CN107305455A - 触控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种触控装置，包括电容笔(10)和触控屏(20)，该电容笔(10)包括：发射单元(102)，其向所述触控屏发射信号；按键单元(104)，其位于所述电容笔(10)的外表面并传递用户所施加的压力；压力传感单元(106)，其位于所述按键单元(104)下方，用于感测用户所施加的压力的大小；控制单元(108)，其将所述压力传感单元(106)感测到的压力分为多个压感级，并进行控制，使得当用户对所述按键单元(104)施加压力时，所述发射单元(102)向所述触控屏(20)发射与所述压感级相对应的信号，其中，响应于所述发射单元(102)发射的信号，所述触控屏(20)执行与所述压感级相对应的操作。

Description

触控装置
技术领域
本发明涉及触控装置，尤其涉及一种具有压感控制功能的电容笔和触控屏。
背景技术
随着信息技术的发展，诸如便携式移动设备的电子设备与人们的生活越发密切相关。这种便携式移动设备可以接收用户的输入，并根据该输入来执行用户期望的功能。作为接收用户输入的输入装置，触控装置以其体积小、重量轻、易于操作的优点而被广泛使用。
触控装置主要分为两种，电阻式触控装置和电容式触控装置。电阻式触控装置成本低、易于制造，但是只能支持单指操作。电容式触控装置的可操作性较强、支持多指功能，因而成为目前触控装置的首选。
电容触控装置包括电容触控屏，电容触控屏可以通过分布于其上的正交电容图形来感知手指(或触笔)触摸引起的电容变化，从而测量触摸位置和触摸强度。电容触控屏可以是位于电容触控装置前面的透明面板，也可以是不透明的人机交互板。
由于能被触控屏感知的导电体需要较大的接触面积，所以会造成定位不准的问题，同时对笔的支持一直不是非常理想。因此，人们期待电容触控装置能支持笔的书写，至少包括纤细笔头、悬空感应、精准定位、压感精确等功能。
主动电容笔解决了上述问题，它是一种与电容触控屏配合使用的电容笔。主动电容笔可以发送与电容触控屏同步的高压脉冲信号，增强了电容感应，从而可以减小接触面积，同时细笔尖明显增强了用户体验。
图1示出了主动电容笔与电容触控装置的工作原理的示意图。
如图1所示，触控装置包括：面板，其上配置有相互正交的用于收发信号的平行电容极板；发送电容极板，其设置在所述面板上，用于向外发送探测波；笔11，其通过笔头接收面板发送的同步及命令信息，再通过笔尖向所述面板发送信号波；接收电容极板，其设置在所述面板上，用于接收所述发送电容极板的探测波和所述笔的信号波；模拟信号处理单元，其根据控制处理单元选择的电容极板来发送相应波形，或者预处理来自接收电容极板的信号；面板的控制处理单元14，其将预处理后的接收信号通过AD映射为数字信号，并通过处理得到触摸位置，在笔为电容笔的情况下得到笔的位置以及笔回传的信息。
随着触控屏的广泛使用以及相关应用的不断推出，如何方便快捷地进行输入成为输入装置(例如电容笔)的设计目标。然而，目前的电容笔仅仅有笔尖压力传感器、上下按键和尾部按钮几个简单的硬件输入部件，功能设计灵活性不高。而且，笔尖的压力传感器主要用于测量书写压力，而无法适用于需要不同压感级的应用，限制了电容笔的使用环境。
发明内容
本发明提供的触控装置中的电容笔具备压感控制功能，使电容笔能够应用于需要压感级的应用，丰富了电容笔的功能。
本发明的触控装置包括电容笔和触控屏，所述电容笔包括：发射单元，其向所述触控屏发射信号；按键单元，其位于所述电容笔的外表面并传递用户所施加的压力；压力传感单元，其位于所述按键单元下方，用于感测用户所施加的压力的大小；控制单元，其将所述压力传感单元感测到的压力分为多个压感级，并进行控制，使得当用户对所述按键单元施加压力时，所述发射单元向所述触控屏发射与所述压感级相对应的信号，其中，响应于所述发射单元发射的信号，所述触控屏执行与所述压感级相对应的操作。
优选地，所述压力传感单元包括可变电容，并且，所述控制单元根据所述可变电容针对用户施加的压力的放电时间对所述压力传感器感测到的压力大小进行分级。
