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Verwandte Anmeldungen
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US-Provisional Patent Application No. 61/553114 , welche am 28. Oktober 2011 angemeldet wurde, wird hier als Referenz eingefügt wird.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Berührungssensoren.
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Hintergrund
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Ein Berührungssensor kann das Vorkommen und den Ort einer Berührung oder eines Objekts oder die Nähe eines Objekts (so wie einen Finger eines Benutzers oder einen Stift) innerhalb einer berührungsempfindlichen Fläche des Berührungssensors, welcher beispielsweise über einen Anzeigebildschirm gelegt ist, detektieren. In einer berührungsempfindlichen Anzeigeanwendung kann es der Berührungssensor dem Benutzer ermöglichen direkt mit dem was auf dem Bildschirm angezeigt wird zu interagieren, anstatt indirekt mit einer Maus oder einem Tastfeld. Ein Berührungssensor kann angebracht oder als ein Teil von einem Desktop-Computer, Laptop-Computer, Tablet-Computer, PDA (personal digital assistant), Smartphone, Satellitennavigationsgerät, tragbares Medienabspielgerät, tragbare Spielekonsole, Kioskcomputer, Kassensystem oder einem anderen Gerät bereitgestellt sein. Ein Eingabefeld an einer Haushalts- oder anderen Anwendung kann einen Berührungssensor beinhalten.
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Es gibt eine Reihe von verschiedenen Arten von Berührungssensoren wie beispielsweise resistive berührungsempfindliche Bildschirme, berührungsempfindliche Bildschirme, welche auf oberflächenakustischen Wellen basieren und kapazitive berührungsempfindliche Bildschirme. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann einen berührungsempfindlichen Bildschirm beinhalten und umgekehrt. Wenn ein Objekt die Oberfläche eines kapazitiven berührungsempfindlichen Bildschirms berührt oder in deren Nähe kommt, kann eine Veränderung in der Kapazität innerhalb des berührungsempfindlichen Bildschirms an der Stelle der Berührung oder deren Nähe vorkommen. Eine Berührungssensorsteuereinheit kann die Veränderung der Kapazität verarbeiten, um die Position auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm zu bestimmen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 illustriert ein Beispiel eines Berührungssensors mit einem Beispiel einer Berührungssensorsteuereinheit.
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2 illustriert ein Beispiel einer Außenansicht eines aktiven Stifts.
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3 illustriert ein Beispiel einer Innenansicht eines aktiven Stifts.
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4 illustriert ein Beispiel eines aktiven Stifts mit einem Berührungssensorgerät.
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5 illustriert ein Beispielverfahren zur Rauschverminderung in einem aktiven Stift.
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6 illustriert ein Beispiel eines Wellensignals, welches an einem aktiven Stift empfangen wurde.
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Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
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1 illustriert ein Beispiel eines Berührungssensors 10 mit einem Beispiel einer Berührungssensorsteuereinheit 12. Berührungssensor 10 und Berührungssensorsteuereinheit 12 können das Vorkommen und den Ort einer Berührung oder die Nähe eines Objekts innerhalb einer berührungsempfindlichen Fläche des Berührungssensors 10 detektieren. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann beides, den Berührungssensor und seine Berührungssensorsteuereinheit beinhalten. In gleicher Weise kann eine Bezugnahme auf eine Berührungssensorsteuereinheit beides, die Berührungssensorsteuereinheit und seinen Berührungssensor beinhalten. Berührungssensor 10 kann einen Bereich von Ansteuer- und Ausleseelektroden (oder einen Bereich von Elektroden eines einzigen Typs) beinhalten, welche auf einem oder mehreren Substraten angeordnet sind, die aus einem dielektrischen Material hergestellt sein können. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann beides, die Elektroden des Berührungssensors und das Substrat/die Substrate, auf welchem/welchen diese angeordnet sind, beinhalten. Alternativ kann eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor die Elektroden des Berührungssensors beinhalten, jedoch nicht das Substrat/die Substrate auf welchem/welchen diese angeordnet sind.
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Eine Elektrode (ob eine Masseelektrode, eine Schutzelektrode/Schirmelektrode, eine Ansteuerelektrode oder eine Ausleseelektrode) kann eine Fläche aus leitfähigem Material sein, welche eine Form einnimmt, wie beispielsweise eine Kreisscheibe, ein Quadrat, ein Rechteck, eine dünne Bahnlinie oder eine andere geeignete Form oder geeignete Kombinationen dieser. Ein oder mehrere Schnitte in einer oder mehreren Schichten aus leitfähigem Material kann (mindestens teilweise) die Form einer Elektrode bestimmen, und die Fläche ihrer Form kann (mindestens teilweise) durch diese Schnitte begrenzt sein. In besonderen Ausführungsformen kann das leitfähige Material einer Elektrode ungefähr 100% der Fläche ihrer Form einnehmen. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung, kann eine Elektrode aus Indiumzinnoxid (ITO) hergestellt sein und das ITO der Elektrode kann ungefähr 100% der Fläche ihrer Form einnehmen (manchmal als 100%-Füllung bezeichnet). In besonderen Ausführungsformen kann das leitfähige Material einer Elektrode im Wesentlichen weniger als 100% der Fläche ihrer Form einnehmen. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann eine Elektrode aus dünnen Bahnen eines Metalls oder eines anderen leitfähigen Materials (FLM), wie beispielsweise Kupfer, Silber oder ein kupfer- oder silberbasiertes Material, hergestellt sein. Die dünnen Bahnen des leitfähigen Materials können dann ungefähr 5% der Fläche ihrer Form in einem schraffierten, netzartigen oder in einem anderen geeigneten Muster einnehmen. Eine Bezugnahme auf FLM beinhaltet ein solches Material. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Elektroden beschreibt oder illustriert, welche aus einem bestimmten leitfähigen Material hergestellt sind und welche bestimmte Formen einnehmen mit bestimmten Füllanteilen und bestimmten Mustern, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Elektroden, welche aus allen geeigneten leitfähigen Materialien hergestellt sind und welche alle geeigneten Formen mit allen geeigneten Füllanteilen und geeigneten Mustern einnehmen. Die Formen der Elektroden (oder anderer Elemente) eines Berührungssensors können ganz oder teilweise eines oder mehrere Makromerkmale des Berührungssensors bestimmen. Eines oder mehrere Charakteristiken der Implementierung dieser Formen (so wie beispielsweise die leitfähigen Materialien, Füllungen oder Muster innerhalb der Formen) können ganz oder teilweise eines oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensors bestimmen. Eines oder mehrere Makromerkmale eines Berührungssensors kann/können eine oder mehrere Charakteristiken seiner Funktionalität bestimmen, und eines oder mehrer Mikromerkmale des Berührungssensors kann/können ein oder mehrere optische Merkmale des Berührungssensors wie Transmission, Refraktion oder Reflektion bestimmten.
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Eine mechanische Anordnung kann das Substrat (oder mehrere Substrate) und das leitfähige Material, aus welchem die Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Berührungssensors 10 hergestellt sind, beinhalten. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann die mechanische Anordnung eine erste Schicht aus optisch durchsichtigem Klebstoff (OCA, optically clear adhesive) unter einer Abdeckscheibe beinhalten. Die Abdeckscheibe kann durchsichtig und aus einem widerstandsfähigen Material hergestellt sein, welches zur wiederholten Berührung geeignet ist, wie beispielsweise Glas, Polycarbonat, oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Die vorliegende Offenbarung beinhaltet alle geeigneten Abdeckscheiben, welche aus geeignetem Material hergestellt sind. Die erste Schicht aus OCA kann zwischen der Abdeckscheibe und dem Substrat mit leitfähigem Material, welches die Ansteuer- oder Ausleseelektroden ausbildet, angeordnet sein. Die mechanische Anordnung kann außerdem eine zweite Schicht aus OCA und eine dielektrische Schicht (welche aus PET oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein kann, ähnlich des Substrats mit dem leitfähigen Material, welches die Ansteuer- oder Ausleseelektroden ausbildet) beinhalten. Als eine Alternative kann eine dünne Schicht eines dielektrischen Materials anstatt der zweiten Schicht aus OCA und der dielektrischen Schicht angewendet werden. Die zweite Schicht aus OCA kann zwischen dem Substrat mit dem leitfähigen Material, welches die Ansteuer- oder Ausleseelektroden ausmacht, und der dielektrischen Schicht angeordnet sein. Die dielektrische Schicht kann zwischen der zweiten Schicht aus OCA und einem Luftspalt zu einer Anzeige des Geräts, welches Berührungssensor 10 und Berührungssensorsteuereinheit 12 beinhaltet, angeordnet sein. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann die Abdeckscheibe eine Dicke von ungefähr 1 mm haben; die erste Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; das Substrat mit dem leitfähigen Material, welches die Ansteuer- oder Ausleseelektroden formt, kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; die zweite Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; und die dielektrische Schicht kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte mechanische Anordnung mit einer bestimmten Anzahl von bestimmten Schichten, welche aus bestimmten Materialien hergestellt sind und bestimmte Dicken haben beschreibt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten mechanischen Anordnungen mit geeigneten Anzahlen von geeigneten Schichten, welche aus geeigneten Materialien hergestellt sind und geeignete Dicken haben. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann, in bestimmten Ausführungsformen, eine Schicht aus Klebstoff oder einem Dielektrikum die dielektrische Schicht, die zweite Schicht aus OCA und den Luftspalt, wie oben beschrieben, ersetzen, so dass kein Luftspalt zu der Anzeige vorhanden ist.
