TW201409291A - 手寫筆及其電容性壓力感應元件 - Google Patents

Abstract

一種電容性壓力感應元件，包括本體和設置於本體第一端且分別與電源正極和負極連接的第一電極和第二電極、與第一電極電性連接的第一金屬片、彈性元件及第二金屬片。彈性元件電性連接在第二電極與第二金屬片之間，當彈性元件處於初始位置時，第一金屬片與第二金屬片相對的面積為一預定值。當向靠近本體第一端的方向按壓第二金屬片的自由端壓縮彈性元件，第一金屬片與第二金屬片相對的面積增加並大於預定值，從而在第一金屬片與第二金屬片相對面之間形成感應電容。本發明還提供一種具有電容性壓力感應元件的手寫筆。

Description

手寫筆及其電容性壓力感應元件

本發明涉及壓力感應技術領域，尤其涉及一種手寫筆及其電容性壓力感應元件。

隨著電子產品的進步與發展，具有手寫輸入功能的電子設備越來越廣泛地用於個人數位處理（PDA）、手機、掌上電腦、平板電腦等電子設備上，使用者可使用手寫筆接觸電子設備，實現手寫輸入操作。

現有的手寫筆大都具有壓力感測器，用以進行手寫輸入時觸發電子設備顯示相應的輸入內容。壓力感測器一般都採用力敏電阻，力敏電阻的電阻值隨著施加在其上的壓力的變化而變化，從而通過感測電阻值的改變而確定按壓動作。然而，壓阻式壓力感測器固有的較大的溫度漂移性使其在溫度變化範圍很大的環境下易發生感測失靈的情況，並且感測元件經過多次使用易存在元件磨損、老化的情況。

有鑒於此，有必要提供一種手寫筆及其電容性壓力感應元件，以延長使用壽命及提高感測靈敏度。

本發明提供一種手寫筆，包括控制單元和通信單元，該通信單元用於與一具有顯示幕的電子裝置通信連接，該手寫筆還包括：

電容性壓力感應元件，包括本體、設置於該本體第一端且分別與一電源正極和負極連接的第一電極和第二電極、與該第一電極電性連接的第一金屬片、彈性元件及第二金屬片，該彈性元件電性連接在該第二電極與該第二金屬片之間。當該彈性元件處於初始位置時，該第一金屬片與該第二金屬片相對的面積為一預定值，當按壓該手寫筆而使該第二金屬片的自由端與該顯示幕接觸時，該第二金屬片受到壓力而向靠近該本體第一端的方向運動並壓縮該彈性元件，使該第一金屬片與該第二金屬片相對的面積增加並大於該預定值，從而在該第一金屬片與該第二金屬片相對面之間形成一感應電容。

定位單元，用於響應該控制單元偵測到該電容性壓力感應元件產生的感應電容而產生的觸發信號而對該手寫筆當前的位置進行偵測，以獲取位置資訊。

存儲單元，用於預先存儲該電子裝置的顯示幕對應的坐標系。

該控制單元用於獲取該存儲單元中存儲的坐標系，並根據該定位單元確定的位置資訊確定該位置資訊位於該坐標系的座標。

該通信單元還用於回應該控制單元的控制發送該座標至該電子裝置，觸發該電子裝置根據該座標確定該手寫筆與該顯示幕接觸的位置，並顯示該位置。

本發明還提供一種電容性壓力感應元件，包括本體和設置於該本體第一端且分別與一電源正極和負極連接的第一電極和第二電極，該電容性壓力感應元件還包括與該第一電極電性連接的第一金屬片、彈性元件及第二金屬片，該彈性元件電性連接在該第二電極與該第二金屬片之間，當該彈性元件處於初始位置時，該第一金屬片與該第二金屬片相對的面積為一預定值，當一物體按壓該第二金屬片的自由端而使該第二金屬片向靠近該本體第一端的方向運動並壓縮該彈性元件，使該第一金屬片與該第二金屬片相對的面積增加並大於該預定值，從而在該第一金屬片與該第二金屬片相對面之間形成一感應電容。

