СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ КАСАНИЯ ОПТОЭЛЕКТРОННОГО СЕНСОРНОГО ЭКРАНА С ПОВЫШЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR HIGH-RESOLUTION OPTOELECTRONIC TOUCH SCREEN TESTING (VERSIONS) FOR TOUCH-POINT AND SYSTEM THEREFOR (VERSIONS)

Настоящее изобретение относится к области технологии сенсорного ввода данных и может быть использовано при разработке оптоэлектронных сенсорных систем, характеризующихся повышенным разрешением и малым временем отклика.
Сенсорные системы находят все большее применение в повседневной деятельности. Они широко используются в информационных киосках, автоматизированных системах управления технологическими процессами, медицинском оборудовании, в военной технике, а также в составе развлекательных мультимедийных систем. Причем, важнейшими факторами, определяющими использование сенсорных систем, являются их стоимость, разрешающая способность и время отклика.
Известно устройство ввода с сенсорной панелью в соответствии с патентом US 4689446 [1]. Сенсорная панель включает множество объединенных в пары инфракрасных (ИК) излучателей и приемников, размещенных на взаимно противоположенных сторонах, средства последовательной активации излучателей и приемников по х-координатной и у-координатной осям и процессор. Местоположение касания сенсорной панели оценивают на основе последовательной активации каждого излучателя и противоположного приемника по х-координатной и у-координатной осям.
Недостатком известного способа и устройства является ограниченная разрешающая способность и ее зависимость от числа используемых в устройстве пар излучатель-приемник.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению по совокупности существенных признаков являются система и способ для определения позиции касания сенсорного экрана с повышенным разрешением в соответствии с патентом US 6429857 [2]. Система и способ основаны на предварительном оценивании местоположения касания и последующем уточнении местоположения касания.
Один из вариантов выполнения способа заключается в том, что сенсорный экран имеет множество инфракрасных излучателей, расположенных вдоль первой и второй смежных сторон, и множество инфракрасных приемников, расположенных вдоль третьей и четвертой смежных сторон напротив множества инфракрасных излучателей так, что каждый излучатель выровнен on-axis (соосно) с одним приемником, и способ включает следующие операции:
- оценивают грубое местоположение касания на основе систематической on-axis активации каждого инфракрасного излучателя и противоположного приемника и
- уточняют местоположение касания на основании систематической off-axis (несоосной) активации выбранных инфракрасных излучателей и приемников.
Другой вариант выполнения способа заключается в том, что сенсорный экран имеет множество инфракрасных излучателей, расположенных вдоль первой и второй смежных сторон, и множество инфракрасных приемников, расположенных вдоль третьей и четвертой смежных сторон напротив множества инфракрасных излучателей, так, что каждый излучатель выровнен on-axis с одним приемником, и способ включает следующие операции:
- оценивают грубое местоположение касания на основе систематической on-axis активации каждого инфракрасного излучателя и противостоящего приемника,
- выбирают off-axis пары излучатель-приемник на основе оценивания грубого местоположения касания и
- уточняют местоположение касания на основе систематической активации выбранных off-axis пар излучатель-приемник.
Еще один вариант выполнения способа заключается в том, что сенсорный экран имеет первое множество х-координатных инфракрасных излучателей вдоль х-координатной стороны, второе множество y-координатных инфракрасных излучателей вдоль у-координатной стороны, первое множество инфракрасных приемников вдоль двух сторон напротив инфракрасных излучателей, причем каждый излучатель выровнен on-axis с одним приемником, и способ включает следующие операции:
- оценивают грубое х-координатное и y-координатное местоположение касания сенсорного экрана на основе систематической on-axis активации каждого инфракрасного излучателя и противостоящего приемника,
- выбирают off-axis х-координатные пары излучатель-приемник на основе оценивания грубого у-координатного местоположения касания,
- уточняют х-координатное местоположение касания на основе систематической активации выбранных off-axis х-координатных пар излучатель-приемник;
- выбирают off-axis y-координатные пары излучатель-приемник на основе оценивания грубого х-координатного местоположения касания; и
- уточняют y-координатное местоположение касания на основе систематической активации выбранных off-axis y-координатных пар излучатель-приемник.
Следующий вариант выполнения способа заключается в том, что названный экран имеет первое множество х-координатных инфракрасных излучателей вдоль х-координатной стороны, второе множество y-координатных инфракрасных излучателей вдоль y-координатной стороны, множество инфракрасных приемников вдоль двух сторон, противостоящих множеству инфракрасных излучателей, причем каждый активируемый инфракрасный излучатель формирует инфракрасный луч, воспринимаемый on-axis приемником и по крайней мере одним приемником, смежным с on-axis приемником, и способ включает следующие операции:
- идентифицируют грубые х-координатную и y-координатную области касания на основе идентификации блокируемых детекторных лучей между активируемыми х-координатными и y-координатными излучателями и приемниками на основе последовательной активации соответственно каждого on-axis х-координатного инфракрасного излучателя и противостоящего приемника и каждого on-axis y-координатного инфракрасного излучателя и противостоящего приемника,
- вычисляют грубую х-координатную и y-координатную область касания из идентифицированных грубых х-координатной и y-координатной областей касания и
- уточняют х-координатное и y-координатное местоположение касания на основе систематической активации off-axis пар излучатель-приемник, имеющих инфракрасные лучи, пересекающие вычисленную грубую область касания.
Один из вариантов выполнения системы для определения местоположения касания сенсорного экрана включает:
- первое множество инфракрасных излучателей, расположенное вдоль первой стороны сенсорного экрана, причем каждый инфракрасный излучатель из названного множества инфракрасных излучателей управляемо излучает конус инфракрасного света,
- первое множество инфракрасных приемников, расположенное вдоль второй стороны сенсорного экрана напротив первого множества инфракрасных излучателей, причем каждый приемник из первого множества инфракрасных приемников выровнен on-axis с одним инфракрасным излучателем из первого множества инфракрасных излучателей и off-axis с каждым другим излучателем из первого множества инфракрасных излучателей,
- второе множество инфракрасных излучателей, расположенное вдоль третьей стороны сенсорного экрана, приблизительно перпендикулярной первой стороне сенсорного экрана, причем каждый инфракрасный излучатель из второго множества инфракрасных излучателей управляемо излучает конус инфракрасного света,
- второе множество инфракрасных приемников, расположенное вдоль четвертой стороны сенсорного экрана напротив второго множества излучателей, причем каждый приемник из второго множества инфракрасных приемников выровнен on-axis с одним инфракрасным излучателем из второго множества инфракрасных излучателей и off-axis с каждым другим излучателем из второго множества излучателей,
- процессор, выполненный с возможностью управляемой активации названного множества инфракрасных излучателей и управляемой активации названного множества инфракрасных приемников, вычисления позиции касания сенсорного экрана, основанной на on-axis и off-axis активации инфракрасных излучателей и приемников, причем при вычислении позиции касания сенсорного экрана процессор
- оценивает грубое местоположение касания на основе последовательной on-axis активации каждого инфракрасного излучателя и противоположного приемника;
- выбирает off-axis пары излучатель-приемник на основе оценивания грубого местоположения касания и
- уточняет местоположение касания на основе последовательной активации выбранных off-axis пар излучатель-приемник.
