在电容传感器上定位有源触控笔的制作方法

一些触摸传感器从诸如触控笔之类的外部输入机制接收输入。为了便于与触控笔进行交互，触摸传感器可通过扫描其感测区域来获得触控笔邻近度以尝试定位触控笔。例如，电容触摸传感器可扫描多个电极以获得来自邻近触控笔的电容影响。

附图简述

图1示出了示例显示系统。

图2示出了示例触摸传感器。

图3示出了示例单元内触摸传感器。

图4示出了示例有源触控笔。

图5示出了示例触摸帧序列。

图6a-6e示出了相应触摸帧的示例。

图7示出了例示用于操作具有电容触摸传感器的显示系统的示例方法的流程图。

图8示出了示例计算设备的框图。

详细描述

如上文所描述的，一些触摸传感器从诸如触控笔之类的外部输入机制接收输入。为了便于与触控笔进行交互，触摸传感器可通过扫描其感测区域来获得触控笔邻近度以尝试定位触控笔。例如，电容触摸传感器可扫描多个电极以获得来自邻近触控笔的电容影响。

在许多情况下，系统设计必须在触控笔位置准确度和触摸扫描频率之间进行权衡。触摸传感器可通过在触摸帧中将更多时间花费在感测触控笔位置上来提高触控笔位置准确度。然而，增加的扫描持续时间可能会降低更新频率并在触控笔和触摸传感器之间的交互中引入延迟。这可能会因在触控笔输入和所得到的输出(例如，在与触摸传感器操作地耦合的显示设备上图形内容的显示)之间导致明显的延迟而降低用户体验。另一方面，虽然从速度的观点来看是理想的，但减少的扫描持续时间可能会降低位置准确度。

因此，本文公开了用于改进依赖于在电容触摸传感器上定位有源触控笔的操作的实现。一种构想的机制涉及确定有源触控笔相对于触摸传感器的运动矢量。触摸传感器的一部分可基于运动矢量被选择，并以与触摸传感器的其他部分不同的方式被操作。在一个示例中，触摸传感器可将监听操作限制于运动矢量预测触控笔未来将会出现的区域中。监听操作可包括监听来自触控笔的传输。

在一些实现中，有源触控笔和触摸传感器之间的成功交互不仅取决于在触摸传感器处接收触控笔传输，还取决于在触摸传感器的相关部分处接收触控笔传输。如下文进一步详细描述的，触摸传感器可被配置成使得在任何给定时间，其感测区域只有一些部分(而不是全部)可用于接收触控笔传输。如此，监听正确的部分(例如，与触控笔最邻近的部分)中的触控笔传输可能是必要的。为此，本文描述了使触摸传感器能够确定触控笔的运动矢量以预测触控笔的未来位置的各示例。利用预测的未来位置，触摸传感器可(例如，预先地)配置操作以监听预测位置中的触控笔传输。相对于触控笔位置的即时测量，运动矢量可通过考虑未由即时测量捕捉的触控笔运动来增强触控笔定位准确度和监听操作。

图1示出了可基于触控笔运动矢量操作的示例显示系统100。显示系统100包括显示器102和电容触摸传感器104以实现图形输出和输入感测。显示器102可选择性地在朝上方向上发光，以在显示设备的顶部表面106或其他位置处产生可视图像。显示器102可采用液晶显示器(lcd)、有机发光二极管显示器(oled)、或任何其他合适的显示器的形式。

触摸传感器104可以按各种形式接收输入。作为示例，触摸传感器104和相关联的部件可感测来自用户身体的触摸输入，诸如由与显示系统100的顶部表面106接触的人类手指110施加的输入，和/或来自诸如有源触控笔112之类的非手指输入设备的输入。如下文进一步详细描述的，触摸传感器104可(1)从触控笔112接收位置、尖端力/压力、按钮状态和/或其他触控笔状态信息；(2)将信息传送到触控笔；和/或(3)基于所确定的触控笔的运动矢量执行选择性操作。例如，在触摸传感器104处接收的其他形式的输入可包括力/压力、悬停输入、和/或与悬停输入机制相关联的高度。此外，触摸传感器104可同时从多个输入设备(例如，手指、触控笔、其他输入设备)接收输入，在此情况下，显示系统100可被称为“多点触摸”显示系统。为了启用输入接收，触摸传感器104可检测与多个电极的电容相关联的变化，如下文进一步详细描述的。

由触摸传感器104接收的输入可影响显示器102和/或可操作地耦合到显示系统100的计算设备的任何合适方面，并且可包括两维或三维手指输入和/或姿势。作为示例，图1描绘了显示器102与由邻近顶部表面106的手指110和触控笔112所描绘的路径空间对应的图形内容的输出。

耦合到显示器102和触摸传感器104的控制器108可影响显示操作(例如，像素输出、驱动电子设备)和触摸传感器操作(例如，电极驱动和接收)。可与控制器108集成或与控制器108分开提供的合适图像源可提供由显示器102输出的图形内容。例如，图像源可以是显示系统100外部或集成在显示系统100内的计算设备。虽然图1将控制器108示为影响显示器102和触摸传感器104两者的操作，但是可提供单独的显示器和触摸传感器控制器。

显示系统100可以按各种形式被实现。例如，显示系统100可被实现为具有大约1米或更大的对角线尺寸的所谓的“大规格”显示设备，或被实现在具有英寸数量级的对角线尺寸的移动设备(例如，平板、智能电话)中。构想了其他合适的形式，包括但不限于桌面显示监视器、高清电视屏幕、平板设备等。

除了显示器102和触摸传感器104之外，显示系统100还可包括其他组件。作为示例，图1示出了提供用于接收如上文描述的触摸输入的顶部表面106的光学透明触摸片114。触摸片114可包括任何合适的材料，诸如玻璃或塑料。此外，光学透明粘合剂(oca)116将触摸片114的底部表面粘合到显示器102的顶部表面。如本文中所使用的“光学透明粘合剂”指代透射基本上全部(例如，约99％)的入射可见光的一类粘合剂。显示系统100可包括图1中未示出的替换或附加组件，包括但不限于各种光学元件(例如，透镜、漫射器、衍射光学元件、波导、滤光器、偏振器)。

