一種觸摸筆、觸摸控制器、觸摸檢測系統及其方法
2023-10-21 07:10:22 6
專利名稱：一種觸摸筆、觸摸控制器、觸摸檢測系統及其方法
技術領域：
本發明屬於觸控技術領域，尤其涉及ー種觸摸筆、觸摸控制器、觸摸檢測系統及其方法。
背景技術：
由於支持多點觸摸技木，電容觸控螢幕成為觸控螢幕產品的新寵。越來越多的設備由電阻屏向電容屏轉化。以中國為代表的東方國家由於象形文字和傳統習慣，多數用戶依然習慣用手寫輸入方式，但用手在電容觸控螢幕上進行手寫輸入時，會出現如下兩個問題(I)丟點當用戶進行手寫時，筆跡會產生嚴重缺失；(2)溢點手指抬起後，經常會產生嚴重的多餘筆跡。當手指溼潤時，丟點或溢點現象會更加嚴重，根本無法實現輸入。因此電容觸摸筆的需求日益強烈。如圖I、圖2和圖3所示，手指或觸摸筆100在觸控螢幕終端的觸摸傳感器101上輸入信息，觸控螢幕終端的觸摸控制器102對輸入信息解析後予以響應。圖I中手觸摸時，觸摸傳感器的垂直極線(Y)作為驅動線接收觸摸控制器的驅動信號，水平極線(X)作為感性線接收感應信號，感應信號發送給觸摸控制器，觸摸傳感器處幹「互容」狀態。圖2中觸摸筆觸摸時，觸摸傳感器的垂直極線(Y)和水平極線(X)均作為感應線接收感應信號，感應信號發送給觸摸控制器，觸摸傳感器處於「自容」狀態。圖3為「互容」狀態和「自容」狀態感應電極切換的示意圖。現有的電容式觸摸筆分成無源和有源兩種類型。無源類型的電容式觸摸筆實際上只是簡單的替代手指的觸摸。目前的有源電容式觸摸筆，也只能發射單一的驅動信號，該驅動信號僅僅用於建立觸摸筆與觸摸傳感器之間耦合，並不能傳遞觸摸筆的多種應用功能。
發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題在於提供一種多種應用功能的觸摸筆。本發明是這樣實現的，ー種觸摸筆，包括筆尖和筆身，所述筆尖和所述筆身連接，所述筆身為中空結構，所述中空結構內容置有電源、微處理器、信號產生單元、數據檢測單元以及發射単元，所述電源為所述數據檢測単元、微處理器、信號產生單元以及發射單元提供電源，所述數據檢測單元用於獲取觸摸筆數據信息，微處理器控制所述信號產生單元根據觸摸筆數據信息和驅動信號生成觸摸信號，然後發送給所述發射單元，所述發射単元通過筆尖將所述觸摸信號發送給觸摸傳感器。本發明要解決的第二個技術問題在於提供一種觸摸筆的運行方法，包括步驟獲取觸摸筆數據信息；根據觸摸筆數據信息和驅動信號生成觸摸信號，然後通過筆尖將所述觸摸信號發送給觸摸傳感器。本發明要解決的第三個技術問題在於提供ー種觸摸控制器，包括接收解調単元，用於接收觸摸傳感器耦合觸摸筆所接收到的觸摸信號，解調出觸摸信號的強度信息；
同步單元，用於通過檢測所述觸摸信號的起始位置和/或結束位置，實現觸摸傳感器和觸摸筆同步；處理單元，用於根據所述觸摸信號的強度得到觸摸筆的坐標位置信息以及觸摸筆數據信息，然後將所述觸摸筆的坐標位置信息和觸摸筆數據信息發送給主控作進ー步處理。本發明要解決的第四個技術問題在於提供ー種觸摸檢測系統，包括觸摸傳感器以及上述的觸摸筆以及上述的觸摸控制器。本發明實施例提供的觸摸筆與現有技術相比，發射的觸摸信號不僅包括驅動信號，還包括觸摸筆數據信息，從而實現觸摸筆的多種應用功能。
