技术领域
[0001] 本
发明是关于一种电容触控笔，尤其涉及一种主动式电容触控笔及其控制方法。
背景技术
[0002] 已知的电容触控笔可分为被动式和主动式，其中，被动式电容触控笔具有构造简单、成本低廉的优点，主要是提供一导电材料制成的笔头，通过使用者握持笔身时接地，或是利用材料特性模拟人体介电系数，使笔头
接触触控面板时改变其感应量。但被动式电容触控笔的缺点在于必须接触达一定面积以上才会感应，因此笔头很大、
精度差，同时也无法提供多阶的压
力分级。而主动式电容触控笔没有上述限制与缺点，然而现有的主动式电容触控笔并无法适用于一般的电容触控面板，就主动式电容触控笔的使用，电容触控面板上必须有支持前项功能的处理器，才能配合使用主动式电容触控笔。换言之，主动式电容触控笔存在技术支持问题，无法像被动式电容触控笔一样，可以直接在现有的电容触控面板上使用，故使用上多有限制，且有不便之处。
[0003] 由上述可知，主动式电容触控笔具有多阶压力分级和较佳的性能，但在电容触控面板方面必须有特定的软
硬件支持，才能在电容触控面板上正常使用该主动式电容触控笔，故有明显不便。
发明内容
[0004] 因此本发明主要目的在于，提供一种主动式电容触控笔，其不需要电容触控面板上特定的软硬件支持，即可直接在一般互容式电容触控面板上独立运行。
[0005] 为达成前述目的采取的主要技术手段是使前述主动式电容触控笔包括有：
[0006] 一笔身，其具有一前端；
[0007] 一个以上的感应件，其设置于前述笔身的前端；
[0008] 一个以上控
制模块，其设置于前述笔身内，且与感应件电连接；该
控制模块通过感应件接收一来自触控面板的第一驱动
信号，并检测其强度后，对应前述第一驱动信号的强度以产生并传送一第二驱动信号，其中该第一驱动信号的
相位与该第二驱动信号的相位为反相。
[0009] 本发明又一目的在于，提供一种电容触控笔的主动式控制方法。
[0010] 为达成前述目的采取的主要技术手段是使前述方法包括：
[0011] 接收来自触控面板的一第一驱动信号；
[0012] 检测前述第一驱动信号的强度；
[0013] 对应前述第一驱动信号的强度以产生并传送一第二驱动信号，其中该第一驱动信号的相位与该第二驱动信号的相位为反相。
[0014] 前述主动式电容触控笔在互容式触控面板上使用时，将由笔身的控制模块通过感应件接收来自互容式触控面板上的第一驱动信号并检测其信号强度后，产生一对应第一驱动信号强度且反相的第二驱动信号；根据互容式触控面板的工作原理，是由一轴(例如X轴)的感应线传送驱动信号，而由另一轴(例如Y轴)的感应线经由等效的耦合电容接收驱动信号以产生一感应值，当有
手指触摸互容式触控面板时，将在触控面板和手指间产生另一电容，遂将使另一轴感应线检测到的感应值下降，藉此即可根据传送驱动信号的感应线和检测到感应值下降的感应线来决定被手指触摸的
位置以进行报点。而本发明的主动式电容触控笔在接触互容式触控面板时，先感应接收一轴感应线传送的驱动信号，接着判断其信号强度，再据以产生并传送一对应于第一驱动信号强度且反相的第二驱动信号，该第二驱动信号与第一驱动信号均将为互容式触控面板上的另一轴感应线所接收，然而第二驱动信号与第一驱动信号的反相，因此将形成抵减，使另一轴感应线所测到的感应值下降，藉以模拟手指触摸的状态；由于是模拟手指动作，因此对于触控面板而言，并无须针对主动式电容触控笔的使用提供软硬件支持，遂可解决以往主动式电容触控笔须由触控面板提供软硬件支持而有使用对象限制的问题。
附图说明
[0015] 图1是本发明主动式电容触控笔一
实施例的结构示意图。
[0016] 图2是本发明主动式电容触控笔一实施例的
电路方块图。
[0017] 图3A、3B是本发明主动式电容触控笔根据不同强度的第一驱动信号调整第二驱动信号振幅的示意图。
[0018] 图4A、4B是本发明主动式电容触控笔根据不同强度的第一驱动信号调整第二驱动信号时序的示意图。
[0019] 图5A、5B是本发明主动式电容触控笔根据不同强度的第一驱动信号调整第二驱动信号
电压转换速率的示意图。
[0020] 图6是本发明主动式电容触控笔一实施例的电路图。
[0021] 图7是本发明主动式电容触控笔一实施例的工作
波形图。
