CN103019498A - 电磁感应式输入设备 - Google Patents
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Abstract
一种电磁感应式输入设备，包含一发信装置及一接收装置；发信装置具有一信号发射器，信号发射器具有绕制成线圈的螺旋导线及线圈缠绕的铁磁性物质，且线圈形成有磁场；接收装置具有一透明基板及设置于透明基板的多条非回圈式的长直导体层及一控制装置；所述长直导体层为透明的且在透明基板上的两正交方向分别间隔并排设置，但各不互相连接导通，所述长直导体层具有降低阻抗值的预定宽度；控制装置电性连接并检测所述长直导体，当发信装置的磁场接近透明基板上的所述长直导体时，控制装置利用检测得到的感应信号判断发信装置位于透明基板的位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁感应式输入设备，特别是涉及一种适用于非回圈式长直导体接收天线的电磁感应式输入设备。
背景技术
已知一种数位板(Digitizer)输入设备包括一个如图1所示的作为磁场发射的有源的专用笔(Active pen)8及一个如图2所示的作为磁场接收的数位板9。
参阅图1，专用笔8具有一个电源81、一个振荡电路82、一个铁粉芯83及一个线圈84，铁粉芯83及线圈84主要作为可产生磁场的电感元件，由于专用笔8内有电源81提供能量来源，所以会持续地供应电能到振荡电路82而发射特定频率的电磁波。
参阅图2，数位板9的感测线圈X1～X25作为接收天线，是同方向平行配置，各感测线圈X1～X25的一端连接至接地，及另一端连接至个别的开关元件，所述开关元件组成一选择电路91，且该选择电路91受控制单元90控制，控制单元90通过对各开关元件的循序控制来获得令每一感测线圈X1～X25的感应信号。需补充说明的是，图2仅例示数位板9作为X-座标检测的数个感测线圈X1～X25，未示出Y-座标检测的数个感测线圈与X-座标检测的数个感测线圈X1～X25呈正交方向排列。
参阅图1及图2，发射电磁场的专用笔8的电磁场的间距S1与各感测线圈X1～X25的间距S2相配合，使得专用笔8的间距S1恰与感测线圈X1～X25的间距S2的位置相符时，该位置所接收到的信号会最强，数位板9的控制单元90循序扫描感测线圈X1～X25中的相邻信号进行比较后，就可依据分析感测线圈X1～X25所接收到的几组信号中的强弱判断出专用笔8位于数位板9的那一条感测线圈的范围内，进而计算出其位置座标。
已知如图2的感测线圈X1～X25就目前的制作工艺来说是采用金或铜的金属导线，单一金属导线的电阻值约为1欧姆以下，其电阻值较低而易于传导感测信号，但是采用金或铜的金属导线只适用于不透光的数位板。
然而，以目前常用的电容式触控屏幕为例，其为透光式，目前多采用半导体式铟锡氧化物(ITO)制作工艺，半导体式铟锡氧化物的电阻值相当高，一条线路可能会超过100K欧姆，若希望应用于数位板，单一感测线圈经过此半导体式铟锡氧化物的较高电阻分压后，输入电压也需提高才能得到较大的感测信号，但是就消费性商品的电压通常无法太高，需要一套解决方案。
发明内容
因此，为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种适用于具有透明基板及长直导体的电磁感应式输入设备。
于是，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电磁感应式输入设备包含一发信装置及一接收装置。该发信装置具有一信号发射器，该信号发射器具有绕制成线圈的螺旋导线及线圈缠绕的铁磁性物质，且线圈形成有磁场。该接收装置具有一透明基板、多条非回圈式的长直导体层及一控制装置。所述非回圈式的长直导体层为透明的且分别间隔并排设置于该透明基板上的两正交方向，但各不互相连接导通，所述长直导体层具有降低阻抗值的预定宽度；该控制装置电性连接并检测所述长直导体，当该发信装置的磁场接近该透明基板上的所述长直导体的任一位置时，该控制装置利用检测得到的感应信号判断该发信装置位于该透明基板的位置。
