TWI632490B - 觸控處理器與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種觸控處理器與方法。當偵測到一筆近接一觸控面板時，在該觸控面板上設定相應於該筆的位置的一預設區域，以排除該預設區域內的近接信號。當偵測到該筆離開該觸控面板，並且該預設區域內沒有任何近接信號時，取消該預設區域。

Description

觸控處理器與方法
本發明係有關於一種電容式書寫裝置，特別是一種與觸控面板相位同步的無線電容筆。
電容式觸控面板是透過與人體間的電容性耦合，造成偵測信號產生變化，從而判斷出人體在電容式觸控面板上碰觸的位置。當人體碰觸時，人體所處環境的雜訊也會隨著人體與電容式觸控面板間的電容性耦合注入，也對偵測信號產生變化。又由於雜訊不斷在變化，並不容易被預測，當訊噪比較小時，容易造成判斷不出碰觸，或判斷出的碰觸位置偏差。
為習知的互電容式感測器(mutual capacitive sensor)，包括絕緣表層、第一導電層、介電層、第二導電層、其中第一導電層與第二導電層分別具有多條第一導電條與第二導電條，這些導電條可以是由多個導電片與串聯導電片的連接線構成。
在進行互電容式偵測時，第一導電層與第二導電層之一被驅動，並且第一導電層與第二導電層之另一被偵測。例如，驅動信號逐一被提供給每一條第一導電條，並且相應於每一條被提供驅動信號的第一導電條，偵測所有的第二導電條的信號來代表被提供驅動信號的第一導電條與所有第二導電條間交會處的電容性耦合信號。藉此，可取得代表所有第一 導電條與第二導電條間交會處的電容性耦合信號，成為一電容值影像。
據此，可以取得在未被觸碰時的電容值影像作為基準，藉由比對基準與後續偵測到的電容值影像間的差異，來判斷出是否被外部導電物件接近或覆蓋，並且更進一步地判斷出被接近或覆蓋的位置。
然而，基準與後續偵測到的電容值影像間的差異明不明顯與外部導電物件接近或覆蓋觸控面板的面積相關，因此需要足夠大的面積才能被辨識出來。這樣的限制使得被動式電容筆的筆頭必需很粗大，直徑約在4mm以上，造成書寫時不容易看見筆尖，不易精確地書寫在預期的位置上。
此外，在書寫上手掌可能會觸壓或接近觸控面板，因此會排除提供除了筆的位置以外的其他外部物件的位置，進行手掌的忽視(Palm rejection)。但書寫時筆可能會短暫離開觸控面板，使得系統誤以為回復到偵測手的模式，而將手掌的位置誤報，造成書寫上的錯誤。
由此可見，上述現有技術顯然存在有不便與缺陷，而極待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一般產品及方法又沒有適切的結構及方法能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的問題。因此如何能創設一種新的技術，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前業界極需改進的目標。
當觸控面板受小面積的接近或接觸時，相應於接近或接觸訊號可能略小於用於偵測的門檻限值。本發明的目的是藉由相應於接近或接 觸訊號與相鄰訊號的總和來與門檻限值以較，可判斷出原本門檻限值無法判斷的小面積的接近或接觸。
習知的被動式電容筆需要與觸控面板有足夠大的接觸面積才能被辨識出來，這樣的限制使得被動式電容筆的筆頭必需很粗大，不易精確地書寫在預期的位置上。本發明的另一目的是藉由無線電容筆發出訊號給觸控面板，如此電容筆的筆頭可以更細小，接近傳統的書寫習慣，容易精確地書寫在預期的位置上。
書寫時筆可能會短暫離開觸控面板，使得系統誤以為回復到偵測手的模式，而將手掌的位置誤報，造成書寫上的錯誤。因此，本發明提供一種觸控面板的偵測裝置與方法，是在偵測到筆的接近或觸碰時，在一預設範圍內只提供筆的位置而不提供預設範圍內所有物件的位置，如手掌的位置。並且，除非筆與預設範圍內的物件都不再被偵測到時，才再度提供預設範圍內除了筆以外的其他物件的位置。
本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種觸控處理器，執行下列步驟：當偵測到一筆近接一觸控面板時，在該觸控面板上設定相應於該筆的位置的一預設區域，以排除該預設區域內的近接信號；以及當偵測到該筆離開該觸控面板，並且該預設區域內沒有任何近接信號時，取消該預設區域。
本發明的目的及解決其技術問題還可以是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種觸控方法，包含：當偵測到一筆近接一觸控面板時，在該觸控面板上設定相應於該筆的位置的一預設區域，以排除該預設區域內的近接信號；以及當偵測到該筆離開該觸控面板，並且 該預設區域內沒有任何近接信號時，取消該預設區域。
藉由上述技術方案，本發明至少具有下列優點及有益效果：1.能偵測出比傳統電容筆的筆頭更小的小面積接近與接觸；2.能偵測出小面積的外部導電物件的懸空接近；3.接近傳統的書寫習慣，容易精確地書寫在預期的位置上；4.手掌貼著觸控面板拿筆書寫時，筆短暫地離開觸控面板仍能進行手掌的忽視。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚瞭解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
100‧‧‧位置偵測裝置
110‧‧‧顯示器
120,34,51‧‧‧觸控面板
120A‧‧‧第一感測層
120B‧‧‧第二感測層
130‧‧‧驅動/偵測單元
140‧‧‧導電條
