一种多模式触控笔及触控系统论文和设计-邹锋

全文摘要

本实用新型提供了一种多模式触控笔及触控系统，多模式触控笔包括笔外壳以及设置在笔外壳内的电池、笔系统电路和触控压感组件；笔系统电路包括电源控制模块、信号发生电路和功能按键，电源控制模块连接在电池与信号发生电路之间；触控压感组件包括笔尖和笔尖压力感应器，笔尖压力感应器采用可变电容式压力传感器；信号发生电路采用LC谐振回路，电磁信号输出线圈和电场信号辐射天线作为LC谐振回路中的谐振电感；笔尖压力感应器的可变电容和功能按键的电容并联在LC谐振回路中。本实用新型具有电磁模式、电容模式和电磁电容模式，能够兼顾电磁式和电容式触控面板。

主设计要求

1.一种多模式触控笔，其特征在于，包括笔外壳以及设置在所述笔外壳内的电池、笔系统电路和触控压感组件；所述笔系统电路包括电源控制模块、信号发生电路和功能按键，所述电源控制模块连接在所述电池与信号发生电路之间；所述电源控制模块包括升压电路、感应开关、倍压电路和延时电路，所述电池与感应开关连接，所述感应开关通过所述倍压电路与所述延时电路连接，所述延时电路通过所述升压电路与所述信号发生电路连接；所述触控压感组件包括笔尖和笔尖压力感应器，所述笔尖压力感应器采用可变电容式压力传感器；所述信号发生电路采用LC谐振回路，电磁信号输出线圈和电场信号辐射天线作为所述LC谐振回路中的谐振电感；所述笔尖压力感应器的可变电容和功能按键的电容并联在所述LC谐振回路中。

设计方案

1.一种多模式触控笔，其特征在于，包括笔外壳以及设置在所述笔外壳内的电池、笔系统电路和触控压感组件；

所述笔系统电路包括电源控制模块、信号发生电路和功能按键，所述电源控制模块连接在所述电池与信号发生电路之间；所述电源控制模块包括升压电路、感应开关、倍压电路和延时电路，所述电池与感应开关连接，所述感应开关通过所述倍压电路与所述延时电路连接，所述延时电路通过所述升压电路与所述信号发生电路连接；

所述触控压感组件包括笔尖和笔尖压力感应器，所述笔尖压力感应器采用可变电容式压力传感器；

所述信号发生电路采用LC谐振回路，电磁信号输出线圈和电场信号辐射天线作为所述LC谐振回路中的谐振电感；所述笔尖压力感应器的可变电容和功能按键的电容并联在所述LC谐振回路中。

2.根据权利要求1所述的多模式触控笔，其特征在于，所述感应开关通过感应触控笔的震动产生高低电平。

3.根据权利要求1所述的多模式触控笔，其特征在于，所述笔外壳包括笔外壳后端、笔身和笔外壳前端，所述笔外壳后端内设置所述电池，所述笔身内设置所述笔系统电路，所述笔外壳前端设置触控压感组件；所述笔外壳前端采用绝缘材料制成。

4.根据权利要求1或2或3所述的多模式触控笔，其特征在于，所述电磁信号输出线圈是由磁环及其表面多圈缠绕的漆包线铜线或者纱包线铜线构成的。

5.根据权利要求1或2或3所述的多模式触控笔，其特征在于，所述电场信号辐射天线为一段任意形状的导体，设置在所述笔外壳前端内的所述笔尖附近。

6.根据权利要求1或2或3所述的多模式触控笔，其特征在于，所述笔外壳前端内的笔尖采用导电材质制成并兼做电场信号辐射天线，同时在所述笔外壳前端内的笔尖附近设置一段导体也作为电场信号辐射天线，所述导体与笔尖连接。

7.根据权利要求1或2或3所述的多模式触控笔，其特征在于，所述可变电容式压力传感器包括传感器外壳、复位弹簧、可变电容、触控开关和压力传动器件；所述可变电容包括绝缘介片和软性导电片；

所述绝缘介片的第一面敷设导电体，是所述可变电容的第一电极；所述绝缘介片的第二面是可变电容的绝缘介质面，离绝缘介质面极小的间隔设置所述软性导电片，所述软性导电片的一端与所述复位弹簧的一引出端连接，所述复位弹簧的另一引出端构成所述可变电容的第二极；所述软性导电片为可压缩的导电泡棉或可挤压形变的导电橡胶，所述绝缘介片第二面的绝缘介质是所述可变电容的第一极与第二极间的电容介质；所述软性导电片与压力传动器件连为一体；

