CN114341782B - 触控笔笔尖设计与精度改进 - Google Patents

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Abstract

一种包括壳体以及笔尖部分的触控笔，笔尖部分被配置成附连到壳体并从壳体伸出，其中笔尖部分在尖端区域包括集成导电尖端电极和至少一个集成导电环形电极，集成导电环形电极至少部分地环绕尖端电极并且与尖端电极电隔离。

Description

触控笔笔尖设计与精度改进
背景技术
与数字化仪系统一起使用的信号发射笔或触控笔(即，有源触控笔)在本领域中是已知的。数字化仪系统基于所发射的信号来检测触控笔的至少一个位置，并且检测到的位置向与数字化仪系统相关联的计算设备提供输入。检测到的位置随后可被解释成用户命令。通常，数字化仪系统与显示屏集成在一起，例如以形成触敏显示设备。触控笔在显示屏上的位置与显示屏上所描绘的虚拟信息相关。由触控笔发射的信号可包括诸如施加在书写笔尖上的压力和/或触控笔标识之类的附加信息。该信息由数字化仪系统解码。
触敏显示设备可以在每次触控笔触摸或靠近触敏显示设备的触摸传感器时检测到触摸事件。触摸事件可被触敏显示设备解释为在相对于触敏显示设备的特定二维或三维位置处的用户输入。
有源触控笔通常包括一个或多个电极。这些电极可以利用特定激励信号来被驱动以影响触摸传感器上的电气状况，和/或它们可以被配置成检测被施加到触摸传感器的显示电极的激励信号。
发明内容
提供该概述以便以简化形式介绍概念的选集，所述概念在以下详细描述中被进一步描述。本发明内容并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决在此指出的任何或所有缺点的实现。
在一些实施例中，本公开涉及一种可与多个启用触摸的设备(例如，智能手机、个人计算机和智能电视机)一起使用的触控笔，并且可以包括相同类型的设备的不同版本或品牌。在一些示例实施例中，用户可以使用触控笔与多个启用触控的设备中的任一者进行通信。
根据一些实施例的一方面，触控笔可包括壳体以及笔尖部分，笔尖部分被配置成附连到壳体并从壳体伸出，其中笔尖部分包括集成导电尖端电极和至少一个集成导电环形电极，集成导电环形电极至少部分地环绕尖端电极并且与尖端电极电隔离。
触控笔的尖端电极和环形电极两者因而都可以固定或集成在由塑料或另一绝缘体材料制成的模制笔尖部分的单个部件中。这为更佳的精度和/或定位性能提供了几个优点。可以实现均匀的笔尖设计(例如，尖端电极和环形电极之间的间隙恒定且固定，而没有机械自由度)。此外，触控笔的尖端和环高度可以很容易地控制在设计水平。这允许为每一笔尖类型提供标识(ID)。此外，可以提供不同的可更换笔尖部分，以允许尖端电极和环形电极的灵活大小，这不受笔尖部分的外壳或壳体的大小的限制。例如，在一些情形中，取决于性能要求，小环形电极和大尖端电极可能更好。作为另一优点，触控笔的尖端尾部可以被环形电极覆盖，以便不会产生额外的尾部信号。此外，笔尖尾部可以通过用于环形电极和尖端电极的连接元件(例如触控笔)而变得宽而坚固。
根据另一方面，一种方法包括通过测量触控笔的笔尖部分的预定参数来确定笔尖部分的电极配置；以及通过使触控笔设置适配到所附连的笔尖部分的所确定的电极配置来校准所述触控笔。
除非另外定义，否则本文中所使用的所有技术和/或科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。虽然与本文中所描述的那些方法和材料类似或等同的方法和材料可被用于实践或测试本公开的各实施例，但是下文描述了各示例方法和/或材料。另外，各材料、方法和示例仅是说明性的，而并非旨在进行必要的限制。
附图说明
为了帮助理解本公开并示出如何实施这些实施例，仅以示例的方式参考附图，附图中：
图1是具有在移除状态和插入状态下的可更换笔尖部分的触控笔的示意图，
图2是具有可拆卸笔尖部分的触控笔中的信号处理部分的示意框图，
图3是在更换笔尖之后的校准过程的示意流程图，
图4是压力确定过程的示意流程图，
图5(a)至5(c)是可更换笔尖部分的不同视图的示意图示，
图6(a)至6(c)是具有不同电极大小的不同类型的笔尖部分的示意图示，
图7(a)至7(c)是垂直模式下不同触控笔设计及其信号分布的示意图示，
图8(a)至8(c)是倾斜模式下不同触控笔设计及其信号分布的示意图示，
图9(a)至9(c)是具有盖玻璃的不同显示触摸模块结构的相应堆叠设计的示意截面图，
