CN102135832B - 位置侦测装置 - Google Patents

Abstract

一种位置侦测装置，包括一个位置指示器及一个位置侦测器。该位置指示器用于接收及发射频率相异的信号，并将接收到的信号进行交流至直流转换，以供应发射时所需的电力。该位置侦测器包括分别沿垂直的第一方向与第二方向排列的多条第一天线及多条第二天线，用于通过所述第二天线发射信号到该位置指示器、通过所述第一天线的至少一部分依序从该位置指示器接收信号，并通过所述第一天线发射信号到该位置指示器、通过所述第二天线的至少一部分依序从该位置指示器接收信号，且根据接收到的信号的振幅得到相关于该位置指示器的一个位置信息。

Description

位置侦测装置

技术领域

本发明涉及一种侦测装置，特别是涉及一种位置侦测装置。

背景技术

参阅图1与图2，中国台湾专利第I304559号揭露了一种现有的被动式数字板指标系统，包括一个数字板1及一个无线指标设备（例如数字笔）2。

无线指标设备2包括一个可变电感器21、两个电容器22、23及一个开关24，且具有一个谐振频率。可变电感器21的电感值会反应无线指标设备2与数字板1间的碰触压力，且碰触压力愈大，可变电感器21的电感值愈小，谐振频率愈大。当开关24导通时，电容器23会使谐振频率变小。无线指标设备2受激发而谐振储能，并在激发源消失时释放能量，以发射具有谐振频率的信号。

数字板1包括沿第一方向排列的多条第一天线11-1至11-m，及沿垂直于第一方向的第二方向排列的多条第二天线12-1至12-n。数字板1会进行两次全域扫描及两次区域扫描，以得到无线指标设备2的坐标及状态（例如碰触压力、开关24是否导通）。

首先针对所有第一天线11-1至11-m进行一次全域扫描，此时，数字板1依序进行：通过第一天线11-1发射信号以激发无线指标设备2，然后通过第一天线11-1接收无线指标设备2所发射出的信号；通过第一天线11-2发射信号以激发无线指标设备2，然后通过第一天线11-2接收无线指标设备2所发射出的信号；…；通过第一天线11-m发射信号以激发无线指标设备2，然后通过第一天线11-m接收无线指标设备2所发射出的信号；及判断第一天线11-1至11-m中的哪一条所接收到的信号的振幅最大。假设第一天线11-i所接收到的信号的振幅最大。

接着针对部分第一天线11-(i-2)至11-(i+2)进行一次区域扫描，此时，数字板1依序进行：通过第一天线11-i发射信号以激发无线指标设备2，然后通过第一天线11-(i-2)接收无线指标设备2所发射出的信号；通过第一天线11-i发射信号以激发无线指标设备2，然后通过第一天线11-(i-1)接收无线指标设备2所发射出的信号；…；通过第一天线11-i发射信号以激发无线指标设备2，然后通过第一天线11-(i+2)接收无线指标设备2所发射出的信号；及根据这些接收到的信号的振幅得到无线指标设备2的坐标在第一方向的分量。

接着针对所有第二天线12-1至12-n进行一次全域扫描，此时，数字板1基于与上述全域扫描类似的方式判断出第二天线12-1至12-n中的哪一条所接收到的信号的振幅最大。假设第二天线12-j所接收到的信号的振幅最大。

最后针对部分第二天线12-(j-2)至12-(j+2)进行一次区域扫描，此时，数字板1基于与上述区域扫描类似的方式得到无线指标设备2的坐标在第二方向的分量。

此外，数字板1还侦测接收到的信号的频率，并根据侦测出的频率得到无线指标设备2的状态（例如碰触压力、开关24是否导通）。

然而，现有的数字板指标系统的缺点为：

(1)无线指标设备2利用同一个电路来先接收信号然后发射信号，因此处理速度较慢。

(2)对于每一方向，数字板1必须依序进行一次全域扫描及一次区域扫描，才能得到无线指标设备2的坐标在该方向的分量，因此处理速度较慢，且处理方式较复杂。

(3)由于数字板1通过同一条天线11-1至11-m、12-1至12-n先发射信号然后接收信号，或先通过平行的两条天线11-1至11-m、12-1至12-n的其中一条发射信号然后通过另一条接收信号，因此无法同时发射信号及接收信号，且由于数字板1所发射出的信号和所接收到的信号的频率相同，因此数字板1在发射信号后要做抑制动作，以避免接收到自身所发射出的信号。

