触控笔触碰位置侦测方法及系统与流程

本发明关于触碰位置侦测的技术领域，尤指一种触控笔触碰位置侦测方法及系统。

背景技术：

图1A为一现有电容触控装置100的外观示意图。电容触控装置100可以选择搭配一触控笔110使用。电容触控装置100具有一显示面板120以及一触碰感测层130。触碰感测层130位于显示面板120下方，其具有复数个触碰感测节点131，用来感测触控笔110触碰显示面板120时触控笔110的位置。当触控笔110触碰显示面板120时，触碰感测层130可感测电容变化强弱程度，以判断书写位置、笔迹、压力等信息。触控笔110具有一方向轴111。方向轴111平行于触控笔110的笔身。如图1A所示，方向轴111与显示面板120的表面形成一夹角角度θ。当一使用者手持触控笔110且以90°方式触碰显示面板120时(θ等于90°)，触控笔110触碰感测节点133的区域。故其可侦测出触控笔110触碰感测节点133的区域。

图1B为一现有电容触控装置100的使用示意图。如图1B所示，当使用者手持触控笔110且以非垂直方式触碰显示面板120时(θ不等于90°)，由于触控笔110本身为金属导体，故其笔身亦会使触碰感测层130产生电容变化。亦即除了触碰感测节点133感测到电容变化外，触碰感测节点135亦会感测到电容变化。因此会使侦测出的触碰点位置向触控笔110本身倾斜的方向偏移。图2为一现有触控笔110触碰位置误差的示意图。如图2所示，虚线210表示触控笔110触碰显示面板120的实际位置，而实线220表示触控笔110触碰该显示面板120时所感测出的位置。此触碰的实际位置与感测位置的误差会让用户在使用上产生许多困扰。因此，现有触控笔触碰位置侦测技术实仍有改善的空间。

技术实现要素：

本发明的目的主要在提供一种触控笔触碰位置侦测方法及系统，其可修正触控笔倾斜时的触控坐标偏移，并可侦测触控笔的倾斜角度与倾斜程度。于实际应用时，可以解决触控笔倾斜的时候所产生感应讯号的重心偏移的问题，进而可改善使用者的使用经验。

依据本发明的一特色，本发明提出一种触控笔触碰位置侦测方法，用以侦测一触控笔在一触碰侦测面板上的实际触碰位置，该方法包括步骤：(A)使用一电容触碰侦测，以获得该触碰侦测面板的触碰原始数据；(B)于该触碰原始数据中选取一第一区域，并由该第一区域计算以获得一第一侦测触碰坐标；(C)于该触碰原始数据中选取至少一第二区域，并由该至少一第二区域计算以获得一辅助数据组；以及(D)依据该第一侦测触碰坐标及该辅助数据组，计算获得一实际触碰坐标。

依据本发明的另一特色，本发明提出一种具有触控笔触碰位置侦测的系统，该系统包括一触碰侦测面板、及一处理单元。该处理单元连接至该触碰侦测面板，该处理单元接收该触碰侦测面板的触碰原始数据。该处理单元于该触碰原始数据中选取一第一区域，并由该第一区域计算获得一第一侦测触碰坐标。该处理单元于该触碰原始数据中选取至少一第二区域，并由该至少一第二区域计算获得一辅助数据组。依据该第一侦测触碰坐标及该辅助数据组，该处理单元进行一计算以获得一实际触碰坐标。

附图说明

图1A为一现有为电容触控装置的外观示意图。

图1B为一现有为电容触控装置的使用示意图。

图2为一现有触控笔触碰位置误差的示意图。

图3为本发明的具有触控笔触碰位置侦测的系统的示意图。

图4为本发明的具有触控笔触碰位置侦测的系统的另一示意图。

图5为本发明一种触控笔触碰位置侦测方法的流程图。

图6为本发明互电容触碰侦测时触碰原始数据的示意图。

图7为本发明以互电容触碰侦测的一范例的触碰原始数据的部分示意图。

图8为本发明计算实际触碰坐标的示意图。

图9A、图9B、图9C为本发明产生补偿系数的示意图。

图10为本发明以互电容触碰侦测的另一范例的触碰原始数据的部分示意图。

图11为本发明以自电容触碰侦测的一范例的触碰原始数据的部分示意图。

图12为本发明以自电容触碰侦测的另一范例的触碰原始数据的部分示意图。

图13为本发明触控笔在XY坐标上与Y轴形成一夹角的示意图。

附图标记说明：

电容触控装置100

触控笔110 显示面板120

触碰感测层130 触碰感测节点131

方向轴111 像素150

第二晶体管M2

触碰感测节点133 触碰感测节点135

虚线210 实线220

具有触控笔触碰位置侦测的系统300

触控笔310 触碰侦测面板320

处理单元330 显示屏幕321

第一触碰侦测层323 第二触碰侦测层325

透明电极3231 透明电极3251

触碰侦测层327 透明电极3271

步骤(A)～(D)

