TWI570609B - 具有光學觸敏裝置之儀器偵測 - Google Patents

Description

具有光學觸敏裝置之儀器偵測 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2014年9月2日申請之標題為「具有光學觸敏裝置之筆偵測(Pen Detection with an Optical Touch Sensitive Device)」之美國臨時專利申請案第62/044,875號之優先權。前述所有申請案之標的之全文以引用的方式併入本文中。

本發明大體上係關於偵測一觸敏裝置中之觸控事件。

用於與計算裝置互動之觸敏顯示器變得更加普遍。存在用於實施觸敏顯示器及其他觸敏裝置之數種不同技術。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，諸多此等方法當前遭受缺點。例如，一些技術可良好地用於如諸多現代行動電話中所使用之小型顯示器，但無法良好地按比例調整為如結合膝上型電腦或甚至桌上型電腦使用之顯示器之較大螢幕大小。對於需要一特殊處理表面或使用特殊表面元件之技術，使螢幕大小增大N倍意謂著特殊處理必須經按比例調整以處置大N²倍的螢幕區域或需要多達N²倍的特殊元件。此可導致不可接受的低產量或過高成本。

一些技術之另一缺陷為其等無法或難以處置多觸控事件。一多觸控事件與多個觸控事件同時發生。此可在原始偵測信號中引入模糊性，接著必須解析模糊性。重要的是，必須依一快速且計算效率高的方式解析模糊性。若過慢，則技術將無法實現系統所需之觸控取樣速率。若計算過於密集，則此將增加技術之成本及電力消耗。

另一缺點為技術可能無法滿足漸增的解析度需求。假定觸敏表面為具有長度及寬度尺寸LxW之矩形。進一步假定一應用需要分別依一δl準確度及一δw準確度定位觸控點。則所需有效解析度為R=(L W)/(δl δw)。吾人會將R表示為有效觸控點數目。隨著技術進展，R之分子通常將增大且分母通常將減小，因此導致所需觸控解析度R之一總體漸增趨勢。

因此，需要改良型觸敏系統。

一種光學觸敏裝置偵測由儀器(例如，筆、觸控筆)導致之觸控事件並區分此等事件與由手指導致之觸控事件。在一些實施例中，亦可區分不同儀器。

光學觸敏裝置包含多個發射器及偵測器。各發射器產生由偵測器接收之光束。光束較佳依一方式多工使得可由一偵測器同時接收諸多光束。觸控事件例如歸因於受抑全內反射而干擾光束。指示哪些光束已受干擾之資訊經分析以偵測一或多個觸控事件。分析亦區分儀器觸控事件與手指觸控事件。

可在諸多不同基礎上區分儀器與手指。一個實例為接觸區域。 此可包含接觸區域之大小、形狀及非對稱性。儀器之接觸區域亦可經設計以包含多個分離區域。另一實例為衰減速率。儀器可由將展現高於手指之一衰減速率之材料構成。亦可使用時間行為。接觸一表面之一手指通常具有不同於接觸一表面之一儀器之一時間態樣。關於衰減 或增強的光束之實際儀器回應亦可設計成不同於由手指導致之回應。 由於儀器係製造的，故可實施更多種類之回應，包含將傳入光束重新定向至不同方向及將傳入光束分裂成多個傳出光束。波長為可用來區分儀器與手指及其他儀器兩者之又一自由度。

主動儀器可包含發射器及偵測器之使用。發射器可將額外光束注射至系統中。此等額外光束可用來偵測儀器之存在。光束亦可經設計以識別儀器。光束亦可用作與儀器分離之一通信通道。可在相反方向上使用偵測器。可偵測由周邊發射器產生之光束且此光束可用來偵測系統之存在。經偵測之光束亦可用作至儀器之一通信通道。一些儀器亦可具有諸如通過一無線通道之額外頻帶外通信。

其他形態亦可用來偵測儀器觸控事件。實例包含手掌觸控及聲響。由於一儀器固持於使用者之手中，故在一儀器觸控事件附近通常伴隨一手掌觸控。此可用來幫助識別儀器觸控事件。聲學或振動資訊亦可歸因於其等不同聲學及振動特徵用來區分儀器觸控事件與手指觸控事件。

其他態樣包含組件、裝置、系統、改良、方法、程序、應用、電腦可讀媒體及關於上述任何一者之其他技術。

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/主動區域

140‧‧‧觸控事件處理器

200‧‧‧程序

210‧‧‧實體階段

212‧‧‧處理階段

214‧‧‧操作

216‧‧‧操作

218‧‧‧操作

220‧‧‧操作

302‧‧‧光學透明的平面波導

304‧‧‧物件/觸控/觸控互動

306‧‧‧表面

308‧‧‧中間阻擋結構

310‧‧‧中間結構

410‧‧‧曲線

412‧‧‧曲線

510‧‧‧窄「筆形」光束

520‧‧‧扇形光束

530‧‧‧「矩形」光束

610‧‧‧接觸區域

710‧‧‧曲線

720‧‧‧曲線

910‧‧‧光束

920‧‧‧光束

1110‧‧‧接觸區域

1120‧‧‧傳入光束

1130‧‧‧傳出光束

1210‧‧‧平行波導通道

1212‧‧‧透明材料

1214‧‧‧空隙

1216‧‧‧材料

1220‧‧‧光射線/光

1250‧‧‧下部波導

1310‧‧‧稜鏡

1312‧‧‧稜鏡基底

1314‧‧‧表面/側

1316‧‧‧表面/側

1320‧‧‧光射線

1322‧‧‧光射線

1350‧‧‧下部波導

1410‧‧‧透明材料

1412‧‧‧窄頻帶光譜濾波器/波長濾波器

1420‧‧‧光射線

1422‧‧‧光射線/射線

1450‧‧‧下部波導

1510‧‧‧儀器尖端

1512‧‧‧光柵

1520‧‧‧光射線

1522‧‧‧光射線/光束

1550‧‧‧波導

1610‧‧‧尖端/儀器

1620‧‧‧傳入光束

1650‧‧‧波導

1710‧‧‧注射器儀器

1712‧‧‧光學發射器

1720‧‧‧光束

1720A‧‧‧光束

1720B‧‧‧光束

1720C‧‧‧光束

1720D‧‧‧光束

1750‧‧‧波導

1810‧‧‧操作

1812‧‧‧操作

1814‧‧‧操作

1820‧‧‧操作

1822‧‧‧操作

1825‧‧‧操作

1830‧‧‧操作

a1‧‧‧光束

a2‧‧‧光束

a3‧‧‧光束

D‧‧‧點偵測器/寬偵測器

D1-Dk‧‧‧偵測器

e1‧‧‧光束

eK‧‧‧光束

E‧‧‧點發射器/寬發射器

Ea-EJ‧‧‧發射器

Tjk‧‧‧透射係數

現將藉由實例、參考隨附圖式描述本發明之實施例，其中：圖1為根據一項實施例之一光學觸敏裝置之一圖。

圖2為根據一項實施例之用於判定觸控事件位置之一流程圖。

圖3A至圖3F繪示用於與一光束之一觸控互動之不同機制。

圖4為二進位及類比觸控互動之圖表。

圖5A至圖5C為不同形狀光束佔據面積之俯視圖。

圖6A至圖6B為繪示分別行進通過一窄光束及一寬光束之一觸控點之俯視圖。

圖7為對圖6之窄光束及寬光束之二進位及類比回應之圖表。

圖8A至圖8B為繪示發射器之主動區域覆蓋範圍之俯視圖。

圖8C為繪示交替的發射器及偵測器之一俯視圖。

圖9A至圖9E為不同類型之二維儀器接觸區域之俯視圖。

圖10A繪示隨時間進展之一手指觸控。

圖10B及圖10C繪示隨時間進展之儀器觸控。

圖11為用來定義一儀器回應之命名法之一圖。

圖12A至圖12B為使用內部波導通道之一尖端結構之一正視圖及一側視截面圖。

圖12C繪示圖12A至圖12B中之尖端結構之操作。

圖13為重新定向光之一尖端結構之一圖。

圖14為一波長選擇尖端結構之一圖。

圖15為使用一光柵之一尖端結構之一圖。

圖16為具有一中間折射率之一尖端結構之一圖。

圖17A為一注射器尖端之一側視圖。

圖17B至圖17D為不同類型之注射器尖端之俯視圖。

圖18為用於量化可能的儀器觸控之一流程圖。

本詳細描述劃分成兩個部分。部分A提供對觸敏系統及多觸控事件偵測之各個態樣之一描述。此等在手指觸控之內容脈絡下進行描述，但概念亦適用於儀器(例如，筆或觸控筆)觸控。部分B提供對偵測儀器觸控(包含區分不同類型之儀器)之一描述。下文為本詳細描述之內容。

部分A：觸控偵測

I.介紹

II.實體設置

III.處理階段

部分B：儀器偵測

IV.介紹

V.被動儀器偵測

VI.主動儀器偵測

VII.額外形態

部分A：觸控偵測 I.介紹 A.裝置概述

圖1為根據一項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及一觸敏表面總成130。表面總成130包含一表面131，表面131上方之觸控事件有待偵測。為了方便起見，由表面131界定之區域有時可稱為主動區域或主動表面，即使表面自身可為一完全被動結構。總成130亦包含沿主動表面131周邊配置之發射器及偵測器。在此實例中，存在標記為Ea至EJ之J個發射器及標記為D1至DK之K個偵測器。該裝置亦包含可實施為控制器110之部分或如圖1中所述般單獨地實施之一觸控事件處理器140。一標準化API可用來例如在觸控事件處理器140與控制器110之間或在觸控事件處理器140與連接至該觸控事件處理器之其他裝置之間和觸控事件處理器140進行通信。

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之間的一介面。發射器產生由偵測器接收之光「束」。較佳地，由一個以上偵測器接收由一個發射器產生之光，且各偵測器接收來自一個以上發射器之光。為了方便起見，「光束」可指代從一個發射器至一個偵測器之光，即使其可為前往諸多偵測器之大量光之部分而非一單獨光束。從發射器Ej至偵測器Dk之光束可稱為光束jk。作為實例， 圖1清楚地標記光束a1、a2、a3、e1及eK。主動區域131內之觸控將干擾某些光束，因此變更偵測器Dk處接收之事物。關於此等變更之資料傳達至觸控事件處理器140，觸控事件處理器140分析資料以判定表面131上之觸控事件之位置(及時間)。

