CN103164054B - 无线电容式书写装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种无线电容式书写装置，其包括与触摸屏相位同步的电容笔。电容笔是由触摸屏接收一驱动信号，并经由振荡反馈回路与驱动信号的相位同步，并且在驱动信号没有提供时，输出与驱动信号的相位同步的一延迟驱动信号。

Description

无线电容式书写装置
技术领域
本发明涉及一种电容式书写装置，特别是涉及一种包括与触摸屏相位同步的无线电容笔的无线电容式书写装置。
背景技术
现有习知的互电容式感测器(mutualcapacitivesensor)，包括绝缘表层、第一导电层、介电层、第二导电层、其中第一导电层与第二导电层分别具有多条第一导电条与第二导电条，这些导电条可以是由多个导电片与串联导电片的连接线构成。
在进行互电容式侦测时，第一导电层与第二导电层之一被驱动，并且第一导电层与第二导电层的另一个被侦测。例如，驱动信号逐一被提供给每一条第一导电条，并且相应于每一条被提供驱动信号的第一导电条，侦测所有的第二导电条的信号来代表被提供驱动信号的第一导电条与所有第二导电条间交会处的电容性耦合信号。藉此，可取得代表所有第一导电条与第二导电条间交会处的电容性耦合信号，成为一电容值影像。
据此，可以取得在未被触碰时的电容值影像作为基准，藉由比对基准与后续侦测到的电容值影像间的差异，来判断出是否被外部导电物件接近或覆盖，并且更进一步地判断出被接近或覆盖的位置。
然而，基准与后续侦测到的电容值影像间的差异明不明显与外部导电物件接近或覆盖触摸屏的面积相关，因此需要足够大的面积才能被辨识出来。这样的限制使得被动式电容笔的笔头必需很粗大，直径约在4mm以上，造成书写时不容易看见笔尖，不易精确地书写在预期的位置上。
由此可见,上述现有技术显然存在有不便与缺陷，而极待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题,相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道,但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的技术，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
当触摸屏受小面积的接近或接触时，相应于接近或接触的信号可能略小于用于侦测的门槛限值。本发明的目的在于，克服现有的技术存在的缺陷，提供一种新型结构的无线电容式书写装置，所要解决的技术问题是使其藉由相应于接近或接触的信号与相邻信号的总和来与门槛限值比较,以判断出原本门槛限值无法判断的小面积的接近或接触，非常适于实用。
现有习知的被动式电容笔需要与触摸屏有足够大的接触面积才能被辨识出来，这样的限制使得被动式电容笔的笔头必需很粗大,不易精确地书写在预期的位置上。本发明的另一目的在于，克服现有的技术存在的缺陷,提供一种新型结构的无线电容式书写装置，所要解决的技术问题是使其藉由无线电容笔发出信号给触摸屏，这样使电容笔的笔头可以更细小，接近传统的书写习惯，容易精确地书写在预期的位置上，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种无线电容式书写装置，其包括：触摸屏，具有多条导电条，所述导电条包括多条第一导电条与多条第二导电条；电容笔，具有导电笔头与信号转换电路，导电笔头接收来自触摸屏的驱动信号，并且信号转换电路依据驱动信号在延迟预设时间产生延迟驱动信号，延迟驱动信号经导电笔头传送至触摸屏，其中驱动信号与延迟驱动信号具有相同的频率与相位；以及控制器，在被动模式依据驱动信号在触摸屏与至少一外部导电物件的电容性耦合的变化侦测出所述至少一外部导电物件的位置，并且在主动模式依据由电容笔接收到的延迟驱动信号侦测电容笔的位置。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的无线电容式书写装置，其中在被动模式时,控制器是在驱动信号被提供的同时侦测所述至少一外部导电物件的位置,并且在主动模式时,控制器是在驱动信号没有被提供时侦测电容笔的位置。
前述的无线电容式书写装置，其中在主动模式时，控制器是同时提供给全部的所述第一导电条、全部的所述第二导电条或全部的所述导电条。
前述的无线电容式书写装置，其中在主动模式时，控制器是由所述第一导电条的信号判断出第一维度座标，并且是由所述的第二导电条的信号判断出第二维度座标，其中第一维度座标与第二维度座标构成二维度座标。
前述的无线电容式书写装置，其中在主动模式提供的驱动信号与在被动模式提供的驱动信号的频率不同。
前述的无线电容式书写装置，其中触摸屏更包括屏蔽导线，在被动模式时，屏蔽导线被提供直流信号，以屏蔽外部噪声对所述导电条的干扰,并且在主动模式时，屏蔽导线被提供交流信号，屏蔽导线在被提供交流信号时形成第一线圈以产生电磁信号。
前述的无线电容式书写装置，其中电容笔更包括第二线圈，第二线圈与第一线圈的电磁信号电磁感应提供信号转换电路产生延迟驱动信号的电力。
前述的无线电容式书写装置，其中电容笔接收的驱动信号是第一线圈产生的电磁信号。
前述的无线电容式书写装置，其中信号转换电路包括振荡反馈回路,振荡反馈回路依据驱动信号产生相位相同的延迟驱动信号，其中振荡反馈回路的工作频率与驱动信号的频率相同。
前述的无线电容式书写装置，其中电容笔更包括内部电容，储存第二线圈以电磁感应产生的电力。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知,本发明的主要技术内容如下：
