CN211349311U - 主动笔 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种主动笔，能够提升笔身倾斜时主动笔的笔尖坐标检测的准确性。该主动笔包括：笔身外壳；以及，第一驱动电极，包括设置于所述笔身外壳的中部的连杆，以及设置于所述连杆的笔尖一端的头部，所述笔身外壳与所述连杆之间设置有第一结构件，其中，所述第一驱动电极的头部呈半球形且半径大于或等于第一阈值，所述连杆的直径小于或等于第二阈值，所述第二阈值小于或等于所述第一阈值。

Description

主动笔

技术领域

本申请实施例涉及触控技术领域，并且更具体地，涉及一种主动笔。

背景技术

目前，主动笔作为电子设备的主要外设输入配件，逐渐受到市场的关注。主动笔的笔尖电极会输出驱动信号，而触摸屏上分布着一定数量的水平方向和竖直方向的检测电极，因此可通过检测电极对笔尖输出的驱动信号进行检测，并根据检测信号计算出笔尖在触摸屏上的二维位置坐标。但是主动笔在书写时，笔身的倾斜会影响笔尖坐标的准确性。

实用新型内容

本申请实施例提供一种主动笔，能够提升笔身倾斜时主动笔的笔尖坐标检测的准确性。

第一方面，提供了一种主动笔，包括：

笔身外壳；以及，

第一驱动电极，包括设置于所述笔身外壳的中部的连杆，以及设置于所述连杆的笔尖一端的头部，所述笔身外壳与所述连杆之间设置有第一结构件，其中，所述第一驱动电极的头部呈半球形且半径大于或等于第一阈值，所述连杆的笔尖一端的直径小于或等于第二阈值，所述第二阈值小于或等于所述第一阈值。

在一种可能的实现方式中，所述第一阈值大于或等于0.3毫米。

在一种可能的实现方式中，所述第一驱动电极的头部的半径还小于或等于第五阈值。

在一种可能的实现方式中，所述第五阈值小于或等于0.8毫米。

在一种可能的实现方式中，所述第二阈值小于或等于3毫米，例如所述第二阈值等于0.3毫米。

在一种可能的实现方式中，所述连杆延伸出所述笔身外壳，以使所述第一驱动电极的头部裸露。

在一种可能的实现方式中，所述主动笔还包括笔尖外壳，其中，所述连杆延至所述笔尖外壳，以使所述第一驱动电极的头部容纳于所述笔尖外壳内。

在一种可能的实现方式中，所述笔尖外壳在所述第一驱动电极的头部处的厚度小于或等于第三阈值。

在一种可能的实现方式中，所述第三阈值小于或等于3毫米，例如所述第三阈值等于0.3毫米。

在一种可能的实现方式中，所述第一结构件延伸至所述笔尖外壳内。

在一种可能的实现方式中，所述笔身外壳与所述第一结构件之间设置有第二结构件，且所述第一结构件上靠近笔尖的部分不与所述第二结构件重叠。

在一种可能的实现方式中，所述主动笔还包括：

隔离电极，设置于所述第一结构件上靠近笔尖的部分；以及，

第二驱动电极，设置于所述第二结构件上。

在一种可能的实现方式中，所述主动笔还包括：

隔离电极，设置于所述第一结构件上靠近笔尖的部分。

在一种可能的实现方式中，所述隔离电极与所述第一驱动电极的头部之间的距离小于或等于第四阈值。

在一种可能的实现方式中，所述主动笔还包括：

隔离电极，设置于所述第二结构件上；以及，

第二驱动电极，设置于所述第一结构件上靠近笔尖的部分。

在一种可能的实现方式中，所述主动笔还包括：

第二驱动电极，设置于所述第一结构件上靠近笔尖的部分。

在一种可能的实现方式中，所述第二驱动电极与所述第一驱动电极的头部之间的距离小于或等于第四阈值。

在一种可能的实现方式中，所述第四阈值小于或等于10毫米，例如所述第四阈值等于2毫米。

在一种可能的实现方式中，所述第一驱动电极用于向触摸屏输出第一驱动信号，所述第一驱动信号用于计算笔尖在所述触摸屏上的位置坐标。

在一种可能的实现方式中，所述第二驱动电极用于向触摸屏输出第二驱动信号，所述第二驱动信号用于确定所述主动笔相对于所述触摸屏的倾斜角度。

在一种可能的实现方式中，所述隔离电极用于隔离所述第一驱动电极的干扰信号。

基于上述技术方案，将第一驱动电极的头部设置为半球形，以降低第一驱动电极的头部的几何中心，使第一驱动电极的头部尽可能地贴近触摸屏；并设置第一驱动电极的头部半径大于或等于第一阈值，保证笔尖的驱动信号的强度；并且使该第一驱动电极的连杆的笔尖一端的直径小于或等于第二阈值，降低金属连杆对该驱动信号的影响。这样，当主动笔倾斜地在触摸屏上进行书写时，能够有效地降低避免笔身倾斜对笔尖坐标检测的影响。

