輸入系統的製作方法
2023-10-09 16:18:39 2
輸入系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種輸入系統，其包含觸控面板、控制電路、觸控筆以及連線連結。該控制電路用以產生電氣信號。該觸控筆外接於該控制電路。該連線連結耦接於該控制電路與該觸控筆之間，用以將該電氣信號傳送給該觸控筆，其中該電氣信號經由該觸控筆來耦接至該觸控面板。該連線連結為一有線連結或一無線連結。
【專利說明】輸入系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及用來接收使用者輸入的輸入系統，尤其涉及一種利用一連線連結來將一電氣信號傳送至一觸控筆的輸入系統，其中該電氣信號經由該觸控筆來耦接於一觸控面板。
【背景技術】
[0002]已知的電容式觸控筆(capacitive stylus pen)通過所具有的較大的筆尖接觸面積來觸摸一觸控面板(touch panel)(採用銦錫氧化物導電層(Indium Tin Oxide pattern,ITO pattern)),以使接觸位置可被正確地決定出來。請參閱圖1，圖1為採用具有一較小的筆尖接觸面積NSl的一電容式觸控筆110的一輸入系統100的不意圖。具有鑽石形狀電極(diamond-shaped electrode)的銦錫氧化物導電層是繪示於一觸控面板上，以及多條走線(trace) Xl?X5及Yl?Y5分別用來取得電容式觸控筆110的水平位置信息及垂直位置信息。
[0003]由圖1可知，電容式觸控筆110隻有觸摸到觸控面板120上的電極E33，其中電極E33為對應於走線X4的多個縱向電極(electrode column)的其中之一,且電極E33位於對應於走線Y3及走線Y4的兩橫向電極(electrode row)之間。請參閱圖2A及圖2B。圖2A為由電容式觸控筆110所觸發的感應電荷的示意圖，以及圖2B為由另一電容式觸控筆210所觸發的位於電極E33附近的感應電荷的示意圖，其中電容式觸控筆210具有較大的筆尖接觸面積NS2 (相較於筆尖接觸面積NSl來說)。由圖2A可知，在感測模式為自容式感測模式(self-capacitance sensing)的情形下,會在走線X3感測到感應電荷Ql,然而，由於筆尖接觸面積NSl比較小的緣故，在走線Y3及走線Y4上卻幾乎感測不到感應電荷，也就是說，僅可取得電容式觸控筆110所對應的X軸坐標，因此，無法正確地定位出電容式觸控筆110的位置。由於本領域技術人員應可輕易地了解互容式感測模式(mutual-capacitancesensing)也會存在相同的問題,故在此便不再贅述。
[0004]在已知技術中，其中一種用來解決上述問題的方法為增加電容式觸控筆的接觸面積。請再參閱圖2B。由於筆尖接觸面積NS2比較大的緣故，在走線X4、走線Y3及走線Y4上會因而感測到較多的感應電荷，使得可正確地定位出電容式觸控筆210的位置，也就是說，可正確地決定出觸摸位置。然而，由於實際上用來書寫的筆通常會具有尖銳的筆尖，故使用者在使用電容式觸控筆110時會感覺到較真實的書寫體驗，因此，需要一種創新的輸入系統，其可提供較為真實的書寫體驗給使用者，卻不會產生當使用具有較小的筆尖接觸面積的電容式觸控筆時所伴隨的定位性能劣化的問題。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本發明提供一種將一電氣信號經由一觸控筆來耦接於一觸控面板的輸入系統，以解決上述問題。
[0006]依據本發明的一實施例，其揭不一種輸入系統。該輸入系統包含一觸控面板、一控制電路、一觸控筆以及一連線連結。該控制電路用以產生一電氣信號。該觸控筆外接於該控制電路。該連線連結耦接於該控制電路與該觸控筆之間，用以將該電氣信號傳送給該觸控筆，其中該電氣信號經由該觸控筆來耦接至該觸控面板。視實際設計需求/考慮而定，該連線連結可為一有線連結或一無線連結。
