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TW201716936A - 量產時校正電容筆壓力階度曲線以符合微軟®視窗 10®標準的方法 - Google Patents

量產時校正電容筆壓力階度曲線以符合微軟®視窗 10®標準的方法 Download PDF

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TW201716936A TW105109968A TW105109968A TW201716936A TW 201716936 A TW201716936 A TW 201716936A TW 105109968 A TW105109968 A TW 105109968A TW 105109968 A TW105109968 A TW 105109968A TW 201716936 A TW201716936 A TW 201716936A
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Abstract

本發明揭露一種校正電容筆壓力階度曲線的方法。首先產生平均壓力感測訊號值的資料。接著產生標準壓力階度的資料。然後藉由平均壓力感測訊號值的資料與標準壓力階度的資料產生一標準壓力階度映射曲線。接著產生接受校準的電容筆的一壓力感測訊號值。然後比較平均壓力感測訊號值的資料中的一映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值以產生一校準參考值，其中映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值係對應於一施加在電容筆上的重量值。最後以校準參考值校準電容筆之壓力感測訊號值的資料，藉由標準壓力階度映射曲線使壓力階度符合微軟®視窗 10®的標準壓力階度曲線。

Description

量產時校正電容筆壓力階度曲線以符合微軟®視窗 10®標準的方法
本發明是有關於一種校正電容筆壓力階度曲線的方法，特別是有關於一種量產時校正電容筆壓力階度曲線以符合微軟® (Microsoft® )視窗10® (Windows 10® )標準的方法。
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劃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劃粗細在理想條件下應該是與電容筆筆尖上施加的壓力成正比。然而，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均勻特性，使得電容筆的壓力感測模組產生的訊號並不必然對應電容筆筆尖上施加的壓力。因此，由於每個電容筆的壓力偵測元件以及壓力感測器通常分別具有不同的物理與機械誤差以及略為不同的特性，多個電容筆可能具有各種筆尖壓力敏感度。因此，量產的電容筆在出廠前必須先進行校準。
因此本發明提出一種量產時校正電容筆壓力階度曲線以符合微軟® 視窗10® 標準的方法。
本發明提出一種校正電容筆壓力階度曲線的方法，此方法包含以下步驟。首先產生平均壓力感測訊號值的資料。接著產生標準壓力階度的資料。然後藉由平均壓力感測訊號值的資料與標準壓力階度的資料產生一標準壓力階度映射曲線。接著產生接受校準的電容筆的一壓力感測訊號值。然後比較平均壓力感測訊號值的資料中的一映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值以產生一校準參考值，其中映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值係對應於一施加在電容筆上的重量值。最後以校準參考值校準電容筆之壓力感測訊號值的資料，藉由標準壓力階度映射曲線使壓力階度符合微軟® 視窗 10® 的標準壓力階度曲線。
本發明更提出一種具有壓力校正功能的電容筆，包含一具有嵌入非揮發性記憶體的控制單元，非揮發性記憶體儲存可執行指令以執行一種校正電容筆壓力階度曲線的方法，此方法包含以下步驟。首先產生平均壓力感測訊號值的資料。接著產生標準壓力階度的資料。然後藉由平均壓力感測訊號值的資料與標準壓力階度的資料產生一標準壓力階度映射曲線。接著產生此電容筆的一壓力感測訊號值。然後比較平均壓力感測訊號值的資料中的一映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值以產生一校準參考值，其中映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值係對應於一施加在電容筆上的重量值。最後以校準參考值校準電容筆之壓力感測訊號值的資料，藉由標準壓力階度映射曲線使壓力階度符合微軟® 視窗 10® 的標準壓力階度曲線。
