CN103558975A

CN103558975A - 输入系统

Info

Publication number: CN103558975A
Application number: CN201310142251.9A
Authority: CN
Inventors: 张耀光
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-04-23
Also published as: TWI590104B; US9495036B2; CN103558975B; TW201344517A; US20130278509A1

Abstract

本发明提供一种输入系统，其包含触控面板、控制电路、触控笔以及连线连结。该控制电路用以产生电气信号。该触控笔外接于该控制电路。该连线连结耦接于该控制电路与该触控笔之间，用以将该电气信号传送给该触控笔，其中该电气信号经由该触控笔来耦接至该触控面板。该连线连结为一有线连结或一无线连结。

Description

输入系统

技术领域

本发明涉及用来接收使用者输入的输入系统，尤其涉及一种利用一连线连结来将一电气信号传送至一触控笔的输入系统，其中该电气信号经由该触控笔来耦接于一触控面板。

背景技术

已知的电容式触控笔（capacitive stylus pen）通过所具有的较大的笔尖接触面积来触摸一触控面板（touch panel）（采用铟锡氧化物导电层（Indium TinOxide pattern，ITO pattern）），以使接触位置可被正确地决定出来。请参阅图1，图1为采用具有一较小的笔尖接触面积NS1的一电容式触控笔110的一输入系统100的示意图。具有钻石形状电极（diamond-shaped electrode）的铟锡氧化物导电层是绘示于一触控面板上，以及多条走线（trace）X1～X5及Y1～Y5分别用来取得电容式触控笔110的水平位置信息及垂直位置信息。

由图1可知，电容式触控笔110只有触摸到触控面板120上的电极E33，其中电极E33为对应于走线X4的多个纵向电极（electrode column）的其中之一，且电极E33位于对应于走线Y3及走线Y4的两横向电极（electrode row）之间。请参阅图2A及图2B。图2A为由电容式触控笔110所触发的感应电荷的示意图，以及图2B为由另一电容式触控笔210所触发的位于电极E33附近的感应电荷的示意图，其中电容式触控笔210具有较大的笔尖接触面积NS2（相较于笔尖接触面积NS1来说）。由图2A可知，在感测模式为自容式感测模式（self-capacitance sensing）的情形下，会在走线X3感测到感应电荷Q1，然而，由于笔尖接触面积NS1比较小的缘故，在走线Y3及走线Y4上却几乎感测不到感应电荷，也就是说，仅可取得电容式触控笔110所对应的X轴坐标，因此，无法正确地定位出电容式触控笔110的位置。由于本领域技术人员应可轻易地了解互容式感测模式（mutual-capacitance sensing）也会存在相同的问题，故在此便不再赘述。

在已知技术中，其中一种用来解决上述问题的方法为增加电容式触控笔的接触面积。请再参阅图2B。由于笔尖接触面积NS2比较大的缘故，在走线X4、走线Y3及走线Y4上会因而感测到较多的感应电荷，使得可正确地定位出电容式触控笔210的位置，也就是说，可正确地决定出触摸位置。然而，由于实际上用来书写的笔通常会具有尖锐的笔尖，故使用者在使用电容式触控笔110时会感觉到较真实的书写体验，因此，需要一种创新的输入系统，其可提供较为真实的书写体验给使用者，却不会产生当使用具有较小的笔尖接触面积的电容式触控笔时所伴随的定位性能劣化的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种将一电气信号经由一触控笔来耦接于一触控面板的输入系统，以解决上述问题。

依据本发明的一实施例，其揭示一种输入系统。该输入系统包含一触控面板、一控制电路、一触控笔以及一连线连结。该控制电路用以产生一电气信号。该触控笔外接于该控制电路。该连线连结耦接于该控制电路与该触控笔之间，用以将该电气信号传送给该触控笔，其中该电气信号经由该触控笔来耦接至该触控面板。视实际设计需求/考虑而定，该连线连结可为一有线连结或一无线连结。

本发明提出一种可提供较真实的书写体验给使用者的创新输入系统，其利用于外部产生一电气信号且将所产生的电气信号经由一连线连结传送至一触控笔，所传送的电气信号因而可经由该触控笔来耦接于一触控面板，以提升该触控笔所触发的输入信号的信号强度。另外，该触控笔可具有一尖锐的笔尖、轻巧的重量以及简单的架构，使得该触控笔的使用更加便利以及提供使用者更加真实的书写体验。再者，该输入系统可同步执行传送及接收，故可有效地改善信噪比。