[0007]本發明提出一種可提供較真實的書寫體驗給使用者的創新輸入系統，其利用於外部產生一電氣信號且將所產生的電氣信號經由一連線連結傳送至一觸控筆，所傳送的電氣信號因而可經由該觸控筆來耦接於一觸控面板，以提升該觸控筆所觸發的輸入信號的信號強度。另外，該觸控筆可具有一尖銳的筆尖、輕巧的重量以及簡單的架構，使得該觸控筆的使用更加便利以及提供使用者更加真實的書寫體驗。再者，該輸入系統可同步執行傳送及接收，故可有效地改善信噪比。 【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為米用具有小筆尖接觸面積的一電容式觸控筆的一輸入系統的不意圖。
[0009]圖2A為由一已知具有小筆尖接觸面積的電容式觸控筆所觸發的感應電荷的示意圖。
[0010]圖2B為由一已知具有小筆尖接觸面積的電容式觸控筆所觸發的感應電荷的示意圖。
[0011]圖3為本發明輸入系統的一實施例的示意圖。
[0012]圖4為本發明輸入系統的另一實施例的示意圖。
[0013]圖5為本發明輸入系統的另一實施例的示意圖。
[0014]圖6為本發明輸入系統的另一實施例的示意圖。
[0015]圖7A為圖6所示的多個開關控制信號以及一時鐘信號的操作時序圖。
[0016]圖7B為在積分期間一輸出電壓的變動情形的示意圖。
[0017]【主要元件符號說明】
[0018]100、300、400、500、600 輸入系統
[0019]110,210,310觸控筆
[0020]120,320觸控面板
[0021]330連線連結
[0022]340、540控制電路
[0023]442、542、642感測電路
[0024]548、648時鐘產生器
[0025]643多工器
[0026]644積分器
[0027]645模擬數字轉換器
[0028]646處理器
[0029]647運算放大器
[0030]C1、C2電容
[0031]C_A、C_B、C_C寄生電容
[0032]CNl~CNn接觸端[0033]E33電極
[0034]N1、N2輸入埠
[0035]N_IN輸入端
[0036]N_0UT輸出埠
[0037]NSU NS2筆尖接觸面積
[0038]SffU SW2開關
[0039]Xl ~Χ5、Χη、Υ1 ~Y5、Yn 走線
【具體實施方式】
[0040]在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區別的基準。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」 一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置電性連接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接連接於該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地連接至該第二裝置。
[0041]請參閱圖3，圖3為本發明輸入系統的一實施例的示意圖。輸入系統(inputsystem) 300包含(但不局限於)一觸控筆310、一觸控面板320、一連線連結(connectionlink)以及一控制電路(control circuit) 340。由圖3可知,觸控筆310外接於控制電路340，以及控制電路340產生一電氣信號(electrical signal) S_E，且通過耦接於控制電路340與觸控筆310之間的外接連線連結330來將電氣信號S_E傳送至觸控筆310，舉例來說(但本發明並不局限於此)，連線連結330可以是一有線連結(wired link)(例如，一導線(conductive wire))或一無線連結(wireless link)(例如，紅外線傳輸(infraredtransmission))。