CN1437095A - 具有追踪轨迹与感测压力的数字笔 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有追踪轨迹与感测压力的数字笔，它包括具有一追踪轨迹组件的一笔芯位于数字笔之中，此追踪轨迹组件通过一光信号检测笔芯于一方向上的移动。一感测压力组件与笔芯相连接，用以检测该笔芯因受到一压力而与数字笔产生相对位置的移动，并将压力转换成一电信号。这种数字笔可供追踪手写输入的轨迹与手施压力。

Description

具有追踪轨迹与感测压力的数字笔

(1)技术领域

本发明有关一种指标工具，特别是有关一种可供手写输入的数字笔。

(2)背景技术

指标工具(pointing devices)，例如鼠标或是轨迹球，是数据处理环境中广为人知的周边工具。举例来说，指标工具允许在个人电脑或工作站的显示幕上的游标的操作与运用。所谓游标的操作与运用，包括在显示幕上从一处至另一处的游标的快速重新定位动作，与在显示幕上选择一标的物的动作。

在一般传统电子机械式鼠标的环境中，使用者通过在一参考面上移动电子机械式鼠标来控制游标，参考面例如一橡胶鼠标垫，游标在显示幕上的一移动方向与距离能够正比于电子机械式鼠标在其上的移动。无论如何，电子机械式鼠标有若干的缺点，与其内机械部分的元件有关。

光学鼠标能够减少或免除许多机械结构的部分。一般光学鼠标利用一透镜产生位于光学参考垫上的几何图案的图像；以光束照射具有特定镜射几何图案的光学参考垫。几何图案一般为格线方格或是小点(dot)，可以为光源照亮后，可通过透镜聚焦在传统光学鼠标中的光检测器上。传统光学鼠标提供了减少或免除机械部分的元件的优点；然而，在美国专利号6,256,016中揭示若干传统光学鼠标的缺点。

另外，通过传统光学鼠标无法表现手写的压力，对于携带移动式电子装置，例如笔记本电脑的使用者而言，占空间的传统光学鼠标会造成其携带方面等不方便之处。

(3)发明内容

鉴于上述的发明背景中，为克服传统的指标工具所产生的诸多缺点，本发明提供一种数字笔，其具有追踪轨迹与感测压力的功能，可取代鼠标与数字板。

本发明的主要目的在于提供一种具有追踪轨迹与感测压力的数字笔，其利用可减少所占用桌面面积的光学元件来追踪数字笔的轨迹。

本发明的另一目的在于提供一种可手写输入的数字笔，其利用电感或光亮度信号的改变来感测手写压力。

为实现上述目的，根据本发明与一方面的一种追踪轨迹与感测压力的数字笔，其特点是，包括：具有一追踪轨迹组件的一笔芯位于该数字笔之中，该追踪轨迹组件通过一光信号检测该笔芯于一方向上的移动；及一感测压力组件与该笔芯相连接，该感测压力组件用以检测该笔芯因受到一压力而与该数字笔产生相对位置的移动，并将该压力转换成一电信号。

本发明的追踪轨迹与感测压力的数字笔可供追踪手写输入的轨迹与手施压力。

为进一步说明本发明的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。

(4)附图说明

图1所示为本发明具有光学元件的数字笔的部分结构示意图。

图2为本发明的另一实施例的具有光学元件的数字笔的部分结构示意图。

图3为根据本发明的数字笔感压元件的剖面示意图。

图4为根据本发明的数字笔感压元件的剖面示意图。

图5为一实施例的数字笔感压元件的剖面示意图。

图6为另一实施例的数字笔感压元件的剖面示意图。

(5)具体实施方式

为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的结构。显然地，本发明的施行并未限定于指标工具所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例予以详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，且本发明的范围不受限定，而以权利要求的专利保护范围为准。

本发明提供一种可供手写输入的数字笔，它包括一笔芯位于数字笔中，它可受到一手输入压力而与数字笔产生一相对位置的移动；一追踪轨迹组件位于笔芯中，可通过一光信号检测笔芯于一方向上的移动；一感测压力组件与笔芯相连接，其利用一形变对应手写压力，并将形变转换成一电信号。

图1所示为本发明具有光学元件的数字笔的部分结构示意图。在一较佳实施例中的指标工具，例如数字笔，应用本发明可以成为一光学数字笔。如图1所示为一般数字笔的笔头结构的部分，其中笔壳10位于笔芯11的外侧，笔芯11与笔壳10之间可具有相对的移动；举例来说，当使用者将笔壳11接触参考面19，并施加压力于笔芯11时，笔芯11对于笔壳10而言，可以产生缩入笔壳10的相对移动。

另外，在本实施例中，笔芯11具有一笔芯室12，其至少可以容纳一光源13、一感光元件16与一反射镜14。要说明的是，在笔芯室12中还可以包括其他的元件与固定上述元件的结构(图上未示出)以满足设计所需。

另外，笔芯11在靠近一参考垫19处为一开口或是以透明材料覆盖开口，用于使光线能够穿透与反射。本实施例中的光源13，例如一LED光源，用于发出光束17至参考垫19，而从参考垫反射的反射光18则通过反射镜14(reflector)的反射作用，垂直进入感光元件16的一感光面区15。在本发明中，光束17的路径上，可相应需要或笔芯室12的空间允许，加入透镜聚光或聚焦等其他作用。其次参考垫19可以为一般的鼠标用垫，足以使光束17反射，或使其产生反射的角度变化的垫板都适用。

另外，本发明的关键之一为感光元件16，例如互补金属氧化物半导体(CMOS)与其周边电路。一般在光学鼠标中，感光元件16的感光面区15与参考垫19的反射面相对平行，以利反射光以几近垂直的方向进入感光面区15；然而一般数字笔的笔头空间无法让感光面区15与参考垫19的反射面相对平行地放置。因此，考虑到保持数字笔的易于携带的体积的特点，本发明的感光元件16的感光面区15以与参考垫19的反射面成若干角度放置，例如本实施例中，感光面区15与参考垫19的反射面成90度的位置关系。

因为感光面区15以与参考垫19的反射面成若干角度放置，为使反射光束18仍能垂直地进入感光面区15，因此本发明的关键之一就是以反射镜14改变反射光束18的行进路径，使反射光束18最后终能垂直进入感光面区15，这样，本发明利用光学元件搭配的数字笔所占用的桌面面积可较一般传统光学来得小。当然，为相应需要，反射光束18的路径上也可以有其他透镜用于聚焦等作用；但无论如何，本发明的反射镜14的目的在于使反射光束18在即将进入感光面区15前，得以改变行进路径，最终以垂直感光面区15的角度进入感光面区15。也就是说，本发明的光束17从光源13发出，以最少经过两次的反射作用，回到笔芯室中的感光元件上，且以垂直感光面区的角度为感光元件所接收。这样可使本发明的数字笔能以光学的方式判断数字笔沿着参考垫19移动的轨迹。

图2为本发明的另一实施例，具有光学元件的数字笔的部分结构示意图。其中的感光元件16的感光面区15与参考垫19成一小于90度的角度位置关系，此时通过反射镜14的调整，仍可使反射光束18改变行进方向，以垂直感光面区15的方向进入。因此，当笔芯室12中的各元件的位置因设计需要而必须加以配合时，不论感光面区15对参考垫19的位置如何改变，本发明皆可利用一个或多个反射镜，使光束17从光源13发出后，以至少两次的反射作用，垂直回到感光面区15上。

图3为根据本发明的数字笔感压元件的剖面示意图。要说明的是，本发明兼具有光学与感压元件，可用于检测使用时的轨迹、移动方向与压力大小；因此，当以图3说明感压元件时，为简化起见，本发明的光学元件并没有显示于图上；另外，为简化起见，在说明本发明的感压元件时，与感压元件配合的周边电路布局或其他数字笔既有的结构亦未显示于图上，并不表示本发明未具备该些基本元件或结构。

参照图3，在此一实施例中，笔壳10包围成一中空结构，其中至少包括具有笔芯室12的笔芯11与一前段笔身室23。笔芯室12具有图1或图2中的光学元件(图上未示出)，且笔芯11可在笔壳10中上下移动。前段笔身室23中包括一铁粉芯22于前段笔身室23的中心处，而铁粉心22的周围则是线圈20。在本实施例中，铁粉芯22通过一端的一弹性元件21，例如弹簧，与笔芯11连接，以另一端(图上未示出)固定于前段笔身室23中；而线圈20则是一端直接连接于笔芯11，另一端悬置于前段笔身室23中。本实施例即以铁粉芯22、弹性元件21与线圈20组成可变电感。

