CN101802760B - 具有改进照明的光学触摸屏 - Google Patents
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Abstract
在一个光学触摸显示系统中，在检测区域缺乏物体的情况下，来自主光源的光可被回射到一个检测器。当存在物体时，其位置可根据在检测器的影子方向进行三角测量。准确性可以被提高，将次级光源相对于主光源离轴设置，以便来自次级光源的光被最少地回射到检测器。相反，当存在物体时，来自次级来源的光可从物体直接反射。每个检测器的代表主光源的光信号可通过去除从物体直接反射的光而被校正，基于确定和去除代表来自次级光源的光的信号成分。在一些实施方式中，通过对主和次级光源分阶段而使其便利。
Description
优先权要求
本申请要求在2007年8月30日提交的561,037号新西兰临时专利的优先权，其题名为OPTICAL TOUCHSCREEN WITH IMPROVEDILLUMINATION(具有改进照明的光学触摸屏)，在此其全文通过引用并入本文作为参考。
技术领域
本发明的主题一般地涉及触摸显示系统，其允许用户通过在表面之上或其附近的触摸与一个或多个处理设备进行互动。
背景技术
数字转换器和输入板可作为处理单元中的坐标输入设备引入。例如，数字转换器或输入板可在触摸生效显示系统中的一个或多个显示设备(例如CRT，LCD或其他显示技术)旁边使用。通常来说，可以使用用于检测物体相对于显示区域的角度(方向)或者位置的多种系统，例如，压力敏感电阻薄膜系统、电容系统、电磁感应系统等等。作为另一个例子，可以使用能够检测物体的角度或者位置的光学系统。更具体地，触摸屏输入设备包括电阻式、表面电容式、表面声波(SAW)式、红外线(IR)式、受抑全内反射(FTIR)式、投射电容式、光学和弯曲波式。通常，前述触摸屏设备(除了某些光学和红外技术以外)需要使用触摸生效的透明覆盖层，生效触摸的透明覆盖层增加了显示组件的高度。
某些光学和红外系统依赖于在光学路径中传播的光的检测，光学路径位于触摸表面之上的区域中的一个或多个检测平面内。例如，用于触摸屏的光学成像可以使用以下技术的组合以确定触摸的点或者区域，包括：行扫描照相机或者区域图像照相机、数字信号处理、前照明或者后照明以及算法。用来在检测平面内发射和检测光的部件可以沿着触摸屏区域的一个或多个边缘放置，作为围绕触摸屏区域的部分边框。
光学触摸技术经常使用沿着触摸表面的一个或多个边缘定向的行扫描照相机或者区域照相机，以对边框成像，并且通过检测红外线光源的中断，跟踪靠近触摸屏表面的任何物体的运动。例如，可由沿着照相机的光轴排列的IR-LED发射器横跨触摸屏的表面发射光，以检测由逆反射边界反射的光强度。可以从两个光学元件中的每一个中投射出在触摸表面上方呈扇形的光，在每个光学单元中的线性感光传感器测量所述光学单元所检测到的光的强度。如果手指、笔、或其他物体中断光的一部分，所述系统可以检测出阴影的方向。由于光学单元在已知位置，所以手指或笔的坐标可以基于三角测量原理计算。
发明内容
本发明主题的目的和优势对本领域技术人员将是显而易见的，如果仔细审阅本发明所公开的内容和/或本申请主题的一个或多个实施方式中的做法。
根据本发明主题的一个或更多方面，光学触摸显示系统的性能可以通过改进所发出的穿越以触摸区域为边界的触摸表面的光而提高。在基于从主光源回射到检测系统的光强来检测物体的系统中，通过调整检测光以消除代表从物体直接到达检测器的光成分，可提高检测接近检测系统的物体的精度。通过使用基于根本源于相对于检测系统离轴设置的次级光源的检测光所产生的误差信号，在一些实施方式中可做到这一点。
例如，在一些实施方式中，触摸检测系统包括具有光学中心的光检测系统，沿触摸区域至少一边缘设置的回射镜，主照明系统，和次级照明系统。所述主照明系统可以远离回射镜设置，例如位于所述触摸区域的不同边缘。所述主照明系统可被配置为发出穿过所述触摸区域的光，以便在所述触摸区域没有物体存在的情况下，至少一些源于所述主照明系统的光，被回射到检测系统。例如，所发出的光可为具有顶点的扇形图案，从所述主照明系统的扇形的顶点与所述检测系统的光学中心对准。精确对准是所期望的，但通常所述对准应尽可能的接近所述检测系统的所述光学中心。
在缺乏所述触摸区域的物体(即物体在触摸表面上或附近)的情况下，光传播穿过触摸表面并由回射镜返回到光检测系统。如果存在一个物体，物体的投影可以检测到，这是由于检测光的图案的差异。