相對於現有技術，本發明提供的手寫筆及其電容性壓力感應元件，通過手寫筆與一電子裝置本體接觸而按壓該手寫筆，使得該電容性壓力感應元件由於壓力的變化而產生相應的感應電容，該手寫筆當產生感應電容時偵測其當前位置，並由電子裝置顯示該手寫筆的當前位置，實現手寫筆手寫輸入功能。利用本發明的電容性壓力感應元件解決了現有技術中使用的壓力感測器易損壞的問題。

下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，為本發明實施方式中電容性壓力感應元件的結構示意圖，該電容性壓力感應元件10包括本體11、第一金屬片12、第二金屬片13、第一電極14、第二電極15、彈性元件16、輔助彈簧17和感應層18。其中，該第一電極14和第二電極15設置於本體11的第一端110，並分別與一電源（圖未示）的正極和負極連接。在本實施方式中，該彈性元件16為一彈簧。該第一金屬片12的一端與第一電極14電性連接而獲得該第一電極14提供的電壓，該彈性元件16的一端與第二電極15電性連接，並與第一金屬片12相對。該第二金屬片13包括一固定端130和一自由端131，其中，該彈性元件16的另一端與第二金屬片13的固定端130電性連接，從而第二金屬片13獲得該第二電極15提供的電壓。該感應層18形成於第一金屬片12和彈性元件16之間的空間中。在本實施方式中，該感應層18在本體11徑向上（即從第一端110至本體11第二端111的方向）的長度與第一金屬片12在本體徑向上的長度大致相等，用於填充具有一介電常數的導電介質。當該彈性元件16處於初始位置時，該第一金屬片12和第二金屬片13相對的面積為一預定值，在本實施方式中，該預定值為零。該本體11還包括第一側壁112和第二側壁113，該第一端110和第二端111設置於第一側壁112和第二側壁113之間。該輔助彈簧17包括第一輔助彈簧170和第二輔助彈簧171，分別與該本體11的第一側壁112和第二側壁113固定連接，並且在該第一輔助彈簧170和第二輔助彈簧171之間形成一通道172，該第二金屬片13容納於該通道172中。當按壓該第二金屬片13的自由端131時，該第二金屬片13可在該通道172中相對該第一金屬片12靠近或遠離。

請參閱圖2，具體地，當按壓第二金屬片13的自由端131時，該第二金屬片13向靠近第一金屬片12的方向運動而壓縮彈性元件16，並當該第二金屬片13持續向靠近第一金屬片12的方向運動時，使其與第一金屬片12相對的面積由零逐漸增加，從而在第一金屬片12與第二金屬片13相對的部分形成一感應電容。該感應層18填充的導電介質用於增強該感應電容。隨著持續按壓第二金屬片的自由端131，第一金屬片12與第二金屬片13相對的部分增加，形成的感應電容的電容值也隨之增加。當持續按壓該自由端131而使其剛好全部進入通道172中時，而使得按壓該自由端131的物體與輔助彈簧17接觸，該物體通過壓縮第一輔助彈簧170和第二輔助彈簧171而能夠按壓該自由端131繼續向靠近第一端110的方向移動，使得第一金屬片12與第二金屬片13相對的部分繼續增加。當撤去壓力時，由於輔助彈簧17和彈性元件16的彈性回復力而回到初始位置時，該第二金屬片13恢復至初始位置，該第一金屬片12與第二金屬片13相對的面積恢復為初始零值，從而不形成該感應電容，即，感應電容值減為零。

請參閱圖3，為應用於一電子裝置的手寫筆的功能模組示意圖，該手寫筆20包括該電容性壓力感應元件10（下稱感應元件10）、定位單元21、控制單元22、通信單元23和存儲單元24。其中，該感應元件10的第二金屬片13可作為該手寫筆的筆尖在顯示幕上進行書寫。該存儲單元24用於預先存儲該電子裝置30的顯示幕（圖未示）對應的坐標系，該坐標系可以在出廠時預先設置，每只手寫筆20對應一個電子裝置30。該坐標系還可以在使用時由用戶進行更新設置，即，該手寫筆20能夠獲取需要匹配使用的電子裝置30的坐標系，並更新存儲單元24中存儲的坐標系。該電子裝置30包括處理單元31、通信單元32和顯示單元33。

