CN108027672B

CN108027672B - 有源铅笔及发射器

Info

Publication number: CN108027672B
Application number: CN201680052695.5A
Authority: CN
Inventors: E·巴雷尔
Original assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Current assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2036-08-05
Also published as: CN108027672A; US20170075439A1; EP3347799A1; EP3347799B1; US9720523B2; WO2017044216A1

Abstract

一种设备包括配置成电接触铅笔的导电芯的连接器和电连接到该触点的电路。该电路经由该触点和导电芯来发射信号。

Description

有源铅笔及发射器

背景

数字化仪传感器被用作用于捕捉数据或手写签名、文本、绘图、符号等的计算机输入设备。数字化平板和触摸屏是用来替代鼠标作为台式计算机的主指点和导航设备的示例性数字化仪传感器。用户通过在该系统的感测表面(例如，平板和/或触摸屏)上定位并移动一物体(诸如指示笔和/或手指)来与数字化仪传感器交互。物体相对于传感器的位置被感测并解释为用户命令。用于与数字化仪传感器交互的指示笔可以是无源导电物体或发射信号的指点设备。

概述

根据本公开的一些实施例，提供了一种将铅笔转换成信号发射指示笔的设备。该设备是可移除地附连到铅笔的附件设备。通常，使用该设备来改造铅笔。在附连时，该设备电连接到铅笔的导电芯(例如，铅或石墨)并将该铅芯用作用于无线地发射信号的天线。该设备与标准铅笔一起变成通过信号传输与数字化仪传感器通信的有源铅笔。铅笔所发射的信号可在数字化仪传感器(例如，触摸屏)上的各位置处被拾取。在铅笔接触数字化仪传感器或悬停在数字化仪传感器之上时，笔尖的位置检测可被跟踪。附件设备与铅笔一起提供了对于购买专用于操作数字化仪传感器的指示笔或者购买可检测无源指示笔的高分辨率数字化仪传感器的低成本替换方案。与使用手指相对，使用尖锐笔尖向数字化仪传感器提供输入通常更加方便。有源铅笔能以相对低的成本来提供该便利。

根据本公开的一些实施例，提供了一种包括适配成跟踪接收自有源铅笔的输入的电路的数字化仪系统。

除非以其他方式定义，否则本文中所使用的所有技术和/或科学术语具有如本领域的普通技术人员共同理解的相同含义。虽然类似于或等同于本文所描述的方法和材料可被用于本公开的各实施例的实践和测试中，但是下文描述了示例性方法和/或材料。在冲突的情况下，包括定义的专利申请将优先。此外，材料、方法和示例仅是说明性的，并不一定旨在限制。

附图的若干视图的简要描述

互电容传感器是一种类型的数字化仪传感器。互电容传感器通常包括由按行和列布置的平行导电材料形成的矩阵，其中各行和各列之间形成的交叠和/或交叉的周围产生电容连接。将手指或无源导电物体靠近传感器的表面改变局部静电场并改变该手指或导电物体的附近的交叉区域之间的互电容。网格上的交叉点处的电容变化可被检测，以便确定手指或导电物体在电容传感器上的位置。通过沿矩阵的一个轴施加信号并测量另一个轴中的信号来确定电容变化。网格的节距通常基于与传感器耦合的物体的预期大小来定义。对于相对大直径的物体(诸如手指)，可以使用较高节距，而对于相对小直径的物体(诸如无源指示笔的导电笔尖)，将需要小得多的节距。许多已知数字化仪传感器特别针对检测手指交互来适配，并且因此较不适于检测无源导电指示笔的相对小直径的笔尖。

电磁指示笔是本领域已知的用于操作数字化仪系统的另一类型的指示笔。电磁指示笔通过发出可由互电容传感器拾取的电磁信号来操作。指示笔的笔尖的位置检测可通常在物体正触摸感测表面或悬停在感测表面之上时被执行。所发出的信号可由互电容传感器拾取，甚至使用具有相对高节距的传感器。

