专利名称：电容触摸屏手写笔及其触点位置定位的方法
技术领域：
本发明涉及一种电容触摸屏手写笔及其触点位置定位的方法。
背景技术：
由于支持多点触屏技术，电容触摸屏成为触摸屏产品的新宠。越来越多的设备由 电阻屏转向电容屏。以中国为代表的东方国家由于象形文字和传统习惯，多数用户依然习 惯于用手写输入方式；而由于电容触摸屏的机理，使其手写笔的推出遇到很大障碍。因此， 很多能够在电容触摸屏上用的书写笔研发出来，例如2007101对961.3、20071017拟87.9、 200820161372. 2分别公开了一种电容触摸屏手写笔，主要包含柔性导电材料制作的笔端 和全部或部分由硬性导电材料制作的笔杆，导电的笔端和笔杆与触摸屏形成耦合电容的耦 合部。书写时，笔端与电容触摸屏接触面积逐渐变大，电容触摸屏捕获笔在其上引起的电 荷变化，完成文字输入。上述电容触摸屏手写笔在书写时，需要足够的接触面积，使电容屏获得足够的电 荷。在书写时，手写笔触点位置的确定是根据笔端与电容触摸屏的接触面的重心确定的。200910146901. 0号发明专利公开了一种电容触摸屏/板的一维触点定位方法及 电容触摸屏/板。其中，电容触摸屏/板的一维触点定位方法是在基材上设置单层ITO线 路，ITO线路的各根ITO线具有确定的电容值，并形成交互交叉布置，但不电性相连的图 形。该发明主要是将电容触摸屏/板由传统的双层ITO线路定位改成单层ITO线路定位， 其触摸点的位置仍然是以触摸区域的重心确定的。美国专利US5825352公开了一种多点触摸检测方法。该检测方法采用时分复用技 术，在触摸屏的X轴和Y轴分别采用峰值和谷值检测法检测触摸。即每个时间只扫描一行 或一列，如先扫描Y方向，得到Y的坐标，然后再扫描X方向，得到X的坐标。当2个手指触 碰在触摸屏表面的时候，在X轴和Y轴上的电容分布会出现两个波峰。实际使用中，由于触 摸屏的坐标相对于显示屏的坐标较为粗造，当手指触碰在触摸屏表面的时候，在X轴和Y轴 上的电容分布会出现椭圆的图形。其仍然是按照电容阈值得到的计算区域的重心位置作为 触点坐标，显然计算出的笔端的触点只能在手指的触摸区域内部。综上，现有的电容触笔的触点位置的确定均是根据电容触屏捕获到的超过预定阈 值的触摸面积的重心确定的。由于电容触摸屏对接触面积的要求比较大，所以，电容触摸屏 手写笔笔端偏大，因此，其笔端在触摸屏的触点位置一定会位于笔端的下面并被笔端遮挡。 当书写汉字时，无疑会产生丢点的问题，即笔迹会产生缺失，因此使得字的笔画之间会产生 误差，进而造成书写错误。即书写时存在笔端定位不准确的问题。为了解决这一问题，有采用透明材料制作笔端，目的是令使用者看到笔尖的位置， 提高书写时笔端定位的准确性。但由于笔端的曲面造成的图像失真，当使用电容手写笔画 图或制图时，很难将下一笔画的首端点与上一笔画的末端点吻合、即无法准确无误地确定 理想的笔尖(落笔)位置，因此，基本无法实现绘图功能。电容触摸屏手写笔的缺陷严重制约 了绘图软件在手机等便携终端的应用。因此，一种能够准确定位的新型的书写笔成为本领域技术人员追求的目标。
发明内容
本发明的目的在于解决由于现有的电容触笔的笔端部的导电材料部分的形状的 限制，使得手写笔无法将其触点露在笔端部外，也无法经过处理将笔尖点裸露在使用者可 以看到位置的技术问题。本发明的目的在于解决现有的电容触笔笔端触点的确定方法是通过重心计算方 法从而使触点落在笔端下面，使使用者无法看到笔端点而产生笔端触点定位误差的技术问 题。本发明提供的技术方案为一种电容触摸屏手写笔，其包括笔杆和笔端，其特征在 于，所述笔端设有梯形的能够与触摸屏形成耦合电容的导电材料制成的电容耦合部，所述 笔端的笔尖位于所述梯形电容耦合部的顶边的前方。其中，所述电容耦合部的梯形的顶边可以为0，且所述位于笔尖方向的顶角与另两 个顶角不等。