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Ein oder mehrere Abschnitte des Substrates des Berührungssensors 10 kann aus Polyethylenterephthalat (PET) oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein. Die vorliegende Offenbarung beinhaltet alle geeigneten Substrate mit allen geeigneten Abschnitten, welche aus geeigneten Materialien hergestellt sind. In besonderen Ausführungsformen können die Ansteuer- oder Ausleseelektroden in Berührungssensor 10 ganz oder teilweise aus ITO hergestellt sein. In besonderen Ausführungsformen können die Ansteuer- oder Ausleseelektroden in Berührungssensor 10 aus dünnen Bahnen eines Metalls oder eines anderen leitfähigen Materials hergestellt sein. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können ein oder mehrere Abschnitte des leitfähigen Materials Kupfer oder kupferbasiert sein und eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger haben, und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger. Als ein weiteres Beispiel können ein oder mehrere Abschnitte des leitfähigen Materials Silber oder silberbasiert sein und in ähnlicher Weise eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger haben. Die vorliegende Offenbarung beinhaltet alle geeigneten Elektroden, welche aus geeigneten Materialien hergestellt sind.
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Berührungssensor 10 kann eine kapazitive Form der Berührungsdetektion implementieren. In einer Gegenkapazitätsimplementierung, kann Berührungssensor 10 einen Bereich aus Ansteuer- oder Ausleseelektroden beinhalten, welche einen Bereich aus kapazitiven Knoten ausbilden. Eine Ansteuerelektrode und eine Ausleseelektrode können einen kapazitiven Knoten ausbilden. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden, welche einen kapazitiven Knoten ausbilden, können nahe aneinander kommen, aber keinen elektrischen Kontakt miteinander haben. Stattdessen können die Ansteuer- und Ausleseelektroden kapazitiv miteinander über einen Zwischenraum zwischen ihnen gekoppelt sein. Eine Puls- oder Wechselspannung, welche an die Ansteuerelektrode (durch die Berührungssensorsteuereinheit 12) angelegt wird, kann eine Ladung in der Ausleseelektrode induzieren, und der Betrag der Ladung, welche induziert wurde, kann durch einen externen Einfluss verändert werden (so wie eine Berührung oder die Nähe eines Objekts). Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Veränderung in der Kapazität an dem kapazitiven Knoten vorkommen und die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann die Veränderung in der Kapazität messen. Durch das Messen der Veränderung in der Kapazität über den Bereich, kann die Berührungssensorsteuereinheit 12 die Position der Berührung oder deren Nähe innerhalb der berührungsempfindlichen Fläche/der berührungsempfindlichen Flächen des Berührungssensors 10 bestimmen.
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In einer Eigenkapazitätsimplementierung kann Berührungssensor 10 einen Bereich aus Elektroden eines einzigen Typs beinhalten, wobei jede einen kapazitiven Knoten ausbildet. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Veränderung in der Eigenkapazität an dem kapazitiven Knoten vorkommen und die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann die Veränderung in der Kapazität messen, beispielsweise als eine Veränderung in dem Betrag der Ladung, welche benötigt wird um die Spannung an dem kapazitiven Knoten um einen vorbestimmten Betrag zu erhöhen. Wie bei einer Gegenkapazitätsimplementierung kann die Berührungssensorsteuereinheit 12 durch das Messen der Veränderungen in der Kapazität über den Bereich die Position der Berührung oder deren Nähe innerhalb der berührungsempfindlichen Fläche/der berührungsempfindlichen Flächen von Berührungssensor 10 bestimmen. Die vorliegende Offenbarung beinhaltet alle geeigneten Formen der kapazitiven Berührungsdetektion.
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In besonderen Ausführungsformen können eine oder mehrer Ansteuerelektroden zusammen eine Ansteuerreihe ausbilden, welche horizontal oder vertikal oder in jeder geeigneten Orientierung verläuft. In gleicher Weise können ein oder mehrere Ausleseelektroden zusammen eine Auslesereihe ausbilden, welche horizontal oder vertikal oder in jeder geeigneten Orientierung verläuft. In besonderen Ausführungsformen können die Ansteuerreihen im Wesentlichen senkrecht zu den Auslesereihen verlaufen. Eine Bezugnahme auf eine Ansteuerreihe kann eine oder mehrere Ansteuerelektroden, welche die Ansteuerreihe ausmachen, beinhalten und umgekehrt. In gleicher Weise kann eine Bezugnahme auf eine Auslesereihe ein oder mehrere Ausleseelektroden, welche die Auslesereihe ausmachen, beinhalten und umgekehrt.
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Berührungssensor 10 kann Ansteuer- und Ausleseelektroden besitzen, welche in einem Muster auf einer Seite eines einzelnen Substrats angeordnet sind. In einer solchen Konfiguration kann ein Paar aus Ansteuer- und Ausleseelektroden, welche kapazitiv miteinander über einen Spalt zwischen ihnen gekoppelt sind, einen kapazitiven Knoten ausbilden. In einer Eigenkapazitätsimplementierung können Elektroden von nur einer einzigen Art in einem Muster auf einem einzelnen Substrat angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ zu Ansteuer- und Ausleseelektroden, welche in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordnet sind, kann Berührungssensor 10 Ansteuerelektroden besitzen, welche in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, und Ausleseelektroden, welche in einem Muster auf einer anderen Seite des Substrates angeordnet sind. Außerdem kann Berührungssensor 10 Ausleseelektroden besitzen, welche in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, und Ausleseelektroden, welche in einem Muster auf einer Seite eines anderen Substrats angeordnet sind. In solchen Konfigurationen kann eine Überkreuzung einer Ansteuerelektroden und einer Ausleseelektroden einen kapazitiven Knoten ausbilden. Solche eine Überkreuzung kann ein Ort sein, wo die Ansteuerelektrode und die Ausleseelektrode sich kreuzen oder am nächsten aneinander kommen in deren respektiven Ebenen. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden haben keinen elektrischen Kontakt miteinander, stattdessen sind sie kapazitiv miteinander über ein Dielektrikum an der Überkreuzung gekoppelt. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Konfigurationen von bestimmten Elektroden beschreibt, welche bestimmte Knoten ausbilden, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Konfigurationen von geeigneten Elektroden, welche geeignete Knoten ausbilden. Außerdem beinhaltet die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Elektroden, welche auf einer geeigneten Anzahl von geeigneten Substraten in jedem geeigneten Muster angeordnet sind.
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Wie oben beschrieben kann eine Veränderung in der Kapazität an einem kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 eine Berührung oder eine nahe Eingabe an der Position des kapazitiven Knotens anzeigen. Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann die Veränderung in der Kapazität detektieren und verarbeiten, um das Vorkommen und den Ort der Berührung oder der nahen Eingabe zu bestimmen. Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann dann die Information über die Berührung oder die nahe Eingabe zu einer oder mehreren anderen Komponenten kommunizieren (wie eine oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs)) eines Geräts, welches Berührungssensor 10 und Berührungssensorsteuereinheit 12 beinhaltet und welches auf die Berührung oder die nahe Eingabe durch die Initiierung einer Funktion des Geräts (oder eine Anwendung, welche auf dem Gerät läuft) reagiert. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Berührungssensorsteuereinheit mit bestimmten Funktionalitäten in Bezug auf ein bestimmtes Gerät und einen bestimmten Berührungssensor beschreibt, beinhaltet die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Berührungssensorsteuereinheiten mit allen geeigneten Funktionalitäten in Bezug auf alle geeigneten Geräte und geeigneten Berührungssensoren.
