CN106814919B - 用于光学触摸检测的受振动波导表面 - Google Patents

Abstract

一种光学触敏设备包括：平面光学波导结构，其具有平面光学波导；以及换能器，其能够激活以使所述平面光学波导结构的顶部表面振动。所述设备还包括多个发光体和检测器。所述发光体和检测器沿着所述波导结构的周边布置。所述发光体产生光束，所述光束通过全内反射(TIR)经所述波导结构传播至所述检测器。在所述波导结构的受振动的顶部表面上的触摸干扰所述光束，并且所述触敏设备基于所述干扰确定触摸事件。

Description

用于光学触摸检测的受振动波导表面

相关申请的交叉引用

本申请按照35U.S.C.§119(e)要求提交于2015年12月2日的名称为“KineticFriction Reduction–Vibrating the Waveguide”的美国临时专利申请序列号62/262,321的优先权。上述所有申请的主题均以引用方式全文并入本文中。

背景技术

1.技术领域

本发明大体上涉及光学触摸检测系统。

2.相关技术描述

用于与计算设备交互的触敏显示器正变得日益普遍。存在用于实现触敏显示器和其它触敏设备的多种不同的技术。这些技术的例子包括例如电阻式触摸屏、表面声波触摸屏、电容式触摸屏和某些类型的光学触摸屏。

然而，这些方法中的许多目前存在缺点。例如，一些技术对于如在许多现代化的移动电话中使用的小尺寸显示器可能效果良好，但对于如在用于膝上型或甚至台式计算机的显示器中的大屏幕尺寸来说不能很好地扩展。对于需要特殊处理的表面的技术或在表面中使用特殊元件来说，屏幕尺寸增加N的线性因子意味着特殊处理必须被扩展以处置面积大N²倍的屏幕，或者需要数量为N²倍的特殊元件。这会导致无法接受的低产率或高得难以接受的成本。

一些技术的另一个缺点是，它们不能或难以处置多触摸事件。多触摸事件发生在多个触摸事件同时进行时。这会在原始检测信号中引入歧义，这种歧义必须接着被解决。重要的是，歧义必须以快速且计算上高效的方式解决。如果太慢，那么该技术将不能够提供系统所需的触摸采样速率。如果在计算上太密集，那么这会抬高该技术的成本和功耗。

另一个缺点是，技术可能不能够满足不断增加的分辨率需求。假设触敏表面是具有长度和宽度尺寸L×W的矩形。进一步假设应用需要触摸点分别以δl和δw的精度定位。那么所需的有效分辨率为R＝(L W)/(δlδw)。我们将R表达为触摸点的有效数目。随着技术进步，R中的分子通常会增加，并且分母通常会减小，从而导致所需触摸分辨率R的总体增加的趋势。

因此，需要改进的触敏系统。

发明内容

一种光学触敏设备具有受振动表面以减小接触物体与表面之间的摩擦。

在一个方面，光学触敏设备包括：平面光学波导结构，其具有平面光学波导；以及换能器，其能够激活以使平面光学波导结构的顶部表面振动。该设备还包括多个发光体和检测器。发光体和检测器沿着波导结构的周边布置。发光体产生光束，光束通过全内反射(TIR)经波导结构传播至检测器。在波导结构的受振动的顶部表面上的触摸干扰光束，并且触敏设备基于干扰确定触摸事件。

在另一方面，光学触敏设备确定物体在光学波导结构上的触摸事件的触摸类型。光学触敏设备以受控方式激活发光体和检测器以进行多次扫描，并且每次扫描与一组扫描特性相关联。光学触敏设备激活至少一个换能器以使光学波导结构的顶部表面振动，并且顶部表面的振动与一组振动特性相关联。光学触敏设备针对每次扫描测量光束以确定哪些光束已被触摸事件干扰。光学触敏设备基于振动特性和扫描特性一起分析扫描的被测量光束。光学触敏设备基于该分析确定触摸事件的触摸类型。

其它方面包括与上述任一方面有关的部件、设备、系统、改进、方法、过程、应用、计算机可读介质和其它技术。

附图说明

现在将以举例方式结合附图描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据一个实施例的光学触敏设备的示意图。

图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。

图3A-3B示出了根据一个实施例的用于与光束的触摸交互的受抑TIR机制。

图3C示出了根据一个实施例的增强透射的与光束的触摸交互。

图4A-4C是根据一个实施例的不同形状的光束覆盖区的俯视图。

图5A-5B是根据一个实施例的俯视图，示出了由发光体和检测器覆盖的有源区域。

图6是根据一个实施例的俯视图，示出了针对所有可能的发光体和检测器对的所有光束。

图7A是根据一个实施例的经受机械横向振动的波导结构的剖视图。

图7B是根据一个实施例的经受机械横向振动的波导结构的顶部表面的剖视图。

图7C是根据一个实施例的经受机械横向振动的多部件波导结构的剖视图。

图8A是根据一个实施例的换能器在波导结构之上的放置位置的侧视图，该波导结构具有与显示器相关联的区域。

图8B是根据一个实施例的换能器在波导结构下方的放置位置的侧视图，该波导结构具有与显示器相关联的区域。

图8C是根据一个实施例的换能器在波导结构之上的放置位置的俯视图。

图8D是根据另一个实施例的换能器在波导结构之上的放置位置的侧视图，该波导结构具有与显示器相关联的区域。

图8E是根据另一个实施例的换能器在波导结构下方的放置位置的侧视图，该波导结构具有与显示器相关联的区域。

图8F是根据另一个实施例的换能器在波导结构上的放置位置的俯视图。

图8G是根据一个实施例的换能器邻近波导结构的放置位置的侧视图。

图8H是根据一个实施例的换能器邻近波导结构的放置位置的俯视图。

图9A是根据一个实施例的俯视图，示出了受波导结构的振动干扰的光束。

图9B是根据一个实施例的俯视图，示出了通过将180度的相移施加到图9A所示波导结构的振动而干扰的光束。

图10是根据一个实施例的用于基于振动来确定触摸类型的过程的流程图。

图11A是根据一个实施例的示意图，示出了三次扫描的随时间变化的横向振动。

图11B是根据一个实施例的侧视图，示出了在图11A所示的每次扫描的时间点在物体和受振动表面之间的交互。

图11C是根据一个实施例的俯视图，示出了在图11B所示的每次扫描的时间点在物体和受振动表面之间的交互。

图11D是根据一个实施例的侧视图，示出了在图11A所示的每次扫描的时间点在另一个物体和受振动表面之间的交互。

图11E是根据一个实施例的俯视图，示出了在图11D所示的每次扫描的时间点在具有不同硬度的物体和受振动表面之间的交互。

图12A是根据一个实施例的向上移动至振动峰的波导结构的剖视图。

图12B是根据一个实施例的俯视图，示出了在图12A所示两个物体和受振动表面之间的交互。

图12C是根据一个实施例的向下移动至振动谷的波导结构的剖视图。

图12D是根据一个实施例的俯视图，示出了在图12C所示两个物体和受振动表面之间的交互。

附图仅出于举例说明目的而描绘了各种实施例。本领域技术人员将容易从以下讨论认识到，本文所示结构和方法的备选实施例可以在不脱离本文所述原理的情况下被采用。

具体实施方式

该具体实施方式分为两部分。部分A提供了对触敏系统和多触摸事件的检测的各个方面的描述。这些内容主要在手指触摸的语境下进行描述，但该概念也适用于工具(例如，笔或触笔)触摸。部分B提供了对部分地基于受振动波导来检测触摸事件和触摸类型的描述。下面是具体实施方式的内容：

