主動(dòng)電容筆及其傾角檢測(cè)方法、電容式觸控屏以及觸控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種主動(dòng)電容筆及其傾角檢測(cè)方法、電容式觸控屏與觸控系統(tǒng)。所述主動(dòng)電容筆與電容式觸控屏交互通信，包括：第一電極和第二電極，用于與所述電容式觸控屏進(jìn)行通信；以及控制器，用于控制所述第一電極和所述第二電極與所述電容式觸控屏進(jìn)行通信；所述控制器根據(jù)所述第一電極和第二電極同時(shí)分別接收到的來自所述電容式觸控屏的信號(hào)，確定主動(dòng)電容筆的傾角。本發(fā)明能夠獲取主動(dòng)電容筆的傾角，結(jié)構(gòu)和電路簡(jiǎn)單，定位精度高，提高了傾角檢測(cè)的通用性。
【專利說明】
主動(dòng)電容筆及其傾角檢測(cè)方法、電容式觸控屏以及觸控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電容觸控技術(shù)，尤其涉及一種主動(dòng)電容筆及主動(dòng)電容筆的傾角檢測(cè)方 法，以及與主動(dòng)電容筆通信的電容式觸控屏及觸控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電容式觸控技術(shù)已成為目前主流的觸控技術(shù)，而主動(dòng)電容筆作為與電容式觸控屏 配套使用的電容筆，其內(nèi)配置有電源及相應(yīng)的控制電路，可以主動(dòng)發(fā)送信號(hào)，與只能接收信 號(hào)的被動(dòng)電容筆相比，具有筆尖細(xì)、定位精度高、可交互等優(yōu)點(diǎn)，并且相比手指書寫更加符 合人們使用筆這種輸入工具的使用習(xí)慣。
[0003] 在使用主動(dòng)電容筆書寫的過程中，可以檢測(cè)主動(dòng)電容筆的姿態(tài)，即其與觸控屏接 觸表面之間的方位角和傾角，根據(jù)檢測(cè)得到的姿態(tài)信息確定并調(diào)整主動(dòng)電容筆的位置信 息，例如，根據(jù)傾角信息修正筆尖的位置、改變筆尖輸入軌跡的粗細(xì)進(jìn)而改變主動(dòng)電容筆的 輸入特性等等，從而使主動(dòng)電容筆的書寫效果更加接近于真實(shí)的書寫筆。
[0004] 目前，檢測(cè)主動(dòng)電容筆姿態(tài)常用的方法是在主動(dòng)電容筆中增加慣性測(cè)量單元 (Inertial measurement unit，簡(jiǎn)稱IMU)，例如陀螺儀、加速度計(jì)等。這種方式可以檢測(cè)出 傾角，但由于主動(dòng)電容筆繞軸旋轉(zhuǎn)角度的不固定，無法判斷所述主動(dòng)電容筆的方位角，即筆 相對(duì)于觸控屏表面的傾角的朝向。而且增加MU器件會(huì)導(dǎo)致功耗及成本的增加。
[0005] 此外，存在通過設(shè)置多個(gè)感應(yīng)器件來感知不同方向信號(hào)強(qiáng)度來判斷所述主動(dòng)電容 筆的姿態(tài)的技術(shù)。然而該類技術(shù)的缺點(diǎn)是，需要采用環(huán)繞在一起的多個(gè)感應(yīng)器件，并且每 個(gè)感應(yīng)器件都連接到相應(yīng)的控制電路，結(jié)構(gòu)和電路都比較復(fù)雜。同時(shí)，利用筆尖周圍的多個(gè) 朝向不同的感應(yīng)器件來發(fā)射信號(hào)，以此模擬手指的感應(yīng)方式，定位精度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明在考慮現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷的基礎(chǔ)上，提供一種主動(dòng)電容筆及其傾角檢測(cè) 方法、電容觸控屏以及觸控系統(tǒng)，其檢測(cè)精度高，且進(jìn)一步地，該傾角檢測(cè)方法可針對(duì)不同 廠家生產(chǎn)的主動(dòng)電容筆在電容式觸控屏上通用，即，該主動(dòng)電容筆及其傾角檢測(cè)方法具有 檢測(cè)精度和通用性均提高了的有益效果。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種與電容式觸控屏交互通信的主動(dòng)電容筆，包括:第 一電極，用于與所述電容式觸控屏進(jìn)行通信；第二電極，用于與所述電容式觸控屏進(jìn)行通 信;控制器，用于控制所述第一電極和所述第二電極與所述電容式觸控屏進(jìn)行通信;其中， 所述控制器根據(jù)所述第一電極和第二電極同時(shí)分別接收到的來自所述電容式觸控屏的信 號(hào)，確定主動(dòng)電容筆的傾角。
[0008] 進(jìn)一步地，所述控制器根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的所述第一電極接收的來自所述電容式觸控 屏的信號(hào)和所述第二電極接收的來自所述電容式觸控屏的信號(hào)之間的相對(duì)值與所述主動(dòng) 電容筆的傾角的映射關(guān)系，以確定所述主動(dòng)電容筆的傾角。
[0009] 進(jìn)一步地，所述控制器通過控制切換開關(guān)切換所述第一電極、所述第二電極與所 述電容式觸控屏之間的通信。
[001 0]進(jìn)一步地，所述切換開關(guān)包括第一切換開關(guān)和第二切換開關(guān);其中，所述第一切換 開關(guān)用以接通所述第一電極或第二電極，所述第二切換開關(guān)用以同時(shí)接通所述第一電極和 第二電極。
[0011] 進(jìn)一步地，所述第二電極為所述主動(dòng)電容筆的筆尖，所述第一電極為環(huán)繞所述筆 尖設(shè)置的圓環(huán)或線圈。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于與上述任一主動(dòng)電容筆通信的電容式觸控 屏，其特征在于，包括:發(fā)送及接收模塊，用于向所述主動(dòng)電容筆發(fā)送信息及接收來自主動(dòng) 電容筆發(fā)送的信息；以及控制器，用于控制所述發(fā)送及接收模塊向所述主動(dòng)電容筆發(fā)送信 息及接收來自主動(dòng)電容筆發(fā)送的信息，以使得所述第一電極和第二電極同時(shí)接收來自發(fā)送 及接收模塊發(fā)送的信號(hào)，從而使所述主動(dòng)電容筆能夠計(jì)算所述傾角。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明第三方面，提供一種觸控系統(tǒng)，包括:上述任一主動(dòng)電容筆和所述電容 式觸控屏。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明第四方面，提供一種利用主動(dòng)電容筆與電容式觸控屏之間的交互通信 檢測(cè)主動(dòng)電容筆傾角的方法，所述主動(dòng)電容筆包括第一電極、第二電極和控制器，該方法包 括：由所述控制器控制所述第一電極和第二電極同時(shí)分別接收所述電容式觸控屏發(fā)送的信 號(hào)；由所述控制器根據(jù)所述第一電極和第二電極同時(shí)分別接收到的來自所述電容式觸控屏 的信號(hào)來確定主動(dòng)電容筆的傾角。
[0015] 進(jìn)一步地，所述控制器根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的所述第一電極接收的來自所述電容式觸控 屏的信號(hào)和所述第二電極接收的來自電容式觸控屏的信號(hào)之間的相對(duì)值與所述主動(dòng)電容 筆的傾角的映射關(guān)系，以確定所述主動(dòng)電容筆的傾角。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的上述方案可知，本發(fā)明能夠獲取主動(dòng)電容筆的傾角，不需要增加慣 性測(cè)量單元，主動(dòng)電容筆的結(jié)構(gòu)和電路都比較簡(jiǎn)單，利用主動(dòng)電容筆的第一電極或第二電 極作為發(fā)射電極來發(fā)射位置信息，定位精度高，且在計(jì)算主動(dòng)電容筆的傾角時(shí)，與主動(dòng)電容 筆的兩電極之間的距離無關(guān)，因此不同廠家生產(chǎn)的主動(dòng)電容筆在電容式觸控屏上的傾角 是固定的，提高了主動(dòng)電容筆的通用性。
[0017] 以下結(jié)合本發(fā)明的附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的方案進(jìn)一步說明，本發(fā)明的有 益效果將進(jìn)一步明確。
