TWI510977B - 輸入系統與電磁充電方法 - Google Patents

Description

輸入系統與電磁充電方法

本揭露係關於一種輸入系統與一種電磁充電方法，特別是一種使用免電池無線指示裝置的輸入系統與電磁充電方法。

目前市面上很多用作為輸入系統的數位板都係搭配無線指示裝置使用，例如無線的觸控筆(stylus pen)、無線滑鼠。目前無線指示裝置工作所需的電源主要使用二種方式取得供電：一種係利用一次性電池供電，另一種則是使用電磁共振的方式來取得供電。若採用一次性電池供電的方式，無線指示裝置必須頻繁的更換電池，對使用者來說極不方便也不環保。因此採用電磁共振方式係目前最為適當的供電方式。

但是目前無線指示裝置與數位板的電磁共振供電相關技術中，數位板都必須發射較大的磁場，再由無線指標元件來接收，當無線指標元件累積到一定能量後再轉發射給數位板接收，此種方式具有數位板耗電量高，電路設計複雜、成本高及電磁場輻射較高等問題。

因此如何降低數位板的耗電量、簡化電路上的設計、減少成本價格及改善數位板邊緣電磁場不足的問題，乃為目前業界亟思解決的問題。

有鑑於以上的問題，本揭露提出一種輸入系統與一種可應用於此輸入系統的電磁充電方法，藉由指示裝置所發出的信號，來調整感應裝置中充電線圈的圈數，藉以調整所發出的充電電磁波的強弱。如此，可以依據指示裝置的需求來調整充電的效率，使指示裝置可以無需額外連接電源裝置。

依據本揭露的一種輸入系統，包含感應裝置。此感應裝置包含充電模組以及處理模組。處理模組電性連接於充電模組。充電模組具有M個充電線圈，其中M個充電線圈之中心的水平位置相同。處理模組用以依據一個指示信號，以一個驅動信號致能M個充電線圈中N個充電線圈以發射一個充電電磁波，其中M為大於1的正整數，N為不大於M的正整數。

依據本揭露的一種電磁充電方法，包含致能位置相同的N個充電線圈以對指示裝置充電。並且，藉由指示裝置發射指示信號。並且，依據指示信號調整N個被致能的充電線圈之數量與位置，其中N為大於零的整數。

综上所述，藉由本揭露的輸入系統與可應用於此 輸入系統的電磁充電方法，感應裝置可以依據指示裝置所發出的指示信號，來決定是否提供較強或較弱的充電電磁波給指示裝置，從而使輸入系統的電能使用效率提高。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

1‧‧‧輸入系統

11‧‧‧感應裝置

111‧‧‧充電模組

111a‧‧‧第一充電線圈

111b‧‧‧第二充電線圈

111c‧‧‧第三充電線圈

113‧‧‧接收模組

115‧‧‧處理模組

117a~b‧‧‧多工器

13‧‧‧指示裝置

131‧‧‧信號發射模組

133‧‧‧電能感應模組

Ss‧‧‧指示信號

Sf‧‧‧充電電磁波

S410~S460‧‧‧步驟

第1圖係依據本揭露一實施例的輸入系統的裝置示意圖。

第2圖係依據本揭露一實施例的輸入系統功能方塊圖。

第3圖係依據本揭露一實施例的感應裝置側視剖面示意圖。

第4圖係依據本揭露一實施例的充電方法流程示意圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。本說明書中的M為大於1的正整數、N為不大於M的正整數。

請參照第1圖，其係依據本揭露一實施例的輸入 系統的裝置示意圖。如第1圖所示，輸入系統1包含一個感應裝置11以及一個指示裝置13。指示裝置13可以僅通過無線電性連接於感應裝置11。接著，請參照第2圖，其係依據本揭露一實施例的輸入系統功能方塊圖。如第2圖所示，輸入系統1中的感應裝置11包含充電模組111、接收模組113以及處理模組115。處理模組115分別電性連接於充電模組111與接收模組113。另一方面，輸入系統1中的指示裝置13包含互相電性連接的信號發射模組131以及電能感應模組133。並且，感應裝置11以及指示裝置13係透過無線電傳遞信號及能量。

充電模組111中具有M個充電線圈，M個充電線圈中每個充電線圈之中心的水平位置均相同。請參照第3圖，其係依據本揭露一實施例的感應裝置側視剖面示意圖。如第3圖所示，感應裝置11中有第一充電線圈111a、第二充電線圈111b以及第三充電線圈111c。第一充電線圈111a位於第二充電線圈111b之上，而第二充電線圈111b位於第三充電線圈之上。雖然如圖示三個充電線圈111a至111c的大小相等，但是實際上也可以不等。此外，於本實施例中雖以三個充電線圈舉例，然而所屬領域具有通常知識者可以依據實際需要而調整線圈的數量，可以是兩個、四個或更多，本揭露不以此實施例為限。更甚者，於另一實施例中，多個充電線圈可以同心圓的方式被設置，舉例來說，第一個充電線圈可 以位於最內側，第二個充電線圈環繞第一個充電線圈，而第三個充電線圈環繞第二個充電線圈。

