CN105607763A - 具有惯性传感器的触控笔 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有惯性传感器的触控笔。触控笔可以具有带相对的第一端和第二端的细长主体。电子设备可以具有接收来自第一端处的一个或多个电极的电磁信号的触摸传感器。触控笔可以在第二端处具有六-轴惯性传感器。力传感器可以位于第一端和第二端处。可以使用来自力传感器、惯性传感器和其它输入-输出装置的用户输入向触控笔提供模式改变命令。响应于模式改变命令，触控笔可以在诸如触摸传感器模式和一个或多个惯性传感器模式的操作模式之间转换。惯性传感器数据可以用来允许触控笔除了用作触摸传感器输入装置之外还用作操纵杆、旋转控制器、空中鼠标或其它输入装置。

Description

具有惯性传感器的触控笔
本申请要求于2014年11月14日提交的美国专利申请No.14/542,483的优先权，其全部内容通过引用被结合于此。
技术领域
本发明一般地涉及触控笔，并且更具体地，涉及向诸如具有触摸传感器的设备的外部设备提供输入的触控笔。
背景技术
触摸传感器被通常用于电子装置中。例如，平板计算机可以具有带有电容触摸传感器的触摸屏显示器。在许多情况下，用户可以通过对着触摸传感器的表面按压手指来提供触摸输入。通过跨传感器移动手指，用户可以操纵被显示的对象并且可以提供其它输入。
触摸输入也可以利用计算机触控笔来提供。触控笔可以具有带突出尖端的细长形状，以便于绘图和其它活动。电子装置可以使用触摸传感器来监视触控笔的尖端的位置。装置然后可以响应于触控笔尖端跨传感器的移动而在显示器上绘制线条或采取其它合适的行动。
利用计算机触控笔与电子设备交互对用户来说会具有挑战性。当用户执行某些类型的任务时，用户可能想要使用替代的输入装置，诸如计算机鼠标或操纵杆。如果不注意，用户的系统就会由于许多潜在冲突的输入装置而变得混乱。
因此，人们期望提供用于向电子设备提供输入的改进的计算机触控笔。
发明内容
触控笔可以具有细长主体，主体具有相对的第一端和第二端。可以使用触控笔来提供输入，以控制外部电子设备。电子设备可以具有从触控笔的第一端处的电极接收电磁信号的触摸传感器。触摸传感器可以是电子设备中的触摸屏显示器的一部分，可以用于控制电子设备中单独的显示器。可以使用触控笔中的无线电路将来自触控笔的传感器数据无线地发送到电子设备。
触控笔可以在主体的第二端处具有六-轴惯性传感器。一个或多个力传感器可以位于主体内。例如，在第一端处的力传感器可以用来检测用户何时对着触摸传感器按压触控笔的尖端。
可以使用来自力传感器、惯性传感器和其它输入-输出装置的用户输入向触控笔提供模式改变命令。触控笔和电子设备可以响应于模式改变命令在诸如触摸传感器模式和一个或多个惯性传感器模式的操作模式之间转换。
在触摸传感器模式下，可以使用由电极提供的信号向触摸传感器提供来自触控笔的触摸输入。触摸输入可以用来，例如，在绘图应用中在显示器上绘制线条。
在惯性传感器模式下，惯性传感器数据可以由惯性传感器来收集并且被无线地发送到电子设备。惯性传感器允许触控笔除了用作触摸传感器输入装置之外，还用作操纵杆、旋转控制器或其它输入装置。例如，屏幕上的内容可以利用来自惯性传感器的旋转控制器和操纵杆输入而被旋转、倾斜或以其它方式进行操纵。
附图说明
图1是根据实施例的说明性触控笔和具有触摸传感器的电子设备的透视图。
图2是根据实施例的被用于向具有显示器的装置提供惯性传感器输入的说明性触控笔的透视图。
图3是根据实施例的说明性触控笔和外部设备的示意图。
图4是根据实施例的被用于在显示器上绘制线条的说明性触控笔的示图。
图5是根据实施例的被旋转以旋转在触摸屏显示器上的屏幕上对象的说明性触控笔的透视图。
图6是根据实施例的其上的对象正在利用来自触控笔的旋转输入进行旋转的说明性显示器的透视图。
图7是根据实施例的被用来提供操纵杆输入以操纵屏幕上的对象的触控笔的透视图。
图8是根据实施例的涉及收集输入以确定何时做出触控笔操作模式的改变的说明性步骤的流程图。
图9是根据实施例的示出涉及收集和利用来自触控笔的不同类型的输入的操作的示图。
具体实施方式
触控笔可以用来向触摸传感器提供触摸输入。触摸传感器可以是，例如，具有电容触摸传感器电极阵列的电容触摸传感器。触控笔可以是具有尖端的无源触控笔，其中尖端的位置由触摸传感器利用电容触摸传感器电极来检测，或者触控笔可以是具有一个或多个电极的有源触控笔，其中该一个或多个电极发射利用电容触摸传感器电极来检测的电磁信号。触控笔可以具有诸如按钮的输入-输出装置、可以具有力传感器来检测尖端和擦除器按压事件、可以具有惯性传感器来检测触控笔的运动、并且可以具有其它输入-输出装置。这些装置允许触控笔以多种操作模式从用户收集输入。例如，触摸输入可以在以触摸传感器模式(有时被称为绘图模式)操作触控笔时被收集。惯性传感器输入可以在以诸如空中鼠标模式、旋转控制器模式、操纵杆模式和/或其它惯性传感器输入模式的一个或多个惯性传感器输入模式操作触控笔时被收集。
