CN103365438A - 可检测笔触压力的触控笔 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种可检测笔触压力的触控笔，其包含有一杆体，一笔头以及一压感模块，用以感测该笔头所承受的压力量值。该压感模块包含有一可伸缩结构体，设置于该杆体内部且连接至该笔头。该可伸缩结构体包含有一主体，一参考部件，设置于该主体的一端，且固定于该杆体内，以及一可动部件，设置于该主体的另一端，该可动部件连接于该笔头，并随着该笔头而相对该参考部件移动。该压感模块另包含有一感测器，设置于该可伸缩结构体的旁侧。该感测器用来感测该可动部件相对该参考部件的一移动量，以通过分析该移动量来转换出相应的压力量值。

Description

可检测笔触压力的触控笔

技术领域

本发明涉及一种触控笔，尤其涉及一种检测位移变化量以感测笔触压力的触控笔。

背景技术

在现今各式消费性电子产品市场中，各种可携式电子产品皆已广泛使用触控装置作为其数据沟通的界面工具。由于目前电子产品的设计皆以轻、薄、短、小为方向，因此在产品上无足够空间容纳如键盘、鼠标等传统输入装置，尤其在讲求人性化设计的平板电脑需求的带动下，搭配触控装置的电脑系统已广泛地出现于市面上。

举例来说，可携式电脑一方面强调体积轻薄，一方面又要有大面积的屏幕以显示数字数据，所以常以触控式屏幕来当作使用者与可携式电脑间的人机介面。触控式屏幕一方面能显示图形及文字数据，一方面也形成一触控面板(touch panel)，当使用者接触施压于此触控面板时，触控面板能感应施压的位置(甚或搭配触控笔以感应施压压力的大小)，根据施压的位置不同来代表不同的控制指令，借此控制电脑。

传统的触控笔包含有电容式触控笔与电磁式触控笔。电磁式触控笔需另搭配一天线元件以接收电磁感应信号，其使用上较为不便且制造成本亦相当昂贵。举例来说，电磁式触控笔于笔杆内装设一电磁线圈，当使用者施压于笔头，使得笔头相对笔杆移动时，笔头会驱动该电磁感应线圈产生磁通量变化，故电磁式触控笔可依据该磁通量的变化量，来计算出施压于笔头的压力量值。除此之外，电磁式触控笔另可通过经压缩以到不同的电容值来取得笔头的压力量值。电容式触控笔虽具有不需额外搭配一接收器的优点，然而电容式触控笔仅能绘示触控轨迹，无法表现出笔触的压力变化。且电容式触控笔的笔头直径需设计至5～6mm的尺寸，易造成操作上的不便。

另一方面，传统的触控笔另包含有光学式触控笔，但光学式触控笔并无法表现出笔触压力的变化量值。进一步改善光学式触控笔，可通过遮蔽光通量的变化的方式来表现出笔触的压力变化，然而此技术的缺点是感应量值易受干扰。虽可整合电磁式、电容式及光学式而设计出具有检测笔触能力的触控笔，但其机构与电路的设计复杂繁琐，且价格高昂，不具市场竞争力。故如何设计出不需搭配特殊接收器即可检测笔触变化，且具有低成本优势的触控笔，便为现今电脑产业设计所需努力的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测位移变化量以感测笔触压力的触控笔，以解决上述的问题。

本发明揭露一种可检测笔触压力的触控笔，其包含有一杆体，一笔头，以可相对活动方式设置于该杆体的一端，以及一压感模块，设置于该杆体与该笔头之间，用以感测该笔头所承受的一压力量值。该压感模块包含有一可伸缩结构体，设置于该杆体内部且连接至该笔头。该可伸缩结构体包含有一主体，一参考部件，设置于该主体的一端，且固定于该杆体内，以及一可动部件，设置于该主体的另一端，该可动部件连接于该笔头，并随着该笔头而相对该参考部件移动。该压感模块另包含有一感测器，设置于该可伸缩结构体的旁侧。该感测器用来感测该可动部件相对该参考部件的一移动量，以通过分析该移动量来转换出相应的压力量值。

本发明另揭露该感测器包含有一光发射器与一光接收器。该光发射器及该光接收器分别设置于该参考部件与该可动部件上，且该光接收器用以接收来自该光发射器的一光信号，并分析该光信号的传递时间差，以依据该时间差计算该移动量。

