CN104484064B - 用于触摸显示屏的主动笔、触摸显示屏及触控输入系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于触摸显示屏的主动笔、触摸显示屏及一种触控输入系统，以提高用户使用主动笔操作触摸显示屏的人机交互精度。用于触摸显示屏的主动笔包括透明弹性笔尖、光接收器和激励信号发射装置，其中：透明弹性笔尖与触摸显示屏的接触面积随操作力度的增大而增大；光接收器用于接收来自触摸显示屏并穿过透明弹性笔尖的检测光；激励信号发射装置与光接收器信号连接，用于根据光接收器所接收的检测光的强度，向触摸显示屏发射对应强度的激励信号。

Description

用于触摸显示屏的主动笔、触摸显示屏及触控输入系统

技术领域

本发明涉及触控技术领域，特别是涉及一种用于触摸显示屏的主动笔、一种触摸显示屏及一种触控输入系统。

背景技术

随着触控技术的发展，越来越多的移动终端采用触控方式进行人机交互。触摸显示屏除可以使用手指接触操作外，还可以使用触摸笔进行接触操作。

触摸笔包括被动笔和主动笔。其中，被动笔的作用相当于人的手指，当被动笔接触触摸显示屏时，触摸显示屏有一小部分电流从触摸点处流入被动笔，这等效为触摸点处电极电容的改变，触摸显示屏的控制芯片通过检测电极电容的变化可以确定出触摸点的位置。被动笔的笔头通常设计的较大。主动笔则可以发射出激励信号，以改变触摸点处的电场，从而改变触摸点处的电极电容，触摸显示屏的控制芯片通过检测电极电容的变化可以确定出触摸点的位置。主动笔的笔头可以设计的较小。

现有主动笔的技术缺陷在于，其无法感知用户的操作力度，从而可能导致用户的操作输入与触摸显示屏的显示输出之间存在较大的偏差，人机交互的精度比较低。例如，用户通过现有的主动笔进行文字书写，触摸显示屏所显示的笔迹粗细一致，这与用户的实际输入笔迹之间存在较大的偏差，从而导致书写效果欠佳，不利于手写辨识。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种用于触摸显示屏的主动笔、触摸显示屏及一种触控输入系统，以提高用户使用主动笔操作触摸显示屏的人机交互精度。

本发明实施例所提供的用于触摸显示屏的主动笔，包括透明弹性笔尖、光接收器和激励信号发射装置，其中：

所述透明弹性笔尖与所述触摸显示屏的接触面积随操作力度的增大而增大；

所述光接收器用于接收来自所述触摸显示屏并穿过透明弹性笔尖的检测光；

所述激励信号发射装置与光接收器信号连接，用于根据光接收器所接收的检测光的强度，向所述触摸显示屏发射对应强度的激励信号。

在本发明实施例的技术方案中，触摸显示屏的透明盖板的至少一个侧边对应设置有多个检测光发射器，所述多个检测光发射器发出的检测光射入透明盖板，并全反射于透明盖板的上表面和下表面之间。当使用主动笔接触触摸显示屏时，检测光在接触位置的反射界面发生改变，一部分检测光射出透明盖板的上表面并进入透明弹性笔尖，从而被光接收器接收。由于透明弹性笔尖与触摸显示屏的接触面积随操作力度的变化而变化，因此，光接收器所接收的检测光的强度也随操作力度的变化而变化。根据光接收器所接收的检测光的强度，向触摸显示屏发射对应强度的激励信号，从而使触摸显示屏显示出较为真实的书写笔迹。相比于现有技术，用户使用主动笔操作触摸显示屏的人机交互精度得到大大提高。

可选的，所述透明弹性笔尖的头部具有弧面，或者，所述透明弹性笔尖的头部为半球形。这样，透明弹性笔尖与触摸显示屏的接触面积可随操作力度的变化而均匀变化，有利于进一步提高书写精度。

