CN113867559A - 超声的水不可知触摸检测传感器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及超声的水不可知触摸检测传感器。公开了一种使用压缩波和剪切波两者来进行触摸和水检测的超声触摸感测系统。当不存在触摸或水时，较少的剪切波能和压缩波能被吸收，因此剪切波反射和压缩波反射两者均不具有显著的振幅降低。当手指与感测板接触时，剪切波能和压缩波能两者均被吸收，因此剪切波反射和压缩波反射两者均具有显著的振幅降低。当水与该感测板接触时，压缩能被吸收而很少或没有剪切波能被吸收，因此虽然压缩波反射具有显著的振幅降低，但是剪切波反射不具有显著的振幅降低。从这些振幅，可确定该感测板上是否不存在触摸、该感测板上是否存在触摸或者该感测板上是否存在水。

Description

超声的水不可知触摸检测传感器

相关申请的交叉引用

本专利申请是2020年6月30日提交的美国专利申请第16/917779号的部分继续申请，该专利申请的内容全文以引用方式并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开整体涉及触摸感测，并且更具体地，涉及能够检测在检测表面上的触摸还有水的超声的水不可知触摸检测系统。

背景技术

许多类型的输入机构目前都可用于在计算系统中执行操作，所述计算系统诸如按钮或按键、鼠标、轨迹球、操纵杆等等。触敏表面，并且特别是触摸屏，因其在操作方面的简易性和灵活性及其不断下跌的价格而变得极其普及。触摸屏可包括触摸传感器面板和显示设备诸如液晶显示器(LCD)，该触摸传感器面板可以是具有触敏表面的透明面板，该显示设备可部分地或完全地被定位在面板的后面，使得触敏表面可覆盖显示设备的可视区域的至少一部分。触摸屏可允许用户通过使用手指、触笔或其他对象在由显示设备所显示的用户界面(UI)通常指示的位置处触摸触摸传感器面板来执行各种功能。一般来讲，触摸屏可识别触摸和触摸在触摸传感器面板上的位置，并且计算系统然后可根据触摸发生时出现的显示内容来解释触摸，并且然后可基于触摸来执行一个或多个动作。

随着触敏表面结合到越来越多的设备中，它们预期要在其中操作的物理和周围环境的类型也在增加。例如，在可能存在水或其他液体的设备中期望触摸感测能力，并且越来越关注将触摸感测结合到更厚的感测表面和金属感测表面中。然而，由于电浮置对象(例如，水滴)与触敏表面的可能与实际触摸不可区分的接触，电容型触摸感测系统可能经历降低的性能。此外，电容型触摸感测系统可能难以检测在金属触摸表面上和在厚触摸表面上的触摸。另一方面，力感测可检测实际触摸并忽略水或其他液体，但是可能不能在厚表面或金属表面上很好地工作，因为这些类型的表面可能硬得足以抵抗准确的力感测所需的弯曲或压缩。

发明内容

本公开涉及超声触摸感测系统，该超声触摸感测系统使用压缩波和剪切波两者来改善触摸和水(或其他液体)检测。例如，超声剪切换能器可传输剪切波通过感测板(例如，覆盖玻璃)，并且也可产生寄生压缩波。当触摸或水(或其他液体)存在于感测板上时，剪切波和压缩波作出不同的反应。当手指与感测板接触时，剪切波能和压缩波能两者均被吸收，并且剪切波和压缩波两者的反射的振幅均会显著地降低。相比之下，当水(或其他液体)与感测板接触时，压缩能被吸收，并且压缩波的反射的振幅可显著地降低，而来自剪切波的能量很少或没有被吸收，因此可接收剪切波的反射而其振幅不会显著地降低。此外，可选择超声刺激中心频率、刺激频谱、材料类型和材料厚度中的一者或多者，使得可在不同时间段上接收剪切波和压缩波的反射。可在那些不同时间段内测量来自剪切波的反射的振幅和来自压缩波的反射的振幅。从这些振幅，可确定该感测板上是否不存在触摸、该感测板上是否存在触摸或者该感测板上是否存在水(或其他液体)。当采用多个超声剪切换能器时，诸如以阵列，也可确定触摸或水的位置。

本公开还涉及超声触摸感测系统，该超声触摸感测系统可利用多个超声换能器来在感测板(例如，前晶体)处各自以不同谐振频率产生剪切和压缩非传播(即，驻波或谐振)波两者。当触摸对象(例如手指)存在于感测板上时，或者当水(或其他液体)存在于感测板上时，剪切驻波和压缩驻波可在感测板内作出不同的响应。当对象(诸如手指)与感测板接触时，剪切波能和压缩波能两者均可被吸收，并且在感测板内的剪切波和压缩波两者的能量的振幅均会显著地降低。当水(或其他液体)与感测板接触时，压缩波能也可被吸收，并且在感测板内的压缩波的能量的振幅也会显著地降低。然而，当水(或其他液体)存在时，很少或没有剪切波能可被吸收，因此在感测板内的剪切波的能量的振幅不会显著地降低。可在每个换能器处测量谐振剪切波的振幅和谐振压缩波的振幅。从这些振幅，可确定在感测板上该换能器的位置处是否不存在对象或液体、在感测板上该换能器的位置处是否存在对象或者在感测板上该换能器的位置处是否存在液体。当采用多个超声换能器时，诸如以阵列，也可确定对象或液体的位置。

附图说明

图1A至图1E示出了根据本公开的示例的可包括超声触摸和水检测的电子设备。

图2示出了根据本公开的示例的包括超声触摸和水感测系统的电子设备的框图。

图3A示出了根据本公开的示例的产生剪切波的象征性剪切波换能器实施方式。

图3B示出了根据本公开的示例的产生压缩波的象征性剪切波换能器实施方式。

图4A示出了根据本公开的示例的在不存在触摸对象的情况下的象征性剪切波换能器实施方式。

图4B示出了根据本公开的示例的对应于图4A的剪切波换能器实施方式的象征性剪切波换能器反射波时序图。

图5A示出了根据本公开的示例的在存在触摸对象的情况下的象征性剪切波换能器实施方式。

图5B示出了根据本公开的示例的对应于图5A的剪切波换能器实施方式的象征性剪切波换能器反射波时序图。

图6A示出了根据本公开的示例的在存在水的情况下的象征性剪切波换能器实施方式。

图6B示出了根据本公开的示例的对应于图6A的剪切波换能器实施方式的象征性剪切波换能器反射波时序图。

图7A示出了根据本公开的示例的象征性剪切波换能器反射波时序图，其中剪切波反射和压缩波反射在时域中分开。

图7B示出了根据本公开的示例的另一个象征性剪切波换能器反射波时序图，其中剪切波反射和压缩波反射在时域中分开。

图8A示出了根据本公开的示例的又一个象征性剪切波换能器反射波时序图，其中剪切波反射和压缩波反射在时域中分开。

图8B示出了根据本公开的示例的又一个象征性剪切波换能器反射波时序图，其中剪切波反射和压缩波反射在时域中分开。

图9示出了根据本公开的示例的包括超声剪切波换能器阵列的触敏表面的象征性平面图。

图10示出了根据本公开的示例的用于超声的水不可知触摸检测的流程图。

图11A至图11C示出了根据本公开的示例的超声换能器阵列的主要层。

图11D示出了根据本公开的示例的图11A至图11C的层的层叠结构的平面图。

图12A示出了根据本公开的示例的图11D的阵列中的两个超声换能器的剖视图。

图12B示出了根据本公开的示例的用于选择非传播剪切波的示例性剪切水平色散曲线。

图12C示出了根据本公开的示例的用于选择非传播压缩波的示例性Lamb/压缩色散曲线。

图13A示出了根据本公开的示例的非传播剪切波和压缩波成像的概念。

图13B示出了根据本公开的示例的非传播剪切波和压缩波成像的象征性平面图。

图14A示出了根据本公开的示例的使用独立换能器的剪切波产生和检测的剖视图。

图14B示出了根据本公开的示例的使用独立换能器的压缩波产生和检测的剖视图。

图15A示出了根据本公开的示例的在超声接收器处接收的信号，该超声接收器被配置为在超声发射器已经停止谐振剪切波产生之后检测谐振剪切波能。

图15B示出了根据本公开的示例的在图15A的接收窗口期间在超声接收器处接收的信号。

图15C示出了根据本公开的示例的在超声接收器处接收的信号，该超声接收器被配置为在超声发射器正在产生谐振剪切波时检测谐振剪切波能。

图16A示出了根据本公开的示例的使用相同换能器的剪切波产生和检测的剖视图。

图16B示出了根据本公开的示例的使用相同换能器的压缩波产生和检测的剖视图。

图17A示出了根据本公开的示例的在超声换能器处接收的信号，该超声换能器被配置为执行剪切波或压缩波产生和检测两者。

图17B示出了根据本公开的示例的在图17A的接收窗口1776期间在超声接收器处接收的信号。

图18示出了根据本公开的示例的使用非传播(谐振)剪切波和非传播(谐振)压缩波来执行水不可知触摸的流程图。

具体实施方式

在以下对各种示例的描述中，将参考形成以下描述的一部分的附图并且在附图中以说明的方式示出了可被实施的具体示例。应当理解，在不脱离各个示例的范围的情况下，可使用其他示例并且可作出结构性改变。

本公开的示例涉及超声触摸感测系统，该超声触摸感测系统使用压缩波和剪切波两者来改善触摸和水(或其他液体)检测。例如，超声剪切换能器可传输剪切波通过感测板(例如，覆盖玻璃)，并且也可产生寄生压缩波。当触摸或水(或其他液体)存在于感测板上时，剪切波和压缩波作出不同的反应。当手指与感测板接触时，剪切波能和压缩波能两者均被吸收，并且剪切波和压缩波两者的反射的振幅均会显著地降低。相比之下，当水(或其他液体)与感测板接触时，压缩能被吸收，并且压缩波的反射的振幅可显著地降低，而来自剪切波的能量很少或没有被吸收，因此可接收剪切波的反射而其振幅不会显著地降低。此外，可选择超声刺激中心频率、刺激频谱、材料类型和材料厚度中的一者或多者，使得可在不同时间段上接收剪切波和压缩波的反射。可在那些不同时间段内测量来自剪切波的反射的振幅和来自压缩波的反射的振幅。从这些振幅，可确定该感测板上是否不存在触摸、该感测板上是否存在触摸或者该感测板上是否存在水(或其他液体)。当采用多个超声剪切换能器时，诸如以阵列，也可确定触摸或水的位置。需注意，虽然为了简洁起见，在本文中可主要地使用术语“水”，但是应当理解，本公开的示例不限于检测水，而是包括检测水之外的液体。

