專利名稱：確定對象的取向的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用光以便確定置于表面上的對象(object)的特性的 系統(tǒng)，例如觸摸屏系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及用于這種系統(tǒng)中的設備、對象和方法。相關技術描述利用當前的紅外觸摸屏，不可能一次檢測不止一個位置，因為它們使用掃描由LED和光傳感器構成的柵格的方法。通過在水平和豎直方向中斷光束，選擇柵格中的位置。多個點的檢測不是對于所有位置都可行， 因為一個點的選擇可能遮擋其他點的正確檢測。因此，這種技術對于多點檢測不是那么有用。此外，利用當前的技術不能檢測形狀；原則上在 LED和傳感器的柵格中只能檢測某種形式的"限界"盒。為了克服這些問題，2005年3月10日提交的Sander B.F. van de Wijdeven和Tatiana A. Lashina的美國序列號為60/660366 (代理人巻號 US050077 )的共同待決臨時申請SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING THE LOCATION, SIZE AND SHAPE OF MULTIPLE OBJECTS THAT INTERACT WITH A TOUCH SCREEN DISPLAY提出了 一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)在屏幕的邊沿上具有若干光發(fā)射器(例如紅外LED) 和若干光傳感器，該文獻在本申請?zhí)峤坏臅r候沒有公布。屏幕的這些發(fā) 光體起初關閉，然后一個接一個地打開。發(fā)光體(燈或LED)發(fā)出光束， 該光束由屏幕的對側上的傳感器檢測。當發(fā)光體和屏幕的對側之間存在 對象時，該對象投射出陰影。該陰影由于光的不存在而被傳感器檢測到。 有關什么發(fā)光體打開以及什么傳感器檢測到或未檢測到光的知識的組 合(相比于校準狀態(tài))允許計算出對象必定處于其中的區(qū)域。如果進行 了一個完整的循環(huán)，其中所有的光發(fā)射器都打開，那么可以確定對象的 位置、形狀和尺寸。發(fā)明內容依照本發(fā)明，提供了依照獨立權利要求l的系統(tǒng)、依照獨立權利要求11的設備、依照獨立權利要求12、 13、 15和16的對象以及依照獨立權 利要求19的方法。從屬權利要求2-10、 14、 17和18限定了有利的實施例。依照本發(fā)明的一個方面，提供了包括多個圍繞表面外圍設置的光發(fā) 射器和光檢測器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括置于所述表面上的至少 一個對象。 該對象包括至少具有第一類型的光學特性的笫一部分以及具有第二類 型的光學特性的第二部分，所述第二類型對于光發(fā)射器所用的光而言不 同于第一類型。所述系統(tǒng)被設置成通過使用檢測到的由對象的第二部分 產生的光現(xiàn)象來確定對象的取向和/或識別和/或標識(identify)對象。所述系統(tǒng)可以是特別用于棋盤游戲(board game)的具有或沒有顯 示器的觸摸屏，但是它也可以是圖形輸入板或者其中有用的是檢測置于 表面上的對象的特性的任何其他系統(tǒng)。依照本發(fā)明的系統(tǒng)對于確定對象的取向是特別有用的，所述對象具 有(點)對稱的形狀，比如圓形、橢圓形、三角形、正方形和矩形。這 些是用于與觸摸屏交互的最常出現(xiàn)的對象。向形狀檢測添加對象取向檢 測的可能性更加豐富了所述系統(tǒng)的輸入，因而可以檢測/解釋來自用戶的 更加復雜的動作。在一些棋盤游戲(例如腦力挑戰(zhàn)賽(Stmtego))中， 對象的取向是重要的。只有一個參與者被允許看見僅處于卒(pawn)的 一側的圖像，并且當卒的取向使得其他參與者也可以看見該圖像時，通 過檢測其取向可以提供警告信號。對象取向的精確知識對于其他特定的 應用也是非常重要的，所述應用比如其中士兵或坦克向其他位置開火的 戰(zhàn)略游戲。另一個實例是有效的移動的卒，其表示計時器(timer )。