(4)由于天线11-1至11-m、12-1至12-n的分布电容及阻抗匹配会有差异，使得天线11-1至11-m、12-1至12-n所发射出的信号的功率也会有差异，这导致无线指标设备2所发射出的信号的振幅会随着相对应的天线11-1至11-m、12-1至12-n而改变，因此数字板1计算坐标的方式必须更为复杂。

发明内容

本发明的目的是在提供一种位置侦测装置，可以解决上述背景技术的缺点(1)至(3)。

本发明所述的位置侦测装置包括一个位置指示器及一个位置侦测器。

该位置指示器包括：一个第一接收电路，用于受激发在一个第一频率谐振，以产生一个谐振信号；一个交流至直流转换电路，电连接到该第一接收电路，用于对该谐振信号进行交流至直流转换，以产生一个直流电力；及一个第一发射电路，电连接到该交流至直流转换电路以受该直流电力供电，用于在异于该第一频率的一个第二频率振荡，以产生一个振荡信号，并发射该振荡信号。

该位置侦测器包括：多条第一天线与多条第二天线，分别沿相异的一个第一方向与一个第二方向排列，该第二方向垂直于该第一方向，每一条天线用于发射信号到该第一接收电路或接收该第一发射电路所发射的该振荡信号；一个第二发射电路，用于产生具有该第一频率的一个待发射信号；一个第二接收电路，用于对信号进行带通滤波及振幅侦测，该带通滤波的通带涵盖该第二频率，不涵盖该第一频率；一个切换电路，电连接到所述第一天线与所述第二天线、该第二发射电路及该第二接收电路，用于受一组控制信号控制进行切换，而将所述第一天线皆电连接到该第二发射电路、将所述第二天线中的至少一部分依序电连接到该第二接收电路，或者将所述第二天线皆电连接到该第二发射电路、将所述第一天线中的至少一部分依序电连接到该第二接收电路；及一个处理电路，电连接到该第二接收电路及该切换电路，用于输出该组控制信号以控制该切换电路。

该处理电路设定该组控制信号，以使该切换电路将所述第二天线皆电连接到该第二发射电路、将所述第一天线中的该至少一部分依序电连接到该第二接收电路，从而使该待发射信号通过所述第二天线被发射以激发该第一接收电路，该第二接收电路分别对从依序与其电连接的所述第一天线所接收到的信号进行带通滤波及振幅侦测，以产生多个振幅值。

该处理电路还设定该组控制信号，以使该切换电路将所述第一天线皆电连接到该第二发射电路、将所述第二天线中的该至少一部分依序电连接到该第二接收电路，从而使该待发射信号通过所述第一天线被发射以激发该第一接收电路，该第二接收电路分别对从依序与其电连接的所述第二天线所接收到的信号的振幅进行带通滤波及振幅侦测，以产生多个振幅值。

该处理电路还根据该第二接收电路所产生的所述振幅值，产生相关于该位置指示器的一个位置信息。

本发明所述的位置侦测装置，该位置指示器的该交流至直流转换电路包括：一个整流器，电连接到该第一接收电路，用于对该谐振信号进行整流，以产生一个整流电力；一个滤波器，电连接到该整流器，用于对该整流电力进行滤波，以产生一个滤波电力；及一个电压调节器，电连接到该滤波器，用于将该滤波电力的电压调节到一个预设的电压值，以产生该直流电力。

本发明所述的位置侦测装置，该位置侦测器的该第二接收电路包括：一个带通放大器，电连接到该切换电路，用于对依序从与其电连接的所述第一天线及所述第二天线所接收到的信号进行带通滤波及放大，以产生一个放大信号；一个整流器，电连接到该带通放大器，用于对该放大信号进行整流，以产生一个整流信号；及一个模拟至数字转换器，电连接到该整流器，用于对该整流信号进行模拟至数字转换，以产生所述振幅值。

本发明所述的位置侦测装置，该位置侦测器的该切换电路包括多个双切开关，每一个双切开关包括电连接到所述第一天线与所述第二天线中相对应的一者的一个第一端，电连接到该第二发射电路的一个第二端及电连接到该第二接收电路的一个第三端，所述双切开关用以根据该组控制信号，使该第一端、该第二端间导通或该第一端、该第三端间导通。

