用于电容式触控笔的压感-点击融合传感系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及电容式触控笔技术领域，提供一种用于电容式触控笔的压感

【技术实现步骤摘要】
用于电容式触控笔的压感
‑
点击融合传感系统与方法


[0001]本专利技术涉及电容式触控笔
，具体而言涉及一种用于电容式触控笔的压感
‑
点击融合传感系统与方法。

技术介绍

[0002]触控笔是电容屏幕最为匹配的输入方式之一，也是最贴合人类书写逻辑的输入方式之一。目前普遍使用的触控笔产品，如果不带笔尖部分的压感分级功能，就无法感知用户书写时的按压力度并进而输出不同的笔迹，只能起到点触和基本的书写效果。
[0003]少数具备压感分级功能的触控笔产品，基于金属或者半导体制成的应变电阻体的应变效应，通过一个配置在触控笔笔身内部的应力传递结构，在触控笔使用过程中压迫压阻应变片而使其产生形变，通过检测压阻应变片的电阻值的变化，再通过高分辨率的模拟
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数字转换器(ADC)进行采样和转换，输出比如4096分级的笔迹。
[0004]现有技术采用的电阻应变式方案的应力传递结构，结构设计相对比较复杂，例如，公开号为CN114201063A的专利申请公开的压感组件及触控笔，设置弹片、主轴、支架以及应变式传感器，主轴与笔尖刚性连接，并穿过支架而抵接到弹片的抵持体位置，应变式传感器贴在弹片的贴附体位置，抵持体位置与贴附体位置间隔开并通过一个中间连接体进行连接。由此，当笔尖受到屏幕的压力后，主轴会移动，从而推动抵持体朝远离贴设体的方向运动，而由于贴设体与支架相对固定，此时贴设体会产生形变，应变式传感器的输出信号会随贴设体的形变量的不同而改变，从而实现书写压力的检测。应当看到，在采用电阻应变式方式的笔尖压感设计中，压阻应变片被应用进行应力测量的一个基本前提在于：弹性体的存在(例如前述CN114201063A中使用的弹片中的贴附体)，也即将压阻应变片封装在特殊材料和结构制作的刚性结构上，进而在应变产生后能够完全恢复。换言之，在触控笔的笔尖结构中，压感应变片方案因为弹性体的缺失，导致其长期(频繁)受力或过载之后，很难在较短的时间内完全恢复，因而极易产生蠕变、疲劳乃至结构损伤，测量稳定性不佳。同时，在狭窄的触控笔空间内，装配2组或4组微型压阻应变片装配难度较大，装配精度将会极大的影响笔尖压感的测量精度，进而影响压感分级的效果。
[0005]电容式触控笔正在被越来越多的应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、电子阅读器、电子白板等产品，模仿人的手指与电容式触控笔的交互，但大多数产品仅仅具备笔尖与电容屏幕之间的交互，并不具备快捷的切换功能，比如从书写或绘画模式切换到橡皮擦，从手型工具切换到笔型工具等，仅仅是起到基础的点触以及书写的功能，当需要进行功能切换的时候，需要才触控笔或者书写介质上单独进行操作才能进行切换，例如通过触控笔上的按钮切换、切换书写头、旋转、通过点击书写介质屏幕上的功能切换虚拟按钮进行切换等，给书写带来不良的体验。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中电容式触控笔存在的技术问题和缺陷，本专利技术目的在于提供一种
采用单颗多通道的电容检测芯片实现触控笔的压感
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点击融合传感系统，实现对用户握持笔身进行书写过程中的压感检测以及点触(敲击)触发检测，有利于实现对书写精度的控制以及对触控笔功能/模式的快捷切换，提高使用体验，同时降低装配成本以及提高装配精度和可靠性。
[0007]根据本专利技术目的的第一方面，提出一种用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感系统，电容式触控笔具有笔身部以及从笔身部的前端伸出的笔尖部，所述压感
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点击融合传感系统包括：
