TWI537776B - 觸控輸入裝置及系統 - Google Patents

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Description

觸控輸入裝置及系統
本發明係關於觸控輸入裝置及系統，尤指一種用於電容式觸控螢幕的觸控輸入裝置及系統。
觸控技術依感應原理可分為電阻式(Resistive)、電容式(Capacitive)、音波式(Surface Acoustic Wave)及光學式(Optics)等，隨著使用的便利性及多點觸控的需求，使用手指輸入的電容式觸控技術已成為目前電子產品的觸控解決方案之主流。
電容式觸控面板是利用在基板的表面鍍上一層透明的金屬電極圖案。當手指接近或觸碰此觸控面板時，手指因為屬導體且帶有等效電容，因此手指會與金屬電極圖案會形成一耦合電容，此時觸控面板在觸碰點上的電極的靜電電容量就會發生變化，進而使得該電極的電壓或電流發生改變。再經由比較相鄰電極的電壓差異，觸控點的位置就可被計算出來。
然而，使用手指輸入雖然方便，但如要在觸控螢幕上描繪出不同粗細的線條，或是針對精細位置之間的觸碰辨識，透過手指顯然難以達上述要求。因此，為了增加觸控的精準度，而有採用觸控筆的方案被提 出。然而，現有的常見的電容式觸控筆其原理大多是在金屬筆管前緣設置一導電塑膠或導電橡膠材質的筆尖，其雖然可比使用手指輸入達到較精準的觸控，但電容式觸控筆卻無法根據下筆力道的大小而於螢幕上呈現對應的線條粗細，仍有使用上的缺憾。
據此，為了在螢幕上呈現線條粗細，有人提出利用藍芽等無線模組與平板電腦連接通訊的主動式觸控筆，以達到上述目的。然而，建立無線通訊將耗費主動式觸控筆及平板電腦較多的電力，不利於兩者的使用時間。
有鑑於此，本發明之一目的在於提供一種觸控輸入裝置，其可透過一筆尖發出一脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)訊號以影響原有的觸控螢幕驅動訊號，使得一電容觸控螢幕可根據受影響的驅動訊號而辨識出下筆力道的大小。
本發明之另一目的在於提供一種觸控輸入系統，其可透過該筆尖發出該PWM訊號以影響原有的觸控螢幕驅動訊號，使得該電容觸控螢幕可根據受影響的驅動訊號而決定顯示在該電容觸控螢幕的線條粗細。
為達成上述目的，本發明提供之觸控輸入裝置用於在一電容觸控螢幕進行輸入。該觸控輸入裝置包含一筆尖、一壓力感測模組、一控制單元及一PWM產生器。筆尖接觸該電容觸控螢幕，並傳導一觸控螢幕驅動訊號。壓力感測模組電性連接於該筆尖，以產生對應該筆尖在該電容觸控螢幕上的壓力之至少一壓感訊號。控制單元接收該觸控螢幕驅動訊號及該壓感訊號，並根據該壓感訊號產生一PWM控制訊號，其中該PWM控制訊 號的一脈衝寬度與該壓力呈正比。PWM產生器電性連接於該控制單元及該筆尖之間，係根據該PWM控制訊號產生一PWM訊號至該筆尖。
在一較佳實施例中，該PWM訊號係電平反相於該PWM控制訊號。
在一較佳實施例中，該PWM訊號係從該觸控螢幕驅動訊號產生一電壓降，且該電壓降大於一門檻電壓降。此外，該脈衝寬度大於一門檻脈衝寬度，且該門檻脈衝寬度對應於該門檻電壓降。
在一較佳實施例中，該筆尖具有一接收端圍繞於一尖端，用於接收該觸控螢幕驅動訊號，且具有一發射端位於該尖端，用於發射該PWM訊號。
在一較佳實施例中，該觸控輸入裝置進一步包含一放大器。該放大器設置於該接收端及該控制單元之間，用於放大該觸控螢幕驅動訊號。該放大器電性連接於該壓力感測模組及該控制單元之間，用於放大該壓感訊號。
在一較佳實施例中，該控制單元具有一比較器，其用於比較該放大之觸控螢幕驅動訊號之電壓與一門檻電壓。當該觸控螢幕驅動訊號之該電壓大於該門檻電壓時，該控制單元開始產生該PWM控制訊號。
在一較佳實施例中，該PWM產生器包括一電荷幫浦電路及一開關電路。該電荷幫浦電路具有一輸出端，用於提供一預設電壓值。較佳地，該預設電壓值介於10伏至20伏之間。開關電路連接該輸出端及一接地端之間，該開關電路根據該PWM控制訊號以進行該輸出端及該接地端之間的導通及關閉。
為達成上述另一目的，本發明提供之觸控輸入系統包括一電容觸控螢幕及一觸控筆。該電容觸控螢幕具有一觸控控制器，用於發出一觸控螢幕驅動訊號。該觸控筆用於在該電容觸控螢幕上進行輸入，該觸控筆包括一筆尖、一壓力感測模組、一控制單元及一PWM產生器。該筆尖接觸該電容觸控螢幕，並傳導該觸控螢幕驅動訊號至該觸控筆。壓力感測模組電性連接於該筆尖，以產生對應該筆尖在該電容觸控螢幕上的壓力之至少一壓感訊號。控制單元接收該觸控螢幕驅動訊號及該壓感訊號，並根據該壓感訊號產生一PWM控制訊號，其中該PWM控制訊號的一脈衝寬度與該壓力呈正比。PWM產生器電性連接於該控制單元及該筆尖之間，係根據該PWM控制訊號產生一PWM訊號至該筆尖。
在一較佳實施例中，該PWM訊號係從該觸控螢幕驅動訊號產生一電壓降。此外，該觸控控制器接收具有該電壓降的該觸控螢幕驅動訊號。該電壓降大於一門檻電壓降，其用於使該觸控控制器獲得一觸控位置。
在一較佳實施例中，該觸控輸入系統進一步包含一粗細決定單元。該粗細決定單元電性連接於該觸控控制器，用於根據該電壓降減去該門檻電壓降的大小決定顯示在該電容觸控螢幕的一線條粗細。具體地，該線條粗細與該壓力呈正比。
相較於習知技術，本發明採用PWM訊號的工作週期(Duty cycle)控制該電壓降，進而影響該觸控控制器接收的驅動訊號的強度，而達到壓感回饋的觸控效果。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明 顯易懂，下文將舉出實施例來加以說明，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
1‧‧‧觸控輸入系統
10‧‧‧觸控輸入裝置
20‧‧‧電容觸控螢幕
25‧‧‧觸控控制器
30‧‧‧粗細決定單元
100‧‧‧觸控筆
110‧‧‧筆尖
111‧‧‧尖端
112‧‧‧接收端
113‧‧‧發射端
120‧‧‧壓力感測模組
140‧‧‧放大器
160‧‧‧控制單元
162‧‧‧比較器
180‧‧‧PWM產生器
182‧‧‧電荷幫浦電路
184‧‧‧開關電路
HVDD‧‧‧輸出端
PS‧‧‧壓感訊號
PS’‧‧‧放大後的壓感訊號
Pc‧‧‧PWM控制訊號
TD‧‧‧觸控螢幕驅動訊號
TD’‧‧‧放大後的觸控螢幕驅動訊號
PWM‧‧‧PWM訊號
W‧‧‧脈衝寬度
Wth‧‧‧門檻脈衝寬度
Vd‧‧‧電壓降
Vdth‧‧‧門檻電壓
R1、R2、R3‧‧‧電阻
Q‧‧‧電晶體
第1圖繪示本發明之較佳實施例之觸控輸入裝置之示意立體圖。
第2圖繪示本發明之較佳實施例之觸控輸入裝置之方塊示意圖。
第3圖為PWM控制訊號與PWM訊號的波型圖。
第4圖繪示該電容觸控螢幕之觸控控制器所接收到的觸控螢幕驅動訊號的波型圖。
第5圖為PWM產生器的電路示意圖。
第6圖繪示本發明之較佳實施例之觸控輸入系統之示意立體圖。
第7圖繪示本發明之較佳實施例之觸控輸入系統之方塊示意圖。
本發明之數個較佳實施例藉由所附圖式與下面之說明作詳細描述，在不同的圖式中，相同的元件符號表示相同或相似的元件。
請參照第1圖及第2圖，第1圖繪示本發明之較佳實施例之觸控輸入裝置之示意立體圖、第2圖繪示本發明之較佳實施例之觸控輸入裝置之方塊示意圖。本實施例之觸控輸入裝置10係用於在一電容觸控螢幕20進行輸入。較佳地，該觸控輸入裝置10為一主動式觸控筆100，其設有一電池(圖未示)以供應所需電力。如第1圖所示，該觸控輸入裝置10包括一筆尖110、一壓力感測模組120、一放大器140、一控制單元160及一PWM產生器180。
該筆尖110其係接觸該電容觸控螢幕20，並傳導一觸控螢幕 驅動訊號TD。該觸控螢幕驅動訊號TD可為該電容觸控螢幕20之觸控控制器(圖未示)所發出/接收的對第X條及第Y條電極的充電訊號。在此實施例中，該筆尖110為導體製成。該筆尖110具有一接收端112圍繞於一尖端111，用於接收該觸控螢幕驅動訊號TD，且具有一發射端113位於該尖端111。
