CN102681691A - 触控笔 - Google Patents

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Abstract

一种电容式触控笔，包含一电源电路、一信号接收电极，一反相放大电路及一信号发射电极。电源电路提供触控笔一工作电压，信号接收电极接收一电容式触控装置的一触控感测电极结构的至少一表面信号，反相放大电路反向放大表面信号以产生一反向放大信号，且信号发射电极发射反向放大信号，以衰减电容式触控装置于触控笔的触碰位置上的一检测信号。

Description

触控笔
技术领域
本发明关于一种触控笔，特别是一种用于电容式触控装置的触控笔。
背景技术
图1A及图1B显示习知检测电容式触控装置100上的手指触碰位置设计的示意图。举例而言，各个Y轴电极102可依序发出电压脉冲，并通过检测各个X轴电极104因感应而产生的电荷。在手指106的触摸位置会产生手指电容且因人体接地，如此会使传导到X轴电极104的脉冲信号相对非触摸位置减弱，因此可以检测到哪些X轴电极104被手指106触摸，进而计算出手指触碰位置坐标。再者，于本例中因为是依序对各个Y轴电极102施加电压脉冲，所以即使手指106在同一时间触摸多个位置，也能够正确地判断触摸位置。
另一方面，目前使用于电容式触控装置的触控笔已有相当多的设计被提出，为避免笔头太小造成触控笔感应不良，于这些设计中笔头外径均约为5-6mm而无法进一步缩小。然而，外径约为5-6mm的笔头于使用时较大而难以进行精准的触控操作。
发明内容
本发明提供一种可用于电容式触控装置的触控笔。
依本发明一实施例的设计，一种电容式触控笔包含一电源电路、一信号接收电极，一反相放大电路及一信号发射电极。电源电路提供触控笔一工作电压，信号接收电极接收一电容式触控装置的一触控感测电极结构的至少一表面信号，反相放大电路反向放大表面信号以产生一反向放大信号，且信号发射电极发射反向放大信号，以衰减电容式触控装置于触控笔的触碰位置上的一检测信号。
通过上述实施例的设计，触控笔可有效缩小笔头而可于电容式触控装置上进行精准的操作。再者，电容式触控装置不需进行其他的特殊设计即可准确感测触控笔的触碰位置，且触控笔的笔头电极可独立设计，不用考虑与电容式触控装置的驱动IC的相容性，故可大幅减低设计难度及制造成本。
于一实施例中，反相放大电路的信号放大倍率为50至500倍。
于一实施例中，触控笔更包含一屏蔽元件，屏蔽元件介设于信号接收电极及信号发射电极之间以避免信号干扰。屏蔽元件例如可为铜箔材料所构成。信号发射电极可包含一天线结构及一电极走线，屏蔽元件可包含一中空圆柱部及连接于中空圆柱部一端侧的一圆环部，且电极走线实质上位于中空圆柱部内。中空圆柱部的外径可等于或略大于天线结构的外径，且圆环部的外径可等于信号接收电极的外径。一第一绝缘体可介设于信号接收电极与屏蔽元件之间，且一第二绝缘体可介设于信号发射电极与屏蔽元件之间。
于一实施例中，第一绝缘体及该第二绝缘体分别具有圆柱体的外形，且于该电极走线延伸方向上的第一绝缘体的长度大于信号接收电极的长度。
于一实施例中，信号接收电极可为一金属环或一导电线圈，且一导电橡胶可包覆信号发射电极的天线结构。
于一实施例中，触控感测电极结构包含复数第一电极串列以及复数第二电极串列，复数第一电极串列接收至少一扫描信号且复数第二电极串列接收至少一检测信号。
本发明另一实施例提供一种电容式触控笔，包含一电源电路、一笔头电极以及一多工器。电源电路提供触控笔一工作电压，笔头电极，接收一电容式触控装置的一触控感测电极结构的一表面信号，并将表面信号经由一反相放大单元反向放大后发射，以衰减电容式触控装置于触控笔触碰位置上的一检测信号。多工器用以使笔头电极于一信号接收路径以及一信号发射路径两者间进行切换。
于一实施例中，触控笔更包含一存储器以暂存被反相放大单元反向放大的表面信号的信号型态。
于一实施例中，反相放大单元及多工器整合于一特殊应用集成电路(ASIC)。
通过上述实施例的设计，因信号接收与信号发射的操作可利用同一笔头电极实施，因此可避免接收与发射信号相互干扰的问题并可进一步缩小笔头。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1A及图1B显示习知检测电容式触控装置上的手指触碰位置的设计示意图。
图2为依本发明一实施例的用于电容式触控装置的触控笔的示意图。
图3为说明触控笔的运作方式的方块图。
