TW201312436A - 電磁感應式輸入設備 - Google Patents

Abstract

一種電磁感應式輸入設備，包含一發訊裝置及一接收裝置；發訊裝置具有一訊號發射器，該訊號發射器具有繞制成線圈的螺旋導線及線圈纏繞的鐵磁性物質，且線圈形成有磁場；接收裝置具有一透明基板及設置於透明基板的複數條非迴圈式的長直導體層及一控制裝置；該等長直導體層為透明且在透明基板上的兩正交方向分別間隔並排設置，但各不互相連接導通，該等長直導體層具有降低阻抗值的預定寬度；控制裝置電性連接並檢測該等長直導體，當發訊裝置的磁場接近透明基板上的該等長直導體時，控制裝置利用檢測得到的感應訊號判斷發訊裝置位於透明基板的位置。

Description

電磁感應式輸入設備

本發明是有關於一種電磁感應式輸入設備，特別是指一種適用於非迴圈式天線的電磁感應式輸入設備。

已知一種數位板(Digitizer)輸入設備包括一如圖1的作為磁場發射的主動式專用筆(Active pen)8及一如圖2的作為磁場接收之數位板9。

參閱圖1，專用筆8具有一電源81、一振盪電路82、一鐵粉芯83及一線圈84，鐵粉芯83及線圈84主要作為可產生磁場的電感元件，由於專用筆8內有電源81提供能量來源，所以會持續地供應電能到振盪電路82而發射特定頻率的電磁波。

參閱圖2，其中，數位板9之感測線圈X1~X25係同向平行配置，各感測線圈X1~X25之一端予以連接至接地，及另一端連接至個別的開關元件，該等開關元件組成一選擇電路91，且該選擇電路91受控制單元90控制，控制單元90經由對各開關元件之循序控制來獲得令每一感測線圈X1~X25之感應訊號。需補充說明的是，圖2僅例示數位板9作為X-座標檢測的數個感測線圈X1~X25，未示出Y-座標檢測的數個感測線圈與X-座標檢測的數個感測線圈X1~X25呈正交方向排列。

參閱圖1及圖2，發射電磁場之專用筆8電磁場的間距S1與各感測線圈X1~X25的間距S2相配合，使得專用筆8的間距S1恰與感測線圈X1~X25的間距S2的位置相符時，該位置所接收到的訊號會最強，數位板9的控制單元90循序掃描感測線圈X1~X25中的相鄰訊號進行比較後，就可依據分析感測線圈X1~X25所接收到的幾組訊號中的強弱判斷出專用筆8位於數位板9的那一條感測線圈的範圍內，進而計算出其位置座標。

已知如圖2的感測線圈X1~X25就目前的製程是採用金或銅的金屬導線，單一金屬導線的電阻值約為1歐姆以下，其電阻值較低而易於傳導感測訊號，但是採用金或銅的金屬導線只適用於不透光的數位板。

然而，以目前常用的電容式觸控螢幕為例，其為透光式，目前多採用半導體式銦錫氧化物(ITO)製程，半導體式銦錫氧化物之電阻值相當高，一條線路可能會超過100 K歐姆，若希望應用於數位板，單一感測線圈經過此半導體式銦錫氧化物的較高電阻分壓後，輸入電壓也需提高才能得到較大的感測訊號，但是就消費性商品的電壓通常無法太高，需要一套解決方案。

因此，本發明之目的，即在提供一種適用於具有透明基板及長直導體的電磁感應式輸入設備。

於是，本發明電磁感應式輸入設備包含一發訊裝置及一接收裝置。

該發訊裝置具有一訊號發射器，該訊號發射器具有繞制成線圈的螺旋導線及線圈纏繞的鐵磁性物質，且線圈形成有磁場。

該接收裝置具有一透明基板、複數條非迴圈式的長直導體層及一控制裝置。該等非迴圈式的長直導體層為透明且分別間隔並排設置於該透明基板上的兩正交方向，但各不互相連接導通，該等長直導體層具有降低阻抗值的預定寬度；該控制裝置電性連接並檢測該等長直導體，當該發訊裝置的磁場接近該透明基板上的該等長直導體的任一位置時，該控制裝置利用檢測得到的感應訊號判斷該發訊裝置位於該透明基板的位置。

