CN206363269U - 触控笔和输入设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及触控笔和输入设备，具体而言涉及一种触控笔，用于向电子设备的输入表面提供用户输入。该触控笔包括：主体；尖端组件，相对于主体的端部定位并被构造为接触输入表面；及力敏感结构，部署在主体内并且支撑尖端组件。该尖端组件包括：第一电场发生器，被构造为产生指示尖端组件和输入表面之间的接触点的第一电场；及第二电场发生器，从第一电场发生器偏移并与主体的中轴对齐，第二电场发生器被构造为产生指示主体相对于输入表面的角度的第二电场。力敏感结构包括被构造为确定由尖端组件施加到输入表面的力的力传感器。

Description

触控笔和输入设备
技术领域
本文所述的实施例针对用于电子设备的用户输入***，并且，更具体而言，针对能够与电子设备的触摸屏一起操作的高精度触控笔。
背景技术
电子设备可以将触摸传感器集成到显示器中，以促进用户与显示器上显示的元素的交互。当用户用一个或多个手指触摸显示器时，触摸传感器向电子设备提供每个触摸的位置，电子设备又可以使显示器上显示的元素(诸如图标、按钮、按键、工具栏、菜单、图片、子画面(sprites)、应用、文档、画布、地图等)改变。在一些情况下，用户可能更喜欢利用比用户的手指更精确的仪器，诸如触控笔，来与显示器交互。
但是，常规的触控笔往往向用户提供仅略有增强的精度，因为常规的触摸敏感电子设备主要被构造为检测用户的手指的存在和位置。例如，许多常规的触摸敏感电子设备可能无法可靠区分来自触控笔的输入与来自用户的手掌、手腕或手指的故意或偶然输入。
在其它情况下，为了适应触控笔输入，一些常规的电子设备可以结合单独的输入传感器，诸如电磁数字转换器，具体而言是专用于从产生磁场的触控笔接收输入。但是，除了增加电子设备的厚度和功耗，这些附加的部件常常还增加制造电子设备的成本和复杂性。
发明内容
本文所述的实施例一般而言参考触控笔，包括至少主体和尖端。尖端可以部署在主体的第一端部。尖端可被构造为发射要由电子设备检测的电场。此外，尖端被构造为当尖端接触电子设备时接收力。控 制电路可以位于主体内。控制电路被构造为产生被用来生成电场的电信号。力敏感结构也位于主体内并被构造为响应于力而产生非二元输出。最后，主体内的刚性导管将控制电路电耦合到尖端并且机械地向力敏感结构传递力。
一些实施例可以包括其中外部设备可被构造为基于电场的位置检测尖端的位置的构造。一些实施例可以将该电场称为第一电场并且还可以至少包括在刚性导管周围部署的环形元件。环形元件可被构造为发射第二电场。一些实施例可以包括其中外部设备被构造为利用第二电场检测触控笔的角位置的构造。
一些实施例还可以包括将在力敏感结构内或耦合到力敏感结构的电路电耦合到位于主体内的电路和力敏感结构后面的电路的柔性电路。柔性电路包括被构造为响应于力敏感结构的运动而屈曲的铰接区域。一些实施例可以包括其中这两个电路中任意一个或二者可以包括通过折叠柔性连接附连的两个或更多个基板的构造。
一些实施例还可以至少包括位于触控笔的主体内并具有圆形内部容积的圆柱形底架。电池可以附连到底架并位于圆形内部容积内。电池可以包括至少一个折叠的电极对。
一些实施例可以包括其中刚性导管包括沿该刚性导管的长度形成的传导迹线的阵列的构造。例如，传导迹线的阵列可以在交替偏移的行中形成。在这些和相关的实施例中，刚性导管包括从其外表面延伸到传导迹线的阵列中的一条或多条传导迹线的凹口通孔。
一些实施例可以包括一种构造，其中刚性导管包括被构造为发送尖端信号的第一组导体、被构造为发送环形信号的第二组导体，以及位于第一组导体和第二组导体之间的一组接地导体。
本文所述的实施例一般而言参考触控笔，至少包括主体和部署在主体的第一端部处的尖端，并且至少包括被构造为发射要由电子设备检测的电场的球状物，以及围绕球状物形成的具有可以小于球状物的硬度的涂层。在其它情况下，触控笔可以包括围绕球状物形成的具有小于电子设备的输入表面的硬度的涂层。
一些实施例可以包括一种构造，其中电场可以是在第一半径处具有半功率点的第一电场，并且触控笔还包括位于球状物的后面并被构造为发射在可以与第一半径不同的第二半径处具有半功率点的第二电场的导电环。一些实施例可以包括一种构造，其中第一电场或第二电场可以对于可被构造为与电子设备交互的场的一部分是基本上球面的。一些实施例可以包括一种构造，其中尖端可以通过带螺纹的连接从主体可移除。
一些实施例可以包括一种构造，其中球状物具有朝主体延伸并且可以与信号发生器电连通的根部。一些实施例可以包括一种构造，其中涂层可以由可利用包覆模制工艺形成的聚合物材料形成。
一些实施例可以包括一种构造，其中涂层包括由第一聚合物材料形成的第一***(shot)，以及由第二聚合物材料形成的第二外射。一些实施例可以包括一种构造，其中第二聚合物材料可以比第一聚合物材料软。在一些实施例中，第一***包括纤维增强的聚合物材料，并且第二外射的第二聚合物材料可以基本上不含纤维。
一些实施例可以包括一种构造，其中主体可以由中空管形成。信号发生器可以部署在管内并可操作地耦合到球状物。在这些情况下，尖端和球状物被构造为经由带螺纹的连接从主体和驱动电路移除。
本文所述的实施例一般而言参考手持式用户输入设备，包括至少：主体；部署在主体的第一端部处并被构造为接收力的尖端；以及部署在主体内的力敏感结构，并且力敏感结构包括至少：具有相对于主体固定的第一边缘的第一悬臂式腿部、大致平行于第一悬臂式腿部并具有相对于主体固定的第二边缘的第二悬臂式腿部，以及在第一悬臂式腿部和第二悬臂式腿部之间延伸并连接其的侧向床。应变敏感元件可以附连到第一悬臂式腿部。第一悬臂式腿部可被构造为响应于由尖端接收到的力而偏转。
一些实施例可以包括一种构造，其中尖端可以机械耦合到侧向床。在一些情况下，机械耦合是由部署在尖端和侧向床之间的刚性信号导管提供的。一些实施例可以包括一种构造，其中第二悬臂式腿部可被 构造为响应于由尖端接收到的力而偏转。一些实施例可以包括一种构造，其中第一悬臂式腿部可被构造为响应于由尖端接收到的力而沿蛇形曲线偏转。一些实施例还可以包括至少两个或更多个附连到第一悬臂式腿部的表面的应变敏感元件，其中一个或多个应变敏感元件响应于力而被置于拉伸应变中，并且一个或多个其它应变敏感元件响应于力而被置于压缩应变中。
一些实施例还可以至少包括操作地耦合到该两个或更多个应变敏感元件并被构造为基于由于尖端上的力而产生的拉伸应变和压缩应变之间的差产生输出的传感器电路。
一些实施例可以包括一种构造，其中传感器电路的至少一部分可以部署在第一悬臂式腿部和侧向床之间，并且传感器电路可以相对于第二悬臂式腿部固定。一些实施例可以包括一种构造，其中尖端通过力敏感结构向主体发送力。一些实施例可以包括一种构造，其中第一悬臂式腿部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管构件，并且管构件可以部署在主体内并附连到主体。
本文所述的实施例一般而言参考触控笔，至少包括主体、部署在主体的第一端部处并被构造为接收力的尖端、位于主体内并操作地耦合到尖端以便传送在尖端处接收到的力的中间构件，以及部署在主体内并且包括具有相对于主体固定的相应边缘的至少两个腿部的力敏感结构、在两个腿部之间延伸并操作地耦合到中间构件的侧构件，以及附连到两条腿部中的第一腿部的应变敏感元件，其中第一腿部可被构造为响应于在尖端处接收到的力而偏转。
一些实施例还可以包括至少部署在主体内的套筒，并且其中两个腿部焊接到套筒的内表面。一些实施例可以包括一种构造，其中两个腿部从侧构件的相对侧延伸。
一些实施例还可以至少包括附连到第一腿部的表面的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力而被置于拉伸应变中，并且一个或多个其它应变敏感元件响应于力而被置于压缩应变中。本文所述的实施例一般而言参考触控笔，至少包括：主体； 位于主体的第一端部处但不相对于主体的第一端部固定并被构造为接收力的尖端；位于主体内的力敏感结构，力敏感结构至少包括：至少包括横穿主体的轴定位的第一悬臂式腿部和侧向床的箱形结构、在第一和第二悬臂式腿部之间延伸的第二悬臂式腿部。在这些实施例中，第二悬臂式腿部可被构造为响应于力而相对于主体移位。
一些实施例可以包括一种构造，其中箱形结构还包括由位于主体内的套筒的一部分形成的侧，该侧可以相对于主体固定，并且第二侧可被构造为响应于力而相对于沿主体的轴的侧移位。一些实施例可以包括一种构造，其中第一侧和第二侧被构造为响应于力而偏转。在许多情况下，第二侧被偏转成蛇形轮廓。
一些实施例针对基本上如本文描述的触控笔。一些实施例针对基本上如本文描述的电子设备。一些实施例针对操作如本文所述的触控笔和电子设备的方法。一些实施例针对在触控笔和电子设备之间通信的方法。一些实施例针对在电子设备的输入表面上定位触控笔的方法。一些实施例针对估计是进入还是退出由触控笔执行的低功率状态的方法。一些实施例针对估计触控笔相对于电子设备的输入表面的角位置的方法。
一些实施例针对测量由触控笔施加到电子设备的输入表面的力的方法。一些实施例针对由触控笔执行的、测量由触控笔施加到电子设备的输入表面的力的方法。一些实施例针对由电子设备执行的、测量由触控笔施加到电子设备的输入表面的力的方法。一些实施例针对经由带螺纹的连接可移除的、用于触控笔的鼻状物。一些实施例针对用于触控笔的鼻状物，该鼻状物包括在该鼻状物尖端处的球状电场发生器。一些实施例针对鼻状物，其中球状电场发生器是弹簧顶针。一些实施例针对用于触控笔的主控制板，该主控制板是由在彼此之上折叠两个或更多个电路板形成的，诸如本文所描述的。一些实施例针对用于触控笔的盲端帽。一些实施例针对盲端帽，还包括压力释放通风孔。一些实施例针对盲端帽，还包括被构造为吸引从触控笔延伸的插头的永久磁体。
本文所述的实施例一般而言参考一种用于向电子设备的输入表面提供用户输入的触控笔。触控笔包括：主体；尖端组件，相对于主体的端部定位并被构造为接触输入表面。该尖端组件包括：第一电场发生器，被构造为产生指示尖端组件和输入表面之间的接触点的第一电场；及第二电场发生器，从第一电场发生器偏移并与主体的中轴对齐，第二电场发生器被构造为产生指示主体相对于输入表面的角度的第二电场。触控笔还包括力敏感结构，部署在主体内并且支撑尖端组件，力敏感结构包括被构造为确定由尖端组件施加到输入表面的力的力传感器。
在一些实施例中，第一电场发生器具有与中轴对齐并且由导电材料形成的圆形端部；及第二电场发生器具有圆柱形形状并且沿着中轴从第一电场发生器偏移。
在一些实施例中，触控笔还包括在第一电场发生器和第二电场发生器之间定位的接地环。
在一些实施例中，触控笔还包括至少部分地由力敏感结构支撑的刚性信号导管，该刚性信号导管包括：第一信号线，电耦合到第一电场发生器；及第二信号线，电耦合到第二电场发生器。
在一些实施例中，第二电场发生器在刚性信号导管的外表面上形成。
在一些实施例中，尖端组件被构造为当尖端组件接触输入表面时沿着中轴相对于主体移置。
在一些实施例中，力敏感结构包括耦合到主体并被构造为响应于尖端组件的移置而弯曲的悬臂式腿部。
在一些实施例中，力传感器是应变传感器；及应变传感器耦合到悬臂式腿部并被构造为响应于悬臂式腿部的弯曲而变形。
在一些实施例中，悬臂式腿部是第一悬臂式腿部；力敏感结构还包括通过基座部分连接到第一悬臂式腿部的第二悬臂式腿部。基座部分平行于中轴并被构造为响应于尖端组件的移置而沿着中轴移位。
在一些实施例中，触控笔还包括：管状屏蔽，至少部分地封住刚 性信号导管并且包括耦合到力敏感结构的基座部分的托盘区段；及控制板，部署在管状屏蔽的托盘区段内，该控制板电耦合到第一信号线、第二信号线或力传感器当中的至少一个。
在一些实施例中，当尖端组件接触输入表面时：输入表面和第一电场之间的第一交叉具有第一基本圆形区域；及输入表面和第二电场之间的第二交叉具有第二基本圆形区域。
一些实施例一般而言参考一种触控笔。该触控笔包括：圆管，定义开口；及笔尖，与开口相邻定位；尖端场发生器，在笔尖内并被构造为产生第一电场；环形场发生器，在圆管内定位并被构造为产生从第一电场偏移的第二电场；及力敏感结构，部署在圆管内并耦合到笔尖。
在一些实施例中，尖端场发生器包括被构造为电耦合到信号线的弹簧顶针，其中信号线是通过与圆管的纵轴对齐的刚性信号导管定义的。
在一些实施例中，环形场发生器在刚性信号导管的外表面上形成；及信号线延伸通过环形场发生器。
在一些实施例中，笔尖被构造为响应于施加的力而至少部分地沿着纵轴相对于圆管运动；及响应于笔尖的运动，力敏感结构被构造为产生与所施加的力对应的信号。
一些实施例一般而言参考一种用于电子设备的输入设备。该输入设备包括：主体；鼻状物，能够移动地耦合到主体并被构造为响应于施加的力而相对于主体移位；力传感器，在主体内定位并被构造为检测鼻状物相对于主体的移位；第一电场发生器，在鼻状物内定位并被构造为产生第一电场；及第二电场发生器，在主体中定位并被构造为产生第二电场。
在一些实施例中，该输入设备还包括电耦合到力传感器、第一电场发生器和第二电场发生器的控制板，该控制板至少部分地在耦合到力传感器的电磁屏蔽内定位。
在一些实施例中，第一电场发生器包括：球状端部，在鼻状物内 定位；及根端部，与球状端部相对并且相对于主体向内定向。
在一些实施例中，第一电场发生器的根端部包括弹簧顶针；及鼻状物包括保护性涂层包覆模制的所述球状端部。
在一些实施例中，第二电场发生器具有中空的形状；及弹簧顶针被构造为电耦合到延伸通过第二电场发生器的被屏蔽的信号线。
附图说明
现在将参考在附图中示出的代表性实施例。应当理解，下面的描述并不意在将实施例限定到一个优选实施例。相反，它意在覆盖可以包括在如由所附权利要求定义的所述实施例的精神和范围内的备选方案、修改和等同物。
图1A绘出了具有被构造为从触控笔接收输入的触摸敏感显示器(“输入表面”)的电子设备。
图1B绘出了图1A的触控笔，与电子设备的输入表面垂直定向。
图1C绘出了图1A的电子设备和触控笔的顶视图，具体而言示出相对于输入表面的平面以一角度，尤其是触控笔相对于输入表面的平面的水平轴的方位角，定向的触控笔。
图1D绘出了图1A和1C的电子设备和触控笔的侧视图，具体而言示出了触控笔相对于电子设备的输入表面的平面的极角。
图2A绘出了包括触控笔和电子设备的用户输入***的简化框图。
图2B绘出了图2A的用户输入***的触控笔的简化框图。
图2C绘出了图2A的用户输入***的电子设备的简化框图并且可被构造为从图2B的触控笔接收输入。
图2D绘出了图2B的触控笔的协调引擎的简化框图。
图2E绘出了处理单元和图2B的触控笔的无线接口的简化框图。
图2F绘出了图2B的触控笔的电源子***的简化框图。
图3A绘出了诸如本文所述的触控笔(例如，在图1A-1D中绘出的用户输入***的触控笔，具有在图2D-2F中绘出的子***的触控笔等)的各种部件和子***的分解图。
图3B绘出了组装好的图3A的触控笔，具体而言示出了处于就绪状态的触控笔，在就绪状态中，在缺少作用于尖端上的反作用力的情况下间隙隔开触控笔的尖端和主体。
图3C绘出了图3B的触控笔，具体而言示出了处于输入状态的触控笔，在输入状态中，当触控笔压靠在诸如图1A-1C中所绘出的电子设备的显示器的表面上时，由于作用于尖端上的反作用力，间隙部分或完全地闭合。
图3D绘出了被组装好的图3A的触控笔，在虚像中给出触控笔的圆管、笔尖和盲端帽，同时部分透明地绘出触控笔的内部底架。
图3E绘出了图3D的组装好的触控笔的尖端端部的详细视图。
图3F绘出了图3D的组装好的触控笔的圆管区段的详细视图。
图3G绘出了图3D的组装好的触控笔的端部区段的详细视图。
图4A绘出了诸如本文所述的触控笔的协调引擎的侧视图，示出了支持触控笔的尖端的力敏感结构，并且尤其是示出了处于一般而言特征在于没有作用于尖端上的反作用力的标称状态的力敏感结构。
图4B绘出了图4A的协调引擎的侧视图，示出了处于一般而言特征在于当触控笔压靠在诸如图1A-1C中所绘出的电子设备的显示器的表面上时存在作用于尖端上的反作用力的偏转状态的力敏感结构和尖端。
图4C绘出了图4A的协调引擎的侧视图，尤其是示出了另一个力敏感结构的偏转状态。
图4D绘出了沿线A-A截取的图4A的协调引擎的横截面图，尤其是示出了触控笔的尖端与力敏感结构之间的机械耦合的例子。
图4E绘出了处于标称状态的一个示例力敏感结构的侧视图。
图4F绘出了处于标称状态的另一个力敏感结构的侧视图。
图4G绘出了处于标称状态的还有另一个力敏感结构的侧视图。
图4H绘出了处于标称状态的另一个示例力敏感结构的侧视图。
图4I绘出了处于标称状态的另一个力敏感结构的侧视图。
图4J绘出了处于标称状态的还有另一个力敏感结构的侧视图。
图4K示出了沿B-B线看到的图4A的力敏感结构的后视图，尤其是示出了耦合到力敏感结构的应变响应元件的分布。
图4L绘出了处于标称状态的另一个力敏感结构的后视图，尤其是示出了耦合到力敏感结构的应变响应元件的示例分布。
图4M绘出了处于标称状态的还有另一个力敏感结构的后视图，尤其是示出了耦合到力敏感结构的应变响应元件的示例分布。
图5A绘出了触控笔的协调引擎的侧组装图，尤其是示出了部署在管状和刚性电磁屏蔽的中空部分内的信号导管。
图5B绘出了图5A的协调引擎的组装图，尤其是示出了可从图5A的协调引擎的偏移点源在不同的场强下生成的电场。
图5C绘出了图5B的协调引擎，尤其是示出了可从图5A的协调引擎的偏移点源在相似的场强下生成的电场。
图5D绘出了通过线C-C截取的图5B的协调引擎的横截面图，尤其是示出了部署在管状和刚性电磁屏蔽的中空部分内的信号导管。
图5E绘出了沿线D-D截取的图5D的信号导管的横截面图，示出了部署在信号管道内的电路板和信号线。
图5F绘出了沿线E-E看到的图5D的信号导管的横截面图，示出了部署在信号导管内的电路板和信号线。
图5G绘出了与电子设备的输入表面垂直定向的触控笔的侧视图和顶视图，触控笔被构造为从触控笔的尖端端部生成具有不同量值的尖端场和环形场，每个场与输入表面的平面交叉并且定义尖端场交叉区域和环形场交叉区域。
图5H绘出了图5G的触控笔的侧视图和顶视图，尤其是示出了当触控笔相对于电子设备的输入表面的平面以一角度定向时尖端场交叉区域与环形场交叉区域的相对位置。
图5I绘出了图5G的触控笔的侧视图和顶视图，尤其是示出了当触控笔相对于电子设备的输入表面的平面以不同角度定向时尖端场交叉区域与环形场交叉区域的相对位置。
图5J绘出了图5G的触控笔的侧视图和顶视图，尤其是示出了 触控笔相对于电子设备的输入表面的平面的方位角和极角。
图5K绘出了触控笔从触控笔的尖端端部生成尖端场和环形场的侧视图，每个场与电子设备的输入表面交叉，尤其是示出了当触控笔相对于电子设备的输入表面的平面垂直定向时尖端场交叉区域与环形场交叉区域的相对位置。
图5L绘出了图5K的触控笔，尤其是示出了当触控笔相对于电子设备的输入表面的平面以一角度定向时尖端场交叉区域与环形场交叉区域的相对位置。
图5M绘出了图5K的触控笔，尤其是示出了当触控笔相对于电子设备的输入表面的平面以不同角度定向时尖端场交叉区域与环形场交叉区域的相对位置。
图5N绘出了图5K的触控笔，尤其是示出了当触控笔以几乎平行于电子设备的输入表面的平面的角度定向时尖端场交叉区域与环形场交叉区域的相对位置。
图6A绘出了触控笔的鼻状物的横截面，具体而言是绘出了在鼻状物内集成的尖端场发生器的一个例子。
图6B绘出了触控笔的鼻状物的横截面，具体而言是绘出了在鼻状物内集成的尖端场发生器的另一个例子。
图6C绘出了触控笔的鼻状物的横截面，具体而言是绘出了在鼻状物内集成的尖端场发生器和环形场发生器。
图6D绘出了图6C的鼻状物，没有接地信号线。
图6E绘出了图6C的鼻状物，没有尖端信号线或环形信号线。
图6F绘出了触控笔的鼻状物的横截面，具体而言是绘出了在鼻状物内集成的尖端场发生器的另一个例子。
图6G绘出了触控笔的鼻状物的横截面，具体而言是绘出了在鼻状物内集成的尖端场发生器的另一个例子。
图7绘出了触控笔的鼻状物的横截面，具体而言是示出了由部署在触控笔的主体内的协调引擎的力敏感结构支撑的鼻状物。
图8A绘出了可被折叠以便在薄的形状因子的触控笔中被接纳的 控制器板套件的平面图。
图8B绘出了沿线F-F看到的图8A的柔性电路的侧视图，具体而言是示出了被构造为在折叠时将柔性电路耦合到触控笔内的底架的两轴支座的放置。
图8C绘出了沿线F-F看到的图8A的柔性电路的侧视图，具体而言是示出了被构造为在折叠时将柔性电路耦合到触控笔内的底架的表面安装支座的放置。
图9A绘出了触控笔的电源连接器和用于在不使用时隐藏电源连接器的盲端帽。
图9B绘出了在通过线G-G的横截面中示出的图9A的电源连接器和盲端帽，具体而言是示出了将盲端帽吸引到电源连接器的磁体的构造。
图9C绘出了另一示例电源连接器和盲端帽，具体而言是示出了将盲端帽吸引到电源连接器的另一磁性构造。
图9D绘出了还有另一示例电源连接器和盲端帽，具体而言是示出了将盲端帽吸引到电源连接器的另一磁性构造。
图10A绘出了触控笔的电源连接器和用于在不使用时隐藏电源连接器的盲端帽的横截面，尤其是示出了盲端帽内被构造为与电源连接器的棘爪接合的片弹簧(leafspring)的构造。
图10B绘出了图10A的横截面，尤其是示出了与电源连接器的棘爪接合的盲端帽的片弹簧。
图10C绘出了电源连接器和盲端帽的横截面，尤其是示出了盲端帽内的片弹簧的可替代构造。
图10D绘出了用于隐藏触控笔的电源连接器的盲端帽，尤其是示出了盲端帽内被构造为与电源连接器的棘爪接合的钩子弹簧构造。
图10E绘出了通过线H-H截取的图10D的盲端帽的横截面。
图10F绘出了图10E的横截面，具体而言是示出了与电源连接器的棘爪接合的钩子弹簧。
图10G绘出了结合被构造为与电源连接器的棘爪接合的一个或 多个钩子弹簧的盲端帽的另一示例横截面。
图10H绘出了结合被构造为与电源连接器的棘爪接合的一个或多个钩子弹簧的盲端帽的还有另一示例横截面。
图11A绘出了结合耦合到电子设备的电源连接器的触控笔。
图11B绘出了图11A的触控笔和电子设备，具体而言是示出了电源连接器的柔性。
图11C绘出了结合耦合到充电座的图11A的电源连接器的触控笔。
图11D绘出了结合耦合到充电线的图11A的电源连接器的触控笔。
图11E绘出了结合被构造为电耦合到电子设备的外表面的电源连接器的触控笔。
图11F绘出了处于配对构造的图11E的触控笔和电子设备。
图12是一个流程图，绘出了定位和估计触摸电子设备的输入表面的触控笔的角位置的过程的操作。
图13是一个流程图，绘出了估计由触控笔施加到电子设备的输入表面的力的过程的操作。
图14是一个流程图，绘出了制造本文所述的触控笔的过程的操作。
图15是一个流程图，绘出了退出触控笔的低功率模式的过程的操作。
图16是一个流程图，绘出了进入触控笔的低功率模式的过程的操作。
图17是一个流程图，绘出了通知用户给触控笔充电的过程的操作。
图18是一个流程图，绘出了利用电子设备给触控笔充电的过程的操作。
图19是一个流程图，绘出了通知用户触控笔已充好电的过程的操作。
图20是一个流程图，绘出了以触摸输入模式或触控笔输入模式中任意一个操作电子设备的过程的操作。
图21是一个流程图，绘出了以触摸输入模式或触控笔输入模式二者操作电子设备的过程的操作。
图22是一个流程图，绘出了当在输入表面上定位触控笔时补偿倾斜引起的偏移的过程的操作。
图23是一个流程图，绘出了制造结合压力通风孔的盲端帽的过程的操作。
图24是一个流程图，绘出了以多于一种模式操作用户输入***的过程的操作。
相同或相似的参考标号在不同附图中的使用指示相似、相关或相同的项。
附图中交叉影线或阴影的使用一般是为了阐明相邻元件之间的边界以及促进附图的易读性而提供的。因而，交叉影线或阴影的存在或不存在都不传递或指示对特定材料、材料特性、元件比例、元件维度、类似示出的元件的共性或者用于附图中所示任何元件的任何其它特点、属性和特性的任何偏好或要求。
此外，应当理解，各种特征和元件(以及它们的集合和分组)的比例和维度(相对的或绝对的)以及其间给出的边界、分隔和位置关系在附图中的提供仅仅是为了促进对本文所述各种实施例的理解，并且因而可以不必按比例呈现或示出，并且不意在指示所示实施例对排除参考其进行描述的实施例的任何偏好或要求。
具体实施方式
对相关申请的交叉引用
本申请是于2015年9月8日提交且标题为“Stylus For Electronic Devices”的美国临时专利申请No.62/215,620和于2016年3月17日提交且标题为“Stylus ForElectronic Devices”的美国临时专利申请No.62/309,816的非临时专利申请并且要求其权益，这二 者的公开内容整体上被结合于此。
本文描述的实施例一般而言参考被构造为向电子设备(例如，平板计算机、膝上型计算机、台式计算机等)提供输入的触控笔(例如，标记工具、智能笔、智能刷、棒、凿、用户操纵的电子输入设备、手持式输入设备等)。用户操纵触控笔相对于电子设备的输入表面的朝向和位置，以便向电子设备传递信息，诸如但不限于书写、绘制、滚动、游戏、选择用户界面元素、移动用户界面元素等。在许多实施例中，电子设备的输入表面是多点触摸显示屏幕，但这不是必需的；在其它实施例中，输入表面可以是非显示输入表面，诸如触控板或绘图板。触控笔和电子设备在本文中被统称为“用户输入***”。
本文所述的用户输入***可被用来从触控笔捕获自由形式的用户输入。例如，用户可以滑动、移动、绘制或拖动触控笔的尖端跨越电子设备的输入表面，作为响应，电子设备可以利用在输入表面下方定位的显示器呈现线条。在这个例子中，所呈现的线条遵循或对应于触控笔跨输入表面的路径。所呈现的线条的粗细可以至少部分地基于用户跨输入表面移动触控笔所用的力或速度而变化。在其它情况下，所呈现的线条的粗细可以至少部分地基于触控笔相对于输入表面的角度而变化，诸如但不限于，触控笔相对于输入表面的平面的倾斜度、触控笔相对于横穿输入表面的水平书写线条的书写角度等。在其它例子中，触控笔和电子设备可被一起用于任何其它合适的输入目的。
广义地和一般地，本文所述的用户输入***确定和/或估计触控笔的一个或多个输出(和/或触控笔中作为标量或矢量的量的随时间的改变)，以解释用户对其的操纵，作为到电子设备的输入。例如，用户输入***可以估计：由用户的抓握对触控笔所施加的力的量值(例如，作为标量或矢量量的量值的非二元估计)；由触控笔向电子设备的输入表面施加的力的量值(例如，作为标量或矢量量的量值的非二元估计)；触控笔的尖端在其或在其上方触摸电子设备的输入表面的位置或区域；触控笔的尖端的位置与也接触输入表面的用户的手掌、手腕或其它手指之间的距离；触控笔相对于输入表面的平面的极 角(例如，触控笔的倾斜度)；触控笔相对于输入表面的轴的方位角；触控笔相对于输入表面的平面的角位置的矢量或标量表示；沿触控笔的长度一个或多个点的相对于输入表面的三维坐标(例如，球面、笛卡尔等)；等等。在许多实施例中，用户输入***随着时间的推移监视这种变化，以估计其中的变化率，作为标量或矢量量(例如，速度、加速度等)。
将触控笔的二维位置坐标估计或确定为在输入表面的平面内或平行于其的点(或区域)的操作一般在本文被称为“定位”触控笔，不管这种操作由电子设备执行、由触控笔执行和/或至少部分地作为电子设备与触控笔之间(或者与一个或多个其它电子设备)的合作的结果被执行。在许多实施例中，这种操作涉及估计触控笔尖端相对于电子设备的输入表面的平面的原点的笛卡尔坐标，其中所述原点诸如部署在电子设备的触摸敏感显示器上方的盖玻璃的外表面的左下角。在其它例子中，这种操作涉及估计触控笔的尖端触摸的输入表面的二维区域或区。笛卡尔坐标(和/或与区域关联的坐标的集合)可以是相对于由平行于输入表面本身或与其关联的平面定义的原点(例如，局部笛卡尔坐标系)。在一个例子中，原点可以位于矩形输入表面的右上角。触控笔的位置可以以任何合适的方式或格式来表示，诸如利用矢量或标量量。
估计触控笔相对于输入表面的平面的朝向的操作在本文一般被称为估计触控笔的“角位置”，不管这种操作由电子设备执行、由触控笔执行和/或至少部分地作为电子设备和触控笔之间(或者与一个或多个其它电子设备)的合作的结果被执行。在许多实施例中，估计触控笔的角位置的操作涉及估计描述触控笔相对于输入表面的平面的纵轴的朝向的球面坐标。在其它情况下，估计触控笔的角位置涉及估计沿触控笔的纵轴的一个或多个参考点的(一个或多个)三维笛卡尔坐标。可以认识到的是，用于确定触控笔相对于输入表面的平面的角位置的任何数量的特定于实现方式且合适的方法可以在其它实施例中被采用，并且，关于触控笔的位置，触控笔的角位置可以以任何合适的 方式或格式来表示，诸如利用一个或多个矢量或标量量。
在一些实施例中，触控笔相对于输入表面的平面和极点(zenith)的极角和方位角可以被估计。极角可以作为触控笔相对于与输入表面的平面垂直的矢量(例如，极点)的角度被计算，并且方位角可以作为触控笔相对于与输入表面的平面平行的矢量(例如，轴)的角度被计算。在这些例子中，触控笔的尖端在输入表面上的位置可以被认为是局部球面坐标系中定义触控笔的角位置的原点。
虽然定位和估计触控笔的角位置的操作在本文中一般是关于局部定义的笛卡尔坐标系和局部定义的球面坐标系来参考的，但是本领域技术人员将认识到，这种坐标系对于任何特定的实施例都不是必需的，并且其它坐标系，或多个坐标系的协作，可以在诸如本文所述的各种计算和操作的执行中被使用。在一些例子中，仿射变换或类似的计算或转换可以由电子设备或触控笔当中任一个或二者执行，以便从一个坐标系转移到另一个。
如上面所指出的，电子设备和/或触控笔可被构造为随着时间估计和/或监视触控笔的位置和角位置并且计算微分或积分量，诸如但不限于，加速度、速度、所施加的总的力、路径长度等。例如，当触控笔跨输入表面移动时估计触控笔相对于那个表面的速度和/或加速度的操作在本文一般被称为估计触控笔的“平面运动”，不管这种操作由电子设备执行、由触控笔执行和/或部分地作为电子设备和触控笔之间(或者与一个或多个其它电子设备)的合作的结果被执行。在许多实施例中，这个操作涉及估计触控笔随时间的相对运动以及更具体而言，触控笔的位置随时间的变化。在特定的时间段内触控笔的位置变化可被用来估计在那个时间段期间触控笔的速度。类似地，在特定时间段内触控笔的速度变化可被用来估计在那个时间段内触控笔的加速度。
在触控笔跨输入表面的平面移动时估计触控笔相对于该平面的角速度和/或加速度的操作在本文一般被称为估计触控笔的“角运动”，不管这种操作由电子设备执行、由触控笔执行和/或部分地作为电子 设备和触控笔之间(或者与一个或多个其它电子设备)的合作的结果被执行。在许多实施例中，这个操作涉及估计触控笔的极角和方位角随时间的变化。在特定时间段内触控笔的极角的变化是触控笔在那个时间段期间的极角角速度。在特定时间段内触控笔的方位角变化是触控笔在那个时间段期间的方位角角速度。在这些实施例中，在特定时间段内极角角速度或方位角角速度的变化在本文一般分别被称为极角角加速度和方位角角加速度。
在许多实施例中，由触控笔向输入表面施加的力可以被估计、测量、计算或以其它方式确切地或近似地计算。如本文所使用的，术语“力”是指力估计、确定和/或计算，其可以对应于特性或特点，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的量的其它效果。
