本發(fā)明涉及觸控裝置，尤其涉及一種具有壓感控制功能的電容筆和觸控屏。

背景技術(shù)：

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，諸如便攜式移動(dòng)設(shè)備的電子設(shè)備與人們的生活越發(fā)密切相關(guān)。這種便攜式移動(dòng)設(shè)備可以接收用戶的輸入，并根據(jù)該輸入來執(zhí)行用戶期望的功能。作為接收用戶輸入的輸入裝置，觸控裝置以其體積小、重量輕、易于操作的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。

觸控裝置主要分為兩種，電阻式觸控裝置和電容式觸控裝置。電阻式觸控裝置成本低、易于制造，但是只能支持單指操作。電容式觸控裝置的可操作性較強(qiáng)、支持多指功能，因而成為目前觸控裝置的首選。

電容觸控裝置包括電容觸控屏，電容觸控屏可以通過分布于其上的正交電容圖形來感知手指(或觸筆)觸摸引起的電容變化，從而測(cè)量觸摸位置和觸摸強(qiáng)度。電容觸控屏可以是位于電容觸控裝置前面的透明面板，也可以是不透明的人機(jī)交互板。

由于能被觸控屏感知的導(dǎo)電體需要較大的接觸面積，所以會(huì)造成定位不準(zhǔn)的問題，同時(shí)對(duì)筆的支持一直不是非常理想。因此，人們期待電容觸控裝置能支持筆的書寫，至少包括纖細(xì)筆頭、懸空感應(yīng)、精準(zhǔn)定位、壓感精確等功能。

主動(dòng)電容筆解決了上述問題，它是一種與電容觸控屏配合使用的電容筆。主動(dòng)電容筆可以發(fā)送與電容觸控屏同步的高壓脈沖信號(hào)，增強(qiáng)了電容感應(yīng)，從而可以減小接觸面積，同時(shí)細(xì)筆尖明顯增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)。

圖1示出了主動(dòng)電容筆與電容觸控裝置的工作原理的示意圖。

如圖1所示，觸控裝置包括：面板，其上配置有相互正交的用于收發(fā)信號(hào)的平行電容極板；發(fā)送電容極板，其設(shè)置在所述面板上，用于向外發(fā)送探測(cè)波；筆11，其通過筆頭接收面板發(fā)送的同步及命令信息，再通過筆尖向所述面板發(fā)送信號(hào)波；接收電容極板，其設(shè)置在所述面板上，用于接收所述發(fā)送電容極板的探測(cè)波和所述筆的信號(hào)波；模擬信號(hào)處理單元，其根據(jù)控制處理單元選擇的電容極板來發(fā)送相應(yīng)波形，或者預(yù)處理來自接收電容極板的信號(hào)；面板的控制處理單元14，其將預(yù)處理后的接收信號(hào)通過ad映射為數(shù)字信號(hào)，并通過處理得到觸摸位置，在筆為電容筆的情況下得到筆的位置以及筆回傳的信息。

隨著觸控屏的廣泛使用以及相關(guān)應(yīng)用的不斷推出，如何方便快捷地進(jìn)行輸入成為輸入裝置(例如電容筆)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。然而，目前的電容筆僅僅有筆尖壓力傳感器、上下按鍵和尾部按鈕幾個(gè)簡(jiǎn)單的硬件輸入部件，功能設(shè)計(jì)靈活性不高。而且，筆尖的壓力傳感器主要用于測(cè)量書寫壓力，而無法適用于需要不同壓感級(jí)的應(yīng)用，限制了電容筆的使用環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供的觸控裝置中的電容筆具備壓感控制功能，使電容筆能夠應(yīng)用于需要壓感級(jí)的應(yīng)用，豐富了電容筆的功能。

