TWI461971B - 感壓指標控制裝置 - Google Patents

Description

感壓指標控制裝置

本發明係關於一種指標控制裝置，特別是一種感壓指標控制裝置。

一般常見之計算機裝置例如筆記型電腦、桌上型電腦或是個人數位助理裝置等，常採用滑鼠或是觸控面板作為控制指標(cursor，亦稱為游標)的控制裝置。其中觸控面板常搭配觸控筆來控制指標，也可供使用者以手寫方式輸入文字資料或是圖形資料。由於使用者能以一般書寫筆的方式來使用，因此觸控面板以及觸控筆在操作上的舒適度及靈活性均優於傳統滑鼠。

也有業者開發出不需配合觸控面板便能使用的觸控筆，這種觸控筆可發光並使用桌面或是其他物體的表面作為反射面，再接收反射光進行定位。但是欲接收的反射光容易受到環境光(ambient light，又稱為周圍光)的干擾；不同反射面所具有的不同反光係數也會大幅影響到觸控筆的效能。

此外，傳統的觸控筆無法辨識出使用者所施加的筆觸壓力。雖然能讓使用者進行手寫輸入，但是並無法達到如毛筆或畫筆的觸感。於繪圖應用中，也無法讓使用者藉由改變筆觸壓力而達到改變線條粗細的效果。

為了解決上述傳統觸控筆具有易受環境干擾而失準且無法辨識筆壓的問題，提出一種感壓指標控制裝置。感壓指標控制裝置包括一本體部以及一彈性接觸部。彈性接觸部從本體部的一端延伸而出，且彈性接觸部包括一容置槽以及配置於容置槽內的一距離感測單元。當彈性接觸部受力時產生形變，距離感測單元感測彈性接觸部的形變，並據以輸出一壓力感測訊號。

根據一實施範例，本體部可具有接觸於彈性接觸部的一接觸面。容置槽可具有與接觸面相對的一第一面，並具有環繞第一面且介於接觸面和第一面之間的一彈性壁；接觸面、第一面以及彈性壁形成容置槽中的一容置空間。當彈性接觸部受力時，第一面或彈性壁產生形變。而距離感測單元配置於接觸面且朝向第一面，以感測距離感測單元到第一面之間的一感測距離，並依據感測距離輸出壓力感測訊號；其中感測距離因第一面或彈性壁的形變而產生變化。其中壓力感測訊號可以是一電壓訊號，且電壓訊號的強度與感測距離的長度成反比。

距離感測單元可以是一紅外線收發器、一霍爾感測器(hall sensor)、一雷射收發器或是一超音波收發器。而本案實施範例中的距離感測單元將以紅外線收發器為例子來進行說明。紅外線收發器可包括一紅外線發射器以及一影像接收器。紅外線發射器用以朝向第一面發出一紅外線；影像接收器則與紅外線發射器成對，並用以接收被第一面反射的紅外線。

根據一實施範例，感壓指標控制裝置另可包括一微控制單元(micro control unit，MCU)以及一傳輸單元。MCU可電性連接於距離感測單元，接收壓力感測訊號，並將壓力感測訊號轉換成一輸出訊號。傳輸單元可電性連接於MCU，並以無線或有線的方式將輸出訊號傳出。

其中微控制單元可包括一類比數位轉換器(A/D converter)，以接收壓力感測訊號，並將壓力感測訊號轉換成輸出訊號。且微控制單元可透過一內部整合電路匯流排(Inter-Integrated Circuit bus，I2C bus)將輸出訊號傳送給傳輸單元。

根據一實施範例，感壓指標控制裝置另可包括一電池以及一充電線路。電池可連接於微控制單元，以提供電力給微控制單元。充電線路可電性連接於電池，以將電池充電。

本體部可以是一中空筆桿，且微控制單元、傳輸單元、電池以及充電線路可都配置於中空筆桿之中。而彈性接觸部的材質可以是導電橡膠或導電泡棉。

綜上所述，感壓指標控制裝置能進行指標控制，並偵測彈性接觸部的形變而據以輸出代表筆壓強度的壓力感測訊號。且距離感測單元以及作為反射面的第一面都被配置於容置槽內，因此感測筆壓的效能不會被外界的環境光或溼度等因素所影響。

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。

本發明提供一種感壓指標控制裝置，能配合一觸控面板對一計算機裝置的一指標(cursor，亦稱為游標)進行指標控制。請參照「第1圖」，其係為一實施範例之感壓指標控制裝置之示意圖。

感壓指標控制裝置包括一本體部20以及一彈性接觸部30，其中彈性接觸部30從本體部20的一端延伸而出。使用者可令感壓指標控制裝置的彈性接觸部30抵靠於觸控面板40的表面並在表面移動，以進行指標控制。