[0022] 图8是本发明主动式电容触控笔又一实施例的控制模块电路图。
[0023] 图9是本发明主动式电容触控笔再一实施例的平面图。
[0024] 图10是本发明主动式电容触控笔再一实施例的仰视平面图。
[0025] 图11是本发明主动式电容触控笔再一实施例的控制模块电路图。
[0026] 符号说明：
[0027]
具体实施方式
[0028] 关于本发明主动式电容触控笔，其一较佳实施例请参阅图1所示，主要是在一笔身10内设有一个以上的控制模块20和一电源模块30，该控制模块20与电源模块30电连接，由其供应工作电源。该笔身10具有一前端，其前端设有一个以上的感应件11，本实施例中，该笔身10前端设有一感应件11，该感应件11和控制模块20电连接，以感应接收或传送驱动信号。
[0029] 请参阅图2所示，前述控制模块20包括一个以上的信号检出电路21、一个以上的信号强度检测电路22、一
控制器23及一个以上的驱动信号产生器24；本实施例中，主要是由一信号检出电路21、一信号强度检测电路22、一控制器23及一驱动信号产生器24所组成；其中：该信号检出电路21具有一输入端及一输出端，其输出端与信号强度检测电路22的输入端连接，该信号强度检测电路22的输出端和控制器23连接，该控制器23具有一个以上的输入端和多个输出端，其输入端和信号强度检测电路22连接，其中一输出端则与驱动信号产生器24连接；在本实施例中，该驱动信号产生器24的输出端和信号检出电路21的输入端是在控制器23控制下可切换地与感应件11连接。
[0030] 利用上述电路组成的主动式电容触控笔可运用于互容式触控面板，并通过以下的方式运行：
[0031] 当主动式电容触控笔以笔身10前端的感应件11接触或靠近互容式触控面板时，将由信号检出电路21感应接收互容式触控面板上其中一轴感应线传送的一第一驱动信号，而由信号强度检测电路22判断其信号强度，再由控制器23控制该驱动信号产生器24产生一对应于该第一驱动信号强度且反相的第二驱动信号，并经由感应件11传送，则互容式触控面板另一轴的感应线将会分别接收到第一驱动信号及第二驱动信号，并经由模拟数字转换而产生一感应值，由于第二驱动信号和第一驱动信号反相，因此将造成另一轴感应线上的感应值下降，藉此模拟手指触摸的状态。
[0032] 由于互容式触控面板是在一轴感应线与另一轴感线之间分别形成一耦合电容Cp，其驱动方式则由一轴感应线送出驱动信号，另一轴感应线接收模拟感应信号，经模拟数字转换而产生感应值；若以手指碰触互容式触控面板的某处时，将产生一新的电容Cf，该电容Cf与触摸处的耦合电容Cp
串联，因而将使触摸处的感应值下降，故控制器23可经由判断另一轴感应线上的感应值变化决定是否报点。而本发明的主动式电容触控笔，也就是在模拟上述手指触摸时使另一轴感应线上的感应值下降的现象，其在接收一轴感应线送出的第一驱动信号时，将依据第一驱动信号的强度相对应地送出一反相的第二驱动信号，因而另一轴感应线除接收第一驱动信号，也接收第二驱动信号，由于第二驱动信号与第一驱动信号反相，而对第一驱动信号产生抵减，造成另一轴感应线的感应值下降，形同手指触摸后产生的结果。
[0033] 如前述所述，该驱动信号产生器24的输出端和信号检出电路21的输入端是在控制器23控制下可切换地与感应件11连接。当控制器23使信号检出电路21的输入端和感应件11连接时，是在一接收模式下接收第一驱动信号；当控制器23将信号检出电路21的输入端切离感应件11，而使驱动信号产生器24的输出端和感应件11电连接时，则为一驱动模式，并用以传送第二驱动信号。
[0034] 由于互容式触控面板上其中一轴的各感应线是轮流地传送第一驱动信号，即使主动式电容触控笔接触的位置不是在传送驱动信号的感应线上，还是会接收到该感应线传送的驱动信号，差异只是强度不同，为模拟手指触摸的情况，控制器23将根据第一驱动信号的强度调整第二驱动信号的特性，例如基于第一驱动信号的不同强度，等比例地改变第二驱动信号的振幅大小、电压转换速率(slew rate)或时序(延迟)，藉此改变触摸位置周边的感应值分布状况，以模拟成手指的轮廓，并在轮廓中心形成峰值，而由峰值决定报点位置。
[0035] 请参阅图3A、图3B所示，当笔身10前端的感应件11位于传送第一驱动信号的感应线Tx上方时，感应件11向互容式触控面板传送的第二驱动信号原始振幅是如图3A右侧波形所示。若笔身10前端的感应件11不位于传送第一驱动信号的感应线Tx上方，而存在一距离ΔD时(如图3B所示)，此时该信号检出电路21所接收到的第一驱动信号强度会小于图3A情况下所接收到的第一驱动信号强度，因此感应件11向互容式触控面板传送的第二驱动信号将对应第一驱动信号强度而缩小振幅(图3B右侧波形所示)，幅度的大小等比于感应件11和传送第一驱动信号感应线Tx的距离ΔD，也就是距离ΔD越大，振幅越小。由于第二驱动信号振幅变小，对于另一轴感应线所接收第一驱动信号的抵减程度变小，其感应值下降幅度亦变小。
[0036] 另一实施例揭示，若根据不同强度的第一驱动信号以调整第二驱动信号的时序时，请参阅图4A、图4B所示，当笔身10前端的感应件11位于传送第一驱动信号的感应线Tx上方时，感应件11向互容式触控面板所传送第二驱动信号的脉波时序是如图4A右侧波形所示。若笔身10前端的感应件11不位于传送第一驱动信号的感应线Tx上方，而存在一距离ΔD时(如图4B所示)，则控制模块20将会延后通过感应件11传送第二驱动信号给互容式触控面板(图4B右侧波形所示)，当第二驱动信号愈早送出，对第一驱动信号产生抵减影响的时间愈长，亦即另一轴感应线上的感应值会下降较多；反之，第二驱动信号愈晚送出，影响第一驱动信号的时间较短，另一轴感应线上的感应值下降较少。至于延后的时间长短等比于感应件11和传送第一驱动信号感应线Tx的距离ΔD，距离ΔD愈小，第一驱动信号强度愈强，愈早送出第二驱动信号；距离ΔD愈大，第一驱动信号强度愈弱，愈晚送出第二驱动信号。
[0037] 再者，所称电压转换速率(slew rate)是指脉波电压由波谷升到波峰所需的时间，亦即为dv/dt。当电压转换速率高时，
能量较强，电压转换速率低时，则能量相对较弱。因此，若根据不同强度的第一驱动信号以调整第二驱动信号的电压转换速率时，请参阅图5A、图5B所示，当笔身10前端的感应件11位于传送第一驱动信号的感应线Tx上方时，感应件11向互容式触控面板传送的第二驱动信号波形具有较大的电压转换速率(如图5A右侧波形所示)。若笔身10前端的感应件11不位于传送第一驱动信号的感应线Tx上方而存在一距离ΔD时(如图5B所示)，感应件11向互容式触控面板传送的第二驱动信号将降低其电压转换速率(图5B右侧波形所示)，电压转换速率降低的幅度等比于感应件11和传送第一驱动信号感应线Tx的距离。也就是该第一驱动信号强度愈强，使该第二驱动信号的电压转换速率愈高，以提高第二驱动信号的能量；当该第一驱动信号强度愈弱，则降低该第二驱动信号的电压转换速率，以提供较低能量的第二驱动信号。
[0038] 关于本发明主动式电容触控笔进一步的具体构造，请配合参阅图6所示：
[0039] 该信号检出电路21具有一输入端及一输出端，其输入端与感应件电连接；本实施例中，该信号检出电路21是由一
电流镜构成，其输入端通过一第一
开关S1和感应件11电连接，其输出端则与信号强度检测电路22连接。当
[0040] 该信号强度检测电路22具有一输入端及一输出端，其输入端和前述信号检出电路21的输出端连接；本实施例中，该信号强度检测电路22包括一比较器221及一积分器222，该比较器221具有一输入端、一参考端Vref及一输出端，其输出端和控制器23连接；
该积分器222具有一输入端和一输出端，其输入端和信号检出电路21的输出端连接，积分器222的输出端和比较器221的输入端连接。
[0041] 前述积分器222包括一电容C1和一受控于控制器23的开关S3，该电容C1连接在该比较器221的输入端和一接地端之间，前述开关S3是和电容C1并联。
[0042] 该控制器23具有一个以上的输入端和多个输出端，其中一输入端是和信号强度检测电路22的输出端连接；当信号检出电路21送出一驱动信号至信号强度检测电路22，其积分器222将会开始积分，也就是其电容C1开始充电，当充电电压大于比较器221的参考端电压Vref时，比较器221的输出端即在控制器23的对应输入端上产生一个高电位，接着控制器23即控制开关S3开始启闭，开关S3每导通一次，电容C1即放一次电，随着开关S3导通次数的累积，比较器221输入端上的电压将逐渐下降，在下降至低于参考端电压Vref时，比较器221的输出电位转变，藉此控制器23可以根据其启闭开关S3的次数运算出信号检出电路21所检出第一驱动信号的强度。再由控制器23通过该驱动信号产生器24产生一相对应的第二驱动信号。
