TW201502877A - 觸控筆及其操作方法 - Google Patents

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Te-Chang Lin
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Abstract

本發明揭露一種觸控筆及其操作方法。觸控筆包含電源、壓力感測單元、訊號處理單元及輸出單元。電源用以產生一恆定電流。壓力感測單元耦接電源並包含一可變電阻。當觸控筆接觸到一面板時，壓力感測單元感測觸控筆受到面板之一壓力。可變電阻之一電阻值係受到壓力而改變，並以分壓方式產生一輸出電壓。訊號處理單元耦接壓力感測單元，用以對輸出電壓運算處理以產生一輸出訊號。輸出單元耦接訊號處理單元，用以輸出輸出訊號。

Description

觸控筆及其操作方法
本發明係與觸控輸入裝置有關，特別是關於一種觸控筆(touch stylus)及其操作方法。
一般而言，傳統的觸控筆係採用電磁感應式輸入技術。傳統的觸控筆內部具有振盪電路，搭配上訊號發射器及調整機構，可持續地發射電磁波。此種觸控筆內部通常有電池供電，其發射之電磁訊號較強，無論觸控筆是否位於數位板附近，觸控筆均能持續地發射特定頻率的電磁訊號，並且其發射的電磁訊號強度亦會保持一致。
然而，傳統的觸控筆卻也具有下列缺點：
(1)由於觸控筆持續地發射特定頻率的電磁訊號，造成耗電問題。
(2)電磁訊號較易受到干擾。
(3)採用電磁材料之製造成本較高。
因此，本發明提出一種觸控筆及其操作方法，以解決先前技術所遭遇到之上述問題。
本發明之一範疇在於提出一種能夠改善電磁訊號易受干擾及耗電問題並可降低製造成本之觸控筆。
根據本發明之一具體實施例為一種觸控筆。於此實施例中，觸控筆包含電源、壓力感測單元、訊號處理單元及輸出單元。電源用以產生一恆定電流。壓力感測單元耦接電源並包含一可變電阻，用以於觸控筆接觸到一面板時感測觸控筆受到面板之一壓力，可變電阻之一電阻值係受到壓力而改變，並以分壓方式產生一輸出電壓。訊號處理單元耦接壓力感測單元，用以對輸出電壓運算處理以產生一輸出訊號。輸出單元耦接訊號處理單元，用以輸出輸出訊號。
於一實施例中，壓力感測單元係為電容式。壓力感測單元包含一隔膜及一底板電極。當觸控筆接觸到面板時，隔膜受到壓力而變形，致使隔膜與底板電極之間的間隙改變造成一電容值變化，壓力感測單元根據電容值變化感測到壓力之大小。
於一實施例中，壓力感測單元係為壓電式。壓力感測單元包含一壓電材料。當觸控筆接觸到面板時，壓電材料受到壓力而變形並產生一電壓，壓力感測單元根據電壓感測到壓力之大小。
於一實施例中，壓力感測單元係為壓阻式。壓力感測單元包含一壓阻材料。當觸控筆接觸到面板時，壓阻材料受到壓力而變形並產生一電阻值變化，壓力感測單元根據電阻值變化感測到壓力之大小。
於一實施例中，壓力感測單元進一步包含一齒輪及一滑動器。當觸控筆接觸到面板時，齒輪被壓力帶動而進行直線運動或旋轉運動，致使可變電阻之電阻值產生改變。滑動器與可變電阻彼此組合並以 分壓方式產生與滑動器耦接之一端子的輸出電壓。
根據本發明之另一具體實施例為一種觸控筆操作方法。於 此實施例中，觸控筆操作方法用以操作一觸控筆。觸控筆包含一電源、一壓力感測單元、一訊號處理單元及一輸出單元。壓力感測單元包含一可變電阻。該方法包含下列步驟：(a)電源產生一恆定電流；(b)當觸控筆接觸到一面板時，壓力感測單元感測觸控筆受到面板之一壓力，並且可變電阻之一電阻值係受到壓力而改變，以分壓方式產生一輸出電壓；(c)訊號處理單元對輸出電壓運算處理以產生一輸出訊號；以及(d)輸出單元輸出輸出訊號。