估计由触控笔施加到输入表面的力的操作在本文一般被称为估计“所施加的力”，不管这种操作由电子设备执行、由触控笔执行和/或部分地作为电子设备和触控笔之间(或者与一个或多个其它电子设备)的合作的结果被执行。更广义地说，该操作涉及估计由触控笔的顶端施加并且在触控笔的尖端和输入表面之间的力的量值，依赖于或独立于那个力的朝向或方向。在许多实施例中，由触控笔的尖端向输入表面施加的力是由触控笔本身估计的。例如，触控笔中的力敏感结构可以通过分解或测量在触控笔向输入表面施加力时由触控笔经受的“反作用力”来估计所施加的力。该反作用力等于由触控笔向输入表面施加的力并且相反，并且因此触控笔对反作用力的测量对应于施加到输入表面的力的测量。
在其它情况下，电子设备可以直接测量所施加的力。在这种例子中，可以不要求触控笔确定或估计反作用力。
在更进一步的实施例中，所施加的力和反作用力二者都可被估计和/或确定。例如，除了对反作用力的估计，用户输入***还可以获得所施加的力的估计。用户输入***可以选择并使用两个测量中的一个或两个，或者在其它情况下，用户输入***可以以适当的方式(例 如，平均值)组合两个测量。
这些和其它实施例在下面参考图1A-24进行讨论。但是，本领域技术人员将容易认识到，本文关于这些附图给出的详细描述仅仅是为了解释的目的并且不应当被解释为限制。贯穿说明书出现的章节标题仅仅是为了方便和组织目的而提供的并且不是意在将任何特定章节中的公开内容约束或限制到在那个章节中描述的实施例、修改、备选方案、细节、特征和/或特点。
结合触控笔的用户输入***
一般地和广泛地说，图1A-1D参考包括电子设备102和触控笔104的用户输入***100。用户106操纵触控笔104相对于电子设备102的输入表面108的朝向和位置，以便将信息传递给电子设备102。用户输入***100可被构造为执行或协调多个操作，诸如但不限于，定位触控笔104、估计触控笔104的角位置、估计由触控笔104向输入表面108施加的力的量值等。
用户输入***100可以同时或在不同时间执行这些和其它操作。在一个非限制性例子中，确定触控笔104的位置的操作可以与确定触控笔104的角位置的操作同时执行，而估计由触控笔104施加到输入表面108的力的量值的操作只定期地执行和/或基于，在特定的时间给定电子设备102(或触控笔104)的特定操作模式，电子设备102是否被构造为接受来自触控笔的力输入而被执行。相对于这些和其它实施例提供了图1A-1D。
图1A绘出了包括电子设备102和触控笔104的用户输入***100。用户106跨电子设备102的输入表面108滑动触控笔104的尖端，以便与电子设备102的在置于输入表面108的下方或与输入表面108集成的显示器上给出或呈现的用户界面进行交互。
在其它情况下，电子设备102可以不包括显示器。例如，仅作为例子，电子设备102在图1A-1D中作为平板计算设备给出；可以设想其它的电子设备(具有或不具有置于输入表面108下方的显示器)。 例如，用户输入***100的电子设备可以被实现为***输入设备、跟踪板、绘图平板等等。
首先，参考触控笔104的某些物理和操作特性，例如如在图1A-1B中所示出的。触控笔104可以采取各种形式来促进用户106的使用和操纵。在所示出的例子中，触控笔104具有书写工具的一般形式，诸如钢笔或铅笔。在所示出的实施例中，触控笔104包括具有两个端部的圆柱形主体。在这个例子中，主体的两个端部分别利用锥形尖端和圆形端帽终止。锥形尖端和圆形端帽中的任一个或两者可以是可移除的、固定到主体、或者是主体的组成部分。用户106跨输入表面108滑动触控笔104的锥形尖端以向电子设备102传递信息。电子设备102可以以任何特定于实现方式和适当的方式解释用户对触控笔104的操纵。
触控笔104的圆柱形主体，或者更一般地“主体”或“圆管”可以由任何数量的合适材料形成。圆管在图1B中被识别为圆管104a。圆管104a可以由塑料、金属、陶瓷、复合材料、玻璃、蓝宝石、木材、皮革、合成材料、或任何其它材料或材料的组合形成。圆管104a可以形成用于触控笔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。圆管104a可以由可操作地连接在一起的一个或多个部件形成，诸如前件和后件或顶部翻盖和底部翻盖。可替代地，圆管104a可以由单件(例如，统一的主体或单体)形成。在许多实施例中，圆管104a由介电材料形成。
在一些实施例中，圆管104a可以被部分或完全地构造为光信号漫射器，以漫射红外信号或其它光信号，诸如从多色发光二极管发射的光。在其它情况下，圆管104a可以被完全或部分地构造为天线窗口，从而允许无线通信和/或允许电场穿过其中。
圆管104a可以由掺杂有被构造为向圆管104a提供选定的颜色、硬度、弹性、刚度、反射率、折射模式、纹理等的试剂的材料形成。在其它例子中，掺杂剂可以向圆管104a赋予其它特性，包括但不一定限于，导电性和/或绝缘特性、磁和/或抗磁特性、耐化学和/或反应特性、红外和/或紫外光吸收和/或反射特性、可见光吸收和/或反射特性、抗微生物和/或抗病毒特性、疏油和/或疏水特性、热吸收特性、防虫害特性、褪色和/或抗褪色特性、抗静电特性、液体暴露反应特性等。
圆管104a可以表现出恒定或可变的直径横截面；如所示出的，圆管104a的圆柱形横截面视图从锥形尖端到圆形端帽维持基本上恒定的直径。锥形尖端在图1B中被识别为尖端104b。圆形端帽在图1B中被识别为盲端帽104c。
在其它实施例中，圆管104a可以包括可变的横截面(例如，圆管104a的“轮廓”可以跨圆管104a的长度变化)。在一个例子中，圆管104a的直径可以在靠近尖端104b处比在盲端帽104c处小。在一些例子中，圆管104a的直径可以在尖端104b和盲端帽104c之间的圆管104a的中部向外凸出。在一些情况下，圆管104a的轮廓可以遵循数学函数，诸如凸点函数、高斯函数或阶梯函数。圆管104a可以包括一个或多个抓握特征部(未示出)，诸如浮凸或压印、紧密间隔的沟道、突起、凸部等。在一些情况下，把握特征部可以由与圆管104a不同的材料形成；(一个或多个)抓握特征部可以由表现出高摩擦的聚合物材料形成。
虽然被示为圆筒，但是圆管104a不需要在所有实施例中采取圆柱形形状。相应地，如本文所使用的，术语“直径”指可以连接二维形状的两个点的直线距离，无论该形状是圆形还是其它。例如，触控笔104可以包括具有在直径上变化或者在直径上恒定的n-边多边形横截面(例如，两端尖的椭圆型(vesica piscis)横截面、三角形横截面、正方形横截面、五边形截面等)的圆管104a。
在一些例子中，圆管104a的横截面视图是轴向对称的，但这不是必需的；根据本文所述的实施例的某些触控笔包括具有沿一个轴反射对称而沿另一个轴反射不对称的横截面的圆管104a。在更进一步的例子中，触控笔104的圆管104a可以形成为符合人体工程学的形状，包括构造为增强用户106的舒适性的沟槽、缩进和/或突起。在 一些情况下，圆管104a包括线性或非线性地朝尖端104b直径减小的锥形部分。
在许多情况下，圆管104a在圆管104a和尖端104b的界面处的直径可以基本上类似于尖端104b在那个位置处的直径。以这种方式，锥形尖端和圆管104a的外表面形成触控笔104的基本上连续的外表面。
在一些情况下，圆管104a可以定义诸如按钮、拨号盘、滑块、力垫、触摸垫、音频部件、触觉部件等的一个或多个输入/输出部件可以至少部分地驻留在其中的一个或多个小孔。小孔(以及相应地与其相关联的输入/输出部件)可以在尖端104b附近的圆管104a的下端部处被定义。以这种方式，输入/输出部件可以方便地位于靠近当用户106抓住触控笔104时可以在圆管104a上停留用户食指的地方。
如图1B中所示，指示器110可以部署在由圆管104a定义的另一个小孔中。在一个例子中，指示器110包括可变亮度的单色或多色发光二极管，其被照亮以向用户106传递信息，诸如(但不限于)触控笔104的当前操作模式、电子设备102的当前操作模式、和/或触控笔104的剩余电池寿命。在其它例子中，在电子设备102上操作的程序或应用的状态或操作模式通过指示器110被传递给用户106。指示器110可以以任何数量的合适的和特定于实现方式的方式被照亮。指示器110可以部署在漫射器或透镜的后面。在其它例子中，可以包括多于一个指示器。
触控笔104的盲端帽104c，或更一般地，“端帽”，可以被构造为向触控笔104的圆管104a提供装饰性端部。在一些情况下，盲端帽104c可以与圆管104a一体形成，但这不是所有实施例必需的。例如，在一些实施例中，盲端帽104c可以是可移除的。在一个这种例子中，盲端帽104c可以被构造为隐藏触控笔104的数据和/或电源连接器112。可以被盲端帽104c隐藏的数据和/或电源连接器112可以被构造为耦合到电子设备102(和/或另一个电子设备)的电源和/或数据端口114，以便于触控笔104内包含的电池的再充电。在其它 情况下，数据和/或电源连接器112可被用来经由电源和/或数据端口114在触控笔104和电子设备102之间交换数据。数据和/或电源连接器112可被构造为是柔性的，使得当连接到电源和/或数据端口114时，触控笔104可以抵抗和承受否则会损坏触控笔104和/或电子设备102的一定的力。
虽然数据和/或电源连接器112被示为多引脚、可逆的和标准化的数据和/或电源连接器，但是应该理解，这种连接器不是必需的。特别地，在一些实施例中，可以使用闪电(Lightning)连接器、通用串行总线连接器、火线(Firewire)连接器、串行连接器、雷电(Thunderbolt)连接器、耳机连接器或者任何其它合适的连接器。
如所示出的，数据和/或电源连接器112可以从圆管104a的端部向外延伸。但是，这不是所有实施例都必需的。例如，数据和/或电源连接器112可被实现为部署在圆管104a的表面上的一系列电触点。在一个例子中，这一系列电触点部署在圆管104a的平坦尖端表面上(例如，圆柱形形状的圆形端帽)。在这种实施例中，数据和/或电源连接器112可以在不使用时手动或自动地缩回到圆管104a中。在一些例子中，数据和/或电源连接器112可以连接到推-推机构。在这些实施例中，可以不需要盲端帽104c。在这些实施例中，数据和/或电源连接器112是被构造为与诸如电源和/或数据端口114的母插孔相配的公连接器。在其它情况下，数据和/或电源连接器112可以是构造为与公连接器相配的母插孔。在这些实施例中，盲端帽104c可以包括被构造为适配在数据和/或电源连接器112内的延伸部分。延伸部分可以包括一个或多个磁体来吸引数据和/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可以包括一个或多个棘爪，统一地被标记为棘爪112a，其可以帮助促进保持电子设备102的电源和/或数据端口114内的数据和/或电源连接器112。此外，棘爪112a可以帮助促进盲端帽104c的保持，诸如下面参考图9A-9D所描述的。在其它实施例中，可以不需要棘爪。
在一些情况下，盲端帽104c包括用于将触控笔104附连到用户的口袋或任何其它合适的存储位置的夹子(未示出)。盲端帽104c可以包括被构造为耦合到挂绳或系链的通孔。挂绳或系链也可被构造为耦合到电子设备102。
盲端帽104c可以由任何合适的材料形成，诸如但不限于，金属、塑料、玻璃、陶瓷、蓝宝石等或其组合。在许多情况下，盲端帽104c由与圆管104a相同的材料形成，但这不是必需的。在一些实施例中，盲端帽104c可以被完全或部分地构造为信号漫射器，以漫射红外信号或其它光信号，诸如多色发光二极管。在其它情况下，盲端帽104c可以被完全或部分地构造为天线窗口，从而允许无线通信和/或允许电场穿过其中。
在一些实施例中，盲端帽104c可以包括一个或多个压力通风孔，一般地标记为压力通风孔116。当盲端帽104c被应用到触控笔104的数据和/或电源连接器112之上时，压力通风孔116可以提供压力归一化的路径。在其它情况下，压力通风孔116可被构造为防止和/或减轻在一些情况下会将盲端帽104c从触控笔104的圆管104a中弹出的压差的形成。压力通风孔116可以包括调节和/或以其它方式控制气流的阀。
如所示出的，盲端帽104c终止于圆形端部，但这不是所有实施例必需的。在一些实施例中，盲端帽104c作为平面终止。在其它实施例中，盲端帽104c以另一种合适的形状终止。
盲端帽104c可以表现出恒定或可变直径的横截面。在许多实施例中，诸如所示出的实施例，盲端帽104c的横截面视图与其中圆管104a和盲端帽104c对接的地方的圆管104a的横截面视图相匹配。
在其它实施例中，盲端帽104c可以包括可变的横截面。在一个例子中，盲端帽104c的直径可以在靠近盲端帽104c的端部处比在盲端帽104c的构造为连接到圆管104a的部分处小。在一些例子中，盲端帽104c的直径可以类似于铅笔的橡皮。在一些情况下，盲端帽104c的轮廓可以遵循数学函数，诸如凸点函数、高斯函数或阶梯函 数。盲端帽104c可以包括抓握特征部，诸如浮凸或压印、紧密间隔的沟道、突起、凸部等。在一些情况下，抓握特征部可以由与盲端帽104c不同的材料形成；抓握特征部可以由表现出高摩擦的聚合物材料形成。
盲端帽104c可被构造为可移除地附连到圆管104a。在一种实施例中，盲端帽104c带有螺纹，使得盲端帽104c旋拧到圆管104a内对应的螺纹中。在其它情况下，盲端帽104c包括被构造为与圆管104a内的一个或多个对应的凹部和/或棘爪和/或与盲端帽104c可以隐藏的连接器对准的一个或多个棘爪和/或凹部。在其它情况下，盲端帽104c与圆管104a过盈配合或卡扣配合到圆管104a。在更进一步的情况下，盲端帽104c被磁性吸引到圆管104a的一部分和/或盲端帽104c可以隐藏的连接器。
在一些情况下，盲端帽104c可被构造为输入部件。例如，触控笔104可以在盲端帽104c被附连时在第一模式下操作，并且在盲端帽104c被移除时在第二模式下操作。类似地，当盲端帽104c被旋转到第一角度时，触控笔104在第一模式下操作，而当盲端帽104c被旋转到第二角度时，触控笔104在第二模式下操作。电子设备102也可被构造为在与触控笔104的盲端帽104c的角位置相关的模式下操作。在其它情况下，触控笔104和/或电子设备102可以监视盲端帽104c的旋转角度作为旋转输入。在其它情况下，盲端帽104c可以机械地耦合到开关，使得按压盲端帽104c向触控笔104和/或电子设备102发出命令或指令。
触控笔104的尖端104b，或者更一般地说是“尖端”，可被构造为接触电子设备102的输入表面108，以便于用户106和电子设备102之间的交互。类似于钢笔，尖端104b可以汇聚到一点，使得用户106可以以熟悉的形状因子精确地控制触控笔104。在一些例子中，尖端104b可以是钝的或圆形的，而不是尖的，或者可以采用可旋转或固定的球的形式。
在许多实施例中，尖端104b由比输入表面108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、导电或介电泡沫、或任何其它合适的材料或材料的组合形成。以这种方式，跨输入表面108的尖端104b的绘制不会引起对输入表面108或应用到输入表面108的层的损坏，该层诸如但不限于，抗反射涂层、疏油涂层、疏水涂层、装饰性涂层、油墨层等。
就像对于圆管104a，尖端104b可以由掺杂有被构造为向尖端104b提供选定的颜色、硬度、弹性、刚度、反射率、折射模式、纹理等的试剂的材料形成。在其它实施例中，掺杂剂可以向尖端104b赋予其它特性，包括但不一定限于，导电性和/或绝缘特性、磁和/或抗磁特性、耐化学和/或反应特性、红外和/或紫外光吸收和/或反射特性、可见光吸收和/或反射特性、抗微生物和/或抗病毒特性、疏油和/或疏水特性、热吸收特性、防虫害特性、褪色和/或抗褪色特性、抗静电特性、液体暴露反应特性等。
在许多情况下，尖端104b由与圆管104a相同的材料形成，但这不是必需的。在一些实施例中，尖端104b可以被完全或部分地构造为信号漫射器，以漫射红外信号或其它光信号，诸如多色发光二极管。在其它情况下，尖端104b可以被完全或部分地构造为天线窗口，从而允许无线通信和/或允许电场穿过其中。
尖端104b可以具有线性减小的直径。在许多实施例中，诸如示出的实施例，尖端104b的横截面视图与其中圆管104a和尖端104b对接的地方处的圆管104a的横截面视图相匹配，线性减小，直至终止点。在其它例子中，尖端104b的横截面视图可以在终止点处终止之前减小和/或增加。在一些情况下，尖端104b的轮廓可以遵循数学函数，诸如凸点函数、高斯函数或阶梯函数。尖端104b可以包括抓握特征部，诸如浮凸或压印、紧密间隔的沟道、突起，凸部等。在一些情况下，抓握特征部可以由与尖端104b不同的材料形成；抓握特征部可以由表现出高摩擦的聚合物材料形成。
尖端104b可以被构造为可移除地附连到圆管104a。在一个实施例中，尖端104b带有螺纹，使得尖端104b旋拧到圆管104a内对应 的螺纹中。在其它情况下，尖端104b包括被构造为与圆管104a内的一个或多个对应的凹部和/或棘爪对齐的一个或多个棘爪和/或凹部。在其它情况下，尖端104b被过盈配合或卡扣配合到圆管104a。在更进一步的情况下，尖端104b被磁性吸引到圆管104a的一部分。
被构造为从触控笔接收输入的电子设备
接下来，返回到图1A，参考电子设备102的某些物理和操作特点及其与在图1A 1B中绘出的触控笔104的互操作。
在一些实施例中，电子设备102基本上实时地定位和估计触控笔104的角位置。电子设备102可以在与和/或不与触控笔104通信的情况下执行这些操作。
在示出的实施例中，电子设备102被绘出为平板计算设备，但是这种形状因子不是所有实施例必需的(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、外设或集成的输入设备、手持式或电池供电的便携式电子设备、导航设备、可穿戴设备等。为了说明的简化，下面描述的图1A的电子设备102中的许多部件没有在图1A-1D中被标记或者没有在图1A-1D中绘出。
电子设备102包括外壳(例如，“壳体”)。壳体102a可以形成外表面(或部分外表面)和用于电子设备102的一个或多个内部部件的保护性壳子。在示出的实施例中，壳体102a以基本上矩形形状形成，但是这种构造不是必需的。壳体102a可以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。可替代地，壳体102a可以由单件(例如，统一的主体或单体)形成。
壳体102a可被构造为包围、支撑和保持电子设备102的内部部件。电子设备102的部件可以包括但不一定限于，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、旋转式输入设备、麦克风、开/关按钮、静音按钮、生物特征传感器、相机、力和/或触摸敏感跟踪板等中的一个或多个。
电子设备102可以包括显示器108a。显示器108a可以放在输入表面108的下方。在其它例子中，显示器108a与输入表面108集成。显示器108a可以利用任何合适的技术实现，包括但不限于，使用液晶显示技术、发光二极管技术、有机发光显示技术、有机电致发光技术、电子墨水、或其它类型的显示技术或显示技术类型的组合的多点触摸和/或多点力感测触摸屏。
在一些实施例中，电子设备102的通信接口便于电子设备102和触控笔104之间的电子通信。例如，在一个实施例中，电子设备102可被构造为经由低能量蓝牙通信接口或近场通信接口与触控笔104通信。在其它例子中，通信接口便于电子设备102和外部通信网络、设备或平台之间的电子通信。
无论是在电子设备102和触控笔104之间还是在其它之间，通信接口都可以被实现为无线接口、蓝牙接口、近场通信接口、磁接口、通用串行总线接口、感应接口、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、或任何常规的通信接口。
除了通信之外，电子设备102还可以提供与外部连接的或通信的设备和/或在这些设备上执行的软件有关的信息、消息、视频、操作指令等(并且可以从外部设备接收上述任何一个)。如上所述，为了说明的简单起见，电子设备102在图1A-1D中被绘出为不带许多这些元件，其中每一个元件可以被部分地、可选地或完全地包括在电子设备102的壳体102a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的壳体102a合作，以形成其外表面。在一些情况下，输入表面108的顶表面可以与壳体102a的外表面齐平，但是这不是所有实施例必需的。在一些例子中，输入表面108矗立于壳体102a的至少一部分。
在许多例子中，输入表面108由玻璃或其它合适的材料形成，诸如塑料、蓝宝石、金属、陶瓷、植入离子的玻璃等。在一些情况下，输入表面108是固体材料，而在其它情况下，输入表面108通过将几种材料层压或粘合在一起形成。在一些情况下，输入表面108是光学透明的，而在其它情况下，输入表面108是不透明的。
输入表面108可以包括部署在其外表面上的一个或多个装饰性或功能性的层。例如，抗反射涂层可以被应用到输入表面108的外(或内)表面。在另一个例子中，疏油涂层被应用到输入表面108。在其它例子中，触觉层被应用到输入表面108。触觉层可以被构造为当触控笔104跨其被移动时表现出特定的动或静摩擦。
电子设备102也可以包括放在输入表面108下方或与输入表面108集成的显示器。电子设备102利用显示器来呈现图像，以向用户传递信息。显示器可以被构造为显示文字、颜色、线图、照片、动画、视频等。
显示器可以被粘合到输入表面108的底表面、与输入表面108的底表面一起层压、或置于与输入表面108的底表面接触。显示器可以包括便于图像的呈现的多个元件的堆叠，元件包括，例如，透明电路层、滤色器层、偏振器层、以及其它元件或层。显示器可以利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。显示器也可以包括用于改善其结构或光学性能的其它层，包括，例如，玻璃片、聚合物片、偏振器片、彩色遮蔽层、刚性或弹性框架等。
电子设备102还可以包括置于电子设备102的输入表面108和/或显示器下面或与其集成的传感器层。电子设备102利用传感器层来检测输入表面108上触控笔104的存在和/或位置等。在其它例子中，电子设备102利用传感器层来检测输入表面108上其它对象的存在，诸如用户的手指。在更进一步的实施例中，电子设备102利用传感器层来检测诸如触控笔104的对象在输入表面108上按压所用的力。
传感器层可以是光学透明的或不透明的。如果特定实施例的传感 器层被部署在显示器内，则传感器层可以是光学透明的，以便不影响显示器的清晰度。在另一个例子中，传感器层可以被部署围绕显示器的周边、置于环绕显示器的边框的下面。在这种实施例中，传感器层不必是光学透明的。
定位触控笔
接下来，参考利用电子设备102的传感器层在电子设备102的输入表面108上定位触控笔104的操作。电子设备102可以以多种合适的方式定位触控笔104的尖端，并且估计其笛卡尔坐标。
在典型的实施例中，作为触控笔104和电子设备102之间合作的结果，触控笔104被定位。一般地和广泛地，触控笔104可以生成具有小的有效直径的电场。当触控笔被放在其上时，该电场与输入表面交叉。电子设备102检测电场并且基于电场被检测到的位置(和/或区域)估计触控笔的位置。可以由触控笔104生成的电场在下面参考图5A-5M进行更详细地描述。
更具体而言，如上所述，电子设备102可以包括可被构造为检测由触控笔104生成的电场的传感器层。在一个实施例中，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上或显示器内和/或输入表面108上或输入表面108内的任何合适的层上或层之间。
在一些例子中，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：诸如氧化铟锡和氧化锑锡的金属氧化物；由银纳米线、碳纳米管、铂纳米线、金纳米线等形成的纳米线图案；薄的金属沉积；等等。电容感测节点可以被构造为以自身、相互、或其它电容模式操作，电容性地耦合到触控笔104并且检测由此生成的信号和电场。
在这些实施例中，触控笔104可以创建从其尖端生成的基本上球面的电场。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通过监视每个电容感测节点的这些电容变化并且估计已发生这些变化(如果有的话)的位置来在输入表面108上定位触控笔104。
如本文所使用的，术语“尖端信号”通常指由触控笔104施加到尖端104b的电信号。如本文所使用的，术语“尖端场”通常指响应于尖端信号而由触控笔104的尖端104b生成的电场。如上所述，尖端场可以采用任何合适的形状，但是在许多实施例中，尖端场采用基本上球面形状并且可以被建模为点源单极电场。输入表面108(或平行于输入表面108的平面)的与尖端场交叉的区域在本文中被一般地称为“尖端场交叉区域”。
尖端场交叉区域的周边可以被定义为在其之后由电子设备102接收到的尖端场的功率密度(例如，强度)低于选定阈值的边界。在一个例子中，尖端场交叉区域的周长被定义在尖端场的半功率点(例如，3dB点)处。换句话说，在这个例子中，尖端场交叉区域被定义为输入表面108的与尖端场交叉、具有至少大于产生该电场处的功率的一半的量值的一部分。可被构造为产生和/或发射尖端场的示例结构在下面特别地参考图3A和5A-5N进行详细描述。
由于尖端场由触控笔104的尖端生成，因此尖端场交叉区域基本上仅基于触控笔104的位置移位；尖端场交叉区域在典型的实施例中不会以大致基于触控笔104的角位置的方式移位。因此，为了确定触控笔104的位置，电子设备确定尖端场交叉区域的几何中心。但是，如可以认识到的，电子设备102的传感器层可以被部署在输入表面108的最外表面下面的一距离处。在这些例子中，尖端场交叉区域会依赖于触控笔104的角位置(例如，收缩/视差效果)。
在其它实施例中，触控笔104的位置可以以其它方式由电子设备102、触控笔104或其组合来确定。例如，电子设备102可以确定尖端场周边形状、尖端场的最大值的位置、尖端场的最小值的位置等。换句话说，可以认识到，虽然本文描述了特定技术，但是电子设备102或触控笔104也可以采用其它合适的技术来确定触控笔的位置。
在许多情况下，在检测尖端场的同时，同一传感器层也可以用来检测用户106的一个或多个手指。在这些情况下，电子设备102可以接受触摸输入和触控笔输入两者。特别地，可以在触摸输入方式下操 作电容感测节点来检测手指触摸，以及在工具输入模式下操作电容感测节点来检测触控笔输入。这两种模式可以以启用手指触摸(多点触摸或单点触摸)和触控笔输入两者的同时或近乎同时检测的速率进行切换。
触控笔的角位置
接下来参考图1B 1D，参考估计触控笔104相对于输入表面108的角位置的操作。在这些实施例中，触控笔104可以生成与尖端场分开和偏移的第二电场。第二电场与尖端场同轴对齐，并且两个场沿触控笔104的纵轴轴向对称，从而使触控笔104与抓握无关。
为了确保尖端场和第二电场轴向对称，许多实施例利用带小直径的导电环或管子产生第二电场。在一些实施例中，导电环的直径大约等于生成尖端场的电导体的宽度(例如，在一毫米之内)。负责将尖端信号传递到尖端104b的信号线穿过导电环。以这种方式，由导电环产生的电场可以是轴向对称的；电场不受负责将尖端信号传递到尖端104b的信号线的存在的影响。
如本文所使用的，术语“环形信号”一般地指由触控笔104施加以生成第二电场的电信号。在许多实施例中，由于环形电导体的小直径，第二电场也是基本上球面的电场。换句话说，虽然电场的源是环形导体而不是点源，但是导体的半径与将导体与尖端(并且因此电子设备102的输入表面108)分离的距离相比足够小，使得环电场对电子设备102看起来像源自点源单极。
在一些实施例中，环形电导体是管子或圆柱体。在这些实施例中，生成的电场可以采取胶囊形状(例如，利用半球面端部封端的圆筒)。在这些实施例中，环形导体具有沿触控笔104的纵轴对齐的纵轴。以这种方式，从管形电导体生成的胶囊形电场的一个半球面端部被定向为朝触控笔104的尖端104b。
就像对于尖端场，如本文所使用的，术语“环形场”一般地指响应于环形信号由触控笔104产生的电场。与环形场交叉的输入表面 108(或平行于输入表面108的平面)的区域在本文中被一般地称为“环形场交叉区域”。
在其它实施例中，触控笔104的角位置可以以其它方式由电子设备102、触控笔104或其组合来确定。例如，电子设备102可以确定环形场周边形状、环形场的最大值的位置、环形场的最小值的位置等。换句话说，可以认识到，虽然本文描述了特定技术，但是电子设备102或触控笔104也可以采用其它合适的技术来确定触控笔的角位置。
因此，一般地和广泛地，诸如本文描述的触控笔(例如，触控笔104)生成两种不同的电场，其起源彼此偏移一定距离。这些电场沿触控笔的纵轴彼此对齐，使得这些电场是轴向对称的。第一电场源自接近触控笔的尖端并且被称为尖端场。第二电场源自尖端场的小距离偏移并且被称为环形场。尖端场和环形场两者在触控笔的尖端方向上都是基本上球面(或半球面)。当使用时，尖端场和环形场在尖端场交叉区域和环形场交叉区域之上分别与电子设备(例如，电子设备102)的输入表面(例如，输入表面108)交叉。在许多情况下，交叉区域可以是基本上圆形的。
就像对于尖端场交叉区域，环形场交叉区域的周边可以被定义为在其之后由电子设备102接收到的环形信号的功率密度(例如，量值)低于选定阈值的边界。在一个例子中，环形场交叉区域的周长被定义在环形场的半功率点(例如，3dB点)处。换句话说，在这个例子中，环形场交叉区域被定义为输入表面108的与环形场交叉的、具有至少大于生成该电场处的功率的一半的量值的一部分。可以被构造为生成和/或发射环形场的示例结构在下面特别地参考图3A和5A-5N进行详细描述。
尖端信号和环形信号每个可以具有经由电容耦合或其它合适的感测技术由电子设备的传感器层接收到的至少一个交流分量。在许多实施例中，尖端信号的频率与环形信号的频率或调制模式不同(例如，频率复用)。在其它情况下，尖端信号和环形信号可以进行时间复用。
但是，与尖端场不同，环形场交叉区域可以基于触控笔104的角 位置移位，具体而言，因为环形场的起源(例如，环形电导体)与尖端104b分离。因此，在一个方向或另一个方向上倾斜触控笔104引起环形场交叉区域在区域和/或位置上变化，而尖端场交叉区域基本上保持固定。
在这些实施例中，尖端场交叉区域与环形场交叉区域的相对位置可以用来估计触控笔104的极角和方位角。更特别地，尖端场交叉区域与环形场交叉的几何中心彼此相隔得越远，触控笔104相对于输入表面108的极角越小(例如，触控笔104越近地与输入表面108平行)。类似地，在尖端场交叉区域与环形场交叉区域的几何中心之间限定的矢量角可以用来估计触控笔104相对于输入表面108的方位角。
在另一个非限制性的表述中，在许多实施例中，电子设备102使用尖端场和环形场的已知球体直径、环形场交叉区域的直径、和/或尖端和环形之间的距离，以便估计极角118(在垂直于输入表面108的平面的矢量和触控笔104的纵轴120之间限定的，诸如极点)和方位角122(在极角118和输入表面108的平面内的参考矢量之间限定的，例如轴)。
