CN1894737A - 与电容敏感型触摸板一起使用的拴系式触笔 - Google Patents

与电容敏感型触摸板一起使用的拴系式触笔 Download PDF

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Abstract

一种拴系式笔被耦合到电容敏感型触摸板的触摸板传感器电路的未被使用的传感线输入端，其中该电容敏感型触摸板可以在正常模式中工作，以便通过在第一传感输入端处接收来自嵌入在触摸板内的第一传感线的输入来检测手指或其他导电性指向物与触摸板的接触或靠近，并且其中第二传感输入端经由第二传感线被耦合到拴系式笔，其中该第二传感线使得触摸板传感器电路能够检测该笔与触摸板内的电极的接触或靠近。

Description

与电容敏感型触摸板一起使用的拴系式触笔
技术领域
本发明一般地涉及电子信息设备的输入设备。更具体而言，本发明提供了一种被拴系到电容敏感型触摸板的输入端的触笔(stylus)，其中电容敏感型触摸板可操作以用于提供触摸板特征，例如诸如计算机、个人数字助理(PDA)、***扫描设备、数字照相机或移动电话之类的电子信息设备的光标控制，并且其中拴系式触笔为触摸板的用户提供同时的输入选项。
背景技术
一般而言，利用触笔的输入设备的现有技术的特征在于数字化平板(tablet)或触摸板。数字化平板一般是一个大的表面，该表面被用于用耦合到平板或触摸板的触笔来输入数据。例如，电缆将触笔连接到平板，并且当触笔在平板的表面上移动时，其移动被检测或跟踪。所述移动一般被描绘为显示器上的线条。
大多数基于触笔的平板的操作基础是依赖于电磁传感器。磁场是由在回路中流动的电流形成的。触笔或笔具有检测该磁场并将其发送回转换器的线圈，该转换器根据此数据确定笔的X和Y坐标。这种类型的笔一般要求笔和基底设备之间的拴系以便传送数据，或者要求使用由电池供电并且生成某种类型的能够被平板或触摸板检测到的信号的有源笔。
这种笔的一个示例在已授权的美国专利No.5,914,708中有所描述并且被授权给Cirque公司。在该专利中，该笔未被拴系并且是无源的，但是包括用于改变其自身的电容性特性的装置，从而能够使用到感测设备的可变输入。该笔与触摸板联合工作，这是因为它就像任何其他可由触摸板检测的改变电容的指向物一样被触摸板检测。
不利的是，该笔的功能有限。该笔只能向感测设备发送一个信号。从而，虽然笔具有不需要它自己的笔感测硬件的优点，但是其用途和可靠性有限。注意到，与笔一起使用的电容敏感型触摸板不需要任何改变，仍然可以像可用手指来促动的触摸板那样工作。
提供一种利用通用电容敏感型触摸板技术来检测和跟踪笔在其触摸敏感型表面上的移动的拴系式笔，将会成为超越现有技术的优点。使该笔能够比先前的笔设计具有更强的功能性和可靠性，则将会成为另一个超越现有技术的优点。如果拴系式笔技术可以与现有触摸板硬件相结合，从而减小制造成本，则将会成为另一个超越现有技术的优点。
在针对本发明的特定硬件方面之前，理解已被修改以用于本发明中的典型电容敏感型触摸板的硬件和操作将会是有帮助的。具体而言，来自CIRQUETM公司的GLIDEPOINTTM触摸板可以与本发明一起使用。
用于描述本发明的实现方式的CIRQUETM公司触摸板是相互电容感测设备。在该触摸板中，行电极和列电极的栅格被用于限定触摸板的对触摸敏感的区域。典型情况下，触摸板是大约16乘12个电极的矩形栅格，或者当有空间限制时是8乘6个电极的矩形栅格。与这些行电极和列电极交错的是单个传感电极。所有位置测量都是通过传感电极进行的。
Cirque公司触摸板测量传感线上的电荷的失衡。当触摸板上没有指向物时，触摸板电路处于平衡状态，并且在传感线上没有电荷失衡。当指向物由于电容性耦合而产生失衡时，电极上发生电容变化。所测量的是电容的变化，而不是电极上的绝对电容值。触摸板通过测量为重新建立或重新获得传感线上的电荷平衡而必须被注入到传感线中的电荷量来确定电容的变化。