当使用者对本实施例的数字笔施加压力，也就是将笔芯11接触到参考垫19并下压笔芯11时，因铁粉芯22固定于前段笔身室23中，因此铁粉芯22并不因所施加压力而改变其水平位置，即铁粉心22相对于笔芯11为静止的。而线圈20则因其直接连接于笔芯11，因此通过弹性元件21的形变，使线圈20随所施加压力而改变其水平位置，因此，线圈20与铁粉芯22之间具有相对位置的改变。当线圈20与铁粉芯22之间产生相对位置的改变时，产生线圈电感的变化，进而改变一振荡频率，振荡频率的信号通过周边电路(图上未示出)处理后，即可判断所施加压力的大小。

图4为根据本发明的数字笔感压元件的剖面示意图。与图3不同的是，本实施例的线圈20通过一端的一弹性元件21与笔芯11连接，以另一端(图上未示)固定于前段笔身室23中；而铁粉芯22则是一端直接连接于笔芯11，另一端悬置于前段笔身室23中。当使用者对本实施例的数字笔施加压力，通过弹性元件21的形变，铁粉芯22随所施加压力而改变其水平位置，使得线圈20与铁粉芯22之间具有相对位置的改变，进而产生线圈电感的变化与改变一振荡频率。

图5为一实施例的数字笔感压元件的剖面示意图。笔壳10包围成一中空结构，其中至少包括具有笔芯室12的笔芯11与一前段笔身室23。笔芯室12具有图1或图2中的光学元件(图上未示出)，且笔芯11可在笔壳10中上下移动。前段笔身室23中包括一结构24于前段笔身室23的中心处，而结构24的外侧则是两个与结构24分离的结构27。结构24通过一端的一弹性元件21，例如弹簧，与笔芯11连接，以另一端(图上未示出)固定于前段笔身室23中；而每个结构27则是一端直接连接于笔芯11，另一端悬置于前段笔身室23中。在本实施例中，结构24与27可以为任意材质，而不局限于特定的材料。其中结构24中具有中空的光通路25，一结构27安装一光发射器26用于发出光束，另一结构27则安装一光接受器28与光发射器26在同一水平位置上，此光接受器28用于接受光信号。在特定条件下，光发射器26所发出的光束通过结构24中的光通路25，传至光接受器28端，由光接受器28所接收。

当使用者对本实施例的数字笔施加压力，也就是将笔芯11接触到参考垫19并下压笔芯11时，结构24相对于笔芯11是静止的。而结构27则因其直接连接于笔芯11，因此通过弹性元件21的形变，使结构27随所施加压力而改变其水平位置，即光接受器28与光发射器26相对于结构24的光通路25，具有上下移动的位移。当光接受器28与光发射器26上下移动时，从光发射器26端发出的光束经过光通路25的亮度会随着上下移动的位移量而不同；则光接受器28所接收到的光信号强弱亦有所不同，通过周边电路处理后，便可得知所施加压力的大小。另外，光通路25的宽度，可因所需测量的压力大小而定，只要在所测的压力范围内，使通过的光亮度产生可测量的变化量即可。

图6为另一实施例的数字笔感压元件的剖面示意图。与图5不同的是，两个结构27通过一端的两个弹性元件21与笔芯11连接，以另一端(图上未示出)固定于前段笔身室23中；而结构24则是一端直接连接于笔芯11，另一端悬置于前段笔身室23中。当使用者对本实施例的数字笔施加压力，结构24则因其直接连接于笔芯11，因此通过弹性元件21的形变，使结构24随所施加压力而改变其水平位置，即结构24的光通路25相对于结构27的光接受器28与光发射器26，具有上下移动的位移。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种追踪轨迹与感测压力的数字笔，其特征在于，包括：

具有一追踪轨迹组件的一笔芯位于该数字笔之中，该追踪轨迹组件通过一光信号检测该笔芯于一方向上的移动；及

一感测压力组件与该笔芯相连接，该感测压力组件用以检测该笔芯因受到一压力而与该数字笔产生相对位置的移动，并将该压力转换成一电信号。

2.如权利要求1所述的追踪轨迹与感测压力的数字笔，其特征在于，所述的追踪轨迹组件至少包括：

一光源，该光源用于发出一入射光束于该方向上的一参考面，该参考面可将该入射光束反射成一反射光束；

一光感测器，该光感测器用于接收该反射光束，该光感测器具有一不平行该方向的感光面；及

一反射镜，该反射镜用于导引该反射光束以垂直该感光面的角度入射该感光面。

3.如权利要求1所述的追踪轨迹与感测压力的数字笔，其特征在于，所述的感测压力组件至少包括：

一弹性元件，该弹性元件可因该压力而产生一形变；

一铁粉芯，该铁粉芯的一端通过该弹性元件连接于该笔芯的中心，该铁粉芯的另一端则固定于该数字笔中；及

一线圈围绕该铁粉芯，该线圈固定于该笔芯上，并通过该形变而与该铁粉芯配合以产生该电信号。

4.如权利要求1所述的追踪轨迹与感测压力的数字笔，其特征在于，所述的感测压力组件至少包括：

一弹性元件，该弹性元件可因该压力而产生一形变；

一铁粉芯，该铁粉芯固定于该笔芯的中心；及

一线圈围绕该铁粉芯，该线圈的一端通过该弹性元件连接于该笔芯上，该线圈的另一端则固定于该数字笔中，该线圈通过该形变而与该铁粉芯配合以产生该电信号。

5.如权利要求1所述的追踪轨迹与感测压力的数字笔，其特征在于，所述的感测压力组件至少包括：

一弹性元件，该弹性元件可因该压力而产生一形变；

一第一结构，该第一结构的一端通过该弹性元件连接于该笔芯的中心，该第一结构的另一端则固定于该数字笔中，该第一结构具有一光通路；及

两个第二结构分别于该第一结构的两侧，并固定于该笔芯，该等第二结构之一具有一光发射器，该另一第二结构具有一光接收器，该光发射器与该光接收器通过该形变，而与该光通路配合以产生该电信号。

6.如权利要求1所述的追踪轨迹与感测压力的数字笔，其特征在于，所述的感测压力组件至少包括：

一弹性元件，该弹性元件可因该压力而产生一形变；

一第一结构，该第一结构固定于该笔芯的中心，该第一结构具有一光通路；及

两个第二结构分别于该第一结构的两侧，该第二结构的两个第一端通过该弹性元件连接于该笔芯，该第二结构的两个另一端则固定于该数字笔中，该第二结构之一具有一光发射器，该另一第二结构具有一光接收器，该光发射器与该光接收器通过该形变而与该光通路配合以产生该电信号。

7..一种可供手写输入的数字笔，其特征在于，包括：

一笔芯位于该数字笔中，该笔芯可受到一手输入压力而与该数字笔产生一相对位置的移动；

一追踪轨迹组件位于该笔芯中，该追踪轨迹组件通过一光信号检测该笔芯于一方向上的移动，该追踪轨迹组件至少包括：

一光源，该光源用于发出一入射光束于该方向上的一参考面，该参考面可将该入射光束反射成一反射光束；

一光感测器，具有一感光面用于接收该反射光束；及

一反射镜，用于导引该反射光束以垂直该感光面的角度入射该感光面；及

一感测压力组件与该笔芯相连接，该感测压力组件利用一形变对应该手写压力，并将该形变转换成一电信号。

8..如权利要求7所述的可供手写输入的数字笔，其特征在于，所述的感测压力组件至少包括：

一弹性元件，该弹性元件用于产生该形变；

一铁粉芯，该铁粉芯的一端通过该弹性元件连接于该笔芯的中心，该铁粉芯的另一端则固定于该数字笔中；及

一线圈围绕该铁粉芯，该线圈固定于该笔芯上，并通过该形变而与该铁粉芯配合以产生该电信号。

9..如权利要求7所述的可供手写输入的数字笔，其特征在于，所述的感测压力组件至少包括：

一弹性元件，该弹性元件用于产生该形变；

一铁粉芯，该铁粉芯固定于该笔芯的中心；及

一线圈围绕该铁粉芯，该线圈的一端通过该弹性元件连接于该笔芯上，该线圈的另一端则固定于该数字笔中，该线圈并通过该形变而与该铁粉芯配合以产生该电信号。

10.如权利要求7所述的可供手写输入的数字笔，其特征在于，所述的感测压力组件至少包括：

一弹性元件，该弹性元件用于产生该形变；

一第一结构，该第一结构的一端通过该弹性元件连接于该笔芯的中心，该第一结构的另一端则固定于该数字笔中，该第一结构具有一光通路；及

两个第二结构分别于该第一结构的两侧，并固定于该笔芯，该第二结构之一具有一光发射器，该另一第二结构具有一光接收器，该光发射器与该光接收器通过该形变，而与该光通路配合以产生该电信号。

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