优选地，所述控制单元包括比较器和计时器，所述比较器的第一输入端连接所述可变电容的所述第一端，所述比较器的第二输入端连接参考电压，所述比较器的输出端连接所述计时器。
优选地，当用户对所述按键单元施加压力时，所述控制单元控制所述可变电容进行充放电，所述控制单元在所述可变电容充电到最大电压时控制所述计时器开始计时，当所述可变电容的所述第一端的电压低于所述参考电压时停止计时，从而计算出所述可变电容在该压力下的放电时间。
优选地，所述控制单元将所述可变电容的放电时间均匀地分为多个放电时间区间，并将每个放电时间区间顺序地映射到所述多个压感级。
优选地，所述控制单元将所述可变电容针对不同压力的放电时间与所述压感级相关联地存储。
优选地，所述控制单元还包括调制器，所述发射单元包括发射电路和笔尖，所述调制器按照约定协议对所述压感级进行幅度调制或频率调制，所述发射电路将调制后的波形放大后经所述笔尖耦合至所述触控屏。
优选地，所述触控屏执行的与所述压感级相对应的操作包括以不同的速度翻阅所显示的内容，其中，压感级越高，翻阅的速度越快。
优选地，所述触控屏执行的与所述压感级相对应的操作包括选取所述触控屏的不同范围，其中，压感级越高，选取的范围越大。
优选地，所述触控屏的不同范围包括以所述电容笔与所述触控屏的接触点为圆心的圆形区域，其中，压感级越高，所述圆形区域的半径越大。
附图说明
图1是触控装置的工作原理的示意图；
图2示出了本发明实施方式的电容笔的结构框图；
图3示出了本发明的电容笔的电路连接示意图；
图4是本发明的电容笔的电路图；
图5是本发明的电容笔的放电时间-压感级对应关系示意图；
图6是本发明的触控装置的第一实施方式；
图7是本发明的触控装置的第二实施方式。
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的最佳实施方式，本发明并不仅限于下述结构。
首先参照图2和3说明本发明的电容笔的结构。
图2示出了本发明实施方式的电容笔的结构框图。图3是本发明实施方式的电容笔的电路连接示意图。
如图2和图3所示，本发明的触控装置的电容笔10包括：发射单元102，其向触控屏发射信号；按键单元104，其位于电容笔10的外表面并传递用户所施加的压力；压力传感单元106，其位于按键单元104下方，用于感测用户所施加的压力的大小；控制单元108，其将压力传感单元106感测到的压力分为多个压感级，并进行控制，使得当用户对按键单元104施加压力时，发射单元102向触控屏发射与压感级相对应的信号，其中，响应于发射单元102发射的信号，触控屏执行与压感级相对应的操作。
下面结合图4说明本发明的电容笔的详细电路结构。
图4是本发明的触控装置的电容笔的电路图。
如图4所示，可变电容400和电阻器402构成了图2中的压力传感单元106。比较器404和计时器406构成了图2中的控制单元108。可变电容的第一端连接至比较器404的第一输入端4040，可变电容的第二端接地G。并且，比较器404的第二输入端4042连接参考电压Vref。计时器406通过计算可变电容针对用户施加的压力的放电时间来获取压力传感器106感测到的压力大小。
另外，如图4所示，控制单元108还包括CPU 408，其执行控制单元108的计算和处理功能。
下面说明如何计算放电时间。
在电容笔10与触控屏20之间的每个通信周期内，CPU 408控制对可变电容的第一端充电，如图4中的箭头A所示，并保持一段时间，当可变电容400充电到最大电压值时，停止充电。然后，CPU 408控制对可变电容放电，如图4中的箭头B所示，同时，CPU408指示计时器406从可变电容充电到最大电压时开始计时。比较器404比较可变电容400的实时电压与参考电压Vref的大小，并在可变电容400的电压低于参考电压Vref时，向CPU408发送表示“可变电容的实时电压低于参考电压Vref”的信号，CPU408在接收到表示“可变电容的实时电压低于参考电压Vref”的信号后，控制计时器406停止计时，并从计时器406处获得可变电容400的放电时间.
然后，CPU 408根据放电时间所属的放电时间区间，对放电时间进行解析。
如图5所示，放电时间被分为n+1个放电时间区间T0到Tn，相应地，存在n个压感级1到n。
例如，如果CPU 408接收到的放电时间落在T0与T1之间，则CPU 408将放电时间解析为压感级1。如果CPU 408接收到的放电时间落在T1与T2之间，则CPU 408将放电时间解析为压感级2，以此类推。
返回图4，控制单元108还包括调制器410。发射电路412和笔尖414构成了图2中的发射单元102。调制器410按照约定的协议对CPU 408解析出的压感级进行调制，例如可以为幅度调制或者频率调制，并发送给发射电路412。发射电路412将调制器410发送来的信号放大，并经过笔尖414耦合到触控屏20。
需要注意，在图4中还示出了印制电路板PCB 416，并且比较器404、计时器406、CPU 408和调制器410都安装在PCB 416上。当然这仅是示例性的，可以根据电容笔的设计来更改图4中的结构。
另外，调制器410可以是脉冲宽度调制PWM模块。
触控屏20根据通信协议解析出对应的压感级，并执行与压感级相对应的操作。
下面参照图6和图7说明本发明的具备压感控制功能的触控装置的两个实施方式。
图6是本发明的触控装置的第一实施方式。
在第一实施方式中，用户通过对电容笔的按键施加压力来控制在触控屏上阅读时的翻阅速度。
当用户在触控屏上阅读PDF、WORD或网页等内容时，常常需要用触笔或手指来翻阅，但触笔和手指翻阅时，对翻阅速度不容易控制。然而，现实中，用户对于感兴趣的内容可能想要慢慢品味，这时需要翻阅的速度很慢，对于需要上下联系起来查阅的内容则需要来回阅读，这时则需要翻阅的速度很快，而此时用触笔或手指时就需要来回滑动很多次，效率很低。
如图6所示，电容笔10具有：位于电容笔10的外表面上的第一按键1040和第二按键1042；位于第一按键1040和第二按键1042下方的压力传感单元106；承载压力传感单元106的PCB 416。
用户利用电容笔10在触控屏20上执行翻阅操作。这里，用户可以任意设定利用第一按键1040和第二按键1042中的哪个按键来执行翻阅并控制翻阅速度。按下该键，就执行翻阅。当需要改变翻阅速度时，只需改变作用于按键上的压力即可。
例如，用户设定了利用第一按键1040来执行翻阅并控制翻阅速度。这种情况下，如果需要正常的翻阅速度，例如，用户在正常地阅读触控屏20上显示的内容，则每次需要翻页时，用户用笔尖点击触控屏20的表面一次。当然，这种情况下，也可以设定为通过快速按下并抬起第一按键1040来实现正常的翻阅。
如果需要较慢的翻阅速度，例如，用户看到了自己感兴趣的内容，则用户以较小的力度按压第一按键1040，如图中的箭头P所示。
如上所述，此时CPU 408解析出对应的较低压感级，并控制发射单元102向触控屏20发送经调制的波形。触控屏20接收到该波形后，执行与该较低压感级相对应的操作，即，以较慢的速度显示翻阅效果。
另外，对于翻阅方向，例如向前翻页或向后翻页，可以利用电容笔10的笔尖在触控屏20的表面上滑过的方向，或者在触控屏20的表面上点击的位置来确定。
另一方面，对于用户需要较快的翻阅速度的情形，例如，用户要向前翻页多次来寻找相关内容，则用户以较大的力度按压第一按键1040，同时在触控屏20的表面上滑过或者点击。
如上所述，此时CPU 408解析出对应的较高压感级，并控制发射单元102向触控屏20发送经调制的波形。触控屏20接收到该波形后，执行与该较高压感级相对应的操作，即，以较快的速度显示翻阅效果。
图7是本发明的触控装置的第二实施方式。
在第二实施方式中，用户通过对电容笔的按键施加压力来控制在触控屏上选取的范围的大小。
为了在触控屏上选择一个特定范围的区域，现有技术的电容笔的用户需要在使电容笔在触控屏的表面上滑动的过程中一直按住选取按键。这在一定程度上给用户造成了使用不便。
本发明的电容笔通过改变压感的大小来控制选取范围的大小，因此可以方便快捷地确定选取范围，提高了选取速度、准确性。
如图7所示，与第一实施方式类似，电容笔10具有：位于电容笔10的表面处的第一按键1040和第二按键1042；位于第一按键1040和第二按键1042下方的压力传感单元106；承载压力传感单元106的PCB 416。
用户利用电容笔10在触控屏20上执行范围选取操作。这里，用户可以任意设定利用第一按键1040和第二按键1042中的哪个按键来执行范围选取。使电容笔10的笔尖接触触控屏20的表面上的某点，此时按下该键，改变作用于按键上的压力即可控制选取范围的大小。
