觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的觸摸檢測方法
【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)分并檢測的同時，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第一通道和多個第二通道；觸筆，所述觸筆包括彼此串聯(lián)的一個或多個初級線圈、與所述初級線圈并聯(lián)的諧振電容器以及與所述初級線圈連接的導(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)的觸摸檢測方法
[0001]本申請要求2013年4月30日提交的韓國專利申請N0.10-2013-0048725的優(yōu)先權(quán)，在此援引該專利申請作為參考，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)分并檢測的同時，可減小觸筆的尺寸和制造成本。

【背景技術(shù)】
[0003]近來，隨著信息時代的到來，用于視覺上呈現(xiàn)電信息信號的顯示領(lǐng)域快速發(fā)展。為了滿足這種趨勢，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，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)的輸入單元識別觸摸部分并傳輸對應(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，除了使用手指的觸摸輸入之外，作為最引人注意的移動裝置的智能手機(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)動信號作為輸入電壓。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，輸出電壓Vout隨著時間流逝而增大(當(dāng)不存在手指觸摸時)。在這點(diǎn)上，當(dāng)存在手指觸摸時，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的觸摸檢測電路用于觸筆觸摸而不是手指觸摸時，因?yàn)橛|筆的尖端與傳感器面板表面之間的接觸面積相對較小，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)與形成在用于感測的傳感器面板上的電極相比，觸筆的尖端較小時，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，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，很難對圖1的檢測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)動方法來驅(qū)動觸筆觸摸的方法，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)動進(jìn)行檢測的單獨(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)致的一個或多個問題的觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)檢測觸摸的方法。
[0018]本發(fā)明的一個目的是提供一種觸摸輸入系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的觸摸檢測方法，其中在手指觸摸和觸筆觸摸可被區(qū)分并檢測的同時，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第一通道和多個第二通道；觸筆，所述觸筆包括彼此串聯(lián)的一個或多個初級線圈、與所述初級線圈并聯(lián)的諧振電容器以及與所述初級線圈連接的導(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)置的初級線圈的一端可與所述導(dǎo)電尖端連接；以及所述初級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，所述環(huán)形天線可從所述觸筆中的初級線圈接收諧振感應(yīng)信號。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種使用觸摸輸入系統(tǒng)的觸摸檢測方法，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第一通道和多個第二通道；觸筆，所述觸筆包括彼此串聯(lián)的一個或多個初級線圈、與所述初級線圈并聯(lián)的諧振電容器以及與所述初級線圈連接的導(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)行手指觸摸感測和觸筆觸摸感測的時分驅(qū)動。
[0026]所述觸筆觸摸感測可包括依次向所述多個第一通道和所述多個第二通道施加信號并按每一通道根據(jù)所述環(huán)形天線的兩端之間的電壓差檢測觸摸。
[0027]所述檢測觸摸可包括:將所述導(dǎo)電尖端與所述傳感器面板之間的感測電容器電連接到至少一個初級線圈；形成所述初級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)電動勢。
[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，所述環(huán)形天線可從所述觸筆中的初級線圈接收諧振感應(yīng)信號。
[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組成本申請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的觸筆對應(yīng)的另一個電路圖；
[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)的觸摸檢測方法中從觸摸傳感器面板和觸筆檢測的波形；
[0049]圖16A是用于測試根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的信號強(qiáng)度的部分；
[0050]圖16B是圖解與X軸方向上的移動對應(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軸移動時互感系數(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處檢測到的信號的波形。

【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觸摸的基本結(jié)構(gòu)檢測手指觸摸，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觸筆觸摸。也就是說，使用電容方法檢測觸筆觸摸存在限制，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通道的每個形成為條形時，這些電極布置成彼此交叉。作為任意的例子，將參照圖4描述與觸筆在圖3的區(qū)域中的移動對應(yīng)的電容變化。
