觸筆設(shè)備用于與計(jì)算設(shè)備交互并且向計(jì)算設(shè)備傳達(dá)信息。例如,觸筆可以用于在計(jì)算機(jī)屏幕上繪制線條或激活用戶界面,這樣的圖形用戶界面(GUI)是計(jì)算系統(tǒng)或工作站的部分。與觸筆的使用相關(guān)聯(lián)的一項(xiàng)挑戰(zhàn)涉及觸筆尖端或筆尖的位置的精確標(biāo)識(shí)。這在觸筆被使用在三維空間中而不是簡(jiǎn)單地二維空間時(shí)變得特別明顯,在二維空間中觸筆通常結(jié)合觸摸板使用。這在用戶期望在開放立體圖中作注釋時(shí)變得進(jìn)一步明顯,其中不存在用于激活觸筆的觸摸對(duì)象。以下鑒于本發(fā)明的原理來(lái)詳細(xì)描述這些挑戰(zhàn)和其它挑戰(zhàn)。
附圖說明
附圖圖示本文所描述的原理的各種示例,并且是說明書的一部分。所圖示的示例僅僅是示例,并且不限制權(quán)利要求的范圍。
圖1是本發(fā)明的一個(gè)示例的透視圖,其圖示了根據(jù)本文所描述的原理的一個(gè)示例的外殼、尖端開關(guān)、手動(dòng)超馳按鈕和LED超馳指示器。
圖2是圖示在圖1中的示例的剖面?zhèn)纫晥D,其圖示了根據(jù)本文所描述的原理的一個(gè)示例的發(fā)明觸筆的各種組件。
圖3是根據(jù)本文所描述的原理的一個(gè)示例的使用在發(fā)明觸筆的一個(gè)示例中的印刷電路板和各種組件電路的俯視圖。
圖4是圖示了根據(jù)本文所描述的原理的一個(gè)示例的在觸筆上施加的力水平和利用發(fā)明觸筆繪制的線條特性的所得改變的轉(zhuǎn)變的屏幕截圖。
圖5是根據(jù)本文所描述的原理的一個(gè)示例的正用于對(duì)三維對(duì)象和開放立體圖中的圓形作注釋的發(fā)明觸筆的透視圖。
圖6是圖示了根據(jù)本文所描述的原理的一個(gè)示例的使用在發(fā)明觸筆的一個(gè)示例中的邏輯步驟的流程圖。
圖7是圖示了根據(jù)本文所描述的原理的一個(gè)示例的使用在發(fā)明觸筆的一個(gè)示例中的邏輯步驟的第二流程圖。
圖8是圖示了根據(jù)本文所描述的原理的一個(gè)示例的使用在發(fā)明觸筆的一個(gè)示例中的邏輯步驟的第三流程圖。
遍及各圖,相同參考標(biāo)號(hào)指代類似但不一定相同的元件。
具體實(shí)施方式
在圖中示出并且在下文描述的示例說明但不限制本發(fā)明,本發(fā)明在以下描述之后的權(quán)利要求中加以限定。
在以下描述中,出于說明的目的,闡述眾多具體細(xì)節(jié)以便提供本系統(tǒng)和方法的透徹理解。然而,對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是,本裝置、系統(tǒng)和方法可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。說明書中對(duì)“示例”或類似語(yǔ)言的引用意指結(jié)合該示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性如所描述的那樣被包括,但是可能不被包括在其它示例中。
參照?qǐng)D1,圖示了具有本發(fā)明的各方面的觸筆(100)。觸筆(100)包括外殼(102)和尖端開關(guān)(104)。外殼(102)可以包括外殼(102)的部分之上的回射涂層(106),或者在可替換的示例中,回射涂層可以完全覆蓋外殼(102)的外表面。觸筆(100)還可以包括手動(dòng)開關(guān)(108)和指示器燈(110)。在一個(gè)示例中,指示器燈(110)是LED并且用于在手動(dòng)開關(guān)(108)被閉合或激活時(shí)進(jìn)行指示。如圖1中所圖示的,觸筆(100),或可替換地,外殼(102)的橫截面一般是圓柱形的并且在其長(zhǎng)度之上延伸,具有用于書寫的鋼筆或鉛筆的形狀。然而要領(lǐng)會(huì)到,可以采用其它形狀,諸如正方形或六邊形橫截面。