相較於先前技術，根據本發明之觸控筆及其操作方法具有下列優點：
(1)觸控筆不需持續地發射特定頻率的電磁訊號，故可改善耗電問題。
(2)非電磁訊號較不易受到干擾。
(3)不需採用電磁材料，故其製造成本較低。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
S10~S16‧‧‧流程步驟
1、2‧‧‧觸控筆
10、20‧‧‧電源
12‧‧‧壓力感測單元
14‧‧‧訊號處理單元
16‧‧‧輸出單元
21‧‧‧開關
23‧‧‧齒輪
25‧‧‧可變電阻
27‧‧‧放大器
28‧‧‧調變器
29‧‧‧滑動器
RU‧‧‧接收器單元
SR‧‧‧感測器
CL‧‧‧控制器
DM‧‧‧解調器
TIP‧‧‧筆尖
F‧‧‧壓力
PM‧‧‧壓電材料
VT‧‧‧電壓計
CT‧‧‧電容計
PR‧‧‧壓阻材料
l‧‧‧長度
圖1係繪示根據本發明之一具體實施例之觸控筆的功能方塊圖。
圖2係繪示本發明之觸控筆的一實施例。
圖3係繪示觸控筆之壓力感測單元為電容式壓力感測器之 示意圖。
圖4係繪示觸控筆之壓力感測單元為壓電式壓力感測器之 示意圖。
圖5係繪示觸控筆之壓力感測單元為壓阻式壓力感測器之 示意圖。
圖6係繪示根據本發明之另一具體實施例之觸控筆操作方 法的流程圖。
根據本發明之一具體實施例為一種觸控筆。於此實施例中，觸控筆係用以對電子裝置的觸控面板進行觸控動作，但不以此為限。請參照圖1，圖1係繪示此實施例中之觸控筆的功能方塊圖。
如圖1所示，觸控筆1包含電源10、壓力感測單元12、訊號處理單元14及輸出單元16。其中，壓力感測單元12耦接電源10。訊號處理單元14耦接壓力感測單元12。輸出單元16耦接訊號處理單元14。
於此實施例中，電源10係為定電流源，用以產生一恆定電流。實際上，電源10可為電流鏡或其他方式所產生之定電流源，並無特定之限制。
壓力感測單元12包含一可變電阻。當觸控筆1接觸到面板時，壓力感測單元12將會感測觸控筆1受到面板之一壓力。由於可變電阻之電阻值將會受到壓力而改變，使得壓力感測單元12以分壓方式所產生之輸出電壓亦會隨之變化。
訊號處理單元14用以從壓力感測單元12接收輸出電壓並 對輸出電壓進行運算處理，以產生一輸出訊號，並透過輸出單元16輸出。
請參照圖2，圖2係繪示本發明之觸控筆的一實施例。如圖2 所示，觸控筆2包含電源20、開關21、齒輪23、可變電阻25、放大器27、調變器28及滑動器29。其中，齒輪23、可變電阻25及滑動器29係屬於壓力感測單元。至於相對應於觸控筆2的接收器單元RU則包含感測器SR、控制器CL及解調器DM。
當開關21打開時，電源20提供定電流。當觸控筆2接觸到 面板時，觸控筆2會受到面板之壓力，使得觸控筆2內部的齒輪23被壓力帶動而進行直線運動或旋轉運動，致使可變電阻25之電阻值產生改變。 滑動器29與可變電阻25彼此組合並以分壓方式產生與滑動器29耦接之一端子的輸出電壓。
假設可變電阻25上的電阻值分佈均勻，滑動器29的運動為 線性，並且輸出端為開路時，輸出電壓即可代表滑動器29的運動量，並經放大器27放大後，傳送至調變器28進行運算處理後，由觸控筆2之筆尖TIP輸出此一輸出訊號。
當觸控筆2之筆尖TIP觸碰到接收器單元RU時，由感測器 SR感測到輸出訊號並由控制器CL及解調器DM對輸出訊號進行運算處理後，接收器單元RU即可接收到觸控筆2之筆尖TIP所發出的輸出訊號。
