TWI574178B - 主動式觸控筆及其位置資訊校正方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種檢知主動式觸控筆座標的方法，尤指一種主動式觸控筆及其筆尖座標校正方法。
目前主動式觸控筆50係如圖6所示，係配合一電容式觸控裝置60使用，該主動式觸控筆50內設有一刺激訊號產生電路51，並電性連接至一導電筆尖52。再如圖7所示，該電容式觸控裝置60係包含有n條第一方向電極61及m條第二方向電極62，該主動式觸控筆50的導電筆尖52接近或觸碰於該電容式觸控裝置60時，刺激訊號產生電路51會透過該導電筆尖52發射刺激訊號，當該電容式觸控裝置60掃描該等第一方向及第二方向電極61、62時，靠近該導電筆尖52的該等第一方向電極61及該等第二方向電極62的電容感應量會產生變化。
再如圖8A及圖8B所示，該等第一方向及第二方向電極61、62的電容感應量變化如圖所示，其中以第一方向電極Xi
及第二方向電極Yj
的電容感應量變化最大。該主動式觸控筆50的導電筆尖52係筆直地觸碰於該電容式觸控裝置60，故該導電筆尖52與相鄰於第一方向電極Xi
及第二方向電極Yj
的第一方向及第二方向電極Xi-2
、Xi-1
、Xi+1
、Xi+2
、Yj-2
、Yj-1
、Yj+1
、Yj+2
之間的耦合電容Cx1
~Cx4
及Cy1
~Cy4
會有與有的關係；因此，該電容式觸控裝置60即可以該關係判斷該導電筆尖52的座標資訊為(Xi
，Yj
)。
然而，再如圖9所示，一般使用者手持該主動式觸控筆50於該電容式觸控裝置60上使用時，由於使用者的書寫習慣使得該導電筆尖52通常不會如圖6所示筆直地觸碰於該電容式觸控裝置60上。因此，會如圖10、11A及圖11B所示，該第一方向及第二方向電極61、62與該導電筆尖52不同方向上的側面之間距會因為該導電筆尖52的傾斜使用，而可能造成某一側的間距變大，但另一側的間距變小，其中距離變小的一側，其耦合電容Cx2
、Cx4
及Cy2
、Cy4
變大；反之，距離變大的一側，其耦合電容Cx1
、Cx3
及Cy1
、Cy3
變小；如圖10所示的該導電筆尖52的傾斜狀態，造成該導電筆尖52與該第一方向及第二方向電極61、62之間的耦合電容Cx1
~Cx4
及Cy1
~Cy4
的關係改變為：與有。該電容式觸控裝置60會因此而判斷該導電筆尖52的座標資訊P1為(Xi+1
，Yj+1
)，因此，判斷傾斜狀態下的導電筆尖52的座標已偏離其實際觸碰位置的座標資訊P(Xi
，Yj
)。
由於該導電筆尖52會隨著不同使用者，或不同握持姿勢而與該電容式觸控裝置60之間呈不同傾斜角度，有必要針對因傾斜角造成判斷該導電筆尖52的座標資訊P偏離的問題進一步改善。
有鑑於上述既有主動式觸控筆座標資訊判斷有誤差的技術缺陷，本發明主要目的係提供一種主動式觸控筆及其位置資訊校正方法，以克服此技術缺陷。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該主動式觸控筆包含有： 一主體； 一刺激訊號產生電路，係於該主體內，用以輸出一刺激訊號； 一第一電極，係對應設置於該主體之前端，該第一電極係耦接至該刺激訊號產生電路，用以發射該刺激訊號；以及 一第二電極單元，係設置於該主體上並與該第一電極之間具有一距離，其中該第二電極單元與該第一電極電性絕緣，且不發射該刺激訊號。
上述該主動式觸控筆主要透過該第一電極發射刺激訊號至一觸控裝置，由該觸控裝置檢知其位置資訊，此外，該觸控裝置亦可一併檢知該第二電極單元的位置資訊；該觸控裝置可依據所檢知該第二電極單元的位置資訊校正該第一電極的位置資訊，而獲得該主動式觸控筆的第一電極真正觸碰於該觸控裝置上的位置資訊。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該位置資訊校正方法，包括有以下步驟： (a)進行一第一觸控筆掃描程序偵測一觸控筆，並獲得對應該觸控筆之一第一位置資訊； (b)進行一該第二觸控筆掃描程序，獲得該第一位置資訊附近的一第二位置資訊；以及 (c)依據該第一及第二位置資訊進行計算，獲得該觸控筆校正後的位置資訊。
