DE202012101735U1

DE202012101735U1 - Aktiver Eingabestift mit einem Energy-Harvesting

Info

Publication number: DE202012101735U1
Application number: DE202012101735U
Authority: DE
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Wacom Co Ltd
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2022-05-12
Also published as: DE102012218784A1; US8872792B2; US20130106770A1; DE102012218784B4

Abstract

Eingabestift, der umfasst: eine oder mehrere Elektroden und ein oder mehrere computerlesbare, nicht-transitorische Speichermedien, die eine Logik zum drahtlosen Senden von Signalen von dem Eingabestift zu einem Gerät über einen Berührungssensor des Geräts verkörpern, und einen oder mehrere Sensoren zum Gewinnen von kinetischer, thermischer, solarer oder elektrischer Energie von dem Eingabestift oder einer Umgebung des Eingabestifts.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein aktive Eingabestifte.
Stand der Technik
Ein Berührungssensor kann das Vorhandensein und die Position einer Berührung oder die Nähe eines Objekts (wie etwa eines Fingers eines Benutzers oder eines Eingabestifts) innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors erfassen, der zum Beispiel über einen Anzeigebildschirm gelegt ist. Bei einer berührungsempfindlichen Anzeigeanwendung ermöglicht der Berührungssensor, dass ein Benutzer direkt mit dem Anzeigeinhalt auf dem Bildschirm anstatt indirekt über eine Maus oder ein Touchpad interagiert. Ein Berührungssensor kann an einem Desktop-Computer, einem Laptop-Computer, einem Tablet-Computer, einem PDA, einem Smartphone, einem Satellitennavigationsgerät, einem tragbaren Medienwiedergabegerät, einer tragbaren Spielekonsole, einem Infoterminal, einem Verkaufsautomaten oder einem anderen geeigneten Gerät angebracht oder als ein Teil desselben vorgesehen sein. Auch ein Steuerpaneel an einem Haushaltsgerät oder einem anderen Gerät kann einen Berührungssensor enthalten.
Es gibt verschiedene Typen von Berührungssensoren wie etwa resistive Berührungsbildschirme, akustische Oberflächenwellen-Berührungsbildschirme und kapazitive Berührungsbildschirme. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann sich auch auf einen Berührungsbildschirm beziehen und umgekehrt. Wenn ein Objekt die Oberfläche eines kapazitiven Berührungsbildschirms berührt oder sich derselben nähert, tritt eine Änderung in der Kapazität in dem Berührungsbildschirm an der Position der Berührung oder Näherung auf. Eine Berührungssensor-Steuereinrichtung kann die Änderung in der Kapazität verarbeiten, um deren Position auf dem Berührungsbildschirm zu bestimmen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen beispielhaften Berührungssensor mit einer Berührungssensor-Steuereinrichtung.
2 zeigt das Äußere eines beispielhaften aktiven Eingabestifts.
3 zeigt das Innere eines beispielhaften aktiven Eingabestifts.
4 zeigt einen beispielhaften aktiven Eingabestift in Verbindung mit einem Gerät, das mit einem Berührungssensor ausgestattet ist.
5 zeigt beispielhafte Stromverwaltungssysteme und Stromquellen für ein Berührungssensorsystem.
6 zeigt einen beispielhaften aktiven Eingabestift mit kinetischen Energy-Harvestern.
7 zeigt einen beispielhaften aktiven Eingabestift mit thermischen Energy-Harvestern.
8 zeigt einen beispielhaften aktiven Eingabestift mit elektrischen Energy-Harvestern.
9 zeigt einen beispielhaften aktiven Eingabestift mit solaren Energy-Harvestern.
Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
1 zeigt einen beispielhaften Berührungssensor 10 mit einer beispielhaften Berührungssensor-Steuereinrichtung 12. Der Berührungssensor 10 und die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 können das Vorhandensein und die Position einer Berührung oder die Nähe eines Objekts innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors 10 erfassen. Im Folgenden kann sich eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor sowohl auf den Berührungssensor als auch auf die assoziierte Berührungssensor-Steuereinrichtung beziehen. Entsprechend kann sich eine Bezugnahme auf eine Berührungssensor-Steuereinrichtung sowohl auf die Berührungssensor-Steuereinrichtung als auch auf den assoziierten Berührungssensor beziehen. Der Berührungssensor 10 kann einen oder mehrere berührungsempfindliche Bereiche umfassen. Der Berührungssensor 10 kann eine Anordnung von Treiber- und Messelektroden (oder eine Anordnung von Elektroden eines einzelnen Typs) auf einem oder mehreren Substraten, die aus einem dielektrischen Material ausgebildet sein können, umfassen. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann sich sowohl auf die Elektroden des Berührungssensors als auch auf das oder die Substrate, auf denen die Elektroden angeordnet sind, beziehen. Alternativ dazu kann sich eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor auf die Elektroden des Berührungssensors, aber nicht auf das oder die Substrate, auf denen die Elektroden angeordnet sind, beziehen.
Eine Elektrode (wobei es sich um eine Erdungselektrode, eine Schutzelektrode, eine Treiberelektrode oder eine Messelektrode handeln kann) kann durch einen Bereich aus einem leitenden Material in einer Form wie etwa einem Kreis, einem Quadrat, einem Rechteck, einer dünnen Linie oder einer anderen geeigneten Form oder einer geeigneten Kombination aus denselben gebildet werden. Ein oder mehrere Schnitte in einer oder mehreren Schichten des leitenden Materials können (wenigstens teilweise) die Form einer Elektrode bestimmen, wobei die Fläche der Form (wenigstens teilweise) durch diese Schnitte begrenzt werden kann. In bestimmten Ausführungsformen kann das leitende Material einer Elektrode ungefähr 100% der Fläche der Form einnehmen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine Elektrode aus Indiumzinnoxid (ITO) ausgebildet sein, wobei das ITO der Elektrode ungefähr 100% der Fläche der Form einnehmen kann (dies wird gelegentlich auch als 100%-Füllung bezeichnet). In bestimmten Ausführungsformen kann das leitende Material einer Elektrode wesentlich weniger als 100% der Fläche der Form einnehmen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine Elektrode aus dünnen Linien aus Metall oder einem anderen leitenden Material (FLM) wie etwa Kupfer, Silber oder einem kupfer- oder silberbasierten Material bestehen, wobei die dünnen Linien aus einem leitenden Material ungefähr 5% der Fläche der Form in einem schraffierten, netzartigen oder anderen geeigneten Muster einnehmen können. Eine Bezugnahme auf FLM kann sich auf ein derartiges Material beziehen. Es werden hier bestimmte Elektroden aus einem bestimmten leitenden Material beschrieben, die bestimmte Formen mit bestimmten Füllungsprozentsätzen in bestimmten Mustern bilden, wobei gemäß der Erfindung aber auch beliebige andere, geeignete Elektroden aus einem beliebigen, geeigneten leitenden Material verwendet werden können, die beliebige Formen mit beliebigen Füllungsprozentsätzen in beliebigen Mustern bilden können.
Dabei können die Formen der Elektroden (oder anderen Elemente) eines Berührungssensors ein oder mehrere Makromerkmale des Berührungssensors vollständig oder teilweise bilden. Eine oder mehrere Eigenschaften der Implementierung dieser Formen (wie etwa der leitenden Materialien, der Füllungen oder der Muster in den Formen) können ein oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensors vollständig oder teilweise bilden. Ein oder mehrere der Makromerkmale eines Berührungssensors können eine oder mehrere Eigenschaften seiner Funktionalität bestimmen, und ein oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensors können eine oder mehrere optische Eigenschaften des Berührungssensors wie etwa die Durchlässigkeit, die Brechung oder die Reflexion bestimmen.
