CN220020253U - 触控笔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种触控笔。所述触控笔包括笔杆，内设于笔杆前端的笔芯和笔环，内设于笔杆内的主PCBA、LRA振动马达以及锂电池，设于所述笔杆壳体表面的按键；主PCBA上设有MCU，MCU电性连接笔芯、笔环、压力传感器、加速度传感器、振动驱动芯片以及与所述锂电池电性连接的电池管理电路；MCU通过笔环读取来自触控面板的信号以接收触控面板反馈的包含触控笔震动类型和移速的数据，并且经由笔芯和笔环向触控面板发射信号；振动驱动芯片电性连接LRA振动马达，MCU借由振动驱动芯片驱动LRA振动马达，振动驱动芯片接收来自按键的动作信号以确定驱动LRA振动马达的方式。本实用新型的触控笔能够模拟书写笔和橡皮擦的笔触和震感，产生更拟真的感受。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种触控笔。
背景技术
触控笔是与触控面板相配合的输入工具。用户握持触控笔并以笔尖与触控面板相接触，执行相应的触控输入操作。从输入的精确程度来说，使用触控笔要远高于使用手指，而且很多触控功能使用触控笔来执行更符合人们的习惯，例如手写输入、绘图等。
触控笔作为笔记本电脑、平板电脑和移动设备等电容屏幕上的输入设备，能代替手指直接接触触控屏幕，如通过触控笔在办公的时候进行文件选取、点触、记录笔记、标记和绘画等操作，进而获得精准的输入控制和人机交互体验，同时避免因手指操作带来的指纹印和脏污等问题。
如图1所示，其为传统的触控笔和触控面板应用状态示意图，触控笔1和触控面板2之间可以进行双方通讯。传统的触控笔1与触控面板2之间发送的数据包括三种信息：笔压信息，笔尖和面板之间的压力；按钮信息，笔身或笔尾按键被按下的状况；电量信息，传送完整的电池电量状况或仅于电量不足时报告。
然而，目前市场上出现的触控笔通过电容屏模拟书写，一方面，使用传统的触控笔在触控面板上书写时没有书写的真实感；另一方面，传统的触控笔仅提供了对书写时的笔触和震感的模仿，当触控笔具有如橡皮擦等其他功能，未能提供对应的模仿效果。因此，亟需开发一种能够模拟更多种笔触和震感的触控笔。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的在于提供一种触控笔，能够模拟多种笔触和震感。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种触控笔，包括：笔杆，内设于所述笔杆前端的笔芯和笔环，内设于所述笔杆内的主PCBA、LRA振动马达以及锂电池，设于所述笔杆壳体表面的按键；所述主PCBA上设有MCU，所述MCU电性连接笔芯、笔环、压力传感器、加速度传感器、振动驱动芯片以及与所述锂电池电性连接的电池管理电路，所述MCU读取压力传感器信号以确定触控笔是否与触控面板接触以确定是否开启触控功能，所述MCU读取加速度传感器状态以感知触控笔是否晃动；所述MCU通过笔环读取来自触控面板的信号以接收触控面板反馈的包含触控笔震动类型和移速的数据，并且经由笔芯和笔环向触控面板发射信号；所述振动驱动芯片电性连接LRA振动马达，所述MCU借由振动驱动芯片驱动LRA振动马达，振动驱动芯片接收来自按键的动作信号以确定驱动LRA振动马达的方式。
其中，当所述加速度传感器感知到触控笔一段时间未动作时，所述MCU根据来自加速度传感器的信号进入休眠状态。
其中，当所述MCU处于休眠状态时，所述加速度传感器侦测到触控笔晃动时产生中断信号传输给MCU以唤醒MCU。
其中，当所述MCU经由压力传感器侦测得知触控笔与触控面板之间笔压时开始动作，所述MCU读取按键的动作信号，如橡皮擦功能键被按下则进入模拟橡皮擦模式，如橡皮擦功能键未被按下则进入模拟书写笔模式。
其中，在模拟书写笔模式时，所述振动驱动芯片驱动LRA振动马达发送连续的震动，直至压力传感器侦测的笔压消失。
其中，在模拟橡皮擦模式时，所述振动驱动芯片驱动LRA振动马达发送断续的震动，直至压力传感器侦测的笔压消失或者来自按键的橡皮擦功能键动作信号消失。
