平码五不中公式规律
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正交信令触摸用户、手和物体辨别系统和方法.pdf

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正交 触摸 用户 物体 辨别 系统 方法
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摘要
申请专利号:

CN201480077243.3

申请日:

2014.11.24

公开号:

CN106662938A

公开日:

2017.05.10

当前法律状态:

实审

?#34892;?#24615;:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G06F 3/041申请日:20141124|||公开
IPC分类号: G06F3/041 主分类号: G06F3/041
申请人: 触觉实验室股份有限公司
发明人: D·利; C·福林斯; R·J·J·?#28388;?#22612;; D·威格多; S·L·桑?#28388;?
地址: 美国纽约州
优?#28909;ǎ?/td> 2014.03.17 US 14/217,015; 2014.03.17 US 14/216,791; 2014.03.17 US 14/216,948; 2014.08.22 US 14/466,624
专利代理机构: 上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人: 侯颖媖
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法律状态
申请(专利)号:

CN201480077243.3

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.06|||2017.05.10

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种用于在触敏设备?#31995;?#21516;时的触摸事件的源之间作出区分的系统和方法。该触敏设备包括行导体和列导体,每个行导体的路径与每个列导体的路径交叉。正交的行信号在行导体上产生,以及正交的列信号在列导体上产生。在实施例中,多个行导体的每一个上出现的多个正交行信号的每一个的量被检测,多个列导体的每一个上出现的多个正交列信号的每一个的量被检测,并且此类量中的至少一个被用于将多个同时触摸事件中的每一个与不连续的源相关联。行导体之间的此类所检测的“串扰”的强度来区分两个或更多个触摸事件,诸如通过区分两手手势与一手手势,区分由不同用户创建的两个触摸事件,区分被动物体与手,识别被动物体、改善手掌排除以及改善意外触摸排除。

权利要求书

1.一种用于在触敏设备?#31995;?#21516;时的触摸事件的源之间作出区分的方法,所述触敏设备
包括多个行导体和多个列导体,每个行导体的路径与每个列导体的路径交叉,所述方法包
括:
在所述多个行导体中的至少一些行导体的相应一个上同时地发送多个正交行信号中
的每一个;
检测出现在所述多个列导体中的每一个?#31995;?#25152;述多个正交行信号中的每一个的量;
在至少一些列导体的相应一个上同时地发送多个正交列信号中的每一个;
检测出现在所述多个行导体中的每一个?#31995;?#25152;述多个正交列信号中的每一个的量;
检测至少一个行导体上出现的多个正交行信号中的至少一个的量;
检测至少一个列导体上出现的多个正交列信号中的每一个的量;并且
基于下列中的至少一个,将多个同时的触摸事件中的每一个与不连续的源相关联:所
检测的至少一个行导体上出现的多个正交行信号中的至少一个的量,或所检测的至少一个
列导体上出现的多个正交列信号中的每一个的量。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括区分两手手势与一手手势的步
骤。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括区分由不同用户创建的多个触摸
事件中的至少两个的步骤。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括区分来自一只手的被动物体的步
骤。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括识别是否被用户触摸的被动物
体。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括识别被动物体的步骤。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述被动物体是指示笔。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述识别被动物体的步骤包括识别多个叉
齿,所述叉齿连接在一起并且形成特定的?#21450;浮?br />
9.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述识别被动物体的步骤包括切换到所述触
敏设备可以辨?#31995;耐及?#20013;的触摸之间的电连接。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括识别主动物体的步骤。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述主动物体包括信号发生器。
12.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述主动物体是指示笔。
13.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括使用所述关联来改善手掌排除。
14.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括使用所述关联来改善意外触摸
排除。
15.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否多个触摸事件来自一
只手的步骤。
16.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否多个触摸事件来自同
一人的两只手的步骤。
17.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否多个触摸事件来自多
个人的触摸的步骤。
18.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否两个接触由不同用户
做出,所述两个接触的每一个在不同帧中被识别。
19.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否两个接触是同一接触,
所述两个接触的每一个在不同帧中被识别。
20.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括利用多个阈值的步骤。
21.如权利要求20所述的方法,其特征在于,进一步包括使用所述多个阈值来判定下列
中的至少一个:是否所述多个触摸事件中的两个来自一只手,是否所述多个触摸事件中的
两个来自同一人的两只手,或者所述多个触摸事件中的两个来自不同人的手。
22.如权利要求20所述的方法,其特征在于,当使用触敏设备时,所述阈值被适应性地
设置。
23.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤由信号处理器执
行。
24.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤包括检测由用户
的手指的第一根所触摸的行和由用户的手指的第二根所触摸的行之间的耦合。
25.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤包括检测由用户
的手指的第一根所触摸的列和由用户的手指的第二根所触摸的列之间的耦合。
26.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤包括检测由用户
的身体的一部分引起的触摸事件附近的行和由用户的身体的另一部分引起的触摸事件附
近的行之间的耦合。
27.如权利要求26所述的方法,其特征在于,所述用户的身体的一部分是手?#31119;?#24182;且所
述用户的身体的另一部分包括所述用户的手掌。
28.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述触摸事件包括由用户实行的动作,所述
动作接近所述触敏设备而发生。
29.如权利要求1所述的方法,其特征在于:
同时地发送多个正交行信号的每一个的步骤包括发送所述触敏设备的每行?#31995;?#27491;交
信号;
同时地发送多个正交列信号中的每一个的步骤包括发送所述触敏设备的每列?#31995;?#27491;
交列信号;
所述检测出现在所述多个列导体中的每一个?#31995;?#25152;述多个正交行信号中的每一个的
量的步骤包括检测所述触敏设备的每列?#31995;?#27491;交行信号;以及
所述检测出现在所述多个行导体中的每一个?#31995;?#25152;述多个正交列信号中的每一个的
量的步骤包括检测所述设备的每行?#31995;?#27491;交列信号。
30.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括施加到接触的标记的步骤。
31.如权利要求30所述的方法,进一步包括:
使施加到所述接触的所述标?#24378;?#36234;帧保持。
32.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述行导体和列导体以网格排布。
33.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述行导体和列导体以网格以外的形状排
布。
34.如权利要求33所述的方法,其特征在于,所述行导体以同?#33041;?#25490;布。
35.如权利要求34所述的方法,其特征在于,所述列导体?#28304;?#25152;述同?#33041;?#30340;?#34892;?#21521;外辐
射排布。
36.如权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括行导体和列导体之外的第三种
类的导体。
37.一种用于在触敏设备?#31995;?#21516;时的触摸事件的源之间作出区分的方法,所述触敏设
备包括多个行导体和多个列导体,每个行导体的路径与每个列导体的路径交叉,所述方法
包括:
在所述多个行导体中的至少一些行导体的相应一个上同时地发送多个正交行信号中
的每一个;
检测至少一行上出现的所述多个正交行信号中的至少一个的量;
在至少一些列导体的相应一个上同时地发送多个正交列信号中的每一个;
检测至少一个列导体上出现的所述多个正交列信号中的每一个的量;
使用所述多个正交行信号中的每一个的检测的量?#35789;?#21035;在触敏设备?#31995;?#35302;摸事件;以

基于所检测的出现在所述多个行导体中的至少一个?#31995;?#25152;述多个正交行信号中的至
少一个的量,将所述多个同时触摸事件中的每一个与不连续的源相关联。
38.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括区分两手手势与一手手势的步
骤。
39.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括区分由不同用户创建的多个触
摸事件中的至少两个的步骤。
40.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括区分来自一只手的被动物体的
步骤。
41.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括识别是否被用户触摸的被动物
体的步骤。
42.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括识别被动物体的步骤。
43.如权利要求42所述的方法,其特征在于,所述被动物体是指示笔。
44.如权利要求41所述的方法,其特征在于,所述识别被动物体的步骤包括识别多个叉
齿,所述叉齿连接在一起并且形成特定的?#21450;浮?br />
45.如权利要求41所述的方法,其特征在于,所述识别被动物体的步骤包括切换到所述
触敏设备可以辨?#31995;耐及?#20013;的触摸之间的电连接。
46.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括识别主动物体的步骤。
47.如权利要求46所述的方法,其特征在于,所述主动物体包括信号发生器。
48.如权利要求46所述的方法,其特征在于,所述主动物体是指示笔。
49.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括使用所述关联来改善手掌排
除。
50.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括使用所述关联来改善意外触摸
排除。
51.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否多个触摸事件来自一
只手的步骤。
52.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否多个触摸事件来自同
一人的两只手的步骤。
53.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否多个触摸事件来自多
个人的触摸的步骤。
54.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否两个接触由不同用户
做出的步骤,所述两个接触的每一个在不同帧中被识别。
55.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否两个接触是同一接触
的步骤,所述两个接触的每一个在不同帧中被识别。
56.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括利用多个阈值的步骤。
57.如权利要求56所述的方法,其特征在于,进一步包括使用所述多个阈值来判定下列
中的至少一个:是否所述多个触摸事件中的两个来自一只手,是否所述多个触摸事件中的
两个来自同一人的两只手,或者所述多个触摸事件中的两个来自不同人的手。
58.如权利要求56所述的方法,其特征在于,当使用触敏设备时,所述阈值被适应性地
设置。
59.如权利要求37所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤由信号处理器执
行。
60.如权利要求37所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤包括检测由用户
的手指的第一根所触摸的行和由用户的手指的第二根所触摸的行之间的耦合。
61.如权利要求37所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤包括检测由用户
的手指的第一根所触摸的列和由用户的手指的第二根所触摸的列之间的耦合。
62.如权利要求37所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤包括检测由用户
的身体的一部分引起的触摸事件附近的行和由用户的身体的另一部分引起的触摸事件附
近的行之间的耦合。
63.如权利要求62所述的方法,其特征在于,所述用户的身体的一部分是手?#31119;?#24182;且所
述用户的身体的另一部分包括所述用户的手掌。
64.如权利要求37所述的方法,其特征在于,所述触摸事件包括由用户实行的动作,所
述动作接近所述触敏设备而发生。
65.如权利要求37所述的方法,其特征在于:
同时地发送多个正交行信号的每一个的步骤包括发送所述触敏设备的每行?#31995;?#27491;交
信号;
同时地发送多个正交列信号中的每一个的步骤包括发送所述触敏设备的每列?#31995;?#27491;
交列信号;
所述检测出现在所述多个列导体中的每一个?#31995;?#25152;述多个正交行信号中的每一个的
量的步骤包括检测所述触敏设备的每列?#31995;?#27491;交行信号;以及
所述检测出现在所述多个行导体中的每一个?#31995;?#25152;述多个正交列信号中的每一个的
量的步骤包括检测所述设备的每行?#31995;?#27491;交列信号。
66.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括施加到接触的标记的步骤。
67.如权利要求66所述的方法,进一步包括:
使施加到所述接触的所述标?#24378;?#36234;帧保持。
68.如权利要求37所述的方法,其特征在于,所述行导体和列导体以网格排布。
69.如权利要求37所述的方法,其特征在于,所述行导体和列导体以网格以外的形状排
布。
70.如权利要求69所述的方法,其特征在于,所述行导体以同?#33041;?#25490;布。
71.如权利要求70所述的方法,其特征在于,所述列导体?#28304;?#25152;述同?#33041;?#30340;?#34892;?#21521;外辐
射排布。
72.如权利要求37所述的方法,其特征在于,进一步包括行导体和列导体之外的第三种
类的导体。
73.一种用于在触敏设备?#31995;?#22810;个同时的触摸事件的源之间作出区分的方法,所述触
敏设备包括多个行导体和多个列导体,每个行导体的路径与每个列导体的路径交叉,所述
方法包括:
检测出现在所述多个行导体中的每一个?#31995;?#22810;个正交行信号中的每一个的量;并且
基于所检测的出现在所述多个行导体中的至少一个?#31995;?#25152;述多个正交行信号中的至
少一个的量,将所述多个同时的触摸事件中的每一个与不连续的源相关联。
74.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括区分两手手势与一手手势的步
骤。
75.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括区分由不同用户创建的多个触
摸事件中的至少两个的步骤。
76.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括区分来自一只手的被动物体的
步骤。
77.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括识别是否被用户触摸的被动物
体的步骤。
78.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括识别被动物体的步骤。
79.如权利要求78所述的方法,其特征在于,所述被动物体是指示笔。
80.如权利要求78所述的方法,其特征在于,所述识别被动物体的步骤包括识别多个叉
齿,所述叉齿连接在一起并且形成特定的?#21450;浮?br />
81.如权利要求78所述的方法,其特征在于,所述识别被动物体的步骤包括切换到所述
触敏设备可以辨?#31995;耐及?#20013;的触摸之间的电连接。
82.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括识别主动物体的步骤。
83.如权利要求82所述的方法,其特征在于,所述主动物体包括信号发生器。
84.如权利要求82所述的方法,其特征在于,所述主动物体是指示笔。
85.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括使用所述关联来改善手掌排
除。
86.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括使用所述关联来改善意外触摸
排除。
87.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否多个触摸事件来自一
只手的步骤。
88.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否多个触摸事件来自同
一人的两只手的步骤。
89.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否多个触摸事件来自多
个人的触摸的步骤。
90.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否两个接触由不同用户
做出的步骤,所述两个接触的每一个在不同帧中被识别。
91.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括判定是否两个接触是同一接触
的步骤,所述两个接触的每一个在不同帧中被识别。
92.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括利用多个阈值的步骤。
93.如权利要求92所述的方法,其特征在于,进一步包括使用所述多个阈值来判定下列
中的至少一个:是否所述多个触摸事件中的两个来自一只手,是否所述多个触摸事件中的
两个来自同一人的两只手,或者所述多个触摸事件中的两个来自不同人的手。
94.如权利要求92所述的方法,其特征在于,当使用触敏设备时,所述阈值被适应性地
设置。
95.如权利要求73所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤由信号处理器执
行。
96.如权利要求73所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤包括检测由用户
的手指的第一根所触摸的行和由用户的手指的第二根所触摸的行之间的耦合。
97.如权利要求73所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤包括检测由用户
的手指的第一根所触摸的列和由用户的手指的第二根所触摸的列之间的耦合。
98.如权利要求73所述的方法,其特征在于,所述识别触摸事件的步骤包括检测由用户
的身体的一部分引起的触摸事件附近的行和由用户的身体的另一部分引起的触摸事件附
近的行之间的耦合。
99.如权利要求98所述的方法,其特征在于,所述用户的身体的一部分是手?#31119;?#24182;且所
述用户的身体的另一部分包括所述用户的手掌。
100.如权利要求73所述的方法,其特征在于,所述触摸事件包括由用户实行的动作,所
述动作接近所述触敏设备而发生。
101.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括将标记施加到接触的步骤。
102.如权利要求101所述的方法,进一步包括:
使施加到所述接触的所述标?#24378;?#36234;帧保持。
103.如权利要求73所述的方法,其特征在于,所述行导体和列导体以网格排布。
104.如权利要求73所述的方法,其特征在于,所述行导体和列导体以网格以外的形状
排布。
105.如权利要求104所述的方法,其特征在于,所述行导体以同?#33041;?#25490;布。
106.如权利要求105所述的方法,其特征在于,所述列导体?#28304;?#25152;述同?#33041;?#30340;?#34892;?#21521;外
辐射排布。
107.如权利要求73所述的方法,其特征在于,进一步包括行导体和列导体之外的第三
种类的导体。
108.一种低等待时间触敏设备,包括:
a.多个行导体和列导体,排布?#26705;?br />i.所述多个行导体的导体路径中的每一个与所述多个列导体的导体路径中的每一个
交叉,并且其中,
ⅱ.当所述触敏设备不被触摸时,第一电平的信号被耦合在它们之间,以及
ⅲ.当所述触敏设备被触摸时,第二电平的信号被耦合在它们之间;
b.可操作地连接?#20102;?#36848;多个行导体的行信号发生器,所述行信号发生器适于同时地产
生多个独特的正交行信号,每个独特的正交行信号与每一个其它独特的正交行信号正交;
c.可操作地连接至多个列导体的列信号解码器,所述列信号解码器适于检测所述多个
列导体中的每一个?#31995;?#25152;述多个独特的正交行信号中的每一个的电平;
d.可操作地连接?#20102;?#36848;多个列导体的列信号发生器,所述列信号发生器适于同时地产
生多个独特的正交列信号,每个独特的正交列信号与每一个其它独特的正交列信号正交;
e.可操作地连接至多个行导体的行信号解码器,所述行信号解码器适于检测所述多个
行导体中的每一个?#31995;?#25152;述多个独特的正交列信号中的每一个的电平和在所述多个行导
体的每一个?#31995;?#25152;述多个独特的正交行信号中的每一个的电平;以及
f.处理器,所述处理器配置为,基于所检测的出现在所述多个行导体中的至少一个上
的所述多个正交行信号中的至少一个的量,将多个同时的触摸事件中的每一个与不连续的
源相关联。
109.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为区分两手手势
与一手手势。
110.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为区分由不同用
户创建的多个触摸事件中的至少两个。
111.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为区分被动物体
与手。
112.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为识别是否被用
户触摸的被动物体。
113.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为识别被动物
体。
114.如权利要求113所述的设备,其特征在于,所述被动物体是指示笔。
115.如权利要求113所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为识别多个叉
齿,所述叉齿连接在一起并且形成特定的?#21450;浮?br />
116.如权利要求113所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为切换到所述触
敏设备可以辨?#31995;耐及?#20013;的触摸之间的电连接。
117.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为识别主动物
体。
118.如权利要求117所述的设备,其特征在于,所述主动物体包括信号发生器。
119.如权利要求117所述的设备,其特征在于,所述主动物体是指示笔。
120.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为使用所述关联
来改善手掌排除。
121.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为使用所述关联
来改善意外触摸排除。
122.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为判定是否多个
触摸事件来自一只手。
123.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为判定是否多个
触摸事件来自同一人的两只手。
124.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为判定是否多个
触摸事件来自多个人的触摸。
125.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为判定是否两个
接触由不同用户做出,所述两个接触的每一个在不同帧中被识别。
126.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为判定是否两个
接触是同一接触,所述两个接触的每一个在不同帧中被识别。
127.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为利用多个阈
值。
128.如权利要求127所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为使用所述多个
阈值来判定下列中的至少一个:是否所述多个触摸事件中的两个来自一只手,是否所述多
个触摸事件中的两个来自同一人的两只手,或者所述多个触摸事件中的两个来自不同人的
手。
129.如权利要求127所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为,当使用触敏
设备时,所述阈值被适应性地设置。
130.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器是信号处理器。
131.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为检测由用户的
手指的第一根所触摸的行和由用户的手指的第二根所触摸的行之间的耦合。
132.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为检测由用户的
手指的第一根所触摸的列和由用户的手指的第二根所触摸的列之间的耦合。
133.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为检测由用户的
身体的一部分引起的触摸事件附近的行和由用户的身体的另一部分引起的触摸事件附近
的行之间的耦合。
134.如权利要求133所述的设备,其特征在于,所述用户的身体的一部分是手?#31119;?#24182;且
所述用户的身体的另一部分包括所述用户的手掌。
135.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述触摸事件包括由用户实行的动作,
所述动作接近所述触敏设备而发生。
136.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为将标记施加到
接触。
137.如权利要求136所述的设备,其特征在于,所述处理器进一步配置为使施加到所述
接触的所述标?#24378;?#36234;帧保持。
138.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述行导体和列导体以网格排布。
139.如权利要求108所述的设备,其特征在于,所述行导体和列导体以网格以外的形状
排布。
140.如权利要求139所述的设备,其特征在于,所述行导体以同?#33041;?#25490;布。
141.如权利要求140所述的设备,其特征在于,所述列导体?#28304;?#25152;述同?#33041;?#30340;?#34892;?#21521;外
辐射排布。
142.如权利要求108所述的设备,其特征在于,进一步包括行导体和列导体之外的第三
种类的导体。