本发明另揭露该感测器包含有一光发射器、一光接收器与一透镜。该光发射器及该光接收器分别设置于该参考部件与该可动部件上，该透镜设置于该光发射器与该光接收器之间，且该光接收器用以接收来自该光发射器并经由该透镜的一光信号，并分析该光信号的强度值，以依据该强度值计算该移动量。

本发明另揭露该感测器包含有一光发射器、一光接收器与一光纤管，该光纤管的二开口与一中段区域分别设置于该参考部件与该可动部件上，该光发射器及该光接收器则分别设置于该光纤管的该二开口，且该光接收器用以接收来自该光发射器并经由该光纤管所传递的一光信号，并分析该光信号的传递时间差，以依据该时间差计算该移动量。

本发明另揭露该主体为一可伸缩变形的结构件。

本发明另揭露该感测器包含有一音频发射器与一音频接收器。该音频发射器及该音频接收器分别设置于该参考部件与该可动部件上，且该音频接收器用以接收来自该音频发射器的一音频信号，并分析该音频信号的传递时间差，以依据该时间差计算该移动量。

本发明另揭露该感测器包含有一音频发射器、一音频接收器与一弹性体。该音频发射器及该音频接收器分别设置于该参考部件与该可动部件上。该弹性体设置于该主体内部。该音频接收器用以接收来自该音频发射器并穿透该参考部件及该可动部件的一音频信号，并分析该音频信号的强度值，以依据该强度值计算该移动量。

本发明另揭露该主体为一可伸缩变形的密闭结构件。

本发明另揭露该参考部件与该可动部件分别具有一网孔结构。

本发明另揭露该弹性体于该可动部件相对该参考部件移动时受挤压而弹性变形，用以阻隔该网孔结构。

本发明另揭露该主体为一可伸缩变形的密闭结构件。该感测器包含有一压力计，设置于该主体的旁侧。该压力计用以感测该主体内部的一介质的压力变化量，并分析该压力变化量，以依据该压力变化量计算该移动量。

本发明另揭露该介质为气体或液体。

本发明的触控笔提供多个实施例来实现感测可动部件相对参考部件的移动量的技术。本发明的触控笔可通过感测笔头相对杆体的移动距离以解析笔头的压力量值，借此反应笔迹的线条粗细度。笔头所承受的压力正比于笔头相对杆体的移动距离，意即可动部件相对参考部件的移动量，故本发明可正确且直接地反应出笔头压力量值最细微的变化，有效避免环境电磁信号干扰的因素，且兼具有结构简单、组装容易、成本低廉等竞争优势。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的触控笔的示意图。

图2为本发明的第二实施例的触控笔的示意图。

图3为本发明的第三实施例的触控笔的示意图。

图4为本发明的第四实施例的触控笔的示意图。

图5为本发明的第五实施例的触控笔的示意图。

图6为本发明的第六实施例的触控笔的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10    触控笔            12    杆体

14    笔头              16    压感模块

18    可伸缩结构体      20    主体

22    参考部件          24    可动部件

26    感测器            28    光发射器

30    光接收器          10’  触控笔

32    透镜              10”  触控笔

34    光纤管            341   开口

343   中段区域          40    触控笔

40’  触控笔            42    音频发射器

44    音频接收器        46    弹性体

60    触控笔            62    压力计

H     移动量

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明的一第一实施例的一触控笔10的示意图。触控笔10包含有一杆体12、一笔头14与一压感模块16。杆体12为一管状结构，为用以供使用者握持的构件。笔头14以可相对活动方式设置于杆体12的一端。压感模块16设置于杆体12与笔头14之间。当使用者操作触控笔10时，笔头14可随着使用者于绘示轨迹中施压的力量而相对杆体12产生不同位移距离的变化，因此压感模块16即可利用感测位移变化来转换出笔头14所承受的对应的压力量值，以显示笔触的轻重变化。

如图1所示，压感模块16包含有一可伸缩结构体18，设置于杆体12内部且连接至笔头14。可伸缩结构体18可包含有一主体20、一参考部件22与一可动部件24。主体20于不同实施例具有不同的结构特征，将于后分段叙明。参考部件22与可动部件24分别设置于主体20的两端，其中参考部件22固定于杆体12以限制其移动，可动部件24则连接于笔头14。当笔头14相对杆体12移动时，可伸缩结构体18被笔头14挤压而产生体型变化，意即可动部件24将随着笔头14而相对参考部件22移动，以改变主体20的体积。此外，压感模块16另包含有一感测器26，设置于可伸缩结构体18的旁侧。感测器26用来感测可动部件24相对参考部件22的一移动量H，并依据移动量H产生相对应电信号，以供一外部控制器可通过分析该电信号而转换出相应的压力量值，借此表现出使用者施压至笔头14所反应的笔迹粗细变化。