其中，在模拟书写模式时，当触控笔刚接触到触控面板的一瞬间，所述振动驱动芯片送出过驱动电流以驱动LRA振动马达；当触控笔离开触控面板时，所述振动驱动芯片送出反向电流以驱动LRA振动马达立即停止震动。
其中，在模拟橡皮擦模式时，当触控笔离开触控面板时，所述振动驱动芯片送出反向电流以驱动LRA振动马达立即停止震动。
其中，在模拟橡皮擦模式时，当触控笔离开触控面板时，所述振动驱动芯片送出反向电流以驱动LRA振动马达立即停止震动，如果侦测到橡皮擦功能键未被按下则进入模拟书写笔模式。
其中，所述MCU还电性连接反映触控笔工作状态的LED以进行控制。
综上，本实用新型的触控笔能够模拟书写笔和橡皮擦的笔触和震感，产生更拟真的感受。
附图说明
下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其他有益效果显而易见。
附图中，
图1为传统的触控笔和触控面板应用状态示意图；
图2A为本实用新型触控笔一较佳实施例的立体示意图；
图2B为本实用新型触控笔一较佳实施例的侧面示意图；
图2C为图2B中A-A方向剖面示意图；
图3为本实用新型触控笔一较佳实施例的电路方框图；
图4A为本实用新型触控笔一较佳实施例模拟书写笔时的连续驱动的连续电流波形示意图；
图4B为本实用新型触控笔一较佳实施例模拟橡皮擦时的断续驱动的断续电流波形示意图；
图5为本实用新型触控笔一较佳实施例的应用方式示意图；
图6为本实用新型触控笔一较佳实施例的使用状态示意图。
具体实施方式
参见图2A至图3，图2A为本实用新型触控笔一较佳实施例的立体示意图，图2B为此较佳实施例的侧面示意图，图2C为图2B中A-A方向剖面示意图，图3为此较佳实施例的电路方框图。此较佳实施例的触控笔的构思在于模拟多种笔触和震感，因此结构上可以基于现有的触控笔进行开发设计，主要包括：笔杆100，内设于所述笔杆100前端的笔芯101和笔环102，内设于所述笔杆100内的主PCBA103、LRA(线性谐振执行器)振动马达104以及锂电池105，设于所述笔杆100壳体表面的按键106；所述主PCBA103上设有MCU 107，所述MCU 107电性连接笔芯101，笔环102，压力传感器(Pressure sensor)108，加速度传感器(G-Sensor)109，振动驱动芯片110以及主要负责电池充电/保护(Battery Charger/Protection)的与锂电池105电性连接的电池管理电路111；所述MCU 107读取压力传感器108信号以确定触控笔是否与触控面板接触以确定是否开启触控功能，所述MCU 107读取加速度传感器109状态以感知触控笔是否晃动；所述MCU 107通过笔环102读取来自触控面板的信号以接收触控面板反馈的包含触控笔震动类型和移速的数据，并且经由笔芯101和笔环102向触控面板发射信号；所述振动驱动芯片110电性连接LRA振动马达104以驱动LRA振动马达104，所述MCU107借由振动驱动芯片110驱动LRA振动马达104，振动驱动芯片110还接收来自按键106的动作信号以确定驱动方式。
本实用新型中，触控笔还会通过笔环102接收来自触控面板的二种数据：震动类型，触控笔震动频率及震动强度；笔的移速，触控笔在触控面板上移动的速度。因此本实用新型的触控笔除了能够模拟书写笔的橡皮擦的笔触和震感以外，还可以实现模拟更多种笔触和震感。
在此较佳实施例中，MCU 107还电性连接反映触控笔工作状态的LED 112以进行控制；MCU 107还电性连接USB连接器113，USB连接器113连接设置于笔杆100壳体表面的各种类型的USB接口114和115，以提供数据传输和充电等功能；笔杆100壳体表面还设有笔夹116以便于保管触控笔。另外，振动驱动芯片110也可以电性连接反映LRA振动马达104的LED117以进行控制。
本实用新型的触控笔，可通过笔身内置的微震动马达-LRA振动马达，在书写时让触控笔的笔尖与触控面板产生高频的极小震幅震动，从而让使用者感觉不是拿塑料笔尖在玻璃面板上书写，而是像拿铅笔或其它书写笔在纸张上书写那样的笔触。本实用新型所采用的LRA振动马达基本结构是一个挂在弹簧上的导磁金属，当下方的音圈(Voice Coil)被通电产生磁性后，金属块被吸下来，当电力断开磁性消失后金属块被弹簧拉回。一般来说LRA振动马达有震力最佳时的驱动频率，更高或更低的频率震动均会下降。LRA振动马达较其他震动组件(如压电式)有更广的频率范围及震动力差异，本实用新型应用LRA振动马达的触控笔能模拟更多的笔触及震感，产生更拟真的感受。而且，采用了本实用新型的触控笔设计，当使用者使用橡皮擦功能时，可产生震强烈而短促的震动，从而与书写笔笔触产生区隔。
在本实用新型的触控笔中，电池管理电路111可以避免锂电池105过度放电。可以由MCU 107控制下列项目：锂电池105的充电管理，笔芯101及笔环102所用16-24V高压的升压，读取压力传感器108的信号，经由笔环102读取触控面板的信号，经由笔芯101及笔环102发射符合MPP协议的数字信号至触控面板，通过I2C读取加速度传感器109状态(感知笔是否晃动)，透过I2C与振动驱动芯片110通讯，藉此驱动LRA振动马达104，对LED 112的控制等等。
本实用新型的触控笔，当笔处于出厂模式时为实体关机，需插充电线来开机。当所述加速度传感器109感知到触控笔一段时间未动作时，所述MCU 107根据来自加速度传感器109的信号控制触控笔进入休眠状态。当触控笔处于休眠状态时，所述加速度传感器109侦测到触控笔晃动时产生中断信号传输给MCU 107以唤醒MCU 107。
采用本实用新型的触控笔可以实现书写笔和橡皮擦笔触和震动的模拟。当MCU107经由压力传感器108侦测得知触控笔与触控面板之间笔压时开始动作，MCU 107读取按键106的动作信号，以确定是否进入模拟橡皮擦模式，如橡皮擦功能键被按下则进入模拟橡皮擦模式，准备模拟橡皮擦，如橡皮擦功能键未被按下则进入模拟书写笔模式，准备模拟书写笔。
参见图4A及图4B，图4A为本实用新型触控笔一较佳实施例模拟书写笔时的连续驱动(Continue Drive)的连续电流波形示意图，图4B为此较佳实施例模拟橡皮擦时的断续驱动(Pulse Drive)的断续电流波形示意图。在此较佳实施例中，当仿真书写笔如铅笔的笔触时，透过振动驱动芯片110发送连续的震动，直至笔压消失；当仿真橡皮擦时，透过振动驱动芯片110发送断续的震动，直至笔压消失或橡皮擦功能键被放掉。
如图4A，当模拟书写笔笔触时，笔尖碰触到触控面板时，产生的笔压被MCU 107侦得后MCU 107即通过振动驱动芯片110产生如图4A中下部所示的驱动波形以驱使LRA振动马达104按照图4A中上部所示的波形震动。按照图4A中下部的驱动波形，在此较佳实施例中，当笔尖刚接触到触控面板的一瞬间，由于LRA振动马达104需要较高的起动电流，因此振动驱动芯片110要送出较大的过驱动电流(Overdrive)；当触控笔离开触控面板时，如果只是结束驱动的话LRA振动马达104因为弹簧结构的关系并不会立即停止，而是会有余震，这无疑的会影向使用感受，因此触控笔一离开触控面板振动驱动芯片110要送反向电流(Brake)来让LRA振动马达104立即停止震动；从而产生更拟真的感受。
如图4B上部的驱动波形所示，在本实用新型中，当模拟橡皮擦时，振动驱动芯片110驱动LRA振动马达104震动的方式改用断续方式来触发，LRA振动马达104按照图4B中上部所示的震动波形震动，此时振动驱动芯片110产生如图4B中下部所示的驱动波形以驱使LRA振动马达104，从而产生与书写笔写时不同的手感，产生更拟真的感受。
图4B中中部所示的驱动波形中凸出的部份为振动驱动芯片110的正向驱动电流波形，波谷部分是振动驱动芯片110剎车用的逆向驱动电流波形。在模拟橡皮擦模式进行中，若侦测到笔压消失则停止正向驱动并立即剎车；但如果是橡皮擦功能键被放掉则是改为模拟书写笔笔触的连续驱动方式；从而产生更拟真的感受
参见图5，其为本实用新型触控笔一较佳实施例的应用方式示意图。本实用新型的触控笔，通过设置笔芯101和笔环102，在触控笔和触控面板之间进行双向通讯的数据传递，可以传递包括震动类型和笔的速度在内的信息。利用震动类型信息时，在应用软件中，当使用者选取不同的画笔时，触控面板将可以模拟此画笔的震动信息(震动频率与震动强度)传送到笔上。笔收到此信息时，即可依面板的要求提供等应的震动方式，来摸拟出目前所使用的画笔的触感，以产生更拟真的感受。此外，面板经由计算笔间在不同画素之间的移动时间差及距离差，可以算出笔尖在面板上的移动速度并传送给笔，而笔在得到移动速度后，可藉此信息来动态调整震动强度及频率，以产生更拟真的感受。