说明书

正交信令触摸用户、手和物体辨别系统和方法

本申请要求于2014年8月22日提交的题为“Orthogonal Signaling Touch User,
Hand And Object Discrimination Systems And Methods”的美国专利申请No.14/466,
624的优?#28909;ǎ?#35813;申请是2014年3月17日提交题为“Fast Multi-Touch Sensor With User
Identification Techniques”的美国专利申请No.14/217,015的部分继续申请,本申请同
时要求于2014年3月17日提交题为“Fast Multi-Touch Noise Reduction”的美国专利申请
No.14/216,791。本申请同时要求于2014年3月17日提交题为“Fast Multi-Touch Stylus
and Sensor”的美国专利申请No.14/216,948。优?#28909;?#30003;请的完整公开通过引用纳入本文
中。此申请包括受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人对本专利公开进行影印,就像
它出现在专利和商标局文件或记录中,但在别的方面保留所有版权。

技术领域

所披露的系统和方法总体涉及用户输入领域,更具体地涉及提供快速多触摸传感
器中的用户、手和物体辨别的用户输入系统。

附图说明

下列对如附图所示的各实施例的更加较具体的描述,本公开的前述的及其他目
标、特征,和优点将变得显而易见,在附图中,各个图中的附图标记表示相同部分。附图不一
定按比例绘制,而是着重于所公开实施例的原理。

图1提供了示出低等待时间触摸传感器设备的实施例的高级方框图。

图2示出可用于低等待时间触摸传感器设备的实施例中的交叉的导电路径的布局
的实施例。

图3示出展示场平坦化过程的方框图。

图4示出展示在局部最大值周围的四个相连的邻近点的图。

图5示出展示在局部最大值周围的八个相连的邻近点的图。

图6示出展?#24452;?#38750;对称触摸点的椭圆拟?#31995;?#20960;何图。

图7给出展示被配置成减噪的低等待时间触摸传感器设备的实施例的高级方框
图。

图8-11、12A和12B是信号产生和发送机制的简化图示。

图13示出展示根据所披露的系统和方法的实施例的用户识别技术的侧视图。

图14和图15示出展示根据所披露的系统和方法的实施例的快速多触摸笔(styli)
的立体图。

图16示出展示传感器板和有源光笔的俯视图。

图17示出展示传感器板和有源光笔的侧视图。

图18示出根据所披露的有源光笔的实施例的传感器板内的内反射的侧视图。

图19示出根据所披露的有源光笔的实施例的角滤波器的使用的侧视图。

图20示出展示由有源光笔发射到传感器板?#31995;耐及?#30340;侧视图。

图21-23示出沿传感器板的边缘由有源光笔发射出的光点的几何投影。

图24示出展示投影到传感器板?#31995;?#22810;个?#21450;?#30340;俯视图。

图25示出展示由同一人的两只手触摸时正交信令传感器中的串扰的示意性俯视
图。

图26示出展示由不同人的两只手触摸时正交信令传感器中的缺少串扰的示意性
俯视图。

图27示出展?#38236;?#20004;个触摸共享一个行或列时产生的问题的传感器的示意性俯视
图。

图28示出展示本文公开的用户、手和物体辨别系统的示意性俯视图,其中触摸屏
和/或处理器被修改以便在每行和每列上生成正交的信号,并且来感测在每行和每列?#31995;?br />所有信号。

图29示出展?#38236;?#20010;用户做出在显示屏?#31995;?#20004;个触摸,并且来自一行的信号通过他
的身体到达另一行的实例的传感器的示意性俯视图。

图30示出展示信号通过一只用户的手耦?#31995;?#23454;例的传感器的示意性俯视图。

图31示出展示由两个不同的用户做出的两个触摸的实例的传感器的示意性俯视
图,并且由于没有用户之间的信号行进的路径,没?#34892;械?#34892;的耦合或列到列的耦合。

图32示出展示静止在传感器的上部的物体的示意性俯视图。

具体实施方式

本申请涉及2013年3月15日提交的题为“Low-Latency Touch Sensitive Device”
的美国专利申请No.13/841,436、2014年1月16日提交的题为“Fast Multi-Touch Update
Rate Throttling(快速多触摸更新?#35782;?#21046;)”的美国专利申请No.61/928,069、2013年10月4
日提交的题为“Hybrid Systems And Methods For Low-Latency User Input Processing
And Feedback(对于低等待时间用户输入处理和反馈的系统和方法)”的美国专利申请
No.14/046,819、2013年3月15日提交的题为“Fast Multi-Touch Stylus(快速多触摸笔)”
的美国专利申请No.61/798,948、2013年3月15日提交的题为“Fast Multi-Touch Sensor
With User-Identification Techniques(具有用户识别技术的快速多触摸传感器)”的美
国专利申请No.61/799,035、2013年3月15日提交的题为“Fast Multi-Touch Noise
Reduction(快速多触摸减噪)”的美国专利申请No.61/798,828、2013年3月15日提交的题为
“Active Optical Stylus(有源光笔)”的美国专利申请No.61/798,708、2012年10月5日提
交题为“Hybrid Systems And Methods For Low-Latency User Input Processing And
Feedback(低等待时间用户输入处理和反馈的混合式系统和方法)”的美国专利申请No.61/
710,256、2013年7月12日提交的题为“Fast Multi-Touch Post Processing(快速多触摸后
处理)”的美国专利申请No.61/845,892、2013年7月12日提交的题为“Reducing Control
Response Latency With Defined Cross-Control Behavior(通过定义的交叉控制行为减
少控制响应等待时间)”的美国专利申请No.61/845,879、2013年9月18日提交的题为
“Systems And Methods For Providing Response To User Input Using Information
About State Changes And Predicting Future User Input(使用关于状态改变为用户输
入提供响应并预测未来用户输入的系统和方法)”的美国专利申请No.61/879,245、2013年9
月21体提交的题为“Systems And Methods For Providing Response To User Input
Using Information About State Changes And Predicting Future User Input(使用关
于状态改变为用户输入提供响应并预测未来用户输入的系统和方法)”的美国专利申请
No.61/880,887、2013年10月4日提交的题为“Hybrid Systems And Methods For Low-
Latency User Input Processing And Feedback(对于低等待时间用户处理和反馈的混合
式系统和方法)”的美国专利申请No.14/046,823、2013年11月1日提交的题为“FastMulti-
Touch Post Processing(快速多触摸后处理)”的美国专利申请No.14/069,609、2013年10
月7日提交的题为“Touch And Stylus Latency Testing Apparatus(触摸和?#23454;?#24453;时间测
试装置)”的美国专利申请No.61/887,615、2014年1月22日提交的题为“Dynamic
Assignment Of Possible Channels In A Touch Sensor(触摸传感器中的可能信道的动
态分配)”的美国专利申请No.61/930,159以及2014年1月27日提交的题为“Decimation
Strategies For Input Event Processing(对于输入事件处理的降频策略)”的美国专利
申请No.61/932,047?#20449;?#38706;的诸如快速多触摸传感器的用户接口和其它接口。这些申请的
全部公开内容通过引用结合于此。

在不同实施例中,本公开涉及用于区分在触摸表面?#31995;?#35302;摸点的源的系统和方
法,其集中在使设备能够在由不同的手、用户或物体,例如,指示?#21097;?#29983;成的触摸点之间进行
区分。公开的技术也可以用于识别物体、手或用户。

贯穿本公开中,可以使用术语术语“触摸?#34180;ⅰ?#25509;触?#34987;?#20854;他描述符来描述由传感器
检测到用户的手指、指示笔、物体或身体部位的时间段。在一些实施例中,这些检测仅当用
户与传感器或传感器具体化在其中的设备物理地接触时才发生。在其他实施例中,可以调
谐传感器以允许检测悬停(hover)在触摸表面上方的固定的距离的“触摸?#34987;頡?#25509;触?#34180;?#22240;此,
在本描述内使用暗示?#35272;?#20110;感测到的物理接触的语言不应当理解为意味着所描述的技术
仅适用于那些实施例;?#23548;?#19978;,本文中所描述的几乎全部(如果不是全部的)内容将同等地
适用于“触摸”和“悬停”传感器。

当前公开的正交信令触摸用户、手和物体辨别系统和方法在用电容性触摸传感器
连接方面是有益的,并且尤其对于采用基于正交信令的复用机制的电容性触摸传感器,诸
如但不限于,频分复用(FDM)、码分复用(CDM)、或者结合了FDM和CDM方法的混?#31995;?#21046;技术。
本文的?#24503;?#30340;参考也可以指代为其他正交信号基础。由此,本申请通过引用包含申请者之
前的2013年3月15日提交的题为“Low-Latency Touch Sensitive Device”的美国专利申请
No.13/841,436和2013年11月1日提交的题为“Fast Multi-Touch Post Processing”的美
国专利申请No.14/069,609。这些申请考虑了电容性FDM、CDM或FDM/CDM混合触摸传感器,其
可以与本公开的正交信令触摸用户、手和物体辨别系统和方法关联使用。在此传感器中,当
来自行的信号耦?#31995;?#21015;并且在该列上被接收时,触摸被感测。

本公开将首先描述快速多触摸传感器的操作,对于所述快速多触摸传感器可以应
用本辨别系统和方法。本文公开的用户、手和物体辨别系统和方法的?#38468;?#28982;后会在“用户、
手和物体辨别”的标题下被进一步描述。

在实施例中,利用本文的用户、手和物体辨别技术提供来自二维流形(manifold)
?#31995;?#25163;指(或其它物体)的触摸事件(或其它姿态)的检测并具有对触摸事件或多个同时的
触摸事件进行检测并彼此区分的能力。如本文中使用的,词“触摸事件”和?#24103;?#35302;摸”当用作
名词时包括接近触摸和接近触摸事件,或者可使用传感器识别的任何其它姿态。根据实施
例,触摸事件可以非常低的等待时间(例如大约十毫秒或更少时间、或者少于一毫秒)被检
测、处理并提供至下游计算进程。

在一个实施例中,所披露的快速触摸传感器利用一种投射电容性方法,该方法对
于触摸事件的高更新率和低等待时间测量已有改善。该技术可使用并行硬件和较高?#24503;?#27874;
形以获得前述优势。另外公开了作出灵敏和稳健测量的方法,该方法可用在透明显示表面
上并?#31245;?#35768;运用这项技术的产品的经济型制造。在这一点,本文中使用的“电容性物体”可
以是手指、人体的其它部分、指示笔或传感器对其敏感的其它物体。本文公开的传感器和方
法不需要?#35272;?#20110;电容。对于下面披露的光传感器实施例,这些实施例利用光子隧穿和泄漏
以感测触摸事件,并且本文描述的“电容性物体”包括可与这种感测相容的任何物体,例如
指示笔或手指。类似地,本文中使用的“触摸位置”和“触敏设备”不需要电容性物体与所披
露的传感器之间的?#23548;?#35302;摸接触。

图1示出根据一个实施例的快速多触摸传感器100的某些原理。在附图标记200,不
同的信号被发送到该表面的行的每一行内。信号被设计成“正交的?#20445;?#21363;可彼此隔开并可区
分。在附图标记300处,接收器被附连至每一列。接收器被设计成接收所发送的信号中的任
何一个、或者这些信号的?#25105;?#32452;合,并且单独地测量出现在该列?#31995;?#27491;交发送信号中的每
一个的量。传感器的触摸表面400包括一系?#34892;?#21644;列(未全部示出),这些正交信号可沿这些
行和列传播。在实施例中,这些行和列被设计?#26705;?#24403;它们不经受触摸事件时,?#31995;?#37327;或可忽
略量的信号被耦合在它们之间,相反,当它们经受触摸事件时,较高量或不可忽略量的信号
被耦合在它们之间。(在一个实施例中,相反情形可以成立——使较少量的信号代表触摸事
件,而使较大量的信号代表没有触摸)如以上所讨论的,触摸或触摸事件不需要物理接触,
而是影响耦合信号的电平的事件。

继续参见图1,在一个实施例中,一般?#27492;担?#22312;行和列两者附近的触摸事件的电容
性结果可能使出现在该行?#31995;?#19981;可忽略的量的信号耦?#29616;?#35813;列。更一般地说,触摸事件可
造成并由此对应于列上接收的信号。由于行?#31995;?#20449;号是正交的,因此多个行信号可被耦合
至一列并由接收器进行区分。同样,每个行?#31995;?#20449;号可被耦?#29616;?#22810;个列。对于耦?#29616;?#32473;定行
的每个列,该列上发现的信号包含将指示哪些行正与该列同时地被触摸的信息。所接收的
每个信号的量一般与携带对应信号的列和行之间的耦?#31995;?#37327;有关,并由此可指示触摸物体
到该表面的距离、由触摸所覆盖的表面的面积和/或触摸的压力。

当同时触摸行和列时,出现在行?#31995;?#19968;些信号被耦?#31995;?#30456;应的列内。(如以上所讨
论的,术语“触摸?#34987;頡?#34987;触摸(touched)”不需要?#23548;?#30340;物理接触,而是相对接近。)事实上,
在触摸设备的各种实施方式中,与行和/或列的物理接触是不太可能的,因为在行和/或列
与手指或其它触摸物体之间可存在保护性阻?#27493;?#26500;(barrier)。此外,一般?#27492;担?#34892;和列本
身不彼此接触,相反被布置在接近位置,这防止可忽略的量以?#31995;?#20449;号被耦合在它们之间。
一般?#27492;担?#34892;—列耦合不起因于它们之间的?#23548;式?#35302;,也不来自手指或其它接触物体的实
?#24335;?#35302;,而是起因于使手指(或其它物体)贴近的电容性效应——导致电容性效应的贴近在
本文中被称为触摸)。

行和列的本性是?#25105;?#30340;并且具体取向是无关的。事实上,术语“行”和“列”不旨在
表示方格,而是表示在其上发送一信号的一组导体(行)以及在其上可耦合一信号的一组导
体(列)。行和列甚至根本不一定在一个网格中。其它形?#35789;?#21487;能的,只要触摸事件将触摸部
分“行”和部分“列?#20445;?#24182;造成某种形式的耦合。例如,“行”可以是同?#33041;玻?#32780;“列”可以是从中
心向外辐射的?#22336;?#27492;外,不一定仅存在两种类型的信号传播信道:在一个实施例中,取代
行和列,可提供信?#39304;癆?#34180;ⅰ癇”和“C?#20445;?#22312;“A”上发送的信号可在“B”和“C”上被接收,或者,在一
个实施例中,在“A”和“B”上发送的信号可在“C”上被接收。另一种可能是,信号传播信道可
交替发挥作用,有时支持发送器,有时支持接收器。三个或更多类型的天线导体可以被使
用,而不是仅仅“行”和“列?#34180;?#35768;多替代实施例是可能的并对本领域内技术人员而言在考虑
本公开后将变得显而易见。

如前面提到的,在一实施例中,触摸表面400由一系?#34892;?#21644;列构?#26705;?#20449;号可沿其传
播。如前面讨论的,以下列方式设计这些行和列:当它们不被触摸时,可忽略的量的信号被
耦合在它们之间。此外,不同的信号被发送到每个行内。在一个实施例中,这些不同信号中
的每一个是彼此正交的(即可隔开和可区分的)。当同时触摸行和列时,出现在行?#31995;?#19981;可
忽略的量的信号被耦?#31995;?#30456;应的列内。被耦?#31995;?#21015;?#31995;?#20449;号的量可关联于触摸的压力或面
积。

接收器300被附连至每个列。接收器被设计成接收不可忽略的量的任何正交信号、
或者正交信号的?#25105;?#32452;合,并识别提供不可忽略的量的信号的列。在一个实施例中,接收器
可测量出现在该列?#31995;?#27491;交发送信号中的每一个的量。如此,除了识别与每个列接触的行,
接收器可提供关于该触摸的额外(例如定性)的信息。一般?#27492;担?#35302;摸事件可对应于在列上
接收的信号。对于每个列,在其上接收的不同信号指示哪些对应行正与该列同时被触摸。在
一个实施例中,所接收的每个信号的不可忽略的量可关联于相应行和列之间的耦?#31995;?#37327;并
可指示由该触摸覆盖的表面积、触摸压力等等。

简单正?#20063;?#23454;施例

在一个实施例中,被发送到行中的正交信号可以是未经调制的正?#20063;ǎ?#27599;个正弦
波具有不同的?#24503;剩?#36873;择?#24503;?#20197;使它们在接收器中能容易地彼此区分。在一个实施例中,选
择?#24503;?#20197;在这些?#24503;手?#38388;提供充分的间隔,以使这些?#24503;?#22312;接收器中能容易地彼此区分。
在一个实施例中,所选择的?#24503;手?#38388;不存在简单谐波关系。简单谐波关系的缺乏可减轻可
能造成一个信号模仿另一个的非线性伪像。

一般?#27492;担?#22914;果?#24503;手?#38388;的间隔Δf至少是测量周期τ的倒数,相邻?#24503;手?#38388;的间
隔是恒定的并且最高?#24503;?#23567;于最?#25512;德?#30340;两倍的?#24503;省?#26803;”一般能满足这些标准。例如,如
果希望测量(例如来自列的)信号的组合以确定哪些行信号是每毫秒(τ)出现一次,则?#24503;?br />间隔(Δf)必须大于一千赫(即Δf>1/τ)。根据这种计算,对于具有仅十行的示例情况,可
以使用下列?#24503;剩?br />


本领域内技术人员将明白,?#24503;?#38388;隔可明?#28304;?#20110;该最小值以实现稳固的设计。作
为一个例子,具有0.5cm行/列间隔的20cm×20cm触摸表面将需要40个行和40个列并且需要
在40个不同?#24503;?#19979;的正?#20063;ā?#23613;管每毫秒一次的分析可能只需要1KHz间隔,然而为了更稳
固的实现方式而利用?#25105;?#26356;大的间隔。?#25105;?#26356;大的间隔受制于如下约束条件:最大?#24503;?#19981;
应当大于最?#25512;德?#30340;两倍(即fmax<2(fmin))。在该例中,可使用最?#25512;德?#35774;定在5MHz的
100kHz的?#24503;?#38388;隔,由此得到5.0MHz、5.1MHz、5.2MHz?#28304;?#31867;推直至8.9MHz的?#24503;?#21015;表。

在一个实施例中,列表?#31995;?#27599;个正?#20063;?#21487;通过信号发生器产生并通过发送器在独
立的行上发送。为了识别被同时触摸的行和列,接收器接收出现在列?#31995;?#20219;何信号并且信
号处理器分析该信号以确定哪些(如果有的话)?#24503;?#20986;现在列表上。在一个实施例中,上述
识别可通过?#24503;?#20998;析技术(例如傅立叶变换)或通过使用滤波器排予以支持。

