DE60220933T2

DE60220933T2 - Verfahren zum unterscheiden von gleichzeitigen berührungseingaben

Info

Publication number: DE60220933T2
Application number: DE60220933T
Authority: DE
Inventors: Bernard O. Saint Paul GEAGHAN; Robert S. Saint Paul MOSHREFZADEH; Karl P. Saint Paul HAUCK; Richard A. Jr. Saint Paul PETERSON; Stephen C. Saint Paul SCHULZ; Gordon F. Saint Paul TAYLOR; Craig A. Saint Paul CORDEIRO; Edward S. Saint Paul HAGERMOSER; James J. Saint Paul HART; Paul M. Saint Paul HATIN
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2022-08-14
Also published as: US20030063073A1; JP4044522B2; US20060139340A1; ATE365940T1; CN100359452C; US7254775B2; CN1596412A; EP1436772B1; DE60220933D1; JP2005505065A; EP1843244A3; EP1843244A2; CA2461287A1; KR20040037247A; EP1436772A1; US20070236478A1; WO2003030091A1

Description

Das Verfahren betrifft im Allgemeinen Berührungssysteme und Berührungsdigitalumsetzer. Gegenstand der Erfindung sind insbesondere Berührungssysteme, wo gleichzeitige oder zeitlich überlappte Berührungen möglich sind, und Verfahren zum Unterscheiden mehrerer Berührungseingaben.
STAND DER TECHNIK
Berührungseingabefelder kommen oft in elektronischen Anzeigesystemen anstelle oder ergänzend zu einer herkömmlichen Tastatur und/oder einer Maus zum Einsatz. Berührungseingabefelder lassen sich im Allgemeinen intuitiv benutzen und erfordern zu ihrer Bedienung relativ wenig Einarbeitung. Ein Benutzer kann zum Beispiel eine komplexe Anweisungssequenz umsetzen, indem er einfach einen Berührungsbildschirm an einer durch ein geeignetes Symbol gekennzeichneten Stelle drückt. Die Funktionsweise des Symbols kann durch Betätigung der Unterstützungs-Software gemäß der Anwendung geändert werden.
Ein wesentlicher Bestandteil eines Berührungssystems ist der Mechanismus zur Erkennung der Stelle einer Berührung, die durch einen Benutzer ausgeführt wird. Die Erkennung von Berührungsstellen kann auf verschiedenen Technologien beruhen. Beispielhafte Technologien weisen resistive, kapazitive, kraftabhängige, Infrarot(IR)-Anwendungen und akustische Oberflächenwellen (AOW), englisch als surface acoustic waves (SAW), bezeichnet auf.
Berührungseingabefelder sind oft durch mehrere Merkmale gekennzeichnet, wozu die Größe, Bedienungsfreundlichkeit, Auflösung, optische Leistung und die Kosten gehören. Die Nachfrage nach Berührungseingabefeldvorrichtungen hat in dem Maße zugenommen wie der Wunsch nach tragbaren Vorrichtungen angestiegen ist, da Bürotische und andere Räumlichkeiten nur noch beschränkt verfügbar sind und da die Funktionsweise von Berührungsbildschirmen verbessert und erweitert wurde.
Die WO-A-9 730 416 wird im Oberbegriff von Anspruch 1 bestätigt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Einige der bei herkömmliche Tastaturen geläufigen Funktionsweisen werden in Berührungssystemen weniger geläufig angetroffen. Es können zum Beispiel spezielle Tastaturfunktionen durch gleichzeitiges Drücken von zwei oder mehr Tasten zugänglich sein. In einem Berührungssystem sind Berührungen häufig dazu bestimmt der Reihe nach ohne Überlappung ausgeführt zu werden, und Positionserkennungsalgorithmen haben entsprechend gewirkt. Es kann Anwendungen geben, wo der Einsatz eines Berührungseingabefelds zur Erkennung und Unterscheidung zwischen zeitlich überlappten Berührungseingaben wünschenswert ist. Durch diese Vorgehensweise kann das Berührungssystem vorgesehen sein, um fehlerhaft Meldungen oder „Phantom"-Berührungspositionen zu vermeiden und um einen oder mehr der einzelnen Berührungsvorgänge, welche die überlappenden Berührungseingaben bilden, genau zu melden.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Erkennung zeitlich überlappender Berührungsvorgänge, zum Beispiel auf Grund von zwei Benutzern, die Berührungseingaben während des gleichen Zeitintervalls ausführen. Durch Erkennung derartiger doppelter Berührungsvorgänge können gültige Berührungspunktpositionen dem System mit erhöhter Wahrscheinlichkeit gemeldet werden. Doppelte Berührungsvorgänge lassen sich gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheiden, indem einer oder mehr der folgenden Schritte in einer geeigneten Kombination und einer geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden: Vergleichen der Signalgrößen, um Schwellenwerte zu bestimmen, Vergleichen der Änderungsraten von Signalgrößen und/oder Änderungsraten von Positionsdaten mit bestimmten Parametern, indem die Nähe von berechneten Positionsdaten mit eigenständig erkannten „aktiven" Bereichen wie Symbolen verglichen werden und Bestimmen, ob eine offensichtliche Berührung in einem Bereich erkannt wird, wo Doppeleingabevorgänge höchstwahrscheinlicher auftreten können.
Verfahren der vorliegenden Erfindung lassen sich mit vielen verschiedenartigen Berührungssensor-Technologien einsetzen, zum Beispiel kapazitive, kraftabhängige, akustische Oberflächenwellen-Technologien und dergleichen. Da sich jede Berührungsbildschirm-Technologie mindestens ein wenig hinsichtlich der Berührungseingabesignale, die gemessen werden, unterscheidet und in der Art, wie die Signale ausgewertet werden, kann die Umsetzung von Aspekten der vorliegenden Erfindung anwendungsspezifische Elemente aufweisen. Viele Aspekte und Konzepte der vorliegenden Erfindung können jedoch in Berührungsbildschirmsystemen, unabhängig von der verwendeten Sensor-Technologie, sinngemäß zur Anwendung kommen.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 dargelegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Durch die im Folgenden gegebene nähere Beschreibung verschiedenartiger erfindungsgemäßer Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen lässt sich die Erfindung besser begreifen und verstehen, wobei:
1 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Entscheidungsschritt darstellt, der in den Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann;
2 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Entscheidungsschritt darstellt, der in den Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann;
3A–G grafische Darstellungen verschiedenartiger Berührungseingabeszenarien sind, die in Berührungssystemen der vorliegenden Erfindung angetroffen werden können;
4 eine schematische Darstellung eines kapazitiven Berührungsbildschirms ist, der an zwei Stellen berührt wird;
5 definierte Bereiche auf einem Berührungsbildschirm für den Einsatz in einem Unterscheidungsschritt in Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
6 ein Ablaufdiagramm ist, das Entscheidungsschritte darstellt, die in Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden können;
7 ein Ablaufdiagramm ist, das Entscheidungsschritte darstellt, die in Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden können;
8 eine schematische Darstellung eines resistiven Berührungsbildschirms ist, der an zwei Stellen berührt wird;
9 ein Ablaufdiagramm ist, das Entscheidungsschritte darstellt, die in Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden können;
10 ein schematisches Diagramm eines akustischen Oberflächenwellen-Berührungseingabefelds ist;
11A ein sich zeitlich veränderndes Signal für die X-Koordinate darstellt, wie es in einem Berührungseingabefeld auf der Basis akustischer Oberflächenwellen auf Grund der zwei gemäß den Angaben von 10 berührten Stellen erkannt wird;
11B ein sich zeitlich veränderndes Signal für die Y-Koordinate darstellt, wie es in einem Berührungseingabefeld auf der Basis akustischer Oberflächenwellen auf Grund der zwei gemäß den Angaben von 10 erkannt wird;
11C die Hüllkurven eines Signals wie das in 11A dargestellte zeigt, so wie es bei aufeinanderfolgenden Zeitintervallen entnommen wird;
12 ist ein Ablaufdiagramm, das Entscheidungsschritte darstellt, die in Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden können;
13 ist ein Ablaufdiagramm, das Entscheidungsschritte darstellt, die in Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden können.
Obwohl die Erfindung für verschiedenartige Abwandlungen und alternative Formen empfänglich ist, werden in den Zeichnungen Besonderheiten als Beispiel dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es versteht sich aber, dass dies nicht mit dem Ziel geschieht, die Erfindung auf die beschriebenen besonderen Ausführungsformen zu beschränken. Es geht im Gegenteil darum, alle Abwandlungen, Entsprechungen und Alternativen, die in den Rahmen der Erfindung fallen, zu erfassen.
NÄHERE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Allgemeinen auf Berührungssystemen und insbesondere auf Berührungssystemen, wo zwei oder mehr Berührungen durch einen oder mehr Benutzer ausgeführt werden können, anwendbar. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung für ein Berührungssystem geeignet, wo irgendein Anteil von zwei oder mehr Berührungseingaben gleichzeitig auftreten oder anderweitig zeitlich überlappen können. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung für den Einsatz in einem elektronischen Spielsystem geeignet sein, das von einem oder mehr Spielern gespielt werden soll, wobei, während das Spiel gespielt wird, die Spieler Berührungseingaben ausführen können, um eine Antwort im Spiel zu erzeugen und wobei zwei oder mehr Berührungen gleichzeitig starten und/oder gleichzeitig enden und/oder sich mindestens zum Teil innerhalb der Zeit, während welcher, die Berührung ausgeführt wird, überlappen. Solche Berührungseingaben können als überlappende Berührungen, doppelte Berührungen oder gleichzeitige Berührungen bezeichnet werden.
In einem Berührungsbildschirmsystem wird die Stelle einer durch einen Benutzer ausgeführten Berührung im Allgemeinen durch Messen getrennter Signale, die durch die Berührungseingabe erzeugt werden, und durch Vergleichen der Signale oder Verhältnisse der Signale bestimmt, um die Position der Berührung zu berechnen. Die Positionsdaten können dann beispielsweise zu einer besonderen Aktion oder Anweisung korreliert werden. Gemessene Signale weisen elektrischen Strom, elektrische Spannung, elektromagnetische Energie, Beschleunigung, Kraft per Flächeneinheit und dergleichen auf. In der Annahme, dass ein Berührungssystem genau kalibriert ist, sollte die berechnete Position einer Berührung ausreichend nahe an der durch den Benutzer berührten wirklichen Stelle sein, damit vorgesehene Anweisung des Benutzers vollzogen werden kann. Wie nahe die gemeldete Stelle zur wirklichen Berührungsstelle sein sollte, um ausreichend nahe zu sein, wird zum Teil durch die Auflösung des Berührungssystems bestimmt. Eine gemeldete Berührungsstelle, die ausreichend nahe ist, entspricht einer durch einen Benutzer berührten wirklichen Stelle, die als gültige Berührung bezeichnet wird. So wie in dieser Druckschrift verwendet, betrifft das Melden einer Berührungsstelle die berechnete Berührungsstelle, welche vom Berührungssystem auf eine geeignete Weise, zum Beispiel durch die Anwendungssoftware, benutzt wird, um die Eingabeanweisungen des Benutzers zu bestimmen. Das Melden könnte Übertragungen von einer Berührungsbildschirm-Steuerung zu einer Zentraleinheit aufweisen oder mag in einem mehr integrierten System einfach das Berechnen und Benutzen von Berührungspositionsdaten, wie zum Beispiel von der Anwendung in Erwägung gezogen, mit sich bringen.
