DE102012219329A1

DE102012219329A1 - Differentielle Detektion in einem aktiven Stift

Info

Publication number: DE102012219329A1
Application number: DE102012219329A
Authority: DE
Inventors: Kishore Sundara-Rajan; Yassar Ali; James D. Lyle; Igor Polishchuk
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Wacom Co Ltd
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2013-05-02
Also published as: DE202012102572U1; US20240094835A1; US20220206599A1; US11301060B2; US10725564B2; US11874974B2; US20130106798A1; US20200356193A1

Abstract

In einer Ausführungsform empfängt ein Stift ein erstes Signal von einer ersten Elektrode des Stiftes, wobei der Stift eingerichtet ist um drahtlos mit einem Gerät durch einen Berührungssensor des Geräts zu kommunizieren; empfängt ein zweites Signal von einer zweiten Elektrode des Stiftes, wobei das zweite Signal ein Referenzsignal ist und die zweite Elektrode eine Referenzelektrode ist, und vergleicht das erste Signals mit dem zweiten Signal.

Description

Verwandte Anmeldung
US-Provisional Patent Application No. 61/553114, welche am 28. Oktober 2011 angemeldet wurde, wird hier als Referenz eingefügt wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Berührungssensoren.
Hintergrund
Ein Berührungssensor kann das Vorkommen und den Ort einer Berührung von einem Objekt (sowie der Finger eines Benutzers oder eines Stifts) oder dessen Nähe innerhalb einer berührungsempfindlichen Fläche des Berührungssensors, welcher einem Anzeigebildschirm überlagert ist, detektieren. In einer berührungsempfindlichen Anzeigeanwendung kann es der Berührungssensor dem Benutzer ermöglichen, direkt mit dem, was auf dem Bildschirm angezeigt wird, zu interagieren, statt indirekt mit einer Maus oder einem Tastfeld. Ein Berührungssensor kann angebracht sein an oder als ein Teil der Nachfolgenden ausgestaltet sein: Desktop-Computer, Laptop-Computer, Tablet-Computer, PDA (personal digital assistant), Smartphone, Satellitennavigationsgerät, tragbares Medienabspielgerät, tragbare Spielekonsole, Kioskcomputer, Kassensystem oder andere geeignete Geräte. Ein Kontrolleingabefeld einer Haushalts- oder anderer Anwendungen kann einen Berührungssensor beinhalten.
Es gibt eine Reihe verschiedener Arten von Berührungssensoren, sowie beispielsweise resistive berührungsempfindliche Bildschirme, berührungsempfindliche Bildschirme basierend auf oberflächenakustischen Wellen oder kapazitive berührungsempfindliche Bildschirme. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann hierbei einen berührungsempfindlichen Bildschirm beinhalten und umgekehrt. Wenn ein Objekt die Oberfläche eines kapazitiven berührungsempfindlichen Bildschirms berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Veränderung in der Kapazität des berührungsempfindlichen Bildschirms an dem Ort der Berührung oder deren Nähe vorkommen. Eine Berührungssensorsteuereinheit kann die Veränderung in der Kapazität verarbeiten, um die Position auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm zu bestimmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 illustriert ein Beispiel eines Berührungssensors mit einem Beispiel einer Berührungssensorsteuereinheit.
2 illustriert ein Beispiel einer Außenansicht eines aktiven Stiftes.
3 illustriert ein Beispiel einer Innenansicht eines aktiven Stiftes.
4 illustriert ein Beispiel eines aktiven Stiftes mit einem Berührungssensorgerät.
5 illustriert ein Beispiel einer Spitze des aktiven Stiftes.
6 illustriert ein Beispiel für ein Verfahren zur differentiellen Detektion in einem aktiven Stift.
Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
1 illustriert ein Beispiel eines Berührungssensors 10 mit einem Beispiel einer Berührungssensorsteuereinheit 12. Der Berührungssensor 10 und die Berührungssensorsteuereinheit 12 können das Vorkommen und den Ort einer Berührung von einem Objekt oder dessen Nähe innerhalb einer berührungsempfindlichen Fläche von Berührungssensor 10 detektieren. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann beide, den Berührungssensor und seine Berührungssensorsteuereinheit, beinhalten. In gleicher Weise kann eine Bezugnahme auf eine Berührungssensorsteuereinheit beide, die Berührungssensorsteuereinheit und ihren Berührungssensor, beinhalten. Der Berührungssensor 10 kann eine oder mehrere berührungsempfindliche Bereiche 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, das/die aus einem dielektrischen Material hergestellt sein kann/können, angeordnet sind. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann beide, 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.
Eine Elektrode (ob eine Masseelektrode, eine Schutzelektrode/Schirmelektrode, eine Ansteuerelektrode oder eine Ausleseelektrode) kann eine Fläche aus leitfähigem Material sein, welche eine Form wie beispielsweise eine Kreisscheibe, ein Quadrat, ein Rechteck, eine dünne Bahn, eine andere geeignete Form, oder geeignete Kombinationen dieser ausbildet. Ein oder mehrere Schnitte in einer oder mehreren Schichten des leitfähigen Materials können (mindestens teilweise) die Form einer Elektrode ausbilden, wobei die Fläche ihrer Form (mindestens teilweise) durch diese Schnitte begrenzt sein kann. In besonderen Ausführungsformen kann das leitfähige Material einer Elektrode ungefähr 100% der Fläche ihrer Form einnehmen. Als ein Beispiel jedoch 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 jedoch nicht als Einschränkung kann eine Elektrode aus dünnen Bahnen eines Metalls oder eines anderen leitfähigen Materials (FLM) hergestellt sein, so wie beispielsweise Kupfer, Silber, oder ein kupfer- oder silberbasiertes Material, wobei die dünnen Bahnen des leitfähigen Materials ungefähr 5% der Fläche ihrer Form in einer schraffierten, netzartigen oder in einem anderen geeigneten Muster einnehmen. Eine Bezugnahme auf FLM beinhaltet ein solches Material. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Elektroden, welche aus bestimmten leitfähigen Materialien hergestellt sind und welche bestimmte Formen mit bestimmten Füllanteilen und bestimmten Mustern ausbilden, beschreibt oder illustriert, beinhaltet die vorliegende Offenbarung alle geeignete Elektroden, welche aus allen geeigneten leitfähigen Materialien hergestellt sind, welche alle geeigneten Formen mit allen geeigneten Füllanteilen und allen geeigneten Mustern ausbilden. Die Formen der Elektroden (oder anderer Elemente) des Berührungssensors können ganz oder teilweise eines oder mehrere Makromerkmale des Berührungssensors ausmachen. Eine oder mehrere Charakteristiken der Implementierung dieser Formen (sowie beispielsweise die leitfähigen Materialien, Füllungen oder Muster innerhalb der Formen) können ganz oder teilweise ein oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensors ausmachen. Ein oder mehrere Makromerkmale eines Berührungssensors können ein oder mehrere Charakteristiken seiner Funktionalität bestimmen, und ein oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensors können ein oder mehrere optische Merkmale des Berührungssensors wie Transmission, Refraktion oder Reflektion bestimmen.
