TW201523346A - 具有力量及／或角度感測功能之觸控螢幕觸控筆 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種結合一顯示裝置使用之手持觸控筆，其可包含：一手持本體；一筆頭，其可移動地耦合至該本體；及至少一電容式感測器，其經組態以偵測該筆頭相對於該本體之移動。該至少一電容式感測器可包括：至少一第一導電元件，其固定至該本體或與該本體成一體；及至少一第二導電元件，其固定至該可移動筆頭或與該可移動筆頭成一體。該筆頭可經配置使得該至少一第一導電元件及該至少一第二導電元件彼此隔開。該至少一電容式感測器可經組態以偵測由該筆頭相對於該本體之移動引起之該至少一第一導電元件與該至少一第二導電元件之間的各自距離之變更。

Description

具有力量及/或角度感測功能之觸控螢幕觸控筆 相關申請案的交叉參考
本申請案主張2013年8月22日申請之美國臨時申請案第61/868,899號之權利，該案之全文以引用方式併入本文中。
本揭示內容係關於一種用於與一電子裝置互動之觸控筆，例如，一電子裝置(諸如一智慧型電話、平板電腦、電子閱讀器等)之一觸控螢幕。
觸控螢幕已普遍存在於例如裝置(包含智慧型電話、平板電腦、電子閱讀器及眾多其他裝置)中。一觸控螢幕觸控筆允許一使用者輸入資料，尤其是圖形資料、核取標記、特徵等，或處置一使用者介面，包含一使用者螢幕之按鈕、滑塊或其他可操作元件。然而，多數使用者仍不習慣於用其等手指來畫圖。此外，運用既有觸控筆，不可能輕易選擇一參數，諸如線寬及色彩。多數觸控筆僅係不具有關於一觸控螢幕之特定或次要功能之指標裝置。一些習知觸控筆最多允許量測一點壓力來判定線寬或使用一調變方案來辨別一使用者手掌之觸控與觸控筆筆頭之觸控。
需要一種用於此等觸控螢幕應用之經改良觸控筆，尤其需要一種允許輕易選擇一參數(舉例而言，諸如線寬、線型或色彩)之觸控 筆。此外，需要由一筆賦予之一定水準之技藝控制，例如，針對薄線保持觸控筆垂直及針對較寬線使觸控筆傾斜之能力。一提議之智慧型觸控筆將能夠辨別筆針對線寬之一旋轉角度，其將允許即時控制色彩或明暗度或任何其他合適參數。經偵測力量可用來控制例如色彩選擇或色彩密度或任何其他合適參數。
根據各項實施例，一觸控螢幕觸控筆可經設計以包括該觸控筆之一特定筆頭，其允許例如選擇一參數，諸如色彩及線厚。當使用者對觸控筆筆頭施加壓力時，該筆頭朝向該觸控筆之相對壁位移。可藉由該觸控筆壁周圍之電容式感測器之相對偏移判定該觸控筆相對於觸控螢幕表面之角度，例如以判定該觸控螢幕上產生之標記之一視覺參數，例如此等標記之色彩。可藉由適用感測器之電容之一絕對偏移判定位移量，例如以判定另一視覺參數，例如該螢幕上所畫之一線之寬度。此系統亦可增強模擬筆在紙上拖拽之觸覺回饋。
一項實施例提供一種結合一顯示裝置使用之手持觸控筆，其可包含：一手持本體；一筆頭，其可移動地耦合至該本體；及至少一電容式感測器，其經組態以偵測該筆頭相對於該本體之移動。該至少一電容式感測器可包括：至少一第一導電元件，其固定至該本體或與該本體成一體；及至少一第二導電元件，其固定至該可移動筆頭或與該可移動筆頭成一體。該筆頭可經配置使得該至少一第一導電元件及該至少一第二導電元件彼此隔開。該至少一電容式感測器可經組態以偵測由該筆頭相對於該本體之移動引起之該至少一第一導電元件與該至少一第二導電元件之間的各自距離之變更。
另一實施例提供一種結合一顯示裝置使用之手持觸控筆，其可包含：一手持本體；一外環，其固定至該本體或與該本體成一體；一筆頭，其配置於該外環內且與該外環隔開，且可移動地耦合至該本體以回應於施加至該筆頭之力量而相對於該外環移動；及至少一電容式 感測器，其界定於該外環與該筆頭之間且經組態以偵測該筆頭與該外環之間的相對移動。該觸控筆可經組態以在該顯示裝置上產生標記，且可包含控制電子裝置，該等控制電子裝置經組態以自該觸控筆之至少一電容式感測器接收信號，及基於自該至少一電容式感測器接收之信號而產生信號，用於控制該顯示裝置上產生之標記之一視覺參數。
另一實施例提供一種系統，其包含：一顯示裝置；一手持觸控筆，其經組態以與該顯示裝置互動以在該顯示裝置上產生標記。該觸控筆可包含：一手持本體；一筆頭，其可移動地耦合至該本體；至少一電容式感測器，其經組態以偵測該筆頭相對於該本體之移動；及控制電子裝置，其經組態以：自該觸控筆之至少一電容式感測器接收信號；及基於自該至少一電容式感測器接收之信號而產生信號，用於控制該顯示裝置上產生之標記之一視覺參數。