【附圖說明】
[0018] 此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，其說 明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0019] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明主動(dòng)電容筆的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的主動(dòng)電容筆傾斜輸入時(shí)產(chǎn)生的電容耦合示意圖。
[0021] 圖3a為在由電容筆和觸控表面構(gòu)成的三維空間中電容筆與觸控表面所形成的傾 角和方位角的示意圖；圖3b為傾角在二維平面內(nèi)的示意圖；以及圖3c為方位角在XY平面內(nèi) 的示意圖。
[0022]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式的主動(dòng)電容筆的工作原理示意圖。
[0023]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的主動(dòng)電容筆的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
[0024] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的主動(dòng)電容筆的工作原理的時(shí)序圖。
[0025] 圖7a-圖7e示出了主動(dòng)電容筆的不同位置及姿態(tài)時(shí)電容式觸控屏的電極上的電 壓;其中，圖7a_7b示出了主動(dòng)電容筆位于某個(gè)電極的中間位置時(shí)的情形；圖7c-圖7e示出 了主動(dòng)電容筆位于兩電極之間的情形。
[0026] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的檢測(cè)主動(dòng)電容筆姿態(tài)信息的方法流程圖。
[0027] 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的與主動(dòng)電容筆通信的電容式觸控屏的結(jié)構(gòu) 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例及 相應(yīng)的附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一 部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做 出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例提供的主動(dòng)電容筆，能夠與電容式觸控屏進(jìn)行通信。所述主動(dòng)電容 筆包括第一電極、第二電極和控制器。其中，第一電極、第二電極用于分別與電容式觸控屏 進(jìn)行通信?？刂破饔糜诳刂扑龅谝浑姌O和所述第二電極與電容式觸控屏分別進(jìn)行通信。 所述控制器能夠根據(jù)所述第一電極和第二電極在同一時(shí)間分別接收到的來自電容式觸控 屏的信號(hào)來確定主動(dòng)電容筆的傾角并將所述傾角的值發(fā)送給電容式觸控屏，并且所述第一 電極和第二電極能夠在所述控制器的控制下分別向電容式觸控屏發(fā)送信號(hào)，以使得電容式 觸控屏能根據(jù)第一電極和第二電極發(fā)送的信號(hào)確定該主動(dòng)電容筆的方位角。進(jìn)一步，所述 電容筆還可以包括切換開關(guān)，用于對(duì)第一電極、第二電極與電容式觸控屏的通信進(jìn)行切換 控制。
[0030] 具體地，第一電極用于接收電容式觸控屏發(fā)送的第一指令，此時(shí)，第一電極作為接 收電極接收第一指令，控制器解析第一指令后由第二電極作為發(fā)射電極發(fā)出第一導(dǎo)向信 息。之后，第一電極接收電容式觸控屏發(fā)送的第二指令，此時(shí)，第一電極作為接收電極接收 第二指令，控制器解析第二指令后控制第一電極由接收電極切換為發(fā)射電極，此時(shí)，第一電 極作為發(fā)射電極發(fā)射發(fā)出第二導(dǎo)向信息。再之后，第一電極和第二電極作為接收電極同時(shí) 分別接收電容式觸控屏發(fā)送的第三指令，控制器解析第三指令并獲得主動(dòng)電容筆的傾角 后，由第二電極作為發(fā)射電極發(fā)出傾角信息。
[0031] 其中，第一導(dǎo)向信息和第二導(dǎo)向信息是由主動(dòng)電容筆向電容式觸控屏發(fā)出的響 應(yīng)信號(hào)，為一個(gè)固定波形，以電容耦合方式發(fā)送到電容式觸控屏?xí)r，會(huì)引起電容式觸控屏的 電極上電壓的變化。根據(jù)該電壓的變化，電容式觸控屏能夠獲得發(fā)出第一導(dǎo)向信息的第二 電極的在電容式觸控屏上的坐標(biāo)位置以及發(fā)出第二導(dǎo)向信息的第一電極的在電容式觸控 屏上的坐標(biāo)位置，電容式觸控屏根據(jù)第一電極的位置和第二電極的位置能夠獲得主動(dòng)電容 筆的方位角，對(duì)此在下文中將詳細(xì)描述。
[0032] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解，雖然此處說明第二電極發(fā)出第一導(dǎo)向信息和第一電極 發(fā)出第二導(dǎo)向信息是有時(shí)間上的先后，但間隔時(shí)間很短，從而使得可以認(rèn)為第一導(dǎo)向信息 與第二導(dǎo)向信息基本上是同時(shí)獲得的，在這之間電容筆基本沒有移動(dòng)或移動(dòng)幅度極小，從 而可以精確確定電容筆的方位。
[0033]為獲得主動(dòng)電容筆相對(duì)電容式觸控屏的傾角，在電容式觸控屏發(fā)送請(qǐng)求主動(dòng)電容 筆傾角的第三指令后，所述第一電極和第二電極能同時(shí)分別作為接收電極接收來自電容式 觸控屏發(fā)送的傾角信號(hào)，主動(dòng)電容筆內(nèi)的控制器基于獲得的第一電極和第二電極所接收的 兩路信號(hào)的相對(duì)值關(guān)系，根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的所述第一電極接收的來自電容式觸控屏的信號(hào)和 所述第二電極接收的來自電容式觸控屏的信號(hào)之間的相對(duì)值與所述主動(dòng)電容筆的傾角的 映射關(guān)系，能夠獲得所述主動(dòng)電容筆的傾角的大小。
[0034]為了獲得精確的傾角值，優(yōu)選第一電極和第二電極同時(shí)分別接收電容式觸控屏發(fā) 送來的所述信號(hào)以計(jì)算所述傾角。然而所述領(lǐng)域的技術(shù)人員可以了解，第一電極和第二電 極也可以在間隔時(shí)間極短的不同時(shí)刻分別接收從電容式觸控屏發(fā)送來的信號(hào)以計(jì)算所述 傾角。在這之間電容筆基本沒有移動(dòng)或移動(dòng)幅度極小，從而可以精確確定電容筆的傾角值。
[0035] 在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，第二電極可以為主動(dòng)電容筆的筆尖，第一電極可 以為距離筆尖預(yù)設(shè)距離且環(huán)繞主動(dòng)電容筆設(shè)置的圓環(huán)。此時(shí)，第一指令為請(qǐng)求獲取筆尖的 位置信息指令，第二指令為請(qǐng)求獲取圓環(huán)的位置信息指令，第三指令為請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容 筆傾角的信息指令。相應(yīng)的，第一導(dǎo)向信息為用于獲得筆尖的位置的信息，第二導(dǎo)向信息為 用于獲得圓環(huán)的位置的信息。
[0036] 或者，根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，第一電極可以為主動(dòng)電容筆的筆尖，第二電 極可以為距離筆尖預(yù)設(shè)距離且環(huán)繞主動(dòng)電容筆設(shè)置的圓環(huán)。此時(shí)，第一指令為請(qǐng)求獲取圓 環(huán)的位置信息指令，第二指令為請(qǐng)求獲取筆尖的位置信息指令，第三指令為請(qǐng)求獲取主動(dòng) 電容筆傾角信息指令。相應(yīng)的，第一導(dǎo)向信息為用于獲得圓環(huán)的位置的信息，第二導(dǎo)向信息 為用于獲得筆尖的位置的信息。
