TW201839564A

TW201839564A - 觸控筆與其電子系統

Info

Publication number: TW201839564A
Application number: TW107106728A
Authority: TW
Inventors: 葉尚泰
Original assignee: 禾瑞亞科技股份有限公司
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2018-11-01
Also published as: TWI653555B

Abstract

本申請提供一種觸控筆，用於接收一觸控面板或螢幕發出的一無線射頻信號，包含：外層包覆絕緣材質的一觸控筆桿，以供使用者的手部握持；一電極以接收該無線射頻信號；以及連接該電極的一接收電路，該接收電路收容於該觸控筆桿之中。

Description

觸控筆與其電子系統

本發明係關於觸控電子系統，特別係關於觸控筆與其電子系統。

觸控筆可以偵測來自觸控面板/螢幕所發出的電信號來執行某些功能，由觸控面板所發出的電信號可以稱為燈塔信號(beacon)。燈塔信號可以是由至少一根觸控面板的電極發出。在某些範例中，觸控面板可以透過多根平行的電極發出燈塔信號，以便讓觸控筆偵測。

在一範例中，觸控筆可以利用燈塔信號執行喚醒的功能。由於觸控筆可能使用電能儲存裝置提供能源，為了節省能源消耗，觸控筆可能經常進入省電模式。當觸控筆偵測到燈塔信號之後，可以進入較耗電的工作模式。

在另一範例中，觸控筆可以利用燈塔信號執行信號同步的功能。由於控制觸控面板的觸控處理裝置可能會利用不同的時段執行不同的偵測模式，比方說在某一時段進行互電容偵測被動的外部導電物件，如手指等。在另一時段進行偵測主動觸控筆發出的電信號。也可以協調多隻主動觸控筆在不同的時段發出電信號。這些都需要觸控處理裝置利用燈塔信號作為通知觸控筆的同步信號。

根據經驗，一般使用者在握持觸控筆的多數時間是花在讓筆尖離開觸控面板進行思考或移動手部上。由於觸控筆多是使用筆尖的電極來接收上述的燈塔信號，當筆尖離開觸控面板過遠時，觸控筆就會接收不到，在一段時間過後就會進入省電模式。但使用者並不清楚手上的觸控筆已經進入省電狀態。當使用者將省電中的觸控筆接觸觸控面板時，由於還需要一段時間回復到正常工作狀態，所以觸控筆在剛接觸觸控面板的筆觸軌跡並不會呈現出來，帶給使用者不好的體驗。

當然，可以加強燈塔信號的發射強度以增加觸控筆的燈塔信號接收能力。然而，觸控面板的電子裝置可能也是使用電能儲存裝置提供能源，加強燈塔信號的發射強度會減少電子裝置的使用時間。除此之外，加強燈塔信號的發射強度，會使得觸控面板干擾其他電子裝置的機率增加。因此，如何改善懸浮在觸控面板上空之觸控筆的燈塔信號接收能力，是本申請主要關心的問題。

請參考圖1所示，其為傳統觸控筆與觸控面板的電流流向之示意圖。在圖1當中，傳統觸控筆110的筆桿或筆身表面是導體，連接至觸控筆電路的自身地面電位(local ground)。觸控面板/螢幕120和觸控筆110的筆尖與筆桿之間具有電容A，觸控筆110與地面之間同樣具有電容B，電子裝置與地面之間也具有電容C。

觸控面板/螢幕120可以包含複數條平行的第一電極121與複數條平行的第二電極122，這兩種電極的多個交會點形成互電容式觸控的感測點。燈塔信號可以透過部分或全部的第一電極121與/或第二電極122發出，也可以由特定的其他電極發出。本發明並未限定燈塔信號或無線射頻信號是由第一電極121與/或第二電極122發出。

在圖1當中，只有一條電力迴路影響觸控筆110上的電路對燈塔信號的偵測能力。此迴路是經由三個電容A、B、C依序串聯所構成的電路。此迴路的電壓是由燈塔信號所提供，觸控筆110能偵測到的訊號強度大約是從電容A接收到的電位與觸控筆自身地面電位間的電位差。因此當觸控筆110越接近觸控面板120時，偵測到的訊號越強，反之越小。

