CN107924242A - 用于电子设备的触笔 - Google Patents

用于电子设备的触笔 Download PDF

Info

Publication number
CN107924242A
CN107924242A CN201680049631.XA CN201680049631A CN107924242A CN 107924242 A CN107924242 A CN 107924242A CN 201680049631 A CN201680049631 A CN 201680049631A CN 107924242 A CN107924242 A CN 107924242A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stylus
tip
power
field generator
electronic equipment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680049631.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107924242B (zh
Inventor
A·N·泽梅尔曼
W·王
K·阿门达里兹
N·邦妮
C·帕斯玛
M·阿米尼
B·A·鲍赫
R·P·布罗克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Apple Inc
Original Assignee
Apple Computer Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Apple Computer Inc filed Critical Apple Computer Inc
Priority to CN201810228464.6A priority Critical patent/CN108446035B/zh
Publication of CN107924242A publication Critical patent/CN107924242A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107924242B publication Critical patent/CN107924242B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
    • G06F3/0383—Signal control means within the pointing device
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03545—Pens or stylus
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/04162—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers for exchanging data with external devices, e.g. smart pens, via the digitiser sensing hardware
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04107—Shielding in digitiser, i.e. guard or shielding arrangements, mostly for capacitive touchscreens, e.g. driven shields, driven grounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种包括触笔和电子设备的用户输入系统。用户可在所述电子设备的输入表面上操纵所述触笔，并且可使用由所述触笔生成的轴向对准的电场来检测移动。所述触笔还可包括能够用于估计由所述触笔施加到所述电子设备的力的力敏结构。