本发明所述的位置侦测装置，该位置侦测器的该处理电路还产生一个脉波信号，该脉波信号呈方波且具有该第一频率，该位置侦测器的该第二发射电路还电连接到该处理电路，用于将该脉波信号从方波转换成弦波，以产生该待发射信号。

本发明所述的位置侦测装置，该第一频率和该第二频率中的一个大于或等于另一个的两倍。

本发明的有益效果在于：(1)该位置指示器利用该第一接收电路及该第一发射电路来同时且分别接收信号及发射信号，因此处理速度较快；(2)对于每一方向，该位置侦测器只需进行一次扫描就能得到相关于该位置指示器的该位置信息，因此处理速度较快，且处理方式较简单；及(3)由于该第一与第二频率相异，且该第二接收电路的带通滤波的通带涵盖该第二频率，不涵盖该第一频率，纵使该位置侦测器接收到自身所发射出的具有该第一频率的信号，也可以把这个信号滤除掉，因此该位置侦测器可以同时发射信号及接收信号。

附图说明

图1是一个电路示意图，说明一种现有的数字板指标系统的一个数字板及一个无线指标设备；

图2是一个电路示意图，说明无线指标设备；

图3是一个电路示意图，说明本发明位置侦测装置的较佳实施例的一个位置侦测器；

图4是一个电路示意图，说明较佳实施例的一个位置指示器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图3与图4，本发明位置侦测装置的较佳实施例包括一个位置侦测器（例如数字板）3及一个位置指示器（例如数字笔）4。

位置指示器4包括一个第一接收电路41、一个耦合电容器42、一个交流至直流转换电路43及一个第一发射电路44。

第一接收电路41用于受激发在一个第一频率谐振，以产生一个谐振信号。在本实施例中，第一接收电路41包括并联的一个电感器411及一个电容器412，且第一频率由电感器411的电感值及电容器412的电容值决定。

交流至直流转换电路43经由耦合电容器42电连接到第一接收电路41，用于对谐振信号进行交流至直流转换，以产生一个直流电力。在本实施例中，交流至直流转换电路43包括一个整流器431、一个滤波器432及一个电压调节器433。整流器431经由耦合电容器42电连接到第一接收电路41，用于对谐振信号进行整流，以产生一个整流电力，且在本实施例中是以一个全波整流器来实现。滤波器432电连接到整流器431，用于对整流电力进行滤波，以产生一个滤波电力，且在本实施中是以一个电容器来实现。电压调节器433电连接到滤波器432，用于将滤波电力的电压调节到一个预设的电压值，以产生直流电力。

第一发射电路44电连接到交流至直流转换电路43的电压调节器433以受直流电力供电，用于在异于第一频率的一个第二频率振荡，以产生一个振荡信号，并发射振荡信号。在本实施例中，第一发射电路44以一个考毕子振荡器（Colpitts oscillator）来实现，包括一个晶体管441、三个电阻器442至444、一个可变电感器445、五个电容器446至450及两个开关451、452。可变电感器445的电感值会反应位置指示器4与位置侦测器3间的碰触压力，且碰触压力愈大，可变电感器445的电感值愈小，第二频率愈大。当开关451导通时，电容器448会使第二频率变小。当开关452导通时，电容器449会使第二频率变小。较佳地，第一与第二频率中的一者大于或等于另一者的两倍。

值得注意的是，当位置指示器4的分布电容小时，电容器42可以被省略，此时，交流至直流转换电路43的整流器431直接电连接到第一接收电路41。

位置侦测器3包括多条第一天线31-1至31-m、多条第二天线32-1至32-n、一个第二发射电路33、一个第二接收电路34、一个切换电路35及一个处理电路36。

第一天线31-1至31-m与第二天线32-1至32-n分别沿相异的第一方向与第二方向排列。天线31-1至31-m、32-1至32-n中的每一条用于发射信号到第一接收电路41或接收第一发射电路44所发射出的振荡信号。在本实施例中，第二方向垂直于第一方向。

