一种电容感应式虚拟空间电子笔的制作方法

本技术涉及ar领域，尤其涉及一种电容感应式虚拟空间电子笔。

背景技术：

1、随着增强现实技术的发展，ar画笔逐步走入生活。相对于传统触控笔需要依赖于特定平面的书写而言，ar画笔的亮点是在空气中进行绘画，绘画图案同样同步显示在显示设备中。

2、如传统笔绘画时用力则笔迹变粗或色彩变重一样，ar画笔也需要实现力的不同改变笔迹的粗细或色彩的浓度。

3、传统触控笔对于此点基本采用笔尖压力检测的方式进行识别，如专利cn106354285b通过向笔芯施加不同的书写力度时笔芯内舱内的铁粉芯产生位移，进而生产电信号来在电子手写板上产生粗细不同的电子笔迹；专利cn113268172b通过笔尖力沿触控笔的中轴线传递给压感组件发生形变产生电信号，进而改变笔迹粗细；专利cn115617188b通过笔尖压力传递给力敏电阻产生信号改变笔迹粗细等等。此类方案由于ar画笔的笔尖不接触任何实体对象而无法形成压力，因此不适用。

4、除笔尖压力检测外，传统触控笔也有提出靠笔身握持力的思想，如专利cn212586849u通过笔身侧壁的感压部感应握持压力用于笔迹的粗细控制；jp2020126417a当电子笔的握持部分在书写期间被握持时,握持力检测单元检测压力传输到电子黑板形式生成绘图信息。而ar画笔由于无需笔尖用力，所以不存在特定的握持部，用户可以握持笔身的任意位置在空间虚拟写画，如在整个笔身的任意位置设置压力检测装置，势必大幅增加成本，另外检测压力需要笔身可以变形和快速恢复，对笔身材料和结构以及笔身内部的压力传感器有特殊要求，进一步提高成本。

技术实现思路

1、本实用新型为改善现有技术的不足之处，而提供一种电容感应式虚拟空间电子笔。

2、所提供的电容感应式虚拟空间电子笔，包括笔杆、柔性笔套、控制模块、电容数字转换电路(cdc)、开关阵列；笔杆的笔身表面沿笔身径向布置至少两段电极，每段电极包括沿笔身轴向布置的至少一个电极，电极上方设置有第一绝缘层；柔性笔套包含位于内圈的柔性导电层以及位于外圈的第二绝缘层，柔性导电层套设在笔杆外并部分或全部地覆盖电极，且柔性导电层对准电极的部位配置为朝向电极方向凸出从而形成凸起，凸起表面为弹性曲面，该曲面向下的投影至少覆盖其下方电极的部分面积，凸起受外力形变改变在其下方电极上和第一绝缘层的接触面积；电容数字转换电路通过开关阵列分别耦合各个电极，用于获取电极的自电容来感知施加到凸起的压力；控制模块与电容数字转换电路耦合。

3、相较之现有技术，本实用新型的结构优势在于：

4、(1)在笔身表面沿笔身径向布置多段电极，每段电极可以由沿笔身轴向布置的至少一个电极组成，配合电容检测芯片，可以检测各个电极的自电容，当用手指握持笔的力度改变时，由于手指按压位置的柔性导电层的凸起的形变，凸起与电极上绝缘层接触的面积会发生改变，因此引起电极的自电容变化，从而反应握持力的大小，并据此，改变笔迹的粗细或色彩的浓度，而柔性导电层凸起及下方电极的结构和工艺简单，大面积铺设成本可控，且力的分辨率高；

5、(2)可以通过轴向多个电极识别手指(例如拇指)沿轴向左右滑动动作，产生类似鼠标左右滚动的效果；

6、(3)可以识别手指敲击动作，模仿类似鼠标左右键的功能，极大的丰富电子笔的功能。

7、作为一种改进方案，笔杆的笔身表面沿笔身径向布置至少三段电极且各段电极沿笔身径向均匀环绕于笔身，形成四周分布更易于手指触碰。作为另一种改进方案，每段电极配置为包括沿笔身轴向布置的至少两个电极，可以通过轴向布置的多个电极识别手指(例如食指)沿笔轴向上下滑动动作，产生类似鼠标上下滚动的效果。最优选地，可以既设置至少三段，又设置每段至少两个电极，即和的方案，用户握持笔力度容易改变的是拇指、食指和中指，最容易力度的是拇指和食指，因此多段径向电极的设置可以很容易依据距笔尖最近的径向电极段的电容突变确定食指和拇指握持的位置，还可以识别手指在任意位置的敲击动作和/或滑动动作。

