TWI630513B - 可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆。電容筆是使用於一平板或觸控面板上。電容筆包含筆芯、多功能遮罩以及微控制器，筆芯可發出第一高壓訊號，微控制器決定多功能遮罩發出第二高壓訊號或接地。 平板或觸控面板接收第一和第二高壓訊號後，據以判斷電容筆的傾斜角和方位角。本發明的電容筆結構簡單，傾斜角和方位角的計算精確。

Description

可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆

本發明是有關於一種手寫輸入系統，特別是一種可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆。

數位板(digitizer)系統通常包含一平板(tablet)以及一輸入筆(stylus)。使用者將輸入筆的筆尖放置或接近平板的感應表面上並移動，而數位板系統追蹤輸入筆在感應表面上的相對位置，並解讀成一指令或形成筆劃。

為了使輸入筆的筆劃增加視覺上的變化，可計算輸入筆的傾斜角及方位角的數位板系統被開發出來。在操作時透過計算輸入筆的傾斜角與方位角，轉換成筆劃的灰階與粗細等變化。此處傾斜角指的是接觸筆與平板的感應表面的法向量之間的夾角，而方位角是指輸入筆的方位(orientation)。

為了使數位板系統能計算輸入筆的傾斜角與方位角，通常輸入筆必須提供多個訊號。然後數位板系統藉由所偵測的多個訊號，計算出輸入筆的傾斜角與方位角。

然而，設計上的困難是，輸入筆所發出的訊號會被其他訊號或雜訊所干擾，或指向性不佳，導致數位板接收的訊號不穩定，數位板系統必須依靠複雜的軟體程序，才能正確判斷輸入筆的傾斜角與方位角。

本發明是有關於一種可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆。

根據本發明一實施例，一種可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆，使用於一平板或觸控面板上，包含一控制電路板、一筆芯，以及一多功能遮罩。該控制電路板包含一微控制器以及一開關單元，該開關單元包含第一端點及第二端點，該微控制器決定該開關單元連接於該第一端點或該第二端點。該筆芯電性連接至該控制電路板，該微控制器使該筆芯輸出一第一高壓訊號。該多功能遮罩電性連接該開關單元，當該開關單元連接於該第一端點，一第二高壓訊號由該多功能遮罩發出。當該開關單元連接於該第二端點，該多功能遮罩電性連接該控制電路板的接地源。

在一實施例，該微控制器執行一程序，以決定該開關單元連接於該第一端點或該第二端點，該程序包含判斷當該第二高壓訊號不具有訊號或波形時，該開關單元連接於該第二端點。

在一實施例，該程序包含判斷當該第二高壓訊號具有訊號或波形時，該開關單元連接於該第一端點。

在一實施例，該開關包含電晶體、金屬氧化物半導體場效電晶體，或類比開關。

在一實施例，該多功能遮罩包含中空圓柱的結構。

在一實施例，該控制電路還包含一第一驅動器以及一第二驅動器，該第一驅動器電性連接該筆芯以及該微控制器並產生該第一高壓訊號，該第二驅動器電性連接該微控制器以及該開關單元並產生該第二高壓訊號。

在一實施例，該開關單元結合至該第二驅動器內。

根據本發明實施例，電容筆的結構精簡，可省略許多元件。同時，平板或觸控面板可獲得良好品質的第一高壓訊號以及第二高壓訊號，藉此可計算出電容筆的傾斜角及方位角。

以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地實行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的了解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的程序步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。

圖1是示意圖，圖2是局部剖面圖，顯示根據本發明一實施例可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆1。

參照圖1與圖2，電容筆1可在於一平板2或觸控面板2上使用。該平板2可包含由複數個線性電極構成的電容感應陣列。當電容筆1的筆芯10接觸或接近平板2時，電容筆1的筆芯10可輸出第一高壓訊號TX1，平板2藉由第一高壓訊號TX1，可計算電容筆1的座標。

參照圖1與圖2，筆芯10的一端可被一筆尖蓋12所包覆，而筆芯10的另一端則插入筆芯座13。電容筆1可包含一壓感元件(未圖示)，其位於筆芯座13後方，當操作電容筆1時，筆芯10可透過筆芯座13的後端對壓感元件施壓，藉此可偵測筆芯10施加在平板2上的壓力。此外，筆芯10電性連接至控制電路板(未圖示)，控制電路板上設置有微控制器(未圖示)，微控制器使筆芯10輸出第一高壓訊號TX1。

