CN108803900B - 触控笔与其电子系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种触控笔，用于接收触控面板或荧幕发出的无线射频信号，包含：外层包覆绝缘材质的触控笔杆，以供使用者的手部握持；电极以接收该无线射频信号；以及连接该电极的接收电路，该接收电路收容于该触控笔杆之中。

Description

触控笔与其电子系统
技术领域
本发明是关于触控电子系统，特别是关于触控笔与其电子系统。
背景技术
触控笔可以侦测来自触控面板/荧幕所发出的电信号来执行某些功能，由触控面板所发出的电信号可以称为灯塔信号(beacon)。灯塔信号可以是由至少一根触控面板的电极发出。在某些范例中，触控面板可以通过多根平行的电极发出灯塔信号，以便让触控笔侦测。
在一范例中，触控笔可以利用灯塔信号执行唤醒的功能。由于触控笔可能使用电能储存装置提供能源，为了节省能源消耗，触控笔可能经常进入省电模式。当触控笔侦测到灯塔信号之后，可以进入较耗电的工作模式。
在另一范例中，触控笔可以利用灯塔信号执行信号同步的功能。由于控制触控面板的触控处理装置可能会利用不同的时段执行不同的侦测模式，比方说在某一时段进行互电容侦测被动的外部导电物件，如手指等。在另一时段进行侦测主动触控笔发出的电信号。也可以协调多只主动触控笔在不同的时段发出电信号。这些都需要触控处理装置利用灯塔信号作为通知触控笔的同步信号。
根据经验，一般使用者在握持触控笔的多数时间是花在让笔尖离开触控面板进行思考或移动手部上。由于触控笔多是使用笔尖的电极来接收上述的灯塔信号，当笔尖离开触控面板过远时，触控笔就会接收不到，在一段时间过后就会进入省电模式。但使用者并不清楚手上的触控笔已经进入省电状态。当使用者将省电中的触控笔接触触控面板时，由于还需要一段时间回复到正常工作状态，所以触控笔在刚接触触控面板的笔触轨迹并不会呈现出来，带给使用者不好的体验。
当然，可以加强灯塔信号的发射强度以增加触控笔的灯塔信号接收能力。然而，触控面板的电子装置可能也是使用电能储存装置提供能源，加强灯塔信号的发射强度会减少电子装置的使用时间。除此之外，加强灯塔信号的发射强度，会使得触控面板干扰其他电子装置的机率增加。因此，如何改善悬浮在触控面板上空的触控笔的灯塔信号接收能力，是本申请主要关心的问题。
请参考图1所示，其为传统触控笔与触控面板的电流流向的示意图。在图1当中，传统触控笔110的笔杆或笔身表面是导体，连接至触控笔电路的自身地面电位(localground)。触控面板/荧幕120和触控笔110的笔尖与笔杆之间具有电容A，触控笔110与地面之间同样具有电容B，电子装置与地面之间也具有电容C。
触控面板/荧幕120可以包含多条平行的第一电极121与多条平行的第二电极122，这两种电极的多个交会点形成互电容式触控的感测点。灯塔信号可以通过部分或全部的第一电极121与/或第二电极122发出，也可以由特定的其他电极发出。本发明并未限定灯塔信号或无线射频信号是由第一电极121与/或第二电极122发出。
在图1当中，只有一条电力回路影响触控笔110上的电路对灯塔信号的侦测能力。此回路是经由三个电容A、B、C依序串联所构成的电路。此回路的电压是由灯塔信号所提供，触控笔110能侦测到的信号强度大约是从电容A接收到的电位与触控笔自身地面电位间的电位差。因此当触控笔110越接近触控面板120时，侦测到的信号越强，反之越小。
请参考图2所示，其为传统触控笔与触控面板的电流流向的示意图。在图2当中，传统触控笔110的笔杆或笔身表面是导体，连接至触控笔电路的地面电位。触控面板/荧幕120和触控笔110的笔尖与笔杆之间具有电容A，触控笔110与地面之间同样具有电容B，电子装置与地面之间也具有电容C。有只手130握持触控笔110笔杆或笔身的导体，形成电容D，人体与地面之间具有电容E。
在图2当中，当握持笔110的手130离触控面板很远时，手与触控面板间的电容很小，因此，触控笔110能侦测到的信号强度也大约是从电容A接收到的电位与触控笔自身地面电位间的电位差。当触控笔110越接近触控面板120时，侦测到的信号越强，反之越小。