此处参考附图描述本公开的一些实施例，仅作为示例。现在专门详细地参考附图，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。在这一点上，参考附图的描述使得如何实践本公开的各实施例对本领域技术人员是显而易见的。

在附图中：

图1是包括根据本公开的一些实施例的有源铅笔的各元素的简化示意图；

图2A和2B分别是根据本公开的一些实施例的安装在铅笔上的激活单元的简化示意正视图和截面图；

图3A、3B和3C分别是根据本公开的一些实施例的搭扣到铅笔的激活单元的简化示意正视图、截面图和俯视图；

图4A和4B是根据本公开的一些实施例的具有弹性套的激活单元且该激活单元被安装在铅笔上的简化示意正视图；

图4C是根据本公开的一些实施例的具有弹性套的设备的简化示意截面图；

图5A和5B分别是根据本公开的一些实施例的安装在不带橡皮的铅笔上的激活单元的简化示意正视图和截面图；

图6A和6B分别是根据本公开的一些实施例的安装在铅笔上的拴系设备的简化示意正视图和截面图；

图7是根据本公开的一些实施例的包括激活单元、导电条带、以及多个铅笔的套件的简化示意图；

图8是根据本公开的一些实施例的通过图形描绘由与有源铅笔进行交互的数字化仪传感器感测到的输出的简化示意图；

图9是根据本发明的一些实施例的用于检测从有源铅笔发出的输入的示例性方法的简化流程图；以及

图10是根据本公开的一些实施例的安装在笔上的激活单元的简化示意截面图。

详细描述

根据本公开的一些实施例，用于将铅笔转换成有源指示笔的设备包括信号生成器、发射器以及将该设备的发射器电连接到铅笔芯的连接器。该设备是激活铅笔以使得其铅芯发射可由数字化仪传感器拾取的信号的激活单元。该设备可附加地包括电源，例如电池，或者该设备可另选地是拴系设备，例如用USB连接来供电。可任选地，该设备被适配成安装在铅笔的与笔尖相对的端部。可任选地，该设备被适配成安装在铅笔的橡皮上。可任选地，该设备被容纳在帽中，该帽安装在铅笔的与笔尖相对的端部之上。通常，该设备附加地包括用于将该设备紧固到铅笔的夹具。帽包括用户操作的按钮。该设备通常是可容易地且可重复地附连到铅笔且从铅笔移除的附加件。

该设备可包括安装在铅笔的长度上的护封或护套。可任选地，护封包括安装在该护封上的用于选择诸如右击或橡皮之类的功能的一个或多个用户操作的按钮。可任选地，用户操作按钮将传输打开/关闭。可任选地，用沿表面延伸到铅芯的导电材料来改造铅笔，以在用户抓住铅笔时提供至接地的低阻抗。通常，在传输期间使铅笔接地极大地增加了所传送的信号的场强。

根据本公开的一些实施例，与数字化仪传感器相关联的电路被适配成跟踪发射铅笔的位置。跟踪发射铅笔的位置通常不同于跟踪已知信号发射指示笔的位置。在经由铅笔铅芯进行发射时，信号通常通过铅芯的整个长度来发射，而不是集中于笔尖。通常，电路被适配成在铅笔铅芯的整个长度上进行传输时检测笔尖的位置。可任选地，电路附加地跟踪附加特征，诸如铅笔的角度和方向。

在详细地解释各示例实施例的至少一个实施例之前，应当理解本公开不必要限于其应用于构造的细节以及在以下描述中阐述和/或在附图中示出的组件的排列和/或方法。本公开能够以其他实施例或者以各种方式实践或执行。

