TWI638302B - 用於光學觸碰偵測之經振動波導表面 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種光學觸敏裝置，其包含：一平面光學波導結構，其具有一平面光學波導；以及換能器，其能夠啟動以使該平面光學波導結構之一頂部表面振動。該裝置亦包含多個發射器及偵測器。該等發射器及偵測器沿著該波導結構之一周邊配置。該等發射器產生光束，該等光束經由全內反射(TIR) 傳播通過該波導結構至該等偵測器。在該波導結構之該經振動頂部表面上之觸碰干擾該等光束，且該觸敏裝置基於該等干擾判定觸碰事件。

Description

用於光學觸碰偵測之經振動波導表面
本發明大體上係關於光學觸碰偵測系統。
用於與計算裝置互動之觸敏顯示器正變得日益普遍。存在用於實施觸敏顯示器及其他觸敏裝置之多種不同技術。此等技術之實例包含例如電阻式觸控螢幕、表面聲波觸控螢幕、電容式觸控螢幕及某些類型之光學觸控螢幕。 然而，此等方法中之許多目前存在缺點。例如，一些技術對於如在許多現代化之行動電話中使用之小尺寸顯示器可能效果良好，但對於如在用於膝上型或甚至桌上型電腦之顯示器中之大螢幕尺寸而言不能很好地擴展。對於需要特殊處理之表面或需要在該表面中使用特殊元件之技術而言，螢幕尺寸增加N之線性因數意味著特殊處理必須被擴展以處置面積大N2 倍之螢幕，或者需要數量多至N2 倍之特殊元件。此會導致無法接受之低良率或高得難以接受之成本。 一些技術之另一個缺點係，其不能或難以處置多觸碰事件。多觸碰事件發生在多個觸碰事件同時進行時。此會在原始已偵測訊號中引入模糊性，該等模糊性接著必須被解決。重要的係，模糊性必須以快速且計算上高效之方式解決。若太慢，則該技術將不能夠提供系統所需之觸碰取樣速率。若在計算上太密集，則此將抬高該技術之成本及功耗。 另一個缺點係，技術可能不能夠滿足不斷增加之解析度需求。假設觸敏表面係具有長度及寬度尺寸L×W之矩形。進一步假設一應用需要觸碰點分別以δl及δw之精度定位。則所需之有效解析度為R = (L W) / (δl δw)。我們將R表達為觸碰點之有效數目。隨著技術進步，R中之分子通常會增加，且分母通常會減小，從而導致所需觸碰解析度R之總體增加之趨勢。 因此，需要改良型觸敏系統。
一種光學觸敏裝置具有一經振動表面以減小一接觸物體與表面之間之摩擦。 在一個態樣中，一光學觸敏裝置包含：一平面光學波導結構，其具有一平面光學波導；以及換能器，其能夠啟動以使該平面光學波導結構之一頂部表面振動。該裝置亦包含多個發射器及偵測器。該等發射器及偵測器沿著該波導結構之一周邊配置。該等發射器產生光束，該等光束經由全內反射(TIR)傳播通過該波導結構至該等偵測器。在該波導結構之經振動之頂部表面上之觸碰干擾該等光束，且該觸敏裝置基於該等干擾判定觸碰事件。 在另一態樣中，光學觸敏裝置判定一物體在該光學波導結構上之一觸碰事件之一觸碰類型。該光學觸敏裝置以一受控方式啟動該等發射器及偵測器以進行多次掃描，且每次掃描與一組掃描特性相關聯。該光學觸敏裝置啟動至少一個換能器以使該光學波導結構之一頂部表面振動，且該頂部表面之振動與一組振動特性相關聯。該光學觸敏裝置針對每次掃描量測該等光束以判定哪些光束已被該觸碰事件干擾。該光學觸敏裝置基於該等振動特性及該等掃描特性一起分析該等掃描之經量測光束。該光學觸敏裝置基於該分析判定該觸碰事件之觸碰類型。 其他態樣包含與上述任一態樣有關之組件、裝置、系統、改進、方法、過程、應用、電腦可讀媒體及其他技術。
[ 相關申請案之交叉參考 ] 本申請案根據35 U.S.C. § 119(e)規定主張於2015年12月2日申請之名稱為「Kinetic Friction Reduction – Vibrating the Waveguide」之美國臨時專利申請案第62/262,321號之優先權。上述所有申請案之標的均以引用方式全文併入本文中。 本實施方式分為兩部分。部分A提供對觸敏系統及多觸碰事件之偵測之各個態樣之描述。此等內容主要在手指觸碰之內容脈絡下進行描述，但該等概念亦適用於工具(例如，筆或觸筆)觸碰。部分B提供對部分基於一經振動波導來偵測觸碰事件及觸碰類型之描述。下面係具體實施方式之內容： 部分A： 觸碰偵測 I. 介紹 A. 裝置概述 圖1係根據一實施例之一光學觸敏裝置100之一圖。光學觸敏裝置100包含一控制器110、發射器/偵測器驅動電路120、以及一觸敏表面總成130。表面總成130包含一表面131，在該表面上將偵測到觸碰事件。為了方便起見，區域131有時可被稱為主動區域或主動表面，即使主動區域本身可為諸如一光學波導之完全被動結構。總成130亦包含沿著主動區域131之周邊配置之發射器及偵測器。在本實例中，存在標記為Ea至EJ之J個發射器及標記為D1-DK之K個偵測器。該裝置亦包含觸碰事件處理器140，觸碰事件處理器140可作為控制器110之一部分或如圖1所示單獨地實施。一標準化之API可用來與觸碰事件處理器140通信，例如，在觸碰事件處理器140與控制器110之間，或在觸碰事件處理器140與連接至觸碰事件處理器之其他裝置之間。 發射器/偵測器驅動電路120用作控制器110與發射器Ej及偵測器Dk之間之一介面。該等發射器產生由該等偵測器接收之光「束」。較佳地，由一個發射器產生之光由多於一個偵測器接收，且每個偵測器從多於一個發射器接收光。為了方便起見，「光束」將指代從一個發射器至一個偵測器之光，儘管其可為到達許多偵測器之光之大扇面之一部分，而不係一單獨光束。從發射器Ej至偵測器Dk之光束將被稱為光束jk。圖1明確地標出光束a1、a2、a3、e1及eK作為實例。在主動區域131內之觸碰會干擾某些光束，由此改變在偵測器Dk處所接收到之光束。關於此等變化之資料被傳達至觸碰事件處理器140，該處理器分析該資料以判定在表面131上之觸碰事件之(多個)位置(及時間)。 如圖1所示之光學方法之一個優點在於，本方法很好地擴展至更大之螢幕尺寸。由於發射器及偵測器被定位在周邊周圍，故將螢幕尺寸增加N之線性因數意味著周邊亦會按比例縮放N而不係N2 之因數。 此等觸敏裝置可在各種應用中使用。觸敏顯示器係一類應用。這包含用於平板電腦、膝上型電腦、桌上型電腦、遊戲控制台、智慧型電話及其他類型之計算裝置之顯示器。其亦包含用於TV、數位標牌、公共資訊、白板、電子閱讀器之顯示器及其他類型之高解析度顯示器。然而，其亦可用於較小或較低解析度之顯示器：較簡單之區域電話、使用者控制器(影印機控制器、列印機控制器、電器之控制器等)。此等觸敏裝置亦可在除顯示器之外之應用中使用。在上面偵測到觸碰之「表面」可為被動元件，例如，列印影像或僅僅係某個硬表面。本應用可用作使用者介面，類似於軌跡球或滑鼠。 B. 過程概述 圖2係根據一實施例之用於判定觸碰事件之位置之一流程圖。此過程將利用圖1之裝置而言明。過程200大致分為兩個階段，該兩個階段將被稱為實體階段210及處理階段220。從概念上講，在該兩個階段之間之分割線係一組透射係數Tjk。 透射係數Tjk係光束從發射器j至偵測器k之透射率，此與不存在與光束互動之觸碰事件時將被透射之光束形成對比。此具體量度之使用純粹係一實例。可使用其他量度。特別地，由於我們最感興趣的係干擾之光束，故可使用諸如 (1-Tjk)之一逆量度，因為其通常係0。其他實例包含吸收、衰減、反射或散射之量度。此外，雖然圖2使用Tjk作為實體階段210與處理階段220之間之分割線，但是不需要明確地計算Tjk。