接收模組113用以接收指示信號。如第2圖所示，指示裝置13會發出指示信號Ss，而接收模組用來接收指示信號Ss。在一實施例中，指示裝置13是電磁式觸控筆(electro-magnetic stylus)，則指示信號Ss是以電磁場變化的方式呈現，此時，接收模組113可以包含多個接收線圈，用來感應電磁場變化。依據本揭露的精神，所屬領域具有通常知識者可以根據指示裝置來搭配使用適當的接收模組，本揭露不以上揭實施例為限。

處理模組115用以依據接收模組113所接收的指示信號Ss，以一個驅動信號致能M個充電線圈中的N個充電線圈以發射一個充電電磁波。以第3圖為例，M等於3，且第一充電線圈111a與第二充電線圈111b之間有一個多工器117a，此多工器117a用來把第一充電線圈111a直接連接到處理模組115中的驅動電路，或是把第一充電線圈111a與第二充電線圈111b相連。同時，第二充電線圈111b與第三充電線圈111c之間有一個多工器117b，此多工器117b用來把第二充電線圈111b直接連接到處理模組115中的驅動電路，或是把第二充電線圈111b與第三充電線圈111c相連。依據本揭露的精神，處理模組115可以是特殊應用積體電路(application-specific integrated circuit,ASIC)、進階精簡指令集 機器(advanced RISC machine,ARM)、中央處理單元(central processing unit,CPU)、單晶片控制器或其他適於執行運算及控制指令的設備，本揭露在此不加以限制。

藉此，當處理模組115決定以驅動信號致能一個充電線圈時，處理模組115可以控制多工器117a，使第一充電線圈111a電性連接至處理模組115。在這種狀況下，當處理模組115發出驅動信號時，第二充電線圈111b與第三充電線圈111c不被驅動信號所致能，因此僅有第一充電線圈111a被致能而發出充電電磁波Sf。

當處理模組115決定以驅動信號致能兩個充電線圈時，處理模組115可以控制多工器117a與多工器117b，使第一充電線圈111a電性連接至第二充電線圈111b，而使第二充電線圈111b電性連接至處理模組115。在這種狀況下，當處理模組115發出驅動信號時，第三充電線圈111c不被驅動信號所致能，因此僅有第一充電線圈111a與第二充電線圈111b被致能而發出充電電磁波Sf。

當處理模組115決定以驅動信號致能三個充電線圈時，處理模組115可以控制多工器117a與多工器117b，使第一充電線圈111a電性連接至第二充電線圈111b，而使第二充電線圈111b電性連接至第三充電線圈111c。在這種狀況下，當處理模組115發出驅動信號時，充電線圈111a至111c都被致能而發出充電電磁波Sf。

由上述舉例，處理模組115可以控制被致能的充電線圈的數量，因此，處理模組115可以依據需求來控制所發出的充電電磁波Sf的強度，藉以提升或減少對指示裝置13充電的效率。

指示裝置13中的信號發射模組131係用以發射前述指示信號Ss。如前述一個實施例所述，若指示裝置13是電磁式觸控筆，則指示信號Ss是以電磁場變化的方式呈現，換句話說，此時信號發射模組131可以是一個線圈，用來在被致能的時候發出特定頻率範圍的電磁波。於一實施例中，指示信號Ss可以只是單純的電磁波，而感應裝置11偵測所接收到的電磁波來決定指示裝置13的位置。於另一實施例中，指示信號Ss可以是以特定頻率電磁波所傳送的信號，包含位置信號及充電狀態信號。指示信號Ss可以是調頻信號(frequency modulated signal,FM)、調幅信號(amplitude modulated signal,AM)或其他適於傳送訊息的特定調變電磁信號，本揭露不以此為限。

指示裝置13中的電能感應模組133與前述信號發射模組131電性連接，電能感應模組133是用來轉換充電電磁波Sf以產生電能致能信號發射模組131，因此，電能感應模組133中至少具有一個感應線圈。於一實施例中，電能感應模組133更具有整流電路以對感應線圈因為感應充電電磁波Sf所轉換得到的交流電動勢進行整流。

關於處理模組115如何決定要致能幾個充電線圈的方法，詳述如下。於本揭露一個實施例中，處理模組115依據接收模組113所接收到的指示信號Ss的強度來決定增加或減少被致能的充電線圈的數量。舉例來說，處理模組115中設有一個第一預設值以及一個第二預設值，其中第一預設值小於第二預設值。