附图说明

图1是主动笔的坐标位置检测的原理图。

图2是主动笔100的笔尖结构的示意图。

图3是主动笔100的笔身垂直于触摸屏时的检测结果的示意图。

图4是主动笔100的笔身相对于触摸屏倾斜时的检测结果的示意图。

图5是主动笔100在不同倾斜角度下对应的耦合电容变化的示意图。

图6是本申请实施例的主动笔600的笔尖结构的示意图。

图7是主动笔600在不同倾斜角度下对应的耦合电容变化的示意图。

图8是本申请另一实施例的主动笔600的笔尖结构的示意图。

图9是本申请另一实施例的主动笔600的笔尖结构的示意图。

图10是本申请另一实施例的主动笔600的笔尖结构的示意图。

图11是本申请另一实施例的主动笔600的笔尖结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

图1是主动笔100的坐标位置检测的原理图。电容式主动笔的检测***主要包括主动笔100和触摸屏200。主动笔100具有笔尖驱动电极。该电极可以发射驱动信号，也可以称为激励信号或打码信号。触摸屏200上设置有行电极和列电极。多个行电极和多个列电极分别构成Y方向和X方向上的电极阵列。当主动笔100的笔尖驱动电极发射驱动信号时，该电极与触摸屏的行电极之间形成的耦合电容，以及与触摸屏的列电极之间形成的耦合电容都会发生变化，通过对该耦合电容进行检测，可以确定主动笔在X方向和Y方向上的坐标，从而最终确定主动笔的笔尖在触摸屏上所处的位置。

图2是主动笔100的笔尖结构的示意图。如图2所示，主动笔100包括驱动电极110、隔离电极120、结构件130、驱动电极140、结构件150、笔尖外壳160和笔身外壳170。其中，驱动电极110的头部为锥形。驱动电极110的头部被笔尖外壳160包裹，笔尖外壳160是绝缘材料，例如硅胶或者塑料。隔离电极120设置于结构件130上，结构件130是绝缘材料，例如塑料。隔离电极120一般连接主动笔的电路参考地，其作用是隔离驱动电极110和驱动电极140。驱动电极140设置于结构件150上，结构件150是绝缘材料，例如塑料。驱动电极110、隔离电极120和驱动电极140被笔尖外壳160和笔身外壳170包裹。驱动电极110与驱动电极140组合在一起，可以用来检测主动笔的姿态。其中，驱动电极110可以向外发射驱动信号，从而基于图1所示的原理计算主动笔的笔尖位置坐标。驱动电极140也可以向外发射驱动信号，在主动笔100的笔身倾斜时，驱动电极140发射的驱动信号用于计算主动笔100的倾斜角度。触摸屏200可以根据该倾斜角度，向用户呈现与倾斜程度相匹配的笔迹形态，从而提升用户体验。

但是，主动笔100倾斜时，可能会对主动笔100的笔尖位置坐标的计算造成影响。下面结合图3和图4进行说明。其中，图3和图4中均示出了三个相邻的接收通道，以下简称通道。通道S1、通道S3和通道S2例如可以是图1中触摸屏上相邻的三个行电极或者相邻的三个列电极。如图3所示，当主动笔100的笔身垂直于触摸屏200的盖板210的表面时，由于笔尖与盖板210的接触点位于通道S2的正上方，这时，驱动电极110与通道S1之间的耦合电容C1，就等于驱动电极110与通道S3之间的耦合电容C3。而驱动电极110与通道S2之间的耦合电容C2，大于耦合电容C1和耦合电容C3。这时，触摸屏200得到的笔尖坐标位于通道S2的正上方，与实际笔尖位置是一致的。

但是，当主动笔100的笔身倾斜时，如图4所示，驱动电极110更加偏向于通道S3一侧。因此，驱动电极110与通道S1之间的耦合电容C1’，会比图3中所示的笔身垂直时对应的耦合电容C1小，而驱动电极110与通道S3之间的耦合电容C3’，比图3中所示的笔身垂直时对应的耦合电容C3大。此时，根据耦合电容计算出来的笔尖坐标位置就会往右偏，即往通道S3的一侧偏，而实际笔尖位置位于通道S2的正上方，这就导致主动笔100倾斜时计算得到的笔尖坐标与实际笔尖位置不符，从而影响用户体验。

