TWI518555B

TWI518555B - 電磁筆與其控制方法

Info

Publication number: TWI518555B
Application number: TW101145019A
Authority: TW
Inventors: 汪鴻利; 李志仁; 葉嘉瑞
Original assignee: 和冠股份有限公司
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2016-01-21
Also published as: TW201421300A; US9207784B2; US20140152627A1; JP2014110039A

Description

電磁筆與其控制方法

本發明是有關於一種具有筆尖壓力感應能力的電磁筆與其控制方法，特別是有關於一種利用書寫時所施加的力量，以驟然改變發射頻率之電磁筆及其控制方法。

電磁式輸入技術的運作原理主要是以具有複數沿軸向分布的感應天線迴路或天線的電路板，搭配一可發出電磁訊號的電磁筆以進行輸入動作。因此電磁式輸入裝置的感應平面係由天線或感應線圈構成。而天線或感應線圈係佈局在輸入裝置的工作表面下或顯示螢幕之後。電磁筆進行操作時，電磁筆的座標位置係藉由電磁筆內振盪電路與天線或感應線圈之間傳送的電磁波經訊號處理與計算而獲得。

應用電磁式輸入技術的輸入裝置包含智慧型行動通訊裝置（Smart Phone）、數位板（Digitizertablets）或電子書（E-book/Green book），須搭配使用電磁筆或數位筆（stylus）以進行輸入操作。

電磁筆的振盪電路通常包含由電感、電容及相關元件所組成並置於筆殼之內。電感包含由鐵粉心（ferrite core）搭配纏繞的金屬線圈所構成與電容等相關元件形成振盪電路以與輸入裝置之天線迴路或感應線圈之間傳送與接收電磁波訊號。振盪電路將依並聯的金屬線圈的電感值及電路上連接的電容值，以決定此電路的振盪頻率，當使用者以電磁筆於輸入裝置上作書寫時，電磁筆內的筆尖會使電容值或電感值連續性地變化，並進而使振盪電路的頻率也伴隨著發生連續性地變化，輸入裝置則可藉由內部電路，去偵測並計算出所收到的電磁訊號的頻率，以求得電磁筆尖的壓力階度。

例如，美國專利US 5206785其主要設計原理是使當筆尖受壓時，電容值可發生連續性地變化，而另一美國專利US5565632則是筆尖受壓迫時，可使電感值發生連續性地變化。電磁筆的設計者通常可依據使用上的需求來決定電磁筆振盪電路的電容或電感何者為可變或可調整，以及決定電容值或電感值變化的範圍大小。

前述的二種作法，在實務上都有個主要的缺點，即是當使用者只輕輕地壓電磁筆的筆尖時，不論是採用改變電感值或著採用改變電容值的設計架構，由於都屬於連續性變化的模式，所以，當外力施加較小時，其實並無法帶動內部筆心結構有所移位以使頻率變化，即使勉強變化了，其頻率值的變化量也極為微小，因此輸入裝置無法或不易去精確地偵知筆尖被壓下了，也就因而無法讓使用者只輕觸筆尖就能讓電磁筆開始書寫。

而美國專利申請案US 2011/0175854（TW M385746）則雖然提另一種不同的以筆心去觸發開微型開關的設計結構，不過此筆卻由於缺乏一個隨筆尖的行程而變化的可變電感或可變電容的結構，因此，並無法使電磁筆內部的振盪電路也伴隨著筆尖的行程發生連續性地頻率變化，也就是說，採用此設計架構的電磁筆，並未具有筆尖壓力感應階度的功能。

本發明著眼於上述三種設計的缺點，則提出一種新型的電磁筆及其控制方法，使用者以此新型電磁筆搭配輸入裝置書寫使用時，電磁筆的筆尖即可藉由所承受到的微小力量去驟然改變振盪電路所並聯的電容值，以進而在兼顧電磁筆的筆尖壓力感應能力的前提之下，使書寫時的電磁筆所發送的訊號的頻率於筆尖受壓迫的初期即發生不連續性地變化，及其控制方法。