依照本發(fā)明的系統(tǒng)也可以與非對稱對象一起使用。檢測這種對象的 形狀當然包括其取向，但是該取向相當粗糙，并且對于某些應用而言， 需要更加精確的取向檢測。此外，依照本發(fā)明的系統(tǒng)允許在不改變對象的外觀的情況下識別或 標識對象。這避免了必須使用用于標識的不同形狀的對象。這樣的不同 的形狀一般不是優(yōu)選的，因為創(chuàng)建對象的設計者出于審美的原因或者制 作成本的原因希望具有均勻形狀的對象。此外，為了區(qū)分若干不同的形狀，有必要選擇一些機械不穩(wěn)定且容易跌倒的形狀。依照本發(fā)明的另外的方面，提供了設備、對象和方法。 WO2006/033036^^開了 一種具有盤表面的游戲盤。它包括在盤表面之下設置成柵格的光調制單元和光傳感器。用于游戲盤中的卒包括其與盤的接觸表面(即底部)上的代號(code)。通過檢測來自卒代號的反射光，可以標識該卒并且可以確定其取向。因此，該文獻中y〉開的系統(tǒng) 不包括圍繞表面的外圍放置的光發(fā)射器和檢測器，并且出于這個原因不 確定表面上的對象的形狀。依照本發(fā)明的 一 個優(yōu)選實施例，所述對象的第二部分是反射性的。 所述系統(tǒng)被設置成通過使用檢測到的由對象的第二部分產生的光反射 來確定對象的取向。優(yōu)選地，當對象置于表面上時，所述第二部分包括對象的側面上的 至少一個反射標記。通過這種方式，不需要對對象進行大的調整，但是 同時能夠實現(xiàn)可靠的取向確定。在所述第二部分包括多個反射標記的情況下，除了取向檢測之外， 也使得對象的標識成為可能。使用對象上的更多反射標記也可以產生像 "條形碼，，那樣的效果，以便指示取向，并且由反射標記產生的獨特圖案可以用于精確的標識。依照另一個實施例，對象的第一部分是不透明的，對象的第二部分 是透明的，并且所述系統(tǒng)被設置成通過使用檢測到的穿過對象的第二部 分的光來確定對象的取向。優(yōu)選地，對象的第二部分是只在特定方向上通過光的通道或孔，并 且所述系統(tǒng)被設置成通過使用檢測到的在第 一部分產生的陰影中的穿 過該通道或孔的光來確定對象的取向。通道或孔只在特定方向上通過 光，并且因而該實施例允許實現(xiàn)非常精確的取向檢測，這對于特定的應 用是有用的，所述應用例如需要特殊技能的游戲。依照一個可替換的實施例，對象的第一部分位于外部并且是透明 的，第二部分位于內部并且是不透明的。所述系統(tǒng)被設置成通過檢測第 二部分的形狀來識別和/或標識對象。對象的透明外部不改變由所述系統(tǒng) 發(fā)射的光。通過這種方式，所述系統(tǒng)中使用的對象的外部形狀可以相同， 而內部在不同的對象上可以發(fā)生變化，以便允許對象的識別和/或標識。優(yōu)選地，對象的第 一部分對于所述系統(tǒng)的光發(fā)射器所用的光是透明 的，但是對于可見光是不透明的。所述系統(tǒng)使用的光的類型通常是不可 見的紅外光。因此，周圍材料對于人類而言是不透明的，而對于所述系 統(tǒng)而言是透明的。通過這種方式，使得對象的內部對于用戶不可見，并且對象的外部外觀可以相同。這允許將"秘密鑰匙"嵌入到對象中。秘密 鑰匙的使用可以用于向所述系統(tǒng)標識人物，其中要求人物在使用所述系 統(tǒng)之前將他或她的鑰匙放置在桌子上。這可以用來標識游戲中的(返回 的)參與者，或者允許對于計算機的其他類型的訪問。這種類型的標識也可以用于游戲中，其中不同的對象具有向所述系 統(tǒng)標識這些對象的不同鑰匙。在該游戲中，每種類型的對象具有例如類似于戰(zhàn)錘40k (War Hammer 40k)等的不同的能力或選項。如果用戶希 望具有玩耍的不同選項/能力，那么他可以購買要玩耍的新的游戲對象。 這些新對象將由所述系統(tǒng)標識，從而使得用戶能夠玩耍新的選項。這些 對象將由所述系統(tǒng)自動地檢測并且難于由用戶復制，因為內部光學裝置 是難于復制的。在另一個實施例中，對象的第二部分是透鏡或棱鏡，并且由此產生 的諸如反射和折射之類的光學現(xiàn)象用于識別和/或標識對象。這提供了允 許識別或標識對象的可替換的方式。依照又一個實施例，當對象置于表面上時，接觸表面的分段 (section)包括用于對象的取向檢測和/或標識的第一部分和第二部分。 對象包括置于接觸所述表面的分段之上的剩余分段。通過這種方式，設 計對象的外部外觀的自由度更大。本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)以下描述的實施例將是清楚明白的， 并且將參照這些實施例進行闡述。


