TW201804293A - 具有電容式滑動及緊握感測器的觸控筆 - Google Patents

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Abstract

揭露一種具有一電容式滑動感測器及緊握感測器的觸控筆，用於電子裝置且特別是具有觸控螢幕者。觸控筆與電子裝置經由有線或無線方式進行信號通信，並且滑動感測器允許使用者產生一滑動資料值及一接觸/無接觸資料。這些可用來作為比例化的控制值或作為按鈕按壓控制值，來控制在電子裝置上執行的應用程式的特徵。電容式感測器形成於圍繞於觸控筆桶狀部的內部的一單一撓性印刷電路板上

Description

具有電容式滑動及緊握感測器的觸控筆
本發明係關於一種觸控筆，更特別的是本發明係關於一種具有電容式滑動及緊握感測器的觸控筆，用於具有一觸控螢幕的電子裝置。
觸控螢幕裝置已經廣泛用於平板電腦與智慧型手機上。這些裝置允許使用者經由一觸控感測器來操縱電話的使用者介面，其中觸控感測器疊置於其顯示器上，以允許使用者以一物件觸碰螢幕來輸入位置或移動到裝置。這些觸碰可被裝置的作業系統用來詮釋用來控制裝置功能的手勢及選項。觸控感測器取代了滑鼠、軌跡球及其他指標裝置來控制使用者介面上的位置感測。
這些觸控螢幕裝置可以採用數種方式來運作。一些需要一個專用的觸控筆，其必須要隨時跟裝置一起使用。這樣顯示了不便，此是因為觸控筆有可能會損壞或遺失，造成裝置部分沒有作用，直到買到新的觸控筆。因此，觸控螢幕裝置的製造商已經將重點移到觸控感測器的使用上，其可以經由電容式感測的方式感測人類手指。兩種主要的電容式感測器正在使用中:互容及自容。互容相對於自容的優點在於其允許多點同時觸碰的追蹤。這樣使得多觸控手勢可被作業系統詮釋，因而製造商選擇在大部分的現代裝置內使用互容感測器。取代滑鼠的觸控感測器因此超過了滑鼠這種僅具產生單一輸入位置的能力。
然而，使用單一手指亦對末端使用者產生其不便，例如不精確的觸控認知準確度，以及皮膚的油垢跟其他汙垢會遺留在螢幕上。因此，許多使用者選擇使用可由觸控螢幕來偵測的觸控筆來控制他們的手機，除非多重觸碰手勢為必要，否則手指的操作僅作為備用選項。
觸控筆可進一步與一電子裝置進行信號通信來傳送額外的資料到電子裝置，例如施加壓力到觸控筆的尖端。觸控筆可加入按鈕，類似於滑鼠按鈕，來允許使用者額外的控制及允許觸控筆電源開啟/關閉。藉由加入觸控筆的功能及控制特徵，大幅度強化了電子裝置的能力以求簡易操作。
因此，觸控筆感測器的改良是有所需要的。
此間所描述的實施例揭露一種用於電子裝置，如觸控螢幕裝置的觸控筆。觸控筆的實施例具有一電容式滑動感測器，沿著觸控筆的桶狀部 (有時稱為本體或殼體)設置。一控制電路，及一通信子電路，使得觸控筆可以在其被使用時與一電子裝置信號通信。在不同的實施例中，通信可為有線或無線或兩者皆有。一些實施例的滑動感測器定位於觸控筆的桶狀部的緊握區(grip area)。一些實施例會將滑動感測器定位於觸控筆的桶狀部的一側上的按鈕或一機械按鈕的下方。一些實施例更包含一第二電容感測器，其偵測一電容目標對於緊握區的鄰近度(proximity)。一些實施例更包含一三軸加速計，其能夠判斷觸控筆的一方位。一些實施例可進一步包含其他感測器，如一力量感測尖端。
下述實施例的詳細說明參照了形成說明書的一部分的圖示，且其中圖示顯示為用來說明本發明可以實現的各種示範性的實施例。實施例係充分詳細地描述之，以使得熟悉本技藝的人士能夠實現本發明，且要了解的是有其他的實施例可以使用，且在不離開本發明的精神和範圍的情形下可實現多種邏輯性的變化。因此，詳細的說明並非可採取限制的方式來理解，並且本發明的範圍僅能以附上的申請專利範圍來定義。