本發明的目的為提出一種具有筆尖壓力感應能力的電磁筆與其控制方法，利用電磁筆書寫時施加的力量驟然改變電磁筆的發射頻率，以達成輕觸筆尖即可使電磁筆書寫的功能，同能能保有筆尖的壓力感應能力。

根據上述的目的，本發明揭露一種電磁筆控制方法，此方法包含以下步驟。首先提供一電磁筆與一輸入裝置。電磁筆包含一筆芯及一振盪電路。振盪電路具有複數個導體接點與一導體元件，筆芯受壓可使導體元件與導體接點接觸以增加振盪電路之一電容值。將電磁筆置於輸入裝置上對該筆芯之一筆尖施力使導體元件與導體接點接觸以增加振盪電路之電容值並使電磁筆所發送的訊號的頻率於筆尖受壓迫的初期即發生不連續性地變化，以便輸入裝置能藉由偵測此不連續的改變，以達成輕觸筆尖即可使電磁筆書寫的功能，同時，輔以動態調整筆尖壓感輕重的程序，以保有筆尖的壓力感應能力。

本發明同時揭露一種電磁筆，此電磁筆包含一筆芯與一振盪電路。筆芯包含一筆尖，而振盪電路具有複數個導體接點與一導體元件。筆尖受壓可使導體元件與導體接點接觸以增加振盪電路之電容值並使振盪電路之頻率下降。

本發明同時揭露一種電磁筆發射頻率變化模式判斷方法，該方法包含以下步驟。首先偵測一電磁筆的一頻率值f_n。接著判斷頻率值f_n是否小於電磁筆筆尖啟動筆跡出現的一頻率門檻值f_ON。然後判斷頻率值f_n是否小於電磁筆之第一側按鍵被按下之頻率上限值f_UB。最後判斷頻率值f_n是否小於電磁筆之第二側按鍵被按下之頻率下限值f_LB。

本發明另外揭露一種動態調整電磁筆筆尖壓力階度值的方法，該方法包含以下步驟。首先比較掃描所得之電磁筆之頻率值f_n與電磁筆之最輕壓力階度頻率值f₁。接著判斷頻率值f_n是否大於最輕壓力階度頻率值f₁。然後，判斷頻率值f_n是否大於電磁筆之最大壓力階度頻率值f₂。若頻率值f_n大於最大壓力階度頻率值f₂，則f_n就成為一新的最大壓力階度頻率值，亦即新的最大壓力階度頻率值f₂= f_n。同理，若頻率值f_n小於最輕壓力階度頻率值f₁，則f_n就成為一新的最輕壓力階度頻率值f₁。最後，根據新的最大壓力階度頻率值f₂及最輕壓力階度頻率值f₁計算出該電磁筆之筆尖的壓力階度值。

本發明的一些實施例將詳細描述如下。然而，除了如下描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行，且本發明的範圍並不受實施例之限定，其以之後的專利範圍為準。再者為提供更清楚的描述及更易理解本發明，圖式內各部分並沒有依照其相對尺寸繪圖，某些尺寸與其他相關尺度相比已經被誇張；不相關之細節部分也未完全繪出，以求圖式的簡潔。

第一圖顯示應用本發明一實施例之電磁筆。如第一圖所示，電磁筆100在外觀上包含按鍵102、筆殼組件104a與104b及筆尖106。

第二圖為第一圖所示之電磁筆的剖面圖。第一圖與第二圖所示之電磁筆僅為應用本發明一實施例之一範例，並非限制。本發明之實施例可應用於其他任何適當的電磁筆。

第二圖所示之電磁筆100包含按鍵102、筆殼組件104a與104b、筆芯106、鐵心（ferrite core）108及110、緩衝件109、彈性體112、接觸件（touch pin）114、導體元件116及電路板118。其中筆殼組件104a與104b容納筆芯106、鐵心108及110、彈性體112、接觸件114以及電路板118。鐵心108表面具有纏繞線圈。鐵心108與表面纏繞線圈及鐵心110構成一可變電感。導體元件116包含一圓錐形彈簧或一導電橡膠。