Другой вариант выполнения системы для определения местоположения касания сенсорного экрана включает:
- первое множество инфракрасных излучателей, расположенное вдоль первой стороны сенсорного экрана, причем каждый инфракрасный излучатель из названного множества инфракрасных излучателей управляемо излучает конус инфракрасного света,
- первое множество инфракрасных приемников, расположенное вдоль второй стороны сенсорного экрана напротив первого множества инфракрасных излучателей, причем каждый приемник из первого множества инфракрасных приемников выровнен on-axis с одним инфракрасным излучателем из первого множества инфракрасных излучателей и off-axis с каждым другим излучателем из первого множества инфракрасных излучателей,
- второе множество инфракрасных излучателей, расположенное вдоль третьей стороны сенсорного экрана, приблизительно перпендикулярной первой стороне сенсорного экрана, причем каждый инфракрасный излучатель из второго множества инфракрасных излучателей управляемо излучает конус инфракрасного света,
- второе множество инфракрасных приемников, расположенное вдоль четвертой стороны сенсорного экрана напротив второго множества излучателей, причем каждый приемник из второго множества инфракрасных приемников выровнен on-axis с одним инфракрасным излучателем из второго множества инфракрасных излучателей и off-axis с каждым другим излучателем из второго множества излучателей,
- процессор, выполненный с возможностью управляемой активации названного множества инфракрасных излучателей и управляемой активации названного множества инфракрасных приемников, вычисления позиции касания сенсорного экрана, основанной на on-axis и off-axis активации инфракрасных излучателей и приемников, причем при вычислении позиции касания сенсорного экрана процессор
- оценивает грубое х-координатное и y-координатное местоположение касания сенсорного экрана на основе последовательной on-axis активации каждого инфракрасного излучателя и противоположного приемника,
- выбирает off-axis х-координатные пары излучатель-приемник на основе оценивания грубого y-координатного местоположения касания,
- уточняет х-координатное местоположение касания на основе систематической активации выбранных off-axis х-координатных пар излучатель-приемник,
- выбирает off-axis y-координатные пары излучатель-приемник на основе оценивания грубого х-координатного местоположения касания и
- уточняет y-координатное местоположение касания на основе систематической активации выбранных off-axis y-координатных пар излучатель-приемник.
Еще один вариант выполнения системы для определения местоположения касания сенсорного экрана включает:
- первое множество инфракрасных излучателей, расположенное вдоль первой стороны сенсорного экрана, причем каждый инфракрасный излучатель из первого множества инфракрасных излучателей управляемо излучает инфракрасный свет,
- первое множество инфракрасных приемников, расположенное вдоль второй стороны сенсорного экрана напротив первого множества излучателей, причем каждый приемник из первого множества инфракрасных приемников выровнен on-axis с одним инфракрасным излучателем из первого множества излучателей и off-axis с каждым другим излучателем из первого множества излучателей, и дополнительно инфракрасный луч, излучаемый каждым излучателем из первого множества инфракрасных излучателей воспринимаем по крайней мере двумя инфракрасными приемниками из первого множества инфракрасных приемников,
- второе множество инфракрасных излучателей, расположенное вдоль третьей стороны сенсорного экрана, причем каждый инфракрасный излучатель из второго множества инфракрасных излучателей управляемо излучает инфракрасный свет,
- второе множество инфракрасных приемников, расположенное вдоль четвертой стороны сенсорного экрана напротив второго множества излучателей, причем каждый излучатель из второго множества инфракрасных приемников выровнен on-axis с одним инфракрасным излучателем из второго множества излучателей и off-axis с каждым другим излучателем из второго множества излучателей, и инфракрасный луч, излучаемый каждым излучателем из второго множества инфракрасных излучателей воспринимаем по крайней мере двумя инфракрасными излучателями из второго множества инфракрасных приемников,
- первый процессор для последовательной активации каждого излучателя из первого и второго множеств инфракрасных излучателей и каждого приемника из противоположных первого и второго множеств инфракрасных приемников и
- второй процессор для вычисления позиции касания на сенсорном экране, причем второй процессор:
- идентифицирует грубую х-координатную область касания на основе идентификации блокированных детекторных лучей между активируемыми излучателями и приемниками,
- идентифицируют грубую y-координатную область касания на основе идентификации блокированных детекторных лучей между активируемыми излучателями и приемниками,
- вычисляет грубую х-координатную и y-координатную область касания из идентифицированных грубых х-координатной и y-координатной областей касания и
- уточняет х-координатное и y-координатное местоположение касания на основе систематической активации off-axis пар излучатель-приемник, имеющих детекторные лучи, пересекающие вычисленную грубую область касания.
Недостатком данного способа и системы является значительное время отклика, которое приводит к нарушениям в обратной связи между сенсорной системой и взаимодействующим с ней человеком-оператором, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности функционирования всей системы управления в целом.
Значительное время отклика сенсорной системы, реализуемой в соответствии с данным изобретением, обусловлено рядом причин.
Во-первых, повышенное разрешение, обеспечиваемое сенсорной системой, предполагает выполнения операции уточнения местоположения касания на основе формирования дополнительных уточняющих детекторных лучей, что требует значительных вычислительных ресурсов и временных затрат. Как следует из фиг.6 к патенту US 6429857 [2], количество детекторных лучей, формируемых сенсорной системой при уточнении местоположения касания, превышает количество лучей, формируемых при оценивании грубого местоположения касания, более чем в 2,5 раза.
Во-вторых, принципиальным недостатком данного технического решения является использование в качестве единичного элемента сканирования отдельного детекторного луча, формируемого отдельной парой излучатель-приемник. Соответственно, каждой операции активации пары излучатель-приемник предшествует операция выбора данной пары из общего числа пар излучатель-приемник, руководствуясь определенным критерием. Причем непроизводительные траты времени, расходуемые сенсорной системой на выбор детекторных лучей, формируемых при уточнении местоположения касания, находятся в прямой зависимости от числа уточняющих детекторных лучей и тем самым напрямую влияют на длительность процедуры уточнения местоположения касания в целом. Кроме того, в реальной сенсорной системе, процессу активации каждой отдельной пары излучатель-приемник предшествует процедура ее инициализации. Как правило, внутренний интерфейс малогабаритных электронных средств, к которым может быть отнесена и сенсорная система, представляет собой интерфейс последовательного типа, например, SPI или I2C. Использование подобного интерфейса делает время инициализации пары излучатель-приемник практически сопоставимым со временем собственно формирования детекторного луча. Отсюда следует, что, чем большее число детекторных лучей задействовано при уточняющем сканировании, тем большее время затрачивается на выбор и инициализацию активируемых пар излучатель-приемник и, соответственно, на определение местоположения касания сенсорного экрана.
В-третьих, рассматриваемое техническое решение характеризуется избыточностью числа детекторных лучей, задействованных при определении местоположения касания, что обусловлено неадекватностью используемого критерия выбора уточняющих детекторных лучей решаемой задаче. Например, несмотря на то, что уточнение местоположения касания производят посредством устранения неопределенности местоположения границ касания, в рассматриваемом техническом решении для уточнения местоположения касания используют детекторные лучи, которые сканируют всю предварительно определенную грубую область касания. По этой причине часть формируемых при уточнении местоположения касания детекторных лучей оказываются неинформативными и не обеспечивают получение дополнительной информации по отношению к информации, полученной на этапе оценивания грубого местоположения касания.
Одним из вариантов решения проблемы сокращения времени отклика в данном патенте рассматривается увеличение вычислительных ресурсов сенсорной системы за счет использования в ее составе двух процессоров и, тем самым, разделения между ними реализуемых системных функций. Однако данный технический прием решает рассматриваемую задачу с определенными издержками. Очевидно, что использование дополнительного процессора в безусловном порядке ведет к существенному удорожанию сенсорной системы.
