TW201508565A - 具通信介面之觸控螢幕觸控筆 - Google Patents

具通信介面之觸控螢幕觸控筆 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種觸控螢幕觸控筆，該觸控螢幕觸控筆在其筆頭中具有用一信號驅動之一電極，該觸控螢幕觸控筆將圖形資訊提供至一觸控螢幕裝置。當一使用者用該觸控筆之該筆頭觸碰觸控螢幕時，由一電容式觸控螢幕控制器將此圖形資訊偵測為與其中該觸控筆觸碰該觸控螢幕之位置相關聯之一可變電容。可在壓力施加於該觸控筆之該筆頭處時開啟該信號。由該使用者所致之該觸控筆之該筆頭上之可變壓力、該觸控筆之傾斜角度及/或該觸控筆之旋轉可傳遞圖形線特性資訊。該觸控筆上之輸入按鈕及/或輸入輪可用來在該觸控螢幕上輸入命令或修改圖形。回饋資訊可藉由改變該觸控螢幕控制器之掃描速率傳輸回至該觸控筆。

Description

具通信介面之觸控螢幕觸控筆 相關專利申請案
本申請案主張共同擁有之美國臨時專利申請案第61/868,708號之優先權，該案在2014年8月22日申請，且針對所有目的以引用方式併入本文中。
本揭示內容係關於一種用來在一觸控螢幕裝置上輸入資訊之觸控螢幕觸控筆，特定言之，係關於一種具有具觸覺回饋之一通信介面之觸控螢幕觸控筆。
觸控螢幕已變得普遍存在。一觸控螢幕觸控筆允許一使用者用一(多個)手指輸入資料，尤其是圖形資料、核取標記、特徵等，或啟動一使用者介面，包含一裝置(例如，平板電腦)之觸控螢幕之按鈕、滑塊或其他可操作元件等。然而，多數使用者仍不習慣於用其等手指來畫圖。市場上已出現若干品牌之觸控螢幕觸控筆。智慧型觸控螢幕觸控筆透過纜線、聲音、或Bluetooth®(Bluetooth®係位於華盛頓州，柯克蘭，350號套房，華盛頓湖大道5209號，郵編98033之Bluetooth SIG,Inc.(德拉瓦公司)之一註冊商標)與觸控螢幕裝置通信。Bluetooth®技術存在於觸控螢幕平板上但具有一高功率要求且對射頻干擾敏感。一音訊耦合觸控筆使用一麥克風但亦具有一高功率要求且 對音訊干擾(例如，大聲喧嘩及噪音)敏感。IRDA係具方向性的(視線)且並非所有觸控螢幕平板皆具有一IRDA介面。一有線介面對觸控筆而言係累贅。
因此，需要一種經改良觸控螢幕觸控筆，其用於觸控螢幕應用尤其用於簡化觸控筆、觸控螢幕及使用者與觸控螢幕裝置中之一軟體應用程式之間的通信，其中觸控筆提供圖形輸入資訊及/或自該觸控螢幕裝置接收觸覺回饋。
根據一實施例，一種電容式觸控螢幕觸控筆可包括：一本體；一筆頭，其在該本體之一近端處；一電極，其與該筆頭成一體且提供至一觸控螢幕之電容式耦合；及一調變單元，其耦合該電極且可提供一經調變信號，可由耦合至該觸控螢幕之一電容式觸控螢幕控制器偵測該經調變信號。
根據另一實施例，該經調變信號可選自由脈衝寬度調變(PWM)、脈衝位置調變(PPM)及分脈調變(PDM)組成之群組。根據另一實施例，該經調變信號可選自由開關鍵控(OOK)、幅移鍵控(ASK)、相移鍵控(PSK)及頻移鍵控(FSK)組成之群組。根據另一實施例，複數個壓力感測器可提供於該本體之近端處以量測施加至該筆頭之壓力。根據另一實施例，該複數個壓力感測器可量測多大力量施加至該筆頭。根據另一實施例，該複數個壓力感測器可提供力量資訊以判定該本體相對於該觸控螢幕之一角度。根據另一實施例，該複數個壓力感測器可提供力量資訊以判定觸碰該觸控螢幕時該本體之旋轉。
