TWI556140B - 觸控筆 - Google Patents

Description

觸控筆

本發明係關於一種觸控筆，尤其係關於可操控電容式觸控板之觸控筆。

常見的傳統電腦週邊輸入裝置包括滑鼠、鍵盤以及軌跡球等裝置。隨著時代的進步，市面上推出了觸控板，其可供使用者直接利用手指或觸控筆於觸控板上操作，而得以操控電腦系統等電子裝置。

市面上常見的觸控板可依種類分為電阻式觸控板、聲波觸控板、紅外線式觸控板以及電容式觸控板，依序簡單介紹各種觸控板。電阻式觸控板係藉由按壓物(一般為使用者的手指)按壓所產生之電壓變化而辨識按壓點的位置。聲波觸控板係於其表面佈滿聲波，藉由被按壓物遮斷聲波分佈而辨識出其按壓點的位置。紅外線式觸控板與聲波觸控板的原理類似，紅外線式觸控板於其表面佈滿紅外線，且藉由按壓物遮斷紅外線傳遞而辨識按壓點的位置。至於電容式觸控板，其利用使用者之手指接觸電容 式觸控板時，電容式觸控板之其接觸點上發生電容值變化而判斷接觸點的位置。上述各種觸控板中，由於電容式觸控板之觸控準確性較高，且其成本較低，故較多使用者會選擇使用電容式觸控板。

隨著電容式觸控板之發展，其廠商研發而推出電容式觸控板專用的電容式觸控筆。請參閱如圖1，其為習知電容式觸控筆之結構剖面圖。習知電容式觸控筆1包括導電筆頭11、金屬本體12、壓力感應器13、螺旋彈簧14、電路板15、驅動按鍵16、二觸發開關17以及電池18。導電筆頭11設置於金屬本體12之一端且顯露於金屬本體12之外，其功能為使導電筆頭11之第一端111與電容式觸控板(未顯示於圖中)接觸，而導電筆頭11之第二端112則可與壓力感應器13接觸。螺旋彈簧14套設於導電筆頭11之第二端112上且與壓力感應器13接觸，壓力感應器13之功能為被導電筆頭11之第二端112推抵而產生觸控訊號，電路板15設置於金屬本體12內，且壓力感應器13以及二觸發開關17分別連接於電路板15。驅動按鍵16設置於金屬本體12上而顯露於外，且驅動按鍵16與二觸發開關17接觸，而電池18電性連接於電路板15，其功能為提供電力至電路板15。

當使用者觸壓驅動按鍵16時，驅動按鍵16推抵二觸發開關17，且二觸發開關17產生啟動訊號至電路板15，以啟動習知電容式觸控筆1。習知電容式觸控筆1被啟動之後，使用者握持習知電容式觸控筆1且使導電筆頭11之第一端111與電容式觸控板接觸，此時，導電筆頭11相對於金屬本體12往壓力感應器13之方向移動，且壓縮螺旋彈簧14以累積彈性力。另一方面，導電筆頭11之第二端112推抵壓力感應器13，使壓力感應器13產生觸控訊號，且傳輸觸控訊號至導電筆頭11，以輸出觸控訊號至電容式觸控板。藉此可改變電容式觸控板與導電筆頭11的接觸點之電容值，進而使電容式觸控板判斷其接觸點的位置，以進行相對應的指令。

當使用者移開習知電容式觸控筆1，使導電筆頭11之第一端111不再與電容式觸控板接觸時，被壓縮的螺旋彈簧14釋放其彈性力而推抵導電筆頭11，使導電筆頭11相對於金屬本體12而往遠離壓力感應器13的方向移動，以恢復至導電筆頭11未被推抵前的位置。

然而，習知電容式觸控筆1具有以下二缺點，第一，習知電容式觸控筆1之結構容易造成壓力感應器13的損壞，例如：使用者疏忽而使習知電容式觸控筆1掉落至桌面或地面，使得導電筆頭11之第一端111直接與桌面或地面發生強烈撞擊，且導電筆頭11之第二端112以較強的力道撞擊壓力感應器13，造成壓力感應器13損壞。

第二，壓力感應器13可判斷使用者所施加的推抵力，且根據不同強度的推抵力而產生不同的觸控訊號，使得習知電容式觸控筆1可利用不同的觸控訊號產生不同的效果，例如：使用者施加一般的推抵力時，習知電容式觸控筆1可畫出正常粗細的線條，而當使用者施加較大的推抵力時，習知電容式觸控筆1則可畫出較粗的線條。然而，壓力感應器13所接收到的不同的推抵力與所產生之不同的觸控訊號並非為線性。

