CN103941889A - 电容笔、电容触控面板和触控装置 - Google Patents

Abstract

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：接收单元（1），其接收所述电容触控面板（200）发送的命令信号；控制处理单元（6），其根据所述接收单元（1）接收到的命令信号生成高压信号；和发送单元（2），其将所述高压信号发送至所述电容触控面板（200）以使所述电容触面板（200）获取所述电容笔（100）的触控信息。本发明提供的电容笔可在笔尖较细使仍然能使电容触控面板精确确定电容笔的位置信息，并且具有压感特性，大大提高了电容笔的书写流畅性和使用体验。

Description

电容笔、电容触控面板和触控装置

技术领域

本发明涉及电容触控技术，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，其可在笔尖较细时仍然能使电容触控面板精确确定电容笔的位置信息，并且具有压感特性，大大提高了电容笔的书写流畅性和使用体验。

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：接收单元（1），其接收所述电容触控面板（200）发送的命令信号；控制处理单元（6），其根据所述接收单元（1）接收到的命令信号生成高压信号；和发送单元（2），其将所述高压信号发送至所述电容触控面板（200）以使所述电容触面板（200）获取所述电容笔（100）的触控信息。。

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：所述电容触控面板包括：第一电极组（201）；第二电极组（202）；和面板控制处理单元（203），其中所述第一电极组（201）和所述第二电极组（202）互相交错布置，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命令信号，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）根据所述高压信号获取所述电容笔（100）的触控信息。

本发明再一个方面提供一种触控装置，其包括电容笔（100）；以及电容触控面板（200），其中所述电容笔（100）包括电容笔（100）和电容触控面板（200），其中

所述电容笔（100）包括接收单元（1），其接收所述电容触控面板（200）发送的命令信号；控制处理单元（6），其根据所述接收单元（1）接收到的命令信号生成高压信号；和发送单元（2），其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）包括第一电极组（201）；第二电极组（202）；和面板控制处理单元（203），其中所述第一电极组（201）和所述第二电极组（202）互相交错布置，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命令信号，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）根据所述高压信号获取所述电容笔（100）的触控信息。

本发明提供的触控装置，电容笔通过向电容触控面板发送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，因而可在笔尖较细时仍然能使电容触控面板精确确定电容笔的位置信息，并且具有压感特性，大大提高了电容笔的书写流畅性和使用体验。

进一步地，本发明提供的触控装置一方面电容笔在接收到电容触控面板的命令信号后才会发送相应的高压信号，因此不会影响电容触控面板对手指的检测，另一方面电容触控面板在进行电容笔操作时不会检测手指，在本发明中电容笔在电容触控面板上进行操作时，电容触控面板仅发送命令信号，不发送其他信号，因而不会对电容笔接收命令信号造成干扰。

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和电容触控面板200的结构示意图；

图3为电容笔100的电路原理图；

图4为电容触控面板200的结构示意图；

图5为触控装置300的定位原理图；

图6为图1所示触控装置的命令信号和数据传输协议的示意图；

图7和图8用于传输数据信息的高压信号的传输原理示意图。

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。其中电容触控面板200发送命令信号，电容笔100接收该命令信号，并根据命令信号向电容触控面板200发送相应的高压信号，电容触控面板200根据该高压信号获取电容笔100的触控信息，即获取电容笔的位置、笔尖压力、按键等信息。

图2为电容笔100和电容触控面板200的结构示意图。

如图2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包括接收单元1、发送单元2、屏蔽罩3以及壳体4，在壳体4内设置有电路单元，用于电容笔的控制和数据处理。当电容笔100位于电容触控面板200的触控区域时，接收单元1接收发送电极（比如电极101）发送的命令信号，设置在壳体4内的电路单元根据接收单元1接收的命令信号，解析命令信息，并根据命令信息生成相应的高压信号，该高压信号通过发送单元2发送至电容触控面板200，电容触控面板200根据接收电极（比如电极102）接收的高压信号确定电容笔100的触控信息。需要说明的是，电极101或电极102可以既为发送电极又为接收电极。

在本实施方式中，接收单元1为环状导电性笔头，发送单元2为直径较小的导电性笔尖，笔头1位于笔尖2周围。当电容笔100位于电容触控面板200的触控区域时，接收单元1可与发送电极101形成耦合电容，从而接收发送电极101发送的命令信号。接收单元1的面积足以保证和发送电极101形成较大耦合电容，从而有效接收测量信号。接收单元1的形状也可以根据具体情形确定，例如可为扁平状、锥状或半球状等。

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与接收电极102形成耦合电容，从而发送与命令信息对应的高压信号。在本实施方式中，作为发送单元2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。

屏蔽罩3设置在接收单元1和发送单元2之间，呈环状，用于隔离接收单元1和发送单元2，以防止接收单元1和发送单元2之间形成耦合电容，使得信号形成反馈通路引起自激振荡。接收单元1、发送单元2和屏蔽罩3彼此之间均绝缘。

壳体4用于固定接收单元1、发送单元2和屏蔽罩3，以及笔内电路。壳体4的端部设置有开口，以便作为发送单元2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4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。

当电容笔100位于电容触控面板200的触控区域时，接收单元1接收电容触控面板200发送的命令信号，设置在壳体4内的电路单元根据接收单元1接收的命令信号生成与命令信息相对应的高压信号，该高压信号通过发送单元2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的触控信息。

图3为电容笔100的电路原理图。电容笔100包括接收单元1、接收电路60、检波电路61、测量单元5、控制处理单元6、升压单元7和发送单元2。

接收单元1用于接收电容触控面板200发送电极发送的命令信号。

接收电路60用于与接收单元1配合来接收命令信号。

检波电路61用于从接收电路60接收到的信号中筛选出设定频率的信号。

测量单元5用于测量电容笔100的按键信息和/或笔尖压力信息。

控制处理单元6根据接收单元1接收的命令信号，生成相应的信号波，并将该信号波发送至升压单元7。

升压单元7用于将控制处理单元6产生的信号波转换为高压信号，该高压信号通过发送单元2发送至电容触控面板200。

图4为电容触控面板200的结构示意图。如图4所示，电容触控面板200包括第一电极组201、第二电极组202和面板控制处理单元203。第一电极组201和第二电极组202相互交错布置，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命令信号，并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控制发送电极发送命令信号，处理接收电极接收到的高压信号，并根据处理结果确定电容笔100的触摸信息。

当电容笔100位于电容触控面板200的触控区域时，接收单元1与发送电极形成耦合电容，发送单元2与接收电极形成耦合电容，因而电容笔100可以通过接收单元1接收发送电极发送的命令信号，并通过发送单元2向接收电极发送高压信号。

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。为此电容笔100主动向电容触控面板200发送高压信号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控制发送电极向电容笔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2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。

可以理解的是，电容触控面板200可与电容笔100配套使用外，也可进行手指触控，此时，面板控制处理单元203控制所述第一电极组201或第二电极组202作为发送电极发送测量信号并控制所述第一电极组201和第二电极组202其中之一作为接收电极接收该测量信号。当手指触摸电容触控面板200时，手指与发送电极形成耦合电容接收一部分测量信号从而引起接收电极接收信号的变化，面板控制处理单元203根据接收电极信号变化确定手指位置。

还可以理解的是，电容触控面板200可设定二种工作模式，手指检测模式和电容笔检测模式。当有发送命令信号时则判定为电容笔检测模式，反之则为手指检测模式。为了防止使用电容笔时，手指触摸的干扰，可设定在电容笔检测模式中不检测手指，即在电容笔检测模式中，发送电极不发送测量信号，仅发送命令信号。

图5为触控装置300的定位原理图。如图5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X3一组，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控制发送电极发送，电容笔100通过接收单元1接收该命令信号，解析命令信息并做出响应，响应信号通过发送单元2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2种：

1、测量触控位置的命令，其指示电容笔100向电容触控面板200发送用于确定电容笔100位置的高压信号。

2、测量数据信息的命令，其指示电容笔100测量笔尖压力笔上按键、加速度、旋转等参数信息，并将测量结果发送至电容触控面板200。

下面结合图6至图8来描述本实施方式中的命令及数据传输的协议。

在本实施方式中，命令信号为一定时间长度的频率为f1的方波，方波的长度代表不同的命令。如图6所示，长度为T1的命令信号A表示测量触控位置的命令，长度为T2的命令信号B表示测量数据信息的命令。当电容笔100接收到电容触控面板200发送的命令信号后，通过硬件电路或计时器来获得命令信号的时间长度，并根据这个时间长度判断出命令类型，然后作出相应的响应。

电容笔100接收到命令A后则向电容触控面板200发送用于测量位置的高压信号。如图6所示，该高压信号包括用于测量x轴坐标的高压信号X和用于测量y轴坐标的高压信号Y，高压信号X和Y频率均为f1，电容触控面板200的面板控制处理单元203在控制发送电极发送命令信号A后，则先控制纵向布置的电极组作为接收电极接收高压信号X，并根据高压信号X确定电容笔100的x轴坐标，然后面板控制处理单元203控制横向布置的电极组作为接收电极接收高压信号Y，并根据高压信号Y确定电容笔100的y轴坐标，最后根据x轴和y轴坐标确定电容笔100的位置。

电容笔100接收到命令B后，则测量笔尖压力、笔上按键按压、加速度、旋转等参数信息，并将测量结果发送至电容触控面板200。具体地，电容笔100的控制处理单元6将相关数据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。本实施方式中所定义的数据传输协议如图6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。图6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。

进一步地，为了使电容触控面板的面板控制处理单元203确认每一位数据发送的开始和结束时间以便正确解析数据，在本实施方式中，电容笔100通过在设定时间段内停止发送高压信号来与电容触控面板200同步。

如图7和图8所示，在本实施方式中，每一位数据的时间长度为200us，即一个测量周期为200us，其中开始的50us用于同步，即这段时间不发送高压信号，后150us用于发送高压信号，根据各测量周期的数据分别发送相应频率的高压信号。这样，当电容触控面板200没有接收到信号时，即可认为当前这一位的数据已经发送完成，因此很容易确认每一位数据发送的开始和结束时间，从而便于正确解析数据。

可以理解的是，在其他实施方式中也可以先发送高压信号，然后停止一段时间用于和电容触控面板200同步。比如在图7和图8中，前150us发送高压信号，后50us停止发送高压信号用于同步。

还可以理解的是，在其他实施方式中命令信号可以以信号波的时间长度、幅值、频率或者它们的组合来表示命令信息，数据信息也可以以高压信号的时间长度、幅值、频率或者它们的组合来表示数据信息，其都实现本发明的目的。

本实施方式电容触控装置300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命令信号，当电容笔100位于电容触控面板200的触控区域时，电容笔100的接收单元1接收电容触控面板200发送的命令信号，并将其发送至控制处理单元6，控制处理单元6根据接收单元1接收的命令信号生成与其相应的响应信号，该信号经过升压单元7升压后转化为高压信号，并通过发送单元2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，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 (13)

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：

接收单元（1），其接收所述电容触控面板（200）发送的命令信号；

控制处理单元（6），其根据所述接收单元（1）接收到的命令信号生成高压信号；和

发送单元（2），其将所述高压信号发送至所述电容触控面板（200）以使所述电容触面板（200）获取所述电容笔（100）的触控信息。

2.如权利要求1所述的电容笔，其特征在于，所述命令信号以信号波的时间长度、幅值或频率，或者时间长度、幅值和频率的组合来表示命令信息。

3.如权利要求1所述的电容笔，其特征在于，所述高压信号用于确定所述电容笔（100）的位置信息。

4.如权利要求1所述的电容笔，其特征在于，所述高压信号用于确定所述电容笔（100）的压力和/或按键信息。

5.如权利要求4所述的电容笔，其特征在于，以所述高压信号的时间长度、幅值或频率，或者时间长度、幅值和频率的组合来表示数据信息。

6.如权利要求5所述的电容笔，其特征在于，所述高压信号之间具有固定长度的时间间隔。

7.一种电容触控面板，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）；和

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）互相交错布置，

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命令信号，

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）根据所述高压信号获取所述电容笔（100）的触控信息。

8.如权利要求7所述的电容触控面板，其特征在于，所述命令信号以信号波的时间长度、幅值或频率，或者时间长度、幅值和频率的组合来表示命令信息。

9.如权利要求7所述的电容触控面板，其特征在于，所述高压信号用于确定所述电容笔（100）的位置信息。

10.如权利要求7所述的电容触控面板，其特征在于，所述高压信号用于确定所述电容笔（100）的压力和/或按键信息。

11.如权利要求10所述的电容触控面板，其特征在于，以所述高压信号的时间长度、幅值或频率，或者时间长度、幅值和频率的组合来表示数据信息。

12.如权利要求10所述的电容触控面板，其特征在于，所述高压信号之间具有固定长度的时间间隔。

13.一种触控装置，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

接收单元（1），其接收所述电容触控面板（200）发送的命令信号；

控制处理单元（6），其根据所述接收单元（1）接收到的命令信号生成高压信号；和

发送单元（2），其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

第一电极组（201）；

第二电极组（202）；和

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）互相交错布置，

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命令信号，

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）根据所述高压信号获取所述电容笔（100）的触控信息。