DE102013114147A1

DE102013114147A1 - Berührungseingabesystem und Verfahren zum Erfassen einer Berührung unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE102013114147A1
Application number: DE102013114147.1A
Authority: DE
Inventors: Ha-Zoong Kim
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: CN104133576B; US20140320445A1; US9477357B2; KR20140129865A; CN104133576A; DE102013114147B4; TW201441890A; TWI510999B; KR102050444B1; JP5868383B2; JP2014219959A

Abstract

Ein Berührungseingabesystem und ein Berührungserfassungsverfahren, das dasselbe verwendet, werden offenbart. Gemäß dem Berührungseingabesystem werden die Größe und die Herstellungskosten des Stiftes reduziert, während eine Fingerberührung und die Berührung eines Stiftes ohne eine Batterie unterschieden und erfasst werden. Das Berührungseingabesystem weist auf: ein Sensorpaneel, das eine Mehrzahl von ersten Kanälen (Tx) und eine Mehrzahl von zweiten Kanälen (Rx) aufweist, die einander kreuzen, einen Stift (100), der eine oder eine Mehrzahl von primären Spulen (120), die zueinander in Reihe geschaltet sind, einen Resonanzkondensator (110), der zur primären Spule parallelgeschaltet ist, und eine leitfähige Spitze (101) aufweist, die mit der primären Spule verbunden ist, eine Masse (500), die mit dem Stift verbunden ist, eine Antennenschleife (410), die außerhalb eines Randes des Sensorpaneels ausgebildet ist, sowie eine Berührungssteuereinrichtung (300), die mit dem ersten Kanal, dem zweiten Kanal und der Antennenschleife verbunden ist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2013-0048725 , eingereicht am 30. April 2013, deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme hierin mitaufgenommen ist.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Berührungseingabesystem (bzw. Toucheingabesystem) und ein Berührungserfassungsverfahren (bzw. Touchdetektionsverfahren), das dasselbe verwendet, durch welches die Größe und die Herstellungskosten eines Stiftes (z.B. Eingabe-, Tast- oder Schreibstiftes) reduziert werden, während bzw. wobei die Fingerberührung und die Berührung eines Stiftes ohne eine Batterie unterschieden und erfasst (bzw. detektiert) werden.
Erörterung der bezogenen Technik
Mit dem Aufkommen des Informationszeitalters hat sich in letzter Zeit ein Anzeigegebiet (bzw. Displaygebiet) zum visuellen Wiedergeben von elektrischen Informationssignalen rasch entwickelt. Um diesem Trend zu genügen, wurden verschiedene Flachbildschirmvorrichtungen (bzw. Flachbildschirme) mit ausgezeichneten Eigenschaften entwickelt, d.h. miniaturisierte, leichtgewichtige und wenig Energie verbrauchende Flachbildschirmvorrichtungen.
Beispiele von Flachbildschirmvorrichtungen können Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, Plasmaanzeigepaneelvorrichtungen (bzw. Plasmabildschirme), Feldemissions-Anzeigevorrichtungen (engl. field emission display device, FED), organische Leuchtdioden-Anzeigevorrichtungen usw. einschließen.
In Übereinstimmung mit den derzeitigen Trends wird ein Berührungspaneel (bzw. Touchpaneel) zum Erkennen eines Berührungsbereiches über eine menschliche Hand oder eine separate Eingabeeinheit und zum Übertragen von der Berührung entsprechenden, separaten Informationen zu einer Flachbildschirmvorrichtung hinzugefügt. Derzeit wird das Berührungspaneel an einer Außenfläche der Anzeigevorrichtung hinzugefügt. Gemäß einer Berührungserfassungsmethode wird außerdem das Berührungspaneel in ein resistives Berührungspaneel, ein kapazitives Berührungspaneel, ein Infrarot-Berührungspaneel usw. unterteilt. In Anbetracht der Einfachheit eines Herstellungsverfahrens, eines Erfassungsvermögens (bzw. Detektionsvermögens) usw. haben kapazitive Paneele die Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
In Übereinstimmung mit den derzeitigen Trends haben in letzter Zeit Mobiltelefone (z.B. Smartphones), elektronische Bücher (bzw. E-Books, engl. smart book) usw. als die überzeugendsten Mobilgeräte einen Stift, der mittels eines Schreibstiftes schreiben oder ein Bild malen kann, als eine Mensch-Schnittstellenvorrichtung (engl. human interface device, HID) verwendet. Die Stifteingabe ist vorteilhaft, da eine detailliertere Eingabe als mit einem Finger möglich ist, und detaillierte Zeichen- sowie Schreibfunktionen werden unterstützt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein allgemeiner kapazitiver Berührungsbildschirm (bzw. Touchscreen) erläutert.
1 ist ein Schaltplan einer Berührungserfassungsschaltung (bzw. Touch-Detektionsschaltung) eines allgemeinen kapazitiven Berührungsbildschirms. 2 ist ein den Schaltplan aus 1 verwendendes Diagramm, das den zeitlichen Verlauf des Spannungsausgangs gemäß dem Vorhandensein (bzw. der Präsenz) einer Fingerberührung veranschaulicht.
Wie in 1 veranschaulicht, weist die Berührungserfassungsschaltung des allgemeinen kapazitiven Berührungsbildschirms eine erste Elektrode Tx und eine zweite Elektrode Rx, die sich schneiden, einen Verstärker 5, der mittels eines negativen (–) Eingangsanschlusses die Leistungsabgabe (z.B. Ausgangleistung) der zweiten Elektrode Rx erhält und über einen positiven (+) Eingangsanschluss eine Bezugsspannung Vref erhält, sowie einen Kondensator Cs auf, der zwischen einem Ausgangsanschluss des Verstärkers 5 und dem negativen (–) Eingangsanschluss ausgebildet ist.
Die erste Elektrode Tx erhält hier durch ein an einem Ende davon ausgebildetes Pad (z.B. Anschluss oder Kontakt) eine Eingangsspannung Vin und erfasst (z.B. tastet ab) über ein an einem Ende der zweiten Elektrode Rx ausgebildetes Pad eine Ausgangsspannung Vout, die durch den Verstärker 5 abgegeben wird.
Im Allgemeinen wird ein Touch-Ansteuersignal einer Rechteckschwingung (bzw. eines Rechtecksignals) von etwa 2 bis 3 µs als eine Eingangsspannung an der ersten Elektrode Tx angelegt. In diesem Fall wird eine Spannung, proportional zur wechselseitigen (bzw. gegenseitigen) Kapazität ΔCm zwischen der ersten und der zweiten Elektrode Tx und Rx, als die Ausgangsspannung Vout erfasst (z.B. abgetastet).
Wenn, wie in 2 veranschaulicht, die Rechteckschwingung als die Eingangsspannung angelegt wird, erhöht sich die Ausgangsspannung Vout mit der Zeit (wenn keine Fingerberührung vorhanden ist). Wenn in diesem Zusammenhang eine Fingerberührung vorhanden ist, kommt der Finger mit einer Elektrode in Kontakt, so dass die Veränderung (z.B. Änderungsmenge) der wechselseitigen Kapazität ΔCm reduziert wird und somit ein Steigerungsbetrag in der Ausgangsspannung Vout reduziert wird. Der Reduzierungsbetrag wird an (bzw. aus) einem Schnittpunkt zwischen einem Tx-Kanal und einem Rx-Kanal erhalten, um Daten zu berechnen, und die Koordinaten eines Fingerberührungsteilbereiches können aus den Daten gewonnen werden.
Wenn allerdings die Berührungserfassungsschaltung aus 1 für eine Stiftberührung statt einer Fingerberührung verwendet wird, ist die wechselseitige Kapazität Cm (oder die Änderung der wechselseitigen Kapazität ΔCm) zwischen den Elektroden klein, da eine Kontaktfläche zwischen einer Spitze des Stiftes und einer Sensorpaneeloberfläche relativ klein ist, und somit ist es schwierig, während der Stiftberührung eine Veränderung in der wechselseitigen Kapazität zu erfassen (z.B. abzutasten). Folglich wird die Genauigkeit der Koordinatengewinnung reduziert.
Wenn die Spitze des Stiftes im Vergleich zu einer auf dem Sensorpaneel zum Erfassen (z.B. Abtasten) ausgebildeten Elektrode klein ist, tritt gemäß einem Vorhandensein (bzw. einer Präsenz) einer Elektrode eine Koordinatenverzerrung auf, wodurch die Empfindlichkeit direkt beeinträchtigt wird.
Außerdem treten in Fällen, in denen die Fingerberührung und die Stiftberührung dieselbe Berührungserfassungsschaltung verwenden, bei der Eingabe der Berührung über den Stift Probleme auf, da eine Händflächenberührung und die Stiftberührung auf der Elektrode nicht unterschieden werden können. Das heißt, dass es schwierig ist, während der Stiftberührung eine Handflächen-Zurückweisungsfunktion an der Erfassungsschaltung aus 1 vorzusehen.
Obwohl ein Verfahren zum Erfassen einer Stiftberührung eingeführt wurde, das ein anderes Ansteuerverfahren als die Fingerberührung, z.B. ein elektromagnetisches Ansteuerverfahren, verwendet, wird in diesem Fall zusätzlich zur kapazitiven Elektrode ferner ein separates Paneel zum Erfassen (bzw. zur Detektion) mittels eines elektromagnetischen Ansteuerns benötigt, wodurch die Anzahl der Komponenten und Herstellungsprozesse erhöht wird.
Erläuterung der Erfindung
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf ein Berührungseingabesystem und ein Verfahren zum Erfassen (bzw. Detektieren) einer Berührung gerichtet, das dasselbe verwendet, welches im Wesentlichen ein oder mehrere Probleme aufgrund der Einschränkungen und Nachteile der bezogenen Technik vermeidet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Berührungseingabesystem und ein Berührungserfassungsverfahren (bzw. Touchdetektionsverfahren) bereitzustellen, das dasselbe verwendet, durch welches ein Stift (bzw. Eingabestift) ohne eine Batterie implementiert wird und die Größe und Herstellungskosten des Stiftes reduziert werden, während bzw. wobei die Stiftberührung und die Fingerberührung unterschieden und erfasst (bzw. detektiert) werden.
Zusätzliche Vorteile, Ziele und Merkmale der Erfindung werden zum Teil in der Beschreibung, die folgt, dargelegt und werden dem Fachmann zum Teil bei der Betrachtung des Nachfolgenden deutlich oder können aus der Anwendung der Erfindung gelernt werden. Die Ziele und andere Vorteile der Erfindung können durch die Struktur, die insbesondere in der schriftlichen Beschreibung und den Ansprüchen hiervon sowie den angehängten Zeichnungen herausgestellt sind, realisiert und erreicht werden.
Um diese Ziele und weitere Vorteile zu erreichen und gemäß dem Zweck der Erfindung, wie hierin enthalten und allgemein beschrieben, weist ein Berührungseingabesystem (bzw. Toucheingabesystem) auf: ein Sensorpaneel, das eine Mehrzahl von ersten Kanälen und eine Mehrzahl von zweiten Kanälen aufweist, die einander kreuzen; einen Stift, der eine oder eine Mehrzahl von primären Spulen, die zueinander in Reihe geschaltet (bzw. verbunden) sind, einen Resonanzkondensator, der zur primären Spule parallel geschaltet (bzw. verbunden) ist, und eine leitfähige Spitze aufweist, die mit der primären Spule verbunden ist; eine Masse (bzw. ein Bezugspotential), die mit dem Stift verbunden ist; eine Antennenschleife (bzw. Rahmenantenne, engl. antenna loop), die außerhalb eines Randes des Sensorpaneels ausgebildet ist; sowie eine Berührungssteuereinrichtung (bzw. Touchsteuereinrichtung), die mit dem ersten Kanal, dem zweiten Kanal und der Antennenschleife verbunden ist.
Die primäre Spule kann um einen magnetischen Kern herum gewickelt sein, der zur leitfähigen Spitze in Reihe geschaltet (bzw. verbunden) ist und in einer Achsenrichtung des Stiftes angeordnet ist.
Der Stift kann aufweisen: eine Stifthülse (bzw. einen Stiftzylinder), die eine Öffnung hat, durch welche die leitfähige Spitze teilweise herausragt, sowie einen Griff, der an wenigstens einer Außenumfangsfläche der Stifthülse ausgebildet ist und aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellt ist.
Ein Ende der primären Spule, die zum Stift in Reihe angeordnet (bzw. geschaltet) ist, kann mit der leitfähigen Spitze verbunden sein, und das andere Ende der primären Spule kann mit der Stifthülse oder dem Griff verbunden sein, welcher aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellt ist.
Die Antennenschleife kann ein Resonanz-Induktionssignal (bzw. ein mitschwingendes Induktionssignal) von der primären Spule in dem Stift empfangen, wenn der Stift eine Oberfläche des Sensorpaneels berührt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Berührungserfassungsverfahren (bzw. Touchdetektionsverfahren) eine Zeitteilung beziehungsweise ein Zeitmultiplexverfahren zum Durchführen der Fingerberührungserfassung und der Stiftberührungserfassung pro Frame auf, wobei das Berührungserfassungsverfahren ein Berührungseingabesystem verwendet, welches aufweist: ein Sensorpaneel, das eine Mehrzahl von ersten Kanälen und eine Mehrzahl von zweiten Kanälen aufweist, die einander kreuzen; einen Stift, der eine oder eine Mehrzahl von primären Spulen, die zueinander in Reihe geschaltet sind, einen Resonanzkondensator, der zur primären Spule parallelgeschaltet ist, und eine leitfähige Spitze aufweist, die mit der primären Spule verbunden ist; eine Masse, die mit dem Stift verbunden ist; sowie eine Antennenschleife, die außerhalb eines Randes des Sensorpaneels ausgebildet ist.
Die Stiftberührungserfassung kann ein sequenzielles Anlegen von Signalen an die mehreren ersten Kanäle und die mehreren zweiten Kanäle sowie ein Erfassen der Berührung gemäß einer Spannungsdifferenz zwischen zwei Enden der Antennenschleife pro Kanal aufweisen.
Das Erfassen der Berührung kann ein elektrisches Verbinden eines Abtastkondensators zwischen der leitfähigen Spitze und dem Sensorpaneel mit wenigstens einer primären Spule, ein Bilden eines Schwingkreises (bzw. einer resonanzfähigen Schaltung) der primären Spule und des Resonanzkondensators sowie ein Empfangen der induzierten elektromotorischen Kraft aufweisen, die aufgrund der Induktivität der primären Spule in der Antennenschleife elektromagnetisch mitschwingt.
Der Stift kann aufweisen: eine Stifthülse, die eine Öffnung hat, durch welche die leitfähige Spitze teilweise herausragt, sowie einen Griff, der an wenigstens einer Außenumfangsfläche der Stifthülse ausgebildet ist und aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellt ist.
Die Antennenschleife kann ein Resonanz-Induktionssignal (bzw. mitschwingendes Induktionssignal) von der primären Spule in dem Stift empfangen, wenn der Stift eine Oberfläche des Sensorpaneels berührt.
Es sollte verständlich sein, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung exemplarisch und erläuternd sind und beabsichtigt sind, eine weitere Erläuterung der Erfindung, wie beansprucht, bereitzustellen.
Kurze Erläuterung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen, und die mit einbezogen sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, veranschaulichen (eine) exemplarische Ausführungsform(en) der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Grundprinzipien der Erfindung zu erklären.
1 ist ein Schaltplan einer Berührungserfassungsschaltung (bzw. Touch-Detektionsschaltung) eines allgemeinen kapazitiven Berührungsbildschirms (bzw. Touchscreens).
2 ist ein den Schaltplan aus 1 verwendendes Diagramm, das den zeitlichen Verlauf des Spannungsausgangs in Abhängigkeit von einem Vorhandensein (bzw. einer Präsenz) einer Fingerberührung veranschaulicht.
3 ist eine Draufsicht einer Struktur innerhalb eines aktiven Bereiches eines Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Diagramm, das in dem Berührungseingabesystem aus 3 entlang der X-Achse aus 3 die Kapazität Csx zwischen einem Stift und einem Tx-Kanal sowie die Änderung der wechselseitigen Kapazität ΔCm zwischen einem Tx-Kanal und einem Rx-Kanal gemäß dem Vorhandensein eines Stiftes veranschaulicht.
Die 5A bis 5C sind Darstellungen, die eine Veränderung in der elektrischen Ladungsquantität in einem Zustand vor der Berührung (bzw. Vorberührungs-Zustand), einem Zustand der Fingerberührung (bzw. Fingerberührungs-Zustand) und einem Zustand der Stiftberührung (bzw. Stiftberührungs-Zustand) veranschaulichen.
6 ist ein Schaltplan eines Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
7A ist ein dem Stift aus 6 entsprechender Schaltplan.
7B ist eine Darstellung, die die Struktur des Stiftes aus 7A veranschaulicht.
8A ist ein dem Stift aus 6 entsprechender, weiterer Schaltplan.
8B ist eine Darstellung, die die Struktur des Stiftes aus 8A veranschaulicht.
9 ist eine weitere Darstellung, die die Struktur des Stiftes aus 7A veranschaulicht.
10 ist ein Diagramm, das die Leitfähigkeitseigenschaften eines in 9 dargestellten, leitfähigen Griffes gemäß seinem Material veranschaulicht.
11 ist eine weitere Darstellung, die die Struktur des Stiftes aus 8A veranschaulicht.
Die 12A und 12B veranschaulichen eine Masseverbindungsmethode (z.B. Erdungsmethode) eines Eingabesystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Draufsicht eines Sensorpaneels eines Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Darstellung, die eine Frame-Ansteuermethode (bzw. Einzelbild-Ansteuermethode) eines Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die 15A und 15B veranschaulichen Wellenformen, die von einem Berührungssensorpaneel und einem Stift in einem Berührungserfassungsverfahren eines Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst (bzw. detektiert) sind.
16A ist ein Teilbereich zum Testen der Signalintensität eines Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
16B ist eine Simulationsdarstellung, die die Veränderung in der Kapazität Csx gemäß einer Bewegung in die X-Achsenrichtung veranschaulicht.
17A ist eine Darstellung, die ein Berührungspaneel (bzw. Touchpaneel) eines Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Antennenschleife veranschaulicht, die in dem Berührungspaneel enthalten ist.
17B ist ein Diagramm, das eine wechselseitige Induktivität veranschaulicht, wenn der Stift entlang der X-Achse aus 17A bewegt wird.
18A zeigt ein Diagramm, das Zustände veranschaulicht, in denen ein Stift eines Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung an den Punkten A, B und C positioniert ist; und
18B zeigt Wellenformen von Signalen, die an den Positionen A, B und C des Stiftes aus 18A erfasst (bzw. detektiert) sind.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
Ein Berührungseingabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Fingerberührung über einen Grundaufbau zur Berührungserfasssung (bzw. Touchdetektion) mittels einer kapazitiven Methode erfassen und kann eine Stiftberührung über eine Resonanz zwischen einem internen Schwingkreis (bzw. einer internen resonanzfähigen Schaltung) des Stiftes und einer außerhalb des Randes des Sensorpaneels ausgebildeten Antennenschleife (bzw. Rahmenantenne, engl. antenna loop) erfassen. Und zwar gibt es eine Einschränkung bei der Erfassung von Stiftberührungen mittels einer kapazitiven Methode, und somit kann die Stiftberührung erfasst (bzw. detektiert) werden, indem ohne ein separates Paneel (bzw. ohne Einrichtung eines separaten Paneels) ungeachtet einer Kontaktfläche oder von Formen der Elektrodenmuster die Struktur außerhalb des Randes des Sensorpaneels und eine interne Schaltung des Stiftes geändert wird.
Nachfolgend werden eine Struktur einer in einem aktiven Bereich ausgebildeten, kapazitiven Elektrode und ein Phänomen (zum Zeitpunkt) einer Stiftberührung mittels der kapazitiven Elektrode erläutert.
3 ist eine Draufsicht einer Struktur im Inneren eines aktiven Bereiches eines Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung. 4 ist ein Diagramm, das in dem Berührungseingabesystem aus 3 entlang der X-Achse aus 3 die Kapazität Csx zwischen einem Stift und einem Tx-Kanal sowie die Änderung der wechselseitigen Kapazität ΔCm zwischen dem Tx-Kanal und dem Rx-Kanal gemäß dem Vorhandensein eines Stiftes veranschaulicht.
Wenn, wie in 3 veranschaulicht, der Tx-Kanal und der Rx-Kanal jeweils stabförmig ausgebildet sind, sind diese Elektroden angeordnet, um sich einander zu kreuzen. Als ein beliebiges Beispiel wird unter Bezugnahme auf 4 die Kapazitätsänderung gemäß einer Bewegung des Stiftes in einem Bereich aus 3 erläutert.
Um die Kapazitätsänderung des Graphen aus 4 zu erfassen, wird ein Mittelpunkt zwischen dem Tx-Kanal und dem Rx-Kanal als Ausgangspunkt (bzw. Ursprung) bestimmt (z.B. festgelegt), auf der Grundlage des Ausgangspunktes werden eine Achse und eine weitere Achse, die dieselbe kreuzt, jeweilig als eine X-Achse und eine Y-Achse definiert, und dann wird die Kapazitätsänderung gemäß einer Position des Stiftes erfasst. In 3 ist die vertikale Achse eine X-Achse (eine Rx-Richtung), und die horizontale Achse ist eine Y-Achse. Ein Test fährt fort, wenn ein Koordinatenwert auf der Y-Achse auf 0 festgesetzt ist und nur ein Koordinatenwert auf der X-Achse geändert wird.
