本發(fā)明涉及觸控技術(shù)，尤其涉及一種主動式電容筆、電容觸控面板和觸控裝置。

背景技術(shù)：
目前，由于電容觸摸屏易操作，且靈敏度較高，已成為現(xiàn)階段觸控設(shè)備的首選。電容觸摸屏所使用的電容屏一般是在玻璃或其他透明材料內(nèi)制作透明導(dǎo)電的ITO（氧化銦錫）薄膜以形成縱橫交錯結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電膜，這些導(dǎo)電膜可以作為發(fā)送電極和接收電極。當(dāng)手指點擊屏幕，會和發(fā)送電極以及接收電極均形成耦合電容，從接觸點吸收部分電流，從而造成接收電極的信號發(fā)生變化。即，電容式觸摸屏在導(dǎo)體與其觸摸時，通過導(dǎo)電膜形成的電場的變化檢測導(dǎo)體在電容屏上的觸摸位置，實現(xiàn)人機交互功能。然而，如果采用導(dǎo)電材料制成的細筆尖操作電容屏，雖然筆尖也會從接觸點吸收部分電流，但由于筆尖很細，吸收電流對接收電極的影響很小，難以檢測，使得電容式觸摸屏無法確定觸摸位置。為了對接收電極產(chǎn)生較大影響，電容筆的筆尖除導(dǎo)電特性外，還必須很粗，這使得筆存在書寫流暢性差、精確點擊難、更無壓感特性等問題，也就無法達到寫畫的效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明鑒于以上問題，提供了一種主動式電容筆，其可以增強電容觸控面板接收信號的強度，提高定位精度，并且可提高電容筆和電容觸控面板之間的相互協(xié)調(diào)性，使電容筆和電容觸控面板可以做出及時的響應(yīng)。本發(fā)明的一個方面提供一種主動式電容筆，用于在電容觸控面板（200）上進行操作，電容觸控面板（200）發(fā)送測量信號，其包括：接收單元（1），其接收所述電容觸控面板（200）發(fā)送的與測量信號同步的同步信號；控制處理單元（13），其根據(jù)所述接收單元（1）接收到的同步信號生成與所述測量信號同步的高壓信號；和發(fā)送單元（2），其將所述高壓信號發(fā)送至所述電容觸控面板（200）以使所述電容觸控面板（200）獲取所述電容筆（100）的觸控信息和位置信息。本發(fā)明提供的電容筆，通過發(fā)送與電容觸控面板測量信號同步的高壓信號來增強電容觸控面板接收信號的強度，提高信噪比和定位精度。本發(fā)明電容筆的高壓信號基于同步信號生成，該同步信號由接收線圈通過電磁場接收，具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾性，并且通過同步信號可使電容筆和觸控面板協(xié)調(diào)工作。本發(fā)明提供的觸控裝置采用在電容觸控面板端設(shè)置發(fā)送線圈來發(fā)送同步信號，并在電容筆端設(shè)置接收線圈來接收同步信號，即同步信號的接收和發(fā)送通過電磁場來進行，提高了信號的穩(wěn)定性和抗干擾性，通過同步信號電容筆和電容觸控面板可以協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)良好的觸控操作。本發(fā)明的另一個方面提供一種電容觸控面板，電容筆（100）能在其上進行觸控操作，其包括：板體（205）、第一電極組（201）、第二電極組（202）、發(fā)送線圈（203）以及面板控制處理單元（204），其中所述第一電極組（201）和所述第二電極組（202）互相交錯配置在板體（205）上，所述面板控制處理單元（204）控制所述第一電極組（201）和第二電極組（202）之一作為發(fā)送電極發(fā)送測量信號，所述面板控制處理單元（204）控制所述第一電極組（201）和第二電極組（202）之一作為接收電極接收所述電容筆（100）發(fā)送的高壓信號；所述面板控制處理單元（204）控制所述發(fā)送線圈（203）發(fā)送與所述測量信號同步的同步信號；所述面板控制處理單元（204）根據(jù)所述高壓信號獲取所述電容筆(100)的觸控信息和位置信息。本發(fā)明提供的電容觸控面板，對電容筆具有良好的支持度，可實現(xiàn)電容筆的精確定位。