如圖1中所展示之一光學方法之一個優點為此方法良好地按比例調整至較大螢幕大小。由於發射器及偵測器定位於周邊周圍，故使螢幕大小增大N倍意謂著周邊亦按比例調整N倍而非N²倍。

此等觸敏裝置可用於各種應用中。觸敏顯示器為一種類別之應用。此包含平板電腦顯示器、膝上型電腦顯示器、桌上型電腦顯示器、遊戲機顯示器、智慧型電話顯示器及其他類型之計算裝置顯示器。觸敏裝置亦包含TV顯示器、數位看板顯示器、公共資訊顯示器、白板顯示器、電子閱讀器顯示器及其他類型之良好解析度顯示器。然而，觸敏裝置亦可用於較小或較低解析度顯示器：較簡單蜂巢式電話、使用者控制器(影印機控制器、印表機控制器、器具控制器等)。此等觸敏裝置亦可用於除顯示器外之應用。上方之觸控被偵測到之「表面」可為一被動元件，諸如一列印影像或僅某個硬表面。此應用可用作類似於一軌跡球或滑鼠之一使用者介面。

B.程序概述

圖2為根據一項實施例之用於判定觸控事件位置之一流程圖。此程序將被繪示為使用圖1之裝置。程序200大致上劃分成兩個階段，其等將稱為實體階段210及處理階段220。在概念上，兩個階段之間的界線為一透射係數Tjk集。

相較於在光束與觸控事件不存在互動之情況下透射之光束，透射係數Tjk為從發射器j至偵測器k之光束透射率。在以下實例中，吾人將使用0(完全被阻擋的光束)至1(完全透射的光束)之一比例。因此，不受一觸控事件干擾之一光束jk具有Tjk=1。被一觸控事件完全 阻擋之一光束jk具有Tjk=0。被一觸控事件部分阻擋或衰減之一光束jk具有0<Tjk<1。取決於觸控互動之性質或在光偏轉或散射至其通常不到達之偵測器k之情況下，可能的是Tjk>1。

此特定量度之使用純粹為一實例。可使用其他量度。特定言之，由於吾人對受干擾光束最感興趣，故可使用一反量度(諸如1-Tjk)，此係因為其通常為0。其他實例包含吸收、衰減、反射或散射之量度。此外，儘管圖2被說明為將Tjk用作實體階段210與處理階段220之間的界線，但無需清楚地計算Tjk。亦無需實體階段210與處理階段220之間的一明確劃分。

返回圖2，實體階段210為從實體設置判定Tjk之程序。處理階段220從Tjk判定觸控事件。圖2中所展示之模型在概念上可用，此係因為其稍微將實體設置及潛在實體機制與後續處理分離。

例如，實體階段210產生透射係數Tjk。觸敏表面總成130之諸多不同實體設計係可能的，且將取決於終端應用考量不同設計取捨。例如，發射器及偵測器可較窄或較寬、有較窄角或較寬角、有各種波長、有各種功率、相干或不相干等。作為另一實例，不同類型之多工可用來允許由各偵測器接收來自多個發射器之光束。下文主要在第II部分中描述此等實體設置及操作方式之若干者。

區塊210之內部展示程序210之一個可能實施方案。在此實例中，發射器使光束透射212至多個偵測器。跨觸敏表面行進之一些光束受觸控事件干擾。偵測器依一多工光學形式接收214來自發射器之光束。經接收之光束經解多工216以彼此區分個別光束jk。接著，判定218各個別光束jk之透射係數Tjk。

亦可依諸多不同方式實施處理階段220。候選觸控點、線成像、位置內插、觸控事件範本及多道方法為可用作處理階段220之部分之技術之所有實例。下文主要在第III部分中描述此等技術之若干者。

II.實體設置

可依多種不同方式實施觸敏裝置100。下文為設計變動之一些實例。

A.電子裝置

對於電子態樣，應注意，圖1本質上係例示性的且功能性的。可在相同組件中一起實施來自圖1中之不同邏輯框之功能。

例如，控制器110及觸控事件處理器140可實施為硬體、軟體或兩者之一組合。控制器110及觸控事件處理器140亦可一起予以實施(例如，作為一SoC，其中在SoC中之一處理器上運行程式碼)或單獨地(例如，控制器作為一ASIC之部分，且觸控事件處理器作為在與ASIC進行通信之一單獨處理器晶片上運行之軟體)。例示性實施方案包含運行軟體碼(包含韌體)之專用硬體(例如，ASIC或場可程式化閘陣列(FPGA))及微處理器或微控制器(嵌入式或獨立式)。可在製造之後藉由更新軟體來修改軟體實施方案。

發射器/偵測器驅動電路120用作控制器110與發射器及偵測器之間的一介面。在一個實施方案中，至控制器110之介面至少本質上係部分數位的。對於發射器，控制器110可發送控制發射器操作之命令。此等命令可為指令，例如意謂著採取某些動作之一序列位元：開始/停止光束透射、變更光束之某個型樣或序列、調整功率、使電路通電/斷電。命令亦可為較簡單信號，例如一「光束啟用信號」，其中發射器在光束啟用信號為高時使光束透射且在光束啟用信號為低時不使光束透射。

電路120將經接收之指令轉換成驅動發射器之實體信號。例如，電路120可包含耦合至數位轉類比轉換器以便將經接收之數位指令轉換成驅動電流用於發射器之某個數位邏輯。例如，電路120亦可包含用來操作發射器之其他電路：用來將電調變強加於光束上(或強加於驅動發射器之電信號上)之調變器；控制迴路及來自發射器之類比回 饋。發射器亦可將例如提供報告其等當前狀態之信號之資訊發送至控制器。

對於偵測器，控制器110亦可發送控制偵測器操作之命令，且偵測器可將信號傳回至控制器。偵測器亦傳輸關於由偵測器接收之光束之資訊。例如，電路120可從偵測器接收原始或經放大之類比信號。 接著，電路可調節此等信號(例如，雜訊抑制)，將信號從類比形式轉至數位形式，且亦可能應用某種數位處理(例如，解調變)。

B.觸控互動

圖3A至圖3F繪示用於與一光束之一觸控互動之不同機制。圖3A繪示基於受抑全內反射(TIR)之一機制。被展示為一虛線之光束從發射器E行進穿過一光學透明的平面波導302至偵測器D。光束因全內反射而限於波導302。波導可例如由塑膠或玻璃構成。與透明波導302接觸之一物件304(諸如一手指或觸控筆)具有高於通常環繞波導之空氣之一折射率。在接觸區域上，歸因於物件之折射率增大干擾波導內之光束之全內反射。全內反射之干擾增大來自波導之光洩漏，從而使經過接觸區域之任何光束衰減。對應地，物件304之移除將停止經過其之光束之衰減。經過觸控點之光束之衰減將導致偵測器處之功率減小，可從其計算減小之透射係數Tjk。

圖3B繪示基於光束阻擋之一機制。發射器產生非常接近一表面306之光束。與表面306發生接觸之一物件304將部分地或全部地阻擋接觸區域內之光束。圖3A及圖3B繪示用於觸控互動之一些實體機制，但亦可使用其他機制。例如，觸控互動可基於偏振變更、散射變更或傳播方向或傳播角變更(例如，垂直地或水平地)。

例如，圖3C繪示基於傳播角之一不同機制。在此實例中，在一波導302中經由TIR引導光束。光束依某個角撞擊波導-空氣介面且依相同角反射回。然而，觸控304變更光束傳播角。在圖3C中，光束在 觸控304之後依一更陡傳播角行進。偵測器D具有根據傳播角變化之一回應。偵測器D可對依原始傳播角行進之光束更敏感或其可更不敏感。無論如何，受一觸控304干擾之一光束將在偵測器D處產生一不同回應。

在圖3A至圖3C中，觸控物件亦為與光束互動之物件。此將稱為直接互動。在一間接互動中，觸控物件與一中間物件互動，中間物件又與光束互動。圖3D展示使用中間阻擋結構308之一實例。通常，此等結構308不阻擋光束。然而，在圖3D中，物件304接觸阻擋結構308，其導致物件304部分地或全部地阻擋光束。在圖3D中，結構308被展示為離散物件，但其等無須如此。

在圖3E中，中間結構310為一可壓縮的部分透射薄片。在不存在觸控時，薄片可使光束衰減達一定量。在圖3E中，觸控304壓縮薄片，因此變更光束之衰減。例如，薄片之上部分可比下部分更不透明，使得壓縮減小透射率。替代地，薄片可具有一定密度之散射位址。壓縮增大接觸區域之密度，此係因為相同數目個散射位址佔據一更小容積，因此減小透射率。類比的間接方法亦可用於受抑TIR。應注意，此方法可用來基於壓縮程度或壓縮率量測接觸壓力或觸控速度。

替代減小透射或除減小透射外，觸控機制亦可增強透射。例如，圖3E中之觸控互動可增大透射而非減小透射。薄片之上部分比下部分更透明，使得壓縮增大透射率。

圖3F展示其中一發射器與一偵測器之間的透射率歸因於一觸控互動而增大之另一實例。圖3F為一俯視圖。發射器Ea通常產生由偵測器D1接收之一光束。在不存在觸控互動時，Ta1=1且Ta2=0。然而，一觸控互動304阻止光到達偵測器D1且使一些被阻擋的光散射至偵測器D2。因此，偵測器D2從發射器Ea接收比其通常將接收之光更 多之光。據此，在存在一觸控事件304時，Ta1減小且Ta2增大。

如下文將在部分B中作詳細描述，若物件304為一儀器，則儀器可經設計以具有某些觸控互動特性。例如，由儀器304導致之觸控互動可根據波長變化，或互動可隨著儀器傾斜、平移、旋轉或依其他方式移動而變化。與儀器304之觸控互動亦可取決於光束之傳播方向。 儀器304亦可為自身具有發射器及/或偵測器之一主動裝置。儀器亦可包含一(多個)再發射器，該(等)再發射器偵測傳入光束且接著再發射光束，從而可能在再發射之前變更光束。

為了簡單起見，在此部分A之剩餘部分中，將假定觸控機制主要具有一阻擋性質，其意謂著從一發射器至一偵測器之一光束將藉由一中介觸控事件而部分地或全部地被阻擋。此並非必要，但便於闡釋各種概念。