图10(a)至10(c)是不具有盖玻璃的不同显示触摸模块结构的相应堆叠设计的示意截面图，以及
图11(a)至11(d)是不同显示技术在垂直模式下的相应信号分布的示意图示。
具体实施方式
本公开涉及一种在其尖端具有多个电极的有源触控笔的新设计以及由此产生的处置过程。新设计包括如下概念：触控笔的尖端电极和环形电极两者都固定地集成在笔尖部分的单个部件中，笔尖部分可由模制塑料或其他绝缘体材料制成。在一些实现中，有源触控笔可包括一个或多个尖端电极以及环绕尖端电极的一个或多个环形电极。一般而言，环形电极可具有任何合适的大小和形状，并且可以具有在笔尖部分上的任何位置。如本文中所使用的“环形电极”指至少部分地环绕触控笔主体的任何导电结构。有源触控笔的触控笔电极与触敏显示设备的显示电极之间的相互作用造成触敏显示设备接收该有源触控笔的空间电容(例如，由信号分布表示)或其他测量。根据这些测量，触敏显示设备可以计算各种参数中的至少一者，诸如有源触控笔相对于显示器的尖端位置、有源触控笔相对于显示器的倾斜参数，以及指示施加到有源触控笔的笔尖部分的压力的压力参数。
在一示例中，可使用从尖端电极和环形电极获得的信号的组合来确定有源触控笔的倾斜，以产生倾斜相关的书写效果或检测由触控笔的倾斜所引起的拖曳(swear)效果。作为替换或补充，从尖端电极和环形电极获得的信号的组合可被用于校正显示屏幕上有源触控笔的尖端位置的计算。
在一示例中，倾斜参数可以包括指定有源触控笔相对于触敏显示设备的显示屏的取向或姿态的一个或多个角度，其中有源触控笔被用作该触敏显示设备的输入设备。例如，倾斜参数可指定有源触控笔以什么角度来与垂直于显示器的平面相交、和/或有源触控笔相对于在显示器的表面上定义的坐标系正以什么角度“指向”(即，在显示器的平面上的“东南西北”意义上的倾斜方向)。
另外，尖端电极和环形电极之间的进一步测量或模制笔尖部分处的其他测量可在有源触控笔处被使用，以确定所插入的笔尖部分的类型(例如，基于笔尖标识(ID))，以便使特定触控笔设置适配到笔尖部分的特定参数。
传统的触控笔设计由于其机械设计而影响精度性能。例如，尖端尾部较长且暴露，且尖端电极相对于在机械上分开的环形电极或笔主体具有机械自由度。此外，由于插入的笔尖尾部狭窄，笔的尖端部分在压力下会移动和变形。
图1是带有在移除状态(左部分)和插入状态(右部分)下的单一单元笔尖部分10的有源触控笔的示意图。笔尖部分10包括尖端电极14和环形电极12，它们固定地集成在笔尖部分10的单个部件中，例如基于塑料或其他非导电材料(例如聚甲醛(POM)或热塑性聚氨酯(TPU)等)的模制设计。
在图1的左部所示的示例中，笔尖部分10可以是可更换的，例如通过使用可拆卸的连接元件将尖端电极和环形电极14、12连接到在触控笔的壳体(外壳)20中提供的电处理元件，以便在有源触控笔的内部处理元件与尖端电极和环形电极14、12之间交换发射和/或接收信号。
在一示例中，笔尖部分10可包括用于将笔尖部分10插入在有源触控笔的壳体20前部处提供的开口中的尾部16。显然，用于将笔尖部分10固定在壳体20上的各种(其他)选项是可用的。例如，可以通过在笔尖部分10的尾部16和壳体20的开口处分别提供相应螺纹来实现螺纹连接。作为另一选项，笔尖部分10可以通过可拆卸的夹持功能、或者通过粘合剂或者通过磁性附连或插入选项来被固定。
尖端电极和环形电极14、12由导电材料(例如金属、石墨、聚碳、导电聚合物等)制成。在一示例中，尖端电极和环形电极14、12中的至少一者可在模制过程中被插入，或在模制过程后被印刷在笔尖部分10的模制部件上。
在一示例中，环形电极12的外径可以在1mm到15mm之间，而尖端电极14的尺寸不应超过环形电极12的外径。
归因于笔尖部分10的模制设计，可以在尖端电极和环形电极14、12之间保持恒定且固定的间隙。此外，尖端电极和环形电极14、12的高度可以在设计层面并在生产过程中得到很好的控制。此外，环形电极12的直径可以变得非常灵活，因为它不再受有源触控笔的壳体20的大小的限制。此外，笔尖部分10的朝向壳体20的尾部16可以变得狭窄，并且可以被环形电极12覆盖，从而可以防止产生额外的尾部。一般而言，具有集成尖端电极和环形电极14、12的笔尖部分10可以按照预期实现的要求来模制成任何所需形状。
图2是带有可拆卸单一单元(例如模制)笔尖部分10的有源触控笔的示例中的信号处理部分的示意框图。有源触控笔可与包含触摸传感器的触敏显示设备(图2中未示出)一起使用，其中单一单元笔尖部分10的尖端电极和环形电极14、12与触摸矩阵之间的相互作用造成触敏显示设备的控制逻辑接收空间电容测量。
