TWI531934B - 觸控筆、觸控偵測之同步系統以及觸控偵測之同步方法 - Google Patents

觸控筆、觸控偵測之同步系統以及觸控偵測之同步方法 Download PDF

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Description

觸控筆、觸控偵測之同步系統以及觸控偵測之同步方法
本發明提出一種觸控筆，特別是一種關於觸控筆與觸控裝置之間觸控偵測之同步系統以及觸控偵測的同步方法。
很多電子設備，例如電腦、自動售貨機等具有不同種類的輸入裝置。這些輸入裝置基於不同的感知方式得知使用者的行為，如傳統的鍵盤是基於機械操作實現開關的，該開關是通常由使用者用手指施加壓力而實現信號的輸入。還有一些輸入系統基於以其它的方式感知使用者的行為，例如，傳統的電腦滑鼠以滑鼠的移動而感知使用者的行為。
現今，隨著科技的進步輸入系統已演變為觸控的方式。目前，觸控裝置的觸控模式大多屬於被動式的觸控模式。以投射電容式觸控裝置來講，其由控制系統產生驅動信號並提供給觸控裝置，而使用者是直接用手指或者使用導電物體來觸碰觸控裝置，藉以改變觸控裝置的感應線中的電荷，進而觸控裝置的控制系統即可通過感應線的偵測信號的差異來判斷出實際觸碰點的位置。
然而，使用手指進行觸碰操作，使用者較無法精確地進行操作。因此，透過被動式或主動式觸控筆(Stylus Pen)雖然可以彌補手指觸碰操作的不足，但是由於被動式觸控筆的接觸面積往往比手指的接觸面積小，控制系統在觸控感應的靈敏度方面會較差；而主動式之觸控筆所產生之訊號又易與觸控裝置之偵測信號時序 重疊，進而碰撞產生干擾。
有鑑於此，要如何搭配適合的控制系統來改善目前觸控方式所存在的缺點，以達到能兼具高靈敏度及精確輸入等優點，便是目前值得加以研究發展的地方。
本發明實施例提出一種觸控偵測之同步系統。所述同步系統包括至少一觸控筆以及觸控裝置。觸控筆包括訊號產生單元、第一微控制單元以及第一通訊單元。第一微控制單元耦接於訊號產生單元，第一通訊單元耦接於第一微控制單元。訊號產生單元用以產生至少一輸出訊號。第一微控制單元用以根據調整訊號控制訊號產生單元，以調整至少一輸出訊號。第一通訊單元用以接收調整訊號並傳送給第一微控制單元。觸控裝置接收至少一輸出訊號，並根據至少一輸出訊號產生調整訊號傳送至至少一觸控筆。
本發明實施例提出一種觸控偵測之同步系統。所述同步系統包括至少一觸控筆以及觸控裝置。觸控裝置包括偵測單元以及微控制單元。微控制單元耦接於偵測單元。訊號產生單元產生至少一輸出訊號。觸控裝置接收至少一輸出訊號。偵測單元產生至少一偵測訊號，微控制單元用以產生控制訊號以控制偵測單元調整至少一偵測訊號。
本發明實施例提出一種觸控偵測之同步方法。所述同步方法包括以下步驟：透過至少一觸控筆之訊號產生單元產生至少一輸出訊號，並傳送至一觸控裝置；觸控裝置根據至少一輸出訊號產生調整訊號傳送至至少一觸控筆；透過至少一觸控筆之第一通訊單元接收調整訊號後，傳送至至少一觸控筆之第一微控制單元控制訊號產生單元，以調整至少一輸出訊號；以及觸控裝置接收至少一觸控筆重新調整的至少一輸出訊號。
本發明實施例提出一種觸控筆，適用於觸控裝置。所述觸控 筆包括訊號產生單元、微控制單元以及通訊單元。微控制單元耦接於訊號產生單元，通訊單元耦接於微控制單元。訊號產生單元用以產生至少一輸出訊號。微控制單元用以根據調整訊號控制訊號產生單元，以調整至少一輸出訊號。通訊單元用以調整訊號並傳送給微控制單元。其中觸控裝置接收至少一輸出訊號，並根據至少一輸出訊號產生調整訊號傳送至觸控筆。