舉例說明，使用者施加100克的推抵力時，習知電容式觸控筆1可畫出正常粗細的線條，但使用者施加200克的推抵力時，習知電容式觸控筆1仍是畫出正常粗細的線條，直至使用者施加400克的推抵力時，習知電容式觸控筆1才會畫出較粗的線條。根據上述可知，當使用者施加強度差異不大的推抵力時，由於壓力感應器13所輸出的觸控訊號為非線性，故習知電容式觸控筆1仍會畫出相同的線條。對使用者而言，施加不同的觸壓力，但卻畫出相同的線條會造成使用者操作上的困擾。

因此，需要一種可降低損壞機率且不造成使用者操作困擾之觸控筆。

本發明之目的在於提供一種較不易受損且不造成使用者操作困擾之觸控筆。

於一較佳實施例中，本發明提供一種觸控筆，用以操控一電容式觸控板，包括一本體、一接觸件、一套筒、一感應裝置以及一緩衝元件。該接觸件設置於該本體內且部份伸出於該本體，用以與該電容式觸控板接觸而傳輸一觸控訊號至該電容式觸控板。該套筒設置於該本體內且該接觸件穿過該套筒而以可移動方式被固定於該套筒上。該感應裝置設置於該套筒內，用以根據該接觸件之移動而產生該觸控訊號。該緩衝元件設置於該套筒內且分別與該接觸件以及該感應裝置接觸，用以分離該接觸件與該感應裝置以及傳輸該觸控訊號至該接觸件。

簡言之，本發明觸控筆藉由於接觸件與感應裝置之間設置緩衝元件而分離接觸件以及感應裝置，當觸控筆受到過大的外力而使接觸件相對於套筒往感應裝置的方向移動時，緩衝元件分隔接觸件以及感應裝置而避免接觸件撞擊感應裝置，且該外力由緩衝元件接收而可保護感應裝置，同時可釋放緩衝彈性力，使接觸件回復至被移動前的位置。藉此可降低觸控筆的損壞機率。其次，緩衝元件具有傳輸接腳，其連接於感應裝置之電路板，當控制單元產生觸控訊號時，該觸控訊號可藉由電路板、傳輸接腳以及接觸件而被傳輸至電容式觸控板。也就是說，緩衝元件除了分隔接觸件以及感應裝置之外，更具有傳輸觸控訊號之功效。另外，本發明觸控筆中更包含有持續推抵感應裝置之校正元件，以使感應元件被調整為線性化的元件，而便於使用者控制操作的力道大小。