Im Allgemeinen kann eine auf einem Berührungsbildschirm ausgeführte Berührung als eine Zeitfolge, die drei Schritte aufweist, insbesondere den Berührungskontakt, das Verweilen und Abheben, vorgesehen sein. Die zur Berechnung der Stelle einer Berührung gemessenen Signale, werden in Abhängigkeit von einem Hintergrundwert bestimmt, welcher der vorhandene Restsignalwert ist, wenn keine Berührung ausgeführt wird. Wenn eine Berührung ausgeführt wird, steigt das Signal von seinem Hintergrundwert auf einen neuen Wert an, der als Verweilwert bezeichnet wird, welcher sich messbar vom Hintergrundwert unterscheidet. Der Wechsel von einem Hintergrund- auf einen Verweilwert wird Berührungskontakt genannt. Die ausgeführte Berührung wird im Allgemeinen für eine endliche Zeit gehalten, die als Verweilzeit bezeichnet wird, welche dem Verweilschritt entspricht, während dessen das Verweilsignal idealerweise relativ konstant bleibt oder zweckmäßiger innerhalb eines Bereichs schwankt, wobei alle Werte im Bereich im Wesentlichen größer als der Hintergrundwert sind. Die Verweilzeit dauert im Allgemeinen lang genug, damit eine Berührungsstelle gemessen werden kann. Sie wird anschließend berechnet und gemeldet. Am Ende der Verweilzeit und während der Benutzer die ausgeführte Berührung ausführt, fällt der Wert des erzeugten Signals von seinem Verweilwert auf einen Hintergrundwert ab. Dies wird als Abheben bezeichnet.
Eine auf einem Berührungsbildschirm an einer ersten Stelle ausgeführte Berührung hat die Erzeugung einer ersten Menge von Signalen oder Positionsdaten zur Folge, die zur Bestimmung der Stelle einer ersten Berührung, die im Allgemeinen sehr nahe zur wirklichen Stelle der ersten Berührung ist, benutzt werden. Durch das vom Benutzer ausgeführte Abheben von der ersten Berührungsstelle und Ausführen einer Berührung an einer zweiten Stelle wird eine zweite Menge von Signalen erzeugt, die zur Bestimmung der Stelle einer zweiten Berührung, die im Allgemeinen sehr nahe der wirklichen Stelle der zweiten Berührung ist, benutzt werden. Falls während eines gegebenen Zeitintervalls die erste und zweite Berührungsstelle beide gedrückt werden (d.h., dass sich die erste und zweite Berührung zeitlich überlappen), dann sind die ersten und zweiten Signalmengen für dieses Zeitintervall überlagert, was eine dritte Signalmenge zur Folge hat. Die Art und Weise wie die Signalmengen in der Überlagerung kombiniert sind, hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, dazu gehören die Erkennungstechnologie des Berührungseingabefelds (bspw. resistive, kapazitive, kraftabhängige, akustische Oberflächenwellen, IR-Technologie), der Aufbau des Berührungseingabefelds und der im Berührungssystem zum Berechnen und Melden ausgeführter Berührungsstellen benutzte Erkennungsalgorithmus. Im Allgemeinen kann die dritte Signalmenge, falls sie zum Berechnen einer Berührungsstelle benutzt wird, das Melden einer Berührungsstelle, die nicht wirklich berührte wurde und oft an einem Punkt zwischen der ersten und zweiten Berührungsstelle liegt, zur Folge haben. Die aus der Überlappung von Berührungseingaben resultierende Berührungsstelle und die keiner gültigen oder beabsichtigten Berührungsstelle entspricht, kann als Phantomberührung bezeichnet werden. Das Melden einer Phantomberührung kann zur Folge haben, dass fehlerhafte Benutzereingabeanweisungen gegeben werden. Es besteht ein Risiko, dass Phantomberührungen da gemeldet werden, wo gleichzeitige Berührungskontakte, gleichzeitige Abhebvorgänge oder sonstige überlappende Verweilintervalle getrennter Berührungen bestehen.
Der Einsatz eines Berührungssystems, das Phantomberührungen meldet, kann den Einsatz des Berührungsbildschirmsystems in manchen Anwendungen einschränken oder verhindern wie in jenen Anwendungen, wo zwei oder mehr gleichzeitige oder überlappende Berührungen voraussehbar oder sogar wünschenswert durch einen oder mehr Benutzer ausgeführt werden können. Es kann zum Beispiel wünschenswert sein, Berührungsbildschirme in elektronischen Spielen, die von zwei oder mehr Spielern gespielt werden, einzusetzen, wo die Spieler einen einzigen Berührungsbildschirm zur Eingabe von Information gleichzeitig benutzen können. Selbst wenn jeder Spieler einen getrennten und vorgegebenen Abschnitt des Berührungsbildschirms beim Spielen des Spiels benutzen möchte, können während des Spiels viele überlappende Berührungsvorgänge auftreten, während jeder Spieler seinen Abschnitt des Berührungsbildschirms berührt. Das Melden von Phantomberührungen kann Spielantworten zur Folge haben, die nicht von einem oder mehr Spielern beabsichtigt waren. Obwohl mehrere Spielerpartien einen getrennten und dedizierten Berührungsbildschirm für jeden Spieler zusammen mit dedizierter Hardware und/oder Software einsetzen könnten, mag solch eine Lösung auf Grund von Kostenerwägungen, begrenzter Räumlichkeit, der Funktionsweise, des Designs und sonstiger Faktoren nicht wünschenswert sein. Auch mehrere Berührungsbildschirme dürften für Spiele mit mehreren Spielern oder sonstige Anwendungen, wo außerdem eine Spielart mit einem einzigen Spieler ins Auge gefasst wird, nicht wünschenswert sein. Andere Beispiele, bei welchen es wünschenswert sein mag, zeitlich überlappende Berührungseingaben unterscheiden zu können, weisen Anwendungen wie die Datenerfassung auf, wo ein Berührungsbildschirm zur Erfassung von Information mit einer schnellen Übertragungsgeschwindigkeit und von mehr als einer Stelle auf dem Bildschirm, sei es durch einen Benutzer oder mehrere Benutzer, benutzt wird. Im obigen und vielen anderen Beispielen und Anwendungen kann das Melden einer Phantomberührung und einer anschließenden fehlerhaften Antwort auf der Basis einer solchen Erkennung unerwünscht sein und kann die Brauchbarkeit eines Berührungsbildschirms in solchen Anwendungen einschränken.
Die vorliegende Erfindung schafft Systeme und Verfahren zur Erkennung von Phantomberührungen auf Grund überlappender Berührungseingaben und zum Unterscheiden einziger Berührungen von doppelten (oder sonstigen mehreren) Berührungen. Ferner sieht die vorliegende Erfindung das Speichern der während einer Überlappung durch mehrere Berührungen gemessenen Signale in einer Weise vor, dass bei der Registrierung einer der gültigen Berührungen, die in die mehreren Berührungsvorgänge eingebunden sind, das System die Überlappungssignale wunschgemäß benutzen oder verwerfen kann. In einigen Ausführungsformen kann eine gültige Berührungsposition, die sonst nicht bestimmbar wäre, von überlappenden Berührungssignalen bestimmt werden, wenn eine der anderen gültigen Berührungspositionen zuerst bestimmt werden kann.
Obwohl hier in Erwägung gezogen wird, dass die Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung für Situationen mit einem oder mehr Benutzern und jeglicher Anzahl überlappender Berührungen anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung am besten im Zusammenhang mit zwei eigenständigen Berührungseingabevorgängen, die sich überlappen können oder nicht und die durch einen Benutzer A und einen Benutzer B bereitgestellt werden, beschrieben.
In dieser Druckschrift werden verschiedene Arten und Weisen zur Erkennung einziger Berührungseingaben innerhalb eines doppelten Berührungsvorgangs beschrieben. Eines dieser Verfahren bedingt das Vergleichen von Signalgrößen mit vorgegebenen Schwellenwerten, um eine einzige Berührung von überlappenden Berührungen zu unterscheiden. Die mit den Schwellenwerten verglichenen Signale zum Unterscheiden einziger von doppelten Berührungen können von denselben Signaldaten abgeleitetet sein, die zum Berechnen der Berührungsstellen benutzt werden oder können andere Signaldaten sein. Während einer Kalibrierphase oder während des normalen Ablaufs zur Erlangung von Berührungseingaben kann ein Bereich für wahrscheinliche Signalwerte während der Verweilphase für eine einzige Berührung festgelegt werden. Dieser Bereich kann benutzerspezifisch oder nicht sein. Diese Information kann benutzt werden, um einen minimalen Wert zur Registrierung einer einzigen Berührung und einen maximalen einzigen Berührungswert, oberhalb dessen Signale als doppelte (oder sonstige mehrere) Berührungsvorgänge ausgewertet werden, einzustellen. Neben der Einstellung von Schwellenwerten ab einem Kalibrierschritt können Schwellenwerte vor dem Einsatz voreingestellt werden und so wie eingestellt verbleiben oder können im Zeitablauf berichtigt werden (beispielsweise periodisch während des normalen Einsatzes, wenn ein dedizierter Bereich durch einen Benutzer berührt wird und dergleichen). Schwellenwerte können für jeden Benutzer allgemeingültig oder für jeden Benutzer wie gewünscht spezifisch sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Phantomberührungsstelle von überlappenden Berührungen berechnet, welche größere Signale als der Schwellenwertbereich für eine einzige Berührung verursachen, nicht gemeldet, sondern eher wird die aus der Erzeugung solcher großen Signale resultierende Information gespeichert und zur Erkennung einer Stelle der zweiten Berührung benutzt oder kann für andere Zwecke benutzt werden.
Ein andere Verfahren zum Unterscheiden überlappender Berührungseingaben bedingt das Bestimmen und Überwachen der Änderungsrate von Berührungssignalgrößen. Die Änderungsrate eines Signals kann zur Erkennung der Berührungskontakt-, Verweil- und Abhebanteile eines Berührungsvorgangs sowie jeglicher Zwischenberührungskontakte, -abhebungen oder dergleichen auf Grund überlappender Berührungen benutzt werden. Im Allgemeinen deuten positive Änderungsraten einen Berührungskontakt an, negative Änderungsraten deuten ein Abheben an und Größenraten in der Nähe von null oder die vergleichsweise gering sind, deuten ein Verweilen an. Minimale und maximale Schwellenwerte können benutzt werden, um zu bestimmen, ob eine Änderungsrate ein Verweilen, einen Berührungskontakt oder Abheben oder gleichzeitige Berührungskontakte oder Abhebungen mehrerer Berührungen andeuten. Zum Beispiel kann während der Ausführung einer ersten Berührung eine im Wesentlichen positive Änderungsrate des Signals während des Berührungskontakts erkannt werden. Falls, während die erste Berührung in einer Verweilphase ist, eine zweite Berührung an einer anderen Stelle auf dem Berührungsbildschirm ausgeführt wird, kann eine zweite im Wesentlichen positive Signaländerungsrate erkannt werden, die eine neue Berührung andeutet. Die erste im Wesentlichen positive Änderungsrate eines Signals, die von einer zweiten im Wesentlichen positiven Änderungsrate des Signals ohne eine im Wesentlichen negative Zwischenänderungsrate des Signals gefolgt wird, deutet folglich die Ausführung einer zweiten Berührung an, während eine erste Berührung in der Verweilphase ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Phantomberührungsstelle, die aus den nach einer zweiten Berührung erzeugten Signalen berechnet und verursacht wird, ausgeführt, während eine erste Berührung, die in der Verweilphase ist, nicht gemeldet wird, sondern die Signale werden eher gespeichert und zur Lokalisierung der Position der zweiten Berührung benutzt oder können für andere Zwecke benutzt werden.
