CN107077231A - 具有非对称切换状态的主动式触控笔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子式触控笔，其用于对具有电容式操作触敏输入表面的数字输入装置进行输入，其中电子式触控笔被配置为采取具有不同电容(114，113)的至少两个状态(101，102)，并且在具有不同电容(114，113)的所述不同状态(101，102)之间交替地切换，其特征在于所述电子式触控笔被配置成在电子式触控笔的具有不同电容(114，113)的状态(101，102)之间进行切换(112)，使得具有第一电容(114)的第一状态(101)的状态持续时间(116)长于具有第二电容(113)的第二状态(102)的状态持续时间(117)。

Description

具有非对称切换状态的主动式触控笔
技术领域
本发明涉及如专利权利要求1的前序部分所述类型的装置、如专利权利要求5的前序部分所述的方法，以及如权利要求9的前序部分所述的系统。
背景技术
现代数字计算机可经由触敏输入表面进行控制。尤其普遍的是电容系统。在此，例如，施加到屏幕盖板下侧的透明导体路径网格设置在交流电压下。
当用户的手指接近网格的节点时，手指和导体路径形成电容器的两个极板，并且屏幕的盖板形成电容器的电介质。
由于导体路径是RC元件的一部分，即作为具有电阻器(Resistor)和电容器(Capacitor)的电路的一部分，因此可以测量由于手指接近引起的电容变化，从而可以确定接触点。
这样做的缺陷在于，由手指、手的一部分或触控笔(特别是电子式触控笔)进行的触摸不能被传感器系统明确地区分。在这些情况下，当手搁在屏幕上时，可能无法用电子式触控笔在触摸屏上正确地书写，因为会将手的搁置误认为是第二等效信号。
发明内容
因此，本发明的目的在于改进用于数字输入装置的电子式触控笔，特别是关于通过电子式触控笔执行的对数字输入装置的输入识别的准确性、延迟和效率的改进。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1所述的电子式触控笔、根据权利要求5所述的方法和根据权利要求9所述的系统来实现。便利的实施例和进一步的发展是从属权利要求的主题。
根据本发明的用于对具有电容式操作触敏输入表面的数字输入装置进行输入的电子式触控笔可被配置为使得电子式触控笔可采取具有不同电容的至少两个状态，并且能够在具有不同电容的所述不同状态之间交替地切换。
此外，所述电子式触控笔可被配置成和适于在电子式触控笔的具有不同电容的状态之间进行切换，使得具有第一电容的第一状态的状态持续时间长于具有第二电容的第二状态的状态持续时间。
优选地，由此电子式触控笔的第一状态的第一电容的值可大于电子式触控笔的第二状态的第二电容的值。在下文中，为了简单起见，假设第一电容的值大于第二电容的值。
因此，可以非对称地进行在电子式触控笔的具有不同电容的所述两个状态或切换状态之间的切换。因此，可以实现对于电子式触控笔的具有第一电容的第一状态而言的较长的状态持续时间，随后是对于电子式触控笔的具有第二电容的第二状态而言的较短的状态持续时间。
在下文中，术语“电容(capacitance)”被严格地理解为指代“电容量(electricalcapacitance)”。
这种非对称电容调制便利地允许在由触控笔引起的数字输入装置的触敏输入表面的触摸信号与例如由身体部位(诸如用户的手或手指)或不显示出电容调制的其他物件或物体引起的其他触摸信号之间进行区分。
最重要的是，如下所示，这种触控笔允许改进具有休眠模式和活动模式的数字输入装置的触敏输入表面的触摸信号检测的延迟。
例如，由此可在休眠模式和活动模式两者下但在不同的测量频率下进行触敏输入表面的电容变化或电容测量值的测量查询。
例如，在休眠模式下，可用休眠测量频率来执行对触敏输入表面的电容变化或电容测量值的测量查询，休眠测量频率例如为25Hz，其比活动测量频率低，活动测量频率例如为60Hz，通过活动测量频率可在活动模式下执行对数字输入装置的触敏输入表面的电容测量。
例如，如果限定第一电容的值可触发触摸信号或触摸事件，特别是数字输入装置的休眠模式下的触摸信号或触摸事件，例如以便能够启动数字输入装置改变到活动模式，则可以更快地检测到数字输入装置到活动模式的所述改变。