1‧‧‧電容式觸控筆

2‧‧‧觸控筆

11‧‧‧導電筆頭

12‧‧‧金屬本體

13‧‧‧壓力感應器

14‧‧‧螺旋彈簧

15、241‧‧‧電路板

16‧‧‧驅動按鍵

17‧‧‧觸發開關

18、28‧‧‧電池

21‧‧‧本體

22‧‧‧接觸件

23‧‧‧套筒

24‧‧‧感應裝置

25‧‧‧緩衝元件

26‧‧‧校正元件

27‧‧‧電連接元件

111‧‧‧導電筆頭之第一端

112‧‧‧導電筆頭之第二端

221‧‧‧接觸筆頭

222‧‧‧筆頭套

231‧‧‧套筒主體

232‧‧‧第一槽體

233‧‧‧第二槽體

234‧‧‧套筒開孔

242‧‧‧感應元件

243‧‧‧控制單元

244‧‧‧包覆套

251‧‧‧傳輸接腳

2211‧‧‧第一區段

2212‧‧‧第二區段

2311‧‧‧間隔壁

2441‧‧‧包覆套之第一端

2442‧‧‧包覆套之第二端

2443‧‧‧包覆套開孔

圖1係習知電容式觸控筆之結構剖面圖。

圖2係本發明觸控筆於一較佳實施例中之結構剖面圖。

圖3係本發明觸控筆於一較佳實施例中之局部結構爆炸圖。

圖4係本發明觸控筆於一較佳實施例中之局部結構圖。

圖5係本發明觸控筆於一較佳實施例中之局部結構剖面圖。

圖6係本發明觸控筆之接觸件於一較佳實施例中被推抵之局部結構剖 面圖。

鑑於習知技術之問題，本發明提供一種可解決習知技術問題的觸控筆。首先說明本發明觸控筆之結構。請同時參閱圖2以及圖3，圖2係為本發明觸控筆於一較佳實施例中之結構剖面圖，而圖3係為本發明觸控筆於一較佳實施例中之局部結構爆炸圖。本發明觸控筆2之功能為操控一電容式觸控板(未顯示於圖中)，且觸控筆2包括本體21、接觸件22、套筒23、感應裝置24、緩衝元件25、校正元件26、電連接元件27以及電池28。接觸件22設置於本體21內且部份伸出於本體21，其功能為與電容式觸控板接觸而使感應裝置24被觸發，且傳輸感應裝置24所產生的觸控訊 號至電容式觸控板。套筒23設置於本體21內，且接觸件22穿過套筒23而以可移動方式被固定於套筒23上。感應裝置24設置於套筒23內，其功能為根據接觸件24之移動而被觸發，且產生觸控訊號。於本較佳實施例中，觸控筆2係為主動電容式觸控筆，且接觸件22係以導電材料所製成。

緩衝元件25設置於套筒23內且分別與接觸件22以及感應裝置24接觸，其功能有二，第一，可分離接觸件22與感應裝置24而避免接觸件22與感應裝置24直接接觸，第二，傳輸觸控訊號至接觸件22。其中，緩衝元件25具有一傳輸接腳251。校正元件26設置於套筒23內且環繞緩衝元件25，並可與感應裝置24接觸，其功能為提供一校正彈性力予感應裝置24，而有助於感應裝置24的運作，其相關詳細內容將於稍後說明。電連接元件27設置於本體21內且與感應裝置24連接，而電池28係被裝設於本體21內且與電連接元件27接觸，藉此建立電池28與感應裝置24的電性連接而得以提供電力至感應裝置。於本較佳實施例中，緩衝元件25以及校正元件26皆為螺旋彈簧。

接下來說明各元件之詳細結構。請參閱圖2~圖5，圖4係為本發明觸控筆於一較佳實施例中之局部結構圖，而圖5係為本發明觸控筆於一較佳實施例中之局部結構剖面圖。套筒23包括套筒主體231、第一槽體232、第二槽體233以及套筒開孔234，套筒主體231具有間隔壁2311，且間隔壁2311之第一側被定義為第一槽體232，而間隔壁2311之第二側被定義為第二槽體233。套筒開孔234設置於間隔壁2311上且連通第一槽體232以及第二槽體233，使接觸件22穿過套筒開孔234而以可移動方式被固定於套筒23上。接觸件22包括接觸筆頭221以及筆頭套222，且接觸筆頭221係由第一區段2211以及第二區段2212所組成，第二區段2212係以插接方式與第一區段2211結合，且第二區段2212之直徑小於第一區段2211 之直徑。第一區段2211被收容於第一槽體232中，且於觸控筆2未被操作之情況下，第一區段2211不與間隔壁2311接觸。第二區段2212穿過套筒開孔234而部份被收容於第二槽體233中，筆頭套222設置於第二區段2212上，其可與緩衝元件25接觸。於本較佳實施例中，第二區段2212係以插接方式與第一區段2211結合，但非以此為限，於另一較佳實施例中可採用第一區段係與第二區段一體成型的結構。

圖3~圖5中，感應裝置24包括電路板241、感應元件242、控制單元243以及包覆套244，電路板241設置於本體21內且部份伸入於套筒23之第二槽體233內。感應元件242設置於電路板241上，其功能為被觸發而產生一壓力偵測訊號。控制單元243設置於電路板241上且連接於感應元件242，其功能為接收到壓力偵測訊號時進行壓力偵測訊號的判斷，以決定是否產生觸控訊號。包覆套244之第一端2441與校正元件26接觸，而包覆套244之第二端2442與感應元件242接觸，其功能有二，第一功能為包覆緩衝元件25，第二功能則可因應校正元件26所提供之校正彈性力而持續推抵感應元件242。其中，包覆套244具有包覆套開孔2443，設置於包覆套244之側壁上，使緩衝元件25之傳輸接腳251穿過包覆套開孔2443而連接於電路板241，如圖4所示。於本較佳實施例中，感應元件242係為壓力感應器(Force-Sensitive Resistor，FSR)，而控制單元243係為微處理器。

