CN104516617B - 触摸输入设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种输入设备，所述输入设备能够包括导电尖端、电气连接至所述尖端的线圈以及电气连接至所述线圈且在所述线圈的圆周方向中形成开环的接地板。

Description

触摸输入设备
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2013年10月08日提交的韩国专利申请第10-2013-0120072号的权益，为所有目的，通过援引将该专利申请结合在此，如同该专利申请在此被全部阐述一样。
技术领域
本发明涉及一种触摸输入设备。
背景技术
随着信息社会的发展，对用于显示图像的显示装置的各种类型的要求正在增加，且最近正使用各种显示装置，比如液晶显示器(LCD)、等离子体显示面板(PDP)和有机发光二极管显示装置(OLED)。
使使用者能够容易地输入信息或指示的触摸输入系统可被进一步包括在显示装置中。触摸输入系统识别使用者的身体或额外的输入设备与显示装置之间的接触并接收使用者的信息或使用者的指示。最近，为了接收更准确的输入，正非常多地使用额外的输入设备。
额外的输入设备主要使用向显示装置传输电磁信号的方法。输入设备通过使用电磁信号产生电路来向显示装置传输电磁信号，显示装置通过使用诸如天线之类的电磁信号接收电路来识别所传输的电磁信号。该电磁信号可被周围的装置减弱或阻挡。具体而言，电磁信号可在金属板中形成涡流(eddy current)，且会以涡流损耗(eddy loss)的形式减弱。当电磁信号像这样被减弱时，显示装置的信号识别变差，因此触摸灵敏度降低。
发明内容
本发明的一方面提供一种用于将从输入设备产生的电磁信号传输到显示装置而具有较少损耗的技术。
本发明的另一方面提供一种用于减少从输入设备产生的电磁信号的涡流损耗的技术。
根据本发明的一方面，提供一种输入设备，所述输入设备包括：导电尖端；电气连接至所述尖端的线圈；和电气连接至所述线圈并在所述线圈的圆周方向中形成开环的接地板。
根据本发明的另一方面，提供一种输入设备，所述输入设备包括：导电尖端；电气连接至所述尖端的线圈；和电气连接至所述线圈并且包括至少一个狭缝的接地板。
如上所述，根据本发明，一种输入设备可将电磁信号传输至显示装置而具有较少损耗。因此，具有提高显示装置的接触灵敏度的效果。
此外，根据本发明，因为由输入设备产生的电磁信号的涡流损耗减少，所以具有用较少的能量驱动输入设备的效果。根据此效果，可不需要用于输入设备的额外的功率装置。
附图说明
本发明的以上及其他目的、特征和优点将由以下结合各附图进行的详细描述而更加清楚。在附图中：
图1是表示根据本发明一实施方式的凭借输入设备的触摸输入系统的视图；
图2是表示根据本发明一实施方式的触摸输入系统的方块图；
图3是表示根据本发明一实施方式的触摸输入系统的电路图；
图4是表示根据本发明一实施方式由穿过金属板的磁场产生涡流的视图；
图5是表示根据本发明一实施方式的输入设备的形状的视图；
图6A至图6C是表示根据本发明的第一实施方式的图5的接地板的视图；
图7A至图7C是表示根据本发明的第二实施方式的图5的接地板的视图；
图8A至图8C是表示根据本发明的第三实施方式的图5的接地板的视图；
图9A至图9C是表示根据本发明的第四实施方式的图5的接地板的视图；
图10是表示根据本发明一实施方式的对应于输入设备的触摸面板的配置的视图；
图11是根据本发明一实施方式的触摸输入系统的信号波形图；和
图12A和图12B是表示根据本发明一实施方式的输入设备的感应系数的图。
具体实施方式
之后，将参照附图描述本发明的优选实施方式。在下面的描述中，将用相同的参考标记表示相同的元件，尽管相同元件被示于不同附图中。另外，在以下本发明的实施方式的描述中，当并入本文的已知功能和配置可能使本发明的主题有些不清楚时，这些已知功能和配置的详细描述将被省略。