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。來自壓力感測器 110的訊號可能因各種原因而波動。例如，因製造問題或裝配的因素造成的導電筆芯 104、筆芯固定座105、彈性體108或恢復導電筆芯 104位置之彈簧的物理或機械的誤差或尺寸的不精確性，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。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 的座標與筆劃粗細顯示電容筆100的筆劃，筆劃粗細部分則是根據壓力感測訊號。壓力感測訊號可能由觸控面板 10內的類比數位轉換器轉換為數位訊號。在理想情況下，壓力感測訊號應與施加在導電筆芯104筆尖上的壓力成正比。然而，不同電容筆之壓力感測模組的物理與機械誤差可能會導致發散的壓力感測靈敏度。壓力感測訊號與施加於導電筆芯 104筆尖壓力之間的關係構成電容筆100的壓力感測訊號曲線。
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，係於觸控面板上藉由一工具施加砝碼於五支電容筆 C6、C8、 C16、 C18與C20上以產生壓力感測訊號曲線。有關如何產生這些曲線的詳細資訊將在以下的內容中進一步地描述。這些壓力感測訊號曲線係根據以一工具施加多個具有不同的重量的砝碼於各電容筆所產生的壓力感測訊號值的原始資料所繪製。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。
第三圖為一顯示移動後複數個電容筆之壓力感測訊號曲線的示意圖。在第三圖中，係於觸控面板上藉由一工具施加砝碼於電容筆 C1、 C2、 C5、 C6。C12、 C14、 C15與C20上以產生壓力感測訊號曲線。 這些壓力感測訊號曲線係根據以一工具施加多個具有不同的重量的砝碼於各電容筆所產生的壓力感測訊號值的原始資料所繪製。這些壓力感測訊號值的原始資料經由以下的公式進一步計算以產生移動後的複數個電容筆之壓力感測訊號曲線。 Vs (x) = V(x)-V(0) Vs 是移動後的壓力感測訊號值，x 是施加在電容筆之重量，而 V 是電容筆的壓力感測訊號， V(0) 是未施加任何重量的電容筆的壓力感測訊號值。壓力感測訊號曲線可以很輕易地透過試算表或一互動式電腦應用程式獲得。
第四圖為根據本發明一個實施例之一電容筆參考感測訊號曲線的示意圖。在第四圖中，電容筆的壓力感測訊號平均值可由以下公式計算。 Va (x) = SUM(V1 (x) +......+ Vn (x)) / n Va 是壓力感測訊號平均值，而 V1 (x) 和 Vn (x) 分別為電容筆1與電容筆 n 施加重量x後的壓力感測訊號值。舉例來說，第三圖中移動的壓力感測訊號值加總後除以電容筆的數量，以獲得壓力感測訊號平均值。平均壓力感測訊號曲線的資料可以編碼儲存於每個電容筆的控制單元的嵌入式非揮發性記憶體內，以作為電容筆在量產過程中校準用的參考感測訊號曲線。
第五圖為根據本發明一個實施例之一標準壓力階度曲線的示意圖。在第五圖中，為一符合微軟® (Microsoft® )視窗10® (Windows 10® )電容筆標準的標準壓力階度曲線。壓力階度可以由以下的公式計算。 P(x) = LN (x) * 71.723-165.15 P(x)是電容筆施加重量x後的壓力階度，LN (x)是自然對數函數。壓力階度值是從 0 到 255，因而有 256 級壓力階度。壓力階度對應於觸控面板上顯示的筆劃粗細。
第六圖為根據本發明的一個實施例的標準壓力階度映射曲線示意圖。此壓力階度映射曲線是根據第四圖中參考壓力感測訊號曲線的平均壓力感測訊號值的資料的與第五圖中的標準壓力階度曲線的資料所生。此壓力階度映射曲線的資料可編碼儲存於每個電容筆的控制單元的嵌入式非揮發性記憶體內，以作為電容筆在量產過程中校準用的標準壓力階度映射曲線。標準壓力階度映射曲線可藉由試算表或互動式電腦應用程式獲得。
第九圖與第十圖為根據本發明的一實施例顯示如何於觸控面板上校準電容筆的示意圖。如第九圖所示，電容筆 100 透過一工具 12垂直地放置在觸控面板 10上。如第十圖所示，砝碼16透過放置於工具 12上的固定座14進一步施加於電容筆 100。
第七圖為根據本發明的一實施例顯示多支量產電容筆的發散壓力感測訊號曲線經映射校準的示意圖。每支電容筆的壓力感測訊號曲線與第四圖中平均壓力感測訊號曲線進行映射校準。校準的壓力感測訊號值可以由以下的公式計算。 Vc (x) = V(x)-(V(xc )-Va (xc )) Vc 是映射後的校準壓力感測訊號值， xc 是映射點施加於被校準的電容筆的重量。舉例來說，在第七圖中，於第九圖與第十圖之實施例中，xc 是 450克(g)。 值得注意的是，可選擇多個映射點進行校準。砝碼16的重量以電容筆可偵測的設計最大重量較佳，例如，450克。以砝碼16施加於電容筆 100時，電容筆 100的控制單元產生對應於砝碼16之一壓力感測訊號值 V(450g)。接著壓力感測訊號值 V(450g)與一儲存在控制單元的非揮發性記憶體中對應於砝碼16的平均壓力感測訊號值 Va (450g) 被用於計算校準的壓力感測訊號值 Vc 。藉由比較 V(450g) 和 Va (450g)，可獲得V(450g) 與Va (450g) 的差值或一校準參考值。V(450g)與Va (450g) 的差值或校準參考值則儲存在控制單元的非揮發性記憶體中，以用於校準電容筆。校準的壓力感測訊號值 Vc 可由以下的公式計算。 Vc (x) = V(x)-(V(450g)-Va (450g))