所述触控开关包括一个静触点和一个动触点，所述静触点固定在所述绝缘介片的第一面，所述可变电容的第二极形成动触点。

8.根据权利要求1或2或3所述的多模式触控笔，其特征在于，所述笔外壳后端与笔身构成一端封闭的圆筒结构，所述笔外壳前端采用一中空的圆台结构，所述圆台结构的直径较大端与圆筒结构的敞开端连接，所述笔尖设置在所述圆台结构的直径较小端。

9.一种触控系统，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述多模式触控笔和触控感应模组，所述触控感应模组包括触控感应器和触控处理器；所述触控感应器用于接收多模式触控笔输出的电磁信号、电场信号或电磁电场信号，所述触控处理器对接收到的信号进行处理得到外部设备可识别的信号。

10.根据权利要求9所述的触控系统，其特征在于，当所述多模式触控笔为电磁模式触控笔时，所述触控感应模组为电磁触控感应模组，所述电磁触控感应模组包括电磁触控感应器和电磁触控处理器；当所述多模式触控笔为电容模式触控笔时，所述触控感应模组为电容触控感应模组，所述电容触控感应模组包括电容触控感应器和电容触控处理器；当所述多模式触控笔为电磁电容模式触控笔时，所述触控感应模组为电磁触控感应模组和电容触控感应模组，所述电磁触控感应模组包括电磁触控感应器和电磁触控处理器，所述电容触控感应模组包括电容触控感应器和电容触控处理器。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于触控笔技术领域，具体涉及一种多模式触控笔及触控系统。

背景技术

随着电子产品不断地更新换代，触控面板的应用越来越广泛。目前的触控面板主要有电容式和电磁式两种。通过手指或电磁笔在触控面板的有效区进行触控，实现手写输入功能。然而，现有触控笔的模式通常较为单一，不能兼顾电容式和电磁式触控面板，往往只能适用于电容式触控面板或电磁式触控面板。另外，现有的触控笔通过电路实现简单的手写输入功能，没有书写压力感应功能，不能根据施加到触控笔上的压力大小，输出不同的压力信号，功能单一，输出简单；或者虽然有压力检测功能，但检测压力的行程大，书写体验感不好，实现方式复杂，成本高昂。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本实用新型提供了一种多模式触控笔及触控系统。

根据本实用新型实施例的第一方面，本实用新型提供了一种多模式触控笔，其包括笔外壳以及设置在所述笔外壳内的电池、笔系统电路和触控压感组件；

所述触控压感组件包括笔尖和笔尖压力感应器，所述笔尖压力感应器采用可变电容式压力传感器；

如上所述的多模式触控笔，所述感应开关通过感应触控笔的震动产生高低电平。

如上所述的多模式触控笔，所述笔外壳包括笔外壳后端、笔身和笔外壳前端，所述笔外壳后端内设置所述电池，所述笔身内设置所述笔系统电路，所述笔外壳前端设置触控压感组件；所述笔外壳前端采用绝缘材料制成。

如上所述的多模式触控笔，所述电磁信号输出线圈是由磁环及其表面多圈缠绕的漆包线铜线或者纱包线铜线构成的。

如上所述的多模式触控笔，所述电场信号辐射天线为一段任意形状的导体，设置在所述笔外壳前端内的所述笔尖附近。

如上所述的多模式触控笔，所述笔外壳前端内的笔尖采用导电材质制成并兼做电场信号辐射天线，同时在所述笔外壳前端内的笔尖附近设置一段导体也作为电场信号辐射天线，所述导体与笔尖连接。

如上所述的多模式触控笔，所述可变电容式压力传感器包括传感器外壳、复位弹簧、可变电容、触控开关和压力传动器件；所述可变电容包括绝缘介片和软性导电片；

所述触控开关包括一个静触点和一个动触点，所述静触点固定在所述绝缘介片的第一面，所述可变电容的第二极形成动触点。

如上所述的多模式触控笔，所述笔外壳后端与笔身构成一端封闭的圆筒结构，所述笔外壳前端采用一中空的圆台结构，所述圆台结构的直径较大端与圆筒结构的敞开端连接，所述笔尖设置在所述圆台结构的直径较小端。

根据本实用新型实施例的第二方面，本实用新型还提供了一种触控系统，其包括任一项所述多模式触控笔和触控感应模组，所述触控感应模组包括触控感应器和触控处理器；所述触控感应器用于接收多模式触控笔输出的电磁信号、电场信号或电磁电场信号，所述触控处理器对接收到的信号进行处理得到外部设备可识别的信号。

