主動觸控筆的製作方法
2023-11-11 19:21:47 2
主動觸控筆的製作方法
【專利摘要】一種主動觸控筆，包括：與電容屏接觸出產生耦合電容，同時將耦合電容感應到的耦合電壓差或耦合電流傳遞給放大電路的導電筆尖；將筆尖的輸入變換到與耦合電壓差成比例的同相電壓信號並輸出的放大電路，所述放大電路的增益帶寬至少為10MHz；用於連接放大電路的輸出和平板電腦的外殼、大地或人體的輸出部分；為放大電路供電的電源供給電路。由於輸出部分接人體、大地或者平板電腦的地極，所以導電筆尖等於附加一個與所述耦合電壓差反相的所述比例的電壓，那麼這時耦合電容將接收到更大的耦合電流；與此同時，電容屏內部的電容也能感受到這個反相的電勢，如此反饋和循環以至於最後電容屏能根據耦合電流的值或者耦合電容的計算值明顯判斷到導電筆尖的存在。
【專利說明】主動觸控筆
【技術領域】
[0001] 本發明涉及主動觸控筆，尤其是配合平板電腦電容觸控屏使用的主動觸控筆。
【背景技術】
[0002] 顯然，平板電腦將越來越取代書本，成為人們不可或缺的用於記錄的工具，那麼在 平板電腦上的用於書寫和畫畫的筆就顯得需求迫切。目前90%以上的平板電腦使用的是 電容觸控屏，這裡面還有部分加裝了電磁感應模塊。對於平板電腦的電容觸控屏（除了加 裝電磁感應模塊的），90%以上的筆都是被動觸控筆。被動觸控筆的筆頭直徑至少要大於 5mm，以擁有足夠的和觸控屏相接觸的導電面積。足夠的導電接觸面積用來和屏形成耦合電 容，能從觸控屏上吸引足夠的微小交流電流，從而使得觸控屏獲知接觸的位置。筆頭直徑為 5_的筆顯然不足以吸引人們在平板電腦上準確定位，書寫和畫畫。通常原子筆的筆頭直徑 在2-3mm，所以筆頭直徑為3mm的觸控筆就顯得需求迫切。如果觸控筆的直徑為3mm，在不 改動目前觸控屏的硬體和軟體驅動的條件下，只能改進觸控筆的電子特性才能達到，也就 是增加一電路在觸控筆裡，即使在3_的筆頭條件下，仍能使得觸控屏獲知接觸的位置，這 樣的觸控筆目前稱為主動觸控筆。目前，已經有很多專利在討論主動觸控筆的實現方法，但 基於電容觸控屏的多樣性，主動觸控筆結構和電路方案的多樣性，以及主動觸控筆和電容 觸控屏交互方式的多樣性，如何發明一個合適的主動觸控筆的實施方法，就顯得尤為重要。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題是提供一種主動觸控筆，筆頭直徑可以做得更小，以 方便流暢的書寫。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：
[0005] 一種主動觸控筆，包括：
[0006] 與電容屏接觸出產生耦合電容，同時將耦合電容感應到的耦合電壓差或耦合電流 傳遞給放大電路的導電筆尖；
[0007] 將筆尖的輸入變換到與耦合電壓差成比例的同相電壓信號並輸出的放大電路，所 述放大電路的增益帶寬至少為10MHz ;
[0008] 用於連接放大電路的輸出和平板電腦的外殼、大地或人體的輸出部分；
[0009] 為放大電路供電的電源供給電路。
[0010] 本發明工作原理：由於輸出部分接人體、大地或者平板電腦的地極，所以導電筆尖 等於附加一個所述比例的與所述耦合電壓差反相的電壓，那麼這時耦合電容將接收到更大 的耦合電流；與此同時，電容屏內部的電容也能感受到這個反相的電勢，如此反饋和循環以 至於最後電容屏能根據耦合電流的值或者耦合電容的計算值明顯判斷到導電筆尖的存在。 所以根據本發明改進的電路結構，在不改動電容屏的前提下，可以使得導電筆尖直徑做得 更小，以方便書寫。
[0011] 根據電容屏的原理以及模擬電路的理論，相對於其他的現已公開的專利或者申 請，本專利申請在主動觸控筆和電容屏的交互方式上有明顯的特點：本專利申請公開的接 收屏幕信號的接收極和發送給屏幕信號的發送極共為一體，為筆尖，這樣可以使得電容屏 感知觸控點的位置更為準確單一。本專利申請公開的放大器電路每時每刻都跟隨屏幕的信 號，並輸出；這使得筆尖上的反相電勢每時每刻都能準確地影響電容屏，使得電容屏感受到 主動觸控筆觸控的位置。
[0012] 作為改進，所述放大電路的增益帶寬為40-80MHZ，能足夠響應電容屏的充放電。