为了便于对极角118和方位角122之间的相对关系的理解，提供了图1C和1D，其中绘出了如在图1A中示出的电子设备102和触控笔104的附加视图，为清楚起见，省略了用户106的手。图1C绘出了图1A的电子设备102的顶视图，具体而言，示出了触控笔104相对于输入表面108的平面的方位角122。类似地，图1D绘出了电子设备102的底侧视图，具体而言，示出了触控笔104相对于电子设备的输入表面的平面的极角118。
本文参考电子设备102的可被构造为通过监视互电容来检测尖端信号和环形信号的传感器层描述了许多实施例。但是，可以认识到，电子设备102可以以任何特定于实现方式的方式被适当地构造，以检测环形场和尖端场两者。例如，电子设备可以包括被构造为监视一个或多个电容传感器节点的自电容的变化的传感器层。在其它例子中，电子设备可以被构造为在自电容模式和互电容模式两者下操作。在其 它实施例中，其它感测技术可以用来确定尖端场和环形场的位置和相对位置。
如上面所指出的，在检测环形场的同时，传感器层也可以用来检测用户106的一个或多个手指。在这些情况下，电子设备102可以接受触摸输入和触控笔输入两者。
由触控笔施加的力的检测
返回到图1B，参考估计由触控笔104向输入表面108施加的力Fa的操作。与本文描述的其它实施例一样，由触控笔104施加的力可以以多种方式被估计、测量、近似、或在其它方法获得。
在一些例子中，力由电子设备102估计。在其它例子中，力由触控笔104估计，在这之后，触控笔104将估计的力利用任何合适的编码或非编码格式作为矢量或标量传送给电子设备102(例如，经由无线通信接口)。在更进一步的实施例中，由电子设备102获得的力估计和由触控笔104获得的力估计可以被合并、平均、或以其它方式在一起使用，以估计由触控笔104施加的力的量值。
首先，参考其中电子设备102估计由触控笔104施加的力Fa的实施例。在这些实施例中，电子设备102可以包括被构造为估计和/或近似向输入表面108施加的力的一个或多个部件。当估计触控笔104的尖端正在接触输入表面108时，电子设备102估计由此施加的力Fa。在这些实施例中，由电子设备102估计的力可以作为垂直于输入表面108的力矢量得到。在这些情况下，电子设备102可以利用(例如，根据以上给出的技术计算出的)极角118和方位角122将力矢量解析(例如，使用余弦定理)为平行于纵轴120的矢量分量和平行于输入表面108的分量。电子设备102可以解释平行于输入表面108的分量和平行于触控笔104的角位置的分量中的任一个或两者的大小和方向作为用户输入。
接下来，参考其中触控笔104估计向输入表面108施加的力Fa的实施例。在这些例子中，触控笔104估计由触控笔自身经受的反作 用力Fr；反作用力Fr与由触控笔104向输入表面108施加的力Fa的量值相等，符号相反。
在一个实施例中，触控笔104的尖端104b至少部分地由诸如压电材料的力敏感材料形成。触控笔104内的电路估计力敏感材料的电特性，以便估计触控笔104的尖端104b是否正在经受反作用力Fr。在获得反作用力Fr的估计之后，触控笔104可以将尖端104b施加的力Fa传送给电子设备102。
在另一实施例中，力敏感结构可以被集成在触控笔104的尖端104b和圆管104a之间。力敏感结构可以包括部署在置于尖端104b和圆管104a之间的衬垫密封内的多个独立的力传感器。触控笔104内的电路估计衬垫密封的电特性，以便估计尖端104b是否正在经受反作用力。其后，触控笔104可以将由尖端104b施加的力Fa传送给电子设备102。
在另一实施例中，力敏感结构可以被集成在触控笔104的圆管104a内。力敏感结构可以包括部署在沿圆管104a的各个位置处的多个独立的应变或力响应元件。在检测到(例如，来自用户106的一个或多个手指的)一个或多个力时，触控笔104可以将这些力解析和/或合并成平行于纵轴120的单个矢量。更特别地，在这些实施例中，触控笔104指定尖端104b是第二类杠杆的支点。以这种方式，如果由力敏感结构在跨触控笔104的圆管104a的各个位置处检测到的各个力总和为零，则触控笔104可以估计触控笔104的尖端104b没有与输入表面108接触。相反，如果由力敏感结构在跨触控笔104的主体的各个位置处检测到的各个力总和不为零，则触控笔104可以推断剩余的力必须通过尖端104b施加到输入表面108。此后，触控笔104可以将由尖端104b施加的力Fa传送给电子设备102。
在其它实施例中，触控笔104的尖端104b可以是可移除的，一般是沿纵轴120。以这种方式，当触控笔104的尖端104b触摸输入表面108(或任何其它表面)并且施加力时，作为反作用力Fr的直接结果，它至少部分地缩回到触控笔104的圆管104a中。缩回的量 可以根据实施例而不同。在一个非限制性的例子中，尖端104b可以缩回到触控笔104的主体中小于1.0毫米。在其它实施例中，尖端104b可以缩回到触控笔104的主体中小于0.1毫米。在更进一步的实施例中，尖端104b可以缩回不同(例如，更大或更小)的量。
在这些例子中，触控笔104的主体内的力敏感结构可以耦合到尖端104b。力敏感结构可以用于多个目的。例如，力敏感结构可以提供对尖端104b的支撑。在另一个例子中，力敏感结构可以将尖端104b的缩回引导到圆管104a中。在另一个例子中，当力Fa不再由此施加时，力敏感结构可以将触控笔104的尖端104b恢复到中立位置。
在一个实施例中，力敏感结构包括将触控笔104的尖端104b向外偏置的偏置机构，从而对尖端104b到触控笔104的主体中的缩回提供阻力。在一些情况下，偏置机构是螺旋弹簧或片弹簧。
力敏感结构可以至少部分地由金属形成。力敏感结构可以包括侧向床，具有从侧向床的每一端延伸的两个悬臂式腿部。悬臂式腿部可以由与侧向床相同的材料形成。在一些实施例中，侧向床和悬臂式腿部形成为单一的、整体部分。在其它例子中，悬臂式腿部通过粘合、焊接、或任何其它合适的方法附连到侧向床。
每个悬臂式腿部可以相对于触控笔104的内部框架固定，从而将力敏感结构的侧向床悬挂在触控笔104的主体内。如上所述，触控笔104的尖端104b可以机械地耦合到力敏感结构的一部分。例如，尖端104b可以耦合到悬臂式腿部中的至少一个和/或侧向床。以这种方式，当触控笔104的尖端104b相对于主体向内移动时(例如，响应于触摸输入表面108和施加力的尖端)，悬臂式腿部可以以可预测的方式偏转。悬臂式腿部中的一个或两者的偏转可以利用应变传感器或其它感测装置来测量，该偏转进而可以用来估计由触控笔104施加的力。
当从输入表面108移去触控笔104时，力敏感结构的悬臂式腿部中的一个或两者可以表现出使触控笔104的尖端返回到其中立位置的 恢复力。
在许多实施例中，当在中立位置时(例如，当尖端没有施加力并且触控笔100处于就绪状态时)，悬臂式腿部基本上正交于侧向床。在其它情况下，悬臂式腿部以倾斜角从侧向床延伸。在一些情况下，两个悬臂式腿部都连接到侧向床的同一侧；力敏感结构的轮廓采用加宽的U-形。在其它情况下，悬臂式腿部连接到侧向床的相对侧；力敏感结构的轮廓采用细长的S-形或Z-形。
在这些实施例中，应变传感器(或其它感测装置)可以表现出随着施加的力的量值变化而变化的电可测量特性。在一个例子中，应变传感器可以耦合到力敏感结构的悬臂式腿部。应变传感器可以耦合到输入笔104内的电路。电路可以被构造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。
当触控笔104的尖端104b向输入表面108施加力时，尖端104b相对于触控笔104的主体向内移动，触控笔104的主体又引起力敏感结构的悬臂式腿部中的至少一个偏转，这又引起应变传感器的一个或多个电特性发生变化。电路然后量化这些变化，并且依次，报告力被估计。此后，触控笔104可以将由尖端104b施加的力传送给电子设备102。
在图1A-1D中所绘出的实施例的上述描述，以及各种备选方案和变型，一般而言是为了解释而给出的，并方便对下面给出的详细实施例的透彻理解。但是，对本领域技术人员将显而易见的是，本文给出的一些具体细节可能不会为了实践特定的所述实施例或者其等同物必需的。因此，具体实施例的以上和以下描述是为了说明和描述的有限目的给出的。这些描述目的不是穷尽，或者要将本公开内容限制到本文中记载的精确形式。与此相反，对本领域普通技术人员将很明显的是，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。特别地，可以理解，图1A-1D中绘出的包括电子设备和触控笔的用户输入***可以以多种合适的和特定于实现方式的方式来实现。
但是，广泛地和一般地，电子设备确定和/或估计触控笔的特点/ 或其中随时间的变化，以作为输入解释用户对其的操纵。电子设备通过自身的估计或通过与触控笔的通信获得触控笔的位置、触控笔的角位置、由触控笔向电子设备施加的力、触控笔的速度、触控笔的加速度、触控笔的极角速度或加速度、触控笔的方位角速度或加速度等。这些操作中任何一个，或者这些操作的部分，可以由电子设备、由触控笔和/或至少部分地作为电子设备和触控笔之间合作和通信的结果来执行。
用户输入***的一般操作
图2A-2F一般地绘出了用户输入***200的简化***图，包括电子设备202和触控笔204，及其各种子部分。为了说明的简化，这些简化***图中的许多可以在没有对特定实施例可能需要或期望的***元件之间信号和/或互连路径的情况下给出。因而，可以理解，在图2A-2F的简化框图中绘出的各种***元件当中一个或多个可以以特定于实现方式且适当的方式以电或通信的方式被构造为与任何其它适当的***元件通信。特别地，各种***元件当中一个或多个可被构造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、数据总线等与任何其它适当的***元件交换数据、电力、模拟或数字信号等。类似地，可以理解，在图2A-2F的简化框图中绘出的各种***元件当中一个或多个可以以特定于实现方式且适当的方式被机械构造为耦合到任何其它适当的***元件(或者与其机械隔离)。
因而，在图2A-2F中绘出的简化***图的各种***元件之间信号路径和/或互连路径的存在或不存在不应当被解释为对各种***元件之间任何特定的电或机械关系的存在或不存在的偏好或需求。
首先，参考图2A中绘出的用户输入***200的某些操作部件。就像对于本文所述的其它实施例，用户输入***200包括电子设备202和触控笔204。电子设备202可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、***设备或集成的输入设备、手持式或电池供 电的便携式电子设备、导航设备、可穿戴设备等。图2A的用户输入***200可以对应于上面关于图1A-1D讨论的用户输入***100。
触控笔204可被形成为采取基本上可以利用用户的一只手操纵的任何形状。例如，在许多实施例中，触控笔204采取触控笔、钢笔、智能刷、棒、凿子等的形状。
如关于本文描述的其它实施例所指出的，用户相对于电子设备202的输入表面操纵触控笔204的朝向和位置，以便向电子设备202传递信息。在许多实施例中，电子设备202的输入表面是显示屏幕，但是这不是必需的；在其它实施例中，输入表面可以是非显示器输入表面，诸如触控板或绘图板。
用户输入***的触控笔的一般操作
接下来，参考诸如图2B中绘出的示例输入笔204的某些操作部件。触控笔204可以包括协作以执行、协调或监视触控笔204或更一般地说用户输入***200的一个或多个操作或功能的若干个子***。特别地，如图2B中所示，触控笔204包括协调引擎206、处理单元208、电源子***210、无线接口212和电源连接器214。
一般地和广泛地，触控笔204的协调引擎206可以具有如上所述生成尖端场和环形场的任务。这些电场促进由电子设备202发现触控笔204的笛卡尔坐标和球面坐标二者。在一些实施例中，协调引擎206还可以具有测量由触控笔204施加的力的任务，诸如关于图1A-1D描述的反作用力Fr。
在许多实施例中，协调引擎206的一个或多个部件可以包括或者可以能够通信地耦合到电路和/或逻辑部件，诸如处理器和存储器。电路可以控制或协调协调引擎206的一些或全部操作，包括但不限于：与触控笔204的其它子***通信和/或交易数据；接收用来生成尖端信号和环形信号的参数；将尖端信号和环形信号分别传递到尖端场发生器和环形场发生器；从触控笔204的另一子***接收尖端信号和环形信号；测量和/或获取诸如应变传感器或加速度计的一个或多个模 拟或数字传感器的输出；等等。协调引擎206在下面参考图2D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。
因而，如本文中所描述的，短语“处理单元”或，更一般地说“处理器”，指的是硬件实现的数据处理设备或电路，其被物理地构造为执行数据的特定变换，包括表示为包括在程序中的代码和/或指令的数据操作，程序可以存储在存储器中并从存储器存取。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它适当构造的计算元件或元件的组合。
协调引擎206可以耦合到处理单元208并且可被构造为向协调引擎206提供尖端信号和环形信号。处理单元208还可被构造为促进与电子设备202的通信，例如，经由无线接口212。处理单元208在下面参考图2E详细描述。
在许多实施例中，处理单元208可以包括或者可以能够通信地耦合到电路和/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/或监视处理单元208的一个或多个功能或操作，包括但不限于：与触控笔204的其它子***通信和/或交易数据；与电子设备202通信和/或交易数据；生成尖端信号和/或环形信号；测量和/或获得诸如应变传感器或加速度计的一个或多个模拟或数字传感器的输出；将触控笔204的功率状态从正常功率状态改变成待机功率状态或低功率状态；将信息和/或数据调制到尖端信号和环形信号当中任意一个或两个上；等等。
触控笔204可以由内部电池供电。电源子***210可以包括一个或多个可再充电电池和电源控制器。电源子***210的电源控制器可被构造为当电源连接器214耦合到电源时促进电池的快速充电。在一 些情况下，电源连接器214可被构造为连接到其的电源是电子设备202的数据和/或电力端口。在其它情况下，电源连接器214包括被构造为吸引到电子设备的表面或通道的一个或多个磁体。
在许多实施例中，电源子***210的电源控制器可以包括或者可以通信耦合到电路和/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/或监视电源子***210的一个或多个功能或操作，包括但不限于：与电子设备202通信和/或交易数据；控制电池的充电率；估计和报告在特定时间的电池的容量；报告电池的容量已下降到低于最小阈值；报告电池已充电；等等。电源子***210在下面参考图2F详细描述。
对本领域技术人员将显而易见的是，以上关于触控笔204给出的一些具体细节可能不是实践特定所述实施例或者其等同物所必需的。类似地，其它触控笔可以包括更大数目的子***、模块、部件等。在适当的时候，一些子模块可被实现为软件或固件。因此，可以认识到，上面给出的描述并不是详尽的或者要将本公开内容限制到在本文中记载的精确形式。与此相反，对本领域普通技术人员将显而易见的是，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。
用户输入***的电子设备的一般操作
接下来，参考图2C，其中示出了示例性电子设备202的各种子***。就像对于图2B中所绘出的触控笔204，电子设备202可以包括协作以执行、协调或监视电子设备202或者更一般地，用户输入***200的一个或多个操作或功能的若干个子***。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***224、无线接口226、电源连接器228和显示器230。
在许多实施例中，协调引擎220可以包括或者可以能够通信地耦合到电路和/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/或监视协调引擎220的一个或多个功能或操作，包括但不限于：与电子设备202的其它子***通信和/或交易数据； 与触控笔204通信和/或交易数据；测量和/或获得诸如触摸传感器的一个或多个模拟或数字传感器的输出；测量和/或获得诸如电容感测节点阵列的传感器节点阵列的一个或多个传感器节点的输出；从触控笔204接收和定位尖端信号和环形信号；基于尖端信号交叉区域和环形信号交叉区域的位置定位触控笔204；等等。
电子设备202的协调引擎220包括或以其它方式能够通信地耦合到位于输入表面218下方或与其集成的传感器层。协调引擎220使用传感器层来在输入表面218上定位触控笔204并且利用本文所述的技术估计触控笔204相对于输入表面218的平面的角位置。
在一个实施例中，电子设备202的协调引擎220的传感器层是布置为行和列的电容感测节点的网格。更具体而言，列迹线的阵列被部署成垂直于行迹线的阵列。诸如基板的介电材料分离列迹线与行迹线，使得在每个“重叠”点形成至少一个电容感测节点，其中一个列迹线在一个行迹线上方或下方跨过。一些实施例在基板的相对侧上部署列迹线和行迹线，而其它实施例在基板的相同侧上部署列迹线和行迹线。一些实施例可以只包括行迹线，而其它实施例可以只包括列迹线。传感器层可以与电子设备的其它层分开，或者传感器层可以直接部署在另一层上，诸如但不限于：显示器堆叠层；力传感器层；数字转换器层；偏振器层；电池层；结构化或装饰性壳体层；等等。
传感器层可以以多种模式进行操作。如果在互电容模式下操作，则列迹线和行迹线可以在每个重叠点形成单个电容感测节点(例如，“垂直”互电容)。如果在自电容模式下操作，则列迹线和行迹线在每个重叠点形成两个(垂直对齐的)电容感测节点。在另一实施例中，如果在互电容模式下操作，则相邻的列迹线和/或相邻的行迹线可以各自形成单个电容感测节点(例如，“水平”互电容)。
在许多实施例中，传感器层可以同时操作在多种模式。在其它实施例中，传感器层可以快速地从一个模式切换到另一个。在更进一步的实施例中，传感器层可以使用第一模式检测物体(例如，触控笔，用户的手指等)的存在或接近，并然后使用第二模式获得物体的估计。 例如，传感器层可以在自电容模式下操作，直到在输入表面附近检测到对象，其后传感器层转变到互电容模式(其中一个或两个是垂直或水平的)。在其它情况下，电容感测节点可以以另一特定于实现方式且合适的方式被部署。
独立于传感器层的构造，包括在其中的电容感测节点可被构造为检测尖端场、环形场和/或用户手指的触摸的存在和不存在。传感器层可以是光学透明的，但这可能不是所有实施例必需的。
如上面所指出的，传感器层可以通过监视在每个电容感测节点处表现出的电容(例如，互电容或自电容)的变化来检测尖端场的存在、环形场的存在，和/或用户手指的触摸。在许多情况下，协调引擎220可被构造为检测通过传感器层经由电容耦合从触控笔204接收的尖端信号和环形信号。
在一些情况下，协调引擎220可被构造为解调、解码或以其它方式过滤从传感器层接收到的一个或多个原始信号，以获得可以对其调制的尖端信号、环形信号和/或数据。获得尖端信号和环形信号的操作，如由协调引擎220(或者能够通信地耦合到传感器层或协调引擎220的另一个部件)执行的，可以以适于本文所述的任何数目的实施例或合理的等同物的多种特定于实现方式的方式来实现。
在其它实施例中，传感器层可被构造为在自电容模式和互电容模式二者下操作。在这些情况下，协调引擎220可以监视每个电容感测节点的一个或多个部分的自电容的变化，以便检测尖端场和/或环形场(并且，对应地，获得尖端信号和环形信号)，同时监视互电容的变化来检测用户的触摸(或一个以上的触摸)。在更进一步的例子中，传感器层可被构造为专门在自电容模式下操作。
一旦尖端信号和环形信号被协调引擎220获得，并且尖端场交叉区域和环形场交叉区域被确定，协调引擎220就采用本文所述的技术执行在输入表面218上定位和/或估计触控笔204的角位置的操作(或协助其执行)。一旦触控笔204的位置和触控笔204的角位置被估计出来，协调引擎220就可以将这种信息转发到处理单元222，供 进一步处理和解释。
在许多实施例中，协调引擎220可被用来获得触控笔204的位置在某个统计界限内的估计。例如，协调引擎220可被构造为在100微米的误差范围内估计触控笔204在输入表面218上的位置。在其它实施例中，协调引擎220可被构造为在50微米范围内估计触控笔204在输入表面218上的位置。在更进一步的实施例中，协调引擎220可被构造为在10微米或更小的范围内估计触控笔204的位置。
可以认识到，由协调引擎220定位触控笔204的操作的准确度和/或精度可以从实施例到实施例有所不同。在一些情况下，操作的准确度和/或精度可以基本上固定，而在其它情况下，操作的准确度和/或精度可以除其它变量之外还依赖于以下变量而变：用户设置、用户偏好、触控笔的速度；触控笔的加速度；在电子设备上操作的程序的设置；电子设备的设置；电子设备的操作模式；电子设备的功率状态；触控笔的功率状态；等等。
协调引擎220也可被构造为获得触控笔204的角位置在某个统计界限内的估计。例如，协调引擎220可被构造为在0.2弧度(例如，大约11.5度)的误差范围内估计触控笔204相对于输入表面218的平面的角位置。在其它实施例中，协调引擎220可被构造为在0.1弧度(例如，大约5度)的范围内估计触控笔204在输入表面218上的角位置。在更进一步的实施例中，协调引擎220可被构造为在0.05弧度(例如，大约3度)范围内估计触控笔204的角位置。
由协调引擎220估计触控笔204的角位置的操作的准确度和/或精确度可以从实施例到实施例有所不同。在一些情况下，操作的准确度和/或精度可以基本上固定，而在其它情况下，操作的准确度和/或精度可以除其它变量之外还依赖于以下变量而变：用户设置、用户偏好、触控笔的速度；触控笔的加速度；在电子设备上操作的程序的设置；电子设备的设置；电子设备的操作模式；电子设备的功率状态；触控笔的功率状态；等等。
如上面所指出的，尖端信号和/或环形信号可以包括可被构造为 向电子设备202识别触控笔204的某些信息和/或数据。这种信息在本文中一般被称为“触控笔身份”信息。这种信息和/或数据可以由传感器层接收并且由协调引擎220解释、解码和/或解调。
例如，协调引擎220可以将触控笔身份信息(如果检测到和/或可还原)转发到处理单元222。如果触控笔身份信息不可从尖端信号和/或环形信号还原，则协调引擎220可以可选地向处理单元222指示触控笔身份信息不可用。电子设备202可以以任何合适的方式使用触控笔身份信息(或触控笔身份信息的缺失)，包括但不限于：接受或拒绝来自特定触控笔的输入；接受来自多个触控笔的输入；允许或拒绝对电子设备的特定功能的访问；应用特定的触控笔简档；恢复电子设备的一个或多个设置；通知第三方触控笔正在使用中；等等。
处理单元222可以使用触控笔身份信息来同时从多于一个触控笔接收输入。特别地，协调引擎220可被构造为向处理单元222传递由协调引擎220检测到的若干触控笔中每一个的位置和/或角位置。在其它情况下，协调引擎220还可以向处理单元222传递与由协调引擎220检测到的若干触控笔的相对位置和/或相对角位置相关的信息。例如，协调引擎220可以通知处理单元222第一个检测到的触控笔离第二个检测到的触控笔3厘米远。
在其它情况下，并且如关于本文所述的其它实施例所指出的，尖端信号和/或环形信号还可以包括用于向电子设备202识别特定用户的某些信息和/或数据。这种信息在本文一般被称为“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/或可还原)转发到处理单元222。如果用户身份信息不可从尖端信号和/或环形信号还原，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可以以任何合适的方式使用用户身份信息(或用户身份信息的缺失)，包括但不限于：接受或拒绝来自特定用户的输入；允许或拒绝对电子设备的特定功能的访问；欢迎特定的用户；应用特定的用户简档；恢复电子设备的设置；锁定电子设备，从 而防止对电子设备的任何特征的访问；通知第三方用户被识别或未被识别；等等。处理单元222可以使用用户身份信息来同时从多于一个用户接收输入。
在更进一步的其它情况下，尖端信号和/或环形信号可以包括可被构造为向电子设备202识别用户或触控笔104的设置或偏好的某些信息和/或数据。这种信息在本文一般被称为“触控笔设置”信息。
协调引擎220可以将触控笔设置信息(如果检测到和/或可还原)转发到处理单元222。如果触控笔设置信息不可从尖端信号和/或环形信号还原，则协调引擎220可以可选地向处理单元222指示触控笔设置信息不可用。电子设备202可以以任何合适的方式使用触控笔设置信息(或触控笔设置信息的缺失)，包括但不限于：对电子设备应用设置；对在电子设备上操作的程序应用设置；改变由电子设备的图形程序呈现的线条的粗细、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，一般地和广泛地，协调引擎220促进许多类型的输入之间的区分，这些输入全都可以由电子设备202以许多不同的特定于实现方式的方式单独地或协同地使用。例如，电子设备202可以使用以下任何一个作为输入：一个或多个触控笔的位置；一个或多个触控笔的极角；一个或多个触控笔的方位角；一个或多个触控笔的有角度或平面速度或加速度；一个或多个触控笔的手势的路径；一个或多个触控笔的相对位置和/或角位置；由用户提供的触摸输入；由用户提供的多触摸输入；触摸输入的手势路径；同时的触摸和触控笔输入；等等。
一般地和广泛地，处理单元222可被构造为执行、协调和/或管理电子设备202的功能。这种功能可以包括，但不限于：与电子设备202的其它子***通信和/或交易数据；与触控笔204通信和/或交易数据；经无线接口通信和/或交易数据；经有线接口通信和/或交易数据；促进经无线(例如，感应、谐振等)或有线接口的功率交换；接收一个或多个触控笔的(一个或多个)位置和(一个或多个)角位置；等等。
在许多实施例中，处理单元222可以包括或者可以能够通信地耦合到电路和/或逻辑组件，诸如处理器和存储器。处理单元222的电路可以通过与电子设备202的基本上所有子***直接或间接地通信来控制或协调电子设备的一些或全部操作。例如，***总线或信号线或其它通信机构可以促进处理单元222和电子设备202的其它子***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可被构造为访问其中存储有指令的存储器。指令可被构造为使处理器执行、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构造为控制或协调电子设备202的其它部件的操作，诸如但不限于：另一个处理器、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、按钮或其它物理输入设备、生物特征认证传感器和/或***、力或触摸输入/输出部分、通信模块(诸如无线接口和/或电源连接器当中任何一个)，和/或触觉或触感反馈设备。为了说明的简化并减少图之间的元素重叠，这些(和其它)部件当中许多从图2C中被省略了。
存储器还可以存储可被触控笔或处理器使用的电子数据。例如，存储器可以存储电数据或内容，诸如媒体文件、文档和应用、设备设置和偏好、定时和控制信号或者用于各种模块、数据结构或数据库的数据、与尖端信号和/或环形信号的检测有关的文件或配置，等等。存储器可被构造为任何类型的存储器。举例来说，存储器可被实现为随机存取存储器、只读存储器、闪存、可移除存储器，或其它类型的存储元件，或者这些设备的组合。
电子设备202还包括电源子***224。电源子***224可以包括电池或其它电源。电源子***224可被构造为向电子设备202提供电力。电源子***224还可以耦合到电源连接器228。电源连接器228可以是可被构造为外部电源接收电力和/或被构造为向外部负荷提供电力的任何合适的连接器或端口。例如，在一些实施例中，电源连接器228可被用来给电源子***224中的电池再充电。在另一实施例中，电源连接器228可被用来将存储在(或可用于)电源子***224的电力转移到触控笔204。
电子设备202还包括无线接口226，以促进电子设备202和触控笔204之间的电子通信。在一个实施例中，电子设备202可被构造为经由低能量蓝牙通信接口或近场通信接口与触控笔204进行通信。在其它例子中，通信接口促进电子设备202和外部通信网络、设备或平台之间的电子通信。
无线接口226，无论是在电子设备202和触控笔204之间还是以其它方式，可被实现为一个或多个无线接口、蓝牙接口、近场通信接口、磁接口、通用串行总线接口、感应接口、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、声学接口或任何常规的通信接口。
在许多实施例中，无线接口226可被构造为直接与触控笔204进行通信，以从其获得信息。在典型的实施例中，无线接口226可以获得与由触控笔204施加到输入表面218的力相关的数据。
电子设备202还包括显示器230。显示器230可以被放在输入表面218后面，或者可以与其集成。显示器230可以被能够通信地耦合到处理单元222。处理单元222可以使用显示器230来向用户给出信息。在许多情况下，处理单元222使用显示器230给出用户可与其交互的界面。在许多情况下，用户操纵触控笔204来与该界面进行交互。
对本领域技术人员将显而易见的是，以上关于电子设备202给出的一些具体细节可能不是实践特定所述实施例或者其等同物所必需的。类似地，其它触控笔可以包括更大数目的子***、模块、部件等。在 适当的时候，一些子模块可被实现为软件或固件。因此，可以认识到，上面给出的描述并不是详尽的或者要将本公开内容限制到在本文中记载的精确形式。与此相反，对本领域普通技术人员将显而易见的是，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。
触控笔和电子设备之间的协调
如上面所指出的，在图2A中绘出的用户输入***200可被构造为定位触控笔204并估计触控笔204的角位置。这些操作是通过触控笔204的协调引擎206和电子设备202的协调引擎220之间的合作来促进的。这两个协调引擎的一般化的互操作在上面进行了描述；但是，为了促进对触控笔204的协调引擎206的更详细理解，提供了图2D。
图2D绘出了可被诸如参考图2A-2C描述的触控笔204的触控笔结合的协调引擎206的示例***图。如关于本文所述的其它实施例所指出的，协调引擎206可被用来生成允许电子设备202定位和估计触控笔的角位置204的电场(例如，尖端场和/或环形场)。
此外，协调引擎206可被构造为估计由触控笔204施加到输入表面218的力。更具体而言，协调引擎206可被构造为生成尖端场(未示出)、生成和/或发射环形场(未示出)，以及检测由触控笔204的尖端施加到输入表面218的力。虽然这作为一个例子被提供，但是，在一些实施例中，场生成和力感测可以由触控笔204的单独方面执行。
