CN112764560B - 主动式触控笔及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主动式触控笔及控制方法，该主动式触控笔包括触控笔本体以及安装在触控笔本体上的光学放大透镜、摄像头模组、处理器、无线信号传输模块和笔信号发生模块，摄像头模组、无线信号传输模块以及笔信号发生模块均与处理器电性连接；触控笔本体包括笔杆和触控笔头，触控笔头和光学放大透镜均装设于笔杆的同一端的端部，光学放大透镜设于笔杆端部的中心，触控笔头设于光学放大透镜边缘，摄像头模组设于笔杆内并与光学放大透镜相对应，触控笔头与笔信号发生模块电性连接。光学放大透镜将显示面板中像素进行放大，通过摄像头模组可以精确的识别出主动式触控笔的移动路径，可以将移动路径精确到像素级别，以提高主动式触控的精确度。

Description

主动式触控笔及控制方法
技术领域
本发明涉及触控笔技术领域，特别是涉及一种主动式触控笔及控制方法。
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。移动终端的触控显示屏除了可以使用手指接触操作外，还可以使用触控笔进行触控操作。
触控笔包括被动式触控笔和主动式触控笔。其中，被动式触控笔的作用相当于人的手指，当被动式触控笔接触到触控显示屏时，触控显示屏有一小部分电流从触摸点处流入被动式触控笔，这等效为触摸点处电极电容的改变，触控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。被动式触控笔的笔头通常设计的较大。主动式触控笔中的主动式电容触控笔则可以发射出电压驱动信号，以改变触摸点处的电场，从而改变触摸点处的电极电容，触控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。主动式触控笔的笔头可以设计的较小。
其中，主动式触控技术包含电容式和电磁式，工作原理是电容式靠电容感应工作，电磁式是磁场共振储能工作。以上两种主动笔应用广泛，在线性度/精度上，可以做到小于+/-0.5mm(微软认证规范)，因为两种主动笔主要是靠显示面板上的触控走线来识别触控位置和书写路径的，而触控走线之间的间隙较大，导致了主动式触控笔的精度很难再有所提高。但是部分客户在高端机种上需求规格做到小于+/-0.3mm。特别是在书写笔画多的汉字时以及写小字时，要求很高的精度，精度需要达到小于+/-0.2mm。因此未来趋势要大大提高主动式触控笔的性能，所以需要提高主动式触控笔的精度。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种主动式触控笔及控制方法，以解决现有技术中触控笔精度低的问题。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
本发明提供一种主动式触控笔，包括触控笔本体以及安装在该触控笔本体上的光学放大透镜、摄像头模组、处理器、无线信号传输模块和笔信号发生模块，该摄像头模组、该无线信号传输模块以及该笔信号发生模块均与该处理器电性连接；
该触控笔本体包括笔杆和触控笔头，该触控笔头和该光学放大透镜均装设于该笔杆的同一端的端部，该光学放大透镜设于该笔杆端部的中心，该触控笔头设于该光学放大透镜边缘，该摄像头模组设于该笔杆内并与该光学放大透镜相对应，该触控笔头与该笔信号发生模块电性连接；
该光学放大透镜用于将显示面板中像素进行放大；
该摄像头模组用于获取该光学放大透镜在该显示面板上的移动信息；
该笔信号发生模块用于向该触控笔头施加电压驱动信号；
该处理器用于处理该摄像头模组获取的移动信息，确定该光学放大透镜移动路径的像素坐标；
该无线信号传输模块用于将该光学放大透镜移动路径的像素坐标发送给该显示面板。