[0060]為了檢測圖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軸分別被定義為X軸和Y軸；然后根據(jù)觸筆的位置檢測電容變化。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)值變化時進(jìn)行測試。
[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?？梢钥闯觯谡麄€區(qū)域中Csx比ACm大；當(dāng)X坐標(biāo)靠近O時，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)測量觸筆的位置，但是使用具有較高靈敏度的Csx的檢測方法。
[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形成的空氣間隙。
[0065]如圖5A中所示，當(dāng)不存在觸摸時,根據(jù)Tx通道的驅(qū)動電壓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，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?？梢钥闯?，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，如果使用前述電容方法檢測觸筆觸摸(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)動電壓Vd時，檢測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，以電容方式檢測觸摸時，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手指觸摸和觸筆觸摸時在防誤觸方面具有問題。此外，Tx通道和Rx通道與顯示驅(qū)動信號電容耦合，顯示噪聲會影響觸摸感測信號。此外，無源型觸筆不能向傳感器傳輸單獨(dú)信號，因而很難實(shí)現(xiàn)書寫壓力檢測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)被主要劃分成觸筆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)域中的多個第一通道Tx和多個第二通道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]參照圖7A和7B，觸筆100包括一個初級線圈LI 120、與初級線圈LI 120并聯(lián)的諧振電容器Cl 110、和與初級線圈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，所述另一側(cè)與對應(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,從電路方面來看,環(huán)形天線410用作次級線圈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對它們進(jìn)行信號控制。
[0077]結(jié)果，當(dāng)觸筆100與傳感器面板的表面接觸時，環(huán)形天線410接收觸筆100中的初級線圈LI 120的電感信號，作為在環(huán)形天線L2 410與初級線圈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連接以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的轉(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)字信號從而提取坐標(biāo)的信號處理器(數(shù)字信號處理器(DSP)) 340、以及用于產(chǎn)生施加給傳感器面板中的每個通道的信號的驅(qū)動信號產(chǎn)生器305。在此，當(dāng)觸筆100與觸摸傳感器200接觸時，作為一種諧振電路，初級線圈LI 120和諧振電容器ClllO組成封閉電路。
[0079]從驅(qū)動信號產(chǎn)生器305施加給每個通道的信號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。施加給每個通道的信號是一種交流(AC)電壓，每個線圈具有與所施加的信號具有類似波形的信號形狀，或者具有波形隨時間流逝而增大的信號。
[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中包括的初級線圈LI 120和諧振電容器Cl 110被配置成具有適當(dāng)?shù)闹?，以便與通過感測電容器Csx 250輸入的信號的頻率實(shí)現(xiàn)電磁諧振，其中感測電容器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)生的磁信號通過初級線圈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，在對應(yīng)于環(huán)形天線的次級線圈L2 410中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢通過用于放大環(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。之后，通過信號處理器DSP340經(jīng)適當(dāng)?shù)乃惴◤男盘柼崛∽鴺?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的初級線圈LI 120通過與環(huán)形天線L2 410的互感系數(shù)M12在對應(yīng)于環(huán)形天線的次級線圈L2 410中直接產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以初級線圈LI 120與環(huán)形天線L2 410之間的磁耦合系數(shù)不會減小并被考慮。因而，觸筆100可變細(xì)并可降低制造成本。
[0084]現(xiàn)在將參照圖7B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中包括的初級線圈LI 120。觸筆100的軸方向?qū)?yīng)于觸筆100的長度方向并對應(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，以形成感測電容器Csx 250。因而，來自觸摸傳感器200的每個通道的輸入信號通過感測電容器Csx 250驅(qū)動包括初級線圈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)動信號產(chǎn)生器305輸入到觸摸傳感器200的通道Tx和Rx的信號的頻率與包括初級線圈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，信號強(qiáng)度隨時間流逝而增大。在這種情形中，初級線圈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，可產(chǎn)生感測電容器Csx250，且可通過觸筆筒150接地。此外，施加給感測電容器Csx 250的信號通過觸筆100中包括的導(dǎo)電尖端101傳輸?shù)匠跫壘€圈LI 120。初級線圈LI 120和諧振電容器Cl 110在封閉電路的狀態(tài)下諧振，使得信號幅度隨時間流逝而增大。此外，諧振電路中的初級線圈LI 120的磁信號通過互感系數(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。