Ein mechanischer Stapel kann das Substrat (oder die mehreren Substrate) und das leitende Material der Treiber- oder Messelektroden des Berührungssensors 10 enthalten. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der mechanische Stapel eine erste Schicht aus einem optisch klaren Kleber (OCA) unter einem Deckpaneel umfassen. Das Deckpaneel kann klar sein und kann aus einem elastischen Material ausgebildet sein, das für eine wiederholte Berührung geeignet ist, wobei es sich zum Beispiel um Glas, Polycarbonat oder Poly(methylmethacrylat) (PMMA) handeln kann. Gemäß der Erfindung kann ein beliebiges Deckpaneel aus einem beliebigen, geeigneten Material verwendet werden. Die erste Schicht aus OCA kann zwischen dem Deckpaneel und dem Substrat angeordnet sein, wobei das leitende Material die Treiber- oder Messelektroden bildet. Der mechanische Stapel kann auch eine zweite Schicht aus OCA und eine dielektrische Schicht (die aus PET oder einem anderen geeigneten Material ausgebildet ist, das demjenigen des Substrats mit dem leitenden Material für die Treiber- oder Messelektroden ähnlich ist) umfassen. Alternativ hierzu kann eine dünne Beschichtung aus einem dielektrischen Material anstelle der zweiten Schicht aus OCA und der dielektrischen Schicht aufgetragen werden. Die zweite Schicht aus OCA kann zwischen dem Substrat mit dem leitenden Material für die Treiber- oder Messelektroden und der dielektrischen Schicht angeordnet sein; und die dielektrische Schicht kann zwischen der zweiten Schicht aus OCA und einem Luftspalt zu einem Display eines Geräts, das den Berührungssensor 10 und die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 enthält, angeordnet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Deckpaneel eine Dicke von ungefähr 1 mm aufweisen, kann die erste Schicht aus OCA eine Dicke von ungefähr 0,05 mm aufweisen, kann das Substrat mit dem leitenden Material für die Treiber- und Messelektroden eine Dicke von ungefähr 0,05 mm aufweisen, kann die zweite Schicht aus OCA eine Dicke von ungefähr 0,05 mm aufweisen und kann die dielektrische Schicht eine Dicke von ungefähr 0,05 mm aufweisen. Es wird hier ein bestimmter mechanischer Stapel mit einer bestimmten Anzahl von bestimmten Schichten aus bestimmten Materialien und mit bestimmten Dicken beschrieben, wobei gemäß der Erfindung jedoch auch ein beliebiger anderer, geeigneter mechanischer Stapel mit einer beliebigen, geeigneten Anzahl von beliebigen, geeigneten Schichten aus beliebigen, geeigneten Materialien und mit beliebigen, geeigneten Dicken verwendet werden kann. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen eine Schicht aus einem Kleber oder einem dielektrischen Material anstelle der dielektrischen Schicht, der zweiten Schicht aus OCA und dem oben genannten Luftspalt vorgesehen sein, wobei in diesem Fall kein Luftspalt zu dem Display vorhanden ist.
Ein oder mehrere Teile des Substrats des Berührungssensors 10 können aus Polyethylenterephthalat (PET) oder einem anderen geeigneten Material ausgebildet sein. Gemäß der Erfindung kann jedoch auch ein beliebiges anderes, geeignetes Substrat verwendet werden, in dem beliebige, geeignete Teile aus einem beliebigen, geeigneten Material ausgebildet sein können. In bestimmten Ausführungsformen können die Treiber- oder Messelektroden in dem Berührungssensor 10 vollständig oder teilweise aus ITO ausgebildet sein. In bestimmten Ausführungsformen können die Treiber- oder Messelektroden in dem Berührungssensor 10 aus dünnen Linien aus Metall oder einem anderen leitenden Material ausgebildet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel können ein oder mehrere Teile des leitenden Materials aus Kupfer oder einem kupferbasierten Material ausgebildet sein und eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger aufweisen. In einem anderen Beispiel können ein oder mehrere Teile des leitenden Materials aus Silber oder einem silberbasierten Material ausgebildet sein und eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger aufweisen. Gemäß der Erfindung können aber auch beliebige andere, geeignete Elektroden aus einem beliebigen, geeigneten Material verwendet werden.
Der Berührungssensor 10 kann eine kapazitive Form von Berührungserfassung implementieren. In einer Gegenkapazitätsimplementierung kann der Berührungssensor 10 eine Anordnung aus Treiber- und Messelektroden umfassen, die eine Anordnung von kapazitiven Knoten bilden. Eine Treiberelektrode und eine Messelektrode können einen kapazitiven Knoten bilden. Die Treiber- und Messelektroden des kapazitiven Knotens können einander nahe kommen, stellen aber keinen elektrischen Kontakt miteinander her. Statt dessen sind die Treiber- und Messelektroden über einen dazwischen liegenden Zwischenraum kapazitiv miteinander gekoppelt. Eine Puls- oder Wechselspannung, die an der Treiberelektrode (durch die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12) angelegt wird, kann eine Ladung an der Messelektrode induzieren, wobei die induzierte Ladungsmenge einem externen Einfluss (wie etwa einer Berührung oder der Nähe eines Objekts) unterliegen kann. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in die Nähe desselben gelangt, kann eine Kapazitätsänderung an dem kapazitiven Knoten auftreten, wobei die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 die Kapazitätsänderung messen kann. Durch das Messen von Kapazitätsänderungen über die gesamte Anordnung kann die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 die Position der Berührung oder Näherung in dem oder den berührungsempfindlichen Bereichen des Berührungssensors 10 bestimmen.
Bei einer Eigenkapazitätsimplementierung kann der Berührungssensor 10 eine Anordnung von Elektroden eines einzelnen Typs umfassen, die jeweils einen kapazitiven Knoten bilden können. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in die Nähe desselben gelangt, kann eine Änderung in der Eigenkapazität an dem kapazitiven Knoten auftreten, wobei die Steuereinrichtung 12 die Kapazitätsänderung zum Beispiel als eine Änderung der Ladungsmenge messen kann, die zum Heben der Spannung an dem kapazitiven Knoten um eine vorbestimmte Größe erforderlich ist. Wie bei der Gegenkapazitätsimplementierung kann die Steuereinrichtung 12 durch das Messen von Kapazitätsänderungen über die gesamte Anordnung die Position der Berührung oder Näherung in dem oder den berührungsempfindlichen Bereichen des Berührungssensors 10 bestimmen. Gemäß der Erfindung kann aber auch eine beliebige andere, geeignete Form von kapazitiver Berührungserfassung verwendet werden.
In bestimmten Ausführungsformen können eine oder mehrere Treiberelektroden gemeinsam eine Treiberleitung bilden, die sich horizontal oder vertikal oder in einer beliebigen anderen, geeigneten Ausrichtung erstreckt. Entsprechend können eine oder mehrere Messelektroden gemeinsam eine Messleitung bilden, die sich horizontal oder vertikal oder in einer beliebigen anderen, geeigneten Ausrichtung erstreckt. In bestimmten Ausführungsformen können die Treiberleitungen im Wesentlichen senkrecht zu den Messleitungen verlaufen. Eine Bezugnahme auf eine Treiberleitung kann sich auch auf eine oder mehrere Treiberelektroden in der Treiberleitung beziehen oder umgekehrt. Entsprechend kann sich eine Bezugnahme auf eine Messleitung auch auf eine oder mehrere Messelektroden in der Messleitung beziehen oder umgekehrt.
Der Berührungssensor 10 kann Treiber- und Messelektroden aufweisen, die in einem Muster auf einer Seite eines einzelnen Substrats angeordnet sind. Bei einer derartigen Konfiguration kann ein Paar von Treiber- und Messelektroden, die über einen dazwischen liegenden Zwischenraum kapazitiv miteinander gekoppelt sind, einen kapazitiven Knoten bilden. Für eine Eigenkapazitätsimplementierung können Elektroden eines einzelnen Typs in einem Muster auf einem einzelnen Substrat angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ zu den in einem Muster auf einer Seite eines einzelnen Substrats angeordneten Treiber- und Messelektroden kann der Berührungssensor 10 Treiberelektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, und Messelektroden, die in einem Muster auf einer anderen Seite des Substrats angeordnet sind, umfassen. Außerdem kann der Berührungssensor 10 Treiberelektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, und Messelektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines anderen Substrats angeordnet sind, umfassen. Bei derartigen Konfigurationen kann eine Kreuzung aus einer Treiberelektrode und einer Messelektrode einen kapazitiven Knoten bilden. Eine derartige Kreuzung kann eine Position sein, an der die Treiber- und die Messelektrode einander „kreuzen” oder sich in ihren jeweiligen Ebenen am nächsten kommen. Die Treiber- und Messelektroden stellen keinen elektrischen Kontakt miteinander her, sondern sind über ein Dielektrikum an der Kreuzung kapazitiv miteinander gekoppelt. Es werden hier bestimmte Konfigurationen von bestimmten Elektroden zum Bilden von bestimmten Knoten beschrieben, wobei gemäß der Erfindung aber auch eine beliebige andere, geeignete Konfiguration aus beliebigen, geeigneten Elektroden zum Bilden von beliebigen, geeigneten Knoten verwendet werden kann. Außerdem können gemäß der Erfindung beliebige, geeignete Elektroden verwendet werden, die auf einer beliebigen, geeigneten Anzahl von beliebigen, geeigneten Substraten in beliebigen, geeigneten Mustern angeordnet sind.