140A,Tx,Tx1,Tx2‧‧‧第一導電條
140B,Rx,Rx2‧‧‧第二導電條
160‧‧‧控制器
161‧‧‧處理器
162‧‧‧記憶體
170‧‧‧主機
171‧‧‧中央處理單元
173‧‧‧儲存單元
P‧‧‧電容筆
V1,V2,V3,V23,V32‧‧‧電容性耦合變化量
PWM‧‧‧脈衝寬度調變訊號
T1‧‧‧第一門檻限值
T2‧‧‧第二門檻限值
30‧‧‧電容筆
31‧‧‧導電筆身
32‧‧‧導電筆頭
33‧‧‧接觸部
35‧‧‧形變的接觸部
40‧‧‧導電筆身
41‧‧‧導電筆頭
St,Sr‧‧‧信號
43‧‧‧屏蔽導電條
A1‧‧‧第一放大器
A2‧‧‧第二放大器
SC‧‧‧控制信號
BPF‧‧‧帶寬過濾器
45‧‧‧加法器
46,47‧‧‧開關
52‧‧‧筆
53‧‧‧手
54‧‧‧筆接觸區域
55‧‧‧手部接觸區域
56‧‧‧影像
57‧‧‧筆接近或觸碰的區域
58‧‧‧手接近或觸碰的區域
59‧‧‧範圍
圖1A與1B為互電容式感測器的示意圖。
圖1C至1E為依據本發明的第一實施例提出的小筆頭電容筆接近或接觸觸控面板的示意圖。
圖1F至1G為依據本發明的第一實施例提出的判斷小筆頭電容筆接近或接觸的示意圖。
圖2A為依據本發明的第一實施例提出的偵測小面積接近或接觸的流程示意圖。
圖2B至2G為依據本發明的第一實施例說明第一區域與第二區域的示意圖。
圖3A與圖3B為依據本發明的第二實施例提出的一種電容筆的示意圖。
圖4A與圖4B為依據本發明第三實施例提出的一種電容筆的操作示意圖。
圖4C為依據本發明第三實施例提出的一種屏蔽導電條的示意圖。
圖4D為依據本發明第三實施例提出的一種同步相位的電路示意圖。
圖5A至5F為依據本發明第四實施例提出的一種手掌忽視手的書寫方法的示意圖。
圖6為依據本發明第四實施例提出的一種手掌忽視手的書寫方法的流程示意圖。
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。
請參照圖1A，本發明提出一種位置偵測裝置100，包括一觸控面板120，與一驅動/偵測單元130。觸控面板120具有一感測層。在本發明之一範例中，可包括一第一感測層120A與一第二感測層120B，第一感測層120A與第二感測層120B分別有複數個導電條140，其中第一感測層120A的複數個第一導電條140A與第二感測層120B的複數個第二導電條 140B交疊。在本發明之另一範例中，複數個第一導電條140A與第二導電條140B可以配置在共平面的感測層中。驅動/偵測單元130依據複數個導電條140的信號產生一感測資訊。例如在自電容式偵測時，是偵測被驅動的導電條140，並且在互電容式偵測時，是偵測的是沒有被驅動/偵測單元130直接驅動的部份導電條140。此外，觸控面板120可以是配置在顯示器110上，觸控面板120與顯示器110間可以是有配置一屏蔽層(shielding layer)(未顯於圖示)或沒有配置屏蔽層。在本發明的一較佳範例中，為了讓觸控面板120的厚度更薄，觸控面板120與顯示器110間沒有配置屏蔽層。
前述第一導電條與第二導電條可以是以行或列排列的多條行導電條與列導電條，亦可以是以第一維度與第二維度排列的多條第一維度導電條與第二維度導電條，或是沿第一軸與第二軸排列的多條第一軸導電條與第二軸導電條。此外，前述第一導電條與第二導電條彼此間可以是以正交交疊，亦可以是以非正交交疊。例如在一極座標系統中，所述第一導電條或第二導電條之一可以是放射狀排列，而所述第一導電條或第二導電條之另一可以是環狀排列。再者，所述第一導電條或第二導電條之一可以為驅動導電條，且所述第一導電條或第二導電條之另一可以為偵測導電條。所述的”第一維度”與”第二維度”、”第一軸”與”第二軸”、”驅動”與”偵測”、”被驅動”與”被偵測”導電條皆可用來表示前述的”第一”與”第二”導電條，包括但不限於構成正交網格(orthogonal grids)，亦可以是構成其他具有第一維度與第二維度交疊(intersecting)導電條的幾何架構(geometric configurations)。
本發明的位置偵測裝置100可以是應用於一計算機系統中， 如圖1B所示的一範例，包括一控制器160與一主機170。控制器包含驅動/偵測單元130，以操作性地耦合觸控面板120(未顯於圖示)。此外，控制器160可包括一處理器161，控制驅動/偵測單元130產生感測資訊，感測資訊可以是儲存在記憶體162中，以供處理器161存取。另外，主機170構成計算系統的主體，主要包括一中央處理單元171，以及供中央處理單元171存取的儲存單元173，以及顯示運算結果的顯示器110。
在本發明之另一範例中，控制器160與主機170間包括一傳輸界面，控制單元透過傳輸界面傳送資料至主機，本技術領域的普通技術人員可推知傳輸界面包括但不限於UART、USB、I2C、Bluetooth、WiFi、IR等各種有線或無線的傳輸界面。在本發明之一範例中，傳輸的資料可以是位置(如座標)、辨識結果(如手勢代碼)、命令、感測資訊或其他控制器160可提供之資訊。
在本發明之一範例中，感測資訊可以是由處理器161控制所產生的初始感測資訊(initial sensing information)，交由主機170進行位置分析，例如位置分析、手勢判斷、命令辨識等等。在本發明之另一範例中，感測資訊可以是由處理器161先進行分析，再將判斷出來的位置、手勢、命令等等遞交給主機170。本發明包括但不限於前述之範例，本技術領域的普通技術人員可推知其他控制器160與主機170之間的互動。
