CN107957795B - 触控笔与其笔尖结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种触控笔，用于令触控处理装置通过该触控笔所发出的电信号得知该触控笔相对于触控面板的一个轴向与一个倾斜角。该触控笔包含：笔杆；位于该笔杆一端的笔尖段；环绕该笔杆的第一环状电极；环绕该笔杆的第二环状电极，其中该第二环状电极较该第一环状电极更靠近该笔尖段，该第一环状电极与该第二环状电极用于发出该电信号；以及第一绝缘物质，用于令该第一环状电极与该第二环状电极的电性不耦合。

Description

触控笔与其笔尖结构
技术领域
本发明是关于触控笔，特别是关于能够让触控荧幕或面板侦测出触控笔相对于触控荧幕的轴心指向(轴向)与/或倾斜角的触控笔。
背景技术
触控面板或荧幕(以后皆以触控荧幕代称)已经是现代电子系统的主要输出入装置之一。对于电子系统而言，如果能够侦测出触控笔相对于触控荧幕的轴心指向(轴向)与/或倾斜角，将能够提供使用者在使用触控笔时更多的控制选项，提供更多的输入选择与便利性。
申请人在先前申请的专利案当中，已经揭露利用笔尖段与环绕笔尖段的环状电极发出电信号，可以让触控荧幕或面板侦测这两个电极所发出的电信号，就能够侦测出触控笔相对于触控荧幕的轴心指向(轴向)与/或倾斜角。
然而，在先前提供的技术方案当中，由于笔尖段必须是导体，所以制作笔尖段的材质受到很大限制。导体的笔尖段材质和一般的麦克笔、铅笔、原子笔、钢笔甚至是毛笔的笔尖材质的性质差异很大，特别是在弹性、刚性、长度、形状方面都可能有差异。
即便触控荧幕或面板能够根据轴心指向(轴向)与/或倾斜角等参数来模拟上述各种笔的笔触，但使用者可能需要很长时间的练习，才能习惯于用导体笔尖段的触控笔在滑溜的触控荧幕/面板上书写。
因此，如果能够让触控笔的笔尖仍用回传统材质，除了书写以外，还能够让触控荧幕或面板侦测出触控笔相对于触控荧幕的轴心指向(轴向)与/或倾斜角，可以提供使用者更好的触控笔使用体验。
发明内容
根据本发明的一实施例，提供一种触控笔，用于令触控处理装置通过该触控笔所发出的电信号得知该触控笔相对于触控面板的一个轴向与一个倾斜角。该触控笔包含：笔杆；位于该笔杆一端的笔尖段；环绕该笔杆的第一环状电极；环绕该笔杆的第二环状电极，其中该第二环状电极较该第一环状电极更靠近该笔尖段，该第一环状电极与该第二环状电极用于发出该电信号；以及第一绝缘物质，用于令该第一环状电极与该第二环状电极的电性不耦合。
在上述实施例的一变化中，为了提供更精确的笔尖位置，该触控笔更包含第二绝缘物质，用于令该第二环状电极与该笔尖段的电性不耦合，其中该笔尖段为导体。在上述实施例的一变化中，为了提供更精确的笔尖位置，该笔尖段发出该电信号。
在上述实施例的一变化中，为了让该触控处理装置得知该触控笔相对于该触控面板的笔转角，该第一环状电极包含多个电极，合起来环绕该笔杆，该多个电极的电性不耦合。
在上述实施例的一变化中，为了让该触控处理装置得知该触控笔相对于该触控面板的笔转角，该第二环状电极包含多个电极，合起来环绕该笔杆，该多个电极的电性不耦合。
在上述实施例的一变化中，为了让该触控处理装置得知该触控笔相对于该触控面板的笔转角，该第一环状电极包含多个电极，该第二环状电极包含多个电极，该第一环状电极的电极数量等于该第二环状电极的电极数量。在上述实施例的一变化中，为了降低设计与制造成本，该第一环状电极的每个电极的位置相应到该第二环状电极的其中一个电极的位置。