本發(fā)明的觸控裝置包括電容筆和觸控屏，所述電容筆包括：發(fā)射單元，其向所述觸控屏發(fā)射信號(hào)；按鍵單元，其位于所述電容筆的外表面并傳遞用戶所施加的壓力；壓力傳感單元，其位于所述按鍵單元下方，用于感測(cè)用戶所施加的壓力的大??；控制單元，其將所述壓力傳感單元感測(cè)到的壓力分為多個(gè)壓感級(jí)，并進(jìn)行控制，使得當(dāng)用戶對(duì)所述按鍵單元施加壓力時(shí)，所述發(fā)射單元向所述觸控屏發(fā)射與所述壓感級(jí)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，其中，響應(yīng)于所述發(fā)射單元發(fā)射的信號(hào)，所述觸控屏執(zhí)行與所述壓感級(jí)相對(duì)應(yīng)的操作。

優(yōu)選地，所述壓力傳感單元包括可變電容，并且，所述控制單元根據(jù)所述可變電容針對(duì)用戶施加的壓力的放電時(shí)間對(duì)所述壓力傳感器感測(cè)到的壓力大小進(jìn)行分級(jí)。

優(yōu)選地，所述控制單元包括比較器和計(jì)時(shí)器，所述比較器的第一輸入端連接所述可變電容的所述第一端，所述比較器的第二輸入端連接參考電壓，所述比較器的輸出端連接所述計(jì)時(shí)器。

優(yōu)選地，當(dāng)用戶對(duì)所述按鍵單元施加壓力時(shí)，所述控制單元控制所述可變電容進(jìn)行充放電，所述控制單元在所述可變電容充電到最大電壓時(shí)控制所述計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)所述可變電容的所述第一端的電壓低于所述參考電壓時(shí)停止計(jì)時(shí)，從而計(jì)算出所述可變電容在該壓力下的放電時(shí)間。

優(yōu)選地，所述控制單元將所述可變電容的放電時(shí)間均勻地分為多個(gè)放電時(shí)間區(qū)間，并將每個(gè)放電時(shí)間區(qū)間順序地映射到所述多個(gè)壓感級(jí)。

優(yōu)選地，所述控制單元將所述可變電容針對(duì)不同壓力的放電時(shí)間與所述壓感級(jí)相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)。

優(yōu)選地，所述控制單元還包括調(diào)制器，所述發(fā)射單元包括發(fā)射電路和筆尖，所述調(diào)制器按照約定協(xié)議對(duì)所述壓感級(jí)進(jìn)行幅度調(diào)制或頻率調(diào)制，所述發(fā)射電路將調(diào)制后的波形放大后經(jīng)所述筆尖耦合至所述觸控屏。

優(yōu)選地，所述觸控屏執(zhí)行的與所述壓感級(jí)相對(duì)應(yīng)的操作包括以不同的速度翻閱所顯示的內(nèi)容，其中，壓感級(jí)越高，翻閱的速度越快。

優(yōu)選地，所述觸控屏執(zhí)行的與所述壓感級(jí)相對(duì)應(yīng)的操作包括選取所述觸控屏的不同范圍，其中，壓感級(jí)越高，選取的范圍越大。

優(yōu)選地，所述觸控屏的不同范圍包括以所述電容筆與所述觸控屏的接觸點(diǎn)為圓心的圓形區(qū)域，其中，壓感級(jí)越高，所述圓形區(qū)域的半徑越大。

附圖說明

圖1是觸控裝置的工作原理的示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施方式的電容筆的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3示出了本發(fā)明的電容筆的電路連接示意圖；

圖4是本發(fā)明的電容筆的電路圖；

圖5是本發(fā)明的電容筆的放電時(shí)間-壓感級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖；

圖6是本發(fā)明的觸控裝置的第一實(shí)施方式；

圖7是本發(fā)明的觸控裝置的第二實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明提供的電容筆進(jìn)行詳細(xì)描述。在這些附圖中，對(duì)于相同或者相當(dāng)?shù)臉?gòu)成要素，標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)。以下僅為本發(fā)明的電容筆的最佳實(shí)施方式，本發(fā)明并不僅限于下述結(jié)構(gòu)。

首先參照?qǐng)D2和3說明本發(fā)明的電容筆的結(jié)構(gòu)。

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施方式的電容筆的結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施方式的電容筆的電路連接示意圖。