本发明的发信装置的一实施例中，该发信装置包括一笔身及一装设于该笔身以一末端碰触该透明基板的笔尖，该信号发射器具有呈十字型的铁磁性物质，且螺旋导线分别绕制在十字型的铁磁性物质的四个臂部上，于该发信装置接近该透明基板时，该控制装置利用检测得到的感应信号的波峰判断该发信装置位于该透明基板的位置。
本发明的发信装置的另一实施例中，该发信装置包括一笔身及一装设于该笔身以一末端碰触该透明基板的笔尖，该信号发射器装设于该笔尖的另一端且距离该笔尖末端一预定高度，该预定高度是设计成于该发信装置接近该透明基板时，该控制装置利用检测得到的一类似波谷形的感应信号，以该类似波谷形的两波峰间的谷底判断该发信装置位于该透明基板的位置。
本发明的有益效果在于：接收装置具有非回圈式的长直导体层，分别间隔并排设置于该透明基板上的两正交方向，所述长直导体层具有降低阻抗值的预定宽度，可降低输入电压并可得到较大的感测信号，加上配合发信装置的特殊设计，可使电磁感应式输入设备得以有更广泛的应用层面。
附图说明
图1是说明数位板输入设备的专用笔的示意图；
图2是说明数位板输入设备的数位板的示意图；
图3是说明本发明一较佳实施例的电磁感应式输入设备的示意图；
图4是说明电磁感应式输入设备的接收装置的一实施例的示意图；
图5是说明电磁感应式输入设备的接收装置的另一实施例的示意图；
图6是说明电磁感应式输入设备的发信装置的一实施例的示意图，图中示出信号发射器是具有呈十字型的铁磁性物质及螺旋圈绕导线；
图7是说明如图6的电磁感应式输入设备产生的相关信号的波形示意图；
图8是说明电磁感应式输入设备的发信装置的另一实施例的示意图，图中示出信号发射器远离导体至预定高度；
图9是说明如图8的电磁感应式输入设备产生的相关信号的波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
参阅图3，本发明的一较佳实施例的电磁感应式输入设备100适用于与一透明基板21组配，该电磁感应式输入设备100包含一发信装置1及一接收装置2。
发信装置1具有一笔身10，和装设于笔身10内的一电源11、一振荡电路12、一调整机构13、一开关14、一信号发射器15及一以一末端161碰触透明基板21的笔尖16，其中的电源11供应各元件的用电，振荡电路12具有可调电感及/或可变电容，当开关14被使用者按压后，调整机构13受开关14连动而依据振荡电路12的设计结构，使可调电感改变其电感值或是改变可变电容的电容值，以令振荡电路12的频率改变，进而传递给接收装置2通知其变化而做出相应的处理，信号发射器15具有绕制成线圈的螺旋导线及线圈缠绕的铁磁性物质，且线圈形成有磁场(容后再述)。
接收装置2具有设置于透明基板21上的多条非回圈式的长直导体层211、212及一控制装置23。所述非回圈式的长直导体层211、212是在透明基板21上的两正交方向分别间隔并排设置但各不互相连接导通，包括垂直方向的长直导体层211及水平方向的长直导体层212，长直导体层211、212是光学镀膜的透明导体如铟锡氧化物，可利用蒸镀法、溅镀法、电镀法、化学气相沉积法或湿式涂布法形成于透明基板21上，导体材料可为印刷电路、银浆印刷电路或铜导线材质，透明基板21材料可为玻璃纤维板、玻璃板、塑料板等。
特别的是，所述长直导体层211、212具有降低阻抗值的预定宽度W1及W2，本实施例中的预定宽度W1及W2约为1厘米；这是因为ITO的材质特性，透明度越高其阻抗越高，然而，依据欧姆定律，导体的宽度与阻抗成反比，因此依据预定宽度W1及W2越大则阻抗越低的原理设计，可大幅降低接收装置2所需的输入及信号发射器15电压，以符合消费性电子产品的需求。