在许多实施例中，协调引擎206从处理单元208(见，例如，图2B)接收尖端信号并且将尖端信号传递到尖端场发生器232。类似地，协调引擎206从处理单元208接收环形信号，并且将环形信号传递到环形场发生器238。在更进一步的实施例中，附加的场可以由附加的场发生器响应于接收到附加的场信号而生成。
尖端信号和/或环形信号可以与和用户、触控笔相关的和/或和电子设备相关的其它信息或数据一起调制。例如，尖端信号和/或环形信号可以包括触控笔身份信息、用户身份信息、触控笔设置信息、力信息或适于特定实施例的任何其它信息。
协调引擎206包括尖端场发生器232。尖端场发生器232可以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可以包括被构造为在连接到刚性信号导管234的部件之间提供机械耦合。此外，刚性信号导管234可以包括一个或多个屏蔽的信号线通过其的一个或多个构件。示例尖端场发生器和刚性信号导管在下面参考图3A-6G详细描述。
刚性信号导管234将尖端场发生器232电耦合到协调引擎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将尖端信号传递到尖端场发生器232。此外，刚性信号导管234将尖端场发生器232机械地耦合到力敏感结构236，如在下面详细描述的。
刚性信号导管234的形状可以被选择为对尖端场发生器232提供电磁屏蔽。更特别地，刚性信号导管234的长度可以被选择为利用触控笔204将尖端场发生器232与其它电子部件隔开特定最小距离。因此，由尖端场发生器232生成的尖端信号尽可能少地受触控笔204的各种子***的操作的影响，各种子***诸如处理单元208、电源子***210、无线接口212和/或电源连接器214或者触控笔204的任何其它***或子***。
尖端场发生器232和刚性信号导管234可以完全被封在触控笔204的壳体中。在这些实施例中，尖端场发生器232可以在壳体材料内***模制，使尖端场发生器232被定位成尽可能靠近触控笔204的外表面。尖端场发生器232和触控笔204的壳体的相对位置在下面参考图6A-6G描述。
在许多实施例中，尖端场发生器232以朝向触控笔204的尖端端部的圆形形状形成，该端部可被构造为接合输入表面218。作为这种形状的结果，尖端场发生器232可以至少在沿尖端场发生器232的圆形形状定向的方向上生成本质上基本是球面的电场(例如，尖端场)。换句话说，尖端场发生器232可以基本上作为电场点源工作；电场可以接近径向均匀性。由尖端场发生器232生成的尖端场可以是轴向对 称的。
在一些情况下，尖端场发生器232的中心可被视为球面尖端场的原点。输入表面218可以在数学上被建模为与球面尖端场交叉的平面。因此，尖端场交叉区域采取平面和球面的交叉的形状，该交叉在不考虑朝向的情况下是圆。但是，虽然尖端场、输入表面和尖端场交叉区域可以在数学上分别被建模为球面、平面和圆，但可以认识到，在特定实现方式中生成的实际几何形状可以仅仅是近似球面、平面，和/或圆。
当尖端场基本上是球面时，尖端场交叉区域是输入表面218的平面内的圆形区域(或区段)，其中心可以几乎或精确地等于尖端场发生器232的位置。该圆形区域的半径可以受施加到尖端场发生器232的尖端信号的振幅影响。
接下来，参考协调引擎206的环形场发生器238。就像对于尖端场发生器232，环形场发生器238可以至少部分地连接到刚性信号导管234。在许多例子中，环形场发生器238在刚性信号导管234内或周围形成。例如，环形场发生器238可以在刚性信号导管234的外表面上形成。
环形场发生器238与尖端场发生器232同轴对齐，使尖端场和环形场也同轴对齐。在很多情况下，环形场发生器238与尖端场发生器232分开一定距离。尖端场发生器232和环形场发生器238的相对位置在下面参考图5A-5N描述。
就像对于尖端场发生器232，刚性信号导管234将环形场发生器238电耦合到协调引擎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将环形信号传递到环形场发生器238。刚性信号导管234还将环形场发生器238机械地耦合到力敏感结构236。
在一些实施例中，环形场发生器238可被实现为部署在刚性信号导管234的外表面周围的导电环。环形场发生器238可以与尖端场发生器232分离并且可以具有比尖端场发生器232通常更大的表面积， 但这不是所有实施例必需的。环形场发生器238可以成形为就像环，以便允许刚性信号导管234以不影响环形场的轴对称性的方式来向尖端场发生器232传递尖端信号。在这些实施例中，由环形场发生器238生成的环形场可以是轴对称的。
在这些实施例中，刚性信号导管234包括定义通过其的电连接的至少一个通孔。在一些情况下，通孔可以在形成环形场发生器之前形成。刚性信号导管234的电连接将部署在刚性信号导管234内的迹线电耦合到环形场发生器238。在许多情况下，迹线被屏蔽。作为屏蔽的结果，刚性信号导管234可以向环形场发生器238传递屏蔽的环形信号。
环形场发生器238可以由任何数量的合适的导电材料形成。在一些例子中，环形场发生器238由金属形成。在其它情况下，环形场发生器238由沉积的导电材料形成，诸如金属氧化物或金属粉末。示例环形场发生器在下面参考图5A-5N详细描述。
因为环形场发生器238与触控笔204的尖端分离，所以触控笔204(从尖端旋转)的角位置影响输入表面218和环形场发生器238之间的距离。例如，如果触控笔204以非常尖锐的角度触摸输入表面218时(例如，触控笔基本上平坦地躺在输入表面上)，环形场发生器238可以离输入表面有小的距离。相反，如果触控笔204垂直于输入表面218(例如，90度角)，则环形场发生器238被定位成离输入表面218的距离大。以这种方式，当触控笔204的极角变化时，环形场发生器238横穿输入表面218上方的弧；当触控笔204垂直于输入表面218时，弧的顶点出现。
如可以认识到的，前面的广义描述参考触控笔204的协调引擎206，因为它涉及可被电子设备202的协调引擎220检测的尖端场和环形场的生成。如上面所指出的，电子设备202的协调引擎220可被构造为检测尖端场和环形场，以及对应地，尖端场交叉区域和环形场交叉区域。其后，电子设备202比较尖端场交叉区域与环形场交叉区域的相对位置，以估计触控笔的位置和触控笔的角位置。以这种方式， 协调引擎206和协调引擎220合作，以便以高准确度确定触控笔204相对于电子设备202的输入表面218的平面的位置和角位置。
在许多实施例中，协调引擎206、220的合作允许用户输入***200以比包括分开的电磁数字转换器的常规触控笔输入***更功率高效的方式操作，其中电磁数字转换器具有给触控笔供电(例如，感应功率、谐振感应耦合等)以及从其接收和解释输入的双重目的。另外，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常规触控笔输入***所需的处理能力。因此，本文所述的用户输入***实施例可以以比常规触控笔输入***减少的延迟进行操作。
协调引擎206还可以估计由触控笔204的尖端施加到输入表面218的力的量值。检测由触控笔204施加到输入表面218的力的量值的一个示例方法在下面描述；但是，可以认识到，这仅仅是一个例子并且其它实施例可以以另一特定于实现方式且合适的方式检测由触控笔204施加的力。
如以上关于其它实施例指出的，触控笔204的尖端可以是相对于触控笔204的主体可移动的，一般沿纵轴(例如，如在图1A中所示的纵轴120)。更具体而言，尖端场发生器232、环形场发生器238和/或刚性信号导管234可被构造为响应于由触控笔204的尖端施加到输入表面218的力而至少部分地相对于触控笔204的壳体移位、平移、缩回或以其它方式改变沿轴向的位置。
刚性信号导管234可以将触控笔204的尖端耦合到协调引擎206的力敏感结构236。以这种方式，当触控笔204的尖端触摸输入表面218(或任何其它表面)并且施加力时，触控笔204的尖端经受反作用力，该反作用力又经由刚性信号管路234被转移到力敏感结构236。
在这些实施例中，力敏感结构236还包括表现出随着施加到力敏感结构的力的变化而变化的电可测量特性的传感器。在一个例子中，传感器对应变敏感并且可以耦合到力敏感结构236的后方悬臂式腿部。以这种方式，应变传感器在物理上与尖端场发生器232和环形场发生器238都分开一定的距离，该距离减少任何寄生耦合、电磁干扰或应 变传感器与尖端场发生器232和环形场发生器238之间的任何其它干扰。
在一个实施例中，应变传感器操作为由响应于诸如压力、张力或力的维度变化而表现出电阻(例如，电导)的变化的材料形成的电阻传感器。应变传感器可以是表现出响应于电极的变形、偏转或剪切而可变的至少一个电特性的顺应性材料。应变传感器可以由压电、压阻、电阻或其它应变敏感材料形成。
力敏感结构236被构造为响应于由触控笔的尖端施加的力而相对于触控笔的主体的框架偏转。作为偏转的结果，传感器的电可测量特性可以改变。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。力估计可以是作用于触控笔204的反作用力的量值的估计。一旦获得了力估计，协调引擎206就利用任何合适的编码或非编码格式将该力估计作为矢量或标量向电子设备202传送。
触控笔的主控制器子***
如上面所指出的，图2A中绘出的用户输入***200可被构造为定位触控笔204并基于协调引擎206、220之间的合作估计触控笔204的角位置。在许多实施例中，其它信息可以在电子设备202和触控笔204之间交换，诸如但不限于：所施加的力的量值；触控笔204的电池容量；触控笔设置信息；用户身份信息；触控笔身份信息；等等。
如上面所指出的，通过将所述信息作为数字或模拟数据信号在尖端信号和环形信号中任一个或二者之上进行调制，这种信息可以从触控笔204被传递到电子设备202。但是，在其它情况下，可以使用单独的通信技术。在许多例子中，触控笔的这些附加操作和功能由处理单元和无线接口，诸如就像如图2B中所示的触控笔204的处理单元208和无线接口212，执行、监视和/或协调。
接下来参考图2E，其中示出了图2B的触控笔204的处理单元208和无线接口212的简化***图。处理单元208可被构造为促进协 调引擎206、电源子***210、无线接口212和/或电源连接器214之间的通信(如图2A-2B中所示)。处理单元208的这些操作和目的仅仅是例子；不同的实施例可以赋予处理单元208不同的任务。
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和/或触控笔204的其它子***的基本上所有部件通信来控制或协调处理单元208的一些或全部操作。例如，***总线或信号线或其它通信机构可以促进处理器240和处理单元208或者更一般地触控笔204的其它子***的各种部件之间的通信。
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可被构造为访问存储器242，其中存储有指令。指令可被构造为使处理器240执行、协调或监视处理单元208和/或触控笔204的一个或多个操作或功能。
在许多实施例中，处理器240的一个或多个部件可以包括或者可以能够通信耦合到电路和/或逻辑部件，诸如模拟电路、数字电路和存储器242。电路可以促进处理器240的一些或全部操作，包括但不限于：与触控笔204的其它子***通信和/或交易数据；生成被用来生成尖端信号和环形信号的参数；将尖端信号和环形信号传递到协调引擎206；测量和/或获得诸如应变传感器或加速度计的一个或多个模拟或数字传感器的输出；等等。
在一些情况下，处理器240和存储器242在同一个集成电路(其可以是表面安装的集成电路)中实现，但这不是所有实施例必需的。
存储在存储器242中的指令可被构造为控制或协调单独的处理器，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、按钮或其它物理输入设备，生物特征认证传感器和/或***、力或触摸输入/输出部分、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。为了说明的简化并减少图之间元素的重复，这些(和其它)部件当中许多从图2A-2B和2E中绘出的一个或多个简化***图中被省略了。可以理解，这些元件和部件 中许多可被完全或部分地包括在触控笔204的壳体内，并且可以以适当且特定于实现方式的方式集成到本文所述的许多实施例中。
存储器242还可以存储可以由触控笔204或处理器240使用的电子数据。例如，存储器242可以存储电数据或内容，诸如但不限于：媒体文件；文档和应用；设备设置和偏好；定时和用于触控笔204的各种模块或子***的控制信号或数据；数据结构或数据库、文件、参数或与尖端信号和/或环形信号相关的构造；等等。
存储器242可被构造为任何类型的存储器。举例来说，存储器242可被实现为随机存取存储器、只读存储器、闪存、可移除存储器，或其它类型的存储元件，或者这些设备的组合。
处理器240可被构造为从统称为传感器244的一个或多个传感器获得数据。传感器244可以在处理单元208上基本任何地方或者，更一般地说，在触控笔204的壳体内任何地方定位。例如，传感器244中的一个传感器可以是耦合到力敏感结构236(例如见图2D)的传感器。
在一些实施例中，传感器244被构造为检测触控笔204的环境状况和/或操作环境的其它方面。例如，环境传感器可以是环境光传感器、接近性传感器、温度传感器、气压压力传感器、湿度传感器等。在其它情况下，传感器可被用来计算环境温度、空气压力，和/或进入触控笔204的水。这种数据可以被处理器240用来调整或更新触控笔204的操作和/或可以将这种数据传送到电子设备202以调整或其更新其操作。
在更进一步的实施例中，传感器244被构造为检测触控笔204的运动特点。例如，运动传感器可以包括用于检测触控笔204的运动和加速度的加速度计、陀螺仪、全球定位传感器、倾斜传感器等。这种数据可被用来调整或更新触控笔204的操作和/或可以将这种数据传送到电子设备202以调整或更新其操作。
在更进一步的实施例中，传感器244被构造为检测操纵触控笔204的用户的生物特征。示例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、血液量估计、血压或它们的组合。处理器240可以使用这种数据来调整或更新触控笔204的操作和/或可以将这种数据传送到电子设备202以调整或更新其操作。
触控笔204还可以包括可被用来估计、量化或估计在触控笔204附近或以其它方式在其外部的对象的特性的一个或多个实用传感器。示例实用传感器包括磁场传感器、电场传感器、颜色计、声音阻抗传感器、pH水平传感器、材料检测传感器等。处理器240可以使用这种数据来调整或更新触控笔204的操作和/或可以将这种数据传送到电子设备202以调整或更新其操作。
在许多情况下，处理器240可以采样外部数据、运动数据、功率数据、环境数据、实用数据，和/或其它数据(或接收其样本)，并且在既定或未定义的时间段上跟踪这些数据的进展。累积的跟踪数据、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、跟踪数据的标准差等都可被用于调整或更新触控笔204的操作和/或可以将这种数据传送到电子设备202以调整或更新其操作。
无线接口212可以能够通信地耦合到处理器240并且可以包括适于促进处理器240和诸如电子设备202的分开的电子设备之间的通信的一个或多个无线接口。一般而言，无线接口212可被构造为发送和接收可以通过由处理器240执行的指令进行解释的数据和/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、网络通信接口或者任何其它无线通信接口。在许多实施例中，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。
在一个实施例中，处理器240利用无线接口212基本上实时地向电子设备202传递关于触控笔204的信息。例如，这种信息可以是，但不限于：作为测量力敏感结构236的传感器的结果由协调引擎206 和/或处理器240作出的实时或基本实时的力估计；在从触控笔204内的加速度计或陀螺仪获得数据之后由处理器240作出的实时或基本实时的角位置估计；等等。
处理器240还可以与信号发生器246通信。信号发生器246可被构造为生成尖端信号和环形信号，由协调引擎206分别传递到尖端场发生器232和环形场发生器238(见，例如，图2B和2D)。在其它例子中，信号发生器246生成、存储、访问或修改被传递到协调引擎206的尖端和/或环形信号参数。协调引擎206可以接收这些参数并且，作为响应，可以生成对应的尖端信号和环形信号。
在一些例子中，信号发生器246可以在尖端信号和/或环形信号任何一个或二者中包括触控笔或用户识别信息。例如，信号发生器246可以包括向特定电子设备识别特定触控笔的信息。在这些实施例中，多于一个触控笔(每一个具有不同的身份)可以和相同的电子设备202一起使用。在一些情况下，多个触控笔可以与电子设备202的不同功能和/或操作相关联。在一个例子中，一系列可单独识别的触控笔可被用来在电子设备上操作的图形说明程序内执行分开的任务。
在其它例子中，信号发生器246可以包括在尖端信号和/或环形信号中任何一个或二者中的认证信息。在这些情况下，特定触控笔的特定用户可以向电子设备识别。例如，触控笔可以包括一个或多个对建立操纵触控笔的用户的身份有用的生物认证传感器，诸如指纹传感器。在这个实施例中，信号发生器246可以将认证信息(例如，公共密钥、安全证书等)编码在尖端信号或环形信号中任何一个或二者中。其后，电子设备可以解码和/或解调接收到的尖端信号和/或环形信号，以便获得所提供的验证信息。其后，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。已知的用户可以被授予操作电子设备的某些特征或者访问电子设备可用或可访问的某些信息的权限。
触控笔的电源子***
如上面所指出的，图2A中绘出的用户输入***200可被构造为定位触控笔204、估计触控笔204的角位置，并促进电子设备202和触控笔204之间的直接通信。接下来，参考触控笔204的电源子***210，如图2F中所绘出的。
一般地和广泛地，触控笔204的电源子***210可被构造为存储电力并向触控笔204的各种部件和其它子***提供电力。电源子***210一般包括充电/放电控制器248、充电监视器250和电池252。
充电监视器250可被构造为在特定的时间估计电池252的容量。充电/放电控制器248可被实现为处理器和功率调节器，其可被构造为当处于充电模式时控制供给电池252的电压和/或电流，并且单独地，当处于放电模式时控制由电池252供给的电压和/或电流。
充电/放电控制器248还耦合到电源连接器214。当电源连接器214耦合到电源(例如，带电的数据端口，诸如图1A中所示的电子设备102的数据端口114)时，充电/放电控制器248可以将从其接收到的电力传递到电池252，以便补充电池252的电量。
在一个实施例中，充电/放电控制器248可被构造为允许电池252的快速充电，而不会引起对电池252的损坏。在一些情况下，充电/放电控制器248可被构造为一旦电池252已被再充电至超过选定的阈值容量就减慢充电速率。例如，充电/放电控制器248可被构造为在快速充电模式下操作(例如，高恒定电流)，直到电池252的容量被估计大于百分之八十。其后，充电/放电控制器248可以减慢充电速率至选定的速率，以防止对电池252的永久性损坏。
电池252可以是锂聚合物电池或锂离子电池。但是，在其它实施例中，碱性电池、镍镉电池、镍金属氢电池或任何其它合适的可再充电或一次性电池也可以使用。
对于其中电池252是锂聚合物电池的实施例，电池252可以包括可形成电池252的部件(例如，阳极、阴极)的堆叠层。在许多实施例中，电池252可以在被密封到袋子中之前被轧制。以这种方式，当被放在触控笔204的主体内时，电池252可以具有很少或没有未使用的空间。
电池252包括阴极、电解质、隔板和阳极。阴极(或正极)可以是诸如氧化锂钴(LiCoO2)的层状氧化物、诸如磷酸铁锂的聚阴离子，或诸如氧化锂锰的尖晶石。阴极可以包括溶液，其具有活性物质(例如，LiCoO2)、导电添加剂(例如，炭黑、乙炔黑、碳纤维、石墨等)、键合剂(诸如聚偏二氟乙烯、乙烯-丙烯及二烯)以及可选地溶剂。键合剂可以起到将活性物质和导电添加剂保持在一起的作用，并且在其中键合剂是非水溶性溶剂(诸如N-甲基吡咯烷酮)的情况下，用来使活性物质和导电添加剂遍布整个键合剂分布。应当指出，阴极溶液的上述例子仅仅意味着是说明性的并且许多其它常规的阴极材料都可被用来形成阴极。
阳极(或负极)一般是用于电池252的离子和电子的源。阳极可以包括阳极溶液，其包括活性材料(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-丙烯及二烯)以及可选地溶剂。
隔板可以位于阴极和阳极之间。隔板可以是玻璃纤维布或柔性塑料膜(例如，尼龙、聚乙烯或聚丙烯)。隔板隔开阳极与阴极，同时允许充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的混合物，诸如含有锂离子的复合物的碳酸亚乙酯或碳酸二乙酯。这些非水电解质一般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)。电解质可以在阳极和阴极溶液周围填充到阳极和/或阴极中。在一些实施例中，电解质可以在隔板中饱和，使得当隔板被添加到核中时电解质也可以被添加。
在一些实施例中，电池252可以包括一个或多个其它部件，诸如还可操作地连接到阴极电极集电体和阳极电极集电体当中任何一个或二者的流动屏障和/或封装壁等。上述电池252的特定构造仅仅是简化的例子，并且各个部件的数量和次序可以改变。
就像对于在图1A-1D中所绘出的具体实施例，在图2A-2F中绘出的实施例的以上描述及各种备选方案和变型，一般而言是为了解释的目的而给出的，并且是为了促进对诸如本文所述的输入***的一般操作和功能的透彻理解。
但是，对本领域技术人员将显而易见的是，本文给出的一些具体细节可能不会是为了实践特定的所述实施例或者其等同物必需的。因此，具体实施例的以上和以下描述是为了说明和描述的有限目的给出的。这些描述不是要穷尽，或者要将本公开内容限制到本文中记载的精确形式。与此相反，对本领域普通技术人员将很明显的是，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。特别地，可以理解，图2A-2F中绘出的用户输入***的操作特征，包括电子设备的操作和触控笔的操作，可以以多种合适和特定于实现方式的方式来实现。
触控笔的部件布局
如关于本文所述的许多实施例指出的，被构造为生成尖端场和环形场(其可以由电子设备的协调引擎来检测)的触控笔可以以用于减少或消除寄生耦合、电磁干扰或者可能不利地影响尖端场和/或环形场的任何其它干扰的方式来构建。一般地和广泛地，本文所述的实施例物理上将触控笔中的电子部件和电路与尖端场发生器和环形场发生器分开。此外，触控笔中的某些结构部件被构造为用作电磁屏蔽，使尖端场发生器、环形场发生器和/或与其关联的信号线受益。一个这样的示例触控笔在下面参考图3A进行描述；但是，可以认识到，其中给出并在以下描述的屏蔽技术和概括性的布局仅仅是一个例子，并且其它实施例可以以不同的方式来实现。
图3A在分解图中绘出了触控笔300的各种部件。为了促进对触控笔300的各种部件的互操作和组装的理解，提供了图3D-3G，示出了完全组装好的触控笔300(例如，图3D)、触控笔300的组装好的尖端的详细视图(例如，图3E)、触控笔300的组装好的中间部分的详细视图(例如，图3F)和触控笔300的组装好的盲端帽端 部的详细视图(例如，图3G)。为了说明的简化，图3D-3G中绘出的实施例的一些部分在虚像中提供或者被示为半透明的。
所示实施例的触控笔300包括圆管302。圆管302是中空的。圆管302可以采取各种形式，以促进触控笔300被用户方便、熟悉和舒适地操作。在所示出的例子中，圆管302具有书写用具的一般形式，如钢笔或铅笔。圆管302一般是具有恒定直径的圆柱形。圆管302可以由塑料、金属、陶瓷、层压材料、玻璃、蓝宝石、木材、皮革、合成材料或者任何其它材料或材料的组合形成。
圆管302可被构造为在圆管302的端部处连接到盲端帽304。盲端帽304可被构造为向触控笔300的圆管302提供装饰端部。当附连到圆管302时，盲端帽304与圆管302形成基本连续的外表面。
在一些情况下，盲端帽304包括用于将触控笔300附连到用户的口袋或任何其它合适的存储位置的夹子(未示出)。盲端帽304可以包括被构造为耦合到挂绳或系链的通孔。挂绳或系链还可被构造为耦合到电子设备。
盲端帽304可以由任何合适的材料形成，诸如但不限于金属、塑料、玻璃、陶瓷、蓝宝石等或者其组合。在许多情况下，盲端帽304是由与圆管302相同的材料形成的，但这不是必需的。在一些实施例中，盲端帽304可被构造为完全或部分地作为信号漫射器来漫射红外信号或另一光信号，诸如多色发光二极管。在其它情况下，盲端帽304可被构造为完全或部分地作为天线窗口，从而允许无线通信和/或允许电场穿过。
如图所示，盲端帽304以圆形端部终止，但这不是所有实施例必需的。在一些实施例中，盲端帽304作为平面终止。在其它实施例中，盲端帽304以任意形状终止。
盲端帽304可以表现出恒定或可变直径的横截面。在许多实施例中，诸如所示出的，盲端帽304的横截面视图在圆管302和盲端帽304对接的地方匹配圆管302的横截面视图。
盲端帽304可被构造为可移除地附连到圆管302。在一个实施例 中，盲端帽304带螺纹，使得盲端帽304被旋拧到圆管302中对应的螺纹中。在其它情况下，盲端帽304包括一个或多个被构造为与圆管302内一个或多个对应凹部和/或棘爪对齐的棘爪和/或凹部和/或盲端帽304可以隐藏的连接器。在其它情况下，盲端帽304过盈配合到圆管302。在更进一步的情况下，盲端帽304被磁性吸引到圆管302的一部分。
在所示出的实施例中，圆管302在一端部处成锥形。圆管302的锥形端部在图中被识别为锥形尖端302a。圆管302的锥形尖端302a，其与圆管302的端部相对，可被构造为连接到盲端帽304，以部分地封住并支持点组件306(见，例如，图3D-3E)。
如图所示，锥形端部302a可以与圆管302一体化形成。在其它实施例中，锥形端部302a是与圆管302分开的工件。例如，锥形端部302a可以粘合到圆管302、声波焊接到圆管302、卡扣配合到圆管302、摩擦配合到圆管302或以任何其它合适的方式连接到圆管302。
点组件306部分地部署在锥形端部302a内。点组件306的其它部分永久地或者可移除地从其外面附连到锥形端部302a。点组件306本身被构造为封住、保留和/或支撑与触控笔300的尖端场发生器、环形场发生器和应变响应元件关联的各种电子部件，所有这些都在下面被引用和详细描述。
点组件306可以包括接地部分306a和可移动部分306b。点组件306的可移动部分306b可以关于圆管302可移动。点组件306的接地部分306a可以关于圆管302或者其底架固定。
点组件306的可移动部分306b包括鼻状物308。鼻状物308一般采取圆锥形状，但是这种形状不是所有实施例必需的。鼻状物308包括轴环(collar)308a和笔尖308b。
在许多情况下，鼻状物308可以是由用户可更换和/或可移除的。例如，不同的鼻状物可以采取不同的形状。在一些例子中，用户可能更喜欢用具有特定形状的鼻状物替换鼻状物308。示例鼻状物形状包括但不限于：不同尺寸的点形状；凿的形状；扁平形状；钢笔尖的形 状；等等。
鼻状物308可以由单一材料形成。在其它情况下，轴环308a由第一材料形成并且笔尖308b由第二材料形成。鼻状物308可以通过双射模制工艺、共同模制工艺、包覆模制工艺、***模制工艺或任何其它合适的工艺来制造。
轴环308a可被构造为可移除地或永久地与部署在圆管302内的协调引擎310(在下面详细描述)的一部分接合。协调引擎310包括刚性信号导管310a和力敏感结构310b。刚性信号导管310a被构造为以电和机械方式将点组件306的可移动部分306b耦合到力敏感结构310b(参见，例如，图3D-3E)。
更具体而言，轴环308a可以包括可被构造为与刚性信号导管310a的对应螺纹接合的带螺纹部分。在这个实施例中，轴环308a可以紧紧邻接附连到刚性信号导管310A的凸耳，使得在由用户操纵触控笔300期间由鼻状物308经历的扭矩不会导致轴环308a旋转和/或脱离刚性信号导管310a。
在其它实施例中，轴环308a可被构造为以不同的方式接合刚性信号导管310a，诸如利用卡扣配合或摩擦配合。在更进一步的实施例中，轴环308a可被永久地附连到刚性信号导管310a，例如利用粘合剂或通过焊接。
一旦轴环308a被附连到刚性信号导管310a，鼻状物308就可以相对于圆管302可移动。更具体而言，响应于诸如上述的反作用力，鼻状物308可以被允许缩回到圆管302中一定的距离。
在一些实现方式中，当被组装到圆管302中时，鼻状物308与锥形尖端302a分开间隙312，诸如图3B中所示。在本文，触控笔300的这个状态一般被称为“就绪”状态。
在就绪状态，间隙312可以具有任何合适的宽度；但是，对于典型的实施例，间隙312可以在处于中立位置时(例如，当触控笔300不向任何表面施加力，并且没有反作用力作用以关闭间隙312时)小于1毫米。在其它实施例中，间隙312可以在处于中立位置时小于0.1毫米。在其它实施例中，间隙312具有不同的宽度。在一些例子中，间隙312的宽度是通过旋转鼻状物308可构造的。在一个实施例中，用户旋转鼻状物308，从而使轴环308a沿着刚性信号导管310a的螺纹朝圆管302前进，由此减小间隙312。在另一个实施例中，用户能够旋转鼻状物308，从而使轴环308a远离圆管302从刚性信号导管310a的螺纹撤退，由此增加间隙312。
在一些例子中，处于就绪状态的间隙312的宽度可以至少部分地被选择为减少由协调引擎或者，更一般地说，部署在圆管302中的电或机械部件经受的峰值机械负荷。更具体而言，间隙312可被构造为在鼻状物308接收到超过某个阈值(例如，在一个实施例中是1公斤，在另一个实施例中是0.5公斤)的反作用力Fr之后完全关闭，诸如图3C中所示。一旦间隙312被完全关闭，笔尖308b就直接接触锥形尖端302a，从而防止圆管302内的部件，诸如协调引擎，经历大于阈值量值的反作用力。如下面关于图7描述的，一个或多个可调节的内部部件可被用来限制鼻状物308的行进和/或传送到内部部件的力，该内部部件诸如但不限于力敏感结构。
在一些实施例中，间隙312可以用顺应材料填充，诸如弹性体或聚合物。在其它例子中，可变形或可压缩的材料可以装饰性地桥接间隙312，将鼻状物308连接到圆管302的锥形尖端302a。
返回到图3A，点组件306的鼻状物308的笔尖308b可被构造为接触电子设备的输入表面。笔尖308b可以逐渐变细成一点，类似于笔，使得用户可以以熟悉的形状因子的精度控制触控笔300。在一些例子中，笔尖308b可以是钝的或圆形的，而不是尖的，或者可以采取可转动的或固定的球的形式。
