具有尖端壓力傳感器的主動(dòng)筆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主動(dòng)位置指示器，具體涉及具有壓力傳感器的主動(dòng)筆(activepen) ο
【背景技術(shù)】
[0002]觸摸裝置被用于涉及物體存在檢測(cè)的各種應(yīng)用領(lǐng)域，例如但不限于:觸摸板、觸控面板、觸摸屏或投射電容顯示器。觸摸裝置檢測(cè)被動(dòng)物體觸摸觸摸裝置并可確定觸摸的位置。這允許例如用戶控制。不幸的是，觸摸的位置檢測(cè)的質(zhì)量隨著被觸摸表面的大小而降低。因此，筆的尖端的位置檢測(cè)的質(zhì)量?jī)H能夠高檢測(cè)誤差地被檢測(cè)到。因此，像主動(dòng)筆的主動(dòng)位置指示器包含支持觸摸設(shè)備以更低的誤差來檢測(cè)主動(dòng)位置指示器的位置電子電路。這例如可通過電容或電感耦合來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用特定觸摸裝置例如電容或電感觸摸裝置時(shí)，用于檢測(cè)被動(dòng)觸摸的相同傳感器可被用于檢測(cè)從主動(dòng)位置指示器的尖端發(fā)射的電信號(hào)。存在不同類型的主動(dòng)位置指示器。存在將電信號(hào)的發(fā)射與特定主動(dòng)位置指示器檢測(cè)窗口同步的主動(dòng)位置指示器。存在連續(xù)發(fā)射電信號(hào)的其他主動(dòng)位置指示器，即主動(dòng)位置指示器中沒有與觸摸裝置的任何同步。存在用電池操作的主動(dòng)位置指示器或者具有用于從環(huán)境中贏取能量的能量采集設(shè)備的主動(dòng)位置指示器。還存在沒有自己的電源、像應(yīng)答器一樣操作的主動(dòng)位置指示器，該應(yīng)答器從應(yīng)答器信號(hào)獲得用于操作的必要能量。W02014/174123示出了電容觸摸裝置與連續(xù)發(fā)射主動(dòng)位置指示器的示例，其中電容觸摸裝置使用相同的電容檢測(cè)傳感器來檢測(cè)被動(dòng)觸摸和主動(dòng)觸摸。
[0003]與觸摸設(shè)備的書寫交互的良好檢測(cè)的另一問題是由筆施加的壓力的情況。存在一些觸摸裝置能夠直接檢測(cè)所施加的壓力。但在具有主動(dòng)筆的大多數(shù)方案中，筆包括對(duì)施加在尖端上的壓力進(jìn)行檢測(cè)的壓力傳感器并將檢測(cè)到的壓力發(fā)送回觸摸裝置。然而，針對(duì)壓力傳感器的現(xiàn)有技術(shù)方案具有若干缺陷。
[0004]壓力傳感器必須具有可移動(dòng)部件、彈簧以及經(jīng)常可移動(dòng)部件到印刷電路板的電氣連接。這增加了對(duì)筆進(jìn)行組裝的時(shí)間，構(gòu)造的復(fù)雜性和穩(wěn)健性。
[0005]具體地，在繪畫或書寫交互期間于在主動(dòng)筆上施加的力能夠從微小的力變化至非常大的力。這增加了高準(zhǔn)確度檢測(cè)所施加的尖端力的難度。
[0006]—個(gè)問題是螺旋彈簧或其他彈性元件的正常使用，它們具有不變的剛度。因此，施加在尖端上的力的某一改變導(dǎo)致尖端針對(duì)弱力和強(qiáng)力的相同位移。由于尖端的位移僅是微小的，因此實(shí)現(xiàn)能夠以高準(zhǔn)確度檢測(cè)較小的力但不再檢測(cè)高于某一閾值的較大的力，或者以低準(zhǔn)確度檢測(cè)高至大作用力的大范圍力。由于兩種選項(xiàng)不可都被滿足，一些解決方案提供具有不同剛度的兩個(gè)彈簧，從而使得具有較小剛度的彈簧主要用于弱力而具有較高剛度的第二彈簧主要用于強(qiáng)力來擴(kuò)展壓力傳感器可檢測(cè)的力的范圍。然而，這樣的方案增加了壓力傳感器的復(fù)雜度、大小和穩(wěn)健性。螺旋彈簧還具有這樣的問題:它們難以組裝并且需要較多的空間。