Другим вариантом решения названной проблемы предлагается использовать табличный метод при реализации процедуры выбора уточняющих детекторных лучей, который позволяет исключить ресурсоемкие вычислительные операции и, тем самым, снизить время отклика сенсорной системы. Данный метод предполагает предварительное определение уточняющих детекторных лучей как функции сетки ИК-лучей, формируемой при грубом сканировании, сведение полученных данных в таблицу и сохранение ее в ROM памяти процессора, с последующей выборкой при уточняющем сканировании. Однако рассмотренный технический прием также имеет свои недостатки. Так время доступа к ROM (EEPROM) памяти микроконтроллеров общего применения (например, микроконтроллеры серии PIC16Fxxx), как правило, более чем на порядок превышает длительность цикла выполнения операции микроконтроллером и остается сравнимо с длительностью цикла активации пары излучатель-приемник.
Целью заявляемых вариантов способа для определения местоположения касания оптоэлектронного сенсорного экрана с повышенным разрешением и вариантов системы для его реализации является обеспечение снижения времени отклика сенсорной системы.
Поставленная цель достигается тем, что в способе для определения местоположения касания оптоэлектронного сенсорного экрана с повышенным разрешением, заключающемся в предварительном оценивании грубого местоположения касания и последующем уточнении местоположения касания, основанных на формировании детекторных лучей посредством управляемой активации множества инфракрасных излучателей, размещенных вдоль сторон сенсорного экрана, и управляемой активации множества инфракрасных приемников, размещенных вдоль сторон сенсорного экрана напротив инфракрасных излучателей,
- названные инфракрасные излучатели и названные инфракрасные приемники адаптируют друг к другу с возможностью формирования множества наборов параллельных детекторных лучей, причем детекторные лучи каждого отдельного набора из названного множества наборов параллельных детекторных лучей имеют наклон относительно детекторных лучей других наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей;
- оценивают грубое местоположение касания на основе формирования N (N=1, 2, …) первых наборов детекторных лучей из названного множества наборов параллельных детекторных лучей и
- уточняют местоположение касания на основе формирования N (N=1, 2, …) вторых наборов детекторных лучей, конфигурированных из детекторных лучей Р (Р=1, 2, 3,…) третьих наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей.
Причем формирование N (N=1, 2, …) первых наборов детекторных лучей может быть выполнено путем формирования набора детекторных лучей, конфигурированного из детекторных лучей М (М=1, 2, …) первых наборов детекторных лучей.
В другом варианте выполнения способа для определения местоположения касания оптоэлектронного сенсорного экрана с повышенным разрешением, при уточнении местоположения касания,
- конфигурируют N (N=1, 2, …) вторых наборов детекторных лучей из детекторных лучей Р (Р=1, 2, 3, …) третьих наборов детекторных лучей из названного множества наборов параллельных детекторных лучей на основе оценивания грубого местоположения касания и
- уточняют местоположение касания на основе формирования конфигурированных вторых наборов детекторных лучей.
В следующем варианте выполнения способа для определения местоположения касания оптоэлектронного сенсорного экрана с повышенным разрешением
- оценивают грубое х-координатное и y-координатное местоположение касания сенсорного экрана на основе формирования М (М=1, 2, …) х-координатных и у-координатных первых наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей;
x
x
х
х
- конфигурируют N (N=1, 2, …) х-координатных вторых наборов детекторных лучей из детекторных лучей Р (Р=1, 2, 3…) х-координатных третьих наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей на основе оценивания грубого у-координатного местоположения касания;
- уточняют х-координатное местоположение касания на основе формирования конфигурированных х-координатных вторых наборов детекторных лучей;
y
y
y
y
- конфигурируют N (N=1, 2, …) y-координатных вторых наборов детекторных лучей из детекторных лучей P (P=1, 2, 3 …) у-координатных третьих наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей на основе оценивания грубого х-координатного местоположения касания и
- уточняют y-координатное местоположение касания на основе формирования конфигурированных y-координатных вторых наборов детекторных лучей.
В еще одном варианте реализации способа для определения местоположения касания оптоэлектронного сенсорного экрана с повышенным разрешением
- идентифицируют грубые х-координатную и y-координатную области касания сенсорного экрана на основе идентификации блокируемых детекторных лучей при формировании M (M=1, 2, …) х-координатных и y-координатных первых наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей;
- вычисляют грубую х-координатную и y-координатную приграничную область касания из идентифицированных грубых х-координатной и y-координатной областей касания и
- уточняют х-координатное и y-координатное местоположение касания на основе формирования N (N=1, 2, …) вторых наборов детекторных лучей, конфигурируемых из детекторных лучей Р (Р=1, 2, 3, …) третьих наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей, пересекающих вычисленную грубую приграничную область касания.
Причем уточнение х-координатного и y-координатного местоположения касания может быть выполнено на основе формирования вторых наборов детекторных лучей, конфигурируемых из детекторных лучей Р (Р=1, 2, 3, …) третьих наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей, пересекающих вычисленную приграничную область касания и область, ограничиваемую вычисленной грубой приграничной областью касания.
Поставленная цель также достигается тем, что в системе для определения местоположения касания оптоэлектронного сенсорного экрана с повышенным разрешением, включающей множество инфракрасных излучателей, размещенных вдоль сторон сенсорного экрана, множество инфракрасных приемников, размещенных вдоль сторон сенсорного экрана напротив инфракрасных излучателей, и процессор для вычисления позиции касания сенсорного экрана посредством предварительного оценивания грубого местоположения касания и последующего уточнения местоположения касания на основе формирования детекторных лучей посредством активации названного множества инфракрасных излучателей и активации названного множества инфракрасных приемников,
- названные инфракрасные приемники и названные инфракрасные излучатели адаптированы друг к другу с возможностью формирования множества наборов параллельных детекторных лучей, причем детекторные лучи каждого отдельного набора из названного множества наборов параллельных детекторных лучей имеют наклон относительно детекторных лучей других наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей, а
- процессор выполнен с возможностью конфигурирования наборов детекторных лучей из детекторных лучей наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей и возможностью формирования конфигурированных наборов детекторных лучей и наборов детекторных лучей из названного множества наборов параллельных детекторных лучей посредством управляемой активации наборов инфракрасных излучателей из названного множества инфракрасных излучателей и управляемой активации наборов инфракрасных приемников из названного множества инфракрасных приемников при вычислении позиции касания, причем при вычислении позиции касания на основе формирования конфигурированных наборов детекторных лучей и наборов детекторных лучей из названного множества наборов параллельных детекторных лучей, процессор
- оценивает грубое местоположение касания на основе формирования M (M=1, 2, …) первых наборов детекторных лучей из названного множества наборов параллельных детекторных лучей;
- конфигурирует N (N=1, 2, …) вторых наборов детекторных лучей из детекторных лучей Р (Р=1, 2, …) вторых наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей на основе оценивания грубого местоположении касания и
- уточняет местоположение касания на основе формирования конфигурированных вторых наборов детекторных лучей.
В другом варианте выполнения системы для определения местоположения касания оптоэлектронного сенсорного экрана с повышенным разрешением, при вычислении позиции касания на основе формирования конфигурированных наборов детекторных лучей из детекторных лучей наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей и наборов детекторных лучей из названного множества наборов параллельных детекторных лучей, процессор
- оценивает грубое х-координатное и y-координатное местоположение касания сенсорного экрана на основе формирования M (M=1, 2, …) х-координатных и y-координатных первых наборов детекторных лучей из названного множества наборов параллельных детекторных лучей;
x
x
х
х
- конфигурирует N (N=1, 2, …) х-координатных вторых наборов детекторных лучей из детекторных лучей Р (Р=1, 2, …) х-координатных третьих наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей на основе оценивания грубого y-координатного местоположения касания;
- уточняет х-координатное местоположение касания на основе формирования конфигурированных х-координатных вторых наборов детекторных лучей;
y
y
y
y
- конфигурирует N (N=1, 2, …) y-координатных вторых наборов детекторных лучей из детекторных лучей Р (Р=1, 2, …) третьих y-координатных наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей на основе оценивания грубого х-координатного местоположения касания и
- уточняет y-координатное местоположение касания на основе формирования конфигурированных y-координатных вторых наборов детекторных лучей.
