CN111240499A - 一种主动笔的微小压力检测方法和主动笔 - Google Patents

一种主动笔的微小压力检测方法和主动笔 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种主动笔的微小压力检测方法和主动笔，所述主动笔包括控制模块、压力传感器，所述主动笔的笔尖设有第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈位于第二感应线圈之上，两者的距离为S；所述控制模块获取压力传感器的反馈信号以及第一感应线圈、第二感应线圈感应的电容，当控制模块没有收到压力传感器反馈的压力信号时，且当第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值相差最大时，则判断为接触状态，判断出水。采用本发明的技术方案，可以判断笔尖对于屏幕端产生的微小的压力，同时传输更加精准，提高主动笔的体验感和可靠性。

Description

一种主动笔的微小压力检测方法和主动笔
技术领域
本发明属于触控技术领域，尤其涉及一种主动笔的微小压力检测方法和主动笔。
背景技术
市面上大多数手写笔会加装压力传感器帮助其拓展其功能性，如所写的笔划粗细等。然而压力传感器存在其局限性，例如在日常生活中，当要测量一张纸的重量时，通常会一次性测量多张纸后取其平均值。这是由于测量的压力传感器对一张纸的重量不敏感，无法做出反应并给出读数。同理，在书写时，当笔刚刚接触到笔的一段时间内，或笔抬起前的瞬间，可能出现由于力太小而造成无法做出反应的情况，从而造成主动笔不出水的情况。同时在主动笔的笔端与屏端的通讯的建立需根据笔端所读压力大小进行。更进一步的，悬浮状态能在用户未接触到屏幕时提供光标指示，增强用户体验。在判断悬浮和出水时，零力是一个重要指标，只有大于零时才会出水。然而，压力传感器通常存在对微小的力不灵敏的情况。
现有技术中，大多是笔发出信号后通过屏幕接收并处理后对位置进行判断。然而这种办法需要在屏内加装一组额外的感测元件，或电容。同时市面上大部分产品都通过通讯的协议完成笔的状态的判断。然而通讯协议的判断建立在零力的基础上，并无法有效的解决这个问题。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种主动笔的微小压力检测方法和主动笔，能通过微小的力进行检测，从而判断是否与屏幕接触，进而判断是否出水。这里的出水意思为屏端根据笔所在位置显示笔迹。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种主动笔的微小压力检测方法，所述主动笔包括控制模块、压力传感器，所述主动笔的笔尖设有第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈位于第二感应线圈之上，两者的距离为S；所述控制模块获取压力传感器的反馈信号以及第一感应线圈、第二感应线圈感应的电容，当控制模块没有收到压力传感器反馈的压力信号时，且当第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值超过比值阈值时，则判断为接触状态，判断出水。
采用此技术方案，通过在笔尖设置第一感应线圈和第二感应线圈，分别与触控屏幕内的电容模组进行感应，对其获得的感应信号进行比较，当笔尖碰触到屏幕时，因第一感应线圈最大程度接近触控屏幕内的电容模组的同时，第二感应线圈仍保持一段间隙，第一感应线圈和第二感应线圈之间与屏幕的电容模组之间的电容比相差达最大值。当第一感应线圈和第二感应线圈所感受的电容比值差距最大时，落到屏幕上时，与各电容模组间的距离的变化可以忽略不计。而当距离最小时，也就是与屏幕接触时，两个感应线圈的差距因为其中一个无限接近电容模组而变大，即可判断为接触状态，判断出水，此方法可以大大提高对微小力甚至0力的感应灵敏度。
作为本发明的进一步改进，当主动笔与屏幕的夹角大于60°时不予判断出水。采用此技术方案，避免书写角度带来的误差。
作为本发明的进一步改进，所述比值阈值根据压力传感器反馈的初始有效压力感应值时，获取的第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值确定。其中，比值阈值小于刚出水时的第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值。
其中，所述压力传感器反馈的初始有效压力感应值可以为首次测试的值，也可以根据多次抬笔落笔的过程中，每一次落笔压力传感器重新获得的初始有效压力感应值。也可以根据压力传感器反馈的初始有效压力感应值时，获取第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值，然后进行系数修正得到。这个系数可以根据多次试验统计后确定。比如，系数为0.985-0.999。
