CN103186302B - 在电容传感阵列上的接触识别以及跟踪 - Google Patents

在电容传感阵列上的接触识别以及跟踪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在电容传感阵列上的接触识别以及跟踪。当在触控笔和触摸阵列之间没有物理连接时，主动触控笔操作需要通信和同步。可能使用触摸屏堆叠层本身来通过光学地给主动触控笔配备光学接收器并且用额外的二极管或者通过调制显示器时钟本身发送信号来传递同步信号或者其它信息。

Description

在电容传感阵列上的接触识别以及跟踪
技术领域
本公开涉及触摸传感器的领域，并且特别是涉及与触摸传感器阵列的触控笔同步和操作。
背景
计算设备例如笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、信息亭(kiosk)和手机具有也被称为人机接口设备(HID)的用户接口设备。变得更常见的一个用户接口设备是触摸传感器板(通常也被称为触摸板)。基本的笔记本电脑触摸传感器板模拟个人计算机(PC)鼠标的功能。为了内置的可携带性，触摸传感器板一般嵌入到PC笔记本中。触摸传感器板通过使用两个定义的轴复制鼠标的X/Y运动，这两个轴包括检测一个或者多个传导对象例如手指或者触控笔的位置的一批传感器元件。鼠标的右/左按钮点击可以通过位于触摸板附近区域内的两个机械按钮或者通过在触摸传感器板本身上敲入命令来复制。触摸传感器板提供用于执行诸如定位指针或者选择显示器上的项目的功能的用户接口设备。这些触摸传感器板可以包括用于检测在多个轴上的运动的多维传感器阵列。传感器阵列可以包括检测在一个轴上的运动的一维传感器阵列。传感器阵列还可以是检测在两个轴上的运动的二维传感器阵列。
另一个变得更常见的用户接口设备是触摸屏(touch screen)。也被称为触摸屏(touchscreens)、触摸窗、触摸面板或者触摸屏面板的触摸屏是通常为压敏的(电阻的或者压电的)、电敏的(电容的)、声敏的(表面声波(SAW))或者光敏的(红外)透明显示覆盖层。这样的覆盖层的效果允许显示器用作输入设备，去除了作为与显示器的内容交互作用的主要输入设备的键盘和鼠标。这样的显示器可以附接到计算机或者作为终端附接到网络。触摸屏在零售环境中、销售点系统上、ATM上、手机上、信息亭上、游戏控制台上和PDA上变得常见，其中触控笔有时被用于操纵图形用户接口(GUI)以及输入数据。用户可以触摸触摸屏或者触摸传感器板来操纵数据。例如，用户可以通过使用手指触摸触摸屏的表面来施加单次触摸以从菜单选择项目。
用户还可以使用触控笔来与屏幕交互作用并且操纵数据。触控笔可以具有变化水平的复杂度。基本的触控笔可以构成一个点，通过该点来接触电阻性触摸屏表面。对于电容性系统，触控笔可以具有传导性尖端，使用该尖端来改变传感电极的电容。电容的变化可以是被动的，只有额外的导电材料影响传感电极的电容。电容变化还可以是主动的，由此，信号从触控笔的尖端传输到触摸屏或者触摸传感器板的表面。该信号可以是恒定电压，或者在其它的实施方式中，它可以是可以由电容传感电路接收的交流电压。
附图简述
本公开作为例子而不是作为限制在附图的图中被示出。
图1是示出了处理触摸传感器数据的电子系统的实施方式的方框图。
图2A示出在互电容阵列中的发射电极和接收电极的实施方式。
图2B示出了互电容阵列中的发射电极和接收电极的示意图。
图3示出了具有菱形图案的电容传感器阵列的实施方式。
图4是示出了处理触摸传感器数据并且被配置为在所有电极上接收的电子系统的实施方式的方框图。
图5示出了包括感应同步的与触摸屏同步的触控笔的实施方式。
图6示出了光学同步触控笔的实施方式。
图7示出了包括光学同步的与触摸屏同步的触控笔的实施方式。
图8以横截面示出了光学同步触控笔的实施方式。
图9A和9B以横截面示出了光学同步触控笔的实施方式。
图10以横截面示出了光学同步触控笔的实施方式。
图11A-D示出了同步发射器和接收器的实施方式。