本公开的示例还涉及超声触摸感测系统，该超声触摸感测系统可利用多个超声换能器来在感测板(例如，前晶体)处各自以不同谐振频率产生剪切和压缩非传播(驻波)波两者。当触摸对象(例如手指)存在于感测板上时，或者当水(或其他液体)存在于感测板上时，剪切驻波和压缩驻波可在感测板内作出不同的响应。当对象(诸如手指)与感测板接触时，剪切波能和压缩波能两者均可被吸收，并且在感测板内的剪切波和压缩波两者的能量的振幅均会显著地降低。当水(或其他液体)与感测板接触时，压缩波能也可被吸收，并且在感测板内的压缩波的能量的振幅也会显著地降低。然而，当水(或其他液体)存在时，很少或没有剪切波能可被吸收，因此在感测板内的剪切波的能量的振幅不会显著地降低。可在每个换能器处测量谐振剪切波的振幅和谐振压缩波的振幅。从这些振幅，可确定在感测板上该换能器的位置处是否不存在对象或液体、在感测板上该换能器的位置处是否存在对象或者在感测板上该换能器的位置处是否存在液体。当采用多个超声压缩波换能器时，诸如以阵列，也可确定对象或液体的位置。

图1A至图1E示出了根据本公开的示例的可包括超声触摸和水检测的电子设备。图1A示出了根据本公开的示例的可包括超声触摸和水检测的移动电话102。图1B示出了根据本公开的示例的可包括超声触摸和水检测的数字媒体播放器104。图1C示出了根据本公开的示例的可包括超声触摸和水检测的个人计算机106。图1D示出了根据本公开的示例的可包括超声触摸和水检测的平板计算设备108。图1E示出了根据本公开的示例的可包括超声触摸和水检测的可穿戴设备110(例如手表)。应当理解，图1A至图1E所示的示例性设备是以举例的方式提供的，并且其他类型的设备可包括根据本公开的示例的超声触摸和水检测。

超声传感器可结合在上述设备中以向系统的触摸感测表面添加触摸和水感测能力。例如，在一些示例中，超声触摸感测系统可替换或增强触摸屏(例如，电容式触摸屏、电阻式触摸屏等)，以在潮湿环境中或在设备可能弄湿的状况(例如锻炼、游泳、下雨、洗手)下提供触摸感测能力。在一些示例中，原本非触敏显示屏可用超声传感器增强，以提供触摸感测能力。在此类示例中，可在没有电容式触摸屏所需的层叠结构的情况下实施触敏显示器。在一些示例中，超声传感器可用于为非显示表面提供触摸感测能力。例如，超声传感器可用于为触控板、按钮、滚轮、外壳的一部分或全部或设备的任何其他表面(例如，在前面、后面或侧面上)提供触摸感测能力。

图2示出了根据本公开的示例的包括超声触摸和水感测系统的电子设备的框图。在一些示例中，设备200的感测板202(其可对应于上述设备102、104、106、108和110)可与一个或多个超声换能器204耦接。在一些示例中，超声换能器204可为压电剪切波换能器，其可在充当发射器时因电信号的施加而振动，并且可在充当接收器时基于检测到的振动来产生电信号。在一些示例中，超声换能器204可由压电陶瓷材料(例如，锆钛酸铅(PZT)或铌酸钠钾(KNN))或压电塑料材料(例如，聚偏二氟乙烯(PVDF))形成。在一些示例中，超声换能器204可通过粘结剂(例如，刚性环氧树脂薄层)粘结到感测板202。在一些示例中，超声换能器204可通过诸如沉积、光刻等工艺沉积在感测板202的表面上。在一些示例中，超声换能器204可使用导电或非导电粘结材料粘结到感测板202的表面。当电能被施加到超声换能器204时，其可使换能器以及与换能器接触的任何材料振动，并且材料的分子的振动可在各种模式下作为超声波传播通过感测板202。

在一些示例中，感测板202可部分地或完全地设置在显示器208(例如，有机发光二极管(OLED)显示器)下方或内，其中虚线指示其任选的存在。在一些示例中，触摸电路212还可部分地或完全地设置在显示器208下方或内以形成触摸屏(例如，电容式触摸屏)，并且超声换能器204可部分地或完全地设置在触摸屏的一部分上(或耦接到该部分)。例如，触摸屏可包括玻璃或塑料面板(感测板)，并且触摸屏的显示区域可被非显示区域(例如，围绕触摸屏的显示区域的周边的黑色边界区域)包围。在一些示例中，超声换能器204可部分地或完全地设置在触摸屏面板的黑色掩膜区域中(例如，在黑色掩膜后面的面板的背面上)，使得换能器对用户不可见(或仅部分地可见)。在其他示例中，超声换能器204可部分地或完全地设置在触控板下方或后面，或者设置在外壳的一个或多个侧面或背部下方。

设备200还可包括超声触摸感测电路206，该超声触摸感测电路可包括用于驱动电信号以刺激超声换能器204的振动的电路(例如，发射电路)，以及用于在换能器由所接收的超声能刺激时感测由换能器输出的电信号的电路(例如，接收电路)。在一些示例中，超声触摸感测电路206的定时操作可任选地由独立超声触摸感测控制器210提供，该独立超声触摸感测控制器可控制超声触摸感测电路操作的定时。在一些示例中，超声触摸感测控制器210可耦接在超声触摸感测电路206与主机处理器214之间。在一些示例中，控制器功能可与超声触摸感测电路206集成(例如，在单个集成电路上)。来自超声触摸感测电路206的输出数据可输出到主机处理器214来进一步处理以确定触摸或水与设备接触，如将在下文更详细地描述的。在一些示例中，用于确定触摸对象或水的处理可由超声触摸感测电路206、超声触摸感测控制器210或设备200的独立子处理器(未示出)执行。

除了任选的触摸电路212之外，设备200还可包括任选的触摸控制器(未示出)。在包括触摸控制器的示例中，触摸控制器可设置在触摸电路212与主机处理器214之间。触摸电路212可例如为电容式或电阻式触摸感测电路，并且可用于检测与触摸屏接触和/或靠近触摸屏(特别是在触摸屏的显示区域中)的对象(例如手指、触笔)的接触和/或悬停。因此，设备200可包括用于检测在设备的不同区域中的对象(以及在一些情况下该对象的位置)和用于不同目的的多种类型的感测电路(例如，触摸电路212和超声换能器204)，如将在下文更详细地描述的。

主机处理器214可从超声触摸感测电路206接收超声输出或从触摸电路212接收其他触摸输出(例如，电容性)，并且基于触摸输出来执行动作。主机处理器214也可连接到程序存储装置216和显示器208。主机处理器214可例如与显示器208通信以在显示器上产生图像，诸如UI的图像，并且可使用触摸感测电路212和/或超声触摸感测电路206(以及在一些示例中是其相应的控制器)来检测在触摸屏上或附近的触摸，诸如对所显示的UI的触摸输入。触摸输入可由存储在程序存储装置216中的计算机程序用于执行动作，该动作可包括但不限于：移动对象诸如光标或指针、滚动或平移、调节控制设置、打开文件或文档、查看菜单、作出选择、执行指令、操作连接到主机设备的外围设备、应答电话呼叫、拨打电话呼叫、终止电话呼叫、改变音量或音频设置、存储与电话通信相关的信息(诸如地址、频繁拨打的号码、已接来电、未接来电)、登录到计算机或计算机网络上、允许经授权的个体访问计算机或计算机网络的受限区域、加载与用户优选的计算机桌面的布置相关联的用户配置文件、允许访问网页内容、启动特定程序、对消息进行加密或解密等等。主机处理器214还可执行可能与触摸处理不相关的附加功能。

需注意，本文所述的功能中的一种或多种功能可由存储在存储器中并由触摸电路212和/或超声感测触摸感测电路206(或其相应的控制器)执行的或存储在程序存储装置216中并由主机处理器214执行的固件来执行。该固件也可以存储和/或输送于任何非暂态计算机可读存储介质内，以供指令执行系统、装置或设备诸如基于计算机的系统、包括处理器的系统或可以从指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的其他系统使用或与其结合。在本文档的上下文中，“非暂态计算机可读存储介质”可以是可包含或存储程序以供指令执行系统、装置和设备使用或与其结合的任何介质(不包括信号)。非暂态计算机可读存储介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备、便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(RAM)(磁性)、只读存储器(ROM)(磁性)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)(磁性)、便携式光盘(诸如CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或DVD-RW)或闪存存储器(诸如紧凑型闪存卡、安全数字卡、USB存储器设备、记忆棒等等)。

该固件也可传播于任何传输介质内以供指令执行系统、装置或设备诸如基于计算机的系统、包括处理器的系统或可从指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的其他系统使用或与其结合。在本文的上下文中，“传输介质”可以是可传送、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合的任何介质。传输可读介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁或红外有线或无线传播介质。

应当理解，设备200不限制于图2的部件和配置，但是根据各种示例可在多个配置中包括其他部件或附加部件。此外，设备200的部件可被包括在单个设备内，或者可分布在多个设备之间。此外，应当理解，在部件之间的连接是示例性的，并且根据实施方式，可在部件之间包括不同的单向连接或双向连接，不管图2的配置所示的箭头如何。

如上所述，本公开的示例涉及超声触摸感测系统，该超声触摸感测系统使用压缩波和剪切波两者来改善触摸和水检测。剪切波，也称为横向波，形成与波的传播方向正交的位移。剪切波(及其反射)在用于检测在感测板的表面上的对象时是有利的，因为其反射受触摸对象的影响，而(相对)不受水的影响。因此，剪切波可用于检测触摸，而不检测水。此外，剪切波可有效地检测在厚感测板和金属感测板上的触摸，并且可检测轻触。因此，剪切波可与多种不同感测板配置一起用来进行触摸/无触摸确定，从而提供在材料类型和厚度方面有更大的灵活性的优点。然而，剪切波无法用于肯定地检测水的存在。

超声换能器还在剪切模式之外的模式(诸如压缩模式)下产生超声能。压缩波形成在与波的传播相同的方向上的位移。与剪切波反射不同，压缩波反射受触摸对象和水两者的影响。由于压缩波受水的影响，因此在特定情况下，其可与水相互作用并且引起反射波的衰减和在触摸与水的存在之间模糊度的引入，从而造成触摸感测的准确度的误差和准确水不可知触摸感测能力的损失。然而，本公开的示例并非将压缩波视为待抑制或去除的噪声或寄生波，而是将压缩波的水检测性质视为优点，并且利用压缩波反射连同剪切波反射一起来提供触摸和水检测两者，并且在一些示例中提供更准确的触摸检测。例如，监测压缩波反射的振幅或能量的减小可提供触摸是否存在的更稳健的指示或测量结果。为了进行该确定，可由换能器接收反射波中的返回超声能，并且可由换能器将超声能转换成电信号以确定反射波的振幅或能量。

为了执行触摸和水检测，本公开的示例可确定反射剪切波的振幅或能量是否低于第一预确定的阈值和反射压缩波的振幅或能量是否低于第二预确定的阈值。如果满足这两个条件，则可确定在感测板处存在触摸。然而，如果反射剪切波的振幅或能量高于第一预确定的阈值，并且反射压缩波的振幅或能量低于第二预确定的阈值，则可确定在感测板处存在水。如果反射剪切波的振幅或能量高于第一预确定的阈值，并且反射压缩波的振幅或能量高于第二预确定的阈值，则可确定在感测板处不存在触摸或水。