以上***被用于以如下方式确定手指在触摸板上的位置。本示例使用行电极，并且对于列电极以相同方式重复。从行电极测量和列电极测量获得的值确定交点，该交点是指向物在触摸板上的质心。
在第一步骤中，第一组行电极被用第一信号驱动，以及不同但是相邻的第二组行电极被用第二信号驱动。触摸板电路从传感线获得指示哪个行电极与指向物最靠近的值。但是，触摸板电路尚不能确定该指向物被置于行电极的哪一侧，触摸板电路也不能确定指向物与电极的距离。从而，***将要驱动的电极群组移动一个电极。换言之，添加该群组的一侧的电极，而不再驱动该群组的相反侧的电极。然后驱动新群组并且获得对传感线的第二测量。
根据这两个测量，可以确定指向物位于电极的哪一侧，以及与电极的距离。从而通过用比较所测得的两个信号的幅值的方程来执行指向物位置确定。
Cirque公司触摸板的灵敏度和分辨率远高于行电极和列电极的16乘12栅格所暗示的。分辨率通常在960计数每英寸量级或者更高。确切的分辨率由组件的灵敏度、相同行和列上的电极之间的间距以及对于本发明不重要的其他因素确定。
虽然上述GLIDEPOINTTM触摸板使用了X电极和Y电极的栅格以及单独的单个传感电极，但是通过使用多路复用，传感电极也可以是X电极或Y电极。任一种设计都会使本发明能够起作用。
上述触摸板的操作的一个重要方面是理解GLIDEPOINTTM触摸板的触摸板电路具有两个传感器输入端，其中只有一个是用于GLIDEPOINTTM触摸板的典型操作期间的手指检测的。因此，将该未被使用的传感器输入端用于笔操作，而不修改或干扰用于检测手指的现有硬件，则将会成为超越现有技术的优点。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可以与电容敏感型触摸板一起工作的拴系式笔。
另一个目的是提供一种耦合到电容敏感型触摸板的现有触摸感测硬件的拴系式笔，从而消除对附加硬件的需要。
另一个目的是提供一种耦合到现有触摸板硬件中的未被使用的传感线输入端的拴系式笔。
在优选实施例中，本发明是耦合到电容敏感型触摸板的触摸板传感器电路的未被使用的传感线输入端的拴系式笔，其中该电容敏感型触摸板可以在正常模式中工作，以便通过在第一传感输入端处接收来自嵌入在触摸板内的第一传感线的输入来检测手指或其他导电性指向物与触摸板的接触或靠近，并且其中第二传感输入端经由第二传感线被耦合到拴系式笔，其中该第二传感线使得触摸板传感器电路能够检测该笔与触摸板内的电极的接触或靠近。
在本发明的第一方面中，电容敏感型触摸板感测电路提供了传感正输入端和传感负输入端。
在本发明的第二方面中，传感正端入端和传感负输入端中的任一个未被电容敏感型触摸板用于其正常工作模式中，则拴系式笔被耦合到那个输入端。
在本发明的第三方面中，该笔被用于检测电极样式，从而导致电容敏感型触摸板电路中的可检测的失衡，该失衡从而使得能够确定位于电容敏感型触摸板表面上或表面附近的笔的位置。
在结合附图考虑以下详细描述之后，本领域的技术人员将会明显看到本发明的这些和其他目的、特征、优点和备选方面。
附图说明
图1是现有技术的框图，其中示出触摸板传感器电路18有未使用的传感输入端。
图2是根据本发明的原理产生的框图。
图3是布置在LDC显示器上的触摸板的顶视图。
图4是笔22的部分剖透视图。
图5是笔22的更完整的部分剖透视图。
图6是其中没有布置任何移动组件的笔22的剖视图。
图7是本发明的导电球40的特写透视图。
图8是本发明的导电条46的特写透视图。
图9是本发明的开关48的特写透视图。
图10是布置在位于本发明的书写端50上的导电40上的外壳52。
具体实施方式