触控笔可以用于与一种或多种不同的电子装置交互。例如，触控笔可以用来向具有触摸传感器的装置、具有显示器的装置、具有触摸传感器和显示器的装置、或其它设备提供输入。
在图1的说明性构造中，触控笔10被用来向装置40提供输入。装置40可以具有诸如表面42的前表面。表面42可以包括触摸传感器(例如，电容触摸屏电极阵列或其它触摸传感器)。如果期望的话，表面42也可以包括显示器。在一些构造中，装置40可以不包含显示器(即，装置40可以是具有触摸传感器但没有视觉输出能力的绘图板)。在这种类型的构造中，装置40可以收集触摸输入，而给用户的相应视觉输出可以利用单独的显示器来提供。
触控笔10可以具有细长的形状。例如，触控笔10可以具有沿相对的端14和16之间的纵向轴24延伸的诸如主体12的圆柱形主体或其它主体。端14可以用于向装置40提供触摸输入，用于执行绘图应用中的绘图任务和其它触摸传感器输入任务，并且有时可以被称为触控笔10的绘图端。触控笔10的端16可以用于向绘图应用或其它触摸传感器任务提供擦除器输入，并且有时可以被称为触控笔10的擦除器端。
在触控笔10的端14处的主体可以形成触控笔尖端18。触控笔尖端18可以用来向表面42上的触摸传感器提供触摸传感器输入。例如，触控笔尖端18可以是利用电极20向装置40的触摸传感器提供电磁信号的有源尖端。如果期望的话，诸如电极20的电极可以位于触控笔10的两端(例如，写入电极或其它电极可以被设置在端14处，并且擦除电极或其它电极可以被设置在端16处)。由电极20提供的电磁信号可以利用振幅调制方案或其它合适的调制方案进行调制。装置40的触摸传感器可以利用电容电极阵列接收经调制的电磁信号，并且可以处理接收到的信号以识别尖端18在表面42上的横向维度X和Y的位置。触控笔10的端16也可以具有有源触摸传感器电极或者可以具有无源部件，诸如在端16与表面42上的触摸传感器相邻时用于提供擦除器触摸输入的导电元件。
触控笔10可以具有力传感器，诸如力传感器22和30。传感器22和30可以用来检测触控笔按压事件。为了提供这种类型的基于力的输入，用户可以对着表面42按压触控笔10的端14或者端16。例如，当触控笔10的尖端18停靠在表面42上时，用户可以在方向26上沿着纵向轴24移动触控笔10。这对着表面42按压尖端18并且向力传感器22创建了可检测到的力输入。传感器30可以以相同的方式通过对着表面42按压端16来激活。
力传感器输入可以以单次按压事件(例如，单次点击)的形式被提供、可以以多次按压(例如，双击、三击、四击等)的形式被提供、可以用来提供连续的模拟输入(例如，根据用户施加的力连续变化以控制音量、绘图应用中的线宽度或用于装置40的其它可调节参数的力信号)、或者可以与其它用户输入组合来为触控笔10生成命令或其它输入。
触控笔10可以包括诸如按钮36的按钮。用户可以按压按钮36来向触控笔10提供按钮按压输入。如果期望的话，诸如按钮36的按钮可以从触控笔10中省略，以避免使触控笔10的外部表面杂乱。在用于图1示出的触控笔10的构造中使用按钮36仅仅是说明性的。
触控笔10可以具有一个或多个运动传感器，诸如惯性传感器28。运动传感器可以位于触控笔10的端14处、端16处或主体中的其它地方。在图1的例子中，惯性传感器28位于触控笔10的端16处。
惯性传感器28可以包括加速计，诸如三轴(三个轴)加速计。三轴加速计可以使用微机电系统(MEMS)装置或其它传感器来为触控笔10在三个正交方向(即，三个正交笛卡尔坐标系X，Y和Z)上检测加速度。惯性传感器28也可以包括三轴陀螺仪。三轴陀螺仪可以使用MEMS装置或其它传感器来测量绕三个正交轴的旋转(即，分别绕X轴、Y轴和Z轴的旋转角θX、θY和θZ)。在其中惯性传感器28具有测量在六个轴中的运动的能力的构造中(例如，通过利用三轴加速计测量相对于三个轴的线性运动和通过利用三轴陀螺仪测量相对于三个轴的旋转运动)，惯性传感器28可以被称为六-轴惯性传感器或六轴惯性测量单元。如果期望的话，传感器28可以包括基于光的运动感测部件、磁罗盘结构和/或其它部件，以收集关于相对于这六个轴中的一些或者全部的运动的信息。对于其中传感器28结合用于在X、Y和Z中测量运动的三轴加速计的传感器28的构造，也可以使用用于测量旋转运动(角度θX、θY及θZ)的三轴陀螺仪和用于测量触控笔10在空间中的朝向的三轴磁力计。在这些构造中，传感器28有时可以被称为九-轴惯性传感器或九-轴惯性测量单元。