[0013] 作為改進，所述放大電路浮地，放大電路的地極和人體或大地在任何條件下都不 相連，這樣可使電路相對簡單。
[0014] 作為改進，所述放大電路由一個同相積分器和一個同相運算放大器電路構成，其 中同相積分器的輸入與所述導電筆尖連接，輸出與同相運算放大器電路的輸入連接，同相 運算放大器電路將同相積分器的輸出同相放大並傳遞到所述輸出部分。所述同相積分器可 以是一個簡單的積分電路，也可以使用運算放大器來實現；所述同相運算放大器電路包括 一個以上的同相運算放大器；所述放大電路也可以使用自舉電路來實現。
[0015] 作為改進，所述放大電路由兩個反相運算放大器電路構成，其中第一個反相運算 放大器電路的輸入與所述導電筆尖連接，輸出與第二個反相運算放大器電路的輸入連接， 第二個反相運算放大器電路將第一反相運算放大器電路的輸出反相放大並傳遞到所述輸 出部分。所述反相運算放大器電路包括一個以上的反相運算放大器。
[0016] 作為改進，通過增益控制電路控制放大電路的增益比例，比如採用自動增益控制 電路（AGC電路），利用輸出電流或輸出的電壓幅度通過數字電位器來控制第二級放大器的 比例電阻。
[0017] 作為改進，所述的電源供給電路為不帶充電的乾電池供電電路或帶充電的蓄電池 供電電路或不帶電池的直接由外部能源供電的轉換電路，所述蓄電池充電電路包括有線充 電電路和無線充電電路。
[0018] 作為改進，所述輸出部分為設置在筆桿外殼上的金屬套或金屬部分，放大電路的 輸出極與筆桿融為一體，在操作主動觸控筆時，人手自然與輸出部分接觸。
[0019] 作為改進，所述導電筆尖部分或全部包裹有絕緣的材料，用以保證輸入的耦合信 號最大程度上免受其他噪聲的影響。
[0020] 作為改進，所述輸出部分和電源供給部分直接通過線纜與平板電腦的電源接口相 連。這樣可以減少電源供給部分所佔的體積和重量，也可以作為主動筆防丟的一個手段。
[0021] 本發明與現有技術相比所帶來的有益效果是：
[0022] 由於輸出部分接人體、大地或者平板電腦的地極，所以導電筆尖等於附加一個所 述比例的與所述耦合電壓差反相的電壓，那麼這時耦合電容將接收到更大的耦合電流；與 此同時，電容屏內部的電容也能感受到這個反相的電勢，如此反饋和循環以至於最後電容 屏能根據耦合電流的值或者耦合電容的計算值明顯判斷到導電筆尖的存在。所以根據本發 明改進的電路結構，在不改動電容屏的前提下，可以使得導電筆尖直徑做得更小，以方便書 與。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1為主動觸控筆的外觀圖。
[0024] 圖2為實施例1放大電路圖。
[0025] 圖3為實施例2放大電路圖。
[0026] 圖4為人手與電容屏的關係。
[0027] 圖5為觸控筆筆尖與電容屏的關係。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合說明書附圖對本發明作進一步說明。
[0029] 如圖1所示，一種主動觸控筆，包括導電筆尖1、放大電路、輸出部分2和電源供給 電路。
[0030] 所述筆尖1與電容屏接觸出產生耦合電容，同時將耦合電容感應到耦合電壓差或 耦合電流傳遞給所述放大電路。所述放大電路將輸入變換到與耦合電壓差成比例的的同相 電壓信號，並傳遞到輸出部分2 ;所述放大電路浮地。所述輸出部分2是作為連接放大電路 的輸出和平板電腦的外殼、大地、人體之間的媒介，比如筆的外殼、筆的輸出線連接到平板 電腦的外殼或地極等。所述電源供給電路部分是指為所述放大電路供電的部分，比如乾電 池以及有可能附加的升壓電路、接受有線或無線外接電源的電源供給的接收電路以及有可 能附加的畜電電路等。
[0031] 由於輸出部分2接人體、大地或者平板電腦的地極，所以導電筆尖1等於附加一個 所述比例的與所述耦合電壓差反相的電壓，那麼這時耦合電容將接收到更大的耦合電流； 與此同時，電容屏內部的電容也能感受到這個反相的電勢，如此反饋和循環以至於最後電 容屏能根據耦合電流的值或者耦合電容的計算值明顯判斷到導電筆尖1 (觸點）的存在，所 以根據本發明改進的電路結構，在不改動電容屏的前提下，可以使得導電筆尖1直徑做得 更小，以方便書寫。
