TWI472960B - 電磁感應之輸入筆 - Google Patents

Description

電磁感應之輸入筆

本發明關於一種手寫輸入裝置，特別是關於手寫輸入裝置所使用的一種輸入筆。

手寫輸入裝置例如數位板(Tablet)、數位化器(Digitizer)、電子白板(White board)等的輸入方式包含有電磁感應式或薄膜電阻等，而電磁感應式在使用上主要是搭配一支專用的輸入筆。

美國專利公告號US5,565,632，題為”Pressure sensitive stylus pen”，發明人Ogawa揭露了一些習知技術的輸入筆結構，第一圖例示其中的一種。輸入筆10包含一外殼12，一鐵磁材料16(ferrite core)、一筆心14、一彈簧22、一磁性體18固定在筆心14的一端。鐵磁材料16表面繞有線圈20且中間部份具有穿孔供筆心14穿過。鐵磁材料16與外殼12固定，當筆心14接觸座標偵測表面，筆心14的筆尖壓迫座標偵測表面，筆心14沿者軸向內退縮，使得磁性體18與鐵磁材料16的距離di產生變化。線圈20與電容24構成一震盪電路，決定輸入筆所發射電磁波的頻率。磁性體18與鐵磁材料16的距離產生變化使得線圈20感應的電感量改變，電磁波的發射頻率跟著改變，藉由發射頻率可得知筆尖所受的壓力為何。

Ogawa認為習知技術的輸入筆在傾斜一角度使用時，壓力感測的準確度與靈敏度不佳，因此提出一種改善的輸入筆結構，如第二圖所示。Ogawa揭露的輸入筆10包含一外殼12、一鐵磁材料16、一彈性材料30、一磁性體18、一筆頭32。鐵磁材料16與外殼12固定於一固定架80且鐵磁材料16的表面繞有線圈20，透過導線26將線圈20感應的電感量儲存至電容24。當使用輸入筆10時，筆頭32壓迫座標偵測表面，使得鐵磁材料16與磁性體18之間的距離改變，使得線圈20感應的電感量改變，輸入筆所發射電磁波的頻率也跟著改變，藉由發射頻率可得知筆尖所受的壓力為何。

上述習知技術均具有缺點。關於第一圖的輸入筆，鐵磁材料16具有穿孔以供筆心14軸向移動，這使得鐵磁材料的直徑較大，因此輸入筆的直徑也大，無法達到輕薄短小的要求。關於第二圖的輸入筆，導線26在使用輸入筆時也會跟著移動，使得可靠度不佳；此外，線圈的起末點的定位缺乏依據，可能影響感測的準確度；再者，磁性體18、彈性材料30、鐵磁材料16之間依靠黏著材料固定，長久使用的可靠度不佳。

因此，亟需提供一種新的輸入筆結構，以克服上述缺失。

本發明的目的在於提供一種輸入筆，以克服習知輸入筆的缺失。

根據上述目的，本發明的實施例提供一輸入筆，作為一手寫輸入裝置的輸入裝置，輸入筆包含一筆頭，用於接觸一偵測表面，一可移動鐵磁材料，其一端相鄰筆頭，一固定鐵磁材料，一彈性材料設置於可移動鐵磁材料與固定鐵磁材料之間，一殼層物，包覆彈性材料、部分或全部的可移動鐵磁材料、部分或全部的固定鐵磁材料，且殼層物被一線圈包覆，線圈經由一導線連接一震盪電路，以及一外殼，包覆殼層物、震盪電路、部分筆頭，外殼與殼層物固定。

以下所述的本發明之較佳實施例以及其原理或特徵，其各種修正、變化、置換均為熟悉本領域技術人士所輕易知悉。因此，本發明的範圍不限於實施例所述者，而是根據本發明說明書所揭露之概念與特徵，所相容的最寬廣範圍。

以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地實施在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的了解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。

