CN1236326C - 物体感测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种利用电场感测的组合的无源及有源的物体感测系统(30；50；70)。电场感测发射电极(2)产生第一电场(11、12、13)，其在电场感测接收电极(4)感应电流。无源物体(10)由所述电流的变化被感测到。有源物体(31；51；71)包括另外的电场感测发射电极(33；53；73)，并产生第二电场(35、36、37；55、56、57；75、76、77)。其可以由耦合到第一电场(11、12、13)并对其施加相移的有源物体(31)产生。或者，第二电场(55、56、57)可以以不同于第一电场(11、12、13)的频率产生。或者，第二电场(75、76、77)可以由耦合到由线圈(172)产生的交变磁场的有源物体(71)产生。第二电场(35、36、37；55、56、57；75、76、77)在电场感测接收电极(4)感应电流，该电流随着有源物体(31；51；71)的位置的变化而变化。利用它们之间的相位或频率的不同，各电流可以被区分开来。

Description

物体感测系统和方法

技术领域

本发明涉及一种使用电场感测的物体感测。电场感测也称为准静电感测。

背景技术

用于物体感测的感测技术包括电容感测和电场感测，已知为准静电场感测，其可以被称为交叉电容感测(cross capacitive sensing)。电场感测用于检测三维(3D)空间内的物体，其已经相当熟悉，该技术用于如近程传感器。实际上，彼得氏长吻鱼(gnathomenu petersiifish)或象鼻鱼使用电场感测来检测物体。在其最简单的形式下，电容感测仅使用一个电极，测量由该电极的负载电容进行。该负载电容由电极和围绕电极的所有接地物体之间的所有电容的和确定。这就是近程传感中的工作方式。电场感测，也被称为交叉电容感测，使用两个电极，可以有效测量两个电极之间的比电容。连接到电场产生装置的电极可以认为是电场感测发射电极，连接到测量装置的电极可以被认为是电场感测接收电极。第一(发射)电极通过施加交流电压而被激励。由于电极之间的电容耦合(即，电场线的影响)，因而在第二(接收)电极感应了位移电流。如果物体位于电极附近(即，在电场线中)，一些电场线将被物体中断，电容电流将降低。如果监控电流，就可以感测物体的存在。

US6025726披露了电场感测装置特别用作计算机的用户输入设备和其他设备的应用。基于所需应用，电场感测装置可以感测用户的手指、手或整个身体的位置。

电场感测的优点在于：其可用于以电方式检测无源物体。

完全不同的，其他种类的感测技术依靠使用特别准备的“有源”物体来进行感测。其中一个实施例是所谓“电磁笔”，其中“笔”装置中的电感器-电容器谐振电路与形成输入板的磁场回路通过磁场耦合相互作用。通过再次使用耦合到输入板的回路中的电磁场，可以感测到笔(物体)相对于输入板的位置，有时相同的回路也用于激励谐振电路。

这种有源物体不必仅限于笔形，当形成或采用笔之外的形状时，这种物体通常被称为标记元件或标志(token)。已知可以使用多个标记元件，通过识别物体的有源部分的特征可以单独感测并识别每个标记元件。这种标记元件可以用于如商场和图书馆。

传统的电场感测装置不能提供这种识别特征，因此仅限于感测未知物体。因此，需要提供一种具有扩展能力的电场感测装置。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种组合的无源及有源的物体感测系统，包括：具有至少一个电场感测发射电极和至少一个电场感测接收电极的无源电场感测物体感测装置，和具有另外的电场感测发射电极的有源物体，其被设置为：在操作过程中，通过测量由至少一个电场感测发射电极产生的第一电场在至少一个电场感测接收电极感应到的电流的变化，感测无源物体，并通过测量由另外的电场感测发射电极产生的第二电场在至少一个电场感测接收电极感应的电流的变化，感测有源物体。