除了从电极20提供近场电磁信号之外，触控笔10可以用来向诸如设备40的外部设备提供无线信号32。无线信号32可以包括蓝牙信号、诸如IEEE802.11信号的无线局域网信号或其它射频无线信号。无线信号32可以用来从触控笔10中的传感器和其它输入-输出装置向诸如设备40的外部设备传送信息。无线信号32可以包括具有来自惯性传感器28的运动信息、来自源传感器22和30的力信息、来自诸如按钮36的按钮的按钮按压信息和其它输入-输出装置数据的信号。该数据可以被触控笔10中的控制电路内部地进行处理，并且可以除了用于控制外部设备40之外还用于调整触控笔10的操作。
如在图2的例子中所示出的，触控笔10可以用来向不被触控笔10的绘图端14处的尖端18触摸的外部电子设备44提供输入。触控笔10可以利用无线链路48(例如，蓝牙链路、诸如IEEE802.11链路的无线局域网链路等)与设备44通信。可以利用链路48发送和接收的无线信号包括惯性传感器信号、力传感器信号和在触控笔10内收集的其它信息。
在用户在自由空间中握住触控笔10的同时和/或在用户对着触摸传感器、桌面或其它表面按压尖端18的同时，用户可以控制触控笔10的位置。惯性传感器28可以实时收集关于触控笔10移动的信息。该信息可以用来控制对象在显示器46上的移动或者用来在设备44中采取其它行动。例如，用户可以在方向50上移动触控笔10的端16。通知设备44关于触控笔10的移动的无线信号可以经链路48从触控笔10向设备44发送。响应于接收到关于触控笔10在方向50上的移动的信息，设备44可以在相应的方向52上移动诸如指针96的屏幕上对象(即，触控笔10可以被用作空中鼠标)。如果期望的话，设备44可以响应于接收到移动信号或来自触控笔10的其它输入而采取其它行动。例如，设备44可以对显示器46上的视觉输出做出改变、可以做出菜单选择、可以改变音频输出设置、可以使用设备44中的照相机、传感器或其它装置来收集数据、或者可以采取其它合适的行动。
由设备44做出的对经链路48无线接收到的来自触控笔10的运动传感器数据和其它信息的这种类型的响应可以取决于上下文。例如，如果设备44正在运行游戏应用，则触控笔10可以被用作剑、魔杖或锤子(作为例子)。在其中设备44正在运行音乐应用的情况下，从触控笔10接收到的运动数据可以允许触控笔10用作击鼓棒、木琴槌、锣敲打器、指挥家的指挥棒或其它乐器。在其中设备44正在运行绘图应用的情况下，触控笔10可以充当虚拟涂漆刷或喷漆源。当运行业务演示软件时，触控笔10可以用作空中鼠标来移动诸如指针96的光标或者用触控笔10收集到的运动手势可以用来在演示文稿中向前和向后翻页浏览。如果期望的话，触控笔10也可以用作用于其它类型的应用和用于操作系统功能的自立的基于六-轴运动的输入装置。
图3中示出了具有惯性传感器的说明性触控笔的示意图。如在图3中所示出的，触控笔10可以具有控制电路60。控制电路60可以包括用于支持触控笔10的操作的存储和处理电路。存储和处理电路可以包括诸如非易失性存储器的存储装置(例如，闪存存储器或构造为形成固态驱动器的其它电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)等。控制电路60中的处理电路可以用来控制触控笔10的操作。处理电路可以基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频芯片、专用集成电路等等。
在触控笔10中的输入-输出电路62可以包括输入-输出装置64和无线电路72。
输入-输出装置64可以用于允许将数据提供给触控笔10并且允许数据从触控笔10被提供给外部装置。输入-输出装置64可以包括诸如按钮36的按钮。按钮36可以包括机械按钮和非机械按钮，并且可以用于从用户收集按钮按压信息。输入-输出装置64也可以包括诸如发光二极管的状态指示器70和向用户提供状态输出的其它装置。有源触控笔电极20可以位于端14和/或端16处，并且可以用来向外部设备中的电容触摸传感器提供近场电磁信号。
输入-输出装置64可以包括传感器66。传感器66可以包括力传感器68。力传感器68可以包括诸如力传感器22的在触控笔10的端14处的力传感器和/或诸如力传感器30的在触控笔10的端16处的力传感器。传感器66也可以包括惯性传感器28。惯性传感器28可以包括三轴加速计28-2和三轴陀螺仪28-1(例如，传感器28可以是六-轴惯性传感器)和/或用于测量触控笔10的运动的其它部件(例如，三-轴磁力计可以以九-轴惯性传感器的构造被包括在传感器28中)。传感器66也可以包括附加的传感器，诸如温度传感器、环境光传感器、基于光的接近传感器、接触传感器、磁传感器、压力传感器和/或其它传感器。如果期望的话，输入-输出装置64可以包括麦克风、扬声器、音频发生器、振动器、相机、数据端口以及其它设备。用户可以通过利用输入-输出装置64提供命令来控制触控笔10和与触控笔10交互的外部设备的操作，并且可以利用输入-输出装置64的输出资源从触控笔10接收状态信息和其它输出。