现将参考附图，其中本发明的各种元件将会被赋予标号，并且将论述以使得本领域的技术人员能够做出和使用本发明。将要理解，以下描述只是本发明的原理的示例，而不应当被视为使所附权利要求变窄。
本发明的当前优选的实施例是用于与电容敏感型触摸板一起使用以向电子设备提供输入的拴系式笔。电子设备可以是但不应当被视为局限于个人计算机、个人数字助理、移动电话、数字照相机、数字摄像机、数字音乐播放器、视频播放器或笔记本计算机。本发明包括以下方面：一种触摸板，其被修改为包括来自拴系式笔的输入，并且还充当检测手指与触摸板表面的接触或靠近的触摸板。
以图1中的触摸板10开始，注意到从CIRQUETM公司电容敏感型触摸板到触摸板传感器电路18有两个可能的传感器输入端。这两个传感器输入端是传感正12(来自传感线A 16)和传感负14(来自传感线B)。典型情况下，当在典型配置中工作时，只有一个传感线16被使用，在该典型配置中，触摸板10感测手指或其他导电物体与布置在触摸板10之下的电极的电容性耦合。
在本发明的触摸板10的正常操作中，手指与触摸板表面的靠近或者与触摸板表面的实际接触导致用于输入到触摸板传感器电路18的传感线A上的信号的减小。触摸板传感器电路18和相关联的算法于是被用于局部化和更精确地确定触摸板表面上或附近的手指的确切位置。该信息的使用方式对于本领域的技术人员来说是熟悉的，例如光标控制等等。
如图2所示，在本发明中，未被使用的传感负输入端14经由电连接或系链20耦合到本发明的笔22。由于笔22经由系链20或传感线B耦合到传感负输入端14，因此笔将会经由传感线B生成一个信号，该信号的极性与手指触摸将会生成的传感线A 16上的信号的极性相反。
应当记住，在手指被检测时和在笔22被检测时，向触摸板电路提供数据的传感线的位置有重要差异。当手指被检测时，传感线被布置在触摸板10的电极栅格内的它的典型位置中。相反，笔22被直接耦合到未被布置在触摸板电极内的传感线20。更确切地说，笔22的传感线20从笔22延伸到传感负输入端14。笔22中的传感线20耦合到笔的导电性检测端。笔22中的传感线20检测触摸板10中的X电极和Y电极的栅格，从而导致失衡，因为传感线20上的信号有增大。
从而，本发明使得同一触摸板10能够具有双重用途。当输入得自嵌入在触摸板传感器栅格的电极内的传感线A 16时，触摸板传感器电路18可以感测触摸板10之上或附近的手指。相反，当输入得自耦合到与触摸板10相接触或相靠近的触摸板10的笔22的导电端的传感线20时，触摸板传感器电路18可感测触摸板10的存在。
考虑被布置在LCD显示器30上的触摸板32。触摸板32将会被用于两个不同的用途。在第一有源区域34中，触摸板32具有在LCD显示器30上进一步向外分散的电极。从而，触摸板32可以起到检测第一有源区域34内手指或其他导电性指向物的存在的作用。例如，这可以专用于可通过手指在适当位置上的接触而促动的显示和按钮或开关。在第一有源区域34下方的第二有源区域36中，提供了较小的触摸板栅格。在该第二有源区域36中，电极更靠近在一起，从而使得触摸板32能够以更高的分辨率工作。在这种情况下，物体是笔，第二有源区域36被用于检测笔所做出的签名。为了在紧挨第二有源区域36中的笔的尖端的下方的LCD显示器30n上以签名的形式向书写者提供清楚且可识别的反馈，较高的分辨率是优选的。因此该***向书写者提供了改进的视觉反馈。
注意到第二有源区域36与第一有源区域34具有相同的电极数目，但是较小的面积导致了电极之间的较小间距，从而允许了在第二有源区域36中触摸板32的分辨率提高。
本发明的一个方面是可以使第一有源区域34与第二有源区域36具有相同的尺寸，以便使笔在区域34和36中都能有分辨率。类似地，用于笔签名的较小的第二有源区域36也可用于检测手指。相分离的区域34和36只是出于方便目的，其中特定示例使用第一有源区域34作为按钮表面，并且较高的分辨率被专用于书写的签名的记录和反馈。