图4为本发明一实施例的反相放大电路的电路图。
图5为本发明一实施例的信号发射电极及接收电极配置的示意图。
图6及图7为本发明另一实施例的用于电容式触控装置的触控笔的示意图。
图8为说明触控笔的运作方式的方块图。
图9显示可利用触控笔及手指输入的一电容式触控装置的示意图。
图10为本发明另一实施例的用于电容式触控装置的触控笔的示意图。
图11为本发明另一实施例的用于电容式触控装置的触控笔的示意图。
附图标号：
10、40、60、70    触控笔
12、62        信号接收电极
14、64        信号发射电极
14a、64a      天线结构
14b、64b      电极走线
15            绝缘层
16            电源电路
18            反相放大电路
20            电容式触控装置
20a           触控感测电极结构
32            运算放大器
34            导体
42            特殊应用集成电路
421           多工器
422           反相放大单元
423           存储器
44            笔头电极
50            手指
66            屏蔽元件
66a           中空圆柱部
66b           圆环部
72            第一绝缘体
74            第二绝缘体
76            导电橡胶
76a           导圆角
102           Y轴电极
104           X轴电极
106          手指
ψ1          中空圆柱部外径
ψ2          天线结构外径
M            第一电极串列
N            第二电极串列
P            表面信号
Q            反向放大信号
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图2为依本发明一实施例的用于电容式触控装置的触控笔的示意图，图3为说明触控笔的运作方式的方块图。请同时参考图2及图3，触控笔10包含一信号接收电极12、一信号发射电极14、一电源电路16以及一反相放大电路18。
电源电路16提供触控笔10一工作电压，信号接收电极12以例如感应的方式，接收电容式触控装置20的触控感测电极结构20a的至少一表面信号P。触控感测电极结构20a举例而言可包含复数第一电极串列M及复数第二电极串列N，于一实施例中，复数第一电极串列M可接收至少一扫描信号且逐道被驱动以扫描触控感测电极结构20a，且被扫描信号驱动的第一电极串列M所發出的電力線可被信号接收电极12接收，第二电极串列N接收至少一检测信号，以于扫描信号驱动第一电极串列M时感测因触碰动作感应生成的耦合电容。于一实施例中，表面信号P是由触控感测电极结构20a(M)与信号接收电极12之间的电力线所产生的信号，检测信号是由触控感测电极结构20a(N)与信号发射电极14之间的电力线所产生的信号。反相放大电路18将触控感测电极结构20a的表面信号P反向放大后，通过信号发射电极14发射出反向放大信号Q。反向放大信号Q可衰减电容式触控装置20的检测信号，如此于触控笔10触碰位置上的检测信号会相对非触碰位置的检测信号减弱，因此可检测到触控笔10的实际触碰位置。图4为本发明一实施例的反相放大电路18的电路图。本发明的反相放大电路18的结构并不限定，仅需能获得反向放大触控感测电极结构20a的表面信号P即可，例如可利用具有相对的线性增益、及输出可由输入控制的一运算放大器(OPA)32实施。
如图5所示，于一实施例中，信号发射电极14包含一天线结构14a及一电极走线14b，电极走线14b可利用一导体34(例如铜箔)进行遮蔽，避免信号接收电极12未接收触控感测电极结构20a的表面信号P，反而错误地接收信号发射电极14的发射信号Q并进行反相放大。亦即，导体34可提供屏蔽作用以避免信号之间的相互干扰，确保触控笔10的正常运作。再者，天线结构14a的一端与图4的信号Q输出端连接。另外，一绝缘层15可介设于信号接收电极12与信号发射电极14之间，以避免信号接收电极12与信号发射电极14相互接触。