亦不需要在實體階段210與處理階段220之間之清晰分割。亦應注意，Tjk可具有時間態樣。 返回圖2，實體階段210係從實體設置判定Tjk之過程。處理階段220從Tjk判定觸碰事件。圖2所示之模型在概念上有用，因為其在一定程度上將實體設置及下面之實體機制與後續處理分開。 例如，實體階段210產生透射係數Tjk。觸敏表面總成130之許多不同實體設計係可能的，且將根據最終應用來考慮不同之設計取捨。例如，發射器及偵測器可為較窄的或較寬的、較窄之角度或較寬之角度、各種波長、各種功率、相干的或不相干的，等等。作為另一實例，不同類型之多工可用來允許來自多個發射器之光束被每個偵測器接收。 方塊210之內部展示過程210之一項可能的實施方案。在此實例中，發射器將光束發送212至多個偵測器。橫跨觸敏表面行進之光束中之一些被觸碰事件干擾。偵測器以經多工光學形式從該等發射器接收214光束。所接收之光束被解多工216，以將個別光束jk彼此區分。然後判定218每個個別光束jk之透射係數Tjk。 處理階段220亦可以許多不同方式實施。候選觸碰點、線成像、位置內插、觸碰事件範本及多遍方法係可作為處理階段220之一部分使用之技術之所有實例。 II. 實體設置 觸敏裝置100可以許多不同方式實施。下面係設計變型之一些實例。 A. 電子器件 就電子器件態樣而言，應注意，圖1在本質上係例示性的及功能性的。來自圖1中之不同方框之功能可在相同組件中一起實施。 B. 觸碰互動 可使用用於與一光束之一觸碰互動之不同機制。一個實例係受抑全內反射(TIR)。在受抑TIR中，一光束藉由全內反射限制在光波導內，且該觸碰互動以某種方式干擾全內反射。圖3A至圖3B圖解說明根據一實施例之用於與一光束之一觸碰互動之一受抑TIR機制。在圖3A中，以一虛線示出之光束從發射器E通過一光學透明的平面波導302行進至偵測器D。該光束藉由全內反射限制在波導302內。該波導可由例如塑膠或玻璃構造。在圖3B中，與透明波導302形成接觸之諸如手指或觸筆之物體304具有比通常圍繞該波導之空氣高之折射率。在接觸區域上方，由於物體導致之折射率之增加干擾該波導內之光束之全內反射。全內反射之該干擾增加了從該波導之漏光，從而使穿過該接觸區域之任何光束衰減。因此，移除物體304將使穿過之光束之衰減停止。穿過觸碰點之光束之衰減將導致該等偵測器處更小之功率，可從該功率計算減小之透射係數Tjk。 應注意，除了觸碰之存在性之外，一些類型之觸碰互動可用來量測接觸圧力或觸碰速度。亦應注意，代替減少透射或除了減少透射之外，一些觸碰機制可增強透射。圖3C圖解說明根據一實施例之增強透射之與一光束之一觸碰互動。圖3C係俯視圖。發射器Ea通常產生由偵測器D1接收之一光束。當不存在觸碰互動時，Ta1 = 1，且Ta2 = 0。然而，一觸碰互動304阻擋光束到達偵測器D1，且將被阻擋之光中之一些散射至偵測器D2。因此，偵測器D2從發射器Ea接收比正常情況下更多之光。相應地，當存在一觸碰事件304時，Ta1減小，且Ta2增加。 為了方便起見，觸碰互動機制有時可被分類為二進位的或類比的。一二進位互動係基本上具有隨觸碰變化之兩種可能之回應之互動。實例包含無阻擋的及完全阻擋的、或無阻擋的及10%+衰減、或不受抑的及受抑的TIR。一類比互動係具有對觸碰之「灰階」回應之一互動：無阻擋經過部分阻擋之漸變至阻擋。 C. 發射器、偵測器及耦合器 每個發射器將光發送至多個偵測器。通常，每個發射器將光同時輸出至多於一個偵測器。類似地，每個偵測器從多個不同發射器接收光。光束可為可見光、紅外光及/或紫外光。術語「光」意味著包含所有此等波長，且諸如「光學的」之術語應被相應地解釋。 發射器之光源之實例包含發光二極體(LED)及半導體雷射。亦可使用IR源。光束之調變可為外部的或內部的。用於偵測器之感測器元件之實例包含電荷耦合裝置、光電二極體、光敏電阻器、光電電晶體、以及非線性全光學偵測器。 除了主光源、感測器元件之外，發射器及偵測器亦可包含光學器件及/或電子器件。例如，發射器及偵測器可併入或附接至透鏡以擴散及/或準直發射或入射光。另外，具有不同設計之一個或多個光學耦合總成(耦合器)可用來將該等發射器及偵測器耦合至波導。波導、耦合器及任何中介光學元件均具有類似之折射率，其高於空氣之折射率，以有利於貫穿每個光束之整個光學路徑之TIR。此等元件可使用黏合劑實體耦合在一起，該黏合劑具有與波導及耦合器類似之折射率。替代地，在沿著光學路徑之各個點處，在元件之間可以存在氣隙以代替黏合劑。 D. 光束路徑 一觸敏系統之另一態樣係光束及光束路徑之形狀與位置。在圖1中，光束被示為線。此等線應解釋為代表光束，但光束本身可為不同形狀及覆蓋區。圖4A至圖4C係根據一實施例之不同形狀之光束覆蓋區之俯視圖。在圖4A中，一點發射器及點偵測器產生具有一線狀覆蓋區之一狹窄「筆形」光束。在圖4B中，一點發射器及寬偵測器(或反之亦然)產生具有一三角形覆蓋區之一扇形光束。在圖4C中，一寬發射器及寬偵測器產生具有寬度非常恆定之一矩形覆蓋區之一「矩形」光束。根據該覆蓋區之寬度，透射係數Tjk表現為一二進位量或一類比量。若當一觸碰點穿過光束時透射係數從一個極值很突然地轉變至另一個極值，則透射係數係二進位的。例如，若光束很窄，則其將被完全阻擋或完全不受阻擋。若光束較寬，則其可能在觸碰點穿過光束時被部分阻擋，此導致更類比之行為。 光束可以在側向(水平)方向及豎直方向兩者上具有覆蓋區。光束之側向覆蓋區與光束之水平覆蓋區可為相同或不同。 從該等發射器發射且由該等偵測器接收之光的方向及展度可在展度或角度上不同於旨在覆蓋主動區域131之光束覆蓋區。為了使光束成形以獲得預期覆蓋區，透鏡可附接至該等發射器及偵測器。例如，點發射器及偵測器可結合透鏡使用以在水平及豎直方向上擴散光束。 圖5A至圖5B係圖解說明根據一實施例之由發射器及偵測器覆蓋之主動區域的俯視圖。如上所述，該等發射器及偵測器沿著該主動區域之周邊配置。所有該等發射器可配置在該主動區域之兩側上，例如，在如圖5A所示之兩個相鄰垂直側上。類似地，所有偵測器可配置在該主動區域之另外兩側上。替代地，該等發射器及偵測器可根據如圖5B所示之一圖案混合或交錯。此圖案可為一個發射器在每個偵測器之間，或另一種更複雜之配置。 在大多數實施方案中，每個發射器及每個偵測器將支援多個光束路徑，但是可能不存在從每個發射器至每個偵測器之一光束。來自一個發射器(或至一個偵測器)之所有光束之覆蓋區之總和將被稱為該發射器(偵測器)之覆蓋面積。所有發射器(或偵測器)之覆蓋面積可被合計以得到系統之總覆蓋面積。 個別光束之覆蓋區可使用不同量來描述：空間範圍(即，寬度)、角度範圍(即，發射器之輻射角度、偵測器之接收角度)及覆蓋區形狀。從一個發射器至一個偵測器之一個別光束路徑可由該發射器之寬度、該偵測器之寬度及/或限定該兩者間之光束路徑之角度與形狀來描述。發射器之覆蓋面積可由該發射器之寬度、相關偵測器之總寬度及/或限定來自該發射器之光束路徑之集合之角度與形狀來描述。應注意，個別覆蓋區可重疊。(一發射器之覆蓋區之面積和)/(發射器之覆蓋面積)之比率係重疊量之一個量度。 所有發射器之總覆蓋面積應覆蓋整個主動區域131。然而，並非主動區域131內之所有點都將被相等程度地覆蓋。一些點可被許多光束路徑橫越，而其他點被少得多之光束路徑橫越。光束路徑在主動區域131上之分佈的特徵可在於，計算多少光束路徑橫越主動區域內之不同(x,y)點。光束路徑之定向係該分佈之另一態樣。