於一實施例中，處理模組115可以包含一比較器，用以決定所接收到的指示信號Ss的強度是否高於第一預設值並低於第二預設值。若所接收到的指示信號Ss的強度低於第一預設值，則處理模組115判斷指示裝置13並未獲得足夠的電能，也就是說當前以充電線圈發射的充電電磁波Sf的強度不夠。此時處理模組115會選擇致能更多的充電線圈。舉例來說，如果當前只有第一充電線圈111a，則處理模組115會選擇要額外致能第二充電線圈111b，因此，會控制多工器117a以及多工器117b，使第一充電線圈111a電性連接至第二充電線圈111b，並使第二充電線圈111b不與第三充電線圈111c電性連接，而是與處理模組115電性連接。藉此，處理模組115等於以驅動信號額外致能了一個充電線圈，而藉由第一充電線圈111a與第二充電線圈111b所發出的充電電磁波Sf會大於僅由第一充電線圈111a所發出的充電電磁波Sf，從而使指示裝置13能獲得更多的電能。

反之，若所接收到的指示信號Ss的強度高於第 二預設值，則處理模組115判斷指示裝置13未獲得過多的電能，也就是說當前以充電線圈發射的充電電磁波Sf的強度過大，會造成電能的浪費。此時處理模組115會選擇解除致能部份的充電線圈。舉例來說，如果當前第一充電線圈111a至第三充電線圈111c都連接在一起而被驅動信號致能了，則處理模組115會選擇要解除致能第三充電線圈111c，因此，會控制多工器117a以及多工器117b，使第一充電線圈電性111a連接至第二充電線圈111b，並使第二充電線圈111b不與第三充電線圈111c電性連接，而是與處理模組115電性連接。藉此，處理模組115等於解除致能了第三充電線圈111c，而藉由第一充電線圈111a與第二充電線圈111b所發出的充電電磁波Sf會小於由第一充電線圈111a至第三充電線圈111c同時被致能所發出的充電電磁波Sf，從而使指示裝置13能獲得較少的電能，以減少不必要的電能消耗。

於另一個實施例中，當指示裝置13所送出的指示信號Ss是包含有用來代表指示裝置13是否獲得足夠電能的充電狀態信號時，處理模組115可以包含一個邏輯運算單元，處理模組115中的邏輯運算單元會直接依據充電狀態信號去判讀指示裝置13是否獲得足夠電能。如果充電狀態信號中的資訊代表指示裝置13並未獲得足夠的電能，則處理模組115會以驅動信號額外致能充電線圈，如果充電狀態信號中的資訊代表指示裝置13獲得過多的電能，則處理模組115會解除 致能部分被致能的充電線圈，其方法詳述如上，於此不再贅述。此外，雖然依據前述方法處理模組115一次只額外致能或者解除致能一個充電線圈，然而處理模組115也可以一次額外致能或解除致能多個充電線圈。

本揭露一實施例中處理模組的運作流程可以簡單描述如下，請一並參照第1圖至第4圖，第4圖係依據本揭露一實施例的充電方法流程示意圖。如步驟S410所示，處理模組115以驅動信號致能N個充電線圈。此時指示裝置13會接收到這N個充電線圈所發出的充電電磁波Sf，並據以獲得電能來發射指示信號Ss。如步驟S420所示，接收模組113接收到指示信號Ss後，處理模組115判斷指示信號Ss的電能是否小於第一預設值。如果處理模組115判斷指示信號Ss的電能小於第一預設值，則如步驟S430所示，處理模組115以驅動信號額外致能至少一個充電線圈。如果處理模組115判斷指示信號Ss的電能不小於第一預設值，則如步驟S440所示，處理模組115判斷指示信號Ss的電能是否大於第二預設值。如果處理模組115判斷指示信號Ss的電能大於第二預設值，則如步驟S450所示，處理模組115解除致能至少一個充電線圈。如果處理模組115判斷指示信號Ss的電能不大於第二預設值，則如步驟S460所示，處理模組115不進行其他動作而結束，直到下一次指示信號的電能小於第一預設值或大於第二預設值的狀況發生。

以下以實際操作的例子來解釋本揭露的方法之實際運作及效果。請回到第1圖，於一實施例中，假如指示裝置13移動到感應裝置11的邊緣，則由於充電線圈所發出的磁場強度較低，因此指示裝置13在此處接收到的充電電磁波Sf強度較低。此時，指示裝置13無法獲得足夠的電能，因此其所發出的指示信號Ss強度也較弱(甚至無法發出指示信號)。當感應裝置11發現指示信號Ss的強度不夠時，感應裝置11中的處理模組115會以驅動信號致能更多的充電線圈，於是發出來的充電電磁波Sf的強度會上升，而使指示裝置13獲得足夠的電能。