本發(fā)明再一個方面提供一種觸控裝置，其包括電容筆（100）；以及電容觸控面板（200），其中所述電容觸控面板（200）包括板體（205）、第一電極組（201）、第二電極組（202）、發(fā)送線圈（203）以及面板控制處理單元（204），其中所述第一電極組（201）和所述第二電極組（202）互相交錯配置在板體（205）上，所述面板控制處理單元（204）控制所述第一電極組（201）和第二電極組（202）之一作為發(fā)送電極發(fā)送測量信號，所述面板控制處理單元（204）控制所述第一電極組（201）和第二電極組（202）之一作為接收電極接收所述電容筆發(fā)送的高壓信號；所述面板控制處理單元（204）控制所述發(fā)送線圈（203）發(fā)送與所述測量信號同步的同步信號；所述電容筆（100）包括接收單元（1），其接收所述電容觸控面板（200）發(fā)送的同步信號；控制處理單元（13），其根據(jù)所述接收單元（1）接收到的同步信號生成與所述測量信號同步的高壓信號；和發(fā)送單元（2），其將所述高壓信號發(fā)送至所述電容觸控面板（200）以使所述電容觸控面板（200）獲取所述電容筆（100）的觸控信息和位置信息；所述面板控制處理單元（204）根據(jù)所述高壓信號獲取所述電容筆(100)的觸控信息和位置信息。本發(fā)明提供的觸控裝置采用電容耦合方式，將電容筆的導(dǎo)電性筆尖作為發(fā)送單元，發(fā)送與電容觸控面板的發(fā)送電極發(fā)出的測量信號同步的高壓脈沖信號，使得電容筆的筆尖與電容觸控面板之間形成更大的電壓差，進而增大電容筆筆尖和電容觸控面板之間的電場，導(dǎo)致筆尖從接觸點吸收更大的電流，從而增強了電容觸控面板的接收電極檢測到的電容筆的信號，確保電容筆具有很細的筆尖。進一步地，本發(fā)明提供的觸控裝置采用在電容觸控面板端設(shè)置發(fā)送線圈來發(fā)送同步信號，并在電容筆端設(shè)置接收線圈來接收同步信號，即同步信號的接收和發(fā)送通過電磁場來進行，提高了信號的穩(wěn)定性和抗干擾性，通過同步信號電容筆和電容觸控面板可以協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)良好的觸控操作。附圖說明圖1為本發(fā)明觸控裝置一個實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中電容筆100的部分詳細示意圖；圖3為電容筆100的電路原理圖；圖4為電容觸控面板200的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5A-圖5D為圖4所示電容觸控面板200的發(fā)送線圈布置示意圖；圖6為圖4所示電容觸控面板200的線圈布置另一示意圖；圖7為觸控裝置300的定位原理圖；圖8-圖12為圖1所示觸控裝置的命令信息編排示意圖；圖13為圖1所示觸控裝置的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議示意圖；圖14表示在反相信號命令下電容筆100發(fā)送的信號波形和電容觸控面接收信號強度的波形；圖15表示在反相信號命令下手指發(fā)送的信號波形和電容觸控面接收信號強度的波形。具體實施方式為使本領(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)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明提供的電容筆、電容觸控面板和觸控裝置進行詳細描述。在這些附圖中，對于相同或者相當(dāng)?shù)臉?gòu)成要素，標(biāo)注相同標(biāo)號。以下僅為本發(fā)明的主動式電容筆、電容觸控面板和觸控裝置的最佳實施方式，本發(fā)明并不僅限于下述結(jié)構(gòu)。圖1為本發(fā)明觸控裝置一個實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1中電容筆100的部分詳細示意圖。如圖1和圖2所示，本實施方式的觸控裝置300包括電容筆100和電容觸控面板200。其中電容觸控面板200發(fā)送測量信號以及與測量信號同步的同步信號，電容筆100接收該同步信號，并根據(jù)該同步信號向電容觸控面板200發(fā)送與測量信號同步的高壓信號，電容觸控面板200根據(jù)該高壓信號獲取電容筆100的觸控信息和位置信息。電容筆100包括接收單元1、發(fā)送單元2、磁芯3以及殼體4，在殼體4內(nèi)設(shè)置有電路單元（見圖3）。接收單元包括線圈和電容，線圈圍繞磁芯3繞制，可以增強接收信號的強度。線圈和電容構(gòu)成的諧振回路具有固定的諧振頻率，通過調(diào)節(jié)線圈的電感值和電容值可以調(diào)節(jié)振蕩頻率使其與載波頻率相同，這樣可以達到最好的接收效果。