CN106843545A - 主动式触控笔及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种主动式触控笔及其控制方法，适用于一触控面板。触控面板包含有多个驱动电极及多个感应电极，每一驱动电极用以发送一面板驱动信号，感应电极用以接收面板驱动信号。主动式触控笔包含有一接收元件用以接收面板驱动信号、一感测模块用以得出面板驱动信号的信号特性、一信号产生器用以产生模拟驱动信号、一驱动元件发送模拟驱动信号及一控制单元。控制单元依据面板驱动信号的信号特性而透过信号产生器产生与面板驱动信号同步且同相的模拟驱动信号。藉此，在互容模式下，触控面板可达成多点触控及分辨手与主动式触控笔的功能。

Description

主动式触控笔及其控制方法
技术领域
本发明是关于一种触控笔，特别是一种主动式触控笔。
背景技术
目前主流的投射式电容触控面板为互容式架构，此等触控面板通常设有多个驱动电极及多个感应电极，且该些驱动、感应电极垂直交错排列。而该些驱动、感应电极的交界处即形成感应电容，当一手指接触触控面板时，对应感应电容即产生变化，触控面板便能得出该手指的触控位置。
另一方面，触控笔是常见用于协助使用者在触控面板上书写或作画的辅助工具。市面上的触控笔大致上可分类成被动式及主动式二种，其主要差异是主动式触控笔可发送驱动信号供触控面板的感应电极感测，但被动式触控笔不会发送驱动信号。然而，现有主动式触控笔通常是发送模拟手指的驱动信号，使触控面板中的感应电容产生变化，但触控面板的控制晶片并无法分辨主动式触控笔或手接触的差异。虽然已有厂商推出可切换模式的触控面板，当此触控面板处于自容模式(所有电极(包含驱动电极)皆切换成感应电极)时，其控制晶才能分辨出主动式触控笔或手接触的差异，但此触控面板仅能支援单点触控。由此可知，如何提供一种主动式触控笔可使触控面板实现多笔触控及分辨手触摸的功能是相关业者努力的目标之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种主动式触控笔及其控制方法，使一触控面板可分辨出该主动式触控笔及手的触摸亦能支援多点触控。
为达上述目的，本发明提供一种主动式触控笔，其适用于一触控面板。该触控面板包含有多个驱动电极及多个感应电极，每一该驱动电极用以发送一面板驱动信号，该些感应电极用以接收该面板驱动信号。该主动式触控笔包含有一接收元件、一感测模块、一信号产生器、一驱动元件及一控制单元。该接收元件用以接收该面板驱动信号。该感测模块耦接该接收元件，并用以反应于该面板驱动信号而得出该面板驱动信号的信号特性。该信号产生器用以产生一模拟驱动信号。该驱动元件耦接该信号产生器，并用以发送该模拟驱动信号。该控制单元耦接该感测模块及该信号产生器，并依据该面板驱动信号的信号特性而透过该信号产生器产生与该面板驱动信号同步且同相的该模拟驱动信号。
本发明另提供一种主动式触控笔的控制方法，该主动式触控笔适用于一触控面板，该触控面板包含有多个驱动电极及多个感应电极，每一该驱动电极用以发送一面板驱动信号，该些感应电极用以接收该面板驱动信号，而该控制方法包含下列步骤。接收该面板驱动信号。取得该面板驱动信号的信号特性。依据该面板驱动信号的信号特性而产生与该面板驱动信号同步且同相的该模拟驱动信号。发送该模拟驱动信号。
由于该些感应电极所感测到一手指的感测信号与该面板驱动信号反相，当该手指与该主动式触控笔接触该触控面板时，对应感应电极将感测到相位不同的二感测值，从而分辨出该手指或该主动式触控笔。此外，该触控面板能维持在互容模式下(无须将驱动电极切换成感应电极)实现多数该主动式触控笔的输入控制。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1是依据本发明较佳实施例的主动式触控笔的元件方块图。
图2是触控面板的示意图。