图12A-C示出了在不同供电电压处的示例性同步波形和信号强度。
图12D示出了示例性LCD驱动信号波形。
图13示出了在电容传感系统中光学地同步触控笔的方法的实施方式。
详细描述
为了提供对本发明的若干实施方式的较好理解，下面的描述阐述了许多特定的细节，例如特定的系统、组件、方法等的实例。然而，对于本领域中的技术人员显然，本发明的至少一些实施方式可以在没有这些特定的细节的情况下被实践。在其它的实例中，为了避免不必要地使本发明难理解，众所周知的组件或者方法未被详细描述或者以简单的方框图格式示出。因此，所阐述的特定的细节仅仅是示范性的。特定的实现可以从这些示范性的细节变化，并且仍然被设想在本发明的精神和范围内。
电容传感器阵列的实施方式可以包括传感器元件，其布置成使得每个对应于传感器元件之间的交叉点的单元可以包括主迹线(trace)和远离主迹线分支的一个或者多个第一级子迹线。在一个实施方式中，传感器元件还可以包括从第一级子迹线分支的一个或者多个第二级子迹线，或者从第二级子迹线分支的一个或者多个第三级子迹线。在一个实施方式中，具有这样的图案的传感器阵列与其它图案例如菱形图案相比可能具有降低的信号差异以及减少的可制造性问题。具体地，带有具有主迹线和从主迹线分支的子迹线例如图腾柱图案的传感器元件的电容传感器阵列能够以减小的成本和增加的收益率以及提高的光学质量被制造。
这类电容传感器阵列的实施方式可以包括第一和第二多个传感器元件，每个第二多个传感器元件与每个第一多个传感器元件交叉。第一多个传感器元件中的一个传感器元件和第二多个传感器元件中的一个传感器元件之间的每个交叉点可以与对应的单元相关联。单元可以是在电容传感器阵列上的电容测量的单个节点或者像素。在一个实施方式中，对应于交叉点的单元可以被理解为这样的区域，其包括在传感器阵列的表面上的、比到传感器元件之间的任何其它交叉点更靠近该对应的交叉点所有位置。
在电容传感器阵列的一个实施方式中，第二多个传感器元件中的每一个包括与多个单元中的至少一个相交的主迹线，并且还包括在每个单元内远离主迹线而分支的第一级子迹线。在一个实施方式中，第一级子迹线可以是对称地从主迹线的相对侧分支的类似于“图腾柱”的一个或者两个或者更多第一级子迹线。可选地，第一级子迹线可以不对称地从主迹线分支。
图1是示出电容触摸传感器阵列121和将测量的电容转换为坐标的电容传感器101的一个实施方式的方框图。基于测量的电容来计算坐标。在一个实施方式中，触摸传感器阵列121和电容传感器101在诸如电子系统100的系统中被实现。触摸传感器阵列121包括N×M个电极的矩阵110(N个接收电极和M个发射电极)，矩阵110还包括发射(TX)电极122和接收(RX)电极123。矩阵110中的每个电极可以通过解复用器112和复用器113与电容传感器101连接。
电容传感器101可以包括复用器控制装置111、解复用器112和复用器113、时钟发生器114、信号发生器115、解调电路116和模拟-数字转换器(ADC)117。ADC 117还与触摸坐标转换器118耦合。触摸坐标转换器118将信号输出到处理逻辑102。
在电极矩阵110中的发射和接收电极可以布置成使得每个发射电极与每个接收电极重叠和交叉，例如以形成交叉点的阵列，同时维持彼此电隔离。因此，每个发射电极可以与每个接收电极电容地耦合。例如，发射电极122在发射电极122和接收电极123重叠的点处与接收电极123电容地耦合。
时钟发生器114将时钟信号提供到信号发生器115，其生成被提供到触摸传感器阵列121的发射电极的TX信号124。在一个实施方式中，信号发生器115包括根据来自时钟发生器114的时钟信号操作的一组开关。开关可以通过周期性地将信号发生器115的输出端连接至第一电压并随后连接至第二电压来产生TX信号124，其中所述第一和第二电压是不同的。
信号发生器115的输出端与解复用器112连接，这允许TX信号124被施加到触摸传感器阵列121的M个发射电极中的任意电极。在一个实施方式中，复用器控制装置111控制解复用器112，因此TX信号124以所控制的顺序被施加到每个发射电极122。解复用器112还可以被用于接地、浮动(float)或者将备用信号连接到TX信号124当前没有施加到的其它发射电极。