Wie oben beschrieben, kann eine Kapazitätsänderung an einem kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 eine Berührungs- oder Näherungseingabe an der Position des kapazitiven Knotens angeben. Die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 kann die Kapazitätsänderung erfassen und verarbeiten, um das Vorhandensein und die Position der Berührungs- oder Näherungseingabe zu bestimmen. Die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 kann dann Informationen bezüglich der Berührungs- oder Näherungseingabe zu einer oder mehreren anderen Komponenten (wie etwa einer oder mehreren zentralen Verarbeitungseinheiten (CPUs)) eines Geräts leiten, das einen Berührungssensor 10 und eine Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 umfasst, die auf die Berührungs- oder Näherungseingabe reagieren können, indem sie eine damit assoziierte Funktion des Geräts (oder eine auf dem Gerät ausgeführte Anwendung) einleiten. Es wird hier eine bestimmte Berührungssensor-Steuereinrichtung mit einer bestimmten Funktionalität mit Bezug auf ein bestimmtes Gerät und einen bestimmten Berührungssensor beschrieben, wobei gemäß der Erfindung aber auch eine beliebige andere, geeignete Berührungssensor-Steuereinrichtung mit einer beliebigen, geeigneten Funktionalität mit Bezug auf ein beliebiges, geeignetes Gerät und einen beliebigen, geeigneten Berührungssensor verwendet werden kann.
Die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 kann eine oder mehrere integrierte Schaltkreise (ICs) wie etwa allgemeine Mikroprozessoren, Mikrocontroller, programmierbare logische Einrichtungen (PLDs) oder programmierbare logische Anordnungen (PLAs) und anwendungsspezifische ICs (ASICs) umfassen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 einen analogen Schaltungsaufbau, eine digitale Logik und einen digitalen, nicht-flüchtigen Speicher. In bestimmten Ausführungsformen ist die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 auf einer flexiblen Leiterplatte (FPC) angeordnet, die wie weiter unten beschrieben mit dem Substrat des Berührungssensors 10 verbunden ist. Die FPC kann aktiv oder passiv sein. In bestimmten Ausführungsformen sind mehrere Berührungssensor-Steuereinrichtungen 12 auf der FPC angeordnet. Die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 kann eine Prozessoreinheit, eine Treibereinheit, eine Messeinheit und eine Speichereinheit umfassen. Die Treibereinheit kann Treibersignale zu den Treiberelektroden des Berührungssensors 10 zuführen. Die Messeinheit kann die Ladung an den kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 messen und kann Messsignale, die die Kapazitäten an den kapazitiven Knoten wiedergeben, zu der Prozessoreinheit führen. Die Prozessoreinheit kann die Zufuhr der Treibersignale zu den Treiberelektroden durch die Treibereinheit steuern und Messsignale von der Messeinheit verarbeiten, um das Vorhandensein und die Position einer Berührungs- oder Näherungseingabe innerhalb des oder den berührungsempfindlichen Bereichen des Berührungssensors 10 zu erfassen und zu verarbeiten. Die Prozessoreinheit kann außerdem Änderungen in der Position einer Berührungs- oder Näherungseingabe innerhalb des oder den berührungsempfindlichen Bereichen des Berührungssensors 10 verfolgen. Die Speichereinheit kann eine Programmierung für die Ausführung durch die Prozessoreinheit einschließlich einer Programmierung zum Steuern der Treibereinheit für das Zuführen von Treibersignalen zu den Treiberelektroden, einer Programmierung zum Verarbeiten von Messsignalen aus der Messeinheit und anderen geeigneten Programmierungen speichern. Es wird hier eine bestimmte Berührungssensor-Steuereinrichtung mit einer bestimmten Implementierung und bestimmten Komponenten beschrieben, wobei die Erfindung aber auch eine beliebige andere, geeignete Berührungssensor-Steuereinrichtung mit einer beliebigen, geeigneten Implementierung und beliebigen, geeigneten Komponenten verwenden kann.
Leiterbahnen 14 aus einem leitenden Material, die auf dem Substrat des Berührungssensors 10 angeordnet sind, können die Treiber- oder Messelektroden des Berührungssensors 10 mit Verbindungsinseln 16 verbinden, die ebenfalls auf dem Substrat des Berührungssensors 10 angeordnet sind. Wie weiter unten beschrieben, sorgen die Verbindungsinseln 16 für eine Verbindung der Leiterbahnen 14 mit der Berührungssensor-Steuereinrichtung 12. Die Leiterbahnen 14 können sich in und um (z. B. an den Rändern) der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 erstrecken. Bestimmte Leiterbahnen 14 können Treiberverbindungen für eine Verbindung der Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 mit den Treiberelektroden des Berührungssensors 10 vorsehen, über welche die Treibereinheit der Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 Treibersignale zu den Treiberelektroden zuführen kann. Andere Leiterbahnen 14 können Messverbindungen für die Verbindung der Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 mit den Messelektroden des Berührungssensors 10 vorsehen, über welche die Messeinheit der Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 die Ladung an den kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 messen kann. Die Leiterbahnen 14 können aus feinen Linien aus Metall oder einem anderen leitenden Material ausgebildet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das leitende Material der Leiterbahnen 14 Kupfer oder ein kupferbasiertes Material sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger aufweisen. In einem anderen Beispiel kann das leitende Material der Leiterbahnen 14 Silber oder ein silberbasiertes Material sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen können die Leiterbahnen 14 vollständig oder teilweise aus ITO zusätzlich oder alternativ zu den feinen Linien aus Metall oder einem anderen leitenden Material ausgebildet sein. Es werden hier bestimmte Leiterbahnen aus bestimmten Materialien und mit bestimmten Breiten beschrieben, wobei die Erfindung jedoch auch beliebige andere, geeignete Leiterbahnen aus beliebigen, geeigneten Materialien und mit beliebigen, geeigneten Breiten verwenden kann. Zusätzlich zu den Leiterbahnen 14 kann der Berührungssensor 10 eine oder mehrere Erdungsleitungen umfassen, die an einem Erdungsanschluss (der eine Verbindungsinsel 16 sein kann) an einem Rand des Substrats des Berührungssensors 10 (ähnlich wie die Leiterbahnen 14) enden.
Verbindungsinseln 16 können entlang einer oder mehrerer Ränder des Substrats außerhalb des oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 angeordnet sein. Wie weiter oben beschrieben, kann die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 auf einer FPC angeordnet sein. Die Verbindungsinseln 16 können aus demselben Material wie die Leiterbahnen 14 ausgebildet sein und können unter Verwendung eines anisotropischen, leitenden Films (ACF) mit der FPC verbunden sein. Eine Verbindung 18 kann leitende Linien auf der FPC umfassen, die die Berührunssensor-Steuereinrichtung 12 mit Verbindungsinseln 16 verbinden, die wiederum die Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 mit den Leiterbahnen 14 und mit den Treiber- oder Messelektroden des Berührungssensors 10 verbinden. In einer anderen Ausführungsform können die Verbindungsinseln 16 mit einem elektromechanischen Stecker (wie etwa einem Draht-Leiterplatten-Stecker, für den keine Einsteckkraft aufgewendet werden muss) verbunden werden, wobei in dieser Ausführungsform die Verbindung 18 keine FPC umfassen muss. Die Erfindung kann aber auch eine beliebige andere, geeignete Verbindung 18 zwischen der Berührungssensor-Steuereinrichtung 12 und dem Berührungssensor 10 verwenden.