于第一实施例中，感测器26可选择包含有一光发射器28与一光接收器30。光发射器28与光接收器30可选择性地分别设置在参考部件22及可动部件24上，且光接收器30用来接收光发射器28所输出的一光信号。当使用者在操作触控笔10时，笔头14会随着施加压力大小而相对杆体12产生相对应的位移，意即可动部件24对应参考部件22的移动量H会发生改变。接着感测器26及外部控制器便可依据移动量H计算笔头14所承受的压力量值。

详细来说，当施加于笔头14的压力较大时，可动部件24较接近参考部件22，其移动量H较大，因此自光发射器28启动至光接收器30接收到来自光发射器28的光信号的时间差亦较短，故光接收器30可依据感测到的移动量H产生相对应电信号，并将电信号传输至外部控制器以计算其压力量值，借此可分析出笔头14绘示出线条较粗的笔迹。另一方面，当施加于笔头14的压力较小时，可动部件24相对参考部件22的移动量H亦较小。由于光信号行进路径较长，光发射器28检测到光信号的时间会较长，故可产生相对应的电信号，以便外部控制器可依据电信号转换出相应的压力量值，分析出笔头14绘示出线条较细的笔迹。

请参阅图2，图2为本发明的一第二实施例的一触控笔10’的示意图。第二实施例中与第一实施例相同编号的元件具有相同的结构与功能，故于此不再详述。第二实施例与第一实施例的差异在于，除了光发射器28与光接收器30外，感测器26另可包含有一透镜32，其设置于光发射器28及光接收器30的间。光发射器28所输出的光信号穿过透镜32以聚焦于光接收器30上。当施加于笔头14的压力较大时，可动部件24相对参考部件22的移动量H亦较大，光信号将偏离其聚焦区，因此光接收器30便会接收到强度值较弱的光信号。

反之来说，当施加于笔头14的压力较小时，可动部件24相对参考部件22的移动量H亦会较小，光信号可保持于其聚焦区内，故光接收器30便可接收到强度值较高的光信号。因此，第二实施例的触控笔10’的光接收器30可依据检测所得的光信号的强度值计算移动量H，并产生相对应电信号，以供外部控制器依据电信号转换出相应的压力量值，进而分析笔头14所绘示的笔迹的线条粗细度。

请参阅图3，图3为本发明的一第三实施例的一触控笔10”的示意图。第三实施例中与前述实施例相同编号的元件具有相同的结构与功能，故于此不再详述。第三实施例与前述实施例的差异在于，感测器26包含有光发射器28、光接收器30与一可伸缩光纤管34。可伸缩光纤管34设置于参考部件22及可动部件24之间，并随着可动部件24相对参考部件22的移动量H而改变其长度。光发射器28所输出的光信号经由光纤管34以传递至光接收器30，且光纤管34可避免光信号于传输时损耗其能量。凡可用以传输光信号并有效减缓光能量消耗的元件皆可为光纤管34的替代品，故于此不再详述。

如图3所示，光纤管34可放置于可伸缩结构体18内，且光纤管34的二开口341与一中段区域343分别设置在参考部件22及可动部件24上。光发射器28与光接收器30分别位于二开口341。随着使用者施加压力于笔头14，可伸缩结构体18会产生相对应的结构变形。当施加的压力大，可动部件24相对参考部件22的移动量H较大，光纤管34的长度被压缩变小，因此光信号传递的时间可被缩短。另一方面，当施加的压力变小，可动部件24相对参考部件22的移动量H亦会较小，光纤管34的长度则回复至较长的状态，因此光信号传递需耗费较多的时间。综合来说，第三实施例的触控笔10”的光接收器30可依据接收光信号的传递时间差计算移动量H并产生相应的电信号，以使外部控制器可依据电信号转换出相对应压力量值，分析出笔头14所绘示的笔迹的线条粗细度。

于第一实施例、第二实施例及第三实施例中，笔头14相对杆体12移动时会驱动可伸缩结构体18弹性变形，借以改变可动部件24相对参考部件22的移动量H，因此主体20为一可伸缩变形的结构件，例如一橡胶腔体或一可折叠的风箱。可伸缩变形的主体20可被笔头14驱动而缩小其体积，以改变可动部件24与参考部件22的间距，即为移动量H。主体20另可于施压笔头14的压力卸除或减弱时恢复其弹性，以驱动可动部件24远离参考部件22并回复至一初始位置(意即此时主体20可恢复为初始体积)。