在一个实施例中,接收器可?#29992;?#20010;列的信号确定来自该列?#31995;?#20449;号中所发现的频
率列表中的每个?#24503;?#30340;强度。在一个实施例中,在?#24503;是?#24230;大于某一阈值的情况下,信号处
理器识别出在与该?#24503;识?#24212;的行和列之间有触摸事件。在一个实施例中,可将对应于各种
物理现象的信号强度信息作为定位触摸事件区域的辅助手段,所述物理现象包括离行/列
交叉点的触摸距离、触摸物体的尺寸、物体下压于此的压力、被触摸的行/列交叉点的部分
等等。

一旦对至少两个?#24503;?对应于行)或对于至少两个列已计算出信号强度,则可创建
二维?#25104;洌?#20854;中信号强度是在该行/列交叉点处的?#25104;?#20540;。在一个实施例中,对于每列?#31995;?br />每个?#24503;剩?#35745;算信号的强度。一旦计算出信号强度,则可创建二维?#25104;洹?#22312;一个实施例中,信
号强度是在该行/列交叉点处的?#25104;?#20540;。在一个实施例中,由于触摸表面在不同?#24503;?#19979;的物
理差异,信号强度对于给定的触摸需要被归一化或被校准。同样,在一个实施例中,由于跨
触摸表面或在交叉点之间的物理差异,信号强度对于给定的触摸需要被归一化或被校准。

在一个实施例中,二维?#25104;?#25968;据可被阈值化以更好地识别、确定或隔离触摸事件。
在一个实施例中,可使用二维?#25104;?#25968;据来推导关于触摸该表面的物体的形状、取向等信息。

回到对在行上发送的信号的讨论,正?#20063;?#19981;是能在上述配置中使用的唯一的正交
信号。事实上,如之前讨论的,可彼此区分的任何组的信号都将行得通。尽管如此,正?#20063;?#21487;
能具有一些优势性?#21097;?#33021;够给予这项技术中使用的设备更简单的设计和更高节约成本的制
造。例如,正?#20063;?#20855;有非常窄的?#24503;?#20998;布(通过定义),并且不需要向下扩展至?#25512;德?接近
DC)。此外,正?#20063;上?#23545;地不受1/f噪声影响,该噪声可能对扩展至?#31995;推德?#30340;较宽信号产
生影响。

在一个实施例中,可通过滤波器排来检测正?#20063;ā?#22312;一个实施例中,正?#20063;?#21487;通过
?#24503;?#20998;析技术(例如傅立叶变换)予以检测。?#24503;?#20998;析技术可以相对高效的方式实现并容易
具有良好的动态范围特性,由此允许它们在大量同时的正?#20063;?#20043;间作出检测和区分。在宽
信号处理方面,接收器对多个正?#20063;?#30340;解码可被认为是某种形式的频分复用。在一个实施
例中,也可使用诸如时分和码分复用的其它调制技术。时分复用具有良好的动态范围特性,
但一般需要延长有限的时间从而发送到触摸表面中(或分析从触摸表面接收的信号)。码分
复用具有与频分复用相同的同步性?#21097;?#20294;可能遇到动态范围问题并且可能无法容易地在多
个同时的信号之间作出区分。

经调制的正?#20063;?#23454;施例

在一个实施例中,可使用经调制的正?#20063;?#20316;为前述正?#20063;?#23454;施例的替代、组合方
案和/或改进。未调制的正?#20063;?#30340;使用可能造成对触摸表面附近的其它设备的射频干扰,并
因此,采用未调制正?#20063;?#30340;设备在通过规章测试(例如,FCC、CE)时会遇到麻?#22330;?#21478;外,未调
制正?#20063;?#30340;使用可能容?#36164;?#21040;来自环境中其它正?#20063;?#30340;干扰,不管是来自蓄意发送器的正
?#20063;?#36824;是来自其它干扰设备(甚?#37327;?#33021;是另一相同触摸表面)。在实施例中,这种干扰可能
造成所描述设备中错误的或劣化的触摸测量。

在一个实施例中,为了避免干扰,可以这样一种方式在通过发送器发送之前先对
正?#20063;?#36827;行调制或“搅动?#20445;?#21363;一旦信号到达接收器就能对信号进行解调(“解除搅动”)。在
实施例中,可使用可逆变换(或几乎可逆的变换)来调制信号,以使得该变换可被补偿并且
当信号到达接收器时基本?#25351;础?#22914;对于本领域技术人员而言同样是显而易见的,如本文所
述在触摸设备中使用调制技术发射或接收的信号与其它事物具有较少的关联性,并因此更
像单纯的噪声,而不是看上去类似于和/或受制于来自环境中出现的其它信号的干扰。

在一个实施例中,所利用的调制技术将使发送的数据相当随机地出现,或至少在
设备工作的环境中不常见。下面讨论两种调制方?#31119;?#35843;频和直?#26377;?#21015;扩?#26723;?#21046;。

调频

对整组正?#20063;?#30340;调频通过将它们“抹去”防止这些正?#20063;?#20986;现在相同?#24503;省?#30001;于规
章测试一般与固定?#24503;?#26377;关,因此被调频的发送的正?#20063;?#23558;以?#31995;?#25391;幅出现,并因此不大
可能被关注。由于接收机将以相等和相反的方式“解除抹去”对其的任何正?#20063;?#36755;入,因此
蓄意调制和发送的正?#20063;?#21487;被解调并随后大量地出现,就像在调制前那样。然而,从环境进
入(例如干扰)的任何固定?#24503;?#27491;?#20063;?#23558;通过“解除抹去”操作被“抹去?#20445;?#24182;因此对意图的信
号具有减弱或消除的效果。因此,若非如此对于传感器可能造成的干扰通过采用调频被减
轻,所述调频例如是对?#24503;适幔?#25152;述?#24503;适?#22312;一实施例中被用于触摸传感器中。

在一个实施例中,可通过使整组正?#20063;?#20840;部从单一基?#35745;德?#20135;生而对整组正?#20063;?br />进行调频,所述单一?#24503;?#26412;身是被调制的。例如,可通过将同一100kHz基?#35745;德食?#20197;不同的
整数来生成具有100KHz间距的一组正?#20063;ā?#22312;实施例中,可使用锁相环来完成这项技术。为
了生成第一个5.0MHz正?#20063;ǎ?#21487;将基准乘以50,为了生成5.1MHz正?#20063;ǎ?#21487;将基准乘以51,
并?#28304;?#31867;推。接收器可使用相同调制基准来执行检测和解调功能。

直?#26377;?#21015;扩?#26723;?#21046;

在一个实施例中,正?#20063;?#21487;通过周期地在对发送器和接收器两者皆已知的?#24444;?#26426;
(或甚至真随机)计划上反转它们而进行调制。由此,在一个实施例中,在将每个正?#20063;?#21457;送
至其对应的行之前,其通过可选择的逆变器电路,所述逆变器电路的输出是输入信号乘以+
1或-1,这?#35272;?#20110;“反转选择”输入的状态。在一个实施例中,所有这些“反转选择”输入从同
一信号被驱动,以使每个行的正?#20063;?#20840;部同时乘以+1或-1。在一个实施例中,驱动“反转选
择”输入的信号可以是?#24444;?#26426;函数,该?#24444;?#26426;函数与环境中可能存在的任何信号或函数无
关。正?#20063;?#30340;?#24444;?#26426;反转在?#24503;?#19978;将它们扩展,使得它?#24378;?#19978;去像随机噪声,以使得它们与
可能形成接触的任何设备的干扰可忽略。

在接收器侧,来自列的信号可传过可选择的逆变器电路,这些逆变器电路通过与
行?#31995;奈彼?#26426;信号相同的?#24444;?#26426;信号被驱动。结果是,即便所发送的信号已被扩频,它们在
接收器之前也被解扩,因为它?#19988;?#32463;被乘以+1或-1两次,从而将它们留在、或使它们返回到
它们未经修改的状态。应用直?#26377;?#21015;扩?#26723;?#21046;可扩展列上出现的任何干扰信号,使得它们
仅作为噪声并且不模仿任何组的有意的正?#20063;ā?br />

在一个实施例中,可选择的反转器可由少数简单器件形成和/或可在VLSI工艺中
实现在晶体管内。

由于许多调制技术是彼此独立的,在一个实施例中,可同时采用多种调制技术,例
如正?#20063;?#32452;的调频和直?#26377;?#21015;扩?#26723;?#21046;。尽管可能实现起来更复杂,但这样的多种调制的
实施方式可取得更好的抗干扰性。

由于环境中遇到特殊的?#24444;?#26426;调制的情形极为罕见,因此本文描述的多触摸传感
器可能不需要真随机调制方案。一种例外可以是?#26412;?#26377;相同实现方式的一个以上触摸表面
正被同一人触摸。在这种情形下,这些表面可能彼此干扰,即使它们使用非常复杂的?#24444;?#26426;
调度。因此,在实施例中,注意设计不大可能冲突的?#24444;?#26426;调度。在实施例中,一些真随机性
可被引入到调制调度中。在实施例中,通过从真随机源播种(seed)?#24444;?#26426;发生器并确保它
(在其重复之前)具有足够长的输出?#20013;?#26102;间来引入随机性。这种实施例使得两个触摸表面
将永远在同一时间使用序列的相同部分相当不可能。在一个实施例中,随机性是通过用真
随机序列对?#24444;?#26426;序列作异或(XOR)运算而引入的。XOR函数将其输入的熵结合起来,使得
其输出的熵永不小于任一输入。

?#32479;?#26412;实现的实施例

使用之前描述技术的触摸表面相比其它方法可能具有联系到产生和检测正?#20063;?br />的相对高的成本。下面讨论生成和检测正?#20063;?#30340;方法,这些方法可能更节约成本和/或更适
于大量生产。

正?#20063;?#26816;测

在一个实施例中,可使用具有傅立叶变换检测方案的完整无线电接收器在接收器
内检测正?#20063;ā?#36825;种检测可需要将高速RF波形数?#21482;?#24182;对其执行数字信号处理。可对表面
的每个列执行单独的数?#21482;?#21644;信号处理;这允许信号处理器发现哪些行信号与该列接触。
在以上提到的示例中,具有含四十行和四十列的触摸表面将需要这种信号链的四十个副
本。今日,就硬件、成本和功?#35782;?#35328;,数?#21482;?#21644;数字信号处理是相对昂贵的操作。利用更节约
成本的检测正?#20063;?#30340;方法将会是有益的,尤其是可被容易地复制并且需要非常少的功率的
方法。

在一个实施例中,可使用滤波器排检测正?#20063;ā?#28388;波器组包括带通滤波器的阵列,
所述带通滤波器的阵列可获取输入信号并将其分解成与每个滤波器相关联的?#24503;?#20998;量。离
散傅立叶变换(DFT,它是FFT的一种?#34892;?#23454;现方式)是具有均匀间隔的带通滤波器的滤波器
组的一种形式,该离散傅立叶变换通常被用于?#24503;?#20998;析。DFT可以数字方式实现,但数?#21482;?br />步骤可能是昂贵的。可由单独的滤波器来实现滤波器组,诸如无源LC(电感器和电容器)或
RC有源滤波器。电感器难以很好地实现在VLSI工艺上,并且分立的电感器大而且昂贵,因此
在滤波器组中使用电感器可能不是成本节约的。

在?#31995;推德?大约10MHz和10MHz以下),可将多排RC有源滤波器构筑在VLSI上。这
些有源滤波器可表现良好,但?#19981;?#21344;据很多管芯空间并且需要比预期更多的功率。

在较高?#24503;?#19979;,可通过表面声波(SAW)滤波器技术来构筑滤波器排。这允许几乎任
意的FIR滤波器几何结构。SAW滤波器技术需要比直接CMOSVLSI更昂贵的压电材料。此外,
SAW滤波器技术可能不允许足够的同步抽头(simultaneous tap)来将足够多的滤波器集成
到单个封装内,由此增加了制造成本。

在一个实施例中,可使用模拟滤波器排检测正?#20063;ǎ?#35813;模拟滤波器排通过开关电
容器技术实现在标准CMOS VLSI工艺上,其采用FFT式?#26114;?#34678;”拓?#31169;?#26500;。这种实施方式所需
的管芯面积典型地是信道数平方的函数,这意味着使用相同技术的64信道滤波器排只需要
1024信道版本的管芯面积的1/256。在一个实施例中,低等待时间触摸传感器的完整接收系
统被实现在多个VLSI管芯上,所述多个VLSI管芯包括?#23454;?#32452;的滤波器排和?#23454;?#30340;放大器、
开关、能量检测器等等。在一个实施例中,低等待时间触摸传感器的完整接收系统被实现在
单个VLSI管芯上,所述单个VLSI管芯包括?#23454;?#32452;的滤波器排和?#23454;?#30340;放大器、开关、能量检
测器等等。在一个实施例中,低等待时间触摸传感器的完整接收系统被实现在单个VLSI管
芯上,其包含n个实例的n?#26723;?#28388;波器排并为?#23454;?#30340;放大器、开关、能量检测器等留出空间。

正?#20063;?#29983;成

在低等待时间触摸传感器中产生发送信号(例如正?#20063;?一般比检测要简单,主要
?#19988;?#20026;每个行需要产生单个信号而列接收器必须在许多信号之间作出检测和区分。在实施
例中,可用一系列的锁相环(PLL)来生成正?#20063;ǎ?#27599;个锁相?#26041;?#20849;同基?#35745;德食?#20197;一不同的
倍数。

在一个实施例中,低等待时间触摸传感器设计不要求所发送的正?#20063;?#20855;有非常高
的质量,而是相比在无线电电?#20998;?#32463;常允许或希望的,它容忍具有更多相位噪声、?#24503;时?#21270;
(随时间、温度等等)、谐波畸变和其它不完美性的所发送正?#20063;ā?#22312;实施例中,可通过数字
装置生成大量的?#24503;?#24182;随后采用相?#28304;?#30053;的模数转换处理。如前面讨论的,在一个实施例
中,所产生的行?#24503;?#24212;当彼此间不具有任何简单谐波关系,所描述的发生处理中的任何非
线性不应当使组中的一个信号“混淆?#34987;?#27169;仿另一个信号。

在一个实施例中,可通过使一串窄脉冲由滤波器排滤波而产生?#24503;适幔?#28388;波器排
中的每个滤波器输出信号以在行上发送。?#24503;省?#26803;”是通过一滤波器排产生的,该滤波器排
可类似于由接收器使用的滤波器排。作为示例,在实施例中,以100kHz的速?#25163;?#22797;的10纳秒
脉冲被传到滤波器组中,该滤波器组被设计成将开始在5MHz处的?#24503;适?#20998;量隔开,并隔开
100kHz。如定义那样的脉冲串将具有从100kHz至几十MHz的?#24503;?#20998;量,并因此对发送器中的
每个行将会具有信号。因此,如果使脉冲串通过与上述滤波器组相同的滤波器组以检测所
接收的列信号中的正?#20063;ǎ?#21017;滤波器组输出将各自包含可被传送到行?#31995;?#21333;个正?#20063;ā?br />

透明显示器表面

理想的是,使触摸表面与计算机显示器集成以使人能够与计算机产生的图形和图
像交互。尽管可将前投影用于不透明的触摸表面并将后投影用于半透明的触摸表面,但现
代平板显示器(LCD、等离?#21360;LED等)一般要求触摸表面是透明的。在一个实施例中,允许信
号沿其传播的当前技术的行和?#34892;?#35201;对这些信号具有传导性。在一个实施例中,允许射频
信号沿其传播的当前技术的行和?#34892;?#35201;是导电的。

如果行和列不充分导电,则沿行/列的每单位长度的电阻将与每单位长度的电容
结合以形成低通滤波器:在一端处施加的任何高频信号在它们沿不良导体传播时将被大幅
度衰减。

视觉上透明的导体是市场上有售的(例如氧化铟锡或ITO),但透明度和传导性之
间的权衡在对本文描述的低等待时间触摸传感器的某些实施例而言理想的?#24503;?#19979;是成问
题的:如果ITO足够厚以支持特定长度?#31995;?#29305;定期望?#24503;剩?#21017;它对于某些应用?#27492;?#21487;能又不
够透明。在实施例中,可完全地或至少部分地由石墨烯和/或碳纳米管形成行和/或列,石墨
烯和/或碳纳米管都是高度传导和光学透明的。

在一个实施例中,行和/或列可由一条或多条细线形?#26705;?#36825;些细线将可忽略的量的
显?#38236;?#22312;后面。在实施例中,当观察其后面的显示时,这些细线太小而无法看见,或者至少
太小而不能呈现视觉阻碍。在实施例中,可使用被?#21450;?#21270;到透明玻璃或塑料?#31995;?#32454;银线来
构成行和/或列。这样的细线需要具有足够的横截面以沿行/列创建良导体,但期望(对于后
显示器而言)这些线足够小并且足够分散以根据应用阻挡尽?#23454;?#23569;的下面的显示。在实施
例中,基于下面的显示的像素尺寸和/或节距来选择细线尺寸。

作为示例,新的Apple公司的Retina(视网膜)显示器包括大约300个像素/英寸,这
导致一侧上大约80微米的像素尺寸。在实施例中,20厘米长(iPad显示器的长度)的20微米
?#26412;?#38134;线(其具有大约10?#32442;?#30340;电阻)被用作如本文所描述的低等待时间触摸传感器中的
行和/或列和/或用作行和/或列的一部分。然而,这种20微?#23383;本?#38134;线如果在视网膜显示器
上伸展,则可能阻挡多达整个像素线的25%。因此,在一个实施例中,可将多个较细?#26412;?#30340;
银线用作列或行,它们可维持?#23454;?#30340;电阻并相对于射频透入深度课题提供可接受的响应。
这样的多个较细?#26412;?#30340;银线可被铺设在一?#21450;?#20013;,该?#21450;?#19981;是直的而是某种程度上不规则
的。较细的线的随机或不规则?#21450;?#21487;能视觉侵入性?#31995;汀?#22312;实施例中,使用细线网;网
(mesh)的使用将提高稳健性,包括对抗?#21450;?#21270;中的制造瑕疵。在实施例中,可将单个较细直
径的线用作列或行,假设该较细的线是足够导电的以维持?#23454;?#32423;别的电阻以及相对于射频
透入深度问题的可接受的响应。

图2示出具有菱形行/列网眼的行/列触摸表面的实施例。这种网?#21450;?#34987;设计?#19978;?br />行和列提供最大且相等的表面积,同时允许两者之间的最小重叠。

具有大于菱形之一的面积的触摸事件将覆盖行和列的至少一部分,这将允许行信
号的一部分耦?#31995;?#37325;叠的列中。在实施例中,这些菱形的尺寸被设计成小于触摸工具(手
指、指示?#23454;?。在实施例中,行和列之间的0.5cm间距对人的手指表现良好。

在一个实施例中,将简单的方格线用作行和列。这样的网格(grid)将为行和列提
供较少的表面积,但可满足射频信号的需要,并提供可由接收器检测到的充足的不可忽略
的耦合。

在一个实施例中,如图2所示,可通过使用填满所指示形状的空间的随机细线连接
网眼或通过将线网眼和另一透明导体(例如ITO)结合来形成行和列的“菱形?#21450;浮薄?#22312;实施
例中,细线可被用于长跨距导电性,例如跨整个屏幕,并且ITO可被用于局部区域(诸如菱形
区域)的导电性。

光学实施例

尽管前面已讨论了实现所描述的快速多触摸技术的射频和电气方法,但也可采用
其它介质。例如,信号可以是光信号(例如光),其具有针对行和列的波导或其它手段。在一
个实施例中,用于光信号的光可以在可见区域、红外区域和/或紫外区域。