根據另一實施例，至少一控制按鈕可經提供以在由一使用者按下其時在該觸控螢幕上輸入一命令或修改一影像之一部分。根據另一實施例，至少一輸入輪可經提供以在由一使用者旋轉其時在該觸控螢幕上輸入一命令或修改一影像之一部分。根據另一實施例，可提供至 少一觸覺傳感器。根據另一實施例，該至少一觸覺傳感器可係用於將一振動回饋提供至握持該觸控筆之一使用者之一振動傳感器。根據另一實施例，該至少一觸覺傳感器可係用於將音訊回饋提供至握持該觸控筆之一使用者之一音訊傳感器。
根據另一實施例，一數位處理器及記憶體可提供於該本體中，其中該數位處理器可耦合至該調變單元且經由該觸控螢幕將數位資訊發送至該電容式觸控螢幕控制器。根據另一實施例，一解調變單元可耦合至該電極及該數位處理器，其中該解調變單元可經由該觸控螢幕自該電容式觸控螢幕控制器接收資訊。根據另一實施例，該數位處理器可自該複數個壓力感測器接收資訊。根據另一實施例，該數位處理器可自該本體上之至少一控制按鈕接收資訊。根據另一實施例，該數位處理器可自該本體上之至少一輸入輪接收資訊。根據另一實施例，該數位處理器可控制該至少一觸覺傳感器。根據另一實施例，可由一微控制器提供該數位處理器、該記憶體及該調變單元。
根據另一實施例，一種觸控螢幕及觸控筆系統可包括：一觸控螢幕裝置，其可包括一電容式觸控螢幕、耦合至該電容式觸控螢幕之一電容式觸控螢幕控制器、及耦合至該電容式觸控螢幕控制器之一數位處理器及記憶體；及一觸控螢幕觸控筆，其可包括一本體、在該本體之一近端處之一筆頭、與該筆頭成一體且提供至該觸控螢幕之電容式耦合之一電極、及一調變單元，該調變單元耦合至該電極且提供一經調變信號，可由耦合至該觸控螢幕之電容式觸控螢幕控制器偵測該經調變信號；其中該觸控螢幕觸控筆可將圖形資訊提供至該觸控螢幕裝置。根據另一實施例，該圖形資訊可選自由線寬、線粗及線色彩組成之群組。根據另一實施例，至少一控制按鈕可提供於該觸控螢幕觸控筆之本體上以在由一使用者按下其時在該觸控螢幕上輸入一命令或修改一影像之一部分。根據另一實施例，至少一輸入輪可提供於該觸 控螢幕觸控筆之本體上以在由一使用者旋轉其時在該觸控螢幕上輸入一命令或修改一影像之一部分。根據另一實施例，複數個壓力感測器可位於該觸控螢幕觸控筆之本體之近端處。根據另一實施例，至少一觸覺傳感器可提供於該觸控螢幕觸控筆之本體中。
根據另一實施例，一種用於用一觸控螢幕觸控筆控制一觸控螢幕裝置之方法可包括以下步驟：透過一觸控螢幕觸控筆之一筆頭中之一電極將圖形資訊自該觸控螢幕觸控筆發送至一觸控螢幕裝置，該電極接近於該觸控螢幕裝置中耦合至一電容式觸控螢幕控制器之一電容式觸控螢幕。
根據該方法之另一實施例，該圖形資訊可選自由線寬、線粗及線色彩組成之群組。根據該方法之另一實施例，該方法可包括以下步驟：透過該觸控螢幕觸控筆之筆頭中之電極自該觸控螢幕裝置接收回饋資訊，該電極接近於該觸控螢幕裝置中耦合至該電容式觸控螢幕控制器之電容式觸控螢幕。根據該方法之另一實施例，該回饋資訊可選自由振動及聲音組成之群組。
100‧‧‧觸控螢幕系統
102‧‧‧觸控螢幕裝置
104‧‧‧觸控螢幕觸控筆
105‧‧‧電池
106‧‧‧數位裝置
108‧‧‧數位裝置
110‧‧‧數位調變器
112‧‧‧數位解調變器
114‧‧‧數位處理器
116‧‧‧記憶體
118‧‧‧壓力感測器
120‧‧‧觸覺傳感器
122‧‧‧觸控螢幕控制器
124‧‧‧數位處理器
126‧‧‧記憶體