在上述实施例的一变化中，为了让该触控处理装置得知该触控笔相对于该触控面板的笔转角，该第一环状电极包含多个电极，该第二环状电极包含多个电极，该第一环状电极的电极数量不等于该第二环状电极的电极数量。两者的电极数量不相等能够增加该触控处理装置计算该触控笔的笔转角的精确度。
在上述实施例的一变化中，为了提供多样化的使用者书写体验，让使用者能够延续旧有笔触的使用经验，该笔尖段为下列笔尖结构之一：铅笔；原子笔；钢笔；麦克笔；以及毛笔。在上述实施例的一变化中，为了能够在触控面板或触控荧幕上使用，当该笔尖段为原子笔、钢笔、麦克笔或毛笔其中之一时，该笔尖段未连接至墨水容器，使得该笔尖段在该触控荧幕上书写而不留下痕迹。在上述实施例的一变化中，为了能够在一般纸类或特殊化的触控面板上书写，当该笔尖段为原子笔、钢笔、麦克笔或毛笔其中之一时，该笔尖段连接至墨水容器以吸收和发散墨水。在上述实施例的一变化中，为了更换使用耗损后的笔尖段，该笔尖段是能抽换的。
在上述实施例的一变化中，为了提供该触控笔的电源供应，该触控笔更包含电源模块，用于供应该触控笔发出该电信号的电力。该触控笔可以是主动发出电信号的触控笔，其特征是无论是否收到从触控面板/触控荧幕或其他来源所发出的电信号，均能够主动从该第一环状电极、该第二环状电极与/或该笔尖段发出电信号。例如，当该触控笔未接触触控面板时，也会发出电信号。
在上述实施例的一变化中，为了让该触控处理装置得知该触控笔相对于该触控面板的笔尖位置、轴向、倾斜角、笔转角、笔转角的角速率、该触控笔上各式按钮或感测器的状态、该触控笔笔尖的压力值与其他触控笔的可能状态，该电信号是经由编码、时序、频率与/或振幅进行调变。
根据本发明的一实施例，提供一种触控笔的笔尖结构，用于令触控处理装置通过该笔尖结构所发出的电信号得知该触控笔相对于触控面板的一个轴向与一个倾斜角。该笔尖结构包含位于该触控笔的笔杆一端的笔尖段；环绕该笔杆的第一环状电极；环绕该笔杆的第二环状电极，其中该第二环状电极较该第一环状电极更靠近该笔尖段，该第一环状电极与该第二环状电极用于发出该电信号；以及第一绝缘物质，用于令该第一环状电极与该第二环状电极的电性不耦合。
附图说明
图1(a)和图1(b)为根据本发明一实施例的触控笔100的笔尖结构的示意图。
图2为根据本发明一实施例的触控笔200的笔尖结构的示意图。
【主要元件符号说明】
100：触控笔 110：笔杆或笔身
120：第一环状电极 130：第一绝缘物质
140：第二环状电极 150：第二绝缘物质
160：笔尖段 200：触控笔
220A～D：第一环状电极的各个电极 230A～D：第三绝缘物质
具体实施方式
本发明将详细描述一些实施例如下。然而，除了所揭露的实施例外，本发明亦可以广泛地运用在其他的实施例施行。本发明的范围并不受所述实施例的限定，乃以专利所要保护的范围为准。而为提供更清楚的描述及使熟悉该项技艺者能理解本发明的发明内容，图示内各部分并没有依照其相对的尺寸而绘图，某些尺寸与其他相关尺度的比例会被突显而显得夸张，且不相关的细节部分亦未完全绘出，以求图示的简洁。此外，本发明的各流程图所示的各个步骤当中，可以插入其他与本发明无关的其他步骤。除非有因果依存关系，本发明也不限定各个步骤的执行顺序。
请参考图1(a)和图1(b)所示，其为根据本发明一实施例的触控笔100的笔尖结构的示意图。图1分为左右两个图，左边的图1(a)部分是从笔尖前方往触控笔100看的示意图，右边的图1(b)部分是触控笔100的侧视图。该触控笔100包含笔杆或笔身110与笔尖结构。该笔尖结构的直径可以是逐渐削尖的，包含第一环状电极120、第二环状电极140、笔尖段160。第二环状电极140较第一环状电极120更靠近笔尖段160。