在每一個導電條的交疊區，在上與在下的導電條構成兩極。每一個交疊區可視為一影像(image)中的一像素(pixel)，當有一個或多個外部導電物件接近或觸碰時，所述的影像可視為拍攝到觸碰的影像(如手指觸碰於感測裝置的態樣(pattern))。
在一被驅動導電條被提供一驅動信號時，被驅動導電條本身構成一自電容(self capacitance)，並且被驅動導電條上的每個交疊區構成一互電容(mutual capacitance)。前述的自電容式偵測是偵測所有導電條的自電容，特別適用於判斷單一外部導電物件的接近或接觸。
前述的互電容式偵測，是在一被驅動導電條被提供一驅動信號時，由與被驅動導電條不同維度排列的所有被感測導電條偵測驅動導電條上所有交疊區的電容量或電容變化量，以視為影像中的一列像素。據此，匯集所有列的像素即構成所述影像。當有一個或多個外部導電物件接近或觸碰時，所述影像可視為拍攝到觸碰的影像，特別適用於判斷多個外部導電物件的接近或接觸。
這些導電條(第一導電條與第二導電條)可以是由透明或不透明的材質構成，例如可以是由透明的氧化銦錫(ITO)構成。在結構上可分成單層結構(SITO；Single ITO)與雙層結構(DITO；Double ITO)。本技術領域的普通人員可推知其他導電條的材質，在不再贅述。例如，奈米碳管。
在本發明的範例中，是以橫向作為第一方向，並以縱向作為第二方向，因此橫向的導電條為第一導電條，並且縱向的導電條為第二導電條。本技術領域的普通技術人員可推知上述說明為發明的範例之一，並非用來限制本發明。例如，可以是以縱向作為第一方向，並以橫向作為第二方向。此外，第一導電條與第二導電條的數目可以是相同，也可以是不同，例如，第一導電條具有N條，第二導電條具有M條。
在進行二維度互電容式偵測時，交流的驅動信號依序被提供給每一條第一導電條，並經由所述的第二導電條的信號取得相應於每一條 被提供驅動信號的導電條的一維度感測資訊，集合相應於所有第一導電條的感測資訊則構成一二維度感測資訊。所述的一維度感測資訊可以是依據所述的第二導電條的信號產生，也可以是依據所述的第二導電條的信號與基準的差異量來產生。此外，感測資訊可以是依據信號的電流、電壓、電容性耦合量、電荷量或其他電子特性來產生，並且可以是以類比或數位的形式存在。
在實際上沒有外部導電物件接近或覆蓋觸控面板時，或系統沒有判斷出外部導電物件接近或覆蓋觸控面板時，位置偵測裝置可以由所述的第二導電條的信號產生一基準，基準呈現的是觸控面板上的雜散電容。感測資訊可以是依據第二導電條的信號產生，或是依據第二導電條的信號減去基準所產生。
在習知技術中，電容筆(capacitive pen)一般作為手的延伸，與觸控面板接觸的面積需要與手指正常接觸觸控面板的面績相近，才能得到充份的信號變化量以正確地判斷出接觸的位置。所述的面積大約要能覆蓋多個導電條的交會處。
請參照圖1C至1E，為依據本發明的第一實施例提出的小筆頭電容筆。電容筆P的筆頭與筆身接觸性耦合，因此握持筆身的手可透過筆頭與觸控面板電容性耦合。此外，電容筆P的筆頭與觸控面板的接觸直徑大約3mm以下，在本發明的一較佳範例中，電容筆P的筆頭與觸控面板的接觸直徑大約2.2mm。在互電容式偵測時，當驅動信號(如脈衝寬度調變訊號(PWM；pulse-width modulation))被提供給一第一導電條(如第一導電條Tx1或Tx2)，透過與第一導電條交會的各第二導電條(如第二導電條Rx2)偵 測第一導電條上各交會處的電容性耦合變化量。當電容筆P靠近或接觸一交會處(如第一導電條Tx2與第二導電條Rx2的交會處)時，偵測到的電容性耦合變化量V1可能大於一第一門檻限值T1，然而當電容筆P移至兩交會處(如第一導電條Tx1與第二導電條Rx2的交會處及第一導電條Tx2與第二導電條Rx2的交會處的交會處)中間時，兩個交會處的電容性耦合變化量V2與V3卻低於第一門檻限值T1，因而造成判斷不到筆的位置。
為此，請參考圖1F與1G，本發明提出當一交會處的電容性耦合變化量高於一第二門檻限值但未高於第一門檻限值時，可以透過相加相鄰交會處的電容性耦合變化量(如V23,V32)來判斷是否超過一門檻限值來判斷電容筆P落在兩交會處間的位置。
在本發明的一範例中，前述的電容性耦合變化量的總和可以是總和在同一被驅動導電條(第一導電條)相鄰的一個或多個交會處的電容性耦合變化量。例如在一第一導電條被提供驅動信號時，由連續多條第二導電條偵測到的電容性耦合變化量的值構成一相應於這第一導電條的感測資訊，感測資訊的每一個大於第二門檻限值並且小於第一門檻限值的值可以是總和感測資訊中前一個值或總和後一個值後來判斷是否大於第一門檻限值。
在本發明的另一範例中，相應於多數導電條的感測資訊(一維度感測資訊)構成一影像(二維度感測資訊)。前述感測資訊的每一個大於第二門檻限值並且小於第一門檻限值的值是總和影像中相鄰的交會處的電容性耦合變化量。
另外請參照圖2A，為依據本實施例提出的一種偵測小筆頭 電容筆的方法。如步驟210所示，取得一電容性耦合變化量影像。這電容性耦合變化量影像可以是先在觸控面板未受任何外部導電物件接近或觸碰時取得影像，作為一基準影像，之後再一次或連續多次取得影像。每次取得的影像與基準影像的變化量為電容性耦合變化量影像。電容性耦合變化量影像的值相應於複數條被驅動導電條(第一導電條)，相應於每一條被驅動導電條的值是依據複數條被偵測導電條的信號產生。每一條被驅動導電條(如第一導電條)與被偵測導電條(如第二導電條)可以是分別對應一橫向座標與一縱向座標。當每次驅動信號被提供於一被驅動導電條時，被驅動導電條上的每一個交會處的座標為相疊的被驅動導電條與被偵測導電條交會的二維度座標，如(被驅動導電條的座標，被偵測導電條的座標)。