第三圖顯示根據本發明第一實施例的輸入筆。輸入筆40主要包含一外殼42、一殼層物(cladding)44、一筆頭46、一可移動鐵磁材料48、一彈性材料50、一固定鐵磁材料52。外殼42包覆殼層物44，並與殼層物44固定，固定鐵磁材料52再與殼層物44固定。殼層物44的形狀較佳為一中空圓柱，但不限定於此。殼層物44包覆彈性材料50、部分或全部的可移動鐵磁材料48、部分或全部的固定鐵磁材料52，在另一實施例中，殼層物44可包覆部分的筆頭46。彈性材料50設置於可移動鐵磁材料48與固定鐵磁材料52之間，且彈性材料50與固定鐵磁材料52以殼層物44的一間隔件64隔開，間隔件64介於殼層物的一突出件A端60與一突出件B端62之間。殼層物44的外圍包覆一線圈54，其包覆範圍由殼層物44上的突出件A端60與突出件B端62所界定，線圈54的包覆範圍包含彈性材料50、部分的可移動鐵磁材料48、部分的固定鐵磁材料52，彈性材料不可超出突出件A端60。在另一實施例中，突出件A端60與突出件B端62也可以是一溝槽A端與一溝槽B端，其功能與突出件A端60與突出件B端62相同，是作為線圈54的起使點與終點的定位協助；在另一實施例中，殼層物44的一端具有突出件(A或B端)，另一端具有溝槽。筆頭46與可移動鐵磁材料48固定，例如以黏膠固定。

另外，線圈54透過導線56連接至一電路板的一震盪電路(未圖示)，其功能與習知技術相同，不再贅述。當使用輸入筆40時，筆頭46壓迫座標偵測表面，使得固定鐵磁材料48與可移動鐵磁材料52之間的距離因為彈性材料50被壓縮而改變，線圈54感應的電感量改變，輸入筆所發射或共振電磁波的頻率也跟著改變，藉由發射或共振頻率可得知筆尖所受的壓力為何。

第四圖顯示根據本發明第二實施例的輸入筆。為求簡潔，與第三圖實施例相同的元件以相同符號表示，並僅說明與第三圖實施例的不同處，相同處不再贅述。本實施例於第三圖實施例的不同處在於，殼層物44的間隔件64被省略，且殼層物44具有一封閉端66，固定鐵磁材料52的一端緊鄰封閉端66。

第五圖顯示根據本發明第三實施例的輸入筆。本實施例於第四圖實施例的相同處在於，殼層物44的間隔件64被省略，且殼層物44具有一封閉端66，固定鐵磁材料52的一端緊鄰封閉端66；本實施例於第四圖實施例的不同處在於，封閉端66具有一調整物68，用於調整可移動鐵磁材料48與固定鐵磁材料52相對於線圈54之距離在容許的公差(tolerance)範圍內，在一較佳實施例中，該調整物為一螺絲。值得注意的是，在第四圖與第五圖的實施例中，殼層物44也可具有如第三圖實施例的間隔件64；另外，在第三圖的實施例中，殼層物44可不具有間隔件64。

在本發明的各實施例中，殼層物44的材質可為塑膠或金屬，材質考量的因素是厚度很薄且強度佳，在一實施例中，殼層物44的厚度較佳為0.1~1.0mm。金屬可包含良導體如金、銀、銅、鐵等或其合金，金屬也可以包含鐵磁材料，例如氧化磁鐵(ferrite)。良導體具有隔絕磁場的作用，鐵磁材料則可增強磁場，不同材料的殼層物可透過不同的震盪電路設計使得線圈的電感量維持在可接受範圍。另外，彈性材料50可為一般彈簧，如第六圖所示，或錐形彈簧，如第七圖所示，或盤形彈簧(Disc Spring)，盤形彈簧未施壓前如錐形彈簧，但可施壓成一平面；彈性材料50亦可為具彈性的高分子材料，例如橡膠。具彈性的高分子材料可具有不同形狀，如第八圖所示的一圓柱狀，或者，如第九圖所示的一圓柱狀且具有一突點，具有突點的橡膠可增加壓力感測的靈敏度，在一實施例中，輸入筆40的偵測靈敏度可達1公克重。

根據本發明實施例的輸入筆，線圈54並非如習知技術是固定在固定鐵磁材料52上，而是固定在殼層物44上。因為殼層物44與外殼42固定，所以當輸入筆40使用時，筆頭32壓迫可移動鐵磁材料48，可移動鐵磁材料48壓迫彈性材料50使得可移動鐵磁材料48與固定鐵磁材料52之間的距離改變，但導線56並不會跟者移動，因此，長期使用後導線56的可靠度仍佳。此外，突出件A端60與突出件B端62，或者溝槽結構，其功能是作為線圈54的起使點與終點的定位與固定，同時提高了線圈54環繞的加工便利性、壓力感測準確性、線圈的穩固性。此外，殼層物44亦可作為可移動鐵磁材料48、彈性材料30、固定鐵磁材料52、筆頭46等各元件的固定之用，甚至於，這些元件之間可不需要以黏膠，而僅依靠殼層物44固定。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其他未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