为达到上述目的，本发明提供了一种侦测小面积接触或接近的方法,包括：由一电容式触模屏取得一电容性耦合变化量影像，其中电容式触摸屏具有多条被提供一驱动信号的被驱动导电条与多条提供电容性耦合变化量的被侦测导电条，在每次驱动信号被提供时，被同时提供驱动信号的一条或多条被驱动导电条与每一被侦测导电条的一个或多个交会处产生电容性耦合，电容性耦合变化量影像的每一个值分别为所述交会处之一的电容性耦合变化量；由电容性耦合变化量影像侦测每一个被侦测交会处，其中被侦测交会处的值小于一第一门槛限值与大于一第二门槛限值；侦测每一个第一区域，每一个第一区域包含所述被侦测交会处之一与相邻于被侦测交会处的一相邻交会处，并且第一区域的值的总和大于第一门槛限值；当没有侦测到任何第一区域时，侦测每一个第二区域，每一个第二区域包含所述被侦测交会处之一在内的四个相邻的交会处，并且第二区域的值的总和大于第一门槛限值；以及当侦测到至少一第一区域或至少一第二区域时,判断出每一个外部导电物件接近或接触的第一区域或第二区域，其中与外部导电物件接近或接触的第一区域或第二区域相邻的所有交会处的值小于一第三门槛限值。
另外,为达到上述目的，本发明还提供了一种侦测小面积接触或接近的装置，包括：由一电容式触模屏取得一电容性耦合变化量影像的装置,其中电容式触摸屏具有多条被提供一驱动信号的被驱动导电条与多条提供电容性耦合变化量的被侦测导电条，在每次驱动信号被提供时，被同时提供驱动信号的一条或多条被驱动导电条与每一被侦测导电条的一个或多个交会处产生电容性耦合，电容性耦合变化量影像的每一个值分别为所述交会处之一的电容性耦合变化量；由电容性耦合变化量影像侦测每一个被侦测交会处的装置，其中被侦测交会处的值小于一第一门槛限值与大于一第二门槛限值；侦测每一个第一区域的装置，每一个第一区域包含所述被侦测交会处之一与相邻于被侦测交会处的一相邻交会处，并且第一区域的值的总和大于第一门槛限值；当没有侦测到任何第一区域时，侦测每一个第二区域的装置，每一个第二区域包含所述被侦测交会处之一在内的四个相邻的交会处，并且第二区域的值的总和大于第一门槛限值；以及当侦测到至少一第一区域或至少一第二区域时，判断出每一个外部导电物件接近或接触的第一区域或第二区域的装置，其中与外部导电物件接近或接触的第一区域或第二区域相邻的所有交会处的值小于一第三门槛限值。
再者,为达到上述目的，本发明再提供了一种侦测小面积接触或接近的方法，包括：由一电容式触模屏取得一电容性耦合变化量影像，其中电容式触摸屏具有多条被提供一驱动信号的被驱动导电条与多条提供电容性耦合变化量的被侦测导电条，在每次驱动信号被提供时,被同时提供驱动信号的一条或多条被驱动导电条与每一被侦测导电条的一个或多个交会处产生电容性耦合，电容性耦合变化量影像的每一个值分别为所述交会处之一的电容性耦合变化量；由电容性耦合变化量影像侦测每一个被侦测交会处,其中被侦测交会处的值小于一第一门槛限值与大于一第二门槛限值；侦测每一个第一区域，每一个第一区域包含所述被侦测交会处之一与相邻于被侦测交会处的一相邻交会处，并且第一区域的值的总和大于第一门槛限值;以及当侦测到至少一第一区域时，判断出外部导电物件接近或接触的第一区域，其中与外部导电物件接近或接触的第一区域相邻的所有交会处的值小于第三门槛限值。
此外,为达到上述目的，本发明另还提供了一种侦测小面积接触或接近的装置，包括：由一电容式触模屏取得一电容性耦合变化量影像的装置,其中电容式触摸屏具有多条被提供一驱动信号的被驱动导电条与多条提供电容性耦合变化量的被侦测导电条，在每次驱动信号被提供时，被同时提供驱动信号的一条或多条被驱动导电条与每一被侦测导电条的一个或多个交会处产生电容性耦合，电容性耦合变化量影像的每一个值分别为所述交会处之一的电容性耦合变化量；由电容性耦合变化量影像侦测每一个被侦测交会处的装置，其中被侦测交会处的值小于一第一门槛限值与大于一第二门槛限值；侦测每一个第一区域的装置，每一个第一区域包含所述被侦测交会处之一与相邻于被侦测交会处的一相邻交会处，并且第一区域的值的总和大于第一门槛限值；以及当侦测到至少一第一区域时，判断出外部导电物件接近或接触的第一区域的装置，其中与外部导电物件接近或接触的第一区域相邻的所有交会处的值小于第三门槛限值。
此外,为达到上述目的，本发明另还提供了一种侦测小面积接触或接近的方法，包括：由一电容式触模屏取得一电容性耦合变化量影像，其中电容式触摸屏具有多条被提供一驱动信号的被驱动导电条与多条提供电容性耦合变化量的被侦测导电条，在每次驱动信号被提供时，被同时提供驱动信号的一条或多条被驱动导电条与每一被侦测导电条的一个或多个交会处产生电容性耦合，电容性耦合变化量影像的每一个值分别为所述交会处之一的电容性耦合变化量；由电容性耦合变化量影像侦测每一个值大于一第一门槛限值的交会处；以及当侦测到至少一个值大于一第一门槛限值的交会处时，判断出每一个外部导电物件的小面积接近或接触的单一交会处,其中每一个外部导电物件的小面积接近或接触的单一交会处相邻的所有交会处的值都小于第一门槛限值。
此外,为达到上述目的，本发明另还提供了一种电容式书写装置，包括：一电容笔，包括一导电笔身与一导电笔头,导电笔身与导电笔头接触性耦合，并且导电笔头包括一接触部与一非接触部,其中接触部较非接触部软,并且导电笔头是由导电纤维胶合，部分或全部的导电纤维由非接触部延伸至接触部；一触摸屏，具有多条被提供一驱动信号的被驱动导电条与多条提供电容性耦合变化量的被侦测导电条，在每次驱动信号被提供时，被同时提供驱动信号的一条或多条被驱动导电条与每一被侦测导电条的交会处产生电容性耦合；以及一控制电路，当电容笔被一外部导电物件在触摸屏上握持时，控制电路依据所述的交会处产生的电容性耦合的变化量判断出电容笔在触摸屏上的位置。