图4至10也是针对拴系式笔22的第一实施例提供的。图4是笔22的内部的部分剖视图。
图5是笔22的剖视图，其暴露了导电球40、尖端42、杆44、导电条46和开关48。
导电球40被示为处于笔22的书写端50。导电球40被做得相对较大，以便它易于被触摸板传感器电路18检测。来自触摸板传感器电路18的传感负输入端14的传感线20被附接到导电球40。导电球40还被做成对称的，以便确保不论笔如何被倾斜或者被握成与触摸板10成任何角度，对于触摸板传感器电路18来说笔22看起来始终是一样的。
笔22还包括开关48，其启用了笔22的墨迹式作图模式(inkingmode)和非墨迹式作图模式(non-inking mode)。当笔22在非墨迹式作图模式中工作时，笔22检测触摸板的电极，并且导致输入执行诸如移动光标之类的功能或其他非墨迹式作图功能。在该模式中，用户的按压力度不足以促动开关48。当用户更用力地按压笔22的尖端42时，导电球40和附接的导电条46一起在笔22的主体中向后滑动，直到开关48被按压和促动，从而导致在显示屏上促动墨迹式作图。
图6是其中没有布置任何移动组件的笔22的剖视图。
图7是本发明的导电球40的特写透视图。
图8是本发明的导电条46的特写透视图。
图9是本发明的开关48的特写透视图。
图10是布置在位于本发明的书写端50上的导电球40上的外壳52。
在另一种实施例中，设想到到触摸板传感器电路18的单个传感输入端可用于接受来自触摸板10和来自笔22的输入。例如，可用MUX来在触摸板10然后是笔22之间改变输入。
要理解，上述部署只是对本发明原理的应用的说明。本领域的技术人员可以设计许多修改和备选部署，而不会脱离本发明的精神和范围。所附权利要求书想要覆盖这种修改和部署。

Claims (36)

1.一种用于向电子设备提供输入的无源笔，所述笔包括：
用于容纳其内的组件的主体，其中所述主体具有一个书写端和一个相反端；
导电尖端，其被布置在所述主体内，以便通过所述书写端中的孔隙延伸到所述主体外部；以及
耦合到所述导电尖端的系链，其中所述系链被耦合到电子设备从而向其提供数据。
2.如权利要求1所述的无源笔，其中所述无源笔还包括：
布置在所述笔的主体内并且耦合到所述导电尖端的导电球；以及
耦合到所述导电球的导电带，其中所述导电带电耦合到所述系链，从而提供所述导电尖端和所述系链之间的通路。
3.如权利要求2所述的无源笔，其中所述无源笔还包括：
耦合到所述导电球的棒；以及
布置在所述笔的主体内的开关，其中施加在所述导电尖端上的力致使所述导电球和所述棒在所述笔的主体内向后移动，其中所述棒促动所述开关。
4.如权利要求3所述的无源笔，其中所述无源笔还包括触摸板传感器电路，其中所述触摸板传感器电路被耦合到所述系链，从而使得来自所述笔的信号能够被传输到所述触摸板传感器电路，并且其中所述触摸板传感器电路确定所述笔的导电尖端相对于触摸板表面的位置。
5.如权利要求4所述的无源笔，其中所述无源笔还包括触摸板传感器电路，其中所述触摸板传感器电路包括传感正输入端和传感负输入端。
6.如权利要求5所述的无源笔，其中所述无源笔还包括：具有X电极和Y电极的栅格的触摸板，其中所述笔在与所述触摸板的表面相接触或相靠近时检测所述X电极和Y电极。
7.如权利要求6所述的无源笔，其中所述触摸板传感器电路包括固件，该固件使得所述触摸板传感器电路能够确定所述笔和所述触摸板的表面的相对位置。
8.如权利要求7所述的无源笔，其中所述触摸板还包括布置在所述触摸板和所述触摸板传感器电路的传感正输入端之间的传感线。
9.如权利要求1所述的无源笔，其中所述电子设备是从以下电子设备群组中选择出来的，该群组包括：个人计算机、个人数字助理、移动电话、数字照相机、数字摄像机、数字音乐播放器、视频播放器和笔记本计算机。
10.一种用于向电子设备提供输入的触摸板，其中所述触摸板包括：