上述電容筆的壓力感測訊號曲線的映射可藉由編碼儲存在控制單元的非揮發性記憶體中的程式執行。因此，電容筆在生產後，品質管制人員可以使用工具 12、固定座14與砝碼16於觸控面板 10 上校準新生產的電容筆。
第八圖為根據本發明的一實施例顯示多支在使用過程中的電容筆的發散壓力感測訊號曲線經映射校準的示意圖。如第八圖所示，三個關於電容筆的微軟® 視窗10® 標準的預定標準壓力階度曲線包含最大壓力階度曲線、代表壓力階度曲線與最小壓力階度曲線。在第八圖中同時顯示電容筆 N1 至 N10位於微軟® 視窗 10® 標準壓力階度曲線範圍內的壓力階度曲線。當使用電容筆時，使用者也可以透過編碼儲存在控制單元內非揮發性記憶體的壓力階度映射曲線的資料與用於映射校準電容筆壓力感測訊號曲線的程式校準電容筆。舉例來說，當使用者於觸控面板上使用電容筆時，電容筆的控制單元產生一壓力感測訊號值。此壓力感測訊號值接著以映射校準電容筆壓力感測訊號曲線的程式校準以產生校準的壓力感測訊號值。此校準壓力感測訊號值然後透過編碼儲存在控制單元內非揮發性記憶體的壓力階度映射曲線的資料經轉換或計算以形成一壓力階度。 因此電容筆的壓力階度曲線會位於符合微軟® 視窗10® 標準電容筆專用的標準壓力階度曲線的範圍內。
第十一圖顯示根據本發明一實施例的校正電容筆壓力階度曲線的方法。首先，在步驟 30 中，產生平均壓力感測訊號值的資料。接著在步驟32中，產生標準壓力階度的資料。然後在步驟 34中，藉由平均壓力感測訊號值的資料與標準壓力階度的資料產生標準壓力階度映射曲線。接著在步驟 36中，產生接受校準電容筆的壓力感測訊號值。然後在步驟 37 中，比較平均壓力感測訊號值的資料中的映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值以產生一校準參考值，其中映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值係對應於一施加在電容筆上的相同重量。最後在步驟 38中，以校準參考值校準電容筆之壓力感測訊號值的資料，藉由標準壓力階度映射曲線使壓力階度符合微軟® 視窗 10® 的標準壓力階度曲線。
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。
10‧‧‧觸控面板
12‧‧‧工具
14‧‧‧固定座
16‧‧‧砝碼
30‧‧‧產生平均壓力感測訊號值的資料
32‧‧‧產生標準壓力階度的資料
34‧‧‧藉由平均壓力感測訊號值的資料與標準壓力階度的資料產生標準壓力階度映射曲線
36‧‧‧產生接受校準電容筆的壓力感測訊號值
37‧‧‧比較平均壓力感測訊號值的資料中的映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值以產生一校準參考值，其中映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值係對應於一施加在電容筆上的相同重量
38‧‧‧以校準參考值校準電容筆之壓力感測訊號值的資料，藉由標準壓力階度映射曲線使壓力階度符合微軟®視窗
10®‧‧‧的標準壓力階度曲線
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。 第三圖為一顯示移動後複數個電容筆之壓力感測訊號曲線的示意圖。 第四圖為根據本發明一個實施例之一電容筆參考感測訊號曲線的示意圖。 第五圖為根據本發明一個實施例之一標準壓力階度曲線的示意圖。 第六圖為根據本發明的一個實施例的標準壓力階度映射曲線示意圖。 第七圖為根據本發明的一實施例顯示多支量產電容筆的發散壓力感測訊號曲線經映射校準的示意圖。 第八圖為根據本發明的一實施例顯示多支在使用過程中的電容筆的發散壓力感測訊號曲線經映射校準的示意圖。 第九圖與第十圖為根據本發明的一實施例顯示如何於觸控面板上校準電容筆的示意圖。 第十一圖顯示根據本發明一實施例的校正電容筆壓力映射曲線的方法。
30‧‧‧產生平均壓力感測訊號值的資料
32‧‧‧產生標準壓力階度的資料
34‧‧‧藉由平均壓力感測訊號值的資料與標準壓力階度的資料產生標準壓力階度映射曲線
36‧‧‧產生接受校準電容筆的壓力感測訊號值
37‧‧‧比較平均壓力感測訊號值的資料中的映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值以產生一校準參考值，其中映射平均壓力感測訊號值與壓力感測訊號值係對應於一施加在電容筆上的相同重量
38‧‧‧以校準參考值校準電容筆之壓力感測訊號值的資料，藉由標準壓力階度映射曲線使壓力階度符合微軟®視窗10®的標準壓力階度曲線