Ein weiteres Verfahren zur Erkennung einer Phantomberührung gemäß der vorliegenden Erfindung bedingt das Überwachen der Änderung in der Stelle einer erkannten Berührung in Abhängigkeit von der Zeit. Wenn eine Berührung ausgeführt wird und lang genug an einer relativ festen Position verweilt, damit eine Stelle erkannt werden kann, wird die Stelle gemeldet, wobei die gemeldete Stelle im Allgemeinen sehr nahe an der durch den Benutzer berührten wirklichen Stelle ist. Je nach der Dauer des Verweilens können mehrere Berührungsstellen berechnet werden, die alle im Allgemeinen sehr nahe an der wirklich berührten Stelle sind. Sollte während des Verweilens einer ersten Berührung eine zweite Berührung an einer anderen Stelle auf dem Berührungsbildschirm ausgeführt werden und lange genug in der Verweilphase bleiben, würde die erkannte Stelle einer Phantomberührung entsprechen, die irgendwo zwischen der ersten und zweiten berührten Stelle positioniert ist, und in vielen Anwendungen hat diese Position wahrscheinlich einen wesentlicher Abstand von einer der berührten Stellen. Wenn folglich kein Abheben erkannt wird, deutet eine Änderungsrate der Stelle einer erkannten Berührung, die größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, die Wahrscheinlichkeit einer zweiten Berührung an, die zeitlich die erste überlappt. Der vorgegebene Schwellenwert wird zum Teil durch die Auflösung des Berührungsbildschirms bestimmt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Phantomberührung unter diesen Umständen nicht gemeldet, sondern die erzeugten Signale, die zur Bestimmung der Stelle der Phantomberührung benutzt wurden, werden eher gespeichert und zur Bestimmung einer Position einer zweiten Berührung benutzt oder können für andere Zwecke benutzt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, wo die erlaubten Berührungsbereiche auf eine endliche Anzahl deutlicher Bereiche beschränkt sind und wo eine erkannte Berührung ausreichend nahe eines solchen Bereichs ist, wird außerdem eine Berührung gemeldet. Ein beispielhafter Aspekt dieser Erfindung ist ein Berührungsbildschirm, bei dem mindestens ein Abschnitt des Berührungsbildschirms auf Symbole beschränkt ist. Falls eine Berührung als solche ausreichend nahe an einem Symbol erkannt wird, wird eine Berührung am Symbol gemeldet. Falls eine erkannte Berührungsstelle ausreichend entfernt von der Gesamtheit dieser Bereiche ist, dann wird keine Berührung gemeldet.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Bereich des Berührungsbildschirms als mit einer größeren Wahrscheinlichkeit, eine gemeldete Phantomberührung auf Grund überlappender Berührungen aufzuweisen, bezeichnet werden. Falls zum Beispiel eine erkannte Berührungsstelle einem Mittelpunktbereich eines Berührungsbildschirms entspricht, der einem Bereich entspricht, welcher zwischen zwei Bereichen angeordnet ist, die durch verschiedene Benutzer berührt werden sollen, dann wird die erkannte Berührungsstelle weiteren Prüfungen unterzogen, weil der Mittelpunktbereich eine höhere Wahrscheinlichkeit als die Außenbereiche aufweist, Phantomberührungen zu haben. In diesem Fall kann eine erkannte Berührung, die sich im Mittelpunktbereich befindet, weiteren Prüfungen unterzogen werden, um zu bestimmen, ob die Berührung eine Phantomberührung ist, wobei die in den weiteren Prüfungen benutzten Variablen entsprechend angepasst werden. Je weiter entfernt eine erkannte Berührungsstelle beispielsweise vom Mittelpunktbereich ist, desto zwangloser sind die Prüfungsbedingungen, da ein hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Berührung eine einzige Berührung ist. Erkannte Berührungsstellen innerhalb des Mittelpunktbereichs können strengeren Bedingungen unterworfen werden.
Die Details der Ausführung und Anwendung der Verfahren der vorliegenden Erfindung können davon abhängen, welche Technologie zum Berechnen und Melden von Berührungsstellen benutzt wird. Die Umsetzung und Anwendung vieler Konzepte der vorliegenden Erfindung hinsichtlich kapazitiver, resistiver und kraftbasierter Berührungsbildschirme sind sich aber trotzdem hinreichend ähnlich, dass diese Technologien auf ähnliche Weise in der vorliegenden Erfindung behandelt werden können. Kurz gefasst wirken kapazitive Berührungsbildschirme durch Messen des Stroms aus jedem der verschiedenen Anschlüsse (die sich normalerweise an den vier Ecken des Berührungsbildschirms befinden), wenn ein Benutzer einen Berührungskontakt ausführt. Die Verhältnisse der Ströme können zur Lokalisierung, wo die Berührung auftrat, benutzt werden. Resistive Berührungsbildschirme wirken, wenn ein Benutzer eine Stelle des Berührungsbildschirms mit ausreichender Kraft in einer Weise berührt, dass zwei beabstandete leitende Folien an der Berührungsstelle in lokalen elektrischen Kontakt treten. Durch Messen der Widerstandswerte zwischen gegenüberliegenden Kanten und dem Berührungspunkt von einer leitenden Schicht und durch Messen ähnlicher Werte in der Orthogonalrichtung auf der anderen leitenden Schicht kann eine X-, Y-Position für die Berührungsstelle bestimmt werden. Kraftbasierte Berührungsbildschirme verwenden Sensoren, die sich an vorgegebenen Positionen befinden, wobei jeder eine Kraftkomponente auf Grund einer Berührung an einer Stelle auf dem Berührungsbildschirm misst. Durch Messen der verschiedenen Kräfte an strategischen Stellen (bspw. an den vier Ecken) kann die Stelle einer Berührung bestimmt werden. Beispiele von Sensoren, die sich für den Einsatz in kraftbasierten Berührungsbildschirmen eignen, weisen unter anderem Kondensatorelemente und piezoelektrische Vorrichtungen auf.
Während sich die Signale zur Bestimmung von Berührungsstellen für jede dieser drei Technologien unterscheiden, kann in jeder eine vollständige elektrische Strommessung als Signal zum Unterscheiden von einzigen Berührungen von mehreren Berührungen benutzt werden.
1 zeigt ein veranschaulichendes Ablaufdiagramm, dass verschiedene Schritte festlegt, die in kapazitiven, resistiven und kraftbasierten Berührungsbildschirmsystemen zum Unterscheiden von einfachen Berührungen von mehreren Berührungen benutzt werden können. Nach dem Durchführen einer neuen Messung, aus der Positionsdaten und Signalgrößen berechnet werden können, lässt sich jegliche Anzahl von Prüfungen oder Entscheidungsschritten durchführen. Obwohl verschiedene dieser Entscheidungsschritte in 1 dargestellt sind, können Verfahren der vorliegenden Erfindung, die einen dieser Entscheidungsschritte ohne Anwendung der anderen aufweisen, die eine Kombination eines oder mehr dieser Entscheidungsschritte aufweisen und die sie in jeglicher Reihenfolge aufweisen, auf geeignete Weise umgesetzt werden. Auch andere Entscheidungsschritte, Algorithmen, Messungen und Berechnungen sind durchführbar.
Beim Durchführen einer neuen Messung kann es vorteilhaft sein, zu bestimmen, ob die berechnete X-, Y-Position in einen Mittelpunktbereich oder anderen Bereich fällt, wo sich Phantomberührungen auf Grund von doppelten Berührungsvorgängen am wahrscheinlichsten befinden. Diese Information kann zur Straffung oder Lockerung verschiedener Prüfungsparameter, die in anschließenden Entscheidungsschritten benutzt werden, von Nutzen sein.
In einem weiteren Entscheidungsschritt kann das geeignete Signal (zum Beispiel der vollständige Strom, der durch einen bestimmten Punkt oder bestimmte Punkte fließt) in Abhängigkeit vom minimalen Schwellenwert für eine einzige Berührung verglichen werden. So lange das Signal nicht diesen minimalen Schwellenwert übersteigt, wird keine Berührung registriert. Falls das Signal den minimalen Schwellenwert übersteigt, wird es in Abhängigkeit vom maximalen Schwellenwert für eine einzige Berührung verglichen. Falls das Signal kleiner als der maximale Schwellenwert der einzigen Berührung ist, kann die Position der Berührung aus der geeigneten Menge von Messungen berechnet und gemeldet werden. Falls das Signal den maximalen Schwellenwert der einzigen Berührung überschreitet, wird das Signal als doppelte Berührung ausgewertet, und die Positionsdaten für die Berührung werden nicht gemeldet. Daten von nicht gemeldeten doppelten Berührungen lassen sich jedoch speichern, und eine neue Messung kann durchgeführt werden. Falls das Signal später unter den maximalen Schwellenwert abfällt, aber oberhalb des minimalen Schwellenwerts bleibt, kann eine neue Berührungsposition gemeldet werden. Zu diesem Zeitpunkt kann das System bestimmen, was mit den gespeicherten Daten von dem überlappenden doppelten Berührungsvorgang gemacht werden soll. Das Speichern und Verwenden ungemeldeter doppelter Berührungsdaten ist ein wahlweiser Schritt, der nach jeglichem Entscheidungsschritt, bei dem eine überlappende Berührung angedeutet wurde, durchgeführt werden kann.
In 1, auf die wieder Bezug genommen wird, weist ein anderer Schritt das Überwachen der Änderungsrate einer Signalgröße auf. Falls die Änderungsrate der Größe einen Schwellenwert überschreitet, kann dies eine doppelte Berührung oder instabile Berührung andeuten.
Falls die Berührung stabil ist und die Änderungsrate kleiner als der Schwellenwert ist, kann eine Position gemeldet werden. Auf ähnliche Weise kann die Änderungsrate der berechneten Position von einer Messung zur nächsten überwacht werden, um zu bestimmen, ob eine doppelte Berührung wahrscheinlich aufgetreten ist. Als anderer Schritt kann bestimmt werden, ob die berechnete X-, V-Position ausreichend genau mit einem vorgegebenen aktiven Bereich wie einem Symbol übereinstimmt. Wenn ja können die gültigen Berührungskoordinaten gemeldet werden. Falls mehr als einer der in 1 gezeigten Entscheidungsschritte in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden, kann eine höhere Aussagewahrscheinlichkeit bereitgestellt werden, dass gemeldete Berührungsstellen gültig sind.
So wie zuvor angesprochen, lassen sich Messdaten von überlappenden Berührungen speichern, selbst wenn keine gültige Berührungsstelle gemeldet werden konnte. Die gespeicherten Daten von der doppelten Berührung können später benutzt werden. Wenn zum Beispiel eine neue Messung als doppelte Berührung bestimmt wird, wird keine Berührung gemeldet, aber die Messdaten können gespeichert werden. Falls der doppelten Berührung unmittelbar eine gemeldete einzige Berührung vorausging, die einer der Berührungen der doppelten Berührung zugeordnet werden kann, lassen sich die Messdaten von der vorher gemeldeten Berührungsstelle aus den Messdaten der doppelten Berührung in einer Weise abziehen, dass eine zweite Berührungsposition berechnet und gemeldet werden kann, wobei im Wesentlichen eine gültige Berührungsstelle, die sonst in den doppelten Berührungsdaten verborgen war, zurückgezogen wird. Falls keine gemeldete einzige Berührung in der vorausgehenden Messung war, dann können die doppelten Berührungsdaten gespeichert bleiben, und eine neue Messung kann durchgeführt werden. Falls die neue Messung eine gemeldete einzige Berührung ist, kann das System nachprüfen, ob die unmittelbar vorausgehende Messung eine ungemeldete, aber gespeicherte doppelte Berührung war. Wenn ja können die neuen Daten der einzigen Berührung aus den gespeicherten Daten der doppelten Berührung abgezogen werden, um die vorhergehende ungemeldete einzige Berührung, die mit der neu gemeldeten einzigen Berührung überlappte, zu berechnen.
Die neuen Positionsdaten, die durch Abziehen bekannter gültiger Signale von benachbarten Signalen der doppelten Berührung errechnet wurden, können wahlweise auf Nähe mit bekannten Symbolpositionen (oder sonstigen aktiven Bereichspositionen des Berührungsbildschirms) nachgeprüft werden. Dies kann die Wahrscheinlichkeit, dass die zurückgezogene Position gültig ist, weiter unterstützen, insbesondere in Situationen, wo die gemessenen Signalpegel im Zeitablauf ein wenig zu Schwankungen neigen.
