TWI591517B - 動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法 - Google Patents

動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法 Download PDF

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Description

動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法
本發明是有關於一種偵測臨界值的方法，特別是有關於一種動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法。
電容式觸控輸入技術是應用在已被廣泛使用的觸控面板的主流技術。一個典型的電容式觸控面板包含佈滿透明電極圖案的基板。當手指或電容筆觸碰觸控面板或在觸控面板上方的懸浮時，由於手指或電容筆的筆尖具有導電性，使手指或電容筆與透明電極圖案之間將建立電容耦合。同時，手指或電容筆下方的觸控面板之透明電極圖案的電容將會改變，因此，透明電極圖案的電極中的電壓或電流亦將改變。藉由比較手指或電容筆下方的電極與相鄰電極之間的電壓差，可以決定手指或電容筆的座標。
不過使用者手指並不適合進行比較細膩的輸入操作，例如可呈現筆畫粗細變化的書寫輸入操作。此外，以使用者手指進行輸入操作缺乏各種應用功能。因此在具備電容式觸控輸入功能的觸控面板上執行細膩輸入操作的是電 容筆而不會是使用者的手指。電容筆可進一步讓使用者在觸控面板上描繪具有各種粗細程度的線條。電容筆還可以偵測使用者透過電容筆施加在觸控面板上的力量。
電容筆在觸控面板上顯示的筆觸粗細是反應電容筆的壓力感測模組產生之訊號的結果。電容筆在觸控面板上顯示的筆觸粗細在理想條件下應該是與電容筆筆尖上施加的壓力差(與筆尖未接觸觸控面板狀態的相比)成正比。此外，在理想條件下，觸控面板上顯示的電容筆的筆觸應該是在電容筆筆尖接觸觸控面板時出現。不過由於各種問題，例如電容筆的壓力偵測元件的物理與機械誤差或電容筆壓力感測器不穩定特性，使得在筆尖接觸觸控面板之前觸控面板就已顯示電容筆的筆觸，或是觸控面板上顯示之電容筆的筆觸寬度比預期來得細。因此，本發明提出一種動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法，以克服上述在觸控面板上顯示電容筆筆觸的問題。
本發明提出一種動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法，包含偵測複數個合格零壓力感測訊號取樣值之一平均值；決定該複數個合格零壓力感測訊號取樣值之該平均值為一零壓力感測訊號之動態值；及藉由該零壓力感測訊號之動態值與一零壓力感測訊號的偏移量計算一零壓力感測訊號的臨界值。
本發明更提出一種具有動態偵測於觸控面板上顯示筆觸之臨界值功能的電容筆，包含一具有嵌入非揮發性記憶體的控制單元，該非揮發性記憶 體儲存可執行指令以執行一種動態偵測於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法，包含偵測複數個合格零壓力感測訊號取樣值之一平均值；決定該複數個合格零壓力感測訊號取樣值之該平均值為一零壓力感測訊號之動態值；及藉由該零壓力感測訊號之動態值與一零壓力感測訊號的偏移量計算一零壓力感測訊號的臨界值。
10‧‧‧觸控面板
20‧‧‧偵測複數個合格零壓力感測訊號取樣值之一平均值
22‧‧‧決定複數個合格零壓力感測訊號取樣值之平均值為零壓力感測訊號的動態值
24‧‧‧藉由零壓力感測訊號的動態值與一零壓力感測訊號的偏移量計算一壓力感測訊號的臨界值
100‧‧‧電容筆
102‧‧‧筆管
104‧‧‧導電筆芯
105‧‧‧筆芯固定座
106‧‧‧遮罩
108‧‧‧彈性體
110‧‧‧壓力感測器
112‧‧‧壓力感測器電路板
114‧‧‧控制電路板
第一圖顯示根據本發明一實施例於一觸控面板10上使用一電容筆100之示意圖。
第二圖為一顯示複數個電容筆之壓力感測訊號曲線的示意圖。
第三圖為第二圖中壓力感測訊號曲線的一局部放大部分顯示動態調整可顯示筆觸的零壓力感測訊號臨界值。
第四圖為根據本發明一實施例之動態偵測電容筆顯示筆觸之零壓力感測訊號臨界值的示意圖。
第五圖為根據本發明一實施例之動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法。