在一个实施例中,行和列不包括携带射频信号的导电行和列,而是包括例如光纤
的光波导,所述光波导由一个或多个光源给予,所述一个或多个光源产生正交信号并通过
光耦合器耦?#29616;?#27874;导。例如,不同的独特的波长的光可被注入到每个行光?#22235;凇?#24403;人的手指
触摸行光纤时,由于全内反射受阻,其中的一些光将泄漏(即,耦合)到手指中。由于互逆的
过程,来自手指的光随后可进入列光纤之一,并传播至位于光纤端部处的检测器。

在一个实施例中,光信号可通过不同波长的LED产生,或通过使用光滤波器产生。
在一个实施例中,采用定制的干涉滤光器。在一个实施例中,可使用光学滤波器组来检测出
现在光纤列?#31995;?#19981;同波长的光。在一个实施例中,可使用定制的干涉滤光器来实现这样的
光学滤波器组。在一个实施例中,可使用落在可见光谱之外的波长的光(例如,红外和/或紫
外光)来避免向显示器添加额外的可见光。

在一个实施例中,行和列光纤可被编织在一起以使手指能够同时地触摸它们。在
一个实施例中,这种编织构造可做得如要求那样视觉透明的,以避免遮蔽显示器。

快速多触摸后处理

在已使用例如前述过程计算来自每列中的每行的信号强度之后,执行后处理以将
作为结果的2-D“热图”转换成可用的触摸事件。在一个实施例中,该后处理包括下面四个过
程中的至少一些:场平坦化、触摸点检测、插值和帧之间的触摸点匹配。场平坦化过程减去
一偏移电平以去除行和列之间的串扰,并补偿特定行/列组合之间由于衰减造成的振幅差。
触摸点检测过程通过寻找平坦化的信号中的局部最大值来计算粗略触摸点。插值过程通过
将与粗略触摸点关联的数据拟?#31995;?#25243;物面来计算精细触摸点。帧匹配过程跨帧地将计算出
的触摸点彼此匹配。下面,将?#26469;?#25551;述四个过程中的每一个。另外披露了对每个处理步骤的
一些实施方式的例?#21360;?#21487;能的?#25910;?#27169;式和结果。由于对非常低的等待时间的需求,这些处理
步骤应当被优化和并行化。

我们首先描述场平坦化过程。由于触摸表面和传感器电子器件的设计造成的系统
性问题可能导致每个列接收的信号强度中的伪像。这些伪像可如下地进行补偿。首先,由于
行和列之间的串扰,对每个行/列组合接收的信号强度将经历一偏移电平。为了良好的近
似,该偏移电平将是恒定的并可被减去。

其次,由于在给定行和列交叉点经校准的触摸造成的在一个列接收的信号的振幅
将?#35272;?#20110;该特定的行和列,主要是由于信号沿行和列传播时的衰减。信号走得越远,就会有
越多衰减,因此更?#29420;?#21457;送器的列和更?#29420;?#25509;收器的行在“热图”中比其对应物具有更低的
信号强度。如果行和列的RF衰减低,则信号强度差可以是可忽略的和小的,或者不需要补
偿。如果衰减高,则补偿可能是需要的或者可提高触摸检测的灵敏性或质量。一般?#27492;担?#26399;
望在接收器处测得的信号强度与在列中发送的信号量?#19978;?#24615;关系。因此,在一个实施例中,
补偿将涉及用对该特定行/列组?#31995;?#26657;准常数乘以热图中的每个位置。在一个实施例中,可
使用测量或估计以确定热图补偿表,该表同样可用来提供通过乘法的补偿。在一个实施例
中,使用校准操作来创建热图补偿表。本文中使用的术语“热图”不需要?#23548;?#30340;热图,相反,
该术语可意指包含与这些位置对应的数据的至少二维阵列。

在一示例性实施例中,整个场的平坦化过程如下。没有任何东西触摸该表面的话,
首先在每个列接收器处测量每个行信号的信号强度。由于不存在触摸,所接收的整个信号
基本上是由串扰造成的。测得的值(例如每个列上发现的每个行的信号的量)是需要从热图
中的该位置被减去的偏移电平。然后,随着恒定的偏移被减去,在每个行/列交叉点放置一
校准的触摸物体并在列接收器处测量该行的信号的信号强度。信号处理器可被配置成将触
摸事件归一化至触摸表面?#31995;?#19968;个位置的值。我们能?#25105;?#22320;选择可能具有最强信号(由于
其经历最少衰减)的位置,即最接近发送器和接收器的行/列交叉点。如果在该位置处的经
校准触摸信号强度是SN而对于每列和每行的经校准触摸信号强度为SR,C,则如果我们将热
图中的每个位置乘以(SN/SR,C),则所有触摸值将被归一化。对于经校正的触摸,热图中的任
意行/列的归一化信号强度将等于1。

场平坦化过程很好地并行化。一旦偏移值和归一化参数被测量和存储——这应当
只需要做一次(或在维护间隔内再做一次)——每个信号强度一测量就可施?#26377;?#27491;。图3示
出场平坦化过程的一个实施例。

在一个实施例中,可能需要定期地或在选择的维护间隔内校准每个行/列交叉点。
在一个实施例中,可能对每个单元需要校准每行/列交叉点一次。在一个实施例中,可能对
每个设计需要校准每行/列交叉点一次。在一个实施例中,尤其是在例如行和列的RF衰减很
低的情形下,可能根本不需要校准每个行/列交叉点。此外,在沿行和列的信号衰减相当可
预见的实施例中,可以仅从几个交叉点测量值来校准整个表面。

如果触摸表面不经历许多衰减,则场平坦化过程将至少某种程度地对测量?#21040;?#34892;
归一化,但这可能具有一些副作用。例如,每个测量值?#31995;脑?#22768;将随着其归一化恒定的变大
而增加。本领域内技术人员将能理解,对于?#31995;?#30340;信号强度和较高的衰减,这可能造成触摸
点检测和插值处理的错误和不稳定。因此,在一个实施例中,要注意为最大的衰减(例如最
远的行/列交叉点)提供足够的信号强度。

我们现在转向触摸点检测。一旦热图被产生并且场被平坦化,可识别一个或多个
粗略的触摸点。识别一个或多个粗略的触摸点是通过寻找归一化(平坦化)信号强度中的局
部最大值来完成的。用于寻找一个或多个触摸点的快速和可并行方法牵涉到将归一化热图
的每个要素与其邻近点作比较并且如果该要素完全大于所有邻近点则将其标记为局部最
大值。在一个实施例中,如果一个点完全地大于其所有邻近点并高于一给定阈值,则将其识
别为局部最大值。

以多种方式限定这组邻近点落在本公开的范围内。在一个实施例中,最近的邻近
点是通过冯诺依曼邻近法定义的。在一个实施例中,最近的邻近点是通过摩尔邻近法定义
的。冯诺依曼邻近法可包括与?#34892;?#22788;的该要素垂直地和水平地相邻的四个要素(即该要素
东南西北四个位置的要素)。这也被称为“四-相连”邻近法。更复杂的(即更大的)冯诺依曼
邻近法也是可行的并且可被使用。摩尔邻近法可包括与?#34892;?#22788;的该要素垂直地、水平地和
?#36234;?#22320;相邻的八个要素(即该要素东、南、西、北、东北、西北、东南和西南位置的要素)。这也
被称为“八-相连”邻近法。

所选择的邻近法将?#35272;?#20110;用来计算精细触摸点的插值方案。这在下面更详细地予
以解说。

在给定的邻近点比较中,可能存在特殊情形,其中要素的归一化信号强度严格地
等于其一个或多个邻近点,或在噪声电平所允许的容限内。在一个实施例中,这些对中没有
一个点被认为是触摸点,即便它们具有高于阈值的值。在一个实施例中,这些对中的两个点
被认为是触摸点。在一个实施例中,其中两个或更多个邻近点具有大致相同值的区域被视
为一个触摸事件。在一个实施例中,其中两个或更多个邻近点具有大致相同值的区域被视
为与其中可?#19994;?#21333;个局部最大值的区域不同类型的触摸事件(例如可能某人用手腕接触触
摸表面)。

现在转向插值过程。一旦已确定(即识别)粗略触摸点,则可使用插值来计算精细
触摸点。在一个实施例中,分布式触摸的电容性接触被拟?#31995;?#20855;有最大值的模型函数。在一
个实施例中,模型函数是在二维或更多维?#31995;?#20108;次函数。在一个实施例中,该二次函数是抛
物面。在一个实施例中,抛物面模型是对于可用于接触触摸表面的多种物体(例如手指或指
示笔)的可接受的近似。此外,如?#28388;?#36848;,抛物面模型是相对非计算密集的。在一个实施例
中,可使用更复杂或更计算密集的模型?#28304;?#24179;坦化的热图中提供对触摸的更准确估计。为
了下面的解?#20572;?#20197;抛物面作为解说性示例,但本领域内技术人员将能理解,为了插值可采用
其它模型,包括具有更大或更小复杂度的模型。

图4示出在示例性局部最大值周围的冯诺依曼邻近点。对于四相连的或冯诺依曼
邻近点,相关点将看上去像图示那些点,?#34892;?#35201;素是局部最大值而下标是相对于它的特定
要素的坐标。五个要素的信号强度的位置使我们能将它们运用到定义抛物面的下列方程:

Ax2+Cy2+Dx+Ey+F=z

其中x和y?#19988;?#32032;的位置,z?#19988;?#32032;的信号强度,而A、C、D、E和F是二次多项式的系
数。相对于?#34892;?#28857;,所有要素x、y位置是恒定的。z值是在每个要素测得的信号强度,并因此
?#19988;?#30693;的。在一个实施例中,可使用五个联立方程来求解五个未知的多项式系数。每个方程
代表五个点中的一个,其包括?#34892;?#28857;及其四个邻近点。

在一个实施例中,可采用冯诺依曼式矩阵来求解多项式系数,如下:


用值代入要素位置,我们得到:


然后通过对恒定冯诺依曼式矩阵作逆变换来求解多项式系数:


这得到:


在一个实施例中,这些多项式系数是信号强度的线性组合并且是牵涉到负和单偏
移的唯一简单乘数,需要计算这些多项式系数;因此,它们可在FPGA或ASIC中高效地计算
出。

在抛物面的最大值处,下面两个偏导数均为零:


这将发生在点xf、yf,其中:


由此,在一个实施例中,将邻近点数据拟?#31995;?#25243;物面,并因为抛物面具有一个最大
值,因此该最大值被用作精细触摸点的位置。在利用四相连近邻的实施例中,值xf和yf是彼
此独立的,其中xf仅?#35272;?#20110;?#34892;?#28857;左侧和?#20063;?#30340;元素的信号强度,而yf仅?#35272;?#20110;在?#34892;?#28857;上
方和下方的元素的信号强度。

图5示出展示在局部最大值周围的摩尔或八相连的邻近点。对于这种八相连的或
摩尔近邻,相关点将看上去像图示那样,其中?#34892;脑?#32032;是局部最大值并且下标是特定元素
相对于该?#34892;脑?#32032;的坐标。九个元素的位置和信号强度可被拟?#29616;?#25243;物面方程。由于本例
相比之前的例子更多输入数据可用,因此可采用某种程度上更复杂的抛物面方程:

Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=z

该方程具有增加的xy交叉项和新的B系数,它允许模型补偿在除了x或y以外的方
向?#31995;难由?#29575;。再次,相对于?#34892;?#28857;,所有元素x、y位置是恒定的并且z值?#19988;?#30693;的。九个联
立方程(每个元素一个)可被用于确定(即,超定)六个未知的多项式系数。可使用最小二乘
法技术来求解六个未知的多项式系数。

可使用冯诺依曼式矩阵来拟合多项式。不同于以上描述的实施例,该矩阵是非方
形的,它具有九个行和六个列。


冯诺依曼式矩阵的所有条目是恒定的,并且这些值?#19988;?#30693;的,因此代入到恒定的
值,得到:


由于冯诺依曼式矩阵是非正方形的,因此它无法被逆变换以求解多项式系数。然
而,它可使用其摩尔-彭罗斯(Moore-Penrose)伪逆变换并对多项式系数执行最小二乘法拟
合来求解。在一个实施例中,伪逆变换被定义为:

pinv(X)=(XTX)-1XT



给出:


这些多项式系数是信号强度的线性组合。乘法运算稍微更复?#26377;?#20294;许多被乘数
可作为因数取出并在快要计算结束时施加一次。此步骤的目的是寻找抛物面的最大值。因
此,所有的比例因数是不相关的,并且只需要将注意力放在使函数最大化的相对值和变量
上,在一个实施例中,许多操作能够消除,由此提高实施效率。

如前所述,精细触摸点被假设在抛物面的最大值处,在那里两个偏导数为零;


这将发生在点xf、yf,其中:

xf=(BE-2CD)/(4AC-B2)和yf=(DB-2AE)/(4AC-B2)

对于八相连邻近点,值xf、yf不彼此独立。两者均?#35272;?#20110;所有八个邻近点的信号强
度。因此,该方法可具有增加的计算负担,以及信号强度的某些组合将产生精细触摸点的奇
异值的可能性。在对八个摩尔邻近点使用最小二乘法的实施例中,这种实现方式对于噪声
信号强度值更为稳健。换句话说,在一个实施例中,一个信号强度中的小误差将通过计算中
所使用的增加的数据量和该数据的自一致性(self-consistency)而被补偿。

此外,八相连的邻近点提供B系数——一段额外的信息——它作为用户接口的一
部分可能证明是有益的。xy交叉项的B系数可连同A系数和C系数中固有的纵横比信息一起
被用于表征所拟?#31995;?#25243;物面的非对称性,这?#31245;?#35768;软件来确定触摸发生在角度。

图6示出具有椭圆形截面的示例性触摸点,它可通过在特定z值处截短该抛物面来
获得。a和b的值可从多项式的A和C系数获得,并且它们提供关于触摸表面的物体的纵横比
的信息。例如,手指或指示笔不一定是圆对称的,并且a与b的比率可提供关于其形状的信
息。

知晓角度能提供关于椭圆方位的信息,并例如可指示手指或?#25163;?#21521;的方式。可
从通过下式给出的2x 2矩阵M的本征值和本征向量中计算出:


该矩阵将具有两个本征值和两个本征向量。与最大本征值关联的本征向量将沿椭
圆的长轴方向指向。另一本征向量将在?#35752;?#26041;向上指向。本征值λ1和λ2可如下地计算出:


其中tr(M)是矩阵M的迹,它等于AC,而det(M)是矩阵M的行列式,它等于AC-B2/4。

一旦获得本征值,我们可使用凯莱-哈密顿定理来计算本征向量。与λ1相关联的本
征向量是矩阵M-λ2I的列中的任一个,而与λ2相关联的本征向量是矩阵M-λ1I的列中的任一
个。注意本征值下标的颠倒。椭圆的长轴相对于我们的坐标系的x轴成的角度是本征向量
的斜率的反正切。本征向量的斜?#25163;?#26159;Δy/Δx。

如前面讨论的那样,插值步骤需要例如使用从平坦化的热图获得的数据来确定精
细触摸点,但不仅限于前面讨论的解说性抛物面模型。确定精细触摸点的目的在于允许后
处理器提供触摸点的更好粒度,并尤其提供超出传感器的交叉点的粒度。换句话说,经建模
和插值的精细触摸点可直接落在行/列交叉点上,或落在这些交叉点之间的任何地方。在模
型的准确度及其计算要求之间可能存在权衡;类似地,在模型的准确度及其提供与?#23548;?#35302;
摸对应的经插值的精细触摸点的能力之间可能存在权衡。因此,在一个实施例中,模型被选
择成需要最小的计算负荷同时提供经插值的触摸点和?#23548;?#35302;摸之间的充分对应。在一个实
施例中,模型被选择成需要经插值的触摸点和?#23548;?#35302;摸之间的充分对应,且处理硬件被选
择成适应该模型的计算负荷。在一个实施例中,选择不超过预选择的硬件和/或操作触摸界
面的其它软件的计算能力的模型。

转向帧匹配过程,为了随着时间流逝正确地跟踪在触摸表面上移动的物体,重要
的是,使计算出的触摸点跨帧边界地彼此匹配并由此随着物体在触摸表面上移动而跟踪
它。换句话说,一个帧中每个计算出的触摸点应当被标识在后一帧中,或者在后一帧中具有
另一布置(例如,被移除)。虽然这是一般情形中可能无法解决的根本上困难的问题,但一实
施例可使用几何学和物理定律两者来实现。由于与触摸表面接触的这些物品具有有限尺寸
并根据特定物理原理移动,因而某些情?#25105;?#20026;在似合理的范围外而可被忽略。此外,在一个
实施例中,帧速率应当足以允许具有合理的确定性的物体跟踪(即,帧-帧触摸点跟踪)。因
此,例如,在待被跟踪的物体已知在触摸表面上以最大速?#23460;?#21160;或者跟踪被设计成跟踪物
体仅高至最大速率的情形下,可选择将允许用合理的确定性跟踪的帧速率。例如,如果跨触
摸表面的多个行或列的移动的最大速率为例如每秒1000行或列,则1000Hz的帧速率将“看
到”不超过1行或列/帧的物体移动。在一个实施例中,(如以上所讨论的)触摸点插值可提供
触摸点位置的更精确测量,并因此行内(intra-row)和列内(intra-column)位置是可容易
地识别的,如本文中更充分地描述的那样。

手指和?#31034;?#26377;最小尺寸并且不大可能彼此足够地接近以造成不清楚的情形。它们
也以人的手臂及其部分(例如,手腕、手肘、手指等)特有的速度行进,这限制了问题。由于当
前公开的传感器的触摸表面具有相对高的更新率(该更新率在一个实施例中可以是一千赫
或更高的数量级),因而在从一帧至下一帧的更新周期期间,触摸该表面的手指和指示笔无
法移动到非常远或以极?#31169;?#24230;移动。由于有限的距离和角度,根据本公开,跟踪可某种程度
地被简化。

在一个实施例中,随时间地跟踪在触摸表面上移动的物体是通过将来自一个帧的
数据与一个或多个过往帧进行比较而实现的。在一个实施例中,关于过往帧的数据(例如,
热图)可被保持在临时缓冲器中。在一个实施例中,关于过往帧的经处理的数据(例如,场平
坦化的热图或拟?#31995;?#22810;项式系数)可被保持在临时缓冲器中。在一个实施例中,被保持在临
时缓冲器内的关于一过往帧的数据可包括或可?#19978;?#21015;构?#26705;?#22312;先前帧中的每个精细触摸点
的经插值的精细触摸点坐标以及关于这些精细触摸点的先前运动的向量(在这些精细触摸
点存在的情况下)。临时缓冲器可保存关于一个或多个过往帧的数据,并且当其不再与之后
计算有关时可停止保存该数据。