控制装置23电性连接并检测所述长直导体211、212，具有一选择电路231、一信号处理电路232及一控制单元24，控制单元24具有一处理器241及一模拟数字转换器242，当发信装置1的磁场接近透明基板21上的所述长直导体211、212的任一位置时，控制装置23控制选择电路231依序将取得的信号经过信号处理电路232的滤波放大等信号处理及模拟数字转换器242数字化后，处理器241就可依据数字化数据判断出发信装置1位于透明基板21的位置。
信号处理电路232可包括例如：放大电路，放大增益可受程序控制在不同工作区内因应阻抗或效益不同致收到的电磁场能量不一致时，依各天线导体校正时记录的信号列表储存补偿值以调整放大电路的放大倍数，使各天线导体接收能量能驱于一致；此外，信号处理电路232可包括频率带通电路以接收发信装置1的特定频段形成的磁场以增加鉴别度，频率带通电路也可设计为可调式以避开干扰。
本发明主要利用两种原理：一是电磁铁的原理：螺旋导线绕制成线圈且线圈缠绕于铁磁性物质，使线圈外侧汇聚多条磁力线；二是磁场感应产生电流的原理：电流通过长直导线，导线周围会产生磁场，反过来也是如此，磁场靠近长直导线附近会使长直导线产生感应电压/电流。
以下配合图4及图5介绍如图3的接收装置2的两种实施例。
参阅图4，本发明的一实施例中，接收装置2’的控制单元24主控协调各元件运作；选择电路231电性连接控制单元24及所述长直导体层211、212的一端，选择电路231包括一连接长直导体层211的X多路复用器31及一连接长直导体层212的Y多路复用器32，X多路复用器31、Y多路复用器32受控制单元24控制，分别将相邻数个长直导体层211、212选择接地；信号处理电路232连接控制单元24及所述长直导体层211、212的另一端，将所述相邻数个长直导体211、212的感应信号滤波后传递予该控制单元24以供判断如图3所示的的发信装置1位于透明基板21的位置。
参阅图5，本发明的另一实施例中，接收装置2”的所述长直导体层211、212的一端均接地，接收装置2”的控制单元24主控协调各元件运作；选择电路231电性连接控制单元24及所述长直导体层211、212的另一端，选择电路231包括一连接长直导体层211的X多路分配器41及一连接长直导体层212的Y多路分配器42，X多路分配器41及Y多路分配器42受控制单元24控制将所述长直导体层211、212中的相邻数个的感应信号选择输出；信号处理电路232连接控制单元24及接收选择电路231的选择输出，将所述长直导体211、212中的相邻数个的感应信号滤波后传递予控制单元24以供该控制单元24判断如图3的发信装置1位于透明基板21的位置。
以下介绍如图3的发信装置1的两种实施例。
参阅图3及图6，发信装置1的一实施例中，信号发射器15’是具有呈十字型的铁磁性物质及螺旋导线，该铁磁性物质可以是磁性陶瓷及金属粉末烧解而成，且螺旋导线分别绕制在十字型的铁磁性物质的四个臂部上，十字型的优点在于：就算是一方向是平行于导体而无磁力线切割感应，但另一方向因为是与导体正交所以会有感应，也就是至少有一方向可感应，无论在何方向皆可取得感应信号。因此，发信装置15’接近透明基板21时，如图3的控制装置23利用检测得到的感应信号的波峰判断该发信装置1的位置。
详细而言，金属线绕置于四个延伸臂上，缠绕方式分别为形成一第一电感51及一第二电感52，当振荡电路12作用时，第一电感51及第二电感52分别间隔接续产生磁力线，与透明基板21上的所述长直导体层211、212产生交互作用，使得最接近信号发射器15’的长直导体层211、212接收到最强的信号，然后依据强弱比检测知道目前信号发射器15’于长直导体层211、212的所在位置。
参阅图7，并配合图6，信号发射器15’不断产生一定频率的发送信号，长直导体标号分别为X1～X5及Y1～Y5，假设信号发射器15’的中央150靠近导体标号(X3，Y3)时，未经信号处理的检测信号可知靠近导体标号(X3，Y3)的信号最强，通过模拟数字转换后，其数字信号可获知X轴扫描周期中最强的感应信号为Vx及Y轴扫描周期中最强的感应信号为Vy，因此，比较相邻信号(如：三组相邻信号)判断最强者就可换算出发信装置1位于透明基板21的位置为(X3，Y3)，其他实施例中，相邻信号最多可取至七组作比较以得到更精确的定位。
配合图3及图8，发信装置1的另一实施例中，不同于图6的是，本实施例的信号发射器15”是装设于笔尖16的上端162且距离笔尖16的末端161有一预定高度H，预定高度H的设计，是与一般利用检测得到的波峰信号取最高峰值当作定位依据有所不同，本实施例是利用信号发射器15”远离导体至预定高度H得到的一类似波谷形的感应信号当作定位依据，主要是以该类似波谷形的两波峰间的谷底判断该发信装置1位于透明基板21的位置，此预定高度H可通过实验得到，例如，预定高度H为所述长直导体层的预定宽度W的两倍，或长直导体层的预定宽度W等于1/2H，就可得到所需的波形；若降低预定高度H，则预定宽度W需随着变细，依据欧姆定律，改变阻抗可调整长直导体层的宽度或厚度，因此可将所述长直导体层的厚度加厚以避免阻抗增加；若是预定宽度W加宽，则预定高度H将会提高，可依据不同需求及特性进行设计。
参阅图9，并配合图8，信号发射器15”不断产生一定频率的发送信号，长直导体标号分别为X1～X5及Y1～Y5，假设信号发射器15”的中央150靠近导体标号(X3，Y3)时，未经信号处理的检测信号可知靠近导体标号X3的信号与相邻的导体标号X2，X4的信号为弱，靠近导体标号Y3的信号与相邻的导体标号Y2，Y4的信号为弱；通过高位(如：16位)模拟数字转换后，其数字信号可获知X轴扫描周期中两波峰间的谷底的感应信号为Vx’及Y轴扫描周期中两波峰间的谷底的感应信号为Vy’，因此就可换算出发信装置1位于透明基板21的位置为(X3，Y3)。
综上所述，本发明电磁感应式输入设备100的功效在于：接收装置2具有非回圈式的长直导体层，在该透明基板21上的两正交方向分别间隔并排设置，所述长直导体层具有降低阻抗值的预定宽度W1及W2，可降低输入电压并可得到较大的感测信号，加上配合发信装置1的特殊设计，让电磁感应式输入设备100得以有更广泛的应用层面，所以确实能达成本发明的目的。
Claims (5)
1.一种电磁感应式输入设备，其特征在于，所述电磁感应式输入设备包含：
一发信装置，具有：
一信号发射器，具有绕制成线圈的螺旋导线及线圈缠绕的铁磁性物质，且线圈形成有磁场；及
一接收装置，具有：
一透明基板；
多条非回圈式的长直导体层，分别间隔并排设置于透明基板上的两正交方向，但各不互相连接导通，所述长直导体层为透明且具有降低阻抗值的预定宽度；及
一控制装置，电性连接并检测所述长直导体，当发信装置的磁场接近透明基板上的所述长直导体的任一位置时，控制装置利用检测得到的感应信号判断发信装置位于透明基板的位置。
2.如权利要求1所述的电磁感应式输入设备，其特征在于：所述发信装置包括一笔身及一装设于笔身以一末端碰触透明基板的笔尖，信号发射器具有呈十字型的铁磁性物质，且螺旋导线分别绕制在十字型的铁磁性物质的四个臂部上，于发信装置接近透明基板时，控制装置利用检测得到的感应信号的波峰判断发信装置位于透明基板的位置。
3.如权利要求1所述的电磁感应式输入设备，其特征在于：所述发信装置包括一笔身及一装设于笔身以一末端碰触透明基板的笔尖，信号发射器装设于笔尖的另一端且距离笔尖末端一预定高度，预定高度是设计成于发信装置接近透明基板时，控制装置利用检测得到的一类似波谷形的感应信号，以类似波谷形的两波峰间的谷底判断发信装置位于透明基板的位置。
4.如权利要求3所述的电磁感应式输入设备，其特征在于：所述信号发射器装设于笔尖的另一端且距离笔尖末端的预定高度为预定宽度的两倍。
5.如权利要求3或4所述的电磁感应式输入设备，其特征在于：所述长直导体层具有降低其阻抗值的预定宽度或厚度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130403 |