CN104965609B - 一种主动式电容笔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种该输入装置包括：触控单元以及与触控单元相连的信息处理单元；触控单元包括用于与触控屏终端接触的触控信号接收端及与触控信号接收端相连的压力传感器；信息处理单元包括用于传输触控信息的信息收发单元及与信息收发单元相连的获取所述输入装置位置信息的姿态传感器，位置信息依据所述触控单元与所述触控屏终端接触而产生的形变信息进行修正。按照本发明实现的输入装置，更进一步地考虑到了触控头与触控屏接触所造成的形变所产生的误差，并对其进行了补偿，并且为该种补偿预留了更为灵活的补偿形式，并且安装了能量转换电路，能够最大程度地发挥取向传感器的作用提供优化的工程设计。

Description

一种主动式电容笔

技术领域

本发明属于电容触控笔领域，更具体地，涉及一种主动式电容笔。

背景技术

电容触控屏所使用的电容屏是在透明导电的薄膜上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。当触控笔点击屏幕，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，即电容式触摸屏在触控屏与其接触时，通过导电膜形成的电场的变化检测触控屏在电容屏上的触摸位置，从而实现人机交互功能。

而随着电容式触控屏的发展，与之相应的电容笔需求也越来越广，目前市面上主动式电容笔主要在于为触控屏的用户提供更多功能，但是在精度方面的探索较少，并不提供有助于触敏装置操作的附加辅助修正信息，同时由于主动式的原因需要电池供电进行内部电路运作，续航性较差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种，其目的在于，解决触控电容笔的精度问题，并且提高其续航能力和更加灵活的修正处理方式。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种输入装置，其特征在于，该输入装置包括：

触控单元以及与所述触控单元相连的信息处理单元；

所述触控单元包括用于与触控屏终端接触的触控信号接收端及与所述触控信号接收端相连的压力传感器；

所述信息处理单元包括用于传输触控信息的信息收发单元及与所述信息收发单元相连的获取所述输入装置位置信息的姿态传感器，所述位置信息依据所述触控单元与所述触控屏终端接触而产生的形变信息进行修正。

进一步的，所述位置信息的修正方式为，对所述姿态传感器探测的所述输入装置与所述触控屏终端接触面的夹角因形变产生的变化而进行修正。

进一步的，所述夹角产生的变化由所述压力传感器探测的压力值与所述触控信号接收端的形变系数参数获取。

进一步的，所述修正在所述输入装置端或者所述触控屏终端完成。

进一步的，所述信息处理单元还包括与所述信息收发单元相连的信号修正放大器，其与所述触控单元相连，产生与修正信息对应的补偿脉冲传输于所述触控单元。

进一步的，所述信息收发单元发送所述姿态传感器与所述压力传感器探测的压力值于所述触控屏终端，由此在所述触控屏终端完成修正。

进一步的，所述姿态传感器定位所述输入装置空间坐标，所述触控屏终端定位其自身空间坐标，上述两者空间坐标通过所述信息收发单元交互实现空间运算，计算出差异量。

进一步的，所述输入装置还包括供电单元，其包括电池以及与电池相连的能量转换模块，所述能量转换模块采集操作所述输入装置产生的机械能转化为电能，所述能量转换模块包括依次相连的转子摆陀、齿轮序列、发电线圈，所述发电线圈与所述电池相连。

进一步的，所述压力传感器产生对应不同操作功能的压力值传输于所述电容笔接触的触控屏终端。

进一步的，所述姿态传感器设置于所述输入装置的上部，用于提高其对所述输入装置运动的感测能力。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比能够取得下列有益效果：

(1)本发明通过增加陀螺仪，从而针对不同角度的笔头接触触控面板的操作进行修正，以提高触控精度，并且更进一步地考虑到了触控笔头与触控屏接触所造成的形变所产生的误差，并对其误差进行了修正；

(2)本发明采用了更加灵活的修正选择方式，可以在电容笔端进行陀螺仪的输出信号的误差修正，还可将陀螺仪的输出信号输出至触控屏端来进行信号的修正，抑或是采用空间坐标的方式来进行修正的运算；

(3)本发明采用了能量转换电路，能够将触控笔的摆动产生的机械能转化为电能为触控笔的电池进行充电，从而为保证用户的操作提供更好的续航能力，同时采用了能量转换电路的设计方式，不用经常更换电池，在工程设计上可以将陀螺仪设置于触控笔的顶端，以进行更有效地实现触控笔状态的测量监测。

(4)加入压力传感器，针对目前的触控协议进行预留，并且对于未来即将上市的强制性触控压力感应技术可以实现有效的支持对接。

附图说明

图1是按照本发明实现的主动式电容触控笔的实施例一的整体结构示意图；

图2是按照本发明实现的主动式电容触控笔的实施例二的整体结构示意图；

图3是按照本发明实现的主动式电容触控笔的实施例三的整体结构示意图；

图4是按照本发明实现的主动式电容触控笔的实施例四的整体结构示意图；

图5是按照本发明实现的主动式电容触控笔的能量转换模块的具体结构示意图；

图6是按照本发明实现的主动式电容触控笔进行陀螺仪的接触形变角度测量的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的原件或结构，其中：

1-电池 2-能量转换模块 3-信号增强器 4-蓝牙模块 5-陀螺仪 6-压力传感器7-笔头 8-笔壳

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

如图1所示，按照本发明的实施例一实现的电容笔的具体结构包括为电容笔所有其它模块电路进行供电的电池1，以及能够为电池1进行充电的能量转换模块2，其中，笔头7作为触控屏触控信号的接收端，将信号传送至压力传感器6，计算出压力信息，再将该信息传送于陀螺仪5，陀螺仪5用于感测用户在操作时的触控笔的倾斜方向及角度，并且计算出由于笔头7和触控屏接触时所产生的形变而所需要的补偿值，并将该补偿值反馈至信号增强器3，信号增强器3产生补偿脉冲信号对压力传感器6产生的感应脉冲信号进行补偿，最后将该信息传输为具有信号发射功能的蓝牙模块4将该信号发出，从而由触控屏接收该信号识别电容笔的补偿后的位置，从而实现精确地反馈触控笔的触控信息。

其中，按照上述实施例一种实现的电容笔的工作过程如下所示：

步骤一：触控屏对接设备打开蓝牙功能，搜索电容笔蓝牙ID实现对接；

步骤二：电容笔笔头接触触控屏面板，笔头与触控屏面板上的触控图形形成耦合电容；

步骤三：触控屏面板的脉冲电子部分通过笔头流向电容笔，同时触控笔的笔头7与通过压力传感器6计算出压力值，将该值传送于陀螺仪5；

步骤四：陀螺仪5通过自侦测算法计算实际操作时电容笔倾斜方向及角度，计算出笔头7接触位置所需的补偿值，反馈至信号增强器3；

步骤五：通过笔头流入的电子流向信号增强器3，信号增强器产生由步骤四计算出的补偿值产生脉冲对该信号进行补偿同时将输入信号增强，该信号增强倍数约为10～30倍；

步骤六：经过信号增强器3放大后的信号传送到蓝牙模块4，该通过补偿过后的信号直接由蓝牙模块4发送到触控屏。

实施例二

如图2所示，按照本发明的实施例一实现的电容笔的具体结构包括为电容笔所有其它模块电路进行供电的电池1，以及能够为电池1进行充电的能量转换模块2，其中，笔头7作为触控屏触控信号的接收端，将信号传送至压力传感器6，计算出压力信息，再将该信息传送于陀螺仪5，陀螺仪5用于感测用户在操作时的触控笔的倾斜方向及角度，并且计算出由于笔头7和触控屏接触时所产生的形变而所需要的补偿值，并将该补偿值反馈至信号增强器3，信号增强器3产生补偿脉冲信号反馈至笔头7产生脉冲抵消，此时再由电容笔从蓝牙模块4发送的信息就是已经产生补偿后的信息，从而实现精确地反馈触控笔的触控信息。

其中，按照上述实施例二实现的电容笔的工作过程如下所示：

步骤一：触控屏对接设备打开蓝牙功能，搜索电容笔蓝牙ID实现对接；

步骤二：电容笔笔头7接触触控屏面板，笔头与触控屏面板上的触控图形形成耦合电容；

步骤三：触控屏面板的脉冲电子部分通过笔头流向电容笔，同时触控笔的笔头7与通过压力传感器6计算出压力值，将该值传送于陀螺仪5；

步骤四：陀螺仪5通过自侦测算法计算实际操作时电容笔倾斜方向及角度，计算出笔头7接触位置所需的补偿值，反馈至信号增强器3；

步骤五：通过笔头流入的电子流向信号增强器3，信号增强器产生由步骤四计算出的补偿值产生脉冲对该信号进行补偿的同时将输入信号增强，该信号增强倍数约为10～30倍；

步骤六：经过信号增强器3放大的信号反馈到触控笔笔头7，与触控屏面板触控位置形成脉动抵消，从而实现精确的电容笔触控位置的与触控屏的反馈。

在本实施例中，信号增强器3产生补偿脉冲实现补偿，并且此时笔头7经过补偿后的信号再次传送到蓝牙模块4从而实现补偿后的触控信息的发送。

实施例三

如图3所示，按照本发明的实施例三实现的电容笔的具体结构包括为电容笔所有其它模块电路进行供电的电池1，以及能够为电池1进行充电的能量转换模块2，其中，笔头7作为触控屏触控信号的接收端，将信号传送至压力传感器6，计算出压力信息，再将该信息传送于陀螺仪5，陀螺仪5用于感测用户在操作时的触控笔的倾斜方向及角度，并且计算出由于笔头7和触控屏接触时所产生的形变而所需要的补偿值，并将该补偿值发送至蓝牙模块4，信号增强器3接收来自压力传感器6的信号并对其进行放大后传输至蓝牙模块4，最后蓝牙模块4将该信号及陀螺仪5生成的补偿信号一起发送至触控屏端，从而由触控屏根据上述信号计算出修正补偿后的电容笔的位置信息。

其中，按照上述实施例三实现的电容笔的工作过程如下所示：

步骤一：触控屏对接设备打开蓝牙功能，搜索电容笔蓝牙ID实现对接；

步骤二：电容笔笔头7接触触控屏面板，笔头与触控屏面板上的触控图形形成耦合电容；

步骤三：触控屏面板的脉冲电子部分通过笔头流向电容笔，同时触控笔的笔头7与通过压力传感器6计算出压力值，将该值传送于陀螺仪5；

步骤四：陀螺仪5通过自侦测算法计算实际操作时电容笔倾斜方向及角度，计算出笔头7接触位置所需的补偿值，传送至蓝牙模块4；

步骤五：通过笔头流入的电子流向信号增强器3，该信号被方法后传输于蓝牙模块4；

步骤六：蓝牙模块4负责将没有补偿的信号和陀螺仪产生的需要补偿的信号通过蓝牙模块4发送给触控屏，在触控屏端设置补偿后的信号的计算方法来计算补偿后的信号，从而获取经过补偿的触控信息。

实施例四

如图4所示，按照本发明的实施例四实现的电容笔的具体结构包括为电容笔所有其它模块电路进行供电的电池1，以及能够为电池1进行充电的能量转换模块2，其中，笔头7作为触控屏触控信号的接收端，将信号传送至压力传感器6，计算出压力信息，再将该信息传送于蓝牙模块4，陀螺仪5用于感测用户在操作时的触控笔的倾斜方向及角度，并且计算出由于笔头7和触控屏接触时所产生的形变而所需要的补偿值，并将该补偿值发送至蓝牙模块4，信号增强器3将其信号放大信息传输至蓝牙模块4，最后蓝牙模块4综合三个模块的信息一起发送至触控屏端，从而由触控屏根据上述信号计算出修正补偿后的电容笔的位置信息。

其中，按照上述实施例四实现的电容笔的工作过程如下所示：

步骤一：触控屏对接设备打开蓝牙功能，搜索电容笔蓝牙ID实现对接；

步骤二：电容笔笔头7接触触控屏面板，笔头与触控屏面板上的触控图形形成耦合电容；

步骤三：触控屏面板的脉冲电子部分通过笔头流向电容笔，同时触控笔的笔头7与通过压力传感器6计算出压力值，将该值直接传送于蓝牙模块4；

步骤四：陀螺仪5通过自侦测算法计算实际操作时电容笔倾斜方向及角度，计算出笔头7接触位置所需的补偿值，传送至蓝牙模块4；

步骤五：信号增强器3将自身的对信号的增强放大的信息传送于蓝牙模块4；

步骤六：蓝牙模块4负责将所有上述模块所具有的信息发送于触控屏，触控屏采集上述的所有信息，利用内置的算法来计算出经过补偿后的触控信息，采用该种实施方式的技术最大优势为，不管想开通或关闭电容笔的何种功能，仅仅通过改变蓝牙模块的数据传送就可以实现。

其中在上述实施例中，能量转换模块2能将机械能转换为电能，设计原理为机械表能量转换模块原理，主要组成部件为依次相连的：转子摆陀2-1、齿轮序列2-2、发电线圈2-3，其中发电线圈2-3直接与电池1相连，其中，上述能量转换模块2的原理为：使用电容笔进行操作，转子摆舵2-1根据运动使用进行转动；转子摆舵2-1的转动通过齿轮序列2-2将转速扩大；加速后转动的微型转子旋转产生磁性电荷；磁性电荷通过发电线圈进行电磁转换将磁性电荷转化为电能。

另外，在上述实施例的电容笔的工程安装设置方式上，将陀螺仪5设置于电容笔整体结构的最上端，这样陀螺仪能最大程度地感受到电容笔的运动，但是为了方便电容笔进行电池的更换和安装，可将供电模块中的电池放置于笔头的顶端，从而将陀螺仪的安装位置进行下调，但是一旦为电容笔中的电池增加了能量转换模块2，电池的续航能力变好后，无需经常更换电池，可直接将陀螺仪设置于电容笔的整体结构的最上端。其中所有的内部电路需与触控笔外壳共地，触控笔头在笔体内部需要采用注塑等方式形成屏蔽层防止形成电磁干扰。

另外需注意的是，在上述实施例中，作为与触控屏进行信息交互的蓝牙模块并不具体限定为蓝牙模块，其可为WiFi、蓝牙、无线个域网(zigbee)、RFID、NFC、超声波等各种无线信号传播方式。

其中，按照上述实施例，如果在电容笔中完成补偿信号的运算，按照上述陀螺仪的通过计算倾斜方向与角度后是用如下的算法来对信号进行补偿的：

如图6所示，笔头在未与触控屏进行接触时，其斜面为一斜线，但是与触控屏接触产生挤压后，其侧面发生挤压外张形成为圆弧形，其中会产生一个为c的形变量，而本发明的补偿算法体现在其中，在代入陀螺仪5的计算电容笔倾斜角度的公式中的角度值不是陀螺仪5实际感测的笔头7与触控屏平面的夹角θ，而是对该夹角进行了形变补偿值修正后的θ′，上述补偿值修正后的补偿角的计算方式如下：

步骤一：根据笔头材料弹性形变系数设置参数a

步骤二：实际操作时，根据压力传感器获取压力值b与电容笔笔头材料弹性形变系数参数a，通过该压力值和笔头材料的弹性形变系数参数a计算出形变量c，这三个参数相互之间的关系可以采用经验系数来进行对应映射，从而在形变量的基础上进行角度的计算，获取角度修正后的θ′，带入陀螺仪的公式计算出触控笔的触控位置信息；

步骤三：通过所获取的参数对信号增强器3发射的脉冲信号进行补偿，由于触控坐标定位计算公式通常为内插权重法：

表1 触控坐标定位计算列表

DF1	DF2	DF3
			DF4	DF5	DF6
DF7	DF8	DF9

其中，DF指触控感应时的充放电值(业界称为raw data)与未触控时的基准值(业界称为baseline)的差值。

电容笔的触控坐标计算公式为：

X＝X1+((DF1+DF4+DF7)*1+(DF2+DF5+DF8)*2+(DF3+DF6+DF9)*3)/(DF1+DF2+DF3+DF4+DF5+DF6+DF7+DF8+DF9)

Y＝Y1+((DF1+DF2+DF3)*1+(DF4+DF5+DF6)*2+(DF7+DF8+DF9)*3)/(DF1+DF2+DF3+DF4+DF5+DF6+DF7+DF8+DF9)