請參見圖一，其為觸控筆的一實施例。從外部來看，觸控筆1具有一桶狀部10、一尖端20，及一妝點按鈕30。在一些實施例中，尖端20可為一主動式電子觸控筆尖端，包含複數個電極 (顯示於此者)。在一些實施例中 (未顯示)，尖端可為一碟形尖端或網孔形尖端或矽樹脂尖端。觸控筆1可進一步具有一充電接口40，其在一些實施例中 (顯示於此者)位於觸控筆的後端。其他實施例 (未顯示)可經由觸控筆的尖端來充電。在又其他的實施例中 (未顯示)，可經由觸控筆的桶狀部來充電，例如經由感應式充電。顯示於輪廓上者為一電池45及內部要件99的一種可能的一般性位置，其將在底下詳述。
請參見圖二-七及圖十七，從內部來看，觸控筆1包含一電路板110、一底座120，在一些實施例中其可由多個零件所組成，如上底座120A及下底座120B、一個或多個鄰近感測器 (one or more proximity sensors)130，及一滑動感測器 (slide sensor) 140。鄰近及滑動感測器可連接到或形成於一撓性印刷電路板180。觸控筆1可選擇性地包含一力量感測器 (未顯示)，其可操作式地耦接到尖端20、一電池以電源驅動電路、一充電器(一般為電路板110上的電路的一部分)以對電池重新充電，以及電氣接觸點 (一般為充電接口40的一部分)以供應電源到充電器。
在一些實施例中，電路板110包含一通信子電路112，例如，對於藍芽或WIFI沒有限制的一射頻通信晶片。在一些實施例中，觸控筆可經由一有線連接如USB纜線或專用纜線來通信。
鄰近感測器或感測器組130及滑動感測器140偵測一目標的鄰近度，例如但是不限制為，觸控筆的使用者的手指靠近一給定的感測器。滑動感測器140使用一對鄰近感測器組，每個鄰近感測器具有一變化的寬度，以感測一目標沿著滑動感測器140的長度的相對位置，及輸出代表該位置的單一資料。在一些實施例中，滑動感測器140所輸出的單一資料亦代表沒有觸碰且因而沒有位置。鄰近感測器或感測器組130為單一鄰近感測器組，其會根據目標的接近度及容量來改變輸出資料。他們可輸出一布林資料，代表一目標的存在或不存在，或是可輸出一資料，代表鄰近的程度。名詞”觸碰”用來代表在鄰近處偵測到一目標以產生一鄰近資料。感測器”上”的觸碰並非必要性地代表與感測器的物理接觸，而是代表目標的存在足夠接近感測器以引起感測器偵測鄰近度。如此一般而言會造成產生代表鄰近度的資料，其由感測器子系統輸出。
當複數個鄰近感測器130，如圖三的鄰近感測器130A及鄰近感測器130B，被使用時，在一些實施例中，他們彼此互相獨立，且為了每個鄰近感測器產生一資料。在一些實施例中，他們可為單一體的，且會為了是否至少一鄰近感測器感測到鄰近度而產生單一資料。在一些實施例中，他們可為單一體，且若是所有的鄰近感測器感測到鄰近度的話，會產生單一資料。
在以電池為電源的觸控筆1中，鄰近感測器或感測器組130可被用來來節省電源，其係為在當鄰近感測器或感測器組130未偵測到鄰近度時，意即觸控筆並未由使用者握持時，經由將觸控筆1維持在低電源或待機模式來節省電源。在一些實施例中，會使用複數個鄰近感測器，而在一些實施例中，只有在當所有的鄰近感測器未偵測到鄰近度時，才可以進入低電源模式。然而在其他的實施例中，當一個或多個鄰近感測器未偵測到鄰近度時，可以進入低電源模式。
暫時參見圖十六，一個兩層的撓性印刷電路板180具有一第一側181及一第二側182，第一側181具有一導體層181L及一非導體罩181C，且第二側182具有一導體層182L及一非導體罩182C。在一些實施例中，撓性印刷電路板180為一雙層電路板，具有一第一側及一第二側182，每一側包含一導體層181L, 182L形成於一撓性基板185上，基板可為，例如但不限於，聚醯亞胺撓性基板185。每個導體層可形成或被蝕刻為不同的圖案。每個導體層可進一步為一非導體罩層181C, 182C所覆蓋，非導體罩層181C, 182C可保護導體層且避免導體層被觸控筆內部的其他導體要件給短路。