该触控笔100可以包含第一绝缘物质130用于令第一环状电极120与第二环状电极140的电性不耦合。在一实施例中，当该笔尖段160为导体材质时，该触控笔100可以包含第二绝缘物质150用于令该笔尖段160与第二环状电极140的电性不耦合。在另一实施例中，当该笔尖段160不是导体材质时，该触控笔100可以不包含该第二绝缘物质150，让该笔尖段160与第二环状电极140直接接触。
第一环状电极120可以环绕笔尖结构的一整圈，也可以分成多个电极，但合起来环绕笔尖结构的一整圈。同样地，第二环状电极140可以环绕笔尖结构的一整圈，也可以分成多个电极，但合起来环绕笔尖结构的一整圈。
请参考图2所示，其为根据本发明一实施例的触控笔200的笔尖结构的示意图。图2和图1(a)部分的不同之处在于具有四片第一环状电极220A-D，而图1(a)和图1(b)只有一个单独的第一环状电极120。在四片第一环状电极220A-D之间，分别具有四个第三绝缘物质230A-D，用于令各片第一环状电极的电性不耦合。
虽然图2并没有示出多片第二环状电极140，但申请人认为本领域普通技术人员可以轻易推衍出具有多片第二环状电极的实施例，各片第二环状电极之间也分别具有绝缘物质，可以令各片第二环状电极的电性不耦合。此外，第一环状电极也未必具有四片，可以是两片以上的设计。同样地，第二环状电极也未必具有四片，可以是两片以上的设计。在一实施例中，第一环状电极的片数可以等同于第二环状电极的片数，但每片第一环状电极的位置不一定需要和相应的第二环状电极的位置完全对齐。在另一实施例中，第一环状电极的片数可以不同于第二环状电极的片数。在一实施例中，触控笔也可以具有单一个第一环状电极与多片第二环状电极。
当触控笔200具有多片第一环状电极时，可以在电信号的编码、时序、频率与/或振幅进行调变，亦即利用CDM、TDM、FDM与/或ADM，使得触控面板或荧幕可以根据多片第一环状电极所各自发出的电信号，来判断是哪一片第一环状电极比较靠近触控面板或荧幕，据而得知触控笔200的哪一方面靠近触控面板或荧幕。如图2所示，可以令触控笔200的笔身为轴心，上方为0度笔转角，右方为90度笔转角，下方为180度笔转角，左方为270度笔转角。
同样地，当触控笔200具有多片第二环状电极时，可以在电信号的编码、时序、频率与/或振幅进行调变，使得触控面板或荧幕可以根据多片第二环状电极所各自发出的电信号，来判断是哪一片第二环状电极比较靠近触控面板或荧幕，据而得知触控笔200的哪一笔转角靠近触控面板或荧幕。当触控笔具有多片第一环状电极与多片第二环状电极时，触控面板或荧幕可以更精确地判断触控笔200靠近触控面板或荧幕的笔转角。如先前所述，申请人已经申请的专利案还揭露了可以利用第一环状电极与第二环状电极所发出的电信号来判断触控笔200的笔尖位置、轴向与/或倾斜角。
笔尖段160可以是导电或不导电的材质，也可以装设既有已知的笔尖材质或结构，如前所述的铅笔、原子笔、钢笔甚至是毛笔。在一实施例中，笔尖段160可以使用麦克笔材质。当笔尖段160的麦克笔材质后方未装设墨水棉条时，可以在触控荧幕上书写而不留下痕迹。当笔尖段160的麦克笔材质后方装设墨水棉条时，可以在铺设触控电极的白板上书写，而铺设触控电极的白板可以连接到触控处理装置或集成电路以做为触控面板使用。另外，当触控荧幕或面板的表面材质可以让笔尖段的书写颜料容易擦拭时，甚至可以让触控笔直接书写在触控荧幕或面板的表面。