8、作为另一种改进方案，柔性导电层通过开关阵列与地相接，控制模块在感知到压力时闭合柔性导电层与地之间的开关，使得柔性导电层复用作屏蔽。由于ar笔绘画时人手需要握持笔身，人体电容对电极自电容影响较大，尤其人手有水、没水、温度等的影响，通过在检测压力时将柔性导电层复用作屏蔽，隔离人手对压力检测的干扰，提升识别准确性。

9、作为另一种改进方案，电容数字转换电路通过开关阵列耦合柔性导电层，用于获取柔性导电层的自电容，控制模块配置为在感知不到压力时依据柔性导电层的自电容感知外部物体的接近和/或接触，此时柔性导电层作为电极，实现接近觉。

10、作为另一种改进方案，柔性笔套内圈的柔性导电层配置为具有多个，各个柔性导电层相互间具有缝隙；电容数字转换电路通过开关阵列分别耦合各个柔性导电层；控制模块配置为通过开关阵列短接各个柔性导电层实现电气耦合，此时各个柔性导电层并联成大电极基于自电容实现接近觉，或者通过电容数字转换电路获取各个柔性导电层之间的互电容，依靠互电容实现接近觉，由于互电容具有更强抗环境干扰能力，在接近觉识别上具有更强优势。

11、作为另一种改进方案，柔性笔套沿笔身轴向的长度配置为2.0-5.0cm，达到沿标准笔身的大面积铺设。进一步地，电容感应式虚拟空间电子笔还包括包裹于笔杆表面的电路板，可以是fpc/pcb/lds，电极布置于电路板，电路板表面通过绝缘漆形成第一绝缘层，实现制造简便，其中电路板优选使用pfc，pfc形成折弯包裹笔身。

12、作为另一种改进方案，第二绝缘层紧密贴合于柔性导电层上，达到更优的力的传递效果。其中，柔性导电层配置为导电硅胶，和/或第二绝缘层配置为绝缘硅胶。

13、作为另一种改进方案，电容感应式虚拟空间电子笔还包括用于对外通讯并与控制模块耦合的通讯模块，例如有线通讯或无线通讯，如蓝牙，ar笔识别用户动作后，把相关信息通过无线信号，发送给ar主机。电子笔上还可设置物理按键耦合至控制模块进行电源开关，或者内置储能器(如锂电池)达到无线设备，储能器可通过有线或无线充电技术进行充电。

技术特征：

1.一种电容感应式虚拟空间电子笔，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的电容感应式虚拟空间电子笔，其特征在于：所述柔性导电层通过开关阵列与地相接。

3.根据权利要求1所述的电容感应式虚拟空间电子笔，其特征在于：

4.根据权利要求1或3所述的电容感应式虚拟空间电子笔，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的电容感应式虚拟空间电子笔，其特征在于：柔性笔套沿笔身轴向的长度配置为2.0-5.0cm。

6.根据权利要求5所述的电容感应式虚拟空间电子笔，其特征在于：还包括包裹于笔杆表面的电路板，所述电极布置于电路板，电路板表面通过绝缘漆形成所述第一绝缘层。

7.根据权利要求1所述的电容感应式虚拟空间电子笔，其特征在于：所述第二绝缘层紧密贴合于柔性导电层上。

8.根据权利要求7所述的电容感应式虚拟空间电子笔，其特征在于：所述柔性导电层配置为导电硅胶，和/或第二绝缘层配置为绝缘硅胶。

9.根据权利要求1所述的电容感应式虚拟空间电子笔，其特征在于：笔杆的笔身表面沿笔身径向布置至少三段电极且各段电极沿笔身径向均匀环绕于笔身；和/或每段电极配置为包括沿笔身轴向布置的至少两个电极。

10.根据权利要求1所述的电容感应式虚拟空间电子笔，其特征在于：还包括用于对外通讯并与控制模块耦合的通讯模块。

技术总结本技术涉及一种电容感应式虚拟空间电子笔，包括笔杆、柔性笔套、控制模块、电容数字转换电路(CDC)、开关阵列；笔身沿径向布置至少两段电极，每段电极包括沿笔身轴向布置的至少一个电极，电极上方设有第一绝缘层；柔性笔套包含位于内圈的柔性导电层以及位于外圈的第二绝缘层，柔性导电层套设在笔杆外并覆盖电极，柔性导电层对准电极的部位凸起，凸起表面为弹性曲面，该曲面向下的投影至少覆盖其下方电极的部分面积，凸起受外力形变改变在其下方电极上和第一绝缘层的接触面积；电容数字转换电路通过开关阵列分别耦合各个电极，用于获取电极的自电容来感知施加到凸起的压力；控制模块与电容数字转换电路耦合。技术研发人员：曾凡佑,孙滕谌,尤雅楠受保护的技术使用者：北京他山科技有限公司技术研发日：20231206技术公布日：2024/7/11