附图说明

图1为采用具有小笔尖接触面积的一电容式触控笔的一输入系统的示意图。

图2A为由一已知具有小笔尖接触面积的电容式触控笔所触发的感应电荷的示意图。

图2B为由一已知具有小笔尖接触面积的电容式触控笔所触发的感应电荷的示意图。

图3为本发明输入系统的一实施例的示意图。

图4为本发明输入系统的另一实施例的示意图。

图5为本发明输入系统的另一实施例的示意图。

图6为本发明输入系统的另一实施例的示意图。

图7A为图6所示的多个开关控制信号以及一时钟信号的操作时序图。

图7B为在积分期间一输出电压的变动情形的示意图。

【主要元件符号说明】

100、300、400、500、600 输入系统

110、210、310 触控笔

120、320 触控面板

330 连线连结

340、540 控制电路

442、542、642 感测电路

548、648 时钟产生器

643 多工器

644 积分器

645 模拟数字转换器

646 处理器

647 运算放大器

C1、C2 电容

C_A、C_B、C_C 寄生电容

CN1～CNn 接触端

E33 电极

N1、N2 输入端口

N_IN 输入端

N_OUT 输出端口

NS1、NS2 笔尖接触面积

SW1、SW2 开关

X1～X5、Xn、Y1～Y5、Yn 走线

具体实施方式

在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区别的基准。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置电性连接于一第二装置，则代表该第一装置可直接连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地连接至该第二装置。

请参阅图3，图3为本发明输入系统的一实施例的示意图。输入系统（inputsystem）300包含（但不局限于）一触控笔310、一触控面板320、一连线连结（connection link）以及一控制电路（control circuit）340。由图3可知，触控笔310外接于控制电路340，以及控制电路340产生一电气信号（electricalsignal）S_E，且通过耦接于控制电路340与触控笔310之间的外接连线连结330来将电气信号S_E传送至触控笔310，举例来说（但本发明并不局限于此），连线连结330可以是一有线连结（wired link）（例如，一导线（conductivewire））或一无线连结（wireless link）（例如，红外线传输（infraredtransmission））。请注意，通过将电气信号S_E耦接至触控面板320，即便触控笔310的笔尖接触面积小，仍可避免已知技术中感应电荷不足的问题，因此，可缩小触控笔310的笔尖尺寸以提供较真实的书写体验给使用者。另外，由于电气信号S_E由外接于触控笔310的控制电路340所产生，故触控笔310之中并不需要额外的电路。由于触控笔310具有结构简单以及重量轻巧的特点，故使用者会感到易于书写且便利。再者，当因为触控笔310的一触控事件而触发一输入信号S_I时，控制电路340另可对输入信号S_I进行多次处理来检测该触控事件，以获得较佳的检测质量。

简而言之，只要是一电气信号（由外部产生至一触摸物体（touch object）（例如，一触控笔））经由该触摸物体来耦接于一输入接口（input interface）（例如，一触控面板）的输入系统，均落入本发明的发明精神。

请参阅图4，图4为本发明输入系统的另一实施例的示意图。输入系统400的架构基于输入系统300的架构，而两者主要的差别在于输入系统400的控制电路340包含一感测电路（sensing circuit）442。感测电路442用以依据触控笔310所触发的一输入信号S_I来产生一触控事件的一感测输出，以及当触控笔310传送具有一第一电平（level）（例如，一逻辑高电平（logic highlevel））的电气信号S_E时，感测电路442会同步接收到输入信号S_I。利用本发明所提出的架构，输入系统400得以同步执行传送（transmission，TX）及接收（reception，RX），进而可有效地提升信噪比（signal-to-noise ratio，SNRratio）。另外，当感测电路442对接收自触控面板320的输入信号S_I进行处理时，触控笔310可传送具有不同于该第一电平的一第二电平（例如，一逻辑低电平（logic low level））的电气信号S_E，换句话说，对输入信号S_I所进行的接收及处理均可依据由控制电路340所产生的电气信号S_E来执行。