[0037] 此外，根據(jù)本發(fā)明的一些具體實(shí)施例，前述環(huán)繞主動(dòng)電容筆設(shè)置的圓環(huán)也可為線 圈形式，只要其能夠?qū)崿F(xiàn)與電容式觸控屏之間的信息的發(fā)送和接收即可。
[0038] 以下將以第二電極為主動(dòng)電容筆的筆尖，第一電極為主動(dòng)電容筆的圓環(huán)為實(shí)施例 對(duì)本發(fā)明方案予以詳述。此時(shí)，第一指令為請(qǐng)求獲取筆尖的位置信息指令，第二指令為請(qǐng)求 獲取圓環(huán)的位置信息指令，第三指令為請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆傾角的信息指令，第一導(dǎo)向信 息為用于獲得筆尖的位置的信息，第二導(dǎo)向信息為用于獲得圓環(huán)的位置的信息。
[0039] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明主動(dòng)電容筆S的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述主動(dòng)電容筆包 括筆尖1、位于筆尖1上方距離筆尖1預(yù)設(shè)距離的構(gòu)成主動(dòng)電容筆本體的一部分的圓環(huán)2以及 構(gòu)成主動(dòng)電容筆本體的另一部分的筆外殼3、切換開關(guān)(未圖示）以及控制器4。標(biāo)記"5"指代 電容式觸控屏（未示出）的觸控表面。筆尖1的材料為導(dǎo)電材料，例如導(dǎo)電塑料，例如TPU (Thermoplastic polyurethanes，名稱為熱塑性聚氨酯彈性體橡膠）、P0M (Polyformaldehyde，名稱為聚甲醛)等。圓環(huán)2的材料也為導(dǎo)電材料，例如為導(dǎo)電金屬材 料。但圓環(huán)2、筆尖1、及筆外殼3之間相互保持絕緣。具體來說，圓環(huán)2距離筆尖1 一定距離，圓 環(huán)2以環(huán)形結(jié)構(gòu)圍繞主動(dòng)電容筆設(shè)置，相鄰環(huán)形結(jié)構(gòu)中間設(shè)置有絕緣層，從而實(shí)現(xiàn)筆尖1與 圓環(huán)2的電絕緣。圓環(huán)2與筆外殼3之間設(shè)置絕緣材料可以實(shí)現(xiàn)圓環(huán)2與筆外殼3的電絕緣。筆 外殼3(如圖1)的材料優(yōu)選導(dǎo)電材料，如導(dǎo)電塑料，從而在使用時(shí)與人手可以電連接，形成接 地回路。
[0040] 主動(dòng)電容筆通常利用筆尖1以電容耦合的方式向電容式觸控屏發(fā)射信號(hào)，利用圓 環(huán)2以電容耦合的方式接收來自電容式觸控屏的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)與電容式觸控屏的交互通信。筆 尖1通常為一根有限長(zhǎng)度的細(xì)棒。由于筆尖1的設(shè)計(jì)限制，其與電容式觸控屏的電極之間的 耦合電容較小，并且隨著筆尖1與電極之間的距離加大而顯著下降，從而有助于獲知筆尖1 的位置。但是，當(dāng)主動(dòng)電容筆由垂直變?yōu)閮A斜于電容式觸控屏?xí)r，由于筆尖1相對(duì)較為細(xì)小， 所以筆尖1與相鄰近感應(yīng)電極之間的耦合電容并無明顯變化，從而難于據(jù)此獲知主動(dòng)電容 筆的傾角及方位角。
[0041] 圖2示出了當(dāng)主動(dòng)電容筆在電容式觸控屏上傾斜輸入時(shí)產(chǎn)生的電容耦合示意圖。 如圖2所示，相對(duì)于筆尖1所在的感應(yīng)電極6,感應(yīng)電極7為一相鄰感應(yīng)電極。電容C1為筆尖1 與感應(yīng)電極7之間的耦合電容，電容C2為圓環(huán)2與感應(yīng)電極7之間的耦合電容。由于圓環(huán)2的 表面積遠(yuǎn)大于筆尖1，所以耦合電容C2遠(yuǎn)大于耦合電容C1。因此如果用圓環(huán)2來發(fā)射導(dǎo)向信 號(hào)，容易檢測(cè)多個(gè)相鄰電極的信號(hào)強(qiáng)度，從而可以獲知主動(dòng)電容筆的方位角。
[0042] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供的主動(dòng)電容筆，利用圓環(huán)2作為接收電極接收電容式 觸控屏發(fā)送的請(qǐng)求筆尖1和圓環(huán)2的位置信息的命令，利用筆尖1作為發(fā)射電極向電容式觸 控屏發(fā)送可以用于計(jì)算筆尖1的位置的反饋信號(hào)來檢測(cè)筆尖1的在觸控屏上的坐標(biāo)位置。并 且，當(dāng)收到電容式觸控屏發(fā)送的請(qǐng)求圓環(huán)2的位置信息的命令后，將圓環(huán)2切換為發(fā)射電極 發(fā)送可以用于計(jì)算圓環(huán)的位置的第二導(dǎo)向信號(hào)來檢測(cè)圓環(huán)2在觸控屏上的坐標(biāo)的位置。電 容式觸控屏能夠根據(jù)計(jì)算出的筆尖1的坐標(biāo)位置信息和圓環(huán)2的坐標(biāo)位置信息來計(jì)算主動(dòng) 電容筆的方位角。
[0043]為獲得主動(dòng)電容筆相對(duì)電容式觸控屏的傾角，根據(jù)電容式觸控屏發(fā)出的第三指 令，筆尖1及圓環(huán)2能同時(shí)分別作為接收電極接收來自電容式觸控屏發(fā)送的請(qǐng)求主動(dòng)電容筆 傾角的命令信號(hào)，主動(dòng)電容筆內(nèi)的控制器基于獲得的筆尖1和圓環(huán)2所接收的兩路信號(hào)的相 對(duì)值關(guān)系，根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的筆尖1接收的來自電容式觸控屏的信號(hào)和圓環(huán)2接收的來自電容 式觸控屏的信號(hào)之間的相對(duì)值與主動(dòng)電容筆的傾角的一一映射關(guān)系，能夠確定電容筆的傾 角的大小。
[0044] 需要指出的是，以上描述中對(duì)各指令的限定僅為示例性的，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員可 以了解，主動(dòng)電容筆可以自動(dòng)向電容式觸控屏發(fā)送導(dǎo)向信號(hào)，而非必然在電容式觸控屏的 指令之后才發(fā)送信號(hào)；又或者在收到電容式觸控屏的一個(gè)指令后即可陸續(xù)發(fā)送第一、第二 導(dǎo)向信號(hào)等等。并且進(jìn)一步地，為了獲得精確的傾角值，筆尖1和圓環(huán)2優(yōu)選同時(shí)分別接收電 容式觸控屏發(fā)送來的所述命令，以計(jì)算所述傾角。以下結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0045] 本發(fā)明所述"方位角"是指主動(dòng)電容筆傾斜的方向即主動(dòng)電容筆相對(duì)于觸控屏傾 斜的方向，換言之，即為主動(dòng)電容筆相對(duì)于觸控屏的傾角方向，該傾角方向包括向左傾角或 者向右傾角。方位角也是主動(dòng)電容筆的朝向，為主動(dòng)電容筆在電容式觸控屏表面上的投影 相對(duì)于電容式觸控屏表面坐標(biāo)軸的方向。本發(fā)明所述"傾角"是指所述主動(dòng)電容筆與電容式 觸控屏表面的垂線的夾角。
[0046] 圖3a_3c示出了在坐標(biāo)系中所述主動(dòng)電容筆與電容式觸控屏表面之間的相對(duì)位 置關(guān)系，其中圖3a為在由主動(dòng)電容筆和電容式觸控屏表面構(gòu)成的三維空間中主動(dòng)電容筆與 電容式觸控表面所形成的傾角和方位角的示意圖；圖3b為傾角在二維平面內(nèi)的示意圖；以 及圖3c為方位角在XY平面內(nèi)的示意圖。如圖3a所示，設(shè)電容式觸控表面為XY平面，當(dāng)主動(dòng)電 容筆S相對(duì)于電容式觸控屏的觸控表面5傾斜時(shí)，在觸控表面5上的投影與X軸的夾角，即方 位角表示為9,主動(dòng)電容筆S與觸控表面5的垂線的夾角，即傾角表示為〇。