由于发射和接收电极之间的电容耦合，被施加到每个发射电极的TX信号124感生出在每个接收电极内的电流。例如，当TX信号124通过解复用器112被施加到发射电极122时，TX信号124在矩阵110中的接收电极上感生出RX信号127。每个接收电极上的RX信号127可以随后通过使用复用器113将N个接收电极中的每个接收电极依次连接到解调电路116来依次被测量。在一个实施方式中，多个复用器可以允许RX信号通过多个解调电路被并行地接收。
与TX电极和RX电极之间的每个交叉点相关联的互电容可以通过使用解复用器112和复用器113选择TX电极和RX电极的每个可用的组合来被感测到。为了提高性能，复用器113还可以被分段以允许矩阵110中的多于一个的接收电极按规定路线到附加的解调电路116。在存在解调电路116的实例与接收电极的1对1对应的优化配置中，复用器113可以不出现在系统中。
当对象例如手指或者触控笔接近电极矩阵110时，该对象导致在仅仅一些电极之间的互电容的减少。例如，如果手指或者触控笔被放置成靠近发射电极122和接收电极123的交叉点，手指的存在将减少电极122和123之间的互电容。因此，除了通过在一个或者多个接收电极上测量到减小的互电容时识别TX信号124被施加到的发射电极之外，还可以通过识别具有减小的互电容的一个或者多个接收电极来确定手指在触摸板上的位置。
通过确定与矩阵110中的电极的每个交叉点相关联的互电容，一个或者多个触摸点的位置可以被确定。该确定可以是连续的、并行的、或者可以在通常使用的电极处更经常地发生。
在可选的实施方式中，用于检测手指或者传导对象的存在的其它方法可以在手指或者传导对象导致一个或者多个电极处的电容增加时被使用，这些电极可以被布置为栅格或者其它图案。例如，放置在电容传感器的电极附近的手指可以将额外的电容引入地面，额外的电容增大了电极和地面之间的总电容。可以从增大的电容被检测到的一个或者多个电极的位置确定手指的位置。
感生电流信号(RX信号127)由解调电路116整流。通过解调电路116输出的整流电流可以随后被过滤且由ADC 117转换为数字码。
数字码由触摸坐标转换器118转换为指示在触摸传感器阵列121上的输入的位置的触摸坐标。触摸坐标作为输入信号被发送到处理逻辑102。在一个实施方式中，输入信号在处理逻辑102的输入端处被接收到。在一个实施方式中，输入端可以被配置为接收指示多个行坐标和多个列坐标的电容测量结果。可选地，输入端可以被配置为接收行坐标和列坐标。
在一个实施方式中，触摸传感器阵列121可以被配置为检测多个触摸。用于多触摸检测的一种技术使用两轴实现：一个轴支持行，而另一个轴支持列。使用附加层在表面上实现的额外的轴例如对角线轴可以允许额外的触摸的分辨。
图2A示出了发射电极122和接收电极123的单个交叉点或者节点210的实施方式的简化表示200的实施方式。如图1中示出的，发射电极122被耦合到1→N解复用器112，而接收电极123被耦合到N→1解复用器113。节点210以发射电极122和接收电极123之间的互电容Cm为特征。互电容Cm对NxM电极矩阵125(图1中示出的)中的每个发射电极和每个接收电极之间的每个交叉点存在。
图2B示出了来自图2A的单个交叉点或者节点210的电路表示201。发射电极122包括电阻R1以及寄生电容C1。接收电极123包括电阻R2以及寄生电容C2。电阻R1和R2分别是发射电极122和接收电极123的阻抗的函数。高阻抗材料例如铟锡氧化物限制发射和接收电极上的充电和放电的速率。电容器C1和C2表示分别对于每个发射电极122和每个接收电极123，每个电极对阵列的其余部分和系统的其余部分具有的寄生电容。寄生电容C1和C2是每个电极到系统中除了包括节点210的另一侧的发射或者接收电极以外的每个部件的电容。电压源220可以在发射电极122上提供交流电压源(信号)，因此生成通过电阻器R1的电流Iin，并且在互电容Cm上建立电压电势。该电压电势随后通过电阻器R2被转换为电流Iout。电流Iout表示发射电极122和接收电极123之间的互电容Cm。