Eine mechanische Anordnung kann das Substrat (oder mehrere Substrate) und das leitfähige Material, welches die Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Berührungssensors 10 ausbildet, beinhalten. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann die mechanische Anordnung eine erste Schicht aus optisch durchsichtigem Klebstoff (OCA, optical clear adhesive) unter einer Abdeckscheibe beinhalten. Die Abdeckscheibe kann durchsichtig sein und aus einem widerstandsfähigen Material hergestellt sein, welches für wiederholte Berührung geeignet ist, wie beispielsweise Glas, Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Die vorliegende Offenbarung beinhaltet alle geeigneten Abdeckscheiben, welche aus allen geeigneten Materialien hergestellt sind. Die erste Schicht des OCA kann zwischen der Abdeckscheibe und dem Substrat mit dem leitfähigen 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 zu dem Substrat mit dem leitfähigen Material, welches die Ansteuer- oder Ausleseelektroden ausbildet) beinhalten. Als eine Alternative kann eine dünne Schicht aus einem dielektrischen Material angewendet werden anstatt der zweiten Schicht aus OCA und der dielektrischen Schicht. Die zweite Schicht aus OCA kann zwischen dem Substrat mit dem leitfähigen Material, welches die Auslese- oder Ansteuerelektroden ausbildet, und der dielektrischen Schicht angeordnet sein, und die dielektrische Schicht kann zwischen der zweiten Schicht aus OCA und einem Luftspalt zu einer Anzeige des Geräts, welches den Berührungssensor 10 und die 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 des OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,5 mm haben; das Substrat mit dem leitfähigen Material, welches die Ansteuer- oder Ausleseelektroden ausbildet, kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; die zweite Schicht des 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 einer geeigneten Anzahl von geeigneten Schichten, welche aus geeigneten Materialien hergestellt sind und welche geeignete Dicken haben. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann, in besonderen 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.
Ein oder mehrere Abschnitte des Substrats des Berührungssensors 10 kann/können 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 des Berührungssensors 10 ganz oder teilweise aus ITO hergestellt sein. In besonderen Ausführungsformen können die Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Berührungssensors 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 aus 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 aus Silber oder silberbasiert sein und in ähnlicher Weise eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger haben und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger besitzen. Die vorliegende Offenbarung beinhaltet alle geeigneten Elektroden, welche aus geeigneten Materialien hergestellt sind.
Der Berührungssensor 10 kann eine kapazitive Form der Berührungsdetektion implementieren. In einer Gegenkapazitätsimplementierung kann Berührungssensor 10 einen Bereich von Ansteuer- und Ausleseelektroden, welche einen Bereich aus kapazitiven Knoten ausbilden, beinhalten. Eine Ansteuerelektrode und eine Ausleseelektrode können einen kapazitiven Knoten ausbilden. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden, welche den 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 an der Ausleseelektrode induzieren, und der Betrag der Ladung, welche induziert wurde, kann durch externe Einflüsse (wie eine Berührung eines Objekts oder dessen Nähe) beeinflusst werden. 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 des berührungsempfindlichen Bereichs/der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 bestimmen.
In einer Eigenkapazitätsimplementierung kann Berührungssensor 10 einen Bereich aus Elektroden eines einzigen Typs beinhalten, wobei jede einen kapazitiven Knoten ausbilden kann. 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 der Kapazität messen als, beispielsweise, eine Veränderung in dem Betrag der Ladung, welche benötigt wird um die Spannung an dem kapazitiven Knoten um einen vorbestimmten Betrag zu erhöhen. Genau wie bei einer Gegenkapazitätsimplementierung, kann durch das Messen der Veränderungen in der Kapazität über den Bereich, die Berührungssensorsteuereinheit 12 die Position der Berührung oder deren Nähe innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs/der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 bestimmen. Die vorliegende Offenbarung beinhaltet alle geeigneten Formen der kapazitiven Berührungsdetektion.
In besonderen Ausführungsformen können eine oder mehrere Ausleseelektroden zusammen eine Auslesereihe ausbilden, welche horizontal oder vertikal oder in jeder geeigneten Orientierung verläuft. In ähnlicher Weise können eine 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 beinhalten, welche die Ansteuerreihe bilden und umgekehrt. In gleicher Weise kann eine Bezugnahme auf eine Auslesereihe ein oder mehrere Ausleseelektroden beinhalten, welche die Auslesereihe ausbilden, und umgekehrt.
