觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的觸摸檢測(cè)方法
【專利摘要】公開了一種觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的觸摸檢測(cè)方法。在手指觸摸和不具有電池的觸筆的觸摸可被區(qū)分并檢測(cè)的同時(shí)，可減小觸筆的尺寸和制造成本。所述觸摸輸入系統(tǒng)包括：傳感器面板，所述傳感器面板包括彼此交叉的多個(gè)第一通道和多個(gè)第二通道；觸筆，所述觸筆包括彼此串聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈、與所述初級(jí)線圈并聯(lián)的諧振電容器以及與所述初級(jí)線圈連接的導(dǎo)電尖端；與所述觸筆連接的接地端；形成在所述傳感器面板的邊緣外側(cè)的環(huán)形天線；和與所述第一通道、所述第二通道和所述環(huán)形天線連接的觸摸控制器。
【專利說明】觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的觸摸檢測(cè)方法
[0001]本申請(qǐng)要求2013年4月30日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)N0.10-2013-0048725的優(yōu)先權(quán)，在此援引該專利申請(qǐng)作為參考，如同在這里完全闡述一樣。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的觸摸檢測(cè)方法，其中在手指觸摸和不具有電池的觸筆的觸摸可被區(qū)分并檢測(cè)的同時(shí)，可減小觸筆的尺寸和制造成本。

【背景技術(shù)】
[0003]近來，隨著信息時(shí)代的到來，用于視覺上呈現(xiàn)電信息信號(hào)的顯示領(lǐng)域快速發(fā)展。為了滿足這種趨勢(shì)，已發(fā)展了具有出色性能的各種平板顯示裝置，即小型化、輕重量和低功耗的平板顯示裝置。
[0004]平板顯示裝置的例子可包括液晶顯示裝置、等離子體顯示面板裝置、場(chǎng)發(fā)射顯示裝置(FED)、有機(jī)發(fā)光二極管顯示裝置等。
[0005]根據(jù)當(dāng)前的趨勢(shì)，觸摸面板添加到平板顯示裝置，其中觸摸面板用于通過人手或單獨(dú)的輸入單元識(shí)別觸摸部分并傳輸對(duì)應(yīng)于觸摸的單獨(dú)信息。當(dāng)前，觸摸面板被添加到顯示裝置的外表面。此外，根據(jù)觸摸檢測(cè)方式，觸摸面板分為電阻觸摸面板、電容面板、紅外觸摸面板等。近來，考慮到制造方法的便利、檢測(cè)能力等，電容面板引起了關(guān)注。
[0006]近來，根據(jù)當(dāng)前的趨勢(shì)，除了使用手指的觸摸輸入之外，作為最引人注意的移動(dòng)裝置的智能手機(jī)、智能本等已使用通過筆書寫或畫畫的觸筆作為人機(jī)接口裝置(HID)。觸筆輸入的優(yōu)點(diǎn)在于可比手指進(jìn)行更具體的輸入并支持具體的畫圖和書寫功能。
[0007]下文，將參照附圖描述一般的電容觸摸屏。
[0008]圖1是一般的電容觸摸屏的觸摸檢測(cè)電路的電路圖。圖2是圖解使用圖1的電路圖、根據(jù)手指觸摸的存在而獲得的電壓輸出隨時(shí)間變化的曲線圖。
[0009]如圖1中所示，一般的電容觸摸屏的觸摸檢測(cè)電路包括交叉的第一電極Tx和第二電極Rx、通過負(fù)(_)輸入端子接收第二電極Rx的輸出并通過正(+)輸入端子接收參考電壓Vref的放大器5、和形成在放大器5的輸出端子與負(fù)(_)輸入端子之間的電容器Cs。
[0010]在此，第一電極Tx通過形成在其一端的焊盤接收輸入電壓Vin并通過形成在第二電極Rx的一端的焊盤感測(cè)通過放大器5輸出的輸出電壓Vout。
[0011]一般來說，向第一電極Tx施加大約2到3 μ s的方波的觸摸驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為輸入電壓。在這種情形中，與第一和第二電極Tx和Rx之間的互電容ACm成比例的電壓被感測(cè)為輸出電壓Vout。
[0012]如圖2中所示，當(dāng)施加方波作為輸入電壓時(shí)，輸出電壓Vout隨著時(shí)間流逝而增大(當(dāng)不存在手指觸摸時(shí))。在這點(diǎn)上，當(dāng)存在手指觸摸時(shí)，手指與電極接觸，從而互電容變化ACm減小，因而輸出電壓Vout的增加量減小。從Tx通道與Rx通道之間的交叉獲得減小量，以計(jì)算數(shù)據(jù)，并可從數(shù)據(jù)提取手指觸摸部分的坐標(biāo)。
[0013]然而，當(dāng)圖1的觸摸檢測(cè)電路用于觸筆觸摸而不是手指觸摸時(shí)，因?yàn)橛|筆的尖端與傳感器面板表面之間的接觸面積相對(duì)較小，所以電極之間的互電容變化ACm較小，因而在觸筆觸摸過程中很難感測(cè)互電容的變化。因而，坐標(biāo)提取的精度降低。
[0014]當(dāng)與形成在用于感測(cè)的傳感器面板上的電極相比，觸筆的尖端較小時(shí)，根據(jù)電極的存在產(chǎn)生坐標(biāo)畸變，由此直接影響靈敏度。
[0015]此外，在使用同一觸摸檢測(cè)電路的手指觸摸和觸筆觸摸的情形中，當(dāng)通過觸筆輸入觸摸時(shí)，出現(xiàn)了不能區(qū)分電極上的手掌觸摸和觸筆觸摸的問題。就是說，很難對(duì)圖1的檢測(cè)電路提供在觸筆觸摸過程中的防誤觸(palm reject1n)功能。
[0016]盡管提出了使用與手指觸摸不同的方法，例如電磁驅(qū)動(dòng)方法來驅(qū)動(dòng)觸筆觸摸的方法，但在這種情形中，除了電容電極之外，還進(jìn)一步需要用于通過電磁驅(qū)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)的單獨(dú)面板，由此增加了組件和制造工藝的數(shù)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]因此，本發(fā)明旨在提供一種基本上克服了由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點(diǎn)而導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問題的觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)檢測(cè)觸摸的方法。
[0018]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的觸摸檢測(cè)方法，其中在手指觸摸和觸筆觸摸可被區(qū)分并檢測(cè)的同時(shí)，可將觸筆實(shí)施為不具有電池并且減小觸筆的尺寸和制造成本。
[0019]在下面的描述中將部分列出本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)、目的和特征，這些優(yōu)點(diǎn)、目的和特征的一部分從下面的描述對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的，或者可從本發(fā)明的實(shí)施領(lǐng)會(huì)到。通過說明書、權(quán)利要求書以及附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)和獲得本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)。
[0020]為了實(shí)現(xiàn)這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)本發(fā)明的意圖，如在此具體化和概括描述的，一種觸摸輸入系統(tǒng)包括:傳感器面板，所述傳感器面板包括彼此交叉的多個(gè)第一通道和多個(gè)第二通道；觸筆，所述觸筆包括彼此串聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈、與所述初級(jí)線圈并聯(lián)的諧振電容器以及與所述初級(jí)線圈連接的導(dǎo)電尖端；與所述觸筆連接的接地端；形成在所述傳感器面板的邊緣外側(cè)的環(huán)形天線；和與所述第一通道、所述第二通道和所述環(huán)形天線連接的觸摸控制器。
[0021]可繞著與所述導(dǎo)電尖端串聯(lián)并設(shè)置在所述觸筆的軸方向上的磁芯來纏繞所述初級(jí)線圈。
[0022]所述觸筆可包括:具有孔的觸筆筒，所述導(dǎo)電尖端通過所述孔部分凸出；和把手，所述把手形成在所述觸筆筒的至少一個(gè)外圍表面上并由高電阻導(dǎo)電材料形成。