Description

用于电子设备的触笔
相关申请的交叉引用
本专利合作条约专利申请要求2015年9月8日提交的名称为“Stylus ForElectronic Devices”的美国临时专利申请62/215,620以及2016年3月17日提交的名称为“Stylus For Electronic Devices”的美国临时专利申请62/309,816的优先权，这两个专利的公开内容全文据此以引用方式并入本文。
技术领域
本文所述的实施方案涉及用于电子设备的用户输入系统，更具体地讲，涉及可与电子设备的触摸屏一起操作的高精度触笔。
背景技术
电子设备可以将触摸传感器集成到显示器中，以有利于用户与显示器上所示的元素的交互。当用户用一根或多根手指触摸显示器时，触摸传感器将每个触摸位置提供给电子设备，这继而可以引起显示器上显示的元素(诸如图标、按钮、键、工具栏、菜单、图片、子图形、应用程序、文档、画板、地图等)发生改变。在一些情况下，用户可能喜欢使用比用户手指更精确的仪器诸如触笔来与显示器进行交互。
然而，传统触笔通常仅为用户提供了略微增强的精度，这是因为传统触敏电子设备主要被配置为检测用户手指的存在情况及其位置。例如，许多传统触敏电子设备可能无法可靠地区分来自触笔的输入和来自用户手掌、手腕或手指的有意输入或意外输入。
在其他情况下，为了适应触笔输入，一些常规电子设备可以装配单独的输入传感器，诸如电磁数字转换器，其专门用于接收来自产生磁场的触笔的输入。然而，除了增加电子设备的厚度和功耗之外，这些附加部件还常常增加了电子设备的制造成本和复杂性。
发明内容
本文所述的实施方案总体上涉及触笔，该触笔至少包括主体和尖端。尖端可以设置在主体的第一端。尖端可被配置为发射出待由电子设备检测的电场。此外，尖端被配置为当尖端接触电子设备时接收力。控制电路可以定位在主体内。控制电路被配置为产生用于生成电场的电信号。力敏结构也定位在主体内，并被配置为响应于所述力而产生非二进制输出。最后，主体内的刚性导管将控制电路电耦接至尖端，并将所述力机械地传递到力敏结构。
一些实施方案可以包括这样一种配置：其中外部设备可被配置为基于电场的位置来检测尖端的位置。一些实施方案可以将电场称为第一电场，并且还可以包括围绕刚性导管设置的至少一个环形元件。该环形元件可被配置为发射第二电场。一些实施方案可以包括这样一种配置：其中外部设备被配置为使用第二电场来检测触笔的角位置。
一些实施方案还可以包括柔性电路，该柔性电路将力敏结构内的电路或耦接至力敏结构的电路电耦接至设置于主体内的电路和力敏结构后方的电路。柔性电路包括关节运动区域，该关节运动区域被配置为响应于力敏结构的移动而弯曲。一些实施方案可以包括这样一种配置：其中所述电路中的任一者或两者可以包括由折叠的柔性连接件所附接的两个或更多个基板。
一些实施方案还可以包括至少一个圆柱形底盘，其定位在触笔的主体内，并具有圆形内部体积。电池可以连接到底盘并定位在圆形内部体积内。电池可以包括至少一个折叠电极对。
一些实施方案可以包括这样一种配置：其中刚性导管包括沿着刚性导管的长度形成的导电迹线阵列。例如，导电迹线阵列可以形成交替偏置的行。在这些和相关实施方案中，刚性导管包括凹口，刚性导管从其外表面经由该凹口延伸到导电迹线阵列中的一个或多个导电迹线。
一些实施方案可以包括这样一种配置：其中刚性导管包括被配置为传输尖端信号的第一组导体、被配置为传输环信号的第二组导体。以及设置在第一组导体和第二组导体之间的一组接地导体。
本文所述的实施方案总体上涉及触笔，该触笔包括至少一个主体和设置在主体的第一端的尖端，并且包括至少一个灯泡形部，该灯泡形部被配置为发射出待由电子设备检测的电场，以及围绕灯泡形部而形成的涂层，该涂层具有可低于灯泡形部的硬度。在其他情况下，触笔可以包括围绕灯泡形部而形成的涂层，该涂层具有小于电子设备的输入表面的硬度。
一些实施方案可以包括这样一种配置：其中电场可以是在第一半径处具有半功率点的第一电场，并且触笔还包括导电环，该导电环设置于灯泡形部后方，并被配置为发射第二电场，该第二电场在不同于第一半径的第二半径处具有半功率点。一些实施方案可以包括这样一种配置：其中对于可被配置为与电子设备相交的一部分电场而言，第一电场或第二电场可以大体上是球形的。一些实施方案可以包括这样一种配置，其中尖端可以通过螺纹连接部而从主体移除。
一些实施方案可以包括这样一种配置，其中灯泡形部具有根部，该根部朝向主体延伸，并且可以与信号发生器电连通。一些实施方案可以包括这样一种配置：其中涂层可以由可采用包覆成型工艺所形成的聚合物材料来形成。
一些实施方案可以包括这样一种配置：其中涂层包括由第一聚合物材料形成的第一内部射孔，和由第二聚合物材料形成的第二外部射孔。一些实施方案可以包括这样一种配置：其中第二聚合物材料可以比第一聚合物材料软。在一些实施方案中，第一内部射孔包括纤维增强聚合物材料，并且第二外部射孔的第二聚合物材料可以基本上不含纤维。
一些实施方案可以包括这样一种配置：其中主体可以由中空管形成。信号发生器可以设置在管内并可操作地耦接至灯泡形部。在这些情况下，尖端和灯泡形部被配置为经由螺纹连接部而从主体和驱动电路移除。
本文所述的实施方案总体上涉及手持式用户输入设备，其至少包括：主体；尖端，该尖端设置在主体的第一端并被配置为接收力；和力敏结构，该力敏结构设置在主体内并至少包括：第一悬臂支柱，其具有相对于主体固定的第一边缘；第二悬臂支柱，其大致平行于第一悬臂支柱并具有相对于主体固定的第二边缘；以及侧向床，其在第一悬臂支柱和第二悬臂支柱之间延伸并连接第一悬臂支柱和第二悬臂支柱。应变敏感元件可以连接到第一悬臂支柱。第一悬臂支柱可被配置为响应于尖端所接收的力而偏转。
一些实施方案可以包括这样一种配置：其中尖端可以机械耦接至侧向床。在一些情况下，机械耦接由设置在尖端和侧向床之间的刚性信号导管提供。一些实施方案可以包括这样一种配置：其中第二悬臂支柱可被配置为响应于尖端所接收的力而偏转。一些实施方案可以包括这样的配置，其中第一悬臂支柱可被配置为响应于尖端所接收的力而沿着蛇形曲线偏转。一些实施方案还可以包括附接到第一悬臂支柱的表面的至少两个或更多个应变敏感元件，其中一个或多个应变敏感元件响应于所述力而处于拉伸应变中，并且一个或多个其他应变敏感元件响应于所述力而处于压缩应变中。
一些实施方案还可以包括至少传感器电路，其可操作地耦接到所述两个或更多个应变敏感元件，并且被配置为基于由尖端上的力所引起的拉伸应变和压缩应变之差来产生输出。
一些实施方案可以包括这样一种配置：其中传感器电路的至少一部分可以被布置在第一床和侧向床之间，并且传感器电路可以相对于第二悬臂支柱固定。一些实施方案可以包括这样一种配置：其中尖端通过力敏结构将力传递到主体。一些实施方案可以包括这样一种配置，其中第一悬臂支柱的第一边缘可以被焊接到管构件，侧向床的第三边缘可以被焊接到该管构件，并且管构件可以被布置在主体内并且附接到主体。
本文所述的实施方案总体上涉及一种触笔，该触笔至少包括：主体；尖端，该尖端设置在主体的第一端并被配置为接收力；中间构件，该中间构件定位在主体内，并且可操作地耦接到尖端，以传递在尖端处接收的力；以及力敏结构，该力敏结构设置在主体内，并且包括其相应边缘相对于主体固定的至少两个支柱、在两个支柱之间延伸并且可操作地耦接到中间构件的侧向构件，以及附接到所述两个支柱中的第一支柱上的应变敏感元件，其中第一支柱可被配置为响应于在尖端处接收的力而偏转。
一些实施方案还可以包括设置在主体内的至少一个套管，并且其中所述两个支柱被焊接到套管的内表面。一些实施方案可以包括这样一种配置：其中两个支柱从侧向构件的相对侧延伸出。
一些实施方案还可以包括附接到第一支柱的表面的至少两个或更多个应变敏感元件，其中一个或多个应变敏感元件响应于所述力而处于拉伸应变中，并且一个或多个其他应变敏感元件响应于所述力而处于压缩应变中。本文所述的实施方案总体上涉及触笔，该触笔至少包括：主体；尖端，该尖端位于主体的第一端但相对于主体的第一端不固定，并被配置为接收力；力敏结构，该力敏结构定位在主体内，并且至少包括：箱结构，该箱结构至少包括横向于主体的轴线而定位的第一侧向床和第二侧向床；在该第一悬臂支柱和该第二悬臂支柱之间延伸的第二悬臂支柱。在这些实施方案中，第二悬臂支柱可被配置为响应于力而相对于主体移位。
一些实施方案可以包括这样一种配置：其中箱结构还包括由位于主体内的套管的一部分形成的侧面，其可以相对于主体固定，并且第二侧面可被配置为响应于所述力而沿着主体的轴线相对于该侧面发生移位。一些实施方案可以包括这样一种配置：其中第一侧面和第二侧面被配置为响应于所述力而偏转。在许多情况下，第二侧面偏转成蛇形轮廓。
一些实施方案涉及如本文大体上描述的触笔。一些实施方案涉及如本文大体上描述的电子设备。一些实施方案涉及如本文所述的操作触笔和电子设备的方法。一些实施方案涉及在触笔和电子设备之间进行通信的方法。一些实施方案涉及对电子设备的输入表面上的触笔进行定位方法。一些实施方案涉及评估是否进入或退出由触笔执行的低电力状态的方法。一些实施方案涉及评估触笔相对于电子设备的输入表面的角位置的方法。
一些实施方案涉及测量由触笔施加到电子设备的输入表面的力的方法。一些实施方案涉及由触笔来测量该触笔施加到电子设备的输入表面的力的方法。一些实施方案涉及由电子设备来测量该触笔施加到电子设备的输入表面的力的方法。一些实施方案涉及可通过螺纹连接部而移除的触笔的鼻形件。一些实施方案涉及用于触笔的鼻形件，其包括处于鼻形件的尖端处的灯泡形电场发生器。一些实施方案涉及鼻形件，其中灯泡形电场发生器是弹簧针(pogo pin)。一些实施方案涉及用于触笔的主控制板，其通过将两个或更多个电路板相互折叠而形成，如本文所述。一些实施方案涉及用于触笔的盲盖(blind cap)。一些实施方案涉及该盲盖，其还包括压力释放通气孔。一些实施方案涉及该盲盖，其还包括被配置为吸引从触笔延伸出的插头的永磁体。
附图说明
现在将参考在附图示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述并非旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求限定的所述实施方案的实质和范围内的另选的替代形式、修改形式和等同形式。
图1A示出了具有触敏显示器(“输入表面”)的电子设备，该触敏显示器被配置为接收来自触笔的输入。
图1B示出了图1A的触笔，其垂直于电子设备的输入表面而取向。
图1C示出了图1A的电子设备和触笔的顶视图，具体示出了触笔以相对于输入表面的平面成角度的方式取向，特别是触笔以相对于输入表面的平面的水平轴线成方位角的方式而取向。
图1D示出了图1A和图1C的电子设备和触笔的侧视图，具体示出了触笔相对于电子设备的输入表面的平面的极角。
图2A示出了包括触笔和电子设备的用户输入系统的简化框图。
图2B示出了图2A的用户输入系统的触笔的简化框图。
图2C示出了图2A的用户输入系统的电子设备的简化框图，并且该电子设备可被配置为接收来自图2B的触笔的输入。
图2D示出了图2B的触笔的协调引擎的简化框图。
图2E示出了图2B的触笔的处理单元和无线接口的简化框图。
图2F示出图2B的触笔的电源子系统的简化框图。
图3A示出了诸如本文所述的触笔的各种部件和子系统的分解图(例如，图1A至图1D中示出的用户输入系统的触笔、具有图2D至图2F中示出的子系统的触笔等等)。
图3B示出了组装后的图3A的触笔，具体示出处于准备状态的触笔，在该准备状态下，在不存在作用于尖端的反作用力的情况下，间隙将触笔的尖端和主体分开。
图3C示出了图3B的触笔，具体示出了处于输入状态的触笔，在该输入状态中，当触笔被按压在表面诸如图1A至图1C所示的电子设备的显示器上时，作用于尖端的反作用力使得间隙部分地或全部地闭合。
图3D示出了组装后的图3A的触笔，其以虚像呈现出触笔的笔杆、笔尖和盲盖，同时以部分透明的形式示出触笔的内部底盘。
图3E示出了图3D的组装的触笔的尖端端部的细节视图。
图3F示出了图3D的组装的触笔的笔杆节段的细节视图。
图3G示出了图3D的组装的触笔的端部节段的细节视图。
图4A示出了如本文所述的触笔的协调引擎的侧视图，其示出支撑触笔尖端的力敏结构，并且具体地示出了处于标称状态下的力敏结构，该状态的特征通常在于不存在作用于尖端的反作用力。
图4B示出了图4A的协调引擎的侧视图，其示出处于偏转状态的力敏结构和尖端，该状态的特征通常在于，当触笔被按压在表面(诸如图1A至图1C所示的电子设备的显示器)上时，存在作用于尖端上的反作用力。
图4C示出了图4A的协调引擎的侧视图，具体地讲示出了另一个力敏结构的偏转状态。
图4D示出了通过线A-A截取的图4A中协调引擎的横截面图，具体地讲示出了触笔的尖端与力敏结构之间的机械联接的示例。
图4E示出了处于标称状态下的示例性力敏结构的侧视图。
图4F示出了处于标称状态下的另一个力敏结构的侧视图。
图4G示出了处于标称状态下的又一个力敏结构的侧视图。
图4H示出了处于标称状态下的另一个示例性力敏结构的侧视图。
图4I示出了处于标称状态下的另一个力敏结构的侧视图。
图4J示出了处于标称状态下的又一个力敏结构的侧视图。
图4K示出了沿着线B-B观察的图4A中力敏结构的后视图，具体示出了耦接到力敏结构的应变响应元件的分布情况。
图4L示出了处于标称状态下的另一个力敏结构的后视图，具体示出了耦接到力敏结构的应变响应元件的示例性分布情况。
图4M示出了处于标称状态下的又一个力敏结构的后视图，具体示出了耦接到力敏结构的应变响应元件的示例性分布情况。
图5A示出了触笔的协调引擎的侧视组装图，具体示出了布置在管状及刚性电磁屏蔽件的中空部分内的信号导管。
图5B示出了图5A的协调引擎的组装视图，具体示出了可以自图5A中协调引擎的偏置点源的不同场强下产生的电场。
图5C示出了图5B的协调引擎，具体示出了可以自图5A中协调引擎的偏置点源的相似场强下产生的示例性电场。
图5D示出了通过线C-C截取的图5B中协调引擎的横截面视图，具体示出了布置在管状及刚性电磁屏蔽件的中空部分内的信号导管。
图5E示出了沿线D-D截取的图5D中信号导管的横截面图，其示出布置在信号导管内的电路板和信号线。
图5F示出了沿线E-E观察的图5D中信号导管的横截面图，其示出布置在信号导管内的电路板和信号线。
图5G示出垂直于电子设备的输入表面而取向的触笔的侧视图和顶视图，该触笔被配置为从触笔的尖端端部产生不同强度的尖端场及环场，每个场与输入表面的平面相交，并限定尖端场交叉区域和环场交叉区域。
图5H示出了图5G的触笔的侧视图和顶视图，具体示出了当触笔相对于电子设备的输入表面的平面成一定角度取向时，尖端场交叉区域和环场交叉区域的相对位置。
图5I示出了图5G的触笔的侧视图和顶视图，具体示出了当触笔相对于电子设备的输入表面的平面以一不同角度取向时，尖端场交叉区域和环场交叉区域的相对位置。
图5J示出了图5G的触笔的侧视图和顶视图，具体示出了触笔相对于电子设备的输入表面的平面所成的方位角和极角。
图5K示出了触笔的侧视图，该触笔自触笔的尖端端部产生强度相似的尖端场和环场，所述场各自与电子设备的输入表面相交，图中具体示出了当触笔相对于电子设备的输入表面的平面呈垂直取向时，尖端场交叉区域和环场交叉区域的相对位置。
图5L示出了图5K的触笔，具体示出了当触笔相对于电子设备的输入表面的平面成一定角度取向时，尖端场交叉区域和环场交叉区域的相对位置。
图5M示出了图5K的触笔，具体示出了当触笔相对于电子设备的输入表面的平面成一不同角度取向时，尖端场交叉区域和环场交叉区域的相对位置。
图5N示出了图5K的触笔，具体示出了当触笔相对于电子设备的输入表面的平面以几乎平行于的角度取向时，尖端场交叉区域和环场交叉区域的相对位置。
图6A示出了触笔的鼻形件的横截面，具体示出了集成在鼻形件内的尖端场发生器的一个示例。
图6B示出了触笔的鼻形件的横截面，具体示出了集成在鼻形件内的尖端场发生器的另一个示例。
图6C示出了触笔的鼻形件的横截面，具体示出了集成在鼻形件内的尖端场发生器和环场发生器。
图6D示出了没有接地信号线情况下的图6C的鼻形件。
图6E示出了没有尖端信号线或环信号线情况下的图6C的鼻形件。
图6F示出了触笔的鼻形件的横截面，具体示出了集成在鼻形件内的尖端场发生器的另一个示例。
图6G示出了触笔的鼻形件的横截面，具体示出了集成在鼻形件内的尖端场发生器的另一个示例。
图7示出了触笔的鼻形件的横截面，具体示出了由设置在触笔主体内的协调引擎的力敏结构所支撑的鼻形件。
图8A示出了控制器板组的平面图，其可以被折叠以接纳到薄型触笔中。
图8B示出了沿着线F-F观察的图8A中柔性电路的侧视图，具体示出了双轴支架的布置方式，该双轴支架被配置为在折叠时将柔性电路耦接到触笔内的底盘。
图8C示出了沿着线F-F观察的图8A中柔性电路的侧视图，具体示出了表面安装支架，该支架被配置为在折叠时将柔性电路耦接到触笔内的底盘。
图9A示出了触笔的电源连接器和用于在未使用触笔时遮蔽电源连接器的盲盖。
图9B以贯穿线G-G的横截面示出了图9A的电源连接器和盲盖，具体示出了将盲盖吸引到电源连接器的磁体的配置。
图9C示出了另一个示例性电源连接器和盲盖，具体示出了将盲盖吸引到电源连接器的另一个磁性配置。
图9D示出了又一个示例性电源连接器和盲盖，具体示出了将盲盖吸引到电源连接器的另一个磁性配置。
图10A示出了触笔的电源连接器及用于在不使用触笔时遮蔽电源连接器的盲盖的横截面，具体示出了盲盖内的片簧的配置，该片簧被配置为与电源连接器的卡位件接合。
图10B示出了图10A的横截面，具体地示出了与电源连接器的卡位件接合的盲盖的片簧。
图10C示出了电源连接器和盲盖的横截面，具体示出了盲盖内的片簧的另选配置。
图10D示出了用于遮蔽触笔的电源连接器的盲盖，具体示出了盲盖内的环箍弹簧配置，其被配置为与电源连接器的卡位件接合。
图10E示出了穿过线H-H所截取的图10D中盲盖的横截面。
图10F示出了图10E的横截面，具体示出了与电源连接器的卡位件接合的环箍弹簧。
图10G示出了结合有一个或多个环箍弹簧的盲盖的另一个示例性横截面，该环箍弹簧被配置成与电源连接器的卡位件接合。
图10H示出了结合有一个或多个环箍弹簧的盲盖的又一个示例性横截面，该环箍弹簧被配置成与电源连接器的卡位件接合。
图11A示出了结合有耦接到电子设备的电源连接器的触笔。
图11B示出了图11A的触笔和电子设备，具体示出了电源连接器的弹性。
图11C示出了结合有图11A的电源连接器的触笔，该电源连接器耦接到充电座。
图11D示出了结合有图11A的电源连接器的触笔，该电源连接器耦接到充电线。
图11E示出了结合有电源连接器的触笔，该电源连接器被配置为电耦接至电子设备的外表面。
图11F示出了处于配合配置的图11E的触笔和电子设备。
图12的流程图示出了对触摸电子设备的输入表面的触笔的角位置进行定位和评估过程的操作。
图13的流程图示出了对由触笔施加到电子设备的输入表面的力进行评估过程的操作。
图14的流程图示出了制造本文所述触笔的过程的操作。
图15的流程图示出了退出触笔的低功率模式的过程的操作。
图16的流程图示出了进入触笔的低功率模式的过程的操作。
图17的流程图示出了通知用户对触笔进行充电的过程的操作。
图18的流程图示出了利用电子设备对触笔进行充电的过程的操作。
图19的流程图示出了通知用户触笔已充电的过程的操作。
图20的流程图示出了以触摸输入模式或触笔输入模式来操纵电子设备的过程的操作。
图21的流程图示出了以触摸输入模式和触笔输入模式来操纵电子设备的过程的操作。
图22的流程图示出了当将触笔定位在输入表面上时补偿倾斜引起的偏置的过程的操作。
图23的流程图示出了制造结合有压力通气孔的盲盖的过程的操作。
图24的流程图示出了以一种以上的模式来操纵用户输入系统的过程的操作。
在不同附图中使用相同或相似的附图标记来指示相似、相关或者相同的项目。
附图中的交叉影线或阴影的用途通常被提供以阐明相邻元件之间的边界并还有利于附图的易读性。因此，存在或不存在无交叉影线或阴影均不表示或指示对特定材料、材料属性、元件比例、元件尺寸、类似图示元件的共同性或在附图中所示的任何元件的任何其他特性、性质、或属性的任何偏好或要求。
此外，应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间呈现的界限、间距和位置关系在附图中被提供，以仅用于促进对本文所述的各个实施方案的理解，并因此可不必要地被呈现或示出以进行缩放并且并非旨在指示对所示的实施方案的任何偏好或要求，以排除结合其所述的实施方案。
具体实施方式
本文所述的实施方案大体上提及被配置为向电子设备(例如，平板电脑、膝上型电脑、台式电脑等)提供输入的触笔(例如，标记工具、智能笔、智能电刷、识别笔、凿子、用户操纵的电子输入设备、手持式输入设备等)。用户操纵触笔相对于电子设备的输入表面的取向和位置，以向电子设备传送信息，诸如但不限于书写、速写、滚动、游戏、选择用户界面元素、移动用户界面元素等等。在许多实施方案中，电子设备的输入表面是多点触摸显示屏，但这不是必需的；在其他实施方案中，输入表面可以是非显示输入表面，诸如触控板或绘图板。触笔和电子设备统称为“用户输入系统”。
本文所述的用户输入系统可用于从触笔捕捉自由形式的用户输入。例如，用户可以横跨电子设备的输入表面滑动、移动、拉动或拖动触笔的尖端，响应地，这可以使用位于输入表面下方的显示器来呈现线条。在此示例中，所呈现的线条遵循或对应于输入表面上触笔的路径。所呈现线条的厚度可以至少部分地基于用户在输入表面上移动触笔的力或速度而变化。在其他情况下，所呈现线条的厚度可以至少部分地基于触笔相对于输入表面的角度而变化，诸如但不限于触笔相对于输入表面的平面的倾角、触笔相对于横穿输入表面的水平书写线的书写角度等等。在其他示例中，触笔和电子设备可以一起用于任何其他合适的输入目的。
广义地且一般地讲，本文所述的用户输入系统确定和/或评估触笔的一个或多个输出(和/或触笔中随时间而作为标量或矢量出现的变化)，以将用户的操纵解译为对电子设备的输入。例如，用户输入系统可以评估以下项：由用户对触笔的抓握所施加的力的大小(例如，作为标量或矢量大小的非二进制估计)；由触笔施加到电子设备的输入表面的力的大小(例如，作为标量或矢量大小的非二进制估计)触笔的尖端接触电子设备输入表面的位置或其上方的区域；触笔尖端的位置与同样接触该输入表面的用户手掌、手腕或其他手指之间的距离；触笔相对于输入表面的平面的极角(例如，触笔的倾斜度)；触笔相对于输入表面的轴线的方位角；触笔相对于输入表面的平面的角位置的矢量或标量表示；沿触笔长度的一个或多个点相对于输入表面的三维坐标(例如，球坐标，笛卡尔坐标等)等等。在许多实施方案中，用户输入系统随时间的推移而监视此类变量，从而将其中的变化速率作为标量或矢量量(例如，速度、加速度等)来估计。
对触笔(作为输入表面的平面内的点或平行于该平面的区域)的二维位置坐标进行估计或确定的这一操作，在本文中通常被称为“定位”触笔，无论这种操作是由电子设备执行、还是由触笔执行并且/或者至少部分地由于它们之间的协作(或与一个或多个其他电子设备的协作)而被执行，该操作都称为“定位”。在许多实施方案中，该操作涉及估计触笔尖端相对于电子设备的输入表面的平面原点的笛卡尔坐标，诸如布置在电子设备的敏感显示器上方的覆盖玻璃的外表面左下角。在其他示例中，该操作涉及估计触笔尖端所接触的输入表面二维区域或范围。笛卡尔坐标(和/或与某一区域相关联的一组坐标)可以涉及由平行于输入表面或与输入表面本身相关联的平面(例如，局部笛卡尔坐标系)所定义的原点。在一个示例中，原点可以在矩形输入表面的右上角。触笔的位置能够以任何合适的方式或格式来表示，诸如利用矢量或标量来表示。
对触笔相对于输入表面的平面的取向进行估计的这一操作，在本文中通常被称为估计触笔的“角位置”，无论这种操作是由电子设备执行、还是由触笔执行并且/或者至少部分地由于它们之间的协作(或与一个或多个其他电子设备的协作)而被执行，该操作都称为估计触笔的“角位置”。在许多实施方案中，估计触笔角位置的操作涉及估计描述了触笔纵轴相对于输入表面的平面的取向的球坐标。在其他情况下，估计触笔的角位置涉及估计沿触笔纵轴的一个或多个参考点的三维笛卡尔坐标。可以理解的是，在其他实施方案中可以采用任何数量的用于确定触笔相对于输入表面的平面的角位置的特定于具体实施且合适的方法，并且与触笔位置一样，能够以任何合适的方式或格式来表示角位置触笔，诸如利用一个或多个矢量或标量来表示。
在一些实施方案中，可以估计触笔相对于输入表面的平面和最高点的极角和方位角。极角可以被计算为触笔相对于与输入表面的平面垂直的矢量(例如，最高点)的角度，并且方位角可以被计算为触笔相对于与输入表面的平面平行的矢量(例如，轴)的角度。在这些示例中，触笔尖端在输入表面上的位置可以被认为是限定触笔角位置的局部球坐标系的原点。
虽然定位和估计触笔的角位置的操作在本文中通常是相对于局部定义的笛卡尔坐标系和局部定义的球坐标系而言的，但是本领域的技术人员将认识到，对于任何特定实施方案来说，此类坐标系并不是必需的，并且其他坐标系或多个坐标系的协作可以用于执行诸如本文所述的各种计算和操作。在一些示例中，仿射变换或者类似的计算或解译可以由电子设备或者触笔中的任一者或两者来执行，以便从一个坐标系变换到另一个坐标系。
如上所述，电子设备和/或触笔可被配置为随时间的推移而估计和/或监测触笔的位置和角位置，并计算微分量或积分量，诸如但不限于加速度、速度，所施加的总力、路径长度等等。例如，当触笔在表面上移动时，对触笔相对于输入表面的速度和/或加速度进行估计的这一操作，在本文中通常被称为估计触笔的“平面运动”，无论这种操作是由电子设备执行、还是由触笔执行并且/或者至少部分地由于它们之间的协作(或与一个或多个其他电子设备的协作)而被执行，该操作都称为估计触笔的“平面运动”。在许多实施方案中，该操作涉及估计触笔随时间推移所发生的相对移动，更具体地讲涉及触笔随时间推移所产生的位置变化。在特定时间段内的触笔位置变化可用于估计在该时间段期间触笔的速度。类似地，在特定时间段内的触笔速度变化可用于估计在该时间段期间触笔的加速度。
当触笔在整个输入表面上移动时，对触笔相对于输入表面的平面的角速度和/或加速度进行估计的这一操作，在本文中通常被称为估计触笔的“角运动”，无论这种操作是由电子设备执行、还是由触笔执行并且/或者至少部分地由于它们之间的协作而被执行，该操作都称为估计触笔的“角运动”。在许多实施方案中，该操作涉及估计触笔随时间推移所产生的极角和方位角的变化。在特定时间段内的触笔的极角变化是触笔在该时间段内的极角速度。在特定时间段内的触笔的方位角变化是触笔在该时间段内的方位角速度。在这些实施方案中，在特定时间段内的极角速度或方位角速度变化在本文中通常分别被称为极角加速度和方位角加速度。
在许多实施方案中，可以精确地或近似地估计、测量、计算或以其他方式算出由触笔施加到输入表面的力。如本文所用，术语“力”是指力的估计量、确定量和/或计算量，其可以对应于如以下性质或特性：诸如压力、变形、应力、应变、力密度、力-面积关系、推力、扭矩，以及包括力或相关量的其他作用。
对由触笔施加到输入表面的力进行估计的这一操作，在本文中通常被称为估计“所施加的力”，无论这种操作是由电子设备执行、还是由触笔执行并且/或者至少部分地由于它们之间的协作(或与一个或多个其他电子设备的协作)而被执行，该操作都称为估计“所施加的力”。更宽泛地说，该操作包括根据或独立于该力的取向或方向，来估计由触笔所施加的力以及触笔尖端与输入表面之间的力的大小。在许多实施方案中，由触笔尖端施加到输入表面的力是由触笔本身估计的。例如，触笔内的力敏结构可以通过在触笔向输入表面施加力时解析或测量触笔经受的“反作用力”来估计所施加的力。该反作用力等于由触笔施加到输入表面的力并且与后者相反，因此，触笔所测量的反作用力对应于对施加到输入表面的力的测量结果。
在其他情况下，电子设备可以直接测量所施加的力。在此类示例中，触笔可能不需要确定或估计反作用力。
在另外的实施方案中，可以估计和/或确定所施加的力及反作用力。例如，除了反作用力的估计结果之外，用户输入系统还可以获得对所施加的力的估计结果。用户输入系统可以选择和使用这两个测量结果中的一者或两者，或者在其他情况下，用户输入系统能够以适当的方式(例如，平均)组合这两个测量结果。
以下参照图1A图24对这些实施方案和其他实施方案进行论述。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。在整个说明书出现的章节标题仅出于方便和纲领性目的而提供，并不旨在将本公开内容的任何特定部分局限或限制于在该章节中描述的实施方案、修改形式、替代方案、细节、特征结构和/或特性。
结合有触笔的用户输入系统
一般而言，图1A至图1D提及包括电子设备102和触笔104的用户输入系统100。用户106操纵触笔104相对于电子设备102的输入表面108的取向和位置，以便将信息传送到电子设备102。用户输入系统100可被配置为执行或协调多个操作，诸如但不限于对触笔104进行定位、估计触笔104的角位置、估计由触笔104施加到输入表面108的力的大小，等等。
用户输入系统100可以同时或不同时地执行这些和其他操作。在一个非限制性示例中，确定触笔104的位置的操作可以与确定触笔104的角位置的操作同时执行，而估计由触笔104施加到输入表面108的力的大小的操作仅周期性地执行，并且/或者基于电子设备102是否被配置为在特定时间、在给定电子设备102(或者触笔104)特定操作模式的情况下接受来自触笔的力输入来执行。关于这些和其他实施方案，提供了图1A至图1D。
图1A示出了包括电子设备102和触笔104的用户输入系统100。用户106在电子设备102的整个输入表面108上滑动触笔104的尖端，从而与电子设备102中位于输入表面108下方或与输入表面108集成的显示器上呈现或显现的用户界面进行交互。
在其他情况下，电子设备102可能不包括显示器。例如，仅以举例的方式，电子设备102在图1A至图1D中呈现为平板计算设备；可以设想其他电子设备(具有或不具有位于输入表面108下方的显示器)。例如，用户输入系统100的电子设备可以被实现为外围输入设备、触控板、绘图板等。
最初，参考触笔104的某些物理特性和操作特性，例如，如图1A至图1B所示。触笔104可以采取各种形式以便于用户106使用及操纵。在所示的示例中，触笔104具有书写工具(诸如钢笔或铅笔)的一般形式。在图示的实施方案中，触笔104包括具有两个端部的柱形主体。在该示例中，主体的两端分别终止于锥形尖端和圆形盖。锥形尖端和圆形盖中的一者或两者可以是可拆卸的、固定到主体或为主体的构成部分。用户106在整个输入表面108上滑动触笔104的锥形尖端，以将信息传送到电子设备102。电子设备102能够以任何特定于具体实施的且合适的方式来解译用户对触笔104的操纵。
触笔104的柱形主体，或者更一般地说，“主体”或“笔杆”可以由许多合适的材料形成。笔杆在图1B中被标识为笔杆104a。笔杆104a可由塑料、金属、陶瓷、层合物、玻璃、蓝宝石、木材、皮革、合成材料或任何其他材料或材料的组合形成。笔杆104a可以形成用于触笔104的一个或多个内部部件的外表面(或部分外表面)和保护壳。笔杆104a可由可操作地连接在一起的一个或多个部件形成，诸如前件和后件，或者顶部翻盖和底部翻盖。另选地，笔杆104a可以由单个零件(例如，均匀的主体或单件式主体)形成。在许多实施方案中，笔杆104a由绝缘材料形成。
在一些实施方案中，笔杆104a可以部分地或整个地被配置为光学信号漫射器，以漫射红外信号或另一光学信号，诸如从多色发光二极管发射的光。在其他情况下，笔杆104a可以全部或部分地配置为天线窗口，从而允许无线通信和/或电场通过。
笔杆104a可以由掺杂有试剂的材料形成，该试剂被配置成向笔杆104a提供选定颜色、硬度、弹性、刚度、反射率、折射图案、纹理等在其他示例中，掺杂剂可赋予笔杆104a其他性质，包括但不限于导电性和/或绝缘性、磁性和/或抗磁性，耐化学性和/或反应性、红外线和/或可见光吸收和/或反射性能、抗微生物和/或抗病毒性、疏油性和/或疏水性、热吸收性、驱虫性、不褪色性和/或防褪色性、抗静电性性质、液体暴露反应性质等。
笔杆104a可以具有恒定或可变直径的横截面；如图所示，笔杆104a的柱形横截面视图从锥形尖端到圆形盖均保持基本恒定的直径。锥形尖端在图1B中标识为尖端104b。圆形盖在图1B中标识为盲盖104c。
在其他实施方案中，笔杆104a可以包括可变的横截面(例如，笔杆104a的“轮廓”可以在笔杆104a的整个长度上变化)。在一个示例中，笔杆104a的直径可以在尖端104b附近比在盲盖104c处小。在一些示例中，笔杆104a的直径可以在笔杆104a的中间处、在尖端104b和盲盖104c之间向外凸出。在一些情况下，笔杆104a的轮廓可以遵循数学函数，诸如凹凸函数、高斯函数或阶梯函数。笔杆104a可以包括一个或多个抓握特征结构(未示出)，诸如凸起或印痕、紧密间隔的通道、突出部、突起和/或类似结构。在一些情况下，抓握特征结构可以由与笔杆104a不同的材料形成；抓握特征结构可以由表现出高摩擦的聚合物材料形成。
尽管图示为圆柱体，但是笔杆104a无需在所有实施方案中都呈柱形。因此，如本文所用，术语“直径”是指可以连接二维形状的两个点的直线距离，而无论该形状是圆形还是其他形状。例如，触笔104可以包括具有n边的多边形横截面(例如，两端尖的椭圆形横截面、三角形横截面、正方形横截面、五边形横截面等等)的笔杆104a，其直径会变化或者直径恒定不变。
在一些示例中，笔杆104a的横截面视图是轴对称的，尽管这不是必需的；根据本文所述实施方案的某些触笔包括笔杆104a，其具有沿一个轴线反射式对称而沿另一个轴线反射式不对称的横截面。在另外的示例中，触笔104的笔杆104a可形成为人体工程学形状，包括被配置成增加用户106舒适度的凹槽、凹口和/或突出部。在一些情况下，笔杆104a包括锥形部分，该锥形部分朝向尖端104b线性或非线性地减小直径。
在许多情况下，在笔杆104a和尖端104b的交界面处，笔杆104a的直径可以基本上类似于在该位置处尖端104b的直径。以这种方式，锥形顶端和笔杆104a的外表面形成触笔104的基本上连续的外表面。
在一些情况下，笔杆104a可以限定一个或多个孔，其中一个或多个输入/输出部件诸如按钮、表盘、滑块、受力垫、触摸板、音频部件、触觉部件等可能至少部分地驻留。该孔(并且相应地与其相关联的输入/输出部件)可以限定在靠近尖端104b的笔杆104a的下端处。以这种方式，输入/输出部件可以方便地定位于用户106在握住触笔104时可将其食指放在笔杆104a上的位置的附近。
如图1B所示，指示器110可以设置在由笔杆104a限定的另一个孔中。在一个示例中，指示器110包括被照亮以向用户106传达信息的可变亮度单色或多色发光二极管，该信息为诸如(但不限于)触笔104的当前操作模式、电子设备102的当前操作模式，和/或触笔104的剩余电池寿命。在其他示例中，通过指示器110将在电子设备102上运行的程序或应用的状态或操作模式传送给用户106。指示器110能够以任何数量的合适且特定于具体实施的方式被照亮。指示器110可以位于漫射器或透镜后方。在其他示例中，可包括一个以上的指示器。
触笔104的盲盖104c或者更一般地说“盖”可被配置为向触笔104的笔杆104a提供装饰端。在一些情况下，盲盖104c可以与笔杆104a一体地形成，尽管这不是所有实施方案都需要的。例如，在一些实施方案中，盲盖104c可以是可移除的。在一个此类示例中，盲盖104c可被配置为遮蔽触笔104的数据和/或电源连接器112。可以被盲盖104c遮蔽的数据和/或电源连接器112可被配置为耦接到电子设备102(和/或另一个电子设备)的电源和/或数据端口114，从而有利于对容纳在触笔104内的电池进行再充电。在其他情况下，数据和/或电源连接器112可以用于经由电源和/或数据端口114在触笔104和电子设备102之间交换数据。数据和/或电源连接器112可被配置为是柔性的，使得当触笔104连接到电源和/或数据端口114时，该触笔可以抵抗和承受可能损坏触笔104和/或电子设备的某些力102。
尽管数据和/或电源连接器112被图示为多引脚、可逆且标准化的数据和/或电源连接器，但是应该理解，这种连接器并不是必需的。具体地讲，在一些实施方案中，可以使用闪电连接器、通用串行总线连接器、火线连接器、串行连接器、雷电连接器、耳机连接器或任何其他合适的连接器。
如图所示，数据和/或电源连接器112可以从笔杆104a的端部向外延伸。然而，并非所有实施方案都需要如此。例如，数据和/或电源连接器112可以被实现为布置在笔杆104a表面上的一系列电触点。在一个示例中，所述一系列电触点布置在笔杆104a的平坦尖端表面(例如，圆柱形的圆形端帽)上。在该实施方案中，数据和/或电源连接器112可以在触笔未使用时手动地或自动地回缩到笔杆104a中。在一些示例中，数据和/或电源连接器112可以连接到推-推机构。在这些实施方案中，可能不需要盲盖104c。在这些实施方案中，数据和/或电源连接器112是被配置为与凹型插座(诸如电力和/或数据端口114)配合的凸型连接器。在其他情况下，数据和/或电源连接器112可以是被配置为与凸型连接器配合的凹型插座。在这些实施方案中，盲盖104c可以包括被配置为装配在数据和/或电源连接器112内的延伸部分。该延伸部分可以包括一个或多个磁体，以吸引到数据和/或电源连接器112的一个或多个部分。
数据和/或电源连接器112可以包括被共同标记为卡位件112a的一个或多个卡位件，其可以有助于将数据和/或电源连接器112保持在电子设备102的电力和/或数据端口114内。另外，卡位件112a可以有助于保持盲盖104c，例如下文参照图9A至图9D所述那样。在其他实施方案中，可以不需要卡位件。
在一些情况下，盲盖104c包括用于将触笔104附接到用户口袋或任何其他合适的存储位置的夹子(未示出)。盲盖104c可以包括被配置成联接到系索或系绳的通孔。系索或系绳还可被配置为耦接到电子设备102。
盲盖104c可由任何合适的材料形成，诸如但不限于，金属、塑料、玻璃、陶瓷、蓝宝石和类似物或其组合。在许多情况下，盲盖104c由与笔杆104a相同的材料形成，尽管这不是必需的。在一些实施方案中，盲盖104c可以完全或部分地配置为信号漫射器，诸如多色发光二极管，以漫射红外信号或另一光学信号。在其他情况下，盲盖104c可以全部或部分地配置为天线窗口，从而允许无线通信和/或电场通过。
在一些示例中，盲盖104c可以包括一个或多个压力通气孔，其通常被标记为压力通气孔116。当盲盖104c被应用到触笔104的数据和/或电源连接器112上时，压力通气孔116可以提供压力常态化路径。在其他情况下，压力通气孔116可被配置为防止和/或缓解压力差的形成，该压力差可能在某些情况下将盲盖104c从触笔104的笔杆104a中弹出。压力通气孔116可以包括调节和/或以其他方式控制气流的阀。
如图所示，盲盖104c终止于圆形端部，尽管这不是所有实施方案都需要的。在一些实施方案中，盲盖104c作为平面而终止。在其他实施方案中，盲盖104c终止于另一种合适的形状。
盲盖104c可以具有恒定或可变直径的横截面。许多实施方案中，在如图所示，盲盖104c的横截面视图与笔杆104a和盲盖104c接合处的笔杆104a的横截面视图相匹配。
在其他实施方案中，盲盖104c可以包括可变的横截面。在一个示例中，在盲盖104c的端部附近，盲盖104c的直径可以比盲盖104c中被配置为连接到笔杆104a的那部分的直径更小。在一些示例中，盲盖104c的直径可以类似于铅笔的橡皮。在一些情况下，盲盖104c的轮廓可以遵循数学函数，诸如凹凸函数、高斯函数或阶梯函数。盲盖104c可以包括抓握特征结构，诸如凸起或印痕、紧密间隔的通道、突出部、突起和/或类似结构。在一些情况下，抓握特征结构可以由与盲盖104c不同的材料形成；该抓握部可以由表现出高摩擦的聚合物材料形成。
盲盖104c可被配置为可拆卸地附接到笔杆104a。在一个实施方案中，盲盖104c具有螺纹，使得盲盖104c拧入到笔杆104a内的对应螺纹中。在其他情况下，盲盖104c包括一个或多个卡位件和/或凹槽，其被配置为与笔杆104a内的一个或多个对应凹槽和/或卡位件和/或盲盖104c可能遮蔽的连接器对齐。在其他情况下，盲盖104c与笔杆104a过盈配合或卡扣配合。在另外的情况下，盲盖104c被磁性地吸引到笔杆104a的一部分上和/或可能被盲盖104c遮蔽的连接器的一部分上。
在一些情况下，盲盖104c可被配置用作输入部件。例如，触笔104可以在盲盖104c被附接时以第一模式操作，而在盲盖104c被移除时以第二模式操作。类似地，当盲盖104c旋转到第一角度时，触笔104以第一模式操作，而当盲盖104c旋转到第二角度时，触笔104以第二模式操作。电子设备102还可被配置为以与触笔104盲盖104c的角位置相关的模式进行操作。在其他情况下，触笔104和/或电子设备102可以监视盲盖104c的旋转角度作为旋转输入。在其他情况下，盲盖104c可以机械耦接至开关，使得按压盲盖104c会向触笔104和/或电子设备102发出命令或指令。
触笔104的尖端104b或者更一般地说“尖端”可被配置为接触电子设备102的输入表面108，从而有助于用户106和电子设备102之间的交互。类似于钢笔，尖端104b可以逐渐变细至一个点，使得用户106能够以熟悉的形状因数精确地控制触笔104。在一些示例中，与尖头截然相反，尖端104b可以是钝的或圆形的，或者可以采取可旋转球或固定球的形式。
在许多实施方案中，尖端104b由比输入表面108更软的材料形成。例如，尖端104b可以由硅树脂、橡胶、含氟弹性体、塑料、尼龙、导电或电介质泡沫或任何其他合适的材料或材料组合形成。这样，在整个输入表面108上拖动尖端104b可不对输入表面108或涂敷到输入表面108的涂层造成损害，诸如但不限于抗反射涂层、疏油涂层、疏水涂层、装饰涂层、油墨层等。
如同笔杆104a一样，尖端104b可以由掺杂有试剂的材料形成，该试剂被配置成向尖端104b提供选定颜色、硬度、弹性、刚度、反射率、折射图案、纹理等在其他示例中，掺杂剂可赋予尖端104b其他性质，包括但不限于导电性和/或绝缘性、磁性和/或抗磁性，耐化学性和/或反应性、红外线和/或可见光吸收和/或反射性能、抗微生物和/或抗病毒性、疏油性和/或疏水性、热吸收性、驱虫性、不褪色性和/或防褪色性、抗静电性性质、液体暴露反应性质等。
在许多情况下，尖端104b由与笔杆104a相同的材料形成，尽管这不是必需的。在一些实施方案中，尖端104b可以完全或部分地配置为信号漫射器，诸如多色发光二极管，以漫射红外信号或另一光学信号。在其他情况下，尖端104b可以全部或部分地配置为天线窗口，从而允许无线通信和/或电场通过。
尖端104b可以具有线性减小的直径。在许多实施方案中，如图所示，尖端104b的横截面视图与笔杆104a和尖端104b交界处笔杆104a的横截面视图相匹配，其线性地减小直到终止点。在其他示例中，尖端104b的横截面视图可以在终止于终止点处之前减小和/或增大。在一些情况下，尖端104b的轮廓可以遵循数学函数，诸如凹凸函数、高斯函数或阶梯函数。尖端104b可以包括抓握特征结构，诸如凸起或印痕、紧密间隔的通道、突出部、突起和/或类似结构。在一些情况下，抓握特征结构可以由与尖端104b不同的材料形成；抓握特征结构可以由表现出高摩擦的聚合物材料形成。
尖端104b可被配置为可拆卸地附接到笔杆104a。在一个实施方案中，尖端104b具有螺纹，使得尖端104b拧入到笔杆104a内的对应螺纹中。在其他情况下，尖端104b包括一个或多个卡位件和/或凹槽，其被配置为与笔杆104a内的一个或多个对应凹槽和/或卡位件对齐。在其他情况下，尖端104b与笔杆104a过盈配合或卡扣配合。在另外的情况下，尖端104b被磁性地吸引到笔杆104a的一部分。
被配置为从触笔接收输入的电子设备
接下来，返回图1A，该图涉及电子设备102的某些物理和操作特性，及其与图1A至图1B中所示触笔104的互操作。
在一些实施方案中，电子设备102基本上实时地定位和估计触笔104的角位置。电子设备102可在具有和/或不具有来自触笔104的通信的情况下执行这些操作。
在例示的实施方案中，电子设备102被描绘为平板计算设备，尽管这种形状因数并不是所有实施方案都需要的(如上所述)。例如，电子设备102可以是任何合适的设备，诸如台式计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、工业或商业计算终端、医疗设备、外围或集成输入设备、手持式或电池供电便携式电子设备、导航设备、可穿戴设备等。为了简化说明，下述图1A的电子设备102的许多部件在图1A至图1D中未标出，或者在图1A至图1D中未示出。
电子设备102包括壳体(例如“外壳”)。外壳102a可以形成用于电子设备102的一个或多个内部部件的外表面(或部分外表面)和保护壳。在例示的实施方案中，外壳102a形成为大致矩形形状，尽管这种配置不是必需的。外壳102a可由可操作地连接在一起的一个或多个部件形成，诸如前件和后件，或者顶部翻盖和底部翻盖。另选地，外壳102a可以由单个零件(例如，均匀的主体或单件式主体)形成。
外壳102a可被配置为封装、支撑并保持电子设备102的内部部件。电子设备102的部件可以包括但不一定限于以下项中的一个或多个：处理器、存储器、电源、一个或多个传感器、一个或多个通信接口、一个或多个数据连接器、一个或多个电源连接器、一个或多个输入/输出设备诸如扬声器、旋转输入设备、麦克风、开/关按钮、静音按钮、生物测定传感器、相机、力和/或触敏的触控板等等。
电子设备102可包括显示器108a。显示器108a可以定位在输入表面108下方。在其他示例中，显示器108a与输入表面108集成一体。显示器108a可使用任何合适的技术来实现，该显示器包括但不限于使用液晶显示器技术、发光二极管技术、有机发光显示器技术、有机电致发光技术、电子墨水，或另一类型的显示技术或多种显示技术的组合的多点触摸和/或多点力感测触摸屏。
在一些实施方案中，电子设备102的通信接口有利于电子设备102和触笔104之间的电子通信。例如，在一个实施方案中，电子设备102可被配置为经由低能量蓝牙通信接口或近场通信接口与触笔104通信。在其他示例中，通信接口有利于电子设备102与外部通信网络、设备或平台之间的电子通信。
通信接口(无论是电子设备102与触笔104之间的通信接口还是另外的通信接口)可被实现为无线接口、蓝牙接口、近场通信接口、磁性接口、通用串行总线接口、电感接口、谐振接口，电容耦合接口、Wi-Fi接口、TCP/IP接口、网络通信接口、光学接口、声学接口或任何传统的通信接口。
除了通信以外，电子设备102可提供与外部连接的设备或正在进行通信的设备和/或在该设备上运行的软件相关的信息、消息、视频、操作命令等等(并且可从外部设备接收上述各项中的任一者)。如上所述，为了例示简单起见，图1A至图1D中将电子设备102示为未带有很多这些元件，其每个均可以部分、任选地或完全地包括在电子设备102的外壳102a之内。
如上所述，电子设备102包括输入表面108。输入表面108与电子设备102的外壳102a协作以形成其外表面。在一些情况下，输入表面108的顶表面可以与外壳102a的外表面齐平，尽管这不是所有实施方案都需要的。在一些示例中，输入表面108立在外壳102a的至少一部分的上方。