現在請參見圖八至圖十六，其顯示一撓性印刷電路板180，其具有多個感測器配置在其上。
在一些實施例中，滑動感測器140及鄰近感測器或感測器組130形成於單一撓性印刷電路板180上。在一些實施例中 (未顯示)，滑動感測器及鄰近感測器或感測器組可形成於各別的撓性印刷電路板上。
在一些實施例中，滑動感測器140及鄰近感測器或感測器組130形成於撓性印刷電路板180的不同側上，且彼此位於不同區域內。例如，滑動感測器140形成於區域180R1的導體層181L上，然而鄰近感測器或感測器組130形成於區域180R2的導體層182L上。滑動感測器140包含兩電極140E1,140E2及一接地電極140G來幫助電極140E1,140E2隔絕於外部干擾。鄰近感測器130A包含一電極130AE及一接地電極130AG。鄰近感測器130B包含一電極130BE及一接地電極130BG。所有的接地電極可以繫在一起接到一共同接地端(未顯示)。每個電極140E1,140E2,130AE,130BE係各別以撓性印刷電路板180上的跡線(未顯示)耦合到電路板110上的一控制器116，該控制器管理電容性感測電極。共同繫在一起的接地電極130AG,130BG,140G亦整體地經由跡線電耦合到控制器116，抑或僅電耦合到整體電路接地端。
在一些實施例中(未顯示)，接地平面可形成於撓性印刷電路板的相對層上，以進一步將電極隔絕於由觸控筆所產生的電氣噪音。
經由在相同的撓性印刷電路板180形成這些區域卻在形成於撓性印刷電路板180的不同區域180R1,180R2內，成本得以降低且組裝得以簡化。
現參照圖四至圖七，在一些實施例中，將鄰近感測器或感測器組130及滑動感測器140相對於觸控筆桶狀部10的內部空間定位，係由底座120周圍的撓性印刷電路板180的新式三維包裝材料來完成。撓性印刷電路板180係以機械式及電子式的方式連接到電路板110，而跡線的接觸墊 (未顯示)通向鄰近感測器或感測器組130的電極，且滑動感測器140焊接於或電耦合到電路板110上的合適的接觸墊 (未顯示)。底座120可由兩部分來組成，上底座120A及下底座120B。上底座120A及下底座120B將電路板110及撓性印刷電路板180的組裝組合夾在其中。
區域180R2圍繞於下底座120B周圍，使得層182L定位於接近下底座120B，且層181L定位於接近觸控筆1的桶狀部10。
區域180R1圍繞於上底座120A周圍，使得層181L定位於接近上底座120A，且層182L定位於接近觸控筆1的桶狀部10。
可選擇的是，施加到撓性印刷電路板180的感測器區域的至少邊緣上的黏著物，會將包覆的部份固持到底座120，以方便組裝及確保滑動感測器140及鄰近感測器或感測器組130的位置可以維持著。
在組裝時，桶狀部10包圍底座120、電路板110、滑動感測器140，及鄰近感測器或感測器組130。一妝點按鈕30定位為突出於桶狀部10的一凹槽11且倚靠著滑動感測器140。在一些實施例中，上底座120A包含一有鉸鏈的片段 (hinged segment) 121A，當妝點按鈕30被按下時，其會倚靠著有鉸鏈的片段121A壓迫撓性印刷電路板180的的滑動感測器140部分，且內向的力量會施加到電路板110上的一開關113 （見圖三）。有鉸鏈的片段121A可選擇性地略高於底座120A，以方便其運動。相似的結構在本技藝中為熟知的且為可替換的。在一些實施例中，開關113為一雙態圓頂開關。撓性印刷電路板180及其導體層181L, 182L係由非導體罩層181C, 182C所保護以避免損壞。在一些實施例中，桶狀部10由一非導電材料所製成，使得鄰近感測器或感測器組130及滑動感測器140無法防備外部的電容性影響。在一些實施例中，桶狀部10係為非單晶的，且可選擇性地在遠離鄰近感測器或感測器組130及滑動感測器140的區域內具有導電材料。