通过上述实施例的设计，本发明仅需要利用少量的电力线产生的表面信号P，并通过反向放大的表面信号P衰减电容式触控装置20的检测信号，即可进行后续的触碰位置判断。如此，触控笔10可有效缩小笔头而可于电容式触控装置20上进行精准的操作。再者，依上述实施例的设计，电容式触控装置20不需进行其他的特殊设计即可准确感测触控笔10的触碰位置，且触控笔10的笔头电极可独立设计，不用考虑与电容式触控装置20的驱动IC的相容性，故可大幅减低设计难度及制造成本。
图6及图7为本发明另一实施例的用于电容式触控装置的触控笔的示意图，图8为说明触控笔的运作方式的方块图。请同时参考图6及图7，于本实施例中，触控笔40的信号接收与信号发射控制例如可整合于一特殊应用集成电路(ASIC)42，且信号接收动作(如图6所示)与信号发射动作(如图7所示)可利用同一笔头电极44实施。如图8所示，于一实施例中，特殊应用集成电路(ASIC)42可包含一多工器421、一反相放大单元422以及一存储器423，多工器421可使笔头电极44于一信号接收路径以及一信号发射路径两者间来回进行切换，而可使用单一笔头电极44来接收及发射信号。当笔头电极44位于一信号接收路径时，笔头电极44可接收触控感测电极结构20a的至少一表面信号P，接着反相放大单元422可将表面信号P反向放大，被反相放大单元422反相放大的表面信号P的信号型态可暂存于存储器423，之后当笔头电极44切换至信号发射路径时再通过笔头电极44发射信号，进而衰减电容式触控装置20的检测信号，同样可获得检测触控笔40的实际触碰位置的效果。
通过上述实施例的设计，因信号接收与信号发射的操作可利用同一笔头电极44实施，因此可避免接收与发射信号相互干扰的问题并可进一步缩小笔头。如图9所示，可利用本发明各个实施例的触控笔10、40笔写输入或手指50触碰输入一电容式触控装置20。
图10为本发明另一实施例用于电容式触控装置的触控笔的示意图。如图10所示，触控笔60的信号接收电极62例如可为一金属环，且信号发射电极64可包含一天线结构64a及一电极走线64b。一屏蔽元件66介设于信号接收电极62及信号发射电极64之间，以避免信号接收电极62及信号发射电极64间的信号干扰问题。于一实施例中，屏蔽元件66可包含一中空圆柱部66a及连接于中空圆柱部66a一端侧的一圆环部66b，电极走线64b实质上位于中空圆柱部66a内，且圆环部66b设置于信号接收电极62与天线结构64a间，如此中空圆柱部66a可提供屏蔽信号发射电极64的电极走线64b的效果，且圆环部66b可提供屏蔽天线结构64a的效果。于一实施例中，圆环部66b例如可为一印刷电路板所构成且可利用例如焊接的方式连接于中空圆柱部66a一端侧。于一实施例中，屏蔽元件66的圆环部66b的外径可大致等于信号接收电极62的外径，且若中空圆柱部66a的外径为ψ1且天线结构64a的外径为ψ2，则中空圆柱部66a的外径可等于天线结构64a的外径(ψ1＝ψ2)或略大于天线结构64a的外径(ψ2＜ψ1＜(1.2ψ2))。屏蔽元件66举例而言可由铜箔之类的导体材料所构成，且于一实施例中，屏蔽元件66可与接地端电性连接。再者，一第一绝缘体72可介设于信号接收电极62与屏蔽元件66之间，且一第二绝缘体74可介设于信号发射电极64与屏蔽元件66之间，以避免可能产生的短路或信号衰减问题。于一实施例中，第一绝缘体72及第二绝缘体74分别具有圆柱体的外形，且于电极走线64b延伸方向上的第一绝缘体72的长度大于信号接收电极62的长度。于本实施例中，一导电橡胶76可包覆信号发射电极64的天线结构64a，以避免触控笔60于使用时刮伤触控面板(未图示)，另外导电橡胶76上可形成至少一导圆角76a使触控笔60易于搭配使用者的不同书写姿势。于一实施例中，屏蔽元件66的圆环部66b的外径可大致等于导电橡胶76的外径。另外，通过本实施例的设计，因为天线结构64a的高度及表面积增加，故可缩小天线结构64a(笔头)的直径，提高触控笔60于使用上的精细度及舒适度。如图11所示，于另一实施例中，触控笔70的信号接收电极62亦可为导电线圈所构成。
需注意本发明各个实施例可利用互容式或自容式触控感测方式取得触碰位置均可。另外，图示中利用正弦波代表表面信号及发射信号仅为例示而不限定，表面信号及发射信号经过处理后具有方波、脉波、三角波或者斜波等形式，皆可达成类似效果。再者，反向放大信号的放大倍率并不限定，例如可为50-500倍，且可视电容式触控装置的结构、驱动IC类型、触控笔结构等决定适当的放大倍率。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (22)