第二发射电路33用于产生具有第一频率的一个待发射信号。第二接收电路34用于对信号进行带通滤波、振幅侦测及频率侦测，带通滤波的通带涵盖第二频率，不涵盖第一频率。

切换电路35电连接到第一天线31-1至31-m、第二天线32-1至32-n、第二发射电路33及第二接收电路34，用于受一组控制信号控制进行切换，而将第一天线31-1至31-m皆电连接到第二发射电路33、将第二天线32-1至32-n中的至少一部分依序电连接到第二接收电路34，或者将第二天线32-1至32-n皆电连接到第二发射电路33、将第一天线31-1至31-m中的至少一部分依序电连接到第二接收电路34。在本实施例中，切换电路35包括多个双切开关351。每一个双切开关351包括电连接到第一天线31-1至31-m与第二天线32-1至32-n中相对应的一者的一个第一端、电连接到第二发射电路33的一个第二端及电连接到第二接收电路34的一个第三端，用以根据该组控制信号，使第一端、第二端间或第一端、第三端间导通。

处理电路36电连接到第二发射电路33、第二接收电路34及切换电路35，用于输出该组控制信号以控制切换电路35。

处理电路36设定该组控制信号，以使切换电路35将第二天线32-1至32-n皆电连接到第二发射电路33、将第一天线31-1至31-m中的至少一部分依序电连接到第二接收电路34，从而使待发射信号通过第二天线32-1至32-n被发射以激发第一接收电路41，第二接收电路34分别对从依序与其电连接的第一天线所接收到的信号进行带通滤波、振幅侦测及频率侦测（也就是第二频率），以产生多个振幅值及多个频率信息。

处理电路36还设定该组控制信号，以使切换电路35将第一天线31-1至31-m皆电连接到第二发射电路33、将第二天线32-1至32-n中的至少一部分依序电连接到第二接收电路34，从而使待发射信号通过第一天线31-1至31-m被发射以激发第一接收电路41，第二接收电路34分别对从依序与其电连接的第二天线所接收到的信号进行带通滤波、振幅侦测及频率侦测（也就是第二频率），以产生多个振幅值及多个频率信息。

处理电路36还根据第二接收电路34所产生的振幅值，产生相关于位置指示器4的一个位置信息，并根据第二接收电路34所产生的频率信息，产生相关于位置指示器4的状态信息（例如碰触压力、开关451、452是否导通）。

在本实施例中，处理电路36还产生一个脉波信号，脉波信号呈方波且具有第一频率。第二发射电路33用于将脉波信号从方波转换成弦波，并和与其电连接的第一天线或第二天线进行阻抗匹配，以产生待发射信号。

在本实施例中，第二接收电路34包括一个带通放大器341、一个整流器342、一个模拟至数字转换器343、一个波形整形器344及一个计数器345。带通放大器341电连接到切换电路35，用于对依序从与其电连接的第一天线与第二天线所接收到的信号进行带通滤波及放大，以产生一个放大信号。整流器342电连接到带通放大器341，用于对放大信号进行整流，以产生一个整流信号。模拟至数字转换器343电连接到整流器342，用于对整流信号进行模拟至数字转换，以产生振幅值。波形整形器344电连接到放大器341，用于将放大信号从弦波转换成方波，以产生一个整形信号。计数器345电连接到波形整形器344，用于计数整形信号在一段预设时间内出现几次上升缘，以产生频率信息。

归纳上述，与背景技术相比，本实施例具有以下优点：(1)位置指示器4利用第一接收电路41及第一发射电路44来同时且分别接收信号及发射信号，因此处理速度较快；(2)对于每一方向，位置侦测器3只需进行一次扫描就能得到相关于位置指示器4的位置信息，因此处理速度较快，且处理方式较简单；(3)由于第一频率与第二频率相异，且第二接收电路34的带通滤波的通带涵盖第二频率，不涵盖第一频率，纵使位置侦测器3接收到自身所发射出的具有第一频率的信号，也可以把这个信号滤除掉，因此位置侦测器3可以同时发射信号及接收信号；及(4)由于位置指示器4利用交流至直流转换电路43来将第一接收电路41所接收到的信号转换成具有固定电压的直流电力，以供应给第一发射电路44，因此第一发射电路44所发射出的振荡信号的振幅不受第一天线31-1至31-m与第二天线32-1至32-n的分布电容及阻抗匹配影响，因此位置侦测器3得到位置信息的方式较为简单。所以本实施例确实能达成本发明的目的。

Claims (6)