另一實施例提供一種系統，其包含：一顯示裝置；及一手持觸控筆，其經組態以與該顯示裝置互動以在該顯示裝置上產生標記。該觸控筆可包含：一手持本體；一外環，其固定至該本體或與該本體成一體；一筆頭，其配置於該外環內且與該外環隔開，且可移動地耦合至該本體使得該筆頭可回應於施加至該筆頭之力量而相對於該外環移動；至少一電容式感測器，其界定於該外環與該筆頭之間且經組態以偵測該筆頭與該外環之間的相對移動；及控制電子裝置，其經組態以自該觸控筆之至少一電容式感測器接收信號，及基於自該至少一電容式感測器接收之信號而產生信號，用於控制該顯示裝置上產生之標記之一視覺參數。
10‧‧‧力量偵測觸控筆
12‧‧‧觸控筆本體
14‧‧‧觸控筆筆頭/可移動筆頭
16‧‧‧力量偵測系統
20‧‧‧控制電子裝置
30‧‧‧環
32‧‧‧間隙
36‧‧‧撓性長形構件/長形支撐構件/桿/導電構件
38‧‧‧長形構件36之第一端/長形支撐構件36之遠端
40‧‧‧長形構件36之第二端
46‧‧‧筆頭元件
48‧‧‧筆頭基底
50‧‧‧電容式感測器
50A‧‧‧電容式垂直力量感測器/電容器
52‧‧‧導電感測器元件/中心感測器元件
54‧‧‧環形導電元件/碟形導電元件/離散導電元件
60‧‧‧管狀支撐結構/固定支撐件
62‧‧‧彈簧/其他偏置構件
68‧‧‧彈性發泡體/其他可變形彈性材料/可變形彈性層
70A‧‧‧導電元件
70B‧‧‧導電元件
80‧‧‧可變形彈性材料
90‧‧‧列
90A‧‧‧列
90B‧‧‧列
100‧‧‧系統
110‧‧‧作用觸控筆
116‧‧‧電容式力量偵測系統
120‧‧‧觸控筆之控制電子裝置
122‧‧‧處理器
124‧‧‧演算法/其他邏輯指令
126‧‧‧非暫時性記憶體
130‧‧‧調變器
132‧‧‧開關
140‧‧‧顯示裝置
142‧‧‧電容式觸控螢幕
146‧‧‧觸控螢幕之控制電子裝置
150‧‧‧處理器
152‧‧‧軟體/其他邏輯指令
154‧‧‧非暫時性記憶體
A‧‧‧縱向軸(圖1)
Dc‧‧‧距離
EMA‧‧‧軸向移動
EMF‧‧‧橫向撓曲
MA‧‧‧軸向移動
ML‧‧‧橫向移動
藉由部分參考下文描述及隨附圖式可理解本揭示內容之例示性實施例，其中：圖1繪示根據本發明之一力量偵測觸控筆之一簡化視圖； 圖2A繪示在觸控筆筆頭處包含複數個電容式感測器之一觸控筆之一例示性實施例，該觸控筆筆頭包含圍繞一接地導電元件配置之複數個感測器元件；圖2B繪示在觸控筆筆頭處包含複數個電容式感測器之一觸控筆之一例示性實施例，該觸控筆筆頭包含圍繞複數個感測器元件配置之一接地導電元件；圖3繪示經組態以偵測觸控筆筆頭之橫向移動之一觸控筆之一例示性組態；圖4繪示經組態以偵測觸控筆筆頭之橫向移動及軸向移動兩者之一觸控筆之一例示性組態；圖5繪示圖4之例示性觸控筆組態之另一視圖；圖6繪示用於提供一軸向偏置力量及管理觸控筆筆頭之軸向移動之一替代實施例；圖7繪示經組態以偵測觸控筆筆頭之橫向移動之一觸控筆之另一例示性組態；圖8繪示經組態以偵測觸控筆筆頭之橫向移動及軸向移動兩者之一觸控筆之另一例示性組態；圖9繪示經組態以藉由使用在軸向方向上偏移彼此之多列電容式感測器偵測觸控筆筆頭之橫向移動及軸向移動兩者之一觸控筆之另一例示性組態；及圖10繪示包含一觸控筆及具有一電容式觸控螢幕之一顯示裝置之一例示性系統。
藉由部分參考下文描述及隨附圖式可理解本揭示內容之一些實施例，其中類似參考符號指代相同或類似部件。
圖1繪示根據本發明之一力量偵測觸控筆10之一簡化視圖。力量 偵測觸控筆10包含：一本體12，其經定大小及塑形為手持本體；一筆頭14，其可移動地耦合至該本體；一力量偵測系統16，其經組態以偵測筆頭14相對於本體12之移動；及控制電子裝置20，其經組態以分析來自力量偵測系統16之信號並將相關資料信號傳達至一相關聯顯示裝置，如下文論述。
力量偵測系統16可經組態以偵測觸控筆筆頭14相對於觸控筆本體12在一或多個方向上之移動。例如，取決於特定實施例，力量偵測系統16可經組態以偵測：(a)筆頭14相對於本體12例如大體上垂直於觸控筆本體12之一縱向軸A之橫向移動(由箭頭ML指示此等橫向移動)；或(b)筆頭14相對於本體12例如大體上沿縱向軸A或平行於縱向軸A之軸向移動(由箭頭MA指示此等軸向移動)；(c)筆頭14之橫向移動及軸向移動兩者。筆頭14之此等移動可起因於一使用者以不同壓力且相對於一顯示裝置成不同角度將觸控筆10之筆頭14壓抵於該顯示裝置10。