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Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann eine oder mehrere integrierte Schaltungen (ICs) sein, so wie beispielsweise ein Universalmikroprozessor, Mikrokontroller, programmierbare Logikgeräte oder -felder, applikationsspezifische ICs (ASICs). In besonderen Ausführungsformen umfasst die Berührungssensorsteuereinheit analoge Schaltungen, digitale Logik und digitalen nicht flüchtigen Speicher. In besonderen Ausführungsformen ist die Berührungssensorsteuereinheit 12 auf einer flexiblen gedruckten Schaltung (FPC, flexible printed circuit) angeordnet, welches mit dem Substrat des Berührungssensors 10, wie unten beschrieben wird, verbunden ist. Die FPC kann aktiv oder passiv sein. In besonderen Ausführungsformen können mehrere Berührungssensorsteuereinheiten 12 auf der FPC angeordnet sein. Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann eine Verarbeitungseinheit, eine Ansteuereinheit, eine Ausleseeinheit und eine Speichereinheit beinhalten. Die Ansteuereinheit kann Ansteuersignale zu den Ansteuerelektroden des Berührungssensors 10 liefern. Die Ausleseeinheit kann Ladung an den kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 messen und Messsignale, welche die Kapazitäten an den kapazitiven Knoten repräsentieren für die Verarbeitungseinheit, bereitstellen. Die Verarbeitungseinheit kann die Versorgung der Ansteuersignale zu den Ansteuerelektroden durch die Ansteuereinheit steuern und die Messsignale von der Ausleseeinheit verarbeiten, um das Vorkommen und den Ort einer Berührung oder einer nahen Eingabe innerhalb der berührungsempfindlichen Fläche/der berührungsempfindlichen Flächen des Berührungssensors 10 zu detektieren und zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit kann außerdem Veränderungen in der Position einer Berührung oder der nahen Eingabe innerhalb der berührungsempfindlichen Fläche/der berührungsempfindlichen Flächen von Berührungssensor 10 nachverfolgen. Die Speichereinheit kann Programme zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit speichern, was Programme zur Steuerung der Ansteuereinheit zur Versorgung der Ansteuerelektroden mit Ansteuersignalen, Programme zur Verarbeitung von Messsignalen von der Ausleseeinheit und andere geeignete Programme beinhaltet. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Berührungssensorsteuereinheit mit einer bestimmten Implementierung und bestimmten Komponenten beschreibt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Berührungssensorsteuereinheiten mit allen geeigneten Implementierungen und allen geeigneten Komponenten.
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Die Leiterbahnen 14 aus leitfähigem Material, welche auf dem Substrat des Berührungssensors 10 angeordnet sind, können die Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Berührungssensors 10 mit den Anschlussflächen 16 koppeln, welche auch auf dem Substrat des Berührungssensors 10 angeordnet sind. Die Anschlussflächen 16 vereinfachen (wie unten beschrieben wird) die Kopplung der Leiterbahnen 14 mit der Berührungssensorsteuereinheit 12. Die Leiterbahnen 14 können sich in oder um (z. B. an den Kanten von) die berührungsempfindlichen Fläche/der berührungsempfindlichen Flächen des Berührungssensors 10 erstrecken. Besondere Leiterbahnen 14 können Ansteuerverbindungen zur Kopplung von der Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Ansteuerelektroden des Berührungssensors 10 bereitstellen, durch welche die Ansteuereinheit der Berührungssensorsteuereinheit 12 die Ansteuersignale zu den Ansteuerelektroden liefern kann. Andere Leiterbahnen 14 können Ausleseverbindungen zur Kopplung der Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Ausleseelektroden des Berührungssensors 10 bereitstellen, durch welche die Ausleseeinheit der Berührungssensorsteuereinheit 12 Ladung an den kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 detektieren kann. Die Leiterbahnen 14 können aus dünnen Bahnen eines Metalls oder eines anderen leitfähigen Materials hergestellt sein. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 14 Kupfer oder kupferbasiert sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. Als ein weiteres Beispiel kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 14 Silber oder silberbasiert sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. In besonderen Ausführungsformen können die Leiterbahnen 14 ganz oder teilweise, zusätzlich oder als Alternative zu den dünnen Bahnen des Metalls oder des anderen leitfähigen Materials, aus ITO hergestellt sein. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Leiterbahnen beschreibt, welche aus bestimmten Materialien hergestellt sind und bestimmte Breiten haben, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Leiterbahnen, welche aus allen geeigneten Materialien hergestellt sind und alle geeigneten Breiten haben. Zusätzlich zu den Leiterbahnen 14 kann Berührungssensor 10 ein oder mehrere Masseleiterbahnen beinhalten, welche an einer Masseverbindung (was eine Anschlussfläche 16 sein kann) an einer Kante des Substrats des Berührungssensors 10 enden (ähnlich wie die Leiterbahnen 14).
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Die Anschlussflächen 16 können entlang einer oder mehrerer Kanten des Substrats außerhalb der berührungsempfindlichen Fläche/der berührungsempfindlichen Flächen des Berührungssensors 10 lokalisiert sein. Wie oben beschrieben, kann die Berührungssensorsteuereinheit 12 auf einer FPC sein. Die Anschlussflächen 16 können aus demselben Material wie die Leiterbahnen 14 hergestellt sein und mit der FPC durch die Benutzung eines anisotropisch leitenden Films (ACF, anisotropic conductive film) verbunden sein. Die Verbindung 18 kann leitfähige Bahnen auf der FPC beinhalten, welche die Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Anschlussflächen 16 koppelt, und wiederum die Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Leiterbahnen 14 und den Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Berührungssensors 10 koppelt. In anderen Ausführungsformen können die Anschlussflächen 16 mit einem elektromechanischen Verbinder (wie ein Nullkraft-Verbinder) verbunden sein. In diesen Ausführungsformen kann die Verbindung 18 nicht notwendiger Weise eine FPC beinhalten. Die vorliegende Offenbarung beinhaltet alle geeigneten Verbindungen 18 zwischen der Berührungssensorsteuereinheit 12 und dem Berührungssensor 10.
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2 illustriert eine Außenansicht eines Beispiels eines aktiven Stifts 20. In besonderen Ausführungsformen wird der aktive Stift 20 mit Energie versorgt (z. B. durch eine interne oder externe Energiequelle) und ist eingerichtet Berührungs- oder nahe Eingaben für einen Berührungssensor (z. B. Berührungssensor 10, welcher in 1 illustriert ist) bereitzustellen. Der aktive Stift 20 kann ein oder mehrere Komponenten beinhalten, wie Knöpfe 30 oder Schieber 32 und 34, welche in einem äußeren Körper 22 integriert sind. Diese externen Komponenten können eine Interaktion zwischen dem aktiven Stift 20 und einem Benutzer oder zwischen einem Gerät und einem Benutzer bereitstellen. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können diese Interaktionen Kommunikation zwischen dem aktiven Stift 20 und einem Gerät, das Anschalten oder Verändern einer Funktionalität des aktiven Stifts 20 oder eines Geräts, oder das Bereitstellen eines Feedbacks an oder das Akzeptieren einer Eingabe von einem oder mehreren Benutzern beinhalten. Das Gerät kann jedes geeignete Gerät sein, wie beispielsweise und ohne Einschränkung ein Desktop-Computer, Laptop-Computer, Tablet-Computer, PDA (personal digital assistant), Smartphone, Satellitennavigationsgerät, tragbares Medienabspielgerät, tragbare Spielekonsole, Kioskcomputer, Kassensystem oder ein anderes geeignetes Gerät. Obwohl die vorliegende Offenbarung spezielle Beispiele von speziellen Komponenten beschreibt, welche konfiguriert sind um bestimmte Interaktionen bereitzustellen, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Komponenten, welche konfiguriert sind um alle geeigneten Interaktionen bereitzustellen. Der aktive Stift 20 kann jede geeignete Dimension haben mit einem äußeren Körper 22, der aus jedem geeigneten Material oder Kombinationen von Materialien hergestellt ist, wie beispielsweise und ohne Einschränkung aus Plastik oder Metall. In besonderen Ausführungsformen können externe Komponenten (z. B. 30 oder 32) des aktiven Stifts 20 mit internen Komponenten oder Programmen des aktiven Stifts 20 interagieren oder können ein oder mehrere Interaktionen mit einem oder mehreren Geräten oder anderen Stiften 20 initiieren.