舉例而言，觸控面板40可以是電容式觸控面板，而感壓指標控制裝置可以是電容式觸控面板的觸控筆。本體部20可以是一中空筆桿，彈性接觸部30則可以以黏著、嵌合或卡扣等方式與本體部20結合；但本體部20與彈性接觸部30也可以是一體成形。彈性接觸部30的材質可以是導電橡膠或導電泡棉，以使電容式觸控面板利用會導電的彈性接觸部30產生微小的電流並據以進行定位。

彈性接觸部30包括一容置槽32以及一距離感測單元34，其中距離感測單元34配置於容置槽32內。使用者將彈性接觸部30抵靠於觸控面板40的表面時，彈性接觸部30會受力並產生形變。而當彈性接觸部30中的容置槽32因受力產生形變時，距離感測單元34感測彈性接觸部30的形變，並據以輸出一壓力感測訊號。

觸控面板40可以是筆記型電腦(notebook computer)、平板電腦(tablet computer)、手機或相機等計算機裝置60的觸控螢幕，如「第2A圖」所示。觸控面板40也可以是手寫板或是繪圖板等與計算機裝置60外接的輸入周邊裝置，如「第2B圖」所示。觸控面板40能夠感測感壓指標控制裝置的座標，並以無線或有線的方式傳送給計算機裝置60。

接著請參照「第3A圖」、「第3B圖」以及「第4圖」，其分別為一實施範例之彈性接觸部之示意圖、彈性接觸部之受力示意圖，以及距離感測單元之示意圖。

容置槽32可以是立方體形或圓柱形，但並不限於此。本體部20可具有接觸於彈性接觸部30的一接觸面21。容置槽32的可具有與接觸面21相對的一第一面322，容置槽32並可具有環繞第一面322且介於接觸面21與第一面322之間的一彈性壁324。接觸面21、第一面322以及彈性壁324形成容置槽32中的一容置空間。距離感測單元34配置於接觸面21且朝向第一面322，以感測距離感測單元34到第一面322之間的一感測距離。

根據一實施範例，本體部20可包括一擋板22，配置於本體部20與彈性接觸部30之間。彈性接觸部30在與接觸面21接觸的平面形成容置槽32的一開口，開口可被擋板22覆蓋。而距離感測單元34可以配置在擋板22的接觸面21上，且朝向第一面322。

距離感測單元34可以是一紅外線收發器、一霍爾感測器(hall sensor)、一雷射收發器或是一超音波收發器。

當距離感測單元34是紅外線收發器時，紅外線收發器(距離感測單元34)可包括一紅外線發射器342以及一影像接收器344。紅外線發射器342與影像接收器344成對。紅外線發射器342與影像接收器344可以都配置於接觸面21上，且容置於容置槽32的容置空間之中。紅外線發射器342例如可以是一發光二極體(light emitting diode，LED)。紅外線發射器342可朝向第一面322發出一紅外線，而紅外線會被第一面322所反射。影像接收器344則可接收被第一面322反射的紅外線，再據以計算得到距離感測單元34到第一面322之間的感測距離。

類似地，亦可將雷射發射器、超音波發射器或是霍爾感測器設置於接觸面21上，並將雷射接收器、超音波接收器或是磁鐵設置於第一面322；也可將雷射發射器、超音波發射器或是霍爾感測器設置於上第一面322，並將雷射接收器、超音波接收器或是磁鐵設置於接觸面21；以計算得到距離感測單元34到第一面322之間的感測距離。

根據一實施範例，壓力感測訊號可以是一電壓訊號。而影像接收器344計算得到感測距離後，依據感測距離輸出電壓訊號V_out 作為壓力感測訊號。且輸出的電壓訊號V_out 會隨著感測距離的不同而改變。如照「第5圖」所示的距離-電壓關係曲線50，在特定區間之內電壓訊號的強度可以與感測距離的長度成反比。

當彈性接觸部30抵靠於觸控面板40而受力時，彈性接觸部30會在本體部20的擋板22與觸控面板40之間被擠壓，如「第3B圖」所示。第一面322或彈性壁324可能受到來自上方以及下方的外力擠壓而產生形變。依據使用者握持本體部20的方式以及使用者的書寫習慣，彈性接觸部30也可能受到具有水平分量的外力並產生形變，進而使得第一面322或彈性壁324也產生形變。由於第一面322或彈性壁324的形變會使得距離感測單元34到第一面322之間的距離改變，因此距離感測單元34能夠藉由感測距離的改變而查知形變以及形變的大小，並依據感測距離輸出壓力感測訊號。