發(fā)送單元2為直徑較小的導(dǎo)電性筆尖，在本實施方式中，作為發(fā)送單元2的筆尖的直徑小于3mm，其頂端可以包裹較柔軟的材料（如橡膠）以提高書寫的舒適度。殼體4用于固定接收單元1、發(fā)送單元2和磁芯3，以及筆內(nèi)電路。殼體4的端部設(shè)置有開口，以便作為發(fā)送單元2的筆尖與電容觸控面板200接觸的端部可以從中伸出。開口的大小與筆尖的粗細相對應(yīng)。殼體4與手接觸的部分為導(dǎo)體，由于人體本身是個較大的電容，比電容筆100的穩(wěn)定性強，通過使電容筆100與人體連接，可以增強接收信號的穩(wěn)定性。電容筆100還包括供電單元（圖中未示出），供電單元為電池或超級電容，由電池或超級電容配合DC-DC為電容筆供電。當(dāng)電容筆100位于電容觸控面板200的觸控區(qū)域時，接收單元1接收電容觸控面板200發(fā)送的與測量信號同步的同步信號，設(shè)置在殼體4內(nèi)的電路單元根據(jù)接收單元接收的測量信號和同步信號生成與測量信號同步的高壓信號，該高壓信號通過發(fā)送單元2發(fā)送至電容觸控面板200，電容觸控面板200根據(jù)接收的高壓信號確定電容筆100的位置以及按壓電容筆100上按鍵產(chǎn)生的按鍵信息和電容筆100在電容觸控面板200上書寫的壓力信息。圖3為電容筆100的電路原理圖。電容筆100包括預(yù)處理單元10、同步信號提取單元11、命令解析單元12、控制處理單元13、測量單元14、升壓單元15。預(yù)處理單元10用于對接收單元1接收的測量信號和同步信號進行預(yù)處理。同步信號提取單元11用于從接收單元1接收的信號中提取同步信號。命令解析單元12比如為硬件電路，用于從接收單元1接收的信號中提取所包含的命令信息。控制處理單元13根據(jù)同步信號提取單元11所提取的同步信號產(chǎn)生發(fā)送信號，以及根據(jù)命令解析單元12所解析的各種命令作出不同的響應(yīng)，可以是發(fā)送信號，可以進行各類測量然后存儲，也可以是發(fā)送數(shù)據(jù)。測量單元14用于獲取電容筆100的筆尖壓力以及按鍵信息等電容筆數(shù)據(jù)。升壓單元15用于將控制處理單元13產(chǎn)生的發(fā)送信號轉(zhuǎn)換為高壓信號，該高壓信號通過發(fā)送單元2發(fā)送至電容觸控面板200。圖4為電容觸控面板200的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，電容觸控面板200包括第一電極組201和第二電極202組、發(fā)送線圈203、面板控制處理單元204以及板體205（見圖5）。第一電極組201和第二電極組202相互交錯布置在板體205上，共同構(gòu)成觸控區(qū)域，觸控區(qū)域上覆蓋有絕緣層，防止手指或其它導(dǎo)體與第一電極組201和第二電極組202接觸。第一電極組201和第二電極組202之間相互絕緣，在交錯處會形成耦合電容。第一電極組201和第二電極組202其中一組為發(fā)送電極，另一組為接收電極。若第一電極組201為發(fā)送電極，則第二電極組202為接收電極。若第一電極組201為接收電極，則第二電極組202為發(fā)送電極。兩者可在面板控制處理單元204的控制下進行切換。或者面板控制處理單元204控制所述第一電極組201或第二電極組202作為發(fā)送電極發(fā)送測量信號并作為接收電極接收所述電容筆100發(fā)送的響應(yīng)信號。也就是說，面板控制處理單元204控制第一電極組201和第二電極組202之一作為發(fā)送電極發(fā)送測量信號，面板控制處理單元204控制所述第一電極組201和第二電極組202之一作為接收電極接收所述電容筆100發(fā)送的信號。面板控制處理單元204控制發(fā)送電極發(fā)送測量信號，處理接收電極接收到的信號，并根據(jù)處理結(jié)果確定觸控信息和位置信息。當(dāng)電容筆100位于電容觸控面板200的觸控區(qū)域時，發(fā)送單元2與接收電極形成耦合電容，從而可向接收電極發(fā)送信號。由于電容筆100的發(fā)送單元2的面積很小，所以和電容觸控面板200的接收電極之間的耦合電容很小。如果不發(fā)送高壓信號，接收電極接收到的信號會很小，信噪比很低，難以定位。為此，面板控制處理單元204控制發(fā)送線圈203向電容筆100發(fā)送與測量信號同步的同步信號，電容筆100根據(jù)該同步信號生成與測量信號同步的高壓信號，并將其發(fā)送至電容觸控面板200來增強接收信號強度，提高信噪比和定位精度。