CN104423647A - 触控输入装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的触控输入装置包括笔尖、压力感测模块、控制单元及PWM产生器。所述笔尖用于接触电容触控屏幕，并传导一触控屏幕驱动信号。所述压力感测模块用于产生一压感信号，其对应所述笔尖在所述电容触控屏幕上的压力。所述控制单元用于接收所述触控屏幕驱动信号及所述压感信号，并然后产生一PWM控制信号根据所述压感信号，其中所述PWM控制信号的一脉冲宽度与所述压力呈正比。所述PWM产生器用于根据所述PWM控制信号产生一PWM信号至所述笔尖。本发明另提供一种触控输入系统。

Description

触控输入装置及系统
【技术领域】
本发明涉及一种触控输入装置及系统，特别涉及一种用于电容式触控屏幕的触控输入装置及系统。
【背景技术】
触控技术依感应原理可分为电阻式(Resistive)、电容式(Capacitive)、音波式(Surface Acoustic Wave)及光学式(Optics)等，随着使用的便利性及多点触控的需求，使用手指输入的电容式触控技术已成为目前电子产品的触控解决方案的主流。
电容式触控面板是利用在基板的表面镀上一层透明的金属电极图案。当手指接近或触碰此触控面板时，手指因为属导体且带有等效电容，因此手指会与金属电极图案会形成一耦合电容，此时触控面板在触碰点上的电极的静电电容量就会发生变化，进而使得所述电极的电压或电流发生改变。再经由比较相邻电极的电压差异，触控点的位置就可被计算出来。
然而，使用手指输入虽然方便，但如要在触控屏幕上描绘出不同粗细的线条，或是针对精细位置之间的触碰辨识，透过手指显然难以达上述要求。因此，为了增加触控的精准度，而有采用触控笔的方案被提出。然而，现有的常见的电容式触控笔其原理大多是在金属笔管前缘设置一导电塑胶或导电橡胶材质的笔尖，其虽然可比使用手指输入达到较精准的触控，但电容式触控笔却无法根据下笔力道的大小而于屏幕上呈现对应的线条粗细，仍有使用上的缺憾。
据此，为了在屏幕上呈现线条粗细，有人提出利用蓝芽等无线模块与平板电脑连接通讯的主动式触控笔，以达到上述目的。然而，建立无线通讯将耗费主动式触控笔及平板电脑较多的电力，不利于两者的使用时间。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的一目的在于提供一种触控输入装置，其可透过笔尖发出脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)信号以影响原有的触控屏幕驱动信号，使得一电容触控屏幕可根据受影响的驱动信号而辨识出下笔力道的大小。
本发明的另一目的在于提供一种触控输入系统，其可透过所述笔尖发出所述PWM信号以影响原有的触控屏幕驱动信号，使得所述电容触控屏幕可根据受影响的驱动信号而决定显示在所述电容触控屏幕的线条粗细。
为达成上述目的，本发明提供的触控输入装置用于在一电容触控屏幕进行输入。所述触控输入装置包括笔尖、压力感测模块、控制单元及PWM产生器。笔尖接触所述电容触控屏幕，并传导一触控屏幕驱动信号。压力感测模块电性连接于所述笔尖，以产生对应所述笔尖在所述电容触控屏幕上的压力的至少一压感信号。控制单元接收所述触控屏幕驱动信号及所述压感信号，并根据所述压感信号产生一PWM控制信号，其中所述PWM控制信号的一脉冲宽度与所述压力呈正比。PWM产生器电性连接于所述控制单元及所述笔尖之间，是根据所述PWM控制信号产生一PWM信号至所述笔尖。
在一优选实施例中，所述PWM信号是电平反相于所述PWM控制信号。