如可从图2理解的，可更换笔尖部分10的尖端电极和环形电极14、12通过相应的可拆卸连接元件234、232连接到有源触控笔的壳体20中提供的信号处理部分的相应收发器(TRX1、TRX2)224、222。收发器224、222被适配成经由尖端电极和环形电极14、12从触敏显示设备接收相应信号并经由尖端电极和环形电极14、12将相应信号传送到触敏显示设备。这些信号由在有源触控笔的壳体20中提供的信号处理部分的控制器210处理(例如，生成、编码、解码、放大、调制、解调等)。
在一示例中，控制器210还可以连接到有源触控笔的壳体20的导电层或外壳200，以便将导电层或外壳200用作有源触控笔的附加传感电极或参考电极。
将明白，有源触控笔的笔尖部分10可以具有任意合适数量的电极，尽管本文所述的有源样式通常具有带有一个以上电极的笔尖部分10，例如尖端电极14和至少一个环形电极12，配置成在接近触敏显示设备的触摸传感器的电极时接收和/或传送电信号(即电流或电压)。
在一示例中，各模拟-数字(A/D)转换器(图2中未示出)可操作地耦合在每一收发器222、224和控制器210之间，并配置成将从收发器222、223接收的模拟信号数字化成数字数据，以便于在控制器210处的后续处理。
控制器210可包括逻辑机和存储机，该存储机被配置成保持能由逻辑机执行以执行本文中所讨论的各种操作的指令。例如，控制器210可以被配置成接收来自尖端电极和环形电极14、12以及壳体20的导电外壳200的可任选传感电极的信号。此外，控制器210可被配置成处理来自A/D转换器的经数字化的信号以执行本文中所讨论的各种操作。
通过有源触控笔的尖端电极和环形电极14、12与触敏显示设备的触摸传感器的触摸矩阵相关联的显示电极之间的相互作用，针对每一尖端电极和环形电极14、12的空间电容测量可以被定位到相对于触敏显示设备的特定二维位置。触敏显示设备的控制逻辑可以使用这些空间电容测量来计算有源触控笔的尖端位置、倾斜参数和其他参数。由于图2所示的有源触控笔在笔尖部分10中包括至少两个集成电极(即尖端电极14和环形电极12)，因此触敏显示设备的控制逻辑将接收与有源触控笔的该至少两个电极相对应的至少两个空间电容测量。
如上所示，相对于触敏显示设备的触摸传感器的触摸矩阵的特定位置处的电容可以当显示电极检测到由触控笔电极传送的信号时或者当触控笔电极检测到由显示电极传送的信号时被测量。相应地，将空间电容测量定位到二维位置可仅需要驱动显示电极、仅驱动触控笔电极，或者驱动显示电极和触控笔电极两者的某种组合。
如本文中所描述的有源触控笔可因此被配置成在接收模式和驱动模式下的一者或两者中操作。此外，有源触控笔可以在混合模式下操作，其中一个或多个触控笔电极在一个或多个其他触控笔电极进行接收时被驱动。
在一些示例中，有源触控笔通过某种类型的无线链路(例如，收发器222、224的无线电发射器)向触敏显示设备的控制逻辑报告空间电容测量(例如，行计数器的定时、值，等等)。相应地，控制逻辑可以经由触敏显示设备的通信接口接收由有源触控笔计算的空间电容测量。作为无线电链路的替代或补充，空间电容测量可以经由有源触控笔的触控笔电极的激励来被静电地传送。
在一个示例中，空间电容测量的计算可以是“频分的”而不是“时分的”。以这种方式测量空间电容可以允许更短的触摸感应时间帧，和/或允许在每一触摸感应时间帧期间有更多的信号积分时间，从而潜在地允许更精确地检测触摸输入。
可以通过标识哪些空间电容测量对应于哪一触控笔电极来计算有源触控笔的倾斜参数。触敏显示设备处的控制逻辑可以标识针对环形电极12接收的空间电容测量和针对尖端电极14接收的空间电容测量之间的距离。基于该距离，控制逻辑可计算有源触控笔的倾斜参数。由于环形电极12占据相对于触控笔尖端的已知位置，因此控制逻辑可以利用基本几何关系(例如，三角函数)来计算有源触控笔与平行于显示器的平面相交的角度。控制逻辑可以任选地通过计算将检测到的有源触控笔的尖端位置连接到对应于环形电极12的空间电容测量的线的角度，来计算触控笔相对于触敏显示设备的坐标系“指向”的方向。
在一示例中，可以提供(例如，用于各种摩擦感、显示技术、应用等的)触控笔笔尖套件，例如作为具有带有不同电极配置的各种笔尖部分10的盒子，通过这些电极配置，有源触控笔可以被适配到不同的用户应用和/或触敏显示设备的各种产品类型或技术(诸如带盖玻璃的外挂式(out-cell)技术、带盖玻璃或不带盖玻璃的内嵌式(in-cell)技术、带盖玻璃或不带盖玻璃的表面式(on-cell)技术等)，稍后将详细解释。基于可更换的笔尖部分10，具有触敏显示设备的数字化仪系统可以提供更好的体验，并且可以更好地适应用户需求(例如，通过提供独特的绘图或指向算法、艺术绘图特征，等等)。
