CN204129654U - 半主动磁容感应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭露一种半主动磁容感应系统，包含能量传送线圈与感应线圈、触控面板、信号处理电路与主控制器。能量传送线圈传送电磁能量至半主动磁容笔，感应线圈接收半主动磁容笔发射的电磁信号。本实用新型兼具使用主动式与被动式电磁笔电磁式输入技术的优点，并能避开其缺点，可满足指针设备在兼具电磁式与电容式触控输入功能的触控面板上操作的需求。

Description

半主动磁容感应系统

技术领域

本实用新型是有关于一种感应系统，特别是有关于一种同时具有电磁感应与电容触控功能的半主动磁容感应系统。

背景技术

取决于接触物种类以及接触点位置的决定方式，例如接触物操作时靠近的位置或距离等，触控或输入技术区分为电阻感应(resistive-type)、电容式(capacitive-type)、电磁式(electromagnetic-type)及红外线式(infrared-type)等触控技术。

电容式触控输入技术的优点是可以用手或是任何的接触物进行输入操作，且多点式触控可利用手势变化进行多样化的操作，根据特有的对应动作，可产生多种应用。

电磁式输入技术是使用电磁笔与具有感应线圈的输入装置。电磁笔具有方便书写、笔尖压感功能以及感应高度等优点，另外还可具有侧边按键(作为右键/中键)功能以及电磁笔尾部橡皮擦功能以增加使用上的功能及弹性。

电磁式输入技术的优点是如以上所述具有方便书写、笔尖压感功能以及感应高度等优点，可是如果用手或是其他的接触物直接点选不会有反应，必需要有特定的磁容笔才可以操作。磁容式指针设备或磁容笔是根据电磁笔改变而来，主要是让使用者可以手持进行触控面板的操作，并且通常不再利用电磁信号计算磁容笔的位置，其余功能以及构造与传统电磁笔相近。

磁容笔与传统的电磁笔一样可以依照其电源的供应方式分为有电池式以及无电池式两种。有电池式电磁笔是以电池做为电磁笔的电源，其内的振荡电路借由电池所提供的电能，可以主动发射电磁信号，称为主动式电磁笔。无电池电磁笔内部则无电池电源，而是利用共振电路做为电源。共振电路与输入装置所发出的电磁信号共振，而接收输入装置的电磁能量并储存，以做为共振电路发射电磁信号所需的电能，并以相同共振电路发射电磁信号给输入装置，亦称为被动式电磁笔。

不过主动式电磁笔的缺点就是需要使用电池，导致电磁笔的重量较重，而在使用上较为不便。无电池式电磁笔的缺点则包含信号强度不稳定、信号发射时间短以及信号强度衰减快容易噪声干扰等。无电池式电磁笔必须靠近输入装置才能接收输入装置发射的电磁能量，接收能量与发射信号的时间皆很短，导致储存的能量非常小，储存的能量会快速递减，发射的电磁信号会迅速地减弱使发射的电磁信号强度无法保持一致，容易被周遭噪声干扰。传统输入装置的能量发射频率以375kHz为例，能量发射时间为32周期，能量发射时间仅为1/375k*32共约为85微秒，无电池式电磁笔发射频率以374kHz为例，发射时间仅为12～16周期，即1/374k*12共约为32微秒或1/374k*16共约为42微秒。

有鉴于上述现有的电磁式与电容式输入技术存在的问题，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的半主动磁容感应系统，能够解决现有的半主动磁容感应系统存在的问题，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

发明内容

本实用新型的主要目的在于，克服现有的半主动磁容感应系统存在的问题，提出一种半主动磁容感应系统，所要解决的技术问题是使其兼具使用主动式与被动式电磁笔电磁式输入技术的优点，并能避开其缺点，可满足指针设备在兼具电磁式与电容式触控输入功能的触控面板上操作的需求。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种半主动磁容感应系统，包含能量传送线圈与感应线圈、触控面板、信号处理电路与主控制器。能量传送线圈传送电磁能量至半主动磁容笔，感应线圈接收半主动磁容笔发射的电磁信号。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的系统，其中该半主动磁容笔包含导电外壳组件与不导磁导电笔芯；共振电路，该共振电路接收该电磁能量；储能单元，该储能单元储存该电磁能量经整流后的电能；及振荡电路，该振荡电路根据该电能发射该电磁信号；其中该共振电路、该储能单元与该振荡电路位于该导电外壳组件内，该不导磁导电笔芯与该导电外壳组件构成导体路径。

前述的系统，其中该信号处理电路包含计频电路与放大器。

本实用新型的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的一种半主动磁容感应系统，包含主控制器、一输出电路、切换电路、信号处理电路与感应线圈。主控制器经该切换电路切换控制该输出电路经感应线圈传送电磁能量至半主动磁容笔，主控制器经切换电路切换控制信号处理电路接收半主动磁容笔发射的电磁信号。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本实用新型半主动磁容感应系统至少具有下列优点及有益效果：本实用新型兼具使用主动式与被动式电磁笔电磁式输入技术的优点，并能避开其缺点，可满足指针设备在兼具电磁式与电容式触控输入功能的触控面板上操作的需求。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1A为根据本实用新型一个实施例的半主动磁容感应系统的功能方框图。

图1B为根据本实用新型另一个实施例的半主动磁容感应系统的功能方框图。

图2A显示本实用新型一个实施例的感应基板。

图2B显示本实用新型另一个实施例的感应基板。

图3为本实用新型一个实施例的半主动磁容笔的电路示意图。

【主要元件符号说明】

101:主控制器     102:信号处理电路

103:计频电路     104:输出电路

105:振荡电路     106:放大器

107:能量传送线圈 108:感应线圈

109:切换电路     110:半主动磁容笔

112:触控控制电路 114:触控面板

120:振荡电路     130:共振电路

150:电感

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的半主动磁容感应系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本实用新型的一些实施例将详细描述如下。然而，除了如下描述外，本实用新型还可以广泛地在其他的实施例施行，且本实用新型的范围并不受实施例的限定，其以权利要求书的专利范围为准。再者，为提供更清楚的描述及更易理解本实用新型，图式内各部分并没有依照其相对尺寸绘图，某些尺寸与其他相关尺度相比已经被夸张；不相关的细节部分也未完全绘出，以求图式的简洁。

图1A显示根据本实用新型一个实施例的半主动磁容感应系统的功能方框图。半主动磁容感应系统包含主控制器101、信号处理电路102、输出电路104、振荡电路105、能量传送线圈107、感应线圈108、触控控制电路112与触控面板114，并可利用半主动磁容笔110以及使用者手指或其他导电物执行输入操作。信号处理电路102包含计频电路103与放大器106。触控面板114包含电容式感应电极与显示面板整合而成的触控面板，用于感测触控信号。触控面板与能量传送线圈及感应线圈则整合成感应基板。信号处理电路102是用于处理感应线圈108接收来自半主动磁容笔110的信号，以计算半主动磁容笔110信号的频率变化，以供后续产生笔尖压感阶度变化、按键被按下等预先设定的功能。触控控制电路112是用于处理来自感应电极的触控信号，以产生半主动磁容笔110、使用者手指或其他导电物坐标位置。触控控制电路112包含多通道多工器、功率放大及过滤电路以及微控制器等。主控制器101则根据信号处理电路102与触控控制电路112输出的信号，整合处理因半主动磁容笔110信号的频率变化产生的笔尖压感阶度变化、按键被按下等信号，以及半主动磁容笔110、使用者手指或其他导电物坐标位置的信号。主控制器101同时根据感应线圈108、信号处理电路102侦测半主动磁容笔110是否存在，并根据感应电极与触控控制电路112侦测半主动磁容笔110以外的导体指标物是否存在。

主控制器101配合振荡电路105经输出电路104及能量传送线圈107提供半主动磁容笔110电磁能量。输出电路104包含反相器(Inverter)与交流信号输出级电路(AC Driver Circuit)，将来自主控制器101具特定频率的方波信号转换成相同频率的交流信号。之后，再将交流信号输出至能量传送线圈107，通过能量传送线圈107以电磁波形式将信号的能量传送给半主动磁容笔110。

图1B显示根据本实用新型另一个实施例的半主动磁容感应系统的功能方框图。此实施例中，半主动磁容感应系统除主控制器101、信号处理电路102、输出电路104、振荡电路105、感应线圈108、触控控制电路112与触控面板114之外，更包含切换电路109。与图1A所示实施例相较，此实施例的半主动磁容感应系统省略能量传送线圈107，而改以由主控制器101控制切换电路109切换以利用感应线圈108进行电磁能量发射与信号接收。主控制器101控制切换电路109，以进行由振荡电路105经输出电路104及感应线圈108提供半主动磁容笔110电磁能量，或经感应线圈108与信号处理电路102接收来自半主动磁容笔110的信号。

