专利名称：电容屏触摸笔的制作方法
技术领域：
电容屏触摸笔技术领域[0001]本实用新型涉及触摸笔技术领域，特别是涉及一种电容屏触摸笔。
背景技术：
[0002]随着触摸技术和移动终端技术的发展，越来越多的移动终端采用触摸方式进行人机交互。目前移动终端所采用的触摸屏主要有电容式触摸屏和电阻式触摸屏两种，其中电容式触摸屏以其良好的清晰度、透光率和触感，得到了越来越多用户的青睐。移动终端目前应用最广泛的是手机和平板电脑。[0003]电容式触摸屏除了可以用手指直接触摸操作以外，还可以通过电容屏触摸笔替代手指进行触摸操作。电容屏触摸笔若要达到比较好的用户体验，就必须和真正的笔一样，依据手写用力大小产生笔迹粗细的效果。由此，在电容屏触摸笔的设计中就需要加入压力检测功能。[0004]目前有多种方法可以实现压力检测，例如通过光电检测、压电检测和压力电阻检测等。但上述方案均需要专门的传感器才能实现，成本较高，体积也较大。实用新型内容[0005]本实用新型针对现有技术的上述缺陷，提供一种电容屏触摸笔，采用电容检测原理，实现触摸操作时对电容屏触摸笔所受到的压力进行检测，方案简单可靠，灵敏度高，用户体验真实。[0006]本实用新型采用的技术方案是[0007]—种电容屏触摸笔，所述触摸笔包括笔本体、笔尖电极和感应电极，所述笔尖电极和感应电极设置于笔本体内，所述触摸笔还包括弹性垫片和压力检测电路，所述弹性垫片设置于笔尖电极和感应电极之间，笔尖电极和感应电极通过弹性垫片固定连接，所述笔尖电极受力时，使弹性垫片同时受力发生形变，所述压力检测电路检测笔尖电极与感应电极之间的电容，并将所述电容转换为笔尖电极所受到的压力指标。[0008]优选地，所述笔本体包括笔头和笔身，所述笔尖电极设置于笔头内，所述感应电极设置于笔身内，所述弹性垫片设置于笔身内，所述笔头和笔身之间设有一供笔尖电极移动穿过的笔尖电极通道。[0009]优选地，所述笔尖电极通道的形状与移动穿过所述笔尖电极通道的笔尖电极部分的截面形状类似。[0010]优选地，所述压力检测电路包括积分电路、采样电路、笔尖压力指标量化模块和压力数据输出模块，一激励信号与笔尖电极连接，所述笔尖电极与感应电极之间耦合，所述感应电极与积分电路、采样电路、笔尖压力指标量化模块和压力数据输出模块依次连接[0011]笔尖电极与感应电极之间产生互耦电容；[0012]积分电路将所述互耦电容信号幅值积分，并抑制噪声幅值；[0013]采样电路通过模数转换器将模拟信号采样为数字信号；[0014]笔尖压力指标量化模块根据所述数字信号进行运算，获取压力指标；[0015]压力数据输出模块输出所述压力指标。[0016]在本发明另一实施例中，所述压力检测电路包括前级放大器、带通滤波器、同步解调电路、低通滤波器、积分电路、采样电路、笔尖压力指标量化模块和压力数据输出模块，一激励信号与笔尖电极连接，所述笔尖电极与感应电极之间耦合，所述感应电极与前级放大器、带通滤波器、同步解调电路、低通滤波器、积分电路、采样电路、笔尖压力指标量化模块和压力数据输出模块依次连接[0017]笔尖电极与感应电极之间产生互耦电容；[0018]前级放大器将所述互耦电容进行阻抗变换和信号放大，捕捉微弱信号；[0019]带通滤波器滤除信号带宽范围外的噪声，提高信噪比；[0020]同步解调电路调制出与激励信号相关的信号；[0021]低通滤波器滤除非相关信号调制出来的噪声；[0022]积分电路将信号幅值积分，并抑制噪声幅值；[0023]采样电路通过模数转换器将模拟信号采样为数字信号；[0024]笔尖压力指标量化模块根据所述数字信号进行运算，获取压力指标；[0025]压力数据输出模块输出所述压力指标。