外殼(102)還可以包括第一端(112)和第二端(114),該外殼具有漸縮形狀,所述漸縮形狀從例如外殼的圓柱形橫截面開始并且漸縮到尖端開關(guān)(104)位于其中的相對(duì)較小橫截面。本發(fā)明的可替換示例可以包括觸筆(100)或外殼(102)的第二端(114)處的第二尖端(116)。在一些示例中,第二尖端(116)可以具有尖端開關(guān)能力,如以下進(jìn)一步描述的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2,圖示了以上描述的觸筆(100)的橫截面剖面視圖。觸筆(100)的內(nèi)部組件可以包括印刷電路板(PCB)(118),該印刷電路板自身包括安裝在其上的手動(dòng)開關(guān)(108)和指示器燈(110)。此外,PCB(118)包括控制單元或電路(120)和射頻傳輸器(122)。傳輸器(122)通過無(wú)線射頻鏈路從觸筆(100)向計(jì)算設(shè)備(未圖示)傳送數(shù)據(jù)??商鎿Q地,無(wú)線鏈路可以用觸筆(100)和計(jì)算設(shè)備之間的有線鏈路代替。PCB(118)還可以包括加速度計(jì)(124),該加速度計(jì)可以檢測(cè)觸筆(100)在二維或三維中的精細(xì)移動(dòng)。仍舊參照?qǐng)D2,觸筆(100)可以包括用于抵靠金屬結(jié)構(gòu)安裝觸筆(100)的磁體(126),所述金屬結(jié)構(gòu)諸如例如計(jì)算設(shè)備的外殼的金屬部分。觸筆(100)的內(nèi)部組件部分還可以包括用于供應(yīng)功率的電池(128)。可替換地,可以通過在觸筆(100)和計(jì)算設(shè)備之間延伸的導(dǎo)線來(lái)供應(yīng)功率。
仍舊參照?qǐng)D2,觸筆(100)包括,如以上所指示的,尖端開關(guān)(104)。尖端開關(guān)(104)在一個(gè)示例中包括用于在計(jì)算設(shè)備上進(jìn)行繪圖或書寫的尖端部分(有時(shí)稱為“筆尖”)(130)。尖端開關(guān)(104)還包括軸桿部分(132)和電接觸部分(134)。軸桿部分(132)或電接觸部分(134)或二者具有負(fù)載或力感測(cè)能力,以用于檢測(cè)在書寫或繪圖期間置于尖端部分(130)上的負(fù)載的幅度。例如,負(fù)載感測(cè)部分可以包括壓電材料,該壓電材料基于在繪圖或書寫期間經(jīng)歷的負(fù)載而更改電阻。電阻的改變可以由控制單元或電路(120)使用以確定負(fù)載的幅度。負(fù)載感測(cè)材料或設(shè)備的可替換示例包括電容傳感器或簡(jiǎn)單的應(yīng)變儀。尖端開關(guān)(104)的接觸部分(134)可以與PCB(118)的端部間隔短距離(136),并且在一個(gè)示例中通過彈簧(未圖示)從PCB(118)偏置開。使接觸部分(134)以這樣的方式從PCB(118)偏置開更好地確保來(lái)自尖端開關(guān)的寄生負(fù)載或噪聲在觸筆(100)不正用于書寫或繪圖時(shí)不被控制單元或電路檢測(cè)到。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3,以概念方式說明具有剛才描述的組件的PCB(138)的一個(gè)示例的第二或俯視圖。在該示例中,PCB(318)包括手動(dòng)開關(guān)電路(308)和指示器燈電路(310)。PCB(318)還可以包括用于控制單元(320)、傳輸器(322)和加速度計(jì)(324)的電路。取決于PCB(318)上的組件的功率要求,還可以采用升壓轉(zhuǎn)換器(323)。說明性PCB(318)還包括用于建立與例如電池功率源(328)(在部分視圖中示出)的電連接的功率源接觸點(diǎn)(340)。PCB(318)還包括用于建立與說明性尖端開關(guān)(304)(在部分視圖中示出)的接觸部分(334)的電連接的尖端開關(guān)接觸點(diǎn)(342)。
