TWI510978B - 主動式觸控筆及其筆頭結構 - Google Patents

Description

主動式觸控筆及其筆頭結構

本發明係關於一種觸控筆及其筆頭結構，尤指一種可提供多階壓感及三維資訊的主動式觸控筆及其筆頭結構。

隨著科技的進步與發展，市面上有多種電子裝置都採用觸控面板作為操作介面，使用者通常以手指在觸控面板上操作，但是用手指在觸控面板上滑動時因手指接觸面積廣而易造成摩擦力太大，不適合大量或快速輸入，亦可能發生誤觸其他應用程式或功能項目的情況，因此，坊間係有觸控筆問世，既有的觸控筆可分為主動式與被動式。

被動式是目前最常見的觸控筆，其筆頭較粗且具有彈性，使用者以被動式觸控筆代替手指在觸控面板上操作，該筆頭必須是導電材料，例如導電泡棉、導電纖維、導電橡膠等導電材質，但是這種觸控筆產生的電容變化量小，所以需要用較大面積的筆頭來增加在觸控面板上的接觸面積以增大電容，其精確度較差，且筆頭較粗仍不適合大量或快速輸入；而主動式觸控筆包括電池和信號發射電路，由信號發射電路發送信號使相應的觸控面板收到信號後判斷其被接觸位置的座標，在此狀況下，可使觸控筆與觸控面板之接觸面積很小時仍可接受到觸控筆的信號。

如中國實用新型專利權第CN203012655U號「一種觸控筆及其無線充電系統」，其提供一種觸控筆包括一筆身與一筆頭，該筆頭內設置有一電極，該筆身內設置有一驅動電路、一電池、一整流電路以及一接收線圈，該驅動電路係連接於該電極與該電池之間，該電池、該整流電路及該接收線圈依次序電連接；前述接收線圈係用以接收一電能，該整流電路係將接收線圈所接收的電能進行整流以令該電池進行充電，而該電池將電能供應給該驅動電路後，由驅動電路以脈衝信號觸發該筆頭內的電極，使觸控筆能夠在相應的觸控螢幕上書寫工作。

以上述現有的技術而言，被動式觸控筆雖然相當廣泛地被使用，但是筆頭仍然面積較大而不方便使用，上述專利權雖然不限制筆頭與觸控面板之間的接觸面積，令使用者較方便使用，但是仍無法提供使用者於觸控面板上操作時除了基本的二維(X軸、Y軸)資訊之外的第三軸(Z軸)資訊，進而無法測量使用者在觸控面板上的點擊力度；因此，當使用者在繪圖時若需要改變筆劃粗細，則必須先點選線條粗細，之後才能以選擇的線條粗細書寫繪圖，若須改變線條粗細，則必須以上述方式重新點選線條粗細，使用時亦經常造成使用者的不便。

有鑑於上述現有技術的不足，本發明主要目的係提供一種主動式觸控筆及其筆頭結構，並透過使用者對筆頭於相應的觸控面板上施予不同的壓力的狀況下，以達到在觸控面板上產生多階壓感及三維資訊的目的。

為達上述目的所使用的主要技術手段係令前述主動式觸控筆包括有：一筆身，係呈中空；一筆頭，係由金屬構成，該筆頭以可伸縮的方式設在該筆身的一端；一動態電場感測組件，係與該筆頭的一端連接，並設於該筆身內；當該筆頭與筆身的相對距離改變，使得該動態電場感測組件被連動，進而產生一電場變化量；一電路模組，係與該動態電場感測組件連接，並根據該動態電場感測組件產生的電場變化量產生一發射信號。

前述主動式觸控筆係於筆身的一端可伸縮地設有一筆頭，該筆頭係金屬材質，可當作天線發射訊號給相應的觸控面板，亦用以與觸控面板接觸，其接觸面積小而方便書寫，由於筆頭可在筆身一端伸縮，當使用者對筆尖上施加不同壓力，將使筆頭與筆身之間的相對距離改變，使得與筆頭相連的動態電場感測組件被連動，從而產生一隨連動距離改變的電場變化量，供電路模組發射一對應該電場變化量的發射信號，以提供本發明在觸控面板上可具有多階壓感及三維的資訊，以達到提升使用方便性的功效。