10．．．輸入筆

12．．．外殼

14．．．筆心

16．．．鐵磁材料

18．．．磁性體

20．．．線圈

22．．．彈簧

24．．．電容

26．．．導線

30．．．彈性材料

32．．．筆頭

34．．．固定架

di．．．距離

40．．．輸入筆

42．．．外殼

44．．．殼層物

46．．．筆頭

48．．．可移動鐵磁材料

50．．．彈性材料

52．．．固定鐵磁材料

54．．．線圈

56．．．導線

58．．．電路板

60．．．突出件A端

62．．．突出件B端

64．．．間隔件

66．．．封閉端

68．．．調整物

第一圖顯示一種習知技術的輸入筆；

第二圖顯示另一種習知技術的輸入筆；

第三圖顯示本發明第一實施例的輸入筆；

第四圖顯示本發明第二實施例的輸入筆；

第五圖顯示本發明第三實施例的輸入筆；

第六圖顯示本發明一實施例的彈性材料；

第七圖顯示本發明另一實施例的彈性材料；

第八圖顯示本發明另一實施例的彈性材料；以及

第九圖顯示本發明另一實施例的彈性材料。

40．．．輸入筆

42．．．外殼

44．．．殼層物

46．．．筆頭

48．．．可移動鐵磁材料

50．．．彈性材料

52．．．固定鐵磁材料

54．．．線圈

56．．．導線

58．．．電路板

60．．．突出件A端

62．．．突出件B端

64．．．間隔件

Claims (14)

1. 一輸入筆，作為一手寫輸入裝置的輸入裝置，該輸入筆包含：一筆頭，用於接觸一偵測表面；一可移動鐵磁材料，其一端相鄰該筆頭；一固定鐵磁材料；一彈性材料，設置於該可移動鐵磁材料與該固定鐵磁材料之間；一殼層物，包覆該彈性材料、部分或全部的該可移動鐵磁材料、部分或全部的該固定鐵磁材料，該殼層物被一線圈包覆，該線圈經由一導線連接一震盪電路，該線圈的包覆範圍由該殼層物上的一突出件A端與一突出件B端或由一溝槽A端與一溝槽B端所界定，該殼層物尚包含一間隔件，設置於該彈性材料與該固定鐵磁材料之間；以及一外殼，包覆該殼層物、該震盪電路、部分該筆頭，該外殼與該殼層物固定；藉此，該筆頭壓迫該偵測表面，使得該固定鐵磁材料與該可移動鐵磁材料之間的距離改變，該線圈感應的電感量改變，該輸入筆所發射或共振電磁波的頻率也跟者改變。
2. 如申請專利範圍第1項的輸入筆，其中該間隔件介於該突出件A端與該突出件B端之間，或介於該溝槽A端與該溝槽B端之間。
3. 如申請專利範圍第1項的輸入筆，其中該殼層物係一中空圓柱。
4. 如申請專利範圍第1項的輸入筆，其中該殼層物具有一封閉端，該固定鐵磁材料的一端相鄰該封閉端。
5. 如申請專利範圍第4項的輸入筆，其中該封閉端具有一調整物，用於調整該可移動鐵磁材料與該固定鐵磁材料相對於該線圈之距離在容許的公差範圍內。
6. 如申請專利範圍第5項的輸入筆，其中該調整物係一螺絲。
7. 如申請專利範圍第1項的輸入筆，其中該殼層物的材質係塑膠。
8. 如申請專利範圍第1項的輸入筆，其中該彈性材料係彈簧。
9. 如申請專利範圍第1項的輸入筆，其中該彈性材料係圓錐形彈簧。
10. 如申請專利範圍第1項的輸入筆，其中該彈性材料係盤形彈簧。
11. 如申請專利範圍第1項的輸入筆，其中該彈性材料係具彈性的高分子材料。
12. 如申請專利範圍第11項的輸入筆，其中該彈性材料係橡膠。
13. 如申請專利範圍第12項的輸入筆，其中該彈性材料的形狀為圓柱形。
14. 如申請專利範圍第13項的輸入筆，其中該彈性材料的形狀為圓柱形並具有一突點。