例如當彈性接觸部30未受力時(如「第3A圖」)，距離感測單元34感測到的感測距離D1為容置槽32的原始深度。但是當彈性接觸部30因壓力向內部擠壓而使得彈性壁324變形時(如「第3B圖」)，容置槽32的深度變淺。因此彈性接觸部30受力時的感測距離D2小於未受力時的感測距離D1。彈性接觸部30受到的外力越大，產生的形變越大，偵測距離也越短，而輸出的電壓訊號的電壓值越大。

由於距離感測單元34的所有元件(例如紅外線發射器342、影像接收器344)與作為反射面的第一面322都被包裝於容置空間之中，因此偵測形變程度時不會受到環境光(ambient light)或是具有不同反光係數的反光面所干擾。

除了本體部20以及彈性接觸部30之外，感壓指標控制裝置令可具有一微控制單元(micro control unit，MCU)、一傳輸單元、一電池或是一充電線路。且當本體部20是中空筆桿時，MCU、傳輸單元、電池或是充電線路都可被配置於中空筆桿之中。請參照「第6圖」，其係為一實施範例之感壓指標控制裝置之方塊圖。

MCU 24可電性連接於距離感測單元34。MCU 24可接收壓力感測訊號，並將壓力感測訊號轉換成一輸出訊號。其中輸出訊號可代表彈性接觸部30形變的程度，間接代表使用者施力於感壓指標控制裝置10的程度。且MCU 24可包括一類比數位轉換器(A/D converter)242，並利用類比數位轉換器242接收壓力感測訊號，再將壓力感測訊號轉換成輸出訊號。

傳輸單元25可電性連接於MCU 24，更詳細地說，MCU 24可透過一內部整合電路匯流排(Inter-Integrated Circuit bus，I2C bus)244將輸出訊號傳送給傳輸單元25。傳輸單元25收到輸出訊號後，可將其包裝成封包(package)，再以無線或有線的方式將輸出訊號傳出去給計算機裝置60。

計算機裝置60可包括一驅動程式62、一作業系統64以及至少一應用程式66。驅動程式62可以是針對感壓指標控制裝置10，以接收輸出訊號。但驅動程式62也可以同時針對感壓指標控制裝置10以及觸控面板40。換句話說，傳輸單元25可以直接將輸出訊號傳給計算機裝置60；也可以先將輸出訊號傳給觸控面板40，再由觸控面板40輸出訊號傳給計算機裝置60。觸控面板40能感測感壓指標控制裝置10的座標，並統合座標的數據以及從傳輸單元25接收的輸出訊號，再將座標的數據以及輸出訊號傳送給計算機裝置60。

而計算機裝置60的作業系統64透過驅動程式62接收到座標的數據或輸出訊號之後，可以據以控制指標的移動或點擊等操作。作業系統64亦可將座標的數據或輸出訊號傳給應用程式66，以依據應用程式66對於各種指標操作的定義作出反應。舉例而言，應用程式66可以是一繪圖軟體，並依據輸出訊號得知筆壓大小，而產生類似畫筆或毛筆的書寫效果。

感壓指標控制裝置10的電池26可連接於MCU 24，以提供電力給MCU 24。充電線路27則可電性連接於電池26，以將電池26充電。充電線路27可以以有線或無線的方式獲得電力，並提供給電池26。

根據一實施範例，觸控面板40可以是電阻式觸控面板，而感壓指標控制裝置10可以是電阻式觸控面板的觸控筆。感壓指標控制裝置10可另包括一筆尖部，且彈性接觸部30配置於本體部20與筆尖部之間。筆尖部的硬度較高，並可在接觸電阻式觸控面板時將電阻式觸控面板表層的兩導電層壓在一起，以使電阻式觸控面板利用據以進行定位。當使用者將感壓指標控制裝置10抵壓於觸控面板40的表面時，彈性接觸部30會在本體部20以及筆尖部之間產生形變；因此距離感測單元34能感測彈性接觸部30的形變，並據以輸出壓力感測訊號。

綜上所述，感壓指標控制裝置能配合觸控板進行指標控制。感壓指標控制裝置並能藉由感測彈性接觸部的形變來得知本身的受力程度，而輸出代表筆壓強度的壓力感測訊號，再輸出給計算機裝置。如此一來，使用者能夠書寫出具有粗細差異的線條，應用程式也可依據筆壓強弱來模擬毛筆禍或是彩筆等不同筆觸。且由於距離感測單元以及作為反射面的第一面都被配置於不受環境光或外界溼度影響的容置槽內，因此感測的效能十分穩定，而不會被外界影響。