說明性PCB(318)(和圖2中所示的PCB(118))可以使用可容易得到的組件和技術(shù)來(lái)布置和構(gòu)造。一個(gè)這樣的示例中的基本組件部分包括用于控制電路和傳輸器的德州儀器公司的CC2540BLE SoC以及亞德諾半導(dǎo)體技術(shù)有限公司(Analog Device)的ADXL3623軸加速度計(jì)。SoC和加速度計(jì)可以使用串行外圍接口協(xié)議進(jìn)行連接。手動(dòng)開關(guān)和指示器組件可以使用通用輸入/輸出引腳連接到SoC??梢允褂脧碾姵鼗蛏龎恨D(zhuǎn)換器接收的Vcc輸入來(lái)給SoC供應(yīng)功率。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4和圖5,圖示了與計(jì)算設(shè)備一起使用的本發(fā)明的示例觸筆。一般而言,本文中所考慮的計(jì)算設(shè)備包括用以從觸筆接收輸入的任何類型的計(jì)算設(shè)備,諸如但不限于,平板計(jì)算機(jī)、可轉(zhuǎn)換筆記本或膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、繪圖板、游戲設(shè)備或其它類似設(shè)備。更具體地,如本文所考慮的計(jì)算設(shè)備可以包括具有用于數(shù)據(jù)輸入的觸摸屏接口的任何設(shè)備。此外,本發(fā)明的觸筆可以與結(jié)合三維掃描裝備使用的投影捕獲設(shè)備一起有利地使用。以下參照?qǐng)D4和圖5更加詳細(xì)地描述發(fā)明觸筆與觸摸屏和投影捕獲系統(tǒng)一起的使用。
參照?qǐng)D4,圖示了具有觸摸屏(402)的計(jì)算設(shè)備(400)。觸摸屏可以是用以接收傳送至處理器或其它電子設(shè)備的輸入的電容型觸摸屏。電容型觸摸屏使得計(jì)算設(shè)備能夠精確地追蹤處于與觸摸屏的操作接合中的觸筆尖端的位置。然而,觸摸屏不能夠精確地檢測(cè)由觸筆施加到觸摸屏的力或者更改由觸筆在觸摸屏上做出的線條或繪圖的特性。該發(fā)明觸筆通過檢測(cè)觸筆尖端處的力的幅度并且將該信息傳送至計(jì)算設(shè)備(例如與其通信的觸摸屏或處理器)來(lái)解決該缺陷。
例如,圖示了觸筆(404),該觸筆正在觸摸屏(402)的表面上繪制線條(406)。觸筆(404)包括尖端開關(guān)(408),諸如以上參照?qǐng)D1和圖2描述的尖端開關(guān)。觸筆跨觸摸屏(402)的表面繪制線條(406),從第一點(diǎn)(406A)開始并且在第五點(diǎn)(406E)處終止。在第一點(diǎn)(406A)處,觸筆中的控制電路檢測(cè)第一幅度或力水平,并且跟隨力水平的編碼,向計(jì)算設(shè)備傳輸經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)。計(jì)算設(shè)備通過生成對(duì)應(yīng)于第一幅度或力水平的線寬來(lái)作出響應(yīng),如圖4中所指示的,在第一點(diǎn)(406A)和第二點(diǎn)(406B)之間繪制的線條(406)中之間。
在第二點(diǎn)(406B)處,從觸摸屏(402)的表面移除觸筆(404),并且更具體地,移除尖端開關(guān)(408)。尖端開關(guān)(408)從觸摸屏(402)的表面的移除使得尖端開關(guān)(408)失去與PCB(例如圖1和圖3中的PCB(118)或PCB(318))的電連接。控制電路檢測(cè)到電連接性的失去并且將這解釋為觸筆從觸摸屏的移除??刂齐娐穼?duì)該信息進(jìn)行編碼并且向計(jì)算設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。計(jì)算設(shè)備通過不生成第二點(diǎn)(406B)和第三點(diǎn)(406C)之間的線寬來(lái)作出響應(yīng)??商鎿Q地,觸筆(404)(或尖端開關(guān)(408))不需要從觸摸屏物理地移除以用于命令計(jì)算設(shè)備不繪制線條。而是,可以設(shè)置由控制電路檢測(cè)的力水平的幅度的閾值,在閾值以下將不生成線條,即便觸筆(404)保持與觸摸屏接觸,并且向尖端開關(guān)(408)施加小但在閾值以下的力。
