CN102879830B - 输入装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输入装置。提供了在使用电磁笔的触摸屏型定位输入装置中不影响地磁传感器的操作的磁场屏蔽层。磁场屏蔽层由磁金属粉末构成。磁场屏蔽层直接形成在定位输入装置上而不需要单独的粘合层。

Description

输入装置

技术领域

本发明总地涉及一种定位输入装置，更具体地，涉及具有磁场屏蔽层的定位输入装置，该磁场屏蔽层透过由地磁传感器感测的地球磁场。

背景技术

随着与智能电话或触摸屏相关的市场的快速发展，已经对这些装置开展了积极的研究。触摸屏被广泛用作移动终端的输入装置并通常包括透明电极。普遍使用电容型的触摸屏，其测量由于触摸而发生的静电电容的变化；然而，在电容型触摸屏中，使用者必须通过接触触摸屏而提供预定的压力或位移，不能通过使用笔来进行输入操作。

为了克服这些缺点，利用电磁波的触摸屏近来已经变得流行。利用此方案的定位输入装置可以分为各种类型，其示例为电磁共振（EMR）型。

然而，电子设备诸如移动终端等经常包括用于安装定位输入装置的器具、电池、各种电路单元等，它们可能阻挡或干扰磁场。结果，定位输入装置的性能被负面地影响。为了防止该负面影响，使用磁场屏蔽层。

移动终端使用各种附加的功能以改善用户的便利性和娱乐性。例如，屏幕根据移动终端的移动量而变化。为了感测该移动，移动终端装配有地磁传感器。

然而，如果地磁传感器被提供在定位输入装置中，则地磁传感器的操作会受到磁场屏蔽层的影响。

此外，在移动终端中安装了具有强磁体的部件，诸如扬声器、照相机等，以及地磁传感器。这样的磁部件产生强的低频磁场，因此需要磁场屏蔽层。

磁场屏蔽层防止感生涡流，允许准确地追踪电磁笔的位置。然而，如果地磁传感器靠近磁场屏蔽层设置，则诸如地球磁场的低频磁场被磁场屏蔽层阻挡或干扰，使得难以执行准确的地磁感测操作。

因此，需要一种磁场屏蔽层，其防止磁场由于被设置在磁场屏蔽层下面的器具、电池、各种电路等产生的磁场阻挡而使磁场衰减，同时透过由地磁传感器感测的地球磁场而不影响地磁传感器的操作。而且，当定位输入装置诸如移动终端包括磁部件时，需要一种磁场屏蔽层，其有效阻挡强的低频磁场信号，同时透过确保地磁传感器的操作的低频磁场。

发明内容

因而，本发明的一个方面提供了具有磁场屏蔽层的定位输入装置，其不影响地磁传感器的操作。

本发明的另一个方面提供了具有磁场屏蔽层的定位输入装置，其部分地透过施加的磁场以允许地磁传感器感测地球磁场。

本发明的另一个方面提供了具有磁场屏蔽层的定位输入装置，其允许地磁传感器感测地球的磁场并有效地阻挡由磁部件产生的磁场信号。

根据本发明的一个方面，提供了一种输入装置，包括：显示单元，用于输出（例如，显示）显示屏幕；电磁感测单元，设置在显示单元下面以感测当电磁笔接近或接触显示单元的表面（例如，顶表面）时由电磁笔产生的磁场；磁场局部屏蔽层，设置在电磁感测单元下面，磁粉末分布（例如，分散）在该磁场局部屏蔽层中；以及传感器（例如，地磁传感器），设置在输入装置中以感测穿过磁场局部屏蔽层施加的磁场。