针对图4，对笔身倾斜时的检测到的耦合电容进行仿真，得到图5所示的耦合电容的变化情况。其中，图5示出了主动笔100与盖板210之间呈不同角度时，驱动电极110分别与通道S1、通道S2和通道S3之间的耦合电容的变化情况。可以看出，当主动笔100的倾斜角度为90°时，即主动笔100垂直于盖板210时，通道S1的耦合电容C1和通道S3的耦合电容C3相等，而当主动笔100的倾斜角度分别为60°、45°和30°时，驱动电极110与通道S1之间的耦合电容C1逐渐减小，而驱动电极110与通道S3之间的耦合电容C3迅速增大。可见，笔身倾斜的越多，计算的笔尖坐标位置与笔尖实际位置相差越大。

为此，本申请实施例对笔尖结构进行了改进和优化，提升了笔身倾斜时笔尖坐标检测的准确性。

图6是本申请实施例的主动笔600的示意性结构图。如图6所示，主动笔600包括：

笔身外壳670；以及，

第一驱动电极610，包括设置于笔身外壳670的中部的连杆，以及设置于该连杆的笔尖一端的头部，笔身外壳670与该连杆之间设置有第一结构件630，其中，第一驱动电极610的头部呈半球形。

该实施例中，第一驱动电极610的头部的半径A大于或等于第一阈值，第一驱动电极610的连杆的笔尖一端的直径D小于或等于第二阈值，并且第二阈值小于或等于第一阈值。

由于将第一驱动电极610的头部由锥形改为半球形，大大降低了第一驱动电极610的头部的几何中心，使第一驱动电极610的头部尽可能地贴近触摸屏，所以在笔身倾斜时第一驱动电极610的头部的几何中心位置不会发生较大的移动，从而减小了笔身倾斜时笔尖坐标位置的偏移。

第一驱动电极610的头部的半径A可以设置为大于或等于第一阈值，以保证第一驱动电极610发射的驱动信号有足够的强度。例如，该第一阈值大于或者等于0.3毫米。

第一驱动电极610的头部位于连杆的靠近笔尖的一端，该连杆的笔尖一端的直径D小于或等于第二阈值，以降低金属连杆上辐射的信号对第一驱动电极610的头部发射的驱动信号造成影响。该第二阈值例如小于或等于3毫米，优选地，该第二阈值等于0.3毫米。这样，通过增强第一驱动电极610的头部发射的驱动信号的强度，以及减小连杆引入的干扰信号的强度，进一步提高了笔尖坐标检测的准确性。

进一步地，第一驱动电极610的头部的半径A还可以设置为小于或等于第五阈值，该第五阈值例如可以小于或等于0.8毫米。优选地，第一驱动电极610的头部的半径A满足：0.3毫米≤A≤0.8毫米。

这样，通过将主动笔的第一驱动电极610的头部的形状设置为半球形，并将其头部的半径及其连杆的直径设置在合理的范围内，能够有效地降低避免笔身倾斜对笔尖坐标检测的影响。

应理解，上述的半球形，可以是指球形的一半，或者是球形的一多半，或者是球形的一少半，只要第一驱动电极610的头部包括一个球形中的至少部分区域即可。

针对图4，在笔身倾斜时，对第一驱动电极610与触摸屏200的接收通道之间的耦合电容进行仿真，得到图7所示的耦合电容的变化情况。图7中示出了主动笔600与盖板210之间呈不同角度时，第一驱动电极610与通道S1、通道S2和通道S3之间的耦合电容的变化情况。可以看出，当主动笔600的倾斜角度为90°时，即主动笔600垂直于盖板210时，通道S1的耦合电容C1和通道S3的耦合电容C3相等，而当主动笔600的倾斜角度分别为60°、45°和30°时，第一驱动电极610与通道S1之间的耦合电容C1逐渐减小，而第一驱动电极610与通道S3之间的耦合电容C3逐渐增大。但是，将图7所示的主动笔600与图5所示的主动笔100的检测结构对比后可以发现，主动笔600的倾斜对耦合电容C1和耦合电容C3的影响，要明显小于主动笔100对耦合电容C1和耦合电容C3的影响。改进后得到的第一驱动电极610，使得其与通道S1、通道S2和通道S3之间的耦合电容的变化幅度明显减小，也就是说，笔身倾斜时，笔尖坐标不会发生较大的偏移。

