检测指示笔上的输入压力的制作方法

背景

指示笔(stylus)或指示笔(styluspen)常被用作和计算机屏幕、移动设备、图形板等相关联的数字化仪的输入设备。使用触屏设备，用户将指示笔置于屏幕的表面上来绘图或通过在屏幕上轻敲指示笔来作出选择。如此，指示笔被用作代替鼠标或轨迹板的定点设备。

概述

提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。

揭示了指示笔，其可被用作与计算设备(诸如计算机、移动设备、平板等)上的计算机屏幕相关联的数字化仪的输入设备。指示笔可包括具有用于实现不同用户输入命令的多个压力阈值的端帽。为了检测被施加到端帽上的压力，帽相对于指示笔主体可移动，以便将柱塞移动接近机械开关或与机械开关接触。机械开关是通过使用开关的导电性的被转变为双动开关以检测柱塞和开关之间的电耦合的的单动开关。电耦合可以为电容耦合或直接电连接的形式。进一步的压力可通过机械开关的致动来被检测。

结果，单动机械开关可被用于基于第一和第二压力阈值生成两个分开的动作。单动机械开关的一个优点是相比于多动机械开关而言更加成本高效并且具有更低的故障率。此外，触发擦除动作需要的与柱塞相关联的致动力独立于机械开关的致动力。如此，第一和第二压力阈值可独立调节。例如，第一压力阈值可被降低而不影响第二压力阈值。相反，多功能开关不具有这个可能性，因为两个压力阈值都取决于所使用的多功能开关而改变。

参考附图阅读以下详细描述，将更清楚本发明的前述和其他目标、特征和优点。

附图简述

图1是示出根据一个实施例的用户使用指示笔在计算设备上书写的图。

图2是指示笔的橡皮端的截面图。

图3是示出指示笔的橡皮端内的各组件的详细图。

图4是示出指示笔的橡皮端内的不同组件之间的电关系的电气图。

图5是根据用于实现指示笔中的压力感测的方法的一个实施例的流程图。

图6是其中在指示笔内可实现所描述的一些实施例的示例计算环境的图。

详细描述

在指示笔中的电路只有有限的空间，并且任何功能必须以最少的组件来构建。因此，多个功能可被构建到用户输入组件(诸如按钮或开关)中。在一个示例中，当指示笔的擦除部分按压抵住屏幕表面时，轻的压力可被检测以便致动擦除信号。指示笔的同一擦除部分可被用户用更大的力点击以执行不同功能，诸如生成打开文件的命令，等。控制这些功能所需的压力的量改善用户体验。

本说明书是针对可被用作与计算设备(诸如计算机、移动设备、平板或其它设备)上的计算机屏幕相关联的数字化仪的输入设备的指示笔。如在此使用的，指示笔包括任何数字笔并可具有增强的功能，诸如可编程按钮、压敏和电子橡皮(eraser)。在一个实施例中，基于指示笔的信号在指示笔内的柱塞上被传输。柱塞在指示笔内可移动，并且移动被压力弹簧抵住。指示笔信号通过柱塞被传输并且柱塞的端部被配置作为一个电容器极板，该电容桥极板与由诸如圆顶式开关的导电机械开关形成的第二电容器极板相关。机械开关电耦合到控制器，该控制器是电路，诸如微控制器、微处理器、硬件逻辑或其它电路来创建电荷传输电路或其它电容传感电路以便测量两个电容极板之间的电容。当力被施加到电极柱塞时，其移动压向弹簧并将两个极板移动得相互接近。电容中的该差异被测量并被系统使用来辨别出与期望的指示笔功能相关的开关位置。

在另一个实施例中，柱塞和机械开关之间的物理连接可被检测。在第一次致动中，弹簧被足够移位使得电极触及与机械开关相关联的圆顶。额外的力导致机械开关致动(基于其咬合力)并且发生第二次致动。不同致动可被对接以控制处理与致动相关联的合适的功能的电路。