在一些實施例中，複數個妝點按鈕30及相關的機械及電子要件可用來提供額外的按鈕特徵。
在一些實施例中，觸控筆1的電路板110可包含額外的感測器，例如但不限於，三軸加速計114。
在使用時，具有滑動感測器140的觸控筆1可用於許多方面。當在經由通信子電路112與一平板式電腦通信時，觸控筆傳送資料到平板電腦，其包含尖端力量、尖端接觸、按鈕按壓、鄰近感測器等級，及滑動感測器等級。在一些實施例中，來自可選擇的加速計114的可選擇的加速計資料也傳送到平板電腦。加速計114較佳者設定為在每一軸產生所偵測到的力量的三連體 (triplet)，作為在範圍 [-1. 1]之間的浮動標點數字 (floating-point numbers) 的三連體。平板電腦的中介軟體，無論是在作業系統中，或在一輔助者應用層 (helper application layer) 中，或者在一應用等級的應用介面(API)中，可使用這些資料來提供多種與觸控筆相關的新功能。
在一些實施例中，控制器116設定為無論何時滑動感測器140偵測到足夠的電容性負載時，產生一數值滑動位置。在一些實施例中，控制器116產生一範圍值給滑動感測器，該範圍數值在包括0到255的範圍內，通常標註為[0,255]。在一些實施例中，控制器116設定為產生一各別的數值給一個或多個鄰近感測器130中的每個鄰近感測器所偵測到的電容等級。在一些實施例中，控制器產生一範圍值給每個鄰近感測器，該範圍值位於[0,255]的範圍內。
仍然有許多的具有滑動感測器及鄰近感測器的觸控筆的使用情況。當與一電子裝置通信時，即使那個裝置並未具有一觸控螢幕，滑動感測器可用來作捲動控制 (scroll control)，且滑動感測器及鄰近感測器或感測器組及實體按鈕可全部作為輸入來使用。當電子裝置具有一觸控螢幕時，滑動感測器可加入控制的第三維度到螢幕的X-Y控制維度中。
1‧‧‧觸控筆
10‧‧‧桶狀部
20‧‧‧尖端
30‧‧‧妝點按鈕
40‧‧‧充電接口
45‧‧‧電池
99‧‧‧內部要件
110‧‧‧電路板
112‧‧‧通信子電路
113‧‧‧開關
114‧‧‧加速計
116‧‧‧控制器
120‧‧‧底座
120A‧‧‧上底座
120B‧‧‧下底座
121A‧‧‧有鉸鏈的片段
130‧‧‧鄰近感測器或感測器組
130A, 130B‧‧‧鄰近感測器
140‧‧‧滑動感測器
180‧‧‧撓性印刷電路板
180R1, 180R2‧‧‧區域
130AE, 130BE, 140E1, 140E2‧‧‧電極
130AG, 130BG, 140G接地電極
181‧‧‧第一側
182‧‧‧第二側
181L, 182L‧‧‧導體層
181C, 182C‧‧‧非導體層
圖一顯示具有鄰近及滑動感測器的觸控筆的一實施例的平面圖;
圖二顯示具有鄰近及滑動感測器的觸控筆的一些內部要件的剖面圖;
圖三顯示具有鄰近及滑動感測器的觸控筆的一些內部要件的上視圖，顯示撓性印刷電路板的一第一導體層的布局;
圖四顯示具有鄰近及滑動感測器的觸控筆的一些內部要件的左側面圖;
圖五顯示具有鄰近及滑動感測器的觸控筆的一些內部要件的上視圖;
圖六顯示具有鄰近及滑動感測器的觸控筆的一些內部要件的右側視圖;
圖七顯示具有鄰近及滑動感測器的觸控筆的一些內部要件的透視圖;
圖八顯示其上形成一滑動感測器的一撓性印刷電路板的一第一側的一平面圖;