夹角θ 夹角μ

第一区域510 第二区域520

辅助区域520-1、520-2、520-3、520-4

第一触碰原始数据区域101 第二触碰原始数据区域102

第三触碰原始数据区域103 第四触碰原始数据区域104

辅助区域105、106、107、108

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图3为本发明的具有触控笔触碰位置侦测的系统300的示意图。该具有触控笔触碰位置侦测的系统300包括一触控笔310、一触碰侦测面板320、及一处理单元330。

触碰侦测面板320包含一显示屏幕321、一第一触碰侦测层323、及一第二触碰侦测层325。该第一触碰侦测层323具有多数个沿第一方向(X轴方向)排列的透明电极3231。该第二触碰侦测层325具有多数个沿第二方向(Y轴方向)排列的透明电极3251。

当执行电容触碰侦测，以取得二维原始数据(touch raw data)时，可以是使用互电容触碰侦测的方式。例如，透明电极3251为触控感测讯号(TX)电极，透明电极3231为感测(RX)电极。亦即处理单元330会依序将触控感测讯号(TX)提供透明电极3251，并依序读取透明电极3231的感测讯号，以获得该触碰侦测面板320的触碰原始数据。此时该触碰原始数据为二维的数据。

当执行电容触碰侦测，例如是以自电容触侦测获取一维原始数据的实施例中，可以是沿第一方向排列的透明电极3231及沿第二方向排列的透明电极3251均执行驱动及感测功能。亦即处理单元330会依序将触控感测讯号(TX)提供透明电极3231，并依序读取透明电极3231的感测序号，且处理单元330也依序将触控感测讯号(TX)提供透明电极3251，再依序读取透明电极3251的感测序号，以获得该触碰侦测面板320的触碰原始数据(touch raw data)。此时该触碰原始数据为两个一维的数据。

图4为本发明的具有触控笔触碰位置侦测的系统300的另一示意图。其与图3的差异在于：图4中的触碰侦测面板320包含一显示屏幕321、及一触碰侦测层327。该触碰侦测层327具有多数个沿第一方向(X轴方向)及第二方向(Y轴方向)排列的透明电极3271。透明电极3271系为区块状的设计，可为长方形或是正方形。当执行电容触碰侦测，例如是以自电容触侦测获取二维原始数据的实施例中，可以是对透明电极3271均执行驱动及感测功能。亦即处理单元330会依序将触控感测讯号(TX)提供透明电极3271，并依序读取透明电极32711的感测序号，以获得该触碰侦测面板320的触碰原始数据(touch raw data)。亦即，使用自电容侦测的方式，搭配单层多个触碰区块的设计，以获得二维的原始数据。

处理单元330连接至该触碰侦测面板320。该处理单元330接收该触碰侦测面板320的触碰原始数据。该处理单元330于该触碰原始数据中选取一第一区域，并由该第一区域计算获得一第一侦测触碰坐标。该处理单元330于该触碰原始数据中选取至少一第二区域，并由该至少一第二区域计算获得一辅助数据组。依据该第一侦测触碰坐标及该辅助数据组，该处理单元330进行一计算以获得一实际触碰坐标。值得一提的是，在其它实施例中，也可以使用纳米银丝作为触碰侦测层，且触碰可以是主动式或被动式用来与触控面板互动的媒介。因此，上述用来说明本发明的实施例中并不用以限制本发明的范围。

图5为本发明一种触控笔触碰位置侦测方法的流程图。于步骤(A)中，该处理单元330使用一电容触碰侦测，以获得该触碰侦测面板的触碰原始数据(touch raw data)。该电容触碰侦测可为互电容触碰侦测、或自电容触碰侦测。

