TWI617952B - 偵測電容筆傾斜角度的方法與具有偵測傾斜角度功能的電容筆 - Google Patents

偵測電容筆傾斜角度的方法與具有偵測傾斜角度功能的電容筆 Download PDF

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Abstract

本發明揭露一種於觸控面板上偵測電容筆傾斜角度的方法。此方法利用第一位置與第二位置的電容值變化決定該電容筆的一傾斜角度。第一位置之電容值變化係由電容筆之筆芯之前端產生，第二位置的電容值變化係由筆芯之對應於遮罩之非遮蔽部分的部分產生。

Description

偵測電容筆傾斜角度的方法與具有偵測傾斜角度功能的電容 筆
本發明是有關於一種偵測電容筆傾斜角度的方法，特別是有關於一種偵測位於觸控面板上的電容筆傾斜角度的方法以及一種具有偵測傾斜角度功能的電容筆。
電容式觸控輸入技術已被廣泛地應用在觸控面板上，其眾多的優點之一是可以讓使用者以手或是電容筆進行輸入操作，具備多點式觸控功能，可利用手勢變化進行多樣化的操作，根據特有的對應動作，可產生多種應用。電容筆可提供使用者進行較細膩的輸入操作，例如書寫或是在觸控面板上以使用者介面執行應用程式。當電容筆接近或接觸觸控面板時，藉由偵測電容筆與觸控面板的感應電極之間產生的電容耦合可獲得電容筆的座標。為了要建立電容筆與觸控面板的感應電極之間的電容耦合以獲得電容筆的座標，電容筆需接收感應電極的驅動訊號並輸出訊號至感應電極。除了電容筆的座標之外，電容筆的傾斜角度、方位或角度資訊均為電容筆在觸控面板上應用與功能的關鍵資訊。
本發明的目的為提出一種於觸控面板上偵測電容筆傾斜角度的方法。 於本發明的一實施例中，利用位於觸控面板上之第一位置的主峰值電壓訊號與位於觸控面板上之第二位置的非主峰值電壓訊號決定電容筆的傾斜角度。主峰值電壓訊號由電容筆之筆芯之前端產生，非主峰值電壓訊號由筆芯之對應於遮罩之非遮蔽部分的部分產生。
在本發明的另一實施例中，利用第一位置與第二位置的電容值變化決定該電容筆的一傾斜角度。第一位置之電容值變化係由電容筆之筆芯之前端產生，第二位置的電容值變化係由筆芯之對應於遮罩之非遮蔽部分的部分產生。
在本發明的另一實施例中，提出一種具有偵測傾斜角度功能的電容筆。此電容筆包含一導電筆芯與一具有一非遮蔽部分的遮罩。遮罩環繞導電筆芯，且導電筆芯之前端與對應於非遮蔽部分的部分係設置用於使觸控面板上之位置產生電容值變化。
1‧‧‧觸控面板
2‧‧‧感應電極
3‧‧‧感應電極
10‧‧‧電容筆
11‧‧‧外殼
12‧‧‧筆芯
14‧‧‧遮罩
141‧‧‧非遮蔽部分
32‧‧‧偵測分別位於觸及或懸浮在一觸控面板上的一電容筆之一筆芯之一前端與一遮罩之一非遮蔽部分下方之一主峰值電壓訊號與非主峰值電壓訊號
34‧‧‧電容筆傾斜角度係由主峰值電壓訊號與一第二峰值電壓訊號決定
36‧‧‧通過主峰值電壓訊號與非主峰值電壓訊號決定電容筆的旋轉程度
第一圖顯示根據本發明一實施例於一觸控面板1上使用一電容筆10之示意圖。
第二圖顯示根據本發明一實施例電容筆10於觸控面板1上傾斜的示意圖。
第三圖顯示根據本發明一實施例的一種偵測電容筆傾斜角度的方法之流程圖。
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。