通過參照下面的附圖并結合伴隨的說明可以更好地理解本發(fā)明，并 且它的許多目的和優(yōu)點對于本領域技術人員將變得更加清楚明白，其 中圖1示出了校準模式期間接通第 一光源時的時間點期間的觸摸屏顯 示器的快照；圖2示出了操作模式期間接通第一光源時的時間點期間的觸摸屏顯 示器的快照；圖3示出了如何使用與第 一 光源有關的校準和非校準數(shù)據(jù)進行最大 區(qū)域估計；圖4示出了校準模式期間接通第二光源時的時間點期間的觸摸屏顯示器的快照；
圖5示出了操作模式期間接通第二光源時的時間點期間的觸摸屏顯 示器的快照；
圖6示出了如何使用與第二光源有關的校準和非校準數(shù)據(jù)進行最大 區(qū)域估計；
圖7示出了如何組合最大區(qū)域估計來確定對象的總的邊界區(qū)域； 圖8示出了存在兩個圓形對象時第一光源的打開時間期間操作一莫式 下的觸摸屏顯示器的快照；
圖9示出了用在觸摸屏顯示器上的卒；
圖10示出了兩個位置處的依照本發(fā)明第一實施例的用于形狀和取 向確定的對象；
圖11示出了操作模式期間接通第 一光源時的時間點期間的觸摸屏 顯示器的快照，其中依照第一實施例的對象以第一方式定向；
圖12示出了操作模式期間接通第 一光源時的時間點期間的觸摸屏 顯示器的快照，其中依照第一實施例的對象以第二方式定向；
圖13示出了操作模式期間接通第 一光源時的時間點期間的觸摸屏 顯示器的快照，其中依照本發(fā)明第二實施例的對象以第一方式定向；
圖14示出了操作模式期間接通第 一光源時的時間點期間的觸摸屏 顯示器的快照，其中依照第二實施例的對象以第二方式定向；
圖15示出了操作模式期間接通第 一光源時的時間點期間的觸摸屏 顯示器的快照，其顯示了依照本發(fā)明第三實施例的對象；
圖16示出了依照本發(fā)明第四實施例的用于形狀確定和標識的對象；
圖17示出了依照本發(fā)明第五實施例的用于形狀確定和標識的對象；
在所有附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件。
具體實施例方式
盡管以下詳細描述出于說明的目的包含了許多細節(jié)，但是本領域普 通技術人員應當理解，以下描述的許多變型和改變處于本發(fā)明的范圍之內。
因此，本發(fā)明的以下優(yōu)選實施例的陳述一點也沒有損失要求權利保 護的本發(fā)明的一般性，并且沒有對要求權利保護的本發(fā)明施加限制。 盡管這里結合觸摸屏(即具有嵌入式觸摸感測技術的顯示器)描述和圖示了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不要求使用顯示器屏幕。此外，本發(fā)明 也可以用于圖形輸入板或者其中有用的是檢測置于表面(例如桌子或墻 壁)上的對象的位置、地點和特性的任何其他系統(tǒng)。
還應當理解的是，本發(fā)明并不僅限于使用紅外光發(fā)射器。任何種類 的光源，可見的或者不可見的，都可以結合適當?shù)臋z測器而使用。
圖1示出了紅外光學觸摸屏顯示器10。觸摸屏顯示器10包括用 于放置對象的表面12;在其外圍上，N個光發(fā)射器LcrLu,其中N=16， 其可以實施為燈、LED等等；以及M個傳感器(即光檢測器)ScrSu， 其中M=12。這些光發(fā)射器和傳感器以交替的模式(例如Lo， So, Ll5 Sl5 ......L15， Sn)設置。應當理解的是，光發(fā)射器和傳感器的數(shù)量和配
置可以變化。
依照圖1所示的紅外光學觸摸屏顯示器設備，現(xiàn)在通過舉例描述用 于檢測對象的位置、形狀和尺寸的方法。
要描述的方法大體包括兩個階段，即校準階段和操作階段。 校準被執(zhí)行來收集校準數(shù)據(jù)。校準數(shù)據(jù)包括傳感器標識信息，其對 應于檢測在每個光發(fā)射器的打開時間期間從位于觸摸屏顯示器10的外 圍上的每個對應光發(fā)射器發(fā)射的光束的那些傳感器。所述打開時間在這 里被定義這樣的時間，在該時間期間光從接通狀態(tài)的對應光發(fā)射器發(fā) 出。應當理解，為了獲得有意義的校準數(shù)據(jù)，要求在校準模式下在其對 應的打開時間期間沒有對象(例如指狀物、指示筆等等)與光束的傳輸 交互。