此外，在一示例中，除了传统的触控笔ID之外，还可以提供笔尖前端或笔尖ID，以便触控笔可以标识所使用的笔尖部分10并针对其进行适配。尽管触敏显示设备可以基于触摸屏上提供的传感器布置来检测尖端电极和环形电极的信号形状，但它需要知悉笔的取向(倾斜)。然而，为了确定触控笔的取向，当前使用的笔尖部分10的尖端电极和环形电极14、12的配置是所需要的。如果触控笔向显示设备发送笔尖ID信号，则这可以在显示设备上导出。
在一示例中，有源触控笔的控制器210包括用于确定所插入的笔尖部分10的笔尖ID的笔尖ID确定功能(N-ID)212。笔尖ID确定功能可以实现为控制器210的软件例程或连接到控制器210的硬件功能(例如，专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA))。
在一示例中，可以通过使用可能已经提供在有源触控笔的电路板上的电容感测功能性来实现笔尖ID确定。该电容感测功能性可由笔尖ID确定功能212使用，来测量尖端电极14和环形电极12之间的电容。尖端电极和环形电极14、12的大小和配置由笔尖部分10的模制设计固定。因此，每一可用的笔尖部分10在其尖端电极和环形电极14、12(例如，小尖端和大环、小尖端和小环、大尖端和小环，等)之间具有可基于电容测量来检测的特征电容。触控笔控制器可以使用该/这些测量结果导出笔尖ID，并将笔尖ID和触控笔ID一起提供给显示设备。此外，触控笔系统的控制器210可以使用该笔尖ID确定功能212来检测用户何时更换触控笔的笔尖部分10。
用于在笔尖ID确定功能212中确定笔尖ID的另一选项可以是测量尖端电极14和环形电极12之间的欧姆电阻，并基于该电阻的变化(例如与参考值相比)来确定笔尖ID。其他电参数，诸如电感、阻抗、尖端电极与环形电极之间的串扰、尖端电极/环形电极14、12与外壳200之间的串扰等，可替代地被用于基于笔尖部分10的电极配置来确定笔尖ID。
另一选项可以是基于笔尖部分10或其尾部16的机械形状或另一机械特性或者通过笔尖部分10的磁性部分的磁场或位置来确定笔尖ID。
在一示例中，如果笔尖部分10已经被用户更换，或者在第一次使用有源触控笔之前作为初始过程，则控制器210可以通过校准功能(CAL)216来发起校准过程。校准功能216可以实现为控制器210的软件例程或连接到控制器210的硬件功能(例如，专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA))。
图3是在更换笔尖之后的校准过程的示意流程图。
在步骤S310中，校准功能216例如通过笔尖ID确定功能212来发起对尖端电极14和环形电极12之间的电容(或合适的电气、物理或机械参数)的测量。随后，在步骤S320中，例如通过笔尖ID确定功能212基于在步骤S310中获得的测量结果来确定笔尖ID。该确定可以基于对在有源触控笔中提供并可由控制器210访问的查找表或其他非易失性存储器的访问。查找表或存储器存储与耦合容量的相应值或值范围相关联的笔尖ID。最后，在步骤S330中，通过将设置(例如，信号幅度、频率范围、信号相位、脉冲类型、每尖端和环的信号类型等中的至少一者)适配到所附连的笔尖部分10的电极配置来校准有源触控笔。因此，有源触控笔使用的处理和信号被修改以用于所附连的笔尖部分10的经优化的使用。
在一示例中，具有单一单元笔尖部分10的有源触控笔还可以提供压力感测功能(PS)214，用于感测在指向或书写动作期间施加到有源触控笔的尖端的压力。所确定的压力可被用于例如修改触敏显示设备检测到的信号的宽度或强度。压力感测可以基于所附连的笔尖部分10的电极与壳体20之间的距离的变化。耦合电容取决于所附连的笔尖部分10的电极与壳体20之间的距离而变化。即使距离的微小变化也会对耦合电容产生可测量的影响。
图4是控制器210的压力感测功能(PS)214中应用的压力确定过程的示意流程图。压力感测功能216可被实现为控制器210的软件例程或连接到控制器210的硬件功能(例如，专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA))。