如上所述的触控系统，当所述多模式触控笔为电磁模式触控笔时，所述触控感应模组为电磁触控感应模组，所述电磁触控感应模组包括电磁触控感应器和电磁触控处理器；当所述多模式触控笔为电容模式触控笔时，所述触控感应模组为电容触控感应模组，所述电容触控感应模组包括电容触控感应器和电容触控处理器；当所述多模式触控笔为电磁电容模式触控笔时，所述触控感应模组为电磁触控感应模组和电容触控感应模组，所述电磁触控感应模组包括电磁触控感应器和电磁触控处理器，所述电容触控感应模组包括电容触控感应器和电容触控处理器。

根据本实用新型的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本实用新型提供的多模式触控笔通过设置笔系统电路和触控压感组件，能够灵敏地接收笔尖压力和功能按键的信号，进而产生电磁信号、电场信号或电磁电场信号，使得本实用新型具有电磁模式、电容模式和电磁电容模式，能够兼顾电磁式和电容式触控面板。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本实用新型的说明书的一部分，其示出了本实用新型的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。

图1为本实用新型具体实施方式提供的一种多模式触控笔的结构示意图。

图2为本实用新型具体实施方式提供的一种多模式触控笔的电路原理图。

图3为本实用新型具体实施方式提供的一种多模式触控笔中笔尖感应器采用的可变电容式压力传感器的结构示意图。

附图标记说明：

10、笔外壳；1、电池；2、笔系统电路；21、电源控制模块；211、升压电路；212、感应开关；213、倍压电路；214、延时电路；22、信号发生电路；321、传感器外壳；322、复位弹簧；323、可变电容；324、压力传动器件；23、功能按键；3、触控压感组件；31、笔尖；32、笔尖压力感应器；4、电磁信号输出线圈；5、电场信号辐射天线。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本实用新型所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本实用新型内容的实施例后，当可由本实用新型内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本实用新型内容的精神与范围。

本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件\/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本实用新型，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及\/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本实用新型的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本实用新型的描述上额外的引导。

实施例一

图1为本实用新型具体实施方式提供的一种多模式触控笔的结构示意图。如图1所示，多模式触控笔包括笔外壳10以及设置在笔外壳10内的电池1、笔系统电路2和触控压感组件3。其中，笔外壳10包括笔外壳后端、笔身和笔外壳前端，笔外壳后端内设置电池1，笔身内设置笔系统电路2，笔外壳前端设置触控压感组件3。笔外壳前端采用绝缘材料制成。

图2为本实用新型具体实施方式提供的一种多模式触控笔的电路原理图。如图2所示，笔系统电路2包括电源控制模块21、信号发生电路22和功能按键23。电源控制模块21连接在电池1与信号发生电路22之间，用于控制电池1向信号发生电路22供电。其中，电源控制模块21包括升压电路211、感应开关212、倍压电路213和延时电路214。电池1与感应开关212连接，感应开关212通过倍压电路213与延时电路214连接，延时电路214通过升压电路211与信号发生电路22连接。

感应开关212通过感应触控笔的震动产生高低电平，高低电平通过倍压电路213放大整形后来控制延时电路214的充放电。延时电路214通过电容充放电的方式使得升压电路211向信号发生电路22输出需要的电压或停止输出需要的电压。当触控笔静止不动时，感应开关212就不会有高低电平的变化，进而电源会被关断或进入低功耗模式，避免电能的浪费。升压电路211为信号发生电路22提供工作电压。

触控压感组件3包括笔尖31和笔尖压力感应器32，笔尖压力感应器32采用可变电容式压力传感器。当触控笔书写时，笔尖31触碰产生的触碰压力传递给笔尖压力感应器32，使笔尖压力感应器32的电容值随着笔尖31触碰压力的大小而发生相应的变化。

信号发生电路22采用LC谐振回路，电磁信号输出线圈4和电场信号辐射天线5作为LC谐振回路中的谐振电感；笔尖压力感应器32的可变电容和功能按键23的电容并联在LC谐振回路中，通过改变笔尖压力感应器32的电容值或功能按键23产生的电容值，LC谐振回路输出不同频率的信号。LC谐振回路输出的信号通过电磁信号输出线圈4输出交变电磁信号，通过电场信号辐射天线5输出电场信号。