图1描绘了在所谓的“单元内”触摸传感器实现中的触摸传感器104在显示器102内的集成。在此示例中，可操作显示系统100的一个或多个组件以执行显示输出和输入感测功能两者。作为显示器102是lcd的特定示例，相同的物理电气结构可被用于电容感测和用于确定旋转偏振以形成显示图像的液晶材料中的场两者。然而，显示系统100的替换或附加组件可被用于显示和输入感测功能。下文参考图3描述了有关单元内实现的更多细节，图3示出了单元内触摸传感器中的示例。

其他触摸传感器配置是可能的。例如，触摸传感器104可替换地被实现在所谓的“单元上”配置中，其中触摸传感器被直接设置在显示器102上。在示例单元上配置中，触摸感测电极可被布置在显示器102的滤色器基板上。然而，触摸传感器104既不被配置成单元内传感器也不被配置成单元上传感器的实现也是可能的。在此类实现中，例如，可在显示器102和触摸传感器104之间插入光学透明粘合剂(oca)。下文参考图2描述了有关离散触摸传感器实现的更多细节，图2示出了示例行/列触摸传感器。

图2示出了可基于有源触控笔运动矢量执行选择性操作的示例电容触摸传感器200。触摸传感器200包括采用与接收列204垂直地间隔开的传送行202的形式的多个电极。传送行202与接收列204的每个垂直交点形成诸如节点206之类的对应节点，其电属性(例如，电容)可被测量以检测触摸和/或其他输入。触摸传感器200因此表示触摸感测的互电容方式，其中分析各电极之间的相对电属性。虽然出于简明起见，在图2中示出了三个传送行202和三个接收列204，但是触摸传感器200可包括任何合适数量的传送行和接收列，其例如可以在一百或一千的量级上。

每个传送行202被耦合到相应的驱动器208，该驱动器208被配置成利用激励序列驱动对应的传送行。激励序列可以采用时变电压的形式，即当被数字采样时，其包括脉冲序列。脉冲序列可包括二元值(例如，0或1、1或-1)，或者在其他实现中包括三个或更多个值。当应用于传送行202时，激励序列可在对应于传送行和接收列之间的节点的位置处的一个或多个接收列204处感生电流。由于电流可以与它们对应节点的电容成比例，因此测量电流可能能够测量它们的对应电容。在接收列上以及在被配置成接收本文所描述的感生电流的其他电极上感生的电流可被分析以评估节点电容并从而检测触摸输入、和/或执行其他可能的操作。为此，每个接收列204被耦合到相应的接收器220。触摸传感器200中的一组接收器220被统一指定为接收逻辑111。

每个接收器220包括用于对在接收列204处感生的电流进行采样并且以基于相关的方式分析该电流以输入感测的电路。为此，每个接收器200可包括用于对电流进行采样的模数转换器(adc)，以及用于(例如，经由互相关函数)将经采样的电流与参考序列相关从而产生电流的输出反射的相关电路系统。例如，输出可以是数字，将该数字与阈值比较以确定输入机制是否邻近触摸传感器200。在一些示例中，用于驱动电极的驱动信号可形成参考序列的基础。此外，可设计一个或多个参考序列以减轻针对某些操作条件、噪声源、和/或波带的噪声。

在一些实现中，上文描述的传送行202的驱动可以按时间顺序的方式发生。例如，可连续驱动触摸传感器200中的每个传送行202，其中针对每个经驱动的传送行，在一个或多个接收列204处接收所得到的电流。在接收电流时，接收列204可被保持在恒定电压(例如，接地)。对所有传送行202的完整扫描在本文中可被称为“触摸帧”，尽管在其他示例中，触摸帧可以指驱动传送行的子集和/或在接收列204的子集进行接收，或对一组给定行/列进行多次扫描。下文参考图5-6e描述关于触摸帧的附加细节。

如上文所描述的，触摸传感器200可基于有源触控笔的运动矢量选择性地控制触摸感测操作。运动矢量可基于触控笔在一个或多个触摸帧中的多个位置来被计算，并可建议触控笔在未来触摸帧中可能所处于的触摸传感器200区域。如此，触摸传感器200可根据由运动矢量所建议的未来帧中的区域来控制操作。例如，触摸传感器200可采用第一“全部搜索”操作模式，其中整组传送行202和接收列204被扫描以定位触控笔以及其他可能的输入。可针对两个或更多个触摸帧和/或针对一个触摸帧的多个部分重复第一模式，以确定可用于确定运动矢量的那些帧/部分中的相应触控笔的位置。

触摸传感器200可采用第二“局部搜索”操作模式，其中与由运动矢量建议的未来触控笔位置相对应的触摸传感器的一部分以与触摸传感器的其他部分不同的方式被操作。具体而言，触摸传感器200可将对接收列204的扫描定位到所建议的位置的区域中的各接收列。不在所建议的位置的区域中的各接收电极204可在第二模式下免于扫描，这可减少处理时间和功率消耗，且增加扫描频率并降低触控笔交互延迟。如下文进一步详细描述的，触摸传感器200可在局部搜索期间监听与触控笔状态有关的触控笔传输。如此，可能需要当前和未来触控笔位置的知识，使得触摸传感器200被适当地配置以接收触控笔传输。

将理解，触摸传感器200是作为示例提供的，并且可采用其他操作的形式和模式。例如，虽然图2中示出了矩形网格布置，但是电极可采用其他几何布置(例如，菱形图案、网)。替换地或附加地，各电极可采取非线性几何尺寸(例如，弯曲或之字形(zigzag)几何尺寸)，这可使得由电极对底层显示器的遮挡造成的显示伪像(例如，混叠，莫尔图案)的可察觉性最小化。此外，虽然触摸传感器200在本文中被描述成包括取向为水平传送行202和垂直接收列204的电极，但可应用任何合适的取向。例如，电极行可以垂直取向(例如，作为传送列)，而电极列水平取向(例如，作为接收行)。其他取向(包括非直线取向)也是可能的。作为另一示例，一个或多个电极(例如，行、列)可相对于水平和/或垂直轴以倾斜角度取向。