控制电路60可以用来运行触控笔10上的控制触控笔10的操作的软件。在触控笔10的操作过程中，运行在控制电路60上的软件可以处理传感器输入、按钮输入和来自其它装置64的输入以监视触控笔10的移动和其它用户输入。在控制电路60上运行的软件可以检测用户命令并且可以与外部设备通信。
为了支持经诸如链路82的无线链路与外部设备80的无线通信，触控笔10可以包括有源触控笔电极20和无线电路72。无线电路72可以包括射频收发器，诸如收发器76。无线电路72也可以包括一个或多个天线，诸如天线74。收发器76可以利用天线74发射和/或接收无线信号。无线信号可以是蓝牙信号、IEEE802.11无线局域网信号、诸如蜂窝电话信号的远程信号、近场通信信号或其它无线信号。
外部设备80可以包括具有诸如触摸传感器84和显示器86的部件的一个或多个电子装置。触摸传感器84可以是电容触摸传感器、电阻触摸传感器、声学接触传感器、基于力的触摸传感器、光学触摸传感器、使用其它触摸技术的触摸传感器、或使用两种或更多种这些类型的触摸传感器结构的触摸传感器。显示器86可以是液晶显示器、有机发光二极管显示器、电泳显示器、电湿显示器或任何其它合适类型的显示器。显示器86可以是触摸屏显示器(例如，结合触摸传感器84的显示器)或者可以对触摸不敏感。
在一些构造中，触摸传感器84和显示器86可以在分开的装置中实现。例如，触摸传感器84可以形成没有显示器的绘图板的一部分，并且显示器86可以形成没有触摸传感器的计算机监视器或其它设备的一部分。也可以使用其中设备80包括触摸传感器和显示器的其它组合的构造。例如，触控笔10可以用来通过触摸屏显示器向平板计算机、蜂窝电话或计算机提供输入，同时还提供无线输入来控制具有带可选触摸传感器的显示器的计算机或其它装置，或者同时向平板计算机、蜂窝电话或具有触摸屏显示器的计算机提供输入。
为了避免需要用户在不同输入装置之间过度切换，触控笔10可以具有足够的能力来收集多种不同类型的输入。例如，触控笔10既可以用作其中用户用尖端18在触摸传感器的表面上绘制线条的触摸传感器输入装置，又可以用作六-轴或九-轴惯性控制器。绘图程序的用户可以使用触控笔10来绘制构成屏幕上对象的线条。当希望旋转或倾斜对象时，用户可以使用触控笔10中的惯性传感器28来执行适当的屏幕上对象的旋转和/或倾斜操作。作为例子，用户可以通过利用尖端18在屏幕上对象上双击、通过触摸屏幕上对象并按压按钮36、通过利用尖端18绘制的线条圈住该对象等来选择该屏幕上对象。在选择对象之后，用户可以利用通过移动触控笔10收集到的惯性传感器输入操纵该对象(旋转、倾斜等)。以这种方式操纵的对象可以在或可以不在表面42上进行显示。例如，通过在从惯性传感器28收集惯性传感器输入的同时移动触控笔10，所选择的对象可以在屏幕上进行操纵或者可以在屏幕下进行操作。以这种方式，触控笔10可以充当正在被操纵对象的虚拟表示。
作为另一个例子，考虑正在与业务演示程序交互的用户。在触摸传感器操作的过程中，可以使用触控笔10的尖端18来给演示文稿的页作注释。在利用同一触控笔的惯性传感器操作的过程中，用户可以移动屏幕上的指针来指向演示的特定部分，或者可以使用触控笔10来收集空中鼠标手势(例如，以在页面之间翻页)。如这些例子所演示的，触控笔10既用作触摸传感器输入装置又用作惯性传感器输入装置的能力允许用户执行各种输入操作而无需在不同类型的输入装置之间切换。
图4示出了触控笔10如何可以用于绘制线条和供应其它触摸传感器输入。如在图4中所示出的，设备80可以包括显示器，诸如显示器86。触摸传感器84可以与显示器86重叠(即，显示器86可以是触摸屏显示器)。在触摸输入操作的过程中，用户可以跨设备80的表面在横向维度X和Y上移动触控笔10的尖端18。例如，用户可以通过在设备80的表面上在维度X和Y上移动触控笔10的尖端18来绘制诸如图4的线条96的线条。除了绘制诸如线条96的线条之外，触控笔10还可以用来输入手写体文字、绘制和移动对象、(例如，通过将尖端18放置在可点击的屏幕上的方框内)从可用的屏幕上的选项中选择、可用来操纵下拉菜单、可用来控制导航滑块和其它屏幕上的对象、或者可以以其它方式用于向设备80提供触摸传感器输入。响应于提供给触摸传感器84的触摸输入，设备80可以更新显示器86上的视觉内容和/或可以更新在另一外部显示器上的视觉内容。设备80也可以响应于来自触控笔10的触摸输入而采取其它行动(例如，可以在设备80中做出音频调整、可以改变设置、可以利用相机捕获图像、可以收集传感器数据以及可以执行其它活动)。
如在图5中所示出的，触控笔10可以被旋转以控制设备80。触控笔10的旋转运动可以利用惯性传感器28进行监视。当触控笔10被用户在自由空间中握住时，触控笔10可以被旋转，或者当触控笔10的尖端18对着诸如图5的设备80的表面的表面按压时，触控笔10可以被旋转。图5的设备80可以是包括触摸传感器84和显示器86的触摸屏显示器(即，触摸传感器84可以与显示器86重叠)。