作为本发明的进一步改进，所述控制模块控制第一感应线圈和第二感应线圈轮流工作，所述第一感应线圈和第二感应线圈工作的间隔时间为不大于100μs内。进一步的，第一感应线圈和第二感应线圈强制接地。采用此技术方案，解决了由于两个感应圈同时接通时会受到来自屏幕以及对方的影响而发生电容的改变。由于间隔时间非常短，在人操作的时间尺度上看算是同时。
作为本发明的进一步改进，所述控制模块没有收到压力传感器反馈的外部压力时，所示控制模块持续或以一定频率检测第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值。
本发明还公开了一种主动笔，所述主动笔包括控制模块和压力传感器，所述主动笔的笔尖设有第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈位于第二感应线圈之上，两者的距离为S；所述主动笔包括用于获取第一感应线圈感应电容的第一电容感应模块和获取第二感应线圈感应电容的第二电容感应模块，所述第一电容感应模块、第二电容感应模块分别与控制模块电连接，所述控制模块采用如上任意一项所述的主动笔的微小压力检测方法反馈信息给屏幕端根据笔所在位置出水。
作为本发明的进一步改进，所述主动笔包括用于获取主动笔与屏幕的夹角获取模块，所述夹角获取模块与控制模块连接，当夹角获取模块获取的主动笔与屏幕的夹角大于60°时，所述控制模块不予判断出水。
作为本发明的进一步改进，所述S的大小为0.2～4mm。。
作为本发明的进一步改进，所述第一感应线圈和第二感应线圈接地；所述控制模块控制第一感应线圈和第二感应线圈轮流工作，所述第一感应线圈和第二感应线圈工作的间隔时间为不大于100μs内。
作为本发明的进一步改进，所述第一感应线圈和第二感应线圈互相平行。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，解决了主动笔在书写时，由于微小的力造成如笔与屏幕接触，但由于所施加的力小于压力传感器可感知的大小而造成的不出水的问题，进一步提高用户体验。同时，微小甚至零压力的准确判断能为建立通讯过程带来更精准的传输，提高主动笔的体验感和可靠性。
附图说明
图1是本发明一种主动笔的微小压力检测方法的流程图。
图2是本发明一种主动笔的微小压力检测方法感应原理图。
附图标记包括：1-笔尖，2-第一感应线圈，3-第二感应线圈，4-屏幕端。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，一种主动笔，所述主动笔包括控制模块、压力传感器，所述主动笔的笔尖1设有平行设置的第一感应线圈2和第二感应线圈3，所述第一感应线圈2位于第二感应线圈3之上，两者的距离为S；所述主动笔包括用于获取第一感应线圈2感应电容的第一电容感应模块和获取第二感应线圈3感应电容的第二电容感应模块，所述第一电容感应模块、第二电容感应模块分别与控制模块电连接，所述控制模块采用如下微小压力检测方法反馈信息给屏幕端4根据笔所在位置出水：
屏幕端检测到主动笔的信号，确定主动笔的坐标，所述控制模块获取压力传感器的反馈信号、以及第一感应线圈、第二感应线圈感应的电容，当控制模块没有收到压力传感器反馈的压力信号，且当第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值超过比值阈值时，则判断为接触状态，判断出水，否则判断为悬浮状态。
当笔尖靠近屏幕时，第一感应线圈和第二感应线圈会根据其所在位置与屏幕内的电容产生电容反应。当第一感应线圈和第二感应线圈之间与屏幕内电容比值相差最大时，则判断为接触状态。该电容差值可在正常出水阶段不断动态矫正获得。
出水阶段时，第一感应线圈最接近屏幕，可以用来修正比值阈值，初始的比值阈值不一定适用所有屏幕，比值阈值小于刚出水时获得的第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值。
如图2所示，当笔处于悬浮状态时，第一感应线圈2、第二感应线圈3(两个感应圈互相平行于笔尖且相距S)所感受到的电容公式为
Figure BDA0002353501570000041
其中ε是真空电容率，a是面积，ε与a在反应中为常数项，自身大小不会变化而影响电容反应。
然而，由于第一感应线圈、第二感应线圈相隔了一小段距离S，所读取的到屏幕电容组件的距离D有所不同。例如，第一感应线圈、第二感应线圈到A的距离分别为：
第一感应线圈到A点的距离为：
Figure BDA0002353501570000042
第二感应线圈到A点的距离为：
Figure BDA0002353501570000043
其中，h为第一感应线圈到屏幕的垂直距离，S为第一感应线圈、第二感应线圈之间的距离，θ为笔与屏幕的夹角，d为笔尖的第一感应线圈到屏幕感应条的投影水平距离，具体而言，如图2所示，d为第一感应线圈距离第A点的水平距离。第一感应线圈、第二感应线圈到B、C点的距离亦可通过类似的方法判断。
