CN110073318A - 利用光能量捕获的触控笔 - Google Patents

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Abstract

一种触控笔包括：在一定长度上延伸并且包括与第二端相对的第一端的壳体；被配置成生成信号的电路；被配置成为信号的生成供电的电源；从壳体的第一端延伸的书写尖端，以及被配置成生成能量的光捕获单元。光捕获单元包括与壳体成一体并且被定位在书写尖端的近旁的透明窗、被配置成吸收通过透明窗接收的光的太阳能电池面板、被配置成将光从窗朝向太阳能电池面板传送的光纤，以及被配置成在太阳能电池面板的空间范围之上漫射光纤所传送的光的光学漫射器。由光捕获单元生成的能量由电路接收并且被配置成对电源再充电。

Description

利用光能量捕获的触控笔
发明的领域与背景
与数字化仪***一起使用的信号发射触控笔(诸如有源触控笔)在本领域中是已知的。有源触控笔通常包括用于为触控笔所发射的信号的生成和传输供电的电池。触控笔的位置向与数字化仪***相关联的计算设备提供输入并且被解释为用户命令。通常，数字化仪***与计算设备的显示屏集成在一起，以形成触摸屏。
发明内容
在一些实施例中，本公开涉及一种被配置成从触摸屏的电子显示器所发出的光中捕获能量的触控笔。触控笔在与触摸屏的交互期间收集光，同时触控笔紧邻触摸屏，例如距离触摸屏0-10cm、0-5cm或0-2cm。所捕获的能量可以对触控笔的电源再充电或直接为触控笔的操作供电。
根据本公开的各实施例，触控笔中的光捕获单元包括光接收窗，该光接收窗指向触摸屏并且被配置成收集通常由触摸屏发出的波长中的光。任选地，光捕获单元还被配置成以触摸屏所发出的光强度来操作。由于在捕获期间的触控笔与触摸屏的紧密邻近度，从电子显示器收集的光的强度显著高于来自房间中的环境照明或来自室外照明的强度。较高强度的光可导致以更快速率进行捕获。
在一些附加示例实施例中，计算设备或插接站(docking station)包括发光二极管(LED)，该LED提供在触控笔被贮存并且其光接收窗一般与LED对准的同时可以由触控笔捕获的光。
除非另外定义，否则本文中所使用的所有技术和/或科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。虽然与本文中所描述的那些方法和材料类似或等同的方法和材料可被用于实践或测试本公开的各实施例，但是下文描述了各示例方法和/或材料。在冲突的情况下，包括定义的专利申请将优先。另外，各材料、方法和示例仅是说明性的，而并非旨在进行必要的限制。
附图的若干视图的简要描述
仅通过举例的方式，参考附图在此描述了一些实施方式。现在专门详细地参考附图，需要强调的是，所示的细节是举例而言的并且只是出于对本公开的各实施例的说明性讨论的目的。就此而言，参考附图所进行的描述使得本领域技术人员显见该如何实践本公开的各实施例。
在附图中：
图1是示例计算设备的简化框图；
图2A、2B和2C是包括光捕获单元的示例触控笔的简化示意图；
图3A和3B是包括光捕获单元的另一示例触控笔的简化示意图；
图4A和4B分别是包括环形光学漫射器的示例触控笔和示例环形光学漫射器的简化示意图；
图5A和5B是包括包围触控笔壳体的外壳的示例触控笔的简化示意图；
图6A和6B是触控笔的示例壳体和围绕着的外壳的外表面的简化示意图；
图7是触摸屏上的被配置成用于对触控笔充电的专用发光二极管(LED)的简化示意图；以及
图8A和8B是用于触控笔的插接站的简化示意图。
本发明的具体实施例的描述
根据一些示例实施方式，触控笔包括被配置成在用户正使用触控笔与触摸屏交互的同时从触摸屏捕获光的光捕获单元。光捕获单元还可以被配置成在触控笔正处于空闲状态中时(比如当触控笔正被贮存时)从被定位在触控笔的书写尖端附近的发光二极管(LED)捕获光。
根据一些示例实施方式，光捕获单元包括触控笔的书写尖端附近的光捕获区域和将所捕获的光传送到触控笔的一区域的光纤，该区域包括太阳能电池面板，例如光伏电池面板或者用于将光转换为能量的其他元件。太阳能电池面板散布在触控笔上远离书写尖端并且没有被电路***完全占据的区域上，例如触控笔的后端。光纤可以沿触控笔的长度朝向太阳能电池面板(例如，朝向触控笔的后端)延伸。任选地，太阳能电池面板(或其他光能转换元件)被具体配置成从触摸屏所发出的光中捕获能量。面板的效率可以通过以下来得到提高：将面板选择或配置成收集触摸屏所发出的波长中的光。已知触摸屏用LED背光进行照明。在一些实施方式中，光伏电池面板(或其他光能转换元件)被具体配置成从白LED光中捕获能量。虽然触摸屏通常具有多色显示器，但是与触控笔的交互区域主要是白色。
