主动式触控笔及其操作方法技术领域
本发明有关于一种主动式触控笔及其操作方法，且特别是有关于一种利用
导磁件与LC谐振电路之间的相对距离关系所产生的感应电压来判断笔压的大
小的主动式触控笔及其操作方法。
背景技术
随着触控技术的进步，智慧型手机、车用导航系统、平板电脑等具有触控
输入功能的电子产品已日趋广泛，此类产品的显示屏幕上皆建置有触控面板，
以供使用者利用触控笔来输入资讯，且为了使使用者可以藉由笔尖压力的大小
来输入不同粗细轨迹的笔迹，上述的具有触控输入功能的电子产品会搭配有主
动式触控笔。
然而，目前市面上的主动式触控笔在检测笔尖压力的技术上，主要是通过
额外设置一个压力感测器(例如电容式压力感测器)，来感测施加于主动式触控
笔上的笔压大小，而造成设计成本的提高以及电量消耗的增加。
发明内容
有鉴于以上的问题，本发明提出一种主动式触控笔及其操作方法，此主动
式触控笔及其操作方法通过两个LC谐振电路以及导磁件之间相对位置的变化
所产生的感应电压，来判断笔压的大小。
根据本发明一实施例中的主动式触控笔，此主动式触控笔主要包括触压
件、连动模块、驱动模块、感应模块以及控制模块，其中控制模块电性连接驱
动模块与感应模块，且感应模块对应驱动模块。触压件的一端曝露于主动式触
控笔的笔尖部，连动模块连接触压件的另一端。触压件用以受外部压力而移动。
连动模块具有导磁件，此连动模块用以与触压件连动。驱动模块用以于接收驱
动信号时产生磁场。感应模块用以依据导磁件与感应模块之间的距离变化所造
成的磁场的变化来产生感应电压。控制模块用以产生驱动信号，并依据感应电
压的电压电平计算出外部压力的大小。
根据本发明一实施例中的主动式触控笔及其操作方法，此主动式触控笔及
其操作方法的步骤流程依序如下所述。对驱动模块提供驱动信号，以产生磁场。
当触压件受外部压力而移动时，导磁件与触压件同时连动，其中触压件的一端
曝露于主动式触控笔的笔尖部，导磁件连接触压件的另一端。依据导磁件与感
应模块之间的距离变化所造成的磁场的变化来产生感应电压，其中感应模块对
应驱动模块。依据感应电压的电压电平计算出外部压力的大小。
综合以上所述，本发明提供一种主动式触控笔及其操作方法，此主动式触
控笔通过将第一个LC谐振电路的能量耦合至第二个LC谐振电路的设计以及
与触控件同时连动的设计，使得当使用者对主动式触控笔施加外部压力时，导
磁件会因为外部压力而改变其与第二个LC谐振电路之间的距离，进而改变第
二个LC谐振电路的共振点，并依据其所对应的感应电压计算出外部压力的实
际大小。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释
本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的主动式触控笔的功能方块图；
图2为根据图1的连动模块的结构示意图；
图3为根据图1的驱动模块、感应模块以及控制模块的细部电路示意图；
图4为根据本发明一实施例的主动式触控笔的操作方法的步骤流程图。
其中，附图标记：
1主动式触控笔
10触压件
11笔尖部
12连动模块
120导磁件
122弹性元件
14驱动模块
140第一LC并联电路
142滤波电路
16感应模块
160第二LC并联电路
162整流滤波电路
18控制模块
180驱动信号产生单元
182模拟数字转换单元
184中央处理单元
L1、L2电感
C1、C2、C3、C4电容
D1二极管
S40～S46步骤流程
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任
何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露
的内容、申请专利范围及图式，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关
的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点
限制本发明的范畴。
