CN202904431U - 具有滚动球笔尖的便携式数据终端指示笔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开具有滚动球笔尖的便携式数据终端指示笔。便携式数据终端，包括：外壳，其包括上表面，侧表面，前表面和后表面。触摸屏与外壳的上表面耦合，该触摸屏包括显示器和触摸灵敏涂覆层。便携式数据终端还包括用于激活触摸屏的指示笔。该指示笔减少对触摸灵敏涂覆层的磨损。该指示笔包括具有近端和远端的主体，该近端具有由第一球形半径定义的内部插口。该指示笔还包括由插口捕获的滚动球，该滚动球由小于第一球形半径的第二球形半径定义。该滚动球从该主体的近端伸出距离为P，其中P小于第二球形半径的一半。在一个实施例中，相对于触摸灵敏涂覆层的动态磨擦系数在0.2-0.4的范围中。在另一实施例中，该滚动球包括工程设计的热塑性物质。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年12月13日提交的题目为“Portable Data Terminal Stylus with Rolling Ball Tip”的美国专利申请号12/966,543的优先权。要求上述申请的优先权并且其全部内容在此引入以供参考。
技术领域
本公开通常涉及一种便携式数据终端，并且更具体地说，涉及一种用于便携式数据终端的触摸板指示笔(stylus)。
背景技术
便携式数据终端(PDT)是一种数据收集设备，其用于收集、解释、处理数据，并最终地将数据传递到更大的数据处理系统。PDT通常包括移动计算机、小键盘以及数据采集设备。要指出的是，一些PDT使用其组成部分的更耐用的或“工业化的”的版本。移动计算机通常包括手持式(或“袖珍”的)计算设备，例如从Intel，Palm，惠普和戴尔所得到的那些。小键盘聚集了各种字母数字和数字配置。数据采集设备通常包括从例如射频ID(RFID)、图像和条形码中捕获数据的设备。数据也可通过小键盘输入以及与移动计算机相关联的触摸板的使用来捕获。PDT可从若干源得到，包括本申请的受让人：霍尼韦尔手持产品(Honeywell Hand Held Products)。
用于PDT的用户接口通常是一些按钮和触摸屏显示器。触摸屏用于显示信息和捕获信息。数据捕获通常使用指示笔在屏幕上选择用于某些功能的按钮或区域、在屏幕上画形状、使用字符识别来输入文本或数字、或数据捕获的其它方法。
触摸屏最重要的部分之一是非常灵敏的、薄的、柔软的且透明的涂覆层(overlay)，其用于检测笔/指示笔和屏幕之间的关系。当指示笔在该层上滑动或轻击时，信息被转移到屏幕下的电路，根据当时手持式计算机所使用的程序提供图像或 表示。
触摸屏显示一个已被注意到的问题，就是柔软的膜，为了允许高分辨率的指示和/或书写，它通常很薄且脆弱，如果用户通过指示笔使触摸板经受显著碰撞接触，该膜特别容易受损坏，该指示笔还必然具有用于在高分辨率上操作触摸板的良好点。
在多次使用之后，该层变得被损坏，划破和/或者损伤。有时损坏严重以至于不可能呈现到屏幕的指示笔输入或使其严重失真。在许多情况下，这可能导致需要更换输入屏幕。损坏的屏幕能够导致数据丢失，以及需要时不能获得数据。
发明内容
依据本发明的一个方面，便携式数据终端包括外壳，该外壳具有上表面，侧表面，前表面，及后表面。包括显示器和触摸灵敏涂覆层的触摸屏与外壳的上表面耦合。便携式数据终端还包括用于激活触摸屏的指示笔，这减少对触摸灵敏涂覆的磨损和划破。该便携式数据终端还包括激活触摸屏的指示笔，这减少对触摸灵敏涂覆层的磨损。该指示笔包括具有近端和远端的主体，近端具有由第一球形半径限定的内部插口(internal socket)，并且还包括由插口捕获的滚动球，该滚动球由小于第一球形半径的第二球形半径定义，该滚动球从该主体的近端伸出距离为P，其中P小于第二球形半径的一半。
