TWI492103B - 光學觸控筆 - Google Patents

Description

光學觸控筆

本發明係關於一種觸控筆，尤其是一種應用於互動式影像感應系統之光學觸控筆。

隨著工業技術日新月異，人們對科技的依賴程度不斷提高，日常生活中的各種應用都逐漸被電子系統取代，廣泛地應用於教學、醫療、商務、設計及一般應用等領域。舉例而言，電子白板系統、互動式影像感應系統、虛擬影像系統以及泛觸控式輸入系統等，皆是目前科技產業積極研發的產品，其中又以互動式影像感應系統為重點發展技術，旨在模擬真實的動作，以符合人們的使用習慣，並降低周邊準備的繁雜度。

於互動式影像感應系統中，多半是以光點來模擬書寫點的位置，比如應用於電子白板之互動式影像感應系統，其係藉由使用數位輸入裝置進行輸入，例如一光學式觸控筆，以模擬人手書寫的動作，不僅可免除書寫位置、媒介等限制，更有助於環保的實現。因此，互動式影像感應系統已逐漸取代一般白板、黑板等而廣泛應用於學校及企業中，用以進行教學、商務、會議等用途。

然而，於傳統的互動式影像感應系統中，其採 用的光學式觸控筆，多係透過切換接點式或軌道按壓式之開關元件，以控制光學式觸控筆中光源之明滅，當使用者欲進行書寫動作時，必須撥動或按壓筆身上之開關元件，方能使光學式觸控筆之光源開始發光，且於使用完畢時，亦必須再度撥動或按壓開關元件，才能使光學式觸控筆之光源停止發光，造成使用者於每次使用前後皆要撥動或按壓開關元件，常因使用者忘記或疏忽上述開啟或關閉開關元件之動作，而使整體使用流程不順遂且造成能源浪費等問題，不僅於使用上相當不便，更不符現代社會對於環保的需求。此外，由於傳統的光學式觸控筆採用開關元件控制電源迴路的導通與否，在機構及電路設計的考量上，易造成光學式觸控筆之體積較大，進而造成製造成本提高之缺點。

因此，如何發展一種足以改善上述習知技術之缺失，且能避免造成使用不易及浪費能源，並降低製造成本之光學式觸控筆，實為目前迫切需要解決之問題。

本發明之一種光學觸控筆包括：一外殼、一套筒、一筆頭、一第一電路板、一發光元件、一第二電路板、以及一中空圓柱。外殼具有一容置空間。套筒一端設置於容置空間中，另一端則延伸至外殼外部。筆頭是套設於套筒，用以帶動套筒於一第一位置及一第二位置間進行線性移動。第一電路板設置於套筒，發光元件亦設置於套筒中，並電性連接至第一電路板。

第二電路板是設置於容置空間中。彈性構件亦是設置於容置空間中，彈性構件一端設置於第一電路板，另一端則頂抵於第二電路板。中空圓柱是固設於第二電路板且套設部份之彈性構件，並選擇性地接觸或遠離第一電路板，當筆頭受力而使套筒由第一位置移動至第二位置時，中空圓柱會接觸第一電路板，並使得第一電路板、發光元件、中空圓柱及第二電路板所形成之電路導通。

在上述結構及操作下，當使得電路導通時，即可使發光元件發光，進行在互動式影像感應系統中進行控制或操作。當使用者要停止操作時，即將筆頭離開控制面板或停止對筆頭施壓。筆頭在停止受力後，在彈性構件所提供之恢復力作用下，會使套筒帶動發光元件、第一電路板由第二位置移動至第一位置。於此同時，中空圓柱會遠離第一電路板，而使得第一電路板、發光元件、中空圓柱及第二電路板所形成之電路斷路。

如此，當使用者要停止操作時，不需要額外按壓或控制其他開關，僅需將光學觸控筆離開互動式面板即可。而要書寫、控制、操作時，亦僅需直接進行書寫或觸控，不需再另外按壓或開啟開關。因此，可讓使用者在使用時更加流暢，亦可避免忘記關閉開關所造成之電源浪費。另外，減少開關之設置，除可使觸控筆整體體積更加小型化，亦可減少元件，降低製造成本。

以下在實施方式中詳細敘述本創作之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本創作之 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創作相關之目的及優點。