相比由全部彼此成60度之角度延伸之三個光束路徑橫越之點，從全部大致在相同方向上延伸之三個光束路徑得出之(x,y)點通常將係一較弱分佈。 上文針對發射器描述之概念亦適用於偵測器。一偵測器之覆蓋面積係由該偵測器接收之光束之所有覆蓋區之總和。 E. 多工 由於多個發射器將多個光束發送至多個偵測器，且由於個別光束之行為係大體上理想的，故使用多工/解多工方案。例如，每個偵測器通常輸出指示入射光強度之一單個電訊號，而不論該光係來自由一個發射器產生之一個光束還係來自由許多發射器產生之許多光束。然而，透射率Tjk係一個別光束jk之一特性。 可以使用不同類型之多工。根據所使用之多工方案，光束之透射特性，包含其內容及光束被透射之時間，可變化。因此，多工方案之選擇可影響光學觸敏裝置之實體構造及其操作兩者。多工之實例包含分碼多工、分頻多工、分時多工。通常結合光學系統使用之其他多工技術包含分波多工、極化多工、空間多工及角度多工。諸如PSK、QAM及OFDM之電子調變方案亦可以可能地應用以區分不同光束。若干種多工技術亦可一起使用。 圖6係根據一實施例之一例示性裝置之一俯視圖，其展示針對所有可能之發射器及偵測器對之所有光束。如圖6所示，該等發射器及偵測器在經編號為1-30之位置處配置在主動區域之周邊周圍。在此實例中，光束終端未被標為發射器或偵測器。假設存在足夠的發射器及偵測器來實現任何可能之光束路徑。 III. 處理階段 在圖2之處理階段220中，透射係數Tjk被用來判定觸碰點之位置。可使用不同方法及技術，包含候選觸碰點、線成像、位置內插、觸碰事件範本及多遍處理及光束加權。 A. 候選觸碰點 判定觸碰點之位置之一種方法基於：識別已受一觸碰事件影響之光束(基於透射係數Tjk)，以及然後將此等干擾光束之交點識別為候選觸碰點。藉由考慮緊鄰候選觸碰點之其他光束或藉由考慮其他候選觸碰點，可優化候選觸碰點之清單。此方法更詳細地描述於名稱為「Method and Apparatus for Detecting a Multitouch Event in an Optical Touch-Sensitive Device」之美國專利申請案第13/059,817號中，該申請案以引用方式併入本文中。 B. 線成像，斷層掃描 此技術基於以下概念：由一偵測器接收之光束之集合形成觸碰點之一線影像，其中視點為該偵測器之位置。該偵測器作為瞄準發射器之集合之一個一維相機起作用。由於互反性，對於發射器而言同樣如此。由一發射器發送之光束之集合形成觸碰點之一線影像，其中視點為該發射器之位置。此等線影像可經處理以重構觸碰點，例如，藉由使用相關性或斷層掃描原理。此方法更詳細地描述於名稱為「Detecting Multitouch Events in an Optical Touch-Sensitive Device using Touch Event Templates」之美國專利申請案第13/460,703號及名稱為「Optical Touch Tomography」之美國專利申請案第14/092,850號中，此等申請以引用方式併入本文中。 C. 位置內插 應用通常會要求定位觸碰點方面之一定精度水平。增加精度之一種方法係增加發射器、偵測器及光束路徑之密度，使得觸碰點位置之一小幅變化會干擾不同光束。另一種方法係在光束之間內插。此方法更詳細地描述於名稱為「Detecting Multitouch Events in an Optical Touch-Sensitive Device using Touch Event Templates」之美國專利申請案第13/460,703號中，該申請案以引用方式併入本文中。 D. 觸碰事件範本 若光束路徑之位置及形狀係已知的(此通常係具有固定發射器、偵測器及光學器件之系統之情況)，則可提前預測一給定觸碰事件之透射係數。可經推理為預計觸碰事件產生範本。觸碰事件之判定由此成為一範本匹配問題。 若使用暴力方法，則可為每個可能觸碰事件產生一個範本。然而，此會導致大量範本。例如，假設一類觸碰事件被模型化為卵圓形接觸區域，且假設光束係或者完全被阻擋或者完全不被阻擋之筆形光束。此類觸碰事件可經參數化為五個維度之函數：長軸之長度、短軸之長度、長軸之定向、主動區域內之x位置及主動區域內之y位置。覆蓋此類觸碰事件之範本之暴力詳盡集合必須跨越此五個維度。此外，範本本身可具有大量元素。 因此，在另一種方法中，範本之集合被簡化。例如，用於具有某個接觸區域之一觸碰事件之一種可能範本係將受該觸碰影響之所有光束路徑之集合。然而，此係大量光束路徑，因此範本匹配將更困難。此外，此範本對於接觸區域係非常特定的。若接觸區域在尺寸、形狀或位置上略微變化，接觸區域之範本將不再完全匹配。又，若在主動區域中之其他地方存在額外觸碰，則範本將不能很好地匹配偵測到之資料。因此，雖然使用所有可能之光束路徑可產生一非常有差別之範本，但是其實施亦可能計算太密集。一替代例使用具有少於所有受影響光束之範本。例如，更簡單之範本可基於將由某個接觸區域干擾之僅四個光束。此係較不特定之範本，因為具有略微不同之形狀、尺寸或位置之其他接觸區域仍將匹配此範本。這樣的好處在於，將需要較少之範本來覆蓋可能之接觸區域之空間。此範本沒有基於所有干擾光束之全範本精確。然而，由於尺寸更小，故匹配亦更快。相對於可能之透射係數之全集，此等類型之範本常常係稀疏的。 應注意，可為某個接觸區域限定一系列範本，從而增加包含在該範本中之光束之數目：一2光束範本、一4光束範本等。在一實施例中，被接觸區域干擾之光束被從1至N依序排序。然後，可藉由按順序選擇第一n個光束來構造一n-光束範本。一般而言，空間上或角度上不同之光束往往會產生更好之範本。即，相比基於彼此緊鄰之三個很大程度上平行之光束之範本，具有彼此成60度延伸且不在一共同點相交之三個光束之範本往往會產生一更穩健之範本。此外，更多之光束往往會增加範本匹配之有效訊號雜訊比，特別係在光束來自不同發射器及偵測器時。 常常，亦可使用一基本範本來產生一系列相似之範本。例如，接觸區域B可能與接觸區域A相同，但被向右移位。然後，藉由利用該右移位，可從接觸區域A之範本產生接觸區域B之對應之四光束範本。更一般而言，接觸區域A之範本可被抽象化或參數化(例如，其中參數係在不同方向上移位之量)。抽象化將被稱為一範本模型。在一種方法中，該模型用來產生個別範本，且實際資料針對個別範本中之每一個被匹配。在另一種方法中，資料針對範本模型被匹配。匹配過程因此包含判定係否存在針對範本模型之一匹配以及如果存在，則判定參數之哪個值產生匹配。 範本可使用正區域及負區域兩者。一實際接觸區域可被一「無觸碰」區包圍。若接觸在該實際接觸區域中進行，則在緊鄰之周圍區域中將不存在接觸。因此，範本包含(a)經干擾之接觸區域中之光束，及(b)未經干擾之陰影區域中之光束兩者。 範本亦可基於減小之及增強之透射係數兩者。對於一特定類型之接觸而言，經干擾之某些光束之透射係數應減小。然而，觸碰互動可在其他方向上散射或反射光，且此等方向之透射係數應增加。 其他範本將顯而易見，且範本可以多種方式處理。在一簡單方法中，對一範本中之光束之干擾被簡單地求和或求平均值。此可增加此一量測之總體SNR，因為每個光束增加額外之訊號，而來自每個光束之雜訊係大概獨立的。在另一種方法中，該求和或其他組合可為一加權過程，其中並非範本中之所有光束都被賦予相等之權重。例如，接近被建模之觸碰事件之中心經過之光束可比更遠離之光束權重更大。替代地，範本中之光束之角度差異性亦可藉由權重來表達。