力量偵測系統16可包含一或多個電容式感測器，該一或多個電容式感測器經組態以偵測筆頭14之橫向移動、軸向移動、或橫向移動及軸向移動兩者。如下文更詳細論述，此等電容式感測器可包含：至少一第一導電元件，其固定至觸控筆本體12或與觸控筆本體12成一體；及至少一第二導電元件，其固定至可移動筆頭14或與可移動筆頭14成一體，該第一導電元件及該第二導電元件彼此互動以界定至少一電容式感測器。
控制電子裝置20可經組態以分析自力量偵測系統16接收之信號(例如，來自電容式感測器且指示筆頭14之移動之信號)，以計算一或多個參數，諸如筆頭14上之力量之角度(例如，指示觸控筆10保持為抵著顯示裝置所成之角度)及/或筆頭14上之力量之量值(例如，指示使用者將觸控筆10壓抵於顯示裝置所用之力量)。在一些實施例中，控 制電子裝置20可接著以資料信號之形式將此等參數傳達至顯示裝置，該顯示裝置可接著基於自觸控筆10接收之資料信號影響螢幕上顯示之一標記(例如，由觸控筆所畫之一點或線)之視覺外觀。例如，該顯示裝置可基於自觸控筆接收之資料信號調整由該觸控筆追蹤之標記之厚度/寬度、色彩、明暗度及/或其他參數，例如，指示該觸控筆相對於該顯示裝置之角度、該觸控筆壓抵於該顯示裝置之力量及/或由力量偵測系統16判定及傳達之其他參數。
圖2A及圖2B繪示根據兩個例示性實施例之力量感測觸控筆10之兩個例示性設計。如所示，觸控筆10包含一環30，該環30固定地固定至本體12或與本體12成一體，其中筆頭14徑向地配置於環30內。筆頭14可依允許相對於本體12橫向移動(由箭頭ML指示)、或軸向移動(由箭頭MA指示)、或橫向移動及軸向移動兩者之方式耦合至本體12。在此等例示性實施例中，筆頭14藉由一撓性長形構件36(例如，由彈簧鋼或其他彈性材料形成之一桿)耦合至本體12。長形構件36之一第一端38耦合至觸控筆本體12，且長形構件36之一第二端40支撐筆頭14。筆頭14可藉由一間隙32而與環30隔開，使得筆頭14可在環30內移動。間隙32可係一空氣間隙或填充有一撓性或展性材料，例如發泡體或其他材料。
在一些實施例中，長形構件36之第一端38剛性地耦合至本體12，使得長形構件36之自由端可撓曲(如由箭頭EMF指示)以在一橫向或成角力量施加至筆頭14時(例如，在觸控筆10以一非法線角壓抵於一顯示裝置時)允許筆頭14之橫向移動。在其他實施例中，例如，如下文論述之圖4至圖6及圖9中所示，長形構件36之第一端38依允許構件36相對於本體12軸向移動之方式耦合至本體12，使得例如在觸控筆10以一法線角及非法線角壓抵於一顯示裝置時構件36可回應於施加至筆頭14之各個橫向、軸向及成角力量而橫向撓曲(如由箭頭EMF指示) 及軸向移動(如由箭頭EMA指示)。
筆頭14可包含支撐於一筆頭基底48上之一筆頭元件46。在一些實施例中，筆頭元件46係由一可變形材料(例如，發泡體、橡膠或其他可變形材料)形成。筆頭基底48可界定或支撐一或多個電容式感測器元件，如下文論述。
如上文論述，觸控筆10可包含一力量偵測系統16，該力量偵測系統16包含一或多個電容式感測器，該一或多個電容式感測器經組態以偵測筆頭14之橫向移動、軸向移動、或橫向移動及軸向移動兩者，此取決於特定實施例。在圖2A及圖2B之實施例中，觸控筆10包含複數個電容式感測器50，藉由固定至觸控筆本體12或與觸控筆本體12成一體之一導電元件與固定至可移動筆頭14或與可移動筆頭14成一體之一導電元件之間的一互動界定各電容式感測器50。觸控筆10可包含任何數目之導電元件，該等導電元件用來界定用於偵測筆頭14之移動之任何適當數目之電容式感測器50。
如所示，圖2A之實施例包含：複數個導電感測器元件52，其等圍繞環30之圓周以規則間隔耦合至環30；及一單一導電元件54，其由筆頭基底48界定或耦合至筆頭基底48且至少部分圍繞筆頭基底48之圓周延伸。元件54可電接地。環30上之各導電感測器元件52與筆頭基底48上之導電元件54互動以界定一電容式感測器50。所示實例包含圍繞環30以90°間隔隔開之四個導電感測器元件52，因此界定四個電容式感測器50。然而，其他實施例可包含可圍繞環30均勻地或以其他方式隔開之任何其他數目之導電感測器元件52，例如，三個、五個、六個、七個、八個、九個、十個、十一個、十二個或更多個感測器元件。此外，其他實施例可包含圍繞筆頭基底48之多個導電元件54配置。