在步骤S410中，测量笔尖部分10的环形电极12与壳体20的导电外壳200之间的耦合电容。随后，在步骤S420中，基于在步骤S410中获得的测量结果来确定压力值。该确定可以基于对在有源触控笔中提供并可由控制器210访问的查找表或其他非易失性存储器的访问。查找表或存储器存储与耦合容量的相应值或值范围相关联的压力值。
图5(a)至5(c)是可更换笔尖部分的俯视图、侧视图以及仰视图的示意图示。注意，尽管在图5(b)中示出了笔尖部分的内部结构，但该图示不应被解释为截面图。这只是也示出隐藏的内部结构的侧视图。
图5(a)的俯视图示出了连接元件232、234的示例，它们是可以将相应的圆柱销插入其中的、圆形凹槽部分中的圆形焊盘(尖端焊盘、环形焊盘)，在有源触控笔的壳体20处提供有相应的连接部分。此外，从图5(b)的侧视图可以理解的，连接元件232、234的圆形焊盘通过导电路径或布线与相应的环形电极和尖端电极12、14电连接。最后，图5(c)的仰视图从下方示出了尖端电极14和周围的环形电极12，这两者都集成在笔尖部分的模制结构中。
图6(a)至6(c)是不同类型的笔尖部分的示意图，这些笔尖部分具有适用于具有不同显示设备技术的数字化仪系统的不同电极大小。
图6(a)所示的笔尖设计包括标准或正常形状和大小的集成尖端电极和环形电极。然而，在一些应用实例中，取决于性能要求，较小的环形电极12和较大的尖端电极14可能是合需的。带有集成环形电极和尖端电极12、14的单一单元(模制)笔尖部分的设计允许出于不同的性能要求而提供具有不同笔尖和环形电极大小的不同笔尖模制形状。在图6(b)的替换笔尖设计中，尖端电极14向上移位，且环形电极12在有源触控笔的纵向方向上更小。在图6(b)的替换笔尖设计中，尖端电极14进一步向上移位，且环形电极12在有源触控笔的纵向和横向方向上都更小。
当然，取决于例如所需应用和触摸屏技术中的至少一者，可以提供对尖端电极和环形电极14、12以及笔尖部分的形状的其他修改。
注意，如上所述，上述电极和/或笔尖修改会导致特定可测量参数(耦合电容、串扰、电阻、阻抗等)的变化，基于此可以确定笔尖设计及其相关笔尖ID。
在一示例中，数字化仪系统可以基于触控笔ID来确定合适的笔尖成型形状(及其对应的笔尖ID)。例如，触控笔ID可以是壳体ID和笔尖ID的组合。
使用具有不同笔尖设计的可更换单一单元笔尖部分的所提出的触控笔，允许在设计层面上容易地控制尖端电极和环形电极14、12的大小、形状和/或高度。这提供了如下优点：尖端电极的设计不再取决于有源触控笔的壳体的形状和/或任何工艺限制。此外，可以提供柔性环直径，其不受壳体尺寸的限制并且可以适配到性能要求。此外，尖端电极14的尾部可以变窄并且也被环形电极12覆盖，从而不产生额外的尾部信号。具有环形和尖端连接器元件(例如接触销或焊盘等)的笔尖部分的尾部可以变宽且坚固，以使其不会变形。
图7(a)至7(c)是有源触控笔的垂直操作模式下不同触控笔设计及其信号分布的示意图示。
更具体而言，图7(a)至图7(c)下半部分中的图表呈现了在有源触控笔的垂直操作模式下，在与触敏显示设备的触摸屏表面平面平行的方向上，由传感器矩阵接收的不同触控笔笔尖设计的尖端信号分布(‘裙’状)。图7(a)示出了传统笔尖设计的信号分布，该笔尖设计包括具有长而窄的尖端尾部的尖端电极且没有环形电极。此外，图7(b)示出了传统笔尖设计的信号分布，该笔尖设计包括具有长而窄的尖端尾部的尖端电极以及在尖端尾部总长度的约一半处环绕尖端尾部的环形电极。最后，图7(c)示出了所提出的带有集成尖端电极和环形电极的单一单元(模制)笔尖部分的信号分布。
如可从图7(a)至图7(c)理解的，由于尖端电极的尖端尾部暴露在外，传统笔尖设计(图7(a)和图7(b))的信号分布更宽，而所提出的带有集成尖端电极和环形电极的单一单元笔尖设计不包括任何尖端尾部，并且因此产生狭窄且非常局部的信号分布。
因此，在所提出的单一单元笔尖设计中控制尖端电极和环形电极的水平、形状和/或大小的能力能够实现更窄且更局部的尖端信号，以改进数字化仪系统中有源触控笔的定位。
图8(a)至8(c)是有源触控笔的倾斜操作模式下不同触控笔设计及其信号分布的示意图示。
更具体而言，图8(a)至图8(c)下半部分中的图表呈现了在有源触控笔的倾斜操作模式下，在与触敏显示设备的触摸屏表面平面平行的方向上，由传感器矩阵接收的不同触控笔笔尖设计的尖端信号分布(‘裙’状)。图8(a)示出了传统笔尖设计的信号分布，该笔尖设计包括具有长而窄的尖端尾部的尖端电极且没有环形电极。此外，图8(b)示出了传统笔尖设计的信号分布，该笔尖设计包括具有长而窄的尖端尾部的尖端电极以及在尖端尾部总长度的约一半处环绕尖端尾部的环形电极。最后，图8(c)示出了所提出的带有集成尖端电极和环形电极的单一单元(模制)笔尖部分的信号分布。