[0047] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式的主動(dòng)電容筆的工作原理示意圖。如圖4所 示，所述主動(dòng)電容筆包括上述筆尖1和圓環(huán)2,切換開關(guān)8以及控制器4。其中，圓環(huán)2接收電容 式觸控屏發(fā)送的請(qǐng)求獲取筆尖的位置信息指令，控制器4解析該請(qǐng)求獲取筆尖的位置信息 指令后，由筆尖1作為發(fā)射電極向電容式觸控屏發(fā)出用于獲得筆尖的位置的信息。之后，圓 環(huán)2接收電容式觸控屏發(fā)送的請(qǐng)求獲取圓環(huán)的位置信息指令，控制器4解析該請(qǐng)求獲取圓環(huán) 的位置信息指令后，切換開關(guān)8切換圓環(huán)2作為發(fā)射電極向電容式觸控屏發(fā)出用于獲得圓環(huán) 的位置的信息。據(jù)此，電容式觸控屏根據(jù)上述用于獲得筆尖位置的信息和用于獲得圓環(huán)位 置的信息獲得主動(dòng)電容筆的方位角。
[0048] 電容式觸控屏向主動(dòng)電容筆發(fā)送請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆的傾角信息指令，同時(shí)切換 開關(guān)8控制接通筆尖1和圓環(huán)2使其同時(shí)作為接收電極接收該請(qǐng)求指令，控制器4解析該請(qǐng)求 指令后獲取主動(dòng)電容筆的傾角信息后，控制切換開關(guān)8接通筆尖1，由筆尖1作為發(fā)射電極向 電容式觸控屏發(fā)送傾角信息。
[0049] 此處，切換開關(guān)的設(shè)置僅為示例性的，其切換功能顯然也可通過控制器的控制功 能實(shí)現(xiàn)。具體地，例如，由控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)第一電極或第二電極上所接收信號(hào)的選擇，或控制 第一電極和第二電極信號(hào)的發(fā)送。以下以包括如圖5所示的切換開關(guān)為例進(jìn)行說明。
[0050] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的主動(dòng)電容筆的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。如圖5所示， 主動(dòng)電容筆包括筆尖1、圓環(huán)2、切換開關(guān)、控制器4、第一處理電路11、第二處理電路12和發(fā) 射增益電路。切換開關(guān)優(yōu)選包括第一切換開關(guān)SW1和第二切換開關(guān)SW2。第一處理電路11優(yōu) 選包括順次相連的放大及濾波電路、積分電路、ADC電路以及一端與放大及濾波電路電連接 的解碼電路。第二處理電路12優(yōu)選包括順次相連的放大及濾波電路、積分電路和ADC電路。
[0051] 如圖5所示，第一切換開關(guān)SW1共有四個(gè)端點(diǎn)，第一端與筆尖連接，第二端與圓環(huán)連 接，第三端與控制器4連接，第四端與發(fā)射增益電路的一端連接。第二切換開關(guān)SW2共有三個(gè) 端點(diǎn)，第一端與筆尖連接，第二端連接圓環(huán)2和控制器4,第三端與第二處理電路12中的放大 及濾波電路的一端連接。第一處理電路11中的放大及濾波電路的一端與圓環(huán)2連接，第一處 理電路11中的解碼電路的另一端及ADC電路的另一端分別與控制器4連接，第二處理電路12 中的ADC電路的另一端與控制器4連接，發(fā)射增益電路的另一端與控制器4連接。
[0052]在本實(shí)施例中，第一處理電路11用以對(duì)圓環(huán)2接收到的來自電容式觸控屏的第一 指令、第二指令和第三指令進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理，并將處理后的信號(hào)發(fā)送給控制器4進(jìn)行解 析，第二處理電路12用以對(duì)筆尖1接收到的來自電容式觸控屏的第三指令進(jìn)行相應(yīng)的處理， 并將處理后的信號(hào)發(fā)送至控制器4進(jìn)行解析，其中，放大及濾波電路用于對(duì)電容式觸控屏發(fā) 送的第一指令、第二指令和第三指令進(jìn)行放大并濾波，以降低電容式觸控屏中電源、顯示器 等周圍環(huán)境噪聲對(duì)主動(dòng)電容筆的影響，解碼電路用于對(duì)電容式觸控屏發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行解 碼，其可以合成在控制器中作為控制器的一部分，也可以作為獨(dú)立存在的電路設(shè)置在主動(dòng) 電容筆中，發(fā)射增益電路用于對(duì)筆尖或圓環(huán)向電容式觸控屏發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行放大。
[0053]此外，所述主動(dòng)電容筆優(yōu)選包括壓力傳感器(如圖5所示），用于檢測(cè)主動(dòng)電容筆 承受的壓力，并轉(zhuǎn)換為壓力感應(yīng)信號(hào)，從而根據(jù)該壓力感應(yīng)信號(hào)進(jìn)一步控制書寫筆跡的粗 細(xì)、色彩的濃淡等。
[0054]在本實(shí)施例中的利用主動(dòng)電容筆和電容式觸控屏之間的交互通信檢測(cè)主動(dòng)電容 筆姿態(tài)的方法中，由所述主動(dòng)電容筆的控制器控制第一電極和第二電極同時(shí)接收所述電容 式觸控屏發(fā)送的信號(hào)；由所述主動(dòng)電容筆的控制器根據(jù)所述第一電極和第二電極同時(shí)分別 接收到的來自所述電容式觸控屏的信號(hào)來確定主動(dòng)電容筆的傾角;并且由所述控制器控制 所述第一電極和第二電極分別向所述電容式觸控屏發(fā)送信號(hào)，由所述電容式觸控屏根據(jù)所 發(fā)送的信號(hào)確定所述主動(dòng)電容筆的方位角。具體地，第一切換開關(guān)SW1用以接通筆尖1或圓 環(huán)2,第二切換開關(guān)SW2用以同時(shí)接通筆尖1和圓環(huán)2,同時(shí)控制器4控制斷開第一切換開關(guān) SW1。具體來說，第一切換開關(guān)SW1在控制器檢測(cè)到電容式觸控屏發(fā)送的第一指令為用于獲 得筆尖的位置信息的指令時(shí)切換接通筆尖，并在控制器4檢測(cè)到電容式觸控屏發(fā)送的第二 指令為用于獲得圓環(huán)的位置信息的指令時(shí)切換接通圓環(huán)，也就是說，第一切換開關(guān)SW1根據(jù) 電容式觸控屏發(fā)送的請(qǐng)求獲取筆尖1或圓環(huán)2的位置信息指令接通相應(yīng)的筆尖1或圓環(huán)2,第 二切換開關(guān)SW2在控制器4檢測(cè)到電容式觸控屏發(fā)送的第三指令為請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆的 傾角信息指令時(shí)閉合以接通筆尖1和圓環(huán)2,同時(shí)第一切換開關(guān)SW1斷開。下面，將結(jié)合圖6對(duì) 本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測(cè)主動(dòng)電容筆的傾角和方位角的具體流程進(jìn)行描述。
[0055] 在圖6中，SWITCH1表示第一切換開關(guān)SW1上施加的電平信號(hào)，切換信號(hào)SWITCH1為 高電平表示第一切換開關(guān)SW1接筆尖1，此時(shí)筆尖1作為發(fā)射電極，切換信號(hào)SWITCH1為低電 平表示第一切換開關(guān)SW1接圓環(huán)2,此時(shí)圓環(huán)2作為發(fā)射電極，切換信號(hào)SWITCH1為方格陰影 表示第一切換開關(guān)SW1斷開，此時(shí)筆尖1和圓環(huán)2均不向電容式觸控屏發(fā)送信號(hào)。SWITCH2表 示第二切換開關(guān)SW2上施加的電平信號(hào)，切換信號(hào)SWITCH2為高電平表示第二切換開關(guān)SW2 閉合，切換信號(hào)SWITCH2為低電平表示第二切換開關(guān)SW2斷開;TP表示電容式觸控屏上的發(fā) 送或接收到的信號(hào)，MCU表示主動(dòng)電容筆中控制器發(fā)送或接收到的信號(hào)，CONE表示圓環(huán)2上 發(fā)送或接收到的信號(hào)，TIP表示筆尖1上發(fā)送或接收到的信號(hào)，其中，向左傾斜線7"表示電 容式觸控屏向主動(dòng)電容筆發(fā)送信號(hào)，向右傾斜線'"表示主動(dòng)電容筆向電容式觸控屏發(fā)送 信號(hào)。
[0056] 以下結(jié)合圖6詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例中檢測(cè)主動(dòng)電容筆的傾角和方位角的具體流 程。需要指出的是，下面對(duì)所述切換開關(guān)及各指令的描述如上文所述，僅為示例性的。
