CN103455176B - 主动式电容笔、电容触控面板和触控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种主动式电容笔，用于在电容触控面板（200）上进行操作，其包括通信单元（1），其连接电容笔（100）与电容触控面板（200），接收电容触控面板（200）发送的与测量信号同步的同步信号；控制处理单元（2），其与所述通信单元（1）通信，并根据所接收到的同步信号生成与测量信号同步的高压信号；和发送单元（5），其将高压信号发送至电容触控面板（200）以使电容触控面板（200）获取电容笔（100）的触控信息和/或位置信息。本发明提供的电容笔通过发送同步高压信号来增强触控面板的感应信号，使得触控面板可以感应小面积导电体，在手指触控的基础上扩展了笔的功能，大大提高了用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及触控技术，尤其涉及一种主动式电容笔和触控装置。
背景技术
目前，由于电容触摸屏易操作，且灵敏度较高，已成为现阶段触控设备的首选。电容触摸屏所使用的电容屏一般是在玻璃或其他透明材料内制作透明导电的ITO(氧化铟锡)薄膜以形成纵横交错结构的导电膜，这些导电膜可以作为发送电极和接收电极。当手指点击屏幕，会和发送电极以及接收电极均形成耦合电容，从接触点吸收部分电流，从而造成接收电极的信号发生变化。即，电容式触摸屏在导体与其触摸时，通过导电膜形成的电场的变化检测导体在电容屏上的触摸位置，实现人机交互功能。
然而，如果采用导电材料制成的细笔尖操作电容屏，虽然笔尖也会从接触点吸收部分电流，但由于笔尖很细，吸收电流对接收电极的影响很小，难以检测，使得电容式触摸屏无法确定触摸位置。为了对接收电极产生较大影响，电容笔的笔尖除导电特性外，还必须很粗，这使得笔存在书写流畅性差、精确点击难、更无压感特性等问题，也就无法达到写画的效果。
发明内容
本发明鉴于以上问题，提供了一种主动式电容笔，其可以增强电容触控面板接收信号的强度，提高定位精度。
本发明的一个方面提供一种主动式电容笔，用于在电容触控面板(200)上进行操作，其包括通信单元(1)，其连接电容笔(100)与电容触控面板(200)，接收所述电容触控面板(200)发送的与测量信号同步的同步信号；控制处理单元(2)，其通过通信单元(1)与电容触控面板(200)连接并接收电容触控面板(200)发送的同步信号和命令信号，进而根据该同步信号产生发送信号；升压单元(4)，其用于将控制处理单元(2)产生的发送信号转换为高压信号；和发送单元(5)，其将所述高压信号发送至所述电容触控面板(200)以使所述电容触控面板(200)获取所述电容笔(100)的触控信息和位置信息。
本发明提供的电容笔，通过发送与电容触控面板测量信号同步的高压信号来增强电容触控面板接收信号的强度，提高信噪比和定位精度。
本发明另一个方面提供一种电容触控面板，权利要求1的电容笔(100)能在其上进行触控操作，其包括：第一电极组(201)、第二电极组(202)、面板控制处理单元(203)、通信单元(101)，其中，所述第一电极组(201)和所述第二电极组(202)互相交错配置，所述面板控制处理单元(203)控制所述第一电极组(201)和第二电极组(202)之一作为发送电极发送测量信号；所述通信单元(1)连接所述电容笔(100)与电容触控面板(200)，并向所述电容笔(100)发送与测量信号同步的同步信号；所述面板控制处理单元(203)与所述通信单元(1)通信，并将所生成的同步信号发送至通信单元(1)；所述面板控制处理单元(203)控制所述第一电极组(201)和第二电极组(202)之一作为接收电极接收所述电容笔(100)发送的高压信号；所述面板控制处理单元(203)根据所述高压信号获取所述电容笔(100)的触控信息和/或位置信息。
本发明再一个方面提供一种触控装置，其包括电容笔(100)、电容触控面板(200)以及通信单元(1)，其连接所述电容笔(100)与电容触控面板(200)，使所述电容笔(100)与电容触控面板(200)相互之间通信；其中所述电容触控面板(200)包括第一电极组(201)、第二电极组(202)、面板控制处理单元(203)，其中所述第一电极组(201)和所述第二电极组(202)互相交错配置，所述面板控制处理单元(203)控制所述第一电极组(201)和第二电极组(202)之一作为发送电极发送测量信号，所述面板控制处理单元(203)控制所述第一电极组(201)和第二电极组(202)之一作为接收电极接收所述电容笔(100)发送的高压信号；
所述面板控制处理单元(203)与所述通信单元(1)通信，并通过通信单元(1)向电容笔(100)发送与测量信号同步的同步信号；
所述电容笔(100)包括
控制处理单元(2)，其通过通信单元(1)与电容触控面板(200)连接并接收电容触控面板(200)发送的同步信号和命令信号，进而根据该同步信号产生发送信号；升压单元(4)，其用于将控制处理单元(2)产生的发送信号转换为高压信号；和发送单元(5)，其将所述高压信号发送至所述电容触控面板(200)以使所述电容触控面板(200)获取所述电容笔(100)的位置信息；所述面板控制处理单元(203)根据所述高压信号获取所述电容笔(100)的触控信息和/或位置信息。
本发明提供的触控装置采用电容耦合方式，将电容笔的导电性笔尖作为发送单元，发送与电容触控面板的发送电极发出的测量信号同步的高压脉冲信号，使得电容笔的笔尖与电容触控面板之间形成更大的电压差，进而增大电容笔笔尖和电容触控面板之间的电场，导致笔尖从接触点吸收更大的电流，从而增强了电容触控面板的接收电极检测到的电容笔的信号，确保电容笔具有很细的笔尖。本发明提供的触控装置工艺简单，成本较低。
进一步地，本发明提供的触控装置，电容笔和电容触控面板通过通信单元进行通信，电容笔通过通信单元可接收电容触控面板发送的同步信号和命令信号，从而使得电容笔和电容触控面板可以相互配合协调工作。另外，通过通信单元发送同步信号和命令信号，具有稳定性强，不怕干扰的优点，而且简化了电容笔的结构。
附图说明
图1为本发明触控装置一个实施方式的结构示意图；
图2为图1中电容笔100的电路原理图；
图3为触控装置的定位原理图；
图4为图1所示触控装置的数据传输协议示意图；
图5表示在反相信号命令下电容笔100发送的信号波形和电容触控面接收信号强度的波形；
图6表示在反相信号命令下手指发送的信号波形和电容触控面接收信号强度的波形。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的电容笔、电容触控面板和触控装置进行详细描述。在这些附图中，对于相同或者相当的构成要素，标注相同标号。以下仅为本发明的主动式电容笔、电容触控面板和触控装置的最佳实施方式，本发明并不仅限于下述结构。
图1为本发明触控装置一个实施方式的结构示意图。图2为图1中电容笔100的电路原理图。
如图1所示，本实施方式的触控装置包括电容笔100和电容触控面板200以及通信单元1。电容触控面板200发送测量信号和同步信号，电容笔100通过通信单元1接收该测量信号和同步信号，并根据同步信号向电容触控面板200发送与测量信号同步的高压信号，电容触控面板200根据该高压信号获取电容笔100的位置信息。
电容笔100和电容触控面板200通过通信单元1进行通信，比如发送同步信号，发送命令信号，发送电容笔数据等。通信单元1可为USB线，耳机插槽线等各种标准接线，或者自定制的多股线，通信线的通信协议不受限制，可以采用各种标准的通信协议，或者采用自己定义的通信协议。
图2所示，电容笔100包括控制处理单元2、测量单元3、升压单元4以及发送单元5。
控制处理单元2，其通过通信单元1与电容触控面板200连接并接收电容触控面板200发送的同步信号和命令信号，进而根据该同步信号产生发送信号，该信号与所述测量信号同步；以及根据命令信号作出不同的响应，可以是发送信号，可以进行各类测量然后存储，也可以是发送数据。
测量单元3用于根据控制处理单元2的指示获取电容笔100的笔尖压力以及按键信息等电容笔触控信息，测量单元测得的数据可以通过通信单元1发送至电容触控面板200，也可以通过发送单元5发送至电容触控面板200。
升压单元4用于将控制处理单元2产生的发送信号转换为高压信号，
发送单元5比如为直径较小的导电性笔尖，其将升压单元4产生的高压信号发送至电容触控面板200。在本实施方式中，作为发送单元5的笔尖的直径小于2mm，其顶端可以包裹较柔软的非导电材料(如橡胶)以提高书写的舒适度
请再次参阅图1，电容触控面板200包括第一电极组201和第二电极202组以及面板控制处理单元203组成。第一电极组201和第二电极组202相互交错，共同构成触控区域，触控区域上覆盖有绝缘层，防止手指或其它导体与第一电极组201和第二电极202组接触。第一电极组201和第二电极组202之间相互绝缘，在交错处会形成耦合电容。
第一电极组201和第二电极组202其中一组为发送电极，另一组为接收电极。若第一电极组201为发送电极，则第二电极组202为接收电极。若第一电极组201为接收电极，则第二电极组202为发送电极。两者可在面板控制处理单元203的控制下进行切换。也就是说，面板控制处理单元203控制第一电极组201和第二电极组202之一作为发送电极发送测量信号，面板控制处理单元203控制所述第一电极组201和第二电极组202之一作为接收电极接收所述电容笔100发送的高压信号。
面板控制处理单元203控制发送电极发送测量信号，处理接收电极接收到的信号，并根据处理结果确定触摸位置。
控制处理单元2通过通信单元1接收电容触控面板200发送的同步信号，并生成与测量信号同步的高压信号，该高压信号通过发送单元5发送至电容触控面板200，电容触控面板200根据接收的高压信号确定电容笔100的位置。
由于电容笔100的发送单元2的面积很小，所以和电容触控面板200的接收电极之间的耦合电容很小。如果不发送高压信号，接收电极接收到的信号会很小，信噪比很低，难以定位。为此，面板控制处理单元203通过通信单元1向电容笔100发送与测量信号同步信号，电容笔100根据该同步信号生成与测量信号同步的高压信号，并将其发送至电容触控面板200来增强接收信号强度，提高信噪比和定位精度。
进一步地，面板控制处理单元203通过通信单元1向电容笔100发送命令信号，电容笔100可从命令信号中提取命令信息；同时根据提取的命令信息作出响应，并将响应结果通过发送单元5发送至接收电极，面板控制处理单元203根据接收电极接收的信号确定电容笔100的触控信息，例如笔尖压力、按键信息等，并经过计算处理获得电容笔100的位置信息。
图3为触控装置300的定位原理图。如图3所示，当电容笔100位于电容触控面板200的触控区域时，面板控制处理单元203选择X轴电极作为接收电极，每2个相邻的X轴电极作为一组，测量其接收信号的差分值。比如，X1和X2一组，X2和X3组，X3和X4一组，依此类推。通过各组电极接收信号的差分值，即可算出电容笔100位于X轴方向的坐标。同理，可以将Y轴电极作为接收电极，测量得到电容笔100位于Y轴的坐标。
还可对X轴的单个接收电极进行逐个扫描，分别测得各个接收电极的接收信号的强度，通过各个接收电极接收信号的强度得到电容笔100位于X轴方向的坐标。通过同样的方式得到电容笔100位于Y轴的坐标。
当然，触控装置300的定位方式除上述两种外还有多种，可根据实际要求进行具体设置。
本发明提供的触控装置300，为了使电容笔100同电容触控面板200可以协调工作，制定了命令信息及数据传输的协议。命令信息由电容触控面板200的面板控制处理单元203通过通信单元1发送至电容笔100，电容笔100的控制处理单元2接收该命令信号，并做出响应，响应信号通过发送单元6发送至电容触控面板200。
在本实施方式中，命令信息主要包括以下3种：
1、反相信号生成命令，其指示电容笔100向电容触控面板200发送与测量信号同步且反相的信号。
2、电容笔信息获取命令，其指示电容笔100测量笔尖压力及笔上按键信息，测量完后存储起来。
3、电容笔信息发送命令，其指示电容笔100将存储的笔尖压力、按键或者其他信息，转化成脉冲波形反馈给电容触控面板200。
图4为图1所示触控装置的数据传输协议示意图。如图4所示，最下端波形所示为笔收到反馈数据命令后的响应波形，本发明所定义的数据传输协议如下：在测量信号高脉冲期间，若笔尖信号为上升沿，则发送数据1；若笔尖信号为下降沿，则发送信号为0。在测量波高脉冲期间笔尖信号只允许有一个上升或下降沿。
在使用本发明提供的触控装置300时，人手很容易与电容触控面板200接触，从而影响电容触控面板200对电容笔100的定位。为此本发明提供一种消除人手对电容笔100定位影响的方法。下面结合图5和图6对该方法进行描述。
本发明中，电容触控面板200的面板控制处理单元203通过通信单元204发送反相信号生成命令，电容笔100的控制处理单元2接收到该反相信号生成命令后，通过发送单元5(笔尖)发送与上述测量信号同相和反相的两种高压信号，电容触控面板200根据该两种高压信号获得两个接收信号强度随接收电极切换而变化的波形(见图5中c曲线左侧和中间的波形)，并将该两个波形相减即可去除人手对电容笔100的干扰。
如果换成手指，如图6所示，由于手指不会主动发送信号，所以电容触控面板200接收电极的接收信号强度呈现为两个相同的波形。将所测得的两个波形相减，就可以很容易地去掉手指对笔的干扰，同时也增强了接收信号的强度，这样有利于提高定位精度，增强用户体验。
本发明触控装置的动作过程如下
电容触控面板200的面板控制处理单元203控制第一电极组201和第二电极组202其中之一作为发送电极发送测量信号，并通过通信单元1发送同步信号，当电容笔100位于电容触控面板200的触控区域时，电容笔100通过通信单元1接收电容触控面板200发送的与测量信号同步的同步信号，控制处理单元2根据接收的同步信号生成与测量信号同步的信号，该信号经过升压单元4升压后转化为高压信号，并通过发送单元5发送至电容触控面板200，面板控制处理单元203控制第一电极组201和第二电极组202其中之一作为接收电极接收该高压信号，并根据该高压信号确定电容笔100的触控信息和/或位置信息。
进一步地，面板控制处理单元203通过通信单元1向电容笔100发送命令信号，电容笔100可从命令信号中提取命令信息；同时根据提取的命令信息作出响应，并将响应结果通过发送单元5发送至接收电极，面板控制处理单元203根据接收电极接收的信号确定电容笔100的触控信息，例如触摸位置、笔尖压力、按键信息等。
以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进。这些变型和改进也视为本发明的保护区间。
Claims (7)
1.一种主动式电容笔，用于在电容触控面板(200)上进行操作，所述电容触控面板(200)发送测量信号，其特征在于，包括：
通信单元(1)，其连接电容笔(100)与电容触控面板(200)，接收所述电容触控面板(200)发送的与测量信号同步的同步信号；
控制处理单元(2)，其通过通信单元(1)与电容触控面板(200)连接并接收电容触控面板(200)发送的同步信号和命令信号，进而根据该同步信号产生发送信号；
升压单元(4)，其用于将控制处理单元(2)产生的发送信号转换为高压信号；和
发送单元(5)，其将所述高压信号发送至所述电容触控面板(200)以使所述电容触控面板(200)获取所述电容笔(100)的触控信息和/或位置信息。
2.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述通信单元(1)还接收所述电容触控面板发送的命令信号，所述控制处理单元根据该命令信号进行响应。
3.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，还包括测量单元，其根据所述控制处理单元(2)的指示测量所述电容笔的相关数据。
4.如权利要求3所述的主动式电容笔，其特征在于，所述测量单元测得的相关数据通过发送单元(5)发送至所述电容触控面板(200)。
5.如权利要求3所述的主动式电容笔，其特征在于，所述测量单元测得的相关数据通过通信单元(1)发送至所述电容触控面板(200)。
6.一种电容触控面板，其中，如权利要求1所述的电容笔(100)能在其上进行触控操作，其特征在于，所述电容触控面板包括：
第一电极组(201)；
第二电极组(202)；
面板控制处理单元(203)；
通信单元(101)，
其中，
所述第一电极组(201)和所述第二电极组(202)互相交错配置，
所述面板控制处理单元(203)控制所述第一电极组(201)和第二电极组(202)之一作为发送电极发送测量信号；
所述通信单元(1)连接所述电容笔(100)与电容触控面板(200)，并向所述电容笔(100)发送与测量信号同步的同步信号；
所述面板控制处理单元(203)与所述通信单元(1)通信，并将所生成的同步信号发送至通信单元(1)；
所述面板控制处理单元(203)控制所述第一电极组(201)和第二电极组(202)之一作为接收电极接收所述电容笔(100)发送的高压信号；
所述面板控制处理单元(203)根据所述高压信号获取所述电容笔(100)的触控信息和/或位置信息。
7.一种触控装置，其特征在于包括：
电容笔(100)；
电容触控面板(200)；以及
通信单元(1)，其连接所述电容笔(100)与电容触控面板(200)，使所述电容笔(100)与电容触控面板(200)相互之间通信；
其中
所述电容触控面板(200)包括
第一电极组(201)；
第二电极组(202)；
面板控制处理单元(203)；
其中
所述第一电极组(201)和所述第二电极组(202)互相交错配置，
所述面板控制处理单元(203)控制所述第一电极组(201)和第二电极组(202)之一作为发送电极发送测量信号，
所述面板控制处理单元(203)控制所述第一电极组(201)和第二电极组(202)之一作为接收电极接收所述电容笔(100)发送的高压信号；
所述面板控制处理单元(203)与所述通信单元(1)通信，并通过通信单元(1)向电容笔(100)发送与测量信号同步的同步信号；
所述电容笔(100)包括
控制处理单元(2)，其通过通信单元(1)与电容触控面板(200)连接并接收电容触控面板(200)发送的同步信号和命令信号，进而根据该同步信号产生发送信号；
升压单元(4)，其用于将控制处理单元(2)产生的发送信号转换为高压信号；和
发送单元(5)，其将所述高压信号发送至所述电容触控面板(200)以使所述电容触控面板(200)获取所述电容笔(100)的触控信息和/或位置信息；
所述面板控制处理单元(203)根据所述高压信号获取所述电容笔(100)的触控信息和/或位置信息。
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