进行这些振幅或能量阈值确定可能是复杂的或易错的，因为剪切波反射和压缩波反射通常在时间上重叠。因此，本公开的示例利用在压缩波与剪切波之间的速度差(例如，对于特定材料和厚度，压缩波比剪切波快约1.6至1.7倍)来识别剪切波反射和压缩波反射被分开的时间窗口。在那些窗口内，可更准确地测量剪切波反射或压缩波反射的振幅或能级，而来自其他波的干扰较小。

图3A示出了根据本公开的示例的产生剪切波的象征性剪切波换能器实施方式300。在图3A的示例中，剪切波换能器302可沿x轴(轮询轴线)取向并且与感测板314形成在一起(例如，粘结或以其他方式耦接到该感测板)。剪切波换能器302可通过重复地切换在电极304和306上的电压的极性来振动，以形成沿平行于感测板表面的x轴的位移308。如果轮询方向和电极配置被适当地选择，则可沿z轴(在传播方向312上)形成剪切波(在310处象征性地示出)。然而，由于换能器302和电极304和306中的物理缺陷，寄生压缩波也可在z方向上传播。

图3B示出了根据本公开的示例的产生压缩波的象征性剪切波换能器实施方式300。在图3B的示例中，寄生压缩波316可因剪切波换能器304在z方向和该换能器的角部上的小的非预期位移318而形成。如可从图3A和图3B看出，由剪切波换能器304产生的剪切波310和寄生压缩波316在z方向上传播，其中对象诸如手指或水可存在于感测板314的表面上。然而，如在下文进一步详细地讨论的，剪切波310和压缩波316与那些对象的相互作用产生不同结果。

图4A示出了根据本公开的示例的在不存在触摸对象的情况下的象征性剪切波换能器实施方式400。在图4A的示例中，剪切波换能器402如上文所讨论那样产生剪切波404和压缩波406两者，这两者均在z轴传播方向408上。在不存在触摸感测板410的对象的情况下，剪切波404和压缩波406两者被反射回剪切波换能器402，如振幅或能量相对小幅地下降的反射波412(象征性地示出两个独立反射)所示。

图4B示出了根据本公开的示例的对应于图4A的剪切波换能器实施方式的象征性剪切波换能器反射波时序图414。需注意，图4B所示的所有波、振幅和时序均为象征性的并且未按比例绘制。在图4B的示例中，剪切波换能器可在时间t0处产生剪切波404和压缩波406两者，并且由于压缩波的速度更大，第一压缩波反射416的往返可在时间t1处被接收回剪切波换能器处。接下来，由于剪切波404的速度更慢，第一剪切波反射418的往返可在时间t2处被接收回在剪切波换能器处。类似地，后续压缩波反射可在时间t3、t4和t6处被接收回剪切波换能器处，而后续剪切波反射可在时间t5和t7处被接收回剪切波换能器处。如图4B的示例所示，时间窗口422可凭经验或以其他方式确定来捕获第一压缩波反射416的振幅或能量，并且时间窗口424可凭经验或以其他方式确定来捕获第一剪切波反射418的振幅或能量。由于在感测板410处不存在触摸，因此可在剪切波换能器处检测到第一剪切波反射418和第一压缩波反射416两者的振幅或能量分别高于第一阈值426和第二阈值428，如图4B中的插图420所示。因此，不会检测到触摸。

图5A示出了根据本公开的示例的在存在触摸对象的情况下的象征性剪切波换能器实施方式500。在图5A的示例中，剪切波换能器502如上文所讨论那样产生剪切波504和压缩波506两者，这两者均在z轴传播方向508上。在存在触摸感测板510的对象530的情况下，剪切波504和压缩波506两者被反射回剪切波换能器502，如振幅或能量相对大幅地下降的反射波512(象征性地示出两个独立反射)所示。

图5B示出了根据本公开的示例的对应于图5A的剪切波换能器实施方式的象征性剪切波换能器反射波时序图514。需注意，图5B所示的所有波、振幅和时序均为象征性的并且未按比例绘制。在图5B的示例中，剪切波换能器可在时间t0处产生剪切波504和压缩波506两者，并且由于压缩波的速度更大，第一压缩波反射516的往返可在时间t1处被接收回剪切波换能器处。接下来，由于剪切波504的速度更慢，第一剪切波反射518的往返可在时间t2处被接收回在剪切波换能器处。类似地，后续压缩波反射可在时间t3、t4和t6处被接收回剪切波换能器处，而后续剪切波反射可在时间t5和t7处被接收回剪切波换能器处。如图5B的示例所示，时间窗口522可凭经验或以其他方式确定来捕获第一压缩波反射516的振幅或能量，并且时间窗口524可凭经验或以其他方式确定来捕获第一剪切波反射518的振幅或能量。由于在感测板510处存在触摸对象530，因此可在剪切波换能器处检测到第一剪切波反射518和第一压缩波反射516两者的振幅或能量分别低于第一阈值526和第二阈值528(对应于图4B中的阈值426和428)，如图5B中的插图520所示。因此，可检测到触摸。

图6A示出了根据本公开的示例的在存在水的情况下的象征性剪切波换能器实施方式600。在图6A的示例中，剪切波换能器602如上文所讨论那样产生剪切波604和压缩波606两者，这两者均在z轴传播方向608上。在存在触摸感测板610的水632的情况下，剪切波604被反射回剪切波换能器602，如振幅或能量相对小幅地下降的反射波612(象征性地示出两个独立反射)所示，而压缩波606被反射回剪切波换能器，如振幅或能量相对大幅地下降的反射波612所示。

图6B示出了根据本公开的示例的对应于图6A的剪切波换能器实施方式的象征性剪切波换能器反射波时序图614。需注意，图6B所示的所有波、振幅和时序均为象征性的并且未按比例绘制。在图6B的示例中，剪切波换能器可在时间t0处产生剪切波604和压缩波606两者，并且由于压缩波的速度更大，第一压缩波反射616的往返可在时间t1处被接收回剪切波换能器处。接下来，由于剪切波604的速度更慢，第一剪切波反射618的往返可在时间t2处被接收回在剪切波换能器处。类似地，后续压缩波反射可在时间t3、t4和t6处被接收回剪切波换能器处，而后续剪切波反射可在时间t5和t7处被接收回剪切波换能器处。如图6B的示例所示，时间窗口622可凭经验或以其他方式确定来捕获第一压缩波反射616的振幅或能量，并且时间窗口624可凭经验或以其他方式确定来捕获第一剪切波反射618的振幅或能量。由于水632存在于感测板610处，因此分别地讲，可在剪切波换能器602处检测到第一剪切波反射618的振幅或能量高于第一阈值626，并且可在剪切波换能器602处检测到第一压缩波反射616的振幅或能量低于第二阈值628(该第一阈值和该第二阈值对应于图4B中的阈值426和428)，如图6B中的插图620所示。因此，可检测到水。

图4A、图4B、图5A、图5B、图6A和图6B示出了用于捕获第一压缩波反射和第一剪切波反射的时间窗口，它们均以明显的时间间距(即，不重叠)示出。然而，如可从在时间t4处的第三压缩波反射和在时间t5处的第二剪切波反射看出，压缩波反射和剪切波反射并不总是具有明显的时间间距，并且在一些情况下，反射可能不期望地重叠。感测板层叠结构(如果有的话)还可使反射的存在和定时复杂。例如，如果在剪切波换能器与感测板表面之间存在各种显示层，则可在层界面和其他不连续处产生剪切波反射和压缩波反射和/或模式转换，并且可发生多个内反射，这可使找到适当的时间窗口变得困难。本公开的示例对超声频率以及剪切板材料和厚度中的一者或多者进行选择，以使特定压缩波反射和特定剪切波反射能够以足够的时间间距(例如，没有重叠，或者使剪切波和压缩波的波尾之间的重叠最小，使得由重叠造成的误差低于特定阈值，从而确保足够的触摸检测性能)被识别，并且由于该时间间距，时间窗口可被识别来独立地测量剪切波和压缩波两者的反射。如本文所用，“非重叠”是指没有时间重叠或最小时间重叠，使得由重叠造成的误差低于特定阈值。

用作感测板的每种材料在特定厚度下具有特定的剪切波和压缩波速度，并且该速度决定了反射波何时返回到达剪切波换能器处。此外，剪切波和压缩波的频率和带宽决定了反射波的持续时间。例如，在给定数量的周期内的低频波将具有更长的剪切波反射和压缩波反射脉冲持续时间，这可增加反射重叠的机会。相反地，在相同数量的周期内的较高频波将具有更短的剪切波反射和压缩波反射脉冲持续时间，这可减少反射重叠的机会。因此，对材料厚度和频率的考虑可能是维持剪切波反射和压缩波反射的间距的重要考虑因素。

图7A示出了根据本公开的示例的象征性剪切波换能器反射波时序图700，其中剪切波反射和压缩波反射在时域中分开。需注意，图7A所示的所有波、振幅和时序均为象征性的并且未按比例绘制。在图7A的示例中，剪切波换能器可在时间t0处产生剪切波704和压缩波706两者，并且由于压缩波的速度更大，第一压缩波反射716的往返可在时间t1处被接收回剪切波换能器处。接下来，由于剪切波704的速度更慢，第一剪切波反射718的往返可在时间t2处被接收回在剪切波换能器处。在图7A的示例中，超声剪切波换能器的中心频率为5MHz，并且在每个超声脉冲中存在三个周期，从而导致剪切波反射718的0.6μs的脉冲持续时间720。在图7A的示例中，剪切板由厚度为15mm的玻璃制成，从而导致5.4mm/μs的压缩波速和3.4mm/μs的剪切波速。这些速度导致5.5μs的压缩波反射往返时间t1和8.8μs的剪切波反射往返时间t2，从而最终地导致在压缩波反射与剪切波反射之间的2.7μs的间距722。在该间距下，可选择在压缩波反射时间t1＝5.5μs和剪切波反射往返时间t2＝8.8μs附近的时间窗口，以测量这些反射，而来自其他反射的干扰最小。

图7B示出了根据本公开的示例的另一个象征性剪切波换能器反射波时序图700，其中剪切波反射和压缩波反射在时域中分开。需注意，图7B所示的所有波、振幅和时序均为象征性的并且未按比例绘制。图7B类似于图7A，不同的是使用更低的中心频率。在图7B的示例中，超声剪切波换能器的中心频率为1.5MHz，从而导致剪切波反射718的2μs的脉冲持续时间720。因此，图7B中的反射波脉冲持续时间比图7A中的反射波脉冲持续时间长，这通常会增加反射重叠的机会。然而，在图7B的示例中，在压缩波反射与剪切波反射之间仍存在1.3μs的间距722。在该间距下，可选择在压缩波反射时间t1＝5.5μs和剪切波反射往返时间t2＝8.8μs附近的更小的时间窗口(如相较于图7A来说)，以测量这些反射，而来自其他反射的干扰最小。