部分A：触摸检测

I.介绍

A.设备概述

图1是根据一个实施例的光学触敏设备100的示意图。光学触敏设备100包括控制器110、发光体/检测器驱动电路120、以及触敏表面组件130。表面组件130包括表面131，在该表面上将检测触摸事件。为了方便，区域131有时可以被称为有源区域或有源表面，尽管有源区域本身可以是诸如光学波导的完全无源结构。组件130还包括沿着有源区域131的周边布置的发光体和检测器。在该例子中，存在标记为Ea-EJ的J个发光体和标记为D1-DK的K个检测器。该设备还包括触摸事件处理器140，其可以作为控制器110的一部分或如图1所示单独地实现。标准化的API可以用来与触摸事件处理器140通信，例如，在触摸事件处理器140和控制器110之间或在触摸事件处理器140和连接到触摸事件处理器的其它设备之间。

发光体/检测器驱动电路120用作控制器110与发光体Ej和检测器Dk之间的接口。发光体产生由检测器接收的光“束”。优选地，由一个发光体产生的光由不止一个检测器接收，并且每个检测器从不止一个发光体接收光。为了方便，“光束”将表示从一个发光体到一个检测器的光，尽管它可以是到达许多检测器的光的大扇面的一部分，而不是单独的光束。从发光体Ej到检测器Dk的光束将被称为光束jk。图1明确地标出光束a1、a2、a3、e1和eK作为例子。在有源区域131内的触摸会干扰某些光束，由此改变在检测器Dk处所接收到的内容。关于这些变化的数据被通信至触摸事件处理器140，该处理器分析数据以确定在表面131上的触摸事件的(多个)位置(和时间)。

如图1所示的光学方法的一个优点在于，该方法很好地扩展至更大的屏幕尺寸。由于发光体和检测器被定位在周边周围，将屏幕尺寸增加N的线性因子意味着周边也会按比例缩放N而不是N²的因子。

这些触敏设备可在各种应用中使用。触敏显示器是一类应用。这包括用于平板计算器、膝上型计算机、台式计算机、游戏控制台、智能手机和其它类型的计算设备的显示器。它还包括用于电视机、数字标牌、公共信息、白板、电子阅读器的显示器和其它类型的高分辨率显示器。然而，它们也可用于较小或较低分辨率的显示器：较简单的区域电话、用户控制器(影印机控制器、打印机控制器、电器的控制器等)。这些触敏设备也可在除显示器之外的应用中使用。在上面检测触摸的“表面”可以是无源元件，例如，印刷图像或仅仅是某个硬表面。该应用可用作用户接口，类似于轨迹球或鼠标。

B.过程概述

图2是根据一个实施例的用于确定触摸事件的位置的流程图。该过程将利用图1的设备来说明。过程200大致分为两个阶段，这两个阶段将被称为物理阶段210和处理阶段220。从概念上讲，在这两个阶段之间的分割线是一组透射系数Tjk。

透射系数Tjk是光束从发光体j到检测器k的透射率，这与不存在与光束交互的触摸事件时将被透射的形成对比。该具体量度的使用纯粹是一个例子。可以使用其它量度。特别地，由于我们最感兴趣的是中断的光束，可以使用诸如的(1-Tjk)的逆量度，因为它通常是0。其它例子包括吸收、衰减、反射或散射的量度。此外，虽然图2使用Tjk作为物理阶段210和处理阶段220之间的分割线，但不需要明确地计算Tjk。也不需要在物理阶段210和处理阶段220之间的清晰的分割。还应注意，Tjk可具有时间方面。

返回图2，物理阶段210是从物理设置确定Tjk的过程。处理阶段220从Tjk确定触摸事件。图2所示模型在概念上有用，因为它在一定程度上将物理设置和下面的物理机制与后续的处理分开。

例如，物理阶段210产生透射系数Tjk。触敏表面组件130的许多不同的物理设计是可能的，并且将根据最终应用来考虑不同的设计权衡。例如，发光体和检测器可以是较窄的或较宽的、较窄的角度或较宽的角度、各种波长、各种功率、相干的或不相干的，等等。作为另一例子，不同类型的复用可以用来允许来自多个发光体的光束被每个检测器接收。

框210的内部示出了过程210的一种可能的具体实施。在该例子中，发光体将光束发送212至多个检测器。横跨触敏表面行进的光束中的一些被触摸事件干扰。检测器以复用光学形式从发光体接收214光束。所接收的光束被解复用216，以将各个光束jk彼此区分。然后确定218每个单独的光束jk的透射系数Tjk。

处理阶段220也可以许多不同的方式实现。候选触摸点、线成像、位置内插、触摸事件模板和多遍方法是可以作为处理阶段220的一部分使用的技术的所有例子。

II.物理设置

触敏设备100可以以许多不同的方式实现。下面是设计变型的一些例子。

A.电子器件

就电子器件方面而言，应注意，图1在本质上是示例性的和功能性的。来自图1中的不同框的功能可以在相同的部件中一起实现。

B.触摸交互

可以使用用于与光束的触摸交互的不同机制。一个例子是受抑全内反射(TIR)。在受抑TIR中，光束通过全内反射限制在光波导内，并且触摸交互以某种方式干扰全内反射。图3A-3B示出了根据一个实施例的用于与光束的触摸交互的受抑TIR机制。在图3A中，以虚线示出的光束从发光体E通过光学上透明的平面波导302行进至检测器D。光束通过全内反射限制在波导302内。波导可以由例如塑料或玻璃构造成。在图3B中，与透明波导302形成接触的诸如手指或触笔的物体304具有比通常围绕波导的空气高的折射率。在接触区域上方，由于物体导致的折射率的增加干扰波导内的光束的全内反射。全内反射的干扰增加了从波导的漏光，从而使穿过接触区域的任何光束衰减。因此，移除物体304将使穿过的光束的衰减停止。穿过触摸点的光束的衰减将导致检测器处更小的功率，从该功率可以计算出减小的透射系数Tjk。

应注意，除了触摸的存在性之外，一些类型的触摸交互可用来测量接触圧力或触摸速度。还应注意，代替减少透射或除了减少透射之外，一些触摸机制可以增强透射。图3C示出了根据一个实施例的增强透射的与光束的触摸交互。图3C是俯视图。发光体Ea通常产生由检测器D1接收的光束。当不存在触摸交互时，Ta1＝1，且Ta2＝0。然而，触摸交互304阻挡光束到达检测器D1，并且将被阻挡的光中的一些散射到检测器D2。因此，检测器D2从发光体Ea接收比正常情况下更多的光。相应地，当存在触摸事件304时，Ta1减小，且Ta2增加。

为了方便，触摸交互机制有时可以划分为二进制的或模拟的。二进制交互是基本上具有随触摸变化的两种可能的响应的交互。例子包括无阻挡的和完全阻挡的、或无阻挡的和10％+衰减、或不受抑的和受抑的TIR。模拟交互是具有对触摸的“灰度”响应的交互：无阻挡经过部分阻挡的渐变至阻挡。