本申请实施例中，主动笔600还可包括笔尖外壳660。其中，第一驱动电极610的连杆可以延伸至笔尖外壳660，以使第一驱动电极610的头部容纳于笔尖外壳660内；或者，也可以不设置笔尖外壳660，第一驱动电极610的连杆延伸出笔身外壳670以使第一驱动电极610的头部裸露。

图6所示的主动笔600包括笔尖外壳660。该笔尖外壳660可以与笔身外壳670一体成型；也可以如图6所示的那样，将笔尖外壳660与笔身外壳670作为两个独立的部分，其中，笔尖外壳660可以安装在笔身外壳670上，并且可以灵活地从笔身外壳670上拆卸下来，方便第一驱动电极610的检修和更换。

当主动笔600中设置有笔尖外壳660时，笔尖外壳660在第一驱动电极610的头部处的厚度B小于或等于第三阈值。该第三阈值例如小于或等于3毫米，优选地，该第三阈值为0.3毫米。笔尖外壳660可能会阻挡第一驱动电极610发射的驱动信号，因此，限制笔尖外壳660的厚度可以减小其对第一驱动电极610发射的驱动信号所造成的阻挡，提高触摸屏200检测到的有效信号的强度，提升笔尖位置检测的准确性。

第一结构件630起支撑和固定等作用。可选地，第一结构件630可以延伸至笔尖外壳660内，例如图6所示。但本申请实施例对此不作限定，也可以使第一结构件630仅包覆在笔身外壳670内。

可选地，如图6所示，笔身外壳670与第一结构件630之间还可以设置有第二结构件650。第二结构件650起支撑和固定等作用。其中，第一结构件630上靠近笔尖的部分不与第二结构件650重叠。也就是说，第一结构件630在靠近笔尖的一端会伸出第二结构件650，从而不被第二结构件650覆盖。而第一结构件630上靠近笔尖的这部分可以用于设置驱动电极或者隔离电极。

可选地，如图6所示，主动笔600还包括第二驱动电极640和隔离电极620。第一驱动电极610向触摸屏输出的驱动信号用于计算笔尖在触摸屏200上的位置坐标。而第二驱动电极向触摸屏输出的驱动信号用于计算主动笔600相对于触摸屏的倾斜角度。隔离电极620可以用来隔离第一驱动电极610和第二驱动电极640之间的信号干扰。此外，本申请实施例中的隔离电极620还可以隔离第一驱动电极610的连杆上辐射出来的一部分信号。

第二驱动电极640可以设置于第二结构件650上。隔离电极620可设置于第一结构件630上靠近笔尖的部分。其中，隔离电极620与第一驱动电极610的头部之间的距离C小于或等于第四阈值。通过减小隔离电极620与第一驱动电极610的头部之间的距离C，以加强干扰信号的隔离效果，尽可能地降低其他电极或线路对第一驱动电极610的头部发射出来的驱动信号所造成的影响。该第四阈值例如小于或等于10毫米，优选地，该第四阈值等于2毫米。

图6所示的主动笔600仅为示例，本申请实施例中的主动笔600还可以具有变形后的其他结构。

例如图8所示，主动笔600也可以不设置笔尖外壳660，以避免笔尖外壳660对第一驱动电极610的头部发射的驱动信号造成阻挡。这时，相比于图6，前述部件620至部件650均容纳于笔身外壳670中，仅有第一驱动电极610的头部及部分连杆裸露于空气中。

本申请实施例中，第二驱动电极640和隔离电极620也可以设置在其他位置，并且，主动笔中可以不包括第二驱动电极640或者不包括隔离电极620。

例如图9所示，主动笔600包括第二驱动电极640和隔离电极620，但是图9中所示的第二驱动电极640和隔离电极620的位置，与图6中的第二驱动电极640和隔离电极620的位置是不同的。在图9中，隔离电极620设置于第二结构件650上，而第二驱动电极640设置于第一结构件630上靠近笔尖的部分。这时，隔离电极620可以用来隔离主动笔中的电路板对第一驱动电极610和第二驱动电极640造成的信号干扰。第二驱动电极640与第一驱动电极610的头部之间的距离小于上述第四阈值，使得主动笔倾斜时第二驱动电极640不至于距离触摸屏太远，以保证触摸屏检测到的来自第二驱动电极640的有效信号的强度。

又例如，可以将图9中所示的隔离电极620去掉，形成图10所示的主动笔600。其中，图10中的主动笔600不包括隔离电极620。第二驱动电极640设置于第一结构件630上靠近笔尖的部分。由于不设置隔离电极620，因此在满足检测精度的情况下，可以降低主动笔600的成本。

