CN105320301A - 主动式电容笔及其感应方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动式电容笔及其感应方法，包含：一笔尖部，具有一触压件，用以受一压力而移动；一频率调整件，与该触压件连动；一频率产生模块，依据该频率调整件与该频率产生模块间的一感应距离而产生一感应频率；以及一控制模块，电性连接该频率产生模块，用以依据该感应频率计算一压力值。

Description

主动式电容笔及其感应方法

技术领域

本发明关于一种主动式电容笔及其感应方法，特别关于一种使用振荡电路产生的振荡频率，利用改变频率得以实现压感的功能的主动式电容笔。

背景技术

在先前的技术方法，常见的电容式触控笔原理多以在金属笔管前缘设置一个导电橡皮或导电泡棉材质的笔尖，其特性为耐磨、不易刮伤外部装置、反应快且相较于手指输入可以达到较精准的触控。然而，外部装置对电容式触控笔的感知精度不高，不易写出较小的字体，也无法根据下笔力道的大小而在外部装置上形成原笔迹。

然而，现有的技术针对主动式电容笔的压力感应呈现，需要额外增加一个压力感测装置，例如电容式压力传感器，一种利用电容敏感组件将被测压力转换成与其成一定关系的电量输出的压力传感器。因此，为了使得主动式电容笔具有压力感应的功能，需增加压力感测装置，因而提高成本也增加功耗。

因此，如何在不增加触控笔的成本以及降低功耗情况下，又可在外部装置上实现触控笔的压力感应结果，乃为目前业界亟思解决的问题。

发明内容

本发明提出一种主动式电容笔，所述的主动式电容笔利用内部的振荡电路产生的振荡频率，并利用改变频率得以在外部装置上实现主动式电容笔的压力感应结果。此装置可降低成本与功耗。

本发明提供一种主动式电容笔包含：一笔尖部，具有一触压件，用以受一压力而移动；一频率调整件，与该触压件连动；一频率产生模块，依据该频率调整件与该频率产生模块间的一感应距离而产生一感应频率；以及一控制模块，电性连接该频率产生模块，用以依据该感应频率计算一压力值。

上述的主动式电容笔，其中该频率调整件包含一驱动组件与一弹性组件，该感应距离为该驱动组件与该频率产生模块间的距离。

上述的主动式电容笔，其中该驱动组件接触该弹性组件，当该压力施加于该触压件，使该触压件推动该驱动组件，以改变该感应距离。

上述的主动式电容笔，其中该弹性组件用以决定该压力与该感应距离的关系。

上述的主动式电容笔，其中该频率产生模块包含一第一可变电感或一第一可变电容，该感应距离为该频率调整件与该第一可变电感或该第一可变电容间的距离。

上述的主动式电容笔，其中该第一可变电感或该第一可变电容依据该频率调整件的位置，感应出一第二电感值或一第二电容值，依据该第二电感值或该第二电容值，该频率产生模块具有该感应频率。

上述的主动式电容笔，其中该控制模块根据该压力值进行编码，产生一数字控制信号。

上述的主动式电容笔，其中该控制模块还根据该压力值以及一功能键状态值进行编码，以产生该数字控制信号。

上述的主动式电容笔，还包含一放大器组件，该放大器组件电性连接于该控制模块与该笔尖部的该触压件间，用以放大该数字控制信号并将该数字控制信号传输至该触压件。

上述的主动式电容笔，还包含一无线收发模块，该控制模块将该数字控制信号传送至该无线收发模块，该无线收发模块再将该数字控制信号传送至一外部装置上。

本发明还提供一种主动式电容笔感应的方法，包含：依据一压力，改变一频率调整件与一频率产生模块间的一感应距离；依据该感应距离产生一感应频率；以及依据该感应频率计算一压力值。