C.发光体、检测器和耦合器

每个发光体将光发送至多个检测器。通常，每个发光体将光同时输出至不止一个检测器。类似地，每个检测器从多个不同的发光体接收光。光束可以是可见光、红外线和/或紫外线。术语“光”意味着包括所有这些波长，并且诸如“光学的”的术语应被相应地解释。

发光体的光源的例子包括发光二极管(LED)和半导体激光器。也可使用IR源。光束的调节可以是外部的或内部的。用于检测器的传感器元件的例子包括电荷耦合设备、光电二极管、光敏电阻、光电晶体管、以及非线性全光学检测器。

除了主光源、传感器元件之外，发光体和检测器也可包括光学器件和/或电子器件。例如，发光体和检测器可以并入或附接到透镜以扩散和/或准直发射或入射的光。另外，具有不同设计的一个或多个光学耦合组件(耦合器)可用来将发光体和检测器耦合到波导。波导、耦合器和任何居间光学元件均具有类似的折射率，其高于空气的折射率，以有利于贯穿每个光束的整个光学路径的TIR。这些元件可以利用键合剂物理耦合在一起，该键合剂具有与波导和耦合器类似的折射率。备选地，在沿着光学路径的各个点处，在元件之间可以存在气隙以代替键合剂。

D.光束路径

触敏系统的另一个方面是光束和光束路径的形状与位置。在图1中，光束示出为线。这些线应解释为代表光束，但光束本身可以是不同的形状和覆盖区。图4A-4C是根据一个实施例的不同形状的光束覆盖区的俯视图。在图4A中，点发光体和点检测器产生具有线状覆盖区的狭窄的“笔形”光束。在图4B中，点发光体和宽检测器(反之亦然)产生具有三角形覆盖区的扇形光束。在图4C中，宽发光体和宽检测器产生具有宽度非常恒定的矩形覆盖区的“矩形”光束。根据覆盖区的宽度，透射系数Tjk表现为二进制量或模拟量。如果当触摸点穿过光束时透射系数从一个极值很突然地转变至另一个极值，则透射系数是二进制的。例如，如果光束很窄，它将被完全阻挡或完全不受阻挡。如果光束较宽，则它可能在触摸点穿过光束时被部分阻挡，这导致更模拟的行为。

光束可以在侧向(水平)方向和竖直方向两者上具有覆盖区。光束的侧向覆盖区与光束的水平覆盖区可以是相同的或不同的。

从发光体发射且由检测器接收的光的方向和展度可以在展度或角度上不同于旨在覆盖有源区域131的光束覆盖区。为了使光束成形以获得预期的覆盖区，透镜可以附接到发光体和检测器。例如，点发光体和检测器可以结合透镜使用以在水平和竖直方向上扩散光束。

图5A-5B是根据一个实施例的俯视图，示出了由发光体和检测器覆盖的有源区域。如上所述，发光体和检测器沿着有源区域的周边布置。所有发光体可以布置在有源区域的两侧上，例如，在如图5A所示的两个相邻的垂直侧面上。类似地，所有检测器可以布置在有源区域的其它两个侧面上。备选地，发光体和检测器可以根据如图5B所示的图案混合或交织。该图案可以是一个发光体在每个检测器之间，或另一种更复杂的布置方式。

在大多数具体实施中，每个发光体和每个检测器将支持多个光束路径，但可能不存在从每个发光体到每个检测器的光束。来自一个发光体(或至一个检测器)的所有光束的覆盖区的总和将被称为该发光体(检测器)的覆盖面积。所有发光体(或检测器)的覆盖面积可被合计以得到系统的总覆盖面积。

各个光束的覆盖区可使用不同的量来描述：空间范围(即，宽度)、角度范围(即，发光体的辐射角度、检测器的接收角度)和覆盖区形状。从一个发光体到一个检测器的单独的光束路径可由发光体的宽度、检测器的宽度和/或限定两者间的光束路径的角度与形状来描述。发光体的覆盖面积可由发光体的宽度、相关的检测器的总宽度和/或限定来自发光体的光束路径的集合的角度与形状来描述。应注意，各个覆盖区可以重叠。(发光体的覆盖区的面积之和)/(发光体的覆盖面积)的比率是重叠量的一种量度。

所有发光体的总覆盖面积应覆盖整个有源区域131。然而，并非有源区域131内的所有点都将被等几率地覆盖。一些点可以被许多光束路径经过，而其它点被少得多的光束路径经过。光束路径在有源区域131上的分布可以通过计算多少光束路径经过有源区域内的不同(x,y)点来表征。光束路径的取向是分布的另一个方面。相比由全部彼此成60度的角度延伸的三个光束路径经过的点，从全部大致在相同的方向上延伸的三个光束路径导出的(x,y)点通常将是较弱的分布。

上文针对发光体描述的概念也适用于检测器。检测器的覆盖面积是由检测器接收的光束的所有覆盖区的总和。

E.复用

由于多个发光体将多个光束发送至多个检测器，并且由于各个光束的行为是大体上理想的，复用/解复用方案被使用。例如，每个检测器通常输出指示入射光强度的单个电信号，而不论该光是否来自由一个发光体产生的一个光束或来自由许多发光体产生的许多光束。然而，透射率Tjk是各个光束jk的特性。

可以使用不同类型的复用。根据所使用的复用方案，光束的透射特性，包括其内容和光束被透射的时间，可以变化。因此，复用方案的选择可以影响光学触敏设备的物理构造和其操作两者。复用的例子包括码分复用、频分复用、时分复用。光学系统常用的其它复用技术包括波分复用、偏振复用、空间复用和角度复用。诸如PSK、QAM和OFDM的电子调制方案也可以可能地应用以区分不同的光束。几种复用技术也可以一起使用。

图6是根据一个实施例的示例设备的俯视图，示出了针对所有可能的发光体和检测器对的所有光束。如图6所示，发光体和检测器在编号1-30的位置处布置在有源区域的周边周围。在该例子中，光束末端未被标为发光体或检测器。假设存在足够的发光体和检测器来实现任何可能的光束路径。

III.处理阶段

在图2的处理阶段220中，透射系数Tjk被用来确定触摸点的位置。可以使用不同的方法和技术，包括候选触摸点、线成像、位置内插、触摸事件模板和多遍处理和光束加权。

A.候选触摸点

确定触摸点的位置的一种方法基于：识别已受触摸事件影响的光束(基于透射系数Tjk)，然后将这些中断光束的交点识别为候选触摸点。通过考虑紧邻候选触摸点的其它光束或通过考虑其它候选触摸点，可对候选触摸点的列表求精。该方法更详细地描述于美国专利申请第13/059,817号“Method and Apparatus for Detecting a MultitouchEvent in an Optical Touch-Sensitive Device”中，该申请以引用方式并入本文中。

B.线成像，断层扫描

该技术基于以下概念：由检测器接收的光束的集合形成触摸点的线图像，其中视点为检测器的位置。检测器作为瞄准发光体的集合的一维相机起作用。由于互反性，对于发光体来说同样如此。由发光体发送的光束的集合形成触摸点的线图像，其中视点为发光体的位置。这些线图像可被处理以重构触摸点，例如，通过使用相关性或断层扫描原理。该方法更详细地描述于美国专利申请第13/460,703号“Detecting Multitouch Events in anOptical Touch-Sensitive Device using Touch Event Templates”和第14/092,850号“Optical Touch Tomography”中，这些申请以引用方式并入本文中。