為了方便起見，觸控互動機制有時可分類為二進位或類比。一二進位互動為基本上具有根據觸控變化之兩個可能回應之一個互動。 實例包含無阻擋及全部阻擋、或無阻擋及10%+衰減、或不受抑及受抑TIR。一類比互動為具有對觸控之一「灰度級」回應之一個互動：經歷部分阻擋間分級之無阻擋。觸控互動機制是二進位還是類比部分取決於觸控與光束之間的互動之性質。觸控互動機制並非取決於光束之橫向寬度(其亦可經操控以獲得一二進位或類比衰減，如下文所述)，但可取決於光束之垂直大小。

圖4為繪示相較於一類比觸控互動機制之一二進位觸控互動機制之一圖表。圖4用圖表表示根據觸控深度z變化之透射率Tjk。尺寸z在主動表面之內及之外。曲線410為一二進位回應。在低z下(即，在觸控尚未干擾光束時)，透射率Tjk處於其最大值。然而，在某點z₀處，觸控使光束分解且透射率Tjk相當突然地降低至其最小值。曲線420展示其中在一較廣範圍z內發生從最大Tjk至最小Tjk之轉變之一類比回 應。若曲線420表現良好，則可能從Tjk之經量測值估計z。

C.發射器、偵測器及耦合器

各發射器使光透射至數個偵測器。通常，各發射器同時將光輸出至一個以上偵測器。類似地，各偵測器接收來自數個不同發射器之光。光束可為可見光、紅外光及/或紫外光。術語「光」意謂著包含此等波長之所有光且據此解釋諸如「光學」之術語。

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光源。可藉由直接地調變光源或藉由使用一外部調變器(例如，一液晶調變器或一偏轉鏡調變器)實現光束調變。偵測器之感測器元件之實例包含電荷耦合裝置、光二極體、光敏電阻器、光電晶體及非線性全光學偵測器。通常，偵測器輸出根據經接收光束之強度變化之一電信號。

除主光源及感測器元件外，發射器及偵測器亦可包含光學裝置及/或電子裝置。例如，光學裝置可用來耦合於發射器/偵測器與所要光束路徑之間。光學裝置亦可重塑或依其他方式調節由發射器產生或由偵測器接受之光束。此等光學裝置可包含透鏡、菲涅爾透鏡、鏡、濾光器、非成像光學裝置及其他光學組件。

在本發明中，為了清楚起見，光學路徑將被展示為非折疊。因此，光源、光束及感測器將被展示為位於一個平面中。在實際實施方案中，光源及感測器通常將不位於相同於光束之平面中。可使用各種耦合方法。一平面波導或光纖可用來耦合光至實際光學路徑/耦合來自實際光學路徑之光。亦可使用自由空間耦合(例如，透鏡及鏡)。亦可使用一組合，例如沿一個維度之波導及沿另一維度之自由空間。各種耦合器設計在2011年7月22日申請之美國申請案第61/510,989號「光學耦合器(Optical Coupler)」中作描述，該案之全文以引用的方式併入本文中。

D.光束路徑

一觸敏系統之另一態樣為光束及光束路徑之形狀及位置。在圖1至圖2中，光束被展示為線。此等線應被解釋為代表光束，但光束自身未必為窄筆形光束。圖5A至圖5C繪示不同光束形狀。

圖5A展示一點發射器E、點偵測器D及從發射器至偵測器之一窄「筆形」光束510。在圖5B中，一點發射器E產生由寬偵測器D接收之一扇形光束520。在圖5C中，一寬發射器E產生由寬偵測器D接收之一「矩形」光束530。此等為光束之俯視圖且所展示之形狀為光束路徑之佔據面積。因此，光束510具有一線狀佔據面積，光束520具有在發射器處為窄且在偵測器處為寬之一三角形佔據面積，且光束530具有一相當恆定寬度的矩形佔據面積。在圖5中，偵測器及發射器由其等寬度來表示，如藉由光束路徑所見。實際光源及感測器可並非如此寬。相反，光學裝置(例如，柱形透鏡或鏡)可用來使實際光源及感測器之橫向幅度有效地變寬或變窄。

圖6A至圖6B及圖7展示佔據面積寬度可如何判定透射係數Tjk表現為一二進位或類比量。在此等圖式中，一觸控點具有接觸區域610。假定觸控完全阻擋，使得撞擊接觸區域610之任何光將被阻擋。 圖6A展示隨著觸控點從左移動經過一窄光束至右將發生什麼。在最左邊情況下，光束完全未被阻擋(即，最大Tjk)直至接觸區域610之右邊緣干擾光束為止。此時，光束完全被阻擋(即，最小Tjk)，其亦為中間案例中之情況。光束繼續完全被阻擋直至整個接觸區域移動經過光束為止。接著，光束再次完全不被阻擋，如右邊案例中所展示。圖7中之曲線710展示根據接觸區域610之橫向位置x變化之透射率Tjk。最小Tjk與最大Tjk之間的尖銳轉變展示此回應之二進位性質。

圖6B展示隨著觸控點從左移動經過一寬光束至右將發生什麼。 在最左邊案例中，光束剛開始被阻擋。透射率Tjk開始降低但處於介 於最小值與最大值之間的某個值。透射率Tjk隨著觸控點阻擋更多光束繼續降低，直至其中光束完全被阻擋之中間情況為止。接著，透射率Tjk隨著光束離開接觸區域再次增大，如右邊情況中所展示。圖7中之曲線720展示根據接觸區域610之橫向位置x變化之透射率Tjk。一廣範圍x內之轉變展示此回應之類比性質。

圖5至圖7考量一個別光束路徑。在多數實施方案中，各發射器及各偵測器將支援多個光束路徑。

圖8A為繪示由一點發射器產生之光束圖案之一俯視圖。發射器Ej使光束透射至寬偵測器D1至DK。為了清楚起見，三個光束呈陰影狀：光束j1、光束j(K-1)及一中間光束。各光束具有一扇形佔據面積。所有佔據面積之聚合為發射器Ej之覆蓋區域。即，落於發射器Ej之覆蓋區域內之任何觸控事件將干擾來自發射器Ej之光束之至少一者。圖8B為一類比圖，除發射器Ej為一寬發射器且產生具有「矩形」佔據面積(實際上為梯形但吾人將稱其等為矩形)之光束。三個陰影光束用於相同於圖8A中之偵測器。

應注意，每個發射器Ej可不產生用於每個偵測器Dk之光束。在圖1中，考量將從發射器Ea前往偵測器DK之光束路徑aK。首先，由發射器Ea產生之光可不在此方向上行進(即，發射器之輻射角可不夠寬)，因此根本不存在實體光束，或偵測器之接受角可不夠寬使得偵測器無法偵測入射光。其次，即使存在一光束且可偵測該光束，其仍可被忽略，此係因為光束路徑並非定位於用來產生可用資訊之一位置中。因此，透射係數Tjk可不具有發射器Ej及偵測器Dk之所有組合之值。

可使用不同量描述來自一發射器之個別光束之佔據面積及來自一發射器之所有光束之覆蓋區域。空間幅度(即，寬度)、角幅度(即，發射器之輻射角、偵測器之接受角)及佔據面積形狀為可用來描述個 別光束路徑以及一個別發射器之覆蓋區域之量。

可藉由發射器Ej之寬度、偵測器Dk之寬度及/或界定發射器Ej與偵測器Dk之間的光束路徑之角及形狀描述從一個發射器Ej至一個偵測器Dk之一個別光束路徑。

此等個別光束路徑可對於一個發射器Ej聚合於所有偵測器上方以產生發射器Ej之覆蓋區域。可藉由發射器Ej之寬度、相關偵測器Dk之聚合寬度及/或界定來自發射器Ej之光束路徑之聚合之角及形狀描述發射器Ej之覆蓋區域。應注意，個別佔據面積可重疊(參見圖8B，接近發射器)。因此，一發射器之覆蓋區域可不等於其佔據面積之總和。(一發射器之佔據面積之總和)/(發射器之覆蓋區域)之比率為重疊量之一個量度。

個別發射器之覆蓋區域可聚合於所有發射器上方以獲得系統之總覆蓋範圍。在此情況下，總覆蓋區域之形狀並非如此有趣，此係因為其應覆蓋整個主動區域131。然而，主動區域131內之所有點將不被相等地覆蓋。諸多光束路徑可橫越一些點，而橫越其他點的光速路徑則少很多。主動區域131上方之光束路徑之分佈之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。光束路徑之定向為另一分佈態樣。從皆在大致上相同方向上傳播之三個光束路徑導出之一(x,y)點將為弱於皆依相對於彼此成60度角傳播之三個光束路徑橫越之一點之一分佈。

上文對發射器之論述亦適用於偵測器。對於圖8A至圖8B中之發射器建構之圖亦可經建構用於偵測器。一偵測器Dk之覆蓋區域則為由一偵測器Dk接收之光束之所有佔據面積之聚合。所有偵測器覆蓋區域之聚合提供總系統覆蓋範圍。

E.主動區域覆蓋範圍

主動區域131之覆蓋範圍不僅取決於光束路徑之形狀，而且取決 於發射器及偵測器之配置。在多數應用中，主動區域呈矩形形狀，且發射器及偵測器經定位沿矩形之四個邊緣。

在一較佳方法中(而非僅沿某些邊緣具有發射器及僅沿其他邊緣具有偵測器)，發射器及偵測器沿邊緣交錯。圖8C展示其中發射器及偵測器沿所有四個邊緣交替之此情況之一實例。陰影光束展示發射器Ej之覆蓋區域。

F.多工

由於多個發射器使多個光束透射至多個偵測器，且由於通常期望個別光束之行為，故使用一多工/解多工方案。例如，各偵測器通常輸出指示入射光強度之單個電信號，無論該光是來自由一個發射器產生之一個光束還是來自由諸多發射器產生之諸多光束。然而，透射率Tjk為一個別光束jk之一特性。

可使用不同類型之多工。取決於所使用之多工方案，光束之透射特性(包含其等之含量及其等之透射時間)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以及其操作。

一種方法為基於分碼多工。在此方法中，使用不同程式碼編碼由各發射器產生之光束。一偵測器接收為來自不同發射器之光束之組合之一光學信號，但經接收之光束可基於程式碼分成諸個分量。此在美國申請案第13/059,772號「具有經調變發射器之光學控制系統(Optical Control System With Modulated Emitters)」中作進一步詳細描述，該案以引用的方式併入本文中。

另一類似方法為分頻多工。在此方法中藉由不同頻率調變而非藉由不同程式碼調變來自不同發射器之光束。頻率足夠低使得經偵測光束中之不同分量可藉由電子濾波或者其他電子或軟體方式予以恢復。