本發明的一些實施例將詳細描述如下。然而，除了如下描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行，且本發明的範圍並不受實施例之限定，其以之後的專利範圍為準。再者為提供更清楚的描述及更易理解本發明， 圖式內各部分並沒有依照其相對尺寸繪圖，某些尺寸與其他相關尺度相比已經被誇張；不相關之細節部分也未完全繪出，以求圖式的簡潔。
第一圖顯示根據本發明一實施例於一觸控面板10上使用一電容筆100之示意圖。電容筆100用於執行於觸控面板10上之細膩的輸入操作。在此實施例中，電容筆100包含一筆管102，一導電筆芯104、一筆芯固定座105、一遮罩106、一彈性體108、一壓力感測器110、一壓力感測器電路板112與一控制電路板114。導電筆芯104電性連接至控制電路板114。導電筆芯104與觸控面板10上的透明電極之間則建立電容耦合。位於導電筆芯104下方的觸控面板10上的透明電極的電容會改變，透明電極中的電壓或電流也會改變。因此可以透過透明電極電容的變化或透明電極中的電壓或電流的變化偵測電容筆100的座標。
在此實施例中，導電筆芯104、筆芯固定座105、彈性體108、壓力感測器110與壓力感測器電路板112的設置係用於提供電容筆100的壓力感測功能。更可進一步包含一些元件，以增強功能，例如當筆尖壓力消失後，使導電筆芯104回復到原來位置的彈簧。在其他實施例中，各種壓力感測模組可以用於提供電容筆100的筆尖壓力偵測功能。
電容筆可進一步包含一位於控制電路板114上的控制單元(未顯示)。控制單元包含一內建嵌入式非揮發性記憶體或非揮發性的電腦可讀取媒體的微處理器(microprocessor)或微控制器(MCU)。非揮發性記憶體包含快閃記憶體。控制單元藉由壓力感測器110的訊號計算施加於電容筆100的筆尖壓力。控制單元透過導電筆芯104輸出壓力感測訊號至觸控面板10。觸控面板10根據電容筆100的座標與筆觸粗細顯示電容筆100的筆觸，筆觸粗細部分則是根據壓力 感測訊號。當導電筆芯104接觸觸控面板10且壓力感測訊號超過一預定零壓力感測訊號臨界值時，觸控面板10將會顯示電容筆100的筆觸。
來自壓力感測器110的訊號可能因各種原因而波動。舉例來說，導電筆芯104、筆芯固定座105、彈性體108或恢復導電筆芯104位置之彈簧的實體或機械的缺陷，以及電容筆100使用時，彈性體108與壓力感測器110之間變動的接觸狀況。壓力感測模組的實體或機械缺陷可能造成零壓力感測訊號臨界值波動使得在導電筆芯104接觸觸控面板10之前，觸控面板10就顯示電容筆100的筆觸，或是觸控面板10上顯示之電容筆100的筆觸寬度比預期的細。
第二圖為一顯示複數個電容筆之壓力感測訊號曲線的示意圖。在第二圖中，五支電容筆C6、C8、C12、C16與C20於觸控面板上施加筆尖壓力以產生壓力感測訊號曲線。這些壓力感測訊號曲線顯示可能是來自各電容筆的壓力感測模組的物理與機械誤差所導致的發散的感測靈敏度。
第三圖為第二圖中壓力感測訊號曲線的一局部放大部分顯示動態調整可顯示筆觸的零壓力感測訊號臨界值。在第三圖中，特別顯示電容筆C6與C8零壓力感測訊號臨界值的調整。Vzero_0是所有電容筆零壓力感測訊號的預設值，而Vth_0是所有電容筆在觸控面板上顯示筆觸的零壓力感測訊號的臨界值。電容筆零壓力感測訊號的預設值Vzero_0加上一偏移量Voffset_0等於零壓力感測訊號的臨界值Vth_0。為了調整電容筆C6與C8壓力感測訊號的臨界值，使用一小於偏移量Voffset_0的偏移量Voffset_1。Vzero_x是經由取樣與動態計算所得的零壓力感測訊號的動態值。如第三圖所示，由於各種物理或機械特性，每支電容筆可能具有不同的零壓力感測訊號的動態值Vzero_x。零壓力感測訊號動態值Vzero_x再加上Voffset_1偏移量等於壓力感測訊號的動態臨界值Vth_x。
第四圖為根據本發明一實施例之動態偵測電容筆顯示筆觸之零壓力感測訊號臨界值的示意圖。如第四圖所示，零壓力感測訊號預設值Vzero_0與預設偏移量Voffset_0係預先設定於電容筆內。零壓力感測訊號預設值Vzero_0加上預設偏移量Voffset_0等於可於觸控面板上顯示電容筆筆觸的零壓力感測訊號預設臨界值Vth_0。預設偏移量Voffset_0被設定至一足夠寬的範圍以涵蓋電容筆因生產與不同的操作環境所造成的特性變化。
Vth_0=Vzero_0+Voffset_0，其中vzero_0與Voffset_0係預先定義