C.位置内插

应用通常会要求在定位触摸点方面一定的精度水平。增加精度的一种方法是增加发光体、检测器和光束路径的密度，使得触摸点位置的小幅变化会中断不同的光束。另一种方法是在光束之间内插。该方法更详细地描述于美国专利申请第13/460,703号“DetectingMultitouch Events in an Optical Touch-Sensitive Device using Touch EventTemplates”中，该申请以引用方式并入本文中。

D.触摸事件模板

如果光束路径的位置和形状是已知的(这通常是具有固定的发光体、检测器和光学器件的系统的情况)，则可以提前预测给定触摸事件的透射系数。可以经推理为预计的触摸事件生成模板。触摸事件的确定由此成为模板匹配问题。

如果使用暴力方法，那么可为每个可能的触摸事件生成一个模板。然而，这会导致大量的模板。例如，假设一类触摸事件被模拟为卵圆形接触区域，并且假设光束是或者完全被阻挡或者完全不被阻挡的笔形光束。这类触摸事件可被参数化为五个维度的函数：长轴线的长度、短轴线的长度、长轴线的取向、有源区域内的x位置和有源区域内的y位置。覆盖这类触摸事件的模板的暴力穷举集合必须跨越这五个维度。此外，模板本身可具有大量的元素。

因此，在另一种方法中，模板的集合被简化。例如，用于具有某个接触区域的触摸事件的一种可能的模板是将受该触摸影响的所有光束路径的集合。然而，这是大量的光束路径，因此模板匹配将更困难。此外，该模板很大程度上是因接触区域而异的。如果接触区域在大小、形状或位置上略微变化，接触区域的模板将不再完全匹配。另外，如果在有源区域中的其它地方存在额外的触摸，模板将不能很好地匹配检测到的数据。因此，虽然使用所有可能的光束路径可产生非常有差别的模板，但也可能计算强度太大而无法实现。备选方案使用具有少于所有受影响光束的模板。例如，更简单的模板可以基于将由某个接触区域中断的仅四个光束。这是较不特异性的模板，因为具有略微不同的形状、大小或位置的其它接触区域仍将匹配该模板。这样的好处在于，将需要较少的模板来覆盖可能的接触区域的空间。该模板没有基于所有中断光束的全模板精确。然而，由于规模更小，匹配起来也更快。相对于可能的透射系数的全集，这些类型的模板常常是稀疏的。

应注意，可以为某个接触区域限定一系列模板，从而增加包含在该模板中的光束的数目：2光束模板、4光束模板等。在一个实施例中，被接触区域中断的光束被从1至N依次排序。然后，可通过按顺序选择第一n个光束来构造n-光束模板。一般而言，空间上或角度上不同的光束往往会产生更好的模板。也就是说，相比基于彼此紧邻的三个很大程度上平行的光束的模板，具有彼此成60度延伸且不在公共点相交的三个光束的模板往往会产生更稳健的模板。此外，较多的光束往往会增加模板匹配的有效信噪比，特别是在光束来自不同的发光体和检测器时。

常常，也可使用基本模板来生成一系列相似的模板。例如，接触区域B可能与接触区域A相同，但被向右移位。然后，通过利用右移位，可以从接触区域A的模板生成接触区域B的对应的四光束模板。更一般地说，接触区域A的模板可被抽象化或参数化(例如，其中参数是在不同方向上移位的数量)。抽象化将被称为模板模型。在一种方法中，模型用来生成单独的模板，并且实际数据针对单独的模板中的每一个被匹配。在另一个方法中，数据针对模板模型被匹配。匹配过程因此包括确定是否存在针对模板模型的匹配以及在存在时产生匹配的参数的值是哪个。

模板可使用正区域和负区域两者。实际接触区域可以被“无触摸”区包围。如果接触在实际接触区域中进行，那么在紧邻的周围区域中将不存在接触。因此，模板包括(a)被中断的接触区域中的光束，和(b)未被中断的阴影区域中的光束两者。

模板也可基于减小的和增强的透射系数两者。对于特定类型的接触来说，中断的某些光束的透射系数应减小。然而，触摸交互可以在其它方向上散射或反射光，并且这些方向的透射系数应增加。

其它模板将显而易见，并且模板可通过多种方式被处理。在简单的方法中，对模板中的光束的干扰被简单地求和或平均。这会增加这样的测量的总体SNR，因为每个光束增加额外的信号，而来自每个光束的噪声是大概独立的。在另一个方法中，和或其它组合可以是加权过程，其中并非模板中的所有光束都被赋予相等的权重。例如，接近被建模的触摸事件的中心经过的光束可比更远离的光束权重更大。备选地，模板中的光束的角度差异性也可通过权重来表达。角度相异的光束比差异不大的光束权重更大。

触摸事件模板的另外的例子更详细地描述于美国专利申请第13/460,703号“Detecting Multitouch Events in an Optical Touch-Sensitive Device using TouchEvent Templates”中，该申请以引用方式并入本文中。

E.多遍处理

参看图2，处理阶段不一定是一遍的过程，也不局限于单一技术。多种处理技术可以结合或以其它方式一起使用以确定触摸事件的位置。

作为一个例子，第一阶段是依赖于快速二进制模板匹配的粗略遍。在该阶段中，模板是二进制的，并且透射率T’jk也假设为二进制的。二进制透射率T’jk可通过四舍五入或阈值分割模拟值而从模拟值Tjk生成。二进制值T’jk针对二进制模板进行匹配，以产生候选触摸点的初步列表。进行某种清理以对该列表求精。例如，可以简单地消除冗余的候选触摸点或合并彼此接近或相似的候选触摸点。第二阶段用来使用更精确的方法消除误报。对于每个候选触摸点来说，相邻的光束可以用来验证或消除作为实际触摸点的候选项。美国专利申请第13/059,817号中描述的技术可以用于此目的。除了考虑光束的实际宽度之外，该阶段也可以使用模拟值Tjk。该阶段的输出是确认的触摸点的列表。最后的阶段对每个触摸点的位置求精。例如，前述内插技术可用来以更高的精度确定位置。由于已经知道近似位置，该阶段可以处理少得多的光束(即，在本地附近的光束)，但可能对该数据施加更密集的计算。最终结果是确定触摸位置。

其它技术也可以用于多遍处理。例如，也可以使用线图像或触摸事件模型。备选地，相同的技术可以使用不止一次或以迭代的方式使用。例如，可以首先使用低分辨率模板来确定一组候选触摸位置，然后可以使用更高分辨率的模板或触摸事件模型来更精确地确定触摸的精确位置和形状。

F.光束加权

在处理透射系数的过程中，常见的是将透射系数加权或优先化。加权有效地表示一些光束比其它光束更重要。权重可以在需要时在处理期间确定，或者它们可以被预定和从查找表或列表检索。

对光束加权的一个因素是角度差异性。通常，角度不同的光束被赋予比角度差异性相对较小的光束更高的权重。给定一个光束的情况下，具有较小的角度差异性(即，大致平行于第一光束)的第二光束可能权重较低，因为相比第一光束所提供的，它提供关于触摸事件的位置的相对较少的附加信息。反之，在确定触摸点沿着第一光束发生的位置的过程中，具有相对于第一光束较高角度差异性的第二光束可以得到更高的权重。