В следующем варианте выполнения системы для определения местоположения касания оптоэлектронного сенсорного экрана с повышенным разрешением, при вычислении позиции касания на основе формирования конфигурированных наборов детекторных лучей из детекторных лучей наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей и наборов детекторных лучей из названного множества наборов параллельных детекторных лучей, процессор
- идентифицирует грубые х-координатную и y-координатную области касания сенсорного экрана на основе идентификации блокируемых детекторных лучей из формируемых М (М=1, 2 …) х-координатных и y-координатных первых наборов детекторных лучей из названного множества наборов параллельных детекторных лучей;
- вычисляет грубую х-координатную и у-координатную приграничную область касания на основе идентифицированных грубых х-координатной и y-координатной областей касания и
- уточняет х-координатное и y-координатное местоположение касания на основе формирования N (N=1, 2, …) вторых наборов детекторных лучей, конфигурируемых из детекторных лучей Р (Р=1, 2, 3) третьих наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей, пересекающих вычисленную грубую приграничную область касания.
Причем процессор может уточнять х-координатное и y-координатное местоположение касания на основе формирования вторых наборов детекторных лучей, конфигурируемых из детекторных лучей Р (Р=1, 2, 3, …) третьих наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей, пересекающих вычисленную приграничную область касания и область, ограничиваемую вычисленной грубой приграничной областью касания.
Все заявленные варианты выполнения способа для определения местоположения касания оптоэлектронной сенсорной системы с повышенным разрешением и варианты выполнения системы для его реализации решают единую задачу - снижение времени отклика сенсорной системы.
Все известные системы и способы определения местоположения касания сенсорной системы [1, 2] решают задачу определения позиции касания на основе поочередного формирования большого числа отдельных детекторных лучей и поочередной обработки результатов их формирования. Кроме того, известные способы и системы характеризуются избыточным числом задействованных при определении местоположения касания детекторных лучей, обусловленном неадекватностью используемого критерия выбора детекторных лучей решаемой сенсорной системой задаче. Как результат - увеличение времени отклика сенсорной системы и снижение эффективности функционирования всей системы управления, составной частью которой выступает названная сенсорная система.
Заявленные технические решения обеспечивают формирование и обработку результатов формирования только тех детекторных лучей, которые необходимы и достаточны для определения местоположения касания. Кроме того, названные технические решения обеспечивают уточнение местоположение касания сенсорного экрана на основе предварительного конфигурирования наборов детекторных лучей из детекторных лучей наборов из множества наборов параллельных детекторных лучей, выполняемого одномоментно, и последующего формирования названных конфигурированных наборов детекторных лучей за один прием. В соответствии с чем заявленные технические решения способствуют минимизации времени, затрачиваемого на определении позиции касания, и тем самым обеспечивают снижение времени отклика системы в целом.
Технических решений с заявленной совокупностью признаков, позволяющих значительно снизить время отклика оптоэлектронной сенсорной системы без увеличения ее вычислительных ресурсов в патентной и научно-технической литературе, не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленных технических решений критерию изобретательский уровень.
На фиг.1 представлена схемная реализация оптоэлектронной сенсорной системы с повышенным разрешением;
на фиг.2 - функциональная схема процессора;
на фиг.3 - функциональная реализация схемы регулирования чувствительности пар излучатель-приемник;
на фиг.4 - пример диаграммы направленности оптоэлектронного компонента;
на фиг.5 - пример формирования парой излучатель-приемник детекторного луча;
на фиг.6 - блок-схема процедуры формирования набора параллельных детекторных лучей;
на фиг.7 - пример реализации множества наборов параллельных детекторных лучей;
на фиг.8 - схема оценивания грубого местоположения касания;
на фиг.9 - схема уточнения х-координатного местоположения касания;
на фиг.10 - схема уточнения y-координатного местоположения касания;
на фиг.11 - блок-схема процедуры формирования конфигурируемого набора детекторных лучей;
на фиг.12 - схема оценивания грубого местоположения касания, основанного на формировании трех наборов детекторных лучей;
на фиг.13 - схема оценивания грубого местоположения касания, основанного на формировании одного набора детекторных лучей;
на фиг.14 - схема уточнения местоположения касания, основанного на формировании конфигурированных х-координатных наборов детекторных лучей;
на фиг.15 - схема уточнения местоположения касания, основанного на формировании конфигурированных y-координатных наборов детекторных лучей;
на фиг.16 - схема уточнения местоположения касания, основанного на вычислении грубой приграничной области касания.
Отдельные элементы данных иллюстраций, в соответствии с существующей практикой, не подлежат масштабированию, форма одних графических объектов идеализирована, тогда как размеры других сознательно произвольно увеличены или уменьшены.
На фиг.1 представлена схемная реализация оптоэлектронной сенсорной системы 1, включающая сенсорный экран 2 и процессор 3 со схемой активации 4. Сенсорный экран 2 включает множество ИК-излучателей 5, 6, …13, 14, 15 …, 19, размещенных вдоль сторон сенсорного экрана и множество ИК-приемников 20, 21, …, 27, 28, 28, …, 34, размещенных вдоль сторон сенсорного экрана напротив названных ИК-излучателей, которые формируют сетку 35 детекторных лучей.
На фиг.2 представлена функциональная схема процессора 3, которая включает схему 4 активации и микроконтроллер 36 с памятью 37. В свою очередь схема 4 активации включает схему 38 активации излучателей, схему 39 активации приемников, ограничительный резистор 40 и схему 41 коррекции чувствительности пар излучатель-приемник. Группа интерфейсных выходов SDO, SCK, STB, CS микроконтроллера 36 посредством интерфейсной шины 42, основанной на последовательном интерфейсе (в рассматриваемом примере SPI интерфейс), связана с группой интерфейсных входов схемы 4 активации. Сигнальный вход AN микроконтроллера 3 посредством сигнальной шины 43 связан с сигнальным выходом схемы 4 активации.
Схема 38 активации излучателей и схема 39 активации приемников имеют последовательный интерфейс и соединены последовательно для обеспечения сквозного сдвига данных. Сигнал данных SDO передается от микроконтроллера 36 в последовательном коде по интерфейсной шине 42 в сопровождении синхросигнала SCK, сигнала фиксации данных STB и сигнала выборки CS. Выходы схемы 38 активации излучателей и выходы схемы 39 активации приемников связаны соответственно с катодами ИК-излучателей 5, …, 19 и эмиттерами ИК-приемников 20, …, 34. Аноды ИК-излучателей 5, …, 19 в свою очередь соединены с одним выводом ограничивающего резистора 40, другой вывод которого соединен с шиной напряжения Vcc активации излучателей. Коллекторы ИК-приемников 20, …, 34 соединены с аналоговым выходом СОМ схемы 41 коррекции чувствительности пар излучатель-приемник и сигнальной шиной 43.
Схема 41 коррекции чувствительности пар излучатель-приемник, функциональная схема которой представлена на фиг.3, включает аналоговый мультиплексор 44 с последовательным интерфейсом и набор 45 нагрузочных резисторов. Интерфейсные входы SDI, SCK, CS и аналоговый выход СОМ аналогового мультиплексора 44 связаны посредством соответственно интерфейсной шины 42 с интерфейсными выходами SDO, SCK, CS и сигнальной шины 43 с сигнальным входом AN микроконтроллера 36. Аналоговые входы аналогового мультиплексора 44 связаны с первыми выводами нагрузочных резисторов из набора 45 нагрузочных резисторов, вторые выводы которых подключены к шине напряжения Vdd активации ИК-приемников.
Представленная схемная реализация заявляемой оптоэлектронной сенсорной системы работает следующим образом. В начале каждого цикла формирования детекторного луча микроконтроллер 36 формирует позиционные коды активируемых ИК-излучателя и ИК-приемника, извлекает из памяти 37 код коррекции чувствительности текущей активируемой пары излучатель-приемник и пересылает их посредством интерфейсной шины 42 соответственно в схему 38 активации излучателей, схему 39 активации приемников и схему 41 коррекции чувствительности пар излучатель-приемник. В соответствии с чем позиционный код (как правило, логическая «1» позиционного кода соответствует состоянию активации) активирует один выход схемы 38 активации излучателей, который подключает катод соответствующего ИК-излучателя на землю. Через названный активируемый ИК-излучатель протекает ток активации, определяемый номиналом ограничивающего резистора 40 и уровнем напряжения Vcc. В соответствии с чем активируемый ИК-излучатель излучает ИК-световой поток. Соответственно позиционный код ИК-приемника активирует один выход схемы 39 активации приемников, который подключает эмиттер соответствующего ИК-приемника на землю. Аналогично позиционный код коррекции чувствительности текущей активируемой пары излучатель-приемник активирует один из аналоговых входом мультиплексора 44 схемы 41 коррекции чувствительности пар излучатель-приемник и тем самым подключает нагрузочный резистор соответствующего номинала к коллектору активируемого ИК-приемника. В соответствии с чем активируемый ИК-приемник воспринимает излучаемый активируемым ИК-излучателем ИК-световой поток, представляющий собой детекторный луч и порождающий в нем фототок. Фототок протекает через выбранный нагрузочный резистор и вызывает на нем падение напряжения. Детекторный сигнал с нагрузочного резистора по сигнальной шине 43 поступает на сигнальный вход микроконтроллера 36, который распознает данный сигнал.
В том случае, если детекторный сигнал, поступающий на сигнальный вход AN микроконтроллера 36 имеет низкий уровень, что соответствует максимальному уровню фототока, протекающего через активируемый ИК-приемник, микроконтроллер 36 интерпретирует данный детекторный сигнал как отсутствие прерывания детекторного луча, связывающего активируемые ИК-излучатель и ИК-приемник. В противном случае, то есть когда уровень детекторного сигнала высокий, что соответствует минимальному уровню протекающего через активируемый ИК-приемник фототоку, микроконтроллер 36 интерпретирует как прерывание детекторного луча, то есть как касание сенсорного экрана.
Схема 41 коррекции чувствительности обеспечивает поддержание приблизительно на одном уровне детекторных сигналов, получаемых при распознавании детекторных лучей, характеризующихся различным наклоном. Тем самым схема 41 коррекции чувствительности пар излучатель-приемник выступает составной частью адаптации ИК-излучателей и ИК-приемников друг к другу. Адаптации ИК-излучателей и ИК-приемников друг к другу, применительно к настоящему изобретению, носит многоуровневый характер и имеет целью обеспечить возможность сенсорной систем формировать множество наборов детекторных лучей, в котором детекторные лучи каждого отдельного набора имеют наклон относительно детекторных лучей других наборов.
Первый уровень адаптации заключается в размещении ИК-излучателей равномерно вдоль каждой из трех смежных сторон сенсорного экрана в форме полурамки, например, иллюстрируемой на фиг.1. Оптические оси ИК-излучателей должны быть однонаправлены и параллельны друг другу. Аналогично должны быть упорядочены и ИК-приемники, то есть в соответствии с тем же самым шаблоном также должны быть размещены равномерно вдоль каждой из трех смежных сторон сенсорного экрана напротив названных ИК-излучателей. Оптические оси ИК-приемников должны быть ориентированы в направлении ИК-излучателей и соответственно оптические оси ИК-излучателей должны быть ориентированы в направлении ИК-приемников.
Второй уровень адаптации заключается в использовании ИК-излучателей и ИК-приемников со схожими диаграммами направленности, характеризующимися незначительным изменением выходных характеристик в пределах рабочего диапазона углов. ИК-светодиоды и ИК-фототранзисторы, используемые, как правило, в оптоэлектронных сенсорных системах, характеризуются вполне определенными диаграммами направленности, в соответствии с которыми ИК-светодиоды излучают ИК-поток и соответственно ИК-фототранзисторы воспринимает ИК-поток. На фиг.4 представлен пример диаграммы направленности оптоэлектронного компонента, которая может рассматриваться приемлемой для ИК-излучателей и ИК-приемников сенсорной системы, реализуемой в соответствии с настоящим изобретением. Как следует из представленной диаграммы, наибольшая интенсивность излучения ИК-излучателя или чувствительность ИК-приемника имеет место в направлении, совпадающем с его оптической осью 46. Очевидно, что, при отклонении от оптической оси, интенсивность излучения для ИК-излучателя падает, равно, как падает и чувствительность ИК-приемника.
Упомянутая выше корректировка чувствительности детекторных пар излучатель-приемник представляет собой третий уровень адаптации ИК-излучателей и ИК-приемников и в самом простейшем случае может быть реализована посредством подбора или вычисления номиналов упомянутых выше нагрузочных резисторов схемы 41 коррекции чувствительности пар излучатель-приемник для каждого набора параллельных детекторных лучей. Причем для поддержания детекторного сигнала на определенном уровне для большего угла наклона детекторного луча должен быть предусмотрен больший номинал нагрузочного резистора. На фиг.5 представлен пример формирования детекторного луча, имеющего наклон относительно оптических осей ИК-излучателя и ИК-приемника. Очевидно, что, как отмечалось выше, предпочтительными может рассматриваться идентичность или незначительное отличие диаграмм направленности ИК-излучателей и ИК-приемников в рабочем диапазоне углов, что обусловливает минимальную корректировку чувствительности пар излучатель-приемник, активируемых при формировании наборов детекторных лучей. Применительно к рассматриваемому техническому решению, требования к идентичности диаграмм направленности становятся тем жестче, чем большее число наборов детекторных лучей содержит названное множество параллельных детекторных лучей и, соответственно, тем больше угол наклона детекторных лучей. Несоблюдение данного требования влечет за собой необходимость использования соответственно более широкого диапазона номиналов нагрузочных резисторов, что является нежелательным. Высокий номинал нагрузочного резистора при высоком уровне внешней засветки может привести к насыщению текущего активируемого ИК-приемника, потере детекторного сигнала на его выходе и его ложному срабатыванию. Другими словами ведет к недостоверной работе сенсорного экрана в целом.
На фиг.6 представлена блок-схема процедуры формирования набора детекторных лучей из множества наборов параллельных детекторных лучей, реализуемого процессором 3.
В блоке 48 выполняют вход в процедуру формирования набора детекторных лучей.
В блоке 49 инициализируют счетчик детекторных лучей посредством загрузки в него значения числа детекторных лучей в наборе.
В блоке 50 инициализируют счетчик позиций ИК-излучателей и счетчик позиций ИК-приемников посредством загрузки в них соответственно позиции ИК-излучателя и позиции ИК-приемника, образующих пару излучатель-приемник, активируемую для формирования первого детекторного луча набора.
В блоке 51 формируют текущий детекторный луч посредством активации одного отдельного ИК-излучателя, позиция которого определяет текущее содержимое счетчика позиций ИК-излучателей, и одного отдельного ИК-приемника, определяемого текущим содержимым счетчика позиций ИК-приемников.
В блоке 52 уменьшают на единицу содержимое счетчика детекторных лучей.