功能按键23可以为一个或两个以上按键，可以根据触控笔所连接的外设为功能按键23定义任意功能。当外设为APP应用程序时，功能按键23可以定义为开启\/关闭键、图片放大\/缩小键以及绘图擦除键等。

电磁信号输出线圈4是由磁环及其表面多圈缠绕的漆包线铜线或者纱包线铜线构成的。为提升电磁信号输出线圈4的信号输出强度和输出效率，电磁信号输出线圈4设置在笔外壳前端内的笔尖31附近。

电场信号辐射天线5为一段任意形状的导体，可以是环形金属、导电橡胶或一段卷曲的导线，设置在笔外壳前端内的笔尖31附近。

笔尖31用导电材质制成，这样笔尖31就可以兼作电场信号辐射天线5使用，不需专门设置一导体作为电场信号辐射天线5，能够减少元件设置，简化触控笔的体积，节约成本。

在导电材质制成的笔尖31兼作电场信号辐射天线5使用的基础上，同时设置另一段导体也作为电场信号辐射天线5并与笔尖31连接，这样电场信号输出更准确，能够增加触控笔的灵敏度。

当在笔外壳前端内的笔尖31附近仅设置电磁信号输出线圈4，仅输出电磁信号时，此触控笔为电磁模式触控笔。

当在笔外壳前端内的笔尖31附近设置一段任意形状的导体构成电场信号辐射天线5，仅输出电场信号时，此触控笔为第一电容模式触控笔。

当笔外壳前端内的笔尖31采用导电材质制成并兼做电场信号辐射天线5，仅输出电场信号时，此触控笔为第二电容模式触控笔。

当笔外壳前端内的笔尖31采用导电材质制成并兼做电场信号辐射天线5，同时在笔外壳前端内的笔尖31附近设置一段导体也作为电场信号辐射天线5，导体与笔尖31连接，仅输出电场信号时，此触控笔为第三电容模式触控笔。

当笔外壳前端内的笔尖31附近同时设置电磁信号输出线圈4和一段任意形状的导体构成的电场信号辐射天线5时，输出电磁信号和电场信号，此触控笔为第一电磁电容双模式触控笔。

当笔外壳前端内的笔尖31附近同时设置电磁信号输出线圈4和用导电材质制成的笔尖31兼做电场信号辐射天线5时，输出电磁信号和电场信号，此触控笔为第二电磁电容双模式触控笔。

当笔外壳前端内的笔尖31附近同时设置电磁信号输出线圈4和电场信号辐射天线5，电场信号辐射天线5由笔尖31以及与笔尖31连接的一段导体构成，输出电磁信号和电场信号，此触控笔为第三电磁电容双模式触控笔。

本实用新型多模式触控笔能够更加灵敏地接收笔尖31压力和功能按键23信号，进而产生电磁信号、电场信号或电磁电场信号，并输出给电磁式和电容式触控面板，反映使员者的真实笔迹。本实用新型多模式触控笔具有电磁模式、电容模式和电磁电容模式，能够兼顾电磁式和电容式触控面板。

在本实施例中，笔外壳后端与笔身可以构成一端封闭的圆筒结构，笔外壳前端采用一中空的圆台结构，圆台结构的直径较大端与圆筒结构的敞开端连接，笔尖31设置在圆台结构的直径较小端。

在本实施例中，笔外壳10还可以采用圆角三棱柱结构，笔外壳后端与笔身构成一端封闭的圆角三棱柱结构，笔系统电路2设置在圆角三棱柱结构内部。笔外壳前端采用一中空的三棱台结构，三棱台结构的直径较大端与圆角三棱柱结构的敞开端连接，笔尖31设置在三棱台结构的直径较小端

在本实施例中，为便于使用者抓握该触控笔，在笔外壳前端的外侧壁上还设置有凹坑，凹坑构成触控笔的握笔区。使用者抓握触控笔时，拇指、食指和中指位于凹坑处，增加使用者的握笔舒适度。

在本实施例中，如图3所示，可变电容式压力传感器包括传感器外壳321、复位弹簧322、可变电容323、触控开关和压力传动器件324。其中，可变电容323包括绝缘介片和软性导电片。绝缘介片的第一面敷设导电体，是可变电容323的第一电极。绝缘介片的第二面是可变电容323的绝缘介质面，离绝缘介质面极小的间隔设置软性导电片。软性导电片的一端与复位弹簧322的一引出端连接，复位弹簧322的另一引出端构成可变电容323的第二极。软性导电片为可压缩的导电泡棉或可挤压形变的导电橡胶，绝缘介片第二面的绝缘介质是可变电容323的第一电极与第二电极间的电容介质。软性导电片与压力传动器件324连为一体。当压力传动器件324受到触碰力时首先传递给软性导电片，软性导电片产生形变后接触可变电容323的绝缘介质面，传递给绝缘介片。触碰力越大，软性导电片产生的形变越大，软性导电片与绝缘介质面的接触面积也越大，可变电容323两级间的电容值也越大。