图7A和图7B的示例说明了以下一般概念：对超声刺激频率和在每个超声脉冲中的周期数量的选择可用于增加或减少反射波持续时间，从而使在反射剪切波反射与反射压缩波反射之间的时间间距更短或更长。

图8A示出了根据本公开的示例的又一个象征性剪切波换能器反射波时序图800，其中剪切波反射和压缩波反射在时域中分开。需注意，图8A所示的所有波、振幅和时序均为象征性的并且未按比例绘制。在图8A的示例中，剪切波换能器可在时间t0处产生剪切波804和压缩波806两者，并且由于压缩波的速度更大，压缩波反射816的第一往返可在时间t1处被接收回剪切波换能器处。接下来，由于剪切波804的速度更慢，剪切波反射818的第一往返可在时间t2处被接收回在剪切波换能器处。在图8A的示例中，超声剪切波换能器的中心频率为1.5MHz，并且在每个超声脉冲中存在三个周期，从而导致剪切波反射718的2μs的脉冲持续时间820。在图8A的示例中，剪切板由厚度为15mm的玻璃制成，从而导致5.4mm/μs的压缩波速和3.4mm/μs的剪切波速。这些速度导致5.5μs的压缩波反射往返时间t1和8.8μs的剪切波反射往返时间t2，从而最终地导致在压缩波反射与剪切波反射之间的1.3μs的间距822。在该间距下，可选择在压缩波反射时间t1＝5.5μs和剪切波反射往返时间t2＝8.8μs附近的时间窗口，以测量这些反射，而来自其他反射的干扰最小。

图8B示出了根据本公开的示例的又一个象征性剪切波换能器反射波时序图800，其中剪切波反射和压缩波反射在时域中分开。需注意，图8B所示的所有波、振幅和时序均为象征性的并且未按比例绘制。图8B类似于图8A，不同的是使用更薄的玻璃板，这就使得必需使用更高的中心频率才能维持足够的反射间距。在图8B的示例中，剪切板由厚度为1.5mm的玻璃制成，并且超声剪切波换能器的中心频率为15MHz。更薄的感测板与更高的中心频率结合导致仅0.55μs的压缩波反射往返时间t1、仅0.88μs的剪切波反射往返时间t2，这通常会减小反射间距时间。然而，更高的中心频率还导致剪切波反射818的仅0.2μs的脉冲持续时间820。因此，图8B中的反射波脉冲持续时间比图8A中的反射波脉冲持续时间短，这通常会减少反射重叠的机会。在图8B的示例中，在压缩波反射与剪切波反射之间仍存在0.13μs的间距822。在该间距下，可选择在压缩波反射时间t1＝0.55μs和剪切波反射往返时间t2＝0.88μs附近的更小的时间窗口(如相较于图8A来说)，以测量这些反射，而来自其他反射的干扰最小。

图8A和图8B的示例说明了以下一般概念：利用感测板越薄，所导致的反射时间越短，剪切波反射和压缩波反射的间隔越小，本公开的示例可通过增大超声剪切波换能器的中心频率以缩短反射脉冲宽度并维持剪切波和压缩波时间间距来进行补偿。更一般地，给定感测板材料可导致特征性超声压缩波速度和特征性超声剪切波速度。可选择该材料的厚度以确定往返反射距离还有剪切波反射和压缩波反射的定时(因为它们的速度已知)。因此，可选择材料以及该材料的厚度，使得在特定换能器处接收的来自超声剪切波的第一反射相对于在特定换能器处接收的来自超声压缩波的第一反射在时间上不重叠。

因此，图7A、图7B、图8A和图8B的示例示出，通过仔细地选择感测板厚度和超声剪切波换能器频率，可获得在压缩波反射与剪切波反射之间的持续时间以使得能够确定时间窗口，在该时间窗口内，剪切波反射和压缩波反射的振幅或能量可被确定，而没有来自其他反射的显著干扰。然后，可使用这些振幅或能级来确定是否存在触摸和是否存在水。

上文讨论的先前示例均利用第一剪切波反射和第二剪切波反射来确定反射振幅或能级以及触摸或水的存在。在一些示例中，第一反射可以是有利的，因为此时未发生其他反射或振铃(例如，来自换能器而不是与其他对象或界面相互作用并反射回换能器的伪波)。利用第一反射之外的反射也可产生衰减信号，因为在两个或更多个往返反射下，波因衍射而与多个表面、界面和其他缺陷相互作用。

然而，在一些示例中，使用第二反射或第三反射(或其他后续反射)可以是有益的。这些反射可对触摸对象或水更敏感，因为它们将多次与感测板的顶表面相互作用，从而导致对象或水吸收附加波(根据波的类型)。此外，使用下游反射对于薄层叠结构可以是有益的，因为在此类配置中，当换能器电子器件仍可因发射而振铃时，第一反射可非常快速地到达，这会使那些第一反射难以辨别。然而，如上所述，可能难以找到在其他反射不进行破坏的情况下测量这些下游反射的时间段。

在本公开的示例中，感测板可由玻璃、蓝宝石晶体、塑料和金属以及其他材料形成。材料的关键标准可为将导致超声波衰减多少。

虽然上文呈现的本公开的示例仅示出了单个超声剪切波换能器，但是在本公开的其他示例中，可采用超声剪切波换能器阵列来不仅确定触摸或水的存在，而且确定触摸或水在较大表面上方的位置。

图9示出了根据本公开的示例的包括超声剪切波换能器902阵列的触敏表面900的象征性平面图。在图9的示例中，超声剪切波换能器902位于感测板904下方。位于触摸对象906下方的超声剪切波换能器902可使用上述剪切波反射和压缩波反射来检测对象的存在。此外，检测对象906的存在的那些超声剪切波换能器902的已知位置还可用于计算对象的位置(例如，质心)并估计对象的触摸边界。类似地，位于水滴908下方的超声剪切波换能器902可使用上述剪切波反射和压缩波反射来检测水滴的存在。此外，检测小滴908的存在的那些超声剪切波换能器902的已知位置还可用于计算小滴的位置(例如，质心)并估计小滴的边界。

图10示出了根据本公开的示例的用于超声的水不可知触摸检测的流程图1000。在图10的示例中，在1002处，由超声剪切波换能器产生剪切波和压缩波并且将其传播通过感测板。在1004处，识别用于接收剪切波反射和压缩波反射的独立时间窗口。在1006处，在超声剪切波换能器处接收剪切波反射和压缩波反射。在1008处，可基于所接收的剪切波反射和压缩波反射的振幅或能级来确定触摸的存在或不存在和水(如果有的话)的存在。

前述示例利用超声剪切换能器传播具有特定刺激中心频率和光谱的剪切波和寄生压缩波通过特定材料类型和厚度的感测板，以便将那些波的反射分开。通过测量反射剪切波和反射寄生压缩波的振幅，可确定在感测板上是否存在对象或液体。然而，在下文所述的本公开的其他示例中，可利用多个超声换能器来在感测板内各自以不同谐振频率产生剪切非传播(驻波)波和压缩非传播(驻波)波两者。通过测量在剪切波和压缩波在感测板内谐振时该剪切波和该压缩波的振幅(即，它们的能级)，可确定在感测板上是否存在对象或液体。图2的功能框可用于实施下文所述的本公开的示例。

图11A至图11C示出了根据本公开的示例的超声换能器阵列的主要层。图11A示出了根据本公开的示例的用于激励压电材料的第一导电材料层1132。在图11A的示例中，第一导电材料层1132可形成在感测板的背面上并且被图案化为行电极。在要求透明性的情况下，诸如当在显示器上方利用超声感测来形成触摸屏时，例如，第一导电材料层1132可为透明导电材料，诸如氧化铟锡(ITO)。图11B示出了根据本公开的示例的用于产生超声压缩波和超声剪切波的压电材料层1134。在图11B的示例中，压电材料层1134可形成在第一导电材料层1132上。在要求至少部分透明性的情况下，例如，压电材料层1134可为至少部分地透明的压电材料，诸如氮化铝或氧化锌。图11C示出了根据本公开的示例的用于激励压电材料的第二导电材料层1136。在图11C的示例中，第二导电材料层1136可形成在压电材料层1134上并且被图案化为列电极。在要求透明性的情况下，例如，第二导电材料层1136可为氧化铟锡(ITO)。

图11D示出了根据本公开的示例的图11A至图11C的层的层叠结构的平面图。在图11D的示例中，第一导电材料层1132可形成在感测板1138的背面上，其边缘可任选地涂覆有黑色掩膜并终止于凸缘。压电层(未示出)可形成在第一导电材料层1132上，并且第二导电材料层1136可形成在压电层上。应当理解，层叠结构可包括未示出的粘合剂层和折射率匹配层。第一导电材料层1132和第二导电材料层1136可电连接到布线迹线1140，该布线迹线可由低电阻、高导电性材料(诸如铜)在布线在黑色掩膜区域中时形成。布线迹线1140可布线到柔性电路1142。这些布线迹线1140可用于在第一导电材料层1132的特定行和第二导电材料层1136的特定列上施加AC激励信号，以使位于该行和该列的相交处的压电材料1134用作超声发射器并在该相交处产生剪切波或压缩波。此外，布线迹线1140可用于在位于第一导电材料层1132的特定行和第二导电材料层1136的特定列的相交处的压电材料1134用作超声接收器时，检测在该行和该列上的电压。换句话讲，在行和列的每个相交处，超声换能器可被激活作为发射器或接收器，从而形成超声换能器的二维阵列。

虽然图11D的层叠结构以行/列布置示出第一导电材料层1132和第二导电材料层1136，但是应当理解，术语“行”和“列”在本文中可互换地使用，并且旨在描述大体正交的布置。此外，本文还设想了行/列之外的换能器布置，诸如极坐标换能器布置和像素化换能器布置，其中每个换能器可被单独地激励。此外，在一些示例中，超声换能器可被选择性地且动态地重新配置为电容式触摸感测布置，其中第一导电材料层1132和第二导电材料层1136用作互电容驱动和感测电极，或者如果由同样超声透明的适当的介电材料分开的话，用作自电容电极。选择性地提供电容式触摸感测可实现接近(悬停)感测的附加能力。