相比之下，圖2B之實施例包含：複數個導電感測器元件52，其 等以規則間隔圍繞筆頭基底48之圓周配置；及一單一導電元件54，其由環30界定或耦合至環30且至少部分圍繞環30之圓周延伸。元件54可電接地。筆頭基底48上之各導電感測器元件52與環30上之導電元件54互動以界定一電容式感測器50。所示實例包含圍繞筆頭基底48以90°間隔隔開之四個導電感測器元件52，因此界定四個電容式感測器50。然而，其他實施例可包含可圍繞筆頭基底48均勻地或以其他方式隔開之任何其他數目之導電感測器元件52，例如，三個、五個、六個、七個、八個、九個、十個、十一個、十二個或更多個感測器元件。此外，其他實施例可包含圍繞環30配置之多個導電元件54。
當筆頭14橫向移動時，例如，當保持觸控筆相對於一顯示裝置表面成一非法線角之一使用者將觸控筆筆頭14壓抵於裝置表面時，個別感測器元件52與導電元件54之間的各自距離-圖2A及圖2B中指示為距離Dc-隨該觸控筆相對於該裝置表面之角度及由該使用者施加之力量之量成比例增大或減小。電容式感測器50經組態以偵測距離Dc之各自變更，該等變更表現為各個各自感測器50處之電容之變更。由各感測器50偵測之電容信號被傳達至控制電子裝置，控制電子裝置包含可執行演算法，該可執行演算法經組態以計算筆頭14之橫向移動之方向及量值，且可自此等參數進一步計算觸控筆圍繞縱向軸之一旋轉角度、該觸控筆相對於一顯示裝置之一角度(該觸控筆壓抵於該顯示裝置)、以及將該觸控筆壓抵於該顯示裝置所用之力量。此等經計算資料之任何一者或所有可接著被傳達至該顯示裝置，例如，如下文更詳細論述。
在圖2A及圖2B之例示性實施例中，各自導電感測器元件52及導電元件54配置於軸向方向上之相同平面中。在其他實施例中，導電感測器元件52之一或多者可在軸向方向上偏移彼此，或偏移各自(多個)導電元件54。一些實施例可包含在軸向方向上偏移彼此之元件52及/ 或54以偵測筆頭14之軸向移動。例如，觸控筆10可包含配置為在軸向方向上偏移彼此之感測器元件52之兩個或更多個環，其中各環包含圍繞環30或筆頭基底48之圓周配置之多個感測器元件52。替代地或此外，觸控筆10可包含兩個或更多個環形導電元件54或離散導電元件54之環，其等配置為在軸向方向上偏移彼此，例如，界定圍繞環30或筆頭基底48之圓周之兩個或更多個偏移的導電元件環。
圖3至圖9繪示用於將觸控筆筆頭14耦合至本體12以允許筆頭14相對於本體12橫向移動及/或軸向移動之一些例示性組態。
圖3展示其中長形支撐構件36(例如，一撓性桿)之一遠端38牢固地固定至本體12之一例示性組態，其中筆頭14配置於一環30內。此實施例允許筆頭14之橫向移動(經由桿36之撓曲)，且可包含電容式感測器50，該等電容式感測器50用於例如使用如圖2A或圖2B中所示之電容式感測器50之一配置偵測此橫向移動。
圖4展示其中長形支撐構件36(例如，一撓性桿)可移動地耦合至本體12之一例示性組態。如所示，支撐構件36可經軸向引導穿過固定至本體12之一管狀支撐結構60，且藉由一彈簧或其他偏置構件62偏置朝向筆頭14之方向。此實施例允許筆頭14之橫向移動(經由桿36之撓曲)及筆頭14之軸向移動(經由支撐構件36之軸向移動)兩者，且可包含用於偵測此等橫向及軸向移動之任何配置之電容式感測器50。例如，該觸控筆可包含：一配置之電容式感測器50，其等在筆頭14處或附近、用於偵測筆頭14之橫向移動(例如，使用如圖2A或圖2B中所示之一配置之電容式感測器50)；及一電容式垂直力量感測器50A，其在支撐構件36之遠端38處、用於偵測筆頭14/支撐構件36總成之軸向移動，例如，如圖4中所示。作為另一實例，該觸控筆可使用筆頭14處或附近之一配置之電容式感測器50(該筆頭14包含配置為在軸向方向上偏移彼此之導電感測器元件52及/或導電元件54之多個環或集合)， 以偵測筆頭14之橫向移動及軸向移動兩者，例如，如下文參考圖9論述。