图3示出了包括电容传感器阵列320的电容触摸传感系统300的实施方式。电容传感器阵列320包括多个行传感器元件331-345和多个列传感器元件350-359。行和列传感器元件331-445和350-359被连接到处理设备305，其可以包括图1的电容传感器101的功能。在一个实施方式中，处理设备305可以执行对电容传感器阵列320的TX-RX扫描以测量与传感器阵列320中的行传感器元件和列传感器元件之间的每个交叉点或者节点310相关联的互电容值。测量的电容还可以被处理以确定质心、或者质量中心、在电容传感器阵列320处的一个或者多个接触的位置。
在一个实施方式中，处理设备305被连接到主机360，主机360可以从处理设备305接收测量的电容或者计算的质心位置。
在图3中示出的电容传感器阵列320可以包括以菱形图案布置的传感器元件。具体地，电容传感器阵列320的传感器元件331-348能够以如图3中示出的单实心菱形(SSD)图案被布置。在其它的实施方式中，传感器元件331-345和350-359可以是中空菱形(“单中空菱形”)或者可以是耦合在一端或者两端的成对的菱形(“双实心菱形”)。在另一个实施方式中，成对的中空菱形可以被耦合在一端或者两端处(“双中空菱形”)。
图4是触摸传感器阵列121和电容传感器101的实施方式400的方框图。实施方式400类似于图1的电子系统100，然而发射电极122可以通过解复用器112、复用器401被耦合到解调电路116。在本实施方式中，所有电极被配置为接收RX信号127。复用器401可以由复用器控制装置111控制，并且使电容传感器101能够在一个配置中起到发射和接收传感器的作用，而在另一个配置中起到仅接收传感器的作用。仅接收传感器可能需要外部信号。该外部信号可以由主动触控笔401提供，主动触控笔401可以被配置为提供衰减到预期的RX信号127的信号。
当所有电极被配置为接收时，实施方式400的测量的互电容在触控笔的尖端和接收电极之间。由于触控笔尖端和接收电极之间的电容耦合，被施加到每个发射电极的TX信号124感生出在每个接收电极内的电流。例如，当TX信号124通过解复用器112被施加到发射电极122时，TX信号124在矩阵110中的电极上感生出RX信号127。可以随后通过使用解复用器112和复用器113将N个接收电极中的每个接收电极依次连接到解调电路116来依次测量每个电极上的RX信号127。
与触控笔401和RX电极之间的每个交叉点相关联的互电容可以通过使用解复用器112和复用器113选择每个可用的RX电极来被感测到。为了提高性能，复用器113还可以被分段以允许矩阵110中的多于一个的接收电极按规定路线到附加的解调电路116。在存在解调电路116的实例与接收电极的1对1对应的优化配置中，复用器112和113可以不出现在系统中。
图5示出了电容传感阵列510、传感设备以及触控笔550的实施方式500。电容传感阵列510可以类似于图1和4的矩阵110，并且通过复用器512和513耦合到传感设备501。RX信号127可由电极(图1和4的122和123)接收，并且按规定路线被发送到解调电路(图1和4的116)。传感设备501可以被耦合到发射器520。传感设备501可以将TX信号124传递到发射器520，因此发射器520可以将TX信号发送到接收器530。接收器530可以被耦合到作为触控笔550的部分的尖端驱动器555。在一个实施方式中，接收器530可以被集成到触控笔550中。TX信号124可以从触控笔尖端552被推出到电容传感阵列510，其中它可以由电极接收，并且作为RX信号127通过多路复用器512和513被传递到传感设备501。在一个实施方式中，电池540升压电路可以被耦合到接收器530和尖端驱动器555。
图6示出了包括尖端驱动器和光学RX电路、光电二极管658、光管659和触控笔尖端552的触控笔650的实施方式。尖端驱动器555和光学RX电路657可以被耦合到电源和升压电路(未示出)。光可以通过光管659进入触控笔650，并且由光电二极管658接收。由光电二极管接收的光可以由光学RX电路657被转换为驱动信号，并且被发送到尖端驱动器555。尖端驱动器随后获得转换的驱动信号，并且通过触控笔尖端552发送该信号。在一个实施方式中，进入光管659的光可以在红外(IR)范围内，使得它对于用户是不可见的。IR光可以包含可以由光学RX电路657接收并解调的信号。
图7示出了电容传感阵列510、传感设备501、光学发射器720和触控笔650的实施方式700。实施方式700的操作类似于图5的实施方式500，然而传感设备501和尖端驱动器555的同步是通过光学信号而不是感应信号(通过发射器520和530)来实现。传感设备501可以将TX信号124传递到驱动LED 725的光学发射器720。来自LED 725的IR信号727可以随后由光学RX电路(图6的657)通过光管和光电二极管(图6的659和658)接收。
在一个实施方式中，光学发射器可以被配置为产生多个IR信号。在本实施方式中，多个触控笔可以由同一光学同步电路同步。多个触控笔可以被配置为提供不同的TX信号，所述不同的TX信号可以由配置有对应的时钟分频器的传感设备501解调。在本实施方式中，不同的用户可能能够同时地在显示器上输入，并且使它们的运动和输入容易被跟踪。在另一个实施方式中，不同的TX信号可以与通过同一触控笔或者多个触控笔的不同类型的输入相对应，根据接收的TX信号允许不同的相互作用，如果在预定的范围内。
图8示出了电容传感阵列堆叠层的实施方式800。传感阵列可以包括包含被配置为向用户显示图形信息的显示器820的若干层。显示器820可以是液晶显示器、AMOLED显示器、OLED显示器或者真空荧光显示器。显示器820可以由LED 820在背部照亮，LED 820的光815可以通过导光板810被引导到用户。导光板810可以引导来自LED812的背光，并且没有被向上引导到用户的光可以从反射镜815反射到用户。来自图2的电极223和224可以被布置在显示器820和覆盖层860之间。覆盖层860可以是玻璃层或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。覆盖层860可以由其它透明材料构建。电极223和224可以沉积在覆盖层860上或者显示器820上或者两者上。电极223和224还可以沉积在布置在覆盖层860和显示器820之间的第三衬底上。在一个实施方式中，堆叠的层可以通过光学透明胶彼此粘附。光学透明胶可以被配置为具有匹配电极材料或者任一基底的折射率的折射率。
显示驱动器811可以被配置为控制显示器820上的图形显示，并且驱动背光LED 812。在另一个实施方式中，LED背光驱动器和显示驱动器可以在分开的控制器上。
传感设备401可以被配置为从电极223和224接收RX信号127。为了同步传感设备接收通道(解调电路116，图1)，传感设备401可以将TX信号524发送到光学发射器720。光学发射器可以被配置为随后使用TX信号524驱动IR LED 822。TX信号524可以进入导光板810，并且穿过堆叠层被引导到触控笔650。如关于图6和7所描述的，触控笔650可以被配置为光学地接收TX信号527，并且将该信号转换为可以在电极223和224上接收的电磁信号。
图9A示出了堆叠层900的实施方式，其中IR LED 822将光传送到覆盖层860而不是导光板810中。在一个实施方式中，IR LED可以位于覆盖层860的两侧上。来自IR LED 822的光可以穿过覆盖层860传播，并通过极化处理被向上引导至触控笔650。
图9B示出了堆叠层901的实施方式，其中信号IR LED位于覆盖层860的一侧上并且被配置为将光传递到覆盖层860的该侧中。未被引导到触控笔650的来自IR LED 822的光可以从反射镜823反射。反射镜823确保从IR LED 822射出的光被引导到反射镜823，并且在没有适合其目的的情况下不退出覆盖层860。
图10示出了堆叠层1000的实施方式，其中显示驱动器1010被配置为驱动背光和同步信号。在本实施方式中，光学TX电路可以被布置在传感设备401和显示驱动器1010之间。光学TX电路可以被配置为从传感设备401接收信号，并且通过显示驱动器将信号发射到光学接收器。在本实施方式中，传感设备401可以将同步信号传递到显示驱动器。同步信号可以随后通过用于背光控制的同一LED被传递到导光板中。在另一个实施方式中，显示驱动器可以被配置为对LCD背光和同步IR LED驱动分离的LED。在另一个实施方式中，显示驱动器可以调制来自传感设备401和光学TX电路1020的每个信号的像素时钟，以将光学信号提供到触控笔650中的接收器。
图11A-D示出了图7中示出的光学同步电路的可选的表示。图11A示出了包括可以被耦合到LED驱动器1120的电容传感器101的实施方式1101。LED驱动器1120可以使用电感和开关来被构建。在本实施方式中，对操作可能需要时钟。LED驱动器1120可以具有被耦合到电容传感器101的时钟信号同步输入端。用于LED驱动器1120的同步的时钟频率可以比待被传递到接收器1130的TX驱动频率高。LED驱动器同步信号和TX驱动频率可以使用耦合在时钟1110和面板扫描引擎1112之间的时钟分频器1111从同一时钟信号得到。面板扫描引擎可以包括在图1和4中描述的电容传感电路。LED驱动器1120可以被耦合到IR LED 1125，并且被配置为通过覆盖层1105将触摸屏时钟信息发送到触控笔1150，该覆盖层1105类似于来自图8、9A、9B和10的覆盖层860。触摸屏时钟信息或者同步信息由光电二极管1135接收并且由接收器1130解调。时钟分频器1131可以被耦合在接收器1130和触控笔尖端驱动器1140之间。在一个实施方式中，时钟分频器1131可以具有和时钟分频器1111相同的劈分系数，其可以实现时钟信号或者来自LED驱动器1120的同步信号的有效转换。
图11B示出了实施方式1102，其中同步信号由LED驱动器1120产生，并被发送到电容传感器101。同步信号可以由时钟分频器1111降频，并且被传递到面板扫描引擎1112以产生TX驱动信号。LED驱动器1120可以被耦合到IR LED 1125，并且被配置为穿过覆盖层1105将触摸屏时钟信息发送到触控笔1150，该覆盖层1105类似于来自图8、9A、9B和10的覆盖层860。触摸屏时钟信息或者同步信息由光电二极管1135接收并且由接收器1130解调。时钟分频器1131可以被耦合在接收器1130和触控笔尖端驱动器1140之间。在一个实施方式中，时钟分频器1131可以具有和时钟分频器1111相同的劈分系数，这可以实现时钟信号或者来自LED驱动器1120的同步信号的有效转换。
图11C示出了实施方式1103，其中同步信号由LED驱动器1120产生，并被发送到电容传感器101。同步信号可以由时钟分频器1111降频，并且被传递到面板扫描引擎1112以产生TX驱动信号。LED驱动器1120可以被耦合到IR LED 1125，并且被配置为穿过覆盖层1105将触摸屏时钟信息发送到触控笔1150，该覆盖层1105类似于来自图8、9A、9B和10的覆盖层860。触摸屏时钟信息或者同步信息由光电二极管1135接收并且由接收器1130解调。频率调节器可以被耦合到接收器1130的输出端和锁相环(PLL)1138的输入端。PLL可以包括被配置为从接收器1130接收输入并且测量输入的相位和相对于反馈信号的频率的探测器。在PLL 1138上接收的测量信号可以被发送到电压控制的振荡器或者充电泵(未示出)，并且可以改变可以按规定路线发送回输入端的输出频率。PLL的反馈电路可以被重复，直到来自PLL的期望的输出频率被实现并且被传递到触控笔尖端驱动器为止。频率调节器1137可以包括单个DFF和链接的DFF对。在本实施方式中，频率输出端可以按二和四来分频，也可以传递固有频率。频率调节器1137可以在没有改变电压控制的振荡器或者充电泵的情况下允许较高的同步信号处理。在另一个实施方式中，频率调节器可以包括应用于来自接收器1130的信号的反相器和缓冲器。反相器和缓冲器的输出可以由PLL 1138接收，并且被识别为不同的频率。在另一个实施方式中，频率调节器可以包括一系列链接的缓冲器。在本实施方式中，缓冲器可以由其它电路的触控笔尖端驱动器选择，以根据它们的组合来产生多个频率。