在電容筆的使用過程中，當電容筆開啟時，首先執行一偵測合格的零壓力感測訊號之取樣值Vk的平均值的步驟。取樣值Vk係小於壓力感測訊號預設臨界值Vth_0。取樣值Vk位於一抖動量Vjitter內，即Vk<Vth_0 |Vk-Vk-1|<Vjitter
如果合格的零壓力感測訊號之取樣值Vk的平均值產生且被偵測到，則此平均值則被設定為一零壓力感測訊號的新動態值Vzero_1。然而，如果合格的零壓力感測訊號之取樣值Vk的平均值未產生且未被偵測到，則零壓力感測訊號預設值Vzero_0仍然是零壓力感測訊號值。值得注意的是零壓力感測訊號預設值Vzero_0為尚未離開生產線以及實際使用前的電容筆的規格且為預先設定。因此生產線上的電容筆在良好的控制條件下，可產生與偵測更真實、更可靠的零壓力感測訊號的新動態值Vzero_1，並將新動態值Vzero_1編碼並寫入每支電容筆的控制單元的包含快閃記憶體的非揮發性記憶體中。
如果電容筆再次開啟，從電容筆控制單元的非揮發性記憶體中讀取零壓力感測訊號值Vzero_1。然後，零壓力感測訊號值Vzero_1再加上一偏移量Voffset_1可得到足以於觸控面板上顯示電容筆筆觸的零壓力感測訊號臨界值Vth_1，以取代壓力感測訊號預設臨界值Vth_0。偏移量Voffset_1小於預設偏移量Voffset_0。
在本發明一實施例中，在離開生產線之前，最理想的零壓力感測訊號值Vzero_1儲存在每支電容筆的非揮發性記憶體中；因此，當具有相同偏移量Voffset_1的電容筆開啟時，每支電容筆都具有最理想的零壓力感測訊號臨界值Vth_1。零壓力感測訊號值Vzero_1與零壓力感測訊號臨界值Vth_1可以由下列公式，獲得， ，其中nN,Vk<Vth_0，且|Vk-Vk-1|<Vjitter Vzero_1=Vzero_0，其中n<N Vth_1=Vzero_1+，其中Voffset_1<Voffset_0 Voffset_1
零壓力感測訊號值Vzero_1是零壓力感測訊號之取樣值Vk總和的平均值。零壓力感測訊號之取樣值Vk係位於一抖動量Vjitter的範圍內。如果n小於N，零壓力感測訊號預設值Vzero_0仍然是零壓力感測訊號值，亦即Vzero_1等於Vzero_0。若Voffset_1小於Voffset_0，零壓力感測訊號值Vzero_1加上偏移量Voffset_1等於零壓力感測訊號臨界值Vth_1。
接著，基於現有的臨界值，執行一偵測位於抖動量Vjitter範圍內之合格零壓力感測訊號之取樣值Vk的平均值的步驟。取樣值Vk係小於零壓力感測訊號臨界值Vth_1。取樣值Vk係位於抖動量Vjitter的範圍內，亦即Vk<Vth_1 |Vk-Vk-1|<Vjitter
如果合格零壓力感測訊號之取樣值Vk的平均值產生且被偵測到，此平均值被設定為零壓力感測訊號的新動態值Vzero_2。然而，若合格零壓力感測訊號之取樣值Vk的平均值並未產生且未被偵測到，零壓力感測訊號值Vzero_1仍然是零壓力感測訊號值。接著新/舊臨界值(Vth_2或Vth_1)均可供作為用於觸控面板上顯示電容筆筆觸之用。零壓力感測訊號值Vzero_2與零壓力感測訊號臨界值Vth_2可由以下公式獲得。
，其中nN,Vk<Vth_1，且|Vk-Vk-1|<Vjitter Vzero_2=Vzero_1，其中n<N Vth_2=Vzero_2+，其中Voffset_1<Voffset_0 Voffset_1
隨著循環偵測合格零壓力感測訊號之取樣值Vk，動態零壓力感測訊號值Vzero_x將被反覆偵測。接著，偏移量Voffset_1加上動態零壓力感測訊號值Vzero_x等於一可供作為用於觸控面板上顯示電容筆筆觸之用的動態零壓力感測訊號臨界值Vth_x。
，其中nN,Vk<Vth_1，且|Vk-Vk-1|<Vjitter Vzero_x=Vzero_x-1，其中n<N Vth_x=Vzero_x+，其中Voffset_1<Voffset_0 Voffset_1
第五圖為根據本發明一實施例之動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法。首先，於步驟20中，偵測複數個合格零壓力感測訊號取樣值之一平均值。接著於步驟22中，決定複數個合格零壓力感測訊號取樣值之平均值為零壓力感測訊號的動態值。最後，於步驟24中，藉由零壓力感測訊號的動態值與一零壓力感測訊號的偏移量計算一壓力感測訊號的臨界值。此動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法可以由一儲存於控制單元之嵌入式非揮發性記憶體或電腦可讀取媒體中具有可執行指令的程式執行。