需說明的是，本發明之觸控筆1之壓力感測單元12可以是 各種不同形式的壓力感測器，例如電容式壓力感測器、壓電式壓力感測器及壓阻式壓力感測器，但不以此為限。接下來，將分別就觸控筆1之壓力感測單元12採用不同形式的壓力感測器之實施例進行說明。
請參照圖3，圖3係繪示觸控筆1之壓力感測單元12為電容式 壓力感測器之示意圖。於此實施例中，壓力感測單元12係為電容式壓力感測器。如圖3所示，壓力感測單元12可包含隔膜120及底板電極122。當觸控筆1接觸到面板時，隔膜120將會受到壓力F而變形，致使隔膜120與底板電極122之間的間隙d改變而造成隔膜120與底板電極122之間的電容值發生變化，並由電容計CT量測隔膜120與底板電極122之間的電容值變化量。壓力感測單元12即可根據此一電容值變化量感測到觸控筆1接觸面板所受到壓力F之大小。
請參照圖4，圖4係繪示觸控筆1之壓力感測單元12為壓電式 壓力感測器之示意圖。於此實施例中，壓力感測單元12係為壓電式壓力感測器，透過壓電材料受應力改變形狀並產生極化而提供電荷，實現將機械能轉換為電能之現象。如圖4所示，壓力感測單元12包含壓電材料PM及電壓計VT。當觸控筆1接觸到面板時，壓電材料PM受到壓力而變形並產生極化現象而提供電荷，使得耦接於壓電材料PM之兩端的電壓計VT能夠量測到一電壓，壓力感測單元12根據此一電壓之大小感測到觸控筆1接觸面板所受到壓力之大小。
請參照圖5，圖5係繪示觸控筆1之壓力感測單元12為壓阻式 壓力感測器之示意圖。於此實施例中，壓力感測單元12係為壓阻式壓力感測器。如圖5所示，壓力感測單元12包含一壓阻材料PR。當觸控筆1接觸到面板時，壓阻材料PR受到壓力而變形(例如其長度1縮短)並產生一電阻值變化，壓力感測單元12可透過提供定電流通過壓阻材料PR並量測壓阻材料PR兩端之電壓值的方式，或是於壓阻材料PR兩端跨接定電壓並量 測通過壓阻材料PR之電流值的方式得到壓阻材料PR受到壓力而產生之電阻值變化，並根據此一電阻值變化感測到觸控筆1接觸面板所受到壓力之大小。
根據本發明之另一具體實施例為一種觸控筆操作方法。於 此實施例中，觸控筆操作方法用以操作一觸控筆。觸控筆包含一電源、一壓力感測單元、一訊號處理單元及一輸出單元。壓力感測單元包含一可變電阻。
請參照圖6，圖6係繪示此實施例之觸控筆操作方法的流程 圖。如圖6所示，於步驟S10中，電源產生一恆定電流。於步驟S12中，當觸控筆接觸到一面板時，壓力感測單元感測觸控筆受到面板之一壓力。 於步驟S14中，可變電阻之一電阻值受到壓力而改變，並以分壓方式產生一輸出電壓。於步驟S16中，訊號處理單元對輸出電壓運算處理以產生一輸出訊號。於步驟S18中，輸出單元輸出輸出訊號。
相較於先前技術，根據本發明之觸控筆及其操作方法具有下列優點：
(1)觸控筆不需持續地發射特定頻率的電磁訊號，故可改善耗電問題。
(2)非電磁訊號較不易受到干擾。
(3)不需採用電磁材料，故其製造成本較低。
1‧‧‧觸控筆
10‧‧‧電源
12‧‧‧壓力感測單元
14‧‧‧訊號處理單元
16‧‧‧輸出單元

Claims (10)

