带有尖端压力传感器的有源笔制造技术

有源位置指示器，其包括可动尖端元件(10)，其配置为在位移方向上从初始位置被移位取决于作用在尖端(3)上的力的尖端位移，尖端(3)设置在尖端元件(10)的远端上；力传感器，其用于检测作用在尖端(3)上的力，包括相对尖端位移作用在尖端元件(10)上的弹性元件；其中弹性元件是叶片弹簧(15)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种有源位置指示器，特别是带有压力传感器的有源笔。
技术介绍
触摸设备用于各种应用领域，其中包含对象存在检测，例如但不限于触摸垫、触摸板、触摸屏或投射电容显示器。触摸设备检测触摸触摸设备的无源对象并且可以确定触摸的位置。这允许例如用户控制。不幸的是，触摸的位置检测的质量随着触摸的表面的尺寸降低。因此，笔的尖端的位置检测的质量只能以高检测误差进行检测。因此，有源位置指示器如有源笔包含电路，其支撑触摸设备来以较低误差检测有源位置指示器的位置。这可以例如通过电容或电感耦合来实现。当使用特定触摸设备例如电容式或电感式触摸设备时，用于检测无源触摸的相同传感器可用于检测由有源位置指示器的尖端发射的电信号。存在有不同类型的有源位置指示器。存在有使电信号的发射与特定有源位置指示器检测窗口同步的有源位置指示器。存在有连续发射电信号的其它有源位置指示器，即在有源位置指示器中无需任何与触摸设备的同步。存在利用电池或利用用于从周围环境获得能量的能量收集装置进行操作的有源位置指标器。还存在不具有自身电源的有源位置指示器，该电源如转换器操作，以从转换器信号收集用于操作的必要电力。WO2014/174123示出了具有连续发射有源位置指示器的电容式触摸设备的示例，其中，电容式触摸设备使用相同的电容式检测传感器用于检测无源和有源触摸。对于利用触摸设备的书面相互作用的良好的检测的另一个问题是由笔施加的压力的知识。存在有能直接检测所施加的压力的一些触摸设备。但在利用有源笔的大多数解决方案中，笔包括压力传感器，其检测施加在尖端上的压力，并将检测到的压力发送回至触摸设备。然而，对于压力传感器的现有技术的解决方案有数个缺点。压力传感器需要可动部件、弹簧和通常将可动部件连接到印刷电路板的电连接部。这增加了用于组装笔的时间、构造的复杂性及稳健性。施加在有源笔上的力特别是在绘画或书写相互作用期间可从微小的力变化至非常大的力。这增加了以高精度检测所施加的尖端力的困难。一个问题是螺旋弹簧或具有恒定刚度的其它弹性元件的正常使用。因此，施加于尖端上的力的一定变化对于弱力和对于强力引起尖端的相同的位移。由于尖端的位移仅为最小的，因此可实现以高精度检测较小的力，但不能再实现检测到超过一定阈值的较大的力，或可实现以低精度检测直到高作用力的较高范围的力。因为这两个可选方案都不令人满意，所以一些解决方案提供具有不同的刚度的两个弹簧，使得具有小的刚度的弹簧对于弱力占主导地位且具有高刚性的第二弹簧对于强力占主导地位以扩展利用压力传感器可检测的力的范围。然而，这样的解决方案增加了压力传感器的复杂性、尺寸和稳健性。螺旋弹簧还具有其难以组装并且需要更多的空间的问题。关于检测精度的另一个问题是可用于检测所施加的力的尖端的最大位移非常小。常常，具有取决于尖端位移的电容值的电容元件被用于检测实际尖端位移。如果两个电容器板的距离根据尖端位移而不同，则这产生取决于尖端位移的倒数的电容值。因此，小的尖端位移由于电容值的快速变化能够以非常高的精度进行检测，而在大的尖端位移时精度由于电容值的缓慢变化而快速下降。可选地，存在有用于测量具有线性特征的尖端位移的装置。然而，这样的线性解决方案不允许在小的尖端移位时实现更高的精度。尽管存在上述缺点，但电容式解决方案具有众所周知且容易实现的优点。因此，目的是提供一种克服上述问题的具有压力传感器的有源位置指示器。目的是提供一种具有压力传感器的有源位置指示器，其减少了用于组装笔的时间、降低了构造的复杂性和增加了稳健性。目的是提供一种具有低复杂性的压力传感器的有源位置指示器，其在较低的力时具有高精度的较高的力检测范围。