图3示出了可基于有源触控笔运动矢量执行选择性操作的示例单元内触摸传感器300。触摸传感器300包括多个电极(例如，电极302)，每个电极被配置成通过接收电流来检测触摸和/或其他输入。例如参考单元内和单元上实现，多个电极在本文中被称为多个“感测点(sensel)”。为了实现感测点充电和接收所得的输出，感测点可操作地耦合到驱动逻辑304和接收逻辑306。经由驱动逻辑304，可利用激励序列选择性地驱动每个感测点，并且经由接收逻辑306，分析由此类驱动和其他条件(例如，手指输入)感生的电荷以执行输入感测。触摸传感器300因此表示触摸感测的自电容方式，其中测量感测点本身，而非相对于触摸传感器中的另一电极的电气属性。

由于触摸传感器300的典型实现中包括相对大量的感测点，出于简明/清楚起见，图3中示出了有限数量的感测点。下面描述的各示例构想了其中触摸传感器300包括20000个感测点的特定配置——例如，当在大规格显示设备中实现时。然而，触摸传感器300可包括任何合适数量的感测点。

在诸如上文所参考的具有20000个感测点的示例中，各感测点可被布置成100行和200列。虽然可能希望通过同时测量每个感测点处的电容来最大化感测频率，但这将需要提供大量的处理和硬件资源。特别地，接收逻辑306中的20000个接收器将需要在每个感测点处执行全粒度、同时的自电容测量。如此，可能需要采用部分粒度、多路复用的自电容测量方式来降低接收逻辑306的体积。具体而言，如下文所描述的，在触摸帧的过程中，可经由时间多路复用，将一次只能服务触摸传感器的一部分的接收逻辑连续连接到触摸传感器的不同部分，以服务整个触摸传感器300。

图3例示了触摸传感器300中的部分粒度自电容测量的一个示例方式。在此方式中，感测点被分组为水平带310a-310j，水平带310a-310j各自具有十行感测点。自电容测量经由多路复用器312进行临时多路复用，其中在触摸帧中为每个带310分配相应的测量时隙。因此，接收逻辑306可包括多个接收器，其等于给定带310中感测点的数量——例如，2000个接收器。例如，各接收器可在第一时隙中被连接到一个带，然后在下一个时隙中被连接到下一个带，并依此类推。将理解，上述分组、带、感测点数量等只反映了许多可能实现中的一种。不同数量的感测点可被使用；分组的形状和布置可能与所描绘的示例不同；等等。此外，类似的多路复用可被用于驱动多个感测点，使得各感测点被布置于在触摸帧的对应时隙中被分别驱动的各子集中。

触摸传感器300可采用各种操作模式来影响感测点操作。在一种模式中，可驱动全部感测点以执行输入感测，这可以简化驱动逻辑304。此外，驱动逻辑304可在操作模式期间应用单个激励序列、在该模式期间应用不同激励序列、或可采用具有不同激励序列的多个模式。

如上文所描述的，触摸传感器300可基于有源触控笔的运动矢量选择性地控制触摸感测操作。为了确定运动矢量，触摸传感器300可采用第一“全部搜索”模式。可针对两个或更多个触摸帧和/或针对一个触摸帧的多个部分重复全部搜索模式，以确定可用于确定运动矢量的那些帧/部分中的相应有源触控笔的位置。在一个示例中，触摸传感器300在触摸帧中分配用于在每个带310中进行全部搜索的时隙。虽然触摸传感器300可在全部搜索时隙期间驱动所有感测点，但是可在该时隙期间经由将单个带310多路复用到接收逻辑306来在该单个带310中感测输出，如上文所描述的。因此，触摸传感器300可对触摸帧中的每个带310进行全部搜索以感测跨整个传感器的输入。

利用经由全部搜索确定的运动矢量，触摸传感器300可采用第二“局部搜索”模式，其中与由运动矢量建议的未来触控笔位置相对应的触摸传感器的一部分以与触摸传感器的其他部分不同的方式被操作。例如，触摸传感器300可将由运动矢量建议的特定带310多路复用到接收逻辑306，以在该带中执行输入感测。特定带310中的局部搜索可因此省略其他带，这可增加扫描频率并降低触控笔交互延迟。然而，在其他示例中，触控笔运动矢量可建议两个或更多个带310来作为未来的触控笔位置，这可促使在那些带中进行局部搜索。如下文进一步详细描述的，触摸传感器300可在局部搜索期间监听与触控笔状态有关的触控笔传输。如此，可能需要当前和未来触控笔位置的知识，使得触摸传感器300被适当地配置以接收触控笔传输。

虽然在上文中被描述为单元内或单元上触摸传感器，但是还构想了其中触摸传感器300既不被配置成单元上触摸传感器也不被配置成单元内触摸传感器的各实现。例如，触摸传感器300可被提供为被显示系统100中的插入元件与显示器102分离的离散触摸传感器。

现在转到图4，示出了示例有源触控笔400，触摸传感器200和/或300可为该有源触控笔400确定运动矢量。触控笔400包括电极尖端402，电容信号可通过该电极尖端例如以静电场的形式被传送和/或接收。通过电极尖端402接收的电容信号可被路由到接收逻辑404，接收逻辑304可将电容信号与参考序列相关以接收触摸传感器通信、评估噪声条件、和/或执行其他操作。

触控笔400进一步包括用于传送电容信号的传送逻辑406。具体而言，传送逻辑406可导致激励序列施加到电极尖端402，这可能会在邻近的触摸传感器处感生电容信号。在一些操作时段期间，触控笔400可以按定位信号的形式传送激励序列，该定位信号被设计成使得触摸传感器能够确定触控笔的位置。在一些示例中，(例如，为了简化驱动/接收方案)定位信号可在触摸传感器处感生输出，该输出类似于由手指触摸感生的输出，但极性相反。此外，其中传送定位信号的时段可对应于上文描述的第一全部搜索模式中的触摸传感器操作。

