TWM678868U - 觸控筆裝置 - Google Patents

Abstract

一種觸控筆裝置包含筆外殼、電路基板、壓力感測元件、控制電路板及筆芯模組。筆外殼具有筆尖部及筆身部。電路基板設置於筆身部內且具有面對筆尖部之抵接面以及與抵接面彼此相對之電路連接面。壓力感測元件設置於電路連接面。控制電路板經由電路連接面電性連接至壓力感測元件。筆芯模組設置於筆外殼內且包含筆芯及筆芯固定座，筆芯可拆卸地插設於筆芯固定座且突設於筆尖部，筆芯固定座可活動地設置於筆身部內且抵接於抵接面。當筆芯受壓時，壓力感測元件偵測電路基板受到筆芯固定座施壓所產生之撓曲變形，且傳送壓感訊號至控制電路板。

Description

觸控筆裝置

本創作關於一種觸控筆裝置，尤指一種使用壓力感測元件偵測電路基板受到筆芯固定座施壓所產生之撓曲變形以進行壓感訊號傳輸的觸控筆裝置。

隨著科技的進步與發展，市面上有多種電子裝置都採用觸控面板（touch panel）或觸控板（touch pad）作為操作介面，使用者通常以手指在觸控面板上操作，但是用手指在觸控面板上滑動時因手指接觸面積較廣而容易造成摩擦力太大，不適合大量或快速輸入，同時也可能發生誤觸的情形，因此便有觸控筆問世。

目前觸控筆可分為主動式與被動式，其中主動式觸控筆是由筆內的訊號發射電路發送訊號，而使相應的觸控面板（或觸控板）收到訊號後判斷其被接觸位置的座標以及觸壓力，其觸壓感測設計通常係採用筆芯受力會產生位移並直接對壓力感測器施壓的設計以獲得壓感訊號。然而，當筆芯所受外力過大時（例如觸控筆不慎掉落而使得筆芯直接碰撞地面時），筆芯就會產生較大位移量而導致筆芯對壓力感測器施加的壓力過大，使得壓力感測器容易損壞而造成觸控筆失效。

因此，本創作的目的之一在於提供一種使用壓力感測元件偵測電路基板受到筆芯固定座施壓所產生之撓曲變形以進行壓感訊號傳輸的觸控筆裝置，以解決上述問題。

根據一實施例，本創作之觸控筆裝置包含一筆外殼、一電路基板、一壓力感測元件、一控制電路板，以及一筆芯模組。該筆外殼具有一筆尖部以及一筆身部。該電路基板設置於該筆身部內且具有面對該筆尖部之一抵接面以及與該抵接面彼此相對之一電路連接面。該壓力感測元件設置於該電路連接面。該控制電路板經由該電路連接面電性連接至該壓力感測元件。該筆芯模組設置於該筆外殼內，該筆芯模組包含一筆芯以及一筆芯固定座，該筆芯可拆卸地插設於該筆芯固定座且部分突設於該筆尖部之外，該筆芯固定座可活動地設置於該筆身部內且抵接於該抵接面。當該筆芯受壓時，該壓力感測元件偵測該電路基板受到該筆芯固定座施壓所產生之撓曲變形，且傳送一壓感訊號至該控制電路板。

綜上所述，相較於先前技術採用直接對壓力感測器施壓的壓感設計，本創作係採用筆芯固定座抵壓電路基板撓曲變形的設計，如此一來，即便是發生筆芯受外力過大的情況（例如觸控筆不慎掉落而使得筆芯直接碰撞地面時），筆芯所承受的壓力只會被電路基板所吸收而產生相對應的撓曲變形，而不會發生先前技術中所提到的壓力感測器容易受壓損壞而造成觸控筆失效的問題，藉此，本創作係可有效地提昇觸控筆裝置的使用壽命以及觸控操作可靠性。

關於本創作之優點與精神可以藉由以下的實施方式詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

以下內容將搭配圖式，藉由特定的具體實施例說明本創作之技術內容，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之其他優點與功效。本創作亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不背離本創作之精神下，進行各種修飾與變更。尤其是，於圖式中各個元件的結構設計及位置關係（如筆外殼/筆芯固定座/壓力感測元件/控制電路板的結構比例、訊號傳輸線之走線設計等）僅具示範性用途，並非代表本創作實施的實際狀況。

請參閱第1圖以及第2圖，第1圖為根據本創作之一實施例所提出之一觸控筆裝置10之部分簡示圖，第2圖為第1圖之觸控筆裝置10的電路連接示意圖。如第1圖以及第2圖所示，觸控筆裝置10包含一筆外殼12、一電路基板14、一壓力感測元件16、一控制電路板18，以及一筆芯模組20，其中筆芯模組20、電路基板14、壓力感測元件16以及控制電路板18係可沿著筆外殼12之一中心軸L彼此對準設置。筆外殼12係可採用常見應用在觸控筆上的殼體設計（其相關結構描述已見於先前技術中，於此不再贅述）且具有一筆尖部22以及一筆身部24，以供筆芯突伸書寫以及容置觸控筆內部元件之用。電路基板14係設置於筆身部24內且具有面對筆尖部22的一抵接面S1以及與抵接面S1彼此相對的一電路連接面S2。壓力感測元件16係設置於電路連接面S2且可為常見應用在觸控筆之筆芯觸壓感測上的壓力感測器，例如電容式（capacitive）壓力感測器、壓電式（piezoelectric）壓力感測器，或壓阻式（resistive）壓力感測器等，其電路連接設計及壓力感測原理的相關描述係常見於先前技術中，於此不再贅述。