在许多示例中，输入表面108由玻璃或其他合适的材料形成，诸如塑料、蓝宝石、金属、陶瓷、注入离子的玻璃等等。在一些情况下，输入表面108是固体材料，而在其他情况下，输入表面108通过将多种材料层合或粘合在一起而形成。在一些情况下，输入表面108是光学透明的，而在其他情况下，输入表面108是不透明的。
输入表面108可以包括设置在其外表面上的一个或多个装饰层或功能层。例如，抗反射涂层可以被施加到输入表面108的外(或内)表面。在另一个示例中，疏油涂层被施加到输入表面108。在其他示例中，将触觉层施加到输入表面108。当触笔104在触觉层上移动时，触觉层可被配置为展现出特定的动摩擦或静摩擦。
电子设备102还可以包括位于输入表面108下方或与该输入表面集成一体的显示器。电子设备102利用显示器来呈现图像，从而向用户传达信息。显示器可被配置为显示文本、颜色、线条、照片、动画、视频等。
显示器可以被粘附、层合或定位成接触输入表面108的底表面。显示器可以包括有利于呈现图像的多个元件的堆叠，包括例如透明电路层、滤色器层、偏振器层和其他元件或层。显示器可以用任何合适的显示技术来实现，包括但不限于液晶显示技术、有机发光二极管技术、电致发光技术等。该显示器还可包括用于改善结构或者光学性能的其他层，包括例如玻璃片、聚合物片材、偏光器片、彩色掩模、刚性或弹性框架等。
电子设备102还可以包括位于电子设备102的输入表面108和/或显示器下方或与之集成一体的传感器层。电子设备102利用传感器层来检测输入表面108上的触笔104的存在情况和/或位置，以及用于其他目的。在其他示例中，电子设备102利用传感器层来检测输入表面108上的另一对象(诸如用户的手指)的存在情况。在另外的示例中，电子设备102利用传感器层来检测物体(例如触笔104)在输入表面108上按压的力。
传感器层可为光学透明的或不透明的。如果特定实施方案的传感器层设置在显示器内，则传感器层可以是光学透明的，从而不影响显示器的清晰度。在另一个示例中，传感器层可被设置成围绕显示器的周边，且位于显示器周围的边框下方。在该实施方案中，传感器层不需要是光学透明的。
定位触笔
接下来，参考使用电子设备102的传感器层来对电子设备102输入表面108上的触笔104进行定位的这一操作。电子设备102能够以多种合适的方式对触笔104尖端进行定位并且估计其笛卡尔坐标。
在典型实施方案中，作为触笔104与电子设备102之间的协作结果，触笔104得到定位。一般而言，触笔104可以产生具有较小有效直径的电场。当触笔放在输入表面上时，该电场与输入表面相交。电子设备102检测该电场，并且基于检测到电场的位置(和/或区域)来估计触笔的位置。下文具体参考图5A至图5M更详细地描述可以由触笔104生成的电场。
更具体地讲，如上所述，电子设备102可以包括传感器层，该传感器层可被配置为检测由触笔104产生的电场。在一个实施方案中，传感器层包括多个电容感测节点。电容感测节点可以位于显示器之上或之内和/或输入表面108之上或之内的任何合适的层之上或之间。
在一些示例中，电容感测节点可以至少部分地由光学透明导体形成，诸如但不限于：金属氧化物，诸如氧化铟锡和氧化锑锡；由纳米银线、碳纳米管、铂纳米线、金纳米线等形成的纳米线图案；薄金属的沉积；等等。电容感测节点可被配置为以自电容模式、互电容模式或其他电容模式操作，其电容耦合到触笔104并检测由此产生的信号和电场。
在这些实施方案中，触笔104可以形成从其尖端产生的基本上球形的电场。该电场影响尖端附近的每个电容感测节点的互电容。电子设备102通过监测每个电容感测节点的这些电容变化并估计发生这样的变化(如果有)的位置，来对输入表面108上的触笔104进行定位。
如本文所用，术语“尖端信号”通常是指由触笔104施加到尖端104b的电信号。如本文所用，术语“尖端场”通常是指由触笔104的尖端104b响应于尖端信号所产生的电场。如上所述，尖端场可以采取任何合适的形状，但是在许多实施方案中，尖端场基本上呈球形并且可以被建模为点源单极电场。输入表面108(或与输入表面108平行的平面)与尖端场相交的区域在本文中通常被称为“尖端场交叉区域”。
尖端场交叉区域的周界可被限定为这样的边界，自该边界往后，电子设备102接收的尖端场的功率密度(例如，强度)低于选定阈值。在一个示例中，尖端场交叉区域的圆周被限定在尖端场的半功率点(例如，3dB点)处。换句话说，在该示例中，尖端场交叉区域被限定为输入表面108中与尖端场相交的那一部分，其强度至少大于产生该电场的功率的一半。下文具体参照图3A和图5A至图5N详细描述了可被配置为生成和/或发射出尖端场的示例性结构。
因为尖端场是从触笔104的尖端产生的，所以尖端场交叉区域基本上仅基于触笔104的位置而移位；在典型实施方案中，尖端场交叉区域可能不基于触笔104的角位置而以实质方式移位。因此，为了确定触笔104的位置，电子设备确定触笔交叉区域的几何中心。然而，如可以理解的，电子设备102的传感器层可以被布置在输入表面108的最外表面下方一定距离处。在这些示例中，尖端场交叉区域可以取决于触笔104的角位置(例如，透视收缩/视差效应)。
在其他实施方案中，触笔104的位置可由电子设备102、触笔104或其组合来确定。例如，电子设备102可以确定尖端场周界形状、尖端场的最大位置、尖端场的最小位置等等。换句话说，可以理解，尽管在本文中描述了某些技术，但是电子设备102或触笔104可以使用其他合适的技术来确定触笔的位置。
在许多情况下，同一传感器层也可以用于检测用户106的一根或多根手指，同时检测尖端场。在这些情况下，电子设备102可以接收触摸输入和触笔输入。具体地讲，电容感测节点可以在触摸输入模式下操作以检测手指触摸，并且在工具输入模式下操作以检测触笔输入。这两种模式能够以这样的速率进行切换：该速率下，电容感测节点能够同时或几乎同时检测手指触摸(多点触摸或单点触摸)和触笔输入。
触笔的角位置
接下来参考图1B至图1D，图中涉及估计触笔104相对于输入表面108的角位置的操作。在这些实施方案中，触笔104可以产生与尖端场分立并偏置的第二电场。第二电场与尖端场同轴对齐，并且这两个场都沿着触笔104的纵向轴线轴对称，由此允许触笔104的抓握情况未知。
为了确保尖端场和第二电场是轴对称的，许多实施方案利用具有小直径的导电环或管来产生第二电场。在一些实施方案中，导电环的直径近似等于产生尖端场的电导体的宽度(例如，在一毫米内)。负责将尖端信号传输到尖端104b的信号线穿过导电环。以这种方式，由导电环产生的场可以是轴对称的；该电场不受负责将尖端信号传输到尖端104b的信号线的存在情况的影响。
如本文所用，术语“环信号”通常是指由触笔104施加的用于产生第二电场的电信号。在许多实施方案中，由于环形电导体的直径小，因此第二电场也是基本上球形的电场。换句话说，虽然该电场的源是环形导体而不是点源，但是同导体与尖端(并且因此，电子设备102的输入表面108)分开的距离(该距离下，环电场对于电子设备102而言表现为源自点源单极子)相比，导体的半径足够小。
在一些实施方案中，环形电导体是管或圆柱体。在这些实施方案中，所产生的电场可以呈胶囊形状(例如，用半球形端盖住的圆柱体)。在这些实施方案中，环形导体具有沿着触笔104的纵向轴线对齐的纵向轴线。以这种方式，从管形电导体产生的胶囊形电场的一个半球形端部，被取向为朝向触笔104的尖端104b。
与尖端场一样，如本文所用，术语“环场”通常是指由触笔104响应于环信号而产生的电场。输入表面108(或与输入表面108平行的平面)与环场相交的区域在本文中通常被称为“环场交叉区域”。
在其他实施方案中，触笔104的角位置可由电子设备102、触笔104或其组合来确定。例如，电子设备102可以确定环场周界形状、环场的最大位置、环场的最小位置等等。换句话说，可以理解，尽管在本文中描述了某些技术，但是电子设备102或触笔104可以使用其他合适的技术来确定触笔的角位置。
因此，一般而言，本文所述的触笔(例如触笔104)产生两个不同的电场，其场源相互偏置一定的距离。所述电场沿着触笔的纵向轴线彼此对准，使得所述电场是轴对称的。第一电场源于触笔尖端附近，被称为尖端场。第二电场源于距尖端场小距离偏置之处，被称为环场。尖端场和环场在触笔尖端的方向上基本上是球形的(或半球形的)。在使用时，尖端场和环场分别在尖端场交叉区域和交叉区域上与电子设备(例如，电子设备102)的输入表面(例如，输入表面108)相交。在很多情况下，交叉区域可以是基本上是圆形的。
如尖端场交叉区域一样，环场交叉区域的周界可被限定为这样的边界，自该边界往后，电子设备102接收的环信号的功率密度(例如，强度)低于选定阈值。在一个示例中，环场交叉区域的圆周被限定在环场的半功率点(例如，3dB点)处。换句话说，在该示例中，环场交叉区域被限定为输入表面108中与环场相交的那一部分，其强度至少大于产生该电场的功率的一半。下文具体参照图3A和图5A至图5N详细描述了可被配置为生成和/或发射出环场的示例性结构。
尖端信号和环信号各自可具有至少一个交流电分量，该交流电分量经由电容耦合或其他合适的感测技术被电子设备的传感器层接收。在许多实施方案中，尖端信号的频率不同于环信号的频率或调制模式(例如，频率复用)。在其他情况下，尖端信号和环信号可以是时分复用的。
然而，不同于尖端场，由于环场的场源(例如，环形电导体)与尖端104b分离，所以环场交叉区域可基于触笔104的角位置而移位。因此，在一个方向或另一个方向上倾斜触笔104导致环场交叉区域的面积和/或位置发生改变，而尖端场交叉区域保持基本固定。
在这些实施方案中，可以使用尖端场交叉区域和环场交叉区域的相对位置，来估计触笔104的极角和方位角。更具体地讲，尖端场交叉区域和环场交叉区域的几何中心相距越远，触笔相对于输入表面108的极角就越小104(例如，触笔104越平行于输入表面108)。类似地，可以使用尖端场交叉区域和环场交叉区域的几何中心之间限定的矢量的角度，来估计触笔104相对于输入表面108的方位角。
在另一个非限制性短语表述中，在许多实施方案中，电子设备102使用尖端场和环场的已知球形直径、环场交叉区域的直径，和/或尖端和环之间的距离，来估计极角118(限定在垂直于输入表面108的平面的矢量与触笔104的纵轴120(诸如天顶)之间)和方位角122(限定在极角118与输入表面108的平面内的参考矢量(诸如轴线)之间)。
为了便于理解极角118和方位角122之间的相对关系，提供了图1C和图1D，图中示出了图1A所示的电子设备102和触笔104的附加视图，并且为了清楚起见省略了用户106的手。图1C示出了图1A的电子设备102的俯视图，具体地讲示出了触笔104相对于输入表面108的平面的方位角122。类似地，图1D示出了102的电子设备的底部侧视图，具体示出了触笔104相对于电子设备输入表面的平面的极角118。
本文参考电子设备102的传感器层描述了许多实施方案，该传感器层可被配置为通过监测互电容来检测尖端信号和环信号。然而，可以理解的是，电子设备102能够以任何特定于具体实施的方式被适当地配置，以检测环场和尖端场。例如，电子设备可以包括传感器层，其被配置为监测一个或多个电容传感器节点的自电容变化。在其他示例中，电子设备可被配置为在自电容模式和互电容模式下操作。在其他实施方案中，可以使用其他感测技术来确定尖端场和环场的位置和相对位置。
如上所述，传感器层也可以用于检测用户106的一根或多根手指，同时检测环场。在这些情况下，电子设备102可以接收触摸输入和触笔输入。
检测由触笔施加的力
回到图1B，图中涉及估计由触笔104施加到输入表面108的力Fa的操作。如同在本文描述的其他实施方案一样，由触笔104施加的力能够以多种方式得到估计、测量、估算，或以其他方式取得。
在一些示例中，由电子设备102来估计该力。在其他示例中，通过触笔104估计该力，在此之后，触笔104使用任何合适的编码或未编码格式将所估计的力作为矢量或标量传输(例如，经由无线通信接口)给电子设备102。在另一些实施方案中，由电子设备102获得的力估计结果以及由触笔104获得的力估计结果可以被组合、平均或以其他方式一起用于估计由触笔104施加的力的大小。
最初，参考电子设备102估计由触笔104施加的力Fa的实施方案。在这些实施方案中，电子设备102可以包括被配置为估计和/或估算施加到输入表面108的力的一个或多个部件。在估计触笔104的尖端正在接触输入表面108时，电子设备102估计由触笔尖端所施加的力Fa。在这些实施方案中，由电子设备102所估计的力可以作为垂直于输入表面108的力矢量来获得。在这些情况下，电子设备102可以使用极角118和方位角122将力矢量分解(例如，使用余弦定律)成平行于纵轴120的矢量分量和平行于输入表面108的分量(例如，根据上述技术来计算)。电子设备102可以将平行于输入表面108的分量和平行于触笔104的角位置的分量中的一者或两者的大小或方向解译为用户输入。
接下来，参考触笔104估计施加到输入表面108的力Fa的实施方案。在这些示例中，触笔104估计该触笔自身经受的反作用力Fr反作用力Fr在大小上等于由触笔104施加到输入表面108的力Fa，并且在符号上与后者相反。
在一个实施方案中，触笔104的尖端104b至少部分地由诸如压电材料的力敏材料形成。触笔104内的电路估计力敏材料的电特性，以估计触笔104的尖端104b是否正在经受反作用力Fr。在获得反作用力Fr的估计结果之后，触笔104可以将由尖端104b施加的力Fa传输给电子设备102。
在另一个实施方案中，力敏结构可以集成在触笔104的尖端104b和笔杆104a之间。力敏结构可以包括多个独立的力传感器，其设置在定位于尖端104b和笔杆104a之间的垫圈密封件内。触笔104内的电路估计垫圈密封件的电特性，以估计尖端104b是否正在经受反作用力。之后，触笔104可以将由尖端104b施加的力Fa传输给电子设备102。
在另一个实施方案中，力敏结构可以集成在触笔104的笔杆104a内。力敏结构可以包括多个独立的应变响应元件或力响应元件，这些元件沿着笔杆104a设置在各个位置处。在检测到一个或多个力(例如，来自用户106的一根或多根手指)时，触笔104可将这些力分解成和/或组合成平行于纵向轴线120的单个矢量。更具体地说，在这些实施方案中，触笔104将尖端104b定为第二级杠杆的支点。以这种方式，如果力敏结构在触笔104笔杆104a上的各个位置处检测到的各个力的总和为零，则触笔104可以估计出触笔104的尖端104b不与输入表面108接触。相反地，如果由力敏结构在触笔104主体上的各个位置处检测到的各个力的总和不为零，则触笔104可以推断剩余的力必须通过尖端104b施加到输入表面108。之后，触笔104可以将由尖端104b施加的力Fa传输给电子设备102。
在其他实施方案中，触笔104的尖端104b可以大致沿纵向轴线120移动。以这种方式，当触笔104的尖端104b接触输入表面108(或任何其他表面)并且施加力时，作为反作用力Fr的直接结果，该尖端至少部分地撤回到触笔104的笔杆104a中。撤回量可以因实施方案而异。在一个非限制性示例中，尖端104b能够以小于1.0mm的量撤回到触笔104的主体中。在其他实施方案中，尖端104b能够以小于0.1mm的量撤回到触笔104的主体中。在另外的实施方案中，尖端104b能够以不同的量(例如，更大或更小)进行撤回。
在这些示例中，触笔104的主体内的力敏结构可以耦接到尖端104b。力敏结构可以用于若干目的。例如，力敏结构可以为尖端104b提供支撑。在另一个示例中，力敏结构可以引导尖端104b撤回到笔杆104a中。在另一个示例中，当触笔104的尖端104b不再施加力Fa时，力敏结构可以将该触笔尖端恢复到中档位置。
在一个实施方案中，力敏结构包括基部机构，该基部机构将触笔104的尖端104b向外偏压，提供抵抗尖端104b撤回到触笔104的主体中的阻力。在一些情况下，偏置机构是螺旋弹簧或片簧。
力敏结构可以至少部分地由金属形成。力敏结构可以包括侧向床，该侧向床具有从侧向床的每个端部延伸的两个悬臂支柱。悬臂支柱可以由与侧向床相同的材料形成。在一些实施方案中，侧向床和悬臂支柱形成单个一体式部分。在其他示例中，悬臂支柱通过粘合剂、焊接或任何其他合适的方法附接到侧向床。
每个悬臂支柱可相对于触笔104的内部框架而固定，从而将力敏结构的横向床悬挂在触笔104的主体内。如上所述，触笔104的尖端104b可以机械地耦接至力敏结构的一部分。例如，尖端104b可以耦接到悬臂支柱和/或侧向床中的至少一者。以这种方式，当触笔104的尖端104b相对于主体向内移动时(例如，响应于尖端接触输入表面108并且施加力)，悬臂支柱能够以可预测的方式偏转。可以使用应变传感器或其他感测设备来测量悬臂支柱中的一者或两者的偏转，该偏转继而可用于估计由触笔104施加的力。
在从输入表面108移走触笔104时，力敏结构的悬臂支柱中的一者或两者可呈现使触笔104的尖端返回到其中档位置的恢复力。
在许多实施方案中，当处于中档位置时(例如，当尖端未施加力并且触笔100处于就绪状态时)，悬臂支柱式腿基本上与侧向床正交。在其他情况下，悬臂支柱从侧向床以一斜角延伸出。在一些情况下，两个悬臂支柱都连接到侧向床的同一侧；力敏结构的轮廓呈现为扩宽的U形。在其他情况下，悬臂支柱连接到侧向床的相对侧；力敏结构的轮廓呈细长的S形或Z形。
在这些实施方案中，应变传感器(或其他传感装置)可以表现出电可测量特性，该特性可根据所施加的力的大小而变化。在一个示例中，应变传感器可以耦接至力敏结构的悬臂支柱。应变传感器可以耦接到触笔104内的电路。该电子电路可被配置为监视应变传感器的一个或多个电特性(例如，电阻、电容、累积电荷、电感等)的变化。
当触笔104的尖端104b对输入表面108施加力时，尖端104b相对于触笔104的主体向内移动，这继而使得力敏结构的至少一个悬臂支柱发生偏转，这又导致应变传感器的一个或多个电特性改变。然后电路对这些变化进行量化，并且反过来报告出所述力已得到估计。之后，触笔104可以将由尖端104b施加的力传输给电子设备102。
以上对图1A至图1D中所示实施方案的描述以及各种替代形式和变型形式，将在下文中通常出于解释的目的并且为了便于透彻理解下文给出的具体实施方案而提供。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，本文所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。因此，对特定实施方案的上述和下述描述出于例示和描述的特定目的而被呈现。这些描述并非旨在穷举或将本公开限制于本文所述的精确形式。相反，对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上述教导内容，许多修改和变型是可能的。具体地讲，应当理解，图1A至图1D中描绘的用户输入系统(包括电子设备和触笔)能够以许多合适的且特定于具体实施的方式来实现。
然而，广义地和一般地讲，电子设备确定和/或估计触笔的特性和/或该特性随时间推移而发生的改变，以将用户的操纵解译为输入。电子设备通过其自身的估计或通过与触笔的通信来获得触笔的位置、触笔的角位置、触笔施加到电子设备的力、触笔的速度、触笔的加速度、触笔的极角速度或极角加速度，触笔的方位角速度或方位角加速度等等。这些操作中的任一个操作，或这些操作的一部分可以由电子设备执行、由触笔执行，并且/或者至少部分地由于它们之间的协作和通信而执行。
用户输入系统的一般操作
图2A至图2F总体上示出了用户输入系统200的简化系统图，该系统包括电子设备202和触笔204以及其各个子部分。为了简化说明，这些简化系统图中的许多图可被呈现为不具有系统元件之间的信号和/或互连路径，这对于特定实施方案可能是需要或期望的。因此，可以理解的是，图2A至图2F的简化框图中描绘的各种系统元件中的一者或多者，能够以特定于具体实施且适当的方式在电学上或在通信上被配置为与任何其他适当的系统元件通信。具体地讲，各种系统元件中的一者或多者可被配置为经由一个或多个电路迹线、跳线、电缆、有线或无线通信接口、数据总线等等，来与任何其他适当的系统元件交换数据、电力、模拟信号或数字信号等。类似地，可以理解的是，图2A至图2F的简化框图中描绘的各种系统元件中的一者或多者，能够以特定于具体实施且适当的方式在机械上被配置为耦接至任何其他适当的系统元件(或与其在机械上隔离)。
相应地，图2A至图2F所描绘的简化系统图中不存在或存在各种系统元件之间的信号路径和/或互连路径的情况，不被解释为对各种系统元件之间存在或不存在任何特定电气或机械关系的偏好或要求。
最初，参考图2A中示出的用户输入系统200的某些操作部件。如同本文所述的其他实施方案一样，用户输入系统200包括电子设备202和触笔204。电子设备202可以被实现为任何合适的电子设备，包括但不限于：台式计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、工业或商业计算终端、医疗设备、外围或集成输入设备、手持式或电池供电便携式电子设备、导航设备、可穿戴设备等。图2A的用户输入系统200可以对应于上文结合图1A至图1D讨论的用户输入系统100。
触笔204可以形成为基本上采取用户可以单手操纵的任何形状。例如，在许多实施方案中，触笔204具有触笔、钢笔、智能电刷、识别笔、凿子等的形状。
如结合本文所述的其他实施方案所指出的，用户操纵触笔204相对于电子设备202的输入表面的取向和位置，以便将信息传送到电子设备202。在许多实施方案中，电子设备202的输入表面是显示屏，但这不是必需的；在其他实施方案中，输入表面可以是非显示输入表面，诸如触控板或绘图板。
用户输入系统的触笔的一般操作
接下来，参考诸如图2B中示出的示例性触笔204的某些操作部件。触笔204可以包括多个子系统，这些子系统协作以执行、协调或监控触笔204(或者更一般地讲，用户输入系统200)的一个或多个操作或功能。具体地讲，如图2B所示，触笔204包括协调引擎206、处理单元208、电源子系统210、无线接口212以及电源连接器214。
一般而言，触笔204的协调引擎206可以负责生成如上所述的尖端场和环场的任务。这些场便于电子设备202发现触笔204的笛卡尔坐标和球坐标。在一些实施方案中，协调引擎206也可以负责测量由触笔204施加的力，诸如结合图1A至图1D描述的反作用力Fr。
在许多实施方案中，协调引擎206的一个或多个部件可以包括或者可以通信地耦接至电路和/或逻辑部件，诸如处理器和存储器。该电路可以控制或协调该协调引擎206的一些或全部操作，包括但不限于：与触笔204的其他子系统进行通信和/或处理数据；接收用于生成尖端信号和环信号的参数；将尖端信号和环信号分别传送到尖端场发生器和环场发生器；从触笔204的另一个子系统接收尖端信号和环信号；测量和/或获得一个或多个模拟或数字传感器(诸如应变传感器或加速计)的输出；等等。协调引擎206在下文结合图2D有详细描述。
协调引擎206的处理器可被实现为能够处理、接收或发送数据或指令的任何电子设备。例如，处理器可以是微处理器、中央处理单元、专用集成电路、现场可编程门阵列、数字信号处理器、模拟电路、数字电路或这些设备的组合。处理器可以是单线程或多线程处理器。处理器可以是单核或多核处理器。
因此，如本文所述，短语“处理单元”或更一般地说“处理器”是指由硬件实施数据处理的设备或电路，其被物理地配置为执行数据的特定转换，包括表示为程序中所包括的代码和/或指令的数据操作，该程序可以存储在存储器中并从存储器访问。该术语意在涵盖单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元、模拟或数字电路，或其他适当配置的计算元件或元件的组合。
协调引擎206可以被耦接至处理单元208，并且可被配置为将尖端信号和环信号提供给协调引擎206。处理单元208还可被配置为促进例如经由无线接口212而与电子设备202进行的通信。处理单元208在下文结合图2E有详细描述。
在许多实施方案中，处理单元208可以包括或者可以通信地耦接至电路和/或逻辑部件，诸如处理器和存储器。处理单元208的电路可以执行、协调和/或监控处理单元208的一个或多个功能或操作，包括但不限于：与触笔204的其他子系统进行通信和/或处理数据；与电子设备202通信和/或交易数据；产生尖端信号和/或环信号；测量和/或获得一个或多个模拟或数字传感器(诸如应变传感器或加速计)的输出；将触笔204的电力状态从正常电力状态改变为待机电力状态或低电力状态；将信息和/或数据调制到尖端信号和环信号中的一者或两者上；等等。
触笔204可以由内部电池供电。电源子系统210可以包括一个或多个可充电电池和电源控制器。电源子系统210的电源控制器可被配置为，当电源连接器214被耦接至电源时促进电池的快速充电。在一些情况下，电源连接器214可被配置为连接到的电源是电子设备202的数据和/或电力端口。在其他情况下，电源连接器214包括被配置为吸引到电子设备的表面或通道的一个或多个磁体。
在许多实施方案中，电源子系统210的电源控制器可以包括或者可以通信地耦接至电路和/或逻辑部件，诸如处理器和存储器。电源控制器的电路可以执行、协调和/或监控电源子系统210的一个或多个功能或操作，包括但不限于：与电子设备202通信并且/或者与该电子设备进行数据交易；控制电池的充电速率；估计和报告特定时间下的电池容量；报告电池容量已降至最低阈值以下；报告电池已充电；等等。电源子系统210在下文结合图2F有详细描述。
对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，上文关于触笔204所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。类似地，其他触笔可以包括更多数量的子系统、模块、部件等。在适当的情况下，一些子模块可以被实现为软件或硬件。因此，应当理解，上述描述并非旨在穷举或将本公开限制于本文所述的精确形式。相反，对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上述教导内容，许多修改和变型是可能的。
用户输入系统的电子设备的一般操作
接下来，参考图2C，图中示出了示例性电子设备202的各种子系统。如图2B所示的触笔204一样，电子设备202可以包括多个子系统，这些子系统协作以执行、协调或监控电子设备202(或者更一般地讲，用户输入系统200)的一个或多个操作或功能。电子设备202包括输入表面218、协调引擎220、处理单元222、电源子系统224、无线接口226、电源连接器228和显示器230。
在许多实施方案中，协调引擎220可以包括或者可以通信地耦接至电路和/或逻辑部件，诸如处理器和存储器。协调引擎220的电路可以执行、协调和/或监控协调引擎220的一个或多个功能或操作，包括但不限于：与电子设备202的其他子系统进行通信和/或处理数据；与触笔204通信和/或交易数据；测量和/或获得一个或多个模拟或数字传感器(诸如触摸传感器)的输出；测量和/或获得传感器节点阵列(诸如电容感测节点的阵列)的一个或多个传感器节点的输出；接收和定位来自触笔204的尖端信号和环信号；基于尖端信号交叉区域和环形信号交叉区域的位置来定位触笔204；等等。
电子设备202的协调引擎220包括或以其他方式可通信地耦接至位于输入表面218下方或与该输入表面集成一体的传感器层。协调引擎220利用传感器层对输入表面218上的触笔204进行定位，并使用本文所述的技术来估计触笔204相对于输入表面218的平面的角位置。
在一个实施方案中，电子设备202的协调引擎220的传感器层是布置为列和行的电容感测节点网格。更具体地说，列迹线阵列被设置成垂直于行迹线阵列。电介质材料诸如基板将列迹线与行迹线分开，使得至少一个电容感测节点形成在每个“重叠”点处，在该点处，一条列迹线在一条行迹线之上或之下跨过。一些实施方案将列迹线和行迹线设置在基板的相对侧上，而其他实施方案将列迹线和行迹线设置在基板的相同侧上。一些实施方案可能仅包括行迹线，而其他实施方案可能仅包括列迹线。传感器层可以与电子设备的其他层分开，或者传感器层可以直接设置在另一个层上，诸如但不限于：显示器叠堆层；力传感器层；数字转换器层；偏光器层；电池层；结构性或装饰性外壳层；等等。
传感器层能够以多种模式操作。如果以互电容模式操作，则列迹线和行迹线在每个重叠点(例如，“垂直”互电容)处形成单个电容感测节点。如果以自电容模式操作，则列迹线和行迹线在每个重叠点处形成两个(垂直对齐的)电容感测节点。在另一个实施方案中，如果以互电容模式操作，则相邻的列迹线和/或相邻的行迹线可各自形成单个电容感测节点(例如，“水平”互电容)。
在许多实施方案中，传感器层可以同时以多种模式操作。在其他实施方案中，传感器层可以从一种模式快速转换到另一种模式。在又一些实施方案中，传感器层可以使用第一模式来检测物体(例如，触笔、用户的手指等)的存在情况或接近情况，然后使用第二模式来获得该物体的估计结果。例如，传感器层能够以自电容模式操作，直到在输入表面附近检测到物体，在此之后传感器层转换到互电容模式(垂直或水平中的一者或两者)。在其他情况下，电容感测节点能够以另一种特定于具体实施且适合的方式来布置。
独立于传感器层的配置，其中所包括的电容性感测节点可被配置为检测尖端场、环场和/或用户手指触摸的存在情况和不存在情况。传感器层可以是光学透明的，尽管这对于所有实施方案而言可能并非都是必需的。
如上所述，传感器层可以通过监测在每个电容感测节点处呈现的电容(例如，互电容或自电容)变化来检测尖端场的存在情况、环场的存在情况和/或用户手指的触摸。在许多情况下，协调引擎220可被配置为经由电容耦合来检测通过传感器层从触笔204接收的尖端信号及环信号。
在一些情况下，协调引擎220可被配置为对从传感器层接收到的一个或多个原始信号进行解调、解码或者以其他方式进行滤波，以便获得可以用其调制的尖端信号、环信号和/或数据。由协调引擎220(或可通信地耦接至传感器层或协调引擎220的另一部件)执行的获得尖端信号和环信号的操作能够以多种特定于具体实施的方式来实现，所述方式适用于本文所述的任何数量的实施方案或其合理的等同物。
在其他实施方案中，传感器层可被配置为在自电容模式和互电容模式下操作。在这些情况下，协调引擎220可以监测每个电容感测节点的一个或多个部分的自电容变化，以便检测尖端场和/或环场(并且相应地获得尖端信号和环信号)，同时监测互电容的变化以检测用户的触摸(或一次以上的触摸)。在另外的示例中，传感器层可被配置为专门以自电容模式操作。
一旦通过协调引擎220获得了尖端信号和环信号，并且尖端场交叉区域和环场交叉区域得到确定，协调引擎220就采用本文所述的技术执行(或协助执行)对输入表面218上的触笔204的角位置进行定位和/或估计的操作。一旦触笔204的位置和触笔204的角位置得到估计，协调引擎220就可以将此类信息转发给处理单元222用于进一步的处理和解译。
在许多实施方案中，协调引擎220可以用于在特定的统计范围内获得触笔204位置的估计结果。例如，协调引擎220可被配置为在100微米的误差内估计触笔204在输入表面218上的位置。在其他实施方案中，协调引擎220可被配置为在50微米的误差内估计触笔204在输入表面218上的位置。在另外的实施方案中，协调引擎220可被配置为估计位于10微米或更近处的触笔204的位置。
可以理解，由协调引擎220定位触笔204的操作的准确度和/或精确度可能因实施方案而异。在一些情况下，操作的准确度和/或精确度可以是基本固定的，而在其他情况下，操作的准确度和/或精确度可以根据以下变量以及其他变量而变化：用户设置、用户偏好、触笔速度；触笔加速度；在电子设备上运行的程序的设置；电子设备的设置；电子设备的操作模式；电子设备的电源状态；触笔的电源状态；等等。
协调引擎220还可被配置为在特定的统计范围内获得对触笔204的角位置的估计结果。例如，协调引擎220可被配置为在0.2弧度(例如，大约11.5度)的误差内估计触笔204相对于输入表面218的平面的角位置。在其他实施方案中，协调引擎220可被配置为在0.1弧度(例如，大约5度)的误差内估计触笔204在输入表面218上的角位置。在另外的实施方案中，协调引擎220可被配置为在0.05弧度(例如，大约3度)的误差内估计触笔204的角位置。
由协调引擎220估计触笔204的角位置的操作的准确度和/或精度可因实施方案而异。在一些情况下，操作的准确度和/或精确度可以是基本固定的，而在其他情况下，操作的准确度和/或精确度可以根据以下变量以及其他变量而变化：用户设置、用户偏好、触笔速度；触笔的加速度；在电子设备上运行的程序的设置；电子设备的设置；电子设备的操作模式；电子设备的电源状态；触笔的电源状态；等等。
如上所述，尖端信号和/或环信号可以包括可被配置为令电子设备202识别触笔204的特定信息和/或数据。此类信息在本文通常被称为“触笔身份”信息。该信息和/或数据可以由传感器层接收，并由协调引擎220解译、解码和/或解调。
例如，协调引擎220可以将触笔身份信息(如果检测到和/或可复原的话)转发到处理单元222。如果触笔身份信息不能从尖端信号和/或环信号中复原，则协调引擎220可以可选地向处理单元222指示触笔身份信息不可用。电子设备202能够以任何合适的方式利用触笔身份信息(或不存在该信息的情况)，包括但不限于：接受或拒绝来自特定触笔的输入；接受来自多个触笔的输入；允许或拒绝访问电子设备的特定功能；应用特定触笔的配置文件；恢复电子设备的一个或多个设置；通知第三方该触笔正在使用；等等。
处理单元222可以使用触笔身份信息来同时接收来自一支以上的触笔的输入。具体地讲，协调引擎220可被配置为将由协调引擎220检测到的若干触笔中的每个触笔的位置和/或角位置传输给处理单元222。在其他情况下，协调引擎220还可以向处理单元222传输与由协调引擎220检测到的多个触笔的相对位置和/或相对角位置有关的信息。例如，协调引擎220可以通知处理单元222所检测的第一触笔位于距离所检测的第二触笔3厘米的位置。
在其他情况下，并且如关于本文描述的其他实施方案所注意到的，尖端信号和/或环信号还可以包括用于令电子设备202识别特定用户的特定信息和/或数据。此类信息在本文通常被称为“用户身份”信息。
协调引擎220可以将用户身份信息(如果检测到和/或可复原的话)转发到处理单元222。如果用户身份信息不能从尖端信号和/或环信号中复原，则协调引擎220可以可选地向处理单元222指示用户身份信息不可用。处理单元222能够以任何合适的方式利用用户身份信息(或不存在该信息的情况)，包括但不限于：接受或拒绝来自特定用户的输入；允许或拒绝访问电子设备的特定功能；问候特定用户；应用特定用户配置文件；恢复电子设备的设置；锁定电子设备，从而防止访问电子设备的任何特征结构；通知第三方用户得到识别或者未得到识别；等等。处理单元222可以使用用户身份信息来同时接收来自一个以上的用户的输入。
在另外的其他情况下，尖端信号和/或环信号可以包括可被配置为令电子设备202识别用户或触笔104的设置或偏好的特定信息和/或数据。此类信息在本文通常被称为“触笔设置”信息。
协调引擎220可以将触笔设置信息(如果检测到和/或可复原的话)转发到处理单元222。如果触笔设置信息不能从尖端信号和/或环信号中复原，则协调引擎220可以可选地向处理单元222指示触笔设置信息不可用。电子设备202能够以任何合适的方式利用触笔设置信息(或不存在该信息的情况)，包括但不限于：将设置应用于电子设备；将设置应用于在电子设备上运行的程序；改变由电子设备的图形程序所呈现的线条的线条粗细、颜色、图案等；改变在电子设备上操作的视频游戏的设置；等等。
因此，一般而言，协调引擎220以许多不同的特定于具体实施的方式有利于在许多类型的输入之间进行区分，所述输入均可单独或协同地由电子设备202使用。例如，电子设备202可以使用以下项中的任何一者作为输入：一个或多个触笔的位置；一个或多个触笔的极角；一个或多个触笔的方位角；一个或多个触笔的角度或平面速度或加速度；一个或多个触笔的手势路径；一个或多个触笔的相对位置和/或角位置；由用户提供的触摸输入；由用户提供的多点触摸输入；触摸输入的手势路径；同时发生的触摸输入和触笔输入；等等。
一般而言，处理单元222可被配置为执行、协调和/或管理电子设备202的功能。此类功能可以包括但不限于：与电子设备202的其他子系统通信和/或交易数据；与触笔204通信和/或交易数据；通过无线接口进行数据通信和/或交易数据；通过有线接口进行数据通信和/或交易数据；促进通过无线(例如，电感式、谐振式等)或有线接口进行电力交换；接收一个或多个触笔的位置和角位置；等等。
在许多实施方案中，处理单元222可以包括或者可以通信地耦接至电路和/或逻辑部件，诸如处理器和存储器。处理单元222的电路可以通过直接或间接地与电子设备202的基本上所有子系统进行通信，来控制或协调电子设备的一些或全部操作。例如，系统总线或信号线或其他通信机构可以促进处理单元222与电子设备202的其他子系统之间的通信。
处理单元222可被实现为能够处理、接收或发送数据或指令的任何电子设备。例如，处理器可以是微处理器、中央处理单元、专用集成电路、现场可编程门阵列、数字信号处理器、模拟电路、数字电路或这些设备的组合。处理器可以是单线程或多线程处理器。处理器可以是单核或多核处理器。
在使用期间，处理单元222可被配置为访问存储有指令的存储器。该指令可被配置为使处理器执行、协调或监视电子设备202的一个或多个操作或功能。
存储在存储器中的指令可被配置为控制或协调电子设备202的其他部件的操作，该部件诸如但不限于：另一处理器、模拟或数字电路、易失性或非易失性存储器模块、显示器、扬声器、麦克风、旋转输入设备、按钮或其他物理输入设备、生物认证传感器和/或系统、力或触摸输入/输出部件、通信模块(诸如无线接口和/或电源连接器)，和/或触觉或触觉反馈设备。为了简化说明并减少图形之间元件的重复，从图2C中省略了许多这些(和其他)部件。
存储器还可存储可由触笔或处理器使用的电子数据。例如，存储器可以存储电子数据或内容(诸如媒体文件、文档和应用程序)、设备设置和偏好、定时信号和控制信号或者用于各种模块的数据、数据结构或者数据库，与检测尖端信号和/或环信号相关的文件或者配置等等。存储器可被配置为任何类型的存储器。例如，存储器可被实现作为随机存取存储器、只读存储器、闪存存储器、可移动存储器、其他类型的存储元件或此类设备的组合。
电子设备202还包括电源子系统224。电源子系统224可包括电池或其它电源。电源子系统224可被配置为向电子设备202提供电力。电源子系统224还可耦接到电源连接器228。电源连接器228可以是任何合适的连接器或端口，其可被配置为从外部电源接收电力并且/或者被配置为向外部负载提供电力。例如，在一些实施方案中，电源连接器228可以用于对电源子系统224内的电池进行再充电。在另一个实施方案中，电源连接器228可以用于将存储在(或可用于)电源子系统224内的电力传输到触笔204。
电子设备202还包括无线接口226，以促进电子设备202与触笔204之间的电子通信。在一个实施方案中，电子设备202可被配置为经由低能量蓝牙通信接口或近场通信接口与触笔204通信。在其他示例中，通信接口有利于电子设备202与外部通信网络、设备或平台之间的电子通信。
无线接口226(无论是电子设备202与触笔204之间的通信接口还是另外的通信接口)可被实现为一个或多个无线接口、蓝牙接口、近场通信接口、磁性接口、通用串行总线接口、电感接口、谐振接口，电容耦合接口、Wi-Fi接口、TCP/IP接口、网络通信接口、光学接口、声学接口或任何传统的通信接口。
在许多实施方案中，无线接口226可被配置为直接与触笔204通信以从该触笔获得信息。在典型实施方案中，无线接口226可以获得与由触笔204施加到输入表面218的力有关的数据。
电子设备202还包括显示器230。显示器230可以位于输入表面218后方，或者可以与其集成一体。显示器230可以通信地耦接至处理单元222。处理单元222可以使用显示器230向用户呈现信息。在很多情况下，处理单元222使用显示器230来呈现用户可以与之交互的界面。在许多情况下，用户操纵触笔204与界面进行交互。
对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，上文关于电子设备202所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。类似地，其他电子设备可以包括更多数量的子系统、模块、部件等。在适当的情况下，一些子模块可以被实现为软件或硬件。因此，应当理解，上述描述并非旨在穷举或将本公开限制于本文所述的精确形式。相反，对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上述教导内容，许多修改和变型是可能的。
触笔和电子设备之间的协调
如上所述，图2A中描述的用户输入系统200可被配置为对触笔204进行定位，并且估计触笔204的角位置。触笔204的协调引擎206与电子设备202的协调引擎220之间的协作促进了这些操作。上文描述了这两个协调引擎的一般互操作。然而，为了便于更详细地理解触笔204的协调引擎206，提供了图2D。
图2D示出了协调引擎206的示例性系统图，该协调引擎可以结合有触笔，诸如参照图2A至图2C描述的触笔204。如关于本文所述的其他实施方案所指出的，协调引擎206可被用于生成电场(例如，尖端场和/或环场)，该电场允许电子设备202定位和估计触笔204的角位置。
另外，协调引擎206可被配置为估计由触笔204施加到输入表面218的力。更具体地讲，协调引擎206可被配置为生成尖端场(未示出)，生成并且/或者发射环场(未示出)，以及检测由触笔204的尖端施加到输入表面的力218。尽管这作为一个示例而提供，但是在一些实施方案中，可以由触笔204的单独方面来执行场生成和力感测。
在许多实施方案中，协调引擎206从处理单元208(例如参见图2B)接收尖端信号，并将尖端信号传输到尖端场发生器232。类似地，协调引擎206从处理单元208接收环信号，并将环信号传输到环场发生器238。在另外的实施方案中，响应于接收到附加的场信号，附加的场发生器可以产生附加的电场。
可利用与用户、触笔和/或电子设备有关的其他信息或数据来调制尖端信号和/或环信号。例如，尖端信号和/或环信号可以包括触笔身份信息、用户身份信息、触笔设置信息、力信息或适用于特定实施方案的任何其他信息。
协调引擎206包括尖端场发生器232。尖端场发生器232可由任何数量的合适的导电材料形成。尖端场发生器232可以连接到刚性信号导管234。刚性信号导管234可以包括刚性部分，该刚性部分被配置为在连接到刚性信号导管234的部件之间提供机械耦接。另外，刚性信号导管234可以包括由一个或多个屏蔽信号线穿过的芯部件。以下参考图3A至图6G详细描述了示例性尖端场发生器和刚性信号导管。
刚性信号导管234将尖端场发生器232电耦接至协调引擎206内的处理器、电路或电迹线。以这种方式，协调引擎206经由刚性信号导管234将尖端信号传输到尖端场发生器232。另外，刚性信号导管234将尖端场发生器232机械地耦接至力敏结构236，这在下文有详细描述。
可以对刚性信号导管234的形状进行选择，以便为尖端场发生器232提供电磁屏蔽。更具体地讲，可以对刚性信号导管234的长度进行选择，以便将尖端场发生器232与触笔204的其他电子部件隔开特定的最小距离。因此，由尖端场发生器232产生的尖端信号受到触笔204各个子系统(诸如，处理单元208、电源子系统210、无线接口212、和/或电源连接器214，或者触笔204的任何其他系统或子系统)的操作的影响尽可能地小。
尖端场发生器232和刚性信号导管234可以完全封闭在触笔204的外壳内。在这些实施方案中，尖端场发生器232可以被嵌入式地模制在壳体材料内，使得尖端场发生器232尽可能靠近触笔204的外表面定位。下文参考图6A至图6G描述了尖端场发生器232和触笔204的外壳的相对位置。
在许多实施方案中，尖端场发生器232形成为具有朝触笔204尖端的端部取向的圆形形状，其可被配置为接合输入表面218。由于这种形状，尖端场发生器232可至少在尖端场发生器232的圆形形状沿其取向的方向上产生大体上为球形的电场(例如，尖端场)。换句话说，尖端场发生器232实质上可用作电场点源。电场可以接近径向均匀性。由尖端场发生器232产生的尖端场可以是轴对称的。
在一些情况下，尖端场发生器232的中心可以被视为球形尖端场的原点。输入表面218可以被数学地建模为与球形尖端场相交的平面。因此，尖端场交叉区域呈现出平面与球形相交部的形状，即圆形，而与方向无关。然而，虽然尖端场、输入表面和尖端场交叉区域可以分别在数学上被建模为球体、平面和圆形，但可以理解，在特定实施方式中产生的实际几何形状可能仅仅近似于球形、平面和/或圆。
当尖端场基本上为球形时，尖端场交叉区域(或部分)是处于输入表面218的平面内的圆形区域，该区域的中心可以几乎或恰好等于尖端场发生器232的位置。圆形区域的半径可能受施加到尖端场发生器232的尖端信号的振幅的影响。
接下来，参见协调引擎206的环场发生器238。同尖端场发生器232一样，环场发生器238可以至少部分地连接到刚性信号导管234。在许多示例中，环场发生器238形成在刚性信号导管234内或周围。例如，环场发生器238可以形成在刚性信号导管234的外表面上。
环场发生器238与尖端场发生器232同轴对准，使得尖端场和环场也同轴对准。在许多情况下，环场发生器238与尖端场发生器232分开一定的距离。下文参考图5A至图5N描述了尖端场发生器232和环场发生器238的相对位置。
与尖端场发生器232一样，刚性信号导管234将环场发生器238电耦接至协调引擎206内的处理器、电路或电迹线。以这种方式，协调引擎206经由刚性信号导管234将环形信号传输到环场发生器238。刚性信号导管234还将环场发生器238机械耦接至力敏结构236。
在一些实施方案中，环场发生器238可以被实现为围绕刚性信号导管234的外表面设置的导电环。环场发生器238可以与尖端场发生器232分离，并且通常可以具有比尖端场发生器232更大的表面积，尽管不是所有实施方案都需要如此。环场发生器238可以被成形为环状，以便允许刚性信号导管234以不影响环场轴对称的方式将尖端信号传输到尖端场发生器232。在这些实施方案中，由环场发生器238产生的环场可以是轴对称的。
在这些实施方案中，刚性信号导管234包括至少一个通路，该通路限定了通过其中的电连接部。在一些情况下，该通路可以在形成环场发生器之前形成。刚性信号导管234的电连接部将布置在刚性信号导管234内的迹线电耦接至环场发生器238。在很多情况下，迹线被屏蔽。作为屏蔽的结果，刚性信号导管234可以将屏蔽的环信号传输到环场发生器238。
环场发生器238可由任何数量的合适的导电材料形成。在一些示例中，环场发生器238由金属形成。在其他情况下，环场发生器238由沉积的导电材料形成，诸如金属氧化物或金属粉末。下文参考图5A至图5N详细描述了示例性环场发生器。
由于环场发生器238与触笔204的尖端分离，所以触笔204(从尖端旋转)的角位置影响输入表面218与环场发生器238之间的距离。例如，如果触笔204以非常锐的角度接触输入表面218(例如，触笔基本上平放在输入表面上)，则环场发生器238可以距输入表面较小距离。相反地，如果触笔204垂直于输入表面218(例如九十度角)，则环场发生器238定位成距输入表面218较大距离。这样，当触笔204的极角改变时，环场发生器238横贯输入表面218上方的弧形；当触笔204垂直于输入表面218时，出现该弧形的天顶。
如可以理解的，上文的概括性描述涉及触笔204的协调引擎206，该协调引擎与生成可由电子设备202的协调引擎220检测的尖端场和环场有关。如上所述，电子设备202的协调引擎220可被配置为检测尖端场和环场，以及相应地检测尖端场交叉区域和环场交叉区域。此后，电子设备202比较尖端场交叉区域和环场交叉区域的相对位置，以便估计触笔的位置和触笔的角位置。以这种方式，协调引擎206和协调引擎220配合协作，从而以高准确度确定触笔204相对于电子设备202输入表面218的平面的位置和角位置。
在许多示例中，协调引擎206,220的协作允许用户输入系统200以比传统的触笔输入系统更节能的方式操作，该传统的触笔输入系统包括单独的电磁数字转换器，该电磁数字转换器用于为触笔供电(例如，感应电源，谐振电感耦合等)以及从其接收和解译输入两个目的。此外，协调引擎220所需的处理能力可以小于包括电磁数字转换器的传统触笔输入系统所需的处理能力。因此，本文所述的用户输入系统实施方案能够以比传统触笔输入系统更少的延迟进行操作。
协调引擎206还可以估计由触笔204的尖端施加到输入表面218的力的大小。以下描述检测触笔204施加到输入表面218的力的大小的一个示例方法；然而，应当理解，这仅仅是一个示例，并且其他实施方案能够以另一个具有指定实施细节且合适的方式检测触笔204所施加的力。
如上面关于其他实施方案所述，触笔204的尖端可以大致沿着纵轴(例如，如图1A所示的纵轴120)相对于触笔204的主体可移动。具体地讲，尖端场发生器232、环场发生器238和/或刚性信号导管234可被配置为：响应于触笔204的尖端施加到输入表面218的力，相对触笔204的外壳沿轴向至少部分地移位、平移、撤回或以其他方式改变位置。
刚性信号导管234可将触笔204的尖端耦接到协调引擎206的力敏结构236。以这种方式，当触笔204的尖端接触输入表面218(或任何其他表面)并且施加力时，触笔204的尖端经受反作用力，该反作用力继而经由刚性信号导管234传递到力敏结构236。
在这些实施方案中，力敏结构236还包括传感器，该传感器展现作为施加到力敏结构的力的大小的函数而变化的电可测量特性。在一个示例中，传感器对应变敏感，并且可以耦接到力敏结构236的后悬臂支柱。以这种方式，应变传感器与尖端场发生器232和环场发生器238两者物理地分开一段距离，该距离减少了应变传感器和尖端场发生器232和环场发生器238之间的任何寄生耦合、电磁干扰或任何其他干扰。
在一个实施方案中，应变传感器作为电阻传感器来操作，该电阻传感器由响应于尺寸变化诸如压缩、张紧或力而表现出电阻(例如，电导)变化的材料形成。应变传感器可以是柔顺材料，该材料响应于电极的变形、挠曲或剪切而呈现至少一个可变的电特性。应变传感器可以由压电、压阻、电阻或其他应变敏感材料形成。
力敏结构236被配置成响应于触笔的尖端所施加的力而相对于触笔的主体的框架偏转。由于偏转，传感器的电可测量特性可改变。因此，通过测量传感器的电特性，协调引擎206可以获得力估计。力估计可以是对作用在触笔204上的反作用力的大小的估计。一旦获得了力估计，协调引擎206使用任何合适的编码或非编码格式，将力估计作为矢量或标量发送给电子设备202。
触笔的主控制器子系统
如上所述，图2A中描述的用户输入系统200可被配置为定位触笔204，并且基于协调引擎206,220之间的协作来估计触笔204的角位置。在许多实施方案中，可以在电子设备202和触笔204之间交换其他信息，诸如但不限于：施加的力的大小；触笔204的电池容量；触笔设置信息；用户身份信息；触笔身份信息；等等。
如上所述，通过在尖端信号和振铃信号中的一者或两者上将所述信息调制为数字数据信号或模拟数据信号，可以将此类信息从触笔204传送到电子设备202。然而，在其他情况下，可以使用单独的通信技术。在许多示例中，触笔的这些附加操作和功能由处理单元和无线接口(诸如触笔204的处理单元208和无线接口212，如图2B所示)执行、监视和/或协调。
接下来参考图2E，其中示出了图2B所示触笔204的处理单元208和无线接口212的简化系统图。处理单元208可被配置为促进协调引擎206、电源子系统210、无线接口212和/或电源连接器214(如图2A至图2B所示)之间的通信。处理单元208的这些操作和目的仅仅是示例；不同的实施方案可以赋予处理单元208不同任务。
处理单元208可以包括处理器240、存储器242、传感器244和信号发生器246。处理器240可以通过直接或间接地与处理单元208的几乎所有部件和/或触笔204的其他子系统进行通信，从而控制或协调处理单元208的一些或全部操作。例如，系统总线或信号线或其他通信机构可促进处理器240与处理单元208的各种部件，或者更一般地，与触笔204的其他子系统之间的通信。
处理器240可被实现为能够处理、接收或发送数据或指令的任何电子设备。处理器240可被配置为访问其中存储有指令的存储器242。指令可被配置为使处理器240执行、协调或监视处理单元208和/或触笔204的一个或多个操作或功能。
在许多实施方案中，处理器240的一个或多个部件可包括或可以通信地耦接到电路和/或逻辑部件，诸如模拟电路、数字电路和存储器242。该电路可以促进处理器240的一些或全部操作，包括但不限于：与触笔204的其他子系统进行通信和/或处理数据；生成用于生成尖端信号和振铃信号的参数；传送尖端信号和振铃信号到协调引擎206；测量和/或获得一个或多个模拟或数字传感器(诸如应变传感器或加速计)的输出；等等。
在一些情况下，处理器240和存储器242在相同的集成电路(其可以是表面安装的集成电路)中实现，但是并非所有实施方案都需要这样。
存储在存储器242中的指令可被配置为控制或协调独立处理器、模拟或数字电路、易失性或非易失性存储器模块、显示器、扬声器、麦克风、旋转输入设备、按钮或其他物理输入设备、生物特征认证传感器和/或系统、力或触摸输入/输出部件、通信模块(诸如无线接口212)和/或触觉或触感反馈设备的操作。为了简化说明并减少图之间的元件的重复，这些(和其他)部件中的许多部件从图2A至图2B和图2E中描绘的一个或多个简化系统图中省略。应当理解，许多这些元件和部件可以全部或部分地包括在触笔204的外壳内，并且可以适当的和具有指定实施细节的方式集成在本文所描述的许多实施方案中。
存储器242还可存储可由触笔204或处理器240使用的电子数据。例如，存储器242可以存储电气数据或内容，诸如但不限于：媒体文件；文档和应用程序；设备设置和偏好；触笔204的各种模块或子系统的定时和控制信号或数据；数据结构或数据库、文件、参数或与尖端信号和/或振铃信号有关的配置；等等。
存储器242可被配置为任何类型的存储器。例如，存储器242可被实现作为随机存取存储器、只读存储器、闪存存储器、可移动存储器、其他类型的存储元件或此类设备的组合。
处理器240可被配置为从一个或多个传感器获得数据，共同标记为传感器244。传感器244可大体上定位在处理单元208上的任何位置，或者更一般地，定位在触笔204的外壳内的任何位置。例如，传感器244的一个传感器可以是耦接到力敏结构236的传感器(参见例如图2D)。
在一些实施方案中，传感器244被配置为检测触笔204的操作环境的环境条件和/或其他方面。例如，环境传感器可以是环境光传感器、接近传感器、温度传感器、大气压力传感器、湿度传感器等。在其他情况下，传感器可以用于计算环境温度、空气压力和/或进入触笔204中的水。处理器240可以使用这样的数据来调整或更新触笔204的操作，并且/或者可以将这样的数据发送给电子设备202以调整或更新其操作。
在另外的实施方案中，传感器244被配置为检测触笔204的运动特征。例如，运动传感器可以包括用于检测触笔204的移动和加速的加速计、陀螺仪、全球定位传感器、倾斜传感器等。可以使用这样的数据来调整或更新触笔204的操作，并且/或者可以将这样的数据发送给电子设备202以调整或更新其操作。
在另外的实施方案中，传感器244被配置为检测操纵触笔204的用户的生物特征。示例性的生物传感器可以检测各种健康指标，包括皮肤温度、心率、呼吸速率、血氧水平、血容量估计、血压或其组合。处理器240可以使用此类数据调整或更新触笔204的操作，并且/或者可以将此类数据发送给电子设备202以调整或更新其操作。
触笔204还可包括一个或多个实用传感器，其可以用于估计、量化或估计触笔204附近或以其他方式在其外部的物体的属性。示例性的实用传感器包括磁场传感器、电场传感器、色温表、声阻抗传感器、pH值传感器、材料检测传感器等。处理器240可以使用此类数据调整或更新触笔204的操作，并且/或者可以将此类数据发送给电子设备202以调整或更新其操作。
在许多情况下，处理器240可以对外部数据、运动数据、功率数据、环境数据、通用数据和/或其他数据进行采样(或接收采样)，并且在定义的或未定义的时间段内跟踪其进展。跟踪数据的累积、跟踪数据的变化率、跟踪数据的平均值、跟踪数据的最大值、跟踪数据的最小值、跟踪数据的标准偏差等都可以用于调整或更新触笔204的操作，并且/或者可将这些数据发送给电子设备202以调整或更新其操作。
无线接口212能够通信地耦接到处理器240，并且可包括一个或多个无线接口，这些无线接口适于促进处理器240和独立电子设备(诸如电子设备202)之间的通信。通常，无线接口212可被配置为发送和接收可以由处理器240执行的指令进行解译的数据和/或信号。
无线接口212可以包括射频接口、微波频率接口、蜂窝接口、光纤接口、声学接口、蓝牙接口、红外接口、磁性接口、电场接口、通用串行总线接口、Wi-Fi接口、近场通信接口、TCP/IP接口、网络通信接口或任何其他无线通信接口。在许多实施方案中，无线接口212可以是低功率通信模块，诸如低功率蓝牙接口。无线接口212可以是双向通信接口或单向通信接口。
在一个实施方案中，处理器240利用无线接口212基本上实时地将关于触笔204的信息传递给电子设备202。例如，此类信息可以是但不限于：作为测量力敏结构236的传感器的结果，由协调引擎206和/或处理器240作出的实时或基本上实时的力估计；在从触笔204内的加速计或陀螺仪获得数据之后由处理器240进行的实时或基本上实时的角位置估计；等等。
处理器240也可与信号发生器246进行通信。信号发生器246可被配置为生成尖端信号和振铃信号，所述信号分别由协调引擎206传递到尖端场发生器232和环场发生器238(参见例如图2B和图2D)。在其他示例中，信号发生器246生成、存储、访问或修改传递到协调引擎206的尖端和/或振铃信号参数。协调引擎206可以接收这些参数，并且作为响应，可以生成相应的尖端信号和振铃信号。
在一些示例中，信号发生器246可包括尖端信号和/或振铃信号中的任一者或两者内的触笔或用户识别信息。例如，信号发生器246可包括识别特定电子设备的特定触笔的信息。在这些实施方案中，多于一个触笔(每个具有不同的身份)可以与相同的电子设备202一起使用。在一些情况下，多个触笔可以与电子设备202的不同功能和/或操作相关联。在一个示例中，可以使用一系列可单独识别的触笔来执行电子设备上运行的图形演示程序内的独立任务。
在其他示例中，信号发生器246可包括尖端信号和/或振铃信号中的任一者或两者内的认证信息。在这些情况下，可以识别某个电子设备的特定触笔的特定用户。例如，触笔可以包括用于建立操纵触笔的用户的身份的一个或多个生物认证传感器，诸如指纹传感器。在该实施方案中，信号发生器246可以将认证信息(例如，公共密钥、安全证书等)编码为尖端信号或振铃信号中的任一者或两者。此后，电子设备可以解码和/或解调所接收的尖端信号和/或振铃信号，以获得提供的认证信息。此后，电子设备可以估计所获得的认证信息是否与电子设备已知或可知的用户身份相关联。已知用户可被授权操作电子设备的某些功能，或者访问电子设备可用或可访问的某些信息。
触笔的电源子系统
如上所述，图2A中描绘的用户输入系统200可被配置为定位触笔204，估计触笔204的角位置并且促进电子设备202和触笔204之间的直接通信。接下来，参考如图2F所示的触笔204的电源子系统210。
一般而言，触笔204的电源子系统210可被配置为存储并提供电力给触笔204的各种部件和其他子系统。电源子系统210通常包括充电/放电控制器248、充电监视器250和电池252。
充电监视器250可被配置为估计特定时间的电池252的电量。充电/放电控制器248可以被实现为处理器和功率调节器，其可被配置为在处于充电模式时控制提供给电池252的电压和/或电流，并且在处于放电模式时，独立地控制电池252所提供的电压和/或电流。
充电/放电控制器248还耦接到电源连接器214。当电源连接器214耦接到电源(例如，电力数据端口，诸如图1A中所示电子设备102的数据端口114)时，充电/放电控制器248可将从其接收的电力传输到电池252以补充电池252的电荷。
在一个实施方案中，充电/放电控制器248可被配置为允许电池252的快速充电而不会导致电池252的损坏。在一些情况下，充电/放电控制器248可被配置为当电池252已被再充电超过所选择的阈值容量后，减慢充电速率。例如，充电/放电控制器248可被配置为在电池252的容量被估计为大于百分之八十之前，以快速充电模式(例如，高恒定电流)进行操作。之后，充电/放电控制器248可以将充电速率减慢到所选择的速率，以防止对电池252的永久损坏。
电池252可以是锂聚合物电池或锂离子电池。然而，在其他实施方案中，可以使用碱性电池、镍镉电池、镍氢电池或任何其他合适的可充电电池或一次性电池。
对于其中电池252是锂聚合物电池的实施方案，电池252可包括可以形成电池252部件(例如，阳极、阴极)的堆叠层。在许多实施方案中，电池252在被密封在袋中之前被卷起。以这种方式，电池252在被定位在触笔204的主体内时，可以具有很少或不具有未使用的空间。
电池252包括阴极、电解质、分隔件和阳极。阴极(或正极)可以是层状氧化物诸如锂钴氧化物(LiCoO2)，聚阴离子诸如磷酸铁锂，或尖晶石诸如锂锰氧化物。阴极可以包括具有活性材料(例如，LiCoO2)、导电添加剂(例如，炭黑、乙炔黑、碳纤维、石墨等)、粘合剂(诸如聚偏二氟乙烯、乙烯-丙烯和二烯)以及任选地溶剂的溶液。粘合剂可以起到将活性材料和导电添加剂保持在一起的作用，并且在粘合剂是非水溶性的情况下，溶剂(诸如N-甲基吡咯烷酮)起到将活性材料和导电添加剂分布在整个粘合剂中的作用。应当注意，阴极溶液的上述示例仅仅是示例性的，许多其他传统的阴极材料可以用来形成阴极。
阳极(或负极)通常是电池252的离子和电子的来源。阳极可包括包含活性材料(例如，锂、石墨、硬碳、硅或锡)、导电添加剂(例如，炭黑、乙炔黑或碳纤维)、粘合剂(诸如聚偏二氟乙烯、乙烯-丙烯和二烯)以及任选地溶剂的阳极溶液。
分隔件可位于阴极和阳极之间。分隔件可以是玻璃纤维布或柔性塑料薄膜(例如，尼龙、聚乙烯或聚丙烯)。分隔件分离阳极和阴极，同时允许带电的锂离子在阳极和阴极之间通过。
电解质可以是有机碳酸酯诸如碳酸亚乙酯或含有锂离子配合物的碳酸二乙酯的混合物。这些非水电解质通常使用非配位阴离子盐诸如六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂一水合物(LiAsF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)和三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)。电解质可被填充到阳极和阴极溶液周围的阳极和/或阴极中。在一些实施方案中，电解质可浸润分隔件，使得当分隔件被添加到芯部时，电解质同样可被添加。
在一些实施方案中，电池252可包括一个或多个其他部件诸如可操作地连接到阴极电极集电器和阳极电极集电器中的任一者或两者的流动阻隔件和/或封装壁等，以及其他部件。上述电池252的具体配置仅仅是简化的示例，并且各个部件的数量和顺序可改变。
与图1A至图1D所示的具体实施方案一样，以上对图2A至图2F中描绘的实施方案的描述以及各种另选方案和变型，通常出于解释的目的并且为了便于彻底理解诸如本文所述的输入系统的一般操作和功能而呈现。
然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，本文所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。因此，对特定实施方案的上述和下述描述出于例示和描述的特定目的而被呈现。这些描述并非旨在穷举或将本公开限制于本文所述的精确形式。相反，对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上述教导内容，许多修改和变型是可能的。具体地讲，应当理解，图2A至图2F中描绘的用户输入系统的操作特性(包括电子设备的操作和触笔的操作)能够以许多合适的且具有指定实施细节的方式来实现。
触笔的部件布局
如关于本文所述的许多实施方案所指出的，被配置为产生尖端场和环场(其可以由电子设备的协调引擎检测到)的触笔可以某种方式配置，从而减少或消除寄生耦合、电磁干扰或可能对尖端场和/或环场造成负面影响的任何其他干扰。一般而言，本文所描述的实施方案将触笔内的电子部件和电路与尖端场发生器和环场发生器物理地分离。另外，触笔内的某些结构部件被配置为用作有益于尖端场发生器、环形场发生器和/或与之相关联的信号线的电磁屏蔽件。下面参考图3A描述了一个这样的示例性触笔。然而，可以理解，其中呈现和在下文描述的屏蔽技术和通用布局仅仅是一个示例，其他实施方案能够以不同的方式实现。
图3A以分解图示出了触笔300的各个部件。为了便于理解触笔300的各个部件的互操作和组装，提供图3D至图3G，示出了完整装配的触笔300(例如，图3D)，触笔300的装配好的尖端端部的详细视图(例如，图3E)，触笔300的装配好的中间部分的详细视图(例如，图3F)以及触笔300的装配好的盲盖端部的详细视图(例如，图3G)。为了简化说明，图3D至图3G中描绘的实施方案的一些部分以虚线形式提供，或者以半透明形式说明。
所示实施方案的触笔300包括笔杆302。笔杆302是中空的。笔杆302可以采取各种形式以便于用户方便、熟悉和舒适的操纵触笔300。在所示的示例中，笔杆302具有书写工具(诸如钢笔或铅笔)的一般形式。笔杆302通常是具有恒定直径的圆柱体。笔杆302可由塑料、金属、陶瓷、层合物、玻璃、蓝宝石、木材、皮革、合成材料或任何其他材料或材料的组合形成。
笔杆302可被配置为在笔杆302的端部处连接盲盖304。盲盖304可被配置为向触笔300的笔杆302提供装饰端。盲盖304在连接到笔杆302上时与笔杆302形成基本上连续的外表面。
在一些情况下，盲盖304包括用于将触笔300附接到用户口袋或任何其他合适的存储位置的夹子(未示出)。盲盖304可以包括被配置成联接到系索或系绳的通孔。系索或系绳还可被配置为耦接至电子设备。
盲盖304可由任何合适的材料形成，诸如但不限于，金属、塑料、玻璃、陶瓷、蓝宝石和类似物或其组合。在许多情况下，盲盖304由与笔杆302相同的材料形成，尽管这不是必需的。在一些实施方案中，盲盖304可以完全或部分地配置为信号漫射器，诸如多色发光二极管，以漫射红外信号或另一光学信号。在其他情况下，盲盖304可以全部或部分地配置为天线窗口，从而允许无线通信和/或电场通过。
如图所示，盲盖304终止于圆形端部，尽管这不是所有实施方案都需要的。在一些实施方案中，盲盖304作为平面而终止。在其他实施方案中，盲盖304终止于任意形状。
盲盖304可以具有恒定或可变直径的横截面。在许多实施方案中，如图所示，盲盖304的横截面视图与笔杆302和盲盖304接合处的笔杆302的横截面视图相匹配。
盲盖304可被配置为可拆卸地附接到笔杆302。在一个实施方案中，盲盖304具有螺纹，使得盲盖304拧入到笔杆302内的对应螺纹中。在其他情况下，盲盖304包括一个或多个卡位件和/或凹槽，其被配置为与笔杆302内的一个或多个对应凹槽和/或卡位件和/或盲盖304可能遮蔽的连接器对齐。在其他情况下，盲盖304与笔杆302过盈配合。在另外的情况下，盲盖304被磁性地吸引到笔杆302的一部分。
在例示的实施方案中，笔杆302在一端渐缩。笔杆302的锥形端部在图中标识为锥形尖端302a。与笔杆302的端部相对的笔杆302的锥形尖端302a可被配置为连接到盲盖304，以部分地包围和支撑尖头组件306(参见例如图3D至图3E)。
如图所示，锥形尖端302a可以与笔杆302一体地形成。在其他实施方案中，锥形尖端302a是与笔杆302分开的部件。例如，锥形尖端302a可以粘附到笔杆302、声波焊接到笔杆302、卡扣配合到笔杆302、摩擦配合到笔杆302，或者以任何其他合适的方式连接到笔杆302。
尖头组件306部分地设置在锥形尖端302a内。尖头组件306的其他部分永久地或可拆卸地从其外部连接到锥形尖端302a的端部。尖头组件306本身被配置为包围、保持和/或支撑与触笔300的尖端场发生器、环场发生器和应变响应元件相关联的各种电子部件，下文中参考并详细描述了所有这些部件。
尖头组件306可以包括接地部分306a和可移动部分306b。尖头组件306的可移动部分306b可以相对于笔杆302可移动。尖头组件306的接地部分306a可以相对于笔杆302或其底盘固定。
尖头组件306的可移动部分306b包括鼻形件308。鼻形件308通常呈圆锥形，然而这样的形状并不是所有实施方案都必需的。鼻形件308包括套环308a和笔尖308b。
在许多情况下，鼻形件308可以由用户更换和/或拆卸。例如，不同的鼻形件可以采用不同的形状。在一些示例中，用户可能优选将鼻形件308更换为具有特定形状的鼻形件。示例的鼻形件形状包括但不限于：不同尺寸的尖头形状；凿形；扁平形；钢笔尖端形；等等。
鼻形件308可由任何合适材料制成。在其他情况下，套环308a由第一材料形成，并且笔尖308b由第二材料形成。鼻形件308可以通过二次注射成型工艺、共同模塑工艺、包覆成型工艺、嵌件成型工艺或任何其他合适的工艺来制造。
套环308a可被配置为可拆卸地或永久地与设置在笔杆302内的协调引擎310的一部分(下文详细描述)接合。协调引擎310包括刚性信号导管310a和力敏结构310b。刚性信号导管310a被配置成将尖头组件306的可移动部分306b电耦合和机械耦合到力敏结构310b(参见例如图3D至图3E)。
更具体地讲，套环308a可包括螺纹部分，该螺纹部分可被配置成与刚性信号导管310a的相应螺纹接合。在该实施方案中，套环308a可以紧紧邻接附接到刚性信号导管310a的突出部，使得在用户操纵触笔300期间由鼻形件308所承受的扭矩不会导致套环308a旋转和/或脱离刚性信号导管310a。
在其他实施方案中，套环308a可被配置为以不同方式(诸如以卡扣配合或摩擦配合)接合刚性信号导管310a。在另外的示例中，套环308a可以例如使用粘合剂或通过焊接永久性地附接到刚性信号导管310a。
一旦套环308a附接到刚性信号导管310a，鼻形件308可相对于笔杆302移动。更具体地讲，鼻形件308可响应于诸如上文所述的反作用力，撤回到笔杆302内一定距离。
在一些具体实施中，当组装到笔杆302中时，鼻形件308与锥形尖端302a分离某个间隙312，如图3B所示。这里，触笔300的这种状态通常被称为“就绪”状态。
在就绪状态下，间隙312可以具有任何合适的宽度；然而，对于典型的实施方案，当处于中档位置时(例如，当触笔300未向任何表面施加力，并且没有反作用力作用以闭合间隙312时)，间隙312可小于1毫米。在其他实施方案中，当处于中档位置时，间隙312可小于0.1毫米。在其他实施方案中，间隙312具有不同的宽度。在一些示例中，间隙312的宽度可通过旋转鼻形件308来配置。在一个实施方案中，用户旋转鼻形件308，使得套环308a沿着刚性信号导管310a的螺纹前进到笔杆302，由此减小间隙312。在另一个实施方案中，用户能够旋转鼻形件308，使得套环308a从刚性信号导管310a的螺纹远离笔杆302退回，由此增加间隙312。
在一些示例中，可以至少部分地选择就绪状态下的间隙312的宽度，以减少协调引擎或者更一般地说设置在笔杆302内的电气或机械部件所承受的峰值机械负载。更具体地讲，间隙312可被配置为在鼻形件308接收到超过某个阈值(例如，在一个实施方案中为1千克，在另一个实施方案中为0.5千克)的反作用力Fr之后完全闭合，如图3C所示。一旦间隙312完全闭合，笔尖308b直接接触锥形尖端302a，由此防止笔杆302内的部件诸如协调引擎承受大于阈值量值的反作用力。如下面关于图7所述，可以使用一个或多个可调节内部部件来限制鼻形件308的行程和/或传递到内部部件(诸如但不限于力敏结构)的力。
在一些实施方案中，间隙312可以填充柔顺材料，诸如弹性体或聚合物。在其他示例中，可变形或可压缩材料可装饰地连接间隙312，将鼻形件308连接到笔杆302的锥形尖端302a。
回到图3A，尖头组件306的鼻形件308的笔尖308b可被配置成接触电子设备的输入表面。类似于钢笔，笔尖308b可以逐渐变细至一个点，使得用户能够以熟悉的形状因数精确地控制触笔300。在一些示例中，与尖头截然相反，笔尖308b可以是钝的或圆形的，或者可以采取可旋转球或固定球的形式。
在许多实施方案中，笔尖308b由比电子设备的输入表面(诸如图1A中所示的电子设备102)更软的材料形成。例如，笔尖308b可由硅树脂、橡胶、含氟弹性体、塑料、尼龙或任何其他合适材料或材料组合形成(或可具有由其形成的外表面或涂层)。这样，在整个输入表面上拖动笔尖308b可不对输入表面或涂敷到输入表面的涂层造成损害，诸如但不限于抗反射涂层、疏油涂层、疏水涂层、装饰涂层、油墨层等。
笔尖308b可以由掺杂有试剂的材料形成，该试剂被配置成向笔尖308b提供选定颜色、硬度、弹性、刚度、反射率、折射图案、纹理等在其他示例中，掺杂剂可赋予笔尖308b其他性质，包括但不限于导电性和/或绝缘性、磁性和/或抗磁性，耐化学性和/或反应性、红外线和/或可见光吸收和/或反射性能、抗微生物和/或抗病毒性、疏油性和/或疏水性、热吸收性、驱虫性、不褪色性和/或防褪色性、抗静电性性质、液体暴露反应性质等。在许多情况下，笔尖308b由与笔杆302相同的材料形成，尽管这不是必需的。
尖端场发生器314设置在笔尖308b的尖端端部内(参见例如图3D至图3E)。在许多实施方案中，尖端场发生器314被插入模制到笔尖308b中，尽管这可能不是所有实施方案都需要的。尖端场发生器314可设置在尽可能靠近笔尖308b的外表面。
如上所述，尖头组件306还包括可设置在笔杆302内并相对其固定的多个部件。在典型实施方案中，尖头组件306包括支撑套环316和凸缘螺母318。在一些实施方案中，这样的部件可以形成为一体式部件。
在许多实施方案中，凸缘螺母318可以焊接、熔接或以其他方式永久地附着到底盘320。底盘320可呈插入笔杆302内的套管的形状。底盘320可以相对笔杆302的内表面固定(参见例如图3D至图3G；底盘320被描绘为半透明的)。支撑套环316可以连接到凸缘螺母318。在一些示例中，支撑套环316邻接笔杆302内表面内的唇缘或环(未示出)。
底盘320被配置成滑入笔杆302的内部空间，并且可以为触笔300的各种内部部件提供结构支撑安装特征部。底盘320具有与笔杆302的形状对应的形状。在这种情况下，底盘320大致呈圆柱形，其对应于笔杆302的内部空间的圆柱形形状。底盘320的尺寸可以设计成延伸跨越笔杆302长度的大部，尽管这并非所有实施方案所必需的(参见例如图3D)。
在一些示例中，底盘320可以包括设置在其外表面上的一个或多个电绝缘层。电绝缘层可以防止底盘320干扰触笔300内的一个或多个电路的运行。电绝缘层可以由油墨、涂层或者粘附或以其他方式固定到底盘320内表面上的单独部件形成。
在一些示例中，底盘320可以包括设置在其外表面上的一个或多个电绝缘层。电绝缘层可以防止底盘320干扰触笔300内的一个或多个电路的运行。
在其他示例中，底盘320可以电连接到一个或多个电路。在许多示例中，底盘320可以用作系统接地，为设置在触笔300内的所有(或基本上全部)电路提供电气接地。在其他情况下，底盘320也可以用作一个或多个天线元件的接地层。
在一些实施方案中，一个或多个无线部件被定位在机架320内，并且被配置为将信号传输到一个或多个外部设备。为了便于传输这些信号，机架320可以包括天线窗口322。天线窗口322是尺寸被设计成允许天线组件324产生的电磁信号离开笔杆302的孔。天线窗口322的尺寸和位置至少部分取决于天线组件324的尺寸和位置。
尽管在所示实施方案中，底盘320限定了一个天线窗口322，但其他实施方案可包括多于一个天线窗口(参见例如图3D和图3G)。在一些示例中，多于一个天线组件可以共享相同的天线窗口，或者在其他情况下，每个天线组件可以位于其自己的专用天线窗口内或与其相邻。
底盘320还可以包括接近或装配窗口326。可以包括装配窗口326以促进触笔300的简化制造。例如，装配窗口326可以限定在机架320中某个位置附近，在该位置处，期望或优选进行热条操作以在两个部件均被设置在机架320内时将一个部件电耦合到另一个部件。在其他示例中，装配窗口326可以在邻近经由连接器连接两个独立电路的某个位置的装配窗口326中限定。
如可以理解的，某些实施方案可以限定具有多于一个装配窗口的底盘320。在其他情况下，可不需要装配窗口。
在一些示例中，一旦需要装配窗口326的制造操作完成，装配窗口326就可以被覆盖。在一些情况下，装配窗口326可以被导电胶带覆盖。在另一种情况下，装配窗口326可以通过在装配窗口326上焊接板进行覆盖。如可以理解的，在某些实施方案中，设置在装配窗口326上方的覆盖部可以是导电的，以便为设置在底盘320内的电子元件提供电磁屏蔽。
底盘320还可包括接合点328。在所示实施方案中，底盘320具有两个接合点，标记为接合点328和接合点330。接合点328,330可以形成有便于与另一个部件结合的几何结构。例如，可以准备接合点以焊接另一种金属材料。准备用于焊接的接合点可以包括任何数量的操作，包括但不限于：去除涂敷在针对底盘320所选择的材料上的一个或多个涂层；标记接合点；向接合点添加牺牲材料；将接合点形成为特定的几何结构；等等。
尽管底盘320的接合点被描述为限定在底盘320的相同的一半中，但是可以理解，接合点可以被适当地限定在沿底盘320的某个位置处。在许多实施方案中，底盘320的接合点328,330被配置成焊接到力敏结构310b(参见例如图3D至图3E)。
力敏结构310b可以至少部分地由金属形成。力敏结构310b可以包括侧向床332，该侧向床具有从侧向床332的每个端部延伸的两个悬臂支柱。在所示实施方案中，悬臂支柱被识别为后悬臂支柱334和前悬臂支柱336。
后悬臂支柱334和前悬臂支柱336可以由与侧向床332相同的材料形成。在一些实施方案中，侧向床332和后悬臂支柱334以及前悬臂支柱336形成单个一体式部分。在其他示例中，后悬臂支柱334和前悬臂支柱336通过粘合剂、焊接或任何其他合适的方法附接到侧向床332。
在一些情况下，后悬臂支柱334和前悬臂支柱336可以通过枢转或铰链连接耦接到侧向床332。
后悬臂支柱334和前悬臂支柱336两者都可以向底盘320提供机械接地，从而将力敏结构310b的侧向床332悬挂在笔杆302内和/或触笔300的底盘320内部。在一些情况下，前悬臂支柱336和后悬臂支柱334中每一者的一端相对于底盘320固定，并且允许笔杆302和侧向床332侧向移位或移动。如下面关于图4A至图4M更详细描述的，前悬臂支柱336和后悬臂支柱334可以偏转，并且侧向床332可响应于施加在笔尖308b(或可移动部分306b)上的力而移位。
具体地讲，触笔300的尖头组件306的可移动部分306b可机械耦接至刚性信号导管310a。刚性信号导管310a继而可以耦接至力敏结构310b的侧向床332。例如，尖头组件306的可移动部分306b可以耦接到后悬臂支柱334或前悬臂支柱336和/或侧向床332中的至少一个。在本实施方案中，可移动部分306b经由管状屏蔽件340耦接到侧向床332。以这种方式，当触笔300的尖头组件306的可移动部分306b朝向笔杆302移动，并且/或者撤回到底盘320的内部中时，后悬臂支柱334和前悬臂支柱336偏转。
在从输入表面移除触笔300时(并且由此去除作用在触笔300上的反作用力)，力敏结构310b的后悬臂支柱334和前悬臂支柱336中的一者或两者由弹性材料形成，并且使触笔300的尖头组件306的可移动部分306b返回到其标称位置。
在许多实施方案中，当处于中档位置时，后悬臂支柱334和前悬臂支柱336与侧向床332大体上正交。在其他情况下，后悬臂支柱334和前悬臂支柱336以某个斜角从侧向床332延伸。在一些情况下，后悬臂支柱334和前悬臂支柱336两者均连接到侧向床332的同一侧(例如，如图所示)。该实施方案使得力敏结构310b呈现变宽的U形轮廓。在其他情况下，后悬臂支柱334和前悬臂支柱336连接到侧向床332的相对侧；力敏结构310b的轮廓呈细长的S形或Z形。
在这些实施方案中，力敏结构310b还包括某个元件，该元件展现作为施加的力的大小而变化的函数的电可测量特性。在一个示例中，应变敏感电极338可耦接到力敏结构310b的后悬臂支柱334。应变敏感电极338可以耦接到触笔300内的电子电路。该电子电路可被配置为监视应变敏感电极338一个或多个电特性(例如，电阻、电容、累积电荷、电感等)的变化。该电子电路然后量化这些变化，其可用来估计施加的力。此后，触笔300可以将施加的力传递给电子设备，这可以被解译为用户输入。
在许多实施方案中，包括多于一个应变敏感电极。例如，第一应变敏感电极可以耦接到后悬臂支柱334的左侧，第二应变敏感电极可以耦接到后悬臂支柱334的右侧。换句话说，多于一个的应变敏感电极可在后悬臂支柱334上彼此相邻地布置。在一些实施方案中，响应于后悬臂支柱334的变形，应变敏感电极中的一个可以置于压缩状态，而另一个应变敏感电极则被置于张紧(例如，拉伸应变)状态。在其他情况下，响应于后悬臂支柱334的变形，所有多于一个应变敏感电极被置于压缩状态(例如，压缩应变)。
多个应变敏感电极可连接到电子电路(例如，传感器电路)，以接近由后悬臂支柱334所经受的应变(例如，压缩或张紧)的大小。在该示例中，通过测量多个应变敏感电极的公共性质(例如，并联和/或串联电阻)或差分性质(例如，分压)可获得应变的大小。
在一个实施方案中，通过将已知电压施加到电路并测量通过多个应变敏感电极的电流，可获得公共性质估计诸如并联电阻。在另一个实施方案中，可将电流注入到多个应变敏感电极中，并且可从其估计电压。在任一种情况下，多个应变敏感电极中的任一个或两个的电阻可通过欧姆定律来计算，并且又可与应变敏感电极所经受的应变量相关联。
在另一个实施方案中，多个应变敏感电极可电耦接在一起，使得可通过将已知电压施加到电路并且测量跨多个应变敏感电极中的两个或更多个电极和参考电压之间的点的电压来获得差分性质估计(诸如分压)。在另一个实施方案中，可将电流注入到多个应变敏感电极中，并且可估计一个电压或多于一个电压。在任一种情况下，多个应变敏感电极中的任一个或两个的电阻可通过欧姆定律来计算，并且又可与多个应变敏感电极中的一个或多个所经受的应变量相关联。
在许多情况下，差分性质估计可与公共性质估计组合或进行比较。在一些示例中，差分性质估计和公共性质估计可通过不加权或加权平均来组合。在其他实施方案中，可使用两个估计的最大值或最小值。在另外的示例中，可使用在两个估计之间进行组合或决定的其他方法。
在其他情况下，可能不需要实际计算每个独立应变敏感电极的电阻和/或累积电荷。例如，在某些实施方案中，估计的电压或电流(例如，来自公共性质估计、差分性质估计或两者)可直接与力敏结构所经受的应变量相关联。
一旦通过计算或测量获得每个应变敏感电极的电阻，则可将每个电极与已知的基线电阻值进行比较，以便确定应变敏感电极是否正在经受张紧或压缩。换句话说，当力敏结构经受力的施加时，其可能变形，导致一个或多个应变敏感电极展开(例如，张紧)或收缩(例如，压缩)，这可导致其电阻以数学上可预测的方式变化。在一些情况下，应变敏感电极338的电阻或其他电特性被测量为相对值，其可能考虑环境影响(诸如温度和/或残余或静态应变)。
对于某些材料，电阻可以随着压缩或张紧呈线性变化。对于其他材料，电阻可以响应于压缩或张紧根据已知曲线改变。因此，取决于针对应变敏感电极所选择的材料以及应变敏感电极在力敏结构上的位置(在后悬臂支柱334上，还是侧向床332上，还是两者)，特定电阻可以与特定应变敏感电极所经受的特定量的应变相关联，该应变本身又可与施加到力敏结构的力的大小相关，施加到力敏结构的力又可以与尖端部分施加在输入表面上的力的大小相关联。
如上所述，应变敏感电极338可以由任何数量的合适材料制成。在一些示例中，应变敏感电极338可以由布置成层压叠层的多种材料制成。例如，在一个实施方案中，应变敏感电极338可被实现为电容传感器；两个导电板由绝缘材料分开。响应于反作用力的作用，电容性电极响应于力敏结构310b的变形而移位和/或移动，电容性电极表现出的电容随之改变。根据本文所述的实施方案，电子电路可以估计这些变化并将其与力的大小相关联。
尽管许多实施方案将应变敏感电极338沿着后悬臂支柱334的外表面定位，但是这种配置不是必需的。例如，在一些实施方案中，应变敏感电极338可被定位成与后悬臂支柱334和侧向床332重叠。换句话说，应变敏感电极338可围绕后悬臂支柱334与侧向床332之间的角部(例如，接合部)延伸。
在另外的实施方案中，应变敏感电极338可以定位在侧向床332和底盘320之间。在这些实施方案中，应变敏感电极338被部分地固定并且部分地浮动。更具体地讲，应变敏感电极338相对于底盘320固定，并且机械耦接至侧向床332。以这种方式，当(例如，响应于反作用力)侧向床332在底盘320内移位时，应变敏感电极338变形。
在其他实施方案中，力敏结构310b的偏转能够以另一种方式来测量，例如但不限于：光学传感器；声传感器；谐振传感器；压阻式传感器；等等。
如上所述，力敏结构310b经由刚性信号导管310a与尖头组件306的可移动部分306b机械连通。
刚性信号导管310a包括管状屏蔽件340。管状屏蔽件340包括中空部分和托盘状部分。如图所示，管状屏蔽件340的中空部分向下延伸，并在其与托盘状部分相对的端部处被螺纹连接。管状屏蔽件340可以为穿过中空部分的电缆(例如，信号线、迹线等)提供电磁屏蔽。管状屏蔽件340还可被配置成提供刚性结构支撑，以将在尖头组件306处接收的反作用力传递到力敏结构310b，而没有明显的偏转或屈曲。管状屏蔽件340的托盘状部分可被配置成接收、支撑和部分地包围控制板342，在下面详细描述(参见例如图3D至图3E)。
管状屏蔽件340可被配置成在力敏结构310b内进行接收。更具体地讲，力敏结构310b的前悬臂支柱336限定了管状屏蔽件340的中空部分通过其延伸的孔(未在图3A中示出)。管状屏蔽件340的托盘状部分与控制板342一起机械地紧固在力敏结构310b的侧向床332上。在一个示例中，管状屏蔽件340的托盘状部分经由一个或多个螺钉或其他机械紧固技术被紧固到侧向床332。管状屏蔽件340可以由金属材料形成并且焊接到侧向床332。在另一个示例中，管状屏蔽件340的托盘状部分经由压敏粘合剂、固化粘合剂或硅树脂或聚合物密封粘合到侧向床332。在一些情况下，管状屏蔽件340的托盘状部分被封装在侧向床332内。在这些示例中，侧向床332可以包括从侧向床332的边缘向上延伸的侧壁；被配置用于密封管状屏蔽件340的托盘状部分的至少一个部件的封装材料被施加在托盘状部分上方，并且可以邻接侧向床的侧壁。
以这种方式，管状屏蔽件340至少部分插入到力敏结构310b中。施加到到管状屏蔽件340中空部分的螺纹端部的力(例如，诸如以上所述反作用力)传递到侧向床332，使得力敏结构310b的前悬臂支柱336和后悬臂支柱334偏转。
在许多实施方案中，管状屏蔽件340也延伸穿过尖头组件306的接地部分306a。例如，管状屏蔽件340可以延伸穿过支撑套环316和凸缘螺母318。在典型的实施方案中，管状屏蔽件340可被配置成延伸穿过接地部分306a的每个元件而不冲击其内部侧壁。更具体地讲，管状屏蔽件340在接地部分306a内自由移动。
刚性信号导管310a还包括一个或多个负载转移螺母344，该螺母连接到管状屏蔽件340的中空部分的螺纹端部。在所示实施方案中，示出了两个负载转移螺母344，但是应当理解，在不同的实施方案中，可以使用多于两个的负载转移螺母344(参见例如图3D至图3E)。在其他实施方案中，可以包括单个负载转移螺母。
在所示的实施方案中，示出了后部负载转移螺母344a和前部负载转移螺母344b。一般而言，后部负载转移螺母344a和前部负载转移螺母344b附接到管状屏蔽件340的中空部分的螺纹端部，并且分隔选定的距离。
后部负载转移螺母344a可以与凸缘螺母318分开小于间隙312的某个距离。类似地，前部负载转移螺母344b可被配置成邻接鼻形件308的套环308a，以确保不会出现鼻形件308与刚性信号导管310a分离这种不期望的情况。
后部负载转移螺母344a与凸缘螺母318分离，以控制传递到力敏结构310b或者更一般地，设置在笔杆302内的其他电气或机械部件的峰值机械负载。更具体地讲，后部负载转移螺母344a可被配置成在间隙312闭合期间(例如，接收到反作用力，使得可移动部分306b朝向笔杆302移动)冲击凸缘螺母318。分离后部负载转移螺母344a和凸缘螺母318的距离可以是可配置的或固定的。
刚性信号导管310a还包括芯插入件346。芯插入件346的大部由诸如塑料的电绝缘材料形成。为了增加刚性，可以用纤维材料(例如玻璃纤维)掺杂芯插入件346的大部。
芯插入件346限定穿过其中的多个信号路径。在一个示例中，芯插入件346限定了两条不同的信号路径，一条可被配置为将尖端信号传送到尖端场发生器314，另一条可被配置为将环信号传送到环场发生器348(如在下面详细描述的)。
芯插入件346还可以包括一个或多个接地屏蔽装置。接地屏蔽可以在被配置用于传送尖端信号和振铃信号的信号路径之间提供电磁隔离。例如，在一些实施方案中，芯插入件346的接地屏蔽装置可以设置在环信号路径和尖端信号路径之间。在其他情况下，一个或多个接地屏蔽装置可包围环信号路径和尖端信号路径，以防止外部干扰对其造成影响。
芯插入件346包括主体350和柔性电路352。芯插入件346的主体350可被配置成插入到管状屏蔽件340内。以这种方式，管状屏蔽件340为穿过主体350的长度的信号路径提供电磁屏蔽。
芯插入件346的柔性电路352可被配置成耦接至控制板342。在一个示例中，控制板342被焊接到柔性电路352。在其他情况下，可以使用热条耦接技术。
控制板342可以包括连接器、焊接/热条形垫、电路、处理器以及连接其的迹线和/或系统总线线路。这些部件可以使用任何合适的安装技术附接于柔性基板、刚性基板或耦接到加强片的柔性基板上。控制板342可以包括由柔性连接器连接的多于一个的电路板。在该实施方案中，控制板342可以折叠在自身上方或者在触笔的另一部件上方。
如上所述，芯插入件346包括专用于将尖端信号传送到尖端场发生器314的信号线(本文中为“尖端信号线”)和专用于将环信号传送到环场发生器348的另一信号线(本文中为“环信号线”)。尽管将这些描述为单条线，但是尖端信号线和环信号线可以分别由多个单独的导电元件、电线或迹线制成。
在一个示例中，尖端信号线(图3A中未示出)终止于芯插入件346底端处的接触垫354。在一个示例中，接触垫354在芯插入件346的制造过程期间形成。例如，可以在修整工艺中切割芯插入件346的防水片。可以有意识地选择切割的位置以暴露尖端信号线。在一些情况下，切口可以是锯齿形的，以增加暴露的信号线的表面积；增加的表面积能够以更持久的方式结合和/或焊接到接触垫354。
在这些实施方案中，接触垫354可以任何电合适的方式耦接到尖端场发生器314。例如，如上所述，例如，当实现为弹簧针时，尖端场发生器314可以是部分柔性的。在另一个示例中，接触垫354可以焊接到尖端场发生器314。在另外的示例中，尖端场发生器314可以放置在制造步骤期间涂敷到接触垫354的导电膏中。
在另外的示例中，接触垫354可以是部分柔性的。例如，接触垫354可以由导电泡沫或弹性体形成。在其他情况下，接触垫354可包括除尖端场发生器314的弹簧针几何结构之外，以及/或者与该几何结构分离的弹簧针几何结构。
如关于本文所述的其他实施方案所指出的那样(以及如图所示)，尖端场发生器314和环场发生器348沿着芯插入件346的长度同轴对准，使得由其产生的场(例如，尖端场和环场)是轴对称的。以这种方式，用户能够以对用户舒适的任何方式抓住和握持触笔300。
环场发生器348呈尖端信号线穿过的封闭环的形状。另外，一个或多个接地层、护套或其他结构可将尖端信号线包围在环场发生器348内。以这种方式，环场发生器348可不干扰尖端信号，并且环场和尖端场两者可大体上呈球形并且同轴对准。
环场发生器348可以任何合适的方式形成。在许多情况、许多示例(并且如图所示)中，环场发生器348在芯插入件346的周围(并且/或者部分地位于其内部)。例如，环场发生器348形成在芯插入件346的外表面上。环场发生器348可使用任何数量合适的制造技术设置在芯插入件346的外表面上，所述制造技术包括但不限于：物理气相沉积、脉冲激光沉积、自粘附导电膜、金属浮法技术、金属电镀技术等等。在其他情况下，环场发生器348可以是嵌件成型到芯插入件346中的固体金属环。
环场发生器348可由任何数量的合适的导电材料形成。在一些示例中，环场发生器348由金属形成。在其他情况下，环场发生器348由沉积的导电材料形成，诸如金属氧化物或金属粉末。例如，导电材料可以通过脉冲激光沉积、物理气相沉积或任何其他合适的技术进行沉积。
在一些情况下，环场发生器348由单一材料形成，而在其他情况下，环场发生器348由多于一种材料形成。在一些情况下，环场发生器348是刚性的，而在其他情况下，环场发生器348可以是至少部分柔顺的和/或柔性的。
环场发生器348可以任何电合适的方式耦接到环信号线。在一个示例中，穿过芯插入件346的通路将环信号线连接到环场发生器348。
如上所述，环场发生器348可被配置为当从特定距离估计时生成本质上近似球形的电场(例如，环场)。换句话说，环场发生器348可大体上用作呈环形形状(例如，环形)的场源；如果从大于环的半径的距离测量，则由环形场源产生的场大体上是球形的。因此，在许多实施方案中，环场发生器348的半径小于环场发生器348的中心与笔尖308b的尖端之间的距离。
上面描述的和在图3A中描绘的触笔300的各个组件一般而言涉及关于图2D所描述的协调引擎206。不同实施方案之间，各种部件、连接和这些部件的放置方式可显著不同；所描绘的元件仅仅呈现一个示例，并且在某些具体实施中，某些部件可以被替换或省略。
接下来，参考设置在底盘320内的触笔300的某些操作部件。具体地讲，触笔300可包括处理单元电路板组356。