角度相異之光束比差異不大之光束權重更大。 觸碰事件範本之額外實例更詳細地描述於名稱為「Detecting Multitouch Events in an Optical Touch-Sensitive Device using Touch Event Templates」之美國專利申請案第13/460,703號中，該申請案以引用方式併入本文中。 E. 多遍處理 參看圖2，處理階段不一定係一遍之過程，亦不侷限于一單一技術。多種處理技術可經結合或以其他方式一起使用以判定觸碰事件之位置。 舉一個實例，一第一階段係依賴於一快速二進位範本匹配之一粗略遍。在此階段中，範本係二進位的，且透射率T’jk亦假設為二進位的。二進位透射率T’jk可藉由四捨五入或臨限化類比值而從類比值Tjk產生。二進位值T’jk針對二進位範本進行匹配，以產生候選觸碰點之一初步清單。執行某種清理以優化此清單。例如，可簡單地消除冗餘之候選觸碰點或組合彼此接近或相似之候選觸碰點。一第二階段用來使用一更精確之方法消除誤報。對於每個候選觸碰點而言，相鄰之光束可用來驗證或消除作為一實際觸碰點之候選項。美國專利申請案第13/059,817號中描述之技術可用於此目的。除了考慮光束之實際寬度之外，此階段亦可使用類比值Tjk。階段之輸出係一經確認觸碰點清單。最後階段優化每個觸碰點之位置。例如，前述內插技術可用來以更高之精度判定位置。由於已經知道近似位置，故階段可處理少得多之光束(即，在本地附近之光束)，但可能對該資料應用更密集之計算。最終結果係判定觸碰位置。 其他技術亦可用於多遍處理。例如，亦可使用線影像或觸碰事件模型。替代地，相同技術可使用多於一次或以一反覆方式使用。例如，可首先使用低解析度範本來判定一組候選觸碰位置，且然後可使用更高解析度之範本或觸碰事件模型來更精確地判定該觸碰之精確位置及形狀。 F. 光束加權 在處理透射係數中，常見的係將透射係數加權或優先化。加權有效地意味一些光束比其他光束更重要。權重可在需要時在處理期間判定，或者其可被預定及從查找表或清單擷取。 對光束加權之一個因素係角度差異性。通常，角度不同之光束被賦予比角度差異性相對較小之光束更高之一權重。假定為一個光束，則具有較小之角度差異性(即，大致平行於第一光束)之一第二光束可能權重較低，因為相比第一光束所提供的，其提供關於觸碰事件之位置之相對較少之額外資訊。反之，在判定觸碰點沿著該第一光束發生之位置中，相對於該第一光束具有一較高角度差異性之一第二光束可被賦予一更高權重。 對光束加權之另一個因素係在光束之發射器及/或偵測器之間之位置差異(即，空間差異性)。通常，較大之空間差異性被賦予一較高權重，因為其表示與已經可用之資訊相比之「更多」資訊。 對光束加權之另一可能因素係光束之密度。若橫越主動區域之一區域之光束有很多，則每個光束僅僅係很多光束中之一個，且任何個別光束都不太重要且可能權重較小。反之，若橫越主動區域之一區域之光束很少，則此等光束中之每一個在其攜帶之資訊方面均更重要，且權重可較大。 在另一態樣中，標稱光束透射率(即，在不存在一觸碰事件之情況下之透射率)可用來對光束加權。具有較高標稱透射率之光束可被認為相比於具有較低標稱透射率之該等光束更「可信」，因為該等光束更易受雜訊影響。可以一類似方式使用一訊號雜訊比(如可用)來對光束加權。具有較高訊號雜訊比之光束可被認為更「可信」，且被賦予更高權重。 無論如何判定，權重均可用來計算與一可能觸碰位置相關聯之一給定範本之一品質因數(置信度)。光束透射率/訊號雜訊比亦可在內插過程中使用，合併成與從一線影像中之一給定觸碰陰影得出之內插線相關聯之置信度之一單個量度。從由「可信」光束構成之一陰影得出之該等內插線在判定最終觸碰點位置中可被賦予比從可疑之光束資料得出之線更高之權重。 部分B：經振動波導 IV. 經振動波導結構 A. 振動特性 光學觸敏裝置100之主動區域包含一光學波導結構。該波導結構可為剛性或柔性。當發射器及偵測器經啟動以偵測一個或多個觸碰事件時，該波導結構之頂部表面或整個波導結構振動。在一些實施例中，頂部表面係一平面光學波導之一觸敏表面。替代地，頂部表面可為一觸敏平坦光學波導之上且不干擾該觸敏平坦光學波導之一振動層，如在章節IV.B中進一步描述。例如，當一使用者之手指橫跨該光學觸敏表面移動時，或當一使用者橫跨該表面移動一觸筆時，該波導結構可能振動。振動特性之特徵在於經振動波導結構。振動特性之實例包含振動週期、振動頻率、振動相位、振動對掃描相移、振動振幅及振動定向。振動週期指代一波導結構完成一完整振動循環之持續時間。一完整振動循環被定義為：該波導結構從其中間位置移動至一個極限位置，且移回至該中間位置，且然後移動至另一極限位置，且移回至中間位置。振動頻率指代該完整振動循環在一給定時間段內重複之次數。振動相位係在一振動循環期間該波導結構之一暫態位置。振動對掃描相移係在一給定光束之兩次連續掃描之間在波導頂部表面之一振動週期內之一振動相位差。此量可根據哪個光束正在被考慮而變化，因為不同發射器及偵測器可能在不同時間起作用。例如，多於一個發射器可在一時間點起作用，或多於一個偵測器可在一時間點起作用。振動振幅指代從中間位置至在任一側上之極限位置之一距離。振動定向指代波導之移動定向。該波導結構可上下振動。這種類型之振動指代機械橫向振動。此外或替代地，該波導結構可來回移動。這種類型之振動指代機械縱向振動。 圖7A係根據一實施例之經受一機械橫向振動之一整個波導結構700A之一剖視圖。波導結構700A之中間位置由點劃線708表示。當整個波導結構700A振動時，波導結構700從中間位置708向上移動至一第一極限位置712(亦稱為振動峰)。波導結構700A從振動峰712返回至中間位置708，且從中間位置708繼續向下移動至一第二極限位置714(亦稱為振動穀)。波導結構700A從振動穀714返回至中間位置708。波導結構700A之此系列移動形成一完整振動循環。該系列移動之特徵可在於振動特性(例如，振動週期、頻率、相位、振幅及定向)。假設此振動循環對應於一第一振動相位A。若第一振動相位A偏移至一第二振動相位A+180˚，則波導結構700A首先從中間位置708向下移動至振動穀714，並返回至中間位置708，且繼續向上移動至振動峰712，並返回至中間位置708。 藉由調整振動特性，可以多種方式設計經振動波導結構。當一物體702A(一觸筆或一手指)橫跨經振動波導結構700A移動時，物體702A需要較小之力來沿著表面移動，因為振動導致物體702A受到之動摩擦及靜摩擦均減小。當物體702A與經振動波導結構接觸(例如，振動峰712)時，物體702B干擾光束在波導結構700A內之全內反射。全內反射之干擾增加從波導結構700A之漏光，從而使穿過接觸區域之任何光束衰減。因此，移除物體702A將使穿過之光束之衰減停止。 圖7B係根據一實施例之經受一機械橫向振動之波導結構700B之頂部表面之一剖視圖。在此實例中，波導結構之頂部表面可向上移動至一振動峰722，或可向下移動至一振動穀724。若干技術可用于產生表面振動。例如，表面聲波(例如，瑞利(Rayleigh)波)係平行於波導之頂部表面行進之聲波，而其移位振幅衰減至波導結構之頂部表面中以使頂部表面振動。 B. 多部件經振動波導結構 在一些實施例中，波導結構由多個部件構造。在一種方法中，波導結構包含一平面波導，該平面波導具有一平坦之無振動頂部表面(即，平坦的、平行頂部表面及底部表面)，且在平面波導之頂部表面上具有振動層。