可选的，所述检测光包括红外线、紫外线或远红外线。

优选的，所述透明弹性笔尖为PET透明弹性笔尖，尤其是具有高透过率且耐磨性较好的PET透明弹性笔尖。

本发明实施例还提供了一种触摸显示屏，包括透明盖板，所述透明盖板的至少一个侧边对应设置有多个检测光发射器，所述多个检测光发射器发出的检测光射入透明盖板，且射入透明盖板的检测光与法线的夹角α满足：

arcsin(1/n)≤α＜arcsin(c/n)

其中，n为透明盖板的折射率，c为主动笔的透明弹性笔尖的折射率。

当使用主动笔接触触摸显示屏时，检测光在接触位置的反射界面发生改变，一部分检测光射出透明盖板的上表面并进入透明弹性笔尖，从而被光接收器接收。由于透明弹性笔尖与触摸显示屏的接触面积随操作力度的变化而变化，因此，光接收器所接收的检测光的强度也随操作力度的变化而变化。根据光接收器所接收的检测光的强度，向触摸显示屏发射对应强度的激励信号，从而使触摸显示屏显示出较为真实的书写笔迹。相比于现有技术，用户使用主动笔操作触摸显示屏的人机交互精度得到大大提高。

优选的，所述检测光发射器嵌装于透明盖板。

可选的，所述检测光包括红外线、紫外线或远红外线。

优选的，所述多个检测光发射器均布于透明盖板的侧边。

可选的，所述触摸显示屏为内嵌式触摸显示屏或者外挂式触摸显示屏。

本发明实施例还提供了一种触控输入系统，包括触摸显示屏和主动笔，其中：

所述主动笔，包括透明弹性笔尖、光接收器和激励信号发射装置，所述透明弹性笔尖与所述触摸显示屏的接触面积随操作力度的增大而增大；所述光接收器用于接收来自所述触摸显示屏并穿过透明弹性笔尖的检测光；所述激励信号发射装置与光接收器信号连接，用于根据光接收器所接收的检测光的强度，向所述触摸显示屏发射对应强度的激励信号；

所述触摸显示屏包括透明盖板，所述透明盖板的至少一个侧边对应设置有多个检测光发射器，所述多个检测光发射器发出的检测光射入透明盖板，且射入透明盖板的检测光与法线的夹角α满足：

arcsin(1/n)≤α＜arcsin(c/n)

其中，n为透明盖板的折射率，c为所述主动笔的透明弹性笔尖的折射率。

用户在使用本实施例提供的触控输入系统时，使用主动笔操作触摸显示屏的人机交互精度较高。

附图说明

图1为本发明实施例中透明盖板的俯视结构示意图；

图2为本发明实施例中透明盖板的截面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的主动笔结构示意图；

图4a为主动笔与透明盖板轻触时检测光传播示意图；

图4b为主动笔与透明盖板较用力接触时检测光传播示意图。

附图标记：

100-主动笔

21-透明盖板

22-检测光发射器

23-检测光

10-笔杆

11-透明弹性笔尖

12-光接收器

13-激励信号发射装置

具体实施方式

为了提高用户使用主动笔操作触摸显示屏的人机交互精度，本发明实施例提供了一种用于触摸显示屏的主动笔、触摸显示屏及一种触控输入系统。在本发明技术方案中，触摸显示屏的透明盖板的至少一个侧边对应设置有多个检测光发射器，多个检测光发射器发出的检测光射入透明盖板，且射入透明盖板的检测光与法线的夹角满足一定条件。当使用主动笔接触触摸显示屏时，检测光在接触位置的反射界面发生改变，一部分检测光射出透明盖板的上表面并进入透明弹性笔尖，从而被光接收器接收。由于透明弹性笔尖与触摸显示屏的接触面积随操作力度的变化而变化，因此，光接收器所接收的检测光的强度也随操作力度的变化而变化。根据光接收器所接收的检测光的强度，向触摸显示屏发射对应强度的激励信号，从而可以使触摸显示屏显示出较为真实的书写笔迹。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种触摸显示屏，包括透明盖板21，透明盖板21的至少一个侧边对应设置有多个检测光发射器22，多个检测光发射器22发出的检测光23射入透明盖板21，且射入透明盖板21的检测光与法线的夹角α满足：

arcsin(1/n)≤α＜arcsin(c/n)

