具体实施方式

下文将参考其中示出了本发明的示例性实施方式的附图更充分地描述本发明。本领域技术人员将意识到，在都不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种不同的方式来修改所描述的实施方式。

为了清楚地描述本发明，与该描述无关的部分被省略，并且贯穿整个说明书，相同的附图标记指代相同或相似的构成元件。

另外，除非有相反的明确描述，否则词语“包括(comprise)”及其变型(诸如comprises或comprising)将被理解为意指包括所陈述的元件而不排除其他任何元件。当将一部件称为“在”另一部件“之上”或“上方”时，它可以直接位于另一部件之上或上方，或者其他部件可以插入它们其间。相反，当将一部件称为“直接在”另一部件“上方”时，没有其他部件插入它们之间。

图1是示出了电容谐振手写笔和触摸传感器的示意图。如图1所示，手写笔10和触摸传感器20可以彼此接近。

手写笔10可以包括导电尖端11、谐振电路12、接地部18、和主体19。

导电尖端11与谐振电路12连接。导电尖端11的全部或一部分可以由导电材料(例如金属、石墨、导电橡胶、导电织物、导电硅胶等)形成。另外，导电尖端11可以具有以下形式：导电尖端11布置在非导电壳体内部,且一部分暴露到该非导电壳体外部，但不限于此。

谐振电路12可以利用从触摸传感器20输入的驱动信号产生谐振。例如，谐振电路12可以是LC谐振电路，并且可以利用通过导电尖端11从触摸传感器20接收的驱动信号产生谐振。驱动信号可以是传输到触摸电极(沟道)的Tx信号。例如，驱动信号可以包括频率对应于手写笔10的谐振频率的信号(例如，正弦波、方波等)，以允许手写笔10通过电容耦合或电磁谐振产生谐振信号。

谐振电路12可以在输入驱动信号的时间段期间和之后的部分时间段期间，将通过谐振产生的谐振信号输出到导电尖端11。谐振电路12布置主体19中，以连接到接地部18。接地部18可以通过接触主体19的外表面的用户的身体来接地。

主体19可以容纳手写笔10的元件。在图1中，主体19以喇叭部和柱部一体结合的形式示出，但是这两个部分可以分开。主体19可以具有圆柱形形状、多边形形状、具有曲面形状的至少一部分的柱形形状、凸肚状、截锥体形状、截圆锥形状等，但不限于此。由于主体19内部是空的，因此主体19可以在其中容纳导电尖端11、谐振电路12和接地部18。

触摸传感器20可以包括沟道电极21和布置在沟道电极21的上部的窗口22。沟道电极21、导电尖端11、和窗口22可以构成电容器Cx。

图2是详细示出了手写笔和触摸传感器的示意图。

首先，如图2所示，手写笔10包括导电尖端11、电容器单元13、电感器单元14、接地部18和主体19。电容器单元13和电感器单元14构成图1的谐振电路12。

导电尖端11可以通过导电连接构件连接到电容器单元13和/或电感器单元14，导电连接构件可以是线、引脚、杆、棒等，但不限于此。另外，导电连接构件可以包括电感器单元14的线圈。

电容器单元13可以包括并联连接的多个电容器。电容器可以具有不同的电容，并且可以在制造过程中修整。

电感器单元14可以邻近导电尖端11布置。电感器单元14包括铁氧体磁芯和围绕铁氧体磁芯缠绕的线圈。

电容器单元13和电感器单元14并联连接，并且响应于驱动信号而通过电容器单元13和电感器单元14的LC谐振产生谐振信号。图3是详细示出了手写笔的电感器单元的示意图。

参考图3，电感器单元14包括铁氧体磁芯15和围绕铁氧体磁芯15缠绕的线圈16。

在这种情况下，电感器单元14的电感由以下等式1确定。

(等式1)

如由等式1可见，电感与铁氧体磁芯15的磁导率、线圈16的截面积、匝数的平方成正比，与线圈16的绕组长度成反比。

在电容谐振手写笔中所容纳的谐振电路12中，电感器单元14的设计是非常重要的。特别地，在电感器单元的设计中，电感L和Q值是非常重要的参数，如图4所示。在本文中，Q值是代表作为谐振电路元件的线圈特性的量，由等式Q＝2πfL/R给出。另外，L和R分别表示线圈的电感和电阻，f表示频率。Q值越高，谐振特性越剧烈。