請注意,通過將電氣信號S_E稱接至觸控面板320,即便觸控筆310的筆尖接觸面積小，仍可避免已知技術中感應電荷不足的問題，因此，可縮小觸控筆310的筆尖尺寸以提供較真實的書寫體驗給使用者。另外，由於電氣信號S_E由外接於觸控筆310的控制電路340所產生，故觸控筆310之中並不需要額外的電路。由於觸控筆310具有結構簡單以及重量輕巧的特點，故使用者會感到易於書寫且便利。再者，當因為觸控筆310的一觸控事件而觸發一輸入信號S_I時，控制電路340另可對輸入信號S_I進行多次處理來檢測該觸控事件，以獲得較佳的檢測質量。
[0042]簡而言之，只要是一電氣信號(由外部產生至一觸摸物體(touch object)(例如，一觸控筆))經由該觸摸物體來稱接於一輸入接口(input interface)(例如,一觸控面板)的輸入系統，均落入本發明的發明精神。
[0043]請參閱圖4，圖4為本發明輸入系統的另一實施例的示意圖。輸入系統400的架構基於輸入系統300的架構,而兩者主要的差別在於輸入系統400的控制電路340包含一感測電路(sensing circuit)442。感測電`路442用以依據觸控筆310所觸發的一輸入信號S_I來產生一觸控事件的一感測輸出，以及當觸控筆310傳送具有一第一電平(level)(例如，一邏輯高電平(logic high level))的電氣信號S_E時，感測電路442會同步接收到輸入信號S_I。利用本發明所提出的架構，輸入系統400得以同步執行傳送(tranSmiSSion，TX)及接收(reception, RX),進而可有效地提升信噪比(signal-to-noise ratio, SNR ratio)。另外，當感測電路442對接收自觸控面板320的輸入信號S_I進行處理時，觸控筆310可傳送具有不同於該第一電平的一第二電平(例如，一邏輯低電平(logic low level))的電氣信號S_E，換句話說，對輸入信號S_I所進行的接收及處理均可依據由控制電路340所產生的電氣信號S_E來執行。
[0044]請參閱圖5,圖5為本發明輸入系統的另一實施例的不意圖,其中輸入系統500的架構基於輸入系統300的架構。在此實施例中，輸入系統500包含一控制電路540，其中控制電路540包含一感測電路542以及一時鐘產生器(clock generator) 548於其中，此外，控制電路540產生一第一時鐘信號(clock signal)S_C (例如，圖3所不的電氣信號S_E),其中第一時鐘信號S_C經由觸控筆310來耦接於觸控面板320。感測電路542耦接於觸控面板320，用以依據至少一第二時鐘信號S_C2以及觸控筆310所觸發的一輸入信號S_I來感測一觸控事件。時鐘產生器548耦接於控制電路542及連線連結330，用以產生第一時鐘信號S_C及至少一第二時鐘信號S_C2。
[0045]當一使用者使用觸控筆310而於觸控板320上進行書寫時，時鐘產生器548會產生第一時鐘信號S_c，以使第一時鐘信號S_C經由觸控筆310來耦接於觸控面板320。輸入信號S_I由圖1所示的縱向電極和/或橫向電極所產生，此外，在感測模式為自容式感測模式時，輸入信號S_I可以是由觸控筆310與對應於走線Xn的電極(並未顯示於圖4中)之間的寄生電容(parasitic capacitor)C_A所產生的電荷,也可以是由觸控筆310與對應於走線Yn的電極(並未顯示於圖4中)之間的寄生電容C_A及C_B所產生的電荷。在第一時鐘信號S_C的一第一半周期(first half period)的期間,感測電路542可接收輸入信號S_I，以及觸控筆310會同步傳送具有一第一電平(例如，一邏輯高電平)的第一時鐘信號S_C，換句話說，輸入系統500可同步執行傳送及接收，故可有效地改善信噪比。在第一時鐘信號S_C的一第二半周期(例如,第一時鐘信號S_C的一全周期(full period)之中的剩餘部分)的期間，感測電路542可對所接收的輸入信號S_I進行處理，以及觸控筆310會傳送具有不同於該第一電平的一第二電平(例如，一邏輯低電平)的第一時鐘信號S_C，此外，第二時鐘信號S_C2可控制感測電路542接收及處理輸入信號S_I。詳細的說明請參閱圖6。