图12A示出了根据本公开的示例的图11D的阵列中的两个超声换能器的剖视图。在图12A的示例中，具有轮询方向1240的压电材料1234(例如，氮化铝、氧化锌等)可被夹在第一导电材料层1232中的一个行电极与第二导电材料层1236中的两个列电极之间。行电极可形成在感测板1238(例如，前晶体玻璃或作为良好谐振器的其他材料)上。如将在下文进一步详细地解释的，为了在具有特定厚度的感测板1238内产生谐振剪切波，该行电极和这两个列电极可以在压电材料1234中产生足以在感测板1238的剪切波谐振频率下产生剪切波的横向(剪切)位移的频率接收AC激励电压。虽然也可同时产生压缩位移(主要是由于泊松效应)，但是由于剪切波激发频率与感测板1238的压缩波谐振频率(例如，0.5GHz)差得远，因此可产生最小压缩波。为了在具有特定厚度的感测板1238内产生谐振压缩波，该行电极和每个列电极可以在压电材料1234中产生足以在感测板1238的压缩谐振频率下产生压缩波的压缩位移的频率接收AC激励电压。

对于大体如图12A所示的材料和厚度的给定层叠结构，可确定感测板1238的剪切波谐振频率和不同的压缩波谐振频率，以在感测板内产生非传播谐振波。可能期望非传播波将波的能量约束在感测板1238的特定区域内并维持较高的信噪比(SNR)。如果频率被选择为使得剪切波和压缩波能够沿感测板1238水平地传播，则传播波可从板的端部反射回换能器并导致不期望的基线能级偏移。为了避免这种情况，在一些示例中，可通过选择产生近零群速(即，非传播剪切波)的剪切水平(SH)波模式的特定频率来凭经验确定剪切波谐振频率。类似地，可通过选择产生近零群速(即，非传播压缩波)的特定阶(例如，一阶Lamb波)的对称(S)或非对称(A)模式的特定频率来凭经验确定压缩波谐振频率。

在上文关于图8B讨论的传播剪切波和传播压缩波的先前示例中，需注意，更薄的感测板要求更高的换能器中心频率来维持足够的反射间距。利用非传播剪切波和非传播压缩波的本示例也可受益于更薄的感测板，但是更高的频率在图11A至图11D的示例中变得更有问题，其中高电阻ITO可用于形成超声换能器以提供所期望的透明性。ITO的更高电阻可滤除高频率含量。因此，可能期望选择频率低并且还产生近零群速(即，为非传播的)的剪切波或压缩波。

一般来讲，对于给定感测板材料和厚度，可(例如，凭经验)确定感测板中的剪切谐振的频率，以在感测板中提供非传播驻波来适于剪切成像。类似地，对于给定感测板材料和厚度，可(例如，凭经验)确定压缩谐振的频率，以在换能器区域内提供最大振幅的非传播驻波来用于压缩成像。此外，如果层叠结构中的所有层的机械性质是已知的，则可利用理论计算来识别非传播剪切波和非传播压缩波。当机械性质已知时，可计算剪切水平波色散曲线和Lamb导向波色散曲线，并且可选择以具有近零群速的频率的模式。

图12B示出了根据本公开的示例的用于选择非传播剪切波的示例性剪切水平色散曲线。在图12B的示例中，绘制了针对给定材料厚度(x轴)在各种频率上的第一非传播剪切水平波SH1至第五非传播剪切水平波SH5的剪切水平色散曲线。对于曲线SH1至SH5，可看出，群速(y轴)分别在频率范围f_SH1至f_SH5上接近零。在一个示例中，鉴于上文讨论的ITO的高电阻，可选择第一模式SH1和在频率范围f_SH1内的剪切谐振频率以产生近零群速。

图12C示出了根据本公开的示例的用于选择非传播压缩波的示例性Lamb/压缩色散曲线。在图12C的示例中，绘制了针对给定材料厚度(x轴)在各种频率上的对称零阶模式S₀和对称一阶模式S₁以及非对称零阶模式A₀和非对称一阶模式A₁的Lamb/压缩色散曲线。对于曲线A₁和S₁，可看出，群速(y轴)分别在频率范围f_A1和f_S1上接近零。在一个示例中，鉴于上文讨论的ITO的高电阻，可选择非对称一阶模式A₁和在频率范围f_A1内的压缩谐振频率以产生近零群速。

在一些示例中，感测板1238可由具有厚度d1＝500微米的前晶体(例如，玻璃)材料形成，第一导电材料层1232可具有厚度d2＝0.2微米，压电材料1234可具有厚度d3＝2微米，并且第二导电材料层1236可具有厚度d4＝0.2微米。在这些尺寸下，可选择约3MHz(例如，3.28MHz)的剪切波谐振频率和约5MHz(例如，5.2MHz)的压缩波谐振频率。与先前示例中产生的传播剪切波和传播压缩波的较宽带频率相比，这些剪切波谐振频率和压缩波谐振频率可窄得多(例如，约1％至5％的分数带宽)。可用3.28MHz激励信号驱动换能器对以在感测板1238内产生谐振剪切波，并且可捕获谐振剪切波的振幅来用于确定在感测板上是否存在对象或液体(或两者均不存在)。在不同时间上，可用5.2MHz激励信号驱动每个换能器以在感测板1238内产生谐振压缩波，并且可捕获谐振压缩波的振幅来用于确定(连同谐振剪切波的振幅一起)在感测板上是否存在对象或液体(或两者均不存在)。

图13A示出了根据本公开的示例的非传播剪切波和压缩波成像的概念。在图13A的示例中，第一导电材料层、压电材料层和第二导电材料层共同地被示出为换能器层1342，该换能器层附连到感测板1338的背面。曲线图1344表示在感测板1338内谐振的剪切波的振幅(能级)，如被配置为接收器的换能器所检测(将在下文更详细地讨论)。曲线图1346表示在感测板1338内谐振的压缩波的振幅(能级)，如被配置为接收器的换能器所检测(将在下文更详细地讨论)。当没有对象1348(例如，手指)或液体1350(例如，水)与感测板1338接触时，如在位置x0处所示，剪切波和压缩波两者的振幅可分别维持在(相对)高的电压电平1354-S和1354-C处，这两个电压电平分别高于剪切波阈值电压电平1352-S和压缩波阈值电压电平1352-C。当对象1348接触感测板1338时，如在位置x1处所示，对象可吸收谐振剪切波和谐振压缩波的一些能量，并且因此，剪切波和压缩波两者的振幅可分别下降至(相对)低的电压电平1356-S和1356-C，这两个电压电平分别低于剪切波阈值电压电平1352-S和压缩波阈值电压电平1352-C。当液体1350接触感测板1338时，如在位置x2处所示，液体可吸收谐振压缩波的一些能量，并且因此压缩波的振幅可下降至(相对)低的电压电平1358-C，该电压电平低于压缩波阈值电压电平1352-C。然而，液体1350可能不吸收谐振剪切波的太多的能量，并且因此剪切波的振幅可仅少量减小到1358-S，从而保持高于剪切波阈值电压电平1352-S。在一些示例中，剪切波振幅本身可用于确定是否不存在对象1348或液体1350、是否存在对象或是否存在液体。然而，在其他示例中，通过将剪切波和压缩波两者的振幅与在相同换能器位置处的阈值电压电平1352-S和1352-C比较，可更可靠地确定是否不存在对象1348或液体1350、是否存在对象或是否存在液体。虽然图13A仅示出了一个剪切波阈值1352-S和一个压缩波阈值1352-C，但是在其他示例中，可采用多个剪切波阈值和/或多个压缩波阈值来确保能级高或低到足以被可信地识别。

为了比较在沿感测板1338的表面的超声换能器的二维阵列中的每个超声换能器位置处的曲线图1344所示的剪切图像和曲线图1346所示的压缩图像，可捕获两个图像。剪切图像可通过在二维阵列中的每个换能器处获得剪切波振幅信息来捕获，并且压缩图像可通过在二维阵列中的每个换能器处获得压缩波振幅信息来捕获。在一些示例中，可捕获完整的剪切波图像，之后捕获完整的压缩波图像，或反之亦然。然而，如果期望特定帧速率(例如，60Hz)，则独立地捕获剪切图像和压缩图像可能不实际。在其他示例中，为了利用在换能器寻址、配置和激励方面的效率，在移动到下一个换能器之前，可在一个换能器处以两个不同剪切谐振频率和压缩谐振频率获得剪切图像和压缩图像，或者在移动到下一行(或列)之前，可获得沿单个行(或列)的换能器的剪切图像和压缩图像。

图13B示出了根据本公开的示例的非传播剪切波和压缩波成像的象征性平面图。在图13B中提供的四个示例的每个示例中，对象和液体正在触摸感测板。在左上示例中，剪切波正在感测板内谐振，并且感测板的不存在对象或液体的区域可产生1354-S的剪切波振幅。在触摸对象的位置处，可产生1356-S的剪切波振幅，并且在液体的位置处，可产生1358-S的剪切波振幅。在左下示例中，压缩波正在感测板内谐振，并且感测板的不存在对象或液体的区域可产生1354-C的压缩波振幅。在触摸对象的位置处，可产生1356-C的压缩波振幅，并且在液体的位置处，可产生1358-C的压缩波振幅。如果在剪切图像中触摸对象的区域(其中产生1356-S的剪切波振幅)和在压缩图像中触摸对象的区域(其中产生1356-C的压缩波振幅)两者均大于手指或拇指预期将占据的区域，则在一些示例中，可检测到手掌触摸。在右上示例中，剪切波正在感测板内谐振，并且整个感测板浸入液体中。感测板的不存在对象的区域可产生1358-S的剪切波振幅。在触摸对象的位置处，可产生1356-S的剪切波振幅。在右下示例中，压缩波正在感测板内谐振，并且整个感测板浸入液体中。感测板的不存在对象的区域可产生1358-C的压缩波振幅。在触摸对象的位置处，可产生1356-C的压缩波振幅。

在一些示例中，感测板的不存在对象或液体的区域可用于确定感测板是否浸入液体中。例如，如果确定感测板的预确定的区域(大于触摸手指或液滴预期将占据的区域)具有1354-S的剪切波振幅和1354-C的压缩波振幅，则可进一步确定感测板位于空气中。另一方面，如果感测板的预确定的区域被确定为具有1358-S的剪切波振幅和1358-C的压缩波振幅，则可进一步确定感测板浸入液体中。虽然图13B中未示出，但是如果确定感测板的预确定的区域具有1356-S的剪切波振幅和1356-C的压缩波振幅，则可进一步确定大的对象(例如，手掌、脸颊等)正在触摸感测板。例如，这些进一步确定可用于各种算法中以触发进一步功能和操作。