該振動層可為剛性或柔性。該振動層支持在層表面處對感測光之全內反射之一折射率。代替圖7A中使一頂部表面或整個波導結構700A振動，僅該振動層經振動以產生機械橫向振動或機械縱向振動。該振動層可被單獨地製造，然後貼附至波導結構之平坦的無振動頂部表面。該振動層可為透明。例如，一片玻璃可作為一固體透明層施加至該平面波導。 圖7C係經受一機械橫向振動之一多部件波導結構700C之一剖視圖。多部件波導結構700B包含具有一平坦的無振動頂部表面之一平面波導720，且亦包含振動層730。在圖7C之實例中，置於平面波導720之上之振動層730可向上移動至一振動峰735，或者可向下移動至一振動穀738。振動層730之振動的特徵在於振動特性。由於平面波導720與振動層730之間之一光學耦合，物體702B干擾平面波導720內之光束之全內反射。 C. 換能器 換能器以一特定方式控制波導結構之機械振動。例如，換能器控制波導結構以便以預定義振動特性振動。該等換能器通常係機電換能器(例如，靜電換能器、電磁換能器，其特定實例將為壓電換能器及表面聲波換能器)。 波導結構之振動可為在空間上係局部的，或者可橫跨整個波導結構，且一給定觸敏裝置可經構造以執行兩種振動中之任一種振動。因此，存在多個感興趣之區域，在該區域中，可能有利的係，放置換能器以使波導結構振動，以執行兩種振動中之任一種或兩種。在各種實施例中，換能器可被放置在觸敏表面總成之各種位置上。例如，換能器可位於波導結構之一邊緣附近、波導結構下方、波導結構之上、或其某種組合。 圖8A至圖8H展示放置換能器之位置之實例。圖8A、圖8B、圖8D、圖8E係換能器在一波導結構802上之放置位置之側視圖，該波導結構具有與一顯示器相關聯之一區域802A。圖8C及圖8F係換能器在波導結構802上之放置位置之俯視圖。在一些實施例中，一顯示模組(圖8中未示出)可位於波導結構802之區域802A下方，使得該顯示模組能夠顯示使用者可透過該波導結構看到之影像。除了此前之圖片中列出之位置之外，該等換能器亦可此外或替代地相對於該顯示模組定位，例如，在一顯示器之一邊緣附近、在該顯示器下方、在該顯示器之上、或其某種組合。 圖8A展示一換能器803被放置在區域802A之上。圖8B展示一換能器806在波導802之區域802A下方。圖8D展示換能器808被放置在波導結構802之邊緣附近及波導結構802之上，但與區域802A保持距離。圖8D展示換能器810被放置在波導結構802之邊緣附近且在波導結構802下方，但與區域802A保持距離。多個換能器可被放置在波導結構802之上或波導結構802下方。圖8C展示多個換能器804A至804C被放置在區域802A之邊緣附近。圖8F展示多個換能器812A至812D被放置在波導結構802之邊緣附近。 在一些實施例中，換能器可鄰近波導結構802放置。圖8G及圖8H分別係換能器鄰近波導結構802之放置位置之一側視圖及一俯視圖。圖8G及圖8H展示多個換能器附接至波導結構802之邊緣。 除了換能器之上述可能位置之外，換能器亦可相對於彼此配置以便形成一圖案化佈局。例如，其可在波導頂部或下方之一圖案中間隔開、在圍繞波導或顯示器之外部邊緣或鄰近波導之邊緣之一圖案中間隔開，等等。該圖案可被均勻地間隔開或為更不規則的。換能器佈局亦不一定按照一圖案，例如，一個或多個換能器可位於波導表面下方之特定點處，希望在該等特定點處產生局部振動，例如，以向使用者提供觸覺回饋。 換能器可由個別設計之訊號驅動，此等訊號將導致在波導結構表面上某一位置處之一局部振動。如此，可對換能器進行控制以允許在波導結構表面上之任何點處引發任何特定振動。例如，可這樣做以局部減小該位置中之觸碰摩擦。舉一簡單實例，由相同訊號驅動之換能器之一圓形陣列將引起在圓圈中心之一局部最大振幅。此係因為振動在該位置將都係同相的，從所有換能器行進了一相等距離。在一更複雜之實施方案中，驅動訊號之相位可基於以下項加以控制：離開波導邊緣之振動之即時反射，以及在安裝點處來自換能器之即時振動。如此，一振動最大之位置可被即時控制。V. 振動干擾最小化 在波導結構之頂部表面上之觸碰事件藉由受抑TIR來偵測。即，來自波導結構中之TIR之倏逝波被一接觸物體干擾。此受抑TIR甚至在該接觸物體與波導結構略微分離時亦可發生，但增加間距會降低效應。當波導結構在一觸碰事件期間振動時，振動可使波導結構與該接觸物體分離。若間距足夠小，使得該接觸物體仍在倏逝場內，則該接觸物體仍將干擾傳播過波導結構之光束，形成所需之TIR效應。若間距足夠大，使得該接觸物體超出該倏逝場，則該物體將表現為對光束具有極少影響或沒有影響。此被稱為振動干擾。為了減小振動干擾，振動(振動特性)及光學掃描(掃描特性)可以多種方式同步。如將在下面章節中所解釋，振動及光學掃描可例如被完全同步或部分同步。A. 光學掃描 如上所述，發射器將光束發送至偵測器。在一些實施例中，所有可能之光束被同時啟動。此可發生在所有發射器連續地開啟時，且偵測器對所接收之光取樣。替代地，發射器可發送一有限時長之脈衝，但所有發射器同時發送其脈衝。在一些實施例中，並非所有光束都需要同時被發送。此可發生在該等發射器被依序啟動且相關之偵測器在每個發射器之啟動時間內全部同時起作用時。 為了進行下面的描述，每個適用之光束已被發送一次之情形將被稱為一次掃描，且此情況發生之速率將被稱為掃描速率或刷新速率。就連續發送之發射器而言，掃描速率取決於偵測器取樣速率。就發射之脈衝而言，掃描速率取決於脈衝傳輸之速率或偵測器取樣速率。就依序發送之發射器而言，掃描速率取決於發射器啟動時間或偵測器取樣速率。圖9A及圖9B展示其中發射器被依序啟動之一時間序列。在此實例中，光束終端1至30可為發射器或偵測器。該等發射器以從1至30之數字順序啟動，且相關偵測器在每個發射器啟動時間內全部同時起作用。發射器1被啟動並產生由偵測器10-30接收之光束。發射器2接著被啟動，以此類推，直至發射器30。舉一實例，假設每個發射器啟動時間為30微秒(μs)，則一次掃描之時間為30 μs × 30=900 μs，且一掃描速率為1/(900 μs)=0.001111(或1111赫茲(Hz))。 掃描特性之特徵在於光學掃描。掃描特性之實例包含掃描速率、發射器之數目、偵測器之數目、發射器啟動時間、偵測器啟動時間、偵測器取樣速率、或脈衝傳輸之速率。該等振動特性及該等掃描特性之一或二者亦可包含振動對掃描相移，如上文在描述振動特性之章節中所介紹。該等掃描特性可經組態以與振動特性完全或部分同步，如將在下面章節中所描述。B. 振動及光學掃描之完全同步 振動特性及掃描特性可經同步化以確保對一特定光束之振動干擾針對每次掃描始終相同，或者針對一組掃描始終係可能之振動干擾之一固定集合。前一種情況被稱為完全同步，後一種情況被稱為部分同步。 完全同步可藉由使振動頻率為掃描速率之整數倍N來表示。例如，假設掃描速率為1111 Hz，振動頻率被設定為N×1111 Hz。C. 振動及光學掃描之部分同步 部分同步包含振動特性具有與掃描特性之一掃描速率異相之一振動頻率。對於部分同步而言，一振動對掃描速率相移經設定(如上文在章節IV.A中所介紹)使得對於一給定光束而言，在一組掃描之過程中，該組中之每次掃描在振動週期中之一點(即，一特定振動相位)與掃描週期中之一點(在該點處，對應光束之資訊被偵測器收集以判定光束阻擋/透射係數)之間具有一不同的固定相移。因此，該組中之每次掃描針對一不同的固定振動干擾量測一觸碰事件對光束之影響。