图3是依据本发明较佳实施例的主动式触控笔的控制方法的流程图。
图4A是驱动电极所发送的面板驱动信号的波形图范例。
图4B是电容感测器所感测到的信号强度的波形图范例。
图4C是模拟驱动信号的波形图范例。
图5是书写示意图及对应感测波形图范例。
其中，附图标记
1主动式触控笔 5手
10接收元件
20感测模块 21电容感测器 23放大电路
30信号产生器 40驱动元件 50控制单元
51,53信号强度
60触控面板 61驱动电极 63感应电极
S31～S37步骤
A1,A2,A3振幅值 D占空比 f频率
SC控制信号 SC控制信号 SD模拟驱动信号
SO输出信号 SP面板驱动信号 SS信号强度
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
请参照图1是本发明一较佳实施例的主动式触控笔1的元件方块图。该主动式触控笔1包含有一接收元件10、一感测模块20、一信号产生器30、一驱动元件40及一控制单元50。该主动式触控笔1适用于一电容式的触控面板60，请参照图2，该触控面板60包含有多个驱动电极61及与该些驱动电极61交错的多个感应电极63(即互容架构)，每一该驱动电极61用以发送一面板驱动信号SP，该些感应电极63用以接收该面板驱动信号SP。
需说明的是，图2所示该些驱动及感应电极61,63的数量仅用于方便说明，依据不同设计需求，于其他实施例中，该些驱动及感应电极61,63可能有不同数量。
该接收元件10可以是任何可接受(感应)该面板驱动信号SP的导电材质(例如，金属、金属氧化物、石墨烯等)所制成的元件。该接收元件10用以接收该面板驱动信号SP。
该感测模块20耦接该接收元件10并用以取得该面板驱动信号SP的信号特性(例如，信号强度、峰值、谷值、频率等)。该感测模块20包含有一电容感测器21及一放大电路23。该电容感测器21反应于该面板驱动信号SP而得出对应的信号强度SS(即振幅值或称感测值)，该放大电路23反应于该面板驱动信号SP而输出一输出信号SO。于本实施例中，该放大电路23是一比较器，将该面板驱动信号SP及一参考信号(与该面板驱动信号SP的峰值相关)输入至该比较器，若该面板驱动信号SP的信号强度大于该参考信号的信号强度，则该比较器输出例如是高电位的输出信号SO；反之，则该比较器输出低电位的输出信号SO。
需说明的是，依据不同设计需求，该电容感测器21及该放大电路23可整合成模块、晶片或电路，然于其他实施例中，其二者可以是独立单元。
该信号产生器30可接收一控制信号SC并依据该控制信号SC而产生对应的模拟驱动信号SD。该控制信号SC是用以指示该模拟驱动信号SD的信号特性，而于本实施例中，该模拟驱动信号SD的信号特性包含有一占空比(duty cycle)及一振幅值其中至少一者、以及一模拟时序信息(例如，每一周期的起始时间点、周期或频率等)。
该驱动元件40是与该接收元件10相同或相似导电材质所制成的元件。该驱动元件40耦接该信号产生器30并用以发送该模拟驱动信号SD。
该控制单元50可以是微控制器、晶片或其他可程式化的一般用途或特殊用途的控制器等类似元件或上述元件的组合。该控制单元50耦接该感测模块20的电容感测器21及放大电路23、以及该信号产生器30，该控制单元50可接收该信号强度SS及该输出信号SO，该控制单元50并具有计时(例如内建时脉产生器、振荡器等)、运算、纪录等功能，以发送该控制信号SC至该信号产生器30。
前述说明是相关于该主动式触控笔1的元件设计，以下将搭配图3、图4A至图4C进一步说明该主动式触控笔1的控制方法。
请先参照图4A是其中一该驱动电极61所发送的面板驱动信号SP的波形图范例。该面板驱动信号SP是一具有振幅值A1且频率f的脉波信号。请参照图3，而当该主动式触控笔1接近至与该触控面板60相距一定距离(例如，大约0.5～1公分)时，该接收元件10即可接收到该面板驱动信号SP(步骤S31)。