依据本发明的另一方面，提供用于便携式数据终端的指示笔，其包括具有近端和相对远端的主体。主体的近端包括由第一球形半径定义的内部插口。该插口包括具有杯状区域和帽状区域的捕获和保持元件(capturing and retention element)。滚动球被布置在插口的捕获和保持元件内。该滚动球包括小于第一球形半径的第二球形半径。该滚动球从主体的近段伸出距离为P，其中P小于第二球形半径的一半。该滚动球由工业设计的热塑性物质制造。
附图说明
这里描述的特征可参考以下描述的附图更好地进行理解。附图没有必要按比例，相反重点通常在于说明本发明的原理。在附图中，相似的数字用来指示遍及各种视图中的相似部分。
图1和图2是根据本发明的一个实施例的便携式数据终端的结构图；
图3是用于图1的便携式数据终端的指示笔的结构图；
图4是图3中的指示笔的近端的剖视图；
图5是根据本发明的另一实施例的用于便携式数据终端的指示笔的剖视图。
具体实施方式
下面将详细参照本发明，其实例在附图中被说明，其中相似的数字通篇指相似的元件。随后描述将使用与PDT相关联的术语，然而本领域的技术人员将认识到本发明可适用于很多其他具有触摸屏接口的设备，包括个人数据助理(PDA)。触摸屏设备可能包括电压表、示波器、逻辑分析仪，以及任何其它手持的、台式(bench top)的或安装在机架上的仪器。为了本说明的目的，把手持设备，例如蜂窝电话、卫星电话、遥测设备和其它手持设备还被归类为PDT。术语PDT还应包括任何具有触摸屏接口的计算机终端显示器。这些可以包括公用电话亭、室外终端接口、工业计算机接口、商业计算机接口和其它计算显示器。此外，术语PDT可以包括条形码扫描仪和消费电子设备。
参照图1，便携式数据终端(PDT)10包括外壳12，其具有上表面14，侧表面16，前表面18和后表面20。该PDT10使用一种流行形状因数，但在某些实施例中其还可以包括手柄(未示出)。
外壳12通常支持多种组件，包括电池(未示出，但通常位于主体的后半部分)及触摸屏22，触摸屏22包括显示器24和布置在显示器之上的触摸灵敏涂覆层26。以这种方式，触摸屏22作为数据输入接口操作。外壳12还可包括键盘28，其使得能够输入数据。PDT10还可以包括图形用户接口30，或者“GUI”，其与显示器24集成。GUI30可以包括指针32，操作者移动指针32来在显示器24上显示的多种显示(有时简称为“虚拟”)控制按钮之间选择。可在网页浏览期间移动指针32选择文本或图标超链接控制按钮用于高亮。还可显示控制按钮用于在不同的菜单选项之间选择。在一个实例中，控制按钮可以是一系列图标。选择不同的图标，根据选择的图标改变PDT10的操作模式。PDT10包括指针控制器34，其使得能够移动指针32。该指针控制器34可以由箭头导航矩阵、跟踪球或操纵杆提供。在某些实施例中，GUI包括“虚拟”键盘28，由此消除对额外硬件的需要。
便携式数据终端10还可包括扫描引擎(scan engine)36，其被集成到PDT的前表面18中。举例说来，该扫描引擎36可以例如包括沿纵轴38对准的图像引擎(image engine)或激光引擎(laser engine)。该便携式数据终端10的成像轴40在纵轴38的大体方向上延伸，但可以在相对纵轴向下略微有角度的方向上延伸。外壳12通常包括上蛤壳42和蛤壳44，以用于封装图像引擎和控制电路(未示出)。
该便携式数据终端10还可以包括数据/充电端口46。该数据/充电端口46通常包括专用接口，其有一组插针(pin)或垫(pad)，用于数据的传送和接收，以及另一组插针或垫，用于接收为系统提供动力和/或为电池充电的功率。
触摸屏22包括彩色或黑白的液晶显示器24，其具有安装在显示器的顶部上的触摸灵敏涂覆层26。显示器24用于向用户显示图形、文本和其它元素。触摸屏22优选地与指示笔一起使用，例如通过字符识别程序从屏幕选择元素、画图或输入文本。