[0057] S1:電容式觸控屏中的觸控控制器通過觸控傳感器向主動(dòng)電容筆發(fā)送第一指令， 該第一指令為請(qǐng)求獲取筆尖的位置信息指令TP1，此指令TP1通過圓環(huán)2被主動(dòng)電容筆接收， 此時(shí)，圓環(huán)2作為接收電極。
[0058] S2:控制器解析請(qǐng)求獲取筆尖的位置信息指令TP1，并在時(shí)刻T1通過筆尖1發(fā)出響 應(yīng)信號(hào)ACK，此時(shí)，筆尖1作為發(fā)射電極。并繼而，第一切換開關(guān)SW1在控制器檢測(cè)到主動(dòng)電容 筆接收到筆尖的位置信息指令時(shí)切換接通筆尖1，通過筆尖1向電容式觸控屏發(fā)送第一導(dǎo)向 信息，電容式觸控屏利用該第一導(dǎo)向信息計(jì)算筆尖1的位置信息，此外，筆尖1還可以同時(shí)向 電容式觸控屏發(fā)送壓力感應(yīng)數(shù)據(jù)。圖6中，筆尖1向電容式觸控屏連續(xù)發(fā)出兩個(gè)數(shù)據(jù)包PK1和 PK2。其中，第一導(dǎo)向信息(Pilot信息)是由主動(dòng)電容筆向電容式觸控屏發(fā)出響應(yīng)信號(hào)，為一 個(gè)固定波形，以電容耦合方式發(fā)送到電容式觸控屏?xí)r，會(huì)引起電容式觸控屏的電極上電壓 的變化。根據(jù)該電壓的變化，電容式觸控屏計(jì)算筆尖1的位置，下文將具體描述。
[0059] S3:電容式觸控屏向主動(dòng)電容筆發(fā)送第二指令，該第二指令為請(qǐng)求獲取圓環(huán)的位 置信息指令TP2,此指令TP2通過圓環(huán)2被主動(dòng)電容筆接收，此時(shí)，圓環(huán)2作為接收電極。
[0060] S4:控制器4解析該指令TP2,當(dāng)控制器解析出第二指令TP2為請(qǐng)求獲取圓環(huán)的位置 信息指令時(shí)，控制第一切換開關(guān)SW1上施加的切換信號(hào)SWITCH1由高電平變?yōu)榈碗娖?，即?制器控制第一切換開關(guān)SW1接通圓環(huán)，此時(shí)由圓環(huán)2作為發(fā)射電極向電容式觸控屏發(fā)出響應(yīng) 信號(hào)ACK。
[0061] S5:電容式觸控屏接收來自圓環(huán)2的響應(yīng)信號(hào)ACK，并繼而，通過圓環(huán)2向電容式觸 控屏發(fā)出第二導(dǎo)向信息，電容式觸控屏利用該第二導(dǎo)向信息計(jì)算圓環(huán)的位置信息。在本步 驟中，控制器在解析第二指令TP2后控制圓環(huán)1由作為接收第二指令TP2的接收電極切換為 發(fā)射電極向電容式觸控屏發(fā)出響應(yīng)信號(hào)和第二導(dǎo)向信息。圓環(huán)2向電容式觸控屏發(fā)出的第 二導(dǎo)向信息使電容式觸控屏上的電極的電壓發(fā)生變化，根據(jù)該電壓變化可以計(jì)算圓環(huán)2的 在電容式觸控屏上的坐標(biāo)位置。進(jìn)而，結(jié)合步驟S2中筆尖1的位置信息，電容式觸控屏可計(jì) 算得到主動(dòng)電容筆的方位角。下文將具體描述。
[0062] S6:經(jīng)過一個(gè)時(shí)隙后，電容式觸控屏向主動(dòng)電容筆發(fā)送第三指令TP3,該第三指令 為請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆的傾角信息指令，控制器在檢測(cè)到第三指令TP3為請(qǐng)求獲取主動(dòng)電 容筆的傾角信息指令時(shí)控制第二開關(guān)SW2閉合以同時(shí)接通筆尖1和圓環(huán)2,同時(shí)控制第一切 換開關(guān)SW1斷開，此時(shí)，同時(shí)作為接收電極的筆尖1和圓環(huán)2在同一時(shí)刻分別接收該請(qǐng)求獲取 主動(dòng)電容筆的傾角信息指令TP3。
[0063] S7:經(jīng)過一個(gè)時(shí)隙后，控制器控制第一切換開關(guān)SW1上施加高電平，控制第二切換 開關(guān)SW2斷開，主動(dòng)電容筆將筆尖1和圓環(huán)2同時(shí)接收到的第三指令TP3,經(jīng)第一處理電路11 和第二處理電路12處理后傳送到控制器4。控制器4根據(jù)筆尖1和圓環(huán)2接收到的兩路電信 號(hào)，以及主動(dòng)電容筆中預(yù)先存儲(chǔ)的該兩路電信號(hào)與主動(dòng)電容筆的傾角的映射關(guān)系獲得主動(dòng) 電容筆的傾角，對(duì)此，下文將進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0064] 步驟S8:經(jīng)過，例如一個(gè)時(shí)隙后，主動(dòng)電容筆通過筆尖1向電容式觸控屏發(fā)出傾角 fg息。
[0065] 通過上述過程，電容式觸控屏即可獲得主動(dòng)電容筆的方位角和傾角，從而能夠確 定主動(dòng)電容筆的姿態(tài)，進(jìn)而電容式觸控屏利用該方位角數(shù)據(jù)及傾角數(shù)據(jù)對(duì)主動(dòng)電容筆的書 寫筆跡進(jìn)行修正等。
[0066] 在本實(shí)施例中，以步驟S1至步驟S8表示主動(dòng)電容筆與電容式觸控屏進(jìn)行通信以獲 取主動(dòng)電容筆姿態(tài)時(shí)的各步驟只是為了方便區(qū)分各步驟，而并非限定各步驟的先后順序， 在本發(fā)明的不同實(shí)施例中，各步驟可根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整先后順序。例如:可以先向電容式 觸控屏發(fā)送用于獲得圓環(huán)的位置的信息，再向電容式觸控屏發(fā)送用于獲得筆尖的位置的信 息，電容式觸控屏根據(jù)圓環(huán)和筆尖在電容式觸控屏上的坐標(biāo)位置信息獲得主動(dòng)電容筆的方 位角，之后再接收主動(dòng)電容筆發(fā)送的傾角;或者，電容式觸控屏也可以先接收主動(dòng)電容筆發(fā) 送的傾角，再根據(jù)主動(dòng)電容筆發(fā)送的用于獲得筆尖的位置的信息和用于獲得圓環(huán)的位置的 信息獲得主動(dòng)電容筆的方位角。并且各步驟之間的所述"經(jīng)過一個(gè)時(shí)隙"等也僅是示例性 的，各步驟的執(zhí)行時(shí)間間隔可以根據(jù)需要設(shè)置。
[0067] 以下對(duì)具體的方位角及傾角計(jì)算方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0068] 首先結(jié)合基于前面電容耦合的分析，可以認(rèn)為由于傾斜的影響，圓環(huán)2對(duì)電容式觸 控屏中相鄰電極的電容值改變會(huì)大于筆尖1對(duì)電容式觸控屏中相鄰電極的電容值改變。
[0069] 圖7a_7e示出了主動(dòng)電容筆在不同位置及姿態(tài)時(shí)電容式觸控屏的電極上的電壓； 其中，圖7a_7b示出了主動(dòng)電容筆位于某個(gè)電極的中間位置時(shí)的情形；圖7c_7e示出了主動(dòng) 電容筆位于兩電極之間的情形。
[0070] 如圖7a-7b所示，圖中示出了電容式觸控屏中三個(gè)相鄰的電極E0、El和E2，為了簡(jiǎn) 單起見，先假定主動(dòng)電容筆位于電極E1的中間位置，電極E1左右相鄰電極為E0、E2。圖7a為 主動(dòng)電容筆垂直于電容式觸控屏的觸控表面的情形，圖7b為主動(dòng)電容筆與電容式觸控屏的 觸控表面成某個(gè)傾角的情形，但主動(dòng)電容筆仍然處于電極E1中間。
[0071] "TIP"為筆尖1作為發(fā)射電極時(shí)的檢測(cè)電壓。主動(dòng)電容筆垂直于電容式觸控屏的觸 控表面且筆尖1作為發(fā)射電極時(shí)，三個(gè)電極E0、E1和E2上的檢測(cè)電壓分別為￥0、￥1、￥2，主動(dòng) 電容筆傾斜于電容式觸控屏的觸控表面且筆尖1作為發(fā)射電極時(shí)，三個(gè)電極上E0、E1和E2的 檢測(cè)電壓分別為VT0、VT1、VT2。