现在参考图1，其示出了包括根据本公开的一些实施例的有源铅笔的各元素的简化示意图。根据本公开的一些实施例，信号发射铅笔(例如，有源铅笔)是使用铅笔200和适配成安装在铅笔200上的激活单元100来组装的。通常，激活单元100被适配成安装在铅笔200的远离铅笔200的笔尖220的端部290上。可任选地，有源铅笔包括导电材料，例如定位在铅笔200上的、在用户抓住铅笔200时与激活单元100电通信以提供接地的导电带。可任选地，激活单元100包括在由用户选择时可更改激活单元100的操作的一个或多个用户操作按钮105。按钮105也可以是用于将信号传输打开/关闭的开/关电源开关。铅笔200可以是包括由外壳210(诸如非导电的木质外壳)包裹的石墨笔尖或其他导电笔尖的任何标准铅笔。可任选地，铅笔包括装有金属箍207的橡皮205且激活单元安装在橡皮205上。激活单元100包括用于在远端电连接到铅笔200的铅芯的连接器。

现在参考图2A和2B，它们分别示出根据本公开的一些实施例的安装在铅笔上的激活单元的简化示意正视图和截面图。根据本公开的一些实施例，有源铅笔500包括安装在铅笔200上的激活单元100。可任选地，有源铅笔500附加地包括施加在铅笔200的非导电外壳210上的导电材料120。导电材料120被施加以从激活单元100(接地端)朝笔尖220延伸。导电材料120被用来在用户拿住铅笔200并接触导电材料120时使有源铅笔500接地。其他方法可被使用将使有源铅笔接地，包括绕铅笔200的直径来缠绕导电弹簧元件，其中该弹簧的一端与激活单元100的接地端接触，例如负极端。激活单元100包括用于操作容纳在外壳160内的有源铅笔500的一个或多个专用集成电路(ASIC)150。ASIC 150包括信号生成器和发射器或信号生成和传输能力。可任选地，激活单元100由内部电源140(例如，电池)来供电。

激活单元100附加地包括将ASIC 150电连接到铅笔200的铅芯225的连接器130。铅芯225沿铅笔200的长度延伸并形成笔尖220。可任选地，连接器130是可穿透橡皮205并进入铅芯225以建立电接触的金属刀片、钉、大头钉或针。可任选地，连接器130与用于感测压力何时被施加到连接器130的感测元件相关联，并且只在压力被施加到连接器130时才发起传输。通常，压力将只在连接器130被安装在铅笔200上时才被施加在连接器130上。可任选地，感测元件被集成在ASIC 150上。可任选地，在激活单元被从铅笔200移除时，压力被释放且传输停止。

外壳160被成形为帽并且大小被确定为适合安装在标准铅笔上。外壳160可以用夹具127被紧固到铅笔200。夹具127可以是o形环元件或者可由外壳160的内表面上的多个弹性材料隆起来形成。通常，夹具127允许将激活单元100可移除地附连到铅笔200。可任选地，夹具127连接到激活单元的接地端(例如，电源140的负极端)，并提供激活单元100和导电材料120之间的电连接。导电材料120还可被用来防护经由铅芯225发射的信号，以使得传输集中在笔尖220附近。

按钮105可被定位在外壳160上的可由用户访问的任何位置处，例如，如图所示在侧壁161上或者在外壳160的顶部162上。可任选地，按钮105提供右击和橡皮功能性。可任选地，在用户选择按钮105时，更改有源铅笔500所发射的信号的频率或调制。可任选地，激活单元100可包括多个用户激活按钮。

现在参考图3A、3B和3C，它们分别示出根据本公开的一些实施例的搭扣到铅笔上的激活单元的简化示意正视图、截面图和俯视图。在一些示例性实施例中，激活单元104的连接器130被设计成通过穿透外壳210(例如，铅笔200的木质外壳)来透过铅笔200的壁电连接到铅芯225。可任选地，外壳165包括抱持铅笔200或绕铅笔200缠绕的臂166A和166B以将外壳165固定到铅笔200。可任选地，激活单元104包括连接到电源140的负极或ASCI 150的接地端的导电垫141。导电材料120被安装在铅笔200上，以使得它接触导电垫141并且还沿铅笔200的长度朝笔尖220延伸。在用户拿住铅笔200时，用户与导电材料120之间的接触提供至接地的低阻抗。