在一优选实施例中，所述PWM信号是从所述触控屏幕驱动信号产生一电压降，且所述电压降大于一门槛电压降。此外，所述脉冲宽度大于一门槛脉冲宽度，且所述门槛脉冲宽度对应于所述门槛电压降。
在一优选实施例中，所述笔尖具有一接收端围绕于一尖端，用于接收所述触控屏幕驱动信号，且具有一发射端位于所述尖端，用于发射所述PWM信号。
在一优选实施例中，所述触控输入装置进一步包括放大器。所述放大器设置于所述接收端及所述控制单元之间，用于放大所述触控屏幕驱动信号。所述放大器电性连接于所述压力感测模块及所述控制单元之间，用于放大所述压感信号。
在一优选实施例中，所述控制单元具有比较器，其用于比较所述放大的触控屏幕驱动信号的电压与一门槛电压。当所述触控屏幕驱动信号的所述电压大于所述门槛电压时，所述控制单元开始产生所述PWM控制信号。
在一优选实施例中，所述PWM产生器包括电荷帮浦电路及开关电路。所述电荷帮浦电路具有一输出端，用于提供一预设电压值。优选地，所述预设电压值介于10伏至20伏之间。开关电路连接所述输出端及一接地端之间，所述开关电路根据所述PWM控制信号以进行所述输出端及所述接地端之间的导通及关闭。
为达成上述另一目的，本发明提供的触控输入系统包括电容触控屏幕及触控笔。所述电容触控屏幕具有触控控制器，用于发出一触控屏幕驱动信号。所述触控笔用于在所述电容触控屏幕上进行输入，所述触控笔包括笔尖、压力感测模块、控制单元及PWM产生器。所述笔尖接触所述电容触控屏幕，并传导所述触控屏幕驱动信号至所述触控笔。压力感测模块电性连接于所述笔尖，以产生对应所述笔尖在所述电容触控屏幕上的压力的至少一压感信号。控制单元接收所述触控屏幕驱动信号及所述压感信号，并根据所述压感信号产生一PWM控制信号，其中所述PWM控制信号的一脉冲宽度与所述压力呈正比。PWM产生器电性连接于所述控制单元及所述笔尖之间，是根据所述PWM控制信号产生一PWM信号至所述笔尖。
在一优选实施例中，所述PWM信号是从所述触控屏幕驱动信号产生一电压降。此外，所述触控控制器接收具有所述电压降的所述触控屏幕驱动信号。所述电压降大于一门槛电压降，其用于使所述触控控制器获得一触控位置。
在一优选实施例中，所述触控输入系统进一步包括粗细决定单元。所述粗细决定单元电性连接于所述触控控制器，用于根据所述电压降减去所述门槛电压降的大小决定显示在所述电容触控屏幕的一线条粗细。具体地，所述线条粗细与所述压力呈正比。
相较于现有技术，本发明采用PWM信号的占空比(Dutycycle)控制所述电压降，进而影响所述触控控制器接收的驱动信号的强度，而达到压感反馈的触控效果。
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，下文将举出实施例来加以说明，并配合所附图式，作详细说明如下。
【附图说明】
图1为本发明的优选实施例的触控输入装置的示意立体图；
图2为本发明的优选实施例的触控输入装置的方块示意图；
图3为PWM控制信号与PWM信号的波型图；
图4为所述电容触控屏幕的触控控制器所接收到的触控屏幕驱动信号的波型图；
图5为PWM产生器的电路示意图；
图6为本发明的优选实施例的触控输入系统的示意立体图；及
图7为本发明的优选实施例的触控输入系统的方块示意图。
【具体实施方式】
本发明的数个优选实施例借助所附图式与下面的说明作详细描述，在不同的图式中，相同的元件符号表示相同或相似的元件。
请参照图1及图2，图1绘示本发明的优选实施例的触控输入装置的示意立体图、图2绘示本发明的优选实施例的触控输入装置的方块示意图。本实施例的触控输入装置10是用于在一电容触控屏幕20进行输入。优选地，所述触控输入装置10为一主动式触控笔100，其设有一电池(图未示)以供应所需电力。如图1所示，所述触控输入装置10包括笔尖110、压力感测模块120、放大器140、控制单元160及PWM产生器180。