在第三點(diǎn)(406C)處,向尖端開關(guān)(408)重新施加充足的力以再一次使計(jì)算設(shè)備生成對(duì)應(yīng)于所施加的力的幅度的線寬。如圖4中所指示的,在第三點(diǎn)(406C)處開始的線寬與第一點(diǎn)(406A)和第二點(diǎn)(406B)之間的線寬相同,從而指示置于尖端開關(guān)(408)上的所施加的力的幅度在線條繪制的兩個(gè)區(qū)中相同。在第四點(diǎn)(406D)處,施加到尖端開關(guān)(408)的力中的突然增加通過線寬中的突然增加來(lái)指示。增加的線寬延伸到第五點(diǎn)(406E)。
出現(xiàn)在圖4中的線條(406)被圖示和描述為具有線寬中的突然改變。第一突然改變發(fā)生在第二點(diǎn)(406B)處,其中線寬從對(duì)應(yīng)于第一所施加的力水平的第一寬度改變到對(duì)應(yīng)于閾值以下的所施加的力或觸筆移除的完全沒有寬度或線條。第二突然改變發(fā)生在第三點(diǎn)(406C)處,該改變是第一改變的相反情況。第三突然改變發(fā)生在第四點(diǎn)(406D)處,其中線寬從第一線寬大幅增加。第四點(diǎn)(406D)處的線寬中的突然改變由施加到尖端開關(guān)(408)的力中的突然增加引起。
在可替換的示例(未圖示)中,線寬作為在尖端開關(guān)處施加的力的函數(shù)而逐漸而非突然地增加或減小。作為所施加的力的函數(shù)的線寬中的逐漸增加或減小(除了突然增加或減小之外)通過由控制電路檢測(cè)和傳輸?shù)乃┘拥牧λ降倪m當(dāng)離散化而使得能夠?qū)崿F(xiàn)。例如,適合于本發(fā)明的尖端開關(guān)可以檢測(cè)0克到近似400克之間的所施加的力水平??刂齐娐房梢员痪幊虨槭褂?位字對(duì)所施加的力數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,這將把400克范圍離散化成256個(gè)增量。相反,3位字將準(zhǔn)許僅8個(gè)增量。在任一情況下,遞增力水平可以通過使用任何標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來(lái)編碼和傳輸至計(jì)算設(shè)備,諸如頻率、相位或振幅漂移鍵控或任何其它標(biāo)準(zhǔn)編碼手段。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5,圖示了與投影捕獲型計(jì)算設(shè)備或系統(tǒng)一起使用的發(fā)明觸筆。例如,將投影捕獲系統(tǒng)(500)圖示為結(jié)合合并本發(fā)明的若干原理的觸筆(504)使用。系統(tǒng)包括提供交互式工作空間(552)的紅外相機(jī)或深度傳感器(550)。紅外相機(jī)或深度傳感器(550)操作耦合到觀看屏幕(554),使得放置在工作表面(556)上的二維(例如照片或文檔)或三維對(duì)象被重構(gòu),并且它們的圖像在觀看屏幕(554)上生成和照亮。在本發(fā)明的一個(gè)示例中,觸筆(504)完全或部分地覆蓋有回射涂層(506)?;厣渫繉?506)使得紅外相機(jī)或深度傳感器(550)能夠追蹤交互式工作空間(552)內(nèi)的觸筆(504)的位置。加速度計(jì)也可以使用在觸筆中以針對(duì)觸筆的精細(xì)位置移動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié),所述精細(xì)位置移動(dòng)對(duì)于紅外相機(jī)或深度傳感器而言過于粗略以致無(wú)法精確地追蹤。
