TWI671662B

TWI671662B - 主動式觸控筆以及使用其之行動裝置系統

Info

Publication number: TWI671662B
Application number: TW107104445A
Authority: TW
Inventors: 鄭建勇; 施博盛
Original assignee: 英屬開曼群島商敦泰電子有限公司
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2019-09-11
Also published as: TW201935193A

Abstract

本發明關於一種主動式觸控筆以及使用其之行動裝置系統。此主動式觸控筆包括筆尖部、筆身、按鈕、第一天線、第二天線、第一發射電路以及第二發射電路。第一天線配置於筆尖部，而第二天線配置於筆身。第一發射電路的輸出端耦接第一天線，用以輸出第一調變觸控訊號。第二發射電路的輸出端耦接第二天線，用以輸出第二調變觸控訊號。其中，第一調變觸控訊號和第二調變觸控訊號發送至一接收部，此接收部分別對第一和第二調變觸控訊號進行解碼，以判讀其所乘載的數值，且接收部可依據第一以及第二調變觸控訊號檢測出一第一位置及一第二位置，並由此判斷出該筆尖部的位置。

Description

主動式觸控筆以及使用其之行動裝置系統

本發明係關於一種電容感測的技術，更進一步來說，本發明係關於一種主動式觸控筆以及使用其之行動裝置系統。

觸控螢幕目前應用最廣泛的就是電容式觸控螢幕。一般來說，電容式觸控螢幕主要應用在檢測手指的觸控，由於手指觸控在觸控螢幕上的面積較大，故觸控的解析度相對較低。然在某些應用上，例如手寫等，需要較為精準的位置，故有的行動裝置會配置有主動式觸控筆。主動式觸控筆一般是利用電磁感應，也就是透過筆尖發射電磁訊號，並透過行動裝置的觸控面板內部埋藏的X軸與Y軸感應導線感應出筆尖的電磁訊號之位置，進一步找到準確的座標。

另一種方式則是採用主動式觸控筆。第1圖繪示先前技術的主動式觸控筆10的電路示意圖。請參考第1圖，此主動式觸控筆10包括一筆尖天線101以及一訊號產生器102。其感測方式是在電容式觸控筆的筆尖設置天線101，並透過主動式觸控筆內部的訊號產生器102發射訊號，藉由原本的電容式觸控面板進行電容感測，獲得座標。

然而，當主動式觸控筆10傾斜時，由於天線也跟著傾斜，導致傾斜後檢測到的座標11，與實際筆尖的座標12有所差距。為了解決這個問題，現有技術提出了一種解決方式，如第2圖所示。第2圖繪示了主動式觸控筆20的電路示意圖。此主動式觸控筆20除了包括筆尖天線201與訊號產生器202之外，還包括了筆身訊號屏蔽遮罩203。藉由上述筆身訊號屏蔽遮罩203，遮住了部分筆尖天線201以及訊號產生器202與筆尖天線201之間的走線，使得所檢測到的電容座標23可更加接近理想的筆尖座標22。然而，這種方式無法獲得觸控筆的傾斜角度以及實際觸控的座標，並且筆身訊號屏蔽遮罩203會擋住大部分的能量，使得輸出能量較微弱。故，現有技術實有改善之必要。

本發明的一目的在於提供一種主動式觸控筆以及使用其之行動裝置系統，修正了筆尖位置，並且同時傳輸壓力感測值以及按鈕下壓判定值。

有鑒於此，本發明提供一種主動式觸控筆，此主動式觸控筆包括一筆尖部、一筆身、一第一天線、一第二天線、一第一發射電路以及一第二發射電路。上述筆身連接筆尖部，上述按鈕配置於筆身。第一天線配置於筆尖部。第二天線配置於筆身。第一發射電路包括一輸出端，其中，第一發射電路的輸出端耦接第一天線，用以輸出一第一調變觸控訊號。第二發射電路包括一輸出端，其中，第二發射電路的輸出端耦接第二天線，用以輸出一第二調變觸控訊號，其中，第一調變觸控訊號以及第二調變觸控訊號發送至一接收部，此接收部分別對第一調變觸控訊號以及第二調變觸控訊號進行解碼，以判讀其所乘載的一第一資料與一第二資料，且接收部可依據第一調變觸控訊號以及第二調變觸控訊號檢測出一第一位置及一第二位置，並由此判斷出該筆尖部的位置。