在校準階段期間，由于每個光發(fā)射器在其對應的打開時間期間接 通，因而投射的光束可以由位于觸摸屏顯示器10的外圍上的某些傳感 器So-Su檢測到，并且不可以由某些其他的傳感器檢測到。對于每個光 發(fā)射器L。-L15,檢測對應光發(fā)射器的光束的傳感器S。-Su的標識被記錄 為校準數(shù)據(jù)。此外，觸摸屏顯示器IO設有存儲器(圖中未示出)。圖1 示出了第 一光源L0在校準模式期間接通。它發(fā)出具有二維空間分布的光 束14,其限定了觸摸屏的平面內的點亮區(qū)域。光束14由傳感器S5, S6, ......S1(), Sii檢測。該信息被記錄為校準數(shù)據(jù)。
在記錄了光源U的校準數(shù)據(jù)之后，在其打開時間結束時斷開該光 源，并且序列中的下一個光源(即光源接通其對應的打開時間。
圖4為校準期間序列中的下一個光源U接通時的時間點期間的觸摸屏顯示器10的快照的圖示。如圖4所示，光源Lj艮據(jù)其在觸摸屏顯 示器10的外圍中的位置發(fā)出在感興趣平面內具有不同覆蓋圖案的不同 光束22。光束22由傳感器S4， S5, ......S1C), Su檢測。該信息被記錄為
校準數(shù)據(jù)。
在以上述方式記錄了來自光發(fā)射器U和Li的傳感器信息之后，該 校準過程對于位于觸摸屏的外圍中的其余光發(fā)射器以相似的方式繼續(xù)， 所述其余光發(fā)射器即光發(fā)射器L2-L15。
在校準完成之后，觸摸屏顯示器10準備用于檢測與觸摸屏顯示器 IO交互的一個或多個對象的位置、形狀和尺寸。
與以上對于校準所描述的相似，操作階段中的單個操作循環(huán)以光源 U打開預定的打開時間開始。Lo關閉之后，光源&打開預定的打開時 間。這個過程對于每個光發(fā)射器以相似的方式繼續(xù)，并且終止于序列中 的最后一個光發(fā)射器，即光發(fā)射器L15。其他點燃led的序列也是可能的。
圖2示出了圓形對象16存在的情況下在操作^t式期間接通第一光 源Lo時的時間點期間的觸摸屏顯示器的快照?？梢岳斫獾氖?，第一光源 的光束14#:對象16中斷，并且對象16造成陰影18。該陰影由于光的 不存在而被傳感器Ss和S 檢測到。
圖3示出了如何使用與第 一 光源有關的校準和非校準數(shù)據(jù)進行最大 區(qū)域估計。為了計算最大區(qū)域估計，將先前收集的校準數(shù)據(jù)和非校準數(shù) 據(jù)用于輔助該計算。
回憶光發(fā)射器L。的校準數(shù)據(jù)被發(fā)現(xiàn)為照射的傳感器(S5-Sn )的范圍。 該傳感器范圍構成能夠在校準期間檢測來自光發(fā)射器Lo的光的存在的 那些傳感器。
回憶在存在圓形對象16的情況下光發(fā)射器Lo的非校準數(shù)據(jù)被發(fā)現(xiàn) 為檢測光的不存在的傳感器范圍S6-S7 。
接下來，比較校準數(shù)據(jù)和非校準數(shù)據(jù)。特別地，已知傳感器S。S7 檢測非校準模式期間光的不存在并且已知校準期間傳感器Ss-Sn被照 射，那么可以確定對象16投射的陰影區(qū)域?，F(xiàn)在參照圖3對此進行說明。
圖3示出圓形對象16遮擋了光源U和傳感器Ss之間的光路，并且也示 出圓形對象16遮擋了光發(fā)射器Lo和傳感器S7之間的光路。圖3還示出對象 16沒有遮擋光發(fā)射器Lo與傳感器S5和S8之間的光路。從校準數(shù)據(jù)和非校 準數(shù)據(jù)導出的該信息用來確定針對對象16的最小和最大區(qū)域估計。將針對光發(fā)射器Lo的標記為20的對象16的最大區(qū)域估計限定為點 L0 、 S5和S8以及右下角之間的區(qū)域。這個區(qū)域通過包括與利用傳感器S6-S7 檢測的陰影區(qū)域相鄰的傳感器Ss和S8而導出。
基于該信息，也可以如下確定最小區(qū)域估計(圖3中未示出)。圓 形對象16遮擋光源Lo和傳感器S6、 S7之間的光路。因此，光源Lo的打開 時間期間對象16的最小區(qū)域估計通過由點Lo、 S7和S6限定的三角形來限 定。