請參考圖2所示，其為傳統觸控筆與觸控面板的電流流向之示意圖。在圖2當中，傳統觸控筆110的筆桿或筆身表面是導體，連接至觸控筆電路的地面電位。觸控面板/螢幕120和觸控筆110的筆尖與筆桿之間具有電容A，觸控筆110與地面之間同樣具有電容B，電子裝置與地面之間也具有電容C。有隻手130握持觸控筆110筆桿或筆身的導體，形成電容D，人體與地面之間具有電容E。

在圖2當中，當握持筆110的手130離觸控面板很遠時，手與觸控面板間的電容很小，因此，觸控筆110能偵測到的訊號強度也大約是從電容A接收到的電位與觸控筆自身地面電位間的電位差。當觸控筆110越接近觸控面板120時，偵測到的訊號越強，反之越小。

請參考圖3所示，其為傳統觸控筆與觸控面板的電流流向之示意圖。和圖2相比，圖3的手部130接觸到了觸控面板120，形成了電容F。由於觸控面板120額外透過電容F、手130、電容D與觸控筆110耦合，當手130為良好導體並且接收到觸控面板120的燈塔信號時，觸控筆110自身的地因為與手130接觸耦合，電位被拉近為相當於從電容D收到的燈塔信號的電位。因為觸控筆110從電容A接收到的燈塔信號的電位與自身的地面電位大幅拉近，電位差變為很小，因此觸控筆偵測到的燈塔信號的強度會變得很微弱。

即使握持筆110的手130沒有觸碰到觸碰面板，只要在相當距離內，手130與觸控面板120間的電容F對電容筆自身的地面電位仍會有相當的影響，當觸控筆110越接近觸控面板120時，觸控筆110自身的地面電位越接近觸控面板120發出的燈塔信號。因此，當觸控筆110與觸控面板120間的距離固定時，手130越接近觸控面板120時，觸控筆110偵測到的訊號越弱，反之越大。

因此，如何改善懸浮在觸控面板上空之觸控筆的燈塔信號接收能力，是本申請所欲解決的問題之一，特別是握持觸控筆的手近接觸控面板/螢幕時，觸控筆未能及時偵測到燈塔信號的問題。

根據本申請的一實施例，提供一種觸控筆，用於接收一觸控面板或螢幕發出的一無線射頻信號，包含：外層包覆絕緣材質的一觸控筆桿，以供使用者的手部握持；一電極以接收該無線射頻信號；以及連接該電極的一接收電路，該接收電路收容於該觸控筆桿之中。

在一實施例中，為了令觸控筆桿與使用者的手部絕緣，以便增進該接收電路接收燈塔信號或無線射頻信號的能力，該觸控筆桿的整體為絕緣材質構成。

在一實施例中，為了方便觸控筆接收燈塔信號或無線射頻信號，該電極為其中之一或其任意組合：該觸控筆的一筆尖段的一端部電極；環繞該筆尖段的一第一環狀電極；以及環繞該觸控筆桿的一第二環狀電極，其中該筆尖段為該觸控筆截面積逐漸變小的部分。在上述實施例中，為了減少電極的阻值以便增進接收能力，該第一環狀電極包含複數條獨立的電極，被設置於環繞該筆尖段。在上述實施例中，為了減少電極的阻值以便增進接收能力，該第二環狀電極包含複數條獨立的電極，被設置於環繞該觸控筆桿。

在一實施例中，為了實現該觸控筆與該觸控面板或螢幕的信號交互同步，該觸控筆更包含一驅動電路；以及一處理電路，該處理電路用於連接該驅動電路與該接收電路，當該接收電路接收到該無線射頻信號之後，該處理電路令該驅動電路至少透過該觸控筆的一筆尖段的一端部電極發出一驅動信號，使得連接該觸控面板或螢幕的一觸控處理裝置得以分析該驅動信號來得知該觸控筆與該觸控面板或螢幕的一相對位置。在上述實施例中，為了簡化觸控筆設計以使用被動元件，該處理電路、該接收電路與該驅動電路的電力來源為該電極所感應的無線射頻信號。在上述實施例中，為了增加觸控筆控制驅動信號的強度與調變能力，該觸控筆更包含一電池，用於供應電力至該處理電路、該接收電路與該驅動電路。

根據本申請的一實施例，提供一種電子系統，包含具有一觸控面板或螢幕的一電子裝置；以及一觸控筆，其中該觸控筆用於接收該觸控面板或螢幕發出的一無線射頻信號，包含：外層包覆絕緣材質的一觸控筆桿，以供使用者的手部握持；一電極以接收該無線射頻信號；以及連接該電極的一接收電路，該接收電路收容於該觸控筆桿之中。

根據上述各實施例所提供的觸控筆，由於其與握持的手部呈現絕緣關係，因此能在手部靠近或接觸觸控面板或螢幕時，增強接收觸控面板或螢幕所發出之燈塔信號的能力。據此，能在距離觸控面板或螢幕較遠的地方保持觸控筆處於激活狀態，藉此避免或減少睡眠中的觸控筆在剛開始接觸觸控面板或螢幕時回復到激活所消耗的時間，據以改善使用者經驗。

110‧‧‧觸控筆

120‧‧‧觸控面板或螢幕

121‧‧‧第一電極

122‧‧‧第二電極

130‧‧‧手部

410‧‧‧觸控筆

600‧‧‧電子系統

610‧‧‧觸控筆

611‧‧‧筆尖段

612‧‧‧端部電極

613‧‧‧第一環狀電極

614‧‧‧第二環狀電極

615‧‧‧觸控筆桿

616‧‧‧接收電路

617‧‧‧驅動電路

618‧‧‧處理電路

619‧‧‧電池

620‧‧‧電子裝置

630‧‧‧觸控面板或螢幕

640‧‧‧觸控處理裝置

650‧‧‧中央處理器

A~F、D’‧‧‧電容

圖1為傳統觸控筆與觸控面板的電流流向之示意圖。

圖2為傳統觸控筆與觸控面板的電流流向之示意圖。

圖3為傳統觸控筆與觸控面板的電流流向之示意圖。

圖4為根據本申請一實施例的觸控筆與觸控面板的電流流向之示意圖。

圖5為根據本申請一實施例的觸控筆與觸控面板的電流流向之示意圖。

圖6為根據本發明一實施例的一電子系統之示意圖。

本發明將詳細描述一些實施例如下。然而，除了所揭露的實施例外，本發明亦可以廣泛地運用在其他的實施例施行。本發明的範圍並不受該些實施例的限定，乃以其後的申請專利範圍為準。而為提供更清楚的描述及使熟悉該項技藝者能理解本發明的發明內容，圖示內各部分並沒有依照其相對的尺寸而繪圖，某些尺寸與其他相關尺度的比例會被突顯而顯得誇張，且不相關的細節部分亦未完全繪出，以求圖示的簡潔。

請參考圖4所示，其為根據本申請一實施例的觸控筆與觸控面板的電流流向之示意圖。此觸控筆410的外表為絕緣物質，或者是觸控筆410與手部130接觸的部分外表是絕緣物質。和圖2的電流迴路相比，由於圖 4實施例的觸控筆410與手部130之間是電性不耦合，因此觸控筆410和手部130之間的電容D’要小於圖2當中的電容D。當握持筆410的手130離觸控面板120很遠時，手130與觸控面板120之間的電容很小，因此，觸控筆410能偵測到的訊號強度也大約是從電容A接收到的電位與觸控筆410自身地面電位間的電位差。當觸控筆410越接近觸控面板120時，偵測到的訊號越強，反之越小。

請參考圖5所示，其為根據本申請一實施例的觸控筆與觸控面板的電流流向之示意圖。和圖4相比，圖5的手部130接觸到了觸控面板120，形成了電容F。由於觸控面板120額外透過電容F、手、電容D與觸控筆410耦合，當手130為良好導體並且接收到觸控面板120的燈塔信號時，觸控筆410自身的地面電位沒有與手130接觸耦合，最多僅有電容性耦合，觸控筆410自身的地面電位受到從電容D’收到的燈塔信號的電位的影響很小。因此，觸控筆410能偵測到的訊號強度也大約是從電容A接收到的電位與觸控筆410自身地面電位間的電位差。當觸控筆410越接近觸控面板120時，偵測到的訊號越強，反之越小。

同理，握持筆410的手130沒有觸碰到觸碰面板，即使在相當距離內，手410與觸控面板130間的電容F接收到的燈塔信號對電容筆自身的地影響很有限。當觸控筆410越接近觸控面板120時，偵測到的訊號越強，反之越小。因此，和圖3的實施例比起來，在相同的情況下，當觸控筆410與手部130間具有絕緣物質的時候，圖5實施例的觸控筆410偵測到的燈塔信號強度相對地好很多。換言之，觸控筆410能在離觸控面板/螢幕120更遠的地方偵測到燈塔信號。或者在離觸控面板/螢幕120等距的地方，享有更好的信噪比，亦即改善了懸浮在觸控面板120上空之觸控筆410的燈塔信號接收能力。

為了讓觸控筆410和手部130絕緣，在一實施例中，該觸控筆410的筆身結構就為絕緣物質。在一實施例中，該觸控筆410的外皮包覆絕緣物質。

為了適用於各種發出電信號的觸控筆410，在一實施例中，該觸控筆410可以是主動發出電信號的觸控筆。在另一實施例中，該觸控筆410可以是被動發出電信號的感應觸控筆。

為了感應燈塔信號，可以利用觸控筆410在使用時較為靠近觸控面板/螢幕120的地方安排感應電極。在一實施例中，該觸控筆410可以利用筆尖段的電極感應燈塔信號。在一實施例中，該觸控筆410可以利用環繞筆尖段的環狀電極來感應燈塔信號。在一實施例中，該觸控筆410可以利用筆尖段之後的電極感應燈塔信號。

習知相關技藝者也可以輕易推知，觸控筆410並不限定只能接收觸控面板的燈塔信號，也可以接收觸控面板120藉由驅動電極傳送的驅動信號。燈塔信號或驅動信號不僅可以用來作為觸發之用，也可以用來以類比或數位方式傳送資訊給觸控筆410。

請參考圖6所示，其為根據本發明一實施例的一電子系統600之示意圖。該電子系統600包含一觸控筆610與一電子裝置620。該電子裝置620包含一觸控面板或螢幕630、連接到該觸控面板或螢幕630的一觸控處理裝置640與連接到觸控處理裝置640的一中央處理器650。觸控面板或螢幕630包含複數條平行的第一電極與複數條平行的第二電極。這兩種電極的多個交會點形成互電容式觸控的感測點。該觸控處理裝置640所發出的燈塔信號可以透過部分或全部的第一電極與/或第二電極發出，也可以由特定的其他電極發出。本發明並未限定燈塔信號或無線射頻信號是由第一電極與/或第二電極發出。在一實施例中，在發出燈塔信號或無線射頻信號以同步觸控筆610之後，該觸控處理裝置640也透過該些第一電極與第二電極接收觸控筆610發出的電信號，以便得知該觸控筆610與該觸控面板或螢幕630的相對位置，還可能得知該觸控筆610的狀態，例如觸控筆尖所受的壓力與觸控筆上按鈕或各感測器的狀態。接著，觸控處理裝置640會將觸控筆610相關的訊息報告給中央處理器650所執行的作業系統與應用程式軟體。

該觸控筆610包含一筆尖段611與一觸控筆桿615。該筆尖段611為截面積逐漸縮小的部分，可以包含一端部電極612與/或環繞該筆尖段611的一第一環狀電極613。該觸控筆610可以包含環繞該觸控筆桿615的一第二環狀電極614。該第一環狀電極613可以為單一電極或包含複數條獨立的電極。該第二環狀電極614可以為單一電極或包含複數條獨立的電極。該觸控筆桿615的外層包覆絕緣材質，供使用者的手部握持。在一範例中，該觸控筆桿615的整體為絕緣材質構成。本發明並不限定筆尖段611與觸控筆桿615的截面積為圓形，其截面積可以是其它種形狀。因此，上述的第一環狀電極613與第二環狀電極614的截面可以是圓環形或其他種閉鎖的形狀。

該觸控筆桿615內部可以裝設一接收電路616，該接收電路616可以連接到上述的端部電極612、第一環狀電極613與第二環狀電極614的全部或其中之一，以便接收該觸控面板或螢幕630發出的一無線射頻信號。

該觸控筆桿615內部可以裝設一驅動電路617，以及連接到驅動電路617和接收電路616的一處理電路618。當該接收電路616接收到燈塔信號或無線射頻信號之後，該處理電路618令該驅動電路617至少透過該觸控筆610的一筆尖段611的一端部電極612發出一驅動信號，使得連接該觸控面板或螢幕630的觸控處理裝置640得以分析該驅動信號來得知該觸控筆610與該觸控面板或螢幕640的一相對位置。

在一實施例中，該處理電路618、該接收電路616與該驅動電路617的電力來源為該接收電路616所連接之電極所感應的無線射頻信號。在另一實施例中，該觸控筆610更包含一電池619，用於供應電力至該處理電路618、該接收電路616與該驅動電路617。

Claims

一種觸控筆，用於接收一觸控面板或螢幕發出的一無線射頻信號，包含：外層包覆絕緣材質的一觸控筆桿，以供使用者的手部握持；一電極以接收該無線射頻信號；以及連接該電極的一接收電路，該接收電路收容於該觸控筆桿之中。
如申請專利範圍第1項的觸控筆，其中上述之觸控筆桿的整體為絕緣材質構成。
如申請專利範圍第1項的觸控筆，其中上述之電極為其中之一或其任意組合：該觸控筆的一筆尖段的一端部電極；環繞該筆尖段的一第一環狀電極；以及環繞該觸控筆桿的一第二環狀電極，其中該筆尖段為該觸控筆截面積逐漸變小的部分。
如申請專利範圍第3項的觸控筆，其中上述之第一環狀電極包含複數條獨立的電極，被設置於環繞該筆尖段。
如申請專利範圍第3項的觸控筆，其中上述之第二環狀電極包含複數條獨立的電極，被設置於環繞該觸控筆桿。
如申請專利範圍第1項的觸控筆，更包含：一驅動電路；以及一處理電路，該處理電路用於連接該驅動電路與該接收電路，當該接收電路接收到該無線射頻信號之後，該處理電路令該驅動電路至少透過該觸控筆的一筆尖段的一端部電極發出一驅動信號，使得連接該觸控面板或螢幕的一觸控處理裝置得以分析該驅動信號來得知該觸控筆與該觸控面板或螢幕的一相對位置。
如申請專利範圍第6項的觸控筆，其中上述之處理電路、該接收電路與該驅動電路的電力來源為該電極所感應的無線射頻信號。
如申請專利範圍第6項的觸控筆，更包含一電池，用於供應電力至該處理電路、該接收電路與該驅動電路。
一種電子系統，包含：具有一觸控面板或螢幕的一電子裝置；以及一觸控筆，其中該觸控筆用於接收該觸控面板或螢幕發出的一無線射頻信號，包含：外層包覆絕緣材質的一觸控筆桿，以供使用者的手部握持；一電極以接收該無線射頻信號；以及連接該電極的一接收電路，該接收電路收容於該觸控筆桿之中。
如申請專利範圍第9項的電子系統，其中上述之觸控筆更包含：一驅動電路；以及一處理電路，該處理電路用於連接該驅動電路與該接收電路，當該接收電路接收到該無線射頻信號之後，該處理電路令該驅動電路至少透過該觸控筆的一筆尖段的一端部電極發出一驅動信號，使得連接該觸控面板或螢幕的一觸控處理裝置得以分析該驅動信號來得知該觸控筆與該觸控面板或螢幕的一相對位置。