亦可使用分時多工。在此方法中，不同發射器使光束在不同時 間透射。基於時序識別光束及透射係數Tjk。若僅使用分時多工，則控制器必須透過發射器足夠快地循環以滿足所需觸控取樣速率。

通常結合光學系統使用之其他多工技術包含分波多工、偏振多工、空間多工及角多工。電子調變方案(諸如PSK、QAM及OFDM)亦可能應用於區分不同光束。

可一起使用若干多工技術。例如，可組合分時多工及分碼多工。發射器可分解成8組16個發射器，而非分碼多工128個發射器或分時多工128個發射器。8組發射器經分時多工使得在任一時間僅操作16個發射器，且該16個發射器經分碼多工。此可例如有利於最小化在任何給定時間點起作用之發射器之數目以減小裝置之功率需求。

III.處理階段

在圖2之處理階段220中，使用透射係數Tjk來判定觸控點之位置。可使用不同方法及技術，包含候選觸控點、線成像、位置內插、觸控事件範本、多道處理及光束加權。

A.候選觸控點

一種用來判定觸控點位置之方法係基於識別已受一觸控事件影響(基於透射係數Tjk)之光束且接著將此等受干擾光束之交叉點識別為候選觸控點而進行。可藉由考量接近候選觸控點之其他光束或藉由考量其他候選觸控點優化候選觸控點之清單。此方法在美國專利申請案第13/059,817號「用於偵測光學觸敏裝置中之多觸控事件之方法及設備(Method and Apparatus for Detecting a Multitouch Event in an Optical Touch-Sensitive Device)」中作進一步詳細描述，該案以引用的方式併入本文中。

B.線成像、拓撲

此技術係基於由一偵測器接收之光束集形成觸控點之一線影像之概念，其中視點為偵測器位置。偵測器用作查看發射器之集合之一 維相機。歸因於互易性，此亦適用於發射器。藉由一發射器透射之光束集形成觸控點之一線影像，其中視點為發射器位置。此等線影像可經處理以例如藉由使用相關性或拓撲原理重建觸控點。此在美國專利申請案第13/460,703號「使用觸控事件範本偵測光學觸敏裝置中之多觸控事件(Detecting Multitouch Events in an Optical Touch-Sensitive Device using Touch Event Templates)」及第14/092,850號「光學觸控拓撲(Optical Touch Tomography)」，該等案以引用的方式併入本文中。

C.位置內插

應用通常將在定位觸控點中需要特定級別之準確度。一種用來增大準確度之方法為增大發射器、偵測器及光束路徑之密度使得觸控點位置之一小變更將干擾不同光束。另一方法為在光束之間內插。此方法在美國專利申請案第13/460,703號「使用觸控事件範本偵測光學觸敏裝置中之多觸控事件(Detecting Multitouch Events in an Optical Touch-Sensitive Device using Touch Event Templates)」中作進一步詳細描述，該案以引用的方式併入本文中。

D.觸控事件範本

若光束路徑之位置及形狀係已知的(其通常為具有固定發射器、偵測器及光學裝置之系統之情況)，則可能提前預測一給定觸控事件之透射係數。可先驗地產生預期觸控事件之範本。接著，觸控事件之判定變為一範本匹配問題。

若使用一蠻力方法，則可針對各可能觸控事件產生一個範本。 然而，此可導致大量範本。例如，假定一種類別之觸控事件模型化為橢圓形接觸區域且假定光束為完全被阻擋或完全不被阻擋的筆形光束。此類別之觸控事件可根據五個維度的變化予以參數化：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。覆蓋此種類之觸控事件之範本之一蠻力完備集必須跨越此五個 維度。此外，範本自身可具有大量元件。

因此，在另一方法中，範本集被簡化。例如，與某個接觸區域之一觸控事件之一個可能範本為將受觸控影響之所有光束路徑之集。 然而，此為大量光束路徑，因此範本匹配將更困難。此外，此範本專用於接觸區域。若接觸區域在大小、形狀或位置上稍微變更，則接觸區域之範本將不再完全匹配。此外，若額外觸控存在於主動區域中之別處，則範本亦將不匹配經偵測之資料。因此，儘管使用所有可能光束路徑可產生一相當不同的範本，但其亦可計算密集地來實施。一替代例使用具有少於所有受影響光束之範本。例如，一較簡單範本可基於將受某個接觸區域干擾之僅四個光束。此為一較不特定範本，此係因為形狀、大小或位置稍微不同之其他接觸區域仍將匹配此範本。此在將需要較少範本來覆蓋可能接觸區域之空間之意義上係好事。此範本不比基於所有受干擾光束之全範本更精確。然而，歸因於更小尺寸而更快地匹配。此等類型之範本通常比可能的透射係數之全集稀疏。

應注意，可針對某個接觸區域界定一系列範本，從而增大範本中所含之光束之數目：一2光束範本、一4光束範本等。在一項實施例中，受接觸區域影響之光束循序地從1排序至N。接著，可藉由依該次序選擇前n個光束來建構一n光束範本。大體言之，在空間上或角度上不同之光束趨向於產生較佳範本。即，具有依相對於彼此成60度傳播且不交叉於一共同點處之三個光束之一範本趨向於產生比基於非常接近彼此之三個幾乎平行光束之一個範本更可靠之一範本。此外，尤其若光束來自不同發射器及偵測器，則更多光束趨向於增大範本匹配之有效信號對雜訊比率。

通常，一基本範本亦可用來產生一類似範本族。例如，接觸區域B可相同於接觸區域A，但偏移至右側。接著，可藉由使用右位移從接觸區域A之範本產生接觸區域B之對應4光束範本。更大體言之， 接觸區域A之範本可抽象化或參數化(例如，其中參數為在不同方向上之位移量)。抽象化將稱為範本模型。在一種方法中，模型用來產生個別範本且匹配實際資料與個別範本之各者。在另一方法中，匹配資料與範本模型。匹配程序則包含判定是否存在與範本模型之一匹配，且若是，則判定哪個參數值產生匹配。

範本可使用正區域及負區域兩者。一實際接觸區域可被一「無觸控」區環繞。若在實際接觸區域中進行接觸，則在直接環繞區域中將不存在接觸。因此，範本包含(a)接觸區域中之受干擾光束及(b)陰影區域中之不受干擾光束兩者。

範本亦可基於減小之透射係數及增強之透射係數兩者。對於一特定類型之接觸，某些受干擾光束之透射係數應減小。然而，觸控互動可使光在其他方向上散射或反射，且此等方向之透射係數應增大。

其他範本將顯而易見且範本可依數種方式予以處理。在一直接方法中，簡單地總計或平均化對一範本中之光束之干擾。此可增大此一量測之總SNR，此係因為各光束添加額外信號，而來自各光束之雜訊可能係獨立的。在另一方法中，總計或其他組合可為一加權程序，其中並非範本中之所有光束皆被給予相等權重。例如，經過正在模型化之觸控事件之中心附近之光束之權重可重於更遠離中心之光束。替代地，亦可藉由加權表示範本中之光束之角分集。角分集光束之權重可重於非分集光束。

觸控事件範本之額外實例在美國專利申請案第13/460,703號「使用觸控事件範本偵測光學觸敏裝置中之多觸控事件(Detecting Multitouch Events in an Optical Touch-Sensitive Device using Touch Event Templates)」中作進一步詳細描述，該案以引用的方式併入本文中。

E.多道處理

參考圖2，處理階段無需為單道程序或無需限於單種技術。可組合或依其他方式一起使用多種處理技術來判定觸控事件位置。

作為一個實例，一第一階段為依賴於一快速二進位範本匹配之一粗糙道。在此階段中，範本係二進位的且亦假定透射率T’jk係二進位的。可藉由對類比值Tjk取整或定限而從該等類比值產生二進位透射率T’jk。匹配二進位值T’jk與二進位範本以產生候選觸控點之一初選清單。某個清除程式經執行以優化此清單。例如，可簡單地消除冗餘候選觸控點或組合接近於或類似於彼此之候選觸控點。一第二階段用來使用一更優化方法消除誤判。對於各候選觸控點，鄰近光束可用來驗證或消除候選作為一實際觸控點。美國專利申請案第13/059,817號中所述之技術可用於此目的。此階段除考量光束之實際寬度外，亦可使用類比值Tjk。階段之輸出為經確認觸控點之一清單。最終階段優化各觸控點之位置。例如，先前所述之內插技術可用來依更佳準確度判定位置。由於近似位置係已知的，故階段可結合數量少很多的光束(即，附近光束)工作，但可能對該資料應用更密集計算。最終結果為觸控位置之一判定。

其他技術亦可用於多道處理。例如，亦可使用線影像或觸控事件模型。替代地，相同技術可使用一次以上或依一反覆方式使用。例如，低解析度範本可首先用來判定一候選觸控位置集，且接著較高解析度範本或觸控事件模型可用來更精確地判定觸控之精確位置及形狀。

F.光束加權

在處理透射係數時，常見的是，加權或優先化透射係數。加權實際上意謂著一些光束比其他光束更重要。可根據需要在處理期間判定加權，或可從查詢表或清單預定及擷取加權。

用於加權光束之一個因素為角分集。通常，角分集光束被給予 高於具有相對較少角分集之光束之一權重。在一個光束之情況下，則具有小角分集之一第二光束之權重可較低，此係因為其提供關於超過第一光束所提供之觸控事件位置之相對較少額外資訊。相反，具有高於第一光束之一角分集之一第二光束可在判定觸控點存在於沿第一光束何處中被給予一更高權重。

用於加權光束之另一因素為光束之發射器及/或偵測器之間的位置差(即，空間分集)。通常，空間分集越大，給予的權重越高，此係因為相較於已可用資訊，其表示「更多」資訊。

用於加權光束之另一可能因素為光束密度。若存在橫越主動區域之一區域之諸多光束，則各光束為諸多光束之僅一者且任何個別光束係較不重要的且加權可較少。相反，若存在橫越主動區域之一區域之少數光束，則該等光束之各者對其攜帶的資訊較重要且可加權較多。

在另一態樣中，標稱光束透射率(即，在不具有一觸控事件之情況下之透射率)可用來加權光束。具有較高標稱透射率之光束可被視為比具有較低標稱透射率之光束更「可信」，此係因為後者更易受雜訊侵害。一信雜比(若可用)可依一類似方式用來加權光束。具有較高信雜比之光束可被視為更「可信」且被給予更高權重。

