CN109416606A - 利用光学触摸感应装置、使接触与有源仪器相关联的仪器检测 - Google Patents

Abstract

一种光学触摸感应装置检测由装设(例如，笔、笔针)引起的触摸事件以及区分这些事件与手指引起的触摸事件。在一些实施例中，不同的仪器也可以被区分。光学触摸感应装置包括多个发射器和检测器。每个发射器产生被检测器接收的光学波束。光学波束优选地以某种方式被复用，使得许多光学波束可以同时被检测器接收。触摸事件干扰光学波束，例如由于受抑全内反射。指示哪些光学波束已经被干扰的信号被分析以检测一个或更多个触摸事件。该分析也区分仪器触摸事件与手指触摸事件。

Description

利用光学触摸感应装置、使接触与有源仪器相关联的仪器 检测

(一个或更多个)相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2016年5月23日提交的题目为“AssociatingContacts with Active Instruments(使接触与有源仪器相关联)”的美国临时专利申请序列号为No.62/340,474的优先权，该临时专利申请的主题通过引用整体被并入本文中。

技术领域

本发明总体涉及在触摸感应装置中检测触摸事件。

背景技术

用于与计算装置交互的触摸感应显示器变得越来越普遍。存在用于实施触摸感应显示器和其他触摸感应装置的许多不同的技术。这些技术的示例包括，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都存在缺陷。例如，一些技术针对小型的显示器可以很好地工作，如用在许多现代移动电话中，但是却不能很好地按比例缩放到如笔记本电脑或者甚至台式计算机使用的显示器中那样的更大的屏幕大小。对于要求特殊处理的表面或在表面中使用特殊元件的技术，以线性因子N来增大屏幕大小意味着特别处理必须被按比例缩放以处理N²倍更大面积的屏幕或者意味着需要N²倍的许多特殊元件。这可能导致无法接受的低收益或过分地高成本。

一些技术的另一个缺陷是它们不能或难以处理多点触摸事件。多点触摸事件在多个触摸事件同时发生时发生。这可能在原始检测信号中引入歧义，该歧义随后必须被解决。重要的是，歧义必须快速地并且以计算方面有效的方式被解决。如果太慢，那么技术将不能递送系统需要的触摸采样率。如果计算方面太密集，那么这将抬高技术的成本和功耗。

另一个缺陷是技术可能不能满足增长的分辨率需求。假设触摸感应表面是具有长和宽尺寸LxW的矩形。进一步假设一个应用要求触摸点定位的精度分别为δl和δw。那么所需的有效分辨率为R＝(L W)/(δlδw)。我们将R表达为有效数量的触摸点。随着技术的进步，R中的分子总体上将增大并且分母总体上将减小，从而造成所需的触摸分辨率R整体呈上升趋势。

因此，需要改进的触摸感应系统。

发明内容

一种光学触摸感应装置检测由仪器(例如，笔、笔针)引起的触摸事件以及区分这些事件与手指引起的触摸事件。在一些实施例中，不同的仪器也可以被区分。

光学触摸感应装置包括多个发射器和检测器。每个发射器产生被检测器接收的光学波束。光学波束优选地以某种方式被复用，使得许多光学波束可以同时被检测器接收。触摸事件干扰光学波束，例如由于受抑全内反射。指示哪些光学波束已经被干扰的信号被分析以检测一个或更多个触摸事件。该分析也区分仪器触摸事件与手指触摸事件。

在许多不同的基础上，仪器可以与手指区分。一个示例是接触面积。这可以包括接触面积的大小、形状和不对称。仪器的接触面积也可以被设计成包括多个不相交的区域。另一个示例是衰减率。仪器可以由将展现比手指更高衰减率的材料来构建。时间行为也可以被使用。手指接触表面通常具有与仪器接触表面不同的时间方面。对于衰减或增强光学波束，实际的仪器响应也可以被策划成与由手指所引起的不同。因为仪器被制造，所以可以实现更多种类的响应，包括将传入光学波束重新引导到不同的方向以及将传入光学波束分成多个传出光学波束。波长也是另一种自由度，其可以被用于区分仪器与手指和其它仪器两者。

有源仪器可以包括使用发射器和检测器。发射器可以将附加光学波束注入到系统中。这些附加光学波束可以被用于检测仪器的存在。它们也可以被设计成识别仪器。它们也可以被用作来自仪器的单独通信通道。检测器可以在相反方向上使用。由外围上的发射器产生的光学波束可以被检测，并且这可以被用于检测仪器的存在。检测的光学波束也可以被用作到仪器的通信通道。一些仪器也可以具有附加带外通信，诸如通过无线通道。

其他模态也可以被用于检测仪器触摸事件。示例包括手掌触摸或声学。因为仪器被握持在用户的手中，所以仪器触摸事件通常伴随着附近的手掌触摸。这可以用于帮助识别仪器触摸事件。由于仪器触摸事件和手指触摸事件的不同的声学和振动特征，因此声学或振动信息也可以被用于区分仪器触摸事件和手指触摸事件。

其他方面包括组件、装置、系统、改进、方法、过程、应用、计算机可读介质和与以上任何一种相关的其他技术。

附图说明

现在将以示例的方式参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1是根据一个实施例的光学触摸感应装置的图形。

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-图3F说明了与光学波束交互的触摸的不同机制。

图4是二进制触摸交互和模拟触摸交互的图形。

图5A-图5C是不同形状的波束覆盖区(footprint)的顶视图。

图6A-图6B是分别说明触摸点行进通过窄波束和宽波束的顶视图。

图7是图6的窄波束和宽波束的二进制和模拟响应的图形。

图8A-图8B是说明发射器的有源面积覆盖的顶视图。

图8C是说明交替发射器和检测器的顶视图。

图9A-图9E是仪器的不同类型的二维接触面积的顶视图。

图10A说明手指触摸在时间上的发展。

图10B和图10C说明了仪器触摸在时间上的发展。

图10D是在触摸接触的中心下方通过的光学波束的透射系数Tjk的图形。

图10E是在触摸事件之前、期间和之后在触摸接触的中心下方通过的光学波束的透射系数Tjk的图形。

图11是用于定义仪器响应的命名法的图形。

图12A-图12B是使用内部波导通道的顶端结构的前视图和侧面剖视图。

图12C说明了图12A-图12B中的顶端结构的操作。

图13是重新引导光的顶端结构的图形。

图14是波长选择性顶端结构的图形。

图15是使用格栅的顶端结构的图形。

图16是具有中间折射率的顶端结构的图形。

图17A是注入器(injector)顶端的侧视图。

图17B-图17D是不同类型的注入器顶端的顶视图。

图18A-图18E是不同类型的有源仪器。

图19A说明了时变的发射模式(pattern)。

图19B-图19C说明了有源仪器中的发射模式的实施方式。

图20是用于在有源仪器和检测的触摸事件之间建立关联的流程图。

图21A-图21C说明了基于光学波束的透射率使有源仪器与检测的触摸事件相关联。

图22A-图22C说明了基于有源仪器和检测的触摸事件的移动使有源仪器与检测的触摸事件相关联。

图23A-图23D说明了基于有源仪器的发射模式使有源仪器与检测的触摸事件相关联。

图24说明了区分具有相同发射模式的两个有源仪器。

图25A-图25B是使用基于全内反射的有源仪器将有源仪器的注入光耦合进入触摸感应装置中的示例。

图26是用于对可能的仪器触摸进行归类(qualify)的流程图。

具体实施方式

本详细说明被划分为两部分。A部分提供了触摸感应系统和多点触摸事件检测的各种方面的说明。这些在手指触摸的背景下描述，但是这些概念也应用于仪器(例如，笔或笔针)触摸。B部分提供了检测仪器触摸的说明，包括不同类型的仪器之间的区分。以下是详细说明的内容：

A部分：触摸检测

Ⅰ.介绍

Ⅱ.物理设置

Ⅲ.处理阶段

B部分：仪器检测

Ⅳ.介绍

Ⅴ.无源仪器检测

Ⅵ.有源仪器检测

Ⅶ.附加模态

A部分：触摸检测

Ⅰ.介绍

A.装置综述

图1是根据一个实施例的光学触摸感应装置100的图形。光学触摸感应装置100包括控制器100、发射器/检测器驱动电路120和触摸感应表面部件130。表面部件130包括表面131，在该表面131上将检测触摸事件。为了方便，由表面131定义的面积有时可以被称为有源面积或有源表面，即使该表面其自身整体可以是无源结构。部件130也包括沿着有源表面131的外围布置的发射器和检测器。在这个示例中，有被标识为Ea-EJ的J个发射器和被标识为D1-DK的K个检测器。该装置还包括触摸事件处理器140，其可以被实施为控制器110的部分或可以如图1中所示单独实施。标准化的API可以用于与触摸事件处理器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和被连接到触摸事件处理器的其他装置之间。

发射器/检测器驱动电路120用作控制器110与发射器Ej和检测器Dk之间的接口。发射器产生被检测器接收的光学“波束”。优选地，由一个发射器产生的光被一个以上的检测器接收，并且每个检测器接收来自一个以上发射器的光。为了方便，“波束”将指代从一个发射器到一个检测器的光，即便它可能是去向许多检测器的大的扇形光的一部分而不是单独的波束。从发射器Ej到检测器Dk的波束将被称为波束jk。图1明确地标识了波束a1、a2、a3、e1和eK作为示例。有源面积131内的触摸将干扰某些波束，从而改变检测器Dk处接收的波束。关于这些改变的数据被传送到触摸事件处理器140，该处理器140分析数据以确定表面131上的触摸事件的(一个或更多个)位置(和时间)。

如图1中所示的光学方法的一个优势是该方法很好地按比例缩放到更大的屏幕大小。因为发射器和检测器围绕外围被放置，以线性因子N来增大屏幕大小意味着外围也以因子N而不是N²进行按比例缩放。

这些触摸感应装置可以用在各种应用中。触摸感应显示器是一类应用。这包括用于平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、游戏控制台、智能电话和其他类型的计算机装置的显示器。它还包括用于电视机、数字看板、公共信息、白色书写板、电子阅读器的显示器和其他类型的良好分辨率显示器。然而，它们也可以用在较小或较低分辨率的显示器上：简单的移动电话、用户控件(影印机控件、打印机控件、家电的控件等)。这些触摸感应装置还可以用在除了显示器以外的应用中。在其上检测触摸的“表面”可以是无源元件，诸如打印的图像或简单的一些硬表面。该应用可以被用作用户接口，类似于轨迹球或鼠标。

B.过程综述

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。该过程将使用图1的装置来说明。过程200被大致划分成两个阶段，其将被称为物理阶段210和处理阶段220。在概念上，该两个阶段之间的划分线是一组透射系数Tjk。

透射系数Tjk是从发射器j到检测器k的，与如果没有与光学波束交互的触摸事件情况下会被透射的相比的，光学波束的透射率。在以下示例中，我们将使用0(完全被阻挡的波束)到1(完全被透射的波束)的尺度。因此，不被触摸事件干扰的波束jk具有Tjk＝1。完全被触摸事件阻挡的波束jk具有Tjk＝0。被触摸事件部分地阻挡或衰减的波束jk具有0<Tjk<1。例如取决于触摸交互的性质或在光被偏离或散射到一般不会达到的检测器k的情况下，对于Tjk>1是可能的。

这种具体测量的使用纯粹是一个示例。可以使用其他测量。特别地，因为我们对被中断的波束最感兴趣，所以可以使用相反的测量，诸如(1-Tjk)，因为它一般是0。其他示例包括测量吸收、衰减、反射或散射。此外，虽然使用Tjk作为物理阶段210和处理阶段220之间的划分线来解释图2，但是不需要明确地计算Tjk。也不需要物理阶段210和处理阶段220之间的清晰划分。

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中所示的模型在概念上是有用的，因为它稍微将物理设置和下层物理机制与随后的处理分开。

例如，物理阶段210产生透射系数Tjk。触摸感应表面部件130的许多不同的物理设计都是可能的，并且不同的设计权衡将取决于最终应用来考虑。例如，发射器和检测器可以是更窄或更宽、更窄角度或更宽角度、各种波长、各种功率、相干或不相干等。另一个示例是，不同类型的复用被用于允许来自多个发射器的波束被每个检测器接收。这些物理设置和操作方式中的一些在下面、主要在章节Ⅱ中被描述。

块210的内部示出了过程210的一个可能的实施方式。在这个示例中，发射器发射212波束至多个检测器。跨越触摸感应表面行进的一些波束被触摸事件干扰。检测器接收214来自发射器的复用的光学形式的波束。接收的波束被解复用216以使单独波束jk互相区分。然后确定218每个单独波束jk的透射系数Tjk。

处理阶段220也可以通过许多不同的方式实施。候选触摸点、线成像、位置插值、触摸事件模板和多通道(multi-pass)方法都是可以用作处理阶段220的部分的技术的示例。这些中的一些在下面、主要在章节Ⅲ中被描述。

Ⅱ.物理设置

触摸感应装置100可以通过许多不同的方式实施。以下是设计变体的一些示例。

A.电子设备

关于电子方面，注意到图1实质上是示例性和功能性的。图1中的不同框的功能可以在相同组件中一起实施。

例如，控制器110和触摸事件处理器140可以被实施为硬件、软件或两者的组合。它们也可以一起(例如，作为SoC，其具有在SoC中的处理器上运行的代码)或单独(例如，作为ASIC的一部分的控制器，和作为在与ASIC通信的单独处理器芯片上运行的软件的触摸事件处理器)实施。示例实施方式包括专用硬件(例如，ASIC或编程的现场可编程门阵列(FPGA))和运行软件代码(包括固件)的微处理器或微控制器(嵌入式或独立式)。软件实施方式可以在制造之后通过更新软件被修改。