[0090]圖8A是與圖6的觸筆100對應(yīng)的另一個電路圖。圖8B是圖解圖8A的觸筆100的結(jié)構(gòu)的示圖。
[0091]參照圖8A和8B，觸筆100包括彼此串聯(lián)的多個初級線圈LlA和LlB 120a和120b、與彼此串聯(lián)的初級線圈LlA和LlB 120a和120b并聯(lián)的諧振電容器C2 110、以及與初級線圈LlB 120b連接的導(dǎo)電尖端101。
[0092]觸筆100中彼此串聯(lián)連接的初級線圈LlA和LlB 120a和120b以及與初級線圈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，所述另一側(cè)與對應(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，環(huán)形天線410接收觸筆100中的初級線圈LlA和LlB 120a和120b的電感信號，作為環(huán)形天線L2 410與初級線圈LlA和LlB 120a和120b之間感生的互感系數(shù)M12。如參照圖6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電容器Csx 250輸入的信號的頻率實(shí)現(xiàn)電磁諧振。換句話說，觸筆100的初級線圈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?，以便與通過感測電容器Csx 250輸入的信號的頻率實(shí)現(xiàn)電磁諧振，其中感測電容器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)生的磁信號通過初級線圈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，在對應(yīng)于環(huán)形天線的次級線圈L2 410中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢通過用于放大環(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。之后，通過信號處理器DSP340經(jīng)適當(dāng)?shù)乃惴◤男盘柼崛∽鴺?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在對應(yīng)于環(huán)形天線的次級線圈L2 410中直接產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以初級線圈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的初級線圈LlA和LlB 120a和120b，因而將不在此給出對相同組件的詳細(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，彈簧130被按壓預(yù)定程度。因而，僅當(dāng)相對于傳感器面板的表面按壓導(dǎo)電尖端101時才產(chǎn)生電磁諧振，由此可實(shí)現(xiàn)觸筆100的輸入檢測和書寫壓力檢測。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)生的磁信號被傳輸?shù)叫纬稍趥鞲衅髅姘暹吘壨鈧?cè)并用作一種次級線圈L2 410的環(huán)形天線410，因而通過觸摸控制器300檢測環(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時，只要靈敏度不會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)在將參照圖9描述觸筆100的結(jié)構(gòu)。觸筆100中包括的初級線圈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可由參照圖10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，與金屬材料相比，可顯著增加磁信號的透過率。因而，在這種情形中，可減小磁信號的衰減，從而天線400也接收磁信號。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。
[0102]圖9的觸筆100具有下述技術(shù)特征，即初級線圈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，參照圖7B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)的另一個示圖。
[0104]現(xiàn)在將參照圖11描述觸筆100的結(jié)構(gòu)。觸筆100中包括的初級線圈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可由參照圖10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，與金屬材料相比，可顯著增加磁信號的透過率。因而，在這種情形中，可減小磁信號的衰減，從而天線400也接收磁信號。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。
[0106]圖11的觸筆100具有下述技術(shù)特征，即初級線圈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，參照圖8B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，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，多個第一通道Tx 210和多個第二通道Rx 220的每個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的每個都最好在從中心起的上、下、左、右的任意方向上具有對稱的形狀。
[0118]為了接收從觸筆100的諧振電路產(chǎn)生的諧振信號，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)檢測使用觸筆100的觸摸時，如果通道具有非對稱的形狀，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，環(huán)形天線410從觸筆100的初級線圈接收諧振感應(yīng)信號。
[0119]環(huán)形天線410是一種感生電感的第三級線圈，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)動信號，第二通道Rx 220用于接收檢測信號。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的一個邊緣外側(cè)的焊盤230平行形成?？赏ㄟ^觸摸控制器檢測環(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幀和手指觸摸檢測幀，并按每一幀時分驅(qū)動觸筆觸摸檢測幀和手指觸摸檢測幀。此外，觸筆觸摸檢測幀和手指觸摸檢測幀被交替驅(qū)動。
[0125]例如，當(dāng)一幀對應(yīng)于5到1ms時，幀頻對應(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幀和手指觸摸檢測幀時，觸筆觸摸檢測幀和手指觸摸檢測幀的每一個的分配周期對應(yīng)于2.5ms到5ms。這種情形對應(yīng)于將一幀等分為觸筆觸摸檢測幀和手指觸摸檢測幀的情形。在一些實(shí)施方式中，可調(diào)整觸筆觸摸檢測幀和手指觸摸檢測幀，使得在一巾貞中其中一個比另一個長。
[0126]當(dāng)檢測觸筆觸摸時，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個通道Tx (I)到Tx Cm)和第二通道Rx的η個通道Rx
(I)到Rx (η)被依次驅(qū)動和感測。
[0127]也就是說，在觸筆觸摸檢測幀中依次驅(qū)動總共“m+n”個通道。因而，例如，假定“m+n” = 50，則驅(qū)動一個通道的時間為將2.5ms到5ms除以50所獲得的50 μ s到100 μ S。
[0128]此外，當(dāng)檢測手指觸摸時，通過依次向第一通道Tx施加驅(qū)動信號并感測來自第二通道Rx的檢測信號，檢測基于觸摸的變化，從而檢測觸摸位置。因?yàn)閮H在手指觸摸的檢測過程中向第一通道Tx施加驅(qū)動信號，所以在手指觸摸的檢測過程中施加第一通道Tx的驅(qū)動信號的時間(2.5ms到5ms/m)可比在觸筆觸摸的檢測過程中向每個通道施加信號的時間(2.5ms 到 5ms/ (m+n))長。
[0129]在這種情形中，每個通道的驅(qū)動信號和感測信號的波形被形成為，使得觸筆輸入和手指觸摸被交替時分驅(qū)動，如下所述。
[0130]下文，將描述用于檢測觸筆觸摸的驅(qū)動和感測每個通道的方法。
[0131]圖15A和15B圖解了在根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的觸摸檢測方法中從觸摸傳感器面板和觸筆檢測的波形。
[0132]現(xiàn)在將參照圖15A和15B描述根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的兩個相鄰第一通道Tx(η)和Tx (η+1)的驅(qū)動和感測處理。
[0133]盡管圖15A和15B圖解了通道Tx (η)和Tx (η+1)的驅(qū)動步驟處理，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觸摸，可以以相同的方式進(jìn)行驅(qū)動處理。
[0134]通過將導(dǎo)電尖端101與傳感器面板201之間的感測電容器Csx電連接到初級線圈LI 120、形成初級線圈LI 120和諧振電容器C2的諧振電路、并接收由于初級線圈的感應(yīng)例如由于在初級線圈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)電動勢，進(jìn)行觸摸檢測。
[0135]同樣，因?yàn)橛|筆100的初級線圈LI 120通過與環(huán)形天線L2 410的互感系數(shù)Μ12，在對應(yīng)于環(huán)形天線的次級線圈L2 410中直接產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以初級線圈LI 120與環(huán)形天線L2 410之間的磁耦合系數(shù)不會減小并被考慮。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，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)動通道Tx (η)時，對于時間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，對于時間Τ2，可僅感測從電路和環(huán)形天線接收的信號，而不向通道Tx (η)施加信號。
[0139]也就是說，當(dāng)向通道Tx (η)施加方波或正弦波時，在觸筆的初級線圈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電容器Csx，并且當(dāng)觸筆觸摸傳感器面板的表面時，感測電容器Csx與導(dǎo)電尖端電連接。在此，初級線圈LI 120的信號具有在時間Tl內(nèi)隨時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)的初級線圈LI 120通過諧振頻率電磁諧振時，信號的幅度隨著時間流逝而增大。
[0140]當(dāng)觸筆觸摸傳感器面板時，初級線圈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)形天線可感測通過觸筆的諧振產(chǎn)生的電磁信號。
[0141]通過檢測接收到的環(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轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并將數(shù)字信號存儲在存儲器中，存儲與相應(yīng)通道對應(yīng)的環(huán)形天線兩端之間的電壓差相關(guān)的信號強(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)，對于時間T3和T4施加驅(qū)動信號并進(jìn)行感測(觸摸檢測)。之后，將對應(yīng)于信號的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲在存儲器中。
[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強(qiáng)度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時，通過觸摸控制器的信號處理器提取對應(yīng)于觸筆位置的坐標(biāo)。
[0144]如圖中所示，僅對于時間Tl施加觸筆的信號，因而可提供單獨(dú)充分的感測周期?？蛇x擇地，對于時間T1+T2可同時進(jìn)行信號施加和感測。這些方法具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。當(dāng)對于時間T1+T2接收信號時，可增加接收信號的時間，由此提高測量信號的精度。然而，對于時間Tl驅(qū)動通道Tx或Rx,包括通道Tx或Rx的寄生環(huán)會導(dǎo)致用作環(huán)形天線中的噪聲的磁信號。噪聲可與從觸筆的諧振電路產(chǎn)生的信號一起被環(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觸摸時，可通過僅在時間T2中檢測觸筆的諧振信號來檢測觸摸。在這種情形中，因?yàn)閷τ跁r間Tl沒有接收諧振信號，所以接收信號的時間和數(shù)據(jù)精度可能減小，但磁噪聲不會影響環(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觸筆觸摸。
[0147]圖16A是用于測試根據(jù)本發(fā)明的觸摸輸入系統(tǒng)的信號強(qiáng)度的部分。圖16B是圖解與X軸方向上的移動對應(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，通道Tx (η)和Tx (η+1)與觸筆100的導(dǎo)電尖端之間的感測電容器的電容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,通道Tx (η)的感測電容Csx(η)與通道Tx (η+1)的感測電容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，與通道Tx (η+1)稱合的感測電容Csx (η+1)大于與通道Tx (η)稱合的感測電容Csx (η)。也就是說，滿足Csx (nXCsx (η+1)。因而，可產(chǎn)生并感測與耦合到每個通道Tx的感測電容成比例的信號，以獲得由提取觸筆位置所需的信號強(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軸移動時互感系數(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，如果觸筆100沿X軸移動，則模擬用于產(chǎn)生磁信號的觸筆的初級線圈LI 120與用于接收磁信號的傳感器面板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處檢測到的信號的波形。
[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，向通道Tx (η)施加驅(qū)動信號。在這種情形中，從環(huán)形天線實(shí)際感測的信號的波形顯示在圖18Β中。
[0156]從18Α和18Β可以看出，當(dāng)觸筆位于被施加驅(qū)動信號的通道Tx (η)的中心部分的點(diǎn)A時，感測的信號的波形具有峰值強(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，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，具有最弱的強(qiáng)度。當(dāng)觸筆位于靠近被施加驅(qū)動信號的通道時，感測的信號的波形增大；當(dāng)觸筆遠(yuǎn)離被施加驅(qū)動信號的通道移動時，感測的信號的波形減小。因而，可以預(yù)見波形在實(shí)際觸摸點(diǎn)處最強(qiáng)。
[0157]施加給每個通道的模擬信號通過觸摸控制器的ADC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；之后，信號的強(qiáng)度被用于通過信號處理器使用適當(dāng)?shù)乃惴ㄌ崛∮|筆的坐標(biāo)。
[0158]也就是說，可檢測具有最強(qiáng)波形的通道，以檢測實(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，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)動方法區(qū)分并感測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的精度。
[0163]對于觸摸檢測，使用在觸筆與一個電極之間產(chǎn)生的感測電容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 ;且對于觸筆觸摸檢測，使用相對大的感測電容，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)動信號同步地確定觸筆的內(nèi)部諧振信號的頻率信號，很容易實(shí)現(xiàn)書寫壓力檢測功能或具體按鈕功能。
[0165]此外，用于觸筆觸摸檢測的環(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的基本結(jié)構(gòu)檢測手指觸摸，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觸筆觸摸。也就是說，使用電容方法檢測觸筆觸摸存在限制，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面板的系統(tǒng)相比，觸摸輸入系統(tǒng)可降低制造成本并簡化制造工藝。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，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)動方法區(qū)分并感測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的精度。
[0172]第六，對于觸摸檢測，使用在觸筆與一個電極之間產(chǎn)生的感測電容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,且對于觸筆觸摸檢測，使用相對大的感測電容，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)動信號同步地確定觸筆的內(nèi)部諧振信號的頻率信號，能夠很容易實(shí)現(xiàn)書寫壓力檢測功能或具體按鈕功能。
[0174]第八，用于觸筆觸摸檢測的環(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第一通道和多個第二通道； 觸筆，所述觸筆包括彼此串聯(lián)的一個或多個初級線圈、與所述初級線圈并聯(lián)的諧振電容器以及與所述初級線圈連接的導(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)置的初級線圈的一端與所述導(dǎo)電尖端連接；以及 所述初級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，所述環(huán)形天線從所述觸筆中的初級線圈接收諧振感應(yīng)信號。
6.一種使用觸摸輸入系統(tǒng)的觸摸檢測方法，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:彼此交叉的多個第一通道和多個第二通道；觸筆，所述觸筆包括彼此串聯(lián)的一個或多個初級線圈、與所述初級線圈并聯(lián)的諧振電容器以及與所述初級線圈連接的導(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)行手指觸摸感測和觸筆觸摸感測的時分驅(qū)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸摸檢測方法，其中所述觸筆觸摸感測包括依次向所述多個第一通道和所述多個第二通道施加信號并按每一通道根據(jù)所述環(huán)形天線的兩端之間的電壓差檢測觸摸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的觸摸檢測方法，其中所述檢測觸摸包括:將所述導(dǎo)電尖端與所述傳感器面板之間的感測電容器電連接到至少一個初級線圈；形成所述初級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)電動勢。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的觸摸檢測方法，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所述的觸摸檢測方法，其中當(dāng)所述觸筆觸摸所述傳感器面板的表面時，所述環(huán)形天線從所述觸筆中的初級線圈接收諧振感應(yīng)信號。
【文檔編號】G06F3/044GK104133576SQ201310683991
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月30日
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