CN101133382B

CN101133382B - 位置探测系统和用于使用和控制该位置探测系统的装置和方法

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Publication number: CN101133382B
Application number: CN200580047564.XA
Authority: CN
Inventors: H·帕斯基; A·E·本-埃利亚胡
Original assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Current assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2025-12-01
Also published as: CN101133382A; JP2008522183A; TW200628759A; WO2006059336A3; WO2006059336A2; US20080128180A1; JP2011123905A

Abstract

位置探测系统，包括至少一个指示器和探测器，所述至少一个指示器包含波产生振荡器部分、给振荡器部分供电的电源部分和能量拾取电路，所述能量拾取电路把能量从所述电路接收到的激发信号供应给电源部分，所述探测器包含传感器，所述传感器可操作以从由所述波产生部分所产生波来探测至少一个指示器的位置。

Description

位置探测系统和用于使用和控制该位置探测系统的装置和方法

相关申请

该申请要求在于2004年12月1日所提交的美国临时专利申请60/631,862和于2005年3月2日所提交的美国临时专利申请60/657,439的119(e)下的利益，两个申请的标题为“ElectromagneticStylusforaDigitizerSystem”。两个申请的公开在此通过引用被纳入。

技术领域

本申请涉及用于使用和控制位置探测系统的装置和方法。

背景技术

电磁笔在数字转换器(digitizer)系统的使用与控制的领域中是众所周知的。例如美国专利No.4,878,553描述了与平板式传感器结合使用的电磁笔，所述美国专利的公开在此通过引用被纳入。所述传感器包括一组环形线圈用以主要通过磁耦合将电磁波发射到所述笔内的共振电路。当被源激发时，高导电率环路用于允许足够高的电流以提供相对高的磁场。

所述笔内的共振电路以与所发射的电磁波相同的频率共振。所述笔的电磁场以与所接收到的信号相同的频率产生其自身的磁场，所接收到的信号在该传感器内的环形线圈上感应一信号。该信号由接收元件探测，所述接收元件其间取代所述源。所述实施的清楚缺点是由所述导电环形线圈所发射的电磁波应与所述电磁笔的共振频率相同。大多数字转换器系统提供不仅关于笔的位置、而且关于所述笔的状态、施加给尖端的压力水平等的信息。为了应对这些需要，手动开关被用以将附加电容连接到所述笔内的共振电路。此外，可变电容也被并联到所述共振电路。所述可变电容的电容根据被施加给所述笔尖端的压力的量而改变。接收器通过测量由该笔转发的信号的相位变化来确定共振频率的变化。

美国专利No.5,565,632描述了一种笔，其包含可变电感以便提供压力探测，所述美国专利的公开在此通过引用被纳入。给笔的尖端的所施加的压力改变共振电路的电感，从而造成在共振频率中的连续移动。

共振型笔的缺点是，不能同时发射与接收，特别是在使用外围激发线圈时。

美国专利No.5,571,997描述了电磁笔的可替代性设计，所述电磁笔包括电池操作的笔，所述美国专利的公开在此通过引用被纳入。在此情况下，能量由电池供应给所述笔。但是，使用电池操作的笔有很多缺点。所述电池的使用寿命有限。一旦电池微弱，用户就无法使用数字转换器系统。由电池操作的笔需要持续地维护，这对于用户而言是负担。此外，所述笔相对较重，并且其设计受限于所述电池的尺寸。由电池操作的笔的额外缺点是所述笔不与所述系统同步。当所述笔与所述数字转换器同步时，就可能使用相位信息用于例如噪音消除等不同目的。

美国专利No.6,690,156描述了一种定位装置，所述定位装置能够探测位于平坦屏幕显示器顶上的多个物理对象、优选地为笔，所述美国专利的公开在此通过引用被纳入。所述优选的实施例中的一个描述了由透明箔(foil)构成的传感器，所述透明箔包含垂直和水平导体的矩阵。所述笔包括由环绕该传感器的外围线圈提供能量的振荡电路。所述笔的确切位置通过处理由传感器所感测的信号来确定。

其它参考资料描述的笔通过电缆或绳电连接到所述数字转换器系统。在此情况下，能量经由与该数字转换器的电连接被供应给所述笔。但这些设计使用户很难操作所述笔。

发明内容

本发明的某些示例性实施例的方面涉及提供指示器(例如笔)，所述指示器利用至少一个能量拾取电路，所述能量拾取电路被设计用于从被发射到所述笔的激发信号获得能量。可选择地，指示器是游戏构件或其它对象，其位置可由位置探测系统探测。可选择地，多个指示器可以以与所述位置探测系统结合的方式被使用。可选择地，所述笔使用所获得的能量以提供功率给信号产生器和/或发射电路，所述信号产生器和/或发射电路以与所述激发信号无关的频率发射信号给传感器。可选择地，所述笔包括电源部分、振荡器部分和发射部分。可选择地，所述发射部分包括变压器。可选择地，所述笔具有多于一个的电源部分。可选择地，所述笔在所述发射部分内具有晶体管来取代变压器。

在本发明的实施例中，所述电源部分包含能量拾取电路和用于调节用在发射器内的能量的电路。

在本发明的某些示例性实施例中，电磁笔用于使用与控制所述数字转换器系统。可选择地，所述笔被用于发送诸如位置坐标、状态、压力水平、鼠标仿真(emulation)(例如“右点击”)之类的信息和其它相关的对所述数字转换器系统的使用与控制信息。可选择地，所述电磁笔用于使用与控制下列至少一种：平板个人计算机(Tablet“PC”)、笔使能的膝上型PC、个人数据助理(“PDA”)或例如移动电话之类的任何手持式装置。在本发明的某些示例性实施例中，所述笔为无绳的。