发射器/检测器驱动电路120用作控制器110与发射器和检测器之间的接口。在一个实施方式中，到控制器110的接口实质上至少部分地是数字的。关于发射器，控制器110可以发送控制发射器的操作的命令。这些命令可以是指令，例如位的序列，其意在采取某些动作：开始/停止波束的传输、改变到波束的某种模式或序列、调整功率、加电/掉电电路。它们也可以是更简单的信号，例如“波束使能信号”，其中发射器在波束使能信号为高时发射波束并且在波束使能信号为低时不发射波束。

电路120将接收的指令转换成驱动发射器的物理信号。例如，电路120可能包括一些数字逻辑，该数字逻辑被耦合到数字模拟转换器，以便将接收的数字指令转换成用于发射器的驱动电流。电路120也可能包括用于操作发射器的其他电路系统：调制器，其用于将电调制施加在光学波束上(或者施加在驱动发射器的电信号上)，例如，控制回路和来自发射器的模拟反馈。发射器也可以将信息发送到控制器，例如提供报告它们当前状态的信号。

关于检测器，控制器110还可以发送控制检测器的操作的命令，并且检测器可以将信号返回到控制器。检测器还发射关于由检测器接收的波束的信息。例如，电路120可以从检测器接收原始或放大的模拟信号。然后，电路可以约束(condition)这些信号(例如，噪声抑制)，将它们从模拟形式转换到数字形式，以及可能还应用一些数字处理(例如，解调)。

B.触摸交互

图3A-图3F说明了与光学波束交互的触摸的不同机制。图3A说明了基于受抑全内反射(TIR)的机制。如虚线所示的，光学波束通过光学透明平面波导302从发射器E行进到检测器D。波束通过全内反射被限制到波导302中。例如，波导可以由塑料或玻璃构造。物体304，诸如接触透明波导302的手指或笔针，具有比正常围绕波导的空气更高的折射率。在接触的面积上，由于物体引起的折射率的增加干扰了波导内的波束的全内反射。破坏的全内反射增加了来自波导的光泄露，该光泄露衰减了通过接触面积的任何波束。结果，移除物体304将停止通过的波束的衰减。通过触摸点的波束的衰减将导致检测器处更少的功率，减小的透射系数Tjk可以从该功率进行计算。

图3B说明了基于波束阻挡的机制。发射器产生靠近表面306的波束。接触表面306的物体304将部分地或全部地阻挡接触面积内的波束。图3A和图3B说明了触摸交互的一些物理机制，但是也可以使用其他机制。例如，触摸交互可以基于偏振、散射的改变或传播方向或传播角度(竖直地或水平地)的改变。

例如，图3C说明了基于传播角度的不同机制。在这个示例中，光学波束通过TIR在波导302中被导引。光学波束以某个角度打在波导-空气界面并且以相同角度被反射。然而，触摸304改变了光学波束传播的角度。在图3C中，光学波束在触摸304之后以较陡的传播角度行进。检测器D具有根据传播角度变化的响应。检测器D会对以原始传播角度行进的光学波束更敏感或会更不敏感。不管怎样，被触摸304干扰的光学波束将在检测器D处产生不同的响应。

在图3A-图3C中，触摸物体也是与波束交互的物体。这将被称为直接交互。在间接交互中，触摸物体与中间物体交互，中间物体与光学波束交互。图3D示出使用中间阻挡结构308的一个示例。正常地，这些结构308不阻挡波束。然而，在图3D中，物体304接触阻挡结构308，这导致其部分地或全部地阻挡光学波束。在图3D中，结构308被示出为离散的物体，但是它们不用必须如此。

在图3E中，中间结构310是可压缩的、部分透射的片材。当没有触摸时，片材使波束衰减一定的量。在图3E中，触摸304压缩片材，从而改变波束的衰减。例如，片材的上部可以比下部更不透明，使得压缩降低透射率。可替代地，片材可以具有一定密度的散射位点(site)。压缩增加接触面积的密度，因为相同数量的散射位点占据更小的体积，所以降低了透射率。类似的间接方法也可以被用于受抑TIR。注意到该方法可以用于基于压缩程度或速率来测量接触压力或接触速度。

触摸机制还可以增强透射，而不是或除此以外减弱透射。例如，图3E中的接触交互可能增强透射而不是减弱它。片材的上部可以比下部更透明，使得压缩增大透射率。

图3F示出了发射器与检测器之间的透射率由于触摸交互而增大的另一个示例。图3F是顶视图。发射器Ea一般产生被检测器D1接收的波束。当没有触摸交互时，Ta1＝1且Ta2＝0。然而，触摸交互304阻挡波束到达检测器D1并且将一些被阻挡的光散射到检测器D2。因此，与一般会接收的相比，检测器D2接收来自发射器Ea的更多光。相应地，当有触摸事件304时，Ta1减小且Ta2增大。

如将在B部分中详细描述的，如果物体304是仪器，那么该仪器可以被设计成具有一定的触摸交互特性。例如，由仪器304引起的触摸交互可以根据波长而变化，或者交互可以随着仪器被倾斜、平移、旋转或以其他方式移动而改变。与仪器304的触摸交互还可以取决于光学波束的传播方向。仪器304还可以是有源装置，具有其自己的(一个或更多个)发射器和/或(一个或更多个)检测器。它还可以包括(一个或更多个)再发射器(re-emitter)，其检测传入光学波束并且然后再发射波束，在再发射之前很可能改变了波束。

为了简单起见，在该A部分的剩余内容中，触摸机制将被假设为主要是阻挡性质的，意思是从发射器到检测器的波束将通过介入的触摸事件被部分地或全部地阻挡。这不是必须的，但是其便于说明各种概念。

为了方便，触摸交互机制有时可以被分类成二进制的或模拟的。二进制交互是根据触摸基本上具有两种可能的响应的交互。示例包括非阻挡和全阻挡、或非阻挡和10％+衰减、或非受抑和受抑TIR。模拟交互是对触摸具有“灰度级”响应的交互：从不阻挡经过分级的部分阻挡到阻挡。触摸交互机制是二进制的还是模拟的部分地取决于触摸和波束之间的交互的性质。尽管其可以取决于波束的竖直大小，但是其不取决于波束的横向宽度(其也可以被操纵以获得二进制的或模拟的衰减，如下所述)。

图4是说明与模拟触摸交互机制相比的二进制触摸交互机制的图形。图4画出了作为触摸的深度z的函数的透射率Tjk。维度z是进出有源表面。曲线410是二进制响应。在低的z处(即，当触摸还没有干扰波束时)，透射率Tjk处于其最大值。然而，在一些点z₀处，触摸破坏了波束并且透射率Tjk相当突然地下降到其最小值。曲线420示出了在较宽范围z上发生从最大Tjk转变到最小Tjk的模拟响应。如果曲线420表现良好，那么可能从Tjk的测量值估计z。

C.发射器、检测器和耦合器

每个发射器发射光到若干检测器。通常，每个发射器将光同时输出到一个以上的检测器。类似地，每个检测器接收来自若干不同发射器的光。光学波束可以是可见、红外和/或紫外光。术语“光”意在包括这些波长的全部并且术语诸如“光学”将相应地被解释。

发射器的光源的示例包括发光二极管(LED)和半导体激光器。也可以使用IR光源。可以通过直接调制光源或通过使用外部调制器(例如液晶调制器或偏转镜调制器)来完成光学波束的调制。检测器的传感器元件的示例包括电荷耦合装置、光电二极管、光电阻器、光电晶体管和非线性全光检测器。典型地，检测器输出电信号，该电信号是接收的光学波束的强度的函数。

除了主要光源和传感器元件以外，发射器和检测器还可以包括光学设备和/或电子设备。例如，光学设备可以用于耦合在发射器/检测器与期望的波束路径之间。光学设备还对发射器产生的或检测器接受的波束进行整形或以其他方式约束。这些光学设备可以包括透镜、菲涅尔透镜、反光镜、滤光器、非成像光学设备和其他光学组件。

在本公开中，为了清楚起见，光学路径将被示出为未折叠的。因此，光源、光学波束和传感器将被示出为位于一个平面中。在实际的实施方式中，光源和传感器通常不会与光学波束位于相同的平面中。可以使用各种耦合方法。平面波导或光纤可以被用于将光耦合到实际波束路径/耦合来自实际波束路径的光。也可以使用自由空间耦合(例如，透镜和反光镜)。也可以使用组合，例如沿着一个维度的波导和沿着另一维度的自由空间。各种耦合器设计在申请日为2011年7月22日的题目为“Optical Coupler(光学耦合器)”的美国申请序列号No.61/510,989中描述，其通过引用整体被并入本文。

D.光学波束路径

触摸感应系统的另一方面是光学波束和波束路径的形状和位置。在图1-图2中，光学波束被示出为线。这些线应该被解释为表示波束，但是这些波束其自身不用必须是窄的铅笔形波束。图5A-图5C说明了不同的波束形状。

图5A示出点发射器E、点检测器D和从发射器到检测器的窄“铅笔形”波束510。在图5B中，点发射器E产生被宽检测器D接收的扇形波束520。在图5C中，宽发射器E产生被宽检测器D接收的“矩形”波束530。这些都是波束的顶视图，并且所示的形状是波束路径的覆盖区。因此，波束510具有线状覆盖区、波束520具有发射器处窄且检测器处宽的三角形覆盖区、并且波束530具有宽度相当恒定的矩形覆盖区。在图5中，检测器和发射器通过它们的宽度来表示，如光束路径所示。实际光源和传感器可以不是这样宽的。相反，光学设备(例如，圆柱形透镜或反光镜)可以被用于有效地放宽或变窄实际光源和传感器的横向范围。

图6A-图6B和图7示出了覆盖区的宽度如何可以确定透射系数Tjk是表现为二进制的还是模拟的量(quantity)。在这些图中，触摸点具有接触面积610。假设触摸被完全阻挡，使得打到接触面积610的任何光都将被阻挡。图6A示出了当触摸点从左向右移动经过窄波束时会发生什么。在最左边情形下，波束一点也不被阻挡(即，最大Tjk)，直到接触面积610的右边缘中断波束。此时，波束被完全阻挡(例如，最小Tjk)，在中间的情形也是如此。这在完全被阻挡时继续，直到整个接触面积移动通过波束。然后，波束再次全部不被阻挡，如右边情形所示。图7中的曲线710示出了作为接触面积610的横向位置x的函数的透射率Tjk。最小和最大Tjk之间的急剧转变显示了这个响应的二进制性质。

图6B示出了当触摸点从左向右移动经过宽波束时会发生什么。在最左边情形下，波束刚刚开始被阻挡。透射率Tjk开始下降，但是处在最小值和最大值之间的某个值。随着触摸点阻挡更多的波束，透射率Tjk继续下降，直到中间的情形下波束被完全阻挡。然后随着接触面积退出波束，透射率Tjk再次开始增大，如右边情形所示。图7中的曲线720示出了作为接触面积610的横向位置x的函数的透射率Tjk。在广泛范围x上的转变示出了这个响应的模拟性质。

图5-图7考虑了单独波束路径。在多数的实施方式中，每个发射器和每个检测器将支持多个波束路径。

图8A是说明由点发射器产生的波束模式的顶视图。发射器Ej将波束发射到宽检测器D1-DK。为了清楚起见，三个波束被加上阴影：波束j1、波束j(K-1)和中间波束。每个波束具有扇形覆盖区。所有覆盖区的聚合是发射器Ej的覆盖面积。就是说，落入发射器Ej的覆盖面积内的任何触摸事件都将干扰来自发射器Ej的至少一个波束。除了发射器Ej是宽发射器并且产生具有“矩形”(实际上，是不规则四边形，但是我们将它们称为矩形)覆盖区的波束以外，图8B是相似的图。三个加阴影的波束是用于与图8A中相同的检测器。

注意到的是，每个发射器Ej可以不产生用于每个检测器Dk的波束。在图1中，考虑了会从发射器Ea到检测器DK的波束路径aK。首先，由发射器Ea产生的光可以不在这个方向上行进(即，发射器的辐射角度可以不是足够宽的)，那么可能根本没有物理波束，或者检测器的接受角度可能不是足够宽的，使得检测器不能检测入射光。第二，即使有波束并且它是可检测的，它也可能被忽略，因为波束路径并不位于产生有用信息的位置。因此，透射系数Tjk可能不具有用于发射器Ej和检测器Dk的所有组合的值。

来自发射器的单独波束的覆盖区和来自发射器的所有波束的覆盖面积可用不同的量来描述。空间范围(即，宽度)、角范围(即，发射器的辐射角度、检测器的接受角度)和覆盖区形状都是能够用于描述单独波束路径以及单独发射器的覆盖面积的量。

从一个发射器Ej到一个检测器Dk的单独波束路径可以通过发射器Ej的宽度、检测器Dk的宽度和/或定义两者之间的波束路径的角度和形状来描述。

这些单独波束路径可以被聚合在用于一个发射器Ej的所有检测器上以产生用于发射器Ej的覆盖面积。发射器Ej的覆盖面积可以通过发射器Ej的宽度、相关检测器Dk的聚合宽度和/或定义来自发射器Ej的波束路径的聚合的角度和形状来描述。注意到的是，单独覆盖区可以重叠(见图8B的发射器附近)。因此，发射器的覆盖面积可以不等于其覆盖区的总和。(发射器的覆盖区的总和)/(发射器的覆盖面积)的比是重叠量的一种测量。

可以在所有发射器上聚合单独发射器的覆盖面积以获得系统的总体覆盖。在这种情况下，总体覆盖面积的形状并不是很令人关注，因为它应该覆盖有源面积131的整体。然而，不是有源面积131内所有的点都将被均等地覆盖。一些点可以被许多波束路径穿过，而其他点被更少的波束路径穿过。有源面积131上的波束路径的分布可以通过计算有多少个波束路径穿过有源面积内的不同(x,y)点来表征。波束路径的取向是分布的另一方面。与都以相互呈60度角行进的三个波束路径穿过的点相比，从大致都在相同方向上行进的三个波束路径导出的点(x,y)将是较弱的分布。