所述次级照明系统也可以远离回射镜设置，也配置为发射出具有顶点的扇形图案的光穿过触摸表面。所述次级照明系统配置为，相对于主照明系统，源于所述次级照明系统的较少的光(或甚至没有)在缺乏物体的情况下到达了检测系统。例如，在一些实施方式中，来自次级照明系统的扇形顶点没有与检测系统的所述光学中心对准。
所述触摸检测系统可以包含一个或多个计算设备，其与主照明系统、次级照明系统、光检测系统连接。可将至少一个计算设备配置成，基于计算被光学检测系统所检测到光的图案，确定在物体已经干扰穿过所述触摸表面的光的位置。
由所述光检测系统检测到的光的图案可由根本源于主和次级照明系统之一或其二者的光线决定。短语“根本源于”，指的是，在触摸区边缘对光进行回射、触摸区物体对光进行反射、或其它导致光到达检测系统的干涉之前，光的根本来源。
在某些实施方式中，计算设备或其他部件配置为将根本源于主照明系统的所检测光的图案和根本源于次级照明系统的所检测光的图案分离开。例如，图案可以通过使主照明系统和次级照明系统分阶段进行，并将检测图案与照明系统为激活状态的特定时间进行关联而分离。
通过分离所检测的图案，计算设备可以调整光的图案，用于三角测量或以其他方式确定干扰穿过触摸表面的光的物体位置。如果物体干扰光的位置相对接近光的主图案被射出的位置点，则由于被物体反射或者其它方式散射到检测器的光的检测信号的幅度可能会扭曲结果。也就是说，来自物体的光可导致物体的阴影效果相对于返回检测系统的回射光的减少或消除。
然而，根本源于所述次级照明系统的检测光的图案可以用来解释部分或所有源于主照明系统的由物体反射的光。例如，计算设备可配置为从根本源于主照明系统的光的检测图案中减去根本源于次级照明系统的光的检测图案。被减去的光图案对次级照明系统的定位引起的非回射成分影响很小。因此，可以“更正”所测量的根本源于主照明系统的光的图案，以去除代表物体所反射光的成分，而不去除代表由回射决定的适当返回的成分。所述更正可导致删除全部或部分由物体引起的直接反射或其他散射的成分。
光源的分阶段和/或其他分离操作，可由最终执行三角测量运算的同一计算设备完成、或可由单独的计算设备(或多个设备)执行。例如，微控制器、DSP或其他合适的元件或电路可以控制源的分阶段进行和调整检测图案，由连接到微控制器、DSP或其他组件的计算机进行三角测量。
在一些实施方式中，光检测系统和主照明系统被纳入单个的光学单元。触摸检测系统可以包含两个或更多合并后的光学单元，每个光学单元都远离回射镜的位置且彼此远离的位置设置。在一些实施方式中，每个光学单元可包括次级照明系统，而在另外一些实施方式中，触摸检测系统包括一个或多个次级照明系统，但一个或多个次级照明系统与用于主照明和检测的光学单元分开。
主照明系统和次级照明系统的一方或双方可包含任何适当类型或设置的光源。在一些实施方式中，照明系统包括多个配置成发光的光源，好像他们是点光源。照明系统可以包括如光整形扩散器的扩散器光学器件，以利用离散数量的源更好地获得光的扇形分布。在一些实施方式中，扩散器的使用允许更少的源用于照明系统中。
在此讨论一种检测物体在触摸区域位置的方法的某些实施方式。例如，一些这类方法可以包括发射穿过触摸表面的形成主图案的光，朝向形成表面边界的触摸区域的一个或多个边缘。所述主图案可以以检测系统的光轴为中心，检测系统的位置设置成检测光的回射图案。可以发射多个主图案，每一个均来自相应位置和并以相应的检测系统的光轴为中心。
所述方法也可包括发射出穿过触摸表面的形成次级图案的光，次级图案相对于检测系统(或多个检测系统)的光轴偏离中心，或以其他方式发射出，使得在物体不存在的情况下，相对源于主图案的光的总量，较少的根本源于次级图案的光被检测系统接收到。所述方法可包括检测由所述检测系统检测到的光并产生所检测光的信号。如果使用多个检测系统，每个检测系统产生各自的检测光信号。
所述方法可进一步包括调整检测光信号，以产生校正的光信号，所述校正光信号代表被调整的检测光，从而部分或完全删除在触摸区域中由物体所反射的或其它散射产生的一个或多个成分。所述方法可包括确定在触摸区域干扰光传输的物体的位置。
例如，可发出多个主图案，以及可通过确定相对于两个或更多检测系统在触摸区域干扰光的物体的投影方向来确定物体的位置。所述方法可包括基于投影方向和检测系统的空间设置，对触摸区域中的物体位置做三角测量。
在一些实施方式中，调整检测光信号包括，从代表源于主图案的检测光的检测光信号中减去代表源于次级图案的检测光的检测光信号。在一些实施方式中，通过将主图案和次级图案分阶段进行使得发射出主图案的至少部分时间不发射出次级图案，这可变得容易。分别源于主照明图案和次级照明图案的检测光，可以通过将所述检测光信号与发射所述照明图案的时间进行相关运算而分离。