此外，在描述本发明的各部件时，本文中可使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)或类似术语的术语。这些术语仅用于将一种结构的元件与其他结构的元件区别开来，而相应结构的元件的特性、次序、顺序及类似特征不受所述术语的限制。在描述某一结构的元件与另一结构的元件“连接”、“耦接”或“接触”的情况中，应理解成除所述某一结构的元件与另一结构的元件直接连接或接触以外，另一结构的元件还可与其他结构的元件“连接”、“耦接”或“接触”。相似地，当描述某一元件形成在另一元件“上”或“下”时，应理解成所述某一元件可经由又一元件直接或非直接地形成在另一元件上或下。
图1是表示凭借输入设备的触摸输入系统的视图。触摸输入系统是为了接收使用者的输入而识别输入设备或使用者的身体与显示装置之间的接触的系统。
触摸输入系统可包括输入设备100和显示装置120，如图1所示。显示装置120可进一步包括能够识别输入设备100或使用者的身体的接触的触摸面板110。在这个和其他实施方式中，触摸输入系统的全部部件是操作耦合和配置的。
图2是表示根据示例性实施方式的触摸输入系统的方块图。
在图2中，输入设备100包括触摸单元210、电磁电路单元220和接地单元230。此外，触摸面板110可包括电极240、信号控制器250和天线260。
在触摸面板110中，信号控制器250用电极240向输入设备100输出交流(AC)功率。此外，信号控制器250处理通过天线260从输入设备100接收的信号，以识别触摸。
在输入设备100中，接触单元210与触摸面板110直接接触。此时，触摸面板110可包括电极240的至少两个电极，且电极240可输出AC功率。接触单元210可包括导电尖端，且可与触摸面板110的电极240形成电容器。可由两个电极板和在电极板之间的绝缘材料形成所述电容器。接触单元210的导电尖端与触摸面板110的电极240可形成两个电极板，导电尖端与电极240之间的材料(例如触摸面板110的玻璃膜或空气)可以是绝缘材料。
接触单元210可接收输出到触摸面板110的电极240的AC功率同时与触摸面板110形成电容器。AC功率流经电磁电路单元220和接地单元230。
电磁电路单元220根据电磁感应将通过接触单元210传输的AC功率转换成电磁信号(例如磁信号)，并将电磁信号传输到触摸面板110。电磁电路单元220可通过使用线圈来感应电磁信号。根据法拉第定律，电路中可形成与穿过电路的磁场的时间变化率成正比的电动势，相反地，当电流流经电路时，可形成穿过电路的磁场。电磁电路单元220可通过流到被包括在电磁电路单元220中的线圈的AC电流来形成磁场，磁场被传输到触摸面板110的天线260，因此触摸面板110可识别触摸。
接地单元230为AC功率形成路径。接地单元230可与触摸面板110通过使用者的身体形成闭合电路。或者，接地单元230可与触摸面板110通过连接至触摸面板110的额外的线形成闭合电路。如上所述，接地单元230形成闭合电路，因此形成路径，通过所述路径通过接触单元210输入的AC功率又流到触摸面板110。
图3是表示根据示例性实施方式的触摸输入系统的电路图。
参照图3，接触单元210包括导电尖端，在接触单元210与触摸面板110的电极240之间形成电容器(称作感测电容器，以将由接触单元210形成的电容器与另一电容器区分开来)312。此时，由信号控制器250经由电极240输出的AC功率流到感测电容器312，并且AC功率被传输到电磁电路单元220。
电磁电路单元220可包括电气连接到接触单元210的第一线圈(L1)322、磁性地连接到第一线圈322的第二线圈324以及谐振电容器326，该谐振电容器326在第二线圈324与谐振电容器326之间产生谐振。