请参阅图5，图5为本发明输入系统的另一实施例的示意图，其中输入系统500的架构基于输入系统300的架构。在此实施例中，输入系统500包含一控制电路540，其中控制电路540包含一感测电路542以及一时钟产生器（clock generator）548于其中，此外，控制电路540产生一第一时钟信号（clock signal）S_C（例如，图3所示的电气信号S_E），其中第一时钟信号S_C经由触控笔310来耦接于触控面板320。感测电路542耦接于触控面板320，用以依据至少一第二时钟信号S_C2以及触控笔310所触发的一输入信号S_I来感测一触控事件。时钟产生器548耦接于控制电路542及连线连结330，用以产生第一时钟信号S_C及至少一第二时钟信号S_C2。

当一使用者使用触控笔310而于触控板320上进行书写时，时钟产生器548会产生第一时钟信号S_C，以使第一时钟信号S_C经由触控笔310来耦接于触控面板320。输入信号S_I由图1所示的纵向电极和/或横向电极所产生，此外，在感测模式为自容式感测模式时，输入信号S_I可以是由触控笔310与对应于走线Xn的电极（并未显示于图4中）之间的寄生电容（parasiticcapacitor）C_A所产生的电荷，也可以是由触控笔310与对应于走线Yn的电极（并未显示于图4中）之间的寄生电容C_A及C_B所产生的电荷。在第一时钟信号S_C的一第一半周期（first half period）的期间，感测电路542可接收输入信号S_I，以及触控笔310会同步传送具有一第一电平（例如，一逻辑高电平）的第一时钟信号S_C，换句话说，输入系统500可同步执行传送及接收，故可有效地改善信噪比。在第一时钟信号S_C的一第二半周期（例如，第一时钟信号S_C的一全周期（full period）之中的剩余部分）的期间，感测电路542可对所接收的输入信号S_I进行处理，以及触控笔310会传送具有不同于该第一电平的一第二电平（例如，一逻辑低电平）的第一时钟信号S_C，此外，第二时钟信号S_C2可控制感测电路542接收及处理输入信号S_I。详细的说明请参阅图6。

图6为本发明输入系统的另一实施例的示意图，其中输入系统600的架构基于输入系统300及输入系统500的架构。在此实施例中，输入系统600包含一控制电路640，其中控制电路640包含一感测电路642以及一时钟产生器648于其中。感测电路642包含一多工器（multiplexer）643、一第一开关（switch）SW1、一第二开关SW2以及一积分器（integrator）644。在此实施例中，积分器644由一电容C1以及一运算放大器（operational amplifier）647来加以实作。

时钟产生器648产生一第一时钟信号S_C(其交替地(alternately)具有一第一电平VREF1及一第二电平VREF2)，以及产生至少包含一第一开关控制信号（switch control signal）S_S1及一第二开关控制信号S_S2的一第二时钟信号。在此实施例中，第一开关信号SW1由第一开关控制信号S_S1所控制，用以选择性地将一第一参考电压VREF3耦接至用来接收输入信号S_I的一输入端N_IN。积分器644具有一第一输入端口N1、一第二输入端口N2及一输出端口N_OUT，其中第一输入端口N1用以接收输入信号S_I、第二输入端口N2用以接收一第二参考电压VREF4，以及输出端口N_OUT用以输出一积分结果IR。第二开关SW2由第二开关控制信号S_S2所控制，用以选择性地将输入端N_IN耦接至积分器644的第一输入端口N1，举例来说（但本发明并不局限于此），VREF1为3伏特、VREF2为0伏特、VREF3为1.5伏特以及VREF4为1.5伏特。