Claims (8)

  1. 一種校正電容筆壓力階度曲線的方法，包含： 產生平均壓力感測訊號值的資料； 產生標準壓力階度的資料； 藉由該平均壓力感測訊號值的資料與該標準壓力階度的資料產生一標準壓力階度映射曲線； 產生接受校準之一電容筆的一壓力感測訊號值 比較該平均壓力感測訊號值的資料中的一映射平均壓力感測訊號值與該壓力感測訊號值以產生一校準參考值，其中該映射平均壓力感測訊號值與該壓力感測訊號值係對應於一施加在該電容筆上的重量值；及 以該校準參考值校準該電容筆之壓力感測訊號值的資料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該標準壓力階度映射曲線包含一符合微軟® 視窗10® 標準電容筆專用標準的標準壓力階度曲線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該標準壓力階度映射曲線與該校準參考值透過編碼儲存在控制單元內非揮發性記憶體內。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，更包含一藉由該標準壓力階度映射曲線與該校準參考值產生一壓力階度曲線的步驟。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含一藉由該標準壓力階度映射曲線使電容筆之壓力階度符合微軟® 視窗 10® 的標準壓力階度曲線的步驟。
  6. 一種具有壓力校正功能的電容筆，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校正電容筆壓力階度曲線的方法，該方法包含 產生平均壓力感測訊號值的資料； 產生標準壓力階度的資料； 藉由該平均壓力感測訊號值的資料與該標準壓力階度的資料產生一標準壓力階度映射曲線； 產生該電容筆的一壓力感測訊號值 比較該平均壓力感測訊號值的資料中的一映射平均壓力感測訊號值與該壓力感測訊號值以產生一校準參考值，其中該映射平均壓力感測訊號值與該壓力感測訊號值係對應於一施加在該電容筆上的重量值；及 以該校準參考值校準該電容筆之壓力感測訊號值的資料。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電容筆，其中該校正電容筆壓力階度曲線的方法更包含一藉由該標準壓力階度映射曲線與該校準參考值產生一壓力階度曲線的步驟。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電容筆，其中該校正電容筆壓力階度曲線的方法更包含一藉由該標準壓力階度映射曲線使電容筆之壓力階度符合微軟® 視窗 10® 的標準壓力階度曲線的步驟。
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