进一步地，该光学放大透镜的聚焦中心位于该笔杆的中心线上，或该光学放大透镜设有朝向该触控笔头设置的聚焦镜片，该聚焦镜片用于将该光学放大透镜的聚焦中心聚焦至该触控笔头的笔尖处。
进一步地，该主动式触控笔还包括压感侦测模块，该压感侦测模块分别与该处理器和该触控笔头连接，该压感侦测模块用于侦测该触控笔头产生的压力信息并将该压力信息传送至该处理器进行处理。
进一步地，该主动式触控笔还包括电池，该电池用于给该摄像头模组、该处理器、该无线信号传输模块以及该笔信号发生模块提供电能。
本发明还提供一种主动式触控笔的控制方法，该控制方法用于控制如上所述的主动式触控笔，该控制方法包括慢书写模式：
在该慢书写模式时，笔信号发生模块通过触控笔头向显示面板发出电压驱动信号，该显示面板记录此时该触控笔头与该显示面板接触点的像素坐标并确定为该慢书写模式的起始坐标；
关闭该笔信号发生模块并停止向该触控笔头施加该电压驱动信号；
摄像头模组获取光学放大透镜在该显示面板上的移动信息；
处理器根据该移动信息确定该光学放大透镜移动路径的像素坐标；
无线信号传输模块将该光学放大透镜移动路径的像素坐标发送给该显示面板，从而根据该光学放大透镜移动路径的像素坐标以及该慢书写模式的起始坐标确定该触控笔头移动路径的像素坐标。
进一步地，在该光学放大透镜取任意一点作为参照点，从而根据该参照点移动路径的像素坐标确定该光学放大透镜移动路径的像素坐标。
进一步地，该控制方法还包括快书写模式，在该快书写模式时，该笔信号发生模块通过该触控笔头向该显示面板发出电压驱动信号，该显示面板检测该触控笔头在该显示面板上的移动路径。
进一步地，该控制方法包括：
在进行该慢书写模式和该快书写模式之前还包括检测该主动式触控笔的移动速度，通过该触控笔头向该显示面板发出电压驱动信号，从而该显示面板检测出该触控笔头的第一移动速度，或通过该摄像头模组获取该主动式触控笔的移动速度，从而检测出该触控笔头的第一移动速度；
当该第一移动速度大于或等于预设值时，确定为快书写状态并进入该快书写模式，当该第一移动速度小于该预设值时，确定为慢书写状态并进入该慢书写模式。
进一步地，在该快书写模式时，通过该触控笔头向该显示面板发出电压驱动信号，从而检测出该触控笔头的第二移动速度，当该第二移动速度小于该预设值时，切换为该慢书写模式；在该慢书写模式时，通过该摄像头模组获取该主动式触控笔的移动速度，从而检测出该触控笔头的第三移动速度，当该第三移动速度大于或等于预设值时，切换为该快书写模式。
进一步地，根据该触控笔头的移动路径识别出书写的第一文字，将识别出的第一文字与单词库进行比对并将该第一文字翻译成预设语言对应的第二文字。
本发明有益效果在于：主动式触控笔包括触控笔本体以及安装在触控笔本体上的光学放大透镜、摄像头模组、处理器、无线信号传输模块和笔信号发生模块，摄像头模组、无线信号传输模块以及笔信号发生模块均与处理器电性连接；触控笔本体包括笔杆和触控笔头，触控笔头和光学放大透镜均装设于笔杆的同一端的端部，光学放大透镜设于笔杆端部的中心，触控笔头设于光学放大透镜边缘，摄像头模组设于笔杆内并与光学放大透镜相对应，触控笔头与笔信号发生模块电性连接。光学放大透镜将显示面板中像素进行放大，通过摄像头模组可以精确的识别出主动式触控笔的移动路径，可以将移动路径精确到像素级别，以提高主动式触控的精确度。
附图说明
图1是本发明中主动式触控笔的结构示意图；
图2是本发明中主动式触控笔的结构框图；
图3是本发明中控制方法在慢书写模式的模拟示意图；
图4是本发明中控制方法的流程框图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的主动式触控笔及控制方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