触控笔可以是有线的，也可以是无线的。触控笔所发出的电信号可以是主动发出的，也可以是利用电磁共振效应，感应触控荧幕或面板所发出的电信号后被动发出的。主动触控笔的信号源装设在主动触控笔内，而被动触控笔的信号源不在触控笔内。上述的第一环状电极120与第二环状电极140可以是发射电信号的电极，也可以是接收电信号的电极，触控笔可以令第一环状电极120与第二环状电极140发出电信号、接地或令其电位浮动。
在一实施例中，笔尖段160是可以抽换的。比方说当笔尖段160的麦可笔材质磨耗之后，可以抽出磨耗的笔尖段160，换上全新的笔尖段160。
在另一实施例中，笔尖段160的长度是可以调整的。由于笔尖段160的长度会影响到触控荧幕/面板判断触控笔的笔尖位置与倾斜角。因此，当抽换笔尖段160或调整笔尖段160的长度之后，可以执行调校程序，令触控荧幕/面板的触控处理装置能够判断触控笔的笔尖段160长度，借以精确地判断触控笔的笔尖位置与倾斜角。
根据本发明的一实施例，提供一种触控笔，用于令触控处理装置通过该触控笔所发出的电信号得知该触控笔相对于触控面板的一个轴向与一个倾斜角。该触控笔包含：笔杆；位于该笔杆一端的笔尖段；环绕该笔杆的第一环状电极；环绕该笔杆的第二环状电极，其中该第二环状电极较该第一环状电极更靠近该笔尖段，该第一环状电极与该第二环状电极用于发出该电信号；以及第一绝缘物质，用于令该第一环状电极与该第二环状电极的电性不耦合。
在上述实施例的一变化中，为了提供更精确的笔尖位置，该触控笔更包含第二绝缘物质，用于令该第二环状电极与该笔尖段的电性不耦合，其中该笔尖段为导体。在上述实施例的一变化中，为了提供更精确的笔尖位置，该笔尖段发出该电信号。
在上述实施例的一变化中，为了让该触控处理装置得知该触控笔相对于该触控面板的笔转角，该第一环状电极包含多个电极，合起来环绕该笔杆，该多个电极的电性不耦合。
在上述实施例的一变化中，为了让该触控处理装置得知该触控笔相对于该触控面板的笔转角，该第二环状电极包含多个电极，合起来环绕该笔杆，该多个电极的电性不耦合。
在上述实施例的一变化中，为了让该触控处理装置得知该触控笔相对于该触控面板的笔转角，该第一环状电极包含多个电极，该第二环状电极包含多个电极，该第一环状电极的电极数量等于该第二环状电极的电极数量。在上述实施例的一变化中，为了降低设计与制造成本，该第一环状电极的每个电极的位置相应到该第二环状电极的其中一个电极的位置。
在上述实施例的一变化中，为了让该触控处理装置得知该触控笔相对于该触控面板的笔转角，该第一环状电极包含多个电极，该第二环状电极包含多个电极，该第一环状电极的电极数量不等于该第二环状电极的电极数量。两者的电极数量不相等能够增加该触控处理装置计算该触控笔的笔转角的精确度。
在上述实施例的一变化中，为了提供多样化的使用者书写体验，让使用者能够延续旧有笔触的使用经验，该笔尖段为下列笔尖结构之一：铅笔；原子笔；钢笔；麦克笔；以及毛笔。在上述实施例的一变化中，为了能够在触控面板或触控荧幕上使用，当该笔尖段为原子笔、钢笔、麦克笔或毛笔其中之一时，该笔尖段未连接至墨水容器，使得该笔尖段在该触控荧幕上书写而不留下痕迹。在上述实施例的一变化中，为了能够在一般纸类或特殊化的触控面板上书写，当该笔尖段为原子笔、钢笔、麦克笔或毛笔其中之一时，该笔尖段连接至墨水容器以吸收和发散墨水。在上述实施例的一变化中，为了更换使用耗损后的笔尖段，该笔尖段是可抽换的。
在上述实施例的一变化中，为了提供该触控笔的电源供应，该触控笔更包含电源模块，用于供应该触控笔发出该电信号的电力。该触控笔可以是主动发出电信号的触控笔，其特征是无论是否收到从触控面板/触控荧幕或其他来源所发出的电信号，均能够主动从该第一环状电极、该第二环状电极与/或该笔尖段发出电信号。例如，当该触控笔未接触触控面板时，也会发出电信号。
在上述实施例的一变化中，为了让该触控处理装置得知该触控笔相对于该触控面板的笔尖位置、轴向、倾斜角、笔转角、笔转角的角速率、该触控笔上各式按钮或感测器的状态、该触控笔笔尖的压力值与其他触控笔的可能状态，该电信号是经由编码、时序、频率与/或振幅进行调变。
该电信号可以是数字信号，也可以是模拟信号。在一实施例中，当以编码进行调变时，可以让该第一环状电极、该第二环状电极与/或该笔尖段同时发出不同编码的电信号，根据这些不同编码信号的投影面积、投影面积中心，就可以计算出该触控笔相对于该触控面板的笔尖位置、轴向、倾斜角。当该第一环状电极与/或该第二环状电极具有多个电极时，也可以让该第一环状电极的多个电极、该第二环状电极的多个电极与/或该笔尖段同时发出不同编码的电信号，根据这些不同编码信号的投影面积、投影面积中心，就可以计算出该触控笔相对于该触控面板的笔转角。
在一实施例中，当以时序进行调变时，可以让该第一环状电极、该第二环状电极与/或该笔尖段分时轮流发出相同的电信号，根据不同时的电信号的投影面积、投影面积中心，就可以计算出该触控笔相对于该触控面板的笔尖位置、轴向、倾斜角。当该第一环状电极与/或该第二环状电极具有多个电极时，也可以让该第一环状电极的多个电极、该第二环状电极的多个电极与/或该笔尖段不同时发出相同的电信号，根据不同时的电信号的投影面积、投影面积中心，就可以计算出该触控笔相对于该触控面板的笔转角。
在一实施例中，当以频率进行调变时，可以让该第一环状电极、该第二环状电极与/或该笔尖段发出不同频率的电信号，根据不同频率的电信号的投影面积、投影面积中心，就可以计算出该触控笔相对于该触控面板的笔尖位置、轴向、倾斜角。当该第一环状电极与/或该第二环状电极具有多个电极时，也可以让该第一环状电极的多个电极、该第二环状电极的多个电极与/或该笔尖段发出不同频率的电信号，根据不同频率的电信号的投影面积、投影面积中心，就可以计算出该触控笔相对于该触控面板的笔转角。
在一实施例中，当以振幅进行调变时，可以让该第一环状电极、该第二环状电极与/或该笔尖段发出不同振幅的电信号，根据不同振幅的电信号的投影面积、投影面积中心，就可以计算出该触控笔相对于该触控面板的笔尖位置、轴向、倾斜角。当该第一环状电极与/或该第二环状电极具有多个电极时，也可以让该第一环状电极的多个电极、该第二环状电极的多个电极与/或该笔尖段发出不同振幅的电信号，根据不同振幅的电信号的投影面积、投影面积中心，就可以计算出该触控笔相对于该触控面板的笔转角。
在一实施例中，可以利用上述四种调变方式的两种或两种以上进行调变，以便计算出该触控笔相对于该触控面板的笔尖位置、轴向、倾斜角、笔转角。
根据本发明的一实施例，提供一种触控笔的笔尖结构，用于令触控处理装置通过该笔尖结构所发出的电信号得知该触控笔相对于触控面板的一个轴向与一个倾斜角。该笔尖结构包含位于该触控笔的笔杆一端的笔尖段；环绕该笔杆的第一环状电极；环绕该笔杆的第二环状电极，其中该第二环状电极较该第一环状电极更靠近该笔尖段，该第一环状电极与该第二环状电极用于发出该电信号；以及第一绝缘物质，用于令该第一环状电极与该第二环状电极的电性不耦合。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (13)