对光束加权的另一个因素是在光束的发光体和/或检测器之间的位置差异(即，空间差异性)。通常，较大的空间差异性被赋予较高的权重，因为它表示相比已经可用的“更多”的信息。

对光束加权的另一个可能的因素是光束的密度。如果横贯有源区域的区域的光束有很多，那么每个光束仅仅是很多光束中的一个，并且任何单独的光束都不太重要并且可能权重较小。反之，如果横贯有源区域的区域的光束很少，那么这些光束中的每一个都在其携带的信息方面更重要，并且可以权重较大。

在另一方面，标称光束透射率(即，在不存在触摸事件的情况下的透射率)可用来对光束加权。具有较高标称透射率的光束可被认为相比具有较低标称透射率的那些更“可信”，因为那些光束更易受噪声影响。信噪比(如有)可通过类似的方式用来对光束加权。具有较高信噪比的光束可以被认为更“可信”，并且被赋予更高的权重。

无论如何确定，权重都可以用来计算与可能的触摸位置相关联的给定模板的品质因数(置信度)。光束透射率/信噪比也可在内插过程中使用，合并成与从线图像中的给定触摸阴影导出的内插线相关联的置信度的单个量度。从由“可信”光束构成的阴影导出的那些内插的线在确定最终触摸点位置过程中可被赋予比从可疑的光束数据导出的线更高的权重。

部分B：受振动波导

IV.受振动波导结构

A.振动特性

光学触敏设备100的有源区域包括光学波导结构。波导结构可以是刚性的或柔性的。当发光体和检测器被激活以检测一个或多个触摸事件时，波导结构的顶部表面或整个波导结构振动。在一些实施例中，顶部表面是平面光学波导的触敏表面。备选地，顶部表面可以是触敏平坦光学波导之上且不干扰触敏平坦光学波导的振动层，如在章节IV.B中进一步描述。例如，当用户的手指横跨光学触敏表面移动时，或当用户横跨该表面移动触笔时，波导结构可能振动。振动特性表征受振动波导结构。振动特性的例子包括振动周期、振动频率、振动相位、振动对扫描相移、振幅和振动取向。振动周期是指波导结构完成完整的振动循环的持续时间。完整的振动循环被定义为：波导结构从其中立位置移动至一个极限位置，并且移回到中立位置，然后移动至另一个极限位置，并且移回到中立位置。振动频率是指完整的振动循环在给定的时间段内重复的次数。振动相位是在振动循环期间波导结构的瞬时位置。振动对扫描相移是在给定光束的两次连续扫描之间在波导顶部表面的振动周期内的振动相位差。该量可以根据哪个光束(发光体/检测器对)正被考虑而变化，因为不同的发光体和检测器可能在不同的时间活动。例如，多于一个发光体可在一个时间点活动，或多于一个检测器可在一个时间点活动。振幅是指从中立位置到在任一侧上的极限位置的距离。振动取向是指波导的移动取向。波导结构可以上下振动。这种类型的振动是指机械横向振动。附加地或备选地，波导结构可以来回移动。这种类型的振动是指机械纵向振动。

图7A是根据一个实施例的经受机械横向振动的整个波导结构700A的剖视图。波导结构700A的中立位置由点划线708表示。当整个波导结构700A振动时，波导结构700从中立位置708向上移动至第一极限位置712(也称为振动峰)。波导结构700A从振动峰712返回至中立位置708，并且从中立位置708继续向下移动至第二极限位置714(也称为振动谷)。波导结构700A从振动谷714返回至中立位置708。波导结构700A的该系列移动形成完整的振动循环。该系列移动可由振动特性(例如，振动周期、频率、相位、振幅和取向)来表征。假设该振动循环对应于第一振动相位A。如果第一振动相位A偏移到第二振动相位A+180°，则波导结构700A首先从中立位置708向下移动至振动谷714，并返回至中立位置708，再继续向上移动至振动峰712，并返回至中立位置708。

通过调整振动特性，可以多种方式设计受振动波导结构。当物体702A(触笔或手指)横跨受振动波导结构700A移动时，物体702A需要较小的力来沿着表面移动，因为振动导致物体702A受到的动摩擦和静摩擦均减小。当物体702A与受振动波导结构接触(例如，振动峰712)时，物体702B干扰光束在波导结构700A内的全内反射。全内反射的干扰增加了从波导结构700A的漏光，从而使穿过接触区域的任何光束衰减。因此，移除物体702A将使穿过的光束的衰减停止。

图7B是根据一个实施例的经受机械横向振动的波导结构700B的顶部表面的剖视图。在该例子中，波导结构的顶部表面可向上移动至振动峰722，或可向下移动至振动谷724。若干技术可用于产生表面振动。例如，表面声波(例如，瑞利(Rayleigh)波)是平行于波导的顶部表面行进的声波，而其位移振幅衰减到波导结构的顶部表面中以使顶部表面振动。

B.多部件受振动波导结构

在一些实施例中，波导结构由多个部件构造成。在一个方案中，波导结构包括平面波导具有平坦的无振动顶部表面(即，平坦的、平行顶部表面和底部表面)，且在平面波导的顶部表面上具有振动层。振动层可以是刚性的或柔性的。振动层支持在层表面处对感测光的全内反射的折射率。代替图7A中使顶部表面或整个波导结构700A振动，仅振动层被振动以产生机械横向振动或机械纵向振动。振动层可以单独地制造，然后固定到波导结构的平坦的无振动顶部表面。振动层可以是透明的。例如，一片玻璃可以作为固体透明层施加到平面波导。

图7C是经受机械横向振动的多部件波导结构700C的剖视图。多部件波导结构700B包括具有平坦的无振动顶部表面的平面波导720，并且还包括振动层730。在图7C的例子中，置于平面波导720之上的振动层730可向上移动至振动峰735，或者可向下移动至振动谷738。振动层730的振动由振动特性表征。由于平面波导720和振动层730之间的光学耦合，物体702B干扰平面波导720内的光束的全内反射。

C.换能器

换能器以特定的方式控制波导结构的机械振动。例如，换能器控制波导结构以便以预定的振动特性振动。换能器通常是机电换能器(例如，静电换能器、电磁换能器，其具体例子将为压电换能器和表面声波换能器)。

波导结构的振动可以是空间上局部的，或者可以横跨整个波导结构，并且给定的触敏设备可以被构造成执行两种类型的振动中的任一种。因此，存在多个感兴趣的区域，在该区域中，放置换能器以使波导结构振动可能是有利的，以执行两种振动中的任一种或两种。在各种实施例中，换能器可以被放置在触敏表面组件的各种位置处。例如，换能器可以位于波导结构的边缘附近、波导结构下方、波导结构之上、或它们的某种组合。

图8A-8H示出了放置换能器的位置的例子。图8A、图8B、图8D、图8E是换能器在波导结构802的放置位置的侧视图，波导结构具有与显示器相关联的区域802A。图8C和图8F是换能器在波导结构802上的放置位置的俯视图。在一些实施例中，显示模块(图8中未示出)可以位于波导结构802的区域802A下方，使得显示模块能够显示用户可通过波导结构看到的图像。除了此前的图片中列出的位置之外，换能器可以附加地或备选地相对于显示模块定位，例如，在显示器的边缘附近、在显示器下方、在显示器之上、或它们的某种组合。