在本發明的實施例中，一些關於電容筆但對於本發明而言並非關鍵，且為本技術領域具有一般技術者習知並可實施或使用的特徵，在此處將不會詳細地描述。舉例來說，以下為關於電容筆與觸控面板且為本技術領域具有一般技術者習知並可實施或使用的特徵。電容筆包含導電筆芯，而觸控面板具有電容感應電極陣列，電容感應電極陣列包含複數個感應電極，其中感應電極包含發射電極(Tx)與接收電極(Rx)。當於觸控面板上使用電容筆時，電容筆筆芯接近觸控面板之感應電極陣列，並與電容筆下方或鄰近電容筆的感應電極之間產生電容耦合，同時輸出訊號至感應電極。觸控面板掃描發射電極與接收電極時可感應電容筆筆芯的輸出訊號，產生一感應訊號，藉以計算或決定電容筆的座標。 電容感應電極陣列可使用電荷累積電路(charge accumulation circuit)、電容調變電路(capacitance modulation circuit)或任何其他適合且為本技術領域具有一般技術者習知並可實施或使用的電容感應方式。
第一圖顯示根據本發明一實施例於一觸控面板1上使用一電容筆10之示意圖。如第一圖所示，觸控面板1包含由感應電極2與3構成的電容感應電極陣列，其中感應電極2與3分別由導線連接，以行與列的方式排列。
當電容筆10觸及或懸浮在觸控面板1上時，電容筆10與一或多個感應電極2與3之間產生一電容，且感應電極2與3之電容因電容筆10與感應電極2與3之間的電容而改變。觸控面板1的感應電路(未圖示)接著偵測由感應電極2或3電容值變化所產生的訊號。訊號可由分別由導線連接並以行與列的方式排列的感應電極2或3的電容值變化產生。因此感應電路可以透過掃描感應 電極2與3獲取電容筆座標、傾斜角度、傾斜程度或傾斜角度的資訊。電容筆的座標資訊可以透過偵測位於電容筆10下方以行與列的方式排列的一系列感應電極2或3的電容值變化，或透過偵測位於電容筆10下方並以行與列方式排列之交叉點的感應電極2或3的電容值變化而獲得。更多關於決定電容筆傾斜角度、傾斜程度或傾斜角度的詳細內容將於以下內容中進一步描述。
第二圖顯示根據本發明的一實施例電容筆10於觸控面板1上傾斜的示意圖。於此實施例中，電容筆10包含一外殼11、一筆芯12與一遮罩14。筆芯12包含一導電電極。筆芯12自電容筆10的一電容筆電路輸出之訊號通常為高電壓訊號。在一些實施例中，筆芯12包含可更換的筆芯。12筆芯的材料包含任何適合的導電材料。遮罩14的材料包含任何適合的導電材料，且以金屬較佳。 遮罩14更包含至少一個非遮蔽部分141。非遮蔽部分141包含開口、間隙或無遮蔽功能的非導電部分。非遮蔽部分141的形狀或結構或配置可以是任何適合的設計。遮罩14係設置用於遮蔽部分從筆芯12輸出的訊號，使僅有自筆芯12前端與筆芯12對應非遮蔽部分141的部分發出的訊號可以被觸控面板1偵測到。 外殼11更容納必要的元件，例如具有電容筆電路的控制電路板與偵測筆尖壓力的壓力感測器。
第二圖同時顯示觸控面板1上電壓訊號分佈與X軸座標關係之示意圖。電壓訊號分佈具有一主峰值與一次峰值或一第二峰值，其中橫軸表示觸控面板1上之座標，縱軸代表感應電極2與3的訊號電壓值。很明顯可預期沿觸控面板1其他方向亦具有類似的電壓訊號分佈，包含非x軸與y軸的方向。雖然所描述的範例是關於沿觸控面板1之X軸方向的電壓訊號分佈與X軸座標關係， 其他沿y軸方向或非x軸與y軸方向的類似電壓訊號分佈與X軸座標關係亦可被預期。
在此實施例中，傾斜電容筆10之筆芯12的前端是沿X軸方向並位於座標Xn，位於傾斜電容筆10下方的多個感應電極2及/或3將與電容筆10建立電容耦合。特別是感應電路掃描以行與列的方式排列的感應電極2或3後，位於傾斜電容筆10之筆芯12的前端下方的多個感應電極2及/或3的電容變化會產生位於座標Xn上的主峰值電壓訊號與位於座標Xn+5的次峰值電壓訊號。位於座標Xn-2、Xn-1、Xn+1與Xn+2的附屬主峰值電壓訊號，與位於座標Xn+4與Xn+6的附屬次峰值電壓訊號亦被偵測到。對應於座標Xn-2、Xn-1、Xn、Xn+1與Xn+2的峰值電壓訊號構成一主峰值電壓訊號群，而對應於座標Xn+4、Xn+5與Xn+6的峰值電壓訊號構成一非主峰值或次峰值電壓訊號群。由於電壓訊號主要是位於傾斜電容筆10之筆芯12所在座標，電容筆10的傾斜角度、傾斜程度或傾斜角度的資訊可以透過位於筆芯12與非遮蔽部分141下方感應電極2或3的電容值變化所產生的電壓訊號獲得。