在此實施例中，鐵心108為中空，筆芯106穿過鐵心108，使筆芯106可在鐵心108之內滑動，而鐵心110則具有一凹槽以容納筆芯106的一端。當筆芯106於鐵心108內進行軸向移動時，筆芯106設置於鐵心108凹槽內的一端可推動鐵心110，使鐵心110與鐵心108及纏繞線圈產生相對位移。彈性體112位於鐵心108與接觸件114之間。當鐵心110被筆芯106推動而與鐵心108及纏繞線圈產生相對位移時，彈性體112將受擠壓並推動接觸件114，接觸件114則推擠導體元件116。

電路板118係固定於筆殼組件104a與104b內。電路板118朝向筆尖方向的一端上具有導體接點，而電路板118係藉由接觸件114推動導體元件116使電路板118之導體接點導通，此部分的詳細內容將於以下描述。按鍵102則由筆殼組件104a內向外設置，以作為電路板118上電路的開關。

在此實施例中，電路板118包含一印刷電路板（printed circuit board），印刷電路板上具有振盪電路及控制元件等，使電磁筆能發射電磁訊號至電磁輸入裝置，或接收電磁輸入裝置之天線或感應線圈發出的電磁訊號。電磁輸入裝置包含智慧型行動通訊裝置、數位板或電子書等。

第二A圖顯示導體元件與電路板之導體接點構成的開關之示意圖。導體元件116以圓錐形彈簧為例，當接觸件114因位移而壓迫圓錐形彈簧時，將使圓錐形彈簧中央接觸到電路板118一側之導體接點119，因而使電路板118上之部份元件迴路導通，造成電磁筆之電容電感振盪電路電性的改變（例如LC振盪頻率），此部分的詳細內容將於以下描述。第二A圖中所示圓錐形彈簧與電路板118為完全分離僅是為了便於了解起見。實際上當接觸件114並未壓迫圓錐形彈簧時，圓錐形彈簧係設置為與電路板118之導體接點接觸，僅有圓錐形彈簧中央與中央導體接點119為分離。

第二B圖顯示應用本發明一實施例之電磁筆之電容電感振盪電路。其中CL1與CL2分別為電容電感振盪電路之電感的二端，電容VC1、電容C1、電容TC1及電容J1則由導體接點SL1、SL2與SL3是否導通決定是否加入與電容MC1-MC7與電容M1-M6並聯。參考第二A圖，導體接點SL2相當於導體接點119。當圓錐形彈簧中央接觸到中央導體接點119時，相當於導體接點SL2與導體接點SL1及SL3導通，使得電容VC1、電容C1、電容TC1及電容J1加入與電容MC1-MC7與電容M1-M6並聯。根據方程式

當電容增加時，頻率將下降，其中f為頻率，L為電感值，而C為電容值。

第二B圖中所示之開關SW1相當於第二圖中由按鍵102控制電路板118上之開關，以控制電容SC1、SC2與JS1是否加入與電容MC1-MC7與電容M1-M6並聯，以改變電磁筆振盪電路之發射頻率，可用於執行電磁筆的功能，例如滑鼠左右鍵的切換、書寫功能的切換或與擦拭(橡皮擦)功能的切換。

第三圖為應用本發明一實施例之電容電感振盪電路的等效電路。第三圖之等效電路與第二B圖所示之電容電感振盪電路並不完全相同，但均為可用於說明本案特徵之實施例。其中電感L為振盪電路之等效電感。電容C₁為振盪電路之等效電容，電容C_tip為振盪電路中由開關S控制之電容。在本發明之一實施例中，結合第二A圖所示之實施例，當由導體元件116與電路板導體接點119構成的開關S使電容C_tip加入振盪電路與電容C並聯時，電容C_tip與電容C並聯將使振盪電路之等效電容增加，造成振盪電路之頻率的突然下降。結合第二圖所示之實施例，因此當導體元件116受接觸件114推動使電路板118之導體接點導通時，改變電磁筆之振盪電路之發射頻率由原本的逐漸變化轉為將驟然下降，此驟然下降的頻率變化可用做為通知輸入裝置電磁筆開啟書寫功能的訊號，但不限於此。