[0072] "CONE"為圓環(huán)2作為發(fā)射電極時(shí)的檢測(cè)電壓，主動(dòng)電容筆垂直于電容式觸控屏的 觸控表面且圓環(huán)2作為發(fā)射電極時(shí)，三個(gè)電極上的檢測(cè)電壓分別為V0'、VI'、V2'；主動(dòng)電容 筆傾斜于電容式觸控屏的觸控表面且圓環(huán)2作為發(fā)射電極時(shí)時(shí)，三個(gè)電極上的檢測(cè)電壓分 另IJ為VT0 '、VT1'、VT2 '?？梢钥闯觯捎趦A斜，會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)電容筆與電極E2之間的耦合電容值 增加，由于電容的阻抗正比于l/j?C，所以在電極E2上感應(yīng)的檢測(cè)電壓會(huì)大于在電極E0上 感應(yīng)的檢測(cè)電壓。所以當(dāng)主動(dòng)電容筆傾斜時(shí)，在筆尖1和圓環(huán)2分別作為發(fā)射電極時(shí)在相鄰 電極E0和E2上的檢測(cè)電壓分別會(huì)出現(xiàn)電壓差值Deltal和Delta2。由于圓環(huán)2的面積較大，所 以其作為發(fā)射電極時(shí)相鄰電極E0和E2上檢測(cè)電壓的電壓差值也較大，從圖中可以看出 Delta2>Deltal。在相鄰電極上引起較大的電壓差異，更有利于獲取主動(dòng)電容筆的傾角。在 理想的設(shè)計(jì)中，可以使Deltal很小以至于忽略不計(jì)。
[0073] 另一種情況，如圖7c_7e所示，當(dāng)主動(dòng)電容筆的位置不處于電容式觸控屏的某個(gè)電 極之上，而是處于相鄰兩個(gè)電極之間，例如在電極E1和E2之間，這是種常見的情況。根據(jù)實(shí) 際情況，也可以選取大于3個(gè)電極，例如5個(gè)電極來計(jì)算位置及傾角。在圖7c-7e中仍以3個(gè) 電極為例進(jìn)行說明?？梢钥闯觯绻捎霉P尖1作為發(fā)射電極來發(fā)射信號(hào)，主動(dòng)電容筆傾斜 造成對(duì)電容式觸控屏中三個(gè)電極的檢測(cè)電壓的影響相對(duì)較小，而如果改為由圓環(huán)2作為發(fā) 射體來發(fā)射信號(hào)，則傾斜造成對(duì)電容式觸控屏中三個(gè)電極的檢測(cè)電壓的影響則較大。
[0074] 在步驟S2中，筆尖1向電容式觸控屏發(fā)送用于計(jì)算筆尖位置的信息，引起電容式觸 控屏上電極的電壓的變化，并在步驟S5中，由圓環(huán)2向電容式觸控屏發(fā)送用于計(jì)算圓環(huán)的位 置的信息，引起電容式觸控屏上電極的電壓的變化，電容式觸控屏據(jù)此可分別計(jì)算筆尖1和 圓環(huán)2的在觸控屏上的坐標(biāo)位置。
[0075] 具體地，以電容式觸控屏的觸控平面所在的X軸的計(jì)算為例。當(dāng)主動(dòng)電容筆相對(duì)于 電容式觸控屏的觸控表面傾斜時(shí)，取相鄰兩個(gè)電極的中心距離為L(zhǎng)，電極E1的中心坐標(biāo)為 XE1，則根據(jù)電極E1的中心坐標(biāo)和電極E1與相鄰兩個(gè)電極的檢測(cè)電壓，可以計(jì)算出筆尖1在圖 3a所示的XY平面的X坐標(biāo)為：
[0077]類似的，圓環(huán)2在XY平面的X坐標(biāo)可利用電極E1的中心坐標(biāo)和其作為發(fā)射電極時(shí)電 極E1與相鄰兩個(gè)電極的檢測(cè)電壓來計(jì)算：
[0079]此外，需要指出的是，實(shí)際中計(jì)算筆尖和圓環(huán)的坐標(biāo)位置有多種算法，例如根據(jù)出 現(xiàn)感應(yīng)電壓的觸控電極的圖形，以上列出經(jīng)驗(yàn)公式僅作為示例的，并不限制于本發(fā)明。 [0080]通過前述分析可知，筆尖作為發(fā)射電極時(shí)獲取的筆尖的位置坐標(biāo)相對(duì)準(zhǔn)確，因此， 在分別獲得筆尖和圓環(huán)的位置信息后，如圖3b所示，從圓環(huán)2在X軸上的位置坐標(biāo)處垂直于X 軸方向向上延伸一虛線，該虛線與主動(dòng)電容筆軸線相交于一點(diǎn)，該相交點(diǎn)距離筆尖1的長(zhǎng) 度為D，以該長(zhǎng)度D為參數(shù)，計(jì)算主動(dòng)電容筆的傾角：
[0082] 其中，A x，Ay分別為筆尖和圓環(huán)的X坐標(biāo)差和Y坐標(biāo)差?？梢钥闯?，上述方法獲得 的主動(dòng)電容筆的傾角與電容式觸控屏的相鄰電極之間的距離以及參數(shù)D有關(guān)，然而，在實(shí)際 應(yīng)用過程中，D的長(zhǎng)度并非一個(gè)固定值，而是與電容式觸控屏的傾角成某一函數(shù)關(guān)系。因此， 對(duì)于特定的主動(dòng)電容筆來說，上述計(jì)算主動(dòng)電容筆傾角的公式中相關(guān)參數(shù)是確定的，但是 當(dāng)不同廠家生產(chǎn)的主動(dòng)電容筆與電容式觸控屏配套使用時(shí)，利用上述方法計(jì)算得到的主動(dòng) 電容筆的傾角不同，從而影響對(duì)主動(dòng)電容筆的軌跡修正。
[0083] 為此，本發(fā)明提供一更優(yōu)實(shí)施例，分別獲取主動(dòng)電容筆的方位角和傾角。本發(fā)明基 于投射式電容式觸控屏，Y軸的電極排列與X軸的排列基本上一致，僅方向不同。根據(jù)前述方 法獲得筆尖1和圓環(huán)2在電容式觸控屏的觸控表面所在的平面中X坐標(biāo)的方法?？梢宰儞Q到Y(jié) 軸方向上計(jì)算，筆尖1和圓環(huán)2的Y軸坐標(biāo):Ytip和Ycone，在此不再贅述。
[0084] 該更優(yōu)實(shí)施例中，電容式觸控屏根據(jù)接收到的來自主動(dòng)電容筆的筆尖位置和圓環(huán) 位置獲取主動(dòng)電容筆的方位角，具體為利用筆尖和圓環(huán)分別在X軸和Y軸上的坐標(biāo)差計(jì)算主 動(dòng)電容筆的方位角，計(jì)算公式如下：
[0086] 其中，Ax為筆尖1和圓環(huán)2在X軸上的坐標(biāo)差；Ay為筆尖1和圓環(huán)2在Y軸上的坐標(biāo) 差。
[0087] 由此可以看出，該方位角與電容式觸控屏中相鄰電極的中心距離L以及參數(shù)D均 無關(guān)，因此不同廠家生產(chǎn)的不同結(jié)構(gòu)的主動(dòng)電容筆均可根據(jù)該方法獲得準(zhǔn)確的主動(dòng)電容筆 的方位角。
[0088] 在獲取主動(dòng)電容筆的傾角時(shí)，參見圖2,筆尖1與電容式觸控屏之間的電容為C1，圓 環(huán)2與為電容式觸控屏之間的電容為C2。當(dāng)電容式觸控屏向主動(dòng)電容筆發(fā)送請(qǐng)求主動(dòng)電容 筆傾角信息的第三指令時(shí)，控制器控制第二切換開關(guān)閉合，同時(shí)作為接收電極的筆尖1和圓 環(huán)2在同一時(shí)刻接收來自電容式觸控屏發(fā)送的第三指令，筆尖1和圓環(huán)2接收到兩路電信號(hào)， 該兩路信號(hào)分別經(jīng)過第一處理電路和第二處理電路進(jìn)行處理后發(fā)送到控制器。設(shè)兩路電信 號(hào)送入控制器后的信號(hào)值大小為Vt和Vc，兩路信號(hào)的信號(hào)值大小Vt和Vc分別與C1及C2相 關(guān)。
[0089] 由于筆尖和圓環(huán)被固定在主動(dòng)電容筆的固定位置，如果以筆尖與電容式觸控屏的 接觸點(diǎn)為原點(diǎn)，當(dāng)主動(dòng)電容筆被抬起時(shí)，主動(dòng)電容筆與電容式觸控屏之間形成的傾角?發(fā) 生變化，可以預(yù)期的是，筆尖與電容式觸控屏之間形成的電容C1，以及圓環(huán)與電容式觸控屏 之間形成的電容C2,會(huì)經(jīng)歷成比例的變化。相應(yīng)的，如果這時(shí)筆尖1和圓環(huán)2還是以電容耦合 的方式同時(shí)接收來自電容式觸控屏發(fā)送的同樣的信號(hào)，前述兩路信號(hào)的初始值Vt和Vc就會(huì) 相應(yīng)地改變?yōu)閂t' =ft(〇 )*Vt和Vc' =fc( 〇 )*Vc。因此，Vt'/Vc'就會(huì)成為ft( 〇 )*Vt/fc (O )*Vc，SPVt'/Vc' =Kft/c( 〇 )，其中，K = Vt/Vc。在這個(gè)公式中，Vt和Vc均已知，所以Vt'/ Vc'就僅隨ft(①）/fc(①）=ft/c(①）的變化而變化。這樣，如果事先已知ft(①）和fc(①）， 也即知道ft/c(?)，則當(dāng)所述主動(dòng)電容筆獲得筆尖和圓環(huán)收到的相應(yīng)的信號(hào)Vt'和Vc'時(shí)， 可以根據(jù)初始的Vt和Vc值，通過相應(yīng)計(jì)算獲得相應(yīng)的傾角〇。