常常，該組中之振動干擾將包含向上波導振動之峰、向下波導振動之穀、波導振動中之一中點(例如，波導之中間位置)；然而，許多其他點係可能的(例如，在振動週期中π/8、π/16間隔處等)。根據實施方案，一組中可存在少至2次掃描，或多至50次或更多次掃描。 在部分同步中，振動頻率係掃描速率之任何實數N倍，其中N不係一整數(否則其將係完全同步)。上面介紹之振動對掃描相移及連續掃描之集合可根據振動頻率與掃描速率之間之一所需關係來設計及組態。例如，假設振動頻率係掃描速率之1.25倍，則振動之一90度相移及4次掃描可用來獲得特徵化一觸碰事件之所有光束。對於每次掃描而言，相對於前一掃描之一90度相移被施加。假設一第一掃描具有一振動相位A，則一第二掃描具有一振動相位A+90˚，一第三掃描具有一振動相位A+180˚，且一第四掃描具有一振動相位A+270˚。 圖9A至圖9B圖解說明根據一實施例之部分同步之一實例。圖9A係圖解說明根據一實施例之受波導結構之振動干擾之光束之一俯視圖。在本實例中，在觸敏表面之中心存在一觸碰事件。該觸碰之特徵在於接觸區域910。在圖9A之實例中，波導之振動係掃描速率之一半(π)，且因此波導將僅部分通過在兩次掃描之間之一單個振動週期。因此，上文介紹之組包含兩次掃描。為了舉例目的，假設掃描發生在波導表面之向上及向下運動之最大值及最小值處。 在圖9A中，一些光束被觸碰干擾且由實線920A表示。然而，經假設被干擾之光束未被干擾，此係因為振動使物體與表面分離。此等光束由虛線930A表示。圖9B圖解說明此實例之組中之第二掃描，其中波導表面已振動一半週期至相反之波導狀態(例如，最小值/穀，而不係最大值)。180度之相移使物體與表面接觸以干擾在前一掃描中在相同接觸區域910處不被干擾之光束。此等新干擾之光束由實線930B表示。藉由組合該組中之第一掃描及第二掃描，獲得所有干擾之光束(920A及930B)以特徵化觸碰事件。 VI. 基於經振動波導結構之辨別 圖10係根據一實施例之用於基於振動來判定一觸碰類型之一過程1000之一流程圖。此過程1000係圖2之處理階段220之一部分，且在一些實施例中可由光學觸敏裝置100執行。此外，過程1000可包含相比於圖10中描述之那些步驟不同或額外之步驟。 光學觸敏裝置100以一受控方式啟動1010發射器以進行多次掃描，每次掃描與已知之振動特性相關聯。光學觸敏裝置100啟動發射器以使用一組掃描特性及一組振動特性進行掃描。 光學觸敏裝置100針對每次掃描量測1020哪些光束已被多個觸碰事件及波導結構之振動干擾。光學觸敏裝置100偵測由觸碰事件及波導結構之振動造成之被干擾之光束jk之透射係數Tjk。 光學觸敏裝置100橫跨多次掃描分析1030經量測之光束(例如，透射係數)。不同類型之物體及觸碰事件將對橫跨多次掃描之被干擾光束產生不同影響。例如，諸如一觸筆之一硬物體由於振動可能彈離波導之頂部表面，造成在一次或多次掃描中之一個或多個光束不被干擾，而諸如一手指之一較軟物體可能僅吸收振動，造成橫跨多次掃描之一不同組或量之光束干擾。特定言之，部分同步可基於橫跨多次掃描之組中光束之干擾，來給出在波導之振動週期中之不同點處哪些光束被干擾之一完整畫面。 類似地，完全同步也可基於來自相同掃描之附近光束之經量測光束干擾，來給出在波導之振動週期中之不同點處哪些光束被干擾之一完整畫面。在此情況下，假設此等不同之附近光束由於其略微不同之位置(及對應之E/D啟動/偵測時間)而各自量測來自觸碰事件之波導振動及干擾之一不同部分。由於在許多情況下，此等略微不同之位置仍將位於諸如一手指或觸筆之一觸碰事件之下，因此此等不同之光束共同地可提供關於觸碰事件之資訊。 此概念更普遍地擴展，觸碰事件基於接觸物體之材料性質(例如，柔軟性、硬度、油膩手指、乾燥手指、真觸碰事件對假觸碰事件、手指對觸筆)，且在不同類型之觸碰事件之間之差異及材料性質本身可從該組中之光束之光束干擾得出。 從以上可知，可進行之判定1040之一個子集係哪種類型之觸碰(或觸碰類型)已被光學觸敏裝置100偵測到。觸碰類型部分基於被干擾之光束之分析來判定。如上所述，不同之觸碰類型具有不同性質(例如，油膩對乾燥)，此造成不同之振動干擾，此體現在該組中之光束之不同干擾中。 上文在處理階段中描述之用於判定觸碰事件(例如，觸碰事件係否發生及在哪裡發生)之許多技術可在此處在完全同步或部分同步之內容脈絡中使用以區分不同之觸碰類型。例如，候選觸碰點技術、線成像及斷層掃描技術以及範本技術可經修改以包含振動特性資訊、掃描特性資訊及掃描組資訊，使得可利用一組中之哪些掃描對應於波導振動週期中之哪些點這一情況來判定觸碰類型。 用於基於振動判定觸碰類型之上述技術亦可用來區分真觸碰與假觸碰。例如，藉由使用部分同步，一真觸碰產生橫跨一組掃描與一假觸碰不同之一組被干擾光束。例如，一組中之一第一掃描可能展示該第一掃描中之被干擾光束在第二掃描中不被干擾。然而，由雜訊或干擾產生之一假觸碰可能在兩次掃描中具有相同之被干擾光束。替代地，一假接觸可能在橫跨一系列掃描之被干擾光束中具有一不規則變化。 用於基於振動判定觸碰類型之上述技術可進一步用來辨別具有不同硬度之物體(例如，乾燥手指對油膩手指、手指對工具、不同工具)。例如，油膩手指比一乾燥手指更容易附接至一經振動表面，因此光束經振動影響較小。類似地，可辨別柔軟物體(例如，一手指)與硬物體(例如，一觸筆)。具有不同硬度之不同工具亦可基於工具與經振動表面之間之互動來辨別，如下文進一步所述。A. 基於相移之偵測 圖11展示基於一相移判定觸碰類型之實例。圖11A展示圖解說明根據一實施例之三次掃描之隨時間變化之橫向振動之一圖。軸1110表示振動振幅。軸1120表示時間。在第一掃描1102與第二掃描1104之間，在波導振動週期1112中存在一90度相移，且在第二掃描1104與一第三掃描1106之間亦存在一90度相移。在時間點1122處，振動在第一掃描1102中位於振動峰處。在時間點1124處，振動在第二掃描1104中位於一中間位置。在時間點1126處，振動在第三掃描1106中位於一振動穀處。 圖11B展示圖解說明根據一實施例之在每次掃描之一時間點在一物體1130與經振動表面1108之間之一互動之一側視圖。在時間點1122A處，物體1130A觸碰對於第一掃描1102A而言位於振動峰1108A處之經振動表面。在時間點1124A處，物體1130B觸碰對於第二掃描1104A而言位於中間位置1108B之經振動表面，但物體1130C不觸碰對於第三掃描1106A而言位於振動穀位置1108C處之經振動表面。圖11C展示圖解說明根據一實施例之在每次掃描之一時間點在一物體1130與經振動表面之間之一互動之一俯視圖。發射器E1通常產生由偵測器D1接收之一光束。在第一掃描1102A與第二掃描1104A中，在物體1130與經振動表面之間之觸碰阻擋光束到達偵測器D1。因此，光束被干擾。在第三掃描1106A中，振動使物體1130C與表面分離。D1能夠偵測從E1發送之光束。因此，光束未被干擾。 圖11D及圖11E分別展示圖解說明根據一實施例之在每次掃描之一時間點在另一個物體1150與經振動表面之間之一互動之一側視圖及一俯視圖。在此實例中，相比於圖11B中所示之例示性物體1130，例示性物體1150具有不同硬度。較軟物體1130更可能維持與振動之波導之頂部表面之接觸，而一較硬物體1150較不可能維持接觸。在第一掃描1102B中，物體1150A觸碰位於1108A處之經振動表面，且該觸碰阻擋光束到達偵測器D1。