Berührungssensor 10 kann Ansteuer- und Ausleseelektroden besitzen, welche in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordnet sind. In einer solchen Konfiguration kann ein Paar aus Ansteuer- und Ausleseelektroden, welche kapazitiv zueinander über einen Zwischenraum zwischen ihnen gekoppelt sind, einen kapazitiven Knoten ausbilden. In einer Eigenkapazitätsimplementierung können Elektroden nur eines einzigen Typs in einem Muster auf einem einzigen Substrat angeordnet sein. Zusätzlich oder als Alternative zur Anordnung von Ansteuer- und Ausleseelektroden in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats, 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 Substrats angeordnet sind. Außerdem kann Berührungssensor 10 Ansteuerelektroden 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 Ansteuerelektrode und einer Ausleseelektrode einen kapazitiven Knoten ausbilden. Solch eine Überkreuzung kann ein Ort sein, wo sich die Ansteuerelektrode und die Ausleseelektrode 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, welche bestimmte Knoten ausbilden, beschreibt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Konfigurationen aller geeigneten Elektroden, welche alle geeigneten Knoten ausbilden. Außerdem beinhaltet die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Elektroden, welche auf jeder geeigneten Anzahl von geeigneten Substraten in geeigneten Mustern angeordnet sind.
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 an eine oder mehrere Komponenten (wie eine oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs)) eines Geräts kommunizieren, welches den Berührungssensor 10 und die Berührungssensorsteuereinheit 12 enthält und welches auf die Berührung oder die nahe Eingabe reagiert indem eine Funktion des Geräts (oder eine Anwendung, welche auf dem Gerät läuft) initiiert wird. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Berührungssensorsteuereinheit mit einer bestimmten Funktionalität in Bezug auf ein bestimmtes Gerät und einen bestimmten Berührungssensor beschreibt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Berührungssensorsteuereinheiten mit allen geeigneten Funktionalitäten in Bezug auf alle geeigneten Geräte und alle geeigneten Berührungssensoren.
Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann eine oder mehrere integrierte Schaltungen (ICs) sein, wie beispielsweise Universalmikroprozessoren, Mikrokontroller, programmierbare Logikgeräte oder -felder, applikationsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs). In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Berührungssensorsteuereinheit 12 analoge Schaltungen, digitale Logik und digitalen nichtflüchtigen Speicher. In besonderen Ausführungsformen ist die Berührungssensorsteuereinheit 12 auf einer flexiblen gedruckten Schaltung (FPC, flexible printed circuit) angeordnet, welcher mit dem Substrat des Berührungssensors verbunden (gebondet) ist, wie unten beschrieben wird. Der FPC kann aktiv oder passiv sein. In besonderen Ausführungsformen sind mehrere Berührungssensorsteuereinheiten 12 auf dem FPC angeordnet. 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 detektieren und Messsignale für die Verarbeitungseinheit bereitstellen, welche Kapazitäten an den kapazitiven Knoten repräsentieren. Die Verarbeitungseinheit kann die Versorgung der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden durch die Ansteuereinheit kontrollieren und die Messsignale von der Ausleseeinheit verarbeiten, um das Vorkommen und den Ort einer Berührung oder einer nahen Eingabe innerhalb der berührungsempfindlichen Fläche/Flächen des Berührungssensors 10 zu detektieren und zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit kann außerdem Veränderungen in der Position einer Berührung oder einer nahen Eingabe innerhalb der berührungsempfindlichen Fläche/Flächen des Berührungssensors 10 nachverfolgen. Die Speichereinheit kann Programme zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit speichern, was Programme zur Steuerung der Ansteuereinheit um Ansteuersignale zu den Ansteuerelektroden zu liefern, Programme zur Verarbeitung von Messsignalen durch die Ausleseeinheit und andere geeignete Programme beinhaltet. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Berührungssensorsteuereinheit mit einer bestimmten Implementierung mit bestimmten Komponenten beschreibt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Berührungssensorsteuereinheiten mit allen geeigneten Implementierungen mit allen geeigneten Komponenten.
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. Wie unten beschrieben wird, vereinfachen die Anschlussflächen 16 die Kopplung der Leiterbahnen 14 mit der Berührungssensorsteuereinheit 12. Die Leiterbahnen 14 können sich in oder um (z. B. an den Kanten von) die berührungsempfindliche Fläche/Flächen des Berührungssensors 10 erstrecken. Bestimmte Leiterbahnen können Ansteuerverbindungen zur Kopplung der Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Ansteuerelektroden des Berührungssensors 10 bereitstellen durch welche die Ansteuereinheit der Berührungssensorsteuereinheit 12 die Ansteuersignale zu den Ansteuerelektroden liefert. Andere Leiterbahnen 14 können Ausleseverbindungen für die Kopplung der Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Ausleseelektroden des Berührungssensors 10 bereitstellen, durch welche die Ausleseeinheit des Berührungssensors 12 die Ladung an den kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 detektiert. Die Leiterbahnen 14 können aus dünnen Bahnen eines Metalls oder eines anderen leitfähigen Materials hergestellt sein. Als ein Beispiel jedoch 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 anderes 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 aus ITO hergestellt sein, zusätzlich oder als Alternative zu den dünnen Bahnen eines Metalls oder eines anderen leitfähigen Materials. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Leiterbahnen, welche aus bestimmten Materialien hergestellt sind und bestimmte Breiten haben beschreibt, beinhaltet die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Leiterbahnen, welche aus allen geeigneten Materialien hergestellt sind und alle geeigneten Breiten haben. Zusätzlich zu den Leiterbahnen 14, kann der Berührungssensor 10 eine oder mehrere Masseleiterbahnen beinhalten, welche an einer Masseverbindung (welche eine Anschlussfläche 16 sein kann) an einer Kante des Substrats des Berührungssensors 10 enden (ähnlich wie die Leiterbahnen 14).