本发明所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，其包括以下步骤(1)分 别对触摸屏电容传感器的行和列进行扫描；(2)根据扫描行和列上的超过阈值的点确定触 摸区域；(3)通过触摸区域确定与所述笔端部的电容耦合面对应的触摸屏上的梯形的两斜 边的位置；(4)将确定触摸屏上的梯形斜边位置分别向内部偏移所述手写笔的笔尖到所述 手写笔的电容耦合面的梯形两斜边的距离值Sl和S2，得到的两直线的交点的坐标位置即 为笔尖的坐标位置。本发明所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，其中，所述确定与所述笔 端部的电容耦合面对应的梯形的两斜边的位置的步骤(3)包括如下步骤a.通过触摸区域 获得触摸区域的轮廓线；b.将所获得的轮廓线的坐标点分组，得到位于梯形四条边的四组 坐标点；c.根据四组坐标数据，确定梯形四条边的直线方程；d.计算两组对边直线的夹角， 根据对边直线的夹角和所述手写笔的电容耦合面梯形的两斜边夹角的设计值比较，确定梯 形的斜边。本发明所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，作为优选方式，所述获得 触摸区域的轮廓线的步骤a，包括获得轮廓线参考点的步骤把所有点的坐标按X或者Y的 数值排序，对于每个X或Y，把Y或X按从小到大排序，去掉四周都有相邻点的点，剩下点即 为传感器区域的轮廓线的参考点。本发明所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，作为优选方式，所述获得 触摸区域的轮廓线的步骤a，还包括一个校正轮廓线的步骤以所获得的轮廓线的参考点 为基准，对比电容值，把比该参考点电容值小的相邻点的坐标和电容值记录下来，得到轮廓 线点的扩展点；根据参考点和与之相邻的扩展点的电容值的大小比例确定轮廓线在参考点 和扩展点之间的位置，得到校正的轮廓线点。本发明所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，作为优选方式，所述的坐 标点分组的步骤b包括以下步骤选取3个相邻的轮廓线点的坐标，判断经第一个点和第二 个点组成的直线方程和经第二个点与第三个点组成的直线方程的斜率是否相等或近似相 等；如果是，则取第四个点，依次计算，直到发现不一致；按顺序遍历所述轮廓线点，得到位于梯形四条边上的四组坐标点。本发明所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，作为优选方式，当无法确 定梯形的斜边时，计算触摸区域的重心位置作为笔尖触点。本发明是通过采用特定的电容触笔的笔端——梯形形状的导电材料制成的电容 耦合部，并将笔端的笔尖设在梯形电容耦合部的顶边的前方，即笔尖在梯形外部并且它相 对于梯形的物理位置是固定的，可以不被手写笔的电容耦合部遮挡而被观察到。此时，以笔 尖点为起点，分别作梯形两个斜边的平行线，可以得到这两条线相对于梯形斜边的偏移距 离Sl和S2 ；由于笔尖点相对于梯形的位置是固定的，那么，该笔尖点到梯形斜边的垂直距 离Sl和S2也就是固定值。据此，当书写时，通过传感器的信号的处理，根据电容阈值的不 同，处理器可以得到与笔端电容耦合部形状一致的梯形，将处理器得到的梯形的两斜边平 行偏移所述笔尖点到梯形斜边的垂直距离M和S2，其相交点即为笔尖触点。因为，该笔尖 点被设计在梯形电容耦合部的前方，是可见的笔尖点，相对于重心法定位的方法具有落笔 准确的优点，可以避免书写时丢点，书写错位的问题，同时可以实现准确绘图的功能。
