正交信令觸摸用戶、手和物體辨別系統和方法與流程

技術領域

所披露的系統和方法總體涉及用戶輸入領域，更具體地涉及提供快速多觸摸傳感器中的用戶、手和物體辨別的用戶輸入系統。

附圖說明

下列對如附圖所示的各實施例的更加較具體的描述，本公開的前述的及其他目標、特征，和優點將變得顯而易見，在附圖中，各個圖中的附圖標記表示相同部分。附圖不一定按比例繪制，而是著重于所公開實施例的原理。

圖1提供了示出低等待時間觸摸傳感器設備的實施例的高級方框圖。

圖2示出可用于低等待時間觸摸傳感器設備的實施例中的交叉的導電路徑的布局的實施例。

圖3示出展示場平坦化過程的方框圖。

圖4示出展示在局部最大值周圍的四個相連的鄰近點的圖。

圖5示出展示在局部最大值周圍的八個相連的鄰近點的圖。

圖6示出展示對非對稱觸摸點的橢圓擬合的幾何圖。

圖7給出展示被配置成減噪的低等待時間觸摸傳感器設備的實施例的高級方框圖。

圖8-11、12A和12B是信號產生和發送機制的簡化圖示。

圖13示出展示根據所披露的系統和方法的實施例的用戶識別技術的側視圖。

圖14和圖15示出展示根據所披露的系統和方法的實施例的快速多觸摸筆(styli)的立體圖。

圖16示出展示傳感器板和有源光筆的俯視圖。

圖17示出展示傳感器板和有源光筆的側視圖。

圖18示出根據所披露的有源光筆的實施例的傳感器板內的內反射的側視圖。

圖19示出根據所披露的有源光筆的實施例的角濾波器的使用的側視圖。

圖20示出展示由有源光筆發射到傳感器板上的圖案的側視圖。

圖21-23示出沿傳感器板的邊緣由有源光筆發射出的光點的幾何投影。

圖24示出展示投影到傳感器板上的多個圖案的俯視圖。

圖25示出展示由同一人的兩只手觸摸時正交信令傳感器中的串擾的示意性俯視圖。

圖26示出展示由不同人的兩只手觸摸時正交信令傳感器中的缺少串擾的示意性俯視圖。

圖27示出展示當兩個觸摸共享一個行或列時產生的問題的傳感器的示意性俯視圖。

圖28示出展示本文公開的用戶、手和物體辨別系統的示意性俯視圖，其中觸摸屏和/或處理器被修改以便在每行和每列上生成正交的信號，并且來感測在每行和每列上的所有信號。

圖29示出展示單個用戶做出在顯示屏上的兩個觸摸，并且來自一行的信號通過他的身體到達另一行的實例的傳感器的示意性俯視圖。

圖30示出展示信號通過一只用戶的手耦合的實例的傳感器的示意性俯視圖。

圖31示出展示由兩個不同的用戶做出的兩個觸摸的實例的傳感器的示意性俯視圖，并且由于沒有用戶之間的信號行進的路徑，沒有行到行的耦合或列到列的耦合。

圖32示出展示靜止在傳感器的上部的物體的示意性俯視圖。

具體實施方式

本申請涉及2013年3月15日提交的題為“Low-Latency Touch Sensitive Device”的美國專利申請No.13/841,436、2014年1月16日提交的題為“Fast Multi-Touch Update Rate Throttling(快速多觸摸更新率扼制)”的美國專利申請No.61/928,069、2013年10月4日提交的題為“Hybrid Systems And Methods For Low-Latency User Input Processing And Feedback(對于低等待時間用戶輸入處理和反饋的系統和方法)”的美國專利申請No.14/046,819、2013年3月15日提交的題為“Fast Multi-Touch Stylus(快速多觸摸筆)”的美國專利申請No.61/798,948、2013年3月15日提交的題為“Fast Multi-Touch Sensor With User-Identification Techniques(具有用戶識別技術的快速多觸摸傳感器)”的美國專利申請No.61/799,035、2013年3月15日提交的題為“Fast Multi-Touch Noise Reduction(快速多觸摸減噪)”的美國專利申請No.61/798,828、2013年3月15日提交的題為“Active Optical Stylus(有源光筆)”的美國專利申請No.61/798,708、2012年10月5日提交題為“Hybrid Systems And Methods For Low-Latency User Input Processing And Feedback(低等待時間用戶輸入處理和反饋的混合式系統和方法)”的美國專利申請No.61/710,256、2013年7月12日提交的題為“Fast Multi-Touch Post Processing(快速多觸摸后處理)”的美國專利申請No.61/845,892、2013年7月12日提交的題為“Reducing Control Response Latency With Defined Cross-Control Behavior(通過定義的交叉控制行為減少控制響應等待時間)”的美國專利申請No.61/845,879、2013年9月18日提交的題為“Systems And Methods For Providing Response To User Input Using Information About State Changes And Predicting Future User Input(使用關于狀態改變為用戶輸入提供響應并預測未來用戶輸入的系統和方法)”的美國專利申請No.61/879,245、2013年9月21體提交的題為“Systems And Methods For Providing Response To User Input Using Information About State Changes And Predicting Future User Input(使用關于狀態改變為用戶輸入提供響應并預測未來用戶輸入的系統和方法)”的美國專利申請No.61/880,887、2013年10月4日提交的題為“Hybrid Systems And Methods For Low-Latency User Input Processing And Feedback(對于低等待時間用戶處理和反饋的混合式系統和方法)”的美國專利申請No.14/046,823、2013年11月1日提交的題為“FastMulti-Touch Post Processing(快速多觸摸后處理)”的美國專利申請No.14/069,609、2013年10月7日提交的題為“Touch And Stylus Latency Testing Apparatus(觸摸和筆等待時間測試裝置)”的美國專利申請No.61/887,615、2014年1月22日提交的題為“Dynamic Assignment Of Possible Channels In A Touch Sensor(觸摸傳感器中的可能信道的動態分配)”的美國專利申請No.61/930,159以及2014年1月27日提交的題為“Decimation Strategies For Input Event Processing(對于輸入事件處理的降頻策略)”的美國專利申請No.61/932,047中披露的諸如快速多觸摸傳感器的用戶接口和其它接口。這些申請的全部公開內容通過引用結合于此。

在不同實施例中，本公開涉及用于區分在觸摸表面上的觸摸點的源的系統和方法，其集中在使設備能夠在由不同的手、用戶或物體，例如，指示筆，生成的觸摸點之間進行區分。公開的技術也可以用于識別物體、手或用戶。

貫穿本公開中，可以使用術語術語“觸摸”、“接觸”或其他描述符來描述由傳感器檢測到用戶的手指、指示筆、物體或身體部位的時間段。在一些實施例中，這些檢測僅當用戶與傳感器或傳感器具體化在其中的設備物理地接觸時才發生。在其他實施例中，可以調諧傳感器以允許檢測懸停(hover)在觸摸表面上方的固定的距離的“觸摸”或“接觸”。因此，在本描述內使用暗示依賴于感測到的物理接觸的語言不應當理解為意味著所描述的技術僅適用于那些實施例；實際上，本文中所描述的幾乎全部(如果不是全部的)內容將同等地適用于“觸摸”和“懸停”傳感器。

當前公開的正交信令觸摸用戶、手和物體辨別系統和方法在用電容性觸摸傳感器連接方面是有益的，并且尤其對于采用基于正交信令的復用機制的電容性觸摸傳感器，諸如但不限于，頻分復用(FDM)、碼分復用(CDM)、或者結合了FDM和CDM方法的混合調制技術。本文的頻率的參考也可以指代為其他正交信號基礎。由此，本申請通過引用包含申請者之前的2013年3月15日提交的題為“Low-Latency Touch Sensitive Device”的美國專利申請No.13/841,436和2013年11月1日提交的題為“Fast Multi-Touch Post Processing”的美國專利申請No.14/069,609。這些申請考慮了電容性FDM、CDM或FDM/CDM混合觸摸傳感器，其可以與本公開的正交信令觸摸用戶、手和物體辨別系統和方法關聯使用。在此傳感器中，當來自行的信號耦合到列并且在該列上被接收時，觸摸被感測。

本公開將首先描述快速多觸摸傳感器的操作，對于所述快速多觸摸傳感器可以應用本辨別系統和方法。本文公開的用戶、手和物體辨別系統和方法的細節然后會在“用戶、手和物體辨別”的標題下被進一步描述。

在實施例中，利用本文的用戶、手和物體辨別技術提供來自二維流形(manifold)上的手指(或其它物體)的觸摸事件(或其它姿態)的檢測并具有對觸摸事件或多個同時的觸摸事件進行檢測并彼此區分的能力。如本文中使用的，詞“觸摸事件”和字“觸摸”當用作名詞時包括接近觸摸和接近觸摸事件，或者可使用傳感器識別的任何其它姿態。根據實施例，觸摸事件可以非常低的等待時間(例如大約十毫秒或更少時間、或者少于一毫秒)被檢測、處理并提供至下游計算進程。

在一個實施例中，所披露的快速觸摸傳感器利用一種投射電容性方法，該方法對于觸摸事件的高更新率和低等待時間測量已有改善。該技術可使用并行硬件和較高頻率波形以獲得前述優勢。另外公開了作出靈敏和穩健測量的方法，該方法可用在透明顯示表面上并可允許運用這項技術的產品的經濟型制造。在這一點，本文中使用的“電容性物體”可以是手指、人體的其它部分、指示筆或傳感器對其敏感的其它物體。本文公開的傳感器和方法不需要依賴于電容。對于下面披露的光傳感器實施例，這些實施例利用光子隧穿和泄漏以感測觸摸事件，并且本文描述的“電容性物體”包括可與這種感測相容的任何物體，例如指示筆或手指。類似地，本文中使用的“觸摸位置”和“觸敏設備”不需要電容性物體與所披露的傳感器之間的實際觸摸接觸。

圖1示出根據一個實施例的快速多觸摸傳感器100的某些原理。在附圖標記200，不同的信號被發送到該表面的行的每一行內。信號被設計成“正交的”，即可彼此隔開并可區分。在附圖標記300處，接收器被附連至每一列。接收器被設計成接收所發送的信號中的任何一個、或者這些信號的任意組合，并且單獨地測量出現在該列上的正交發送信號中的每一個的量。傳感器的觸摸表面400包括一系列行和列(未全部示出)，這些正交信號可沿這些行和列傳播。在實施例中，這些行和列被設計成：當它們不經受觸摸事件時，較低量或可忽略量的信號被耦合在它們之間，相反，當它們經受觸摸事件時，較高量或不可忽略量的信號被耦合在它們之間。(在一個實施例中，相反情形可以成立——使較少量的信號代表觸摸事件，而使較大量的信號代表沒有觸摸)如以上所討論的，觸摸或觸摸事件不需要物理接觸，而是影響耦合信號的電平的事件。

繼續參見圖1，在一個實施例中，一般來說，在行和列兩者附近的觸摸事件的電容性結果可能使出現在該行上的不可忽略的量的信號耦合至該列。更一般地說，觸摸事件可造成并由此對應于列上接收的信號。由于行上的信號是正交的，因此多個行信號可被耦合至一列并由接收器進行區分。同樣，每個行上的信號可被耦合至多個列。對于耦合至給定行的每個列，該列上發現的信號包含將指示哪些行正與該列同時地被觸摸的信息。所接收的每個信號的量一般與攜帶對應信號的列和行之間的耦合的量有關，并由此可指示觸摸物體到該表面的距離、由觸摸所覆蓋的表面的面積和/或觸摸的壓力。

當同時觸摸行和列時，出現在行上的一些信號被耦合到相應的列內。(如以上所討論的，術語“觸摸”或“被觸摸(touched)”不需要實際的物理接觸，而是相對接近。)事實上，在觸摸設備的各種實施方式中，與行和/或列的物理接觸是不太可能的，因為在行和/或列與手指或其它觸摸物體之間可存在保護性阻擋結構(barrier)。此外，一般來說，行和列本身不彼此接觸，相反被布置在接近位置，這防止可忽略的量以上的信號被耦合在它們之間。一般來說，行—列耦合不起因于它們之間的實際接觸，也不來自手指或其它接觸物體的實際接觸，而是起因于使手指(或其它物體)貼近的電容性效應——導致電容性效應的貼近在本文中被稱為觸摸)。

行和列的本性是任意的并且具體取向是無關的。事實上，術語“行”和“列”不旨在表示方格，而是表示在其上發送一信號的一組導體(行)以及在其上可耦合一信號的一組導體(列)。行和列甚至根本不一定在一個網格中。其它形狀是可能的，只要觸摸事件將觸摸部分“行”和部分“列”，并造成某種形式的耦合。例如，“行”可以是同心圓，而“列”可以是從中心向外輻射的輪輻。此外，不一定僅存在兩種類型的信號傳播信道：在一個實施例中，取代行和列，可提供信道“A”、“B”和“C”，在“A”上發送的信號可在“B”和“C”上被接收，或者，在一個實施例中，在“A”和“B”上發送的信號可在“C”上被接收。另一種可能是，信號傳播信道可交替發揮作用，有時支持發送器，有時支持接收器。三個或更多類型的天線導體可以被使用，而不是僅僅“行”和“列”。許多替代實施例是可能的并對本領域內技術人員而言在考慮本公開后將變得顯而易見。

如前面提到的，在一實施例中，觸摸表面400由一系列行和列構成，信號可沿其傳播。如前面討論的，以下列方式設計這些行和列：當它們不被觸摸時，可忽略的量的信號被耦合在它們之間。此外，不同的信號被發送到每個行內。在一個實施例中，這些不同信號中的每一個是彼此正交的(即可隔開和可區分的)。當同時觸摸行和列時，出現在行上的不可忽略的量的信號被耦合到相應的列內。被耦合到列上的信號的量可關聯于觸摸的壓力或面積。

接收器300被附連至每個列。接收器被設計成接收不可忽略的量的任何正交信號、或者正交信號的任意組合，并識別提供不可忽略的量的信號的列。在一個實施例中，接收器可測量出現在該列上的正交發送信號中的每一個的量。如此，除了識別與每個列接觸的行，接收器可提供關于該觸摸的額外(例如定性)的信息。一般來說，觸摸事件可對應于在列上接收的信號。對于每個列，在其上接收的不同信號指示哪些對應行正與該列同時被觸摸。在一個實施例中，所接收的每個信號的不可忽略的量可關聯于相應行和列之間的耦合的量并可指示由該觸摸覆蓋的表面積、觸摸壓力等等。

簡單正弦波實施例

在一個實施例中，被發送到行中的正交信號可以是未經調制的正弦波，每個正弦波具有不同的頻率，選擇頻率以使它們在接收器中能容易地彼此區分。在一個實施例中，選擇頻率以在這些頻率之間提供充分的間隔，以使這些頻率在接收器中能容易地彼此區分。在一個實施例中，所選擇的頻率之間不存在簡單諧波關系。簡單諧波關系的缺乏可減輕可能造成一個信號模仿另一個的非線性偽像。

一般來說，如果頻率之間的間隔Δf至少是測量周期τ的倒數，相鄰頻率之間的間隔是恒定的并且最高頻率小于最低頻率的兩倍的頻率“梳”一般能滿足這些標準。例如，如果希望測量(例如來自列的)信號的組合以確定哪些行信號是每毫秒(τ)出現一次，則頻率間隔(Δf)必須大于一千赫(即Δf＞1/τ)。根據這種計算，對于具有僅十行的示例情況，可以使用下列頻率：