[0043] 在本实施例中，该驱动信号产生器24包括一固定
电阻R与一可变电阻VR，该固定电阻R的一端串接该可变电阻VR的一端构成一分压
节点，而该固定电阻R的另一端则接地，该可变电阻VR的另一端则连接一电压源(V)，由分压节点构成驱动信号产生器24的输出端，且通过一第二开关S2与感应件11连接；该可变电阻VR的阻值是由控制器23控制。该固定电阻R与可变电阻VR除上述连接方式外，亦可由该固定电阻R的另一端连接电压源(V)，该可变电阻VR的另一端接地。
[0044] 前述第一、第二开关S1、S2分别和控制器23连接，并由控制器23控制该第一、第二开关S1、S2启闭。
[0045] 根据分压原理，当可变电阻VR的阻值改变，其分压节点上的电位即随之改变，因此控制器23可经由改变可变电阻VR的阻值，以调整第二驱动信号的电位大小(振幅)。
[0046] 以下仅配合图7进一步前述主动式电容触控笔的工作原理：
[0047] 当互容式触控面板工作时，其中一轴的各感应线将轮流地传送第一驱动信号Tx，而在主动式电容触控笔以其笔身10前端的感应件11接近或接触互容式触控面板表面时，其控制模块20的控制器23将使第一开关S1导通，第二开关S2开路，以进入一接收模式，此时信号检出电路21将检测到第一驱动信号Tx脉波的下降缘，接着由控制器23经由信号强度检测电路22的比较器221及积分器222检测出第一驱动信号Tx的强度，随后使第一开关S1开路，第二开关S2导通，以进入一驱动模式，而由控制器23启动该驱动信号产生器24产生一相位相反的第二驱动信号Tx’，经由感应件11送出；对于互容式触控面板的另一轴感应线而言，不仅会接收到第一驱动信号Tx，也会接收到第二驱动信号Tx’，由于第二驱动信号Tx’相位和第一驱动信号Tx相反，因此第二驱动信号Tx’将对第一驱动信号Tx造成抵减，经过抵减后，互容式触控面板另一轴感应线上接收的信号Rx即相对减弱，经转换为感应值，可作为报点的依据。
[0048] 再者，如前述所述，当笔身10前端的感应件11和传送第一驱动信号Tx的感应线之间的距离变大时，主动式电容触控笔所接收到的第一驱动信号Tx的强度变弱，此时控制模块20的控制器23将根据第一驱动信号Tx的信号强度，启动驱动信号产生器24产生一对应的第二驱动信号Tx’，根据上述的实施例，控制器23可改变驱动信号产生器24中可变电阻VR的阻值，以调整第二驱动信号Tx’的脉波电位(振幅)大小，进而改变触摸位置周边的感应值分布状况而模拟手指轮廓。
[0049] 请参阅图8所示，为本发明主动式电容触控笔又一较佳实施例的电路图，仍包括一信号检出电路21、一信号强度检测电路22、一控制器23及一驱动信号产生器24’，其电路构造与前一实施例大致相同，不同处在于本实施例中，该驱动信号产生器24’可在控制器23的控制下，改变第二驱动信号的电压转换速率。关于该驱动信号产生器24’的具体电路和工作原理详如以下所述。
[0050] 该驱动信号产生器24’包括一固定电阻R与一可变电阻VR，该固定电阻R的一端串接该可变电阻VR的一端构成一分压节点，而该固定电阻R的另一端则接地，该可变电阻VR的另一端则连接一固定电流源(I)，由分压节点构成驱动信号产生器24’的输出端，且通过一第二开关S2与感应件11连接；该可变电阻VR的阻值是由控制器23控制。与前述实施例相同的是：该固定电阻R与可变电阻VR除上述连接方式外，亦可由该固定电阻R的另一端连接固定电流源(I)，该可变电阻VR的另一端接地。
[0051] 根据上述电路设计，可由控制器23通过改变可变电阻VR的阻值，使得第二驱动信号的电压跟着改变，随即可调整其电压转换速率，而决定第二驱动信号的能量强度。
[0052] 在前述实施例中揭示了一个感应件11与单一控制模块20的具体构造与工作原理。在以下的实施例中，将进一步揭示多个感应件11与多个控制模块20的实施例，请参阅图9、图10所示，揭示有一笔身10’，该笔身10’的前端设有多个以放射状且等