上述的主动式电容笔感应的方法，其中于依据该感应频率计算该压力值的步骤后，依据该压力值进行编码，以产生一数字控制信号。

上述的主动式电容笔感应的方法，其中还依据该压力值及一功能键状态值进行编码，以产生该数字控制信号。

上述的主动式电容笔感应的方法，其中于产生该数字控制信号后，通过一无线收发模块传送该数字控制信号至一外部装置上。

本发明的主动式电容笔的电路结构为，在频率产生模块中具有两个电阻串联，一端接上直流电源，另一端接地，并从两个电阻中间耦接于一个双极晶体管的基极。双极晶体管的集极与直流电源中耦接一个第一电感及一个第一电容。双极晶体管的射极与接地端之间耦接另一个电阻，并在这个电阻上并连一个电容。在所述的频率产生模块与控制模块之间耦接一个电容。

综合上述，本发明揭露的主动式电容笔，通过频率产生模块的频率变化，并在控制模块中接收感应信号计算出一个压力值，于另一个外部装置上实现主动式电容笔的压感功能。

以上关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。

附图说明

图1绘示依据本发明一实施例的主动式电容笔的装置方块图；

图2绘示依据本发明一实施例的主动式电容笔中的频率调整件的装置图；

图3绘示依据本发明一实施例的主动式电容笔中的频率产生模块的电路图；

图4绘示依据本发明另一实施例的主动式电容笔中的频率产生模块的电路图；

图5绘示依据本发明另一实施例的主动式电容笔的装置方块图；

图6绘示依据本发明再一实施例的主动式电容笔的装置方块图；

图7绘示依据本发明一实施例的主动式电容笔感应的方法流程图。

其中，附图标记：

1：主动式电容笔10：笔尖部

100：触压件12：频率调整件

120：驱动组件122：弹性组件

14：频率产生模块16：控制模块

2：主动式电容笔20：笔尖部

200：触压件22：频率调整件

24：频率产生模块26：控制模块

28：放大器30：电力装置

32：增强转换器34：光源装置

4：主动式电容笔40：笔尖部

400：触压件42：频率调整件

44：频率产生模块46：控制模块

48：无线收发模块VCC：直流电源

R1～R3：电阻R4：可变电阻

C1～C4：电容L1：电感

BJT：双极晶体管B：双极晶体管基极

C：双极晶体管集极E：双极晶体管射极

S700～S706：步骤流程

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施。

请参见图1，图1绘示依据本发明一实施例的主动式电容笔的装置方块图。如图1所示，主动式电容笔1具有笔尖部10、频率调整件12、频率产生模块14及控制模块16。笔尖部10具有触压件100。频率调整件12与触压件100接触或连接，频率调整件12可移动或伸缩，当触压件100受到外部压力施加时，触压件100会连动着频率调整件12或是压缩频率调整件12。控制模块16耦接于频率产生模块14与笔尖部10的触压件100之间。于实务上，频率产生模块14可以是由各种振荡电路组成，频率调整件12耦接频率产生模块14。

笔尖部10安装于主动式电容笔1的前端，触压件100可接收一个来自于外部的压力，触压件100可以是金属导体，可传送信号(例如数字控制信号)。因此，触压件100会接收来自控制模块16的信号，并且将此信号发送至另一个外部装置的检测区上。于一个例子中，控制模块16会发送一个数字控制信号到触压件100上，而触压件100会把此数字控制信号再发送到所述的另一个外部装置(例如可以是平板计算机或其它具有触控面板的各种装置)的检测区上。最后，在此外部装置可以实现所述的主动式电容笔1的触控功能。于本发明的主动式电容笔1中的控制模块16具有主动传送一个定位信号的功能，于本领域技术人员应可理解其工作原理，在此不予以赘述。