本領域內技術人員將明白，頻率間隔可明顯大于該最小值以實現穩固的設計。作為一個例子，具有0.5cm行/列間隔的20cm×20cm觸摸表面將需要40個行和40個列并且需要在40個不同頻率下的正弦波。盡管每毫秒一次的分析可能只需要1KHz間隔，然而為了更穩固的實現方式而利用任意更大的間隔。任意更大的間隔受制于如下約束條件：最大頻率不應當大于最低頻率的兩倍(即f_max<2(f_min))。在該例中，可使用最低頻率設定在5MHz的100kHz的頻率間隔，由此得到5.0MHz、5.1MHz、5.2MHz以此類推直至8.9MHz的頻率列表。

在一個實施例中，列表上的每個正弦波可通過信號發生器產生并通過發送器在獨立的行上發送。為了識別被同時觸摸的行和列，接收器接收出現在列上的任何信號并且信號處理器分析該信號以確定哪些(如果有的話)頻率出現在列表上。在一個實施例中，上述識別可通過頻率分析技術(例如傅立葉變換)或通過使用濾波器排予以支持。

在一個實施例中，接收器可從每個列的信號確定來自該列上的信號中所發現的頻率列表中的每個頻率的強度。在一個實施例中，在頻率強度大于某一閾值的情況下，信號處理器識別出在與該頻率對應的行和列之間有觸摸事件。在一個實施例中，可將對應于各種物理現象的信號強度信息作為定位觸摸事件區域的輔助手段，所述物理現象包括離行/列交叉點的觸摸距離、觸摸物體的尺寸、物體下壓于此的壓力、被觸摸的行/列交叉點的部分等等。

一旦對至少兩個頻率(對應于行)或對于至少兩個列已計算出信號強度，則可創建二維映射，其中信號強度是在該行/列交叉點處的映射值。在一個實施例中，對于每列上的每個頻率，計算信號的強度。一旦計算出信號強度，則可創建二維映射。在一個實施例中，信號強度是在該行/列交叉點處的映射值。在一個實施例中，由于觸摸表面在不同頻率下的物理差異，信號強度對于給定的觸摸需要被歸一化或被校準。同樣，在一個實施例中，由于跨觸摸表面或在交叉點之間的物理差異，信號強度對于給定的觸摸需要被歸一化或被校準。

在一個實施例中，二維映射數據可被閾值化以更好地識別、確定或隔離觸摸事件。在一個實施例中，可使用二維映射數據來推導關于觸摸該表面的物體的形狀、取向等信息。

回到對在行上發送的信號的討論，正弦波不是能在上述配置中使用的唯一的正交信號。事實上，如之前討論的，可彼此區分的任何組的信號都將行得通。盡管如此，正弦波可能具有一些優勢性質，能夠給予這項技術中使用的設備更簡單的設計和更高節約成本的制造。例如，正弦波具有非常窄的頻率分布(通過定義)，并且不需要向下擴展至低頻率(接近DC)。此外，正弦波可相對地不受1/f噪聲影響，該噪聲可能對擴展至較低頻率的較寬信號產生影響。

在一個實施例中，可通過濾波器排來檢測正弦波。在一個實施例中，正弦波可通過頻率分析技術(例如傅立葉變換)予以檢測。頻率分析技術可以相對高效的方式實現并容易具有良好的動態范圍特性，由此允許它們在大量同時的正弦波之間作出檢測和區分。在寬信號處理方面，接收器對多個正弦波的解碼可被認為是某種形式的頻分復用。在一個實施例中，也可使用諸如時分和碼分復用的其它調制技術。時分復用具有良好的動態范圍特性，但一般需要延長有限的時間從而發送到觸摸表面中(或分析從觸摸表面接收的信號)。碼分復用具有與頻分復用相同的同步性質，但可能遇到動態范圍問題并且可能無法容易地在多個同時的信號之間作出區分。

經調制的正弦波實施例

在一個實施例中，可使用經調制的正弦波作為前述正弦波實施例的替代、組合方案和/或改進。未調制的正弦波的使用可能造成對觸摸表面附近的其它設備的射頻干擾，并因此，采用未調制正弦波的設備在通過規章測試(例如，FCC、CE)時會遇到麻煩。另外，未調制正弦波的使用可能容易受到來自環境中其它正弦波的干擾，不管是來自蓄意發送器的正弦波還是來自其它干擾設備(甚至可能是另一相同觸摸表面)。在實施例中，這種干擾可能造成所描述設備中錯誤的或劣化的觸摸測量。

在一個實施例中，為了避免干擾，可以這樣一種方式在通過發送器發送之前先對正弦波進行調制或“攪動”：即一旦信號到達接收器就能對信號進行解調(“解除攪動”)。在實施例中，可使用可逆變換(或幾乎可逆的變換)來調制信號，以使得該變換可被補償并且當信號到達接收器時基本恢復。如對于本領域技術人員而言同樣是顯而易見的，如本文所述在觸摸設備中使用調制技術發射或接收的信號與其它事物具有較少的關聯性，并因此更像單純的噪聲，而不是看上去類似于和/或受制于來自環境中出現的其它信號的干擾。

在一個實施例中，所利用的調制技術將使發送的數據相當隨機地出現，或至少在設備工作的環境中不常見。下面討論兩種調制方案：調頻和直接序列擴頻調制。

調頻

對整組正弦波的調頻通過將它們“抹去”防止這些正弦波出現在相同頻率。由于規章測試一般與固定頻率有關，因此被調頻的發送的正弦波將以較低振幅出現，并因此不大可能被關注。由于接收機將以相等和相反的方式“解除抹去”對其的任何正弦波輸入，因此蓄意調制和發送的正弦波可被解調并隨后大量地出現，就像在調制前那樣。然而，從環境進入(例如干擾)的任何固定頻率正弦波將通過“解除抹去”操作被“抹去”，并因此對意圖的信號具有減弱或消除的效果。因此，若非如此對于傳感器可能造成的干擾通過采用調頻被減輕，所述調頻例如是對頻率梳，所述頻率梳在一實施例中被用于觸摸傳感器中。

在一個實施例中，可通過使整組正弦波全部從單一基準頻率產生而對整組正弦波進行調頻，所述單一頻率本身是被調制的。例如，可通過將同一100kHz基準頻率乘以不同的整數來生成具有100KHz間距的一組正弦波。在實施例中，可使用鎖相環來完成這項技術。為了生成第一個5.0MHz正弦波，可將基準乘以50，為了生成5.1MHz正弦波，可將基準乘以51，并以此類推。接收器可使用相同調制基準來執行檢測和解調功能。

直接序列擴頻調制

在一個實施例中，正弦波可通過周期地在對發送器和接收器兩者皆已知的偽隨機(或甚至真隨機)計劃上反轉它們而進行調制。由此，在一個實施例中，在將每個正弦波發送至其對應的行之前，其通過可選擇的逆變器電路，所述逆變器電路的輸出是輸入信號乘以+1或-1，這依賴于“反轉選擇”輸入的狀態。在一個實施例中，所有這些“反轉選擇”輸入從同一信號被驅動，以使每個行的正弦波全部同時乘以+1或-1。在一個實施例中，驅動“反轉選擇”輸入的信號可以是偽隨機函數，該偽隨機函數與環境中可能存在的任何信號或函數無關。正弦波的偽隨機反轉在頻率上將它們擴展，使得它們看上去像隨機噪聲，以使得它們與可能形成接觸的任何設備的干擾可忽略。

在接收器側，來自列的信號可傳過可選擇的逆變器電路，這些逆變器電路通過與行上的偽隨機信號相同的偽隨機信號被驅動。結果是，即便所發送的信號已被擴頻，它們在接收器之前也被解擴，因為它們已經被乘以+1或-1兩次，從而將它們留在、或使它們返回到它們未經修改的狀態。應用直接序列擴頻調制可擴展列上出現的任何干擾信號，使得它們僅作為噪聲并且不模仿任何組的有意的正弦波。

在一個實施例中，可選擇的反轉器可由少數簡單器件形成和/或可在VLSI工藝中實現在晶體管內。

由于許多調制技術是彼此獨立的，在一個實施例中，可同時采用多種調制技術，例如正弦波組的調頻和直接序列擴頻調制。盡管可能實現起來更復雜，但這樣的多種調制的實施方式可取得更好的抗干擾性。

由于環境中遇到特殊的偽隨機調制的情形極為罕見，因此本文描述的多觸摸傳感器可能不需要真隨機調制方案。一種例外可以是當具有相同實現方式的一個以上觸摸表面正被同一人觸摸。在這種情形下，這些表面可能彼此干擾，即使它們使用非常復雜的偽隨機調度。因此，在實施例中，注意設計不大可能沖突的偽隨機調度。在實施例中，一些真隨機性可被引入到調制調度中。在實施例中，通過從真隨機源播種(seed)偽隨機發生器并確保它(在其重復之前)具有足夠長的輸出持續時間來引入隨機性。這種實施例使得兩個觸摸表面將永遠在同一時間使用序列的相同部分相當不可能。在一個實施例中，隨機性是通過用真隨機序列對偽隨機序列作異或(XOR)運算而引入的。XOR函數將其輸入的熵結合起來，使得其輸出的熵永不小于任一輸入。

低成本實現的實施例

使用之前描述技術的觸摸表面相比其它方法可能具有聯系到產生和檢測正弦波的相對高的成本。下面討論生成和檢測正弦波的方法，這些方法可能更節約成本和/或更適于大量生產。

正弦波檢測

在一個實施例中，可使用具有傅立葉變換檢測方案的完整無線電接收器在接收器內檢測正弦波。這種檢測可需要將高速RF波形數字化并對其執行數字信號處理。可對表面的每個列執行單獨的數字化和信號處理；這允許信號處理器發現哪些行信號與該列接觸。在以上提到的示例中，具有含四十行和四十列的觸摸表面將需要這種信號鏈的四十個副本。今日，就硬件、成本和功率而言，數字化和數字信號處理是相對昂貴的操作。利用更節約成本的檢測正弦波的方法將會是有益的，尤其是可被容易地復制并且需要非常少的功率的方法。

在一個實施例中，可使用濾波器排檢測正弦波。濾波器組包括帶通濾波器的陣列，所述帶通濾波器的陣列可獲取輸入信號并將其分解成與每個濾波器相關聯的頻率分量。離散傅立葉變換(DFT，它是FFT的一種有效實現方式)是具有均勻間隔的帶通濾波器的濾波器組的一種形式，該離散傅立葉變換通常被用于頻率分析。DFT可以數字方式實現，但數字化步驟可能是昂貴的。可由單獨的濾波器來實現濾波器組，諸如無源LC(電感器和電容器)或RC有源濾波器。電感器難以很好地實現在VLSI工藝上，并且分立的電感器大而且昂貴，因此在濾波器組中使用電感器可能不是成本節約的。

在較低頻率(大約10MHz和10MHz以下)，可將多排RC有源濾波器構筑在VLSI上。這些有源濾波器可表現良好，但也會占據很多管芯空間并且需要比預期更多的功率。

在較高頻率下，可通過表面聲波(SAW)濾波器技術來構筑濾波器排。這允許幾乎任意的FIR濾波器幾何結構。SAW濾波器技術需要比直接CMOSVLSI更昂貴的壓電材料。此外，SAW濾波器技術可能不允許足夠的同步抽頭(simultaneous tap)來將足夠多的濾波器集成到單個封裝內，由此增加了制造成本。

在一個實施例中，可使用模擬濾波器排檢測正弦波，該模擬濾波器排通過開關電容器技術實現在標準CMOS VLSI工藝上，其采用FFT式“蝴蝶”拓撲結構。這種實施方式所需的管芯面積典型地是信道數平方的函數，這意味著使用相同技術的64信道濾波器排只需要1024信道版本的管芯面積的1/256。在一個實施例中，低等待時間觸摸傳感器的完整接收系統被實現在多個VLSI管芯上，所述多個VLSI管芯包括適當組的濾波器排和適當的放大器、開關、能量檢測器等等。在一個實施例中，低等待時間觸摸傳感器的完整接收系統被實現在單個VLSI管芯上，所述單個VLSI管芯包括適當組的濾波器排和適當的放大器、開關、能量檢測器等等。在一個實施例中，低等待時間觸摸傳感器的完整接收系統被實現在單個VLSI管芯上，其包含n個實例的n溝道濾波器排并為適當的放大器、開關、能量檢測器等留出空間。

正弦波生成

在低等待時間觸摸傳感器中產生發送信號(例如正弦波)一般比檢測要簡單，主要是因為每個行需要產生單個信號而列接收器必須在許多信號之間作出檢測和區分。在實施例中，可用一系列的鎖相環(PLL)來生成正弦波，每個鎖相環將共同基準頻率乘以一不同的倍數。

在一個實施例中，低等待時間觸摸傳感器設計不要求所發送的正弦波具有非常高的質量，而是相比在無線電電路中經常允許或希望的，它容忍具有更多相位噪聲、頻率變化(隨時間、溫度等等)、諧波畸變和其它不完美性的所發送正弦波。在實施例中，可通過數字裝置生成大量的頻率并隨后采用相對粗略的模數轉換處理。如前面討論的，在一個實施例中，所產生的行頻率應當彼此間不具有任何簡單諧波關系，所描述的發生處理中的任何非線性不應當使組中的一個信號“混淆”或模仿另一個信號。

在一個實施例中，可通過使一串窄脈沖由濾波器排濾波而產生頻率梳，濾波器排中的每個濾波器輸出信號以在行上發送。頻率“梳”是通過一濾波器排產生的，該濾波器排可類似于由接收器使用的濾波器排。作為示例，在實施例中，以100kHz的速率重復的10納秒脈沖被傳到濾波器組中，該濾波器組被設計成將開始在5MHz處的頻率梳分量隔開，并隔開100kHz。如定義那樣的脈沖串將具有從100kHz至幾十MHz的頻率分量，并因此對發送器中的每個行將會具有信號。因此，如果使脈沖串通過與上述濾波器組相同的濾波器組以檢測所接收的列信號中的正弦波，則濾波器組輸出將各自包含可被傳送到行上的單個正弦波。

透明顯示器表面

理想的是，使觸摸表面與計算機顯示器集成以使人能夠與計算機產生的圖形和圖像交互。盡管可將前投影用于不透明的觸摸表面并將后投影用于半透明的觸摸表面，但現代平板顯示器(LCD、等離子、OLED等)一般要求觸摸表面是透明的。在一個實施例中，允許信號沿其傳播的當前技術的行和列需要對這些信號具有傳導性。在一個實施例中，允許射頻信號沿其傳播的當前技術的行和列需要是導電的。

如果行和列不充分導電，則沿行/列的每單位長度的電阻將與每單位長度的電容結合以形成低通濾波器：在一端處施加的任何高頻信號在它們沿不良導體傳播時將被大幅度衰減。

視覺上透明的導體是市場上有售的(例如氧化銦錫或ITO)，但透明度和傳導性之間的權衡在對本文描述的低等待時間觸摸傳感器的某些實施例而言理想的頻率下是成問題的：如果ITO足夠厚以支持特定長度上的特定期望頻率，則它對于某些應用來說可能又不夠透明。在實施例中，可完全地或至少部分地由石墨烯和/或碳納米管形成行和/或列，石墨烯和/或碳納米管都是高度傳導和光學透明的。

在一個實施例中，行和/或列可由一條或多條細線形成，這些細線將可忽略的量的顯示擋在后面。在實施例中，當觀察其后面的顯示時，這些細線太小而無法看見，或者至少太小而不能呈現視覺阻礙。在實施例中，可使用被圖案化到透明玻璃或塑料上的細銀線來構成行和/或列。這樣的細線需要具有足夠的橫截面以沿行/列創建良導體，但期望(對于后顯示器而言)這些線足夠小并且足夠分散以根據應用阻擋盡適當少的下面的顯示。在實施例中，基于下面的顯示的像素尺寸和/或節距來選擇細線尺寸。