在一个实施例中,帧匹配处理一开?#25216;?#35774;当前帧i内的物体触摸点可能是几何上
最接近该帧的之前帧(例如i-1)内的触摸点。

在一个实施例中,关于触摸点运动的数据(例如速度和方向)联系一个或多个帧被
确定并存储。在一个实施例中,关于触摸点的运动的数据被用于预测该触摸点在下一帧中
的可能位置。关于触摸点的运动的数据可包括例如速度或位置变化,并且可来自一个或多
个先前帧。在一个实施例中,预测帧内可能的位置是通过考虑两个帧之间的运动来完成
的——由此得出每个帧的位移及其方向。在一个实施例中,预测帧内的可能位置是通过考
虑三个或更多个帧内的运动来完成的。使用来自三个或更多个帧的精细触摸点位置信息可
产生更精确的预测,因为它能够除了考虑每帧的位移和方向外也把加速度和方向变化考虑
在内。在一个实施例中,相比被分配给较?#31995;?#24103;数据,更多权重被分配给更新的帧数据。帧
匹配过程则可一开?#25216;?#35774;物体在当前帧i内的触摸点对应于之前帧(即i-1)内的触摸点,该
触摸点关联于最接近当前帧的触摸点的预测的可能位置。

在一个实施例中,关于触摸点尺寸(大小)的数据(例如抛物面的A和C系数)联系一
个或多个帧被确定并存储。帧匹配过程可一开?#25216;?#35774;当前帧i内的给定物体的尺寸对应于
之前帧(即i-1)内的该物体的尺寸。

在一个实施例中,关于触摸点随时间的尺寸(大小)变化的数据联系一个或多个帧
被确定并存储。在一个实施例中,关于帧内触摸点尺寸变化的数据(例如,从最后一帧算起,
或在多个帧上)被用来预测该触摸点在下一帧内的可能尺寸。帧匹配过程则可一开?#25216;?#35774;
物体在当前帧i内的物体可能对应于之前帧(即i-1)内的物体,该物体关联于最接近当前帧
内的触摸点的尺寸的预测的最可能的尺寸。

在一个实施例中,关于触摸点随时间的旋转取向变化的数据(例如抛物面的B系
数)联系一个或多个帧被确定并存储。在一个实施例中,关于帧内触摸点的旋转取向的数据
(例如,从最后一帧算起,或在多个帧上)被用于预测该触摸点在下一帧内的旋转取向。帧匹
配过程则可一开?#25216;?#35774;物体在当前帧i内的物体可能对应于之前帧(即i-1)内的物体,该物
体关联于最接近当前帧内的触摸点的尺寸的预测的最可能的尺寸。在一个实施例中,触摸
点的旋转取向?#31245;?#35768;旋转的单触摸点控制(例如单指控制),因此例如一个手指在屏幕?#31995;?br />旋转可提供充分的信息以例如旋转视图——这个功能一般需要与触摸表面接触的两个旋
转点。使用描述随时间的旋转取向的数据,可计算出旋转速度。类似地,关于旋转取向或旋
转速度的数据可被用于计算旋转加速度。因此,旋转速度和旋转加速度两者均利用旋转取
向。可针对一触摸点计算旋转取向、旋转速度和/或旋转加速度并且旋转取向、旋转速度和/
或旋转加速度可被帧匹配过程输出或使用。

在一个实施例中,帧匹配的启发包括改变触摸点的距离和速度向量。在一个实施
例中,帧匹配的启发包括下列中的一个或多个:

a.帧i+1内的物体触摸点可能是几何上最接近它的帧i内的触摸点;

b.物体在帧i+1内的触摸点可能是帧i内最接近该点的触摸点,在那里它将被预测
为给定的物体的速度历史;以及

c.物体在帧i+1内的触摸点将与其在帧i内的触摸点具有相同尺寸。

可使用历史数据的其它组合而不脱离本公开的范围。在一个实施例中,先前位置
和速度历史两者均可被用于启发式(heuristic)帧匹配过程中。在一个实施例中,先前位
置、速度历史和尺寸历史可被用于启发式帧匹配过程中。在一个实施例中,先前位置和另一
历史信息可被用于启发式帧匹配过程中。在一个实施例中,在多个帧?#31995;?#21382;史信息被用于
启发式帧匹配过程中。鉴于前述公开内容,其它组合对于本领域技术人员将是显而易见的。

快速多触摸减噪

在一个实施例中,提供了方法和系统以克服其中噪声造成与快速多触摸(FMT)传
感器干涉或幽灵接触(phantom touch)的某些状况。在前述传感器的实施例中,行具有在其
上发送的信号并且发送的信号被耦?#29616;?#22312;一个或多个触摸附近的列,当一个或多个触摸被
施加至传感器表面或其附近时。(在某些情形下,一个或多个触摸可造成列中的行信号减
少。)触摸位置是通过从列读取信号并确定其中产生信号的行而予以确定的。

当如前所述的传感器被用于存在某些状况(例如电磁噪声)的情形时,可使列从另
一源接收信号,该信号可能与由设备的其中一个行产生的已知信号混淆。在这种情形下,设
备可报告幽灵接触,由此确定列中接收的信号不是来自一个行,事实上也不是来自这个行。
当前实施例提供用于减少或消除这些幽灵接触发生的方法和设备。

由此,在传感器的实施例中,设备的行和列两者均被配置成既发送独特信号?#32440;?br />收分别来自设备的列或行的信号。在一个实施例中,来自给定列中的行N的检测信号可被认
为是触摸,如果该列的发送信号在行N中被同时检测到的话。换句话说,行和列两者必须顺
序地接收对方的发送信号以使设备报告在行和列的交叉点的触摸。在不以如此方式匹配的
行或列中接收的信号可以作为例如来自外部源的噪声而被拒绝。在一替代实施例中,给定
列中从行N检测出的信号和行N中从给定列检测出的信号均可被认为是触摸,不管是否发现
匹配。尽管这种配?#27599;?#33021;无法提供前述匹配的益处,但它可为传感器提供增加的灵敏性。

在一个实施例中,可在所?#34892;?#21644;列上发送独特的信号。在一个实施例中,可在多个
行的一个或多个子集中的每个行上发送独特的信号。在一个实施例中,可在多个列的一个
或多个子集中的每个列上发送独特的信号。在一个实施例中,所?#34892;?#21644;列被配置成检测独
特的信号。在一个实施例中,多个行的一个或多个子集中的每个行被配置成检测独特的信
号。在一个实施例中,多个列的一个或多个子集中的每个列被配置成检测独特的信号。

图7示出根据触摸传感器的一个实施例的快速多触摸传感器700的某些原理。发送
器和接收器702被附连至每个行,而发送器和接收器703被附连至每个列。如702所示的发送
器可分立于如703所示的发送器或者作为与如703所示的发送器相同的部件的一部分。同
样,如702所示的接收器可分立于如703所示的接收器或者作为与如703所示的接收器相同
的部件的一部分。在702、703的发送器本身可以是分立部件或可仅包括与诸如信号发生器
的信号源的连线,或者可以是信号发生器的一部分。同样,如702和703所示的接收器可以是
分立部件或者仅包括与信号处理器的连线,或者是信号处理器的一部分。附图标记704表示
发送的行信号和接收的行信号两者,而标号705表示发送的列信号和接收的列信号两者。发
送的行信号的至少一个子集被设计成正交的,即彼此可分隔和可区分的。同样,所发送的列
信号的至少一个子集被设计?#19978;?#23545;于彼此正交的。接收器被设计成接收发送信号中的任何
一个、或者发送信号的?#25105;?#32452;合,而信号处理器被配置成个别地测量列或行上出现的至少
一些正交信号的量。在一个实施例中,在行上发送的每个正交信号可由列的接收器/信号处
理器接收和测量,而在列上发送的每个正交信号可由行的接收器/信号处理器接收和测量。
如前所述,图中示出接收器和信号处理器之间的区分是为了方便读者理解,就像信号发生
器和接收器之间的区分一样。例如,行或列可直接地连接至信号处理器,并因此信号处理器
也充当接收器,类似地,行或列可连接至信号发生器并因此信号发生器可充当发送器。在一
个实施例中,所有信号发生器和接收器/信号处理器可被集成在同一混合信号ASIC内。

一般?#27492;担?#22312;当前传感器中,当行和列不经受触摸事件时相对于当它们受到触摸
事件时,耦合在行和列之间的信号改变。在一个实施例中,行和列被配置?#26705;?#24403;它们不受触
摸事件作用时,?#31995;?#30340;量或可忽略的量的信号被耦合在它们之间,相反,当它们受触摸事件
作用时,较高的量或不可忽略的量的信号被耦合在它们之间。在一个实施例中,行和列被配
置?#26705;?#24403;它们受触摸事件作用时,?#31995;?#30340;量或可忽略的量的信号被耦合在它们之间,相反,
当它们不受触摸事件作用时,较高的量或不可忽略的量的信号被耦合在它们之间。在一个
实施例中,当行和列不经受触摸事件时相对于当它们经受触摸事件时,耦合在行和列之间
的信号改变了。如前面讨论的那样,术语“触摸?#34987;頡?#35302;摸事件”不需要物理接触,而是?#28304;?#24863;
器产生影响的事件(但不是噪声)和耦合信号电平产生影响的事件。在这个方面,悬置被认
为是触摸事件。此外,本文中使用的信号的“电平?#34987;頡?#37327;”不仅包括离散的预定电平,还包括
相对的信号量、信号量的一定范围、在一时间间隔或在作出触摸事件确定时动态地确定的
信号量,或其?#25105;?#32452;合。由此,在一个实施例中,当前传感器和配置能够识别起因于耦合在
一个或多个行和一个或多个列之间的信号变化的触摸事件。

下文中,为便于说明书的理解,将使用术语“发送导体”和“接收导体?#34180;?#21457;送导体可
以是携带例如来自信号发生器的信号的行或列。在这一点上,本文中使用的“导体”不仅包
括电导体而且包括信号在其上流动的其它路径。接收导体可以是这样的行或列:它?#20999;?#24102;
当触摸事件发生在接收导体附近时起因于触摸事件耦?#31995;?#20449;号,但不携带当没有触摸事件
发生在接收导体附近时起因于触摸事件的信号。在一个实施例中,接收器/信号处理器测量
在接收导体上正交发送的信号的每一个的量,这些信号起因于触摸事件的耦合。测量该量
允许识别一触摸事件。接收器/信号处理器可包括DSP、滤波器排或其组合。在一个实施例
中,接收器/信号处理器是提供与正交信号对应的频带的梳状滤波器。

由于在行-列交叉点附近的任何触摸事件可能改变列上出现的行信号和行上出现
的列信号两者,因此在一个实施例中,不具有相应行或列对应物的列或行?#31995;?#20219;何信号可
以被拒绝。在一个实施例中,如果在相应的行接收器/信号处理器接收到相应的列信号,则
在列接收器/信号处理器接收的行信号被用于定位或识别触摸事件。例如,如果列C的发送
信号在行R中也被检测到,列C中来自行R的检测信号仅被认为由触摸事件造成。在一个实施
例中,列C和行R同时发送信号,该信号与其它行和列信号正交并且彼此正交。在一个实施例
中,列C和行R不同时发送信号,相反,列C和行R中的每一个在分配的时间?#25991;?#21457;送其信号。
在该实施例中,这些信号只需要与在同一时间?#25991;?#21457;送的其它信号正交。

如图所示,可使用单个信号发生器来产生行和列两者的正交信号,并可使用单个
信号处理器处理从行和列两者接收的信号。在一个实施例中,一个信号发生器专门产生行
信号,而一个分开的信号发生器专门产生列信号。在一个实施例中,多个信号发生器专门产
生行信号,同样,不同的多个信号发生器专门产生列信号。同样,在一个实施例中,一个信号
发生器专门处理行信号而一个不同的信号发生器专门处理列信号。在一个实施例中,多个
信号发生器专门处理行信号,同样,不同的多个信号发生器专门处理列信号。

在一个实施例中,每个接收导体关联于一滤波器排,该滤波器排充当其接收器和
信号处理器,该滤波器排适于在多个正交信号之间作出区分。在一个实施例中,与接收导体
行关联的滤波器排适于在所有正交信号之间作出区分,这些正交信号可能起因于与接收导
体行关联的触摸事件;同样,与接收导体列关联的滤波器排适于在所有正交信号之间作出
区分,这些正交信号可能起因于与接收导体列关联的触摸事件。

在一个实施例中,每行和每列可关联于一个信号,并且与每行或每列关联的信号
相对于其它每行或每列的信号是独特的和正交的。在这一实施例中,可同时“发送”所?#34892;?br />和列信号。在要求设计或其它约束条件的情形下,或者在希望使用比每行和每列一个信号
更少的信号的情形下,可采用时分复用。

图8示出具有三个行和四个列的发送方案的简化例。在该图示实施例中,每行和每
列可关联于一个信号,并且与每行或每列关联的信号相对于其它每行或每列的信号是独特
的和正交的。具体地说,信号A、B和C与行1、2和3关联,而信号D、E、F和G与列1、2、3和4关联。
在该实施例中,可同时地“发送”所?#34892;?#21644;列信号,每个行和列充当发送导体,并同时使每个
行和列充当接收导体,并因此能够同时处理起因于触摸事件的所有信号。

图9示出具有三个行和四个列的另一发送方案的简化例。在该解说性实施例中,每
个行关联于一信号,并且与每个行关联的信号相对于每个其它行的信号是独特的和正交
的,并且每个列关联于一信号,并且与每个列关联的信号相对于每个其它列的信号是独特
的和正交的。然而,在图示实施例中,关联于行的信号与关联于列的信号不全部正交,例如
信号A用于行和列两者。这里,在第一时间段T1,信号在行上被发送并在列上被接收,而在第
二时间段T2,在列上被发送并在行上被接收。如此,对于这种实施方式只需要四个正交信
号,而不是七个。

图10示出具有三个行和四个列的又一发送方案的简化例。在该图示实施例中,每
行和每列关联于一个信号,并且与每行和每列关联的信号相对于其它每行和每列的信号是
独特的和正交的。然而,在图示实施例中,即使关联于行的信号全部与关联于列的信号正
交,约束条件或其它设计考?#19988;?#32032;可能希望对信号的发送作时分复用。这里同样,在第一时
间段T1,信号在行上被发送并在列上被接收,而在第二时间段T2,在列上被发送并在行上被
接收。这一实施例可能是有用的,例如在可供发送的?#24503;?#33539;围可能受到限制并且分离对接
收而言是重要的情形下。因此,可如下地作出分配,由此对同时发送的信号实现更好的分
离:

行A:5.001MHz

行B:5.003MHz

行C:5.005MHz

列D:5.000MHz

列E:5.002MHz

列F:5.004MHz

列G:5.006MHz

图11示出具有三个行和八个列的发送方案的简化例。在该图示实施例中,每个行
关联于一信号,并且与每个行关联的信号相对于每个其它行的信号是独特的和正交的,但
这些列共享与行信号重叠的独特正交信号,如图所示。在图示实施例中,采用三个时间段来
确保只有独特的正交信号被同时发送,并因此,滤波器排或其它信号处理器可根据这些教
义定位触摸事件。

图12A示出在具有四个行和八个列的传感器内的多组列内和同样多组行内运用的
时分复用的例?#21360;?#22312;该例中,在时间段T1,正交?#24503;蔄、B在第一组行上发送而正交?#24503;蔆、D在
第一组列上发送。在时间段T2,正交?#24503;蔄、B在第二组行上发送而正交?#24503;蔆、D在第二组列
上发送。正交?#24503;蔆、D在后继的时间段T3内在第三组列上发送,而正交信号C、D在后继的时
间段T4内在第四组列上发送。可选择地,正交?#24503;蔄、B可在时间段T3和/或T4内在第一组或
第二组行上发送,以例如及时地提供触摸事件的更大分辨率。

图12B示出具有四个行和八个列的另一发送方案的简化例。在该图示实施例中,仅
使用两个正交信号A、B。在图示实施例中,采用六个时间段来确保尽管可通过发送两个独特
的正交信号,但没有一个无法一次地在一个以?#31995;?#21457;送导体上发送。如图所示,A和B在第一
时间?#25991;?#22312;行1、2上发送,在第二时间?#25991;?#22312;列1、2上发送,在第三时间?#25991;?#22312;列3、4上发
送,?#28304;?#31867;推。

影响正交信号发生和发送方案的选择的因素例如不构?#19978;?#21046;地包括:传感器内的
行数和列数、传感器的要求分辨率、行和列的材料和尺寸、可用的信号处理功率以及系统的
最小可接受等待时间。可作出许多其它变型,并且它们落在本公开和所附权利要求书的范
围和精神内。例如,本领域内技术人员将理解在独特正交信号数和由给定触摸检测系统采
用的时间段数量之间选择可能作出的各种权衡,然而假设多个信号在同一时间?#25991;?#21457;送并
且这些多个信号的每一个与在该时间?#25991;?#21457;送的所有其它信号正交。

如前面提到的,特定列?#31995;?#21015;接收器Rx可接收在一个或多个行导体上发送的正交
信号,并且该信号可由信号处理器使用以确定对触摸事件耦合作出响应的行导体,由此得
到行-列坐标。除了在一个或多个行上发送的正交信号,列接收器Rx可以“看到”源自列发送
器Tx的信号,并且其振幅可能相当大,并因此可与?#31995;?#25391;幅信号的处理形成干涉,所述?#31995;?br />振幅信号具?#34892;?#21644;列的横越部分。在一个实施例中,当前披露的系统和方法允许从通过列
接收器Rx处理的信号中去除列发送器Tx信号。由此,在一个实施例中,由列发送器Tx?#32479;?#30340;
正交信号可从在列接收器Rx接收的信号中被减去。这种减法可通过下列电路电气地提供:
该电路包括逆变器,该逆变器被配置成使由列发送器Tx发送的信号的逆变换加至由列接收
器Rx接收的信号,由此从接收的列信号中减去所发送的列信号。可替代地在信号处理器中
提供这种减法函数(图7)。

可能的信道的动态分配

计算机系统中的触摸传感器的感知质量?#35272;?#20110;高的信噪比,其中用户输入信号很
好地从环境电磁噪声中被分辨出来。这种电磁噪声可源自触摸传感器是其一部分的计算机
系统中的其它组件(例如LCD信息显示器)或源自用户外部环境中的伪像或天然信号(例如
来自设备的外部AC充电器的不想要信号)。这些不想要的电磁信号可能由触摸传感器错误
地检测成用户输入,并由此产生错误或带噪声的用户命令。

在一个实施例中,系统和方法使得触摸传感器能够减小或消除这些错误或带噪声
的读数并维持高信噪比,即使它接近于来自其它计算机系统的干扰电磁噪声或不想要的外
部信号。该方法也可用来动态地重新配置信号调制方?#31119;?#30001;此在给定时间点驾驭触摸传感
器的选择部分或整个表面积,从而?#26723;?#20256;感器的总功?#27169;?#21516;时仍然就并行化、等待时间、采
样率、动态范围、感测粒度等方面优化传感器的总体性能。

当运用到其性能?#35272;?#20110;电磁信号的准确读数的电容性触摸传感器时,尤其对于利
用频分复用(FDM)以增加扫描速率和?#26723;?#23545;计算机系统的报告触摸输入事件的等待时间的
电容性触摸传感器,本系统和方法的实施例尤为有利。在这个方面,本实施例可被运用至申
请人于2013年3月15日提交的题为“Low-Latency Touch Sensitive Device(低等待时间触
敏设备)”的美国专利申请No.13/841,436和2013年11月1日提交的题为“Fast Multi-Touch
Post Processing(快速多触摸后处理)”的美国专利申请No.14/069,609所披露的那些传感
器,它们将电容性频分复用触摸传感器考虑作为一个实施例。