[0023]與所述觸筆串聯(lián)設(shè)置的初級(jí)線圈的一端可與所述導(dǎo)電尖端連接；以及所述初級(jí)線圈的另一端可與所述觸筆筒或由高電阻導(dǎo)電材料形成的把手連接。
[0024]在所述觸筆觸摸所述傳感器面板的表面時(shí)，所述環(huán)形天線可從所述觸筆中的初級(jí)線圈接收諧振感應(yīng)信號(hào)。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種使用觸摸輸入系統(tǒng)的觸摸檢測(cè)方法，所述觸摸輸入系統(tǒng)包括:傳感器面板，所述傳感器面板包括彼此交叉的多個(gè)第一通道和多個(gè)第二通道；觸筆，所述觸筆包括彼此串聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈、與所述初級(jí)線圈并聯(lián)的諧振電容器以及與所述初級(jí)線圈連接的導(dǎo)電尖端；與所述觸筆連接的接地端；和形成在所述傳感器面板的邊緣外側(cè)的環(huán)形天線，所述方法包括用于按每一幀進(jìn)行手指觸摸感測(cè)和觸筆觸摸感測(cè)的時(shí)分驅(qū)動(dòng)。
[0026]所述觸筆觸摸感測(cè)可包括依次向所述多個(gè)第一通道和所述多個(gè)第二通道施加信號(hào)并按每一通道根據(jù)所述環(huán)形天線的兩端之間的電壓差檢測(cè)觸摸。
[0027]所述檢測(cè)觸摸可包括:將所述導(dǎo)電尖端與所述傳感器面板之間的感測(cè)電容器電連接到至少一個(gè)初級(jí)線圈；形成所述初級(jí)線圈和所述諧振電容器的諧振電路；以及接收由于所述初級(jí)線圈的感應(yīng)而在所述環(huán)形天線中電磁諧振的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
[0028]所述觸筆可包括:具有孔的觸筆筒，所述導(dǎo)電尖端通過所述孔部分凸出；和把手，所述把手形成在所述觸筆筒的至少一個(gè)外圍表面上并由高電阻導(dǎo)電材料形成。
[0029]當(dāng)所述觸筆觸摸所述傳感器面板的表面時(shí)，所述環(huán)形天線可從所述觸筆中的初級(jí)線圈接收諧振感應(yīng)信號(hào)。
[0030]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明前面的大體性描述和下面的詳細(xì)描述都是例示性的和解釋性的，意在對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]給本發(fā)明提供進(jìn)一步理解并且并入本申請(qǐng)組成本申請(qǐng)一部分的附圖圖解了本發(fā)明的實(shí)施方式，并與說明書一起用于說明本發(fā)明的原理。在附圖中:
[0032]圖1是一般電容觸摸屏的觸摸檢測(cè)電路的電路圖；
[0033]圖2是圖解使用圖1的電路圖、根據(jù)手指觸摸的存在而獲得的電壓輸出隨時(shí)間變化的曲線圖；
[0034]圖3是根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的有源區(qū)域內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的平面圖；
[0035]圖4是圖解根據(jù)在圖3的觸摸輸入系統(tǒng)中觸筆的存在，沿圖3的X軸，觸筆與Tx通道之間的電容Csx以及Tx通道與Rx通道之間的互電容變化ACm的曲線圖；
[0036]圖5A到5C是圖解預(yù)觸摸狀態(tài)、手指觸摸狀態(tài)和觸筆觸摸狀態(tài)中電荷量的變化的示圖；
[0037]圖6是根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的電路圖；
[0038]圖7A是與圖6的觸筆對(duì)應(yīng)的電路圖；
[0039]圖7B是圖解圖7A的觸筆的結(jié)構(gòu)的示圖；
[0040]圖8A是與圖6的觸筆對(duì)應(yīng)的另一個(gè)電路圖；
[0041]圖8B是圖解圖8A的觸筆的結(jié)構(gòu)的示圖；
[0042]圖9是圖解圖7A的觸筆的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)示圖；
[0043]圖10是圖解圖9中所示的導(dǎo)電把手根據(jù)其材料的導(dǎo)電特性的曲線圖；
[0044]圖11是圖解圖8A的觸筆的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)示圖；
[0045]圖12A和12B圖解了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的輸入系統(tǒng)的接地方法；
[0046]圖13是根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的傳感器面板的平面圖；
[0047]圖14是圖解根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的幀驅(qū)動(dòng)方法的示圖；
[0048]圖15A和15B圖解了在根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的觸摸檢測(cè)方法中從觸摸傳感器面板和觸筆檢測(cè)的波形；
[0049]圖16A是用于測(cè)試根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的信號(hào)強(qiáng)度的部分；
[0050]圖16B是圖解與X軸方向上的移動(dòng)對(duì)應(yīng)的電容Csx的變化的模擬圖；
[0051]圖17A是圖解根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的觸摸面板和觸摸面板中包含的環(huán)形天線的示圖；
[0052]圖17B是圖解當(dāng)觸筆沿圖17A的X軸移動(dòng)時(shí)互感系數(shù)的曲線圖；
[0053]圖18A圖解了根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的觸筆位于點(diǎn)A，B和C處的狀態(tài)的示圖；以及
[0054]圖18B圖解了在圖18A的觸筆的位置A，B和C處檢測(cè)到的信號(hào)的波形。

【具體實(shí)施方式】
[0055]現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，附圖中圖解了這些優(yōu)選實(shí)施方式的一些例子。
[0056]根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)能夠通過用于使用電容方法檢測(cè)觸摸的基本結(jié)構(gòu)檢測(cè)手指觸摸，并通過觸筆的內(nèi)部諧振電路與形成在傳感器面板的邊緣外側(cè)的環(huán)形天線之間的諧振來檢測(cè)觸筆觸摸。也就是說，使用電容方法檢測(cè)觸筆觸摸存在限制，因而可通過改變傳感器面板的邊緣外側(cè)的結(jié)構(gòu)和觸筆的內(nèi)部電路來檢測(cè)觸筆觸摸，而無需單獨(dú)的面板且與接觸面積或電極圖案的形狀無關(guān)。
[0057]下文，將描述有源區(qū)域中形成的電容電極的結(jié)構(gòu)及使用電容電極的觸筆觸摸的現(xiàn)象。
[0058]圖3是根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的有源區(qū)域內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖4是圖解根據(jù)在圖3的觸摸輸入系統(tǒng)中觸筆的存在，沿圖3的X軸觸筆與Tx通道之間的電容Csx以及Tx通道與Rx通道之間的互電容變化Λ Cm的曲線圖。
[0059]如圖3中所示，當(dāng)Tx通道和Rx通道的每個(gè)形成為條形時(shí)，這些電極布置成彼此交叉。作為任意的例子，將參照?qǐng)D4描述與觸筆在圖3的區(qū)域中的移動(dòng)對(duì)應(yīng)的電容變化。
[0060]為了檢測(cè)圖4的曲線圖的電容變化，Tx通道與Rx通道之間的中心點(diǎn)被確定為原點(diǎn)；根據(jù)原點(diǎn)，軸和與其交叉的另一個(gè)軸分別被定義為X軸和Y軸；然后根據(jù)觸筆的位置檢測(cè)電容變化。在圖3中，垂直軸為X軸(Rx方向)，水平軸為Y軸。當(dāng)Y軸上的坐標(biāo)值固定為O且只有X軸上的坐標(biāo)值變化時(shí)進(jìn)行測(cè)試。
[0061]在此，Λ Cm是指根據(jù)觸筆的存在，Tx通道與Rx通道之間的互電容變化；Csx是指觸筆與Tx通道之間的電容分布。可以看出，在整個(gè)區(qū)域中Csx比ACm大；當(dāng)X坐標(biāo)靠近O時(shí)，Csx的變化增加。此外，可以看出，與相鄰區(qū)域相比，ACm在原點(diǎn)O處減小。因而，為了檢測(cè)觸筆觸摸，在靈敏度和位置分辨率方面有利的是使用Csx作為數(shù)據(jù)，而不是使用ACm。