图1是本发明中主动式触控笔的结构示意图，图2是本发明中主动式触控笔的结构框图。
如图1和图2所示，本发明提供的一种主动式触控笔，包括触控笔本体10以及安装在触控笔本体10上的光学放大透镜20、摄像头模组30、处理器40、无线信号传输模块50和笔信号发生模块60，摄像头模组30、无线信号传输模块50以及笔信号发生模块60均与处理器40电性连接；
触控笔本体10包括笔杆11和触控笔头12，笔杆11为中空结构并具有容纳腔。触控笔头12和光学放大透镜20均装设于笔杆11的同一端的端部，光学放大透镜20设于笔杆11端部的中心，触控笔头12设于光学放大透镜20边缘，即触控笔头12靠近笔杆11端部的边缘处，这样设置的结构更加紧凑，使笔杆11的直径做得更小，也便于用户可以看到触控笔头12的笔尖，不会被笔杆11遮挡，有利于用户书写。摄像头模组30设于笔杆11的容纳腔内并与光学放大透镜20相对应，触控笔头12与笔信号发生模块60电性连接。无线信号传输模块50、笔信号发生模块60以及处理器40均设于笔杆11的容纳腔内。优选地，触控笔头12与显示面板200(图1和图2中未示出，参考图3)接触的一端为圆球形结构，以使触控笔头12在显示面板200上的移动更加顺滑。
其中，光学放大透镜20用于将显示面板200中像素进行放大，从而使摄像头模组30可以识别到显示面板200中的像素，以便于提高主动式触控笔的精度。
摄像头模组30用于获取光学放大透镜20在显示面板200上的移动信息，移动信息包括光学放大透镜20的移动方向、移动距离以及移动速度等。摄像头模组30优选为具有防抖功能，例如摄像头模组30内采用双滚珠悬架进行防抖，可以清晰的拍出运动效果，类似于手机的照相机模组，方便集成在笔杆11内。
笔信号发生模块60用于向触控笔头12施加电压驱动信号，显示面板200上的触控走线可以接受到电压驱动信号，从而确定触控笔头12与显示面板200的接触位置及移动路径。
处理器40用于处理摄像头模组30获取的移动信息，确定光学放大透镜20移动路径的像素坐标，处理器40还可用于控制无线信号传输模块50和笔信号发生模块60的正常工作。
无线信号传输模块50用于将光学放大透镜20移动路径的像素坐标发送给显示面板200。无线信号传输模块50例如为蓝牙、WIFI、NFC以及无线网。
进一步地，光学放大透镜20的放大倍数大于或等于50倍，优选地放大倍数为50倍，当然，放大倍数可以根据显示面板200中像素大小来选定，50倍的放大倍数可以适用于大多数的显示面板200。
本实施例中，光学放大透镜20设有朝向触控笔头12设置的聚焦镜片21，聚焦镜片21用于将光学放大透镜20的聚焦中心聚焦至触控笔头12的笔尖处。当然，在其他实施例中，光学放大透镜20的聚焦中心位于笔杆11的中心线上，不论聚焦点在哪里，光学放大透镜20的移动路径与触控笔头12的移动路径是同步的，只是在计算触控笔头12移动路径的像素坐标时，需考虑光学放大透镜20与触控笔头12之间的距离差。
进一步地，主动式触控笔还包括压感侦测模块70，压感侦测模块70设于笔杆11的容纳腔内，压感侦测模块70分别与处理器40和触控笔头12连接，压感侦测模块70用于侦测触控笔头12产生的压力信息并将压力信息传送至处理器40进行处理。通过压感侦测模块70侦测触控笔头12产生的压力信息，可以确定用户书写时的用力大小，从而可以调整显示面板200显示线条的粗细。
进一步地，主动式触控笔还包括电池80，电池80设于笔杆11的容纳腔内，电池80用于给摄像头模组30、处理器40、无线信号传输模块50以及笔信号发生模块60提供电能。
当然，主动式触控笔还可设置开关按键以及充电接口，开关按键可以控制主动式触控笔的开启和关闭，充电接口用于给电池80进行充电。
图3是本发明中主动式触控笔在慢书写模式的模拟示意图，图4是本发明中控制方法的流程框图。如图3和图4所示，本发明还提供一种主动式触控笔的控制方法，该控制方法用于控制如上所述的主动式触控笔，该控制方法包括慢书写模式：