10‧‧‧筆頭

101‧‧‧第一端

102‧‧‧第二端

11‧‧‧保護層

12‧‧‧內殼

20‧‧‧動態電場感測組件

21‧‧‧連動件

22‧‧‧環件

211‧‧‧穿槽部

212‧‧‧連接部

23‧‧‧固定件

24‧‧‧彈性件

30‧‧‧筆身

31‧‧‧彈簧

40‧‧‧電路模組

50‧‧‧電池

60‧‧‧行動裝置

61‧‧‧觸控面板

圖1 係本發明一較佳實施例外觀圖。

圖2 係本發明一較佳實施例之局部剖面圖。

圖2A 係本發明一較佳實施例之另一側的局部剖面圖。

圖2B 係本發明一較佳實施例之又一側的局部剖面圖。

圖3 係本發明一較佳實施例之另一剖面圖。

圖4 係本發明一較佳實施例狀態剖面圖。

圖4A 係本發明一較佳實施例另一側的狀態剖面圖。

圖5 係本發明之具體應用方式示意圖。

關於本發明主動式觸控筆及其筆頭結構之一較佳實施例，請參考圖1與圖2所示，其中包括一筆頭10、一動態電場感測組件20、一筆身30及一電路模組40；該筆頭10係與該動態電場感測組件20連接，該筆身30係呈中空桿狀，且於一端朝軸向形成有一開口供穿設該筆頭10，該電路模組40係設於該筆身30內且與該動態電場感測組件20電連接，於本實施例中，該筆身30內進一步設有一電池50，且該電池50與該電路模組40電連接。

該筆頭10係呈長條細桿狀，並以金屬材質構成，該筆頭10係具有兩位置相對的一第一端101與一第二端102，且以可伸縮的方式由軸向穿設在該筆身30的一端開口中，令該筆頭10的第二端102位於該筆身30內，並與該動態電場感測組件20固定連接，而該筆頭10的第一端101則外露於該筆身30的一端開口外。

本實施例中，該筆頭10的第一端101可當作一個天線用以發射訊號，亦可與一觸控面板直接接觸使用，為避免摩擦力太大而造成觸控面板損傷， 進一步在該筆頭10的第一端101包覆一保護層11，該保護層係以塑膠或橡膠材質所構成，使用不同的材質時可令筆頭10具有不同的摩擦力；本實施例中，該筆頭10在筆身30內的一端設有一金屬材質的內殼12，當筆頭10作為天線並用以發射訊號時，該內殼12可遮蔽過量的訊號，令筆頭10僅以第一端101發射適量的訊號。

該動態電場感測組件20係設於該筆身30內且與該筆頭10的第二端102固定連接，當該筆頭10於軸向上受到外力施壓後，筆頭10與筆身30的相對距離產生改變，該筆頭10使得該動態電場感測組件20被連動而觸發該電路模組40上的電極，進而產生一隨連動距離改變的電場變化量，該動態電場感測組件20可依據上述相對距離改變的程度而產生不同電場變化量的變化，供該電路模組40發射一對應該電場變化量的發射信號，並且依據對應不同電場變化量的發射信號使得本發明在觸控面板上能提供多階的壓感效果，以方便使用者使用並且提升在觸控面板上的書寫效率。

於本實施例中，該動態電場感測組件20係進一步包括一連動件21、一金屬環件22；請參考圖2A、圖2B與圖3所示，該金屬環件22係呈中空筒狀且具有兩端口，供該連動件21軸向穿設在其中；其中，該連動件21係呈柱狀，其同軸地穿置於金屬環件22中，該連動件21的外徑壁與金屬環件22的內徑壁具有相同的距離，有如電容的兩平行板，根據電容值公式：，其中，ε為介電係數，A為兩平行板面積，d則為兩平行板距離。

當前述的距離d固定，若平行板的面積A改變，則電容值C即隨之改變，而本發明令該連動件21隨著筆頭10移動，將改變連動件21和金屬環件22的相對面積，從而產生不同的電容值C。

如圖2A與圖2B所示，該金屬環件22的其中一端口上設有一環形固定件23，用以將該金屬環件22固定在筆身30的內壁上，該金屬環件22的一端係與該電路模組40的一第二電極端電連接；該環形固定件23於軸向上形成有一穿口，供前述連動件21的一連接部212穿過後與電路模組40連接；該連動件21於軸向上的一端形成有一穿槽部211，供筆頭10的第二端102插置以構成固定連接，該連動件21於軸向上的另一端延伸該連接部212，該連接部212係呈柱狀，其自由端係與該電路模組40的一第一電極端電連接。

本實施例中，當筆頭10於軸向上受到外力施壓時，為提供較佳的動作緩衝以減少磨損，該動態電場感測組件20與該電路模組40之間進一步設有一彈簧31，供上述連動件21以其連接部212可伸縮的軸向穿過該彈簧31，並透過該彈簧31與該電路模組40的第一電極端構成電連接；另外，該連動件21與金屬環件22之間進一步設有一彈性件24，該彈性件24係用以緩衝連動件21被筆頭10所帶動，而對金屬環件22產生的碰撞。

由上述說明可知，於本實施例的動態電場感測組件20中，該金屬環件22係呈中空且具有兩端口，供該連動件21以可伸縮的軸向穿設在其中，並且該連動件21係與該電路模組40的第一電極端電連接，該金屬環件22係與該電 路模組40的第二電極端電連接；當該連動件21的外徑壁與該金屬環件22的內徑壁等同電容的兩平行板，且該第一電極端與第二電極端之極性相異，依據該平行板面積的大小而產生相對應的電場變化量；而依據該接觸面的大小而產生相對應的電場變化量之判斷方式為：若平行板面積越大，則代表使用者對筆頭10的施壓越重，若平行板面積越小，則代表對筆頭10的施壓越輕。透過上述判斷方式，本發明可依據筆頭10與筆身30相對距離改變的程度而產生不同電場變化量的變化，以提供本發明在觸控面板上可具有多階壓感及三維的資訊，以達到提升使用方便性的功效。