Hier bezieht sich ΔCm auf die Differenz (bzw. Änderung) der wechselseitigen Kapazität zwischen dem Tx-Kanal und dem Rx-Kanal gemäß dem Vorhandensein des Stiftes, und Csx bezieht sich auf die Kapazitätsverteilung zwischen dem Stift und dem Tx-Kanal. Es ist ersichtlich, dass in einem gesamten Bereich Csx größer ist als ΔCm und die Veränderung in Csx vergrößert wird, indem (bzw. je mehr) eine X-Koordinate nahe bei 0 ist. Außerdem ist ersichtlich, dass ΔCm im Vergleich zu benachbarten Bereichen am Ausgangspunkt Null (0) reduziert ist. Um die Stiftberührung zu erfassen, ist es, was die Empfindlichkeit und die Positionsauflösung betrifft, somit vorteilhaft, dass als Daten Csx anstatt von ΔCm verwendet werden.
Folglich misst das Berührungseingabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine Position des Stiftes, aber verwendet ein Erfassungsverfahren (bzw. Detektionsverfahren) für Csx mit hoher Empfindlichkeit.
Die 5A bis 5C sind Darstellungen, die eine Veränderung in der elektrischen Ladungsmenge in einem Zustand vor der Berührung, einem Zustand der Fingerberührung und einem Zustand der Stiftberührung veranschaulichen.
Die 5A bis 5C sind Querschnittsansichten eines Falls, in dem ein Tx-Kanal 10 und ein Rx-Kanal 20, von denen ein jeder stabförmig ausgebildet ist, einander auf einem Substrat 1 kreuzen und eine Isolierung 25 zwischen dem Tx-Kanal 10 und dem Rx-Kanal 20 sowie über und um den Rx-Kanal 20 herum ausgebildet ist. Ein Teilbereich der Isolierung 25, die über und um den Rx-Kanal 20 herum ausgebildet ist, kann wie in den 5A und 5C ausgebildet sein, oder kann weggelassen sein, oder kann ein Luftspalt sein, der gebildet wird, während das Substrat 1 über einer Anzeige (Display) angeordnet ist.
Wenn, wie in 5A veranschaulicht, keine Berührung vorhanden ist, werden elektrische Ladungen (Q = Cm·Vd), proportional zur wechselseitigen Kapazität Cm zwischen dem Tx-Kanal und dem Rx-Kanal, gemäß einer Ansteuerspannung Vd des Tx-Kanals induziert.
Wenn, wie in 5B veranschaulicht, eine Fingerberührung vorhanden ist, werden einige der in dem Rx-Kanal induzierten, elektrischen Ladungen von einem Finger induziert, wodurch die Quantität (Menge) der in dem Rx-Kanal induzierten, elektrischen Ladungen reduziert wird. Es ist ersichtlich, dass aufgrund der Fingerberührung die wechselseitige Kapazität zwischen dem Tx-Kanal und dem Rx-Kanal von Cm auf Cm' reduziert wird, um die reduzierte elektrische Ladung zu erhalten (Q' = Cm'·Vd). ΔCm = Cm – Cm' kann definiert und als ein Indikator der Berührungsempfindlichkeit verwendet werden.
Wenn, wie in 5C veranschaulicht, bei Vorhandensein einer Stiftberührung die obenerwähnte kapazitive Methode verwendet wird, um die Stiftberührung zu erfassen (sowohl im Zustand der Fingerberührung als auch im Zustand der Stiftberührung wird, wenn die Treiber-Spannung Vd an den Tx-Kanal angelegt wird, die Quantität der in dem Rx-Kanal induzierten, elektrischen Ladung erfasst), ist die Berührungsempfindlichkeit ΔCm der Stiftberührung im Vergleich zur Fingerberührung reduziert, da eine Kontaktfläche zwischen einer Spitze des Stiftes und einem Sensorpaneel kleiner ist als bei einer Fingerberührung, wodurch die Genauigkeit der Koordinatengewinnung reduziert wird.
Das heißt, dass, wenn mittels eines passiven Stiftes als eine leitfähige Eingabevorrichtung die Berührung ohne eine interne Vorrichtung in einer kapazitiven Art erfasst wird, Probleme auftreten, da die Berührungsempfindlichkeit und die Genauigkeit in der Koordinatengewinnung aufgrund einer im Vergleich zum Finger kleinen Kontaktfläche der Spitze des Stiftes reduziert wird.
Der Stift hat hinsichtlich der Genauigkeitsverringerung in der Koordinatengewinnung aufgrund einer kleinen Größe seiner Spitze ein Problem und hat ein Handflächen-Zurückweisungsproblem, das auftritt, wenn die Fingerberührung und die Stiftberührung mittels derselben kapazitiven Methode erfasst (bzw. detektiert) werden. Außerdem sind der Tx-Kanal und der Rx-Kanal mit einem Anzeige(bzw. Display)-Ansteuersignal kapazitiv gekoppelt, und ein Anzeigenrauschen kann ein Berührungsabtastungssignal (bzw. Touch-Abtastungssignal) beeinträchtigen. Außerdem kann der passive Stift kein separates Signal zu einem Sensor übertragen und damit ist es schwierig, eine Schreibdruck-Erfassungsfunktion oder eine spezielle Tastenfunktion zu implementieren.
Das Berührungseingabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ein kapazitives Sensorpaneel für die Fingerberührung, wendet einen aktiven Stift ohne eine Batterie an und weist eine Antennenschleife auf, die in Synchronisation mit dem Stift angesteuert wird und außerhalb eines Randes des Sensorpaneels ausgebildet ist. Nachfolgend wird das Eingabesystem und ein Berührungserfassungsverfahren erläutert, das dasselbe verwendet.
6 ist ein Schaltplan eines Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung. 7A ist ein dem Stift 100 aus 6 entsprechender Schaltplan. 7B ist eine Darstellung, die die Struktur des Stiftes 100 aus 7A veranschaulicht.
Wie in 6 veranschaulicht, ist das Berührungseingabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen in den Stift 100, ein Sensorpaneel, das einen Berührungssensor 200 und eine Antenne 400 aufweist, eine Berührungssteuereinrichtung (Touch Controller) 300 und eine Stift-Masse (bzw. ein Stift-Bezugspotential) 500 eingeteilt.
Der Berührungssensor 200 weist eine Mehrzahl von ersten Kanälen Tx und eine Mehrzahl von zweiten Kanälen Rx auf, die einander kreuzen, und ist in einem aktiven Bereich angeordnet, der einem mittleren Bereich des Sensorpaneels entspricht. Außerdem ist als außerhalb des Randes des aktiven Bereichs des Sensorpaneels ausgebildete Antenne 400 eine Antennenschleife 410 ausgebildet, die wie eine Schleife geformt ist, um einen Rand des aktiven Bereichs des Sensorpaneels zu umgeben, und hat zwei Enden, die geringfügig voneinander beabstandet (bzw. räumlich getrennt) sind.
Bezugnehmend auf die 7A und 7B, weist der Stift 100 eine primäre Spule L1 120, einen Resonanzkondensator C1 110, der zur primären Spule L1 120 parallelgeschaltet (bzw. parallel verbunden) ist, sowie eine leitfähige Spitze 101 auf, die mit der primären Spule L1 120 verbunden ist.
Eine Seite der primären Spule L1 120 und des Resonanzkondensators C1 110, die im Stift 100 parallelgeschaltet sind, ist mit der leitfähigen Spitze 101 verbunden, und die andere Seite ist mit einer Stifthülse verbunden, die zur Bildung des Stiftes 100 aus einem nicht-leitfähigen Material hergestellt ist, und ist geerdet. Wenn in einigen Ausführungsformen ein Benutzer als die Stift-Masse 500 wirkt, ist die andere Seite mit einem Masse(bzw. Bezugspotential)-Kondensator Ch verbunden, der einem menschlichen Körper entspricht. Das heißt, dass der Stift 100 auch mit der Stift-Masse 500 verbunden ist, um eine interne Schaltung des Stiftes 100 zu stabilisieren.
Die Antennenschleife 410 fungiert aus einer Sicht der Schaltung als eine sekundäre Spule L2 410, wenn der Stift 100 mit dem Sensorpaneel in Kontakt kommt. Mit anderen Worten sind die Antennenschleife als die sekundäre Spule L2 410, die außerhalb des Randes des Sensorpaneels ausgebildet ist, der erste Kanal Tx und der zweite Kanal Rx mit der Berührungssteuereinrichtung 300 verbunden und werden von der Berührungssteuereinrichtung 300 signalgesteuert.
Als Folge davon erhält in dem Stift 100 die Antennenschleife 410 ein Induktionssignal der primären Spule L1 120 als eine wechselseitige Induktivität M12, die zwischen der Antennenschleife L2 410 und der primären Spule L1 120 induziert wird, wenn der Stift 100 mit einer Oberfläche des Sensorpaneels in Kontakt kommt. Die Antennenschleife 410 ist ausgebildet, um den Rand des Sensorpaneels zu umgeben und weist Pads (z.B. Anschlüsse oder Kontakte) auf, die an den zwei Enden gebildet sind, welche mit der Steuereinrichtung 300 verbunden sind.
Die Steuereinrichtung 300 ist mit der Antennenschleife 410 verbunden und weist einen Verstärker 310 zum Verstärken einer Spannungsdifferenz zwischen den zwei Enden der Antennenschleife 410, eine Filtereinheit (Analog Front End, AFE) 320, die mit dem Verstärker 310 verbunden ist, um Rauschen zu beseitigen, einen Umwandler (Analog-Digital-Wandler, engl. analog to digital converter, ADC) 330, der mit der Filtereinheit (AFE) 320 verbunden ist, um ein Analogsignal in ein Digitalsignal umzuwandeln, einen Signalprozessor (digitalen Signalprozessor, DSP) 340, der mit dem Umwandler (ADC) 330 verbunden ist, um Digitalsignale zur Gewinnung von Koordinaten zu sammeln, sowie einen Ansteuersignal-Erzeuger 305 zum Erzeugen von Signalen auf, welche in dem Sensorpaneel an einen jeden Kanal angelegt werden. Wenn der Stift 100 mit dem Berührungssensor 200 in Kontakt kommt, bilden die primäre Spule L1 120 und der Resonanzkondensator C1 110 einen geschlossenen Stromkreis als eine Art von Schwingkreis (bzw. resonanzfähiger Schaltung).