作為示例，新的Apple公司的Retina(視網膜)顯示器包括大約300個像素/英寸，這導致一側上大約80微米的像素尺寸。在實施例中，20厘米長(iPad顯示器的長度)的20微米直徑銀線(其具有大約10歐姆的電阻)被用作如本文所描述的低等待時間觸摸傳感器中的行和/或列和/或用作行和/或列的一部分。然而，這種20微米直徑銀線如果在視網膜顯示器上伸展，則可能阻擋多達整個像素線的25％。因此，在一個實施例中，可將多個較細直徑的銀線用作列或行，它們可維持適當的電阻并相對于射頻透入深度課題提供可接受的響應。這樣的多個較細直徑的銀線可被鋪設在一圖案中，該圖案不是直的而是某種程度上不規則的。較細的線的隨機或不規則圖案可能視覺侵入性較低。在實施例中，使用細線網；網(mesh)的使用將提高穩健性，包括對抗圖案化中的制造瑕疵。在實施例中，可將單個較細直徑的線用作列或行，假設該較細的線是足夠導電的以維持適當級別的電阻以及相對于射頻透入深度問題的可接受的響應。

圖2示出具有菱形行/列網眼的行/列觸摸表面的實施例。這種網圖案被設計成向行和列提供最大且相等的表面積，同時允許兩者之間的最小重疊。

具有大于菱形之一的面積的觸摸事件將覆蓋行和列的至少一部分，這將允許行信號的一部分耦合到重疊的列中。在實施例中，這些菱形的尺寸被設計成小于觸摸工具(手指、指示筆等)。在實施例中，行和列之間的0.5cm間距對人的手指表現良好。

在一個實施例中，將簡單的方格線用作行和列。這樣的網格(grid)將為行和列提供較少的表面積，但可滿足射頻信號的需要，并提供可由接收器檢測到的充足的不可忽略的耦合。

在一個實施例中，如圖2所示，可通過使用填滿所指示形狀的空間的隨機細線連接網眼或通過將線網眼和另一透明導體(例如ITO)結合來形成行和列的“菱形圖案”。在實施例中，細線可被用于長跨距導電性，例如跨整個屏幕，并且ITO可被用于局部區域(諸如菱形區域)的導電性。

光學實施例

盡管前面已討論了實現所描述的快速多觸摸技術的射頻和電氣方法，但也可采用其它介質。例如，信號可以是光信號(例如光)，其具有針對行和列的波導或其它手段。在一個實施例中，用于光信號的光可以在可見區域、紅外區域和/或紫外區域。

在一個實施例中，行和列不包括攜帶射頻信號的導電行和列，而是包括例如光纖的光波導，所述光波導由一個或多個光源給予，所述一個或多個光源產生正交信號并通過光耦合器耦合至波導。例如，不同的獨特的波長的光可被注入到每個行光纖內。當人的手指觸摸行光纖時，由于全內反射受阻，其中的一些光將泄漏(即，耦合)到手指中。由于互逆的過程，來自手指的光隨后可進入列光纖之一，并傳播至位于光纖端部處的檢測器。

在一個實施例中，光信號可通過不同波長的LED產生，或通過使用光濾波器產生。在一個實施例中，采用定制的干涉濾光器。在一個實施例中，可使用光學濾波器組來檢測出現在光纖列上的不同波長的光。在一個實施例中，可使用定制的干涉濾光器來實現這樣的光學濾波器組。在一個實施例中，可使用落在可見光譜之外的波長的光(例如，紅外和/或紫外光)來避免向顯示器添加額外的可見光。

在一個實施例中，行和列光纖可被編織在一起以使手指能夠同時地觸摸它們。在一個實施例中，這種編織構造可做得如要求那樣視覺透明的，以避免遮蔽顯示器。

快速多觸摸后處理

在已使用例如前述過程計算來自每列中的每行的信號強度之后，執行后處理以將作為結果的2-D“熱圖”轉換成可用的觸摸事件。在一個實施例中，該后處理包括下面四個過程中的至少一些：場平坦化、觸摸點檢測、插值和幀之間的觸摸點匹配。場平坦化過程減去一偏移電平以去除行和列之間的串擾，并補償特定行/列組合之間由于衰減造成的振幅差。觸摸點檢測過程通過尋找平坦化的信號中的局部最大值來計算粗略觸摸點。插值過程通過將與粗略觸摸點關聯的數據擬合到拋物面來計算精細觸摸點。幀匹配過程跨幀地將計算出的觸摸點彼此匹配。下面，將依次描述四個過程中的每一個。另外披露了對每個處理步驟的一些實施方式的例子、可能的故障模式和結果。由于對非常低的等待時間的需求，這些處理步驟應當被優化和并行化。

我們首先描述場平坦化過程。由于觸摸表面和傳感器電子器件的設計造成的系統性問題可能導致每個列接收的信號強度中的偽像。這些偽像可如下地進行補償。首先，由于行和列之間的串擾，對每個行/列組合接收的信號強度將經歷一偏移電平。為了良好的近似，該偏移電平將是恒定的并可被減去。

其次，由于在給定行和列交叉點經校準的觸摸造成的在一個列接收的信號的振幅將依賴于該特定的行和列，主要是由于信號沿行和列傳播時的衰減。信號走得越遠，就會有越多衰減，因此更遠離發送器的列和更遠離接收器的行在“熱圖”中比其對應物具有更低的信號強度。如果行和列的RF衰減低，則信號強度差可以是可忽略的和小的，或者不需要補償。如果衰減高，則補償可能是需要的或者可提高觸摸檢測的靈敏性或質量。一般來說，期望在接收器處測得的信號強度與在列中發送的信號量成線性關系。因此，在一個實施例中，補償將涉及用對該特定行/列組合的校準常數乘以熱圖中的每個位置。在一個實施例中，可使用測量或估計以確定熱圖補償表，該表同樣可用來提供通過乘法的補償。在一個實施例中，使用校準操作來創建熱圖補償表。本文中使用的術語“熱圖”不需要實際的熱圖，相反，該術語可意指包含與這些位置對應的數據的至少二維陣列。

在一示例性實施例中，整個場的平坦化過程如下。沒有任何東西觸摸該表面的話，首先在每個列接收器處測量每個行信號的信號強度。由于不存在觸摸，所接收的整個信號基本上是由串擾造成的。測得的值(例如每個列上發現的每個行的信號的量)是需要從熱圖中的該位置被減去的偏移電平。然后，隨著恒定的偏移被減去，在每個行/列交叉點放置一校準的觸摸物體并在列接收器處測量該行的信號的信號強度。信號處理器可被配置成將觸摸事件歸一化至觸摸表面上的一個位置的值。我們能任意地選擇可能具有最強信號(由于其經歷最少衰減)的位置，即最接近發送器和接收器的行/列交叉點。如果在該位置處的經校準觸摸信號強度是S_N而對于每列和每行的經校準觸摸信號強度為S_R,C，則如果我們將熱圖中的每個位置乘以(S_N/S_R,C)，則所有觸摸值將被歸一化。對于經校正的觸摸，熱圖中的任意行/列的歸一化信號強度將等于1。

場平坦化過程很好地并行化。一旦偏移值和歸一化參數被測量和存儲——這應當只需要做一次(或在維護間隔內再做一次)——每個信號強度一測量就可施加校正。圖3示出場平坦化過程的一個實施例。

在一個實施例中，可能需要定期地或在選擇的維護間隔內校準每個行/列交叉點。在一個實施例中，可能對每個單元需要校準每行/列交叉點一次。在一個實施例中，可能對每個設計需要校準每行/列交叉點一次。在一個實施例中，尤其是在例如行和列的RF衰減很低的情形下，可能根本不需要校準每個行/列交叉點。此外，在沿行和列的信號衰減相當可預見的實施例中，可以僅從幾個交叉點測量值來校準整個表面。

如果觸摸表面不經歷許多衰減，則場平坦化過程將至少某種程度地對測量值進行歸一化，但這可能具有一些副作用。例如，每個測量值上的噪聲將隨著其歸一化恒定的變大而增加。本領域內技術人員將能理解，對于較低的信號強度和較高的衰減，這可能造成觸摸點檢測和插值處理的錯誤和不穩定。因此，在一個實施例中，要注意為最大的衰減(例如最遠的行/列交叉點)提供足夠的信號強度。

我們現在轉向觸摸點檢測。一旦熱圖被產生并且場被平坦化，可識別一個或多個粗略的觸摸點。識別一個或多個粗略的觸摸點是通過尋找歸一化(平坦化)信號強度中的局部最大值來完成的。用于尋找一個或多個觸摸點的快速和可并行方法牽涉到將歸一化熱圖的每個要素與其鄰近點作比較并且如果該要素完全大于所有鄰近點則將其標記為局部最大值。在一個實施例中，如果一個點完全地大于其所有鄰近點并高于一給定閾值，則將其識別為局部最大值。

以多種方式限定這組鄰近點落在本公開的范圍內。在一個實施例中，最近的鄰近點是通過馮諾依曼鄰近法定義的。在一個實施例中，最近的鄰近點是通過摩爾鄰近法定義的。馮諾依曼鄰近法可包括與中心處的該要素垂直地和水平地相鄰的四個要素(即該要素東南西北四個位置的要素)。這也被稱為“四-相連”鄰近法。更復雜的(即更大的)馮諾依曼鄰近法也是可行的并且可被使用。摩爾鄰近法可包括與中心處的該要素垂直地、水平地和對角地相鄰的八個要素(即該要素東、南、西、北、東北、西北、東南和西南位置的要素)。這也被稱為“八-相連”鄰近法。

所選擇的鄰近法將依賴于用來計算精細觸摸點的插值方案。這在下面更詳細地予以解說。

在給定的鄰近點比較中，可能存在特殊情形，其中要素的歸一化信號強度嚴格地等于其一個或多個鄰近點，或在噪聲電平所允許的容限內。在一個實施例中，這些對中沒有一個點被認為是觸摸點，即便它們具有高于閾值的值。在一個實施例中，這些對中的兩個點被認為是觸摸點。在一個實施例中，其中兩個或更多個鄰近點具有大致相同值的區域被視為一個觸摸事件。在一個實施例中，其中兩個或更多個鄰近點具有大致相同值的區域被視為與其中可找到單個局部最大值的區域不同類型的觸摸事件(例如可能某人用手腕接觸觸摸表面)。

現在轉向插值過程。一旦已確定(即識別)粗略觸摸點，則可使用插值來計算精細觸摸點。在一個實施例中，分布式觸摸的電容性接觸被擬合到具有最大值的模型函數。在一個實施例中，模型函數是在二維或更多維上的二次函數。在一個實施例中，該二次函數是拋物面。在一個實施例中，拋物面模型是對于可用于接觸觸摸表面的多種物體(例如手指或指示筆)的可接受的近似。此外，如下所述，拋物面模型是相對非計算密集的。在一個實施例中，可使用更復雜或更計算密集的模型以從平坦化的熱圖中提供對觸摸的更準確估計。為了下面的解釋，以拋物面作為解說性示例，但本領域內技術人員將能理解，為了插值可采用其它模型，包括具有更大或更小復雜度的模型。

圖4示出在示例性局部最大值周圍的馮諾依曼鄰近點。對于四相連的或馮諾依曼鄰近點，相關點將看上去像圖示那些點，中心要素是局部最大值而下標是相對于它的特定要素的坐標。五個要素的信號強度的位置使我們能將它們運用到定義拋物面的下列方程：

Ax²+Cy²+Dx+Ey+F＝z

其中x和y是要素的位置，z是要素的信號強度，而A、C、D、E和F是二次多項式的系數。相對于中心點，所有要素x、y位置是恒定的。z值是在每個要素測得的信號強度，并因此是已知的。在一個實施例中，可使用五個聯立方程來求解五個未知的多項式系數。每個方程代表五個點中的一個，其包括中心點及其四個鄰近點。

在一個實施例中，可采用馮諾依曼式矩陣來求解多項式系數，如下：

用值代入要素位置，我們得到：

然后通過對恒定馮諾依曼式矩陣作逆變換來求解多項式系數：

這得到：

在一個實施例中，這些多項式系數是信號強度的線性組合并且是牽涉到負和單偏移的唯一簡單乘數，需要計算這些多項式系數；因此，它們可在FPGA或ASIC中高效地計算出。

在拋物面的最大值處，下面兩個偏導數均為零：

和

這將發生在點x_f、y_f，其中：

和

由此，在一個實施例中，將鄰近點數據擬合到拋物面，并因為拋物面具有一個最大值，因此該最大值被用作精細觸摸點的位置。在利用四相連近鄰的實施例中，值x_f和y_f是彼此獨立的，其中x_f僅依賴于中心點左側和右側的元素的信號強度，而y_f僅依賴于在中心點上方和下方的元素的信號強度。

圖5示出展示在局部最大值周圍的摩爾或八相連的鄰近點。對于這種八相連的或摩爾近鄰，相關點將看上去像圖示那樣，其中中心元素是局部最大值并且下標是特定元素相對于該中心元素的坐標。九個元素的位置和信號強度可被擬合至拋物面方程。由于本例相比之前的例子更多輸入數據可用，因此可采用某種程度上更復雜的拋物面方程：

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+F＝z

該方程具有增加的xy交叉項和新的B系數，它允許模型補償在除了x或y以外的方向上的延伸率。再次，相對于中心點，所有元素x、y位置是恒定的并且z值是已知的。九個聯立方程(每個元素一個)可被用于確定(即，超定)六個未知的多項式系數。可使用最小二乘法技術來求解六個未知的多項式系數。

可使用馮諾依曼式矩陣來擬合多項式。不同于以上描述的實施例，該矩陣是非方形的，它具有九個行和六個列。

馮諾依曼式矩陣的所有條目是恒定的，并且這些值是已知的，因此代入到恒定的值，得到：

由于馮諾依曼式矩陣是非正方形的，因此它無法被逆變換以求解多項式系數。然而，它可使用其摩爾-彭羅斯(Moore-Penrose)偽逆變換并對多項式系數執行最小二乘法擬合來求解。在一個實施例中，偽逆變換被定義為：

pinv(X)＝(X^TX)^-1X^T

給出：

這些多項式系數是信號強度的線性組合。乘法運算稍微更復雜些，但許多被乘數可作為因數取出并在快要計算結束時施加一次。此步驟的目的是尋找拋物面的最大值。因此，所有的比例因數是不相關的，并且只需要將注意力放在使函數最大化的相對值和變量上，在一個實施例中，許多操作能夠消除，由此提高實施效率。

如前所述，精細觸摸點被假設在拋物面的最大值處，在那里兩個偏導數為零；

和

這將發生在點x_f、y_f，其中：

x_f＝(BE-2CD)/(4AC-B²)和y_f＝(DB-2AE)/(4AC-B²)

對于八相連鄰近點，值x_f、y_f不彼此獨立。兩者均依賴于所有八個鄰近點的信號強度。因此，該方法可具有增加的計算負擔，以及信號強度的某些組合將產生精細觸摸點的奇異值的可能性。在對八個摩爾鄰近點使用最小二乘法的實施例中，這種實現方式對于噪聲信號強度值更為穩健。換句話說，在一個實施例中，一個信號強度中的小誤差將通過計算中所使用的增加的數據量和該數據的自一致性(self-consistency)而被補償。

此外，八相連的鄰近點提供B系數——一段額外的信息——它作為用戶接口的一部分可能證明是有益的。xy交叉項的B系數可連同A系數和C系數中固有的縱橫比信息一起被用于表征所擬合的拋物面的非對稱性，這可允許軟件來確定觸摸發生在角度。

圖6示出具有橢圓形截面的示例性觸摸點，它可通過在特定z值處截短該拋物面來獲得。a和b的值可從多項式的A和C系數獲得，并且它們提供關于觸摸表面的物體的縱橫比的信息。例如，手指或指示筆不一定是圓對稱的，并且a與b的比率可提供關于其形狀的信息。