步骤S1：在慢书写模式时，笔信号发生模块60通过触控笔头12向显示面板200发出电压驱动信号，显示面板200记录此时触控笔头12与显示面板200接触点的像素坐标并将确定为慢书写模式的起始坐标。
步骤S2：在记录慢书写模式的起始坐标后，关闭笔信号发生模块60并停止向触控笔头12施加电压驱动信号，此后显示面板200上的触控走线检测不到触控笔头12在显示面板200上的移动路径，即触控笔头12的触控功能失效。
步骤S3：摄像头模组30获取光学放大透镜20在显示面板200上的移动信息。
步骤S4：处理器40根据移动信息确定光学放大透镜20移动路径的像素坐标。
步骤S5：无线信号传输模块50将光学放大透镜20移动路径的像素坐标发送给显示面板200，从而根据光学放大透镜20移动路径的像素坐标以及慢书写模式的起始坐标确定触控笔头12移动路径的像素坐标。光学放大透镜20与触控笔头12之间的距离是固定不变的，从而根据光学放大透镜20移动路径的像素坐标和慢书写模式的起始坐标可以计算出触控笔头12移动路径的像素坐标，显示面板200根据触控笔头12移动路径的像素坐标显示出对应像素的线条颜色。
进一步地，在光学放大透镜20取任意一点作为参照点，从而根据参照点移动路径的像素坐标确定光学放大透镜20移动路径的像素坐标，优选地，以光学放大透镜20的中心点为参照点，通过摄像头模组30检测光学放大透镜20的中心点移动路径的像素坐标，而且可以确定光学放大透镜20移动路径的像素坐标。摄像头模组30可以识别出像素的大小和个数，因此无需通过复杂的算法，仅仅把光学放大透镜20的中心点的实际路径完美复制，并通过像素坐标点的形式用蓝牙无线传输到电脑系统中，再通过慢书写模式的起始坐标的计算出触控笔头12移动路径的像素坐标，实现了慢画的时候，精确度可达到一个像素大小，从而将主动式触控笔的精度提升至像素级别，大约精度小于+/-20μm。
如图3所示，在刚开始慢书写模式时，笔信号发生模块60通过触控笔头12向显示面板200发出电压驱动信号，显示面板200记录此时触控笔头12与显示面板200接触点的像素坐标并将确定为慢书写模式的起始坐标，例如图3中A点的像素坐标为慢书写模式的起始坐标。记录慢书写模式的起始坐标后，笔信号发生模块60停止工作，通过摄像头模组30记录光学放大透镜20中心点的移动路径，因为通过光学放大透镜20将显示面板200上的像素放大了50倍，摄像头模组30可以清晰的识别出显示面板200上的像素，从而可以确定光学放大透镜20中心点移动路径的像素坐标，无线信号传输模块50实时将光学放大透镜20移动路径的像素坐标发送给显示面板200，显示面板200根据慢书写模式的起始坐标(A点的坐标)和光学放大透镜20移动路径的像素坐标计算出触控笔头12移动路径的像素坐标，显示面板200实时显示出触控笔头12的移动路径，当慢书写模式结束时(图3中B点)，即检测到触控笔头12抬起时，摄像头模组30停止记录光学放大透镜20中心点的移动路径。
进一步地，控制方法还包括快书写模式，在快书写模式时，笔信号发生模块60通过触控笔头12向显示面板200发出电压驱动信号，显示面板200检测触控笔头12在显示面板200的移动路径。具体地，在快书写模式时，摄像头模组30和无线信号传输模块50停止工作，通过显示面板200上的触控走线来检测触控笔头12在显示面板200上的移动路径。因为快书写模式时，速度很快，可以在1～2s内画完整个屏幕，这种条件下，快速画线很难有局部的抖动，弯曲等情况，因此对于快速画线，采用TP FW的算法很容易修正，让屏幕上的线和运动轨迹拟合的偏差不超过0.5mm的微软标准。