由公式可见，当h趋于无限大时，DA1约等于DB1，而当h趋于零时，DA1和DB1的差值最大，进而造成了第一感应线圈、第二感应线圈之间的与屏幕内的感应模块之间的电容比C1和C2相差大。
根据电容公式可知，当d的区别最大而a和ε不变时，c相差最大。当笔尖碰触到屏幕时，因第一感应线圈最大程度的接近屏幕内的感应模块的同时，第二感应线圈仍保持一段间隙，第一感应线圈、第二感应线圈之间的与屏幕内的感应模块之间的电容比相差达最大值。当第一感应线圈、第二感应线圈所感受的电容比值差距最大时(落到屏幕上时，与各电容模组间的距离的变化可以忽略不计。而当距离最小时，也就是与屏幕接触时，两个电容圈的差距因为其中一个无限接近电容模组而变大)，即可判断为接触状态，判断出水。为了避免书写角度带来的误差，该过程在书写角度大于60°时不给予判断。
由于两个感应线圈同时接通时会受到来自屏幕以及对方的影响而发生电容的改变。所以，本发明技术方案中，第一感应线圈、第二感应线圈强制接地，并在间隔为100μs的时间内轮流工作。由于间隔时间非常短，在人操作的时间尺度上看算是同时。
在落笔后和抬笔前，或连续书写时，由于压力的变化可能会出现小段不出水的状况。该方案提供的解决方案是，所述控制模块没有收到压力传感器反馈的外部压力时，所示控制模块持续或以一定频率检测第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值。当根据上述方案判断为接触状态时，屏幕端根据笔所在位置出水。
采用此技术方案，可以对笔尖接触屏幕时产生微小的力或0力的状态进行判断，具有更好的可靠性，使得主动笔具有更好的体验感。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种主动笔的微小压力检测方法，所述主动笔包括控制模块、压力传感器，其特征在于：所述主动笔的笔尖设有第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈位于第二感应线圈之上，两者的距离为S；所述控制模块获取压力传感器的反馈信号以及第一感应线圈、第二感应线圈感应的电容，当控制模块没有收到压力传感器反馈的压力信号时，且当第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值超过比值阈值时，则判断为接触状态，判断出水。
2.根据权利要求1所述的主动笔的微小压力检测方法，其特征在于：当主动笔与屏幕的夹角大于60°时不予判断出水。
3.根据权利要求1所述的主动笔的微小压力检测方法，其特征在于：所述比值阈值根据压力传感器反馈的初始有效压力感应值时，获取的第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值确定。
4.根据权利要求1所述的主动笔的微小压力检测方法，其特征在于：所述控制模块控制第一感应线圈和第二感应线圈轮流工作，所述第一感应线圈和第二感应线圈工作的间隔时间为不大于100μs内。
5.根据权利要求1所述的主动笔的微小压力检测方法，其特征于：所述控制模块没有收到压力传感器反馈的外部压力时，所示控制模块持续或以一定频率检测第一感应线圈感应到的电容、第二感应线圈感应到的电容与触控屏幕内的电容的比值。
6.一种主动笔，所述主动笔包括控制模块、压力传感器，其特征在于：所述主动笔的笔尖设有第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈位于第二感应线圈之上，两者的距离为S；所述主动笔包括用于获取第一感应线圈感应电容的第一电容感应模块和获取第二感应线圈感应电容的第二电容感应模块，所述第一电容感应模块、第二电容感应模块分别与控制模块电连接，所述控制模块采用如权利要求1~5任意一项所述的主动笔的微小压力检测方法反馈信息给屏幕端根据笔所在位置出水。
7.根据如权利要求6所述的主动笔，其特征在于：所述主动笔包括用于获取主动笔与屏幕的夹角获取模块，所述夹角获取模块与控制模块连接，当夹角获取模块获取的主动笔与屏幕的夹角大于60°时，所述控制模块不予判断出水。
8.根据权利要求6所述的主动笔的微小压力检测方法，其特征在于：所述S的大小为0.2~4mm。
9.根据如权利要求6所述的主动笔，其特征在于：所述第一感应线圈和第二感应线圈接地；所述控制模块控制第一感应线圈和第二感应线圈轮流工作，所述第一感应线圈和第二感应线圈工作的间隔时间为不大于100μs内。
10.根据如权利要求6所述的主动笔，其特征在于：所述第一感应线圈和第二感应线圈互相平行。
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Applicant after: MAXEYE SMART TECHNOLOGIES Co.,Ltd.

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