在第二掃描1104B及第三掃描1106B中，物體1150不觸碰位於1108B處及1108C處之經振動表面，且D1能夠偵測從E1發送之光束。因此，光束不受物體1150干擾。藉由比較兩個物體之間在一系列掃描中之光束之差異，可分辨該兩個物體。 如上文所介紹，在一實施例中，諸如一人之手指或一觸筆之一物體可與一個或多個範本相關聯，此等範本包含在一系列掃描中由該物體與經振動表面之間之互動造成之被干擾光束。更多資訊參見以上章節III.D中關於觸碰事件範本之描述。此等範本可包含關於對於一波導振動週期之不同部分之一組中之不同掃描而言之預計光束干擾之單獨範本(或組合範本)。此等範本可進一步包含適用於該等範本之振動及掃描特性資訊。藉由比較在一系列掃描中經量測之被干擾光束與範本，可判定物體之觸碰類型。B. 多觸碰事件偵測 圖11A至圖11E展示根據一實施例之利用部分同步判定一單觸碰事件之一觸碰類型之一實例。裝置100亦可用來以一類似方式執行多觸碰事件偵測。例如，若兩個或更多個不同物體落在一經振動表面上，則對於每個觸碰事件而言使用部分同步及在一單個振動之週期內之每個觸碰事件之一組掃描之集合可提供關於每個相異觸碰事件之材料性質之大量資訊。例如，擴展為包含部分同步資訊(例如，振動及掃描特性)之上述觸碰事件範本技術可用來針對掃描資訊匹配存儲之範本，以辨別具有不同材料性質之觸碰事件。例如，此類材料性質不僅可識別觸碰事件已發生多少及在哪裡發生，而且可識別每個觸碰事件係一觸筆還係手指產生的。 圖12A至圖12D展示根據一實施例之利用部分同步判定多觸碰事件之觸碰類型之一實例。圖12A係根據一實施例之向上移動至一振動峰之一波導結構1208之一剖視圖。當波導結構之頂部表面移動至一振動峰1212A時，物體1210及1220兩者均觸碰頂部表面。圖12B係圖解說明根據一實施例之在圖12A所示的兩個物體與經振動表面之間之一互動之一俯視圖。觸碰1210B及1220B分別阻擋光束到達D1及D2。圖12C係根據一實施例之向下移動至一振動穀之一波導結構1208之一剖視圖。當該波導結構之頂部表面移動至一振動穀1212B時，例如由於物體1220及物體1210之間硬度上之一差異，僅物體1220觸碰頂部表面。一般言之，一較軟物體1220更可能維持與振動之波導之頂部表面之接觸，而一較硬物體1210較不可能維持接觸。圖12D係圖解說明根據一實施例之在圖12C所示的兩個物體及經振動表面之間之一互動之一俯視圖。觸碰1220B阻擋光束到達D2。振動將物體1210與頂部表面分離，且光束不被阻擋。藉由比較橫跨多次掃描在兩個物體下方或附近橫跨之光束之干擾之間之差異(例如，利用範本或另一種合適之技術)，可辨別該兩個物體。C. 可聽振動 振動亦可提供可聽聲，其可用來向使用者提供回饋(例如，回應於一觸碰輸入)或用於任何其他目的。可聽聲之頻率係振動之頻率之一函數。可聽振動可用來辨別物體。例如，若不存在觸碰事件，則振動產生一聲波A。當一物體觸碰一經振動表面時，一聲波B由一物體與經振動表面之間之互動產生。在具有不同硬度之物體與經振動表面之間之不同互動可產生不同聲波。產生可聽聲之換能器可與主動地用來振動波導之那些換能器相同或不同，從而在維持一組恆定振動特性的同時允許可聽頻率偏移。VII. 額外考慮 附圖僅出於圖解說明目的描繪本發明之實施例。熟習此項技術者將容易從以下討論認識到，本文所示的結構及方法之替代實施例可在不脫離本文所述的本發明之原理的情況下被採用。 在閱讀本發明之後，熟習此項技術者將透過本文所揭示之原理瞭解額外的替代結構及功能設計。因此，雖然已經圖解說明及描述了特定實施例及應用，但應當理解，所揭示之實施例不限於本文所揭示之精確構造及組件。在不脫離所附申請專利範圍中限定之精神及範疇之情況下，可對本文所揭示之方法及設備之配置、操作及細節作出熟習此項技術者將顯而易見之各種修改、更改及變型。
100‧‧‧光學觸敏裝置
110‧‧‧控制器
120‧‧‧發射器/偵測器驅動電路
130‧‧‧觸敏表面總成
131‧‧‧表面/區域/主動區域
140‧‧‧觸控事件處理器
200‧‧‧過程
210‧‧‧實體階段
212‧‧‧發送光束
214‧‧‧接收光束
216‧‧‧解多工
218‧‧‧判定Tjk
220‧‧‧處理階段
302‧‧‧光學透明的平面波導
304‧‧‧物體/觸碰事件/觸碰互動
700A‧‧‧波導結構
700B‧‧‧波導結構
700C‧‧‧多部件波導結構
702A‧‧‧物體
702B‧‧‧物體
712‧‧‧第一極限位置
714‧‧‧第二極限位置
720‧‧‧平面波導
722‧‧‧振動峰
724‧‧‧振動穀
730‧‧‧振動層
735‧‧‧振動峰
738‧‧‧振動穀
802‧‧‧波導結構
802A‧‧‧區域
803‧‧‧換能器
804A‧‧‧換能器
804B‧‧‧換能器
804C‧‧‧換能器
806‧‧‧換能器
812A‧‧‧換能器
812B‧‧‧換能器
812C‧‧‧換能器
812D‧‧‧換能器
910‧‧‧接觸區域
920A‧‧‧光束
930A‧‧‧光束
930B‧‧‧光束
1000‧‧‧過程
1010‧‧‧步驟
1020‧‧‧步驟
1030‧‧‧步驟
1040‧‧‧步驟
1102‧‧‧第一掃描
1102A‧‧‧第一掃描
1102B‧‧‧第一掃描
1104‧‧‧第二掃描
1104A‧‧‧第二掃描
1104B‧‧‧第二掃描
1106‧‧‧第三掃描
1106A‧‧‧第三掃描
1106B‧‧‧第三掃描
1108A‧‧‧振動峰
1108B‧‧‧中間位置
1108C‧‧‧振動穀位置
1110‧‧‧振動振幅
1112‧‧‧波導振動週期
1120‧‧‧時間
1122‧‧‧時間點
1122A‧‧‧時間點
1124‧‧‧時間點
1124A‧‧‧時間點
1126‧‧‧時間點
1130‧‧‧物體
1130A‧‧‧物體
1130B‧‧‧物體
1130C‧‧‧物體
1150A‧‧‧物體
1210A‧‧‧平行波導通道
1210B‧‧‧觸碰
1212A‧‧‧振動峰
1212B‧‧‧振動穀
1220B‧‧‧觸碰
1220C‧‧‧物體
a1‧‧‧光束
a2‧‧‧光束
a3‧‧‧光束
D‧‧‧偵測器
D1-Dk‧‧‧偵測器
e1‧‧‧光束
Ek‧‧‧光束
E‧‧‧發射器
Ea-EJ‧‧‧發射器
Tjk‧‧‧透射係數
現在將以舉例方式參考附圖描述本發明之實施例，在附圖中： 圖1係根據一實施例之一光學觸敏裝置之一圖。 圖2係根據一實施例之用於判定觸碰事件之位置之一流程圖。 圖3A至圖3B圖解說明根據一實施例之用於與一光束之一觸碰互動之一受抑TIR機制。 圖3C圖解說明根據一實施例之增強透射之與一光束之一觸碰互動。 圖4A至圖4C係根據一實施例之不同形狀之光束覆蓋區之俯視圖。 圖5A至圖5B係圖解說明根據一實施例之由發射器及偵測器覆蓋之主動區域的俯視圖。 圖6係展示根據一實施例之針對所有可能之發射器及偵測器對之所有光束的俯視圖。 圖7A係根據一實施例之經受一機械橫向振動之一波導結構之一剖視圖。 圖7B係根據一實施例之經受一機械橫向振動之一波導結構之頂部表面之一剖視圖。 圖7C係根據一實施例之經受一機械橫向振動之一多部件波導結構之一剖視圖。 圖8A係根據一實施例之換能器在一波導結構之上之放置位置之側視圖，該波導結構具有與一顯示器相關聯之一區域。 圖8B係根據一實施例之換能器在一波導結構下方之放置位置之側視圖，該波導結構具有與一顯示器相關聯之一區域。 圖8C係根據一實施例之換能器在一波導結構之上之放置位置之一俯視圖。 