圖5示出了在圓形對象16存在的情況下在操作模式期間接通第二光 源"時的時間點期間的觸摸屏顯示器的快照?？梢岳斫獾氖牵谝还庠?的光束22被對象16中斷，并且該對象造成陰影24。該陰影由于光的不存 在而由傳感器S^檢測到。
圖6示出了針對光發(fā)射器"計算的對象16的最大區(qū)域估計26。該計 算以參照圖3針對第 一光源U所說明的相同方式進行。將針對光發(fā)射器 "的對象16的最大區(qū)域估計限定為點Li、 S9、 Sn和左下角之間的區(qū)域。 該區(qū)域通過包括與利用傳感器Sn)檢測的陰影區(qū)域相鄰的傳感器S9和Sn 而導出。
圖7示出了光發(fā)射器Lo和I^的兩個最大區(qū)域估計20、 26的交叉部分 28。通過組合這兩個估計，對象16的位置的估計變得更加明確。容易理 解，通過添加更多的最大區(qū)域估計和最小區(qū)域估計，那么對象的估計的 位置變得越來越精確。
對于每個光發(fā)射器，最小和最大區(qū)域估計一旦確定下來，則將其存 儲。確定最小和最大區(qū)域的過程對于其余光發(fā)射器L2-Lu中的每一個以 類似的方式繼續(xù)。在一個完整的操作循環(huán)之后，從數(shù)據(jù)倉庫中獲取所存 儲的最小和最大區(qū)域估計并且將其組合以便確定對象16的位置、外部形 狀和尺寸。
以上描述的處理和計算通過觸摸屏顯示器10的適當處理裝置(圖中 未示出)來實現(xiàn)。
由于所用的傳感器數(shù)量有限并且其間的間距固定，因此確定對象的 位置、形狀和尺寸的精度易受到不確定度的影響。該不確定度可以通過 增加觸摸屏顯示器10中使用的傳感器數(shù)量來部分地最小化。通過增加傳 感器的數(shù)量(密度)，傳感器之間的相對間距相應地減小，這導致對象 的位置、形狀和尺寸的更加精確的計算。可替換地或者附加地，可以增加發(fā)射器的數(shù)量，這也導致對象的位 置、形狀和尺寸的更加精確的計算。應當指出的是，增加發(fā)射器的數(shù)量 將從額外的角度加亮對象，從而提供導致更加精確的結果的額外信息。
總的測量精度也可以通過增加屏幕的某些區(qū)域中的發(fā)射器和/或接 收器的密度來增大，在所述區(qū)域中，檢測被證明不及其他區(qū)域那么精確。 發(fā)射器和/或接收器的這種非均勻配置可以補償不那么精確的檢測。
如圖8所示，如果對象不接觸，那么檢測不止一個對象也是可能的。 該機制與以上所述相同，但是當完成一輪快照時，檢測到更多的區(qū)域。
圖8示出了當光源U接通時附加對象30的存在導致附加的陰影區(qū)域32。
圖1 -8示出了其中到達對象表面的100%的光被對象吸收的情況。當 然，其他情形也是可能的，例如使用由部分吸收光并且部分反射光的材 料制造的對象或者由部分吸收光并且部分透射(即通過)光的材料制造 的對象。
參照圖l-8所描述的用于估計位置、形狀和尺寸的方法是之前引用的 共同待決申請的主題，所述申請即2005年3月lO日提交的SanderB.F. van de Wijdeven和Tatiana A. Lashina的美國序列號為60/660366 (卄戈理人巻號 US050077 )的臨時申請SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING THE LOCATION, SIZE AND SHAPE OF MULTIPLE OBJECTS THAT INTERACT WITH A TOUCH SCREEN DISPLAY,該文獻在本申請?zhí)峤?的時候沒有公布。
圖9示出了用在觸摸屏顯示器10上的卒40。本發(fā)明對于其中使用了 卒的系統(tǒng)(例如棋盤游戲)是非常有用的，但是當然它也可以與任何其 他對象一起使用。此外，通過將例如反射條紋施加到指狀物上以便進行 取向檢測，也可以將指狀物看作對象。所述卒包括接觸表面的第一分 段16,其用于形狀檢測；以及置于接觸所述表面的第一分段16之上的第 二分段50。在本說明書的其余部分中，接觸所述表面的對象40的分段16 將稱為"對象"，以避免冗長的措辭。
依照本發(fā)明的第一實施例，其示于圖10中，所述對象包括第一不透 明部分和第二反射部分42,其添加到對象16的側面上。箭頭41指向反射 部分42的方向。圖10示出了處于兩個相對位置的對象16,所述位置如指 向相對方向的箭頭41所示。