圖九顯示其上形成複數滑動感測器的一撓性印刷電路板的一第二側的一平面圖;
圖十顯示一鄰近感測器電極;
圖十一顯示一鄰近感測器接地電極;
圖十二顯示用於滑動感測器的一對電極的一分解圖;
圖十三顯示一滑動感測器接地電極;
圖十四顯示一鄰近感測器電極;
圖十五顯示一鄰近感測器接地電極;
圖十六顯示一撓性印刷電路板的一邊緣上的視圖; 以及
圖十七顯示具有鄰近及滑動感測器的觸控筆的一些要件的一剖面圖。
1‧‧‧觸控筆
10‧‧‧桶狀部
20‧‧‧尖端
30‧‧‧妝點按鈕
40‧‧‧充電接口
45‧‧‧電池
99‧‧‧內部要件

Claims (19)

  1. 一種觸控筆，其包含: 一桶狀部; 一鄰近感測器，設定為根據鄰近感測器上的觸摸的存在或不存在，來輸出一鄰近資料; 一滑動感測器，設定為根據該滑動感測器上的觸摸的位置，輸出一梯度資料; 以及 一處理電路，具有一通信子電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控筆，其中當該滑動感測器根據該滑動感測器上的觸摸的位置，輸出一梯度資料時，該通信子電路傳送該梯度資料。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控筆，其中當該鄰近感測器根據該鄰近感測器的觸摸的位置，輸出一鄰近資料時，該通信子電路傳送該鄰近資料。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控筆，更包含一觸覺開關總成，該觸覺開關總成包含: 一妝點按鈕; 其中該妝點按鈕係由一非導電材料所製成; 其中該妝點按鈕沿著該桶狀部的一側設置且通過該桶狀部的一側; 其中該滑動感測器在該桶狀部的內部縱向設置且位於該觸覺開關總成下方。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之觸控筆，更包含一底座，該底座包含一具有鉸鏈的片段，該觸覺開關總成更包含一開關，該開關設置在該電路板上，其中施加到該妝點按鈕的力量經由該滑動感測器傳送到該底座的該具有鉸鏈的片段，並且施加到該底座的該具有鉸鏈的片段的力量傳送到該開關。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控筆，更包含: 一撓性印刷電路板，該撓性印刷電路板具有一第一表面及一第二表面; 該滑動感測器形成於該撓性印刷電路板的一第一區域內; 該鄰近感測器形成於該撓性印刷電路板的一第二區域內; 其中該鄰近感測器及該滑動感測器位於該撓性印刷電路板的不同表面上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控筆，更包含一底座，其中該撓性印刷電路板安裝到該電路板，該電路板設置於該底座內，且該撓性印刷電路板的該第一區域圍繞於該底座的一第一區的周圍，且該撓性印刷電路板的該第二區域圍繞於該底座的一第二區的周圍。
  8. 一種觸控筆，其包含: 一桶狀部; 複數個鄰近感測器，設定為根據複數個鄰近感測器上的觸摸的存在或不存在，來輸出複數個鄰近資料; 一滑動感測器，設定為根據該滑動感測器上的觸摸的位置，輸出一梯度資料; 以及 一處理電路，具有一通信子電路。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之觸控筆，其中當該滑動感測器根據該滑動感測器上的觸摸的位置，輸出一梯度資料時，該通信子電路傳送該梯度資料。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之觸控筆，其中當該複數個鄰近感測器根據該鄰近感測器的零個或多個觸摸，輸出複數個鄰近資料時，該通信子電路傳送該鄰近資料。