现在参考图4A和4B，它们示出了根据本公开的一些实施例的具有弹性套的激活单元和安装在铅笔上的激活单元的简化示意正视图，并且参考图4C，它示出了根据本公开的一些实施例的具有弹性套的设备的简化示意截面图。在一些示例性实施例中，激活单元103包括大小被确定为适合安装在铅笔200上的套壳170。套壳170可包括笔尖200可穿透的开口177。可任选地，套壳170包括促进铅笔200到套壳170的容易插入的一个或多个窗172。套壳170可由在容纳铅笔200时可伸展的弹性材料形成或由柔性材料形成。可任选地，帽160或其他刚性结构被容纳在套壳170中以保持ASIC 150、连接器130以及可任选地电源140。按钮105可被集成在套壳170的弹性壁上或者可被固定在刚性结构160上。套壳170可包括导电材料175，例如在连接器130连接到一个终端(例如，激活单元103的正极端)时电连接到另一终端(例如，激活单元103的接地端或负极端)的导电涂料或涂层。可任选地，导电材料基本上覆盖外壳210并防护用铅芯225(例如，石墨)发射的信号。

现在参考图5A和5B，它们分别示出根据本公开的一些实施例的安装在不带橡皮的铅笔上的激活单元的简化示意正视图和截面图。激活单元101可被适配成组装在被包括橡皮的铅笔211上。铅笔211的铅芯225通常在其远端290中暴露。连接器131可以是与铅芯225在远端290物理接触或者通过穿透进入铅芯225的螺丝钉或针的弹簧或其他导电弹性元件的形式。另选地，连接器131在构造上类似于连接器130但更短。

现在参考图6A和6B，它们分别示出根据本公开的一些实施例的安装在铅笔上的拴系设备的简化示意正视图和截面图。在一些示例性实施例中，激活单元102是被在外部供电的拴系设备。可任选地，激活单元102用USB连接器191连接到外部设备。线180将激活单元102的ASIC 150连接到对激活单元102供电的外部计算设备480。可任选地，拴系连接被用于计算设备480与激活单元102之间的数据通信。

现在参考图7，它示出了根据本公开的一些实施例的包括激活单元和多支铅笔的套件的简化示意图。在一些示例性实施例中，激活单元100与一支或多支铅笔一起被封装在套件300中。可任选地，套件300附加地包括用于在铅笔200被用作有源铅笔时使其接地的导电条带120。另选地，激活单元100和导电条带120与铅笔200分开封装且指导用户将激活单元100连接到标准铅笔。可任选地，激活单元100由激活单元101、102、103或104来替代。

现在参考图8，其示出了根据本公开的一些实施例的通过图像来描绘由与有源铅笔进行交互的数字化仪传感器感测到的输出的简化示意图，并且参考图9，其示出了根据本公开的一些实施例的用于检测从有源铅笔发出的输入的示例性方法的简化流程图。有源铅笔500适于与包括布置在网格中的行天线410和列天线420的基于电容的数字化仪传感器400进行交互。数字化仪传感器400可被集成在电子显示器600上。通常，控制器550控制传感器400的操作并且对来自行天线410和列天线420的输出进行采样(框710)。检查检测到的来自行天线410的输出的振幅510和检测到的来自列天线420的输出的振幅520以检测笔尖220的位置(框720)。可任选地，峰值检测被实现以标识笔尖220的位置。可任选地，振幅510和520跨行和列方向的模式也被检查以检测有源铅笔500相对于数字化仪传感器400的角度和/或取向(框730)。在以相对于感测表面的某一角度来拿住有源铅笔时，输出跨数字化仪传感器400的传播通常将是不对称的。通常，在天线行上检测到的振幅所形成的峰值的梯度将在有源铅笔向其倾斜的一侧上较低。有源铅笔500通常沿有源铅笔500的整个长度发射，并且因此在数字化仪传感器400上检测到的输出将通常沿与有源铅笔500的长度交叠的区域延伸。对在数字化仪传感器400上的信号传播的检查可被用来标识有源铅笔500的倾斜方向和取向。可任选地，拿住有源铅笔500的手或手掌的一部分也可被标识并用作与用户输入有关的附加信息。可任选地，相对于数字化仪传感器400的表面的倾斜可基于信号传播的程度来检测。在以相对于感测表面的直角来拿住有源铅笔时，与有源铅笔500搁在感测表面上相比，信号的传播将显著更小且显著更对称。可任选地，在用户正用有源铅笔500进行绘制时，与有源铅笔500相对于传感器400的感测表面的角度有关的信息被用来调制在电子显示器600上绘制的线的宽度。输出的模式可以提供与用户书写方向和倾角有关的更多数据。可任选地，这一信息可由数字化仪系统或相关计算设备转换成艺术家和画家特征。