本發明的接收裝置的一實施例中，該接收裝置的控制裝置具有一控制單元、一選擇電路及一訊號處理電路；該控制單元主控協調各元件運作；該選擇電路電性連接該控制單元及該等長直導體層的一端，受該控制單元控制將相鄰數個長直導體層選擇接地；該訊號處理電路連接該控制單元及該等長直導體層的另一端，將該等相鄰數個長直導體的感應訊號濾波後傳遞予該控制單元以供判斷該發訊裝置位於該透明基板的位置。

本發明的接收裝置的另一實施例中，該接收裝置的該等長直導體層的一端均接地，該控制裝置具有一控制單元、一選擇電路及一訊號處理電路；該控制單元主控協調各元件運作；該選擇電路電性連接該控制單元及該等長直導體層的另一端，受該控制單元控制將該等長直導體層中的相鄰數個的感應訊號選擇輸出；該訊號處理電路連接該控制單元及接收該選擇電路的選擇輸出，將該等長直導體中的相鄰數個的感應訊號濾波後傳遞予該控制單元以供該控制單元判斷該發訊裝置位於該透明基板的位置。

本發明的發訊裝置的一實施例中，該發訊裝置包括一筆身及一裝設於該筆身以一末端碰觸該透明基板的筆尖，該訊號發射器具有呈十字型的鐵磁性物質，且螺旋導線分別繞制在十字型的鐵磁性物質的四臂部上，於該發訊裝置接近該透明基板時，該控制裝置利用檢測得到的感應訊號的波峰判斷該發訊裝置位於該透明基板的位置。

本發明的發訊裝置的另一實施例中，該發訊裝置包括一筆身及一裝設於該筆身以一末端碰觸該透明基板的筆尖，該訊號發射器裝設於該筆尖的另一端且距離該筆尖末端一預定高度，該預定高度之設計係於該發訊裝置接近該透明基板時，該控制裝置利用檢測得到的一類似波谷形的感應訊號，以該類似波谷形的兩波峰間的谷底判斷該發訊裝置位於該透明基板的位置。

本發明電磁感應式輸入設備之功效在於：接收裝置具有非迴圈式的長直導體層，分別間隔並排設置於該透明基板上的兩正交方向，該等長直導體層具有降低阻抗值的預定寬度，可降低輸入電壓並可得到較大的感測訊號，加上配合發訊裝置的特殊設計，讓電磁感應式輸入設備得以有更廣泛的應用層面。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之數個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3，本發明電磁感應式輸入設備100的較佳實施例適用於組配於一透明基板21，該電磁感應式輸入設備100包含一發訊裝置1及一接收裝置2。

發訊裝置1具有一筆身10，和裝設於筆身10內的一電源11、一振盪電路12、一調整機構13、一開關14、一訊號發射器15及一以一末端161碰觸透明基板21的筆尖16，其中的電源11供應各元件的用電，振盪電路12具有可調電感及/或可變電容，當開關14被使用者按壓後，調整機構13受開關14連動而依據振盪電路12的設計，讓可調電感改變其電感值或是改變可變電容的電容值，令振盪電路12的頻率改變，進而傳遞給接收裝置2通知其變化而做出相應的處理，訊號發射器15具有繞制成線圈的螺旋導線及線圈纏繞的鐵磁性物質，且線圈形成有磁場(容後再述)。

接收裝置2具有設置於透明基板21的複數條非迴圈式的長直導體層211、212及一控制裝置23。該等非迴圈式的長直導體層211、212是在透明基板21上的兩正交方向分別間隔並排設置但各不互相連接導通，包括垂直方向的長直導體層211及水平方向的長直導體層212，長直導體層211、212是光學鍍膜的透明導體如銦錫氧化物，可利用蒸鍍法、濺鍍法、電鍍法、化學氣相沈積法或濕式塗佈法形成於透明基板21上，導體材料可為印刷電路、銀漿印刷電路或銅導線材質，透明基板21材料可為玻璃纖維板、玻璃板、塑料板等。