图2A显示本实用新型一个实施例的感应基板。此实施例的感应基板包含触控面板114、能量传送线圈107及感应线圈108。图2B显示本实用新型另一个实施例的感应基板。此实施例的感应基板包含触控面板114及感应线圈108。触控面板包含保护面板(cover lens)与感应层，位于感应层下则有液晶面板等组件。保护面板一般为玻璃面板，感应层包含电容感应层、能量传送线圈及感应线圈以及透明基板。感应基板一般置于触控面板的液晶面板上方。透明基板一般为玻璃基板，但亦不排除使用其他透明基板。电容感应层包含多个感应电极(detection electrode)及连接感应电极至触控控制电路的导体线路。感应电极排列组成感应侦测区域，当接触物或指标物例如使用者手指或半主动磁容笔接近或接触感应电极时，使用者手指或半主动磁容笔与感应电极之间即构成电容。使用者手指或半主动磁容笔位于感应侦测区域上的位置即接近或接触的感应电极的位置，而感应电极的电容値则因使用者手指或半主动磁容笔与感应电极之间的电容而改变。能量传送线圈107及感应线圈108包含金属导体线圈，配置于触控面板114外围的周边区域，并分别连接至输出电路104与信号处理电路102。

图3为本新型一个实施例的半主动磁容笔的电路示意图。此实施例的半主动磁容笔包含振荡电路120、共振电路130以及储能单元C2。其中，振荡电路120是用以发射电磁信号，而共振电路130则用以接收电磁能量，并将其转换成电能。半主动磁容笔更包含导电外壳组件、不导磁或低导磁系数(permeability,μ)的导电笔芯，而不导磁导电笔芯、导电外壳组件则构成导体路径。当使用者手持半主动磁容笔接触或接近触控面板表面时，使用者与导电外壳组件接触并通过导体路径与触控面板构成回路以执行触控输入操作。共振电路130由电感150以及与电感150并联的电容C1组成。在共振电路130与振荡电路120之间的储能单元C2用以储存由共振电路130接收经整流单元D1整流后的电能，以供应振荡电路120发射电磁信号所需的能量。储能单元C2的一端与整流单元D1及振荡电路120连接，另一端与共振电路130连接并接地。整流单元D1对共振电路130传送至储能单元C2的电能进行半波整流后再储存。储能单元C2包含超级电容，而整流单元D1包含肖特基二极管(Schottky Diode)。共振电路130包含LC共振电路。

本实用新型的半主动磁容感应系统由于搭配半主动磁容笔，使信号处理电路102相较传统信号处理电路可大幅简化，例如省略过滤电路、取样电路、相位电路、积分器等。这是由于半主动磁容感应系统提供电磁能量至半主动磁容笔，半主动磁容笔使用共振电路接收电磁能量，并利用储能单元储存电磁能量，并另由振荡电路发射电磁信号，储存能量远大于传统无电池电磁笔，可持续地供给电能给振荡电路发射电磁信号，电磁信号的强度可维持较长时间不致迅速衰减，信号稳定且精确。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种半主动磁容感应系统，其特征在于包含：

能量传送线圈与感应线圈，该能量传送线圈传送电磁能量至半主动磁容笔，该感应线圈接收该半主动磁容笔发射的电磁信号；

触控面板，用于感测触控信号；

信号处理电路处理该电磁信号；及

主控制器，该主控制器控制该能量传送线圈传送该电磁能量并处理该触控信号。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于其中该半主动磁容笔包含

导电外壳组件与不导磁导电笔芯；

共振电路，该共振电路接收该电磁能量；

储能单元，该储能单元储存该电磁能量经整流后的电能；及

振荡电路，该振荡电路根据该电能发射该电磁信号；

其中该共振电路、该储能单元与该振荡电路位于该导电外壳组件内，该不导磁导电笔芯与该导电外壳组件构成导体路径。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于其中该信号处理电路包含计频电路与放大器。

4.一种半主动磁容感应系统，其特征在于包含：

主控制器；

输出电路；

切换电路；

信号处理电路；

感应线圈，该主控制器经该切换电路切换控制该输出电路经该感应线圈传送电磁能量至半主动磁容笔，该主控制器经该切换电路切换控制该信号处理电路接收该半主动磁容笔发射的电磁信号；及

触控面板，用于感测触控信号。