[0090] 在實(shí)踐中，上述計(jì)算也可以省略。主動(dòng)電容筆在生產(chǎn)出來后，筆尖和圓環(huán)的材質(zhì)、 形狀、相隔的距離都已經(jīng)固定，相應(yīng)的初始的Vt和Vc值以及ft/c(〇)應(yīng)也均已固定。因此， 當(dāng)主動(dòng)電容筆生產(chǎn)出來后，可以通過實(shí)測(cè)得到主動(dòng)電容筆的傾角①與Vt'和Vc'的比值之間 的映射關(guān)系，并據(jù)此構(gòu)建查找表。因此，在檢測(cè)到筆尖和圓環(huán)所接收到的來自電容式觸控 屏的Vt'和Vc'后，根據(jù)預(yù)設(shè)的查找表，即可獲得相應(yīng)的傾角值。優(yōu)選地，將該查找的傾角發(fā) 送給電容式觸控屏。
[0091] 本發(fā)明實(shí)施例提供的主動(dòng)電容筆，能夠獲取主動(dòng)電容筆的方位角和傾角，不需要 增加慣性測(cè)量單元，主動(dòng)電容筆的結(jié)構(gòu)和電路都比較簡(jiǎn)單，利用主動(dòng)電容筆本身的第一電 極或第二電極作為發(fā)射電極來發(fā)射位置信息，定位精度高，且在計(jì)算主動(dòng)電容筆的傾角和 方位角時(shí)，與電容式觸控屏相鄰兩電極之間的距離無關(guān)，因此不同筆廠家在觸控屏上的方 位角和傾角是固定的，針對(duì)通用需求，如USI (Universal Stylus Initiative)組織提出的 不同廠家的主動(dòng)電容筆在不同廠家的觸控屏均能夠正常使用，從而滿足通用性的需求。
[0092] 基于上述技術(shù)方案，結(jié)合圖1至圖7對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的主動(dòng)電容筆的姿態(tài)檢測(cè) 方法進(jìn)行描述，在本實(shí)施例中，仍以第一電極為圓環(huán)，第二電極為筆尖為例進(jìn)行描述，圖8為 本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測(cè)主動(dòng)電容筆傾角的方法的流程圖，如圖8所示，所述方法包括：
[0093] 步驟S11、向所述主動(dòng)電容筆發(fā)送第一指令，由所述第一電極接收所述第一指令并 在所述第一指令被解析后由所述第二電極發(fā)送第一導(dǎo)向信息。
[0094] 在本步驟中，第一電極可以為圓環(huán)，第二電極可以為筆尖，第一指令為電容式觸控 屏發(fā)出的請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆筆尖的位置信息指令，第一導(dǎo)向信息為用于獲得筆尖的位置 的信息。電容式觸控屏向主動(dòng)電容筆發(fā)送請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆筆尖的位置信息指令，由圓 環(huán)作為接收電極接收該請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆筆尖的位置信息指令，當(dāng)控制器解析該請(qǐng)求獲 取主動(dòng)電容筆筆尖的位置信息指令后由筆尖作為發(fā)射電極發(fā)送用于獲得筆尖的位置的信 息。
[0095] 步驟S12、向所述主動(dòng)電容筆發(fā)送第二指令，由所述第一電極接收所述第二指令 并在所述第二指令被解析后將所述第一電極由接收電極切換為發(fā)射電極發(fā)送第二導(dǎo)向信 息。
[0096] 在本步驟中，第二指令為請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆圓環(huán)的位置信息指令，第二導(dǎo)向信 息為用于獲得圓環(huán)的位置的信息。電容式觸控屏向主動(dòng)電容筆發(fā)送請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆圓 環(huán)的位置信息指令，由圓環(huán)作為接收電極接收該第二指令，當(dāng)控制器解析該第二指令后，控 制第一切換開關(guān)接通圓環(huán)，由圓環(huán)作為發(fā)射電極向主動(dòng)電容筆發(fā)送用于獲得圓環(huán)的位置的 信息，在本步驟中，主動(dòng)電容筆中的控制器控制圓環(huán)由接收電極切換為發(fā)射電極。
[0097] 之后，電容式觸控屏根據(jù)電容式觸控屏發(fā)送的用于獲得筆尖的位置的信息和用于 獲得圓環(huán)的位置的信息獲取主動(dòng)電容筆的方位角。所述獲取方位角的計(jì)算方法在上述實(shí)施 例中進(jìn)行了詳細(xì)的描述，此處不再贅述。
[0098] 步驟S13、向所述主動(dòng)電容筆發(fā)送第三指令，由所述第一電極和所述第二電極接收 所述第三指令并在所述第三指令被解析后由所述第二電極發(fā)送傾角信息。
[0099] 在本步驟中，第三指令為請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆的傾角信息指令，當(dāng)控制器解析到 第三指令時(shí)，控制第二切換開關(guān)閉合，以同時(shí)接通筆尖和圓環(huán)，筆尖和圓環(huán)同時(shí)作為接收電 極接收該第三指令，經(jīng)過主動(dòng)電容筆中第一處理電路和第二處理電路的處理后獲得兩路電 信號(hào)，之后，控制器控制第一切換開關(guān)接通筆尖，控制第二切換開關(guān)斷開，由筆尖將兩路電 信號(hào)送入控制器中，控制器根據(jù)兩路電信號(hào)獲得主動(dòng)電容筆的傾角。具體地，控制器根據(jù)主 動(dòng)電容筆中預(yù)先存儲(chǔ)的兩路電信號(hào)之間的相對(duì)值與傾角之間的映射關(guān)系獲得主動(dòng)電容筆 的傾角。具體計(jì)算傾角的方法在上述實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)的描述，此處不再贅述。
[0100] 之后，由筆尖作為發(fā)射電極將所述傾角發(fā)送給電容式觸控屏。電容式觸控屏根據(jù) 接收到的方位角和傾角確定主動(dòng)電容筆的姿態(tài)。
[0101] 需要說明的是，以步驟S11至步驟S13來命名各步驟只是為了方便區(qū)分各步驟，而 并非限定各步驟的先后順序，如上文所述，在本發(fā)明的不同實(shí)施例中，各步驟可根據(jù)實(shí)際情 況來調(diào)整先后順序。例如:可以先向主動(dòng)電容筆發(fā)送第二指令，由所述第一電極接收所述第 二指令并在所述第二指令被解析后將所述第一電極由接收電極切換為發(fā)射電極發(fā)送第二 導(dǎo)向信息，再想主動(dòng)電容筆發(fā)送第一指令，由所述第一電極接收所述第一指令并在所述第 一指令被解析后由所述第二電極發(fā)送第一導(dǎo)向信息，電容式觸控屏根據(jù)第二導(dǎo)向信息和第 一導(dǎo)向信息獲得主動(dòng)電容筆的方位角，之后，向所述主動(dòng)電容筆發(fā)送第三指令，由所述第一 電極和所述第二電極接收所述第三指令并在所述第三指令被解析后由所述第二電極發(fā)送 傾角信息。
[0102] 或者，可以先向所述主動(dòng)電容筆發(fā)送第三指令，由所述第一電極和所述第二電極 接收所述第三指令并在所述第三指令被解析后由所述第二電極發(fā)送傾角信息，將傾角信息 發(fā)送給電容式觸控屏后，向所述主動(dòng)電容筆發(fā)送第一指令，由所述第一電極接收所述第一 指令并在所述第一指令被解析后由所述第二電極發(fā)送第一導(dǎo)向信息，之后向所述主動(dòng)電容 筆發(fā)送第二指令，由所述第一電極接收所述第二指令并在所述第二指令被解析后將所述第 一電極由接收電極切換為發(fā)射電極發(fā)送第二導(dǎo)向信息，電容式觸控屏根據(jù)第一導(dǎo)向信息和 第二導(dǎo)向信息獲得主動(dòng)電容筆的方位角。
[0103] 本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測(cè)主動(dòng)電容筆姿態(tài)的方法，能夠獲取主動(dòng)電容筆的方位角 和傾角，定位精度高，針對(duì)通用需求，如USI(Universal Stylus Initiative)組織提出的不 同廠家的主動(dòng)電容筆在不同廠家的觸控屏均能夠正常使用，從而滿足通用性的需求。
[0104] 本發(fā)明還提供了一種與上述實(shí)施例中提供的主動(dòng)電容筆通信的電容式觸控屏，包 括發(fā)送及接收模塊31，32,用于向所述主動(dòng)電容筆發(fā)送信息及接收來自主動(dòng)電容筆的信息； 控制器33,用于根據(jù)分別來自所述第一電極和第二電極的信息獲得所述主動(dòng)電容筆的方位 角；并且所述第一電極和第二電極同時(shí)接收來自發(fā)送及接收模塊發(fā)送的信號(hào)，以使得主動(dòng) 電容筆能夠計(jì)算所述傾角。以下結(jié)合圖9進(jìn)行具體描述。