本發明另外提供一種行動裝置系統，此行動裝置系統包括一行動裝置以及一主動式觸控筆。上述行動裝置包括一觸控面板，此觸控面板具有一電容感測模式以及一接收模式。主動式觸控筆包括一筆尖部、一筆身、一第一天線、一第二天線、一第一發射電路以及一第二發射電路。上述筆身連接筆尖部，上述按鈕配置於筆身。第一天線配置於筆尖部。第二天線配置於筆身。第一發射電路包括一輸出端，其中，第一發射電路的輸出端耦接第一天線，用以輸出一第一調變觸控訊號。第二發射電路包括一輸出端，其中，第二發射電路的輸出端耦接第二天線，用以輸出一第二調變觸控訊號，其中，當行動裝置的觸控面板在一接收模式時，觸控面板根據第一調變觸控訊號檢測出一第一位置，同時，觸控面板根據第二調變觸控訊號檢測出一第二位置，根據第一位置與第二位置判斷出筆尖部位置。在接收模式時，觸控面板分別對第一調變觸控訊號以及第二調變觸控訊號進行解調變，以解碼出所乘載的一第一資料與一第二資料，其中，行動裝置藉由上述第一資料與第二資料進行一對應操作。

依照本發明較佳實施例所述之主動式觸控筆以及行動裝置系統，上述第一發射電路所輸出的第一調變觸控訊號用以傳送筆尖壓力值，且第二發射電路所輸出的第二調變觸控訊號用以傳送按鈕下壓判定值。在另一較佳實施例中，上述第二發射電路所輸出的第二調變觸控訊號用以傳送筆尖壓力值，且第一發射電路所輸出的第一調變觸控訊號用以傳送按鈕下壓判定值。

依照本發明較佳實施例所述之主動式觸控筆以及行動裝置系統，上述第二調變觸控訊號以及第一調變觸控訊號之訊號係同一調變訊號，且乘載該筆尖壓力值以及該按鈕下壓判定值。另外，在一較佳實施例中，上述筆尖壓力值以及上述按鈕下壓判定值分別以沃爾什轉換並相加以獲得該調變訊號。

本發明的精神在於利用兩個不同位置的天線同時發射訊號，由於兩天線的位置距離已知，故觸控面板若檢測到兩天線各別之觸控點位置時，藉由已知的兩天線之距離以及此兩天線各別之觸控點位置的距離，判斷出傾斜角度以及實際筆尖的位置。另外，此兩個發射訊號還可以用來傳送例如筆尖壓力值、按鈕判定值、觸控筆剩餘電量、品牌資訊或其它可供使用者判讀的資訊等，藉此讓行動裝置與主動式觸控筆之間的應用能夠更加擴展。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

10、20‧‧‧主動式觸控筆

101、201‧‧‧筆尖天線

102、202‧‧‧訊號產生器

11‧‧‧傾斜後檢測到的座標

12‧‧‧實際筆尖的座標

203‧‧‧筆身訊號屏蔽遮罩

23‧‧‧電容座標

22‧‧‧理想的筆尖座標

301‧‧‧行動裝置

302‧‧‧主動式觸控筆

303‧‧‧電容式觸控面板

401‧‧‧筆尖部

402‧‧‧筆身

403‧‧‧按鈕

404‧‧‧第一天線

405‧‧‧第二天線

406‧‧‧第一發射電路

407‧‧‧第二發射電路

STX1‧‧‧第一調變觸控訊號

STX2‧‧‧第二調變觸控訊號

Ts‧‧‧觸控檢測時間

Tc‧‧‧電容感測期間

Tr‧‧‧接收模式期間

第1圖繪示為先前技術的主動式觸控筆10的電路示意圖。

第2圖繪示了另一先前技術的主動式觸控筆20的電路示意圖。

第3圖繪示為本發明一較佳實施例的行動裝置系統之示意圖。

第4圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式觸控筆40之電路示意圖。

第5圖繪示為行動裝置在進行觸控感測時的模式切換示意圖。

第6圖繪示為本發明一較佳實施例的無線充電接收器之電路圖。

第7圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式觸控筆的訊號傳輸示意圖。

第3圖繪示本發明一較佳實施例的行動裝置系統之示意圖。請參考第3圖，此行動裝置系統包括一行動裝置301以及一主動式觸控筆302。此行動裝置301例如是智慧型手機、平板電腦或具有觸控功能的筆記型電腦等電子裝置。在此實施例是以智慧型手機或平板電腦做舉例。此行動裝置301包括一電容式觸控面板303，此電容式觸控面板303例如是嵌入式觸控面板(in-cell touch display panel)或外掛式觸控面板。此行動裝置也可以稱為接收部，作為接收主動式觸控筆所發射的訊號，並將所接收的訊號進行處理，例如解碼等。