[0062]因而，根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)測(cè)量觸筆的位置，但是使用具有較高靈敏度的Csx的檢測(cè)方法。
[0063]圖5A到5C是圖解預(yù)觸摸狀態(tài)、手指觸摸狀態(tài)和觸筆觸摸狀態(tài)中的電荷量變化的示圖。
[0064]圖5A到5C是每個(gè)都呈條形的Tx通道10和Rx通道20在基板I上彼此交叉，且在Tx通道10與Rx通道20之間以及在Rx通道20上方和周圍形成絕緣體25的情形的剖面圖。形成在Rx通道20上方和周圍的一部分絕緣體25可如圖5A和5C中所示形成，可省略，或者可以是在基板I設(shè)置在顯示器上方的同時(shí)形成的空氣間隙。
[0065]如圖5A中所示，當(dāng)不存在觸摸時(shí),根據(jù)Tx通道的驅(qū)動(dòng)電壓Vd,電荷(Q=Cm x Vd)與Tx通道和Rx通道之間的互電容Cm成比例。
[0066]如圖5B中所示，當(dāng)存在手指觸摸時(shí)，在Rx通道中感生的一些電荷被手指感應(yīng)，由此減少了 Rx通道中感生的電荷的量。可以看出，由于手指觸摸，Tx通道與Rx通道之間的互電容從Cm減小到Cm',從而獲得減小的電荷(Q, =Cm' x Vd)。ACm=Cm-Cm'可被定義用作觸摸靈敏度的指標(biāo)。
[0067]如圖5C中所示，當(dāng)存在觸筆觸摸時(shí)，如果使用前述電容方法檢測(cè)觸筆觸摸(在手指觸摸狀態(tài)和觸筆觸摸狀態(tài)中，當(dāng)向Tx通道施加驅(qū)動(dòng)電壓Vd時(shí)，檢測(cè)Rx通道中感生的電荷的量)，因?yàn)橛|筆的尖端與傳感器面板之間的接觸面積比手指觸摸的小，所以與手指觸摸相比，觸筆觸摸的觸摸靈敏度ACm減小，由此降低了坐標(biāo)提取的精度。
[0068]也就是說，當(dāng)使用不具有內(nèi)部裝置的無源型筆作為導(dǎo)體輸入裝置，以電容方式檢測(cè)觸摸時(shí)，出現(xiàn)了由于與手指相比觸筆尖端的較小接觸面積，觸摸靈敏度和坐標(biāo)提取的精度降低的問題。
[0069]觸筆由于其尖端較小的尺寸而在坐標(biāo)提取精度降低方面具有問題，而且當(dāng)使用同一電容方法檢測(cè)手指觸摸和觸筆觸摸時(shí)在防誤觸方面具有問題。此外，Tx通道和Rx通道與顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)電容耦合，顯示噪聲會(huì)影響觸摸感測(cè)信號(hào)。此外，無源型觸筆不能向傳感器傳輸單獨(dú)信號(hào)，因而很難實(shí)現(xiàn)書寫壓力檢測(cè)功能或具體的按鈕功能。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)使用用于手指觸摸的電容傳感器面板，應(yīng)用不具有電池的有源型觸筆，且包括與觸筆同步驅(qū)動(dòng)并形成在傳感器面板的邊緣外側(cè)的環(huán)形天線。下文，將描述觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的觸摸檢測(cè)方法。
[0071]圖6是根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的電路圖。圖7A是與圖6的觸筆100對(duì)應(yīng)的電路圖。圖7B是圖解圖7A的觸筆100的結(jié)構(gòu)的示圖。
[0072]如圖6中所示,根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)被主要?jiǎng)澐殖捎|筆100、包括觸摸傳感器200和天線400的傳感器面板、觸摸控制器(即觸摸IC) 300和觸筆接地端500。
[0073]觸摸傳感器200包括彼此交叉且設(shè)置在與傳感器面板的中心區(qū)域?qū)?yīng)的有源區(qū)域中的多個(gè)第一通道Tx和多個(gè)第二通道Rx。此外，作為形成在傳感器面板的有源區(qū)域邊緣外側(cè)的天線400，圍繞傳感器面板的有源區(qū)域邊緣形成環(huán)形的環(huán)形天線410，環(huán)形天線410具有彼此稍微間隔開的兩端。
[0074]參照?qǐng)D7A和7B，觸筆100包括一個(gè)初級(jí)線圈LI 120、與初級(jí)線圈LI 120并聯(lián)的諧振電容器Cl 110、和與初級(jí)線圈LI 120連接的導(dǎo)電尖端101。
[0075]在觸筆100中彼此并聯(lián)的初級(jí)線圈LI 120和諧振電容器Cl 110的一側(cè)與導(dǎo)電尖端101連接，另一側(cè)與用于形成觸筆100的由非導(dǎo)電材料形成的觸筆筒連接并接地。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)用戶作為觸筆接地端500時(shí)，所述另一側(cè)與對(duì)應(yīng)于人體的接地電容器Ch連接。也就是說，觸筆100也與觸筆接地端500連接，以使觸筆100的內(nèi)部電路穩(wěn)定。
[0076]當(dāng)觸筆100與傳感器面板接觸時(shí),從電路方面來看,環(huán)形天線410用作次級(jí)線圈L2410。換句話說，作為形成在傳感器面板邊緣外側(cè)的次級(jí)線圈L2 410的環(huán)形天線、第一通道Tx和第二通道Rx與觸摸控制器300連接并通過觸摸控制器300對(duì)它們進(jìn)行信號(hào)控制。
[0077]結(jié)果，當(dāng)觸筆100與傳感器面板的表面接觸時(shí)，環(huán)形天線410接收觸筆100中的初級(jí)線圈LI 120的電感信號(hào)，作為在環(huán)形天線L2 410與初級(jí)線圈LI 120之間感生的互感系數(shù)M12。在此，環(huán)形天線400被形成為圍繞傳感器面板的邊緣并包括形成在與觸摸控制器300連接的兩端處的焊盤。
[0078]觸摸控制器300與環(huán)形天線410連接，并包括用于放大環(huán)形天線410的兩端之間的電壓差的放大器310、與放大器310連接以去除噪聲的濾波器單元(模擬前端(AFE))320、與濾波器單元AFE 320連接以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換器(模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)) 330、與轉(zhuǎn)換器ADC 330連接以收集數(shù)字信號(hào)從而提取坐標(biāo)的信號(hào)處理器(數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)) 340、以及用于產(chǎn)生施加給傳感器面板中的每個(gè)通道的信號(hào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器305。在此，當(dāng)觸筆100與觸摸傳感器200接觸時(shí)，作為一種諧振電路，初級(jí)線圈LI 120和諧振電容器ClllO組成封閉電路。
[0079]從驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器305施加給每個(gè)通道的信號(hào)可采用與封閉電路中的諧振頻率(f=l/[2 π *(L2*C2) ~0.5])相同頻率的方波或正弦波。施加給每個(gè)通道的信號(hào)是一種交流(AC)電壓，每個(gè)線圈具有與所施加的信號(hào)具有類似波形的信號(hào)形狀，或者具有波形隨時(shí)間流逝而增大的信號(hào)。
[0080]觸筆接地端500可以是接觸觸筆100的用戶或者是連接在觸筆100與傳感器面板之間的配線。未描述的參考標(biāo)記“Ch”表示用戶用作介電物質(zhì)以使得當(dāng)觸筆100接觸用戶時(shí)在觸筆100與觸筆接地端500之間產(chǎn)生觸筆接地端500的電容Ch的狀態(tài)。
[0081]觸筆100中包括的初級(jí)線圈LI 120和諧振電容器Cl 110被配置成具有適當(dāng)?shù)闹担员闩c通過感測(cè)電容器Csx 250輸入的信號(hào)的頻率實(shí)現(xiàn)電磁諧振，其中感測(cè)電容器Csx250通過與包括彼此交叉的第一和第二通道Tx/Rx的傳感器面板的觸摸傳感器200電容耦合而形成。在此，諧振頻率滿足條件€=1/[2 31*仏2和2)~0.5]。此外，感測(cè)電容器Csx 250是當(dāng)觸筆100的導(dǎo)電尖端101觸摸傳感器面板時(shí)通過接觸區(qū)域處的電容耦合形成的假想元件，而不是組成電路的實(shí)體裝置。