设备80可以在显示器86上显示诸如对象97的内容。当尖端18在位置90处对着设备80的表面按压时，位置90(和尖端18)可以形成触控笔10的旋转点并且可以帮助稳定触控笔10，使得触控笔10可以被平滑和准确地旋转。当以这种方式在旋转控制器模式下操作时，触控笔10可以绕轴24在方向98上进行旋转，同时尖端18保持与点90接触。触控笔10绕轴24的旋转运动可以被惯性传感器28检测并且利用无线电路72无线地发送到设备80。设备80可以接收该无线发送的信号，并且可以基于利用触控笔10收集到的旋转输入采取适当的行动。例如，在显示诸如对象97的屏幕上对象的绘图应用中，来自惯性传感器28的输入可以用来绕旋转轴92或用于对象97的其它合适的旋转轴旋转对象97。旋转轴92可以与轴24对齐，使得触控笔10相对于图5的X-Y平面(和Z-轴)的倾斜导致对轴92的朝向的相应改变，或者旋转轴92可以相对于对象97处于固定的位置中(例如，轴92可以位于图5的X-Y平面(其是显示器86的平面)中、可以与图5的X-Y平面垂直，等等)。
如果期望的话，对象97可以在被显示在诸如图6的设备80的其它外部设备上的同时被操纵。在这个例子中，设备80与具有触摸传感器以收集触控笔触摸输入的设备(即，图6的设备80包括显示器86但不一定包含诸如可选触摸传感器84的触摸传感器)分开。当惯性传感器28收集关于触控笔10在方向98上绕轴24被旋转的程度的旋转输入信息时，用户可以将触控笔10的尖端18停留在触摸传感器84或其它表面上。旋转输入可以被无线地提供给图6的设备80。然后设备80可以响应于旋转输入执行对象旋转操作或其它任务。设备80可以，例如，在方向94上绕轴92旋转诸如图6的对象97的屏幕上对象一定的量，该量与用户在方向98上绕轴24旋转触控笔10的量成比例。轴92可以位于显示器86的平面内，或者可以具有其它的朝向。在其中触控笔10相对于触摸传感器84的倾斜正在被监视的构造中，触控笔10的倾斜量可以用来使轴92倾斜相应的量。
如果期望的话，触控笔10可以以操纵杆模式操作。如在图7中所示出的，设备80可以包括设备80A和80B。设备80A(例如，平板计算机、书写板、具有触摸屏的蜂窝电话，等等)可以具有诸如触摸传感器84的用于从触控笔10收集触摸输入的触摸传感器。设备80A可以具有用于为用户显示诸如对象97或其它图像数据的内容的显示器86。当触控笔10的尖端18对着触摸传感器84、桌子的表面或其它平的表面(作为例子)被按压时，触控笔10可以以操纵杆模式操作。
在图7的说明性构造中，当尖端18在点90处对着触摸传感器84被按压的同时，触控笔10以操纵杆模式被操作。点90可以用作触控笔10的枢轴点(并且，如果期望的话，用作旋转点)。触控笔尖端18可以由防止尖端18跨设备80B的表面滑动并帮助触控笔10用作操纵杆的弹性材料或其它材料形成。
在操纵杆模式的过程中，惯性传感器28收集关于触控笔10的移动的信息。例如，传感器28可以收集关于触控笔28在诸如方向100的方向上相对于设备80B的表面的倾斜的信息。旋转运动也可以被监视。
可以使用无线信号81将移动数据从触控笔10传送到设备80A和/或设备80B。例如，通知设备80A和/或80B关于触控笔10在方向100上已倾斜的程度和/或已绕轴24旋转的程度的无线信号可以从触控笔10传送到设备80A和/或80B。
当把触控笔10当作操纵杆时，用户可以操纵触控笔10的端16的位置。诸如设备80A和/或80B的设备可以显示屏幕上的内容并且可以基于从触控笔10接收到的操纵杆运动数据而采取其它行动。例如，如在图7中所示出的，设备80A(或设备80B)可以显示屏幕上的对象，诸如对象97。随着用户在方向100上绕枢轴点90倾斜触控笔10，设备80A(或80B)可以在方向104上绕枢轴点108倾斜对象97一定量，该量对应于触控笔10在方向100上绕枢轴点90倾斜的量。对象97也可以响应于触控笔10绕旋转轴24的旋转而旋转，如结合图6所描述的(即，触控笔10可以同时以操纵杆模式和旋转控制器模式工作)。
诸如对对象97的倾斜和旋转的对屏幕上内容的操纵是设备80响应于来自触控笔10的操纵杆模式输入和旋转控制器输入可以采取的动作的例子。如果期望的话，设备80可以采取其它合适的动作。(例如，旋转屏幕上的拨盘或其它用户界面图标、在游戏、绘图应用或其它程序中调整音量水平、亮度设置或其它参数、在屏幕上的对象之间导航，等等)。
可能希望使用触控笔10在不同的时间提供不同类型的输入。例如，可能希望在绘制诸如图4的线条96的线条或者执行其它绘图功能时以触摸传感器模式使用触控笔10。当希望旋转对象或提供其它旋转控制器输入时，可能希望暂时地停用触控笔10(并且，如果期望的话，设备80)的触摸传感器功能，以便有利于结合图5和图6描述的触控笔10和设备80的旋转控制器功能。操纵杆模式输入可以在其中不需要旋转的情况下或者当需要倾斜输入时从触控笔10来收集(例如，以在飞行模拟器中控制飞机)。这些操作模式中的一些可以不是互斥的。例如，当用户正在计算机辅助设计应用中工作时，可能希望既能够倾斜屏幕上的对象又能够旋转屏幕上的对象。尽管如此，但是在许多情况下，触控笔10在不同操作模式之间切换的能力将帮助用户防止用触控笔10提供不适当的输入。例如，如果用户正在把触控笔10用作操纵杆，那么可能希望禁止触摸传感器输入功能(对于触控笔10和/或设备80)，使得尖端18的位置的滑动不会无意地导致线条被绘制在显示屏上。