现在参考图10，其示出了根据本公开的一些实施例的安装在笔上的激活单元的简化示意截面图。可任选地，激活单元105被适配成激活标准现货笔700，诸如圆珠笔或毡笔。激活单元105包括与示例性激活单元100、101、102和103相同的组件中的许多组件，但包括被适配成建立ASIC 150与笔700的笔芯725中的导电墨水之间的电连接的连接器730。通常，激活单元105被安装在相对于笔700的笔尖720的远端790。可任选地，从笔尖720延伸的导电材料120可被定位在笔700的外壳710上以在传输期间使笔700接地。可任选地，通常覆盖笔700的远端790的帽在安装激活单元105之前被移除。

根据本公开的一些实施例的一方面，提供了一种设备，包括：配置成与铅笔的导电芯电接触的连接器；电连接到所述触点的电路，所述电路被配置成经由所述触点和所述导电芯来发射信号。

可任选地，该设备包括配置成安装在所述铅笔上的外壳。

可任选地，该外壳包括配置成夹住所述铅笔的夹具。

可任选地，该外壳被配置成可移除地安装在铅笔上。

可任选地，该外壳包括配置成将传输打开/关闭的用户操作按钮。

可任选地，该外壳包括配置成更改供传输的信号的参数的用户操作按钮。

可任选地，外壳被配置成安装在铅笔的远离该铅笔笔尖的一端上。

可任选地，该外壳容纳用于对该电路的操作进行供电的电源。

可任选地，该电路被配置成经由导电芯来生成信号，该信号被配置成由数字化仪传感器拾取。

可任选地，连接器被配置成在远离该铅笔的笔尖处接触导电芯。

可任选地，连接器被配置成刺入导电芯。

可任选地，连接器被配置成穿透铅笔上的橡皮。

可任选地，该设备包括的位置铅笔上的导电条带，其中该导电条带与所述电路处于电通信中。

可任选地，该设备包括配置成连接到对所述电路的操作进行供电的电源的拴系连接。

可任选地，该设备包括配置成安装到铅笔上的弹性套，其中该弹性套包括铅笔的笔尖穿透的开口。

可任选地，该设备包括用于感测施加在连接器上的压力的传感器。

根据本公开的一些实施例的一方面，提供了一种有源铅笔，包括：包括由绝缘体包围的导电芯的铅笔；以及激活单元，该激活单元包括：配置成生成供传输的信号的发射器；以及配置成建立所述发射器和所述铅笔的导电芯之间的电通信的连接器。

可任选地，该激活单元被配置成可移除地安装在铅笔上。

可任选地，激活单元包括配置成将传输打开/关闭或者更改供传输的信号的参数的用户操作按钮。

可任选地，激活单元被安装在铅笔的远离该铅笔笔尖的一端上。

可任选地，连接器被配置成在铅笔的远离该铅笔笔尖的一端处与导电芯接合。

可任选地，铅笔包括安装在铅笔上且被配置成在用户拿住铅笔时使传输接地的导电条带。

可任选地，激活单元包括电源。

可任选地，激活单元由到计算设备的拴系连接来供电。

根据本公开的一些实施例的一方面，提供了一种套件，包括：铅笔；以及配置成可移除地安装在铅笔上且当安装在铅笔上时经由铅笔的铅芯发射信号的激活单元。

可任选地，该套件包括配置成安装在铅笔上的导电条带。

可任选地，激活单元包括配置成电连接到铅笔的导电芯并经由该导电芯发射信号的连接器。

可任选地，该激活单元被配置成可移除地安装在铅笔上。

为了清楚起见在单独实施例的上下文中描述的本文中描述的示例的特定特征还可在单一实施例中组合地提供。相反，为了简洁起见在单一实施例的上下文中描述的本文中描述的示例的各个特征还可单独地或者以任何合适的子组合提供，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件的情况下不起作用。