参考图2，便携式数据终端10的外壳12包括下端(lower side)48，其可以包括电池室50和夹带(strap clip)52。外壳12还可以包括接受器54，用于接受和保持用于激活触摸屏22的指示笔56，该接受器54可位于任何方便的位置中。在所说明的实施例中，该接受器54位于PDT外壳12的后表面20上，但是也可位于侧表面16上，或者，如果有手柄的话，也可以在手柄中。
在使用中，用户可以激励触发按钮58以经由扫描引擎36开始图像捕获。被捕获的图像被分析(例如解码)，以识别它所代表的数据。解码的数据被存储并可能地在PDT10上显示。数据的额外处理可能发生在PDT10和/或数据处理源上，数据经由该PDT上的任何可用的传送机制被传送给其。由PDT利用的众所周知传送机制的一些例子包括：蓝牙、WiFi、GSM、CDMA、USB、IrDA、可移除式闪存、并行和并行端口(包括例如RS-232)。
该指示笔通常与传统的手写工具相似。在现有技术中，指示笔通常包括固塑性笔尖，用于与触摸灵敏涂覆层接触。尽管在许多情况中该固塑性笔尖是圆的，但由于涂覆层的脆弱特性频繁地导致指示笔的笔尖划破涂覆层。一些用户可替换地使用指尖或指甲，甚至是传统的钢笔或铅笔来代替指示笔来接触触摸屏。当使用指甲、传统手写工具或其他形状对象时，频繁地发生对触摸屏幕的损坏，比如划破或损伤。
工业上为解决划破脆弱涂覆层的问题的努力包括制造并安装辅助的涂覆层，当被损坏时其可以被周期地替换。辅助涂覆层增加了触摸屏的成本，这通常由顾客承担。
根据图3和图4中所说明的本发明的一个实施例，提供指示笔56，其减少了对触摸屏22的潜在损坏。指示笔包括具有近端62和相对的远端64的细长圆柱形体60。在一个实施例中，近端62逐渐变细至截头椎形尖。指示笔56的近端62定义内部球形插口66，其具有以指示笔纵轴68为中心的半径R1。插口66被配置捕获滚动球70。滚动球70具有第二较小球形半径R2，以允许该球在插口66内自由地旋转。滚动球70的第二球形半径R2比第一球形半径小范围从0.025到0.250毫米(0.001-0.010英寸)的距离。
插口66被配置保持滚动球70不从指示笔56掉出，以及当施加力时，防止该球完全地撤回到指示笔主体60中。在插口66中的球形半径R1还定义捕获和保持区域72，用于完成此目的。该区域72定义在插口66的水平轴74以下的弧形，当绕着指示笔纵轴68旋转时，其形成杯状区域以保证滚动球70不从指示笔主体60中掉出。捕获和保持区域72还定义在水平轴74之上的弧形，当绕着指示笔纵轴68旋转时，其形成帽状以防止滚动球70向上太多地推入指示笔主体60，并且防止该球从笔尖伸出。在所说明的实例中，该区域72是大约135°(在水平轴74下方45°，并且在该轴上方90°)的弧形，并且圆周地绕指示笔纵轴68扫视(sweep)。插口66还可以被配置保证滚动球70当在触摸屏上手写时从主体60的笔尖伸出预定距离，正如在此下面详细解释的。
主体60的远端64可以包括紧握元件(capture element)76，用于将指示笔固定到外壳12的接受器54中(图1)。在所公开的实施例中，紧握元件76是跨越指示笔主体的周长的多个凹槽。该凹槽通常以轻微过盈配合的方式与指示笔接受器54内的相应突起结合，以当指示笔56不使用时固定指示笔56。
指示笔56的主体60可由任何合适的材料制造，例如通过塑料注射成型。形成插口66所需要的模在成型之后可以被分成多个块以使得插口66原封不动，或者如果主体60足够柔软，则可以从球形模中强行地拉出主体或以别的方式从球形模中移除主体。
由提供相对于涂覆层26的足够高的摩擦系数的材料来制造滚动球70，摩擦力将导致该球在接触涂覆层时在插口66内滚动而不是仅仅沿表面滑动。在给定 滑动速度上，动态磨擦系数(μ)被定义为磨擦力F除以所施加的负载N(μ＝F/N)。此外，滚动球70的材料应该具有高的抗磨性，抗磨性是在相对运动中由于相互交互的表面而造成的材料的积累损耗。材料的一种选择是工程设计的热塑性物质，例如聚甲醛，由E.I.du Pont de Nemours and Company以 