為說明本較佳實施例一具體應用方式，請參閱圖4、圖4A與圖5所示，其中包括一行動裝置60，該行動裝置60具有一觸控面板61，供使用者利用本發明筆頭10的第一端101當作一天線的發射端與該觸控面板61的表面接觸，當使用者對該筆頭10施壓時，如圖2A與圖4A所示，該筆頭10朝筆身30內縮，此時該動態電場感測組件20被連動而觸發該電路模組40上的第一電極端，由於該連動件21的外徑壁與該金屬環件22的內徑壁分別構成兩平行板，進而依據該平行板相對面積的大小不同而在觸控面板61上產生相對應的電場變化量，並且依據不同電場變化量的變化使得行動裝置60於觸控面板61上提供多階的壓感效果，同時可判斷該筆頭10的三維(X軸、Y軸、Z軸)資訊，以及其中二維(X軸、Y軸)資訊所構成的一夾角θ，以提高定位效率、準確性，而更方便使用者使用，並且提升在觸控面板61上的書寫效率。

10 筆頭                                            101第一端102 第二端                                      11保護層12 內殼                                            20動態電場感測組件21 連動件                                        22環件211 穿槽部                                      212連接部23 固定件                                        24彈性件30 筆身                                            31彈簧40 電路模組

Claims (10)

1. 一種主動式觸控筆，其包括：一筆身，係呈中空；一筆頭，係由金屬構成，該筆頭以可伸縮的方式設在該筆身的一端；一動態電場感測組件，係與該筆頭的一端連接，並設於該筆身內；當該筆頭與該筆身的相對距離改變，使得該動態電場感測組件被連動，進而產生一電場變化量；以及一電路模組，係與該動態電場感測組件連接，並根據該動態電場感測組件產生的該電場變化量產生一發射信號；其中，該動態電場感測組件係進一步包括一連動件、一金屬環件；該金屬環件具有兩端口，供該連動件穿設其中，該連動件係與該筆頭連接。
2. 如請求項1所述之主動式觸控筆，該筆頭係呈細桿狀，具有兩位置相對的一第一端與一第二端，該第二端內伸於該筆身內，並與該動態電場感測組件連接，而該第一端則外露於該筆身外，當作一個天線用以發射訊號。
3. 如請求項1所述之主動式觸控筆，該筆頭與該筆身之間進一步設有一金屬材質的內殼，作為屏蔽。
4. 如請求項2所述之主動式觸控筆，該筆頭的該第一端包覆一保護層，該保護層係以塑膠或橡膠材質所構成。
5. 如請求項1所述之主動式觸控筆，該金屬環件的其中一端口上設有一環形固定件，用以將該金屬環件固定在該筆身的內壁上，該環形固定件於 軸向上形成有一穿口，供該連動件的一連接部穿過；該連動件於軸向上的一端形成有一穿槽部，供該筆頭插置，該連動件於軸向上的另一端延伸該連接部。
6. 如請求項1所述之主動式觸控筆，該筆身內進一步設有一電池，該電池與該電路模組電連接。
7. 一種主動式觸控筆的筆頭結構，其包括：一筆身，係呈中空；一筆頭，係由金屬構成，該筆頭以可伸縮的方式設在該筆身的一端；以及一動態電場感測組件，係與該筆頭的一端連接，並設於該筆身內；當該筆頭與該筆身的相對距離改變，使得該動態電場感測組件被連動，進而產生一電場變化量；其中，該動態電場感測組件係進一步包括一連動件、一金屬環件；該金屬環件具有兩端口，供該連動件穿設其中，該連動件係與該筆頭連接。
8. 如請求項7所述之主動式觸控筆的筆頭結構，該筆頭係呈細桿狀，具有兩位置相對的一第一端與一第二端，該第二端與該動態電場感測組件連接，而該第一端則當作一個天線用以發射訊號；該筆頭外進一步設有一金屬材質的內殼，作為屏蔽。
9. 如請求項8所述之主動式觸控筆的筆頭結構，該筆頭的該第一端包覆一保護層，該保護層係以塑膠或橡膠材質所構成。
10. 如請求項7所述之主動式觸控筆的筆頭結構，該金屬環件的其中一端口上設有一環形固定件，用以將該金屬環件固定在該筆身的內壁上，該環 形固定件於軸向上形成有一穿口，供該連動件的一連接部穿過；該連動件於軸向上的一端形成有一穿槽部，供該筆頭插置，該連動件於軸向上的另一端延伸該連接部。