CN111061384A - 具有测距仪的触控笔 - Google Patents

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Abstract

具有测距仪的触控笔。本发明涉及用于对触敏显示屏(20)进行精确操作的手持式触控笔(1)，该手持式触控笔包括：椭圆形壳体(10)，该椭圆形壳体被设计成使得触控笔被设置成像笔一样被握在一只手中；以及尖端(11)，其被设计成触碰显示屏(20)，其中，触控笔包括集成到壳体中用于测量沿发射方向到空间点的距离的激光测距仪(30)。本发明还涉及计算机系统，该计算机系统包括具有触敏显示屏(20)的计算机(2)和这种触控笔(1)，其中，该触控笔被设计用于借助于触碰该显示屏来控制计算机的功能的目的，其中，计算机和触控笔被设计成经由无线电将与测量距离有关的数据从触控笔传输到计算机。

Description

具有测距仪的触控笔
技术领域
本发明涉及用于对例如智能手机或平板电脑的触敏显示屏进行精确地操作的触控笔(stylus)，其中，该触控笔包括集成的激光测距仪。本发明另外还涉及具有这种触敏显示屏和这种触控笔的计算机系统。
背景技术
在现有技术中，用于经由手持式小型计算机(例如智能手机等)的触敏显示屏(触摸屏)对手持式小型计算机进行精确操作的手持式触控笔(也称为“触笔”)是众所周知的。
还已知具有激光测距仪的手持式测距装置，其被设计成借助于沿发射方向发射的激光束以及运行时间方法来测量到空间中的点的距离。例如在EP 2 669 707 A1或EP 2918 972 A2中描述了这种测距仪。
还已知的是，这种距离测量装置可以将其测量数据传输至计算机，其中，可以使用这些数据例如计算空间模型。诸如智能手机或平板电脑之类的便携式计算机直接在测量位置启用此功能。然而，为此目的随身携带多个装置是不切实际的。
发明内容
本发明的目的是提供一种由测距仪和计算机(尤其是智能手机)组成的改进的系统。
另一目的是提供一种使得用户能够简单操作的系统。
另一目的是提供一种在距离测量期间以及在向计算机输入数据期间能够由用户握在手中的系统。
另一目的是以简单的方式为现有的手持装置提供距离测量功能。
通过实现独立权利要求的特征来实现这些目的中的至少一个。在这种情况下，在各从属权利要求中可以找到本发明的有利实施方式。
根据本发明的用于对触敏显示屏进行精确操作的手持式触控笔包括：椭圆形壳体，其被设计成使得该触控笔被设置成像笔一样被握在一只手中；以及尖端，其被设计成触碰显示屏。根据本发明，触控笔包括集成到壳体中用于测量沿发射方向到空间点的距离的激光测距仪。
根据触控笔的一个实施方式，壳体包括用于用户的至少拇指和食指、以及尤其是中指的抓握区域。
根据另一实施方式，壳体限定壳体纵向轴线，并且发射方向平行于该壳体纵向轴线。
优选地，触控笔包括两个端，其中，尖端位于壳体的第一端。根据一个实施方式，激光测距仪被定位和设计用于在壳体的所述第一端沿发射方向发射激光束的目的。根据另一实施方式，激光测距仪被定位和设计用于在壳体的第二端沿发射方向发射激光束的目的。
根据另一实施方式，触控笔包括数据传输单元，用于经由无线电将数据传输至包括触敏显示屏的外部计算机。尤其是可以借助于蓝牙传输该数据。
根据另一实施方式，触控笔包括分析单元，该分析单元被设计成得出并提供测量距离。
根据另一实施方式，触控笔包括具有加速度传感器和转速传感器的惯性测量单元。
根据一个实施方式，所述惯性测量单元被设计用于以下目的：获取触控笔在激光测距仪的第一距离测量与第二距离测量之间的运动，尤其是在六个自由度中的运动。
根据一个实施方式，所述分析单元被设计成得出并提供所获取的触控笔的运动，基于所获取的运动来得出该触控笔的姿态，以计算并提供通过第一距离测量和第二距离测量所测量的两个空间点之间的距离，和/或计算并提供三维局部坐标系中的位置。
根据另一实施方式，触控笔包括用于显示测量距离的显示单元，尤其是以OLED显示器的形式。
根据另一实施方式，触控笔包括集成到壳体中的摄像头单元，用于记录在发射方向的方向上的图像。
根据触控笔的另一实施方式，尖端和壳体是导电的，并且被设计成使得触控笔能够对被设计成电容式触摸屏的显示屏进行操作。
根据另一实施方式，触控笔包括线圈并且能够对被设计成感应式触摸屏的显示屏进行操作。
根据本发明的计算机系统包括具有触敏显示屏的计算机和如上所述的触控笔，其中，该触控笔被设计用于借助于触碰显示屏来控制计算机的功能的目的。在这种情况下，根据本发明将计算机和触控笔设计成经由无线电将与测量距离有关的数据从触控笔传输到计算机。
根据计算机系统的一个实施方式，计算机被设计成手持式的，其中，显示屏被集成到计算机的壳体中。尤其是，该手持式计算机可以被设计成智能手机或平板电脑，并且可以另外包括用于触控笔的插槽(receptacle)。
根据计算机系统的另一实施方式，计算机和触控笔被设计成经由无线电从触控笔到计算机以及从计算机到触控笔相互传输指令，其中，触控笔的壳体可以包括用于将触控笔稳定地支撑在表面上的支撑区域，尤其是用于将触控笔固定在磁性表面上的磁性支撑区域，并且显示屏可以提供用于触发距离测量的虚拟开关。
指令可以是例如触发距离测量或触发借助于摄像头单元来记录一个或更多个图像。因此，可以使用户将触控笔放置在手动操作范围之外，或者在无需将其握在手中的情况下进行距离测量，并且借助于致动显示屏上的虚拟开关来触发距离测量。
根据计算机系统的另一实施方式，触控笔包括用于记录图像的摄像头单元，并且计算机和触控笔被设计成经由无线电将由摄像头单元记录的图像的图像数据从触控笔传输到计算机。在这种情况下，计算机系统可以被配置成能够用于将所记录的图像数据作为图像显示在显示屏上的目的。
在这种情况下，指令也可以是触发图像记录及其传输，尤其是例如以视频流形式的连续图像传输。所记录的图像或视频流可以允许用户例如把用于距离测量的空间点显示在显示屏上，尤其是在与肉眼的感知相比放大的视图中。
根据计算机系统的另一实施方式，触控笔可以包括触觉反馈模块，并且计算机系统可以被配置用于以下目的：借助于触觉反馈模块以触觉方式发信号通知与测量距离相关的数据经由无线电从触控笔成功传输到计算机。
根据计算机系统的一个实施方式，其可以被配置用于以下目的：当触控笔位于插槽中时，提供第一距离测量模式和第二距离测量模式作为选择，其中，在选择第一距离测量模式时，在触发距离测量时，借助于触控笔的测距仪测量从计算机的第一壳体边缘到空间点的距离，并且在选择第二距离测量模式时，在触发距离测量时，借助于触控笔的测距仪测量从计算机的(与第一壳体边缘相反的)第二壳体边缘到空间点的距离，并且计算机包括用于触发距离测量的至少一个开关，尤其是其中，开关位于计算机的壳体上，或者显示屏提供虚拟开关。第一壳体边缘分和第二壳体边缘被布置成分别相对于发射方向大致垂直于触控笔的第一端或第二端。
附图说明
在下文中，基于在附图中示意性例示的具体示例实施方式，仅通过示例的方式更详细地描述了根据本发明的触控笔和根据本发明的计算机系统，其中，还讨论了本发明的其它优点。在各个附图中：
图1示出了根据本发明的触控笔和具有触摸屏的智能手机的第一示例实施方式；
图2示出了使用图1的触控笔对触摸屏进行操作；以及
图3示出了根据本发明的触控笔的第二示例实施方式；
图4示出了使用触控笔进行测量并得出距离；
图5示出了由触控笔和手持式计算机组成的系统；以及
图6示出了根据本发明的触控笔的示例实施方式的纵向截面。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的触控笔1的第一示例实施方式。其包括椭圆形壳体10，在该壳体的一端上设置有尖端11，该尖端11被设计成对手持式计算机的触敏显示屏20(触摸屏)进行操作，以控制计算机的功能，该手持式计算机被设计成智能手机2。壳体10可以例如由硬塑料组成，并且尖端11可以由较软的塑料组成。因此，尽管壳体是硬的并且被牢固地抓握，但是尖端11被设计用于以下目的：尽可能轻柔地(尤其是在没有产生划痕的风险的情况下)触碰显示屏20。
在与尖端11相反的端处，激光测距仪3被集成到壳体10中，该激光测距仪3具有：激光发射模块30，该激光发射模块30被设计成将测量射束发射到测量点(这里未示出)；以及接收光学单元31，其用于接收从测量点反向散射的测量辐射。触控笔1和智能手机2可以尤其被设计成系统，其中，智能手机2包括用于触控笔1的插槽21。
像通常的触控笔一样，根据本发明的触控笔1也可以被设计成对不同的触摸屏进行操作。如果触敏显示屏20被设计成电容式触摸屏，则壳体10以及触控笔1的尖端11都被设计成至少部分导电。如果触敏显示屏20是感应式触摸屏，则将对应的线圈集成到触控笔1中。与电阻式触摸屏一起使用不需要特殊部件；优选地，可以将尖端橡胶化。
图2示出了在使用触控笔1对智能手机2的显示屏20进行操作的期间的来自图1的触控笔1和的智能手机2。触控笔1的壳体被设计成使得可以使用用户的一只手4像笔一样将其握住。为此目的，触控笔1优选在其壳体上具有用于手4的至少拇指和食指、以及尤其是中指的特殊设计的抓握区域。
有利地，使用触控笔通常可以比使用手指更精确地进行操作，例如，可以以像素精度来准备图形。此外，可以使用触控笔来准备手写笔记。现有技术的若干触控笔还可以在对触摸屏的操作期间测量压力和倾斜度，并且可以将对应的值传输至计算机。
此外，通过使用触控笔1，可以防止指纹弄脏显示屏20。
图3示出了根据本发明的触控笔1的第二示例实施方式。具有激光发射模块30和接收光学单元31的激光测距仪3被设置在壳体10的与用于对显示屏进行操作的尖端11相同的端上。另外，触控笔1包括显示单元12，尤其有利地用于显示测量距离。尤其是，如果壳体10是圆形的并且因此应用到壳体10上的显示单元12也是圆形的，则显示单元12优选地被设计成OLED显示器(OLED＝有机发光二极管)。
为了能够显示测量距离，触控笔1包括分析单元，该分析单元与激光测距仪3相关联，并且被设计成得出并提供借助于激光测距仪3测量的距离。
图4例示了使用触控笔1借助于激光测距仪3进行距离测量。激光测距仪3包括激光发射单元30和激光接收单元31，它们在触控笔1的壳体中具有光学开口。另选地，激光测距仪3还可以包括同轴光学单元，即，用于发射和接收测量辐射的共享开口，因为容纳在触控笔中的结构需要紧凑，所以共享开口尤其是有利的。
为了由用户触发距离测量，触控笔1包括对应的开关，优选地将其定位成使得像笔一样握住触控笔1时在用作输入装置期间，不会误操作对应的开关。
激光发射单元30将激光束7作为测量辐射发射到墙壁上的测量点6，并且优选地在该处生成可见点。墙壁包括自然粗糙的表面，光束以散射的方式从该表面反射。激光束7的以散射方式反射的光束8的一部分被激光接收单元31收集、检测并转换成电信号。通过电子电路以本身已知的方式分析该信号，以确定距离60的数字值。例如，可以使用相位测量或运行时间测量来确定距离。在这种情况下，还考虑了激光接收单元31与测量止挡之间的延伸。然后，例如通过显示单元(在此未示出)可以将通过分析以数字形式确定的测量距离60的值提供给用户。
在测量到墙壁上的第一点6的距离60与到墙壁上的第二点6'的距离61期间示出了触控笔1。为了进行到第二点6'的测量，用户相对于用于测量第一点6的位置来改变触控笔1的位置。如果除了到两个测量点6、6'的距离60、61之外还可以获取位置变化，则可以计算两个点6、6'之间的距离62。为了确定在六个自由度的位置变化，触控笔1尤其是可以包括具有加速度和转速传感器的惯性测量单元。
图5示出了由触控笔1和计算机单元2组成的系统5。它们各自被设计成进行相互数据传输50。尤其是，可以从触控笔1向计算机2传输与距离60有关的数据，无论是原始数据还是已经得出的距离值。可以如此处所示例如借助于蓝牙、近场通信或WLAN网络无线地进行传输50。同样也可以借助于USB线缆进行数据传输，然而，经由该线缆也可以确保对激光测距仪3的供电。然后可以在计算机2的显示屏20上向用户显示到测量点6的测量距离60。
借助于触控笔1，可以将距离并入空间模型或建造计划中，例如，分配给特定部分。这种空间模型或这种建造计划也可以直接在装置上准备，例如在两个文献US2005/0140677A1或EP 2 618 105B1中所描述的。然后各个段的长度规格既可以被确定，也可以使用触控笔来指定。
无线传输50还可以包括在触控笔1与计算机2之间相互传输指令。为此目的，显示屏可以提供用于触发距离测量的虚拟开关。因此，例如，当触控笔1被放置在表面上或固定在超出用户范围的墙壁上时，用户可以在计算机2上触发距离测量。在这种情况下，触控笔可以优选地包括用于在表面上稳定支撑的支撑区域，或用于将触控笔固定在磁性表面上的磁性支撑区域。
触控笔1可以可选地包括用于记录图像的摄像头单元(这里未示出)。在这种情况下，无线传输50可以包括将由摄像头单元记录的图像的图像数据从触控笔1传输至计算机2。随后，可以将所记录的图像数据作为图像显示在显示屏上。
此外，触控笔1可以包括触觉反馈模块，该触觉反馈模块使得能够例如以振动警报的形式为触控笔的用户提供触觉反馈。在这种情况下，无线传输50可以包括从计算机2到触控笔1的信号以触发触觉反馈。例如，因此可以发信号通知与测量距离相关的数据从触控笔1成功传输50到计算机2。
图6示出了触控笔1的示例实施方式的纵向截面，以例示内部部件。在所示的实施方式中，激光测距仪3位于触控笔的与尖端11相反的一侧。触控笔的椭圆形壳体10限定了纵轴9。激光测距仪3被定位和设计成使得测量辐射7的发射方向平行于壳体纵轴9。触控笔包括用于触发距离测量的按钮35。
在壳体10的内部，通过示例的方式例示了数据传输单元15、分析单元16和惯性测量单元17。
此外，触控笔包括电源单元，该电源单元尤其具有用于对其进行充电的电池和连接(这里未示出)。可以例如通过USB线缆进行充电。另选地，如果将触控笔1的电池结合到例如设计成智能手机的计算机的插槽21(参见图1)中，则可以经由壳体10中的电触点或借助于感应来对触控笔1的电池进行充电。另选地，也可以设置电池盒。
数据传输单元15被设计成经由无线电，尤其是借助于蓝牙将数据传输到外部计算机。分析单元16被设计成得出并提供例如用于触控笔1的显示单元的测量距离(参见图3)。惯性测量单元17包括加速度和转速传感器，并且尤其被设计用于以下目的：获取触控笔1在激光测距仪30在六个自由度中的在第一距离测量与第二距离测量之间的运动。
可选地，计算机系统可以被配置成在触控笔1被插入手持式计算机2的插槽21(参见图1)中时也执行距离测量。为此目的，计算机2可以包括用于触发距离测量的装置，例如以计算机壳体上的开关的形式或以设置在显示屏上的虚拟开关的形式。在这种情况下，可以有利地提供两种距离测量模式，供用户选择。在选择第一距离测量模式时，在借助于触控笔1的测距仪触发距离测量时，可以测量从计算机2的第一壳体边缘到空间点的距离，即从插槽所位于的计算机的边缘。在选择第二距离测量模式时，借助于触控笔1的测距仪，可以测量从计算机2的(与第一壳体边缘相反的)第二壳体边缘到空间点的距离。尤其是，在这种情况下，计算机2在第一边缘与第二边缘之间的已知长度可以被添加到距离测量中。
显然，这些例示的附图仅示意性地例示了可能的示例实施方式。多种方法也可以彼此组合并且可以与现有技术的方法和装置组合。

Claims (15)

1.一种用于对触敏显示屏(20)进行精确操作的手持式触控笔(1)，所述手持式触控笔(1)包括：
-椭圆形壳体(10)，所述椭圆形壳体(10)被设计成使得所述触控笔(1)被设置成像笔一样被握在一只手中；以及
-尖端(11)，所述尖端(11)被设计用于触碰所述显示屏(20)，
其特征在于，
所述触控笔(1)包括集成到所述壳体(10)中的用于测量沿发射方向到空间点(6)的距离的激光测距仪(30)。
2.根据权利要求1所述的触控笔(1)，
其特征在于，
所述壳体(10)包括用于用户的至少拇指和食指、以及尤其是中指的抓握区域。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的触控笔(1)，
其特征在于，
所述壳体(10)限定壳体纵向轴线(9)，并且所述发射方向平行于所述壳体纵向轴线(9)，其中，所述尖端(11)位于所述壳体(10)的第一端，尤其是其中，所述激光测距仪(30)被定位和设计用于以下目的：
-在所述壳体的所述第一端沿所述发射方向发射激光束(7)，或
-在所述壳体(10)的第二端沿所述发射方向发射激光束(7)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的触控笔(1)，
其特征在于，
数据传输单元(15)，所述数据传输单元(15)用于经由无线电将数据传输(50)至包括所述触敏显示屏(20)的外部计算机(2)，尤其是借助于蓝牙传输所述数据。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的触控笔(1)，
其特征在于，
分析单元(16)，所述分析单元(16)被设计用于得出并提供测量距离。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的触控笔(1)，
其特征在于，
惯性测量单元(17)，所述惯性测量单元(17)包括加速度传感器和转速传感器，其中，所述惯性测量单元(17)被设计用于以下目的：获取所述触控笔(1)在所述激光测距仪(30)的第一距离测量与第二距离测量之间的运动，尤其是在六个自由度中的运动，尤其是其中，所述触控笔(1)包括分析单元(16)，所述分析单元被设计用于得出并提供测量距离，并且被设计用于