在许多实施例中，笔尖308b由比电子设备(诸如图1A中所绘出的电子设备102)的输入表面更软的材料形成。例如，笔尖308b可以由硅树脂、橡胶、含氟弹性体、塑料、尼龙或任何其它合适的材料或这些材料的组合形成(或者可以具有由这些材料形成的外表面或涂层)。以这种方式，笔尖308b跨输入表面的绘制不会造成对输入 表面或应用到输入表面的层的损坏，该应用到输入表面的层诸如但不限于抗反射涂层、疏油涂层、疏水涂层、装饰性涂层、油墨层等。
笔尖308b可以由掺有被构造为为笔尖308b提供选定的颜色、硬度、弹性、刚度、反射率、折射模式、纹理等的试剂的材料形成。在其它例子中，掺杂剂可以向笔尖308b赋予其它特性，包括但不一定限于导电性和/或绝缘特性、磁和/或抗磁特性、耐化学和/或反应特性、红外和/或紫外光吸收和/或反射特性、可见光吸收和/或反射特性、抗微生物和/或抗病毒特性、疏油和/或疏水特性、热吸收特性、防虫害特性、褪色和/或抗褪色特性、抗静电特性、液体暴露反应特性，等等。在许多情况下，笔尖308b由与圆管302相同的材料形成，但这不是必需的。
尖端场发生器314部署在笔尖308b的尖端端部内(参见，例如，图3D-3E)。在许多实施例中，尖端场发生器314***模制到笔尖308b中，但这可能不是所有实施例必需的。尖端场发生器314可以被部署为尽可能靠近笔尖308b的外表面。
如上面所指出，点组件306还包括可以部署在圆管302中并关于圆管302固定的若干个部件。在典型的实施例中，点组件306包括支撑轴环316和凸缘螺母318。在一些实施例中，这种部件可以作为一体的部件形成。
在许多实施例中，凸缘螺母318可被焊接、钎焊或以其它方式永久性地粘合到底架320。底架320可以采取***圆管302内的套筒的形状。底架320可以关于圆管302的内表面固定(参见，例如，图3D-3G；底架320被描绘为半透明)。支撑轴环316可以连接到凸缘螺母318。在一些例子中，支撑轴环316邻接圆管302(不可见)的内表面内的唇缘或环。
底架320被构造为滑入圆管302的内部容积并可以提供用于触控笔300的各种内部部件的结构支撑安装特征。底架320具有对应于圆管302的形状的形状。在这种情况下，底架320采取大致圆柱形形状，其对应于圆管302的内部容积的圆柱形形状。底架320的尺寸可以设 置成跨圆管302的长度的大部分延伸，但这可以不是所有实施例必需的(参见，例如，图3D)。
在一些例子中，底架320可以包括部署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架320干扰触控笔300中的一个或多个电路的操作。电绝缘层可以由油墨、涂料或者粘合或以其它方式固定到底架320的内表面的分开的部件。
在一些例子中，底架320可以包括部署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架320干扰触控笔300中的一个或多个电路的操作。
在其它例子中，底架320可以电连接到一个或多个电路。在许多例子中，底架320可以充当***接地，对部署在触控笔300中的全部(或基本上全部)电路提供电接地。在其它情况下，底架320也可以充当用于一或多个天线元件的接地平面。
在一些实施例中，一个或多个无线部件定位在底架320内并且被构造为向一个或多个外部设备发送信号。为了促进这些信号的传输，底架320可以包括天线窗口322。天线窗口322是一个小孔，其尺寸允许由天线组件324生成的电磁信号离开圆管302。天线窗口322的尺寸和位置至少部分地依赖于天线组件324的尺寸和位置。
虽然在所示实施例中底架320定义天线窗口322，但其它实施例可以包括多于一个天线窗口(参见，例如，图3D和图3G)。在一些例子中，多于一个天线组件可以共享相同的天线窗口，或者在其它情况下，每个天线组件可在其自己专用的天线窗口内被定位或与其相邻。
底架320还可以包括访问或组装窗口326。组装窗口326可以被包括，以促进触控笔300的简化制造。例如，组装窗口326可以在底架320中与热压焊(hot bar)操作被期望或优选的位置相邻定义，以便在两个部件都已经部署在底架320内时将一个部件电耦合到另一个。在其它例子中，组装窗口326可以在组装窗口326内与两个单独电路之间的连接经由连接器来实现的位置相邻定义。
如可以认识到的，某些实施例可以定义底架320具有多于一个组装窗口。在其它情况下，组装窗口可以是不需要的。
在一些例子中，一旦使组装窗口326必需的制造操作完成，组装窗口326就可以被覆盖。在一些情况下，组装窗口326可以被导电带覆盖。在另一种情况下，组装窗口326可以通过在组装窗口326上方焊接板而被覆盖。如可以认识到的，在某些实施例中部署在组装窗口326上方的盖子可以是导电的，以便向部署在底架320中的电子元件提供电磁屏蔽。
底架320还可以包括键合点328。在示出的实施例中，底架320具有两个键合点，标记为键合点328和键合点330。键合点328、330可以利用促进键合到另一部件的几何形状形成。例如，键合点可以被准备用于焊接到另一种金属材料。准备用于焊接的键合点可以包括任何数量的操作，包括但不限于：去除应用到为底架320选择的材料的一个或多个涂层；给键合点评分；向键合点添加牺牲材料；将键合点形成为特定的几何形状；等等。
虽然底架320的键合点被描绘为在底架320的同一个半中定义，但是可以认识到，键合点可以适当地在沿着底架320的位置被定义。在许多实施例中，底架320的键合点328、330被构造为焊接到力敏感结构310b(参见，例如，图3D-3E)。
力敏感结构310b可以至少部分地由金属形成。力敏感结构310b可以包括具有从侧向床332的每个端部延伸的两个悬臂式腿部的侧向床332。悬臂式腿部在所示实施例中被识别为后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿336。
后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿部336可以由与侧向床332相同的材料形成。在一些实施例中，侧向床332和后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿336被形成为单个一体的部分。在其它例子中，后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿部336经由粘合剂、焊接或任何其它合适的方法附连到侧向床332。
在一些情况下，后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿部336可以 通过枢转或铰接连接耦合到侧向床332。
后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿部336二者都可以提供到底架320的机械地，将力敏感结构310b的侧向床332悬挂在触控笔300的圆管302和/或底架320的内部之内。在一些情况下，前方和后方悬臂式腿部334、336当中每一个的一个端部关于底架320和圆管302被固定并且侧向床332被允许侧向移位或移动。如在下面关于图4A-4M更详细描述的，前方和后方悬臂式腿部334、336可以偏转并且侧向床332可以响应于施加在笔尖308b(或可移动部分306b)上的力而移位。
特别地，触控笔300的点组件306的可移动部分306b可被机械耦合到刚性信号导管310a。刚性信号导管310a又可被耦合到力敏感结构310b的侧向床332。例如，点组件306的可移动部分306b可以耦合到后方悬臂式腿部334或前方悬臂式腿部336和/或侧向床332当中至少一个。在本实施例中，可移动部分306b经由管状屏蔽340耦合到侧向床332。以这种方式，当触控笔300的点组件306的可移动部分306b朝圆管302移动和/或缩回到底架320内部之内时，后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿部336偏转。
当从输入表面移除触控笔300(以及，因此，移除作用在触控笔300上的反作用力)时，力敏感结构310b的后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿部336中一个或二者由弹性材料形成并且将触控笔300的点组件306的可移动部分306b返回到其正常位置。
在许多实施例中，后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿部336在处于中立位置时基本上与侧向床332正交。在其它情况下，后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿部336以倾斜角从侧向床332延伸。在一些情况下，后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿部336二者都连接到侧向床332的相同侧(例如，如图所示)。这种实施例使力敏感结构310b表现出加宽U形的轮廓。在其它情况下，后方悬臂式腿部334和前方悬臂式腿部336连接到侧向床332的相对侧；力敏感结构310b的轮廓采取细长的S形或Z形。
在这些实施例中，力敏感结构310b还包括表现出随着所施加的力的量值的变化而变化的电可测量特性的元件。在一个例子中，应变敏感电极338可以耦合到力敏感结构310b的后方悬臂式腿部334。应变敏感电极338可以耦合到触控笔300内的电路。该电路可被构造为监视应变敏感电极338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。然后，该电路量化这些变化，这些变化可被用来估计所施加的力。其后，触控笔300可以将所施加的力传送到电子设备，其可被解释为用户输入。
在许多实施例中，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合到后方悬臂式腿部334的左侧并且第二应变敏感电极可以耦合到后方悬臂式腿部334的右侧。换句话说，多于一个应变敏感电极可以被布置成在后方悬臂式腿部334上彼此相邻。在一些实施例中，响应于后方悬臂式腿部334的变形，应变敏感电极中的一个可以被放置成压缩，而另一个应变敏感电极被置于拉伸(例如，拉伸应变)。在其它情况下，响应于后方悬臂式腿部334的变形，多个一个应变敏感电极中的全部被放置成压缩(例如，压缩应变)。
多个应变敏感电极可以被连接到电路(例如，传感器电路)，以便近似于由后方悬臂式腿部334经受的应变(例如，压缩或拉伸)的量值。在这个例子中，应变的量值可以通过测量多个应变敏感电极的共同特性(例如，并联和/或串联电阻)或差分特性(例如，分压)来获得。
在一个实施例中，诸如并联电阻的共同特性估计可以通过对电路施加已知电压并且测量通过多个应变敏感电极的电流来获得。在另一实施例中，电流可以被注入到多个应变敏感电极中并且电压可以从中进行估计。在这任意一种情况下，多个应变敏感电极中任意一个或二者的电阻可以经由欧姆定律来计算并且又可以关联到由应变敏感电极经受的应变的量。
在另一实施例中，多个应变敏感电极可以电耦合在一起，使得差分特性估计(诸如分压)可以通过对电路施加已知电压并且测量跨多 个应变敏感电极中两个或更多个之间的点的电压与参考电压来获得。在另一实施例中，电流可以被注入到多个应变敏感电极中，并且电压或者多于一个电压可以被估计。在任一情况下，多个应变敏感电极中任意一个或二者的电阻可以经由欧姆定律来计算并且又可以关联到由多个应变敏感电极中一个或多个经受的应变的量。
在许多情况下，差分特性估计可以与共同特性估计组合或进行比较。在一些例子中，差分特性估计和共同特性估计可以通过未加权或加权的平均进行组合。在其它实施例中，可以使用两个估计的最大值或最小值。在更进一步的实施例中，可以使用两个估计之间的其它组合或判决方法。
在其它情况下，可以不要求对每个独立应变敏感电极的电阻和/或累积电荷的实际计算。例如，在某些实施例中，估计的电压或电流(例如，来自共同特性估计、差分特性估计，或两者)可以直接关联到由力敏感结构经受的应变的量。
一旦每个应变敏感电极的电阻都已经经由计算或测量获得，每一个就都可以与已知的基准电阻值进行比较，以便确定应变敏感电极是否正在经受拉伸或压缩。换句话说，当力敏感结构经受反作用力时，它可能会变形，从而导致一个或多个应变敏感电极膨胀(例如，拉伸)或收缩(例如，压缩)，这会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的电阻或其它电特性是作为相对值测量的，这可以成为环境影响的因素，诸如温度和/或残留的或静态应变。
对于某些材料，电阻可以随着压缩或拉伸线性改变。对于其它材料，电阻可以响应于压缩或拉伸而沿着已知的曲线改变。因而，依赖于为应变敏感电极选择的材料，以及应变敏感电极在力敏感结构上的位置(不论在后方悬臂式腿部334上、在侧向床332上，还是两者兼有)，特定的电阻可以关联到由特定应变敏感电极经受的特定的应变量，这又可以本身关联到施加到力敏感结构的力的量，这又可以关联到由尖端部分施加到输入表面的力的量。
如上面所指出的，应变敏感电极338可以由任何数量的合适材料制成。在一些例子中，应变敏感电极338可以由布置在层压堆叠中的多种材料制成。例如，在一个实施例中，应变敏感电极338可被实现为电容传感器；两个导电板由介电材料分开。当电容电极响应于力敏感结构310b对反作用力作出响应的变形而移位和/或移动时，由电容电极表现出的电容改变。电路可以估计这些变化并根据本文所述的实施例将其关联到力的量值。
虽然许多实施例沿着后方悬臂式腿部334的外表面定位应变敏感电极338，但这种构造不是必需的。例如，在一些实施例中，应变敏感电极338可以被定位成重叠后方悬臂式腿部334和侧向床332。换句话说，应变敏感电极338可以围绕后方悬臂式腿部334和侧向床332之间的角落(例如，接口)延伸。
在更进一步的实施例中，应变敏感电极338可以在侧向床332和底架320之间定位。在这些实施例中，应变敏感电极338部分固定并且部分浮动。更具体而言，应变敏感电极338关于底架320固定，并且机械地耦合到侧向床332。以这种方式，当侧向床332在底架320中移置时(例如，响应于反作用力)，应变敏感电极338变形。
在其它实施例中，力敏感结构310b的偏转可以以另一种方式测量，诸如利用但不限于：光学传感器；声学传感器；谐振传感器；压阻传感器；等等。
如上面所指出的，力敏感结构310b经由刚性信号导管310a与点组件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340。管状屏蔽340包括中空部分和托盘部分。如图所示，管状屏蔽340的中空部分向下延伸，并在其与托盘部分相对的端部有螺纹。管状屏蔽340可以为通过中空部分的电导管(例如，信号线、迹线等)提供电磁屏蔽。管状屏蔽340还可被构造为提供刚性结构支撑，以便向力敏感结构310b转移在点组件306处接收到的的反作用力而基本上不偏转或弯曲。管状屏蔽340的托盘部分可被构造为接纳、支撑和部分地封住在下面详细描述 的控制板342(参见，例如，图3D-3E)。
管状屏蔽340可被构造为在力敏感结构310b中被接纳。更具体而言，力敏感结构310b的前方悬臂式腿部336定义管状屏蔽340的中空部分延伸通过其的小孔(在图3A中不可见)。管状屏蔽340的托盘部分，连同控制板342一起，被机械地紧固到力敏感结构310b的侧向床332。在一个例子中，管状屏蔽340的托盘部分经由一个或多个螺钉或其它机械紧固技术紧固到侧向床332。管状屏蔽340可以由金属材料形成并焊接到侧向床332。在另一例子中，管状屏蔽340的托盘部分经由压敏粘合剂、可固化粘合剂或者硅胶或聚合物密封件粘合到侧向床332。在一些情况下，管状屏蔽340的托盘部分封装在侧向床332内。在这些例子中，侧向床332可以包括从侧向床332的边缘向上延伸的侧壁；被构造为密封管状屏蔽340的托盘部分的至少一个部件的封装材料被应用到托盘部分上方，并可以邻接侧向床的侧壁。
以这种方式，管状屏蔽340至少部分地***力敏感结构310b。施加到管状屏蔽340的中空部分的螺纹端部的力(例如，反作用力，诸如上面所述)转移到侧向床332，从而导致力敏感结构310b的前方悬臂式腿部336和后方悬臂式腿部334偏转。
在许多实施例中，管状屏蔽340还延伸通过点组件306的接地部分306a。例如，管状屏蔽340可以延伸通过支撑轴环316和凸缘螺母318。在典型的实施例中，管状屏蔽340可被构造为延伸通过接地部分306a的每个元件，而不会冲击它们的内部侧壁。更具体而言，管状屏蔽340自由地在接地部分306a中移动。
刚性信号导管310a还包括一个或多个附连到管状屏蔽340的中空部分的螺纹端部的负荷移位螺母344。在所示的实施例中，两个负荷移位螺母344被示出，但可以认识到，在不同的实施例中，两个以上的负荷移位螺母344可以被使用(参见，例如，图3D-3E)。在其它实施例中，可以包括单个负荷移位螺母。
在所示的实施例中，后方负荷移位螺母344a和前方负荷移位螺 母344b被示出。一般地并广泛地，后方负荷移位螺母344a和前方负荷移位螺母344b附连到管状屏蔽340的中空部分的螺纹端部，并隔开选定的距离。
后方负荷移位螺母344a可以与凸缘螺母318隔开小于间隙312的距离。类似地，前方负荷移位螺母344b可被构造为邻接鼻状物308的轴环308a，以确保鼻状物308不会不期望地从刚性信号导管310a分开。
后方负荷移位螺母344a与凸缘螺母318隔开，以便控制被转移到力敏感结构310b或者，更一般地说，部署在圆管302中的其它电气或机械部件的峰值机械负荷。更具体而言，后方负荷移位螺母344a可被构造为在间隙312闭合期间冲击凸缘螺母318(例如，接收到反作用力，从而使可移动部分306b朝圆管302移动)。分开后方负荷移位螺母344a和凸缘螺母318的距离可以是可构造的或固定的。
刚性信号导管310a还包括芯***件346。一批芯***件346由诸如塑料的电绝缘材料形成。为了提高的刚度，这批芯***件346可以掺杂纤维材料，诸如玻璃纤维。
芯***件346定义穿过其的若干条信号路径。在一个例子中，芯***件346定义两条不同的信号路径，一条可被构造为向尖端场发生器314传递尖端信号，并且一条可被构造为向环形场发生器348传递环形信号(在下面详细描述)。
芯***件346还可以包括一个或多个接地屏蔽。接地屏蔽可以在被构造为传递尖端信号和环形信号的信号路径之间提供电磁隔离。例如，在一些实施例中，芯***件346的接地屏蔽可以部署在环形信号路径和尖端信号路径之间。在其它情况下，一个或多个接地屏蔽件可以封住环形信号路径和尖端信号路径，以防止外部干扰影响其。
芯***件346包括主体350和柔性电路352。芯***件346的主体350可被构造为***管状屏蔽340内。以这种方式，管状屏蔽340向横穿主体350的长度的信号路径提供电磁屏蔽。
芯***件346的柔性电路352可被构造为耦合到控制板342。在 一个例子中，控制板342被钎焊到柔性电路352。在其它情况下，热压焊耦合技术可被使用。
控制板342可以包括连接器、焊料/热压焊焊盘、电路、处理器，以及连接其的迹线和/或***总线线路。这些部件可以利用任何合适的安装技术被固定到柔性基板、刚性基板或耦合到加强件的柔性基板。控制板342可以包括一个以上由柔性连接器连接的电路板。在这个实施例中，控制板342可以自身折叠或折叠到触控笔的另一部件上。
如上面所指出的，芯***件346包括专用于向尖端场发生器314传递尖端信号的信号线(本文中称为“尖端信号线”)和专用于向环形场发生器348传递环形信号的另一条信号线(本文中称为“环形信号线”)。虽然这些被描述为单条线，但是尖端信号线和环形信号线可以各自由多个单独的导电元件、线路或迹线制成。
在一个例子中，尖端信号线(在图3A中不可见)在芯***件346的底端处的接触焊盘354中终止。在一个例子中，接触焊盘354在芯***件346的制造过程中形成。例如，芯***件346的防水板(flashing)可在精整过程中被切割。切口的位置可以被故意选择成露出尖端信号线。在一些情况下，切口可以是锯齿的，以便增加暴露的信号线的表面积；增加的表面积可以以更耐久的方式键合和/或钎焊到接触焊盘354。
在这些实施例中，接触焊盘354可以以任何电合适的方式耦合到尖端场发生器314。例如，如在上面所提到的，尖端场发生器314可以是部分柔性的，例如，当被实现为弹簧顶针时。在另一个例子中，接触焊盘354可以被钎焊到尖端场发生器314。在更进一步的实施例中，尖端场发生器314可以在制造步骤中位于被施加到接触焊盘354的导电膏内。
在更进一步的例子中，接触焊盘354可以是部分柔性的。例如，接触焊盘354可以由导电泡沫或弹性体形成。在其它情况下，除了尖端场发生器314的弹簧顶针几何形状和/或作为其附加，接触焊盘354可以包括弹簧顶针几何形状。
如关于本文所述其它实施例指出的(和如图所示)，尖端场发生器314和环形场发生器348沿芯***件346的长度同轴对齐，使得由此生成的场(例如，尖端场和环形场)是轴向对称的。以这种方式，用户可以以对用户舒适的任何方式抓住和保持触控笔300。
环形场发生器348采取尖端信号线通过其的闭环的形状。此外，一个或多个接地层、护套或其它结构可以将尖端信号线封在环形场发生器348内。以这种方式，环形场发生器348可以不干扰尖端信号，并且环形场和尖端场都可以是基本上是球面并同轴对齐。
环形场发生器348可以以任何合适的方式形成。在许多情况下，许多示例(并且如图所示的)环型场发生器348在芯***件346周围(和/或部分地在其中)。例如，环形场发生器348在芯***件346的外表面上形成。环形场发生器348可以利用任何数量的合适制造技术部署在芯***件346的外表面上，包括但不限于：物理气相沉积、脉冲激光沉积、自粘附导电膜、金属浮型技术、金属电镀技术等。在其它情况下，环形场发生器348可以是被***模制到芯***件346内的固体金属环。
环形场发生器348可以由任何数量的合适的导电材料形成。在一些例子中，环形场发生器348由金属形成。在其它情况下，环形场发生器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，导电材料可以经由脉冲激光沉积、物理气相沉积或任何其它合适的技术来沉积。
在一些情况下，环形场发生器348由单一的材料形成，而在其它情况下，环形场发生器348由一种以上的材料形成。在一些情况下，环形场发生器348是刚性的，而在其它情况下，环形场发生器348可以至少部分地是顺应的和/或柔性的。
环形场发生器348可以以任何电合适的方式耦合到环形信号线。在一个例子中，穿过芯***件346的通孔将环形信号线连接到环形场发生器348。
如上面所指出的，环形场发生器348可被构造为当从特定的距离 估计时生成本质上近似球面的电场(例如，环形场)。换句话说，环形场发生器348可以基本上作为采用环形(例如，圆环形状)的场源工作；如果从比该环的半径大的距离测量，则由环形场源生成的场基本是球面的。因此，在许多实施例中，环形场发生器348的半径小于隔开环形场发生器348的中心与笔尖308b的尖端的距离。
以上描述并在图3A中绘出的触控笔300的各个部件一般地且广泛地涉及关于图2D描述的协调引擎206。各种部件、这些部件的连接和放置可以从实施例到实施例基本上不同；所绘出的元件仅仅是给出一个例子并且某些部件可以在某些实现方式中被取代或省略。
接下来，参考触控笔300的可以部署在底架320内的某些操作部件。特别地，触控笔300可以包括处理单元电路板套件356。
处理单元电路板套件356可以包括一个或多个电子部件在其上或穿过其布置的一个或多个基板。这些部件可以是表面安装的或通孔部件。部件可以附连到基板的两侧。基板可以是单层电路板、多层电路板或柔性电路板。在一些例子中，可以使用利用一个或多个加强件变得刚硬的柔性电路板。
在所示出的实施例中，处理单元电路板套件356包括由一个或多个柔性电路连接的基板。顶部控制板358可以经由一个或多个柔性连接器362耦合到底部控制板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中任意一个或二者一体地形成。在这些实施例中，柔性连接器362以电气和机械方式将顶部控制板358耦合到底部控制板360，而无需单独的机构、耦合连接器或制造步骤来连接其。
但是，在其它实施例中，柔性连接器362可以与顶部控制板358和/或底部控制板360分开。例如，柔性连接器362被永久地或可移除地附连到顶部控制板358和/或底部控制板360中任意一个或二者。
在许多情况下，顶部控制板358和底部控制板360采取基本相同的形状。以这种方式，底部控制板360可以在顶部控制板358下面折叠(在所示实施例中被示为折叠路径364)。其后，顶部控制板358 和底部控制板360可以以在板之间保持选定距离的方式紧固到一起。在一些实施例中，顶部控制板358和底部控制板360可以在触控笔300的其它部件上折叠。
在一个实施例中，顶部控制板358和底部控制板360可以利用第一支座366、第二支座368和分隔板370紧固到一起。第一支座366和第二支座368可以分别部署在折叠的板的顶部边缘和底部边缘处。隔板370可以一般在顶部控制板358和底部控制板360的中间被定位。
第一支座366和第二支座368可以经由诸如螺钉的一个或多个机械紧固件紧固到板。在其它情况下，第一支座366和第二支座368利用粘合剂被粘合到板。在一些情况下，第一支座366和/或第二支座368可以电连接到任意一个或两个板的电路地。
当被折叠时，处理单元电路板套件356的宽度被选择为小于底架320的内直径。以这种方式，处理单元电路板套件356可以在制造过程中被部署在底架320内。在许多实施例中，处理单元电路板套件356定位在底架320的中间部分内，与组装窗口326相邻。以这种方式，在组装期间，处理单元电路板套件356的至少一部分可以通过组装窗口326访问(参见，例如，图3D-3F)。
处理单元电路板套件356耦合到协调引擎310的控制板342，以便数据、信号和/或功率可以在它们之间交换。在一个实施例中，柔性电路372可被用来将处理单元电路板套件356耦合到协调引擎310的控制板342。处理单元电路板套件356可被构造为，但不限于，以下至少其一：向控制板342提供电力和/或电路接地连接；向控制板342提供尖端信号和/或环形信号；向控制板342提供控制板342用来生成尖端信号和/或环形信号的参数；向控制板342提供数据，用于让控制板342调制到尖端信号和/或环形信号中；从控制板342接收力测量；等等。
类似地，控制板342可被构造为，但不限于，以下至少其一：从处理单元电路板套件356接收电力和/或电路接地连接；从处理单元电路板套件356接收尖端信号和/或环形信号；从处理单元电路板套 件356接收与尖端信号和/或环形信号相关的参数；根据参数生成尖端信号和/或环形信号；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；向处理单元电路板套件356提供力的估计；等等。
控制板342可以包括任何数量的合适电路或电路***。例如，在许多实施例中，控制板342可被构造为分别向尖端场发生器314和环形场发生器348传递尖端信号和环形信号。在其它情况下，控制板342可被构造为估计应变敏感电极338的一个或多个电特性和/或将这种电特性的量值与由力敏感结构310b接收的力的量值相关联。控制板342可以与处理单元电路板套件356通信。例如，处理单元电路板套件356可以向控制板342传递触控笔身份信息、用户身份信息或触控笔设置信息。控制板342可以接收这种信息并相应地修改尖端信号和/或环形信号。在其它例子中，控制板342直接从处理单元电路板套件356接收尖端信号和/或环形信号。
在一个例子中，柔性电路372包括可被构造为将处理单元电路板套件356连接到端口376的连接器374。此外，柔性电路372包括被构造为永久地耦合到控制板342的一个或多个热压焊焊盘378。在其它情况下，柔性电路372可以利用诸如连接器374(参见，例如，图3D-3F)的连接器连接到控制板342。
除了将协调引擎310的控制板342耦合到处理单元电路板套件356，柔性电路372还可以将力敏感结构310b的应变敏感电极338(或一个以上的电极)耦合到控制板342或主控制板365之一或两者。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移除的；该连接可以是钎焊连接、热压焊连接或者在连接器和端口之间进行的连接。
柔性电路372还可以包括铰接部分382。当反作用力使机电耦合移位时，铰接部分382允许柔性电路372收缩或折叠。一般而言，柔性电路372允许力敏感结构310b关于处理单元电路板套件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和处理单元电路板套件356之间的电连接的影响。在一些实施例中，铰接部分382被构造为在偏转或力感测事件后减小力敏感结构310b的弛豫时间或时间常数。
处理单元电路板套件356还耦合到电池组384。电池组384可以是锂聚合物电池组或锂离子电池。但是，在其它实施例中，碱性电池、镍镉电池、镍金属氢电池或任何其它合适的可再充电或一次性电池也可以使用。
对于其中电池组384是锂聚合物电池组的实施例，电池组384可以包括可以形成电池组384(例如，阳极、阴极)的部件的堆叠层。在许多实施例中，电池组384可以在袋子(未示出)中被密封之前被折叠或轧制。在一些实施例中，袋子可以是可在电池组384***其中之后被轧制或折叠的矩形袋。轧制或折叠的方向可以一般地与圆管302的纵轴对齐。以这种方式，当定位在底架320内时，电池组384可以具有很少或没有未使用的空间。
在一些实施例中，电池组384可以包括一个或多个其它部件，诸如可操作地连接到阴极电极集电极和负极电极集电极当中任意一个或二者的流动屏障和/或封装壁。
上述电池组384的特定构造仅仅是一个简单的例子，并且各个部件的数量和次序可以变化。在许多例子中，电池组384包括一个或多个被构造为永久地或可移除地附连到处理单元电路板套件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的尺寸使得适配在底架320内。在一些情况下，电池组384可以与底架320的中轴轴向对齐，但这不是所有实施例必需的。在一些情况下，电池组384可以关于底架320的中轴轴向偏移。在这些实施例中，电池组384的偏移对齐可以导致触控笔300沿其纵轴偏心平衡，这又可以在触控笔300被放在表面上时防止触控笔300滚动。在一些实施例中，触控笔300的外部上的标记，诸如说明、徽标、个性化、图标等可以基于电池组384的对齐来定位，使得在触控笔300被放在表面上时标记可以是可见的或者隐藏的。
功率控制板388包括被构造为控制电池组384的充电和/或放电速率的电路。在许多例子中，功率控制板388经由沿电池组384的长度延伸的信号路径迹线(参见，例如，图3D-3F)直接通信耦合到处理单元电路板套件356。
在一些情况下，功率控制板388和/或电池组384的另一部分可以(至少部分地)部署在天线支撑块324b的内部容积中。在一些情况下，从功率控制板388延伸的引线可以有意加长到服务环中。服务环可以被包括，以简化触控笔300的制造。