10,30‧‧‧光學觸控筆

11,31‧‧‧外殼

111,311‧‧‧容置空間

112‧‧‧通孔

113,313‧‧‧擋止部

12,32‧‧‧套筒

121‧‧‧第一端部

122‧‧‧第二端部

123‧‧‧止擋環

13‧‧‧發光元件

14‧‧‧第一電路板

141‧‧‧第一表面

142‧‧‧第二表面

143‧‧‧第一電極

15‧‧‧彈性構件

151‧‧‧固定座

1511‧‧‧凸柱

152‧‧‧彈簧

16‧‧‧中空圓柱

161‧‧‧凸片

17‧‧‧第二電路板

171‧‧‧第一表面

172‧‧‧第二表面

173‧‧‧第二電極

174‧‧‧凹部

18‧‧‧固定件

181‧‧‧第一端

1811‧‧‧鉤部

182‧‧‧第二端

1821‧‧‧卡合件

183‧‧‧擋片

19‧‧‧筆頭

322‧‧‧滑槽

38‧‧‧卡固件

381‧‧‧卡鉤

382‧‧‧壓環

D1,D2‧‧‧間距

第1圖係本發明第一實施例光學觸控筆之立體圖。

第2圖係本發明第一實施例光學觸控筆之分解圖。

第3圖係本發明第一實施例光學觸控筆之剖視圖。

第4圖係本發明第一實施例光學觸控筆套筒於第二位置之示意圖。

第5圖係本發明第一實施例光學觸控筆電路斷路狀態之示意圖。

第6圖係本發明第一實施例光學觸控筆電路導通狀態之示意圖。

第7圖係本發明第二實施例光學觸控筆之分解圖。

第8圖係本發明第二實施例光學觸控筆之剖視圖。

第9圖係本發明第二實施例光學觸控筆套筒於第二位置之示意圖。

第1圖至第6圖係繪示本發明之第一實施例。第1圖為光學觸控筆之立體圖，第2圖為分解圖，第3圖為剖視圖，第4圖為操作時套筒移動狀態示意圖，第5圖 及第6圖為電路狀態示意圖。請先參閱第1圖至第3圖，本實施例之光學觸控筆10包括：一外殼11、一套筒12、一筆頭19、一第一電路板14、一發光元件13、一彈性構件15、一第二電路板17、一中空圓柱16、一固定件18。

外殼11包括一容置空間111、至少一通孔112及一擋止部113。套筒12包括一第一端部121及一第二端部122，第二端部122設置於外殼11之容置空間111中，第一端部121延伸至外殼11外部。如第2圖及第3圖所示，套筒12之第二端部122之直徑大於第一端部121，而在第一端部121及一第二端部122相連接處形成一止擋環123。套筒12之止擋環123可頂抵於外殼11之擋止部113。發光元件13設置於套筒12中，且發光元件13前端延伸設置於套筒12之第一端部121內。

筆頭19是套設於套筒12之第一端部121，用以帶動套筒12於一第一位置及一第二位置間進行線性移動。

如第2圖所示，第一電路板14包括一第一表面141、一第二表面142及一第一電極143。第一電路板14是設置於套筒12之第二端部122。發光元件13位於第一電路板14之第一表面141側，並電性連接至第一電路板14。

彈性構件15設置於容置空間111中，並包括一固定座151及一彈簧152。固定座151一端是設置於第一電路板14之第二表面142，另一端頂抵於該彈簧152。 在本實施例中，固定座151是透過彈簧152之彈力頂抵於第一電路板14上。在其他態樣中，亦可將固定座151利用卡固或黏固的方式，固設於第一電路板14之第二表面142上。彈簧152一端是頂抵於固定座151，另一端則頂抵於第二電路板17。

另外，為使彈簧152頂抵於固定座151之一端，能確切頂抵於所需位置，而不會因為按壓而離開固定座151。如第2圖所示，在固定座151上可凸設有複數凸柱，在本實施例中為四凸柱1511，但本發明不以此為限。四凸柱1511是以固定座151之軸心為中心環設。四凸柱1511所形成之外周會小於彈簧152之內徑，使彈簧152可穿設過四凸柱1511後頂抵於固定座151。並利用四凸柱1511來對彈簧152進行定位。

第二電路板17設置於容置空間111中，並包括一第一表面171、一第二表面172、一第二電極173。彈簧152是頂抵於第二電路板17之第一表面171。中空圓柱16是固設於第二電路板17之第一表面171，且與第二電路板17電性連接，並套設部份之彈性構件15。在本實施例中，第二電路板17上穿設有二凹部174，而中空圓柱16對應於二凹部174處分別凸設有一凸片161。中空圓柱16之凸片161對應卡固至第二電路板17之凹部174中，以將中空圓柱16固設於第二電路板17之上。在其他態樣中，亦可直接與中空圓柱16以黏固的方式固定至第二電路板17之第一表面171。