[0007]關(guān)于檢測(cè)準(zhǔn)確度的另一問題是:可用于檢測(cè)所施加的力的尖端的最大位移僅是很小的。一般，具有取決于尖端位移的電容值的電容元件被用于檢測(cè)實(shí)際的尖端位移。如果兩個(gè)電容器板的距離依據(jù)尖端位移而變化，則這產(chǎn)生依據(jù)尖端移位的倒數(shù)的電容值。因此，小的尖端位移能夠由于電容值的快速變化而被以非常高準(zhǔn)確度地被檢測(cè)到，同時(shí)在較大的尖端位移處，由于電容值的緩慢變化，準(zhǔn)確度迅速降低?？商鎿Q地，存在用線性行為測(cè)量尖端位移的裝置。然而，這樣的線性方案不允許在小的尖端位移處實(shí)現(xiàn)較高的準(zhǔn)確度。盡管有所述缺點(diǎn)，但是電容方案具有被公知以及易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]因此，目標(biāo)是提供一種主動(dòng)位置指示器，其具有克服所提及的問題的壓力傳感器。
[0009]目標(biāo)是提供一種主動(dòng)位置指示器，其具有用于組裝筆的時(shí)間減少、構(gòu)造的復(fù)雜度降低并且穩(wěn)健性增加的壓力傳感器。
[0010]目標(biāo)是提供一種主動(dòng)位置指示器，其具有較大力的檢測(cè)范圍以及較小力處的高準(zhǔn)確度且低復(fù)雜度的壓力傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ]在一個(gè)實(shí)施例中，這些目標(biāo)是通過獨(dú)立權(quán)利要求的方式實(shí)現(xiàn)的。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，這些目標(biāo)是由具有以下特征的主動(dòng)位置指示器實(shí)現(xiàn)的。一種可移動(dòng)尖端元件，其被配置為依據(jù)對(duì)尖端作用的力而被移位一尖端位移。一種用于檢測(cè)對(duì)尖端作用的力的力傳感器，其包括對(duì)尖端元件進(jìn)行與尖端位移相反地作用的彈性元件，其中彈性元件是葉片彈簧(leaf spring)。
[0013]葉片彈簧具有較大優(yōu)點(diǎn)，它們易于根據(jù)一個(gè)葉片材料產(chǎn)生并且能夠高度適應(yīng)于像形狀、大小、剛度的需求，剛度取決于尖端位移。此外，葉片彈簧能夠產(chǎn)生到可移動(dòng)尖端位移的容易的接觸。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，這些目標(biāo)是通過具有以下特征的主動(dòng)位置指示器實(shí)現(xiàn)的?？梢苿?dòng)尖端元件被配置為依據(jù)對(duì)尖端作用的力而被移位一尖端位移。位置信號(hào)電路與所述可移動(dòng)尖端元件連接并且被配置為生成用于通過尖端與觸摸裝置電耦合的指示器位置信號(hào)。用于檢測(cè)對(duì)尖端作用的力的力傳感器包括具有取決于尖端位移的電容值的電容元件，用于生成指示尖端位移的電反饋信號(hào)。電容元件包括取決于尖端位移的電容器距離和取決于尖端位移的電容器表面。
[0015]這具有以下優(yōu)點(diǎn):電容值隨尖端位移的行為可被配置有更高的自由度，以使得可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于力范圍和靈敏度的要求，尤其針對(duì)較小的力。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，這些目標(biāo)是通過具有以下特征的主動(dòng)位置指示器實(shí)現(xiàn)的?？梢苿?dòng)尖端元件被配置為依據(jù)對(duì)尖端作用的力而被移位一尖端位移。位置信號(hào)電路與所述可移動(dòng)尖端元件相連接并且被配置為生成用于通過尖端與觸摸裝置電耦合的指示器位置信號(hào)。用于檢測(cè)對(duì)尖端作用的力的力傳感器包括對(duì)尖端元件作用抵抗尖端位移的彈性元件。彈性元件是導(dǎo)電的并且位置信號(hào)電路通過所述彈性元件與所述可移動(dòng)尖端元件電連接。
[0017]這具有以下優(yōu)點(diǎn):用于接觸的元件和用于作用抵抗尖端的力的彈性元件可被組合。這節(jié)省了空間并避免了接觸可移動(dòng)元件的問題。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，這些目標(biāo)是通過具有以下特征的主動(dòng)位置指示器實(shí)現(xiàn)的?？梢苿?dòng)尖端元件被配置為依據(jù)對(duì)尖端作用的力而被移位一尖端位移。用于檢測(cè)對(duì)尖端作用的力的力傳感器包括在尖端元件上作用抵抗尖端位移的彈性元件，其中彈性元件是非線性的，具有取決于尖端位移的剛性。
[0019]非線性彈簧具有以下優(yōu)點(diǎn):在較小的力處，力的特定變化能夠產(chǎn)生比在較大的力處力的特定變化的尖端位移變化得更大的尖端位移的較大變化。
【附圖說明】
[0020]本發(fā)明將在由示例的形式給出并且如圖所示的實(shí)施例的說明的幫助下被更好地理解，其中:
[0021]圖1示出了主動(dòng)筆的實(shí)施例的三維視圖；
[0022]圖2示出了圖1的實(shí)施例在沒有外部殼體的情況下的三維視圖；
[0023]圖3示出了主動(dòng)筆的力傳感器的實(shí)施例的三維視圖；
[0024]圖4示出了具有力傳感器的透明殼體的圖3的力傳感器的三維視圖；
[0025]圖5示出了圖3的力傳感器的電容元件的第二電容器板的俯視圖；
[0026]圖6示出了具有第一電容器板和第二電容器板的圖3的力傳感器的電容元件的截面視圖；
[0027]圖7示出了第一電容器板和第二電容器板處于初始位置的圖3的力傳感器的電容元件的三維視圖；
[0028]圖8示出了具有第一電容器板和第二電容器板的圖3的力傳感器的電容元件的俯視圖；
[0029]圖9示出了具有彈簧的圖3的力傳感器的殼體的三維視圖；
[0030]圖10示出了具有彈簧的圖3的力傳感器的殼體的俯視圖；
[0031]圖11示出了圖9的彈簧的三維視圖；
[0032]圖12示出了圖9的彈簧的第一側(cè)視圖；
[0033]圖13示出了圖9的彈簧的第二側(cè)視圖；
[0034]圖13A不出了彈貪的替換性實(shí)施例的俯視圖；
[0035]圖13B示出了圖13A的彈簧的替換性實(shí)施例的側(cè)視圖；以及
[0036]圖13C示出了圖13A的彈簧的替換性實(shí)施例的生產(chǎn)階段。
【具體實(shí)施方式】
[0037]圖1至13示出了主動(dòng)筆5的實(shí)施例。利用下面的主動(dòng)筆公開的所有可應(yīng)用于所有其他類型的主動(dòng)位置指示器。
[0038]主動(dòng)筆5包括筆殼體6、電池7、印刷電路板8、力傳感器和具有尖端3的尖端元件10。
[0039]筆殼體6優(yōu)選地圍住電池7、印刷電路板8和力傳感器的力檢測(cè)機(jī)構(gòu)9。筆殼體6優(yōu)選地具有用于包括尖端元件10的開口，以使得尖端3