触控笔400可在触摸传感器以上文描述的局部搜索模式操作的时段期间传送有关触控笔状态信息的数据。触控笔状态信息可包括有关触控笔标识符、电池电平、固件版本、电极尖端402处的力/压力、按钮状态的数据和/或其他数据。在一个示例中，触摸传感器首先使用全部电极来定位触控笔400，并然后使用通常被定位到所确定的触控笔位置的相对较小的电极子集来监听来自触控笔的传输。如下文进一步详细描述的，触摸传感器可在触摸帧中进行全部搜索和局部搜索之前传送同步信标，使得触控笔400获得触摸帧的时序以及何时传送定位序列和触控笔状态信息的知识。

在一些示例中，触控笔400可尝试确定其相对于触摸传感器的位置。然而，当在对整个触摸传感器施加共同激励序列的模式下操作时，触摸传感器可以在其整个表面上看起来相同，致使触控笔无法确定其相对位置。因此，触摸传感器(例如，触摸传感器200和/或300)可将两个或更多个不同的激励序列应用于其电极。作为参考触摸传感器300的特定示例，相应的激励序列可被应用于每个带310。这可允许触控笔400确定其邻近的特定带310，从而触控笔400可将定位序列传送到触摸传感器300。触控笔400可接收附加信息，利用该附加信息进一步细化其相对位置。

触控笔400进一步包括逻辑机408，该逻辑机408执行由存储机410保持的指令以实现本文描述的方式。诸如电池之类的电源412向触控笔400的组件提供电力。触控笔400可包括未在图4中示出的替换或附加组件，包括但不限于一个或多个按钮、电极端、布置在触控笔主体中的一个或多个电极、以及用于确定与电极尖端402的偏转相关联的力/压力的力传感器。

为了例示基于有源触控笔的运动矢量的触摸传感器的选择性操作，图5示出了示例触摸帧序列500。序列500包括三个连续的触摸帧502a-c，三个连续的触摸帧502a-c中的每一个与具有有源触控笔506的触摸传感器504的交互状态相对应地示出。出于简明起见，触摸传感器504被示为具有六个水平感测点带，该六个水平感测点带各自在触摸帧的相应时隙期间被多路复用到接收电路系统。然而，本文描述的方法可适用于具有任何合适数量的水平感测点带的触摸传感器(例如，如触摸传感器300中的十个带)，或适用于其他电极分组(例如，垂直、直线、非直线、不规则、非欧几里得)。如此，本文描述的方法还可被适用于非基于感测点的触摸传感器，诸如行/列触摸传感器200。

触摸帧序列500包括第一触摸帧502a，其开始于同步信标508a从触摸传感器504传输到有源触控笔506。如上文所描述的，同步信标508a使得触控笔506能够获得有关触摸帧502a的时序的知识。在传输同步信标508a之后，触摸传感器504在触摸传感器的第一带中进行全部搜索510a，从而揭示触控笔506与第一带的邻近度。全部搜索510a因此在触控笔506最初被揭示为存在于其中的第一带中促使局部搜索512a，如514a处所指示的。触控笔506可在局部搜索512a期间传送如上文所描述的状态信息，其时序经由接收同步信标508a而已知。如在516a处所指示的，触摸传感器504的多个感应点在局部搜索512a期间被驱动，并且可能在全部搜索510a和/或同步信标508a的传输期间被驱动。

全部搜索510a和局部搜索512a可在触摸帧502a中的任何合适时间发生。例如，全部搜索510a可以是触摸帧502a内的多个全部搜索中的第一个全部搜索，并且可在触摸传感器504的第一带处进行。触摸帧502a可包括后续全部搜索，例如分别在触摸传感器504的带2-6中进行的五个附加全部搜索。如果任何附加全部搜索揭示存在输入机制，则后续局部搜索可然后在对应带中进行。

构想了本文描述的触摸传感器可根据其来操作的其他触摸帧结构。简要参考图6a-e，图6a示出了示例触摸帧600，在该触摸帧600中在执行局部搜索之前，在触摸传感器504的每个带中连续进行全部搜索。在标识在其中执行局部搜索的带之前，考虑触摸帧600中所有全部搜索所得的结果(即，扫描整个触摸传感器504所得的结果)。在此示例中，第一触摸帧502a的全部搜索510a可以是在触摸传感器504的最后一个带中进行的第六次和最后一次搜索，在第一带中执局部搜索512a之前，将考虑在带1-5中进行的五次先前全部搜索的结果。因此，在一些示例中，全部搜索510a可以不是标识对应于触控笔506的第一带的特定全部搜索。图6b示出了另一示例触摸帧602，其中两个连续的全部搜索(例如，在连续的带中)与单个带中的局部搜索交织。图6c示出了又一示例触摸帧604，其中在执行至少一次搜索之后而不是在触摸帧的开始处传送同步信标。

图6d示出了再一示例触摸帧606，其例示了单个触摸帧内的两个或更多个同步信标的传输。可基于确定即时噪声条件(例如，由触控笔接收到的信号中的噪声可能超过噪声阈值)在单个触摸帧内重新传送同步信标。图6e示出了第五示例触摸帧608，其中第一搜索是触摸传感器504的特定带中的局部搜索。如下文进一步详细描述的，在先前触摸帧中确定的触控笔506的运动矢量可预测其未来在触摸帧608期间在特定带中的存在。如此，触摸传感器504可能会在预测的带中开始在触摸帧608中进行感测，因为很可能会在那里找到触控笔506。

返回图5，触摸帧序列500进一步包括第二触摸帧502b。触摸帧502b开始于同步信标508b，其后是全部搜索510b和在触控笔506现在邻近的触摸传感器504的第二带中的局部搜索512b，如在514b处所指示的。全部搜索510b或触摸帧502b中的一个或多个其他全部搜索可促使在第二带中的局部搜索512b。如在516b处所指示的，在全部搜索510b和/或局部搜索512b期间驱动触摸传感器504的多个感测点。