1.一种位置侦测装置，包括一个位置指示器及一个位置侦测器，其特征在于，

该位置指示器包括：

一个第一接收电路，用于受激发在一个第一频率谐振，以产生一个谐振信号；

一个交流至直流转换电路，电连接到该第一接收电路，用于对该谐振信号进行交流至直流转换，以产生一个直流电力；及

一个第一发射电路，电连接到该交流至直流转换电路以受该直流电力供电，用于在异于该第一频率的一个第二频率振荡，以产生一个振荡信号，并发射该振荡信号；

该位置侦测器包括：

多条第一天线与多条第二天线，分别沿相异的一个第一方向与一个第二方向排列，该第二方向垂直于该第一方向，所述第一天线和所述第二天线中的每一条用于发射信号到该第一接收电路或接收该第一发射电路所发射的该振荡信号；

一个第二发射电路，用于产生具有该第一频率的一个待发射信号；

一个第二接收电路，用于进行带通滤波及振幅侦测，该带通滤波的通带涵盖该第二频率，不涵盖该第一频率；

一个切换电路，电连接到所述第一天线、所述第二天线、该第二发射电路及该第二接收电路，用于受一组控制信号控制进行切换，而将所述第一天线皆电连接到该第二发射电路、将所述第二天线中的至少一部分依序电连接到该第二接收电路，或者将所述第二天线皆电连接到该第二发射电路、将所述第一天线中的至少一部分依序电连接到该第二接收电路；及

一个处理电路，电连接到该第二接收电路及该切换电路，用于输出该组控制信号以控制该切换电路；

该处理电路设定该组控制信号，以使该切换电路将所述第二天线皆电连接到该第二发射电路、将所述第一天线中的该至少一部分依序电连接到该第二接收电路，从而使该待发射信号通过所述第二天线被发射以激发该第一接收电路，该第二接收电路分别对从依序与其电连接的所述第一天线所接收到的信号进行带通滤波及振幅侦测，以产生多个振幅值；

该处理电路还设定该组控制信号，以使该切换电路将所述第一天线皆电连接到该第二发射电路、将所述第二天线中的该至少一部分依序电连接到该第二接收电路，从而使该待发射信号通过所述第一天线被发射以激发该第一接收电路，该第二接收电路分别对从依序与其电连接的所述第二天线所接收到的信号进行带通滤波及振幅侦测，以产生多个振幅值；

该处理电路还根据该第二接收电路所产生的所述振幅值，产生相关于该位置指示器的一个位置信息。

2.根据权利要求1所述的位置侦测装置，其特征在于，该位置指示器的该交流至直流转换电路包括：

一个整流器，电连接到该第一接收电路，用于对该谐振信号进行整流，以产生一个整流电力；

一个滤波器，电连接到该整流器，用于对该整流电力进行滤波，以产生一个滤波电力；及

一个电压调节器，电连接到该滤波器，用于将该滤波电力的电压调节到一个预设的电压值，以产生该直流电力。

3.根据权利要求1所述的位置侦测装置，其特征在于，该位置侦测器的该第二接收电路包括：

一个带通放大器，电连接到该切换电路，用于对依序从与其电连接的所述第一天线及所述第二天线所接收到的信号进行带通滤波及放大，以产生一个放大信号；

一个整流器，电连接到该带通放大器，用于对该放大信号进行整流，以产生一个整流信号；及

一个模拟至数字转换器，电连接到该整流器，用于对该整流信号进行模拟至数字转换，以产生所述振幅值。

4.根据权利要求1所述的位置侦测装置，其特征在于，该位置侦测器的该切换电路包括多个双切开关，每一个双切开关包括电连接到所述第一天线与所述第二天线中相对应的一个的一个第一端，电连接到该第二发射电路的一个第二端及电连接到该第二接收电路的一个第三端，用以根据该组控制信号，使该第一端、该第二端间导通或该第一端、该第三端间导通。

5.根据权利要求1所述的位置侦测装置，其特征在于，该位置侦测器的该处理电路还产生一个脉波信号，该脉波信号呈方波且具有该第一频率，该位置侦测器的该第二发射电路还电连接到该处理电路，用于将该脉波信号从方波转换成弦波，以产生该待发射信号。

6.根据权利要求1所述的位置侦测装置，其特征在于，该第一频率和该第二频率中的一个大于或等于另一个的两倍。

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