參見圖1與圖2，電容筆1除了由筆芯10發出可用以偵測電容筆1座標的第一高壓訊號TX1，還包含訊號傳輸彈簧16，其電性連接至控制電路板，以傳輸第二高壓訊號TX2。然而，為避免由訊號傳輸彈簧16直接輸出第二高壓訊號TX2受雜訊干擾或缺乏指向性。電容筆1還包含第一絕緣膠片17、遮蔽層18，以及第二絕緣膠片19。遮蔽層18的材質為金屬，可由上遮蔽層18a以及下遮蔽層18b所構成，並與控制電路板的接地訊號電性連接。訊號傳輸彈簧16具有彎部161，第一絕緣膠片17具有第一缺口171，遮蔽層18的下遮蔽層18b具有第二缺口181，第二絕緣膠片19具有第三缺口191。訊號傳輸彈簧16的彎部161恰好穿過第一絕緣膠片17的第一缺口171、下遮蔽層18b的第二缺口181，以及第二絕緣膠片19的第三缺口191，並與訊號發射器20接觸。藉此，訊號傳輸彈簧16的第二高壓訊號TX2，經由訊號發射器20發出。

參見圖1與圖2，藉由上述結構，遮蔽層18可以隔絕大部分雜訊，而第一絕緣膠片17和第二絕緣膠片19用以確保訊號傳輸彈簧16以及訊號發射器20不會與遮蔽層18電性接觸而導致第二高壓訊號TX2被接地。觸控面板接收由筆芯10發出的第一高壓訊號TX1，以及由訊號發射器20發出的第二高壓訊號TX2，經由比較兩個訊號的變化，可判斷電容筆1的傾斜角以及方位角。

然而，圖2的電容筆1的結構較為複雜。圖3為局部剖面圖，顯示根據本發明較佳實施例的電容筆3，本實施例可大幅簡化電容筆3的結構，並使平板2或觸控面板2能精確判斷電容筆3的傾斜角與方位角，詳細說明如下。

如圖3所示，根據本實施例，電容筆3包含筆芯10以傳送控制電路的第一高壓訊號TX1。此外，電容筆3還包含多功能遮罩31，該多功能遮罩31可當作雜訊或訊號的遮蔽層，也可以作為第二高壓訊號TX2的訊號發射器。

圖4A與4B為方塊圖，顯示根據本發明較佳實施例電容筆3的控制結構。如圖4A與4B所示，電容筆3的控制電路包含微控制器15、第一驅動器32、第二驅動器33，以及開關單元34。第一驅動器32電性連接筆芯10以及微控制器15，第一驅動器32可接收微控制器15的指令以產生第一高壓訊號TX1由筆芯10發出。第二驅動器33電性連接微控制器15並可透過開關單元34電性連接多功能遮罩31。開關單元34電性連接微控制器15，微控制器15執行一程序以決定開關單元34連接第一端點341或第二端點342。當開關單元34連接第一端點341，第二驅動器33產生的第二高壓訊號TX2由多功能遮罩31發射，此時多功能遮罩31作為第二高壓訊號TX2的訊號發射器。當開關單元34連接第二端點342，則多功能遮罩31電性連接控制電路板的接地源，此時多功能遮罩31作為雜訊或訊號的遮蔽層。

如圖4A與4B所示，在本發明實施例中，開關單元34可以是電晶體、金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor， MOSFET)、類比開關(analog switch)等。

如圖4A與4B所示，在本發明另一實施例中，開關單元34被合併至第二驅動器33內。此時，多功能遮罩31電性連接第二驅動器33。

如圖3所示，為使訊號遮蔽效果較好，及/或使第二高壓訊號具有指向性，多功能遮罩31可具有空心圓柱的構造。在本實施例，多功能遮罩31是由上遮罩31a及下遮罩31b構成。

圖5為流程圖，顯示根據本發明較佳實施例微控制器15所執行的程序。此程序配合圖6的第一高壓訊號TX1以及第二高壓訊號TX2的範例做說明，但此範例只是作為例示，而非限制。如圖6所示，第一高壓訊號TX1可以是斷斷續續的不連續訊號或波形圖。

如圖5所示，步驟51，程序開始。在預設情況，開關單元34可連接於第一端點341。步驟52，判斷第二高壓訊號TX2是否有波形或訊號，如果有波形或訊號，則開關單元34連接於第一端點341並且重複執行步驟52；如果沒有波形或訊號，則開關單元34連接於第二端點342，使多功能遮罩31作為遮蔽訊號用。例如，如圖6所示，當第二高壓訊號TX2在E01位置沒有訊號或波形，此時開關單元34連接於第二端點342，使多功能遮罩31作為遮蔽訊號用，同時平板2讀取筆芯10所發出的第一高壓訊號TX1，如此可獲得較佳的訊號品質。步驟53執行完畢後，回到步驟52。

參見圖3至圖5所示，根據本發明實施例的電容筆3，其結構精簡，可省略許多元件。同時，平板2或觸控面板2仍可獲得良好品質的第一高壓訊號TX1以及第二高壓訊號TX2，藉此可計算出電容筆3的傾斜角及方位角。

本說明書所揭露的每個/全部實施例，本領域熟悉技藝人士可據此做各種修飾、變化、結合、交換、省略、替代、相等變化，只要不會互斥者，皆屬於本發明的概念，屬於本發明的範圍。可對應或與本案所述實施例特徵相關的結構或方法，及/或發明人或受讓人任何申請中、放棄，或已核准的申請案，皆併入本文，視為本案說明書的一部分。所併入的部分，包含其對應、相關及其修飾的部分或全部，(1)可操作的及/或可建構的(2)根據熟悉本領域技藝人士修飾成可操作的及/或可建構的(3)實施/製造/使用或結合本案說明書、本案相關申請案，以及根據熟悉本領域技藝人士的常識和判斷的任何部分。