В блоке 53 проверяют условие завершения формирования набора детекторных лучей. Если содержимое счетчика не равно нулю, то управление передают блоку 54. В противном случае управление передают блоку 55.
В блоке 54 увеличивают на единицу содержимое счетчика позиций ИК-излучателей и содержимое позиций счетчика позиций ИК-приемников, управление возвращают в блок 51 и цикл формирования детекторного луча повторяют.
В блоке 55 выполняют выход из процедуры.
На фиг.7 представлен пример реализации множества наборов параллельных детекторных лучей, состоящего из трех наборов параллельных детекторных лучей: один х-координатный набор детекторных лучей, формируемый парами излучатель-приемник 8-20, 9-21,…,19-31, один y-координатный набор детекторных лучей, формируемый парами излучатель-приемник 5-23, 6-24, …, 16-34 и один х- и y-координатный набор детекторных лучей, формируемый парами излучатель-приемник 8-23, 9-24, 10-25, …, 16-31. Очевидно, что, чем большее количество наборов детекторных лучей задействовано при определении местоположения касания сенсорного экрана, тем более точным получают результат. В других вариантах реализации множество наборов параллельных детекторных лучей может характеризоваться как большим число наборов, так и меньшим числом детекторных лучей в каждом отдельном наборе детекторных лучей.
Первый вариант реализации способа для определения местоположения касания сенсорного экрана с повышенным разрешением представлен ниже и включает два шага.
На первом шаге, иллюстрируемом на фиг.8, оценивают грубое местоположение касания на основе формирования двух первых наборов детекторных лучей из множества наборов параллельных детекторных лучей. Данные наборы формируют посредством активации соответственно двух наборов пар излучатель-приемник 8-20, 9-21, …, 19-31 и 5-23, 6-24, …, 16-34. В том случае, когда касание 56 сенсорного экрана имеет место, ИК-потоки от излучателей 13, 14 и 10, 11 блокируются и не воспринимаются парными им ИК-приемниками 25, 26 и 28, 29. В соответствии с чем, детекторные лучи, формируемые парами излучатель-приемник 13-25, 14-26 и 10-28, 11-29, распознают как блокируемые и на этом основании оценивают грубое местоположение касания 57. Применительно к фиг.8, оценивание грубого местоположения касания основано на детекторных лучах, смежных с первым и последним блокируемыми детекторными лучами. Для рассматриваемого примера таковыми являются детекторные лучи, формируемые парами излучатель-приемник 12-24, 15-27 и 9-27, 12-30. В другом варианте реализации технического решения оценивание грубого местоположение касания может быть основано на блокируемых детекторных лучах, формируемых парами излучатель-приемник 13-25, 14-26 и 10-28, 11-29.
На втором шаге уточняют местоположение касания на основе формирования одного второго набора детекторных лучей, конфигурированного, например, как показано на фиг.9 и 10, из детекторных лучей двух наборов из множества наборов параллельных детекторных лучей. Данные детекторные лучи формируют посредством активации соответственно двух наборов пар излучатель-приемник 9-22, 10-23, …, 17-30 и 7-24, 8-25, …, 15-32. Очевидно, что в других вариантах реализации оценивание грубого местоположения касания и уточнение местоположения касания могут быть выполнены с использованием большего или меньшего числа наборов детекторных лучей.
Применительно к рассматриваемой реализации технического решения под конфигурированием набора детекторных лучей из детекторных лучей наборов множества наборов параллельных детекторных лучей будем понимать формирование соответствующего числа параметров, определяющих взаимное пространственное положение детекторных лучей друг относительно друга и предопределяющих формирование их сенсорной системой за один прием. В самом простейшем случае конфигурированный набор детекторных лучей может представлять собой набор параллельных детекторных лучей, включающий в себя детекторные лучи одного из наборов из множества наборов параллельных детекторных лучей. В другом варианте реализации конфигурированный набор детекторных лучей может включать детекторные лучи из двух и более наборов из множества наборов параллельных детекторных лучей.
На фиг.11 представлена блок-схема процедуры формирования конфигурированного набора детекторных лучей, реализуемой процессором 3.
В блоке 58 выполняют вход в процедуру формирования конфигурированного набора детекторных лучей.
В блоке 59 инициализируют счетчик наборов параллельных детекторных лучей. В том случае, когда развертываемый набор детекторных лучей конфигурируют из детекторных лучей одного набора, счетчик наборов устанавливают в состояние 1. В других случаях, в счетчик наборов детекторных лучей заносят значение, определяющее количество наборов параллельных детекторных лучей, образующих конфигурируемый набор детекторных лучей.
В блоке 60 инициализируют счетчик детекторных лучей посредством загрузки в него значения, характеризующего количество детекторных лучей в одном отдельном наборе параллельных детекторных лучей конфигурируемого набора детекторных лучей. Для рассматриваемого варианта реализации процедуры формирования конфигурированного набора детекторных лучей количество детекторных лучей в каждом отдельном наборе параллельных детекторных лучей принимается величиной постоянной. В другом варианте реализации количество детекторных лучей может определяться индивидуально для каждого отдельного набора параллельных детекторных лучей.
В блоке 61 инициализируют счетчик позиций ИК-излучателей и счетчик позиций ИК-приемников для текущего развертываемого набора параллельных детекторных лучей. Для рассматриваемого варианта реализации процедуры начальные позиции ИК-излучателей и ИК-приемников для всех развертываемых наборов параллельных детекторных лучей одинаковы.
В блоке 62 формируют текущий детекторный луч текущего развертываемого набора параллельных детекторных лучей посредством активации одного отдельного ИК-излучателя, позиция которого определяет текущее содержимое счетчика позиций ИК-излучателей, и активации одного отдельного ИК-приемника, позиция которого определяет текущее содержимое счетчика позиций ИК-приемников.
В блоке 63 уменьшают на единицу содержимое счетчика детекторных лучей.
В блоке 64 проверяют условие завершения формирования детекторных лучей текущего развертываемого набора параллельных детекторных лучей. Если содержимое счетчика не равно нулю, то управление передают блоку 65. В противном случае управление передают блоку 66.
В блоке 65 увеличивают на единицу содержимое счетчика позиций ИК-излучателей и содержимое счетчика позиций ИК-приемников, управление возвращают в блок 62 и цикл формирования текущего детекторного луча повторяют.
В блоке 66 уменьшают на единицу содержимое счетчика наборов параллельных детекторных лучей.
В блоке 67 проверяют условие завершения формирования конфигурированного набора детекторных лучей. Если содержимое счетчика наборов параллельных детекторных лучей не равно нулю, то управление возвращают в блок 61 и цикл развертывания набора детекторных лучей повторяют. В противном случае управление передают блоку 68.
В блоке 68 выполняют выход из блок-схемы процедуры формирования конфигурированного набора детекторных лучей.
Необходимо отметить, что представленная на фиг.11 блок-схема процедуры формирования конфигурированного набора детекторного луча является универсальной. Поэтому для частного случая, когда конфигурированный набор детекторных лучей включает детекторные лучи одного набора из множества наборов параллельных детекторных лучей, его формирование будет сведено к формированию набора параллельных детекторных лучей, иллюстрируемого блок-схемой процедуры, представленной на фиг.6.
Иллюстрируемые на фиг.9 и 10 блокируемые детекторные лучи могут служить основой для графического решения задачи уточнения местоположения касания. В соответствии и с чем шаблоны блокируемых и неблокируемых детекторных лучей могут быть сохранены в таблице шаблоном в ROM (EEPROM) памяти процессора 3 с возможностью последующего использования при уточнении местоположения касания. Применительно к фиг.9 и 10, в качестве таких шаблонов могут рассматриваться детекторные лучи, формируемые посредством активации парой излучатель-приемник 12-25, 13-26 и пар излучатель-приемник 10-27, 11-28. Очевидно, что названные графические шаблоны представляется целесообразным строить применительно к типу конфигурированных наборов детекторных лучей, что позволяет существенно ускорить процедуру уточнения местоположения касания.