经由感测电容器312输入的AC功率流到电气连接至感测电容器312的第一线圈322。然后，根据电磁感应(electromagnetic inducement)，AC功率被传输到第二线圈324，第二线圈324与第一线圈322结合在互感M12中。流经第二线圈324的AC功率在第二线圈324与谐振电容器326之间形成谐振电流。
参照图3，未产生阻尼电阻，因此第二线圈324与谐振电容器326之间的谐振电流可通过新的输入而被持续放大。例如，当通过感测电容器312传输第一周期的AC功率时，第二线圈324与谐振电容器326通过第一周期的AC功率形成谐振电流。此外，当传输下一周期的AC功率时，因为由新的AC功率产生的额外的谐振电流被加至以前形成的谐振电流，所以第二线圈324与谐振电容器326的谐振电流被放大。当AC功率被持续输入时，第二线圈324与谐振电容器326之间的谐振电流被持续放大。
为了激发第二线圈324与谐振电容器326之间的谐振，由信号发生器352产生的AC功率可具有实质上与谐振周期相同的周期。例如，信号发生器352可向传输/接收(Tx/Rx)电极240输出具有与通过f＝1/[2π*(L2*C2)^0.5]得到的频率实质上相同的频率。AC功率可呈正弦波，但不限于正弦波。或者，AC功率可呈方波形。
流经第一线圈322的AC电流或流经第二线圈324的谐振电流根据电磁感应将电磁信号(例如磁信号)传输到通过互感M13或M23结合的触摸面板110的天线电路(L3)362。
经由天线电路362输入的电磁信号被放大器372放大，被滤波器374过滤并被模数转换器376转换成数字信号。被转换的数字信号被数字信号处理器378处理，因此触摸面板110识别输入设备100的触摸。
同时，应当形成使AC功率能够再次流到触摸面板的闭合电路，以使AC功率流到感测电容器312。为此，电磁电路单元220电气连接至接地单元230，且接地单元230以接地状态形成。
输入设备100是被使用者的身体操作的装置，并且接触使用者的身体。接地单元230与使用者的身体形成接地表面，并使AC功率通过接地表面和使用者流到地面。参照图3，在地面与使用者之间可形成人电容器(human capacitor；Ch)332，接地单元230通过与使用者的身体的接触而使AC功率能够经由人电容器332流到地面。
触摸面板110可通过另一路径(未图示)形成接地和电容器，并且输入设备100和触摸面板110通过所述电容器为AC功率形成闭合电路。
此外，在第二线圈324与谐振电容器326之间可进一步包括开关(SW)328。开关328可使谐振路径断开或导通，以便根据需要产生或不产生谐振电流。
同时，接地单元230可包括接地板(参照图5的536)，且所述接地板可以是磁性物质(例如金属板)。因此，由电磁电路单元220产生的电磁信号可在产生涡流损耗时减弱。
在接地板中产生的涡流损耗被描述于下文。
图4是表示由穿过金属板的电磁场产生涡流的视图。
参照图4，当诸如金属板410之类的磁性物质中磁通量420变化时，产生了电动势。具有涡流形状的电流凭如图4中所示的电动势而在金属板410中流动。该具有涡流形状的电流被称作涡流。由涡流产生功率损耗，这样的功率损耗被称作涡流损耗。涡流损耗阻止磁通量的流动，因此涡流损耗减弱电磁信号并在金属板410中产生热。
根据示例性实施方式的输入设备100减小涡流损耗。例如，接地单元230可包括接地板，所述接地板在线圈的圆周方向中不形成闭环。可通过接地板的这种形状避免涡流沿线圈的圆周方向的流动，因此减小输入设备100的涡流损耗。
又例如，接地单元230可包括接地板，所述接地板可包括至少一个狭缝。所述接地板具有狭缝与多个小板结合的形状。所述接地板的形状减小形成涡流的板的尺寸，因此减小输入设备100的涡流损耗。