[0026]优选地，所述激励信号由笔尖信号源提供。[0027]优选地，所述压力检测电路中的采样电路、笔尖压力指标量化模块和压力数据输出模块集成到芯片中，压力检测电路中的其他部分设置在电路板上；或者所述压力检测电路均集成到芯片中。[0028]优选地，所述弹性垫片由非导电材料制成。[0029]优选地，所述弹性垫片为橡胶垫。[0030]优选地,所述弹性垫片的截面形状为圆形,弹性垫片的厚度范围为O. I 3mm，人使用所述触摸笔时的正常压力给所述弹性垫片造成的形变距离范围为O. 05 O. 3mm。[0031]本实用新型通过在笔尖电极和感应电极之间设置弹性垫片，弹性垫片的主要作用是受力形变，与笔尖电极，感应电极一起形成一个压力传感器，触摸笔受力时由于弹性垫片形变，笔尖电极和感应电极之间的距离变化，导致两者之间的电容变化，而距离的变化量与笔尖电极所受压力大小成比例关系，因此电容的变化量与笔尖电极所受压力大小也成比例关系。通过压力检测电路检测笔尖电极与感应电极之间的电容，并将电容转换为笔尖电极所受到的压力指标，在不同的受力情况下其压力指标也不同。本实用新型采用电容检测原理，实现触摸操作时对电容屏触摸笔所受到的压力进行检测，方案简单可靠，灵敏度高，用户体验真实。
[0032]图I为本实用新型实施例I[0033]图2为本实用新型实施例I[0034]图3为本实用新型实施例I[0035]图4为本实用新型实施例2[0036]图标说明电容屏触摸笔在无压力时的结构示意图； 电容屏触摸笔在受压力时的结构示意图； 电容屏触摸笔中的压力检测电路框图； 电容屏触摸笔中的压力检测电路框图。[0037]I笔本体，11笔头，[0038]12笔身，13笔尖电极通道，[0039]2笔尖电极，3感应电极，[0040]4弹性垫片，5压力检测电路，[0041]51前级放大器，52带通滤波器，[0042]53同步解调电路，54低通滤波器，[0043]55积分电路，56采样电路，[0044]57笔尖压力指标量化模块，58压力数据输出模块。
具体实施方式
[0045]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0046]本实用新型实施例提供了一种电容屏触摸笔，该触摸笔包括笔本体、笔尖电极和感应电极，笔尖电极和感应电极设置于笔本体内，该触摸笔还包括弹性垫片和压力检测电路，弹性垫片设置于笔尖电极和感应电极之间，笔尖电极和感应电极通过弹性垫片固定连接，笔尖电极受力时，使弹性垫片同时受力发生形变，压力检测电路检测笔尖电极与感应电极之间的电容，并将电容转换为笔尖电极所受到的压力指标。[0047]本实用新型实施例采用电容检测原理，实现触摸操作时对电容屏触摸笔所受到的压力进行检测，方案简单可靠，灵敏度高，用户体验真实。[0048]实施例I :[0049]请参阅图I和图2所示，图I为本实用新型实施例I电容屏触摸笔在无压力时的结构示意图，图2为本实用新型实施例I电容屏触摸笔在受压力时的结构示意图。该电容屏触摸笔包括笔本体I、笔尖电极2、感应电极3、弹性垫片4和压力检测电路5。[0050]笔尖电极2和感应电极3设置于笔本体I内，本实施例中，笔本体I包括笔头11 和笔身12，笔尖电极2设置于笔头11内，感应电极3设置于笔身12内。