缩醛树脂的商标出售。 
树脂在特性范围中是可得到的，并且发明人确认磨擦系数在0.2-0.4的范围中提供与涂覆层26的足够接触电阻，以允许滚动球70在插口66中平滑地旋转。在0.25-0.30的范围中的摩擦系数是优选的。滚动球70和指示笔主体60可以足够地柔软以便允许该球被迫使到位或吸到位。
转到图5，说明了具有空心主体160的指示笔156的另一实施例。在这个实施例中，插口166的捕获和保持区域172跨越较小的弧形，大约90°(在水平轴174上方和下面的45°)，圆周地绕指示笔纵轴168扫视(sweep)。正如参考附图所看到的，插口166被配置允许滚动球170从指示笔主体160的笔尖伸出距离P。在所公开的实施例中，滚动球170当在书写模式中时(例如，球被捕获(capture)到帽区中)从笔尖伸出球直径的大约1/4(例如，R2/2)。然而，小于球直径的一半的P的任何正值是可接受的。捕获和保持区域172的上部分(例如，帽区)防止滚动球170当在书写期间将力施加到指示笔时向上推入管的中空部分。
该指示笔156的中空部分还可以包括备用滚动球178。说明了两个备用滚动球178。在主滚动球170变得脏、被划破或者另外限制使用的情况下，该球可能被弹出，并且由备用滚动球178中的一个来替换。
在此描述的指示笔的一个优点是滚动球延长了触摸屏上的脆弱涂覆层材料的寿命。在现有技术指出的条件下，传统指示笔将划破并且损伤敏感涂覆层材料。本发明的指示笔通过提供具有动态摩擦系数的滚动球减少在涂覆层上的磨损，其操作在涂覆层上旋转球，而不是滑动，好像是固定的。
在此描述的指示笔的另一优点是滚动球材料(例如聚甲醛)不需要润滑。该球因此自由地在插口内旋转，不管用于主体的材料的选择如何，由此提供用于指示笔主体的宽范围的材料以及装饰类型。
尽管已参照许多具体实施例描述了本发明时，应理解的是本发明的真正精神和范围应仅仅关于本说明书能够支持的权利要求来确定。进一步地，尽管在这里的许多情况中系统、设备和方法被描述为具有一定数量的元件，但是将理 解的是这样的系统、设备和方法能以少于所提及的一定数量的元件来实践。而且，尽管许多特定实施例已被描述，但是将理解的是已参照每个特定实施例描述的特征和方面可用在每个剩余的具体描述的实施例中。
本发明涉及的装置和方法包括：
A1.一种便携式数据终端，包括：
外壳，其包括上表面，侧表面，前表面和后表面；
与外壳的上表面耦合的触摸屏，该触摸屏包括显示器和触摸灵敏涂覆层；
与外壳耦合的键盘，用于使得能够输入数据；以及
用于激活触摸屏的指示笔，该指示笔包括具有近端和远端的主体，该近端具有由第一球形半径定义的内部插口，并且还包括由插口捕获的滚动球，该滚动球由小于第一球形半径的第二球形半径定义，该滚动球从该主体的近端伸出距离为P，其中P小于第二球形半径的一半。
A2.根据A1所述的便携式数据终端，其中该滚动球包括工程设计的热塑性物质。
A3.根据A2所述的便携式数据终端，其中该工程设计的热塑性物质为聚甲醛。
A4.根据A1所述的便携式数据终端，其中该外壳包括被配置接受指示笔的接受器。
A5.根据A4所述的便携式数据终端，其中该指示笔的远端包括用于将指示笔固定于外壳的接受器中的紧握元件。
A6.根据A5所述的便携式数据终端，其中该紧握元件是圆周地跨越指示笔的主体的凹槽。
A7.根据A6所述的便携式数据终端，其中该紧握元件是跨越指示笔主体的圆周的多个凹槽。
A8.根据A1所述的便携式数据终端，还包括与外壳下端耦合的手柄。
A9.根据A1所述的便携式数据终端，其中该滚动球包括大于0.2的相对于触摸灵敏涂覆层的动态磨擦系数。