2 zeigt ein beispielhaftes Äußeres eines beispielhaften aktiven Eingabestifts 20. Der aktive Eingabestift 20 kann eine oder mehrere Komponenten wie etwa Tasten 30 oder Schieberegler 32 und 34 umfassen, die in einem äußeren Körper 22 integriert sind. Diese externen Komponenten ermöglichen eine Interaktion zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und einem Benutzer oder aber zwischen einem Gerät und einem Benutzer. In einem nicht einschränkenden Beispiel können die Interaktionen eine Kommunikation zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und einem Gerät umfassen, um eine Funktion des aktiven Eingabestifts 20 oder eines Geräts zu aktivieren oder zu ändern oder um eine Rückmeldung für einen oder mehrere Benutzer vorzusehen oder eine Eingabe von denselben anzunehmen. Das Gerät kann ein beliebiges, geeignetes Gerät wie zum Beispiel ein Desktop-Computer, ein Laptop-Computer, ein Tablet-Computer, ein PDA, ein Smartphone, ein Satellitennavigationsgerät, ein tragbares Medienwiedergabegerät, eine tragbare Spielekonsole, ein Infoterminal, ein Verkaufsautomat oder ein anderes geeignetes Gerät sein. Es werden hier spezifische Beispiele von bestimmten Komponenten für die Bereitstellung von bestimmten Interaktionen beschrieben, wobei die Erfindung aber auch eine beliebige andere, geeignete Komponente verwenden kann, die konfiguriert ist, um eine beliebige, geeignete Interaktion bereitzustellen. Der aktive Eingabestift 20 kann beliebige, geeignete Dimensionen aufweisen, wobei der äußere Körper 22 aus einem beliebigen, geeigneten Material oder einer beliebigen, geeigneten Kombination von Materialien wie etwa Kunststoff und Metall ausgebildet sein kann. In bestimmten Ausführungsformen können äußere Komponenten (z. B. 30 oder 32) des aktiven Eingabestifts 20 mit internen Komponenten oder einer Programmierung des aktiven Eingabestifts 20 interagieren oder eine oder mehrere Interaktionen mit einem oder mehreren Geräten oder anderen aktiven Eingabestiften 20 einleiten.
Wie weiter oben beschrieben, kann durch das Betätigen einer oder mehrerer bestimmter Komponenten eine Interaktion zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und einem Benutzer oder zwischen dem Gerät und dem Benutzer eingeleitet werden. Die Komponenten des aktiven Eingabestifts 20 können eine oder mehrere Tasten 30 oder einen oder mehrere Schieberegler 32 und 34 umfassen. In einem nicht einschränkenden Beispiel können die Tasten 30 oder die Schieberegler 32 und 34 mechanisch oder kapazitiv sein und als Rolle, Trackball oder Rad funktionieren. In einem anderen Beispiel können ein oder mehrere Schieberegler 32 oder 34 als ein vertikaler Schieberegler 34, der entlang einer Längsachse des aktiven Eingabestifts 20 ausgerichtet ist, funktionieren, während ein oder mehrere Radschieberegler 32 um den Umfang des aktiven Eingabestifts 20 herum ausgerichtet sein können. In bestimmten Ausführungsformen können kapazitive Schieberegler 32 und 34 oder Tasten 30 unter Verwendung von einem oder mehreren berührungsempfindlichen Bereichen implementiert werden. Die berührungsempfindlichen Bereiche können beliebige, geeignete Formen, Dimensionen und Positionen aufweisen und können aus einem beliebigen, geeigneten Material ausgebildet sein. Zum Beispiel können die Schieberegler 32 und 34 oder die Tasten 30 unter Verwendung von Bereichen eines flexiblen Netzes aus Linien eines leitenden Materials implementiert werden. In einem anderen Beispiel können die Schieberegler 32 und 34 oder die Tasten 30 unter Verwendung einer FPC implementiert werden.
Der aktive Eingabestift 20 kann eine oder mehrere Komponenten aufweisen, die konfiguriert sind, um eine Rückmeldung für einen Benutzer vorzusehen oder von demselben zu empfangen, wobei es sich zum Beispiel um eine taktile, visuelle oder akustische Rückmeldung handeln kann. Der aktive Eingabestift 20 kann einen oder mehrere Grate oder Rillen 24 an seinem äußeren Körper 22 umfassen. Die Grate oder Rillen 24 können beliebige, geeignete Dimensionen und einen beliebigen, geeigneten Abstand zwischen den Graten oder Rillen aufweisen und können in einem beliebigen, geeigneten Bereich an dem äußeren Körper 22 des aktiven Eingabestifts 20 angeordnet sein. Zum Beispiel können die Grate 24 die Griffigkeit für den Benutzer an dem äußeren Körper 22 des aktiven Eingabestifts 20 verbessern oder eine taktile Rückmeldung für den Benutzer vorsehen oder von demselben empfangen. Der aktive Eingabestift 20 kann eine oder mehrere Audiokomponenten 38 enthalten, die Audiosignale senden und empfangen können. Zum Beispiel kann eine Audiokomponente 38 ein Mikrofon sein, das die Stimme eines oder mehrerer Benutzer aufzeichnen und übertragen kann. In einem anderen Beispiel kann die Audiokomponente 38 eine akustische Angabe zu dem Stromversorgungsstatus des aktiven Eingabestifts 20 vorsehen. Der aktive Eingabestift 20 kann eine oder mehrere visuelle Rückmeldungskomponenten 36 wie etwa eine LED-Anzeige umfassen. Zum Beispiel kann die visuelle Rückmeldungskomponente 36 den Stromversorgungsstatus des aktiven Eingabestifts 20 für den Benutzer angeben.
Ein oder mehrere modifizierte Oberflächenbereiche 40 können eine oder mehrere Komponenten an dem äußeren Körper 22 des aktiven Eingabestifts 20 bilden. Die Eigenschaften der modifizierten Oberflächenbereiche 40 können sich von den Eigenschaften der restlichen Oberfläche des äußeren Körpers 22 unterscheiden. Zum Beispiel kann der modifizierte Oberflächenbereich 40 derart modifiziert sein, dass er eine andere Struktur, Temperatur oder elektromagnetische Eigenschaft relativ zu den Oberflächeneigenschaften des restlichen äußeren Körpers 22 aufweist. Der modifizierte Oberflächenbereich 40 kann seine Eigenschaften dynamisch ändern, zum Beispiel unter Verwendung von haptischen Schnittstellen oder Renderingtechniken. Ein Benutzer kann mit dem modifizierten Oberflächenbereich 40 interagieren, um eine beliebige, geeignete Funktionalität vorzusehen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann durch das Ziehen eines Fingers über den modifizierten Oberflächenbereich 40 eine Interaktion wie etwa eine Datenübertragung zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und einem Gerät eingeleitet werden.
Eine oder mehrere Komponenten des aktiven Eingabestifts 20 können konfiguriert sein, um Daten zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und dem Gerät zu kommunizieren. Zum Beispiel kann der aktive Eingabestift 20 eine oder mehrere Spitzen 26 oder Nasen umfassen. Eine Spitze 26 kann eine oder mehrere Elektroden enthalten, die konfiguriert sind, um Daten zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und einem oder mehreren Geräten oder anderen aktiven Eingabestiften zu kommunizieren. Die Spitze 26 kann aus einem beliebigen, geeigneten Material wie etwa einem leitenden Material ausgebildet sein und kann beliebige, geeignete Dimensionen wie etwa einen Durchmesser von 1 mm oder weniger am äußeren Ende aufweisen. Der aktive Eingabestift 20 kann einen oder mehrere Anschlüsse 28 umfassen, die an beliebigen, geeigneten Positionen an dem äußeren Körper 22 des aktiven Eingabestifts 20 angeordnet sein können. Ein Anschluss 28 kann konfiguriert sein, um Signale oder Informationen zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und einem oder mehreren Geräten oder Stromquellen zu übertragen. Der Anschluss 28 kann Signale oder Informationen mittels einer beliebigen, geeigneten Technik wie etwa USB- oder Ethernet-Verbindungen übertragen. Es wird hier eine bestimmte Konfiguration bestimmter Komponenten mit bestimmten Positionen, Dimensionen, Aufbauten und Funktionen beschrieben, wobei die Erfindung aber auch eine beliebige andere, geeignete Konfiguration geeigneter Komponenten mit beliebigen, geeigneten Positionen, Dimensionen, Aufbauten und Funktionen für den aktiven Eingabestift 20 verwenden kann.