这是因为由于第一电容的状态持续时间长于第二电容的状态持续时间，而在本示例性的情况下，在第二电容的状态持续时间中不会启动到数字输入装置的活动模式的改变，由于电子式触控笔的具有第一电容的所述状态可以持续足够长，所以在数字输入装置的休眠模式下，电子式触控笔的具有第一电容的状态也可以由数字输入装置更安全和更快速地检测到。
换言之，由此可减少在数字输入装置的休眠模式下无法识别触摸信号或触摸事件的情况。
因此，对于用户而言，可便利地避免在数字输入装置对使用电子式触控笔的反应中的不愉快和恼人的延迟，并且例如可以实现小于50ms或甚至小于30ms的延迟。
此外，根据本发明的电子式触控笔可便利地还允许提高触控笔的触摸信号的分辨率，因为例如电子式触控笔的具有第一电容的持续更长的第一状态可通过数字输入装置的多次测量查询或多个测量点来分辨，特别是在数字输入装置的活动模式下。
此外，电子式触控笔可具有书写压力传感器，并且可被配置成使得电子式触控笔的具有第一电容的状态的状态持续时间可根据由所述书写压力传感器测得的书写压力来调节。
例如，可设想到的是，在低于预定书写压力阈值的测得的书写压力下，缩短电子式触控笔的具有第一电容的状态的状态持续时间，使得例如具有第一电容的状态在只有少数(例如3个或4个)测量点之后就可被关闭，或者可被切换到电子式触控笔的具有第二电容的第二状态。
然而，例如在高于预定书写压力阈值的测得书写压力下，可延长电子式触控笔的具有第一电容的状态的状态持续时间，使得可以用甚至更多的测量点(例如用10个到20个测量点)来分辨所述电容状态。
这可便利地用于更好地将数字输入装置的触敏输入表面上的触控笔的触摸信号与其他触摸信号区分开，并且可导致触控笔的触摸信号的分辨率提高，例如，可导致对手写的提高的分辨率和识别度。
其中可便利的是，例如将电子式触控笔的具有第一电容的状态的状态持续时间的最大长度例如限制为等于或小于100ms的状态持续时间，使得可足够快地执行触控笔的触摸信号与不是由触控笔导致的触摸信号(例如由用户的手导致的触摸信号)之间的区分，而对于检测触控笔的触摸信号而言没有不愉快的延迟。
因此，例如可便利地实现具有第一电容的测量点的数量与触摸信号起源的检测时间之间的最优比例。
还可以设想到的是，例如，评估软件(例如由数字输入装置执行的评估软件)对具有第一电容的连续测量点的数量进行计数，从而可以得出关于触控笔的书写压力的结论。
通常情况下，可从测量查询或具有100μs至400μs(微秒)的持续时间的测量脉冲来获得通过例如190kHz至270kHz的交流电压操作的数字输入装置对电子式触控笔的电容或电容值的测量。此外，数字输入装置可以检测和测量在几个皮法拉(picofarad)范围内的电容变化。
此外，电子式触控笔可包括能够手动操作的选项开关，其中所述选项开关可被配置成设置电子式触控笔的具有第一电容的状态的状态持续时间。
以这种方式，例如，电子式触控笔的具有第一电容的状态的各种预定状态持续时间可激活电子式触控笔的与数字输入装置相互作用的不同书写选项，例如不同的书写颜色或线条强度或其他字符或颜色效果。
所述选项开关可被实现为例如开关、按钮、触敏表面或接近传感器。
例如，可设想到的是，选项开关可导致微控制器来启动到新的触控笔模式的改变，所述新的触控笔模式例如可具有与电子式触控笔的具有第一电容的状态和/或具有第二电容的状态不同的一个状态持续时间和/或多个状态持续时间。
其中，例如，数字输入装置可通过多个状态序列或状态周期的平均来测量状态持续时间并相应地调节对图形显示的控制。
根据本发明的用于通过电子式触控笔对具有电容式操作触敏输入表面的数字输入装置进行输入的方法可具体地包括以下步骤：
在电子式触控笔的具有第一电容的第一状态与电子式触控笔的具有第二电容的第二状态之间交替切换电子式触控笔，其中具有第一电容的第一状态的状态持续时间可长于具有第二电容的第二状态的状态持续时间。
其中电子式触控笔的第一状态的第一电容的值可大于电子式触控笔的第二状态的第二电容的值。
如前所述，数字输入装置例如可具有休眠模式和活动模式，其中在活动模式下用于测量触敏输入表面上的电容变化的测量频率(即活动测量频率)可高于在休眠模式下用于测量触敏输入表面上的电容变化的测量频率(即休眠测量频率)。
此外，电子式触控笔的具有第一电容的第一状态的状态持续时间可长于数字输入装置在休眠模式下的测量周期的持续时间，和/或电子式触控笔的具有第二电容的第二状态的状态持续时间可长于数字输入装置在活动模式下的触摸测量的持续时间。
例如，电子式触控笔的具有第一电容的第一状态的状态持续时间可在40ms至100ms之间，优选地为80ms，和/或电子式触控笔的具有第二电容的第二状态的状态持续时间可在15ms至35ms之间，优选地为30ms。
根据本发明的用于执行和识别对具有电容式操作触敏输入表面的数字输入装置进行的输入的系统可尤其包括具有电容式操作触敏输入表面的数字输入装置，以及用于向所述数字输入装置进行输入的电子式触控笔。
其中，电子式触控笔可被配置成使得电子式触控笔可采取具有不同电容的至少两个状态，并且能够在具有不同电容的所述不同状态之间交替切换。
此外，电子式触控笔可被配置成在电子式触控笔的具有不同电容的状态之间进行切换，使得具有第一电容的第一状态的状态持续时间可长于具有第二电容的第二状态的状态持续时间。
此外，根据本发明的所述系统的所述电子式触控笔可被配置成使得电子式触控笔的第一状态的第一电容的值可大于电子式触控笔的第二状态的第二电容的值。
在某些情况下，根据本发明的电子式触控笔或根据本发明的对具有电容式操作触敏输入表面的数字输入装置进行输入的系统或方法可将通过电子式触控笔进行的对触敏输入表面的第一次触摸感知为例如通过手指进行的第一次触摸。
可能的是仅由于测量频率的增加或时钟频率上升(clocking up)，例如，在到数字输入装置的活动模式的改变期间，能够区分来自触控笔和手指的触摸信号。
根据香农和奈奎斯特的采样定理，足够高的测量频率或活动测量频率可例如在60Hz或更高。
因此，数字输入装置的评估逻辑可被配置成允许并跟对踪触摸事件的平行的多种解释，直到对用于触敏输入表面的电容变化或电容测量值的测量查询的测量频率的时钟频率上升以及可做出关于触摸事件起源的决定的合理等待时间段之后。
附图说明
以下附图示例性地图示：
图1a：数字输入装置处于休眠模式时的电子式触控笔的示例性电容状态序列。
图1b：数字输入装置处于活动模式时的电子式触控笔的示例性电容状态序列。
具体实施方式
图1a示出与处于休眠模式的数字输入装置相互作用的根据本发明的电子式触控笔的电容状态序列或切换状态序列100的示例。
因此，纵坐标119表示电子式触控笔的可能电容值的示例，而横坐标118表示时间轴。
虚线表示根据本发明的电子式触控笔的电容的可能状态序列100的示例。
在所述电容状态序列100中，具有第一电容(较高或较大电容)(具有示例性值114)的状态101、103、105、107、109、111与具有第二电容(较低或较小电容)(具有示例性值113)的状态102、104、106、108、110进行交替。
具有第一电容(较高电容)的状态的状态持续时间由附图标记116示例性地表示。具有第一电容(较高电容)的所有状态因此可具有相同的状态持续时间116。
具有第二电容(较低电容)的状态的状态持续时间由附图标记117示例性地表示。具有第二电容(较低电容)的所有状态因此可具有相同的状态持续时间117。
然而，具有第一电容的电容状态的状态持续时间可与具有第二电容的电容状态的状态持续时间不同。
在本示例性实施例中，电子式触控笔的具有较高电容114的第一电容状态的状态持续时间长于电子式触控笔的具有较低电容113的第二电容状态条件的持续时间。
垂直线示出示例性测量查询或测量脉冲或测量点115，数字输入装置可通过上述测量查询或测量脉冲或测量点来查询或测量其触敏输入表面的电容或电容变化。在当前情况下，例如，可按照数字输入装置的休眠模式的测量频率进行测量查询。
设有附图标记的示例是测量脉冲115，其测量和分辨电子式触控笔的电容状态或切换状态101。
这便利地具有下述结果：即使在数字输入装置的休眠模式下，也可以可靠地检测和充分准确地测量和分辨电子式触控笔在第一电容状态下的状态101、103、105、107、109、111。
电容状态或切换状态(例如具有第一电容(较高电容)114的电容状态)的可靠识别可以便利地允许以最小的延迟将数字输入装置改变到活动模式。
在当前情况下，具有第一电容(较高电容)114的所有电容状态101、103、105、107、109、111可由处于休眠模式的数字输入装置的测量脉冲115来检测。