在电容谐振手写笔的设计中，L相对于要使用的频率可以具有足够大的自谐振频率，并且Q值可以在要使用的频率下具有最大值。为了满足这一点，需要优化铁氧体磁芯的材料、线圈的线类型和绕线方案。还需要一种能够在保持细笔的直径的同时获得高输出信号的方法。

在以下示例性实施方式中，将描述在多个铁氧体磁芯的材料、线圈的线类型和绕组方案中最优化的电容谐振手写笔的设计方法。

1、铁氧体磁芯材料

在一个示例中，锰(Mn)和镍(Ni)被用作铁氧体磁芯材料。

2、线类型

在该示例中，使用漆包线和绞合线作为所使用的线圈的线类型。

如图5所示，漆包线100是通过在铜线101的表面上涂覆绝缘漆102并将其加热至高温而制成的电线，并且用于电气设备、通信设备和电气仪器的绕线和布线。在该示例中，使用总厚度T为0.2mm、电线直径Φ为0.18mm、涂覆厚度t为0.01mm的漆包线。

如图6所示，绞合线200是一种特殊的绝缘线，它是通过将直径约0.1mm的细绝缘线100(例如漆包线)的多个线股绞合为一根线并施加由尼龙等制成的绝缘涂层201制成的。绞合线200可以通过增加表面积来减少趋肤效应，并且用于高频电路等的线圈。

在该示例中，使用总厚度T为0.2mm、电线直径Φ为0.06mm、覆盖厚度t为0.007mm的绞合线。

3、绕组方案

在本发明的示例中，为了在手写笔的有限空间内获得足够的电感值(即足够的匝数)，使用多层绕组结构的绕组方案。具体地，如图7的(A)和(B)所示，使用了两种多层绕组方案。

图7的(A)的绕组方案是最简单的绕组方案，其是上层在紧接其下方布置的下层的绕组结束后缠绕的顺序分层绕组方案。在这种情况下，图7的(A)的方案是一层的绕组从紧接其下方布置的前一层的绕组结束的点开始的方案，并且在下文中被称为U型绕组方案。

图7的(B)的绕组方案为交替层绕组方案，其中相邻绕组层交替缠绕，使得相邻层的绕组以Z字形缠绕。在下文中，这被称为Z字型绕组方案。这种Z字型绕组方案可以最小化相邻层的绕组之间的电压差，从而降低绕组自电容。在这种情况下，作为一种寄生电容的绕组自电容是代表存储在绕组中的电场能量的参数。

比较实验1(每种材料的特性值比较)

将铁氧体磁芯材料改为锰、镍、和镁，并且在使用漆包线作为线圈的电线类型并按U型绕组方案缠绕的状态下测量Q值。

测量的结果是，每种材料的磁芯的Q值的特性几乎没有差异，并且测量的Q值不足以实施为产品。

比较实验2(各种类型的绕组的特性值的比较)

对于使用漆包线和绞合线制造的电感器1和2在铁氧体磁芯通过U型绕组方案用锰(Mn)缠绕的状态下分别测量Q值。

图8示出了通过由KEYSIGHT TECHNOLOGIES制造的E4980A精密LCR表在改变频率时测量的电感器1和2的Q值。

在图8中，a是示出Q值相对于电感器1(锰磁芯/漆包线/U型绕组方案)的频率的变化的波形，b是示出Q值相对于电感器2(锰磁芯/绞合线/U型绕组方案)的频率的变化的波形。

在由绞合线制造的电感器2中，Q值在大约400kHz的频率(频率f1)下几乎具有最大值，而在由漆包线制造的电感器1中，Q值在大约150kHz的频率(频率f2)下几乎具有最大值。

作为图8的a和b的比较结果，可以看出，电感器2的最大Q值是电感器1的最大Q值的约1.5倍高。因此，可以看出，作为形成手写笔的谐振电路的电感器的线圈，绞合线优于漆包线。

然而，比较实验2中测得的电感器2的最大Q值约为商业化所需的目标值Q_target的1/2。

比较实验3(各绕组方案的特性值的比较)

在铁氧体磁芯由锰(Mn)制成的状态下，针对通过将线类型更改为漆包线和绞合线并将绕组方案更改为U型和Z字型而制造的电感器3至5来测量Q值。

图9示出了在通过由KEYSIGHT TECHNOLOGIES制造的E4980A精密LCR表改变频率时测量的电感器3至5的Q值。

在图9中，a是示出Q值相对于电感器3(锰磁芯/漆包线/U型绕组方案)的频率的变化的波形，b是示出Q值相对于电感器4(锰磁芯/漆包线/Z字型绕组方案)的频率的变化的波形，c是示出Q值相对于电感器5(锰磁芯/绞合线/Z字型绕组方案)的频率的变化的波形。

如从图9的波形c可以看出，在由绞合线/Z字型绕组方案制造的电感器5中，Q值在大约300kHz的频率(频率f3)下几乎具有最大值。在由漆包线/Z字型绕组方案制造的电感器4和由漆包线/U型绕组方案制造的电感器3中，Q值在大约150kHz的频率(频率f2)下几乎具有最大值。

另外，作为图9的a、b和c的比较结果，可以看出，电感器5的最大Q值是电感器4的最大Q值的约1.5倍高，并且是电感器3的最大Q值的两倍高或更高。因此，可以看出，作为形成手写笔的谐振电路的电感器的绕组方案，Z字型优于U型。

然而，在比较实验2中测得的电感器5(锰磁芯/绞合线/Z字型绕组方案)的最大Q值约为商业化所需的目标值Q_target的3/4。

比较实验4(各磁芯材料的特性值的比较)

在该示例中，使用锰和镍作为铁氧体磁芯材料，且已知镍的磁导率通常为200-300，锰的磁导率通常为3000-5000。

由于该示例中使用的锰的磁导率是镍的约15倍高，假设线圈具有相同的横截面积和长度，则镍的匝数约为锰的四倍，以获得相同的电感值。因此，仅从匝数的视角来看，可以看出使用锰比使用镍更有效。

另一方面，由于电感器单元14具有包括围绕磁芯缠绕的线圈的复杂结构，因此额外产生寄生电容。由于Q值因这种寄生电容而减小，所以谐振信号的幅度可能减小。

电感器单元14中产生的寄生电容可能会出现在缠绕的线圈之间以及磁芯与线圈之间，并且如上所述，可以通过采用Z字型绕组方案来减小缠绕的线圈之间的寄生电容。

同时，在该示例中，为了减小磁芯和线圈之间的寄生电容，测试了具有比锰更低的介电常数的磁芯材料，并且测试结果证实镍磁芯是铁氧体磁芯的最佳材料。

主要用作铁氧体磁芯元件的锰和镍的重要物理性质是磁导率，其对电感值具有重要影响，如等式1所示。然而，在作为铁氧体元件的锰和镍中，介电常数为一个不太受关注的物理性质，事实上，镍在制造商提供的数据表中并没有相关信息。

在该示例中，为了确认锰和镍的介电常数，使用KEYSIGHT TECHNOLOGIES的E4980A精密LCR表测量锰和镍的介电常数，测量结果如下表1所示。

(表1)

测量1和2是使用KEYSIGHT TECHNOLOGIES的相同E4980A精密LCR表测量的，其中测量1表示由测量软件自动计算的介电常数。根据测量1，虽然锰的介电常数为2400，但未测得镍的介电常数。

测量2是通过测量电容、面积和铁氧体磁芯之间的距离来计算介电常数的方法，并且根据测量2，锰的介电常数为8300，镍的介电常数为2。

测量1和测量2之间的介电常数结果存在很大差异，并且在测量2的情况下，确认根据电容、面积、距离等，误差是相当大的。然而，作为测量1和测量2的结果，可以看出镍的介电常数至少是锰的1/1000或更多。

在比较实验4中，针对通过将绕组类型改变为具有镍制成的铁氧体磁芯的U型和Z字型并且使用绞合线作为线类型而制造的电感器6和7来测量Q值。

图10示出了在通过由KEYSIGHT TECHNOLOGIES制造的E4980A精密LCR表改变频率时测量的电感器6和7的Q值。

在图10中，a是示出Q值相对于电感器6(镍磁芯/绞合线/U型绕组方案)的频率的变化的波形，b是示出Q值相对于电感器7(镍磁芯/绞合线/Z字形绕组方案)的频率的变化的波形。

从图10的波形b可以看出，在由镍磁芯/绞合线/Z字形绕组方案制造的电感器7中，Q值在约400kHz的频率(频率f5)下几乎具有最大值。在由镍磁芯/绞合线/U型绕组方案制造的电感器6中，Q值在约200kHz的频率(频率f6)下几乎具有最大值。作为图11的a和b的比较结果，可以看出电感器7的最大Q值为电感器6的最大Q值的约两倍高。

比较实验4中测得的电感器7(镍磁芯/绞合线/Z字形绕组方案)的最大Q值几乎达到了商业化所需的目标值Q_target。

在上述比较实验1至4中，通过改变铁氧体磁芯的材料、线圈的电线类型和绕组方案来制造和测试电感器的Q值，测试结果表明，在电容谐振式手写笔的电感器单元通过缠绕镍磁芯、绞合线、Z字形绕组方案来设计时获得最高Q值。另外，可以看出，通过这种组合制造的电感器的最大Q值达到了用于商品化的目标值Q_target。

同时，在本示例性实施方式中，镍磁芯被用作铁氧体磁芯并且绞合线被用作磁芯的电线类型，但是当使用介电常数小于或等于1000的材料代替镍磁芯作为铁氧体磁芯，并且使用包裹有两根或更多根绝缘线股的单根线代替绞合线时可以获得类似的结果。

在本示例性实施方式中，如下所述，除了使用介电常数低于锰的镍之外，还可以使用通过在磁芯和线圈之间提供线轴来增加磁芯和线圈之间的距离的方法，来进一步减小磁芯和线圈之间的寄生电容。

参考图11，电感器单元14包括铁氧体磁芯15、围绕铁氧体磁芯15的至少一部分的线轴141和缠绕在线轴141的至少一部分上的线圈16。线轴141可以通过由线圈16的缠绕产生的力紧密地贴附到铁氧体磁芯15而固定。线轴141可以包括与主体19的材料相同的材料或不同的材料，并且可以包括例如具有绝缘表面的塑料或金属。具体地，聚苯硫醚(PPS)、液晶聚酯(LCP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、酚醛树脂等可用于线轴141。

如此，当线轴141覆盖铁氧体磁芯15且线轴141被缠绕线圈16时，铁氧体磁芯15与线圈16之间的距离增加，从而图11中的寄生电容Cp2的值可以被设置为小于图3中的寄生电容Cp1的值。

参考图12，当电感器单元14仅包括铁氧体磁芯15和线圈16时，测得的谐振信号的最大幅度为大约2V(+1V至-1V)。参考图13，当电感器单元14包括铁氧体磁芯15、线轴141和线圈16时，测得的谐振信号的最大幅度为大约4V(+2V至-2V)。即，当铁氧体磁芯15的至少一部分被包围在线轴141中并且线圈16缠绕在线轴141上时，确认谐振信号的幅度更大。

同时，在使用镍作为铁氧体磁芯来设计根据本示例性实施方式的最佳电感器单元的情况下，如上所述，镍具有锰的1/15倍低的磁导率，因此镍的匝数必须增加到锰的大约四倍以实现相同的电感。因此，镍的直径必须大于锰，才能获得与锰相同的电感。

在本示例性实施方式中，提出了一种使用多个电感器的方法来实现高输出信号同时减小手写笔的直径。

图14示出了等效电路，其中两个细直径的电感器串联连接并且电容器并联连接在两个电感器的相对两端之间。在下文中，这种类型的谐振电路被称为“LLC谐振电路”。在图14中，示出了两个电感器串联连接，但是示例性实施方式不限于此，三个或更多个电感器可以串联连接。根据LLC谐振电路，由于电感L是具有一个电感器和电容器的谐振电路(以下称为“LC谐振电路”)的电感的两倍大，因此电容可以减小到一半。即，可以使LLC谐振比LC谐振电路更薄，但对电容的影响更敏感。

同时，图15示出了等效电路，其中两个LC谐振电路串联连接(以下称为“LCLC谐振电路”)，其中两个谐振信号被组合并输出。在图15中，示出了两个LC谐振电路串联连接，但是示例性实施方式不限于此，三个或更多个LC谐振电路可以串联连接。

根据LCLC谐振电路，由于两个谐振电路的谐振频率必须相同，因此在制造过程中必须将每个谐振电路的谐振频率调谐为相同。

如上所述，尽管通过使用镍作为铁氧体磁芯而产生的绕组数量增加，但是当如图14和图15所示使用两个或更多个电感器时，可以通过抑制电感器单元的直径的增加来制造具有细直径的手写笔。