3 zeigt beispielhafte interne Komponenten eines beispielhaften aktiven Eingabestifts 20. Der aktive Eingabestift 20 enthält eine oder mehrere interne Komponenten wie etwa eine Steuereinrichtung 50, Sensoren 42, einen Speicher 44 oder eine Stromquelle 48. In bestimmten Ausführungsformen können eine oder mehrere interne Komponenten konfiguriert sein, um eine Interaktion zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und einem Benutzer oder zwischen einem Gerät und einem Benutzer vorzusehen. In anderen bestimmten Ausführungsformen können eine oder mehrere interne Komponenten in Verbindung mit einer oder mehreren der oben beschriebenen externen Komponenten konfiguriert sein, um eine Interaktion zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und einem Benutzer oder zwischen einem Gerät und einem Benutzer vorzusehen. In einem nicht einschränkenden Beispiel können die Interaktionen eine Kommunikation zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und einem Gerät umfassen, um eine Funktion des aktiven Eingabestifts 20 oder eines Geräts zu aktivieren oder zu ändern oder um eine Rückmeldung für einen oder mehrere Benutzer vorzusehen oder eine Eingabe von denselben zu empfangen.
Die Steuereinrichtung 50 kann ein Mikrocontroller oder ein anderer Typ von Prozessor sein, der für das Steuern des Betriebs des aktiven Eingabestifts 20 geeignet ist. Die Steuereinrichtung 50 kann einen oder mehrere ICs wie etwa allgemeine Mikroprozessoren, Mikrocontroller, PLDs, PLAs oder ASICs umfassen. Die Steuereinrichtung 50 kann eine Prozessoreinheit, eine Treibereinheit, eine Messeinheit und eine Speichereinheit enthalten. Die Treibereinheit kann Signale zu den Elektroden der Spitze 26 durch den mittleren Schaft 41 zuführen. Die Treibereinheit kann auch Signale zu Steuer- oder Treibersensoren 42 oder zu einer oder mehreren externen Komponenten des aktiven Eingabestifts 20 zuführen. Die Messeinheit kann durch die Elektroden der Spitze 26 empfangene Signale durch den mittleren Schaft 41 erfassen und Messsignale, die eine Eingabe von einem Gerät wiedergeben, zu der Prozessoreinheit führen. Die Messeinheit kann auch durch die Sensoren 42 oder eine oder mehrere der externen Komponenten erzeugte Signale erfassen und Messsignale, die eine Eingabe von einem Benutzer wiedergeben, zu der Prozessoreinheit führen. Die Prozessoreinheit kann die Zufuhr von Signalen zu den Elektroden der Spitze 26 steuern und Messsignale von der Messeinheit verarbeiten, um eine Eingabe von dem Gerät zu erfassen und zu verarbeiten. Die Prozessoreinheit kann außerdem Messsignale von Sensoren 42 oder einer oder mehreren externen Komponenten verarbeiten. Die Speichereinheit kann eine Programmierung für die Ausführung durch die Prozessoreinheit einschließlich einer Programmierung zum Steuern der Treibereinheit für das Zuführen von Signalen zu den Elektroden der Spitze 26, einer Programmierung zum Verarbeiten von Messsignalen von der Messeinheit in Entsprechung zu einer Eingabe von dem Gerät, einer Programmierung zum Verarbeiten von Messsignalen von Sensoren 42 oder externen Komponenten für das Einleiten einer durch den aktiven Eingabestift 20 oder das Gerät durchzuführenden vorbestimmten Funktion oder Geste und anderen geeigneten Programmierungen speichern. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die durch die Steuereinrichtung 50 ausgeführte Programmierung von der Messeinheit empfangene Signale elektronisch filtern. Es wird hier eine bestimmte Steuereinrichtung 50 mit einer bestimmten Implementierung und bestimmten Komponenten beschrieben, wobei die Erfindung aber auch eine beliebige andere, geeignete Steuereinrichtung mit einer beliebigen, geeigneten Implementierung und beliebigen, geeigneten Komponenten verwenden kann.
In bestimmten Ausführungsformen kann der aktive Eingabestift 20 einen oder mehrere Sensoren 42 wie etwa Berührungssensoren, Gyroskope, Beschleunigungsmesser, Kontaktsensoren oder andere Typen von Sensoren enthalten, die Daten zu der Umgebung, in welcher der aktive Eingabestift 20 betrieben wird, erfassen oder messen. Die Sensoren 42 können eine oder mehrere Eigenschaften des aktiven Eingabestifts 20 wie etwa die Beschleunigung oder Bewegung, die Ausrichtung, den Kontakt und den Druck an dem äußeren Körper 22, die auf die Spitze 26 wirkende Kraft, eine Vibration oder beliebige andere, geeignete Eigenschaften des aktiven Eingabestifts 20 erfassen und messen. In einem nicht einschränkenden Beispiel können Sensoren 42 mechanisch, elektronisch oder kapazitiv implementiert werden. Wie weiter oben beschrieben, können durch die Sensoren 42 erfasste oder gemessene Daten zu der Steuereinrichtung 50 geführt werden, um eine vorbestimmte Funktion oder Geste für die Ausführung durch den aktiven Eingabestift 20 oder das Gerät einzuleiten. In bestimmten Ausführungsformen können durch die Sensoren 42 erfasste oder empfangene Daten in dem Speicher 44 gespeichert werden. Der Speicher 44 kann ein beliebiger Speicher sein, der für das Speichern von Daten in dem aktiven Eingabestift 20 geeignet ist. In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 50 auf in dem Speicher 44 gespeicherte Daten zugreifen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Speicher 44 eine Programmierung für die Ausführung durch die Prozessoreinheit der Steuereinrichtung 50 speichern. In einem anderen Beispiel können durch die Sensoren 42 gemessene Daten durch die Steuereinrichtung 50 verarbeitet und in dem Speicher 44 gespeichert werden.
Die Stromquelle 48 kann eine beliebige Quelle gespeicherter Energie sein, wobei es sich um eine elektrische oder chemische Stromquelle handeln kann, die für eine Stromversorgung des Betriebs des aktiven Eingabestifts 20 geeignet ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Stromquelle 48 durch Energie von einem Benutzer oder Gerät geladen werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Stromquelle 48 eine wiederaufladbare Batterie sein, die durch eine an dem aktiven Eingabestift 20 induzierte Bewegung geladen werden kann. In anderen Ausführungsformen kann die Stromquelle 48 des aktiven Eingabestifts 20 Strom zu dem Gerät zuführen oder von denselben empfangen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann Strom induktiv zwischen der Stromquelle 48 und einer Stromquelle des Geräts übertragen werden.
4 zeigt einen beispielhaften aktiven Eingabestift 20 mit einem beispielhaften Gerät 52. Das Gerät 52 kann ein Display (nicht gezeigt) und einen Berührungssensor mit einem berührungsempfindlichen Bereich 54 aufweisen. Das Display des Geräts kann ein Flüssigkristalldisplay (LCD), ein LED-Display, ein LCD mit einer LED-Rückbeleuchtung oder ein anderes, geeignetes Display sein und kann durch ein Deckpaneel und ein Substrat (mit den Treiber- und Messelektroden des daran angeordneten Berührungssensors) des Geräts 52 hindurch sichtbar sein. Es werden hier ein bestimmtes Gerätedisplay und bestimmte Displaytypen beschrieben, wobei die Erfindung aber auch ein beliebiges anderes, geeignetes Gerätedisplay und beliebige, geeignete Displaytypen verwenden kann.
Die Elektronik des Geräts 52 kann die Funktionalität des Geräts 52 bereitstellen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Elektronik des Geräts 52 einen Schaltungsaufbau und elektronische Komponenten für eine drahtlose Kommunikation zu oder von dem Gerät 52, zum Ausführen einer Programmierung auf dem Gerät 52, zum Erzeugen einer grafischen oder andersartigen Benutzeroberfläche (UI) für die Anzeige für einen Benutzer auf dem Display des Geräts 52, zum Verwalten der Stromzufuhr von einer Batterie oder einer anderen Stromquelle zu dem Gerät 52, zum Aufnehmen von Fotos, zum Aufzeichnen von Videos oder für andere geeignete Funktionen oder Kombinationen derselben enthalten. Es werden hier bestimmte Geräteelektroniken zum Bereitstellen von bestimmten Funktionen eines bestimmten Geräts beschrieben, wobei gemäß der Erfindung jedoch auch beliebige andere, geeignete Geräteelektroniken zum Bereitstellen von beliebigen, geeigneten Funktionen eines beliebigen, geeigneten Geräts verwendet werden können.