然而一旦判定，則加權可用於計算與一可能觸控位置相關聯之一給定範本之一優值(置信度)。光束透射率/信雜比亦可用於內插程序，聚集成與從一線影像中之一給定觸控陰影導出之經內插線相關聯之置信度之單個量測。從由「可信」光束組成之一陰影導出之該等經內插線可在判定最終觸控點位置中被給予大於從可疑光束資料導出之經內插線之權重。

部分B：儀器偵測 IV.介紹

不同於一手指觸控之一筆、觸控筆或其他儀器觸控之偵測為諸多應用之一重要屬性。在一些應用中，一儀器觸控事件之簡單偵測可已足夠。其他應用亦可需要區分不同類型之儀器之能力。

儘管單獨機制可用來支援儀器觸控偵測，但較佳的是，一光學觸敏裝置能夠提供此等特徵而具有較少或不具有硬體修改。儀器可在廣義上分類為被動儀器或主動儀器。被動儀器與透射於發射器與偵測器之間的光束互動但不添加能量。主動儀器可添加能量且可自身含有發射器及偵測器。主動儀器可係電池供電的且通常亦將含有另一通信通道(例如一無線連接)，以便結合光學觸控偵測系統之其餘部分協調其等操作。相較於手指，儀器之一個優點為儀器及具體言之其尖端可經設計以實現與光束之一特定觸控互動。不同儀器可經設計以實施不同觸控互動，且接著可在該基礎上區分儀器。

至少兩種類別之資料可在一光學觸控偵測系統中用於偵測儀器觸控：光束資料及單元資料。光束資料係關於系統中之光束經歷之衰減。應注意，在一觸控下一些光束之衰減可在某些環境中為負衰減(即，存在增大之光學透射)，通常其中存在反射或散射。單元資料係關於觸敏表面上之小區域(通常橫跨數毫米)，其中經過此等區域之各者之光束之衰減值經聚合以在單元區域中給定局部活動之一指示。整個觸敏表面劃分成數個單元。

在一些情況下，手指、手掌及儀器接觸皆可全部同時存在於觸敏表面上。為了區別儀器接觸與其他接觸並且為了區別儀器身份(可存在與系統相關聯之一個以上儀器)，可分析各接觸區域。

V.被動儀器偵測

儀器可經設計使得可唯一地識別其等觸控互動。一些特徵比其他特徵更可靠，一些特徵可比其他特徵更迅速地偵測，且一些特徵比其他特徵更容易實施。在實踐中，一個以上特徵可用來提供改良型儀 器偵測及/或識別。例示性特徵包含：(A)接觸區域；(B)一定距離/區域內之接觸吸收率；(C)隨時間之接觸著陸行為；(D)根據光束角之吸收模式；(E)根據光束角之反射模式；(F)反射對衰減之比率；(G)波長選擇行為；(H)接觸材料之折射率；(I)接觸材料之雙折射性；及/或(J)經接收能量之再發射。此等特徵可各用來偵測儀器觸控且亦用來區分儀器觸控與其他類型之觸控(例如，手指觸控)且區分不同類型之儀器。

A.接觸區域

接觸區域可用來區分一儀器觸控與另一類型之觸控(例如，一手指觸控或一不同儀器觸控)。由於儀器可經設計，故相較於一人類手指，接觸區域存在更大自由度。接觸區域可經設計以在大小及形狀上不同。儀器(諸如普通筆或觸控筆)通常具有小於一人類手指之一尖端且可在該基礎上予以區分。圖9A至圖9E為不同類型之二維儀器接觸區域之俯視圖。圖9A展示具有一小尖端之一儀器之一接觸區域。大小可單獨用來區分此儀器與人類手指。圖9B展示一非對稱接觸區域，在此實例中為一長形橢圓。在x及y方向上之不同行為可用來識別此儀器，此係因為人類手指通常具有一更圓接觸區域且因此在其等接觸互動中更具各向異性。圖9C至圖9E展示包含多個分離區域之接觸區域。在圖9C中，接觸區域為接觸區域之一2x2陣列。在此實例中，撞擊接觸區域之光束(諸如光束910)將被衰減，但在接觸區域之間傳遞之光束(諸如光束920)將不受影響。儀器移動可增強此效應，從而更容易偵測。圖9D為圖9C之接觸區域之一維版本。此亦允許儀器定向之某個判定。圖9E為其中接觸區域不是一矩形網格之一版本。由於儀器係製造的，故個別特徵(諸如個別接觸區域)可比一人類手指上之特徵更小且更精確。

B.衰減速率

儘管手指觸控可引起一定範圍之光束衰減值，但單位距離(接觸下方之一光束之長度)或一手指可實現之單位面積通常可存在一最大可實現衰減速率。可使用具有一明顯更高衰減速率之材料及/或結構設計儀器。在被偵測到時，此可形成一特殊設計儀器尖端之一觸控之一強指示。

基於待提供之接觸大小之一估計判定接觸大小之衰減速率。此一估計可源自與正在評估之接觸相關聯之光束資料之分析(例如，藉由對正在展示衰減之接觸附近之光束之數目進行計數)。

一旦知道接觸區域之大小(及亦可能形狀)，則可使用一幾何分析來估計該區域中之各光束之接觸路徑。由此，可估計各受影響光束之接觸路徑之長度並組合其與光束衰減資料以給定在接觸下行進之單位距離之損耗之一指示作為接觸區域內之損耗之一替代。兩種方法可給定略微類似的結果。

應注意，除儀器外之觸控類型之衰減速率之一量測亦可例如用來偵測一手指何時可對其具有一污染。此可用來在存在污染之情況下使得特定軟體或硬體機構能夠最佳化效能。

對於區分多個儀器身份，儀器尖端材料之機械或化學修改可實現一定範圍之衰減速率。一儀器觸控之經量測衰減速率可用來判定接觸儀器之身份。

C.隨時間之觸控互動

儀器亦可經設計以具有不同於手指或其他儀器之一時間行為。圖10A展示隨時間進展之一手指觸控。在時間t1之手指觸控最初展示在大小上可能與一儀器尖端一致之一小接觸區域，但接觸區域通常在大小上隨著手指「著陸」於波導上而迅速地增大，如在時間t2及t3所展示。在一非常短時間週期內之此行為形成另一區分特徵，從而允許辨識手指觸控。

若一儀器係剛性的，則其將快得多地進行接觸，如圖10B中所展示。在時間t1，儀器與波導進行接觸且其從那時起保持相同接觸區域。在圖10C中，儀器係剛性的且在於時間t3設定至其最終位置之前，在時間t2具有一定的少量跳動。所有此等行為不同於圖10A中所展示之手指觸控。區別不同觸控類型通常不需要超過幾秒。

D.根據光束方向變化之觸控互動

手指觸控相對於其等根據受干擾光束之方向引入的衰減量而適度地呈各向異性。然而，一特意結構化之儀器尖端可展示根據感測光束方向之衰減之顯著變動。儀器回應將隨儀器尖端旋轉，因此偵測機構應能夠識別依任何任意定向之指定回應。相反，偵測程序可產生關於儀器定向之資訊。

圖11為用來界定一儀器回應之命名法之一圖。相對於儀器之接觸區域1110界定由箭頭表示之一起點O及一0度角方向。例如，起點O可為接觸區域之中心，且0度角可係任意挑選的。由座標(r,θ)界定一傳入光束1120，其中r為傳入光束1120相對於起點之路徑之偏移(即，段OP之長度)，且θ為傳入光束之傳播方向。由相對於傳入光束1120上之點P之座標(δr,δθ)界定一傳出光束1130。傳出光束1130之傳播方向相對於傳入光束1120呈δθ，或相對於0度角呈(θ+δθ)。傳出光束1130亦相對於傳入光束之點P偏移達δr。相對於起點Q之偏移不一定為(r+δr)，如可從圖11所見。在(δr=0,δθ=0)之情況下傳出光束與傳入光束共線，在(δr=0)之情況下傳出光束皆具有穿過點P之路徑，且在(δθ=0)之情況下傳出光束皆平行於傳入光束。接著，可藉由透射函數H(r,θ,δr,δθ)界定儀器回應，其為由一傳入光束1120(r,θ)產生之一傳出光束1130(δr,δθ)之強度。為了方便起見，透射函數可正規化使得H=1意謂著傳出光束1130具有相同於傳入光束1120之強度。

對於「理想」手指，接觸區域1110呈圓形，且透射函數H展現一 定對稱性。例如，透射函數H獨立於傳入光束方向θ。此外，歸因於對稱性，H(r,δr,δθ)=H(-r,-δr,-δθ)。通常，透射函數H隨|δr|及|δθ|之值遞增而單調地遞減，即，傳出光束之偏移遞增及角偏差遞增。然而，儀器可經特殊設計以違反理想手指之此等特性之任何一者。例如，考量先前在圖9B至圖9E中所展示之接觸區域。此等接觸區域之任何一者皆不具有獨立於傳入光束方向θ之一透射函數H。

可藉由產生一儀器尖端來實施圖9B至圖9E中之複雜接觸區域形狀，其中個別接觸區域耦合光至觸敏裝置之波導外(受抑TIR)且非接觸區域不耦合該光。例如，接觸區域可由具有匹配波導之一折射率之一透明材料構成，使得在波導中傳播之光傳遞至材料中且接著在別處被吸收或再定向。非接觸區域可由反射材料構成以將光限於下部波導，或可由一空隙構成使得全內反射不受抑。

圖12A為一更複雜尖端結構之一正視圖。此尖端結構包含數個平行波導通道1210。圖12B為通過一波導通道1210之中心之一側視截面圖。各波導通道1210為被一空隙1214覆蓋之透明材料1212之一帶。在此實例中，透明材料1212具有匹配於觸敏裝置之波導之一折射率。亦可使用其他折射率之材料。一較高折射率可縮短尖端內之光束之行進距離，因此允許尖端製得更小。尖端之其餘部分由一材料1216構成。 材料1216可係反射性的或吸收性的，其將產生不同但獨特的儀器回應。

此尖端提供取決於入射光束方向之選擇性反射行為。圖12C展示單個波導通道1210之操作。光射線1220沿+y方向行進，平行於亦經定向沿y方向之波導通道1210。因此，光1220耦合至波導通道1210中。 在圖12C中，射線1220在於下部波導1250中行進時被展示為虛線且在於波導通道1210中行進時被展示為實線。圓指示來自波導通道1210之入口或出口之點。光1220在耦合回至下部波導1250之前於波導通道 1210內經歷全內反射。