同时，如图14所示，当使用LLC谐振电路时，可以采用具有以下描述的结构的手写笔来最小化对减小一半的电容的影响。

在图2中，手写笔10由用户的手指等握持，在这种情况下，寄生电容Cf可由手指和手写笔1的内部导体(线圈或电容器)形成。

图16示出了等效电路，其示出了用户的手对寄生电容Cf的影响。参考图16，手写笔10的谐振频率被寄生电容Cf(40)改变。于是，驱动信号30的频率和手写笔10的谐振频率不一致，因此从手写笔10输出的信号的幅度减小。在这种情况下，寄生电容Cf(40)的影响在图14所示的LLC电路中比在LC谐振电路或LCLC谐振电路中更大。这是因为在设计相同的谐振频率时，LLC谐振电路的电容为LC谐振电路或LCLC谐振电路的电容的1/2。

在下文中，将参考图17描述用于防止由于用户的抓握而改变谐振频率的手写笔。

图17是示出LLC结构的手写笔的示意图。

如图17所示，手写笔10包括导电尖端11、电容器单元13、两个电感器单元14和14'、阻止构件17、接地部18和主体19。

电感器单元14和14'分别包括铁氧体磁芯15和15'以及围绕铁氧体磁芯15和15'缠绕的线圈16和16'。在这种情况下，两个电感器单元14和14'串联连接。

阻止构件17是围绕电容器单元13和电感器单元14和14'的导电构件，可以防止由用户的手生成寄生电容。

在这种情况下，阻止构件17可以被设计为使得阻止构件17的相对两端可以沿着涡电流的方向ED间隔开，以最小化在手写笔中生成的涡电流的影响。

在这点上，将参考图18的(a)至(d)详细描述阻止构件17。

如图17所示，通过从导电尖端11传输的驱动信号，顺时针电流流过线圈16和16'，并且由流过线圈16和16'的电流产生磁场。在这种情况下，通过由线圈的电流产生的磁场的变化，在与线圈的电流方向相反的逆时针方向上生成涡电流，因此逆时针方向的涡电流在阻止构件17中流动。

参考图18的(a)，阻止构件17包括用于阻止涡电流的生成的一个狭缝GP。狭缝GP沿着与涡电流(图18中为逆时针)垂直的方向PD延伸。阻止构件17的相对两端17a和17b由狭缝GP间隔开。在示例性实施方式中，狭缝GP沿涡电流的方向ED的宽度可以大于或等于0.03mm。

尽管已经将狭缝GP描述为沿着与涡电流垂直的方向PD延伸，但是狭缝GP还可以沿着相对于方向PD倾斜预定角度(大于0度且小于90度)的方向延伸。阻止构件17的相对两端17a和17b沿涡电流的方向ED间隔开。由于涡电流不能沿着阻止构件17流动，因此中断了涡电流的生成。

参考图18的(b)，阻止构件17包括多个第一阻止单元171。这些第一阻止单元171沿着与涡电流垂直的方向PD延伸，并且沿涡电流的方向ED彼此间隔开。类似地，由于阻止构件17包括沿涡电流的方向ED彼此间隔开的多个第一阻止单元171，因此没有涡电流能够沿阻止构件17流动，由此阻止了涡电流的生成。尽管已经将第一阻止单元171描述成沿着与涡电流垂直的方向PD延伸，但是第一阻止单元171还可以沿相对于方向PD倾斜预定角度(大于0度且小于90度)的方向延伸。

参考图18的(c)，阻止构件17包括多个第二阻止单元172。这些第二阻止单元172沿与涡电流垂直的方向PD间隔开，并且每个第二阻止单元172的相对两端都沿涡电流的方向ED彼此间隔开。类似地，由于阻止构件17中包括的每个第二阻止单元172的相对两端都沿涡电流的方向ED间隔开，因此没有涡电流能够沿阻止构件17流动，由此阻止了涡电流的生成。

参考图18的(d)，阻止构件17包括多个第三阻止单元173。这些第三阻止单元173沿与涡电流垂直的方向PD和涡电流的方向ED均彼此间隔开。类似地，由于阻止构件17中包括的第三阻止单元173沿涡电流的方向ED间隔开，因此没有涡电流能够沿阻止构件17流动，由此阻止了涡电流的生成。

虽然上面已经描述了本发明的示例性实施方式，但以上详细描述在所有方面都不应当解释为是限制性的，而应当被认为是示例性的。本发明的范围应当通过所附权利要求的合理解释来确定，并且在本发明的等效范围内的所有改变均被包括在本发明的范围内。

附图标记说明

10手写笔、11导电尖端、12谐振电路、13电容器单元14电感器单元、15铁氧体磁芯、16线圈、17阻止构件、18接地部19主体、20触摸传感器、30驱动信号、40寄生电容、100漆包线101铜线、102绝缘漆、141线轴、200绞合线、201绝缘涂层