圖5展示類似於圖4之實施例之一例示性實施例之一三維視圖。如所示，支撐構件36經引導穿過固定至本體12之一支撐結構60中之一開口，且藉由一彈簧62偏置朝向筆頭14之方向。再者，此實施例允許筆頭14之橫向移動(經由桿36之撓曲)及筆頭14/支撐構件36總成之軸向移動兩者，且可包含用於偵測此等橫向及軸向移動之任何配置之電容式感測器50。例如，如所示，該觸控筆可包含：一配置之電容式感測器50，其等在筆頭14處或附近、用於偵測筆頭14之橫向移動；及一電容式垂直力量感測器50A，其在支撐構件36之遠端38處、用於偵測筆頭14/支撐構件36總成之軸向移動。
圖6繪示用於管理及偵測筆頭14/支撐構件36總成之軸向移動之圖5之實施例之一替代實施例。一彈性發泡體或其他可變形彈性材料68可取代充當一固定支撐件60之一彈簧或其他偏置構件62配置於電容式垂直力量感測器50A之導電元件(例如，板)70A與70B之間，以偏置筆頭14/支撐構件36總成使其朝向筆頭14，且限制支撐構件36之軸向移動(藉此防止電容器50A短路)。
圖7繪示觸控筆10之另一例示性實施例，其中一可變形彈性材料80(例如，發泡體)配置於筆頭基底48與環30之間的間隙中。例如，根據上文論述之實例之任何一者，電容式感測器50可配置於筆頭基底48及環30處。可變形彈性材料80可允許筆頭14之橫向移動但提供彈性阻力，使得在移除該力量時筆頭14重新居中於環30內。此設計亦可防止或實質上減小筆頭基底48接觸周圍環30之可能性，藉此防止電容式感測器50短路。儘管所示實例展示固定於軸向方向上之筆頭14，但此實施例亦可組合允許筆頭14之軸向移動及此移動之電容式偵測之任何合適機構或設計。
圖8繪示另一例示性實施例，其中複數個垂直配置之電容式感測器50用於偵測筆頭14之橫向移動及軸向移動兩者。如所示，複數個導電感測器元件52安裝於觸控筆本體12上或以其他方式附貼至觸控筆本體12。一可變形彈性層68(例如，彈性發泡體)配置於導電感測器元件52上，一碟形導電元件54配置於彈性層68上，且一筆頭元件46安裝於導電元件54上。複數個導電感測器元件52與導電元件54互動以界定複數個電容式感測器50。導電感測器元件52可包含任何合適數目之感測器元件52(例如，一個、兩個、三個、四個、五個、六個、七個、八個或更多個)，其等可配置為任何合適圖案，例如，一環形圖案、其中一中心感測器元件52居中於圖案內之一環形圖案、一矩形列/行陣列或任何其他合適圖案。所示實例包含配置為彼此相距90°之四個感測器元件52，藉此界定四個電容式感測器50。
可由控制電子裝置分析來自電容式感測器50之信號以判定導電元件54相對於導電感測器元件52之陣列(且因此相對於觸控筆本體12)之角旋轉以及導電元件54朝向或遠離感測器元件52之移動，該等信號可進一步經處理以計算觸控筆相對於一顯示裝置之一角度(該觸控筆壓抵於該顯示裝置)以及將該觸控筆壓抵於該顯示裝置所用之力量。
圖9繪示包含用於偵測筆頭14相對於本體12之橫向移動(ML)及軸向移動(MA)兩者之兩列電容式感測器50之一例示性實施例。如所示，導電感測器元件52配置成兩列90A及90B，圍繞一環形導電元件54延伸。在此實例中，導電感測器元件52固定至觸控筆本體12且導電元件54固定至筆頭14。在其他實施例中，導電感測器元件52可固定至筆頭14，其中導電元件54固定至本體12且圍繞導電感測器元件52延伸(例如，類似於圖2B之配置)。
可藉由比較來自各個別列90A及/或90B內之感測器元件52之各自電容信號偵測筆頭14之橫向移動。例如，可分析來自一特定列90內之 感測器元件52之信號之比率以計算筆頭14之橫向移動。可藉由比較列90A與90B之間的各自電容信號偵測筆頭14之軸向移動。例如，可分析來自列90A之電容信號對來自列90B之電容信號之比率以計算筆頭14之軸向移動。可使用該等經計算橫向移動及軸向移動以例如使用任何合適演算法計算不同參數，諸如觸控筆圍繞縱向軸之旋轉角度、觸控筆相對於裝置表面之角度(該觸控筆壓抵於該裝置表面)、抵著該裝置表面施加至該觸控筆之力量之量。
圖10繪示包含一作用觸控筆110及具有一電容式觸控螢幕142之一顯示裝置140之一例示性系統100。作用觸控筆110經組態以偵測筆頭移動，計算力量及/或其他相關資料，並例如經由自觸控筆筆頭14傳達至顯示裝置140之一經調變信號將此經計算資料即時傳達至顯示裝置140。顯示裝置140可係包含一電容式觸控螢幕(例如，一PCT或PCAP螢幕)之任何裝置，諸如一智慧型電話、平板電腦、電子閱讀器或任何其他合適裝置。