相對於波導通道1210之定向非平行傳播之光射線(例如，依相對於y方向之小角度)將較低效地耦合。例如，沿x方向行進之一光束(垂直於波導通道)可進入波導通道之一或多者，但將碰撞通道之側壁，此係因為通道之寬度不如其長度。該射線之大部分將被該側壁吸收或反射，此取決於側壁材料是吸收性還是反射性。射線在x及y方向上傳播之此不同行為產生一獨特儀器回應。此尖端充當一種類別之方向濾波器，此係因為透射函數H(r,θ,δr,δθ)係沿某些較佳方向θ集中的。

除設計不同衰減模式外，儀器亦可經建構以重新定向入射光於除將藉由傳播穿過波導而發生之路徑外之路徑上。此類型之儀器尖端通常將包含一些反射元件。由於此一儀器尖端與感測波導接觸，故光學透射將在某些光學路徑上減少且在其他光學路徑上增加。此不是例如結合手指通常將發生之一模式。

圖13為使用一稜鏡1310來重新定向光之一儀器尖端之一實例。 在圖13中，稜鏡1310由其基底1312以及兩個表面1314及1316來表示。 為了清楚起見，圖13中未繪製完整稜鏡。在此實例中，稜鏡1310由折射率匹配於下部波導1350之一透明材料構成(但無需折射率匹配)。光射線1320在波導中沿+y方向傳播且透過其基底1312耦合至稜鏡1310中。射線從塗佈有反射材料之兩側1314、1316反射。在一些設計中，反射可為全內反射之結果。離開的光射線1322重新定向至+x方向且呈支援波導1350內之全內反射之一角度。光之再選路亦可係使用其他元件(諸如反光鏡、光纖、光導管或波導)來完成。光柵或其他光束分裂元件可用來產生多個離開的光束。

透射函數H可依不同方式用來識別儀器觸控且區分不同儀器。例如，諸多透射函數之特徵在於某些方向展現強衰減或強增強。該特性可用來偵測並識別儀器。亦可使用衰減光束及增強光束之比率。若存 在多個輸出光束，則可使用大於某個強度之一定數量的光束。

作為一進一步變動，一儀器之透射函數亦可取決於儀器之定向。圖12中之儀器尖端具有一平坦底部，該平坦底部意欲於與觸敏表面齊平。若儀器傾斜，則底部將不進行相同接觸且透射行為將不同。 在數學上，透射函數可被描述為H(r,θ,δr,δθ,α,β)，其中α、β界定儀器相對於觸敏表面之定向。在一些儀器中，透射函數意欲於獨立於定向α、β。具有圓形尖端之儀器有助於促進此行為，此係因為至少實體接觸將相同--圓形尖端對一平坦觸敏表面--無論儀器定向為何。 替代地，儀器可經特意設計以具有根據儀器定向α、β變化之一透射函數H(r,θ,δr,δθ,α,β)。

對於區分多個儀器，由於諸多光束受一儀器觸控影響，故此允許不同儀器之透射函數含有待識別之唯一特徵。與儀器識別相關聯之處理工作負載將強烈地取決於待識別之不同儀器之數目。此外，其他觸控可與一或多個儀器觸控同時發生，因此較佳的是，相當複雜的透射函數提供可靠識別。

E.波長選擇性觸控互動

波長可用來將另一維度添加至觸控互動。此可允許依將容易區分具有光譜性質(諸如窄頻帶吸收或反射性質)之一儀器尖端之一方式評估觸控。不同波長可在發射器處藉由使用不同發射器類型或藉由選擇性地使用發射器耦合器中之光學濾波材料(以修改由單個寬頻帶LED類型產生之受限光譜)予以實施。偵測器通常在一寬範圍之波長內係敏感的，因此來自各種發射器波長之能量可被偵測到。應注意，依一個波長操作之發射器相對於依其他波長操作之發射器之比例可係小的或額外發射器經特殊提供以協助識別。此案例之一擴展將為使用具有可見波長之發射器來偵測接觸材料之顏色。此種類之顏色偵測可例如用於繪圖應用，其中接觸材料之顏色可塗敷於接觸所循跡之路 徑。替代地，可使用寬頻帶發射器，其中在偵測器處實施波長選擇。 可使用在不同波長下敏感之偵測器，或可結合較寬頻帶偵測器使用光學濾波器。

對於區分不同儀器，在一個實施方案中，一個儀器可依一第一波長吸收(例如，歸因於受抑TIR導致衰減)但不依一第二波長吸收，而一不同儀器依第二波長吸收但不依第一波長吸收。替代地，可基於不同波長下之衰減之比率區分儀器。此可擴展至不止兩個波長。

圖14為在一窄波長頻帶內衰減之一儀器尖端之一圖。尖端包含具有匹配於下部波導1450之一折射率之透明材料1410(但無需折射率匹配)。尖端亦包含傳遞居中於λ₀之一窄通頻帶中之波長之一窄頻帶光譜濾波器1412。光射線1420依波長λ₀，傳遞穿過波長濾波器1412，進入材料1410且接著被吸收或依其他方式被阻止再進入波導1450。光射線1422係處於在通頻帶外之一波長λ₀。此射線1422被波長濾波器1412反射且保持於波導1450中。在一替代方法中，波長濾波器1412可阻擋一波長頻帶而非使一波長頻帶透射。

圖15為使用一光柵1512之一儀器尖端1510之一圖。光射線1520係處於一較短波長且光射線1522係處於一較長波長。兩個射線繞射至第一繞射階中。然而，繞射角大於較長波長之光射線1522。經繞射之射線1520仍依超過臨界角之一入射角傳播且保持限於波導1550內。然而，經繞射之射線1522現依小於臨界角之一入射角傳播。全內反射已喪失且光束1522已衰減。繞射角及所得波長行為可藉由變更光柵週期及/或耦合至不同繞射階中之效率而變化。

F.折射率、雙折射性

可使用具有不同折射率之材料(包含雙折射材料)建構儀器。接著可在此基礎上區分儀器。一介面處之臨界角取決於介面兩側上之材料之折射率。變更儀器尖端之折射率變更臨界角，其繼而影響一光束是 透射至儀器尖端中(即，從波導移除)還是全內反射回至波導中。若光束包含成不同入射角之一射線分佈，則一些光束可經透射且一些光束經反射使得儀器之聚合衰減介於0與1之間。可由不同耦合器輪廓提供不同入射角。對稱材料可產生有一非常寬範圍之折射率。

圖16為具有介於空氣與下部波導1650之折射率之間的一折射率之一尖端1610之一圖。傳入光束1620包含跨一傳播角分佈傳播之射線。為了清楚起見，圖16展示僅四個角，其中兩個由實線予以展示且另外兩個由虛線予以展示。此等射線之所有超過臨界角，因此其等在鄰接空氣之波導1650之區段處經歷全內反射(即，其中不存在觸控)。 儀器1610具有一較高折射率，因此一些較陡射線(虛線)耦合至儀器中，其在偵測器處表現為衰減。較淺射線(實線)仍超過介面與儀器之臨界角，因此其等在介面處被反射且繼續在波導1650內傳播。藉由變更折射率，可調整於介面處透射之射線之百分比及總衰減。雙折射材料可用來建構具有甚至更複雜透射函數之儀器，此係因為折射率根據偏振及傳播角變化。

G.光再發射

手指觸控不存在光致發光，但可藉由一些合成材料實現光致發光。螢光涉及經接收能量與經發射能量之間的一光譜位移。磷光不一定具有一光譜位移，但在接收與發射之間引入一時滯，且亦可包含一傳播方向變更。感測能量之時間「拖尾效應」之偵測將可容易偵測。 不同化學性質亦可提供截然不同的時間常數。

VI.主動儀器偵測

主動供電儀器(主動儀器)可提供額外能力。一主動儀器可使用僅光學輸入/輸出以結合光學觸敏裝置操作，或可具有一無線或其他通信鏈路(結合其將資料傳達至觸敏裝置)。儀器尖端可包含用於將光注射至下部波導中之光學發射器、用於從波導提取光之光學偵測器或光 學偵測器及光學發射器兩者。具有發射器之儀器將稱為注射器儀器且具有偵測器之儀器將稱為提取器儀器。

一主動儀器可提供諸個優點，可能包含以下優點：(1)一主動儀器可經設計以支援不同操作模式。此外，可基於儀器自身(例如，儀器顏色)選擇模式。(2)添加主動功能增大可能設計之數目，因此允許區分大量可能的儀器身份。(3)額外按鈕及其他使用者控制器可添加至主動儀器。(4)可添加力量測及報告。(5)可例如藉由使用加速計及陀螺儀感測及報告儀器定向、位置、移動等。此可幫助改良尤其在儀器快速移動時之總觸控效能。(6)可實施無線連接，其繼而可實現額外功能。例如，可提供非接觸操作。可使用補充資料完成改良型儀器追蹤。或可提供即將來臨的儀器活動之先期通知。

主動儀器需要一電源。電池為一個可選電池(可更換電池或可再充電電池)。再充電可在儀器在一固持件中處於靜止時完成。

A.注射器儀器

圖17A至圖17B為一注射器儀器1710之一側視圖及俯視圖。注射器儀器1710容置將(經調變)光1720注射至波導1750中之一光學發射器1712，且可藉由觸敏系統之偵測器偵測該光1720。在圖17B中，儀器1710僅產生單個光束1720。來自儀器之光1720可經設計使得例如藉由使用不同時槽、波長及/或調變可區分其與由裝置周邊之發射器產生之光束。來自儀器之光束1720可用於不同目的。

例如，光束1720可用作一通信通道且根本不用於觸控偵測，觸控偵測可使用如上文所述之光束予以完成。經傳達之資料可包含關於儀器之任何資訊：例如儀器身份、操作模式或操作參數、接觸力、位置、定向或運動。可使用標準方法(諸如調變光束1720)編碼資料。單個光束1720已足夠，只要可由任何周邊偵測器偵測光束。若藉由其他方式知道儀器之位置，則接收光束1720之偵測器可用來判定儀器之定 向(旋轉)。

光束1720亦可用於觸控偵測。在圖17B中，若單個光束1720具有根據距離變化之特性，例如若其為一扇形光束使得受一偵測器攔截之小部分光束在偵測器更遠離時減小，則此可用來協助判定儀器之觸控位置。