需先一提的是，为使图式简明易懂，所附图式均为简化的示意图，仅以示
意方式说明本发明的基本结构与方法。因此，所显示的元件并非以实际实施时
的数目、形状、尺寸比例等加以绘制，其实际实施时的规格尺寸实为一种选择
性的设计，且其元件布局形态可能更为复杂，先于叙明。
〔主动式触控笔的实施例〕
请参照图1，图1为根据本发明一实施例的主动式触控笔的功能方块图。
须先一提的是，主动式触控笔1可以为一种主动式电容笔或是一种主动式电磁
笔，本发明在此不加以限制。如图1所示，主动式触控笔1主要包括触压件
10、连动模块12、驱动模块14、感应模块16以及控制模块18。其中，控制
模块18电性连接驱动模块14与感应模块16，而驱动模块14与感应模块16
互相对应且未互相接触。此外，连动模块12的一端与触压件10相接触或相连
接，而连动模块12的另一端与感应模块16相接触。以下分别就主动式触控笔
1中的各部件与各功能模块作详细的说明。
触压件10的一端曝露于主动式触控笔1的笔尖部11，而触压件10的另
一端则与连动模块12相接触或相连接。此触压件10用以受外部压力而移动，
更详细来说，触压件10用以于外部压力施加于其上时，会随着外部压力的逐
渐增加而缩短。换句话说，触压件10会随着施加于其上的外部压力的大小的
变化，而选择性地减少或增加其曝露于笔尖部11外的长度。于实务上，触压
件10为一种金属导体或是塑胶绝缘体，本发明在此不加以限制。
一般来说，当触压件10为金属导体时，触压件10更可以电性连接控制模
块18，以接收由控制模块18所输出的控制信号，并将此控制信号输出至主动
式触控笔1所对应的外部装置(例如触控式屏幕或绘图板)的检测区域上，以使
主动式触控笔1所对应的外部装置可以接收对应于此控制信号的资讯或执行
对应于此控制信号的操作。举例来说，上述的控制信号可用以指示笔压的大小、
作标定位、特定功能、硬体或韧体版本、电池电量等资讯，本发明在此不加以
限制。
请一并参照图1与图2，图2为根据图1的连动模块的结构示意图。如图
2所示，连动模块12具有一个导磁件120与一个弹性元件122，其中导磁件
120的一端连接或接触触压件10，导磁件120的另一端连接或接触弹性元件
122。导磁件120用以改变其所在磁场的大小与方向，弹性元件122用以提供
当触压件10与导磁件120位移时的反向回复力。于实务上，弹性元件122可
以为一种弹簧、橡胶弹簧或橡胶等弹性元件，但不以上述为限。此外，导磁件
120使用的元件材料与形状，于所属技术领域具有通常知识者应可自行设计，
在此不予以赘述。
在实际的操作中，当触压件10接收到外部压力时，触压件10会连动导磁
件120，造成导磁件120于主动式触控笔1的壳体内部的位置改变。更详细来
说，当使用者手持主动式触控笔1并欲对平板电脑的触控屏幕施加一个方向向
下的外部压力时，在触压件10碰触到平板电脑的触控屏幕瞬间会接收到由平
板电脑所产生的反作用力，使得触压件10会因上述的反作用力而向内移动(亦
即减少其曝露于笔尖部11外的长度)，进而连动导磁件120向内移动。此时，
弹性元件122会因为触压件10与导磁件120的位移而产生反向回复力，以使
触压件10离开平板电脑的触控屏幕时回复至触压件10与导磁件120的初始位
置。
驱动模块14用以于接收到控制模块18所产生的驱动信号时，会产生一个
磁场。值得注意的是，驱动信号为具有一种预设频率的脉冲宽度调变信号(pulse
widthmodulationsignal，PWMsignal)，使得驱动模块14会依据上述的预设频
率的脉冲宽度调变信号产生一个已知磁场强度的磁场。感应模块16用以与驱
动模块14互感，并依据导磁件120与感应模块16之间的距离变化所造成的磁
场的变化(例如磁场大小的变化或磁场方向的变化)来产生一个对应的感应电
压，据以使得控制模块18可以依据上述感应电压的电压电平计算出外部压力
的实际大小。
举例来说，当触压件10未受到任何外部压力而使得导磁件120位于初始
位置时，感应模块16感应到的感应电压为第一电压电平，当触压件10受到外