如可从图8(a)到图8(c)中理解的，对于图8(a)和图8(b)中的传统笔尖设计，由于暴露的尖端尾部，信号分布更宽并且强烈地向倾斜方向拖曳。然而，由于图8(c)中提出的笔尖设计不需要任何尖端尾部，因此信号分布非常窄并且非常局部，拖曳效应非常小。因此，环形电极不再需要进行位置校正，并且单纯被用于倾斜相关的绘图或定位功能，诸如更宽的绘图线(如铅笔)和其他选项。此外，对于使用更高倾斜水平的艺术家用户，笔尖和/或电极形状可被更好地控制。同样，在所提出的单一单元笔尖设计中控制尖端电极和环形电极的电平、形状和/或大小的能力能够实现更窄且更局部的尖端信号，以改进数字化仪系统中有源触控笔的定位。
在下文中，将详细介绍数字化仪系统的显示技术。
在一些示例中，数字化仪系统的触敏显示设备可被配置成接收来自与显示设备100接触的输入设备以及不与显示设备接触的输入设备(例如，悬停在显示器表面附近的输入设备)的输入。如本文中所使用的“触摸输入”指代这两种类型的输入。在一些示例中，显示设备可被配置成同时接收来自两个或更多个源的输入，在该情形中，显示设备可被称为多点触摸显示设备。
显示设备可被可操作地耦合到图像源，图像源可以是例如在显示设备外部或被容纳在显示设备内的计算设备。图像源可以从显示设备接收输入，处理该输入，并且作为响应为显示设备生成适当的图形输出。以此方式，显示设备可提供用于与可以适当地对触摸输入进行响应的计算设备交互的自然范式。
图9(a)至9(c)是具有盖玻璃的不同显示触摸模块结构的相应堆叠设计的示意截面图。
图9(a)示出了触敏显示设备的外挂式(out-cell)结构的光学堆叠，其包括被配置成能够接收触摸输入以及生成和呈现图形输出的多个组件。在out-cell结构中，触摸模块被添加到显示模块上。
out-cell结构的光学堆叠可包括具有用于接收触摸输入的顶表面的、作为光学透明触摸片的盖玻璃(厚度例如400μm)，用于将盖玻璃的底表面粘合到触摸传感器的顶表面(粗体虚线)的第一光学透明粘合剂(OCA1)(厚度例如50μm)。触摸传感器可包括任何合适的材料(诸如玻璃、塑料或其他材料)并且可被布置在传感器膜的顶部。如本文中所使用的“光学透明粘合剂”指代透射基本上全部(例如，约99％)的入射可见光的一类粘合剂。
触摸传感器可包括形成电容器的显示电极的触摸矩阵，其电容可在检测触摸输入时进行评估。更具体而言，电极可由两个分开的层形成：接收电极层和被定位在该接收电极层下面的发射电极层。例如，接收电极层和发射电极层可各自被形成在相应的介电基板上，所述介电基板包含包括但不限于玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、或环烯烃聚合物(COP)膜的材料。接收对机舱和发射电极层可通过光学透明粘合剂(图9(a)中未示出)结合在一起，该粘合剂可以是例如丙烯酸压敏粘合剂膜。
触摸传感器配置可整体形成为单层，电极布置在该整体层的相对表面上。此外，触摸传感器可替代地被配置成使得发射电极层被提供在接收电极层上方，并经由光学透明粘合剂与位于其下方的接收电极层结合。通常，触敏显示设备可以包括多个显示电极，其电容可以在检测触摸输入时进行评估，并且这些电极可以按任何合适的方式布置或分布。
触摸传感器可通过厚度为例如150μm的第二光学透明粘合剂(OCA2)例如在发射电极层的底表面处结合到下部显示堆叠。下部显示堆叠可包括厚度为例如100μm的偏振层(Pol)、然后是厚度为例如200μm的滤色器(CF)玻璃层、厚度为例如200μm的薄膜晶体管(TFT)玻璃层以及作为触敏显示设备的光源的最终背光单元(BLU)。
此外，还提供了表面式(on-cell)和内嵌式(in-cell)触摸技术，以克服增加触摸显示面板的重量和厚度并降低透光率的传统out-cell触摸技术的缺陷。
图9(b)示出了触敏显示设备的on-cell结构的光学堆叠，其中触摸传感器(粗体虚线)位于偏振层和滤色器玻璃层之间。因此，触摸传感器布置在滤色器基板上以形成完整的滤色器基板。触摸传感器可被布置在薄膜上，该薄膜结合到两个基板层(即滤色器和薄膜晶体管玻璃层)中的上部基板层。在此，第一光学透明粘合剂(OCA1)的厚度是100μm。图9(b)示出了触敏显示设备的in-cell结构的光学堆叠，其中触摸传感器(粗体虚线)位于滤色器玻璃层和薄膜晶体管玻璃层之间。in-cell技术是将传感器布置在LCD单元结构内，以集成在显示单元内，从而使显示单元具有触摸面板的能力。因此，触摸显示面板不需要与额外的触摸面板结合，并且组装过程可被简化。同样，在此，第一光学透明粘合剂(OCA1)的厚度是100μm。