需特別說明的是，本發明觸控筆2設計為校正元件26持續推抵感應元件242之結構，其原因在於，感應元件242雖然可根據不同強度的推抵力而產生不同的壓力偵測訊號，但感應元件242所接收到之不同的推抵力與所產生之不同的壓力偵測訊號並非為線性，如習知技術中所述，施加不同的觸壓力，但卻產生相同的操作結果會造成使用者操作上的 困擾。經過研究之後發現，當施加於感應元件242的推抵力大於某一強度值之後，施加強度大於該強度值的推抵力可使感應元件242產生相對應的壓力偵測訊號，亦即，施加強度大於該強度值的推抵力會與壓力偵測訊號成正比，故設計校正元件26持續施加上述某一強度值的推抵力至感應元件242，而得以將感應元件242轉換為線性化的元件，以達到施加不同的觸壓力時能產生不同的操作結果之功效，產生較精確的觸控控制，避免形成使用者操作上的困擾。

接下來說明使用者使用本發明觸控筆之運作情形，請繼續參閱圖2~圖6，圖6係為本發明觸控筆之接觸件於一較佳實施例中被推抵之局部結構剖面圖。當使用者觸壓觸控筆2之驅動按鍵(未顯示於圖中)以啟動觸控筆2，而驅動按鍵之結構以及運作情形係與習知技術相同，故不再贅述。觸控筆2被啟動之後，使用者握持觸控筆2且使接觸筆頭221之第一區段2211與電容式觸控板接觸，接觸筆頭221相對於本體21而往感應元件242之方向移動，且隨之移動的第二區段2212以及筆頭套222推抵緩衝元件25而壓縮緩衝元件25，使緩衝元件25累積緩衝彈性力。其中，接觸筆頭221往感應元件242之方向移動之過程中，第一區段2211移動至與間隔壁2311接觸之位置而被間隔壁2311阻擋，以限制接觸筆頭221之移動距離，使第二區段2212最多僅可與緩衝元件25接觸，而無法與感應裝置24接觸。

同時，被壓縮緩衝元件25推抵包覆套244，使持續被校正元件26推抵的包覆套244進一步地推抵感應元件242，使感應元件242產生對應於該推抵力之壓力偵測訊號，且藉由電路板241傳輸壓力偵測訊號至控制單元243。控制單元243中，其判斷該壓力偵測訊號是否大於或等於一壓力預設值(被預設於控制單元243中)，當判斷該壓力偵測訊號大於或等 於壓力預設值時，控制單元243產生相對應之觸控訊號。反之，當控制單元243判斷該壓力偵測訊號小於壓力預設值時，控制單元243則不產生觸控訊號。最後，控制單元243所產生之觸控訊號藉由電路板241被輸出至緩衝元件25之傳輸接腳251，且傳輸至與緩衝元件25所接觸的以及接觸件22，使得觸控訊號可透過接觸件22而傳輸至電容式觸控板。因此，電容式觸控板可藉由電容值變化所發生的位置而判斷其接觸點的位置，以進行相對應的指令。

當使用者操作完畢而移開觸控筆，且使接觸筆頭22不再與電容式觸控板接觸時，被壓縮的緩衝元件25釋放其緩衝彈性力而推抵接觸筆頭22，使接觸筆頭22相對於本體21而往遠離感應裝置24的方向移動，以恢復至接觸筆頭22未被推抵前的位置，如圖5所示。

需特別說明的是，本發明觸控筆之控制單元亦可採用與上述較佳實施例不同的設定，於一較佳作法中，控制單元預設有N個壓力預設值，而可產生N+1種觸控訊號。舉例說明如下：控制單元預設有第一壓力預設值以及第二預設壓力值，且第二壓力預設值小於第一壓力預設值。當控制單元判斷感應元件接收到的推抵力大於第一壓力預設值時，控制單元產生第一觸控訊號，使觸控筆劃過電容式觸控板之軌跡可產生粗的線條。當控制單元判斷感應元件接收到的推抵力介於第一壓力預設值與第二壓力預設值之間時，控制單元產生第二觸控訊號，使觸控筆劃過電容式觸控板之軌跡可產生中等粗細的線條。而當控制單元判斷感應元件接收到的推抵力小於第二壓力預設值時，控制單元產生第三觸控訊號，使觸控筆劃過電容式觸控板之軌跡可產生細的線條。