附图说明

从以下结合附图的详细描述，本发明的实施例的以上和其他的特征以及优点将更加明显，在附图中：

图1示出根据本发明实施例的具有磁场屏蔽层的定位输入装置的截面图；

图2示出由涡流产生的磁场的衰减；

图3示出作为比较例的定位输入装置的截面图；

图4A和4B是示出当使用常规非晶金属时磁场传感器的特性的曲线图；

图5是示出非晶金属关于频率的磁导率特性的曲线图；

图6是示出非晶金属和磁粉末关于频率的磁导率特性的曲线图；

图7示出用于描述根据本发明实施例的磁场屏蔽层所设置的形式的截面图；

图8是示出根据本发明实施例的磁场屏蔽层所设置的形式的图；

图9是图8的截面图；

图10是示出根据本发明实施例的当使用磁粉末材料时地磁传感器的特性的曲线图；

图11是示出根据本发明实施例的当使用非晶金属和具有150μ0的磁导率的磁粉末时的灵敏度对比的曲线图；以及

图12是根据本发明另一实施例的磁场屏蔽层所设置的形式的截面图。

具体实施方式

在下文将参照附图详细描述本发明的实施例。应当注意，相同的部件在附图始终用相同的附图标记指代。将省略对包括在这里的本领域技术人员已知的功能和构造的具体描述，以避免不必要地使本发明模糊。

本发明在使用电磁笔的触摸屏型定位输入装置中提供了一种磁场屏蔽层，其不影响地磁传感器的操作。磁场屏蔽层包括金属粉末材料。磁场屏蔽层可以通过混合磁粉末和粘合剂并施加该混合物而直接形成在定位输入装置上而没有单独的粘合层。

简要地描述在本发明的实施例中使用的电磁共振（EMR）型定位输入装置的操作原理。此类型的定位输入装置包括触摸屏。

参照图1，在EMR型的定位输入装置中，环形线圈110设置在电磁感测单元115上并且电流施加到环形线圈110，从而产生磁场并且产生的磁场被电磁笔102吸收。电磁笔102包括电容器100和线圈105并以预定的频率发射所吸收的磁场。换句话说，由环形线圈110产生的磁场在笔的谐振电路中感应出电流，并且在笔的线圈105中流动的感应电流产生了相应的磁场。

由电磁笔102发射的磁场被电磁感测单元115的环形线圈110吸收，从而电磁感测单元115确定定位输入装置的被电磁笔102靠近的位置。

因而，电磁感测单元115包括与电磁笔102相互作用的多个环形线圈110，该多个环形线圈110设置为彼此交叠。当使用者将电磁笔102移动得靠近多个环形线圈110的特定部分时，多个环形线圈110感测由电磁笔102产生的磁场。因此，多个环形线圈110的每个输出由感测的磁场感生的电流。当环形线圈110设置得较靠近电磁笔102时，其感测具有较大振幅的磁场并发射相应的感生电流。因此，多个环形线圈110输出各种振幅的感生电流，从而通过测量环形线圈110的输出，追踪电磁笔102的位置。换句话说，笔的磁场（由线圈产生的磁场在笔中感应出的电流所导致产生）影响（即，改变）环形线圈中的电流，该笔位于该环形线圈上方。此影响（改变）能被检测到，并且用作笔位置的指示。

磁场屏蔽层120提供在电磁感测单元115下面。印刷电路板（PCB）单元130提供在电磁屏蔽层120下面，在该PCB单元中设置用于牢固地安装定位输入装置的器具（其可以描述为安装工具）、电池以及各种电路单元等。磁场屏蔽层120阻挡由设置在位于磁场屏蔽层120下面的PCB单元130上的电路单元等所产生的磁场以防止磁场衰减。

图2示出磁场屏蔽层的原理。图2假设磁场施加到金属，其是具有低电阻的导电材料，而没有磁场屏蔽层。当磁场施加到具有低电阻的材料时，产生涡流。涡流产生与所施加的线圈磁场相反的磁场，由此产生涡流磁场。结果，线圈磁场被涡流磁场减弱并由此减小。因此，当由电磁笔102发射的磁场强度减小时，感测磁场所要求的最大距离被减小，增大了故障的可能性。即，电磁笔102可以在最大距离内被电磁感测单元115感测到。

为了防止这种现象，使用磁场屏蔽层120。在此情形下，线圈磁场不到达磁场屏蔽层120下面，从而即使当导体存在于磁场屏蔽层120下面时也不产生涡流，从而防止磁场减弱。因此，线圈磁场到达磁场屏蔽层120附近的电磁感测单元115，没有磁场减弱，使得能够感测由电磁笔102感生的磁场。