圖8D係根據另一實施例之換能器在一波導結構之上之放置位置之一側視圖，該波導結構具有與一顯示器相關聯之一區域。 圖8E係根據另一實施例之換能器在一波導結構下方之放置位置之一側視圖，該波導結構具有與一顯示器相關聯之一區域。 圖8F係根據另一實施例之換能器在一波導結構上之放置位置之一俯視圖。 圖8G係根據一實施例之換能器鄰近一波導結構之放置位置之一側視圖。 圖8H係根據一實施例之換能器鄰近一波導結構之放置位置之一俯視圖。 圖9A係圖解說明根據一實施例之受波導結構之振動干擾之光束之一俯視圖。 圖9B係圖解說明根據一實施例之藉由將180度相移施加至圖9A所示的波導結構之振動而干擾之光束之一俯視圖。 圖10係根據一實施例之用於基於振動來判定一觸碰類型之一過程之一流程圖。 圖11A係圖解說明根據一實施例之三次掃描之隨時間變化之橫向振動之一圖。 圖11B係圖解說明根據一實施例之在圖11A所示之每次掃描之一時間點在一物體與經振動表面之間之一互動之一側視圖。 圖11C係圖解說明根據一實施例之在圖11B所示之每次掃描之一時間點在一物體與經振動表面之間之一互動之一俯視圖。 圖11D係圖解說明根據一實施例之在圖11A所示之每次掃描之一時間點在另一物體與經振動表面之間之一互動之一側視圖。 圖11E係圖解說明根據一實施例之在圖11D所示之每次掃描之一時間點在具有不同硬度之一物體與經振動表面之間之一互動之一俯視圖。 圖12A係根據一實施例之向上移動至一振動峰之一波導結構之一剖視圖。 圖12B係圖解說明根據一實施例之在圖12A所示的兩個物體與經振動表面之間之一互動之一俯視圖。 圖12C係根據一實施例之向下移動至一振動穀之一波導結構之一剖視圖。 圖12D係圖解說明根據一實施例之在圖12C所示的兩個物體與經振動表面之間之一互動之一俯視圖。 附圖僅出於圖解說明目的而描繪各種實施例。熟習此項技術者將容易從以下討論認識到，本文所示的結構及方法之替代實施例可在不脫離本文所述的原理之情況下被採用。

Claims (23)

  1. 一種光學觸敏裝置，其包含：一平面光學波導結構，其包含一平面光學波導；發射器及偵測器，其沿著該平面光學波導結構之一周邊配置，該等發射器產生光束，該等光束經由全內反射(TIR)傳播通過該波導結構至該等偵測器，該等發射器及偵測器具有包含一掃描速率之掃描特性；及換能器，其能夠啟動以使該平面光學波導結構之一頂部表面振動，該頂部表面之該振動之特徵在於振動特性，該等振動特性與該等掃描特性至少部分同步，該等振動特性包含與該掃描速率異相之一振動頻率，其中在該波導結構之該頂部表面上之觸碰干擾該等光束中之至少一些，該觸敏裝置基於該等干擾及該等振動特性判定觸碰事件。
  2. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該等振動特性進一步包含一振動週期、一振動相位、一振動對掃描速率相移、一振動振幅或一振動定向中之至少一者。
  3. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該等換能器在該頂部表面中形成機械橫向振動及機械縱向振動中之至少一者。
  4. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該等換能器形成空間局部振動。
  5. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該等換能器之位置選自由以下項組成之一組：該平面光學波導之一邊緣附近、該平面光學波導下方、在該平面光學波導之上、一顯示器之一邊緣附近、該顯示器下方以及在該顯示器之上。
  6. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該等換能器包含機電換能器。
  7. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該等換能器使該平面光學波導振動，從而使該平面光學波導結構之該頂部表面振動。
  8. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該波導結構包含在該平面光學波導之該頂部表面之上之一振動層；且其中該等換能器使該振動層振動，從而使該平面光學波導結構之該頂部表面振動。
  9. 如請求項8之光學觸敏裝置，其中該平面光學波導及該振動層為透明。
  10. 如請求項9之光學觸敏裝置，其中該等掃描特性包含一掃描速率、一振動對掃描速率相移、發射器之數目、偵測器之數目、一發射器啟動時間、一偵測器啟動時間、一偵測器取樣速率以及一脈衝傳輸速率中之至少一者。
  11. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該振動頻率界定一振動週期，該裝置基於自一組掃描獲得之量測而判定觸碰事件，其中該組掃描中之每一者在該振動週期中之一不同點執行。
  12. 如請求項11之光學觸敏裝置，其中該組掃描包含在該波導振動之一峰執行之一掃描、在該波導振動之一穀(trough)執行之一掃描、在該波導振動之一中點執行之一掃描。
  13. 如請求項1之光學觸敏裝置，其中該振動頻率為該掃描頻率的1.25倍。
  14. 一種用於判定物體在光學耦合到發射器及偵測器之一光學波導結構上之一觸碰事件之一觸碰類型的方法，該等發射器產生由該等偵測器接收之光束，該觸碰事件干擾該等光束中之至少一些，該方法包含：以一受控方式啟動該等發射器及偵測器以進行多次掃描，每次掃描與一組掃描特性相關聯；啟動至少一個換能器以使該光學波導結構之一頂部表面振動，該頂部表面之該振動與一組振動特性相關聯；針對該等掃描中之每一次量測該等光束以判定哪些光束已被該觸碰事件干擾；基於該等振動特性及該等掃描特性一起分析該等掃描之該等經量測光束；以及基於該等分析判定該觸碰事件之該觸碰類型。
  15. 如請求項14之方法，其中該等振動特性包含一振動週期、一振動頻率、一振動相位、一振動對掃描速率相移、一振動振幅及一振動定向中之至少一者。
  16. 如請求項14之方法，其中該等掃描特性包含一掃描速率、一振動對掃描速率相移、發射器之數目、偵測器之數目、發射器啟動時間、偵測器啟動時間、偵測器取樣以及脈衝傳輸速率中之至少一者。
  17. 如請求項14之方法，其中該等振動特性包含為該等掃描特性之一掃描速率之一整數倍之一振動頻率。
  18. 如請求項14之方法，其中該等振動特性包含與該等掃描特性之一掃描速率異相之一振動頻率。
  19. 如請求項14之方法，其中判定該觸碰事件之該觸碰類型包含基於在該等掃描中之兩次或更多次之間該等光束之至少一者之一干擾差異來判定該物體之一材料性質。
  20. 如請求項19之方法，其中判定該材料性質包含判定該物體係一手指還係一觸筆。
  21. 如請求項19之方法，其中判定該材料性質包含判定該物體之一硬度。
  22. 如請求項14之方法，其中判定該觸碰事件之該觸碰類型包含基於在該等掃描中之兩次或更多次之間該等光束之至少一者之一干擾差異來區分一乾燥手指與一油膩手指。
  23. 如請求項14之方法，其中判定該觸碰事件之該觸碰類型包含基於在該等掃描中之兩次或更多次之間該等光束之至少一者之一干擾差異來區分一真接觸與一假接觸。
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