功率控制板388可以包括连接器、焊料/热压焊焊盘、电路、处理器，以及连接其的迹线和/或***总线线路。这些部件可以利用任何合适的安装技术被固定到柔性基板、刚性基板或耦合到加强件的柔性基板。功率控制板388可以包括一个以上由柔性连接器连接的电路板。在这个实施例中，以类似于处理单元电路板套件356的方式，功率控制电路板388可以自身折叠或折叠到触控笔的另一部件上。
在许多例子中，功率控制板388被构造为，但不限于，以下至少一项：向处理单元电路板套件356提供与电池组384的容量相关的信息；向处理单元电路板套件356提供与电池组384的充电速度相关的信息；向处理单元电路板套件356提供与电池组384的年龄、健康或膨胀相关的信息；等等。
在许多情况下，电池组384可被部署成使得电池组384的大部分与触控笔300的长度同轴对齐。
触控笔300还包括数据和/或电源连接器390。数据和/或电源连接器390可以耦合到电源控制板388和处理单元电路板套件356二者。数据和/或电源连接器390包括连接器端部392和插头轴环394。
连接器端部392可被构造为耦合到电子设备的电源和/或数据端口，以便于电池组384的再充电。在其它情况下，连接器端部392可被用来在触控笔和电子设备之间交换数据300。连接器端部392可被构造为是柔性的(在插头轴环394内可侧向移动)，使得当连接到电子设备时，触控笔300可以抵抗和承受否则会损坏触控笔300和/或 电子设备的一定的力。
虽然连接器端部392被示为多引脚、可逆和标准化的数据和/或电源连接器，但可以认识到，这种连接器不是必需的。特别地，在一些实施例中，闪电(Lightning)连接器、通用串行总线连接器、火线(Firewire)连接器、串行连接器、雷电(Thunderbolt)连接器、耳机连接器或者任何其它合适的连接器都可以使用。
在一些情况下，数据和/或电源连接器390可以被(至少部分地)部署在天线支撑块324b的内部容积内。在一些情况下，从数据和/或电源连接器390延伸的一根或多根引线390a可以被有意加长到服务环中。服务环可以被包括，以简化触控笔300的制造。
在许多情况下，盲端帽304可被构造为隐藏触控笔300的数据和/或电源连接器390。数据和/或电源连接器390可以由盲端帽304(参见，例如，图3D和图3F)隐藏。
如所示出的，数据和/或电源连接器390可以在组装时从圆管302向外延伸。插头轴环394可被构造为在组装时密封圆管302。在一些实施例中，数据和/或电源连接器390可以在不使用时手动或自动地，并且部分或完全地，缩回到圆管302中。在一些例子中，数据和/或电源连接器390可以连接到推-推机构。
处理单元电路板套件356也被耦合到天线组件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部署在天线支撑块324b上或以其它方式耦合到其。在一些实施例中，天线支撑块324b由介电材料形成，诸如塑料。天线324a可以利用任何数量的适当制造技术部署到天线支撑块324b的外表面上，包括但不限于：物理气相沉积、脉冲激光沉积、自粘附导电膜、金属浮型技术、金属电镀技术等。在一些实施例中，天线324a利用激光直接结构化技术形成并直接在天线支撑块324b的外表面上形成。
天线支撑块324b定义内部容积。天线支持块324b的内部容积可以具有尺寸使得和/或以其它方式构造为保持触控笔300的其它部件，诸如但不限于：电路、电池、传感器、导线的服务环、柔性连接 器、接地平面、平衡重物、柔性元件、湿气检测特征等。
连接器324d可被构造为直接连接到处理单元电路板套件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，使得通过其的信号不受外部干扰，并且相反，通过其的信号不影响触控笔300内的任何部件。
传输线324c可被构造为当天线组件324和电池组384在底架320内被组装时沿着电池组384或者与其相邻地延伸。传输线324c一般对齐为平行于圆管302的纵轴。如上面所指出的，天线组件324被***底架320内，使得天线324a与天线窗口322对齐。
在一些情况下，传输线324c可以通过可压缩元件396与底架320的内表面隔开。可压缩元件396包括可压缩泡沫396a，以及一个或多个键合元件396b。键合元件396b可以将可压缩泡沫396a和传输线324c附连到电池组384。
如以上关于许多实施例所指出的，触控笔300的许多部件可以至少部分地部署在底架320内。以这种方式，底架320对触控笔300的多个元件提供有效的电磁屏蔽。
为了便于各种部件在底架320中的安装，在一些例子中，所述部件可以被附连到滑轨(sled)398。滑轨398，连同它包含的所有部件，可以滑入底架320中。其后，底架320和滑轨398可以以任何合适的方式紧固到彼此。例如，螺钉、铆钉或粘合剂可被用来将底架320紧固到滑轨398。在其它例子中，底架320可被焊接到滑轨398。然后，底架320可以***圆管302的内部容积内(参见，例如，图3D-3F)。
在一些情况下，滑轨398可以充当***接地，提供用于部署在触控笔300内的全部(或基本上全部)电路的电气接地。在其它情况下，滑轨398还可以充当用于一个或多个天线元件的接地平面。
在图3A-3B中绘出的实施例的以上描述，及其各种备选方案和变型，一般而言是为了解释而给出的，并且促进对诸如本文构想的触控笔的透彻理解。但是，对本领域技术人员将显而易见的是，本文给出的一些具体细节可能不会是为了实践特定的所述实施例或者其等同 物所必需的。
因此，应理解，具体实施例的以上和以下描述是为了说明和描述的有限目的给出的。这些描述不是要穷尽，或者要将本公开内容限制到本文中记载的精确形式。与此相反，对本领域普通技术人员将很明显的是，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。特别地，可以理解，触控笔图3A-3B中绘出的触控笔可以以多种合适和特定于实现方式的方式来实现。
一般地和广泛地，图4A-4M参考诸如本文所述的触控笔的协调引擎的不同实施例。用户可以操纵触控笔并向电子设备的输入表面施加力。对应的反作用力可以通过触控笔的连接到机电耦合和位于触控笔内的力敏感结构的尖端被转移。力敏感结构可以作为响应而变形，这可以被触控笔测量并被用来估计所施加的力。关于图4A-4M所描述的力敏感结构可被用来产生对应于所施加的力的非二元输出。例如，力敏感结构可被用来产生表示根据所施加力的可变量而变化的量值的输出。
图4A绘出了触控笔的协调引擎400的侧视图，尤其示出了支撑触控笔的尖端的力敏感结构。就像关于图3A描述的实施例，协调引擎400包括封住刚性导管404的管状屏蔽402，其中刚性导管404被构造为经由一条或多条信号路径(例如，尖端信号路径和环形信号路径)向触控笔408的鼻状物传递从控制板406接收到的电信号。鼻状物408包括被旋拧到管状屏蔽402的对应螺纹部分的轴环410，该部分又可以机械耦合到力敏感结构412。鼻状物408可以从力敏感结构412移除并作为一次性、可替换的或可更换的部件被对待。
管状屏蔽402和控制板406利用任何合适的方法机械耦合到力敏感结构412。管状屏蔽402包括中空部分和床部分。管状屏蔽402由具有防止在施加力的时候管状屏蔽402屈曲或偏转的刚度的导电材料形成。管状屏蔽402的中空部分的长度可以被选择为使得向尖端场发生器(未示出)或环形场发生器提供电磁屏蔽。
力敏感结构412可被一般地描述为悬臂式滑轨，其可以响应于力 而关于触控笔的主体向内移动。力敏感结构412的悬臂式部分在一个端部处被固定到触控笔的内部结构，诸如在图3A中绘出的底架320。
力敏感结构412包括耦合在一起或通过在两个悬臂式腿部之间延伸的侧向床418连接的前方悬臂式腿部414和后方悬臂式腿部416。如关于本文所述的其它实施例指出的，前方悬臂式腿部414和后方悬臂式腿部416关于触控笔的主体(例如，图3A中示出的圆管)被固定。在这个例子中，前方悬臂式腿部414、侧向床418和后方悬臂式腿部416的组合形状形成细长的U形。应变敏感电极420被定位在后方悬臂式腿部416的后表面。
力敏感结构412可以由被构造为偏转或弯曲而不屈服或断裂的弹性或顺应的材料形成；在一些实施例中，力敏感结构412由被构造为以可预见的和可重复的方式偏转的回火弹簧钢制成。力敏感结构412还可以由聚合物材料模制、由聚合物和金属的复合物或者材料的其它组合形成。
前方和后方悬臂式腿部414、416可以固定到触控笔的一个或多个内部部件。在一些实现中，腿部利用激光焊接或其它精密焊接工艺被焊接到套筒或底架。腿部也可以利用机械调整片、紧固件或其它机械附连技术固定。
以这种方式，当触控笔的鼻状物408向输入表面422施加力Fa并且相等但方向相反的反作用力Fr通过鼻状物408被传递到机电耦合时，使得鼻状物408部分缩回或向内偏转，这又使前方悬臂式腿部414和后方悬臂式腿部416沿蛇形曲线偏转或变形，如图4B中所示。作为后方悬臂式腿部416变形的结果，应变敏感电极420变形。应变敏感电极420的变形可以由电路测量，以便确定反作用力Fr的量值。如在下面关于图4C和4K-4M更详细描述的，多个应变敏感电极可以部署在后方悬臂式腿部416的一个或多个表面上。
通常，前方悬臂式腿部414和后方悬臂式腿部416以S形(如图所示)变形，但这不是必需的并且其它变形对不同实施例是可能的。后方悬臂式腿部416的偏转也可被描述为具有凹区域、凸区域和连接 这些区域的拐点区域(例如，零或接近零的应变点)的蛇形形状。在一些实施例中，侧向床418可以包括一个或多个加强件424，如图4D中绘出的沿图4A的线A-A截取的横截面中所示。加强件424可以应用到和/或附连到侧向床的一个或多个侧面418。加强件424对侧向床418提供结构支撑，使得力敏感结构412基本上只在前方悬臂式腿部414和后方悬臂式腿部416的接地点变形。换句话说，加强件424使侧向床418保持基本上平行于触控笔的圆管的内侧壁(例如，内部部分)和/或触控笔的底架。在这些实施例中，力敏感结构412在不施加力时采取盒子的一般形状并且在施加力时采取平行四边形的一般形状(有或没有变形的边)。
如图4C所示，第一应变敏感电极420a被部署在后方悬臂式腿部416的上部416a上并且第二应变敏感电极420b被部署在后方悬臂式腿部416的下部416b上。拐点416c在上部416a和下部416b之间。以这种方式，当后方悬臂式腿部416变形时，第一应变敏感电极420a经受压缩(例如，上部416a是凹形)，而当后方悬臂式腿部416变形时，第二应变敏感电极420b经受拉伸(例如，下部416b是凸形)。
在一些实施例中，侧向床418可以包括一个或多个加强件424，如在图4D中所绘出的沿图4A的线A-A截取的横截面中所示。加强件424可以应用到和/或粘合到侧向床418的一个或多个侧面。加强件424对侧向床418提供结构支撑，使得力敏感结构412基本上只在前方悬臂式腿部414和后方悬臂式腿部416的接地点处变形。
如关于本文所述的其它实施例所指出的，一个以上的应变敏感电极可以被包括在内。在一些例子中，应变敏感电极420可被应用或以其它方式附连到后方悬臂式腿部416的内表面。在还有其它实施例中，应变敏感电极420可被应用到前方悬臂式腿部414的前表面或后表面。
如关于本文所述的其它实施例所指出的，力敏感结构412不一定采取如在图4A中所绘出的形状。一般而言，力敏感结构412可以被表征为具有至少一个悬臂式腿部，该腿部具有一条关于触控笔的主体 或其它内部结构固定的边。悬臂式腿部的非固定端可以连接或附连到被构造为关于触控笔的主体或其它结构侧向移位的床。这个一般概念的各种非限制性例子在下面关于图4E-4J来描述。
例如，在一个诸如图4E所绘出的实施例中，力敏感结构412包括从侧向床418的相对侧延伸并耦合到触控笔的主体(例如，图3A中所示的圆管)的相对侧的前方悬臂式腿部414和后方悬臂式腿部416。在这个实施例中，力敏感结构412采用类似于字母Z或字母S的形状。
在另一诸如图4F所绘出的实施例中，力敏感结构412包括前方悬臂式腿部414和后方悬臂式腿部416。每个腿部包括关于触控笔的主体(例如，图3A中所示的圆管)的相对侧固定的两个端部。在这个例子中，前方悬臂式腿部414和后方悬臂式腿部416从侧向床418的两侧延伸并且类似于细长字母H的形状。
在另一诸如图4G所绘出的实施例中，力敏感结构412包括后方悬臂式腿部416，其包括两个端部，这两个端部从侧向床418的相对侧延伸，侧向床418的相对侧关于触控笔的主体(例如，图3A中所示的圆管)的相对侧固定。在这个实施例中，力敏感结构412类似于细长字母T的形状，顺时针旋转九十度。
在还有另一诸如图4H所绘出的实施例中，力敏感结构412包括后方悬臂式腿部416，其包括一个端部，该端部关于触控笔的主体(例如，图3A中所示的圆管)固定。后方悬臂式腿部416的未固定端部附连到侧向床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。
在还有另一诸如图4I所绘出的实施例中，力敏感结构412包括后方悬臂式腿部416，其采取弧的形状并且在侧向床418的端部处在两个方向上延伸。弧的两端可以关于触控笔的主体(例如，图3A中所示的圆管)固定。虽然后方悬臂式腿部416被描绘为凸形(如从触控笔的尖端端部看到的)，但后方悬臂式腿部416也可以是凹的或具有其它轮廓形状。
在还有另一诸如图4J所绘出的实施例中，力敏感结构412耦合到可压缩构件426。在一个例子中，可压缩构件426可以由被构造为弹性或粘弹性变形的任何数量的材料形成。在这个实施例中，可压缩构件426可以在一个或多于一个位置处耦合到触控笔的主体。
在图4A-4J中绘出的实施例的以上描述，及其各种备选方案和变型，一般而言是为了解释而给出的，并且促进对如关于本文公开的触控笔实施例所描述的力敏感结构和协调引擎的一般理解。但是，对本领域技术人员将显而易见的是，本文给出的一些具体细节可能不会是为了实践特定的所述实施例或者其等同物所必需的。
因此，这些具体实施例的以上和以下描述是为了说明和描述的有限目的给出的。这些描述不是要穷尽，或者要将本公开内容限制到本文中记载的精确形式。与此相反，对本领域普通技术人员将很明显的是，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。特别地，可以理解，图4A-4J中绘出的力敏感结构和协调引擎可以以多种合适和特定于实现方式的方式来实现。例如，如上面所指出的，应变传感器，或者更广泛地说，如本文所述的应变响应元件可以以任何数量的合适方式被应用到力敏感结构的一个或多个悬臂式腿部。
因而，一般地和广泛地，图4K-4M绘出了沿图4A的B-B线看到的，诸如可被附连到图4A的协调引擎的力敏感结构的后视图。
图4K绘出了力敏感结构412的后方悬臂式腿部416的后表面。后方悬臂式腿部416的后表面可以是材料的固体薄片或可以定义一个或多个切口。如所绘出的，后方悬臂式腿部416的后表面包括U形切口或浮凸(relief)。在这些实施例中，后方悬臂式腿部416的后表面的切口和/或形状可以依赖于特定实施例所需或期望的力灵敏度的量。悬臂式腿部的部分可以变薄或加厚，以提供更多或更少的灵敏度。悬臂式腿部的部分也可被成形，以提供特定形状的偏转。例如，悬臂式腿部可以具有在被偏转时沿悬臂式腿部的长度提供拐点或线的形状或包括这样的特征。一般而言，后方悬臂式腿部416的轮廓的维度和形状将适于对所施加的力提供特定的响应。在示出的实施例中， 可以理解，后方悬臂式腿部416的上部被构造为机械地耦合到触控笔的主体。在许多情况下，这部分可被焊接到触控笔的底架。
后方悬臂式腿部416的后表面可被用来附连一个或多个应变敏感电极420。在示出的实施例中，两个应变敏感电极420被包括在内。一个应变敏感电极420部署在后方悬臂式腿部416的右侧并且一个应变敏感电极420部署在后方悬臂式腿部416的左侧。
应变敏感电极420可以轴向对齐，如图所示，但这可能不是对所有实施例必需的或优选的。例如，两个应变敏感电极420中的一个可以更靠近后方悬臂式腿部416的上部定位。
在进一步的实施例中，两个以上的应变敏感电极可以被包括在内。例如，图4L绘出了包括四个独立的应变敏感电极420的实施例。在更进一步的实施例中，四个以上的应变敏感电极可以被包括在内。例如，图4M绘出了包括六个独立的应变敏感电极420的实施例。
在一些实施例中，一对或多对应变敏感电极可以在后方悬臂式腿部416的表面的不同部分上定位，这些不同部分分别被放成压缩和拉伸应变模式。如上面关于图4B所描述的，后方悬臂式腿部416可以响应于所施加的力而以S形或蛇形方式偏转。应变敏感电极对中的一个应变敏感电极可以附连表面上被构造为偏转成压缩应变模式的区域，而应变敏感电极对的另一个应变敏感电极可以附连到表面上被构造为偏转成拉伸应变模式的不同区域。在一些情况下，应变敏感电极对被定位在对应于在偏转表面中凹轮廓和凸轮廓之间的转变的拐点或拐点线的相对侧。测量处于拉伸和压缩应变模式的电极之间的电响应的差异可以增加偏转测量的灵敏度，并且因此增加触控笔解析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从实施例到实施例所有变化并且可以包括镍、康铜和噶合金、掺杂镓的氧化锌、聚乙烯基二氧噻吩、氧化铟锡、碳纳米管、石墨烯、银纳米线、镍纳米线、其它金属纳米线等。通常，当电极被拉伸时，诸如当触控笔的尖端向输入表面施加力时，电极的电阻根据应变的变化而改变。电阻可以利用电路来估计。
在某些实施例中，应变敏感电极可以通过使用惠斯通电桥来估计。在这种例子中，电压Vg可以跨连接到电压源Vs的两个平行分压器的输出来估计。其中一个分压器可以包括具有已知电阻R1和R2的两个电阻器，而另一个分压器可以包括具有已知电阻R3的电阻器和电极Rx。通过比较跨每个电压的输出的电压与电压源Vs的电压，电极的未知电阻Rx可以被计算并且，因此，由触控笔的尖端施加到输入表面的力的量值可以被估计。
在另一实施例中，多于一个应变敏感电极可以彼此靠近地布置在后方悬臂式腿部上。多个应变敏感电极可以连接到电路，以便近似于由后方悬臂式腿部经受的应变(例如，压缩或拉伸)的量值。在这个例子中，应变的量值可以通过测量多个应变敏感电极的共同特性(例如，并联和/或串联电阻)或差分特性(例如，分压)来获得。
在一个实施例中，诸如并联电阻的共同特性估计可以通过向电路施加已知电压并测量通过多个应变敏感电极的电流来获得。在另一实施例中，电流可以被注入到多个应变敏感电极并且电压可以从中估计。在这任意一种情况下，多个应变敏感电极中任意一个或二者的电阻可以经由欧姆定律来计算并且又可以关联到由应变敏感电极经受的应变的量。
在另一实施例中，多个应变敏感电极可以电耦合在一起，使得差分特性估计(诸如分压)可以通过向电路施加已知电压并测量跨多个应变敏感电极中的两个或更多个之间的点的电压与参考电压来获得。在另一实施例中，电流可以被注入到多个应变敏感电极中并且电压或多于一个电压可以被估计。在这任意一种情况下，多个应变敏感电极中任意一个或二者的电阻可以经由欧姆定律来计算并且又可以关联到由应变敏感电极中的一个或多个经受的应变的量。
在许多情况下，差分特性估计可以与共同特性估计组合或进行比较。在一些例子中，差分特性估计和共同特性估计可以通过未加权或加权的平均进行组合。在其它实施例中，可以使用两个估计的最大值或最小值。在更进一步的实施例中，可以使用两个估计之间的其它组 合或判决方法。
在其它情况下，可以不要求对每个独立应变敏感电极的电阻的实际计算。例如，在某些实施例中，估计的电压或电流(例如，来自共同特性估计、差分特性估计或这两者)可以直接关联到由力敏感结构经受的应变的量。
一旦每个电极的电阻都已经经由计算或估计获得，每一个电阻就都可以与已知的基准电阻值进行比较，以便估计应变敏感电极是否正在经受拉伸或压缩。换句话说，当力敏感结构经受力的施加时(例如，作为向输入表面施加力的结果)，它可能会变形，从而导致一个或多个应变敏感电极膨胀(例如，拉伸)或收缩(例如，压缩)，这会导致其电阻以数学上可预测的方式改变。
在图4K-4M中绘出的实施例的以上描述，及其各种备选方案和变型，一般而言是为了解释而给出的，并且促进对应变敏感电极相对于如关于本文公开的触控笔实施例所描述的力敏感结构的悬臂式腿部的可能放置的一般理解。但是，对本领域技术人员将显而易见的是，本文给出的一些具体细节可能不会是为了实践特定的所述实施例或者其等同物所必需的。
例如，可以理解，虽然这些和其它实施例在本文参考应变敏感电极描述的，但是任何力敏感和/或应变敏感元件都可以对特定实施例被包括。类似地，悬臂式腿部可以采取任何合适的形状。
一般地和广泛地，图5A-5N参考诸如本文所述的触控笔的协调引擎的刚性信号导管的不同实施例。用户操纵触控笔来改变尖端场和环形场的相对位置。电子设备计算场的相对位置并且，作为响应，定位和估计触控笔的角位置。
例如，图5A绘出了触控笔的协调引擎500的一部分的侧视图。就像关于图3A描述的实施例，协调引擎500包括被构造为在其中接纳芯***件504的管状屏蔽502。管状屏蔽502具有该控制板508可定位到其中(或其上)的托盘区段506。管状屏蔽502具有芯***件504放到其中的中空部分510。
芯***件504可被构造为将从控制板508接收到的电信号传递到尖端场发生器512和环形场发生器514。在一些实施例中，接地环513可以部署在尖端场发生器512和环形场发生器514之间。接地环513可以帮助防止尖端场发生器512和环形场发生器514之间的电容耦合。
芯***件504可以是屏蔽的信号路径；芯***件504内的一条或多条信号路径可以相对于其它信号路径被屏蔽，以便防止它们之间的电容耦合。
当被组装和操作时，尖端场发生器512可以生成和/或发射尖端场516，并且环形场发生器514可以生成和/或发射环形场518。尖端场516和环形场518可以以不同功率被生成，诸如在图5B中所示，其中环形场518以比尖端场516更高的功率被生成。在其它情况下，尖端场516和环形场518以大致相同的功率被生成，诸如图5C中所示。
尖端场发生器512可被构造为生成当从特定距离估计时本质上大致是球面的电场(例如，环形场)。换句话说，尖端场发生器512可以基本上充当电场点源。
在所示的实施例中，环形场发生器514采取尖端信号线通过其的闭合环的形状。以这种方式，环形场生成器514不会干扰尖端信号，并且环形场518和尖端场516都可以基本上是球面并同轴对齐，诸如图5B中所示。
环形场发生器514生成环形场518。环形场发生器514可以以任何数量的合适形状形成，诸如但不限于：圆柱形形状(例如，如图所示)、冠形状、一系列环、线的分布(例如，线和/或环的黄金分割序列)等。
尽管环形场发生器514具有圆环形状，但环形场518在许多实施例中基本上是球面的。更具体而言，如本领域技术人员可以认识到的，由环形元件生成的电场可以由以下方程建模：
上面的方程描述了当从离电荷Q被施加到其的、具有半径r的环形元件的几何中心的距离a进行估计时电场E的量值。如可以是已知的，库仑常数k提供了缩放因子和单位校正，以便准确地估计电场E。
当离环形场发生器的几何中心的距离a比半径r大很多时，电场E近似等于：
因此，对于其中环形场发生器514和电子设备的输入表面之间的距离大于环形场发生器514的半径的实施例，环形场518可以看起来对输入表面基本上是球面的，尽管环形场发生器514至少从几何上来说不是点源。
换句话说，对许多实施例，环形场发生器514的半径被选择为小于从环形场发生器514到输入表面的距离。以这种方式，环形场518看起来对于输入表面是由点电荷生成的基本上球面的电场。以这种方式，尖端场516和环形场518都基本上是球面的，至少在触控笔的尖端的方向上是。
但是，虽然许多实施例在本文参考由电子设备内传感器的一般圆形分组检测的、由触控笔生成的同轴对齐的球面场进行了描述，但是这种构造可以不是所有实施例必需的。在一些例子中，由环形场发生器生成的环电场可以采取非球面的形状。例如，环形场发生器可被构造为生成基本上锥形的形状。在这个例子中，环形场形交叉区域可以是圆锥截面(例如，双曲线、椭圆、圆等)。在其它例子中，环形场发生器可被构造为生成多于一个电场。例如，环形场发生器可被构造为生成四个基本上圆锥形的电场，每个彼此均匀地间隔开。圆锥形电场可以极***替或者可以与不同的环形信号相关联，使得相邻的圆锥 形电场不彼此干扰。在这个例子中，环形场交叉区域可以是一系列圆锥截面(例如，双曲线、椭圆、圆等)的。因此可以认识到，任何合适的电场形状或一系列电场形状可以由特定实施例的环形场发生器生成。
图5D绘出了通过图5B的截面线C-C截取的协调引擎500的芯***件504的横截面。如上面所指出的，芯***件504包括专用于向尖端场发生器512传递尖端信号的信号线(尖端信号线)和专用于向环形场发生器514传递环形信号的另一条信号线(环形信号线)。此外，一个或多个接地层、护套或其它结构可以将环形信号线封在环形场发生器514内。因此，一般地和广泛地，芯***件504包括被构造为通过其发送一个或多个电信号的若干组导体。
尖端场发生器512可以由任何数量的合适的导电材料形成。在一些例子中，尖端场发生器512由金属或金属化的材料形成。在其它情况下，尖端场发生器512由诸如导电硅树脂或导电尼龙的导电聚合物或纤维形成。在一些情况下，尖端场发生器512由单一的材料形成，而在其它实施例中，尖端场发生器512由一种以上的材料形成。在一些情况下，尖端场发生器512是刚性的，而在其它情况下，尖端场发生器512可以至少部分地是顺应的和/或柔性的。在一个例子中，尖端场发生器512可被实现为至少部分地可折叠的弹簧顶针。弹簧顶针可以包括弹簧和两个或更多个互锁的可滑动构件。尖端场发生器512的示例实施例参考图6A-6G来描述。
尖端场发生器512可以形成为倒置球状物的形状。球状物的圆形端部朝向触控笔笔的尖端。该圆形端部可以采取基本上球面形状，或者在其它实施例中，基本上半球面形状。球状物的根端部被定向为延伸到触控笔的内部。球状物的圆形端部可被构造为充当电场点源。换句话说，球状物的圆形端部可以形成为可从其生成基本球面的电场的形状。在许多情况下，尖端场发生器512的球状物的根部端的直径远离球状物形状的圆形端部而减小。直径的减小可以是恒定的、阶梯形的，或者可以遵循诸如指数衰减函数的数学函数。
环形场发生器514可以由任何数量的合适的导电材料形成。在一些例子中，环形场发生器514由金属形成。在其它情况下，环形场发生器514由沉积的导电材料形成，例如金属氧化物或金属粉末。
环形场发生器514可以以任何合适的方式形成。在许多情况下，许多例子(以及如图所示)，环形场发生器514被部署在芯***件504的外表面上。环形场发生器514可以利用任何数量的合适的制造技术部署到芯***件504的外表面上，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、金属浮型技术、金属电镀技术等。在一些实施例中，环形场发生器514是利用激光直接结构化技术形成的并且直接在芯***件504的外表面上形成。
环形场生成器514可以以任何电合适的方式耦合到环形信号线。在一个例子中，穿过芯***件504的通孔520将环形信号线连接到环形场发生器514，环形场发生器514可以在支座电极522中终止。在许多情况下，通孔520采取凹口(例如，倒锥形)形状。通孔520将支座电极522连接到环形场发生器514。横穿通孔520的电连接520a可以利用任何数量的合适的制造技术部署到芯***件504的外表面上或通孔520的内侧壁上，制造技术包括但不限于：物理气相沉积、脉冲激光沉积、激光直接结构化、自粘附导电膜、金属浮型技术、金属电镀技术等。在一些情况下，通孔520可以完全用金属材料填充，但这可能不是必需的。
如关于图3A中绘出的实施例所指出的，尖端信号线在位于芯***件504的端部处的接触焊盘524中终止。在这些实施例中，接触焊盘524可以以任何电合适的方式耦合到尖端场发生器512。
如关于本文所述(并如图所示)的其它实施例所指出的，尖端场发生器512和环形场发生器514沿芯***件504的长度同轴对齐，使得尖端场516和环电场518轴向对齐并且轴向对称。如可以认识到的，许多实施例的尖端场516和环电场518的球面特质促进在输入表面上定位触控笔以及附加地估计其角位置的操作。
芯***件504可以以多种方式来构造。例如，尤其是参考图5E， 该图示出了芯***件504当沿线D-D截取时的横截面，芯***件504可以包括部署在电介质块(bulk)528中的多层电路板。为了说明的简化，多层电路板526的层从图5D-5E中省略，但可以认识到，多层电路板526可以具有任何合适数量的层，以任何合适的方式定向。在一个例子中，多层电路板526具有八层。
电介质块528通常由塑料或另一种适合的电绝缘材料形成。为了增加的刚度，电介质块528可以掺杂纤维材料，诸如玻璃。
在许多例子中，通孔520可以在电介质块528和多层电路板526的模制过程中定义。例如，多层电路板526可被支撑物保持在模具中，该支撑物当在模制之后被移除时定义通孔520。
多层电路板526可以包括沿多层电路板526的长度在任何特定和合适的位置部署的任何数量的合适部件。例如，多层电路板526可以包括(和/或可以耦合到)一个或多个电路部件(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、接地连接等。在许多实施例中，耦合到多层电路板526的部件以减少和/或消除寄生电容的方式被布局和分布。特别地，多层电路板526的部件的布局可以被选择为使得减少或消除尖端信号线530和环形信号线532之间的串扰(例如，寄生互电容)。这对于防止环形信号因为尖端场而被电子设备检测，以及类似地，防止尖端信号因为环形场而被电子设备检测到是特别期望的。
例如，如图所示，尖端信号线530被若干接地信号线534与环形信号线532分开并隔离。在这种实施例中，六根独立的接地信号线在物理和电气上将两根尖端信号线(各自被识别为尖端信号线530)与两根环形信号线(各自被识别为环形信号线532)分开。以这种方式，若干接地信号线534在(一根或多根)环形信号线和(一根或多根)尖端信号线之间提供电隔离。
在许多情况下，通过多层电路板526的各种信号线的外表面面积也可被选择为使得减小寄生电容的形成的可能性。特别地，(一根或多根)接地信号线、(一根或多根)尖端信号线和(一根或多根)环 形信号线都可以是相对细的；任何信号线的外表面面积越大，寄生电容可能形成的变化越大。在许多实施例中，诸如所示出的实施例，每个信号可以在一根以上的信号线(例如，两根信号线传递环形信号，两根信号线传递尖端信号，六根信号线接地)，使得信号在尖端场发生器512和环形场发生器514处被接收，而没有由单根信号线的薄度导致的实质性电阻损失。
如可以认识到的，虽然所示实施例绘出了分开两根环形信号线和两根尖端信号线的六根接地线，但这些数量不是所有实施例必需的。在一些情况下，更多信号线或更少信号线可以被包括在内。在一些情况下，传递相同信号的信号线可以在沿着多层电路板526的长度的各个点处通过一个或多个通孔(未示出)连接在一起。