弹性垫片4设置于笔身12内、笔尖电极2和感应电极3之间，笔尖电极2和感应电极3通过弹性垫片4固定连接，笔尖电极2受力时，使弹性垫片4同时受力发生形变。弹性垫片4由非导电材料制成，一般选用橡胶垫或其他类似的有弹性形变的垫片，优选地，本实施例中选用硅胶垫作为弹性垫片4。弹性垫片4的厚度范围为O. I 3_，人使用触摸笔时的正常压力给弹性垫片 4造成的形变距离范围为O. 05 O. 3mm，这样使用户的使用舒适度较好。弹性垫片4在无压力时，不产生形变；在笔尖电极2受压力时，弹性垫片4形变压缩，笔尖电极2和感应电极 3之间正对面距离变短，两者之间的电容减小，其距离的变化量与笔尖电极2受力大小成比例关系，通过检测该电容的变化即可计算出压力大小。弹性垫片4的形状一般为扁圆形，也即其截面形状为圆形，也可以制作成类似帽子一样的形状套在笔尖电极2的后端，只要是可以达到受力时进行弹性形变、撤去外力时完全恢复的效果的形状均可。[0051]感应电极3是固定在笔身12内的导电体，笔尖电极2可以沿触摸笔的长度方向移动(如图I和图2所示，触摸笔在左右方向上移动)，因此在笔头11和笔身12之间设有一供笔尖电极2移动穿过的笔尖电极通道13，当手写用力时，笔尖电极2沿受力方向移动，笔尖电极2通常不是一个规则的圆柱体，笔尖电极通道13的形状与移动穿过笔尖电极通道13 的笔尖电极2部分的截面形状类似。[0052]请同时参阅图3所示，图3为本实用新型实施例I电容屏触摸笔中的压力检测电路框图，压力检测电路5检测笔尖电极2与感应电极3之间的电容C，并将电容转换为笔尖电极2所受到的压力指标F。本实施例中，压力检测电路5包括积分电路55、采样电路56、 笔尖压力指标量化模块57和压力数据输出模块58。本实施例是采用互容方式来检测压力电容，因此需要激励信号，一激励信号与笔尖电极2连接，该激励信号为笔尖信号，由笔尖信号源提供，笔尖电极2与感应电极3之间稱合,感应电极3与积分电路55、米样电路56、 笔尖压力指标量化模块57和压力数据输出模块58依次连接。笔尖电极2与感应电极3之间产生互耦电容，也即待测压力电容；积分电路55将互耦电容信号幅值积分，并抑制噪声幅值；采样电路56通过模数转换器将模拟信号采样为数字信号；笔尖压力指标量化模块57 根据数字信号进行运算，获取压力指标；压力数据输出模块58输出压力指标。压力检测电路5中的采样电路56、笔尖压力指标量化模块57和压力数据输出模块58可以集成到芯片中，压力检测电路5中的其他部分设置在电路板上；或者将压力检测电路5的所有部分均集成到芯片中也是可行的。[0053]通过检测的电容C计算压力指标F的具体过程为[0054]笔尖电极与感应电极之间的电容C的计算公式为C = ε S/4nklClx ;因此，笔尖电极与感应电极之间的距离dx的计算公式(I)为[0055]dx = ε S/4IIk1C ；(I)[0056]其中，dx为笔尖电极与感应电极之间的距离，ε为笔尖电极与感应电极之间介质的介电常数，S为笔尖电极与感应电极的正对面积，ki为静电力常量，C为笔尖电极与感应电极之间的电容；ε、S和Ii1为常量，dx和C为变量，笔尖电极与感应电极之间的距离dx的变化，导致笔尖电极与感应电极之间的电容变化。[0057]笔尖电极所受到的压力指标F的计算公式(2)为[0058]F= (d-d0)/ ((^-(!0)/256) ；(2)[0059]其中，d为当前压力下笔尖电极与感应电极之间的距离，dQ为无压力时笔尖电极与感应电极之间的距离,(I1为最大压力时笔尖电极与感应电极之间的距离，256代表最大压力时的压力指标级别为256级；d0和Cl1为常量，F和d为变量。