第4圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式觸控筆302之電路示意圖。請參考第4圖，此主動式觸控筆302包括一筆尖部401、一筆身402、一按鈕403、一第一天線404、一第二天線405、一第一發射電路406以及一第二發射電路407。上述筆身402連接筆尖部401，且上述按鈕配置於筆身402。第一天線404配置於筆尖部401。第二天線405配置於筆身402。第一發射電路406的輸出端耦接第一天線404，用以輸出第一調變觸控訊號STX1。第二發射電路407的輸出端耦接第二天線405，用以輸出第二調變觸控訊號STX2。

第5圖繪示行動裝置在進行觸控感測時的模式切換示意圖。請參考第5圖，在本發明的實施例中，觸控面板在觸控檢測時間Ts會被分為兩個期間，第一期間為電容感測期間Tc，第二期間為接收模式期間Tr。在電容感測期間Tc時，電容式觸控面板303發射觸控感測訊號並根據觸控感測訊號的電場被導體或手指吸收的衰減度判斷導體或手指的座標。在接收模式期間Tr時，電容式觸控面板303可轉換為授受訊號模式，以等待外界的主動式觸控筆302所發射的訊號，並根據主動式觸控筆302所發射的訊號被接收的位置，判斷筆尖401的座標。

第6圖繪示本發明一較佳實施例的主動式觸控筆302之檢測示意圖。請參考第6圖，在此實施例中，由於本發明較佳實施例的主動式觸控筆302具有兩組天線404與405，若使用者傾斜的使用此主動式觸控筆302，電容式觸控面板303在接收模式期間Tr會檢測到第一調變觸控訊號STX1的座標(X1,Y1)以及第二調變觸控訊號STX2的座標(X2,Y2)。又，第一天線404與第二天線405的距離是已知的，故可以利用三角函數運算或外差法運算判斷出筆尖401之位置。同樣地，電容式觸控面板303在接收模式期間Tr，電容式觸控面板303將所接收的第一調變觸控訊號STX1以及第二調變觸控訊號STX2進行解調變，藉由解調變的結果，以解碼出乘載的資料例如一筆尖壓力值以及一按鈕下壓判定值，其中，筆尖壓力值即使用者在使用此觸控筆時，對筆尖的壓力，按鈕下壓判定值則是使用者在使用此觸控筆時，是否下壓按鈕。在一實施例中，觸控筆也可以是不包括按鈕的態樣，因此，解調變的結果數值並不會包括按鈕下壓判定值。在上述實施例中，也可以傳送例如筆尖壓力值與電池剩餘電量資訊或筆尖壓力值、品牌資訊或其它可供使用者判讀的資料等。故本發明並不限定在具有按鈕的主動式觸控筆。

一般來說，筆尖壓力值是用來檢測使用者在繪圖或寫字時，所用的力道深淺，故可以用來判斷繪畫/手寫的顏色深淺。而按鈕是否下壓則是可以根據行動裝置系統的設計，給予兩種不同的應用。舉例來說，有下壓按鈕時，會進入截圖模式，將使用者所劃過的封閉區域進行截圖，若沒有下壓按鈕，則會被判定是一般的觸控或繪圖行為。

根據上述的硬體設計，在訊號傳輸與解調變的部分可以用兩個不同頻率的訊號。第7圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式觸控筆的訊號傳輸示意圖。請參考第7圖，第一發射電路406發射出第一調變觸控訊號STX1，用以乘載筆尖壓力值；第二發射電路407發射出第二調變觸控訊號STX2，用以乘載按鈕下壓判定值。在另一實施例中，第一發射電路406發射出第一調變觸控訊號STX1，用以乘載按鈕下壓判定值；第二發射電路407發射出第二調變觸控訊號STX2，用以乘載筆尖壓力值。由於電容式觸控面板303在接收模式期間僅用以做接收的動作，透過不同頻率的帶通濾波器功能，故可以接收兩種不同的訊號。藉由解調變，可以分別獲得筆尖壓力值以及按鈕下壓判定值。