固定件18具有一第一端181及一第二端182，固定件18之第一端181頂抵於第二電路板17之第二表面172，而固定件18之第二端182則固設於外殼11。如第2圖所示，固定件18為一中空構件，且在固定件18內部凸設有四擋片183，使固定件18之第一端181頂抵於第二電路板17之第二表面172。擋片183數量可依所需進行調整，本發明不以此為限。

然而，上述結構僅靠彈簧152將第二電路板17頂抵於固定件18。為避免彈簧152彈性疲勞後，造成第二電路板17脫離，在固定件18之第一端181可再向外延伸凸設二鉤部1811。二鉤部1811卡鉤於第二電路板17之第一表面171。透過上述結構，使第二電路板17能經由擋片18及鉤部1811固設於固定件18之第一端181。

在外殼上穿設有至少一通孔，而固定件之第二端對應通孔處凸設有一卡合件。如第2圖所示，在本實施例中，外殼11上穿設有二通孔112，而固定件18之第二端182對應二通孔112處分別凸設有一卡合件1821。當固定件18設置入外殼11中時，卡合件1821會對應卡固於通孔112中，以將固定件18固設於外殼11內。藉此，將固定件18及固設固定件18之第二電路板17固定於外殼11中所需位置。

接著請參閱第4圖，當使用者未將光學觸控筆10接觸或按壓至任何表面時，套筒12是位於第一位置。此時，套筒12之止擋環121是頂抵於外殼11之擋止部 113，且中空圓柱16與第一電路板14之第二表面142間保持一間距D1。筆頭19與外殼11間亦保持一間距D2，間距D2會等於或大於間距D1。此時，光學觸控筆10內部電路是處於斷路狀態。

如第5圖所示，第一電路板14之第一電極143連接至一電源20之正極，發光元件13與第一電路板14電性連接。第二電路板17之第二電極173連接至電源20之負極，中空圓柱16與第二電路板17電性連接。但中空圓柱16與第一電路板14未接觸，因此電路形成斷路狀態。

請參閱第4圖，當使用者將光學觸控筆10以模擬書寫動作將筆頭19按壓至面板時，筆頭19受力而使套筒12由第一位置移動至第二位置。此時，中空圓柱16會接觸第一電路板14之第二表面142，使中空圓柱16與第一電路板14形成電性連接。如第6圖所示，中空圓柱16與第一電路板14形成電性連接，即使得第一電路板14、發光元件13、中空圓柱16、第二電路板17所形成之電路導通。

當第一電路板14之第一電極143與第二電路板17之第二電極173分別連接至電源20時，電路的導通將使發光元件13發光。發光元件13可為發光二極體或雷射光源等，本發明不以此為限。發光元件13所發出之光線會直接照射或穿透筆頭19，而被互動式影像感應系統辨識或感應。筆頭19可包括導光材料或導光膜，用以使發光元件13發出之光線均勻分布於筆頭19，以增進光線之整體 性。

當使用者要停止書寫或控制時，即將光學觸控筆10離開面板，筆頭19會停止受力。此時，因彈性構件15被釋放而產生之恢復力，將推動第一電路板14遠離中空圓柱16。並連帶使得套筒12由第4圖所示之第二位置回到如第3圖所示之第一位置。由於中空圓柱16與第一電路板14恢復至未接觸狀態，因此使得第一電路板14、發光元件13、中空圓柱16、第二電路板17所形成之電路形成斷路狀態，如第5圖所示。

藉由上述控制結構，當使用者欲書寫、操作或控制時，僅需對筆頭施壓，使得光學觸控筆內部電路導通，即可使發光元件發光，進行在互動式影像感應系統中進行控制或操作。當使用者要停止操作時，即將筆頭離開控制面板或停止對筆頭施壓，使得光學觸控筆內部電路斷路，即可停止發光元件發光。由於不需要額外按壓或控制其他開關，可讓使用者在使用時更加流暢，亦可避免忘記關閉開關所造成之電源浪費。另外，減少開關之設置，除可使觸控筆整體體積更加小型化，亦可減少元件，降低製造成本。

第7圖至第9圖係繪示本發明之第二實施例。第7圖為光學觸控筆之分解圖，第8圖為剖視圖，第9圖係套筒移動至第二位置之示意圖。本實施例中與第一實施例相同之元件及原理不再贅述，不同之處在於固定內部元件之結構。請同時參閱第7圖及第8圖，本實施例之光學 觸控筆30包括：一外殼31、一套筒32、一筆頭19、一第一電路板14、一發光元件13、一彈性構件15、一第二電路板17、一中空圓柱16、一卡固件38。