1.一种触控笔，用于令触控处理装置通过该触控笔所发出的电信号得知该触控笔相对于触控面板的一个轴向与一个倾斜角，其特征在于其中该触控笔包含：
笔杆；
位于该笔杆一端的笔尖段；
环绕该笔杆的第一环状电极；
环绕该笔杆的第二环状电极，其中该第二环状电极较该第一环状电极更靠近该笔尖段，该笔尖段与该第二环状电极直接接触，该笔尖段不是导体材质，该第一环状电极与该第二环状电极用于发出该电信号；以及
第一绝缘物质，用于令该第一环状电极与该第二环状电极的电性不耦合。
2.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于：其中该第一环状电极包含多个电极，合起来环绕该笔杆，该多个电极的电性不耦合。
3.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于：其中该第二环状电极包含多个电极，合起来环绕该笔杆，该多个电极的电性不耦合。
4.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于：其中该第一环状电极包含多个电极，该第二环状电极包含多个电极，该第一环状电极的电极数量等于该第二环状电极的电极数量。
5.根据权利要求4所述的触控笔，其特征在于：其中该第一环状电极的每个电极的位置相应到该第二环状电极的其中一个电极的位置。
6.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于：其中该第一环状电极包含多个电极，该第二环状电极包含多个电极，该第一环状电极的电极数量不等于该第二环状电极的电极数量。
7.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于，其中该笔尖段为下列笔尖结构之一：
铅笔；
原子笔；
钢笔；
麦克笔；以及
毛笔。
8.根据权利要求7所述的触控笔，其特征在于：其中当该笔尖段为原子笔、钢笔、麦克笔或毛笔其中之一时，该笔尖段未连接至墨水容器，使得该笔尖段在该触控荧幕上书写而不留下痕迹。
9.根据权利要求7所述的触控笔，其特征在于：其中当该笔尖段为原子笔、钢笔、麦克笔或毛笔其中之一时，该笔尖段连接至墨水容器以吸收和发散墨水。
10.根据权利要求7所述的触控笔，其特征在于：其中该笔尖段是能抽换的。
11.根据权利要求1所述的触控笔，其特征在于：更包含电源模块，用于供应该触控笔发出该电信号的电力。
12.根据权利要求1至11其中之一所述的触控笔，其特征在于：其中该电信号是经由编码、时序、频率与/或振幅进行调变。
13.一种触控笔的笔尖结构，其特征在于，用于令触控处理装置通过该笔尖结构所发出的电信号得知该触控笔相对于触控面板的一个轴向与一个倾斜角，该笔尖结构包含：
位于该触控笔的笔杆一端的笔尖段；
环绕该笔杆的第一环状电极；
环绕该笔杆的第二环状电极，其中该第二环状电极较该第一环状电极更靠近该笔尖段，该笔尖段与该第二环状电极直接接触，该笔尖段不是导体材质，该第一环状电极与该第二环状电极用于发出该电信号；以及
第一绝缘物质，用于令该第一环状电极与该第二环状电极的电性不耦合。
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