Вариантом реализации технического решения может рассматриваться схема, при которой оценку грубого местоположения касания выполняют на основе схемы, предполагающей формирование большего числа наборов детекторных лучей. Например, трех наборов детекторных лучей, иллюстрируемых на фиг.12 и обеспечивающих более точное оценивание грубого местоположения касания.
Руководствуясь стремлением сократить время, затрачиваемое сенсорной системой на определение местоположения касания экрана сенсорной системы, оценивание грубого местоположения и уточнение местоположения касания могут быть выполнены с использованием меньшего количества детекторных лучей, чем было рассмотрено выше. Например, оценивание грубого местоположения касания может быть выполнено на основе формирования одного набора детекторных лучей, иллюстрируемого на фиг.13 и формируемого набором пар излучатель-приемник 8-23, 9-24,…,16-31. Данная схема оценивания грубого местоположения касания основана на свойстве прямой, характеризующейся наклоном относительно обоих координатных осей одновременно, иметь ненулевые проекции на обе оси координат. В соответствии с чем грубое местоположение может быть оценено посредством формирования детекторных лучей, формируемых, например, парами излучатель-приемник 11-24, 16-29 и 9-26, 14-31.
Другой вариант реализации способа для определения местоположения касания сенсорного экрана с повышенным разрешением представлен ниже. Способ основан на использовании операции конфигурирования уточняющих наборов детекторных лучей, выполняемой сенсорной системой на основе грубого оценивания местоположения касания, и включает три шага. Способ реализуют следующим образом.
Для текущей реализации технического решения оценивание грубого местоположения касания может быть выполнено аналогично тому, как было рассмотрено для предыдущей реализации, то есть на основе формирования двух первых наборов детекторных лучей из множества наборов параллельных детекторных лучей.
Что касается уточнения местоположения касания, то оно может быть выполнено посредством формирования детекторных лучей, пересекающих наиболее актуальную, с точки зрения уточнения местоположения касания, область сенсорного экрана. Такой областью, в самом общем случае, может рассматриваться грубое местоположение касания 57. Соответственно, конфигурирование уточняющих наборов детекторных лучей должно выполняться на основе оценивания грубого местоположения касания. Для рассматриваемого варианта реализации, иллюстрируемого на фиг.13 и 14, детекторные лучи, пересекающие грубую область касания, принадлежат четырем наборам из множества наборов параллельных детекторных лучей и могут быть конфигурированы в два набора детекторных лучей, формируемых соответственно двумя наборами пар излучатель-приемник 12-25, 13-26, 14-27, 13-24, 14-25, 15-26 и 10-27, 11-28, 12-29, 9-28, 10-29, 10-30.
Применительно к рассматриваемому варианту реализации технического решения операция конфигурирования дополнительно решает задачу сокращения времени определения детекторных лучей, формируемых при уточнении местоположения касания. В самом общем случае конфигурированный набор детекторных лучей может объединять в себе детекторные лучи Р (Р=1, 2, 3, …) наборов из множества наборов параллельных детекторных лучей. При этом операция конфигурирования набора детекторных лучей из детекторных лучей одного набора параллельных детекторных лучей, то есть при Р=1, предполагает задание набора конфигурационных параметров, который, например, может включать позицию первого формируемого детекторного луча, определяемую позициями активируемых ИК-излучателя и ИК-приемника, шаг следования детекторных лучей и общее количество детекторных лучей в наборе. В другом варианте реализации операции конфигурирования, не нарушая полноты и целостности описания набора параллельных детекторных лучей, минимально достаточным могут рассматриваться два параметра, например, позиция активизируемого ИК-излучателя и позиция активируемого ИК-приемника, то есть параметры, которые определяют один детекторный луч. Данный вариант может иметь место, когда шаг следования детекторных лучей в наборе по умолчанию принимают единичным и момент окончания формирования набора детекторных лучей определяют в соответствии с принципом фактической достаточности, то есть на основании распознавания последовательности следующих друг за другом одного блокируемого и одного неблокируемого детекторных лучей.
Еще одной реализацией операции конфигурирования набора детекторных лучей может рассматриваться вариант, в котором конфигурируемый набор включает детекторные лучи из нескольких наборов множества наборов параллельных детекторных лучей. Применительно к данному варианту, конфигурирование набора детекторных лучей сводится к установке позиций первых активируемых в наборе ИК-излучателя и ИК-приемника и заданию числа наборов параллельных детекторных лучей. Очевидно, что количество детекторных лучей в наборе, образуемом параллельными детекторными лучами, шаг следования детекторных лучей и наклон детекторных лучей будут определены по умолчанию, то есть единичными. В соответствии с чем, несмотря на то, что для рассматриваемого варианта реализации, число детекторных лучей, конфигурируемых в один набор, многократно увеличилось, количество определяющих его параметров фактически не изменилось. Другими словами число параметров, определяющих конфигурируемый набор детекторных лучей, фактически не зависит от числа детекторных лучей, включаемых в конфигурируемый набор. Соответственно время, затрачиваемое сенсорной системой на выполнение операции конфигурирования, сопоставимо с временем конфигурирования одного отдельного детекторного луча и может быть выполнено сенсорной системой одномоментно.
На втором шаге конфигурируют в N (N=1, 2, …) вторых наборов детекторных лучей из детекторных лучей Р (Р=1, 2, …) наборов множества наборов параллельных детекторных лучей на основе выше приведенного критерия, устанавливающего пересечение названными детекторными лучами грубой области касания. Причем число конфигурированных наборов детекторных лучей в том или ином варианте реализации может быть различным. Например, оно может быт равно 2, то есть по числу координатных осей. В другом варианте реализации число конфигурированных наборов может быть определено исходя из числа границ грубой области касания, то есть N=4. В третьем варианте реализации N может принимать значения 1, 2, … и определяться целесообразностью уточнения по каждой из границ грубой области касания. Что касается числа наборов детекторных лучей из множества наборов параллельных детекторных лучей, из детекторных лучей которых конфигурируют наборы детекторных лучей для уточняющего сканирования, то их число определяется требованиями точности уточнения местоположения касания.
На третьем шаге уточняют местоположение касания на основе формирования конфигурированных наборов детекторных лучей, например, аналогично схеме, представленной на фиг.14 и 15.
Следующий вариант реализации способа для определения местоположения касания сенсорного экрана с повышенным разрешением представлен ниже. Способ основан на использовании, при конфигурировании наборов детекторных лучей, взаимозависимости разноименных координат точек прямой на плоскости и включает пять шагов.
Представляя каждый отдельный детекторный луч в виде прямой, соединяющей активируемые ИК-излучатель и ИК-приемник, х-координатные и y-координатные детекторные лучи в общем виде могут быть представлены посредством следующих выражений для прямых с угловыми коэффициентами:
и
где:
XRefi - х координата i-й точки детекторного луча;
YRefi - y координата i-й точки детекторного луча;
xCoef - угловой коэффициент, определяемый наклоном х-координатного детекторного луча;
yCoef - угловой коэффициент, определяемый наклоном y-координатного детекторного луча;
XRef - отсчетная позиция y-координатного детекторного луча;
XRef - отсчетная позиция х-координатного детекторного луча.
Выражения (1) и (2) устанавливают взаимозависимость координат для каждого отдельного детекторного луча, в соответствии с которой конфигурируемые в наборы уточняющие х-координатные детекторные лучи могут быть определены на основе грубого местоположения касания по y-координатной оси, тогда, как уточняющие у-координатные детекторные лучи могут быть определены на основе грубого местоположения касания по х-координатной оси. Способ реализуют следующим образом.