在一些实施方式中，所述系统包括一个或多个显示设备，所述显示设备的表面设置为平行于触摸表面或与触摸表面对应。例如，液晶显示器或在显示屏上的保护层可对应于触摸表面。在一些实施方式中，所述显示设备可连接至少一个计算设备。因此，计算设备与触摸检测系统和显示器一起，可提供用于操作和/或以其他方式与计算设备交互的触摸生效显示器。
在一些实施方式中，计算机系统配置为连接触摸检测系统，所述计算机系统包括至少一个计算设备，其配置为指令主光源和次级光源发射出穿过具有触摸区域的触摸表面的光。计算设备可进一步配置为接收来自至少两个检测器中的每一个的数据，其代表撞击触摸区域检测器的光的图案。计算设备可以被配置为对代表来自触摸区域的光图案的数据执行校正操作，并根据来自校正操作的数据，如果存在物体，确定物体相对于触摸区域的位置。
在一些实施方式中，校正操作可包括去除代表在触摸区域内物体所直接反射的光的光成分。当然，在某些情况下，例如当不存在物体或物体远离接收光的检测器时，应当理解，校正操作将产生代表光图案的数据，与初始接收到的图案相同或者几乎相同。
在某些实施方式中，计算设备配置为(a)从触摸区域接收到的根本源于主光源的光分离图案，以及(b)从触摸区域接收到的根本源于次级光源的光分离图案。在校正操作的执行过程中，可从图案(a)中减去图案(b)。在一些实施方式中，可基于图案被检测到的时间相对于照明源的操作来识别图案(b)和(a)。例如，主照明源和次级照明源可被指令以分阶段的方式发出光，这样，主源激活的至少部分时间次级源未激活，反之亦然。
附图说明
充分和能够实现的公开，包括附加权利要求的最佳实施方式和对本领域技术人员的指引，在说明书的其余部分更显著的阐述。说明书参考下列附图，其中在不同特征中使用相同的参考标号旨在说明相同或者类似的部件：
图1是根据一些实施方式的触摸检测系统中包括主照明源和次级照明源的示例性触摸检测系统的示意图。
图2是分解图，更加详细的示出来自于图1中主照明源和次级照明源的光的行为。
图3和4是显示假定信号的示意图，该假定信号代表了在某些实施方式中由检测系统所接收的光。
图5是示出包含照明系统和检测系统的示例性光学单元的示意图。
图6是流程图，示出触摸检测方法的示例性步骤。
图7是流程图，示出用于校正代表由检测器接收到的光的信号的方法的示例性步骤；以及
图8是示出与示例性计算设备连接的示例性触摸平板显示器系统的框图。
具体实施方式
现在将详细地参考多个可选的示例性实施方式和附图，类似的标号代表基本上相同的结构元素。通过说明提供每个实施例，实施例不是作为限制。本领域的技术人员将明白，在没有背离公开和权利要求的范围或者精神的条件下，可以进行修改和变化。例如，作为一个实施方式的一部分说明或者描述的特征可以使用在另一个实施方式上，以产生更进一步的实施方式。因而，希望的是随后的公开内容包括如在权利要求和权利要求的等同物范围内发生的修改和变化。
图1是示出示例性触摸检测系统10的示意图。在该实施例中，触摸区域31以边缘32为界。例如，触摸区域31可与触摸表面(例如，在用于触摸生效显示系统的显示器顶部或显示器上保护层的顶部)相对应。边缘32可与围绕显示区域的边框相对应。
图1进一步示出了两个光学单元30A及30B；实际上，光学单元30A及30B可小于如图1所示，可在触摸区域31的边缘处的边框中或边框下安装。在该实施例中，光学单元30A及30B的位置彼此远离并远离边缘32，例如，在触摸区域31的上角处或附近。当然，光学单元30A和30B可定位在其他地方，在其他实施方式中可使用更多的光学单元。
每个光学单元30包括主照明系统34(在该实施例中包括扇形设置的一套二极管43)和检测系统42，光通过透镜44中继到检测系统42。主照明系统34所发出光的扇形图案36(“主照明图案”)具有顶点38。应当理解，每个照明系统34被配置成发出呈扇形图案的光，并且只是为了清楚起见，图案36在图1中被仅仅结合单元30B显示。来自每个主照明系统的图案的顶点38与各自的检测系统42的光学中心40对准。
图1进一步示出了次级照明系统46，也被配置成发出形成为具有顶点50的扇形图案48(″次级照明图案″)的光。和来自主照明系统34的光的顶点形成对比，来自次级照明系统46的光与检测系统42的光学中心40不对准。
任何一个照明系统都可包含任何适当类型或数量的照明部件。例如，可使用发光二极管或二极管，在一些实施方式中，照明源包括红外(IR)光源。检测系统42可以包含任何适当类型或排列的部件，其适于检测由光学单元检测到的光，从而对触摸区域的边缘成像。例如，检测系统42可包括光电检测器或光电二极管。作为另一个实施例，可使用基于CMOS或其他技术的线检测器或区域检测器。
来自于主照明源的光可以跨越触摸区域31发射并被回射，以使得光返回到起始点。例如，主照明系统34可配置成发出光，犹如光线来自点光源。然后，返回的光经由孔径被引导到检测系统42。例如，图1示出两个光路52和54。在触摸表面上或附近不存在物体的情况下，来自光源34传播的光越过触摸区域31，然后被沿边缘32设置的回射部件反射。然后，光的图案被检测系统42检测并且转换为信号。
如果物体干扰越过触摸区域31的光的传输，则物体的位置可根据检测系统42检测到的光的特性的变化而确定。例如，如果物体在位置33处位于触摸表面上或附近，则两个示例性光路52和54都将中断。具体来说，来自主照明系统34的光将在位置33到达物体，但是将不会回射。换句话说，在位置33的物体将在回射光中投下阴影。与检测系统42相关的光学器件被构造成使得阴影相对于检测器的几何设置的位置对应于阴影的特定方向。基于被检测系统42A和42B所检测到的阴影方向和检测系统42A和42B之间的已知空间关系，位置33可通过三角测量确定。
向前转到图3，物体对所接收光的影响可在信号示意图62中观测。在该实施例中，信号图62代表在检测系统42处接收到的、根本源于主照明源的光的图案。例如，图62能沿着检测器的长度(62的横轴)描述所检测的光的强度(62的竖轴)。变化64表明那里的光强由于物体的阴影被减少。
然而，可能会出现一些问题，这取决于物体相对于检测系统的位置。图2是分解图，示出了在一些示例性触摸检测系统中的光的行为。在该实施例中，显示出包括主照明系统34和检测系统42的光学单元30，连同次级照明系统46和沿边缘32定位回射镜的一般视图。光线轨迹56表示光路，从主照明源34发出的光越过触摸区域传播，并返回到检测系统42。正如上文指出，如果该光路被物体中断，那么物体的阴影可用于确定物体在触摸区域内的位置。
图2示出了物体33中断另一条光路，中断的结果用光线轨迹58示出。物体33防止源于主照明系统并沿光线轨迹58传播的光的回射。然而，在该实施例中，物体33相对接近于光学单元30，这会引入额外的复杂性。因为物体33的位置更接近于主照明系统34，所以物体33本身可以反射来自于主照明系统34光，如光线轨迹58的返回路径显示的那样。因此，虽然物体33阻断了回射光，但是其阴影对检测系统42的影响可以被降低或者消除。阴影可被紧邻位置的物体所直接反射的光″填入″。在该实施例中，虽然光被从紧邻位置的物体反射，但物体可折射或以其他方式散射光，从而使光被检测系统42接收到。准确识别和/或跟踪阴影能力的损失可导致触摸检测系统在精度方面的损失。
再回到图3中，该影响可在信号图66和70看见。当物体比在信号图62中示出的更接近于照明源/检测系统时，图66描述在检测系统收到的主照明。在图66中，68代表由于物体33导致的强度的减少。虽然在图3中仍然可见，但强度差异68不像图62中的变化64那样显著。图70代表更极端的情况，物体移动得比在图66更接近。在该实施例中，72示出的差异相对于信号的剩余部分几乎不能查觉。
回到图2，次级照明系统46的作用可在更进一步的细节里描述。如上文所述，次级照明系统46可以被配置成发出扇形图案的光，其顶点与检测系统42的光学中心未对准。该配置能有利地允许次级照明系统46被用来产生误差信号。因为次级照明系统46与检测系统42不对准，所以从边缘32回射的光不像来自主照明系统34的光那样返回检测系统42。相反，在触摸区域不存在物体的情况下，来自次级照明系统的光线到达检测系统比来自主照明系统的光线少。在一些实施方式中，在触摸区域不存在物体的情况下，很少或没有来自次级照明系统46的光到达检测系统42。而是，所述光将向其原处回射，次级照明系统46。
但是，如果在触摸区域存在物体，则来自次级照明系统46的光仍有可能被检测到。图2中的光线轨迹60代表了来自次级照明系统46发出的光的光路的实施例。在该实施例中，在从物体33反射之后，光从照明系统46发出并且被检测系统42检测。这种影响还表现在图4的信号图74里。在该实施例中，差异76代表了信号强度的增加，取决于根本源于次级光源46的由物体33所反射的光。
代表了所检测到的、根本源于次级照明系统的光的信号能用来校正代表了根本源于主照明系统的光的信号。例如，信号图78代表校正操作的结果，其中从根本源于主照明系统的光的被检测到的图案中减去根本源于次级照明系统的光的被检测到的图案。
在该实施例中，信号图74已经从信号图70中减去，以产生信号图78。信号图78的差异80更准确地代表了来自于主照明系统34的回射光中由物体33投射的阴影。由于校正，阴影不再被淹没。然而，由于基于根本源于次级照明系统的光所检测到的图案具有可以忽视的回射成分，所以减法操作对根本源于主照明系统的所检测的光的图案的剩余部分有最小的或者没有影响。
代表根本源于主光源和次级光源的光的所检测到的光的图案可用任何合适的方式分离。在一些实施方式中，主照明系统34和次级照明系统46可被分阶段进行，以使得对从主照明系统34发出光的至少部分时间来说，次级照明系统46没有发出光，反之亦然。参考测量的时间可以识别代表根本源于各自的光源的所检测到光的图案。分阶段能以任何合适的比率发生，并且可以是另一个分阶段计划的一部分(即，如果多个主照明系统相对于彼此分阶段进行，则全部主照明可相对于一个或更多次级照明系统分阶段进行，等等)。
在一些实施方式中，照明源的分阶段和所检测图案的校正通过使用包括一个或更多计算设备的计算机系统而进行。所使用的术语″计算设备″所指的不仅包括基于处理器的设备，也包括能由一个或更多输入提供输出信号的硬件(包括模拟部件)的其他排列。
计算设备能命令主照明源和次级照明源发光，并且计算设备能接收到代表了由系统的光检测器所检测到的光的图案的数据。应当理解数据可为任何合适的形式，包括但不限于，光图案和模拟信号的数字化表现。计算设备能分离由来自于主照明源和次级照明源的光所导致的信号，并且计算设备可对代表每个检测器所检测光的图案的数据进行校正操作。例如，校正操作可包括上面所述的减法操作。
在某些情形下，″校正″对用于三角测量物体位置的实际信号有很少的或几乎没有效果。例如，当物体相对地远离照明/检测系统时，由物体所反射的光对来自于主照明系统的所检测光的图案的影响通常将最小或者不存在。如果次级照明系统被适当地定位，则根本源于次级照明系统的所检测光的总量也应是最小或者不存在，导致″校正″小至不需要的规模。
图5是示出包括照明系统134和检测系统142的示例性光学单元130的示意图。光学单元130可适用于在本发明主题的一些实施方式中使用。光通过透镜144通过在壁145中的孔径返回。光学单元130包括一套扩散器光学器件147，其可有利地减少获得扇形图案所需要的光源数量。扩散器光学器件147可以包括例如光整形扩散器，例如可以从Luminit LLC公司获得的扩散器，20600 Gramercy PlaceBuilding 203 Torrance，美国，加利福尼亚。相似的扩散器光学器件也可用于次级照明系统。
图6是流程图，显示用于确定物体相对于触摸区域的位置的方法200的示例性步骤。在步骤202中，越过触摸表面发出光的主图案，其以检测系统的光轴为中心。在一些实施方式中，步骤202代表来自于多个主照明系统的每个的光的主图案，每个主照明系统发出以各自检测系统的光轴为中心的图案。
在步骤204中，越过触摸表面发出光的次级图案，使得所发出的该次级图案相对于检测系统的检测轴是偏离中心的。如果使用多个主照明系统和相关的检测系统，则该次级图案可相对于全部检测系统的光轴是偏离中心的，对于全部检测系统，该次级图案将用来产生用于误差校正的检测光的图案。可发出多个次级图案或者可使用用于多个检测系统的单个次级图案。
正如上文指出，在一些实施方式中，主图案(或多个主图案)和次级图案(或多个次级图案)的光可分阶段进行，以有利于分离检测光的图案。因此，可进行步骤202和204，以使得主图案和次级图案的光彼此不同时间发出。
在步骤206中，检测由检测系统接收的光，并产生一个或更多检测光信号。如上文指出的那样，多个检测系统可用于三角测量；在这样的情况下，检测到的光信号由每个各自的检测系统产生。
每个检测到的光信号代表了检测系统所检测的光的图案，并且每个检测到的光信号可为任何合适的形式。例如，可提供模拟或者数字强度信号。如果采用线性检测器，信号可以代表沿检测器长度方向所检测的光强。虽然此处的几个实施例涉及线检测器，但是应当理解也可使用区域检测器/照相机。
步骤208描述调整每一个所检测的光信号，以获得校正的光信号。对术语″校正″和″调整″的使用并不暗示被检测的光信号必须总被改变。相反，正如前面所提及的那样，在某些情形下″校正″光信号可从所检测光的信号没有显著改变或者根本没有改变，例如当物体位于触摸区域内但是远离检测器光学器件。
最后，变化程度将取决于这些因素，包括物体(如果有的话)在触摸区域的位置和它对越过触摸区域的光的传输的影响。而且，在一些实施方式中，每个检测系统均具有其自己的检测光信号，该检测光信号基于相同检测系统所产生的误差信号而被调整。例如，在包括多个检测系统的系统中，如果物体相对于第二检测器离第一检测器要近得多，则对第一检测器所检测光的图案的校正会比对第二检测器所检测光的图案的校正大得多。