所述笔尖110其是接触所述电容触控屏幕20，并传导一触控屏幕驱动信号TD。所述触控屏幕驱动信号TD可为所述电容触控屏幕20的触控控制器(图未示)所发出/接收的对第X条及第Y条电极的充电信号。在此实施例中，所述笔尖110为导体制成。所述笔尖110具有一接收端112围绕于一尖端111，用于接收所述触控屏幕驱动信号TD，且具有一发射端113位于所述尖端111。
如图1及图2所示，所述压力感测模块120电性连接于所述笔尖110，以产生对应所述笔尖110在所述电容触控屏幕20上的压力的压感信号PS。具体而言，所述压力感测模块120可设置在所述尖端111后端，以实时感测出压力变化。优选地，所述压力感测模块120可为压电式、电阻式或红外线式压力感测器。所述放大器140电性连接于所述压力感测模块120及所述控制单元160之间，其用于放大所述压感信号PS。同时，所述放大器140设置于所述接收端112及所述控制单元160之间，其用于放大所述触控屏幕驱动信号TD。
请参照图2及图3，图3为PWM控制信号与PWM信号的波型图。所述控制单元160接收所述放大后的触控屏幕驱动信号TD’及压感信号PS’，然后根据所述压感信号PS’产生一PWM控制信号Pc，其中所述PWM控制信号Pc的一脉冲宽度W与所述压力呈正比。
如图2所示，所述PWM产生器180电性连接于所述控制单元160及所述笔尖110(特别是尖端111)之间，其用于根据所述PWM控制信号Pc产生一PWM信号至所述笔尖110的发射端113。如图3所示，所述PWM信号PWM是电平反相于所述PWM控制信号Pc。也就是说，所述PWM控制信号Pc处于高电平时，所述PWM信号PWM是处于低电平；所述PWM控制信号Pc处于低电平时，所述PWM信号PWM是处于高电平。所述发射端113是发出所述PWM信号PWM以影响所述触控控制器所接收的对第X条及第Y条电极的充电信号。
详细而言，请参照图4，图4绘示所述电容触控屏幕的触控控制器所接收到的触控屏幕驱动信号的波型图。所述PWM信号是从所述触控屏幕驱动信号TD透过一未触碰电压(no-touchvoltage)产生一电压降Vd。因此，所述触控控制器接收具有所述电压降Vd的所述触控屏幕驱动信号TD。值得注意的是，所述电压降Vd大于一门槛电压降Vdth。所述门槛电压降Vdth是使所述触控控制器获得一触控位置的最小电压。也就是说，触控控制器所接收到的触控屏幕驱动信号TD具有一超过门槛电压降Vdth的电压降Vd时，即判定所述位置(X,Y)产生一触碰行为。
请一并参照图3及图4，为了产生所述电压降Vd，所述脉冲宽度W大于一门槛脉冲宽度Wth，且所述门槛脉冲宽度Wth对应于所述门槛电压降Vdth。也就是说，触控屏幕驱动信号TD的电压降Vd可由所述PWM信号PWM在所述周期中的低电平期间(即1-占空比)所控制。一般而言，所述电压降Vd正比于所述脉冲宽度W。更近一步而言，所述门槛脉冲宽度Wth为触控屏幕驱动信号TD的电压降Vd达到所述门槛电压降Vdth的最小宽度。
由上可知，由于脉冲宽度W与所述压力呈正比，因此脉冲宽度W越宽，所述触控屏幕驱动信号TD的电压降Vd越大。据此，所述触控控制器可根据电压降Vd的大小推断笔尖110的压力大小。
值得一提的是，所述控制单元160可为一微控制器。此外，所述控制单元160具有一比较器162，其用于比较所述放大的触控屏幕驱动信号TD’的电压与一门槛电压(图未示)。当所述触控屏幕驱动信号TD’的所述电压大于所述门槛电压时，所述控制单元160开始产生所述PWM控制信号Pc。具体而言，所述比较器162确认所述笔尖110是否触碰到所述电容触控屏幕20，若是，则开始产生所述PWM控制信号Pc以进行压感反馈。