进一步的说明请参阅图7A。图7A为图6所示的第一开关控制信号S_S1、第二开关控制信号S_S2以及一第一时钟信号S_C的操作时序图。在此实施例中，当第一开关控制信号S_S1为高电平时，第一开关SW1会闭合（closed）（亦即，切换为导通（switched on））以将第一参考电压VREF3耦接至输入端N_IN，以及当第一开关控制信号S_S1为低电平时，第一开关SW1会开启（open）（亦即，切换为不导通（switched off））以将第一参考电压VREF3自输入端N_IN断开（disconnect）。相似地，当第二开关控制信号S_S2为高电平时，第二开关SW2会闭合（亦即，切换为导通）以将输入端N_IN耦接至第一输入端口N1，以及当第二开关控制信号S_S2为低电平时，第二开关SW2会开启（亦即，切换为不导通）以将输入端N_IN自第一输入端口N1断开。如图7A所示，当第一时钟信号S_C处于第一电平VREF1（亦即，在此实施例中，处于一逻辑高电平）时，操作时序会进入操作阶段（phase）A，以及当第一时钟信号S_C处于第二电平VREF2（亦即，在此实施例中，处于一逻辑低电平）时，操作时序会进入操作阶段B，此外，由图7A可知，第一开关控制信号S_S1及第二开关控制信号S_S2为非重叠（non-overlapping）时钟信号以正确地控制感测电路642的信号接收及信号处理操作，以及第一开关控制信号S_S1及第二开关控制信号S_S2均具有与第一时钟信号S_C的信号沿（edge）对齐的信号沿，更具体地说，第一开关信号S_S1的上升沿（risingedge）于时间点T1、T3及T5与第一时钟信号S_C的上升沿对齐，以及第二开关信号S_S2的上升沿于时间点T2、T4及T6与第一时钟信号S_C的下降沿（falling edge）对齐。

请同时参阅图6及图7A。在纵向走线（vertical trace）X1～Xn（例如，图1所示的X轴走线）依序进行扫描的情形下，多工器643选择性地将多个接触端（contact node）CN1～CNn耦接至输入端N_IN。触控笔310经由一寄生电容C2来耦接至接触端CN1，其意味着电荷产生于触控笔310与对应走线X1（其位于触控面板320之中）的电极之间的寄生电容C2。另外，因为触控笔310所触发的感应电荷很少，所以接触点CN2～CNn可视为浮接状态（floating）。当在操作阶段A中对走线X1进行扫描时，处于第一电平VREF1的第一时钟信号S_C经由触控笔310来耦接至触控面板320。由于第一开关控制信号S_S1的上升沿与第一时钟信号S_C的上升沿对齐，故寄生电容C2会被充电至一电压值，其中该电压值为电压VREF1与电压VREF3之间的电压差。由于第二开关控制信号S_S2的上升沿与第一时钟信号S_C的下降沿对齐，当第一时钟信号S_C切换至第二电平VREF2，第二开关SW2会被闭合，此外，由于第一开关SW1在第二开关SW2闭合之前已被开启，故存储于寄生电容C2的电荷会在操作阶段B的期间被转移至电容C1，因此，在输出端口N_OUT的一输出电压V_OUT（亦即，积分结果IR）可表示为下列方程式：

V_OUT=V_initial+T_INT×(VREF1–VREF3)×(C2/C1) (1)

在上述方程式(1)中，符号“V_initial”表示输出端口N_OUT的一初始电压（initial voltage），以及符号“T_INT”表示在积分期间第一时钟信号S_C的时钟周期（clock cycle）的个数。

请参阅图7B，图7B为在积分期间输出电压V_OUT的变动情形的示意图。如图7B所示，在多个积分操作之后，输出电压V_OUT自电压V_initial被充电至电压V_result。在此实施例中，对应于走线X1的输出电压V_OUT高于其他走线X2～Xn所对应的电压值，这表示对应于走线X1的寄生电容中所存储的电荷较大，因此，触控笔310的横向位置（horizontal position）（亦即，X轴坐标）会被决定为X1。

请注意，以上仅供说明之需，并非用来作为本发明的限制。积分器644可采用其他型式的电路来实作、感测模式可以是自容式或互容式感测模式，以及多工器的个数可依据所采用的感测模式来调整，举例来说，假若设置两个积分器以对两走线的输入信号进行处理，则多工器的个数可增加为两个。在一设计变化中，可将第一时钟信号S_C反相（invert），因此，第一开关信号S_S1的上升沿与第一时钟信号S_C的下降沿对齐，以及第二开关信号S_S2的上升沿与第一时钟信号S_C的上升沿对齐，此外，第一电平VREF1为低电平而第二电平VREF2为高电平，以及当第一时钟信号S_C处于低电平时，第一开关SW1及第二开关SW2为闭合状态。

由图6可知，感测电路642另可包含一模拟数字转换器（analog-to-digitalconverter）645以及一处理器（processor）646。模拟数字转换器645耦接于积分器644的输出端口N_OUT，用以将积分结果IR转换为一数字信号（digitalsignal）S_D。处理器646耦接于模拟数字转换器645，用来接收及处理数字信号S_D以于数字域（digital domain）中检测该触控事件，因此，当得到输出电压V_OUT时，模拟数字转换器645接着会将输出电压V_OUT转换为数字信号S_D以供进一步的处理。

简而言之，本发明提出一种可提供较真实的书写体验给使用者的创新输入系统，其利用于外部产生一电气信号且将所产生的电气信号经由一连线连结传送至一触控笔，所传送的电气信号因而可经由该触控笔来耦接于一触控面板，以提升该触控笔所触发的输入信号的信号强度。另外，该触控笔可具有一尖锐的笔尖、轻巧的重量以及简单的架构，使得该触控笔的使用更加便利以及提供使用者更加真实的书写体验。再者，该输入系统可同步执行传送及接收，故可有效地改善信噪比。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种输入系统，包含：

一触控面板；

一控制电路，用以产生一电气信号；

一触控笔，外接于该控制电路；以及

一连线连结，耦接于该控制电路与该触控笔之间，用以将该电气信号传送给该触控笔，其中该电气信号经由该触控笔来耦接于该触控面板。

2.如权利要求1所述的输入系统，其中该电气信号为一第一时钟信号，以及该控制电路包含：

一感测电路，耦接于该触控面板，用以依据至少一第二时钟信号以及该触控笔所触发之一输入信号来感测一触控事件；以及

一时钟产生器，耦接于该控制电路以及该连线连结，用以产生该第一时钟信号以及该至少一第二时钟信号。

3.如权利要求2所述的输入系统，其中在该第一时钟信号的一第一半周期的期间中，该感测电路接收该输入信号，以及该触控笔会同步传送具有一第一电平的该第一时钟信号。

4.如权利要求3所述的输入系统，其中在该第一时钟信号的一第二半周期的期间中，该感测电路对所接收的该输入信号进行处理，以及该触控笔会传送具有不同于该第一电平的一第二电平的该第一时钟信号。

5.如权利要求2所述的输入系统，其中该至少一第二时钟信号包含一第一开关控制信号及一第二开关控制信号，以及该感测电路包含：

一第一开关，由该第一开关控制信号所控制，用以选择性地将一第一参考电压耦接至用来接收该输入信号的一输入端；

一积分器，具有一第一输入端口、一第二输入端口及一输出端口，其中该第一输入端口用以接收该输入信号、该第二输入端口用以接收一第二参考电压，以及该输出端口用以输出一积分结果；以及

一第二开关，由该第二开关控制信号所控制，用以选择性地将该输入端耦接至该积分器的该第一输入端口。

6.如权利要求5所述的输入系统，其中该第一开关控制信号及该第二开关控制信号为非重叠时钟信号，以及该第一开关控制信号及该第二开关控制信号均具有与该第一时钟信号的信号沿对齐的信号沿。

7.如权利要求5所述的输入系统，其中该感测电路还包含：

一模拟数字转换器，耦接于该积分器的该输出端口，用以将该积分结果转换为一数字信号；以及

一处理器，耦接于该模拟数字转换器，用来接收及处理该数字信号以检测该触控事件。

8.如权利要求1所述的输入系统，其中该控制电路包含：

一感测电路，用以依据该触控笔所触发的一输入信号来产生一触控事件的一感测输出；

其中当该触控笔正在传送具有一第一电平的该电气信号时，该感测电路会同步接收到该输入信号。

9.如权利要求1所述的输入系统，其中该控制电路包含：

其中当该感测电路正在对自该触控面板所接收的该输入信号进行处理时，该触控笔会传送具有不同于该第一电平的一第二电平的该第一时钟信号。

10.如权利要求1所述的输入系统，其中该触控笔触发一输入信号，以及该控制电路另对该输入信号进行多次处理以检测一触控事件。

11.如权利要求1所述的输入系统，其中该连线连结为一有线连结。

12.如权利要求1所述的输入系统，其中该连线连结为一无线连结。