此外,为达到上述目的，本发明另还提供了一种无线电容式书写装置，包括：一触摸屏，具有多条导电条，所述导电条包括多条第一导电条与多条第二导电条；一电容笔，具有一导电笔头与一信号转换电路，导电笔头接收来自触摸屏的一驱动信号，并且信号转换电路依据驱动信号在延迟一预设时间产生一延迟驱动信号，延迟驱动信号经导电笔头传送至触摸屏,其中驱动信号与延迟驱动信号具有相同的频率与相位;以及一控制器,在一被动模式依据驱动信号在触摸屏与至少一外部导电物件的电容性耦合的变化侦测出所述至少一外部导电物件的位置，并且在一主动模式依据由电容笔接收到的延迟驱动信号侦测电容笔的位置。
借由上述技术方案，本发明无线电容式书写装置至少具有下列优点及有益效果：
1、本发明的无线电容式书写装置能侦测出比传统电容笔的笔头更小的小面积接近与接触；
2、本发明的无线电容式书写装置能侦测出小面积的外部导电物件的悬空接近；以及
3、本发明的无线电容式书写装置接近传统的书写习惯，容易精确地书写在预期的位置上。
综上所述，本发明是有关于一种无线电容式书写装置，其包括与触摸屏相位同步的电容笔。电容笔是由触摸屏接收一驱动信号，并经由振荡反馈回路与驱动信号的相位同步，并且在驱动信号没有提供时，输出与驱动信号的相位同步的一延迟驱动信号。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果,诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1A与图1B是互电容式感测器的示意图。
图1C至图1E是依据本发明的第一实施例提出的小笔头电容笔接近或接触触摸屏的示意图。
图1F至图1G是依据本发明的第一实施例提出的判断小笔头电容笔接近或接触的示意图。
图2A是依据本发明的第一实施例提出的侦测小面积接近或接触的流程示意图。
图2B至图2G是依据本发明的第一实施例说明第一区域与第二区域的示意图。
图3A与图3B是依据本发明的第二实施例提出的一种电容笔的示意图。
图4A与图4B是依据本发明第三实施例提出的一种电容笔的操作示意图。
图4C是依据本发明第三实施例提出的一种屏蔽导电条的示意图。
图4D是依据本发明第三实施例提出的一种同步相位的电路示意图。
100：位置侦测装置110：显示器
120,34：触摸屏120A：第一感测层
120B：第二感测层130：驱动/侦测单元
140：导电条140A,Tx,Tx1,Tx2：第一导电条
140B,Rx,Rx2：第二导电条160：控制器
161：处理器162：存储器
170：主机171：中央处理单元
173：储存单元P：电容笔
V1,V2,V3,V23,V32：电容性耦合变化量
PWM：脉冲宽度调变信号T1：第一门槛限值
T2：第二门槛限值30：电容笔
31：导电笔身32：导电笔头
33：接触部35：形变的接触部
40：导电笔身41：导电笔头
St,Sr：信号43：屏蔽导线
A1：第一放大器A2：第二放大器
SC：控制信号BPF：带宽过滤器
45：加法器46,47：开关
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的无线电容式书写装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明的一些实施例将详细描述如下。然而,除了以下描述外,本发明还可以广泛地在其他实施例施行，并且本发明的保护范围并不受实施例的限定，其以权利要求的保护范围为准。再者,为提供更清楚的描述及更容易理解本发明，图式内各部分并没有依照其相对尺寸绘图，某些尺寸与其他相关尺度相比已经被夸张；不相关的细节部分也未完全绘示出，以求图式的简洁。
请参阅图1A所示，是互电容式感测器的示意图。本发明提出一种位置侦测装置100，包括一触摸屏120，与一驱动/侦测单元130。触摸屏120具有一感测层。在本发明的一范例中，可包括一第一感测层120A与一第二感测层120B，第一感测层120A与第二感测层120B分别有多个导电条140,其中第一感测层120A的多个第一导电条140A与第二感测层120B的多个第二导电条140B交叠。在本发明的另一范例中，多个第一导电条140A与第二导电条140B可以配置在共平面的感测层中。驱动/侦测单元130依据多个导电条140的信号产生一感测信息。例如在自电容式侦测时，是侦测被驱动的导电条140，并且在互电容式侦测时，侦测的是没有被驱动/侦测单元130直接驱动的部分导电条140。此外，触摸屏120可以是配置在显示器110上，触摸屏120与显示器110间可以是配置有一屏蔽层(shieldinglayer)(未显于图示)或没有配置屏蔽层。在本发明的一较佳范例中,为了让触摸屏120的厚度更薄，触摸屏120与显示器110间没有配置屏蔽层。
前述第一导电条与第二导电条可以是以行或列排列的多条行导电条与列导电条,也可以是以第一维度与第二维度排列的多条第一维度导电条与第二维度导电条,或是沿第一轴与第二轴排列的多条第一轴导电条与第二轴导电条。此外,前述第一导电条与第二导电条彼此间可以是以正交交叠,也可以是以非正交交叠。例如在一极座标系统中，所述第一导电条或第二导电条之一可以是放射状排列，而所述第一导电条或第二导电条的另一个可以是环状排列。再者，所述第一导电条或第二导电条之一可以为驱动导电条，且所述第一导电条或第二导电条的另一个可以为侦测导电条。所述的“第一维度”与“第二维度”、“第一轴”与“第二轴”、“驱动”与“侦测”、“被驱动”与“被侦测”导电条皆可用来表示前述的“第一”与“第二”导电条，包括但不限于构成正交网格(orthogonalgrids)，也可以是构成其他具有第一维度与第二维度交叠(intersecting)导电条的几何架构(geometricconfigurations)。