[0046]圖6為本發明輸入系統的另一實施例的不意圖,其中輸入系統600的架構基於輸入系統300及輸入系統500的架構。在此實施例中，輸入系統600包含一控制電路640，其中控制電路640包含一感測電路642以及一時鐘產生器648於其中。感測電路642包含一多工器(multiplexer) 643、一第一開關(switch) SW1、一第二開關SW2以及一積分器(integrator)644。在此實施例中，積分器644由一電容Cl以及一運算放大器(operationalamplifier) 647來加以實作。
[0047]時鐘產生器648產生一第一時鐘信號S_C(其交替地(alternately)具有一第一電平VREFl及一第二電平VREF2)，以及產生至少包含一第一開關控制信號(switchcontrol signal)S_S1及一第二開關控制信號S_S2的一第二時鐘信號。在此實施例中，第一開關信號SWl由第一開關控制信號S_S1所控制，用以選擇性地將一第一參考電壓VREF3率禹接至用來接收輸入信號S_I的一輸入端N_IN。積分器644具有一第一輸入埠 N1、一第二輸入埠 N2及一輸出埠 N_0UT，其中第一輸入埠 NI用以接收輸入信號S_1、第二輸入埠 N2用以接收一第二參考電壓VREF4，以及輸出埠 N_0UT用以輸出一積分結果IR。第二開關SW2由第二開關控制信號S_S2所控制，用以選擇性地將輸入端N_IN耦接至積分器644的第一輸入埠 NI，舉例來說(但本發明並不局限於此)，VREFl為3伏特、VREF2為O伏特、VREF3為1.5伏特以及VREF4為1.5伏特。
[0048]進一步的說明請參閱圖7A。圖7A為圖6所示的第一開關控制信號S_S1、第二開關控制信號S_S2以及一第一時鐘信號S_C的操作時序圖。在此實施例中，當第一開關控制信號3_31為高電平時,第一開關SWl會閉合(closed)(亦即，切換為導通(switched on))以將第一參考電壓VREF3耦接至輸入端N_IN，以及當第一開關控制信號S_S1為低電平時，第一開關SWl會開啟(open)(亦即，切換為不導通(switched off ))以將第一參考電壓VREF3自輸入端N_IN斷開(disconnect)。相似地，當第二開關控制信號S_S2為高電平時，第二開關SW2會閉合(亦即，切換為導通)以將輸入端N_IN耦接至第一輸入埠 NI，以及當第二開關控制信號S_S2為低電平時，第二開關SW2會開啟(亦即，切換為不導通)以將輸入端N_IN自第一輸入埠 NI斷開。如圖7A所不，當第一時鐘信號S_C處於第一電平VREFl (亦即，在此實施例中，處於一邏輯高電平)時，操作時序會進入操作階段(phase) A，以及當第一時鐘信號S_C處於第二電平VREF2 (亦即，在此實施例中，處於一邏輯低電平)時，操作時序會進入操作階段B，此外，由圖7A可知，第一開關控制信號S_S1及第二開關控制信號S_S2為非重疊(non-overlapping)時鐘信號以正確地控制感測電路642的信號接收及信號處理操作，以及第一開關控制信號S_S1及第二開關控制信號S_S2均具有與第一時鐘信號S_C的信號沿(edge)對齊的信號沿，更具體地說，第一開關信號3_31的上升沿(rising edge)於時間點Tl、T3及T5與第一時鐘信號S_C的上升沿對齊，以及第二開關信號S_S2的上升沿於時間點T2、T4及T6與第一時鐘信號S_C的下降沿(falling edge)對齊。