动态分配过程的实施例

步骤1:合理地识别触摸信号和噪声

?#24065;?#30693;没有用户正在触摸传感器时,或者如果?#23548;?#35302;摸信号是合理地已知的(即
如果已知触摸表面的一些部分正被触摸而其它部分未被触摸),触摸传感器可分析其接收
的所有信号。

可通过分析来?#28304;?#24863;器本身、?#28909;?#21152;速度计的其它常见计算机输入传感器的读
数、计算机系统的功?#39318;?#24577;(例如计算机是否处于“休眠状态”等)、来自当前在计算机系统
上运动的软件应用的事件流等的组合来形成和加强触摸传感器是否正被触摸或者哪里正
被触摸的这些判断。这种分析过程?#35272;?#20110;来自计算机系统中的一个以上传感器的数据以得
出关于系统状态、系统组件的状态或在本领域内用户通常叫作“传感器融合”的状态的结
论。

通过关于已知手部触摸的分析判?#24076;?#20256;感器接收的所有信号可随后与对这些已知
触摸接收的信号进行比较。在传感器已测量的信号与应?#24065;?#32463;被测量的那些信号(假设关
于当前或之前触摸事件?#19988;?#30693;的)之间作为结果的差异则可用来减轻噪声和干扰。

在该方法的实施例中,对干扰信号的这种测量的一些可发生在设计时间,至少对
在设计时间将可是预测的其干扰部分而言。在该方法的另一实施例中,一些测量可发生在
制造或测试时间。在另一实施例中,当合理地已知用户没有接触触摸传感器时,一些测量可
发生在使用前阶段。在另一实施例中,当用户正在已知位置接触传感器时,一些测量可能发
生。在另一实施例中,当由其它传感器或以算法方式预测出用户未接触触摸表面时,一些测
量可能发生在用户触摸之间的时间。

在另一实施例中,一些测量可通过软件统计地发生,该软件可计量一用户的触摸
的统计?#21450;?#21644;可能性。例如,用户接口(UI)可具有被布置在触摸表面上仅某些位置处的按
钮,由此这些位置是在给定时间用户可能接触的仅有位置。当在这些已知位置之一作接触
时,触摸/无触摸状态之间的差异可能非常明显,即使存在噪声也好。在一个实施例中,可设
计UI以使按钮必须被按下某一定义的时间段(可能?#19978;?#31034;器指示),由此得到预?#28909;?#23450;的时
间段,在该时间段上即使存在噪声也可检测到触摸。在另一实施例中,可取代按钮使用滑块
或二维“指示器?#20445;?#22240;为这些UI控制件要求用户遵循UI事先已知的或可由设备?#31995;?#20854;它传感
器通过传感器融合(某种程度上)动态地确定的?#25105;?#36335;径。在一个实施例中,这种UI滑块可
以是?#20843;?#23631;?#34987;?#35302;摸友好操作系统上常见的单个“滑动-打开?#34987;?#22359;控制件,所述触摸友好操
作系统例如但不限于iOS、Android、其它Linux变例或Windows。在相关实施例中,可使用任
何这种非锁定姿态控制。在一个实施例中,虚拟键盘提供已知的触摸位置。因为单?#25163;?#30340;字
母可通过观察邻近字母容易地和准确地预测出。

在一个实施例中,这种分析可在触摸传感器的分立式触摸控制器上执行。在另一
实施例中,这种分析可在其它计算机系统组件上执行,例如但不限于ASIC、MCU、FPGA、CPU、
GPU或SoC。

步骤2:避免干扰

一旦如步骤1中详?#24863;?#36848;地基于已知的触摸信号和/或经由统计推断将带噪声的
读数识别为?#26696;?#25200;?#20445;?#23545;电磁干扰的这种认识可用来避免?#24503;省?#26102;间或码空间的某些部?#31181;?br />间的冲突,在这些空间内噪声可以或将可能由触摸传感器感测到。已知的触摸信号和所识
别的电磁干扰之间的冲突可通过多种技术或技术组合来避免,所述多种技术或技术组合例
如是,但不限于:

如果识别出无干扰或很少干扰的信号?#24503;剩?#21017;触摸传感器应当被配置成使用这些
信号?#24503;省?#22914;果存在很少干扰或无干扰的时隙,则触摸传感器应当被配置成使用这些时隙。
如果存在很少干扰或无干扰的码,则触摸传感器应当被配置成使用这些码。如果存在很少
干扰或无干扰的?#24503;省?#26102;间和码的组合,则触摸传感器应当被配置成使用它们。

对于利用频分复用(FDM)的触摸传感器,触摸传感器利用的信号?#24503;?#19981;是必须邻
接的。如果频带的一些部分由干扰占据,则触摸传感器可被配置成避免那些?#24503;省?#22914;果频带
的一些部分在某些已知的时间由干扰占据,则触摸传感器可被配置成在那些已知的时间避
免使用那些信号?#24503;省?#22914;果频带的一些部分在某些已知的时间?#19978;?#23545;静态的干扰占据,则
由触摸传感器发送的信号可在那些时间以一种方式被调制,以这种方式调制的话,解调将
抵消或消除已知的干扰。例如,在该调制技术的实施例中,如果干扰在某些?#34892;?#36259;?#24503;?#19979;是
稳定的正?#20063;ǎ?#21017;可使用二进制相移键控(BPSK)来调制由触摸传感器发出的?#24503;剩?#30001;此当
使用相反的BPSK来解调从触摸传感器接收的信号与干扰信号作为结果的和时,干扰的一个
相等部分已被乘以正相位并且一相等部分已被乘以负相位,由此当信号在全部接收周期上
被积分时,干扰信号已求和?#37327;?#24573;略的某种信号。具有相同效果的其它形式的调制也是可
能的。

如果使用FDM的触摸传感器利用快速傅立叶变换或者相似的快速算法(其中频隙
数受算法或算法性质的约束)来执行?#24503;?#20998;析,则传感器可使用具有更大频隙数的更大变
换(可能是下一个估量)以使额外的可能接收?#24503;?#23384;在。触摸传感器可在制造前配置有在任
何这些?#24503;?#19979;进行发送的能力。如此,如果一些频隙包含干扰,则可避免这些?#24503;剩?#20195;之以
具有很少干扰或没有干扰的?#24503;省?br />

步骤3:避免不想要的热点

如果某些电磁干扰无法通过使用前面提到的技术完全消除,则触摸传感器可被配
置成确保该噪声均匀地传播过传感器的表面积,以最小化由其余的干扰造成的操作性问
题。

在一个实施例中,触摸传感器可被配置并与客户应用编程接口(API)配对以针对
确保良好的用户体验使更多噪声容忍的UI元件被放置在具有更多噪声的触摸表面部分上,
并且由于需要精确控制而要求近乎无噪声输入命令的UI部分被关联于受很少干扰或不受
干扰影响的触摸传感器表面的一些部分。在其它实施例中,本质上利用与此理念相反的理
念。也就是说,可使用开发器API来标记多个UI元件,这些UI元件则规定将高性能调制方案
布置在该触摸表面上。

在另一实施例中,可通过对被分配至触摸传感器信号的时序、?#24503;?#21644;码进行重新
?#25104;?#32780;减轻不想要的电磁噪声。与触摸传感器的行和列关联的这些信号的分割不需要具有
固定关系,并且可以按照需要动态地重新?#25104;洹?#20363;如,在一个实施例中,利用FDM的触摸传感
器可一直对给定行发送特定?#24503;?#30340;正?#20063;ǎ?#25110;者它可对其动态发送的?#24503;手?#26032;?#25104;洹?#20363;如,
如果触摸传感器的发射器和接收器能够工作在“n?#22791;?#19981;同?#24503;?#19979;,并且如果这些?#24503;手?#30340;
“m?#22791;銎德?#24050;被确定为包含充分少量的干扰,并且触摸传感器的行数(同时发送的?#24503;?为
“r”(其中“n”大于或等于“m?#20445;癿”大于或等于“r”),则触摸传感器可从这组“m?#22791;銎德手?#36873;
取“r?#22791;銎德?#24182;以被设计成最小化用户体验?#23548;?#30340;方式将它们?#25104;?#21040;行。在另一实施例中,
传感器选择的这组工作?#24503;?#21487;以随机或?#24444;?#26426;方式每帧动态地被重新?#25104;洌?#20351;得在可察觉
的时间内在触摸表面的不同部?#31181;?#38388;具有可忽略的噪声统计相关性。更具体地,触摸传感
器可在“m?#22791;?#21487;能的?#24503;手?#36873;取“r?#22791;銎德剩?#22914;果它们具有最小噪声的话,或者,它可在可察
觉的时间内以被设计成最小化触摸表面不同部?#31181;?#38388;的噪声统计相关性的方式动态地和
随机地(或?#24444;?#26426;地)在这些?#24503;手?#36827;行选择。相同的方法可用于时隙、码或其它调制方案
或它们的组合。

在另一实施例中,对于主要采用FDM的触摸传感器?#27492;担?#20854;中已被确定为包含充分
少量干扰的“m?#22791;銎德?#22823;于或等于在每个传感器行上同时发送独特?#24503;?#25152;需的“r?#22791;銎德?br />的数目,触摸传感器可利用动态FDM调制方?#31119;?#35813;方案基于UI控制的已知布局和需求来优化
触摸传感器表面积的特定部分的等待时间和采样率性能。这里,需要高精度、低等待时间的
用户输入的UI控制件在给定时间点的已知位置被?#25104;?#21040;触摸传感器的表面积的相应部分
上,信号调制方案已在给定时间点为了高性能对其进行了优化。计算机系统的软件定义的
UI控制件的位置和性能与触摸传感器的表面积的位置和性能要求之间的这种动态?#25104;?#21487;
通过应用程序开发器在运行时间之前被明确地定义,或者在UI控制件运行时间通过运行系
统逻辑和分析予以定义——通过应用程序、操作系统和触摸表面之间的通信,所述通信由
应用编程接口(API)定义。同时伴随着这些高性能区,相同表面积的其它相邻区可采用?#31995;?br />性能的?#24503;省?#26102;间或码调制方案。通过在并行化、等待时间、采样率、动态范围、感测粒度等
方面被优化以寻求高性能的调制方?#38468;?#20165;运行触摸传感器的表面积的选择区域已增加了
下列益处:潜在地?#26723;?#20102;由触摸传感器消费的总能量以既感测又处理用户输入,因为传感
器的仅特定区域工作在要求的性能水平——由此使得表面积的其余部分以相较于性能优
化节能的调制方案工作。这种动态调制方案可如传感器输入的每个新帧那样快地被更新和
重新优化。

在另一实施例中,对于主要采用FDM的触摸传感器,其中被识别为具有最小噪声的
一组“m?#22791;?#21487;能的?#24503;?#30340;数量低于将独特?#24503;?#20998;配给触摸传感器的每个行所需的“r?#22791;?#29420;
特传感器信号的数目,该传感器可被配置成利用一种混合式调制方法,该方法将时间、码或
其它调制方案与频分方?#38468;?#21512;在一起。在该方法的一个实施例中,可通过触摸传感器动态
地选择和重新评估特定的混合式调制方法——如传感器输入的每个新帧那样快——以优
化跨整个传感器的表面积的最低等待时间和最高触摸事件采样率。在该方法的另一实施例
中,可通过触摸传感器动态地选择和重新评估特定混合式调制方法以基于UI控制件的已知
布局和需求来优化触摸传感器的表面积的特定部分的等待时间和采样率性能。这里,需要
高精度、低等待时间用户输入的UI控制件在给定时间点的已知位置被?#25104;?#21040;触摸传感器的
表面积的相应部分,对于这些相应部分已在给定时间点在并行化、等待时间、采样率、动态
范围、感测粒度等方面进行了优化以寻求高性能。计算机系统的软件定义UI控制件的位置
和性能要求与触摸传感器的表面积的性能要求之间的这种动态?#25104;?#21487;通过应用程序开发
器在运行时间之前被明确地定义,或者在UI控制件运行时间通过运行系统逻辑和分析予以
定义——通过应用程序、操作系统和触摸表面之间的通信,所述通信由应用编程接口(API)
定义。同时伴随着这些高性能区,相同表面积的其它相邻区可采用?#31995;?#24615;能的?#24503;省?#26102;间或
码调制方案。通过在并行化、等待时间、采样率、动态范围、感测粒度等方面被优化以寻求高
性能的调制方?#38468;?#20165;运行触摸传感器的表面积的选择区域已增加了下列益处:潜在地?#26723;?br />了由触摸传感器消费的总能量以既感测又处理用户输入,因为传感器的仅特定区域工作在
要求的性能水平——由此使得表面积的其余部分以相较于性能优化节能的调制方案工作。
这种动态调制方案可如传感器输入的每个新帧那样快地被更新和重新优化。

在另一实施例中,对于主要采用FDM的触摸传感器,其中被识别为具有最小噪声的
一组“m?#22791;?#21487;能的?#24503;?#30340;数量低于将独特?#24503;?#20998;配给触摸传感器的每个行所需的“r?#22791;?#29420;
特传感器信号的数量,该传感器可被配置成在给定的时间周期进入时分复用(TDM)模式,如
同在TDM方法中典型地那样选择“m”中的一个?#24503;?#24182;顺序地对行和列进行采样。在给定的时
间周期将主要FDM传感器切换至纯TDM模式确保了准确的输入,代价是传感器读数的帧速率
和等待时间。

在另一实施例中,对于主要采用FDM的触摸传感器,其中被识别为具有最小噪声的
一组“m?#22791;?#21487;能的?#24503;?#30340;数量低于将独特?#24503;?#20998;配给触摸传感器的每个行所需的“r?#22791;?#29420;
特传感器信号的数量,该传感器可被配置成在给定的时间周期内进入混合式FDM和TDM模
式,选择“m”中的数个?#24503;?#24182;由此顺序地采样并行的多个行和列以相较于单纯顺序的TDM模
式的性能极限提高传感器读数的帧速率和等待时间。这种混合式FDM和TDM调制方案改善了
传感器并行化和性能,同时缓解了带噪声的读数的不利影响,若非如此,带噪声的读数已因
为利用“m”以外的传感器信号而产生,“m”周围的电磁噪声的实时、历史和/或统计分析被视
为更有干扰倾向的。

步骤4:使用感测的复制以增加传感器的信噪比

触摸传感器也可利用多种技术来减少触摸传感器中的干扰和其它噪声的影响。例
如,在采样FDM的触摸传感器的实施例中,触摸传感器可使用每行多个?#24503;剩?#30001;此即使传感
器无法预测哪些频隙将受到干扰,它也能以多种方式测量每个行(或列)并计量最小噪声测
量(或测量组合),并随后使用它们。

在难以决定测量是否已受干扰影响的情形下,触摸传感器可采用对多个测量投票
的投票方?#31119;?#25110;使用类似的统计方法来确定将哪些测量抛弃、将哪些测量保留以及在统计
上和数学方式上将其保留的测量组合以最大化信噪比+信干比并由此增进用户体验的最佳
方式。例如,在一个实施例中,受到干扰的FDM触摸传感器可在每行上发送三个不同?#24503;?这
些?#24503;?#26159;充分相隔的以使它们之间的干扰在统计上是不可能的)并测量结果。然后使用三
中取二投票系统,传感器可确定哪些?#24503;室?#20026;干扰而?#23548;?#26368;多,并或者在最终测量去除其
测量值而不予考虑或者以统计上似合理的方式将剩下的两个组合起来(假设传感器“知?#39304;?br />关于干扰和噪声统计的先验),或者包括全部三个测量值并以统计上似合理的方式将它们
组合,通过其由于噪声和干扰而?#23548;?#30340;统计可能性对每个?#24503;?#27979;量值的影响进行加权。

触摸传感器如此可采用的某些方法包括,但不限于:

使用每行多个?#24503;省?#21487;同时地或?#27492;?#24207;地采用这些?#24503;省?br />

从行至列和从列至行地发送(或者?#27492;?#24207;或者同时地,如前面更详细地讨论过的
那样)。这也可与前述多个?#24503;?#30340;使用相结合,或者与另一调制方案的组合相结合。

在FDM顶上使用CDMA、或者调制方案的一些组合。这里,应当注意CDMA信号,不像常
见地由FDM技术采用的那些信号,是根本上“非自然的”并因此经常比FDM调制方案对计算机
系统的外部环境中的多种自然发生的信号更加不受影响。

用户识别技术

在一个实施例中,为快速多触摸传感器提供一种能力,以识别来自相同的手、相同
用户不同的手、相同用户或不同用户的触摸。在一个实施例中,为快速多触摸传感器提供一
种能力以识别来自联系于触摸区域的物体部分的触摸,或者通过单个物体?#31995;?#30005;容性触摸
点以帮助确定其位置和取向或者通过由同时也在用他/她身体的一部分触摸显示器的另一
区域的用户握持的笔。

在之前一开?#32487;?#35770;的传感器的基础实施例中,每个行具有信号发送器。当对表面
施加一次或多次触摸时,信号被耦?#31995;?#38468;近的列。这些触摸的位置是通过从列读取信号并
获知其中产生信号的行而确定的。

当用户与传感器或者传感器集成在其中的设备形成接触或者在传感器某一距离
内或如若不?#25442;?#22312;一个以?#31995;?#20301;置造成触摸事件时,一般会有某一量的耦合,该耦合将横
跨由同一用户作出的触摸而发生,因为信号通过用户的身体从一个触摸位置传输至另一触
摸位置。参见图13,当通过用户的手指1402在行r1与列c1的交叉点施加单个触摸或接近触
摸时,耦合将发生在行r1和列c1之间。如果第二、同生的触摸或接近触摸在行r2和列c2处由
用户的第二手指1403作出,则在行r2和列c2之间将出现耦合。另外,?#20808;?#30340;耦合可能出现在
行r1和列c2之间以及行r2和列c1之间。在一些实施例中,?#20808;?#30340;耦合可能出现在多个列之
间和多个行之间。

这些?#20808;?#30340;、身体传输的信号(否则可能会作为“噪声?#34987;頡?#20018;扰”被去除)也可由信
号处理器(图7)用作附加“信号”以识别单个用户对这两种触摸负责。具体地说,为了扩展上
述例子,行r1和列c2之间以及行r2和列c1之间的耦合一般可能被认为是“噪声”并被滤除
(或者被忽略),以确保在行r1和列c2或行r2和列c1的交叉点处不会错误地报告触摸。?#20808;?br />的、身体传输的耦合可能仍然被过滤以确保仅报告准确的触摸位置,但也可被解读以允许
系统识别触摸来自同一用户。传感器400可被配置成检测从用户手部的任何手指传输的较
弱的、身体传输的耦合,包括但不限于,除1403外还有位置1404、1405或1406。信号处理器
(图7)可被配置成使用这种检测以识别来自相同的手、相同用户不同的手、相同用户或不同
用户的触摸。

在具有用户识别功能的触摸传感器的其它实施例中,信号发生器可耦?#29616;?#29992;户其
它部位,例如手持单元、其椅子下面的衬垫或者甚至在传感器集成在其中的设备的边缘上。
该发生器可用来以与前述相同的方式识别用户作出特定的触摸。在其它实施例中,信号发
生器可被集成到笔、笔或其它物体以内。