Die Anschlussflächen 16 können entlang einer oder mehrerer Kanten des Substrates außerhalb der berührungsempfindlichen Fläche/Flächen des Berührungssensors 10 angeordnet sein. Wie oben beschrieben kann die Berührungssensorsteuereinheit 12 auf einem FPC angeordnet sein. Die Anschlussflächen 16 können aus demselben Material wie die Leiterbahnen 14 hergestellt sein und mit dem FPC durch die Benutzung eines anisotropisch leitenden Films (ACF, anisotropic conductive film) verbunden sein. Die Verbindung 18 kann Leiterbahnen auf dem FPC beinhalten, welche die Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Anschlussflächen 16 koppeln und wiederum die Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Leiterbahnen 14 und den Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Berührungssensors 10 koppeln. In anderen Ausführungsformen können die Anschlussflächen 16 durch eine elektromechanische Verbindung (wie ein Nullkraft-Verbinder) verbunden sein. In diesen Ausführungsformen muss die Verbindung 18 keinen FPC beinhalten. Diese Offenbarung beinhaltet alle geeigneten Verbindungen 18 zwischen der Berührungssensorsteuereinheit 12 und dem Berührungssensor 10.
2 illustriert eine beispielhafte Außenansicht eines Beispiels eines aktiven Stifts 20. In bestimmten Ausführungsformen wird der aktive Stift 20 mit Energie versorgt (z. B. mit einer internen oder externen Energieversorgung) und ist eingerichtet, um eine Berührung oder nahe Eingabe an einen Berührungssensor (z. B. Berührungssensor 10 wie in 1 illustriert) bereitzustellen. Der aktive Stift 20 kann eine oder mehrere Komponenten beinhalten, wie Knöpfe 30 oder Schieber 32 und 34, welche in einem äußeren Körper 22 integriert sind. Diese Beispielkomponenten können für die Interaktion zwischen dem aktiven Stift 20 und einem Benutzer oder zwischen einem Gerät und einem Benutzer benutzt werden. Als ein Beispiel jedoch nicht als Einschränkung können Interaktionen die Kommunikation zwischen dem aktiven Stift 20 und einem Gerät beinhalten, das Anschalten oder Verändern der Funktionalität des aktiven Stifts 20 oder eines Geräts, oder das Bereitstellen einer Rückmeldung zu oder Akzeptieren einer Eingabe eines oder mehrerer Benutzer. Das Gerät kann jedes geeignete Gerät sein, wie beispielsweise und ohne Einschränkung ein Desktop-Computer, Laptop-Computer, Tablet-Computer, PDA, Smartphone, Satellitennavigationsgerät, tragbares Medienabspielgerät, tragbare Spielekonsole, Kioskcomputer, Kassensystem oder ein anderes geeignetes Gerät. Obwohl die vorliegende Offenbarung spezielle Beispiele von speziellen Komponenten beinhaltet, welche konfiguriert sind um spezielle 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, welcher aus allen geeigneten Materialien oder Kombinationen von Materialien hergestellt ist, wie beispielsweise und ohne Einschränkung aus Plastik oder Metall. In bestimmten Ausführungsformen können die äußeren Komponenten (z. B. 30 oder 32) des aktiven Stifts 20 mit internen Komponenten oder Programmen des aktiven Stifts 20 interagieren oder können eine oder mehrere Interaktionen mit einem oder mehreren Geräten oder anderen aktiven Stiften 20 initiieren.
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.
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.
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.
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.
3 illustriert ein Beispiel der internen Komponenten des Beispiels des aktiven Stifts 20. Der aktive Stift 20 beinhaltet eine oder mehrere interne Komponenten, wie eine Steuereinheit 50, Sensoren 42, Speicher 44 oder eine Energiequelle 48. In besonderen Ausführungsformen können eine oder mehrere interne Komponenten konfiguriert sein um Interaktionen zwischen dem aktiven Stift 20 und einem Benutzer oder zwischen einem Gerät und einem Benutzer bereitzustellen. In besonderen Ausführungsformen können eine oder mehrere interne Komponenten im Zusammenspiel mit einer oder mehreren externen Komponenten, wie oben beschrieben wurde, konfiguriert sein, um Interaktionen zwischen dem aktiven Stift 20 und einem Benutzer oder zwischen einem Gerät und einem Benutzer bereitzustellen. Als ein Beispiel jedoch nicht als Einschränkung können Interaktionen Kommunikation zwischen dem aktiven Stift 20 und einem Gerät, das Anschalten oder Verändern der Funktionalität des aktiven Stifts 20 oder eines Geräts, oder das Bereitstellen eines Feedbacks 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.
Die Steuereinheit 50 kann ein Mikrokontroller oder jede Art von Prozessor sein, welcher zur Steuerung des aktiven Stifts 20 geeignet ist. Die Steuereinheit 12 kann ein oder mehrere integrierte Schaltungen (ICs) sein, wie beispielsweise Universalmikroprozessoren, 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 den zentralen Schaft 41 liefern. Die Ansteuereinheit kann außerdem Signale zur Steuerung oder zur Ansteuerung der Sensoren 42 oder einer oder mehrere externer Komponenten des aktiven Stifts 20 liefern. Die Ausleseeinheit kann Signale, welche von den Elektroden der Spitze 26 durch den zentralen Schaft 41 empfangen wurden, detektieren und Messsignale an die Verarbeitungseinheit bereitstellen, welche eine Eingabe von einem Gerät repräsentieren. Die Ausleseeinheit kann außerdem Signale, welche durch die Sensoren 42 oder eine oder mehrere externe Komponenten generiert werden, detektieren und Messsignale an die Verarbeitungseinheit bereitstellen, welche eine Eingabe durch einen Benutzer repräsentieren. Die Verarbeitungseinheit kann die Versorgung der Signale zu den Elektroden 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 oder der einen oder mehreren externen Komponenten verarbeiten. Die Speichereinheit kann Programme zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit speichern, was Programme zur Steuerung der Ansteuereinheit zur Versorgung der Elektroden der Spitze 26 mit Signalen, 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 von dem aktiven Stift 20 oder dem Gerät ausgeführt wird und andere geeignete Programme beinhaltet. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können die Programme, welche durch die Steuereinheit 50 ausgeführt werden, elektronisch Signale filtern, welche von der Ausleseeinheit empfangen werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Steuereinheit 50 mit einer bestimmten Implementierung mit bestimmten Komponenten beschreibt, beinhaltet die Offenbarung alle geeigneten Steuereinheiten mit allen geeigneten Implementierungen und geeigneten Komponenten.