[0082]在觸筆100中的電磁諧振過程中產(chǎn)生的磁信號(hào)通過初級(jí)線圈LI 120與形成在傳感器面板中的環(huán)形天線L2 410之間的互感系數(shù)M12，在對(duì)應(yīng)于環(huán)形天線的次級(jí)線圈L2 410中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過用于放大環(huán)形天線410的兩端之間的電壓差的放大器310放大，經(jīng)過包括去除噪聲的濾波器的濾波器單元AFE 320，并通過轉(zhuǎn)換器ADC 330轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。之后，通過信號(hào)處理器DSP340經(jīng)適當(dāng)?shù)乃惴◤男盘?hào)提取坐標(biāo)，然后將坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)系統(tǒng)。
[0083]根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)橛|筆100的初級(jí)線圈LI 120通過與環(huán)形天線L2 410的互感系數(shù)M12在對(duì)應(yīng)于環(huán)形天線的次級(jí)線圈L2 410中直接產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以初級(jí)線圈LI 120與環(huán)形天線L2 410之間的磁耦合系數(shù)不會(huì)減小并被考慮。因而，觸筆100可變細(xì)并可降低制造成本。
[0084]現(xiàn)在將參照?qǐng)D7B描述觸筆100的結(jié)構(gòu)。繞著設(shè)置于觸筆100的軸方向上的磁芯135來纏繞觸筆100中包括的初級(jí)線圈LI 120。觸筆100的軸方向?qū)?yīng)于觸筆100的長(zhǎng)度方向并對(duì)應(yīng)于XYZ坐標(biāo)系統(tǒng)的Z軸方向。
[0085]觸筆100的觸筆筒150可包括初級(jí)線圈LI 120、諧振電容器Cl 110和磁芯135，并具有孔，其中通過孔使導(dǎo)電尖端101部分凸出。在此，導(dǎo)電尖端101可與觸筆筒150絕緣。為此，在孔周圍進(jìn)一步形成絕緣緩沖物，以圍繞導(dǎo)電尖端101。此外，觸筆筒150可與觸筆接地端500連接。因而，初級(jí)線圈LI 120的一端與導(dǎo)電尖端101連接，另一端與觸筆筒150的接地端125連接。
[0086]現(xiàn)在將描述如上構(gòu)造的觸筆100的操作。
[0087]初級(jí)線圈LI 120的一端通過導(dǎo)電尖端101與傳感器面板的觸摸傳感器200電容耦合，以形成感測(cè)電容器Csx 250。因而，來自觸摸傳感器200的每個(gè)通道的輸入信號(hào)通過感測(cè)電容器Csx 250驅(qū)動(dòng)包括初級(jí)線圈LI 120和諧振電容器Cl 110的諧振電路。
[0088]電路以下述方式配置，即從驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生器305輸入到觸摸傳感器200的通道Tx和Rx的信號(hào)的頻率與包括初級(jí)線圈LI 120和諧振電容器Cl 110的諧振電路的電磁諧振頻率相同，由此由于電磁諧振，信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間流逝而增大。在這種情形中，初級(jí)線圈LI120的另一端通過包括與觸筆100的觸筆筒150接觸的人體和手的接地電容器Ch而接地。
[0089]如上所述，當(dāng)觸筆100觸摸傳感器面板的表面時(shí)，可產(chǎn)生感測(cè)電容器Csx250，且可通過觸筆筒150接地。此外，施加給感測(cè)電容器Csx 250的信號(hào)通過觸筆100中包括的導(dǎo)電尖端101傳輸?shù)匠跫?jí)線圈LI 120。初級(jí)線圈LI 120和諧振電容器Cl 110在封閉電路的狀態(tài)下諧振，使得信號(hào)幅度隨時(shí)間流逝而增大。此外，諧振電路中的初級(jí)線圈LI 120的磁信號(hào)通過互感系數(shù)M12被感生在環(huán)形天線410中。按每一通道執(zhí)行環(huán)形天線中的感測(cè)。
[0090]圖8A是與圖6的觸筆100對(duì)應(yīng)的另一個(gè)電路圖。圖8B是圖解圖8A的觸筆100的結(jié)構(gòu)的示圖。
[0091]參照?qǐng)D8A和8B，觸筆100包括彼此串聯(lián)的多個(gè)初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b、與彼此串聯(lián)的初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b并聯(lián)的諧振電容器C2 110、以及與初級(jí)線圈LlB 120b連接的導(dǎo)電尖端101。
[0092]觸筆100中彼此串聯(lián)連接的初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b以及與初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b并聯(lián)的諧振電容器C2 110的一側(cè)與導(dǎo)電尖端101連接，另一側(cè)與用于形成觸筆100的由非導(dǎo)電材料形成的觸筆筒150連接并接地。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)用戶作為觸筆接地端500時(shí)，所述另一側(cè)與對(duì)應(yīng)于人體的接地電容器Ch連接。也就是說，觸筆100也與觸筆接地端500連接，以使觸筆100的內(nèi)部電路穩(wěn)定。
[0093]當(dāng)觸筆100與傳感器面板的表面接觸時(shí)，環(huán)形天線410接收觸筆100中的初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b的電感信號(hào)，作為環(huán)形天線L2 410與初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b之間感生的互感系數(shù)M12。如參照?qǐng)D6所述的，環(huán)形天線400被形成為圍繞傳感器面板的邊緣并包括形成在與觸摸控制器300連接的兩端處的焊盤。
[0094]觸筆100中包括的初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b以及諧振電容器C2110被配置成具有適當(dāng)?shù)闹?，以便與通過傳感器面板的感測(cè)電容器Csx 250輸入的信號(hào)的頻率實(shí)現(xiàn)電磁諧振。換句話說，觸筆100的初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b以及諧振電容器C2110被配置成具有適當(dāng)?shù)闹?，以便與通過感測(cè)電容器Csx 250輸入的信號(hào)的頻率實(shí)現(xiàn)電磁諧振，其中感測(cè)電容器Csx250通過與包括彼此交叉的第一和第二通道Tx/Rx的傳感器面板的觸摸傳感器200電容耦合而形成。在此，諧振頻率滿足條件f=l/[2 *(L2*C2) ~0.5]。此夕卜，感測(cè)電容器Csx 250是當(dāng)觸筆100的導(dǎo)電尖端101觸摸傳感器面板201時(shí)通過接觸區(qū)域處的電容耦合形成的假想元件，而不是組成電路的實(shí)體裝置。
[0095]在觸筆100中的電磁諧振過程中產(chǎn)生的磁信號(hào)通過初級(jí)線圈LlA和LlB120a和120b與形成在傳感器面板201中的環(huán)形天線L2 410之間的互感系數(shù)M12，在對(duì)應(yīng)于環(huán)形天線的次級(jí)線圈L2 410中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過用于放大環(huán)形天線410的兩端之間的電壓差的放大器310放大，經(jīng)過包括去除噪聲的濾波器的濾波器單元AFE 320，并通過轉(zhuǎn)換器ADC 330轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。之后，通過信號(hào)處理器DSP340經(jīng)適當(dāng)?shù)乃惴◤男盘?hào)提取坐標(biāo)，然后將坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)系統(tǒng)。