通常，对于用于定位输入装置的磁场屏蔽层，使用由基于铁（Fe）的硅（Si）构成的合金薄膜。近来，已经使用了通过混合铁（Fe）、硅（Si）和硼（B）并同时改变混合物的晶体结构制成的非晶金属。非晶金属是具有优良磁场屏蔽性能的材料，关于在通常为定位输入装置所使用的几百kHz的频带和低频频带中的磁场具有高的磁导率和传导性。具体地，非晶金属在DC（直流）下具有比其他材料高得多的磁导率。

然而，当如图3所示，地磁传感器125靠近由非晶金属构成的磁场屏蔽层120定位时，由地磁传感器125感测的地球磁场会被磁场屏蔽层120阻挡或干扰。换句话说，由于非晶金属在DC下具有高磁导率，地磁传感器125难以感测地球磁场，其是DC磁场。

当使用非晶金属时地磁传感器的特性的测定在图4B中示出。在图4A和4B中，曲线分别示出当通过绕地磁传感器旋转而施加DC磁场时没有非晶金属和有非晶金属存在的地磁传感器的输出。所施加的磁场的方向由地磁传感器输出的方向分量的比率（也就是，沿曲线图的X和Y轴的输出的比率）确定。因此，为了知道准确的磁场方向，地磁传感器需要具有沿X和Y轴对于磁场方向的相同的灵敏度。例如，当磁场在45度的方向施加时，在各个轴上测量的磁场的强度应当相等。

因此，如果预定强度的磁场在地磁传感器的正常操作期间被施加到所有的方向，则磁场在X和Y方向上的强度为，如果一个增大，则另一个减小，因此两个强度的矢量和形成预定形状，也就是圆形，如图4A所示。

当磁体存在于地磁传感器附近时，图4A所示的圆的中心移动或者图4A所示的圆的形状改变为如图4B所示的椭圆形。图4B所示的图形示出由于由非晶金属引起的对地球磁场的阻挡或干扰而导致的地磁传感器故障。而且，非晶金属具有强的剩余磁场，使得当强的磁场施加到非晶金属时，非晶金属保持被磁化的状态，因此用作永磁体。接下来，持续保持对地磁传感器的影响。

图5示出非晶金属关于频率的磁导率特性。图5所示的磁导率在100kHz或更小的频带高于1000μ0。μ0被定义为真空中的磁导率。从图5可见，非晶金属对地磁传感器的影响是显著的。

因此，具有磁场感测功能的定位输入装置，诸如在地磁传感器中，需要磁场屏蔽层，该磁场屏蔽层能够执行磁场屏蔽功能而不影响地磁传感器。

本发明的实施例提供了由磁粉末材料构成的磁场屏蔽层。图6示出磁粉末材料的特性，非晶金属在500kHz具有170μ0或更大的磁导率，在小于500kHz的频带具有10000μ0或更大的磁导率，如图5所示。在此情形下，地球磁场被非晶金属阻挡或干扰，使得地磁传感器不能工作以感测地球磁场。

在本发明的实施例中使用的磁粉末材料在500kHz具有100μ0的磁导率并在大的频率区域保持该磁导率。而且，在DC中提供相似的磁导率。因此，考虑到非晶金属的DC磁导率高于10000μ0，磁粉末材料的磁导率为非晶金属的1/100，从而最小化磁粉末对地磁传感器的影响。

尽管作为示例在500kHz的磁导率为100μ0，但是磁场屏蔽层可以通过使用磁粉末材料而形成为具有150μ0的磁导率。在此情形下，磁场屏蔽层在主带具有与非晶金属相似的磁导率，而不对定位输入装置的性能有大的影响，从而阻挡由电磁笔感生的磁场。此外，磁粉末材料的磁导率在大的频率区域上保持在相对低的水平，使得由地磁传感器感测的地球磁场被透过。

图7示出根据本发明实施例设置由磁粉末材料构成的磁场屏蔽层的形式。

图7是图1所示的定位输入装置的截面图。定位输入装置包括显示单元700、电磁感测单元115、磁场屏蔽层120、地磁传感器125以及PCB单元130。

显示单元700是用于显示可被用户识别的视觉信息的区域。显示单元700接收外部输入的控制信号或图形信号并对应于该控制信号或图形信号来显示显示屏幕。显示单元700优选地为液晶显示（LCD）模块，但是对显示单元700的类型没有限制，这能够被本领域普通技术人员容易地理解。