在本發明的一範例中，可以是一次驅動相鄰的兩條或多條被驅動導電條。例如，當第一導電條有N條時，每次同時提供驅動信號於相鄰的兩條第一導電條，每次驅動的兩條第一導電條至少一條不相同，共驅動N-1次。相對於每次只驅動一條第一導電條，產生由N個一維度感測資訊組成的電容性耦合變化量影像(二維度感測資訊)，每次同時驅動相鄰的兩條第一導電條，會產生N-1個一維度感測資訊組成的電容性耦合變化量影像。在本範例中，每一個交會處的座標為兩被驅動導電條間中央的座標與一被偵測導電條的座標組成的二維度座標。
接下來，如步驟220所示，偵測值小於第一門檻限值並大於第二門檻限值的每一個交會處，作為被偵測交會處。之後，如步驟230所示，偵測每一個一第一區域，第一區域包括被偵測交會處與一相鄰交會處，被偵測交會處與相鄰交會處相應不同被驅動導電條，並且第一區域的值的 總和(偵測交會處與相鄰交會處的總和)大於第一門檻限值。接下來，如步驟240所示，偵測每一個第二區域，第二區域包括被偵測交會處在內的四個交會處(偵測交會處與另外三個交會處)，第二區域內每一個交會處與第二區域內另外兩個交會處相鄰，並且相應於第二區域的值的總和(偵測交會處與另外三個交會處的值的總和)大於第一門檻限值。在本發明的一範例中，是在沒有偵測到任何第一區域時，偵測第二區域。在本發明的另一範例中，是無論有沒有偵測到任何第一區域，都偵測第二區域。如步驟250所示，在第一區域或第二區域相鄰或鄰近的交會處的值都小於一第三門檻限值時判斷第一區域或第二區域為一外部導電物件接近或接觸的區域。
請參照圖2B至2G，所示陣列表示5條第一導電條(被驅動導電條)與5條第二導電條(被偵測導電條)交會的多個交會處(交會處00、交會處01、…、交會處04、交會處10、交會處11、…交會處44)，其中交會處00,01,02,03,04為位於第一導電條T0上的交會處，交會處10,11,12,13,14為位於第一導電條T1上的交會處，依此類推。
假設在步驟220偵測出交會區22為被偵測交會處，則在步驟230中，可能的第一區域將如圖2B與圖2C所示，分別為交會處12,22或交會處22,32。在判斷出交會處12,22的值的總和大於第一門檻限值時，則偵測出交會處12,22為第一區域。或者是，在判斷出交會處22,32的值的總和大於第一門檻限值時，則偵測出交會處22,32為第一區域。相反地，交會處12,22的值的總和或交會處22,32的值的總和都沒有超過第一門檻限值時，則沒有偵測出第一區域。
此外，在步驟240中，可能的第二區域將如圖2D至圖2G 圖所示，分別為圖2D的交會處11,12,21,22、圖2E的交會處12,13,22,23、圖2F的交會處21,22,31,32與圖2G的交會處22,23,32,33。當圖2D至圖2G圖中任一圖的四個交會處的值的總和超過第一門檻限值時，則偵測出第二區域。反之，當圖2D至圖2G圖中沒有任何圖的四個交會處的值的總和超過第一門檻限值時，則沒有偵測出第二區域。
另外，在步驟250中，假設第一區域如圖2B所示。在本發明的一範例中，第一區域的相鄰交會處可以是交會處02,11,13,21,23,32。在本發明的另一範例中，第一區域的鄰近交會處可以是01,02,03,11,13,21,23,31,32,33。圖2C至圖2G的相鄰或鄰近交會處依此類推，在此不再贅述。
此外，在本發明的一最佳模式中，第二門檻限值與第三門檻限值分別為1/2與第一門檻限值的1/4，其中第一門檻限值>第二門檻限值>第三門檻限值。本領域具備基礎知識的技術人員可推知第一門檻限值、第二門檻限值與第三門檻限值，本發明並不限制第一門檻限值、第二門檻限值與第三門檻限值的大小。
在本發明的一較佳範例中，電容筆的筆頭為細筆頭，最大寬度約在2mm~3mm之間，小於兩平行導電條間或兩平行被驅動導電條間的最短距離。例如，小於一導電條的中央與相鄰的另一導電條的中央之間的距離或小於一第一導電條的中央與相鄰的另一第一導電條的中央之間的距離。
以下為依據圖2A提供的演算法。DD[i][j]表示在步驟220中正被偵測的交會處。
依據前述，本發明提出一種偵測小面積接觸或接近的裝置。依據步驟210所示，本發明包括由一電容式觸模屏取得一電容性耦合變化量影像的裝置。所述電容式觸控面板具有多條被提供一驅動信號的被驅動導電條與多條提供電容性耦合變化量的被偵測導電條。在每次驅動信號被提供時，被同時提供驅動信號的一條或多條被驅動導電條與每一被偵測導電條的一個或多個交會處產生電容性耦合，電容性耦合變化量影像的每一個值分別為所述交會處之一的電容性耦合變化量。
依據步驟220所示，本發明包括由電容性耦合變化量影像偵測每一個被偵測交會處的裝置，其中被偵測交會處的值小於一第一門檻限值與大於一第二門檻限值。
依據步驟230所示，本發明包括偵測每一個第一區域的裝置，每一個第一區域包含所述被偵測交會處之一與相鄰於被偵測交會處的一相鄰交會處，並且第一區域的值的總合大於第一門檻限值。
依據步驟240所示，本發明包括偵測每一個第二區域的裝置，每一個第二區域包含所述被偵測交會處之一在內的四個相鄰的交會處，並且第二區域的值的總合大於第一門檻限值。如先前所述，可以是在沒有偵測到任何第一區域時才偵測第二區域，也可以是無論有沒有偵測到第一區域時都偵測第二區域。
依據步驟250所示，本發明包括當偵測到至少一第一區域或至少一第二區域時判斷出外部導電物件接近或接觸的第一區域或第二區域的裝置，其中與外部導電物件接近或接觸的第一區域或第二區域相鄰的所有交會處的值小於一第三門檻限值。