在本发明的实施例中，所述电磁笔使用由能量拾取电路再充电的可再充电电源。可选择地，所述笔使用可再充电电池作为稳定的功率源。利用所述拾取电路再充电允许用户使用较小的不必替换的电池。

本发明的某些示例性实施例的方面涉及提供利用上述的供电(power)方法之一的压力敏感笔。在本发明的示例性实施例中，所述笔的振荡频率根据用户施加给所述笔的压力而被改变。可选择地，用户利用位于所述笔外部上的至少一个按钮给笔施加压力。可选择地，用户通过将所述尖端压入数字转换器表面而给所述笔施加压力。在本发明的示例性实施例中，压力变化触发由笔所发射的频率的变化。可选择地，某些频率对应于由数字转换器可执行的某些指令。可选择地，频率范围对应于某一指令。在本发明的某些示例性实施例中，指令包括改变正在数字转换器上使用的颜色。可选择地，指令包括将笔切换到擦除功能以删除在所述数字转换器上所输入的数据。

因此，根据本发明的示例性实施例提供一种位置探测系统，其包括：至少一个指示器和探测器，所述指示器包含波产生振荡器部分、给振荡器部分供电的电源部分和能量拾取电路，所述能量拾取电路把能量从由该电路接收到的激发信号供应给电源部分，所述探测器包含传感器，所述传感器可操作以从由所述波产生部分所产生的波来探测该至少一个指示器的位置。可选择地，激发信号从探测器被发射。可选择地，所述电源产生直流电压以给振荡器部分供电。可选择地，所述能量拾取电路包括由激发信号激发的线圈。可选择地，所述电源部分进一步包括可再充电电池。可选择地，所述可再充电电池从由该能量拾取电路获得的能量再充电。可选择地，所述电源部分进一步包括电容器。可选择地，所述电容器从该能量拾取电路被充电。在本发明的某些示例性实施例中，所述指示器进一步包括由发射电源部分供电的发射部分。可选择地，所述发射电源部分包括发射电源部分能量拾取电路，所述发射电源部分能量拾取电路由激发信号电路激发且从激发信号给电源部分供应能量。可选择地，所述发射电源部分能量拾取电路包括由激发信号激发的线圈。可选择地，所述发射电源部分能量拾取电路进一步包括可再充电电池。可选择地，所述振荡器部分进一步包括至少一个对由用户施加到所述指示器上的压力敏感的可变元件。可选择地，施加压力，由所述振荡器部分所产生的第一频率改变为第二频率。可选择地，所述第一频率对应于至少一个第一可执行指令并且其中所述第二频率对应于探测器上的第二可执行指令。可选择地，所述可变元件是电容器。可选择地，所述可变元件是电阻器。可选择地，所述可变元件是电感器。可选择地，所述激发信号由该探测器产生。可选择地，所述探测器是显示器。可选择地，所述振荡器部分以与激发信号无关的频率产生波。可选择地，所述指示器进一步包括至少一个同步电路，所述同步电路使振荡器部分波产生与激发信号同步。可选择地，所述探测器是个人计算机、个人数据助理、平板或移动电话中的至少一个。

因此，根据本发明的示例性实施例提供一种指示器，包括：波产生振荡器部分、给所述振荡器部分供电的电源部分、和把能量从由所述电路接收到的激发信号供应给电源部分的能量拾取电路、和发射由所述振荡器部分产生的信号的发射部分。可选择地，所述电源产生直流电压以给所述振荡器部分供电。可选择地，所述电源部分进一步包括至少一个同步电路，所述同步电路使振荡器部分信号产生与激发信号同步。可选择地，所述能量拾取电路包括由激发信号激发的线圈。可选择地，所述电源部分进一步包括可再充电电池。可选择地，所述可再充电电池从由所述能量拾取电路获得的能量充电。可选择地，所述电源部分进一步包括电容器。可选择地，所述电容器从所述能量拾取电路被充电。可选择地，所述电源部分进一步包括至少一个“电源良好”电路。可选择地，所述指示器进一步包括至少一个发射电源部分以给所述发射部分供电。可选择地，所述发射电源部分包括发射电源部分能量拾取电路，所述发射电源部分能量拾取电路由激发信号电路激发并且从激发信号给所述电源部分供应能量。可选择地，所述发射电源部分能量拾取电路包括由激发信号激发的线圈。可选择地，所述发射电源部分能量拾取电路进一步包括可再充电电池。可选择地，所述振荡器部分以与所述激发信号无关的频率产生信号。可选择地，所述振荡器部分进一步包括至少一个对由用户施加到所述指示器上的压力敏感的可变元件。可选择地，所述指示器进一步包括位于所述指示器外部上的按钮，其中所述按钮控制至少一个对从按钮施加于其上的压力敏感的可变元件。可选择地，所述压力是从所述装置的尖端被施加到所述装置上。可选择地，当施加压力时，由振荡器部分所产生的第一频率改变为第二频率。可选择地，所述第二频率是相对窄范围的频率中的一个。可选择地，所述第二频率对应于所述装置的颜色功能改变。可选择地，所述可变元件是电容器。可选择地，所述可变元件是压力敏感电阻器。可选择地，所述可变元件是电感器。