In bestimmten Ausführungsformen können der aktive Eingabestift 20 und das Gerät 52 vor der Kommunikation von Daten zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und dem Gerät 52 synchronisiert werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der aktive Eingabestift 20 mit dem Gerät 52 synchronisiert werden, indem eine vorbestimmte Bitsequenz von dem Berührungssensor des Geräts 52 gesendet wird. In einem anderen Beispiel kann der aktive Eingabestift 20 mit dem Gerät synchronisiert werden, indem das durch die Treiberelektroden des Berührungssensors des Geräts 52 gesendete Treibersignal verarbeitet wird. Der aktive Eingabestift 20 kann mit dem Gerät 52 interagieren oder kommunizieren, wenn der aktive Eingabestift 20 in einen Kontakt mit dem berührungsempfindlichen Bereich 54 des Berührungssensors des Geräts 52 oder in die Nähe desselben gebracht wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Interaktion zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und dem Gerät 52 kapazitiv oder induktiv sein. Wenn in einem nicht einschränkenden Beispiel der aktive Eingabestift 20 in einen Kontakt mit dem berührungsempfindlichen Bereich 54 des Geräts 52 oder in die Nähe desselben gebracht wird, können durch den aktiven Eingabestift 20 erzeugte Signale kapazitive Knoten des berührungsempfindlichen Bereichs des Geräts 52 beeinflussen oder umgekehrt. In einem anderen Beispiel kann eine Stromquelle des aktiven Eingabestifts 20 induktiv über den Berührungssensor des Geräts 52 oder umgekehrt geladen werden. Es werden hier bestimmte Interaktionen und Kommunikationen zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und dem Gerät 52 beschrieben, wobei gemäß der Erfindung aber auch beliebige andere, geeignete Interaktionen und Kommunikationen über beliebige, geeignete Mittel wie etwa mechanische Kräfte, Strom, Spannung oder elektromagnetische Felder verwendet werden können.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Messsignal von den Sensoren des aktiven Eingabestifts 20 Interaktionen zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und einem oder mehreren Geräten 52 oder einem oder mehreren Benutzern wie oben beschrieben einleiten, bereitstellen oder beenden. Die Interaktion zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und dem Gerät 52 kann auftreten, wenn der aktive Eingabestift 20 das Gerät 52 kontaktiert oder in die Nähe desselben gebracht wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann ein Benutzer eine Geste oder eine Abfolge von Gesten wie etwa ein Schütteln oder ein Umdrehen des aktiven Eingabestifts 20 durchführen, während der aktive Eingabestift 20 über dem berührungsempfindlichen Bereich 54 des Geräts 52 gehalten wird. Der aktive Eingabestift kann mit dem Gerät 52 auf der Basis der mit dem aktiven Eingabestift 20 durchgeführten Geste interagieren, um eine vorbestimmte Funktion wie etwa eine Authentifizierung eines mit dem aktiven Eingabestift 20 oder Gerät 52 assoziierten Benutzers einzuleiten. Es werden hier bestimmte Bewegungen zum Vorsehen von bestimmten Typen von Interaktionen zwischen dem aktiven Eingabestift 20 und dem Gerät 52 beschrieben, wobei gemäß der Erfindung aber auch eine beliebige andere, geeignete Bewegung zum Beeinflussen einer beliebigen, geeigneten Interaktion auf beliebige, geeignete Weise verwendet werden kann.
5 zeigt beispielhafte Energieverwaltungssysteme und Stromquellen für ein Berührungssensorsystem. Energieverwaltungssysteme und Stromquellen können mit Komponenten des Berührungssensorsystems wie etwa aktiven Eingabestiften und berührungsempfindlichen Geräten und mit den Komponenten der aktiven Eingabestifte und der berührungsempfindlichen Geräte assoziiert sein. Der aktive Eingabestift 20 kann eine oder mehrere Stromquellen 48 aufweisen. Entsprechend kann das berührungsempfindliche Gerät 52 eine oder mehrere Stromquellen 58 aufweisen. Die Stromquellen 48 und 58 können jeweils mit den Steuereinrichtungen 50 und 12 kommunizieren. In bestimmten Ausführungsformen wird die Kommunikation durch eine oder mehrere graphische Benutzeroberflächen gesteuert oder überwacht, die auf einem beliebigen aktiven Eingabestift oder Gerät betrieben werden. Die Stromquellen 48 und 58 können elektrische Energie für die Verwendung durch ein Berührungssensorsystem oder assoziierte Komponenten speichern, empfangen, senden oder erzeugen. In bestimmten Ausführungsformen wird elektrische Energie auf beliebige, geeignete Weise wie etwa über eine Verdrahtung, einen direkten physikalischen Kontakt, Temperaturgradienten, piezoelektrische Materialien, mechanische Methoden, elektromagnetische Strahlung oder eine beliebige, geeignete Kombination aus denselben empfangen oder gesendet. Die Stromquellen 48 und 58 können eine beliebige, geeignete Komponente umfassen, die Energie sendet, empfängt, produziert oder modifiziert, wobei es sich etwa um einen Transformator handeln kann. Die Stromquellen 48 und 58 können eine beliebige Art von gespeicherter, erzeugter, empfangener oder gesendeter elektrischer Energie zu einer beliebigen anderen Art von elektrischer Energie wandeln, die für die Verwendung durch ein Berührungssensorsystem und dessen Komponenten geeignet ist. Die elektrische Energie kann eine beliebige, geeignete Form wie etwa elektrische Felder, Magnetfelder, statische Konfigurationen von elektrischer Ladung und elektrische Ströme aufweisen.
Die Stromquelle 48 kann extern oder intern zu dem aktiven Eingabestift 20 vorgesehen sein, und die Stromquelle 58 kann extern oder intern zu dem berührungsempfindlichen Gerät 52 vorgesehen sein. In bestimmten Ausführungsformen ist eine interne Stromquelle eine Batterie oder ein Kondensator. In bestimmten Ausführungsformen ist eine externe Stromquelle eine Wandsteckdose oder eine andere Vorrichtung wie etwa ein Computer. Eine intern zu einem aktiven Eingabestift oder Gerät vorgesehene Stromquelle kann extern zu einem anderen aktiven Eingabestift oder Gerät sein. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Stromquelle 58 intern zu dem berührungsempfindlichen Gerät 52 vorgesehen und dient auch als externe Stromquelle 48 für den aktiven Eingabestift 20. Es werden hier bestimmte Beispiele in bestimmten Ausführungsformen der Stromquellen 48 und 58 beschrieben, wobei gemäß der Erfindung aber auch beliebige andere, geeignete Stromquellen 48 und 58 zum Zuführen, Empfangen, Speichern oder Erzeugen einer beliebigen, geeigneten Art von elektrischer Energie mittels einer beliebigen, geeigneten Methode zu oder von beliebigen, geeigneten Quellen oder Zielen verwendet werden können.