控制電路板18係經由電路連接面S2電性連接至壓力感測元件16以用來進行壓感訊號傳輸，在此實施例中，電路基板14可另具有複數個接墊26（於第1圖中以二個簡示，但不受此限，其接墊配置數量端視觸控筆裝置10之實際應用需求而有所變化），控制電路板18係可較佳地以焊料對接方式（但不受此限，其亦可採用其他常見之電路板連接方式，如軟性排線連接方式等）連接於複數個接墊26以電連接至電路基板14，更詳細地說，控制電路板18係可較佳地與電路基板14彼此垂直，藉此，控制電路板18係可提供適當的結構變形支撐至電路基板14，使得電路基板14在受壓過程中不致過度變形而損壞。另外，在此實施例中，由第1圖可知，控制電路板18對應壓力感測元件16之位置可形成有一讓位凹口28，藉以提供足夠的形變空間，使得電路基板14在受壓過程中能夠以控制電路板18與電路基板14的連接處為支點，往讓位凹口28撓曲變形而不致碰撞到控制電路板18，從而確實地防止電路板件彼此擠壓損壞的情況發生。

筆芯模組20係設置於筆外殼12內，筆芯模組20可包含具有一筆芯30以及一筆芯固定座32（均具有導電性）。筆芯30可拆卸地插設於筆芯固定座32且部分突設於筆尖部22之外（如第1圖所示），以供使用者進行後續觸控書寫操作。筆芯固定座32可活動地設置於筆身部24內且抵接於抵接面S1，藉以於筆芯30受壓時沿中心軸L往電路基板14移動並抵壓電路基板14產生相對應之撓曲變形。

透過上述設計，觸控筆裝置10係可受力而在觸控裝置上顯示筆跡，觸控筆裝置10的筆跡粗細程度係可隨著使用者所施加的壓力變化而改變，換言之，筆跡的不同粗細係可對應於不同的壓力值。舉例來說，當使用者握持觸控筆裝置10以施壓筆芯30在觸控裝置（例如，觸控螢幕或觸控板等）上進行觸控操作時，筆芯固定座32係可隨著筆芯30相對於筆尖部22的受壓內縮動作而沿著中心軸L抵壓電路基板14，進而導致電路基板14產生相對應的撓曲變形，藉此，位於電路基板14之背面（即電路連接面S2）的壓力感測元件16即可偵測到電路基板14之撓曲變形以進行後續壓感訊號傳輸。

更詳細地說，當使用者在操作觸控筆裝置10時，筆芯30會隨著使用者不同的書寫姿態與筆跡而承受不同程度的壓力，且筆芯30所承受的壓力係可經由筆芯固定座32直接抵壓電路基板14撓曲變形而被位於電路基板14之背面（即電路連接面S2）的壓力感測元件16所感測到，此時，電連接於電路基板14的控制電路板18即可接收到壓力感測元件16所傳來之壓感訊號而據以計算出筆芯壓力大小，並轉換成對應的壓力階數。之後，再將不同的壓力階數轉換為不同的頻率或訊號，並經控制電路板18上的變壓單元（未繪示）將上述頻率或訊號轉換為筆芯模組20所需的電壓（訊號），且經由筆芯30傳送至觸控裝置而形成相對應的觸控筆跡，藉以完成使用者所欲進行的觸控操作（如書寫文字等）

綜上所述，相較於先前技術採用直接對壓力感測器施壓的壓感設計，本創作係採用筆芯固定座抵壓電路基板撓曲變形的設計，如此一來，即便是發生筆芯受外力過大的情況（例如觸控筆不慎掉落而使得筆芯直接碰撞地面時），筆芯所承受的壓力只會被電路基板所吸收而產生相對應的撓曲變形，而不會發生先前技術中所提到的壓力感測器容易受壓損壞而造成觸控筆失效的問題，藉此，本創作係可有效地提昇觸控筆裝置的使用壽命以及觸控操作可靠性。

值得一提的是，本創作係可採用導電彈簧以及導電環之配置以用來進行控制電路板之TX訊號傳輸，舉例來說，如第1圖以及第2圖所示，觸控筆裝置10可另包含一導電彈簧34，導電彈簧34係套設於筆芯固定座32外且經由一第一傳輸線36電連接至控制電路板18，藉此，筆芯30、筆芯固定座32、導電彈簧34與第一傳輸線36係可組成用來傳送TX1訊號的發射電極以建立觸控筆裝置10與觸控裝置之間的電容耦合，從而取得觸控筆裝置10在觸控裝置之觸控平面上的觸控座標。更進一步地，觸控筆裝置10可另包含一導電環38，導電環38係環繞導電彈簧34且經由一第二傳輸線40電連接至控制電路板18，導電環38以及第二傳輸線40係可組成用來傳送TX2訊號的發射電極以建立觸控筆裝置10與觸控裝置之間的電容耦合，如此即可透過不同相位或不同頻率的驅動訊號（TX1/TX2訊號）取得更加精準的觸控資訊（如筆芯30在觸控平面上的傾斜角度等），從而執行更多不同的觸控操作（如利用筆芯30的傾斜角度來改變書寫文字的寬度等），提昇觸控筆裝置10之操作便利性及應用彈性。

除此之外，在實際應用中，本創作亦可採用骨架固定設計，舉例來說，如第1圖所示，觸控筆裝置10可另包含一筆骨架42，筆骨架42包覆導電彈簧34、筆芯固定座32以及電路基板14，且導電環38套設於筆骨架42外，藉此，筆芯固定座32、導電彈簧34以及導電環38係可更加穩固地設置於筆外殼12內。更進一步地，筆芯固定座32可活動地穿設於筆骨架42內且較佳地與筆骨架42相隔一間距G（但不受此限），如此一來，透過上述間隔設計，筆芯固定座32係可更加平順地在筆外殼12內滑動，並且亦可確實地避免筆芯固定座32在滑動過程中與筆骨架42產生接觸摩擦的情況發生（此一情況會導致筆芯30經由筆芯固定座32傳遞至電路基板14的力傳導產生損耗而影響電路基板14的撓曲變形程度，進而造成壓力感測元件16的壓感偵測失準），藉以進一步地提昇觸控筆裝置10之壓感觸控精準度。

10:觸控筆裝置 12:筆外殼 14:電路基板 16:壓力感測元件 18:控制電路板 20:筆芯模組 22:筆尖部 24:筆身部 26:接墊 28:讓位凹口 30:筆芯 32:筆芯固定座 34:導電彈簧 36:第一傳輸線 38:導電環 40:第二傳輸線 42:筆骨架 L:中心軸 S1:抵接面 S2:電路連接面 G:間距

第1圖為根據本創作之一實施例所提出之觸控筆裝置之部分簡示圖。 第2圖為第1圖之觸控筆裝置的電路連接示意圖。

10:觸控筆裝置

12:筆外殼

14:電路基板

16:壓力感測元件

18:控制電路板

20:筆芯模組

22:筆尖部

24:筆身部

26:接墊

28:讓位凹口

30:筆芯

32:筆芯固定座

34:導電彈簧

36:第一傳輸線

38:導電環

40:第二傳輸線

42:筆骨架

L:中心軸

S1:抵接面

S2:電路連接面

G:間距

Claims (10)

1. 一種觸控筆裝置，其包含： 一筆外殼，具有一筆尖部以及一筆身部； 一電路基板，設置於該筆身部內且具有面對該筆尖部之一抵接面以及與該抵接面彼此相對之一電路連接面； 一壓力感測元件，設置於該電路連接面； 一控制電路板，經由該電路連接面電性連接至該壓力感測元件；以及 一筆芯模組，設置於該筆外殼內，該筆芯模組包含一筆芯以及一筆芯固定座，該筆芯可拆卸地插設於該筆芯固定座且部分突設於該筆尖部之外，該筆芯固定座可活動地設置於該筆身部內且抵接於該抵接面； 其中，當該筆芯受壓時，該壓力感測元件偵測該電路基板受到該筆芯固定座施壓所產生之撓曲變形，且傳送一壓感訊號至該控制電路板。
2. 如請求項1所述之觸控筆裝置，其中該筆芯、該筆芯固定座、電路基板、該壓力感測元件以及該控制電路板沿著該筆外殼之一中心軸彼此對準。
3. 如請求項1所述之觸控筆裝置，其中該電路基板另具有複數個接墊，該控制電路板連接於該複數個接墊以電連接至該電路基板。
4. 如請求項3所述之觸控筆裝置，其中該控制電路板以焊料對接或軟性電路板連接方式連接至該複數個接墊。
5. 如請求項3所述之觸控筆裝置，其中該控制電路板與該電路基板彼此垂直。
6. 如請求項1所述之觸控筆裝置，其中該控制電路板對應該壓力感測元件之位置形成有一讓位凹口。
7. 如請求項1所述之觸控筆裝置，其另包含： 一導電彈簧，套設於該筆芯固定座外且經由一第一傳輸線電連接至該控制電路板。
8. 如請求項7所述之觸控筆裝置，其另包含： 一導電環，環繞該導電彈簧且經由一第二傳輸線電連接至該控制電路板。
9. 如請求項8所述之觸控筆裝置，其中該觸控筆裝置另包含一筆骨架，該筆骨架包覆該導電彈簧、該筆芯固定座以及該電路基板，該導電環套設於該筆骨架外。
10. 如請求項9所述之觸控筆裝置，其中該筆芯固定座可活動地穿設於該筆骨架內且與該筆骨架相隔一間距。