作為用作對稱對象的取向標記的反射部分42的結果，其取向可以如圖ll所示來檢測。如圖ll所示，當笫一光源Lo接通時，對象16以圖2中 所示的相同方式產生陰影18。然而，它也將產生光束40的部分60的反射 70。通過這種方式，檢測的結果將包含對象取向的指示。這里，對象的 旋轉將確定反射的光的角度。這個方向上的傳感器能夠檢測到光強的增 加。當對象16處于圖11所示的位置時，反射的光70由傳感器Si檢測到， 并且當對象16處于圖12所示的位置時，反射的光70由傳感器Sn檢測到。 該旋轉可以根據(jù)從Lq到L15的所有快照確定，以便增加精度。
對象取向的精確知識對于特定應用而言可能是非常重要的，所述特 定應用例如士兵或坦克向其他位置開火。另 一個實例是有效的移動的 卒，其表示計時器。
對象上的反射部分也可以用來標識對象。使用對象上的更多的反射 標記也可以產生像"條形碼"那樣的效果，以便指示取向，并且由反射標 記產生的獨特圖案可以用于精確的標識。
對于某些應用而言，有利的是非常精確地獲悉對象的取向，比如已 經提到的射擊"卒"或自定向計時器，或者需要特定技能的任何游戲(例 如高爾夫揮桿的設定力(set force))。為此目的，可以設計專用的非 對稱對象。
當然，檢測非對稱對象包括其取向，但是該取向相當粗糙。依照本 發(fā)明的第二實施例，對象16設有第一不透明部分和第二透明部分，例如 如圖13和圖14中所示的將僅在特定方向上通過光的孔或通道80。該通道 的取向的精確檢測是可能的。
圖13示出了操作模式期間接通第 一光源Lo時的時間點期間的觸摸 屏顯示器的快照，其中依照本發(fā)明第二實施例的對象以第一方式定向。 在該取向下，沒有光束14的光穿過通道80,并且以如圖2中所示的相同 方式檢測到陰影18。在圖14中，對象16以第二方式定向。該取向在陰影 18的中間引起檢測器信號，其由傳感器S7檢測到。應當理解的是，對于 每個取向而言，只有單個光源在陰影的中間引起信號。為了增強分辨率， 可以添加多個通道和/或反射部分，例如反射4竟。當所述系統(tǒng)熟悉該屬性 時，它可以使用匹配的濾波器(互相關)來甚至更加精確地確定角度。
圖15示出了操作模式期間接通第 一光源U時的時間點期間的觸摸 屏顯示器的快照，其示出了依照本發(fā)明第三實施例的對象16。除了通道 80之外，對象16還包括反射鏡90。該反射鏡90引起由傳感器S!檢測到的光束14的第一窄部分92在第一方向上的反射96。它引起由傳感器Sn檢測 到的光束14的笫二窄部分94在第二方向上的反射96。
通過添加用于取向才全測的多個選項，更多的取向信息可以由所述系 統(tǒng)收集并且因而可以增大檢測的精度，或者在更多場合下，例如當屏幕 上的其他對象遮擋了所述取向檢測選項之一(例如該對象中的孔)時， 可以檢測該對象的取向。
依照圖16和圖17中所示的本發(fā)明的第四和第五實施例，提供了形狀 均勻但是仍然可以區(qū)分或標識的對象。另外，在第四實施例中，使用2 種不同的材料構造對象第一部分由透明材料100構成，其用于對象的 外部，第二部分由不透明材料110構成，其用于內部，如圖16所示。通 過這種方式，外部可以相同，而內部在不同的對象之間可以變化。圖16 示出了依照第四實施例的對象的(不透明)內部的形狀的6個實例，但 是當然也可以使用任何其他的形狀。由圖16的底行顯然可知，當置于表 面上時，包括透明部分100的對象比僅包括不透明形狀110的對象更加穩(wěn) 定。
所述系統(tǒng)使用的光不會^:透明的外部阻擋，因而可以以參照圖1-8 描述的方式來檢測不透明部分的形狀。
分開對象的外部和內部也允許更加容易地改變內部對象，例如，西 洋棋游戲中的參與者可以通過改變內部對象的形狀來指示"國王"，因而 所述系統(tǒng)可以將該棋子與普通的西洋棋子區(qū)分開來。
所述透明材料可以是玻璃或塑料，但是不必對于可見光透明。優(yōu)選 地，所述系統(tǒng)使用的光的類型是(不可見的)紅外光。因此，該周圍材 料可以是對于人類不透明，而對于所述系統(tǒng)透明。這允許將"秘密鑰匙" 嵌入到對象中。該鑰匙可以基于以上參照圖16提到的對象檢測機制。