图5例示了以第一和第二模式操作触摸传感器504的方式。在第一模式(例如，执行全部搜索510)中，触摸传感器504标识对应于触控笔506的位置的传感器部分(例如，带)。触摸传感器基于所标识的部分接合第二模式(例如，执行局部搜索512)，以在所标识的部分处而不是在触摸传感器的其他部分处执行与触控笔506的静电交互。因此，在其中进行局部搜索的触摸帧部分在本文中被称为“触控笔交互子帧”。如上文所描述的，第一模式可揭示触控笔506相对于触摸传感器504的x/y位置，使得对应于该x/y位置的触摸传感器的一部分被选择并被操作以在所选部分处接收触控笔状态信息，诸如标识信息、电池电平、按钮状态信息等。

在第一和第二触摸帧502a和502b中分别标识出触控笔506的两个位置的情况下，触摸传感器504基于所标识的位置确定触控笔的运动矢量518。运动矢量518表示触控笔506在第一和第二触摸帧502a和502b之间的运动，并可被用于外推未来的触控笔位置/运动学变量，如下文所描述的。本文使用的“运动矢量”可以指数学领域中已知的典型矢量，并且可包括一个或多个基矢量或轴(例如，笛卡尔x和y)的相应元素或幅度。在下文描述的其他实现中，本文使用的“运动矢量”可以指由触摸传感器确定的触控笔的一个或多个运动学变量(例如，位置/坐标、速度/矢量速度、加速度)。

对运动矢量的确定可考虑任何合适数量的触摸帧。例如，在触控笔运动的历史中可考虑五个、十个、二十个等触摸帧(无论是连续的还是被其他触摸帧分开的)。作为另一示例，触摸传感器504可基于在单个触摸帧中标识的两个或更多个触控笔位置(例如，经由单个触摸帧中的相应全部搜索来确定的两个或更多个位置)来确定运动矢量。在选择用于确定触控笔运动矢量的触摸帧的数量时可考虑启发式知识。例如，对于触摸传感器504的一些配置，触控笔506的运动学属性(以及触控笔的人工操作)可使其在单个触摸帧内的运动可忽略不计，使得在确定运动矢量时需要使用多个触摸帧。

可使用任何合适方法来确定运动矢量518并使用该运动矢量外推运动学变量。在一个示例中，外推可考虑在不同帧中确定的触控笔坐标。继续参考图5，触摸传感器504可确定在第一触摸帧502a中触控笔506的x和y坐标x(n-1)，y(n-1)，以及在第二触摸帧502b中触控笔的x和y坐标x(n)，y(n)。变量n指的是在第一时间(例如，在第二触摸帧502b期间)作出的样本或确定，而n-1指的是在第一时间之前的另一时间(例如，在第一触摸帧502a期间)作出的样本或确定。然后，这两个坐标对之间的时间差可被计算为在第二触摸帧502b中扫描触摸传感器504的第二带的时间与在第一触摸帧502a中扫描第一带的时间之间的差(例如，取绝对值)。然后，触控笔506在x方向上的速度可被估计为vx(n)＝(x(n)–x(n-1))/dt，而在y方向上的速度可被估计为vy(n)＝(y(n)–y(n-1))/dt。由于利用所估计的触控笔506的x和y速度预测的触控笔运动学变量可能包括噪声(例如，至少部分地由于触摸传感器504进行的电容测量中的噪声)，和/或因为触控笔速度可能缓慢变化，触摸传感器可以使用平滑法来外推变量。例如，触控笔506的x和y速度vs,x(n)、vs,y(n)可分别相对于非平滑的x和y速度vx(n)、vy(n)和相对于经平滑的先前的x和y速度vs,x(n-1)、vs,y(n-1)被估计为经平滑的速度,为vs,x(n)＝αx*vx(n)+(1-αx)*vs,x(n-1)和vs,y(n)＝αy*vy(n)+(1-αy)*vs,y(n-1)，其中αx和αy可能分别是在x和y方向上估计的触控笔加速度的函数。

在外推触控笔506的运动学变量的另一示例中，触摸传感器504可采用卡尔曼滤波器。例如，触摸传感器504可定义状态矢量s＝(x,y,vx,vy)’，其中x和y分别代表触控笔506的x和y坐标，并且vx和vy分别代表触控笔的x和y速度(例如，如上所述确定)。触摸传感器504可进一步定义协方差矩阵p(n)(例如，在此示例中为4×4矩阵)，其测量在时间/帧n处的触控笔状态估计的不确定性。然后，可在预测步骤中基于先前估计将触控笔506的当前位置和速度预测为s’(n)＝f*s(n-1)，其中f是4×4矩阵，其中行1的元素是(1,0,dt,0)、行2的元素是(0,1,0,dt)、行3的元素是(0,0,1,0)、且行4的元素是(0,0,0,1)。dt可以是在n和n-1处进行的采样/确定之间(例如，在连续的触摸帧之间)的时间差。协方差矩阵p’(n)可相对于先验协方差矩阵p(n-1)被确定为p’(n)＝f*p(n-1)*ft。ft是矩阵f的转置。然后，在测量步骤中，触摸传感器504可以按状态矢量z(n)＝(xm(n),ym(n),0,0)’的形式在时间/帧n处估计触控笔506的状态，其中(xm(n),ym(n))是经由触摸传感器处的电容感测估计的触控笔位置。触摸传感器504可将触控笔状态估计细化为s(n)＝s’(n)+k(z(n)-hs’(n))，并将协方差矩阵细化为p(n)＝p’(n)–k*h*p’(n)。h是4x4矩阵，其中行1的元素是(1,0,0,0)、行2的元素是(0,1,0,0)、行3的元素是(0,0,0,0)、且行4的元素是(0,0,0,0)。k是卡尔曼滤波器增益，其中k＝p’(n)*ht*(h*p’(n)*ht+r(n))-1，其中r(n)是所估计的状态矢量z(n)的协方差矩阵(例如，估计z(n)的不确定性)，其可基于触摸传感器504处的电容感测来估计。例如，更大的电容输出可能会导致更高的snr，并从而降低不确定性。