圖I是現有技術提供的利用手指在觸摸終端的觸摸傳感器上進行輸入的示意圖；圖2是現有技術提供的利用觸摸筆在觸摸終端的觸摸傳感器上進行輸入的示意圖；圖3為現有技術中電極切換示意圖；圖4是本發明實施例提供的觸摸筆的結構圖；圖5是圖4中數據檢測單元的ー種結構圖；圖6是本發明實施例提供的一種觸摸信號的示意圖；圖7是本發明實施例提供的另ー種觸摸信號的波形示意圖；圖8是本發明實施例提供的又一種觸摸信號的波形示意圖；圖9是本發明另ー實施例提供的一種觸摸信號的波形示意圖；圖10(a)和圖10(b)是本發明實施例提供的兩種以ニ進位編碼形式實現信息傳遞的不意圖；圖11是圖4所示觸摸筆的ー種改進型結構圖；圖12是本發明實施例提供的觸摸筆的運行方法的流程圖；圖13是本發明實施例提供的觸摸控制器結構圖；圖14是本發明實施例提供的觸摸傳感器的無手無筆檢測狀態下的時序示意圖；圖15是本發明實施例提供的觸摸傳感器的手檢測模式下的時序示意圖；圖16是本發明實施例提供的觸摸傳感器的筆檢測模式下的時序示意圖；圖17是本發明實施例提供的觸摸傳感器的筆檢測模式時觸摸控制器的解碼原理示意圖；圖18是本發明實施例提供的觸摸筆脈衝超前於觸摸傳感器的檢測時序時的檢測示意圖；圖19是本發明實施例提供的觸摸筆脈衝滯後於觸摸傳感器的檢測時序時的檢測示意圖；圖20是本發明實施例提供的觸摸筆脈衝與觸摸傳感器的檢測時序同步時的檢測示意圖；圖21是本發明實施例提供的在同步情況下觸摸傳感器進行信息解調的時序示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進ー步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。參照圖4，本發明實施例提供的觸摸筆包括筆尖I和筆身2，筆尖I和筆身2連接，筆身2為中空結構，該中空結構內容置有電源21、數據檢測単元22、微處理器23、信號產生単元24、以及發射単元25，在筆身2上還設置有至少兩個與數據檢測単元22連接的按鍵(圖中僅以兩個按鍵為例)。其中，電源21為數據檢測單元22、微處理器23、信號產生單元24以及發射単元25提供電源，數據檢測単元22用於獲取觸摸筆數據信息，微處理器23控制信號產生單元24根據觸摸筆數據信息和驅動信號生成觸摸信號，生成的觸摸信號發送給發射単元25，發射單元25通過筆尖將觸摸信號發送給觸摸傳感器，該觸摸傳感器可內置於觸摸終端中。本發明實施例中觸摸筆發射的觸摸信號不僅包括驅動信號，還包括觸摸筆數據信息，從而實現觸摸筆的多種應用功能。 上述按鍵用於設置觸摸筆的書寫模式，如楷體、隸屬、宋體等等。還可以在觸摸筆筆尖的相對端再設置另ー筆尖，該筆尖模擬橡皮擦的擦寫功能。如圖5所示,數據檢測單元22具體包括壓カ檢測單元221、按鍵檢測單元222、電源檢測單元223，其中壓カ檢測單元221與觸摸筆的筆尖I電連接，用於獲取筆尖I所承受的壓力值；按鍵檢測單元222與觸摸筆的按鍵電連接，用於獲取觸摸筆筆身2上按鍵的按鍵值；電源檢測單元223與觸摸筆的電源21電連接，用於獲取觸摸筆筆身2內部電源21的性能參數，性能參數包括電源21的電壓、電流或者電量等。一實施例中，上述觸摸信號進ー步包括第一觸摸信號以及第二觸摸信號，第一觸摸信號僅包括驅動信號，該驅動信號用於將觸摸筆耦合到觸摸傳感器，第二觸摸信號為攜帶觸摸筆數據信息的信號。