图1是本发明的电容触摸屏手写笔的结构示意图。图2是本发明的电容触摸屏手写笔笔端的正视图。图3是本发明所述电容触摸屏手写笔在理想状态下在电容触屏上书写时，电容触 屏上获得的触摸区域的视图。图4是本发明所述电容触屏上获得满足电容阈值的点构成触摸区域图。图5是图4中所获的触摸区域的轮廓线点图。图6是本发明另一实施方式中，所述电容触屏上获得满足电容阈值的点构成触摸 区域图。图7是图6中触摸区域的参考点图。图8是图7根据参考点得到扩展点图。图9是电容触屏上的电容值与笔端边缘距传感器扫描线距离的关系曲线图。图10是图中展示的是电容触屏上得到的梯形的一个截面对应的电容值曲线图。图11是根据电容触屏上得到的参考点以及扩展点图确定的轮廓线点的图。图12是图11中得到的轮廓线点图。图13是根据图12得到的轮廓线点得到的轮廓线图。
具体实施例方式参见图1、2，图中展示了本发明所述的手写笔，其包括笔杆1和笔端2，该图中笔端 2为椭圆形，实际应用中不限于椭圆形。视0点为笔尖，也就是我们希望在电容屏上得到的 触点。在笔端2的端面上设有一能够与触摸屏形成耦合电容的导电材料制成的电容耦合部 21，例如导电泡棉或者导电橡胶，重要的是该导电耦合部的形状是梯形，为了清楚，如图1、 2所示，其中点0为笔尖点，该方向为笔的前方，相反的方向则为后方。电容耦合部21的梯 形的顶边211朝向笔端2的前方、梯形的底边212位于笔端2的后方，所述笔端2的笔尖点 0位于所述梯形电容耦合部21的顶边211的前方。过笔尖点0，分别作梯形两个斜边213、214的平行线Li、L2，或者过笔尖点0向梯形的两斜边213、214作垂线，可以得到这两条平 行线L1、L2相对于梯形斜边213、214的偏移距离或者笔尖点0到梯形斜边213、214的距离 Sl和S2 ；因此，笔尖点0相对于梯形的位置是固定，此时两平行线L1、L2之间的夹角为α， 也为梯形两斜边213、214的夹角。本实施例中，所述的电容触摸屏手写笔的触点位置定位有如下具体方法。1.根据笔端2电容耦合部21的参数，确定电容值的阈值，分别对触摸屏电容矩阵 的行和列进行扫描，得到扫描行和列上的超过阈值的点，得到触摸区域I’。在理想状态下， 可以得到与笔端电容耦合部21相一致的梯形，如图3所示。由于电容传感器矩阵呈矩阵排 列，因此，其实际的获得是所有满足电容值满足阈值的点构成的如图4所示的触摸区域I。2.通过图4所示的触摸区域确定梯形的两斜边的位置。具体包括以下步骤
a.获得触摸区域的轮廓线；
首先，把图4中所示的满足阈值的所有点的坐标按X或者Y的数值排序。以按X值由 小到大为例说明，对于每个X，把Y按从小到大排序；对于相同的X值，把四周都有相邻点的 点去掉；剩下的就是传感器区域的轮廓线点，如图5所示；
b.将所获得的轮廓线的坐标点分组，得到梯形四条边的四组坐标点
先选取3个坐标点，判断第一个点和第二个点组成的直线和第二个点与第三个点组成 的直线方程是否一致，或者其斜率是否相等或近似相等；如果是，则取第四个点，依次计算， 直到发现不一致；将第一个点至倒数第二个点的坐标分为一组，倒数第二个点为第二段线 段的起点，按顺序遍历图5所示的轮廓线上的所有点，分别找到第二，第三，第四段线段上 的四组坐标；
c.根据四组坐标数据，确定梯形四条边的直线方程；
根据四组的坐标数据，通过最小二乘法可以计算得出四条直线的方程；
d.计算两组对边直线的夹角，将计算得出的对边直线的夹角与手写笔的电容耦合面 梯形的两斜边夹角α的设计值比较，从而可以确定梯形的斜边。3.将确定触摸屏上的梯形斜边位置分别向内部偏移固定笔端点到所述手写笔的 电容耦合面的梯形两斜边的距离值Sl和S2，得到的两直线的交点的坐标位置即为笔尖的 坐标位置0’(即触点位置，如图3所示)。4.当上述步骤无法得出与电容耦合部21的梯形的两斜边吻合的两斜边时，取触 摸屏上的触摸区域的重心位置(如图3所示点M位置)作为笔尖的坐标位置。作为本发明的另一种实施方式，在确定触摸区域的轮廓线时，由于触摸屏的传感 器扫描线成矩阵排列，如果精度不够高，书写时获得满足阈值的触摸区域I，如图6所示。去 掉中间点，其所得到的轮廓线点不能直接构成梯形的四条边，如图7所示，此时的梯形的每 一个边均成锯齿状，很难得到相邻的三个坐标点的形成的两个线段具有相同的斜率，因此， 其他步骤与上一实施例相同，还需要在获得触摸区域的轮廓线的步骤中增加轮廓线校正的 步骤