以上較佳具體實施範例之詳述，是希望藉此更加清楚描述本發明之特徵與精神，並非以上述揭露的較佳具體實施範例對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望將各種改變及具相等性的安排涵蓋於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

10．．．感壓指標控制裝置

20．．．本體部

21．．．接觸面

22．．．擋板

24．．．微控制單元

242．．．類比數位轉換器

244．．．內部整合電路匯流排

25．．．傳輸單元

26．．．電池

27．．．充電線路

30．．．彈性接觸部

32．．．容置槽

322．．．第一面

324．．．彈性壁

34．．．距離感測單元

342．．．紅外線發射器

344‧‧‧影像接收器

40‧‧‧觸控面板

50‧‧‧距離-電壓關係曲線

60‧‧‧計算機裝置

62‧‧‧驅動程式

64‧‧‧作業系統

66‧‧‧應用程式

第1圖係為一實施範例之感壓指標控制裝置之示意圖。

第2A圖係為一實施範例之觸控面板之示意圖。

第2B圖係為一實施範例之觸控面板之示意圖。

第3A圖係為一實施範例之彈性接觸部之示意圖。

第3B圖係為一實施範例之彈性接觸部之受力示意圖。

第4圖係為一實施範例之距離感測單元之示意圖。

第5圖係為一實施範例之距離-電壓關係示意圖。

第6圖係為一實施範例之感壓指標控制裝置之方塊圖。

20．．．本體部

30．．．彈性接觸部

32．．．容置槽

34．．．距離感測單元

40．．．觸控面板

Claims (10)

1. 一種感壓指標控制裝置，包括：一本體部；以及一彈性接觸部，從該本體部的一端延伸而出，該彈性接觸部之內部設有一容置槽以及配置於該容置槽內的一距離感測單元，當該彈性接觸部受一外力時產生形變，該距離感測單元感測該彈性接觸部的形變狀況，並據以輸出相對應的一壓力感測訊號；其中，該容置槽之中具有一容置空間，且該容置空間中定義有一感測距離，當該彈性接觸部受到該外力時，該容置空間產生形變，且該感測距離將因此產生變化；該距離感測單元偵測該感測距離的變化，並據以輸出相對應的該壓力感測訊號。
2. 如請求項第1項所述之感壓指標控制裝置，其中該本體部具有接觸於該彈性接觸部的一接觸面，該容置槽具有與該接觸面相對的一第一面，該容置槽並具有環繞該第一面且介於該接觸面和該第一面之間的一彈性壁，該接觸面、該第一面以及該彈性壁形成該容置槽中的該容置空間；當該彈性接觸部受該外力時，該第一面或該彈性壁產生形變，而該距離感測單元配置於該接觸面且朝向該第一面，以感測該距離感測單元到該第一面之間的該感測距離，並依據該感測距離輸出該壓力感測訊號，其中該感測距離因該第一面或該彈性壁的形 變而產生變化。
3. 如請求項第2項所述之感壓指標控制裝置，其中該壓力感測訊號係為一電壓訊號，且該電壓訊號的強度與該感測距離的長度成反比。
4. 如請求項第2項所述之感壓指標控制裝置，其中該距離感測單元係為一紅外線收發器、一霍爾感測器、一雷射收發器或是一超音波收發器。
5. 如請求項第2項所述之感壓指標控制裝置，其中該距離感測單元係為一紅外線收發器，且該紅外線收發器包括：一紅外線發射器，用以朝向該第一面發出一紅外線；以及一影像接收器，與該紅外線發射器成對，用以接收被該第一面反射的該紅外線。
6. 如請求項第1項所述之感壓指標控制裝置，另包括：一微控制單元，電性連接於該距離感測單元，接收該壓力感測訊號，並將該壓力感測訊號轉換成一輸出訊號；以及一傳輸單元，電性連接於該微控制單元，以無線或有線的方式將該輸出訊號傳出。
7. 如請求項第6項所述之感壓指標控制裝置，其中該微控制單元包括：一類比數位轉換器，用以接收該壓力感測訊號，並將該壓力感測訊號轉換成該輸出訊號。
8. 如請求項第6項所述之感壓指標控制裝置，其中該微控制單元透過一內部整合電路匯流排將該輸出訊號傳送給該傳輸單元。
9. 如請求項第6項所述之感壓指標控制裝置，另包括：一電池，電性連接於該微控制單元，用以提供電力給該微控制單元；以及一充電線路，電性連接於該電池，用以將該電池充電。
10. 如請求項第9項所述之感壓指標控制裝置，其中該本體部係為一中空筆桿，且該微控制單元、該傳輸單元、該電池以及該充電線路配置於該中空筆桿之中。