第四A圖與第四B圖分別顯示本發明二種實施例之電磁筆振盪電路之發射頻率出現驟然變化的不連續的模式。第四A圖中所示電磁筆振盪電路之發射頻率變化模式為當電磁筆筆尖或筆芯接觸受壓時，振盪電路之電感值係逐漸減小，因此振盪電路之發射頻率係逐漸增加。如第四A圖所示，當電磁筆筆尖或筆芯接觸受壓時，由於電磁筆內可變電感改變，電感變小使得電磁筆頻率逐漸增加，而當電磁筆筆尖持續受壓使得例如第二A圖中導體元件116受接觸件114推動使電路板118之導體接點導通，此時例如第二B圖與第三圖所示的實施例，當筆尖持續接觸受壓造成導體接點SL1、SL2與SL3導通，使得電容VC1、電容C1、電容TC1及電容J1加入與電容MC1-MC7與電容M1-M6並聯，或開關S使電容C_tip加入振盪電路與電容C並聯時，振盪電路之發射頻率將驟然且不連續地下降。當電磁筆的頻率低於筆尖啟動(Tip ON)筆跡出現的頻率門檻值f_ON時，電磁筆的畫線功能即被開啟。當電磁筆振盪電路之頻率達最輕筆尖壓力或最輕壓力階度頻率值f₁時，即相當於電磁筆畫出最細線條軌跡的狀態。當電磁筆筆尖持續受壓，電磁筆內可變電感會繼續持續地改變，電感持續變小使得電磁筆頻率逐漸增加，此時電磁筆所畫出的線條軌跡寬度亦會隨電磁筆頻率增加，直到電磁筆頻率達到最大壓力階度頻率值f₂。必須強調的是電磁筆之筆尖壓力階度為動態調整，在本發明之一實施例中，電磁筆之筆尖壓力階度動態調整範圍為f_ON與電磁筆側按鍵頻率上限值f_UB之間。電磁筆側按鍵頻率上限值f_UB與電磁筆側按鍵頻率下限值f_LB則取決電磁筆電路設計。

第四B圖中所示電磁筆振盪電路之發射頻率變化模式為當電磁筆筆尖接觸受壓時，振盪電路之電感值係逐漸增加，因此振盪電路之發射頻率係逐漸下降。如第四B圖所示，當電磁筆筆尖或筆芯接觸受壓時，由於電磁筆內可變電感改變，電感值變大使得電磁筆頻率逐漸下降，而當電磁筆筆尖持續受壓使得例如第二A圖中導體元件116受接觸件114推動使電路板118之導體接點導通，此時例如參考第二B圖與第三圖所示的實施例，當筆尖持續接觸受壓造成導體接點SL1、SL2與SL3導通，使得電容VC1、電容C1、電容TC1及電容J1加入與電容MC1-MC7與電容M1-M6並聯，或開關S使電容C_tip加入振盪電路與電容C並聯時，振盪電路之發射頻率亦將驟然且不連續地下降。當電磁筆的頻率低於筆尖啟動筆跡出現的頻率門檻值f_ON時，電磁筆的畫線功能即被開啟。當電磁筆振盪電路之頻率達最輕筆尖壓力或最輕壓力階度頻率值f₁時，即是對應到電磁筆畫出最細線條軌跡的狀態。當電磁筆筆尖持續受壓，電磁筆內可變電感持續改變，電感持續變小大使得電磁筆頻率逐漸下降，此時電磁筆所畫出線條軌跡的寬度亦隨電磁筆頻率增的下降而變大，直到電磁筆頻率達到最大壓力階度頻率值f₂。在此實施例中，電磁筆之筆尖壓力階度為動態調整，電磁筆之筆尖壓力階度動態調整範圍為f_ON與電磁筆側按鍵頻率上限值f_UB之間。

筆尖受壓造成振盪電路電感值減少或下降取決於電磁筆鐵心與纏繞線圈的相對配置及內部結構而定。值得注意的是，本發明的實施例並非強調電磁筆的構造，因此本發明實施例可依需求應用在各種電磁筆構造以執行電磁筆的各種功能。使用何種電磁筆構造以執行本發明實施例的功能可視需求而定。