上面针对发射器的讨论对于检测器也适用。在图8A-图8B中针对发射器构造的图也可以针对检测器构造。那么，检测器Dk的覆盖面积是被检测器Dk接收的波束的所有覆盖区的聚合。所有检测器覆盖面积的聚合给出了整个系统覆盖。

E.有源面积覆盖

有源面积131的覆盖取决于波束路径的形状，但是也取决于发射器和检测器的布置。在多数应用中，有源面积是矩形，并且发射器和检测器沿着矩形的四个边定位。

在一个优选方法中，不是仅具有沿着某些边的发射器和仅具有沿着其他边的检测器，而是发射器和检测器沿着边交错。图8C示出了沿着所有四个边交替的发射器和检测器的一个示例。加阴影的波束示出了发射器Ej的覆盖面积。

F.复用

因为多个发射器将多个光学波束发射到多个检测器，并且因为通常期望单独波束的行为，所以使用复用/解复用方案。例如，每个检测器典型地输出指示入射光的强度的单个电信号，不管光是来自一个发射器产生的一个光学波束还是来自许多发射器产生的许多光学波束。然而，透射率Tjk是单独光学波束jk的特性。

可以使用不同类型的复用。取决于所使用的复用方案，波束的透射特性，包括它们的内容和它们何时被透射，都是可以变化的。结果，复用方案的选择可能影响光学触摸感应装置的物理构造以及其操作两者。

一种方法是基于码分复用。在这个方法中，使用不同代码编码由每个发射器产生的光学波束。检测器接收光学信号，该光学信号是来自不同发射器的光学波束的组合，但是接收的波束可以基于代码被分为其分量。这在题目为“Optical Control System WithModulated Emitters(具有调制发射器的光学控制系统)”的美国申请序列号No.13/059,772中进一步详细描述，其通过引用被并入本文中。

另一个类似方法是频分复用。在这个方法中，不是由不同代码调制，而是通过不同频率调制来自不同发射器的光学波束。频率足够低，那么检测到的光学波束中的不同分量可以通过电子过滤或其他电子或软件手段被重新获得。

也可以使用时分复用。在这个方法中，不同的发射器在不同的时间发射波束。光学波束和透射系数Tjk基于计时被识别。如果仅使用时间复用，那么控制器必须足够快地循环通过发射器以满足所需的触摸采样速率。

通常与光学系统一起使用的其他复用技术包括波分复用、偏振复用、空间复用和角度复用。电子调制方案，诸如PSK、QAM和OFDM，也可能被用于区分不同的波束。

若干复用技术可以一起使用。例如，时分复用和码分复用可以结合。不是码分复用个128发射器或时分复用128个发射器，发射器可以被分成8组，每组16个。8组被时分复用，使得在任一时间仅有16个发射器进行操作，并且那16个发射器被码分复用。这可以是有优势的，例如，最小化在时间的任何给定点处活动的发射器的数量，以降低装置的功率需求。

Ⅲ.处理阶段

在图2的处理阶段220中，透射系数Tjk被用于确定触摸点的位置。可以使用不同的方法和技术，包括候选触摸点、线成像、位置插值、触摸事件模板、多通道处理和波束加权。

A.候选触摸点

确定触摸点的位置的一个方法是基于识别已经被触摸事件影响的波束(基于透射系数Tjk)，并且然后将这些被中断的波束的交叉点识别为候选触摸点。候选触摸点的列表可以通过考虑接近候选触摸点的其他波束或者通过考虑其他候选触摸点来精炼。这个方法在题目为“Method and Apparatus for Detecting a Multitouch Event in an OpticalTouch-sensitive Device(用于在光学触摸感应装置中检测多点触摸事件的方法和设备)”的美国专利申请序列号No.13/059,817中进一步详细描述，其通过引用被并入本文。

B.线成像、层析成像

这个技术是基于由检测器接收的波束组形成触摸点的线图像的概念，其中视点是检测器的位置。检测器用作正查看发射器集合的一维摄像机。由于相互性，相同的对于发射器也是如此。由发射器发射的波束组形成触摸点的线图像，其中视点是发射器的位置。这些线图像可以被处理以重新构造触摸点，例如通过使用相关或层析成像原理。这个方法在题目为“Detecting Multitouch Events in an Optical Touch-Sensitive Device using TouchEvent Templates(在光学触摸感应装置中使用触摸事件模板检测多点触摸事件)”的美国专利申请No.13/460,703和题目为“Optical Touch Tomography(光学触摸层析成像)”的美国专利申请No.14/092,850中进一步详细描述，其通过引用被并入本文。

C.位置插值

典型地，应用在定位触摸点时将要求一定的精确水平。提高精确性的一种方法是增大发射器、检测器和波束路径的密度，使得触摸点的位置的小改变将中断不同的波束。另一个方法是在波束之间插值。这个方法在题目为“Detecting Multitouch Events in anOptical Touch-Sensitive Device using Touch Event Templates(在光学触摸感应装置中使用触摸事件模板检测多点触摸事件)”的美国专利申请No.13/460,703中进一步详细描述，其通过引用被并入本文。

D.触摸事件模板

如果波束路径的位置和形状已知，其对于具有固定发射器、检测器和光学设备的系统来说是典型的情况，提前预测给定触摸事件的透射系数是可能的。可以为预期的触摸事件预先生成模板。然后，触摸事件的确定变成模板匹配问题。

如果使用蛮力方法，那么可以为每个可能的触摸事件生成一个模板。然而，这可能导致大量的模板。例如，假设一类触摸事件被建模为椭圆形接触面积并且假设波束是完全被阻挡或完全不被阻挡的铅笔形波束。这类触摸事件可以被参数化为五个维度的函数：长轴的长度、短轴的长度、长轴的取向、有源面积内的x位置和有源面积内的y位置。覆盖这类触摸事件的模板的蛮力穷举集合必须跨越这五个维度。此外，模板其自身可以具有大量元素。

因此，在另一种方法中，模板组被简化。例如，具有一定接触面积的触摸事件的一个可能的模板是会被触摸影响的所有波束路径的组。然而，这是大量的波束路径，因此模板匹配将更困难。此外，这个模板非常特定于接触面积。如果接触面积在大小、形状或位置上轻微改变，那么接触面积的模板将不再正好匹配。还有，如果在有源面积的其他地方存在附加触摸，那么模板将不与检测的数据很好地匹配。因此，尽管使用所有可能的波束路径能够产生相当有区别的模板，但是其也可能实现起来是计算密集的。一个替代方案使用具有少于所有受影响波束的模板。例如，更简单的模板可以仅基于会被一定接触面积中断的四个波束。这是不太特定的模板，因为具有轻微不同的形状、大小或位置的其他接触面积仍将匹配这个模板。这在某种意义上是好的，因为将需要更少的模板来覆盖可能的接触面积的空间。这个模板的精度低于基于所有被中断的波束的完整模板。然而，由于大小较小，匹配也更快。这些类型的模板通常相对于可能的透射系数的完整集合是稀疏的。

注意的是，可以针对一定的接触面积定义一系列模板，增加包含在模板中的波束的数量：2波束模板、4波束模板等。在一个实施方式中，被接触面积中断的波束从1到N按顺序被排序。然后n波束模板可以通过按顺序选择前n个波束来构造。一般来说，空间或角度分集的波束趋向于产生更好的模板。也就是说，与基于互相靠近的三个大部分平行的波束的模板相比，具有以互相呈60度行进并且在公共点交叉的三个波束的模板趋向于产生更稳健的模板。此外，更多波束趋向于增加模板匹配的有效信噪比，尤其是在波束来自不同发射器和检测器时。

通常，基础模板也可以用于生成类似模板的家族。例如，接触面积B可以与接触面积A相同，但是被移位到右边。然后通过使用右移，可以从接触面积A的模板生成接触面积B的相应四波束模板。更一般地，接触面积A的模板可以被抽象化或参数化(例如，其中参数是在不同方向上的移位量)。该抽象将被称为模板模型。在一个方法中，模型被用于生成单独模板并且实际数据与每个单独模板匹配。在另一个方法中，数据与模板模型匹配。然后匹配过程包括确定是否有与模板模型的匹配，并且如果有，确定参数的哪个值产生该匹配。

模板可以使用正区域和负区域。实际的接触面积可以被“无触摸”地带围绕。如果在实际的接触面积中进行接触，那么在紧邻地围绕面积中将没有接触。因此，模板包括(a)在接触面积中被中断的波束和(b)在加阴影的面积中未被中断的波束两者。

模板还可以基于减小的和增强的透射系数。对于特殊类型的接触，被中断的某些波束的透射系数应该降低。然而，接触交互可以在其他方向上散射或反射光，并且这些方向的透射系数应该增大。

其他模板将是明显的并且模板可以以许多方式被处理。在一个直接的方法中，在模板中对波束的干扰被简单地求和或求平均。这可以增加这种测量的总体SNR，因为每个波束添加了附加信号而来自每个波束的噪声假定是独立的。在另一个方法中，总和或其他组合可以是加权的过程，其中不是模板中的所有波束都被给予相等权重。例如，靠近被建模的触摸事件的中心通过的波束与那些更远的相比会被更重地加权。可替代地，模板中的波束的角度分集(angular diversity)也可以通过加权来表达。角度分集波束与并不如此分集的波束相比被更重地加权。

触摸事件模板的附加示例在题目为“Detecting Multitouch Events in an OpticalTouch-Sensitive Device using Touch Event Templates(在光学触摸感应装置中使用触摸事件模板检测多点触摸事件)”的美国专利申请No.13/460,703中进一步详细描述，其通过引用被并入本文。

E.多通道(multi-pass)处理

参考图2，处理阶段不需要是单程过程也不被限制于单个技术。多个处理技术可以被组合或以其他方式被一起使用以确定触摸事件的位置。

作为一个示例，第一阶段是原始通道，其依赖于快速二进制模板匹配。在这个阶段，模板是二进制的并且透射率T’jk也被假设为二进制的。可以通过对模拟值进行四舍五入或阈值化从模拟值Tjk生成二进制透射率T’jk。二进制值T’jk与二进制模板匹配以产生候选触摸点的初步列表。一些清除被执行以精炼该列表。例如，可能简单的是消除冗余的候选触摸点或组合相互接近或相互类似的候选触摸点。第二阶段被用于利用更精炼的方法来消除误报。对于每个候选触摸点，相邻波束可以被用于验证或消除候选作为实际触摸点。在美国专利申请No.13/059,817中描述的技术可以被用于这个目的。除了考虑光学波束的实际宽度以外，这个阶段也可以使用模拟值Tjk。阶段的输出是确认的触摸点的列表。最后的阶段精炼每个触摸点的位置。例如，先前描述的插值技术可以被用于以更好精确性确定位置。因为大概位置已经知道，阶段可以利用更少数量的波束(即，在附近地区中的那些)来工作，但是可能对那些数据应用更密集型的计算。最终结果是确定触摸位置。

其他技术也可以被用于多通道处理。例如，也可以使用线图像或触摸事件模型。可替代地，相同的技术可以多于一次或以迭代方式被使用。例如，低分辨率模板可以被首先用于确定一组候选触摸位置，并且然后较高的分辨率模板或触摸事件模型可以被使用来更精确地确定触摸的精确位置和形状。

F.波束加权

在处理透射系数时，通常加权或优先考虑透射系数。加权实际上意味着一些波束比其他波束的更重要。加权可以按照需要在处理过程中被确定，或它们可以被预先确定并且从查找表或列表中检索。

加权波束的一个因素是角度分集。通常，相比具有相对较少角度分集的波束，角度分集波束被给予更高的权重。给定一个波束，具有小的角度分集(即，粗略地与第一波束平行)的第二波束可以更低地加权，因为除了第一波束提供的之外，其提供关于触摸事件的位置的相对少的附加信息。相反，在确定触摸点沿着第一波束在哪里发生时，相对于第一波束具有高的角度分集的第二波束可以被给予较高的权重。

加权波束的另一个因素是波束的发射器和/或检测器之间的位置不同(即，空间分集)。通常，较大的空间分集被给予较高的权重，因为其与已经可用的相比表示“更多”信息。

加权波束的另一个可能因素是波束的密度。如果有许多波束穿过有源面积的区域，那么每个波束仅是许多中的一个并且任何单独的波束不太重要且可以被较少地加权。相反，如果有较少的波束穿过有源面积的区域，那么这些波束中的每个在其携带的信息中是更重要的并且可以被较多地加权。

在另一个方面，标称波束透射率(即，没有触摸事件时的透射率)会被用于加权波束。具有较高标称透射率的波束可以被认为比那些具有较低标称透射率的更“可信”，因为那些具有较低标称透射率的更容易受到噪声影响。信噪比，如果可用，可以以相似方式被用于加权波束。具有较高信噪比的波束可以被认为更“可信”并且被给予较高的权重。

不管如何确定加权，加权可以用在与可能的触摸位置相关联的给定模板的优值(置信度)的计算中。波束透射率/信噪比也可以被用在插值过程中，被收集在与插值线相关联的置信度的单个测量中，该插值线从线图像中的给定触摸阴影中导出。与从可疑波束数据导出的那些相比，从由“可信”波束组成的阴影中导出的那些插值线可以在确定最终触摸点位置时被给予更大的权重。