一般地，可以使用任何合适的条件来确定何时适合在触控笔10的不同操作模式之间切换。例如，用户可以通过按压按钮、通过对着表面按压触控笔10的尖端18(或擦除器端16)以致动力传感器22(或30)、或者通过摇动触控笔10(以向惯性传感器28提供输入)来提供用户输入。也可以在环境条件被满足时执行模式切换(例如，在达到预定时间和日期时、在环境光水平、温度水平、压力水平或其它环境参数落在预定限制内时、或者当其它模式切换条件被满足时)。也可以使用用户输入和环境因素的组合。
图8中示出了在收集用户输入和分析所收集到的输入以确定是否为触控笔10切换操作模式时涉及的说明性步骤。在步骤200处，使用触控笔10的控制电路60来收集对触控笔10的输入并且分析所收集到的输入以确定是否改变触控笔10的操作模式。
在步骤202的操作过程中，触控笔10可以监视力传感器，诸如传感器22和30。在一些情况下，用户将在用户的手指之间握住触控笔10。在这种类型的情况下，对于用户可能方便对着设备80或其它对象按压触控笔10的尖端18或端16。当以这种方式按压时，力传感器信号可能超过预定的量，这指示期望进行模式改变。可以使用尖端18(或端16)上的单次按压来调用模式改变或者可以使用其它的尖端按压样式(例如，可以使用一种按压样式来调用第一操作模式并且可以使用另一种按压样式来调用不同的第二操作模式)。
在步骤204处，触控笔10可以监视按钮的活动。例如触控笔10可以使用控制电路60来确定图1的按钮36是否被按压和/或已经以特定的样式被按压。
在步骤206处，触控笔10可以监视传感器28以确定触控笔10是否已被移动超过特定的量或以特定的样式移动。作为例子，触控笔10可以使用传感器28来确定用户是否已摇动触控笔10超过预定的量和/或可以使用传感器28来监视预定样式的摇动(例如，三次连续快速摇动、圆形运动、在空中轻叩端16、或指示模式改变命令的其它移动样式)。
在步骤208处，触控笔10可以使用电路60来监视来自输入-输出装置64的其它输入(例如，基于用户输入和/或环境因素的传感器输入)。
在步骤210处，可以分析从输入-输出装置64收集到的信息以确定触控笔10的用户是否正指导触控笔10要改变其操作模式。控制电路60可以被构造为识别在诸如步骤202、204、206和208的步骤过程中收集到的输入中的样式。例如，由对触控笔尖端18(或端16)按压的特定样式引起的力传感器信号的样式可以与预定的操作模式相关联、端16的移动的样式(例如，通过以特定的运动在空中挥舞触控笔10)可以与预定的操作模式相关联、特定样式的按钮按压和来自其它输入-输出装置的信息或两种或更多种这些输入的样式可以与进入特定操作模式的命令相关联。
在步骤212处，控制电路60可以基于在步骤210的操作过程中分析的输入适当地改变触控笔10的操作模式。如果期望的话，设备80的操作模式也可以被改变。模式改变命令可以是特定于模式的。例如，用户可以通过在尖端18上按下一次进入操纵杆模式、可以通过在尖端18上按下两次进入旋转控制器模式、可以通过在尖端18上按下三次进入空中鼠标模式、并且可以通过在尖端18上按下四次进入触摸传感器模式。模式改变命令也可以是通用的。例如，每当检测到在尖端18上的两次按压时，触控笔10就可以切换到另一操作模式。
图9是在操作触控笔10和设备80时涉及的说明性步骤的流程图。
在步骤300处，触控笔10可以以触摸传感器模式被操作。在触摸传感器模式过程中，控制电路60可以使用有源触控笔电极20向设备84中的触摸传感器84提供近场电磁信号。设备80可以使用触摸传感器84从触控笔10的绘图端14处的尖端18和/或从触控笔10的端16收集绘图输入和其它触摸传感器输入。尖端18可以用来绘制线条和其它项，而端14可以用来擦除项和/或可以响应于检测到来自触控笔10的触摸输入而采取其它动作(例如，选择菜单、操作屏幕上的内容、调整设备80中的操作参数，等等)。
在步骤300的触摸传感器模式操作过程中，触控笔10可以使用控制电路60和输入-输出电路62来监视模式改变命令或指示想要改变触控笔10和设备80中的操作模式的其它条件的满足情况。例如，电路60可以执行在图8中示出的类型的输入监视和分析操作。