仍舊參照?qǐng)D5,示出放置在工作表面(556)上的三維對(duì)象(558)。圖示了觸筆(504),該觸筆正以與以上描述的類似的方式在對(duì)象(558)的表面上繪制線條(560)。紅外相機(jī)或深度傳感器(550)用于在觀看屏幕(554)上重構(gòu)對(duì)象(558)和線條(560)的圖像(562)。在另外的示例中,本發(fā)明的觸筆可以用于在交互式工作空間(552)內(nèi)的任何位置中對(duì)線條或繪圖作注釋;線條或繪圖不需要直接在對(duì)象上執(zhí)行。例如,圖示了第二觸筆(508),該第二觸筆正在交互式工作空間(552)內(nèi)部繪制圓形(510)。圓形(510)的圖像(512)以與以上描述的類似的方式通過深度傳感器(550)的紅外相機(jī)的使用而生成并且在觀看屏幕(554)上示出。
在對(duì)離開對(duì)象或觸摸屏表面的立體圖中的線條或繪圖作注釋中的一個(gè)明顯差異是需要激活觸筆而不是通過與尖端開關(guān)的直接接觸。在這種情況下,將手動(dòng)開關(guān)(514)(圖1和圖2中的手動(dòng)開關(guān)(108))用作對(duì)尖端開關(guān)的超馳。更具體地,當(dāng)觸筆的用戶期望在沒有觸筆(或尖端開關(guān))與對(duì)象接觸的情況下在立體圖中作注釋時(shí),用戶閉合(或激活)手動(dòng)開關(guān)(514)。使用手動(dòng)開關(guān)(514)超馳尖端開關(guān)使得觸筆(508)內(nèi)的控制電路能夠編碼和向計(jì)算設(shè)備傳輸對(duì)應(yīng)于超馳施加力水平的信號(hào)。該特征使得計(jì)算設(shè)備能夠生成觸筆(或尖端開關(guān))位置的圖像而沒有通過與對(duì)象的接觸激活尖端開關(guān)。手動(dòng)超馳開關(guān)和控制電路通過例如使用預(yù)定序列觸發(fā)開關(guān)來(lái)向計(jì)算設(shè)備發(fā)信號(hào)通知圖像不同線寬或甚至顏色。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6,流程圖(600)圖示了可以用于使用本發(fā)明的原理來(lái)確定尖端開關(guān)或手動(dòng)超馳開關(guān)的狀態(tài)的邏輯步驟的示例集合。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到,若干步驟可以互換、組合或更改以實(shí)現(xiàn)類似的功能。示例步驟的序列在對(duì)計(jì)算設(shè)備和觸筆上電時(shí)啟動(dòng)或開始(602)。第一詢問(604)為是否激活手動(dòng)超馳開關(guān)。如果激活手動(dòng)超馳開關(guān),則控制電路將所施加的力信號(hào)設(shè)置成超馳值(606)。如以上所描述的,超馳值可以基于手動(dòng)超馳開關(guān)的激活序列而設(shè)置成若干值之一。一旦設(shè)置信號(hào)水平,則對(duì)信號(hào)編碼(608)并且然后將該信號(hào)傳輸(610)至計(jì)算設(shè)備。步驟的序列然后返回到第一詢問(604)并且重復(fù)直到第一詢問確定手動(dòng)超馳開關(guān)開路或者不再被激活。
如果手動(dòng)超馳開關(guān)開路,序列進(jìn)行到第二詢問(612)。第二詢問(612)為筆尖或尖端開關(guān)是否與PCB電接觸,如以上所描述的。如果沒有檢測(cè)到接觸,則將所施加的力信號(hào)設(shè)置成零(614)并且然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行編碼(608)和傳輸(610)。如果檢測(cè)到接觸,則控制電路詢問(616)在尖端開關(guān)處施加的力是否大于閾值。如果所施加的力小于或等于閾值,則,如關(guān)于無(wú)接觸情形那樣,將信號(hào)設(shè)置成零,對(duì)該信號(hào)進(jìn)行編碼和傳輸。如果所施加的力大于閾值,則對(duì)所檢測(cè)到的所施加的力水平進(jìn)行編碼(608)和傳輸(610)。如以上所陳述的,表示所施加的力水平的信號(hào)(被檢測(cè)到或手動(dòng)設(shè)置)可以如所期望的那樣粗略或精細(xì)地離散化,并且使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行編碼以供傳輸至計(jì)算設(shè)備。