在如圖17所示的可替換的第五實施例中，該,匙利用諸如反射鏡 120、透鏡130或棱鏡140之類的內部部件來構造。因此，依照該實施 例，不僅使用形狀檢測以便通過所述對象建立允許識別或標識該對象的 所檢測的光的獨特圖案，而且也將反射、折射和其他光學現(xiàn)象用于該目 的。圖17示出了依照第五實施例的對象的4個實例，但是對于技術人 員顯而易見的是，存在許多其他的可能性。
"秘密，，鑰匙的使用可以用于向所述系統(tǒng)標識人物，其中要求人物在 使用所述系統(tǒng)之前將他或她的鑰匙放置在桌子上。這可以用來標識游戲中的(返回的)參與者，或者允許對于計算機的其他類型的訪問。
這種類型的標識也可以用于游戲中，其中不同的對象(卒)具有向 所述系統(tǒng)標識這些對象的不同鑰匙。在該游戲中，每種類型的對象具有 不同的能力或選項(例如類似于戰(zhàn)錘40k等)。如果用戶希望具有玩耍 的不同選項/能力，那么他/她可以購買要玩耍的新的游戲對象(卒)。 這些新對象將由所述系統(tǒng)標識，從而使得用戶能夠玩耍新的選項。
這些對象將由所述系統(tǒng)自動地檢測并且難于由用戶復制，因為內部 光學裝置是難于復制的。這將確保參與者必須購買新的對象，這考慮到
類似于戰(zhàn)錘40K的商業(yè)。
上面已經針對吸收100%的光的不透明材料描述了圖10-17中公開的
實施例。然而，根據(jù)本發(fā)明，"不透明"也包括部分吸收光并且部分反射 光的材料或者部分吸收光并且部分透射(即通過)光的材料。
盡管已經參照特定實施例描述了本發(fā)明，但是應當理解的是，在不 脫離所附權利要求書中陳述的本發(fā)明的范圍的情況下可以采取許多變型。
相應地，本說明書和附圖應當被視為說明性的，并非意在限制所附
權利要求書的范圍。
在解釋所附權利要求書時，應當理解的是
a) 措詞"包括"并不排除存在給定權利要求中未列出的其他元件或動
作；
b) 元件之前的措詞"一"或"一個"并不排除存在多個這樣的元件；
c) 權利要求中的任何附圖標記并沒有限制其范圍；
d) 若干"裝置"可以由同 一 項目或硬件或軟件實現(xiàn)的結構或功能來 表示；
e) 任何所公開的元件都可以包括硬件部分(例如包括分立的和集 成的電子電路)、軟件部分(例如計算機編程)及其任意組合；
f) 硬件部分可以包括^t擬部分和數(shù)字部分之一或者二者；
g) 除非另有特別說明，任何所公開的設備或其部分都可以組合在 一起或者劃分成更細的部分；以及
h) 除非有明確說明，沒有要求特定的動作順序。
權利要求
1.包括多個圍繞表面(12)的外圍設置的光發(fā)射器(L0......L15)和光檢測器(S0......S11)以及置于所述表面上的至少一個對象(16)的系統(tǒng)(10)，該對象包括至少具有第一類型的光學特性的第一部分以及具有第二類型的光學特性的第二部分，所述第二類型對于光發(fā)射器所用的光而言不同于第一類型，所述系統(tǒng)被設置成通過使用檢測到的由對象的第二部分產生的光現(xiàn)象來確定對象的取向和/或識別和/或標識對象。
2. 依照權利要求l的系統(tǒng)，其中對象的第二部分是反射性的，并且 所述系統(tǒng)被設置成通過使用檢測到的由對象的第二部分產生的光反射 來確定對象的取向。
3. 依照權利要求2的系統(tǒng)，其中當對象置于所述表面上時，所述第 二部分包括在對象的側面上的至少一個反射標記(42 )。
4. 依照權利要求3的系統(tǒng)，其中所述第二部分包括多個反射標記， 其允許標識對象。
5. 依照權利要求l的系統(tǒng)，其中對象的笫一部分是不透明的，對象 的第二部分是透明的，并且所述系統(tǒng)被設置成通過使用檢測到的穿過對 象的第二部分的光來確定對象的取向。
6. 依照權利要求5的系統(tǒng)，其中對象的第二部分是只在特定方向上 通過光的通道或孔(80),并且所述系統(tǒng)被設置成通過使用檢測到的在 第 一部分產生的陰影中穿過該通道或孔的光來確定對象的取向。
7. 依照權利要求l的系統(tǒng)，其中對象的第一部分位于外部并且是透 明的(100),第二部分位于內部并且是不透明的(110),并且其中所述 系統(tǒng)被設置成通過檢測第二部分的形狀來識別和/或標識對象。
8. 依照權利要求7的系統(tǒng)，其中對象的第一部分對于所述系統(tǒng)的光 發(fā)射器所用的光是透明的，但是對于可見光是不透明的。