前述的觸控面板可以是具有多條被提供一驅動信號的被驅動導電條與多條提供電容性耦合變化量的被偵測導電條，在每次驅動信號被提供時，被同時提供驅動信號的一條或多條被驅動導電條與每一被偵測導電條的一個或多個交會處產生電容性耦合。基於所述的電容性耦合，所述的被偵測導電條提供所述的交會處的電容性耦合變化量，電容性耦合變化量影像的每一個值分別為所述交會處之一的電容性耦合變化量。
如先前所述，在本發明的一範例中，第一門檻限值>第二門檻限值>第三門檻限值。例如，第二門檻限值為第一門檻限值的1/2，並且第三門檻限值為第一門檻限值的1/4。此外，在本發明的一最佳模式中，小面積接近或接觸的最大寬度小於或等於兩相鄰導電條的中央之間的距離。 例如，所述的小面積接近或接觸的最大寬度小於或等於3mm，而兩導電條的中央之間的距離為6.5mm以下。所述的兩相鄰導電條可以是兩條平行排列且相鄰的被驅動導電條或被偵測導電條。
前述的小面積接近或接觸的最大寬度是指本發明的觸控面板被用來偵測小面積接近或接觸的適用範圍的最大寬度，並非指本發明的觸控面板偵測外部導電物件接近與接觸的最大寬度。外部導電物件接近與接觸大於前述的小面積接近或接觸的最大寬度時，可採用一般的偵測方式來達成，例如不經由判斷第一區域或第二區域來直接判斷。據此，本發明能偵測一般的外部導電物件接近與接觸，也可以偵測外部導電物件的小面積接近或接觸。例如，當外部導電物件為一筆，筆與觸控面板接近或接觸耦合的面積小於或等於前述的小面積接近或接觸的最大寬度。又例如，外部導電物件接近(如懸空)於觸控面板上方時，外部導電物件上與觸控面板電容性耦合的面積相對小於外部導電物件接觸觸控面板與觸控面板電容性耦合的面積，外部導電物件能與觸控面板電容性耦合的面積小於或等於前述的小面積接近或接觸的最大寬度可視為小面積的外部導電物件的接近。
據此，在本發明的一範例中，更包括：由電容性耦合變化量影像偵測每一個值大於一第一門檻限值的交會處，當偵測到至少一個值大於一第一門檻限值的交會處時，判斷出每一個外部導電物件的小面積接近或接觸的單一交會處，其中每一個外部導電物件的小面積接近或接觸的單一交會處相鄰的所有交會處都小於第一門檻限值。
在本發明的一範例中，步驟250是在步驟230後被執行。此外，步驟250也可以是在步驟240後被執行。在本發明的另一範例中，步驟 250是在步驟230與步驟240被執行完後才被執行。
請參照圖3A與圖3B，是依據本發明的第二實施例提出的一種電容筆30，包括一導電筆身31與一導電筆頭32。導電筆頭接觸性耦合於導電筆身，當導電筆身與握持的筆的手或人體接觸時，導電筆頭透過導電筆身接觸性耦合於手或人體，導電筆頭透過人體耦合於地。在本發明的一範例中，導電筆頭32是由導電纖維硬化而成，例如是膠合後以光學硬化或加熱硬化。此外導電筆頭32更包括一接觸部33，其中接觸部33硬化的程度與導電筆頭32中非接觸部的部份不同，接觸部33比導電筆頭32中非接觸部的部份軟，在觸控面板34上書寫時，接觸部33會因為阻力或觸壓產生形變，成為形變的接觸部35，因而增加接觸面積。在本發明的一較佳範例中，接觸部33與觸控面板34的接觸直徑約3mm~1mm間。在本發明的一範例中，導電筆頭是與導電筆身同方向延伸的集束(collecting)導電纖維，換言之，每一條導電纖維是由導電筆身向筆尖延伸，部份或全部的導電纖維由接觸部延伸至接觸部。導電纖維的膠合可以是由導電膠來達成。本技術領域具有普通知識的技術人員可以推知導電纖維(如導電聚酯、導電聚胺等)與導電膠(如紫外線光固化導電膠)的材質，在此不再贅述。
此外導電筆頭中更可以是包括一導電支持部(未顯於圖示)，導電支持部可以是金屬或非金屬材質，例如可以是由銅棒或是石墨棒構成。此外接觸部頂端更可以包括一凹陷部，提供接觸部33向內凹陷的空間，可較無凹陷部較大的空間。接觸部33為圓錐狀，並且錐頂可以是具有前述凹口。
在本發明的一範例中，接觸部33與觸控面板34接觸的最大 寬度小於接觸屏34平行排列的兩導電條的中心線間的距離。在本發明的一範例中，接觸部33最多接觸兩平行導電條。在本發明的另一範例中，接觸部33最多接觸兩相鄰交會處。
據此，本發明提出一種電容式書寫裝置，包括：一電容筆、一觸控面板與一控制電路。電容筆包括一導電筆身與一導電筆頭，導電筆身與導電筆頭接觸性耦合，並且導電筆頭包括一接觸部與一非接觸部，其中接觸部較非接觸部軟，並且導電筆頭是由導電纖維膠合，部份或全部的導電纖維由非接觸部延伸至接觸部。此外，觸控面板具有多條被提供一驅動信號的被驅動導電條與多條提供電容性耦合變化量的被偵測導電條，在每次驅動信號被提供時，被同時提供驅動信號的一條或多條被驅動導電條與每一被偵測導電條的交會處產生電容性耦合。另外，當電容筆被一外部導電物件(如前述的手或人體)在觸控面板上握持時，控制電路依據所述的交會處產生的電容性耦合的變化量判斷出電容筆在觸控面板上的位置。
依據前述的偵測小面積接觸或接近的裝置所述，偵測電路可包括：由一電容式觸模屏取得一電容性耦合變化量影像的裝置，其中電容性耦合變化量影像的每一個值分別為所述交會處之一的電容性耦合變化量；由電容性耦合變化量影像偵測每一個值大於一第一門檻限值的交會處的裝置；以及當偵測到至少一個值大於一第一門檻限值的交會處時，判斷出每一個電容筆的接近或接觸的單一交會處的裝置，其中每一個電容筆的接近或接觸的單一交會處相鄰的所有交會處都小於第一門檻限值。
偵測電路也可以包括：由一電容式觸模屏取得一電容性耦合變化量影像的裝置，其中電容性耦合變化量影像的每一個值分別為所述交 會處之一的電容性耦合變化量；由電容性耦合變化量影像偵測每一個被偵測交會處的裝置，其中被偵測交會處的值小於一第一門檻限值與大於一第二門檻限值；以及偵測每一個第一區域的裝置，每一個第一區域包含所述被偵測交會處之一與相鄰於被偵測交會處的一相鄰交會處，並且第一區域的值的總合大於第一門檻限值；當偵測到至少一第一區域時，判斷出觸控筆接近或接觸的第一區域的裝置，其中與電容筆接近或接觸的第一區域相鄰的所有交會處的值小於第三門檻限值。