如所示，觸控筆110包含：一電容式力量偵測系統116，其經組態以例如根據上文論述之例示性實施例之任何一者偵測對應於筆頭14之移動之電容信號；及控制電子裝置120，其經組態以分析該等經偵測電容信號以計算相關資料(例如，觸控筆110之實體定向及施加至筆頭14之力量)並將此資料傳達至顯示裝置140。控制電子裝置120可包含：一處理器122；演算法或其他邏輯指令124，其等儲存於非暫時性記憶體126中；及一調變器130，其用於產生傳達至顯示裝置140之經調變信號。演算法124可包含用於自經偵測電容信號計算本文中論述之任何類型之資料(例如，各自電容式元件之間的距離之變更、觸控筆筆頭14之橫向移動及/或軸向移動、觸控筆圍繞縱向軸之一旋轉角度、觸控筆相對於觸控螢幕142之一角度、抵著觸控螢幕142施加至觸控筆之力量之量等)之任何合適演算法。
調變器130可經組態以產生信號，用於調變一開關132以透過一導電構件36遞送一經調變電信號，該經調變電信號經由定位於筆頭之構件36之端40與電容式觸控螢幕142之間的一導電耦合無線地傳達至顯示裝置140。例如，調變器130可產生並傳達一經調變方波信號或經脈衝寬度調變信號。調變器130可即時傳達此資料，使得顯示裝置140可處理此資料並基於此資料影響觸控螢幕142上顯示之標記。在其他實施例中，調變器130可經由力量偵測系統116之一或多個感測器元件52及/或導電元件54將經調變信號傳達至顯示裝置140。在其他實施例中，調變器130可經由提供於觸控筆110中之其他導電元件將經調變信號傳達至顯示裝置140。在另一實施例中，觸控筆110可經由一獨立無線或有線介面與顯示裝置140傳達此筆頭感測器資料。為此目的，獨立無線電路可併入至觸控筆110中。
顯示裝置140可包含控制電子裝置146，控制電子裝置146包含一處理器150及儲存於非暫時性記憶體154中之軟體或其他邏輯指令152，用於分析經接收資料並基於觸控筆110與電容式觸控螢幕142之互動在觸控螢幕142上產生標記。
例如，觸控筆110可跨觸控螢幕142之表面移動。觸控筆之控制電子裝置120偵測來自力量偵測系統116之電容式信號並計算關於觸控筆110相對於觸控螢幕142之定向、力量等之相關聯筆頭感測器資料，且透過觸控筆筆頭14(例如，構件36之端40)與觸控螢幕142之間的電容式耦合調變一信號。觸控螢幕之控制電子裝置146除進行螢幕142上之觸控筆筆頭14之典型x-y位置偵測以外，亦偵測來自觸控筆110之經調變筆頭感測器資料(例如，指示觸控筆110之定向及力量)。觸控螢幕之控制電子裝置146(例如，藉由由處理器150執行軟體152)可接著即時使用自觸控筆110接收之筆頭感測器資料以影響螢幕142上顯示之標記之一或多項視覺態樣。例如，控制電子裝置146可基於經接收筆頭 感測器資料調整由該螢幕上之觸控筆110追蹤之標記之線厚或寬度、色彩、明暗度及/或其他參數。
作為一實例，軟體152可使用自觸控筆110接收之筆頭感測器資料以模擬一筆，例如藉由基於該觸控筆相對於螢幕表面之角度控制該螢幕上顯示之線厚及/或線暗度(或明暗度比例)，其中該經顯示線厚隨觸控筆與表面法線之定向之偏差成比例增大。作為另一實例，軟體152可基於觸控筆筆頭14與觸控螢幕142之間偵測到之力量之量值控制該螢幕上顯示之厚度及/或線暗度(或明暗度比例)。作為另一實例，軟體152可基於(a)觸控筆相對於螢幕表面之角度及(b)觸控筆筆頭14與觸控螢幕142之間偵測到之力量之量值控制該螢幕上顯示之厚度及/或線暗度(或明暗度比例)。
此外，軟體152可基於觸控筆圍繞該觸控筆之一縱向軸旋轉之一經偵測角度控制另一參數，例如，該螢幕上顯示之標記之色彩、明暗度等。因此，一使用者可例如藉由將該觸控筆旋轉至不同角度選擇一所要色彩。例如，360°旋轉可分成兩種、三種、四種、五種、六種、七種、八種或更多種不同色彩，使得使用者可據此根據需要藉由簡單地旋轉該觸控筆選擇及切換不同色彩。
儘管在本揭示內容中詳細描述所揭示實施例，但應瞭解在不悖離該等實施例之精神及範疇之情況下可對其等進行各種變更、替換及改變。
14‧‧‧觸控筆筆頭/可移動筆頭
36‧‧‧撓性長形構件/長形支撐構件/桿/導電構件
40‧‧‧長形構件36之第二端
46‧‧‧筆頭元件
50‧‧‧電容式感測器