图8A显示换能器803被放置在区域802A之上。图8B显示换能器806在波导802的区域802A下方。图8D显示换能器808被放置在波导结构802的边缘附近和波导结构802之上，但与区域802A保持距离。图8D显示换能器810被放置在波导结构802的边缘附近且在波导结构802下方，但与区域802A保持距离。多个换能器可被放置在波导结构802之上或波导结构802下方。图8C显示多个换能器804A-804C被放置在区域802A的边缘附近。图8F显示多个换能器812A-812D被放置在波导结构802的边缘附近。

在一些实施例中，换能器可邻近波导结构802放置。图8G和图8H分别是换能器邻近波导结构802的放置位置的侧视图和俯视图。图8G和图8H显示多个换能器附接到波导结构802的边缘。

除了换能器的上述可能的位置之外，换能器也可以相对于彼此布置以便形成图案化的布局。例如，它们可以在波导顶部或下方的图案中间隔开、在围绕波导或显示器的外部边缘或邻近波导的边缘的图案中间隔开，等等。图案可以被均匀地间隔开或为更不规则的。换能器布局也不一定按照图案，例如，一个或多个换能器可以位于波导表面下方的特定点处，在这里希望产生局部的振动，例如，以向用户提供触觉反馈。

换能器可由单独设计的信号驱动，这些信号将导致在波导结构表面上某一位置处的局部振动。这样，可对换能器进行控制以允许在波导结构表面上的任何点处引起任何特定的振动。例如，可以这样做以局部减小该位置中的触摸摩擦。作为简单的例子，由相同信号驱动的换能器的圆形阵列将引起在圆圈中心的局部最大振幅。这是因为振动都将在该位置同相，从所有换能器行进了相等的距离。在更复杂的具体实施情况中，驱动信号的相位可基于以下方面加以控制：离开波导边缘的振动的实时反射，以及在安装点处来自换能器的实时振动。这样，振动最大的位置可以按实时方式加以控制。

V.振动干扰最小化

在波导结构的顶部表面上的触摸事件通过受抑TIR来检测。也就是说，来自波导结构中的TIR的倏逝波被接触物体中断。这种受抑TIR甚至在接触物体与波导结构略微分离时也可发生，但增加间距会降低效应。当波导结构在触摸事件期间振动时，振动可以使波导结构与接触物体分离。如果间距足够小，使得接触物体仍在倏逝场内，接触物体仍将干扰传播过波导结构的光束形成所需的TIR效应。如果间距足够大，使得接触物体超出倏逝场，物体将表现得对光束极少或没有影响。这被称为振动干扰。为了减小振动干扰，振动(振动特性)和光学扫描(扫描特性)可通过多种方式同步。如将在下面的章节中解释的，振动和光学扫描可以例如被完全同步或部分同步。

A.光学扫描

如上所述，发光体将光束发送至检测器。在一些实施例中，所有可能的光束被同时激活。这可以发生在所有发光体连续地开启时，且检测器对所接收的光采样。备选地，发光体可以发送有限时长的脉冲，但所有发光体在相同的时间发送其脉冲。在一些实施例中，并非所有光束都需要在相同的时间被发送。这可以发生在发光体被顺序激活并且相关的检测器在每个发光体的激活时间内全部同时活动时。

为了进行下面的描述，每个适用的光束已被发送一次的情形将被称为一次扫描，并且扫描进行的速率将被称为扫描速率或刷新速率。就连续发送的发光体而言，扫描速率取决于检测器采样速率。就发射的脉冲而言，扫描速率取决于脉冲传输的速率或检测器采样速率。就顺序发送的发光体而言，扫描速率取决于发光体激活时间或检测器采样速率。图9A和图9B示出了其中发光体被顺序激活的时间序列。在该例子中，光束末端1-30可以是发光体或检测器。发光体以从1至30的数字顺序被激活，并且相关的检测器在每个发光体激活时间内全部同时活动。发光体1被激活并产生由检测器10-30接收的光束。发光体2接着被激活，以此类推，直到发光体30。作为例子，假设每个发光体激活时间为30微秒(μs)，那么一次扫描的时间为30μs×30＝900μs，并且扫描速率为1/(900μs)＝0.001111(或1111赫兹(Hz))。

扫描特性表征光学扫描。扫描特性的例子包括扫描速率、发光体的数目、检测器的数目、发光体激活时间、检测器激活时间、检测器采样速率、或脉冲传输的速率。振动特性和扫描特性之一或二者也可包括振动对扫描相移，如上文在描述振动特性的章节中介绍的。扫描特性可被构造成与振动特性完全或部分同步，如将在下面的章节中描述的。

B.振动和光学扫描的完全同步

振动特性和扫描特性可被同步化以确保对特定光束的振动干扰对于每次扫描来说始终相同，或者对于一组扫描始终是可能的振动干扰的固定集合。前一种情况被称为完全同步，后一种情况被称为部分同步。

完全同步可通过使振动频率为扫描速率的整数倍N来表示。例如，假设扫描速率为1111Hz，振动频率被设定为N×1111Hz。

C.振动和光学扫描的部分同步

部分同步包括振动特性具有与扫描特性的扫描速率异相的振动频率。对于部分同步来说，振动对扫描速率相移被设定(如在以上章节IV.A中所介绍)为使得对于给定的光束来说，在一组扫描的过程中，该组中的每次扫描在振动周期中的点(即，特定的振动相位)和扫描周期中的点(在该点处，对应光束的信息被检测器收集以确定光束阻挡/透射系数)之间具有不同的、固定的相移。因此，该组中的每次扫描针对不同的固定的振动干扰测量触摸事件对光束的影响。常常，该组中的振动干扰将包括向上波导振动的峰、向下波导振动的谷、波导振动中的中点(例如，波导的中立位置)；然而，许多其它点是可能的(例如，在振动周期中π/8、π/16间隔处等)。根据具体实施情况，一组中可以存在少至2次扫描，或多至50次或更多次扫描。

在部分同步中，振动频率是扫描速率的任何实数N倍，其中N不是整数(否则它将是完全同步)。上面介绍的振动对扫描相移和连续扫描的集合可根据振动频率和扫描速率之间的所需关系来设计和构造。例如，假设振动频率是扫描速率的1.25倍，那么振动的90度的相移和4次扫描可用来获得表征触摸事件的所有光束。对于每次扫描来说，相对于前一扫描的90度的相移被施加。假设第一扫描具有振动相位A，那么第二扫描具有振动相位A+90°，第三扫描具有振动相位A+180°，并且第四扫描具有振动相位A+270°。

图9A-9B示出了根据一个实施例的部分同步的例子。图9A是根据一个实施例的俯视图，示出了受波导结构的振动干扰的光束。在该例子中，在触敏表面的中心存在触摸事件。该触摸由接触区域910来表征。在图9A的例子中，波导的振动是扫描速率的一半(π)，因此波导将仅部分地通过在两次扫描之间的单个振动周期。因此，上文介绍的组包含两次扫描。为了举例目的，假设扫描发生在波导表面的向上和向下运动的最大值和最小值处。

在图9A中，一些光束被触摸干扰并且由实线920A表示。然而，假设被干扰的光束未被干扰，因为振动使物体与表面分离。这些光束由虚线930A表示。图9B示出了该例子的组中的第二扫描，其中波导表面已振动一半周期至相反的波导状态(最小值/谷，而不是例如最大值)。180度的相移使物体与表面接触以干扰在前一扫描中在相同的接触区域910处不被干扰的光束。这些新干扰的光束由实线930B表示。通过结合该组中的第一扫描和第二扫描，获得了所有干扰的光束(920A和930B)以表征触摸事件。

VI.基于受振动波导结构的辨别

图10是根据一个实施例的用于基于振动来确定触摸类型的过程1000的流程图。该过程1000是图2的处理阶段220的一部分，并且在一些实施例中可以由光学触敏设备100执行。另外，过程1000可包括相比图10中描述的那些步骤不同的或附加的步骤。

光学触敏设备100以受控方式激活1010发光体以进行多次扫描，每次扫描与已知的振动特性相关联。光学触敏设备100激活发光体以使用一组扫描特性和一组振动特性进行扫描。

光学触敏设备100针对每次扫描测量1020哪些光束已被多个触摸事件和波导结构的振动干扰。光学触敏设备100检测由触摸事件和波导结构的振动造成的被干扰的光束jk的透射系数Tjk。

光学触敏设备100横跨多次扫描分析1030被测量的光束(例如，透射系数)。不同类型的物体和触摸事件将产生对横跨多次扫描的被干扰光束的不同影响。例如，诸如触笔的硬物体由于振动可能弹离波导的顶部表面，造成在一次或多次扫描中的一个或多个光束不被干扰，而诸如手指的较软的物体可能仅吸收振动，造成横跨多次扫描的不同组或量的光束干扰。特别地，部分同步可基于横跨多次扫描的组中光束的干扰，来提供在波导的振动周期中的不同点处哪些光束被干扰的完整画面。

类似地，完全同步也可基于来自相同扫描的附近光束的被测量光束干扰，来提供在波导的振动周期中的不同点处哪些光束被干扰的完整画面。在此情况下，假设这些不同的附近光束由于其略微不同的位置(和对应的E/D激活/检测时间)而各自测量来自触摸事件的波导振动和干扰的不同部分。由于在许多情况下，这些略微不同的位置仍将位于诸如手指或触笔的触摸事件之下，因此这些不同的光束共同地可提供关于触摸事件的信息。

该概念更普遍地扩展，触摸事件基于接触物体的材料性质(例如，柔软性、硬度、油腻的手指、干燥手指、真触摸事件与假触摸事件、手指与触笔)，并且在不同类型的触摸事件之间的差异和材料性质本身可从该组中的光束的光束干扰得出。

从以上可知，可进行的确定1040的一个子集是哪种类型的触摸(或触摸类型)已被光学触敏设备100检测到。触摸类型部分地基于被干扰的光束的分析来确定。如上所述，不同的触摸类型具有不同的性质(例如，油腻与干燥)，这造成不同的振动干扰，这体现在该组中的光束的不同干扰中。

上文在处理阶段中描述的用于确定触摸事件(例如，触摸事件是否发生和在哪里发生)的许多技术可在这里在完全同步或部分同步的语境中使用以区分不同的触摸类型。例如，候选触摸点技术、线成像和断层扫描技术以及模板技术可被修改以包括振动特征信息、扫描特征信息和扫描组信息，以使得将与波导的振动周期中的那些点所对应的组中的那些扫描用来确定触摸类型。

用于基于振动确定触摸类型的上述技术也可用来区分真触摸与假触摸。例如，通过使用部分同步，真触摸生成横跨一组扫描与假触摸不同的一组被干扰光束。例如，组中的第一扫描可能显示第一扫描中的被干扰光束在第二扫描中不被干扰。然而，由噪声或干扰生成的假触摸可能在两次扫描中具有相同的被干扰光束。备选地，假接触可能在横跨一系列扫描的被干扰光束中具有不规则的变化。

用于基于振动确定触摸类型的上述技术可进一步用来辨别具有不同硬度的物体(例如，干燥手指与油腻的手指、手指与工具、不同的工具)。例如，油腻的手指比干燥手指更容易附接到受振动表面，因此光束受振动影响较小。类似地，可分辨柔软的物体(例如，手指)与硬物体(例如，触笔)。具有不同硬度的不同的工具也可根据工具和受振动表面之间的交互来辨别，如下文进一步所述。

A.基于相移检测

图11示出了基于相移确定触摸类型的例子。图11A显示了根据一个实施例的示意图，该图示出了三次扫描的随时间变化的横向振动。轴线1110表示振幅。轴线1120表示时间。在第一扫描1102和第二扫描1104之间，在波导振动周期1112中存在90度的相移，并且在第二扫描1104和第三扫描1106之间也存在90度的相移。在时间点1122处，振动在第一扫描1102中位于振动峰处。在时间点1124处，振动在第二扫描1104中位于中立位置。在时间点1126处，振动在第三扫描1106中位于振动谷处。

图11B显示了根据一个实施例的侧视图，示出了在每次扫描的时间点在物体1130和受振动表面1108之间的交互。在时间点1122A处，物体1130A触摸对于第一扫描1102A来说位于振动峰1108A处的受振动表面。在时间点1124A处，物体1130B触摸对于第二扫描1104A来说位于中立位置1108B的受振动表面，但物体1130C不触摸对于第三扫描1106A来说位于振动谷位置1108C处的受振动表面。图11C显示了根据一个实施例的俯视图，示出了在每次扫描的时间点在物体1130和受振动表面之间的交互。发光体E1通常产生由检测器D1接收的光束。在第一扫描1102A和第二扫描1104A中，在物体1130和受振动表面之间的触摸阻止光束到达检测器D1。因此，光束被干扰。在第三扫描1106A中，振动使物体1130C与表面分离。D1能够检测到从E1发送的光束。因此，光束未被干扰。

图11D和图11E分别显示了根据一个实施例的侧视图和俯视图，示出了在每次扫描的时间点在另一个物体1150和受振动表面之间的交互。在该例子中，相比图11B中所示的示例物体1130，示例物体1150具有不同的硬度。较软的物体1130更可能保持与振动的波导的顶部表面的接触，而较硬的物体1150较不可能保持接触。在第一扫描1102B中，物体1150A触摸位于1108A处的受振动表面，并且该触摸阻止光束到达检测器D1。在第二扫描1104B和第三扫描1106B中，物体1150不触摸位于1108B处和1108C处的受振动表面，并且D1能够检测到从E1发送的光束。因此，光束不受物体1150干扰。通过比较两个物体之间在一系列扫描中的光束的差异，可以分辨这两个物体。

如上文所介绍的，在一个实施例中，诸如人的手指或触笔的物体可以与一个或多个模板相关联，这些模板包括在一系列扫描中由物体和受振动表面之间的交互造成的被干扰光束。更多信息参见以上章节III.D中关于触摸事件模板的描述。这些模板可包括关于对于波导振动周期的不同部分的组中的不同扫描来说的预计光束干扰的单独的模板(或组合的模板)。这些模板还可包括适用于那些模板的振动和扫描特性信息。通过比较在一系列扫描中测量的被干扰光束与模板，可确定物体的触摸类型。

B.多触摸事件检测

图11A-E示出了根据一个实施例的利用部分同步确定单触摸事件的触摸类型的例子。设备100也可用来以类似方式进行多触摸事件检测。例如，如果两个或更多个不同的物体落在受振动表面上，对于每个触摸事件来说使用部分同步和在单个振动周期内的每个触摸事件的一组扫描的集合可提供关于每个不同的触摸事件的材料性质的大量信息。例如，扩展为包括部分同步信息(例如，振动和扫描特性)的上述触摸事件模板技术可用来对照扫描信息匹配存储的模板，以分辨具有不同的材料性质的触摸事件。例如，这样的材料性质不仅可以识别触摸事件已发生多少和在哪里发生，而且可以识别每个触摸事件是否是触笔或手指产生的。