第五A圖與第五B圖分別顯示本發明實施例之電磁筆發射頻率變化模式判斷方法及動態調整電磁筆筆尖壓感輕重的方法。如第五A圖所示，首先步驟502偵測電磁筆的頻率f_n。接著步驟504判斷所測得的頻率f_n是否小於筆尖啟動(TipON)筆跡出現的頻率門檻值f_ON。若f_n並未小於f_ON，步驟506決定電磁筆處於任何按鍵均未被壓下的狀態。若所測得的頻率f_n小於筆尖啟動的頻率門檻值f_ON，則步驟508接著判斷所測得的頻率f_n是否小於電磁筆側按鍵上限值f_UB。若所測得的頻率f_n並未小於電磁筆側按鍵上限值f_UB，則於步驟510中決定電磁筆處於筆尖被壓下的狀態，並可進行步驟512之動態調整電磁筆筆尖壓感輕重的程序。若所測得的頻率f_n小於電磁筆側按鍵上限值f_UB，則於步驟514接著判斷所測得的頻率f_n是否小於電磁筆側按鍵下限值f_LB。若所測得的頻率f_n並未小於電磁筆側按鍵下限值f_LB，則於步驟516中決定電磁筆處於側邊第一顆按鍵被壓下的狀態。若所測得的頻率f_n小於電磁筆側按鍵下限值f_LB，則於步驟518中決定電磁筆處於側邊第二顆按鍵被壓下的狀態。

第五B圖顯示對應本發明的第四A圖實施例之動態調整電磁筆筆尖壓感輕重或筆尖壓力階度值的方法。如第五B圖所示，首先步驟519比較本次掃描所得到頻率值f_n與最輕筆尖壓力或最輕壓力階度頻率值f₁。接著步驟520判斷本次掃描所得到頻率值f_n是否大於最輕筆尖壓力或最輕壓力階度頻率值f₁。若本次掃描所得到頻率值f_n並未大於最輕筆尖頻率值f₁，則步驟522更新電磁筆畫出最細軌跡線時所對應的頻率值f₁, 即新的f₁=f_n。然後步驟524根據更新後f₁,及先前f₂的值計算出此次電磁筆尖的壓力階度值。若本次掃描所得到頻率值f_n大於最輕筆尖頻率值f₁，則步驟526判斷本次掃描所得到頻率值f_n是否大於最大壓力階度頻率值f₂。若本次掃描所得到頻率值f_n並未大於最大壓力階度頻率值f₂，則步驟528決定f₁與f₂無需更新。步驟530根據f₁,與f₂的值計算出電磁筆尖的壓力階度值。若本次掃描所得到頻率值f_n大於最大壓力階度頻率值f₂，則步驟532更新電磁筆畫出最粗軌跡線時所對應的頻率值f₂，即新的f₂=f_n。步驟534根據更新後的f₂及先前f₁的值計算出此次電磁筆尖的壓力階度值。

第六圖顯示本發明一實施例之電磁筆頻率與筆尖壓力階度關係之示意圖。如第六圖所示，f₁為最輕壓力階度的頻率(動態更新)，f_n為本次掃描所得頻率值，f₂為最大壓力階度的頻率(動態更新)。f₁對應的筆尖壓力階度為1，而f_n對應本次掃描所對應的筆尖壓力階度，f₂則對應的筆尖壓力階度為最大值(例如4096階)。例如若本次掃描當時的f₁= 461538Hz，f₂= 470588Hz，而筆尖具有壓感階度最大規格值為4095階(包含0階)，即筆尖壓感共具有4096階，則本次掃描所對應的筆尖壓力階度為4095X[(f_n– 461538) /(470588-461538) ]。

本發明提出的新型的電磁筆及其控制方法可令使用者以此新型電磁筆搭配輸入裝置書寫使用時，藉由電磁筆的筆尖所承受到的微小力量改變振盪電路所並聯的電容值以驟然改變電磁筆的頻率，進而在兼顧電磁筆的筆尖壓力感應階度的前提之下，使書寫時的電磁筆所發送的訊號的頻率於筆尖受壓迫的初期即發生不連續性地變化，以控制開啟電磁筆書寫功能。