如第1圖及第2圖所示，該壓力感測模組120電性連接於該筆尖110，以產生對應該筆尖110在該電容觸控螢幕20上的壓力之壓感訊號PS。具體而言，該壓力感測模組120可設置在該尖端111後端，以實時感測出壓力變化。較佳地，該壓力感測模組120可為壓電式、電阻式或紅外線式壓力感測器。該放大器140電性連接於該壓力感測模組120及該控制單元160之間，其用於放大該壓感訊號PS。同時，該放大器140設置於該接收端112及該控制單元160之間，其用於放大該觸控螢幕驅動訊號TD。
請參照第2圖及第3圖，第3圖為PWM控制訊號與PWM訊號的波型圖。該控制單元160接收該放大後的觸控螢幕驅動訊號TD’及壓感訊號PS’，然後根據該壓感訊號PS’產生一PWM控制訊號Pc，其中該PWM控制訊號Pc的一脈衝寬度W與該壓力呈正比。
如第2圖所示，該PWM產生器180電性連接於該控制單元160及該筆尖110(特別是尖端111)之間，其用於根據該PWM控制訊號Pc產生一PWM訊號至該筆尖110之發射端113。如第3圖所示，該PWM訊號PWM係電平反相於該PWM控制訊號Pc。也就是說，該PWM控制訊號Pc處於高電平時，該PWM訊號PWM係處於低電平；該PWM控制訊號Pc處於低電平時，該PWM訊號PWM係處於高電平。該發射端113係發出該PWM訊號PWM以影響該觸控控制器所接收的對第X條及第Y條電極的充電訊號。
詳細而言，請參照第4圖，第4圖繪示該電容觸控螢幕之觸控控制器所接收到的觸控螢幕驅動訊號的波型圖。該PWM訊號係從該觸控螢幕驅動訊號TD透過一未觸碰電壓(no-touch voltage)產生一電壓降Vd。因此，該觸控控制器接收具有該電壓降Vd之該觸控螢幕驅動訊號TD。值得注意的是，該電壓降Vd大於一門檻電壓降Vdth。該門檻電壓降Vdth係使該觸控控制器獲得一觸控位置之最小電壓。也就是說，觸控控制器所接收到的觸控螢幕驅動訊號TD具有一超過門檻電壓降Vdth的電壓降Vd時，即判定該位置(X,Y)產生一觸碰行為。
請一併參照第3圖及第4圖，為了產生該電壓降Vd，該脈衝寬度W大於一門檻脈衝寬度Wth，且該門檻脈衝寬度Wth對應於該門檻電壓降Vdth。也就是說，觸控螢幕驅動訊號TD的電壓降Vd可由該PWM訊號PWM在該週期中的低電平期間(即1-工作週期)所控制。一般而言，該電壓降Vd正比於該脈衝寬度W。更近一步而言，該門檻脈衝寬度Wth為觸控螢幕驅動訊號TD的電壓降Vd達到該門檻電壓降Vdth的最小寬度。
由上可知，由於脈衝寬度W與該壓力呈正比，因此脈衝寬度W越寬，該觸控螢幕驅動訊號TD的電壓降Vd越大。據此，該觸控控制器可根據電壓降Vd的大小推斷筆尖110的壓力大小。
值得一提的是，該控制單元160可為一微控制器。此外，該控制單元160具有一比較器162，其用於比較該放大之觸控螢幕驅動訊號TD’之電壓與一門檻電壓(圖未示)。當該觸控螢幕驅動訊號TD’之該電壓大於該門檻電壓時，該控制單元160開始產生該PWM控制訊號Pc。具體而言，該比較器162確認該筆尖110是否觸碰到該電容觸控螢幕20，若是，則 開始產生該PWM控制訊號Pc以進行壓感回饋。
以下將詳細介紹該PWM產生器180。請參照第5圖，第5圖為PWM產生器的電路示意圖。該PWM產生器180包括一電荷幫浦電路182及一開關電路184。該電荷幫浦電路182係將該電池的電壓(如1.5V)提升至一高電壓。該電荷幫浦電路182具有一輸出端HVDD，其用於提供一預設電壓值。較佳地，該預設電壓值介於10伏至20伏之間。在本實施例中，該預設電壓值為18V。該開關電路184連接該輸出端HVDD及一接地端之間，其用於根據該PWM控制訊號Pc以進行該輸出端及接地端之間的導通及關閉，而使得該尖端111接收該PWM訊號。詳細來說，該開關電路184具有一電晶體Q及電阻R1至R3。當該PWM控制訊號Pc為高電平時，該電晶體Q為導通狀態，此時該尖端111接地(0V)。當該PWM控制訊號Pc為低電平時，該電晶體Q為關閉狀態，此時該尖端111之電壓為預設電壓值。