于步骤(B)中，于该触碰原始数据中选取一第一区域，并由该第一区域计算以获得一第一侦测触碰坐标。

于步骤(C)中，从该触碰原始数据中选取至少一第二区域，并由该至少一第二区域计算以获得一辅助数据组。

于步骤(D)中，依据该第一侦测触碰坐标及该辅助数据组，计算获得一实际触碰坐标。

图6为本发明互电容触碰侦测时触碰原始数据的示意图。如图6所示，图6上边为一三度空间XYZ坐标的示意图，图6下边为一二度空间XY坐标的示意图。该三度空间XYZ坐标可视为触碰侦测面板320及触控笔310所在的空间，亦可视为触碰侦测面板的触碰原始数据所形成的数据空间。XY坐标对应于触碰侦测面板320，而触碰原始数据则可视为Z轴方向的大小。其中，P0点为触控笔310在触碰侦测面板320上的实际触碰坐标。

当触控笔310有倾斜时，触控笔310与Z轴形成一夹角θ，且在二度空间XY坐标上，与Y轴形成一夹角μ。触控笔310的笔身会使触碰侦测面板320产生电容变化。因此于步骤(B)中，该处理单元330从该触碰原始数据中选取一第一区域510，且由第一区域510的触碰原始数据计算触控笔310的第一侦测触碰坐标。该处理单元330计算第一区域510的触碰原始数据的重心，以获得第一侦测触碰坐标(X1，Y1)。如图6所示，该第一侦测触碰坐标为图6中的P1点。

而于步骤(C)中，该处理单元330从该触碰原始数据中选取一至少一第二区域520，该至少一第二区域520为一包含且大于该第一区域510的辅助区域，该辅助数据组为由该辅助区域计算所获得的一第二侦测触碰坐标。

请一并参照图7为本发明以互电容触碰侦测的一范例的触碰原始数据的部分示意图。在这个例子中，第一区域510的范围可选取为3×3，至少一第二区域520的范围可选取为7×7。亦即在本例子中，该至少一第二区域520为一个单一区域，且包含该第一区域510。该处理单元330依据至少一第二区域520的触碰原始数据计算该辅助数据组。该辅助数据组计算该至少一第二区域520(辅助区域)的重心。亦即，该处理单元330依据该辅助区域计算以获得一第二侦测触碰坐标(X2，Y2)，该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)为该辅助区域的重心。如图6所示，该第二侦测触碰坐标为图6中的P2点。

图8为本发明计算实际触碰坐标的一示意图。一并参照图5和图8，于步骤(D)中，依据该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)之间的距离，借由查询一预先储存的表格以获得一组对应的补偿系数(α，β)，再由该组补偿系数(α，β)、该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)来计算该触控笔310的实际触碰坐标(X0，Y0)。该处理单元330利用以下公式以计算实际触碰坐标(X0，Y0)：

X0＝X1-α(X2-X1)，

Y0＝Y1-β(Y2-Y1)，

其中α、β为该组补偿系数。

图9A、图9B、图9C为本发明产生补偿系数的示意图。如图9A所示，其可利用一测试平台上的一机器手臂夹持该触控笔310，先于A点处以垂直方式触碰该触碰侦测面板320，依据前述步骤(A)、步骤(B)、及步骤(C)计算第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及第二侦测触碰坐标(X2，Y2)。再于图9B所示，该机器手臂将该触控笔310倾斜一小角度θ1，并于A点处以倾斜θ1角度方式触碰该触碰侦测面板320，依据前述步骤(A)、步骤(B)、及步骤(C)计算第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)。图9C亦如前面，只是将倾斜角度改为θ2。

于A点处以不同角度触碰该触碰侦测面板320，可获得A点、倾斜角度、第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)的相关数据。再将该触控笔310对A点旁的B点进行相关测试。重复前述步骤，最后可获得触碰侦测面板320每一点、每一倾斜角度、多数个第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及多数个第二侦测触碰坐标(X2，Y2)的相关测试数据。据此可产生一表格，其纪录该第一侦测触碰坐标及该第二侦测触碰坐标之间的距离与补偿系数之间的关系，并预先储存以供后续使用查询。亦即可依据该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)之间的距离，借由查表以获得一组补偿系数(α，β)，再由该组补偿系数(α，β)、该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)计算该触控笔的实际触碰坐标(X0，Y0)。