再者，偵測電路更可以包括：當沒有偵測到任何第一區域時，偵測每一個第二區域的裝置，每一個第二區域包含所述被偵測交會處在內的四個相鄰的交會處，並且第二區域的值的總合大於第一門檻限值；以及當偵測到至少一第二區域時，判斷出觸控筆接近或接觸的第二區域的裝置，其中與電容筆接近或接觸的第二區域相鄰的所有交會處的值小於一第三門檻限值。
在本發明的一最佳模式中，第一門檻限值>第二門檻限值>第三門檻限值。例如：第二門檻限值為第一門檻限值的1/2，並且第三門檻限值為第一門檻限值的1/4。
此外，在本發明的一範例中，電容筆與觸控面板接觸的最大寬度小於兩平行排列且相鄰的導電條的中央間的距離，兩平行排列且相鄰的導電條為所述的被驅動導電條或被偵測導電條。在本發明的另一範例中，每一個判斷出的電容筆接近或接觸的第一區域或第二區域分別為一筆接近或接觸的第一區域或第二區域，其中筆與觸控面板接觸的最大寬度小於或等於3mm。
請參照圖4A與圖4B，為依據本發明第三實施例提出的一種電容筆，包括導電筆身40與導電筆頭41。請參照圖4A，當筆頭41接近或或接觸觸控面板時，導電筆頭41會與被提供驅動信號(如PWM)的被驅動導電條電容性耦合，電容筆再依據電容性耦合的驅動信號，在驅動信號不再被提供至任何被驅動導電條的期間提供一輸出信號與觸控面板電容性耦合，如圖4B所示。輸出信號將與觸控面板的導電條電容性耦合以提供被偵測的信號，例如在至少一第一導電條Tx電容性耦合以提供一信號St，並且在至少一第二導電條Rx電容性耦合以提供一信號Sr。依據對所述第一導電條Tx與所述第二導電條Rx的掃描，可依據信號St與Sr判斷出電容筆的位置。
電容筆可以是內建一電源裝置，以供硬電容筆提供輸出信號過程中需要的電力。另外，電容筆可以是藉由與外部電磁感應產生輸出信號過程中需要的電力。請參照圖4C，電容式觸控面板包括至少一屏蔽導線43，在一第一模式(或時期)被提供一直流信號，以屏蔽外部雜訊對前述導電條的干擾。此外，屏蔽導線43在一第二模式被提供一交流信號，形成一線圈，以提供一磁場，讓電容筆可以經由屏蔽導線43提供的磁場電磁感應而得到部份或全部需要的電力。前述線圈圍繞前述導電條的圈數可以是一圈或多圈。此外，電容筆更可以包括一電容或一電力儲存裝置(如電池)，可儲存來自線圈的電力，更可以在線圈的電力停止時繼續提供電容筆電力。
圖4D為電容筆內部的信號轉換電路。主要元件包括一第一放大器A1、一加法器45、一第二放大器A2，與一帶寬過濾器(band pass filter；BPF)。當驅動信號耦合於導電筆頭41後，電容性耦合進來的信號被第一放大器放大。此外，加法器、第二放大器與帶寬過濾器構成一振盪回授迴路， 用以提供能與觸控面板信號相位同步的一輸出信號，輸出信號由筆頭輸出。
本技術領域具有普通知識的技術人員可以推知，前述的加法器45、第二放大器A2與帶寬過濾器BPF構成一振盪回授迴路。振盪回授迴路的工作頻率與驅動信號的頻率相同，在振盪回授迴路接收到驅動信號前，延遲驅動信號與驅動信號的相位可能不同，因此當振盪回授迴路收到驅動信號後，能夠讓延遲驅動信號的相位與驅動信號相同。當延遲驅動信號傳送至觸控面板時，控制電路就可以依據原驅動信號的相位偵測到延遲驅動信號。
在本發明的一範例中，振盪回授迴路的兩端更分別包括一開關(開關46、47)，由控制電路提供的控制信號SC控制。開關可用以延遲輸出信號由筆頭輸出，藉以與驅動信號被提供的時間錯開。例如控制信號是依據一計數器或一控制器(未顯於圖示)的輸出提供，在經過一定次數的計數或經過一段時間才允許振盪回授迴路的輸出信號從導電筆頭輸出。據此，驅動信號經第一放大器A1放大後經由開關46提供給振盪回授迴路，此時依據控制信號SC，開關46為導通，並且開關47為斷開，經過一段時間振盪回授迴路中的第二放大器A2的輸出信號會與驅動信號的相位同步。在經過一定次數的計數或經過一段時間後，控制信號SC控制開關46為斷開並且開關47為開啟，使得經過一定次數的計數或經過一段時間後的延遲驅動信號可由導電筆頭41輸出。本技術領域具有通常知識的技術人員可以推知，驅動信號的接收與延遲驅動信號的輸出可以是由不同的電極實施，但在本發明的最佳模式下，是以同一電極實施，並且由單一電極實施的驅動信號 的接收與延遲驅動信號的輸出並不會同時發生。
依據上述，本發明提供了一種無線電容式書寫裝置，包括：一觸控面板、一電容筆與一控制器。電容筆具有一導電筆頭與一信號轉換電路，導電筆頭接收來自觸控面板的一驅動信號，驅動信號的接收可以是由一電極接收或是由一線圈接收。信號轉換電路依據驅動信號在延遲一預設時間產生一延遲驅動信號，延遲驅動信號經導電筆頭傳送至觸控面板，其中驅動信號與延遲驅動信號具有相同的頻率與相位。延遲驅動信號在驅動信號接收前可能就存在，但沒有從導電筆頭輸出。在接收到驅動信號後，信號轉換電路使得延遲驅動信號與驅動信號同步，並且在經過一定次數的計數或經過一段時間後由導電筆頭輸出延遲驅動信號。
控制器是在一被動模式依據驅動信號在觸控面板與至少一外部導電物件的電容性耦合的變化偵測出所述至少一外部導電物件的位置，並且在一主動模式依據由電容筆接收到的延遲驅動信號偵測電容筆的位置。此外，在被動模式時，控制器是在驅動信號被提供的同時偵測所述至少一外部導電物件的位置，並且在主動模式時，控制器是在驅動信號沒有被提供時偵測電容筆的位置。