因此，可執行動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法。由於在觸控面板上顯示電容筆筆觸的臨界值可以動態地偵測與調整，包含筆尖接觸觸控面板之前觸控面板就已顯示電容筆的筆觸或觸控面板上顯示之電容筆的筆觸寬度比預期來得細等電容筆筆觸顯示的故障問題可被避免，同時電容筆在觸控面板上的筆觸粗細則可準確良好的呈現。因此本發明提供一動態偵測臨界值的方法以解決上述在觸控面板上顯示電容筆筆觸的問題。
上述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟悉此技藝之人士能了解本發明之內容並據以實施，當不能據以限定本發明之專利範圍，即凡其他未脫離本發明所揭示精神所完成之各種等效改變或修飾都涵蓋在本發明所揭露的範圍內，均應包含在以下之申請專利範圍內。
20‧‧‧偵測複數個合格零壓力感測訊號取樣值之一平均值
22‧‧‧決定複數個合格零壓力感測訊號取樣值之平均值為零壓力感測訊號的動態值
24‧‧‧藉由零壓力感測訊號的動態值與一零壓力感測訊號的偏移量計算一壓力感測訊號的臨界值

Claims (6)

  1. 一種動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法，包含：偵測複數個合格零壓力感測訊號取樣值之一平均值；決定該複數個合格零壓力感測訊號取樣值之該平均值為一零壓力感測訊號之動態值；及藉由該零壓力感測訊號之動態值與一零壓力感測訊號的偏移量計算一壓力感測訊號的臨界值，該零壓力感測訊號的偏移量為常數固定值；其中合格零壓力感測訊號取樣值為低於Vth_0值，而且符合|Vk-Vk-1|<Vjitter條件的訊號：Vth_0為零壓力感測訊號之預設臨界值，Vth_0=Vzero_0+Voffset_0，其中Vzero_0(零壓力感測訊號預設值)與Voffset_0(零壓力感測訊號的預設偏移量)係預先定義，Vk為當前的取樣值，Vk-1為前一筆取樣值，Vjitter為抖動量，由實驗量測統計得到，感測訊號取樣值維持在抖動量的範圍內變化；其中該零壓力感測訊號之動態值(Vzero)加上該零壓力感測訊號的偏移量(Voffset)等於該壓力感測訊號之臨界值(Vth)，Vth=Vzero+Voffset。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該複數個合格零壓力感測訊號取樣值小於該零壓力感測訊號之預設臨界值。
  3. 一種具有動態偵測於觸控面板上顯示筆觸之臨界值功能的電容筆，包含：一具有嵌入非揮發性記憶體的控制單元，該非揮發性記憶體儲存可執行指令以執行一種動態偵測於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法，該方法包含 偵測複數個合格零壓力感測訊號取樣值之一平均值；決定該複數個合格零壓力感測訊號取樣值之該平均值為一零壓力感測訊號之動態值；及藉由該零壓力感測訊號之動態值與一零壓力感測訊號的偏移量計算一壓力感測訊號的臨界值；其中合格零壓力感測訊號取樣值為低於Vth_0值，而且符合|Vk-Vk-1|<Vjitter條件的訊號；Vth_0為零壓力感測訊號之預設臨界值，Vth_0=Vzero_0+Voffset_0，其中Vzero_0(零壓力感測訊號預設值)與Voffset_0(零壓力感測訊號的預設偏移量)係預先定義，Vk為當前的取樣值，Vk-1為前一筆取樣值，Vjitter為抖動量，由實驗量測統計得到；其中該零壓力感測訊號之動態值(Vzero)加上該零壓力感測訊號的偏移量(Voffset)等於該壓力感測訊號之臨界值(Vth)，Vth=Vzero+Voffset。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電容筆，其中該零壓力感測訊號之動態值大於該零壓力感測訊號之預設臨界值。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之電容筆，其中該零壓力感測訊號的偏移量小於該零壓力感測訊號的預設偏移量。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之電容筆，其中該複數個合格零壓力感測訊號取樣值小於該零壓力感測訊號之預設臨界值。
TW105103134A 2015-11-05 2016-02-01 動態偵測電容筆於觸控面板上顯示筆觸之臨界值的方法 TWI591517B (zh)

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