响应于模式改变命令或其它合适的模式改变条件的满足，控制电路60可以改变触控笔10的操作模式。例如，如果接收到的输入指示触控笔10应该被改变为第一惯性模式(例如，利用来自惯性传感器28的输入的操纵杆模式或其它模式)，则触控笔10可以进入第一惯性操作模式(步骤302)。在步骤302的操作过程中，触控笔10可以利用传感器28收集用户输入(例如，以在尖端18对着传感器84或设备80中的其它表面被按压的同时和在用户相对于设备80倾斜触控笔10的同时，向设备80提供操纵杆输入)。步骤302的操作也包括监视输入-输出电路62的附加的模式改变输入。
响应于检测到模式改变命令或其它合适的模式改变条件的满足，控制电路60可以改变触控笔10的操作模式。例如，如果接收到的输入指示触控笔10应该被改变为第N个惯性模式(例如，利用来自惯性传感器28的旋转输入的旋转控制器模式、空中鼠标模式，等等)，则触控笔10可以进入第N个惯性操作模式(步骤304)。在步骤304的操作过程中，触控笔10可以利用传感器28收集用户输入(例如，以在尖端18对着传感器84或设备80中的其它表面被按压的同时，向设备80提供旋转控制器输入)。传感器28可以用来在用户绕旋转(纵向)轴24相对于设备80旋转触控笔10的同时收集输入。步骤304的操作也包括监视输入-输出电路62的附加的模式改变输入。触控笔10可以存在任何合适数量的惯性传感器操作模式(例如，1...N)。惯性传感器模式可以包括使用惯性传感器数据用于操作，诸如倾斜、转动、滚动、缩放(例如，通过旋转触控笔10来控制缩放设置)、操纵杆操作、空中鼠标操作等。
无论何时监视操作指示用户已输入模式改变命令，图9的模式改变就可以发生。例如，如果接收到转换到触摸传感器模式的命令，则触控笔10可以从模式304、模式302或其它惯性感测模式转换到触摸传感器模式300。一般地，触控笔10可以存在任何合适数量的触摸传感器模式、任何合适数量的惯性传感器模式和/或任何合适数量的其它操作模式。图9的构造仅仅是说明性的。
如果期望的话，可以使用多个触控笔来同时控制电子设备80。例如，可以使用一个触控笔10来收集第一惯性传感器数据，而使用另一个触控笔10来收集第二惯性传感器数据。第一惯性传感器数据和第二惯性传感器数据两者都可以被提供给设备80作为输入(例如，以操纵屏幕上的内容、以控制游戏，等等)。
根据实施例，提供了一种向外部设备提供输入的触控笔，其包括具有第一和第二相对的端的细长主体、在细长主体中收集惯性传感器数据的惯性传感器、在第一端处的电极、包括射频收发器和天线的无线电路及控制电路，该控制电路在以触摸传感器模式操作时，通过利用在第一端处的电极向触摸传感器发送电磁信号来向外部设备中的触摸传感器提供触摸输入，并且在以惯性传感器模式操作时，通过利用射频收发器和天线向外部设备发送惯性传感器数据来向外部设备提供惯性传感器输入。
根据另一种实施例，惯性传感器包括选自包括六-轴惯性传感器和九-轴惯性传感器的组中的惯性传感器。
根据另一种实施例，控制电路响应于模式改变命令在触摸传感器模式和惯性传感器模式之间切换。
根据另一种实施例，触控笔包括控制电路利用其接收模式改变命令的输入-输出装置。
根据另一种实施例，输入-输出装置包括在第一端处的力传感器。
根据另一种实施例，惯性传感器模式包括其中倾斜数据由控制电路利用惯性传感器来收集的操纵杆模式。
根据另一种实施例，惯性传感器模式包括其中旋转输入由控制电路利用惯性传感器来收集的旋转控制器模式。
根据另一种实施例，惯性传感器模式包括其中运动输入由控制电路利用惯性传感器来收集的空中鼠标模式。
根据另一种实施例，控制电路利用惯性传感器接收模式改变命令。
根据另一种实施例，该细长主体在该第一端处具有尖端并且惯性传感器模式包括其中在该尖端与触摸屏显示器接触的同时倾斜数据由控制电路利用惯性传感器来收集的操纵杆模式。
根据另一种实施例，惯性传感器位于该第二端处。
根据另一种实施例，触控笔包括在该第二端处的力传感器。
根据实施例，提供了一种利用具有触摸传感器和显示器的电子设备收集触控笔输入的方法，该方法包括在触控笔的尖端与触摸传感器接触的同时从触控笔接收触摸传感器输入、以及在触控笔的尖端与触摸传感器接触的同时无线地从触控笔接收至少六轴惯性传感器输入。
根据另一种实施例，接收触摸传感器输入包括接收由在触控笔的该尖端处的至少一个电极提供的电磁信号。
根据另一种实施例，惯性传感器输入包括通过绕轴旋转触控笔收集到的旋转输入，其中该方法包括响应于该旋转输入旋转在显示器上显示的对象。
根据另一种实施例，该方法包括响应于触摸传感器输入在显示器上绘制线条。
根据实施例，提供了一种包括具有相对的第一端和第二端的主体、在第一端处的尖端、在第一端处为触摸传感器发射电磁信号的电极、在第二端处的惯性传感器、无线电路、及控制电路的触控笔，该控制电路以其中发射电磁信号的第一模式和其中利用无线电路无线地发送来自惯性传感器的惯性传感器数据的第二模式进行操作。
根据另一种实施例，惯性传感器包括选自包括六-轴惯性传感器和九-轴惯性传感器的组中的传感器，触控笔包括在该第一端处的力传感器，并且控制电路收集来自该力传感器的信号。