B部分：仪器检测

Ⅳ.介绍

检测与手指触摸有区别的笔、笔针或其他仪器触摸是许多应用的重要属性。在一些应用中，仪器触摸事件的简单检测可能是充分的。其他应用也可能需要区分不同类型仪器的能力。

尽管单独的机制可以用于支持仪器触摸检测，但是优选的是光学触摸感应装置能够提供具有很少或没有硬件修改的这些特征。仪器能够大体上分为有源的或无源的。无源仪器与在发射器和检测器之间传输光学波束交互但不增加能量。有源仪器可以增加能量并且可以包含它们自己的(一个或更多个)发射器和(一个或更多个)检测器。有源仪器可以是电池供电的并且典型地还将包含另一个通信通道(例如无线连接)，以便使它们的操作与光学触摸检测系统的其余部分协调。仪器与手指相比的一个优势是，仪器，并且特别是其顶端，可以被设计以实现与光学波束的特定触摸交互。不同的仪器可以被设计以实施不同的触摸交互，并且然后它们可以在此基础上被区分。

数据的至少两种分类可用在光学触摸检测系统中用于检测仪器触摸：波束数据和单元数据(cell data)。波束数据与系统中的光学波束经历的衰减有关。应该注意的是，在某些情况下，触摸之下的一些波束的衰减可以是负的(即，有增加的光学透射)，典型的情况是反射或散射。单元数据与触摸感应表面上的小的面积(典型地是跨过几毫米)相关，其中通过这些面积中的每个面积的波束的衰减值被聚合以给出单元的面积中的本地化活动的指示。整个触摸感应表面被划分为一些单元。

在一些情况下，手指、手掌和仪器接触可以全部同时存在于触摸感应表面上。为了区分仪器和其他接触，以及区分仪器标识(可能有与系统相关联的多于一个仪器)，可以分析每个接触面积。

Ⅴ.无源仪器检测

仪器可以被设计为使得它们的触摸交互是唯一可识别的。一些特征比其他的特征更可靠，一些比其他的更快可检测并且一些比其他的更容易实施。实际上，多于一个特征可以被用于提供改良的仪器检测和/或识别。示例特征包括：(A)接触面积，(B)在距离/面积上的接触吸收率，(C)时间上的接触降落行为，(D)对比波束角度的吸收模式，(E)对比波束角度的反射模式，(F)反射与衰减比，(G)波长选择性行为，(H)接触材料的折射率，(I)接触材料的双折射，和/或(J)接收的能量的再发射。这些特征各自可以被用于检测仪器触摸并且也用于区分仪器触摸与其他类型的触摸(例如，手指触摸)并且区分不同类型的仪器。

A.接触面积

接触面积可以用于区分仪器触摸与另一类型的触摸(例如，手指触摸或不同仪器的触摸)。因为仪器可以被设计，所以与人类手指相比，对于接触面积有更多的自由度。接触面积可以被设计成大小和形状不同。仪器，诸如普通的笔或笔针，通常具有比人类手指小的顶端并且可以在此基础上被区分。图9A-图9E是仪器的不同类型二维接触面积的顶视图。图9A示出了具有小顶端的仪器的接触面积。大小单独可以被用于区分该仪器与人类手指。图9B示出不对称的接触面积，在这个示例中是伸长的椭圆形。在x和y方向上的不同行为可以被用于识别该仪器，因为人类手指通常具有更圆的接触面积并且因此在它们的触摸交互中是更加各向同性的。图9C-图9E示出了包括多个不相交区域的接触面积。在图9C中，接触面积是接触区域的2x2阵列。在这个示例中，打到接触区域的光学波束(诸如波束910)将被衰减，但是在接触区域之间通过的光学波束(诸如波束920)将不被影响。仪器的移动可以增强这种效果，使其更容易检测。图9D是图9C的接触面积的一维版本。这也允许仪器的取向的某种确定。图9E是接触区域不在直线网格上的版本。因为仪器是被制造的，所以其与关于人类手指的特征相比，诸如单独接触区域的单独特征可以被制造得更小且更精确。

B.衰减率

尽管手指触摸能够产生一系列波束衰减值，但是通常存在手指能够实现的每单位距离(接触下面的波束长度)或每单位面积的最大可实现衰减率。可以使用具有显著较高衰减率的材料和/或结构来设计仪器。当检测时，这可以形成专门策划的仪器顶端的触摸的很强指示。

对于接触大小的衰减率是基于提供的接触大小的估计来确定。这样的估计可以从与被评估的接触相关联的波束数据的分析中得到(例如，通过计算在显示出衰减的接触的附近地区中的波束的数量)。

一旦接触面积的大小(以及可能还有形状)已知，几何分析可以被用于估计面积中的接触下方的每个波束的路径。由此，接触下方的每个受影响的波束的路径长度可以被估计并且与波束的衰减数据结合，以得出在触摸下方行进的每单位距离损耗的指示作为接触面积上的损耗的替代。两种方法都能够得出某种程度相似的结果。

注意到的是，对于不是仪器的触摸类型的衰减率的测量也是有用的，例如在手指上可能具有污染物时检测。这可以用于实现特殊软件或硬件机制以优化污染物存在时的性能。

关于区分多个仪器标识，仪器顶端材料的机械或化学修改能够实现一系列衰减率。针对仪器触摸所测量的衰减率可以被用于确定接触仪器的标识。

C.时间上的触摸交互

仪器也可以被设计为具有与手指或其他仪器不同的时间行为。图10A示出了手指触摸在时间上的发展。在时间t1的手指触摸初始地示出小的接触面积，也许在大小上与仪器顶端一致，但是随着手指在波导上“降落”，接触面积通常在大小上快速增加，如时间t2和t3所示。在非常短的时间段上这个行为形成允许手指触摸被识别的另一个区别特征。

如果仪器是刚性的，那么它将使接触非常快，如图10B中所示。在时间t1，仪器与波导接触并且从那时起保持接触面积相同。在图10C中，仪器是刚性的并且在时间t3稳定到其最终位置之前在时间t2具有某种小量的弹跳。所有这些行为与图10A中所示的手指触摸不同。辨别不同的触摸类型通常需要不超过几毫秒的时间。

时间行为可以基于光学波束的计时被捕获。为了说明起见，考虑图8C中所示的配置。假设有总共28个发射器和28个检测器。进一步假设发射器按顺序被激活。发射器Ea被激活，然后发射器Eb，然后发射器Ec，以此类推直到最后发射器EJ，并且然后激活序列重复。进一步假设所有28个发射器在10ms(其将被称为扫描时间或扫描时段)内被激活，然后在一秒内可以执行100个这样的扫描并且大约每360μs激活一个发射器。在这个示例中，将通过激活发射器来确定光学波束的激活。然而，其也可以通过检测器采样或两者的结合来确定。

新的触摸通常会干扰从发射器到检测器的少于全部(典型地仅是一些)的光学波束。被干扰的光学波束组和相关联的发射器/检测器对可以被收集在一个列表中。因为激活发射器的计时(和检测器的任何相应计时)是已知的，所以每个光学波束可以归于其是激活的且被干扰的时间。

参考它们激活的计时分析这些被干扰的光学波束的数据考虑被估计的降落接触的速率。例如，如果图8C中的发射器以数字顺序一次一个地被激活并且针对每个发射器激活检测器都是同时激活的，在10ms扫描内会有28个时间阶段，每个间隔大约360μs。这意味着在发射器Ea之后大约360μs会激活发射器Eb，以此类推。所有相关联的检测器数据在这些360μs增量内会是可用的。

分析给定时间段内被干扰的光学波束，例如通过接触面积的那些，将得出触摸“降落”在触摸感应表面上的速率的一些指示。如果使用的光学波束是经选择的，使得它们通过接触中的类似点(例如，中心)，那么这种分析将是特别有效的。许多接触大约是盘形的，因此在所谈论的时间窗口内由通过盘的中心附近的每个波束所经历的衰减是在大约360μs间隔内由降落的接触导致的峰值衰减的近似记录，该360μs是这个示例中的10ms全扫描速率的1/28。

图10D是通过触摸接触的中心下方的光学波束的透射系数Tjk的图形。x轴是时间，通发射器激活按照360μs增量来测量。En的数据点绘出来自发射器En的通过触摸接触的中心下方的光学波束的Tjk，En+1的数据点绘出来自发射器En+1的通过触摸接触的中心下方的光学波束的Tjk，以此类推。因为发射器激活的计时，En+1的数据点在En的数据点之后360μs出现。光学波束不用必须通过接触面积的正中心是有用的，因为通过(任何形状的)接触的任何任意部分的光学波束可以基于在接触下方行进的每单位距离损耗的模型来调整。注意的是，发射器的顺序激活导致比10ms的全扫描速率精细得多的触摸降落的时间采样。

与诸如笔顶端的其他材料的降落相比，手指触摸经常会是“慢”事件。这可以从图10D中看出来。与笔触摸相比，手指触摸的透射系数Tjk降低更慢。这是因为人类手指比笔顶端更有灵活性，也如与图10B相比的图10A中所说明的。波束衰减的测量的速率可以与物体性质(例如，刚度)有关，以确定与波导接触的材料的类型。在这个示例中，光学波束感应系统将能够区分手指和笔。

关于物体在触摸感应表面上降落的其他信息也可以从波束衰减数据确定。例如，如果衰减在降落事件之后瞬间降低，这可能指示了触摸至少部分地从触摸感应表面被反弹(见图10C)。光学触摸感应系统可以将衰减的这种降低解释为指示了接触材料由弹性(例如，有弹力的)材料制成。

这些降落效果也在触摸被移动或提升时出现。例如，进一步测量跨过多个扫描的波束衰减可以被用于确定接触物体正朝着波导上的不同位置移动或完全被移除。触摸曾经所在的地方的光学波束的残余衰减，例如被归于留在表面上的污染物残留，诸如来自人类手指的油。

图10E是在触摸事件之前、期间和之后在触摸接触的中心下方通过的光学波束的透射系数Tjk的图形。图10E示出了波束衰减的突然部分恢复1010，其后是中间的时段1020，稳定的衰减，但是相比触摸之前有很多衰减。在这个情况下，尽管事实是最终衰减值大于触摸降落之前存在的，但是衰减的快速恢复和稳定性质指示了触摸已经从触摸表面上的该位置被移除或移开。一般地，如果一些形式的触摸事件仍然存在(例如，轻微地/部分地触摸手指尖)，那么波束衰减相对于时间就不会那么稳定。因此，存在稳定、恒定的衰减指示了材料(诸如油)的沉积。

D.根据波束方向而变化的触摸交互

关于手指触摸根据被中断的波束的方向引入的多少衰减，手指触摸是合理的各向同性。然而，有意结构化的仪器顶端可以示出衰减根据感测波束的方向的显著变化。仪器响应将随着仪器顶端旋转，所以检测机制应该能够识别在任何任意取向上的指定响应。相反地，检测过程能够产出关于仪器取向的信息。

图11是用于定义仪器响应的命名法的图形。关于仪器的接触面积1110定义起点O和由箭头标示的0角度方向。例如，起点O可以是接触面积的中心，并且可以任意地选择0角度。由坐标(r,θ)来定义传入光学波形1120，其中r是传入波束1120相对于起点的路径偏移(即，线段OP的长度)并且θ是传入波束传播的方向。由相对于传入波束1120上的点P的坐标(δr,δθ)来定义传出光学波束1130。传出光学波束1130相对于传入波束1120的传播方向是δθ，或相对于0角度是(θ+δθ)。传出波束1130还相对于传入波束的点P偏移了δr。相对于起点O的偏移不一定是(r+δr)，如可以从图11中看出。具有(δr＝0，δθ＝0)的传出波束与传入波束共线，具有(δr＝0)的传出波束都具有通过点P的路径，并且具有(δθ＝0)的传出波束都与传入波束平行。仪器的响应然后可以由透射函数H(r,θ,δr,δθ)来定义，其是由传入波束1120(r,θ)产生的传出波束1130(δr,δθ)的强度。为了方便，透射函数可以被标准化使得H＝1，意味着传出波束1130具有与传入波束1120相同的强度。

对于“理想”手指，接触面积1110是圆形的，并且透射函数H呈现了一些对称性。例如，透射函数H不依赖传入波束方向θ。而且，由于对称性，H(r,δr,δθ)＝H(-r,-δr,-δθ)。典型地，透射函数H对于增加|δr|和|δθ|的值，即，对于传出波束的增加偏移和增加角度偏离是单调递减的。然而，仪器可以具体设计为违背理想手指的这些特性中的任何特性。例如，考虑先前在图9B-图9E中所示的接触面积。这些中没有一个具有不依赖传入波束方向θ的透射函数H。

图9B-图9E中成形的复杂接触面积可以通过创建仪器顶端来实施，其中单独接触区域将光耦合离开触摸感应装置的波导(受抑TIR)并且非接触区域并不如此。例如，接触区域可以用具有与波导匹配的折射率的透明材料构造，使得在波导中的光传播穿入材料中并且然后被吸收或重新引导到别处。非接触区域可以由反射性材料构造，以将光限制到下面的波导，或者可以被构造有气隙使得全内反射不受抑制。

图12A是更复杂的顶端结构的前视图。该顶端结构包括若干平行的波导通道1210。图12B是通过波导通道1210的中心的侧面剖视图。每个波导通道1210是由气隙1214盖上的透明材料1212的条带。在这个示例中，透明材料1212具有与触摸感应装置的波导匹配的折射率。也可以使用其他折射率的材料。较高折射率能够缩短顶端内的波束行进距离，因此允许将顶端做得更小。顶端的剩余部分由材料1216构造。材料1216可以是反射性的或吸收性的，其将产生不同但可区分的仪器响应。

这个顶端提供了取决于入射波束的方向的选择性反射行为。图12C示出了单个波导通道1210的操作。光射线1220沿着+y方法行进，其平行于也沿着y方向定向的波导通道1210。结果，光1220耦合到波导通道1210中。在图12C中，当射线1220在下面的波导1250中行进时被示出为虚线并且在波导通道1210中行进时被示出为实线。圆圈指示进入波导通道1210或从波导通道1210出来的点。光1220在耦合回到下面的波导1250之前经历了波导通道1210内的全内反射。

相对于波导通道1210的取向没有平行(即，以相对于y方向的小角度)传播的光射线将较低效地耦合。例如，沿着x方向(垂直于波导通道)行进的波束可以进入一个或更多个波导通道，但是将撞击通道的侧壁，因为通道不像其长度那样宽。取决于侧壁材料是吸收性的还是反射性的，该射线将大部分被该侧壁吸收或反射。射线在x和y方向上传播的这种不同行为得出了区别的仪器响应。该顶端用作某种定向滤光器，因为透射函数H(r,θ,δr,δθ)沿着某些优选的方向θ被集中。

除了设计衰减的不同模式以外，仪器也可以被构造以在路径上重新引导入射光，该路径不是那些通过波导的传播会产生的路径。这种类型的仪器顶端通常将包括一些反射性元件。由于这种仪器顶端与感测波导接触，所以光学透射将在一些光学路径上被减少并且在其他路径上被增加。这不是例如手指一般会出现的模式。

图13是使用棱镜1310重新引导光的仪器顶端的示例。在图13中，棱镜1310由其基部1312和两个表面1314和1316来表示。为了清楚起见，在图13中绘制出了整个棱镜。在这个示例中，棱镜1310由与下面的波导1350的折射率匹配(尽管折射率匹配不是必须的)的透明材料构造。光射线1320沿着+y方向在波导中传播并且通过其基部1312耦合到棱镜1320中。射线从两个侧面1314、1316反射，该两个侧面涂覆有反射性材料。在一些设计中，反射可以是全内反射的结果。出来的光射线1322被重新引导到+x方向并且是以支持波导1350内的全内反射的角度。改变光的路线还可以使用其他元件来完成，诸如回射器、光纤、光管或波导。栅格或其他波束分裂元件可以用于创建多个出来的光学波束。

可以以不同方式使用透射函数H来识别仪器触摸并且区分不同的仪器。例如，通过呈现强衰减或强增强的某些方向来表征许多透射函数。该特性可用于检测并识别仪器。也可以使用衰减的和增强的波束的比。如果有多个输出波束，那么可以使用具有大于一定强度的若干波束。

作为进一步变化，仪器的透射函数还可以依赖于仪器的取向。图12的仪器顶端具有打算冲向触摸感应表面的平坦底部。如果仪器倾斜，则底部将不会做出相同的接触并且透射行为将不同。数学上，透射函数可以被描述为H(r,θ,δr,δθ,α,β)，其中α,β定义了仪器相对于触摸感应表面的取向。在一些仪器中，透射函数意在独立于取向α,β。具有圆拱形顶端的仪器有助于促进该行为，因为至少物理接触将是相同的—圆拱形顶端对着平坦触摸感应表面—不管仪器的取向如何。可替代地，仪器可以有意地设计为具有透射函数H(r,θ,δr,δθ,α,β)，其根据仪器取向α,β而变化。

关于区分多个仪器，因为许多波束都被仪器触摸影响，所以这允许不同仪器的透射函数包含要识别的唯一特征。与仪器识别相关联的处理工作量将强烈地依赖于要识别的不同仪器的数量。而且，其他触摸可以与一个或更多个仪器触摸同时发生，因此合理的复杂透射函数是提供稳健识别的优选。

E.波长选择性触摸交互

波长可以用于将另一个维度增加到触摸交互。这能够允许以很容易分辨具有光谱性质(诸如，窄带吸收或反射性质)的仪器顶端的方式来评估触摸。可以通过使用不同发射器类型或通过在发射器耦合器中选择性使用光学滤光材料(以修改由单个宽带LED类型生成的有限光谱)在发射器处实施不同的波长。检测器通常在宽范围的波长内是敏感的，所以可以检测来自各种发射器波长的能量。注意的是，相对于在其他波长操作的那些发射器，在一个波长操作的发射器的比例可能很小或者特别地提供附加发射器以辅助识别。该方案的一个扩展可以是使用具有可见波长的发射器来检测接触材料的颜色。例如，这种颜色检测会用在绘画应用中，其中接触材料的颜色可以被应用到接触所追踪的路径中。可替代地，宽带发射器可以与在检测器处实施的波长选择性一起使用。可以使用检测器在不同波长的敏感性，或光纤可以与较宽带检测器一起使用。

关于区分不同的仪器，在一个实施方式中，一个仪器可能在第一波长吸收(例如，由于受抑TIR造成衰减)但是在第二波长不吸收，而不同的仪器在在第二波长吸收但是在第一波长不吸收。可替代地，仪器可以基于在不同波长的衰减比被区分。这可以被扩展到多于仅两个波长。

图14是仪器顶端在窄波长带上衰减的图形。顶端包括具有与下面的波导1450的匹配折射率(尽管不要求折射率匹配)的透明材料1410。顶端还包括窄带光谱滤光器1412，其通过以λ₀为中心的窄通带中的波长。光射线1420是在波长λ₀处，通过波长滤光器1412，进入材料1410并且然后被吸收或以其他方式被阻止再进入波导1450。光射线1422是在通带之外的波长λ₀处。该射线1422被波长滤光器1412反射并且留在波导1450中。在一个替代的方法中，波长滤光器1412可以阻挡波长带而不是透射波长带。

图15是使用栅格1512的仪器顶端1510的图形。光射线1520是在较短波长处并且光射线1522是在较长波长处。这两个射线都被衍射到第一衍射阶次中。然而，较长波长的光射线1522的衍射的角度更大。衍射的射线1520仍然以超过临界角的入射角传播并且被限制留在波导1550中。然而，衍射的射线1522现在以小于临界角的入射角传播。失去全内反射并且光学波束1522被衰减。衍射的角度和得到的波长行为可以通过改变栅格的周期和/或耦合到不同衍射阶次的效率来变化。

F.折射率、双折射

可以使用具有不同折射率的材料(包括双折材料)来构造仪器。然后它们可以在此基础上被区分。界面处的临界角依赖于界面两侧上的材料的折射率。改变仪器顶端的折射率改变了临界角，其进而影响光学波束是否被透射到仪器顶端中(即，从波导中移除)或者被全内反射回到波导。如果光学波束包括以不同的入射角的射线分布，那么一些可以被透射并且一些被反射，使得仪器的聚合衰减在0和1之间。不同的入射角可以通过不同的耦合器配置文件(profile)来提供。可以以非常宽范围的折射率来产生合成材料。

图16是具有在空气和下面的波导1650之间的折射率的顶端1610的图形。传入波束1620包括跨越传播角度的分布传播的射线。为了清楚起见，图16仅示出四个角度，其中的两个通过实线示出并且两个由虚线示出。所有这些射线超过临界角，所以它们在波导1650接近空气(即，没有触摸)的部分经历了全内反射。仪器1610具有较高的折射率，所以较陡的射线中的一些(虚线)耦合到仪器中，其显现为检测器处的衰减。浅的射线(虚线)仍然超过与仪器的界面的临界角，所以它们在界面处被反射并且继续在波导1650内传播。通过改变折射率，可以调整在界面处被透射的射线的百分比和总体衰减。双折射材料可以用于构造具有甚至更复杂透射函数的仪器，因为折射率根据传播的偏振和角度而变化。

G.光的再发射

手指触摸不会出现光致发光，但是光致发光可以通过其他合成材料实现。荧光性涉及到接收能量和发射能量之间的光谱移位。光致发光不一定具有光谱移位，但是会引入接收和发射之间的时间滞差并且也可能包括传播方向的改变。感测能量的时间“拖尾效应”的检测很容易检测到。不同的化学品也可以提供广泛不同的时间常数。

Ⅵ.有源仪器检测

有源供电的仪器(有源仪器)可以提供附加能力。有源仪器可以使用单独地光学输入/输出来与光学触摸感应装置结合操作，或者可以具有与触摸感应装置传送数据的无线或其他通信链路。仪器顶端可以包括用于光注入下面的波导中的(一个或更多个)光学发射器、用于光从波导提取出来的(一个或更多个)光学检测器或(一个或更多个)光学检测器和(一个或更多个)光学发射器两者。具有(一个或更多个)发射器的仪器将被称为注入器仪器并且那些具有(一个或更多个)检测器的将被称为提取器(extractor)仪器。

有源仪器可以提供的优势包括可能以下内容。(1)有源仪器可以被设计为支持不同的操作模式。此外，模式对于仪器其自身是可选择的(例如，仪器颜色)。(2)添加有源功能性增加了可能的设计数量，因此允许区分大量的可能仪器标识。(3)附加按钮和其他用户控件可以被添加到有源仪器。(4)可以添加力测量和报告。(5)例如通过使用加速度计和陀螺仪，可以感测和报告仪器取向、位置、移动等。这可以帮助改进整体的触摸性能，尤其是在仪器快速移动时。(6)可以实施无线连接，其进而能够实现附加功能。例如，可以提供非接触操作。改进的仪器追踪可以使用补充数据来完成。或者可以提供对即将到来的仪器活动的预先通知。

有源仪器需要电源。电池是一种选项，或者可替换电池或可再充电单元。当仪器在支架中静止时可以完成再充电。

A.注入器仪器

图17A-图17B是注入器仪器1710的侧视图和顶视图。注入器仪器1710容纳光学发射器1712，该光学发射器1712注入(调制的)光1720到波导1750中，并且该光1720可以被触摸感应系统的检测器检测。在图17B中，仪器1710仅产生单个光学波束1720。来自仪器的光1720可以被设计使得可区分由装置的外围上的发射器产生的光学波束，例如通过使用不同的时隙、波长和/或调制。来自仪器的光学波束1720可以用于不同的目的。

例如，光学波束1720可以用作通信通道并且一点也不用于触摸检测，其可以按照上面所述使用光学波束来完成。传送的数据可以包括关于仪器的任何信息：例如其标识(identify)、操作模式或操作参数、接触力、位置、取向或运动。数据可以使用标准方法来编码，诸如调制光学波束1720。只要光束能够被外围上的任何检测器检测到，单个波束1720就足够了。如果通过其他方式得知仪器的位置，那么哪个或哪些检测器接收光学波束1720可以被用于确定仪器的取向(旋转)。

光学波束1720还可以被用于触摸检测。在图17B中，如果单个光学波束1720具有根据距离变化的特性，例如如果其是扇形的波束使得当检测器距离很远时，被检测器截获的波束部分减少，那么这可以用于辅助确定仪器的触摸位置。

在图17C中，仪器产生三个扇形波束1720A-C。与仪器1710的距离可以基于检测器接收的信号的强度(或相对强度)来估计。然后这可以被用于三角测量仪器1710的位置。在图17D中，仪器产生四个铅笔形波束1720A-D，相对于仪器定义x和y方向。可以通过连接接收光学波束1720B和1720D的检测器的线来估计仪器的x轴，并且通过连接接收光学波束1720A和1720C的检测器的线来估计y轴。x和y轴的交叉点确定仪器1710的触摸位置。这些技术还可以与先前描述的技术结合用于基于干扰发射器和检测器之间传输的光学波束来确定触摸事件。

关于仪器标识、不同的仪器可以通过使它们发射不同的光学波束被识别。光学波束可以使用不同的波长、时隙、频带、编码或调制等。这些可以用于区分不同的仪器。

B.提取器仪器

具有检测来自下面的波导的光学波束的检测器的仪器能够实现各种功能。首先，接收的光学波束可以用作通信通道来将来自触摸感应系统的其余部分的数据传输到仪器。在这种情况下，光学波束可以是或可以不是通常用于触摸检测的光学波束。在一个方法中，光学波束在大的面积上传播使得仪器检测器将接收波束，即使仪器的位置不是已知的。在另一个方法中，仪器的位置已知并且光学波束被引导至该位置。

提取器仪器还可以被用在触摸检测中。例如，检测器可以被用于检测来自外围发射器的哪些光学波束被仪器接收。这个信息可以被用于直接确定仪器的位置，而不是或者除了先前描述的用于基于干扰发射器和检测器之间传输的光学波束来确定触摸事件。

C.双向仪器

仪器可以包含发射器和检测器两者，在该情况下其既是注入器仪器也是提取器仪器。这些仪器将被称为双向仪器。存在多于一种方式，在该方式中这种仪器可以与触摸感应系统交互。例如，其可以通过发射在检测器处接收的信号的延迟版本来模拟光致发光。可替代地，检测器可以用于同步发射器活动与触摸感应系统的其余部分的活动。发射器和检测器还可以用作双向通信通道用于将数据传输到触摸感应系统的其余部分/从其传输数据。

关于仪器标识，仪器的相符表观和相关联的发射器调制能够提供关于仪器标识的信息。并且，仪器检测器所见的特定信号可以提供关于仪器近似位置的附加信息。来自仪器上的按钮等的附加模式信息也可以被传递到系统的其余部分。

D.带外通信通道

有源仪器可以具有不是通过触摸交互的通信通道，很大可能是无线通道。使用无线链路为许多其他特征提供了现成的支持，诸如当不与触摸感应表面接触时的模式选择和呈现控制。并且，可以发送来自加速度计、陀螺仪和其他传感器类型的补充数据，其可以与光学分辨的顶端位置结合以提供对仪器运动的改善感测。补充数据也可以在带内通道上发送(例如，通过仪器顶端的光学通信)。对比基于无线链路的方法，该基于光学通信的方法可以减少成本和复杂性，并且能够避免有源仪器与传感器的配对。

因为加速度计和陀螺仪常常是随时间趋于漂移的相对传感器，所以其与由基于光学波导的触摸感测进行的绝对确定相结合是一种强有力的方法。使用加速度计的有源仪器的特殊属性是可以被处理的移动速率被大大增加。加速度计数据可以通知光学波导传感器关于下次扫描中可能在何处发现仪器顶端。这有助于弥补运动模糊。