请参见图2，图2绘示依据本发明一实施例的主动式电容笔中的频率调整件的装置图。如图2所示，频率调整件12具有一个驱动组件120与一个弹性组件122，频率调整件12通过驱动组件120连接或接触触压件100。当触压件100接收一个来自于外部的压力时，触压件100会连动所述的驱动组件120，造成驱动组件120的位置改变。于一个例子中，当触压件100与平板计算机碰触时，则触压件100接收一个压力为外部压力，使触压件100往内部移动进而连动驱动组件120往内，又因为弹性组件122的存在而产生反向的回复力。而弹性组件122决定外部压力的大小与驱动组件120的位置改变的关系。于一个例子中，所述的驱动组件120可以是一个导磁材料或金属材料，弹性组件122可以是一个弹簧、橡胶弹簧(rubberspring)或橡胶等弹性组件，但并不以上述者为限。驱动组件120以及弹性组件122使用的组件材料，于本领域技术人员应可自行设计，在此不予以赘述。

频率产生模块14至少具有一个第一电感L1及一个第一电容C1，第一电感L1具有第一电感值，第一电容C1具有第一电容值。于一个例子中，第一电感L1为一种可变电感，具有可变的第一电感值，此时第一电容C1可以是一个固定电容，具有固定的第一电容值。于另一个例子中，第一电感L1具有固定的第一电感值，此时第一电容C1可以是一个可变电容，具有可变的第一电容值。

当第一电感L1为可变电感时，频率调整件12的驱动组件120可以例如是铁、锌、或其它适于用以调整等效电感值的组件。同理，当第一电容C1为可变电容时，频率调整件12的驱动组件120可以是金属材料或其它适于用以调整等效电容值的组件。值得一提的是，本实施例在此不限制选择可变电感或可变电容，于本领域技术人员可以自由选择。

驱动组件120与可变第一电感L1或可变第一电容C1之间存有一个距离。当触压件100未接收任何外部的压力时，触压件100不会连动所述的驱动组件120而造成驱动组件120的移动，此时驱动组件120与可变第一电感L1或可变第一电容C1之间的距离称的为初始感应距离。依据振荡电路原理，此时的频率产生模块14具有一振荡频率，称为基准振荡频率，基准振荡频率被传送到控制模块16进行读取。当触压件100接收到外部的压力时，触压件100连动所述的驱动组件120而造成驱动组件120的位置改变，此时驱动组件120与可变第一电感L1或可变第一电容C1之间的距离称的为触压感应距离。当驱动组件120的位置因连动而改变时，此可变第一电感L1或可变第一电容C1会依据驱动组件120的位置，感应出另一个第二电感值或第二电容值，依据振荡电路原理，此时的频率产生模块14具有一振荡频率，称为触压振荡频率，触压振荡频率被传送到控制模块16进行判读。依据触压件100接受外部压力大小的不同而有对应不同的触压感应距离及触压振荡频率，例如外部压力与触压振荡频率两者间具有函数关系。振荡频率与外部压力的关系取决于弹性组件122的强度以及驱动组件120的位置变化来决定。举例来说，弹性组件122具有弹性系数5g/mm，当由外部施加了3g的压力时，弹性组件122可以有0.6mm的位移。于本实施例是基于电容或电感耦合效应改变等效电容或电感值，所述的0.6mm的位移假设可以改变第一可变电容或第一可变电感中12％的等效电容值或等效电感值，从而就可以改变频率产生模块14(振荡电路)输出的频率。

为了更详细说明频率产生模块14，请参见图3，图3绘示依据本发明一实施例的主动式电容笔中的频率产生模块的电路图。如图3所示，频率产生模块14电路具有一个第一电阻R1串联一个第二电阻R2，第一电阻R1的一端耦接一个直流电源VCC，第二电阻R2的一端接地。接着，第一电阻R1与第二电阻R2之间耦接一个双极晶体管BJT的基极B。而双极晶体管BJT的集极C与所述的直流电源之间耦接第一电感L1或第一电容C1，并且双极晶体管BJT的集极C与控制模块16之间耦接一个第三电容C3。最后，双极晶体管BJT的射极E与接地端之间耦接一个第三电阻R3，并且第三电阻R3与一个第二电容C2并联。