处理单元电路板组356可包括一个或多个基板，在其上或者通过其设置一个或多个电子部件。这些部件可以是表面安装件或通孔部件。部件可以附接到基板的两侧。基板可以是单层电路板、多层电路板或柔性电路板。在一些示例中，可使用柔性电路板，其采用一个或多个加强片刚性地制成。
在例示的实施方案中，处理单元电路板组356包括通过一个或多个柔性电路连接的基板。顶部控制板358可经由一个或多个柔性连接器362耦接到底部控制板360。在一些情况下，柔性连接器362与顶部控制板358和/或底部控制板360中的任一者或两者一体地形成。在这些实施方案中，柔性连接器362将顶部控制板358电耦合和机械耦合到底部控制板360，而不需要单独的机构、耦联器、连接器或制造步骤来连接它们。
然而，在其他实施方案中，柔性连接器362可以与顶部控制板358和/或底部控制板360分离。例如，柔性连接器362永久地或可拆卸地附接到顶部控制板358和/或底部控制板360中的任一者或两者。
在许多情况下，顶部控制板358和底部控制板360大体上呈相同的形状。以这种方式，底部控制板360可被折叠在顶部控制板358下方(在所示实施方案中示出为折叠路径364)。之后，顶部控制板358和底部控制板360可以保持板之间的选定距离的方式被紧固在一起。在一些实施方案中，顶部控制板358和底部控制板360可以折叠在触笔300的其他部件上。
在一个实施方案中，顶部控制板358和底部控制板360可与第一支架366、第二支架368和间隔件370紧固在一起。第一支架366和第二支架368可分别设置在折叠板的顶部边缘和底部边缘处。间隔件370可大体上定位在顶部控制板358和底部控制板360的中间。
第一支架366和第二支架368可通过一个或多个机械紧固件诸如螺钉紧固到板上。在其他情况下，使用粘合剂将第一支架366和第二支架368粘附到板上。在一些情况下，第一支架366和/或第二支架368可以电连接到任一个或两个板的电路接地部。
处理单元电路板组356在折叠时的宽度被选择为小于底盘320的内径。以这种方式，处理单元电路板组356可以在制造期间设置在机架320内。在许多实施方案中，处理单元电路板组356定位在邻近装配窗口326的底盘320的中间部分内。以这种方式，在装配期间，可以通过装配窗口326接近处理单元电路板组356的至少一部分(参见例如图3D至图3F)。
处理单元电路板组356耦接到协调引擎310的控制板342，因此可以在它们之间交换数据、信号和/或电力。在一个实施方案中，可以使用柔性电路372来将处理单元电路板组356耦接到协调引擎310的控制板342。处理单元电路板组356可被配置为但不限于以下中的至少一个：向控制板342提供电力和/或电路接地连接；将尖端信号和/或振铃信号提供给控制板342；向控制板342提供参数供控制板342用来产生尖端信号和/或振铃信号；向控制板342提供数据供控制板342调制成尖端信号和/或振铃信号；从控制板342接收力测量；等等。
类似地，控制板342可被配置为但不限于以下中的至少一个：从处理单元电路板组356接收电力和/或电路接地连接；从处理单元电路板组356接收尖端信号和/或振铃信号；从处理单元电路板组356接收与尖端信号和/或振铃信号有关的参数；根据参数产生尖端信号和/或振铃信号；测量应变敏感电极338的电特性；确定与应变敏感电极338的电特性相关联的力；向处理单元电路板组356提供力的估计；等等。
控制板342可以包括任何数量的合适的电路。例如，在许多实施方案中，控制板342可被配置为分别将尖端信号和振铃信号传送到尖端场发生器314和环场发生器348。在其他情况下，控制板342可被配置为估计应变敏感电极338的一个或多个电特性，并且/或者将这样的电特性的大小与力敏结构310b所接收的力的大小相关联。控制板342可以与处理单元电路板组356进行通信。例如，处理单元电路板组356可以向控制板342传送触笔身份信息、用户身份信息或触笔设置信息。控制板342可以接收该信息并相应地修改尖端信号和/或振铃信号。在其他示例中，控制板342直接从处理单元电路板组356接收尖端信号和/或振铃信号。
在一个示例中，柔性电路372包括可被配置为连接到处理单元电路板组356的端口376的连接器374。另外，柔性电路372包括一个或多个被配置成永久性地耦接到控制板342的热条形垫378。在其他情况下，柔性电路372可以使用诸如连接器374的连接器(参见例如图3D至图3F)连接到控制板342。
除了将协调引擎310的控制板342耦接到处理单元电路板组356之外，柔性电路372还可以将力敏结构310b的应变敏感电极338(或多于一个电极)耦接到控制板342或主控制板365中的任一者或两者。柔性电路372和应变敏感电极338之间的连接可以是永久性的或可拆卸的；该连接可以是焊接连接、热条连接或连接器和端口之间的连接。
柔性电路372还可包括铰链部分382。当反作用力导致机电耦合装置移位时，铰接部分382允许柔性电路372收缩或折叠。通常，柔性电路372允许力敏结构310b相对于处理单元电路板组356的相对运动。铰接部分382的形状可以减小或最小化控制板342与处理单元电路板组356之间的电连接的影响。在一些实施方案中，铰接部分382被配置成在偏转或力感测事件之后减小力敏结构310b的松弛时间或时间常数。
处理单元电路板组356还耦接到电池组384。电池组384可以是锂聚合物电池组或锂离子电池。然而，在其他实施方案中，可以使用碱性电池、镍镉电池、镍氢电池或任何其他合适的可充电电池或一次性电池。
对于其中电池组384是锂聚合物电池组的实施方案，电池组384可包括可以形成电池组384部件(例如，阳极、阴极)的堆叠层。在许多实施方案中，电池组384可以在被密封在袋(未示出)中之前被折叠或卷起。在一些实施方案中，袋可以是矩形袋，其可以在电池组384插入其中之后被卷起或折叠。卷起或折叠的方向可以大致与笔杆302的纵轴对准。以这种方式，电池组384在被定位在底盘320内时，可以具有很少的或不具有未使用的空间。
在一些实施方案中，电池组384可包括一个或多个其他部件诸如可操作地连接到阴极电极集电器和阳极电极集电器中的任一者或两者的流动阻隔件和/或封装壁等，以及其他部件。
上述电池组384的具体配置仅仅是简化的示例，并且各个部件的数量和顺序可改变。在许多示例中，电池组384包括一个或多个被配置成永久性地或可拆卸地附接于处理单元电路板组356的引线386。电池组384包括电源控制板388。电池组384和电源控制板388的尺寸被设计成适合于底盘320内。在一些情况下，电池组384可以与底盘320的中心轴线轴向对准，但这不是所有实施方案都必需的。在一些情况下，电池组384可以相对于底盘320的中心轴线轴向偏置。在这些实施方案中，电池组384的偏置对准可以使得触笔300沿着其纵轴偏心平衡，这又可以防止当触笔300被放置在表面上时触笔300滚动。在一些实施方案中，可以基于电池组384的对准来定位触笔300的外部上的标记诸如说明、标识、个性化、图标等，使得当触笔300被放置在表面上时，该标记可见或隐藏。
电源控制板388包括配置用于控制电池组384的充电和/或放电速率的电路。在许多示例中，电源控制板388经由沿着电池组384的长度延伸的信号路径迹线，直接可通信地耦接到处理单元电路板组356(参见例如图3D至图3F)。
在一些情况下，电源控制板388和/或电池组384的另一部分可以(至少部分地)设置在天线支撑块324b的内部空间内。在一些情况下，从电源控制板388延伸的引线可以有意识地延长到服务回路中。可以包括服务回路以简化触笔300的制造。
电源控制板388可以包括连接器、焊接/热条形垫、电路、处理器以及连接其的迹线和/或系统总线线路。这些部件可以使用任何合适的安装技术附接于柔性基板、刚性基板或耦接到加强片的柔性基板上。电源控制板388可以包括由柔性连接器连接的多于一个的电路板。在该实施方案中，电源控制板388能够以类似于处理单元电路板组356的方式折叠在自身上方或在触笔的另一个部件上方。
在许多示例中，电力控制板388被配置为但不限于以下中的至少一个：将与电池组384的容量有关的信息提供给处理单元电路板组356；向处理单元电路板组356提供与电池组384的充电速度有关的信息；向处理单元电路板组356提供与电池组384的使用年限、健康状况或扩展相关的信息；等等。
在许多情况下，电池组384可被设置为使得电池组384的大部与触笔300的长度同轴对准。
触笔300还包括数据和/或电源连接器390。数据和/或电源连接器390可以耦接到电源控制板388和处理单元电路板组356两者。数据和/或电源连接器390包括连接器端部392和插头套环394。
连接器端部392可被配置为耦接至电子设备的电源和/或数据端口以有利于电池组384的再充电。在其他情况下，连接器端部392可用于在触笔300和电子设备之间交换数据。连接器端部392可被配置为柔性的(在插头套环394内可侧向移动)，使得当连接到电子设备时，触笔300可以抵抗和承受原本可能损坏触笔300和/或电子设备的某些力。
尽管连接器端部392被图示为多引脚、可逆且标准化的数据和/或电源连接器，但是应该理解，这种连接器并不是必需的。具体地讲，在一些实施方案中，可以使用闪电连接器、通用串行总线连接器、火线连接器、串行连接器、雷电连接器、耳机连接器或任何其他合适的连接器。
在一些情况下，数据和/或电源连接器390可以(至少部分地)设置在天线支撑块324b的内部空间内。在一些情况下，从数据和/或电源连接器390延伸的一个或多个引线390a可以有意识地延长到服务回路中。可以包括服务回路以简化触笔300的制造。
在许多情况下，盲盖304可被配置为隐藏触笔300的数据和/或电源连接器390。数据和/或电源连接器390可以被盲盖304隐藏(参见例如图3D和图3F)。
如图所示，当装配时，数据和/或电源连接器390可以从笔杆302向外延伸。插头套环394可被配置成在装配时密封笔杆302。在一些实施方案中，数据和/或电源连接器390可以在不使用时手动地或自动地回缩，并且部分地或完全地回缩到笔杆302中。在一些示例中，数据和/或电源连接器390可以连接到推-推机构。
处理单元电路板组356同样耦接到天线组件324。天线组件324包括天线324a、天线支撑块324b、传输线324c和连接器324d。天线324a设置在天线支撑块324b上或以其他方式耦接到该天线支撑块。在一些实施方案中，天线支撑块324b由绝缘材料例如塑料形成。天线324a可使用任何数量合适的制造技术设置在天线支撑块324b的外表面上，所述制造技术包括但不限于：物理气相沉积、脉冲激光沉积、自粘附导电膜、金属浮法技术、金属电镀技术等等。在一些实施方案中，天线324a使用激光直接成型技术形成并且直接形成在天线支撑块324b的外表面上。
天线支撑块324b限定内部空间。天线支撑块324b的内部空间的尺寸可被设计和/或以其他方式配置成保持触笔300的其他部件，诸如但不限于：电子电路、电池、传感器、导线的服务环、柔性连接器、接地层、平衡重量、柔性元件、湿气检测特征部等。
连接器324d可被配置成直接连接到处理单元电路板组356上的连接器。在许多情况下，连接器324d和传输线324c可以被屏蔽，使得穿过其中的信号不受外部干扰的影响，并且相反地，穿过其中的信号也不影响触笔300内的任何部件。
当天线组件324和电池组384被装配在底盘320内时，传输线324c可被配置成与电池组384并排或相邻布线。传输线324c大致对准以平行于笔杆302的纵轴。如上所述，天线组件324被插入到底盘320中，使得天线324a与天线窗口322对准。
在一些情况下，传输线324c可以通过可压缩元件396与底盘320的内表面分离。可压缩元件396包括可压缩泡沫396a和一个或多个粘结元件396b。粘结元件396b可将可压缩泡沫396a和传输线324c附接到电池组384。
如关于上述许多实施方案所指出的，触笔300的许多部件可以至少部分地设置在底盘320内。以这种方式，底盘320为触笔300的多个元件提供有效的电磁屏蔽。
为了便于将各种部件安装在底盘320内，在一些示例中，所述部件可以附接到滑架398。滑架398连同其包含的所有部件可以滑入底盘320中。此后，底盘320和滑架398能够以任何合适的方式彼此紧固在一起。例如，可以使用螺钉、铆钉或粘合剂将底盘320固定到滑架398。在其他示例中，底盘320可以焊接到滑架398。底盘320然后可以被插入笔杆302的内部体积中(参见例如图3D至图3F)。
在一些情况下，滑架398可以用作系统接地，为设置在触笔300内的所有(或基本上全部)电路提供电气接地。在其他情况下，滑架398也可以用作一个或多个天线元件的接地层。
以上对图3A至图3B中所示实施方案的描述以及各种替代形式和变型形式，通常出于解释的目的并且为了便于透彻理解本文所设想的触笔而提供。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，本文所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。
因此，应理解，对特定实施方案的上述和下述描述出于例示和描述的特定目的而被呈现。这些描述并非旨在穷举或将本公开限制于本文所述的精确形式。相反，对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上述教导内容，许多修改和变型是可能的。具体地讲，应当理解，能够以许多合适的和具体实施特定的方式来实现图3A至图3B中描绘的触笔。
一般而言，图4A至图4M涉及如本文所述触笔的协调引擎的不同实施方案。用户可以操纵触笔并将力施加到电子设备的输入表面。相应的反作用力可以通过连接到机电耦合装置的触笔的尖端传递到位于触笔内的力敏结构。力敏结构可以响应于此变形，其可以通过触笔测量并用于估计施加的力。相对于图4A至图4M描述的力敏结构可用于生成对应于所施加力的非二进制输出。例如，力敏结构可用于产生代表某个强度的输出，该强度根据所施加的大小可变的力而改变。
图4A描绘了触笔的协调引擎400的侧视图，特别示出了支撑触笔尖端的力敏结构。如同关于图3A所描述的实施方案一样，协调引擎400包括包围刚性导管404的管状屏蔽件402，该刚性导管被配置成经由一个或多个信号路径(例如，尖端信号路径和环信号路径)将从控制板406接收的电信号传送到触笔的鼻形件408。鼻形件408包括套环410，该套环被螺纹连接到管状屏蔽件402的相应螺纹部分上，该管状屏蔽件又可以机械地耦接到力敏结构412。鼻形件408可以从力敏结构412拆卸并且被视为一次性的、可替换的或可更换的部件。
管状屏蔽件402和控制板406通过任何合适的方法机械耦接至力敏结构412。管状屏蔽件402包括中空部分和床部分。管状屏蔽件402由具有刚性的导电材料形成，以防止当施加力时管状屏蔽件402屈曲或偏转。可以选择管状屏蔽件402的中空部分的长度，以便为尖端场发生器(未示出)或环场发生器提供电磁屏蔽。
力敏结构412通常可描述为悬臂滑架，其可响应于某个力而相对于触笔的主体向内移动。力敏结构412的悬臂部分的一端固定在触笔的内部结构上，诸如图3A所描绘的底盘320。
力敏结构412包括前悬臂支柱414和后悬臂支柱416，所述前悬臂支柱和后悬臂支柱耦接在一起，或由在两个悬臂支柱之间延伸的侧向床418进行接合。如关于本文描述的其他实施方案所指出的，前悬臂支柱414和后悬臂支柱416相对于触笔的主体(例如，如图3A所示的笔杆)被固定。在该示例中，前悬臂支柱414、侧向床418和后悬臂支柱416的组合形状细长的U形。应变敏感电极420位于后悬臂支柱416的后表面上。
力敏结构412可以由弹性材料或柔顺材料形成，所述材料被配置成在偏转或弯曲时不会破碎或断裂；在一些实施方案中，力敏结构412由配置成以可预测和可重复的方式偏转的回火弹簧钢形成。力敏结构412也可以由聚合物材料模制而成，该聚合物材料由聚合物和金属的复合材料或其他材料组合形成。
前悬臂支柱414和后悬臂支柱416可固定在触笔的一个或多个内部部件上。在一些实施方式中，支柱使用激光焊接或其他精密焊接工艺焊接到套管或底盘。支柱也可以使用机械插片、紧固件或其他机械附接技术来固定。
以这种方式，当触笔的鼻形件408施加力Fa到输入表面422，并且鼻形件408向机电耦合装置传递相等且相反的反作用力Fr，其导致鼻形件408部分地撤回或向内偏转，进而导致前悬臂支柱414和后悬臂支柱416沿着蛇形曲线偏转或变形，诸如图4B所示的。应变敏感电极420由于后悬臂支柱部416的变形而变形。应变敏感电极420的变形可以通过电路来测量以确定反作用力Fr的大小。如下面关于图4C和图4K至图4M更详细描述的，多个应变敏感电极可以设置在后悬臂支柱416的一个或多个表面上。
通常，前悬臂支柱414和后悬臂支柱416以S形(诸如所示)变形，尽管这不是必需的，并且对于不同的实施方案，其他变形也是可能的。后悬臂支柱416的偏转也可以被描述为具有凹形区域、凸形区域和连接这些区域的弯曲区域(例如，零或近零应变点)的螺线形状。在一些实施方案中，侧向床418可以包括一个或多个加强片424，如图4D中所示沿图4A的线A-A截取的横截面所示。加强片424可以被应用和/或粘附到侧向床418的一个或多个侧面。加强片424为侧向床418提供结构支撑，使得力敏结构412基本上仅在前悬臂支柱414和后悬臂支柱416的接地点处变形。换句话说，加强片424使得侧向床418保持基本平行于触笔笔杆和/或触笔底盘的内侧壁(例如，内部部分)。在这些实施方案中，力敏结构412在没有施加力的情况下呈盒的大体形状，并且当施加力时呈平行四边形的大体形状(具有或不具有变形的侧面)。
如图4C所示，第一应变敏感电极420a设置在后悬臂支柱416的上部部分416a上，第二应变敏感电极420b设置在后悬臂支柱416的下部部分416b上。拐点416c位于上部部分416a和下部部分416b之间。以这种方式，当后悬臂支柱416变形时，第一应变敏感电极420a经受压缩(例如，上部部分416a是凹形的)；而当后悬臂支柱416变形时，第二应变敏感电极420b经受张力(例如，下部部分416b是凸形的)。
在一些实施方案中，侧向床418可以包括一个或多个加强片424，诸如图4D中所示沿图4A的线A-A截取的横截面所示。加强片424可以被应用和/或粘附到侧向床418的一个或多个侧面。加强片424为侧向床418提供结构支撑，使得力敏结构412基本上仅在前悬臂支柱414和后悬臂支柱416的接地点处变形。
如关于本文描述的其他实施方案所指出的，可以包括多于一个的应变敏感电极。在一些示例中，应变敏感电极420可以被应用或以其他方式粘附到后悬臂支柱416的内表面。在其他实施方案中，应变敏感电极420可以被施加到前悬臂支柱414的前表面或后表面。
如关于本文描述的其他实施方案所指出的，力敏结构412可以不一定呈图4A中所描绘的形状。通常，力敏结构412的特征可以在于具有至少一个悬臂支柱，该悬臂支柱具有相对于触笔的主体或其他内部结构固定的一个边缘。悬臂支柱的非固定端可连接或附接到被配置成相对于触笔的主体或其他结构侧向移位的床。以下参照图4E至图4J描述了该一般性概念的各种非限制示例。
例如，在图4E所示的一个实施方案中，力敏结构412包括前悬臂支柱414和后悬臂支柱416，其从侧向床418的相对侧延伸并且耦接到触笔主体的相对侧(例如，图3A中所示的笔杆)。在该实施方案中，力敏结构412呈类似字母Z或字母S的形状。
在诸如图4F中描绘的另一个实施方案中，力敏结构412包括前悬臂支柱414和后悬臂支柱416。每个包括相对于触笔主体(例如，如图3A所示的笔杆)的相对侧固定的两个端部。在该示例中，前悬臂支柱414和后悬臂支柱416从侧向床418的两侧延伸，并且类似于细长字母H的形状。
在诸如图4G中描绘的另一个实施方案中，力敏结构412包括后悬臂支柱416，该后悬臂支柱包括从侧向床418的相对侧延伸的两个端部，所述两个端部相对于触笔主体的相对侧固定(例如，如图3A所示的笔杆)。在该实施方案中，力敏结构412类似于顺时针旋转九十度的细长字母T的形状。
在诸如图4H中描绘的又一个实施方案中，力敏结构412包括后悬臂支柱416，该后悬臂支柱包括相对于触笔主体(例如，如图3A所示的笔杆)固定的一端。后悬臂支柱416的未固定端附接到侧向床418，并且具有类似于逆时针旋转九十度的细长字母L的形状。
在诸如图4I中描绘的又一个实施方案中，力敏结构412包括后悬臂支柱416，该后悬臂支柱呈弧形并且在侧向床418的端部沿两个方向延伸。弧的两端可以相对于触笔的主体(例如，如图3A所示的笔杆)固定。尽管后悬臂支柱416被描绘成形状为凸形(如从触笔的尖端所观察的)，但后悬臂支柱416也可以是凹形的或者具有另一轮廓形状。
在诸如图4J所示又一个实施方案中，力敏结构412耦接到可压缩构件426。在一个示例中，可压缩构件426可以由配置成弹性地或粘弹性地变形的任何数量的材料形成。在该实施方案中，可压缩构件426可在一个或多于一个位置处耦接到触笔的主体。
以上对图4A至图4J中所描绘的实施方案的描述以及各种替代形式和变型形式，通常出于解释的目的并且为了便于大致理解关于在本文中公开的触笔实施方案所描述的力敏结构和协调引擎。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，本文所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。
因此，应理解，对这些特定实施方案的上述和下述描述出于例示和描述的特定目的而被呈现。这些描述并非旨在穷举或将本公开限制于本文所述的精确形式。相反，对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上述教导内容，许多修改和变型是可能的。具体地讲，应当理解，图4A至图4J中描绘的力敏结构和协调引擎能够以许多合适的和具体实施特定的方式来实现。例如，如上所述，本文所述的应变传感器或更广泛地应变响应元件，能够以任何数量的合适方式应用于力敏结构的一个或多个悬臂支柱上。
因此，一般而言，图4K至图4M描绘了沿图4A中的线B-B观察的诸如可附接到图4A所示协调引擎的力敏结构的后视图。
图4K描绘了力敏结构412的后悬臂支柱416的后表面。后悬臂支柱416的后表面可以是实心片材材料或者可以限定一个或多个切口。如所描绘的，后悬臂支柱416的后表面包括U形切口或缺口。在这些实施方案中，后悬臂支柱416后表面的切口和/或形状可取决于特定实施方案所需或所期望的力灵敏度的量。悬臂支柱的部分可以变薄或变厚以提供更多或更少的灵敏度。悬臂支柱的部分的形状也可以设计为提供特定形状的偏转。例如，悬臂支柱可以具有这样的形状，或者包括在偏转时沿着悬臂支柱的长度提供拐点或线的特征部。通常，后悬臂支柱416轮廓的尺寸和形状将适于对所施加的力提供特定的响应。在例示的实施方案中，应当理解，后悬臂支柱416的上部部分被配置成机械耦接至触笔的主体。在很多情况下，这部分可以焊接到触笔的底盘上。
后悬臂支柱416的后表面可用于附接一个或多个应变敏感电极420。在例示的实施方案中，包括两个应变敏感电极420。一个应变敏感电极420设置在后悬臂支柱416的右侧，并且一个应变敏感电极420设置在后悬臂支柱416的左侧。
如图所示，应变敏感电极420可以是轴向对准的，尽管这并非对于所有实施方案都是必需的或优选的。例如，两个应变敏感电极420中的一个可以定位得更靠近后悬臂支柱416的上部部分。
在另外的实施方案中，可包括多于两个的应变敏感电极。例如，图4L示出了包括四个独立应变敏感电极420的实施方案。在另外的实施方案中，可包括多于四个的应变敏感电极。例如，图4M示出了包括六个独立应变敏感电极420的实施方案。
在一些实施方案中，一对或多对应变敏感电极可定位在后悬臂支柱416的表面的不同部分上，所述不同部分分别处于压缩应变模式和拉伸应变模式。如上面关于图4B所述的，后悬臂支柱416可响应于所施加的力而以S形或蛇形方式偏转。该对中的一个应变敏感电极可附接到表面的被配置为偏转到压缩应变模式的区域，并且该对中的另一个应变敏感电极可附接到被配置为偏转到拉伸应变模式的另一区域。在一些情况下，该对应变敏感电极定位在与偏转表面中的凹凸轮廓之间的过渡对应的拐点或拐点线的相对侧上。在拉伸应变模式和压缩应变模式下测量电极之间的电响应的差异可增加偏转测量的灵敏度，并因此增加触笔分解所施加的力的小变化的能力。
用于应变敏感电极的合适材料因实施方案而异，并且可包括镍、康铜合金和卡玛合金、镓掺杂氧化锌、聚乙烯二氧噻吩、氧化铟锡、碳纳米管、石墨烯、银纳米线、镍纳米线、其他金属纳米线等等。通常，当电极被拉紧时，例如当触笔的尖端向输入表面施加力时，电极的电阻随应变而变化。电阻可以用电子电路估算。
在某些实施方案中，可通过使用惠斯通电桥来估计应变敏感电极。在此类示例中，可跨被连接到电压源Vs的两个平行的分压器的输出端来估计电压Vg。其中一个分压器可包括两个已知电阻R1和R2的电阻器，另一个分压器可包括一个电阻器或已知电阻R3和电极Rx。通过比较跨每个电压的输出端的电压与电压源Vs的电压，可计算电极的未知电阻Rx，并因此可估计触笔的尖端施加到输入表面的力的大小。
在另一个实施方案中，多于一个的应变敏感电极可在后悬臂支柱上彼此相邻地布置。多个应变敏感电极可连接到电子电路，以接近由后悬臂支柱所经受的应变(例如，压缩或张紧)的大小。在该示例中，通过测量多个应变敏感电极的公共性质(例如，并联和/或串联电阻)或差分性质(例如，分压)可获得应变的大小。
在一个实施方案中，通过将已知电压施加到电路并测量通过多个应变敏感电极的电流，可获得公共性质估计诸如并联电阻。在另一个实施方案中，可将电流注入到多个应变敏感电极中，并且可从其估计电压。在任一种情况下，多个应变敏感电极中的任一个或两个的电阻可通过欧姆定律来计算，并且又可与应变敏感电极所经受的应变量相关联。
在另一个实施方案中，多个应变敏感电极可电耦接在一起，使得可通过将已知电压施加到电路并且测量跨多个应变敏感电极中的两个或更多个电极和参考电压之间的点的电压来获得差分性质估计(诸如分压)。在另一个实施方案中，可将电流注入到多个应变敏感电极中，并且可估计一个电压或多于一个电压。在任一种情况下，多个应变敏感电极中的任一个或两个的电阻可通过欧姆定律来计算，并且又可与多个应变敏感电极中的一个或多个所经受的应变量相关联。
在许多情况下，差分性质估计可与公共性质估计组合或进行比较。在一些示例中，差分性质估计和公共性质估计可通过不加权或加权平均来组合。在其他实施方案中，可使用两个估计的最大值或最小值。在另外的示例中，可使用在两个估计之间进行组合或决定的其他方法。
在其他情况下，可能不需要实际计算每个独立电极的电阻。例如，在某些实施方案中，估计的电压或电流(例如，来自公共性质估计、差分性质估计或两者)可直接与力敏结构所经受的应变量相关联。
一旦通过计算或估计获得每个电极的电阻，则可将每个电极与已知的基线电阻值进行比较，以便估计应变敏感电极是否正在经受张紧或压缩。换句话说，当力敏结构经受力的施加(例如，由于施加力到输入表面)时，其可能变形，导致一个或多个应变敏感电极展开(例如，张紧)或收缩(例如，压缩)，这可导致其电阻以数学上可预测的方式变化。
以上对图4K至图4M中所描绘的实施方案的描述以及各种另选方案和变型，通常将出于解释的目的并且为了便于大致理解应变敏感电极相对于力敏结构的悬臂支柱的可能放置方式(如关于本文所公开的触笔实施方案所述)而呈现。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，本文所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。
例如，可以理解的是，尽管本文参考应变敏感电极描述了这些和其他实施方案，但是对于特定实施方案可包括任何力敏和/或应变敏感元件。类似地，悬臂支柱可采取任何合适的形状。
一般而言，图5A至图5N参考如本文所述触笔的协调引擎的刚性信号导管的不同实施方案。用户操纵触笔来改变尖端场和环场的相对位置。电子设备计算场的相对位置，并且作为响应，定位并估计触笔的角位置。
例如，图5A示出了触笔的协调引擎500的一部分的侧视图。与关于图3A所述的实施方案一样，协调引擎500包括被配置为在其中接纳芯插入件504的管状屏蔽件502。管状屏蔽件502具有托盘状部分506，控制板508可定位在其中(或其上)。管状屏蔽件502具有中空部分510，其中放置有芯插入件504。
芯插入件504可被配置为将从控制板508接收的电信号传送到尖端场发生器512和环场发生器514。在一些实施方案中，接地环513可设置在尖端场发生器512和环场发生器514之间。接地环513可帮助防止尖端场发生器512和环场发生器514之间的电容耦合。
芯插入件504可以是屏蔽的信号路径；可以将芯插入件504内的一个或多个信号路径与其他信号路径屏蔽，以防止其间的电容耦合。
当被组装和操作时，尖端场发生器512可生成和/或发射出尖端场516，并且环场发生器514可生成和/或发射出环场518。尖端场516和环场518可以不同的功率生成，诸如图5B所示，其中环场518以比尖端场516更高的功率生成。在其他情况下，尖端场516和环场518以基本上相同的功率生成，诸如图5C所示。
尖端场发生器512可被配置为当从特定距离估计时生成本质上近似球形的电场(例如，环场)。换句话说，尖端场发生器512实质上可用作电场点源。
在例示的实施方案中，环场发生器514呈尖端信号线穿过的封闭环的形状。以这种方式，环场发生器514可不干扰尖端信号，并且环场518和尖端场516两者可大体上呈球形并且同轴对准，诸如图5B所示。
环场发生器514生成环场518。环场发生器514可以任何数量的合适形状形成，诸如但不限于：圆柱形(例如，如图所示)、冠形、一系列环、线的分布(例如，线和/或环的斐波纳契数列)等等。
虽然环场发生器514为环形，但环场518在许多实施方案中大体上呈球形。更具体地讲，如本领域技术人员可以理解的，由环形元件生成的电场可按照以下方程式建模：
上述方程式描述了当根据与施加有电荷Q的半径为r的环形元件的几何中心相距的距离为a进行估算时，电场E的大小。可以知道，库仑常数k提供缩放系数和单位校正，以精确地估计电场E。
当距环形场发生器的几何中心的距离a远大于半径r时，电场E近似等于：
因此，对于其中环场发生器514与电子设备的输入表面之间的距离大于环场发生器514的半径的实施方案，环场518对于输入表面可看起来大体上呈球形，尽管环场发生器514至少在几何上不是点源。
换句话说，对于许多实施方案，环场发生器514的半径被选择为小于从环场发生器514到输入表面的距离。以这种方式，环场518为由点电荷生成的对于输入表面而言看起来大体上呈球形的电场。以这种方式，尖端场516和环场518两者至少在触笔的尖端的方向上大体上呈球形。
然而，虽然本文参考由电子设备内传感器的大体上圆形的分组检测到的、由触笔所生成的同轴对准的球形场描述了许多实施方案，但是此类配置可能并非所有实施方案所要求的。在一些示例中，由环场发生器生成的环场可呈现非球形形状。例如，环场发生器可被配置为生成大体上呈圆锥形的形状。在该示例中，环场交叉区域可以是圆锥曲线(例如，双曲线、椭圆、圆等)。在其他示例中，环场发生器可被配置为生成多于一个的电场。例如，环场发生器可被配置为生成四个大体上呈圆锥形的电场，每个均匀地彼此间隔开。圆锥形电场可以在极性上交替或者可以与不同的环信号相关联，使得相邻的圆锥形电场不会相互干扰。在该示例中，环场交叉区域可以是一系列圆锥曲线(例如，双曲线、椭圆、圆等)。因此可以理解，可通过特定实施方案的环场发生器来生成任何合适的电场形状或一系列电场形状。
图5D示出了通过图5B的剖面线C-C截取的协调引擎500的芯插入件504的横截面。如上所述，芯插入件504包括专用于将尖端信号传送到尖端场发生器512的信号线(尖端信号线)和专用于将环信号传送到环场发生器514的另一信号线(环信号线)。另外，一个或多个接地层、护套或其他结构可将环信号线包围在环场发生器514内。因此，一般而言，芯插入件504包括被配置为通过其传输一个或多个电信号的多组导体。
尖端场发生器512可由任何数量的合适的导电材料形成。在一些示例中，尖端场发生器512由金属或金属化材料形成。在其他情况下，尖端场发生器512由导电聚合物或纤维诸如导电硅树脂或导电尼龙形成。在一些情况下，尖端场发生器512由单一材料形成，而在其他实施方案中，尖端场发生器512由多于一种材料形成。在一些情况下，尖端场发生器512是刚性的，而在其他情况下，尖端场发生器512可以是至少部分柔顺的和/或柔性的。在一个示例中，尖端场发生器512可被实现为至少部分可拆卸的弹簧针。弹簧针可包括弹簧以及两个或更多个联锁的可滑动构件。参考图6A至图6G描述了尖端场发生器512的示例性实施方案。
尖端场发生器512可形成为倒置灯泡的形状。灯泡形部的圆形端部朝向触笔的尖端端部取向。圆形端部可大体上呈球形，或者在其他实施方案中可大体上呈半球形。灯泡形部的根端被取向为延伸到触笔的内部。灯泡形部的圆形端部可被配置为充当电场点源。换句话说，灯泡形部的圆形端部可形成为如下形状，该形状可从该圆形端部生成大体上呈球形的电场。在许多情况下，尖端场发生器512的灯泡形部的根端随着远离灯泡形状的圆形端部而直径减小。直径的减小可以是恒定的、阶梯式的，或者可以遵循数学函数诸如指数衰减函数。
环场发生器514可由任何数量的合适的导电材料形成。在一些示例中，环场发生器514由金属形成。在其他情况下，环场发生器514由沉积的导电材料形成，诸如金属氧化物或金属粉末。
环场发生器514可以任何合适的方式形成。在许多情况、许多示例(并且如图所示)中，环场发生器514设置在芯插入件504的外表面上。环场发生器514可使用任何数量合适的制造技术设置在芯插入件504的外表面上，所述制造技术包括但不限于：物理气相沉积、脉冲激光沉积、自粘附导电膜、金属浮法技术、金属电镀技术等等。在一些实施方案中，环场发生器514使用激光直接成型技术形成并且直接形成在芯插入件504的外表面上。
环场发生器514可以任何电合适的方式耦接到环信号线。在一个示例中，穿过芯插入件504的通路520将环信号线连接到环场发生器514，该环场发生器可终止于支架电极522中。在许多情况下，通路520采取凹口(例如，倒圆锥形)的形状。通路520将支架电极522连接到环场发生器514。穿过通路520的电连接部520a可使用任何数量合适的制造技术设置在芯插入件504的外表面或通路520的内部侧壁上，所述制造技术包括但不限于：物理气相沉积、脉冲激光沉积、激光直接成型、自粘附导电膜、金属浮法技术、金属电镀技术等等。在一些情况下，通路520可被金属材料完全填充，尽管这可能不是必需的。
如在图3A中描绘的实施方案所指出的那样，尖端信号线终止于芯插入件504的端部处的接触垫524。在这些实施方案中，接触垫524可以任何电合适的方式耦接到尖端场发生器512。
如关于本文所述的其他实施方案所指出的那样(以及如图所示)，尖端场发生器512和环场发生器514沿着芯插入件504的长度同轴对准，使得尖端场516和环场518轴向对准并且是轴对称的。如可以理解的，许多实施方案的尖端场516和环场518的球形性质便于对输入表面上的触笔进行定位并且另外估计其角位置的操作。
芯插入件504可以多种方式配置。例如，具体参考图5E，其示出了当通过线D-D截取时芯插入件504的横截面，芯插入件504可包括设置在电介质块528内的多层电路板526。为了简化说明，从图5D至图5E中省略了多层电路板526的层，但是可以理解的是，多层电路板526可具有以任何合适的方式取向的任何合适数量的层。在一个示例中，多层电路板526具有八层。
电介质块528通常由塑料或另一合适的电绝缘材料形成。为了增加刚度，电介质块528可掺杂有纤维材料诸如玻璃。
在许多示例中，通路520可在电介质块528和多层电路板526的模制期间被限定。例如，多层电路板526可通过支撑件保持在模具内，当在模制之后被移除时，该支撑件限定通路520。
多层电路板526可包括沿着多层电路板526的长度设置在任何特定且合适位置处的任何数量的合适部件。例如，多层电路板526可包括(并且/或者可耦接到)一个或多个电子电路部件(未示出)，诸如但不限于：处理器、电阻器、电容器、电感器、晶体管、信号线、接地线、接地连接部等。在许多实施方案中，耦接到多层电路板526的部件以减少和/或消除寄生电容的方式布置和分布。具体地讲，可以选择多层电路板526的部件的布局以减少或消除尖端信号线530与环信号线532之间的串扰(例如，寄生互电容)。这可能是特别期望的，以防止电子设备由于尖端场而检测到环信号，并且类似地防止电子设备由于环场而检测到尖端信号。
例如，如图所示，尖端信号线530通过多条接地信号线534与环信号线532分离并隔离。在该实施方案中，六条独立的接地信号线以物理方式和电方式分离两条尖端信号线(每个被标识为尖端信号线530)和两条环信号线(每个被标识为环信号线532)。以这种方式，多条接地信号线534提供环信号线和尖端信号线之间的电隔离。
在许多情况下，也可以选择穿过多层电路板526的各种信号线的外表面积，以减少寄生电容形成的可能性。具体地讲，接地信号线、尖端信号线和环信号线都可以相对较薄；任何信号线的外表面积越大，可形成寄生电容的变化就越大。在许多实施方案中，诸如例示的实施方案，每个信号可通过多于一条信号线传送(例如，两条信号线传送环信号，两条信号线传送尖端信号，六条信号线接地)，使得信号在尖端场发生器512和环场发生器514处被接收，而没有由于单条信号线的薄而导致的显著的电阻损耗。
如可以理解的，尽管例示的实施方案描绘了分离两条环信号线和两条尖端信号线的六条接地线，但是这样的数量并非所有实施方案所要求的。在一些情况下，可包括更多的信号线或更少的信号线。在一些情况下，传送相同信号的信号线可通过一个或多个通路(未示出)在沿着多层电路板526的长度的不同点处连接在一起。
如上所述，接触垫524设置在芯插入件504的端部处。在许多情况下，接触垫524焊接到芯插入件504的端部。在其他情况下，接触垫524通过合适的工艺(诸如但不限于：物理气相沉积、脉冲激光沉积、激光直接成型、自粘附导电膜、金属浮法技术、金属电镀技术等等)形成在芯插入件504的端部上。
芯插入件504的多层电路板526可终止于填充部分(未标记)，其中多个通路将多层电路板526的多个层电耦接至同一电子电路或信号线。在许多实施方案中，通路和信号线中的每一个均电耦接至尖端信号线530。例如，图5F示出了通过图5D的线E-E沿着填充部分截取的芯插入件504的横截面。为清楚起见，图5F中未示出接触垫524。
在制造期间，多层电路板526可通过填充部分被切割，由此使得一个或多个通路536和一条或多条信号线538a,538b被暴露。一条或多条信号线538a,538b可平行于或垂直于多层电路板526的长度。在其他示例中，信号线可以另一种方式取向，诸如沿某一角度取向。以这种方式，暴露的通路和信号线(其耦接到尖端信号线530)在切割时展现出大的总的导电表面积。该大面积可使用任何合适的方法耦接到接触垫524(或用作该接触垫的一部分)。增加的表面积在尖端信号线530和接触垫524之间提供了更多机械方式和电方式的声耦合。
在一些实施方案中，接触垫524可为不需要的；填充区域的暴露面积可用于将尖端信号传送至尖端场发生器512。在其他情况下，接触垫524可以是设置在填充区域的暴露面积上的导电材料的沉积物。
芯插入件504的填充区域的长度可因实施方案而异，并且可取决于在制造芯插入件504时可实现的制造公差。例如，如果特定的具体实施以低容差制造，则填充区域可以是长的(例如，在多层电路板526的长度上向内延伸一定距离)。在其他情况下，如果特定的具体实施以高容差制造，则填充区域可以是短的。可以理解的是，类似地，通路的数量和密度可因实施方案而异。类似地，信号线的数量和密度(尽管已取向)也可因实施方案而异。
接下来，参考图5G至图5I，其中示出了生成(不同大小的)尖端场516和环场518的触笔的侧视图，所述尖端场和环场各自与电子设备的输入表面540相交。具体地讲，这些图示出了当触笔在输入表面上倾斜时，(另外并且通过移除的俯视图补充)尖端场交叉区域542和环场交叉区域544的相对位置。
图5G示出了当触笔垂直于输入表面540取向时，尖端场交叉区域542和环场交叉区域544的相对位置。具体地讲，尖端场交叉区域542和环场交叉区域544同轴对准。
图5H示出了当触笔以锐角极角向输入表面540取向(例如，向左倾斜)时，尖端场交叉区域542和环场交叉区域544的相对位置。具体地讲，尖端场交叉区域542保持在与图5G所示的基本上相同的位置；然而，环场交叉区域544向左移位。
图5I示出了当触笔以锐角极角向输入表面540取向(例如，向右倾斜)时，尖端场交叉区域542和环场交叉区域544的相对位置。具体地讲，尖端场交叉区域542保持在与图5G所示的基本上相同的位置，然而，环场交叉区域544向右移位。
基于尖端场交叉区域和环场交叉区域的位置的定位触笔的操作可完成如下，但是应该理解的是，下面给出的实施方案仅仅是可用于通过电子设备定位触笔的过程中的许多方法和技术中的一个。类似地，可以理解的是，下面给出的方程式和技术仅仅是示例，并且可以在定位诸如本文所述的触笔的过程中采用与以下呈现的那些相关或不相关的许多方法和方程式。
图5J示出了图5G的触笔，特别地示出了触笔相对于电子设备的输入表面的平面的角位置的方位角φ和极角θ。
在这些实施方案中，一般而言，电子设备扫描与输入表面540相关联的多个传感器以获取尖端信号。在估计一组相邻的传感器均检测到尖端信号的存在时，电子设备可估计所述组的几何中心。如上所述，该组相邻的传感器通常呈圆的形状。此后，电子设备记录该组的几何中心相对于输入表面540的原点的坐标，作为尖端场发生器的位置的代替坐标(proxy)，并且更一般地作为触笔的尖端部分接触输入表面540的点的代替坐标。例如，笛卡尔坐标系中具有半径r的圆形的几何中心(xc,yc)可通过将落在圆的圆周上的至少两个估计点(xm1,ym1)和(xm2,ym2)代入以下方程组来估计：
上面提出的方程组是可解的；仅有的两个未知变量是几何中心(xc,yc)的坐标。以这种方式，电子设备可通过计算尖端场交叉区域542的几何中心546来确定触笔在输入表面540上的位置。
基于尖端场交叉区域542和环场交叉区域544的位置来确定触笔的角位置(例如，方位角φ和极角θ)的操作可完成如下，但是应该理解的是，下面给出的实施方案仅仅是可用于通过电子设备确定触笔的角位置的过程中的许多方法和技术中的一个。
例如，如果尖端场交叉区域542的几何中心546的笛卡尔坐标是(xt,yt)，并且环场交叉区域544的几何中心548的笛卡尔坐标是(xr,yr)，并且尖端场发生器512和环场发生器514分开的距离为d，则可通过以下方程式来模拟或近似估计触笔的极角θ的一种方法：
在这种情况下，当尖端场交叉区域542和环场交叉区域544的中心之间的距离近似等于尖端场发生器和环场发生器分开的距离时(例如，触笔在输入表面上尽可能平坦)，逆余弦运算产生接近0弧度的极角θ。
另选地，当尖端场交叉区域542和环场交叉区域544的中心之间的距离近似等于零(例如，触笔垂直于输入表面)时，逆余弦运算产生接近弧度或九十度的极角θ。
类似地，可计算触笔的方位角φ。如可以理解的，可参考任何合适的矢量(诸如平行于笛卡尔坐标系的水平轴线(例如，x轴线)的参考矢量来估计方位角φ。可以理解的是，可选择与输入表面540的平面平行的任何合适的参考矢量。例如，在一些情况下，可使用与笛卡尔坐标系的垂直轴线(例如，y轴线)平行的参考矢量在另一个示例中，可使用成任意角度的参考矢量。
可将通过尖端场交叉区域542的中心(xt,yt)和环场交叉区域544的中心(xr,yr)而定义的触笔矢量输入到点积的余弦公式，以便估计触笔矢量和轴线矢量之间的角度。例如，该运算可通过以下方程式来进行：
在这种情况下，当尖端场交叉区域542与环场交叉区域544的几何中心546,548之间的水平距离近似等于零时(例如，不管极角θ如何，触笔基本上平行于输入表面的垂直轴线)，逆余弦运算产生接近弧度或九十度的方位角φ。
另选地，当尖端场交叉区域542与环场交叉区域544的中心之间的垂直距离近似等于零时(例如，不管极角θ如何，触笔基本上平行于输入表面的水平轴线)，逆余弦运算产生接近0弧度或0度的方位角φ。
在另外的实施方案中，可以另一种方式生成尖端场和环场。例如，图5K至图5M示出了生成(相同大小的)尖端场516和环场518的触笔的侧视图，所述尖端场和环场各自与电子设备的输入表面540相交。具体地讲，这些图示出了当触笔在输入表面上倾斜时，(另外并且通过移除的俯视图补充)尖端场交叉区域542和环场交叉区域544的相对位置。
图5K示出了当触笔垂直于输入表面540取向时，尖端场交叉区域542和环场交叉区域544的相对位置。具体地讲，尖端场交叉区域542和环场交叉区域544同轴对准。在该示例中，环场交叉区域544可能是不可检测的。
图5L示出了当触笔以锐角极角向输入表面540取向(例如，向左倾斜)时，尖端场交叉区域542和环场交叉区域544的相对位置。具体地讲，尖端场交叉区域542保持在与图5K所示的基本上相同的位置，然而，环场交叉区域544向左移位。
图5M示出了当触笔以锐角极角向输入表面540取向(例如，向右倾斜)时，尖端场交叉区域542和环场交叉区域544的相对位置。具体地讲，尖端场交叉区域542保持在与图5K所示的基本上相同的位置，然而，环场交叉区域544向右移位。在另外的示例中，当触笔的极角减小时，环场交叉区域544的大小可增加，诸如图5N所示。
一般而言，图6A至图6E参考如本文所述触笔的鼻形件和尖端场发生器的不同实施方案。鼻形件可以是可拆卸的、可更换的或永久固定在触笔上。与本文所述的其他实施方案一样，用户在电子设备的整个输入表面上滑动鼻形件，由此改变由置于鼻形件内的尖端场发生器生成的尖端场的位置。通常可能有利的是，鼻形件提供与输入表面的耐久且无损伤的接触，同时还将尖端场发生器相对于输入表面固定在精确和可重复的位置上。
图6A示出了触笔的鼻形件600a的横截面图，具体示出了尖端场发生器602的一个示例。尖端场发生器602被实现为由导电材料形成的灯泡形弹簧针。尖端场发生器602的灯泡形部包括圆形部分604和根部部分606。
尖端场发生器602的灯泡形部的圆形部分604形成为大体上呈半球形。因此，由此生成的电场(并且通常沿圆形部分604所面向的方向取向)大体上呈球形。
尖端场发生器602的灯泡形部的根部部分606形成为随着远离圆形部分604而渐缩。在例示的实施方案中，根部部分606通过遵循阶梯状图案而渐缩，尽管并非所有实施方案都需要如此。例如，灯泡形部的根部部分606可以线性地或通过遵循指数衰减函数而渐缩。
在与灯泡形部的圆形部分604相对的根部部分606的端部处，根部部分606包括保持唇缘608。保持唇缘608可被配置为将尖端场发生器602的引脚610保持在尖端场发生器602中限定的腔内。偏置弹簧612可被配置为沿与灯泡形部的圆形部分604相对的方向偏置引脚610。引脚610被配置为与形成在刚性信号导管620的端部中的一条或多条导电迹线维持电接触。在一些实施方案中，将导电膏或导电介质放置在引脚610和刚性信号导管620之间，以促进导电并且使两个部件之间的界面处的寄生电容最小化。