请参考图3所示，其为传统触控笔与触控面板的电流流向的示意图。和图2相比，图3的手部130接触到了触控面板120，形成了电容F。由于触控面板120额外通过电容F、手130、电容D与触控笔110耦合，当手130为良好导体并且接收到触控面板120的灯塔信号时，触控笔110自身的地因为与手130接触耦合，电位被拉近为相当于从电容D收到的灯塔信号的电位。因为触控笔110从电容A接收到的灯塔信号的电位与自身的地面电位大幅拉近，电位差变为很小，因此触控笔侦测到的灯塔信号的强度会变得很微弱。
即使握持笔110的手130没有触碰到触碰面板，只要在相当距离内，手130与触控面板120间的电容F对电容笔自身的地面电位仍会有相当的影响，当触控笔110越接近触控面板120时，触控笔110自身的地面电位越接近触控面板120发出的灯塔信号。因此，当触控笔110与触控面板120间的距离固定时，手130越接近触控面板120时，触控笔110侦测到的信号越弱，反之越大。
因此，如何改善悬浮在触控面板上空的触控笔的灯塔信号接收能力，是本申请所欲解决的问题之一，特别是握持触控笔的手近接触控面板/荧幕时，触控笔未能及时侦测到灯塔信号的问题。
发明内容
根据本申请的一实施例，提供一种触控笔，用于接收触控面板或荧幕发出的无线射频信号，包含：外层包覆绝缘材质的触控笔杆，以供使用者的手部握持；电极以接收该无线射频信号；以及连接该电极的接收电路，该接收电路收容于该触控笔杆之中。
在一实施例中，为了令触控笔杆与使用者的手部绝缘，以便增进该接收电路接收灯塔信号或无线射频信号的能力，该触控笔杆的整体为绝缘材质构成。
在一实施例中，为了方便触控笔接收灯塔信号或无线射频信号，该电极为其中之一或其任意组合：该触控笔的笔尖段的一端部电极；环绕该笔尖段的第一环状电极；以及环绕该触控笔杆的第二环状电极，其中该笔尖段为该触控笔截面积逐渐变小的部分。在上述实施例中，为了减少电极的阻值以便增进接收能力，该第一环状电极包含多条独立的电极，被设置于环绕该笔尖段。在上述实施例中，为了减少电极的阻值以便增进接收能力，该第二环状电极包含多条独立的电极，被设置于环绕该触控笔杆。
在一实施例中，为了实现该触控笔与该触控面板或荧幕的信号交互同步，该触控笔更包含驱动电路；以及处理电路，该处理电路用于连接该驱动电路与该接收电路，当该接收电路接收到该无线射频信号之后，该处理电路令该驱动电路至少通过该触控笔的笔尖段的一端部电极发出驱动信号，使得连接该触控面板或荧幕的触控处理装置得以分析该驱动信号来得知该触控笔与该触控面板或荧幕的相对位置。在上述实施例中，为了简化触控笔设计以使用被动元件，该处理电路、该接收电路与该驱动电路的电力来源为该电极所感应的无线射频信号。在上述实施例中，为了增加触控笔控制驱动信号的强度与调变能力，该触控笔更包含电池，用于供应电力至该处理电路、该接收电路与该驱动电路。
根据本申请的一实施例，提供一种电子系统，包含具有触控面板或荧幕的电子装置；以及触控笔，其中该触控笔用于接收该触控面板或荧幕发出的无线射频信号，包含：外层包覆绝缘材质的触控笔杆，以供使用者的手部握持；电极以接收该无线射频信号；以及连接该电极的接收电路，该接收电路收容于该触控笔杆之中。
根据上述各实施例所提供的触控笔，由于其与握持的手部呈现绝缘关系，因此能在手部靠近或接触触控面板或荧幕时，增强接收触控面板或荧幕所发出的灯塔信号的能力。据此，能在距离触控面板或荧幕较远的地方保持触控笔处于激活状态，借此避免或减少睡眠中的触控笔在刚开始接触触控面板或荧幕时回复到激活所消耗的时间，据以改善使用者经验。
附图说明
图1为传统触控笔与触控面板的电流流向的示意图。
图2为传统触控笔与触控面板的电流流向的示意图。
图3为传统触控笔与触控面板的电流流向的示意图。
图4为根据本申请一实施例的触控笔与触控面板的电流流向的示意图。
图5为根据本申请一实施例的触控笔与触控面板的电流流向的示意图。
图6为根据本发明一实施例的电子系统的示意图。
【主要元件符号说明】
110：触控笔 120：触控面板或荧幕
121：第一电极 122：第二电极
130：手部 410：触控笔
600：电子系统 610：触控笔
611：笔尖段 612：端部电极