控制器可，例如，基于测量柱塞和机械开关之间的电容来检测柱塞和机械开关之间的距离。控制器还可检测柱塞何时与机械开关进行接触。此外，控制器可检测柱塞何时迫使机械开关致动。在一个替换中，开关可使用力电阻式传感器和/或结合触觉反馈机制的压阻式电路(诸如可用模拟机械开关致动的感觉的电压波形驱动的压阻式电路)来被实现。在此替换中，控制器可随着开关从未被致动状态移动到已被致动状态而检测开关的致动的量。这些状态可通过选择被编程到控制器中的力阈值来被实现，其中力阈值与施加到开关上的力相关联。

一般而言，控制器可检测至少以下：(1)柱塞到开关距离的模拟范围(其可被用于，例如，通知系统用户多么用力地擦除数字墨水)，(2)柱塞是否与机械开关接触(其可被用于，例如，通知系统擦除力处于最大值)以及(3)机械开关是否被致动(其可被用于，例如，通知系统开关已经被致动并且作为响应系统应当采取诸如启动应用的行动)。反跳电路可被用于情形(3)以过滤开关的无意致动。在一个替换中，控制器也可检测在致动已经被实现之前开关偏移了多远。

图1是示出包括触屏110的计算设备100的图，触屏110经由数字化仪响应指示笔120以允许用户写、擦除、或移动显示在触屏上的内容。指示笔120通常包括第一端130和第二端140，第一端130称为指示笔尖，用于书写内容，第二端140用于执行内容的数字擦除。基于施加于其上的压力的程度，第二端140可具有附加功能。在一个示例中，第二端140可向传统钢笔那样被点击，以便生成被计算设备100解释以执行期望的输入功能的信号。如以下进一步描述的，指示笔尖130和橡皮端140向计算设备100传送信号以便作为用户输入设备操作。

图2示出了指示笔120的进一步的细节，尤其是在擦除端140。指示笔120包括指示笔外壳体210和可滑动地(如由箭头222指示的)安装在指示笔体内的帽220。帽220被螺纹地耦合到柱塞224，当箭头222方向的压力被施加到帽时柱塞也在指示笔体210内可滑动。抗旋转凸缘230从柱塞224的每侧突出并且阻止柱塞的旋转。耦合到帽和柱塞的是压缩弹簧240，当它在方向222上被移动进入指示笔体210时其向帽提供弹簧作用。随着帽220进一步被压缩，压缩弹簧240产生增加的回弹力。当压缩弹簧240处于松弛状态时，单动开关250被从柱塞间隔开。然而，箭头222方向上在帽上的压力导致柱塞移动以便闭合该间隙并建立与机械开关250的接触。单动开关250可由诸如金属的导电材料制成，从而允许电路通过单动开关250传送信号。如以下进一步描述的，当柱塞与机械开关250产生电子接触或与接近机械开关250时，控制器260可检测在柱塞224和机械开关250之间通过的电信号。控制器260可以是任何类型的控制电路，并可包括通用中央处理单元(cpu)、专用集成电路(asic)、或任何其它类型处理器或控制硬件/固件。典型地，控制器包括用于执行在此描述的功能的一部分的软件。帽220上的方向222上的压力或力的第一阈值量是创建电流通过其流动的电路所必需的。响应于该第一阈值压力水平，控制器260可通过导体270传送橡皮信号(即，电子功能)。导体270在第一端被耦合到控制器260并在第二端被耦合到弹簧240。弹簧240，随后，将电信号传递到帽220用于传输到计算设备供擦除屏幕上的内容。导体270上的信号也通过柱塞224和机械开关250被传回控制器260，使得控制器可检测到压力被维持在端帽220上。一旦压力在帽220上被释放，则处于压缩状态的弹簧240，自然地在箭头280的方向上移动以返回松弛状态。因此，柱塞224在箭头280的方向上移动从而在柱塞和机械开关250之间造成间隙。这个动作的结果是，柱塞和机械开关250之间的电连接被打破并且控制器260停止在导体270上传输橡皮信号。