本发明的位置侦测装置100可以是应用于一计算机系统中，如图1B所示的一范例，图1B是互电容式感测器的示意图。包括一控制器160与一主机170。控制器包含驱动/侦测单元130，以操作性地耦合触摸屏120(未显于图示)。此外，控制器160可包括一处理器161，控制驱动/侦测单元130产生感测信息，感测信息可以是储存在存储器162中，以供处理器161存取。另外,主机170构成计算系统的主体,主要包括一中央处理单元171,以及供中央处理单元171存取的储存单元173，以及显示运算结果的显示器110。
在本发明的另一范例中，控制器160与主机170间包括一传输界面,控制器通过传输界面传送数据至主机，本技术领域的普通技术人员可推知传输界面包括但不限于UART、USB、I2C、Bluetooth、WiFi、IR等各种有线或无线的传输界面。在本发明的一范例中，传输的数据可以是位置(如座标)、辨识结果(如手势代码)、命令、感测信息或其他控制器160可提供的信息。
在本发明的一范例中,感测信息可以是由处理器161控制所产生的初始感测信息(initialsensinginformation),交由主机170进行位置分析,例如位置分析、手势判断、命令辨识等等。在本发明的另一范例中，感测信息可以是由处理器161先进行分析，再将判断出来的位置、手势、命令等等递交给主机170。本发明包括但不限于前述的范例，本技术领域的普通技术人员可推知其他控制器160与主机170之间的互动。
在每一个导电条的交叠区，在上与在下的导电条构成两极。每一个交叠区可视为一影像(image)中的一像素(pixel)，当有一个或多个外部导电物件接近或触碰时，所述的影像可视为拍摄到触碰的影像(如手指触碰于感测装置的模式(pattern))。
在一被驱动导电条被提供一驱动信号时，被驱动导电条本身构成一自电容(selfcapacitance)，并且被驱动导电条上的每个交叠区构成一互电容(mutualcapacitance)。前述的自电容式侦测是侦测所有导电条的自电容，特别适用于判断单一外部导电物件的接近或接触。
前述的互电容式侦测，是在一被驱动导电条被提供一驱动信号时,由与被驱动导电条不同维度排列的所有被感测导电条侦测驱动导电条上所有交叠区的电容量或电容变化量，以视为影像中的一列像素。据此，汇集所有列的像素即构成所述影像。当有一个或多个外部导电物件接近或触碰时,所述影像可视为拍摄到触碰的影像，特别适用于判断多个外部导电物件的接近或接触。
这些导电条(第一导电条与第二导电条)可以是由透明或不透明的材质构成，例如可以是由透明的氧化铟锡(ITO)构成。在结构上可分成单层结构(SITO;SingleITO)与双层结构(DITO;DoubleITO)。本技术领域的普通人员可推知其他导电条的材质，在此不再赘述。例如，纳米碳管。
在本发明的范例中,是以横向作为第一方向,并以纵向作为第二方向,因此横向的导电条为第一导电条，并且纵向的导电条为第二导电条。本技术领域的普通技术人员可推知上述说明为本发明的范例之一，并非用来限制本发明。例如，可以是以纵向作为第一方向，并以横向作为第二方向。此外，第一导电条与第二导电条的数目可以是相同的，也可以是不同的，例如，第一导电条具有N条，第二导电条具有M条。
在进行二维度互电容式侦测时，交流的驱动信号依序被提供给每一条第一导电条，并经由所述的第二导电条的信号取得相应于每一条被提供驱动信号的导电条的一维度感测信息，集合相应于所有第一导电条的感测信息则构成一二维度感测信息。所述的一维度感测信息可以是依据所述的第二导电条的信号产生，也可以是依据所述的第二导电条的信号与基准的差异量来产生。此外，感测信息可以是依据信号的电流、电压、电容性耦合量、电荷量或其他电子特性来产生，并且可以是以模拟或数字的形式存在。
在实际上没有外部导电物件接近或覆盖触摸屏时，或系统没有判断出外部导电物件接近或覆盖触摸屏时，位置侦测装置可以由所述的第二导电条的信号产生一基准，基准呈现的是触摸屏上的杂散电容。感测信息可以是依据第二导电条的信号产生，或是依据第二导电条的信号减去基准所产生。
在现有习知技术中，电容笔(capacitivepen)一般作为手的延伸，与触摸屏接触的面积需要与手指正常接触触摸屏的面绩相近，才能得到充份的信号变化量以正确地判断出接触的位置。所述的面积大约要能覆盖多个导电条的交会处。
请参阅图1C至图1E，是依据本发明的第一实施例提出的小笔头电容笔接近或接触触摸屏的示意图。依据本发明的第一实施例提出的小笔头电容笔P的笔头与笔身接触性耦合，因此握持笔身的手可通过笔头与触摸屏电容性耦合。此外，电容笔P的笔头与触摸屏的接触直径大约3mm以下,在本发明的一较佳范例中，电容笔P的笔头与触摸屏的接触直径大约2.2mm。在互电容式侦测时，当驱动信号(如脉冲宽度调变信号(PWM;pulse-widthmodulation))被提供给一第一导电条(如第一导电条Tx1或Tx2)，通过与第一导电条交会的各第二导电条(如第二导电条Rx2)侦测第一导电条上各交会处的电容性耦合变化量。当电容笔P靠近或接触一交会处(如第一导电条Tx2与第二导电条Rx2的交会处)时，侦测到的电容性耦合变化量V1可能大于一第一门槛限值T1，然而当电容笔P移至两交会处(如第一导电条Tx1与第二导电条Rx2的交会处及第一导电条Tx2与第二导电条Rx2的交会处)中间时,两个交会处的电容性耦合变化量V2与V3却低于第一门槛限值T1,因而造成判断不到笔的位置。
为此，请参阅图1F与图1G所示，本发明提出当一交会处的电容性耦合变化量高于一第二门槛限值但未高于第一门槛限值时，可以通过相加相邻交会处的电容性耦合变化量(如V23,V32)来判断是否超过一门槛限值来判断电容笔P落在两交会处间的位置。