在一些示例中，刚性信号导管620可在与尖端场发生器接合的端部处是锯齿形的、纹理化的、图案化的或者以其他方式为非平面的。刚性信号导管620的这些特征可增加两个元件之间的摩擦，从而防止从其意外断电。在其他情况下，刚性信号导管620的锯齿可增加引脚610可与刚性信号导管620接触的表面积。
尖端场发生器602的圆形部分604可由被配置为产生期望尖端场的金属或其他导电材料形成。然而，在一些实施方案中，圆形部分604的材料可能很难在不刮擦或冒着损坏表面的风险而在设备的整个输入表面上滑动。因此，鼻形件600a可包括被配置为提供与输入表面的可靠、无痕接触并且还保持鼻形件600a的结构和尺寸完整性的一层或多层材料。
鼻形件600a可由一层或多层材料形成，在一些实施方案中，所述一层或多层材料可具有比尖端场发生器602的材料更小的硬度。不同层的材料赋予鼻形件600a不同的电性能或机械性能。在其他情况下，鼻形件600a由单一材料形成，诸如图6B所示。
回到图6A，鼻形件600a可包括结构层614。结构层614通常由刚性的、结构增强的材料诸如玻璃掺杂塑料、丙烯酸、纤维增强塑料或聚合物、金属等形成。在一些实施方案中，结构层614由包括例如尼龙、Zytel、Kevlar、Rilsan等的聚酰胺材料形成。结构层614可形成有螺纹部分616。螺纹部分616被配置为将鼻形件600a耦接至诸如本文所述的机电耦合装置和/或管状屏蔽件。鼻形件600a可以是一次性的、可替换的或可更换的部件。
鼻形件600a还包括外层618。外层618通常由非导电材料诸如塑料或尼龙形成。尽管在一些实施方案中，外层618可掺杂有纤维材料诸如用于结构刚度的玻璃，但是在其他实施方案中，外层618基本上不含纤维或其他增强材料。基本上不含纤维或其他增强材料的外层618可特别适合于与较软的输入表面或经过专门的涂覆或表面处理的输入表面接触。在一些情况下，外层618的硬度被选择为低于电子设备的输入表面的硬度。在一些实施方案中，外层618由包括例如低硬度尼龙或其他聚酰胺、聚醚(例如，Pebax)、弹性体等的较软聚合物形成。外层618可在结构层614之上形成、形成有结构层614或者完全独立于结构层614。
一般而言，可以理解的是，尖端场发生器602、外层618和结构层614可使用任何合适的制造工艺一起或单独地制造，诸如但不限于：二次注射成型工艺、共注射成型工艺、包覆成型工艺、嵌件成型工艺或任何其他合适的工艺。这样的制造工艺可使得外层618和结构层614能够使用一个或多个底切或联锁特征部机械地联接，并且还可减少在两个层之间形成的间隙或空隙。在一些实施方案中，使用嵌件成型制造工艺将所述层中的一个或两个直接包覆成型到尖端场发生器602上。在一些情况下，外层618可被喷涂或墨水涂染上有色材料的装饰(或功能)层。
以这种方式，一旦组装到触笔上，尖端场发生器602的引脚610与触笔内的刚性信号导管620电接触。在其他实施方案中，触笔的鼻形件可以不同方式实现。例如，图6C示出了包括尖端场发生器和环场发生器两者的触笔的鼻形件的横截面。
触笔的鼻形件600b形成为呈轴向电连接部的形状，诸如耳机连接器或插头(例如，尖端-环-套管或尖端-环-环-套管连接器)的形状。鼻形件600b可以是一次性的、可替换的或可更换的部件。鼻形件600b包括尖端场发生器622和环场发生器624。在该实施方案中，鼻形件600b大体上呈圆柱形，尽管并非所有实施方案都需要如此。
尖端场发生器622被实现为灯泡形插入件。尖端场发生器622包括圆形端部626和根端628。
如图6A所示的弹簧针实施方案一样，尖端场发生器622的圆形端部626形成为大体上呈半球形。因此，由此生成的电场(并且通常沿圆形端部626所面向的方向取向)大体上呈球形。
尖端场发生器622的根端628形成为随着远离圆形端部626而渐缩。在例示的实施方案中，根端628通过遵循阶梯状的指数衰减图案而渐缩，尽管并非所有实施方案都需要如此。
在与尖端场发生器622的圆形端部626相对的根端628的尖端处，根端628接触尖端信号线630。尖端信号线630电连接到在鼻形件600b的一端处暴露的环信号触点636。
鼻形件600b还包括环场发生器624。在例示的实施方案中，环场发生器624形成为大致圆锥形，尽管并非所有实施方案都需要如此。环场发生器624电耦接至环信号线634，该环信号线本身可耦接至环信号触点636，该环信号触点暴露为围绕鼻形件600b的环。
第一接地信号线638设置在尖端信号线630和环信号线634周围。第二接地信号线640设置在尖端信号线630与环信号线634之间。以这种方式，第一接地信号线638和第二接地信号线640对尖端信号线630和环信号线634两者都提供电磁屏蔽。第一接地信号线638和第二接地信号线640分别终止于第一接地信号触点642和第二接地信号触点644，每个接地信号触点暴露为围绕鼻形件600b的环。
为了便于清楚地理解这个实施方案，提供了图6D至图6E。图6D示出了没有第一接地信号线638和第二接地信号线640的鼻形件600b，更清楚地示出了尖端信号线630和环信号线634。鼻形件600b的主体以虚线呈现。类似地，图6E示出了没有尖端信号线630和环信号线634的鼻形件600b，更清楚地示出了第一接地信号线638和第二接地信号线640。鼻形件600b的主体以虚线呈现。
如可以理解的，尖端信号线630、环信号线634、第一接地信号线638和第二接地信号线640、尖端信号触点632、环信号触点636、第一接地信号触点642和第二接地信号触点644均由导电材料形成。鼻形件600b的主体由电绝缘材料形成。
在一个实施方案中，尖端场发生器622被模制在鼻形件600b的笔尖646内。笔尖646由导电塑料或聚合物材料形成。笔尖646的硬度可被选择为低于电子设备的输入表面的硬度。为了增加刚度，笔尖646可掺杂有纤维材料诸如玻璃。
笔尖646可由与用于形成鼻形件600b的主体的材料不同的材料形成，其可由刚性材料诸如掺杂玻璃的塑料、丙烯酸、金属等形成。
在许多情况下，根端628的锥度被选择为使得在笔尖646和尖端场发生器622之间形成有效的结合。
一般而言，可以理解的是，尖端场发生器622以及图6C至图6E所示的实施方案中所描绘的任何其他部件都可使用任何合适的制造工艺一起或单独地制造，诸如但不限于：二次注射成型工艺、共注射成型工艺、包覆成型工艺、嵌件成型工艺或任何其他合适的工艺。
其他实施方案可采取其他配置。图6F示出了触笔的鼻形件600c的横截面，具体示出了尖端场发生器648的一个示例。尖端场发生器648被实现为灯泡形插入件。与本文所述的其他实施方案一样，尖端场发生器648的灯泡形部包括圆形部分650和根部部分652。
尖端场发生器648的灯泡形部的圆形部分650形成为大体上呈半球形。因此，由此生成的电场(并且通常沿圆形部分650所面向的方向取向)大体上呈球形。
尖端场发生器648的灯泡形部的根部部分652形成为随着远离圆形部分650而渐缩。在例示的实施方案中，根部部分652通过遵循阶梯状图案而渐缩，尽管并非所有实施方案都需要如此。例如，灯泡形部的根部部分652可以线性地或通过遵循指数衰减函数而渐缩。在许多情况下，根端652的锥度被选择为使得在尖端场发生器648与另一元件(例如，结构层等)之间形成有效的结合。
与本文所述的其他实施方案一样，鼻形件600c由一层或多层材料形成。不同层的材料赋予鼻形件600c不同的电性能或机械性能。例如，鼻形件600c可包括结构层654。结构层654可由刚性材料诸如玻璃掺杂塑料、丙烯酸、金属等形成。结构层654可形成有螺纹部分656。螺纹部分656可被配置为将鼻形件600c耦接至诸如本文所述的协调引擎和/或管状屏蔽件。在许多情况下，根端652的锥度被选择为使得在结构层654和尖端场发生器648之间形成有效的结合。
鼻形件600c还包括油墨层658。油墨层658可由非导电涂料形成。干油墨层的硬度可被选择为低于电子设备的输入表面的硬度。
一般而言，可以理解的是，尖端场发生器648、油墨层658和结构层654可使用任何合适的制造工艺一起或单独地制造，诸如但不限于：二次注射成型工艺、共注射成型工艺、包覆成型工艺、嵌件成型工艺或任何其他合适的工艺。
以这种方式，一旦组装到触笔上，尖端场发生器648的根部部分652与触笔内的刚性信号导管660电接触。鼻形件600c可以是一次性的、可替换的或可更换的部件。
尖端场发生器648可由任何合适的导电材料制成。例如，尖端场发生器648可以是导电聚合物，诸如但不限于：导电硅树脂、导电尼龙、聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚乙烯二氧噻吩等。
在另外的实施方案中，尖端场发生器648可以不同方式实现。例如，如图6G所示，尖端场发生器662通过将导电弹簧针664至少部分地沉积在导电材料666内而形成。导电材料666可以是导电聚合物或塑料。为了增加刚度，导电材料666可掺杂有纤维材料诸如玻璃。
与本文所述的其他实施方案一样，鼻形件600d由一层或多层材料形成。不同层的材料赋予鼻形件600d不同的电性能或机械性能。例如，鼻形件600d可包括结构层668。结构层668可由刚性材料诸如玻璃掺杂塑料、丙烯酸、金属等形成。结构层668可形成有螺纹部分，该螺纹部分被配置为将鼻形件600d耦接至诸如本文所述的协调引擎和/或管状屏蔽件。鼻形件600d可以是一次性的、可替换的或可更换的部件。油墨层670可被涂覆在鼻形件600d的导电材料666和/或结构层668的外部上。
在一些示例中，导电弹簧针664通过支撑套环672支撑在鼻形件600d内。支撑套环672可由任何数量的合适材料形成，诸如但不限于：聚合物材料、弹性体材料、金属、丙烯酸、陶瓷、纤维增强材料等等。为了增加刚度，支撑套环672可掺杂有纤维材料诸如玻璃。支撑套环672可由与导电材料666相同的材料形成，尽管这不是必需的。例如，在一些实施方案中，支撑套环672可由不同材料形成。在一些示例中，为导电材料666选择的材料比为支撑套环672选择的材料更软。
一般而言，可以理解的是，尖端场发生器602、支撑套环672、结构层668、导电弹簧针664以及导电材料666可使用任何合适的制造工艺一起或单独地制造，诸如但不限于：二次注射成型工艺、共注射成型工艺、包覆成型工艺、嵌件成型工艺或任何其他合适的工艺。例如，在这些实施方案中，支撑套环672可被称为第一内部射孔，并且导电材料666可被称为二次注射成型工艺的第二外部射孔。
以上对图6A至图6G中所描绘的实施方案的描述以及各种另选方案和变型，通常将出于解释的目的并且为了便于大致理解包括与本文公开的触笔实施方案一起使用的尖端场发生器和/或环场发生器的可能鼻形件而呈现。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，本文所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。
更一般地，以上对图3A至图6G中所描绘的实施方案的描述以及各种另选方案和变型，通常将出于解释的目的并且为了便于大致理解根据本文所述的实施方案的触笔尖端部分的可移动部分和接地部分两者而呈现。应该理解的是，这些各种部件(包括但不限于鼻形件、力敏结构、协调引擎、刚性导管等)可以许多特定于具体实施的方式组装在一起。
然而，为了便于理解这些部件的一个可能的组装，提供了图7，其示出了触笔的横截面，具体示出了将尖端连接到力引擎的力敏结构并为尖端场发生器和环场发生器提供信号路径的协调引擎。
触笔700包括在一端渐缩的笔杆702。鼻形件704在锥形端部处与主体分开间隙706。当鼻形件704接收到力时，鼻形件704朝笔杆702移动，从而减小间隙706的宽度。鼻形件704被旋拧到管状屏蔽件708的螺纹部分上，以便邻接负载转移螺母710。负载转移螺母710防止鼻形件704与管状屏蔽件708不期望地断开。负载转移螺母710还可限制鼻形件704相对于笔杆702的弯曲或扭转。具体地讲，关于图7的横截面图，负载转移螺母710可限制由于施加在鼻形件704上的侧向或非轴向力而引起的鼻形件704在上下方向上的移动。
管状屏蔽件708机械地耦接至力敏结构712的一部分上。力敏结构712部分地接地或以其他方式相对于底盘714固定。底盘714刚性地耦接至笔杆702。力敏结构712包括悬臂支柱716，所述悬臂支柱焊接到底盘714的一部分，从而将悬臂支柱716的一端机械接地或以其他方式固定到底盘714。力敏结构712还包括耦接至悬臂支柱716的未接地或未固定端的侧向床718。以这种方式，侧向床718(以及与之联接的任何东西)可以在笔杆702内侧向平移。关于图7，侧向床的侧向平移可指大致在水平方向上的运动。一个或多个加强片720可耦接至侧向床718。
侧向床718是管状屏蔽件708可耦接至的力敏结构712的部分。另外，管状屏蔽件708可以至少部分地延伸穿过限定开口722的悬臂支柱716。以这种方式，管状屏蔽件708(或与之联接的任何东西)可随着侧向床718侧向平移。
以这种方式，当由鼻形件704接收到力时，鼻形件704将所接收的力传递到管状屏蔽件708，该管状屏蔽件继而将力传递到力敏结构712的侧向床718，从而使这些部件中的每一个侧向平移，减小间隙706的宽度。然而，悬臂支柱716的固定支柱可能无法响应于此而移动；因此，悬臂支柱716响应于所接收的力而变形。
底盘714可联接(例如，焊接到)凸缘螺母724。垫圈726可定位在凸缘螺母724与底盘714之间。在其他示例中，垫圈726可为泡沫垫。将支撑套环728旋拧到凸缘螺母724的螺纹上，使得支撑套环728邻接限定在笔杆702的内表面上的内部唇缘730。换句话说，支撑套环728可在内部唇缘730和底座714之间提供坚固的机械连接。
管状屏蔽件708延伸穿过支撑套环728和凸缘螺母724。另外，第二负载转移螺母732可定位在管状屏蔽件708上，使得当鼻形件704处于中档位置(例如，不受力)时，第二负载转移螺母732与凸缘螺母724分开第二间隙734。第二间隙734可小于间隙706。
以这种方式，当由鼻形件704接收到高强度的力时，鼻形件704将所接收的力传递到管状屏蔽件708，该管状屏蔽件继而将力传递到力敏结构712的侧向床718，从而使这些部件中的每一个侧向平移。一旦组件已经平移了足以消除第二间隙734的距离，则组件可被第二负载转移螺母732和凸缘螺母724阻止进一步平移。以这种方式，力敏结构712可经受的峰值机械负载通过第二负载转移螺母732和凸缘螺母724的相对位置控制。
管状屏蔽件708是中空的。刚性导管736在管状屏蔽件708内延伸以将尖端信号传递至尖端场发生器738，并且另外将环信号传递至环场发生器740。
以上对图7中所描绘的实施方案的描述以及各种另选方案和变型，通常将出于解释的目的并且为了便于大致理解诸如本文所公开的触笔的一种可能的组装而呈现。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，本文所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。
一般而言，图8A至图8C参考如本文所述触笔的柔性电路板的不同实施方案。图8A示出了控制器板组的平面图，其可以被折叠以接纳到薄型触笔中。
控制器板组800可包括在其上或者通过其设置一个或多个电子部件的基板。这些部件可以是表面安装件或通孔部件。基板可以是单层电路板、多层电路板或柔性电路板。在一些示例中，可使用柔性电路板，其采用一个或多个加强片刚性地制成。
在例示的实施方案中，控制器板组800包括通过一个或多个柔性电路连接的基板。第一控制板802可经由一个或多个柔性连接器806耦接至第二控制板804。在许多情况下，第一控制板802和第二控制板804大体上呈相同的形状。以这种方式，第二控制板804可被折叠在第一控制板802下方(如图8B所示，当沿着图8A的线F-F观察时)。之后，第一控制板802和第二控制板804可以保持板之间的选定距离的方式被紧固在一起。
在一个实施方案中，第一控制板802和第二控制板804可与第一支架808、第二支架810和间隔件812紧固在一起。第一支架808和第二支架810可分别设置在折叠板的顶部边缘和底部边缘处。间隔件812可大体上定位在第一控制板802和第二控制板804的中间。
第一支架808和第二支架810可通过一个或多个机械紧固件诸如螺钉紧固到板上。在许多实施方案中，第一支架808限定水平取向的孔808a和垂直取向的孔808b。水平取向的孔808a和垂直取向的孔808b中的任一个或两个可以部分地或完全地穿过第一支架808延伸。水平取向的孔808a和垂直取向的孔808b中的任一个或两个可具有螺纹。
类似地，第二支架810限定水平取向的孔810a和垂直取向的孔810b。水平取向的孔810a和垂直取向的孔810b中的任一个或两个可以部分地或完全地穿过第二支架810延伸。水平取向的孔810a和垂直取向的孔810b中的任一个或两个可具有螺纹以接纳紧固件诸如图8B所示的螺钉814,816。
在其他情况下，使用粘合剂将第一支架808和第二支架810粘附到板上。在一些情况下，第一支架808和/或第二支架810可以电连接到任一个或两个板的电路接地部。
在其他情况下，第一支架808和第二支架810被表面安装、焊接、热压焊或以其他方式机械固定到板上，诸如图8C所示。在一些情况下，第一支架808和/或第二支架810可以经由电连接部818电连接到任一个或两个板的电路接地部。
以上对图8A至图8C中所描绘的实施方案的描述以及各种另选方案和变型，通常将出于解释的目的并且为了便于大致理解可包括在诸如本文所公开的触笔的主体或笔杆内的一个折叠电路板组而呈现。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，本文所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。例如，尽管所描绘的实施方案示出了宽度大致相同的两个电路板，但是可以理解，可以所述的方式将更多的电路板折叠在一起。
一般而言，图9A至图9D参考可被如本文所述的触笔的盲盖遮蔽的电源连接器的不同实施方案。在这些实施方案中，盲盖通过磁吸引附接到电源连接器。图9A示出了触笔的电源连接器900和盲盖，该盲盖用于在未使用触笔时遮蔽电源连接器。电源连接器900包括插头902、套环904和主体906。
插头902从触笔的笔杆延伸。盲盖908可放置在插头902上以向触笔的笔杆提供装饰性终端，并保护插头902免受损坏。
插头902可被配置为耦接至电子设备的电源和/或数据端口以有利于电池组在触笔内的再充电。在其他情况下，插头902可用于在触笔和电子设备之间交换数据(例如，固件更新、认证分组、安全证书等)。在许多情况下，插头902是被配置为与凹型插座配合的凸型连接器，但是这并非所有实施方案所必需的。在其他情况下，插头902可以是被配置为与凸型连接器配合的凹型插座。在这些实施方案中，盲盖908可包括被配置为装配在插座内的凸型延伸部分。
插头902可包括铁磁性的至少一个元件。在其他情况下，插头902可包括永磁体或可选择性控制的电磁体。以这种方式，插头902可被吸引到设置在盲盖内的铁磁构件和/或永磁体。
插头902可被配置为柔性的(在套环904内可侧向移动)，使得当连接到电子设备时，触笔可以抵抗和承受原本可能损坏触笔和/或电子设备的某些力(参见例如，图11A至图11B)。在许多情况下，插头902在一个自由度(例如，两个方向诸如右和左)上是柔性的。在其他实施方案中，插头902在多于一个自由度诸如两个自由度(例如，四个方向诸如左右和上下)上是柔性的。
此外，可以理解的是，尽管插头902被示为多引脚和标准化的电源连接器，但是不需要这种连接器。具体地讲，在一些实施方案中，可以使用闪电连接器、通用串行总线连接器、火线连接器、串行连接器、雷电连接器、耳机连接器或任何其他合适的连接器。
在一些实施方案中，电源连接器900可以在不使用时手动地或自动地回缩，并且部分地或完全地回缩到笔杆中。在一些示例中，电源连接器900可以连接到推-推机构。
盲盖908可采取任何合适的形状。如图所示，盲盖908呈半胶囊(例如，用半球盖住的圆柱体)的形状。盲盖908包括环910，该环可被配置为位于由套环904限定的通道内。盲盖908还包括压力通气孔912，该压力通气孔可被配置为将盲盖908内的压力归一化为周围环境的压力。换句话说，压力通气孔912可被配置为防止和/或缓解压力差的形成，该压力差可能在某些情况下将盲盖908从触笔的笔杆中弹出。在一些实施方案中，压力通气孔912可以包括调节和/或以其他方式控制通过其中的气流的阀(未示出)。
在许多实施方案中，套环904由与触笔的笔杆相同的材料形成。在其他情况下，套环904由不同的材料诸如金属形成。在一些情况下，套环904可为经热处理的金属。在许多实施方案中，套环904具有低磁导率，但这不是必需的。在许多情况下，套环904可以包括将套环904直接连接到插头902的外表面的密封件(未示出)。密封件可允许插头902在套环内移动，并且密封件可将插头902的金属部分连接到套环904的非金属部分。在其他实施方案中，套环904可以不同的方式连接到插头902。在一些情况下，套环904可耦接至电路接地部或可耦接至触笔内的传感器电路，使得触笔可能能够确定盲盖908是否附接到触笔的笔杆。
套环904可为触笔的一个或多个部件或电源连接器900提供结构支撑。例如，套环904可至少部分地密封触笔的笔杆。然而，在其他情况下，套环904可能不需要为触笔或电源连接器900提供结构支撑。例如，在一些情况下，套环904可被配置为使得电源连接器900的附接不仅仅取决于套环904(例如，装饰性和/或其他非结构特征部)。在这些情况下，如果套环904失效(例如，破裂、断裂、脱离等)，则电源连接器900可保持附接到触笔的笔杆并且可保持功能。
在一些实施方案中，套环904可被雕刻或蚀刻以包括可用于识别触笔的制造商或用户的符号、文本或图案。
图9B描绘了图9A的电源连接器900和盲盖908，通过线G-G的横截面示出。电源连接器900可至少部分地由铁磁材料形成。套环904包括封装的接合部914。封装的接合部914将从电源连接器900延伸的电路板电耦接至一条或多条引线916。另外，封装的接合部914被覆盖、涂覆或以其他方式封装，以及/或者用柔性材料诸如硅树脂、聚合物或弹性体密封。封装的接合部914允许电源连接器900的有限移动而不将该移动传递到一条或多条引线916。
一条或多条引线916从封装的接合部914延伸穿过从电源连接器900的背面部分延伸到主体906的端部的释放套管918。释放套管918被复位弹簧920包围。
以这种方式，当电源连接器900连接到电子设备并且向触笔施加扭矩时，所述扭矩被传递到释放套管918和复位弹簧920中，允许触笔的笔杆(未示出)至少部分地弯曲离开电源连接器900。该布置允许在触笔连接到电子设备时，触笔接收和/或吸收一定量的扭矩。电源连接器900的这种柔性防止了触笔和相关电子设备两者的损坏。
在许多实施方案中，盲盖908包括具有大致弯曲轮廓的引导件928。引导件928的弯曲轮廓促使电源连接器900与盲盖908对准。
盲盖908还包括一个或多个磁体。在例示的实施方案中，磁体被标识为磁体930a,930b。一个或多个磁体930a,930b被吸引到电源连接器900，由此通过引导件928拉动电源连接器900并且将盲盖908固定到电源连接器900。磁分路器932位于磁体后面。磁分路器932由具有高磁导率的材料形成。以这种方式，磁分路器932将磁体930a,930b的通量重新引导回到插头902。类似地，磁分路器932将磁体930a,930b的通量重新引导离开盲盖908的圆形端部。在一些情况下，磁分路器932是附接到磁体930a,930b的后侧的可导磁片(例如，铁、钴-铁等)。在其他情况下，磁分路器932可采取特定的形状，诸如半球形。
在许多示例中，磁体930a,930b可以极性彼此相反地固定在盲盖908内。由于这种配置，通量可被朝向引导件928集中，由此对插头902表现出更强的磁吸引。
在一些实施方案中，粘合剂934将引导环936附接到磁体930a,930b的表面。引导环936可将插头902朝向磁体930a,930b引导。在其他实施方案中，引导环936可耦接至引导件928。
如上所述，磁体930a,930b被配置为吸引插头902内的铁磁元件。这些元件可具体地包括在插头902内，或者它们可以是插头902的结构支撑和/或功能原本所需的元件。
其他实施方案可以其他方式实现。例如，磁体930a,930b可设置在引导件928的外表面上，诸如图9C所示。在该实施方案中，标记为磁体930c的第三大磁体可以覆盖引导件928的开放端部。在其他实施方案中，磁体930a、930b和930c可由单个大磁体930d代替，诸如图9D所示。
此外，虽然上面描述的许多实施方案参考盲盖908和从触笔主体延伸的插头902之间的磁吸引(无论这种磁体是在盲盖、插头还是两者内)，但是可以理解，其他实施方案可以与本文所述的实施方案一致的不同方式将盲盖耦接至触笔。例如，在其他实施方案中，磁吸引可通过盲盖和插头之间的过盈配合来替换和/或补充。例如，从盲盖908的内侧壁延伸的一个或多个突出部可设置在由插头限定的一个或多个卡位件902a,902b内。在其他情况下，盲盖908可通过螺纹连接部与插头902连接。在另一个实施方案中，盲盖908可通过卡扣配合连接部连接到插头902。
一般而言，图10A至图10H参考可被如本文所述的触笔的盲盖遮蔽的电源连接器的不同实施方案。这些实施方案描绘了被配置为附接到并遮蔽触笔的插头1002的盲盖1000。盲盖1000包括限定盲盖1000的外表面和内部空间的主体1004。在许多示例中，主体1004由聚合物材料形成，尽管这可能不是必需的。
在一些实施方案中，主体1004可形成有一个或多个突出部(未示出)，所述一个或多个突出部被配置为与插头1002的特征部(例如,卡位件)对接。在其他情况下，主体1004可包括被配置为与插头1002的特征部对接的一个或多个弹簧。描绘了结合有片簧的主体1004的某些示例性实施方案在图10A至图10C中示出，并且描绘了结合环箍弹簧的主体1004的某些示例性实施方案在图10D至图10H中示出。在另外的实施方案中，可使用弹簧的其他配置。
图10A示出了触笔的插头1002和用于遮蔽插头1002的盲盖1000的横截面，具体地讲示出了在盲盖1000的主体1004内，在图中被标记为片簧1006a,1006b的片簧的配置。片簧1006a,1006b从主体1004的内表面延伸，并且被配置成与插头1002中对应的卡位件接合，诸如图10B所示。卡位件1008a,1008b可采取任何合适的形状。
在许多实施方案中，片簧1006a,1006b由金属形成。片簧1006a,1006b可被嵌件成型到主体1004中。在其他情况下，在制造盲盖1000期间，片簧1006a,1006b可插入主体1004中。在这些示例中，片簧1006a,1006b可永久地固定到主体1004的内部。
片簧1006a,1006b在图10A至图10B中示出为从环延伸，该环延伸自主体1004的基部，但是并非所有实施方案都需要这种配置，例如，片簧1006a,1006b可以是与环分开的部件，诸如图10C所示。在该实施方案中，片簧1010a,1010b向下延伸以接触卡位件1008a,1008b。
在其他情况下，可使用其他弹簧和/或弹簧类型来将盲盖1000保持到插头1002。例如，图10D至图10E示出了盲盖1000及其横截面。盲盖1000的主体1004包括圆形的环箍弹簧。圆形的环箍弹簧被标识为环箍弹簧1012。在一些实施方案中，环箍弹簧1012可以是装饰性或功能性环(例如，环1014)的一部分，该环从盲盖1000的主体1004的基部向外延伸。在其他情况下，诸如图10D所示，环箍弹簧1012可以是与环1014分开的元件。
如图10D至图10E所示，环箍弹簧1012包括被标识为凹部1016a,1016b的两个凹部，其被配置为与卡位件1008a,1008b接合，诸如图10F所示。
与图10A至图10C所示的片簧一样，环箍弹簧1012可由金属形成。在一些情况下，环箍弹簧1012可被嵌件成型到主体1004中。在其他情况下，在制造盲盖1000期间，环箍弹簧1012可插入主体1004中。在这些示例中，环箍弹簧1012可永久地固定到主体1004的内部。
环箍弹簧1012可以是环1014的一部分。在其他情况下，环箍弹簧1012可与环1014分开。此外，尽管环箍弹簧1012被示出为单个连续的环，但是并非所有实施方案都需要这种配置。例如，环箍弹簧1012可分成多个部分，诸如图10G所示，被标记为环箍弹簧部分1014a,1014b。在其他情况下，可使用多于一个的环箍弹簧，诸如图10H所示。在该实施方案中，包括被标识为环箍弹簧1018a,1018b的两个环箍弹簧。
以上对图10A至图10H中所描绘的实施方案的描述以及各种另选方案和变型，通常将出于解释的目的并且为了便于大致理解使用过盈配合技术将盲盖附接到触笔的各种方法而呈现。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，本文所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。例如，虽然所示实施方案示出了没有磁性元件的各种弹簧配置，但可以理解的是，图10A至图10H中所示的任何实施方案可结合诸如图9A至图9D所示的一个或多个磁体，以改善盲盖与触笔主体的附接。
本文中描绘和描述的许多实施方案通常参考当电源连接器不使用时遮蔽触笔的电源连接器(例如，插头)的盲盖。如上所述，触笔的电源连接器可用于对触笔内的电池进行再充电。一般而言，图11A至图11F示出了从外部电子设备接收电力的触笔的电源连接器的各种示例性实施方案。
例如，图11A示出了电子设备1100。电子设备1100结合了可耦接至触笔1102的电源连接器的电源端口。在一些情况下，诸如上文关于图9A至图9D所示，触笔1102的电源连接器可以是柔性的并且可被配置为响应于当触笔1102连接到电子设备1100时施加到触笔1102的力F而弯曲。例如，图11B示出了响应于力F而弯曲的触笔1102。
在其他情况下，触笔1102可以另一方式充电。例如，触笔1102可耦接至坞站1104，诸如图11C所示。坞站1104可经由数据或电力电缆1106耦接至另一电子设备或电源插座。在其他示例中，触笔1102经由适配器1108直接耦接至数据或电力电缆1106，诸如图11D所示。
在另外的实施方案中，触笔1102可不包括诸如在其他实施方案中所述的电源连接器。具体地讲，触笔1102可经由设置在触笔1102的笔杆中的触点从电子设备接收数据和/或电力，诸如图11E至图11F所示。在该实施方案中，电子设备1100可包括一个或多个外部电触点，在图11E中标记为触点组1110。类似地，触笔1102包括一个或多个对应的外部电触点，在图11E中标记为触点组1112。
触点组1110被配置为与触点组1112对接，并有助于触笔1102与电子设备1100之间的数据和/或电力交易。因此，触点组1110和触点组1112通常具有相同数量的离散触点。然而，在其他实施方案中，触点组1110和触点组1112可具有不同数量的触点。
在一些实施方案中，电子设备1100包括一个或多个磁体，这些磁体被配置为以使得触点组1110与触点组1112对接(例如，与之配合)的方式将触笔1102吸引到电子设备1100，诸如图11F所示。在其他示例中，触笔1102还可包括被配置为将触笔1102吸引到电子设备1100的磁体。
以上对图11A至图11F中所描绘的实施方案的描述以及各种另选方案和变型，通常将出于解释的目的并且为了便于大致理解对触笔的内部电池进行充电的各种方法而呈现。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，本文所呈现的具体细节中的一些细节可为实践特定的所述实施方案或其等同物所不需要的。
此外，虽然本文所述的许多实施方案参考结合有触笔和电子设备的用户输入系统，触笔和电子设备各自包括特定的硬件，但是本公开不限于特定的装置或系统。相反，本领域技术人员可以理解的是，本文公开的各种元件可以许多合适的和具体实施特定的方式进行修改。换句话说，本领域的技术人员可以理解，本文所述的许多实施方案涉及并通常参考用户输入系统、触笔、电子设备等的操作、控制、配置、校准、使用和/或制造的方法。因此，提供图12至图24以促进对本文所述的某些示例性方法的总体理解，但是可以理解的是，关于这些附图描述和/或示出的各种操作并非意图详尽列举出每种情况。
图12的流程图示出了根据本文所述的实施方案对触摸电子设备的输入表面的触笔的角位置进行定位和评估过程1200的操作。过程1200可由任何合适的电子设备执行，所述电子设备诸如但不限于参考图1A至图1D所述的电子设备102和/或参考图2A至图2F所述的电子设备202。
一般而言，该过程在操作1202开始，其中由电子设备的传感器层接收尖端信号。接下来，在操作1204处，估计尖端信号交叉区域。在许多实施方案中，电子设备通过估计在操作1202处接收尖端信号的传感器层的若干传感器节点(诸如电容传感器节点)中每一个的位置来估计尖端信号交叉区域。
接下来，在操作1206处，电子设备的传感器层接收环信号。接下来，在操作1208处，估计环信号交叉区域。在许多实施方案中，电子设备通过估计在操作1206处接收环信号的传感器层的若干传感器节点(诸如电容传感器节点)中每一个的位置来估计环信号交叉区域。
接下来，在操作1210处，使用尖端信号交叉区域和环信号交叉区域来定位输入表面上的触笔并估计触笔相对于输入表面的平面的角位置。在许多实施方案中，定位输入表面上的触笔的操作包括估计相对于输入表面上定义的原点的笛卡尔坐标。估计触笔相对于输入表面的平面的角位置的操作包括球面坐标集，该球面坐标集包括分别相对于与触笔的输入表面的平面平行的矢量和相对于与触笔的输入表面的平面垂直(例如，正交)的矢量的方位角和极角。
图13的流程图示出了对由触笔施加到电子设备的输入表面的力进行评估过程1300的操作。过程1300可由任何合适的触笔执行，所述触笔诸如但不限于参考图1A至图1D所述的触笔104和/或参考图2A至图2F所述的触笔204。
该过程开始于操作1302，在该操作中反作用力在触笔的尖端(例如，笔尖)处被接收。接下来，在操作1304处，估计机械耦接至触笔尖端的力敏结构的电特性。电特性可以是电阻、电容、累积电荷、电感或任何其他合适的电特性。
接下来，在操作1306处，所估计的电特性与触笔的尖端所接收的力(例如，反作用力)的大小相关。相关操作可使用任何数量合适的技术来执行。在一些情况下，电特性随着施加到力敏结构上的力线性地变化，而在其他情况下，电特性随着施加到力敏结构上的力而指数地变化。
接下来，在操作1308处，将所估计的反作用力的大小作为由触笔施加的作为矢量或标量的力的大小，使用任何合适的编码或非编码格式来传送(例如，传送到电子设备)。
图14的流程图示出了制造诸如本文所述的触笔的过程1400的操作。该过程开始于操作1402，在该操作中信号发生器连接到协调引擎。信号发生器可以是控制板，诸如关于图3A所示的实施方案所描述的控制板342。
接下来，在操作1404处，可将柔性电路耦接至信号发生器。在一些情况下，柔性电路和信号发生器之间的连接是永久的，而在其他情况下，该连接可以是可移除的。例如，柔性电路可通过热压焊机焊接到信号发生器。在其他情况下，柔性电路的连接器可附接到信号发生器的端口。在另外的情况下，附接到柔性电路的端口可附接到与信号发生器耦接的连接器。
接下来，在操作1406处，柔性电路可耦接至应变响应元件，诸如关于图3A所示的实施方案所描述的应变敏感电极338。在一些情况下，柔性电路可以一定角度弯曲以连接到应变响应元件。
接下来，在操作1408处，柔性电路可耦接至处理单元，诸如关于图3A所示的实施方案所描述的处理单元电路板组356。在一些情况下，柔性电路可以一定角度弯曲以连接到处理单元。
接下来，在操作1410处，处理单元可耦接至电源子系统，诸如关于图3A所示的实施方案所描述的电源控制板388。
图15的流程图示出了退出触笔的低功率模式的过程1500的操作。过程1500可由任何合适的触笔执行，所述触笔诸如但不限于参考图1A至图1D所述的触笔104和/或参考图2A至图2F所述的触笔204。该过程开始于操作1502，在该操作中力指示被触笔内的力敏结构接收。在该示例中，触笔处于低功率模式。力指示可以是估计的力的大小，诸如关于图13所示的方法所描述的。在其他情况下，力指示可以是已经接收到力的二进制或其他粗略的指示。接下来，在操作1504处，触笔退出低功率模式。之后，在操作1506和1508处，触笔可分别生成尖端信号和环信号。
图16的流程图示出了进入触笔的低功率模式的过程1600的操作。过程1600可由任何合适的触笔执行，所述触笔诸如但不限于参考图1A至图1D所述的触笔104和/或参考图2A至图2F所述的触笔204。该过程开始于操作1602，在该操作中触笔估计用户在至少一定时间段(例如，超时时间段)内未操纵触笔。触笔可基于与电子设备的通信(或缺乏这种通信)来进行这种估计。在其他情况下，触笔可基于从触笔内的运动传感器获得的传感器数据或传感器输入来进行这种估计。运动传感器可以是加速度计、陀螺仪或任何其他合适的运动。在其他情况下，触笔可通过估计触笔内的力敏结构没有受到力来估计用户尚未操纵触笔。
在估计超时时间段已过之后，触笔可进入低功率模式。在该示例中，触笔可停止生成尖端信号，诸如在操作1604处所示。另外，触笔可停止生成环信号，诸如在操作1606处所示。此后，在操作1608处，触笔进入低功率模式。低功率模式可以是与用户主动操纵触笔时相比消耗更少量功率的触笔的配置。在一些示例中，多于一个低功率模式是可能的。例如，在达到第一超时之后，触笔可进入第一低功率模式。此后，在达到第二超时之后，触笔可进入第二低功率模式。
在一些情况下，由触笔输入的一个或多个低功率模式可取决于触笔的电池的当前容量。在其他情况下，触笔可在来自电子设备的直接通信之后进入一个或多个低功率模式。例如，当电子设备进入可能不需要或者不被配置为接受来自触笔的输入的程序或应用程序状态时，电子设备可向触笔发送信号。在一个示例中，当从用户请求键盘输入时，具有触摸屏的电子设备可将此类信号发送到触笔。在另一种情况下，当用户操作电子设备从图形设计应用程序切换到照片浏览应用程序时，电子设备可将此类信号发送到触笔。在另外的示例中，电子设备可在电子设备估计超时时间段已过的情况下将此类信号发送到触笔。
在从电子设备接收到此类信号时，触笔可进入低功率模式。在许多实施方案中，信号经由无线通信接口(诸如蓝牙接口、红外接口、声学接口或任何其他合适的无线接口)从电子设备发送到触笔。
在其他情况下，电子设备可在电子设备进入低功率模式时向触笔发送信号。例如，当用户操作电子设备使电子设备掉电或进入待机状态时，电子设备可将此类信号发送到触笔。在另外的实施方案中，在估计触笔的取向超过特定阈值之后，触笔可进入低功率模式。例如，在估计触笔平放在表面上(例如，极角为零)时，触笔可进入低功率模式。在另外的实施方案中，触笔可在估计触笔连接到电源端口并正在接收电力之后进入低功率模式，如图9D至图9E所示。
图17的流程图示出了通知用户对触笔进行充电的过程1700的操作。过程1700可由任何合适的触笔执行，所述触笔诸如但不限于参考图1A至图1D所述的触笔104和/或参考图2A至图2F所述的触笔204。该过程开始于操作1702，在该操作中触笔估计触笔的电池已降至某个最低阈值以下。接下来，在操作1704处，触笔可向相关电子设备传送触笔需要充电。
图18的流程图示出了利用电子设备对触笔进行充电的过程1800的操作。过程1800可由任何合适的触笔执行，所述触笔诸如但不限于参考图1A至图1D所述的触笔104和/或参考图2A至图2F所述的触笔204。该过程开始于操作1802，在该操作中触笔估计触笔已经插入数据端口连接器并准备好接收电力。接下来，在操作1804处，触笔可进入恒定电流快速充电模式。在该示例中，触笔内的电池可以快速充电。
在一些实施方案中，触笔可点亮指示器以传达与电池的当前充电有关的信息。例如，当电池正在充电时，触笔可以用红色或橙色来点亮指示器。一旦电池已充电，触笔可以用绿色来点亮指示器。在其他示例中，触笔可以周期性地调整指示器的亮度。在其他示例中，触笔可以动画方式显示指示器(例如，增加或减少其在呼吸模式中的亮度)以向用户传达触笔正在充电。
图19的流程图示出了通知用户触笔已充电的过程1900的操作。过程1900可由任何合适的触笔执行，所述触笔诸如但不限于参考图1A至图1D所述的触笔104和/或参考图2A至图2F所述的触笔204。该过程开始于操作1902，在该操作中触笔估计容纳在其中的电池已完全充电或接近完全充电。接下来，在操作1904处，触笔使用任何合适的编码或非编码格式向电子设备传送触笔已充电。
图20的流程图示出了以触摸输入模式或触笔输入模式来操作电子设备的过程2000的操作。过程2000可由任何合适的电子设备执行，所述电子设备诸如但不限于参考图1A至图1D所述的电子设备102和/或参考图2A至图2F所述的电子设备202。
该过程开始于操作2002，在该操作中电子设备进入触摸输入模式。当处于触摸输入模式时，电子设备可被配置为接收来自用户的单点触摸或多点触摸输入。为了接收此类输入，电子设备可在操作2004处配置协调引擎(诸如参考图2A至图2F所述的协调引擎220)来检测由用户触摸导致的电容性干扰。
接下来，在操作2006处，电子设备进入触笔输入模式。当处于触笔输入模式时，电子设备可被配置为定位和估计一个或多个触笔的角位置。为了接收此类输入，电子设备可在操作2008处将协调引擎配置为检测环场信号和尖端场信号。
图21的流程图示出了以触摸输入模式和触笔输入模式来操作电子设备的过程2100的操作。过程2100可由任何合适的电子设备执行，所述电子设备诸如但不限于参考图1A至图1D所述的电子设备102和/或参考图2A至图2F所述的电子设备202。该过程开始于操作2102，在该操作中电子设备进入混合输入模式。当处于混合输入模式时，除了接收来自用户的触摸输入(例如，单点触摸或多点触摸)之外，电子设备可被配置为定位和估计一个或多个触笔的角位置。为了接收此类混合输入，电子设备可在操作2104处将协调引擎配置为除了由用户触摸导致的电容性干扰之外还检测环场信号和尖端场信号。
图22的流程图示出了当定位输入表面上的触笔时补偿倾斜引起的偏置的过程2200的操作。过程2200可由任何合适的电子设备执行，所述电子设备诸如但不限于参考图1A至图1D所述的电子设备102和/或参考图2A至图2F所述的电子设备202。
图22中所示的方法可适用于其中电子设备的输入表面与电子设备的传感器层分开一定距离的实施方案，该电子设备的传感器层检测诸如本文所述的触笔的尖端场和环场的存在。如可以理解的，将输入表面与传感器层分开的距离可使尖端场交叉区域基于触笔的极角和/或方位角而移位。由输入表面和传感器层之间的距离引起的这种偏置通常被称为“倾斜引起的偏置”。
该过程开始于操作2202，在该操作中估计触笔的角位置。接下来，在操作2204处，电子设备基于触笔的角位置来校正触笔的估计位置。
图23的流程图示出了制造结合有压力通气孔的盲盖的过程的操作。方法2300开始于操作2302，在该操作中模制盲盖。盲盖可使用任何合适的工艺来模制，诸如但不限于注射模制、传递模塑、吹塑等等。在许多实施方案中，盲盖可被模制成具有内部特征部。例如，在一个实施方案中，可将一系列辐条模制到盲盖的内部顶表面中。辐条可围绕盲盖的纵向轴线径向分布。
接下来，在操作2304处，可对盲盖进行机加工。具体地讲，可将一个或多个通道机加工到盲盖的顶部中。在一个实施方案中，通道具有大致圆形的形状，但这不是必需的。在许多实施方案中，通道被形成为一定深度，该深度至少部分地形成穿过盲盖的孔，该孔将盲盖的内部空间连接到外部。例如，如果盲盖是用一系列内部辐条模制的，那么通道可形成为暴露出这些辐条之间的空间，同时将辐条保持在适当位置。
接下来，在操作2306处，可将一个或多个压力通气孔机加工到在操作2304处形成的通道的基部中。在一些情况下，压力通气孔的机加工可能不是必需的。
图24的流程图示出了以一种以上的模式来操作用户输入系统的过程的操作。该方法可由诸如本文所述的触笔或诸如本文所述的电子设备来执行。一般而言，该方法涉及在触笔中的电力节省，其可通过给定触笔在特定时间的特定操作状态而选择性地去激活触笔的不是特别需要的特征部来实现。在一个具体示例中，触笔可以在不需要确定触笔的角位置的模式下操作，诸如当使用触笔来选择显示器上的用户界面元件时。当处于这种操作模式时，电子设备的环场可被去激活以在触笔内节省电力。
在其他情况下，触笔的电力节省可通过给定电子设备在特定时间的特定输入要求而选择性地去激活触笔的不是特别需要的特征部来实现。在一个具体示例中，电子设备可以在不需要确定触笔的角位置的模式下操作，诸如当电子设备被配置为仅接收位置信息(例如，绘制等厚度的线)时。当处于这种操作模式时，电子设备的环场可被去激活以在触笔内节省电力。图24示出了这种方法。
方法2400开始于操作2402，在该操作中确定输入类型。输入类型可与电子设备的操作状态相关。例如，电子设备能够以将从触笔获得的位置信息和角位置信息解译为来自模拟铅笔的输入的模式进行操作。在该示例中，触笔的位置可对应于模拟的铅笔线或笔画的路径，并且角位置信息可对应于该铅笔线或笔画的宽度和/或阴影质量。可将这种模式称为“铅笔输入模式”。
在另一个示例中，电子设备能够以将来自触笔的仅位置信息解译为来自模拟钢笔的输入的模式进行操作。在该示例中，触笔的位置对应于模拟钢笔的路径；角位置信息不以任何方式影响线的宽度或质量。可将这种模式称为“钢笔输入模式”。
在又一个示例中，电子设备能够以将来自触笔的仅位置信息解译为来自用户手指的输入的模式进行操作。在该示例中，触笔的位置对应于触摸输入；角位置信息不影响触摸输入。可将这种模式称为“触摸输入模式”。
在另外的实施方案中，电子设备能够以多种附加模式操作，包括但不限于：自来水笔输入模式、荧光笔输入模式、炭笔输入模式、刮刀输入模式、画笔输入模式、凿子输入模式、用户界面选择输入模式、游戏输入模式、操纵杆输入模式等等。这些输入模式中的一些可能需要位置信息和角位置信息，而另一些只需要位置信息。
电子设备的输入模式可对应于触笔的输入类型。触笔可用于提供两种类型的输入：仅位置输入和位置以及角位置输入。
因此，在操作2402处，方法2400确定在特定时间需要或请求什么输入类型。接下来在操作2404处，触笔可确定所确定的输入类型是否需要位置信息和角位置信息两者。如果两者均被需要，则方法2400继续到操作2406，在该操作处，触笔激活环场和尖端场。在仅需要位置信息的替代方案中，方法2400继续到操作2408，在该操作处，触笔仅激活尖端场，而去激活环场。
可以理解的是，尽管上面公开了许多实施方案，但相对于本文所述的方法和技术所提供的操作和步骤旨在为示例性的并且因此不是穷举的。可进一步理解的是，在特定的实施方案中可实现另选的步骤顺序或者更少的步骤或附加步骤。
尽管根据各种示例性实施方案和具体实施描述了上述公开，但应当理解的是，在一个或多个独立实施方案中描述的各种特征、方面和功能不限于将它们适用于它们被描述的特定实施方案中，而是相反地它们可单独地或者以各种组合被应用到本发明的一个或多个实施方案，而不论此类实施方案是否被描述以及此类特征是否作为所述实施方案的一部分被提供。因此，本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施方案的限制，但相反地受本文所提供的权利要求书的限定。