進一步地，面板控制處理單元204控制發(fā)送線圈203向電容筆100發(fā)送命令信號，電容筆100可從命令信號中提取命令信息；同時根據(jù)提取的命令信息作出響應(yīng)，并將響應(yīng)結(jié)果通過發(fā)送單元2發(fā)送至接收電極，面板控制處理單元204根據(jù)接收電極接收的信號確定電容筆100的觸控信息，例如觸摸位置、筆尖壓力、按鍵信息等。圖5A-圖5D為圖4所示電容觸控面板200的發(fā)送線圈布置示意圖。其中，在圖5A中發(fā)送線圈203圍繞板體205的周邊布置，這樣布置不會影響整個結(jié)構(gòu)的厚度，可使電容觸控面板保持原來的厚度。在圖5B和圖5C中，發(fā)送線圈203布置在板體205的下方，二者均采用印制的方式生成線圈；在圖5B中從外到內(nèi)繞制線圈，并且線圈末端最后通過跳接、打孔等方式引出，此種方式場強較強，中央和邊緣場強均衡；圖5C所示為兩線并行向內(nèi)繞制的方式，此種方式只需印制單層板，工藝較為簡單。在圖5D中，發(fā)送線圈203布置在板體205下方，并且在發(fā)送線圈203和板體205之間布置有顯示屏206。圖6為圖4所示電容觸控面板200的線圈布置另一示意圖。如圖6所示，可以將板體205所在區(qū)域分成幾個部分，比如在圖6中將板體205下方分成四個區(qū)域，在每個區(qū)域分別布置線圈，這些線圈彼此分別布線，這樣布置的優(yōu)點是磁場能量更集中，所需功耗更低，但是控制起來比較復(fù)雜。圖7為觸控裝置300的定位原理圖。如圖7所示，當(dāng)電容筆100位于電容觸控面板200的觸控區(qū)域時，面板控制處理單元204選擇X軸電極作為接收電極，每2個相鄰的X軸電極作為一組，測量其接收信號的差分值。比如，X1和X2一組，X2和X3組，X3和X4一組，依此類推。通過各組電極接收信號的差分值，即可算出電容筆100位于X軸方向的坐標(biāo)。同理，可以將Y軸電極作為接收電極，測量得到電容筆100位于Y軸的坐標(biāo)。還可對X軸的單個接收電極進行逐個掃描，分別測得各個接收電極的接收信號的強度，通過各個接收電極接收信號的強度得到電容筆100位于X軸方向的坐標(biāo)。通過同樣的方式得到電容筆100位于Y軸的坐標(biāo)。當(dāng)然，觸控裝置300的定位方式除上述兩種外還有多種，可根據(jù)實際要求進行具體設(shè)置。本發(fā)明提供的觸控裝置300，為了使電容筆100同電容觸控面板200可以協(xié)調(diào)工作，制定了命令信息及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議。命令信息由電容觸控面板200的面板控制處理單元204控制發(fā)送線圈203發(fā)送，電容筆100通過接收單元1接收該命令信息，并通過命令信息解析單元12解析命令信息，并做出響應(yīng)，響應(yīng)信號通過發(fā)送單元2發(fā)送至電容觸控面板200。在本實施方式中，命令信息主要包括以下3種：1、反相信號生成命令，其指示電容筆100向電容觸控面板200發(fā)送與測量信號同步且反相的信號。2、電容筆信息獲取命令，其指示電容筆100測量筆尖壓力、筆上按鍵、加速度、旋轉(zhuǎn)等參數(shù)信息，測量完后存儲起來。3、電容筆信息發(fā)送命令，其指示電容筆100將存儲的筆尖壓力、按鍵或者其他信息，轉(zhuǎn)化成脈沖波形反饋給電容觸控面板200。如圖8所示是一種命令和同步信號的編排方式。采用固定頻率的脈沖作為載波信號，載波脈沖的周期要小于測量波的周期，通過調(diào)節(jié)載波信號的發(fā)送時長來作為各種命令和同步信號。如圖8最后一個波形所示，其中同步信號的載波發(fā)送周期和測量波的周期時長相同，保證筆提取出來的信號可以和觸控裝置的測量波一致。命令編排可以采用不同的載波發(fā)送長度，或是不同長度的載波組合來實現(xiàn)，只要對各種不同形狀的載波所代表的命令意義做出定義，電容筆就可以解析各種命令并進行相應(yīng)的響應(yīng)。除了采用固定頻率不同長度的載波發(fā)送命令以外，還有別的命令編排方式。如圖9所示，可以采用不同頻率的載波進行命令發(fā)送，由于筆內(nèi)接收線圈具有共振頻率，當(dāng)載波頻率為共振頻率時，其振幅最大；當(dāng)載波頻率偏離共振頻率時振幅較小?？