在本发明的一范例中，前述的电容性耦合变化量的总和可以是总和在同一被驱动导电条(第一导电条)相邻的一个或多个交会处的电容性耦合变化量。例如在一第一导电条被提供驱动信号时，由连续多条第二导电条侦测到的电容性耦合变化量的值构成一相应于这第一导电条的感测信息,感测信息的每一个大于第二门槛限值并且小于第一门槛限值的值可以是总和感测信息中前一个值或总和后一个值后来判断是否大于第一门槛限值。
在本发明的另一范例中，相应于多数导电条的感测信息(一维度感测信息)构成一影像(二维度感测信息)。前述感测信息的每一个大于第二门槛限值并且小于第一门槛限值的值是总和影像中相邻的交会处的电容性耦合变化量。
另外请参阅图2A所示，是依据本发明的第一实施例提出的侦测小面积接近或接触的流程示意图。依据本实施例提出的一种侦测小笔头电容笔的方法，如步骤210所示，取得一电容性耦合变化量影像。这个电容性耦合变化量影像可以是先在触摸屏未受任何外部导电物件接近或触碰时取得的影像，作为一基准影像，之后再一次或连续多次取得影像。每次取得的影像与基准影像的变化量为电容性耦合变化量影像。电容性耦合变化量影像的值相应于多条被驱动导电条(第一导电条)，相应于每一条被驱动导电条的值是依据多条被侦测导电条的信号产生。每一条被驱动导电条(如第一导电条)与被侦测导电条(如第二导电条)可以是分别对应一横向座标与一纵向座标。当每次驱动信号被提供于一被驱动导电条时，被驱动导电条上的每一个交会处的座标为相叠的被驱动导电条与被侦测导电条交会的二维度座标，如(被驱动导电条的座标,被侦测导电条的座标)。
在本发明的一范例中，可以是一次驱动相邻的两条或多条被驱动导电条。例如，当第一导电条有N条时,每次同时提供驱动信号于相邻的两条第一导电条，每次驱动的两条第一导电条至少一条不相同,共驱动N-1次。相对于每次只驱动一条第一导电条，产生由N个一维度感测信息组成的电容性耦合变化量影像(二维度感测信息)，每次同时驱动相邻的两条第一导电条,会产生N-1个一维度感测信息组成的电容性耦合变化量影像。在本范例中,每一个交会处的座标为两被驱动导电条间中央的座标与一被侦测导电条的座标组成的二维度座标。
接下来，如步骤220所示，侦测值小于第一门槛限值并大于第二门槛限值的每一个交会处，作为被侦测交会处。之后，如步骤230所示，侦测每一个第一区域，第一区域包括被侦测交会处与一相邻交会处，被侦测交会处与相邻交会处相应于不同被驱动导电条，并且第一区域的值的总和(侦测交会处与相邻交会处的总和)大于第一门槛限值。接下来，如步骤240所示，侦测每一个第二区域，第二区域包括被侦测交会处在内的四个交会处(侦测交会处与另外三个交会处)，第二区域内每一个交会处与第二区域内另外两个交会处相邻，并且相应于第二区域的值的总和(侦测交会处与另外三个交会处的值的总和)大于第一门槛限值。在本发明的一范例中，是在没有侦测到任何第一区域时，侦测第二区域。在本发明的另一范例中，是无论有没有侦测到任何第一区域，都侦测第二区域。如步骤250所示，在第一区域或第二区域相邻或邻近的交会处的值都小于一第三门槛限值时判断第一区域或第二区域为一外部导电物件接近或接触的区域。
请参阅图2B至图2G所示，是依据本发明的第一实施例说明第一区域与第二区域的示意图。所示阵列表示5条第一导电条(被驱动导电条)与5条第二导电条(被侦测导电条)交会的多个交会处(交会处00、交会处01、...、交会处04、交会处10、交会处11、…交会处44)，其中交会处00,01,02,03,04为位于第一导电条Tx上的交会处，交会处10,11,12,13,14为位于第一导电条Tx1上的交会处，依此类推。
假设在步骤220侦测出交会区22为被侦测交会处,则在步骤230中,可能的第一区域将如图2B与图2C所示，分别为交会处12,22或交会处22,32。在判断出交会处12,22的值的总和大于第一门槛限值时，则侦测出交会处12,22为第一区域。或者是，在判断出交会处22,32的值的总和大于第一门槛限值时，则侦测出交会处22,32为第一区域。相反地，交会处12,22的值的总和或交会处22,32的值的总和都没有超过第一门槛限值时，则没有侦测出第一区域。
此外，在步骤240中，可能的第二区域将如图2D至图2G所示，分别为图2D的交会处11,12,21,22、图2E的交会处12,13,22,23、图2F的交会处21,22,31,32与图2G的交会处22,23,32,33。当图2D至图2G图中任一图的四个交会处的值的总和超过第一门槛限值时，则侦测出第二区域。反之，当图2D至图2G中没有任何图的四个交会处的值的总和超过第一门槛限值时，则没有侦测出第二区域。
另外，在步骤250中，假设第一区域如图2B所示。在本发明的一范例中，第一区域的相邻交会处可以是交会处02,11,13,21,23,32。在本发明的另一范例中，第一区域的邻近交会处可以是01,02,03,11,13,21,23,31,32,33。图2C至图2G的相邻或邻近交会处依此类推，在此不再赘述。
此外，在本发明的一最佳模式中，第二门槛限值与第三门槛限值分别为1/2与第一门槛限值的1/4，其中第一门槛限值>第二门槛限值>第三门槛限值。本领域具备基础知识的技术人员可推知第一门槛限值、第二门槛限值与第三门槛限值，本发明并不限制第一门槛限值、第二门槛限值与第三门槛限值的大小。
在本发明的一较佳范例中，电容笔的笔头为细笔头，最大宽度约在2mm～3mm之间,小于两平行导电条间或两平行被驱动导电条间的最短距离。例如,小于一导电条的中央与相邻的另一导电条的中央之间的距离或小于一第一导电条的中央与相邻的另一第一导电条的中央之间的距离。
以下为依据图2A提供的演算法。DD[i][j]表示在步骤220中正被侦测的交会处。