图6为本实用新型触控笔一较佳实施例的使用状态示意图。本实用新型的触控笔，通过设置笔芯101和笔环102，在触控笔和触控面板之间进行双向通讯的数据传递，可以设置触控面板上的不同震动区域，以产生更拟真的感受。应用软件可以定义触控面板的不同区域可以有或没有震动反馈，以及在不同区域有不同的反馈感觉。应用范例：游戏画面上不同道具或角色被点击或拖拉时有不同动震感；笔记软件中，用户写到画写框外时可以强震提示；儿童学习汉字书写的软件中，当笔尖写到笔画的框线外时以强震提醒。震动区域的应用方式很广泛，看应用软件的想象力而定。而支持能实现此一功能的来源即为本实用新型触控笔和触控面板之间的双向通讯能力。
综上，本实用新型的触控笔能够模拟书写笔和橡皮擦的笔触和震感，产生更拟真的感受；本实用新型的触控笔还可以进一步实现模拟更多种笔触和震感。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本实用新型后附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种触控笔，其特征在于，包括：笔杆，内设于所述笔杆前端的笔芯和笔环，内设于所述笔杆内的主PCBA、LRA振动马达以及锂电池，设于所述笔杆壳体表面的按键；所述主PCBA上设有MCU，所述MCU电性连接笔芯、笔环、压力传感器、加速度传感器、振动驱动芯片以及与所述锂电池电性连接的电池管理电路，所述MCU读取压力传感器信号以确定触控笔是否与触控面板接触以确定是否开启触控功能，所述MCU读取加速度传感器状态以感知触控笔是否晃动；所述MCU通过笔环读取来自触控面板的信号以接收触控面板反馈的包含触控笔震动类型和移速的数据，并且经由笔芯和笔环向触控面板发射信号；所述振动驱动芯片电性连接LRA振动马达，所述MCU借由振动驱动芯片驱动LRA振动马达，振动驱动芯片接收来自按键的动作信号以确定驱动LRA振动马达的方式。
2.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，当所述加速度传感器感知到触控笔一段时间未动作时，所述MCU根据来自加速度传感器的信号进入休眠状态。
3.如权利要求2所述的触控笔，其特征在于，当所述MCU处于休眠状态时，所述加速度传感器侦测到触控笔晃动时产生中断信号传输给MCU以唤醒MCU。
4.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，当所述MCU经由压力传感器侦测得知触控笔与触控面板之间笔压时开始动作，所述MCU读取按键的动作信号，如橡皮擦功能键被按下则进入模拟橡皮擦模式，如橡皮擦功能键未被按下则进入模拟书写笔模式。
5.如权利要求4所述的触控笔，其特征在于，在模拟书写笔模式时，所述振动驱动芯片驱动LRA振动马达发送连续的震动，直至压力传感器侦测的笔压消失。
6.如权利要求4所述的触控笔，其特征在于，在模拟橡皮擦模式时，所述振动驱动芯片驱动LRA振动马达发送断续的震动，直至压力传感器侦测的笔压消失或者来自按键的橡皮擦功能键动作信号消失。
7.如权利要求5所述的触控笔，其特征在于，在模拟书写模式时，当触控笔刚接触到触控面板的一瞬间，所述振动驱动芯片送出过驱动电流以驱动LRA振动马达；当触控笔离开触控面板时，所述振动驱动芯片送出反向电流以驱动LRA振动马达立即停止震动。
8.如权利要求6所述的触控笔，其特征在于，在模拟橡皮擦模式时，当触控笔离开触控面板时，所述振动驱动芯片送出反向电流以驱动LRA振动马达立即停止震动。
9.如权利要求6所述的触控笔，其特征在于，在模拟橡皮擦模式时，当触控笔离开触控面板时，所述振动驱动芯片送出反向电流以驱动LRA振动马达立即停止震动，如果侦测到橡皮擦功能键未被按下则进入模拟书写笔模式。
10.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述MCU还电性连接反映触控笔工作状态的LED以进行控制。
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