之后，为了具体地描述减小涡流损耗的示例性实施方式，以输入设备100和接地板的形状作为中心图描述输入设备100和接地板。
图5是表示根据示例性实施方式的输入设备的形状的一个实例的视图。
参照图5，输入设备100可包括导电尖端512、连接至导电尖端512的第一线圈(L1)522以及电气连接至第一线圈522的接地板536。
此外，为了额外地形成谐振电路，输入设备100可进一步包括串联连接的第二线圈524和谐振电容器526。所述谐振电路用于放大电磁信号且可被省略。此外，可根据需要省去下文描述的额外的配置。
输入设备100可进一步包括磁芯523。磁芯523可形成第一线圈522的磁路且增大第一线圈522的感应系数。此外，磁芯523形成第一线圈522中形成的磁场传输到触摸面板110的天线260的路径。因此，磁芯523也使得电磁信号能够从输入设备100传输到触摸面板110。
磁芯523增强第一线圈522与第二线圈524之间的磁结合。第一线圈522与第二线圈524之间的互感M12可根据磁芯523而增大。
为了在磁芯523与导电尖端512之间形成绝缘，输入设备100可进一步包括两个绝缘膜514和529，并且输入设备100可进一步包括能够操作第二线圈524与谐振电容器526之间的谐振的短路的开关528。同时，开关528可包括弹性构件(例如弹簧)。开关528可通过识别经由导电尖端512传输的压力来确定输入设备100是否与触摸面板110接触，且可根据所述确定操作谐振电路的短路或开路。
输入设备100可进一步包括围绕第一线圈522呈笔状的非导电桶534。输入设备100可通过桶534的笔状而具有使用者所熟悉的笔状。
接地板536可位于桶534的笔状外部表面的一部分上。接地板536可通过与使用者的手接触来形成接地，且接地板536可位于使用者的手被主要放置的区域(例如笔的前端)。
如上所述，第一线圈522可在第一线圈522内部沿第一线圈522的轴向方向(桶534的笔状的纵向方向)进一步包括磁芯523。接地板536的轴向方向的长度H1可等于或短于磁芯523的轴向方向的长度H2。此外，在轴向方向中，接地板可位于磁芯523的两端之间。磁芯523形成磁路，第一线圈522或第二线圈524中形成的磁场在所述磁路中流动。为了避免磁路的直接路径(direct path)，接地板536可具有比磁芯523的长度更短的长度而位于磁芯523的两端之间。因此，减小了由第一线圈522或第二线圈524形成的电磁信号的由于接地板536的阻挡而引起的损耗。
此外，为了最小化涡流损耗，接地板536可以是断开的或者可减少接地板536的面积。
图6A至图6C是示出根据第一示例性实施方式的图5的接地板的视图。
在图6A至图9C中，图6A、7A、8A和9A是接地板的截面图，图6B、7B、8B和9B是接地板的展开图，图6C、7C、8C和9C是接地板的顶视图。
参照图6A至图6C，接地板636在第一线圈522的圆周方向中具有形成开环的形状。由于这样的形状(断开的形状)，在第一线圈522的圆周方向中不产生涡流。
图7A至图7C是表示根据第二示例性实施方式的图5的接地板的视图。
参照图7A至图7C，接地板736在圆周方向中形成开环并且包括至少一个狭缝。可沿接地板736的轴向方向形成狭缝，因此可最小化轴向方向的涡流。
在以上提到的示例性实施方式中，接地板在圆周方向中形成开环，但接地板可通过另一结构最小化涡流同时在圆周方向中形成闭环。
图8A至图8C是表示根据第三示例性实施方式的图5的接地板的视图。
参照图8A至图8C，接地板836可包括至少一个狭缝同时在圆周方向中形成闭环。此时，可通过加宽这些狭缝之间的距离来最小化接地板836的面积。但是，为了避免由于使用者的手仅放在狭缝处而引起的接地板836与使用者的手之间的非接触，狭缝的尺寸(W)可等于或小于20mm，即等于或小于使用者的手指的尺寸。
图9A至图9C是表示根据第四示例性实施方式的图5的接地板的视图。