In besonderen Ausführungsformen kann der aktive Stift 20 eine oder mehrere Sensoren 42 beinhalten, wie Berührungssensoren, Gyroskope, Beschleunigungsmesser, Kontaktsensoren oder alle anderen Arten von Sensoren, welche Daten über die Umgebung, in welcher der aktive Stift arbeitet, detektieren oder messen. Die Sensoren 42 können eine oder mehrere Charakteristiken des aktiven Stifts 20 detektieren und messen, wie Beschleunigung oder Bewegung, Orientierung, Kontakt, Druck auf den äußeren Körper 22, Kraft an der Spitze 26, Vibration oder jede andere geeignete Charakteristik des aktiven Stifts 20. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können die Sensoren 42 mechanisch, elektronisch oder kapazitiv implementiert sein. Wie oben beschrieben können die Daten, welche durch die Sensoren 42 detektiert oder gemessen und zu der Steuereinheit 50 kommuniziert werden, eine vorbestimmte Funktion oder Geste, welche durch den aktiven Stift 20 oder das Gerät ausgeführt wird, initiieren. In besonderen Ausführungsformen können die Daten, welche durch die Sensoren 42 detektiert oder empfangen wurden, im 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 die Daten, welche in Speicher 44 gespeichert sind, zugreifen. 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 die Daten, welche durch die Sensoren 42 gemessen wurden, durch die Steuereinheit 50 verarbeitet werden und in Speicher 44 gespeichert werden.
Die Energiequelle 48 kann jede Art von Speicherenergiequelle sein, was elektrische oder elektrochemische Quellen beinhaltet, welche geeignet sind den Betrieb des aktiven Stifts 20 mit Energie zu versorgen. In besonderen Ausführungsformen kann die Energiequelle 48 durch Energie von einem Benutzer oder einem Gerät aufgeladen werden. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung, kann die Energiequelle 48 eine wiederaufladbare Batterie sein, welche durch die Bewegung, die durch den aktiven Stift 20 induziert wird, aufgeladen wird. In besonderen Ausführungsformen kann die Energiequelle 48 des aktiven Stifts 20 Energie bereitstellen oder Energie von dem Gerät oder einer anderen externen Energiequelle erhalten. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung, kann Energie induktiv zwischen der Energiequelle 48 und einer Energiequelle des Geräts oder einer anderen externen Energiequelle transferiert werden, wie ein drahtloser Energietransmitter. Die Energiequelle kann außerdem durch eine Kabelverbindung durch einen Anschluss, welcher an eine geeignete Energiequelle gekoppelt ist, gespeist werden.
4 illustriert ein Beispiel eines aktiven Stifts 20 mit einem Beispiel eines Geräts 52. 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-Hintergrundbeleuchtungs-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 Geräteanzeige und bestimmte Anzeigearten beschreibt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Geräteanzeigen und alle geeigneten Anzeigearten.
Die Elektronik des Geräts 52 kann die Funktionalitäten 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, zur Ausführung von Programmen auf Gerät 52, zur Generierung von graphischen oder anderen Benutzeroberflächen (Uls, user interfaces) für die Geräteanzeige des Geräts 52 zur Anzeige für einen Benutzer, zum Verwalten der Energie des Gerät 52 von einer Batterie oder einer anderen Energiequelle, zum Aufnehmen von Bildern, zum Aufnehmen von Videos oder für geeignete Funktionalitäten oder andere geeignete Kombinationen dieser. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Geräteelektronik, welche bestimmte Funktionalitäten für ein bestimmtes Gerät bereitstellt, offenbart, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Geräteelektroniken, welche alle geeignete Funktionalitäten für alle geeigneten Geräte bereitstellen.
In bestimmten Ausführungsformen kann der aktive Stift 20 und das Gerät 52 vor der Kommunikation der Daten zwischen dem aktiven Stift 20 und dem Gerät 52 synchronisiert werden. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann der aktive Stift 20 mit dem Gerät durch eine vorbestimmte Bitsequenz, 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 der berührungsempfindlichen Fläche 54 des Berührungssensors des Geräts 52 gebracht wird oder in deren Nähe kommt. 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 der berührungsempfindlichen Fläche 54 des Geräts 52 gebracht wird oder in deren Nähe kommt, Signale, welche durch den aktiven Stift 20 generiert wurden, 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 und umgekehrt. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Interaktionen oder Kommunikationen zwischen dem aktiven Stift und dem Gerät 52 beschreibt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Interaktionen und Kommunikationen durch alle geeigneten Mittel, wie mechanische Kräfte, Strom, Spannung oder elektromagnetische Felder.
In bestimmten Ausführungsformen können die Messsignale der Sensoren des aktiven Stifts 20 Interaktionen zwischen dem aktiven Stift 20 und einem oder mehreren Geräten 52 oder einem oder mehreren Benutzern initiieren, bereitstellen oder beenden. Interaktionen zwischen dem aktiven Stift 20 und dem Gerät können vorkommen, wenn der aktive Stift 20 das Gerät 52 kontaktiert oder in dessen Nähe kommt. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung kann ein Benutzer eine Handbewegung/Geste oder eine Sequenz 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 geführt schwebt oder geführt wird. Der aktive Stift kann mit Gerät 52 interagieren basierend auf der Geste, welche mit dem aktiven Stift 20 ausgeführt wird, um eine vorbestimmte Funktion zu initiieren, wie die Authentifizierung eines Benutzers, welcher mit dem aktiven Stift 20 oder dem Gerät 52 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 jedweder Art beeinflussen.