2 veranschaulicht einen Entscheidungsbaum, der verwendet werden kann, wenn die Änderungsrate der Signalgröße zur Bestimmung des Vorhandenseins und der Folge von Berührungskontakten und Abhebungen sequentieller Berührungsvorgänge benutzt wird. Sobald eine Berührung auf Grund eines von einer Verweilphase gefolgten Berührungskontakts erkannt wird, kann das System die Schwellenwertdaten nachprüfen, um zu bestimmen, ob die Größe des Verweilsignals einer einzigen Berührung entspricht. Handelt es sich um eine einzige Berührung, kann die Position berechnet und gemeldet werden. Falls der Berührungskontakt ein gleichzeitiger doppelter Berührungskontakt ist, dann ist er keine einzige Berührung, und das System wartet, um Abhebvorgänge zu erkennen, um jegliche Position zu berechnen und zu melden. Wiederum, falls der ursprüngliche Berührungskontakt auf einer einzigen Berührung beruht, wird die Position gemeldet. Das System prüft dann nach, ob der nächste Vorgang eine Abhebung ist (was das Ende der einzigen Berührung und folglich keine überlappenden Berührungen andeutet) oder ob der nächste Vorgang ein anderer Berührungskontakt ist (was überlappende Berührungen andeutet). Falls der nächste Vorgang ein anderer Berührungskontakt ist, dann schleift das System bis eine Abhebung erkannt ist. Falls der nächste Vorgang eine Abhebung ist und ein Verweilsignal nach der Abhebung verbleibt, bedeutet dies, dass noch eine andere Berührung besteht, die sich nicht abgehoben hat, und die Position dieser verbleibenden Berührung kann berechnet werden. Falls kein Verweilsignal verbleibt, dann bestanden gleichzeitige Abhebungen.
Diese allgemeinen Schritte können wie erörtert oder in verschiedenen Kombinationen oder mit anderen nicht in 1 oder 2 gezeigten Schritten in einem Berührungssystem oder -verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt werden, um mehrere Berührungsvorgänge von einzigen Berührungsvorgängen zu unterscheiden. Spezifische Beispiele der Umsetzung dieser und anderer Schritte werden näher im Folgenden beschrieben.
Wie zuvor angesprochen, kann der vollständig gemessene Strom als Signal zum Unterscheiden zwischen einzigen und doppelten Berührungen in kapazitiven, resistiven und kraftbasierten Berührungseingabefeldern benutzt werden. In diesem Sinne ist es aufschlussreich, die in 3A bis 3G dargestellten Szenarien zu betrachten, die schematisch Schaubilder eines vollständig gemessenen Stroms ΣI im Vergleich zur Zeit für sieben verschiedene Situationen veranschaulicht, bei denen ein oder zwei Benutzer einen Sensor in verschiedenartigen Sequenzen berühren. Auf gleichbedeutende Weise kommt 3 zur Anwendung, wenn ein einziger Benutzer ein oder zwei Berührungen gemäß den verschiedenartigen Sequenzen ausführt.
In 3A berührt der Benutzer A zuerst, und ΣI ist von einer größeren Größe als ΣI_TH, der minimale Schwellenwert zur Messung einer Berührungsstelle, aber unterhalb von ΣI_AMAX, wobei ΣI_AMAX größer als ein vorgegebener maximaler Strom ist, der wahrscheinlich durch eine einzige Berührung von einem Benutzer A erzeugt wird. T_TOUCH ist die Zeitdauer, während welcher ΣI zwischen den Schwellenwerten ΣI_TH und ΣI_AMAX ist. Wenn die Dauer von T_TOUCH lang genug für mindestens S vorzunehmende Abtastungen ist (mindestens für eine Zeit T_S), dann kann As Berührungsposition zur Zeit T1 gemeldet werden. B nimmt einen Berührungskontakt zur Zeit T_TOUCH vor, und ΣI übersteigt ΣI_AMAX für eine Dauer T_OL, was zwei überlappende Berührungen andeutet. Der Benutzer A hebt dann ab, und ΣI kehrt zu einem Pegel zwischen ΣI_TH und ΣI_AMAX für eine Dauer T_LIFT zurück. Dann hebt B ab, und ΣI kehrt zu einem Pegel unterhalb von ΣI_TH zurück. Falls T_LIFT > T_S kann eine gültige einzige Berührung gemessen werden, und Bs Berührungsposition kann zur Zeit T2 gemeldet werden. Folglich können die beiden Berührungspositionen von A und B genau gemeldet werden. Beispielhafte Werte der Zeit TS sind im Bereich von etwa 4 bis 20 Millisekunden. Für eine typische Anwendung, wo eine virtuelle Schaltfläche oder ein Symbol berührt werden, ist eine Gesamtberührungszeit für einen einzigen Benutzer normalerweise in einem Bereich von etwa 20 bis 80 Millisekunden.
3B zeigt schematisch eine Sequenz, wo B zuerst berührt, dann berührt A, dann hebt A ab, dann hebt B ab. Die Dauern von T_TOUCH und T_LIFT sind derart lang genug, dass S Abtastungen vorgenommen werden können, wenn einzig B berührt. Gültige Berührungen von Bs Stelle können als solche zu beiden T1 und T2 gemeldet werden. Die Phantomstelle wird nicht gemeldet.
3C zeigt schematisch eine Sequenz, wo A und B gleichzeitig einen Berührungskontakt ausführen, dann hebt A ab, dann hebt B ab. Die Dauer von T_LIFT ist derart lang genug, dass S Abtastungen vorgenommen werden können, wenn einzig B berührt, damit eine gültige Berührung von Bs Stelle T2 gemeldet werden kann. Die Phantomstelle wird nicht gemeldet, da, während A berührt, ΣI größer als der maximale Wert für eine gültige einzige Berührung ist.
3D veranschaulicht schematisch das Gegenteil der in 3C gezeigten Sequenz. In 3D berührt der Benutzer B zuerst mit ausreichender T_TOUCH-Zeit, um die Position von Bs Berührung zu messen, die zur Zeit T1 gemeldet werden kann. Dann berührt A, dann heben A und B beinahe gleichzeitig ab. Es besteht eine unzureichende T_LIFT-Zeit für eine zweite zu erzeugende gültige Position, und die Phantomstelle wird nicht gemeldet.
3E zeigt eine Sequenz, wo A zuerst berührt, dann berührt B und A hebt fast gleichzeitig ab, dann hebt B ab. T_TOUCH und T_LIFT sind derart lang genug, dass S Abtastungen vorgenommen werden können, wenn A und B jeweils allein berühren, daher können gültige Berührungen für A zur Zeit T1 und dann für B zur Zeit T2 gemeldet werden.
3F zeigt A und B, die einen Berührungskontakt fast gleichzeitig ausführen, dann fast gleichzeitig abheben. In diesem Sonderfall wird ΣI als oberhalb des Schwellenwerts ΣI_TH, aber als unterhalb des vorgegebenen maximalen Stroms für eine einzige Berührung gezeigt. Demzufolge kann eine gültige Berührung zu den Zeiten T1 und T2 gemeldet werden, die beide fehlerhaft wären, weil Phantompositionen, die sich irgendwo zwischen As Berührung und Bs Berührung befinden, gemeldet würden. Solch eine Situation kann auf verschiedene Weisen berücksichtigt werden, zum Beispiel, indem bestimmt wird, ob die gemeldete Berührungsposition in einem inaktiven Bereich liegt oder in einem Bereich, in dem doppelte Berührungen wahrscheinlicher sind. Wenn ja kann das Melden des Berührungspunkts davon abhängig sein, dass die Messungen weiteren Prüfungen unterworfen werden oder kann gänzlich vermieden werden. Falls aus weiteren Prüfungen oder sonst bestimmt wird, dass eine derartige Situation eine andere Berührung darstellt, kann dies dem System als Hinweis dienen, Schwellenwerte neu zu kalibrieren.
3G zeigt einen Fall, wo einzig der Benutzer A berührt, aber die Größe ΣI von As Berührung ist derart oberhalb des Schwellenwerts ΣI_AMAX, da keine gültige Berührung gemeldet wird. Das hat einen Fehler zur Folge, da einzig A berührt wird. Dieser Fehlerfall kann durch die Addition von weiterer Logik abgeschwächt werden. Falls zum Beispiel zwei sequentielle Berührungsvorgänge, wie in 3G gezeigt, erkannt werden, dann kann die Position des zweiten Berührungsvorgangs mit einem hohen Maß an Gewissheit, dass es eine wirkliche Berührung und keine Phantomberührung auf Grund überlappender Signale ist, berechnet und registriert werden. Dies beruht auf der Annahme, dass die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Berührungen fast genau gleichzeitig zweimal in einer Reihe als Berührungskontakt-, Verweil- und Abhebvorgang auftreten, geringfügig ist. Zusätzlich zur Registrierung des zweiten solcher sequentiellen Vorgänge kann die Messung zur Änderung der Schwellenwerte benutzt werden. Dieses Szenario wird noch einmal näher im Folgenden in Verbindung mit den 6 und 7 betrachtet.
Die in 3F und 3G schematisch gezeigten Fälle können verursacht werden, wenn sich ΣI maßgeblich und schnell ändert, zum Beispiel auf Grund erheblicher Änderungen in der Berührungskraft, erheblicher Änderungen in der Berührungsimpedanz eines Benutzers und/oder eines Benutzerkörpers zur Erdungsimpedanz oder dergleichen. Häufige Neukalibrierungen der Schwellenwerte kann das Auftreten von Situationen der Art von 3F und 3G minimieren.
Die Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden näher beschrieben und mit Bezugnahme auf spezifische Berührungssensor-Technologien.
4 veranschaulicht schematisch ein kapazitives Berührungssystem, das einen Sensor 11, eine Stromversorgung 14 und unterstützende Elektronik 15 aufweist. Die Stromversorgung 14 ist mit einer gemeinsamen Erdung verbunden. Wenn ein einziger Benutzer 25A den Sensor 11 an der Stelle A berührt, fließen die Ströme von der Stromversorgung 14 durch jede der vier Ecken des Sensors, durch den Benutzer und in die Erde, wobei die Summe der Ströme als ΣI bezeichnet wird. Die Berührungsposition kann durch Berechnen der Verhältnisse der Ströme, die durch jede der vier Ecken des Sensors fließen, bestimmt werden. Im Allgemeinen ist die gemessene Berührungsposition weitgehend unabhängig von dem Gesamtstrom, der durch die Stromversorgung fließt, und der Größe der Stromversorgung. Die Berührungsstelle ist im Allgemeinen und weitgehend nur von den Verhältnissen der Ströme abhängig, die durch die vier Ecken des Sensors 11 fließen.