另一個方式，是讓第一天線404以及第二天線405所發射的第一調變觸控訊號STX1以及第二調變觸控訊號STX2為同一個調變訊號，而此調變訊號同時乘載筆尖壓力值以及按鈕下壓判定值。為了簡單說明調變的方式，以下以分碼多工接取(Code Division Multiplex Access，CDMA)以及沃爾什轉換(Walsh Transform)作為舉例。舉例來說，第一個所欲傳輸的資料為(1,0,1)，第二個所欲傳輸資料為(1,1,0)，且採用8×8沃爾什矩陣作為資料的調變與解調變依據。其中，8×8沃爾什矩陣如下：

第一步：將第一個所欲傳輸的資料(1,0,1)的0的部分先轉換為-1後，以第一通道(沃爾什矩陣的第一列)進行調變，獲得一第一通道資料[1×第一通道，-1×第一通道，1×第一通道]，也就是[1,1,1,1,1,1,1,1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,1,1,1,1,1]；另外，將第二個所欲傳輸的資料(1,1,0)的0的部分先轉換為-1後，以第二通道(沃爾什矩陣的第二列)進行調變，獲得一第二通道資料[1×第二通道，-1×第二通道，1×第二通道]，也就是[1,1,1,1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,1]。

第二步：將所獲得的第一通道資料以及第二通道資料相加，即[1,1,1,1,1,1,1,1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,1,1,1,1,1]+[1,1,1,1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,1,1]=[2,2,2,2,0,0,0,0,0,0,0,0,-2,-2,-2,-2,0,0,0,0,2,2,2,2]

第三步：將上述24筆數位資料[2,2,2,2,0,0,0,0,0,0,0,0,-2,-2,-2,-2,0,0,0,0,2,2,2,2]，藉由脈波調變或其他調變方式傳送到電容式觸控面板303。

電容式觸控面板303在接收到上述24筆數位資料[2,2,2,2,0,0,0,0,0,0,0,0,-2,-2,-2,-2,0,0,0,0,2,2,2,2]後，用以下方式進行解調變：

第一步：將上述數位資料[2,2,2,2,0,0,0,0,0,0,0,0,-2,-2,-2,-2,0,0,0,0,2,2,2,2]，以每8個資料作為一筆資料，分成三筆資料，獲得[2,2,2,2,0,0,0,0]；[0,0,0,0,-2,-2,-2,-2]；[0,0,0,0,2,2,2,2]。

第二步：將上述三筆資料[2,2,2,2,0,0,0,0]；[0,0,0,0,-2,-2,-2,-2]；[0,0,0,0,2,2,2,2]分別和第一通道(沃爾什矩陣的第一列)[1,1,1,1,1,1,1,1]進行內積運算，獲得[8,-8,8]，故可以獲得第一個通道的資料為[1,0,1]。

第三步：將上述三筆資料[2,2,2,2,0,0,0,0]；[0,0,0,0,-2,-2,-2,-2]；[0,0,0,0,2,2,2,2] 分別和第二通道(沃爾什矩陣的第二列)[1,1,1,1,-1,-1,-1,-1]進行內積運算，獲得[8,8,-8]，故可以獲得第一個通道的資料為[1,1,0]。

藉此，即便第一調變觸控訊號STX1與第二調變觸控訊號STX2是相同的調變訊號，仍可以解碼出兩個不同的資料。值得一提的是，上述實施例中，解調變的方式可以是以第一調變觸控訊號和第二調整觸控訊號為正交的方式進行。