参照图9A至图9C，接地板936包括至少一个狭缝，且在接地板936的轴向方向与狭缝之间形成一定角度。如上所述，狭缝相对于轴向方向形成一定角度，因此在轴向方向与圆周方向中形成的涡流可分别被控制在一定速率中。
图10是表示根据示例性实施方式的对应于输入设备的触摸面板的配置的视图。
参照图10，触摸面板110可包括形成Tx/Rx的有源区域1080和包括天线电路1062的天线1060，天线电路1062围绕有源区域1080的周边区域。
参照图10，触摸面板110可包括多个电极，Tx电极沿水平方向定位，Rx电极沿垂直方向定位。Tx电极是在静电容法触摸面板中输出驱动信号的电极，Rx电极是通过识别驱动信号来感测触摸位置的电极。在这方面，触摸面板110中的电极被称为Tx/Rx电极，但本发明不限于此。或者，在不区分Tx/Rx电极的情况下，本发明可包括用这些电极输出AC功率的结构。此后，通过使用Tx/Rx电极的结构来描述本发明。
在触摸面板110中，这些电极包括这些电极彼此交叉的点以用于显示一个点。例如，如图11所示，当水平方向的电极和垂直方向的电极彼此交叉时，在交叉点的每个交叉点中显示一个点。触摸面板110在交叉点的每个交叉点处识别从输入设备100接收的电磁信号以确定哪些点被输入设备100触摸。
更具体而言，触摸面板110向全部电极顺序地输出AC功率。例如，触摸面板110可向Tx0电极至Tx5电极顺序地输出AC功率，且可又向Rx0电极至Rx5电极顺序地输出AC功率。
此时，假设导电尖端512接触Tx5电极1082和Rx0电极1092交叉的点。在此情况中，输入设备100的导电尖端512与Tx5电极1082和Rx0电极1092形成感测电容器312。触摸面板110向所有电极顺序地输出AC功率，当AC功率被输出到除Tx5电极1082和Rx0电极1092之外的电极时，与相应电极没有形成感测电容器，因此AC功率不被传输到输入设备100。因此，输入设备100不向触摸面板110传输电磁信号。相反，当触摸面板110向Tx5电极1082或Rx0电极1092输出AC功率时，与相应电极形成感测电容器，因此AC功率被传输到输入设备100。此外，传输的AC功率通过第一线圈522或谐振电路用电磁感应法向触摸面板110的天线电路1062传输电磁信号。最后，当触摸面板110向Tx5电极1082和Rx0电极1092输出AC功率时，触摸面板110识别电磁信号向天线1060的传输，并识别出输入设备100触摸Tx5电极1082和Rx0电极1092的交叉点。
同时，Tx/Rx电极通过电极焊盘(例如Tx5电极1082的电极焊盘1086)连接到信号控制器250的信号发生器352。天线电路1062通过天线焊盘1064连接到信号控制器250的放大器372。
图11是根据示例性实施方式的触摸输入系统的信号波形图。
参照图11，信号控制器250的信号发生器352在T1时段期间可向Tx(n)(n是比Tx电极的数目小的整数)输出方波形的AC功率。AC功率通过输入设备100的与Tx(n)接触的导电尖端512被输送到第一线圈(L1)522，AC功率又被传输到磁性结合至第一线圈522的第二线圈(L2)524。第二线圈524连接到谐振电容器526，且可通过谐振放大经由第一线圈522传输的AC功率。
在第二线圈524中被放大的AC功率根据电磁感应而被传输到触摸面板110的天线1060。此外，按顺序地，放大器372放大信号，滤波器374过滤信号，转换器376将信号转换成数字信号，并且转换器376最终将数字信号传输到信号处理器378。信号处理器378确定AC功率被输送到这些电极中的哪个电极，确定接收的信号(从转换器376接收的数字信号)相对于相应的AC输出具有等于或高于一定水平(例如噪声水平)的值，因此信号处理器378识别接触。