触摸传感器504可使用上文描述的技术(例如，基于上述运动学变量中的一者或多者)和/或其他合适的方法，使用运动矢量518来估计触控笔506在第二触摸帧502b之后的未来触摸帧中的位置。在图5描绘的示例中，触摸传感器504(例如，通过外推运动矢量518)估计触控笔506将占据与第三触摸帧502c中的第三带相对应的位置。基于经由运动矢量518估计的位置，触摸传感器504选择将以与触摸传感器的其他部分(带)不同的方式对其进行操作的触摸传感器部分(与估计的位置对应的第三带)。具体而言，在第三触摸帧502c中的第三带中进行局部搜索512c以执行与触控笔506的静电交互来接收触控笔状态信息，如514c所指示的。局部搜索512c之前可以是在相同或其他带(例如，第一带)中的全部搜索510c，如图5所示，或者在其他示例中可以是在触摸帧502c中执行的第一搜索，如上文在触摸帧608中描述的。如在516c处所例示的，触摸传感器504的多个感应点在局部搜索512c期间被驱动，并且可能在全部搜索510c和/或同步信标508c的传输期间被驱动。

还构想使用运动矢量来估计在其中矢量被确定的同一触摸帧中的触控笔位置。具体而言，通过在一个触摸帧中(或在两个或多个触摸帧中)分别进行完全搜索而确定的两个或更多个触控笔的位置可能导致对运动矢量的确定。基于运动矢量，可估计在用于确定运动矢量的最终全部搜索之后，在未来的触控笔交互子帧期间，触控笔506可能所在的未来位置。触摸传感器504可然后选择将利用其在触控笔交互子帧期间执行与触控笔506的静电交互的与估计位置相对应的触摸传感器部分。如上文所描述的，触摸传感器504可在触控笔交互子帧期间采用第二操作模式(例如，局部搜索)。

触摸传感器504可在选择用于执行与触控笔506的静电交互的触摸传感器部分时考虑运动矢量518的准确度。具体而言，触摸传感器504可基于运动矢量518的准确度改变所选部分的大小，使得在运动矢量的准确度较高的情况下，所选部分被标识为具有较小的大小，而在运动矢量的准确度较低的情况下，所选部分被标识为具有较大的大小。例如，在运动矢量的准确度较高(例如，高于阈值准确度)的情况下，触摸传感器504可选择单个带以供局部搜索。在运动矢量的准确度较低(例如，低于阈值准确度)的情况下，触摸传感器504可选择两个或更多个带以供局部搜索——例如，触控笔506被怀疑最邻近的带和一个相邻带，或者触控笔506被怀疑最邻近的带外加上方和下方的两个相邻带。替换地或附加地，可基于信号snr(例如，定位触控笔506的信号的snr)来评估运动矢量准确度。

在一些示例中，运动矢量518的准确度可以至少是触控笔506的运动特性的部分函数。例如，如果触控笔506经常在用于确定运动矢量518的触摸帧或帧部分内改变方向，则运动矢量可能被视为较不准确。通常，正弦、不规则和/或随机的触控笔运动可能会导致较不准确的运动矢量。相反，在基本相同的方向上的一致的触控笔进展可能会导致较准确的运动矢量。

图7示出了例示用于操作具有电容触摸传感器的显示系统的示例方法700的流程图。例如，方法700可在显示系统100处执行，和/或与触摸传感器200、触摸传感器300、和/或触摸传感器500结合执行。

在702处，方法700包括在多个连续重复的触摸帧上操作触摸传感器。触摸帧可采用各种合适的形式，诸如触摸帧502、600、602、604、606和/或608的那些形式，并可包括同步信标、全部搜索、和局部搜索中的一者或多者。触摸帧可包括驱动多个电极(例如，传送行、感测点)和在多个电极(例如，接收列、感测点)处进行接收。例如，在全部搜索期间可驱动多个电极中的所有电极，而在局部搜索期间(在触控笔交互子帧期间)可驱动相对较小的电极子集。在全部搜索期间，触摸传感器可对一个或多个输入机制进行定位。在局部搜索期间，触摸传感器可监听来自诸如触控笔400和/或506之类的有源触控笔的触控笔状态信息。

在704处，方法700包括利用触摸传感器，在每个触摸帧中，感测来自用户身体的触摸输入。触摸输入可包括与显示系统接触的手指输入、多个触摸输入、和/或悬停输入。感测触摸输入可包括感测在一个或多个电极处由用户身体引起的电容影响。

在706处，方法700包括利用触摸传感器，确定有源触控笔相对于触摸传感器的运动矢量。确定运动矢量可包括在708处标识触控笔在一个或多个触摸帧中的每一个中的相应位置，和/或在710处接收在触摸传感器的一个或多个电极处的输出。例如，可在单个触摸帧中或跨多个触摸帧确定两个或更多个触控笔位置。可使用任何合适的求平均、统计和/或其他方法来确定运动矢量。确定运动矢量可包括在712处以第一模式操作触摸传感器来基于有源触控笔的位置标识触摸传感器的所选部分，并且基于对所选部分的标识以第二模式操作触摸传感器来在触摸传感器的所选部分而非其他部分处执行静电交互。第一模式可包括在多个电极处进行全部搜索，并可标识与触控笔的位置相对应的部分(例如，感测点带)。第二模式可包括在所标识的部分(例如，感测点带)处进行局部搜索，并可包括接收触控笔状态信息。第二模式可包括接收在电极子集处的输出和/或将所选部分多路复用到触摸传感器的接收电路系统。

在714处，方法700包括基于运动矢量估计有源触控笔的位置。运动矢量可在第一触摸帧中被确定，并且触控笔位置可基于运动矢量在第一触摸帧之后的第二触摸帧中被估计。触控笔位置估计可包括外推运动矢量和/或任何其他合适的估计方法。

在716处，方法700包括，在各触摸帧中的每一个触摸帧中，对于该触摸帧中被分配用于在有源触控笔和触摸传感器之间执行静电交互的触控笔交互子帧，基于运动矢量选择触摸传感器的一部分。如在718处所指示的，所选部分可对应于触控笔的估计位置。在720处，选择该部分可包括在触控笔交互子帧期间以第二模式(例如，局部搜索)操作触摸传感器。在722处，选择该部分可包括基于运动矢量的准确度来改变所选部分的大小。例如，在运动矢量的准确度较高的情况下，所选择的部分被标识为具有较小的大小，而在运动矢量的准确度较低的情况下，所选择的部分被标识为具有较大的大小。例如，可基于触控笔的运动特性和/或信号snr来评估运动矢量准确度。