图11D示出了频率调节器1137被集成到PLL 1138中的实施方式。
图12A-D示出了来自IR LED和LCD背光LED的同步光信号的表示。图12A-C示出了基于时钟频率1232的同步信号1221、1222和1223。当一些信号被堆叠层吸收时，足够的信号幸存以被IR光电二极管接收。图12D示出了LCD驱动信号1224的表示1214。LCD驱动频率可以比起同步频率低得多，并且可以容易由简单的高通滤波器过滤。LCD驱动信号的振幅也相当低，并且不能使光电二极管饱和。
图13示出了用于将触控笔驱动信号同步到图7中示出的接收解调电路的方法1300的实施方式。在块1310中，首先设定TX频率。在块1320中，TX频率可以随后由LED驱动器发射。在块1330中，TX频率可以由接收器接收和解调。在块1340中，TX驱动器可以随后根据同步时钟频率被配置。在块1350中，TX驱动器可以将TX信号发送到电容传感阵列。电容传感阵列1360可以在接收电极上从触控笔接收TX信号(在图1-4中所示出的)。电容传感器(来自图1的101)可以在块1370中解调来自电容传感阵列的信号，并且在块1380中基于解调的信号计算触控笔在电容传感阵列上的位置。
某些实施方式可以被实现为可以包括储存在计算机可读介质上的指令的计算机程序产品。这些指令可以被用于对通用或者专用处理器编程来执行描述的操作。计算机可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式(例如，软件、处理应用)存储或者发送信息的任何机构。计算机可读存储介质可以包括但不局限于磁存储介质(例如，软盘)、光学存储介质(例如，CD-ROM)、磁光存储介质、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)；、可擦除可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)、闪存或者适合于存储电子指令的另一类型的介质。
另外地，一些实施方式可以在分布式计算环境中被实践，其中计算机可读介质被储存在多于一个的计算机系统上和/或由多于一个的计算机系统执行。另外地，在计算机系统之间传递的信息可以通过连接计算机系统的传输介质而被拉送或推送。
尽管以特定的顺序在此示出了方法的操作，每个方法的操作的顺序可以被改变，使得某些操作能够以相反的顺序来执行，或者使得某个操作可以至少部分地和其它操作同时被执行。在另一个实施方式中，不同操作的指令或者子操作可以用间歇的和/或交替的方式。
在前述的说明书中，本发明参考其特定的示范性实施方式而被描述。然而，很明显，可以对本发明进行各种修改和改变，而不偏离所附权利要求中所阐述的本发明的广泛的精神和范围。说明书和附图因此应在例证性的意义而不是限制性的意义上被考虑。

Claims (20)

1.一种用户输入设备，包括：
显示器；
电容传感器阵列，其布置在具有所述显示器的堆叠层中；
电容传感电路，其耦合到所述电容传感器阵列；以及
光学发射(TX)电路，其耦合到所述电容传感电路，其中所述光学TX电路被配置为从所述电容传感电路接收第一信号，并将所述第一信号经由穿过所述电容传感器阵列的光发送到包括在触控笔中的光学接收器，其中所述电容传感电路被配置为使用响应于所述第一信号生成的第二信号测量电容，并且其中，所述第二信号被所述电容传感器阵列接收。
2.如权利要求1所述的用户输入设备，其中所述电容传感器阵列和所述电容传感电路被配置为测量互电容。