图14A示出了根据本公开的示例的使用独立换能器的剪切波产生和检测的剖视图。在图14A的示例中，压电材料1434(例如，氮化铝、氧化锌等)可被夹在第一导电材料层1432中的行电极与第二导电材料层1436中的列电极之间。第一导电材料层1432可形成在感测板1438(例如，前晶体玻璃或作为良好谐振器的其他材料)上。在时间段t0(上方剖视图)上，第一导电材料层1432中的单个行电极和第二导电材料层1436中的两个相邻列电极1460和1462可被配置为超声发射器并且用AC激励信号驱动以在感测板1438中产生谐振剪切波。在一些示例中，AC激励可以是窄带信号，其中电压从零斜升至类似于具有窄带的高斯调制正弦脉冲串的最大振幅电压。用相同信号激励两个相邻列电极1460和1462可导致产生在列电极1460的最左边缘和列电极1462的最右边缘处达最大值的剪切波能，如图14A的上方视图中的虚线所指示。剪切波谐振可主要地使用压电材料1434的横向压电系数d31产生，这可导致换能器在施加AC电压时横向地扩展和压缩。该激励模式可形成双极形式的剪切波，其中最大振幅出现在换能器的具有相反极性的两端处。利用两个相邻列电极1460和1462可确保在外边缘处的剪切波能相隔得足够远，使得剪切波能存在于象征性地示出的区域1470和1472中，并且不会被抵消。为了维持足够的距离，在一些示例中，每个列电极1460和1462的宽度可为约2.49mm，从而产生约5mm的总边缘间距。

由于剪切波能可在列电极1460的最左边缘和列电极1462的最右边缘处达最大值并且存在于区域1470和1472中，因此在列电极1460和1462的任一侧上的单个行电极1464和列电极1466可被配置为超声接收器以检测来自感测板1438中的谐振剪切波的振动(即，以检测象征性地示出在区域1470和1472中的剪切波能级)并且产生表示谐振剪切波振幅的电压。如上所述，因感测板1438上存在的对象而造成的振幅降低可由超声接收器检测。

在时间段t1(图14A的下方剖视图)上，列电极可被重新配置为使得相邻列电极1462和1466现在充当超声发射器，并且列电极1460和1474充当超声接收器。在后续时间段(例如，t2、t3、t4等)上，列电极可沿特定方向(例如，x方向)顺序重新配置，直到位于每个列电极和单个行电极的相交处的每个换能器(即，超声“触摸像素”)已经捕获一个或多个剪切波振幅。然后，可针对不同行电极(例如，在y方向上)重复图14A所示的顺序过程，直到捕获到完整的二维剪切波图像。如可从图14A的序列明显看出，多个超声触摸像素可在不同时间上捕获剪切波振幅(例如，与列电极1466相关联的像素可在时间段t0和t3上捕获剪切波振幅)。因此，在一些示例中，当在特定触摸像素处捕获多个剪切波振幅时，这些振幅可被求平均或以其他方式处理以在该触摸像素处产生单个振幅。

图14B示出了根据本公开的示例的使用独立换能器的压缩波产生和检测的剖视图。在时间段t0(上方剖视图)上，第一导电材料层1432中的单个行电极和第二导电材料层1436中的单个列电极1460可被配置为超声发射器并且用AC激励信号驱动以在感测板1438中产生谐振压缩波。在一些示例中，AC激励可以是窄带信号，其中电压从零斜升至类似于具有窄带的高斯调制正弦脉冲串的最大振幅电压。激励列电极1460可导致产生在列电极1460的中心处达最大值(如在图14B的上方视图中的虚线所指示)并且还存在于象征性地示出的区域1470和1472中的压缩波能。

由于压缩波能可在列电极1460的中心处达最大值并且存在于区域1470和1472中，因此在列电极1460的任一侧上的单个行电极1464和列电极1462可被配置为超声接收器以检测来自感测板1438中的谐振压缩波的振动(即，以检测象征性地示出在区域1470和1472中的压缩波能级)并且产生表示谐振压缩波振幅的电压。如上所述，因感测板1438上存在的对象或液体而造成的振幅降低可由超声接收器检测。

在时间段t1(图14B的下方剖视图)上，列电极可被重新配置为使得列电极1462现在充当超声发射器，并且列电极1460和1466充当超声接收器。在后续时间段(例如，t2、t3、t4等)上，列电极可沿特定方向(例如，x方向)顺序重新配置，直到位于每个列电极和单个行电极的相交处的每个换能器(即，超声“触摸像素”)已经捕获一个或多个压缩波振幅。然后，可针对不同行电极(例如，在y方向上)重复图14B所示的顺序过程，直到捕获到完整的二维压缩波图像。如可从图14B的序列明显看出，多个超声触摸像素可在不同时间上捕获剪切波振幅(例如，与列电极1462相关联的像素可在时间段t0和t2上捕获剪切波振幅)。因此，在一些示例中，当在特定触摸像素处捕获多个压缩波振幅时，这些振幅可被求平均或以其他方式处理以在该触摸像素处产生单个振幅。

在一些示例中，在图14A和图14B中的相邻行电极和列电极之间的间隙1468(在本文中称为切口)可影响超声接收器测量谐振剪切波和谐振压缩波的能量时的定时。例如，在图14A中，具有小于约50微米的切口1468的紧密地间隔的电极可导致被配置为超声发射器的一部分的列电极1460与被配置为超声接收器的一部分的列电极1464之间的串扰。在被配置为超声发射器的一部分的列电极1462与被配置为超声接收器的一部分的列电极1466之间可存在类似的串扰。由于串扰的可能性，在一些示例中，当切口小于约50微米时，超声接收器可被配置为仅在超声发射器已经停止谐振剪切波或谐振压缩波产生之后检测谐振剪切波能或谐振压缩波能。在其他示例中，当切口大于约50微米时，串扰的可能性可降低，并且超声接收器可被配置为在超声发射器正在产生剪切波或压缩波的同时检测谐振剪切波能或谐振压缩波能。具有小于50微米的切口的行电极和列电极的另一个优点是，当用于触摸屏应用中时，在电极之间的这些小间隙提供改善的光学均匀度，而大于50微米的切口可能会形成不期望的视觉伪影。

图15A示出了根据本公开的示例的在超声接收器处接收的信号，该超声接收器被配置为在超声发射器已经停止谐振剪切波产生之后检测谐振剪切波能。在图15A的示例中，分开发射器和接收器的切口为约10微米，并且由于串扰的可能性，仅在发射窗口1574期间用AC激励信号驱动发射器。在接收窗口1576期间，即使在不存在发射器激励信号的情况下，谐振剪切波也可继续在感测板内振铃。由于信号在相对长的时间段内缓慢地衰减，因此接收器可在接收窗口1576期间检测剪切波能。

图15B示出了根据本公开的示例的在图15A的接收窗口1576期间在超声接收器处接收的信号。在图15B的示例中，在接收窗口期间，当不存在对象时，可检测到较大的谐振剪切波振幅1578，并且当存在对象时，可检测到较小的谐振剪切波振幅1580。虽然图15B中未示出，但是当存在液体时，也可检测到略小于振幅1578的谐振剪切波振幅。如上所述，这些振幅可用于确定是否不存在对象、是否存在对象或是否存在液体。

图15C示出了根据本公开的示例的在超声接收器处接收的信号，该超声接收器被配置为在超声发射器正在产生谐振剪切波时检测谐振剪切波能。换句话讲，发射窗口和接收窗口可在时间上至少部分地重叠。在图15C的示例中，分开发射器和接收器的切口为约50微米，并且由于串扰的可能性降低，发射器可在接收器在相同发射/接收窗口1582期间检测剪切波振幅时产生谐振剪切波。在发射/接收窗口1582期间，当不存在对象时，可检测到较大的谐振剪切波振幅1578，并且当存在对象时，可检测到较小的谐振剪切波振幅1580。虽然图15B中未示出，但是当存在液体时，也可检测到略小于振幅1578的谐振剪切波振幅。如上所述，这些振幅可用于确定是否不存在对象、是否存在对象或是否存在液体。

虽然图15A至图15C关于谐振剪切波的产生和测量进行了描述，但是相同原理可应用于谐振压缩波的产生和测量。

图16A示出了根据本公开的示例的使用相同换能器的剪切波产生和检测的剖视图。在图16A的示例中，压电材料1634(例如，氮化铝、氧化锌等)可被夹在第一导电材料层1632中的行电极与第二导电材料层1636中的列电极之间。第一导电材料层1632可形成在感测板1638(例如，前晶体玻璃或作为良好谐振器的其他材料)上。在时间段t0(上方剖视图)上，第一导电材料层1632中的单个行电极和第二导电材料层1636中的两个相邻列电极1660和1662可被配置为超声发射器并且用AC激励信号驱动以在感测板1638中产生谐振剪切波。在一些示例中，AC激励可以是窄带信号，其中电压从零斜升至类似于具有窄带的高斯调制正弦脉冲串的最大振幅电压。用相同信号激励两个相邻列电极1660和1662可导致产生在列电极1660的最左边缘和列电极1662的最右边缘处达最大值的剪切波能，如图16A中的虚线所指示。利用两个相邻列电极1660和1662可确保在外边缘处的剪切波能相隔得足够远，使得剪切波能不会被抵消。为了维持足够的距离，在一些示例中，每个列电极1660和1662的宽度可为约2.49mm，从而产生约5mm的总边缘间距。

由于在谐振剪切波产生已经停止之后，剪切波能可在列电极1660的最左边缘和列电极1662的最右边缘处达最大值，因此列电极1660可被重新配置为超声接收器以检测来自感测板1638中的谐振剪切波的振动并产生表示谐振剪切波振幅(剪切波能级)的电压。如上所述，因感测板1638上存在的对象而造成的振幅降低可由超声接收器检测。

在时间段t1(图16A的下方剖视图)上，列电极可被重新配置为使得相邻列电极1662和1666现在充当超声发射器，并且在谐振剪切波产生已经停止之后，列电极1662可被重新配置为超声接收器。在后续时间段(例如，t2、t3、t4等)上，列电极可沿特定方向(例如，x方向)顺序重新配置，直到位于每个列电极和单个行电极的相交处的每个换能器(即，超声“触摸像素”)已经捕获一个或多个剪切波振幅。然后，可针对不同行电极(例如，在y方向上)重复图16A所示的顺序过程，直到捕获到完整的二维剪切波图像。

图16B示出了根据本公开的示例的使用相同换能器的压缩波产生和检测的剖视图。在时间段t0(上方剖视图)上，第一导电材料层1632中的单个行电极和第二导电材料层1636中的单个列电极1660可被配置为超声发射器并且用AC激励信号驱动以在感测板1638中产生谐振压缩波。在一些示例中，AC激励可以是窄带信号，其中电压从零斜升至类似于具有窄带的高斯调制正弦脉冲串的最大振幅电压。激励列电极1660可导致产生在列电极1660的中心处达最大值的压缩波能，如在图16B中的虚线所指示。

由于在谐振压缩波产生已经停止之后，压缩波能可在列电极1660的中心处达最大值，因此列电极1660可被重新配置为超声接收器以检测来自感测板1638中的谐振压缩波的振动并产生表示谐振压缩波振幅(压缩波能级)的电压。如上所述，因感测板1638上存在的对象或液体而造成的振幅降低可由超声接收器检测。

