TW201617797A - 主動式觸控筆及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種主動式觸控筆，其包括觸壓件、連動模組、驅動模組、感應模組與控制模組。觸壓件的一端曝露於主動式觸控筆的筆尖部，連動模組連接觸壓件的另一端。觸壓件受外部壓力而移動。連動模組具有導磁件，用以與觸壓件連動。驅動模組用以於接收驅動訊號時產生磁場。感應模組用以依據導磁件與感應模組之間的距離變化所造成的磁場的變化來產生感應電壓。控制模組用以產生驅動訊號，並依據感應電壓計算出外部壓力的大小。

Description

主動式觸控筆及其操作方法

本發明有關於一種主動式觸控筆及其操作方法，且特別是有關於一種利用導磁件與LC諧振電路之間的相對距離關係所產生的感應電壓來判斷筆壓之大小的主動式觸控筆及其操作方法。

隨著觸控技術的進步，智慧型手機、車用導航系統、平板電腦等具有觸控輸入功能的電子產品已日趨廣泛，此類產品的顯示螢幕上皆建置有觸控面板，以供使用者利用觸控筆來輸入資訊，且為了使使用者可以藉由筆尖壓力的大小來輸入不同粗細軌跡之筆跡，上述的具有觸控輸入功能的電子產品會搭配有主動式觸控筆。

然而，目前市面上的主動式觸控筆在偵測筆尖壓力的技術上，主要是透過額外設置一個壓力感測器(例如電容式壓力感測器)，來感測施加於主動式觸控筆上的筆壓大小，而造成設計成本的提高以及電量消耗的增加。

有鑒於以上的問題，本揭露提出一種主動式觸控 筆及其操作方法，此主動式觸控筆及其操作方法透過兩個LC諧振電路以及導磁件之間相對位置之變化所產生的感應電壓，來判斷筆壓的大小。

根據本揭露一實施例中的主動式觸控筆，此主動式觸控筆主要包括觸壓件、連動模組、驅動模組、感應模組以及控制模組，其中控制模組電性連接驅動模組與感應模組，且感應模組對應驅動模組。觸壓件的一端曝露於主動式觸控筆的筆尖部，連動模組連接觸壓件的另一端。觸壓件用以受外部壓力而移動。連動模組具有導磁件，此連動模組用以與觸壓件連動。驅動模組用以於接收驅動訊號時產生磁場。感應模組用以依據導磁件與感應模組之間的距離變化所造成的磁場的變化來產生感應電壓。控制模組用以產生驅動訊號，並依據感應電壓的電壓位準計算出外部壓力的大小。

根據本揭露一實施例中的主動式觸控筆及其操作方法，此主動式觸控筆及其操作方法的步驟流程依序如下所述。對驅動模組提供驅動訊號，以產生磁場。當觸壓件受外部壓力而移動時，導磁件與觸壓件同時連動，其中觸壓件的一端曝露於主動式觸控筆的筆尖部，導磁件連接觸壓件的另一端。依據導磁件與感應模組之間的距離變化所造成的磁場的變化來產生感應電壓，其中感應模組對應驅動模組。依據感應電壓的電壓位準計算出外部壓力的大小。

綜合以上所述，本揭露提供一種主動式觸控筆及 其操作方法，此主動式觸控筆透過將第一個LC諧振電路的能量耦合至第二個LC諧振電路之設計以及與觸控件同時連動之設計，使得當使用者對主動式觸控筆施加外部壓力時，導磁件會因為外部壓力而改變其與第二個LC諧振電路之間的距離，進而改變第二個LC諧振電路的共振點，並依據其所對應的感應電壓計算出外部壓力的實際大小。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

1‧‧‧主動式觸控筆

10‧‧‧觸壓件

11‧‧‧筆尖部

12‧‧‧連動模組

120‧‧‧導磁件

122‧‧‧彈性元件

14‧‧‧驅動模組

140‧‧‧第一LC並聯電路

142‧‧‧濾波電路

16‧‧‧感應模組

160‧‧‧第二LC並聯電路

162‧‧‧整流濾波電路

18‧‧‧控制模組

180‧‧‧驅動訊號產生單元

182‧‧‧類比數位轉換單元

184‧‧‧中央處理單元

L1、L2‧‧‧電感

C1、C2、C3、C4‧‧‧電容

D1‧‧‧二極體

S40~S46‧‧‧步驟流程

第1圖係為根據本揭露一實施例之主動式觸控筆的功能方塊圖。

第2圖係為根據第1圖之連動模組的結構示意圖。

第3圖係為根據第1圖之驅動模組、感應模組以及控制模組的細部電路示意圖。

第4圖係為根據本揭露一實施例之主動式觸控筆的操作方法的步驟流程圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請 專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

需先一提的是，為使圖式簡明易懂，所附圖式均為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構與方法。因此，所顯示之元件並非以實際實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態可能更為複雜，先于敘明。

〔主動式觸控筆之實施例〕

請參照第1圖，第1圖係為根據本揭露一實施例之主動式觸控筆的功能方塊圖。須先一提的是，主動式觸控筆1可以為一種主動式電容筆或是一種主動式電磁筆，本發明在此不加以限制。如第1圖所示，主動式觸控筆1主要包括觸壓件10、連動模組12、驅動模組14、感應模組16以及控制模組18。其中，控制模組18電性連接驅動模組14與感應模組16，而驅動模組14與感應模組16互相對應且未互相接觸。此外，連動模組12的一端與觸壓件10相接觸或相連接，而連動模組12的另一端與感應模組16相接觸。以下分別就主動式觸控筆1中的各部件與各功能模組作詳細的說明。

觸壓件10的一端曝露於主動式觸控筆1的筆尖部11，而觸壓件10的另一端則與連動模組12相接觸或相連接。此觸壓件10用以受外部壓力而移動，更詳細來說，觸壓 件10用以於外部壓力施加於其上時，會隨著外部壓力的逐漸增加而縮短。換句話說，觸壓件10會隨著施加於其上的外部壓力的大小的變化，而選擇性地減少或增加其曝露於筆尖部11外的長度。於實務上，觸壓件10係為一種金屬導體或是塑膠絕緣體，本發明在此不加以限制。

一般來說，當觸壓件10係為金屬導體時，觸壓件10更可以電性連接控制模組18，以接收由控制模組18所輸出的控制訊號，並將此控制訊號輸出至主動式觸控筆1所對應的外部裝置(例如觸控式螢幕或繪圖板)的偵測區域上，以使主動式觸控筆1所對應的外部裝置可以接收對應於此控制訊號之資訊或執行對應於此控制訊號之操作。舉例來說，上述的控制訊號可用以指示筆壓的大小、作標定位、特定功能、硬體或韌體版本、電池電量等資訊，本發明在此不加以限制。

請一併參照第1圖與第2圖，第2圖係為根據第1圖之連動模組的結構示意圖。如第2圖所示，連動模組12具有一個導磁件120與一個彈性元件122，其中導磁件120的一端連接或接觸觸壓件10，導磁件120的另一端連接或接觸彈性元件122。導磁件120用以改變其所在磁場的大小與方向，彈性元件122用以提供當觸壓件10與導磁件120位移時的反向回復力。於實務上，彈性元件122可以為一種彈簧、橡膠彈簧或橡膠等彈性元件，但不以上述為限。此外，導磁件120使用的元件材料與形狀，於所屬技術領域具有通常知 識者應可自行設計，在此不予以贅述。

在實際的操作中，當觸壓件10接收到外部壓力時，觸壓件10會連動導磁件120，造成導磁件120於主動式觸控筆1之殼體內部的位置改變。更詳細來說，當使用者手持主動式觸控筆1並欲對平板電腦的觸控螢幕施加一個方向向下的外部壓力時，在觸壓件10碰觸到平板電腦的觸控螢幕瞬間會接收到由平板電腦所產生的反作用力，使得觸壓件10會因上述的反作用力而向內移動(亦即減少其曝露於筆尖部11外的長度)，進而連動導磁件120向內移動。此時，彈性元件122會因為觸壓件10與導磁件120的位移而產生反向回復力，以使觸壓件10離開平板電腦的觸控螢幕時回復至觸壓件10與導磁件120的初始位置。

驅動模組14用以於接收到控制模組18所產生的驅動訊號時，會產生一個磁場。值得注意的是，驅動訊號係為具有一種預設頻率的脈衝寬度調變訊號(pulse width modulation signal，PWM signal)，使得驅動模組14會依據上述之預設頻率的脈衝寬度調變訊號產生一個已知磁場強度的磁場。感應模組16用以與驅動模組14互感，並依據導磁件120與感應模組16之間的距離變化所造成的磁場的變化(例如磁場大小的變化或磁場方向的變化)來產生一個對應的感應電壓，據以使得控制模組18可以依據上述感應電壓的電壓位準計算出外部壓力的實際大小。

舉例來說，當觸壓件10未受到任何外部壓力而使得導磁件120係位於初始位置時，感應模組16感應到的感應電壓係為第一電壓位準，當觸壓件10受到外部壓力而使得導磁件120位移至對應的相對位置時，感應模組16感應到的感應電壓係為第二電壓位準，而第一電壓位準與第二電壓位準之間的差值即可對應為外部壓力的大小，換句話說，感應電壓的電壓位準與外部壓力的實際大小具有線性關係。於實務上，控制模組18係為一種整合有訊號輸入輸出(I/O)功能、類比數位轉換(A/D)功能、記憶功能以及計算處理功能的微控制器(microcontroller unit，MCU)。

此外，本發明實施例之主動式觸控筆1更包括有電源模組(未繪示於圖式)，此電源模組用以對主動式觸控筆1提供一工作電源。於實務上，電源模組可以為一種一般電池(primary battery)或是二次電池(secondary battery，亦稱可充電電池)，本發明在此不加以限制。

為了更清楚地說明驅動模組14與感應模組16之間的作動關係，請一併參照第1圖與第3圖，第3圖係為根據第1圖之驅動模組、感應模組以及控制模組的細部電路示意圖。如第3圖所示，驅動模組14包括第一LC並聯電路(亦稱LC諧振電路)140與濾波電路142，感應模組16包括第二LC並聯電路160與整流濾波電路162，控制模組18包括驅動訊號產生單元180、類比數位轉換單元182以及中央處理單元 (central processing unit，CPU)184。其中，濾波電路142電性連接於控制模組18的驅動訊號產生單元180與第一LC並聯電路140之間，整流濾波電路162電性連接於控制模組18的類比數位轉換單元182與第二LC並聯電路160之間，中央處理單元184電性連接於驅動訊號產生單元180與類比數位轉換單元182之間。值得注意的是，第一LC並聯電路140的電感L1與第二LC並聯電路160的電感L2彼此相對應。

驅動訊號產生單元180受控於中央處理單元184，並用以產生驅動訊號。於實務上，驅動訊號產生單元180係為一種可產生具有預設頻率之脈衝寬度調變訊號的訊號產生器。濾波電路142用以濾除驅動訊號的直流成分，而只允許交流成分的驅動訊號通過，以對第一LC並聯電路140提供交流成分的驅動訊號。於實務上，濾波電路142係為一種交連電容(coupling capacitance)C3。值得注意的是，雖然本發明實施例中的驅動模組14設置有濾波電路142，但本發明在此不加以限制驅動模組14是否需要設置有濾波電路14，換句話說，驅動模組14亦可僅具有第一LC並聯電路140，且此第一LC並聯電路140直接電性連接驅動訊號產生單元180。

第一LC並聯電路140用以將驅動訊號的交流成分所對應的能量儲存於磁場中。更詳細來說，當第一LC並聯電路140接收到交流成分的驅動訊號時，第一LC並聯電路140中的電感L1會因為交流成分的驅動訊號的電流變化而產 生第一磁場，並因為電磁感應(electromagnetic induction)產生第一電動勢，同時將第一電動勢以能量的形式儲存在第一磁場中，據以抵抗電流的變化。此外，第一LC並聯電路140中的電容C1會與電感L1產生諧振現象，使得能量會在電容C1與電感L1之間來回振盪。

第二LC並聯電路160用以與第一LC並聯電路140互感，並依據導磁件120與第二LC並聯電路160之間相對位置之變化產生感應電流。更詳細來說，第二LC並聯電路160中的電感L2透過與第一LC並聯電路140中的電感L1互感，據以產生第二電動勢以及感應電流，且第二LC並聯電路160中的電容C2亦會與電感L2產生諧振現象，使得能量會在電容C2與電感L2之間來回振盪。此外，當觸壓件10受到外部壓力而造成導磁件120一併移動時，導磁件120會因為位置的變化，造成電感L2所感應到的第二電動勢以及感應電流會隨著導磁件120與電感L2之間相對位置的變化而改變。

整流濾波電路162主要包括二極體D1與電容C4，其中二極體D1的陽極電性連接第二LC並聯電路160，二極體D1的陰極電性連接類比數位轉換單元182，電容C4的一端電性連接於二極體D1的陰極與類比數位轉換單元182之間。二極體D1用以對第二LC並聯電路160所輸出的感應電流進行整流，電容C4用以對整流後之電壓進進行濾波，並據以產生感應電壓，亦即使得整流濾波電路162的輸出端與 類比數位轉換單元182之間的電位差係為上述的感應電壓。