52‧‧‧導電感測器元件/中心感測器元件
54‧‧‧環形導電元件/碟形導電元件/離散導電元件
100‧‧‧系統
110‧‧‧作用觸控筆
116‧‧‧電容式力量偵測系統
120‧‧‧觸控筆之控制電子裝置
122‧‧‧處理器
124‧‧‧演算法/其他邏輯指令
126‧‧‧非暫時性記憶體
130‧‧‧調變器
132‧‧‧開關
140‧‧‧顯示裝置
142‧‧‧電容式觸控螢幕
146‧‧‧觸控螢幕之控制電子裝置
150‧‧‧處理器
152‧‧‧軟體/其他邏輯指令
154‧‧‧非暫時性記憶體

Claims (31)

  1. 一種手持觸控筆，其包括：一手持本體；一筆頭，其可移動地耦合至該本體；及至少一電容式感測器，其經組態以偵測該筆頭相對於該本體之移動。
  2. 如請求項1之手持觸控筆，其包括：至少一第一導電元件，其固定至該本體或與該本體成一體；至少一第二導電元件，其固定至該可移動筆頭或與該可移動筆頭成一體；其中該筆頭經配置使得該至少一第一導電元件及該至少一第二導電元件彼此隔開；其中該至少一電容式感測器及該至少一第一導電元件經配置以界定該至少一電容式感測器；且其中該至少一電容式感測器經組態以偵測由該筆頭相對於該本體之移動引起之該至少一第一導電元件與該至少一第二導電元件之間的各自距離之變更。
  3. 如請求項2之手持觸控筆，其包括一環，該環耦合至該本體或與該本體成一體；其中該至少一第一導電元件至少部分圍繞該環之一圓周定位；且其中該至少一第二導電元件至少部分圍繞該筆頭之一圓周定位。
  4. 如請求項3之手持觸控筆，其包括：一單一第一導電元件，其至少部分圍繞該環之該圓周延伸， 該單一第一導電元件接地；及複數個第二導電元件，其等圍繞該筆頭之該圓周配置。
  5. 如請求項3之手持觸控筆，其包括：複數個第一導電元件，其等圍繞該環之該圓周配置；及一單一第二導電元件，其至少部分圍繞該筆頭之該圓周延伸，該單一第二導電元件接地。
  6. 如請求項3之手持觸控筆，其中該筆頭徑向地配置於該環內且可相對於該環移動。
  7. 如請求項1之手持觸控筆，其中該筆頭可移動地耦合至該本體以允許該筆頭大體上垂直於該觸控筆本體之一軸向方向橫向移動，且其中該至少一電容式感測器經組態以偵測該筆頭之該等橫向移動。
  8. 如請求項1之手持觸控筆，其中該筆頭可移動地耦合至該本體以允許該筆頭大體上沿該觸控筆本體之一軸向方向軸向移動，且其中該至少一電容式感測器經組態以偵測該筆頭之該等軸向移動。
  9. 如請求項8之手持觸控筆，其包括至少兩個電容式感測器，該至少兩個電容式感測器沿該觸控筆本體之該軸向方向偏移彼此。
  10. 如請求項1之手持觸控筆，其中該筆頭可移動地耦合至該本體以允許以下兩者：(a)該筆頭大體上垂直於該觸控筆本體之一軸向方向橫向移動及(b)該筆頭大體上沿該觸控筆本體之該軸向方向軸向移動，且其中該至少一電容式感測器經組態以偵測以下兩者：(a)該筆頭之該等橫向移動及(b)該筆頭之該等軸向移動。
  11. 如請求項1之手持觸控筆，其中：該觸控筆經組態以在一顯示裝置上產生標記；且 該觸控筆包括控制電子裝置，該等控制電子裝置經組態以：自該觸控筆之該至少一電容式感測器接收信號；及基於自該至少一電容式感測器接收之該等信號而產生信號，用於控制該顯示裝置上產生之該等標記之一視覺參數。
  12. 如請求項11之手持觸控筆，其中該等控制電子裝置經組態以基於自該至少一電容式感測器接收之該等信號而產生信號，用於控制該顯示裝置上產生之一線之一寬度。
  13. 如請求項11之手持觸控筆，其中該等控制電子裝置經組態以基於自該至少一電容式感測器接收之該等信號而產生信號，用於控制該顯示裝置上產生之一線之一色彩或明暗度。
  14. 如請求項11之手持觸控筆，其中該等控制電子裝置經組態以：基於自該至少一電容式感測器接收之該等信號計算該觸控筆相對於該顯示裝置之一角度；及將該觸控筆之該經計算角度傳達至該顯示裝置，以基於該觸控筆之該經計算角度控制該顯示裝置上產生之該等標記之該視覺參數。
  15. 如請求項11之手持觸控筆，其中該等控制電子裝置經組態以：基於自該至少一電容式感測器接收之該等信號計算該觸控筆筆頭上之力量之一量值；及將該觸控筆筆頭上之該經計算力量傳達至該顯示裝置，以基於該觸控筆筆頭上之該經計算力量控制該顯示裝置上產生之該等標記之該視覺參數。