根據上述內容可知，本發明觸控筆藉由於接觸件與感應裝置之間設置緩衝元件而分離接觸件以及感應裝置，當觸控筆受到過大的外力 而使接觸件相對於套筒往感應裝置的方向移動時，緩衝元件分隔接觸件以及感應裝置而避免接觸件撞擊感應裝置，且該外力由緩衝元件接收而可保護感應裝置，同時可釋放緩衝彈性力，使接觸件回復至被移動前的位置。藉此可降低觸控筆的損壞機率。其次，緩衝元件具有傳輸接腳，其連接於感應裝置之電路板，當控制單元產生觸控訊號時，該觸控訊號可藉由電路板、傳輸接腳以及接觸件而被傳輸至電容式觸控板。也就是說，緩衝元件除了分隔接觸件以及感應裝置之外，更具有傳輸觸控訊號之功效。另外，本發明觸控筆中更包含有持續推抵感應裝置之校正元件，以使感應元件被調整為線性化的元件，而便於使用者控制操作的力道大小。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。

21‧‧‧本體

22‧‧‧接觸件

23‧‧‧套筒

25‧‧‧緩衝元件

26‧‧‧校正元件

221‧‧‧接觸筆頭

222‧‧‧筆頭套

231‧‧‧套筒主體

232‧‧‧第一槽體

233‧‧‧第二槽體

234‧‧‧套筒開孔

241‧‧‧電路板

242‧‧‧感應元件

244‧‧‧包覆套

251‧‧‧傳輸接腳

2211‧‧‧第一區段

2212‧‧‧第二區段

2311‧‧‧間隔壁

2441‧‧‧包覆套之第一端

2442‧‧‧包覆套之第二端

2443‧‧‧包覆套開孔

Claims (7)

1. 一種觸控筆，用以操控一電容式觸控板，包括：一本體；一接觸件，設置於該本體內且部份伸出於該本體，用以與該電容式觸控板接觸而傳輸一觸控訊號至該電容式觸控板；一套筒，設置於該本體內且該接觸件穿過該套筒而以可移動方式被固定於該套筒上；一感應裝置，設置於該套筒內，用以根據該接觸件之移動而產生該觸控訊號；以及一緩衝元件，設置於該套筒內且分別與該接觸件以及該感應裝置接觸，用以分離該接觸件與該感應裝置以及傳輸該觸控訊號至該接觸件，其中，該觸控筆更包括一校正元件設置於該套筒內且環繞該緩衝元件，而與該感應裝置接觸，用以提供一校正彈性力予該感應裝置；以及，該感應裝置包括：一電路板，設置於該本體內且部份伸入於該套筒內；一感應元件，設置於該電路板上，用以產生一壓力偵測訊號；一控制單元，設置於該電路板上且連接於該感應元件，用以因應該壓力偵測訊號而判斷是否產生該觸控訊號；以及，一包覆套，該包覆套之一第一端與該校正元件接觸，該包覆套之一第二端與該感應元件接觸，用以包覆該緩衝元件，且因應該校正元件所提供之該校正彈性力而持續推抵該感應元件，而將該感應元件轉化為線性化元 件；其中當該接觸件與該電容式觸控板接觸板時，該接觸件相對於該套筒移動且推抵該緩衝元件，使該緩衝元件抵頂該包覆套而觸發該感應元件，且該感應元件產生相對應之該壓力偵測訊號至該控制單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控筆，其中該套筒包括：一套筒主體，具有一間隔壁；一第一槽體，設置於該間隔壁之一第一側；一第二槽體，設置於該間隔壁之一第二側；以及一套筒開孔，設置於該間隔壁上且連通該第一槽體以及該第二槽體，使該接觸件穿過該套筒開孔而以可移動方式被固定於該套筒上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之觸控筆，其中該接觸件包括：一接觸筆頭，該接觸筆頭之一第一區段被收容於該第一槽體中且不與該間隔壁接觸，該接觸筆頭之一第二區段穿過該套筒開孔而被收容於該第二槽體中；一筆頭套，設置於該接觸筆頭之該第二區段上，用以與該緩衝元件接觸；其中當該接觸件因一外力而被移動時，該接觸筆頭之該第一區段被該間隔壁阻擋。
4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控筆，其中該校正元件以及該緩衝元件皆為螺旋彈簧。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控筆，其中當該控制單元接收到該壓力偵測訊號，且於判斷該壓力偵測訊號大於或等於一壓力預設值時，產生該觸控訊號；而當該控制單元接收到該壓力偵測訊號，且於判斷該壓力偵測訊號小於該壓力預設值時，不產生該觸控訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之觸控筆，其中該包覆套具有一包覆套開孔，而該緩衝元件具有一傳輸接腳，該傳輸接腳穿過該包覆套開孔而連接於該電路板。
7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控筆，其中該控制單元所產生之該觸控訊號藉由該電路板、該傳輸接腳以及該接觸件而被傳輸至該電容式觸控板。