第一觸摸信號和第二觸摸信號是預設固定周期的信號。具體地，第二觸摸信號的信息編碼方式包括多種，比如ニ進位編碼方式或不同頻率表示不同觸摸筆數據信息的編碼方式。圖6中以頻率不同的方波信號401和402為例示出，其周期固定不變，第二觸摸信號也包括多種不同頻率的信號，圖7以兩種頻率不同的正弦波信號F和Fi為例示出，而圖8則示出了三種頻率不同的正弦波信號FJi和Fi和Fj的混合可以表示多種觸摸筆數據信息。圖7和圖8描述的是時域上不同頻率的信號的混合，當然也有其他實現方式比如頻域上的混合，如圖9所示，兩種原始的信號(分別以三角標示和菱形標示)，它們在時域上進行混合，形成觸摸信號(以方塊標示)。信號產生單兀24產生上述第一觸摸信號和第二觸摸信號的方式相同，對於第一觸摸信號，可先生成至少ー種頻率的信號，再將上述至少ー種頻率的信號混合形成第一觸摸信號，對於第二觸摸信號，信號產生單元24先生成至少ー種頻率的信號，然後將至少ー種頻率的信號混合形成第二觸摸信號，觸摸傳感器可以根據系統的噪聲環境選擇噪聲較小的對應頻率作為工作頻率。如果第二觸摸信號以不同頻率表示多種不同的觸摸筆數據信息，通過這種方式生成的第二觸摸信號能夠表示多種不同觸摸筆數據信息，觸摸傳感器根據系統的噪聲環境從第二觸摸信號中選擇噪聲較小的對應至少ー種頻率作為工作頻率。生成的第一觸摸信號和第二觸摸信號依次發送給觸摸傳感器。優選地，本發明實施例中優先發送第一觸摸信號，再接著發送第二觸摸信號。如圖10(a)和圖10(b)所示，還有ー種方式是第二觸摸信號以ニ進位方式表徵觸摸筆數據，第二觸摸信號按時間単元依次傳遞O或I的筆數據信息，I代表有筆數據信息，O表示沒有筆數據信息。例如圖10(a)中上圖傳遞的信息為11111111，圖10(b)傳遞的信息為1010 0101。觸摸控制器可以通過驅動信號F計算編碼的起始位置，再通過連續O的個數，計算編碼分界以及編碼值。如上文所描述的，第二觸摸信號用於攜帶觸摸筆數據信息，該觸摸筆數據信息為觸摸筆筆尖所承受的壓カ值、觸摸筆筆身上按鍵的按鍵值以及觸摸筆筆身內部電源的性能參數中的任意ー種或者組合。具體可根據利用不同頻率或者ニ進位的信號表示觸摸筆筆尖所承受的壓カ值、觸摸筆筆身上按鍵的按鍵值以及觸摸筆筆身內部電源的性能參數，然後再對第一觸摸信號和第二觸摸信號進行混合。進ー步地,如圖11所示，觸摸筆還包括第一接收單元26,該第一接收單元26接收觸摸傳感器發送的頻率指示信號，信號產生單元24根據頻率指示信號生成同樣頻率的第 一觸摸信號，頻率指示信號是觸摸傳感器根據系統的噪聲環境選擇較小噪聲的工作頻率，根據該工作頻率生成頻率指示信號，這樣觸摸筆自動跳頻到觸摸傳感器當前的工作頻率，兩者保持工作頻率同歩。進ー步地，本發明ー實施例中觸摸筆還包括一喚醒單元，用於當壓力檢測單元221檢測筆尖承受的壓カ值小於預設第一壓カ閾值的時間超過預設時間閾值時，將觸摸筆轉入睡眠低耗狀態，有利於節能；以及當壓カ檢測單元221檢測到筆尖承受壓カ值大於預設第ニ壓カ閾值時，將觸摸筆從睡眠低耗狀態轉為正常工作狀態，或者當所述按鍵檢測單元檢測到有按鍵值時，將觸摸筆從睡眠低耗狀態轉為正常工作狀態。相應地，本發明實施例還提供了ー種上述觸摸筆的運行方法，如圖12所示，詳述如下在步驟S1201中，獲取觸摸筆數據信息。