以下將介紹採用上述觸控輸入裝置10的觸控輸入系統。請參照第6圖及第7圖，第6圖繪示本發明之較佳實施例之觸控輸入系統之示意立體圖、第7圖繪示本發明之較佳實施例之觸控輸入系統之方塊示意圖。本實施例之觸控輸入系統1包括一電容觸控螢幕20、一觸控筆100及一粗細決定單元30。該電容觸控螢幕20具有一觸控控制器25，其用於發出及接收一觸控螢幕驅動訊號TD。相似地，該觸控筆100用於在該電容觸控螢幕20上進行輸入。該觸控筆100包括一筆尖110、一壓力感測模組120、一放大器140、一控制單元160及一PWM產生器180。
如第7圖所示，該筆尖110接觸該電容觸控螢幕20，並傳導該觸控螢幕驅動訊號TD至該觸控筆100內。如上所述，該壓力感測模組120電 性連接於該筆尖110，以產生對應該筆尖110在該電容觸控螢幕20上的壓力之壓感訊號PS。該控制單元160接收該放大之觸控螢幕驅動訊號PS’及該壓感訊號TD’，並根據該壓感訊號PS產生一PWM控制訊號Pc。請再參照第3圖，該PWM控制訊號Pc的一脈衝寬度W與該壓力呈正比。該PWM產生器180電性連接於該控制單元160及該筆尖110之間，用於根據該PWM控制訊號Pc產生一PWM訊號PWM至該筆尖110。上述元件之說明請參考前述，在此不予以贅述。
相似地，參照第4圖，該PWM訊號PWM係從該觸控螢幕驅動訊號TD產生一電壓降Vd。如第7圖所示，該觸控控制器25接收具有該電壓降Vd的該觸控螢幕驅動訊號TD。同樣地，該電壓降Vd大於該門檻電壓降Vdth，其用於使該觸控控制器25偵測到一觸控位置(X,Y)。
如第6圖所示，該粗細決定單元30電性連接於該觸控控制器25，其用於根據該電壓降Vd減去該門檻電壓降Vdth(即Vd-Vdth)的大小決定顯示在該電容觸控螢幕20的線條粗細。具體地，Vd-Vdth的值可由設置在觸控控制器25的類比至數位轉換器(Analog Digital Converter,ADC)轉換為數位值，使得該粗細決定單元30基於該數位值判定該線條的粗細。更進一步地，該線條粗細與該壓力呈正比，以達到對應下筆力道大小產生對應的線條粗細的目的。值得注意的是，該粗細決定單元30可為一存在電腦端的應用程式或存在該觸控控制器25的韌體所實施，因此該電容觸控螢幕20的硬體無須改變。
綜上所述，本發明採用PWM訊號的工作週期(Duty cycle)控制該電壓降Vp，進而影響該觸控控制器25接收的驅動訊號的強度，而達到 壓感回饋的觸控效果。
雖然本發明以已較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之變更和潤飾。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。
110‧‧‧筆尖
111‧‧‧尖端
112‧‧‧接收端
120‧‧‧壓力感測模組
140‧‧‧放大器
160‧‧‧控制單元
162‧‧‧比較器
180‧‧‧PWM產生器
182‧‧‧電荷幫浦電路
184‧‧‧開關電路
PS‧‧‧壓感訊號
PS’‧‧‧放大後的壓感訊號
Pc‧‧‧PWM控制訊號
TD‧‧‧觸控螢幕驅動訊號
TD’‧‧‧放大後的觸控螢幕驅動訊號
PWM‧‧‧PWM訊號

Claims (13)

  1. 一種觸控輸入裝置，用於在一電容觸控螢幕進行輸入，該裝置包含：一筆尖，其係接觸該電容觸控螢幕，並傳導一觸控螢幕驅動訊號；一壓力感測模組，電性連接於該筆尖，以產生對應該筆尖在該電容觸控螢幕上的壓力之至少一壓感訊號；一控制單元，其係接收該觸控螢幕驅動訊號及該壓感訊號，並根據該壓感訊號產生一PWM(pulse width modulation)控制訊號，其中該PWM控制訊號的一脈衝寬度與該壓力呈正比；以及一PWM產生器，電性連接於該控制單元及該筆尖之間，係根據該PWM控制訊號產生一PWM訊號至該筆尖；其中該PWM訊號係根據該PWM訊號之工作週期對該觸控螢幕驅動訊號產生一電壓降，以透過該電壓降的量值進行位置及壓力偵測。