如圖2和圖3所示，本發(fā)明的觸控裝置的電容筆10包括：發(fā)射單元102，其向觸控屏發(fā)射信號(hào)；按鍵單元104，其位于電容筆10的外表面并傳遞用戶所施加的壓力；壓力傳感單元106，其位于按鍵單元104下方，用于感測(cè)用戶所施加的壓力的大?。豢刂茊卧?08，其將壓力傳感單元106感測(cè)到的壓力分為多個(gè)壓感級(jí)，并進(jìn)行控制，使得當(dāng)用戶對(duì)按鍵單元104施加壓力時(shí)，發(fā)射單元102向觸控屏發(fā)射與壓感級(jí)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，其中，響應(yīng)于發(fā)射單元102發(fā)射的信號(hào)，觸控屏執(zhí)行與壓感級(jí)相對(duì)應(yīng)的操作。

下面結(jié)合圖4說明本發(fā)明的電容筆的詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)。

圖4是本發(fā)明的觸控裝置的電容筆的電路圖。

如圖4所示，可變電容400和電阻器402構(gòu)成了圖2中的壓力傳感單元106。比較器404和計(jì)時(shí)器406構(gòu)成了圖2中的控制單元108。可變電容的第一端連接至比較器404的第一輸入端4040，可變電容的第二端接地g。并且，比較器404的第二輸入端4042連接參考電壓vref。計(jì)時(shí)器406通過計(jì)算可變電容針對(duì)用戶施加的壓力的放電時(shí)間來獲取壓力傳感器106感測(cè)到的壓力大小。

另外，如圖4所示，控制單元108還包括cpu408，其執(zhí)行控制單元108的計(jì)算和處理功能。

下面說明如何計(jì)算放電時(shí)間。

在電容筆10與觸控屏20之間的每個(gè)通信周期內(nèi)，cpu408控制對(duì)可變電容的第一端充電，如圖4中的箭頭a所示，并保持一段時(shí)間，當(dāng)可變電容400充電到最大電壓值時(shí)，停止充電。然后，cpu408控制對(duì)可變電容放電，如圖4中的箭頭b所示，同時(shí)，cpu408指示計(jì)時(shí)器406從可變電容充電到最大電壓時(shí)開始計(jì)時(shí)。比較器404比較可變電容400的實(shí)時(shí)電壓與參考電壓vref的大小，并在可變電容400的電壓低于參考電壓vref時(shí)，向cpu408發(fā)送表示“可變電容的實(shí)時(shí)電壓低于參考電壓vref”的信號(hào)，cpu408在接收到表示“可變電容的實(shí)時(shí)電壓低于參考電壓vref”的信號(hào)后，控制計(jì)時(shí)器406停止計(jì)時(shí)，并從計(jì)時(shí)器406處獲得可變電容400的放電時(shí)間.

然后，cpu408根據(jù)放電時(shí)間所屬的放電時(shí)間區(qū)間，對(duì)放電時(shí)間進(jìn)行解析。

如圖5所示，放電時(shí)間被分為n+1個(gè)放電時(shí)間區(qū)間t0到tn，相應(yīng)地，存在n個(gè)壓感級(jí)1到n。

例如，如果cpu408接收到的放電時(shí)間落在t0與t1之間，則cpu408將放電時(shí)間解析為壓感級(jí)1。如果cpu408接收到的放電時(shí)間落在t1與t2之間，則cpu408將放電時(shí)間解析為壓感級(jí)2，以此類推。

返回圖4，控制單元108還包括調(diào)制器410。發(fā)射電路412和筆尖414構(gòu)成了圖2中的發(fā)射單元102。調(diào)制器410按照約定的協(xié)議對(duì)cpu408解析出的壓感級(jí)進(jìn)行調(diào)制，例如可以為幅度調(diào)制或者頻率調(diào)制，并發(fā)送給發(fā)射電路412。發(fā)射電路412將調(diào)制器410發(fā)送來的信號(hào)放大，并經(jīng)過筆尖414耦合到觸控屏20。