如上面所指出的，接触焊盘524被部署在芯***件504的端部。在许多情况下，接触焊盘524被钎焊到芯***件504的端部。在其它情况下，接触焊盘524通过合适的工艺被形成到芯***件504的该端部，该工艺诸如但不限于：物理气相沉积、脉冲激光沉积、激光直接结构化、自粘附导电膜、金属浮型技术、金属电镀技术等。
芯***件504的多层电路板526可以利用内填(in-fill)区段(未标记)终止，其中多个通孔将多层电路板526的若干层电耦合到相同的电路或信号线。在许多实施例中，每个通孔和信号线电耦合到尖端信号线530。例如，图5F绘出了沿内填区段通过图5D的线E-E截取的芯***件504的横截面。为了清晰，接触焊盘524在图5F中未示出。
在制造过程中，多层电路板526可以通过内填区段进行切割，从而使一个或多个通孔536和一根或多根信号线538a、538b暴露。该一根或多根信号线538a、538b可以平行或垂直于多层电路板526的长度。在其它例子中，信号线可以以另一种方式定向，诸如沿着一个角度。以这种方式，当被切割时，暴露的通孔和信号线(其耦合到尖端信号线530)表现出大的总导电表面。这个大面积可以利用任何合适的方法耦合到接触焊盘524(或作为其一部分)。增加的表面积提 供了尖端信号线530和接触焊盘524之间在机械和电气上更好的耦合。
在一些实施例中，接触焊盘524可以是不需要的；内填区域的暴露区域可被用来将尖端信号传递到尖端场发生器512。在其它情况下，接触焊盘524可以是部署到内填区域的暴露区域上的导电材料的沉积物。
芯***件504的内填区域的长度可以从实施例到实施例有所变化并且可以依赖于当制造芯***件504时可实现的制造容限。例如，如果特定的实现方式是利用低容限制造的，则内填区域可以长(例如，穿过多层电路板526的长度向内延伸一定距离)。在其它情况下，如果特定的实现方式是利用高容限制造的，则内填区域可以短。可以认识到，类似地，通孔的数量和密度可以从实施例到实施例有所变化，类似地，信号线(无论如何定向)的数量和密度也可以从实施例到实施例有所不同。
接下来，参考图5G-5I，其中示出了生成(具有不同量值的)尖端场516和环形场518的触控笔的侧视图，其中每个场各自与电子设备的输入表面540交叉。特别地，这些图示出了(附加地并且由去除的顶视图作为补充)当触控笔跨输入表面倾斜时尖端场交叉区域542和环形场交叉区域544的相对位置。
图5G绘出了当触控笔垂直于输入表面540被定向时尖端场交叉区域542与环形场交叉区域544的相对位置。特别地，尖端场交叉区域542和环形场交叉区域544同轴对齐。
图5H绘出了当触控笔与输入表面540以尖锐的极角被定向(例如，向左倾斜)时尖端场交叉区域542与环形场交叉区域544的相对位置。特别地，尖端场交叉区域542保持在基本如图5G中所绘出的相同位置；但是，环形场交叉区域544向左移位。
图5I绘出了当触控笔与输入表面540以尖锐的极角被定向(例如，向右倾斜)时尖端场交叉区域542与环形场交叉区域544的相对位置。特别地，尖端场交叉区域542保持在基本如图5G中所绘出的相同位置；但是，环形场交叉区域544向右移位。
基于尖端场交叉区域和环形场交叉区域的位置定位触控笔的操作可以如下完成，但是可以认识到，下面给出的实施例仅仅是可在由电子设备定位触控笔的过程中被采用的许多方法和技术之一。类似地，可以认识到，下面给出的方程和技术仅仅是例子，并且与以下给出的那些相关或无关的许多方法和方程可以在定位触控笔的过程中被采用，如本文中所描述的。
图5J绘出了图5G的触控笔，尤其示出了触控笔相对于电子设备的输入表面的平面的角位置的方位角和极角θ。
在这些实施例中，一般地且广泛地，电子设备扫描与输入表面540相关联的多个传感器以期获得尖端信号。在估计一组相邻的传感器全都检测到尖端信号的存在时，电子设备可以估计所述组的几何中心。如上面所指出的，该相邻传感器的组通常采取圆的形状。其后，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，以及更一般地，触控笔的尖端部分触摸输入表面540的点的代理。例如，在笛卡尔坐标系中具有半径r的圆的几何中心(xc，yc)可以通过将落在圆的圆周上的至少两个估计的点(xm1，ym1)和(xm2，ym2)代入以下方程系来估计：
上面给出的方程组是可以求解的；仅有的两个未知变量是几何中心(xc，yc)的坐标。以这种方式，电子设备可以通过计算尖端场交叉区域542的几何中心546来确定触控笔在输入表面540上的位置。
基于尖端场交叉区域542和环形场交叉区域544的位置确定触控笔的角位置(例如，方位角和极角θ)的操作可以如下完成，但是可以认识到的，下面给出的实施例仅仅是可由电子设备在确定触控笔的角位置的过程中采用的许多方法和技术之一。
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)并且环形场交叉区域544的几何中心548的笛卡尔坐标是(xr，yr)， 并且分开尖端场发生器512和环形场发生器514的距离为d，则估计触控笔的极角θ的一种方法可以被建模或近似为：
在这种情况下，当尖端场交叉区域542的中心和环形场交叉区域544的中心之间的距离大致等于分开尖端场发生器和环形场发生器的距离时(例如，触控笔在输入表面上尽可能平)，反余弦运算导致接近0弧度的极角θ。
作为替代，当尖端场交叉区域542的中心和环形场交叉区域544的中心之间的距离大致等于零时(例如，触控笔垂直于输入表面)，反余弦运算导致接近弧度或90度的极角θ。
类似地，触控笔的方位角可以被计算。如可以认识到的，方位角可以参考任何合适的矢量量来估计，诸如与笛卡尔坐标系的水平轴(例如，x轴)平行的参考矢量可以认识到，可以选择平行于输入表面540的平面的任何合适的参考矢量。例如，在一些情况下，参考矢量可以被使用，其平行于笛卡尔坐标系的垂直轴(例如，y轴)。在另一个例子中，可以使用任意角度的参考矢量。
触控笔矢量，通过尖端场交叉区域542的中心(xt，yt)和环形场交叉区域544的中心(xr，yr)定义的可被输入到余弦公式中用于点积，以便估计触控笔矢量和轴矢量之间的角度。例如，该操作可以由以下方程执行：
在这种情况下，当尖端场交叉区域542和环形区域交叉区域544的几何中心546、548之间的水平距离近似等于零时(例如，不考虑极角θ，触控笔基本平行于输入表面的垂直轴)，反余弦运算导致该接近弧度或90度的方位角
作为替代，当尖端场交叉区域542和环形区域交叉区域544的中 心之间的垂直距离近似等于零时(例如，不考虑极角θ，触控笔基本平行于输入表面的水平轴)，反余弦运算导致接近0弧度或0度的方位角
在更进一步的实施例中，可以以另一种方式生成尖端场和环形场。例如，图5K-5M绘出了生成(相同量值的)尖端场516和环形场518的触控笔的侧视图，每个场与电子设备的输入表面540交叉。特别地，这些附图示出了(另外地并且由移除的顶视图补充)当触控笔跨输入表面倾斜时尖端场交叉区域542和环形场交叉区域544的相对位置。
图5K绘出了当触控笔垂直于输入表面540被定向时尖端场交叉区域542与环形场交叉区域544的相对位置。特别地，尖端场交叉区域542和环形场交叉区域544同轴对齐。在这个例子中，环形场交叉区域544不能被检测到。
图5L绘出了当触控笔与输入表面540以尖锐的极角被定向(例如，向左倾斜)时尖端场交叉区域542与环形场交叉区域544的相对位置。特别地，尖端场交叉区域542保持在基本如图5K中所绘出的相同位置；但是，环形场交叉区域544向左移位。
图5M绘出了当触控笔与输入表面540以尖锐的极角被定向(例如，向右倾斜)时尖端场交叉区域542与环形场交叉区域544的相对位置。特别地，尖端场交叉区域542保持在基本如图5K中所绘出的相同位置；但是，环形场交叉区域544向右移位。在进一步的例子中，环形场交叉区域544可以随着触控笔的极角减小而增加尺寸，诸如在图5N中所示出的。
一般地和广泛地，图6A-6E参考诸如本文所述的触控笔的鼻状物和尖端场发生器的不同的实施例。鼻状物可以是可移除的、可互换的或永久地固定到触控笔。就像对于本文所述的其它实施例，用户跨电子设备的输入表面滑动鼻状物，从而改变由部署在鼻状物内的尖端场发生器生成的尖端场的位置。一般而言会是有利的是，鼻状物提供与输入表面的持久和非破坏性的接触同时还将尖端场发生器关于输入 表面固定在准确和可重复的位置。
图6A绘出了触控笔的鼻状物600a的横截面视图，具体而言绘出了尖端场发生器602的一个例子。尖端场发生器602被实现为由导电材料形成的球状物形的弹簧顶针。尖端场发生器602的球状物包括圆形部分604和根部分606。
尖端场发生器602的球状物的圆形部分604被形成为采取基本半球面形状。因此，由此生成(并且，一般地，在圆形部分604面对的方向上定向)的电场基本上是球面的。
尖端场发生器602的球状物的根部分606被形成为从圆形部分604逐渐变细。在所示出的实施例中，根部分606沿着阶梯图案逐渐变细，但这可以不是所有实施例必需的。例如，球状物的根部分606可以线性地或遵循指数衰减函数逐渐变细。
在球状物的与圆形部分604相对的根部分606的端部，根部分606包括保持唇缘608。保持唇缘608可被构造为将尖端场发生器602的顶针610保持在尖端场发生器602中定义的腔体内。偏置弹簧612可被构造为将顶针610偏置在与球状物的圆形部分604相对的方向上。顶针610被构造为维持与形成到刚性信号导管620的端部内的一个或多个导电迹线的电接触。在一些实施例中，导电膏或导电介质被放在顶针610和刚性信号导管620之间，以方便电传导并最小化在两个部件之间的接口处的寄生电容。
在一些例子中，刚性信号导管620可以在与尖端场发生器对接的端部处呈锯齿状、带纹理、被构图或以其它方式是非平面的。刚性信号导管620的这些特征可以增加两个元件之间的摩擦，从而防止从其意外的电断开。在其它情况下，刚性信号导管620的锯齿可以增加顶针610可以用以接触刚性信号导管620的表面积。
尖端场发生器602的圆形部分604可以由被构造为产生期望的尖端场的金属或其它导电材料形成。但是，在一些实施例中，圆形部分604的材料可能太硬，以至于无法在不刮伤或冒着损害表面的危险的情况下跨设备的输入表面滑动。因此，鼻状物600a可以包括一层或 多层材料，这些材料被构造为提供与输入表面的可靠、非标记接触并且还维持鼻状物600a的结构和维度完整性。
鼻状物600a可以由一层或多层材料形成，在一些实施例中，这些材料可以具有小于尖端场发生器602的材料的硬度。不同层的材料赋予鼻状物600a不同的电或机械特性。在其它情况下，鼻状物600a由单一的材料形成，诸如图6B中所绘出的。
返回到图6A，鼻状物600a可以包括结构化层614。结构化层614通常由刚性的、结构增强材料形成，该材料诸如掺杂玻璃的塑料、丙烯酸、纤维加强的塑料或聚合物、金属等。在一些实施例中，结构化层614由聚酰胺材料形成，包括例如，尼龙、尼龙树脂(Zytel)、芳纶、丽绚(Rilsan)等。结构化层614可以形成为具有带螺纹部分616。带螺纹部分616被构造为将鼻状物600a耦合到诸如本文中所描述的机电耦合和/或管状屏蔽。鼻状物600a可以是一次性的、可替换的或可更换的部件。
鼻状物600a还包括外层618。外层618通常由诸如塑料或尼龙的非导电材料形成。虽然在一些实施例中，外层618可以为了结构刚性而掺杂纤维材料，诸如玻璃，但是在其它实施例中，外层618基本上没有纤维或其它加强材料。基本上没有纤维或其它加强材料的外层618可以特别适合与较软的输入表面或者具有细腻涂层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。在一些实施例中，外层618由较软的聚合物形成，包括例如低硬度尼龙或其它聚酰胺、聚醚(例如，Pebax)、弹性体等。外层618可以在结构化层614之上形成，与结构化层614一起形成，或者完全与结构化层614分开形成。
一般地和广泛地，可以理解，尖端场发生器602、外层618和结构化层614可以利用任何合适的制造工艺来一起或分开制造，制造工艺诸如但不限于：双射模制工艺、共同模制工艺、包覆模制工艺、***模制工艺或任何其它适当的工艺。这种制造工艺可以使外层618和结构化层614能够利用一个或多个底切或互锁特征部来机械耦合，并 且还可以减少在两个层之间形成的空隙或空缺。在一些实施例中，这一个或两个层利用***模制制造工艺直接包覆模制到尖端场发生器602上。在一些情况下，外层618可以利用着色材料的装饰(或功能)层涂色或上墨。
以这种方式，一旦组装到触控笔上，尖端场发生器602的顶针610就与触控笔内的刚性信号导管620进行电接触。在其它实施例中，触控笔的鼻状物可以以不同的方式实现。例如，图6C绘出了既包括尖端场发生器又包括环形场发生器的触控笔的鼻状物的横截面。
触控笔的鼻状物600b被形成为采取轴向电连接的形状，诸如耳机连接器或插头的形状(例如，尖端-环-套筒或尖端-环-环-套筒连接器)。鼻状物600b可以是一次性的、可替换的或可更换的部件。鼻状物600b包括尖端场发生器622和环形场发生器624。在这个实施例中，鼻状物600b采取一般圆柱形的形状，但这可以不是所有实施例必需的。
尖端场发生器622被实现为球状物形***件。尖端场发生器622包括圆形端部626和根端部628。
就像对于图6A中所绘出的弹簧顶针实施例，尖端场发生器622的圆形端部626被形成为采取基本上半球面的形状。因此，由此生成(并且一般在圆形端部626面向的方向上定向)的电场基本上是球面的。
尖端场发生器622的根端部628被形成为从圆形部分626逐渐变细。在所示出的实施例中，根端部628沿着阶梯指数衰减图案逐渐变细，但这可以不是所有实施例必需的。
在根端部628的与尖端场发生器622的圆形端部626相对的尖端，根端部628接触尖端信号线630。尖端信号线630电连接到在鼻状物600b的一个端部处暴露的环形信号触点636。
鼻状物600b中还包括环形场发生器624。在所示出的实施例中，环形场发生器624被形成为大致圆锥形状，但这可以不是所有实施例必需的。环形场发生器624电耦合到环形信号线634，该环形信号线 634本身可以耦合到被暴露为外接鼻状物600b的环的环形信号触点636。
第一接地信号线638被部署成在尖端信号线630和环形信号线634二者的周围。第二接地信号线640被部署在尖端信号线630和环形信号线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向尖端信号线630和环形信号线634二者都提供电磁屏蔽。第一接地信号线638和第二接地信号线640分别在第一接地信号触点642和第二接地信号触点644中终止，每个触点被暴露为外接鼻状物600b的环。
为了促进对这个实施例的清晰理解，提供了图6D-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的鼻状物600b，从而更清楚地示出了尖端信号线630和环形信号线634。鼻状物600b的主体在虚像中给出。类似地，图6E示出了没有尖端信号线630和环形信号线634的鼻状物600b，从而更清楚地示出第一接地信号线638和第二接地信号线640。鼻状物600b的主体在虚像中给出。
如可以认识到的，尖端信号线630、环形信号线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、环形信号触点636、第一接地信号触点642以及第二接地信号触点644全都由导电材料形成。鼻状物600b的主体由电绝缘材料形成。
在一个实施例中，尖端场发生器622在鼻状物600b的笔尖646内模制。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。为了增加的刚度，笔尖646可以被掺杂纤维材料，诸如玻璃。
笔尖646可以由不同于用来形成鼻状物600b的主体的材料的材料形成，其可以由刚性材料形成，诸如掺杂玻璃的塑料、丙烯酸、金属等。
在许多情况下，根端部628的锥形被选择为使得在笔尖646和尖端场发生器622之间形成有效的键合。
一般地和广泛地，可以理解，尖端场发生器622和在图6C-6E 中所示的实施例中绘出的任何其它部件都可以利用任何合适的制造工艺一起或分开制造，制造工艺诸如但不限于：双射模制工艺、共同模制工艺、包覆模制工艺、***模制工艺或任何其它合适的工艺。
其它实施例可以采取其它构造。图6F绘出了触控笔的鼻状物600的横截面，具体地绘出了尖端场发生器648的一个例子。尖端场发生器648被实现为球状物形***件。就像对于本文所述的其它实施例，尖端场发生器648的球状物包括圆形部分650和根部分652。
尖端场发生器648的球状物的圆形部分650被形成为采取基本半球面形状。因此，由此生成(并且，一般地，在圆形部分650面对的方向上定向)的电场基本上是球面的。
尖端场发生器648的球状物的根部分652被形成为从圆形部分650逐渐变细。在所示出的实施例中，根部分652沿着阶梯图案逐渐变细，但这可以不是所有实施例必需的。例如，球状物的根部分652可以线性地或遵循指数衰减函数逐渐变细。在许多情况下，根部分652的锥形被选择为使得在尖端场发生器648和另一元件(例如，结构化层等)之间形成有效的键合。
就像对于本文所述的其它实施例，鼻状物600c由一层或多层材料形成。不同层的材料赋予鼻状物600c不同的电或机械特性。例如，鼻状物600c可以包括结构化层654。结构化层654可以由诸如掺杂玻璃的塑料、丙烯酸、金属等的刚性材料形成。结构化层654可以形成为具有带螺纹部分656。带螺纹部分656可被构造为将鼻状物600c耦合到诸如本文中所描述的协调引擎和/或管状屏蔽。在许多情况下，根部分652的锥形被选择为使得在结构化层654和尖端场发生器648之间形成有效的键合。
鼻状物600c还包括油墨层658。油墨层658可以由非导电涂料形成。干燥的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。
一般地和广泛地，可以理解，尖端场发生器648、油墨层658和结构化层654可以利用任何合适的制造工艺来一起或分开制造，制造 工艺诸如但不限于：双射模制工艺、共同模制工艺、包覆模制工艺、***模制工艺或任何其它合适的工艺。
以这种方式，一旦被组装到触控笔上，尖端场发生器648的根部分652就与触控笔内的刚性信号导管660进行电接触。鼻状物600c可以是一次性的、可替换的或者可更换的部件。
尖端场发生器648可以由任何合适的导电材料制成。例如，尖端场发生器648可以是导电的聚合物，诸如但不限于：导电硅树脂、导电尼龙、聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚乙烯基二氧噻吩等。
在更进一步的实施例中，尖端场发生器648可以以不同的方式来实现。例如，如图6G中所示，尖端场发生器662是通过将导电弹簧顶针664至少部分地沉积在导电材料666内来形成的。导电材料666可以是导电聚合物或塑料。为了增加的刚度，导电材料666可以被掺杂纤维材料，诸如玻璃。
就像对于本文所描述的其它实施例，鼻状物600d由一层或多层材料形成。不同层的材料赋予鼻状物600d不同的电或机械特性。例如，鼻状物600d可以包括结构化层668。结构化层668可以由刚性材料形成，诸如掺杂玻璃的塑料、丙烯酸、金属等。结构化层668可以形成为具有带螺纹部分，带螺纹部分被构造为将鼻状物600d耦合到诸如本文中所描述的协调引擎和/或管状屏蔽。鼻状物600d可以是一次性的、可替换的或者可更换的部件。油墨层670可被涂覆到鼻状物600d的导电材料666和/或结构化层668的外面。
在一些例子中，导电弹簧顶针664在鼻状物600d内由支撑轴环672支撑。支撑轴环672可以由任何数量的合适材料形成，诸如但不限于：聚合物材料、弹性材料、金属、丙烯酸树脂、陶瓷、纤维加强的材料等。为了增加的刚度，支撑轴环672可以被掺杂纤维材料，诸如玻璃。支撑轴环672可以由与导电材料666相同的材料形成，但这不是必需的。例如，在许多实施例中，支撑轴环672由不同的材料形成。在一些例子中，为导电材料666选择的材料比为支撑轴环672选择的材料软。
一般地和广泛地，可以理解，尖端场发生器602、支撑轴环672、结构化层668、导电弹簧顶针664和导电材料666可以利用任何合适的制造工艺一起或分开制造，诸如但不限于：双射模制工艺、共同模制工艺、包覆模制工艺、***模制工艺或任何其它合适的工艺。例如，在这些实施例中，支撑轴环672可被称为第一***，并且导电材料666可被称为双射模制工艺的第二外射。
在图6A-6G中绘出的实施例的以上描述，及其各种备选方案和变型，一般而言是为了解释而给出的，并且促进对与本文公开的触控笔实施例一起使用的、包括尖端场发生器和/或环形场发生器的可能鼻状物的一般理解。但是，对本领域技术人员将显而易见的是，本文给出的一些具体细节可能不是为了实践特定的所述实施例或者其等同物所必需的。
更一般地，在图3A-6G中绘出的实施例的以上描述，及其各种备选方案和变型，一般而言是为了解释而给出的，并且促进对根据本文所述实施例的触控笔的尖端部分的可移动区段和接地区段二者的一般理解。应当理解，这各种部件(包括，但不限于，鼻状物、力敏感结构、协调引擎、刚性导管等)可以以多种特定于实现方式的方式组装在一起。
但是，为了促进对这些部件的一种可能组装的理解，给出了图7，其绘出了触控笔的横截面，具体地示出了将尖端连接到力引擎的力敏感结构并且为尖端场发生器和环形场发生器提供信号路径的协调引擎。
触控笔700包括在一个端部处逐渐变细的圆管702。鼻状物704在锥形端部处与主体分开间隙706。当由鼻状物704接收到力时，鼻状物704朝圆管702移动，从而减小间隙706的宽度。鼻状物704被旋拧到管状屏蔽708的带螺纹部分，从而邻接负荷移位螺母710。负荷移位螺母710防止鼻状物704变得不期望地从管状屏蔽708断开。负荷移位螺母710还可以限制鼻状物704相对于圆管702的弯曲或扭转。具体而言，关于图7的横截面视图，负荷移位螺母710可以在上下方向限制由于施加到鼻状物704上的侧面或非轴向力而导致的鼻状 物704的运动。
管状屏蔽708机械耦合到力敏感结构712的一部分。力敏感结构712部分接地或以其它方式关于底架714固定。底架714刚性耦合到圆管702。力敏感结构712包括焊接到底架714的一部分的悬臂式腿部716，从而机械地接地或以其它方式将悬臂式腿部716的一个端部固定到底架714。力敏感结构712还包括耦合到悬臂式腿部716的非接地或不固定端部的侧向床718。以这种方式，侧向床718(和耦合到它的任何东西)可以在圆管702内侧向平移。关于图7，侧向床的侧向平移可以指一般在水平方向的运动。一个或多个加固件720可以耦合到侧向床718。
侧向床718是管状屏蔽708可被耦合到其的力敏感结构712。此外，管状屏蔽708可以至少部分地延伸通过悬臂式腿部716，该悬臂式腿部716定义开口722。以这种方式，管状屏蔽708(耦合到它的任何东西)可以和侧向床718一起侧向平移。
以这种方式，当力被鼻状物704接收时，鼻状物704将接收到的力转移到管状屏蔽708，管状屏蔽708又将力转移到力敏感结构712的侧向床718，从而导致这些部件中每一个侧向平移，减小了间隙706的宽度。但是，悬臂式腿部716的固定腿可以不作为响应而移动；因此，悬臂式腿部716响应于接收到的力而变形。
底架714可以耦合到(例如，焊接到)凸缘螺母724。垫圈726可以定位在凸缘螺母724和底座714之间。在其它例子中，垫圈726可以是泡沫垫。支撑轴环728被旋拧到凸缘螺母724的螺纹上，使得支撑轴环728邻接在圆管702的内表面上定义的内部唇缘730。换言之，支撑轴环728可以在内部唇缘730和底座714之间提供不断开的机械连接。
管状屏蔽708延伸通过支撑轴环728和凸缘螺母724二者。此外，第二负荷移位螺母732可以被定位在管状屏蔽708上，使得当鼻状物704处于中立位置(例如，不接收力)时，第二负荷移位螺母732与凸缘螺母724分开第二间隙734。第二间隙734可以小于间隙706。
以这种方式，当高量值的力被鼻状物704接收时，鼻状物704将接收到的力转移到管状屏蔽708，管状屏蔽708又将力转移到力敏感结构712的侧向床718，从而使这些部件中每一个侧向平移。一旦组件被平移足以闭合第二间隙734的距离，该组件就可以停止被第二负荷移位螺母732和凸缘螺母724进一步平移。以这种方式，力敏感结构712可以经受的峰值机械负荷由第二负荷移位螺母732和凸缘螺母724的相对位置来控制。
管状屏蔽708是中空的。刚性导管736在管状屏蔽708中延伸，以便向尖端场发生器738输送尖端信号并且，此外，向环形场发生器740输送环形信号。
在图7中绘出的实施例的以上描述以及各种备选方案和变型，一般而言是为了解释而给出的，并且促进对诸如本文公开的触控笔的一种可能组装的一般理解。但是，对本领域技术人员将显而易见的是，本文给出的一些具体细节可能不是为了实践特定的所述实施例或者其等同物所必需的。
一般地和广泛地，图8A-8C参考诸如本文所述的触控笔的柔性电路板的不同实施例。图8A绘出了可被折叠以便在薄的形状因子的触控笔中被接纳的控制器板套件的平面图。
控制器板套件800可以包括一个或多个电子部件部署在其上或通过其的基板。这些部件可以是表面安装的或通孔部件。基板可以是单层电路板、多层电路板或柔性电路板。在一些例子中，可以使用利用一个或多个加强件使其刚硬的柔性电路板。
在所示的实施例中，控制器板套件800包括由一个或多个柔性电路连接的基板。第一控制板802可以经由一个或多个柔性连接器806耦合到第二控制板804。在许多情况下，第一控制板802和第二控制板804采取基本相同的形状。以这种方式，第二控制板804可以在第一控制板802的下方被折叠(如图8B所示，当沿着图8A的线F-F看时)。其后，第一控制板802和第二控制板804可以以在板之间保持选定距离的方式被紧固在一起。
在一种实施例中，第一控制板802和第二控制板804可以利用第一支座808、第二支座810和分隔板812紧固在一起。第一支座808和第二支座810可以被分别布置在折叠板的顶部边缘和底部边缘。分隔板812可大致定位在第一控制板802和第二控制板804的中间。
第一支座808和第二支座810可以经由诸如螺钉的一个或多个机械紧固件紧固到板。在许多实施例中，第一支座808定义水平定向的孔808a和垂直定向的孔808b。水平定向的孔808a和垂直定向的孔808b中任意一个或两个可以部分或完全地穿过第一支座808延伸。水平定向的孔808a和垂直定向的孔808b中任意一个或两个可以带螺纹。
类似地，第二支座810定义水平定向的孔810a和垂直定向的孔810b。水平定向的孔810a和垂直定向的孔810b中任意一个或两个可以部分或完全地穿过第二支座810延伸。水平定向的孔810a和垂直定向的孔810ab中任意一个或两个可以带螺纹，以接纳诸如图8B中所示的螺钉814、816的紧固件。
在其它情况下，第一支座808和第二支座810利用粘合剂被粘合到板。在一些情况下，第一支座808和/或第二支座810可以电连接到其中一个或两个板的电路接地。
在还有其它情况下，第一支座808和第二支座810被表面安装、钎焊、热压焊或以其它方式机械地固定到板，诸如图8C中所示。在一些情况下，第一支座808和/或第二支座810可以经由电连接818电连接到其中一个或两个板的电路接地。
图8A-8C中绘出的实施例的以上描述以及各种备选方案和变型，一般而言是为了解释而给出的，并且促进对可以包括在诸如本文公开的触控笔的主体或圆管内的一个折叠电路板套件的一般理解。但是，对本领域技术人员将显而易见的是，本文给出的一些具体细节可能不会是为了实践特定的所述实施例或者其等同物所必需的。例如，虽然所绘出的实施例示出了大致相等宽度的两个电路板，但是可以认识到，更多电路板可以以所描述的方式被折叠在一起。
一般地和广泛地，图9A-9D参考可以被诸如本文公开的触控笔的盲端帽隐藏的电源连接器的不同实施例。在这些实施例中，盲端帽经由磁吸引附连到电源连接器。图9A绘出了触控笔的电源连接器900和用于在不使用时隐藏电源连接器的端帽。电源连接器900包括插头902、轴环904和主体906。
插头902从触控笔的圆管延伸。盲端帽908可被放在插头902上方，以提供对触控笔的圆管的装饰性终止，以及保护插头902免受损坏。
插头902可被构造为耦合到电子设备的电力和/或数据端口，以促进触控笔内的电池组的再充电。在其它情况下，插头902可被用来在触控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是被构造为与母插孔配对的公连接器，但这可以不是所有实施例必需的。在其它情况下，插头902可以是被构造为与公连接器配对的母插孔。在这些实施例中，盲端帽908可以包括被构造为适配在插孔内的公延伸部分。
插头902可以包括是铁磁性的至少一个元件。在其它情况下，插头902可以包括永磁体或可选择地可控的电磁体。以这种方式，插头902可以被吸引到部署在盲端帽内的铁磁构件和/或永磁体。
插头902可被构造为是柔性的(在轴环904内可侧向移动)，使得，当连接到电子设备时，触控笔可以抵抗和承受否则可能损坏触控笔和/或电子设备的一定的力(参见，例如，图11A-11B)。在许多情况下，插头902在一个自由度(例如，诸如右和左的两个方向)内是灵活的。在其它实施例中，插头902在多于一个自由度，诸如两个自由度(例如，诸如右和左以及上和下的四个方向)内是灵活的。
另外，可以认识到，虽然插头902被示为多引脚和标准化的电源连接器，但这种连接器不是必需的。特别地，在一些实施例中，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、耳机连接器或者任何其它合适的连接器都可以使用。
在一些实施例中，电源连接器900可以在不使用时手动或自动， 以及部分或完全地，缩回到圆管中。在一些例子中，电源连接器900可以连接到推-推机构。
盲端帽908可以采取任何合适的形状。如图所示，盲端帽908采取一半胶囊(例如，盖有半球的圆筒体)的形状。盲端帽908包括环910，其可被构造为位于由轴环904定义的通道内。盲端帽908还包括压力通风孔912，其可被构造为将盲端帽908内的压力归一化到周围环境的压力。换句话说，压力通风孔912可被构造为防止和/或减轻压力差的形成，在一些情况下，这种压力差会将盲端帽908从触控笔的圆管弹出。在一些实施例中，压力通风孔912可以包括调节和/或以其它方式控制通过其的气流的阀(未示出)。
在许多实施例中，轴环904由与触控笔的圆管相同的材料形成。在其它情况下，轴环904由不同的材料形成，诸如金属。在一些情况下，轴环904可以是经过热处理的金属。在许多实施例中，轴环904具有低磁导率，但这不是必需的。在许多情况下，轴环904可以包括将轴环904直接连接到插头902的外表面的密封件(未示出)。密封件可以允许插头902在轴环内移动并且密封件可以将插头902的金属部分连接到轴环904的非金属部分。在其它实施例中，轴环904可以以不同的方式耦合到插头902。在一些情况下，轴环904可以耦合到电路接地或者可以耦合到触控笔内的传感器电路，使得触控笔可以能够确定盲端帽908是否被附连到触控笔的圆管。