具有第一电容的电容状态和具有第二电容的电容状态之间的切换112可以几乎瞬间发生，例如在短于5ms或1ms的时间段内发生。
该示例性非对称电容状态序列或切换状态序列100的优点还在于，甚至大多数具有第二电容(较低电容)113的电容状态，例如在此为电容状态102、104、106、108、110中的电容状态104、106和110，也可由处于休眠模式的数字输入装置的测量脉冲115检测。
图1b示出与处于活动模式的数字输入装置相互作用的根据本发明的电子式触控笔的电容状态序列或切换状态序列200的示例。
纵坐标219类似于图1a表示电子式触控笔的可能电容值的示例，而横坐标218表示时间轴。
虚线同样示出根据本发明的电子式触控笔的电容的可能的状态序列200，其例如可与图1a的状态序列100类似或相同。
在所述电容状态序列200中，具有第一电容(较高或较大电容)(具有示例性值214)的状态201、203、205、207、209、211与具有第二电容(较低或较小电容)(具有示例性值213)的状态202、204、206、208、210进行交替。
如上所述，具有第一电容的电容状态和具有第二电容的电容状态之间的切换212可以几乎瞬间发生或不能被用户察觉。
具有第一电容(较高电容)的状态的状态持续时间由附图标记216示例性地表示。具有第一电容(较高电容)的所有状态因此可具有相同的状态持续时间216。
具有第二电容(较低电容)的状态的状态持续时间由附图标记217示例性地表示。具有第二电容(较低电容)的所有状态因此可具有相同的状态持续时间217。
然而，具有第一电容的电容状态的状态持续时间可与具有第二电容的电容状态的状态持续时间不同。
在本示例性实施例中，电子式触控笔的具有较高电容214的第一电容状态的电容状态的状态持续时间长于电子式触控笔的具有较低电容213的第二电容状态条件的持续时间。
其中垂直线同样示出示例性测量查询或测量脉冲或测量点215，数字输入装置可通过上述测量查询或测量脉冲或测量点来查询或测量其触敏输入表面的电容或电容变化。
然而，与图1a的示例性场景不同，数字输入装置现在处于活动模式，并且以比休眠模式测量频率更高的测量频率查询电子式触控笔的电容状态。
在活动模式下的测量频率允许对于每个切换状态或电容状态201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211执行至少一次测量或测量查询215。
换言之，便利的是，可在数字输入装置的活动模式下检测和分辨根据本发明的电子触控笔在数字输入装置的触敏输入表面上的所有或几乎所有触摸信号。
随后是包含两幅附图的一页纸。附图标记表示以下组件：100根据本发明的电子式触控笔的电容状态序列或切换状态序列
101、103、105、107、109、111电子式触控笔的具有第一电容(较高或较大电容)的电容状态或切换状态
102、104、106、108、110电子式触控笔的具有第二电容(较低或较小电容)的电容状态或切换状态
112在具有第一电容的电容状态与具有第二电容的电容状态之间的切换
113电容或电容值
114电容或电容值
115一次测量查询/多次测量查询或一个测量脉冲/多个测量脉冲
116根据本发明的电子式触控笔的具有第一电容(例如较高电容)的状态的状态持续时间
117根据本发明的电子式触控笔的具有第二电容(例如较低电容)的状态的状态持续时间
118横坐标，例如时间轴
119纵坐标，例如电容轴
200根据本发明的电子式触控笔的电容状态序列或切换状态序列
201、203、205、207、209、211电子式触控笔的具有第一电容(较高或较大电容)的电容状态或切换状态
202、204、206、208、210电子式触控笔的具有第二电容(较低或较小电容)的电容状态或切换状态
212在具有第一电容的电容状态和具有第二电容的电容状态之间的切换
213电容或电容值
214电容或电容值
215一次测量查询/多次测量查询或一个测量脉冲/多个测量脉冲
216根据本发明的电子式触控笔的具有第一电容(例如较高电容)的状态的状态持续时间
217根据本发明的电子式触控笔的具有第二电容(例如较低电容)的状态的状态持续时间
218横坐标，例如时间轴