128‧‧‧觸控螢幕
204‧‧‧觸控筆本體
205‧‧‧筆頭
206‧‧‧脈衝調變產生器
230‧‧‧電極
234‧‧‧控制按鈕
236‧‧‧輸入輪
240‧‧‧感測器前端
242‧‧‧開關
248‧‧‧電壓比較器
250‧‧‧電壓參考
藉由參考結合隨附圖式進行之下文描述可更徹底理解本揭示內容，其中：圖1繪示根據本揭示內容之一特定例示性實施例的一觸控筆及觸控螢幕裝置之一示意圖；及圖2繪示圖1中所示之觸控筆之一更詳細示意方塊圖。
雖然本揭示內容具有各種修改及替代形式，但其特定例示性實施例已在圖式中展示且在本文中更詳細描述。然而，應瞭解，本文關於特定例示性實施例之描述並非旨在將本揭示內容限於本文所揭示之特定形式，而是，本揭示內容將涵蓋如由隨附申請專利範圍定義之所有修改及等效物。
根據本揭示內容之教示，一觸控螢幕觸控筆可經設計以具有提供例如色彩及線厚資訊之一資料介面，其中可用一經調變信號驅動該觸控筆之筆頭。可用圖形線特性資訊(例如，可傳遞至耦合至觸控螢幕之一電容式觸控螢幕控制器之色彩及線厚資訊)調變耦合至觸控筆筆頭之一接地連接。當使用者用觸控筆筆頭觸碰觸控螢幕時，此圖形線特性資訊可能對電容式觸控螢幕控制器表現為與其中觸控筆觸碰觸控螢幕之位置相關聯之一可變電容。該經調變圖形線特性資訊信號可在壓力施加於觸控筆筆頭上(例如，觸控筆筆頭觸碰觸控螢幕)時開啟，且在觸控筆筆頭不觸碰觸控螢幕時關閉。由使用者所致之觸控筆之可變施加力量、觸控筆之傾斜角度及/或觸控筆之旋轉可由該觸控筆中之板上電子裝置偵測且可傳輸至觸控螢幕以傳遞圖形線特性資訊。
觸控螢幕裝置中之一軟體應用程式可接著解調變來自觸控筆之圖形線特性信號資訊以正確呈現該觸控螢幕裝置上所畫之線。資訊可藉由改變觸控螢幕之掃描速率傳輸回至觸控筆。此來自觸控螢幕裝置之資訊可由位於觸控筆中之一比較器偵測，由一微控制器解調變並被該微控制器用來控制觸覺裝置。實例可包含透過觸控筆中之一振動傳感器及/或音訊傳感器提供觸覺回饋效應，例如，一筆在紙上拖拽之模擬。因此，可透過使用一觸控筆之筆頭中之一傳輸/接收電極及觸控螢幕電容式結構之一低功率通信頻道提供該觸控筆與一觸控螢幕裝置之間的簡化通信。
電容式觸控螢幕技術(mTouch®)在www.microchip.com之應用註解中予以更充分說明：AN1250-電容式觸控應用之微晶片CTMU；AN1325-mTouch®金屬表面電容觸控技術；AN1334-穩健的觸控感測設計技術；AN1375-CTMU用途；AN1478-mTouch®感測解決方案 採集法之電容式分壓器；及AN149-微晶片電容式近接設計指南，其中所有該等應用註解針對所有目的以引用方式併入本文中。觸覺技術(GestIC®)在www.microchip.com之MTCH810及MGC3130裝置之產品資料表中予以更充分說明，所有該等產品資料表針對所有目的以引用方式併入本文中。GestIC®及mTouch®係亞利桑那州，錢德勒，西錢德勒大道2355號，德拉瓦微晶片科技公司(電話85224-6199)法律部之註冊商標。
參考圖1，其描繪根據本揭示內容之一特定例示性實施例的一觸控筆及觸控螢幕裝置之一示意圖。一觸控螢幕系統(通常由符號100表示)可包括：一觸控螢幕裝置102，例如，平板電腦、智慧型電話、電腦觸控螢幕顯示器；及一觸控螢幕觸控筆104，其用於致動軟體按鈕、在觸控螢幕裝置102上畫線及草寫。觸控螢幕裝置102可包括：一觸控螢幕128；一數位裝置106，其可包括一觸控螢幕控制器122、一數位處理器124及一記憶體126。數位裝置106可係一個人電腦、平板電腦、智慧型電話等之一微控制器或微處理器。可使用(但不限於)Microchip mTouch®技術執行觸控螢幕掃描偵測。