下面给出几种类型的?#20808;?#32806;?#31995;?#20363;子,这些?#20808;?#32806;合可被检测和使用以识别来自
相同的手、相同用户或不同用户的触摸:由用户手指中的第一手指触摸的行或列与由用户
手指的第二手指触摸的行或列之间的耦合;由用户手指触摸的行或列与由用户身体的另一
部分(例如他的手掌)触摸的行或列之间的耦合;由用户身体的一部分(例如他的手指或他
的手掌)与由可操作地连接至用户身体的信号发生器触摸的行或列之间的耦合;以及用户
身体的一部分(例如他的手指或他的手掌)和集成在笔或笔内的信号发生器触摸的行或列
之间的耦合;以及通过传导性中间物体(例如笔或其它?#34892;?#29289;)由用户身体的一部分触摸的
行或列之间的耦合;以及可能通过传导性中间物体(例如笔或其它?#34892;?#29289;)由用户身体的一
部分触摸的行或列之间的耦合。本文中使用的“触摸”包括在用户和所披露的传感器之间存
在物理接触的事件,也包括不存在物理接触但存在由用户作出的、发生在传感器附近的动
作并且该动作由传感器检测到的事件。

前面描述的?#20808;?#32806;合可用来将触摸识别为来自相同的手、相同用户的不同手、相
同用户或不同用户。例如,相对强的?#20808;?#32806;?#31995;?#23384;在可用来将两个触摸事件识别为来自相
同手(?#28909;?#26469;自相同手的两个手指(例如?#25345;?#21644;拇指))或者来自相同手的手指和手掌。又
如,相对弱(相对于前述例子)的?#20808;?#32806;?#31995;?#23384;在可用来将两个触摸事件识别为来自同一人
的不同手或者来自同一人的一只手或另一身体部分。再如,?#20808;?#32806;?#31995;?#32570;乏可用来将两个
触摸事件识别为来自不同的人。此外,来自可操作地连接至用户身体的信号发生器的信号
的存在可用来将触摸识别为来自特定用户,而这种信号的缺乏可用来将触摸识别为不是来
自一特定用户。

快速多触摸笔(stylus)

在快速多触摸传感器的某些实施例中,传感器被配置成检测笔的位置,并可选择
地也检测其绕其纵轴线的倾角和转角。这些实施例用基本如前面一开始描述的传感器硬件
开始,并进一步利用在其尖端附近具有信号发送器的?#21097;?#20449;号从所述信号发送器被发送,该
信号与可在行或列上传输的正交信号相容(相同或相似的调制方案、相同的?#24503;实?但与之
正交。开关可用于控制发送器何时导通或断开,所述开关可以是任何类型开关,包括例如在
笔尖端的接近检测器或压力传感器。笔可以被配置?#26705;?#22312;正常工作状态下,当笔与快速多触
摸传感器表面接触或与之接近时使开关导通发送器。在一替代实施例中,?#26102;?#37197;置成使其
恒定地发送信号,并且开关的状态可改变信号的一种或多种特性,例如其?#24503;省?#25391;幅等等。
这允许笔不仅当与触敏设备的表面接触时工作,同样当其稍稍在表面之上时也工作,从而
提供“悬置”能力。

在一个实施例中,由笔发出的信号类似于如前所述的可在行上发送的正交信号,
并且笔本质上可被视为额外的行。由笔发出的信号被耦?#31995;?#38468;近的列中并且在列上接收的
信号量可用来确定笔相对于列的位置。

为了提供在二维上测量笔的位置的能力,可将接收器布置在FMT传感器的行上以
及列上。行?#31995;?#25509;收器不需要像列?#31995;?#25509;收器那样复杂:列接收器应当被配置成拾取在行
上传输的任何信号并在这些信号之间作出区分。然而,行接收器只需要能够拾取由笔或在
一些实施例中由多个笔发出的任何信号并在这些信号之间作出区分。

在一个实施例中,由笔发出的信号与行上传输的那些信号是不同的,由此它们之
间不存在混淆。如果行信号被调制,则笔信号应当被类似地调制成与其它接收器?#19978;?#23481;。在
一个实施例中,该调制需要一个时间基准,多触摸传感器可被配置成经由通信信道将该时
间基?#32487;?#20379;给笔。这种信道可以是无线电链路、光学链路、声音或超声链路等等。在一个实
施例中,?#24335;?#25910;行信号并同步?#36816;?#20204;的调制,没有其它的通信信道被卷入。

当笔发送其信号时,它们由列和行接收器接收。行和列?#31995;?#20449;号强度被用来确定
笔在二维上相对于行和列的位置。较强的信号强度指示笔相对接近于传感器而?#20808;?#30340;信号
强度指示?#35797;独?#20256;感器。可使用插值法来确定笔的位置,这具有比行和列的物理粒度精细
地多的分辨率。

?#26159;阈?#21644;旋转

更为复杂的实施例允许我们同时测量笔在由用户握持时的?#38408;?#21644;旋转,以及测量
笔的位置。

本实施例中的笔能发出多个信号而不是发出单个信号,多个信号中的每一个?#39062;?br />的尖端附近射出,但从绕其圆周扩大的多个点射出。尽管相隔180°的两个这样的信号将提
供所需的某些信息,然而需要至少三个信号(理想地相隔120°)以无疑义地测量笔的?#38408;?#21644;
旋转,而四个信号(理想地相隔90°)将使数学和信号处理不那么麻?#22330;?#22235;个信号的情形被用
在下面的例子中。

测量?#26159;阈?br />

图14和图15示出在其尖端1505具有发送器1502的快速多触摸笔1501的两个实施
例。在图14的实施例中,发送器1502在尖端1505外部,而在图15的实施例中,发送器1502在
尖端1505的内部。四个发送器1502被设置在笔1501的周缘周围并沿快速多触摸传感器400
的平坦表面分别朝向东、南、西、?#27604;?#21521;。想象一下,笔的?#32423;宋?#32622;平行于传感器平坦表面的
z轴并垂直于x轴和y轴。当笔如图所示向东?#38408;?#26102;,由此相对于传感器400的平面沿x轴或y
轴转过角度?#31890;?#38754;向东面的发送器1503相比北和南发送器沿三维空间更靠近传感器400的表
面地移动,而面向西面的发送器相比北和南发送器更?#29420;?#20256;感器地移动。这使得由东发射
器发出的正交信号更强?#19994;?#19982;附近的行和列耦合,这可通过快速多触摸传感器内的它们的
接收器测得。由西面发射器发出的正交信号?#20808;?#22320;与附近的行和列耦合,由此使其信号在
那些附近的行和列的接收器内表现出?#31995;?#30340;强度。通过比较东面信号和西面信号的相对强
度,我们能确定笔的倾角α。沿北-南方向的?#38408;?#21487;通过与北和南正交信号相同的处理予以
确定。在一个实施例中,笔1501的尖端1505中的开关或压力传感器1504被用来控制发送器
何时导通或断开。笔可以被配置?#26705;?#22312;正常工作状态下,当笔与快速多触摸传感器400的表
面接触或与之接近时使开关1504导通发送器。

测量笔旋转

可以相同方式检测笔旋转。随着笔的四个发送器1502中的每一个的x位置和y位置
平行于z轴转动,笔?#31995;?#22235;个发送器将直线地更接近或更?#29420;?#35302;摸表面的各个行和列。在笔
发送器的x位置和y位置之间相对于FMT的各个行和列的这些不同直线距离导致由FMT的接
收器拾取的不同信号强度。与z轴平行地旋转笔将改变这些直线距离,并因此改变关联的信
号强度。笔的x和y转角可从信号强度中的这些差异中推得。

有源光笔

本发明的实施例包括能够用于在计算机显示器或触摸传感器上手写输入的快速、
准确、低等待时间的笔和传感器系统。在一个实施例中,笔提供流畅和自然的输入,由此模
仿笔或铅笔的手感。在这个方面,可将系统的更新率提高至一千赫以上,并将来自笔运动至
测量位置的等待时间及其它参数?#26723;?#33267;低于1毫秒。连同测量笔的位置,其倾角和旋转也可
被测量。要注意,本文描述的有源光笔?#19978;?#23481;于事实上所有设计的计算机显示器和触摸传
感器,并且不限于用在前述的快速多触摸传感器。

所披露的技术包括使用诱导全内反射(ITIR)的光学方法。该技术允许多个笔同时
地用于输入目的。传感器系统可被放置在计算机显示器(例如LCD或OLED监视器)的顶部,并
且推断出的传感器位置和随时间变化的其它参数被用来在计算机显示器上画出线、曲线、
文本等。

在有源光笔的一个实施例中,笔以多种不同?#21450;?#23558;光射入到传感器表面内。传感
器表面是薄平板(或某些二维流形)材料,所述材料在?#39062;?#23556;出的光的波长下是透明的或半
透明的。

图16整体地示出传感器板和系统的俯视图。笔(由字母S表示)以多个不同的?#21450;?br />将光射入到传感器板(由字母A表示)。通过可包括悬浮在透明介?#25163;?#30340;微粒的方向改变装
置,板使得在各?#21450;?#20301;置的光变得陷入到传感器板内,光在传感器板内通过全内反射沿全
部水平方向传播。角滤波器(由字母B指示)仅允许光围绕与传感器板边缘的垂直线以小角
度(即受约束的角度)经过滤波器。线性光传感器(由字母C表示)检测光在哪里沿其长度撞
击到线性光传感器上。在一个实施例中,为了检测单个简单笔的X、Y位置,只需要寻找线性
传感器上最大量的光?#19981;?#30340;位置。沿着被标记为“V”的箭头的光提供笔的垂直位置。沿着被
标记为“H”的箭头的光提供水平位置。沿其它方向的光被滤除并被忽略。

图17示出传感器板的侧视图。一般,进入折射率高于周围介质的折射率的透明材
?#31995;?#20809;将传过另一侧并以较浅的角度折射。从外侧发射的光不大可能陷入到内部,除非类
似散射介质的某物与不可忽略面积的半透明材?#29616;?#25509;接触(正如可能发生在受阻的全内反
射情况那样)。然而,由于接触材料经历的?#24358;?#21644;构建可能?#38408;?#24182;仍然维持接触的笔的困难
性,所需的不可忽略的接触面积容易造?#31245;?#31957;的笔。一个优选实施例使用在透明材料内的
方向改变装置。

在板内侧,由笔射出的一些光与方向改变装置相互作用,这使得一些光变得陷入
到传感器板并背离笔在该位置射入到板内的独特光?#21450;?#22320;向外传播。传播的光行进至板的
边缘,在那里光到达角滤波器。垂直于滤波器(以及板边缘)的光被允许传至线性光传感器。

图18示出传感器板的侧视图。在透明材料内的方向改变装置允许?#39062;?#23556;出的光最
终成为被陷入到板内的光,其经历全内反射并沿板的全部方向传播。进入该板的光(实线箭
头)进入方向改变装置(云形状)。光沿?#21028;?#22810;方向离开方向改变装置,其中一些光落在全内
反射可能发生的角度内(虚线箭头)。一些光落在全内反射可能发生的角度外(点线)。这种
光无法被陷入,并且离开传感器板。方向改变装?#27599;?#28304;自散射,但在该优选实施例中,它是
一种荧光或磷光材料,这种材料吸收由笔发射的光并射出不同波长的光,该不同波长的光
沿所有方向向外传播。

线性光传感器测量沿其长度?#19981;?#21040;其?#31995;?#20809;的量,这允许我们推断出笔的位置。
沿着线性光传感器接收最大量光的位置对应于笔位置沿该维度的投影。

如果笔射出一条以?#31995;?#20809;线,则系统不仅能测量笔在传感器板?#31995;?#20301;置,而且能
推断其?#38408;?#21644;旋转。如果笔发射出多条光线或者可能是光锥或其它形状,则它们沿天线板
各侧的投影可由系统测得,并且该数据同时用于推断笔的位置、?#38408;?#21644;旋转。

材?#31995;?#20809;方向改变特性

一般?#27492;担?#36827;入薄透明介质(?#28909;?#20256;感器表面)的光将从另一侧离开,没有任何光
将陷入在其中并通过全内反射传播。为了使进入的光陷入并在其中传播,需要一些装置需
要改变其方向。在一个实施例中,传感器表面使不同方向上进入的光的一些散射。这些方向
中的一些落在全内反射可能发生的角度内。散射不是优选的方法,因为没有办法防?#32929;?#23556;
进一步改变光的方向,这将?#26723;陀上?#24615;光传感器接收的光的量并又使得光通过非直线路径
行进,即使在方向的第一次改变已发生之后。非直线路径将使得光看上去来自不正确的方
向并将使得系统得出错误的位置读数。

优选的方向改变装置是一次波长改变装置,例如荧光或磷光材料。由笔在波长W1
下射出的光进入传感器板,光在传感器板内与一次波长改变装置相互作用。所述装置吸收
光的一部分并沿多个方向在波长W2下射出光。波长W1可在电磁谱的紫外部分内。波长W2可
在谱的可见部分或红外部分内。在波长W2下的光的一部分现在经由全内反射沿传感器板传
播,并且没有任何东西对其形成阻碍,因为一次波长改变装置不会明显地影响波长W2。

角滤波器

通过传感器表面传播的光?#26377;?#22810;角度到达边缘。为了推断笔的光?#21450;?#22312;传感器表
面内的位置,我们希望将线性光传感器的视场限制在特定方向上。在一个实施例中,角滤波
器提供这种功能。在该优选实施例中,其具有矩?#26410;?#24863;器板和在两侧?#31995;?#32447;性光传感器,我
们希望将光传感器的视场限制在与传感器板的边缘垂直的方向上。这可通过一组微小的
“软百?#35835;?venetian blinds)”来达?#26705;?#31867;似于计算机监视器的隐私屏幕在直接在监视器
前面的位置将视野限制在窄角度的方式。

从意图视场外的方向?#19981;?#21040;角滤波器的光应当优选地由滤波器吸收,或者以一种
方式反射以使被拒绝的光不进入系统中的任一线性光传感器或?#19978;?#24615;光传感器检测到。

图19示出在线性光传感器(由字母C表示)前面的角滤波器(由字母B表示),从系统
顶部观察的话。角滤波器仅允许垂直于滤波器(和线性光传感器)的光进入。滤波器可以与
软百?#35835;?#30456;似的方式实现,其具有遮蔽在其它角度进入的光的多个垂?#24065;?#29255;。在该情形下,
沿箭头1901的光被允许进入和传过滤波器。沿箭头1902的光不允许进入滤波器,并(优选
地)由滤波器吸收,或可能只是偏离其反射。线性光传感器可测量沿其长度在多个点?#19981;?#21040;
其?#31995;?#20809;的量。最大量的光?#19981;?#22312;的点可能是笔沿线性光传感器的方向f的位置投影。

线性光传感器

线性光传感器可测量沿其长度在多个点?#19981;?#21040;其?#31995;?#20809;的量。它们可通过位置敏
感检测器、线性CCD阵列、线性CMOS?#19978;?#22120;阵列、光电?#23545;?#31649;阵列、单独光电二极管阵列、光
电晶体管、光电池或检测光的任何其它装?#32654;?#23454;现。

指示笔

参照图20,指示笔2001是?#39318;?#35774;备,当用户像笔或铅笔那样握持它并在传感器板
2002的表面上画图时,它可以多种不同?#21450;?#23558;光射入到传感器板2002内。?#21450;?#27839;传感器板
边缘的投影可用来推?#29616;?#31034;笔的位置、?#38408;?#21644;旋转。如果需要多个?#21097;?#36825;些笔可以时分复用
的形式一次一束地射出它们的光。这将需要在?#25163;?#38388;某些形式的同步,这可通过多种简单
通信信?#35272;?#23454;现,包括但不限于无线电链路、超声或光信号。光信号可通过位于传感器板下
面的计算机显示器产生,这使得笔几乎无需使用额外的硬件就能被同步。

指示笔可使用光源被构造,所述光源例如是发光二极管,当接触开关或压力传感
器检测到指示笔与传感器板接触时它发光。诸如透镜、衍射光栅、光导管、分束器等的光学
元件可从多个光源取光并形成可投射到传感器板内的不同多个迥异的光?#21450;浮?#22312;一个实施
例中,指示笔也可以是诸如激光器的非接触光源。

单光点实施例

在这项技术的基础实施例中,指示笔射出单个光线或光锥,它们相对于笔体可能
是同轴的。单个光束将造成该?#21450;?#27839;传感器板侧的简单的、点状投影,这允许我们推断出指
示笔的位置。图21示出由简单的指示笔沿传感器板的边缘射出的光点的几何投影。?#19978;?#24615;
光传感器沿其长度检测到的光的最大值给了我们发光的光点在传感器板?#31995;?#20960;何投影由
此我们能推断出传感器位置。

如果指示笔射出锥形光束,它将与传感器板相交?#31245;?#24418;(如果?#26102;?#20445;持在与表面
垂直的位置)或相交成椭圆形(如果?#21183;?#31163;垂直线地?#38408;?。这些相交位置的投影将具有不
同的形状和宽度,以使我们能够推断出倾角以及相对于指示?#26102;?#20445;持的传感器板边缘的角
度。图22示出由简单的指示笔沿传感器板的边缘射出的光点的几何投影。?#19978;?#24615;光传感器
沿其长度检测到的光的最大值给了我们发光的光点在传感器板?#31995;?#20960;何投影由此我们能
推断出传感器位置。

如图23所示,如果指示笔射出光锥而不是光线,在光锥与传感器板相交的位置将
形成椭圆。椭圆的投影在一个方向上可能不同于另一个方向?#31995;模?#36825;允许我们推断出指示
笔的?#38408;薄?br />

多光点实施例

如果指示笔在传感器板上投射多个?#21450;福?#21017;这些?#21450;?#27839;传感器板侧面的投影可用
来推?#29616;?#31034;笔的位置、?#38408;?#21644;转角。如图24所示,如果两个投影都比在笔垂直于传感器板保
持的情形下我们预期的宽度更宽并且尺寸仍然近乎相等,则指示笔可能相对于传感器板边
缘的方向以45°角?#38408;薄?#25237;影的宽度可用来推断与垂直方向的倾角。投影越宽,?#38408;?#36234;大。

参见图25,如果指示笔绕其圆周射出多个?#21450;?#30340;光,则它们沿传感器板的边缘的
投影能允许我们推断出传感器?#38408;?#20197;及绕其轴线的旋转,还有指示?#24335;?#35302;传感器板的位
置。必须仔细地选择由指示笔投影的?#21450;?#30340;数目和排列。例如,?#21450;?#19981;应当在指示笔的圆周
周围均匀地间隔,因为这可能使指示笔的多个转角沿传感器板的边缘具有相同投影的光图
案。即便如此,尽管指示笔的绝对旋转可能无法一直被测量,但能够测量小的相对旋转,这
仍然能向用户接口提供有用的信息。从其射出的?#21450;?#30340;几何投影推断笔位置、?#38408;?#21644;转动
的最直接方式可以是:测量很多的指示笔位置、?#38408;?#21644;旋转的投影,并随后将它们投影并在
这些投影之间进行插值?#28304;?#36825;些投影回推得到指示笔参数。在A和B示出的两个指示笔?#21450;?br />是相同的,除了指示笔已经更远地移动至右下方并顺时?#23454;?#36716;过45°。

太阳盲(solar blind)UV

太阳光包含许多光波长,并且这些光波长可能与指示笔系统的操作形成干扰,如
果指示笔系统用于太阳光下。较为有利的是,指示笔在一波长射出光,该波长或者在地表经
历的太阳光谱中不存在或者非常弱。一种可能性是指示笔射出紫外太阳盲区中的光,其中
地球大气中的氧吸收绝大部分或全部的这些波长。在UV谱的太阳盲区部?#31181;?#21457;光的LED在
市场上有售。