图12A-D示出了根据一个实施例的利用部分同步确定多触摸事件的触摸类型的例子。图12A是根据一个实施例的向上移动至振动峰的波导结构1208的剖视图。当波导结构的顶部表面移动至振动峰1212A时，物体1210和1220均触摸顶部表面。图12B是根据一个实施例的俯视图，示出了在图12A所示两个物体和受振动表面之间的交互。触摸1210B和1220B分别阻止光束到达D1和D2。图12C是根据一个实施例的向下移动至振动谷的波导结构1208的剖视图。当波导结构的顶部表面移动至振动谷1212B时，例如由于物体1220和物体1210之间硬度上的差异，仅物体1220触摸顶部表面。一般来讲，较软的物体1220更可能保持与振动的波导的顶部表面的接触，而较硬的物体1210较不可能保持接触。图12D是根据一个实施例的俯视图，示出了在图12C所示两个物体和受振动表面之间的交互。触摸1220B阻止光束到达D2。振动将物体1210与顶部表面分离，并且光束不被阻挡。通过比较在多次扫描中在两个物体下方或附近经过的交叉的干扰之间的差异(例如，利用模板或另一种合适的技术)，可辨别这两个物体。

C.可听振动

振动也可以提供可听声，其可以用来向用户提供反馈(例如，响应于触摸输入)或用于任何其它目的。可听声的频率是振动的频率的函数。可听振动可用来辨别物体。例如，如果不存在触摸事件，则振动产生声波A。当物体触摸受振动表面时，声波B由物体和受振动表面之间的交互产生。在具有不同硬度的物体和受振动表面之间的不同的交互可以产生不同的声波。产生可听声的换能器可以主动地用来振动波导的那些相同或不同，从而在保持恒定的一组振动特性的同时允许可听频率偏移。

VII.另外的考虑

附图仅为了说明目的描绘了本发明的实施例。本领域技术人员将容易从以下讨论认识到，本文所示结构和方法的备选实施例可以在不脱离本文所述本发明的原理的情况下被采用。

在阅读本公开后，本领域的技术人员将通过本文所公开的原理了解另外的备选结构和功能设计。因此，虽然示出和描述了特定实施例和应用，但应当理解，所公开的实施例不限于本文所公开的精确构造和部件。在不脱离所附权利要求限定的精神和范围的情况下，可以在本文所公开的方法和装置的布置、操作和细节中进行各种修改、更改和变型，这对于本领域的技术人员将显而易见。

Claims (23)

1.一种光学触敏设备，其包括：

平面光学波导结构，所述平面光学波导结构包括平面光学波导；

发光体和检测器，所述发光体和所述检测器沿着所述波导结构的周边布置，所述发光体产生光束，所述光束通过全内反射(TIR)经所述波导结构传播至所述检测器，所述发光体和检测器具有扫描特性；以及

换能器，所述换能器能够激活以使所述平面光学波导结构的顶部表面振动，所述顶部表面的所述振动通过振动特性来表征，其中在所述波导结构的所述顶部表面上的触摸干扰所述光束中的至少一些，并且所述触敏设备基于所述扫描特性和所述振动特性分析被测量的光束，以确定触摸事件的触摸类型。

2.根据权利要求1所述的光学触敏设备，其中所述振动特性包括振动周期、振动频率、振动相位、振动对扫描速率相移、振幅和振动取向中的至少一者。

3.根据权利要求1所述的光学触敏设备，其中所述换能器在所述顶部表面中形成机械横向振动和机械纵向振动中的至少一者。

4.根据权利要求1所述的光学触敏设备，其中所述换能器形成空间局部振动。

5.根据权利要求1所述的光学触敏设备，其中所述换能器的位置选自由以下项组成的组：所述波导的边缘附近、所述波导下方、在所述波导之上、显示器的边缘附近、所述显示器下方以及在所述显示器之上。

6.根据权利要求1所述的光学触敏设备，其中所述换能器包括机电换能器。

7.根据权利要求1所述的光学触敏设备，其中所述换能器使所述平面光学波导振动，从而使所述平面光学波导结构的所述顶部表面振动。

8.根据权利要求1所述的光学触敏设备，

其中所述波导结构包括在所述平面光学波导的所述顶部表面之上的振动层；并且

其中所述换能器使所述振动层振动，从而使所述平面光学波导结构的所述顶部表面振动。

9.根据权利要求8所述的光学触敏设备，其中所述平面光学波导和所述振动层为透明的。

10.根据权利要求1所述的光学触敏设备，其中所述振动特性与所述发光体和检测器的所述扫描特性至少部分地同步。

11.根据权利要求1所述的光学触敏设备，其中所述扫描特性包括扫描速率、振动对扫描速率相移、发光体的数目、检测器的数目、发光体激活时间、检测器激活时间、检测器采样速率以及脉冲传输的速率中的至少一者。

12.根据权利要求10所述的光学触敏设备，其中所述同步包括所述振动特性具有为所述扫描特性的扫描速率的整数倍的振动频率。

13.根据权利要求10所述的光学触敏设备，其中所述同步包括所述振动特性具有与所述扫描特性的扫描速率异相的振动频率。

14.一种用于确定物体在光学耦合到发光体和检测器的光学波导结构上的触摸事件的触摸类型的方法，所述发光体产生由所述检测器接收的光束，所述触摸事件干扰所述光束中的至少一些，所述方法包括：

以受控方式激活所述发光体和检测器以进行多次扫描，每次扫描与一组扫描特性相关联；

激活至少一个换能器以使所述光学波导结构的顶部表面振动，所述顶部表面的所述振动与一组振动特性相关联；

针对所述扫描中的每一次测量所述光束以确定哪些光束已被所述触摸事件干扰；

基于所述振动特性和所述扫描特性一起分析所述扫描的被测量光束；以及

基于所述分析确定所述触摸事件的所述触摸类型。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述振动特性包括振动周期、振动频率、振动相位、振动对扫描速率相移、振幅和振动取向中的至少一者。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述扫描特性包括扫描速率、振动对扫描速率相移、发光体的数目、检测器的数目、发光体激活时间、检测器激活时间、检测器采样以及脉冲传输的速率中的至少一者。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述振动特性包括为所述扫描特性的扫描速率的整数倍的振动频率。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述振动特性包括与所述扫描特性的扫描速率异相的振动频率。

19.根据权利要求14所述的方法，其还包括基于在所述扫描中的两次或更多次之间的所述光束的至少一个中的干扰差异来确定所述物体的材料性质。

20.根据权利要求19所述的方法，其中确定所述材料性质包括确定所述物体是手指还是触笔。

21.根据权利要求19所述的方法，其中确定所述材料性质包括确定所述物体的硬度。

22.根据权利要求14所述的方法，其还包括基于在所述扫描中的两次或更多次之间的所述光束的至少一个中的干扰差异来区分干燥手指与油腻的手指。

23.根据权利要求14所述的方法，其还包括基于在所述扫描中的两次或更多次之间的所述光束的至少一个中的干扰差异来区分真接触与假接触。

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