其中，n为透明盖板的折射率，c为主动笔的透明弹性笔尖的折射率，空气的折射率为1。

触摸显示屏的具体类型不限，例如可以为内嵌式触摸显示屏，也可以为外挂式触摸显示屏。在内嵌式触摸显示屏中，用于实现触控功能的驱动电极线和探测电极线设置在显示屏的基板上。而在外挂式触摸显示屏中，触摸屏与显示屏分开制作然后贴合在一起。无论是何种类型的触摸显示屏，用于与主动笔触摸接触的透明盖板21(通常为玻璃材质)均可以设计为图1所示的结构。检测光23的具体类型不限，优选采用不可见光，例如红外线、紫外线或远红外线等等，这里优先采用对人体辐射较小的红外线。

检测光发射器22既可以分布在透明盖板21的一个侧边，也可以分布在透明盖板相对或者相交的两个侧边，还可以分布在任意的三个侧边，或者在透明盖板的四个侧边均设置检测光发射器。检测光发射器的布置方式这里不做具体限定，只要能够使检测光在不断反射后布满透明盖板的触摸区域即可。优选的，多个检测光发射器22均布于透明盖板21的侧边。这样，在透明盖板21的触摸区域内，检测光23的分布较为均匀，有利于提高对触摸点检测的准确性。检测光发射器22的具体安装方式不限，请参照图2所示，在本发明的一个实施例中，检测光发射器22嵌装于透明盖板21。

光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光会完全消失，只剩下反射光，这种现象称为全反射。当主动笔的透明弹性笔尖未接触透明盖板21时，检测光在透明盖板介质中发生全反射的条件为：α≥arcsin(1/n)；当主动笔的透明弹性笔尖接触透明盖板21时，检测光可以由透明盖板射出并射入透明弹性笔尖的条件为α＜arcsin(c/n)。因此，射入透明盖板21的检测光与法线的夹角α应设定在arcsin(1/n)≤α＜arcsin(c/n)的范围内。

如图2所示，当主动笔未接触触摸显示屏时，检测光23在透明盖板21的上表面和下表面之间全反射，从而布满透明盖板21的触摸区域，检测光23不会从透明盖板21的上表面或下表面折射出，光的利用率比较高。如图4a和图4b所示，当主动笔接触透明盖板21时，由于检测光23在接触位置的反射界面发生改变，因此，会有一部分检测光23射出透明盖板21的上表面并进入透明弹性笔尖11。

如图3所示，本发明实施例还提供了一种与上述触摸显示屏配合使用的主动笔100，包括透明弹性笔尖11、光接收器12和激励信号发射装置13，其中：

透明弹性笔尖11与触摸显示屏的接触面积随操作力度的增大而增大；

光接收器12用于接收来自触摸显示屏并穿过透明弹性笔尖11的检测光；

激励信号发射装置13与光接收器12信号连接，用于根据光接收器12所接收的检测光的强度，向触摸显示屏发射对应强度的激励信号。

主动笔100的透明弹性笔尖11、光接收器12和激励信号发射装置13均可设计在主动笔100的笔杆10中。透明弹性笔尖11的具体形状不限，在本发明实施例的一种结构形式中，透明弹性笔尖11的头部为半球形(如图3所示)。在本发明实施例的另一种结构形式中，透明弹性笔尖的头部具有弧面。透明弹性笔尖11与触摸显示屏的接触面积(即透明弹性笔尖11与透明盖板21的接触面积)可随操作力度的变化而均匀变化，有利于进一步提高书写精度。由于主动笔100的笔尖在书写时会与触摸显示屏的透明盖板21进行频繁地摩擦，因此，透明弹性笔尖11优选采用高透过率且耐磨性较好的PET透明弹性笔尖。

光接收器12用于接收来自触摸显示屏并穿过透明弹性笔尖11的检测光，其可以设置在透明弹性笔尖11的根部，也可以设置在透明弹性笔尖11的中部。光接收器12中可以包括模数转换模块，用于将接收的检测光的模拟信号转换为电信号。