轴环904可以提供对触控笔或电源连接器900的一个或多个部件的结构性支撑。例如，轴环904可以至少部分地密封触控笔的圆管。但是，在其它情况下，可以不需要轴环904来提供对触控笔或对电源连接器900的结构性支撑。例如，在一些情况下，轴环904可被构造为使得电源连接器900的附连不仅仅依赖于轴环904(例如，装饰性和/或其它非结构性特征)。在这些情况下，如果轴环904发生故障(例如，裂缝、断开、脱落等)时，则电源连接器900可以保持附连到触控笔的圆管并且可以保持能够工作。
在一些实施例中，轴环904可以被雕刻或蚀刻，以包括可以用来 识别触控笔的制造商或用户的符号、文字或图案。
图9B绘出了图9A的电源连接器900和盲端帽908，在通过线G-G的横截面中示出。电源连接器900可以至少部分地由铁磁材料形成。轴环904包括封装结914。封装结914将从电源连接器900延伸的电路板电耦合到一根或多根引线916。此外，封装结914利用诸如硅树脂、聚合物或弹性体的柔性材料被覆盖、涂覆，或以其它方式封装和/或密封。封装结914允许电源连接器900的有限运动，而不将该运动转移到一根或多根引线916。
该一根或多根引线916通过浮凸套筒918从封装结914延伸，其中浮凸套筒918从电源连接器900的后部延伸到主体906的端部。浮凸套筒918被恢复弹簧920包围。
以这种方式，当电源连接器900连接到电子设备并且扭矩施加到触控笔时，所述扭矩被转移到浮凸套筒918和恢复弹簧920中，从而允许触控笔(未示出)的圆管至少部分地挠曲远离电源连接器900。这种布置允许在触控笔连接到电子设备时触控笔接收和/或吸收一定量的扭矩。电源连接器900的这种灵活性防止对触控笔和关联的电子设备两者的损坏。
在许多实施例中，盲端帽908包括具有大致弯曲轮廓的导向器928。导向器928的弯曲轮廓鼓励电源连接器900与盲端帽908对齐。
盲端帽908还包括一个或多个磁体。磁体在所示实施例中被识别为磁体930a、930b。这一个或多个磁体930a、930b被吸引到电源连接器900，从而牵引电源连接器900通过导向器928并将盲端帽908固定到电源连接器900。磁分路器932被定位在磁体的后面。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向后朝插头902重定向磁体930a、930b的通量。类似地，磁分路器932远离盲端帽908的圆形端部重定向磁体930a、930b的通量。在一些情况下，磁分路器932是附连到磁体930a、930b的背侧的导磁薄片(例如，铁、钴-铁等)。在其它情况下，磁分路器932可以采取特定的形状，诸如半球面形状。
在许多例子中，磁体930a、930b可以在盲端帽908内固定，具有彼此相反的极性。作为这种构造的结果，通量可以朝着导向器928被集中，由此对插头902表现出更强的磁吸引。
在一些实施例中，粘合剂934将导向环936附连到磁体930a、930b的面。导向环936可以朝磁体930a、930b引导插头902。在其它实施例中，导向环936可以被耦合到导向器928。
如上面所指出的，磁体930a、930b被构造为吸引到插头902中的铁磁元件。这些元件可以具体地包括在插头902内，或者它们可以是以其它方式对插头902的结构性支撑和/或功能所必需的元件。
其它实施例可以以其它方式实现。例如，磁体930a、930b可以部署在导向器928的外表面上，诸如图9C中所绘出的。在这个实施例中，标记为磁体930c的第三个更大的磁体可以覆盖导向器928的开口端部。在其它实施例中，磁体930a、930b和930c可以由单个大磁体930d代替，诸如图9D中所示。
此外，虽然上面所述的许多实施例参考从触控笔的主体延伸的盲端帽908和插头902之间的磁吸引(不管这种磁体是在盲端帽内、插头内，还是两者兼有)，但是可以认识到，其它实施例可以以与本文所述实施例一致的不同方式将盲端帽耦合到触控笔。例如，在其它实施例中，磁吸引可以由盲端帽和插头之间的过盈配合替换和/或补充。例如，从盲端帽908的内部侧壁延伸的一个或多个突起可以被设定在由插头定义的一个或多个棘爪902a、902b内。在其它情况下，盲端帽908可以通过螺纹连接连接到插头902。在另一实施例中，盲端帽908可以通过卡扣配合连接连接到插头902。
一般地和广泛地，图10A-10H参考可以被诸如本文所述的触控笔的盲端帽隐藏的电源连接器的不同实施例。这些实施例绘出了被构造为附连到并隐藏触控笔的插头1002的盲端帽1000。盲端帽1000包括定义盲端帽1000的外表面和内部容积的主体1004。在许多例子中，主体1004由聚合物材料形成，但这可以不是必需的。
在一些实施例中，主体1004可以被形成为具有一个或多个突起 (未示出)，这些突起被构造为与插头1002(例如，棘爪)的特征部对接。在其它情况下，主体1004可以包括被构造为与插头1002的特征部对接的一个或多个弹簧。绘出结合片弹簧的主体1004的某些示例实施例在图10A-10C中绘出并且绘出结合钩子弹簧的主体1004的某些示例实施例在图10D-10H中绘出。在更进一步的实施例中，可以使用弹簧的其它构造。
图10A绘出了触控笔的插头1002和用于隐藏插头1002的盲端帽1000的横截面，尤其示出了盲端帽1000的主体1004内的在图中被标记为片弹簧1006a、1006b的片弹簧的构造。片弹簧1006a、1006b从主体1004的内表面延伸并被构造为与诸如图10B中所示的插头1002中的对应棘爪接合。棘爪1008a、1008b可以采取任何合适的形状。
在许多实施例中，片弹簧1006a、1006b由金属制成。片弹簧1006a、1006b可以被***模制到主体1004内。在其它情况下，片弹簧1006a、1006b可以在盲端帽1000的制造过程中被***主体1004内。在这些例子中，片弹簧1006a、1006b可永久地固定到主体1004的内部。
片弹簧1006a、1006b在图10A-10B中被绘制为从环延伸，该环从主体1004的基部延伸，但这种构造不是所有实施例必需的，例如，片弹簧1006a、1006b可以是与环分开的工件，诸如图10C中所绘出的。在这种实施例中，片弹簧1006a、1006b向下延伸，以遇到棘爪1008a、1008b。
在其它情况下，其它弹簧和/或弹簧类型可被用来将盲端帽1000保持到插头1002。例如，图10D-10E绘出了盲端帽1000及其横截面。盲端帽1000的主体1004包括圆形钩子弹簧。圆形钩子弹簧被识别为钩子弹簧1012。在一些实施例中，钩子弹簧1012可以是从盲端帽1000的主体1004的基部向外延伸的装饰性或功能性环(例如，环1014)的一部分。在其它情况下，诸如图10D中所示，钩子弹簧1012可以是与环1014分开的元件。
如在图10D-10E中所绘出的，钩子弹簧1012包括两个被构造为与棘爪1008a、1008b接合的凹陷，被识别为凹陷1016a、1016b，诸如在图10F中所示出的。
就像对于图10A-10C中所绘出的片弹簧，钩子弹簧1012可以由金属形成。在一些情况下，钩子弹簧1012可以被***模制到主体1004内。在其它情况下，钩子弹簧1012可以在盲端帽1000制造过程中被***到主体1004内。在这些例子中，钩子弹簧1012可被永久地固定到主体1004的内部。
钩子弹簧1012可以是环1014的一部分。在其它情况下，钩子弹簧1012可以与环1014分开。另外，虽然钩子弹簧1012被描绘为单个连续的环，则这种构造不是所有实施例必需的。例如，钩子弹簧1012可以被分成多个部分，诸如图10G中所示出的，被标记为钩子弹簧部分1014a、1014b。在其它情况下，可以使用多于一个的钩子弹簧，诸如图10H中所示。在这个实施例中，包括两个钩子弹簧，被识别为钩子弹簧1018a、1018b。
图10A-10H中绘出的实施例的以上描述以及各种备选方案和变型，一般而言是为了解释而给出的，并且促进对利用过盈配合技术将盲端帽附连到触控笔的各种方法的一般理解。但是，对本领域技术人员将显而易见的是，本文给出的一些具体细节可能不会是为了实践特定的所述实施例或者其等同物所必需的。例如，虽然所绘出的实施例示出了无磁性元件的各种弹簧构造，但可以认识到，在图10A-10H中绘出的任何实施例都可以结合诸如在图9A-9D中示出的一个或多个磁体，以便改进盲端帽到触控笔主体的附连。
本文绘出和描述的许多实施例一般地参考在电源连接器不使用时隐藏触控笔的电源连接器(例如，插头)的盲端帽。如上面所指出的，触控笔的电源连接器可被用来给触控笔内的电池再充电。一般地和广泛地，图11A-11F绘出了从外部电子设备接收电力的触控笔的电源连接器的各种示例实施例。
例如，图11A绘出了电子设备1100。电子设备1100结合电源端 口，该电源端口可以耦合到触控笔1102的电源连接器。在一些情况下，诸如以上关于图9A-9D所指出的，触控笔1102的电源连接器可以是柔性的并且可被构造为当触控笔1102连接到电子设备1100时响应于施加到触控笔1102的力F而弯曲。例如，图11B绘出了触控笔1102响应于力F而弯曲。
在其它情况下，触控笔1102可以以另一种方式进行充电。例如，触控笔1102可以耦合到对接口1104，诸如图11C中所示。对接口1104可以经由数据或电源线1106被耦合到另一个电子设备或电源插座。在其它例子中，触控笔1102经由适配器1108直接耦合到数据或电源线1106，诸如图11D中所示。
在更进一步的实施例中，触控笔1102可以不包括电源连接器，诸如在其它实施例中所描述的。特别地，触控笔1102可以经由部署在触控笔1102的圆管中的触点从电子设备接收数据和/或电力，诸如图11E-11F中所示。在这个实施例中，电子设备1100可以包括一个或多个外部电触点，在图11E中被标记为触点组1110。类似地，触控笔1102包括一个或多个对应的外部电触点，在图11E中被标记为触点组1112。
触点组1110被构造为与触点组1112对接并促进触控笔1102和电子设备1100之间的数据和/或电力交易。因而，触点组1110和触点组1112通常具有相同数量的离散触点。但是，在其它实施例中，触点组1110和触点组1112可以具有不同数量的触点。
在一些实施例中，电子设备1100包括被构造为以一种方式将触控笔1102吸引到电子设备1100的一个或多个磁体，使得触点组1110与触点组1112对接(例如，配对)，诸如图11F中所示。在其它例子中，触控笔1102还可以包括被构造为将触控笔1102吸引到电子设备1100的磁体。
在图11A-11F中绘出的实施例的以上描述以及各种备选方案和变型，一般而言是为了解释而给出的，并且促进对给触控笔的内部电池充电的各种方法的一般理解。但是，对本领域技术人员将显而易见 的是，本文给出的一些具体细节可能不会是为了实践特定的所述实施例或者其等同物所必需的。
另外，虽然本文描述的许多实施例参考结合各自包括特定硬件的触控笔和电子设备的用户输入***，但本公开内容不限于特定的装置或***。相反，本领域技术人员可以认识到，本文公开的各种元件可以以多种合适且特定于实现方式的方式来修改。换句话说，本领域技术人员可以认识到，本文所述的许多实施例涉及并一般地参考操作、控制、配置、校准、使用和/或制造用户输入***、触控笔、电子设备等的方法。这样，提供图12-24，以促进对本文所述的某些示例方法的一般理解，但可以认识到，关于这些附图描述和/或示出的各种操作并不意在在每一种情况下都是详尽的。
图12是绘出根据本文描述的实施例定位和估计触摸电子设备的输入表面的触控笔的角位置的过程1200的操作的流程图。过程1200可以由任何合适的电子设备执行，诸如但不限于参考图1A-1D描述的电子设备102和/或参考图2A-2F描述的电子设备202。
一般地和广泛地，该过程在操作1202中开始，其中尖端信号由电子设备的传感器层接收。接下来，在操作1204，估计尖端信号交叉区域。在许多实施例中，电子设备通过估计传感器层中在操作1202中接收尖端信号的若干传感器节点(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，环形信号由电子设备的传感器层接收。接下来，在操作1208，估计环形信号交叉区域。在许多实施例中，电子设备通过估计传感器层中在操作1206中接收环形信号的若干传感器节点(诸如电容传感器节点)中每一个的位置来估计环形信号交叉区域。
接下来，在操作1210，尖端信号交叉区域和环形信号交叉区域被用来在输入表面上定位触控笔并且估计触控笔相对于输入表面的平面的角位置。在许多实施例中，在输入表面上定位触控笔的操作包括估计相对于在输入表面上定义的原点的笛卡尔坐标。估计触控笔相对 于输入表面的平面的角位置的操作包括包含方位角和极角的球面坐标集，方位角和极角分别相对于平行于触控笔的输入表面的平面的矢量和相对于正交于(例如，垂直于)触控笔的输入表面的平面的矢量。
图13是绘出估计由触控笔施加到电子设备的输入表面的力的过程1300的操作的流程图。过程1300可以由任何合适的触控笔执行，诸如但不限于参考图1A-1D描述的触控笔104和/或参考图2A-2F描述的触控笔404。
该过程在操作1302中开始，其中反作用力在触控笔的尖端(例如，笔尖)被接收。接下来，在操作1304，估计机械地耦合到触控笔的尖端的力敏感结构的电特性。电特性可以是电阻、电容、累积电荷、电感或任何其它合适的电特性。
接下来，在操作1306，估计的电特性关联到由触控笔的尖端接收的力(例如，反作用力)的量值。关联操作可以利用任何数量的合适技术来执行。在一些情况下，电特性随施加到力敏感结构的力线性变化，而在其它情况下，电特性随施加到力敏感结构的力指数变化。
接下来，在操作1308，反作用力的估计量值被作为利用任何合适的编码或未编码的格式的矢量或标量量传送(例如，到电子设备)，作为由触控笔施加的力的量值。
图14是绘出制造诸如本文所述的触控笔的过程1400的操作的流程图。该过程在操作1402中开始，其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中绘出的实施例描述的控制板342。
接下来，在操作1404，柔性电路可以被耦合到信号发生器。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，而在其它情况下，连接可以是可移除的。例如，柔性电路可以经由热压焊被钎焊到信号发生器。在其它情况下，柔性电路的连接器可以附连到信号发生器的端口。在更进一步的情况下，附连到柔性电路的端口可以被附连到耦合到信号发生器的连接器。
接下来，在操作1406，柔性电路可以耦合到应变响应元件，诸 如关于图3A中绘出的实施例描述的应变敏感电极338。在一些情况下，柔性电路可以以一定角度弯曲，以便连接到应变响应元件。
接下来，在操作1408，柔性电路可以耦合到处理单元，诸如关于图3A中绘出的实施例描述的处理单元电路板套件356。在一些情况下，柔性电路可以以一定角度弯曲，以便连接到处理单元。
接下来，在操作1410，处理单元可以耦合到电源子***，诸如关于图3A中绘出的实施例描述的电源控制板388。
图15是绘出退出触控笔的低功率模式的过程1500的操作的流程图。过程1500可以由任何合适的触控笔执行，诸如但不限于参考图1A-1D描述的触控笔104和/或参考图2A-2F描述的触控笔204。该过程在操作1502中开始，其中力指示由触控笔内的力敏感结构接收。在这个例子中，触控笔处于低功率模式。力指示可以是估计的力的量值，诸如关于图13中绘出的方法所描述的。在其它情况下，力指示可以是二元的或力已被接收的别的粗略指示。接下来，在操作1504，触控笔退出低功率模式。其后，在操作1506和1508中，触控笔可以分别生成尖端信号和环形信号。
图16是绘出进入触控笔的低功率模式的过程1600的操作的流程图。过程1600可以由任何合适的触控笔执行，诸如但不限于参考图1A-1D描述的触控笔104和/或参考图2A-2F描述的触控笔204。该过程在操作1602开始，其中触控笔估计用户没有操纵触控笔至少某个时间段(例如，超时时段)。触控笔可以基于与电子设备的通信(或通信的缺乏)来作出这个估计。在其它情况下，触控笔可以基于从触控笔内的运动传感器获得的传感器数据或传感器输入来作出这个估计。运动传感器可以是加速度计、陀螺仪或任何其它合适的运动传感器。在其它情况下，触控笔可以通过估计触控笔内的力敏感结构还没有接收到力来估计用户还没有操纵触控笔。
在估计超时时段已经过去之后，触控笔可以进入低功率模式。在这个例子中，触控笔可以停止生成尖端信号，诸如在操作1604中所示出的。此外，触控笔可以停止生成环形信号，诸如在操作1606中 所示出的。其后，在操作1608，触控笔进入低功率模式。低功率模式可以是消耗比触控笔被用户主动操纵时更少量电力的触控笔的构造。在一些例子中，多于一种低功率模式是可能的。例如，当达到第一超时之后，触控笔可以进入第一低功率模式。其后，当达到第二超时之后，触控笔可以进入第二低功率模式。
在一些情况下，由触控笔进入的一种或多种低功率模式可以依赖于触控笔的电池的当前容量。在其它情况下，触控笔可以在来自电子设备的直接通信之后进入一种或多种低功率模式。例如，当电子设备进入可能不需要或不被构造为从触控笔接受输入的程序或应用状态时，电子设备可以向触控笔发送信号。在一个例子中，当从用户请求键盘输入时，具有触摸屏的电子设备可以向触控笔发送这种信号。在另一种情况下，当操作电子设备的用户从图形设计应用切换到相片浏览应用时，电子设备可以向触控笔发送这种信号。在更进一步的例子中，当电子设备估计超时时段已经过时，电子设备可以向触控笔发送这种信号。
当从电子设备接收到这种信号时，触控笔可以进入低功率模式。在许多实施例中，信号是经由诸如蓝牙接口、红外线接口、声学接口或任何其它合适的无线接口的无线通信接口从电子设备发送到触控笔的。
在其它情况下，电子设备可以在电子设备进入低功率模式时向触控笔发送信号。例如，电子设备可以在操作电子设备的用户使电子设备断电或进入待机状态时向触控笔发送这种信号。在更进一步的实施例中，触控笔可以在估计触控笔的朝向超过某个阈值之后进入低功率模式。例如，在估计触控笔被平放在表面上(例如，极角是零)时，触控笔可以进入低功率模式。在更进一步的实施例中，触控笔可以在估计触控笔连接到电源端口并正在接收电力之后进入低功率模式。
图17是绘出通知用户给触控笔充电的过程1700的操作的流程图。过程1700可以由任何合适的触控笔执行，诸如但不限于参考图1A-1D描述的触控笔104和/或参考图2A-2F描述的触控笔204。该过程 在操作1702中开始，其中触控笔估计触控笔的电池已降至低于某个最小阈值。接下来，在操作1704，触控笔可以向关联的电子设备通信告知触控笔需要充电。
图18是绘出利用电子设备给触控笔充电的过程1800的操作的流程图。过程1800可以由任何合适的触控笔执行，诸如但不限于参考图1A-1D描述的触控笔104和/或参考图2A-2F描述的触控笔204。该过程在操作1802中开始，其中触控笔估计触控笔已被***到数据端口连接器并准备好接收电力。接下来，在操作1804，触控笔可以进入恒定电流快速充电模式。在这个例子在，触控笔内的电池可以被快速充电。
在一些实施例中，触控笔可以照亮指示器，以便传递与电池的当前充电相关的信息。例如，当电池被充电时，触控笔可以利用红色或橙色照亮指示器。一旦电池被充完电，触控笔就可以用绿色照亮指示器。在其它例子中，触控笔可以定期调整指示器的亮度。在其它例子中，触控笔可以使指示器活跃(例如，在呼吸模式中增加或减小它们的亮度)，以便向用户传递触控笔正在充电。
图19是绘出通知用户触控笔已充好电的过程1900的操作的流程图。过程1900可以由任何合适的触控笔执行，诸如但不限于参考图1A-1D描述的触控笔104和/或参考图2A-2F描述的触控笔204。该过程在操作1902中开始，其中触控笔估计包含在其中的电池已完全或几乎完全充好电。接下来，在操作1904，触控笔利用任何合适的编码或未编码的格式向电子设备通信告知该触控笔已充好电。
图20是绘出在触摸输入模式或触控笔输入模式任何一个之下操作电子设备的过程2000的操作的流程图。过程2000可以由任何合适的电子设备执行，诸如但不限于参考图1A-1D描述的电子设备102和/或在参考图2A-2F描述的电子设备202。
该方法在操作2002开始，其中电子设备进入触摸输入模式。当处于触摸输入模式时，电子设备可被构造为从用户接收单个触摸或多触摸输入。为了接收这种输入，电子设备可以在操作2004中配置协 调引擎(诸如参考图2A 2F描述的协调引擎220)来检测由于用户的触摸而产生的电容干扰。
接下来，在操作2006，电子设备进入触控笔输入模式。当处于触控笔输入模式时，电子设备可被构造为定位和估计一个或多个触控笔的角位置。为了接收这种输入，电子设备可以在操作2008配置协调引擎来检测环形场信号和尖端场信号。
图21是绘出在触摸输入模式和触控笔输入模式二者之下操作电子设备的过程2100的操作的流程图。过程2100可以由任何合适的电子设备执行，诸如但不限于参考图1A-1D描述的电子设备102和/或在参考图2A-2F描述的电子设备202。该过程在操作2102中开始，其中电子设备进入混合输入模式。当处于混合输入模式时，电子设备可被构造为，除了从用户接收触摸输入(例如，单个触摸或多个触摸)，还定位和估计一个或多个触控笔的角位置。为了接收这种混合输入，电子设备可以在操作2104中构造协调引擎来检测除了由于用户触摸而产生的电容干扰外还有环形场信号和尖端场信号。
图22是绘出当在输入表面上定位触控笔时补偿倾斜引起的偏移的过程2200的操作的流程图。过程2200可以由任何合适的电子设备执行，诸如但不限于参考图1A-1D描述的电子设备102和/或在参考图2A-2F描述的电子设备202。
图22中绘出的方法可以适合在其中电子设备的输入表面与电子设备的传感器层分开某个距离的实施例中使用，其中传感器层检测诸如本文所述的触控笔的尖端场和环形场的存在。如可以认识到的，分开输入表面与传感器层的距离可能导致尖端场交叉区域基于触控笔的极角和/或方位角而移位。这个由于输入表面和传感器层之间的距离导致的偏移一般被称为“倾斜引起的偏移”。
该过程在操作2202中开始，其中估计触控笔的角位置。接下来，在操作2204，电子设备基于触控笔的角位置校正触控笔的估计位置。
图23是绘出制造结合压力通风孔的盲端帽的过程的操作的流程图。方法2300在操作2302中开始，其中盲端帽被模制。盲端帽可以 利用任何合适的工艺被模制，该工艺诸如但不限于注射成型、传递成型、吹塑成型等。在许多实施例中，盲端帽可与内部特征部一起被模制。例如，在一个实施例中，一系列辐条可以被模制到盲端帽的内顶表面内。辐条可以围绕盲端帽的纵轴径向分布。
接下来，在操作2304，盲端帽可以被机加工。特别地，一个或多个通道可以被加工到盲端帽的顶部内。在一个实施例中，通道具有大致圆形形状，但这不是必需的。在许多实施例中，通道被形成为至少部分地形成穿过盲端帽的小孔的深度，该小孔将盲端帽的内部容积连接到外部。例如，如果盲端帽与一系列内部辐条一起被模制，则通道可以被形成为暴露这些辐条之间的空间，同时保持辐条到位。
接下来，在操作2306，一个或多个压力通风孔可被机加工到在操作2304中形成的通道的基部中。在一些情况下，可以不要求对压力通风孔的机加工。
图24是绘出在多于一个模式下操作用户输入***的过程的操作的流程图。该方法可以由诸如本文所述的触控笔或如诸如本文所述的电子设备执行。一般地和广泛地，该方法涉及触控笔中的功率节省，这可以通过在特定时间给定触控笔的特定操作状态选择性地停用触控笔的不是具体要求的特征来实现。在一个具体的例子中，触控笔可以有能力操作在不需要触控笔的角位置被确定的模式下，诸如当利用触控笔选择显示器上的用户界面元素时。当处于这种操作模式时，电子设备的环形场可以被停用，以节省触控笔内的电力。
在其它情况下，触控笔中的功率节省可以通过在特定时间给定电子设备的特定输入需求选择性地停用触控笔的不是具体要求的特征来实现。在一个具体的例子中，电子设备可以有能力操作在不需要触控笔的角位置被确定的模式下，诸如当电子设备被构造为仅接收位置信息时(例如，画恒定粗细的线)。当处于这种操作模式时，电子设备的环形场可以被停用，以节省触控笔内的电力。图24绘出了这种方法。
方法2400在操作2402中开始，其中输入类型被确定。输入类型 可以与电子设备的操作状态相关。例如，电子设备可以有能力操作在解释从触控笔获得的位置和角位置信息作为来自模拟的铅笔的输入的模式。在这个例子中，触控笔的位置可以对应于模拟铅笔线或笔画的路径并且角度位置信息可以对应于铅笔线或笔画的宽度和/或阴影质量。这种模式可被称为“铅笔输入模式”。
在另一个例子中，电子设备可以有能力操作在只解释来自触控笔的位置信息作为来自模拟的钢笔的输入的模式。在这个例子中，触控笔的位置对应于模拟的钢笔的路径；角位置信息不以任何方式影响线的宽度或质量。这种模式可被称作“钢笔输入模式”。
在还有另一个例子中，电子设备可以有能力操作在只解释来自触控笔的位置信息作为来自用户手指的输入的模式。在这个例子中，触控笔的位置对应于触摸输入；角位置信息不影响触摸输入。这种模式可被称为“触摸输入模式”。
在进一步的实施例中，电子设备可以有能力操作在多种附加模式，包括但不限于自来水笔输入模式、荧光笔输入模式、木炭输入模式、腭刀输入模式、刷子输入模式中、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。这些输入模式中的一些可能需要位置和角位置信息二者，而其它输入模式仅需要位置信息。
电子设备的输入模式可以对应于触控笔的输入类型。触控笔可以能够操作为提供两种类型的输入：仅位置的输入以及位置和角位置的输入。
因而，在操作2402，方法2400确定在特定的时间需要或请求什么样的输入类型。接下来，在操作2404，触控笔可以确定所确定的输入类型是否同时需要位置信息和角位置信息。如果两者都需要，则方法2400继续到操作2406，在那里触控笔同时激活环形场和尖端场。在仅需要位置信息的备选方案中，方法2400继续到操作2408，在那里触控笔仅激活尖端场，停用环形场。
可能认识到，虽然许多实施例已经在上面公开，但是关于本文所述的方法和技术给出的操作和步骤意味着是示例性的并且因此并不是 穷尽的。可以进一步认识到，替代步骤次序或者更少的或附加的步骤可以在特定的实施例中实现。
虽然上面的公开内容是依据各种示例性实施例和实现来描述的，但是应当理解，在一个或多个单独的实施例中描述的各种特征、方面和功能就其适用性而言不限于它们利用其进行描述的特定实施例，而是代替地可单独地或以各种组合应用到本发明的一个或多个实施例，不管这种实施例是否被描述以及这些特征是否作为所述实施例的一部分被给出。因此，本发明的广度和范围不应当受任何上述示例性实施例的限制而是代替地由本文给出的权利要求定义。

Claims (20)

1.一种触控笔，用于向电子设备的输入表面提供用户输入，其特征在于该触控笔包括：
主体；
尖端组件，相对于主体的端部定位并被构造为接触输入表面，该尖端组件包括：
第一电场发生器，被构造为产生指示尖端组件和输入表面之间的接触点的第一电场；及
第二电场发生器，从第一电场发生器偏移并与主体的中轴对齐，第二电场发生器被构造为产生指示主体相对于输入表面的角度的第二电场；及
力敏感结构，部署在主体内并且支撑尖端组件，力敏感结构包括被构造为确定由尖端组件施加到输入表面的力的力传感器。
2.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于
第一电场发生器具有与中轴对齐并且由导电材料形成的圆形端部；及
第二电场发生器具有圆柱形形状并且沿着中轴从第一电场发生器偏移。
3.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于还包括在第一电场发生器和第二电场发生器之间定位的接地环。
4.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于还包括至少部分地由力敏感结构支撑的刚性信号导管，该刚性信号导管包括：
第一信号线，电耦合到第一电场发生器；及
第二信号线，电耦合到第二电场发生器。
5.如权利要求4所述的触控笔，其特征在于第二电场发生器在刚性信号导管的外表面上形成。
6.如权利要求4所述的触控笔，其特征在于尖端组件被构造为当尖端组件接触输入表面时沿着中轴相对于主体移置。
7.如权利要求6所述的触控笔，其特征在于力敏感结构包括耦合到主体并被构造为响应于尖端组件的移置而弯曲的悬臂式腿部。
8.如权利要求7所述的触控笔，其特征在于：
力传感器是应变传感器；及
应变传感器耦合到悬臂式腿部并被构造为响应于悬臂式腿部的弯曲而变形。
9.如权利要求8所述的触控笔，其特征在于：
悬臂式腿部是第一悬臂式腿部；
力敏感结构还包括通过基座部分连接到第一悬臂式腿部的第二悬臂式腿部；及
基座部分平行于中轴并被构造为响应于尖端组件的移置而沿着中轴移位。
10.如权利要求9所述的触控笔，其特征在于还包括：
管状屏蔽，至少部分地封住刚性信号导管并且包括耦合到力敏感结构的基座部分的托盘区段；及
控制板，部署在管状屏蔽的托盘区段内，该控制板电耦合到第一信号线、第二信号线或力传感器当中的至少一个。
11.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于当尖端组件接触输入表面时：
输入表面和第一电场之间的第一交叉具有第一基本圆形区域；及
输入表面和第二电场之间的第二交叉具有第二基本圆形区域。
12.一种触控笔，其特征在于包括：
圆管，定义开口；及
笔尖，与开口相邻定位；
尖端场发生器，在笔尖内并被构造为产生第一电场；
环形场发生器，在圆管内定位并被构造为产生从第一电场偏移的第二电场；及
力敏感结构，部署在圆管内并耦合到笔尖。
13.如权利要求12所述的触控笔，其特征在于尖端场发生器包括被构造为电耦合到信号线的弹簧顶针，其中信号线是通过与圆管的纵轴对齐的刚性信号导管定义的。
14.如权利要求13所述的触控笔，其特征在于：
环形场发生器在刚性信号导管的外表面上形成；及
信号线延伸通过环形场发生器。
15.如权利要求13所述的触控笔，其特征在于：
笔尖被构造为响应于施加的力而至少部分地沿着纵轴相对于圆管运动；及
响应于笔尖的运动，力敏感结构被构造为产生与所施加的力对应的信号。
16.一种用于电子设备的输入设备，其特征在于该输入设备包括：
主体；
鼻状物，能够移动地耦合到主体并被构造为响应于施加的力而相对于主体移位；
力传感器，在主体内定位并被构造为检测鼻状物相对于主体的移位；
第一电场发生器，在鼻状物内定位并被构造为产生第一电场；及第二电场发生器，在主体中定位并被构造为产生第二电场。
17.如权利要求16所述的输入设备，其特征在于还包括电耦合到力传感器、第一电场发生器和第二电场发生器的控制板，该控制板至少部分地在耦合到力传感器的电磁屏蔽内定位。
18.如权利要求16所述的输入设备，其特征在于第一电场发生器包括：
球状端部，在鼻状物内定位；及
根端部，与球状端部相对并且相对于主体向内定向。
19.如权利要求18所述的输入设备，其特征在于：
第一电场发生器的根端部包括弹簧顶针；及
其中鼻状物包括保护性涂层包覆模制的所述球状端部。
20.如权利要求19所述的输入设备，其特征在于：
第二电场发生器具有中空的形状；及
弹簧顶针被构造为电耦合到延伸通过第二电场发生器的被屏蔽的信号线。
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