同上文所描述的，觸摸筆數據信息為觸摸筆筆尖所承受的壓カ值、觸摸筆筆身上按鍵的按鍵值以及觸摸筆筆身內部電源的性能參數中的任意ー種或者組合。在步驟S1202中，根據觸摸筆數據信息和驅動信號生成觸摸信號。在步驟S1203中，通過筆尖將所述觸摸信號發送給觸摸傳感器。進ー步地，上述步驟S1202中根據觸摸筆數據信息和驅動信號生成觸摸信號包括步驟生成第一觸摸信號生成多種不同頻率的信號，將多種不同頻率的信號混合形成第一觸摸信號，此第一觸摸信號為驅動信號。生成第二觸摸信號生成多種不同頻率的信號，將多種不同頻率的信號混合形成第二觸摸信號，此第二觸摸信號為包括觸摸筆數據信息的信號。上述生成的第一觸摸信號和第二觸摸信號是預設固定周期的信號。如圖13所示，本發明提供的觸摸控制器包括接收解調単元131、同步單元132以及處理單元133，其中接收解調單元131用於接收觸摸傳感器耦合觸摸筆所接收到的觸摸信號，解調出觸摸信號的強度信息；同步單元132，用於通過檢測所述觸摸信號的起始位置和/或結束位置，實現觸摸傳感器和觸摸筆同步；處理單元133，用於根據觸摸信號的強度得到觸摸筆的坐標位置信息以及觸摸筆數據信息，然後將觸摸筆的坐標位置信息和觸摸筆數據信息發送給主控作進一歩處理。具體地，一實施例中，觸摸信號包括第一觸摸信號和第二觸摸信號，第一觸摸信號包括驅動信號，第二驅動信號包括筆數據信息，接收解調単元131通過正交解調得到第一觸摸信號和第二觸摸信號的強度信息，同步單元132通過檢測第一觸摸信號的起始位置和/或結束位置，實現觸摸傳感器和觸摸筆同步，優選地，同時檢測第一觸摸信號的起始位置和結束位置。處理單元133根據第一觸摸信號的強度計算得到觸摸筆的坐標位置信息，根據第二觸摸信號的強度解碼得到觸摸筆數據信息，然後將觸摸筆的坐標位置信息和觸摸筆數據信息發送給主控作進一步處理。第一觸摸信號和第二觸摸信號為預設的固定周期的信號，具體如上文所述。本實施例中第二觸摸信號與第一觸摸信號之間時間間隔是固定的，只要保證觸摸傳感器的解碼時間與第一觸摸信號的起始時間同步，第二觸摸信號也會被同步解碼。觸摸控制器與一觸摸傳感器連接，觸摸傳感器上有X+Y個電極組成行列矩陣，每個電極可以感應到筆尖耦合的信號，其感應到的信號的強弱不同，距筆尖越近的電極感 應到的信號越強，觸摸終端可以根據各個電極感應到的信號強弱計算出筆尖觸摸的精確位置信息，耦合的信號中同時攜帶有觸摸筆數據信息，觸摸終端可以解碼出觸摸筆數據信息。本發明中，觸摸控制器兼容手指觸控和觸摸筆觸控兩種輸入方式，分別支持針對手指觸控的手檢測模式和針對觸摸筆觸控的筆檢測模式。當觸摸筆靠近觸摸傳感器吋，觸摸控制器將觸摸傳感器置於筆檢測模式，反之，當觸摸筆離開觸摸傳感器時，觸摸控制器將觸摸傳感器置於手檢測模式或者手和筆同時檢測模式。在無輸入時，觸摸傳感器為無手無筆檢測狀態，同時在ー個掃描同期內以兩種不同頻率的信號501和502進行掃描，如圖14所示。當觸摸筆遠離觸摸傳感器時，觸摸控制器控制觸摸傳感器工作在無手無筆檢測模式，當檢測到手指操作時，觸摸控制器控制觸摸傳感器工作在手檢測模式，此時僅以信號501的頻率進行掃描，如圖15所示。而當觸摸筆輸入時，觸摸控制器控制觸摸傳感器工作在筆檢測模式，此時僅以信號502的頻率進行掃描，如圖16所示。