依据前述，本发明提出一种侦测小面积接触或接近的装置。依据步骤210所示，本发明包括由一电容式触模屏取得一电容性耦合变化量影像的装置。所述电容式触摸屏具有多条被提供一驱动信号的被驱动导电条与多条提供电容性耦合变化量的被侦测导电条。在每次驱动信号被提供时，被同时提供驱动信号的一条或多条被驱动导电条与每一被侦测导电条的一个或多个交会处产生电容性耦合，电容性耦合变化量影像的每一个值分别为所述交会处之一的电容性耦合变化量。
依据步骤220所示，本发明包括由电容性耦合变化量影像侦测每一个被侦测交会处的装置，其中被侦测交会处的值小于一第一门槛限值与大于一第二门槛限值。
依据步骤230所示，本发明包括侦测每一个第一区域的装置，每一个第一区域包含所述被侦测交会处之一与相邻于被侦测交会处的一相邻交会处，并且第一区域的值的总和大于第一门槛限值。
依据步骤240所示，本发明包括侦测每一个第二区域的装置，每一个第二区域包含所述被侦测交会处之一在内的四个相邻的交会处，并且第二区域的值的总和大于第一门槛限值。如先前所述，可以是在没有侦测到任何第一区域时才侦测第二区域，也可以是无论有没有侦测到第一区域时都侦测第二区域。
依据步骤250所示，本发明包括当侦测到至少一第一区域或至少一第二区域时判断出外部导电物件接近或接触的第一区域或第二区域的装置,其中与外部导电物件接近或接触的第一区域或第二区域相邻的所有交会处的值小于一第三门槛限值。
前述的触摸屏可以是具有多条被提供一驱动信号的被驱动导电条与多条提供电容性耦合变化量的被侦测导电条，在每次驱动信号被提供时，被同时提供驱动信号的一条或多条被驱动导电条与每一被侦测导电条的一个或多个交会处产生电容性耦合。基于所述的电容性耦合，所述的被侦测导电条提供所述的交会处的电容性耦合变化量，电容性耦合变化量影像的每一个值分别为所述交会处之一的电容性耦合变化量。
如先前所述，在本发明的一范例中，第一门槛限值>第二门槛限值>第三门槛限值。例如，第二门槛限值为第一门槛限值的1/2，并且第三门槛限值为第一门槛限值的1/4。此外，在本发明的一最佳模式中，小面积接近或接触的最大宽度小于或等于两相邻导电条的中央之间的距离。例如，所述的小面积接近或接触的最大宽度小于或等于3mm，而两导电条的中央之间的距离为6.5mm以下。所述的两相邻导电条可以是两条平行排列且相邻的被驱动导电条或被侦测导电条。
前述的小面积接近或接触的最大宽度是指本发明的触摸屏被用来侦测小面积接近或接触的适用范围的最大宽度，并非指本发明的触摸屏侦测外部导电物件接近与接触的最大宽度。外部导电物件接近与接触大于前述的小面积接近或接触的最大宽度时，可采用一般的侦测方式来达成，例如不经由判断第一区域或第二区域来直接判断。据此，本发明能侦测一般的外部导电物件接近与接触，也可以侦测外部导电物件的小面积接近或接触。例如，当外部导电物件为一笔，笔与触摸屏接近或接触耦合的面积小于或等于前述的小面积接近或接触的最大宽度。又例如，外部导电物件接近(如悬空)于触摸屏上方时，外部导电物件上与触摸屏电容性耦合的面积相对小于外部导电物件接触触摸屏与触摸屏电容性耦合的面积，外部导电物件能与触摸屏电容性耦合的面积小于或等于前述的小面积接近或接触的最大宽度可视为小面积的外部导电物件的接近。
据此，在本发明的一范例中，更包括：由电容性耦合变化量影像侦测每一个值大于一第一门槛限值的交会处，当侦测到至少一个值大于一第一门槛限值的交会处时，判断出每一个外部导电物件的小面积接近或接触的单一交会处，其中每一个外部导电物件的小面积接近或接触的单一交会处相邻的所有交会处都小于第一门槛限值。
在本发明的一范例中，步骤250是在步骤230后被执行。此外，步骤250也可以是在步骤240后被执行。在本发明的另一范例中，步骤250是在步骤230与步骤240被执行完后才被执行。
请参阅图3A与图3B所示，是依据本发明的第二实施例提出的一种电容笔的示意图。依据本发明的第二实施例提出的一种电容笔30，包括一导电笔身31与一导电笔头32。导电笔头接触性耦合于导电笔身，当导电笔身与握持笔的手或人体接触时，导电笔头通过导电笔身接触性耦合于手或人体，导电笔头通过人体耦合于地。在本发明的一范例中，导电笔头32是由导电纤维硬化而成，例如是胶合后以光学硬化或加热硬化。此外导电笔头32更包括一接触部33，其中接触部33硬化的程度与导电笔头32中非接触部的部分不同，接触部33比导电笔头32中非接触部的部分软，在触摸屏34上书写时，接触部33会因为阻力或触压产生形变，成为形变的接触部35，因而增加接触面积。在本发明的一较佳范例中，接触部33与触摸屏34的接触直径约3mm～1mm间。在本发明的一范例中，导电笔头是与导电笔身同方向延伸的集束(collecting)导电纤维，换言之，每一条导电纤维是由导电笔身向笔尖延伸,部分或全部的导电纤维由非接触部延伸至接触部。导电纤维的胶合可以是由导电胶来达成。本技术领域具有普通知识的技术人员可以推知导电纤维(如导电聚酯、导电聚胺等)与导电胶(如紫外线光固化导电胶)的材质，在此不再赘述。
此外导电笔头中更可以是包括一导电支持部(未显于图示)，导电支持部可以是金属或非金属材质，例如可以是由铜棒或是石墨棒构成。此外接触部顶端更可以包括一凹陷部，提供接触部33向内凹陷的空间，可较无凹陷部具有较大的空间。接触部33为圆锥状，并且锥顶可以是具有前述凹陷。
在本发明的一范例中，接触部33与触摸屏34接触的最大宽度小于接触屏34平行排列的两导电条的中心线间的距离。在本发明的一范例中，接触部33最多接触两平行导电条。在本发明的另一范例中，接触部33最多接触两相邻交会处。
