触控笔的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种触控笔，包含一电源电路、一信号接收电极、一噪声感测电极、一反相放大电路以及一信号发射电极。电源电路提供触控笔一工作电压，且信号接收电极接收一电容式触控装置的一触控感测电极结构的至少一表面信号。噪声感测电极接收至少一环境噪声信号，且反相放大电路反向放大表面信号与环境噪声信号的差值以产生一反向放大信号。信号发射电极发射反向放大信号，以衰减电容式触控装置于触控笔的触碰位置上的一检测信号。通过本发明，可有效缩小笔头而可于电容式触控装置上进行精准的操作，同时，利用设置感应环境信号的噪声感测电极，可达到过滤环境噪声的目的，可节省成本外，并可减少因为隔离导电层或隔离电极所产生的寄生电容。
【专利说明】触控笔
【技术领域】
[0001 ] 本发明关于一种触控笔，特别是一种用于电容式触控装置的触控笔。
【背景技术】
[0002]图1A及图1B显示现有检测电容式触控装置100上的手指触碰位置设计的示意图。举例而言，各个Y轴电极102可依序发出电压脉冲，并通过检测各个X轴电极104因感应而产生的电荷。在手指106的触摸位置会产生手指电容且因人体接地，如此会使传导到X轴电极104的脉冲信号相对非触摸位置减弱，因此可以检测到哪些X轴电极104被手指106触摸，进而计算出手指触碰位置坐标。再者，于本例中因为是依序对各个Y轴电极102施加电压脉冲，所以即使手指106在同一时间触摸多个位置，也能够正确地判断触摸位置。
[0003]如图2所示，一现有触控笔200包含一信号接收电极202、一信号发射电极204、一导电隔离层206、一电源电路208以及一反相放大电路210。电源电路208提供触控笔200一工作电压，信号接收电极202以例如感应的方式，接收触控感测电极结构(未图示)的至少一表面信号。为了避免信号接收电极202与信号发射电极204彼此干扰，通常会于信号接收电极202与信号发射电极204之间设置导电隔离层206。然而，如图3所示，设置导电隔离层206会使信号接收电极202与号发射电极204之间增加不必要的寄生电容212，造成信号失真难以控制。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种可用于电容式触控装置的触控笔，以解决现有技术中存在的因导电隔离层产生寄生电容而造成的信号失真的问题。
[0005]依本发明一实施例的设计，一种触控笔包含一电源电路、一信号接收电极、一噪声感测(noise-sensing)电极、一反相放大电路以及一信号发射电极。电源电路提供触控笔一工作电压，且信号接收电极接收一电容式触控装置的一触控感测(touch-sensing)电极结构的至少一表面信号。噪声感测电极接收至少一环境噪声信号，且反相放大电路反向放大表面信号与环境噪声信号的差值以产生一反向放大信号。信号发射电极发射反向放大信号，以衰减电容式触控装置于触控笔的触碰位置上的一检测信号。
[0006]于一实施例中，反相放大电路的信号放大倍率为50至500倍。
[0007]于一实施例中，一绝缘体介设于信号接收电极与信号发射电极之间、以及噪声感测电极与信号发射电极之间，且绝缘体可具有圆柱体的外形。
[0008]于一实施例中,信号接收电极及噪声感测电极均可为一金属环或一导电线圈。
[0009]于一实施例中，信号发射电极包含一天线结构及一电极走线，触控笔更包含包覆天线结构的一导电橡胶，且导电橡胶可形成至少一导圆角。
[0010]于一实施例中，触控感测电极结构包含多个第一电极串列以及多个第二电极串列，第一电极串列接收至少一扫描信号且第二电极串列接收检测信号。
[0011]于一实施例中，反相放大电路包含一运算放大器，反相放大电路具有一输入正端、输入负端以及一输出端，输入正端连接噪声感测电极，输入负端连接信号接收电极，且输出端连接信号发射电极。反相放大电路的输出端的输出值，等于输入正端的输入值减去输入负端的输入值所得的差值再乘上运算放大器的增益。
[0012]通过上述实施例的设计，仅需要利用少量的电力线产生的表面信号，并通过反向放大的表面信号衰减电容式触控装置的检测信号，即可进行后续的触碰位置判断，如此触控笔可有效缩小笔头而可于电容式触控装置上进行精准的操作。再者，利用设置感应环境信号的噪声感测电极，并通过后端的反相放大电路的差动信号处理，可达到过滤环境噪声的目的，因此可获得不需设置隔离导电层或隔离电极的效果，除了可节省成本外，并可减少因为隔离导电层或隔离电极所产生的寄生电容。
[0013]本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附图式，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1A及图1B显示现有检测电容式触控装置上的手指触碰位置的设计示意图；
[0015]图2为用于电容式触控装置的现有触控笔的示意图；
[0016]图3为说明因导电隔离层产生寄生电容的示意图；
[0017]图4为本发明一实施例的用于电容式触控装置的触控笔的示意图；
[0018]图5为说明触控笔的运作方式的方块图；
[0019]图6为本发明一实施例的反相放大电路的电路图；
[0020]图7为本发明另一实施例的用于电容式触控装置的触控笔的示意图；
[0021]图8为本发明另一实施例的用于电容式触控装置的触控笔的示意图。
[0022]附图标记
[0023]10、60、70 触控笔
[0024]12,62信号接收电极
[0025]14,64信号发射电极
[0026]64a天线结构
[0027]64b电极走线
[0028]16电源电路
[0029]18反相放大电路
[0030]20电容式触控装置
[0031]20a触控感测电极结构
[0032]22、72噪声感测电极
[0033]32运算放大器
[0034]74绝缘体
[0035]76导电橡胶
[0036]76a导圆角
[0037]102 Y 轴电极
[0038]104 X 轴电极
[0039]106 手指
[0040]200触控笔
[0041]202信号接收电极
[0042]204信号发射电极
[0043]206导电隔离层
[0044]208电源电路
[0045]210反相放大电路
[0046]212寄生电容
[0047]M第一电极串列
[0048]N第二电极串列
[0049]P表面信号
[0050]Q反向放大信号
[0051]S环境噪声信号
[0052]Vini输入正端
[0053]Vin2输入负端
[0054]Vout 输出端
【具体实施方式】
[0055]有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如:上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0056]图4为依本发明一实施例的用于电容式触控装置的触控笔的示意图，图5为说明触控笔的运作方式的方块图。请同时参考图4及图5，触控笔10包含一信号接收电极12、一信号发射电极14、一电源电路16、一反相放大电路18以及一噪声感测电极22。电源电路16提供触控笔10 —工作电压，信号接收电极12以例如感应的方式，接收电容式触控装置20的触控感测电极结构20a的至少一表面信号P。触控感测电极结构20a举例而言可包含多个第一电极串列M及多个第二电极串列N，于一实施例中，多个第一电极串列M可接收至少一扫描信号且逐道被驱动以扫描触控感测电极结构20a，第二电极串列N接收至少一检测信号，以于扫描信号驱动第一电极串列M时感测因触碰动作感应生成的I禹合电容。于一实施例中，表面信号P是由触控感测电极结构20a(M)与信号接收电极12之间的电力线所产生的信号，检测信号是由触控感测电极结构20a(N)与信号发射电极14之间的电力线所产生的信号，且噪声感测电极22可接收至少一环境噪声信号S。反相放大电路18将滤除噪声后的表面信号P反向放大后，通过信号发射电极14发射出反向放大信号Q。反向放大信号Q可衰减电容式触控装置20的检测信号，如此于触控笔10触碰位置上的检测信号会相对非触碰位置的检测信号减弱，因此可检测到触控笔10的实际触碰位置。图6为本发明一实施例的反相放大电路18的电路图，如下以图6说明本发明一实施例的滤除噪声并反向放大信号的过程。本发明的反相放大电路18的结构并不限定，例如可利用具有相对的线性增益、及输出可由输入控制的一运算放大器(OPA) 32实施。于本实施例中，反相放大电路18的输入正端Vini连接噪声感测电极22，输入负端Vin2连接信号接收电极12，且输出端Vtot连接信号发射电极14,因此输入正端Vini可被馈入环境噪声信号S及传输电极的稱合信号，输入负端Vin2可被馈入表面信号P (包含实际的触控感测信号值及环境噪声信号值)及传输电极的I禹合信号，因此反相放大电路18的输出端Vmjt的输出值,为输入正端Vini的输入值减去输入负端Vin2的输入值所得的差值再乘上运算放大器32的增益，因此输出端Vott的输出值可获得反向放大的效果且将表面信号P的环境噪声值扣除，故输出端Vtot的输出为滤除环境噪声值的反向放大信号Q。
[0057]通过上述实施例的设计，仅需要利用少量的电力线产生的表面信号P，并通过反向放大的表面信号P衰减电容式触控装置20的检测信号，即可进行后续的触碰位置判断，如此触控笔10可有效缩小笔头而可于电容式触控装置20上进行精准的操作。再者，利用设置感应环境信号的噪声感测电极22，并通过后端的反相放大电路18的差动信号处理，可达到过滤环境噪声的目的，因此可获得不需设置隔离导电层或隔离电极的效果，除了可节省成本外，并可减少因为隔离导电层或隔离电极所产生的寄生电容。
[0058]图7为本发明一实施例的用于电容式触控装置的触控笔的示意图。如图7所示，触控笔60的信号接收电极62及噪声感测电极72例如可为间隔一段距离设置的两个金属环。信号发射电极64可包含一天线结构64a及一电极走线64b。一绝缘体74介设于信号发射电极64与两个金属环(信号接收电极62、噪声感测电极72)之间，以避免可能产生的短路或信号衰减问题。于一实施例中，绝缘体74具有圆柱体的外形，并设置在信号接收电极62与信号发射电极64之间，且在噪声感测电极72与信号发射电极64之间，用以阻隔信号接收电极62、信号发射电极64及噪声感测电极72三者之间彼此的电性。于本实施例中，一导电橡胶76可包覆信号发射电极64的天线结构64a，以避免触控笔60于使用时刮伤触控面板(未图示)，另外导电橡胶76上可形成至少一导圆角76a使触控笔60易于搭配使用者的不同书写姿势。另外，通过本实施例的设计，因为天线结构64a的高度及表面积增加，故可缩小天线结构64a(笔头)的直径，提高触控笔60于使用上的精细度及舒适度。如图8所示，于另一实施例中，触控笔70的信号接收电极62及噪声感测电极72亦可为导电线圈所构成。
[0059]需注意本发明各个实施例可利用互容式或自容式触控感测方式取得触碰位置均可。另外，图示中利用正弦波代表表面信号及发射信号仅为例示而不限定，表面信号及发射信号经过处理后具有方波、脉波、三角波或者斜波等形式，皆可达成类似效果。再者，反向放大信号的放大倍率并不限定，例如可为50-500倍，且可视电容式触控装置的结构、驱动IC类型、触控笔结构等决定适当的放大倍率。
[0060]惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求书不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。
【权利要求】
1.一种触控笔，其特征在于，所述触控笔包含: 一电源电路，提供所述触控笔一工作电压； 一信号接收电极，接收一电容式触控装置的一触控感测电极结构的至少一表面信号； 一噪声感测电极，接收至少一环境噪声信号； 一反相放大电路，反向放大所述表面信号与所述环境噪声信号的差值以产生一反向放大信号；以及 一信号发射电极，发射所述反向放大信号，以衰减所述电容式触控装置于所述触控笔的触碰位置上的一检测信号。
2.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述反相放大电路的信号放大倍率为50至500倍。
3.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述触控笔更包含: 一绝缘体，介设于所述信号接收电极与所述信号发射电极之间、以及所述噪声感测电极与所述信号发射电极之间，使所述信号接收电极、所述信号发射电极及所述噪声感测电极三者之间彼此电性绝缘。
4.根据权利要求3所述的触控笔，其特征在于，所述绝缘体具有圆柱体的外形。
5.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述信号接收电极为一金属环或一导电线圈。
6.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述噪声感测电极为一金属环或一导电线圈。
7.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述信号发射电极包含一天线结构及一电极走线，且所述触控笔更包含包覆所述天线结构的一导电橡胶。
8.根据权利要求7所述的触控笔，其特征在于，所述导电橡胶形成至少一导圆角。
9.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述触控感测电极结构包含多个第一电极串列以及多个第二电极串列，所述多个第一电极串列接收至少一扫描信号且所述多个第二电极串列接收所述检测信号。
10.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，所述反相放大电路包含一运算放大器。
11.根据权利要求10所述的触控笔，其特征在于，所述反相放大电路具有一输入正端、输入负端以及一输出端，所述输入正端连接所述噪声感测电极，所述输入负端连接所述信号接收电极，且所述输出端连接所述信号发射电极。
12.根据权利要求11所述的触控笔，其特征在于，所述反相放大电路的输出端的输出值，等于所述输入正端的输入值减去所述输入负端的输入值所得的差值再乘上所述运算放大器的增益。
【文档编号】G06F3/038GK104345911SQ201310316616
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2013年7月25日
【发明者】陈世正, 李崇维, 王雯欣, 王宗裕, 林志强 申请人:胜华科技股份有限公司