[0105] 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的與主動(dòng)電容筆通信的電容式觸控屏的結(jié)構(gòu) 示意圖，如圖9所示，該電容式觸控屏包括：
[0106]發(fā)送模塊31，用于向主動(dòng)電容筆發(fā)送第一指令、第二指令和第三指令。
[0107]在本實(shí)施例中，仍以第一電極為圓環(huán)，第二電極為筆尖為例進(jìn)行描述，此時(shí)，第一 指令為電容式觸控屏發(fā)出的請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆第一電極的位置信息指令;第二指令為電 容式觸控屏發(fā)出的請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆第二電極的位置信息指令;第三指令為電容式觸控 屏發(fā)出的請(qǐng)求獲取主動(dòng)電容筆的傾角信息指令。
[0108] 接收模塊32,用于接收主動(dòng)電容筆根據(jù)第一指令、第二指令和第三指令發(fā)出的對(duì) 應(yīng)的第一導(dǎo)向信息、第二導(dǎo)向信息和傾角信息。
[0109] 其中，第一導(dǎo)向信息為用于獲得筆尖的位置的信息，第二導(dǎo)向信息為用于獲得圓 環(huán)的位置的信息。當(dāng)電容式觸控屏向主動(dòng)電容筆發(fā)送第一指令時(shí)，圓環(huán)作為接收電極接收 該第一指令，當(dāng)?shù)谝恢噶畋唤馕龊笥晒P尖作為發(fā)射電極發(fā)送用于獲得筆尖的位置的信息， 當(dāng)電容式觸控屏向主動(dòng)電容筆發(fā)送第二指令時(shí)，圓環(huán)作為接收電極接收該第二指令，當(dāng)?shù)?二指令被解析后切換為由圓環(huán)作為發(fā)射電極發(fā)射用于獲得圓環(huán)的位置的信息；當(dāng)電容式觸 控屏向主動(dòng)電容筆發(fā)送第三指令時(shí)，圓環(huán)和筆尖同時(shí)作為接收電極接收第三指令，根據(jù)圓 環(huán)和筆尖接收的兩路電信號(hào)獲得主動(dòng)電容筆的傾角，之后由筆尖作為發(fā)射電極向電容式 觸控屏發(fā)送傾角。
[0110] 控制器33,用于根據(jù)第一導(dǎo)向信息和第二導(dǎo)向信息獲得主動(dòng)電容筆的方位角。
[0111] 控制器根據(jù)主動(dòng)電容筆發(fā)送的圓環(huán)的位置信息和筆尖的位置信息獲取主動(dòng)電容 筆的方位角。
[0112] 在本實(shí)施例中，獲取方位角和傾角的方法可參照上述實(shí)施例中描述的方位角和傾 角的計(jì)算方法進(jìn)行理解，在本實(shí)施例中將不再贅述。
[0113] 本發(fā)明實(shí)施例提供的電容式觸控屏，能夠與主動(dòng)電容筆進(jìn)行通信，其能夠獲取主 動(dòng)電容筆的方位角和傾角，定位精度高，針對(duì)通用需求，如USI(Universal Stylus Initiative)組織提出的不同廠家的主動(dòng)電容筆在不同廠家的觸控屏均能夠正常使用，從 而滿足通用性的需求。
[0114] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種主動(dòng)電容觸控系統(tǒng)，包括上述任意實(shí)施例提供的主動(dòng)電 容筆和上述任意實(shí)施例提供的電容式觸控屏。
[0115] 本發(fā)明實(shí)施例提供的主動(dòng)電容筆、檢測(cè)主動(dòng)電容筆姿態(tài)的方法、與主動(dòng)電容筆通 信的電容式觸控屏及主動(dòng)電容觸控系統(tǒng)，能夠獲取主動(dòng)電容筆的方位角和傾角，不需要增 加慣性測(cè)量單元，主動(dòng)電容筆的結(jié)構(gòu)和電路都比較簡(jiǎn)單，利用主動(dòng)電容筆本身的第一電極 或第二電極作為發(fā)射電極來發(fā)射位置信息，定位精度高，且在計(jì)算主動(dòng)電容筆的方位角時(shí)， 與電容式觸控屏相鄰兩電極之間的距離無關(guān)，因此不同筆廠家在觸控屏上的方位角和傾角 是固定的，提高了主動(dòng)電容筆姿態(tài)檢測(cè)的通用性。
[0116] 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種與電容式觸控屏交互通信的主動(dòng)電容筆，其特征在于，包括： 第一電極，用于與所述電容式觸控屏進(jìn)行通信； 第二電極，用于與所述電容式觸控屏進(jìn)行通信；以及 控制器， 其中，所述控制器根據(jù)所述第一電極和第二電極同時(shí)分別接收到的來自所述電容式觸 控屏的信號(hào)，確定主動(dòng)電容筆的傾角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)電容筆，其特征在于，其中 所述控制器根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的所述第一電極接收的來自所述電容式觸控屏的信號(hào)和所 述第二電極接收的來自所述電容式觸控屏的信號(hào)之間的相對(duì)值與所述主動(dòng)電容筆的傾角 的映射關(guān)系，以確定所述主動(dòng)電容筆的傾角。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主動(dòng)電容筆，其特征在于，其中， 所述控制器通過控制切換開關(guān)切換所述第一電極、所述第二電極與所述電容式觸控屏 之間的通信。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的主動(dòng)電容筆，其特征在于， 所述切換開關(guān)包括第一切換開關(guān)和第二切換開關(guān)； 其中，所述第一切換開關(guān)用以接通所述第一電極或第二電極，所述第二切換開關(guān)用以 同時(shí)接通所述第一電極和第二電極。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主動(dòng)電容筆，其特征在于，其中， 所述第二電極為所述主動(dòng)電容筆的筆尖，所述第一電極為環(huán)繞所述筆尖設(shè)置的圓環(huán)或 線圈。6. -種用于與權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的主動(dòng)電容筆通信的電容式觸控屏，其特征在 于，包括： 發(fā)送及接收模塊，用于向所述主動(dòng)電容筆發(fā)送信息及接收來自主動(dòng)電容筆發(fā)送的信 息；以及 控制模塊，用于控制所述發(fā)送及接收模塊向所述主動(dòng)電容筆發(fā)送信息，以使得所述主 動(dòng)電容筆的第一電極和第二電極能同時(shí)分別接收來自發(fā)送及接收模塊發(fā)送的信號(hào)，從而使 所述主動(dòng)電容筆能夠計(jì)算所述主動(dòng)電容筆的傾角。7. -種觸控系統(tǒng)，其特征在于，包括:權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的主動(dòng)電容筆和權(quán)利要 求6所述的電容式觸控屏。8. -種利用主動(dòng)電容筆與電容式觸控屏之間的交互通信檢測(cè)主動(dòng)電容筆傾角的方法， 其特征在于，所述主動(dòng)電容筆包括第一電極、第二電極，該方法包括： 所述第一電極和第二電極同時(shí)分別接收所述電容式觸控屏發(fā)送的信號(hào)； 根據(jù)所述第一電極和第二電極同時(shí)分別接收到的來自所述電容式觸控屏的信號(hào)來確 定主動(dòng)電容筆的傾角。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，其中， 根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的所述第一電極接收的來自所述電容式觸控屏的信號(hào)和所述第二電極 接收的來自電容式觸控屏的信號(hào)之間的相對(duì)值與所述主動(dòng)電容筆的傾角的映射關(guān)系，以確 定所述主動(dòng)電容筆的傾角。
【文檔編號(hào)】G06F3/0354GK105912147SQ201610341710
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】魏江力, 向國(guó)威
【申請(qǐng)人】漢王科技股份有限公司