在724处，方法700包括在每个触控笔交互子帧中，以与触摸传感器的其他部分不同的方式操作触摸传感器的所选部分以执行静电交互。在726处，不同地操作所选部分可包括将触摸传感器的接收电路系统多路复用到所选部分而非其他部分。操作所选部分可包括监听触控笔状态信息的传输。

在一些实施例中，本文中所描述的方法和过程可以与一个或多个计算设备的计算系统绑定。具体而言，这样的方法和过程可被实现为计算机应用程序或服务、应用编程接口(api)、库、和/或其他计算机程序产品。

图8示意性地示出了可执行上述方法和过程中的一个或多个的计算系统800的非限制性实施例。以简化形式示出了计算系统800。计算系统800可采取以下形式：一个或多个个人计算机、服务器计算机、平板计算机、家庭娱乐计算机、网络计算设备、游戏设备、移动计算设备、移动通信设备(例如，智能电话)、和/或其他计算设备。

计算系统800包括逻辑机802和存储机804。计算系统800可任选地包括显示子系统806、输入子系统808、通信子系统810和/或在图8中未示出的其他组件。

逻辑机802包括被配置成执行指令的一个或多个物理设备。例如，逻辑机可被配置成执行作为以下各项的一部分的指令：一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构、或其他逻辑构造。此类指令可被实现以执行任务、实现数据类型、变换一个或多个组件的状态、实现技术效果、或以其他方式得到期望的结果。

逻辑机可包括被配置成执行软件指令的一个或多个处理器。附加地或替换地，逻辑机可包括被配置成执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机。逻辑机的处理器可以是单核或多核的，并且在其上执行的指令可被配置成用于串行、并行、和/或分布式处理。逻辑机的各个个体组件可任选地分布在两个或更多分开的设备之中，这些设备可位于远程和/或被配置成用于协同处理。逻辑机的各方面可以由用云计算配置进行配置的能远程地访问的联网计算设备来虚拟化和执行。

存储机804包括被配置成保持能由逻辑机执行以实现本文中所描述的方法和过程的指令的一个或多个物理设备。当实现这些方法和过程时，可以变换存储机804的状态(例如，以保持不同的数据)。

存储机804可包括可移除和/或内置设备。存储机804可包括光学存储器(例如，cd、dvd、hd-dvd、蓝光盘等)、半导体存储器(例如，ram、eprom、eeprom等)、和/或磁存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、mram等)，等等。存储机804可包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机存取、顺序存取、位置可寻址、文件可寻址、和/或内容可寻址设备。

应当领会，存储机804包括一个或多个物理设备。然而，本文中所描述的指令的各方面可替换地通过不被物理设备保持达有限持续时间的通信介质(例如，电磁信号、光信号等)来传播。

逻辑机802和存储机804的各方面可被一起集成到一个或多个硬件逻辑组件中。这些硬件逻辑组件可包括例如现场可编程门阵列(fpga)、程序和应用专用的集成电路(pasic/asic)、程序和应用专用的标准产品(pssp/assp)、片上系统(soc)以及复杂可编程逻辑器件(cpld)。

术语“模块”、“程序”和“引擎”可用于描述被实现为执行一个特定功能的计算系统800的一方面。在一些情形中，可以经由执行被存储机804保持的指令的逻辑机802来实例化模块、程序或引擎。将理解，不同的模块、程序、和/或引擎可以从相同的应用、服务、代码块、对象、库、例程、api、函数等实例化。类似地，相同的模块、程序和/或引擎可由不同的应用、服务、代码块、对象、例程、api、功能等来实例化。术语“模块”、“程序”和“引擎”意在涵盖单个或成组的可执行文件、数据文件、库、驱动程序、脚本、数据库记录等。

将会领会，如本文中所使用的“服务”是能跨多个用户会话执行的应用程序。服务可用于一个或多个系统组件、程序、和/或其他服务。在一些实现中，服务可以在一个或多个服务器计算设备上运行。

当包括显示子系统806时，显示子系统806可被用来呈现由存储机804保持的数据的视觉表示。该视觉表示可采取图形用户界面(gui)的形式。由于本文中所描述的方法和过程改变了由存储机保持的数据，并因而变换了存储机的状态，因此同样可以变换显示子系统806的状态以视觉地表示底层数据中的改变。显示子系统806可包括使用实质上任何类型的技术的一个或多个显示设备。可将此类显示设备与逻辑机802和/或存储机804组合在共享封装中，或者此类显示设备可以是外围显示设备。

当包括输入子系统808时，输入子系统808包括诸如键盘、鼠标、触摸屏、或游戏控制器之类的一个或多个用户输入设备或者与其对接。在一些实施例中，输入子系统可包括所选择的自然用户输入(nui)部件或与其对接。此类部件可以是集成的或外围的，并且输入动作的换能和/或处理可以在板上或板外被处置。示例nui部件可包括用于语音和/或话音识别的话筒；用于机器视觉和/或姿势识别的红外、色彩、立体、和/或深度相机；用于运动检测和/或姿势识别的头部跟踪器、眼睛跟踪器、加速度计、和/或陀螺仪；以及用于评估脑部活动的电场感测部件。

当包括通信子系统810时，通信子系统810可被配置成将计算系统800与一个或多个其他计算设备通信地耦合。通信子系统810可包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限定性示例，通信子系统可被配置成用于经由无线电话网络、或者有线或无线局域网或广域网进行通信。在一些实施例中，通信子系统可允许计算系统800经由诸如互联网之类的网络将消息发送至其他设备以及/或者从其他设备接收消息。