知曉角度能提供關于橢圓方位的信息，并例如可指示手指或筆指向的方式。可從通過下式給出的2x 2矩陣M的本征值和本征向量中計算出：

該矩陣將具有兩個本征值和兩個本征向量。與最大本征值關聯的本征向量將沿橢圓的長軸方向指向。另一本征向量將在短軸方向上指向。本征值λ₁和λ₂可如下地計算出：

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

一旦獲得本征值，我們可使用凱萊-哈密頓定理來計算本征向量。與λ₁相關聯的本征向量是矩陣M-λ₂I的列中的任一個，而與λ₂相關聯的本征向量是矩陣M-λ₁I的列中的任一個。注意本征值下標的顛倒。橢圓的長軸相對于我們的坐標系的x軸成的角度是本征向量的斜率的反正切。本征向量的斜率只是Δy/Δx。

如前面討論的那樣，插值步驟需要例如使用從平坦化的熱圖獲得的數據來確定精細觸摸點，但不僅限于前面討論的解說性拋物面模型。確定精細觸摸點的目的在于允許后處理器提供觸摸點的更好粒度，并尤其提供超出傳感器的交叉點的粒度。換句話說，經建模和插值的精細觸摸點可直接落在行/列交叉點上，或落在這些交叉點之間的任何地方。在模型的準確度及其計算要求之間可能存在權衡；類似地，在模型的準確度及其提供與實際觸摸對應的經插值的精細觸摸點的能力之間可能存在權衡。因此，在一個實施例中，模型被選擇成需要最小的計算負荷同時提供經插值的觸摸點和實際觸摸之間的充分對應。在一個實施例中，模型被選擇成需要經插值的觸摸點和實際觸摸之間的充分對應，且處理硬件被選擇成適應該模型的計算負荷。在一個實施例中，選擇不超過預選擇的硬件和/或操作觸摸界面的其它軟件的計算能力的模型。

轉向幀匹配過程，為了隨著時間流逝正確地跟蹤在觸摸表面上移動的物體，重要的是，使計算出的觸摸點跨幀邊界地彼此匹配并由此隨著物體在觸摸表面上移動而跟蹤它。換句話說，一個幀中每個計算出的觸摸點應當被標識在后一幀中，或者在后一幀中具有另一布置(例如，被移除)。雖然這是一般情形中可能無法解決的根本上困難的問題，但一實施例可使用幾何學和物理定律兩者來實現。由于與觸摸表面接觸的這些物品具有有限尺寸并根據特定物理原理移動，因而某些情形因為在似合理的范圍外而可被忽略。此外，在一個實施例中，幀速率應當足以允許具有合理的確定性的物體跟蹤(即，幀-幀觸摸點跟蹤)。因此，例如，在待被跟蹤的物體已知在觸摸表面上以最大速率移動或者跟蹤被設計成跟蹤物體僅高至最大速率的情形下，可選擇將允許用合理的確定性跟蹤的幀速率。例如，如果跨觸摸表面的多個行或列的移動的最大速率為例如每秒1000行或列，則1000Hz的幀速率將“看到”不超過1行或列/幀的物體移動。在一個實施例中，(如以上所討論的)觸摸點插值可提供觸摸點位置的更精確測量，并因此行內(intra-row)和列內(intra-column)位置是可容易地識別的，如本文中更充分地描述的那樣。

手指和筆具有最小尺寸并且不大可能彼此足夠地接近以造成不清楚的情形。它們也以人的手臂及其部分(例如，手腕、手肘、手指等)特有的速度行進，這限制了問題。由于當前公開的傳感器的觸摸表面具有相對高的更新率(該更新率在一個實施例中可以是一千赫或更高的數量級)，因而在從一幀至下一幀的更新周期期間，觸摸該表面的手指和指示筆無法移動到非常遠或以極端角度移動。由于有限的距離和角度，根據本公開，跟蹤可某種程度地被簡化。

在一個實施例中，隨時間地跟蹤在觸摸表面上移動的物體是通過將來自一個幀的數據與一個或多個過往幀進行比較而實現的。在一個實施例中，關于過往幀的數據(例如，熱圖)可被保持在臨時緩沖器中。在一個實施例中，關于過往幀的經處理的數據(例如，場平坦化的熱圖或擬合的多項式系數)可被保持在臨時緩沖器中。在一個實施例中，被保持在臨時緩沖器內的關于一過往幀的數據可包括或可由下列構成：在先前幀中的每個精細觸摸點的經插值的精細觸摸點坐標以及關于這些精細觸摸點的先前運動的向量(在這些精細觸摸點存在的情況下)。臨時緩沖器可保存關于一個或多個過往幀的數據，并且當其不再與之后計算有關時可停止保存該數據。

在一個實施例中，幀匹配處理一開始假設當前幀i內的物體觸摸點可能是幾何上最接近該幀的之前幀(例如i-1)內的觸摸點。

在一個實施例中，關于觸摸點運動的數據(例如速度和方向)聯系一個或多個幀被確定并存儲。在一個實施例中，關于觸摸點的運動的數據被用于預測該觸摸點在下一幀中的可能位置。關于觸摸點的運動的數據可包括例如速度或位置變化，并且可來自一個或多個先前幀。在一個實施例中，預測幀內可能的位置是通過考慮兩個幀之間的運動來完成的——由此得出每個幀的位移及其方向。在一個實施例中，預測幀內的可能位置是通過考慮三個或更多個幀內的運動來完成的。使用來自三個或更多個幀的精細觸摸點位置信息可產生更精確的預測，因為它能夠除了考慮每幀的位移和方向外也把加速度和方向變化考慮在內。在一個實施例中，相比被分配給較老的幀數據，更多權重被分配給更新的幀數據。幀匹配過程則可一開始假設物體在當前幀i內的觸摸點對應于之前幀(即i-1)內的觸摸點，該觸摸點關聯于最接近當前幀的觸摸點的預測的可能位置。

在一個實施例中，關于觸摸點尺寸(大小)的數據(例如拋物面的A和C系數)聯系一個或多個幀被確定并存儲。幀匹配過程可一開始假設當前幀i內的給定物體的尺寸對應于之前幀(即i-1)內的該物體的尺寸。

在一個實施例中，關于觸摸點隨時間的尺寸(大小)變化的數據聯系一個或多個幀被確定并存儲。在一個實施例中，關于幀內觸摸點尺寸變化的數據(例如，從最后一幀算起，或在多個幀上)被用來預測該觸摸點在下一幀內的可能尺寸。幀匹配過程則可一開始假設物體在當前幀i內的物體可能對應于之前幀(即i-1)內的物體，該物體關聯于最接近當前幀內的觸摸點的尺寸的預測的最可能的尺寸。

在一個實施例中，關于觸摸點隨時間的旋轉取向變化的數據(例如拋物面的B系數)聯系一個或多個幀被確定并存儲。在一個實施例中，關于幀內觸摸點的旋轉取向的數據(例如，從最后一幀算起，或在多個幀上)被用于預測該觸摸點在下一幀內的旋轉取向。幀匹配過程則可一開始假設物體在當前幀i內的物體可能對應于之前幀(即i-1)內的物體，該物體關聯于最接近當前幀內的觸摸點的尺寸的預測的最可能的尺寸。在一個實施例中，觸摸點的旋轉取向可允許旋轉的單觸摸點控制(例如單指控制)，因此例如一個手指在屏幕上的旋轉可提供充分的信息以例如旋轉視圖——這個功能一般需要與觸摸表面接觸的兩個旋轉點。使用描述隨時間的旋轉取向的數據，可計算出旋轉速度。類似地，關于旋轉取向或旋轉速度的數據可被用于計算旋轉加速度。因此，旋轉速度和旋轉加速度兩者均利用旋轉取向。可針對一觸摸點計算旋轉取向、旋轉速度和/或旋轉加速度并且旋轉取向、旋轉速度和/或旋轉加速度可被幀匹配過程輸出或使用。

在一個實施例中，幀匹配的啟發包括改變觸摸點的距離和速度向量。在一個實施例中，幀匹配的啟發包括下列中的一個或多個：

a.幀i+1內的物體觸摸點可能是幾何上最接近它的幀i內的觸摸點；

b.物體在幀i+1內的觸摸點可能是幀i內最接近該點的觸摸點，在那里它將被預測為給定的物體的速度歷史；以及

c.物體在幀i+1內的觸摸點將與其在幀i內的觸摸點具有相同尺寸。

可使用歷史數據的其它組合而不脫離本公開的范圍。在一個實施例中，先前位置和速度歷史兩者均可被用于啟發式(heuristic)幀匹配過程中。在一個實施例中，先前位置、速度歷史和尺寸歷史可被用于啟發式幀匹配過程中。在一個實施例中，先前位置和另一歷史信息可被用于啟發式幀匹配過程中。在一個實施例中，在多個幀上的歷史信息被用于啟發式幀匹配過程中。鑒于前述公開內容，其它組合對于本領域技術人員將是顯而易見的。

快速多觸摸減噪

在一個實施例中，提供了方法和系統以克服其中噪聲造成與快速多觸摸(FMT)傳感器干涉或幽靈接觸(phantom touch)的某些狀況。在前述傳感器的實施例中，行具有在其上發送的信號并且發送的信號被耦合至在一個或多個觸摸附近的列,當一個或多個觸摸被施加至傳感器表面或其附近時。(在某些情形下，一個或多個觸摸可造成列中的行信號減少。)觸摸位置是通過從列讀取信號并確定其中產生信號的行而予以確定的。

當如前所述的傳感器被用于存在某些狀況(例如電磁噪聲)的情形時，可使列從另一源接收信號，該信號可能與由設備的其中一個行產生的已知信號混淆。在這種情形下，設備可報告幽靈接觸，由此確定列中接收的信號不是來自一個行，事實上也不是來自這個行。當前實施例提供用于減少或消除這些幽靈接觸發生的方法和設備。

由此，在傳感器的實施例中，設備的行和列兩者均被配置成既發送獨特信號又接收分別來自設備的列或行的信號。在一個實施例中，來自給定列中的行N的檢測信號可被認為是觸摸，如果該列的發送信號在行N中被同時檢測到的話。換句話說，行和列兩者必須順序地接收對方的發送信號以使設備報告在行和列的交叉點的觸摸。在不以如此方式匹配的行或列中接收的信號可以作為例如來自外部源的噪聲而被拒絕。在一替代實施例中，給定列中從行N檢測出的信號和行N中從給定列檢測出的信號均可被認為是觸摸，不管是否發現匹配。盡管這種配置可能無法提供前述匹配的益處，但它可為傳感器提供增加的靈敏性。

在一個實施例中，可在所有行和列上發送獨特的信號。在一個實施例中，可在多個行的一個或多個子集中的每個行上發送獨特的信號。在一個實施例中，可在多個列的一個或多個子集中的每個列上發送獨特的信號。在一個實施例中，所有行和列被配置成檢測獨特的信號。在一個實施例中，多個行的一個或多個子集中的每個行被配置成檢測獨特的信號。在一個實施例中，多個列的一個或多個子集中的每個列被配置成檢測獨特的信號。

圖7示出根據觸摸傳感器的一個實施例的快速多觸摸傳感器700的某些原理。發送器和接收器702被附連至每個行，而發送器和接收器703被附連至每個列。如702所示的發送器可分立于如703所示的發送器或者作為與如703所示的發送器相同的部件的一部分。同樣，如702所示的接收器可分立于如703所示的接收器或者作為與如703所示的接收器相同的部件的一部分。在702、703的發送器本身可以是分立部件或可僅包括與諸如信號發生器的信號源的連線，或者可以是信號發生器的一部分。同樣，如702和703所示的接收器可以是分立部件或者僅包括與信號處理器的連線，或者是信號處理器的一部分。附圖標記704表示發送的行信號和接收的行信號兩者，而標號705表示發送的列信號和接收的列信號兩者。發送的行信號的至少一個子集被設計成正交的，即彼此可分隔和可區分的。同樣，所發送的列信號的至少一個子集被設計成相對于彼此正交的。接收器被設計成接收發送信號中的任何一個、或者發送信號的任意組合，而信號處理器被配置成個別地測量列或行上出現的至少一些正交信號的量。在一個實施例中，在行上發送的每個正交信號可由列的接收器/信號處理器接收和測量，而在列上發送的每個正交信號可由行的接收器/信號處理器接收和測量。如前所述，圖中示出接收器和信號處理器之間的區分是為了方便讀者理解，就像信號發生器和接收器之間的區分一樣。例如，行或列可直接地連接至信號處理器，并因此信號處理器也充當接收器，類似地，行或列可連接至信號發生器并因此信號發生器可充當發送器。在一個實施例中，所有信號發生器和接收器/信號處理器可被集成在同一混合信號ASIC內。

一般來說，在當前傳感器中，當行和列不經受觸摸事件時相對于當它們受到觸摸事件時，耦合在行和列之間的信號改變。在一個實施例中，行和列被配置成：當它們不受觸摸事件作用時，較低的量或可忽略的量的信號被耦合在它們之間，相反，當它們受觸摸事件作用時，較高的量或不可忽略的量的信號被耦合在它們之間。在一個實施例中，行和列被配置成：當它們受觸摸事件作用時，較低的量或可忽略的量的信號被耦合在它們之間，相反，當它們不受觸摸事件作用時，較高的量或不可忽略的量的信號被耦合在它們之間。在一個實施例中，當行和列不經受觸摸事件時相對于當它們經受觸摸事件時，耦合在行和列之間的信號改變了。如前面討論的那樣，術語“觸摸”或“觸摸事件”不需要物理接觸，而是對傳感器產生影響的事件(但不是噪聲)和耦合信號電平產生影響的事件。在這個方面，懸置被認為是觸摸事件。此外，本文中使用的信號的“電平”或“量”不僅包括離散的預定電平，還包括相對的信號量、信號量的一定范圍、在一時間間隔或在作出觸摸事件確定時動態地確定的信號量，或其任意組合。由此，在一個實施例中，當前傳感器和配置能夠識別起因于耦合在一個或多個行和一個或多個列之間的信號變化的觸摸事件。

下文中，為便于說明書的理解，將使用術語“發送導體”和“接收導體”。發送導體可以是攜帶例如來自信號發生器的信號的行或列。在這一點上，本文中使用的“導體”不僅包括電導體而且包括信號在其上流動的其它路徑。接收導體可以是這樣的行或列：它們攜帶當觸摸事件發生在接收導體附近時起因于觸摸事件耦合的信號，但不攜帶當沒有觸摸事件發生在接收導體附近時起因于觸摸事件的信號。在一個實施例中，接收器/信號處理器測量在接收導體上正交發送的信號的每一個的量，這些信號起因于觸摸事件的耦合。測量該量允許識別一觸摸事件。接收器/信號處理器可包括DSP、濾波器排或其組合。在一個實施例中，接收器/信號處理器是提供與正交信號對應的頻帶的梳狀濾波器。

由于在行-列交叉點附近的任何觸摸事件可能改變列上出現的行信號和行上出現的列信號兩者，因此在一個實施例中，不具有相應行或列對應物的列或行上的任何信號可以被拒絕。在一個實施例中，如果在相應的行接收器/信號處理器接收到相應的列信號，則在列接收器/信號處理器接收的行信號被用于定位或識別觸摸事件。例如，如果列C的發送信號在行R中也被檢測到，列C中來自行R的檢測信號僅被認為由觸摸事件造成。在一個實施例中，列C和行R同時發送信號，該信號與其它行和列信號正交并且彼此正交。在一個實施例中，列C和行R不同時發送信號，相反，列C和行R中的每一個在分配的時間段內發送其信號。在該實施例中，這些信號只需要與在同一時間段內發送的其它信號正交。

如圖所示，可使用單個信號發生器來產生行和列兩者的正交信號，并可使用單個信號處理器處理從行和列兩者接收的信號。在一個實施例中，一個信號發生器專門產生行信號，而一個分開的信號發生器專門產生列信號。在一個實施例中，多個信號發生器專門產生行信號，同樣，不同的多個信號發生器專門產生列信號。同樣，在一個實施例中，一個信號發生器專門處理行信號而一個不同的信號發生器專門處理列信號。在一個實施例中，多個信號發生器專門處理行信號，同樣，不同的多個信號發生器專門處理列信號。

在一個實施例中，每個接收導體關聯于一濾波器排，該濾波器排充當其接收器和信號處理器，該濾波器排適于在多個正交信號之間作出區分。在一個實施例中，與接收導體行關聯的濾波器排適于在所有正交信號之間作出區分，這些正交信號可能起因于與接收導體行關聯的觸摸事件；同樣，與接收導體列關聯的濾波器排適于在所有正交信號之間作出區分，這些正交信號可能起因于與接收導體列關聯的觸摸事件。

在一個實施例中，每行和每列可關聯于一個信號，并且與每行或每列關聯的信號相對于其它每行或每列的信號是獨特的和正交的。在這一實施例中，可同時“發送”所有行和列信號。在要求設計或其它約束條件的情形下，或者在希望使用比每行和每列一個信號更少的信號的情形下，可采用時分復用。

圖8示出具有三個行和四個列的發送方案的簡化例。在該圖示實施例中，每行和每列可關聯于一個信號，并且與每行或每列關聯的信號相對于其它每行或每列的信號是獨特的和正交的。具體地說，信號A、B和C與行1、2和3關聯，而信號D、E、F和G與列1、2、3和4關聯。在該實施例中，可同時地“發送”所有行和列信號，每個行和列充當發送導體，并同時使每個行和列充當接收導體，并因此能夠同時處理起因于觸摸事件的所有信號。

圖9示出具有三個行和四個列的另一發送方案的簡化例。在該解說性實施例中，每個行關聯于一信號，并且與每個行關聯的信號相對于每個其它行的信號是獨特的和正交的，并且每個列關聯于一信號，并且與每個列關聯的信號相對于每個其它列的信號是獨特的和正交的。然而，在圖示實施例中，關聯于行的信號與關聯于列的信號不全部正交，例如信號A用于行和列兩者。這里，在第一時間段T1，信號在行上被發送并在列上被接收，而在第二時間段T2，在列上被發送并在行上被接收。如此，對于這種實施方式只需要四個正交信號，而不是七個。

圖10示出具有三個行和四個列的又一發送方案的簡化例。在該圖示實施例中，每行和每列關聯于一個信號，并且與每行和每列關聯的信號相對于其它每行和每列的信號是獨特的和正交的。然而，在圖示實施例中，即使關聯于行的信號全部與關聯于列的信號正交，約束條件或其它設計考慮因素可能希望對信號的發送作時分復用。這里同樣，在第一時間段T1，信號在行上被發送并在列上被接收，而在第二時間段T2，在列上被發送并在行上被接收。這一實施例可能是有用的，例如在可供發送的頻率范圍可能受到限制并且分離對接收而言是重要的情形下。因此，可如下地作出分配，由此對同時發送的信號實現更好的分離：

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

圖11示出具有三個行和八個列的發送方案的簡化例。在該圖示實施例中，每個行關聯于一信號，并且與每個行關聯的信號相對于每個其它行的信號是獨特的和正交的，但這些列共享與行信號重疊的獨特正交信號，如圖所示。在圖示實施例中，采用三個時間段來確保只有獨特的正交信號被同時發送，并因此，濾波器排或其它信號處理器可根據這些教義定位觸摸事件。

圖12A示出在具有四個行和八個列的傳感器內的多組列內和同樣多組行內運用的時分復用的例子。在該例中，在時間段T1，正交頻率A、B在第一組行上發送而正交頻率C、D在第一組列上發送。在時間段T2，正交頻率A、B在第二組行上發送而正交頻率C、D在第二組列上發送。正交頻率C、D在后繼的時間段T3內在第三組列上發送，而正交信號C、D在后繼的時間段T4內在第四組列上發送。可選擇地，正交頻率A、B可在時間段T3和/或T4內在第一組或第二組行上發送，以例如及時地提供觸摸事件的更大分辨率。

圖12B示出具有四個行和八個列的另一發送方案的簡化例。在該圖示實施例中，僅使用兩個正交信號A、B。在圖示實施例中，采用六個時間段來確保盡管可通過發送兩個獨特的正交信號，但沒有一個無法一次地在一個以上的發送導體上發送。如圖所示，A和B在第一時間段內在行1、2上發送，在第二時間段內在列1、2上發送，在第三時間段內在列3、4上發送，以此類推。

影響正交信號發生和發送方案的選擇的因素例如不構成限制地包括：傳感器內的行數和列數、傳感器的要求分辨率、行和列的材料和尺寸、可用的信號處理功率以及系統的最小可接受等待時間。可作出許多其它變型，并且它們落在本公開和所附權利要求書的范圍和精神內。例如，本領域內技術人員將理解在獨特正交信號數和由給定觸摸檢測系統采用的時間段數量之間選擇可能作出的各種權衡，然而假設多個信號在同一時間段內發送并且這些多個信號的每一個與在該時間段內發送的所有其它信號正交。

如前面提到的，特定列上的列接收器Rx可接收在一個或多個行導體上發送的正交信號，并且該信號可由信號處理器使用以確定對觸摸事件耦合作出響應的行導體，由此得到行-列坐標。除了在一個或多個行上發送的正交信號，列接收器Rx可以“看到”源自列發送器Tx的信號，并且其振幅可能相當大，并因此可與較低振幅信號的處理形成干涉，所述較低振幅信號具有行和列的橫越部分。在一個實施例中，當前披露的系統和方法允許從通過列接收器Rx處理的信號中去除列發送器Tx信號。由此，在一個實施例中，由列發送器Tx送出的正交信號可從在列接收器Rx接收的信號中被減去。這種減法可通過下列電路電氣地提供：該電路包括逆變器，該逆變器被配置成使由列發送器Tx發送的信號的逆變換加至由列接收器Rx接收的信號，由此從接收的列信號中減去所發送的列信號。可替代地在信號處理器中提供這種減法函數(圖7)。

可能的信道的動態分配

計算機系統中的觸摸傳感器的感知質量依賴于高的信噪比，其中用戶輸入信號很好地從環境電磁噪聲中被分辨出來。這種電磁噪聲可源自觸摸傳感器是其一部分的計算機系統中的其它組件(例如LCD信息顯示器)或源自用戶外部環境中的偽像或天然信號(例如來自設備的外部AC充電器的不想要信號)。這些不想要的電磁信號可能由觸摸傳感器錯誤地檢測成用戶輸入，并由此產生錯誤或帶噪聲的用戶命令。

在一個實施例中，系統和方法使得觸摸傳感器能夠減小或消除這些錯誤或帶噪聲的讀數并維持高信噪比，即使它接近于來自其它計算機系統的干擾電磁噪聲或不想要的外部信號。該方法也可用來動態地重新配置信號調制方案，由此在給定時間點駕馭觸摸傳感器的選擇部分或整個表面積，從而降低傳感器的總功耗，同時仍然就并行化、等待時間、采樣率、動態范圍、感測粒度等方面優化傳感器的總體性能。

當運用到其性能依賴于電磁信號的準確讀數的電容性觸摸傳感器時，尤其對于利用頻分復用(FDM)以增加掃描速率和降低對計算機系統的報告觸摸輸入事件的等待時間的電容性觸摸傳感器，本系統和方法的實施例尤為有利。在這個方面，本實施例可被運用至申請人于2013年3月15日提交的題為“Low-Latency Touch Sensitive Device(低等待時間觸敏設備)”的美國專利申請No.13/841,436和2013年11月1日提交的題為“Fast Multi-Touch Post Processing(快速多觸摸后處理)”的美國專利申請No.14/069,609所披露的那些傳感器，它們將電容性頻分復用觸摸傳感器考慮作為一個實施例。

動態分配過程的實施例

步驟1：合理地識別觸摸信號和噪聲

當已知沒有用戶正在觸摸傳感器時，或者如果實際觸摸信號是合理地已知的(即如果已知觸摸表面的一些部分正被觸摸而其它部分未被觸摸)，觸摸傳感器可分析其接收的所有信號。

可通過分析來自傳感器本身、比如加速度計的其它常見計算機輸入傳感器的讀數、計算機系統的功率狀態(例如計算機是否處于“休眠狀態”等)、來自當前在計算機系統上運動的軟件應用的事件流等的組合來形成和加強觸摸傳感器是否正被觸摸或者哪里正被觸摸的這些判斷。這種分析過程依賴于來自計算機系統中的一個以上傳感器的數據以得出關于系統狀態、系統組件的狀態或在本領域內用戶通常叫作“傳感器融合”的狀態的結論。

通過關于已知手部觸摸的分析判斷，傳感器接收的所有信號可隨后與對這些已知觸摸接收的信號進行比較。在傳感器已測量的信號與應當已經被測量的那些信號(假設關于當前或之前觸摸事件是已知的)之間作為結果的差異則可用來減輕噪聲和干擾。

在該方法的實施例中，對干擾信號的這種測量的一些可發生在設計時間，至少對在設計時間將可是預測的其干擾部分而言。在該方法的另一實施例中，一些測量可發生在制造或測試時間。在另一實施例中，當合理地已知用戶沒有接觸觸摸傳感器時，一些測量可發生在使用前階段。在另一實施例中，當用戶正在已知位置接觸傳感器時，一些測量可能發生。在另一實施例中，當由其它傳感器或以算法方式預測出用戶未接觸觸摸表面時，一些測量可能發生在用戶觸摸之間的時間。

在另一實施例中，一些測量可通過軟件統計地發生，該軟件可計量一用戶的觸摸的統計圖案和可能性。例如，用戶接口(UI)可具有被布置在觸摸表面上僅某些位置處的按鈕，由此這些位置是在給定時間用戶可能接觸的僅有位置。當在這些已知位置之一作接觸時，觸摸/無觸摸狀態之間的差異可能非常明顯，即使存在噪聲也好。在一個實施例中，可設計UI以使按鈕必須被按下某一定義的時間段(可能由顯示器指示)，由此得到預先確定的時間段，在該時間段上即使存在噪聲也可檢測到觸摸。在另一實施例中，可取代按鈕使用滑塊或二維“指示器”，因為這些UI控制件要求用戶遵循UI事先已知的或可由設備上的其它傳感器通過傳感器融合(某種程度上)動態地確定的任意路徑。在一個實施例中，這種UI滑塊可以是“鎖屏”或觸摸友好操作系統上常見的單個“滑動-打開”滑塊控制件，所述觸摸友好操作系統例如但不限于iOS、Android、其它Linux變例或Windows。在相關實施例中，可使用任何這種非鎖定姿態控制。在一個實施例中，虛擬鍵盤提供已知的觸摸位置。因為單詞中的字母可通過觀察鄰近字母容易地和準確地預測出。

在一個實施例中，這種分析可在觸摸傳感器的分立式觸摸控制器上執行。在另一實施例中，這種分析可在其它計算機系統組件上執行，例如但不限于ASIC、MCU、FPGA、CPU、GPU或SoC。

步驟2：避免干擾

一旦如步驟1中詳細敘述地基于已知的觸摸信號和/或經由統計推斷將帶噪聲的讀數識別為“干擾”，對電磁干擾的這種認識可用來避免頻率、時間或碼空間的某些部分之間的沖突，在這些空間內噪聲可以或將可能由觸摸傳感器感測到。已知的觸摸信號和所識別的電磁干擾之間的沖突可通過多種技術或技術組合來避免，所述多種技術或技術組合例如是，但不限于：

如果識別出無干擾或很少干擾的信號頻率，則觸摸傳感器應當被配置成使用這些信號頻率。如果存在很少干擾或無干擾的時隙，則觸摸傳感器應當被配置成使用這些時隙。如果存在很少干擾或無干擾的碼，則觸摸傳感器應當被配置成使用這些碼。如果存在很少干擾或無干擾的頻率、時間和碼的組合，則觸摸傳感器應當被配置成使用它們。

對于利用頻分復用(FDM)的觸摸傳感器，觸摸傳感器利用的信號頻率不是必須鄰接的。如果頻帶的一些部分由干擾占據，則觸摸傳感器可被配置成避免那些頻率。如果頻帶的一些部分在某些已知的時間由干擾占據，則觸摸傳感器可被配置成在那些已知的時間避免使用那些信號頻率。如果頻帶的一些部分在某些已知的時間由相對靜態的干擾占據，則由觸摸傳感器發送的信號可在那些時間以一種方式被調制，以這種方式調制的話，解調將抵消或消除已知的干擾。例如，在該調制技術的實施例中，如果干擾在某些感興趣頻率下是穩定的正弦波，則可使用二進制相移鍵控(BPSK)來調制由觸摸傳感器發出的頻率，由此當使用相反的BPSK來解調從觸摸傳感器接收的信號與干擾信號作為結果的和時，干擾的一個相等部分已被乘以正相位并且一相等部分已被乘以負相位，由此當信號在全部接收周期上被積分時，干擾信號已求和至可忽略的某種信號。具有相同效果的其它形式的調制也是可能的。

如果使用FDM的觸摸傳感器利用快速傅立葉變換或者相似的快速算法(其中頻隙數受算法或算法性質的約束)來執行頻率分析，則傳感器可使用具有更大頻隙數的更大變換(可能是下一個估量)以使額外的可能接收頻率存在。觸摸傳感器可在制造前配置有在任何這些頻率下進行發送的能力。如此，如果一些頻隙包含干擾，則可避免這些頻率，代之以具有很少干擾或沒有干擾的頻率。

步驟3：避免不想要的熱點

如果某些電磁干擾無法通過使用前面提到的技術完全消除，則觸摸傳感器可被配置成確保該噪聲均勻地傳播過傳感器的表面積，以最小化由其余的干擾造成的操作性問題。

在一個實施例中，觸摸傳感器可被配置并與客戶應用編程接口(API)配對以針對確保良好的用戶體驗使更多噪聲容忍的UI元件被放置在具有更多噪聲的觸摸表面部分上，并且由于需要精確控制而要求近乎無噪聲輸入命令的UI部分被關聯于受很少干擾或不受干擾影響的觸摸傳感器表面的一些部分。在其它實施例中，本質上利用與此理念相反的理念。也就是說，可使用開發器API來標記多個UI元件，這些UI元件則規定將高性能調制方案布置在該觸摸表面上。

在另一實施例中，可通過對被分配至觸摸傳感器信號的時序、頻率和碼進行重新映射而減輕不想要的電磁噪聲。與觸摸傳感器的行和列關聯的這些信號的分割不需要具有固定關系，并且可以按照需要動態地重新映射。例如，在一個實施例中，利用FDM的觸摸傳感器可一直對給定行發送特定頻率的正弦波，或者它可對其動態發送的頻率重新映射。例如，如果觸摸傳感器的發射器和接收器能夠工作在“n”個不同頻率下，并且如果這些頻率中的“m”個頻率已被確定為包含充分少量的干擾，并且觸摸傳感器的行數(同時發送的頻率)為“r”(其中“n”大于或等于“m”，“m”大于或等于“r”)，則觸摸傳感器可從這組“m”個頻率中選取“r”個頻率并以被設計成最小化用戶體驗降級的方式將它們映射到行。在另一實施例中，傳感器選擇的這組工作頻率可以隨機或偽隨機方式每幀動態地被重新映射，使得在可察覺的時間內在觸摸表面的不同部分之間具有可忽略的噪聲統計相關性。更具體地，觸摸傳感器可在“m”個可能的頻率中選取“r”個頻率，如果它們具有最小噪聲的話，或者，它可在可察覺的時間內以被設計成最小化觸摸表面不同部分之間的噪聲統計相關性的方式動態地和隨機地(或偽隨機地)在這些頻率中進行選擇。相同的方法可用于時隙、碼或其它調制方案或它們的組合。