以获得的如图7所示的轮廓线点作为参考点Al、Α2、Α3···Α9，对比电容值，把比该点电 容值小的相邻点的坐标和电容值记录下来，得到轮廓线点的扩展点Bi、Β2、Β3…Β13。根据参考点(Al、Α2、Α3···Α9)和与之相邻的扩展点(Bi、Β2、Β3…Β13)的电容值 的大小比例确定轮廓线在参考点扩展点之间的位置，得到校正的轮廓线点C。参见图9，图9展示的是电容值与笔端边缘距传感器扫描线距离的关系曲线，其横坐标为栅格距离，纵坐 标为电容值，当笔端边缘距离扫描线近时，得到的电容值大，反之，会小很多。如果知道电容 值，可以根据该曲线，即可计算出笔端边缘据扫描线的距离。参见图10，图中展示的是梯形 的一个截面对应的电容值曲线。我们可以得到超过阈值的点(A11、A12、A13、A14)以及参考 点(A11、A14)的电容，同时可以得到其扩展点(B11、B14)的电容值。根据图9的曲线，可以 得到实际轮廓线点(C11、C14)到参考点(A11、A14)扫描线的距离。由此，按顺序遍历参考 点八132、六3"49，和扩展点81、82、83丨813，可以得到较校正的轮廓线点C1、C2、C3……， 如图11，通过参考点Al和扩展点B13得到轮廓线点Cl，通过参考点A2和扩展点Bl得到轮 廓线点C2，依次可以得到如图12所示的所有轮廓线点C1、C2……C12，并继续执行上一实施 例中的步骤b.将所获得的轮廓线的坐标点分组，得到梯形四条边的四组坐标点以及后续 步骤，从而得到如图13所示的梯形的轮廓线以及笔尖的坐标位置0’(即触点位置)。在本发明所述的触摸屏上，其触摸区域的电容值是由图10所展示的每一个截面 的电容曲线所构成的一个坡状梯形。其顶面为满足电容阈值的所有区域，而对于低于电容 阈值的同一个电容值所对应的水平横截面也是梯形。当我们取不同的电容参考值时，会得 到不同的梯形；该梯形的各个边和笔端电容耦合部的梯形对应的各个边是平行等距关系是 固定不变的。这样，我们在对笔端的参数校正后，根据校正参数计算，就能够得到与所述笔 端电容耦合部的对应的梯形区域。应说明的是，本发明的电容触摸屏手写笔的笔端的电容耦合部设计成梯形，电容 触摸屏手写笔笔端设计成梯形，三角形可看作是顶边为零的梯形，其显然也是可以实施的， 仅仅使得与笔尖对应的顶角的角度与另外两个角不等即可。此时可以确定三组轮廓线点， 并经过校正步骤得到精切的三角形的轮廓线，确定与电容耦合部的笔尖对应的三角形的顶 点，将该顶角的两边平移所述笔尖到电容耦合部的该对应的两斜边的距离Sl和S2，其相交 点即为笔尖的坐标点。本发明的上述实施例对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本发明所述电 容触摸屏手写笔的触点位置定位的方法仅涉及书写落笔时确定笔尖触点位置的方法，该方 法是结合具有特定的梯形形状(包含定位为零的梯形)的电容耦合部的电容触笔，根据笔尖 点到梯形斜边的固定距离，并通过在电容触屏上获得与所述电容耦合部相同形状的触摸区 域，从而得到相对应的电容触屏上的笔尖触点的位置。当落笔并得到触点位置后，只要连续 书写即可通过跟踪已确定的梯形的斜边的位置的变化，得到笔尖触点的位置的变化轨迹。 本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多 修改、变化或等效，例如改变确定轮廓线点的方法或者改变通过轮廓线点确定梯形四边的 直线方程的方法，但都将落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种电容触摸屏手写笔，其包括笔杆和笔端，其特征在于，所述笔端设有梯形的能够 与触摸屏形成耦合电容的导电材料制成的电容耦合部，所述笔端的笔尖位于所述梯形电容 耦合部的顶边的前方。