當主動式觸控筆的第一電極真正觸碰於該觸控裝置，該觸控裝置係分別以該第一及第二觸控筆掃描程序檢知並獲得該第一電極及第二電極單元的位置資訊；該觸控裝置即可依據所檢知該第二電極單元的位置資訊校正該第一電極的位置資訊，而獲得該主動式觸控筆的第一電極真正觸碰於該觸控裝置上的位置資訊。
本發明係針對一主動式觸控筆於傾斜使用於一電容式觸控裝置時，該電容式觸控裝置校正該主動式觸控筆位置資訊的方法。
首先請參閱圖1A所示，係為本發明主動式觸控筆10的一較佳實施例，其主要包含有一主體101、一刺激訊號產生電路11、一第一電極12及一第二電極單元20。
上述主體101呈一筆筒狀，以供使用者手持使用。該刺激訊號產生電路11係用以產生並輸出一刺激訊號，該刺激訊號可為脈衝訊號或弦波訊號。該刺激訊號產生電路11係連接一按鍵111，該按鍵111係設於該主體101外側，供使用者按壓，以控制該刺激訊號產生電路11的啟、閉或其他功能模式的應用。
上述第一電極12係對應設置於該主體101之前端，作為該主動式觸控筆10的筆尖使用。該第一電極12係耦接至該刺激訊號產生電路11，用以發射該刺激訊號。
上述第二電極單元20係設置於該主體101上，並與該第一電極12之間具有一距離，又該第二電極單元20與該第一電極12電性絕緣，且該第二電極單元20不發射該刺激訊號。在一實施例中，該第二電極單元20係為一導電環，以環設於該主體101外側，並靠近該第一電極12。該主體101供使用者握持處設有一導體部102，該導體部102係與該第二導電單元12電性連接，藉此使該第二電極單元20係可透過該導體部102及人體作為媒介與大地EGND形成接地。或者，如圖1B所示，該第二電極單元20'亦可耦接至該刺激訊號產生電路11的接地端GND或一固定電位V+，藉此形成另一種接地型態。然而，該第二導電單元12的接地方式並不侷限於前述兩種實施樣態，其他接地方式也在本發明的保護範疇內。因此，當使用者以手握持該主動式觸控筆10時，該第二導電單元20即可透過該導體部102而連接至大地EGND。此外，如圖1B所示，該第二電極單元20'亦可包含有複數感應電極201，以環狀等間距方式排列於該主體101外側。
再請參閱圖2所示，該電容式觸控裝置30係包含有n條第一方向電極301及m條第二方向電極302；其中該第一方向電極301係與該第二方向電極302交錯設置。該電容式觸控裝置30又包含有一控制單元31，該控制單元31與該等第一方向電極301及第二方向電極302電性連接，用以判斷觸碰物件的座標資訊。例如，該控制單元31藉由檢測該等第一方向電極301及第二方向電極302的感應訊號(電容感應量變化)，再據以判斷觸碰物件的座標資訊。該控制單元31係包含有一手指掃描程序、一第一觸控筆掃描程序及一第二觸控筆掃描程序，其中控制單元31具有第一模式及第二模式，當無物件碰觸或接近該電容式觸控裝置30時，該控制單元31會在該第一模式下對應執行該手指掃描程序及第一觸控筆掃描程序來偵側是否有物件碰觸或接近該電容式觸控裝置30；又，當該電容式觸控裝置30時於該第一模式下偵測到有觸控筆碰觸或接近時，該控制單元31會切換至該第二模式，並於該第二模式下對應執行該第一觸控筆掃描程序及第二觸控筆掃描程序。
該控制單元31在該第一模式下會先執行該手指掃描程序Sfinger
及該第一觸控筆掃描程序Sstylus
，如圖3A及圖3B所示；其中該手指掃描程序Sfinger
係用以檢知並判斷手指座標資訊，而該第一觸控筆掃描程序Sstylus
則是用以檢知及判斷主動式觸控筆10筆尖的座標資訊。當未有手指或主動式觸控筆接近或觸碰該電容式觸控裝置，則該控制單元31即重覆執行該手指掃描程序Sfinger
及該第一觸控筆掃描程序Sstylus
。再請配合參閱圖3A所示，係為該控制單元31的一種執行該手指掃描程序Sfinger
與該第一觸控筆掃描程序Sstylus
的時序示意圖，即於一周期時間D1、D2內，交替執行該手指掃描程序Sfinger
與該觸控筆掃描程序Sstylus
。又如圖3B所示，該控制單元31可於該周期時間D1、D2內，先執行複數次觸控筆掃描程序Sstylus
後，再執行複數次手指掃描程序Sfinger
。該周期時間D1、D2可以是對應該主動式觸控筆10的刺激訊號的周期時間，以確保及時檢知該主動式觸控筆10的觸碰。
上述手指掃描程序Sfinger