在另一實施例中，對于主要采用FDM的觸摸傳感器來說，其中已被確定為包含充分少量干擾的“m”個頻率大于或等于在每個傳感器行上同時發送獨特頻率所需的“r”個頻率的數目，觸摸傳感器可利用動態FDM調制方案，該方案基于UI控制的已知布局和需求來優化觸摸傳感器表面積的特定部分的等待時間和采樣率性能。這里，需要高精度、低等待時間的用戶輸入的UI控制件在給定時間點的已知位置被映射到觸摸傳感器的表面積的相應部分上，信號調制方案已在給定時間點為了高性能對其進行了優化。計算機系統的軟件定義的UI控制件的位置和性能與觸摸傳感器的表面積的位置和性能要求之間的這種動態映射可通過應用程序開發器在運行時間之前被明確地定義，或者在UI控制件運行時間通過運行系統邏輯和分析予以定義——通過應用程序、操作系統和觸摸表面之間的通信，所述通信由應用編程接口(API)定義。同時伴隨著這些高性能區，相同表面積的其它相鄰區可采用較低性能的頻率、時間或碼調制方案。通過在并行化、等待時間、采樣率、動態范圍、感測粒度等方面被優化以尋求高性能的調制方案僅僅運行觸摸傳感器的表面積的選擇區域已增加了下列益處：潛在地降低了由觸摸傳感器消費的總能量以既感測又處理用戶輸入，因為傳感器的僅特定區域工作在要求的性能水平——由此使得表面積的其余部分以相較于性能優化節能的調制方案工作。這種動態調制方案可如傳感器輸入的每個新幀那樣快地被更新和重新優化。

在另一實施例中，對于主要采用FDM的觸摸傳感器，其中被識別為具有最小噪聲的一組“m”個可能的頻率的數量低于將獨特頻率分配給觸摸傳感器的每個行所需的“r”個獨特傳感器信號的數目，該傳感器可被配置成利用一種混合式調制方法，該方法將時間、碼或其它調制方案與頻分方案結合在一起。在該方法的一個實施例中，可通過觸摸傳感器動態地選擇和重新評估特定的混合式調制方法——如傳感器輸入的每個新幀那樣快——以優化跨整個傳感器的表面積的最低等待時間和最高觸摸事件采樣率。在該方法的另一實施例中，可通過觸摸傳感器動態地選擇和重新評估特定混合式調制方法以基于UI控制件的已知布局和需求來優化觸摸傳感器的表面積的特定部分的等待時間和采樣率性能。這里，需要高精度、低等待時間用戶輸入的UI控制件在給定時間點的已知位置被映射到觸摸傳感器的表面積的相應部分，對于這些相應部分已在給定時間點在并行化、等待時間、采樣率、動態范圍、感測粒度等方面進行了優化以尋求高性能。計算機系統的軟件定義UI控制件的位置和性能要求與觸摸傳感器的表面積的性能要求之間的這種動態映射可通過應用程序開發器在運行時間之前被明確地定義，或者在UI控制件運行時間通過運行系統邏輯和分析予以定義——通過應用程序、操作系統和觸摸表面之間的通信，所述通信由應用編程接口(API)定義。同時伴隨著這些高性能區，相同表面積的其它相鄰區可采用較低性能的頻率、時間或碼調制方案。通過在并行化、等待時間、采樣率、動態范圍、感測粒度等方面被優化以尋求高性能的調制方案僅僅運行觸摸傳感器的表面積的選擇區域已增加了下列益處：潛在地降低了由觸摸傳感器消費的總能量以既感測又處理用戶輸入，因為傳感器的僅特定區域工作在要求的性能水平——由此使得表面積的其余部分以相較于性能優化節能的調制方案工作。這種動態調制方案可如傳感器輸入的每個新幀那樣快地被更新和重新優化。

在另一實施例中，對于主要采用FDM的觸摸傳感器，其中被識別為具有最小噪聲的一組“m”個可能的頻率的數量低于將獨特頻率分配給觸摸傳感器的每個行所需的“r”個獨特傳感器信號的數量，該傳感器可被配置成在給定的時間周期進入時分復用(TDM)模式，如同在TDM方法中典型地那樣選擇“m”中的一個頻率并順序地對行和列進行采樣。在給定的時間周期將主要FDM傳感器切換至純TDM模式確保了準確的輸入，代價是傳感器讀數的幀速率和等待時間。

在另一實施例中，對于主要采用FDM的觸摸傳感器，其中被識別為具有最小噪聲的一組“m”個可能的頻率的數量低于將獨特頻率分配給觸摸傳感器的每個行所需的“r”個獨特傳感器信號的數量，該傳感器可被配置成在給定的時間周期內進入混合式FDM和TDM模式，選擇“m”中的數個頻率并由此順序地采樣并行的多個行和列以相較于單純順序的TDM模式的性能極限提高傳感器讀數的幀速率和等待時間。這種混合式FDM和TDM調制方案改善了傳感器并行化和性能，同時緩解了帶噪聲的讀數的不利影響，若非如此，帶噪聲的讀數已因為利用“m”以外的傳感器信號而產生，“m”周圍的電磁噪聲的實時、歷史和/或統計分析被視為更有干擾傾向的。

步驟4：使用感測的復制以增加傳感器的信噪比

觸摸傳感器也可利用多種技術來減少觸摸傳感器中的干擾和其它噪聲的影響。例如，在采樣FDM的觸摸傳感器的實施例中，觸摸傳感器可使用每行多個頻率，由此即使傳感器無法預測哪些頻隙將受到干擾，它也能以多種方式測量每個行(或列)并計量最小噪聲測量(或測量組合)，并隨后使用它們。

在難以決定測量是否已受干擾影響的情形下，觸摸傳感器可采用對多個測量投票的投票方案，或使用類似的統計方法來確定將哪些測量拋棄、將哪些測量保留以及在統計上和數學方式上將其保留的測量組合以最大化信噪比+信干比并由此增進用戶體驗的最佳方式。例如，在一個實施例中，受到干擾的FDM觸摸傳感器可在每行上發送三個不同頻率(這些頻率是充分相隔的以使它們之間的干擾在統計上是不可能的)并測量結果。然后使用三中取二投票系統，傳感器可確定哪些頻率因為干擾而降級最多，并或者在最終測量去除其測量值而不予考慮或者以統計上似合理的方式將剩下的兩個組合起來(假設傳感器“知道”關于干擾和噪聲統計的先驗)，或者包括全部三個測量值并以統計上似合理的方式將它們組合，通過其由于噪聲和干擾而降級的統計可能性對每個頻率測量值的影響進行加權。

觸摸傳感器如此可采用的某些方法包括，但不限于：

使用每行多個頻率。可同時地或按順序地采用這些頻率。

從行至列和從列至行地發送(或者按順序或者同時地，如前面更詳細地討論過的那樣)。這也可與前述多個頻率的使用相結合，或者與另一調制方案的組合相結合。

在FDM頂上使用CDMA、或者調制方案的一些組合。這里，應當注意CDMA信號，不像常見地由FDM技術采用的那些信號，是根本上“非自然的”并因此經常比FDM調制方案對計算機系統的外部環境中的多種自然發生的信號更加不受影響。

用戶識別技術

在一個實施例中，為快速多觸摸傳感器提供一種能力，以識別來自相同的手、相同用戶不同的手、相同用戶或不同用戶的觸摸。在一個實施例中，為快速多觸摸傳感器提供一種能力以識別來自聯系于觸摸區域的物體部分的觸摸，或者通過單個物體上的電容性觸摸點以幫助確定其位置和取向或者通過由同時也在用他/她身體的一部分觸摸顯示器的另一區域的用戶握持的筆。

在之前一開始討論的傳感器的基礎實施例中，每個行具有信號發送器。當對表面施加一次或多次觸摸時，信號被耦合到附近的列。這些觸摸的位置是通過從列讀取信號并獲知其中產生信號的行而確定的。

當用戶與傳感器或者傳感器集成在其中的設備形成接觸或者在傳感器某一距離內或如若不然會在一個以上的位置造成觸摸事件時，一般會有某一量的耦合，該耦合將橫跨由同一用戶作出的觸摸而發生，因為信號通過用戶的身體從一個觸摸位置傳輸至另一觸摸位置。參見圖13，當通過用戶的手指1402在行r1與列c1的交叉點施加單個觸摸或接近觸摸時，耦合將發生在行r1和列c1之間。如果第二、同生的觸摸或接近觸摸在行r2和列c2處由用戶的第二手指1403作出，則在行r2和列c2之間將出現耦合。另外，較弱的耦合可能出現在行r1和列c2之間以及行r2和列c1之間。在一些實施例中，較弱的耦合可能出現在多個列之間和多個行之間。

這些較弱的、身體傳輸的信號(否則可能會作為“噪聲”或“串擾”被去除)也可由信號處理器(圖7)用作附加“信號”以識別單個用戶對這兩種觸摸負責。具體地說，為了擴展上述例子，行r1和列c2之間以及行r2和列c1之間的耦合一般可能被認為是“噪聲”并被濾除(或者被忽略)，以確保在行r1和列c2或行r2和列c1的交叉點處不會錯誤地報告觸摸。較弱的、身體傳輸的耦合可能仍然被過濾以確保僅報告準確的觸摸位置，但也可被解讀以允許系統識別觸摸來自同一用戶。傳感器400可被配置成檢測從用戶手部的任何手指傳輸的較弱的、身體傳輸的耦合，包括但不限于，除1403外還有位置1404、1405或1406。信號處理器(圖7)可被配置成使用這種檢測以識別來自相同的手、相同用戶不同的手、相同用戶或不同用戶的觸摸。

在具有用戶識別功能的觸摸傳感器的其它實施例中，信號發生器可耦合至用戶其它部位，例如手持單元、其椅子下面的襯墊或者甚至在傳感器集成在其中的設備的邊緣上。該發生器可用來以與前述相同的方式識別用戶作出特定的觸摸。在其它實施例中，信號發生器可被集成到筆、筆或其它物體以內。

下面給出幾種類型的較弱耦合的例子，這些較弱耦合可被檢測和使用以識別來自相同的手、相同用戶或不同用戶的觸摸：由用戶手指中的第一手指觸摸的行或列與由用戶手指的第二手指觸摸的行或列之間的耦合；由用戶手指觸摸的行或列與由用戶身體的另一部分(例如他的手掌)觸摸的行或列之間的耦合；由用戶身體的一部分(例如他的手指或他的手掌)與由可操作地連接至用戶身體的信號發生器觸摸的行或列之間的耦合；以及用戶身體的一部分(例如他的手指或他的手掌)和集成在筆或筆內的信號發生器觸摸的行或列之間的耦合；以及通過傳導性中間物體(例如筆或其它有形物)由用戶身體的一部分觸摸的行或列之間的耦合；以及可能通過傳導性中間物體(例如筆或其它有形物)由用戶身體的一部分觸摸的行或列之間的耦合。本文中使用的“觸摸”包括在用戶和所披露的傳感器之間存在物理接觸的事件，也包括不存在物理接觸但存在由用戶作出的、發生在傳感器附近的動作并且該動作由傳感器檢測到的事件。

前面描述的較弱耦合可用來將觸摸識別為來自相同的手、相同用戶的不同手、相同用戶或不同用戶。例如，相對強的較弱耦合的存在可用來將兩個觸摸事件識別為來自相同手(比如來自相同手的兩個手指(例如食指和拇指))或者來自相同手的手指和手掌。又如，相對弱(相對于前述例子)的較弱耦合的存在可用來將兩個觸摸事件識別為來自同一人的不同手或者來自同一人的一只手或另一身體部分。再如，較弱耦合的缺乏可用來將兩個觸摸事件識別為來自不同的人。此外，來自可操作地連接至用戶身體的信號發生器的信號的存在可用來將觸摸識別為來自特定用戶，而這種信號的缺乏可用來將觸摸識別為不是來自一特定用戶。

快速多觸摸筆(stylus)

在快速多觸摸傳感器的某些實施例中，傳感器被配置成檢測筆的位置，并可選擇地也檢測其繞其縱軸線的傾角和轉角。這些實施例用基本如前面一開始描述的傳感器硬件開始，并進一步利用在其尖端附近具有信號發送器的筆，信號從所述信號發送器被發送，該信號與可在行或列上傳輸的正交信號相容(相同或相似的調制方案、相同的頻率等)但與之正交。開關可用于控制發送器何時導通或斷開，所述開關可以是任何類型開關，包括例如在筆尖端的接近檢測器或壓力傳感器。筆可以被配置成：在正常工作狀態下，當筆與快速多觸摸傳感器表面接觸或與之接近時使開關導通發送器。在一替代實施例中，筆被配置成使其恒定地發送信號，并且開關的狀態可改變信號的一種或多種特性，例如其頻率、振幅等等。這允許筆不僅當與觸敏設備的表面接觸時工作，同樣當其稍稍在表面之上時也工作，從而提供“懸置”能力。

在一個實施例中，由筆發出的信號類似于如前所述的可在行上發送的正交信號，并且筆本質上可被視為額外的行。由筆發出的信號被耦合到附近的列中并且在列上接收的信號量可用來確定筆相對于列的位置。

為了提供在二維上測量筆的位置的能力，可將接收器布置在FMT傳感器的行上以及列上。行上的接收器不需要像列上的接收器那樣復雜：列接收器應當被配置成拾取在行上傳輸的任何信號并在這些信號之間作出區分。然而，行接收器只需要能夠拾取由筆或在一些實施例中由多個筆發出的任何信號并在這些信號之間作出區分。

在一個實施例中，由筆發出的信號與行上傳輸的那些信號是不同的，由此它們之間不存在混淆。如果行信號被調制，則筆信號應當被類似地調制成與其它接收器可相容。在一個實施例中，該調制需要一個時間基準，多觸摸傳感器可被配置成經由通信信道將該時間基準提供給筆。這種信道可以是無線電鏈路、光學鏈路、聲音或超聲鏈路等等。在一個實施例中，筆接收行信號并同步對它們的調制，沒有其它的通信信道被卷入。

當筆發送其信號時，它們由列和行接收器接收。行和列上的信號強度被用來確定筆在二維上相對于行和列的位置。較強的信號強度指示筆相對接近于傳感器而較弱的信號強度指示筆遠離傳感器。可使用插值法來確定筆的位置，這具有比行和列的物理粒度精細地多的分辨率。

筆傾斜和旋轉

更為復雜的實施例允許我們同時測量筆在由用戶握持時的傾斜和旋轉，以及測量筆的位置。

本實施例中的筆能發出多個信號而不是發出單個信號，多個信號中的每一個從筆的尖端附近射出，但從繞其圓周擴大的多個點射出。盡管相隔180°的兩個這樣的信號將提供所需的某些信息，然而需要至少三個信號(理想地相隔120°)以無疑義地測量筆的傾斜和旋轉，而四個信號(理想地相隔90°)將使數學和信號處理不那么麻煩。四個信號的情形被用在下面的例子中。