Wenn eine zweite Person 25B den Sensor an einer Stelle B berührt, während die Person 25A in der Verweilphase ist, dann nehmen der Gesamtstrom, der durch die Stromversorgung fließt sowie die vier Ströme, die durch die vier Ecken fließen, zu. Wenn der zum Berechnen der Position einer einzigen Berührung benutzte Algorithmus zur Messung der Berührungsstelle des doppelten Berührungssignals benutzt wird, ist die erkannte Berührungsstelle eine Phantomberührung, die irgendwo zwischen den Stellen A und B positioniert ist. Wenn folglich zwei Benutzer gleichzeitig berühren, ist die gemessene Berührungsposition ungenau, weil das System effektiv den Durchschnitt von den zwei Berührungspositionen berechnet. Die gemessene Berührungsstelle ist im Allgemeinen von den einzelnen Strömen abhängig, die durch jeden Benutzer fließen und den verschiedenen Impedanzen, die in der Schaltung vorhanden sind einschließlich der Kontaktimpedanz für jeden Benutzer. Als Folge davon ist die gemessene Berührungsposition im Allgemeinen instabil, da sie sich mit typischen Impedanzschwankungen und dem Berührungsstrom ändert. Die Instabilität kann wesentlich sein, da sich der Gesamtstrom um mehr als einen Faktor von 10 während des Berührungskontakts und der Abhebung ändern kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Vorhandensein von zwei gleichzeitigen oder überlappenden Berührungen durch Messen von Berührungsparametern erkannt werden. Speziell kann gemäß der vorliegende Erfindung die Größe des Gesamtstroms ΣI, der durch die Stromversorgung fließt, zur Erkennung des Vorhandenseins von überlappenden Berührungen benutzt werden. Da sich verschiedene Benutzer wesentlich in ihrem Berührungsstrom unterscheiden können, ist es hilfreich, wenn jeder Benutzer seine Berührungssignalgröße durch Berühren des Sensors 11 vor dem normalen Einsatz kalibriert. Diese Information kann dann zum Einstellen von Schwellenwerten benutzt werden, um einzige Berührungen von doppelten Berührungen zu unterscheiden. Alternativ lassen sich Strompegel einziger Berührer während des normalen Einsatzes gemessen werden, und die Schwellenwerte können folglich im Zeitverlauf aktualisiert werden.
Die Bestimmung der Stelle einer gültigen Berührung kann auch vom Bildformat, das durch einen Berührungsbildschirm angezeigt wird, abhängig sein. Zum Beispiel kann, wie schematisch in 5 veranschaulicht, ein auf einer Anzeige gezeigtes Bild, das sich hinter einem transparenten Berührungsbildschirm 69 befindet, zwei Spalten virtueller Schaltflächensymbole 67 und 68 darstellen, die sich jeweils im Bereich 62A und im Bereich 62B befinden. Da wo die Berührungseingabe in Bereichen des Berührungsbildschirms 69 ausgeführt werden soll, die den Symbolen 67 oder 88 entsprechen, kann jegliche ausgeführte Berührung oder die anderswo gemessen wird, wie beispielsweise in den Bereichen 64A, 64B oder 66, eine ungültige Berührung oder eine Phantomberührung andeuten. Infolgedessen hat jegliche Berührung, die in den Bereichen 64A, 64B oder 66 gemessen wird, eine höhere Wahrscheinlichkeit, eine falsche Berührung zu sein. Solch eine falsche Berührung kann eine Phantomberührung sein, die durch zwei gleichzeitige oder überlappende Berührungen verursacht wird, wobei eine auf dem Symbol 67 und die andere auf dem Symbol 68 jeweils in den Bereichen 62A und 62B ausgeführt wird. Die Nähe berechneter Berührungsstellen mit festen Bereichen der Berührungsbildschirmfläche oder mit beweglich angezeigten Symbolen kann zum Unterscheiden gültiger Berührungen als eigenständiges Verfahren oder als mit anderen Unterscheidungsverfahren kombiniertes Verfahren benutzt werden, wie beispielsweise jene, die Schwellenwerte von Signalgrößen und/oder Schwellenwerte von Änderungsraten einsetzen. Beim Einsatz in Kombination mit anderen Verfahren kann die Symbolnähe zur Änderung der Auswertung von anderen Berührungsparametern benutzt werden, zum Beispiel zur Feinabstimmung mehrerer Berührungsunterscheidungsfähigkeit, so wie näher im Folgenden beschrieben.
Zusätzlich zum Vergleichen berechneter Symbolanordnungen für Berührungsstellen (oder sonstiger aktiver Bereiche) kann die Stelle einer offensichtlichen Berührung bezogen auf „inaktive" Bereiche auf dem Berührungsbildschirm nützliche Information zur Unterscheidung mehrerer Berührungen bereitstellen. Ein kapazitiver, resistiver oder kraftabhängiger Berührungssensor, der während überlappender Perioden in zwei Stellen berührt, wird eine einzige offensichtliche Berührung erkennen, die zwischen zwei berührten Punkten liegt. Ein Algorithmus, der auf der Anordnung in 5 basiert, benutzt diese Eigenschaft vorteilhaft in Fällen, wo die zwei Berührungen auf gegenüberliegende Hälften des Berührungsbildschirms beschränkt sind. Zum Beispiel wird ein kapazitiver, resistiver oder kraftabhängiger Berührungsbildschirm 69, der im Bereich 62A und auch im Bereich 62B berührt wird einen gemessene Berührung von etwa halbwegs zwischen den zwei Berührungen, zum Beispiel im Bereich 66, ergeben. Daher kann eine im Bereich 66 gemessene Berührung weiter mittels anderer Parameter überprüft werden, um zu bestimmen, ob ein oder zwei Benutzer berühren. Von einer im Bereich 62A (oder 62B) gemessenen Berührung ist es jedoch unwahrscheinlich, dass sie die Folge von zwei Benutzern, die auf gegenüberliegenden Seiten des Berührungsbildschirms 69 berühren, sind, da die Berührung eines zweiten Benutzers irgendwo auf der rechten Seite des Bildschirms 69 wahrscheinlich verursachen würde, dass der kombinierte gemessene Berührungspunkt außerhalb des Bereichs 62A ist. Es ist ebenfalls möglich, eine offensichtliche Berührungsstelle in Bereichen 64A oder 64B zu haben.
6 veranschaulicht ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Algorithmus 100 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der Algorithmus 100 unterscheidet das Vorhandensein von einer Berührung im Vergleich zu zwei zeitlich überlappenden Berührungen, die an einem Berührungssensor ausgeführt werden, und meldet eine gültige Berührungsstelle, wenn befunden wird, dass eine einzige Berührung an den Berührungssensor ausgeführt wurde. In Schritt 106 wird ΣI, der Gesamtstrom, der durch die vier Ecken des Berührungsbildschirms fließt, berechnet. In Schritt 101 wird ΣI mit einem vorgegebenen minimalen Schwellenwert ΣI_TH verglichen, um zu bestimmen, ob das Berührungssignal eine ausreichende Größe hat, um die Messung der Berührungsposition zu gewährleisten. Wenn ΣI groß genug ist, wird eine Berührungsposition berechnet, und die resultierende Position wird, wie in Schritt 102 behandelt, gespeichert. Die Mess- und Berechnungsschritte 106, 101 und 102 werden dann zusätzliche Male (S-1) wiederholt, wobei S ein vorgegebener Wert, zum Beispiel 4, ist. Wenn ein Anzeigewert von ΣI in Schritt 101 nicht größer als ΣI_TH ist, wird die Größe vorhergehender S Abtastungen in Schritt 104 nachgeprüft, um zu bestimmen, ob alle größer als ΣI_TH waren. Wenn sie es waren, wird ein Abhebzustand angezeigt, und die letzte Messung (d.h. die Messung, die kleiner als ΣI_TH war) wird verworfen. Die vorhergehenden S Abtastungen können dann benutzt werden, um S neue Berührungspositionen, so sie in Schritt 105 behandelt, zu berechnen. Der Schritt 110 kann dann ausgeführt werden, wobei der Durchschnitt der S Positionen ausgewertet wird, um zu bestimmen, ob die gemessene Berührungsstelle in der Nähe zu jeglichem von einem oder mehr vorbestimmten Bereichen des Berührungsbildschirms ist (bspw. Symbolbereiche wie in 5 gezeigt) oder ob die gemessene berührte Stelle innerhalb anderer Bereiche (bspw. inaktive Bereiche) fällt. Der Wert bestimmter Auswertungsparameter in Schritt 110 kann zum Teil auf der Stelle der gemessenen Berührung basierend eingestellt werden.
Die Parameter MA und MB sind Prozentanteile, die den vorgemessenen Werten von ΣI_A oder ΣI_B zugerechnet werden, um jeweils den Wert ΣI_MAX zu erzeugen, dem Schwellenwert oberhalb dessen eine Messung als auf überlappenden Berührungseingaben basierend gedeutet wird. ΣI_MAX kann für einen Benutzer A anders als für einen Benutzer B sein. Z ist ein Prozentanteil der X, Y-Gesamtabmessungen des Berührungsbildschirms. X kann eine Koordinatenachse entlang der Länge des Berührungsbildschirms sein und kann in der Mitte des Berührungsbildschirms zentriert sein. Y kann einen Koordinatenachse entlang der Breite des Berührungsbildschirms sein und kann in der Mitte des Berührungsbildschirms zentriert sein. Falls sich die X- und/oder Y-Koordinate der gemessenen Berührungsposition um mehr als Z Prozent während der S Berührungsstellenmessung ändert, wird auf der Basis der Positionsänderungsrate angenommen, dass der Berührungsvorgang instabil oder ungültig ist, und es wird keine Positionsmessung wird gemeldet. M% ist ein maximal zulässiger Prozentanteil der ΣI-Parameteränderung. Falls ΣI sich um mehr als M% während der S Messabtastungen ändert, wird angenommen, dass der Berührungsvorgang instabil oder ungültig ist, und es wird keine Messposition gemeldet. Die in Schritt 110 gezeigten Parameterwerte sind zur Veranschaulichung gegeben, und es können beliebige Werte, die sich für eine besondere Anwendung eignen, benutzt werden. In Schritt 112 wird der Durchschnitt von S Positionen benutzt, um zu bestimmen, ob die Berührung auf der Hälfte des Berührungsbildschirms ausschließlich durch den Benutzer A verwendet wird oder auf der Hälfte des Berührungsbildschirms ausschließlich durch den Benutzer B benutzt wird. Je nachdem, welche Hälfte auf dem Sensor berührt wird, wird ΣI als ΣI_A oder ΣI_B bezeichnet, und in Schritt 114 oder Schritt 116 wird eine Berechnung durchgeführt, um zu bestimmen, ob ΣI_A größer als ΣI_AMAX ist oder ob ΣI_B größer als ΣI_B ist.
Als Beispiel können ΣI_AMAX und ΣI_BMAX mittels folgender Gleichungen bestimmt werden: ΣIAMAX = ΣIACAL + MA% (1) ΣIBMAX = ΣIBCAL + MB% (2)
ΣI_ACAL und ΣI_BCAL sind vorher gemessene und gespeicherte Kalibrierwerte einer einzigen Berührung, die jeweils durch den Benutzer A und den Benutzer B ausgeführt werden. Wenn ΣI_A und ΣI_B oberhalb des anwendbaren Schwellenwerts liegt, wurden zwei überlappende Berührungen erkannt. Als solche kann die gemessene Position als Phantomberührung gedeutet werden in einer Weise, dass keine Berührungsposition gemeldet wird und neue Messungen durchgeführt werden. Falls der Wert unterhalb dieses Schwellenwerts liegt, werden die S Positionen geprüft, um zu bestimmen, ob eine von ihnen mehr als Z% von einer anderen entfernt ist. Wenn ja wird befunden, dass sich die Messgröße zu sehr bewegt, um eine stabile oder gültige Position zu ergeben, und es wird, wie in Schritt 118 behandelt, keine Berührung gemeldet. Wenn die S Abtastungen positionsweise stabil sind, wird ihre Größenänderungsrate in Schritt 120 ausgewertet, wo die S Abtastungen von ΣI geprüft werden, um zu bestimmen ob sich ΣI um mehr als M% unter den S Messungen geändert hat. Falls sich ΣI um mehr als M% geändert hat, wird befunden, dass sich die Signalgröße zu sehr ändert, um eine stabile Position zu ergeben, und es wird keine gültige Berührung gemeldet. Schritt 122 kann durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Berührungsposition auf der Basis ihrer Nähe zu einer bekannten Symbolstelle gültig ist. Ein gemessene Berührungsposition und die als nahe genug an einem Symbol gemeldet wird, kann als gültig angesehen werden, während eine gemessene Berührungsposition, die sich relativ weit von allen Symbolen befindet, als ungültig betrachtet werden kann. In Schritt 124 wird eine gültige Berührungsposition gemeldet und kann als Software-Anwendung benutzt werden.