因此，根据本发明的示例性实施例提供一种用以给指示器提供能量的方法，包括：从探测器发射激发信号、从激发信号产生直流电压和从直流电压给振荡器供电。

因此，根据本发明的示例性实施例可提供一种指示器，包括：指示器尖端；位于所述指示器尖端内的至少一个传导元件；可变元件，其中所述可变元件响应于所述至少一个传导元件朝向所述可变元件的运动来调变；至少一个O型环，所述至少一个O型环环绕所述至少一个传导元件被安置，使得在所述传导元件的运动期间，扭力被施加给所述O型环并且其中所述O型环扭力使所述传导元件朝向所述可变元件的运动相反。可选择地，所述O型环扭力提供力，以使所述传导元件返回到在朝向可变元件的运动之前存在的状态。可选择地，所述至少一个传导元件是铁氧体。可选择地，所述可变元件是电阻器。可选择地，所述可变元件是电容器。在本发明的某些示例性实施例中，所述指示器进一步包括与所述可变元件操作通信的振荡器部分。可选择地，施加在所述指示器尖端上的压力引起所述至少一个传导元件朝向可变元件运动。

附图说明

在参考所述附图理解的下列描述中说明本发明的示例性非限制性实施例。在所述附图中，出现在多于一个的附图内的相同的和类似的结构、元件或其部分一般在其出现的附图中以相同的或类似的标记加以标注。附图中所示的部件的尺寸和特征主要是为了陈述的方便和清晰起见而选出的并且不必依比例决定。在附图中：

图1是根据本发明的示例性实施例示出在数字转换器附近的电磁笔的图解；

图2A是根据本发明的示例性实施例示出电磁笔的电气配置的示意图；

图2B是根据本发明的示例性实施例示出同步电路的配置的电路图；

图3是根据本发明的示例性实施例示出电磁笔的电气配置的示意图；

图4A是根据本发明的示例性实施例示出高电压电磁笔的电气配置的示意图；

图4B是根据本发明的示例性实施例的被发射给笔的示例性激发波形；

图5是根据本发明的示例性实施例示出利用可再充电电池作为电源的笔配置的示意图；

图6A是根据本发明的示例性实施例示出双电源电磁笔的电气配置的示意图；

图6B是根据本发明的示例性实施例示出等同于图6A的晶体管的配置的电路图；

图7是根据本发明的示例性实施例的振荡器输出端和笔尖端的波形图；

图8A是根据本发明的示例性实施例示出压力敏感笔的电气配置的示意图；

图8B是根据本发明的示例性实施例示出利用压力敏感笔所实现的相关频率范围的图；

图9A是根据本发明的示例性实施例示出压力敏感笔的电气配置的示意图；

图9B是根据本发明的示例性实施例示出利用压力敏感笔所实现的与频率相关的频率范围的图；

图10是根据本发明的示例性实施例的压力敏感笔的示意图；

图11A是根据本发明的示例性实施例示出双电源压力敏感笔的电气配置的示意图；

图11B是根据本发明的示例性实施例的振荡器的示例性电路图；并且

图11C是根据本发明的示例性实施例示出电阻器的电气配置的示意图，所述电阻器是一系列电阻器。

具体实施方式

本发明在与诸如数字转换器之类的位置探测系统相结合进行描述时，被最好地理解。标题为“TransparentDigitizer(透明的数字转换器)”的美国专利No.6,690,156与美国专利申请系列号No.10/649,708描述了能够探测位于平坦屏幕显示器顶上的多种物理对象(例如笔)的定位探测装置，所述专利的公开在此通过引用被纳入。两个公开中优选的实施例之一描述了由透明箔构成的传感器，所述透明箔包含垂直和水平导体的矩阵。可选择地，所述电磁笔用于使用与控制下列至少一个：平板个人计算机(tablet“PC”)、笔使能的膝上型电脑PC、个人数据助理(“PDA”)或例如移动电话的任何手持式装置。所述笔包括由环绕所述传感器的外围线圈供应能量的振荡电路。所述笔的精确位置通过处理所述传感器感测的信号来确定。可选择地，所述笔将墨水书写能力与电磁功能合并。

虽然上述公开描述了将所述数字转换器放置在显示屏幕的顶上，使用透明数字转换器或使用被动的电磁笔，但应该理解的是，本发明是可选择地能够与这里所述的装置一起使用的电磁笔，如图1中所示。应该理解的是，数字转换器100以非常高的分辨率和高的更新率探测至少一个指示器的位置。所述指示器可以是任一笔102、用户的手指(例如触摸)、游戏零件和/或任何触及屏幕的传导的对象。可选择地，所述指示器仅位于所述屏幕上方而不触及该屏幕。所述指示器可被用于指向、描绘、书写(手写识别)和典型地用于用户与装置交互作用的任何其它活动。所述系统可以探测单一或多个手指触摸。所述系统可分别或同时地探测数个电磁对象。在某些情况下，手指触摸探测以与笔探测结合的方式被使用。如在此所描述的，可与数字转换器系统一起使用的指示器是笔，如下文所述的笔。

具有电源部分的示例性实施例

图2A根据本发明的示例性实施例示出电磁笔102的电气配置的示意图200。在本发明的示例性实施例中，电磁笔102(图1)包括至少三个主要部分：电源部分202、振荡器部分204和发射部分206。尽管在所述部分的内部工作方面变化，用于所述笔的主要部分的这三个名称在整个以下说明中都坚持着。一般而言，在图之一中所示的部分的实施例与所述笔的第二实施例中的相同部分可互相交换或几乎可互相交换。

在本发明的示例性实施例中，电源部分202被设计为如下面更详细描述的能量拾取电路，所述能量拾取电路从由数字转换器100所发射的电磁波接收能量。根据本发明的某些示例性实施例，所发射的电磁波在电感器208上感应电流，所述电流通过二极管电桥226对电容器210充电。电感器208具有寄生电容，所述寄生电容支配其能力以利用所发射的电磁波能量。所述寄生电容是确定所述电感器的共振频率的公知特性，可选择地，所述频率是能量接收是最有效的情况下的频率。