綜上所述，透過本發明實施例所提出之觸控筆、觸控偵測之同步系統以及觸控偵測的同步方法，在觸控裝置同時偵測手指觸碰以及觸控筆時，能夠有效建立同步機制以避免觸控筆與觸控裝置之間產生之訊號偵測之干擾。另一方面，透過本發明之觸控筆能夠適應各個不同觸控裝置，以調整觸控筆之輸出訊號的回報率(Report rate)及訊號雜訊比(Signal-to-noise ratio)的方式適應不同的觸控裝置。更進一步地，透過本發明之觸控偵測之同步系統以及方法，能夠以觸控筆或觸控裝置作為主控裝置，靈活地來進行兩者之間訊號的調整，有效提升觸控筆與觸控裝置在同時支援手指直接觸碰與觸控筆之效能，更甚至是觸控裝置與多支觸控筆之間之效能。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
1‧‧‧觸控偵測之同步系統
11‧‧‧觸控筆
12‧‧‧觸控裝置
111‧‧‧訊號產生單元
112‧‧‧通訊單元
113‧‧‧微控制單元
114‧‧‧電池單元
121‧‧‧偵測單元
122‧‧‧通訊單元
123‧‧‧微控制單元
TX1、TX2、TX3、TXn‧‧‧掃描訊號
Tcp‧‧‧偵測訊號週期
Tcd‧‧‧偵測訊號時間長度
Tsp、Tsp1、Tsp2‧‧‧輸出訊號週期
Tsd、Tsd1、Tsd2‧‧‧輸出訊號時間長度
S101~S211‧‧‧為方法步驟流程
圖1為本發明實施例之觸控偵測之同步系統方塊圖；圖2為本發明實施例之觸控筆與觸控裝置未進行同步之訊號碰撞示意圖；圖3為本發明實施例之觸控裝置根據觸控筆輸出訊號調整偵測訊號示意圖；圖4為本發明實施例之觸控筆與觸控裝置同時調整輸出訊號 與偵測訊號示意圖；圖5為本發明另一實施例之觸控筆與觸控裝置同時調整輸出訊號與偵測訊號示意圖；圖6為本發明實施例之觸控裝置根據觸控筆輸出訊號調整輸出訊號流程圖；圖7為本發明實施例之觸控筆與觸控裝置同時調整輸出訊號與偵測訊號流程圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。
請參閱圖1，圖1為本發明實施例之觸控偵測之同步系統方塊圖。觸控偵測之同步系統1包括多個觸控筆11以及觸控裝置12。觸控筆11包括訊號產生單元111、通訊單元112、微控制單元113以及電池單元114。觸控裝置12包括偵測單元121、通訊單元122以及微控制單元123。微控制單元113耦接於訊號產生單元111，通訊單元112耦接於微控制單元113，訊號產生單元111、通訊單 元112與微控制單元113共同耦接於電池單元114。偵測單元121與通訊單元122耦接於微控制單元123。
在本發明實施例中，觸控筆11為主動式觸控筆。更仔細地說，透過電池單元114提供電源電壓給訊號產生單元111，以驅動訊號產生單元111產生輸出訊號。電池單元114可以例如是鋰電池、鹼性電池等電池種類，本發明並不以此做為限制。
訊號產生單元111用以產生至少一輸出訊號，以提供觸控裝置12進行辨識。舉例來說，觸控筆11之輸出訊號被觸控裝置12接收，因而改變觸控裝置12上的觸碰位置附近的感應線之充放電波形，進而形成類似手指碰觸的效果。最後由觸控裝置12根據感應線上充放電波形的變化判斷觸控筆11的位置。在本發明實施例中，訊號產生單元111可透過電池單元114提供之電壓，產生弦波或方波之輸出訊號，例如為壓控振盪器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)。