219纵坐标，例如电容轴

Claims (10)

1.电子式触控笔，其用于对具有电容式操作触敏输入表面的数字输入装置进行输入，其中电子式触控笔被配置为采取具有不同电容(114，113)的至少两个状态(101，102)，并且在具有不同电容(114，113)的所述不同状态(101，102)之间交替地切换；
其特征在于：
所述电子式触控笔被配置成在电子式触控笔的具有不同电容(114，113)的状态(101，102)之间进行切换(112)，使得具有第一电容(114)的第一状态(101)的状态持续时间(116)长于具有第二电容(113)的第二状态(102)的状态持续时间(117)。
2.根据权利要求1所述的电子式触控笔，其特征在于，所述电子式触控笔配置成使得电子式触控笔的第一状态(101)的第一电容的值(114)大于电子式触控笔的第二状态(102)的第二电容的值(113)。
3.根据前述权利要求之一所述的电子式触控笔，其特征在于，所述电子式触控笔包括书写压力传感器，并且被配置成根据由所述书写压力传感器测得的书写压力来调节电子式触控笔的具有第一电容(114)的状态(101)的状态持续时间(116)。
4.根据前述权利要求之一所述的电子式触控笔，其特征在于，所述电子式触控笔包括手动操作的选项开关，其中所述选项开关被配置成设置电子式触控笔的具有第一电容(114)的状态(101)的状态持续时间(116)，以及其中所述选项开关被实现为例如开关、按钮、触敏表面或接近传感器。
5.用于通过电子式触控笔对具有电容式操作触敏输入表面的数字输入装置进行输入的方法，包括：
在电子式触控笔的具有第一电容(114)的第一状态(101)与电子式触控笔的具有第二电容(113)的第二状态(102)之间交替切换(112)电子式触控笔；
其中具有第一电容(114)的第一状态(101)的状态持续时间(116)长于具有第二电容(113)的第二状态(102)的状态持续时间(117)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电子式触控笔的第一状态(101)的第一电容的值(114)大于电子式触控笔的第二状态(102)的第二电容的值(113)。
7.根据权利要求5或6之一所述的方法，其特征在于，所述数字输入装置具有休眠模式和活动模式，其中在活动模式下用于测量触敏输入表面上的电容变化的测量频率高于在休眠模式下用于测量触敏输入表面上的电容变化的测量频率，并且其中：
所述电子式触控笔的具有第一电容(114)的第一状态(101)的状态持续时间(116)长于数字输入装置在休眠模式下的测量周期的持续时间；和/或
所述电子式触控笔的具有第二电容(113)的第二状态(102)的状态持续时间(117)长于数字输入装置在活动模式下的触摸测量的持续时间。
8.根据权利要求5或6或7之一所述的方法，其特征在于，所述电子式触控笔的具有第一电容(114)的第一状态(101)的状态持续时间(116)在40ms至100ms之间，优选地为80ms，和/或电子式触控笔的具有第二电容(113)的第二状态(102)的状态持续时间(117)在15ms至35ms之间，优选地为30ms。
9.用于执行和识别对具有电容式操作触敏输入表面的数字输入装置进行的输入的系统，包括：
具有电容式操作触敏输入表面的数字输入装置，以及用于向所述数字输入装置进行输入的电子式触控笔；
其中电子式触控笔被配置成采取具有不同电容(114，113)的至少两个状态(101，102)，并且在具有不同电容(114，113)的所述不同状态(101，102)之间交替切换(112)；以及
所述电子式触控笔被配置成在电子式触控笔的具有不同电容(114，113)的状态(101，102)之间进行切换(112)，使得具有第一电容(114)的第一状态(101)的状态持续时间(116)长于具有第二电容(113)的第二状态(102)的状态持续时间(117)。
10.根据权利要求9所述系统，其特征在于，配置成使得电子式触控笔的第一状态(101)的第一电容的值(114)大于电子式触控笔的第二状态(102)的第二电容的值(113)。
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