Mit dem Algorithmus 100 von 6, wo die Entscheidung getroffen wird, keine Berührung zu melden, kann die ungemeldete Berührung gemeinsam mit den Parametern der ungemeldeten Berührung einer Softwareanwendung zwecks weiterer Auswertung durch die Softwareanwendung gemeldet werden. Es mag Fälle geben, wo der Algorithmus 100 keine gültige oder wirklich Berührung erkennen kann, aber mit zusätzlicher Information kann die Softwareanwendung in der Lage sein, zu entscheiden, ob die ungemeldete Berührung nützliche Information enthält, die eine Entkopplung der überlappenden Berührungssignale verursachen kann, damit die gültigen Berührungspositionen gemeldet werden können.
7 veranschaulicht ein beispielhaftes Ablaufdiagramm von einem Algorithmus 125 gemäß einem anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung. Der Algorithmus 125 führt im Allgemeinen viele Schritte aus, die im Algorithmus 100 von 6 behandelt werden. Mit dem Algorithmus 125 wird zusätzlich der Akzent auf die Änderungsrate der Berührungsgröße ΣI und auf Positionsänderungen gesetzt. Mit dem Algorithmus 125 wird ΣI für jede neue Abtastung, wie in Schritt 106 behandelt, berechnet, dann geprüft, um zu bestimmen, ob ein Schwellenwert, wie in Schritt 101 behandelt, überschritten wird. Wenn der Schwellenwert nicht überschritten wird, wird die vorherige Abtastung geprüft und, falls sie oberhalb des Berührungsschwellenwerts ist, wird sie, wie in den Schritten 126 und 128 behandelt, weiter benutzt. Falls der Berührungsschwellenwert durch die neue Abtastung überschritten wird, wird ΣI berechnet, und X-, Y-Koordinaten einer neuen Berührungsposition werden, wie in Schritt 102 behandelt, berechnet. Dann werden die Werte bestimmten Variablen auf der Basis der berechneten Stelle der neuen Berührung, wie in Schritt 110 behandelt, zugewiesen. Die Parameterwerte in Schritt 110 sind zur Veranschaulichung gegeben, und es können beliebige Werte, die sich für eine besondere Anwendung eignen, benutzt werden.
Dann wird der neue ΣI mit dem ΣI von der vorherigen Abtastung verglichen, um zu bestimmen, ob die ΣI-Änderung kleiner als eine bestimmte Änderungswertrate M, wie in Schritt 130 behandelt, ist. Falls die ΣI-Änderung größer als M ist, werden zusätzliche S Abtastungen verarbeitet, bevor eine gültige Berührung, wie in Schritt 138 behandelt, gemeldet wird. Falls die ΣI-Änderung kleiner als M ist, dann wird Schritt 132 ausgeführt, wobei die X-, Y-Positionen der berechneten Berührungsabtastung mit vorgegebenen Werten verglichen werden, um zu bestimmen, ob sich die berechnete Berührungsposition um mehr als eine spezifische Größe, die Z% genannt wird, bewegt hat. Falls sich die Berührungsposition um mehr als Z% bewegt hat, wird der Schritt 138 durchgeführt, und der Ablauf startet erneut ab Schritt 106. Falls sich die Berührungsposition um weniger als Z% bewegt hat, wird die Bildschirmhälfte in Schritt 134 bestimmt, wobei die berechnete X-, Y-Position benutzt wird, um zu bestimmen, ob die Berührungseingabe von der Hälfte des Berührungsbildschirms, der ausschließlich durch den Benutzer A benutzt wird, stammt, oder der Hälfte des Bildschirms, die ausschließlich durch den Benutzer B benutzt wird. Je nachdem, welche Hälfte des Sensors berührt wird, ist ΣI als ΣI_A oder ΣI_B gekennzeichnet. In Schritt 135 oder Schritt 136 wird eine Berechnung durchgeführt, um zu bestimmen, ob ΣI_A größer als ΣI_A ist oder ob ΣI_B größer als ΣI_BMAX ist, was jeweils aus Gleichung 1 oder 2 abgeleitet wird. Falls der geeignete ΣI_A- oder ΣI_B-Wert oberhalb seines jeweiligen Schwellenwerts ist, wurden zwei gleichzeitige oder überlappende Berührungen erkannt, und es wird keine gültige Position gemeldet, und keine neuen Messungen werden durchgeführt. Falls der geeignete ΣI_A- oder ΣI_B-Wert unterhalb seines Schwellenwerts ist, wird die berechnete Position auf Nähe zu einem angezeigten Symbol (oder sonstigem spezifizierten aktiven Bereich), wie in Schritt 122 behandelt, geprüft. Falls eine Übereinstimmung mit einem aktiven Bereich gefunden wird, wird eine gültige Berührung gemeldet. Andernfalls startet der Ablauf erneut in Schritt 106.
Es ist möglich, eine gültige Berührungsposition zu messen und Berührungseingaben von einem oder zwei Benutzern zu unterscheiden, ohne alle Schritte, die mit dem Algorithmus 100 von 6 oder dem Algorithmus 125 von 7 behandelt werden, auszuführen. In Bezug auf 6 und 7 kann Schritt 110 beispielsweise durch feste Parameterwerten MA, MB, Z und M ersetzt werden. Als weiteres Beispiel kann Schritt 118 oder 132 ausgelassen werden, damit der Parameter Z nicht benutzt wird, oder Schritt 120 oder 130 kann ausgelassen werden, damit der Parameter M nicht benutzt wird. Als weiteres Beispiel kann Schritt 112, 114 und 116 des Algorithmus 100 oder Schritt 134, 135 und 136 des Algorithmus 125 ausgelassen werden. Als weiteres Beispiel kann Schritt 122 ausgelassen werden. Als noch weiteres Beispiel kann ein Algorithmus gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung aus Schritt 118 und 122 oder Schritt 130 und 132 bestehen, um eine einzige Berührung im Vergleich zu zwei gleichzeitigen oder überlappenden Berührungen zu unterscheiden.
Betrachten wir erneut die in 3G dargestellte Situation, wo ein einziger Berührungsvorgang durchgeführt wird, aber das Signal den einzigen Berührungsschwellenwert übersteigt. Die Fehlermöglichkeit auf Grund eines solchen Szenarios kann mittels der Algorithmen 100 von 6 und 125 von 7 abgeschwächt werden. Wenn mit dem Algorithmus 100 von 6 S Abtastungen auf der Basis der Kriterien ΣI_A > ΣI_AMAX oder ΣI_B > ΣI_BMAX für zwei sequentielle Berührungsvorgänge, die durch eine Zeitperiode von ΣI < ΣI_TH getrennt sind, abgelehnt werden, dann wird der zweite sequentielle Vorgang der Art von 3G als gültige Berührung gemeldet. Alternativ kann der zweite sequentielle Vorgang weiter geprüft werden. Falls beispielsweise Schritt 120 findet, dass ΣI um mehr als eine spezifische Größe (M%) geändert wurde, dann kann Schritt 118 mit dem Wert des beispielsweise um die Hälfte reduzierten Z wiederholt werden. Falls sich die Position der letzten S Positionen um mehr als Z/2 geändert hat (geänderter Schritt 118), dann wird keine gültige Berührung gemeldet. Andernfalls kann es sein, dass bei der Positionsstabilitätsprüfung die Instabilitätsgröße nicht berücksichtigt wird und eine gültige Berührung gemeldet wird. Diese Prüfung nutzt die allgemeine Tendenz, dass im Fall von zwei gleichzeitigen Berührungen eine ΣI_Änderung von einer der Berührungen eine merkliche positionsabhängige Änderung in der gemessenen Berührungsposition verursacht, während im Fall einer einzigen Berührung eine ΣI_Änderung im Allgemeinen eine unbedeutende Änderung in der gemessenen Berührungsposition verursacht. Beide der zwei oben beschriebenen beispielhaften Alternativen können zur Behandlung des Sonderfalls, wo ein Benutzer einen Berührungsbildschirm mit einem Berührungssignal großer Größe berührt, dass die gleiche Stelle wieder berührt, weil das Berührungssystem die erste Berührung nicht registriert hat.
Obwohl die Algorithmen 100 von 6 und 250 von 7 hauptsächlich in Verbindung mit einem kapazitiven Berührungssensor beschrieben sind, können ähnliche Algorithmen zur Erkennung des Auftretens von einer oder mehr gleichzeitigen oder überlappenden Berührungen in Berührungsbildschirmsystemen, die andere Technologien als die nachstehend beschriebene kapazitive Technologie einsetzen, benutzt werden.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ferner in Bezug auf einen resistiven Berührungssensor beschrieben, der schematisch in 8 gezeigt ist. In 8 weist ein resistives 4-Draht-Berührungssystem 160 eine Oberfolie 150 und ein Trägermaterial 152 auf. Die Oberfolie und das Trägermaterial haben resistive Beschichtungen auf ihren sich gegenüberliegenden Seiten. Die Oberfolie 150 ist als auseinandergezogene Ansicht gezeigt, die vom Trägermaterial 152 zur leichteren Veranschaulichung und ohne Beschränkung der Allgemeinheit getrennt ist. Leitende Elektroden 142 und 144 stellen den elektrischen Kontakt mit der resistiven Fläche der Oberfolie 150 her. Elektrische Leiter 160 und 161 verbinden die von der Signalquelle 154 stammenden Signale mit der Oberfolie 150. Leitende Elektroden 146 und 148 stellen den elektrischen Kontakt mit der resistiven Fläche des Trägermaterials 152 her, und Leiter 162 und 163 verbinden die Signale mit dem Trägermaterial 152. Wenn eine Person 25A die Oberfolie 150 berührt, stellt die resistive Beschichtung auf der Oberfolie 150 einen elektrischen Kontakt mit der resistiven Beschichtung auf dem Trägermaterial 152 her. Die horizontale Koordinate der resultierenden Berührungsposition wird durch Anlegen eines Spannungsgradienten zwischen den Elektroden 142 und 144 gemessen und durch Messen der Spannung auf mindestens einer der Elektroden 146 und 148. Die vertikale Koordinate der Berührungsposition wird durch Anlegen eines Spannungsgradienten zwischen den Elektroden 146 und 148 auf ähnliche Weise gemessen und durch Messen der Spannung auf mindestens einer der Elektroden 142 und 144.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Vorhandensein von einer einzigen Berührung oder mehreren gleichzeitigen oder überlappenden Berührungspunkten durch Messen des Gesamtstroms von der Oberfolie 150 zum Trägermaterial 152 bis zu jedem der Berührungspunkte bestimmt werden. Strommessungen lassen sich mit Positionsmessungen abwechseln. Im Beispiel von 8 wird angenommen, dass da, wo zwei Benutzer 25A und 25B Berührungen am Berührungssystem 160 ausführen, der Benutzer 25A die linke Hälfte der Oberfolie 150 und der Benutzer 25B die rechte Hälfte der Oberfolie berührt. Der Strom kann zum Beispiel durch Anlegen einer Spannungsquelle 154 gemessen werden und durch Messen des resultierenden Stroms mittels der Strommessschaltung 155. Eine durch den Benutzer 25A ausgeführte einzige Berührung verursacht einen Gesamtstrom ΣIR_A, der durch den Stromzähler 155 fließt. ΣIR_A schwankt im Allgemeinen je nach der Stelle und Oberfläche der Berührung, fällt aber normalerweise innerhalb eines übereinstimmenden Bereichs. Wenn zwei Berührungen gleichzeitig ausgeführt werden, beide von zwei einzigen Benutzern 25A und 25B, die jeweils eine einzige Berührung ausführen oder von einem einzigen Benutzer, der Berührungen an zwei verschiedenen Stellen betätigt, wird ein Gesamtstrom ΣIR erzeugt, der zum Stromzähler 155 fließt. Im Allgemeinen ist ΣIR wesentlich höher als ΣIR_A. Gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich zwei gleichzeitige oder überlappende Berührungen von einer einzigen Berührung unterscheiden, indem der erzeugte Gesamtstrom mit dem erwarteten Strom, der aus einer einzigen Berührung resultiert, verglichen wird, wobei es sich im Allgemeinen versteht, dass der Gesamtstrom ΣIR höher ist, wenn zwei oder mehr Berührungen ausgeführt werden. Der ΣIR kann je nach auf der Oberfolie 150 berührten Stelle oder berührten Stellen schwanken, aber es besteht im Allgemeinen ein wesentlicher Unterschied zwischen ΣI für eine im Vergleich zu zwei Berührungen.