请参见图4，图4绘示依据本发明另一实施例的主动式电容笔中的频率产生模块的电路图。于图4中同样为频率产生模块14’的电路图，与图3不同的是，将所述的第一电感L1或第一电容C1更可以替换成一个可变电阻R4与一个电容C4串联。于一个例子中，当所述的可变电阻R4一样受到驱动组件120的位置改变而使得电阻值的改变。因此，频率调整件12会因为等效电阻的改变产生另一个感应信号。频率产生模块14的电路如同是图3、图4或是视为一个振荡电路，于本领域技术人员可自行配置，本发明不限于此。

请继续参考图1，于一个实施例中，所述的控制模块16依据频率产生模块14的感应频率(所述的感应频率关联于基准振荡频率及触压振荡频率)计算出对应触压件100所接收到外部压力的一个压力值，再将所述的压力值编码成为一个数字控制信号。其中依据感应频率而得到压力值的方式，举例来说，在控制模块16内已写入一个频率计算模式，可以通过感应频率而计算出对应的压力值。所述的计算模式例如：公式计算、查表计算或其它可以应用于计算频率与压力值的关系的计算方法。于另一个实施例中，所述的感应频率关联于基准振荡频率及触压振荡频率，基准振荡频率可以是一个默认值，则触压振荡频率为感应频率。更可以是，控制模块16通过基准振荡频率及触压振荡频率两者间的差值计算出感应频率。于本领域技术人员可自行设计感应频率以及计算模式，本发明不限于此。

接着，控制模块16将压力值经过编码，以两个不同的频率来代表二进制的1及0，并定义特定的数据格式，而产生数字控制信号。于另一个实施例中，经过编码的所述数字控制信号中的第一位对应到一个第一位值，数字控制信号中的第二位对应到一个第二位值。举例来说，控制模块16将压力值以二进制(0与1)方式编码成一个8位值的数字控制信号(例如10100101)。于本领域技术人员应可自行设计计算模式以及编码模式，在此不予以赘述。于另一个实施例中，控制模块16更可以将所述的压力值，与坐标位置信息、主动式电容笔1的功能键状态值、型号、固件版本、电池容量等欲传送给外部装置的任何信息的任意组合一起进行编码，产生一个数字控制信号。

于另一个实施例中，所述的数字控制信号包括第一频率与第二频率，且通过触压件100传送至另一个外部装置(例如在一个平板计算机上具有一个对应数字控制信号的收发设备)上，于此实施例中的触压件100可以是一种金属材质组件，具有传输信号的能力。因此，外部装置上得以实现压力感应的结果。举例来说，二进制8位值的数字控制信号(例如10100101)，其中0是关联于第一频率，1是关联于第二频率，1010可以关联于触压件100接收的笔压大小，0101可以关联于按钮对应功能。最后在外部装置上可以实现笔压大小、坐标定位、按钮对应功能、显示触控笔的型号、固件版本及电池容量等。值得注意的是，所述的位值中所定义的数据状态，于本领域技术人员应可自行设计，本实施例在此并不限制。

于另一个实施例中，请参见图5，图5绘示依据本发明另一实施例的主动式电容笔的装置方块图。如图5所示，主动式电容笔2除了具有笔尖部20、频率调整件22、频率产生模块24及控制模块26之外，主动式电容笔2更具有放大器28、电力装置30、增强转换器32及光源装置34，以实现更完整的功能，然而，本发明不一定必须具有放大器28、电力装置30、增强转换器32及光源装置34。与图1相同的是，笔尖部20同样具有触压件200，并且触压件200连动频率调整件22。同样的，频率产生模块24根据频率调整件22的驱动组件的位置，产生等效的一个电感值或一个电容值，并对应产生感应频率。接着，控制模块26依据来自频率产生模块24的感应频率而计算出一个压力值，并依据压力值(于其它实施例中更可再多依据其它信息)因而产生数字控制信号。

然而，图5与图1不同的是，所述的放大器28耦接于控制模块26与触压件200之间。控制模块26会将数字控制信号先传送至放大器28，用以放大数字控制信号，使得数字控制信号通过触压件200传输后，易于被另一个外部装置所辨识。所述的电力装置30与控制模块26间耦接一个增强转换器32。电力装置30主要提供主动式电容笔2的电力来源(例如是一个电池)。增强转换器32用于将电力装置30所提供的电压或是电流转换成一个适用于控制模块26所接收的电力来源。所述的光源装置34耦接于控制模块26，用以接收来自控制模块26的信号，使光源装置34动作。于一个例子中，当电力装置30提供一个电压，控制模块26却无法接收这个电压，即使这个电压通过增强转换器32增强后，控制模块26也不能接收。此时，控制模块26则会发出另一个信号使光源装置34发出光源告知使用者电力不足。

于另一个实施例中，请参见图6，图6绘示依据本发明再一实施例的主动式电容笔的装置方块图。如图6所示，主动式电容笔4除了具有笔尖部40、频率调整件42、频率产生模块44及控制模块46之外，主动式电容笔4具有一个无线收发模块48。然而，本发明不一定必须具有所述的无线收发模块48。与图1相同的是，笔尖部40同样具有触压件400，并且触压件400连动频率调整件42。同样的，频率产生模块44依据频率调整件42的驱动组件的位置，产生等效的一个电感值或一个电容值，并对应产生震荡频率，控制模块46依据来自频率产生模块44的震荡频率对应产生一个压力值。与图1不同的是，于另一个实施例中，控制模块46将计算出的一个压力值通过编码产生数字控制信号，所述的数字控制信号会通过无线收发模块48传送至另一个外部装置(例如一个平板计算机具有另一个无线收发装置可以接收数字控制信号)。于另一个实施例中，控制模块46将计算出的压力值，连同坐标信息、主动式电容笔4的功能键所对应功能的信息、型号、固件版本及电池容量等信息的任意组合通过编码而产生数字控制信号，再通过无线收发模块48传送至所述的另一个外部装置，使得外部装置上得以实现笔压、坐标定位、功能键对应功能、显示触控笔的型号、固件版本及电池容量等。又于另一个实施例中，控制模块46将计算出的压力值连同主动式电容笔4的功能键所对应功能的信息、型号、固件版本及电池容量等信息的任意组合通过编码而产生数字控制信号，再通过无线收发模块48传送至所述的另一个外部装置，至于坐标信息则经控制模块46编码后输出具有一个频率的定位信号至放大器，经放大器放大后，定位信号被传送至触压件400，再通过触压件400被传送至所述的另一个外部装置的感应区，使得外部装置上得以实现定位功能。

于另一个例子中，所述的无线收发模块48可以为一种蓝牙装置、Wi-Fi(无线保真，WirelessFidelity)装置、云端装置或是其它适用于无线收发信号的装置，于本领域技术人员可以自由选择并应用。通过双向数字通讯传输技术及无线收发模块48，主动式电容笔4可与外部装置作双向沟通，使用者进而可对主动式电容笔4进行例如功能的设定或固件的更新等。

为了解释本发明的主动式电容笔的感应方法，以下搭配本发明的主动式电容笔一并说明。本发明所述的主动式电容笔的感应方法实际上均已揭露在前述记载的实施例中，因此请一并参考图1及图7。图7绘示依据本发明一实施例的主动式电容笔感应的方法流程图。如图1及图7所示，于步骤S700中，触压件100接收一个外部的压力，依据这个外部的压力，改变频率调整件12与频率产生模块14间的感应距离。于步骤S702中，频率产生模块14依据感应距离的不同而产生不同的感应信号，各不同的感应信号具有不同的感应频率。于步骤S704中，控制模块16依据感应频率通过例如查表或公式计算出一个压力值。于步骤S706中，控制模块16依据压力值编码成一个数字控制信号，最后再传送这个数字控制信号至外部装置上。于另一实施例中，控制模块16更可依据压力值，连同坐标信息、主动式电容笔的功能键状态值、型号、固件版本及电池容量等信息的任意组合编码成一个数字控制信号(未绘示于图示)。于再一个实施例中，接着将数字控制信号通过触压件100传送至外部装置的感应区，使得外部装置上得以实现笔压、坐标定位、功能键对应功能、显示触控笔的型号、固件版本及电池容量等。