在步骤S33中，该感测模块20取得该面板驱动信号SP的信号特性。请参照图4B是该电容感测器21所感测到的信号强度SS的波形图范例，该电容感测器21所感测到的是一具有振幅值A2且频率f的信号。该电容感测器21即得出其所感测该面板驱动信号SP的信号强度SS。
于本实施例中，在该控制单元50取得该面板驱动信号SP的信号强度SS之后，为了反应该主动式触控笔1与该触控面板60的距离，该控制单元50依据该信号强度SS决定该模拟驱动信号SD的信号特性。于本实施例中，该模拟驱动信号SD的信号特性是一占空比D及一振幅值A3。请参照下表(1)是该模拟驱动信号SD的信号特性：
表(1)
频率f(kHz) 占空比D 振幅值A3(伏特) 信号强度
100 50％ 5 -20
100 50％ 10 -40
100 25％ 5 -10
100 25％ 10 -20
100 75％ 5 -30
100 75％ 10 -60
由于该电容感测器21所感测到该面板驱动信号SP的信号强度和该主动式触控笔1与该触控面板60之间的距离相关，因此该模拟驱动信号SD的信号特性亦随该面板驱动信号SP的信号强度而改变。其中，该占空比D与该振幅值A3的乘积相关于该电容感测器21所感测到的信号强度SS。
需说明的是，本实施例结合脉冲宽度及脉冲振幅调变PWM,PAM仅是用于范例说明；于其他实施例中，依据不同触控面板的设计需求，其面板驱动信号SP可能以不同信号或调变方式编码，而该模拟驱动信号SD则需随该面板驱动信号SP的信号特性改变。
另一方面，该放大电路23则依据该面板驱动信号SP的信号强度而输出一输出信号SO。该控制单元50依据该放大电路23的输出信号SO得出该面板驱动信号SP的二相邻峰值，例如该控制单元50判断该输出信号SO是由低电位转变成高电位，该控制单元50并计算该二相邻峰值的时间差以得出该频率(时间差的倒数即为该面板驱动信号SP的频率f)。该控制单元50即可依据该面板时讯信息决定该模拟驱动信号SD的模拟时序信息，于本实施例中，该面板驱动信号SP的频率f相等于该模拟驱动信号SD的频率f。此外，该控制单元50可推算该面板驱动信号SP在每一周期的起始时间点，使该面板驱动信号SP与该模拟驱动信号SD同步。
需说明的是，计算信号频率或周期的方式还有很多种，例如，该放大电路23是一运算放大器，而该控制单元50即可得出该面板驱动信号SP的一峰值及一相邻谷值，依据该峰值及该谷值的时间差亦可推算出频率；或者，该控制单元50计算二相邻谷值的时间差等。
在步骤S35中，该控制单元50依据该面板驱动信号SP的信号特性，并将用以指示该模拟驱动信号SD的信号特性(即频率f、振幅值A3、占空比D、每一周期的起始时间点)的控制信号SC传送至该信号产生器30，以控制该信号产生器30产生与该面板驱动信号SP同步(即频率及起始时间点一致)的模拟驱动信号SD(如图4C所示)，该信号产生器30并将该模拟驱动信号SD与该面板驱动信号SP同相(同时参照第4A、4C图)。在步骤S37中，该驱动元件40便可发送该模拟驱动信号SD。
请参照图5，当一手5与该主动式触控笔1接触该触控面板60时，该主动式触控笔1所发送的模拟驱动信号SD与该面板驱动信号SP同相，则该触控面板60会感测到负值的信号强度51；而该手5所造成的电容变化则使该触控面板60感测到正值的信号强度53，从而分辨出该主动式触控笔1及该手5的触碰。也就是说，在互容模式(即该些驱动电极仍发送该面板驱动信号SP)下，该触控面板60仍可辨识出该主动式触控笔1及该手5，进而可过滤该手5的感测信号以达成防手触的书写功能。此外，在互容模式下，当二或更多该主动式触控笔1同时接近该触控面板60时，该触控面板60可透过该些感应电极63依序感测电容变化，从而得出该些主动式触控笔1的感测位置，且不会有鬼点情况发生。