  1. 一種觸控筆，包含：一電源，用以產生一恆定電流；一壓力感測單元，耦接該電源並包含一可變電阻，用以於該觸控筆接觸到一面板時感測該觸控筆受到該面板之一壓力，該可變電阻之一電阻值係受到該壓力而改變，並以分壓方式產生一輸出電壓；一訊號處理單元，耦接該壓力感測單元，用以對該輸出電壓運算處理以產生一輸出訊號；以及一輸出單元，耦接該訊號處理單元，用以輸出該輸出訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控筆，其中該壓力感測單元係為電容式，該壓力感測單元包含一隔膜及一底板電極，當該觸控筆接觸到該面板時，該隔膜受到該壓力而變形，致使該隔膜與該底板電極之間的間隙改變造成一電容值變化，該壓力感測單元根據該電容值變化感測到該壓力之大小。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控筆，其中該壓力感測單元係為壓電式，該壓力感測單元包含一壓電材料，當該觸控筆接觸到該面板時，該壓電材料受到該壓力而變形並產生一電壓，該壓力感測單元根據該電壓感測到該壓力之大小。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控筆，其中該壓力感測單元係為壓阻式，該壓力感測單元包含一壓阻材料，當該觸控筆接觸到該面板時，該壓阻材料受到該壓力而變形並產生一電阻值變化，該壓力感測單元根據該電阻值變化感測到該壓力之大小。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控筆，其中該壓力感測單元進一步包含一齒輪及一滑動器，當該觸控筆接觸到該面板時，該齒輪被該 壓力帶動而進行直線運動或旋轉運動，致使該可變電阻之該電阻值產生改變，該滑動器與該可變電阻彼此組合並以分壓方式產生與該滑動器耦接之一端子的該輸出電壓。
  6. 一種觸控筆操作方法，用以操作一觸控筆，該觸控筆包含一電源、一壓力感測單元、一訊號處理單元及一輸出單元，該壓力感測單元包含一可變電阻，該方法包含下列步驟：(a)該電源產生一恆定電流；(b)當該觸控筆接觸到一面板時，該壓力感測單元感測該觸控筆受到該面板之一壓力，並且該可變電阻之一電阻值係受到該壓力而改變，以分壓方式產生一輸出電壓；(c)該訊號處理單元對該輸出電壓運算處理以產生一輸出訊號；以及(d)該輸出單元輸出該輸出訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控筆操作方法，其中該壓力感測單元係為電容式，該壓力感測單元包含一隔膜及一底板電極，當該觸控筆接觸到該面板時，該隔膜受到該壓力而變形，致使該隔膜與該底板電極之間的間隙改變造成一電容值變化，該壓力感測單元根據該電容值變化感測到該壓力之大小。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之觸控筆操作方法，其中該壓力感測單元係為壓電式，該壓力感測單元包含一壓電材料，當該觸控筆接觸到該面板時，該壓電材料受到該壓力而變形並產生一電壓，該壓力感測單元根據該電壓感測到該壓力之大小。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之觸控筆操作方法，其中該壓力感測單元係為壓阻式，該壓力感測單元包含一壓阻材料，當該觸控筆接觸到該面板時，該壓阻材料受到該壓力而變形並產生一電阻值變化， 該壓力感測單元根據該電阻值變化感測到該壓力之大小。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之觸控筆操作方法，其中該壓力感測單元進一步包含一齒輪及一滑動器，當該觸控筆接觸到該面板時，該齒輪被該壓力帶動而進行直線運動或旋轉運動，致使該可變電阻之該電阻值產生改變，該滑動器與該可變電阻彼此組合並以分壓方式產生與該滑動器耦接之一端子的該輸出電壓。
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