Somit kann ein Schwellenwert ΣIR_TH festgesetzt werden, oberhalb dessen ein gemessenes Berührungssignals als aus zwei oder mehr Berührungen resultierend, welche in einer zeitlich überlappenden Weise ausgeführt werden, gedeutet werden kann.
9 veranschaulicht ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Algorithmus 200 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Der Algorithmus 200 ist in vieler Hinsicht dem Algorithmus 100 von 6 ähnlich. Ein Unterschied zwischen den zwei Algorithmen besteht darin, dass gemäß des Algorithmus 200 der Gesamtstrom ΣIR der Gesamtstrom ist, der zwischen der Oberfolie 150 und dem Trägermaterial 152 von 8 durch alle Berührungspunkten fließt. Andere Parameter in 9 werden auf ähnliche Art und Weise wie jene im Algorithmus 100 von 6 definiert. Während ein Algorithmus 200 in Verbindung mit dem resistiven Vierdraht-Berührungseingabefeld 160 von 8 beschrieben wird, kann der gleiche oder ein ähnlicher Algorithmus beispielsweise für resistive Vierdraht-, Sechsdraht- oder Achtdraht-Berührungsbildschirme zur Anwendung kommen. Eine gültige Berührungsposition kann gemessen und ein oder zwei Benutzer lassen sich, ohne dass alle im Algorithmus 200 behandelten Schritte ausgeführt werden, unterscheiden. Schritt 210 kann beispielsweise durch feste Parameterwerten MA, MB, Z und M ersetzt werden. Als weiteres Beispiel kann Schritt 218 ausgelassen werden, damit der Parameter Z nicht benutzt wird, oder Schritt 220 kann ausgelassen werden, damit der Parameter M nicht benutzt wird. Als weiteres Beispiel kann Schritt 212, 214 und 216 ausgelassen werden, damit die Parameter MA und MB nicht benutzt werden. Als weiteres Beispiel kann Schritt 222 ausgelassen werden. Als noch weiteres Beispiel unter gewissen Bedingungen kann Schritt 206, 218, 220 und 222 benutzt werden, um eine überlappende Berührung zu erkennen oder eine gültige Berührungsposition zu melden.
Die vorliegende Erfindung kann ferner für ein kraftabhängiges Berührungssystem in einer Weise angewandt werden, die dem Verfahren der oben beschriebenen kapazitiven und resistiven Berührungssysteme ähnlich ist. Der Algorithmus 100 von 6 oder 125 von 7 können zum Unterscheiden von zwei oder mehr überlappenden Berührungen in einem kraftabhängigen Berührungsbildschirm zur Anwendung kommen. Die gemeinsame US-Patentanmeldung Nr. 09/835,040 mit dem Titel „Improved Method and Apparatus for Force Based Touch Input" offenbart einen kraftabhängigen Berührungsbildschirmsystem, bei dem die Art des Messens berührungsbasierter Kräfte den Einsatz kapazitiver Sensoren aufweist, die an den Ecken einer starren Deckschicht angeordnet sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Gesamtstrom ΣI, der durch die kraftempfindlichen kapazitiven Sensoren fließt, benutzt werden, um eine einzige Berührung im Vergleich zu zwei oder mehr überlappenden Berührungen zu unterscheiden. Die Parameter MA, MB, Z, M und angezeigten Symbolpositionen können ebenfalls gemäß den Algorithmen 100 oder 125 benutzt werden, um zwei oder mehr überlappende Berührungen zu unterscheiden und eine gültige Position in einem kraftabhängigen Berührungsbildschirm zu melden.
Mit der Beschreibung der Verfahren und Berührungssysteme der vorliegenden Erfindung wurden verschiedenartige Konzepte geschaffen, die sich jeweils auf die Unterscheidung zwischen einzigen Berührungsvorgängen und mehreren Berührungsvorgängen beziehen. Obwohl sie auf einigermaßen verschiedene Art und Weise angewandt werden, sind alle diese Konzepte für eine ähnliche Umsetzung in einer Vielfalt von geeigneten Arten und Weisen für resistive, kapazitive und kraftabhängige Berührungssysteme geeignet. Bestimmte dieser Konzepte lassen sich auch in anderen Berührungsbildschirm-Technologien wie SAW (Oberflächenwellentechnik) umsetzen. Zum Beispiel kann Information zur Änderungsrate der Signalgröße und Positionsinformation benutzt werden, um gültige Berührungen von Phantomberührungen zu unterscheiden, wenn zeitlich überlappende Berührungen in einem SAW-Berührungssystem erkannt werden.
Die Betriebsprinzipien von SAW-Berührungsbildschirmen sind zum Beispiel in der US-Patentschrift Nr. 6,225,965 offenbart. 10 zeigt ein Diagramm eines SAW-Berührungsbildschirms 250. Gestrichelte Linien 270 stellen die Wege akustischer Wellen dar, die vom Geber 252 ausgesendet werden, dann über die Fläche des Berührungsbildschirms 250 durch ein reflektierendes Feld 260 verteilt werden, dann zum Empfänger 253 durch ein anderes reflektierendes Feld 274 reflektiert werden. Horizontale Wellen (nicht gezeigt) werden zu getrennten Zeiten durch den Geber 254 ausgesendet, dann über die Bildschirmfläche 250 durch ein reflektierendes Feld 272 verteilt, dann zum Empfänger 255 durch ein anderes reflektierendes Feld 258 reflektiert. Die Punkte 262 und 264, die durch ein akustisch absorbierendes Medium wie einen Finger berührt werden, schwächen den Anteil der Wellen 270, die unter den berührten Punkten durchlaufen.
11A zeigt schematisch ein Schaubild eines wie vom Empfänger 253 empfangenen, dann verstärkten und gleichgerichteten Signals 302. Vor einer ausgeführten Berührung wird eine Basislinien-Hüllkurve 304 des Signals 302 gemessen, digitalisiert und in einem Computerspeicher gespeichert. Anschließende Abweichungen wie 306 und 308 von der Basislinien-Hüllkurve 304 werden ausgewertet, und wenn ihre Tiefe Vx oder Vy oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts Vth liegt, wird eine Berührungsposition auf der Basis des Zeitverzugs vom Beginn zum Mittelpunkt einer gemessenen Abweichung berechnet. Da die Größe der Basislinie 304 wesentlich im Zeitverlauf schwanken kann, können Vx und Vy als Prozentanteil des Basislinienpegels 304 am Berührungspunkt ausgedrückt werden. 11A stellt zwei Abweichungen verschiedener Größe, 306 und 308, dar, die zwei Berührungen in der X-Dimension andeuten. 11B zeigt schematisch zwei Abweichungen in der Wellenform in der V-Dimension, 310 und 312, welche den zwei Abweichungen von 11A entsprechen.
Durch die Art des Erkennungsmechanismus kann ein SAW-Berührungsbildschirm einen doppelten Berührungsvorgang leicht andeuten. Allerdings ist nicht so leicht erkennbar, welche X-Koordinate mit welcher Y-Koordinate wirkt. Als solche gibt es zwei gültige Berührungen und zwei Phantomberührungen, die nach wie vor unterschieden werden müssen. Dies kann anhand der Signalgröße und der Information zur Signaländerungsrate gemäß der vorliegenden Erfindung geschehen. Das Basisprinzip der Unterscheidung ist, dass die X- und Y-Signale für einen gültigen Berührungspunkt in ihren Größen und Änderungsraten ähnlich sein werden, während Phantompunkte die X-Signalmerkmale von der Berührung eines Benutzers und Y-Signalmerkmale vom anderen Benutzer aufweisen, welche wahrscheinlich nicht zusammenpassen.
Etliche Parameter lassen sich zur Unterscheidung gültiger Berührungspunkte von Phantompunkten benutzen. Die gemessenen Tiefen Vx1, Vy1, Vx2 und Vy2 und Breiten Wx1, Wx2, Wy1 und Wy2 von jeweiligen Abweichungen 306, 310, 308 und 312 und die Parameter der Änderungsrate Vx1/t, Vx2/t, Vy1/t, Vy2/t, Wx1/t, Wx2/t, Wy1/t und Wy2/t können benutzt werden, um gültige Punkte von ihren entsprechenden Phantomberührungspunkten zu unterscheiden.
11C zeigt schematisch ein Beispiel einer Hüllkurve des Signals Vx(t), wo Vx1 und Wx1 hinsichtlich der Größe über vier sequentielle Abtastungen schwanken, was auftreten kann, wenn eine Person anfangs den Berührungskontakt auf dem Berührungsbildschirm 250 von 10 ausführt. Die vier sequentiellen Hüllkurven der Signale 314, 315, 316 und 317 können auf einem Benutzer beruhen, der den Berührungsbildschirm 250 von 10 mit erhöhtem Druck berührt. Die Hüllkurve 314 wird gerade vor dem Berührungskontakt empfangen. Die Hüllkurven 314, 315, 316 und 317 werden gemessen, wenn der Berührungsfinger auf die Fläche des Berührungsbildschirms 250 von 10 gedrückt wird. Man kann sehen, dass die Tiefenmessung Vx und Breitenmessung Wx ab null zunehmen entsprechend der Hüllkurve 314, bis Vx1t1 und Wx1t1 entsprechend der Hüllkurve 315, dann bis Vx1t2 und Wx1t2 entsprechend der Hüllkurve 316, dann bis Vx1t3 und Wx1t3 entsprechend der Hüllkurve 317.
Die Parameter der Änderungsrate Vx/t, Vy/t, Wx/t und Wy/t werden durch Vergleichen jeder neuen Abtastung der Parameter mit den vorherigen Abtastungen mittels folgender Gleichungen bestimmt: Vx/t = Vx/t(neu) – Vx/t (bisherig) (3) Vy/t = Vy/t(neu) – Vy/t (bisherig) (4) Wx/t = Wx/t (neu) – Wx/t(bisherig) (5) Wy/t = Wy/t (neu) – Wy/t(bisherig) (6)
Für die in 11C gezeigte Sequenz weisen die Werte von Vx/t und Wx/t auf: Vx/t1 = Vxt2 – Vxt1, Vx/t2 = Vxt3 – Vxt2, Vx/t3 = Vxt4 – Vxt3 und,(7) Wx/t1 = Wxt2 – Wxt1, Wx/t2 = Wxt3 – Wxt2, Wx/t3 = Wxt4 – Wxt3;(8)wo im Allgemeinen Vx/t3 > Vx/t2 > Vxt1 und Wx/t3 > Wx/t2 > Wxt1.
Normalerweise sind Vx und Vy eines berührten Punkts wie Wx und Wy hinsichtlich der Größe proportional: |Vxn – Vyn| = Vc < Vmin (9) |Wxn – Wyn| = Wc < Vmin (10)
Ferner sind die Änderungsraten von den mit jedem berührten Punkt assoziierten Signalen normalerweise etwa dieselben in einer Weise, dass: |Vxn/t – Vyn/t| ≈ O < V/tmin (11) |Wxn/t – Wyn/t| ≈ O < W/tmin (12),wo Vmin, Wmin, V/tmin und W/tmin vorbestimmte Werte sind. Die Werte Vx, Vy, Wx, Wy, Vx/t, Vy/t, Wx/t und Wy/t für einen Phantompunkt bestehen aus Vx, Wx, Vx/t und Wx/t, die von einem der berührten Punkte gemessen werden und Vy, Wy, Vy/t und Wy/t, die vom anderen gemessen werden. Falls sich irgendwelche der gemessenen Parameter, die aus den zwei berührten Punkten 262 und 264 resultieren, ausreichend voneinander unterscheiden (d.h. falls der Unterschied die Werte Vmin, Wmin, V/tmin oder W/tmin überschreitet), dann können die Berührungspunkte 262 und 264 von Phantompunkten 266 und 268 unterschieden werden, indem diese Parameter gemäß dem in 12 gezeigten Algorithmus 350 verglichen werden.