综上所述，本发明揭露的主动式电容笔，可通过所述的频率产生模块(例如振荡电路)的可变电感或是可变电容因受到频率调整件的驱动组件位置改变，而感应出另一个电感值或另一个电容值以改变频率产生模块的感应频率。控制模块依据所述的感应频率计算出一个压力值，并将压力值(可更连同触控笔功能键状态值、固件版本、型号、电池容量等欲传送给外部装置的任何信息)编码成一个数字控制信号。最后将数字控制信号传送到另一个具有触控面板的外部装置上。通过本发明的主动式电容笔，因不需要使用到压力传感器(pressuretransducer或forcesensor)，因此得以在低成本以及低功耗下实现其压力感应的功能。

Claims (14)

1.一种主动式电容笔，其特征在于，包含：

一笔尖部，具有一触压件，用以受一压力而移动；

一频率调整件，与该触压件连动；

一频率产生模块，依据该频率调整件与该频率产生模块间的一感应距离而产生一感应频率；以及

一控制模块，电性连接该频率产生模块，用以依据该感应频率计算一压力值。

2.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，其中该频率调整件包含一驱动组件与一弹性组件，该感应距离为该驱动组件与该频率产生模块间的距离。

3.如权利要求2所述的主动式电容笔，其特征在于，其中该驱动组件接触该弹性组件，当该压力施加于该触压件，使该触压件推动该驱动组件，以改变该感应距离。

4.如权利要求3所述的主动式电容笔，其特征在于，其中该弹性组件用以决定该压力与该感应距离的关系。

5.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，其中该频率产生模块包含一第一可变电感或一第一可变电容，该感应距离为该频率调整件与该第一可变电感或该第一可变电容间的距离。

6.如权利要求5所述的主动式电容笔，其特征在于，其中该第一可变电感或该第一可变电容依据该频率调整件的位置，感应出一第二电感值或一第二电容值，依据该第二电感值或该第二电容值，该频率产生模块具有该感应频率。

7.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，其中该控制模块根据该压力值进行编码，产生一数字控制信号。

8.如权利要求7所述的主动式电容笔，其特征在于，其中该控制模块还根据该压力值以及一功能键状态值进行编码，以产生该数字控制信号。

9.如权利要求7所述的主动式电容笔，其特征在于，还包含一放大器组件，该放大器组件电性连接于该控制模块与该笔尖部的该触压件间，用以放大该数字控制信号并将该数字控制信号传输至该触压件。

10.如权利要求7所述的主动式电容笔，其特征在于，还包含一无线收发模块，该控制模块将该数字控制信号传送至该无线收发模块，该无线收发模块再将该数字控制信号传送至一外部装置上。

11.一种主动式电容笔感应的方法，其特征在于，包含：

依据一压力，改变一频率调整件与一频率产生模块间的一感应距离；

依据该感应距离产生一感应频率；以及

依据该感应频率计算一压力值。

12.如权利要求11所述的主动式电容笔感应的方法，其特征在于，其中于依据该感应频率计算该压力值的步骤后，依据该压力值进行编码，以产生一数字控制信号。

13.如权利要求12所述的主动式电容笔感应的方法，其特征在于，其中还依据该压力值及一功能键状态值进行编码，以产生该数字控制信号。

14.如权利要求12所述的主动式电容笔感应的方法，其特征在于，其中于产生该数字控制信号后，通过一无线收发模块传送该数字控制信号至一外部装置上。