CN102622104A - 具有压力感测的电容手写笔 - Google Patents

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宋柏君
伍松林
信强
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Abstract

本发明公开了一种用于电容式触摸面板用的手写笔及其压力感测的方法，在笔内设置压力传感模块，可感测笔头所产生压力并输出信号；数据传输模块，用于将所产生的压力信号传输。同时还有一种具有压力感测的电容手写笔的控制方法，具有压感的电容手写笔；该手写笔在电容触控主设备的电容触控屏表面书写时，由笔头与触控屏之间所形成的耦合电容来获取位置信息，通过压力传感模块获取书写时笔头的压力信息，并传输到电容触控主设备。该手写笔不仅能够实现精确的定位，还能具有精准的压感，实现手写笔迹的粗细变化，能应用于众多的应用领域。

Description

具有压力感测的电容手写笔
技术领域
 本发明是一种计算机手写输入设备，尤其涉及一种电容手写笔及其压感检测方法。
背景技术
随着电子产品的进步与发展，电容式触摸主设备越来越广泛地用于平板电脑，手机等电子设备上。使用者通过使用手写笔或直接使用身体接触触控式主设备，在上面滑动，触控式主设备通过人体表面电容吸收设备表面的电流检测触摸位置，传递到计算机等处理设备中，进行后续的数据处理。
专利CN200810089922“电容笔”公布了一种电容笔，包括导电板，连接件以及导电笔身，其连接件是连接于导电板与导电笔身之间，以使导电笔身和导电板可进行相对运动。另一实施例中，电容笔包括相连接的导电笔身或连接件本身为一万向头，并且万向头具有至少一类平面可平贴与触控板，同时兼具导电板及连接件的功能。
同时，CN专利200820000365“电容式手写笔”公布了一种电容式手写笔，包括一笔身，一导电构件，一导电笔头及一固态导电连接件。导电构件配置于笔身的表面，导电笔头连接笔身，固态导电连接件连接导电构件与导电笔头。
上述专利均为电容式触控面板使用的电容笔方案，但这些手写笔在电容式触控主设备上使用时，显示出来的书写字体笔画粗细单一，同样，图案的线条表现上也没有粗细变化，都不能根据对其施加的压力的大小，反映出书写笔迹的粗细。随着产品的多样化趋势，对于电容式触摸主设备来说，能够分辨并显示书写笔画有粗细变化的要求越来越重要，因而，一种具有压感的电容笔成为一种亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种用于电容式触摸面板用的手写笔及其压力感测的方法，以实现电容手写笔具有压力感测功能的目的。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种具有压力感测的电容手写笔，包括笔杆与笔头，其特征在于，至少包括：笔杆；笔头，设置于该笔杆的一端；置于笔杆内部的压力传感模块，可感测笔头所产生压力并输出信号，所述压力传感模块包括压力传递部件和压力传感器，用于将机械压力转变为压力信号；数据传输模块，用于将所产生的压力信号传输，为有线或无线传输模块，与所述电容触控主设备通讯。所述电容手写笔还包括充电模块，可以对自身内部电路进行充电及供电。
另一种具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：包括笔杆； 笔头，设置于该笔杆的一端，由导电材料制成；置于笔杆内部的压力传感模块，可感测笔头所产生压力信号；数据传输模块，用于将压力信号传递并输出；电荷产生装置，用于产生满足电容触控面板所需的电荷。
一种具有压力感测的电容手写笔的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
具有压感的电容手写笔，至少包括笔杆、笔头及压力传感模块；
该手写笔在电容触控主设备的电容触控屏表面书写时，由笔头与触控屏之间所形成的耦合电容来获取位置信息，即轨迹定位；
通过压力传感模块获取书写时笔头的压力信息，并传输到电容触控主设备。
其中所述的获取书写时笔头的压力信息并传输的过程为：
由笔头将压力传递到压力传感模块；
压力传感模块受力后，电容产生变化；
电容的变化引起信号的变化，并与压力呈现对应关系；
通过数据传输模块传送到电容触控主设备；
在电容触控主设备的显示屏幕上显示对应笔迹。
本发明通过具有压力传递部件将压力传感器与导电材料制成的笔尖相连接，再利用数据传输模块将测量的压力转换成的压力信号传送到电容触控主设备中处理，从而使电容笔不仅能够实现精确的定位，还能具有精准的压感，可以根据不同的精度要求，分成不同的处理等级，从而实现手写笔迹的粗细变化，具有真实再现手写笔迹的功能，能应用于众多的应用领域。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图l是本发明提出的具有压力感测的电容手写笔的实施例一结构示意图。
图2是本发明提出的具有压力感测的电容手写笔实施例一电路原理图。
图3是本发明提出的具有压力感测的电容手写笔的实施例二结构示意图。
图4是本发明提出的具有压力感测的电容手写笔压力感测方法的流程示意图。
图中说明：
1笔头；2笔杆，3笔杆导电部，4笔杆绝缘部，5压力传递部件，6压力传感器，7数据传输模块。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
如图1所示，为具有压力感测的电容手写笔示意图，该手写笔外壳部主要包括笔头1，笔杆2部分，其中，笔头1安装于笔杆2一端，笔头1可用金属、导电塑料或其他导电材料等导电材料中的其中至少一种构成，为便于书写和减小磨损，所述的笔头端部呈半圆状；笔杆2包括笔杆导电部3与笔杆绝缘部4两部分构成，也可以全部由导电部3构成，笔杆导电部3由铜，铝，钛或铝镁合金等金属材料为材质，也可以选用导电塑料，或为其中至少一种，绝缘部4由非导电材料构成。笔杆2内可以内置压力传感模块。
笔杆导电部3与笔头1电连接，可将人体的电荷传导至电容式触控面板，由笔头与触控屏之间所形成的耦合电容来获取位置信息，即轨迹定位。
电容式手写笔轨迹定位过程包括：笔杆导电部3接收人体电荷，笔杆导电部将接收电荷传输至笔头，笔头将电荷传输至电容触控屏，电容触控屏进行电容耦合效应获取笔头位置，处理并显示相关轨迹信息等相关步骤。
同时，笔内部主要包括一压力传递部件5，笔头1通过压力传递部件5与压力传感器6结构连接，在使用时，在书写表面对笔施加一定压力，压力传递部件5可将压力传输至压力传感器6，压力传感器6将机械信号转变为电信号，通过数据传输模块7传输至电容式触控主设备上进行处理，以及之间的相互通讯，从而实现手写笔的压力测量。
压力传感模块主要包括压力传感器6及压力传递部件5，通过笔头1、压力传递部件5将压力传递到压力传感器6，压力传感器6将机械压力转变为电信号，如电压信号等。
其中，类似于本实施例的实际应用方案可采用多种压力检测方案进行检测，如压力传感器为压阻式压力传感器，压力改变时电阻发生变化。
同时，还有应变式压力传感器，也可以方便地应用到本实施例中。
在本实施例中优先采用变电容法进行测量，如在本实施例中，如图2所示，压力传感器将转换的信号送入信号处理单元进行处理，并通过数据传输模块7，将对应压力信号送入电容式触控主设备进行进一步的处理，从而实现手写笔的压力测量，数据传输模块7可选用zigbee、蓝牙、wifi、UWB 、UMTS、CDMA、NFC、等无线通信模块或USB等有线通信模块进行传输。
在本实施例中，优选的采用变电容法进行压力信号检测，采用电容充放电电路中改变电容值C的值来获得压力F值，当受力时，变电容法压力传感器的S会增大，根据公式1可知电容容值C会变大。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
           (公式1)
因此，就可以由上述条件得到受力与电容之间的关系。
这个变电容法的电路实质是一种容阻振荡电路构成，依据改变电容的值来改变电路的频率或相位，转换对应的数值并输出就得到对应的压力关系，即可以得到书写时用力与电容之间的关系。
即在本实施例中，采用的是无线通信方式进行通讯与传输，当然，也可以采用有线方式进行传输与通讯。
在无线方式中，该电容式手写笔需要一个供电电源，这样，需要在电容笔内部需添加一充电模块，以供给电路及元器件所需电量，采用有线通信时，可由电容式触控主设备通过有线传输模块进行供电。
同时，也不排除可以用无线充电的方式，例如可采用基于电磁振荡原理的无线充电模块进行充电和为电路保持供电。
另外，在实用中为了便于制造及安装，可以将压力传递部件5与笔头1合为一整体，这样更便于安装与制造。
本实施例是最常见的由人体自身产生感应电荷的方式，在下一个实施例中涉及的是笔杆内所述电荷产生装置产生所需电荷方式。
实施例2：
在本实施例中，其他结构与实施例一大致相同，所不同的是增加一电荷产生装置8，电荷产生装置8与笔尖电连接，电荷产生装置8可模拟出人体产生的电荷，用以产生满足电容触控面板所需的电荷。
同样，在本实施例中，采用无线通信时，在电容笔内部需添加一充电模块，以供给压电传感模块6及电荷产生装置等电路及元器件所需电量，采用有线通信时，可由电容式触控主设备通过有线传输模块进行供电。
在本实施例中，手写笔的笔杆导电部3不是必需的，因此笔杆部可仅由绝缘部4组成，即由绝缘材料制成。
基于此，增设一导电部与电容笔内部电荷产生装置进行选择使用也在本发明保护范围之内。
实施例三：
基于上述的装置和应用过程，可以同时涉及到这种电容手写笔的控制方法，首先提供一具有压感装置的电容手写笔，至少包括笔杆、笔头及压力传感模块；
主要包括以下两个方面：第一、该手写笔在电容触控主设备的电容触控屏表面书写时，由笔头与触控屏之间所形成的耦合电容来获取位置信息，即轨迹定位；第二、通过压力传感模块获取书写时笔头的压力信息，并传输到电容触控主设备。
轨迹定位的基本步骤为：笔杆导电部接收人体电荷，笔杆导电部将接收电荷传输至笔头，笔头将电荷传输至电容触控屏，电容触控屏进行电容耦合效应获取笔头位置，处理并显示相关轨迹信息。
图4为本发明具有压力感测的电容手写笔压力感测方法流程图。最常见的情况下，由人体自身产生电荷，手写笔接触电容触控主设备的电容触控屏表面书写时会产生压力信息，此压力信息通过压力传递部件传递到压力传感部件，压力传感部件通过内部电容、电阻或应变片的变化引起信号的变化，并与压力呈现对应的关系，将此压力信号通过数据传输模块传送到电容触控主设备，数据传输模块可为无线传输或有线传输的方式，最后由电容触控主设备处理并显示相关压力信息。
另外，在由笔杆内所述电荷产生装置产生所需电荷的方式中，产生轨迹及压力信息的基本步骤为：笔杆内所述电荷产生装置产生所需电荷，将电荷传输至笔头，笔头将电荷传输至电容触控屏，电容触控屏进行电容耦合效应获取笔头位置，处理并显示相关轨迹及压力信息。
这样，通过上面实施例的说明，说明本发明所公开的技术方案不仅提供了一种装置，而且也公开了相应的方法，即可以使电容手写笔能够实现精确的定位，还能具有精准的压感，可以根据不同的精度要求，分成不同的处理等级，从而实现手写笔迹的粗细变化，具有真实再现手写笔迹的功能，能应用于众多的应用领域。
虽然这里只说明了本发明的少数优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。

Claims (31)

1.一种具有压力感测的电容手写笔，包括笔杆与笔头，其特征在于，至少包括：
笔杆；
笔头，设置于该笔杆的一端；
置于笔杆内部的压力传感模块，可感测笔头所产生压力并输出信号；
数据传输模块，用于将所产生的压力信号传输。
2.如权利要求1所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于，所述压力传感模块包括：
压力传递部件，与笔头相接触，可将笔头在书写时产生的压力通过此部件传输至压力传感器；
压力传感器，用于将机械压力转变为压力信号。
3.如权利要求2所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述压力传递部件可以与笔头合为一整体。
4.如权利要求2所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述压力传感器为压阻式压力传感。
5.如权利要求2所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的压力传感器为应变式压力传感器。
6.如权利要求2所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的压力传感器为变电容式压力传感器。
7.如权利要求6所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的变电容式压力传感器器的电路主要由容阻振荡电路构成。
8.如权利要求1所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述笔杆至少包括笔杆导电部。
9.如权利要求8所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的电容手写笔具有笔杆绝缘部，笔杆绝缘部由塑料构成。
10.如权利要求8所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的笔杆导电部由导电材料构成。
11.如权利要求10所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的导电材料为金属、导电塑胶等材料中的至少其中一种。
12.如权利要求8所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：笔杆导电部与笔头电连接。
13.如权利要求1所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的笔头由导电材料制成。
14.如权利要求13所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的导电材料为金属、导电塑胶等材料中的至少其中一种。
15.如权利要求13所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的笔头端部呈半圆状。
16.如权利要求1所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述数据传输模块，通过数据与信息传输建立与所述电容触控主设备的相互通讯。
17.如权利要求1所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的数据传输模块为有线传输模块，通过有线方式与所述电容触控主设备通讯。
18.如权利要求17所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述数据传输模块为USB接口通讯模块。
19.如权利要求17所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于，所述有线通信模块可通过所述电容触控主设备对手写笔内电路及元器件供电。
20.如权利要求16所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述数据传输模块为无线传输模块，通过无线方式与所述电容触控主设备通讯。
21.如权利要求20所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的无线传感模块的无线通讯方式为ZIGBEE、UWB、WIFI、UMTS、CDMA、NFC、BLUETOOTH等至少其中一种。
22.如权利要求1所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述电容手写笔还包括充电模块，可以对自身内部电路进行充电及供电。
23.如权利要求22所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的充电模块为无线充电模块。
24.如权利要求23所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于：所述的充电模块是基于电磁振荡原理的无线充电模块。
25.一种具有压力感测的电容手写笔，其特征在于，包括： 
笔杆； 
笔头，设置于该笔杆的一端，由导电材料制成；
置于笔杆内部的压力传感器，可感测笔头所产生压力信号；
数据传输模块模块，用于将压力信号传递并输出；
电荷产生装置，用于产生满足电容触控面板所需的电荷。
26.如权利要求25所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于；所述电荷产生装置通过有线方式或内置充电模块进行供电。
27.如权利要求25所述的具有压力感测的电容手写笔，其特征在于；所述笔杆为绝缘材料制成。
28.一种具有压力感测的电容手写笔的控制方法，其特征在于：
具有压感的电容手写笔，至少包括笔杆、笔头及压力传感模块；
该手写笔在电容触控主设备的电容触控屏表面书写时，由笔头与触控屏之间所形成的耦合电容来获取位置信息，即轨迹定位；
通过压力传感模块获取书写时笔头的压力信息，并传输到电容触控主设备。
29.如权利要求28所述的具有压力感测的电容手写笔控制方法，其特征在于，所述电容手写笔轨迹定位包括：
笔杆导电部接收人体电荷；
笔杆导电部将接收电荷传输至笔头；
笔头将电荷传输至电容触控屏；
电容触控屏进行电容耦合效应获取笔头位置；
处理并显示相关轨迹信息。
30.如权利要求28所述的具有压力感测的电容手写笔控制方法，其特征在于，所述的获取书写时笔头的压力信息并传输的过程为：
由人体自身产生感应电荷；
由笔头将压力传递到压力传感模块；
压力传感模块受力后，电容或电阻产生变化；
电容的变化引起信号的变化，并与压力呈现对应关系；
通过数据传输模块传送到电容触控主设备；
在电容触控主设备的显示屏幕上显示对应笔迹。
31.如权利要求28所述的具有压力感测的电容手写笔控制方法，其特征在于，所述电容手写笔轨迹定位及压力感测步骤包括：
笔杆内所述电荷产生装置产生所需电荷；
将电荷传输至笔头；
笔头将电荷传输至电容触控屏；
电容触控屏进行电容耦合效应获取笔头位置；
处理并显示相关轨迹及压力信息。
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