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Wie oben beschrieben wurde, kann die Benutzung von einem oder mehreren speziellen Komponenten eine Interaktion zwischen dem aktiven Stift 20 und einem Benutzer oder zwischen dem Gerät und dem Benutzer initiieren. Die Komponenten eines aktiven Stifts 20 können einen oder mehrere Knöpfe 30 beinhalten oder einen oder mehrere Schieber 32 und 34. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können die Knöpfe 30 oder Schieber 32 und 34 mechanisch oder kapazitiv sein und können die Funktion eines Rollers, Trackball oder eines Rades haben. Als ein weiteres Beispiel können eine oder mehrere Schieber 32 oder 34 die Funktion eines vertikalen Schiebers 34 haben, welcher entlang einer Längsachse des aktiven Stifts angeordnet ist, während ein oder mehrere Rad-Schieber 32 um den Umfang des aktiven Stifts 20 angeordnet sein können. In besonderen Ausführungsformen können die kapazitiven Schieber 32 und 34 oder die Knöpfe 30 durch die Benutzung von einer oder mehreren berührungsempfindlichen Flächen implementiert sein. Die berührungsempfindlichen Flächen können jede geeignete Form, Dimension, Anordnung oder aus jedem geeigneten Material hergestellt sein. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können die Schieber 32 und 34 oder die Knöpfe 30 durch die Benutzung von Flächen aus einem flexiblen Netz, welches aus Bahnen eines leitfähigen Materials geformt ist, implementiert sein. Als ein weiteres Beispiel können die Schieber 32 und 34 oder die Knöpfe 30 durch die Benutzung eines FPCs implementiert sein.
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Der aktive Stift 20 kann eine oder mehrere Komponenten besitzen, welche konfiguriert sind um ein Feedback (Rückmeldung) bereitzustellen oder um Feedback von einem Benutzer zu akzeptieren, wie beispielsweise und ohne Einschränkung, ein taktiles, visuelles oder audielles Feedback. Der aktive Stift 20 kann eine oder mehrere Erhöhungen oder Rillen 24 in seinem äußeren Körper 22 beinhalten. Die Erhöhungen oder Rillen 24 können jede geeignete Dimension haben, können alle geeigneten Abstände zwischen den Rillen haben, oder können an jeder geeigneten Fläche auf dem äußeren Körper 22 des aktiven Stifts lokalisiert sein. Als ein Beispiel jedoch nicht als Einschränkung können die Rillen 24 den Griff eines Benutzers an dem äußeren Körper 22 des aktiven Stifts 20 verbessern oder taktiles Feedback bereitstellen oder eine taktile Eingabe von einem Benutzer zu akzeptieren. Der aktive Stift 20 kann eine oder mehrere Audiokomponenten 38 beinhalten, welche eingerichtet sind um Audiosignale zu senden und zu empfangen. Als ein Beispiel jedoch nicht als Einschränkung kann die Audiokomponente 38 ein Mikrofon beinhalten, welches eingerichtet ist um eine oder mehrere Benutzerstimmen aufzunehmen oder zu übertragen. Als ein weiteres Beispiel kann die Audiokomponente 38 eine Audioindikation eines Energiestatus des aktiven Stifts 20 bereitstellen. Der aktive Stift 20 kann eine oder mehrere visuelle Feedbackkomponenten 36 beinhalten, wie einen LED-Indikator oder elektronisches Papier (E-Ink). Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann die visuelle Feedbackkomponente 36 dem Benutzer einen Energiestatus des aktiven Stifts 20 anzeigen.
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Eine oder mehrere modifizierte Oberflächen 40 können eine oder mehrere Komponenten an dem äußeren Körper 22 des aktiven Stifts 20 ausbilden. Die Eigenschaften der modifizierten Oberflächen 40 können verschieden zu den Eigenschaften der verbleibenden Oberfläche des äußeren Körpers 22 sein. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann die modifizierte Oberfläche 40 modifiziert sein und eine andere Textur, Temperatur oder elektromagnetische Charakteristik als die Oberflächeneigenschaften des verbleibenden äußeren Körpers 22 haben. Die modifizierte Oberfläche 40 kann eingerichtet sein um ihre Eigenschaften dynamisch zu verändern, beispielsweise durch die Benutzung von haptischen Benutzeroberflächen oder „Rendering” Techniken. Ein Benutzer kann mit der modifizierten Oberfläche 40 interagieren, um jede geeignete Funktionalität bereitzustellen. Beispielsweise und nicht als Einschränkung kann das führen eines Fingers über die modifizierte Fläche 40 eine Interaktion, wie einen Datentransfer, zwischen dem aktiven Stift und einem Gerät initiieren.
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Eine oder mehrere Komponenten des aktiven Stifts 20 können konfiguriert sein um Daten zwischen dem aktiven Stift 20 und dem Gerät zu kommunizieren. Beispielsweise kann der aktive Stift 20 eine oder mehrere Spitzen 26 oder Nasen beinhalten. Die Spitze 26 kann eine oder mehrere Elektroden beinhalten, welche konfiguriert sind um Daten zwischen dem aktiven Stift 20 und einem oder mehreren Geräten oder anderen aktiven Stiften zu kommunizieren. Die Spitze 26 kann Druckinformationen (z. B. den Betrag des Drucks, welcher durch den aktiven Stift 20 via die Spitze 26 ausgeübt wird) zwischen dem aktiven Stift 20 und einem oder mehreren Geräten oder anderen aktiven Stiften bereitstellen oder kommunizieren. Die Spitze 26 kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, wie einem leitfähigen Material, und alle geeigneten Dimensionen haben, wie beispielsweise einen Durchmesser von 1 mm oder weniger an ihrem Ende. Der aktive Stift 20 kann ein oder mehrere Anschlüsse 28 beinhalten, welche an jedem geeigneten Ort auf dem äußeren Körper 22 des aktiven Stifts 20 angeordnet sein können. Der Anschluss 28 kann konfiguriert sein, um Signale oder Informationen zwischen dem aktiven Stift 20 und einem oder mehreren Geräten oder Energiequellen durch, beispielsweise, Kabel zu transferieren. Der Anschluss 28 kann Signale oder Informationen durch alle geeigneten Technologien transferieren, wie beispielsweise USB oder Ethernetverbindungen. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine spezielle Konfiguration mit speziellen Komponenten und speziellen Anordnungen, Dimensionen, Kompositionen und Funktionalitäten beschreibt und illustriert, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Konfigurationen von geeigneten Komponenten mit allen geeigneten Anordnungen, Dimensionen, Kompositionen und Funktionalitäten in Bezug auf den aktiven Stift 20.
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3 illustriert Beispiele von internen Komponenten eines Beispiels eines aktiven Stifts 20. Der aktive Stift 20 beinhaltet eine oder mehrere interne Komponenten, wie eine Steuereinheit 50, Sensoren 42, Speicher 44 oder Energiequelle 48. In besonderen Ausführungsformen können eine oder mehrere interne Komponenten so konfiguriert sein um Interaktionen zwischen dem aktiven Stift 20 und einem Benutzer oder zwischen einem Gerät und einem Benutzer bereitzustellen. In anderen bestimmten Ausführungsformen können ein oder mehrere interne Komponenten im Zusammenspiel mit einer oder mehreren externen Komponenten, wie oben beschrieben, so konfiguriert sein, um Interaktionen zwischen dem aktiven Stift 20 und einem Benutzer oder zwischen einem Gerät und einem Benutzer bereitzustellen. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können Interaktionen Kommunikationen zwischen dem aktiven Stift 20 und einem Gerät, das Einschalten oder Verändern einer Funktionalität des aktiven Stifts 20 oder eines Geräts, oder das Bereitstellen eines Feedback zu oder das Akzeptieren einer Eingabe von einem oder mehreren Benutzern beinhalten. Als ein weiteres Beispiel kann der aktive Stift 20 durch eine anwendbare Kurzdistanz, Niedrigenergiedatentransmission oder einen Modulationslink kommunizieren, wie beispielsweise und ohne Einschränkung, durch eine Radiofrequenz(RF)-Kommunikationsverbindung. In diesem Fall beinhaltet der aktive Stift 20 ein Radiofrequenzgerät zur Transmission von Daten über die Radiofrequenzverbindung.