电磁感测单元115设置得邻近显示单元700的底表面。电磁感测单元115的结构与以上参照图1描述的相同。电磁感测单元115感测从电磁笔入射的电磁，该电磁笔接近或接触显示单元700的顶表面，从而确定被用户选择的点。

地磁传感器125设置在定位输入装置中，并感测透过磁场屏蔽层120施加的地球磁场的一部分。地磁传感器125位于磁场屏蔽层120下面，其不受电磁笔的磁场的影响。作为另一示例，地磁传感器125设置在PCB单元130上。

PCB单元130包括能够电操作和控制定位输入装置的各个电子部件。包括从PCB单元130的各个电子部件产生的电磁波的磁场被由磁粉末材料构成的磁场屏蔽层120阻挡。

根据本发明实施例的磁场屏蔽层120由磁粉末材料构成，并设置在电磁感测单元115下面。磁场屏蔽层120是能够部分透过所施加的磁场的部分屏蔽层，并通过分布（例如，分散）磁粉末而形成。可以使用磁金属粉末，称作铁氧体（ferrite）、钼坡莫合金磁粉（MPP，MolyPermalloy Powder）、基于Fe-Si-Al的材料（Sandust）、基于Ni-Fe的材料（高磁通）等。由于磁粉末为粉末的形式，所以它在与诸如聚合物（例如，PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）等）的粘合剂混合之后被分散开。非晶金属粉末和磁粉末优选地一起使用，磁金属粉末和非晶金属粉末与粘合剂混合以形成磁场屏蔽层120。

由磁粉末形成的磁场屏蔽层120具有不同的磁导率和磁粉末的不同密度。随着磁粉末的密度增大，磁场屏蔽层120的磁导率增大。因此，磁场屏蔽层120的磁粉末的密度被调节以获得类似于当使用金属薄膜时的磁导率，但是不同于当使用金属薄膜时，地球磁场被透过，从而不影响地磁传感器125的操作。

磁场屏蔽层120的磁导率根据磁粉末与聚合物混合以形成磁场屏蔽层120的混合比率（也就是，磁粉末的密度）而不同。磁粉末的密度（也就是，混合比率）优选地设定为使得磁场屏蔽层120的磁导率在DC为100-200μ0。因此，获得图10所示的地磁传感器的输出特性，其对应于没有非晶金属时。也就是，当使用磁粉末材料时，地磁传感器125正常地操作。

这样的磁粉末与粘合剂混合，并粘合到电磁感测单元115。因此，当与常规磁场屏蔽层（粘合剂散开到该常规磁场屏蔽层，然后粘合金属薄膜）相比，磁场屏蔽层120不需要单独的粘合层，有助于厚度的减小。换句话说，磁粉末材料当与粘合剂混合时处于液态，因此能够均匀地分散在电磁感测单元115上。因而，与使用常规金属薄膜时不同，磁粉末材料被均匀地散开，从而能够在磁场屏蔽层120的整个表面上获得均匀的屏蔽性能。而且，磁场屏蔽层120直接粘合到定位输入装置而没有单独的粘合层，简化了工艺并减少了与常规粘合层的厚度相应的额外厚度。

如上所述，磁粉末材料可以被涂覆到例如定位输入装置中的电磁感测单元115的表面。备选地，磁粉末材料可以涂覆到具有粘性的粘合膜上然后置于定位输入装置中的表面上。

磁粉末材料的剩余磁场不强，与当使用非晶金属薄膜时不同，从而即使当强的磁场施加到磁粉末材料时，磁粉末材料也不影响地磁传感器的操作。然而，具有使用磁粉末材料的磁场屏蔽层120的定位输入装置，当置于磁场干扰材料诸如导体上时，会经受灵敏度的退化，由于涡流的影响、磁场的产生或吸收特性的退化。然而，这样的灵敏度退化是相对于非晶金属薄膜而言的，具有图11所示的对于定位输入装置的正常水平的灵敏度。