參照?qǐng)D7,示例步驟的更一般的序列(700)圖示了使用以上所描述的原理的方法。第一步驟是激勵(lì)(702)計(jì)算設(shè)備和觸筆,如果該計(jì)算設(shè)備和觸筆之前沒有被激勵(lì)的話。第二步驟確定觸筆在工作空間中的位置(704),所述工作空間可以是二維或三維工作空間。第三步驟確定尖端開關(guān)和手動(dòng)超馳開關(guān)的狀態(tài),并且設(shè)置對(duì)應(yīng)于狀態(tài)的信號(hào)(706)。第四和第五步驟分別對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼(708)并且向計(jì)算設(shè)備傳輸經(jīng)編碼的信號(hào)(710)。在一個(gè)示例中,參照?qǐng)D6描述的步驟可以用于完成剛才參照?qǐng)D7描述的步驟的更一般的序列。
參照?qǐng)D8,示例步驟的序列(800)圖示了用于感測(cè)施加到觸筆的尖端的力并且向計(jì)算設(shè)備提供代表力的幅度的信號(hào)的方法。該方法通過提供力感測(cè)觸筆而啟動(dòng),所述力感測(cè)觸筆具有外殼、操作耦合到外殼的尖端開關(guān),其中尖端開關(guān)響應(yīng)于所施加的力、用以檢測(cè)施加到尖端開關(guān)的力的幅度并且產(chǎn)生信號(hào)的控制電路,其中信號(hào)的值隨所施加的力的幅度而變化,以及用以傳輸表示施加到尖端開關(guān)的力的幅度的信號(hào)的射頻天線(802)。然后產(chǎn)生當(dāng)尖端開關(guān)關(guān)于外殼移動(dòng)時(shí)隨所施加的力的幅度變化的信號(hào)(804)并且向計(jì)算設(shè)備傳輸該信號(hào)(806)。力感測(cè)觸筆還可以包括手動(dòng)開關(guān)以超馳尖端開關(guān),其中當(dāng)沒有力施加到尖端開關(guān)時(shí)觸筆變得可操作。另外,外殼可以包括外表面,該外表面的至少部分是回射的以用于位置檢測(cè)。附接到外殼或在外殼內(nèi)的加速度計(jì)還可以用于改善觸筆在至少兩個(gè)維度中的位置確定。此外,控制電路可以用于檢測(cè)施加到尖端開關(guān)的力的幅度的閾值水平。
以上描述的觸筆和尖端開關(guān)組合在許多情形中是有用的。一個(gè)情形涉及用于協(xié)作用戶交互的遠(yuǎn)程會(huì)議。在這樣的情形中,計(jì)算設(shè)備(未必是相同的設(shè)備)可以遠(yuǎn)程定位并且經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或本地內(nèi)聯(lián)網(wǎng)連接。對(duì)象或?qū)ο笾車亩S或三維空間可以被注釋并且與遠(yuǎn)程用戶實(shí)時(shí)共享注釋。該組合還準(zhǔn)許在對(duì)象表面上或離開對(duì)象表面的簡(jiǎn)單的二維或三維繪圖或注釋??梢源鎯?chǔ)繪圖或注釋以供稍后使用或轉(zhuǎn)發(fā)給其他人,例如經(jīng)由電子郵件。另一優(yōu)點(diǎn)是該組合提供了精確坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器,該精確坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器供在對(duì)對(duì)象上的具體位置的坐標(biāo)位置進(jìn)行測(cè)量中使用。
僅為了說明和描述所描述的原理的示例而呈現(xiàn)前述描述。該描述不意圖是窮舉的或?qū)⑦@些原理限制到所公開的任何確切形式。鑒于以上教導(dǎo),許多修改和變化是可能的。