技术实现思路
在一个实施例中，这些目的通过独立权利要求来实现。在一个实施例中，这些目的通过具有以下特征的有源位置指示器来实现。可动尖端元件配置为通过取决于作用在尖端上的力的尖端位移而移位。用于检测作用在尖端上的力的力传感器包括相对尖端位移作用在尖端元件上的弹性元件，其中在弹性元件是叶片弹簧。叶片弹簧具有它们易于由一种叶片材料制成并可高度适于如形状、尺寸、刚度的要求的大优势，其中刚度的要求取决于尖端位移。另外，叶片弹簧可以创建与可动尖端位移的容易接触。在一个实施例中，这些目的通过具有以下特征的有源位置指示器来实现。可动的尖端元件被配置为通过根据作用在尖端上的力的尖端位移而被移位。位置信号电路与所述可动尖端元件连接并被配置为产生用于通过尖端与触摸设备电耦合的指示器位置信号。用于检测作用在尖端上的力的力传感器包括具有取决于尖端位移的电容值的电容元件，用于产生指示尖端位移的电反馈信号。电容元件包括取决于尖端位移的电容器距离及取决于尖端位移的电容器表面。这具有的优点是，在尖端位移上的电容值的特征可被配置为具有较高的自由度，使得力范围和灵敏度特别是对于较小力的要求可以实现。在一个实施例中，这些目的通过具有以下特征的有源位置指示器来实现。可动尖端元件配置为通过取决于作用在尖端上的力的尖端位移而被移位。位置信号电路与所述可动尖端元件连接并被配置为产生用于通过尖端与触摸设备电耦合的指示器位置信号。用于检测作用在尖端上的力的力传感器包括相对尖端位移作用在尖端元件上的弹性元件。弹性元件是导电的并且位置信号电路通过所述弹性元件与所述可动尖端元件电连接。这具有用于接触的元件和用于作用抵抗尖端的力的弹性元件可以组合的优点。这节省空间并避免接触可动元件的问题。在一个实施例中，这些目的通过具有以下特征的有源位置指示器来实现。可动尖端元件配置为通过取决于作用在尖端上的力的尖端位移而被移位。用于检测作用在尖端上的力的力传感器包括弹性元件，其相对尖端位移作用在尖端元件上，其中弹性元件的刚度是非线性的，其取决于尖端位移。非线性弹簧具有在较小力时力的一定变化可引起尖端位移的变化大于在较高力时力的一定变化所引起的尖端位移的变化的优点。附图说明借助于通过示例的方式给出的及通过附图说明的实施例的描述将更好地理解本专利技术，其中：图1示出了有源笔的实施例的三维视图；图2示出了无外壳的图1的实施例的三维视图；图3示出了用于有源笔的力传感器的实施例的三维视图；图4示出了具有力传感器的透明壳体的图3的力传感器的三维视图；图5示出了图3的力传感器的电容元件的第二电容器板的俯视图；图6示出了具有第一电容器板和第二电容器板的图3的力传感器的电容元件的截面图；图7示出了具有处于初始位置的第一电容器板和第二电容器板的图3的力传感器的电容元件的三维视图；图8示出了具有第一电容器板和第二电容器板的图3的力传感器的电容元件的俯视图；图9示出了具有弹簧的图3的力传感器的壳体的三维视图；图10示出了具有弹簧的图3的力传感器的壳体的俯视图；图11示出了图9的弹簧的三维视图；图12示出了图9的第一侧视图；图13示出了图9的第二侧视图；图13A示出了弹簧的可选实施例的俯视图；图13B示出了图13A的弹簧的可选实施例的侧视图；以及图13C示出了图13A的弹簧的可选实施例的生产阶段。具体实施方式图1至13示出了有源笔5的实施例。随着下列有源笔公开的一切适用于所有其它类型的有源位置指示器。有源笔5包括笔壳体6、电池7、印刷电路板8、力传感器和带有尖端3的尖端元件10。笔壳体6优选地将电池7、印刷电路板8和力传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
有源位置指示器，其包括：可动尖端元件(10)，其被配置为在位移方向上从初始位置被移位取决于作用在尖端(3)上的力的尖端位移，所述尖端(3)设置在所述尖端元件(10)的远端上；力传感器，其用于检测作用在所述尖端(3)上的力，其中所述力传感器包括相对所述尖端位移作用在所述尖端元件(10)上的弹性元件和用于将所述尖端元件(10)的尖端位移转换成电信号的转换器装置；其特征在于其中所述弹性元件是叶片弹簧(15、21)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.13 CH 00195/151.有源位置指示器，其包括：可动尖端元件(10)，其被配置为在位移方向上从初始位置被移位取决于作用在尖端(3)上的力的尖端位移，所述尖端(3)设置在所述尖端元件(10)的远端上；力传感器，其用于检测作用在所述尖端(3)上的力，其中所述力传感器包括相对所述尖端位移作用在所述尖端元件(10)上的弹性元件和用于将所述尖端元件(10)的尖端位移转换成电信号的转换器装置；其特征在于其中所述弹性元件是叶片弹簧(15、21)。2.根据前述权利要求所述的有源位置指示器，其中对于所述叶片弹簧(15、20)作用在所述尖端元件(10)上的每个力，作用在所述尖端元件(10)上的不同的力利用所述力传感器来测量。3.根据前述权利要求中的一项所述的有源位置指示器，其中所述叶片弹簧(15、21)是非线性的并且具有取决于所述尖端位移的刚度。4.根据前述权利要求所述的有源位置指示器，其中所述叶片弹簧(15、21)的刚度随着尖端位移的增加而增加。5.根据前述权利要求中的一项所述的有源位置指示器，其中所述叶片弹簧(15、21)由叶片材料成形，具有以一定角度向叶片表面外弯曲的至少一个弹性叶片部(15.1、21.1)，其中所述叶片弹簧(15、21)设置有与所述位移方向成直角的所述叶片材料的叶片表面法线并且具有在所述位移方向的方向上是弹性的所述至少一个弹性叶片部(15.1、21.1)。6.根据前述权利要求中的一项所述的有源位置指示器，其中所述叶片弹簧(15)包括由所述叶片弹簧(15)的叶片材料构成的用于固定所述叶片弹簧(15)的固定构件(15.3)。7.根据前述权利要求中的一项所述的有源位置指示器，其中所述叶片弹簧(15、21)包括至少两个弹性叶片部(15.1、21.1)，其在所述位移方向上是弹性的并且用作抵抗所述尖端(3)上的力。8.根据权利要求7所述的有源位置指示器，其中所述至少两个弹性叶片部(15.1、21.1)包括：至少一个第一弹性叶片部(21.11)，其被设置为与所述尖端元件(10)接触，用于对于小的力的所述叶片弹簧(21、15)的第一压缩范围；以及至少一个第二弹性叶片部(21.12)，其被设置为在所述第一压缩范围后与所述尖端元件(10)接触，用于对于较大力的所述叶片弹簧(21、15)的第二压缩范围。9.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯赛因·巴兰，保罗·塞利亚，珍丹尼尔·卡拉德，马克·帕斯特利，特里斯坦·赖曼，
申请(专利权)人：先进矽有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH