專利名稱：用于檢測持續(xù)接觸的方法及相應(yīng)設(shè)備的制作方法
用于檢測持續(xù)接觸的方法及相應(yīng)設(shè)備本發(fā)明涉及一種使用聲信號的分析來確定用戶在對象表面上執(zhí)行的觸摸事件的持續(xù)接觸(也稱為保持動作)的位置和持續(xù)時間的方法，并涉及一種用于執(zhí)行這種方法的設(shè)備。使用聲信號來確定設(shè)備觸覺表面上碰撞的位置的觸敏設(shè)備基于對用戶觸摸該設(shè)備時設(shè)備中彎曲波傳播的分析。通過在對象中由例如拖動動作期間的碰撞或摩擦產(chǎn)生振動，用戶實際上生成用于定位觸敏時間的振動信號。EP 1512116A1描述了一種使用聲信號來定位碰撞位置的方法。然而，上述聲學(xué)方法的缺陷在于，一旦聲信號不再存在，該方法就無法再區(qū)分其中用戶仍然觸摸表面的狀態(tài)(也稱為保持動作，與持續(xù)的計算機鼠標(biāo)點擊相當(dāng))與其中用戶不再觸摸表面的狀態(tài)。確實，在保持動作期間，不產(chǎn)生振動，從而不產(chǎn)生彎曲波。然而，保持動作對于觸敏表面而言是重要的特征，因為在現(xiàn)今的普通用戶接口中，普遍使用“點擊按下”特征。此外，該“保持”特征在例如電容性、表面聲波或電阻性等其他觸摸技術(shù)中也是固 有地存在的。WO 2006/039033提出了基于對觸摸板位移或觸摸板彎曲的測量，或者基于對低頻信號是否存在的測量，來識別單個保持動作，其中低頻信號可能由于交互表面上手指的存在而產(chǎn)生。WO 2005/0066755提出了使用自適應(yīng)濾波處理感應(yīng)出彎曲波信號并將其與未觸摸狀況信號相比較，其中該自適應(yīng)濾波處理使用對彎曲波信號進行消除的濾波系數(shù)。在WO2005/0066755使用的系統(tǒng)中，需要布置用戶接口，使得能夠防止任何信號反射。然而，該提出的處理看起來要么無法可靠地檢測持續(xù)接觸，要么處理的實施繁重，特別對于需要抑制信號反射的系統(tǒng)來說。此外，該處理使用感應(yīng)的彎曲波信號，這相當(dāng)耗能，使得不可能用于電池運行的設(shè)備，例如移動電話等。因此，本發(fā)明的目的是提供一種基于聲信號確定觸摸事件位置的改進方法，其也能夠可靠地確定持續(xù)接觸的持續(xù)時間，以實現(xiàn)觸摸和保持功能。本發(fā)明的第二目的是將觸摸和保持功能擴展到多觸摸和保持情況，其中用戶和用戶接口間的持續(xù)交互同時發(fā)生在多于一個的位置處。利用根據(jù)權(quán)利要求I的方法實現(xiàn)該目的。用于確定用戶在對象表面上執(zhí)行的觸摸事件的持續(xù)接觸的位置和持續(xù)時間的本發(fā)明方法包括步驟a)具體基于表面上觸摸碰撞所產(chǎn)生的聲信號，確定觸摸事件的位置，以及b)基于換能器在對象中或?qū)ο笊袭a(chǎn)生的信號的擾動，確定觸摸事件的持續(xù)時間，該方法的特征在于步驟b)包括分析位于或接近對象的N個固有頻率處產(chǎn)生的信號，N等于或大于I。因此,本發(fā)明方法將無源聲學(xué)技術(shù)與有源聲學(xué)技術(shù)相結(jié)合,并針對有源聲學(xué)部分利用了對對象固有頻率的使用。在上下文中，屬于“固有頻率”是指在不存在例如手指或鐵筆等任何其他元件觸摸對象的情況下對象的固有頻率。原理是使用激勵器來產(chǎn)生由無源傳感器感測的對象中的彎曲波。由于所用頻率位于或接近對象的固有頻率，所以產(chǎn)生的信號的幅度可以相當(dāng)高，從而可以將產(chǎn)生可利用信號所必需的功率保持得較低，這保持了低能耗。此外，由于固有頻率上的諧振條件不在滿足，所以對象邊界條件的任何改變，例如對象表面上手指或鐵筆的存在，會立即產(chǎn)生信號的擾動?？梢匀菀椎貦z測到該擾動，從而提供了可靠和低能量需求的保持檢測方案。使用所產(chǎn)生信號中的多于一個固有頻率的附加優(yōu)點在于，可以平均掉對象整個表面上幅度分布的非同質(zhì)性，從而進一步改善上述方法。最后，通過使用固有頻率，不再局限于用戶接口設(shè)置來抑制信號反射了。這里，屬于“接近”表示典型地在固有頻率的I %偏差內(nèi)，從而在20kHz以上的聲信號的范圍中，這表示大約100到300Hz。優(yōu)選地，步驟a)可以包括粗略位置確定步驟，其基于對象中或?qū)ο笊袭a(chǎn)生的信號的擾動，以及精細(xì)位置確定步驟，其基于觸摸事件所產(chǎn)生的聲信號。被擾動的信號不僅攜帶與對象上手指或鐵筆的存在或不存在有關(guān)的信息，還可以攜帶與碰撞的位置有關(guān)的一些信肩、O 此外，優(yōu)選地，在粗略位置確定步驟期間，可以確定比交互表面小的候選區(qū)域，在該候選區(qū)域內(nèi)發(fā)生了觸摸事件；并且在精細(xì)位置確定步驟期間，在該候選區(qū)域內(nèi)確定觸摸事件的位置。為此，利用被擾動信號的特性的改變，特別是比率，這依據(jù)相對于用來感測被擾動信號的感測裝置，碰撞的位置。精確碰撞定位確定步驟可以在候選區(qū)域內(nèi)執(zhí)行。由此，可以降低識別觸摸位置所必要的計算量。本發(fā)明的第二目的利用根據(jù)權(quán)利要求4的方法來實現(xiàn)，并涉及一種用于確定用戶在對象表面上執(zhí)行的觸摸事件的兩個或更多個持續(xù)接觸的位置和持續(xù)時間的方法，其中所述兩個或更多個持續(xù)接觸在時間上至少部分地交疊。該方法包括步驟基于表面上觸摸的碰撞所產(chǎn)生的聲信號，確定觸摸事件的位置；以及b)基于對第二種類的信號的分析，確定持續(xù)觸摸事件中每一個的持續(xù)時間，其中基于對該第二種類信號的至少一個參數(shù)中觀察到的變化的識別，確定兩個或更多個持續(xù)觸摸事件之一的結(jié)束?；趶澢ǖ穆晫W(xué)技術(shù)可以擴展至多觸摸情況，并且通過使用第二種類的信號，可以像上述一樣，例如基于使用換能器對對象表面中或表面上產(chǎn)生的被擾動信號的感測，來確定持續(xù)接觸。在持續(xù)接觸之一在另一持續(xù)接觸之前結(jié)束的情況下，可以觀察到被擾動信號的變化。該變化可以用于識別一個碰撞的結(jié)束，從而用于對多觸摸和保持事件的分析。根據(jù)其他優(yōu)選實施例，根據(jù)權(quán)利要求4的方法的步驟b)可以包括所述的粗略確定步驟，其中確定哪個觸摸事件已結(jié)束。確實，如果用戶用兩根手指觸摸對象表面并在移開一個手指之前移開了另一手指，則被擾動信號特性的變化指示了手指之一的抬離，并且此后感測到的信號的特性可以用于確定余下手指的位置。因此，可以使用該過程來識別多觸摸和保持事件。根據(jù)優(yōu)選實施例，可以在步驟a)和b)中分析不同頻率。這簡化了信號分析。優(yōu)選地，步驟b)中用于分析的N個頻率可以在可聽頻率范圍之外，具體地，在20kHz或以上的頻率處。在這種情況下，用于確定持續(xù)觸摸或保持事件的存在的所產(chǎn)生信號不是可聽到的，從而不會干擾用戶。進一步優(yōu)選地，可以通過相同的感測裝置來感測聲信號和被擾動信號。然后可以在分析裝置中基于這些信號的頻率特性將它們分離。這簡化了觸敏對象的結(jié)構(gòu)。有利地，該方法可以進一步包括校準(zhǔn)步驟，包括在換能器能夠提供的整個頻帶上掃描，并通過識別感測裝置所感測的N個最大信號幅度，來識別步驟b)中使用的N個頻率。通過使用該校準(zhǔn)步驟，可以自動方式找到最適合的候選頻率，而無需詳細(xì)了解對象本身的特性。識別N個極值就足夠了。此外優(yōu)選地，可以按照校準(zhǔn)的頻率掃描中使用的頻率步長的至少三倍，來分離步驟b)中使用的N個頻率。掃描階段中的頻率步長依據(jù)面板中存在的阻尼的量。阻尼越多，該頻率步長可以越大。通過僅選擇分離得足夠遠(yuǎn)的頻率來用于分析，可以防止這些頻率間的串?dāng)_，從而進一步提高分析的可靠性。根據(jù)優(yōu)選實施例，本發(fā)明還可以進一步包括重新校準(zhǔn)步驟，具體是有規(guī)律地執(zhí)行或基于用戶請求執(zhí)行，該重新校準(zhǔn)步驟包括在換能器能夠提供的整個頻帶上掃描，并且具體在已觀察到頻率移位的情況下，對步驟b)中要使用的N個頻率進行調(diào)整。因此，可以調(diào)整用于分析的N個頻率以適應(yīng)變化的情況，特別是在對象的交互表面的特性劣化的情況下，例如劃痕、污垢等。優(yōu)選地，校準(zhǔn)和/或重新校準(zhǔn)步驟可以進一步包括如下步驟在N個固有頻率處，·確定幅度值和/或相位差和/或所感測信號間特性的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；以及對于每個相應(yīng)頻率或頻率組合，確定最小閾值和最大閾值。例如，在校準(zhǔn)階段，可以建立N個幅度和/或相位和/或所感測信號間特性的基準(zhǔn)矢量。然后，可以將輸入的被擾動信號的N個幅度和/或相位差和/或所感測信號間特性與基準(zhǔn)矢量相比較，例如通過執(zhí)行給出類似度分?jǐn)?shù)或相關(guān)性級別的相關(guān)運算來進行該比較。當(dāng)該分?jǐn)?shù)低于給定閾值時，觸摸事件發(fā)生。當(dāng)分?jǐn)?shù)回到給定閾值以上時，觸摸事件終止。有利地，在步驟b)，只要N個頻率的至少一個信號幅度或相位或所感測信號間特性在通過相應(yīng)的最小和最大閾值分別限定的幅度和/或相位差和/或所感測信號間特性范圍之外，就可以判定觸摸動作仍在發(fā)生。由此，可以提供簡單但可靠的準(zhǔn)則來判斷觸摸事件繼續(xù)或停止，而不需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析。優(yōu)選地，步驟b)還可以包括基于在幅度和/或相位差和/或所感測信號間特性范圍之外的幅度或相位或信號間特性的數(shù)目，來確定置信度。因此，可以簡單地調(diào)整該方法以適應(yīng)用戶的需要。本發(fā)明的目的也可以利用根據(jù)權(quán)利要求14的方法實現(xiàn)，該方法還涉及一種用于確定用戶在對象表面上執(zhí)行的觸摸事件的持續(xù)接觸的位置和持續(xù)時間的方法，尤其根據(jù)上述方法及其變型。所述方法包括以下步驟a)具體基于表面上觸摸的碰撞所產(chǎn)生的聲信號，確定觸摸事件的位置，以及b)基于換能器在對象中或?qū)ο笊袭a(chǎn)生的信號的擾動，確定觸摸事件的持續(xù)時間，該方法的特征在于，步驟b)包括感測所產(chǎn)生的信號并分析所感測信號的變化。本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)在于信號在接近固有頻率處的變化或無變化(變化例如是信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差)是用于識別觸摸事件是否持續(xù)的合適措施。與對象表面相互作用的人實際上無法在與表面交互的整個持續(xù)時間上保持住觸摸事件的精確位置，而是用戶的手指或持有的鐵筆會在圍繞觸摸位置振動，并且也會引起壓力變化，該壓力變化與未觸摸情況下信號的變化大。因此，通過簡單分析信號變化，本發(fā)明方法能夠可靠地檢測持續(xù)觸摸事件的存在。優(yōu)選地，在步驟b)，可以在所感測信號的變化低于預(yù)定閾值的情況下，檢測到觸摸事件的結(jié)束。根據(jù)優(yōu)選實施例，可以在位于或接近至少一個頻率分量處分析所感測信號的變化，該至少一個頻率分量位于或接近對象的固有頻率。因此，同樣可以通過如下事實來提供優(yōu)點在存在手指或鐵筆的情況下，諧振信號快速衰減，從而可以可靠地確立持續(xù)接觸的存在。本發(fā)明還涉及一種計算機程序產(chǎn)品，包括具有計算機可執(zhí)行指令的一個或更多個計算可讀介質(zhì)，用于執(zhí)行上述方法之一的步驟或上述方法步驟的組合。本發(fā)明的目的還利用根據(jù)權(quán)利要求18的觸敏設(shè)備來實現(xiàn)，該觸敏設(shè)備具體配置為執(zhí)行上述方法，包括一個觸摸位置確定單元和一個觸摸持續(xù)時間確定單元，其中觸摸位置確定單元包括第一感測裝置，用于接收由對象表面上觸摸的碰撞產(chǎn)生的聲信號；以及定位單元，用于基于聲信號來確定觸摸的位置；觸摸持續(xù)時間確定單元包括換能器，用于產(chǎn)生位于或接近對象固有頻率處的信號，N等于或大于I ;第二感測裝置，用于接收所產(chǎn)生的信號；以及持續(xù)時間確定單元，用于基于換能器在對象中或?qū)ο笊袭a(chǎn)生的信號的擾動，確定觸摸的持續(xù)時間。利用這種觸敏設(shè)備，可以實現(xiàn)上述相對于方法及其變型所描述的效果和優(yōu)點。
優(yōu)選地，第一和第二感測裝置可以共享相同的傳感器，濾波器單元用于以確定觸摸事件的位置和持續(xù)時間中使用的不同頻率為基礎(chǔ)，將信號歸屬于定位單元和持續(xù)時間確定單元。這簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，同時能夠可靠地識別保持動作及其結(jié)束。 將參照附圖
詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖I示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的觸敏設(shè)備；圖2示出了用于確定持續(xù)觸摸事件的位置和持續(xù)時間的本發(fā)明方法的第一實施例；圖3a示出了校準(zhǔn)階段對固有頻率的識別；圖3b示出了觸摸事件對參數(shù)的影響；圖4示出了檢測保持和抬離的備選方式；圖5a示出了用于確定持續(xù)觸摸事件的位置和持續(xù)時間的本發(fā)明方法的第二實施例；圖5b示意性示出了使用粗略和精細(xì)定位步驟的構(gòu)思；圖5c示出了在觸摸事件發(fā)生在用戶接口上第一區(qū)域中時被擾動信號的參數(shù)的特性；圖5d示出了在觸摸事件發(fā)生在用戶接口上第二區(qū)域中時被擾動信號的參數(shù)的特性；圖5e示出了依據(jù)作為時間函數(shù)的參數(shù)，多觸摸和保持事件的效果；以及圖6示出了用于確定持續(xù)觸摸事件的位置和持續(xù)時間的本發(fā)明方法的第三實施例。圖I示意性示出了觸敏設(shè)備1，例如移動電話、mp3播放器、pda、膝上型計算機等手持移動設(shè)備或任何其他電子設(shè)備，該觸摸設(shè)備I包括用于輸入指令的用戶接口 3。根據(jù)本發(fā)明，用戶接口 3是設(shè)備I的觸敏表面，其中使用聲學(xué)技術(shù)來實現(xiàn)觸摸定位。用戶的任何觸摸事件，例如輕敲或滑動/拖動動作，可以是單或多觸摸的觸摸事件，該觸摸事件在用戶接口 3內(nèi)部產(chǎn)生彎曲波。由第一感測裝置感測所產(chǎn)生的聲信號，在本實施例中，第一感測裝置是聲學(xué)換能器5a、5b，例如壓電換能器，用于將聲信號變換為電信號，然后由定位單元7分析電信號，以基于聲信號確定觸摸的位置。第一感測裝置5和定位單元7形成了根據(jù)本發(fā)明的觸摸位置確定單元?？梢允褂枚嘤趦蓚€的換能器或者甚至僅使用一個換能器來感測信號。用戶接口 3可以由任何材料制成，只要聲信號能夠在其中傳播即可。此外，觸敏設(shè)備I還包括觸摸持續(xù)時間確定單元，該觸摸持續(xù)時間確定單元包括用于產(chǎn)生信號的換能器9 (例如壓電換能器)、用于接收所產(chǎn)生信號的第二感測裝置11 (例如壓電換能器)、以及用于基于換能器在對象中或?qū)ο笊袭a(chǎn)生的信號的擾動來確定用戶觸摸的持續(xù)時間的持續(xù)時間確定單元13。在所示實施例中，僅示出了一個第二感測裝置，然而可以使用多于一個的傳感器，就像對于觸摸位置確定單元一樣。定位單元7和確定單元13均包括信號濾波和調(diào)節(jié)單元。本發(fā)明的觸敏設(shè)備I包括附加的觸摸持續(xù)時間確定單元13，以考慮到如下事實當(dāng)用戶的手指或鐵筆15在用戶接口 3上碰撞時，通過交互表面朝著第一感測裝置5a、5b傳 播的聲信號可以用于識別碰撞的位置17，但是在用戶的持續(xù)或保持觸摸動作期間，用戶觸 摸本身不再產(chǎn)生聲波，從而難以在簡單短暫的觸摸事件與觸摸-保持事件之間區(qū)分。然而，可以在標(biāo)準(zhǔn)用戶接口中實施這兩種動作，并且可以將不同功能或動作歸屬于這兩種事件。下面在附圖中描述用于確定用戶在用戶接口 3上執(zhí)行的觸摸事件的持續(xù)接觸的位置17和持續(xù)時間的方法的實施例。為了說明目的，該方法在如圖I所述的根據(jù)本發(fā)明的觸敏設(shè)備I中實施。然而，其他觸敏設(shè)備也可以實施下述方法。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例。本發(fā)明使用兩步方案，基于對用戶在觸摸用戶接口 3的交互表面時產(chǎn)生的信號(無源信號)的分析，并基于對換能器9產(chǎn)生的信號(有源信號)的信號特性的分析，來確定觸摸事件的位置和持續(xù)時間。根據(jù)本發(fā)明方法并且在圖2中示出的第一實施例包括如下處理步驟在步驟21，分析由第一感測裝置5a、5b和/或第二感測裝置11捕獲的信號，以檢查是否發(fā)生了觸摸事件，例如用戶的手指或鐵筆15造成的碰撞。重復(fù)該步驟S21，直至已檢測到觸摸事件為止。在存在觸摸事件的情況下，處理前進到步驟23，該步驟23包括確定用戶接口 3上觸摸事件的位置17?；谟脩艚涌?3上觸摸的碰撞所產(chǎn)生的聲信號來確定位置17。用戶接口 3上觸摸的碰撞在用戶接口 3的材料內(nèi)部產(chǎn)生聲學(xué)彎曲波。彎曲波傳播通過材料，并由觸敏設(shè)備I的第一感測裝置5a、5b感測?；诶鏓P I 512 116A1中描述的處理，由定位單元7確定碰撞位置17的坐標(biāo)。并行地，步驟25包括判定觸摸事件是否涉及持續(xù)接觸，在該持續(xù)接觸期間，用戶將其手指15或鐵筆保持在用戶接口 3上。根據(jù)本發(fā)明，通過分析換能器9所產(chǎn)生的信號(該信號由第二感測裝置11感測并由持續(xù)時間確定單元13分析)來進行上述判定，從而不使用交互表面本身上碰撞所產(chǎn)生的彎曲波。如果在步驟25判定觸摸事件不涉及持續(xù)接觸，持續(xù)時間確定單元13判定發(fā)生了與計算機鼠標(biāo)上的點擊動作或鍵盤上按鍵的擊打相當(dāng)?shù)亩虝航佑|，并提供相應(yīng)的輸出(步驟27)，并且處理從步驟21重新開始。如果在步驟25判定觸摸事件涉及持續(xù)接觸，則將觸摸事件識別為保持動作，并且持續(xù)時間確定單元13提供相應(yīng)的輸出(步驟29)。然后，后續(xù)步驟31用于通過再次分析換能器9所產(chǎn)生并由第二感測裝置11感測的信號，來識別保持動作的結(jié)束(抬離)。在步驟31中確定了抬離的情況下，與用戶接口 3的用戶交互已經(jīng)結(jié)束，由持續(xù)時間確定單元13提供相應(yīng)的輸出(步驟33)，并且處理從步驟21重新開始。因此，本發(fā)明提出的解決方案將用于確定觸摸位置的無源聲學(xué)技術(shù)與用于確定觸摸事件持續(xù)時間的有源聲學(xué)技術(shù)相結(jié)合。為此，在步驟25，換能器9產(chǎn)生具有公知參數(shù)(頻率、幅度、相位)的彎曲波。為確定是否存在持續(xù)接觸，持續(xù)時間確定單元13被配置為相比于無用交互的情況，識別第二感測裝置11所感測的信號中的擾動。為了能夠可靠地檢測持續(xù)接觸而無需大量計算能力，本發(fā)明提出對位于或接近觸敏設(shè)備I和/或其用戶接口 3的N個固有頻率處的所產(chǎn)生的信號進行分析。術(shù)語“固有頻率”涉及如下情況其中發(fā)生在設(shè)備中彎曲波的反射，使得在存在由換能器9引入的具有給定頻率的外部信號的情況下，設(shè)備諧振，并且這是在無用戶交互的情況下。 為了識別設(shè)備I和/或用戶接口 3的固有頻率，執(zhí)行校準(zhǔn)步驟，在校準(zhǔn)步驟期間，掃描換能器9能夠提供的整個頻帶，然后通過持續(xù)時間確定單元13對第二感測裝置11所感測的信號進行分析，以識別具有N個最大幅度的頻率。在掃描階段使用的頻率步長的個數(shù)典型地依據(jù)設(shè)備I中存在的阻尼的量。存在越多阻尼，則頻率步長可以越大。在掃描換能器9能夠提供的頻帶中，也通過可用的計算能力來決定掃描頻率步長。實際上，使用IOOkHz左右的采樣頻率以及512、1024或2048量級上的采樣數(shù)目，這分別帶來192、96或48Hz的頻率步長。為了防止換能器9有源地產(chǎn)生的信號與觸摸事件的碰撞產(chǎn)生的信號之間的相互作用，選擇可聽頻率范圍之外的固有頻率，特別是20kHz或以上的頻率。選擇不同的頻率范圍還具有的優(yōu)點在于,碰撞產(chǎn)生的聲信號和換能器9產(chǎn)生的信號兩者都可以由相同的物理傳感器來感測，因此該相同的物理傳感器可以用作第一和第二感測裝置兩者。此外，選擇諧振頻率，諧振頻率按照頻率掃描中使用的頻率步長的至少三倍而分離，以防止選擇在兩個相鄰頻率段上拖影的一個固有頻率。持續(xù)時間確定單元13還配置為在N個頻率的每一個頻率處識別以下參數(shù)中的至少一個信號幅度，相位差(在感測裝置11感測的信號的相位與所產(chǎn)生信號的相位之間感測到的相位差，或者在使用多個第二感測裝置11的情況下，在所感測信號的相位之間的相位差)，或者由多個第二感測裝置感測的信號的感測信號內(nèi)特性的值，特別是頻譜內(nèi)特性ylXy2*或傳遞函數(shù)y2/yl，其中yl和y2是第一和第二感測裝置11感測到的信號，y2*對應(yīng)于12的復(fù)共軛。對于參數(shù)“相位差”，應(yīng)該注意，在相應(yīng)諧振頻率附近分析該參數(shù)，典型地在諧振頻率的半功率帶寬的加/減一半的范圍上，可以提高靈敏度。該半功率帶寬對應(yīng)于如下頻率對于這些頻率，信號功率是諧振頻率周圍的最大諧振信號的至少一半，該半功率帶寬也對應(yīng)于通過考慮將諧振幅度除以2的平方根(或在對數(shù)分度上是3dB)而獲得的頻率值。此外，在校準(zhǔn)期間，確定信號幅度的幅度值和/或相位差和/或感測信號內(nèi)特性的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，并且可以針對相應(yīng)的信號參數(shù)，固定最小和/或最大閾值。圖3a示出了這種情況，示出了在20kHz到IOOkHz的頻率范圍上已識別出的三個諧振頻率fl，f2和f3。對于每個固有頻率fl，f2和f3，示出了信號特性al，a2和a3以及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。當(dāng)然，不使用三個頻率，而是僅使用一個固有頻率或者使用兩個或者甚至多于三個的固有頻率，也可以實現(xiàn)本發(fā)明。持續(xù)時間確定單元13配置為當(dāng)對于自然頻率fl，f2, f3中至少一個，相應(yīng)參數(shù)在上限和下限閾值限定的參數(shù)范圍之外時，判定存在持續(xù)接觸。實際上，用戶接觸用戶接口 3會增加對換能器9產(chǎn)生的信號的阻尼，從而第二感測裝置11感測到的信號的幅度會落到該范圍之外。本發(fā)明利用了在接近固有頻率處對擾動因素的靈敏度較高這一事實。因此，該方法能夠檢測保持交互，甚至在用戶用其手指或塑料或金屬工具觸摸用戶接口 3的情況下，相比于赤裸的人類肌膚而言，這種情況下阻尼低得多。然而，用戶接口上手指或鐵筆的存在不僅對信號造成阻尼，還改變系統(tǒng)的相位或者甚至偏移系統(tǒng)的固有頻率。由此，也存在如下情況例如由于校準(zhǔn)中使用的離散的頻率步長，或者交互表面3上諧振模式的改變，手指或鐵筆的存在實際上會導(dǎo)致觀察到比校準(zhǔn)期間的幅度甚至更大的幅度。
圖3b示出了上述情況。對于頻率fl，觀察到的特性低于下限閾值，而對于頻率f2，觀察到的特性較大。對于頻率f3，特性仍然在對應(yīng)范圍內(nèi)。這可能是例如由于如下事實造成的在該特定頻率上，碰撞位置與例如振動節(jié)點等諧振彎曲波模式弱耦接。因此，考慮到多個固有頻率還具有的效果在于，可以通過考慮其他諧振頻率來排除如下情況持續(xù)觸摸事件的位置與固有頻率處信號的振動節(jié)點相對應(yīng)，這種情況會錯誤地指示無交互發(fā)生。因此，當(dāng)分析多于一個的固有頻率時，可以進一步提高系統(tǒng)的可靠性。也可以使用如下頻率的數(shù)目來確立置信度對于這些頻率，所感測信號位于針對固有頻率的預(yù)定頻率范圍之外。在這種情況下，置信度可能是2/3。在步驟31，在判定是否發(fā)生了抬離事件，利用如下情況當(dāng)用戶移除其手指或鐵筆時，換能器9產(chǎn)生的信號將再次表現(xiàn)出位于校準(zhǔn)步驟期間確定的范圍內(nèi)的特性。取代考慮單獨的頻率Π，f2或f3，可以在該校準(zhǔn)階段確立N個幅度和/或相位差和/或所感測信號間特性的基準(zhǔn)矢量。然后，通過執(zhí)行相關(guān)運算，將感測到的被干擾信號的N個幅度和/或相位差和/或所感測信號間特性與基準(zhǔn)矢量相比較，其中該相關(guān)運算給出了類似度分?jǐn)?shù)(相關(guān)性級別)。當(dāng)該分?jǐn)?shù)低于給定閾值時，觸摸事件發(fā)生。當(dāng)分?jǐn)?shù)回到給定閾值以上時，觸摸事件終止(抬離)。可以有規(guī)律地執(zhí)行或者按需執(zhí)行上述校準(zhǔn)步驟，以考慮到觸敏設(shè)備I或用戶接口3的特性的變化，例如由于老化、累積的污垢等導(dǎo)致的特性變化。圖4示出了檢測保持和抬離的備選方式，可以與圖3a和3b所示方式相組合，或者可以單獨使用。圖4示出了作為時間的函數(shù)，換能器9產(chǎn)生的信號的一個信號參數(shù)P的特性，例如幅度、相位差或信號間特性。在步驟21，例如使用圖4所示信號或使用第一感測裝置5a和5b感測到的信號，在時刻t0已檢測到觸摸事件之后，可以通過考慮第二感測裝置11感測到的信號的變化，來確定根據(jù)該備選方式的持續(xù)觸摸事件的持續(xù)時間。如圖4所示，在時刻t0觸摸開始之前，第二感測裝置11感測到的信號的波動非常小。諧振條件相當(dāng)穩(wěn)定。然后,在t0與對應(yīng)于觸摸結(jié)束的tl之間，觀察到的信號變化變大。該效果的原因可以在于人手指的固有運動，這種固有運動無法被抑制，而是轉(zhuǎn)換為第二感測裝置11感測到的信號變化。在從用戶接口 3移開的時刻，不僅所感測信號的參數(shù)回到其初始值PO，并且參數(shù)的變化也再次變小，從而通過考慮所分析參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差或類似特性，也可以檢測用戶接口 3上手指的存在或不存在，并且相應(yīng)地，可以檢測觸摸事件是否涉及持續(xù)觸摸事件以及觸摸事件發(fā)生了多久。在這種備選方式中，可以使用的頻率不一定與設(shè)備I的固有頻率對應(yīng)。同樣，使用固有頻率表示了顯著提高對用戶交互的靈敏度這一優(yōu)勢。圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實施例。步驟S21、S23、S25、S27、S29和S31對應(yīng)于第一實施例中的那些步驟。不再詳細(xì)重復(fù)對這些步驟的描述，而是可以參照以上的詳細(xì)描述。除了第一實施例的步驟之外，該方法在步驟S21已識別出觸摸事件之后還包括另·一步驟41，步驟41由粗略位置確定步驟構(gòu)成。在步驟41，基于第二感測裝置11感測到的信號，確定粗略候選區(qū)域，該粗略候選區(qū)域在尺寸上比交互表面3本身小，并且在該粗略候選區(qū)域內(nèi)發(fā)生了觸摸事件。然后，在步驟S23，僅在粗略候選區(qū)域內(nèi)搜索觸摸事件的精確位置。圖5b示出了該情況，其示出了用戶接口 3、具有壓電傳感器5a和5b的第一感測裝置、用于提供在步驟S25中使用的有源信號以判定是否存在保持動作的換能器9、以及第二感測裝置11的頂視圖。確實，依據(jù)碰撞是位于例如位置51還是位置52，第二感測裝置11感測到兩個不同信號。例如，可以通過考慮所分析的多個固有頻率之間的幅度和/或相位差的比率，或者通過考慮從均值減去觀察值而得到的值的符號，將一個位置與不同位置處的持續(xù)觸摸相區(qū)分。因此，來自兩個位置的信號的差異可能來自由被干擾信號的幅度和/或相位限定的不同矢量形狀。圖5c和5d示出了該特征。圖5c示出了位置51上觸摸的效果，而圖5的示出了位置52上觸摸的效果。位置51上的觸摸將移動頻率fl處的參數(shù)移動到最大閾值以上，而位置52上的觸摸將該相同參數(shù)移動到最小閾值以下。對于頻率f2處的參數(shù)，情況相反，在位置51，觀察到的參數(shù)在閾值以下，在位置52，參數(shù)在閾值以上。對于第三參數(shù)，在兩個位置處，值均移動到下限閾值以下。因此，基于這些觀察，有可能創(chuàng)建查找表，該查找表基于觀察到的擾動指示了觸摸事件發(fā)生的粗略區(qū)域。因此，依據(jù)觀察到的所產(chǎn)生信號的擾動，附加的分析單元19能夠確定粗略區(qū)域，例如由虛線和附圖標(biāo)記53或54表示的區(qū)域，在該粗略區(qū)域內(nèi)，定位單元7可以確定觸摸事件的精確位置，這里分別是51和52。因此，可以減小確定精確位置所必需的計算量。還可以進一步利用上述效果來識別多個觸摸保持事件。當(dāng)兩個觸摸保持事件基本上同時發(fā)生或者在時間上至少交疊時，例如用戶同時觸摸觸摸位置51和52時,可以利用參數(shù)al，a2和a3的相對變化來識別兩個觸摸事件之一的結(jié)束。圖5e作為時間的函數(shù)示出了參數(shù)al。在t0發(fā)生第一觸摸之前，參數(shù)al具有其標(biāo)準(zhǔn)值，然后第一持續(xù)接觸發(fā)生在位置51，參數(shù)al取值Bl1，如圖5c所示。在tl，第二持續(xù)接觸發(fā)生在位置52?，F(xiàn)在，兩個碰撞擾動了換能器9產(chǎn)生的信號，并且參數(shù)al采取新的值al2。然后，在t2，用戶決定從位置51移除其手指，并且參數(shù)的值采取值al3，這對應(yīng)于圖5d所示的值。基于在t2觀察到的參數(shù)的變化，在從定位單元7知曉了已經(jīng)發(fā)生了兩個碰撞的情況下，附加的分析單元19可以識別出位置51處的觸摸事件在t2已經(jīng)終止，并且位置52處的觸摸事件仍然持續(xù)直到t3。因此，通過確定具有針對不同位置的多個參數(shù)之間關(guān)系的查找表，本發(fā)明方法可以擴展到多個觸摸和保持事件。該方法不限于使用固有頻率，也可以按照類似方式來利用其他種類的信號，而不是所產(chǎn)生的聲信號，以實現(xiàn)多觸摸保持功能?？梢酝ㄟ^已知的無源聲學(xué)技術(shù)分析兩個碰撞產(chǎn)生的聲學(xué)彎曲波，來確定兩個或更多個碰撞的位置。圖6示出了本發(fā)明方法的第三實施例，其中步驟S21、S23、S25、S27和S31與第一實施例中的步驟相同。不再重復(fù)對這些步驟的描述，而是參見對圖2和3的描述。與第一實施例相反，該方法包括在步驟S21和S25之間的附加步驟S43，該附加步驟S43包括僅當(dāng)在步驟S21檢測到觸摸事件時，才開啟有源部分。這具有的優(yōu)點在于可以降低能耗，而不會限制功能。確實，只有在檢測到觸摸事件時才有必要提供為了產(chǎn)生用于確定觸摸事件持續(xù) 時間的信號而必需的能量。因此，特別是在手持移動設(shè)備中，該實施例是有利的。也可以組合根據(jù)實施例2和3的本發(fā)明方法。利用本發(fā)明設(shè)備和本發(fā)明方法，不僅可以基于用戶接口 3內(nèi)傳播的聲學(xué)彎曲波來確定碰撞的位置，也可以通過有源地產(chǎn)生信號(該信號的特性被分析)，來確定保持動作。通過使用固有頻率來執(zhí)行該分析，可以可靠方式并且以降低的能耗來檢測保持和抬離動作。
權(quán)利要求
1.一種用于確定用戶在對象表面上執(zhí)行的觸摸事件的持續(xù)接觸的位置和持續(xù)時間的方法，包括步驟 a)具體基于表面上觸摸的碰撞所產(chǎn)生的聲信號，確定觸摸事件的位置，以及 b)基于換能器在對象中或?qū)ο笊袭a(chǎn)生的信號的擾動，確定觸摸事件的持續(xù)時間， 其特征在于 步驟b)包括分析位于或接近對象的N個固有頻率處產(chǎn)生的信號，N等于或大于I。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟a)包括粗略位置確定步驟，基于對象中或?qū)ο笊袭a(chǎn)生的信號的擾動；以及精細(xì)位置確定步驟，基于觸摸事件所產(chǎn)生的聲信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在粗略位置確定步驟期間，確定比交互表面小的候選區(qū)域，在該候選區(qū)域內(nèi)發(fā)生了觸摸事件，并且在精細(xì)位置確定步驟期間，在該候選區(qū)域內(nèi)確定觸摸事件的位置。
4.一種用于確定用戶在對象表面上執(zhí)行的觸摸事件的兩個或更多個持續(xù)接觸的位置和持續(xù)時間的方法，該方法具體根據(jù)權(quán)利要求I到3之一，其中所述兩個或更多個持續(xù)接觸在時間上至少部分地交疊，所述方法包括步驟 a)基于表面上觸摸的碰撞所產(chǎn)生的聲信號，確定觸摸事件的位置；以及 b)基于對第二種類的信號的分析，確定持續(xù)觸摸事件中每一個的持續(xù)時間，其中基于對該第二種類信號的至少一個參數(shù)中觀察到的變化的識別，確定所述兩個或更多個持續(xù)觸摸事件之一的結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求I到4之一所述的方法，其中在步驟a)和b)中分析不同頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5之一所述的方法，其中在步驟b)中用于分析的N個頻率在可聽頻率范圍之外，具體地在20kHz或以上的頻率處。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中通過相同的感測裝置來感測聲信號和被擾動信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求I到7之一所述的方法，進一步包括校準(zhǔn)步驟，所述校準(zhǔn)步驟包括在換能器能夠提供的整個頻帶上掃描，并通過識別感測裝置所感測的N個最大信號幅度，來識別在步驟b)中使用的N個頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中按照頻率掃描中使用的頻率步長的至少三倍，來分離在步驟b)中使用的N個頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求I到9之一所述的方法，進一步包括重新校準(zhǔn)步驟，具體是有規(guī)律地執(zhí)行或基于用戶請求來執(zhí)行該重新校準(zhǔn)步驟，所述重新校準(zhǔn)步驟包括在換能器能夠提供的整個頻帶上掃描，并且具體在已觀察到頻率偏移的情況下，對要在步驟b)中使用的N個頻率進行調(diào)整。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10之一所述的方法，校準(zhǔn)和/或重新校準(zhǔn)步驟進一步包括如下步驟 對于N個固有頻率中的每一個，確定幅度和/或相位差和/或所感測信號間特性的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；以及 對于每個相應(yīng)頻率或頻率組合，確定最小閾值和最大閾值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在步驟b)，只要N個頻率的至少一個信號幅度或相位或信號間特性在通過相應(yīng)的最小和最大閾值分別限定的幅度或相位或信號間特性范圍之外，就判定觸摸動作仍在發(fā)生。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中步驟b)還包括基于在幅度或相位或信號間特性范圍之外的幅度或相位或信號間特性的數(shù)目，來確定置信度。
14.一種用于確定用戶在對象表面上執(zhí)行的觸摸事件的持續(xù)接觸的位置和持續(xù)時間的方法，具體地根據(jù)權(quán)利要求I到13之一，所述方法包括以下步驟 a)具體基于表面上觸摸的碰撞所產(chǎn)生的聲信號，確定觸摸事件的位置，以及 b)基于換能器在對象中或?qū)ο笊袭a(chǎn)生的信號的擾動，確定觸摸事件的持續(xù)時間，其特征在于， 步驟b)包括感測所產(chǎn)生的信號并分析所感測信號的變化。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在步驟b)，在所感測信號的變化低于預(yù)定閾值的情況下，檢測到觸摸事件的結(jié)束。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中在步驟b)，在位于或接近至少一個頻率分量處分析所感測信號的變化，該至少一個頻率分量位于或接近對象的固有頻率。
17.一種計算機程序產(chǎn)品，包括具有計算機可執(zhí)行指令的一個或更多個計算可讀介質(zhì)，所述計算機可執(zhí)行指令用于執(zhí)行前述權(quán)利要求之一所述方法的步驟。
18.—種觸敏設(shè)備，具體配置為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I到17之一所述的方法，所述觸敏設(shè)備包括一個觸摸位置確定單元和一個觸摸持續(xù)時間確定單元，其中 觸摸位置確定單元包括第一感測裝置，用于接收由對象表面上觸摸的碰撞產(chǎn)生的聲信號；以及定位單元，用于基于聲信號來確定觸摸的位置；以及 觸摸持續(xù)時間確定單元包括換能器，用于產(chǎn)生位于或接近對象固有頻率處的信號，N等于或大于I ;第二感測裝置，用于接收所產(chǎn)生的信號；以及持續(xù)時間確定單元，用于基于換能器在對象中或?qū)ο笊袭a(chǎn)生的信號的擾動，確定觸摸的持續(xù)時間。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的觸敏設(shè)備，其中第一和第二感測裝置共享相同的傳感器，以及使用濾波器單元以根據(jù)用于確定位置和持續(xù)時間的不同頻率，將信號歸屬于定位單元和持續(xù)時間確定單兀。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定用戶在對象表面上執(zhí)行的觸摸事件的持續(xù)接觸的位置和持續(xù)時間的方法，該方法包括步驟a)具體基于表面上觸摸的碰撞所產(chǎn)生的聲信號，確定觸摸事件的位置，以及b)基于換能器在對象中或?qū)ο笊袭a(chǎn)生的信號的擾動，確定觸摸事件的持續(xù)時間，其特征在于步驟b)包括分析位于或接近對象的N個固有頻率處產(chǎn)生的信號，N等于或大于1。接近固有頻率的分析允許對觸摸事件位置以及用戶是否持續(xù)與對象表面交互的可靠確定，這是因為在存在觸摸時對所產(chǎn)生信號的重要阻尼。本發(fā)明還涉及配置為執(zhí)行該方法的觸敏設(shè)備。
文檔編號G06F3/043GK102918481SQ201180025253
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者西蒙·埃斯特韋 申請人:電子觸控產(chǎn)品解決方案公司