在本发明的示例性实施例中，电容器210存储由数字转换器所发射的能量并且用作对位于振荡器部分204内的振荡器212的电源。在本发明的示例性实施例中，振荡器212的振荡频率与通过能量拾取电路由数字转换器发出的对电容器210充电的电磁波完全无关。所述振荡器212输出端可选择地耦合到发射部分206。在该实施例中，位于发射部分206内的变压器214将振荡信号的电压放大，并且在本发明的某些示例性实施例中，将其耦合到笔尖端216和环绕笔尖端216的开口218。在本发明的示例性实施例中，笔102将电场发射到位于数字转换器100上的传感器。但是其它的笔实施例可附加地或者可替代地将磁场发射到电场。

在本发明的示例性实施例中，所述能量拾取电路从位于数字转换器100上的外围线圈接收信号。可选择地，所述能量拾取电路从位于数字转换器100上的至少一个环形线圈接收信号。所述外围线圈发射产生电磁场的某一频率的交流信号。当笔102被放置在所述电磁场的范围内时，在所述能量拾取电路内的电感器208上感应电流。因为感应的电流是交流电流，所以根据本发明的某些示例性实施例利用二极管电桥226或等效整流电路对电容器210充电。被充电的电容器210可选择地被连接到电压调整电路220，所述电压调整电路确保给振荡器212提供固定且稳定的电压供应。在本发明的示例性实施例中，由电容器210所产生的电压电平反映在电感器208上所感应的电流量。在电感器208上所感应的电流取决于各种不同因素，例如笔相对于传感器的位置、笔的倾斜等。在本发明的示例性实施例中，电压调整电路220确保给振荡器212提供对其操作所需的正确且稳定的电压电平。

在本发明的示例性实施例中，使笔信号与数字转换器系统同步。所述数字转换器系统的操作周期选择性地如下：

·激发阶段

·外围线圈在传感器附近发射电磁场。

·笔102在所指明的电容器210内存储所发射的能量。在该时间期间，振荡器212被禁用。

·探测阶段

·数字转换器100停止通过外围线圈发射。

·使振荡器210能够发射交流信号到数字转换器传感器。

在所述激发阶段期间，包含传感器的传导天线受提供能量给笔102的相同的电磁场的影响。在这些条件下，即使激发频率与笔频率不同，也难以拾取笔信号，因为探测系统可能是饱和的。因此，在本发明的示例性实施例中，数字转换器100在所述探测阶段期间对所述传感器的天线取样。

采用独立的激发与探测阶段的另一个优点是，当振荡器212被禁用时，其功率消耗被最小化，这允许对电容器210有效且充分地充电。其它实施例可选择地使用同时的笔接收和发射。在本发明的示例性实施例中，通过以与所述笔频率相比高得多或者低得多的频率发射激发信号而利用同时接收和发射来避免探测单元的饱和。

在本发明的示例性实施例中，提供给振荡器212的使能信号222在同步电路224内产生，所述同步电路224是电源部分202的一部分。在本发明的示例性实施例中，数字转换器100一停止发射激发信号，同步电路224就利用使能信号222激活振荡器212。可选择地，所接收的信号的一部分被传输给同步电路224。在本发明的示例性实施例中，同步电路224感测电感器208上的振荡信号，并且一旦电感器208上的振荡已经被停止，则使能振荡器212。在本发明的某些示例性实施例中，稳定电压通过电压调整电路220被提供给同步电路224。

图2B示出根据本发明的示例性实施例的同步电路的电路图250。同步可选地通过测量二极管电桥226输出端处的负载电流来实施。一旦所述激发阶段结束，从二极管电桥226向电容器210的电流就终止。

根据本发明的示例性实施例，同步电路224内的第二电容器252被充电并且当其达到某一电平时，激活振荡器212。同步电路224接收两个输入信号，第一输入信号254是由电压调整电路220提供的稳定电压电平并且第二输入信号256是二极管电桥226的输出。同步电路224的输出用作振荡器部分204的使能信号222。在优选的实施例中，同步电路224的输出端通过施密特(Schmidt)触发器(未示出)连接至所述振荡器。第一输入信号254被用来对电容器252充电。但是，来自第二输入信号256的进来信号打开晶体管258并且允许电容器252放电。电容器260被用于滤除直流信号，从而仅允许交流信号到达所述晶体管258的栅极。电阻器262设定电容器252的充电速率。电阻器262被选择以确保只要第二输入信号256上的输入脉冲仍然存在，电容器252就不会被完全充电。一旦所述激发阶段已经结束，电容器252就通过晶体管258被充电并且使能信号222被设定。

在本发明的某些示例性实施例中，在所述激发信号开始之后不同的时间点(例如所述激发阶段的起始)使振荡器212同步以启动。可选择地，所述激发信号的模式受到控制。例如，所述激发信号被分割成在其间具有信号间隙的两个部分，并且振荡与所述信号间隙内的任何时间点同步。

在本发明的某些范例行实施例中，不同类型的感测和/或激发装置可以被使用，不必要求在所发射的笔信号与数字转换器系统之间的同步。在这些情况下，同步电路224可选择性地予以省略。