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控輸入裝置，其中該PWM訊號係電平反相於該PWM控制訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控輸入裝置，其中該電壓降大於一門檻電壓降，該脈衝寬度大於一門檻脈衝寬度，且該門檻脈衝寬度對應於該門檻電壓降。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控輸入裝置，其中該筆尖具有一接收端圍繞於一尖端，用於接收該觸控螢幕驅動訊號，且具有一發射端位於該尖端，用於發射該PWM訊號。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之觸控輸入裝置，進一步包含一放大器，設 置於該接收端及該控制單元之間，用於放大該觸控螢幕驅動訊號，其中該放大器電性連接於該壓力感測模組及該控制單元之間，用於放大該壓感訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之觸控輸入裝置，其中該控制單元具有一比較器，其用於比較該放大之觸控螢幕驅動訊號之電壓與一門檻電壓，當該觸控螢幕驅動訊號之該電壓大於該門檻電壓時，該控制單元開始產生該PWM控制訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之觸控輸入裝置，其中該PWM產生器包括：一電荷幫浦電路，具有一輸出端，用於提供一預設電壓值；以及一開關電路，連接該輸出端及一接地端之間，該開關電路根據該PWM控制訊號以進行該輸出端及該接地端之間的導通及關閉。
  8. 一種觸控輸入系統，包含：一電容觸控螢幕，具有一觸控控制器，用於發出一觸控螢幕驅動訊號；以及一觸控筆，用於在該電容觸控螢幕上進行輸入，該觸控筆包括：一筆尖，其係接觸該電容觸控螢幕，並傳導該觸控螢幕驅動訊號至該觸控筆；一壓力感測模組，電性連接於該筆尖，以產生對應該筆尖在該電容觸控螢幕上的壓力之至少一壓感訊號；一控制單元，其係接收該觸控螢幕驅動訊號及該壓感訊號，並根據該壓感訊號產生一PWM(pulse width modulation)控制訊號，其中該PWM控制訊號的一脈衝寬度與該壓力呈正比；以及 一PWM產生器，電性連接於該控制單元及該筆尖之間，係根據該PWM控制訊號產生一PWM訊號至該筆尖。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之觸控輸入系統，其中該PWM訊號係從該觸控螢幕驅動訊號產生一電壓降，該觸控控制器接收具有該電壓降的該觸控螢幕驅動訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之觸控輸入系統，其中該電壓降大於一門檻電壓降，其用於使該觸控控制器獲得一觸控位置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之觸控輸入系統，進一步包含一粗細決定單元，電性連接於該觸控控制器，用於根據該電壓降減去該門檻電壓降的大小決定顯示在該電容觸控螢幕的一線條粗細。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之觸控輸入系統，其中該脈衝寬度大於一門檻脈衝寬度，且該門檻脈衝寬度對應於該門檻電壓降。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之觸控輸入系統，其中該筆尖具有一接收端圍繞於一尖端，用於接收該觸控螢幕驅動訊號，且具有一發射端位於該尖端，用於發出該PWM訊號。
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