613：第一环状电极 614：第二环状电极
615：触控笔杆 616：接收电路
617：驱动电路 618：处理电路
619：电池 620：电子装置
630：触控面板或荧幕 640：触控处理装置
650：中央处理器 A～F、D’：电容
具体实施方式
本发明将详细描述一些实施例如下。然而，除了所揭露的实施例外，本发明亦可以广泛地运用在其他的实施例施行。本发明的范围并不受所述实施例的限定，乃以申请专利所要保护的范围为准。而为提供更清楚的描述及使熟悉该项技艺者能理解本发明的发明内容，图示内各部分并没有依照其相对的尺寸而绘图，某些尺寸与其他相关尺度的比例会被突显而显得夸张，且不相关的细节部分亦未完全绘出，以求图示的简洁。
请参考图4所示，其为根据本申请一实施例的触控笔与触控面板的电流流向的示意图。此触控笔410的外表为绝缘物质，或者是触控笔410与手部130接触的部分外表是绝缘物质。和图2的电流回路相比，由于图4实施例的触控笔410与手部130之间是电性不耦合，因此触控笔410和手部130之间的电容D’要小于图2当中的电容D。当握持笔410的手130离触控面板120很远时，手130与触控面板120之间的电容很小，因此，触控笔410能侦测到的信号强度也大约是从电容A接收到的电位与触控笔410自身地面电位间的电位差。当触控笔410越接近触控面板120时，侦测到的信号越强，反之越小。
请参考图5所示，其为根据本申请一实施例的触控笔与触控面板的电流流向的示意图。和图4相比，图5的手部130接触到了触控面板120，形成了电容F。由于触控面板120额外通过电容F、手、电容D与触控笔410耦合，当手130为良好导体并且接收到触控面板120的灯塔信号时，触控笔410自身的地面电位没有与手130接触耦合，最多仅有电容性耦合，触控笔410自身的地面电位受到从电容D’收到的灯塔信号的电位的影响很小。因此，触控笔410能侦测到的信号强度也大约是从电容A接收到的电位与触控笔410自身地面电位间的电位差。当触控笔410越接近触控面板120时，侦测到的信号越强，反之越小。
同理，握持笔410的手130没有触碰到触碰面板，即使在相当距离内，手410与触控面板130间的电容F接收到的灯塔信号对电容笔自身的地影响很有限。当触控笔410越接近触控面板120时，侦测到的信号越强，反之越小。因此，和图3的实施例比起来，在相同的情况下，当触控笔410与手部130间具有绝缘物质的时候，图5实施例的触控笔410侦测到的灯塔信号强度相对地好很多。换言之，触控笔410能在离触控面板/荧幕120更远的地方侦测到灯塔信号。或者在离触控面板/荧幕120等距的地方，享有更好的信噪比，亦即改善了悬浮在触控面板120上空的触控笔410的灯塔信号接收能力。
为了让触控笔410和手部130绝缘，在一实施例中，该触控笔410的笔身结构就为绝缘物质。在一实施例中，该触控笔410的外皮包覆绝缘物质。
为了适用于各种发出电信号的触控笔410，在一实施例中，该触控笔410可以是主动发出电信号的触控笔。在另一实施例中，该触控笔410可以是被动发出电信号的感应触控笔。
为了感应灯塔信号，可以利用触控笔410在使用时较为靠近触控面板/荧幕120的地方安排感应电极。在一实施例中，该触控笔410可以利用笔尖段的电极感应灯塔信号。在一实施例中，该触控笔410可以利用环绕笔尖段的环状电极来感应灯塔信号。在一实施例中，该触控笔410可以利用笔尖段之后的电极感应灯塔信号。
习知相关技艺者也可以轻易推知，触控笔410并不限定只能接收触控面板的灯塔信号，也可以接收触控面板120借由驱动电极传送的驱动信号。灯塔信号或驱动信号不仅可以用来作为触发之用，也可以用来以类比或数位方式传送资讯给触控笔410。
请参考图6所示，其为根据本发明一实施例的电子系统600的示意图。该电子系统600包含触控笔610与电子装置620。该电子装置620包含触控面板或荧幕630、连接到该触控面板或荧幕630的触控处理装置640与连接到触控处理装置640的中央处理器650。触控面板或荧幕630包含多条平行的第一电极与多条平行的第二电极。这两种电极的多个交会点形成互电容式触控的感测点。该触控处理装置640所发出的灯塔信号可以通过部分或全部的第一电极与/或第二电极发出，也可以由特定的其他电极发出。本发明并未限定灯塔信号或无线射频信号是由第一电极与/或第二电极发出。在一实施例中，
