今天，苹果公司的专利申请涉及一种基于光学系统的新型苹果铅笔，包括光学手写笔(Pencil)和光学传感系统，它们一起可检测一个或多个目标或触摸位置、质心、悬停距离、倾斜角度、方位角、在某些情况下，光学触笔相对于光学传感系统的方向和旋转。
特别地，检测触笔的旋转可以提供启用附加触笔功能的附加输入模式。例如，在与绘图应用程序交互时旋转手写笔可以让艺术家控制所绘制线条的感知纹理、粗细或颜色。
在一些实施例中，光学感测系统是具有集成触摸屏的电子设备，该触摸屏具有可配置用于对象的显示操作和触摸/接近感测两者的微电路。
在一些实施例中，集成触摸屏可以包括发光二极管或有机发光二极管(LED/OLED)、显示驱动电路和触摸感测电路。在一些实施例中，LED/OLED可以被实现为包括微型LED阵列和微型驱动器电路的微型LED显示器。
在一些实施方式中，微型LED和微型驱动器电路的阵列可以被配置为直流(DC)光电导模式，以通过检测由触控笔发射的未调制光来检测触控笔的存在。
在其他实施方式中，微型LED和微型驱动器电路的阵列可以被配置为交流(AC)光电导模式，以通过检测多个触控笔发射的调制光来检测多个触控笔的存在。在其他实施方式中，微型LED阵列和微型驱动器电路可以被配置为光学反射触摸模式，以通过检测由一些微型LED产生的调制光来检测诸如手指或触笔之类的物体的存在。并从物体上反射。
上述检测模式依赖于穿过位于集成触摸屏上方的覆盖材料的检测表面到达位于下方的LED、OLED或micro-LED的光。然而，从检测表面上方或下方照射到检测表面与检测表面上方的介质(例如，空气、水、触笔或手指)之间的边界的光可以从边界反射或被折射。穿过边界。
在某些情况下，这种反射或折射的光可能被检测到并被错误地识别为诸如手指或触笔之类的物体。因此，在本公开的一些实施例中，可以在集成触摸屏内被配置为照明器的那些微LED之上采用光照明器角度滤波器以限制那些照明器的照明角度，和/或可以在那些之上采用光检测器角度滤波器。 micro-LED 配置为集成触摸屏内的探测器，以限制这些探测器的探测角度。这些角度滤光片有效地阻挡或过滤覆盖材料内透射、反射或折射的光，以减少或消除触摸表面上水滴的错误检测。
在光学传感系统检测到经过角度过滤的光后，可以处理所得照明图案(例如，悬停触控笔的目标位置)以确定物体的悬停距离和倾斜角度，并计算各种参数(例如，代表目标位置的照明图案的质心)和其他操作(例如，触笔跟踪)具有更高的精度。
在一些实施例中，光学触笔是无源触笔，其包括漫反射器或后向反射器小面以以一致的角反射轮廓反射从光学感测系统发射的光。不同的倾斜角度可以产生不同的反射能量分布，并且可以评估这些不同的反射能量分布以确定手写笔的位置、悬停距离(如果有)和倾斜角度。
在实施例中，包括衍射(图案化)反射器的无源触控笔还可以以一致的反射光图案来反射从光学感测系统发射的光，而不管触控笔相对于表面的倾斜角度如何。
触控笔的不同倾斜角度和旋转可以产生不同的反射光图案，并且可以评估这些不同的反射光图案以确定触控笔的位置、悬停距离(如果有)、倾斜角度、方向和旋转。在一些实施例中，半主动触控笔在其尖端中并且可选地在沿触控笔侧面的径向位置中包括幅度传感器，可以检测从光学感测系统发射的调制光的不同频率的幅度，并且检测位置和悬停触控笔的距离(如果有)，并且在某些情况下还检测触控笔的倾斜角度和旋转。
在一些示例中，包括光发射器和检测器两者的有源触控笔可以生成光并且当反射光从具有形成在显示元件阵列之间的回射器层的邻近光学感测系统反射时接收反射光。触控笔在显示表面上或上方的不同位置可以产生不同的反射光光谱分布，可以对这些光谱分布进行分析以确定触控笔的位置。