相关测试数据除了可以产生表格外，亦可利用曲线拟合(Curve Fitting)方法，产生该组补偿系数(α，β)与该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)之间距离的函数。该处理单元330可利用该函数，依据该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)之间距离计算出该组补偿系数(α，β)。亦即该处理单元330可利用函数眏射获得一组补偿系数(α，β)。使用表格方法，需将该表格刻录至只读存储器(ROM)或其他非易失存储体中，会占据一些硬件资源。而利用函数眏射方法，则可节省表格所占据的硬件资源。

图10为本发明以互电容触碰侦测的另一范例的触碰原始数据的部分示意图。在这个例子中，第一区域510的范围可选取为3×3，该至少一第二区域520为该第一区域510周遭的四个辅助区域520-1、520-2、520-3及520-4。该四个辅助区域520-1、520-2、520-3及520-4分别位于该第一区域510的左边、右边、上边、及下边。在本例子中，四个辅助区域520-1、520-2、520-3及520-4的范围分别为3×2、3×2、2×3、及2×3。亦即在步骤(C)中，该处理单元330计算该四个辅助区域520-1、520-2、520-3、及520-4的权值(weighting)，以产生该辅助数据组。该处理单元330将辅助区域520-1范围内的触碰原始数据相加，以产生辅助区域520-1的权值L。如图10所示，该辅助区域520-1的权值L为45(＝6+8+7+11+7+6)。其他辅助区域的权值，亦是依此计算，故不再赘述。

该处理单元330于步骤(D)中，依据该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该四个辅助区域520-1、520-2、520-3及520-4的权值的比例，借由查表以获得一组补偿系数(α，β)，再由该组补偿系数(α，β)、该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该四个辅助区域的权值的比例来计算该触控笔310的实际触碰位置(X0，Y0)。该处理单元330利用以下公式以计算实际触碰坐标(X0，Y0)：

X0＝X1-α(L/R)，

Y0＝Y1-β(U/D)，

其中α、β为该组补偿系数，L为辅助区域520-1的权值，R为辅助区域520-2的权值，U为辅助区域520-3的权值，D为辅助区域520-4的权值。

图11为本发明以自电容触碰侦测的一范例的触碰原始数据的部分示意图。由于在这个例子中的该电容触碰侦测为自电容触碰侦测，故该触碰原始数据为两个一维的数据。于步骤(B)中，该第一区域由一第一方向(X)的一个一维第一触碰原始数据(touch raw data)区域101及一第二方向(Y)的一个一维第二触碰原始数据区域102所组成。于本范例中，可借由分别计算第一触碰原始数据区域101及第二触碰原始数据区域102的重心而产生该第一侦测触碰坐标的X轴坐标值及Y轴坐标值。例如第一触碰原始数据区域101的重心为X1＝(Xb×35+Xa×154+Xc×106)/(35+154+106)，当Xb＝1、Xa＝2、Xc＝3时，X1＝2.241。第二触碰原始数据区域102的重心为Y1＝(Yb×17+Ya×127+Yc×67)/(17+127+67)，当Yb＝1、Ya＝2、Yc＝3时，Y1＝2.237。由于触碰的分辨率小于显示的分辨率，因此处理单元330可将第一侦测触碰坐标(2.241，2.237)回传至一应用处理器(图未示)，应用处理器可依据触碰分辨率与显示分辨率的比例，找出对应的显示像素或是显示像素群，因此第一侦测触碰坐标(2.241，2.237)以有小数的值的形式呈现。

故于步骤(C)中，该至少一第二区域由一第一方向的一个一维第三触碰原始数据区域103及一第二方向的一个一维第四触碰原始数据区域104所组成。该第三触碰原始数据区域103包含且大于该第一触碰原始数据区域101，该第四触碰原始数据区域104包含且大于该第二触碰原始数据区域102。该辅助数据组为由该第三触碰原始数据区域103及该第四触碰原始数据区域104计算所获得的一第二侦测触碰坐标(X2，Y2)。该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)可视为该第三触碰原始数据区域103及该第四触碰原始数据区域104的重心。

如图11所示，第一触碰原始数据区域101的范围可选取为1×3，第二触碰原始数据区域102的范围可选取为3×1，第三触碰原始数据区域103的范围可选取为1×7，第四触碰原始数据区域104的范围可选取为7×1。亦即在步骤(C)中，该处理单元330计算该第三触碰原始数据区域103及第四触碰原始数据区域104的重心，其相似于先前所述，故不再赘述。