[0008]沿着笔身部的纵长轴线方向布置的曲轴，具有本体以及位于本体两端的第一轴端与第二轴端；所述曲轴的第一轴端与所述笔尖部连接并能够与笔尖部同步运动，所述曲轴相对的第二轴端可滑动地套入在一第一支撑部的中心孔内，所述第一支撑部位于笔身部内部并位于尾部位置；
[0009]弹性限位机构，设置位于所述曲轴的本体与所述第一支撑部之间，被设置成在所述笔尖部受压而使曲轴朝向第一支撑部运动时进行蓄力，以在所述受压减弱或者解除时使所述曲轴朝向初始位置运动；
[0010]第二支撑部，与所述笔身部保持位置固定关系，并位于所述曲轴的本体所形成的空腔内；
[0011]第一极板与第二极板，平行设置于所述第二支撑部与所述空腔一内壁面之间，构建双极板电容模型；
[0012]第三极板，呈圆筒状地粘贴于笔身部的内壁表面，位于人手握持区域，与笔身部之间构建开放电容模型；
[0013]电容测量部，具有至少两个检测通道，其中第一检测通道与所述的第一极板与第二极板连接，用于检测所述第一极板与第二极板在不同极板间距下的电容值；第二检测通道与所述第三极板连接，用于检测用户握持笔身部时的手指点击动作下的电容值；
[0014]处理器系统，与所述电容测量部电连接，用于根据对应检测通道获得的电容值，获得笔尖部的笔尖应力，以及判定用户的功能切换行为，控制触控笔的预置的功能切换。
[0015]作为可选的实施方式，所述第一支撑部、第二支撑部被构造为笔身部的一部分，并且相对于笔身部保持相对静止状态。
[0016]作为可选的实施方式，所述第一支撑部、第二支撑部被构造为固定到笔身部的独立构件，并且二者相对于笔身部保持相对静止状态。
[0017]作为可选的实施方式，所述曲轴的本体所形成的空腔构造为U形空腔，其沿着笔身部的纵长轴线方向两个内壁面中的其中一者的表面用于安装第一极板或者第二极板。
[0018]作为可选的实施方式，所述第一极板与第二极板采用相同的构造，并且均为平行板电极，或者均为曲面平行板电极。
[0019]作为可选的实施方式，所述弹性限位机构包括至少一个弹簧。
[0020]作为可选的实施方式，所述弹性限位机构套设在所述第二轴端的外周表面。
[0021]作为可选的实施方式，所述笔身部、笔尖部、曲轴的第一轴端与第二轴端、第一支撑部、第二支撑部、弹性限位机构共中心轴线地布置。
[0022]作为可选的实施方式，所述处理器系统包括笔尖压感测量部，被设置成基于第一检测通道输出的电容值，根据下述方式获得对应的笔尖应力：
[0023]σ＝E*d
σ
＝E*(kε0A)/C
[0024]其中，σ表示笔尖应力，d
σ
表示带载状态下第一极板与第二极板的极板间距；E表示弹性限位机构的杨氏模量，A表示第一极板与第二极板的极板面积，k表示相对介电常数，ε0表示真空介电常数，C表示所述电容测量部的第一检测通道输出的电容值。
[0025]作为可选的实施方式，所述处理器系统包括多击触发处理部，被设置成根据所述第二检测通道输出的电容值，并判断在预设响应时间以内，是否检测到两次或多次超出预设阈值范围的电容突变，藉由此来判断用户在握持状态下是否触发功能切换操作。
[0026]根据本专利技术目的的第二方面，还提出一种用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感方法，包括以下步骤：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感系统，所述电容式触控笔具有笔身部(10)以及从笔身部(10)的前端伸出的笔尖部(20)，其特征在于，所述压感
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点击融合传感系统包括：沿着笔身部(10)的纵长轴线方向布置的曲轴(30)，具有本体(31)以及位于本体(31)两端的第一轴端(32)与第二轴端(33)；所述曲轴(30)的第一轴端(32)与所述笔尖部(20)连接并能够与笔尖部(20)同步运动，所述曲轴(30)相对的第二轴端(33)可滑动地套入在一第一支撑部(40)的中心孔(41)内，所述第一支撑部(40)位于笔身部(10)内部并位于尾部位置；弹性限位机构(50)，设置位于所述曲轴(30)的本体(31)与所述第一支撑部(40)之间，被设置成在所述笔尖部(20)受压而使曲轴(30)朝向第一支撑部(40)运动时进行蓄力，以在所述受压减弱或者解除时使所述曲轴(30)朝向初始位置运动；第二支撑部(60)，与所述笔身部(10)保持位置固定关系，并位于所述曲轴(30)的本体(31)所形成的空腔(35)内；第一极