以下将详细介绍所述PWM产生器180。请参照图5，图5为PWM产生器的电路示意图。所述PWM产生器180包括一电荷帮浦电路182及一开关电路184。所述电荷帮浦电路182是将所述电池的电压(如1.5V)提升至一高电压。所述电荷帮浦电路182具有一输出端HVDD，其用于提供一预设电压值。优选地，所述预设电压值介于10伏至20伏之间。在本实施例中，所述预设电压值为18V。所述开关电路184连接所述输出端HVDD及一接地端之间，其用于根据所述PWM控制信号Pc以进行所述输出端及接地端之间的导通及关闭，而使得所述尖端111接收所述PWM信号。详细来说，所述开关电路184具有一晶体管Q及电阻R1至R3。当所述PWM控制信号Pc为高电平时，所述晶体管Q为导通状态，此时所述尖端111接地(0V)。当所述PWM控制信号Pc为低电平时，所述晶体管Q为关闭状态，此时所述尖端111的电压为预设电压值。
以下将介绍采用上述触控输入装置10的触控输入系统。请参照图6及图7，图6绘示本发明的优选实施例的触控输入系统的示意立体图、图7绘示本发明的优选实施例的触控输入系统的方块示意图。本实施例的触控输入系统1包括电容触控屏幕20、触控笔100及粗细决定单元30。所述电容触控屏幕20具有一触控控制器25，其用于发出及接收一触控屏幕驱动信号TD。相似地，所述触控笔100用于在所述电容触控屏幕20上进行输入。所述触控笔100包括笔尖110、压力感测模块120、放大器140、控制单元160及PWM产生器180。
如图7所示，所述笔尖110接触所述电容触控屏幕20，并传导所述触控屏幕驱动信号TD至所述触控笔100内。如上所述，所述压力感测模块120电性连接于所述笔尖110，以产生对应所述笔尖110在所述电容触控屏幕20上的压力的压感信号PS。所述控制单元160接收所述放大的触控屏幕驱动信号PS’及所述压感信号TD’，并根据所述压感信号PS产生一PWM控制信号Pc。请再参照图3，所述PWM控制信号Pc的一脉冲宽度W与所述压力呈正比。所述PWM产生器180电性连接于所述控制单元160及所述笔尖110之间，用于根据所述PWM控制信号Pc产生一PWM信号PWM至所述笔尖110。上述元件的说明请参考前述，在此不予以赘述。
相似地，参照图4，所述PWM信号PWM是从所述触控屏幕驱动信号TD产生一电压降Vd。如图7所示，所述触控控制器25接收具有所述电压降Vd的所述触控屏幕驱动信号TD。同样地，所述电压降Vd大于所述门槛电压降Vdth，其用于使所述触控控制器25侦测到一触控位置(X,Y)。
如图6所示，所述粗细决定单元30电性连接于所述触控控制器25，其用于根据所述电压降Vd减去所述门槛电压降Vdth(即Vd-Vdth)的大小决定显示在所述电容触控屏幕20的线条粗细。具体地，Vd-Vdth的值可由设置在触控控制器25的类比至数字转换器(Analog Digital Converter,ADC)转换为数字值，使得所述粗细决定单元30基于所述数字值判定所述线条的粗细。更进一步地，所述线条粗细与所述压力呈正比，以达到对应下笔力道大小产生对应的线条粗细的目的。值得注意的是，所述粗细决定单元30可为一存在电脑端的应用程式或存在所述触控控制器25的固件所实施，因此所述电容触控屏幕20的硬件无须改变。
综上所述，本发明采用PWM信号的占空比(Duty cycle)控制所述电压降Vp，进而影响所述触控控制器25接收的驱动信号的强度，而达到压感反馈的触控效果。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例幷非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种触控输入装置，用于在一电容触控屏幕进行输入，其特征在于，所述装置包括：