-得出并提供所述触控笔(1)的所获取的运动；
-基于所获取的运动得出所述触控笔(1)的姿态；
-计算并提供通过所述第一距离测量和所述第二距离测量所测量的两个空间点之间的距离；和/或
-计算并提供三维局部坐标系中的位置。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的触控笔(1)，
其特征在于，
显示单元(12)，所述显示单元(12)用于显示测量距离，尤其是以OLED显示器的形式。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的触控笔(1)，
其特征在于，
集成到所述壳体(10)中的摄像头单元，所述摄像头单元用于记录在所述发射方向的方向上的图像。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的触控笔(1)，
其特征在于，
-所述尖端(11)和所述壳体(10)是导电的，并且被设计成使得所述触控笔(1)能够对被设计成电容式触摸屏的显示屏(20)进行操作；或者
-所述触控笔(1)包括线圈并且能够对被设计成感应式触摸屏的显示屏(20)进行操作。
10.一种计算机系统(5)，所述计算机系统(5)包括具有触敏显示屏(20)的计算机(2)和根据前述权利要求中任一项所述的触控笔(1)，其中，所述触控笔(1)被设计用于如下目的：通过触碰所述显示屏(20)来控制所述计算机(2)的功能，
其特征在于，
所述计算机(2)和所述触控笔(1)被设计用于经由无线电将与测量距离有关的数据从所述触控笔(1)传输(50)到所述计算机(2)。
11.根据权利要求10所述的计算机系统(5)，
其特征在于，
所述计算机(2)被设计成手持式，其中，所述显示屏(20)被集成到所述计算机(2)的壳体中，尤其是其中，
-所述计算机(2)被设计成智能手机或平板电脑，和/或
-所述计算机(2)包括用于所述触控笔(1)的插槽(21)。
12.根据权利要求10或11所述的计算机系统(5)
其特征在于，
所述计算机(2)和所述触控笔(1)被设计用于经由无线电相互传输(50)指令，其中，
-所述触控笔(1)的所述壳体包括用于将所述触控笔稳定地支撑在表面上的支撑区域，尤其是用于将所述触控笔固定在磁性表面上的磁性支撑区域，并且
-所述显示屏提供用于触发距离测量的虚拟开关。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的计算机系统(5)
其特征在于，
-所述触控笔(1)包括用于记录图像的摄像头单元，
-所述计算机(2)和所述触控笔(1)被设计用于经由无线电将由所述摄像头单元记录的图像的图像数据从所述触控笔(1)传输(50)到所述计算机(2)，并且
-所述计算机系统(5)被配置用于如下目的：将所记录的图像数据作为图像显示在所述显示屏上。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的计算机系统(5)
其特征在于，
所述触控笔(1)包括触觉反馈模块，并且所述计算机系统(5)被配置用于以下目的：借助于所述触觉反馈模块以触觉方式发信号通知与测量距离相关的数据经由无线电从所述触控笔(1)成功传输(50)到所述计算机(2)。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的计算机系统(5)
其特征在于，
所述计算机系统(5)被配置用于以下目的：在当所述触控笔(1)位于所述插槽(21)中的情况下时，提供第一距离测量模式和第二距离测量模式作为选择，其中，
-在选择所述第一距离测量模式时，在触发距离测量时，借助于所述触控笔(1)的所述测距仪测量从所述计算机(2)的第一壳体边缘到空间点的距离，并且
-在选择所述第二距离测量模式时，在触发距离测量时，借助于所述触控笔(1)的所述测距仪测量从所述计算机(2)的与所述第一壳体边缘相反的第二壳体边缘到空间点的距离，并且
-所述计算机(2)包括用于触发距离测量的至少一个开关，尤其是其中，所述开关位于所述计算机的所述壳体上，或者所述显示屏(20)提供虚拟开关。
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