當該手寫筆20與該電子裝置30的顯示幕（圖未示）接觸並按壓時，即，該第二金屬片13與顯示幕接觸並受到顯示幕的壓力，該感應元件10由於受到壓力而相應地產生一感應電容，該控制單元22偵測到由感應元件10產生的感應電容時觸發定位單元21對該手寫筆20當前的位置進行偵測，以獲取相應的位置資訊。在本實施方式中，該定位單元21為一陀螺儀，能夠偵測並獲取該手寫筆20當前位置的座標值以及位移方向。該控制單元22獲取存儲單元24中存儲的坐標系，根據定位單元21確定的位置資訊確定該位置資訊位於該坐標系的座標，並控制通信單元23將該確定的位置資訊發送至電子裝置30。

當該電子裝置本體11通過通信單元32接收到由手寫筆20發送的位置資訊時，處理單元31根據該位置資訊確定手寫筆20與該電子裝置30的顯示幕接觸的位置，同時控制顯示單元33顯示該確定的位置。如此，該手寫筆20持續與該電子裝置30的顯示幕接觸並按照一定軌跡移動時，該電子裝置30的顯示單元33能夠顯示該軌跡。

使用上述的手寫筆及其電容性壓力感應元件，通過手寫筆與一電子裝置本體接觸而按壓該手寫筆，使得該電容性壓力感應元件由於壓力的變化而產生相應的感應電容，該手寫筆當產生感應電容時偵測其當前位置，並由電子裝置顯示該手寫筆的當前位置，實現手寫筆手寫輸入功能。利用本發明的電容性壓力感應元件解決了現有技術中電子裝置使用壓力感測器易損壞的問題。

可以理解的是，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其他各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。

10．．．電容性壓力感應元件

11．．．本體

110．．．第一端

111．．．第二端

112．．．第一側壁

113．．．第二側壁

12．．．第一金屬片

13．．．第二金屬片

130．．．固定端

131．．．自由端

14．．．第一電極

15．．．第二電極

16．．．彈性元件

17．．．輔助彈簧

170．．．第一輔助彈簧

171．．．第二輔助彈簧

172．．．通道

18．．．感應層

20．．．手寫筆

21．．．定位單元

22．．．控制單元

23、32．．．通信單元

30．．．電子裝置

31．．．處理單元

33．．．顯示單元

圖1為本發明實施方式中電容性壓力感應元件的結構示意圖。

圖2為圖1的電容性壓力感應元件操作狀態的結構示意圖。

圖3為本發明實施方式中應用於一電子裝置的手寫筆的功能模組圖。

10．．．電容性壓力感應元件

11．．．本體

110．．．第一端

111．．．第二端

112．．．第一側壁

113．．．第二側壁

12．．．第一金屬片

13．．．第二金屬片

130．．．固定端

131．．．自由端

14．．．第一電極

15．．．第二電極

16．．．彈性元件

17．．．輔助彈簧

170．．．第一輔助彈簧

171．．．第二輔助彈簧

172．．．通道

18．．．感應層

Claims (13)

1. 一種手寫筆，包括控制單元和通信單元，所述通信單元用於與一具有顯示幕的電子裝置通信連接，其改進在於，所述手寫筆還包括：
   電容性壓力感應元件，包括本體、設置於所述本體第一端且分別與一電源正極和負極連接的第一電極和第二電極、與所述第一電極電性連接的第一金屬片、彈性元件及第二金屬片，所述彈性元件電性連接在所述第二電極與所述第二金屬片之間；當所述彈性元件處於初始位置時，所述第一金屬片與所述第二金屬片相對的面積為一預定值，當按壓所述手寫筆而使所述第二金屬片的自由端與所述顯示幕接觸時，所述第二金屬片受到壓力而向靠近所述本體第一端的方向運動並壓縮所述彈性元件，使所述第一金屬片與所述第二金屬片相對的面積增加並大於所述預定值，從而在所述第一金屬片與所述第二金屬片相對面之間形成一感應電容；
   定位單元，用於響應所述控制單元偵測到所述電容性壓力感應元件產生的感應電容而產生的觸發信號而對所述手寫筆當前的位置進行偵測，以獲取位置資訊；
   存儲單元，用於預先存儲所述電子裝置的顯示幕對應的坐標系；
   所述控制單元用於獲取所述存儲單元中存儲的坐標系，並根據所述定位單元確定的位置資訊確定所述位置資訊位於所述坐標系的座標；
   所述通信單元還用於回應所述控制單元的控制發送所述座標至所述電子裝置，觸發所述電子裝置根據所述座標確定所述手寫筆與所述顯示幕接觸的位置，並顯示所述位置。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之手寫筆，其中，所述定位單元為一陀螺儀，用於偵測並獲取所述手寫筆當前位置的座標值以及位移方向。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之手寫筆，其中，所述電容性壓力感應元件還包括一填充導電介質的感應層，形成於所述第一金屬片與所述彈性元件之間，用於增強所述第一金屬片與所述第二金屬片相對面之間產生的感應電容。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之手寫筆，其中，所述感應層在所述本體沿所述第一端至所述第二端的方向的長度與所述第一金屬片長度相同。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之手寫筆，其中，所述預定值為零，當所述手寫筆脫離所述顯示幕時，所述彈性元件回復到初始位置，所述第一金屬片與所述第二金屬片相對的面積恢復為所述預定值，所述感應電容值減為零。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之手寫筆，其中，所述電容性壓力感應元件還包括第一輔助彈簧和第二輔助彈簧，分別與所述本體相對的第一側壁和第二側壁固定連接，並且在所述第一輔助彈簧和第二輔助彈簧之間形成一通道，所述第二金屬片容納於所述通道中。
7. 根據申請專利範圍第6項所述之手寫筆，其中，當所述第二金屬片被持續按壓而完全進入所述通道時，所述顯示幕與所述第一輔助彈簧和第二輔助彈簧接觸，並壓縮所述第一輔助彈簧和第二輔助彈簧使所述第二金屬片繼續向靠近所述本體第一端的方向繼續運動，使所述第一金屬片與第二金屬片相對面的面積增加，所述產生的感應電容值隨之增加。
8. 一種電容性壓力感應元件，包括本體和設置於所述本體第一端且分別與一電源正極和負極連接的第一電極和第二電極，其改進在於，所述電容性壓力感應元件還包括與所述第一電極電性連接的第一金屬片、彈性元件及第二金屬片，所述彈性元件電性連接在所述第二電極與所述第二金屬片之間，當所述彈性元件處於初始位置時，所述第一金屬片與所述第二金屬片相對的面積為一預定值，當一物體按壓所述第二金屬片的自由端而使所述第二金屬片向靠近所述本體第一端的方向運動並壓縮所述彈性元件，使所述第一金屬片與所述第二金屬片相對的面積增加並大於所述預定值，從而在所述第一金屬片與所述第二金屬片相對面之間形成一感應電容。
9. 根據申請專利範圍第8項所述之電容性壓力感應元件，其中，還包括一填充導電介質的感應層，形成於所述第一金屬片與所述彈性元件之間，用於增強所述第一金屬片與所述第二金屬片相對面之間產生的感應電容。
10. 根據申請專利範圍第9項所述之電容性壓力感應元件，其中，所述感應層在所述本體沿所述第一端至所述第二端的方向的長度與所述第一金屬片長度相同。
11. 根據申請專利範圍第8項所述之電容性壓力感應元件，其中，所述預定值為零，當撤去按壓所述第二金屬片的物體時，所述彈性元件回復到初始位置，所述第一金屬片與所述第二金屬片相對的面積恢復為所述預定值，所述感應電容值減為零。
12. 根據申請專利範圍第8項所述之電容性壓力感應元件，其中，還包括第一輔助彈簧和第二輔助彈簧，分別與所述本體相對的第一側壁和第二側壁固定連接，並且在所述第一輔助彈簧和第二輔助彈簧之間形成一通道，所述第二金屬片容納於所述通道中。
13. 根據申請專利範圍第12項所述之電容性壓力感應元件，其中，當所述第二金屬片被持續按壓而完全進入所述通道時，所述物體與所述第一輔助彈簧和第二輔助彈簧接觸，並壓縮所述第一輔助彈簧和第二輔助彈簧使所述第二金屬片繼續向靠近所述本體第一端的方向繼續運動，使所述第一金屬片與第二金屬片相對面的面積增加，所述產生的感應電容值隨之增加。