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Die Steuereinheit 50 kann ein Mikrokontroller oder jede andere Art eines Prozessors sein, welcher zur Steuerung des Betriebs des aktiven Stifts 20 geeignet ist. Die Steuereinheit 12 kann ein oder mehrere integrierte Schaltungen (ICs), wie beispielsweise ein Universalmikroprozessor, Mikrokontroller, PLDs, PLAs, oder ASICs. Die Steuereinheit 50 kann eine Verarbeitungseinheit, eine Ansteuereinheit, eine Ausleseeinheit und eine Speichereinheit beinhalten. Die Ansteuereinheit kann Signale zu den Elektroden der Spitze 26 durch einen zentralen Schaft 41 liefern. Die Ansteuereinheit kann außerdem Signale zur Steuerung oder zur Ansteuerung der Sensoren 20 oder einer oder mehreren externen Komponenten des aktiven Stifts 20 liefern. Die Ausleseeinheit kann Signale detektieren, welche durch die Elektroden in der Spitze 20 durch den zentralen Schaft 41 empfangen wurden und Messsignale für die Verarbeitungseinheit bereitstellen, welche eine Eingabe von einem Gerät repräsentieren. Die Ausleseeinheit kann außerdem Signale detektieren, welche durch die Sensoren 42 oder ein oder mehrere externe Komponenten generiert wurden und kann Messsignale für die Verarbeitungseinheit bereitstellen, welche eine Eingabe durch einen Benutzer repräsentieren. Die Verarbeitungseinheit kann die Lieferung der Signale zu den Elektroden in der Spitze 26 steuern und die Messsignale von der Ausleseeinheit verarbeiten, um eine Eingabe von dem Gerät zu detektieren und zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit kann außerdem Messsignale von den Sensoren 42 und einer oder mehreren externen Komponenten verarbeiten. Die Speichereinheit kann Programme zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit speichern, was Programme zur Steuerung der Ansteuereinheit zur Lieferung der Signale an die Elektroden der Spitze 26, Programme zur Verarbeitung von Messsignalen von der Ausleseeinheit korrespondierend zu einer Eingabe von dem Gerät, Programme zur Verarbeitung von Messsignalen von den Sensoren 42 oder externen Komponenten zur Initiierung einer vorbestimmten Funktion oder Geste, welche durch den aktiven Stift 20 oder das Gerät ausgeführt wird, oder andere geeignete Programme beinhaltet. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können Programme, welche durch die Steuereinheit ausgeführt werden, das elektronische Filtern von Signalen, welche von der Ausleseeinheit empfangen wurden, beinhalten. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Steuereinheit 50 beschreibt, welche eine bestimmte Implementierung mit bestimmten Komponenten besitzt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Steuereinheiten mit allen geeigneten Implementierungen und allen geeigneten Komponenten.
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In bestimmten Ausführungsformen kann der aktive Stift 20 einen oder mehrere Sensoren 42 beinhalten, wie Berührungssensoren, Gyroskope, Beschleunigungsmesser, Kontaktsensoren oder andere Arten von Sensoren, welche Daten über die Umwelt, in welcher der aktive Stift 20 arbeitet, detektieren und messen. Die Sensoren 42 können ein oder mehrere Charakteristiken des aktiven Stifts 20 wie Beschleunigung oder Bewegung, Orientierung, Kontakt, Druck auf den äußeren Körper 22, Kraft an Spitze 26, Vibration oder andere geeignete Charakteristiken des aktiven Stifts 20, detektieren und messen. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können die Sensoren 42 mechanisch, elektronisch oder kapazitiv implementiert sein. Wie oben beschrieben, können Daten, welche durch die Sensoren 42 detektiert oder gemessen wurden und an Steuereinheit 50 kommuniziert wurden, eine vorbestimmte Funktion oder Geste initiieren, welche durch den aktiven Stift 20 oder das Gerät ausgeführt wird. In bestimmten Ausführungsformen können die Daten, welche detektiert oder durch die Sensoren 42 empfangen wurden, in Speicher 44 gespeichert werden. Speicher 44 kann jede Art von Speicher sein, welcher zur Speicherung von Daten in dem aktiven Stift 20 geeignet ist. In anderen bestimmten Ausführungsformen kann die Steuereinheit 50 auf Daten zugreifen, welche in Speicher 44 gespeichert sind. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann Speicher 44 Programme zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit der Steuereinheit 50 speichern. Als ein weiteres Beispiel können Daten, welche durch die Sensoren 42 gemessen wurden, durch die Steuereinheit 50 verarbeitet werden und in Speicher 44 gespeichert werden.
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Die Energiequelle 48 kann jede Art einer Speicherenergiequelle sein, was elektrische oder elektrochemische Energiequellen beinhaltet, welche geeignet sind den Betrieb des aktiven Stifts 20 zu speisen. In besonderen Ausführungsformen kann die Energiequelle 48 durch Energie von einem Benutzer oder einem Gerät geladen werden. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann die Energiequelle 48 eine wiederaufladbare Batterie sein, welche durch die Bewegung, die an dem aktiven Stift 20 induziert wird, geladen wird. In anderen Ausführungsformen kann die Energiequelle 48 des aktiven Stifts 20 Energie für ein Gerät oder eine externe Energiequelle bereitstellen oder Energie von diesen empfangen. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann die Energie induktiv zwischen der Energiequelle 48 und einer Energiequelle des Geräts oder einer anderen externen Energiequelle, wie ein drahtloser Energieüberträger, transferiert werden. Die Energiequelle kann außerdem durch eine Kabelverbindung durch einen anwendbaren Anschluss, welcher mit einer geeigneten Energiequelle gekoppelt ist, gespeist werden.
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4 illustriert ein Beispiel eines aktiven Stifts 20 mit einem Beispiel eines Geräts 52. Das Gerät 52 kann eine Anzeige (nicht gezeigt) und einen Berührungssensor mit einer berührungsempfindlichen Fläche 54 besitzen. Die Anzeige von Gerät 52 kann eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine LED-Anzeige, ein LED-Hintergrundleuchtungs-LCD oder eine andere geeignete Anzeige sein und kann durch eine Abdeckscheibe und ein Substrat (und die Ansteuer- und Ausleseelektroden des Berührungssensors, welche darauf angeordnet sind) des Geräts 52 sichtbar sein. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Anzeige eines Geräts und bestimmte Anzeigearten beschreibt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Geräteanzeigen und alle geeigneten Anzeigearten.
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Die Elektronik des Geräts 52 kann die Funktionalität des Geräts 52 bereitstellen. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann die Elektronik des Geräts 52 Schaltungen oder andere Elektronik zur drahtlosen Kommunikation zu oder von Gerät 52 beinhalten, Programme auf Gerät 52 ausführen, eine graphische oder andere Benutzeroberflächen (Uls, user interfaces) für den Bildschirm von Gerät 52 zur Anzeige für einen Benutzer generieren, die Energie des Geräts 52 von einer Batterie oder einer anderen Energiequelle überwachen, Bilder aufnehmen, Videos aufnehmen, oder andere geeignete Funktionalitäten, oder andere geeignete Kombinationen dieser bereitstellen. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Geräteelektronik beschreibt, welche bestimmte Funktionalitäten für ein bestimmtes Gerät bereitstellt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Geräteelektroniken, welche alle geeigneten Funktionalitäten für geeignete Geräte bereitstellen.
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In bestimmten Ausführungsformen kann der aktive Stift 20 und das Gerät 52 synchronisiert werden bevor Daten zwischen dem aktiven Stift 20 und dem Gerät 52 kommuniziert werden. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann der aktive Stift 20 mit dem Gerät 52 durch eine vorbestimmte Bitreihenfolge, welche durch den Berührungssensor des Geräts 52 übertragen wird, synchronisiert werden. Als ein weiteres Beispiel kann der aktive Stift 20 mit dem Gerät durch die Verarbeitung der Ansteuersignale, welche durch die Ansteuerelektroden des Berührungssensors des Geräts 52 übertragen werden, synchronisiert werden. Der aktive Stift 20 kann mit Gerät 52 interagieren oder kommunizieren, wenn der aktive Stift 20 in Kontakt mit oder in die Nähe von der berührungsempfindlichen Fläche 54 des Berührungssensors des Geräts 52 gebracht wird. In besonderen Ausführungsformen kann die Interaktion zwischen dem aktiven Stift 20 und dem Gerät 52 kapazitiv oder induktiv sein. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können, wenn der aktive Stift 20 in Kontakt mit oder in die Nähe von der berührungsempfindlichen Fläche 54 des Geräts 52 gebracht wird, die Signale, welche durch den aktiven Stift 20 generiert werden, die kapazitiven Knoten der berührungsempfindlichen Fläche des Geräts 52 beeinflussen oder umgekehrt. Als ein weiteres Beispiel kann eine Energiequelle des aktiven Stifts 20 induktiv durch den Berührungssensor des Geräts 52 geladen werden oder umgekehrt. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Interaktionen oder bestimmte Kommunikation zwischen dem aktiven Stift 20 und dem Gerät 52 beschreibt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Interaktionen oder Kommunikationen durch alle geeigneten Mittel, wie mechanische Kraft, Strom, Spannung oder elektromagnetische Felder.