Ein von dem Ansteuersignal-Erzeuger 305 an einen jeden Kanal angelegtes Signal kann in den geschlossenen Stromkreis eine Rechteckschwingung oder eine Sinusschwingung (bzw. Sinussignal) bei derselben Frequenz wie eine Resonanzfrequenz f = 1/[2π·(L2·C2)^0.5] anlegen. Das an einen jeden Kanal angelegte Signal ist eine Art von Wechselstrom(AC)-Spannung und jede Spule hat eine Signalform mit einer zum angelegten Signal ähnlichen Wellenform oder ein Signal mit einer Wellenform, die mit der Zeit zunimmt.
Die Stift-Masse 500 kann ein Benutzer sein, der den Stift 100 oder eine zwischen dem Stift 100 und einem Sensorpaneel verbundene Leitung (z.B. Draht) kontaktiert. Das nicht näher erläuterte Bezugszeichen ‚Ch‘ zeigt einen Zustand an, in dem der Benutzer als eine dielektrische Substanz fungiert, so dass die Kapazität Ch der Stift-Masse 500 zwischen dem Stift 100 und der Stift-Masse 500 erzeugt wird, wenn der Stift 100 den Benutzer kontaktiert.
Die primäre Spule L1 120 und der Resonanzkondensator C1 110, die in dem Stift 100 enthalten sind, sind eingerichtet, um geeignete Werte zu haben, um mit einer Frequenz eines Signals elektromagnetisch mitzuschwingen, welches durch einen über kapazitive Kopplung gebildeten Abtastkondensator (bzw. erfassenden oder abtastenden Kondensator) Csx 250 von dem Berührungssensor 200 des Sensorpaneels zugeführt wird, welches Sensorpaneel die ersten und die zweiten Kanäle Tx/Rx aufweist, die einander kreuzen. Die Resonanzfrequenz erfüllt die Bedingung f = 1/[2π·(L2·C2)^0.5]. Außerdem ist der Abtastkondensator Csx 250 ein imaginäres Element, das an einer Kontaktfläche über kapazitive Kopplung gebildet wird, wenn die leitfähige Spitze 101 des Stiftes 100 das Sensorpaneel berührt, aber keine die Schaltung bildende, physikalische Vorrichtung.
Ein magnetisches Signal, das in dem Stift 100 während einer elektromagnetischen Resonanz erzeugt wird, erzeugt durch die wechselseitige Induktivität M12 zwischen der primären Spule L1 120 und der in dem Sensorpaneel ausgebildeten Antennenschleife L2 410 eine induzierte elektromotorische Kraft in der der Antennenschleife entsprechenden, sekundären Spule L2 410. Die induzierte elektromotorische Kraft wird durch den Verstärker 310 zum Verstärken einer Spannungsdifferenz zwischen den zwei Enden der Antennenschleife 410 verstärkt, geht durch die Filtereinheit (AFE) 320, die einen Filter zur Beseitigung von Rauschen aufweist, und wird durch den Umwandler (ADC) 330 in ein Digitalsignal umgewandelt. Danach werden die Koordinaten in dem (bzw. durch den) Signalprozessor (DSP) 340 durch einen entsprechenden Algorithmus aus dem Signal gewonnen, und dann werden die Koordinatendaten zu einem Hostsystem übertragen.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die primäre Spule L1 120 des Stiftes 100 durch die wechselseitige Induktivität M12 mit der Antennenschleife L2 410 die induzierte elektromotorische Kraft in der einer Antennenspule entsprechenden, sekundären Spule L2 410 direkt erzeugt, kann ein magnetischer Kopplungskoeffizient zwischen der primären Spule L1 120 und der Antennenschleife L2 410 reduziert oder vernachlässigt (bzw. nicht berücksichtigt) werden. Folglich kann der Stift 100 schlank gemacht werden, und die Herstellungskosten können reduziert werden.
Die Struktur des Stiftes 100 wird nun unter Bezugnahme auf die 7B erläutert. Die primäre Spule L1 120, die in dem Stift 100 enthalten ist, ist um einen magnetischen Kern 135 herum gewickelt, der in einer Achsenrichtung des Stiftes 100 angeordnet ist. Die Achsenrichtung des Stiftes 100 entspricht einer Längsrichtung des Stiftes 100 und entspricht einer Z-Achse eines XYZ-Koordinatensystems.
Eine Stifthülse (bzw. ein Stiftzylinder) 150 des Stiftes 100 kann die primäre Spule L1 120, den Resonanzkondensator C1 110 und den magnetischen Kern 135 aufweisen und kann eine Öffnung haben, durch die die leitfähige Spitze 101 teilweise herausragt. Die leitfähige Spitze 100 kann von der Stifthülse 150 isoliert sein. Zu diesem Zweck kann ferner ein Isolierpuffer um die Öffnung herum ausgebildet sein, um die leitfähige Spitze 101 zu umgeben (z.B. zu umschließen). Außerdem kann die Stifthülse 150 mit der Stift-Masse 500 verbunden sein. Folglich ist ein Ende der primären Spule L1 120 mit der leitfähigen Spitze 101 verbunden und das andere Ende ist mit einer Masse 125 der Stifthülse 150 verbunden.
Ein Betrieb des Stiftes 100, der wie oben erläutert konfiguriert ist, wird nun erläutert.
Ein Ende der primären Spule L1 120 ist durch die leitfähige Spitze 101 mit dem Berührungssensor 200 des Sensorpaneels kapazitiv gekoppelt, um den Abtastkondensator Csx 250 zu bilden. Folglich treibt ein Eingangssignal von einem jedem Kanal des Berührungssensors 200 durch den Abtastkondensator Csx 250 einen Schwingkreis (bzw. eine resonanzfähige Schaltung) an, der die primäre Spule L1 120 und den Resonanzkondensator C1 110 aufweist.
Die Schaltung ist derart konfiguriert, dass die von dem Ansteuersignal-Erzeuger 305 zu den Kanälen Tx und Rx des Berührungssensors 200 zugeführten Signale dieselbe elektromagnetische Resonanzfrequenz des Schwingkreises haben, welcher die primäre Spule L1 120 und den Resonanzkondensator C1 110 aufweist, wodurch aufgrund der elektromagnetischen Resonanz die Signalintensität über die Zeit erhöht wird. In diesem Fall ist das andere Ende der primären Spule L1 120 durch den Masse-Kondensator (bzw. Bezugspotential-Kondensator) Ch, der den menschlichen Körper und die Hand aufweist, welche die Stifthülse 150 des Stiftes 100 kontaktiert, mit der Masse (bzw. mit dem Bezugspotential) verbunden.
Wenn, wie oben erläutert, der Stift 100 eine Oberfläche des Sensorpaneels berührt, kann der Abtastkondensator Csx 250 erzeugt werden, und die Masseverbindung (bzw. der Masseanschluss) ist durch die Stifthülse 150 möglich. Außerdem wird ein an den Abtastkondensator Csx 250 angelegtes Signal durch die leitfähige Spitze 101, die in dem Stift 100 enthalten ist, zur primären Spule L1 10 übertragen. Die primäre Spule L1 120 und der Resonanzkondensator C1 110 schwingen in einem Zustand des geschlossenen Stromkreises mit, so dass die Amplitude des Signals mit der Zeit zunimmt. Außerdem wird das magnetische Signal der primären Spule L1 120 in dem Schwingkreis durch die wechselseitige Induktivität M12 in die Antennenschleife 410 induziert. Das Abtasten in der Antennenschleife wird pro Kanal durchgeführt.
8A ist ein dem Stift 100 aus 6 entsprechender weiterer Schaltplan. 8B ist eine Darstellung, die die Struktur des Stiftes 100 aus 8A veranschaulicht.
Bezugnehmend auf die 8A und 8B, weist der Stift 100 eine Mehrzahl von primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b, die zueinander in Reihe geschaltet (bzw. verbunden) sind, einen Resonanzkondensator C1 110, der zu den zueinander in Reihe geschalteten, primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b parallelgeschaltet ist, sowie eine leitfähige Spitze 101 auf, die mit der primären Spule L1B 120b verbunden ist.
Eine Seite der primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b, die zueinander in Reihe geschaltet sind, und der Resonanzkondensator C1 110, der in dem Stift 100 zu den primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b parallelgeschaltet ist, ist mit dem leitfähigen Stift 101 verbunden, und die andere Seite ist mit der Stifthülse 150 verbunden, die zur Bildung des Stiftes 100 aus einem nicht-leitfähigen Material hergestellt ist und geerdet. Wenn in einigen Ausführungsformen ein Benutzer als die Stift-Masse 500 wirkt, ist die andere Seite mit einem Masse-Kondensator Ch verbunden, der dem menschlichen Körper entspricht. Das heißt, dass der Stift 100 auch mit der Stift-Masse 500 verbunden ist, um eine interne Schaltung des Stiftes 100 zu stabilisieren.
Die Antennenschleife 410 erhält in dem Stift 100 die Induktionssignale der primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b als die wechselseitige Induktivität M12, die zwischen der Antennenschleife L2 410 und den primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b induziert wird, wenn der Stift 100 mit einer Oberfläche des Sensorpaneels in Kontakt kommt. Wie unter Bezugnahme auf 6 erläutert, ist die Antennenschleife 410 ausgebildet, um den Rand des Sensorpaneels zu umgeben und weist Pads auf, die an den zwei Enden ausgebildet sind, welche mit der Berührungssteuereinrichtung 300 verbunden sind.
Die primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b und der Resonanzkondensator C1 110, der in dem Stift 100 enthalten ist, sind eingerichtet, um entsprechende Werte zu haben, um mit einer Frequenz eines Signals elektromagnetisch mitzuschwingen, welches durch den Abtastkondensator Csx 250 des Sensorpaneels zugeführt wird. Mit anderen Worten sind die primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b und der Resonanzkondensator C1 110 des Stiftes 100 eingerichtet, um entsprechende Werte zu haben, um mit einer Frequenz eines Signals elektromagnetisch mitzuschwingen, das durch den Abtastkondensator Csx 250 zugeführt wird, welcher durch Kopplung mit dem Berührungssensor 200 des Sensorpaneels ausgebildet ist, welches Sensorpaneel die ersten und die zweiten Kanäle Tx/Rx aufweist, die einander kreuzen. Die Resonanzfrequenz erfüllt die Bedingung f = 1/[2π·(L2·C2)^0.5]. Außerdem ist der Abtastkondensator Csx 250 ein imaginäres Element, das an einer Kontaktfläche über kapazitive Kopplung gebildet wird, wenn die leitfähige Spitze 101 des Stiftes 100 das Sensorpaneel 201 berührt, aber keine die Schaltung bildende, physikalische Vorrichtung.
Ein magnetisches Signal, das in dem Stift 100 während einer elektromagnetischen Resonanz erzeugt wird, erzeugt durch die wechselseitige Induktivität M12 zwischen den primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b und der in dem Sensorpaneel ausgebildeten Antennenschleife L2 410 eine induzierte elektromotorische Kraft in der der Antennenschleife entsprechenden, sekundären Spule L2 410. Die induzierte elektromotorische Kraft wird durch den Verstärker 310 zum Verstärken einer Spannungsdifferenz zwischen den zwei Enden der Antennenschleife 410 verstärkt, geht durch die Filtereinheit (AFE) 320, die einen Filter zur Beseitigung von Rauschen aufweist, und wird durch den Umwandler (ADC) 330 in ein Digitalsignal umgewandelt. Danach werden die Koordinaten in dem Signalprozessor (DSP) 340 durch einen entsprechenden Algorithmus aus dem Signal gewonnen, und dann werden die Koordinatendaten zu einem Hostsystem übertragen.
Wie oben erläutert, erzeugen die primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b des Stiftes 100 durch die wechselseitige Induktivität M12 mit der Antennenschleife L2 410 die induzierte elektromotorische Kraft in der der Antennenschleife entsprechenden, sekundären Spule L2 410 direkt, und ein magnetischer Kopplungskoeffizient zwischen den primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b und der Antennenschleife L2 410 kann reduziert oder vernachlässigt (bzw. nicht berücksichtigt) werden. Folglich kann der Stift 100 schlank gemacht werden, und die Herstellungskosten können reduziert werden.
Beim Vergleich des Stiftes 100 aus 8B mit dem Stift aus 7B sind der Stift 100 aus 8B und der Stift 100 aus 7B nur insofern anders, als dass die primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b aus 8B um andere Bereiche des magnetischen Kerns 135 gewunden sind, und somit wird eine detaillierte Beschreibung der gleichen Komponenten hier nicht angeführt. Nachfolgend kann ferner die Feder 130 zwischen dem magnetischen Kern 135 und der leitfähigen Spitze 101, oder zwischen einer Mehrzahl von magnetischen Kernen 135 vorgesehen werden. Die Feder 130 wird um einen vorgegebenen Grad gedrückt, wenn die leitfähige Spitze 101 gegen die Oberfläche des Sensorpaneels gedrückt wird. Folglich tritt die elektromagnetische Resonanz nur auf, wenn die leitfähige Spitze 101 gegen die Oberfläche des Sensorpaneels gedrückt wird, wodurch eine Eingabeerfassung (bzw. Eingabedetektion) und eine Schreibdruck-Erfassung (bzw. Schreibdruck-Detektion) des Stiftes 100 ermöglicht wird. Selbst wenn der Stift 100 nahe dem Sensorpaneel ist, arbeitet außerdem der Stift 100 nur, wenn der Stift 100 um einen vorgegebenen Grad gedrückt wird. Somit kann der Stift 100 zur Vermeidung von Fehlfunktionen als ein Schalter fungieren. Das magnetische Signal, das während der elektromagnetischen Resonanz erzeugt wird, wird zur Antennenschleife 410 übertragen, die außerhalb des Randes des Sensorpaneels gebildet ist, und fungiert als eine Art von sekundärer Spule L2 410, und folglich wird von der Berührungssteuereinrichtung 300 eine Spannungsdifferenz zwischen den zwei Enden der Antennenschleife 410 erfasst (bzw. detektiert).
Der Stift 100 aus 8B ist vorteilhaft, da die primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b sich nicht gegenseitig beeinträchtigen, wodurch die parasitäre (kapazitive) Kapazität dazwischen reduziert wird. Wenn in einigen Ausführungsformen die parasitäre (kapazitive) Kapazität vernachlässigbar ist, kann der Stift 100 aus 8B ausgewählt werden, solange die Empfindlichkeit aufgrund der parasitären (kapazitiven) Kapazität nicht reduziert ist.
9 ist eine weitere Darstellung, die die Struktur des Stiftes 100 aus 7A veranschaulicht. 10 ist ein Diagramm, das die Leitfähigkeitseigenschaften eines in 9 dargestellten, leitfähigen Griffes 117 gemäß seinem Material veranschaulicht.
Die Struktur des Stiftes 100 wird nun unter Bezugnahme auf die 9 erläutert. Die primäre Spule L1 120, die in dem Stift 100 enthalten ist, ist um den in einer Achsenrichtung des Stiftes 100 angeordneten, magnetischen Kern 135 herum gewickelt. Ein Ende der primären Spule L1 120 ist mit der leitfähigen Spitze 101 verbunden, und das andere Ende ist mit dem leitfähigen Griff 117 der Stifthülse 150 verbunden.
Der leitfähige Griff 117 ist an (bzw. in) einem Griffstück (bzw. Griffbereich) ausgebildet, welches der Benutzer hält, und fungiert als eine Masse (bzw. ein Bezugspotential). Der leitfähige Griff 117 kann aus einem hochohmigen, leitfähigen Material (z.B. leitfähiger Kunststoff oder leitfähiges Graphit) hergestellt sein, welches unter Bezugnahme auf 10 erläutert werden wird. Wenn der leitfähige Griff 117 aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellt ist, kann die Durchlässigkeit (bzw. der Transmissiongrad) eines magnetischen Signals im Vergleich zu einem metallischen Material in erheblicher Weise erhöht werden. Folglich kann in diesem Fall die Dämpfung in einem magnetischen Signal reduziert werden, so dass die Antenne 400 auch das magnetische Signal empfängt. In diesem Fall kann die leitfähige Spitze 101 ebenfalls aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellt sein, um ein magnetisches Feld leicht zu übertragen.
Der Stift 100 aus 9 hat ein technisches Merkmal darin, dass das andere Ende der primären Spule L1 120 mit dem aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellten, leitfähigen Griff 117 verbunden ist. Außerdem sind die Verbindungsstruktur (bzw. Kontaktstruktur) zwischen der Stifthülse 150 und der Stift-Masse 500 sowie ein Betrieb des Stiftes 100 aus 9 dieselbe/derselbe wie jene/jener des Stiftes 100 aus 7B. Somit können die Struktur und der Betrieb des Stiftes 100 aus 9 unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung in Bezug auf 7B verstanden werden.
11 ist eine weitere Darstellung, die die Struktur des Stiftes 100 aus 8A veranschaulicht.
Die Struktur des Stiftes 100 wird nun unter Bezugnahme auf 11 erläutert. Die primären Spulen (L1A und L1B) 120a und 120b, die in dem Stift 100 enthalten sind, sind um den in einer Achsenrichtung des Stiftes 100 angeordneten, magnetischen Kern 135 herum gewickelt. Ein Ende der primären Spule L1 120 ist mit der leitfähigen Spitze 101 verbunden, und das andere Ende ist mit dem leitfähigen Griff 117 der Stifthülse 150 verbunden.
Wie oben erläutert, ist der leitfähige Griff 117 an (bzw. in) einem Griffstück (bzw. Griffbereich) ausgebildet, welches der Benutzer hält, und fungiert als eine Masse (bzw. Bezugspotential). Der leitfähige Griff 117 kann aus einem hochohmigen, leitfähigen Material (z.B. leitfähiger Kunststoff oder leitfähiges Graphit) hergestellt sein, welches unter Bezugnahme auf 10 erläutert werden wird. Wenn der leitfähige Griff 117 aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellt ist, kann die Durchlässigkeit (bzw. der Transmissionsgrad) eines magnetischen Signals im Vergleich zu einem metallischen Material in erheblicher Weise erhöht werden. Folglich kann in diesem Fall die Dämpfung in einem magnetischen Signal reduziert werden, so dass die Antenne 400 auch das magnetische Signal empfängt. In diesem Fall kann die leitfähige Spitze 101 ebenfalls aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellt sein, um ein magnetisches Feld leicht zu übertragen.
Der Stift 100 aus 11 hat ein technisches Merkmal darin, dass das andere Ende der primären Spule L1 120 mit dem aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellten, leitfähigen Griff 117 verbunden ist. Außerdem sind die Verbindungsstruktur (bzw. Kontaktstruktur) zwischen der Stifthülse 150 und der Stift-Masse 500 sowie ein Betrieb des Stiftes 100 aus 11 dieselbe/derselbe wie jene/jener des Stiftes 100 aus 8B. Somit können die Struktur und der Betrieb des Stiftes 100 aus 11 unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung in Bezug auf 8B verstanden werden.
Die 12A und 12B veranschaulichen eine Masseverbindungsmethode (z.B. Erdungsmethode) eines Eingabesystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
12A veranschaulicht eine Masseverbindung (z.B. Erdung) über einen menschlichen Körper und der Stifthülse 150 des wie oben erläuterten Stiftes 100.
Wie in 12A veranschaulicht, werden im Fall einer Masseverbindung (z.B. Erdung) über einen menschlichen Körper (einen Benutzer) eine Anzeigevorrichtung 2000, die das Sensorpaneel 201 aufweist, und der menschliche Körper jeweils über die Kapazitäten Cb1 und Cb2 mit der Erde gekoppelt. Wenn der Benutzer die Anzeigevorrichtung 2000 mit einer anderen Hand hält, wird die Kapazität Cb2 durch die andere Hand und den menschlichen Körper stark mit der Erde gekoppelt, um einen geschlossenen Stromkreis zur Übertragung eines Wechselstrom(AC)-Signals zu bilden.
Die Anzeigevorrichtung 2000 bezieht sich auf ein Anzeigepaneel, das das Sensorpaneel 201 aufweist. Beispiele des Anzeigepaneels können ein Flüssigkristallanzeigepaneel, ein organisches Leuchtdiodenanzeigepaneel, ein Plasmaanzeigepaneel, ein Quantenpunkt(engl. quantum dot, QD)-Anzeigepaneel, ein elektrophoretisches Anzeigepaneel und so weiter einschließen. In einigen Ausführungsformen kann das Paneel ferner eine Lichtquelle aufweisen und kann in diesem Fall ferner eine separate Gehäuseeinheit aufweisen.
Außerdem kann das Sensorpaneel 201 an der Anzeigevorrichtung 2000 befestigt sein, kann gemeinsam mit einer Paneeloberfläche der Anzeigevorrichtung in einem Matrixprozess hergestellt sein oder kann in dem Paneel ausgebildet sein.
Alternativ ist im Fall eines kabellosen (bzw. drahtlosen) Stiftes der kabellose Stift durch die in 9 veranschaulichte Struktur über den menschlichen Körper mit der Masse (bzw. dem Bezugspotential) verbunden.
12B veranschaulicht einen kabelgebundenen (bzw. drahtgebundenen) Stift, dessen Masse (bzw. Bezugspotential) durch ein Kabel (bzw. eine Leitung) 170 mit einer Berührungssteuereinrichtung der Anzeigevorrichtung 2000, an der das Sensorpaneel 201 befestigt ist, direkt verbunden ist. In diesem Fall sind der Stift 100 und das Sensorpaneel 201 durch das Kabel 170 physikalisch verbunden.
13 ist eine Draufsicht des Sensorpaneels 201 des Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 13 veranschaulicht, ist das Sensorpaneel 201 des Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein in einen aktiven Bereich und einen Randbereich eingeteilt.
Eine Mehrzahl von ersten Kanälen Tx 210 und eine Mehrzahl von zweiten Kanälen Rx 220 sind jeweils stabförmig ausgebildet und kreuzen einander in dem aktiven Bereich. 13 veranschaulicht stabförmige Kanäle. In einigen Fällen können die Formen (bzw. Gestaltungen) der ersten Kanäle Tx 210 und der zweiten Kanäle Rx 220 in verschiedene Musterformen von kapazitiver Art verändert werden.
Zum Beispiel können die ersten Kanäle Tx 210 und die zweiten Kanäle Rx 220 eine Rautenform (bzw. Diamantenform) oder andere polygonale Formen aufweisen. In allen Fällen müssen in dem Berührungseingabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung die ersten Kanäle Tx 210 und die zweiten Kanäle Rx 220 für die Genauigkeit der Stiftberührung von einer Mitte aus eine symmetrische Form in eine jede Richtung von einer Aufwärts-, Abwärts-, Rechts- und Links-Richtung haben.
Um ein aus einem Resonanzsignal des Stiftes 100 erzeugtes Resonanzsignal zu empfangen, ist die Antennenschleife 410 außerhalb des Randbereichs des Sensorpaneels 201 ausgebildet. Wenn möglich, ist die Antennenschleife 410 ausgebildet, um breiter als der aktive Bereich zu sein, in dem die Stifteingabe und Koordinatengewinnung tatsächlich durchgeführt werden, um einen Randeffekt (engl. edge effect) zu vermeiden. Gemäß dem Randeffekt wird bei der Erfassung (bzw. Detektion) der Berührung mittels des Stiftes 100 die Genauigkeit der Koordinatengewinnung an einem Rand des Sensorpaneels 201 reduziert, wenn ein Kanal eine asymmetrische Form hat.
Die Antennenschleife 410 ist eine Art von tertiärer Spule, die Induktivität induziert, und weist keinen separaten magnetischen Kern auf, der eine physikalische Form hat. Die Antennenschleife 410 kann eine Spule sein, die mittels eines Luftkerns zwischen der Antennenschleife 410 und dem Stift 100 als ein Medium arbeitet.
Der erste Kanal Tx 210 und der zweite Kanal Rx 220 können zur Übertragung (bzw. zum Durchlassen) von Licht in der Anzeigevorrichtung als transparente Elektroden ausgebildet sein. Außerdem wird der erste Kanal Tx 210 des Fingerberührungsbereiches verwendet, um ein Ansteuersignal (bzw. Treibersignal) anzulegen, und der zweite Kanal Rx 220 wird verwendet, um ein Erfassungssignal (bzw. Detektionssignal) zu empfangen. Der erste Kanal Tx 210 und der zweite Kanal Rx 220 sind jeweils durch Pads 230 und Führungsleitungen 225 elektrisch miteinander verbunden, welche außerhalb des Randes des Sensorpaneels 201 ausgebildet sind.
Außerdem können Schleifen-Pads 240, die zu den außerhalb eines Randes des Sensorpaneels 201 gebildeten Pads 230 parallel ausgebildet sind, an den zwei Enden der Antennenschleife 410 ausgebildet sein. Eine Spannungsdifferenz zwischen den Schleifen-Pads 240 kann von der Steuereinrichtung erfasst (bzw. detektiert) werden.
Die Antennenschleife 410 kann über denselben Prozess gleichzeitig mit den Führungsleitungen 225 hergestellt werden. Um die elektromagnetische Induktion der Antennenschleife 410 zu verbessern, kann alternativ das Sensorpaneel ferner einen ebenen magnetischen Kern in flächiger Form (bzw. Platten- oder Blechform) aufweisen, welcher die Antennenschleife 410 kontaktiert.
14 ist eine Darstellung, die ein Frame(bzw. Einzelbild)-Ansteuerverfahren des Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie in 14 veranschaulicht, teilt das Berührungseingabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Frame (bzw. Bild oder Einzelbild) in ein Stiftberührung-Erfassungsframe und ein Fingerberührung-Erfassungsframe ein und steuert das Stiftberührung-Erfassungsframe und das Fingerberührung-Erfassungsframe zeitversetzt bzw. über Zeitteilung (z.B. ein Zeitmultiplexverfahren) an. Außerdem werden das Stiftberührung-Erfassungsframe und das Fingerberührung-Erfassungsframe abwechselnd angesteuert.
Wenn beispielsweise ein Frame 5 bis 10 ms entspricht, entspricht eine Bildfrequenz (bzw. Framewechselfrequenz oder Frame-Rate) 100 bis 200 Hz. Wenn ein Frame in das Stiftberührung-Erfassungsframe und das Fingerberührung-Erfassungsframe eingeteilt ist, entspricht in diesem Fall eine zugewiesene Zeitspanne von einem jedem des Stiftberührung-Erfassungsframes und des Fingerberührung-Erfassungsframes 2,5 ms bis 5 ms. Dieser Fall entspricht einem Fall, in dem ein Frame gleichmäßig in das Stiftberührung-Erfassungsframe und das Fingerberührung-Erfassungsframe eingeteilt ist. In einigen Ausführungsformen kann es möglich sein, das Stiftberührung-Erfassungsframe und das Fingerberührung-Erfassungsframe einzustellen, so dass in einem Frame eines davon länger ist als das andere.
Wenn bei der Erfassung der Stiftberührung, wie in 13 veranschaulicht, die Anzahl der ersten Kanäle Tx und die Anzahl der zweiten Kanäle Rx jeweils m und n sind, werden die m Kanäle Tx(1) bis Tx(m) der ersten Kanäle Tx und die n Kanäle Rx(1) bis Rx(n) der zweiten Kanäle Rx sequenziell angesteuert und abgetastet.
Das heißt, dass in dem Stiftberührung-Erfassungsframe eine Gesamtmenge ‚m + n‘ der Kanäle sequenziell angesteuert wird. Somit beträgt, beispielsweise unter der Voraussetzung, dass die Gesamtmenge ‚m + n = 50‘ ist, die Zeit, um einen Kanal anzusteuern, 50 µs bis 100 µs, was durch Division von 2,5 ms bis 5 ms durch 50 erhalten wird.
Außerdem wird bei der Erfassung der Fingerberührung eine Veränderung auf der Grundlage der Berührung erfasst, um eine Berührungsposition zu erfassen, indem Ansteuersignale an die ersten Kanäle Tx sequenziell angelegt werden und Erfassungssignale (bzw. Detektionssignale) von den zweiten Kanälen Rx abgetastet werden. Da die Ansteuersignale nur während der Erfassung der Fingerberührung an den ersten Kanälen Tx angelegt werden, kann die Zeit (2,5 ms bis 5 ms)/m, um während der Erfassung der Fingerberührung die Ansteuersignale der ersten Kanäle Tx anzulegen, länger sein als die Zeit (2,5 ms bis 5 ms)/(m + n), um während der Erfassung der Stiftberührung ein Signal an einen jeden Kanal anzulegen.
In diesem Fall sind die Wellenformen des Ansteuersignals und des Abtastsignals von jedem Kanal derart ausgebildet, dass die Stifteingabe und die Fingerberührung, wie unten erläutert, abwechselnd zeitversetzt bzw. über Zeitteilung (z.B. ein Zeitmultiplexverfahren) angesteuert werden.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Ansteuern und Abtasten eines jeden Kanals zur Erfassung einer Stiftberührung erläutert.
Die 15A und 15B veranschaulichen Wellenformen, die von einem Berührungssensorpaneel und einem Stift in einem Berührungserfassungsverfahren des Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst sind.
Die Ansteuer- und Abtastprozesse von zwei benachbarten, ersten Kanälen Tx(n) und Tx(n + 1) des Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die 15A und 15B erläutert.
Obwohl die 15A und 15B den Ansteuerprozess der Kanäle Tx(n) und Tx(n + 1) veranschaulichen, können die (weiteren) Ansteuerprozesse in derselben Weise durchgeführt werden, indem sequenziell Signale an die Kanäle Tx(1) bis Tx(m) und Rx(1) bis Rx(n) in der genannten Reihenfolge angelegt werden und die Berührung auf der Grundlage einer Spannungsdifferenz zwischen den zwei Enden der Antennenschleife 410 per Kanal erfasst (bzw. detektiert) wird.
Die Berührungserfassung wird durchgeführt, indem der Abtastkondensator Csx zwischen der leitfähigen Spitze 101 und dem Sensorpaneel 201 mit der primären Spule L1 120 elektrisch verbunden wird, ein Schwingkreis (bzw. eine resonanzfähige Schaltung) der primären Spule L1 120 und des Resonanzkondensators C2 gebildet wird und eine elektromotorische Kraft empfangen wird, die in der Antennenschleife 410 aufgrund der wechselseitigen Induktivität M12 zwischen der primären Spule L1 120 und der Antennenschleife elektromagnetisch mitschwingt.
Da die primäre Spule L1 120 des Stiftes 100 durch die wechselseitige Induktivität M12 mit der Antennenschleife L2 410 die induzierte elektromotorische Kraft in der der Antennenschleife entsprechenden, sekundären Spule L2 410 direkt erzeugt, kann gleichermaßen ein magnetischer Kopplungskoeffizient zwischen der primären Spule L1 120 und der Antennenschleife L2 410 reduziert oder vernachlässigt (bzw. nicht berücksichtigt) werden. Folglich kann der Stift 100 schlank gemacht werden, und die Herstellungskosten können reduziert werden.
Die Signale, die an den ersten und den zweiten Kanälen Tx(1) bis Tx(m) und Rx(1) bis Rx(n) angelegt werden, können, wie in 15A veranschaulicht, eine Rechteckschwingung oder eine Sinusschwingung bei derselben Frequenz wie eine Resonanzfrequenz anlegen.
Ein Stift kann durch einen Benutzer mit der Masse (bzw. dem Bezugspotential) verbunden (z.B. geerdet) werden, wenn der Stift eine Oberfläche des Sensorpaneels berührt. Der Stift kann mittels eines direkten Kontakts zwischen einer nicht-leitfähigen Hülse und dem Sensorpaneel, oder mittels eines Kontakts zwischen der nicht-leitfähigen Hülse und dem Sensorpaneel durch eine Leitung (bzw. ein Kabel) mit der Masse (bzw. dem Bezugspotential verbunden (z.B. geerdet) sein.
Wenn, wie in 15A veranschaulicht, der Kanal Tx(n) angesteuert wird, wird für die Zeit T1 eine Rechteckschwingung oder eine Sinusschwingung von einer Berührungssteuereinrichtung bei einer vorgegebenen Frequenz an den Kanal Tx(n) angelegt. Außerdem können nur Signale, die von der Schaltung und der Antennenschleife empfangen werden, erfasst (bzw. abgetastet) werden, ohne für die Zeit T2 ein Signal an den Kanal Tx(n) anzulegen.
Das heißt, dass, wenn eine Rechteckschwingung oder eine Sinusschwingung an den Kanal Tx(n) angelegt wird, der Abtastkondensator Csx, der über kapazitive Kopplung zwischen dem Tx-Kanal und einer leitfähigen Spitze erzeugt wird, zwischen der primären Spule L1 120 des Stiftes und dem Tx-Kanal ausgebildet wird, und der Abtastkondensator Csx mit der leitfähigen Spitze elektrisch verbunden wird, wenn der Stift die Oberfläche des Sensorpaneels berührt. Das Signal der primären Spule L1 120 hat eine Wellenform, die (z.B. deren Amplitude) innerhalb der Zeit T1 mit der Zeit zunimmt. Dies ist so, weil die Amplitude der Signale mit der Zeit zunimmt, indem (bzw. je mehr) die primäre Spule L1 120, welche in dem Schwingkreis (bzw. der resonanzfähigen Schaltung) des geschlossenen Stromkreises zum Resonanzkondensator C1 110 in Reihe geschaltet ist, mit einer Resonanzfrequenz elektromagnetisch mitschwingt.
Wenn der Stift das Sensorpaneel berührt, wird die primäre Spule L1 120 über die wechselseitige Induktivität M12 mit der Antennenschleife gekoppelt, welche in dem Sensorpaneel enthalten ist. Folglich kann die Antennenschleife ein durch die Resonanz des Stiftes erzeugtes, elektromagnetisches Signal erfassen (bzw. abtasten).
Signalintensität-Digitaldaten über eine Spannungsdifferenz zwischen den zwei Enden der Antennenschleife, die dem dementsprechenden Kanal entsprechen, werden gespeichert, indem die empfangene Spannungsdifferenz zwischen den zwei Enden der Antennenschleife erfasst (bzw. detektiert) wird, die Spannungsdifferenz verstärkt wird, Rauschen der verstärkten Spannungsdifferenz beseitigt wird, die verstärkte Spannungsdifferenz, von der das Rauschen beseitigt ist, von einem Analogsignal in ein Digitalsignal umgewandelt wird und das Digitalsignal in einem Speicher gespeichert wird.
Dann wird, wie in 15B veranschaulicht, hinsichtlich dem Kanal Tx(n + 1) ein Ansteuersignal angelegt und eine Abtastung (Berührungserfassung) für die Zeit T3 und die Zeit T4 durchgeführt. Danach werden die dem Signal entsprechenden Digitaldaten in dem Speicher gespeichert.
Wenn die Signalintensität-Digitaldaten über alle Kanäle eines Frames durch den obenerwähnten Prozess gesammelt sind, werden die einer Stiftposition entsprechenden Koordinaten durch einen Signalprozessor der Berührungssteuereinrichtung gewonnen.
Wie in den Zeichnungen veranschaulicht, wird das Signal des Stiftes nur für die Zeit T1 angelegt, und folglich kann eine separate, ausreichende Abtastperiode vorgesehen werden. Alternativ können die Signalanwendung und die Abtastung für die Zeit T1 + T2 gleichzeitig durchgeführt werden. Diese Verfahren haben beide Vor- und Nachteile. Wenn das Signal für die Zeit T1 + T2 empfangen wird, kann die Zeit, um das Signal zu empfangen, verlängert werden, wodurch die Genauigkeit der gemessenen Signale erhöht wird. Allerdings wird der Kanal Tx oder Rx für die Zeit T1 angesteuert und eine den Kanal Tx oder Rx aufweisende, parasitäre Schleife kann ein magnetisches Signal verursachen, das in der Antennenschleife als Rauschen wirkt. Das Rauschen kann von der Antennenschleife gemeinsam mit den von dem Schwingkreis (der resonanzfähigen Schaltung) des Stiftes erzeugten Signalen empfangen werden.
Wenn es aufgrund der von der parasitären Schleife verursachten, magnetischen Interferenz schwierig ist, die Berührung exakt zu erfassen, kann somit die Berührung erfasst werden, indem das Resonanzsignal des Stiftes nur in der Zeit T2 erfasst wird. Da das Resonanzsignal nicht für die Zeit T1 empfangen wird, kann in diesem Fall die Zeit, um die Signale zu empfangen, sowie die Datengenauigkeit reduziert sein, aber das magnetische Rauschen beeinträchtigt nicht die Antennenschleife.
Ob die Stiftberührung erfasst werden kann, wird über eine Simulation mittels des Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung überprüft.
16A ist ein Teilbereich zum Testen der Signalintensität des Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung. 16B ist ein Simulationsdiagramm, das eine Veränderung in der Kapazität Csx gemäß einer Bewegung in der X-Achsenrichtung veranschaulicht.
16A veranschaulicht die Kapazität Csx eines Abtastkondensators zwischen den Kanälen Tx(n) und Tx(n + 1) und der leitfähigen Spitze des Stiftes 100, wenn der Stift 100 an einem Punkt 0 auf der Y-Achse positioniert ist und eine Koordinate der X-Achse verändert wird, wobei die Kapazität Csx über die Simulation aus 16B erhalten ist.
Wie aus den 16A und 16B ersichtlich, ist die Kapazität Csx des Abtastkondensators in einer Mitte des Kanals Tx am größten und wird entfernt von der Mitte reduziert.
Wenn der Stift 100 in der Mitte der Kanäle Tx(n) und Tx(n + 1) positioniert ist, ist die Abtastkapazität Csx des Kanals Tx(n) dieselbe wie die Abtastkapazität Csx(n + 1) des Kanals Tx(n + 1). Das heißt, dass Csx(n) = Csx(n + 1) erfüllt ist.
Wenn, wie aus den 16A und 16B ersichtlich, der Stift 100 im Vergleich zum Kanal Tx(n) nahe dem Kanal Tx(n + 1) ist, ist die Abtastkapazität Csx(n + 1), die mit dem Kanal Tx(n + 1) gekoppelt ist, größer als die Abtastkapazität Csx, die mit dem Kanal Tx(n) gekoppelt ist. Das heißt, dass Csx(n) < Csx(n + 1) erfüllt ist. Folglich kann ein Signal, proportional zu einer mit einem jedem Kanal Tx gekoppelten Abtastkapazität, erzeugt und abgetastet werden, um Analogdaten zu erhalten, welche mit einer zur Gewinnung einer Stiftposition benötigten Signalintensität abgebildet (bzw. dargestellt) werden.
17A ist eine Darstellung, die ein Berührungspaneel des Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung sowie eine Antennenschleife veranschaulicht, die in dem Berührungspaneel enthalten ist. 17B ist ein Diagramm, das eine wechselseitige Induktivität veranschaulicht, wenn der Stift entlang der X-Achse aus 17A bewegt wird.
Wenn, wie in 17A veranschaulicht, eine Mitte des Sensorpaneels 201 als Punkt 0 bestimmt (z.B. festgelegt) ist und eine horizontale Achse sowie eine vertikale Achse jeweils als eine X-Achse und eine Y-Achse bestimmt sind und wenn der Stift 100 entlang der X-Achse bewegt wird, wird die wechselseitige Induktivität M12 zwischen der ein magnetisches Signal erzeugenden, primären Spule L1 120 des Stiftes und der das magnetische Signal empfangenden Antennenschleife L2 410 des Sensorpaneels 201 simuliert. In diesem Fall ändert sich, wie aus 17B ersichtlich, die wechselseitige Induktivität M12 in einem mittleren Teilbereich (d.h. einem aktiven Bereich) der Antennenschleife langsam innerhalb eines Bereiches von 0.5 A.U bis 1.5 A.U und verändert und reduziert sich um einen Rand der Antennenschleife (herum) abrupt, was als Randeffekt bezeichnet wird. In diesem Fall kann der aktive Bereich, wo die ersten und die zweiten Kanäle angeordnet sind, gestaltet sein, um einem Bereich zu entsprechen, in welchem die wechselseitige Induktivität M12 aus 17B weg von dem Punkt 0 zunimmt, um den Randeffekt zu vermeiden.
18A stellt ein Diagramm dar, das Zustände veranschaulicht, in denen der Stift des Berührungseingabesystems gemäß der vorliegenden Erfindung an den Punkten A, B und C positioniert ist. 18B veranschaulicht Wellenformen von Signalen, die an den Positionen A, B und C des Stiftes aus 18A erfasst (bzw. detektiert) werden.
Wenn, wie in 18A veranschaulicht, der Stift an den Punkten A, B und C entlang der X-Achse (die vertikale Richtung aus 18A) positioniert ist, werden die Ansteuersignale an den Kanal Tx(n) angelegt. In diesem Fall werden die Wellenformen der Signale, die tatsächlich von der Antennenschleife abgetastet werden, in 18B verdeutlicht.
Wie aus den 18A und 18B ersichtlich, hat die Wellenform des abgetasteten Signals eine höchste Intensität, wenn der Stift an dem Punkt A als der zentrale Teil des Kanals Tx(n) positioniert ist, an welchen das Ansteuersignal angelegt wird, und hat eine mittlere (bzw. dazwischenliegende) Intensität, wenn der Stift an dem Punkt B als ein Randbereich zu einem benachbarten Kanal Tx(n – 1) positioniert ist, und hat die schwächste Intensität, wenn der Stift an dem Punkt C als ein mittlerer Teil des benachbarten Kanals Tx(n – 1) positioniert ist. Indem (bzw. je mehr) der Stift nahe einem Kanal positioniert wird, an welchen das Ansteuersignal angelegt wird, nimmt die Wellenform des abgetasteten Signals zu, und indem (bzw. je mehr) der Stift weg von dem Kanal bewegt wird, an welchen das Ansteuersignal angelegt wird, nimmt die Wellenform des abgetasteten Signals ab. Folglich kann erwartet werden, dass die Wellenform an einem tatsächlichen Berührungspunkt am stärksten ist.
Die Analogsignale, die an einen jeden Kanal angelegt werden, werden über einen Analog-Digital-Wandler (bzw. AD-Wandler) einer Berührungssteuereinrichtung in Digitalsignale umgewandelt, und dann werden die Signalintensitäten verwendet, um über einen Signalprozessor mittels eines entsprechenden Algorithmus die Koordinaten des Stiftes zu gewinnen.
Das heißt, dass ein Kanal mit der stärksten Wellenform erfasst (bzw. detektiert) werden kann, um eine tatsächliche Stiftberührung zu erfassen.
Das Berührungseingabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Berührungserfassungsverfahren, das dasselbe verwendet, haben die folgenden Vorteile.
Und zwar kann das Berührungseingabesystem im Vergleich zu einem System, das separate entsprechende Paneele für die Fingerberührung und die Stiftberührung aufweist, die Herstellungskosten reduzieren und die Herstellungsprozesse vereinfachen. Außerdem kann das Berührungseingabesystem ein dünnes Sensorpaneel implementieren.
Die Berührungserfassung ist über eine Resonanz zwischen einem internen Schwingkreis (bzw. einer internen resonanzfähigen Schaltung) des Stiftes und einer Antennenschleife des Sensorpaneels möglich, und somit benötigt der Stift keine Batterie, wodurch die Herstellungskosten im Vergleich zu einem aktiven Stift reduziert werden, welcher eine separate Energiequelle (bzw. Stromquelle) erfordert. Außerdem kann ein leichter und kleiner Stift implementiert werden.
Die Stiftberührung und die Fingerberührung können mittels unterschiedlicher Ansteuerverfahren unterschieden und abgetastet werden, und somit kann während der Stiftberührung eine Handflächen-Zurückweisung (engl. palm rejection) leicht realisiert werden, wodurch die Genauigkeit der Berührungsempfindlichkeit verbessert wird.
Die zwischen dem Stift und einer Elektrode erzeugte Abtastkapazität Csx wird anstatt der in einer kapazitiven Methode verwendeten, wechselseitigen Kapazität ΔCm zwischen den sich kreuzenden Elektroden für die Berührungserfassung verwendet, und eine relativ große Abtastkapazität (bzw. Erfassungskapazität) wird für die Stiftberührungserfassung verwendet, und somit wird eine Verbesserung in der Empfindlichkeit erwartet.
Ein Frequenzsignal eines internen Resonanzsignals des Stiftes wird in Synchronisation mit einem Ansteuersignal bestimmt (z.B. festgelegt), das an die in dem Sensorpaneel enthaltenen Elektroden (Kanäle) angelegt wird, und eine Schreibdruck-Erfassungsfunktion oder eine spezielle Tastenfunktion kann leicht implementiert werden.
Außerdem ist eine für die Stiftberührungserfassung verwendete Antennenschleife von einem aktiven Bereich beabstandet (bzw. räumlich getrennt), in welchem sich kreuzende Elektroden ausgebildet sind, und außerhalb eines Randbereiches mit niedriger Empfindlichkeit ausgebildet, und folglich kann die Empfindlichkeit des Stiftes ungeachtet der Bereiche beibehalten werden.
Das Berührungseingabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Berührungserfassungsverfahren, das dasselbe verwendet, haben die folgenden Wirkungen.
Erstens kann das Berührungseingabesystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Fingerberührung mittels einer kapazitiven Methode über eine Grundstruktur zur Berührungserfassung erfassen, und kann die Stiftberührung über eine Resonanz zwischen einem internen Schwingkreis (bzw. einer internen resonanzfähigen Schaltung) des Stiftes und einer außerhalb des Randes des Sensorpaneels gebildeten Antennenschleife erfassen. Und zwar gibt es eine Beschränkung bei der Erfassung einer Stiftberührung mittels einer kapazitiven Methode, und somit kann die Stiftberührung erfasst werden, indem ungeachtet einer Kontaktfläche oder von Formen (bzw. Gestaltungen) der Elektrodenmuster die Struktur außerhalb des Randes des Sensorpaneels sowie eine interne Schaltung des Stiftes ohne ein separates Paneel verändert wird.
Zweitens wird die Resonanzspule des internen Schwingkreises des Stiftes vereinfacht, um einen magnetischen Kopplungskoeffizienten gemäß der Resonanzspule zu reduzieren, und somit kann, soweit möglich, der verdünnte und kleine Stift hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden.
Drittens kann das Berührungseingabesystem im Vergleich zu einem System, das separate entsprechende Paneele für die Fingerberührung und die Stiftberührung aufweist, die Herstellungskosten reduzieren und die Herstellungsprozesse vereinfachen. Außerdem kann das Berührungseingabesystem ein dünnes Sensorpaneel implementieren.
Viertens ist die Berührungserfassung über eine Resonanz zwischen einem internen Schwingkreis des Stiftes und einer Antennenschleife des Sensorpaneels möglich, und somit ist keine Batterie für den Stift erforderlich, wodurch im Vergleich zu einem aktiven Stift, der eine separate Stromquelle benötigt, die Herstellungskosten reduziert werden. Außerdem kann ein leichter und kleiner Stift implementiert werden.
Fünftens können die Stiftberührung und die Fingerberührung mittels unterschiedlicher Ansteuerverfahren unterschieden und abgetastet (bzw. erfasst) werden, und somit kann während der Stiftberührung eine Handflächen-Zurückweisung leicht realisiert werden, wodurch die Genauigkeit der Berührungsempfindlichkeit verbessert wird.
Sechstens wird die Abtastkapazität Csx, die zwischen dem Stift und einer Elektrode erzeugt wird, anstatt einer in einer kapazitiven Methode verwendeten, wechselseitigen Kapazität ΔCm zwischen den sich kreuzenden Elektroden für die Berührungserfassung verwendet, und eine relativ große Abtastkapazität wird für die Stiftberührungserfassung verwendet, und somit wird eine Verbesserung bei der Empfindlichkeit erwartet.
Siebtens wird ein Frequenzsignal eines internen Resonanzsignals des Stiftes in Synchronisation mit einem Ansteuersignal bestimmt, das an die in dem Sensorpaneel enthaltenen Elektroden (Kanäle) angelegt wird, und eine Schreibdruck-Erfassungsfunktion oder eine spezielle Tastenfunktion kann leicht implementiert werden.
Achtens ist eine für die Stiftberührungserfassung verwendete Antennenschleife von einem aktiven Bereich beabstandet (bzw. räumlich getrennt), in welchem sich kreuzende Elektroden ausgebildet sind, und außerhalb eines Randbereiches mit niedriger Empfindlichkeit ausgebildet, und somit kann ungeachtet der Bereiche die Empfindlichkeit des Stiftes beibehalten werden.
Es wird einem Fachmann verständlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen bei der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne von dem Sinn oder Umfang der Erfindungen abzuweichen. Somit ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Variationen dieser Erfindung abdeckt, sofern diese im Umfang der angehängten Ansprüche und deren Äquivalente liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2013-0048725 [0001]

Claims

Ein Berührungseingabesystem, aufweisend: ein Sensorpaneel, das eine Mehrzahl von ersten Kanälen (Tx) und eine Mehrzahl von zweiten Kanälen (Rx) aufweist, die einander kreuzen, einen Stift (100), der eine oder eine Mehrzahl von primären Spulen (120), die zueinander in Reihe geschaltet sind, einen Resonanzkondensator (110), der zur primären Spule parallel geschaltet ist, und eine leitfähige Spitze (101) aufweist, die mit der primären Spule verbunden ist, eine Masse (500), die mit dem Stift verbunden ist, eine Antennenschleife (410), die außerhalb eines Randes des Sensorpaneels ausgebildet ist, und eine Berührungssteuereinrichtung (300), die mit dem ersten Kanal, dem zweiten Kanal und der Antennenschleife verbunden ist.
Das Berührungseingabesystem nach Anspruch 1, wobei die primäre Spule um einen magnetischen Kern (135) herum gewickelt ist, der zur leitfähigen Spitze in Reihe geschaltet ist und in einer Achsenrichtung des Stiftes angeordnet ist.
Das Berührungseingabesystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stift aufweist: eine Stifthülse (150), die eine Öffnung hat, durch welche die leitfähige Spitze teilweise herausragt, und einen Griff (117), der an wenigstens einer Außenumfangsfläche der Stifthülse ausgebildet ist und aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellt ist.
Das Berührungseingabesystem nach Anspruch 3, wobei ein Ende der primären Spule, die zum Stift in Reihe angeordnet ist, mit der leitfähigen Spitze verbunden ist, und das andere Ende der primären Spule mit der Stifthülse oder dem Griff verbunden ist, welcher aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellt ist.
Das Berührungseingabesystem nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Antennenschleife ein Resonanz-Induktionssignal von der primären Spule in dem Stift empfängt, wenn der Stift eine Oberfläche des Sensorpaneels berührt.
Ein Berührungserfassungsverfahren, das ein Berührungseingabesystem verwendet, aufweisend: ein Sensorpaneel, das eine Mehrzahl von ersten Kanälen (Tx) und eine Mehrzahl von zweiten Kanälen (Rx) aufweist, die einander kreuzen, einen Stift (100), der eine oder eine Mehrzahl von primären Spulen (120), die zueinander in Reihe geschaltet sind, einen Resonanzkondensator (110), der zur primären Spule parallelgeschaltet ist und eine leitfähige Spitze (101) aufweist, die mit der primären Spule verbunden ist, eine Masse (500), die mit dem Stift verbunden ist, und eine Antennenschleife (410), die außerhalb eines Randes des Sensorpaneels ausgebildet ist, wobei das Verfahren eine Zeitteilung zum Durchführen der Fingerberührungserfassung und der Stiftberührungserfassung pro Frame aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Stiftberührungserfassung ein sequenzielles Anlegen von Signalen an die mehreren ersten Kanäle und die mehreren zweiten Kanäle sowie ein Erfassen der Berührung gemäß einer Spannungsdifferenz zwischen zwei Enden der Antennenschleife pro Kanal aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Erfassen der Berührung ein elektrisches Verbinden eines Abtastkondensators (Csx) zwischen der leitfähigen Spitze (101) und dem Sensorpaneel mit wenigstens einer primären Spule (120), ein Bilden eines Schwingkreises der primären Spule und des Resonanzkondensators sowie ein Empfangen der induzierten elektromotorischen Kraft, die aufgrund der Induktivität der primären Spule in der Antennenschleife elektromagnetisch mitschwingt, aufweist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 6–8, wobei der Stift aufweist: eine Stifthülse (150), die eine Öffnung hat, durch welche die leitfähige Spitze teilweise herausragt, und einen Griff (117), der an wenigstens einer Außenumfangsfläche der Stifthülse ausgebildet ist und aus einem hochohmigen, leitfähigen Material hergestellt ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 6–9, wobei die Antennenschleife ein Resonanz-Induktionssignal von der primären Spule in dem Stift empfängt, wenn der Stift eine Oberfläche des Sensorpaneels berührt.