Claims (20)

1.一种用于向电子设备的输入表面提供用户输入的触笔，所述触笔包括：
主体；
尖端组件，所述尖端组件相对于所述主体的端部定位并被配置为接触所述输入表面，所述尖端组件包括：
第一电场发生器，所述第一电场发生器被配置为产生指示所述尖端组件和所述输入表面之间的接触点的第一电场；和
第二电场发生器，所述第二电场发生器与所述第一电场发生器偏置并与所述主体的中心轴线对准，所述第二电场发生器被配置为产生指示所述主体相对于所述输入表面的角度的第二电场；和
力敏结构，所述力敏结构设置在所述主体内并支撑所述尖端组件，所述力敏结构包括被配置为确定由所述尖端组件施加到所述输入表面的力的力传感器。
2.根据权利要求1所述的触笔，其中
所述第一电场发生器具有与所述中心轴线对准并由导电材料形成的圆形端部；并且
所述第二电场发生器具有圆柱形形状并沿所述中心轴线与所述第一电场发生器偏置。
3.根据权利要求1所述的触笔，还包括定位在所述第一电场发生器和
所述第二电场发生器之间的接地环。
4.根据权利要求1所述的触笔，还包括刚性信号导管，所述刚性信号导管至少部分地由所述力敏结构支撑，所述刚性信号导管包括：
第一信号线，所述第一信号线电耦接至所述第一电场发生器；
和
第二信号线，所述第二信号线电耦接至所述第二电场发生器。
5.根据权利要求4所述的触笔，其中所述第二电场发生器形成在所述刚性信号导管的外表面上。
6.根据权利要求4所述的触笔，其中所述尖端组件被配置为当所述尖端组件接触所述输入表面时沿着所述中心轴线相对于所述主体移位。
7.根据权利要求6所述的触笔，其中所述力敏结构包括悬臂支柱，所述悬臂支柱耦接至所述主体并被配置为响应于所述尖端组件的移位而弯曲。
8.根据权利要求7所述的触笔，其中：
所述力传感器是应变传感器；并且
所述应变传感器耦接至所述悬臂支柱并被配置为响应于所述悬臂支柱的弯曲而变形。
9.根据权利要求8所述的触笔，其中：
所述悬臂支柱是第一悬臂支柱；
所述力敏结构进一步包括通过基部部分连接到所述第一悬臂支柱的第二悬臂支柱；并且
所述基部部分平行于所述中心轴线并被配置为响应于所述尖端组件的移位而沿所述中心轴线偏移。
10.根据权利要求9所述的触笔，还包括：
管状屏蔽件，所述管状屏蔽件至少部分地包封所述刚性信号导管并包括耦接至所述力敏结构的所述基部部分的托盘状区段；和
控制板，所述控制板设置在所述管状屏蔽件的所述托盘状区段内，所述控制板电耦接至所述第一信号线、所述第二信号线或所述力传感器中的至少一者。
11.根据权利要求1所述的触笔，其中当所述尖端组件接触所述输入表面时：
位于所述输入表面和所述第一电场之间的第一相交部具有第一大致圆形区域；并且
位于所述输入表面和所述第二电场之间的第二相交部具有第二大致圆形区域。
12.一种触笔，所述触笔包括：
笔杆，所述笔杆限定开口；和
笔尖，所述笔尖定位成与所述开口相邻；
尖端场发生器，所述尖端场发生器位于所述笔尖内并被配置为产生第一电场；
环场发生器，所述环场发生器定位在所述笔杆内并被配置为产生与所述第一电场偏置的第二电场；和
力敏结构，所述力敏结构设置在所述笔杆内并耦接至所述笔尖。
13.根据权利要求12所述的触笔，其中所述尖端场发生器包括弹簧针，所述弹簧针被配置为电耦接至通过刚性信号导管限定的信号线，所述刚性信号导管与所述笔杆的纵向轴线对准。
14.根据权利要求13所述的触笔，其中：
所述环场发生器形成在所述刚性信号导管的外表面上；并且
所述信号线延伸穿过所述环场发生器。
15.根据权利要求13所述的触笔，其中：
所述笔尖被配置为响应于所施加的力而至少部分地沿着所述纵向轴线相对于所述笔杆移动；并且
响应于所述笔尖的所述移动，所述力传感器被配置为产生对应于所施加的力的信号。
16.一种用于电子设备的输入设备，所述输入设备包括：
主体；
鼻形件，所述鼻形件可动地耦接至所述主体并被配置为响应于施加的力而相对于所述主体偏移；
力传感器，所述力传感器定位在所述主体内并被配置为检测所述鼻形件相对于所述主体的偏移；
第一电场发生器，所述第一电场发生器定位在所述鼻形件内并被配置为产生第一电场；和
第二电场发生器，所述第二电场发生器定位在所述主体中并被配置为产生第二电场。
17.根据权利要求15所述的输入装置，还包括控制板，所述控制板电耦接至所述力传感器、所述第一电场发生器和所述第二电场发生器，所述控制板至少部分地定位在耦接至所述力传感器的电磁屏蔽件内。
18.根据权利要求15所述的输入设备，其中所述第一电场发生器包括：
灯泡形端部，所述灯泡形端部定位在所述鼻形件内；和
根端，所述根端在所述灯泡形端部对面并相对于所述主体向内取向。
19.根据权利要求18所述的输入设备，其中：
所述第一电场发生器的所述根端包括弹簧针；并且
其中所述鼻形件包括包覆成型在所述灯泡形端部上的保护性涂层。
20.根据权利要求19所述的输入设备，其中：
所述第二电场发生器具有中空的形状；并且
所述弹簧针被配置为电耦接至延伸穿过所述第二电场发生器的屏蔽信号线。
CN201680049631.XA 2015-09-08 2016-09-06 用于电子设备的触笔 Active CN107924242B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810228464.6A CN108446035B (zh) 2015-09-08 2016-09-06 用于电子设备的触笔

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562215620P 2015-09-08 2015-09-08
US62/215,620 2015-09-08
US201662309816P 2016-03-17 2016-03-17
US62/309,816 2016-03-17
PCT/US2016/050430 WO2017044428A1 (en) 2015-09-08 2016-09-06 Stylus for electronic devices

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810228464.6A Division CN108446035B (zh) 2015-09-08 2016-09-06 用于电子设备的触笔

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107924242A true CN107924242A (zh) 2018-04-17
CN107924242B CN107924242B (zh) 2021-04-27

Family

ID=56979646

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810228464.6A Active CN108446035B (zh) 2015-09-08 2016-09-06 用于电子设备的触笔
CN201680049631.XA Active CN107924242B (zh) 2015-09-08 2016-09-06 用于电子设备的触笔
CN201621044883.7U Active CN206363269U (zh) 2015-09-08 2016-09-08 触控笔和输入设备

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810228464.6A Active CN108446035B (zh) 2015-09-08 2016-09-06 用于电子设备的触笔

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201621044883.7U Active CN206363269U (zh) 2015-09-08 2016-09-08 触控笔和输入设备

Country Status (7)

Country Link
US (8) US10168804B2 (zh)
EP (3) EP3326050B1 (zh)
JP (5) JP6564527B2 (zh)
KR (6) KR102102249B1 (zh)
CN (3) CN108446035B (zh)
TW (1) TWI645315B (zh)
WO (1) WO2017044428A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10691209B2 (en) 2018-06-19 2020-06-23 Apple Inc. Stylus with haptic feedback for texture simulation
CN111931600A (zh) * 2020-07-21 2020-11-13 深圳市鹰硕教育服务股份有限公司 智能笔图像处理方法、装置及电子设备
CN112689815A (zh) * 2018-10-12 2021-04-20 深圳市柔宇科技股份有限公司 手写笔及输入装置
CN113268172A (zh) * 2021-03-15 2021-08-17 荣耀终端有限公司 触控笔及电子设备组件
WO2024007651A1 (zh) * 2022-07-07 2024-01-11 荣耀终端有限公司 触控笔及电子设备组件

Families Citing this family (108)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD771049S1 (en) 2015-09-04 2016-11-08 Apple Inc. Stylus
US10168804B2 (en) 2015-09-08 2019-01-01 Apple Inc. Stylus for electronic devices
WO2017134920A1 (ja) 2016-02-01 2017-08-10 株式会社ワコム 電子ペン
US10579169B2 (en) 2016-03-08 2020-03-03 Egalax_Empia Technology Inc. Stylus and touch control apparatus for detecting tilt angle of stylus and control method thereof
CN107390898B (zh) * 2016-03-08 2020-10-30 禾瑞亚科技股份有限公司 提供倾斜角与笔身轴向的触控笔与其控制方法
JP6695713B2 (ja) * 2016-03-16 2020-05-20 セイコーエプソン株式会社 指示体
TW201737277A (zh) * 2016-04-14 2017-10-16 原相科技股份有限公司 具有力回饋功能的電子開關
CN109313516B (zh) * 2016-06-06 2021-06-01 大日本印刷株式会社 触控面板笔用书写片的筛选方法、触控面板系统
CN206270897U (zh) * 2016-12-09 2017-06-20 广州视源电子科技股份有限公司 交互设备手写笔
US20180188833A1 (en) * 2017-01-03 2018-07-05 Griffin Technology, Llc Protective sleeve for touchscreen stylus
DE102017201634B3 (de) * 2017-02-01 2018-06-14 Leoni Kabel Gmbh Strangförmiges Element sowie Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen Elements
US10620725B2 (en) * 2017-02-17 2020-04-14 Dell Products L.P. System and method for dynamic mode switching in an active stylus
KR20180096408A (ko) * 2017-02-21 2018-08-29 엘지전자 주식회사 전자 펜 및 그 제어 방법
US10936092B1 (en) 2017-02-28 2021-03-02 Apple Inc. Force-sensing structures for an electronic device
WO2018218126A1 (en) 2017-05-25 2018-11-29 Cvr Global, Inc. Electronic stylus having image capabilities
WO2018230077A1 (ja) * 2017-06-13 2018-12-20 株式会社ワコム 電子ペン
US10031598B1 (en) * 2017-06-16 2018-07-24 Adonit Co., Ltd. Adjustable effective electrode surface area stylus and coordinate detection method therefor
WO2019008839A1 (ja) * 2017-07-06 2019-01-10 株式会社ワコム 電子ペン
CN110869239B (zh) * 2017-07-07 2022-02-22 麦格纳座椅公司 压力感测系统和具有该压力感测系统的座椅垫
TWI648660B (zh) * 2017-07-31 2019-01-21 Waltop International Corporation 可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆
TWI630513B (zh) * 2017-08-04 2018-07-21 Waltop International Corporation 可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆
TWI623860B (zh) * 2017-08-18 2018-05-11 Waltop International Corporation 具可拆卸擦拭模組的電容筆
US10234966B1 (en) * 2017-08-22 2019-03-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Electrostatic and wired electrical connector for stylus
JP6960277B2 (ja) * 2017-08-31 2021-11-05 三菱鉛筆株式会社 電磁誘導タッチペン
US11526217B2 (en) 2017-10-30 2022-12-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Stylus
US10761625B2 (en) 2017-10-31 2020-09-01 Microsoft Technology Licensing, Llc Stylus for operation with a digitizer
US10631079B2 (en) * 2017-12-08 2020-04-21 Microsoft Technology Licensing, Llc Flexible carpenter's stylus with dockable earpiece
TW201928609A (zh) * 2017-12-11 2019-07-16 煥德科技股份有限公司 具有筆頭組件與筆帽同步運動的觸控筆
US11815968B2 (en) * 2017-12-14 2023-11-14 Societe Bic Stylus for a touchscreen
EP3499346A1 (en) * 2017-12-14 2019-06-19 Société BIC Active stylus
KR102468750B1 (ko) 2017-12-29 2022-11-18 엘지디스플레이 주식회사 터치표시장치, 터치시스템, 터치구동회로, 펜 및 펜 센싱 방법
US10754447B2 (en) * 2018-01-10 2020-08-25 Microsoft Technology Licensing, Llc Stylus capsule
WO2019147269A1 (en) 2018-01-26 2019-08-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Scribing shaft sensors
TWI654544B (zh) * 2018-03-02 2019-03-21 翰碩電子股份有限公司 可攜式電子裝置及其觸控筆
TWI655562B (zh) * 2018-05-09 2019-04-01 和碩聯合科技股份有限公司 觸控筆及觸控裝置
TWI678651B (zh) * 2018-06-13 2019-12-01 宏碁股份有限公司 可應用於互動控制之輸入裝置與電子裝置
US10649550B2 (en) 2018-06-26 2020-05-12 Intel Corporation Predictive detection of user intent for stylus use
US11340716B2 (en) * 2018-07-06 2022-05-24 Apple Inc. Touch-based input for stylus
KR102154169B1 (ko) 2018-07-20 2020-09-09 주식회사 시노펙스 3축 포스센서
US11467678B2 (en) 2018-07-24 2022-10-11 Shapirten Laboratories Llc Power efficient stylus for an electronic device
TWI687846B (zh) * 2018-08-03 2020-03-11 矽統科技股份有限公司 雙向主動式觸控筆及感測系統
KR102477853B1 (ko) * 2018-08-06 2022-12-15 삼성전자주식회사 디스플레이를 통해 외부 장치의 배터리의 충전을 제공하기 위해 어포던스를 표시하는 전자 장치 및 방법
CN109164927A (zh) * 2018-08-23 2019-01-08 余成威 一种触控笔充电保护装置
WO2020054163A1 (ja) 2018-09-13 2020-03-19 株式会社ワコム 電子ペンおよび電子ペン用の芯体
US10649489B2 (en) 2018-09-14 2020-05-12 Apple Inc. Portable electronic device
US10627923B2 (en) 2018-09-18 2020-04-21 Apple Inc. Stylus for electronic devices
US10627922B2 (en) * 2018-09-26 2020-04-21 Apple Inc. Computer stylus having integrated antenna structures
US10635196B1 (en) * 2018-10-04 2020-04-28 Dell Products L.P. Information handling system power management with active stylus input device
KR20200044671A (ko) * 2018-10-19 2020-04-29 주식회사 네오랩컨버전스 전자펜, 전자기기 및 그 제어 방법
WO2020080878A1 (ko) * 2018-10-19 2020-04-23 주식회사 네오랩컨버전스 전자펜, 전자기기 및 그 제어 방법
CN109189231B (zh) * 2018-11-09 2023-08-15 南京工程学院 一种用于笔式力触觉再现装置中的产生突变力的机构
US11402873B2 (en) 2018-12-19 2022-08-02 Apple Inc. Release mechanisms for coupled devices
WO2020129336A1 (ja) * 2018-12-20 2020-06-25 株式会社ワコム 静電容量方式の電子ペン
CN110471541B (zh) * 2018-12-25 2024-05-03 深圳金曦宏科技有限公司 一种主动式电容屏触控笔、感应笔头及其制造方法
JP6528011B1 (ja) * 2019-01-11 2019-06-12 ゼブラ株式会社 近距離無線通信機能を備えた筆記具
JP6528012B1 (ja) * 2019-01-11 2019-06-12 ゼブラ株式会社 近距離無線通信機能を備えた筆記具
WO2020148977A1 (ja) * 2019-01-17 2020-07-23 株式会社ワコム 静電結合方式の電子ペン
KR20200099241A (ko) * 2019-02-13 2020-08-24 삼성디스플레이 주식회사 센서를 표시 패널에 접합하기 위한 장치 및 방법
US10928946B2 (en) * 2019-02-15 2021-02-23 Dell Products L.P. Touchscreen stylus and display module interface
US11779730B2 (en) * 2019-04-29 2023-10-10 Medtronic Vascular Galway Elongated medical device integrity determination
KR20210029000A (ko) * 2019-09-05 2021-03-15 삼성전자주식회사 터치펜
EP3789855A1 (en) 2019-09-05 2021-03-10 Microsoft Technology Licensing, LLC Stylus nib design and accuracy improvement
KR102149105B1 (ko) * 2019-09-18 2020-08-27 세종대학교산학협력단 혼합현실 기반 3차원 스케치 장치 및 방법
WO2021070516A1 (ja) * 2019-10-11 2021-04-15 株式会社ワコム 電子ペン及び電子ペン本体部
EP4026703A4 (en) * 2019-10-16 2022-11-02 Wacom Co., Ltd. ELECTRONIC PEN AND ELECTRONIC PEN BODY PART
US11209918B2 (en) * 2019-10-29 2021-12-28 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. Measuring light using a digital pen
TWI775237B (zh) * 2019-11-04 2022-08-21 禾瑞亞科技股份有限公司 發出攜帶壓力資訊之電信號的觸控筆與操作方法
TWI775236B (zh) * 2019-11-04 2022-08-21 禾瑞亞科技股份有限公司 接收攜帶有壓力訊息之電信號的觸控處理裝置與其處理方法和系統
TWI775242B (zh) * 2019-11-04 2022-08-21 禾瑞亞科技股份有限公司 接收攜帶有壓力訊息之電信號的觸控處理裝置與其處理方法和系統
JPWO2021090728A1 (zh) * 2019-11-08 2021-05-14
KR20210070458A (ko) * 2019-12-04 2021-06-15 삼성디스플레이 주식회사 표시장치 및 이를 포함하는 휴대용 단말기
TWI723708B (zh) * 2019-12-27 2021-04-01 宏碁股份有限公司 觸控筆、觸控筆設定更新方法與系統
USD947838S1 (en) * 2020-01-31 2022-04-05 Apple Inc. Electronic device
WO2021157517A1 (ja) * 2020-02-07 2021-08-12 株式会社ワコム 電子ペン用芯体
USD974354S1 (en) 2020-03-17 2023-01-03 Apple Inc. Electronic device
US20210294439A1 (en) * 2020-03-20 2021-09-23 Soonil KIM Indirect touch apparatus
US11449175B2 (en) 2020-03-31 2022-09-20 Apple Inc. System and method for multi-frequency projection scan for input device detection
WO2021221669A1 (en) * 2020-04-30 2021-11-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Digital pen sensor surface
JP2021189970A (ja) 2020-06-03 2021-12-13 三菱鉛筆株式会社 アクティブスタイラス
CN111782066B (zh) * 2020-06-30 2021-11-16 联想(北京)有限公司 一种电子设备
EP4204933A1 (en) * 2020-08-27 2023-07-05 Shapirten Laboratories Llc Mechanically sensitive power efficient stylus for an electronic device
CN112038027B (zh) * 2020-09-02 2022-04-05 中国电子科技集团公司第四十九研究所 一种高精度转角传感器及其电阻敏感元件的制备方法
US11397120B2 (en) 2020-09-23 2022-07-26 Apple Inc. Interface pressure sensor system for electronic device
US11839451B2 (en) 2020-09-23 2023-12-12 Apple Inc. Sensing structure for pulse-wave velocity measurement
US11839450B2 (en) 2020-09-23 2023-12-12 Apple Inc. Pressure sensor module for wearable applanation tonometer
US11460933B2 (en) 2020-09-24 2022-10-04 Apple Inc. Shield electrode for input device
US11526240B1 (en) 2020-09-25 2022-12-13 Apple Inc. Reducing sensitivity to leakage variation for passive stylus
US11360616B1 (en) 2020-09-25 2022-06-14 Apple Inc. Stylus with touch input and compressive force sensors
US11755128B2 (en) 2020-09-25 2023-09-12 Apple Inc. Stylus with compressive force sensor
US11287926B1 (en) 2020-09-25 2022-03-29 Apple Inc. System and machine learning method for detecting input device distance from touch sensitive surfaces
TWI751746B (zh) * 2020-10-19 2022-01-01 中華電信股份有限公司 具有數位簽署之電子筆及其執行方法
JP2022104105A (ja) * 2020-12-28 2022-07-08 日本電産株式会社 入力デバイス、及び、表示入力システム
US11314353B1 (en) * 2021-01-19 2022-04-26 Dell Products L.P. System and method for transfer of clipboard data between display screens
US20220308688A1 (en) * 2021-03-26 2022-09-29 Shenzhen Sunway Communication Co., Ltd. Capacitive stylus pen
CN113031794B (zh) * 2021-04-09 2022-06-17 迎客松笔业科技研发中心深圳有限公司 一种简化的笔芯模组及其制备方法
US11775084B2 (en) * 2021-04-20 2023-10-03 Microsoft Technology Licensing, Llc Stylus haptic component arming and power consumption
JP7138979B1 (ja) 2021-04-30 2022-09-20 インクゥソン・ピーイー・リサーチ・アンド・ディベロップメント・センター・シェンツェン・カンパニー・リミテッド 簡略化されたキャパシタンスペンのリフィルモジュール及びその組み立て方法
CN113885716B (zh) * 2021-05-24 2022-09-09 荣耀终端有限公司 触控笔及电子设备组件
TWI756137B (zh) * 2021-06-02 2022-02-21 群光電子股份有限公司 觸控筆
US20230104299A1 (en) * 2021-09-29 2023-04-06 Linus Health, Inc. Computational approaches to assessing central nervous system functionality using a digital tablet and stylus
CN114356120B (zh) * 2021-11-23 2023-08-25 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 可变形的触控笔
CN114327099B (zh) * 2021-12-31 2023-09-19 北京碧云数创科技有限公司 一种触屏传感器的操作方法
TWI789200B (zh) * 2022-01-06 2023-01-01 和碩聯合科技股份有限公司 電子裝置
KR102410654B1 (ko) * 2022-03-04 2022-06-22 유성목 가상 현실 및 증강 현실용 인풋 디바이스
US11662839B1 (en) 2022-04-19 2023-05-30 Dell Products L.P. Information handling system stylus with power management through acceleration and sound context
US11733788B1 (en) * 2022-04-19 2023-08-22 Dell Products L.P. Information handling system stylus with single piece molded body
US11662838B1 (en) * 2022-04-19 2023-05-30 Dell Products L.P. Information handling system stylus with power management through acceleration and sound context
TWI822174B (zh) * 2022-07-12 2023-11-11 敦泰電子股份有限公司 主動筆接收電路及使用主動筆的觸控面板系統

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4638119A (en) * 1984-11-16 1987-01-20 Pencept, Inc. Position indicating apparatus for use in a digitizing tablet system
US5414227A (en) * 1993-04-29 1995-05-09 International Business Machines Corporation Stylus tilt detection apparatus for communication with a remote digitizing display
CN1659502A (zh) * 2002-06-07 2005-08-24 皇家飞利浦电子股份有限公司 输入系统
CN102067028A (zh) * 2008-06-17 2011-05-18 皇家飞利浦电子股份有限公司 外观修改设备、制造这种设备的方法和操作这种设备的方法
US20120327042A1 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 Harley Jonah A Stylus orientation detection
US20130088465A1 (en) * 2010-06-11 2013-04-11 N-Trig Ltd. Object orientation detection with a digitizer
US20130106718A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Atmel Corporation Dynamic Reconfiguration of Electrodes in an Active Stylus
CN103221896A (zh) * 2010-08-19 2013-07-24 苹果公司 便携式电子设备
US20150123923A1 (en) * 2013-11-05 2015-05-07 N-Trig Ltd. Stylus tilt tracking with a digitizer

Family Cites Families (78)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6259438B1 (en) * 1998-06-04 2001-07-10 Wacom Co., Ltd. Coordinate input stylus
JPS57152553A (en) 1981-03-13 1982-09-20 Victor Co Of Japan Ltd Reproducing stylus of variation detection type for electrostatic capacity value
JPS5954032B2 (ja) 1981-08-26 1984-12-27 古河電気工業株式会社 波付遮水テ−プの製造方法
JPS5929236Y2 (ja) * 1981-09-03 1984-08-22 株式会社写研 電磁タブレツト用スタイラスペン
JPS58127280A (ja) 1982-01-26 1983-07-29 Seiko Instr & Electronics Ltd 座標読取り装置
US4513437A (en) * 1982-06-30 1985-04-23 International Business Machines Corporation Data input pen for Signature Verification
JPH0693218B2 (ja) 1987-04-10 1994-11-16 三菱電機株式会社 入力タブレツトの入力用ペン
US5251123A (en) 1987-10-19 1993-10-05 I C Operating, Inc. High resolution system for sensing spatial coordinates
US4883926A (en) 1988-04-21 1989-11-28 Hewlett-Packard Company Stylus switch
WO1992008206A1 (en) 1990-11-01 1992-05-14 Gazelle Graphic Systems Inc. Electromagnetic position transducer having active transmitting stylus
JP3112502B2 (ja) * 1991-06-07 2000-11-27 株式会社ワコム スタイラスペン
JPH0540932A (ja) 1991-08-07 1993-02-19 Hitachi Maxell Ltd 磁気記録媒体
JPH0540932U (ja) * 1991-10-31 1993-06-01 東京コスモス電機株式会社 情報入力用ペン
US5981883A (en) 1992-07-08 1999-11-09 Lci Technology Group, N.V. Systems for imaging written information
JP3195176B2 (ja) 1994-11-16 2001-08-06 アルプス電気株式会社 座標入力装置
EP1141889A1 (en) * 1998-12-18 2001-10-10 E Ink Corporation Electronic ink display media for security and authentication
JP2001051786A (ja) 1999-08-11 2001-02-23 Brother Ind Ltd 座標入力ペンおよび座標読取装置
CN101187839B (zh) * 2000-11-25 2012-04-04 西尔弗布鲁克研究有限公司 与编码标签交互以产生取向数据的感测设备
SE0200419L (sv) * 2002-02-12 2003-08-13 Anoto Ab Elektronisk penna samt sensorarrangemang och styranordning vid sådan
CN100511115C (zh) * 2002-03-13 2009-07-08 平蛙实验室股份公司 触摸板以及与触摸板一起使用的触笔和操作触摸板的方法
JP3794374B2 (ja) 2002-12-24 2006-07-05 株式会社ナナオ 位置検出装置及びこれに用いる指示装置
CN1894737A (zh) 2003-09-12 2007-01-10 西奎公司 与电容敏感型触摸板一起使用的拴系式触笔
CA2576010C (en) * 2004-08-03 2011-07-26 Silverbrook Research Pty Ltd Head mounted display with wave front modulator
US20080128180A1 (en) 2004-12-01 2008-06-05 Haim Perski Position Detecting System and Apparatuses and Methods For Use and Control Thereof
JP5194339B2 (ja) * 2005-06-29 2013-05-08 カシオ計算機株式会社 液晶表示素子
JP5044165B2 (ja) 2006-08-14 2012-10-10 株式会社東芝 マルチアンテナ無線通信システムにおける送信機、受信機及び方法
JP5061590B2 (ja) 2006-11-21 2012-10-31 大日本印刷株式会社 印刷見当調整量算出装置、および、その方法
US20080309645A1 (en) 2007-06-15 2008-12-18 Cheng Uei Precision Industry Co., Ltd. Mobile electronic device
US8098237B2 (en) 2007-12-21 2012-01-17 Hand Held Products, Inc. Stylus for data collection devices
CN101477410A (zh) 2008-01-04 2009-07-08 宏达国际电子股份有限公司 触控笔与电子装置
JP2009240086A (ja) 2008-03-27 2009-10-15 Casio Comput Co Ltd 発電装置
US8414210B2 (en) * 2008-06-23 2013-04-09 Silverbrook Research Pty Ltd Electronic pen with retractable nib and force sensor
CN201247453Y (zh) 2008-08-15 2009-05-27 桦德科技股份有限公司 触控笔
US8536471B2 (en) * 2008-08-25 2013-09-17 N-Trig Ltd. Pressure sensitive stylus for a digitizer
US8482545B2 (en) * 2008-10-02 2013-07-09 Wacom Co., Ltd. Combination touch and transducer input system and method
JP2011065450A (ja) 2009-09-17 2011-03-31 Wacom Co Ltd 位置検出装置及び位置指示器
TWM393735U (en) * 2010-06-29 2010-12-01 Te-Hsiang Fang Touch screen pen for capacitive type touch screen
US9310923B2 (en) 2010-12-03 2016-04-12 Apple Inc. Input device for touch sensitive devices
JP4683505B1 (ja) 2010-12-14 2011-05-18 株式会社ワコム 位置指示器
TWI430167B (zh) * 2010-12-30 2014-03-11 Egalax Empia Technology Inc 電容式觸摸屏與電容式觸摸顯示器的偵測方法
JP5669263B2 (ja) * 2011-04-11 2015-02-12 株式会社ワコム 位置指示器
US8928635B2 (en) 2011-06-22 2015-01-06 Apple Inc. Active stylus
US8878823B1 (en) * 2011-07-27 2014-11-04 Cypress Semiconductor Corporation Dynamic shield electrode of a stylus
KR101270528B1 (ko) * 2011-08-26 2013-06-24 신현관 핸즈프리기능이 구비된 전자펜
US9507441B2 (en) * 2011-09-08 2016-11-29 Jcm Electronic Stylus Llc Electronic stylus with low skew tip for capacitive touch screens
US8947379B2 (en) * 2011-10-28 2015-02-03 Atmel Corporation Inductive charging for active stylus
US9337833B2 (en) * 2011-11-14 2016-05-10 Atmel Corporation Driven shield for shaping an electric field of a touch sensor
TWI537773B (zh) * 2011-12-23 2016-06-11 和冠股份有限公司 結合磁吸式充電座之手寫輸入裝置
US8878824B2 (en) 2012-04-11 2014-11-04 Blackberry Limited Force-sensing stylus pointing device
JP5991735B2 (ja) * 2012-04-13 2016-09-14 株式会社ワコム 位置指示器
JP5955074B2 (ja) * 2012-04-23 2016-07-20 富士通コンポーネント株式会社 タッチパネル
TWI478035B (zh) 2012-05-08 2015-03-21 Egalax Empia Technology Inc 抑制低頻雜訊干擾的感測方法與裝置
KR101360804B1 (ko) 2012-05-25 2014-02-11 크루셜텍 (주) 센서 패드 스크램블을 이용한 터치 감지 장치 및 방법
CN102722274B (zh) * 2012-05-29 2016-05-11 苏州瀚瑞微电子有限公司 一种触控笔系统
JP2013254816A (ja) 2012-06-06 2013-12-19 Wacom Co Ltd コンデンサ
JP6052704B2 (ja) * 2012-07-10 2016-12-27 カシオ計算機株式会社 入力装置、および、入力操作解析方法、入力操作解析プログラム
JP2014021674A (ja) 2012-07-17 2014-02-03 Wacom Co Ltd 位置指示器
US9557845B2 (en) 2012-07-27 2017-01-31 Apple Inc. Input device for and method of communication with capacitive devices through frequency variation
US9176604B2 (en) 2012-07-27 2015-11-03 Apple Inc. Stylus device
CN103079389B (zh) * 2013-02-06 2016-06-08 青岛歌尔声学科技有限公司 一种电磁屏蔽罩、连接器及一种发光电子设备
JP6171403B2 (ja) 2013-03-01 2017-08-02 セイコーエプソン株式会社 電子ペン
JP6205985B2 (ja) * 2013-08-23 2017-10-04 ソニー株式会社 表示装置
US20150116291A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-30 Livescribe Inc. Antenna assembly for an electronic pen
US9152254B2 (en) * 2013-11-21 2015-10-06 Atmel Corporation Electrical connection for active-stylus electrode
TWI503707B (zh) * 2014-01-17 2015-10-11 Egalax Empia Technology Inc Active stylus with switching function
CN203812196U (zh) 2014-01-29 2014-09-03 上海允得文具礼品有限公司 可书写的主动式触控笔
US10423245B2 (en) 2014-01-31 2019-09-24 Qualcomm Incorporated Techniques for providing user input to a device
CN203720795U (zh) 2014-02-12 2014-07-16 昆盈企业股份有限公司 主动式触控笔及其笔头结构
EP3106966B1 (en) * 2014-02-12 2019-12-11 Wacom Co., Ltd. Position pointer
US9389708B2 (en) * 2014-05-08 2016-07-12 Atmel Corporation Active stylus with force sensor
US9239639B1 (en) * 2014-06-24 2016-01-19 Amazon Technologies, Inc. Protecting stylus force sensor from excess force
TWI480770B (zh) * 2014-06-27 2015-04-11 Waltop Int Corp 電容式指標裝置
US9983696B2 (en) 2014-09-30 2018-05-29 Apple Inc. Force-sensing stylus for use with electronic devices
US9357493B1 (en) 2014-11-14 2016-05-31 Amazon Technologies, Inc. Stylus power management using motion and orientation sensing
EP3223118B1 (en) * 2014-11-17 2019-12-25 Wacom Co., Ltd. Position indicator
JP6544791B2 (ja) * 2015-02-20 2019-07-17 株式会社ワコム 位置指示器、信号処理回路、信号供給制御方法及び信号処理方法
CN107567612A (zh) 2015-06-09 2018-01-09 惠普发展公司，有限责任合伙企业 数字笔相对于计算装置的入射角
US10168804B2 (en) 2015-09-08 2019-01-01 Apple Inc. Stylus for electronic devices

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4638119A (en) * 1984-11-16 1987-01-20 Pencept, Inc. Position indicating apparatus for use in a digitizing tablet system
US5414227A (en) * 1993-04-29 1995-05-09 International Business Machines Corporation Stylus tilt detection apparatus for communication with a remote digitizing display
CN1659502A (zh) * 2002-06-07 2005-08-24 皇家飞利浦电子股份有限公司 输入系统
CN102067028A (zh) * 2008-06-17 2011-05-18 皇家飞利浦电子股份有限公司 外观修改设备、制造这种设备的方法和操作这种设备的方法
US20130088465A1 (en) * 2010-06-11 2013-04-11 N-Trig Ltd. Object orientation detection with a digitizer
CN103221896A (zh) * 2010-08-19 2013-07-24 苹果公司 便携式电子设备
US20120327042A1 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 Harley Jonah A Stylus orientation detection
US20130106718A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Atmel Corporation Dynamic Reconfiguration of Electrodes in an Active Stylus
US20150123923A1 (en) * 2013-11-05 2015-05-07 N-Trig Ltd. Stylus tilt tracking with a digitizer

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10691209B2 (en) 2018-06-19 2020-06-23 Apple Inc. Stylus with haptic feedback for texture simulation
CN112689815A (zh) * 2018-10-12 2021-04-20 深圳市柔宇科技股份有限公司 手写笔及输入装置
CN111931600A (zh) * 2020-07-21 2020-11-13 深圳市鹰硕教育服务股份有限公司 智能笔图像处理方法、装置及电子设备
CN111931600B (zh) * 2020-07-21 2021-04-06 深圳市鹰硕教育服务有限公司 智能笔图像处理方法、装置及电子设备
CN113268172A (zh) * 2021-03-15 2021-08-17 荣耀终端有限公司 触控笔及电子设备组件
CN113268172B (zh) * 2021-03-15 2022-07-05 荣耀终端有限公司 触控笔及电子设备组件
WO2024007651A1 (zh) * 2022-07-07 2024-01-11 荣耀终端有限公司 触控笔及电子设备组件

Also Published As

Publication number Publication date
TW201721373A (zh) 2017-06-16
KR102102249B1 (ko) 2020-04-20
JP7123219B2 (ja) 2022-08-22
JP6564527B2 (ja) 2019-08-21
TWI645315B (zh) 2018-12-21
JP2018142318A (ja) 2018-09-13
KR20230030014A (ko) 2023-03-03
JP2020030840A (ja) 2020-02-27
CN206363269U (zh) 2017-07-28
KR20220028179A (ko) 2022-03-08
US20230195246A1 (en) 2023-06-22
US10025404B2 (en) 2018-07-17
US20190187817A1 (en) 2019-06-20
US20200264711A1 (en) 2020-08-20
KR20200043492A (ko) 2020-04-27
KR102368550B1 (ko) 2022-03-02
EP3739433A1 (en) 2020-11-18
JP2021152920A (ja) 2021-09-30
JP2018531444A (ja) 2018-10-25
CN108446035A (zh) 2018-08-24
KR102502108B1 (ko) 2023-02-21
US20170068342A1 (en) 2017-03-09
WO2017044428A1 (en) 2017-03-16
CN108446035B (zh) 2021-08-24
JP2022166144A (ja) 2022-11-01
EP3352057B1 (en) 2020-07-29
EP3326050B1 (en) 2020-02-19
EP3352057A1 (en) 2018-07-25
KR102102216B1 (ko) 2020-04-20
US10168804B2 (en) 2019-01-01
US20170068340A1 (en) 2017-03-09
US20220026998A1 (en) 2022-01-27
JP7437461B2 (ja) 2024-02-22
US20170068339A1 (en) 2017-03-09
EP3326050A1 (en) 2018-05-30
US10310639B2 (en) 2019-06-04
KR20180033278A (ko) 2018-04-02
US20170068341A1 (en) 2017-03-09
KR102226062B1 (ko) 2021-03-11
KR20210028740A (ko) 2021-03-12
US11972068B2 (en) 2024-04-30
US11169628B2 (en) 2021-11-09
EP3739433B1 (en) 2023-10-11
JP6893543B2 (ja) 2021-06-23
US10007364B2 (en) 2018-06-26
KR20180029266A (ko) 2018-03-20
JP6603743B2 (ja) 2019-11-06
US10684708B2 (en) 2020-06-16
CN107924242B (zh) 2021-04-27
US11604523B2 (en) 2023-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107924242A (zh) 用于电子设备的触笔
JP2018531444A6 (ja) 電子デバイス用スタイラス

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant