CN103488316B - 电容笔、电容触控面板和触控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容笔，用于在电容触控面板（200）上进行操作，其包括：发送单元（1），其向所述电容触控面板（200）发送高压交流信号；电容笔控制处理单元（2），其生成所述高压交流信号，并通过所述发送单元（1）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）根据所述高压交流信号测量所述电容笔（100）的位置信息。本发明提供的电容笔，通过向电容触控面板发送高压交流信号，使电容触控面板根据该高压交流信号定位，由于该高压交流信号强度大，因此可提高信噪比和定位精度。

Description

电容笔、电容触控面板和触控装置

技术领域

本发明涉及触控技术，尤其涉及一种电容笔、电容触控面板和触控装置。

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电容笔，用于在电容触控面板（200）上进行操作，其包括：发送单元（1），其向所述电容触控面板（200）发送高压交流信号；电容笔控制处理单元（2），其生成所述高压交流信号，并通过所述发送单元（1）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）根据所述高压交流信号测量所述电容笔（100）的位置信息。

本发明提供的电容笔，通过向电容触控面板发送高压交流信号，使电容触控面板根据该高压交流信号定位，由于该高压交流信号强度大，因此可提高信噪比和定位精度。

本发明的另一个方面提供一种电容触控面板，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）；以及面板控制处理单元（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）作为接收电极接收所述电容笔（100）发送的高压交流信号；所述面板控制处理单元（203）根据所述高压交流信号获取所述电容笔（100）的信息。

本发明提供的电容触控面板，对电容笔具有良好的支持度，可实现电容笔的精确定位。

本发明再一个方面提供一种触控装置，其包括电容笔（100）；以及电容触控面板（200），其中所述电容笔（100）包括发送单元（1），其向所述电容触控面板（200）发送高压交流信号；电容笔控制处理单元（2），其生成所述高压交流信号，并通过所述发送单元（1）将所述高压信号发送至所述电容触控面板（200）；所述电容触控面板（200）包括互相交错的第一电极组（201）和第二电极组（202）以及面板控制处理单元（203）；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）作为接收电极接收所述电容笔（100）发送的高压交流信号；所述面板控制处理单元（203）根据所述高压交流信号获取所述电容笔（100）的信息。

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，向电容触控面板发送高压交流信号，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。

进一步地，本发明中，为了使电容笔和电容触控面板协调工作，电容笔还向电容触控面板发动命令信号，以指示电容触控面板根据电容笔发送的高压交流信号，确定电容笔的位置或获取电容笔的压力/按键信息，电容触控面板解析命令后执行相应的动作。即，通过发送命令信号使电容笔和电容触控面板协调工作。本发明提供的触控装置，电路简单，并且不容易受噪声干扰，具有较高的信噪比和定位精度。

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为电容笔100详细结构示意图；

图3为电容触控面板200的结构示意图；

图4为触控装置的定位原理图；

图5为图1所示触控装置的命令信号编排及数据传输示意图；

图6为图1所示触控装置的命令信号编排示意图。

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。如图1所示，本实施方式的触控装置300包括电容笔100和电容触控面板200。其中电容笔100发送高压方波信号，电容触控面板200接收该高压方波信号，并根据该高压方波信号获取电容笔100的信息，该信息包括电容笔的笔尖压力和/或按键信息。

需要说明的是，在本实施方式中电容笔100向电容触控面板200发送的是高压方波信号，但是本发明并不局限于高压方波信号，也可以是其他高压交流信号，比如高压正弦信号。

如图1示，电容触控面板200中包括多个相互交错配置的电极101和102，图中为了简洁，仅示出一对相互垂直的电极。

电容笔100包括发送单元1及壳体10。发送单元1为导电性细笔尖。在本实施方式中，优选作为发送单元1的笔尖的直径小于3mm，其顶端可以包裹较柔软的材料（如橡胶）以提高书写的舒适度。当电容笔100位于电容触控面板200的触控区域时，发送单元1接收发送电极（电极101和电极102）形成耦合电容，从而发送信号，接收电极（电极101和电极102）通过电容耦合方式接收该信号，电容触控面板200根据接收到的信号获取电容笔100的信息。但是由于电容笔100的发送单元1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，接收电极接收到的信号很小，信噪比很低，难以定位。为此为了提高接收电极接收到信号的强度，提高信噪比，发送单元1向电容触控面板200发送高压方波信号，从而提高接收电极接收到信号的强度，提高信噪比，使电容触控面板可以精确定位。

壳体10用于固定发送单元1以及笔内电路单元。壳体10的端部设置有开口，以便作为发送单元1的笔尖与电容触控面板200接触的端部可以从中伸出。开口的大小与笔尖的粗细相对应。壳体10与手接触的部分为导体，由于人体本身是个较大的电容，比电容笔100的稳定性强，通过使电容笔100与人体连接，可以增强接收信号的稳定性。

电容笔100还包括供电单元（图中未示出），供电单元为电池或超级电容，由电池或超级电容配合DC-DC为电容笔供电。

图2为电容笔100详细结构示意图。如图2示，电容笔100包括发送单元1、电容笔控制处理单元2、升压单元3、测量单元4、压力传感器5。

电容笔控制处理单元2生成方波信号，然后将其发送至升压单元3，升压单元3将电容笔控制处理单元2生成的方波信号转换为高压方波信号，并将高压方波信号发送至发送单元1，发送单元1将该高压方波信号发送至电容触控面板200，电容触控面板200接收该高压方波信号，并根据该高压方波信号获取电容笔100的信息。

测量单元4用于测量电容笔100的笔尖压力以及按键信息的数据信息。其中笔尖压力的获取通过压力传感器5进行。压力传感器5与笔尖1连接，当笔尖受到压力时，压力传感器5会产生相应变化，比如电容改变、电阻改变等，测量单元4可测量该变化，从而获得笔尖压力。测量单元4测得笔尖压力或按键信息后，将其发送至电容笔控制处理单元2，电容笔控制处理单元2将相关信息转换为二进制数据，并将该二进制数据编码在高压方波信号中，然后通过发送单元1将携带有数据信息的高压方波脉冲发送至电容触控面板200。

图3为电容触控面板200的结构示意图。如图3所示，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202组相互交错，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和第二电极组202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。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。

或者第一电极组201和第二电极组202均作为接收电极接收信号，面板控制处理单元203根据接收电极接收到的信号确定触摸位置。具体采用何种方式可在面板控制处理单元203的控制下进行切换。

在本实施方式中，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控制第一电极组201和第二电极组202均作为接收电极，发送单元1与接收电极形成耦合电容，并通过电容耦合向接收电极发送高压方波信号，面板控制处理单元203根据接收电极接收到的高压方波信号获取电容笔100的信息。

图4为触控装置300的定位原理图。如图4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。携带有命令信息的命令信号由电容笔100的电容笔控制处理单元2生成，并通过发送单元1发送至电容触控面板200，电容触控面板200在接收到命令信号后，解析出命令，并做出相应的响应。

在本实施方式中，命令信号主要包括以下2种：

1、测量电容笔100位置信息的命令，其表示电容笔100随后向电容触控面板200发送用于定位的高压方波信号，电容触控面板200在接收到该命令信号后，根据其后接收到的高压方波信号确定电容笔100的位置。

2、测量电容笔100数据信息的命令，其表示电容笔100随后向电容触控面板200发送电容笔数据信息，比如笔尖压力或笔上按键信息，电容触控面板200在接收到该命令信号后，根据其后接收到的高压方波信号获取电容笔100的数据信息。