12 und 13 veranschaulichen ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Algorithmus 350 gemäß einem Aspekt der Erfindung. Der Algorithmus 350 benutzt Parameter Vx, Vy, Wx, Wy und Änderungsraten dieser Parameter Vx/t, Vy/t, Wx/t und Wy/t und prüft ferner auf Nähe der gemessenen Punkte zu Symbolstellen (oder sonstigen eigenständigen aktiven Bereichen) nach, um unter mehreren Berührungspunkten zu unterscheiden. Zuerst werden Messungen von X- und Y-Hüllkurven im Vergleich zu einer im Speicher gespeicherten Basislinie, wie in Schritt 352 behandelt, durchgeführt. Dann werden Änderungen in den neuesten Messungen bezogen auf die vorherige Basislinie berechnet, und wo Parameter Vx, Vy oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes Vth ermittelt werden, werden Parameter Wx, Wy, Tx und Ty eines berührten Punkts, wie in Schritt 354 veranschaulicht, berechnet. In Schritt 356 wird die Anzahl der Punkte berechnet, wo Vx und Vy größer als Vth sind und wo die Bedingungen Wmin < Wx < Wmax und Wmin < Wy < Wmax erfüllt sind (Wmin und Wmax sind vorgegebene Werte). Falls ein Punkt ermittelt wird, dann können die Zeiten Tx und Ty, die den gemessenen Abweichungen entsprechen, zur Berechnung der Koordinaten X und Y des berührten Punkts in Schritt 358 benutzt werden, und der Ablauf beginnt wieder ab Schritt 352. Falls mehr als zwei Punkte ermittelt werden, ist keine Unterscheidung möglich, und der Ablauf beginnt wieder ab Schritt 352. Falls zwei berührte Punkte in Schritt 356 ermittelt werden, dann werden Parameter Vx und Vy mit entsprechenden Pnn-Werten in Schritt 360 gleichgesetzt für den Einsatz im Unterscheidungsalgorithmus 320 von 13. In Schritt 362 wird der Algorithmus 320 ausgeführt.
13 zeigt einen Algorithmus 320, wobei X- und Y-Komponenten von verschiedenartigen Parametern verglichen werden, um gültige Berührungspunkte von Phantomberührungspunkten zu unterscheiden. In Schritt 322 wird die Größe eines Parameters der ersten X-Abweichung (306 in 11A) mit Y-Abweichungen 310 und 312 verglichen. Der kleinere Unterschied wird als Psm bezeichnet. In Schritt 324 wird der größere der Unterschiede zwischen den Abweichungen als Plg bezeichnet. Falls in Schritt 326 (Plg – Psm) > Pmin, dann besteht die Möglichkeit, die Phantompunkte von den gültigen Punkten auf der Basis des Unterschieds zu unterscheiden, und es wird Schritt 328 ausgeführt. Andernfalls deutet Schritt 330 an, dass Berührungspunkte nicht auf der Basis des geprüften Parameters unterschieden werden können. In Schritt 328 werden die Unterschiede in Parametergrößen zwischen der ersten X-Abweichung 306 und den Y-Abweichungen 310 und 312 benutzt, um die beste Übereinstimmung auszuwählen, die andeutet, welche von 310 oder 312 die übereinstimmende Y-Koordinate für die X-Abweichung 306 ist. Falls die Parameter der Abweichungen 304 und 310 größenmäßig übereinstimmen, deutet Schritt 332 an, dass ein Berührungspunkt Koordinaten auf der Basis von Abweichungen aufweist, die zu den Zeiten Tx1 und Ty1 auftraten, und die zweiten Koordinaten werden auf der Basis von Abweichungen zu den Zeiten Tx2 und Ty2 sein. Andernfalls deutet Schritt 334 an, dass ein Berührungspunkt Koordinaten auf der Basis der Zeiten Tx1 und Ty2 aufweist, und der andere entspricht den Zeiten Tx2, Ty1.
Falls Schritt 364 bestimmt, dass Berührungspunkte durch den auf den Vx- und Vy–Parametern in Schritt 362 wirkenden Algorithmus 320 unterschieden wurden, dann wird Schritt 386 ausgeführt, um X- und Y-Koordinaten von zwei Berührungspunkten aus den geeigneten Zeitmessungen Tx1, Tx2, Ty1 und Ty2 zu berechnen, und die resultierenden Koordinaten werden gemeldet. Falls die Unterscheidung missglückte, dann werden in Schritt 366 die Parameter Wx und Wy mit entsprechenden Pnn-Werten für den Einsatz im Unterscheidungsalgorithmus 320 gleichgesetzt, und in Schritt 368 wird der Algorithmus 320 erneut mit den Wx- und Wy-Parametern ausgeführt. Falls Schritt 370 bestimmt, dass Berührungspunkte durch den auf den Wx- und Wy-Parametern wirkenden Schritt 368 unterschieden wurden, dann wird Schritt 386 ausgeführt. Falls die Unterscheidung missglückte, dann werden in Schritt 372 die Parameter Vx/t, Vy/t, Wx/t und Wy/t berechnet. In Schritt 374 werden die Vx/t- und Vy/t-Parameter dann mit entsprechenden Pnn-Werten für den Einsatz im Unterscheidungsalgorithmus 320 gleichgesetzt, und in Schritt 376 wird der Algorithmus 320 ausgeführt. Falls Schritt 378 bestimmt, dass Berührungspunkte durch den auf den Vx/t- und Vy/t-Parametern wirkenden Schritt 376 unterschieden wurden, dann wird Schritt 386 ausgeführt. Falls die Unterscheidung missglückte, dann werden Wx/t- und Wy/t-Parameter in Schritt 380 mit entsprechenden Pnn-Werten für den Einsatz im Unterscheidungsalgorithmus 320 gleichgesetzt, und der Algorithmus 320 wird in Schritt 382 ausgeführt. Falls Schritt 384 bestimmt, dass Berührungspunkte durch den auf den Wx/t- und Wy/t-Parametern wirkenden Schritt 382 unterschieden wurden, dann wird Schritt 386 ausgeführt. Andernfalls versagt die auf Signalparametern basierte Unterscheidung, und Schritt 360 wird ausgeführt, wobei die X- und Y-Koordinaten der vier möglichen Berührungspunkte 262, 264, 266 und 268 berechnet werden. Dann, falls ermittelt wird, dass Positionen von zwei diagonal verschobenen Berührungspunkten mit Symbolpositionen korrelieren und die anderen zwei Stellen nicht, können die zwei symbol-korrelierten Stellen als gültige Berührungspunkte gemeldet werden.
Dieser Ablauf wird ferner in Bezug auf 10 beschrieben, wo eine Spalte von fünf virtuellen Schaltflächensymbolen 251 auf der linken Seite des Berührungsbildschirms 250 angeordnet ist, und eine Spalte von virtuellen Schaltflächensymbolen 253 auf der rechte Seite angeordnet ist. Die Symbole 251 und 253 werden durch den transparente Berührungsbildschirm 250 angezeigt, der für den gleichzeitigen Einsatz durch zwei Benutzer oder für doppelte Berührungen durch einen einzigen Benutzer bestimmt ist. Die Symbole 251 sind vertikal von den Schaltflächen 253 in einer Weise versetzt, dass ein Berührungspunkt auf einem Symbol in Spalte 251 nicht mit den Symbolen von Spalte 253 ausgerichtet wird. Daher können gültige Berührungen 262 und 264 am unteren linken Symbol beziehungsweise oberen rechten Symbol von jeweiligen Phantomberührungen 266 und 268 durch die Tatsache unterschieden werden, dass die Phantompunkte nicht in der Nähe eines Symbols sind. Dieses Unterscheidungsverfahren kann sowohl in horizontalen als auch in vertikalen Dimensionen oder in beiden Dimensionen gleichzeitig zur Anwendung kommen. Die folgende Ausführung von Schritt 360, Schritt 352 wird ausgeführt, um den Ablauf wieder zu starten.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht als auf die oben beschriebenen besonderen Beispiele beschränkt angesehen werden, sondern eher als alle Aspekte der Erfindung umfassend verstanden werden, so wie es auf angemessene Weise in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt ist. Für Fachkundige, auf welche die vorliegende Erfindung ausgerichtet ist, werden beim Überblick der vorliegenden Beschreibung die verschiedenen Abwandlungen, gleichwertigen Abläufe sowie zahlreiche Strukturen, für welche die vorliegende Erfindung anwendbar sein kann, leicht deutlich. Die Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen definiert.

Claims

verfahren zum Unterscheiden zwischen zwei oder mehr zeitlich überlappten Berührungseingaben in ein Berührungsbildschirmsystem mit: (a) Messsignalen, die durch die zwei oder mehr Berührungseingaben verursacht werden, (b) Bestimmen von Positionsdaten für die Berührungseingaben, (c) Bestimmen, ob eines der Signale einen minimalen Schwellenwert für eine einzige Berührungseingabe überschreitet, (d) Bestimmen, ob eines der Signale einen maximalen Schwellenwert für eine einzige Berührungseingabe überschreitet, (e) Berechnen und Melden an das Berührungsbildschirmsystem einer Berührungsstelle anhand von Positionsdaten, die jeglichem der Signale entsprechen, das den minimalen Schwellenwert überschreitet, aber nicht den maximalen Schwellenwert überschreitet, und gekennzeichnet durch (f) Abziehen der gemessenen Signale, die zum Bestimmen der in Schritt (e) benutzten Positionsdaten eingesetzt werden, von vorher oder anschließend gemessenen Signalen, die sich auf Positionsdaten beziehen, welche jeglichem der Signale, das den maximalen Schwellenwert überschreitet, entsprechen, um eine nicht durch Schritt (e) gemeldete Berührungsstelle zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend das Bestimmen, welche Anteile der Gesamtsignale den Berührungskontakt-, Verweil- und Abhebvorgängen der zwei oder mehr überlappenden Berührungseingaben entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend den Schritt des Berechnens und Meldens einer Berührungsstelle, wenn von zwei sequentiellen Schrittfunktionen (a) bis (e) beide eine berührungsfreie Stelle ergeben, die auf Grund der Signale, die den maximalen Schwellenwert überschreiten, gemeldet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestes einer der minimalen und maximalen Schwellenwerte von einem Kalibrierschritt bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der minimale und maximale Schwellenwert vorgegebene Werte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der minimalen und maximalen Schwellenwerte während des normalen Einsatzes des Berührungsbildschirmsystems aktualisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der minimalen und maximalen Schwellenwerte auf der Basis von Benutzerberührungen innerhalb eines bestimmten Bereichs aktualisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei verschiedene minimale und maximale Schwellenwerte verschiedenen Benutzern zugewiesen werden können.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gesamtsignal eine vollständige elektrische Strommessung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berührungsbildschirmsystem einen kapazitiven Berührungsbildschirm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berührungsbildschirmsystem einen resistiven Berührungsbildschirm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berührungsbildschirmsystem einen kraftbasierten Berührungsbildschirm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Berührungsstelle in Schritt (e) nur gemeldet wird, wenn die in Schritt (e) errechnete Berührungsstelle innerhalb eines Bereichs des Berührungsbildschirms, der als gültiger Berührungsbereich bestimmt ist, enthalten ist.