[0049]請同時參閱圖6及圖7A。在縱向走線(vertical trace) Xl?Xn (例如，圖1所示的X軸走線)依序進行掃描的情形下，多工器643選擇性地將多個接觸端(contact node)CNl?CNn耦接至輸入端N_IN。觸控筆310經由一寄生電容C2來耦接至接觸端CN1，其意味著電荷產生於觸控筆310與對應走線Xl (其位於觸控面板320之中)的電極之間的寄生電容C2。另外，因為觸控筆310所觸發的感應電荷很少，所以接觸點CN2?CNn可視為浮接狀態(floating)。當在操作階段A中對走線Xl進行掃描時，處於第一電平VREFl的第一時鐘信號S_C經由觸控筆310來耦接至觸控面板320。由於第一開關控制信號5_51的上升沿與第一時鐘信號S_C的上升沿對齊，故寄生電容C2會被充電至一電壓值，其中該電壓值為電壓VREFl與電壓VREF3之間的電壓差。由於第二開關控制信號S_S2的上升沿與第一時鐘信號S_C的下降沿對齊，當第一時鐘信號S_C切換至第二電平VREF2，第二開關SW2會被閉合，此外，由於第一開關SWl在第二開關SW2閉合之前已被開啟，故存儲於寄生電容C2的電荷會在操作階段B的期間被轉移至電容Cl，因此，在輸出埠 N_0UT的一輸出電壓V_0UT(亦即，積分結果IR)可表示為下列方程式:
[0050]V_0UT=V_initial+T_INTX (VREF1 - VREF3) X (C2/C1) (I)
[0051]在上述方程式(I)中，符號「V_initial」表示輸出埠 N_0UT的一初始電壓(initial voltage),以及符號「T_INT」表示在積分期間第一時鐘信號S_C的時鐘周期(clock cycle)的個數。
[0052]請參閱圖7B，圖7B為在積分期間輸出電壓V_0UT的變動情形的示意圖。如圖7B所示，在多個積分操作之後，輸出電壓V_0UT自電壓V_initial被充電至電壓V_result。在此實施例中，對應於走線Xl的輸出電壓V_OUT高於其他走線Χ2?Xn所對應的電壓值，這表示對應於走線Xl的寄生電容中所存儲的電荷較大，因此，觸控筆310的橫向位置(horizontalposition)(亦即，X軸坐標)會被決定為Xl。
[0053]請注意，以上僅供說明之需，並非用來作為本發明的限制。積分器644可採用其他型式的電路來實作、感測模式可以是自容式或互容式感測模式，以及多工器的個數可依據所採用的感測模式來調整，舉例來說，假若設置兩個積分器以對兩走線的輸入信號進行處理，則多工器的個數可增加為兩個。在一設計變化中，可將第一時鐘信號S_C反相(invert),因此，第一開關信號S_S1的上升沿與第一時鐘信號S_C的下降沿對齊，以及第二開關信號S_S2的上升沿與第一時鐘信號S_C的上升沿對齊，此外，第一電平VREFl為低電平而第二電平VREF2為高電平，以及當第一時鐘信號S_C處於低電平時，第一開關SWl及第二開關SW2為閉合狀態。
[0054]由圖6可知，感測電路642另可包含一模擬數字轉換器(analog-to-digitalconverter>645以及一處理器(processor)646。模擬數字轉換器645稱接於積分器644的輸出端DN_0UT，用以將積分結果IR轉換為一數位訊號(digital signal)S_D。處理器646率禹接於模擬數字轉換器645,用來接收及處理數位訊號S_D以於數字域(digital domain)中檢測該觸控事件，因此，當得到輸出電壓V_0UT時，模擬數字轉換器645接著會將輸出電壓V_0UT轉換為數位訊號S_D以供進一步的處理。