其中，X1和Y1为触控屏原点位置值感应位置的基准坐标量，相乘的系数1、2、3等数值为权重参数。

根据以上公式，通过倾斜方向确认校正区域，校正区域为以上九宫格中四格子(因为电容笔的倾斜朝向分布只有四种情况：DF1/DF2/DF4/DF5或DF2/DF3/DF5/DF6或DF4/DF5/DF7/DF8或DF5/DF6/DF8/DF9)，确认相对方位后根据倾斜角θ′对接触区域对信号增强器3发射的脉冲校正，增强此方向脉冲抵消。

另外，如果不在电容笔端计算补偿值，而是在终端上计算补偿值，还可以不采用压力传感器计算出来的压力值计算新的倾斜角度来对陀螺仪运算做补偿的方法，可以采用的方法为：陀螺仪定位电容笔空间坐标，终端定位终端的空间坐标，两者空间坐标通过蓝牙模块4交互进行空间运算，计算出差异量即可。

压力传感器6基础压力值为a，将检测压力的级别均匀分布为256阶(0～255)，在进行触控操作时，将判定的压力级别传输给蓝牙模块4，由蓝牙模块4发射数据与触控屏通信；触控协议对于系统而言，由于早期电阻屏有压力值的原因，目前流行的电容式触控屏对压力值在数据协议上进行了保留，但是目前基本未能使用，例如：

表2 电容式触控屏的压力值的数据协议

而在本发明中，压力传感器6能够通过蓝牙模块4传送不同的压力值送给触控屏所对应的终端系统，其获取压力值之后，在用户操作的时候，对应不同的功能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种输入装置，其特征在于，该输入装置包括：

触控单元以及与所述触控单元相连的信息处理单元；所述触控单元包括用于与触控屏终端接触的触控信号接收端(7)及与所述触控信号接收端(7)相连的压力传感器(6)；所述信息处理单元包括用于传输触控信息的信息收发单元(4)及与所述信息收发单元(4)相连的获取所述输入装置位置信息的姿态传感器(5)，所述位置信息依据所述触控单元与所述触控屏终端接触而产生的形变信息进行修正，所述位置信息的修正方式为，对所述姿态传感器(5)探测的所述输入装置与所述触控屏终端接触面的夹角因形变产生的变化而进行修正。

2.如权利要求1所述的输入装置，其特征在于，所述夹角产生的变化由所述压力传感器(6)探测的压力值与所述触控信号接收端(7)的形变系数参数获取。

3.如权利要求1或2所述的输入装置，其特征在于，所述修正在所述输入装置端或者所述触控屏终端完成。

4.如权利要求3所述的输入装置，其特征在于，所述信息处理单元还包括与所述信息收发单元(4)相连的信号修正放大器(3)，其与所述触控单元相连，产生与修正信息对应的补偿脉冲传输于所述触控单元。

5.如权利要求3所述的输入装置，其特征在于，所述信息收发单元(4)发送所述姿态传感器(5)与所述压力传感器(6)探测的压力值于所述触控屏终端，由此在所述触控屏终端完成修正。

6.如权利要求3所述的输入装置，其特征在于，所述姿态传感器(5)定位所述输入装置空间坐标，所述触控屏终端定位其自身空间坐标，上述两者空间坐标通过所述信息收发单元(4)交互实现空间运算，计算出差异量。

7.如权利要求4-6中任意一项所述的输入装置，其特征在于，所述输入装置还包括供电单元，其包括电池(1)以及与电池相连的能量转换模块(2)，所述能量转换模块(2)采集操作所述输入装置产生的机械能转化为电能，所述能量转换模块(2)包括依次相连的转子摆陀(2-1)、齿轮序列(2-2)、发电线圈(2-3)，所述发电线圈(2-3)与所述电池(1)相连。

8.如权利要求7所述的输入装置，其特征在于，所述压力传感器(6)产生对应不同操作功能的压力值传输于所述触控屏终端。

9.如权利要求8所述的输入装置，其特征在于，所述姿态传感器(5)设置于所述输入装置的上部，用于提高其对所述输入装置运动的感测能力。