卡固件38設置於容置空間311中，並套設第一電路板14、第二電路板17、彈性構件15及中空圓柱16。卡固件38包括二卡鉤381及一壓環382。套筒32對應二卡鉤381處分別凹設有一滑槽322。當卡固件38套設第一電路板14、第二電路板17、彈性構件15及中空圓柱16至套筒32處時，卡鉤381會分別滑設於相對應之滑槽322中。

如第8圖所示，當套筒32位於第一位置時，即第一電路板14與中空圓柱16間保持一間距D1時，第一電路板14之第一表面141會頂抵二卡鉤381。如第9圖所示，當筆頭19受壓力而帶動套筒32由第一位置移動至第二位置時，連帶使第一電路板14接觸中空圓柱16使電路導通。此時，第一電路板14之第一表面141會遠離二卡鉤381。

另外，為使第二電路板17固定於所需位置，卡固件38之壓環382是設置於卡固件38內部並頂抵於第二電路板17。而為使第二電路板17能固定於所需位置，亦可將第二電路板17與卡固件38之壓環382透過黏固、鎖固或卡固的方式相結合。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專 利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

11‧‧‧外殼

111‧‧‧容置空間

112‧‧‧通孔

12‧‧‧套筒

121‧‧‧第一端部

122‧‧‧第二端部

13‧‧‧發光元件

14‧‧‧第一電路板

143‧‧‧第一電極

15‧‧‧彈性構件

151‧‧‧固定座

1511‧‧‧凸柱

152‧‧‧彈簧

16‧‧‧中空圓柱

161‧‧‧凸片

17‧‧‧第二電路板

172‧‧‧第二表面

173‧‧‧第二電極

174‧‧‧凹部

18‧‧‧固定件

181‧‧‧第一端

1811‧‧‧鉤部

182‧‧‧第二端

1821‧‧‧卡合件

183‧‧‧擋片

19‧‧‧筆頭

Claims (10)

1. 一種光學觸控筆，包括：一外殼，具有一容置空間；一套筒，一端設置於該容置空間中，另一端延伸至該外殼外部；一筆頭，套設於該套筒，用以帶動該套筒於一第一位置及一第二位置間進行線性移動；一第一電路板，設置於該套筒；一發光元件，設置於該套筒中，並電性連接至該第一電路板；一第二電路板，設置於該容置空間中；一彈性構件，設置於該容置空間中，該彈性構件一端設置於該第一電路板，另一端頂抵於該第二電路板；以及一中空圓柱，固設於該第二電路板且套設部份之該彈性構件，並選擇性地接觸或遠離該第一電路板，當該筆頭受力而使該套筒由該第一位置移動至該第二位置時，該中空圓柱接觸該第一電路板，並使得該第一電路板、該發光元件、該中空圓柱及該第二電路板所形成之電路導通。
2. 如請求項1所述之光學觸控筆，其中該外殼包括一擋止部，該套筒包括一止擋環，該止擋環係選擇性地頂抵或遠離該擋止部。
3. 如請求項1所述之光學觸控筆，其中該彈性構件包括一固定座及一彈簧，該固定座一端設置於該第一電路板， 另一端頂抵於該彈簧，該彈簧一端頂抵於該固定座，另一端頂抵於該第二電路板。
4. 如請求項1所述之光學觸控筆，更包括一固定件具有一第一端及一第二端，該固定件之該第一端頂抵於該第二電路板，該固定件之該第二端固設於該外殼。
5. 如請求項4所述之光學觸控筆，其中該外殼上穿設有至少一通孔，該固定件之該第二端對應該通孔處凸設有一卡合件並對應卡固於該通孔。
6. 如請求項4所述之光學觸控筆，其中該固定件係為中空構件，且在該固定件內部凸設複數擋片，該些擋片對應抵頂該第二電路板。
7. 如請求項6所述之光學觸控筆，其中該固定件之該第一端延伸凸設複數鉤部，該些鉤部卡鉤於該第二電路板。
8. 如請求項1所述之光學觸控筆，更包括一卡固件設置於該容置空間中，並套設該第一電路板、該第二電路板、該彈性構件及該中空圓柱。
9. 如請求項8所述之光學觸控筆，其中該卡固件包括複數卡鉤，該套筒對應該些卡鉤處分別凹設有一滑槽，該些卡鉤滑設於該些滑槽中，該第一電路板係選擇性地頂抵或遠離該些卡鉤。
10. 如請求項8所述之光學觸控筆，其中該卡固件包括一壓環，該壓環設置於該卡固件內部並頂抵於該第二電路板。