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In bestimmten Ausführungsformen kann das Messsignal von den Sensoren des aktiven Stifts 20 Interaktionen zwischen dem aktiven Stift 20 und einem oder mehreren Geräten 52 oder einem oder mehreren Benutzern, wie oben beschrieben, initiieren, bereitstellen oder beenden. Die Interaktionen zwischen dem aktiven Stift 20 und dem Gerät 52 können vorkommen, wenn der aktive Stift 20 das Gerät 52 kontaktiert oder in dessen Nähe ist. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann ein Benutzer eine Geste oder Handbewegung oder eine Reihenfolge von Gesten ausführen, wie das Schütteln oder das Umdrehen des aktiven Stifts 20, während der aktive Stift 20 über die berührungsempfindliche Fläche 54 des Geräts 52 schwebt. Der aktive Stift kann basierend auf der Geste, welche mit dem aktiven Stift 20 ausgeführt wird, mit Gerät 52 interagieren, um eine vorbestimmte Funktion zu initiieren, wie das Authentifizieren eines Benutzers, welcher mit dem aktiven Stift 20 oder dem Gerät 20 assoziiert ist. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Bewegungen beschreibt, welche bestimmte Arten von Interaktionen zwischen dem aktiven Stift 20 und dem Gerät 52 bereitstellen, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Bewegungen, welche alle geeigneten Interaktionen in jeder Art beeinflussen.
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Der aktive Stift 20 kann Signale von externen Quellen, einschließlich von Gerät 52, einem Benutzer oder einem anderen aktiven Stift empfangen. Im aktiven Stift 20 kann Rauschen vorkommen, wenn solche Signale empfangen werden. Beispielsweise kann Rauschen in die empfangenen Signale durch Datenquantisierung, Begrenzungen von Positionsberechnungsalgorithmen, Bandbreitenbegrenzungen von Messhardware, die Genauigkeitsbegrenzung von analogen Frontends der Geräte mit welchem der aktive Stift 20 kommuniziert, das physische Layout des Systems, Sensorrauschen, Laderauschen, Geräterauschen, Stiftelektronikrauschen, oder externes Rauschen. Das gesamte externe Rauschen des Stifts 20 kann eine Frequenzcharakteristik besitzen, welche einen weiten Bereich des Spektrums abdeckt, und schmalbandiges Rauschen und breitbandiges Rauschen beinhalten kann.
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In bestimmten Ausführungsformen wird ein Signal S durch eine oder mehrere Elektroden, welche eingerichtet sind um Signale im aktiven Stift 20 zu detektieren, empfangen. Diese Elektroden können sich an der Spitze 26 des aktiven Stifts befinden. Das Signal S, welches durch die Elektroden im aktiven Stift 20 empfangen wurde, kann dann von den Elektroden zu der Steuereinheit 50 übertragen werden. In bestimmten Ausführungsformen wird das Signal S über den zentralen Schaft 41 zu der Steuereinheit 50 übertragen. Die Steuereinheit 50, wie oben beschrieben, kann ohne Einschränkung eine Ansteuereinheit, eine Ausleseeinheit, eine Speichereinheit und eine Verarbeitungseinheit beinhalten. In bestimmten Ausführungsformen kann das empfangene Signal S durch jeden geeigneten Verstärker verstärkt werden, einschließlich eines digitalen oder eines analogen Verstärkers. Nachdem das Signal S verstärkt wurde, kann es durch einen Filter gefiltert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Filter ein analoger Filter sein, einschließlich analogen Schaltungskomponenten, wie einem oder mehreren Widerständen, Kondensatoren, oder Induktoren. In anderen Ausführungsformen kann der Filter ein digitaler Filter sein, so wie ein FIR-Filter (Finite Impulse Response – Filter), oder ein Kalman-Filter, welcher beispielsweise in einem Prozessor implementiert ist. Der Filter kann jeder geeignete Filter für jede Art von Verarbeitung des empfangenen Signals (z. B. Signal S), einschließlich beispielsweise eines Filters zur Rauschreduktion, sein. Der Filter kann beispielsweise und ohne Einschränkung, ein Tiefpassfilter, ein Bandpassfilter oder ein Hochpassfilter sein und er kann entweder in der Zeit- oder in der Frequenzbereich implementiert sein. In besonderen Ausführungsformen kann der Filter ein Bandpassfilter sein, dessen Frequenzcharakteristik ausgebildet ist, um Rauschen abzuschwächen und ein Signal zu verstärken. Der Filter kann außerdem benutzt werden um die Signalstärke des empfangenen Signals am aktiven Stift 20 zu verbessern. In bestimmten Ausführungsformen kann der Filter aus mehreren Filtern bestehen, welcher als ein einziger Filter mit einer gewünschten Charakteristik arbeitet.
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Der aktive Stift 20 kann Signale von einer Signalquelle übertragen basierend auf teilweise der Bestimmung, dass er ein Signal empfangen hat und nicht einfach Rauschen. Beispielsweise kann der aktive Stift 20 durch das Vergleichen des empfangenen Signals mit einem Signalgrenzwert bestimmen, ob er ein Signal von Gerät 52 empfangen hat. Wenn das empfangene Signal die Grenzwertbedingung erfüllt (z. B. dem minimalen Wert des Signalgrenzwertes entspricht), kann der aktive Stift 20 das empfangene Signal verarbeiten, einschließlich beispielsweise das Verstärken oder Phasenverschieben des empfangenen Signals, um ein Übertragungssignal zu generieren, welches zurück an Gerät 52 über die Elektroden in der Spitze 26 übertragen wird. Wenn das empfangene Signal die Grenzwertbedingungen nicht erfüllt, kann der aktive Stift das empfangene Signal nicht weiter verarbeiten. In bestimmten Ausführungsformen bestimmt die Logik im aktiven Stift 20, einschließlich beispielsweise eines Komparators (entweder allein oder in Kombination mit oder als ein Teil eines Prozessors), ob der Grenzwert durch das empfangene Signal erreicht wird. Wenn der Grenzwert erreicht wird, kann das empfangene Signal an zusätzliche Logik zur Verarbeitung gesendet werden, einschließlich beispielsweise Filterung des empfangenen Signals. Die zusätzliche Logik kann ohne Einschränkung ein Prozessor, eine Steuereinheit (und in besonderen Ausführungsformen kann dieselbe Steuereinheit oder Prozessor die Logik und die zusätzliche Logik beinhalten) oder analoge Schaltungen sein. Wenn der Grenzwert nicht erreicht wird, kann das empfangene Signal nicht an die zusätzliche Verarbeitungslogik gesendet werden. Es kann erwünscht sein den Grenzwert für den aktiven Stift 20 beispielsweise dynamisch anzupassen, um zu bestimmen, dass ein empfangenes Signal ein Signal von Gerät 52 oder jeder anderen Signalquelle beinhaltet und nicht nur Rauschen. Beispielsweise kann, wenn der Signalgrenzwert zu niedrig ist, der aktive Stift 20 versehentlich bestimmen, dass ein reines Rauschsignal ein tatsächliches Signal von Gerät 52 ist, das Rauschsignal weiterverarbeiten und in nicht korrekter Weise ein Antwortsignal übertragen. Als ein weiteres Beispiel kann, wenn der Signalgrenzwert zu hoch ist, der aktive Stift inkorrekt bestimmen, dass ein Signal von Gerät 52 nur ein Rauschsignal ist und das empfangene Signal nicht verarbeiten und kein Antwortsignal übertragen. Die Grenzwertanpassung kann auf einigen Faktoren basieren und kann dynamisch vorgenommen werden. Wie beschrieben, kann mehr als ein Grenzwert im aktiven Stift 20 angewendet werden, um die Effekte des Rauschens zu reduzieren.