需要注意，在圖4中還示出了印制電路板pcb416，并且比較器404、計(jì)時(shí)器406、cpu408和調(diào)制器410都安裝在pcb416上。當(dāng)然這僅是示例性的，可以根據(jù)電容筆的設(shè)計(jì)來更改圖4中的結(jié)構(gòu)。

另外，調(diào)制器410可以是脈沖寬度調(diào)制pwm模塊。

觸控屏20根據(jù)通信協(xié)議解析出對(duì)應(yīng)的壓感級(jí)，并執(zhí)行與壓感級(jí)相對(duì)應(yīng)的操作。

下面參照?qǐng)D6和圖7說明本發(fā)明的具備壓感控制功能的觸控裝置的兩個(gè)實(shí)施方式。

圖6是本發(fā)明的觸控裝置的第一實(shí)施方式。

在第一實(shí)施方式中，用戶通過對(duì)電容筆的按鍵施加壓力來控制在觸控屏上閱讀時(shí)的翻閱速度。

當(dāng)用戶在觸控屏上閱讀pdf、word或網(wǎng)頁等內(nèi)容時(shí)，常常需要用觸筆或手指來翻閱，但觸筆和手指翻閱時(shí)，對(duì)翻閱速度不容易控制。然而，現(xiàn)實(shí)中，用戶對(duì)于感興趣的內(nèi)容可能想要慢慢品味，這時(shí)需要翻閱的速度很慢，對(duì)于需要上下聯(lián)系起來查閱的內(nèi)容則需要來回閱讀，這時(shí)則需要翻閱的速度很快，而此時(shí)用觸筆或手指時(shí)就需要來回滑動(dòng)很多次，效率很低。

如圖6所示，電容筆10具有：位于電容筆10的外表面上的第一按鍵1040和第二按鍵1042；位于第一按鍵1040和第二按鍵1042下方的壓力傳感單元106；承載壓力傳感單元106的pcb416。

用戶利用電容筆10在觸控屏20上執(zhí)行翻閱操作。這里，用戶可以任意設(shè)定利用第一按鍵1040和第二按鍵1042中的哪個(gè)按鍵來執(zhí)行翻閱并控制翻閱速度。按下該鍵，就執(zhí)行翻閱。當(dāng)需要改變翻閱速度時(shí)，只需改變作用于按鍵上的壓力即可。

例如，用戶設(shè)定了利用第一按鍵1040來執(zhí)行翻閱并控制翻閱速度。這種情況下，如果需要正常的翻閱速度，例如，用戶在正常地閱讀觸控屏20上顯示的內(nèi)容，則每次需要翻頁時(shí)，用戶用筆尖點(diǎn)擊觸控屏20的表面一次。當(dāng)然，這種情況下，也可以設(shè)定為通過快速按下并抬起第一按鍵1040來實(shí)現(xiàn)正常的翻閱。

如果需要較慢的翻閱速度，例如，用戶看到了自己感興趣的內(nèi)容，則用戶以較小的力度按壓第一按鍵1040，如圖中的箭頭p所示。

如上所述，此時(shí)cpu408解析出對(duì)應(yīng)的較低壓感級(jí)，并控制發(fā)射單元102向觸控屏20發(fā)送經(jīng)調(diào)制的波形。觸控屏20接收到該波形后，執(zhí)行與該較低壓感級(jí)相對(duì)應(yīng)的操作，即，以較慢的速度顯示翻閱效果。

另外，對(duì)于翻閱方向，例如向前翻頁或向后翻頁，可以利用電容 筆10的筆尖在觸控屏20的表面上滑過的方向，或者在觸控屏20的表面上點(diǎn)擊的位置來確定。

另一方面，對(duì)于用戶需要較快的翻閱速度的情形，例如，用戶要向前翻頁多次來尋找相關(guān)內(nèi)容，則用戶以較大的力度按壓第一按鍵1040，同時(shí)在觸控屏20的表面上滑過或者點(diǎn)擊。