X电极和Y电极的栅格；
布置在所述X电极和Y电极的栅格附近的传感电极；
无源笔，其具有用于从所述无源笔发送信号的系链；以及
触摸板传感器电路，用于接收来自所述传感电极的输入，以便确定与所述触摸板的表面相接触或相靠近的指向物的位置，并且用于接收来自所述无源笔的系链的输入，以便确定所述触摸板相对于所述笔的位置。
11.如权利要求10所述的触摸板，其中所述触摸板传感器电路还包括：
传感正输入端，用于接收来自所述传感线的输入；以及
传感负输入端，用于接收来自所述无源笔的系链的输入。
12.如权利要求11所述的触摸板，其中所述触摸板传感器电路包括固件，该固件使得所述触摸板传感器电路能够确定所述笔和所述触摸板的表面的相对位置。
13.如权利要求12所述的触摸板，其中所述无源笔还包括。
用于容纳其内的组件的主体，其中所述主体具有书写端和相反端；以及
导电尖端，其被布置在所述主体内，以便通过所述书写端中的孔隙延伸到所述主体外部。
14.如权利要求12所述的触摸板，其中所述无源笔还包括：
布置在所述笔的主体内并且耦合到所述导电尖端的导电球；以及
耦合到所述导电球的导电带，其中所述导电带电耦合到所述系链，从而提供所述导电尖端和所述系链之间的通路。
15.如权利要求14所述的触摸板，其中所述无源笔还包括：
耦合到所述导电球的棒；以及
布置在所述笔的主体内的开关，其中施加在所述导电尖端上的力致使所述导电球和所述棒在所述笔的主体内向后移动，其中所述棒促动所述开关。
16.一种用于向电子设备提供输入的***，所述***包括：
触摸板；
无源笔；以及
耦合到所述触摸板和所述无源笔的触摸板传感器电路，其中所述触摸板传感器电路当在触摸板模式中工作时确定指向物相对于所述触摸板表面的位置，并且其中所述触摸板传感器电路当在笔模式中工作时确定所述无源笔相对于所述触摸板的位置。
17.如权利要求16所述的***，其中所述***还包括：具有用于接收来自所述触摸板的数据的传感正输入端和用于接收来自所述无源笔的数据的传感负输入端的触摸板传感器电路。
18.如权利要求17所述的***，其中所述无源笔还包括：
布置在所述笔的主体内并且耦合到所述导电尖端的导电球；以及
耦合到所述导电球的导电带，其中所述导电带电耦合到所述系链，从而提供所述导电尖端和所述系链之间的通路。
19.如权利要求18所述的***，其中所述无源笔还包括：
耦合到所述导电球的棒；以及
布置在所述笔的主体内的开关，其中施加在所述导电尖端上的力致使所述导电球和所述棒在所述笔的主体内向后移动，其中所述棒促动所述开关。
20.如权利要求19所述的***，其中所述***还包括布置在所述导电带和所述触摸板传感器电路的传感负输入端的之间的系链。
21.如权利要求17所述的***，其中所述***还包括：
X电极和Y电极的栅格；
布置在所述X电极和Y电极的栅格附近的传感电极，其中所述传感电极被耦合到所述触摸板传感器电路的传感正输入端。
22.一种用于向电子设备提供输入的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)提供触摸板、无源笔和耦合到所述触摸板和所述无源笔的触摸板传感器电路；
(2)当在触摸板模式中工作时确定指向物相对于所述触摸板表面的位置；以及
(3)当在笔模式中工作时确定所述无源笔相对于所述触摸板的位置。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：向所述触摸板传感器电路提供用于接收来自所述触摸板的数据的传感负输入端以及用于接收来自所述无源笔的数据的传感正输入端。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
(1)提供布置在所述笔的主体内并且耦合到所述导电尖端的导电球；以及