在本实施方式中，命令信号的编排可采取多种方式，比如如图5所示，以电容笔100停止发送脉冲的时间来定义不同的命令。电容笔100停止发送高压方波脉冲并保持在低电平一段时间（如图5中虚线所示），电容触控面板200探测到高压方波脉冲发送停止，并通过外围硬件电路根据高压方波脉冲发送停止的时间长度解析出各种命令，或通过控制器计时，根据计时长短来对命令进行解析。根据这个时间长短，电容触控面板200判断出命令类型，然后立即作出相应的响应。比如，图5中A、B各段波形分别对应不同的命令时长，可以预先设定A段波形的时长代表测量电容笔100数据信息的命令，B段波形的时长代表测量电容笔100位置信息的命令。当电容触控面板200解析出所得命令信号的时长与A段波形时长相同时，表示电容笔100发送的是测量电容笔100数据信息的命令，电容触控面板200根据该信号后的高压方波脉冲获取电容笔100的数据信息；当电容触控面板200解析出所得命令信号的时长与B段波形时长相同时，表示电容笔100发送的是测量电容笔100数据位置的命令，电容触控面板200根据该信号后的高压方波脉冲确定电容笔100的触控位置。

为了进行电容笔数据信息传输，在本实施方式中还规定了数据传输协议。如图5所示，A段波形的时长代表测量电容笔100数据信息的命令，电容触控面板200在接收到A段波形后根据A段波形后的高压方波脉冲获取电容笔100的数据信息。本实施方式中所定义的数据传输协议如图5所示：在一个测量周期内，若电容笔100发送的高压方波信号频率为f1，则发送数据为1；在一个测量周期内；若电容笔100发送的高压方波信号频率为f2，则发送数据为0。在此处所谓“测量周期”指的是测量数据的一位的周期，对电容笔来说是发送一位的时间，对接收电极来说是指接收一位的时间，这一位可能为二进制的0或1。该测量周期为预先设定的一个时间段，即预先设定电容笔发送一位数据或接收电极接收一位数据所需要的时间，在该设定时间段内，电容笔100向电容触控面板200发送若干个高压方波信号，这若干个高压方波信号的频率表示不同的数据。如图5所示，电容笔100向电容触控面板200发送了四位数据1、1、0、1，发送每位数据所需要的时间或两位数据相间隔的时间相同，该时间就是所谓的“测量周期”，在每个测量周期内，电容笔100向电容触控面板200发送了若干个高压方波，这若干个高压方波信号的频率表示不同的数据，图5所示，在第一个测量周期内，高压方波的频率为f1，表示发送数据为1；在第一个测量周期内，高压方波的频率为f2，表示发送数据为0。如图5所示，B段波形的时长代表测量电容笔100位置信息的命令，电容触控面板200在接收到B段波形后，根据B段波形后的高压方波脉冲确定电容笔100的触控位置，在此期间电容笔100在一个测量周期内发送频率为f1的方波，具体定位方法如前所述，在此不再赘述。

还需要说明的是，本发明中，命令信号的编排方法不限于一定长度的低电平。也可以采用一定长度的高电平；或者具有一定时序组合关系的高低电平；或者具有一定时序组合的脉冲波形；或者连续发送的具有包络结构的脉冲波形等具有一定辨识度可解析的波形均可作为命令。图6列举了命令信号编排的多种方式的一些实例，例如采用一定长度的高电平；或者具有一定时序组合关系的高低电平；或者具有一定时序组合的脉冲波形；或者连续发送的具有包络结构的脉冲波形，但不局限于已列举的编排方式。

如图6所示，图6中的波形A表示用一定时长空闲低电平编码命令信息；即，以低电平时长来表示不同的命令，不同的时长表示不同的命令。图6中的波形B表示用一定时长的空闲高电平编码命令信息；即，以高电平时长来表示不同的命令，不同的时长表示不同的命令。图6中的波形C表示用一定时长的空闲低电平接一定时长的空闲高电平编码命令信息；即，以低电平和高电平的组合来表示命令，不同的组合表示不同的命令。图6中的波形D表示用一个中等长度的脉冲后面跟随一个较长长度的脉冲编码命令信息；即，以脉冲组合来表示命令，不同的脉冲表示不同的命令。图6中的波形E表示用一个单一的长脉冲编码命令信息；即，以单个长脉冲来表示命令，不同长度的脉冲表示不同的命令。图6中的波形F表示用连续多个很短的脉冲构成一个一定长度的包络波形编码命令信息；即，不同长度的包络图形表示不同的命令。

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 (8)

1.一种电容笔，用于在电容触控面板(200)上进行操作，其特征在于，包括：

发送单元(1)，其向所述电容触控面板(200)发送高压交流信号；

电容笔控制处理单元(2)，其生成所述高压交流信号和命令信号，并通过所述发送单元(1)将所述高压交流信号和所述命令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)根据所述高压交流信号测量所述电容笔(100)的位置信息，并且所述电容触控面板(200)根据所述命令信号的指示来测量所述电容笔位置信息或获取所述电容笔测量的至少包含压感或按键的数据信息，其中，

以所述高压交流信号在一个测量周期内的频率表示数据信息，并且，以所述电容笔停止发送所述高压交流信号的时间定义所述命令信号。

2.如权利要求1所述的电容笔，其特征在于，所述命令信号的命令定义方式包括：以低电平的时长定义命令、以高电平的时长定义命令、以低电平和高电平的不同组合定义命令、或以脉冲的组合定义命令。

3.如权利要求1所述的电容笔，其特征在于，还包括：

测量单元(4)，其用于测量所述电容笔笔尖压力和/或按键信息。

4.一种电容触控面板，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)；以及

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)作为接收电极接收所述电容笔(100)发送的高压交流信号和命令信号；

所述面板控制处理单元(203)根据所述高压交流信号获取所述电容笔(100)的信息，并根据所述命令信号的指示来测量所述电容笔位置信息或获取所述电容笔测量的至少包含压感或按键的数据信息，其中，

以所述高压交流信号在一个测量周期内的频率表示数据信息，并且，以所述电容笔停止发送所述高压交流信号的时间定义所述命令信号。

5.如权利要求4所述的电容触控面板，其特征在于，所述电容笔(100)的信息至少包括电容笔(100)位置、笔尖压力、按键信息。

6.一种触控装置，其特征在于包括：

电容笔(100)；以及

电容触控面板(200)，其中

所述电容笔(100)包括

发送单元(1)，其向所述电容触控面板(200)发送高压交流信号；

电容笔控制处理单元(2)，其生成所述高压交流信号和命令信号，并通过所述发送单元(1)将所述高压信号和所述命令信号发送至所述电容触控面板(200)；

所述电容触控面板(200)包括互相交错的第一电极组(201)和第二电极组(202)以及面板控制处理单元(203)；

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)作为接收电极接收所述电容笔(100)发送的高压交流信号；

所述面板控制处理单元(203)根据所述高压交流信号获取所述电容笔(100)的信息，并根据所述命令信号的指示来测量所述电容笔位置信息或获取所述电容笔测量的至少包含压感或按键的数据信息，其中，

以所述高压交流信号在一个测量周期内的频率表示数据信息，并且，以所述电容笔停止发送所述高压交流信号的时间定义所述命令信号。

7.如权利要求6所述的触控装置，其特征在于，所述电容笔(100)向所述电容触控面板(200)发送命令信号，指示所述电容触控面板(200)测量所述电容笔(100)位置信息或获取所述电容笔(100)测量的至少包含压感或按键的数据信息；

所述面板控制处理单元(203)解析所述电容笔(100)发送的命令，并根据该命令进行相应操作。

8.如权利要求7所述的触控装置，其特征在于，所述命令信号的命令定义方式包括：以低电平的时长定义命令、以高电平的时长定义命令、以低电平和高电平的不同组合定义命令、或以脉冲的组合定义命令。