特別的是，該等長直導體層211、212具有降低阻抗值的預定寬度W₁及W₂，本實施例中的預定寬度W₁及W₂約為1公分；這是因為ITO的材質特性，透明度越高其阻抗越高，然而，依據歐姆定律，導體的寬度與阻抗成反比，因此依據預定寬度W₁及W₂越高則阻抗越低的原理設計，可大幅降低接收裝置2所需的輸入及訊號發射器15電壓，符合消費性電子產品的需求。

控制裝置23電性連接並檢測該等長直導體211、212，具有一選擇電路231、一訊號處理電路232及一控制單元24，控制單元24並具有一處理器241及一類比數位轉換器242，當發訊裝置1的磁場接近透明基板21上的該等長直導體211、212的任一位置時，控制裝置23控制選擇電路231依序將取得的訊號經過訊號處理電路232的濾波放大等訊號處理及類比數位轉換器242數位化後，處理器241就可依據數位化資料判斷出發訊裝置1位於透明基板21的位置。

訊號處理電路232可包括例如：放大電路，放大增益可受程式控制在不同工作區內因應阻抗或效益不同致收到的電磁場能量不一致時，依各天線導體校正時記錄的信號列表儲存補償值以調整放大電路的放大倍數，使各天線導體接收能量能驅於一致；此外，訊號處理電路232可包括頻率帶通電路以接收發訊裝置1的特定頻段形成的磁場以增加鑑別度，頻率帶通電路也可設計為可調式以避開干擾。

本發明主要利用兩種原理：一是電磁鐵的原理：螺旋導線繞制成線圈且線圈纏繞於鐵磁性物質，使線圈外側匯聚多條磁力線；二是磁場感應產生電流的原理：電流通過長直導線，導線周圍會產生磁場，反之亦然，磁場靠近長直導線附近會使長直導線產生感應電壓/電流。

以下配合圖4及圖5介紹如圖3的接收裝置2的兩種實施例。

參閱圖4，本發明的一實施例中，接收裝置2’的控制單元24主控協調各元件運作；選擇電路231電性連接控制單元24及該等長直導體層211、212的一端，選擇電路231包括一連接長直導體層211的X多工器31及一連接長直導體層212的Y多工器32，X多工器31、Y多工器32受控制單元24控制，分別將相鄰數個長直導體層211、212選擇接地；訊號處理電路232連接控制單元24及該等長直導體層211、212的另一端，將該等相鄰數個長直導體211、212的感應訊號濾波後傳遞予該控制單元24以供判斷如圖3的發訊裝置1位於透明基板21的位置。

參閱圖5，本發明的另一實施例中，接收裝置2”的該等長直導體層211、212的一端均接地，接收裝置2”的控制單元24主控協調各元件運作；選擇電路231電性連接控制單元24及該等長直導體層211、212的另一端，選擇電路231包括一連接長直導體層211的X解多工器41及一連接長直導體層212的Y解多工器42，X解多工器41及Y解多工器42受控制單元24控制將該等長直導體層211、212中的相鄰數個的感應訊號選擇輸出；訊號處理電路232連接控制單元24及接收選擇電路231的選擇輸出，將該等長直導體211、212中的相鄰數個的感應訊號濾波後傳遞予控制單元24以供該控制單元24判斷如圖3的發訊裝置1位於透明基板21的位置。

以下介紹如圖3的發訊裝置1的兩種實施例。

參閱圖3及圖6，發訊裝置1的一實施例中，訊號發射器15’是具有呈十字型的鐵磁性物質及螺旋導線，該鐵磁性物質可以是磁性陶瓷及金屬粉末燒解而成，且螺旋導線分別繞制在十字型的鐵磁性物質的四臂部上，十字型的優點在於：即使一方向是平行於導體而無磁力線切割感應，但另一方向因為是與導體正交所以會有感應，也就是至少有一方向可感應，無論在何方向皆可取得感應訊號。因此，發訊裝置15’接近透明基板21時，如圖3的控制裝置23利用檢測得到的感應訊號的波峰判斷該發訊裝置1的位置。