如可从图9(a)到图9(c)可以理解的，触敏显示设备的表面和触摸传感器(例如触摸天线)之间的距离因显示技术而异。在out-cell结构中，距离至少是450μm，而它在on-cell结构中至少是600μm且在in-cell结构中至少是800μm，如光学堆叠的右侧的箭头所示的。
然而，需要注意的是，on-cell和in-cell结构也可以在没有盖玻璃的情况下工作，而偏振层(偏振器)充当触敏显示器和有源触控笔之间的交互表面。
图10(a)至10(c)是不具有盖玻璃的不同显示触摸模块结构的相应堆叠设计的示意截面图，其中on-cell和in-cell结构没有盖玻璃。因此，图10(b)和图10(c)中移除了盖玻璃和第一光学透明粘合剂，从而使on-cell和in-cell结构的距离对于on-cell结构而言减少了500μm到100μm，且对于in-cell结构而言减少了300μm。
图10(b)和图10(c)中的堆叠设计有益于降低成本、厚度和重量。图10(a)至10(c)中的箭头示出了从显示表面到触摸传感器的距离。然而，信号分布(裙形)取决于尖端电极到触摸传感器的距离。由于触摸传感器的相邻天线的信号被用来改善接收质量，因此更高的距离造成在触摸传感器的相邻天线上的分布增加，并从而造成触控笔精度提高。缩短的距离必须由常规触控笔的控制器针对on-cell和in-cell结构进行补偿。
图11(a)至11(d)是不同显示技术在垂直模式下的相应信号分布的示意图示。图11(a)中的信号分布涉及如下情形：具有带尖端尾布的独立尖端电极和环绕尖端尾部的独立环形电极的传统触控笔与out-cell显示技术一起使用，而图11(b)涉及带盖玻璃的on-cell或in-cell显示技术，且图11(c)涉及不带盖玻璃的on-cell或in-cell显示技术以及相应的经缩短距离。最后，图11(d)中的信号分布涉及如下情形：所提出的具有单一单元笔尖部分和集成的无尖端尾部的尖端电极和环形电极的触控笔与on-cell或in-cell显示技术一起使用而没有盖玻璃。
如从图11(a)到图11(c)可以理解的，带盖玻璃的on-cell/in-cell显示技术的信号分布更宽，且分布中心处的信号电平略低，而对于无盖玻璃的on-cell/in-cell显示技术(这不利于触控笔定位)，分布中心处的信号电平要高得多，且分布要窄得多。
然而，如可从图11(d)理解的，通过使用具有凸起尖端电极和环形电极的笔尖部分(如图6(b)和6(c)所示)，所提出的触控笔的单一单元笔尖部分可以适配到无盖玻璃的on-cell/in-cell显示技术的经缩短距离。控制笔尖部分中的尖端电极和环形电极的形状、水平和大小的能力使得能够实现所需的尖端信号分布，以提高定位能力。
由于可以提供具有不同电极配置的不同笔尖部分，因此可以基于所使用的显示技术单独地调整尖端电极和环形电极与触摸传感器的天线之间的距离，以提供更好的信号分布和更高的精度。
将明白，以上实施例仅以示例的方式描述。
更一般而言，根据本文公开的一个方面，提供了一种包括壳体以及笔尖部分的触控笔，笔尖部分被配置成附连到壳体并从壳体伸出，其中笔尖部分在尖端区域包括集成导电尖端电极和至少一个集成导电环电极，集成导电环电极至少部分地环绕尖端电极并且与尖端电极电隔离。
在各实施例中，所述笔尖部分可包括用于将所述集成尖端和环形电极电连接到布置在所述壳体中的信号处理电路的相应连接元件。
在各实施例中，笔尖部分可拆卸地附连到壳体。
在各实施例中，所述信号处理电路包括控制器，所述控制器可被适配成通过测量所述笔尖部分的预定参数来确定所述笔尖部分的电极配置。
在各实施例中，笔尖部分的电极配置可由笔尖标识(ID)来标识，笔尖标识与预定参数的对应范围或对应值相关联地存储在触控笔中或触敏显示设备中。如果笔尖ID被存储在显示设备中，则电极配置可以从显示设备传递到触控笔。
在各实施例中，所述预定参数可以是从如下各项中选择的：所述尖端电极和环形电极之间的电容、所述尖端电极和环形电极之间的串扰以及所述尖端电极和环形电极之间的电阻。
在各实施例中，控制器并被适配成通过测量环形电极与壳体的导电外壳之间的耦合来确定施加到笔尖部分的尖端的压力。
在各实施例中，控制器可被适配成将笔尖标识传送给触敏显示设备，触控笔被用作该触敏显示设备的输入设备。
在各实施例中，控制器可被适配成通过将触控笔设置适配到所附连的笔尖部分的所确定的电极配置来校准触控笔。
在各实施例中，触控笔可包括具有用于不同应用的不同电极配置的多个可更换笔尖部分。
在各实施例中，电极配置可在笔尖部分内的尖端电极和环形电极的形状、大小和位置中的至少一者方面是不同的。
根据本文公开的另一方面，提供了一种用于在上述方面的触控笔以及其各实施例中的、具有集成尖端电极和环形电极的笔尖部分。
在各实施例中，笔尖部分可以由模制绝缘材料制成，且环形电极可以印刷在模制绝缘材料上。在一示例中，尖端电极和环形电极可被实现成笔尖部分的集成部件，其在模制工艺期间被布置在模制绝缘材料的内部深处或被印刷在内部。
根据本文公开的又一方面，提供了一种方法，包括：通过测量触控笔的笔尖部分的预定参数来确定笔尖部分的电极配置；以及通过使触控笔设置适配到所附连的笔尖部分的所确定的电极配置来校准所述触控笔。
根据本文公开的又一方面，提供了一种实现在计算机可读存储上的计算机程序，该计算机程序包括配置成当在一个或多个处理器上运行时执行本文公开的任一实施例的方法的代码。
一旦给出本公开，对本领域技术人员而言，所公开的技术的其他变型和应用可变得明显。本公开的范围不限于上述实施例，而仅由所附权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种触控笔，包括：
壳体；以及
单一单元笔尖部分，被配置成附连到所述壳体并从所述壳体伸出，
其中所述笔尖部分在尖端区域包括集成导电尖端电极和至少一个集成导电环形电极，所述集成导电环形电极至少部分地环绕所述集成导电尖端电极并且与所述集成导电尖端电极电隔离；
其中布置在所述壳体中的信号处理电路包括控制器，所述控制器被适配成通过测量所述集成导电环形电极和所述壳体的导电外壳之间的耦合来确定施加到所述笔尖部分的尖端的压力。
2.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述笔尖部分包括用于将所述集成导电尖端电极和所述集成导电环形电极电连接到所述信号处理电路的相应连接元件。
3.根据权利要求1或2所述的触控笔，其特征在于，所述笔尖部分可拆卸地附连到所述壳体。
4.根据权利要求2所述的触控笔，其特征在于，所述控制器被适配成通过测量所述笔尖部分的预定参数来确定所述笔尖部分的电极配置。
5.根据权利要求4所述的触控笔，其特征在于，所述笔尖部分的电极配置是通过与所述预定参数的对应范围或值相关联的笔尖标识来标识的。
6.根据权利要求4或5所述的触控笔，其特征在于，所述预定参数是从如下各项中选择的：所述集成导电尖端电极和所述集成导电环形电极之间的电容、所述集成导电尖端电极和所述集成导电环形电极之间的串扰，以及所述集成导电尖端电极和所述集成导电环形电极之间的电阻。
7.根据权利要求4或5所述的触控笔，其特征在于，所述控制器被适配成将所述笔尖标识传送到触敏显示设备，所述触控笔被用作所述触敏显示设备的输入设备。
8.根据权利要求4或5所述的触控笔，其特征在于，所述控制器被适配成通过使触控笔设置适配到所附连的笔尖部分的所确定的电极配置来校准所述触控笔。
9.根据权利要求1至2和4至5中任一项所述的触控笔，其特征在于，所述触控笔包括具有用于不同应用的不同电极配置的多个可更换笔尖部分。
10.根据权利要求9所述的触控笔，其特征在于，在所述笔尖部分内的所述集成导电尖端电极和所述集成导电环形电极的形状、大小和位置中的至少一者方面是不同的。
11.一种用于根据权利要求1至10中的任一项所述的触控笔中的具有所述集成导电尖端电极和所述集成导电环形电极的笔尖部分。
12.根据权利要求11所述的笔尖部分，其特征在于，所述笔尖部分由模制绝缘材料制成，并且其中所述环形电极被印刷在所述模制绝缘材料上。
13.一种用于校准触控笔的方法，包括：
通过测量所述触控笔的笔尖部分的预定参数，确定所述笔尖部分的至少一个尖端电极和至少一个环形电极的电极配置；
通过将触控笔设置适配到所附连的笔尖部分的所确定的电极配置来校准所述触控笔；以及
通过测量所述环形电极和所述触控笔的壳体的导电外壳之间的耦合来确定施加到所述笔尖部分的尖端的压力。
14.一种存储有代码的计算机可读存储器，当所述代码在一个或多个处理器上运行时执行根据权利要求13所述的方法。
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