綜上所述，本發明的精神在於利用兩個不同位置的天線同時發射訊號，由於兩天線的位置距離已知，故觸控面板若檢測到兩天線各別所發射之兩個觸控點位置訊號時，藉由已知的兩天線之距離以及兩個觸控點的距離，判斷出傾斜角度以及實際筆尖的位置。另外，此兩個發射訊號還可以用來傳送筆尖壓力值以及按鈕判定值，藉此讓行動裝置與主動式觸控筆之間的應用能夠更加擴展。再者，本發明可同時發射觸控點的訊號和筆尖壓力值，因此可加速行動裝置觸控及壓力檢測的反應速度。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種主動式觸控筆，此主動式觸控筆包括：一筆尖部；一筆身，連接該筆尖部；一第一天線，配置於該筆尖部；一第二天線，配置於該筆身；一第一發射電路，包括一輸出端，其中，該第一發射電路的輸出端耦接該第一天線，用以輸出一第一調變觸控訊號；以及一第二發射電路，包括一輸出端，其中，該第二發射電路的輸出端耦接該第二天線，用以輸出一第二調變觸控訊號，其中，該第一調變觸控訊號和該第二調變觸控訊號發送至一接收部，此接收部分別對該第一調變觸控訊號和該第二調變觸控訊號進行解碼，以判讀其所乘載的一第一資料與一第二資料，且該接收部可依據該第一調變觸控訊號以及該第二調變觸控訊號檢測出一第一位置及一第二位置，並由此判斷出該筆尖部的位置。
如申請專利範圍第1項所記載之主動式觸控筆，更包括一按鈕配置於該筆身。
如申請專利範圍第1項所記載之主動式觸控筆，其中，該第一資料與該第二資料分別包括一筆尖壓力值以及一按鈕下壓判定值。
如申請專利範圍第3項所記載之主動式觸控筆，其中，該第一發射電路所輸出的該第一調變觸控訊號用以傳送該筆尖壓力值，且該第二發射電路所輸出的該第二調變觸控訊號用以傳送該按鈕下壓判定值。
如申請專利範圍第3項所記載之主動式觸控筆，其中，該第二發射電路所輸出的該第二調變觸控訊號用以傳送該筆尖壓力值，且該第一發射電路所輸出的該第一調變觸控訊號用以傳送該按鈕下壓判定值。
如申請專利範圍第3項所記載之主動式觸控筆，其中，該第二調變觸控訊號以及該第一調變觸控訊號之訊號係同一調變訊號，且分別乘載該筆尖壓力值以及該按鈕下壓判定值。
如申請專利範圍第6項所記載之主動式觸控筆，其中，該筆尖壓力值以及該按鈕下壓判定值分別以沃爾什轉換並相加以獲得該調變訊號。
如申請專利範圍第1項所記載之主動式觸控筆，其中該接收部包括一具有觸控面板的電子裝置。
一種行動裝置系統，包括：一行動裝置，包括：一觸控面板，其中，該觸控面板具有一電容感測模式以及一接收模式；一主動式觸控筆，包括：一筆尖部；一筆身，連接該筆尖部；一第一天線，配置於該筆尖部；一第二天線，配置於該筆身；一第一發射電路，包括一輸出端，其中，該第一發射電路的輸出端耦接該第一天線，用以輸出一第一調變觸控訊號；以及一第二發射電路，包括一輸出端，其中，該第二發射電路的輸出端耦接該第二天線，用以輸出一第二調變觸控訊號，其中，當該行動裝置的該觸控面板在一接收模式時，該觸控面板根據該第一調變觸控訊號檢測出一第一位置，同時，該觸控面板根據該第二調變觸控訊號檢測出一第二位置，根據該第一位置與該第二位置判斷出該筆尖部位置；其中，在該接收模式時，該觸控面板分別對該第一調變觸控訊號以及該第二調變觸控訊號進行解調變，以解碼出所乘載的一第一資料與一第二資料，其中，該行動裝置藉由該第一資料與該第二資料進行一對應操作。
如申請專利範圍第9項所記載之行動裝置系統，更包括一按鈕配置於該筆身。
如申請專利範圍第10項所記載之行動裝置系統，其中該第一資料與該第二資料分別包括一筆尖壓力值以及一按鈕下壓判定值。
如申請專利範圍第11項所記載之行動裝置系統，其中，該第一發射電路所輸出的該第一調變觸控訊號用以傳送該筆尖壓力值，且該第二發射電路所輸出的該第二調變觸控訊號用以傳送該按鈕下壓判定值。
如申請專利範圍第11項所記載之行動裝置系統，其中，該第二發射電路所輸出的該第二調變觸控訊號用以傳送該筆尖壓力值，且該第一發射電路所輸出的該第一調變觸控訊號用以傳送該按鈕下壓判定值。
如申請專利範圍第11項所記載之行動裝置系統，其中，該第二調變觸控訊號以及該第一調變觸控訊號之訊號係同一調變訊號，且乘載該筆尖壓力值以及該按鈕下壓判定值。
如申請專利範圍第14項所記載之行動裝置系統，其中，該筆尖壓力值以及該按鈕下壓判定值分別以沃爾什轉換並相加以獲得該調變訊號。
申請專利範圍第14項所記載之行動裝置系統，其中，該第一調變觸控訊號和該第二調整觸控訊號係以正交的方式進行解調變。