实践中，用户超着计算设备的屏幕轻压帽220。以上描述的生成闭合电路回路所需的压力的量取决于弹簧240的属性。无论如何，电路通过柱塞和机械开关的组合来被形成，其允许柱塞位置被检测而无需开关的物理致动(例如，变形)。如此，柱塞和机械开关协作以形成指示单动压力传感器。如以下进一步描述的，如果进一步的压力被施加到柱塞，则机械开关可被致动以便生成第二压力测量。通过第一和第二压力测量，双动开关可使用传统单动开关来被形成。第一压力量由弹簧回复力控制，而第二压力量取决于与弹簧联结的机械开关的致动力。

通过控制通过分开的各组件(诸如弹簧和机械开关)的阈值压力，针对控制导致致动的压力的量的更大的设计自由度被提供。例如，弹簧可被使用来控制回复力的第一水平从而控制第一压力水平。通常，诸如在用户将指示笔橡皮端触向屏幕时，很轻的压力可被使用。致动橡皮功能的示例压力可在50和100克之间。响应于第一压力的检测，第一电子功能可被执行。相反，用户可施加大得多的压力(诸如用户点击笔端)以致动机械开关。机械开关可控制操作力的第二水平以控制第二压力水平。压力的示例可以是300克或通过机械开关的减轻的任何期望的量。例如，简单圆顶式开关可以是单、双、三层的，或具有甚至更多层，以便具有不同水平的操作力。响应于第二压力的检测，第二电子功能可被执行。

图3示出了指示笔的橡皮端附加的细节。在这个实施例中，控制器260被示为在耦合到弹簧(该弹簧用导电金属制成)的导体270上传输信号302。通过弹簧240和帽220(也至少部分导电)之间的电耦合，信号被传输出帽220，如310所示。信号可以是同步信号、橡皮信号，或载有关于输入功能、协议通信的信息或被传送到诸如数字化仪的外部计算设备的其它信息的信号。柱塞224也由导电材料来形成或其至少一部分具有用于从一端到相对端传播信号的导电通道。结果，该相同电信号302也通过该柱塞被传播回去(如在320在机械开关250的方向上)。机械开关250可分别包括第一和第二导电垫片340、360，以及导电的圆顶形可变形构件370。机械开关也可包括非导电部分，诸如底座。当柱塞处于休息状态时(即，没有弹簧压缩)，归因于柱塞224的端部和机械开关250之间的间隙330的距离，电信号302对于传递到控制器260的信号没有电的影响。随着在帽220上在机械开关250的方向上施加压力，间隙330闭合。因此，电容效应跨间隙330改变以便创建电路或柱塞224物理接触机械开关250。机械开关250由诸如金属的导电材料制成，并且电信号通过机械开关的导电部分370到达电耦合到控制器260的第一垫片340。结构，随着信号从导体270上的控制器传递通过弹簧240和柱塞24并返回控制器260，电路完成。闭环电路因此通过柱塞的移动形成，并且控制器260可监视并检测电路中的改变并因此修改信号302以向计算设备提供替换的传输(即，替换的用户输入命令)。在典型的应用中，帽220上的导致柱塞24电接触开关250的足够的压力导致控制器从同步传输信号改变为擦除传输信号。

如在342所示，小的间隙可在机械开关250和垫片340之间存在。该间隙342被以在机械开关250上向下施加的(诸如当柱塞接触开关时)微不足道的压力压制。替换地，间隙可被忽略并且开关250可之间连接到垫片340。在柱塞和机械开关之间的电容性耦合被检测到的情况下(与之间电连接相反)，间隙342应当被闭合以便将机械开关直接连接到垫片340。