将从内部运动传感器报告的仪器的特定移动与在光学波导传感器上所见的移动相联系是确认仪器标识的一种可能方式。传感器可以在特定构造的仪器内部或者可以在附接到无源仪器的“轴环(collar)”中。例如，普通的白板标记器通常将被很好地注册为光学波导触摸系统上的无源接触。这在没有与触摸感应表面相关联的图形显示器，但是在表面上由仪器追踪的路径待确定的应用中是有用的。然而，标记器的属性，诸如墨水的颜色，可能不容易被基于波导的系统检测到。附接到标记器的补充电子设备可以将数据(例如，与仪器的运动有关的数据)传输到触摸感应系统，其可以通过系统与触摸感应表面上的相应路径匹配。一旦感测的触摸与仪器配备，则系统已知的属性可以被应用到与该仪器相关联的报告。一个示例是标记器的颜色。另一个示例是标记器顶端的大小。使用运动信息用于识别和补充报告的运动的质量可以被应用到仪器以外的物体，包括手指和被用作与触摸感应表面接触的物理控制器的物体。

E.有源仪器的功率管理

关于仪器充电，典型的大仪器的主体是合理适合于使用不可再充电或外部可再充电的通用圆柱形单元。然而，对于仪器可能优选的是可再充电和由触摸使能的(touch-enabled)装置支持的充电。例如，仪器支架可以装配有使电池再充电的设施。

关于低功率模式，从支架移除仪器可以触发仪器内部的电路系统为触摸感应表面的呈现做好准备。否则，仪器会被充电或者处于待机(低功率)模式。具有补充的内部运动感测(诸如加速度计)的仪器可以使用运动检测来控制内部电路活动。当仪器在一时间段内不运动时，操作可以暂停。临时检查运动传感器可以确保仪器在接触触摸感应表面时是完全运行的。

当这种仪器在运动中和/或被确定为接近触摸感应表面时，触摸感应系统可以被置于某模式，该模式增加了在报告之前分析手指触摸的时间。这有益于减少当书写手的一侧降落在触摸感应表面上时生成假手指报告的机会。在手完全停留在触摸感应表面上之前，手的一侧可以生成手指大小的接触。在这种模式中，传感器对手指触摸的响应将稍微慢些，但是这通常是可接受的。

F.有源仪器的示例

图18A-图18E是不同类型的有源仪器的示例(例如，注入器仪器和双向仪器)。图18A是基础注入器仪器1810，其包括电池1813、发射器驱动器1815、发射器1817和顶端1819。发射器驱动器1815控制发射器1817。例如，发射器驱动器1815生成控制信号来激活发射器1817以发射光以及去激活发射器1817。当被激活时，该基础注入器中的发射器1817产生恒定光照。发射器1817的示例包括发光二极管(LED)和连续波激光器。顶端1819具有半球形接触表面以接触触摸感应装置。基础注入器仪器1810可以具有低成本，但是由于恒定光照引起能量使用效率低。

相比于注入器仪器1810，图18B是注入器仪器1820，其包括附加脉冲发生器1823。脉冲发生器1823生成脉冲。例如，脉冲发生器1823可以生成具有预定义控制参数(例如，重复率、延迟、宽度或脉冲持续时间和振幅等)的脉冲。预定义控制参数可以通过使用注入仪器1820的用户来设置，或者通过制造商来设置。发射器驱动器1825根据生成的脉冲来控制发射器1827以发射光。发射器1827的示例可以包括脉冲的LED或脉冲的激光器(例如，激光器二极管)。脉冲的发射器1827减小发射器占空比。因此，注入器仪器1820具有更高的能量使用效率。在一些实施例中，脉冲发生器1823调制从发射器1827发射的光。调制的示例可以包括脉冲振幅(PAM)、脉冲位置调制(PPM)、脉冲宽度调制(PWM)、脉冲编码调制(PCM)、双相编码和频率调制(FM)。例如，脉冲发生器1823调制从发射器1827发射的光的强度，使得数据(例如，序列号、用户选择的编码、运动传感器信息(在图18B中未示出))被编码在发射的光上。在另一个示例中，脉冲发生器1823随着时间调制光强度使得注入器仪器1820可以被识别或与其他有源仪器区分。

相比于注入器仪器1820，图18C是注入器仪器1830，其包括附加模式选择器1833和按钮或其他用户控件1835。模式选择器1833是用户可选择的脉冲编码装置，其允许用户控制脉冲发生器1823和/或发射器1827。例如，模式选择器1833允许用户按下按钮1835来改变脉冲发生器1823的控制参数。在另一个示例中，模式选择器1833允许用户选择被编码到发射器1827的输出上的发射模式。发射模式可以通过发射器1827投射到触摸感应表面。发射模式的示例关于图19A-图19C在下面进一步描述。

相比于注入器仪器1820，图18D是注入器仪器1840，其包括附加运动传感器1843。运动传感器1843随时间捕获注入器仪器1840的移动。运动传感器1843的示例可以包括加速度计或陀螺仪。捕获的移动可以被用于控制发射器1827。例如，如果运动传感器1843检测到注入器处于静止，那么发射器驱动器1815生成指令以关闭发射器1827。如果运动传感器1843检测到注入器仪器1840与遇到触摸感应表面一致，那么发射器驱动器1815生成指令以触发发射器1827发射光。

相比于注入器仪器1820，图18E是双向仪器1850，其包括附加分析器1853和附加光电检测器1855。当双向仪器1850触摸触摸感应装置的触摸感应表面时，光电检测器1855检测由于受抑全内反射离开光学波导的光学波束。光电检测器1855的示例可以包括雪崩光电二极管(APD)。光电检测器1855将信号发送到分析器1853用于进一步分析。分析器1853分析从光电检测器1855接收的信号并且生成到发射器驱动器1815的控制信号。例如，如果光电检测器1855没有检测到离开的光学波束，那么这可以指示仪器1850没有接触光学波导并且分析器1853生成信号以关闭发射器1827。在另一个示例中，分析器1853得出计时参考以确保发射器1827在时间段期间进行发射以减少与其他光学波束的可能干涉。如此，在触摸感应装置中包含的发射器1827的功耗和由光学检测器接收来自发射器1827的发射的时延可以被降低。

在一些实施例中，光电检测器允许有源仪器接收来自触摸感应装置(例如，提取器仪器或双向仪器)的数据。例如，光电检测器1855接收由包含在触摸感应装置中的发射器编码的数据和/或命令并且这些数据和/或命令由分析器1853进行处理。数据和/或命令可以在一时间段期间从触摸感应装置被传输到有源仪器以减少与用于检测触摸事件的光学波束的干涉。

在一些实施例中，在图18E中未示出，光电检测器辅助将运动数据从有源仪器传输到触摸感应装置。例如，如果有源仪器与光学波导表面失去接触(无意地或以其他方式)，那么光电检测器1855将没有检测到离开的光学波束并且发射器1857将不能将数据传输到触摸感应装置。然后，分析器1853缓存由有源仪器上的运动传感器收集的运动数据，直到接触被重建。当触摸感应装置不能追踪有源仪器的移动时，来自有源仪器的运动数据提供了有源仪器在接触丢失的时间段期间的运动信息。这消除了有源仪器的移动中的中断并且也可以用于确定何时用户有意地抬起有源仪器离开表面(例如，用显著加速度离开表面)。如果接触丢失的时间段超过指示接触丢失被延长的阈值时，停止排队并且丢弃排队的运动数据。

图18A-图18E仅仅是示例。其他变化可以以不同的方式外部地或内部地调制发射的光。调制的示例包括改变强度、相位、编码、偏振、波长和空间发射模式。

有源仪器根据发射模式将光注入到光学波导中。发射模式描述了由有源仪器注入的光的分布并且可以通过若干参数来表征，若干参数诸如光学波束强度、光的空间和角度分布、波长和上述参数随时间的改变。通过调整一个或更多个参数，不同的有源仪器可以具有它们自己的具体的发射模式。如此，有源仪器可以基于由触摸感应装置检测的注入光与仪器的发射模式比较来识别。发射模式可以是预先确定的或由用户控制。例如，用户按下按钮来选择和/或改变发射模式。示例关于图19A-图19C在下面进一步描述。

图19A示出了发射模式，其中由有源仪器注入的光的空间分布随时间变化。圆点1900是有源仪器与光学波导接触的地方。在时间t1，有源仪器根据发射模式1903A注入光。发射模式1903A具有以椭圆形的角分布。为了说明，箭头示出了三个光学波束。每个箭头的长度指示该光学波束的相应强度(或强度)。在时间t2，光学波束的相对强度的强度是不同的，导致蛋形的发射模式1903B。在时间t3，改变的光学波束又导致了不同的发射模式1903C，其具有角分布上的两瓣形状。形状1903A-1903C随时间的空间变化可以用于区分该有源仪器与其他有源仪器。附加地和/或可替代地，所有发射方向可以同时被调制。

在一些实施例中，发射模式描述了注入光根据角度的空间变化。例如，发射模式可以基于极坐标系或球面坐标系被定义。相应地，发射模式可以是作为圆极角相对于参考点(例如，有源仪器的接触中心)的函数的光强度，或者发射模式可以是作为球面极角相对于参考法线(例如，接触表面的中心法线)的函数的光强度。不同的仪器能够具有带有不同空间强度分布的发射模式。因此，有源仪器可以基于它们的特定发射模式被识别并且被区分。

在一些实施例中，发射模式包括注入光随时间的强度调制。发射模式的强度可以通过PAM、PPM、PWM、PCM、双相编码或FM被调制。例如，在图19A中，假设空间分布1903A被指定给两个有源仪器中的每个。然而，每个仪器的发射模式也以不同频率被频率调制。因此，两个有源仪器可以基于空间分布被识别并且与其他仪器区分，并且基于不同的频率互相区分。

在一些实施例中，发射模式包括注入光随时间的波长变化。例如，两个有源仪器可以以不同波长进行发射，或者可以使用不同的波长序列随时间对不同的波长进行循环。

发射模式可以通过使用位于有源仪器的发射器和触摸感应表面之间的(一个或更多个)光学组件来生成。在一种设计中，光学组件控制投射在触摸感应表面上的光强度分布。光学组件的示例包括空间光调制器、光圈轮、光纤和光学阻挡器(blockers)。模式选择器(例如，模式选择器1833)可以基于用户通过按钮的输入或基于预定义的设置选择要被投射到触摸感应表面上的发射模式。

图19B-图19C说明了有源仪器中的发射模式的实施方式。发射器1910可以发射连续波的光或脉冲的光到光学波导1930中。波束扩展器1920对发射的光进行准直并且扩展其大小以覆盖光圈轮1925。光圈轮1925具有发射光(例如，光波束1927)的第一面积1925A和吸收或阻挡光(例如，光波束1923)的第二面积1925B的模式。扩展的光穿过光圈轮1925以生成发射模式，使得光以通过光圈轮1925的模式约束的方向进行传播。

在一些实施例中，特定的发射模式可以被用于实现特定功能，使得装置的对于其他用户不可用的功能可以在检测到特定发射模式时被激活。

在一些实施例中，发射模式可以被用于确定有源仪器的大致位置。这种发射模式的示例关于图17C和图17D在上面描述。

G.使触摸事件与有源仪器相关联

如上所述，使用一个或更多个方法，诸如候选触摸点、线成像、位置插值、触摸事件模板、多通道处理和波束加权，基于由于在检测的触摸事件处将能量耦合离开光学波导的受抑全内反射导致的光学波束的干扰，来确定检测的触摸事件的位置。还如上所述，不同的有源仪器可以被识别和区分。进一步如下所述，检测的触摸事件可以与有源仪器链接使得特定于检测的触摸事件的信息能够与相应识别的有源仪器结合(反之亦然)用于各种应用，例如，辅助区分具有相同发射模式的不同有源仪器，或辅助从有源仪器到触摸感应装置的数据传输(反之亦然)。这在存在多个仪器时特别有用。例如，如果多个人可以同时在相同的触摸感应表面上绘制，这将是有益的。在此情况下，将会有多个仪器和多个检测的触摸事件。在有源仪器和检测的触摸事件之间建立正确关联是重要的。

图20是用于在有源仪器和检测的触摸事件之间建立关联的流程图。图20中的过程2000可以通过触摸感应装置100来执行。在一些实施例中，过程2000可以包括与关于图20描述的那些不同的或附加的步骤，或者以与关于图20描述的顺序不同的顺序来执行步骤。

触摸感应装置100接收2010特定于一个或更多个检测的触摸事件中的每一个的信息。这种类型的信息的示例可以包括接触位置、接触大小、检测的触摸事件的移动(例如，方向、速度、距离、轨迹等的运动数据)，与被干扰的光学波束相关联的信息(例如，被检测的触摸事件干扰的光学波束的透射率、透射系数、检测器数据等)以及上述信息的时间变化。

触摸感应装置100接收2020特定于有源仪器的信息。这种类型的信息的示例可以包括大致接触位置、在有源仪器和光学波导之间的光学耦合的强度、有源仪器的移动(例如，方向、速度、距离、轨迹等的运动数据)、发射模式、由触摸感应装置100检测的注入光的模式以及上述信息的时间变化。

触摸感应装置100针对与有源仪器引起检测的触摸事件中的一个的情形的一致性，分析2030特定于有源仪器的信息和特定于检测的触摸事件的信息。该一致性描述了特定于有源仪器的信息与特定于检测的触摸事件中的一个的信息之间的关系。示例关于图21-图23在下面进一步描述。

触摸感应装置100基于分析在有源仪器与检测的触摸事件中的一个之间建立2040关联。例如，假设有五个检测的触摸事件#1-5。可能是分析确定了由有源仪器经历的光学耦合与在触摸事件#2处发生的光学耦合一致。基于此，在有源仪器和检测的触摸事件#2之间建立关联。该关联可以基于不同类型的信息，诸如光学耦合、移动、时间变化和发射模式。这些在下面进一步详细描述。