同时，信号发生器352的AC功率仅在T1时段期间输出，信号处理器378可通过仅利用T2时段期间输入的信号来识别触摸。T1时段期间输出的AC功率可在触摸面板110中产生电磁信号。因为电磁信号被输送到天线1060，且电磁信号可作为噪声信号被输送到信号处理器378，因此这些周期被分成T1和T2时段，如上所述，AC功率在T1时段期间被输出，信号处理器378在T2时段期间处理信号。
图12A和图12B是表示根据示例性实施方式的输入设备的感应系数的图。
在图12A和图12B中，“扣紧”表示接地板在线圈的圆周方向中形成圆柱形的闭环的结构，“开扣”表示接地板在线圈的圆周方向中形成开环的结构。
图12A是表示第一线圈522的感应系数的图，图12B是表示根据电感表的第一线圈522的感应系数值的图。
参照图12A和图12B，针对相同的第一线圈522，在接地板形成开环的情况中(图12A和图12B中的开扣)的感应系数比在接地板形成闭环的情况中(图12A和图12B中的扣紧)的感应系数高。这意味着第一线圈的磁场损耗在开环时较小，这是因为如上文描述的涡流损耗减小。
另外，上文提到的术语“包括”、“构成”或“具有”意指相应结构的元件被包括在内，除非它们没有相反的意思。因此，应理解成这些术语可不排除而是进一步包括其他结构的元件。所有技术的、科技的或其他方面的术语都与本领域技术人员所理解的意思一致，除非所述术语被相反地定义。在词典中找到的常用术语在相关技术著作的上下文中应被切合实际地或不太观念上地理解，除非本公开内容明确地这样界定它们。
尽管本发明的实施方式为说明性目的而被描述，但本领域的技术人员将理解到，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可允许各种修改、添加和替代。因此，本发明中公开的实施方式不是要限制本发明，而只是描述本发明的技术精神。另外，本发明的技术精神的范围不受这些实施方式的限制。应当在所附权利要求书的基础上以被包括在等同于权利要求书的本发明的范围内的全部技术思想都属于本发明的方式解释本发明的范围。

Claims (8)

1.一种输入设备，所述输入设备包括：
导电尖端；
电气连接至所述导电尖端的线圈；和
电气连接至所述线圈且在所述线圈的圆周方向中形成开环的接地板，
其中所述开环包括从所述接地板的一侧延伸到所述接地板的另一侧的开口部，
其中所述接地板进一步包括沿所述接地板的轴向方向形成的至少一个狭缝，并且
其中所述接地板的所述开口部与所述接地板中的所述至少一个狭缝是不同的。
2.如权利要求1所述的输入设备，进一步包括：
呈笔状围绕所述线圈的非导电桶，
其中所述接地板位于所述桶的外部表面的一部分上。
3.如权利要求1所述的输入设备，进一步包括沿所述线圈的轴向方向形成的磁芯，且所述接地板的轴向方向长度等于或者短于所述磁芯的轴向方向长度。
4.如权利要求1所述的输入设备，进一步包括：
谐振电路，所述谐振电路包括与所述线圈磁性结合的谐振线圈；和串联连接至所述谐振线圈的谐振电容器。
5.如权利要求1所述的输入设备，其中所述导电尖端接触触摸面板的表面，所述触摸面板输出交流功率且具有至少两个电极，且在所述导电尖端与所述电极之间通过接触形成电容器。
6.如权利要求5所述的输入设备，其中所述线圈根据电磁感应将经由所述电容器传输的所述交流功率传输到所述触摸面板的天线。
7.一种输入设备，所述输入设备包括：
导电尖端；
电气连接至所述导电尖端的线圈；和
电气连接至所述线圈且包括至少一个狭缝同时在圆周方向中形成闭环的接地板，所述至少一个狭缝沿所述接地板的轴向方向形成，或者所述至少一个狭缝相对于所述轴向方向形成一定角度。
8.如权利要求7所述的输入设备，其中所述接地板中的所述至少一个狭缝具有等于或短于20mm的长度。
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