Der aktive Stift 20 kann eine oder mehrere Elektroden beinhalten, welche dazu eingerichtet sind Daten zwischen dem aktiven Stift 20 und einem oder mehreren Geräten 52 oder anderen aktiven Stiften zu kommunizieren. Beispielsweise und nicht als Einschränkung können sich die Elektroden des aktiven Stifts 20 in dem äußeren Körper 52 des aktiven Stifts, in der Spitze 26 des aktiven Stifts oder auf oder in jedem anderen geeigneten Teil des aktiven Stifts 20 befinden.
5 illustriert eine Ausführungsform des aktiven Stifts 20, als Beispiel und nicht als Einschränkung, mit Elektroden in der Spitze 26 des aktiven Stifts. Die Spitze 26 des aktiven Stifts kann eine oder mehrere Elektroden 60, 62 und 64 beinhalten, welche eingerichtet sind um Daten zwischen dem aktiven Stift 20 und einem oder mehreren Geräten oder anderen aktiven Stiften zu kommunizieren. Die Spitze 26 des aktiven Stifts kann weiterhin Komponenten oder Funktionalitäten enthalten, welche nicht in 5 oder in den folgenden Figuren illustriert sind. In anderen Ausführungsformen können die Elektroden im aktiven Stift 20 nicht in der Spitze 26 des aktiven Stifts oder nicht ausschließlich in der Spitze 26 des aktiven Stifts befindlich sein.
Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können eine oder mehrere Elektroden des aktiven Stifts 20 eine Masseelektrode, eine Schutzelektrode/Schirmelektrode, eine Ansteuerelektrode oder eine Ausleseelektrode sein. Die Elektroden des aktiven Stifts 20 können jede eine Fläche aus leitfähigem Material sein, welches eine Form einnimmt, wie beispielsweise eine Kreisscheibe, ein Quadrat, ein Rechteck oder andere geeignete Formen oder geeignete Kombinationen dieser. Ein oder mehrere Schnitte in einer oder mehreren Schichten des leitfähigen Materials kann (mindestens teilweise) die Form einer Elektrode bestimmen und die Fläche der Form kann (mindestens teilweise) durch diese Schnitte begrenzt sein. In bestimmten 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. In bestimmten 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 (wie beispielsweise Kupfer, Silber, oder ein kupfer- oder silberbasiertes Material) hergestellt sein, und die dünnen Bahnen des leitfähigen Materials können im Wesentlichen weniger als 100% der Fläche ihrer Form in einem schraffierten, netzartigen oder in einem anderen Muster einnehmen. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Elektroden, welche aus bestimmten leitfähigen Materialien, welche bestimmte Formen mit bestimmten Füllungen und bestimmten Mustern, beschreibt, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Elektroden, welche aus alle geeigneten leitfähigen Materialien hergestellt sind und alle geeigneten Formen mit geeigneten Füllungen und geeigneten Mustern einnehmen. Die Formen der Elektroden (oder anderer Elemente) des aktiven Stifts 20 können ganz oder teilweise eines oder mehrere Makromerkmale des aktiven Stifts ausmachen. Eine oder mehrere Charakteristiken der Implementierung dieser Formen (wie beispielsweise die leitfähigen Materialien, Füllungen oder Muster innerhalb der Formen) können ganz oder teilweise eines oder mehrere Mikromerkmale des aktiven Stifts ausmachen. Eines oder mehrere Makromerkmale eines aktiven Stifts 20 kann eine oder mehrere Charakteristiken seiner Funktionalität bestimmen und eines oder mehrere Mikromerkmale des aktiven Stifts 20 kann eine oder mehrere optische Merkmale des aktiven Stifts wie Transmission, Refraktion oder Reflektion bestimmen.
Die mehreren Elektroden des aktiven Stifts 20 können jede ohne Einschränkung konfiguriert sein, um Signale von anderen Komponenten des aktiven Stifts 20, einem Benutzer, oder einem Gerät 52 zu empfangen oder um Signale an die anderen Komponenten des aktiven Stifts 20, einen Benutzer, oder Gerät 52 zu senden. In besonderen Ausführungsformen, wobei jene von 5 eingeschlossen ist, können die Elektroden des aktiven Stifts 20 (in 5 befinden sich die Elektroden in der Spitze 26 des aktiven Stifts) jeweils Signale über den zentralen Schaft 41 empfangen und senden. Beispielsweise können die Elektroden des aktiven Stifts 20 jeweils Signale von der Steuereinheit 50 über den zentralen Schaft 41 empfangen. In besonderen Ausführungsformen kann eine Ansteuereinheit in der Steuereinheit 50 Signale an jede der Elektroden des aktiven Stifts 20 über den zentralen Schaft 41 liefern. Die mehreren Elektroden des aktiven Stifts 20 können außerdem jeweils Signale an die Steuereinheit 50 über den zentralen Schaft 41 senden. Beispielsweise können die Elektroden im aktiven Stift 20 jeweils Signale zu einer Ausleseeinheit in der Steuereinheit 50 über den zentralen Schaft 41 senden. In anderen Ausführungsformen kann ein Prozessor in Steuereinheit 50 den Betrieb der Elektroden im aktiven Stift 20 steuern, entweder über Ansteuer- oder Ausleseeinheiten oder direkt. Die Elektroden des aktiven Stifts 20 können Signale in jeder möglichen Weise senden und empfangen, ob über den zentralen Schaft 41 oder anderen Kommunikationskanälen.
Der aktive Stift 20 kann Rauschen erfahren, wenn Signale empfangen oder gesendet werden. Beispielsweise kann Rauschen in die empfangenen oder gesendeten Signale durch Datenquantisierung, Einschränkungen von Positionsberechnungsalgorithmen, Bandbreitenbegrenzung der Messhardware, Genauigkeitsbegrenzung der analogen Frontends von Geräten mit welchen der aktive Stift 20 kommuniziert, das physische Layout des Systems, Sensorrauschen, Laderauschen, Geräterauschen, Rauschen der Schaltung des Stifts oder externes Rauschen generiert werden. Das externe Rauschen am aktiven Stift 20 ist oft omnidirektional und kann als weißes Rauschen modelliert werden und in speziellen Fällen als Gaußsches weißes Rauschen.