除非特別說明，一些條件句或助詞，例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也許(might)」，或「可(may)」，通常是試圖表達本案實施例具有，但是也可以解釋成可能不需要的特徵、元件，或步驟。在其他實施例中，這些特徵、元件，或步驟可能是不需要的。

本文前述的文件，其內容皆併入本文，視為本案說明書的一部分。本發明提供的實施例，僅作為例示，不是用於限制本發明的範圍。本發明所提到的特徵或其他特徵包含方法步驟與技術，可與相關申請案所述的特徵或結構做任何結合或變更，部分的或全部的，其可視為本案不等的、分開的、不可替代的實施例。本發明所揭露的特徵與方法其對應或相關者，包含可從文中導出不互斥者，以及熟悉本領域技藝人士所做修飾者，其部分或全部，可以是(1)可操作的及/或可建構的(2)根據熟悉本領域技藝人士的知識修飾成可操作的及/或可建構的(3)實施/製造/使用或結合本案說明書的任何部分，包含(I)本發明或相關結構與方法的任何一個或更多部分，及/或(II)本發明所述任何一或多個發明概念及其部分的內容的任何變更及/或組合，包含所述任何一或多個特徵或實施例的內容的任何變更及/或組合。

1‧‧‧電容筆

2‧‧‧平板/觸控面板

3‧‧‧電容筆

10‧‧‧筆芯

12‧‧‧筆芯蓋

13‧‧‧筆芯座

15‧‧‧微控制器

16‧‧‧訊號傳輸彈簧

161‧‧‧彎部

17‧‧‧第一絕緣膠片

171‧‧‧第一缺口

18‧‧‧遮蔽層

18a‧‧‧上遮蔽層

18b‧‧‧下遮蔽層

181‧‧‧第二缺口

19‧‧‧第二絕緣膠片

191‧‧‧第三缺口

31‧‧‧多功能遮罩

31a‧‧‧上遮罩

31b‧‧‧下遮罩

32‧‧‧第一驅動器

33‧‧‧第二驅動器

34‧‧‧開關單元

51-53‧‧‧方法步驟

TX1‧‧‧第一高壓訊號

TX2‧‧‧第二高壓訊號

圖1為示意圖，顯示根據本發明一實施例可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆。

圖2為局部剖面圖，顯示根據本發明一實施例可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆。

圖3為局部剖面圖，顯示根據本發明較佳實施例可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆。

圖4A與圖4B為方塊圖，顯示根據本發明較佳實施例可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆的控制結構。

圖5為流程圖，顯示根據本發明較佳實施例電容筆的微控制器所執行的程序。

圖6為示意圖，顯示根據本發明一實施例電容筆所發出的第一高壓訊號及第二高壓訊號。

Claims (8)

1. 一種可提供傾斜角與方位角偵測訊號的電容筆，使用於一平板或觸控面板上，包含：一控制電路板，包含一微控制器以及一開關單元，該開關單元包含第一端點及第二端點，該微控制器決定該開關單元連接於該第一端點或該第二端點；一筆芯，電性連接至該控制電路板，該微控制器使該筆芯輸出一第一高壓訊號；以及一多功能遮罩，電性連接該開關單元，當該開關單元連接於該第一端點，該控制電路板產生一第二高壓訊號由該多功能遮罩發出；當該開關單元連接於該第二端點，該多功能遮罩電性連接該控制電路板的接地源使該第二高壓訊號接地。
2. 如申請專利範圍第1項的電容筆，其中該微控制器執行一程序，以根據該第二高壓訊號決定該開關單元連接於該第一端點或該第二端點，該程序包含判斷當該第二高壓訊號不具有波形時，該開關單元連接於該第二端點。
3. 如申請專利範圍第2項的電容筆，其中該程序包含判斷當該第二高壓訊號具有波形時，該開關單元連接於該第一端點。
4. 如申請專利範圍第2項的電容筆，其中當該第二高壓訊號不具有波形時，該平板或觸控面板讀取該第一高壓訊號。
5. 如申請專利範圍第1項的電容筆，其中該開關包含電晶體、金屬氧化物半導體場效電晶體，或類比開關。
6. 如申請專利範圍第1項的電容筆，其中該多功能遮罩包含中空圓柱的結構。
7. 如申請專利範圍第1項的電容筆，其中該控制電路還包含一第一驅動器以及一第二驅動器，該第一驅動器電性連接該筆芯以及該微控制器並產生該第一高壓訊號，該第二驅動器電性連接該微控制器以及該開關單元並產生該第二高壓訊號。
8. 如申請專利範圍第7項的電容筆，其中該開關單元結合至該第二驅動器內。