另一示例提供了一种用于操作具有电容触摸传感器的显示系统的方法，包括：在多个连续重复的触摸帧上操作触摸传感器，利用触摸传感器，确定有源触控笔相对于触摸传感器的运动矢量，以及在各触摸帧中的每一个触摸帧中，对于该触摸帧中被分配用于在有源触控笔和触摸传感器之间执行静电交互的触控笔交互子帧，基于运动矢量选择触摸传感器的一部分，其中，在触控笔交互子帧中的每一个触控笔交互子帧中，以与触摸传感器的其他部分不同的方式操作触摸传感器的所选部分以执行静电交互。在此示例中，确定运动矢量可替换地或附加地包括标识有源触控笔在一个或多个触摸帧中的相应位置，并且其中基于所标识的相应位置确定运动矢量。在此示例中，标识有源触控笔的相应位置可替换地或附加地包括，对于一个或多个触摸帧中的每一个触摸帧，接收在触摸传感器的一个或多个电极处的输出。在此示例中，运动矢量可替换地或附加地在第一触摸帧中被确定，并且该方法可进一步包括基于运动矢量在第一触摸帧之后的第二触摸帧中估计有源触控笔的位置。在此示例中，触摸传感器的所选部分可替换地或附加地对应于在第二触摸帧中的有源触控笔的估计位置。在此示例中，不同地操作触摸传感器的所选部分可替换地或附加地包括将接收电路系统多路复用到触摸传感器的所选部分而非其他部分。在此示例中，确定运动矢量可替换地或附加地包括以第一模式操作触摸传感器来基于有源触控笔的位置标识触摸传感器的所选部分，以及基于对所选部分的标识，以第二模式操作触摸传感器来在触摸传感器的所选部分而非其他部分处执行静电交互。在此示例中，可替换地或附加地在一个或多个先前触摸帧的触控笔交互子帧期间，以第二模式操作触摸传感器。在此示例中，选择触摸传感器的部分可替换地或附加地包括基于运动矢量的准确度来改变触摸传感器的所选部分的大小，使得在运动矢量的准确度较高的情况下，所选部分被标识为具有较小的大小，而在运动矢量的准确度较低的情况下，所选部分被标识为具有较大的大小。在此示例中，在触控笔交互子帧期间，触摸传感器接收来自所选部分处的有源触控笔的有关标识符、电池电平、固件版本、按钮状态和/或尖端力中的一者或多者的数据。

另一示例提供了一种显示系统，包括：电容触摸传感器，逻辑设备，以及存储设备，该存储设备保存可由逻辑设备执行的指令以：在多个连续重复的触摸帧上操作触摸传感器，利用触摸传感器，确定有源触控笔相对于触摸传感器的运动矢量，以及在各触摸帧中的每一个触摸帧中，对于该触摸帧中被分配用于在有源触控笔和触摸传感器之间执行静电交互的触控笔交互子帧，基于运动矢量选择触摸传感器的一部分，其中，在触控笔交互子帧中的每一个触控笔交互子帧中，以与触摸传感器的其他部分不同的方式操作触摸传感器的所选部分以执行静电交互。在此示例中，可执行以确定运动矢量的指令可替换地或附加地被执行以标识有源触控笔在两个或更多个触摸帧中的每一个触摸帧中的相应位置，并且其中基于所标识的相应位置确定运动矢量。在此示例中，可执行以标识有源触控笔的所标识的相应位置的指令可替换地或附加地被执行以对于两个或更多个触摸帧中的每一个触摸帧，接收在触摸传感器的一个或多个电极处的输出。在此示例中，运动矢量可替换地或附加地在第一触摸帧中被确定，并且该指令可替换地或附加地被执行以基于运动矢量在第一触摸帧之后的第二触摸帧中估计有源触控笔的位置。在此示例中，触摸传感器的所选部分可替换地或附加地对应于在第二触摸帧中的有源触控笔的估计位置。在此示例中，可执行以不同地操作触摸传感器的所选部分的指令可替换地或附加地被执行以将接收电路系统多路复用到触摸传感器的所选部分而非其他部分。在此示例中，可执行以确定运动矢量的指令可替换地或附加地被执行以对于触摸帧中任何一个给定的触摸帧，在一个或多个先前的触摸帧中：以第一模式操作触摸传感器，来标识与有源触控笔位置相对应的触摸传感器的所选部分，以及基于对所选部分的标识，以第二模式操作触摸传感器以进一步在所选部分内定位有源触控笔。在此示例中，可执行以用于以第二模式操作触摸传感器的指令可替换地或附加地被执行以在一个或多个先前触摸帧的触控笔交互子帧期间，以第二模式操作触摸传感器。

另一示例提供了一种显示系统，包括：电容触摸传感器，逻辑设备，以及存储设备，该存储设备保存可由逻辑设备执行的指令以：在多个连续重复的触摸帧上操作触摸传感器，利用触摸传感器，在一个或多个先前触摸帧中通过以下各项确定有源触控笔的在与触摸传感器相关的触摸帧中任何一个给定的触摸帧中的运动矢量，以第一模式操作触摸传感器，来标识与有源触控笔位置相对应的触摸传感器的所选部分，以及基于对所选部分的标识，以第二模式操作触摸传感器以进一步在所选部分内定位有源触控笔，在触摸帧中的给定的一个触摸帧中，对于该触摸帧中被分配用于在有源触控笔和触摸传感器之间执行静电交互的触控笔交互子帧，基于运动矢量选择触摸传感器的所选部分，其中，在触控笔交互子帧中的每一个触控笔交互子帧中，以与触摸传感器的其他部分不同的方式操作触摸传感器的所选部分以执行静电交互。在此类示例中，指令可替换地或附加地被执行以基于运动矢量估计有源触控笔在触摸帧中任何一个给定的触摸帧之后的触摸帧中的位置。

应当理解，本文中所描述的配置和/或办法本质上是示例性的，并且这些具体实施例或示例不应被视为具有限制意义，因为许多变体是可能的。本文中所描述的具体例程或方法可表示任何数量的处理策略中的一个或多个。由此，所解说和/或所描述的各种动作可以以所解说和/或所描述的顺序执行、以其他顺序执行、并行地执行，或者被省略。同样，以上所描述的过程的次序可被改变。

本公开的主题包括各种过程、系统和配置以及此处公开的其他特征、功能、动作和/或属性、以及它们的任一和全部等价物的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。