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之觸控筆，更包含一觸覺開關總成，該觸覺開關總成包含: 一妝點按鈕; 其中該妝點按鈕係由一非導電材料所製成; 其中該妝點按鈕沿著該桶狀部的一側設置且通過該桶狀部的一側; 其中該滑動感測器在該桶狀部的內部縱向設置且位於該觸覺開關下方。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之觸控筆，更包含一底座，該底座包含一具有鉸鏈的片段，該觸覺開關總成更包含一開關，該開關設置在該電路板上，其中施加到該妝點按鈕的力量經由該滑動感測器傳送到該底座的該具有鉸鏈的片段，並且施加到該底座的該具有鉸鏈的片段的力量傳送到該開關。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之觸控筆，更包含: 一撓性印刷電路板，該撓性印刷電路板具有一第一表面及一第二表面; 該滑動感測器形成於該撓性印刷電路板的一第一區域內; 該複數個鄰近感測器形成於該撓性印刷電路板的一第二區域內; 其中該複數個鄰近感測器及該滑動感測器位於該撓性印刷電路板的不同表面上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之觸控筆，更包含一底座，其中該撓性印刷電路板安裝到該電路板，該電路板設置於該底座內，且該撓性印刷電路板的該第一區域圍繞於該底座的一第一區的周圍，且該撓性印刷電路板的該第二區域圍繞於該底座的一第二區的周圍。
  15. 一種觸控筆，其包含: 一桶狀部; 一底座，該底座具有一第一區及一第二區; 一鄰近感測器，設定為根據鄰近感測器上的觸摸的存在或不存在，來輸出一鄰近資料; 一滑動感測器，設定為根據該滑動感測器上的觸摸的位置，輸出一梯度資料; 一處理電路，具有一通信子電路; 以及 一撓性印刷電路板，該撓性印刷電路板安裝到該處理電路; 其中該滑動感測器形成於該撓性印刷電路板的一第一區域內的一第一側上，該鄰近感測器形成於該撓性印刷電路板的一第二區域內的一第二側上; 其中該撓性印刷電路板的該第一區域圍繞於該底座的該第一區的周圍，且該撓性印刷電路板的該第二區域圍繞於該底座的該第二區的周圍。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之觸控筆，其中當該滑動感測器根據該滑動感測器上的觸摸的位置，輸出一梯度資料時，該通信子電路傳送該梯度資料。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之觸控筆，其中當該複數個鄰近感測器根據該鄰近感測器的零個或多個觸摸，輸出複數個鄰近資料時，該通信子電路傳送該鄰近資料。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之觸控筆，更包含一觸覺開關總成，該觸覺開關總成包含: 一妝點按鈕; 其中該妝點按鈕係由一非導電材料所製成; 其中該妝點按鈕沿著該桶狀部的一側設置且通過該桶狀部的一側; 其中該滑動感測器在該桶狀部的內部縱向設置且位於該觸覺開關下方。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之觸控筆，更包含一底座，該底座包含一具有鉸鏈的片段，該觸覺開關總成更包含一開關，該開關設置在該電路板上，其中施加到該妝點按鈕的力量經由該滑動感測器傳送到該底座的該具有鉸鏈的片段，並且施加到該底座的該具有鉸鏈的片段的力量傳送到該開關。
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