測量筆傾斜

圖14和圖15示出在其尖端1505具有發送器1502的快速多觸摸筆1501的兩個實施例。在圖14的實施例中，發送器1502在尖端1505外部，而在圖15的實施例中，發送器1502在尖端1505的內部。四個發送器1502被設置在筆1501的周緣周圍并沿快速多觸摸傳感器400的平坦表面分別朝向東、南、西、北取向。想象一下，筆的始端位置平行于傳感器平坦表面的z軸并垂直于x軸和y軸。當筆如圖所示向東傾斜時，由此相對于傳感器400的平面沿x軸或y軸轉過角度α，面向東面的發送器1503相比北和南發送器沿三維空間更靠近傳感器400的表面地移動，而面向西面的發送器相比北和南發送器更遠離傳感器地移動。這使得由東發射器發出的正交信號更強烈地與附近的行和列耦合，這可通過快速多觸摸傳感器內的它們的接收器測得。由西面發射器發出的正交信號較弱地與附近的行和列耦合，由此使其信號在那些附近的行和列的接收器內表現出較低的強度。通過比較東面信號和西面信號的相對強度，我們能確定筆的傾角α。沿北-南方向的傾斜可通過與北和南正交信號相同的處理予以確定。在一個實施例中，筆1501的尖端1505中的開關或壓力傳感器1504被用來控制發送器何時導通或斷開。筆可以被配置成：在正常工作狀態下，當筆與快速多觸摸傳感器400的表面接觸或與之接近時使開關1504導通發送器。

測量筆旋轉

可以相同方式檢測筆旋轉。隨著筆的四個發送器1502中的每一個的x位置和y位置平行于z軸轉動，筆上的四個發送器將直線地更接近或更遠離觸摸表面的各個行和列。在筆發送器的x位置和y位置之間相對于FMT的各個行和列的這些不同直線距離導致由FMT的接收器拾取的不同信號強度。與z軸平行地旋轉筆將改變這些直線距離，并因此改變關聯的信號強度。筆的x和y轉角可從信號強度中的這些差異中推得。

有源光筆

本發明的實施例包括能夠用于在計算機顯示器或觸摸傳感器上手寫輸入的快速、準確、低等待時間的筆和傳感器系統。在一個實施例中，筆提供流暢和自然的輸入，由此模仿筆或鉛筆的手感。在這個方面，可將系統的更新率提高至一千赫以上，并將來自筆運動至測量位置的等待時間及其它參數降低至低于1毫秒。連同測量筆的位置，其傾角和旋轉也可被測量。要注意，本文描述的有源光筆可相容于事實上所有設計的計算機顯示器和觸摸傳感器，并且不限于用在前述的快速多觸摸傳感器。

所披露的技術包括使用誘導全內反射(ITIR)的光學方法。該技術允許多個筆同時地用于輸入目的。傳感器系統可被放置在計算機顯示器(例如LCD或OLED監視器)的頂部，并且推斷出的傳感器位置和隨時間變化的其它參數被用來在計算機顯示器上畫出線、曲線、文本等。

在有源光筆的一個實施例中，筆以多種不同圖案將光射入到傳感器表面內。傳感器表面是薄平板(或某些二維流形)材料，所述材料在從筆射出的光的波長下是透明的或半透明的。

圖16整體地示出傳感器板和系統的俯視圖。筆(由字母S表示)以多個不同的圖案將光射入到傳感器板(由字母A表示)。通過可包括懸浮在透明介質中的微粒的方向改變裝置，板使得在各圖案位置的光變得陷入到傳感器板內，光在傳感器板內通過全內反射沿全部水平方向傳播。角濾波器(由字母B指示)僅允許光圍繞與傳感器板邊緣的垂直線以小角度(即受約束的角度)經過濾波器。線性光傳感器(由字母C表示)檢測光在哪里沿其長度撞擊到線性光傳感器上。在一個實施例中，為了檢測單個簡單筆的X、Y位置，只需要尋找線性傳感器上最大量的光撞擊的位置。沿著被標記為“V”的箭頭的光提供筆的垂直位置。沿著被標記為“H”的箭頭的光提供水平位置。沿其它方向的光被濾除并被忽略。

圖17示出傳感器板的側視圖。一般，進入折射率高于周圍介質的折射率的透明材料的光將傳過另一側并以較淺的角度折射。從外側發射的光不大可能陷入到內部，除非類似散射介質的某物與不可忽略面積的半透明材料直接接觸(正如可能發生在受阻的全內反射情況那樣)。然而，由于接觸材料經歷的拖曳和構建可能傾斜并仍然維持接觸的筆的困難性，所需的不可忽略的接觸面積容易造成糟糕的筆。一個優選實施例使用在透明材料內的方向改變裝置。

在板內側，由筆射出的一些光與方向改變裝置相互作用，這使得一些光變得陷入到傳感器板并背離筆在該位置射入到板內的獨特光圖案地向外傳播。傳播的光行進至板的邊緣，在那里光到達角濾波器。垂直于濾波器(以及板邊緣)的光被允許傳至線性光傳感器。

圖18示出傳感器板的側視圖。在透明材料內的方向改變裝置允許從筆射出的光最終成為被陷入到板內的光，其經歷全內反射并沿板的全部方向傳播。進入該板的光(實線箭頭)進入方向改變裝置(云形狀)。光沿著許多方向離開方向改變裝置，其中一些光落在全內反射可能發生的角度內(虛線箭頭)。一些光落在全內反射可能發生的角度外(點線)。這種光無法被陷入，并且離開傳感器板。方向改變裝置可源自散射，但在該優選實施例中，它是一種熒光或磷光材料，這種材料吸收由筆發射的光并射出不同波長的光，該不同波長的光沿所有方向向外傳播。

線性光傳感器測量沿其長度撞擊到其上的光的量，這允許我們推斷出筆的位置。沿著線性光傳感器接收最大量光的位置對應于筆位置沿該維度的投影。

如果筆射出一條以上的光線，則系統不僅能測量筆在傳感器板上的位置，而且能推斷其傾斜和旋轉。如果筆發射出多條光線或者可能是光錐或其它形狀，則它們沿天線板各側的投影可由系統測得，并且該數據同時用于推斷筆的位置、傾斜和旋轉。

材料的光方向改變特性

一般來說，進入薄透明介質(比如傳感器表面)的光將從另一側離開，沒有任何光將陷入在其中并通過全內反射傳播。為了使進入的光陷入并在其中傳播，需要一些裝置需要改變其方向。在一個實施例中，傳感器表面使不同方向上進入的光的一些散射。這些方向中的一些落在全內反射可能發生的角度內。散射不是優選的方法，因為沒有辦法防止散射進一步改變光的方向，這將降低由線性光傳感器接收的光的量并又使得光通過非直線路徑行進，即使在方向的第一次改變已發生之后。非直線路徑將使得光看上去來自不正確的方向并將使得系統得出錯誤的位置讀數。

優選的方向改變裝置是一次波長改變裝置，例如熒光或磷光材料。由筆在波長W1下射出的光進入傳感器板，光在傳感器板內與一次波長改變裝置相互作用。所述裝置吸收光的一部分并沿多個方向在波長W2下射出光。波長W1可在電磁譜的紫外部分內。波長W2可在譜的可見部分或紅外部分內。在波長W2下的光的一部分現在經由全內反射沿傳感器板傳播，并且沒有任何東西對其形成阻礙，因為一次波長改變裝置不會明顯地影響波長W2。

角濾波器

通過傳感器表面傳播的光從許多角度到達邊緣。為了推斷筆的光圖案在傳感器表面內的位置，我們希望將線性光傳感器的視場限制在特定方向上。在一個實施例中，角濾波器提供這種功能。在該優選實施例中，其具有矩形傳感器板和在兩側上的線性光傳感器，我們希望將光傳感器的視場限制在與傳感器板的邊緣垂直的方向上。這可通過一組微小的“軟百葉簾(venetian blinds)”來達成，類似于計算機監視器的隱私屏幕在直接在監視器前面的位置將視野限制在窄角度的方式。

從意圖視場外的方向撞擊到角濾波器的光應當優選地由濾波器吸收，或者以一種方式反射以使被拒絕的光不進入系統中的任一線性光傳感器或由線性光傳感器檢測到。

圖19示出在線性光傳感器(由字母C表示)前面的角濾波器(由字母B表示)，從系統頂部觀察的話。角濾波器僅允許垂直于濾波器(和線性光傳感器)的光進入。濾波器可以與軟百葉簾相似的方式實現，其具有遮蔽在其它角度進入的光的多個垂直葉片。在該情形下，沿箭頭1901的光被允許進入和傳過濾波器。沿箭頭1902的光不允許進入濾波器，并(優選地)由濾波器吸收，或可能只是偏離其反射。線性光傳感器可測量沿其長度在多個點撞擊到其上的光的量。最大量的光撞擊在的點可能是筆沿線性光傳感器的方向f的位置投影。

線性光傳感器

線性光傳感器可測量沿其長度在多個點撞擊到其上的光的量。它們可通過位置敏感檢測器、線性CCD陣列、線性CMOS成像器陣列、光電倍增管陣列、單獨光電二極管陣列、光電晶體管、光電池或檢測光的任何其它裝置來實現。

指示筆

參照圖20，指示筆2001是筆狀設備，當用戶像筆或鉛筆那樣握持它并在傳感器板2002的表面上畫圖時，它可以多種不同圖案將光射入到傳感器板2002內。圖案沿傳感器板邊緣的投影可用來推斷指示筆的位置、傾斜和旋轉。如果需要多個筆，這些筆可以時分復用的形式一次一束地射出它們的光。這將需要在筆之間某些形式的同步，這可通過多種簡單通信信道來實現，包括但不限于無線電鏈路、超聲或光信號。光信號可通過位于傳感器板下面的計算機顯示器產生，這使得筆幾乎無需使用額外的硬件就能被同步。

指示筆可使用光源被構造，所述光源例如是發光二極管，當接觸開關或壓力傳感器檢測到指示筆與傳感器板接觸時它發光。諸如透鏡、衍射光柵、光導管、分束器等的光學元件可從多個光源取光并形成可投射到傳感器板內的不同多個迥異的光圖案。在一個實施例中，指示筆也可以是諸如激光器的非接觸光源。

單光點實施例

在這項技術的基礎實施例中，指示筆射出單個光線或光錐，它們相對于筆體可能是同軸的。單個光束將造成該圖案沿傳感器板側的簡單的、點狀投影，這允許我們推斷出指示筆的位置。圖21示出由簡單的指示筆沿傳感器板的邊緣射出的光點的幾何投影。由線性光傳感器沿其長度檢測到的光的最大值給了我們發光的光點在傳感器板上的幾何投影由此我們能推斷出傳感器位置。

如果指示筆射出錐形光束，它將與傳感器板相交成圓形(如果筆被保持在與表面垂直的位置)或相交成橢圓形(如果筆偏離垂直線地傾斜)。這些相交位置的投影將具有不同的形狀和寬度，以使我們能夠推斷出傾角以及相對于指示筆被保持的傳感器板邊緣的角度。圖22示出由簡單的指示筆沿傳感器板的邊緣射出的光點的幾何投影。由線性光傳感器沿其長度檢測到的光的最大值給了我們發光的光點在傳感器板上的幾何投影由此我們能推斷出傳感器位置。

如圖23所示，如果指示筆射出光錐而不是光線，在光錐與傳感器板相交的位置將形成橢圓。橢圓的投影在一個方向上可能不同于另一個方向上的，這允許我們推斷出指示筆的傾斜。

多光點實施例

如果指示筆在傳感器板上投射多個圖案，則這些圖案沿傳感器板側面的投影可用來推斷指示筆的位置、傾斜和轉角。如圖24所示，如果兩個投影都比在筆垂直于傳感器板保持的情形下我們預期的寬度更寬并且尺寸仍然近乎相等，則指示筆可能相對于傳感器板邊緣的方向以45°角傾斜。投影的寬度可用來推斷與垂直方向的傾角。投影越寬，傾斜越大。

參見圖25，如果指示筆繞其圓周射出多個圖案的光，則它們沿傳感器板的邊緣的投影能允許我們推斷出傳感器傾斜以及繞其軸線的旋轉，還有指示筆接觸傳感器板的位置。必須仔細地選擇由指示筆投影的圖案的數目和排列。例如，圖案不應當在指示筆的圓周周圍均勻地間隔，因為這可能使指示筆的多個轉角沿傳感器板的邊緣具有相同投影的光圖案。即便如此，盡管指示筆的絕對旋轉可能無法一直被測量，但能夠測量小的相對旋轉，這仍然能向用戶接口提供有用的信息。從其射出的圖案的幾何投影推斷筆位置、傾斜和轉動的最直接方式可以是：測量很多的指示筆位置、傾斜和旋轉的投影，并隨后將它們投影并在這些投影之間進行插值以從這些投影回推得到指示筆參數。在A和B示出的兩個指示筆圖案是相同的，除了指示筆已經更遠地移動至右下方并順時筆地轉過45°。

太陽盲(solar blind)UV

太陽光包含許多光波長，并且這些光波長可能與指示筆系統的操作形成干擾，如果指示筆系統用于太陽光下。較為有利的是，指示筆在一波長射出光，該波長或者在地表經歷的太陽光譜中不存在或者非常弱。一種可能性是指示筆射出紫外太陽盲區中的光，其中地球大氣中的氧吸收絕大部分或全部的這些波長。在UV譜的太陽盲區部分中發光的LED在市場上有售。

可對來自可能撞擊到指示筆系統并阻止其使用的其它源(自然的或人造的)的光波長作出相同的論證。

多指示筆實施例

如果希望同時地使用多個筆，則必須使用一種方法來消除這些信號彼此之間的岐義。例如，可使用時分復用技術，在這種情形下，每個指示筆取一輪射出的圖案(例如圖20所示)到傳感器板內。

多個筆也可使用不同的方向改變裝置，以使每個方向改變裝置在不同波長下射出并且這些不同的波長在方向改變裝置之后能夠由線性光傳感器作出區分。

在某些實施例中，所有筆在同一時間以相同波長發光，并在它們被使用時使用對筆可能和大概的軌跡的知曉在軟件或固件中消除它們對沿傳感器板側面的幾何投影的貢獻的岐義。

用戶、手和物體辨別

上文描述的是電容性FDM、CDM或FDM/CDM混合觸摸傳感器的各種實施例，其可以與本公開的正交信令觸摸用戶、手和物體辨別系統和方法關聯使用。在此傳感器中，當來自排的信號耦合到列并且在該列上被接收時，觸摸被感測。

參考圖25，在上文描述的正交信令觸摸傳感器中，當用戶用多個手指觸摸時，由于來自一行的信號不僅與觸摸發生的列耦合，也同時和同一用戶的另一個觸摸的列耦合，串擾發生。圖25示出從一個手指通過用戶的身體到另一個手指的串擾的路徑。在同一圖中，箭頭示出信號的路徑，白色圓圈示出被感測的觸摸的位置，一級黑色圓圈示出觸摸之間串擾的位置，即，串擾將在觸摸屏上被感測的位置。此串擾信號比“真實”信號更弱，因為來自行的信號當穿過用戶的身體時衰減。

穿過用戶的身體耦合的信號隨著其通過身體衰減。由此，在已經通過此路徑的每個列上被感測的信號比從觸摸本身的每個列上感測的信號顯著地更弱。此區別在從由于此跨越身體的耦合引起的串擾“幻象”觸摸中區分真實觸摸方面是有用的。一般來說，簡單閾值處理接收的信號電平可以區分這些兩個信號強度。

在上面題為“用戶識別技術”的部分中提出的基本方法尋找由單獨用戶的手指之間的信號跳變引起的串擾。如果串擾出現，觸摸認為是來自同一人。如果不是，其被認為是來自多個人。參照圖25，此方法在確定在白色區域中有兩個觸摸后，徐兆黑色圓圈區域中的串擾。當此串擾出現，兩個觸摸被認為是來自同一人。圖26示出由兩個用戶做出的相同的兩個觸摸，每個手指來自一個觸摸觸摸屏的用戶。因為來自每行的信號沒有耦合到全部兩個列，所以觸摸之間將沒有串擾，并且因此在黑色圓圈表示的區域內將沒有串擾出現。相應地，這些兩個點可以識別為來自兩個用戶。