根据另一种实施例，控制电路响应于从力传感器收集到的信号而在以第一模式操作和以第二模式操作之间切换。
根据另一种实施例，尖端包括弹性尖端，并且惯性传感器数据包括在尖端与触摸传感器接触的同时对应于主体相对于触摸传感器倾斜的程度的倾斜数据。
根据另一种实施例，在尖端与触摸传感器接触的同时，控制电路从惯性传感器收集旋转数据并且利用无线电路无线地发送该旋转数据。
根据另一种实施例，触控笔包括位于第二端处为触摸传感器发射电磁信号的附加电极。
上述仅仅是说明性的并且在不偏离所描述实施例的范围和精神的情况下本领域技术人员可以做出各种修改。上述实施例可以被单独实现或者以任意组合来实现。

Claims (20)

1.一种向外部设备提供输入的触控笔，包括：
具有第一和第二相对的端的细长主体；
在所述细长主体中的收集惯性传感器数据的惯性传感器；
在所述第一端处的电极；
包括射频收发器和天线的无线电路；及
控制电路，当所述控制电路以触摸传感器模式操作时，通过利用在所述第一端处的电极向触摸传感器发送电磁信号来向所述外部设备中的触摸传感器提供触摸输入，并且当所述控制电路以惯性传感器模式操作时，通过利用所述射频收发器和所述天线向所述外部设备发送惯性传感器数据来向所述外部设备提供惯性传感器输入。
2.如权利要求1所述的触控笔，其中所述惯性传感器包括选自包括六-轴惯性传感器和九-轴惯性传感器的组中的惯性传感器。
3.如权利要求2所述的触控笔，其中所述控制电路响应于模式改变命令在所述触摸传感器模式和所述惯性传感器模式之间切换。
4.如权利要求2所述的触控笔，还包括：
所述控制电路利用其接收所述模式改变命令的输入-输出装置，其中该输入-输出装置包括在所述第一端处的力传感器。
5.如权利要求4所述的触控笔，其中所述惯性传感器模式包括其中倾斜数据由所述控制电路利用所述惯性传感器来收集的操纵杆模式。
6.如权利要求4所述的触控笔，其中所述惯性传感器模式包括其中旋转输入由所述控制电路利用所述惯性传感器来收集的旋转控制器模式。
7.如权利要求4所述的触控笔，其中所述惯性传感器模式包括其中运动输入由所述控制电路利用所述惯性传感器来收集的空中鼠标模式。
8.如权利要求2所述的触控笔，其中所述控制电路利用所述惯性传感器接收所述模式改变命令。
9.如权利要求2所述的触控笔，其中所述细长主体在所述第一端处具有尖端，并且其中所述惯性传感器模式包括其中在所述尖端与触摸屏显示器接触的同时倾斜数据由所述控制电路利用所述惯性传感器来收集的操纵杆模式。
10.如权利要求9所述的触控笔，其中所述惯性传感器位于所述第二端处，所述触控笔还包括：
在所述第二端处的力传感器。
11.一种利用具有触摸传感器和显示器的电子设备收集触控笔输入的方法，包括：
在触控笔的尖端与所述触摸传感器接触的同时接收来自所述触控笔的触摸传感器输入；及
在所述触控笔的尖端与所述触摸传感器接触的同时无线地从所述触控笔接收至少六轴惯性传感器输入。
12.如权利要求11所述的方法，其中接收所述触摸传感器输入包括接收由在所述触控笔的所述尖端处的至少一个电极提供的电磁信号。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述惯性传感器输入包括通过绕轴旋转所述触控笔收集到的旋转输入，所述方法还包括响应于所述旋转输入而旋转在所述显示器上显示的对象。
14.如权利要求12所述的方法，还包括响应于所述触摸传感器输入而在所述显示器上绘制线条。
15.一种触控笔，包括：
具有相对的第一端和第二端的主体；
在所述第一端处的尖端；
在所述第一端处为触摸传感器发射电磁信号的电极；
在所述第二端处的惯性传感器；
无线电路；及
控制电路，其以其中发射所述电磁信号的第一模式和其中利用所述无线电路无线地发送来自所述惯性传感器的惯性传感器数据的第二模式进行操作。
16.如权利要求15所述的触控笔，其中所述惯性传感器包括选自包括六-轴惯性传感器和九-轴惯性传感器的组中的传感器，所述触控笔还包括在所述第一端处的力传感器，其中所述控制电路收集来自所述力传感器的信号。
17.如权利要求16所述的触控笔，其中所述控制电路响应于从所述力传感器收集到的信号而在以所述第一模式操作和以所述第二模式操作之间切换。
18.如权利要求17所述的触控笔，其中所述尖端包括弹性尖端，并且其中所述惯性传感器数据包括在所述尖端与所述触摸传感器接触的同时对应于所述主体相对于所述触摸传感器倾斜的程度的倾斜数据。
19.如权利要求18所述的触控笔，其中在所述尖端与所述触摸传感器接触的同时，所述控制电路从所述惯性传感器收集旋转数据并且利用所述无线电路无线地发送所述旋转数据。
20.如权利要求15所述的触控笔，还包括位于所述第二端处为所述触摸传感器发射电磁信号的附加电极。
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