在圖17C中，儀器產生三個扇形光束1720A至1720C。可基於由偵測器接收之信號之強度(或相對強度)估計與儀器1710相隔之距離。此接著可用來對儀器1710之位置進行三角量測。在圖17D中，儀器產生四個筆形光束1720A至1720D，以相對於儀器界定x及y方向。可藉由連接接收光束1720B之偵測器及接收光束1720D之偵測器之一線估計儀器之x軸，且可藉由連接接收光束1720A之偵測器及接收光束1720C之偵測器之一線估計y軸。x及y軸之交叉點判定儀器1710之觸控位置。此等技術亦可結合用於基於透射於發射器與偵測器之間的干擾光束判定觸控事件之先前所述技術。

對於儀器身份，不同儀器可藉由使其等發射不同光束而予以識別。光束可使用不同波長、時槽、頻帶、編碼或調變等。此等參數可用來區分不同儀器。

B.提取器儀器

具有偵測來自下部波導之光束之一偵測器之一儀器可實施各種功能。首先，經接收之光束可用作一通信通道以將資料從觸敏系統之其餘部分傳輸至儀器。在此情況下，光束可為或可不是通常用於觸控偵測之光束之一者。在一種方法中，光束在一大區域內廣播使得儀器偵測器將接收光束，即使儀器位置係未知的。在另一方法中，儀器位置係已知的且光束指向該位置。

一提取器儀器亦可用於觸控偵測。例如，偵測器可用來偵測儀器接收來自周邊發射器之哪些光束。替代用於基於透射於發射器與偵 測器之間的受干擾光束判定觸控事件之先前所述技術的是或除先前所述技術外，此資訊亦可用來直接判定儀器位置。

C.雙向儀器

一儀器可含有一發射器及一偵測器兩者，在此情況下其為一注射器儀器及一提取器儀器。此等儀器將稱為雙向儀器。存在一種以上方式來使此一儀器可與觸敏系統互動。例如，藉由發射在偵測器處接收之信號之一延遲版本可模擬光致發光。替代地，偵測器可用來使發射器活動與觸敏系統之其餘部分之活動同步。發射器及偵測器亦可作為一雙向通信通道用於將資料傳輸至觸敏系統之其餘部分/從觸敏系統之其餘部分傳輸資料。

對於儀器身份，一致儀器外觀及相關聯發射器調變可提供關於儀器身份之資訊。此外，由儀器偵測器所見之特定信號可提供關於近似儀器位置之額外資訊。來自按鈕之額外模式資訊及關於儀器之資訊亦可傳遞至系統之其餘部分。

D.頻帶外通信通道

主動儀器可具有除通過觸控互動外之通信通道之通信通道，最可能係無線通道。一無線鏈路之使用準備好支援諸多其他特徵，諸如在不與觸敏表面接觸時之模式選擇及呈現控制。此外，可發送來自加速計、陀螺儀及其他感測器類型之補充資料，該資料可結合光學解析的尖端位置以提供儀器運動之改良型感測。

由於加速計及陀螺儀通常為趨向於隨時間漂移之相關感測器，故與基於光學波導之觸控感測之一絕對判定之組合為一強力方法。使用加速計之一主動儀器之一特定屬性為可處置之移動速率增大很多。 加速計資料可向光學波導感測器通知在下一次掃描中儀器尖端可能出現於何處。此有助於補償運動模糊。

使如從內部運動感測器報告之一儀器之特定移動與在光學波導 感測器上所見之移動相關為確認儀器身份之一可能方式。感測器可在一特殊建構儀器之內部或可在附接至一被動儀器之一「頸部」中。例如，一普通白板標記將通常在一光學波導觸控系統上良好地註冊為一被動接觸。此可用於其中不存在與觸敏表面相關聯之圖形顯示器之應用，但由表面上之一儀器所循跡之路徑有待判定。然而，標記之屬性(諸如墨水顏色)可不容易被基於波導之系統偵測到。附接至標記之補充電子裝置可傳輸可藉由系統與觸敏表面上之一對應路徑匹配之觸敏系統資料(例如，關於儀器運動之資料)。一旦經感測之觸控已匹配於儀器，則系統已知之屬性可應用於與儀器相關聯之報告。一個實例為標記之顏色。另一實例為標記尖端之大小。將運動資訊用於識別且為了補充經報告運動之品質，可將運動資訊應用於除儀器外之物件，包含手指及待用作與觸敏表面接觸之實體控制器之物件。

E.主動儀器之電力管理

對於儀器充電，一典型的大型儀器之本體很適於使用可為不可再充電或外部可再充電之普遍圓柱形電池。然而，可能較佳的是，儀器可再充電且啟用觸控之裝置支援充電。一儀器固持件可具備用來例如對電池再充電之一設施。

對於一低電力模式，一儀器從固持件之移除可觸發儀器內之電路以準備好向觸敏表面呈現。除此之外，儀器可充電或處於備用(低電力)模式。具有補充內部運動感測之儀器(諸如加速計)可使用運動偵測來控制內部電路活動。在儀器不運動達一段時間之後，可暫停操作。運動感測器之偶然檢查可確保儀器在與觸敏表面接觸時係全面運轉的。

在此一儀器處於運動中及/或被判定接近觸敏表面時，可使觸敏系統進入一種模式：其增加在報告之前分析手指觸控所用之時間。此有利於減小隨著握筆手之側著陸於觸敏表面上產生一虛假手指報告之 機會。一手之側可在完全擱置於觸敏表面上之前產生一手指大小之接觸。在此模式中，感測器將稍微變慢以回應於手持觸控，但其通常將係可接受的。

VII.額外形態 A.手掌管理

在使用具有尺寸大於幾英寸之觸敏表面之儀器時，使用者可能將握筆手之側擱置於觸敏表面上。此等通常稱為「手掌」觸控，即使其等通常多數與手之側而非手掌相關聯。

一光學波導觸敏系統可適應手掌觸控，此係因為並非經過手掌下方之所有光皆可能被吸收且光束型樣可經配置使得存在一些光經過儀器尖端下方但不在手掌下方之一高可能性。例如，運用觸敏表面周邊周圍之光學發射器及偵測器，通常將存在於表面頂部與底部(或前方與後面)之間行進且經過儀器接觸區域而不觸控通常將在儀器尖端之右側或左側之手掌接觸區域之光束。

管理手掌觸控之第一步驟為偵測手掌觸控。一種用來偵測不同於一儀器觸控之一手掌觸控之方式為將觸敏表面劃分成可稱為「單元」之區域。在一項實施例中，使用根據圖18中所展示之方法之單元量化可能的儀器觸控，包含消除手掌觸控。

將觸敏表面劃分1810成小於一手掌接觸區域且大於一儀器接觸區域之區域(單元)。判定1812哪些光束經過各單元。計算1814在單元中且已受一觸控干擾之光束之比例。若比例係大的1820，則抵制單元為一可能儀器觸控。若比例係小的(例如，低於一臨限百分比)1820，則其可為一儀器觸控但其亦可為一較大手掌觸控之部分。考量此等單元為候選儀器單元。對於候選儀器單元，檢查1822鄰近單元。在候選儀器單元可能為一手掌觸控邊緣處之一單元之基礎上，抵制具有展示與一手掌觸控一致之光束活動之鄰近單元之候選儀器單元為儀器觸 控。在剩餘候選儀器單元中，計算1825主動光束之角範圍。若角範圍係小的1830，則單元中之光束活動可為別處觸控之一假像且抵制單元為一儀器觸控。除1830外，單元保持1832一儀器觸控之一可行候選。 其他技術可應用於進一步判定是否存在一儀器觸控。

一旦已識別手掌活動，則一些應用可藉由不再處理手掌資訊來抵制手掌活動。其他應用可判定各手掌觸控之屬性，諸如位置、形狀及大小。關於一手掌觸控之資訊可用來提供增強型效能。在使用一儀器且在觸敏表面上偵測到握筆手之側時，手掌與儀器尖端之間的所有進一步觸控可被忽視。例如，一手掌之儀器側上之手指狀觸控可能與與觸敏表面之無意手指/關節觸控相關聯。手掌觸控之位置及幅度之一定知識有助於判定其中無意觸控將被忽視之區域。一簡單方法將為忽視儀器尖端周圍之一固定大小區域中之手指狀觸控。

B.聲學裝置

一觸敏裝置表面處之機械振動可用來判定觸控表面之一材料之性質。例如，著陸於表面上之一硬材料通常將產生一尖銳聲學瞬態。 增加來自一波導觸敏裝置之資訊與來自與觸敏表面相關聯之一接觸麥克風或其他傳感器之聲學輸入可提供識別材料之額外能力。

當觸敏裝置在與聲學報告一致之一時間(在允許兩種感測方法之各自延時之裕度內)偵測一新觸控時，聲學信號可與該觸控相關聯。 可藉由分析藉由移動該觸控產生之聲學信號及其與由觸控感測器偵測之活動之一致性獲得該關聯性之進一步置信度。

此一系統之應用之一實例為不同於一觸敏表面上之手指觸控之儀器觸控之偵測。若儀器尖端由並非類似於一手指之材料組成，則著陸時產生之振動型樣之特性將不同。尖端材料係重要的，但儀器自身之組分亦係重要的。具有一大物體之一儀器將產生不同於一個輕量級儀器之一著陸瞬態。附屬物可專門引入至一儀器之設計中以提供一獨 特聲學特徵。例如，一儀器之中空本體中之一鬆散物體可在藉由尖端著陸產生之一個瞬態之後產生一第二瞬態。

聲學信號亦可用來減小一觸敏系統之電力消耗。可停用系統掃描直至偵測到一聲學信號為止，其可指示一新觸控到達觸敏表面。

此外，在一觸控從表面升離時通常存在振動。此資訊可對克服光學波導系統中之「卡住的」觸控問題特別有用，其中一已升離觸控留下之一塊污染足以使系統錯誤地報告仍存在觸控。與正在升離的觸控相關聯之聲學信號提供觸控實際上已被移除且僅污染保持於該表面之該位置上之一有用線索。

聲學偵測可可靠地抵制由無關振動活動導致之振動。此可首先藉由依賴於聲學信號中之高頻率分量予以實現。此等分量通常在經過一裝置之本體時被迅速吸收。例如，一桌子上之一電腦顯示監控器中之一聲學感測器通常將不會從桌子接收過高頻率振動能量，此係因為桌子材料、監控器外殼及監控器基底下側上之軟墊將吸收該能量。因此，高頻率能量(其亦為導致快速移動聲學瞬態之能量)通常將僅由引入於監控器自身之表面處之振動引起。此外，可使用一個以上聲學感測器且來自多個感測器之信號之分析可判定振動是否源於觸敏區域外之一點處。例如，在於觸敏區域之左邊緣及右邊緣處存在接觸麥克風之情況下，由觸敏區域上之一著陸事件產生之一瞬態應到達兩個感測器處，且具有小於跨該區域之振動之飛行時間之一時間差。若兩個感測器處之信號之到達時間的不同達其等之間的表面之全跨度，則可斷定振動源於觸敏表面外之一點處。