在步骤210中，利用来自一个或更多检测系统的已校正的光信号，来确定干扰越过触摸区域的传输的物体(如果有的话)位置。例如，三角测量原理可以用来确定物体的位置，基于由物体投下的至少两个阴影的方向，这是由物体堵塞或者防止从主照明系统发出光的回射所产生。因为三角测量基于校正信号，所以精度与包括从物体本身反射的光成分的信号相比得到提高。
图7是流程图，显示出调整检测光信号以获得校正光信号的方法212的示例性步骤。在步骤214中，检测第一图案，当主照明系统发出光时，该第一图案包括由检测系统所接收的光。在步骤216中，检测第二图案，当次级照明系统发出光时，该第二图案包括由检测系统所接收的光。在步骤218中，第二图案被从第一图案中减去。例如，如果图案表示为强度信号，则减去用于与检测器的区域相对应的强度信号。如果图案表示为像素的行或网格，则可从第一图案的像素值中减去第二图案的像素值。
图8是示出了如连接到示例性显示器和计算设备301的示例性触摸检测系统310的框图，以产生触摸屏系统300。通过硬线(hardwire)连接和/或无线连接，计算设备301可以从功能上耦接到触摸屏系统310。计算设备301可以是任何适合的计算设备，包括但是不限于处理器驱动设备，例如，个人计算机、膝上型计算机、手持计算机、个人数字助理(PDA)、数字和/或蜂窝电话、寻呼机和视频游戏设备等等。这些类型和其它类型的处理器驱动设备将对本领域的技术人员是显而易见的。如在本讨论中使用的，术语“处理器”可以指任何类型的可编程逻辑设备，包括微处理器或者任何其它类型的类似设备。
计算设备301可以包括，例如，处理器302、系统存储器304和多个系统接口部件306。处理器302、系统存储器304、数字信号处理(DSP)单元305和系统接口部件306可以通过系统总线208在功能上连接起来。系统接口部件306可使处理器302能够与外围设备通信。例如，存储设备接口310可以提供处理器302和存储设备311(例如，可移动的和/或不可移动的，例如磁盘驱动)之间的接口。还可以提供网络接口312作为处理器302和网络通信设备(没有示出)之间的接口，使得计算设备301可以连接到网络。
显示屏接口314可以提供处理器302和触摸屏系统的显示设备之间的接口。例如，接口314可以提供用于由显示设备在DVI、VGA或其他适当的连接上实施的、适合格式的数据。
在这个实施例中，触摸屏100由边缘332A、332B、332C和332D界定。例如，边框可以沿着每个边缘定位，以保护屏幕的边缘。在这个实施例中，触摸表面331的边缘与边缘332对应。如上面所注释的，触摸表面可以与显示器的外部表面对应或者可以与放置在显示器上的保护性材料的外部表面对应。
在该实施例中，触摸屏幕100以边缘332A、332B、332C和332D为界。例如，边框可沿各边缘设置以保护屏幕的边缘。在该实施例中，触摸区域331的边缘与边缘332相对应。正如上文所述，一个触摸表面可对应于显示器的外表面或者可对应于设置在显示器上的保护材料外表面。
图8进一步示出了多个光学单元330，在该实施例中单元330A和330B沿边缘332D定位于显示器的角落。光学单元330A和330B包括配置成发出光的扇形图案的主照明系统，该光的扇形图案以每个各自的光学单元的检测系统的光轴为中心。图8还示出沿光学单元330A和330B之间的边缘332D设置的次级照明系统346。
一个或多个输入/输出(″I/O″)端接口316可作为在处理器302和各种输入和/或输出装置之间的接口。例如，每个光学单元330的检测系统和主照明系统可以连接到计算设备301，并且可将代表检测器所检测光的图案的输入信号通过输入端接口316提供给处理器302。与此类似，光学单元330的主照明系统和次级照明系统346可连接到计算设备301，并且可通过输出端接口316接收来自于处理器302的输出信号。
多个程序模块可以存储在系统存储器304中、存储在与存储设备311(例如，硬盘驱动器)相关联的任何其它计算机可读介质中、和/或存储在可以由计算设备301访问的任何其它数据源中。程序模块可以包括操作系统317。程序模块还可以包括信息显示程序模块319，信息显示程序模块319包括用于在显示屏上显示图像或者其它信息的计算机可执行指令。本发明的示例性实施方式的其它方面可以体现在触摸屏控制程序模块321中，触摸屏控制程序模块321用于控制主照明系统、次级照明系统和检测器组件和/或用于根据从检测器接收的信号计算触摸位置并辨别相对于触摸屏的交互状态。