该处理单元330于步骤(D)中，依据该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)，以查表方式获得一组补偿系数(α，β)，再由该组补偿系数(α，β)、该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该第二侦测触碰坐标(X2，Y2)计算该触控笔310的实际触碰位置(X0，Y0)。该处理单元330利用以下公式来计算实际触碰坐标(X0，Y0)：

X0＝X1-α(X2-X1)，

Y0＝Y1-β(Y2-Y1)，

其中α、β为该组补偿系数。

图12为本发明以自电容触碰侦测的另一范例的触碰原始数据的部分示意图。在这个例子中，该第一区域由一第一方向的一个一维第一触碰原始数据(touch raw data)区域101及一第二方向的一个一维第二触碰原始数据区域102所组成。于本范例中，该第一侦测触碰坐标的X轴坐标值及Y轴坐标值可分别计算第一触碰原始数据区域101及第二触碰原始数据区域102的重心而产生。其与图11的重心计算类似，故不再赘述。

故于步骤(C)中，该至少一第二区域包含该第一方向的的两个辅助区域、及该第二方向的两个辅助区域。亦即，该至少一第二区域包含该第一触碰原始数据区域101的左边及右边的两个辅助区域105、106、及该第二触碰原始数据区域102的上边、及下边的两个辅助区域107、108。

于本范例中，辅助区域105、106的范围分别为1×2，辅助区域107、108的范围分别为2×1。亦即在步骤(C)中，该处理单元330计算该四个辅助区域105、106、107、108的权值(weighting)比例，以产生该辅助数据组。该处理单元330将辅助区域105范围内的触碰原始数据相加，以产生辅助区域105的权值L。如图12所示，该辅助区域105的权值L为4(＝1+3)。其他辅助区域的权值亦是依此计算，故不再赘述。

因此，于步骤(D)中，该处理单元330依据该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该四个辅助区域105、106、107及108的权值的比例，借由查表以获得一组补偿系数(α，β)，再由该组补偿系数(α，β)、该第一侦测触碰坐标(X1，Y1)及该四个辅助区域105、106、107及108的权值的比例来计算该触控笔的实际触碰位置(X0，Y0)。该处理单元330利用以下公式来计算实际触碰坐标(X0，Y0)：

X0＝X1-α(L/R)，

Y0＝Y1-β(U/D)，

其中α、β为该组补偿系数，L为辅助区域105的权值的比例，R为辅助区域106的权值的比例，U为辅助区域107的权值的比例，D为辅助区域108的权值的比例。

图13为本发明的触控笔310在XY坐标上与Y轴形成一夹角μ的示意图。依据三角公式，处理单元330可计算该夹角μ。如图13所示，当第一侦测触碰坐标P1点作为原点，第二侦测触碰坐标P2点位于第一象限时，夹角μ等于μ’，当中μ’等于tan^-1(ΔX/ΔY)，ΔX＝X2-X1，ΔY＝Y2-Y1，其中，(X1，Y1)为第一侦测触碰坐标，(X2，Y2)为第二侦测触碰坐标。

当第一侦测触碰坐标P1点作为原点，第二侦测触碰坐标P2点位于第二象限时，夹角μ等于360°-μ’。当第一侦测触碰坐标P1点作为原点，第二侦测触碰坐标P2点位于第三象限时，夹角μ等于180°+μ’。当第一侦测触碰坐标P1点作为原点，第二侦测触碰坐标P2点位于第四象限时，夹角μ等于180°-μ’。处理单元330将该夹角μ回传至应用处理器(图未示)，应用处理器可依据夹角μ来计算触控笔310的笔触、力量大小等相关数据。

于前述例子中，各个区域的选取范围仅是作为说明使用，非用于限制本案的权利范围。该领域的相关技术人员，可依据本发明的披露变更，各个区域的选取范围。

由前述说明可知，本发明技术利用坐标点以外的信息，使用不同范围重复计算的坐标，可以得到偏移量。当触控笔310是垂直的状态时，则第一侦测触碰坐标P1、第二侦测触碰坐标P2点、实际触碰坐标(X0，Y0)三点会重合，使用不同范围计算出的坐标位置也不会有差异。但如果触控笔310是倾斜的状态，则不同范围计算的坐标，会因倾斜程度而有所差异。本发明技术利用此现象，可修正倾斜时的坐标偏移，并可侦测倾斜角度与倾斜程度。故本发明技术可以解决实际应用时，因触控笔310倾斜所产生感应讯号的重心偏移的问题，而可改善使用者的使用经验。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。