[0060]在检测到C后，将C代入公式(1)，通过公式⑴计算公式(2)中的d、d0和dl，再将计算出的d、d0和dl代入公式(2)，即可求得当前压力下的压力指标F。这样，可实现多级压力水平的检测。[0061]本实用新型实施例通过在笔尖电极和感应电极之间设置弹性垫片，弹性垫片的主要作用是受力形变，与笔尖电极，感应电极一起形成一个压力传感器，触摸笔受力时由于弹性垫片形变，笔尖电极和感应电极之间的距离变化，导致两者之间的电容变化，而距离的变化量与笔尖电极所受压力大小成比例关系，因此电容的变化量与笔尖电极所受压力大小也成比例关系。通过压力检测电路检测笔尖电极与感应电极之间的电容，并将电容转换为笔尖电极所受到的压力指标，在不同的受力情况下其压力指标也不同。本实用新型实施例采用电容检测原理，实现触摸操作时对电容屏触摸笔所受到的压力进行检测，方案简单可靠， 灵敏度高，用户体验真实，在使用时可以达到和真笔一样的依据手写用力大小产生笔迹粗细的效果。[0062]实施例2 [0063]本实施例与实施例I的区别在于压力检测电路5的组成。本实施例与实施例I相同的部分此处不再赘述，只描述不同的部分。[0064]请参阅图4所示，图4为本实用新型实施例2电容屏触摸笔中的压力检测电路框图。该压力检测电路5包括前级放大器51、带通滤波器52、同步解调电路53、低通滤波器 54、积分电路55、采样电路56、笔尖压力指标量化模块57和压力数据输出模块58。本实施例是采用互容方式来检测压力电容，因此需要激励信号，一激励信号与笔尖电极2连接，该激励信号为笔尖信号，由笔尖信号源提供，笔尖电极2与感应电极3之间耦合，感应电极2 与前级放大器51、带通滤波器52、同步解调电路53、低通滤波器54、积分电路55、采样电路 56、笔尖压力指标量化模块57和压力数据输出模块58依次连接。笔尖电极2与感应电极 3之间产生互耦电容；前级放大器51将互耦电容进行阻抗变换和信号放大，捕捉微弱信号； 带通滤波器52滤除信号带宽范围外的噪声，提高信噪比；同步解调电路53调制出与激励信号相关的信号；低通滤波器54滤除非相关信号调制出来的噪声；积分电路55将信号幅值积分，并抑制噪声幅值；采样电路56通过模数转换器将模拟信号采样为数字信号；笔尖压力指标量化模块57根据数字信号进行运算，获取压力指标；压力数据输出模块58输出压力指标。[0065]本实施例的压力检测电路5在实施例I的基础上，增加了前级放大器51、带通滤波器52、同步解调电路53和低通滤波器54，对电路进行了优化，使整个压力检测电路5的信号捕捉更灵敏，将噪声信号滤除，提高了信噪比。[0066]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种电容屏触摸笔，所述触摸笔包括笔本体、笔尖电极和感应电极，所述笔尖电极和感应电极设置于笔本体内，其特征在于，所述触摸笔还包括弹性垫片和压力检测电路，所述弹性垫片设置于笔尖电极和感应电极之间，笔尖电极和感应电极通过弹性垫片固定连接，所述笔尖电极受力时，使弹性垫片同时受力发生形变，所述压力检测电路检测笔尖电极与感应电极之间的电容，并将所述电容转换为笔尖电极所受到的压力指标。
2.根据权利要求I所述的触摸笔，其特征在于，所述笔本体包括笔头和笔身，所述笔尖电极设置于笔头内，所述感应电极设置于笔身内，所述弹性垫片设置于笔身内，所述笔头和笔身之间设有一供笔尖电极移动穿过的笔尖电极通道。
3.根据权利要求2所述的触摸笔，其特征在于，所述笔尖电极通道的形状与移动穿过所述笔尖电极通道的笔尖电极部分的截面形状类似。
4.根据权利要求I所述的触摸笔，其特征在于，所述压力检测电路包括积分电路、采样电路、笔尖压力指标量化模块和压力数据输出模块，一激励信号与笔尖电极连接，所述笔尖电极与感应电极之间耦合，所述感应电极与积分电路、采样电路、笔尖压力指标量化模块和压力数据输出模块依次连接 笔尖电极与感应电极之间产生互耦电容； 积分电路将所述互耦电容信号幅值积分，并抑制噪声幅值； 采样电路通过模数转换器将模拟信号采样为数字信号； 笔尖压力指标量化模块根据所述数字信号进行运算，获取压力指标； 压力数据输出模块输出所述压力指标。
5.根据权利要求I所述的触摸笔，其特征在于，所述压力检测电路包括前级放大器、带通滤波器、同步解调电路、低通滤波器、积分电路、采样电路、笔尖压力指标量化模块和压力数据输出模块，一激励信号与笔尖电极连接，所述笔尖电极与感应电极之间耦合，所述感应电极与前级放大器、带通滤波器、同步解调电路、低通滤波器、积分电路、采样电路、笔尖压力指标量化模块和压力数据输出模块依次连接 笔尖电极与感应电极之间产生互耦电容； 前级放大器将所述互耦电容进行阻抗变换和信号放大，捕捉微弱信号； 带通滤波器滤除信号带宽范围外的噪声，提高信噪比； 同步解调电路调制出与激励信号相关的信号； 低通滤波器滤除非相关信号调制出来的噪声； 积分电路将信号幅值积分，并抑制噪声幅值； 采样电路通过模数转换器将模拟信号采样为数字信号； 笔尖压力指标量化模块根据所述数字信号进行运算，获取压力指标； 压力数据输出模块输出所述压力指标。
6.根据权利要求4或5所述的触摸笔，其特征在于，所述激励信号由笔尖信号源提供。
7.根据权利要求4或5所述的触摸笔，其特征在于，所述压力检测电路中的采样电路、笔尖压力指标量化模块和压力数据输出模块集成到芯片中，压力检测电路中的其他部分设置在电路板上；或者所述压力检测电路均集成到芯片中。
8.根据权利要求I所述的触摸笔，其特征在于，所述弹性垫片由非导电材料制成。
9.根据权利要求I或8所述的触摸笔，其特征在于，所述弹性垫片为橡胶垫。
10.根据权利要求9所述的触摸笔，其特征在于，所述弹性垫片的截面形状为圆形，弹性垫片的厚度范围为0. I 3mm，人使用所述触摸笔时的正常压力给所述弹性垫片造成的形变距离范围为0. 05 0. 3mm。
专利摘要本实用新型涉及触摸笔技术领域，提供了一种电容屏触摸笔，所述触摸笔包括笔本体、笔尖电极和感应电极，所述笔尖电极和感应电极设置于笔本体内，所述触摸笔还包括弹性垫片和压力检测电路，所述弹性垫片设置于笔尖电极和感应电极之间，笔尖电极和感应电极通过弹性垫片固定连接，所述笔尖电极受力时，使弹性垫片同时受力发生形变，所述压力检测电路检测笔尖电极与感应电极之间的电容，并将所述电容转换为笔尖电极所受到的压力指标。本实用新型采用电容检测原理，实现触摸操作时对电容屏触摸笔所受到的压力进行检测，方案简单可靠，灵敏度高，用户体验真实。
文档编号G06F3/044GK202815747SQ20122043895
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者冉锐, 卓光明 申请人:深圳市汇顶科技有限公司