在一些实施方式中，包括DSP单元，DSP单元用于执行归属于触摸面板控制(Touch Panel Control)程序模块321的一些功能或者全部功能。如本领域公知的，可以将DSP单元305配置为执行包括滤波、数据采样、三角测量和其它计算的多种类型的计算，并且配置为控制照明系统的调制和/或其它特性。DSP单元305可以包括一系列在软件中实现的扫描成像仪、数字滤波器和比较器。因此可以对DSP单元305编程，用于计算触摸位置并辨别如本领域公知的其它交互特性。
可以由操作系统317控制的处理器302可以配置为执行各种程序模块的计算机可执行指令。由于执行这些指令，可以执行依照本主题的一个或者多个方面的方法。此外，由信息显示程序模块319显示的图像或者其它信息可以存储在一个或者多个信息数据文件323中，一个或者多个信息数据文件323可以存储在与计算设备301相关联的或者可由计算设备301访问的任何计算机可读介质上。
当使用者在触摸屏上触摸或者靠近触摸屏时，横跨一个或者多个检测平面内的触摸屏表面导向的能量束的强度将发生变化。检测器配置为检测横跨触摸屏表面反射的或者散射的能量束的强度，并且应当足够灵敏，以检测该强度的变化。计算设备301可以使用检测器组件和/或触摸屏显示系统的其它部件产生的信息信号，以确定相对于触摸区域331的触摸位置。计算设备301还可以确定对于在触摸屏上的或者靠近触摸屏的触摸的适合响应。
依照一些实施，当没有触摸存在时，来自检测器系统的数据可以周期性地由计算设备301处理，以监控沿着检测平面导向的能量束的典型强度水平。这允许系统解释周围亮度水平和其它周围条件的变化，并且由此降低变化的影响。计算设备301可以可选地按需要增加或者降低由主照明系统和/或次级照明系统发出的能量束的强度。随后，如果检测器系统检测到能量束强度的变化，则计算设备301可以处理这项信息，以确定在触摸屏上或者靠近触摸屏已经发生触摸。
例如，通过处理从每个检测器系统接收的信息并执行一个或者多个众所周知的三角测量计算，可以确定相对于触摸屏的触摸位置。相对于每个检测器系统降低的能量束强度的区域的位置关于显示屏的一个或者多个像素(或者虚拟像素)的坐标进行确定。然后根据检测器系统之间的几何关系，可以对相对于每个检测器增加的或者降低的能量束强度的区域的位置进行三角测量，以确定触摸相对于触摸屏的实际位置。如所适用的，任何这种确定触摸位置的计算可以包括补偿偏差(例如，透镜畸变、周围条件、触摸屏或者其它触摸表面上的损坏或者障碍等等)的算法。
上面的实施例提及各种照明源，应当理解可以使用任何适合的辐射源。例如，可以使用发光二极管(LED)来产生在检测平面内在一条或者多条光学路径上指向的红外线辐射。但是，如适用，电磁(EM)谱的其它部分或者甚至其它类型的能量可以与适合的源和检测系统一起使用。
在触摸生效的显示屏的背景下给出上面实施例中的几个实施例。但是，应当理解，当要跟踪物体相对于区域的位置时，甚至在没有显示屏存在的情况下也可以应用本发明公开的原理。
本发明讨论的各种系统没有局限于任何特定的硬件结构或者配置。如上面所注释的，计算设备可以包括任何适合的部件排列，任何适合的部件排列提供以一种或者多种输入为条件的结果。适合的计算设备包括访问存储的软件的、基于多用途微处理器的计算机系统，还包括专用集成电路、其它可编程逻辑集成电路及其组合。任何适合的编程、脚本、或者其它类型的语言或者语言的组合可以用于在软件中实现本发明包含的启示内容。
一个或多个适合的计算设备可以执行本发明公开方法的实施方式。这种系统可以包括适合于执行本发明公开方法的一个或者多个实施方式的一个或者多个计算设备。如上面所注释的，这种设备可以访问包含计算机可读指令的一个或多个计算机可读介质，当计算机可读指令由至少一个计算机执行时，计算机可读指令使该至少一个计算机实现本主题的方法的一个或者多个实施方式。当利用软件时，软件可以包括一个或者多个组件、过程和/或应用。除了软件之外或者可选的是，计算设备可以包括使设备操作为实现本主题的一种或者多种方法的电路。
可以使用任何适合的计算机可读介质来实现或者实践本发明公开的主题，包括但是不限制于磁盘、驱动、基于磁的存储介质、光存储介质，包括光盘(包括CD-ROM、DVD-ROM以及CD-ROM和DVD-ROM的变型)、闪存、RAM、ROM和其它存储设备等等。
尽管已经关于本主题的特定实施方式详细地描述了本主题，应理解，本领域的技术人员在理解了前述内容之后，可以容易地对这样的实施方式进行替换、变化或者等价。因此，应当理解，为了范例而不是限制给出本公开，如对本领域技术人员显而易见的，本公开没有将对本主题的这样修改、变化和/或添加排除在外。
Claims (13)
1.一种触摸检测系统，包括：
光检测系统，具有光学中心，并被配置为检测从触摸区域接收到的光的图案；
回射镜，在所述触摸区域内沿着触摸表面的至少一个边缘设置；