(2)提供耦合到所述导电球的导电带，其中所述导电带电耦合到所述系链，从而提供所述导电尖端和所述系链之间的通路。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
(1)提供耦合到所述导电球的棒；以及
(2)提供布置在所述笔的主体内的开关，其中施加在所述导电尖端上的力致使所述导电球和所述棒在所述笔的主体内向后移动，其中所述棒促动所述开关。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：一旦所述开关被促动，就致使所述无源笔在墨迹式作图模式和非墨迹式作图模式之间切换。
27.如权利要求25所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：当所述开关被促动时致使所述无源笔在墨迹式作图模式中工作，并且一旦所述开关不被促动就致使所述无源笔在非墨迹式作图模式中工作。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：在所述导电带和所述触摸板传感器电路的传感负输入端之间布置系链，从而使得所述无源笔能够向所述触摸板提供输入。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
(1)提供X电极和Y电极的栅格；以及
(2)提供布置在所述X电极和Y电极的栅格附近的传感电极；其中所述传感电极被耦合到所述触摸板传感器电路的传感正输入端。
30.一种用于利用无源笔向电子设备提供输入的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)提供用于容纳其内的组件的笔主体，布置在所述笔主体内以便通过书写端中的孔隙延伸到所述笔主体外部的导电尖端，以及耦合到所述导电尖端的系链；
(2)提供触摸板传感器电路，其中所述触摸板传感器电路耦合到所述系链；以及
(3)将信号从所述笔传输到所述触摸板传感器电路，并且其中所述触摸板传感器电路确定所述笔的导电尖端相对于触摸板表面的位置。
31.如权利要求30所述的方法，所述方法包括以下步骤：提供布置在所述笔主体内并且耦合到所述导电尖端的导电球，以使得所述笔能够被倾斜成任何所需的角度，而不会影响所述触摸板传感器电路的位置确定。
32.如权利要求31所述的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)提供耦合到所述导电球的棒，以及布置在所述笔的主体内的开关，其中施加在所述导电尖端上的力致使所述导电球和所述棒在所述笔的主体内向后移动，其中所述棒促动所述开关；
(2)当所述开关被促动时在墨迹式作图模式中工作；以及
(3)当所述开关未被促动时在非墨迹式作图模式中工作。
33.如权利要求32所述的方法，所述方法包括以下步骤：在所述触摸板传感器电路中提供传感正输入端和传感负输入端，从而使得所述触摸板传感器电路在接收到来自所述笔的输入时能够在笔模式中工作。
34.如权利要求33所述的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有X电极和Y电极的栅格的触摸板，其中所述笔在与所述触摸板的表面相接触或相靠近时检测所述X电极和Y电极。
35.如权利要求34所述的方法，所述方法包括以下步骤：在所述触摸板和所述触摸板传感器电路的传感正输入端之间提供传感线，从而使得所述触摸板传感器电路能够在触摸板模式中工作。
36.如权利要求35所述的方法，所述方法包括以下步骤：从以下电子设备群组中选择电子设备，该群组包括：个人计算机、个人数字助理、移动电话、数字照相机、数字摄像机、数字音乐播放器、视频播放器和笔记本计算机。
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