[0096]如上所述，觸筆100的初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b通過與環(huán)形天線L2 410的互感系數(shù)M12在對(duì)應(yīng)于環(huán)形天線的次級(jí)線圈L2 410中直接產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b與環(huán)形天線L2 410之間的磁耦合系數(shù)不會(huì)減小并被考慮。因而，觸筆100可變細(xì)并可降低制造成本。
[0097]比較圖8B的觸筆100與圖7B的觸筆100，圖8B的觸筆100和圖7B的觸筆100的區(qū)別僅在于繞著磁芯135的不同區(qū)域來纏繞圖8B的初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b，因而將不在此給出對(duì)相同組件的詳細(xì)描述。之后，在磁芯135與導(dǎo)電尖端101之間，或者在多個(gè)磁芯135之間可進(jìn)一步設(shè)置彈簧或彈性橡膠130。當(dāng)導(dǎo)電尖端101按壓傳感器面板的表面時(shí)，彈簧130被按壓預(yù)定程度。因而，僅當(dāng)相對(duì)于傳感器面板的表面按壓導(dǎo)電尖端101時(shí)才產(chǎn)生電磁諧振，由此可實(shí)現(xiàn)觸筆100的輸入檢測(cè)和書寫壓力檢測(cè)。此外，即使觸筆100靠近傳感器面板，也只有當(dāng)觸筆100被按壓預(yù)定程度時(shí)觸筆100才操作。因而，觸筆100可用作用于防止誤操作的開關(guān)。在電磁諧振過程中產(chǎn)生的磁信號(hào)被傳輸?shù)叫纬稍趥鞲衅髅姘暹吘壨鈧?cè)并用作一種次級(jí)線圈L2 410的環(huán)形天線410，因而通過觸摸控制器300檢測(cè)環(huán)形天線410兩端之間的電壓差。
[0098]圖8B的觸筆100的優(yōu)點(diǎn)在于初級(jí)線圈LlA和LlB 120a和120b彼此不干擾，由此可減小它們之間的寄生電容。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)寄生電容可忽略不計(jì)時(shí)，只要靈敏度不會(huì)由于寄生電容而降低，可選擇圖8B的觸筆100。
[0099]圖9是圖解圖7A的觸筆100的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)示圖。圖10是圖解圖9中所示的把手或?qū)щ姲咽?17根據(jù)其材料的導(dǎo)電特性的曲線圖。
[0100]現(xiàn)在將參照?qǐng)D9描述觸筆100的結(jié)構(gòu)。觸筆100中包括的初級(jí)線圈LI 120繞著設(shè)置于觸筆100的軸方向上的磁芯135而纏繞。在此，初級(jí)線圈LI 120的一端與導(dǎo)電尖端101連接，另一端與觸筆筒150的導(dǎo)電把手117連接。
[0101]把手形成在觸筆筒的至少一個(gè)外圍表面上并由高電阻導(dǎo)電材料形成。例如，導(dǎo)電把手117形成在用戶握持的手柄上并用作接地端。導(dǎo)電把手117可由參照?qǐng)D10描述的高電阻導(dǎo)電材料(例如導(dǎo)電塑料和導(dǎo)電石墨)形成。當(dāng)導(dǎo)電把手117由高電阻導(dǎo)電材料形成時(shí)，與金屬材料相比，可顯著增加磁信號(hào)的透過率。因而，在這種情形中，可減小磁信號(hào)的衰減，從而天線400也接收磁信號(hào)。在這種情形中，導(dǎo)電尖端101也可由高電阻導(dǎo)電材料形成，從而很容易透過磁場(chǎng)。
[0102]圖9的觸筆100具有下述技術(shù)特征，即初級(jí)線圈LI 120的另一端與由高電阻導(dǎo)電材料形成的導(dǎo)電把手117連接。此外，觸筆筒150與觸筆接地端500之間的接觸結(jié)構(gòu)以及圖9的觸筆100的操作與圖7B的觸筆100的相同。因而，參照?qǐng)D7B的詳細(xì)描述可理解圖9的觸筆100的結(jié)構(gòu)和操作。
[0103]圖11是圖解圖8A的觸筆100的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)示圖。
[0104]現(xiàn)在將參照?qǐng)D11描述觸筆100的結(jié)構(gòu)。觸筆100中包括的初級(jí)線圈LlA和LlB120a和120b繞著設(shè)置于觸筆100的軸方向上的磁芯135而纏繞。在此，初級(jí)線圈LI 120的一端與導(dǎo)電尖端101連接，另一端與觸筆筒150的導(dǎo)電把手117連接。
[0105]如上所述，導(dǎo)電把手117形成在用戶握持的手柄上并用作接地端。導(dǎo)電把手117可由參照?qǐng)D10描述的高電阻導(dǎo)電材料(例如導(dǎo)電塑料和導(dǎo)電石墨)形成。當(dāng)導(dǎo)電把手117由高電阻導(dǎo)電材料形成時(shí)，與金屬材料相比，可顯著增加磁信號(hào)的透過率。因而，在這種情形中，可減小磁信號(hào)的衰減，從而天線400也接收磁信號(hào)。在這種情形中，導(dǎo)電尖端101也可由高電阻導(dǎo)電材料形成，從而很容易透過磁場(chǎng)。
[0106]圖11的觸筆100具有下述技術(shù)特征，即初級(jí)線圈LI 120的另一端與由高電阻導(dǎo)電材料形成的導(dǎo)電把手117連接。此外，觸筆筒150與觸筆接地端500之間的接觸結(jié)構(gòu)以及圖11的觸筆100的操作與圖8B的觸筆100的相同。因而，參照?qǐng)D8B的詳細(xì)描述可理解圖11的觸筆100的結(jié)構(gòu)和操作。
[0107]圖12A和12B圖解了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的輸入系統(tǒng)的接地方法。
[0108]圖12A圖解了如上所述通過人體和觸筆100的觸筆筒150接地。
[0109]如圖12A中所示，在通過人體(用戶)接地的情形中，包括傳感器面板201的顯示裝置2000和人體分別通過電容Cbl和Cb2與地耦合。當(dāng)用戶通過另一只手把持顯示裝置2000時(shí)，電容Cb2通過另一只手和人體較強(qiáng)地與地耦合，以形成用于傳輸AC信號(hào)的封閉電路。
[0110]在此，顯示裝置2000是指包括傳感器面板201的顯示面板。顯示面板的例子可包括液晶顯示面板、有機(jī)發(fā)光顯示面板、等離子體顯示面板、量子點(diǎn)顯示面板、電泳顯示面板等。在此，在一些實(shí)施方式中，面板可進(jìn)一步包括光源，在這種情形中，可進(jìn)一步包括單獨(dú)的殼體單元。
[0111]此外，傳感器面板201可貼附到顯示裝置2000，在陣列工藝中與顯示裝置的面板表面一起形成，或者形成在面板內(nèi)。
[0112]可選擇地，在無線觸筆的情形中，無線觸筆通過圖9A中所示的結(jié)構(gòu)，經(jīng)人體接地。
[0113]圖12B圖解了有線觸筆，有線觸筆的接地端通過配線170直接與貼附有傳感器面板201的顯示裝置2000的觸摸控制器連接。在這種情形中，觸筆100和傳感器面板201通過配線170物理連接。
[0114]圖13是根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的傳感器面板201的平面圖。
[0115]如圖13中所示，根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的傳感器面板201被大致劃分為有源區(qū)域和邊緣區(qū)域。
[0116]在有源區(qū)域中，多個(gè)第一通道Tx 210和多個(gè)第二通道Rx 220的每個(gè)都呈條形且彼此交叉。圖13圖解了條形的通道。在一些情形中，第一通道Tx 210和第二通道Rx 220的形狀可以以使用電容方式的各種圖案形式進(jìn)行變化。
[0117]例如，第一通道Tx 210和第二通道Rx 220可具有菱形或其它多邊形形狀。在所有情形中，在根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)中，為了觸筆觸摸的精度，第一通道Tx 210和第二通道Rx 220的每個(gè)都最好在從中心起的上、下、左、右的任意方向上具有對(duì)稱的形狀。
[0118]為了接收從觸筆100的諧振電路產(chǎn)生的諧振信號(hào)，在傳感器面板201的邊緣區(qū)域外側(cè)形成環(huán)形天線410。為了防止邊緣效應(yīng)，如果可能的話，環(huán)形天線410被形成為比實(shí)際進(jìn)行觸筆輸入和坐標(biāo)提取的有源區(qū)域?qū)?。在此，根?jù)邊緣效應(yīng)，當(dāng)檢測(cè)使用觸筆100的觸摸時(shí)，如果通道具有非對(duì)稱的形狀，則坐標(biāo)的提取精度在傳感器面板201的邊緣處降低。優(yōu)選地，在觸筆100觸摸傳感器面板的表面時(shí)，環(huán)形天線410從觸筆100的初級(jí)線圈接收諧振感應(yīng)信號(hào)。