主照明系统，配置成朝向所述回射镜发出越过所述触摸表面的光，以使得至少一些根本源于所述主照明系统的光在所述触摸区域没有物体的情况下回射至所述光检测系统；
次级照明系统，配置成发出越过所述触摸表面的光，以使得在所述触摸区域内存在物体的情况下，根本源于所述次级照明系统的光的至少一部分被所述物体反射到所述光检测系统；以及
至少一个计算设备，所述计算设备与所述光检测系统连接，并且被配置为通过从根本源于所述主照明系统的光的主检测图案中减去根本源于所述次级照明系统的光的次级检测图案，来确定所述触摸区域内的物体干扰越过所述触摸表面传播的光的位置。
2.根据权利要求1所述的触摸检测系统，其中：
所述主照明系统被远离所述回射镜定位，并发出具有顶点的扇形图案的光，来自所述主照明系统的所述扇形的所述顶点与所述检测系统的光学中心对准；并且
所述次级照明系统被远离所述回射镜定位，并且配置成发出越过所述触摸表面、具有顶点的扇形图案的光，来自所述次级照明系统的所述扇形的所述顶点未与所述检测系统的光学中心对准。
3.根据权利要求1所述的触摸检测系统，其中所述光检测系统和主照明系统被并入单个的光学单元，并且所述系统包括两个光学单元，每个光学单元都设置为远离所述回射镜和彼此远离。
4.根据权利要求3所述的触摸检测系统，其中，对于每个光学单元来说，所述至少一个计算设备配置为：
识别代表了根本源于主照明系统的光的检测图案；以及
识别代表了根本源于所述次级照明系统的光的检测图案。
5.根据权利要求4所述的触摸检测系统，其中所述至少一个计算设备被配置成基于所述图案被检测的时间相对于所述主照明系统和次级照明系统正发出光的时间来识别光的图案。
6.根据权利要求1所述的触摸检测系统，其中，所述主照明系统包括配置成模拟点光源的光发射的多个光源。
7.一种检测物体在触摸区域中的位置的方法，所述方法包括：
向限定了触摸表面的触摸区域的一个或多个边缘发出主图案中的光，所述主图案被发出，以使得在所述触摸区域中没有物体的情况下，至少一些所述光将被回射回到检测系统；
发出越过所述触摸表面的次级图案中的光，所述次级图案被发出，以使得在所述触摸区域中存在物体的情况下，来自所述次级图案的至少一些所述光将被反射到所述检测系统；
检测由所述检测系统所接收到的光并产生检测光信号；
基于根本源于所述次级图案的检测光的强度，通过从代表了根本源于所述主图案的光的主光信号中减去代表了根本源于所述次级图案的光的次级光信号，来调整所述检测光信号以产生经校正的光信号；
以及
由所述经校正的光信号确定所述物体干扰光在所述触摸区域的传输以及所述物体相对于所述触摸区域的位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在发射出主图案的至少部分时间中不发射出次级图案。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述物体相对于所述触摸区域的位置的步骤包括：
识别所述物体在第一和第二检测器位置所投射的阴影的方向；以及
基于相对于每个检测器的阴影的方向以及所述第一和第二检测器位置的空间排列，对所述物体的位置进行三角测量。
10.根据权利要求7所述的方法，其中发出主图案中的光的步骤包括，从多个主光源发出主图案中的光，每个源均与各自的检测系统相关联，从而使在所述触摸区域内不存在物体的情况下，至少一些来自每个源的光将回射到与其相关的检测系统。
11.一种计算机系统，配置成连接有触摸检测系统，所述计算机系统包括至少一个计算设备，所述计算设备包括：
指令主照明源和次级照明源发出越过具有触摸区域的触摸表面的光的装置；
从至少两个检测器中的每一个接收代表了由每个检测器从所述触摸区域所接收到的光的图案的数据的装置；
对代表了接收到的光的每个图案的所述数据进行校正操作的装置，其中所述校正操作包括从每个检测器由所述触摸区域所接收到的光的图案中除去代表了由物体在所述触摸区域内直接反射的光的光成分；以及
基于所述校正操作得到的校正数据，确定物体相对于所述触摸区域的位置的装置。
12.根据权利要求11所述的计算机系统，其中，所述至少一个计算设备被配置成指令所述主照明源和次级照明源以分阶段的方式发出光。
13.根据权利要求12所述的计算机系统，其中，所述至少一个计算设备配置为：
(a)当所述主照明源正发光时，分离从所述触摸区域返回的光的图案，并且(b)当所述次级照明源正发出光时，分离从所述触摸区域返回的光的图案；以及
在进行校正操作的过程中，从图案(a)中减去图案(b)。
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