1.一种触控笔，其特征在于，所述的触控笔包括：
一电源电路，提供所述触控笔一工作电压；
一信号接收电极，接收一电容式触控装置的一触控感测电极结构的至少一表面信号；
一反相放大电路，反向放大所述表面信号以产生一反向放大信号；以及
一信号发射电极，发射所述反向放大信号，以衰减所述电容式触控装置于所述触控笔的触碰位置上的一检测信号。
2.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述反相放大电路的信号放大倍率为50至500倍。
3.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述的触控笔更包括：
一屏蔽元件，介设于所述信号接收电极及所述信号发射电极之间以避免信号干扰。
4.如权利要求3所述的触控笔，其特征在于，所述屏蔽元件接地。
5.如权利要求3所述的触控笔，其特征在于，所述屏蔽元件为铜箔材料所构成。
6.如权利要求3所述的触控笔，其特征在于，所述信号发射电极包含一天线结构及一电极走线，所述屏蔽元件包含一中空圆柱部及连接于所述中空圆柱部一端侧的一圆环部，且所述电极走线位于所述中空圆柱部内。
7.如权利要求6所述的触控笔，其特征在于，所述中空圆柱部的外径等于或略大于所述天线结构的外径。
8.如权利要求6所述的触控笔，其特征在于，所述屏蔽元件的所述圆环部的外径大致等于所述信号接收电极的外径。
9.如权利要求6所述的触控笔，其特征在于，所述圆环部为一印刷电路板所构成且焊接至所述中空圆柱部。
10.如权利要求3所述的触控笔，其特征在于，所述的触控笔包括：
一第一绝缘体，介设于所述信号接收电极与所述屏蔽元件之间；以及
一第二绝缘体，介设于所述信号发射电极与所述屏蔽元件之间。
11.如权利要求10所述的触控笔，其中所述第一绝缘体及所述第二绝缘体分别具有圆柱体的外形。
12.如权利要求10所述的触控笔，其特征在于，所述信号发射电极包含一天线结构及一电极走线，且于所述电极走线延伸方向上的所述第一绝缘体的长度大于所述信号接收电极的长度。
13.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述信号接收电极为一金属环或一导电线圈。
14.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述的信号发射电极包含一天线结构及一电极走线，且所述触控笔更包含包覆所述天线结构的一导电橡胶。
15.如权利要求14所述的触控笔，其特征在于，所述屏蔽元件包含一中空圆柱部及连接于所述中空圆柱部一端侧的一圆环部，且所述屏蔽元件的圆环部的外径大致等于所述导电橡胶的外径。
16.如权利要求14所述的触控笔，其特征在于，所述导电橡胶形成至少一导圆角。
17.如权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述触控感测电极结构包含复数第一电极串列以及复数第二电极串列，所述第一电极串列接收至少一扫描信号且所述第二电极串列接收所述检测信号，且被所述扫描信号驱动的所述第一电极串列发出的电力线被所述信号接收电极接收。
18.一种触控笔，其特征在于，所述的触控笔包括：
一电源电路，提供所述触控笔一工作电压；
一笔头电极，接收一电容式触控装置的一触控感测电极结构的一表面信号，并将所述表面信号经由一反相放大单元反向放大后发射，以衰减所述电容式触控装置于所述触控笔触碰位置上的一检测信号；以及
一多工器，用以使所述笔头电极于一信号接收路径以及一信号发射路径两者间进行切换。
19.如权利要求18所述的触控笔，其特征在于，所述的触控笔包括：
一存储器，用以暂存被所述反相放大单元反向放大的所述表面信号的信号型态。
20.如权利要求18所述的触控笔，其特征在于，所述反相放大单元及所述多工器整合于一特殊应用集成电路。
21.如权利要求18所述的触控笔，其特征在于，所述反相放大单元的信号放大倍率为50至500倍。
22.如权利要求18所述的触控笔，其特征在于，所述触控感测电极结构包含复数第一电极串列以及复数第二电极串列，所述第一电极串列接收至少一扫描信号且所述第二电极串列接收所述检测信号，且被所述扫描信号驱动的所述第一电极串列发出的电力线被所述信号接收电极接收。
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