詳細而言，金屬線繞置於四延伸臂上，纏繞方式分別為形成一第一電感51及一第二電感52，當振盪電路12作用時，第一電感51及第二電感52分別間隔接續產生磁力線，與透明基板21上的該等長直導體層211、212產生交互作用，使得最接近訊號發射器15’的長直導體層211、212接收到最強的信號，然後依據強弱比偵知目前訊號發射器15’於長直導體層211、212的所在位置。

參閱圖7，並配合圖6，訊號發射器15’不斷產生一定頻率的發送訊號，長直導體標號分別為X1~X5及Y1~Y5，假設訊號發射器15’的中央150靠近導體標號(X3,Y3)時，未經訊號處理的偵測訊號可知靠近導體標號(X3,Y3)的訊號最強，經由類比數位轉換後，其數位訊號可獲知X軸掃描週期中最強的感應訊號為Vx及Y軸掃描週期中最強的感應訊號為Vy，因此，比較相鄰訊號(如：三組相鄰訊號)判斷最強者就可換算出發訊裝置1位於透明基板21的位置為(X3,Y3)，其他實施例中，相鄰訊號最多可取至七組作比較以得到更精確的定位。

配合圖3及圖8，發訊裝置1的另一實施例中，不同於圖6的是，本實施例的訊號發射器15”是裝設於筆尖16的上端162且距離筆尖16的末端161有一預定高度H，預定高度H之設計，係與一般利用檢測得到的波峰訊號取最高峰值當作定位依據有所不同，本實施例是利用訊號發射器15”遠離導體至預定高度H得到的一類似波谷形的感應訊號當作定位依據，主要是以該類似波谷形的兩波峰間的谷底判斷該發訊裝置1位於透明基板21的位置，此預定高度H可經由實驗得到，例如，預定高度H為該等長直導體層的預定寬度W的兩倍，或長直導體層的預定寬度W等於1/2 H，即可得到所需的波形；若降低預定高度H，則預定寬度W需隨之變細，依據歐姆定律，可將該等長直導體層的厚度加厚以避免阻抗增加；若是預定寬度W加寬，則預定高度H將會提高，可依據不同需求及特性進行設計。

參閱圖9，並配合圖8，訊號發射器15”不斷產生一定頻率的發送訊號，長直導體標號分別為X1~X5及Y1~Y5，假設訊號發射器15”的中央150靠近導體標號(X3,Y3)時，未經訊號處理的偵測訊號可知靠近導體標號X3的訊號與相鄰的導體標號X2,X4的訊號為弱，靠近導體標號Y3的訊號與相鄰的導體標號Y2,Y4的訊號為弱；經由高位元(如：16位元)類比數位轉換後，其數位訊號可獲知X軸掃描週期中兩波峰間的谷底的感應訊號為Vx’及Y軸掃描週期中兩波峰間的谷底的感應訊號為Vy’，因此就可換算出發訊裝置1位於透明基板21的位置為(X3,Y3)。

綜上所述，本發明電磁感應式輸入設備100之功效在於：接收裝置2具有非迴圈式的長直導體層，在該透明基板21上的兩正交方向分別間隔並排設置，該等長直導體層具有降低阻抗值的預定寬度W₁及W₂，可降低輸入電壓並可得到較大的感測訊號，加上配合發訊裝置1的特殊設計，讓電磁感應式輸入設備100得以有更廣泛的應用層面，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

[習知]

8．．．專用筆

81．．．電源

82．．．振盪電路

83．．．鐵粉芯

84．．．線圈

9．．．數位板

90．．．控制單元

91．．．選擇電路

X1~X25．．．感測線圈

[本創作]