进一步地，在进行慢书写模式和快书写模式之前还包括检测主动式触控笔的移动速度，通过触控笔头12向显示面板200发出电压驱动信号，从而显示面板200检测出触控笔头12的第一移动速度。或者，也可通过摄像头模组30获取主动式触控笔的移动速度，从而检测出触控笔头12的第一移动速度；
当第一移动速度大于或等于预设值时，确定为快书写状态并进入快书写模式，当第一移动速度小于预设值时，确定为慢书写状态并进入慢书写模式。例如当第一移动速度大于或等于15㎝/s，确定为快书写状态并进入快书写模式，当第一移动速度小于15㎝/s，确定为慢书写状态并进入慢书写模式，大多数人的书写速度在15㎝/s时为快书写状态，小于15㎝/s时为慢书写状态，当然，用户可以根据自己的习惯调节速度的预设值。
进一步地，在快书写模式时，通过触控笔头12向显示面板200发出电压驱动信号，从而检测出触控笔头12的第二移动速度，当第二移动速度小于预设值时，切换为慢书写模式。即在快书写模式时，显示面板200实时监测触控笔头12的移动速度，当触控笔头12的移动速度小于15㎝/s时，主动式触控笔就切换为慢书写模式，快书写模式时的终点就为慢书写模式的起点。
在慢书写模式时，通过摄像头模组30获取主动式触控笔的移动速度，从而检测出触控笔头12的第三移动速度，当第三移动速度大于或等于预设值时，切换为快书写模式。即在慢书写模式时，摄像头模组30实时监测光学放大透镜20中心点的移动速度，当移动速度大于或等于15㎝/s时，主动式触控笔就切换为快书写模式。
本实施例中，根据触控笔头12的移动路径识别出书写的第一文字，将识别出的第一文字与单词库进行比对并将第一文字翻译成预设语言对应的第二文字。例如，用户可以将预设语言设置为中文，当第一文字为英文时，处理器40根据第一文字与单词库进行比对，将第一文字对应的中文显示在屏幕上。
在本文中，所涉及的上、下、左、右、前、后等方位词是以附图中的结构位于图中的位置以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。还应当理解，本文中使用的术语“第一”和“第二”等，仅用于名称上的区分，并不用于限制数量和顺序。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰，为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主动式触控笔，其特征在于，包括触控笔本体(10)以及安装在该触控笔本体(10)上的光学放大透镜(20)、摄像头模组(30)、处理器(40)、无线信号传输模块(50)和笔信号发生模块(60)，该摄像头模组(30)、该无线信号传输模块(50)以及该笔信号发生模块(60)均与该处理器(40)电性连接；
该触控笔本体(10)包括笔杆(11)和触控笔头(12)，该触控笔头(12)和该光学放大透镜(20)均装设于该笔杆(11)的同一端的端部，该光学放大透镜(20)设于该笔杆(11)端部的中心，该触控笔头(12)设于该光学放大透镜(20)边缘，该摄像头模组(30)设于该笔杆(11)内并与该光学放大透镜(20)相对应，该触控笔头(12)与该笔信号发生模块(60)电性连接；
该光学放大透镜(20)用于将显示面板(200)中像素进行放大；
该摄像头模组(30)用于获取该光学放大透镜(20)在该显示面板(200)上的移动信息；
该笔信号发生模块(60)用于向该触控笔头(12)施加电压驱动信号；
该处理器(40)用于处理该摄像头模组(30)获取的移动信息，确定该光学放大透镜(20)移动路径的像素坐标；
该无线信号传输模块(50)用于将该光学放大透镜(20)移动路径的像素坐标发送给该显示面板(200)，根据该光学放大透镜(20)移动路径的像素坐标以及慢书写模式的起始坐标确定该触控笔头(12)移动路径的像素坐标。
2.根据权利要求1所述的主动式触控笔，其特征在于，该光学放大透镜(20)的聚焦中心位于该笔杆(11)的中心线上，或该光学放大透镜(20)设有朝向该触控笔头(12)设置的聚焦镜片(21)，该聚焦镜片(21)用于将该光学放大透镜(20)的聚焦中心聚焦至该触控笔头(12)的笔尖处。
3.根据权利要求1所述的主动式触控笔，其特征在于，该主动式触控笔还包括压感侦测模块(70)，该压感侦测模块(70)分别与该处理器(40)和该触控笔头(12)连接，该压感侦测模块(70)用于侦测该触控笔头(12)产生的压力信息并将该压力信息传送至该处理器(40)进行处理。
4.根据权利要求1所述的主动式触控笔，其特征在于，该主动式触控笔还包括电池(80)，该电池(80)用于给该摄像头模组(30)、该处理器(40)、该无线信号传输模块(50)以及该笔信号发生模块(60)提供电能。
5.一种主动式触控笔的控制方法，其特征在于，该控制方法用于控制如权利要求1-4任一项所述的主动式触控笔，该控制方法包括慢书写模式：
在该慢书写模式时，笔信号发生模块(60)通过触控笔头(12)向显示面板(200)发出电压驱动信号，该显示面板(200)记录此时该触控笔头(12)与该显示面板(200)接触点的像素坐标并确定为该慢书写模式的起始坐标；
关闭该笔信号发生模块(60)并停止向该触控笔头(12)施加该电压驱动信号；
摄像头模组(30)获取光学放大透镜(20)在该显示面板(200)上的移动信息；
处理器(40)根据该移动信息确定该光学放大透镜(20)移动路径的像素坐标；
无线信号传输模块(50)用于将该光学放大透镜(20)移动路径的像素坐标发送给该显示面板(200)，从而根据该光学放大透镜(20)移动路径的像素坐标以及该慢书写模式的起始坐标确定该触控笔头(12)移动路径的像素坐标。
6.根据权利要求5所述的主动式触控笔的控制方法，其特征在于，在该光学放大透镜(20)取任意一点作为参照点，从而根据该参照点移动路径的像素坐标确定该光学放大透镜(20)移动路径的像素坐标。
7.根据权利要求5所述的主动式触控笔的控制方法，其特征在于，该控制方法还包括快书写模式，在该快书写模式时，该笔信号发生模块(60)通过该触控笔头(12)向该显示面板(200)发出电压驱动信号，该显示面板(200)检测该触控笔头(12)在该显示面板(200)上的移动路径。
8.根据权利要求7所述的主动式触控笔的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：
在进行该慢书写模式和该快书写模式之前还包括检测该主动式触控笔的移动速度，通过该触控笔头(12)向该显示面板(200)发出电压驱动信号，从而该显示面板(200)检测出该触控笔头(12)的第一移动速度，或通过该摄像头模组(30)获取该主动式触控笔的移动速度，从而检测出该触控笔头(12)的第一移动速度；
当该第一移动速度大于或等于预设值时，确定为快书写状态并进入该快书写模式，当该第一移动速度小于该预设值时，确定为慢书写状态并进入该慢书写模式。
9.根据权利要求7所述的主动式触控笔的控制方法，其特征在于，在该快书写模式时，通过该触控笔头(12)向该显示面板(200)发出电压驱动信号，从而检测出该触控笔头(12)的第二移动速度，当该第二移动速度小于预设值时，切换为该慢书写模式；在该慢书写模式时，通过该摄像头模组(30)获取该主动式触控笔的移动速度，从而检测出该触控笔头(12)的第三移动速度，当该第三移动速度大于或等于该预设值时，切换为该快书写模式。
10.根据权利要求7所述的主动式触控笔的控制方法，其特征在于，根据该触控笔头(12)的移动路径识别出书写的第一文字，将识别出的第一文字与单词库进行比对并将该第一文字翻译成预设语言对应的第二文字。
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