[0119]環(huán)形天線410是一種感生電感的第三級(jí)線圈，其不包括具有物理形狀的單獨(dú)的磁芯。在此，環(huán)形天線410可以是使用環(huán)形天線410與觸筆100之間的空氣芯作為介質(zhì)進(jìn)行操作的線圈。
[0120]第一通道Tx 210和第二通道Rx 220可由用于透射顯示裝置中的光的透明電極形成。此外，手指觸摸區(qū)域的第一通道Tx 210用于施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，第二通道Rx 220用于接收檢測(cè)信號(hào)。第一通道Tx 210和第二通道Rx 220分別通過形成在傳感器面板201邊緣外側(cè)的焊盤230和布線255彼此電連接。
[0121]此外，可在環(huán)形天線410的兩端形成環(huán)形天線焊盤240，環(huán)形天線焊盤240與形成在面板傳感器201的一個(gè)邊緣外側(cè)的焊盤230平行形成?？赏ㄟ^觸摸控制器檢測(cè)環(huán)形天線焊盤240之間的電壓差。
[0122]環(huán)形天線410可通過同一工藝與布線255同時(shí)形成?？蛇x擇地，為了提高環(huán)形天線410的電磁感應(yīng)，傳感器面板可進(jìn)一步包括與環(huán)形天線410接觸的片形的平坦磁芯。
[0123]圖14是圖解根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的幀驅(qū)動(dòng)方法的示圖。
[0124]如圖14中所示，根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)將一幀劃分為觸筆觸摸檢測(cè)幀和手指觸摸檢測(cè)幀，并按每一幀時(shí)分驅(qū)動(dòng)觸筆觸摸檢測(cè)幀和手指觸摸檢測(cè)幀。此外，觸筆觸摸檢測(cè)幀和手指觸摸檢測(cè)幀被交替驅(qū)動(dòng)。
[0125]例如，當(dāng)一幀對(duì)應(yīng)于5到1ms時(shí)，幀頻對(duì)應(yīng)于100到200Hz。在這種情形中，當(dāng)一幀被劃分為觸筆觸摸檢測(cè)幀和手指觸摸檢測(cè)幀時(shí)，觸筆觸摸檢測(cè)幀和手指觸摸檢測(cè)幀的每一個(gè)的分配周期對(duì)應(yīng)于2.5ms到5ms。這種情形對(duì)應(yīng)于將一幀等分為觸筆觸摸檢測(cè)幀和手指觸摸檢測(cè)幀的情形。在一些實(shí)施方式中，可調(diào)整觸筆觸摸檢測(cè)幀和手指觸摸檢測(cè)幀，使得在一巾貞中其中一個(gè)比另一個(gè)長(zhǎng)。
[0126]當(dāng)檢測(cè)觸筆觸摸時(shí)，如果第一通道Tx的數(shù)量和第二通道Rx的數(shù)量分別為m和n，如圖13中所示,第一通道Tx的m個(gè)通道Tx (I)到Tx Cm)和第二通道Rx的η個(gè)通道Rx
(I)到Rx (η)被依次驅(qū)動(dòng)和感測(cè)。
[0127]也就是說，在觸筆觸摸檢測(cè)幀中依次驅(qū)動(dòng)總共“m+n”個(gè)通道。因而，例如，假定“m+n” = 50，則驅(qū)動(dòng)一個(gè)通道的時(shí)間為將2.5ms到5ms除以50所獲得的50 μ s到100 μ S。
[0128]此外，當(dāng)檢測(cè)手指觸摸時(shí)，通過依次向第一通道Tx施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)并感測(cè)來自第二通道Rx的檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)基于觸摸的變化，從而檢測(cè)觸摸位置。因?yàn)閮H在手指觸摸的檢測(cè)過程中向第一通道Tx施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所以在手指觸摸的檢測(cè)過程中施加第一通道Tx的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)間(2.5ms到5ms/m)可比在觸筆觸摸的檢測(cè)過程中向每個(gè)通道施加信號(hào)的時(shí)間(2.5ms 到 5ms/ (m+n))長(zhǎng)。
[0129]在這種情形中，每個(gè)通道的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和感測(cè)信號(hào)的波形被形成為，使得觸筆輸入和手指觸摸被交替時(shí)分驅(qū)動(dòng)，如下所述。
[0130]下文，將描述用于檢測(cè)觸筆觸摸的驅(qū)動(dòng)和感測(cè)每個(gè)通道的方法。
[0131]圖15A和15B圖解了在根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的觸摸檢測(cè)方法中從觸摸傳感器面板和觸筆檢測(cè)的波形。
[0132]現(xiàn)在將參照?qǐng)D15A和15B描述根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的兩個(gè)相鄰第一通道Tx(η)和Tx (η+1)的驅(qū)動(dòng)和感測(cè)處理。
[0133]盡管圖15A和15B圖解了通道Tx (η)和Tx (η+1)的驅(qū)動(dòng)步驟處理，但通過向Tx(I )到Tx (m)和Rx (I)到Rx (η)依次施加信號(hào)并按每一通道根據(jù)環(huán)形天線410兩端之間的電壓差檢測(cè)觸摸，可以以相同的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)處理。
[0134]通過將導(dǎo)電尖端101與傳感器面板201之間的感測(cè)電容器Csx電連接到初級(jí)線圈LI 120、形成初級(jí)線圈LI 120和諧振電容器C2的諧振電路、并接收由于初級(jí)線圈的感應(yīng)例如由于在初級(jí)線圈LI 120與環(huán)形天線之間的互感系數(shù)Μ12而在環(huán)形天線410中電磁諧振的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)行觸摸檢測(cè)。
[0135]同樣，因?yàn)橛|筆100的初級(jí)線圈LI 120通過與環(huán)形天線L2 410的互感系數(shù)Μ12，在對(duì)應(yīng)于環(huán)形天線的次級(jí)線圈L2 410中直接產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以初級(jí)線圈LI 120與環(huán)形天線L2 410之間的磁耦合系數(shù)不會(huì)減小并被考慮。因而，觸筆100可變細(xì)并可降低制造成本。
[0136]施加給第一和第二通道Tx (I)到Tx (m)和Rx (I)到Rx (η)的信號(hào)可采用與諧振頻率相同頻率的方波或正弦波，如圖15Α中所示。
[0137]當(dāng)觸筆觸摸傳感器面板的表面時(shí)，觸筆可通過用戶接地。在此，觸筆可通過非導(dǎo)電筆筒與傳感器面板之間的直接接觸或者非導(dǎo)電筆筒與傳感器面板之間通過配線的連接而接地。
[0138]如圖15Α中所示，當(dāng)驅(qū)動(dòng)通道Tx (η)時(shí)，對(duì)于時(shí)間Tl，從觸摸控制器向通道Tx (η)施加預(yù)定頻率的方波或正弦波。此外，對(duì)于時(shí)間Τ2，可僅感測(cè)從電路和環(huán)形天線接收的信號(hào)，而不向通道Tx (η)施加信號(hào)。
[0139]也就是說，當(dāng)向通道Tx (η)施加方波或正弦波時(shí)，在觸筆的初級(jí)線圈LI 120與Tx通道之間形成經(jīng)Tx通道與導(dǎo)電尖端之間的電容耦合形成的感測(cè)電容器Csx，并且當(dāng)觸筆觸摸傳感器面板的表面時(shí)，感測(cè)電容器Csx與導(dǎo)電尖端電連接。在此，初級(jí)線圈LI 120的信號(hào)具有在時(shí)間Tl內(nèi)隨時(shí)間流逝而增大的波形。這是因?yàn)楫?dāng)在封閉電路的諧振電路中與諧振電容器Cl 110串聯(lián)的初級(jí)線圈LI 120通過諧振頻率電磁諧振時(shí)，信號(hào)的幅度隨著時(shí)間流逝而增大。
[0140]當(dāng)觸筆觸摸傳感器面板時(shí)，初級(jí)線圈LI 120通過互感系數(shù)M12與傳感器面板中包括的環(huán)形天線耦合。因而，環(huán)形天線可感測(cè)通過觸筆的諧振產(chǎn)生的電磁信號(hào)。
[0141]通過檢測(cè)接收到的環(huán)形天線兩端之間的電壓差、放大電壓差、去除放大的電壓差的噪聲、將被去除噪聲的放大的電壓差從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)與相應(yīng)通道對(duì)應(yīng)的環(huán)形天線兩端之間的電壓差相關(guān)的信號(hào)強(qiáng)度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
[0142]之后，如圖15B中所示，關(guān)于通道Tx (n+1)，對(duì)于時(shí)間T3和T4施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)并進(jìn)行感測(cè)(觸摸檢測(cè))。之后，將對(duì)應(yīng)于信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
[0143]當(dāng)通過前述處理收集了關(guān)于一幀的所有通道的信號(hào)強(qiáng)度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，通過觸摸控制器的信號(hào)處理器提取對(duì)應(yīng)于觸筆位置的坐標(biāo)。
[0144]如圖中所示，僅對(duì)于時(shí)間Tl施加觸筆的信號(hào)，因而可提供單獨(dú)充分的感測(cè)周期?？蛇x擇地，對(duì)于時(shí)間T1+T2可同時(shí)進(jìn)行信號(hào)施加和感測(cè)。這些方法具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。當(dāng)對(duì)于時(shí)間T1+T2接收信號(hào)時(shí)，可增加接收信號(hào)的時(shí)間，由此提高測(cè)量信號(hào)的精度。然而，對(duì)于時(shí)間Tl驅(qū)動(dòng)通道Tx或Rx,包括通道Tx或Rx的寄生環(huán)會(huì)導(dǎo)致用作環(huán)形天線中的噪聲的磁信號(hào)。噪聲可與從觸筆的諧振電路產(chǎn)生的信號(hào)一起被環(huán)形天線接收。
[0145]因而，當(dāng)由于寄生環(huán)導(dǎo)致的磁干擾而很難精確檢測(cè)觸摸時(shí)，可通過僅在時(shí)間T2中檢測(cè)觸筆的諧振信號(hào)來檢測(cè)觸摸。在這種情形中，因?yàn)閷?duì)于時(shí)間Tl沒有接收諧振信號(hào)，所以接收信號(hào)的時(shí)間和數(shù)據(jù)精度可能減小，但磁噪聲不會(huì)影響環(huán)形天線。
[0146]通過使用根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的模擬來檢查是否能檢測(cè)觸筆觸摸。
[0147]圖16A是用于測(cè)試根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的信號(hào)強(qiáng)度的部分。圖16B是圖解與X軸方向上的移動(dòng)對(duì)應(yīng)的電容Csx的變化的模擬圖。
[0148]圖16A圖解了當(dāng)觸筆100位于Y軸上的點(diǎn)O且X軸的坐標(biāo)變化時(shí)，通道Tx (η)和Tx (η+1)與觸筆100的導(dǎo)電尖端之間的感測(cè)電容器的電容Csx，電容Csx通過圖16B的模擬獲得。
[0149]從圖16A和16B可以看出，感測(cè)電容器的電容Csx在通道Tx的中心最高且隨著遠(yuǎn)離中心減小。
[0150]當(dāng)觸筆100位于通道Tx (η)和Tx (η+1)的中部時(shí),通道Tx (η)的感測(cè)電容Csx(η)與通道Tx (η+1)的感測(cè)電容Csx (η+1)相同。也就是說,滿足Csx (n) = Csx (η+1)。
[0151]從圖16Α和16Β可以看出，當(dāng)與通道Tx (η)相比,觸筆100靠近通道Tx (η+1)時(shí)，與通道Tx (η+1)稱合的感測(cè)電容Csx (η+1)大于與通道Tx (η)稱合的感測(cè)電容Csx (η)。也就是說，滿足Csx (nXCsx (η+1)。因而，可產(chǎn)生并感測(cè)與耦合到每個(gè)通道Tx的感測(cè)電容成比例的信號(hào)，以獲得由提取觸筆位置所需的信號(hào)強(qiáng)度表示的模擬數(shù)據(jù)。
[0152]圖17Α是圖解根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的觸摸面板以及在觸摸面板中包括的環(huán)形天線的示圖。圖17Β是圖解當(dāng)觸筆沿圖17Α的X軸移動(dòng)時(shí)互感系數(shù)的曲線圖。
[0153]如圖17Α中所示，當(dāng)傳感器面板201的中心被確定為點(diǎn)O且水平軸和垂直軸分別被確定為X軸和Y軸時(shí)，如果觸筆100沿X軸移動(dòng)，則模擬用于產(chǎn)生磁信號(hào)的觸筆的初級(jí)線圈LI 120與用于接收磁信號(hào)的傳感器面板201的環(huán)形天線L2 410之間的互感系數(shù)Μ12。在這種情形中，從圖17Β可以看出，互感系數(shù)Μ12在環(huán)形天線的中心部分(即有源區(qū)域)處在
0.5Α.U到1.5Α.U的范圍內(nèi)緩慢變化，在環(huán)形天線的邊緣周圍急劇變化并減小，這稱為邊緣效應(yīng)。在這種情形中，布置有第一和第二通道的有源區(qū)域可被設(shè)計(jì)為與圖17Β的互感系數(shù)Μ12遠(yuǎn)離點(diǎn)O增加的區(qū)域?qū)?yīng)，以避免邊緣效應(yīng)。
[0154]圖18Α圖解了根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的觸筆位于點(diǎn)Α，B和C處的狀態(tài)的示圖。圖18Β圖解了在圖18Α的觸筆的位置Α，B和C處檢測(cè)到的信號(hào)的波形。
[0155]如圖18Α中所示，當(dāng)觸筆位于沿X軸(圖18Α的垂直方向)的位置Α，Β和C時(shí)，向通道Tx (η)施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在這種情形中，從環(huán)形天線實(shí)際感測(cè)的信號(hào)的波形顯示在圖18Β中。
[0156]從18Α和18Β可以看出，當(dāng)觸筆位于被施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的通道Tx (η)的中心部分的點(diǎn)A時(shí)，感測(cè)的信號(hào)的波形具有峰值強(qiáng)度；當(dāng)觸筆位于與相鄰?fù)ǖ繲x (n-Ι)的邊界區(qū)域的點(diǎn)B時(shí)，具有中間強(qiáng)度；當(dāng)觸筆位于相鄰?fù)ǖ繲x (n-Ι)的中心部分的點(diǎn)C時(shí)，具有最弱的強(qiáng)度。當(dāng)觸筆位于靠近被施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的通道時(shí)，感測(cè)的信號(hào)的波形增大；當(dāng)觸筆遠(yuǎn)離被施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的通道移動(dòng)時(shí)，感測(cè)的信號(hào)的波形減小。因而，可以預(yù)見波形在實(shí)際觸摸點(diǎn)處最強(qiáng)。
[0157]施加給每個(gè)通道的模擬信號(hào)通過觸摸控制器的ADC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；之后，信號(hào)的強(qiáng)度被用于通過信號(hào)處理器使用適當(dāng)?shù)乃惴ㄌ崛∮|筆的坐標(biāo)。
[0158]也就是說，可檢測(cè)具有最強(qiáng)波形的通道，以檢測(cè)實(shí)際觸筆觸摸。
[0159]根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的檢測(cè)方法具有下面的優(yōu)點(diǎn)。
[0160]也就是說，與包括用于手指觸摸和觸筆觸摸的分離的各個(gè)面板的系統(tǒng)相比，本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)可降低制造成本并簡(jiǎn)化制造工藝。此外，觸摸輸入系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)薄的傳感器面板。
[0161 ] 可通過觸筆的內(nèi)部諧振電路與傳感器面板的環(huán)形天線之間的諧振進(jìn)行觸摸檢測(cè)，因而觸筆不需要電池，由此與需要單獨(dú)電源的有源觸筆相比，可降低制造成本。此外，可實(shí)現(xiàn)輕小的觸筆。
[0162]能使用不同的驅(qū)動(dòng)方法區(qū)分并感測(cè)觸筆觸摸和手指觸摸，因而在觸筆觸摸過程中很容易實(shí)現(xiàn)防誤觸，由此提高了觸摸感測(cè)的精度。
[0163]對(duì)于觸摸檢測(cè)，使用在觸筆與一個(gè)電極之間產(chǎn)生的感測(cè)電容Csx，而不是在電容方法中使用的彼此交叉的電極之間的互電容ACm ;且對(duì)于觸筆觸摸檢測(cè)，使用相對(duì)大的感測(cè)電容，因而靈敏度有望提聞。
[0164]與施加給傳感器面板中包括的電極(通道)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步地確定觸筆的內(nèi)部諧振信號(hào)的頻率信號(hào)，很容易實(shí)現(xiàn)書寫壓力檢測(cè)功能或具體按鈕功能。
[0165]此外，用于觸筆觸摸檢測(cè)的環(huán)形天線與形成有交叉電極的有源區(qū)域間隔開并形成在具有低靈敏度的邊緣區(qū)域外側(cè)，因而不管區(qū)域如何都可保持觸筆的靈敏度。
[0166]根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的觸摸檢測(cè)方法具有下面的效果。
[0167]第一，根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)可通過使用電容方法的用于觸摸檢測(cè)的基本結(jié)構(gòu)檢測(cè)手指觸摸，并通過觸筆的內(nèi)部諧振電路與形成在傳感器面板的邊緣外側(cè)的環(huán)形天線之間的諧振來檢測(cè)觸筆觸摸。也就是說，使用電容方法檢測(cè)觸筆觸摸存在限制，因而可通過改變傳感器面板邊緣外側(cè)的結(jié)構(gòu)和觸筆的內(nèi)部電路檢測(cè)觸筆觸摸，而無需單獨(dú)的面板且與接觸面積或電極圖案的形狀無關(guān)。
[0168]第二，觸筆的內(nèi)部諧振電路的諧振線圈被簡(jiǎn)化，以減小根據(jù)諧振線圈的磁耦合系數(shù)，因可盡可能地制造薄且小的觸筆，由此可降低制造成本。
[0169]第三，與包括用于手指觸摸和觸筆觸摸的分離的各個(gè)面板的系統(tǒng)相比，觸摸輸入系統(tǒng)可降低制造成本并簡(jiǎn)化制造工藝。此外，觸摸輸入系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)薄的傳感器面板。
[0170]第四，可通過觸筆的內(nèi)部諧振電路與傳感器面板的環(huán)形天線之間的諧振進(jìn)行觸摸檢測(cè)，因而觸筆不需要電池，由此與需要單獨(dú)電源的有源觸筆相比，可降低制造成本。此外，可實(shí)現(xiàn)輕小的觸筆。
[0171]第五，能使用不同的驅(qū)動(dòng)方法區(qū)分并感測(cè)觸筆觸摸和手指觸摸，因而在觸筆觸摸過程中很容易實(shí)現(xiàn)防誤觸，由此提高了觸摸感測(cè)的精度。
[0172]第六，對(duì)于觸摸檢測(cè)，使用在觸筆與一個(gè)電極之間產(chǎn)生的感測(cè)電容Csx，而不是在電容方法中使用的彼此交叉的電極之間的互電容ACm,且對(duì)于觸筆觸摸檢測(cè)，使用相對(duì)大的感測(cè)電容，因而靈敏度有望提高。
[0173]第七，與施加給傳感器面板中包括的電極(通道)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步地確定觸筆的內(nèi)部諧振信號(hào)的頻率信號(hào)，能夠很容易實(shí)現(xiàn)書寫壓力檢測(cè)功能或具體按鈕功能。
[0174]第八，用于觸筆觸摸檢測(cè)的環(huán)形天線與形成有交叉電極的有源區(qū)域間隔開并形成在具有低靈敏度的邊緣區(qū)域外側(cè)，因而不管區(qū)域如何都可保持觸筆的靈敏度。
[0175]在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本發(fā)明可進(jìn)行各種修改和變化，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。因而，本發(fā)明意在覆蓋落入所附權(quán)利要求書范圍及其等同范圍內(nèi)的對(duì)本發(fā)明的所有修改和變化。
【權(quán)利要求】
1.一種觸摸輸入系統(tǒng)，包括: 傳感器面板，所述傳感器面板包括彼此交叉的多個(gè)第一通道和多個(gè)第二通道； 觸筆，所述觸筆包括彼此串聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈、與所述初級(jí)線圈并聯(lián)的諧振電容器以及與所述初級(jí)線圈連接的導(dǎo)電尖端； 與所述觸筆連接的接地端； 形成在所述傳感器面板的邊緣外側(cè)的環(huán)形天線；和 與所述第一通道、所述第二通道和所述環(huán)形天線連接的觸摸控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸輸入系統(tǒng)，其中繞著與所述導(dǎo)電尖端串聯(lián)并設(shè)置在所述觸筆的軸方向上的磁芯來纏繞所述初級(jí)線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸摸輸入系統(tǒng)，其中所述觸筆包括: 具有孔的觸筆筒，所述導(dǎo)電尖端通過所述孔部分凸出；和 把手，所述把手形成在所述觸筆筒的至少一個(gè)外圍表面上并由高電阻導(dǎo)電材料形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的觸摸輸入系統(tǒng)，其中: 與所述觸筆串聯(lián)設(shè)置的初級(jí)線圈的一端與所述導(dǎo)電尖端連接；以及 所述初級(jí)線圈的另一端與所述觸筆筒或由高電阻導(dǎo)電材料形成的把手連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸摸輸入系統(tǒng)，其中在所述觸筆觸摸所述傳感器面板的表面時(shí)，所述環(huán)形天線從所述觸筆中的初級(jí)線圈接收諧振感應(yīng)信號(hào)。
6.一種使用觸摸輸入系統(tǒng)的觸摸檢測(cè)方法，所述觸摸輸入系統(tǒng)包括: 傳感器面板，所述傳感器面板包括:彼此交叉的多個(gè)第一通道和多個(gè)第二通道；觸筆，所述觸筆包括彼此串聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)初級(jí)線圈、與所述初級(jí)線圈并聯(lián)的諧振電容器以及與所述初級(jí)線圈連接的導(dǎo)電尖端；與所述觸筆連接的接地端；和形成在所述傳感器面板的邊緣外側(cè)的環(huán)形天線， 所述方法包括用于按每一幀進(jìn)行手指觸摸感測(cè)和觸筆觸摸感測(cè)的時(shí)分驅(qū)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸摸檢測(cè)方法，其中所述觸筆觸摸感測(cè)包括依次向所述多個(gè)第一通道和所述多個(gè)第二通道施加信號(hào)并按每一通道根據(jù)所述環(huán)形天線的兩端之間的電壓差檢測(cè)觸摸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的觸摸檢測(cè)方法，其中所述檢測(cè)觸摸包括:將所述導(dǎo)電尖端與所述傳感器面板之間的感測(cè)電容器電連接到至少一個(gè)初級(jí)線圈；形成所述初級(jí)線圈和所述諧振電容器的諧振電路；以及接收由于所述初級(jí)線圈的感應(yīng)而在所述環(huán)形天線中電磁諧振的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的觸摸檢測(cè)方法，其中所述觸筆包括: 具有孔的觸筆筒，所述導(dǎo)電尖端通過所述孔部分凸出；和 把手，所述把手形成在所述觸筆筒的至少一個(gè)外圍表面上并由高電阻導(dǎo)電材料形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的觸摸檢測(cè)方法，其中當(dāng)所述觸筆觸摸所述傳感器面板的表面時(shí)，所述環(huán)形天線從所述觸筆中的初級(jí)線圈接收諧振感應(yīng)信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G06F3/044GK104133576SQ201310683991
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月30日
【發(fā)明者】金河中 申請(qǐng)人:樂金顯示有限公司