如果进一步的压力被施加到柱塞224，具有在350示出的间隙的机械开关开始压缩直到开关顶部与垫片360接触。当这发生时，信号302通过柱塞到达机械开关250的圆顶部分370并通过第二垫片360到达控制器260。同步地，信号302也可由控制器通过第一垫片340来检测，使得归因于第一力的电连接和归因于第二力的电连接两者都被施加到控制器260。当第二力被控制器260检测到时，控制器可以采取与如果检测到橡皮信号则它将采取的动作分开的动作。如以下进一步描述的，控制器可通过分开的发射机、使用与使用信号302传输的分开的协议来传输控制信号。例如，控制器可通过蓝牙协议将控制功能发送到计算设备。其它发射器和传输协议可被使用。控制器还可响应于第二力的检测而停止发送擦除信号302。

在替换的实施例中，信号可由控制器260在与图3所示的方向相反的方向上生成。例如，控制器可生成通过垫片340到达机械开关250的圆顶部分370的信号。当柱塞24移到足够靠近机械开关250以便闭合电路时，控制器可检测闭环电路，因为信号可在导体270上被检测。因此，特定电路配置是因设计而异的并且可使用很多替换。

在这里描述的各实施例中，机械开关250被示为圆顶式开关，但是其它开关可被使用。示例开关是触摸开关，或者响应于手动操作来连接一组或多组电接触的任何机电开关。在圆顶式开关的情况下，开关变形以将导电的外侧圆顶370连接到垫片360，并且当压力被释放时，通过圆顶370的自然弹簧作用该圆顶弹回其原始形式。

图4示出了根据示出形成指示笔的橡皮端的组件的一个实施例的电路图。在此实施例中，导电帽220(其至少部分导电)电耦合到导电弹簧240。控制电路260通过导电弹簧将第一传输信号410传送到帽220以及指示笔的端部之外。附加地，传输信号从导电弹簧240传递到导电栓塞224。当压力被施加在导电栓塞上时，间隙330闭合并且好像导电栓塞和(至少部分导电的)导电机械开关250之间的直接电连接那样行动。第一传输信号410接着由控制电路260沿着电导体412经由导电机械开关直接接收。如果栓塞在机械开关250上持续施加向下的力，柱塞闭合开关，使得传输信号410从导电机械开关沿着导电路径414传递到控制电路260。响应于接收信号412，控制电路可沿着第一传输信号410的路径传输橡皮信号。然而，如果第一传输信号410通过电连接414被接收，则控制电路260可执行替换的功能。替换的功能可通过与第一传输信号410相同的信号路径被传输或者，替换地，控制电路260可使用替换的协议和替换的传输路径向替换的发射器(诸如可如在440所示地传送信号的蓝牙发射器430)发送控制信号。在实际应用中，替换传输可响应于用户点击指示笔的擦除端以提供用户输入命令，诸如打开文件、关闭文件、启动或关闭程序或应用，或任何其它命令。

图5是用于检测指示笔的擦除端的压力的方法的流程图。在过程框510中，信号从指示笔的擦除端被传送。该信号可以是用于与诸如数字化仪的计算设备通信的各种信号中的任何信号。示例信号可包括擦除信号或将指示笔和计算设备同步的同步信号。在过程框520中，相同的信号通过指示笔中的柱塞被传送回来并被用于检测施加到指示笔帽的压力的量。在过程框530中，通过检测该信号，第一阈值压力在擦除端被检测。因此，由于柱塞在指示笔内补全电路，柱塞的移动的距离被检测。电路可归因于柱塞和用于补全该电路的另一金属物体之间的接触或柱塞的端部和金属物体之间的电容耦合。金属物体可以是通过利用其导电特性已经被延伸到两个功能的单动开关。电路可具有任一方向的信号传输，意味着信号可首先通过单动开关到达柱塞或反过来。在任一情况中，柱塞/开关交互和柱塞相对于开关的移动创建了电流通过其可流动的电路。并且，控制器可被用于检测电路已经被建立。例如，控制器可包括用于监视硬件信号线的软件，并可通过检测在硬件信号线上的电压改变来检测该信号。在电容耦合的情况中，控制器可包括模数转换器或检测随着柱塞和机械开关之间的间隙改变两者之间的电容的改变所需要的其它硬件逻辑。在任何情况中，无论电容式的或基于电连接，电路的建立指示阈值量的压力已经被施加到帽的端部。在过程540，第二阈值压力可通过单动机械开关的致动来被检测。在这一的情况中，控制器可通过不同信号路径来检测开关已经被切换。响应于这一检测，控制器可发起另一指示笔功能使得单动开关被转换成双功能。