2.根据权利要求1所述的电容触摸屏手写笔，其特征在于，所述电容耦合部的梯形的 顶边为0，且所述位于笔尖方向的顶角与另两个顶角不等。
3.根据权利要求1所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，其特征在于，其包 括以下步骤(1)分别对触摸屏电容传感器的行和列进行扫描；(2)根据扫描行和列上的超 过阈值的点确定触摸区域；(3)通过触摸区域确定与所述笔端部的电容耦合面对应的触摸 屏上的梯形的两斜边的位置；(4)将确定触摸屏上的梯形斜边位置分别向内部偏移所述手 写笔的笔尖到所述手写笔的电容耦合面的梯形两斜边的距离值Sl和S2，得到的两直线的 交点的坐标位置即为笔尖的坐标位置。
4.根据权利要求3所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，其特征在于，所述 确定与所述笔端部的电容耦合面对应的梯形的两斜边的位置的步骤(3)包括如下步骤a.通过触摸区域获得触摸区域的轮廓线；b.将所获得的轮廓线的坐标点分组，得到位于梯形四条边的四组坐标点；c.根据四组坐标数据，确定梯形四条边的直线方程；d.计算两组对边直线的夹角，根据对边直线的夹角和所述手写笔的电容耦合面梯形 的两斜边夹角的设计值比较，确定梯形的斜边。
5.根据权利要求4所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，其特征在于，所述 获得触摸区域的轮廓线的步骤a，包括获得轮廓线参考点的步骤把所有点的坐标按X或者 Y的数值排序，对于每个X或Y，把Y或X按从小到大排序，去掉四周都有相邻点的点，剩下 点即为传感器区域的轮廓线的参考点。
6.根据权利要求5所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，其特征在于，所述 获得触摸区域的轮廓线的步骤a，还包括一个校正轮廓线的步骤以所获得的轮廓线的参考点为基准，对比电容值，把比该点电容值小的相邻点的坐标 和电容值记录下来，得到轮廓线点的扩展点；根据参考点和与之相邻的扩展点的电容值的大小比例确定轮廓线在参考点和扩展点 之间的位置，得到校正的轮廓线点。
7.根据权利要求3-6其中任一项所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，其特 征在于，所述的坐标点分组的步骤b包括以下步骤选取3个相邻的轮廓线点的坐标，判断经第一个点和第二个点组成的直线方程和经第 二个点与第三个点组成的直线方程的斜率是否相等或近似相等；如果是，则取第四个点， 依次计算，直到发现不一致；按顺序遍历所述轮廓线点，得到位于梯形四条边上的四组坐标 点ο
8.根据权利要求3-6其中任一项所述的电容触摸屏手写笔触点位置定位的方法，其特 征在于，当无法确定梯形的斜边时，计算触摸区域的重心位置作为笔尖触点。
全文摘要
本发明公开了一种电容触摸屏手写笔及其触点位置定位的方法，其包括笔杆和笔端，所述笔端设有梯形的能够与触摸屏形成耦合电容的导电材料制成的电容耦合部，所述笔端的笔尖位于所述梯形电容耦合部的顶边的前方。该电容触摸屏手写笔触点位置的定位方法，是通过电容触摸屏上得到的触摸区域确定与所述笔端部的电容耦合面对应的梯形的两斜边的位置；将触摸屏上的梯形斜边位置分别向内部偏移固定的偏移量S1和S2，得到的两直线的交点的坐标位置即为笔尖触点位置的坐标。其解决了现有的电容触摸屏手写笔触点位置被遮挡，不利于精细操作和因此带来的客户体验差的问题。
文档编号G06F3/033GK102073394SQ20111002783
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者张永革 申请人:张永革