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In bestimmten Ausführungsformen kann der aktive Stift 20 einen Anpassungsalgorithmus anwenden, um ein empfangenes Signal besser zu detektieren und darauf zu reagieren. Beispielsweise kann der aktive Stift 20 einen Anpassungsalgorithmus ausführen, welcher es erlaubt, die Übertragung eines Signals als Antwort auf eine Rauschquelle, welche eine Frequenz besitzt, welche nahe der Frequenz einer Signalquelle (wie beispielsweise Gerät 52), wie einem Ladegerät, zu vermeiden. Der Anpassungsalgorithmus, welcher durch den aktiven Stift 20 angewandt wird, kann in einem oder mehreren Teilen der Steuereinheit 12 implementiert sein und kann die Übertragung oder das Empfangen von Daten von Sensoren 52 oder Speicher 54 involvieren.
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In besonderen Ausführungsformen beinhaltet der Anpassungsalgorithmus eine Anwendung einer Grenzwertes oder Schwellwertes des empfangenen Signals was beispielsweise die Anwendung eines amplitudenbasierten Grenzwertes beinhaltet. Wie oben beschrieben wurde, wenn beispielsweise die Amplitude des empfangenen Signals (oder jede verarbeitete Version des empfangenen Signals) dem Grenzwert nicht entspricht oder nicht übersteigt, wird das empfangene Signal als Rauschen und nicht als Signal von einer Signalquelle (z. B. Gerät 52) erkannt. Als ein weiteres Beispiel, wenn die Amplitude des empfangenen Signals nicht unter einen Grenzwert fällt, wird das Signal als Rauschen und nicht als Signal von einer Signalquelle identifiziert. Dementsprechend ist eine Möglichkeit mit welcher der aktive Stift 20 eine fehlerhafte Übertragung als Antwort auf Rauschen reduzieren kann, die Bedingung, dass die empfangenen Signale einem Grenzwert entsprechen, übersteigen oder unter diesen Fallen, bevor sie durch den aktiven Stift 20 weiterverarbeitet werden. Dies kann als eine Art von Rauschunterdrückungsfilter für den aktiven Stift 20 interpretiert werden.
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In anderen Ausführungsformen beinhaltet der Anpassungsalgorithmus das Analysieren der zeitlichen Charakteristik des empfangenen Signals einschließlich beispielsweise der Periodenlänge des empfangenen Signals. Der aktive Stift 20 kann, in der Zeitdomäne und in Echtzeit, die Periodenlänge eines empfangenen Signals analysieren, um zu bestimmen, ob das empfangene Signal von einer Signalquelle oder einer Rauschquelle stammt. Der Anpassungsalgorithmus kann benutzt werden, um die Signale, welche durch den aktiven Stift 20 verarbeitet werden, auf jene Signale zu beschränken, welche in ein bestimmtes zeitliches Band fallen. Beispielsweise, wenn ein aktiver Stift 20 Informationen über den Bereich von Zeitperioden der Signale, welche durch Gerät 52 generiert werden, hat (oder alternativ den Frequenzbereich der Signale, welche durch Gerät 52 generiert werden), kann der aktive Stift die Periodenlänge des empfangenen Signals mit dem Periodenbereich von Gerät 52 vergleichen und bestimmen, ob das empfangene Signal durch Gerät 52 generiert wurde oder durch eine Rauschquelle.
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In wieder einer anderen Ausführungsform beinhaltet der Anpassungsalgorithmus beides, eine Grenzwertanwendung und das Analysieren der zeitlichen Charakteristik des empfangenen Signals. 5 illustriert ein Beispielverfahren für solch einen Anpassungsalgorithmus. Das Verfahren kann mit Schritt 500 beginnen, wo der aktive Stift 20 auf ein Signal wartet. In Schritt 510 detektiert der aktive Stift ein empfangenes Signal. In Schritt 520 bestimmt der aktive Stift 20, ob das empfangene Signal einem oberen Amplitudengrenzwert entspricht oder diesen übersteigt. Wenn, in Schritt 520, der obere Amplitudengrenzwert nicht erreicht oder nicht überstiegen wird, kehrt das Verfahren zu Schritt 500 zurück, wo der aktive Stift wieder auf ein Signal wartet. Wenn, in Schritt 520, der obere Amplitudengrenzwert erreicht oder überstiegen wird, dann wird in Schritt 530 ein Zeitgeber T1 (Messung der Periodenlänge des empfangenen Signals) gestartet. In Schritt 540 wartet der aktive Stift 20 weiter auf ein Signal. In Schritt 550 detektiert der aktive Stift 20 wieder ein Signal. In Schritt 560 bestimmt der aktive Stift 20 ob das detektierte Signal in Schritt 550 unterhalb eines unteren Amplitudengrenzwertes liegt. Wenn in Schritt 560 das Signal nicht unter dem unteren Amplitudengrenzwert liegt, kehrt das Verfahren zu Schritt 540 zurück, wo der aktive Stift 20 auf Signale wartet. In anderen Ausführungsformen, wenn in Schritt 560 das Signal nicht unterhalb dem unteren Amplitudengrenzwert liegt und wenn die Dauer des Zeitgebers T1 einen vorbestimmten Auszeitlänge erreicht, kehrt das Verfahren zu Schritt 500 zurück. Wenn jedoch in Schritt 560 das Signal unter den unteren Amplitudengrenzwert fällt, dann geht das Verfahren weiter zu Schritt 570, wo der aktive Stift 20 den Zeitgeber T1 stoppt. In Schritt 580 vergleicht der aktive Stift 20 die gemessene Periodenlänge des empfangenen Signals T1 mit den vorbestimmten Werten T_low und T_high. Wenn T1 nicht innerhalb des Bereichs der Werte zwischen T_low und T_high liegt, dann kehrt das Verfahren zu Schritt 500 zurück, wo der aktive Stift 20 wieder auf ein Signal wartet. Wenn jedoch T1 innerhalb des Bereichs der Werte zwischen T_low und T_high fällt, dann wird das empfangene Signal als ein Signal (und nicht als Rauschen) bestimmt und wird weiter durch den aktiven Stift 20 verarbeitet.
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In wieder anderen Ausführungsformen kann das Verfahren in 5 die Benutzung von zwei Amplitudengrenzwerten beinhalten, welche beide durch das empfangene Signal erreicht oder überstiegen werden müssen, so dass das empfangene Signal weiter durch den aktiven Stift 20 verarbeitet wird. In wieder anderen Ausführungsformen kann das Verfahren in 5 die Benutzung von zwei Amplitudengrenzwerten beinhalten, unter welche das empfangene Signal fallen muss, so dass das empfangene Signal weiter durch den aktiven Stift 20 verarbeitet wird. In wieder anderen Ausführungsformen kann das Verfahren in 5 die Benutzung von zwei Amplitudengrenzwerten beinhalten, wobei der erste ein unterer Amplitudengrenzwert ist, unter welchen das empfangene Signal fallen muss, und der zweiten ein oberer Amplitudengrenzwert ist, welchen das empfangene Signal erreichen oder übersteigen muss, so dass das empfangene Signal weiter durch den aktiven Stift 20 verarbeitet wird. Im Allgemeinen kann jede Kombination von unteren oder oberen Grenzwerten in verschiedenen Ausführungsformen benutzt werden, da Signalvorzeichen entweder durch den aktiven Stift 20 oder durch das Gerät 52 umgekehrt werden können.
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Bestimmte Ausführungsformen können die Schritte des Verfahrens in 5 wiederholen. Außerdem, obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Schritte des Verfahrens in 5 beschreibt und illustriert, welche in einer bestimmten Reihenfolge vorkommen, beinhaltet diese Offenbarung alle Schritte des Verfahrens in 5, welche in jeder geeigneten Reihenfolge vorkommen. Außerdem, obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Komponenten, Geräte, oder Systeme, welche bestimmte Schritte des Verfahrens von 5 ausführen, beschreibt und illustriert, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Kombinationen von geeigneten Komponenten. Geräten oder Systemen, welche alle geeigneten Schritte des Verfahrens in 5 ausführen.
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6 illustriert drei untersuchte Zeitperioden, nummeriert mit 630, 640 und 650, wobei jede durch die Benutzung des Verfahrens, welches in 5 illustriert wurde, bestimmt wurde. Wenn das empfangene Signal 600 den oberen Amplitudengrenzwert 610 überschreitet, wird die Zeitperiode 630 (T1) gestartet. Die Zeitperiode 630 erstreckt sich bis das empfangene Signal 600 unter den unteren Amplitudengrenzwert 620 fällt. In dem Beispiel, welches in 6 illustriert ist, fällt die Dauer der Zeitperiode 630 innerhalb des Bereichs, welcher durch die Werte T_low und T_high definiert sind und demzufolge wird das empfangene Signal (während der Zeitperiode 630) durch den aktiven Stift 20 weiterverarbeitet. Im Gegensatz zu der Zeitperiode 630 übersteigt die Dauer der Zeitperiode 640 den Wert T_high und dementsprechend wird das empfangene Signal während der Zeitperiode 640 als Rauschen erkannt und nicht durch den aktiven Stift 20 weiterverarbeitet. In ähnlicher Weise ist die Dauer der Zeitperiode 650 kleiner als der Wert T_low, so dass das empfangene Signal während der Zeitperiode 650 als Rauschen erkannt wird und wiederum nicht durch den aktiven Stift 20 weiterverarbeitet wird.