参考图6，计算系统600包括一个或多个处理单元610、615和存储器620、625。计算系统600内的一个或多个组件可被包括在指示笔中以实现在此描述的功能。替换地，或附加地，计算系统可包括用于从指示笔接收信号的计算设备的功能。在图6中，该基本配置630被包括在虚线内。处理单元610、615执行计算机可执行的指令。处理单元可以是通用中央处理单元(cpu)、专用集成电路(asic)中的处理器或任意其它类型的处理器。在多处理系统中，多个处理单元执行计算机可执行指令以提高处理能力。例如，图6示出中央处理单元610以及图形处理单元或协处理单元615。有形存储器620、625可以是可由(诸)处理单元存取的易失性存储器(例如，寄存器、高速缓存、ram)、非易失性存储器(例如，rom、eeprom、闪存等)或者两者的某一组合。存储器620、625以适合被(诸)处理单元执行的计算机可执行指令的形式，存储实现此处描述的一个或多个发明的软件680。

计算系统可具有附加的特征。例如，计算系统600包括存储640、一个或多个输入设备650、一个或多个输出设备660以及一个或多个通信连接670。诸如总线、控制器或网络之类的互连机制(未示出)将计算系统600的各组件互连。通常，操作系统软件(未示出)为在计算系统600中执行的其它软件提供操作环境，并协调计算系统600的各组件的活动。

有形存储640可以是可移动或不可移动的，并包括磁盘、磁带或磁带盒、cd-rom、dvd或可用于储存信息并可在计算系统600内访问的任何其他介质。存储器640存储用于软件680的指令，所述软件680实现此处描述的一个或多个发明。

(诸)输入设备650可以是触摸输入设备(诸如键盘、鼠标、笔或跟踪球)、语音输入设备、扫描设备或向计算系统600提供输入的另一设备。对于视频编码，(诸)输入设备650可以是相机、视频卡、tv调谐卡或接受模拟或数字形式的视频输入的类似设备，或将视频样本读入计算系统600的cd-rom或cd-rw。(诸)输出设备660可以是显示器、打印机、扬声器、cd刻录机或提供来自计算系统600的输出的另一设备。

(诸)通信连接670允许在通信介质上到另一计算实体的通信。通信介质传达诸如计算机可执行指令、音频或视频输入或输出、或已调制数据信号中的其他数据之类的信息。已调制数据信号是使其一个或多个特征以在信号中编码信息的方式设置或改变的信号。作为示例而非限制，通信介质可以使用电的、光学的、rf或其它载体。

各创新可在计算机可执行指令(诸如包括在程序模块中的在目标现实或虚拟处理器上在计算系统中执行的那些计算机可执行指令)的一般上下文中描述。一般而言，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、库、对象、类、组件、数据结构等。如各实施例中描述的，这些程序模块的功能可以被组合，或者在这些程序模块之间拆分。针对各程序模块的计算机可执行指令可以在本地或分布式计算系统中执行。

术语“系统”和“设备”在本文中被互换地使用。除非上下文明确指示，否则，术语并不暗示对计算系统或计算设备的类型的任何限制。一般说来，计算系统或计算设备可以是本地的或分布式的，并且可以包括具有实现本文中描述的功能的软件的专用硬件和/或通用硬件的任意组合。