Der aktive Eingabestift 20 kann ein oder mehrere Energieverwaltungssysteme 60 aufweisen. Entsprechend kann das berührungsempfindliche Gerät 52 ein oder mehrere Energieverwaltungssysteme 56 aufweisen. Die Energieverwaltungssysteme 60 und 56 können jeweils mit Steuereinrichtungen 50 und 12 kommunizieren. In bestimmten Ausführungsformen wird die Kommunikation durch eine graphische Benutzeroberfläche gesteuert oder überwacht, die an einem aktiven Eingabestift oder Gerät betrieben wird. Die Energieverwaltungssysteme 60 und 56 können eine elektrische Energie, die für die Verwendung durch ein Berührungssensorsystem oder dessen Komponenten geeignet ist, steuern, modifizieren oder den Empfang, die Erzeugung oder die Übertragung derselben aufzeichnen. In bestimmten Ausführungsformen weisen die Energieverwaltungssysteme 60 und 56 einer oder mehreren Komponenten, die mit einem Berührungssensorsystem assoziiert sind, elektrische Energie zu, die in einer oder mehreren mit dem Berührungssensorsystem assoziierten Komponenten vorhanden ist oder zu denselben zugeführt wird. In bestimmten Ausführungsformen verwenden die Energieverwaltungssysteme 60 und 56 Kriterien wie etwa Metriken, um die Zuweisung von Energie zu einer oder mehreren Komponenten eines Berührungssensorsystems einzuleiten, durchzuführen oder zu beenden. In bestimmten Ausführungsformen weisen die Energieverwaltungssysteme 60 und 56 eine bestimmte Energiemenge zu einer oder mehreren mit einem Berührungssensorsystem assoziierten Komponenten zu und können verschiedene Energiemengen zu bestimmten Komponenten zu verschiedenen Zeiten zuweisen. Zum Beispiel bestimmt ein Energieverwaltungssystem 60 die Stromversorgungsmodi eines aktiven Eingabestifts. Ein Stromversorgungsmodus beschreibt die zu einer oder mehreren Komponenten, die mit dem aktiven Eingabestift assoziiert sind, gesendete Energiemenge. Das Energieverwaltungssystem 60 kann die Stromversorgungsmodi für den aktiven Eingabestift wenigstens teilweise auf der Basis einer Eingabe von einem Benutzer oder einem aktiven Eingabestift oder Gerät wechseln. Eine graphische Benutzeroberfläche kann gestatten, dass ein Benutzer die Stromversorgungsmodi eines aktiven Eingabestifts und die Methode oder Kriterien für den Wechsel zwischen denselben steuert oder überwacht.
In bestimmten Ausführungsformen kann ein aktiver Eingabestift Energie aus der Umgebung des aktiven Eingabestifts gewinnen (Energy-Harvesting). Ein aktiver Eingabestift kann einen beliebigen Typ von Energie wie etwa kinetische, akustische, thermische, solare oder elektrische Energie gewinnen. Die durch einen aktiven Eingabestift gewonnene Energie kann zu einer beliebigen Form von elektrischer Energie wie etwa zu elektrischen Strömen und Ladungsverteilungen gewandelt und als solche gespeichert werden. Die elektrische Energie kann für die Stromversorgung des aktiven Eingabestifts oder dessen Komponenten verwendet werden.
6 zeigt einen beispielhaften aktiven Eingabestift mit kinetischen Energy-Harvestern. Kinetische Energie wird durch einen oder mehrere kinetische Harvester 62 an oder in dem aktiven Eingabestift 20 gewonnen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der kinetische Harvester 62 eine Feder. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der kinetische Harvester 62 ein piezoelektrisches Element in einem aktiven Eingabestift. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der kinetische Harvester 62 einen Magneten und einen zu einer oder mehreren Windungen gebogenen Leiter. Bei einer Bewegung des aktiven Eingabestifts 20 wird der Magnet relativ zu dem Leiter bewegt, wodurch kinetische Energie zu elektrischer Energie gewandelt wird. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der kinetische Harvester 62 einen Vibrations-abhängigen Kondensator, der eine gewisse anfängliche Ladung aufweist. Bei einer Bewegung des aktiven Eingabestifts ändert sich die Distanz zwischen den geladenen Flächen des Kondensators, wodurch kinetische Energie zu elektrischen Strömen gewandelt wird. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der kinetische Harvester 62 ein Fluid in einem geschlossenen Volumen wie etwa ein unter Druck stehendes Hydraulikfluid und ist mit einem oder mehreren piezoelektrischen Elementen verbunden. Bei einer Bewegung des aktiven Eingabestifts ändern sich Druckpunkte in dem Fluid und treiben einen oder mehrere Kolben an. Die Bewegung der Kolben wird durch die piezoelektrischen Elemente zu elektrischer Energie gewandelt.
Kinetische Energie kann zu elektrischer Energie gewandelt werden, wenn mechanische Kräfte auf einen aktiven Eingabestift 20 einwirken. Zum Beispiel kann kinetische Energie gewandelt werden, wenn der aktive Eingabestift eine laterale Beschleunigung, eine Drehung oder eine Vibration erfährt. In bestimmten Ausführungsformen wird kinetische Energie durch einen kinetischen Harvester 62 gewonnen, wenn der aktive Eingabestift 20 geschüttelt wird. In bestimmten Ausführungsformen wird kinetische Energie durch einen kinetischen Harvester 62 gewonnen, wenn der aktive Eingabestift 20 während einer Betätigung wie etwa dem Schreiben auf einem berührungsempfindlichen Display bewegt wird. In bestimmten Ausführungsformen wird kinetische Energie durch einen kinetischen Harvester 62 gewonnen, wenn der aktive Eingabestift 20 unabhängig von einer Betätigung bewegt wird, zum Beispiel während der aktive Eingabestift 20 in einer Tasche aufbewahrt wird, an einem berührungsempfindlichen Gerät befestigt ist oder durch einen Benutzer bewegt wird. In bestimmten Ausführungsformen wird kinetische Energie durch einen kinetischen Harvester 62 gewonnen, wenn der kinetische Harvester 62 zum Beispiel aufgrund eingehender akustischer Wellen vibriert. Es werden hier bestimmte Beispiele von bestimmten Ausführungsformen von kinetischen Energy-Harvestern und durch dieselben gewonnener kinetischer Energie beschrieben, wobei gemäß der Erfindung aber auch beliebige andere, geeignete kinetische Harvester an einer beliebigen, geeigneten Position für die Gewinnung einer beliebigen kinetischen Energie verwendet werden können.
7 zeigt einen beispielhaften aktiven Eingabestift mit thermischen Energy-Harvestern. Thermische Energie wird durch einen oder mehrere thermische Harvester 64 an oder in dem aktiven Eingabestift 20 gewonnen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der thermische Harvester ein beliebiges, geeignetes pyroelektrisches Material. In bestimmten Ausführungsformen ist der thermische Harvester 64 ein thermisch-elektrischer Generator. Zum Beispiel kann ein Temperaturgradient an dem Übergang 70 zwischen einem ersten Leitermaterial 66 und einem zweiten Leitermaterial 68 thermische Energie zu elektrischer Energie wandeln. In einer beispielhaften Ausführungsform bedeckt das erste Leitermaterial 66 einen beliebigen, geeigneten Abschnitt des äußeren Körpers 22 des aktiven Eingabestifts 20 oder bildet einen Teil desselben. Das zweite Leitermaterial 68 bedeckt einen anderen Abschnitt des äußeren Körpers 22 des aktiven Eingabestifts 20 oder bildet einen Teil desselben oder ist in dem Körper des aktiven Eingabestifts 20 angeordnet. Das zweite Leitermaterial 68 weist einen Übergang 70 mit dem ersten Leitermaterial 66 auf. Zum Beispiel können das erste Leitermaterial 66 und das zweite Leitermaterial 68 in konzentrischen Zylindern 72 angeordnet sein, wobei das erste Leitermaterial 66 an dem äußeren Körper 22 des aktiven Eingabestifts 20 vorgesehen ist oder einen Teil desselben bildet. In bestimmten Ausführungsformen beruht der Temperaturgradient auf einer Temperaturdifferenz zwischen der Umgebung des aktiven Eingabestifts wie etwa der Temperatur eines Benutzers oder der Umgebungstemperatur und der internen Umgebung des aktiven Eingabestifts. In bestimmten Ausführungsformen beruht der Temperaturgradient darauf, dass verschiedene Abschnitte der Außenfläche des aktiven Eingabestifts verschiedenen Temperaturen wie etwa der Temperatur der Benutzers und der Umgebungstemperatur der äußeren Umgebung des aktiven Eingabestifts ausgesetzt sind. Es werden hier bestimmte Beispiele von bestimmten Ausführungsformen von thermischen Energy-Harvestern und durch dieselben gewonnener thermischer Energie beschrieben, wobei gemäß der Erfindung aber auch beliebige andere, geeignete thermische Harvester an einer beliebigen, geeigneten Position für die Gewinnung einer beliebigen thermischen Energie verwendet werden können.