板(101)与第二极板(102)，平行设置于所述第二支撑部(60)与所述空腔(35)一内壁面之间，构建双极板电容模型；第三极板(103)，呈圆筒状地粘贴于笔身部(10)的内壁表面，位于人手握持区域，与笔身部(10)之间构建开放电容模型；电容测量部(200)，具有至少两个检测通道，其中第一检测通道与所述的第一极板(101)与第二极板(102)连接，用于检测所述第一极板(101)与第二极板(102)在不同极板间距下的电容值；第二检测通道与所述第三极板(103)连接，用于检测笔身10握持笔身部(10)时的手指点击动作下的电容值；处理器系统(300)，与所述电容测量部(200)电连接，用于根据对应检测通道获得的电容值，获得笔尖部(20)的笔尖应力，以及判定用户的功能切换行为，控制触控笔的预置的功能切换。2.根据权利要求1所述的用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感系统，其特征在于，所述处理器系统(300)包括笔尖压感测量部(301)，被设置成基于第一检测通道输出的电容值，根据下述方式获得对应的笔尖应力：σ＝E*d
σ
＝E*(kε0A)/C其中，σ表示笔尖应力，d
σ
表示带载状态下第一极板(101)与第二极板(102)的极板间距；E表示弹性限位机构(50)的杨氏模量，A表示第一极板(101)与第二极板(102)的极板面积，k表示相对介电常数，ε0表示真空介电常数，C表示所述电容测量部(200)的第一检测通道输出的电容值。3.根据权利要求1所述的用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感系统，其特征在于，所述第一支撑部(40)、第二支撑部(60)被构造为笔身部(10)的一部分，并且相对于笔身部(10)保持相对静止状态。4.根据权利要求1所述的用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感系统，其特征在于，所述第一支撑部(40)、第二支撑部(60)被构造为固定到笔身部(10)的独立构件，并且二者相对于笔身部(10)保持相对静止状态。5.根据权利要求1所述的用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感系统，其特征在于，所述曲轴(30)的本体(31)所形成的空腔(35)构造为U形空腔，其沿着笔身部(10)的纵长轴
线方向两个内壁面中的其中一者的表面用于安装第一极板(101)或者第二极板(102)。6.根据权利要求5所述的用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感系统，其特征在于，所述第一极板(101)与第二极板(102)采用相同的构造，并且均为平行板电极，或者均为曲面平行板电极。7.根据权利要求1所述的用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感系统，其特征在于，所述弹性限位机构(50)包括至少一个弹簧。8.根据权利要求7所述的用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感系统，其特征在于，所述弹性限位机构(50)套设在所述第二轴端(33)的外周表面。9.根据权利要求1所述的用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感系统，其特征在于，所述笔身部(10)、笔尖部(20)、曲轴(30)的第一轴端(32)与第二轴端(33)、第一支撑部(40)、第二支撑部(60)、弹性限位机构(50)共中心轴线地布置。10.根据权利要求1
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10中任意一项所述的用于电容式触控笔的压感
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点击融合传感系统，其特征在于，所述处理器系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：周其伟，吴敏，王进，
申请(专利权)人：南京湃睿半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：