出于介绍的目的，本详细描述使用了如“确定”和“使用”等术语来描述计算系统中的计算机操作。这些术语是对由计算机执行的操作的高级抽象，且不应与人类所执行的动作混淆。对应于这些术语的实际的计算机操作取决于实现而不同。

替代实施例

在此描述的各实施例的各种组合可被实现。例如在一个实施例中描述的示例组件可被包括在其它实施例中，且反之亦然。以下各段是这样的组合的示例：

a.一种设备，包括：

主体；

可滑动地安装在所述主体内的柱塞，所述柱塞至少部分导电使得电信号通过所述柱塞是能够传输的；

耦合至所述柱塞的帽；

耦合到所述柱塞以向所述帽提供弹簧作用的压缩弹簧；

安装在所述主体内的导电机械开关，使得当所述压缩弹簧处于松弛状态时在所述导电机械开关和所述柱塞之间存在间隙，其中所述柱塞在所述压缩弹簧处于被压缩状态时朝着所述导电机械开关是能够移动的；以及

配置用于检测指示所述柱塞和所述导电机械开关之间的距离的特性，并被配置用于检测所述柱塞是否与所述导电机械开关接触的电路。

b.如段落a所述的设备，其中所述导电机械开关是能够被压缩以形成与导电垫片的电接触的圆顶式开关。

c.如段落a或b所述的设备，其中所述压缩弹簧提供用于执行两个电功能的第一个电功能的压力的第一阈值，并且所述机械开关对用于执行所述两个电功能的第二个电功能的压力的第二阈值作出贡献，其中所述压力的第二阈值不同于压力的所述第一阈值。

d.如段落a到c所述的任何设备，其中所述特性是形成在所述柱塞和所述导电机械开关之间的电容。

e.如段落a到d所述的任何设备，其中所述电路被配置来检测当所述导电机械开关和所述柱塞之间的距离小于所述间隙时在所述柱塞和所述导电机械开关之间的电容耦合。

f.如段落a到e所述的任何设备，其中所述电信号是从所述设备传送的擦除信号，用于擦除计算设备上的内容。

g.如段落a到f所述的任何设备，进一步包括耦合到所述电路和所述压缩弹簧的电导体，所述电导体被配置来传送所述电信号。

替换的组合可如下：

a.一种方法，包括：

从指示笔的擦除端传送信号，所述信号用于向计算设备传送同步信息或擦除信息；

将所述信号传送通过安装在所述指示笔内的柱塞，所述柱塞响应于施加到所述指示笔的所述擦除端的压力是能够移动的；

当所述柱塞接近机械开关或与所述机械开关物理接触时通过检测被传送通过所述柱塞的信号来检测所述指示笔的所述擦除端上的压力的第一阈值；

当所述柱塞切换所述机械开关时检测所述指示笔的所述擦除端上的压力的第二阈值。

b.如段落a所述的方法，其中所述机械开关是圆顶式开关，并且切换所述机械开关包括压紧所述圆顶式开关直至在所述圆顶式开关和导电垫片之间作出了电连接。

c.如段落a或b所述的方法，其中传送所述信号是使用第一通信协议的，并且当压力的所述第二阈值被检测到时使用不同于所述第一通信协议的第二通信协议传送单独的信号。

d.如段落a到c所述的方法，其中所述机械开关是导电的，并且检测压力的所述第一阈值包括检测被传送通过所述机械开关的信号。

e.如段落a到d所述的所述的方法，其中检测所述信号包括检测所述机械开关和所述柱塞之间的电容耦合。

鉴于可应用所公开的本发明的原理的许多可能的实施例，应当认识到，所示实施例仅是本发明的优选示例，并且不应认为是限制本发明的范围。相反，本发明的范围由后续的权利要求来界定。因此，我们要求保护所有落在这些权利要求的范围内的发明。