100．．．電磁感應式輸入設備

1．．．發訊裝置

10．．．筆身

11．．．電源

12．．．振盪電路

13．．．調整機構

14．．．開關

15、15’、15”．．．訊號發射器

150．．．中央

16．．．筆尖

162．．．上端

161．．．末端

2、2’、2”．．．接收裝置

21．．．透明基板

211、212．．．長直導體層

23．．．控制裝置

231．．．選擇電路

232．．．訊號處理電路

24．．．控制單元

241．．．處理器

242．．．類比數位轉換器

31．．．X多工器

32．．．Y多工器

41．．．X解多工器

42．．．Y解多工器

H．．．預定高度

W₁、W₂．．．預定寬度

圖1是一示意圖，說明數位板輸入設備的專用筆；

圖2是一示意圖，說明數位板輸入設備的數位板；

圖3是一示意圖，說明本發明電磁感應式輸入設備的較佳實施例；

圖4是一示意圖，說明電磁感應式輸入設備的接收裝置的一實施例；

圖5是一示意圖，說明電磁感應式輸入設備的接收裝置的另一實施例；

圖6是一示意圖，說明電磁感應式輸入設備的發訊裝置的一實施例，訊號發射器是具有呈十字型的鐵磁性物質及螺旋圈繞導線；

圖7是一波形示意圖，說明如圖6的電磁感應式輸入設備產生的相關訊號；

圖8是一示意圖，說明電磁感應式輸入設備的發訊裝置的另一實施例，訊號發射器遠離導體至預定高度；及

圖9是一波形示意圖，說明如圖8的電磁感應式輸入設備產生的相關訊號。

100．．．電磁感應式輸入設備

1．．．發訊裝置

10．．．筆身

11．．．電源

12．．．振盪電路

13．．．調整機構

14．．．開關

15．．．訊號發射器

16．．．筆尖

162．．．上端

161．．．末端

2．．．接收裝置

21．．．透明基板

211、212．．．長直導體層

23．．．控制裝置

231．．．選擇電路

232．．．訊號處理電路

24．．．控制單元

241．．．處理器

242．．．類比數位轉換器

H．．．預定高度

W₁、W₂．．．預定寬度

Claims (5)

1. 一種電磁感應式輸入設備，包含：一發訊裝置，具有：一訊號發射器，具有繞制成線圈的螺旋導線及線圈纏繞的鐵磁性物質，且線圈形成有磁場；及一接收裝置，具有：一透明基板，及複數條非迴圈式的長直導體層，分別間隔並排設置於該透明基板上的兩正交方向，但各不互相連接導通，該等長直導體層為透明且具有降低阻抗值的預定寬度，及一控制裝置，電性連接並檢測該等長直導體，當該發訊裝置的磁場接近該透明基板上的該等長直導體的任一位置時，該控制裝置利用檢測得到的感應訊號判斷該發訊裝置位於該透明基板的位置。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之電磁感應式輸入設備，其中，該發訊裝置包括一筆身及一裝設於該筆身以一末端碰觸該透明基板的筆尖，該訊號發射器具有呈十字型的鐵磁性物質，且螺旋導線分別繞制在十字型的鐵磁性物質的四臂部上，於該發訊裝置接近該透明基板時，該控制裝置利用檢測得到的感應訊號的波峰判斷該發訊裝置位於該透明基板的位置。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之電磁感應式輸入設備，其中，該發訊裝置包括一筆身及一裝設於該筆身以一末端碰觸該透明基板的筆尖，該訊號發射器裝設於該筆尖的另一端且距離該筆尖末端一預定高度，該預定高度之設計係於該發訊裝置接近該透明基板時，該控制裝置利用檢測得到的一類似波谷形的感應訊號，以該類似波谷形的兩波峰間的谷底判斷該發訊裝置位於該透明基板的位置。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之電磁感應式輸入設備，其中，該訊號發射器裝設於該筆尖的另一端且距離該筆尖末端的預定高度為該預定寬度的兩倍。
5. 依據申請專利範圍第3或4項所述之電磁感應式輸入設備，其中，降低該預定高度時，該預定寬度亦隨之降低，並隨之加厚該等長直導體層的厚度。