8 zeigt einen beispielhaften aktiven Eingabestift mit elektrischen Energy-Harvestern. Elektrische Energie wird durch einen oder mehrere elektrische Energy-Harvester 74 an oder in einem aktiven Eingabestift 20 gewonnen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der elektrische Energy-Harvester 74 eine Antenne, die etwa durch eine oder mehrere Windungen eines leitenden Materials an oder in dem aktiven Eingabestift 20 gebildet wird. Die Antenne gewinnt elektrische Energie in einem geeigneten Frequenzbereich wie etwa in dem für die Hochfrequenzidentifikation verwendeten Bereich. Zum Beispiel kann die elektrische Energie durch ein mit dem aktiven Eingabestift assoziiertes Gerät wie etwa ein berührungsempfindliches Gerät erzeugt werden. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der elektrische Energy-Harvester 74 eine Induktionsspule, die in dem aktiven Eingabestift 20 angeordnet ist. Die Induktionsspule empfängt elektrische Energie wie zum Beispiel eine durch ein berührungsempfindliches Gerät erzeugte elektrische Energie. Es werden hier bestimmte Beispiele von bestimmten Ausführungsformen von elektrischen Energy-Harvestern und durch dieselben gewonnener elektrischer Energie beschrieben, wobei gemäß der Erfindung aber auch beliebige andere, geeignete elektrische Energy-Harvester an einer beliebigen, geeigneten Position für die Gewinnung einer beliebigen elektrischen Energie verwendet werden können.
9 zeigt einen beispielhaften aktiven Eingabestift mit solaren Energy-Harvestern. Solare Energie wird durch einen oder mehrere solare Energy-Harvester 76 an oder in dem aktiven Eingabestift 20 gewonnen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der solare Energy-Harvester 76 eine photovoltaische Einrichtung wie etwa ein Solarpanel, das aus einem geeigneten Material wie etwa Cadmiumtellurid ausgebildet ist. Solare Energie mit einer geeigneten Wellenlänge für das photovoltaische Material wird durch den aktiven Eingabestift 20 gewonnen. Das photovoltaische Material kann beliebige, geeignete Dimensionen aufweisen und in einem beliebigen, geeigneten Bereich des aktiven Eingabestifts 20 angeordnet sein. Es werden hier bestimmte Beispiele von bestimmten Ausführungsformen von solaren Energy-Harvestern beschrieben, wobei gemäß der Erfindung aber auch beliebige andere, geeignete solare Energy-Harvester an einer beliebigen, geeigneten Position des aktiven Eingabestifts für die Gewinnung einer geeigneten Wellenlänge der solaren Energie verwendet werden können.
Eine Bezugnahme auf ein computerlesbares, nichttransitorisches Speichermedium kann sich auch auf einen halbleiterbasierten oder anderen integrierten Schaltkreis (IC) (wie zum Beispiel ein Feld-programmierbares Gatterarray (FPGA) oder einen anwendungsspezifischen IC (ASIC)), eine Festplatte, ein Festplattenlaufwerk (HDD), ein hybrides Laufwerk (HHD), eine optische Platte, ein optisches Laufwerk (ODD), eine magnetooptische Platte, ein magnetooptisches Laufwerk, eine Diskette, ein Diskettenlaufwerk (FDD), ein Magnetband, ein holographisches Speichermedium, ein Festkörperlaufwerk (SSD), ein RAM-Laufwerk, eine SECURE DIGITAL-Karte, ein SECURE DIGITAL-Laufwerk, ein anderes geeignetes computerlesbares, nicht-transitorisches Speichermedium oder eine geeignete Kombination aus zwei oder mehr derselben beziehen. Ein computerlesbares, nicht-transitorisches Speichermedium kann ein flüchtiges Speichermedium, ein nicht-flüchtiges Speichermedium oder eine Kombination aus denselben sein.
Die Konjunktion „oder” ist inklusiv und nicht exklusiv zu verstehen, außer wenn dies durch den Kontext eigens anders angegeben wird. Unter „A oder B” ist also „A, B oder beide” zu verstehen, außer wenn dies durch den Kontext eigens anders angegeben wird. Weiterhin ist die Konjunktion „und” sowohl kombinierend als auch aufzählend zu verstehen, außer wenn dies durch den Kontext eigens anders angegeben wird. Unter „A und B” ist hier also „A und B in dieser Kombination oder jeweils einzeln” zu verstehen, außer wenn dies durch den Kontext eigens anders angegeben wird.
Die Offenbarung umfasst alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen und Modifikationen an den hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen, die für den Fachmann nachvollziehbar sind. Wenn in den folgenden Ansprüchen auf eine Vorrichtung, auf ein System oder auf eine Komponente in einer Vorrichtung oder einem System Bezug genommen wird, die ausgebildet, angeordnet, befähigt, konfiguriert, aktiviert, betriebsfähig oder operativ sind, um eine bestimmte Funktion auszuführen, bezieht sich dies auf die Vorrichtung, das System oder die Komponente unabhängig davon, ob die bestimmte Funktion aktiviert, eingeschaltet oder freigegeben ist, solange die Vorrichtung, das System oder die Komponente derart ausgebildet, angeordnet, befähigt, konfiguriert, aktiviert, betriebsfähig oder operativ sind.

Claims

Eingabestift, der umfasst: eine oder mehrere Elektroden und ein oder mehrere computerlesbare, nicht-transitorische Speichermedien, die eine Logik zum drahtlosen Senden von Signalen von dem Eingabestift zu einem Gerät über einen Berührungssensor des Geräts verkörpern, und einen oder mehrere Sensoren zum Gewinnen von kinetischer, thermischer, solarer oder elektrischer Energie von dem Eingabestift oder einer Umgebung des Eingabestifts.
Eingabestift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kinetische Energie durch eine oder mehrere der folgenden Einheiten gewonnen wird: ein piezoelektrisches Element, einen Magneten, der induktiv mit einem Leiter verbunden ist, ein Fluid in einem geschlossenen Volumen, einen variablen Kondensator, oder eine Feder.
Eingabestift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie durch eine Temperaturdifferenz zwischen der externen Umgebung des Eingabestifts und einem Benutzer oder der internen Umgebung des Eingabestifts gewonnen wird.
Eingabestift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie durch eine Temperaturdifferenz zwischen einem ersten Leiter, der wenigstens einen Teil des äußeren Körpers des Eingabestifts umfasst, und einem zweiten Leiter, der wenigstens einen anderen Teil des äußeren Körpers des Eingabestifts umfasst, gewonnen wird.
Eingabestift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie durch eine Temperaturdifferenz zwischen einem ersten Leiter, der wenigstens einen Teil des äußeren Körpers des Eingabestifts umfasst, und einem zweiten Leiter, der im Inneren des Eingabestifts angeordnet ist, gewonnen wird.
Eingabestift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie durch eine oder mehrere Antennen oder Induktionsspulen gewonnen wird.
Eingabestift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie durch ein berührungsempfindliches Gerät erzeugt wird.
Eingabestift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die solare Energie durch ein photovoltaisches Material an oder in der Nähe der Oberfläche des Eingabestifts gewonnen wird.
Ein oder mehrere computerlesbare, nicht-transitorische Speichermedien, die eine Logik verkörpern, die bei einer Ausführung betrieben werden kann zum: Gewinnen, mittels eines oder mehrere Sensoren an oder in einem Eingabestift, von kinetischer, thermischer, solarer oder elektrischer Energie des Eingabestifts oder aus einer Umgebung des Eingabestifts, wobei der Eingabestift eine oder mehrere Elektroden umfasst und die Speichermedien weiterhin eine Logik zum drahtlosen Senden von Signalen zu einem Gerät über einen Berührungssensor des Geräts verkörpern.
Speichermedien nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die kinetische Energie gewonnen wird durch: ein piezoelektrisches Element, einen Magneten, der induktiv mit einem Leiter verbunden ist, ein Fluid in einem geschlossenen Volumen, einen variablen Kondensator, oder eine Feder.
Speichermedien nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie durch eine Temperaturdifferenz zwischen der externen Umgebung des Eingabestifts und einem Benutzer oder der internen Umgebung des Eingabestifts gewonnen wird.
Speichermedien nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie durch eine oder mehrere Antennen oder Induktionsspulen gewonnen wird.