上述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟悉此技藝之人士能了解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即凡其他未脫離本發明所揭示精神所完成之各種等效改變或修飾都涵蓋在本發明所揭露的範圍內，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100．．．電磁筆

102．．．按鍵

104a．．．筆殼組件

104b．．．筆殼組件

106．．．筆芯

108．．．鐵心

109．．．緩衝件

110．．．鐵心

112‧‧‧彈性體

114‧‧‧接觸件

116‧‧‧彈性導體元件

118‧‧‧電路板

119‧‧‧導體接點

502-518‧‧‧電磁筆發射頻率變化模式判斷方法步驟

519-534‧‧‧動態調整電磁筆筆尖壓感輕重或筆尖壓力階度值的方法步驟

第一圖顯示應用本發明一實施例之電磁筆。第二圖為第一圖所示之電磁筆的剖面圖。第二A圖顯示導體元件與電路板之導體接點構成的開關之示意圖。第二B圖顯示應用本發明一實施例之電磁筆之電容電感振盪電路。第三圖為應用本發明一實施例之電容電感振盪電路的等效電路。第四A圖與第四B圖分別顯示本發明二種實施例之電磁筆振盪電路之發射頻率變化模式。第五A圖顯示本發明實施例之電磁筆發射頻率變化模式判斷方法。第五B圖顯示本發明實施例之動態調整電磁筆筆尖壓感輕重或筆尖壓力階度值的方法。第六圖顯示本發明一實施例之電磁筆頻率與筆尖壓力階度關係之示意圖。

無

Claims

一種電磁筆控制方法，該方法包含：提供一電磁筆與一輸入裝置，該電磁筆包含一筆芯；及一振盪電路，該振盪電路具有複數個導體接點與一導體元件，該筆芯受壓可使該導體元件與該導體接點接觸以增加該振盪電路之一電容值；及將該電磁筆置於該輸入裝置上對該筆芯之一筆尖施力使該導體元件與該導體接點接觸以增加該振盪電路之一電容值並使該電磁筆所發送的訊號的頻率於該筆尖受壓迫的初期即發生不連續性地變化；其中當該振盪電路之該頻率發生不連續性地變化時，該輸入裝置與該電磁筆即開啟一書寫功能。
如請求項1所述之方法，其中當對該筆尖繼續施力時，該振盪電路之一電感值上升。
如請求項1所述之方法，其中當對該筆尖繼續施力時，該振盪電路之一電感值下降。
如請求項1所述之方法，其中該導體元件包含一圓錐形彈簧或一導電橡膠。
如請求項1所述之方法，其中該輸入裝置包含智慧型行動通訊裝置、數位板或電子書。
一種搭配於一電磁輸入裝置使用的電磁筆，該電磁筆包含：一筆芯，該筆芯包含一筆尖；及一振盪電路，該振盪電路具有複數個導體接點與一導體元件，該筆尖受壓可使該導體元件與該導體接點接觸以增加該振盪電路之一電容值並使該振盪電路所發送的訊號的頻率於該筆尖受壓迫的初期即發生不連續性地變化；其中當該振盪電路之該頻率發生不連續性地變化時，該電磁輸入裝置與該電磁筆即開啟一書寫功能。
如請求項6所述之電磁筆，其中該導體元件與該導體接點接觸使一電容加入並聯以增加該振盪電路之該電容值。
如請求項6所述之電磁筆，其中該筆尖受壓時，該振盪電路之一電感值上升。
如請求項6所述之電磁筆，該筆尖受壓時，該振盪電路之一電感值下降。
如請求項6所述之電磁筆，其中當該振盪電路之該頻率下降時，該輸入裝置與該電磁筆開啟一書寫功能。
如請求項6所述之電磁筆，其中該導體元件包含一圓錐形彈簧或一導電橡膠。
如請求項6所述之電磁筆，其中該輸入裝置包含智慧型行動通訊裝置、數位板或電子書。