激励信号发射装置13具体可以包括控制模块和激励信号发射头，其中：控制模块用于根据光接收器12所接收的检测光的强度，确定向触摸显示屏发射激励信号的强度，并控制激励信号发射头向触摸显示屏发射该强度的激励信号。

如图4a和图4b所示，当使用主动笔接触触摸显示屏的透明盖板21时，检测光23在接触位置的反射界面发生改变，一部分检测光23射出透明盖板21的上表面并进入透明弹性笔尖11(即发生光的折射)，从而被光接收器12接收。由于透明弹性笔尖11与触摸显示屏的接触面积随操作力度的变化而变化，因此，光接收器12所接收的检测光的强度也随操作力度的变化而变化。如图4a所示，当用户书写的操作力度较小时，透明弹性笔尖11的形变量较小，与触摸显示屏的接触面积也较小，从而使得光接收器12所接收的检测光的强度也较弱。如图4b所示，当用户书写的操作力度较大时，透明弹性笔尖11的形变量较大，与触摸显示屏的接触面积也较大，从而使得光接收器12所接收的检测光的强度也较强。根据光接收器12所接收的检测光的强度，向触摸显示屏发射对应强度的激励信号。该激励信号可以改变触摸点处的电场，从而改变触摸点处的电极电容，触摸显示屏的控制芯片通过检测电极电容的变化可以区别出用户对触摸点处的操作力度，从而使屏幕显示出与用户输入粗细较一致的书写笔迹，书写效果较好，手写的辨识度较高。相比于现有技术，用户使用主动笔操作触摸显示屏的人机交互精度得到大大提高。

本发明实施例还提供了一种触控输入系统，包括触摸显示屏和主动笔，其中：

所述主动笔，包括透明弹性笔尖、光接收器和激励信号发射装置，所述透明弹性笔尖与所述触摸显示屏的接触面积随操作力度的增大而增大；所述光接收器用于接收来自所述触摸显示屏并穿过透明弹性笔尖的检测光；所述激励信号发射装置与光接收器信号连接，用于根据光接收器所接收的检测光的强度，向所述触摸显示屏发射对应强度的激励信号；

所述触摸显示屏包括透明盖板，所述透明盖板的至少一个侧边对应设置有多个检测光发射器，所述多个检测光发射器发出的检测光射入透明盖板，且射入透明盖板的检测光与法线的夹角α满足：

arcsin(1/n)≤α＜arcsin(c/n)

其中，n为透明盖板的折射率，c为所述主动笔的透明弹性笔尖的折射率。

用户在使用本实施例提供的触控输入系统时，使用主动笔操作触摸显示屏的人机交互精度较高。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种触控输入系统，其特征在于，包括触摸显示屏和主动笔，其中：

所述主动笔，包括透明弹性笔尖、光接收器和激励信号发射装置，所述透明弹性笔尖与所述触摸显示屏的接触面积随操作力度的增大而增大；所述光接收器用于接收来自所述触摸显示屏并穿过透明弹性笔尖的检测光；所述激励信号发射装置与光接收器信号连接，用于根据光接收器所接收的检测光的强度，向所述触摸显示屏发射对应强度的激励信号；所述触摸显示屏根据接收的激励信号显示与操作输入粗细相匹配的书写笔迹；

所述触摸显示屏包括透明盖板，所述透明盖板的至少一个侧边对应设置有多个检测光发射器，所述多个检测光发射器发出的检测光射入透明盖板，且射入透明盖板的检测光与法线的夹角α满足：

arcsin(1/n)≤α＜arcsin(c/n)

其中，n为透明盖板的折射率，c为所述主动笔的透明弹性笔尖的折射率。

2.如权利要求1所述的触控输入系统，其特征在于，所述检测光发射器嵌装于透明盖板。

3.如权利要求1所述的触控输入系统，其特征在于，所述检测光包括红外线、紫外线或远红外线。

4.如权利要求1～3任一项所述的触控输入系统，其特征在于，所述多个检测光发射器均布于透明盖板的侧边。

5.如权利要求4所述的触控输入系统，其特征在于，所述触摸显示屏为内嵌式触摸显示屏或者外挂式触摸显示屏。