3.如权利要求1所述的用户输入设备，其中所述电容传感器阵列包括多个行和列电极，并且其中所述多个行和列电极由透明的导电材料构建。
4.如权利要求1所述的用户输入设备，其中所述光学TX电路包括耦合到光学发射器以发送所述第一信号的IR LED。
5.如权利要求4所述的用户输入设备，其中所述电容传感电路包括：
时钟；
时钟分频器，其耦合到所述时钟；以及
面板扫描引擎，其耦合到所述时钟分频器，
其中所述时钟被配置为将所述第一信号作为同步信号提供到所述光学TX电路，并且其中所述面板扫描引擎被配置为测量所述电容传感器阵列上的电容。
6.如权利要求4所述的用户输入设备，其中所述IR LED被布置成接近显示器背光扩散器，并且被配置为将所述第一信号作为光学信号发送到所述显示器背光扩散器中并到达所述触控笔。
7.如权利要求1所述的用户输入设备，其中所述光学发射电路被配置为从所述电容传感电路接收多个信号，并且将所述多个信号光学地发送到所述光学接收器。
8.一种触控笔，包括：
光学接收(RX)电路，其被配置为接收穿过电容传感器阵列发送的光学信号；
尖端驱动器，其与所述光学RX电路耦合，并且被配置为基于所接收的光学信号生成发射信号；以及
传导性尖端；
其中所述尖端驱动器被进一步配置为将所述发射信号应用于所述传导性尖端，以将所述发射信号穿过所述电容传感器阵列发送到电容传感电路。
9.如权利要求8所述的触控笔，其中所述光学RX电路包括光管、光电二极管和光学接收器。
10.如权利要求8所述的触控笔，其中所述光学RX电路还包括耦合在光学接收器和所述尖端驱动器之间的时钟分频器，其中所述时钟分频器被配置为将所述光学信号降频以匹配所述电容传感电路的时钟信号。
11.如权利要求8所述的触控笔，其中所述光学RX电路还包括：
频率调节器；以及
锁相环路(PLL)，其中所述频率调节器和所述PLL被耦合在所述光学接收器和所述尖端驱动器之间，并且被配置为使所述发射信号与期望的信号匹配。
12.如权利要求11所述的触控笔，其中所述频率调节器是所述PLL的分部分，并且其中所述PLL被耦合到所述光学接收器和所述尖端驱动器。
13.一种方法，包括：
在触控笔的触控笔尖端上接收穿过电容传感器阵列的光学信号；
基于所接收的光学信号生成发射信号；以及
将所述发射信号从所述触控笔尖端经由所述电容传感器阵列发送至电容传感电路以在电容测量中使用。
14.如权利要求13所述的方法，其中接收所述光学信号包括：
从IR LED接收同步信号，所述IR LED被布置成接近与所述电容传感电路关联的显示器的背光扩散器。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述光学信号是基于时钟信号生成的。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述时钟信号由所述电容传感电路产生，所述电容传感电路被配置为测量所述触控笔和所述电容传感器阵列的多个接收电极之间的电容。
17.一种方法，包括：
将光学信号穿过电容传感器阵列发送到触控笔，其中所述光学信号被配置为将所述触控笔与传感设备同步；
在所述电容传感器阵列处从所述触控笔接收发射信号，其中所述发射信号基于所述光学信号的调制而被调制；
解调所述发射信号以测量电容；以及
基于所测量的电容计算所述触控笔的位置。
18.如权利要求17所述的方法，其中解调所述发射信号产生互电容，所述互电容针对在所述触控笔和所述电容传感器阵列的多个接收电极之间的互电容。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述光学信号提供在所述触控笔和配置为解调所述发射信号的电路之间的同步。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述光学信号将关于传感电路的同步信息提供到所述触控笔。
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