A10.根据A9所述的便携式数据终端，其中相对于触摸灵敏涂覆层的动态磨擦系数在0.2-0.4的范围中。
A11.根据A9所述的便携式数据终端，其中相对于该涂覆层的动态磨擦系数 是在0.25-0.30的范围中。
B1.一种用于激活便携式数据终端的触摸屏的指示笔，包括：
具有近端和相对远端的主体，该近端包括由第一球形半径定义的内部插口，该插口包括具有杯状区域和帽状区域的捕获和保持元件；以及
滚动球，其被布置在插口的捕获和保持区域内，该滚动球包括小于第一球形半径的第二球形半径，该滚动球从主体的近端伸出距离为P，其中P小于第二球形半径的一半，该滚动球包括工业设计的热塑性物质。
B2.根据B1所述的指示笔，其中该工业设计的热塑性物质是聚甲醛。
B3.根据B2所述的指示笔，其中主体至少在近端上是中空的。
B4.根据B3所述的指示笔，还包括备用滚动球。
B5.根据B1所述的指示笔，其中第二球形半径小于第一球形半径的距离为范围从0.025到0.250毫米。
B6.根据B1所述的指示笔，该主体还包括远端上的紧握元件，其被配置用于将指示笔固定在便携式数据终端的接受器中。
B7.根据B6所述的指示笔，其中该紧握元件包括圆周地跨越指示笔的主体的凹槽。
B8.根据B1所述的指示笔，其中当滚动球被插口的捕获和保持区域的帽形区捕获时定义距离P。
B9.根据B1所述的指示笔，其中距离P大约是第二球形半径的四分之一。
Claims (15)
1.一种便携式数据终端，包括：
外壳，其包括上表面，侧表面，前表面和后表面；
与外壳的上表面耦合的触摸屏，该触摸屏包括显示器和触摸灵敏涂覆层；
与外壳耦合的键盘，用于使得能够输入数据；以及
用于激活触摸屏的指示笔，该指示笔包括具有近端和远端的主体，该近端具有由第一球形半径定义的内部插口，并且还包括由插口捕获的滚动球，该滚动球由小于第一球形半径的第二球形半径定义，该滚动球从该主体的近端伸出距离为P，其中P小于第二球形半径的一半。
2.根据权利要求1所述的便携式数据终端，其中该滚动球包括工程设计的热塑性物质。
3.根据权利要求1所述的便携式数据终端，其中该外壳包括被配置接受指示笔的接受器。
4.根据权利要求3所述的便携式数据终端，其中该指示笔的远端包括用于将指示笔固定于外壳的接受器中的紧握元件。
5.根据权利要求1所述的便携式数据终端，还包括与外壳下端耦合的手柄。
6.根据权利要求1所述的便携式数据终端，其中该滚动球包括大于0.2的相对于触摸灵敏涂覆层的动态磨擦系数。
7.根据权利要求6所述的便携式数据终端，其中相对于触摸灵敏涂覆层的动态磨擦系数在0.2-0.4的范围中。
8.根据权利要求6所述的便携式数据终端，其中相对于该涂覆层的动态磨擦系数是在0.25-0.30的范围中。
9.一种用于激活便携式数据终端的触摸屏的指示笔，包括：
具有近端和相对远端的主体，该近端包括由第一球形半径定义的内部插口，该插口包括具有杯状区域和帽状区域的捕获和保持元件；以及
滚动球，其被布置在插口的捕获和保持区域内，该滚动球包括小于第一球形半径的第二球形半径，该滚动球从主体的近端伸出距离为P，其中P小于第二球形半径的一半，该滚动球包括工业设计的热塑性物质。
10.根据权利要求9所述的指示笔，其中该工业设计的热塑性物质是聚甲醛。
11.根据权利要求10所述的指示笔，其中主体至少在近端上是中空的。
12.根据权利要求9所述的指示笔，其中第二球形半径小于第一球形半径的距离为范围从0.025到0.250毫米。
13.根据权利要求9所述的指示笔，该主体还包括远端上的紧握元件，其被配置用于将指示笔固定在便携式数据终端的接受器中。
14.根据权利要求9所述的指示笔，其中当滚动球被插口的捕获和保持区域的帽形区捕获时定义距离P。
15.根据权利要求9所述的指示笔，其中距离P大约是第二球形半径的四分之一。
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