Die Benutzung von differentieller Detektion kann die Probleme, welche durch Rauschen während des Sendens oder Empfangens der Signale des aktiven Stifts 20 verursacht werden, verringern. In bestimmten Ausführungsformen ist differentielle Detektion der Vergleich von Signalen, welche durch mehrere Elektroden empfangen werden, und es kann genutzt werden, um das Signal zu Rauschverhältnis (SNR, signal-to-noise ratio) des gesamten empfangenen Signals des aktiven Stifts 20 zu verbessern.
Wenn ein relevantes Signal S von Gerät 52 ankommt, dann detektiert jede Elektrode im Detektionsmodus des aktiven Stifts 20 eine Version von S. Mit Bezugnahme auf 5 kann jede Elektrode, was die Elektroden 60, 62 und 64 beinhaltet, eine Version des Signals S detektieren, welches durch das Gerät 52 gesendet wird. Die Version des Signals S, welches an Elektrode 60 detektiert wird, wird als S_60 bezeichnet, die Version, welche an Elektrode 62 detektiert wird, wird als S_62 bezeichnet und die Version, welche an Elektrode 64 detektiert wird, wird als S_64 bezeichnet. Das tatsächliche empfangene Signal an jeder dieser Elektroden wird außerdem jedoch eine Komponente eines externen Rauschens N besitzen. In vielen Fällen, wird das externe Rauschen N eine identische statistische Charakteristik für jede Elektrode besitzen. Demzufolge wird, was tatsächlich an Elektrode 60 empfangen wird, S_60 + N sein, was tatsächlich an Elektrode 62 empfangen wird, S_62 + N sein und was tatsächlich an Elektrode 64 empfangen wird, S_64 + N sein.
Um die ungewollten Effekte des Rauschens zu entfernen, kann die differentielle Detektion eingesetzt werden, indem mindestens zwei Signale, welche durch unterschiedliche Elektroden empfangen wurden, verglichen werden. Die Signale, welche von jeweils zwei Elektroden, die eingerichtet sind um Signale zu detektieren, empfangen werden, können verglichen werden. Als ein Beispiel und nicht als Einschränkung können die Signale, welche von den Elektroden 60 und 64 empfangen wurden, verglichen werden. Dieser Vergleich kann durch die Subtraktion des Signals, welches durch die Elektrode 64 empfangen wurde, von dem Signal, welches durch die Elektrode 60 empfangen wurde, ausgeführt werden. Dies würde zur folgenden Gleichung entsprechend dem resultierenden Output des Komparators führen: (S_60 + N) – (S_64 + N). Das Endresultat würde deshalb sein S_60 – S_64.
Wenn entweder S_60 oder S_64 bekannte Größen sind, dann kann die andere unbekannte Größe aus dem Output des Komparators bestimmt werden. Dementsprechend können, wenn Elektrode 64 beispielsweise eine Referenzelektrode ist, so dass das Signal S_64 eine verlässliche und bekannte Größe ist (beinhaltend beispielsweise ein Signal, welches einen konstanten Wert von 0 hat bevor es zu dem Rauschen N addiert wird), die Effekte des Rauschens N in diesem System durch die Benutzung von differentieller Detektion entfernt werden. In dem oben genannten Beispiel, kommen die relevanten Signale von der Elektrode 60, S_60, und können als Output des Komparators plus S_64, welcher ein bekannter Wert ist, berechnet werden. Dies ermöglicht, dass das Signal, welches an dem aktiven Stift 20 empfangen wird, genauer ist. In bestimmten Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, dass die Referenzelektrode, welche für die differentielle Detektion benutzt wird, einen verlässlichen oder bekannten Referenzsignalwert besitzt und außerdem innerhalb des aktiven Stifts 20 lokalisiert ist, so dass das Rauschen, welches an der Referenzelektrode empfangen wird, statistisch dasselbe ist wie das Rauschen, welches an den Nichtreferenzelektroden empfangen wird. Beispielsweise wenn es gewünscht wird, dass die Referenzelektrode einen Referenzsignalwert von 0 besitzt, dann sollte die Referenzelektrode im aktiven Stift 20 so lokalisiert sein, dass sie möglichst wenig von dem Signal S empfängt, welches durch Gerät 52 übertragen wird, jedoch immer noch das Rauschsignal N empfängt, welches von den anderen Elektroden empfangen wird. Als ein weiteres Beispiel sollte, wenn es wünschenswert ist, dass die Referenzelektrode einen Referenzsignalwert von S_ref besitzt, die Elektrode im aktiven Stift 20 so lokalisiert sein, dass sie S_ref (von einer Signalquelle des aktiven Stifts 20 beispielsweise) verlässlich empfängt, jedoch außerdem das Rauschsignal N empfängt, welches durch die anderen Elektroden empfangen wird.
In besonderen Ausführungsformen ist der Komparator, welcher für die differentielle Detektion genutzt wird, ein analoger Komparator, beinhaltend beispielsweise einen Operationsverstärker (op-amp, operational amplifier), mit einem Eingang zu dem op-amp kommend von einer Elektrode, und einem anderen Eingang zu dem op-amp kommend von einer verschiedenen Elektrode des aktiven Stifts 20. In anderen Ausführungsformen können andere analoge Komparatoren eingesetzt werden. In wieder anderen Ausführungsformen kann der Komparator, welcher zur differentiellen Detektion benutzt wird, ein digitaler Komparator sein, beinhaltend beispielsweise einen Spannungskomparatorchip (dedicated voltage comparator chip). Der Komparator kann außerdem in speziellen Ausführungsformen, ob digital oder analog, das resultierende Signal mit einem Verstärkungsfaktor multiplizieren. In bestimmten Ausführungsformen kann differentielle Detektion in Bezug auf eine gemeinsame Masse innerhalb des aktiven Stifts ausgeführt werden.