圖17是以正弦波正交解調為例示出筆檢測模式下觸摸控制器的解碼原理。觸摸控制器內部的正弦/餘弦波生成器同時生成正弦波信號和餘弦波信號，該正弦波信號和餘弦波信號與觸摸控制器接收到感應信號(經過模數轉換)先分別進行乘和運算，再進行平方運算，然後求和，再開平方運算，得到的觸摸信號經過可靠性處理然後進入後續處理。觸摸筆在首次靠近觸摸傳感器吋，由於觸摸筆的時序與觸摸傳感器時序的偏差，會出現以下三種狀態如圖18所示，觸摸筆的脈衝時間超前，觸摸傳感器只檢測到信號的後半部分，觸摸傳感器共掃描了 4幀數據，每幀包括了ー組列(Y)數據和ー組行(X)數據，在此狀態下，觸摸傳感器只有前三組數據有效。為了使同步有效，需將感應的下一次掃描時間提前。如圖19所示，觸摸筆的脈衝滯後於觸摸傳感器檢測時序，觸摸傳感器只檢測到前半部分信號，在一中貞掃描時，需延時掃描開始時間。如圖20所不，觸摸筆的脈衝時序與觸摸傳感器時序同歩，I. 2ms驅動頻率處於觸摸傳感器檢測的時間範圍內，此狀態下，驅動信號能被感應器完全感應，為有效的同步狀態，觸摸傳感器下一次掃描時無需調整開始時間。如圖21所示，在觸摸筆和觸摸傳感器時序同步有效後，觸摸傳感器優選先解調第一觸摸信號，再解調第二觸摸信號。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.ー種觸摸筆，其特徵在幹，包括筆尖和筆身，所述筆尖和所述筆身連接，所述筆身為中空結構，所述中空結構內容置有電源、微處理器、信號產生單元、數據檢測単元以及發射単元，所述電源為所述數據檢測単元、微處理器、信號產生單元以及發射単元提供電源，所述數據檢測單元用於獲取觸摸筆數據信息，微處理器控制所述信號產生單元根據觸摸筆數據信息和驅動信號生成觸摸信號，生成的觸摸信號發送給所述發射単元，所述發射単元通過筆尖將所述觸摸信號發送給觸摸傳感器。
2.根據權利要求I所述的觸摸筆，其特徵在於，所述觸摸信號包括第一觸摸信號以及第二觸摸信號。
3.根據權利要求2所述的觸摸筆，其特徵在於，所述第一觸摸信號為驅動信號，所述第ニ觸摸信號為包括觸摸筆數據信息的信號。
4.根據權利要求3所述的觸摸筆，其特徵在於，所述數據檢測單元具體包括 壓カ檢測單元，與所述觸摸筆的筆尖電連接，用於獲取觸摸筆筆尖所承受的壓力值； 按鍵檢測單元，與所述觸摸筆的按鍵電連接，用於獲取觸摸筆筆身上按鍵的按鍵值； 電源檢測單元，與所述觸摸筆的電源電連接，用於獲取觸摸筆筆身內部電源的性能參數； 所述觸摸筆數據信息為觸摸筆筆尖所承受的壓カ值、觸摸筆筆身上按鍵的按鍵值以及觸摸筆筆身內部電源的性能參數中的任意ー種或者組合。
5.根據權利要求2所述的觸摸筆，其特徵在幹，所述信號產生單元先生成至少ー種頻率的信號，再將所述至少ー種頻率的信號混合形成所述第一觸摸信號；所述信號產生單元先生成至少ー種頻率的信號，將所述至少ー種頻率的信號混合形成所述第二觸摸信號。
6.根據權利要求2所述的觸摸筆，其特徵在於，還包括第一接收單元，所述第一接收單元還用於接收觸摸傳感器發送的頻率指示信號，所述信號產生單元根據所述頻率指示信號生成同樣頻率的第一觸摸信號。