可以基于太阳能电池可以吸收光的速率并且基于可以从触摸屏收集的光的强度来选择面板中的太阳能电池的数目。通过将光投射在多个太阳能电池而不是单个电池上，光可以被吸收的速率以及因此能量可以被捕获的速率可被增加。
根据一些实施方式，太阳能电池面板被定位在触控笔壳体的内壁上。由于触控笔壳体成具有圆形截面的圆周，因此太阳能电池面板可以被选择为柔性的，以适应将面板定位在壳体的弯曲表面上。任选地，面板覆盖壳体的整个周界以容适多个太阳能电池，这些太阳能电池可以同时吸收光纤所传送的光。在一些实施方式中，光捕获单元附加地包括光学漫射器，该光学漫射器被连接到光纤的输出以将光漫射到面板中的大部分或全部太阳能电池上。通过漫射光，可以同时接收来自光纤的输入的太阳能电池的数目增加，并且能量捕获的速率也可增加。捕获效率可因为将来自触摸屏的相对高强度的光散布在多个太阳能电池上而被增加。
在一些替代实施方式中，触控笔包括壳体和外壳，该外壳包围壳体并且在壳体和外壳之间形成空腔。外壳可以包括触控笔的书写尖端附近的光捕获区域，并且由外壳包围的壳体的外表面可以包括柔性太阳能电池面板。太阳能电池面板通过有线连接(例如通过被形成在壳体中的孔)被电连接到壳体中的电路***。任选地，反射材料被包括在壳体的内壁中，以反射进入到壳体和外壳之间的空腔中的光。通过外壳的窗进入的光被俘获在外壳和壳体之间的空腔中，并接着被定位在壳体上的太阳能电池面板吸收。
在一些实施方式中，触控笔还可以在处于空闲状态下被贮存的同时捕获能量。在一示例中，LED被包括在其中触控笔可被贮存的区域附近，并且触控笔在贮存期间从LED捕获能量。例如，当触控笔被配置成沿着平板的边缘被贮存时，LED被定位在平板的框架上并且被引导以在朝向其中书写尖端将被定位的方向上发射光。在一些附加实施方式中，用于将触控笔保持在空闲状态中的专用插接站可以包括当触控笔在插接站中时将光引导朝向触控笔的书写尖端的LED。触控笔中的光捕获单元收集来自LED的光并且收集能量以对触控笔中的电池或其他电源再充电。在一些实施方式中，传感器可在感测到触控笔的存在之际激活LED。
现在参考图1，其示出了示例计算设备的简化框图。计算设备100包括与数字化仪传感器50集成的显示器45。在一些示例实施方式中，显示器45是平板显示器。显示器45可包括LED背光。数字化仪传感器50可以是基于栅格的电容式传感器或其他传感器，其被配置成检测经由触控笔200的书写尖端10传送电磁信号的触控笔200所作的输入。被电连接到数字化仪传感器50的电路115管理和控制基于触控笔的检测。任选地，电路115执行与触控笔200的同步、处理由触控笔200接收的信号，以及跟踪触控笔200的坐标。来自电路115的输出可以被报告给主机112。
触控笔200的电路40生成电磁信号，并且电池或超级电容器30为该生成供电。触控笔200包括光捕获单元400，该光捕获单元400捕获从显示器45发出的光以对电池30再充电或者为电路40的操作供电。光捕获单元包括面向显示器45的一个或多个窗20(来自显示器45的光穿透过该一个或多个窗20进入触控笔200)、被配置成吸收通过窗20接收的光的太阳能电池面板。
任选地，触控笔200通过周期性地传送信标信号来操作并且还可以周期性地传送与触控笔200直接相关的、与触控笔200周围的环境相关的、与使用触控笔200的用户相关的、与被分配给触控笔200的特权相关的、与触控笔200的能力相关的信息、或者从第三方设备接收到的信息。可以利用光捕获单元400对来自触控笔200的处理和传输进行电力辅助。任选地，被配置成与数字化仪传感器50交互的其他手持设备可以以类似于触控笔200的方式来***作，并且可以包括光捕获单元400。
在一些实施方式中，计算设备100附加地包括LED 300，以用于利用光捕获单元400对电池30充电，同时在显示器45周围的框架上将触控笔200安置于空闲状态中。LED 300可以在触控笔200被安置在显示器45周围的框架上时在通常与窗20对准的位置处被定位在该框架上。