在时间段t1(图16B的下方剖视图)上，列电极可被重新配置为使得列电极1662现在充当超声发射器，并且在谐振压缩波产生已经停止之后，列电极1662可被重新配置为充当超声接收器。在后续时间段(例如，t2、t3、t4等)上，列电极可沿特定方向(例如，x方向)顺序重新配置，直到位于每个列电极和单个行电极的相交处的每个换能器(即，超声“触摸像素”)已经捕获一个或多个压缩波振幅。然后，可针对不同行电极(例如，在y方向上)重复图16B所示的顺序过程，直到捕获到完整的二维压缩波图像。

图17A示出了根据本公开的示例的在超声换能器处接收的信号，该超声换能器被配置为执行剪切波或压缩波产生和检测两者。在图17A的对应于图16A至图16B的示例中，超声换能器被配置为发射器并且仅在发射窗口1774期间用AC激励信号驱动。换能器然后可被重新配置为接收器，并且在接收窗口1776期间，即使在不存在发射器激励信号的情况下，谐振波也可继续在感测板内振铃。由于信号在相对长的时间段内缓慢地衰减，因此接收器可在接收窗口1776期间检测剪切波能。

图17B示出了根据本公开的示例的在图17A的接收窗口1776期间在超声接收器处接收的信号。在图17B的示例中，在接收窗口期间，当不存在对象时，可检测到较大的谐振波振幅1778，并且当存在对象时，可检测到较小的谐振波振幅1780。虽然图17B中未示出，但是当存在液体时，也可检测到略小于振幅1778的谐振波振幅。如上所述，这些振幅可用于确定是否不存在对象、是否存在对象或是否存在液体。

图18示出了根据本公开的示例的使用非传播(谐振)剪切波和非传播(谐振)压缩波来执行水不可知触摸的流程图。在图18的示例中，在1882处产生谐振剪切波并将其用于捕获剪切图像。在1184处，还产生谐振压缩波并将其用于捕获压缩图像。应当理解，根据本公开的各种示例，1882和1884的顺序可颠倒或合并在剪切图像和压缩图像的组合捕获中。在1886处，然后可使用所捕获的剪切图像和压缩图像来确定无触摸、触摸对象、液体和任选地浸入的区域。

因此，根据上文，本公开的一些示例涉及设备，该设备包括：表面；换能器阵列，该换能器阵列耦接到表面，该换能器阵列中的每个换能器被配置为产生超声剪切波和超声压缩波和在非重叠窗口期间接收该超声剪切波的反射和该超声压缩波的反射；以及处理器，该处理器耦接到换能器阵列，该处理器被配置为对于每个换能器：根据来自超声剪切波的反射小于第一阈值并且来自超声压缩波的反射小于第二阈值，确定对象与表面的对应于换能器的区域接触；根据来自超声剪切波的反射大于第一阈值并且来自超声压缩波的反射小于第二阈值，确定液体与表面的对应于换能器的区域接触；以及根据来自超声剪切波的反射大于第一阈值并且来自超声压缩波的反射大于第二阈值，确定没有对象与表面的对应于换能器的区域接触。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，换能器阵列中的每个换能器是超声剪切波换能器。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，x方向被定义为平行于表面，并且z方向被定义为垂直于表面，每个超声剪切波换能器包括：第一电极和第二电极，该第一电极和该第二电极在z方向上形成在超声剪切波换能器的顶部和底部上；其中剪切波换能器的轮询方向沿x方向对准。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，来自超声剪切波的反射是超声剪切波的第一反射，并且来自超声压缩波的反射是超声压缩波的第一反射。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，来自超声剪切波的反射是在超声剪切波的第一反射之后的反射，并且来自超声压缩波的反射是在超声压缩波的第一反射之后的反射。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，表面具有特征性超声压缩波速度、特征性超声剪切波速度和厚度，该特征性超声压缩波速度、该特征性超声剪切波速度和该厚度被选择为使得在特定换能器处接收的来自超声剪切波的第一反射相对于在特定换能器处接收的来自超声压缩波的第一反射在时间上不重叠。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，换能器阵列中的每个换能器被配置为产生多个脉冲，每个脉冲包括以第一频率的第一数量的周期；其中第一数量的周期和第一频率被选择为使得在特定换能器处接收的来自超声剪切波的第一反射相对于在特定换能器处接收的来自超声压缩波的第一反射在时间上不重叠。

本公开的一些示例涉及用于检测表面上的对象和水的方法，该方法包括：从换能器阵列中的每个换能器产生超声剪切波和超声压缩波；在非重叠时间窗口期间接收超声剪切波的反射和超声压缩波的反射；以及对于每个换能器：根据来自超声剪切波的反射小于第一阈值并且来自超声压缩波的反射小于第二阈值，确定对象与表面的对应于换能器的区域接触；根据来自超声剪切波的反射大于第一阈值并且来自超声压缩波的反射小于第二阈值，确定液体与表面的对应于换能器的区域接触；以及根据来自超声剪切波的反射大于第一阈值并且来自超声压缩波的反射大于第二阈值，确定没有对象与表面的对应于换能器的区域接触。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括使用超声剪切波换能器从每个换能器产生超声剪切波和超声压缩波。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，x方向被定义为平行于表面，并且z方向被定义为垂直于表面，并且该方法还包括将每个超声剪切波换能器取向为使得超声剪切波换能器的轮询方向沿x方向对准。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，来自超声剪切波的反射是超声剪切波的第一反射，并且来自超声压缩波的反射是超声压缩波的第一反射。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，来自超声剪切波的反射是在超声剪切波的第一反射之后的反射，并且来自超声压缩波的反射是在超声压缩波的第一反射之后的反射。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括选择表面的材料以具有特征性超声压缩波速度、特征性超声剪切波速度和厚度，使得在特定换能器处接收的来自超声剪切波的第一反射相对于在特定换能器处接收的来自超声压缩波的第一反射在时间上不重叠。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括用多个脉冲从换能器阵列中的每个换能器产生超声剪切波和超声压缩波，每个脉冲包括以第一频率的第一数量的周期；其中第一数量的周期和第一频率被选择为使得在特定换能器处接收的来自超声剪切波的第一反射相对于在特定换能器处接收的来自超声压缩波的第一反射在时间上不重叠。

本公开的一些示例涉及设备，该设备包括：用于从阵列中的每个位置传播超声剪切波和超声压缩波通过表面材料的装置；用于在非重叠时间窗口期间从阵列中的每个位置接收超声剪切波的反射和超声压缩波的反射的装置；以及对于每个用于传播的装置：根据来自超声剪切波的反射小于第一阈值并且来自超声压缩波的反射小于第二阈值，确定对象与表面的对应于换能器的区域接触；根据来自超声剪切波的反射大于第一阈值并且来自超声压缩波的反射小于第二阈值，确定液体与表面的对应于换能器的区域接触；以及根据来自超声剪切波的反射大于第一阈值并且来自超声压缩波的反射大于第二阈值，确定没有对象与表面的对应于换能器的区域接触。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，用于从阵列中的每个位置产生超声剪切波和超声压缩波的装置包括超声剪切波换能器。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，x方向被定义为平行于表面，并且z方向被定义为垂直于表面，并且每个超声剪切波换能器被取向为使得超声剪切波换能器的轮询方向沿x方向对准。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，来自超声剪切波的反射是超声剪切波的第一反射，并且来自超声压缩波的反射是超声压缩波的第一反射。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，来自超声剪切波的反射是在超声剪切波的第一反射之后的反射，并且来自超声压缩波的反射是在超声压缩波的第一反射之后的反射。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，表面材料具有特征性超声压缩波速度、特征性超声剪切波速度和厚度，使得在特定换能器处接收的来自超声剪切波的第一反射相对于在特定换能器处接收的来自超声压缩波的第一反射在时间上不重叠。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，用于传播的装置被配置用于用多个脉冲从换能器阵列中的每个换能器产生超声剪切波和超声压缩波，每个脉冲包括以第一频率的第一数量的周期；其中第一数量的周期和第一频率被选择为使得在特定换能器处接收的来自超声剪切波的第一反射相对于在特定换能器处接收的来自超声压缩波的第一反射在时间上不重叠。

本公开的一些示例涉及设备，该设备包括：感测板；多个换能器，该多个换能器耦接到感测板的背面，该多个换能器可被配置为在多个换能器位置处以剪切波谐振频率和以压缩波谐振频率在感测板内产生超声波，并且还可被配置为在多个换能器位置处检测以剪切波谐振频率在感测板内谐振的剪切波的剪切波能级和以压缩波谐振频率与感测板谐振的压缩波的压缩波能级；以及处理器，该处理器耦接到多个换能器并且被配置用于在多个换能器位置中的每个换能器位置处：确定剪切波能级是否小于剪切波阈值和压缩波能级是否小于压缩波阈值；根据确定剪切波能级小于剪切波阈值并且压缩波能级小于压缩波阈值，确定在换能器位置处对象与感测板接触；以及根据确定剪切波能级大于剪切波阈值并且压缩波能级小于压缩波阈值，确定在换能器位置处液体与感测板接触。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，处理器被进一步配置用于在多个换能器位置中的每个换能器位置处：根据确定剪切波能级大于剪切波阈值并且压缩波能级大于压缩波阈值，确定在换能器位置处没有对象或液体与感测板接触。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，处理器被进一步配置用于：根据确定对于表示大于第一表面积的区域的第一多个相邻换能器位置，剪切波能级大于剪切波阈值并且压缩波能级大于压缩波阈值，确定感测板位于空气中。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，处理器被进一步配置用于：根据确定对于表示大于第一表面积的区域的第一多个相邻换能器位置，压缩波能级小于压缩波阈值并且剪切波能级小于剪切波阈值，确定感测板浸入液体中。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，处理器被进一步配置用于：根据确定对于表示大于第一表面积的区域的第一多个相邻换能器位置，压缩波能级小于压缩波阈值并且剪切波能级小于剪切波阈值，确定感测板被手掌触摸。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，剪切波和压缩波为具有约为零的群速的非传播波。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，多个换能器包括：第一导电材料层，该第一导电材料层被图案化为多个行并且形成在感测板的背面上；压电材料层，该压电材料层设置在第一导电材料层上；以及第二导电材料层，该第二导电材料层被图案化为多个列并且设置在压电材料层上，其中换能器形成在第一导电材料层与第二导电材料层相交的位置处，其中压电材料层设置在第一导电材料层与第二导电材料层之间。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，处理器被进一步配置为在第一时间段内在相邻的第二换能器和第三换能器处以剪切波谐振频率产生超声波，并且在该第一时间段内在第一换能器和第四换能器处检测剪切波的剪切波能级，第二换能器与第一换能器相邻并且第四换能器与第三换能器相邻，第一换能器至第四换能器在第一方向上连续地布置。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，处理器被进一步配置为在第一时间段内在第二换能器处以压缩波谐振频率产生超声波，并且在该第一时间段内在第一换能器和第三换能器处检测压缩波的压缩波能级，第一换能器与第二换能器相邻并且第二换能器与第三换能器相邻，第一换能器至第三换能器在第一方向上连续地布置。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，处理器被进一步配置为在第一时间段内在相邻的第一换能器和第二换能器处以剪切波谐振频率产生超声波，并且在该第一时间段内在第一换能器处检测剪切波的剪切波能级，第一换能器和第二换能器在第一方向上连续地布置。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，处理器被进一步配置为在第一时间段内在第一换能器处以压缩波谐振频率产生超声波，并且在该第一时间段内在第一换能器处检测压缩波的压缩波能级。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，处理器被进一步配置为在发射窗口中在第一换能器处产生超声剪切波谐振频率或超声压缩波谐振频率，并且在发射窗口之后的接收窗口中在与第一换能器相邻的第二换能器处检测剪切波能级或压缩波能级。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，处理器被进一步配置为在发射/接收窗口中在第一换能器处产生超声剪切波谐振频率或超声压缩波谐振频率，并且在发射/接收窗口中在与第一换能器相邻的第二换能器处检测剪切波能级或压缩波能级。