7.根據權利要求I至6任一項所述的觸摸筆，其特徵在於，還包括 喚醒單元，用於當所述壓カ檢測單元檢測筆尖承受的壓カ值小於預設第一壓カ閾值的時間超過預設時間閾值時，將觸摸筆轉入睡眠低耗狀態；以及當壓カ檢測單元檢測到筆尖承受壓カ值大於預設第二壓カ閾值時，將觸摸筆從睡眠低耗狀態轉為正常工作狀態；或當所述按鍵檢測單元檢測到有按鍵值時，將觸摸筆從睡眠低耗狀態轉為正常工作狀態。
8.一種觸摸筆的運行方法，其特徵在於，包括步驟 獲取觸摸筆數據信息； 根據觸摸筆數據信息和驅動信號生成觸摸信號，然後通過筆尖將所述觸摸信號發送給觸摸傳感器。
9.根據權利要求8所述觸摸筆的運行方法，其特徵在於，所述根據觸摸筆數據信息和驅動信號生成觸摸信號包括步驟 生成包括驅動信號的第一觸摸信號； 生成包括觸摸筆數據信息的第二觸摸信號。
10.根據權利要求9所述觸摸筆的運行方法，其特徵在於，具體包括以下步驟 生成至少ー種頻率的信號，將所述至少ー種頻率的信號混合形成所述第一觸摸信號； 生成至少ー種頻率的信號，將所述至少ー種頻率的信號混合形成所述第二觸摸信號。
11.根據權利要求8至10任一項所述觸摸筆的運行方法，其特徵在於，所述觸摸筆數據信息為觸摸筆筆尖所承受的壓カ值、觸摸筆筆身內部電源的性能參數、觸摸筆筆身上按鍵的按鍵值的任意一種或者任意ー種混合。
12.—種觸摸控制器,其特徵在於,包括 接收解調単元，用於接收觸摸傳感器耦合觸摸筆所接收到的觸摸信號，解調出觸摸信號的強度信息； 同步單元，用於通過檢測所述觸摸信號的起始位置和/或結束位置，實現觸摸傳感器和觸摸筆同步； 處理單元，用於根據所述觸摸信號的強度得到觸摸筆的坐標位置信息以及觸摸筆數據信息，然後將所述觸摸筆的坐標位置信息和觸摸筆數據信息發送給主控作進一歩處理。
13.根據權利要求12所述的觸摸控制器，其特徵在於，所述觸摸信號包括第一觸摸信號以及第ニ觸摸信號，所述接收解調單元通過正交解調得到第一觸摸信號和第二觸摸信號的強度信息，所述同步単元通過檢測所述第一觸摸信號的起始位置和/或結束位置，實現觸摸傳感器和觸摸筆同步；所述處理単元根據所述第一觸摸信號的強度得到觸摸筆的坐標位置信息，根據所述第二觸摸信號的強度得到觸摸筆數據信息，然後將所述觸摸筆的坐標位置信息和觸摸筆數據信息發送給主控作進一歩處理。
14.ー種觸摸檢測系統，其特徵在於，包括觸摸傳感器以及權利要求1-6任一項所述的觸摸筆以及權利要求12-13任一項所述的觸摸控制器。
全文摘要
本發明適用於觸控技術領域，提供了一種觸摸筆、觸摸控制器、觸摸檢測系統及其方法，其中觸摸筆包括筆尖和筆身，所述筆尖和所述筆身連接，所述筆身為中空結構，所述中空結構內容置有電源、微處理器、信號產生單元、數據檢測單元以及發射單元，所述電源為數據檢測單元、微處理器、信號產生單元以及發射單元提供電源，所述數據檢測單元用於獲取觸摸筆數據信息，微處理器控制所述信號產生單元根據觸摸筆數據信息和驅動信號生成觸摸信號，生成的觸摸信號發送給所述發射單元，所述發射單元通過筆尖將所述觸摸信號發送給觸摸傳感器。本發明實施中提供的觸摸筆發射的觸摸信號不僅包括驅動信號，還包括觸摸筆數據信息，從而實現觸摸筆的多種應用功能。
文檔編號G06F3/0354GK102866792SQ20121030537
公開日2013年1月9日 申請日期2012年8月20日 優先權日2012年8月20日
發明者鄧耿淳, 卓光明, 陳小祥, 冉銳, 葉金春 申請人:深圳市匯頂科技有限公司