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In bestimmten Ausführungsformen des Anpassungsalgorithmus erhält der aktive Stift 20 die Werte T_low und T_high durch die Kommunikation mit Gerät 52 (einschließlich beispielsweise Steuereinheit 12 in Gerät 52). In anderen Ausführungsformen kann der aktive Stift 20 die Werte T_low und T_high dynamisch bestimmen, beispielsweise basierend auf aktuellen (oder vorherigen) Werten des empfangenen Signals. In wieder anderen Ausführungsformen sind die Werte von T_low und T_high auf dem aktiven Stift 20 voreingestellt (z. B. in Steuereinheit 50 oder Speicher 44). In wieder anderen Ausführungsformen können die Werte T_low und T_high basierend auf Messungen, die durch den aktiven Stift 20 während einer Initialisierungsperiode aufgenommen werden, bestimmt werden. Beispielsweise kann der aktive Stift 20 die Pulsbreite der empfangenen Signale von Gerät 52 messen (z. B. eine Ansteuerreihenpulsbreite), um zu bestimmten, was ein akzeptabler Bereich für die Werte, die durch T_low und T_high definiert werden, ist. Die Werte T_low und T_high können spezifisch für eine spezielle Art von Gerät 52 sein oder können für eine Reihe von Geräten anwendbar sein, mit welchen der aktive Stift 20 kommunizieren kann. Die Werte T_low und T_high können zu einem Bereich korrespondieren innerhalb welchem die Periodenlänge der Signale, welche durch Gerät 52 übertragen werden (oder mehreren Geräten) liegen.
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In bestimmten Ausführungsformen des Anpassungsalgorithmus, welcher im Frequenzbereich implementiert ist, können T_low und T_high durch Werte, welche zu einem Frequenzbereich oder einem Band, innerhalb welchem die Frequenzen der Signale, welche durch Gerät 52 übertragen werden, liegen, ersetzt werden. Zusätzlich kann in einer Frequenzbereichimplementierung des Anpassungsalgorithmus der Stift 20 eine volle Analyse des Spektrum der empfangenen Signale ausführen und kann einen spezialisierten Mikrokontroller benutzen, um diese Analyse auszuführen.
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In bestimmten Ausführungsformen des Anpassungsalgorithmus kann der aktive Stift 20 mehrere Grenzwerte benutzen, um zu bestimmen, ob ein empfangenes Signal ein echtes Signal oder Rauschen ist. Jeder der mehreren Grenzwerte kann zu einem bestimmten Sensor oder Elektrodenmuster des aktiven Stifts 20 korrespondieren. Beispielsweise wenn viele der Elektroden in der Spitze 26 des aktiven Stifts als Ausleseelektroden konfiguriert sind, kann der aktive Stift 20 ein stärkeres Empfangssignal Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) besitzen, und ein relativ höherer oberen Amplitudengrenzwert des empfangenen Signals kann benutzt werden. Im Gegensatz dazu, wenn viele der Elektroden in der Spitze 26 des aktiven Stifts als Ansteuerelektroden ausgebildet sind, kann der aktive Stift 20 ein schwächeres Empfangssignal Signal-zu-Rausch-Verhältnis haben und ein relativ niedrigerer oberer Amplitudengrenzwert kann benutzt werden. In wieder anderen Ausführungsformen kann jeder der mehreren Grenzwertsätze zu Signalen korrespondieren, welche aus verschiedenen Quellen stammen. Beispielsweise kann der aktive Stift 20 drei verschiedene Sätze von Grenzwerten (jeder Satz kann potentiell mehrere Grenzwerte besitzen), um Signale korrekt von drei verschiedenen Ansteuerreihen von Gerät 52 zu empfangen; dies kann erwünscht sein, um die Robustheit des Anpassungsalgorithmus zu erhöhen.
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Der Grenzwert oder die Grenzwerte, welche durch den aktiven Stift 20 in bestimmten Ausführungsformen des Anpassungsalgorithmus benutzt werden, können durch die Kommunikation mit Gerät 52 erhalten werden (einschließlich beispielsweise Steuereinheit 12 in Gerät 52). In anderen Ausführungsformen kann der Grenzwert/die Grenzwerte im aktiven Stift 20 (z. B. in Steuereinheit 50 oder Speicher 44) voreingestellt sein. In wieder anderen Ausführungsformen kann der Grenzwert/die Grenzwerte basierend auf Messungen, welche durch den aktiven Stift 20 während des Betriebs oder während einer Initialisierungsperiode ausgeführt werden, bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Benutzer des aktiven Stifts 20 den Grenzwert/die Grenzwerte initialisieren und konfigurieren, indem eine vorbestimmte Abfolge von Aktionen ausgeführt werden, z. B. das Umdrehen des aktiven Stifts 20, das Durchführen einer Reihe von Klopf- oder Tipbewegungen, und das Warten auf eine Übertragung von Gerät 52.
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In bestimmten Ausführungsformen des Anpassungsalgorithmus kann ein gleitende Mittelwert mit einer Fenstergröße benutzt werden, um zu bestimmen ob ein empfangenes Signal ein echtes Signal oder Rauschen ist. Beispielsweise, wenn das empfangene Signal mit einem Amplitudengrenzwert verglichen wird, anstatt einen Signalwert des empfangenen Signals zu benutzen um den Vergleich durchzuführen, kann ein gleitender Mittelwert von mehreren Werten des empfangenen Signals benutzt werden. Als ein weiteres Beispiel, mit einer Bewegungsfenstergröße von zwei, werden die vorherigen und aktuellen Werte (oder die Amplitude dieser Werte) des empfangenen Signals zusammen gemittelt und dieser Wert wird dann mit einem Signalgrenzwert verglichen. Dies kann die Robustheit des Betriebs des aktiven Stifts durch die Beseitigung von Schwankungen in dem System verbessern.
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Hier, schließt eine Bezugnahme auf ein computerlesbares nicht-transitorisches Speichermedium eine halbleiterbasierte oder andere integrierte Schaltung (IC, integrated circuit) (wie beispielsweise ein Feld-programmierbares Gatter-Array (FPGA) oder ein anwendungsspezifisches IC (ASIC)), eine Festplatte, eine HDD, ein Hybridfestplattenlaufwerk (hybrid hard drive, HHD), eine optische Disk, ein optisches Disklaufwerk (optical disc drive, ODD), eine magnetooptische Disk, ein magneto-optisches Laufwerk, eine Floppydisk, ein Floppydisklaufwerk (floppy disk drive, FDD), ein Magnetband, ein holographisches Speichermedium, ein Festkörperlaufwerk (solid state drive, SSD), ein RAM-Laufwerk, eine SECURE DIGITAL Karte, ein SECURE DIGITAL Laufwerk, oder ein anderes geeignetes computerlesbares nicht-transitorisches Medium oder eine Kombination von zwei oder mehreren von diesen, ein. Ein computerlesbares nicht-transitorisches Speichermedium kann ein flüchtiges, nichtflüchtiges, oder eine Kombination von flüchtigen oder nichtflüchtigen sein.
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Unter „oder” wird hier ein inklusives Oder und nicht ein exklusives Oder verstanden, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. „A oder B” bedeutet hier daher „A, B, oder beides”, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. Darüber hinaus bedeutet „und” sowohl jeder einzeln als auch alle insgesamt, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. „A und B” bedeutet hier daher „A und B, einzeln oder insgesamt”, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt.
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Die vorliegende Offenbarung umfasst alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abwandlungen und Modifikationen der beispielhaften Ausführungsformen, die der Fachmann in Betracht ziehen würde. Darüber hinaus umfasst in den beigefügten Ansprüchen die Bezugnahme auf eine Vorrichtung oder ein System oder eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Systems, die/das dazu eingerichtet ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, diese Vorrichtung, dieses System, oder diese Komponente unabhängig davon, ob diese bestimmte Funktion aktiviert, eingeschaltet oder entsperrt ist, solange diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente dazu eingerichtet ist, diese Funktion auszuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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