请参阅图4，图4为本发明的一第四实施例的一触控笔40的示意图。第四实施例中与前述实施例相同编号的元件具有相同的结构与功能，故于此不再详述。第四实施例与前述实施例的差异在于，触控笔40的感测器26包含有一音频发射器42与一音频接收器44。音频发射器42及音频接收器44可选择性地分别设置在参考部件22与可动部件24上，且音频接收器44用以接收来自音频发射器42的一音频信号。

若施加于笔头14的压力较大，可动部件24接近参考部件22，其移动量H较大，因此音频接收器44可快速地接收到音频发射器42所输出的音频信号。另一方面，若施加于笔头14的压力变小，可动部件24会远离参考部件22，其移动量H较小(相较于可动部件24的初始位置的变化量)，故音频接收器44会延迟接收到来自音频发射器42的音频信号。第四实施例的触控笔40便可借由分析音频信号的传递时间差以产生相应电信号，外部控制器可接收电信号并转换出相对应的压力量值，以分析使用者驱动笔头14所绘示出笔迹的线条粗细度。

值得一提的是，第四实施例的触控笔40的主体20为一可伸缩变形的密闭结构件，用以隔绝外部噪音干扰，且参考部件22与可动部件24可分别选择性具有一网孔结构，以供音频信号穿透。详细来说，音频发射器42与音频接收器44分别置于可伸缩结构体18外部的两相对端面，故可于参考部件22及可动部件24上形成多个网孔结构，以利于音频信号穿透可伸缩结构体18，并随着主体20的伸缩变形来加速或延迟音频信号的传递时间差。

请参考图5，图5为本发明的一第五实施例的一触控笔40’的示意图。第五实施例中与前述实施例相同编号的元件具有相同的结构与功能，故于此不再详述。第五实施例与前述实施例的差异在于，触控笔40’的感测器26包含有音频发射器42、音频接收器44与一弹性体46。弹性体46可设置于主体20内，以随着参考部件22与可动部件24之间距离的改变而压缩或回复。如图5所示，音频发射器42输出的音频信号经由主体20传送至音频接收器44。当施加于笔头14的压力较大时，移动量H较大，弹性体46被参考部件22与可动部件24大幅度压缩，遮蔽了多数的网孔结构而阻隔音频信号传送，因此音频接收器44所接收的音频信号具有较弱的强度值。

另一方面，当施加于笔头14的压力较小时，移动量H亦较小，弹性体46渐次回复至初始型态而露出多数的网孔结构，此时音频接收器44所接收的音频信号可具有较高的强度值。换句话说，第五实施例的触控笔40’是利用弹性体46的压缩变形对网孔结构进行填塞，以控制音频信号对主体20的穿透率。笔头14被施加的压力越大网孔结构会被填塞越多，可伸缩结构体18的音频穿透率差，音频接收器44接收到的音频信号就会较微弱；反之笔头14被施加的压力越小，多数网孔结构没有被遮蔽，使得可伸缩结构体18的音频穿透率有效提高，音频接收器44便可接收到较强的音频信号。因此触控笔40’可依据音频信号的强度值产生相应的电信号，以供外部控制器分析电信号来计算出笔头14所承受的压力量值，并绘示出笔迹的线条粗细度。

请参阅图6，图6为本发明的一第六实施例的一触控笔60的示意图。第六实施例中与前述实施例相同编号的元件具有相同的结构与功能，故于此不再详述。第六实施例与前述实施例的差异在于，触控笔60的主体20为一可伸缩变形的密闭结构件，且感测器26包含有一压力计62，设置于主体20的旁侧。主体20内部可包覆液体或气体，其较佳地为不感温的液体、或化学性质不活泼的钝气，故主体20的密闭结构设计可有效防止介质溢漏。当施压于笔头14时，可伸缩结构体18随着笔头14相对杆体12的移动而产生变形，因此主体20内部的介质会随着挤压或放送而产生相应的压力变化。第六实施例的触控笔60利用压力计62感测主体20内部介质的压力变化量，并产生相应的电信号，以使外部控制器可转换电信号为相对应压力量值，进而反应笔迹的线条粗细度。