在发出灯塔信号或无线射频信号以同步触控笔610之后，该触控处理装置640也通过所述第一电极与第二电极接收触控笔610发出的电信号，以便得知该触控笔610与该触控面板或荧幕630的相对位置，还可能得知该触控笔610的状态，例如触控笔尖所受的压力与触控笔上按钮或各感测器的状态。接着，触控处理装置640会将触控笔610相关的信息报告给中央处理器650所执行的作业系统与应用程式软体。
该触控笔610包含笔尖段611与触控笔杆615。该笔尖段611为截面积逐渐缩小的部分，可以包含一端部电极612与/或环绕该笔尖段611的第一环状电极613。该触控笔610可以包含环绕该触控笔杆615的第二环状电极614。该第一环状电极613可以为单一电极或包含多条独立的电极。该第二环状电极614可以为单一电极或包含多条独立的电极。该触控笔杆615的外层包覆绝缘材质，供使用者的手部握持。在一范例中，该触控笔杆615的整体为绝缘材质构成。本发明并不限定笔尖段611与触控笔杆615的截面积为圆形，其截面积可以是其它种形状。因此，上述的第一环状电极613与第二环状电极614的截面可以是圆环形或其他种闭锁的形状。
该触控笔杆615内部可以装设接收电路616，该接收电路616可以连接到上述的端部电极612、第一环状电极613与第二环状电极614的全部或其中之一，以便接收该触控面板或荧幕630发出的无线射频信号。
该触控笔杆615内部可以装设驱动电路617，以及连接到驱动电路617和接收电路616的处理电路618。当该接收电路616接收到灯塔信号或无线射频信号之后，该处理电路618令该驱动电路617至少通过该触控笔610的笔尖段611的一端部电极612发出驱动信号，使得连接该触控面板或荧幕630的触控处理装置640得以分析该驱动信号来得知该触控笔610与该触控面板或荧幕640的相对位置。
在一实施例中，该处理电路618、该接收电路616与该驱动电路617的电力来源为该接收电路616所连接的电极所感应的无线射频信号。在另一实施例中，该触控笔610更包含电池619，用于供应电力至该处理电路618、该接收电路616与该驱动电路617。
根据本申请的一实施例，提供一种触控笔，用于接收触控面板或荧幕发出的无线射频信号，包含：外层包覆绝缘材质的触控笔杆，以供使用者的手部握持；电极以接收该无线射频信号；以及连接该电极的接收电路，该接收电路收容于该触控笔杆之中。
在一实施例中，为了令触控笔杆与使用者的手部绝缘，以便增进该接收电路接收灯塔信号或无线射频信号的能力，该触控笔杆的整体为绝缘材质构成。
在一实施例中，为了方便触控笔接收灯塔信号或无线射频信号，该电极为其中之一或其任意组合：该触控笔的笔尖段的一端部电极；环绕该笔尖段的第一环状电极；以及环绕该触控笔杆的第二环状电极，其中该笔尖段为该触控笔截面积逐渐变小的部分。在上述实施例中，为了减少电极的阻值以便增进接收能力，该第一环状电极包含多条独立的电极，被设置于环绕该笔尖段。在上述实施例中，为了减少电极的阻值以便增进接收能力，该第二环状电极包含多条独立的电极，被设置于环绕该触控笔杆。
在一实施例中，为了实现该触控笔与该触控面板或荧幕的信号交互同步，该触控笔更包含驱动电路；以及处理电路，该处理电路用于连接该驱动电路与该接收电路，当该接收电路接收到该无线射频信号之后，该处理电路令该驱动电路至少通过该触控笔的笔尖段的一端部电极发出驱动信号，使得连接该触控面板或荧幕的触控处理装置得以分析该驱动信号来得知该触控笔与该触控面板或荧幕的相对位置。在上述实施例中，为了简化触控笔设计以使用被动元件，该处理电路、该接收电路与该驱动电路的电力来源为该电极所感应的无线射频信号。在上述实施例中，为了增加触控笔控制驱动信号的强度与调变能力，该触控笔更包含电池，用于供应电力至该处理电路、该接收电路与该驱动电路。