角度排列的感应件11A～11H，本实施例中，该感应件11A～11H共计有八个，且每一个感应件11A～11H分别和一个独立的控制模块(图中未示)电连接，每一个感应件11A～11H配合对应的控制模块独立运行，其分别感应接收来自第一驱动信号，并依照各自感应接收第一驱动信号的不同强度，产生并传送对应强度的第二驱动信号。
[0053] 在以下的实施例中，进一步揭示多个感应件11A～11H与单一控制模块20’的组合形态，关于该控制模块20’的电路构造请参考图11所示，其包括：多个信号检出电路21’、多个信号强度检测电路22’、一控制器23、一驱动信号产生器24”及控制器23控制的第一、第二开关S1,S2；各信号检出电路21’的电路构造与前述各实施例的信号检出电路21相同，各信号强度检测电路22’的电路构造与前述各实施例的信号强度检测电路22相同，该驱动信号产生器24”的电路构造可与前述实施例的驱动信号产生器24或24’相同。各信号强度检测电路22’的输入端分别和一信号检出电路21’的输出端连接，各信号强度检测电路22’的输出端则共同连接至控制器23，该控制器23的一输出端和驱动信号产生器24”连接，该驱动信号产生器24的输出端是通过第二开关S2和各个感应件11A～11H电连接。
[0054] 在本实施例中，该第一、第二开关S1、S2分别由一多工器(MUX)构成，其中第一开关S1具有多个输入端和多个输出端，各输入端分别与各感应件11A～11H连接，各输出端分别和各信号检出电路22’连接，其通过控制器23的控制，使成对的输入端和输出端轮流导通，使各感应件11A～11H轮流地接通对应的信号检出电路21’，由各信号检出电路21’通过各感应件11A～11H分别感应接收第一驱动信号，并分别送至对应的信号强度检测电路22’检测其信号强度后通知控制器23，由控制器23驱动信号产生器24”分别产生不同强度的第二驱动信号，经第二开关S2的切换分别由各个感应件11A～11H送出。
[0055] 本实施例中，第二开关S2为一对多的多工器，其具有一输入端及多个输出端，其输入端和驱动信号产生器24”的输出端连接，各输出端分别和各感应件11A～11H电连接，而第二开关S2的输入端是在控制器23的控制下轮流和各输出端接通，也就是该驱动信号产生器24”在控制器23控制下所产生不同强度的第二驱动信号是通过第二开关S2由不同的感应件11A～11H分别送出。
[0056] 根据前述实施例的内容可知，各感应件11A～11H将交替地感应接收第一驱动信号及传送第二驱动信号，当主动式电容触控笔处于接收模式下，控制器23将先关闭第二开关S2，同时使第一开关S1上成对的输入端、输出端轮流接通，让各个对应的信号检出电路21’分别检出触控面板送出的第一驱动信号，由于各感应件11A～11H分别位于笔身11前端的不同角度处，在趋近触控面板时，与触控面板内传送第一驱动信号的感应线的距离也不相同，因此收到的第一驱动信号强度也会不同，而由各感应件11A～11H感应接收的第一驱动信号，分别由对应的信号强度检出电路22’检测其强度，并将检测结果送至控制器23，由控制器23控制该驱动信号产生器24”分别产生对应强度且反相的第二驱动信号，以便在驱动模式下由不同的感应件11A～11H分别送出第二驱动信号，以供触控面板的感应线接收。
[0057] 当主动式电容触控笔为驱动模式时，则由控制器23关闭第一开关S1，且使第二开关S2的输入端轮流与各输出端电连接，使不同强度的第二驱动信号分别由不同的感应件11A～11H送出。意即，各感应件11A～11H在接收模式下将分别接收不同强度的第一驱动信号，而在驱动模式下将依据第一驱动信号的强度分别送出第二驱动信号，其中每一感应件11A～11H传送的第二驱动信号强度是对应于其接收第一驱动信号的强度。
[0058] 另前述实施例中，由于各感应件11A～11H感应第一驱动信号的强度不同，亦可运用于判断笔身10相对于触控面板的倾斜状况。
[0059] 由上述可知，本发明利用前述装置与控制方法，由主动式电容触控笔模拟手指动作，对于触控面板而言，无须针对主动式电容触控笔的使用提供软硬件支持，换言之，本发明的主动式电容触控笔可在互容式触控面板上独立运行，从而解决以往主动式电容触控笔须由触控面板提供软硬件支持而有使用对象限制的问题。