На первом шаге оценивают грубое х-координатное и y-координатное местоположение касания сенсорного экрана аналогично рассмотренным выше реализациям технического решения, то есть на основе формирования, например, одного х-координатного и одного y-координатного первых наборов детекторных лучей из множества наборов параллельных детекторных лучей.
ч
ч
х
На втором шаге конфигурируют N (N=1, 2, …) х-координатных вторых наборов детекторных лучей из х-координатных детекторных лучей Р (Р=1, 2, 3, …) третьих наборов множества наборов параллельных детекторных лучей на основе оценивания грубого у-координатного местоположения касания. Конфигурирование может быть выполнено аналогично тому, как было рассмотрено в предыдущей реализации технического решения, но с учетом наклона детекторных лучей, конфигурируемых в х-координатные наборы детекторных лучей, который может быть определен из выражения (1).
На третьем шаге уточняют х-координатное местоположение касания на основе формирования конфигурированных х-координатных вторых наборов детекторных лучей.
y
y
y
y
На четвертом шаге аналогично выполнению операции конфигурирования, выполняемой на втором шаге, конфигурируют N (N=1, 2, …) y-координатные вторые наборы детекторных лучей из детекторных лучей Р (Р=1, 2, 3, …) y-координатных третьих наборов множества наборов параллельных детекторных лучей на основе оценивания грубого х-координатного местоположения касания. Наклон детекторных лучей, конфигурируемых в y-координатные наборы детекторных лучей, может быть определен из выражения (2).
На пятом шаге уточняют y-координатное местоположение касания на основе формирования конфигурированных y-координатных вторых наборов детекторных лучей.
Частным случаем реализации рассматриваемого технического решения представляется способ, в котором конфигурируют х-координатные вторые наборы детекторных лучей и уточняют х-координатное местоположение касания на основе формирования конфигурированных х-координатных вторых наборов детекторных лучей в процессе выполнения оценивания грубого х-координатного местоположения касания. Соответственно конфигурируют y-координатные вторые наборы детекторных лучей и уточняют y-координатное местоположение касания на основе формирования конфигурированных y-координатных вторых наборов детекторных лучей в процессе выполнения оценивания грубого y-координатного местоположения касания.
Использование большого числа лучей при уточнении местоположения касания обеспечивает повышенную точность определения местоположения касания, однако, влечет за собой увеличение длительности последней, что делает актуальной задачу увеличения вычислительных ресурсов сенсорной системы. Последняя может быть решена путем использования в схемотехнической реализации сенсорной системы дополнительного процессора и передачи ему части процессорных функций. При этом на первый процессор может быть возложена функция формирования наборов детекторных лучей. Соответственно второй процессор может выполнять оценивание грубого местоположения касания, конфигурирования уточняющих наборов детекторных лучей уточнение местоположения касания и вычисление местоположения касания.
Руководствуясь стремлением минимизировать время, затрачиваемое сенсорной системой на определение наклона детекторных лучей для уточняющих наборов детекторных лучей, данная операция может быть реализована с использованием табличного метода, реализуемого с использованием памяти процессора 3, как это было раскрыто выше. То есть, предварительно, например, посредством графических построений определяют зависимость наклона уточняющих детекторных лучей от грубого местоположения касания и сохраняют в виде таблицы в памяти (например, ROM или EEPROM) процессора 3. Причем наклон детекторных лучей, используемых для конфигурирования уточняющих наборов детекторных лучей, определяют в виде функции от позиций ячеек сетки, образуемой детекторными лучами при грубом сканировании сенсорного экрана. Соответственно, при выполнении процедуры конфигурирования наклон уточняющих детекторных лучей может быть определен на основе грубого местоположения касания.
Еще один вариант реализации способа для определения местоположения касания сенсорного экрана с повышенным разрешением представлен ниже. Способ основан на использовании в качестве области уточняющего сканирования грубой приграничной области касания и уточнения местоположения касания на основе вычисления названной области и формировании детекторных лучей, пересекающих названную вычисленную приграничную область касания. Способ включает три шага и реализуют следующим образом.
На первом шаге идентифицируют грубые х-координатную и y-координатную области касания на основе идентификации блокируемых детекторных лучей при формировании М (М=1, 2, …) первых х-координатных и y-координатных наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей. Грубая х-координатная область касания может быть идентифицирована с детекторными лучами, смежными первому и последнему блокируемым детекторным лучам по х-координатной оси. Соответственно грубая y-координатная область касания может быть идентифицирована с детекторными лучами, смежными первому и последнему блокируемым детекторным лучам по у-координатной оси.
На втором шаге вычисляют грубую х-координатную и y-координатную приграничную область касания 58, иллюстрируемую на фиг.16, на основе идентифицированных грубых х-координатной и y-координатной областей касания. Названная грубая х-координатная и y-координатная приграничная область может быть вычислена на основе позиций детекторных лучей, с которыми идентифицированы грубые области касания, и позиций смежных с ними блокируемых детекторных лучей, например, посредством вычисления ее граничных точек, получаемых в результате пересечения между собой четырех х-координатных и y-координатных пар детекторных лучей, формируемых парами излучатель-приемник 12-24, 9-27 и 13-25, 10-28 и 14-26, 11-29 и 15-27, 12-30 с использованием выражений (1) и (2).
На третьем шаге уточняют местоположение касания на основе формирования N (N=1, 2, …) вторых наборов детекторных лучей, конфигурируемых из детекторных лучей Р (Р=1, 2, 3, …) третьих наборов из названного множества наборов параллельных детекторных лучей, которые пересекают вычисленную приграничную область касания сенсорного экрана. Данные детекторные лучи могут быть определены на основе грубой вычисленной приграничной области касания и выражений (1) и (2).
Как следует из представленных выше реализации заявляемого технического решения, рассматриваемое изобретение позволяет снизить время отклика сенсорной системы за счет снижения прямых и косвенных временных затрат на определение местоположения касания сенсорного экрана с повышенным разрешением. Снижение прямых временных затрат обеспечивают посредством сокращения числа детекторных лучей, используемых при определении местоположения касания, во-первых, за счет оценивания грубого местоположения касания с использованием набора детекторных лучей, имеющих наклон относительно одновременно обоих координатных осей сенсорного экрана, и, во-вторых, за счет исключения неинформативных детекторных лучей из наборов детекторных лучей, задействованных при уточнении местоположения касания и определения в качестве области уточняющего сканирования приграничной области касания. Снижение косвенных затрат времени обеспечивают посредством введения операции конфигурирования детекторных лучей, используемой на этапе уточнения местоположения касания, в один или более наборов детекторных лучей. Применение данной операции позволяет сделать процедуру определения уточняющих детекторных лучей одномоментной, независимой от числа уточняющих детекторных лучей и по времени сопоставимой с конфигурированием одного отдельного детекторного луча.
Несмотря на то, что заявленное техническое решение рассматривалось применительно к определению местоположения касания сенсорного экрана на основе формирования наборов детекторных лучей, образуемых из детекторных лучей наборов из множества наборов параллельных детекторных лучей, оно не ограничивается данным случаем. Данное техническое решение справедливо также для случая использования множества в основном параллельных детекторных лучей, то есть при не строгой параллельности детекторных лучей в наборах.
Список используемой литературы
1. Патент US 4689446. Устройство ввода с сенсорной панелью, МПК 4 G08C 21/00, опубликован 25.08.87 г.
2. Патент US 4689446 В1. Система и способ для разрешения оптоэлектронной сенсорной системы, МПК 7 G09G 5/00, опубликован 06.08.03 г.