另一方面，该模拟驱动信号SD的信号特性是相关于该电容感测器21所得出信号强度SS(即相关于该主动式触控笔1与该触控面板60的距离)，该触控面板60即可依据反应于该模拟驱动信号SD所感测到的信号强度，来判断该主动式触控笔1与该触控面板60的距离，进而模拟出笔触轻重变化或其他笔触情况。需说明的是，该控制单元50亦可固定该模拟驱动信号SD的占空比D及振幅值A3，仍可达成分辨该主动式触控笔1及该手5、以及多点触控的功能。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种主动式触控笔，其特征在于，适用于一触控面板，该触控面板包含有多个驱动电极及多个感应电极，每一该驱动电极用以发送一面板驱动信号，该些感应电极用以接收该面板驱动信号，而该主动式触控笔包含有：
一接收元件，用以接收该面板驱动信号；
一感测模块，耦接该接收元件，该感测模块用以反应于该面板驱动信号而得出该面板驱动信号的信号特性；
一信号产生器，用以产生一模拟驱动信号；
一驱动元件，耦接该信号产生器，该驱动元件用以发送该模拟驱动信号；以及
一控制单元，耦接该感测模块及该信号产生器，该控制单元依据该面板驱动信号的信号特性而透过该信号产生器产生与该面板驱动信号同步且同相的该模拟驱动信号。
2.如权利要求1所述的主动式触控笔，其特征在于，该面板驱动信号的信号特性包含有一信号强度，该感测模块包含有一电容感测器耦接该接收元件及该控制单元，该电容感测器反应于该面板驱动信号而得出对应的信号强度，而该控制单元依据该信号强度决定该模拟驱动信号的信号特性。
3.如权利要求1所述的主动式触控笔，其特征在于，该模拟驱动信号是一脉波信号，而该模拟驱动信号的信号特性包括一占空比及一振幅值其中至少一者。
4.如权利要求1所述的主动式触控笔，其特征在于，该面板驱动信号的信号特性包含有一面板时序信息，该模拟驱动信号的信号特性包含有一模拟时序信息，该感测模块包含有一放大电路耦接该接收元件及该控制单元，该放大电路反应于该面板驱动信号而输出一输出信号，该控制单元依据该输出信号得出该面板时序信息，且该控制单元依据该面板时讯信息决定该模拟驱动信号的模拟时序信息。
5.如权利要求4所述的主动式触控笔，其特征在于，该时序信息是一频率，而该控制单元依据该输出信号得出该面板驱动信号的二相邻峰值，该控制单元并计算该二相邻峰值的时间差以得出该频率。
6.一种主动式触控笔的控制方法，其特征在于，该主动式触控笔适用于一触控面板，该触控面板包含有多个驱动电极及多个感应电极，每一该驱动电极用以发送一面板驱动信号，该些感应电极用以接收该面板驱动信号，而该控制方法包括：
接收该面板驱动信号；
取得该面板驱动信号的信号特性；
依据该面板驱动信号的信号特性而产生与该面板驱动信号同步且同相的该模拟驱动信号；以及
发送该模拟驱动信号。
7.如权利要求6所述的主动式触控笔的控制方法，其特征在于，该面板驱动信号的信号特性包含有一信号强度，而取得该面板驱动信号的信号特性的步骤包括：
反应于该面板驱动信号而得出对应的信号强度；以及
依据该信号强度决定该模拟驱动信号的信号特性。
8.如权利要求7所述的主动式触控笔的控制方法，其特征在于，该模拟驱动信号是一脉波信号，而该模拟驱动信号的信号特性包括一占空比及一振幅值其中至少一者。
9.如权利要求6所述的主动式触控笔的控制方法，其特征在于，该面板驱动信号的信号特性包含有一面板时序信息，该模拟驱动信号的信号特性包含有一模拟时序信息，而取得出该面板驱动信号的信号特性的步骤包括：
依据该面板驱动信号得出该面板时序信息；以及
依据该面板时讯信息决定该模拟驱动信号的模拟时序信息。
10.如权利要求9所述的主动式触控笔的控制方法，其特征在于，该时序信息是一频率，而依据该面板驱动信号得出该面板时序信息的步骤包括：
决定该面板驱动信号的二相邻峰值；以及
计算该二相邻峰值的时间差以得出该频率。
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