通訊單元112用以接收外部之控制訊號，並進一步傳送給微控制單元113。微控制單元113用以控制訊號產生單元111，以調整訊號產生單元111產生之輸出訊號。更仔細地說，微控制單元113控制訊號產生單元111調整輸出訊號週期以及輸出訊號之時間長度。其中，輸出訊號包括回報率(Report Rate)以及訊號雜訊比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)之資訊。輸出訊號之回報率係與輸出訊號週期成反比，以及輸出訊號之訊號雜訊比係受輸出訊號之時間長度有關。
在本發明實施例中，觸控裝置12用以與至少一觸控筆11進行互動。如上所述，觸控筆11能透提供觸控裝置12進行辨識。觸控裝置12可以是平板電腦、智慧型手機或其他具有觸控螢幕之電子裝置，本發明並不以此做為限制。
觸控裝置12之偵測單元121用以產生至少一偵測訊號。更仔細地說，偵測單元121產生多個不同時序之電壓訊號來掃描感應 線，以偵測是否有物體觸碰觸控裝置12。其中，偵測訊號包括回報率以及訊號雜訊比之資訊。偵測訊號之回報率係與偵測訊號週期成反比，以及訊號雜訊比係受之偵測訊號時間長度有關。值得一提的是，偵測訊號週期大於至少一觸控筆11的輸出訊號時間長度與偵測訊號時間長度加總。
觸控裝置12之通訊單元122用以傳送訊號至至少一觸控筆11。更仔細地說，在觸控筆11產生輸出訊號給觸控裝置12後，觸控裝置12進一步處理產生對應之訊號並透過通訊單元122回傳給觸控筆11。也就是說，透過觸控筆11與觸控裝置12之通訊單元112、122能夠使觸控筆11與觸控裝置12進行訊號交換。
觸控裝置12之微控制單元123用以產生調整訊號及控制偵測單元121調整偵測訊號。更仔細地說，微控制單元123在觸控裝置12接收到輸出訊號後，根據輸出訊號之回報率以及訊號雜訊比產生上述之調整訊號。另外，微控制單元123亦會根據輸出訊號之回報率以及訊號雜訊比產生控制訊號，以控制偵測單元121調整偵測訊號。值得一提的是，在觸控筆11和/或觸控裝置12進行調整後，微控制單元123更進一步地判斷觸控筆11與觸控裝置12之間是否滿足所需效能。
請參閱圖2，圖2為本發明實施例之觸控筆與觸控裝置未進行同步之訊號碰撞示意圖。值得注意的是，在本發明實施例中之訊號波形雖以方波表示但不受限方波，亦可能為弦波。在傳統之觸控筆與觸控裝置使用上若未是特定配對的情況，其在同時使用手指觸碰與觸控筆的模式中，觸控筆之輸出訊號與觸控裝置之偵測訊號時序週期可能出現重疊之情形，因而對觸控裝置在偵測上造成干擾。例如圖2中虛線框之情況，觸控筆之輸出訊號時間長度Tsd與觸控裝置之感應線TYn之偵測訊號時序重疊的情況。因此透過上述本發明實施例所提出之觸控偵測之同步系統進一步調整觸控筆和/或觸控裝置之訊號週期以及訊號時間長度。
接著，請同時參閱圖1、圖2以及圖3，圖3為本發明實施例之觸控裝置根據觸控筆輸出訊號調整偵測訊號示意圖。觸控裝置12接收觸控筆11之輸出訊號後，微控制單元123直接根據輸出訊號之回報率與訊號雜訊比產生控制訊號，以控制偵測單元121調整偵測訊號週期Tcp(和/或調整偵測訊號時間長度Tcd)，使觸控筆11之輸出訊號與觸控裝置12之偵測訊號時序錯開，避免觸控裝置12產生偵測上之干擾。值得注意的是，在本發明實施例中，觸控裝置12僅根據觸控筆11之輸出訊號進行調整偵測訊號，並未調整觸控筆11之輸出訊號。在此種情況下，可以視觸控裝置12作為主控裝置，來調整整個觸控偵測之同步系統1。
另外，請同時參閱圖1、圖2以及圖4，圖4為本發明實施例之觸控筆與觸控裝置同時調整輸出訊號與偵測訊號示意圖。觸控裝置12接收觸控筆11之輸出訊號後，微控制單元123根據輸出訊號之回報率與訊號雜訊比產生調整訊號，並透過通訊單元122傳送調整訊號給觸控筆11。接著，觸控筆11之微控制單元113透過通訊單元112接收調整訊號，並進一步控制訊號產生單元111調整輸出訊號週期Tsp(且/或調整調整輸出訊號時間長度Tsd)。另一方面，微控制單元123根據輸出訊號之回報率與訊號雜訊比產生控制訊號，以控制偵測單元121調整偵測訊號週期Tcp(且/或調整偵測訊號時間長度Tcd)，使觸控筆11之輸出訊號與觸控裝置12之偵測訊號時序錯開，避免觸控裝置12產生偵測上之干擾。上述微控制單元123產生調整訊號與控制訊號的步驟可以同時進行，或者先產生調整訊號後再根據接收重新觸控筆11產生之輸出訊號的回報率與訊號雜訊比產生控制訊號，本發明實施例並不以此做為限制。在本發明實施例中，一般來說，觸控裝置12之運算及處理能力較觸控筆11來的佳，因此進行效能之判斷或者是調整訊號之產生係由觸控裝置12作為主控裝置。然而，本發明僅以此做為說明，並不以此做為限制。
接著，請同時參閱圖1、圖2以及圖5，圖5為本發明另一實施例之觸控筆與觸控裝置同時調整輸出訊號與偵測訊號示意圖。圖5近一步示出兩個觸控筆11與觸控裝置12之訊號。在本發明實施例中，同樣地觸控裝置12接收兩個觸控筆11之輸出訊號後，微控制單元123進一步根據各個觸控筆11的輸出訊號之回報率與訊號雜訊比產生調整訊號，並透過通訊單元122回傳此調整訊號給各個觸控筆11。更仔細地說，在兩個觸控筆11的實施例中，觸控裝置12所傳送之調整訊號更包括各觸控筆11之辨識ID，以提供各觸控筆11接收到調整訊號時對應控制其訊號產生單元111須調整輸出訊號週期Tsp1、Tsp2之資訊(且/或調整調整輸出訊號時間長度Tsd1、Tsd2之資訊)以進行調整。在本發明實施例雖以兩個觸控筆11作為說明，但在所屬技術領域之人員應了解，亦可為三或以上作為實施，本發明並不以此做為限制。
接續將進一步說明本發明觸控筆與觸控裝置之同步詳細流程。請參閱圖6，圖6為本發明實施例之觸控裝置根據觸控筆輸出訊號調整輸出訊號流程圖。在本發明實施例中包括以下步驟：步驟S101，至少一觸控筆傳送至少一輸出訊號至觸控裝置；步驟S103，觸控裝置接收至少一輸出訊號；步驟S105，觸控裝置根據至少一輸出訊號產生調整訊號至至少一觸控筆；步驟S107，至少一觸控筆接收調整訊號並重新調整各輸出訊號；以及步驟S109，觸控裝置接收至少一觸控筆重新調整的各至少一輸出訊號，並且判斷觸控裝置與至少一觸控筆之間是否滿足所需效能。
請同時復參閱圖1與圖6。在步驟S101中，至少一觸控筆11之訊號產生單元111產生至少一輸出訊號，並傳送至觸控裝置12。接著，在步驟S103中，觸控裝置12接收至少一觸控筆11之訊號產生單元111產生各至少一輸出訊號。
接著，在步驟S105中，觸控裝置12根據至少一輸出訊號產生調整訊號並回傳給至少一觸控筆11。更仔細地說，觸控裝置12 根據至少一觸控筆11之輸出訊號的回報率以及訊號雜訊比來產生調整訊號。接著觸控裝置12透過通訊單元122傳送回給至少一觸控筆11。
在步驟S107中，至少一觸控筆11透過通訊單元112接收上述之調整訊號，並傳送給微控制單元113。微控制單元113根據調整訊號進一步控制訊號產生單元111調整其所產生之輸出訊號。更仔細地說，微控制單元113根據調整訊號來控制訊號產生單元111調整輸出訊號週期以及輸出訊號之時間長度。
其後，在步驟S109中，觸控裝置12接收至少一觸控筆11重新調整後之至少一輸出訊號，進一步透過微控制單元123判斷觸控偵測之同步系統1是否達到要求。換句話說，觸控裝置12判斷至少一觸控筆11與其之間是否滿足所需效能。若否，則回到步驟S105，觸控裝置12再次根據輸出訊號重新產生調整訊號給至少一觸控筆11。若是，則結束調整程序。
在本發明實施例中，觸控裝置12作為主控裝置。觸控裝置12僅進行至少一觸控筆11之輸出訊號的調整，使其配合觸控裝置12之偵測訊號時序，以達到至少一觸控筆11與觸控裝置12之訊號同步。
接著，請同時參閱圖5以及圖7，圖7為本發明實施例之觸控筆與觸控裝置同時調整輸出訊號與偵測訊號流程圖。在圖7的實施例中，其步驟大部分(S201~S207、S211)與圖6之實施例步驟流程相同(S101~S109)，於此不再贅述。後續僅以兩者之差異(S209)進行說明。
在步驟S209中，觸控裝置12接收至少一觸控筆11重新調整後之至少一輸出訊號後，微控制單元123根據重新調整後輸出訊號之回報率與訊號雜訊比產生控制訊號，以控制偵測單元121調整偵測訊號週期Tcp(且/或調整偵測訊號時間長度Tcd)，使至少一觸控筆11之輸出訊號與觸控裝置12之偵測訊號時序錯開，避免 觸控裝置12產生偵測上之干擾。且在多個觸控筆11的情況下同時使多個觸控筆11之間的輸出訊號時序錯開。接著，觸控裝置12才進行判斷至少一觸控筆11與其之間是否滿足所需效能。在本發明實施例中，除了調整至少一觸控筆11之輸出訊號外，進一步地調整觸控裝置12的偵測訊號，更能有效使整體同步系統效能達到最佳。
〔本發明可能之功效〕
綜上所述，透過本發明實施例所提出之觸控筆、觸控偵測之同步系統以及觸控偵測的同步方法，在觸控裝置同時偵測手指觸碰以及觸控筆時，能夠有效建立同步機制以避免觸控筆與觸控裝置之間產生之訊號偵測之干擾。另一方面，透過本發明之觸控筆能夠適應各個不同觸控裝置，以調整觸控筆之輸出訊號的回報率及訊號雜訊比的方式適應不同的觸控裝置。更進一步地，透過本發明之觸控偵測之同步系統以及方法，能夠以觸控筆或觸控裝置作為主控裝置，靈活地來進行兩者之間訊號的調整，有效提升觸控筆與觸控裝置在同時支援手指直接觸碰與觸控筆之效能。更甚至是觸控裝置與多支觸控筆之間之效能。
以上所述，僅為本發明最佳之具體實施例，惟本發明之特徵並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
S201~S211‧‧‧為方法步驟流程

Claims (14)

  1. 一種觸控偵測之同步系統，包括：至少一觸控筆，包括：一訊號產生單元，產生至少一輸出訊號；一第一微控制單元，耦接於該訊號產生單元，用以根據一調整訊號控制該訊號產生單元，以調整該至少一輸出訊號；及一第一通訊單元，耦接於該第一微控制單元，用以接收該調整訊號並傳送給該第一微控制單元；以及一觸控裝置，接收該至少一輸出訊號，並根據該至少一輸出訊號產生該調整訊號傳送至該至少一觸控筆，該觸控裝置包括：一偵測單元，產生至少一偵測訊號；一第二通訊單元，用以傳送該調整訊號；以及一第二微控制單元，耦接於該第二通訊單元與該偵測單元，用以產生該調整訊號及控制該偵測單元調整該至少一偵測訊號；其中當該觸控裝置接收該至少一觸控筆調整後之該至少一輸出訊號時，該第二微控制單元根據調整後之該至少一輸出訊號進一步調整該至少一偵測訊號。
  2. 如請求項1所述之觸控偵測之同步系統，其中當該至少一觸控筆傳送調整後之該至少一輸出訊號給該觸控裝置後，該觸控裝置判斷該至少一觸控筆與其之間是否滿足所需效能。
  3. 如請求項2所述之觸控偵測之同步系統，其中該至少一輸出訊號包括一回報率(Report Rate)以及一訊號雜訊比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)之資訊。
  4. 如請求項1所述之觸控偵測之同步系統，其中該第二微控制單元根據該至少一輸出訊號之該回報率及該訊號雜訊比產生該調整訊號。
  5. 如請求項1所述之觸控偵測之同步系統，其中該第一微控制單 元用以控制該訊號產生單元來調整產生該至少一輸出訊號之一第一週期以及該至少一輸出訊號之至少一第一時間長度。
  6. 如請求項5所述之觸控偵測之同步系統，其中該第二微控制單元用以控制該偵測單元來調整產生該至少一偵測訊號之一第二週期以及該至少一偵測訊號之至少一第二時間長度。
  7. 如請求項6所述之觸控偵測之同步系統，其中該至少一第二週期大於該第一時間長度與該第二時間長度加總。
  8. 如請求項1所述之觸控偵測之同步系統，其中該調整訊號中包含該至少一觸控筆之一識別ID。
  9. 一種觸控偵測之同步方法，包括：透過至少一觸控筆之一訊號產生單元產生至少一輸出訊號，並傳送至一觸控裝置；該觸控裝置根據該至少一輸出訊號產生一調整訊號傳送至該至少一觸控筆；透過該至少一觸控筆之一第一通訊單元接收該調整訊號後，傳送至該至少一觸控筆之一第一微控制單元控制該訊號產生單元，以調整該至少一輸出訊號；該觸控裝置接收該至少一觸控筆重新調整的該至少一輸出訊號；該觸控裝置之一第二微控制單元控制一偵測單元調整至少一偵測訊號；以及該觸控裝置判斷該至少一觸控筆與其之間是否滿足所需效能。
  10. 如請求項9所述之觸控偵測之同步方法，其中該至少一輸出訊號包括一回報率(Report Rate)以及一訊號雜訊比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)之資訊。
  11. 如請求項9所述之觸控偵測之同步方法，在該觸控裝置之該第二微控制單元控制該偵測單元調整該至少一偵測訊號的步驟 中，該第二微控制單元根據該至少一輸出訊號之該回報率及該訊號雜訊比產生該調整訊號。
  12. 如請求項9所述之觸控偵測之同步方法，在透過該至少一觸控筆之該第一通訊單元接收該調整訊號後，傳送至該至少一觸控筆之該第一微控制單元控制該訊號產生單元，以調整該至少一輸出訊號的步驟中，其中該第一微控制單元控制該訊號產生單元來調整產生該至少一輸出訊號之一第一週期以及該至少一輸出訊號之至少一第一時間長度。
  13. 如請求項12所述之觸控偵測之同步方法，在該觸控裝置之該第二微控制單元控制該偵測單元調整該至少一偵測訊號的步驟中，其中該第二微控制單元用以控制該偵測單元來調整產生該至少一偵測訊號之一第二週期以及該至少一偵測訊號之至少一第二時間長度。
  14. 如請求項13所述之觸控偵測之同步方法，其中該至少一第二週期大於該第一時間長度與該第二時間長度加總。
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