9. 依照權利要求l的系統(tǒng)，其中對象的第二部分是透鏡(130)或棱 鏡(140),并且其中所述系統(tǒng)被設置成通過檢測由所述透鏡或棱鏡產生 的光學現(xiàn)象來識別和/或標識對象。
10. 依照前面的權利要求中任何一項的系統(tǒng)，為用于玩棋盤游戲的 系統(tǒng)。
11. 包括多個圍繞表面(12)的外圍設置的光發(fā)射器(L0......L15)和光檢測器(S。......S )的設備，其中對象(16)能夠置于所述表面上，該對象包括至少具有第一類型的光學特性的第一部分以及具有第二類 型的光學特性的第二部分，所述第二類型對于光發(fā)射器所用的光而言不 同于第一類型，所述設備被設置成通過使用檢測到的由對象的第二部分 產生的光現(xiàn)象來確定要置于所述表面上的對象的取向和/或識別和/或標 識該對象。
12. 用于依照權利要求1-10中任何一項的系統(tǒng)中的對象，包括至少 具有第一類型的光學特性的第一部分以及具有第二類型的光學特性的 第二部分，所述第二類型對于所述系統(tǒng)的光發(fā)射器所用的光而言不同于第一類型，其中當對象置于表面上時，所述第二部分包括對象的側面上 的至少一個反射標記(42)。
13. 用于依照權利要求1-10中任何一項的系統(tǒng)中的對象，包括至少具有第一類型的光學特性的第一部分以及具有第二類型的光學特性的 第二部分，所述第二類型對于所述系統(tǒng)的光發(fā)射器所用的光而言不同于第一類型，其中對象的第一部分是不透明的，并且對象的第二部分是透 明的。
14. 依照權利要求13的對象，其中笫二部分是通道或孔(80)。
15. 用于依照權利要求1-10中任何一項的系統(tǒng)中的對象，包括至少具有第一類型的光學特性的第一部分以及具有第二類型的光學特性的 第二部分，所述笫二類型對于所述系統(tǒng)的光發(fā)射器所用的光而言不同于第一類型，其中對象的第一部分位于外部并且是透明的(100),第二 部分位于內部(110)并且是不透明的。
16. 用于依照權利要求1-10中任何一項的系統(tǒng)中的對象，包括至少具有第一類型的光學特性的第一部分以及具有第二類型的光學特性的 第二部分，所述第二類型對于所述系統(tǒng)的光發(fā)射器所用的光而言不同于 第一類型，其中對象的第二部分是透鏡(130)或棱鏡(140)。
17. 依照權利要求12-16中任何一項的對象，其中當對象置于所述 表面上時接觸所述表面的分段(16)包括所述第一和笫二部分，并且對 象包括置于接觸所述表面的分段之上的剩余分段(50)。
18. 依照權利要求12-17中任何一項的對象，其中對象為卒(40)。
19. 用于包括多個圍繞表面(12)的外圍設置的光發(fā)射器(Lo......L15)和光檢測器(S。......Su)以及置于所述表面上的至少一個對象(16)的系統(tǒng)中的方法，該對象包括至少具有第一類型的光學特性的第一部分以及具有第二類型的光學特性的第二部分，所述第二類型對于光發(fā)射器所用的光而言不同于第一類型，該方法包括步驟 -通過至少一個所述光發(fā)射器發(fā)射光； 誦檢測由對象的笫二部分產生的光現(xiàn)象；以及 -使用檢測到的光現(xiàn)象來確定對象的取向和/或識別和/或標識對象。
全文摘要
公開了觸摸屏(10)，其包括多個圍繞其外圍設置的光發(fā)射器(L₀......L₁₅)和光檢測器(S₀......S₁₁)。對象(16)的位置、形狀和尺寸可以通過逐個接通這些光發(fā)射器并且檢測由對象產生的陰影(18)來確定。所述對象包括至少具有第一類型的光學特性的第一部分以及具有第二不同類型的光學特性的第二部分。通過確定由第二部分產生的光學現(xiàn)象，可以確定對象的取向和/或可以識別或標識對象。
文檔編號G06F3/042GK101517521SQ200780034110
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權日2006年9月13日
發(fā)明者A·H·伯格曼, S·B·F·威德文 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司