此外，在主動模式中，驅動信號的提供可以是逐條掃描，一次提供給一條導電條，直到提供完全部的第一導電條、全部的第二導電條或全部的導電條(包括全部的第一導電條與第二導電條)。另外，也可以是同時提供給多條導電條，例如，控制器是同時提供給全部的第一導電條、全部的第二導電條或全部的導電條(包括全部的第一導電條與第二導電條)。在本發明的最佳模式中，主動模式的驅動信號是限定於一預定頻率，與被動 模式的驅動信號的頻率不同。在被動模式中，外部導電物件的位置可以是採用前述的自電容式偵測或互電容式偵測來達成。
在本發明的一範例中，電容筆內部具有一電池，可以是乾電池或蓄電池，提供電容筆所需的電力。在本發明的另一範例中，電容筆內部具有一內部電容，可以暫時性地儲存電力，並放電提供電容筆電力。例如，前述的觸控面板更包括一屏蔽導電條，在被動模式時，屏蔽導電條被提供一直流信號，以屏蔽外部雜訊對所述導電條的干擾，並且在主動模式時，屏蔽導電條被提供一交流信號，屏蔽導電條在被提供交流信號時形成一第一線圈以產生一電磁信號。如圖4C所示，屏蔽導電條可以是圍繞著全部的第一導電條、全部的第二導電條或全部的導電條(包括全部的第一導電條與第二導電條)。在本發明的一範例中，電容筆接收的驅動信號是第一線圈產生的電磁信號，可以是只由第一線圈而不由所述的部份或全部導電條提供，也可以是由第一線圈與所述的部份或全部導電條同時提供。本技術領域具普通知識的技術人員可以推知，電容筆接收的電力也可以是由其他形式的外部線圈來提供，例如是沒有圍繞導電條的一個或多個線圈。在本發明的一範例中，電容筆更包括一第二線圈，第二線圈與第一線圈的電磁信號電磁感應提供信號轉換電路產生延遲驅動信號的電力。此外，前述的內部電容儲存的是第二線圈以電磁感應產生的電力。
由前述說明可得知，本發明的電容筆特別適用於無線式的電容筆。
請參照圖5A至圖5F，為依據本發明的第四實施例提供的一種忽視手的書寫方法。如圖5A所示，當握持筆52的手53在觸控面板51 的偵測範圍外時，旗標Fin初始設定為0(或偽值(false))。當握持筆52的手53在觸控面板51的偵測範圍時，如圖5B所示，旗標Fin被設定為1(或真值(true))。在本發明的一範例中，當旗標Fin被設定為1時，控制器只提供筆52的位置，忽視握持筆52的手53的位置或忽視除了筆52以外對觸控面板51的接近與接觸。
在旗標Fin被設定為1時，控制器將持續以電容式偵測判斷並記錄手53接近或接觸觸控面板51的手部接觸區域55，如圖5D所示。例如以互電容式偵測，提供一影像56，並偵測影像56中被手53接近或接觸的區域58。在本發明的一範例中，更可以是以一預設範圍59(如矩形或多邊形)慨括地包含被手53接近或接觸的區域58。當筆52為電容式觸控筆時，筆在筆接觸區域54接近或接觸觸控面板51時，影像中亦會產生被筆52接近或接觸的區域57。在本發明的另一範例中，筆52可以是電磁筆，因此不會在影像中產生被筆52接近或接觸的區域57。電磁筆的位置是經由具有多個線圈的電磁式面板偵測。在以下說明中，在旗標Fin被設定為1時，被手53接近或接觸的區域58被記錄為記錄區域或記錄影像。
在旗標Fin被設定為1時，必需是筆與手都不再被偵測到時，旗標Fin才會被再度設定為0。在本發明的一範例中，記錄區域是只偵測並記錄距離筆接觸區域54一距離內的被手53接近或接觸的區域58。例如在平板電腦中，可能是一手握持平板電腦，另一手持筆書寫，握持平板電腦的手可能會有部份手指壓按在平板電腦，若連握持平板電腦的手壓按的區域也屬於記錄區域，有可能會造成旗標Fin都持續被設定為1。
在書寫的過程中，筆52可能會移開或抬高至觸控面板51偵 測不到的範圍，此時如果記錄區域仍有手的接近或接觸，旗標Fin仍設定為1，如圖5D所示。也有可能手離開了觸控面板51但仍偵測到筆52仍在觸控面板的偵測範圍內，旗標Fin也仍設定為1，如圖5E所示。
換言之，一但旗標被設定為1後，除非同時筆與記錄範為內的手都不再讓控制器偵測到(不在觸控面板51的偵測範圍內)時，旗標才會被重新設定為0，如圖5F所示。
藉此，手在書寫過程中可以達成手的忽視(Palm Rejection)模式，即使筆因書寫而離開觸控面板表面，也仍處在手的忽視模式中，不會造成位置的誤報。
依據上述，本發明提出一種觸控面板的偵測方法，請參照圖6所示。如步驟610所示，提供一觸控面板上外部導電物件接近或觸碰的信號。之後，如步驟620所示，在依據觸控面板的信號判斷出至少一外部導電物件是筆時，記錄每一個筆的位置並且每一個筆的位置的一預設範圍內除了筆以外的其他外部導電物件接近或觸碰的區域。並且，如步驟630所示，提供相應於每一個筆的位置的一旗標，並且每一個旗標相應於所相應的筆的位置的預設範圍。此外，如步驟640所示，在每一個筆的位置被偵測到時將相應的旗標設為真值。接下來，如步驟650所示，分別在每一個旗標相應的筆的位置沒有被偵測到並且相應的預設範圍內沒有偵測到任何筆以外的外部導電物件時將旗標設為偽值。此外，如步驟660所示，提供每一個筆的位置與不在每一個被設為真值的旗標相應的預設範圍內的每一個外部導電物件的位置。
前述的步驟620至步驟660可以是由前述的控制器來執行， 並且所述的旗標可以是儲存在一內存，供控制器存取。據此，本發明提出一種觸控面板的偵測裝置，包括一觸控面板、一控制器與一內存。觸控面板偵測觸模屏上外部導電物件接近或觸碰的信號，可以是前述的觸控面板，或是電磁式、紅外線式、類比矩陣電阻式(AMR；analog matrix resistive)、電阻式、光學式、表面聲波式等等。觸控面板不限定是單一類型，也可以是兩種類型複合的形式。例如是電磁式偵測筆，由電容式偵測手的兩種類型的複合形式。也可以是電阻式偵測筆，由電容式偵測手的兩種類型的複合形式。因此，凡是能分辯出筆與手的觸控面板便可適用於本實施例。例如，由單一類形的觸控面板來偵測，如電容式或類比矩陣電阻式，依據偵測到的外部導電物件的接近或觸碰的面積大小來區分出是筆還是手。