据此，本发明提出一种电容式书写装置，包括：一电容笔、一触摸屏与一控制电路。电容笔包括一导电笔身与一导电笔头，导电笔身与导电笔头接触性耦合，并且导电笔头包括一接触部与一非接触部，其中接触部较非接触部软，并且导电笔头是由导电纤维胶合，部分或全部的导电纤维由非接触部延伸至接触部。此外，触摸屏具有多条被提供一驱动信号的被驱动导电条与多条提供电容性耦合变化量的被侦测导电条，在每次驱动信号被提供时，被同时提供驱动信号的一条或多条被驱动导电条与每一被侦测导电条的交会处产生电容性耦合。另外，当电容笔被一外部导电物件(如前述的手或人体)在触摸屏上握持时，控制电路依据所述的交会处产生的电容性耦合的变化量判断出电容笔在触摸屏上的位置。
依据前述的侦测小面积接触或接近的装置所述，侦测电路可包括：由一电容式触模屏取得一电容性耦合变化量影像的装置，其中电容性耦合变化量影像的每一个值分别为所述交会处之一的电容性耦合变化量；由电容性耦合变化量影像侦测每一个值大于一第一门槛限值的交会处的装置；以及当侦测到至少一个值大于一第一门槛限值的交会处时，判断出每一个电容笔的接近或接触的单一交会处的装置，其中每一个电容笔的接近或接触的单一交会处相邻的所有交会处的值都小于第一门槛限值。
侦测电路也可以包括：由一电容式触模屏取得一电容性耦合变化量影像的装置，其中电容性耦合变化量影像的每一个值分别为所述交会处之一的电容性耦合变化量；由电容性耦合变化量影像侦测每一个被侦测交会处的装置，其中被侦测交会处的值小于一第一门槛限值与大于一第二门槛限值；以及侦测每一个第一区域的装置，每一个第一区域包含所述被侦测交会处之一与相邻于被侦测交会处的一相邻交会处，并且第一区域的值的总和大于第一门槛限值；当侦测到至少一第一区域时，判断出触控笔接近或接触的第一区域的装置，其中与电容笔接近或接触的第一区域相邻的所有交会处的值小于第三门槛限值。
再者，侦测电路更可以包括：当没有侦测到任何第一区域时，侦测每一个第二区域的装置，每一个第二区域包含所述被侦测交会处在内的四个相邻的交会处，并且第二区域的值的总和大于第一门槛限值；以及当侦测到至少一第二区域时，判断出触控笔接近或接触的第二区域的装置，其中与电容笔接近或接触的第二区域相邻的所有交会处的值小于一第三门槛限值。
在本发明的一最佳模式中，第一门槛限值>第二门槛限值>第三门槛限值。例如：第二门槛限值为第一门槛限值的1/2，并且第三门槛限值为第一门槛限值的1/4。
此外，在本发明的一范例中，电容笔与触摸屏接触的最大宽度小于两平行排列且相邻的导电条的中央间的距离，两平行排列且相邻的导电条为所述的被驱动导电条或被侦测导电条。在本发明的另一范例中，每一个判断出的电容笔接近或接触的第一区域或第二区域分别为笔接近或接触的第一区域或第二区域，其中笔与触摸屏接触的最大宽度小于或等于3mm。
请参阅图4A与图4B所示，是依据本发明第三实施例提出的一种电容笔的操作示意图。依据本发明第三实施例提出的一种电容笔,包括导电笔身40与导电笔头41。请参阅图4A所述,当笔头41接近或接触触摸屏时,导电笔头41会与被提供驱动信号(如PWM)的被驱动导电条电容性耦合，电容笔再依据电容性耦合的驱动信号，在驱动信号不再被提供至任何被驱动导电条的期间提供一输出信号与触摸屏电容性耦合，如图4B所示。输出信号将与触摸屏的导电条电容性耦合以提供被侦测的信号，例如在至少一第一导电条Tx电容性耦合以提供一信号St，并且在至少一第二导电条Rx电容性耦合以提供一信号Sr。依据对所述第一导电条Tx与所述第二导电条Rx的扫描，可依据信号St与Sr判断出电容笔的位置。
电容笔可以内建一电源装置，以提供硬电容笔输出信号过程中需要的电力。另外，电容笔可以是藉由与外部电磁感应产生输出信号过程中需要的电力。请参阅图4C所示，电容式触摸屏包括至少一屏蔽导线43，在一第一模式(或时期)被提供一直流信号，以屏蔽外部噪声对前述导电条的干扰。此外，屏蔽导线43在一第二模式被提供一交流信号，形成一线圈，以提供一磁场，让电容笔可以经由屏蔽导线43提供的磁场电磁感应而得到部分或全部需要的电力。前述线圈围绕前述导电条的圈数可以是一圈或多圈。此外，电容笔更可以包括一电容或一电力储存装置(如电池)，可储存来自线圈的电力，更可以在线圈的电力停止时继续提供电容笔电力。
图4D是依据本发明第三实施例提出的一种同步相位的电路示意图。其提供了一种电容笔内部的信号转换电路。主要元件包括一第一放大器A1、一加法器45、一第二放大器A2，与一带宽过滤器(bandpassfilter;BPF)。当驱动信号耦合于导电笔头41后，电容性耦合进来的信号被第一放大器放大。此外，加法器、第二放大器与带宽过滤器构成一振荡反馈回路，用以提供能与触摸屏信号相位同步的一输出信号，输出信号由笔头输出。
本技术领域具有普通知识的技术人员可以推知，前述的加法器45、第二放大器A2与带宽过滤器BPF构成一振荡反馈回路。振荡反馈回路的工作频率与驱动信号的频率相同，在振荡反馈回路接收到驱动信号前,延迟驱动信号与驱动信号的相位可能不同，因此当振荡反馈回路收到驱动信号后,能够让延迟驱动信号的相位与驱动信号相同。当延迟驱动信号传送至触摸屏时,控制电路就可以依据原驱动信号的相位侦测到延迟驱动信号。
在本发明的一范例中，振荡反馈回路的两端更分别包括一开关(开关46、47)，由控制电路提供的控制信号SC控制。开关可用以延迟输出信号由笔头输出，藉以与驱动信号被提供的时间错开。例如控制信号是依据一计数器或一控制器(未显于图示)的输出提供，在经过一定次数的计数或经过一段时间才允许振荡反馈回路的输出信号从导电笔头输出。据此，驱动信号经第一放大器A1放大后经由开关46提供给振荡反馈回路，此时依据控制信号SC，开关46为导通，并且开关47为断开，经过一段时间振荡反馈回路中的第二放大器A2的输出信号会与驱动信号的相位同步。在经过一定次数的计数或经过一段时间后，控制信号SC控制开关46为断开并且开关47为导通，使得经过一定次数的计数或经过一段时间后的延迟驱动信号可由导电笔头41输出。本技术领域具有通常知识的技术人员可以推知，驱动信号的接收与延迟驱动信号的输出可以是由不同的电极实施，但在本发明的最佳模式下，是以同一电极实施，并且由单一电极实施的驱动信号的接收与延迟驱动信号的输出并不会同时发生。