根据本申请的一实施例，提供一种电子系统，包含具有触控面板或荧幕的电子装置；以及触控笔，其中该触控笔用于接收该触控面板或荧幕发出的无线射频信号，包含：外层包覆绝缘材质的触控笔杆，以供使用者的手部握持；电极以接收该无线射频信号；以及连接该电极的接收电路，该接收电路收容于该触控笔杆之中。
根据上述各实施例所提供的触控笔，由于其与握持的手部呈现绝缘关系，因此能在手部靠近或接触触控面板或荧幕时，增强接收触控面板或荧幕所发出的灯塔信号的能力。据此，能在距离触控面板或荧幕较远的地方保持触控笔处于激活状态，借此避免或减少睡眠中的触控笔在刚开始接触触控面板或荧幕时回复到激活所消耗的时间，据以改善使用者经验。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，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做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的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种触控笔，用于接收触控面板或荧幕发出的无线射频信号，其特征在于包含：
外层包覆绝缘材质的触控笔杆，以供使用者的手部握持；
电极以接收该无线射频信号；以及
连接该电极的接收电路，该接收电路收容于该触控笔杆之中，
其中上述的电极为该触控笔的笔尖段的一端部电极以及环绕该笔尖段的第一环状电极，
其中该笔尖段为该触控笔截面积逐渐变小的部分，
其中该触控面板或荧幕包含多条平行的第一电极与多条平行的第二电极，该无线射频信号通过部分的该第一电极与该第二电极发出。
2.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于：其中上述的触控笔杆的整体为绝缘材质构成。
3.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，其中上述的电极更包含：
环绕该触控笔杆的第二环状电极。
4.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于：其中上述的第一环状电极包含多条独立的电极，被设置于环绕该笔尖段。
5.根据权利要求3所述的触控笔，其特征在于：其中上述的第二环状电极包含多条独立的电极，被设置于环绕该触控笔杆。
6.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于更包含：
驱动电路；以及
处理电路，该处理电路用于连接该驱动电路与该接收电路，当该接收电路接收到该无线射频信号之后，该处理电路令该驱动电路至少通过该端部电极发出驱动信号，使得连接该触控面板或荧幕的触控处理装置得以分析该驱动信号来得知该触控笔与该触控面板或荧幕的相对位置。
7.根据权利要求6所述的触控笔，其特征在于：其中上述的处理电路、该接收电路与该驱动电路的电力来源为该电极所感应的无线射频信号。
8.根据权利要求6所述的触控笔，其特征在于：更包含电池，用于供应电力至该处理电路、该接收电路与该驱动电路。
9.一种电子系统，其特征在于包含：
具有触控面板或荧幕的电子装置，其中该触控面板或荧幕包含多条平行的第一电极与多条平行的第二电极；以及
触控笔，其中该触控笔用于接收该触控面板或荧幕部分的该第一电极与该第二电极发出的无线射频信号，包含：
外层包覆绝缘材质的触控笔杆，以供使用者的手部握持；
电极以接收该无线射频信号；以及
连接该电极的接收电路，该接收电路收容于该触控笔杆之中，
其中上述的电极为该触控笔的笔尖段的一端部电极以及环绕该笔尖段的第一环状电极，其中该笔尖段为该触控笔截面积逐渐变小的部分。
10.根据权利要求9所述的电子系统，其特征在于，其中上述的触控笔更包含：
驱动电路；以及
处理电路，该处理电路用于连接该驱动电路与该接收电路，当该接收电路接收到该无线射频信号之后，该处理电路令该驱动电路至少通过该端部电极发出驱动信号，使得连接该触控面板或荧幕的触控处理装置得以分析该驱动信号来得知该触控笔与该触控面板或荧幕的相对位置。
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