控制器在偵測到沒有相應的旗標的筆的位置時新增該筆的位置的旗標。旗標可以是在被設定為偽值時刪除，或是被設定成偽值一段時間後被刪除，也可以是每隔一段時間刪除被設成偽值的旗標。控制器提供每一個筆的位置與不在每一個被設為真值的旗標相應的預設範圍內的每一個外部導電物件的位置。
由於在書寫過程中，筆可能離開觸控面板表面，控制器可能無法偵測到筆，此時，相應於離開觸控面板表面的筆的旗標仍維持最新的預設範圍。換言之，旗標相應的預設範圍隨著相應的筆的位置的移動而移動，當筆被偵測不到(不存在)時，旗標維持最新的預設範圍。
在本發明的一最佳模式中，是限定只能使用一隻筆，如此可適用大部份的系統與觸控面板，應用的程度最廣。在筆只有一個並且預設範是整個觸控面板時，筆的旗標被設為真值時，只會提供筆的位置，而不 提供除了筆以外其他外部導電物件的位置。當然，仍可以如先前例子所說，預設範圍大約比手掌大小稍大，筆的旗標被設為真值時，是筆的位置與不在預設範圍內的每一個外部導電物件的位置。
此外，控制器能追蹤每一個外部導電物件的位置，可以是依據每一個外部導電物件的歷史軌跡來判斷出來，也可以是外部導電物件若離開觸控面板再回到觸控面板，離開前最後的位置與回來的位置在一先定義的範圍內，視為同一外部導電物件，只要原先的旗標仍是真值，仍相應於原先的旗標。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明的申請專利範圍；凡其他為脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包括在下述的申請專利範圍。

Claims (20)

  1. 一種觸控處理器，執行下列步驟：當偵測到一筆近接一觸控面板時，在該觸控面板上設定相應於該筆的位置的一預設區域，以排除該預設區域內的近接信號；以及當偵測到該筆離開該觸控面板，並且該預設區域內沒有任何近接信號時，取消該預設區域。
  2. 根據申請專利範圍第1項之觸控處理器，其中該預設區域內的近接信號是由握持該筆的手產生。
  3. 根據申請專利範圍第2項之觸控處理器，其中當偵測到該筆離開(沒有近接)該觸控面板，但該手仍近接該預設區域時，維持該預設區域，以持續排除該預設區域內該手的近接信號。
  4. 根據申請專利範圍第3項之觸控處理器，其中該預設區域隨著該手的位置之移動軌跡而移動。
  5. 根據申請專利範圍第2項之觸控處理器，其中該預設區域隨著相應的筆的位置之移動軌跡而移動，並且當偵測到該筆離開該觸控面板，但該手仍近接該預設區域時，維持最新或最早的預設區域，以持續排除該預設區域內該手的近接信號。
  6. 根據申請專利範圍第1項之觸控處理器，其中當至少一外部導電物件近接該預設區域外時，輸出該至少一外部導電物件的近接信號。
  7. 根據申請專利範圍第1項之觸控處理器，其中當偵測到沒有相應的預設區域的筆時，設定相應於該筆的預設區域。
  8. 根據申請專利範圍第1項之觸控處理器，其中當該預設區域為整個觸控面板時，只輸出該筆的近接信號，不輸出除了該筆以外其他外部導電物件的近接信號。
  9. 根據申請專利範圍第1項之觸控處理器，其中當至少一外部導電物件靠近或接觸該觸控面板時，該觸控面板產生相應於該外部導電物件靠近或接觸位置的信號為該近接信號。
  10. 根據申請專利範圍第1項之觸控處理器，其中該手的位置位於該預設範圍內，並且該筆的位置位於該預設範圍內或該預設範圍外。
  11. 一種觸控方法，包含：當偵測到一筆近接一觸控面板時，在該觸控面板上設定相應於該筆的位置的一預設區域，以排除該預設區域內的近接信號；以及當偵測到該筆離開該觸控面板，並且該預設區域內沒有任何近接信號時，取消該預設區域。
  12. 根據申請專利範圍第11項之觸控方法，其中該預設區域內的近接信號是由握持該筆的手產生。
  13. 根據申請專利範圍第12項之觸控方法，其中當偵測到該筆離開(沒有近接)該觸控面板，但該手仍近接該預設區域時，維持該預設區域，以持續排除該預設區域內該手的近接信號。
  14. 根據申請專利範圍第13項之觸控方法，其中該預設區域隨著該手的位置之移動軌跡而移動。
  15. 根據申請專利範圍第12項之觸控方法，其中該預設區域隨著相應的筆的位置之移動軌跡而移動，並且當偵測到該筆離開該觸控面板，但該手仍近接該預設區域時，維持最新或最早的預設區域，以持續排除該預設區域內該手的近接信號。
  16. 根據申請專利範圍第11項之觸控方法，其中當至少一外部導電物件近接該預設區域外時，輸出該至少一外部導電物件的近接信號。
  17. 根據申請專利範圍第11項之觸控方法，其中當偵測到沒有相應的預設區域的筆時，設定相應於該筆的預設區域。
  18. 根據申請專利範圍第11項之觸控方法，其中當該預設區域為整個觸控面板時，只輸出該筆的近接信號，不輸出除了該筆以外其他外部導電物件的近接信號。
  19. 根據申請專利範圍第11項之觸控方法，其中當至少一外部導電物件靠近或接觸該觸控面板時，該觸控面板產生相應於該外部導電物件靠近或接觸位置的信號為該近接信號。
  20. 根據申請專利範圍第11項之觸控方法，其中該手的位置位於該預設範圍內，並且該筆的位置位於該預設範圍內或該預設範圍外。
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