部压力而使得导磁件120位移至对应的相对位置时，感应模块16感应到的感
应电压为第二电压电平，而第一电压电平与第二电压电平之间的差值即可对应
为外部压力的大小，换句话说，感应电压的电压电平与外部压力的实际大小具
有线性关系。于实务上，控制模块18为一种整合有信号输入输出(I/O)功能、
模拟数字转换(A/D)功能、记忆功能以及计算处理功能的微控制器
(microcontrollerunit，MCU)。
此外，本发明实施例的主动式触控笔1更包括有电源模块(未绘示于图式)，
此电源模块用以对主动式触控笔1提供一工作电源。于实务上，电源模块可以
为一种一般电池(primarybattery)或是二次电池(secondarybattery，亦称可充电
电池)，本发明在此不加以限制。
为了更清楚地说明驱动模块14与感应模块16之间的作动关系，请一并参
照图1与图3，图3为根据图1的驱动模块、感应模块以及控制模块的细部电
路示意图。如图3所示，驱动模块14包括第一LC并联电路(亦称LC谐振电
路)140与滤波电路142，感应模块16包括第二LC并联电路160与整流滤波电
路162，控制模块18包括驱动信号产生单元180、模拟数字转换单元182以及
中央处理单元(centralprocessingunit，CPU)184。其中，滤波电路142电性连
接于控制模块18的驱动信号产生单元180与第一LC并联电路140之间，整
流滤波电路162电性连接于控制模块18的模拟数字转换单元182与第二LC
并联电路160之间，中央处理单元184电性连接于驱动信号产生单元180与模
拟数字转换单元182之间。值得注意的是，第一LC并联电路140的电感L1
与第二LC并联电路160的电感L2彼此相对应。
驱动信号产生单元180受控于中央处理单元184，并用以产生驱动信号。
于实务上，驱动信号产生单元180为一种可产生具有预设频率的脉冲宽度调变
信号的信号产生器。滤波电路142用以滤除驱动信号的直流成分，而只允许交
流成分的驱动信号通过，以对第一LC并联电路140提供交流成分的驱动信号。
于实务上，滤波电路142为一种交连电容(couplingcapacitance)C3。值得注意
的是，虽然本发明实施例中的驱动模块14设置有滤波电路142，但本发明在
此不加以限制驱动模块14是否需要设置有滤波电路14，换句话说，驱动模块
14亦可仅具有第一LC并联电路140，且此第一LC并联电路140直接电性连
接驱动信号产生单元180。
第一LC并联电路140用以将驱动信号的交流成分所对应的能量储存于磁
场中。更详细来说，当第一LC并联电路140接收到交流成分的驱动信号时，
第一LC并联电路140中的电感L1会因为交流成分的驱动信号的电流变化而
产生第一磁场，并因为电磁感应(electromagneticinduction)产生第一电动势，同
时将第一电动势以能量的形式储存在第一磁场中，据以抵抗电流的变化。此外，
第一LC并联电路140中的电容C1会与电感L1产生谐振现象，使得能量会在
电容C1与电感L1之间来回振荡。
第二LC并联电路160用以与第一LC并联电路140互感，并依据导磁件
120与第二LC并联电路160之间相对位置的变化产生感应电流。更详细来说，
第二LC并联电路160中的电感L2通过与第一LC并联电路140中的电感L1
互感，据以产生第二电动势以及感应电流，且第二LC并联电路160中的电容
C2亦会与电感L2产生谐振现象，使得能量会在电容C2与电感L2之间来回
振荡。此外，当触压件10受到外部压力而造成导磁件120一并移动时，导磁
件120会因为位置的变化，造成电感L2所感应到的第二电动势以及感应电流
会随着导磁件120与电感L2之间相对位置的变化而改变。
整流滤波电路162主要包括二极管D1与电容C4，其中二极管D1的阳极
电性连接第二LC并联电路160，二极管D1的阴极电性连接模拟数字转换单
元182，电容C4的一端电性连接于二极管D1的阴极与模拟数字转换单元182
之间。二极管D1用以对第二LC并联电路160所输出的感应电流进行整流，
电容C4用以对整流后的电压进进行滤波，并据以产生感应电压，亦即使得整
流滤波电路162的输出端与模拟数字转换单元182之间的电位差为上述的感应
电压。
模拟数字转换单元182用以将上述的感应电压的电压电平转换为一种数
字信号，使得中央处理单元184可以依据上述的数字信号计算出施加于触压件
10上的外部压力的大小。此外，第二LC并联电路160中的电容C2可以被设
计成一种薄膜电容(thinfilmcapacitor)，且当导磁件受到外部压力影响而接触到
上述的薄膜电容时，控制模块18更可以依据薄膜电容上的电容变化量，判断
外部压力的大小。
〔主动式触控笔的操作方法的实施例〕
请一并参照图1与图4，图4为根据本发明一实施例的主动式触控笔的操
作方法的步骤流程图。如图4所示，此主动式触控笔的操作方法适用于图1
的主动式触控笔1，故本实施例中不再赘述主动式触控笔1中的各元件与各功
能模块的连接关系与作动方式。以下分别就主动式触控笔的操作方法的步骤流
程作详细的说明。
在步骤S40中，主动式触控笔1中的控制模块18会对驱动模块14提供驱
动信号，以使驱动模块14产生磁场。在步骤S42中，当触压件10受外部压力
而移动时，连动模块12中的导磁件120会与触压件10同时连动。在步骤S44
中，主动式触控笔1中的感应模块16会依据导磁件120与感应模块16之间的
距离变化所造成的磁场的变化来产生感应电压。最后，在步骤S46中，主动式
触控笔1中的控制模块18会依据感应电压的电压电平计算出外部压力的大小。
于本发明实施例中，驱动信号为具有预设频率的脉冲宽度调变信号，且感
应模块16具有薄膜电容，且当导磁件120接触到上述薄膜电容时，控制模块
18更依据此薄膜电容的电容变化量，判断外部压力的大小。
此外，在对驱动模块14提供驱动信号以产生磁场的步骤(即步骤S40)中，
所述的主动式触控笔的操作方法更依序包括滤除驱动信号的直流成分，以及将
驱动信号的交流成分所对应的能量储存于磁场中。此外，在依据导磁件120
与感应模块16之间的距离变化所造成的磁场的变化来产生感应电压的步骤(即
步骤S44)中，所述的主动式触控笔的操作方法更依序包括感应模块16通过与
驱动模块互感，并依据导磁件120与感应模块16之间相对位置的变化产生感
应电流，以及对上述的感应电流进行整流与滤波，并据以产生感应电压。另外，
在依据感应电压的电压电平计算出外部压力的大小的步骤(即步骤S46)中，所
述的主动式触控笔的操作方法更包括将感应电压的电压电平转换为数字信号，
以依据数字信号计算出外部压力的大小。
〔实施例的可能功效〕
综合以上所述，本发明实施例提供一种主动式触控笔及其操作方法，此主
动式触控笔通过将第一个LC谐振电路的能量耦合至第二个LC谐振电路的设
计以及导磁件与触控件同时连动的设计，使得当使用者对主动式触控笔施加外
部压力时，导磁件会因为外部压力而改变其与第二个LC谐振电路之间的距离，
进而改变第二个LC谐振电路的共振点，并依据其所对应的感应电压计算出外
部压力的实际大小。此外，本发明实施例的主动式触控笔及其操作方法更可以
将第二个LC谐振电路中的电容设计为薄膜电容，并且当导磁件接触到此薄膜
电容时，依据薄膜电容的电容变化量计算出外部压力的实际大小。
藉此，本发明实施例的主动式触控笔及其操作方法不需额外设置压力感测
器以及运算放大器等元件，而只需要两个标准电容、几个电容以及一个导磁件
即可实现压力感测功能，相较于传统的主动式触控笔更有效地降低成本，且由
于本发明实施例的主动式触控笔及其操作方法通过检测感应电压来判断出笔
压的大小，相较于传统的主动式触控笔更有效地降低其电量的消耗，达到节能
的功效，十分具有实用性。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情
况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但
这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。