参考图3，根据本发明的示例性实施例示出电磁笔102的电气配置示意图300。在本发明的示例性实施例中，数字转换器100上的外围线圈发射某一频率的交流信号，所述交流信号在位于数字转换器上的传感器附近产生电磁场。当笔102被放置在所述电磁场范围内时，在能量拾取电路内的电感器208上感应电流。可选择地，电感器208是线圈。因为所感应的电流是交流电流，因此二极管电桥226或等效整流电路被用于对电容器210充电。所述能量拾取电路也包含如上所述的同步电路224并且在本发明的某些示例性实施例中包含“电源良好(powergood)”电路302。根据本发明的某些示例性实施例，所述“电源良好”电路302确保振荡器212被供以对其操作所需的正确的电压电平。在本发明的示例性实施例中，提供给振荡器部分204的电压为直流电压。

在“电源良好”电路302内产生提供给振荡器212的禁用信号304。在本发明的示例性实施例中，“电源良好”电路302在电压低于某一预定的门限的情况下禁用振荡器212。可选择地，在本发明的实施例中，所述门限被设定在对振荡器212起作用所需的最小电压处。“电源良好”电路302测量在电容器210上所形成的电压。可选择地，“电源良好”电路302接收两个输入信号，第一输入信号是由电压调整电路220提供的稳定电压电平，第二输入信号是二极管电桥226的输出。所述“电源良好”电路302的输出是用于振荡器部分204的禁用信号304。

在本发明的示例性实施例中，发射部分206在操作上连接到振荡器212。在本发明示例性实施例中，电容器310被加到变压器214内的次级线圈以便在振荡器输出端处引入较高阻抗。由于电容310，振荡器的输出信号得以加强。电容310与变压器214的组合效果在笔尖端216、218处产生对本发明目的足够的电场。其它实施例可发现在没有电容器310帮助的情况下使用变压器214就足够了。

在图4A中根据本发明的示例性实施例示出高电压电磁笔的示意图400。与在2A中所示的实施例相比，在图4A中所示的实施例中，提供给振荡器212的电压电平明显较高。在本发明的示例性实施例中，第一电容器402与第二电容器404以串联方式放置以存储由电感器208所拾取的电磁能量。电感器208以(如在图4B中所示)由数字转换器100感应的电磁场450振荡。在振荡的正相位452期间，第一电容器402通过第一二极管406充电。在振荡的负相位454期间，第二电容器404通过第二二极管408充电。在本发明的某些示例性实施例中，例如上述的“电源良好”电路被用于确保振荡器212被提供对其操作所需的正确的电压电平。

在本发明的示例性实施例中，可选择地使用由可再充电电池操作的笔500，如图5中所示。可再充电电池502可选择地由能量拾取电路充电，所述能量拾取电路例如是电感器504结合二极管506、二极管电桥或其它整流装置。附加地或可替代地，电池502可在所述数字转换器系统或主计算装置内的指定空间中被充电。在某些情况下，当电池502提供固定且稳定的电压给振荡器212时，其它实施例的电压调整电路是不需要的。可选择地，使用例如太阳能电池之类的其它电源单元。在本发明的某些示例性实施例中，同步电路被加到电源部分202以便使来自振荡器212的信号的产生与来自数字转换器100的激发信号同步。可选择地，“电源良好”电路302被加到电源部分202以便在电压低于某预定门限的情况下禁用振荡器212。

具有多于一个电源部分的示例性实施例

图6A根据本发明的示例性实施例示出双电源电磁笔的电气配置的示意图600。在本发明的某些示例性实施例中，所述电磁笔包含至少四个主要部分：振荡器电源部分202；振荡器部分204；尖端电源部分202’；和发射部分206。在本发明的示例性实施例中，振荡器电源部分202被设计为能量拾取电路，选择性地，类似于在这里描述的其它能量拾取电路，该能量拾取电路从由数字转换器100发射的电磁波接收能量并且供应给振荡器部分204。在本发明的某些示例性实施例中，使用例如上述“电源良好”电路来确保振荡器212被提供对其操作所需的正确的电压电平。振荡器212的频率与从数字转换器100发射到振荡器电源部分202的波的频率以任何方式都是无关的。振荡器212可选择地连接到位于发射部分206内的晶体管610。在本发明的某些示例性实施例中，晶体管610作为用于尖端216的关/开开关工作。

在本发明的示例性实施例中，如下文所述，尖端电源部分202’被用于对电容器充电。这可选择地通过从电感器616给第一电容器618与第二电容器620加载能量来实现。在本发明的示例性实施例中，第一电容器618与第二电容器620以串联方式放置以存储由电感器616拾取的电磁能量。电感器616以由数字转换器100感应的电磁场振荡。在振荡的正相位期间，第一电容器618通过第一二极管612充电。在振荡的负相位期间，第二电容器620通过第二二极管614充电。两个电容器618、620以串联方式通过二极管621、614连接到电感器616的配置可选择地被用于在晶体管610的端子之一622(公知为集电极端子)处供以相当高的电压。此种配置公知为电压加倍器。本发明不局限于在此所述的电压加倍器，可在笔尖端216处供应足够高的输出电压的任何配置都将是合适的。在本发明的某些示例性实施例中，至少9V被供应给笔尖端216。可选择地，高达15V被供应给笔尖端216。

本发明的示例性实施例中，尖端电源部分202’被连接到集电极端子622。振荡器输出端624被连接到晶体管610的基极，控制所述晶体管内的电流流动。在本发明的示例性实施例中，集电极端子622也被连接到笔尖端216。在本发明的某些示例性实施例中，晶体管610是双极结型晶体管(bipolarjunctiontransistor，“BJT”)。晶体管610可以说是类似于与输出电容器652结合的开关650，如在图6B中所见的那样。在本发明的示例性实施例中，振荡器输出端624控制开关650。根据本发明的示例性实施例，当开关650打开时，电容器652被充电到对操作尖端216所需的电压。当开关650闭合时，其允许电容器652放电。