可為一自電容掃描程序或一互電容掃描程序。該自電容掃描程序係由該控制單元31依序輸出一驅動訊號至該等第一方向及第二方向電極301、302，並於輸出該驅動訊號後，自被驅動的該第一方向或第二方向電極301、302接收其自身的自電容感應量。該互電容掃描程序係該控制單元31依序輸出一驅動訊號至該等第一方向電極301，並於各次輸出驅動訊號後，從該等第二方向電極302接收互電容感應量；亦或由該控制單元31依序輸出一驅動訊號至該等第二方向電極302，並於各次輸出驅動訊號後，從該等第一方向電極301接收互電容感應量。
再配合圖1A所示，在此實施例中，該主動式觸控筆10的第一電極12會發射刺激訊號，該控制單元31於執行該第一觸控筆掃描程序Sstylus
時，沒有對該等第一方向及第二方向電極301、302輸出驅動訊號，僅分別接收該等第一方向及第二方向電極301、302的電容感應量。是以，該控制單元31每次執行該觸控筆掃描程序Sstylus
時間係短於每次執行該手指掃描程序Sfinger
，如圖3A及圖3B所示。
請同時參閱圖1A、圖2及圖4A所示，係以圖3A為例說明該電容式觸控裝置30校正該主動式觸控筆10筆尖的座標資訊P。如圖4A所示，該主動式觸控筆10於該第一周期時間D1觸碰該電容式觸控裝置30，會由該觸碰時間之後的第一個觸控筆掃描程序Sstylus
所檢知，控制單元偵測到該主動式觸控筆10後，自第一模式進入第二模式。該主動式觸控筆10係以該第一電極12發射刺激訊號，該控制單元31可以根據該第一方向與第二方向電極的電容感應量檢知並獲得該主動式觸控筆10之該第一電極12的一第一位置資訊P1。
當該電容式觸控裝置30檢知有該主動式觸控筆10觸碰或接近時，該控制單元31會切換至該第二模式下，並執行該第一觸控筆掃描程序Sstylus
及第二觸控筆掃描程序S'stylus
(以斜線標示之)，於圖4A所示的實施例中，在該第二模式下，該第一觸控筆掃描程序Sstylus
及第二觸控筆掃描程序S'stylus
係相互交替執行，直到該主動式觸控筆10遠離，再自第二模式切回第一模式，但其二者的執行時序不以此為限，亦可為其他變化型態。該第一觸控筆掃描程序Sstylus
用來獲得該主動式觸控筆10之該第一電極12的一第一位置資訊P1已於先前段落詳述，故不再贅述。該第二觸控筆掃描程序S'stylus
，則用以檢知該主動式觸控筆10的第二電極單元20的第二位置資訊P2。由於該第二電極單元20係連接至接地端GND或固定電位端V+，故該第二電極單元20靠近該電容式觸控裝置30時，該第二電極單元20會改變該第二電極單元20靠近之第一方向及第二方向電極301、302的電容感應量；因此，該第二觸控筆掃描程序S'stylus
可以自電容掃描程序或互電容掃描程序，檢知並判斷該第二電極單元20的第二位置資訊P2。
請配合參閱圖5A所示，該主動式觸控筆10與該電容式觸控裝置30之間構成一傾斜角，控制單元31藉由該第一觸控筆掃描程序Sstylus
判斷該第一電極12的第一位置資訊P1的座標為(Xi+1
，Yj+1
)，於接著執行的該第二觸控筆掃描程序S'stylus
判斷該第二電極單元20的第二位置資訊P2的座標為(Xi+3
，Yj+3
)，在理想的情況下，該第一電極12的真實座標P與該第一位置資訊P1的座標及第二位資訊P2的座標可構成一直線，根據第一電極12及第二電極單位20的固定距離，控制單元31可以根據第一位置資訊P1與第二位置資訊P2進行線性外插運算求得該該第一電極12的真實座標P(Xi
，Yj
)。此外，該控制單元31亦可依據該第一位置資訊P1的座標及第二位置資訊P2的座標之間的相對位置來一併判斷該主動式觸控筆10的傾斜方向(orientation)。
在其他實施例中，可以運用以下的方法加速獲得該第一電極12的真實座標P，於第二模式下，該控制單元31於執行該第二觸控筆掃描程序S'stylus
時，可依據第一觸控筆掃描程序Sstylus
的第一位置資訊P1，選擇與該第一位置資訊P1相鄰的數條第一方向及第二方向電極Xi-2
~Xi+4
、Yj-2
~Yj+4
，即以該第一位置資訊P1為中心，選擇該第一位置資訊P1的第一方向電極Xi+1
及其前、後各三條第一方向電極Xi-2
~Xi
、Xi+2
~Xi+4
，與該第一位置資訊P1的第二方向電極Yj+1
及其前、後各三條第二方向電極Yj-2
~Yj
、Yj+2
~Yj+4
。該控制單元31僅對該些被選擇的第一方向及第二方向電極Xi-2
~Xi+4
、Yj-2
~Yj+4
進行自電容掃描程序或互電容掃描程序，以檢知第二位置資訊P2，掃描電極數減少(如圖2所示虛線方框圈A畫處)；是以，如圖4B所示，該第二觸控筆掃描程序S'stylus
(以斜線標示之)時間較圖4A所示的該第二觸控筆掃描程序S'stylus
(以斜線標示之)時間縮短，可以快速獲得該第二電極單元20的第二位置資訊，進而求得該第一電極12的真實座標P。
綜前所述，本發明的主動式觸控筆主要於第一電極附近設置該第二電極單元，先檢知該主動式觸控筆的第一電極的第一位置資訊，再檢知該主動式觸控筆的第二電極單元的第二位置資訊，依據第二位置資訊校正該第一位置資訊，以獲得該主動式觸控筆於該觸控裝置上的位置資訊。亦可進一步判斷出該主動式觸控筆的傾斜方向。
在不同的實施例中，控制單元獲得感應電極的感應量資訊並傳送給一主機(例如平板電腦)的處理單元，由處理單元進行手指的座標運算，或上述觸控筆的第一位置資訊P1，第二位置資訊座標P2，真實座標P的運算。在應用於大尺寸的觸控螢幕，控制單元可以包括數顆觸控積體電路分別連接一部份的感應電極。
以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
10‧‧‧主動式觸控筆
101‧‧‧主體
102‧‧‧導體部
11‧‧‧刺激訊號產生電路
111‧‧‧按鍵
12‧‧‧第一電極
20、20’‧‧‧第二電極單元
201‧‧‧感應電極
30‧‧‧電容式觸控裝置
301‧‧‧第一方向電極
302‧‧‧第二方向電極
31‧‧‧控制單元
50‧‧‧主動式觸控筆
51‧‧‧刺激訊號產生電路
52‧‧‧導電筆尖
60‧‧‧電容式觸控裝置
61‧‧‧第一方向電極
62‧‧‧第二方向電極
101‧‧‧主體
102‧‧‧導體部
11‧‧‧刺激訊號產生電路
111‧‧‧按鍵
12‧‧‧第一電極
20、20’‧‧‧第二電極單元
201‧‧‧感應電極
30‧‧‧電容式觸控裝置
301‧‧‧第一方向電極
302‧‧‧第二方向電極
31‧‧‧控制單元
50‧‧‧主動式觸控筆
51‧‧‧刺激訊號產生電路
52‧‧‧導電筆尖
60‧‧‧電容式觸控裝置
61‧‧‧第一方向電極
62‧‧‧第二方向電極
圖1A：係本發明主動式觸控筆的第一較佳實施例觸碰於一電容式觸控裝置的示意圖。 圖1B：係本發明主動式觸控筆之第二較佳實施例的示意圖。 圖2：係本發明電容式觸控裝置對應圖1A的示意圖。 圖3A：係本發明電容式觸控裝置的控制單元的一種掃描控制時序圖。 圖3B：係本發明電容式觸控裝置的控制單元的另一種掃描控制時序圖。 圖4A：係本發明電容式觸控裝置的控制單元於檢知有主動式觸控裝置的一掃描控制時序圖。 圖4B：係本發明電容式觸控裝置的控制單元於檢知有主動式觸控裝置的另一掃描控制時序圖。 圖5A：係圖1A之主動式觸控筆傾斜觸碰於該電容式觸控裝置的一侷部放大示意圖。 圖5B：係圖1A之主動式觸控筆傾斜觸碰於該電容式觸控裝置的另一侷部放大示意圖。 圖6：係既有一主動式觸控筆觸碰於一電容式觸控裝置的示意圖。 圖7：係既有電容式觸控裝置對應圖6的示意圖。 圖8A：係圖6之主動式觸控筆筆直觸碰於該電容式觸控裝置的一侷部放大示意圖。 圖8B：係圖6之主動式觸控筆筆直觸碰於該電容式觸控裝置的另一侷部放大示意圖。 圖9：係既有一主動式觸控筆觸碰於一電容式觸控裝置的示意圖。 圖10：係既有電容式觸控裝置對應圖9的示意圖。 圖11A：係圖9之主動式觸控筆筆直觸碰於該電容式觸控裝置的一侷部放大示意圖。 圖11B：係圖9之主動式觸控筆筆直觸碰於該電容式觸控裝置的另一侷部放大示意圖。
10‧‧‧主動式觸控筆
101‧‧‧主體
102‧‧‧導體部
11‧‧‧刺激訊號產生電路
111‧‧‧按鍵
12‧‧‧第一電極
20‧‧‧第二電極單元
30‧‧‧電容式觸控裝置
Claims (15)
- 一種主動式觸控筆，包括：一主體；一刺激訊號產生電路，係於該主體內，用以輸出一刺激訊號；一第一電極，係對應設置於該主體之前端，該第一電極係耦接至該刺激訊號產生電路，用以發射該刺激訊號；以及一第二電極單元，係設置於該主體上並與該第一電極之間具有一距離，該第二電極單元係耦接至一接地端或一固定電位。
- 如請求項1所述之主動式觸控筆，該第二電極單元係為一導電環，以環設於該主體。
- 如請求項1所述之主動式觸控筆，該第二電極單元係包含有複數感應電極，且該複數感應電極彼此間隔環設於該主體外圍。
- 一種主動式觸控筆，包括：一主體，係包含有一導體部；一刺激訊號產生電路，係於該主體內，用以輸出一刺激訊號；一第一電極，係對應設置於該主體之前端，該第一電極係耦接至該刺激訊號產生電路，用以發射該刺激訊號；以及一第二電極單元，係設置於該主體上並與該第一電極之間具有一距離，該第二電極單元係連接至該導體部。
- 如請求項4所述之主動式觸控筆，該第二電極單元係為一導電環，以環設於該主體。
- 如請求項4所述之主動式觸控筆，該第二電極單元係包含有複數感應電極，且該複數感應電極彼此間隔環設於該主體外圍。
- 一種觸控裝置的位置資訊校正方法，該觸控裝置包括複數個第一方向電極與複數個第二方向電極，該方法包括以下步驟：(a)進行一第一觸控筆掃描程序偵測一觸控筆，並獲得對應該觸控筆之一第一位置資訊；(b)進行一該第二觸控筆掃描程序，獲得該第一位置資訊附近的一第二位置資訊；及(c)依據該第一及第二位置資訊進行計算，獲得該觸控筆校正後的位置資訊。
- 如請求項7所述之位置資訊校正方法，其中該觸控筆校正後的位置資訊至少包含該觸控筆的筆尖座標。
- 如請求項7或8所述之位置資訊校正方法，其中該觸控筆校正後的位置資訊包含該觸控筆的傾斜方向。
- 如請求項7所述之位置資訊校正方法，該觸控裝置於一周期時間內係交替執行該第一及第二觸控筆掃描程序。
- 如請求項7所述之位置資訊校正方法，其中該第一觸控筆掃描程序包括接收該複數個第一方向與第二方向電極的感應訊號。
- 如請求項7所述之位置資訊校正方法，其中該第二觸控筆掃描程序包括依序輸出一驅動訊號至該第一方向及第二方向電極，並於輸出該驅動訊號後，自被驅動的該第一方向或第二方向電極接收其自身的自電容感應量。
- 如請求項7所述之位置資訊校正方法，其中該第二觸控筆掃描程序包括依序輸出一驅動訊號至該等第一方向電極，並於各次輸出驅動訊號後，從該等第二方向電極接收其互電容感應量。
- 如請求項7所述之位置資訊校正方法，其中該第二觸控筆掃描程序包括依序輸出一驅動訊號至該等第二方向電極，並於各次輸出驅動訊號後，從該等第一方向電極接收其互電容感應量。
- 如請求項7、12、13、或14所述之位置資訊校正方法，其中更包括在步驟(a)之後，依據該第一位置資訊選擇與該第一位置資訊相鄰的複數個該第一方向電極與複數個該第二方向電極進行步驟(b)。
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|---|---|---|---|
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| CN201510187366.9A CN106155356A (zh) | 2015-03-31 | 2015-04-20 | 主动式触控笔及其位置信息校正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| TW104110366A TWI574178B (zh) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | 主動式觸控筆及其位置資訊校正方法 |
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| CN (1) | CN106155356A (zh) |
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| US10331235B2 (en) * | 2016-11-23 | 2019-06-25 | Wacom Co., Ltd. | Stylus tilt detection based on bidirectional communication between stylus and stylus sensor controller |
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