[0055]簡而言之，本發明提出一種可提供較真實的書寫體驗給使用者的創新輸入系統，其利用於外部產生一電氣信號且將所產生的電氣信號經由一連線連結傳送至一觸控筆，所傳送的電氣信號因而可經由該觸控筆來耦接於一觸控面板，以提升該觸控筆所觸發的輸入信號的信號強度。另外，該觸控筆可具有一尖銳的筆尖、輕巧的重量以及簡單的架構，使得該觸控筆的使用更加便利以及提供使用者更加真實的書寫體驗。再者，該輸入系統可同步執行傳送及接收，故可有效地改善信噪比。
[0056]以上所述僅為本發明的優選實施例，凡依本發明權利要求書所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
【權利要求】
1.一種輸入系統，包含: 一觸控面板； 一控制電路，用以產生一電氣信號； 一觸控筆，外接於該控制電路；以及 一連線連結，耦接於該控制電路與該觸控筆之間，用以將該電氣信號傳送給該觸控筆，其中該電氣信號經由該觸控筆來耦接於該觸控面板。
2.如權利要求1所述的輸入系統，其中該電氣信號為一第一時鐘信號，以及該控制電路包含: 一感測電路，耦接於該觸控面板，用以依據至少一第二時鐘信號以及該觸控筆所觸發之一輸入信號來感測一觸控事件；以及 一時鐘產生器，耦接於該控制電路以及該連線連結，用以產生該第一時鐘信號以及該至少一第二時鐘信號。
3.如權利要求2所述的輸入系統，其中在該第一時鐘信號的一第一半周期的期間中，該感測電路接收該輸入信號，以及該觸控筆會同步傳送具有一第一電平的該第一時鐘信號。
4.如權利要求3所述的輸入系統，其中在該第一時鐘信號的一第二半周期的期間中，該感測電路對所接收的該輸入信號進行處理，以及該觸控筆會傳送具有不同於該第一電平的一第二電平的該第一時鐘信號。
5.如權利要求2所述的輸入系統，其中該至少一第二時鐘信號包含一第一開關控制信號及一第二開關控制信號，以及`該感測電路包含: 一第一開關，由該第一開關控制信號所控制，用以選擇性地將一第一參考電壓耦接至用來接收該輸入信號的一輸入端； 一積分器，具有一第一輸入埠、一第二輸入埠及一輸出埠，其中該第一輸入埠用以接收該輸入信號、該第二輸入埠用以接收一第二參考電壓，以及該輸出埠用以輸出一積分結果；以及 一第二開關，由該第二開關控制信號所控制，用以選擇性地將該輸入端耦接至該積分器的該第一輸入埠。
6.如權利要求5所述的輸入系統，其中該第一開關控制信號及該第二開關控制信號為非重疊時鐘信號，以及該第一開關控制信號及該第二開關控制信號均具有與該第一時鐘信號的信號沿對齊的信號沿。
7.如權利要求5所述的輸入系統，其中該感測電路還包含: 一模擬數字轉換器，耦接於該積分器的該輸出埠，用以將該積分結果轉換為一數位訊號；以及 一處理器，耦接於該模擬數字轉換器，用來接收及處理該數位訊號以檢測該觸控事件。
8.如權利要求1所述的輸入系統，其中該控制電路包含: 一感測電路，用以依據該觸控筆所觸發的一輸入信號來產生一觸控事件的一感測輸出； 其中當該觸控筆正在傳送具有一第一電平的該電氣信號時，該感測電路會同步接收到該輸入信號。
9.如權利要求1所述的輸入系統，其中該控制電路包含: 一感測電路，用以依據該觸控筆所觸發的一輸入信號來產生一觸控事件的一感測輸出； 其中當該感測電路正在對自該觸控面板所接收的該輸入信號進行處理時，該觸控筆會傳送具有不同於該第一電平的一第二電平的該第一時鐘信號。
10.如權利要求1所述的輸入系統，其中該觸控筆觸發一輸入信號，以及該控制電路另對該輸入信號進行多次處理以檢測一觸控事件。
11.如權利要求1所述的輸入系統，其中該連線連結為一有線連結。
12.如權利要求1所述 的輸入系統，其中該連線連結為一無線連結。
【文檔編號】H03K17/94GK103558975SQ201310142251
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年4月23日 優先權日:2012年4月23日
【發明者】張耀光 申請人:奇景光電股份有限公司