Claims

1.一种将铅笔转换成信号发射指示笔的设备，包括：

配置成可移除地安装在所述铅笔上的外壳；

配置成与所述铅笔的导电芯电接触的连接器；以及

电连接到所述铅笔的导电芯与所述连接器的触点的电路，所述电路被配置成经由所述触点和所述导电芯来发射信号，其中所述连接器和所述电路被容纳在所述外壳中，并且其中所述连接器被配置成基于所述外壳被安装在所述铅笔上来建立所述电接触。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外壳包括配置成夹住所述铅笔的夹具。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外壳包括配置成将传输打开/关闭的用户操作按钮。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外壳包括配置成更改供传输的信号的参数的用户操作按钮。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外壳被配置成安装在所述铅笔的远离所述铅笔的笔尖的一端上。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外壳容纳对所述电路的操作进行供电的电源。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电路被配置成经由所述导电芯来生成信号，所述信号被配置成由数字化仪传感器拾取。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述连接器被配置成在远离所述铅笔的笔尖处接触所述导电芯。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述连接器被配置成刺入所述导电芯。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述连接器被配置成穿透所述铅笔上的橡皮。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括定位在所述铅笔上的导电条带，其中所述导电条带与所述电路处于电通信中。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括配置成连接到对所述电路的操作进行供电的电源的拴系连接。

13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括配置成适配到所述铅笔上的弹性套，其中所述弹性套包括所述铅笔的笔尖穿透的开口。

14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括用于感测施加在所述连接器上的压力的传感器。

15.一种有源铅笔，包括：

包括由绝缘体包围的导电芯的铅笔；以及

激活单元，包括：

配置成生成供传输的信号的发射器；以及

配置成建立所述发射器和所述铅笔的导电芯之间的电通信的连接器，其中所述激活单元被配置成可移除地安装在所述铅笔上，并且其中所述连接器被配置成基于所述激活单元被安装在所述铅笔上来建立与所述铅笔的导电芯的电接触。

16.根据权利要求15所述的有源铅笔，其特征在于，所述激活单元包括配置成将传输打开/关闭或者更改供传输的信号的参数的用户操作按钮。

17.根据权利要求15所述的有源铅笔，其特征在于，所述激活单元被安装在铅笔的远离该铅笔笔尖的一端上。

18.根据权利要求15所述的有源铅笔，其特征在于，所述连接器被配置成在铅笔的远离该铅笔笔尖的一端处与所述导电芯接合。

19.根据权利要求15所述的有源铅笔，其特征在于，包括安装在所述铅笔上且被配置成在用户拿住所述铅笔时使传输接地的导电条带。

20.根据权利要求15所述的有源铅笔，其特征在于，所述激活单元包括电源。

21.根据权利要求15所述的有源铅笔，其特征在于，所述激活单元由到计算设备的拴系连接来供电。

22.一种将铅笔转换成信号发射指示笔的套件，包括：

所述铅笔；以及

配置成可移除地安装在所述铅笔上且当安装在所述铅笔上时经由所述铅笔的铅芯发射信号的激活单元，其中所述激活单元被配置成基于被安装在所述铅笔上来建立与所述铅笔的铅芯的电接触。

23.根据权利要求22所述的套件，其特征在于，包括配置成安装在所述铅笔上的导电条带。

24.根据权利要求22所述的套件，其特征在于，所述激活单元包括配置成电连接到所述铅笔的导电芯并经由所述导电芯发射信号的连接器。