现在参考图2A、2B和2C，其示出了包括光捕获单元的示例触控笔的简化示意图。触控笔200的光捕获单元包括光被接收自的多个窗20、用于将来自窗20的每一者的光传送到光学漫射器50的光纤25、在基本上整个太阳能电池面板60之上漫射光纤25所传送的光的该光学漫射器。太阳能电池60被电连接到DC-DC转换器且任选地连接到能量管理单元，这两者都被包括在用于转换和管理为给电池30再充电或者为给电路40的操作供电所捕获的能量的电路40中。光捕获单元可以包括DC-DC转换器。
多个窗20绕触控笔200的直径被定位成靠近书写尖端10并且被集成为壳体250的一部分。窗20是透明的并且可以包括将光聚焦到光纤25中的光学属性。光纤25被固定到窗20并且沿壳体250的长度朝向壳体中的被从电路40和电池30移位的容积延伸。任选地，光纤25朝向触控笔的与包括书写尖端10的端部相对的后端260延伸。光纤25可以延伸经过壳体250的由电路40和电池30占据的容积到可以适应在多个太阳能电池60之上投射所接收的光的区域。后端260可以被配置成具有足够的空间来铺展太阳能电池面板60并定位光学漫射器60。
根据一些实施方式，光学漫射器50被定位成面向面板60，并且来自光纤25的输出通过光学漫射器50来被传送。在一些示例中，光学漫射器50在形状上是圆柱形的并且在360度上漫射来自光纤的光。光学漫射器50的上表面和下表面可以涂覆有反射材料，使得光仅通过光学漫射器50的面向太阳能电池60的表面来被投射。光学漫射器60的附加部分也可以涂覆有反射材料。光纤可以通过被形成在光学漫射器中的孔55来被连接到光学漫射器50。出于解说的目的，孔55被示为贯通孔，但也可以是盲孔。
在一些示例实施方式中，太阳能电池面板60可被定位在壳体250的内壁上，使得从光学漫射器50发出的光被引导到太阳能电池60上。太阳能电池面板60可以是柔性的，以适应将面板定位在壳体250的弯曲表面上。任选地，太阳能电池面板60覆盖壳体250的整个周界，例如在360度上被铺开。太阳能电池面板60被远离书写尖端10放置在壳体250的可容适多个电池(例如，最大数量的电池)的区域中。在一些实施方式中，能量被捕获的速率因将所接收的光散布在多个太阳能电池60之上而被增加。将光传送到触控笔中可容适更多太阳能电池的区域有助于提高能量捕获速率。
现在参考图3A和3B，其示出了根据本公开的一些示例实施方式的包括光捕获单元的示例触控笔的简化示意图。在示例实施方式中，触控笔201包括具有替代图2A-2C中所示的多个窗20的单个环形窗21的光捕获单元。出于简化目的而未示出电路40和电池30。窗21是透明的并且可以具有用于聚焦所接收的光的光学属性。在一些示例实施方式中，多条光纤25沿着窗250的周界被从壳体250内附连到窗21。窗21与壳体250成一体或者被连接到壳体250。光纤25、光学漫射器50和太阳能电池60以与参考图2A-2C所描述的相同的方式操作。
现在参考图4A和4B，其分别示出了包括环形光学漫射器的示例触控笔和示例环形光学漫射器的简化示意图。在一些实施方式中，触控笔202的更紧凑结构可以通过将太阳能电池60放置在与电池相同的高度处以及将环形光学漫射器51装配在电池附近来实现。面向电池30的漫射器内表面51B可以涂覆有反射材料，使得穿透到光学漫射器51中的光可以在朝向太阳能电池60的方向上被投射。光纤25可以穿过通过环的厚度引入的孔27来被连接到光学漫射器51。虽然光学漫射器51被示为具有与电池30的高度类似的高度，但是光学漫射器51的高度可以被限定为与太阳能电池面板60的尺寸相匹配并且可以比电池30更短或更长。
现在参考图5A和5B，其示出了包括包围触控笔的壳体的外壳的示例触控笔的简化示意图，并且参考图6A和6B，其示出了示例壳体和围绕着的外壳的外表面的简化示意图。在一些示例中，触控笔203被以围绕着壳体251的外壳255形成，并且它们之间具有经限定的空间270。外壳255可以用O形环230紧固在壳体251周围。壳体251容纳电路40和电池30。书写尖端10还可以从壳体251延伸出去。
在另一示例中，外壳255包括位于书写尖端10附近的窗21，并且太阳能电池面板60被定位在壳体251的外表面周围(图6A)。穿透过窗21的光进入到空间270中(图5B)并且被太阳能电池60吸收。太阳能电池60可以面向窗21和/或可以从窗21移位。任选地，外壳255的内壁(例如，面向壳体251的壁)涂覆或形成有反射材料，以改善对朝向太阳能电池60的光的收集。太阳能电池60可以利用通过被形成在壳体251中的孔的有线连接来被连接到容纳在壳体251中的电路40。
