)。

在一般情况下，M的维数是BxP，其中B是光束的数目，而P是参考触摸区域的数目(例如，在图10的实例中P＝Q*N)。在这种实施例中，b是光束测量值b_n的大小为B的列向量。在一些实施例中，经验上根据针对在每个参考触摸位置处提供的参考触摸测量的或观察的光束测量值，获得传递函数M。在可替换的实施例中，通过仿真确定传递函数M，并且通过建模真实手指交互的核函数仿真光束测量值b_n和位置L_i处的参考触摸之间的映射。能够使用诸如径向基函数的核函数。

传递函数M根据下面等式限定触摸事件如何影响(例如，使用绑定值p)光束测量值b：

b＝Mp (5)

参考图13，在矩阵M的任何列i中，0或基本0元素表示对应于没有被位置L_i处的参考触摸干扰的光束的光束测量值。矩阵M的任何列i中的非0元素反映对应于位置L_i处的参考触摸和对应的光束之间的交互的光束测量值(Gjk)。例如，在图13的描述中，M的非0元素(例如，m22和m52，其阴影化为深灰色)表示对应的光束(其中线性索引n＝2和n＝5)与位置L₂处的参考触摸之间的交互。相反地，0值项(例如，阴影化为浅灰色)表示位置L₂处的参考触摸未与其交互的光束。

确定等式(5)的逆过程1510。在一些实施例中，基于一种或更多种准则(诸如Moore-Penrose准则(最小二乘))的优化计算传递函数M的伪逆矩阵R。

在图14中，伪逆矩阵R的第二行(以灰度高亮)用于使用光束测量值b评估参考位置L₂处的参考触摸的绑定值估计p’₂。深灰色阴影的R的第二行的元素(r22和r25)对应于M中深灰色阴影的元素(在图13中的m22和m52)。R的第二行的剩余元素以浅灰色阴影并且对应于不表示位置L₂处的参考触摸和基于传递函数M的对应的光束之间的交互的元素。

在一些实施例中，为了减小计算负载和存储器需求，使用矩阵R的稀疏矩阵表示。如图14中示出的，R的稀疏表示能够通过对任何元素(i,n)设置0来形成，其中对于该任何元素(i,n)，位置L_i处的触摸事件不干扰对应于光束测量值b_n的光束。在可替换的实施例中，为了减少计算的其他准则包括基于准则(诸如，光束方向、干扰强度、期望能量或其任意组合)丢弃或维持矩阵M的元素。

在一些实施例中，为了进一步减小计算负载和存储器需求，R的非0元素被编码为每项几比特(例如，使用均匀量化编码器或非均匀量化编码器)。非0元素的编码值可以直接被使用或他们可以首先由量化解码器处理。在另一个实施例中，光束测量值的向量b在量化步骤中被编码为每光束测量值预定数目的比特。

编码值在重新构造中被直接使用或由量化解码器首先处理。在一个实施例中，量化将数字分辨率设置为每元素一比特。在另一个实施例中，伪逆矩阵R和光束向量b被量化为每元素一比特，在这种情况下，图14中示出的逆操作等同于计数给定触摸区域的有效光束的数目。可以使用确定传递函数M的逆过程的各种可替换的方法。可替换地，可以使用诸如Kaczmarz的方法迭代评估逆过程。

在一些实施例中，参考触摸区域P的数目小于光束测量值B的数目，从而导致超定方程系统。在可替换的实施例中，当光束测量值B的数目小于参考触摸区域P的数目，方程系统欠定。在这种实施例中，可以使用诸如压缩感知的逆方法。

IV.改进绑定值估计的保真度

在一些实施例中，降低光束测量值的(例如，由其他驱动电子器件、光转换、玻璃中的光传播、光采集、接收器电子器件、接收器ADC等引进的)噪声和非线性度将改进绑定值估计的保真度。改进给定光束透射系数的保真度可选地以其它光束的保真度为代价而进行。例如，高度定向的发射器以传输到轴偏移(off-axis)检测器的光为代价增加直接面向检测器朝向检测器引导的光。

因为通过组合来自各种光束测量值的潜在噪声b_n值来获得绑定值估计，所以在一些实施例中，噪声和非线性度在光束中均匀分布以便减小或最小化绑定值估计中的全局测量误差。在一些实施例中，这通过尽可能均匀地分布在玻璃中传播的光来实现，例如，通过扩大发射器或接收器的角跨度、基于优化准则朝向预先确定的方向转向发射器和接收器(例如，朝向中心、朝向最接近角点转向光轴)等。这些方法将光转移远离充满光束的区域，从而导致玻璃内的更均衡的光分布。

在可替换实施例中，发射器和检测器的位置被优化，以改进测量保真度。在一些实施例中，发射器和检测器的位置被抖动使得穿过表面的光束的局部密度保持基本恒定。在与规则间距对齐的恒定距离相比时，通过改变从一个光电子元件(发射器或检测器)到下一个光电子元件的距离来获得抖动。规则位置网格没有从一个光电子元件到下一个光电子元件(在给定阵列或一侧内)的距离变化，并且然后恒定距离等同于网格间距。抖动模式被优化以避免任何特定区域内的光束集中。在一个实施例中，通过将零均值伪随机变化模式添加到规则位置来获得抖动模式，所述零均值伪随机变化模式包括正位置变化和负位置变化(该变化通常应用在一维中，即沿着阵列或触摸区侧方向)。变化的幅度通常小于变化被添加到其的规则网格的间距。在一个实施例中，伪随机模式被构造使得两个连续值仅缓慢变化(模式具有低通频谱)。能够利用其他各种变化模式，诸如正弦或余弦波模式(例如，增加或减小角点附近的发射器-检测器密度)。在一些实施例中，通过搜索过程确定发射器和检测器的位置，该搜索过程优化诸如光束密度均匀性的度量，经受对参数(诸如，发射器-接收器间隔或触摸区的总尺寸)的约束。搜索过程可以测试多组发射器-检测器位置并选择提供最佳优化度量的位置的子集。

V.应用

上述触摸敏感设备能够在各种应用中使用。触摸敏感显示器是一类应用。这包括用于平板电脑、膝上计算机、台式计算机、游戏控制器、智能手机和其他类型的计算设备的显示器。其还包括用于电视机、数字标牌、公开信息、白板、电子阅读器的显示器和其他类型的良好分辨率显示器。然而，他们还能够用在较小或较低分辨率显示器上：简单的手机、用户控件(影印机控件、打印机控件、家电控件等)。这些触摸敏感设备还能够用于除显示器外的应用中。在其上检测触摸的“表面”可以是无源元件，诸如打印的图像或一些简单的硬表面。这种应用能够用作类似于跟踪球或鼠标的用户接口。

VI.附加考虑

附图仅是为了说明的目的示出本发明的实施例。根据下面讨论，本领域技术人员将容易认识到，在不脱离本文描述的发明的原理的情况下，可以采用本文所示的结构和方法的可替换实施例。

在阅读本公开后，本领域技术人员将认识到，通过本文公开的原理，仍有附加可替换结构和功能设计。因此，虽然已经示出并描述特定实施例和应用，但应该理解，公开的实施例不限于本文公开的精确结构和部件。可以对本文公开的方法和装置的布置、操作和细节做各种修改、改变和变化，这对本领域技术人员来说是明显的。

Claims

1.一种分解在触摸敏感表面上的多个触摸区域处发生的多点触摸事件的方法，所述方法包括计算机处理器执行以下步骤：

接收由所述多点触摸事件产生的多个光束测量值b_n，其中不同的光束测量值b_n由透射穿过所述触摸敏感表面的不同光束产生，并且所述多点触摸事件干扰所述触摸区域附近的光束；

根据所述光束测量值b_n确定绑定值估计p’_i，所述绑定值估计p’_i估计在所述触摸敏感表面的对应位置L_i处的光束干扰，其中确定所述绑定值估计p’_i是基于将从绑定值p_i到所述光束测量值b_n的传递函数建模为线性传递函数；以及

根据所述绑定值估计p’_i确定所述多点触摸事件的所述触摸区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述线性传递函数被描述为：

b＝Mp,

其中：

b是所述光束测量值b_n的列向量，

p是所述绑定值p_i的列向量，以及

M是所述线性传递函数的矩阵形式，并且所述矩阵M的每列n是由位置L_i处的参考触摸产生的所述光束测量值b_n，所述参考触摸对应于绑定值p_i＝1。

3.根据权利要求2所述的方法，其中确定绑定值估计p’_i包括将逆过程应用到b＝Mp。

4.根据权利要求2所述的方法，其中确定绑定值估计p’_i包括评估

P’＝Rb,

其中：

p’是所述绑定值估计p’_i的列向量，以及

R是所述线性传递函数的矩阵形式M的逆矩阵。

5.根据权利要求4所述的方法，其中R是稀疏矩阵。

6.根据权利要求4所述的方法，其中R中位置L_i处的触摸不干扰所述光束测量值b_n的光束的元素为零。

7.根据权利要求2所述的方法，其中b＝Mp超定。

8.根据权利要求2所述的方法，其中所述光束测量值b_n的数目大于位置L_i的数目。

9.根据权利要求2所述的方法，其中所述矩阵M的每列n至少50％为零。

10.根据权利要求2所述的方法，其中所述参考触摸占用小于100平方毫米的有限面积，并且所述矩阵M的每列n包含所述有限面积外的零元素。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述参考触摸占用恒定面积。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述参考触摸占用可变面积。

13.根据权利要求2所述的方法，其中邻近位置L_i处的参考触摸重叠。

14.根据权利要求2所述的方法，其中参考触摸占用至少1000个位置L_i。

15.根据权利要求2所述的方法，其中邻近位置L_i处的参考触摸不重叠。

16.根据权利要求2所述的方法，其中所述矩阵M的每列n包括小于零的元素。

17.根据权利要求1所述的方法，还包括：

接收从发射器到检测器的光束的光学测量值，其中光学测量值是沿所述光束的触摸事件的非线性函数；以及

通过应用非线性函数根据所述光学测量值计算所述光束测量值b_n。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述非线性函数是对数函数。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述非线性函数是从发射器到检测器的光束的光学透射比的对数函数。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述非线性函数是从发射器到检测器的光束的光学透射比的对数函数的线性化近似，所述线性化近似表示所述光束的光学损失系数。

21.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置L_i位于矩形网格上。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置L_i位于规则网格上。

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置L_i被不规则间隔。

24.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置L_i彼此至少间隔2mm。

25.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述多点触摸事件的所述触摸区域包括将阈值应用到所述绑定值估计p’_i，并且基于哪些绑定值估计p’_i超过所述阈值识别候选触摸区域。

26.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述多点触摸事件的所述触摸区域包括基于所述绑定值估计p’_i将阈值应用到局部特征，并且基于哪些局部特征超过所述阈值识别候选触摸区域。

27.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述多点触摸事件的所述触摸区域包括使用不止一个绑定值估计p’_i来确定每个触摸区域。

28.根据权利要求27所述的方法，其中确定所述多点触摸事件的所述触摸区域包括在绑定值估计p’_i之间内插以确定每个触摸区域。

29.根据权利要求1所述的方法，其中所述触摸区域能够被确定为小于邻近位置L_i之间的间隔的精确度。

30.根据权利要求1所述的方法，其中所述线性传递函数被先验确定。

31.根据权利要求1所述的方法，还包括：

自动校准以补偿所述线性传递函数的变化。

32.根据权利要求1所述的方法，其中在发射器和检测器之间传输所述光束，所述发射器和检测器围绕所述触摸敏感表面的外围布置。

33.根据权利要求1所述的方法，其中多个光束由检测器同时接收。

34.根据权利要求1所述的方法，还包括根据所述绑定值估计p’_i确定所述多点触摸事件中的触摸事件的物理属性。

35.根据权利要求34所述的方法，其中确定触摸事件的物理属性包括确定下列项中的一个或更多个：与所述触摸事件关联的触摸压力、压力梯度、空间压力分布和光学传输透射性质。

36.根据权利要求34所述的方法，还包括基于确定的所述多点触摸事件的所述触摸事件的物理属性识别引起所述多点触摸事件的一个或更多个物体。

37.根据权利要求1所述的方法，还包括根据所述绑定值估计p’_i确定所述多点触摸事件的所述触摸区域的空间性质。

38.根据权利要求37所述的方法，其中确定所述触摸区域的空间性质包括确定下列项中的一个或更多个：与所述触摸区域关联的尺寸、边界、周长、面积和几何形状。

39.根据权利要求37所述的方法，还包括基于确定的所述多点触摸事件的所述触摸区域的空间性质识别引起所述多点触摸事件的一个或更多个物体。