類比數位轉換單元182用以將上述的感應電壓的電壓位準轉換為一種數位訊號，使得中央處理單元184可以依據上述的數位訊號計算出施加於觸壓件10上的外部壓力的大小。此外，第二LC並聯電路160中的電容C2可以被設計成一種薄膜電容(thin film capacitor)，且當導磁件受到外部壓力影響而接觸到上述的薄膜電容時，控制模組18更可以依據薄膜電容上的電容變化量，判斷外部壓力的大小。

〔主動式觸控筆的操作方法之實施例〕

請一併參照第1圖與第4圖，第4圖係為根據本揭露一實施例之主動式觸控筆的操作方法的步驟流程圖。如第4圖所示，此主動式觸控筆的操作方法適用於第1圖之主動式觸控筆1，故本實施例中不再贅述主動式觸控筆1中的各元件與各功能模組的連接關係與作動方式。以下分別就主動式觸控筆的操作方法的步驟流程作詳細的說明。

在步驟S40中，主動式觸控筆1中的控制模組18會對驅動模組14提供驅動訊號，以使驅動模組14產生磁場。在步驟S42中，當觸壓件10受外部壓力而移動時，連動模組12中的導磁件120會與觸壓件10同時連動。在步驟S44中，主動式觸控筆1中的感應模組16會依據導磁件120與感應模組16之間的距離變化所造成的磁場的變化來產生感應電壓。最後，在步驟S46中，主動式觸控筆1中的控制模組18 會依據感應電壓的電壓位準計算出外部壓力的大小。

於本發明實施例中，驅動訊號係為具有預設頻率的脈衝寬度調變訊號，且感應模組16具有薄膜電容，且當導磁件120接觸到上述薄膜電容時，控制模組18更依據此薄膜電容的電容變化量，判斷外部壓力的大小。

此外，在對驅動模組14提供驅動訊號以產生磁場的步驟(即步驟S40)中，所述的主動式觸控筆的操作方法更依序包括濾除驅動訊號的直流成分，以及將驅動訊號的交流成分所對應的能量儲存於磁場中。此外，在依據導磁件120與感應模組16之間的距離變化所造成的磁場的變化來產生感應電壓的步驟(即步驟S44)中，所述的主動式觸控筆的操作方法更依序包括感應模組16透過與驅動模組互感，並依據導磁件120與感應模組16之間相對位置之變化產生感應電流，以及對上述的感應電流進行整流與濾波，並據以產生感應電壓。另外，在依據感應電壓的電壓位準計算出外部壓力的大小的步驟(即步驟S46)中，所述的主動式觸控筆的操作方法更包括將感應電壓的電壓位準轉換為數位訊號，以依據數位訊號計算出外部壓力的大小。

〔實施例的可能功效〕

綜合以上所述，本發明實施例提供一種主動式觸控筆及其操作方法，此主動式觸控筆透過將第一個LC諧振電路的能量耦合至第二個LC諧振電路之設計以及導磁件與觸 控件同時連動之設計，使得當使用者對主動式觸控筆施加外部壓力時，導磁件會因為外部壓力而改變其與第二個LC諧振電路之間的距離，進而改變第二個LC諧振電路的共振點，並依據其所對應的感應電壓計算出外部壓力的實際大小。此外，本發明實施例之主動式觸控筆及其操作方法更可以將第二個LC諧振電路中的電容設計為薄膜電容，並且當導磁件接觸到此薄膜電容時，依據薄膜電容的電容變化量計算出外部壓力的實際大小。

藉此，本發明實施例之主動式觸控筆及其操作方法不需額外設置壓力感測器以及運算放大器等元件，而只需要兩個標準電容、幾個電容以及一個導磁件即可實現壓力感測功能，相較於傳統的主動式觸控筆更有效地降低成本，且由於本發明實施例之主動式觸控筆及其操作方法係透過偵測感應電壓來判斷出筆壓之大小，相較於傳統的主動式觸控筆更有效地降低其電量之消耗，達到節能之功效，十分具有實用性。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

14‧‧‧驅動模組

140‧‧‧第一LC並聯電路

142‧‧‧濾波電路

16‧‧‧感應模組

160‧‧‧第二LC並聯電路

162‧‧‧整流濾波電路

18‧‧‧控制模組

180‧‧‧驅動訊號產生單元

182‧‧‧類比數位轉換單元

184‧‧‧中央處理單元

L1、L2‧‧‧電感

C1、C2、C3、C4‧‧‧電容

D1‧‧‧二極體

Claims (12)

1. 一種主動式觸控筆，包括：一觸壓件，其一端曝露於該主動式觸控筆的筆尖部，用以受一外部壓力而移動；一連動模組，連接該觸壓件的另一端，具有一導磁件，用以與該觸壓件連動；一驅動模組，用以於接收一驅動訊號時產生一磁場；一感應模組，對應該驅動模組，用以依據該導磁件與該感應模組之間的距離變化所造成的該磁場的變化來產生一感應電壓；以及一控制模組，電性連接該驅動模組與該感應模組，用以產生該驅動訊號，並依據該感應電壓的電壓位準計算出該外部壓力的大小。
2. 如請求項1所述之主動式觸控筆，其中該驅動訊號係為具有一預設頻率的脈衝寬度調變訊號。
3. 如請求項1所述之主動式觸控筆，其中該驅動模組更包括一第一LC並聯電路與一濾波電路，該濾波電路電性連接於該控制模組與該第一LC並聯電路之間，該濾波電路用以濾除該驅動訊號的直流成分，該第一LC並聯電路用以將該驅動訊號的交流成分所對應的能量儲存於該磁場中。
4. 如請求項3所述之主動式觸控筆，其中該感應模組更包括一第二LC並聯電路與一整流濾波電路，該整流濾波電路 電性連接於該控制模組與該第二LC並聯電路之間，該第二LC並聯電路用以與該第一LC並聯電路互感，並依據該導磁件與該第二LC並聯電路之間相對位置之變化產生一感應電流，該整流濾波電路用以對該感應電流進行整流與濾波，並據以產生該感應電壓。
5. 如請求項4所述之主動式觸控筆，其中該第二LC並聯電路中的電容係為一薄膜電容，且當該導磁件接觸到該薄膜電容時，該控制模組更依據該薄膜電容的電容變化量，判斷該外部壓力的大小。
6. 如請求項1所述之主動式觸控筆，其中該控制模組更包括一驅動訊號產生單元、一類比數位轉換單元與一中央處理單元，該中央處理單元電性連接於該驅動訊號產生單元與該類比數位轉換單元之間，且該驅動訊號產生單元電性連接該驅動模組，該類比數位轉換單元電性連接該感應模組，該驅動訊號產生單元用以產生該驅動訊號，該類比數位轉換單元用以將該感應電壓的電壓位準轉換為一數位訊號，以使該中央處理單元依據該數位訊號計算出該外部壓力的大小。
7. 一種主動式觸控筆的操作方法，包括：對一驅動模組提供一驅動訊號，以產生一磁場； 當一觸壓件受一外部壓力而移動時，一導磁件與該觸壓件同時連動，其中該觸壓件的一端曝露於該主動式觸控筆的筆尖部，該導磁件連接該觸壓件的另一端；依據該導磁件與一感應模組之間的距離變化所造成的該磁場的變化來產生一感應電壓，其中該感應模組對應該驅動模組；以及依據該感應電壓的電壓位準計算出該外部壓力的大小。
8. 如請求項7所述之主動式觸控筆的操作方法，其中該驅動訊號係為具有一預設頻率的脈衝寬度調變訊號。
9. 如請求項7所述之主動式觸控筆的操作方法，其中於對該驅動模組提供該驅動訊號以產生該磁場的步驟中，更包括：濾除該驅動訊號的直流成分；以及將該驅動訊號的交流成分所對應的能量儲存於該磁場中。
10. 如請求項7所述之主動式觸控筆的操作方法，其中於依據該導磁件與該感應模組之間的距離變化所造成的該磁場的變化來產生該感應電壓的步驟中，更包括：該感應模組與該驅動模組互感，並依據該導磁件與該感應模組之間相對位置之變化產生一感應電流；以及 對該感應電流進行整流與濾波，並據以產生該感應電壓。
11. 如請求項7所述之主動式觸控筆的操作方法，其中該感應模組具有一薄膜電容，且當該導磁件接觸到該薄膜電容時，更依據該薄膜電容的電容變化量，判斷該外部壓力的大小。
12. 如請求項7所述之主動式觸控筆的操作方法，其中於依據該感應電壓的電壓位準計算出該外部壓力的大小的步驟中，更包括將該感應電壓的電壓位準轉換為一數位訊號，以依據該數位訊號計算出該外部壓力的大小。