又例，可以将图9中所示的第二驱动电极640替换为隔离电极620，形成图11所示的主动笔600。其中，主动笔600不包括第二驱动电极640。隔离电极620设置于第一结构件630上靠近笔尖的部分。此时，主动笔600不具有根据倾斜角度调整笔迹形态等功能，但是进一步降低了主动笔600的成本。并且该隔离电极620可以用来隔离主动笔600中的电路板对第一驱动电极610造成的信号干扰，提高笔尖位置检测的准确性。

应理解，图8至图11中的主动笔600中其他部件的具体细节例如尺寸等，可以参考前述针对图6的描述，为了简洁，这里不再赘述。

需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。

应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (24)

1.一种主动笔，其特征在于，包括：

笔身外壳；以及，

第一驱动电极，包括设置于所述笔身外壳的中部的连杆，以及设置于所述连杆的笔尖一端的头部，所述笔身外壳与所述连杆之间设置有第一结构件，其中，所述第一驱动电极的头部呈半球形且半径大于或等于第一阈值，所述连杆的笔尖一端的直径小于或等于第二阈值，所述第二阈值小于或等于所述第一阈值。

2.根据权利要求1所述的主动笔，其特征在于，所述第一阈值大于或等于0.3毫米。

3.根据权利要求1所述的主动笔，其特征在于，所述第一驱动电极的头部的半径还小于或等于第五阈值。

4.根据权利要求3所述的主动笔，其特征在于，所述第五阈值小于或等于0.8毫米。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的主动笔，其特征在于，所述第二阈值小于或等于3毫米。

6.根据权利要求5所述的主动笔，其特征在于，所述第二阈值等于0.3毫米。

7.根据权利要求1所述的主动笔，其特征在于，所述连杆延伸出所述笔身外壳，以使所述第一驱动电极的头部裸露。

8.根据权利要求1所述的主动笔，其特征在于，还包括笔尖外壳，其中，所述连杆延至所述笔尖外壳，以使所述第一驱动电极的头部容纳于所述笔尖外壳内。

9.根据权利要求8所述的主动笔，其特征在于，所述笔尖外壳在所述第一驱动电极的头部处的厚度小于或等于第三阈值。

10.根据权利要求9所述的主动笔，其特征在于，所述第三阈值小于或等于3毫米。

11.根据权利要求10所述的主动笔，其特征在于，所述第三阈值等于0.3毫米。

12.根据权利要求8所述的主动笔，其特征在于，所述第一结构件延伸至所述笔尖外壳内。

13.根据权利要求1所述的主动笔，其特征在于，所述笔身外壳与所述第一结构件之间设置有第二结构件，且所述第一结构件上靠近笔尖的部分不与所述第二结构件重叠。

14.根据权利要求13所述的主动笔，其特征在于，还包括：

隔离电极，设置于所述第一结构件上靠近笔尖的部分；以及，

第二驱动电极，设置于所述第二结构件上。

15.根据权利要求13所述的主动笔，其特征在于，还包括：

隔离电极，设置于所述第一结构件上靠近笔尖的部分。

16.根据权利要求14或15所述的主动笔，其特征在于，所述隔离电极与所述第一驱动电极的头部之间的距离小于或等于第四阈值。

17.根据权利要求13所述的主动笔，其特征在于，还包括：

隔离电极，设置于所述第二结构件上；以及，

第二驱动电极，设置于所述第一结构件上靠近笔尖的部分。

18.根据权利要求13所述的主动笔，其特征在于，还包括：

第二驱动电极，设置于所述第一结构件上靠近笔尖的部分。

19.根据权利要求17或18所述的主动笔，其特征在于，所述第二驱动电极与所述第一驱动电极的头部之间的距离小于或等于第四阈值。

20.根据权利要求16所述的主动笔，其特征在于，所述第四阈值小于或等于10毫米。

21.根据权利要求20所述的主动笔，其特征在于，所述第四阈值等于2毫米。

22.根据权利要求1所述的主动笔，其特征在于，所述第一驱动电极用于向触摸屏输出第一驱动信号，所述第一驱动信号用于计算笔尖在所述触摸屏上的位置坐标。

23.根据权利要求14或17所述的主动笔，其特征在于，所述第二驱动电极用于向触摸屏输出第二驱动信号，所述第二驱动信号用于确定所述主动笔相对于所述触摸屏的倾斜角度。

24.根据权利要求14、15和17中任一项所述的主动笔，其特征在于，所述隔离电极用于隔离所述第一驱动电极的干扰信号。

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