如上所述，此時(shí)cpu408解析出對(duì)應(yīng)的較高壓感級(jí)，并控制發(fā)射單元102向觸控屏20發(fā)送經(jīng)調(diào)制的波形。觸控屏20接收到該波形后，執(zhí)行與該較高壓感級(jí)相對(duì)應(yīng)的操作，即，以較快的速度顯示翻閱效果。

圖7是本發(fā)明的觸控裝置的第二實(shí)施方式。

在第二實(shí)施方式中，用戶通過對(duì)電容筆的按鍵施加壓力來控制在觸控屏上選取的范圍的大小。

為了在觸控屏上選擇一個(gè)特定范圍的區(qū)域，現(xiàn)有技術(shù)的電容筆的用戶需要在使電容筆在觸控屏的表面上滑動(dòng)的過程中一直按住選取按鍵。這在一定程度上給用戶造成了使用不便。

本發(fā)明的電容筆通過改變壓感的大小來控制選取范圍的大小，因此可以方便快捷地確定選取范圍，提高了選取速度、準(zhǔn)確性。

如圖7所示，與第一實(shí)施方式類似，電容筆10具有：位于電容筆10的表面處的第一按鍵1040和第二按鍵1042；位于第一按鍵1040和第二按鍵1042下方的壓力傳感單元106；承載壓力傳感單元106的pcb416。

用戶利用電容筆10在觸控屏20上執(zhí)行范圍選取操作。這里，用戶可以任意設(shè)定利用第一按鍵1040和第二按鍵1042中的哪個(gè)按鍵來執(zhí)行范圍選取。使電容筆10的筆尖接觸觸控屏20的表面上的某點(diǎn)，此時(shí)按下該鍵，改變作用于按鍵上的壓力即可控制選取范圍的大小。

例如，用戶設(shè)定了利用第二按鍵1042來執(zhí)行范圍選取操作。

當(dāng)用戶想要選取觸控屏20上的特定區(qū)域時(shí)，例如，畫圖應(yīng)用中選取某個(gè)區(qū)域后提取顏色，則用戶使電容筆10的筆尖與觸控屏20的表面接觸，這時(shí)，筆尖與觸控屏20接觸的位置是用戶想要選取的區(qū)域的中心。

用戶然后按壓電容筆10的第二按鍵1042，隨著按壓的壓力p逐漸變大，cpu408解析出的壓感級(jí)變高。cpu408控制發(fā)射單元102向觸控屏20發(fā)送經(jīng)調(diào)制的波形。觸控屏20接收到該波形后在其顯示表面上顯示的選取范圍也會(huì)依據(jù)約定協(xié)議變大。

例如，參見圖7，當(dāng)用戶將電容筆10的筆尖接觸觸控屏20的表面時(shí)，通過以不同的力度按下第二按鍵1042，可以在觸控屏20的表面上選擇不同大小的選取范圍，例如圖7中以筆尖為中心的多個(gè)同心圓q。半徑由小變大的這一組同心圓q對(duì)應(yīng)用戶對(duì)第二按鍵1042施加的由小變大的壓力。

利用本發(fā)明的電容筆10，選取時(shí)不用滑動(dòng)筆，只需將筆尖放在需要被選取區(qū)域的中心位置，按壓按鍵，通過控制對(duì)按鍵施加的力的大小即可完成對(duì)所需區(qū)域的選取。

以上通過第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的觸控裝置進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)注意，可以將第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式組合，即，將電容筆10的第一按鍵1040和第二按鍵1042中的一個(gè)按鍵設(shè)置成控制翻閱速度，另一個(gè)按鍵設(shè)置成控制區(qū)域選取。

本發(fā)明的觸控裝置的電容筆10具有壓感控制功能，能夠?qū)⒂脩羰┘拥膲毫D(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的壓感級(jí)，并在觸控屏20上執(zhí)行與壓感級(jí)相對(duì)應(yīng)的操作，增大了電容筆10的應(yīng)用范圍，提高了人機(jī)互動(dòng)的效果，提高了用戶使用的便捷性。

以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)。這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。