图11是示出根据本发明实施例当使用非晶金属和磁粉末时灵敏度对比的曲线图。在图11中，测量触摸屏的信号强度，该触摸屏使用具有150μ0的磁导率和50μm厚度的磁粉末材料以及具有25μm厚度的非晶金属薄膜。如图11所示，磁粉末材料可以具有比非晶金属薄膜低的灵敏度，但是其灵敏度可以通过调节厚度来调节以获得期望的灵敏度。根据本发明的实施例，磁场屏蔽层120的厚度优选地为50μm或更大。由于磁场屏蔽层120的磁导率根据磁场屏蔽层120的厚度而变化，所以该厚度根据期望的磁导率来设定。

根据本发明的实施例，磁场屏蔽层如图8所示地形成。在图8中，使用磁粉末的磁场屏蔽层805，也就是磁粉末屏蔽层，设置在地磁传感器800周围，使用非晶金属薄膜的磁场屏蔽层810，也就是非晶金属屏蔽层，设置在其他的区域上。例如，当地磁传感器800设置在中央处时，磁粉末屏蔽层805设置在地磁传感器800周围以保证地磁传感器800的正常操作，非晶金属屏蔽层810设置在其他区域上以改善灵敏度。

使用图9所示的布置。图9示出磁粉末屏蔽层805和非晶金属屏蔽层810的布置的截面图，包括显示单元815。磁场屏蔽层包括磁粉末屏蔽层805（其中分散有用于部分透过所施加的地球磁场的磁粉末）和非晶金属屏蔽层810（其使用非晶金属薄膜用于阻挡所施加磁场）。磁粉末屏蔽层805和非晶金属屏蔽层810的位置根据地磁传感器800的位置而改变。

在图8和图9所示的另一实施例中，整个磁场屏蔽层的与地磁传感器800的位置对应的部分形成为使用磁粉末的磁粉末屏蔽层805。通过使用磁粉末，由地磁传感器800感测的低频磁场诸如地球磁场被透过，但是用于定位的频率的磁场的透过被限制。然而，磁场屏蔽层的其余部分由非晶金属屏蔽层810形成，防止根据器具、电池、各种电路单元等的布置而产生的磁场，其上安装定位输入装置。

然而，非晶金属屏蔽层810形成在除形成磁粉末屏蔽层805的区域之外的区域中，如图8和图9所示，使得地球磁场被非晶金属屏蔽层810部分阻挡，与图7所示的磁场屏蔽层120的结构相比恶化了地磁传感器800的性能。例如，在图7中，根据本发明的实施例，整个磁场屏蔽层120由磁粉末形成，而不管地磁传感器125的位置，使得磁粉末屏蔽层120不阻挡地球磁场，因此不影响地磁传感器125的性能。

因此，本发明的实施例提供了图12所示的磁场屏蔽层的结构。具体地，图12所示的本发明的实施例提供了磁场屏蔽层的结构，其中安装了用于产生强的低频磁场的磁部件而不是地磁传感器。

尽管在图12中扬声器和照相机1230作为磁部件1230的示例安装在PCB单元130的一侧上，磁部件1230也设置在PCB单元130上。磁部件1230中产生的磁场穿过磁粉末屏蔽层，由此影响定位输入装置的性能。例如，对于电磁波，在磁部件中产生的磁场改变在笔中产生的信号的频率和强度，中断笔的操作。然而，如果具有优良屏蔽性能的磁场屏蔽层，诸如非晶金属，代替图7所示的磁粉末屏蔽层120以阻挡磁部件中产生的磁场，则非晶金属屏蔽层影响地磁传感器125的性能。

因此，考虑到以上各点，图12所示的本发明的实施例提供了一种结构，其有效阻挡由磁部件1230产生的磁场而不影响地磁传感器800的性能。

图12所示的磁场屏蔽层的结构与图7所示的磁场屏蔽层的结构的不同在于，非晶金属屏蔽层1220设置在磁粉末屏蔽层1210下面并靠近产生强低频磁场的磁部件，例如扬声器/照相机1230。非晶金属屏蔽层1220设置在形成于电磁感测单元115的表面上的磁粉末屏蔽层1210下面并通过紧密接触磁粉末屏蔽层1210而靠近扬声器/照相机1230。非晶金属屏蔽层1220紧密接触磁粉末屏蔽层1210的表面的一部分而不是其整个表面，非晶金属屏蔽层1220的尺寸和位置为使得其能够阻挡由磁部件1230产生的磁场，并由此根据磁部件的尺寸和位置而变化。

根据本发明实施例的磁场屏蔽层防止由电磁笔产生的磁场到达位于磁场屏蔽层下面的导体，并最小化对安装在定位输入装置中的地磁传感器的操作的影响。

而且，通过根据本发明实施例在电磁屏蔽层中使用磁粉末，电磁屏蔽层直接形成在定位输入装置中而没有单独的粘合层，从而减小了定位输入装置的厚度。

而且，本发明的实施例通过使用不同磁粉末的混合物而最小化对地磁传感器的影响并最大化地磁传感器的灵敏度。

此外，具有低磁场屏蔽性能诸如磁粉末材料的磁场屏蔽层和具有优良屏蔽性能诸如非晶金属的磁场屏蔽层根据地磁传感器、扬声器和照相机的位置来布置，保证地磁传感器的性能和定位输入装置的性能。

尽管已经参照本发明的实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以进行形式和细节上的各种变化，而不背离本发明的由权利要求书及其等同物限定的范围。

Claims (15)

1.一种输入装置，包括：

显示单元，用于输出显示屏幕；

电磁感测单元，设置在所述显示单元下面以感测当电磁笔接近或接触所述显示元件的顶表面时由该电磁笔产生的磁场；

磁场局部屏蔽层，通过磁粉末在所述电磁感测单元的底表面上散开而形成；以及

地磁传感器，设置在所述磁场局部屏蔽层的至少一部分下面，其中所述磁场局部屏蔽层屏蔽所述地磁传感器免受电磁场影响。

2.如权利要求1所述的输入装置，其中所述磁场局部屏蔽层通过混合并散开所述磁粉末和粘合剂而形成。

3.如权利要求1或2所述的输入装置，其中所述磁场局部屏蔽层具有在直流中100-200μ0的磁导率的密度。

4.如权利要求1或2所述的输入装置，其中所述磁场局部屏蔽层具有50μm或更大的厚度。

5.如权利要求4所述的输入装置，其中所述厚度随着所述磁场局部屏蔽层的磁导率而变化。

6.如权利要求1或2所述的输入装置，其中所述磁粉末是从由铁氧体、钼坡莫合金磁粉、基于Fe-Si-Al的材料以及基于Ni-Fe的材料构成的组中选出的磁金属粉末。

7.如权利要求6所述的输入装置，其中所述磁场局部屏蔽层通过将所述磁金属粉末和非晶金属粉末与粘合剂混合而形成。

8.如权利要求1或2所述的输入装置，其中所述磁场局部屏蔽层通过散布在所述电磁感测单元的表面上而形成。

9.如权利要求1或2所述的输入装置，还包括设置在所述磁场局部屏蔽层下面的印刷电路板单元，所述地磁传感器设置在该印刷电路板单元上。

10.如权利要求9所述的输入装置，还包括屏蔽层，其包括非晶金属薄膜、布置在所述磁场局部屏蔽层下面、并在磁部件设置在所述印刷电路板单元上或在所述印刷电路板单元的一侧时靠近该磁部件。

11.如权利要求10所述的输入装置，其中包括所述非晶金属薄膜的所述屏蔽层设置在所述磁场局部屏蔽层的一部分上。

12.如权利要求10所述的输入装置，其中所述磁部件包括扬声器和照相机中的至少一个。

13.如权利要求1所述的输入装置，其中所述磁场局部屏蔽层包括：

磁粉末屏蔽层，用于透过一部分的所述电磁场的磁粉末分布在其上；和非晶金属屏蔽层，包括非晶金属薄膜用于阻挡所述磁场。

14.如权利要求13所述的输入装置，其中所述磁粉末屏蔽层和所述非晶金属屏蔽层的位置根据所述地磁传感器的位置而不同。

15.如权利要求13所述的输入装置，其中所述磁粉末屏蔽层设置在所述地磁传感器周围，所述非晶金属屏蔽层设置在除了设置所述磁粉末屏蔽层的区域之外的区域中。