此時，若指示裝置13移動回到感應裝置11的中央，由於此處的磁場強度較高，因此指示裝置13在此處所接收到的充電電磁波Sf強度較高。此時，指示裝置13所獲得的電能超出其所需要的電能，而其所發出的指示信號Ss的強度也較強。因此當感應裝置11發現指示信號Ss的強度太高時，感應裝置11中的處理模組115會解除致能部份的充電線圈，於是發出來的充電電磁波Sf的強度會下降，從而減少電能的浪費。同理，當指示裝置13遠離或接近感應裝置11時，感應裝置11中的處理模組115也可以藉由上述的原理來增強指示裝置13所獲得的電能或是減少電能的浪費。

综上所述，依據本揭露實施例所實現的輸入系統，感應裝置可以依據指示裝置所發出的指示信號，來決定 是否提供較強或較弱的充電電磁波給指示裝置，以使指示裝置可以獲得足夠的電能，並且當指示裝置或得的電能過多時，可以減少電能的浪費，從而使輸入系統的電能使用效率提高。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

11‧‧‧感應裝置

111‧‧‧充電模組

113‧‧‧接收模組

115‧‧‧處理模組

13‧‧‧指示裝置

131‧‧‧信號發射模組

133‧‧‧電能感應模組

Ss‧‧‧指示信號

Sf‧‧‧充電電磁波

Claims (6)

1. 一種輸入系統，包含：一感應裝置，包含：一充電模組，具有M個充電線圈，其中該M個充電線圈之中心的水平位置均相同；以及一處理模組，電性連接於該充電模組，用以依據一指示信號，以一驅動信號致能該M個充電線圈中的N個充電線圈以發射一充電電磁波，其中M為大於1的正整數，N為不大於M的正整數；以及一指示裝置，用以發射該指示信號，該指示裝置包含：一信號發射模組，用以發射該指示信號；以及一電能感應模組，電性連接至該信號發射模組，具有一感應線圈，用以轉換該充電電磁波以致能該信號發射模組；其中該指示信號包含一位置信號與一充電狀態信號，該處理模組依據該位置信號決定該指示裝置的位置，並依據該充電狀態信號，以該驅動信號致能該N個充電線圈以發射該充電電磁波；其中該處理模組包含一邏輯運算單元，用以依據該充電狀態信號判斷該電能感應模組產生的電能是否低於一第一預設值或高於一第二預設值，當該充電狀態信號指示該電能感應模組產生的電能小於該第 一預設值時，便致能該M個充電線圈中未被致能的線圈其中至少之一；當該充電狀態信號指示該電能感應模組產生的電能大於該第二預設值時，便解除致能。
2. 一種輸入系統，包含：一感應裝置，包含：一充電模組，具有M個充電線圈，其中該M個充電線圈之中心的水平位置均相同；以及一處理模組，電性連接於該充電模組，用以依據一指示信號，以一驅動信號致能該M個充電線圈中的N個充電線圈以發射一充電電磁波，其中M為大於1的正整數，N為不大於M的正整數；其中該處理模組包含一比較器，以依據該指示信號的強度，產生該驅動信號致能該M個充電線圈中的該N個充電線圈以發射該充電電磁波。
3. 如請求項2所述的輸入系統，其中當該指示信號的強度小於一第一預設值時，便致能該M個充電線圈中未被致能的線圈其中至少之一；當該指示信號的強度大於一第二預設值時，便解除致能該N個充電線圈其中至少之一。
4. 如請求項1或2所述的輸入系統，其中該感應裝置更包含一接收模組，電性連接至該處理模組，用以接收該指示信號。
5. 一種電磁充電方法，包含：致能N個充電線圈以對一指示裝置充電；藉由該指示裝置發射一指示信號，其中該N個充電線圈之中心的水平位置均相同；以及依據該指示信號調整N個被致能的充電線圈之數量與位置，其中N為大於零的整數；其中該指示信號包含一位置信號與一充電狀態信號，該位置信號用以代表該指示裝置的位置，該充電狀態信號用以指示該指示裝置所接收的電能，當該充電狀態信號指示該指示裝置所接收的電能小於一第一預設值時，增加N的數量；當該充電狀態信號指示該指示裝置所接收的電能大於一第二預設值時，降低N的數量。
6. 一種電磁充電方法，包含：致能N個充電線圈以對一指示裝置充電；藉由該指示裝置發射一指示信號，其中該N個充電線圈之中心的水平位置均相同；以及依據該指示信號調整N個被致能的充電線圈之數量與位置，其中N為大於零的整數；其中係依據該指示信號的強度調整N的數量；如當該指示信號的強度小於一第一預設值時，增加N的數量；如當該指示信號的強度大於一第二預設值時，降低N的數量。