现在参考图7，其示出了触摸屏上的被配置成用于充电的专用发光二极管(LED)的简化示意图。根据一些实施方式，还可以在触控笔200的空闲状态期间实现光捕获，例如，当触控笔不被用于与触摸屏交互时。例如，当触控笔200被附连或定位在具有数字化仪传感器50的显示器45周围的框架57上时，被定位在框架57上的LED 300可提供照明以供在触控笔200中对能量进行捕获。触控笔200可以被配置成通过磁性连接来被可移除地附连到框架57，并且LED 300被定位在通常与书写尖端10和窗20的位置对准的区域中。不止一个LED300可以被定位在框架57上，以任选地覆盖可以与窗20对准的区域。LED 300可以响应于感测到触控笔200在框架57上的存在或响应于感测到触控笔200的空闲状态而被任选地激活。LED 300可被选择以在与触控笔200中的太阳能电池60的灵敏度相对应的范围内发射光。LED 300可以位于被集成在框架57内的触控笔隔室内部，并且LED 300可以响应于感测到触控笔200在隔室中的存在而被激活。
现在参考图8A和8B，其示出了用于触控笔的插接站的简化示意图。在示例实施方式中，用于触控笔200的插接站500包括用于支持触控笔200的壳体501、用于容纳触控笔200的孔505，以及提供由被包括在触控笔200中的光照单元捕获的照明的LED 300。插接站500还包括为LED 300的照明供电的电池310或者包括到电源的拴系连接。在一些示例中，插接站500附加地包括用于感测触控笔200的存在的传感器330。传感器330可以是例如感测越过孔505的视线的断裂的光学传感器或感测与尖端10的电接触的接触传感器。
根据一些实施方式，一种触控笔包括：在一定长度上延伸并且包括与第二端相对的第一端的壳体；被配置成生成信号的电路；被配置成为信号的生成供电的电源；从壳体的第一端延伸的书写尖端；以及被配置成生成能量的光捕获单元，该光捕获单元包括：与壳体成一体并且被定位在书写尖端的近旁的透明窗；被配置成吸收通过透明窗接收的光的太阳能电池面板；被配置成将光从窗朝向太阳能电池面板传送的光纤；以及被配置成在太阳能电池面板的空间范围之上漫射光纤所传送的光的光学漫射器，其中由光捕获单元生成的能量由电路接收并且被配置成对电源再充电。
任选地，太阳能电池面板由柔性材料形成。
任选地，太阳能电池面板被定位在壳体的内壁上并且围绕壳体的周界延伸。
任选地，太阳能电池面板被定位在壳体的第二端的近旁。
任选地，光学漫射器被配置成在360度上漫射光。
任选地，光学漫射器是环形的并且被配置成装配在电源周围。
任选地，光学漫射器的一部分涂覆有反射材料。
任选地，太阳能电池面板被配置成吸收由电子显示器发出的范围内的光。
任选地，太阳能电池是光伏电池。
任选地，由光捕获单元生成的能量被配置成为信号的生成供电。
任选地，信号在书写尖端处被传送。
根据一些实施方式，一种方法包括：通过触控笔上的透明窗接收来自电子显示器的光；利用光纤将光从透明窗传送到触控笔中远离透明窗的区域，该区域包括太阳能电池面板；在太阳能电池面板的空间范围之上漫射光纤所传送的光；从太阳能电池所吸收的光中生成能量；应用所生成的能量以对触控笔的电池再充电；以及利用来自电池的电力生成要由触控笔传送的信号。
任选地，太阳能电池面板被固定到触控笔的内壁并且在触控笔的周界上延伸。
任选地，触控笔从第一端延伸到第二端，并且其中透明窗在触控笔的第一端的近旁，并且太阳能电池面板在触控笔的第二端的近旁。
根据一些实施方式，一种触控笔包括：在一定长度上延伸并且包括与第二端相对的第一端的壳体，该壳体被配置成容纳：被配置成生成信号的电路；以及被配置成为信号的生成供电的电源；从壳体的第一端延伸的书写尖端；被配置成围绕壳体并且在壳体和外壳之间限定空腔的外壳，其中该外壳包括被定位在书写尖端的近旁的透明窗；以及被定位在壳体的面向外壳的表面上的太阳能电池面板，这些太阳能电池被配置成吸收通过透明窗接收的光并且基于所吸收的光生成能量；其中由太阳能电池面板生成的能量由电路接收并且被配置成对电源再充电。
任选地，太阳能电池面板与透明窗对准。
任选地，外壳的面向壳体的壁包括反射材料。
任选地，透明窗围绕外壳的周界延伸360度。
根据一些实施方式，一种用于触控笔的插接站包括：具有被配置成容纳触控笔的孔的壳体；被容纳在壳体中并且被配置成朝向被集成在触控笔上的透明窗发射光的发光二极管(LED)；以及被配置成为LED供电的电池。
任选地，插接站包括被配置成检测触控笔的存在的传感器。
需要注意，虽然已参考触控笔的光捕获单元描述了大多数示例和实施方式，但是所描述的光捕获单元还可以与被配置成用于与触摸屏交互的其他手持设备集成。