[0032] 下面舉例更進一步說明本發明的實施特例：
[0033] 實施例1
[0034] 如圖1、2所示，一種主動觸控筆，包括導電筆尖1、放大電路3、輸出部分2和電源 供給電路。
[0035] 所述筆尖1與電容屏接觸出產生耦合電容，同時將耦合電容感應到耦合電壓差或 耦合電流傳遞給所述放大電路3。所述導電筆尖1部分或全部包裹有絕緣的材料，用以保 證輸入的耦合信號最大程度上免受其他噪聲的影響。本實施例的導電筆尖1直徑可以做 到3mm，由於筆尖1較細，其不僅不可輕易的點觸電容屏發送指令，而且還可以在電容屏上 流暢的書寫、繪畫，這樣一來可以拓寬平板電腦在人們日常生活中的應用範圍，如做臨時筆 記、臨時繪畫、文字的即時表達等。
[0036] 如圖1、2所示，所述放大電路3將輸入變換到與耦合電壓差成比例的的同相電壓 信號，並傳遞到輸出部分2。所述放大電路3由兩個反相運算放大器電路構成，其中第一個 反相運算放大器電路的輸入與所述導電筆尖1連接，輸出與第二個反相運算放大器電路的 輸入連接，第二個反相運算放大器電路將第一反相運算放大器電路的輸出反相放大並傳遞 到所述輸出部分2。所述反相運算放大器電路包括一個以上的反相運算放大器，本實施例 以兩個反相運算放大器為例進行說明，所述放大電路浮地。所述放大電路3的增益帶寬至 少為10MHz，本實施例選用增益帶寬為80MHz的放大電路3。所述放大電路3的增益比例可 以自動調節，通過增益控制電路控制放大電路3的增益比例，比如採用自動增益控制電路 (AGC電路），利用輸出電流或輸出的電壓幅度通過數字電位器來控制第二級放大器的比例 電阻。
[0037] 本實施例放大電路3的工作原理：
[0038] 耦合電容的簡單計算公式：
[0039]
【權利要求】
1. 一種主動觸控筆，其特徵在於，包括： 與電容屏接觸出產生耦合電容，同時將耦合電容感應到的耦合電壓差或耦合電流傳遞 給放大電路的導電筆尖； 將筆尖的輸入變換到與耦合電壓差成比例的同相電壓信號並輸出的放大電路，所述放 大電路的增益帶寬至少為10MHz ; 用於連接放大電路的輸出和平板電腦的外殼、大地或人體的輸出部分； 為放大電路供電的電源供給電路。
2. 根據權利要求1所述的一種主動觸控筆，其特徵在於：所述放大電路的增益帶寬為 40-80MHZ。
3. 根據權利要求1所述的一種主動觸控筆，其特徵在於：所述放大電路浮地。
4. 根據權利要求1所述的一種主動觸控筆，其特徵在於：所述放大電路由一個同相積 分器和一個同相放大電路構成，其中同相積分器的輸入與所述導電筆尖連接，輸出與同相 放大電路的輸入連接，同相放大電路將同相積分器的輸出同相放大並傳遞到所述輸出部 分。
5. 根據權利要求1所述的一種主動觸控筆，其特徵在於：所述放大電路由兩個反相運 算放大器電路構成，其中第一個反相運算放大器電路的輸入與所述導電筆尖連接，輸出與 第二個反相運算放大器電路的輸入連接，第二個反相運算放大器電路將第一反相運算放大 器電路的輸出反相放大並傳遞到所述輸出部分。
6. 根據權利要求1所述的一種主動觸控筆，其特徵在於：通過增益控制電路控制放大 電路的增益比例。
7. 根據權利要求1所述的一種主動觸控筆，其特徵在於：所述的電源供給電路為不帶 充電的乾電池供電電路或帶充電的蓄電池供電電路或不帶電池的直接由外部電源供電的 電壓轉換電路，所述蓄電池充電電路包括有線充電電路和無線充電電路。
8. 根據權利要求1所述的一種主動觸控筆，其特徵在於：所述輸出部分為設置在筆桿 外殼上的金屬套或金屬部分。
9. 根據權利要求1所述的一種主動觸控筆，其特徵在於：所述導電筆尖部分或全部包 裹有絕緣的材料。
10. 根據權利要求1所述的一種主動觸控筆，其特徵在於：所述輸出部分和電源供給部 分直接通過線纜與平板電腦的電源接口相連。
【文檔編號】G06F3/0354GK104111741SQ201410381605
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年8月5日 優先權日:2014年8月5日
【發明者】李睿, 韓建宇, 馬森 申請人:李睿