於一個實施例中，電容筆10的傾斜程度可藉由以下的公式計算：傾斜程度={(VXn+4+VXn+5+VXn+6)/(VXn-1+VXn+VXn+1)}* 90度或傾斜程度={(VXn+4+VXn+5+VXn+6)* K/(VXn-2+VXn-1+VXn+VXn+1+VXn+2)}* 90度(K是傾斜率調節參數。)或傾斜率={(次峰值電壓訊號)/(主峰值電壓訊號)} 或傾斜率={(次峰值電壓訊號群總和)/(主峰值電壓訊號群總和)}。
然而，電容筆10的傾斜角度、傾斜程度或傾斜角度的資訊可透過其他方式獲得。可預期的是位於筆芯12前端與非遮蔽部分141下方感應電極2及/或3的電容值變化所產生的主峰值電壓訊號與次峰值電壓訊號的比值是電容筆10的傾斜程度的函數。舉例來說，電容筆10傾斜程度越大，主峰值電壓訊號與次峰值電壓訊號的比值更接近1。相反地，電容筆10傾斜程度越小，主峰值電壓訊號與次峰值電壓訊號的比值更接近於零。
此外，位於筆芯12前端與非遮蔽部分141下方感應電極2及/或3的電容值變化所產生的主峰值電壓訊號與次峰值電壓訊號之間的距離也是電容筆10的傾斜程度的函數。舉例來說，電容筆10傾斜程度越大，主峰值電壓訊號與次峰值電壓訊號之間的距離越大。相反地，電容筆10傾斜程度越小，主峰值電壓訊號與次峰值電壓訊號之間的距離越小。此外，位於筆芯12前端與非遮蔽部分141下方感應電極2及/或3之間的距離也是電容筆10傾斜程度的函數。
電容筆10的旋轉也可以由位於筆芯12前端與非遮蔽部分141下方感應電極2及/或3的電容值變化所產生的主峰值電壓訊號與次峰值電壓訊號獲得。舉例來說，遮罩14的非遮蔽部分141的各種形狀或結構或配置的設計可造成各種對應於非遮蔽部分141之下或接近非遮蔽部分141的感應電極2及/或3的不同次峰值電壓訊號。舉例來說，非遮蔽部分141包含三個以環狀方式排列圍繞遮罩14的開口或無遮蔽功能的非導電部分，以產生位於非遮蔽部分141下方或接近非遮蔽部分141的感應電極2及/或3的非主峰值電壓訊號。藉由非主 峰值電壓訊號之間的相對位置變化，可決定電容筆10的旋轉程度。舉例來說，當電容筆10旋轉時，非主峰值電壓訊號隨著數值改變也相對應地旋轉。因此可以決定電容筆10在各個方位之間究竟是如何地旋轉。
第三圖顯示根據本發明的一實施例的一種偵測電容筆傾斜角度的方法之流程圖。於步驟32中，偵測分別位於觸及或懸浮在一觸控面板上的一電容筆之一筆芯之一前端與一遮罩之一非遮蔽部分下方之一主峰值電壓訊號與非主峰值電壓訊號。非主峰值電壓訊號係由筆芯對應於遮罩之非遮蔽部分的部分與觸控面板上位於筆芯的該部分下方的電極之間的電容耦合所產生。然後在步驟34中，電容筆傾斜角度係由主峰值電壓訊號與一第二峰值電壓訊號決定。第二峰值電壓訊號於非主峰值電壓訊號之中具有最大電壓訊號值。電容筆的傾斜角度、傾斜程度或傾斜角度的資訊可以透過主峰值電壓訊號與第二峰值電壓訊號之間的比值或距離決定。最後，於步驟36中，通過主峰值電壓訊號與非主峰值電壓訊號可決定電容筆的旋轉程度。偵測電容筆傾斜角度的方法可以存儲在記憶體中的韌體中，由電容筆電路中微處理器執行。
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。