在本发明的示例性实施例中，电感器208和616被约束在单一铁氧体磁芯(未示出)的周围。其它实施例具有两个分开的铁氧体磁芯，对于电感器208和616分别一个。此外可能的是，利用两种类型的铁氧体磁芯，或者相连接的或者分开的。利用不同特性的两种铁氧体磁芯主要在使铁氧体磁芯适合笔尺寸和最大化能量接收方面是有利的。

参考图7，根据本发明的示例性实施例示出在振荡器输出端624处的波形与在笔尖端216处的所得到的波形。当振荡器输出624为高V₁702时，电流可流过晶体管610，允许晶体管的内部电容放电704。当振荡器输出为低706时，晶体管610内的内部电容被充电710到由尖端电源部分202’所供应的电压V₂708。在本发明的某些示例性实施例中，晶体管610连同尖端电源部分202’可选择性地替换如在2A中所示的发射部分206。该配置选择性地允许更好地利用由数字转换器100所发射的能量，同时确保在笔尖端216处的相当高的信号振幅(V₂)。本发明不局限于在发射部分206处对双极结型晶体管的使用和对输出电容的使用。可允许笔尖端216处适当的交流信号的任何配置都可以选择性地被用作发射部分。

示例性压力敏感实施例

在本发明的某些示例性实施例中，提供一种能够根据施加在笔上的变化压力而调整其振荡频率的笔。可选择地，压力施加在该笔的尖端处。附加地和可替代地，压力施加在该笔的外部。可选择地，至少一个按钮位于笔外部，由用户使用以在该笔上施加压力。可选择地，所施加的压力被用于实现不同的功能，例如鼠标仿真(“右点击”等)、擦除和/和颜色改变。

图8A是根据本发明的示例性实施例示出压力敏感笔的电气配置的示意图800。电源与发射部分可选择性地类似于在此详述的电源与发射部分。在本发明的示例性实施例中，使用电容器与电阻器802的组合来控制该笔的振荡频率。施加到笔尖端的压力调变选择性地并联到电容器806的可变电容器804。在本发明的某些示例性实施例中，额外电容器808通过机械式开关810并联连接。机械式开关810可选择性地由位于笔外壳上的用户操作按钮操控。虽然该按钮一般被用来改变振荡器812的振荡频率，但在本发明的示例性实施例中，该笔的侧按钮的功能是当该笔被用于鼠标仿真时提供“右点击”操作。在本发明的示例性实施例中，所有三个电容器804(C₁)、806(C₂)、808(C₃)的总电容确定振荡器812的振荡频率。当机械式开关810为断开(OFF)，将电容器808从该电路中排除且不对该笔施加压力时，该总电容可表示：C_总＝C₁+C₂。本发明不局限于可变电容器；可选择性地使用可变电感。

图8B根据本发明的示例性实施例示出利用压力敏感笔所实现的相对频率范围的图850。所述总电容在机械式开关810为断开时将设定振荡频率为某一值f₁。因为可变电容器804可选择性地在有限的相对小的电容范围内被调谐，所以振荡频率在相应有限的频率范围[f₁……f₂]852内变化。当机械式开关810被转为接通(ON)时，额外电容器808被加到方程式，从而使所述总电容的表示为C_zong＝C₁+C₂+C₃。在本发明的示例性实施例中，额外电容器808产生频率范围到[f₃……f₄]854的移动，其方式是允许在频率范围852与854之间的完全区别。所检测到的频率变化用信号通知数字转换器100执行对应于所述变化的动作。

图9A是压力敏感笔的示例性实施例的示意图900，其中可变电容器902串联连接至主电容器904。笔外壳上的按钮控制机械式开关906，所述机械式开关将可变电容器902从振荡器电路中排除。当机械式开关906为断开、也即打开时，所述总电容可表示为：

在本发明的该示例性实施例中，所述频率在相对小的有限范围[f₁……f₂]952内变化，如在图9B中所见。当没有压力施加到笔尖端时，振荡器频率或为f₁954或为f₂956。当机械式开关906在接通、也即闭合时，所述总电容是主电容器904的电容。在本发明示例性实施例中，这导致振荡器频率为f₃958。

应当注意的是，在本发明的某些示例性实施例中，使用多个按钮来改变笔频率到单一频率或额外的频率范围。可使用这种按钮来提供诸如擦除或颜色改变之类的功能。

图10示出压力敏感笔1000的示例性示意性表示。在本发明的某些示例性实施例中，使用至少一个电容器与至少一个电阻器的组合来控制笔1000的振荡。在本发明的示例性实施例中，施加到笔尖端1002的压力调变位于笔尖端1002近端的可变电阻器1004。可变电阻器1004位于两个铁氧体之间。在本发明的某些示例性实施例中，电感器环绕第一铁氧体1006缠绕。第一铁氧体1006可选择性地配置有凹槽，可变电阻器1004被安置在该凹槽中并且可选择地第二铁氧体1008可被安置在该凹槽中。在本发明的某些示例性实施例中，当笔1000未被使用时，位于第二铁氧体1008外面的O型环1010在两个铁氧体间维持一空间，以防止对可变电阻器1004的不适当的力。可选择地，O型环1010由弹性材料制成。在本发明的示例性实施例中，O型环1010辅助笔尖端1002的移动。例如，当压力被施加给笔尖端1002时，笔尖端1002与第二铁氧体1008朝向可变电阻器1004移动。该移动使以弹性方式环绕尖端1002与第二铁氧体1008安置的O型环1010受到扭转力。在本发明示例性实施例中，当笔尖端1002上的压力得以释放时，O型环1010返回到其原始位置，释放其扭转能量并使笔尖端1002与第二铁氧体1008移动远离可变电阻器1004并返回到它们的原始位置。应当注意的是，能够可选择性地采用其它传导元件以取代铁氧体。在本发明的某些示例性实施例中，可变电阻器1004连接到振荡器部分204。可选择地，所述连接通过挠性电缆。本发明不局限于可变电阻器的特定方位。可选择地，所述可变电阻器被放置在相对于该笔的不同地方。