觸控筆104可包括：一電池105，例如，可充電電池；複數個壓力感測器118；至少一觸覺傳感器120；及一數位裝置108，其可包括一數位調變器110、一數位解調變器112、一數位處理器114及用於數位處理器114之記憶體116。數位裝置108可係一微控制器、一微處理器、一特定應用積體電路(ASIC)、一可程式化邏輯陣列(PLA)等。
參考圖2，其描繪圖1中所示之觸控筆之一更詳細示意方塊圖。觸控筆104可包括：一本體204；及一筆頭205，其位於本體204之一近端處。觸控筆本體204可圍封電池105、複數個壓力感測器118、至少一觸覺傳感器120及數位裝置108。在本體204上，可為使用者提供至少一控制按鈕234及/或至少一輸入輪236，以修改資訊或將資訊輸入 至觸控螢幕。觸控筆104之筆頭205可包括可使用一開關242接地之一電極230。本體204導電且透過使用者之手電容接地，且筆頭205絕緣使得電極230保持不接地，直至開關242閉合並將電極230拉至接地為止。當筆頭205中之電極230接地時，其將修改在觸控螢幕128上接近筆頭205之點之電容值。可在掃描觸控螢幕128期間由觸控螢幕控制器122偵測此等經修改電容值。脈衝調變產生器206可以一調變速率控制開關242以將線特性資訊傳遞至觸控螢幕控制器122。開關242可係一固態裝置。
可由數位處理器114啟動至少一觸覺傳感器120。可藉由調變觸控螢幕控制器122之掃描速率將觸覺資訊自觸控螢幕128發送至觸控筆104之筆頭205(電極230)。可使用電極230以接收此觸覺資訊且數位解調變器112可解碼此觸覺資訊並將該觸覺資訊發送至數位處理器114。數位處理器114可接著啟動觸覺傳感器120之至少一者，例如，振動及/或聲音。
位於本體204之近端處之複數個壓力感測器118可在壓力施加至其等(例如，筆頭205觸碰觸控螢幕128)時量測來自筆頭205之力量向量。例如，當筆頭205觸碰觸控螢幕128之表面且保持垂直於該表面時，筆頭205之一軸向下凹將對壓力感測器118之各者賦予實質上相同之力量(壓力)。當觸控筆104之本體204保持相對於觸控螢幕128之表面成小於90°之一角度時，複數個壓力感測器118之不同者將具有分別施加至其等之不同力量(壓力)值。例如，筆頭205保持相對於觸控螢幕128之表面成45°之一角下凹將使近似一半力量對準本體204之中心軸施加且一半力量垂直於本體204之中心軸。此兩個力量之比率可經解碼以判定本體104保持相對於觸控螢幕128之表面所成之角度。可藉由筆頭205之一角下凹判定觸控筆104圍繞其軸之旋轉，該角下凹可表現為對複數個壓力感測器118之力量(壓力)之一正弦變化。可藉由相 對於平行於本體204之軸之一任意0°線之此等側向力量判定相對旋轉方向。
對複數個壓力感測器118之力量(壓力)(例如，自筆頭205施加至觸控螢幕128之表面之力量)、本體204相對於觸控螢幕128之表面之角度及/或本體204之軸向旋轉之判定可用來傳遞線粗、色彩、及/或觸控螢幕128上所畫之線及/或物體之其他特性。此外，例如，可藉由按下本體上之一各自按鈕234及/或藉由開啟選擇輪236選擇特定色彩或線寬。
數位解調變器112可包括一簡單的電壓比較器248及一電壓參考250。一開關242可用來在使用例如一脈衝調變產生器206(例如，數位調變器110)將資訊自觸控筆104傳輸至觸控螢幕控制器122時將筆頭205中之電極230接地。脈衝調變產生器206可經調適以提供(例如但不限於)脈衝寬度調變(PWM)、脈衝位置調變(PPM)、分脈調變(PDM)、傳輸曼徹斯特編碼資訊之開關鍵控(OOK)、幅移鍵控(ASK)、相移鍵控(PSK)、頻移鍵控(FSK)等。
根據本揭示內容之教示的前述具通信介面之觸控螢幕觸控筆提供一觸控螢幕觸控筆與一觸控螢幕裝置之間的低功率且安全的通信。此外，所提議實施例可使用既有觸控螢幕控制器且因此補充並擴展觸控螢幕技術能力。
雖然已藉由參考本揭示內容之例示性實施例描繪、描述及定義本揭示內容之實施例，但此等參考並非暗示對本揭示內容之一限制，且不應推斷有此限制。如熟悉相干技術且獲益於本揭示內容之一般技術者將想到，所揭示標的在形式及功能上可具有大幅修改、替代及等效動作。本揭示內容之所描繪及所描述實施例僅係實例，且非本揭示內容之詳盡範疇。
104‧‧‧觸控螢幕觸控筆
112‧‧‧數位解調變器
114‧‧‧數位處理器
118‧‧‧壓力感測器
120‧‧‧觸覺傳感器
204‧‧‧觸控筆本體
205‧‧‧筆頭
206‧‧‧脈衝調變產生器
230‧‧‧電極
234‧‧‧控制按鈕
236‧‧‧輸入輪
240‧‧‧感測器前端
242‧‧‧開關
248‧‧‧電壓比較器
250‧‧‧電壓參考

Claims (29)

  1. 一種電容式觸控螢幕觸控筆，其包括：一本體；一筆頭，其在該本體之一近端處；一電極，其與該筆頭成一體且提供至一觸控螢幕之電容式耦合；及一調變單元，其耦合該電極且提供一經調變信號，由耦合至該觸控螢幕之一電容式觸控螢幕控制器偵測該經調變信號。
  2. 如請求項1之電容式觸控螢幕觸控筆，其中該經調變信號選自由脈衝寬度調變(PWM)、脈衝位置調變(PPM)及分脈調變(PDM)組成之群組。
  3. 如請求項1之電容式觸控螢幕觸控筆，其中該經調變信號選自由開關鍵控(OOK)、幅移鍵控(ASK)、相移鍵控(PSK)及頻移鍵控(FSK)組成之群組。
  4. 如請求項1之電容式觸控螢幕觸控筆，其進一步包括複數個壓力感測器，該複數個壓力感測器在該本體之該近端處、用於量測施加至該筆頭之壓力。
  5. 如請求項4之電容式觸控螢幕觸控筆，其中該複數個壓力感測器量測多大力量被施加至該筆頭。
  6. 如請求項5之電容式觸控螢幕觸控筆，其中該複數個壓力感測器提供力量資訊以判定該本體相對於該觸控螢幕之一角度。
  7. 如請求項5之電容式觸控螢幕觸控筆，其中該複數個壓力感測器提供力量資訊以判定觸碰該觸控螢幕時該本體之旋轉。
  8. 如請求項1之電容式觸控螢幕觸控筆，其進一步包括至少一控制按鈕，該至少一控制按鈕用於在由一使用者按下其時在該觸控 螢幕上輸入一命令或修改一影像之一部分。
  9. 如請求項1之電容式觸控螢幕觸控筆，其進一步包括至少一輸入輪，該至少一輸入輪用於在由一使用者旋轉其時在該觸控螢幕上輸入一命令或修改一影像之一部分。
  10. 如請求項1之電容式觸控螢幕觸控筆，其進一步包括至少一觸覺傳感器。
  11. 如請求項10之電容式觸控螢幕觸控筆，其中該至少一觸覺傳感器係用於將一振動回饋提供至握持該觸控筆之一使用者之一振動傳感器。
  12. 如請求項10之電容式觸控螢幕觸控筆，其中該至少一觸覺傳感器係用於將音訊回饋提供至握持該觸控筆之一使用者之一音訊傳感器。
  13. 如請求項1之電容式觸控螢幕觸控筆，其進一步包括該本體中之一數位處理器及記憶體，其中該數位處理器耦合至該調變單元且經由該觸控螢幕將數位資訊發送至該電容式觸控螢幕控制器。
  14. 如請求項13之電容式觸控螢幕觸控筆，其進一步包括一解調變單元，該解調變單元耦合至該電極及該數位處理器，其中該解調變單元經由該觸控螢幕自該電容式觸控螢幕控制器接收資訊。
  15. 如請求項13之電容式觸控螢幕觸控筆，其中該數位處理器自該複數個壓力感測器接收資訊。
  16. 如請求項13之電容式觸控螢幕觸控筆，其中該數位處理器自該本體上之該至少一控制按鈕接收資訊。
  17. 如請求項13之電容式觸控螢幕觸控筆，其中該數位處理器自該本體上之該至少一輸入輪接收資訊。
  18. 如請求項13之電容式觸控螢幕觸控筆，其中該數位處理器控制該至少一觸覺傳感器。
  19. 如請求項13之電容式觸控螢幕觸控筆，其中由一微控制器提供該數位處理器、該記憶體及該調變單元。
  20. 一種觸控螢幕及觸控筆系統，該系統包括：一觸控螢幕裝置，其包括：一電容式觸控螢幕，一電容式觸控螢幕控制器，其耦合至該電容式觸控螢幕，及一數位處理器及記憶體，其耦合至該電容式觸控螢幕控制器；以及一觸控螢幕觸控筆，其包括：一本體，一筆頭，其在該本體之一近端處，一電極，其與該筆頭成一體且提供至該觸控螢幕之電容式耦合，及一調變單元，其耦合至該電極且提供一經調變信號，由耦合至該觸控螢幕之該電容式觸控螢幕控制器偵測該經調變信號；其中該觸控螢幕觸控筆將圖形資訊提供至該觸控螢幕裝置。
  21. 如請求項20之觸控螢幕及觸控筆系統，其中該圖形資訊選自由線寬、線粗及線色彩組成之群組。
  22. 如請求項20之觸控螢幕及觸控筆系統，其進一步包括至少一控制按鈕，該至少一控制按鈕在該觸控螢幕觸控筆之該本體上、用於在由一使用者按下其時在該觸控螢幕上輸入一命令或修改一影像之一部分。
  23. 如請求項20之觸控螢幕及觸控筆系統，其進一步包括至少一輸 入輪，該至少一輸入輪在該觸控螢幕觸控筆之該本體上、用於在由一使用者旋轉其時在該觸控螢幕上輸入一命令或修改一影像之一部分。
  24. 如請求項20之觸控螢幕及觸控筆系統，其進一步包括複數個壓力感測器，該複數個壓力感測器位於該觸控螢幕觸控筆之該本體之該近端處。
  25. 如請求項20之觸控螢幕及觸控筆系統，其進一步包括至少一觸覺傳感器，該至少一觸覺傳感器在該觸控螢幕觸控筆之該本體中。
  26. 一種用於用一觸控螢幕觸控筆控制一觸控螢幕裝置之方法，該方法包括以下步驟：透過一觸控螢幕觸控筆之一筆頭中之一電極將圖形資訊自該觸控螢幕觸控筆發送至一觸控螢幕裝置，該電極接近於該觸控螢幕裝置中耦合至一電容式觸控螢幕控制器之一電容式觸控螢幕。
  27. 如請求項26之方法，其中該圖形資訊選自由線寬、線粗及線色彩組成之群組。
  28. 如請求項26之方法，其進一步包括以下步驟：透過該觸控螢幕觸控筆之該筆頭中之該電極自該觸控螢幕裝置接收回饋資訊，該電極接近於該觸控螢幕裝置中耦合至該電容式觸控螢幕控制器之該電容式觸控螢幕。
  29. 如請求項28之方法，其中該回饋資訊選自由振動及聲音組成之群組。
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