依据上述,本发明提供了一种无线电容式书写装置,包括:一触摸屏、一电容笔与一控制器。电容笔具有一导电笔头与一信号转换电路，导电笔头接收来自触摸屏的一驱动信号，驱动信号的接收可以是由一电极接收或是由一线圈接收。信号转换电路依据驱动信号在延迟一预设时间产生一延迟驱动信号，延迟驱动信号经导电笔头传送至触摸屏，其中驱动信号与延迟驱动信号具有相同的频率与相位。延迟驱动信号在驱动信号接收前可能就存在，但没有从导电笔头输出。在接收到驱动信号后，信号转换电路使得延迟驱动信号与驱动信号同步，并且在经过一定次数的计数或经过一段时间后由导电笔头输出延迟驱动信号。
控制器是在一被动模式依据驱动信号在触摸屏与至少一外部导电物件的电容性耦合的变化侦测出所述至少一外部导电物件的位置，并且在一主动模式依据由电容笔接收到的延迟驱动信号侦测电容笔的位置。此外，在被动模式时，控制器是在驱动信号被提供的同时侦测所述至少一外部导电物件的位置，并且在主动模式时，控制器是在驱动信号没有被提供时侦测电容笔的位置。
此外，在主动模式中，驱动信号的提供可以是逐条扫描，一次提供给一条导电条，直到提供完全部的第一导电条、全部的第二导电条或全部的导电条(包括全部的第一导电条与第二导电条)。另外，也可以是同时提供给多条导电条，例如，控制器是同时提供给全部的第一导电条、全部的第二导电条或全部的导电条(包括全部的第一导电条与第二导电条)。在本发明的最佳模式中，主动模式的驱动信号是限定于一预定频率，与被动模式的驱动信号的频率不同。在被动模式中，外部导电物件的位置可以是采用前述的自电容式侦测或互电容式侦测来达成。
在本发明的一范例中，电容笔内部具有一电池，可以是干电池或蓄电池，提供电容笔所需的电力。在本发明的另一范例中，电容笔内部具有一内部电容，可以暂时性地储存电力，并放电提供电容笔电力。例如,前述的触摸屏更包括一屏蔽导线，在被动模式时，屏蔽导线被提供一直流信号,以屏蔽外部噪声对所述导电条的干扰，并且在主动模式时，屏蔽导线被提供一交流信号，屏蔽导线在被提供交流信号时形成一第一线圈以产生一电磁信号。如图4C所示，屏蔽导线可以是围绕着全部的第一导电条、全部的第二导电条或全部的导电条(包括全部的第一导电条与第二导电条)。在本发明的一范例中，电容笔接收的驱动信号是第一线圈产生的电磁信号，可以是只由第一线圈而不由所述的部分或全部导电条提供，也可以是由第一线圈与所述的部分或全部导电条同时提供。本技术领域具普通知识的技术人员可以推知，电容笔接收的电力也可以是由其他形式的外部线圈来提供,例如是没有围绕导电条的一个或多个线圈。在本发明的一范例中，电容笔更包括一第二线圈，第二线圈与第一线圈的电磁信号电磁感应提供信号转换电路产生延迟驱动信号的电力。此外，前述的内部电容储存的是第二线圈以电磁感应产生的电力。
由前述说明可得知，本发明的电容笔特别适用于无线式的电容笔。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种无线电容式书写装置，其特征在于其包括：
触摸屏，具有多条导电条，所述导电条包括多条第一导电条与多条第二导电条；
电容笔，具有导电笔头与信号转换电路，导电笔头藉由电容性耦合接收来自触摸屏的驱动信号，并且信号转换电路依据驱动信号在延迟一预设时间产生一延迟驱动信号，延迟驱动信号经导电笔头电容性耦合至触摸屏，其中驱动信号与延迟驱动信号具有相同的频率与相位；以及
控制器，在被动模式依据驱动信号在触摸屏与至少一外部导电物件的电容性耦合的变化侦测出所述至少一外部导电物件的位置，并且在主动模式依据由电容笔接收到的延迟驱动信号侦测电容笔的位置。
2.根据权利要求1所述的无线电容式书写装置，其特征在于其中在被动模式时，控制器是在驱动信号被提供的同时侦测所述至少一外部导电物件的位置，并且在主动模式时，控制器是在驱动信号没有被提供时侦测电容笔的位置。
3.根据权利要求1所述的无线电容式书写装置，其特征在于其中在被动模式时，控制器是同时提供驱动信号给全部的所述第一导电条、全部的所述第二导电条或全部的所述导电条。
4.根据权利要求1所述的无线电容式书写装置，其特征在于其中在主动模式时，控制器是由所述第一导电条的信号判断出第一维度座标，并且是由所述的第二导电条的信号判断出第二维度座标，其中第一维度座标与第二维度座标构成二维度座标。
5.根据权利要求1所述的无线电容式书写装置，其特征在于其中在主动模式提供的驱动信号与在被动模式提供的驱动信号的频率不同。
6.根据权利要求1所述的无线电容式书写装置，其特征在于其中触摸屏更包括屏蔽导线，在被动模式时，屏蔽导线被提供直流信号，以屏蔽外部噪声对所述导电条的干扰，并且在主动模式时，屏蔽导线被提供交流信号，屏蔽导线在被提供交流信号时形成第一线圈以产生电磁信号。
7.根据权利要求6所述的无线电容式书写装置，其特征在于其中电容笔更包括第二线圈，第二线圈与第一线圈的电磁信号电磁感应提供信号转换电路产生延迟驱动信号的电力。
8.根据权利要求6所述的无线电容式书写装置，其特征在于其中电容笔接收的驱动信号是第一线圈产生的电磁信号。
9.根据权利要求1所述的无线电容式书写装置，其特征在于其中信号转换电路包括振荡反馈回路，振荡反馈回路依据驱动信号产生相位相同的延迟驱动信号，其中振荡反馈回路的工作频率与驱动信号的频率相同。
10.根据权利要求6所述的无线电容式书写装置，其特征在于其中电容笔更包括内部电容，储存第二线圈以电磁感应产生的电力。
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