可对来自可能?#19981;?#21040;指示笔系统并阻止其使用的其它源(自然的或人造的)的光
波长作出相同的论证。

多指示笔实施例

如果希望同时地使用多个?#21097;?#21017;必须使用一种方法来消除这些信号彼此之间的岐
义。例如,可使用时分复用技术,在这种情形下,每个指示笔取一轮射出的?#21450;?例如图20所
示)到传感器板内。

多个笔也可使用不同的方向改变装置,以使每个方向改变装置在不同波长下射出
并且这些不同的波长在方向改变装置之后能够?#19978;?#24615;光传感器作出区分。

在某些实施例中,所有笔在同一时间以相同波长发光,并在它们被使用时使用对
笔可能和大概的轨迹的知晓在软件或固件中消除它们对沿传感器板侧面的几何投影的贡
献的岐义。

用户、手和物体辨别

上文描述的是电容性FDM、CDM或FDM/CDM混合触摸传感器的各种实施例,其可以与
本公开的正交信令触摸用户、手和物体辨别系统和方法关联使用。在此传感器中,当来自排
的信号耦?#31995;?#21015;并且在该列上被接收时,触摸被感测。

参考图25,在上文描述的正交信令触摸传感器中,当用户用多个手指触摸时,由于
来自一行的信号不仅与触摸发生的列耦合,也同时和同一用户的另一个触摸的列耦合,串
扰发生。图25示出从一个手指通过用户的身体到另一个手指的串扰的路径。在同一图中,箭
头示出信号的路径,白色圆圈示出被感测的触摸的位置,一级黑色圆圈示出触摸之间串扰
的位置,即,串扰将在触摸屏上被感测的位置。此串扰信号比“真实”信号更弱,因为来自行
的信号当穿过用户的身体时衰减。

穿过用户的身体耦?#31995;?#20449;号随着其通过身体衰减。由此,在已经通过此路径的每
个列上被感测的信号比从触摸本身的每个列上感测的信号显著地更弱。此区别在从由于此
跨越身体的耦合引起的串扰“幻象”触摸中区分真实触摸方面是有用的。一般?#27492;担?#31616;单阈
值处理接收的信号电平可以区分这些两个信号强度。

在上面题为“用户识别技术”的部?#31181;?#25552;出的基本方法寻找由单独用户的手指之
间的信号跳变引起的串扰。如果串扰出现,触摸认为是来自同一人。如果不是,其被认为是
来自多个人。参照图25,此方法在确定在白色区域中有两个触摸后,徐兆黑色圆圈区域中的
串扰。当此串扰出现,两个触摸被认为是来自同一人。图26示出由两个用户做出的相同的两
个触摸,每个手指来自一个触摸触摸屏的用户。因为来自每行的信号没有耦?#31995;?#20840;部两个
列,所以触摸之间将没有串扰,并且因此在黑色圆圈表示的区域内将没有串扰出现。相应
地,这些两个点可以识别为来自两个用户。

另一个在上面题为“用户识别技术”的部?#31181;?#25552;出的基本方法扫过用于接收的信
号的传感器,并且将信号电平识别为“背景噪声?#34180;ⅰ?#35302;摸?#34987;頡?#20018;扰?#34180;?#22914;果有包括全部两个触
摸?#24503;?#30340;所识别的串扰信号,两个触摸被认为是来自同一用户。此基本方法忽略了触摸和
串扰位置,并且?#35272;?#27178;越所识别的触摸和串扰信号来用串扰?#24503;势?#37197;触摸?#24503;省?#24403;与上一
段落相比,此基本方法的好处是此方法缓解了识别图26中描绘的黑色区域的需求。每当对
于进一步消除歧义的需求产生,串扰和手指位?#27599;?#20197;被考虑。

然而,问题随着某些触摸配置产生,在这些配置中串扰可能是不明确的。简单的示
例是两个手指共享X或Y,如图27所示。这两个触摸难以识别,因为发生在点之间的串扰被触
摸自身所掩藏。即,在此配置中,无法说出这些触摸是来自同一人还是多个人。如果触摸来
自同一人,任?#26410;?#25200;将产生与相对的触摸点产生的信号一致的信号——因此不能直接地判
定信号是由串扰产生而不是?#23548;?#30340;触摸事件。

对应上面刚刚描述的问题的可能的解决方案是对每个触摸检查多个?#24503;省?#24403;两个
或更多个?#24503;时?#27979;量时,触摸是通过更大量值的?#24503;时?#35782;别并且与基于在触摸信号中出现
的次级、更小强度的?#24503;?#30340;其他触摸相关。

参考图28,在本文公开的辨别技术的实施例中,触摸屏和/或处理器被修改以便在
每行和每列上产生正交信号,并且来感测在每行和每列?#31995;?#20840;部信号。通过将信号从一行
耦?#31995;?#19968;列或从一列耦?#31995;?#19968;行的用户的手?#31119;?#35302;摸感测以如上文描述的相同的方式发
生。然而,从耦合行到列的串扰和耦合列到行的串扰二者,该系统现在可以将触摸分组。

为了判定触摸位置,除了感测从行到列和列到行的耦合之外,在实施例中该公开
的系统能够感测行到行的耦合和列到列的耦合。根据上文在标题“用户识别技术”之?#28388;?#25551;
述的之前的系统和方法,在一个手指触摸中,没有由其他行感测的来自行的信号。类似地,
没有由其他列感测的来自列的信号。考虑到每行和每列将不得不忽略其产生的信号,由于
它将呈现得非常“响亮?#20445;?#20363;如,强。同时考虑到当有触摸时行可能见到其相邻行,由于手指
大到足以跨越多行。

当用户用两个或更多手指触摸触摸屏时,他没有将信号从一行耦?#31995;?#20854;他行,以
及信号从一列耦?#31995;?#20854;他列。此行之间和列之间的串扰类似于行/列对之间的串扰,并且可
以用来判定多个触摸是由同一用户产生。图29示出从一行到另一行的一个此类路径。在此
情况中,单一用户在显示器上做出两个触摸,并且该信号从一行通过他们的身体到达另一
行。

根据图29,在一列上产生的信号通过用户的身体耦?#31995;?#20854;被感测的另一列。当信
号从行到行或列到列的耦合,可以判定两个触摸来自同一用户。为了清晰,此图仅示出一条
信号路径,但对于从相反方向传输的信号相同的路径出现,同样对于行到行串扰,同样之前
描述的行到列以及列到行的耦合。

图30是图29的变型,其中信号通过用户的手而不是手之间耦合。根据图30,在一列
上产生的信号通过用户的身体耦?#31995;?#20854;被感测的另一列。

图31示出两个不同用户做出的两个接触。在此情况中,由于没有用于信号在用户
之间传输的路径,没?#34892;械?#34892;的耦合或列到列的耦合。没有耦合,这些两个点可以被认为是
来自两个独立的个体。

在实施例中,处理器、电路或其他硬件用来判定多个点是否来自同一人的一只手、
两只手,或来自多个人的触摸。信号通过身体的衰减因使用的手的数量和信号必须传输的
距离而不同。受启发地,一只手?#31995;?#20174;指头到指头的衰减将小于同一人的两只不同手的从
指头到指头的衰减,其将小于从一个人的指头到不同人的指头的衰减。处理器、电路或其他
硬件可以用串扰的强度来区分两个或更多个触摸事件,诸如通过区分将两手手势与一手手
势,区分由不同用户创建的两个触摸事件,区分被动物体与手,识别被动物体是否被用户触
摸、改善手掌排除以及改善意外触摸排除。

通过拥有多个阈值,可以判定例如是否两个触摸来自一只手、同一人的两只手、或
不同人的手。在实施例中,当使用触敏设备时,此阈值被适应性地设置。

应该注意的是判定触摸的物理源(手、用户等)不需要在输入的每帧上发生。事实
上,可以随着在设备上做出的特定的触摸每隔一段时间地不频繁地发生。在某些实施例中,
可能?#26377;?#33021;、功率或其他出发点来期望恰当地限制此检查。例如,当用户第一次做出接触,
可以通过有意地检查仅一次来完成。可替代地,用户区别检查可以在比传感器更慢的周期
上检查(例如,每n帧检查一次,或每m毫秒检查一次)。相反地,用户区别可以与其余的感测
过程脱离周期地被检查。

在一个此类实施例中,系统的复?#26377;?#36890;过将来自行到列和列到行,以及可能地行
到行和列到列的发送和接收的时分复用而?#26723;汀?#22312;此实施例中,相同的正交信号产生硬件
和信号接收硬件可以被时分复用,通过高速开关的使用,来在行并且然后列上产生,以及在
列并且然后行上接收等等。?#28304;?#26041;式,所要求的信号发生器和接收器的数目被显著减少。

标记

如我?#19988;?#32463;描述的,期望能够以用户将触摸接触‘分组’——理想地,识别来自同
一手的接触,还同时识别同一用户的接触。将被本领域技术人员理解的是跨越传感器设备
的扫描周期的触摸接触的标记人工地完成。在本发明的实施例中,没有“扫描”本身,但尽管
如此可能被认为是每次输入帧的阵列被采样,其可能被认为是用户与显示器连续的接触的
区分。从一帧到下一帧的此区分意味着设备必须判定哪个接触已经保持,以及哪个已经被
新的接触替代。在不同实施例中,本文公开的用户、手和物体辨别的系统和方法至少有与标
记区域的三个相交:需要提供跨帧的标记,改善传统的接触的唯一标记,传统标记的使用来
改善用户的识别。

跨越输入帧的接触的标记对于传统的为触摸(和非触摸)输入建立的用户接口是
严格的。例如,如果用户保持按钮下按,不应该被激活。两个连续的输入帧可以示出在按钮
?#31995;?#25509;触;但其是否是同一个,或者用户是否提起他们的手指并且将手指放回该设备?如果
是前者,按钮不应该被激活。如果是后者,应该。这个也?#30001;?#21040;连续的手势?#21512;?#30446;的拖拉可能
当手指从其抬起时终止;对于拖拉期间的每一帧,系统必须判定:离开之前帧的接触几毫米
的接触是在帧之间移动的同一手指吗,或用户抬起其手指、终止拖拉、并且现在示图点击新
项目。

用于接触的标记的传统技术包括诸如检查描述接触(例如,信号强度)、其形状、其
方向和其与之前接触的邻近的信号特征的启发。虽然本发明实施例可以采用这些传统方法
中的某些或全部,接触的标记可以通过本文描述的用户区别技术进一步增强:如果两个接
触,每个在不同帧中被看到,由不同用户做出,问题得到解决:这不是相同的接触。

正如在传统设备中的用于接触而产生的一贯的标记,采用本发明的设备将通过属
于同一用户跨帧的接触的标记而被增强。这个可以称为用于接触的“用户ID”(UID)。要注意
的是UID可以进一步识别手,并且在本文件中“UID”用来指代手被区别的实施例,以及手没
有被区别的实施例。在手被区别的实施例中,一般地UID将识别用户和手二者。属于相同用
户的跨帧的接触的标记将一般地,虽然不是一贯地,附加于传统触摸ID之上。在本发明的多
数实施例中,接触的UID被连续地刷新。然而,在某些实施例中,采取步骤来确保UID的?#20013;?br />

例如,两个用户每个将一个手指放下到设备上,两个唯一的UID将被分配给这些接
触。随着用户的手指移动穿过显示器,这些ID将?#20013;?#24403;每个用户加入第二个手?#31119;?#26412;发明
将给这些检测到的接触配对,并且给来自每个用户的新的接触施加相同的UID。如果一个用
户之后提起其原来的手?#31119;?#31532;二手指的UID将?#20013;?#32780;不是产生新的。进一步,如果该用户做
出向该设备的额外的接触,该UID将?#20013;?#19968;般地,目标不仅是区别用户之间的触摸,还尽可
能多地将用户内的触摸分组。

如上文讨论的,在本文公开的辨别系统和方法的某些实施例中,‘掩藏’可以发生,
其中两个接触(或大约手指检测)对于同一感测部分(行或列)做出,这阻碍了串扰以及因此
用户ID的检测。在此实施例中,施加到每个接触的标记将用来提供UID,通过使用上文描述
的技术该接触跨帧被保持。例如,如果两个手指触摸显示器,并且穿过其表面滑动,输入的
每帧感测该接触并产生UID。正如跨帧的接触的标记被如上文描述的UID增强,在此特殊情
况中UID的产生也被标记辅助。

当触摸首先被做出,如在传统输入设备中一样,接触以使用例如上文所列的技术
的跨帧保持的方式被标记。当两个手指滑过该设备,它们可能同时地与相同的感测行/列接
触。对于用户与该行接触期间所产生的输入帧,没有UID可以被产生(在没有采用上文描述
的技术的实施例中)。利用本文公开的辨别技术的设备可以产生UID,然而,已知接触没有改
变(即,接触“1?#27604;?#28982;是接触“1?#20445;?#24182;且接触“2?#27604;?#28982;标记为接触“2”),并且将UID从早前的帧
复制。

应用区域

当前的在移动和固定计算中的多触摸软件界面通常不能辨别不同的手是否来自
不同用户或同一用户。结果是,当解释接收的用户输入的真实意图时,单用户和独显群件应
用程序必须减轻显著地手势的不明确性,其不利地限制了应用程序的设计、特征和功能性。
本文公开的技术将消除许多对于触摸和指示笔计算系统的这些限制,这些系统?#35272;等?#24615;感
测来检测触觉输入。对于独显群件应用程序,其中多个用户共用同一触摸输入表面,计算系
统将能可靠地辨别所感测的多个触摸输入是否来自同一用户或不同用户。此?#28388;?#24179;的理解
解决了手势输入混淆的常见的来源,诸如来自两个不同用户的两个不连续的单个触摸拖拉
事件以及由来自同一用户的两个手指所触发的捏拉缩放事件。在移动分开的任何两个接触
之前可能已经“缩放”UI的地方,当识别来自不同用户的两个接触时,采用本发明的系统可
以替代将物体‘撕’成两半或进行复制。

物体

用户手以外的物体可以被识别。被动物体可以通过由描述的技术所识别的多个触
摸被识别。这些多个触摸可?#28304;?#20110;有特征的相对位置,其能够消除物体彼此间的不确定。在
实施例中,一个物体的触摸点的位?#27599;梢源?#20110;等边三角形,而另外的一些形成非等边三角
形、矩形、或可以通过它们的相对位置而被区分的某些其他组的触摸点。?#28304;?#26041;式,物体可
以彼此区分,并且它们的相对于触摸表面的平移和旋转可以被确定。

在实施例中,触摸点的间隔不是行或列间隔的简单的比例,与是简单的比例相比,
其允许物体的平移或旋转被更精确地测量。

图32示出物体静止于传感器顶部。在实施例中,该物体是被动物体而没有信号发
生器SG。此类物体可以有多个叉齿,该叉齿触摸或非常接近屏幕并且它们之间电连接。当与
用户一起的情况时,这允许行到行或列到列的耦合以及识别什么触摸属于同一物体的能
力。物体的识别可以通过识别连接在一起并形成特定?#21450;?#30340;多个叉齿,或通过切换到触摸
表面可以辨?#31995;耐及?#20013;的触摸之间的电连接来实现。因此,当信号从行到行或列到列的耦
合,可以判定两个触摸来自同一物体。

在实施例中,图32中示出的物体是配备有信号发生器SG的主动物体,其发射可以
在列、行或二者上被检测。这些信号识别从特定主动设备始发的任何接触。

在实施例中,主动物体可以通过拥有多个接触点来实现,这些接触点根据一个或
多个开关连接或非连接。这些开关可以当闭合时候将一个或多个触摸点连接到一起。开关
可以按有特征的?#21450;?#25171;开或闭合,以便将物体彼此区分。

与物体的组合

在某些情况中,可能期望识别当接触由用户持有的物体做出。本发明提供对于在
此类情况中用户体验的进一步的增强。例如,用户可以用指示笔触摸屏幕,其可以用于书
写,区别于用手指做出的输入,用于操作。本发明可以至少提供两个益处:物体的更早地识
别,和由同一用户和/或握持物体的手所做出的接触的标记。

利用本文公开的用户、手和物体辨别技术,产生信号的物体的标记被显著的减轻。
采用本技术的设备可以配备信号发生器来以唯一的?#24503;?#20135;生信号,或以多个设备或触摸表
面可以除此以外唯一辨?#31995;?#20449;号所共享的?#24503;省?#22312;某些实施例中,设备可以通过其唯一的
?#24503;剩?#25110;通过振幅、?#24503;省?#25110;其他已知方法调制的途径被辨认。通过这么做,用户可以确保设
备将从系统接收被区别开的响应。例如,在绘?#21152;?#29992;程序中,触摸一支?#23454;?#23631;幕可以产生蓝
色墨水,另一个红色墨水,它们的指头画布的转化。

另外,被区别的物体,一旦被识别,也可以标记为正在被做其他接触的同一用户握
持。伴随产生被数?#21482;?#35774;备捕捉的信号的主动设备,或伴随在上述方式中被检测的被动设
备,这是可能的。在任一情况中,由握持该设备的手、或由该用户身体的其他部位做出的进
一步的接触,以之前所述的相同的方式被区分,在某些实施例中,将用相同的UID标记那些
接触。这可以在许多方面增强用户体验。作为示例,该系统可以配置为选择忽略来自握持该
设备的手的触摸,增强手掌排除,允许用户在书写期间安全地将其手静止于屏幕上,同时用
其另一只手给出输入。

在某些实施例中,设备可以配置为发射两个或更多个不同信号:至少一个用于设
备的辨认,并且至少一个已经描述的用于耦?#31995;?#29992;户。作为示例,指示笔可以在其尖端处产
生一个信号用于定位感测,并且在笔身周围产生不同的一个信号用于用户配对。在又一其
他实施例中,物体可以仅为配对的目的而产生信号(诸如本文所描述的手表、或其他被动指
示笔)。

在实施例中,设备可以配置以便物体使用户区别跨越输入帧的保持。例如,在某些
实施例中,如果用户准备佩戴手表、握持笔、或携带移动电话,其产生本文所述类型的信号
的,它们的到设备的触摸将携带该信号。因此,相隔数秒、数?#31181;印?#25968;天、或数年所做出的触
摸对于来自相同用户可以?#19988;?#30693;的(或者,对于拥有来自与该设备接触的用户的二者已
知)。

当前系统和方法已在前面参照用于在快速多触摸传感器中的用户、手以及物体辨
别的方法和设备的框图和操作示图进行了描述。应该理解,框图或操作说明中的每一个框,
以及框图或操作说明中的方框的组合,可以通过模拟或数字硬件和计算机程序指令来实
现。这些计算机程序指令可以被提供到通用计算机、专用计算机、ASIC,或其他可编程数据
处理设备的处理器,以便通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令实现
在框图或操作框所指定的功能/动作。在某些可选实施方式中,在框中所指出的功能/动作
可以不按照操作说明中所说明的顺序发生。例如,取决于所涉及的功能/动作,连续示出的
两个框?#23548;?#19978;可以基本上同时执行,或者这些框有时可以按相反的次序来执行。

虽然已经参照优选实施例具体示出和描述了本发明,但本领域内技术人员可在形
式上和?#38468;?#19978;对其作出多种改变,而不背离本发明的精神和范围。

关于本文
本文标题:正交信令触摸用户、手和物体辨别系统和方法.pdf
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