光学耦合。在检测的触摸事件中的一个和有源仪器之间建立关联可以部分地基于被检测的触摸事件干扰的光学波束的透射率与有源仪器和光学波导之间的光学耦合的强度之间的一致性做出。

如前所述，发射器和检测器围绕触摸感应表面的外围布置，并且光学波束通过在光学波导中的全内反射从发射器传播到检测器。光学波束经由受抑全内反射被一个或更多个触摸事件干扰。可以确定(一个或更多个)发射器与(一个或更多个)检测器之间的被检测的触摸事件中的每个干扰的光学波束的透射率。

与此同时，如果如图18中所示的有源仪器触摸了光学波导，那么在有源仪器和光学波导之间会有光学耦合。如果有源仪器注入光到光学波导中，那么可以基于多少光被耦合到波导中来测量该光学耦合的强度。如果有源仪器具有光电检测器，那么可以基于多少光通过受抑全内反射耦合离开光学波导并进入有源仪器来测量光学耦合的强度。相应地，可以基于从有源仪器注入并且耦合到光学波导中的光和/或基于耦合离开光学波导的光学波束来确定有源仪器与光学波导之间的光学耦合的强度。如果由有源仪器观测到的光学耦合与针对检测的触摸事件中的一个观测的一致，那么可以在有源仪器和该检测的触摸事件之间建立关联。

在一些实施例中，可以随时间进行比较。图21A-图21C说明基于光学波束的透射率使有源仪器与检测的触摸事件相关联。在图21A中，有源仪器2101不接触光学波导2105。结果，由有源仪器2101的发射器IE发射的光学波束2107A不符合在光学波导2105中的全内反射的条件并且不耦合到光学波导中。由(一个或更多个)检测器检测的多数能量是来自由(一个或更多个)发射器E发射的光学波束并且很少或没有来自注入器发射器IE。相应地，如图21C的时间图中所示，在时间t1(其是当有源仪器2101开始与光学波导2105接触时)之前的时间段内，E和D之间的光学透射的透射率曲线2113相对强，因为有源仪器有很少损耗，并且IE和D之间的光学透射的透射率曲线2115相对弱，因为在有源仪器2101和光学波导2105之间几乎没有耦合。

在图21B中，有源仪器2101已经完全降落在光学波导2105上。来自有源仪器2101的光学波束2107B被耦合到光学波导2105中并且到达检测器D。来自发射器E的光学波束2102被很强地耦合离开光学波导2105并且穿入有源仪器2101中。相应地，如图21C中所示，在时间t1之后，来自E-D的透射率2113降低，而来自IE-D的透射率2115升高。在时间t2(其是当有源仪器2101完全降落在光学波导2105上时)，透射率曲线2113由于耦合离开的(coupled-out)光具有最小透射率值，而透射率曲线2115由于耦合进入的(coupled-in)光具有最大透射率值。此外，两条曲线在它们的时间变化上一致。当一个升高时另一个降低。因此，可以在有源仪器2101和所示的检测的触摸事件之间建立关联。

移动。在有源仪器和检测的触摸事件中的一个之间建立关联可以部分地基于检测的触摸事件的移动与有源仪器的移动之间的一致性做出。可以通过追踪它们随时间的位置改变来追踪检测的触摸事件的移动。例如，可以通过有源仪器中的运动传感器来追踪有源仪器的移动。如果检测的触摸事件的移动与运动传感器捕获的移动一致，则检测的触摸事件可以与有源仪器相关联。

图22A-图22C说明了基于有源仪器和检测的触摸事件的移动使有源仪器与检测的触摸事件相关联。如图22A中所示，触摸感应表面2200具有围绕其外围布置的发射器和检测器(未示出)。在这些发射器和检测器之间的光学波束被用于检测和追踪两个触摸事件2210和2220的移动。两个触摸事件具有初始降落点L1和L2(其中L1和L2同时发生)并且然后分别遵循轨迹2215和2225。轨迹曲线2215和2225在降落时间以及被黑色圆点标记的四个附加时间点处被采样。时间点之间的时间间隔可以是等间距的。如图22B和图22C中所示，在相同的时间点，有源仪器2230具有捕获轨迹曲线2235的运动传感器2237，并且有源仪器2240具有捕获轨迹曲线2245的运动传感器2240。中空圆圈是对应于降落点L1和L2的时间点。注意的是，这些轨迹可以是相对的轨迹，而不参考绝对位置和取向。通过将有源仪器的轨迹曲线2235、2245与触摸事件的那些2215、2225相比较，有源仪器2230与触摸事件2210相关联并且有源仪器2240与触摸事件2220相关联。

也可以建立更简单的时间关联。例如，两个触摸事件2210、2220可以在不同的时间降落。在时间t1发生降落L1，并且在不同的时间t2发生降落L2。如果有源仪器也能够将它们的降落时间确定为t1和t2，那么这可以用于将正确的有源仪器与每个检测的触摸事件相关联。

在一些实施例中，有源仪器的移动与检测的触摸事件的移动之间的一致性(或缺乏一致性)辅助了从有源仪器到触摸感应装置(反之亦然)的数据传输。当触摸事件快速并轻轻地移动时，或当在装置的表面上有污染物时，在仪器和触摸感应表面之间可能发生短暂的接触丢失。检测的触摸事件的运动和有源仪器的运动之间的不一致性可能指示这种接触丢失。在该情况下，仪器可以停止传输数据(诸如运动数据)并且转而缓存数据用于接触被重建以后的传输。发射器还可以被关闭。当接触被重建时，仪器开启发射器并且传输缓存的数据。在没有接触的时段期间，触摸感应装置在位置数据中将具有间隙。由仪器在该时间段期间收集的运动数据可以用于消除该间隙。

发射模式。在有源仪器和检测的触摸事件中的一个之间建立关联可以部分地基于实际检测的注入光的模式与以检测的触摸事件的位置为中心的有源仪器的发射模式会产生的模式之间的一致性做出。

图23A-图23D说明了基于有源仪器的发射模式使有源仪器与检测的触摸事件相关联。如图23A中所示，在位置L1处的触摸事件2210以具有四个主要检测的第一发射模式2310发射光学波束。由检测器D1、D7、D20和D28检测发射的光。在位置L2处，触摸事件2220以第二发射模式2320发射光学波束。由检测器D8、D21和D36检测该光。如图23B中所示，有源仪器中的一个根据具有通过三个箭头表示的三个主要方向的发射模式2340注入光到触摸感应装置2200中。为了将触摸事件2210、2220中的一个与有源仪器关联，计算会由以检测的触摸事件的位置L1、L2为中心的发射模式2340产生的一组可能的检测模式。例如，计算包括以不同的位置为中心的发射模式2340会产生的模式的模板。在每个位置处，模板可以包括发射模式2340的所有可能变化，诸如在这个示例中的发射模式的旋转。

如图23C和图23D中所示，在基于发射模式2340的位置L1处计算两个模式2350和2360。会由D5、D21和D29检测模式2350，并且会由D2、D9和D25检测模式2360。计算的模式2350和2360与由检测器实际检测的模式进行比较。这些计算的模式2350和2360与实际检测的模式不一致。针对来自有源仪器的所有模式和检测的触摸事件的所有位置(在这个示例中的位置L1和L2)执行该过程。可以通过使用基于不同发射模式的模板来实施该过程。此比较的结果是，位于L2处的发射模式2340的版本被发现与由检测器检测的光的观测到的模式一致。因此，具有发射模式2340的有源仪器与位置L2处的检测的触摸事件相关联。

可替代地，有源仪器的大致位置可以基于有源仪器的发射模式和由检测器检测的注入光的实际模式来估计。例如，发射模式2340可以叠加在图23A中的检测的光的实际模式上来估计有源仪器的可能位置。如果这些位置与已知的位置L1和L2重叠，那么有源仪器的估计的大致位置和检测的触摸事件的已知位置之间的这种一致性可以用于在有源仪器和检测的触摸事件之间建立关联。

在一些实施例中，触摸事件2210和2220随时间移动或者发射模式随时间改变(如图19A中所示)。这种时间变化还可以用于使有源仪器与触摸事件相关联。每个检测的触摸事件随时间的位置可以通过装置2200来确定。在每个时间点和每个位置，计算会由以检测的触摸事件的位置为中心的发射模式2340产生的模式的集合。通过将检测器实际检测的模式与每个时间点的计算的模式进行比较，可以将有源仪器与检测的触摸事件中的一个相关联。

在发射模式根据仪器的取向而变化的一些实施例中，也基于由检测器检测的光的观测到的模式与针对仪器的不同取向会生成的模式的比较来确定有源仪器的取向。例如，假设有源仪器具有半球形顶端并且当仪器竖直时，其产生具有通过120度分开的三个相等强度瓣的发射模式。如果仪器被旋转，而同时保持竖直，那么三瓣将被不同组检测器检测，从而提供关于仪器的取向信息。此外，如果仪器被倾斜离开竖直，那么三瓣的强度将变得不均匀。因此检测的模式将给出关于仪器的倾斜角度的信息。在一种方法中，计算一组模式以覆盖不同的旋转和倾斜。这些模板与由检测器捕获的实际模式相比较以确定仪器的取向。

发射模式也可以用于帮助确定有源仪器是否与触摸感应表面良好接触。如果接触降级，例如由于表面上的光接触和污染物，那么发射模式也可能降级。因此，“有噪声的”检测的发射模式可以是小于全接触的指示符，而良好定义的发射模式可以是良好接触的指示符。

图24说明了区分具有相同发射模式的两个有源仪器。如上所述，基于不同位置或基于移动，产生发射模式2430的第一有源仪器与触摸事件2410相关联，并且产生相同发射模式2440的第二有源仪器与触摸事件2420相关联。尽管检测的模式是相同的，但是可以基于不同的接触位置来区分两个有源仪器。

基于不同类型的信息(诸如光学耦合、移动、时间变化和发射模式)关联或识别有源仪器的上述技术不限于基于光学波导的全内反射。它们也可以与其他机制一起使用，诸如基于“表面上方”光学波束的传播的触摸感测而不是光学波导中的受抑全内反射。

H.将光从有源仪器耦合到光学波导中

如上所述，如果有源仪器不接触光学波导，那么由有源仪器发射的光通常将不符合在光学波导中全内反射的条件。结果，将从有源仪器发射的光耦合到光学波导中将是弱的。然而，有些情况下，没有接触的耦合可能是有益的。例如，这在有源仪器靠近波导但没有实际接触时能够建立通信通道。

没有接触的适当光学耦合可以通过以下操作实现：将波导表面上的一个或更多个面积设计成以全内反射所支持的角度将源于外部的光引导到波导中使得其传播到检测器。这可以使用全内反射(TIR)耦合器来完成，该TIR耦合器以TIR所支持的角度将注入光重新引导到光学波导中。

TIR耦合器以TIR所支持的角度将入射光重新引导到光学波导中使得光经由TIR传播到检测器。TIR耦合器的示例可以包括棱镜、光学栅格、散射元件或具有与光学波导的表面不平行的表面的光学元件。TIR耦合器可以放置在波导的顶表面上。如果光由有源仪器发射，那么发射的光穿入TIR耦合器并且以符合光学波导的TIR条件的角度离开。如此，尽管有源仪器不接触波导，但是从有源仪器发射的光能够经由TIR传播到检测器。

将光耦合到光学波导中而不将有源仪器与表面接触可以用于各种应用。例如，可以执行有源仪器和触摸感应装置之间的通信。在另一个示例中，用户可以通过有源仪器来选择装置的应用和/或功能(或有源仪器，例如笔绘制宽度)。附加地，可以(例如，通过确定在其上的发射最强烈的(一个或更多个)检测器)估计有源仪器的大致位置。例如，有源仪器的大致位置可以用于从显示在装置(例如，较广面积)上的颜色或线宽的菜单来选择应用或功能。可以通过按压或释放有源仪器上的按钮或通过将有源仪器从菜单所在的位置移开使得来自有源仪器的耦合的光减少来做出最终选择。

可替代地，仅当有源仪器接触光学波导的表面时，来自有源仪器的光可以被注入到光学波导中。这可以通过具有TIR层的有源仪器来完成。图25A-图25B是使用TIR层将注入光从有源仪器2510耦合到光学波导2520中的示例。如图25A中所示，有源仪器2510具有TIR层2515，在TIR层2515中，从发射器(e)发射的光学波束2513A经由TIR传播到检测器(d)。光学波束2513A不在有源仪器2510的外部传播。触摸感应装置具有光学波导2520和在发射器(E)和检测器(D)之间传播的光学波束2523A。如图25B中所示，当有源仪器2510接触光学波导2520时，有源仪器2510的光学波束2513B被注入到波导2520中并且行进到检测器(D)。与此同时，波导2520的光学波束2523B被耦合到有源仪器2510并且传播到检测器(e)。在一个替代的实施例中(在图25A-图25B中未示出)，基于TIR的有源仪器2510不具有检测器(d)。基于TIR的有源仪器可以用在不使用光学波导的其他触摸感应装置中。Ⅶ.附加模态

A.手掌管理

当仪器与多于几英寸的尺寸的触摸感应表面一起使用时，用户可能将书写手的一侧停留在触摸感应表面上。这些是通常所知的“手掌”触摸，尽管它们很经常与手的侧面而不是手掌相关联。

光学波导触摸感应系统可以适应手掌触摸，因为不是在手掌下面通过的所有光都可能被吸收，并且光学波束的模式被布置使得有很高可能性一些光在仪器顶端下面通过而不是在手掌下面通过。例如，利用围绕触摸感应表面的外围的光学发射器和检测器，经常会有在表面的顶部和底部(或前部和后部)之间行进的光学波束，其穿过仪器接触面积而不触摸手掌接触面积，这经常是在仪器顶端的右边或左边。

管理手掌触摸的第一步骤是检测它们。检测与仪器触摸不同的手掌触摸的一种方法是将触摸感应表面划分成区域，其可以被称为“单元”。在一个实施例中，可能的仪器触摸被归类，包括根据图26中示出的方法使用单元排除手掌触摸。

将触摸感应表面划分2610为比手掌的接触面积小并且比仪器的接触面积大的区域(单元)。确定2612通过每个单元的波束。计算2614单元中已经被触摸干扰的波束的比例。如果比例大2620，那么拒绝该单元作为可能的仪器触摸。如果比例小(例如，低于阈值百分数)2620，其可能是仪器触摸但是其也可能是较大手掌触摸的一部分。将这些单元考虑成候选仪器单元。对于候选仪器单元，检查2622相邻单元。在候选仪器单元可能是手掌触摸的边缘处的单元的基础上，具有显示出与手掌触摸一致的波束活动的相邻单元的候选仪器单元被拒绝作为仪器触摸。在剩余的候选仪器单元中，计算2625有源波束的角度的范围。如果角度范围小2630，那么单元中的波束活动可能是别处触摸的伪像(artifact)并且该单元被拒绝作为仪器触摸。否则2630，单元留下2632仪器触摸的可行候选。可以应用其他技术来进一步确定是否有仪器触摸。

一旦手掌活动被识别，一些应用通过不对手掌信息做更多就可以拒绝它。其他应用可以确定每个手掌触摸的属性，诸如位置、形状和大小。关于手掌触摸的信息可以用于提供增强的性能。当仪器被使用并且在触摸感应表面上检测到书写手的一侧时，在手掌和仪器顶端之间的所有进一步触摸可以被忽略。例如，在手掌的仪器侧上的指状的触摸可能跟与触摸感应表面的偶然手指/关节触摸相关联。手掌触摸的位置和范围的一些知识在确定忽略偶然触摸的区域时是有用的。一种简单的方法会是忽略围绕仪器顶端的固定大小的区域中的指状触摸。

B.声学设备

触摸感应装置的表面处的机械振动对于确定触摸表面的材料的性质可以是有用的。例如，降落在表面上的硬材料通常将生成尖锐的声学瞬变(transient)。用来自接触麦克风或与触摸感应表面相关联的其他换能器的声学输入增大来自波导触摸感应装置的信息能够提供用于识别材料的附加能力。

当触摸感应装置检测到新触摸的时间与声学报告符合时(在允许两种感测方法的相应延迟的边界以内)，声学信号可以与该触摸相关联。通过由对该触摸的移动生成的声学信号的分析和其与触摸传感器检测的活动的一致性可以获得该关联中的进一步置信度。

这种系统的应用的一个示例是检测与触摸感应表面上的手指触摸不同的仪器触摸。如果仪器顶端由不与手指类似的材料组成，那么在降落时生成的振动模式的特性将会不同。顶端材料很重要，但是仪器本身的组成部分也很重要。具有大质量的仪器将生成与重量轻的仪器不同的降落瞬变。附件可以被引入到仪器的设计中以特别地提供不同的声学特征。例如，仪器的中空主体中的松散质量可以在顶端降落生成的瞬变之后引起第二瞬变。

声学信号也可以用于减少触摸感应系统的功耗。可以禁用系统的扫描，直到检测到声学信号，其可以指示在触摸感应表面上到达了新的触摸。

另外，振动通常在触摸从表面被抬起时出现。该信息在克服光学波导系统中的“卡住的(stuck)”触摸问题时特别有用，其中已经抬起的触摸留下的一块污染物足以让系统错误地报告该触摸仍然存在。与被抬起的触摸相关联的声学信号提供的有用提示是，触摸实际上已经被移除并且仅有污染物留在该位置处的表面上。

声学检测能够稳健地拒绝由不相关的振动活动引起的振动。这首先可以依靠声学信号中的高频分量来实现。这些通常在通过装置的主体时被快速吸收。例如，服务台上的计算机显示监视器中的声学传感器将不经常接收来自服务台的更高频振动能量，因为服务台材料、监视器外壳和监视器基座的底面上的软垫将吸收它。所以，高频能量(其也是导致快速移动的声学瞬变的能量)通常将仅由监视器自身的表面处引起的振动导致。而且，可以使用多于一个声学传感器并且分析来自多个传感器的信号可以确定振动是否源于触摸感应面积外部的点。例如，在触摸感应面积的左边缘和右边缘处有接触麦克风的情况下，由触摸感应面积上的降落事件生成的瞬变到达两个传感器应该有时间差，该时间差小于跨越面积的振动的飞行时间。如果信号到达两个传感器的时间的不同为两个传感器之间的表面的整个跨度，那么可以推断其源于触摸感应表面的外部的点。

声学信号的这种飞行时间分析的扩展可以确定要与光学波导触摸感测所报告的位置相比较的大致位置，使得它们之间的关联可以更加可靠。

也可以执行信号的分析以确定瞬变和振动的上升时间和/或频谱。可以通过直接测量在一系列时间间隔的采样上信号改变的速率或通过比较采样的信号和瞬变的合成或记录模板来识别快速移动的瞬变边缘。也可以通过查看信号的频率含量(频谱)来检测快速移动的/高频能量。按照傅里叶综合法，在这种快速声学瞬变中，高次谐波具有显著的量级。此外，可以通过直接分析谱含量或通过比较频谱和预先确定的模板频谱来确定该特性。

这种类型的分析也可以揭示关于触摸沿着触摸感应表面移动的速度的信息，特别是如果有触摸感应表面的一些轮廓(尽管这不是必须的)。可以通过分析许多换能器处的信号强度、相位或频谱，或者通过分析单个换能器处的频谱或强度、相位或频谱的改变来完成行进速度的估计。速度估计对于触摸感应传感器可以是有用的补充数据，因为其可以帮助估计从一个扫描到下一个扫描的期望位置。

当触摸迅速移动时，来自触摸感应系统的连续报告的位置可能相隔很远，并且这些报告与相同的触摸有关可能是不明显的。如果已知速度很高，基于声学信号，那么连续报告之间的这种关系可以被建立。

使用声学传感器可以辨别不同的触摸类型或触摸类型的具体实例。例如，可以借助顶端材料、仪器质量或仪器设计的附加方面来区分两个仪器，其致使触摸感应表面中的振动是可区分的。

接触麦克风和相似的换能器可以被附接到触摸感应表面的底面(即，背对用户的一侧)使得可以给用户呈现整齐的表面。这些会被连接到模拟数字转换电路系统并且所得的时间采样数据对微处理器系统是可用的。使用模拟电子设备可以可选地执行一些或所有的分析，但是这可能比不上数字处理更优选。

Ⅷ.附加考虑

附图仅以说明的目的描绘了本发明的实施例。本领域的技术人员将从下面的讨论中容易地认识到，在不脱离本文描述的发明的原理的情况下，可以使用本文说明的结构和方法的替代实施例。

一旦阅读了本公开，本领域的技术人员通过本文公开的原理将领会附加的替代结构和功能设计。因此，虽然特定实施例和应用已经被说明和描述，但要明白的是，所公开的实施例不限于本文公开的精确构造和组件。可以在本文公开的方法和设备的布置、操作和细节中做出将对本领域的技术人员明显的各种修改、改变和变化。

Claims (21)

1.一种用于在有源仪器和在触摸感应表面上检测的触摸事件之间建立关联的方法，所述方法包括：

接收特定于一个或更多个检测的触摸事件中的每个的信息；

接收特定于有源仪器的信息；

针对与所述有源仪器引起所述检测的触摸事件中的一个的情形的一致性，分析特定于所述有源仪器的信息与特定于所述检测的触摸事件的信息；以及

基于所述分析，在所述有源仪器和所述检测的触摸事件中的一个之间建立关联。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，多个发射器和多个检测器围绕所述触摸感应表面的外围布置，光学波束通过在光学波导中的全内反射从所述多个发射器传播到所述多个检测器，所述方法还包括：

基于由于在所述检测的触摸事件处将能量耦合离开所述光学波导的受抑全内反射造成的所述光学波束的干扰，检测所述检测的触摸事件的位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

特定于所述检测的触摸事件中的每个的信息包括被所述检测的触摸事件干扰的所述光学波束的透射率；

特定于所述有源仪器的信息包括在所述有源仪器和所述光学波导之间的光学耦合的强度；以及

分析特定于所述有源仪器的信息与特定于所述检测的触摸事件的信息包括确定被所述检测的触摸事件干扰的所述光学波束的所述透射率与所述有源仪器和所述光学波导之间的光学耦合的所述强度之间的一致性。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述有源仪器将光注入到所述光学波导中，所述方法还包括：

基于从所述有源仪器注入到所述光学波导中的所述光的耦合，确定所述有源仪器和所述光学波导之间的光学耦合的所述强度。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述有源仪器检测耦合离开所述光学波导的光学波束，所述方法还包括：

基于通过受抑全内反射耦合离开所述光学波导并且进入所述有源仪器的所述光学波束，确定所述有源仪器和所述光学波导之间的光学耦合的所述强度。

6.根据权利要求3所述的方法，其中：

特定于所述检测的触摸事件中的每个的信息包括被所述检测的触摸事件干扰的所述光学波束的透射率的时间变化；

特定于所述有源仪器的信息包括所述有源仪器和所述光学波导之间的光学耦合的强度的时间变化；以及

分析特定于所述有源仪器的信息与特定于所述检测的触摸事件的信息包括确定被所述检测的触摸事件干扰的所述光学波束的透射率的所述时间变化与所述有源仪器和所述光学波导之间的光学耦合的所述强度的所述时间变化之间的一致性。

7.根据权利要求2所述的方法，其中

特定于所述检测的触摸事件中的每个的信息包括所述检测的触摸事件的随时间的移动；

特定于所述有源仪器的信息包括所述有源仪器的随时间的移动；以及

分析特定于所述有源仪器的信息与特定于所述检测的触摸事件的信息包括确定所述检测的触摸事件的所述移动和所述有源仪器的所述移动之间的一致性。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述有源仪器的所述移动通过所述有源仪器中的运动传感器捕获。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，接收特定于所述有源仪器的信息在延迟的基础上发生。

10.根据权利要求2所述的方法，其中

特定于所述检测的触摸事件中的每个的信息包括所述检测的触摸事件的位置；

所述有源仪器根据发射模式将光注入到所述光学波导中，并且特定于所述有源仪器的信息包括所述有源仪器的所述发射模式并且还包括由所述多个检测器检测的注入光的模式；以及

分析特定于所述有源仪器的信息与特定于所述检测的触摸事件的信息包括确定实际检测的注入光的模式与以所述检测的触摸事件的所述位置为中心的所述发射模式会产生的模式之间的一致性。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，确定实际检测的注入光的模式与以所述检测的触摸事件的所述位置为中心的所述发射模式会产生的模式之间的一致性包括：

使用以不同位置为中心的发射模式会产生的模式的模板。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，确定实际检测的注入光的模式与以所述检测的触摸事件的位置为中心的所述发射模式会产生的模式之间的一致性包括：

基于所述有源仪器的所述发射模式和由所述多个检测器检测的注入光的实际模式，估计所述有源仪器的大致位置；以及

确定所述有源仪器的估计的大致位置和所述检测的触摸事件的所述位置之间的一致性。

13.根据权利要求10所述的方法，其中：

特定于所述检测的触摸事件中的每个的信息包括所述检测的触摸事件的位置的时间变化；

所述有源仪器根据发射模式将光注入到所述光学波导中，并且特定于所述有源仪器的信息包括所述有源仪器的所述发射模式并且还包括由所述多个检测器检测的注入光的模式的时间变化；以及

分析特定于所述有源仪器的信息与特定于所述检测的触摸事件的信息包括确定实际检测的注入光的所述模式的所述时间变化与以所述检测的触摸事件的时变位置为中心的所述发射模式会产生的所述模式的所述时间变化之间的一致性。

14.根据权利要求2所述的方法，其中，所述有源仪器根据发射模式将光注入到所述光学波导中，所述方法还包括：

基于由所述多个检测器检测的注入光与所述发射模式的比较来识别所述有源仪器。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述发射模式包括所述注入光根据角度的空间变化。

16.根据权利要求错误！找不到参考源。所述的方法，其中，所述发射模式包括所述注入光随时间的强度调制。

17.根据权利要求错误！找不到参考源。所述的方法，其中，所述发射模式包括所述注入光随时间的波长变化。

18.根据权利要求错误！找不到参考源。所述的方法，其中，所述发射模式包括所述注入光随时间的空间变化。

19.根据权利要求2所述的方法，其中，所述有源仪器根据发射模式将光注入到所述光学波导中，所述方法还包括：

基于由所述多个检测器检测的注入光与所述发射模式的比较来确定所述有源仪器的取向。

20.一种非暂时性计算机可读介质，其包括计算机程序指令，当由触摸感应装置的处理器执行所述计算机程序指令时，致使所述处理器执行步骤，包括：

接收特定于一个或更多个检测的触摸事件中的每个的信息；

接收特定于有源仪器的信息；

针对与所述有源仪器引起所述检测的触摸事件中的一个的情形的一致性，分析特定于所述有源仪器的信息与特定于所述检测的触摸事件的信息；以及

基于所述分析，在所述有源仪器和所述检测的触摸事件中的一个之间建立关联。

21.一种光学触摸感应装置，其包括：

表面，针对所述表面检测一个或更多个触摸事件；

检测器，其被配置为检测所述一个或更多个触摸事件；以及

触摸事件处理器，其直接或间接耦合到所述检测器，所述触摸事件处理器被配置为执行步骤，包括：

接收特定于一个或更多个检测的触摸事件中的每个的信息，

接收特定于有源仪器的信息，

针对与所述有源仪器引起所述检测的触摸事件中的一个的情形的一致性，分析特定于所述有源仪器的信息与特定于所述检测的触摸事件的信息，以及

基于所述分析，在所述有源仪器和所述检测的触摸事件中的一个之间建立关联。