例如，用户设定了利用第二按键1042来执行范围选取操作。
当用户想要选取触控屏20上的特定区域时，例如，画图应用中选取某个区域后提取颜色，则用户使电容笔10的笔尖与触控屏20的表面接触，这时，笔尖与触控屏20接触的位置是用户想要选取的区域的中心。
用户然后按压电容笔10的第二按键1042，随着按压的压力P逐渐变大，CPU 408解析出的压感级变高。CPU 408控制发射单元102向触控屏20发送经调制的波形。触控屏20接收到该波形后在其显示表面上显示的选取范围也会依据约定协议变大。
例如，参见图7，当用户将电容笔10的笔尖接触触控屏20的表面时，通过以不同的力度按下第二按键1042，可以在触控屏20的表面上选择不同大小的选取范围，例如图7中以笔尖为中心的多个同心圆Q。半径由小变大的这一组同心圆Q对应用户对第二按键1042施加的由小变大的压力。
利用本发明的电容笔10，选取时不用滑动笔，只需将笔尖放在需要被选取区域的中心位置，按压按键，通过控制对按键施加的力的大小即可完成对所需区域的选取。
以上通过第一实施方式和第二实施方式对本发明的触控装置进行了详细说明，应当注意，可以将第一实施方式和第二实施方式组合，即，将电容笔10的第一按键1040和第二按键1042中的一个按键设置成控制翻阅速度，另一个按键设置成控制区域选取。
本发明的触控装置的电容笔10具有压感控制功能，能够将用户施加的压力转换为对应的压感级，并在触控屏20上执行与压感级相对应的操作，增大了电容笔10的应用范围，提高了人机互动的效果，提高了用户使用的便捷性。
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范围。

Claims (10)

1.一种触控装置，包括电容笔(10)和触控屏(20)，所述电容笔(10)包括：
发射单元(102)，其向所述触控屏发射信号；
按键单元(104)，其位于所述电容笔(10)的外表面并传递用户所施加的压力；
压力传感单元(106)，其位于所述按键单元(104)下方，用于感测用户所施加的压力的大小；
控制单元(108)，其将所述压力传感单元(106)感测到的压力分为多个压感级，并进行控制，使得当用户对所述按键单元(104)施加压力时，所述发射单元(102)向所述触控屏(20)发射与所述压感级相对应的信号，其中，
响应于所述发射单元(102)发射的信号，所述触控屏(20)执行与所述压感级相对应的操作。
2.如权利要求1所述的触控装置，其中，所述压力传感单元(106)包括可变电容，并且，所述控制单元(108)根据所述可变电容针对用户施加的压力的放电时间对所述压力传感器(106)感测到的压力大小进行分级。
3.如权利要求2所述的触控装置，其中，所述控制单元(108)包括比较器和计时器，所述比较器的第一输入端连接所述可变电容的所述第一端，所述比较器的第二输入端连接参考电压，所述比较器的输出端连接所述计时器。
4.如权利要求3所述的触控装置，其中，当用户对所述按键单元(104)施加压力时，所述控制单元(108)控制所述可变电容进行充放电，所述控制单元(108)在所述可变电容充电到最大电压时控制所述计时器开始计时，当所述可变电容的所述第一端的电压低于所述参考电压时停止计时，从而计算出所述可变电容在该压力下的放电时间。
5.如权利要求4所述的触控装置，其中，所述控制单元(108)将所述可变电容的放电时间均匀地分为多个放电时间区间，并将每个放电时间区间顺序地映射到所述多个压感级。
6.如权利要求5所述的触控装置，其中，所述控制单元(108)将所述可变电容针对不同压力的放电时间与所述压感级相关联地存储。
7.如权利要求1所述的触控装置，其中，所述控制单元(108)还包括调制器，所述发射单元(102)包括发射电路和笔尖，所述调制器按照约定协议对所述压感级进行幅度调制或频率调制，所述发射电路将调制后的波形放大后经所述笔尖耦合至所述触控屏(20)。
8.如权利要求1所述的触控装置，其中，所述触控屏(20)执行的与所述压感级相对应的操作包括以不同的速度翻阅所显示的内容，其中，压感级越高，翻阅的速度越快。
9.如权利要求1所述的触控装置，其中，所述触控屏(20)执行的与所述压感级相对应的操作包括选取所述触控屏(20)的不同范围，其中，压感级越高，选取的范围越大。
10.如权利要求9所述的触控装置，其中，所述触控屏(20)的不同范围包括以所述电容笔(10)与所述触控屏(20)的接触点为圆心的圆形区域，其中，压感级越高，所述圆形区域的半径越大。
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