Claims (20)

  1. 一種偵測電容筆傾斜角度的方法，包含：提供一電容筆於一觸控面板上；偵測一主峰值電壓訊號群與一非主峰值電壓訊號群，該主峰值電壓訊號群包含一位於該觸控面板上之一第一位置的主峰值電壓訊號，該非主峰值電壓訊號群包含一位於該觸控面板上之一第二位置的第二峰值電壓訊號，該主峰值電壓訊號由該電容筆之一筆芯之一前端產生，該第二峰值電壓訊號由該筆芯之一對應於一導電遮罩之一非遮蔽部分的部分產生；及利用該主峰值電壓訊號群與該非主峰值電壓訊號群決定該電容筆的一傾斜角度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含一利用該主峰值電壓訊號群與該非主峰值電壓訊號群決定該電容筆之旋轉程度的步驟。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該非遮蔽部分包含至少一開口或無遮蔽功能的非導電部分。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該非遮蔽部分包含以環狀方式排列圍繞該導電遮罩的複數個開口。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該電容筆的旋轉程度係藉由該非主峰值電壓訊號群之非主峰值電壓訊號之間於該觸控面板上的相對位置變化決定。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電容筆的傾斜角度係由該非主峰值電壓訊號群總和與該主峰值電壓訊號群總和的一比值決定。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電容筆的傾斜角度係由該第二峰值電壓訊號與該主峰值電壓訊號的一比值決定。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電容筆的傾斜角度係由該第一位置與該第二位置之間的一距離決定。
  9. 一種偵測電容筆傾斜角度的方法，包含：提供一電容筆於一觸控面板上；偵測該觸控面板上之一第一位置與一第二位置的電容值變化，該第一位置之電容值變化係由該電容筆之一筆芯之一前端產生，該第二位置的電容值變化係由該筆芯之一對應於一導電遮罩之一非遮蔽部分的部分產生；及利用該第一位置與該第二位置的電容值變化決定該電容筆的一傾斜角度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該非遮蔽部分包含至少一開口或無遮蔽功能的非導電部分。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該非遮蔽部分包含以環狀方式排列圍繞該導電遮罩的複數個開口。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，更包含一利用該觸控面板上之位置的電容值變化決定該電容筆之旋轉程度的步驟，該電容值變化由該筆芯之對應於該導電遮罩之該非遮蔽部分的部分產生。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該電容筆的旋轉程度係藉由位於該觸控面板上該電容值變化之該位置之間的相對位置變化決定。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該電容筆的傾斜角度係由該第一位置的電容值變化與該第二位置的電容值變化的一比值決定。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該電容筆的傾斜角度係由該第一位置與該第二位置之間的一距離決定。
  16. 一種具有偵測傾斜角度功能的電容筆，包含：一導電筆芯；一具有一非遮蔽部分的導電遮罩，其中該導電遮罩環繞該導電筆芯，且該導電筆芯之一前端與一對應於該非遮蔽部分的部分係設置用於使一觸控面板上之位置產生電容值變化。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之電容筆，其中該導電筆芯包含可更換的導電筆芯。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之電容筆，其中該非遮蔽部分包含開口、間隙或無遮蔽功能的非導電部分。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之電容筆，其中該非遮蔽部分包含以環狀方式排列圍繞該導電遮罩的複數個非導電部分。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之電容筆，其中該非遮蔽部分包含以環狀方式排列圍繞該導電遮罩的複數個開口。
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