聲學信號之此飛行時間分析之一擴展可判定一近似位置以與藉由光學波導觸控感測報告之位置比較使得其等之間之相關性可更可靠。

信號分析亦可經執行以判定瞬態及振動之上升時間及/或頻譜。 可藉由直接量測信號隨一連串時間間隔樣本變更之速率或藉由比較經取樣之信號與一瞬態之一合成或經記錄範本來識別一快速移動瞬態邊緣。亦可藉由查看信號之頻率含量(頻譜)偵測快速移動/高頻率能量。 就傅立葉分析而言，高諧波在此等迅速聲學瞬態中具有大的量值。此外，可藉由直接分析頻譜含量或藉由比較頻譜與一預定範本頻譜來判定此特性。

此類型之分析亦可顯現關於沿觸敏表面之觸控之移動速度之資訊，尤其在存在對觸敏表面之某個剖析(但此並非必要的)的情況下。 可藉由分析諸多傳感器處之信號強度、相位或頻譜或藉由分析單個傳感器處之強度、相位或頻譜之變更完成行進速度之估計。一速度估計可為一觸敏感測器之有用補充資料，此係因為其可有助於估計從一次掃描至下一次掃描之一預期位置。

在一觸控快速移動時，來自觸敏系統之連續報告位置可相差甚遠，且關於相同觸控之報告可不明顯。若基於聲學信號而知道速度係高的，則可在連續報告之間建立此關係。

可使用聲學感測器區別不同觸控類型或觸控類型之特定實例。 例如，可藉由尖端材料、儀器質量或藉由導致可區分觸敏表面中之振動之儀器設計之額外態樣區分兩個儀器。

接觸麥克風及類似傳感器可附接至觸敏表面之下側(即，背向使用者之側)，使得可向使用者呈現一整齊表面。此等裝置將連接至類比轉數位轉換電路且所得經時間取樣資料可用於一微處理器系統。分析之一些或所有可視需要使用類比電子裝置予以執行，但可能不比數位處理更佳。

VIII.額外考量

圖式僅出於闡釋目的描繪本發明之實施例。熟習此項技術者將容易從下文論述認知，可在不背離本文中所述之本發明之原理之情況 下採用本文中所闡釋之結構及方法之替代實施例。

在閱讀本發明時，熟習此項技術者將透過本文中所揭示之原理明白進一步額外替代結構及功能設計。因此，雖然已闡釋及描述特定實施例及應用，但應瞭解，所揭示實施例不限於本文中所揭示之精確構造及組件。可對本文中所揭示之方法及裝置之配置、操作及細節進行將對熟習此項技術者顯而易見之各種修改、變更及變動。

200‧‧‧程序

210‧‧‧實體階段

212‧‧‧處理階段

214‧‧‧操作

216‧‧‧操作

218‧‧‧操作

220‧‧‧操作

Claims (52)

1. 一種用於偵測一觸敏表面上之一儀器觸控事件之方法，該表面具有配置於其周邊周圍之發射器及偵測器，該等發射器產生由該等偵測器接收之光束，該儀器觸控事件干擾該等光束，該方法包括：接收指示哪些光束已受干擾之資訊；分析該經接收之資訊以偵測一或多個觸控事件；及基於該分析，將該等觸控事件之至少一者識別為一儀器觸控事件而非一手指觸控事件。
2. 如請求項1之方法，其中該等光束藉由全內反射從發射器傳播至偵測器，且光束由於由該觸敏表面上之觸控導致之受抑全內反射而受干擾。
3. 如請求項1之方法，其中該儀器為一被動儀器。
4. 如請求項1之方法，其中基於該儀器觸控事件之一接觸區域，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
5. 如請求項4之方法，其中基於該儀器觸控事件具有大小小於手指觸控事件之一接觸區域，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
6. 如請求項4之方法，其中基於該儀器觸控事件具有形狀不同於手指觸控事件之一接觸區域，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
7. 如請求項4之方法，其中基於該儀器觸控事件具有形狀比手指觸控事件更不對稱之一接觸區域，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
8. 如請求項4之方法，其中基於該儀器觸控事件具有含有兩個或更 多個分離區之一接觸區域，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
9. 如請求項1之方法，其中基於該儀器觸控事件具有高於手指觸控事件之一光束衰減速率，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
10. 如請求項1之方法，其中基於該儀器觸控事件之一觸控互動之一時間行為，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
11. 如請求項10之方法，其中基於該儀器觸控事件之該觸控互動所花費的時間小於手指觸控事件之觸控互動，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
12. 如請求項10之方法，其中基於該儀器觸控事件之該觸控互動包含該觸敏表面處之跳動，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
13. 如請求項1之方法，其中基於該儀器之一透射函數，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件，其中該透射函數表示根據傳入光束強度變化之傳出光束強度。
14. 如請求項13之方法，其中基於該儀器之透射函數根據該等傳入光束之方向變化，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
15. 如請求項13之方法，其中基於該儀器之透射函數充當該等傳入光束之一方向濾波器，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
16. 如請求項13之方法，其中基於該儀器之透射函數用來依一預定義方式重新定向預定義傳入光束，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
17. 如請求項13之方法，其中基於該儀器之透射函數用來將一預定義傳入光束分裂成多個傳出光束，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
18. 如請求項13之方法，其中基於該儀器之透射函數展現傳入光束及傳出光束之預定義組合之更強衰減，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
19. 如請求項13之方法，其中基於該儀器之透射函數展現傳入光束及傳出光束之預定義組合之更強增強，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
20. 如請求項13之方法，其進一步包括：基於該分析，判定該儀器之一定向。
21. 如請求項1之方法，其中基於該儀器觸控事件之一觸控互動之一波長行為，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
22. 如請求項21之方法，其中基於該儀器觸控事件之該觸控互動使不同光束波長依不同速率衰減，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
23. 如請求項21之方法，其中基於該儀器觸控事件之該觸控互動對預定義光束波長進行濾波，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
24. 如請求項1之方法，其中基於該儀器觸控事件之一觸控互動之一行為由該儀器之一尖端中之材料之一折射率引起，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
25. 如請求項24之方法，其中該儀器尖端中之該材料係雙折射的。
26. 如請求項1之方法，其中基於由該儀器對光束之一再發射，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
27. 如請求項1之方法，其進一步包括：分析該經接收之資訊以偵測一手掌觸控；及基於該分析，排除該手掌觸控為可能的儀器觸控。
28. 如請求項27之方法，其中基於該手掌觸控發生在該儀器觸控事 件附近，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
29. 如請求項1之方法，其進一步包括：接收關於與該觸敏表面之接觸之聲學資訊；及分析該經接收之聲學資訊，其中基於該經分析之聲學資訊，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
30. 如請求項29之方法，其中基於該經接收之聲學資訊之一高頻率含量，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
31. 如請求項29之方法，其中基於該經接收之聲學資訊中之瞬態之一持續時間，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
32. 如請求項1之方法，其中該儀器為一主動儀器。
33. 如請求項32之方法，其中該儀器經組態以在放置於一儀器固持件中時進行再充電。
34. 如請求項32之方法，其中該儀器包含一發射器，該發射器經定位以在該儀器與該觸敏表面接觸時將一光束注射至一波導中。
35. 如請求項34之方法，其中基於由該儀器注射該光束，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
36. 如請求項34之方法，其中該經注射之光束提供來自該儀器之一通信通道。
37. 如請求項36之方法，其中該儀器運用關於該儀器之一身份之資料調變該經注射之光束。
38. 如請求項36之方法，其中該儀器運用關於該儀器之一操作模式或多個操作參數之資料調變該經注射之光束。
39. 如請求項36之方法，其中該儀器運用關於該儀器之一接觸力之資料調變該經注射之光束。
40. 如請求項36之方法，其中該儀器運用關於該儀器之一位置、定向或運動之資料調變該經注射之光束。
41. 如請求項34之方法，其進一步包括：使用該經注射之光束來偵測該儀器觸控事件。
42. 如請求項41之方法，其中該經注射之光束之一強度根據與該儀器相隔之距離變化。
43. 如請求項41之方法，其中該發射器將多個光束注射至該波導中且該方法進一步包括：使用該等經注射之光束來對該儀器之一位置進行三角量測。
44. 如請求項41之方法，其中該發射器將多個光束注射至該波導中且該方法進一步包括：使用經注射之光束之交叉點來判定該儀器之一位置。
45. 如請求項32之方法，其中該儀器包含一偵測器，該偵測器經定位以在該儀器與該觸敏表面接觸時從一波導提取一光束。
46. 如請求項45之方法，其中該經提取之光束提供至該儀器之一通信通道。
47. 如請求項45之方法，其進一步包括：使用該經提取之光束來偵測該儀器觸控事件。
48. 如請求項32之方法，其中該儀器包含：一發射器，其經定位以在該儀器與該觸敏表面接觸時將一光束注射至一波導中；及一偵測器，其經定位以在該儀器與該觸敏表面接觸時從一波導提取一光束。
49. 如請求項32之方法，其中該儀器包含一無線通信通道。
50. 如請求項49之方法，其中該儀器經由該無線通信通道提供關於該儀器之一位置、定向或運動之資料，且基於該經提供之資料，區分該儀器觸控事件與手指觸控事件。
51. 一種光學觸敏裝置，其包括：一表面，該表面之觸控事件有待偵測； 發射器及偵測器，其等配置於該表面之一周邊周圍，該等發射器產生由該等偵測器接收之光束，該等觸控事件干擾該光束；及一觸控事件處理器，其直接地或間接地耦合至該等發射器及該等偵測器，該觸控事件處理器接收指示哪些光束已受實際觸控事件干擾之資訊；分析該經接收之資訊以偵測一或多個觸控事件；及基於該分析，將該等觸控事件之至少一者識別為一儀器觸控事件而非一手指觸控事件。
52. 一種光學觸敏裝置，其包括：一表面，該表面之觸控事件有待偵測；發射器及偵測器，其等配置於該表面之一周邊周圍，該等發射器產生由該等偵測器接收之光束，該等觸控事件干擾該光束；及一觸控事件處理器，其直接地或間接地耦合至該等發射器及該等偵測器，該觸控事件處理器實施如請求項1至50之方法之任一者。