梢酝ㄟ^筆內(nèi)線圈接收到的振幅大小來區(qū)別不同的命令；同時也可以通過筆內(nèi)線圈接收到的頻率來區(qū)分不同的命令。圖10A和圖10B所示是另一種命令或同步信號的發(fā)送方式。圖10A所示，利用發(fā)送線圈的上升沿和下降沿帶來的磁場突變可以激發(fā)筆內(nèi)接收線圈以共振頻率振蕩，而上升沿和下降沿在筆上的振蕩方向是不同的。為了更便于提取信號，可以通過增加電阻，適當(dāng)增加接收線圈共振回路的阻尼讓振蕩更快結(jié)束，如圖10B所示。這樣筆上的接收線圈可以提取出所有的上升下降沿，從而發(fā)送線圈可以采用非載波的命令和同步信號編排方式，如圖11所示。圖中同步信號采用和測量波一樣周期的波形進行發(fā)送，而命令部分采用了與同步信號脈沖長度不同的脈沖或脈沖組合進行發(fā)送，以便于區(qū)分命令和同步信號。另外，如圖12中曲線A和C所示，命令的編排還可以通過發(fā)送線圈停止發(fā)送一段時間（這段時間可以是高電平或低電平），筆通過停止發(fā)送時間的長短來解析命令。圖12中B曲線所示為在命令期間插入一個上升或下降沿，用以翻轉(zhuǎn)同步信號的發(fā)送方式。圖13為圖1所示觸控裝置的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議示意圖。如圖13所示，最下端波形所示為筆收到反饋數(shù)據(jù)命令后的響應(yīng)波形，本發(fā)明所定義的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議如下：在測量波高脈沖期間，若筆尖信號為上升沿，則發(fā)送數(shù)據(jù)1；若筆尖信號為下降沿，則發(fā)送信號為0。在測量波高脈沖期間筆尖信號只允許有一個上升或下降沿。在使用本發(fā)明提供的觸控裝置300時，人手很容易與電容觸控面板200接觸，從而影響電容觸控面板200對電容筆100的定位。為此本發(fā)明提供一種消除人手對電容筆100定位影響的方法。下面結(jié)合圖14和圖15對該方法進行描述。本發(fā)明中，電容觸控面板200向電容筆發(fā)送反相信號生成命令，電容筆100接收到該反相信號生成命令后，發(fā)送單元2（筆尖）發(fā)送與上述測量信號同相和反相的兩種高壓信號，電容觸控面板200根據(jù)該兩種高壓信號獲得兩個接收信號強度隨接收電極切換而變化的波形（見圖14中c曲線左側(cè)和中間的波形），并將該兩個波形相減即可去除人手對電容筆100的干擾。如果換成手指，如圖15所示，由于手指不會主動發(fā)送信號，所以電容觸控面板200接收電極的接收信號強度呈現(xiàn)為兩個相同的波形。將所測得的兩個波形相減，就可以很容易地去掉手指對筆的干擾，同時也增強了接收信號的強度，這樣有利于提高定位精度，增強用戶體驗。本發(fā)明觸控裝置的動作過程如下：電容觸控面板200的面板控制處理單元204控制第一電極組201和第二電極組202其中之一作為發(fā)送電極發(fā)送測量信號，并控制發(fā)送線圈203發(fā)送同步信號，當(dāng)電容筆100位于電容觸控面板200的觸控區(qū)域時，電容筆100的接收單元1接收電容觸控面板200發(fā)送的與測量信號同步的同步信號，并將其發(fā)送至控制處理單元15，控制處理單元15根據(jù)接收單元1接收的同步信號生成與測量信號同步的信號，該信號經(jīng)過升壓單元15升壓后轉(zhuǎn)化為高壓信號，并通過發(fā)送單元2發(fā)送至電容觸控面板200，面板控制處理單元204控制第一電極組201和第二電極組202其中之一作為接收電極接收該高壓信號，并根據(jù)該高壓信號確定電容筆100的位置及觸控信息。進一步地，面板控制處理單元204控制發(fā)送線圈203向電容筆100發(fā)送命令信號，電容筆100可從命令信號中提取命令信息；同時根據(jù)提取的命令信息作出響應(yīng)，并將響應(yīng)結(jié)果通過發(fā)送單元2發(fā)送至接收電極，面板控制處理單元204根據(jù)接收電極接收的信號確定電容筆100的觸控信息，例如筆尖壓力、按鍵信息等。以上實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施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進。這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護區(qū)間。