  16. 如請求項1之手持觸控筆，其包括： 電子裝置，其經組態以在該觸控筆與一顯示裝置互動期間基於自該至少一電容式感測器接收之信號產生資料信號；及一通信系統，其整合至該觸控筆中且經組態以將該等資料信號即時傳達至該顯示裝置。
  17. 如請求項16之手持觸控筆，其中該觸控筆之該整合式通信系統經組態以藉由控制該觸控筆筆頭與該顯示裝置之間的一電容式耦合將該等資料信號傳達至該顯示裝置。
  18. 一種手持觸控筆，其包括：一手持本體；一外環，其耦合至該本體或與該本體成一體；一筆頭，其配置於該外環內且與該外環隔開，該筆頭可移動地耦合至該本體使得該筆頭可回應於施加至該筆頭之力量而相對於該外環移動；及至少一電容式感測器，其界定於該外環與該筆頭之間，該至少一電容式感測器經組態以偵測該筆頭與該外環之間的相對移動。
  19. 如請求項18之手持觸控筆，其包括一長形構件，該長形構件具有固定至該本體之一第一端及耦合至該筆頭之一第二端，該長形構件經組態以回應於施加至該筆頭之該等力量而撓曲。
  20. 如請求項18之手持觸控筆，其中該筆頭包括一形狀可變形之元件。
  21. 如請求項18之手持觸控筆，其中該外環接地，且該筆頭包含至少一電容式感測器元件，該至少一電容式感測器元件配置於該 筆頭之一周長處且與該外環隔開，其中該至少一電容式感測器元件及該接地外環經組態以互動以界定該至少一電容式感測器。
  22. 如請求項21之手持觸控筆，其中該筆頭包含複數個導電電容式感測器元件，該複數個導電電容式感測器元件圍繞該筆頭之該周長配置且經組態以與該接地外環互動以界定複數個電容式感測器。
  23. 如請求項18之手持觸控筆，其中該筆頭接地，且該外環包含至少一電容式感測器元件，該至少一電容式感測器元件與該外環隔開且經組態以與該接地筆頭互動以界定該至少一電容式感測器。
  24. 如請求項23之手持觸控筆，其中該外環包含複數個導電電容式感測器元件，該複數個導電電容式感測器元件圍繞該外環之一周長配置且經組態以與該接地筆頭互動以界定複數個電容式感測器。
  25. 一種系統，其包括：一顯示裝置；一手持觸控筆，其經組態以與該顯示裝置互動以在該顯示裝置上產生標記，該觸控筆包括：一手持本體；一筆頭，其可移動地耦合至該本體；至少一電容式感測器，其經組態以偵測該筆頭相對於該本體之移動；及控制電子裝置，其經組態以： 自該觸控筆之該至少一電容式感測器接收信號；及基於自該至少一電容式感測器接收之該等信號而產生信號，用於控制該顯示裝置上產生之標記之一視覺參數。
  26. 如請求項25之系統，其中該觸控筆包括：至少一第一導電元件，其固定至該本體或與該本體成一體；至少一第二導電元件，其固定至該可移動筆頭或與該可移動筆頭成一體；其中該筆頭經配置使得該至少一第一導電元件及該至少一第二導電元件彼此隔開；其中該至少一電容式感測器及該至少一第一導電元件經配置以界定該至少一電容式感測器；且其中該至少一電容式感測器經組態以偵測由該筆頭相對於該本體之移動引起之該至少一第一導電元件與該至少一第二導電元件之間的各自距離之變更。
  27. 如請求項26之系統，其中：該觸控筆包括一環，該環耦合至該本體或與該本體成一體；該至少一第一導電元件至少部分圍繞該環之一圓周定位；且該至少一第二導電元件至少部分圍繞該筆頭之一圓周定位。
  28. 如請求項25之系統，其中該等控制電子裝置經組態以基於自該至少一電容式感測器接收之該等信號而產生信號，用於控制該顯示裝置上產生之一線之一寬度。
  29. 如請求項25之系統，其中該等控制電子裝置經組態以基於自該至少一電容式感測器接收之該等信號而產生信號，用於控制該顯示裝置上產生之一線之一色彩或明暗度。
  30. 如請求項25之系統，其中該等控制電子裝置經組態以： 基於自該至少一電容式感測器接收之該等信號判定該觸控筆相對於該顯示裝置之一角度；及基於該觸控筆相對於該顯示裝置之該經判定角度產生信號，用於控制該顯示裝置上產生之該等標記之該視覺參數。
  31. 如請求項25之系統，其中該等控制電子裝置經組態以：基於自該至少一電容式感測器接收之該等信號判定該觸控筆與該顯示裝置之間的力量之一量值；及基於該觸控筆與該顯示裝置之間的力量之該經判定量值產生信號，用於控制該顯示裝置上產生之該等標記之該視覺參數。
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