只要没有力被施加在可变电阻器1004上，电阻器1004的电阻称为“无穷大”。在本发明的示例性实施例中，电阻器1004的电阻根据施加于其上的机械压力而降低。

在本发明的某些示例性实施例中，作为对在8A与9A所示的实施例中所描述的某些或全部电容器的替代，可选择性地使用可变电阻器1004。

图11A是根据本发明示例性实施例示出双电源、压力敏感笔的电气配置的示意图1100。在本发明的某些示例性实施例中，振荡器部分204接收至振荡器212的两个输入信号、即来自“电源良好”电路(例如在图3中所示的“电源良好”电路302)的禁用信号1104、及来自同步电路(例如在图2A中所示的同步电路224)的使能信号1106。可选择地，使用多于一个的振荡器。

图11B是根据本发明的示例性实施例的振荡器212的示例性电路图。所述振荡器可选择性地接收两个输入：禁用信号1104与使能信号1106。在本发明的某些示例性实施例中，振荡器212配备有至电源单元(例如图2A的电源部分202)的操作性连接(未示出)，以对所述电路供电。振荡器可选择性地包括至少一个缓冲器1110、“非(not)”缓冲器1112、电容器1114和两个电阻器1116、1118。在本发明的示例性实施例中，第二电阻器1118实际上是如图11C中所示的电阻器模式，并且包含可变电阻器1120。

图11C是根据本发明的示例性实施例示出实际上是电阻器模式的电阻器1118的电气配置的示意图。在本发明的某些示例性实施例中，可变电阻器1120并联连接到电阻器1122。两个电阻器1120(R₁)、1122(R₂)串联连接到第三电阻器1124(R₃)。

额外电阻器1126(R₄)可选择性地利用机械式开关1128以串联方式被连接。所述开关由位于所述笔外壳上的控制接口(例如按钮)操控。在本发明的示例性实施例中，所述笔的按钮的功能是在使用笔用于鼠标仿真时提供“右点击”操作。所有四个电阻器1120、1122、1124、1126的总电阻确定振荡器212的振荡频率。当机械式开关1128为断开，将额外的电阻器1126从所述电路中排除，并且没有压力被施加到所述尖端时，所述总电阻可以表示为：

在本发明的示例性实施例中，所述总电阻将设定所述振荡频率为某一值f₁。因为可变电阻器1120可选择性地在有限的电阻范围内被调谐，所以所述振荡频率在相应的有限频率范围[f₁……f₂]852内变化。

当所述机械式开关1128被转为接通时，额外的电阻器1126被加到该方程式，从而使总电阻表示为：

在本发明的示例性实施例中，额外电阻器1126产生在频率范围到[f₃......f₄]854的移动。频率范围从852到854的差异显著得使由数字转换器100能够在二者之间进行区分。如上所述，所探测到的不同频率使数字转换器可选择性地执行与所探测到的频率相关的指令。在本发明的某些示例性实施例中，使用在此所述的电阻器模式的功能替代方案。

在本发明的示例性实施例中，使用在振荡器部分204内的温度补偿单元。根据本发明的示例性实施例，该温度补偿单元负责在温度发生变化时补偿，以避免所述系统的因温度变化而引起的频率变化。所述温度补偿单元可选择性地包含可变电阻器，所述可变电阻器根据温度而改变其电阻。

本发明已经利用对其实施例的非限制性详细描述得以说明，所述实施例通过实例来提供并且不用来限制本发明的范畴。应当理解的是，针对一个实施例所描述的特征和/或步骤可使用于其它实施例，并且并非本发明的所有实施例都具有在特定附图中所示的或针对所述实施例之一所描述的特征和/或步骤的全部。对于本领域人员而言将出现所述的实施例的变型。此外，当在本公开和/或权利要求书内使用术语“包含”、“包括”、“具有”及其变化时，所述术语“包含”、“包括”、“具有”及其变化意指“包含但不必局限于”。

应当注意的是，上述实施例中的某些实施例可以描述发明人所预期的最佳模式，并且因此可以包括结构、结构的动作或细节和对本发明可能并非基本的且以实例方式所描述的动作。如在本领域中所公知的那样，在此所述的结构与动作可由等同物替代，其中即使所述结构或动作是不同的，所述等同物执行相同的功能。因此，本发明的范畴仅受限于在权利要求书中所使用的元素与限制。