综上所述，本发明的触控笔利用压感模块感测笔头相对杆体的移动距离，以换算出笔头所承受的压力量值。压感模块的可伸缩结构体的参考部件固定于杆体内无法移动，可动部件则随着施加于笔头的压力而相对参考部件移动。可伸缩结构体的主体具有伸缩变形的特性，因此压感模块的感测器可用来检测可动部件相对参考部件的移动量，意即主体的伸缩变形量，并通过分析移动量的数值转换出使用者施压于笔头的压力量值。于本发明的实施例中，可选择使用光学检测、声波检测、气压检测或液压检测等方式来计算可伸缩结构体的结构变形量。本发明的触控笔可将光学检测、声波检测、气压检测或液压检测方式所得到的信息转换成电信号，以供外部控制器解析笔头所承受的压力量值，进而绘示出相应线条粗细度的笔迹，或另可供其他需分析压力数据的产品运用。

相较于现有技术，本发明的触控笔提供多个实施例来实现感测可动部件相对参考部件的移动量的技术。本发明的触控笔可通过感测笔头相对杆体的移动距离以解析笔头的压力量值，借此反应笔迹的线条粗细度。笔头所承受的压力正比于笔头相对杆体的移动距离，意即可动部件相对参考部件的移动量，故本发明可正确且直接地反应出笔头压力量值最细微的变化，有效避免环境电磁信号干扰的因素，且兼具有结构简单、组装容易、成本低廉等竞争优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种可检测笔触压力的触控笔，其特征在于，其包含有：

一杆体；

一笔头，以可相对活动方式设置于该杆体的一端；以及

一压感模块，设置于该杆体与该笔头之间，用以感测该笔头所承受的一压力量值，该压感模块包含有：

一可伸缩结构体，设置于该杆体内部且连接至该笔头，该可伸缩结构体包含有：

一主体；

一参考部件，设置于该主体的一端，且固定于该杆体内；以及

一可动部件，设置于该主体的另一端，该可动部件连接于该笔头，并随着该笔头而相对该参考部件移动；以及

一感测器，设置于该可伸缩结构体的旁侧，用来感测该可动部件相对该参考部件的一移动量，以通过分析该移动量来转换出相应的压力量值。

2.如权利要求1所述的触控笔，其中该感测器包含有一光发射器与一光接收器，该光发射器及该光接收器分别设置于该参考部件与该可动部件上，且该光接收器用以接收来自该光发射器的一光信号，并分析该光信号的传递时间差，以依据该时间差计算该移动量。

3.如权利要求1所述的触控笔，其中该感测器包含有一光发射器、一光接收器与一透镜，该光发射器及该光接收器分别设置于该参考部件与该可动部件上，该透镜设置于该光发射器与该光接收器之间，且该光接收器用以接收来自该光发射器并经由该透镜的一光信号，并分析该光信号的强度值，以依据该强度值计算该移动量。

4.如权利要求1所述的触控笔，其中该感测器包含有一光发射器、一光接收器与一光纤管，该光纤管的二开口与一中段区域分别设置于该参考部件与该可动部件上，该光发射器及该光接收器则分别设置于该光纤管的该二开口，且该光接收器用以接收来自该光发射器并经由该光纤管所传递的一光信号，并分析该光信号的传递时间差，以依据该时间差计算该移动量。

5.如权利要求2或3或4所述的触控笔，其中该主体为一可伸缩变形的结构件。

6.如权利要求1所述的触控笔，其中该感测器包含有一音频发射器与一音频接收器，该音频发射器及该音频接收器分别设置于该参考部件与该可动部件上，且该音频接收器用以接收来自该音频发射器的一音频信号，并分析该音频信号的传递时间差，以依据该时间差计算该移动量。

7.如权利要求1所述的触控笔，其中该感测器包含有一音频发射器、一音频接收器与一弹性体，该音频发射器及该音频接收器分别设置于该参考部件与该可动部件上，该弹性体设置于该主体内部，且该音频接收器用以接收来自该音频发射器并穿透该参考部件及该可动部件的一音频信号，并分析该音频信号的强度值，以依据该强度值计算该移动量。

8.如权利要求6或7所述的触控笔，其中该主体为一可伸缩变形的密闭结构件。

9.如权利要求6或7所述的触控笔，其中该参考部件与该可动部件分别具有一网孔结构。

10.如权利要求9所述的触控笔，其中该弹性体于该可动部件相对该参考部件移动时受挤压而弹性变形，用以阻隔该网孔结构。

11.如权利要求1所述的触控笔，其中该主体为一可伸缩变形的密闭结构件，该感测器包含有一压力计，设置于该主体的旁侧，且该压力计用以感测该主体内部的一介质的压力变化量，并分析该压力变化量，以依据该压力变化量计算该移动量。

12.如权利要求11所述的触控笔，其中该介质为气体或液体。

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