本公开的一些示例涉及用于检测感测板上的对象或液体的方法，该方法包括：在多个位置处以剪切波谐振频率和以压缩波谐振频率在感测板内产生超声波；在多个位置处检测以剪切波谐振频率在感测板内谐振的剪切波的剪切波能级和以压缩波谐振频率与感测板谐振的压缩波的压缩波能级；以及在多个位置中的每个位置处：确定剪切波能级是否小于剪切波阈值和压缩波能级是否小于压缩波阈值；根据确定剪切波能级小于剪切波阈值并且压缩波能级小于压缩波阈值，确定在位置处对象与感测板接触；以及根据确定剪切波能级大于剪切波阈值并且压缩波能级小于压缩波阈值，确定在位置处液体与感测板接触。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括在多个位置中的每个位置处：根据确定剪切波能级大于剪切波阈值并且压缩波能级大于压缩波阈值，确定在位置处没有对象或液体与感测板接触。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括：根据确定对于表示大于第一表面积的区域的第一多个相邻位置，剪切波能级大于剪切波阈值并且压缩波能级大于压缩波阈值，确定感测板位于空气中。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括：根据确定对于表示大于第一表面积的区域的第一多个相邻位置，压缩波能级小于压缩波阈值并且剪切波能级小于剪切波阈值，确定感测板浸入液体中。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，剪切波和压缩波为具有约为零的群速的非传播波。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括通过在多个位置中的每个位置处跨压电材料施加AC激励信号来在多个位置处产生超声波。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括在第一时间段内在相邻的第二位置和第三位置处以剪切波谐振频率产生超声波，并且在该第一时间段内在第一位置和第四位置处检测剪切波的剪切波能级，第二位置与第一位置相邻并且第四位置与第三位置相邻，第一位置至第四位置在第一方向上连续地布置。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括在第一时间段内在第二位置处以压缩波谐振频率产生超声波，并且在该第一时间段内在第一位置和第三位置处检测压缩波的压缩波能级，第一位置与第二位置相邻并且第二位置与第三位置相邻，第一位置至第三位置在第一方向上连续地布置。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括在第一时间段内在相邻的第一位置和第二位置处以剪切波谐振频率产生超声波，并且在该第一时间段内在第一位置处检测剪切波的剪切波能级，第一位置和第二位置在第一方向上连续地布置。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括在第一时间段内在第一位置处以压缩波谐振频率产生超声波，并且在该第一时间段内在第一位置处检测压缩波的压缩波能级。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括在发射窗口中在第一位置处产生超声剪切波谐振频率或超声压缩波谐振频率，并且在发射窗口之后的接收窗口中在与第一位置相邻的第二位置处检测剪切波能级或压缩波能级。除了上文公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包括在发射/接收窗口中在第一位置处产生超声剪切波谐振频率或超声压缩波谐振频率，并且在发射/接收窗口中在与第一位置相邻的第二位置处检测剪切波能级或压缩波能级。

虽然参照附图对本公开的示例进行了全面的描述，但应注意，各种变化和修改对于本领域内的技术人员而言将变得显而易见。应当理解，此类变化和修改被认为被包括在由所附权利要求所限定的本公开的示例的范围内。

Claims (20)

1.一种设备，包括：

感测板；

多个换能器，所述多个换能器耦接到所述感测板的背面，所述多个换能器能够被配置为在多个换能器位置处以剪切波谐振频率和以压缩波谐振频率在所述感测板内产生超声波，并且还能够被配置为在所述多个换能器位置处检测以所述剪切波谐振频率在所述感测板内谐振的剪切波的剪切波能级和以所述压缩波谐振频率与所述感测板谐振的压缩波的压缩波能级；和

处理器，所述处理器耦接到所述多个换能器并且被配置用于在所述多个换能器位置中的每个换能器位置处：

确定所述剪切波能级是否小于剪切波阈值和所述压缩波能级是否小于压缩波阈值，

根据确定所述剪切波能级小于所述剪切波阈值并且所述压缩波能级小于所述压缩波阈值，确定在所述换能器位置处对象与所述感测板接触，以及

根据确定所述剪切波能级大于所述剪切波阈值并且所述压缩波能级小于所述压缩波阈值，确定在所述换能器位置处液体与所述感测板接触。

2.根据权利要求1所述的设备，所述处理器被进一步配置用于在所述多个换能器位置中的每个换能器位置处：

根据确定所述剪切波能级大于所述剪切波阈值并且所述压缩波能级大于所述压缩波阈值，确定在所述换能器位置处没有对象或液体与所述感测板接触。

3.根据权利要求1所述的设备，所述处理器被进一步配置用于：

根据确定对于表示大于第一表面积的区域的第一多个相邻换能器位置，所述剪切波能级大于所述剪切波阈值并且所述压缩波能级大于所述压缩波阈值，确定所述感测板位于空气中。

4.根据权利要求1所述的设备，所述处理器被进一步配置用于：

根据确定对于表示大于第一表面积的区域的第一多个相邻换能器位置，所述压缩波能级小于所述压缩波阈值并且所述剪切波能级小于所述剪切波阈值，确定所述感测板浸入液体中。

5.根据权利要求1所述的设备，所述处理器被进一步配置用于：

根据确定对于表示大于指示手指或拇指触摸的第一表面积的区域的第一多个相邻换能器位置，所述压缩波能级小于所述压缩波阈值并且所述剪切波能级小于所述剪切波阈值，确定所述感测板被手掌触摸。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述剪切波和所述压缩波为具有约为零的群速的非传播波。

7.根据权利要求1所述的设备，所述多个换能器包括：

第一导电材料层，所述第一导电材料层被图案化为多个行并且形成在所述感测板的所述背面上；

压电材料层，所述压电材料层设置在所述第一导电材料层上；和

第二导电材料层，所述第二导电材料层被图案化为多个列并且设置在所述压电材料层上；

其中换能器形成在所述第一导电材料层与所述第二导电材料层相交、所述压电材料层设置在所述第一导电材料层与所述第二导电材料层之间的位置处。

8.根据权利要求1所述的设备，所述处理器被进一步配置为在第一时间段中在相邻的第二换能器和第三换能器处以所述剪切波谐振频率产生超声波，并且在所述第一时间段中在第一换能器和第四换能器处检测所述剪切波的所述剪切波能级，所述第二换能器与所述第一换能器相邻并且所述第四换能器与所述第三换能器相邻，所述第一换能器至所述第四换能器在第一方向上连续地布置。

9.根据权利要求1所述的设备，所述处理器被进一步配置为在第一时间段中在第二换能器处以所述压缩波谐振频率产生超声波，并且在所述第一时间段中在第一换能器和第三换能器处检测所述压缩波的所述压缩波能级，所述第一换能器与所述第二换能器相邻并且所述第二换能器与所述第三换能器相邻，所述第一换能器至所述第三换能器在第一方向上连续地布置。

10.根据权利要求1所述的设备，所述处理器被进一步配置为在第一时间段中在相邻的第一换能器和第二换能器处以所述剪切波谐振频率产生超声波，并且在所述第一时间段中在所述第一换能器处检测所述剪切波的所述剪切波能级，所述第一换能器和所述第二换能器在第一方向上连续地布置。

11.根据权利要求1所述的设备，所述处理器被进一步配置为在第一时间段中在第一换能器处以所述压缩波谐振频率产生超声波，并且在所述第一时间段中在所述第一换能器处检测所述压缩波的所述压缩波能级。

12.根据权利要求1所述的设备，所述处理器被进一步配置为在发射窗口中在第一换能器处产生超声剪切波谐振频率或超声压缩波谐振频率，并且在所述发射窗口之后的接收窗口中在与所述第一换能器相邻的第二换能器处检测所述剪切波能级或所述压缩波能级。

13.根据权利要求1所述的设备，所述处理器被进一步配置为在发射/接收窗口中在第一换能器处产生超声剪切波谐振频率或超声压缩波谐振频率，并且在所述发射/接收窗口中在与所述第一换能器相邻的第二换能器处检测所述剪切波能级或所述压缩波能级。

14.一种用于检测感测板上的对象或液体的方法，包括：

在多个位置处以剪切波谐振频率和以压缩波谐振频率在所述感测板内产生超声波；

在所述多个位置处检测以所述剪切波谐振频率在所述感测板内谐振的剪切波的剪切波能级和以所述压缩波谐振频率与所述感测板谐振的压缩波的压缩波能级；以及

在所述多个位置中的每个位置处，

确定所述剪切波能级是否小于剪切波阈值和所述压缩波能级是否小于压缩波阈值，

根据确定所述剪切波能级小于所述剪切波阈值并且所述压缩波能级小于所述压缩波阈值，确定在所述位置处对象与所述感测板接触，以及

根据确定所述剪切波能级大于所述剪切波阈值并且所述压缩波能级小于所述压缩波阈值，确定在所述位置处液体与所述感测板接触。

15.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括在所述多个位置中的每个位置处：

根据确定所述剪切波能级大于所述剪切波阈值并且所述压缩波能级大于所述压缩波阈值，确定在所述位置处没有对象或液体与所述感测板接触。

16.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：

根据确定对于表示大于第一表面积的区域的第一多个相邻位置，所述剪切波能级大于所述剪切波阈值并且所述压缩波能级大于所述压缩波阈值，确定所述感测板位于空气中。

17.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：

根据确定对于表示大于第一表面积的区域的第一多个相邻位置，所述压缩波能级小于所述压缩波阈值并且所述剪切波能级小于所述剪切波阈值，确定所述感测板浸入液体中。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述剪切波和所述压缩波为具有约为零的群速的非传播波。

19.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：

通过在所述多个位置中的每个位置处跨压电材料施加AC激励信号来在所述多个位置处产生所述超声波。

20.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：

在第一时间段中在相邻的第二位置和第三位置处以所述剪切波谐振频率产生超声波；以及

在所述第一时间段中在第一位置和第四位置处检测所述剪切波的所述剪切波能级，所述第二位置与所述第一位置相邻并且所述第四位置与所述第三位置相邻，所述第一位置至所述第四位置在第一方向上连续地布置。

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