为了清楚起见在分开的实施例的上下文中描述的本文中所描述的各示例的某些特征还可在单个实施例中被组合地提供。相反，为了简洁起见在单个实施例的上下文中描述的本文中所描述的各示例的各个特征还可单独地或者以任何合适的子组合的形式来被提供，或者适用于本公开的任何其他所描述的实施例。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的基本特征，除非该实施例在没有那些元素的情况下不起作用。

Claims (15)

1.一种触控笔，包括：
在一定长度上延伸并且包括与第二端相对的第一端的壳体；
被配置成生成信号的电路；
被配置成为所述信号的生成供电的电源；
从所述壳体的第一端延伸的书写尖端；以及
被配置成生成能量的光捕获单元，所述光捕获单元包括：
与所述壳体成一体并且被定位在所述书写尖端的近旁的透明窗；
被配置成吸收通过所述透明窗接收的光的太阳能电池面板；
被配置成将光从所述窗朝向所述太阳能电池面板传送的光纤；以及
被配置成在所述太阳能电池面板的空间范围之上漫射所述光纤所传送的光的光学漫射器，
其中由所述光捕获单元生成的能量由所述电路接收并且被配置成对所述电源再充电。
2.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述太阳能电池面板由柔性材料形成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的触控笔，其特征在于，所述太阳能电池面板被定位在所述壳体的内壁上并且围绕所述壳体的周界延伸。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的触控笔，其特征在于，所述太阳能电池面板被定位在所述壳体的第二端的近旁。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的触控笔，其特征在于，所述光学漫射器被配置成在360度上漫射光。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的触控笔，其特征在于，所述光学漫射器是环形的并且被配置成装配在所述电源周围。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的触控笔，其特征在于，所述光学漫射器的一部分涂覆有反射材料。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的触控笔，其特征在于，所述太阳能电池面板被配置成吸收由电子显示器发出的范围内的光。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的触控笔，其特征在于，所述太阳能电池是光伏电池。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的触控笔，其特征在于，由所述光捕获单元生成的能量被配置成为所述信号的生成供电。
11.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述信号在所述书写尖端处被传送。
12.一种方法，包括：
通过触控笔上的透明窗接收来自电子显示器的光；
利用光纤将所述光从所述透明窗传送到所述触控笔中远离所述透明窗的区域，所述区域包括太阳能电池面板；
在所述太阳能电池面板的空间范围之上漫射所述光纤所传送的光；
从所述太阳能电池所吸收的光中生成能量；
应用所生成的能量以对所述触控笔的电源再充电；以及
利用来自所述电池的电力生成要由所述触控笔传送的信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池面板被固定到所述触控笔的内壁并且在所述触控笔的周界上延伸。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其特征在于，所述触控笔从第一端延伸到第二端，并且其中所述透明窗在所述触控笔的第一端的近旁，并且所述太阳能电池面板在所述触控笔的第二端的近旁。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，包括应用所生成的能量以生成要被传送的信号。
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