CN104156088A - 主动式电容笔及触控装置 - Google Patents

Abstract

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上进行操作，其包括：笔尖，其与所述电容触控面板接触；压力测量单元，其用于测量所述笔尖在与所述电容触控面板接触时所受到的压力；以及控制处理单元，其将所述压力测量单元测得的压力信息通过笔尖发送至所述电容触控面板。本发明还提供一种触控装置，其包括电容触控面板以及本发明提供的上述主动式电容笔，其中电容触控面板向主动式电容笔发送信号，指示主动式电容笔测量笔尖受到的压力；电容笔在接收到测量笔尖压力的信号，开始测量笔尖的压力，并将包含笔尖压力信息的信号发送至电容触控面板；电容触控面板解析所述压力信息来得到笔尖受到的压力，并根据该压力大小调整显示结果。

Description

主动式电容笔及触控装置

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

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。

电容触控屏，由于其易操作性与多点触控功能，已成为现阶段触控设备的首选。然而，但除手指操控灵活的优点外，对笔的支持一直不理想。目前推出的电容笔也没有压感功能，给使用者带来不便。

发明内容

为此本发明鉴于以上问题，提供了一种主动式电容笔，其具有压感功能，使得电容触控面板可根据电容笔笔尖压力大小调整显示结果。

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（300）上进行操作，其包括：笔尖（1），其与所述电容触控面板（300）接触；压力测量单元（10），其用于测量所述笔尖（1）在与所述电容触控面板（300）接触时所受到的压力；以及控制处理单元（11），其将所述压力测量单元（10）测得的压力信息通过笔尖（1）发送至所述电容触控面板（300）。

本发明的另一个方面提供一种触控装置，其包括电容触控面板（300）以及本发明提供的上述主动式电容笔（200），其中所述电容触控面板（300）向所述电容笔发送信号，指示所述电容笔测量所述笔尖（1）受到的压力；所述主动式电容笔（200）在接收到测量笔尖压力的信号，开始测量所述笔尖（1）的压力，并将包含笔尖压力信息的信号发送至所述电容触控面板（300）；所述电容触控面板（300）解析所述压力信息来得到所述笔尖(1)受到的压力，并根据该压力大小调整显示结果。

本发明提供的主动式电容笔具有压感书写功能，可以广泛应用在电容屏产品上，使用本发明提供的主动式电容笔，通过将主动电容笔的笔尖压在电容屏上，就可以在电容屏上进行书写，并且电容笔可以感知笔尖受到的压力，使用户可以写出粗细不同的笔迹，大大提升了用户体验。

本发明提供的触控装置，由于可以测量电容笔笔尖所受到的压力，从而可以根据笔尖所受到压力大小调整触控面板的显示结果，例如使用户可以写出粗细不同的笔迹，大大提升了用户体验。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的电容笔结构示意图；

图2是图1所示电容笔的详细结构示意图；

图3是本发明一个实施方式的可变电容与控制处理单元端口和电压比较器的电路连接关系示意图；

图4是笔尖没受到压力时可变电容的充放电曲线示意图；

图5是笔尖受到压力时可变电容的充放电曲线示意图；

图6是本发明一个实施方式的触控装置的结构示意图。

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主动式电容笔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是本发明一个实施方式的电容笔结构示意图。如图1所示，本发明的主动式电容笔包括笔尖1和壳体2，笔尖1用于在电容触控面板上进行诸如点击和书写等操作，壳体2用于容纳笔尖，并且在壳体2内部设置有压力测量单元10和控制处理单元11。压力测量单元10用于测量笔尖1所受到的压力，控制处理单元11将包含压力信息的信号通过笔尖发送至电容触控面板，以使电容触控面板根据笔尖所受压力大小改变显示结果，比如改变书写笔迹粗细。

图2是图1所示电容笔的详细结构示意图。如图2所示，压力测量单元10包括可变电容100，其与电容笔的笔尖1连接，当笔尖1受到压力作用时可变电容100的电容值会发生变化；电压比较器110，用于比较可变电容100的电压与预设的阈值电压；计时单元120，用于测量所述可变电容100在一个充放电过程中从最大电压降低到阈值电压所需的时间，并将计时结果发送至控制处理单元11。其中，可变电容100可在控制处理单元11的控制下进行充放电，当需要知道笔尖1所受压力的大小时，控制处理单元11控制可变电容100进行充放电，在一次充放电过程中，当控制处理单元11将可变电容100充电到最大电压值时，停止充电，此时，可变电容100通过放电回路开始放电，控制处理单元11指示计时单元120开始计时，电压比较器110比较可变电容100的实时电压与预设的阈值电压的大小，并在可变电容100的电压低于预设的阈值电压时，向控制处理单元11发送表示“可变电容的实时电压低于阈值电压”的信号，控制处理单元11在接收到表示“可变电容的实时电压低于阈值电压”的信号后，控制计时单元120停止计时，并从计时单元120获得可变电容100的放电时间（即，可变电容100从最大电压降到阈值电压所需的时间），该放电时间与笔尖1所受的压力相对应，控制处理单元11通过笔尖1向电容触控面板发送包含可变电容100放电时间信息的信号。

需要说明的是，在实际应用中电压比较器与计时单元可独立设置，也可集成在控制处理单元内。

下面结合图3至图5来说明本发明主动式电容笔的工作原理。

图3是本发明一个实施方式的可变电容与控制处理单元端口和电压比较器的电路连接关系示意图。如图3所示，电阻R1与可变电容Cx1并联，构成可变电容的放电回路；二极管D1构成可变电容Cx1的充电电路。

在可变电容Cx1的充放电周期内，控制处理单元11的Pin1管脚首先输出高电平，充电电路导通，可变电容Cx1快速充电并达到最大值V_D。然后，控制处理单元11的Pin1管脚输出低电平，由于二极管D1的作用，充电电路断开；或者控制处理单元11的Pin1管脚变为输入，充电电路也会断开。当充电电路断开后，可变电容Cx1通过R1开始放电，同时控制处理单元11指示计时单元120开始计时。

在可变电容Cx1放电过程中，电压比较器110将可变电容上实时变化的电压与预设的第一阈值电压V_Ref1相比较，并当可变电容Cx1上的电压低于预设的第一阈值电压V_Ref1时，输出翻转信号，控制处理单元11的一个I/O端口Pin2接收到该翻转信号后，命令计时单元120停止计时。这样，计时单元120所记录的时间即为可变电容Cx1在一次充放电周期内的放电时间。

图4是笔尖没受到压力时可变电容的充放电曲线示意图。当笔尖1没有被按下时，可变电容Cx1的电容值为固定的初始值C₀，C₀与并联的第一放电电阻R1组成放电电路，放电时间常数τ0=R1*C0。由于此时可变电容Cx1的电容值C₀很小，放电时间常数τ很小，因此，如图4所示，可变电容Cx1上的电压很快降到V_Ref1以下。当可变电容Cx1上的电压低于V_Ref1时，电压比较器110的输出发生翻转，控制处理单元11控制计时单元120停止计时。由于可变电容Cx1上的电压从V_D降到V_Ref1的时间T₀很短，计时单元120所记录的时间值也很小。控制处理单元11将计时单元120所记录的定时时间编译为代表压力值为零的数字编码，然后通过笔尖1发送给电容触控面板。电容触控面板接收到包含零压力值的数字编码的信号后，解析出与零压力值相对应的可变电容Cx1的放电时间的数字编码，从而判断出笔尖1没有被按压。

图5是笔尖受到压力时可变电容的充放电曲线示意图。当笔尖1被按下时，可变电容Cx1的电容值可在一定范围内随外力变化而变化。压力越大电容值越大，当达到最大值Cmax后，便不再随外力增大而增大。由于笔尖1被按下，此时的电容值C1大于笔尖没有被按下时的电容值C₀，放电时间常数为τ1=R1*C1，τ1大于上述τ0，因此如图5所示，可变电容上的电压较慢地降到V_Ref1以下，当可变电容上的电压低于V_Ref1时，电压比较器110的输出发生翻转，控制处理单元11控制计时单元120停止计时。可变电容上的电压从V_D降到V_Ref1的时间变长，变为T1，笔尖1被按下时计时单元120所记录的定时时间大于笔尖1没有被按下时的定时时间。控制处理单元11将计时单元120所记录的定时时间编译为与压力值对应的数字编码，再通过笔尖1发送给电容触控面板。电容触控面板接收到包含该数字编码的信号后，解析出与压力值相对应的可变电容放电时间的数字编码，由于此数字编码大于上述零压力时的数字编码，电容触控面板判断出笔尖1被按下，并能计算出对应的压力值，将所解析的数字编码经过处理后，就会以相应的方式在电容触控面板上显示的相关内容。例如，可以根据压力的大小设定不同粗细的笔迹等。

本发明中，可变电容的电容值越大，放电时间就会越长，利用放电时间计算笔尖压力，结构简单、成本低。

图6是本发明一个实施方式的触控装置的结构示意图。如图6所示，本发明的触控装置包括主动式电容笔200和电容触控面板300。

其中，主动式电容笔200包括信号接收单元，用于接收电容触控面板300发送的信号，所述信号接收单元为位于主动式电容笔笔尖周围的笔头，该笔头为环状并具导电性；压力测量单元10用于测量笔尖1在与电容触控面板300接触时所受到的压力；控制处理单元11用于将包含压力信息的信号通过信号发送单元，比如笔尖1，发送至电容触控面板300。电容触控面板300解析所述压力信息，得到笔尖1受到的压力，并根据该压力大小调整显示结果。比如，根据压力大小调整主动式电容笔200笔迹粗细。

此外，主动式电容笔200还包括功能按键12，通过按压或拨动功能按键12，将功能按键12的状态信息发送给控制处理单元11，控制处理单元11将上述状态信息进行数字编码，并将包含该数字编码的信号送至电容触控面板300。通过对按键状态信息、可变电容放电时间编译成一串数字编码，并将包含该数字编码的信号通过笔尖1发送给电容触控面板300，使主动式电容笔200的功能按键与上述笔尖1所受压力功能配合使用，共同定义形式更为丰富的书写功能。例如，可以用功能按键与笔尖压力功能组合实现不同的笔迹形状或者颜色等。

本发明的主动式电容笔200以及触控装置的动作过程如下。

在使用时，测量笔尖压力和测量笔坐标信息是同步的，在主动式电容笔200接触电容面板300后就开始测量，即，当电容触控面板300判断出笔尖1接触到面板时，就开始测量笔尖位置信息和压力信息，测量笔尖压力的具体过程为：电容触控面板300向主动式电容笔200发送信号，指示主动式电容笔200测量笔尖1所受压力的大小。主动式电容笔200的控制处理单元11在接收到测量笔尖压力的信号后，控制压力测量单元10进行测量。具体地，控制处理单元11对可变电容100进行充放电，并测量可变电容100在该次充放电过程中的放电时间（即，可变电容100从最大电压降到阈值电压所需的时间），该放电时间与笔尖1所受的压力大小相对应，控制处理单元11将该放电时间编译为代表压力值的数字编码，然后通过笔尖1将包含该数字编码的信号发送给电容触控面板300。电容触控面板300对所接收到的信号进行解析，得到与笔尖1所受压力值相对应的可变电容100放电时间的数字编码，再根据数字编码输出与该压力值相对应的显示内容。

进一步地，为了同步根据笔尖压力大小改变显示结果（例如笔迹粗细），电容触控面板300每隔一定时间就会向主动式电容笔200发送测量笔尖压力的信号，指示主动式电容笔200测量笔尖压力，例如，每隔几毫秒发送一次。相应地，主动式电容笔200根据接收的信号每隔一定时间就测量一次笔尖压力，并向电容触控面板300发送包含笔尖压力信息的信号。电容触控面板300对所接收到的信号进行解析，得到一系列的可变电容放电时间的数字编码，并根据所得数字编码调整显示结果。这样，当笔尖1按压到电容触控面板300上并移动时，可以根据与压力相对应的显示方式，在电容触控面板300上实时显示相应的内容。例如：可以根据压力大小的不同设定书写笔迹的粗细等，这样，使用主动式电容笔时可以根据书写力度写出粗细不同的笔迹线条，大大提升了用户体验。从而使电容触控面板300可以实时根据笔尖压力调整显示果。

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)

1.一种主动式电容笔，用于在电容触控面板（300）上进行操作，其特征在于，包括：

笔尖（1），其与所述电容触控面板（300）接触；压力测量单元（10），其用于测量所述笔尖（1）在与所述电容触控面板（300）接触时所受到的压力；以及

控制处理单元（11），其将所述压力测量单元（10）测得的压力信息通过笔尖（1）发送至所述电容触控面板（300）。

2.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述压力测量单元（10）包括可变电容（100），所述笔尖（1）所受到的压力大小根据所述可变电容（100）的放电时间确定。

3.如权利要求2所述的主动式电容笔，其特征在于，所述压力测量单元（10）还包括计时单元（120），其用于测量所述可变电容（100）在一个充放电过程中的放电时间，并将该放电时间发送至所述控制处理单元（11）；

所述控制处理单元将包含放电时间信息的信号发送至所述电容触控面板（300）。

4.如权利要求2或3所述的主动式电容笔，其特征在于，所述放电时间是所述可变电容（100）从最大电压降低到阈值电压所需的时间。

5.如权利要求3所述的主动式电容笔，其特征在于，

所述可变电容（100）在所述控制处理单元（11）控制下进行充放电；

所述控制处理单元（11）在所述可变电容（100）充电到最大电压时指示所述计时单元（120）开始计时；

在放电过程中，所述控制处理单元（11）在所述可变电容（100）电压下降到阈值电压时，指示所述计时单元（120）停止计时。

6.如权利要求5所述的主动式电容笔，其特征在于，所述压力测量单元（10）还包括电压比较单元（110），其在放电过程中比较所述可变电容（100）的电压与阈值电压的大小。

7.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，还包括功能按键，所述控制处理单元（11）将包括按键状态信息的信号发送至所述电容触控面板（300）。

8.一种触控装置，其特征在于，包括电容触控面板（300）以及如权利要求1-7任意一项所述的主动式电容笔（200），其中

所述电容触控面板（300）向所述电容笔发送信号，指示所述电容笔测量所述笔尖（1）受到的压力；

所述主动式电容笔（200）在接收到测量笔尖压力的信号后，开始测量所述笔尖（1）的压力，并将包含笔尖压力信息的信号发送至所述电容触控面板（300）；

所述电容触控面板（300）解析所述压力信息来得到所述笔尖（1）受到的压力，并根据该压力大小调整显示结果。