触控开关包括一个静触点和一个动触点，其中，静触点固定在绝缘介片的第一面，可变电容323的第二极形成动触点。当笔尖313受力时，动触点受到压力传动器件324的力，复位弹簧322会向下压缩，软性导电片会发生形变，直到软性导电片的形变到最大状态；当笔尖313受力消失时，复位弹簧322又会把动触点送回原位。

软性导电片的形变会导致可变电容323的电容值的变化，电容值的变化导致谐振电路频率发生改变，使得软性导电片形变的压力值可以间接的通过谐振电路的频率的改变体现出来。

在本实施例中，软性导电片与可变电容323的绝缘介质面相对的一面，表面可以是锯齿形线条，或者中间凸的弧面，或者是均匀分布的任意凸起形状。

在本实施例中，感应开关212采用型号为BL-2500的滚珠型全方位信号触发传感元件。该元件包括一密封的方形壳体，其内部设置有滚珠和滚轴。方形壳体的对称两面由导电的金属构成，其他面由塑胶构成。其中，导电金属可以为铜、铝和金等。当外界有轻微振动或位移时，滚珠沿滚轴来回运动，进而使方形壳体两端的金属不断的导通关闭，从而产生不规则的高低电平。

实施例二

本实用新型还提供了一种触控系统，其包括上述任一多模式触控笔和触控感应模组。其中，触控感应模组包括触控感应器和触控处理器。触控感应器用于接收多模式触控笔输出的电磁信号、电场信号或电磁电场信号。触控处理器对接收到的信号进行处理得到外部设备可识别的信号，并发送给外部设备。

当多模式触控笔为电磁模式触控笔时，笔外壳前端内的笔尖31附近设置有电磁信号输出线圈4，触控感应模组具体为电磁触控感应模组，电磁触控感应模组包括电磁触控感应器和电磁触控处理器。电磁触控感应器上的电磁感应天线用于感应电磁模式触控笔中电磁信号输出线圈4发射的交变电磁信号，并将电磁感应信号传输至电磁触控处理器。电磁触控处理器将电磁感应信号处理成外部设备可识别的信号并发送给外部设备。外部设备可以为电脑、智能手机等。

当多模式触控笔为电容模式触控笔时，笔外壳前端内的笔尖31附近设置有电场信号辐射天线5，触控感应模组具体为电容触控感应模组，电容触控感应模组包括电容触控感应器和电容触控处理器。电容触控感应器上的电容感应天线用于感应电容模式触控笔中电场信号辐射天线5发射的电场信号，并将电场感应信号传输至电容触控处理器。电容触控处理器将电场感应信号处理成外部设备可识别的信号并发送给外部设备。外部设备可以为电脑、智能手机等。

当多模式触控笔为电磁电容模式触控笔时，笔外壳前端内的笔尖31附近设置有电磁信号输出线圈4和电场信号辐射天线5。触控感应模组具体为电磁触控感应模组和电容触控感应模组。

电磁触控感应模组包括电磁触控感应器和电磁触控处理器。电磁触控感应器上的电磁感应天线用于感应电磁模式触控笔中电磁信号输出线圈4发射的交变电磁信号，并将电磁感应信号传输至电磁触控处理器。电磁触控处理器将电磁感应信号处理成外部设备可识别的信号并发送给外部设备。

电容触控感应模组包括电容触控感应器和电容触控处理器。电容触控感应器上的电容感应天线用于感应电容模式触控笔中电场信号辐射天线5发射的电场信号，并将电场感应信号传输至电容触控处理器。电容触控处理器将电场感应信号处理成外部设备可识别的信号并发送给外部设备。外部设备可以为电脑、智能手机等。

其中，可以根据需要设置电磁触控感应模组和电容触控感应模组的优先级。当电磁触控感应模组优先时，电磁触控处理器向电容触控处理器发送电容触控感应模组关闭的信号，保持电磁触控模式优先。当电容触控感应模组优先时，电容触控处理器向电磁触控处理器发送电磁触控感应模组关闭的信号，保持电容触控模式优先。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

设计图

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