笔尖，其接触所述电容触控屏幕，并传导一触控屏幕驱动信号；
压力感测模块，电性连接于所述笔尖，以产生对应所述笔尖在所述电容触控屏幕上的压力的至少一压感信号；
控制单元，其接收所述触控屏幕驱动信号及所述压感信号，并根据所述压感信号产生一PWM控制信号，其中所述PWM控制信号的一脉冲宽度与所述压力呈正比；以及
PWM产生器，电性连接于所述控制单元及所述笔尖之间，是根据所述PWM控制信号产生一PWM信号至所述笔尖。
2.根据权利要求1所述的触控输入装置，其特征在于，所述PWM信号是电平反相于所述PWM控制信号。
3.根据权利要求2所述的触控输入装置，其特征在于，所述PWM信号是从所述触控屏幕驱动信号产生一电压降。
4.根据权利要求3所述的触控输入装置，其特征在于，所述电压降大于一门槛电压降，所述脉冲宽度大于一门槛脉冲宽度，且所述门槛脉冲宽度对应于所述门槛电压降。
5.根据权利要求1所述的触控输入装置，其特征在于，所述笔尖具有一接收端围绕于一尖端，用于接收所述触控屏幕驱动信号，且具有一发射端位于所述尖端，用于发射所述PWM信号。
6.根据权利要求4所述的触控输入装置，其特征在于，进一步包括放大器，其设置于所述接收端及所述控制单元之间，用于放大所述触控屏幕驱动信号，其中所述放大器电性连接于所述压力感测模块及所述控制单元之间，用于放大所述压感信号。
7.根据权利要求6所述的触控输入装置，其特征在于，所述控制单元具有比较器，其用于比较所述放大的触控屏幕驱动信号的电压与一门槛电压，当所述触控屏幕驱动信号的所述电压大于所述门槛电压时，所述控制单元开始产生所述PWM控制信号。
8.根据权利要求1所述的触控输入装置，其特征在于，所述PWM产生器包括：
电荷帮浦电路，具有一输出端，用于提供一预设电压值；以及
开关电路，连接所述输出端及一接地端之间，所述开关电路根据所述PWM控制信号以进行所述输出端及所述接地端之间的导通及关闭。
9.一种触控输入系统，其特征在于，包括：
电容触控屏幕，具有一触控控制器，用于发出一触控屏幕驱动信号；以及
触控笔，用于在所述电容触控屏幕上进行输入，所述触控笔包括：
笔尖，其是接触所述电容触控屏幕，并传导所述触控屏幕驱动信号至所述触控笔；
压力感测模块，电性连接于所述笔尖，以产生对应所述笔尖在所述电容触控屏幕上的压力的至少一压感信号；
控制单元，其是接收所述触控屏幕驱动信号及所述压感信号，并根据所述压感信号产生一PWM控制信号，其中所述PWM控制信号的一脉冲宽度与所述压力呈正比；以及
PWM产生器，电性连接于所述控制单元及所述笔尖之间，是根据所述PWM控制信号产生一PWM信号至所述笔尖。
10.根据权利要求9所述的触控输入系统，其特征在于，所述PWM信号是从所述触控屏幕驱动信号产生一电压降，所述触控控制器接收具有所述电压降的所述触控屏幕驱动信号。
11.根据权利要求10所述的触控输入系统，其特征在于，所述电压降大于一门槛电压降，其用于使所述触控控制器获得一触控位置。
12.根据权利要求11所述的触控输入系统，其特征在于，进一步包括粗细决定单元，其电性连接于所述触控控制器，用于根据所述电压降减去所述门槛电压降的大小决定显示在所述电容触控屏幕的一线条粗细。
13.根据权利要求11所述的触控输入系统，其特征在于，所述脉冲宽度大于一门槛脉冲宽度，且所述门槛脉冲宽度对应于所述门槛电压降。
14.根据权利要求9所述的触控输入系统，其特征在于，所述笔尖具有一接收端围绕于一尖端，用于接收所述触控屏幕驱动信号，且具有一发射端位于所述尖端，用于发出所述PWM信号。
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