Claims

1.一种指示器，包括：

能够产生振荡电信号的波产生振荡器部分；

给所述波产生振荡器部分供电的电源部分，

其中所述电源部分包括能量拾取电路，所述能量拾取电路从由所述能量拾取电路接收到的激发信号提供能量；和

发射部分，所述发射部分发射由所述波产生振荡部分所产生的信号，其中在终止所述能量拾取电路接收所述激发信号之后将所述振荡器部分从禁止状态转换到使能状态，以及

其中所述波产生部分振荡器部分以与所述激发信号无关的频率产生信号。

2.根据权利要求1所述的指示器，进一步包括给发射部分供电的发射电源部分，

其中所述发射电源部分包括发射电源部分能量拾取电路，所述发射电源部分能量拾取电路由激发信号激发并且从激发信号给发射电源部分供应能量。

3.根据权利要求1所述的指示器，其中所述电源部分产生直流电压以给所述波产生振荡器部分供电。

4.根据权利要求1－3中的任一项所述的指示器，其中所述电源部分进一步包括至少一个同步电路，所述同步电路使所述波产生振荡器部分的信号产生与所述激发信号同步。

5.根据权利要求1－3中的任一项所述的指示器，其中所述能量拾取电路包括由激发信号激发的线圈。

6.根据权利要求1－3中的任一项所述的指示器，其中所述电源部分进一步包括可再充电电池，

其中所述可再充电电池从由所述能量拾取电路获得的能量再充电。

7.根据权利要求1－3中的任一项所述的指示器，其中所述电源部分进一步包括电容器，

其中所述电容器从所述能量拾取电路被充电。

8.根据权利要求1－3中的任一项所述的指示器，其中所述电源部分进一步包括至少一个“电源良好”电路。

9.根据权利要求1－3中的任一项所述的指示器，其中所述波产生振荡器部分进一步包括至少一个对由用户施加到所述指示器上的压力敏感的可变元件。

10.根据权利要求9所述的指示器，进一步包括位于所述指示器外部的按钮，其中所述按钮控制所述至少一个对从所述按钮施加于其上的压力敏感的可变元件。

11.根据权利要求9所述的指示器，其中所述压力从所述指示器的尖端被施加在所述指示器上。

12.根据权利要求9所述的指示器，其中当施加所述压力时，由所述波产生振荡器部分产生的第一频率改变为第二频率。

13.根据权利要求12所述的指示器，其中所述第二频率是相对窄频率范围中的一个。

14.根据权利要求10所述的指示器，其中所述按钮控制所述指示器的改变颜色的功能。

15.根据权利要求9所述的指示器，其中所述至少一个可变元件是从包括下列元件组中选出的：电容器、压敏电阻和电感器。

16.一种用在数字转换器系统中的、根据权利要求1－3中的任一项所述的指示器，包括:

笔尖端；

位于笔内的至少一个传导元件，其中所述至少一个传导元件响应于施加到笔尖端的压力而移动；以及

至少一个O型环，所述至少一个O型环环绕所述至少一个传导元件的外圆周被安装并且被耦合于笔的外壳，使得在所述传导元件的所述移动期间，扭力被施加给所述O型环，并且其中所述O型环元件扭力使所述传导元件的移动相反，并且使所述传导元件返回到在所述移动之前存在的状态。

17.根据权利要求16所述的指示器，进一步包括可变元件，其中所述可变元件响应于所述至少一个传导元件朝向所述可变元件的移动来调变。

18.根据权利要求16所述的指示器，其中所述传导元件是铁素体。

19.根据权利要求17所述的指示器，其中所述可变元件是从包括以下元件组中选出的：电容器和电阻器。

20.根据权利要求17所述的指示器，进一步包括与所述可变元件操作通信的振荡器部分。

21.根据权利要求20所述的指示器，其中施加到所述笔尖端上的压力引起所述至少一个传导元件朝向所述可变元件的移动。

22.一种位置探测系统，包括：

至少一个根据权利要求1－3中的任一项所述的指示器；和

探测器，包括传感器，所述传感器可操作以从由波产生振荡器部分所产生的波来探测所述至少一个指示器的位置。

23.根据权利要求22所述的位置探测系统，其中激发信号从所述探测器被发射。

24.根据权利要求22所述的位置探测系统，其中所述探测器是个人计算机、个人数据助理、平板、移动电话或显示器中的至少一个。

25.根据权利要求22所述的位置探测系统，其中所述电源产生直流电压以给波产生振荡器部分供电。

26.根据权利要求22所述的位置探测系统，其中所述能量拾取电路包括由激发信号激发的线圈。

27.根据权利要求22所述的位置探测系统，其中所述电源部分进一步包括可再充电电池，

其中所述可再充电电池从由所述至少一个指示器的所述能量拾取电路获得的能量再充电。

28.根据权利要求22所述的位置探测系统，其中所述电源部分进一步包括电容器，

其中所述电容器从所述能量拾取电路被充电。

29.根据权利要求23所述的位置探测系统，其中所述波产生振荡器部分进一步包括至少一个对由用户施加到所述指示器上的压力敏感的可变元件。

30.根据权利要求29所述的位置探测系统，其中当施加所述压力时，由所述波产生振荡器部分所产生的第一频率改变为第二频率。

31.根据权利要求30所述的位置探测系统，其中所述第一频率对应于至少一个第一可执行指令，并且其中所述第二频率对应于所述探测器上的第二可执行指令。

32.根据权利要求29所述的位置探测系统，其中所述至少一个可变元件是从包括下列元件的组中选出：电容器、电阻器和电感器。

33.根据权利要求23所述的位置探测系统，其中所述探测器是显示器。

34.根据权利要求22所述的位置探测系统，其中所述指示器进一步包括至少一个同步电路，所述同步电路使所述波产生振荡器部分波产生与所述激发信号同步。

35.一种用以给指示器提供能量的方法，包括：

从探测器发射激发信号；

从所述激发信号产生直流电压；

其中在激发信号的发射终止之后，将指示器中的振荡器从禁止状态转换到使能状态；以及

由所述直流电压给振荡器产生电振荡信号供电，

其中产生的振荡信号的频率与所述激发信号的频率无关。