Der Komparator kann sich innerhalb der Steuereinheit 50 des aktiven Stifts 20 befinden. In besonderen Ausführungsformen ist der Komparator ein Teil der Ausleseeinheit der Steuereinheit 50. In wieder anderen Ausführungsformen, ist der Komparator ein Teil des Prozessors der Steuereinheit. Obwohl die vorliegende Offenbarung einen Komparator beschreibt, welcher in der Steuereinheit 50 lokalisiert ist, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Lokalisationen innerhalb des aktiven Stifts für den Komparator.
6 illustriert ein Beispielverfahren zur differentiellen Detektion. Das Verfahren kann in Schritt 100 beginnen, wo ein Komparator ein Datensignal von einer ersten Ausleseelektrode empfängt. In Schritt 200 empfängt der Komparator ein Referenzsignal von einer Referenzelektrode. In Schritt 300 vergleicht der Komparator das erste Signal und das Referenzsignal. Wie oben beschrieben involviert dieser Vergleich, in speziellen Ausführungsformen, die Subtraktion des Referenzsignals von dem ersten Signal. In bestimmen Ausführungsformen multipliziert der Komparator in Schritt 400 optional das Ergebnis des Vergleichs mit einem Verstärkungsfaktor, wobei an diesem Punkt das Verfahren enden kann. In besonderen Ausführungsformen kann dieser Verstärkungsfaktor 1 sein, was in keiner Verstärkung resultiert. Spezielle Ausführungsformen können die Schritte des Verfahrens in 6 wiederholen. Außerdem, obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Schritte des Verfahrens von 6 in einer bestimmten Reihenfolge beschreibt und illustriert, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Schritte des Verfahrens von 6, welche in jeder geeigneten Reihenfolge vorkommen können. Außerdem, obwohl die vorliegende Offenbarung spezielle Komponenten, Geräte, oder Systeme, welche bestimmte Schritte des Verfahrens in 6 ausführen, beschreibt und illustriert, beinhaltet diese Offenbarung alle geeigneten Kombinationen von allen geeigneten Komponenten, Geräten, oder Systemen, welche alle geeigneten Schritte des Verfahrens von 6 ausführen können.
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.
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.
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.

Claims

Ein Verfahren für einen Stift umfassend: Empfangen eines ersten Signals von einer ersten Elektrode des Stifts, wobei der Stift eingerichtet ist um drahtlos mit einem Gerät durch einen Berührungssensor des Geräts zu kommunizieren; Empfangen eines zweiten Signals von einer zweiten Elektrode des Stifts, wobei das zweite Signal ein Referenzsignal ist und die zweite Elektrode eine Referenzelektrode ist; und Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal das Subtrahieren des zweiten Signals von dem ersten Signal umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Signal und das zweite Signal jeweils Rauschen mit einer ähnlichen Charakteristik beinhalten, und wobei das Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal das Entfernen des Rauschens von dem ersten Signal umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode an einer Region der Spitze des Stiftes lokalisiert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Operationsverstärker des Stiftes den Schritt des Vergleichens des ersten Signals mit dem zweiten Signal ausführt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein digitaler Komparator des Stiftes den Schritt des Vergleichens des ersten Signals mit dem Referenzsignal ausführt.
Eine Vorrichtung umfassend: ein Gerät, welches einen Berührungssensor umfasst; und einen Stift, welcher eingerichtet ist um drahtlos mit dem Gerät durch den Berührungssensor des Geräts zu kommunizieren, wobei der Stift außerdem eingerichtet ist zum: Empfangen eines ersten Signals von einer ersten Elektrode des Stifts; Empfangen eines zweiten Signals von einer zweiten Elektrode des Stifts, wobei das zweite Signal ein Referenzsignal ist und die zweite Elektrode eine Referenzelektrode ist; und Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal das Subtrahieren des zweiten Signals von dem ersten Signal umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das erste Signal und das zweite Signal jeweils Rauschen mit einer ähnlichen Charakteristik besitzen, und wobei das Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal das Entfernen des Rauschens von dem ersten Signal umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die erste Elektrode in der Region der Spitze des Stifts lokalisiert ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Operationsverstärker des Stifts das Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal ausführt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein digitaler Komparator des Stifts das Vergleichen des ersten Signals mit dem Referenzsignal ausführt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Stift weiterhin eingerichtet ist um das Ergebnis des Vergleichens des ersten Signals mit dem zweiten Signal mit einem Verstärkungsfaktor zu multiplizieren.
Eine Stift umfassend: eine Vielzahl von Elektroden, welche in einer Spitze des Stifts angeordnet sind; wobei der Stift eingerichtet ist zum: drahtlosen Kommunizieren mit einem Gerät durch einen Berührungssensor des Geräts; Empfangen eines ersten Signals von einer ersten Elektrode des Stifts; Empfangen eines zweiten Signals von einer zweiten Elektrode des Stifts, wobei das zweite Signal ein Referenzsignal ist und die zweite Elektrode eine Referenzelektrode; und Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal.
Der Stift nach Anspruch 14, wobei das Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal die Subtraktion des zweiten Signals von dem ersten Signal umfasst.
Der Stift nach Anspruch 14, wobei das erste Signal und das zweite Signal jeweils Rauschen mit einer ähnlichen Charakteristik besitzen, und wobei das Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal das Entfernen des Rauschens von dem ersten Signal umfasst.
Der Stift nach Anspruch 14, die erste Elektrode in der Spitze des Stifts lokalisiert ist.
Der Stift nach Anspruch 14, wobei ein Operationsverstärker des Stifts das Vergleichen des ersten Signals mit dem zweiten Signal ausführt.
Der Stift nach Anspruch 14, wobei ein digitaler Komparator des Stifts das Vergleichen des ersten Signals mit dem Referenzsignal ausführt.
Der Stift nach Anspruch 14, wobei der Stift weiterhin eingerichtet ist um das Ergebnis des Vergleichens des ersten Signals mit dem zweiten Signal mit einem Verstärkungsfaktor zu multiplizieren.