另一個在上面題為“用戶識別技術”的部分中提出的基本方法掃過用于接收的信號的傳感器，并且將信號電平識別為“背景噪聲”、“觸摸”或“串擾”。如果有包括全部兩個觸摸頻率的所識別的串擾信號，兩個觸摸被認為是來自同一用戶。此基本方法忽略了觸摸和串擾位置，并且依賴橫越所識別的觸摸和串擾信號來用串擾頻率匹配觸摸頻率。當與上一段落相比，此基本方法的好處是此方法緩解了識別圖26中描繪的黑色區域的需求。每當對于進一步消除歧義的需求產生，串擾和手指位置可以被考慮。

然而，問題隨著某些觸摸配置產生，在這些配置中串擾可能是不明確的。簡單的示例是兩個手指共享X或Y，如圖27所示。這兩個觸摸難以識別，因為發生在點之間的串擾被觸摸自身所掩藏。即，在此配置中，無法說出這些觸摸是來自同一人還是多個人。如果觸摸來自同一人，任何串擾將產生與相對的觸摸點產生的信號一致的信號——因此不能直接地判定信號是由串擾產生而不是實際的觸摸事件。

對應上面剛剛描述的問題的可能的解決方案是對每個觸摸檢查多個頻率。當兩個或更多個頻率被測量時，觸摸是通過更大量值的頻率被識別并且與基于在觸摸信號中出現的次級、更小強度的頻率的其他觸摸相關。

參考圖28，在本文公開的辨別技術的實施例中，觸摸屏和/或處理器被修改以便在每行和每列上產生正交信號，并且來感測在每行和每列上的全部信號。通過將信號從一行耦合到一列或從一列耦合到一行的用戶的手指，觸摸感測以如上文描述的相同的方式發生。然而，從耦合行到列的串擾和耦合列到行的串擾二者，該系統現在可以將觸摸分組。

為了判定觸摸位置，除了感測從行到列和列到行的耦合之外，在實施例中該公開的系統能夠感測行到行的耦合和列到列的耦合。根據上文在標題“用戶識別技術”之下所描述的之前的系統和方法，在一個手指觸摸中，沒有由其他行感測的來自行的信號。類似地，沒有由其他列感測的來自列的信號。考慮到每行和每列將不得不忽略其產生的信號，由于它將呈現得非常“響亮”，例如，強。同時考慮到當有觸摸時行可能見到其相鄰行，由于手指大到足以跨越多行。

當用戶用兩個或更多手指觸摸觸摸屏時，他沒有將信號從一行耦合到其他行，以及信號從一列耦合到其他列。此行之間和列之間的串擾類似于行/列對之間的串擾，并且可以用來判定多個觸摸是由同一用戶產生。圖29示出從一行到另一行的一個此類路徑。在此情況中，單一用戶在顯示器上做出兩個觸摸，并且該信號從一行通過他們的身體到達另一行。

根據圖29，在一列上產生的信號通過用戶的身體耦合到其被感測的另一列。當信號從行到行或列到列的耦合，可以判定兩個觸摸來自同一用戶。為了清晰，此圖僅示出一條信號路徑，但對于從相反方向傳輸的信號相同的路徑出現，同樣對于行到行串擾，同樣之前描述的行到列以及列到行的耦合。

圖30是圖29的變型，其中信號通過用戶的手而不是手之間耦合。根據圖30，在一列上產生的信號通過用戶的身體耦合到其被感測的另一列。

圖31示出兩個不同用戶做出的兩個接觸。在此情況中，由于沒有用于信號在用戶之間傳輸的路徑，沒有行到行的耦合或列到列的耦合。沒有耦合，這些兩個點可以被認為是來自兩個獨立的個體。

在實施例中，處理器、電路或其他硬件用來判定多個點是否來自同一人的一只手、兩只手，或來自多個人的觸摸。信號通過身體的衰減因使用的手的數量和信號必須傳輸的距離而不同。受啟發地，一只手上的從指頭到指頭的衰減將小于同一人的兩只不同手的從指頭到指頭的衰減，其將小于從一個人的指頭到不同人的指頭的衰減。處理器、電路或其他硬件可以用串擾的強度來區分兩個或更多個觸摸事件，諸如通過區分將兩手手勢與一手手勢，區分由不同用戶創建的兩個觸摸事件，區分被動物體與手，識別被動物體是否被用戶觸摸、改善手掌排除以及改善意外觸摸排除。

通過擁有多個閾值，可以判定例如是否兩個觸摸來自一只手、同一人的兩只手、或不同人的手。在實施例中，當使用觸敏設備時，此閾值被適應性地設置。

應該注意的是判定觸摸的物理源(手、用戶等)不需要在輸入的每幀上發生。事實上，可以隨著在設備上做出的特定的觸摸每隔一段時間地不頻繁地發生。在某些實施例中，可能從性能、功率或其他出發點來期望恰當地限制此檢查。例如，當用戶第一次做出接觸，可以通過有意地檢查僅一次來完成。可替代地，用戶區別檢查可以在比傳感器更慢的周期上檢查(例如，每n幀檢查一次，或每m毫秒檢查一次)。相反地，用戶區別可以與其余的感測過程脫離周期地被檢查。

在一個此類實施例中，系統的復雜性通過將來自行到列和列到行，以及可能地行到行和列到列的發送和接收的時分復用而降低。在此實施例中，相同的正交信號產生硬件和信號接收硬件可以被時分復用，通過高速開關的使用，來在行并且然后列上產生，以及在列并且然后行上接收等等。以此方式，所要求的信號發生器和接收器的數目被顯著減少。

標記

如我們已經描述的，期望能夠以用戶將觸摸接觸‘分組’——理想地，識別來自同一手的接觸，還同時識別同一用戶的接觸。將被本領域技術人員理解的是跨越傳感器設備的掃描周期的觸摸接觸的標記人工地完成。在本發明的實施例中，沒有“掃描”本身，但盡管如此可能被認為是每次輸入幀的陣列被采樣，其可能被認為是用戶與顯示器連續的接觸的區分。從一幀到下一幀的此區分意味著設備必須判定哪個接觸已經保持，以及哪個已經被新的接觸替代。在不同實施例中，本文公開的用戶、手和物體辨別的系統和方法至少有與標記區域的三個相交：需要提供跨幀的標記，改善傳統的接觸的唯一標記，傳統標記的使用來改善用戶的識別。

跨越輸入幀的接觸的標記對于傳統的為觸摸(和非觸摸)輸入建立的用戶接口是嚴格的。例如，如果用戶保持按鈕下按，不應該被激活。兩個連續的輸入幀可以示出在按鈕上的接觸；但其是否是同一個，或者用戶是否提起他們的手指并且將手指放回該設備？如果是前者，按鈕不應該被激活。如果是后者，應該。這個也延伸到連續的手勢：項目的拖拉可能當手指從其抬起時終止；對于拖拉期間的每一幀，系統必須判定：離開之前幀的接觸幾毫米的接觸是在幀之間移動的同一手指嗎，或用戶抬起其手指、終止拖拉、并且現在示圖點擊新項目。

用于接觸的標記的傳統技術包括諸如檢查描述接觸(例如，信號強度)、其形狀、其方向和其與之前接觸的鄰近的信號特征的啟發。雖然本發明實施例可以采用這些傳統方法中的某些或全部，接觸的標記可以通過本文描述的用戶區別技術進一步增強：如果兩個接觸，每個在不同幀中被看到，由不同用戶做出，問題得到解決：這不是相同的接觸。

正如在傳統設備中的用于接觸而產生的一貫的標記，采用本發明的設備將通過屬于同一用戶跨幀的接觸的標記而被增強。這個可以稱為用于接觸的“用戶ID”(UID)。要注意的是UID可以進一步識別手，并且在本文件中“UID”用來指代手被區別的實施例，以及手沒有被區別的實施例。在手被區別的實施例中，一般地UID將識別用戶和手二者。屬于相同用戶的跨幀的接觸的標記將一般地，雖然不是一貫地，附加于傳統觸摸ID之上。在本發明的多數實施例中，接觸的UID被連續地刷新。然而，在某些實施例中，采取步驟來確保UID的持續。

例如，兩個用戶每個將一個手指放下到設備上，兩個唯一的UID將被分配給這些接觸。隨著用戶的手指移動穿過顯示器，這些ID將持續。當每個用戶加入第二個手指，本發明將給這些檢測到的接觸配對，并且給來自每個用戶的新的接觸施加相同的UID。如果一個用戶之后提起其原來的手指，第二手指的UID將持續，而不是產生新的。進一步，如果該用戶做出向該設備的額外的接觸，該UID將持續。一般地，目標不僅是區別用戶之間的觸摸，還盡可能多地將用戶內的觸摸分組。

如上文討論的，在本文公開的辨別系統和方法的某些實施例中，‘掩藏’可以發生，其中兩個接觸(或大約手指檢測)對于同一感測部分(行或列)做出，這阻礙了串擾以及因此用戶ID的檢測。在此實施例中，施加到每個接觸的標記將用來提供UID，通過使用上文描述的技術該接觸跨幀被保持。例如，如果兩個手指觸摸顯示器，并且穿過其表面滑動，輸入的每幀感測該接觸并產生UID。正如跨幀的接觸的標記被如上文描述的UID增強，在此特殊情況中UID的產生也被標記輔助。

當觸摸首先被做出，如在傳統輸入設備中一樣，接觸以使用例如上文所列的技術的跨幀保持的方式被標記。當兩個手指滑過該設備，它們可能同時地與相同的感測行/列接觸。對于用戶與該行接觸期間所產生的輸入幀，沒有UID可以被產生(在沒有采用上文描述的技術的實施例中)。利用本文公開的辨別技術的設備可以產生UID，然而，已知接觸沒有改變(即，接觸“1”仍然是接觸“1”，并且接觸“2”仍然標記為接觸“2”)，并且將UID從早前的幀復制。

應用區域

當前的在移動和固定計算中的多觸摸軟件界面通常不能辨別不同的手是否來自不同用戶或同一用戶。結果是，當解釋接收的用戶輸入的真實意圖時，單用戶和獨顯群件應用程序必須減輕顯著地手勢的不明確性，其不利地限制了應用程序的設計、特征和功能性。本文公開的技術將消除許多對于觸摸和指示筆計算系統的這些限制，這些系統依賴容性感測來檢測觸覺輸入。對于獨顯群件應用程序，其中多個用戶共用同一觸摸輸入表面，計算系統將能可靠地辨別所感測的多個觸摸輸入是否來自同一用戶或不同用戶。此新水平的理解解決了手勢輸入混淆的常見的來源，諸如來自兩個不同用戶的兩個不連續的單個觸摸拖拉事件以及由來自同一用戶的兩個手指所觸發的捏拉縮放事件。在移動分開的任何兩個接觸之前可能已經“縮放”UI的地方，當識別來自不同用戶的兩個接觸時，采用本發明的系統可以替代將物體‘撕’成兩半或進行復制。

物體

用戶手以外的物體可以被識別。被動物體可以通過由描述的技術所識別的多個觸摸被識別。這些多個觸摸可以處于有特征的相對位置，其能夠消除物體彼此間的不確定。在實施例中，一個物體的觸摸點的位置可以處于等邊三角形，而另外的一些形成非等邊三角形、矩形、或可以通過它們的相對位置而被區分的某些其他組的觸摸點。以此方式，物體可以彼此區分，并且它們的相對于觸摸表面的平移和旋轉可以被確定。

在實施例中，觸摸點的間隔不是行或列間隔的簡單的比例，與是簡單的比例相比，其允許物體的平移或旋轉被更精確地測量。

圖32示出物體靜止于傳感器頂部。在實施例中，該物體是被動物體而沒有信號發生器SG。此類物體可以有多個叉齒，該叉齒觸摸或非常接近屏幕并且它們之間電連接。當與用戶一起的情況時，這允許行到行或列到列的耦合以及識別什么觸摸屬于同一物體的能力。物體的識別可以通過識別連接在一起并形成特定圖案的多個叉齒，或通過切換到觸摸表面可以辨認的圖案中的觸摸之間的電連接來實現。因此，當信號從行到行或列到列的耦合，可以判定兩個觸摸來自同一物體。

在實施例中，圖32中示出的物體是配備有信號發生器SG的主動物體，其發射可以在列、行或二者上被檢測。這些信號識別從特定主動設備始發的任何接觸。

在實施例中，主動物體可以通過擁有多個接觸點來實現，這些接觸點根據一個或多個開關連接或非連接。這些開關可以當閉合時候將一個或多個觸摸點連接到一起。開關可以按有特征的圖案打開或閉合，以便將物體彼此區分。

與物體的組合

在某些情況中，可能期望識別當接觸由用戶持有的物體做出。本發明提供對于在此類情況中用戶體驗的進一步的增強。例如，用戶可以用指示筆觸摸屏幕，其可以用于書寫，區別于用手指做出的輸入，用于操作。本發明可以至少提供兩個益處：物體的更早地識別，和由同一用戶和/或握持物體的手所做出的接觸的標記。

利用本文公開的用戶、手和物體辨別技術，產生信號的物體的標記被顯著的減輕。采用本技術的設備可以配備信號發生器來以唯一的頻率產生信號，或以多個設備或觸摸表面可以除此以外唯一辨認的信號所共享的頻率。在某些實施例中，設備可以通過其唯一的頻率，或通過振幅、頻率、或其他已知方法調制的途徑被辨認。通過這么做，用戶可以確保設備將從系統接收被區別開的響應。例如，在繪圖應用程序中，觸摸一支筆到屏幕可以產生藍色墨水，另一個紅色墨水，它們的指頭畫布的轉化。

另外，被區別的物體，一旦被識別，也可以標記為正在被做其他接觸的同一用戶握持。伴隨產生被數字化設備捕捉的信號的主動設備，或伴隨在上述方式中被檢測的被動設備，這是可能的。在任一情況中，由握持該設備的手、或由該用戶身體的其他部位做出的進一步的接觸，以之前所述的相同的方式被區分，在某些實施例中，將用相同的UID標記那些接觸。這可以在許多方面增強用戶體驗。作為示例，該系統可以配置為選擇忽略來自握持該設備的手的觸摸，增強手掌排除，允許用戶在書寫期間安全地將其手靜止于屏幕上，同時用其另一只手給出輸入。

在某些實施例中，設備可以配置為發射兩個或更多個不同信號：至少一個用于設備的辨認，并且至少一個已經描述的用于耦合到用戶。作為示例，指示筆可以在其尖端處產生一個信號用于定位感測，并且在筆身周圍產生不同的一個信號用于用戶配對。在又一其他實施例中，物體可以僅為配對的目的而產生信號(諸如本文所描述的手表、或其他被動指示筆)。

在實施例中，設備可以配置以便物體使用戶區別跨越輸入幀的保持。例如，在某些實施例中，如果用戶準備佩戴手表、握持筆、或攜帶移動電話，其產生本文所述類型的信號的，它們的到設備的觸摸將攜帶該信號。因此，相隔數秒、數分鐘、數天、或數年所做出的觸摸對于來自相同用戶可以是已知的(或者，對于擁有來自與該設備接觸的用戶的二者已知)。

當前系統和方法已在前面參照用于在快速多觸摸傳感器中的用戶、手以及物體辨別的方法和設備的框圖和操作示圖進行了描述。應該理解，框圖或操作說明中的每一個框，以及框圖或操作說明中的方框的組合，可以通過模擬或數字硬件和計算機程序指令來實現。這些計算機程序指令可以被提供到通用計算機、專用計算機、ASIC，或其他可編程數據處理設備的處理器，以便通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令實現在框圖或操作框所指定的功能/動作。在某些可選實施方式中，在框中所指出的功能/動作可以不按照操作說明中所說明的順序發生。例如，取決于所涉及的功能/動作，連續示出的兩個框實際上可以基本上同時執行，或者這些框有時可以按相反的次序來執行。

雖然已經參照優選實施例具體示出和描述了本發明，但本領域內技術人員可在形式上和細節上對其作出多種改變，而不背離本發明的精神和范圍。