第二电场由有源物体产生，该有源物体还包括另外的电场感测接收电极，其在操作过程中耦合到第一电场中，以提供受到有源物体相位改变作用的信号，其用于随第二电场产生第一电场的相位改变了的变型，在这种情况下，利用两个电场的相位的不同，可以从由第二电场感应的电流区分出从第一电场感应的电流。

第二电场可以通过以与用于产生第一电场的交变电压的频率不同的频率向另外的电场感测发射电极施加交变电压而产生出来，在这种情况下，利用以不同频率产生的两个电场，可以从由第二电场感应的电流中区分出由第一电场感应的电流。利用频率的不同，可以包含并区分具有单独的场产生频率的多个有源物体。

第二电场可以通过产生交变磁场而交变产生，该交变磁场穿过有源物体中的感应器，从而，感应器提供用于产生第二电场的信号，在这种情况下，利用两个不同相位的场，可以从由第二电场感应的电流区分出由第一电场感应到的电流。

通过采用第二电场产生的编码的时间调制，可以有选择的将各标识符分配给多个有源物体。

在第二方面，本发明提供了用于确定上述感应电流并用于区分上述不同电场感应的电流的电流感测电路。

在第三方面，本发明提供了用于产生上述第二电场的有源物体(包括标记元件、标志、物理图标(phycon)和笔)。

由此，描述了使用电场感测的组合的无源及有源物体感测系统。电场感测发射电极产生第一电场，其在电场感测接收电极感应电流。无源物体从该电流的变化中被感测出来。有源物体还包括另外的电场感测发射电极，并产生第二电场。其可以由耦合到第一电场并对其施加相移的有源物体产生。可选择的，第二电场可以以不同于第一电场的频率产生。第二电场在电场感测接收电极感应电流，该电流随着有源物体的位置的变化而变化。利用它们之间的相位或频率的不同，各电流可以被区分开来。

具体地，具体地，本发明提出一种物体感测系统，包括：第一电场感测发射电极；电场感测接收电极；驱动电路，用于驱动第一电场感测发射电极来产生第一电场；电场产生物体，包括：第二电场感测发射电极，和用于驱动第二电场感测发射电极以产生第二电场的装置；及电流感测电路，用于可区分地感测由第一电场和第二电场在电场感测接收电极感应的电流；其中，第一电场感测发射电极和电场感测接收电极被设置成，使得位于第一电场感测发射电极和电场感测接收电极附近的第一物体使由第一电场在电场感测接收电极感应的电流发生变化；和电流感测电路被调整成，由第一电场在电场感测接收电极感应的电流的变化感测第一物体，和由第二电场在电场感测接收电极感应的电流的变化感测电场产生物体。

用于驱动第二电场感测发射电极以产生第二电场的装置包括：与第一电场耦合的接收电极，用以产生接收的信号；用于向接收的信号施加相移的装置；和用于将相移了的信号传送到第二电场感测发射电极的装置；其中，电流感测电路用于利用两个电场的相位的不同来从第二电场感应的电流区分出由第一电场感应的电流。

用于驱动第二电场感测发射电极以产生第二电场的装置包括：驱动电路，用于驱动第二电场感测发射电极，以产生与第一电场的频率的的频率的第二电场；和其中，电流感测电路用于利用两个电场的频率的不同来从第二电场感应的电流区分由第一电场感应的电流。

包括：多个电场产生物体，它们每个的驱动电路都用于驱动它们以产生相应的不同频率的第二电场；其中，电流感测电路用于利用每个电场产生物体的不同频率的电场来区分由多个电场产生物体的每一个感应的电流。

包括：多个电场产生物体，它们每个的驱动电路都用于驱动它们以在时间调制的基础上产生与另外的第二电场区可分开的各第二电场；其中，电流感测电路用于利用每个电场产生物体的电场的不同时间调制形式来区分由多个电场产生物体的每一个感应的电流。

还包括：用于产生交变磁场的装置；其中用于驱动第二电场感测发射电极以产生第二电场的装置包括：与交变磁场耦合的感应器，用以产生接收的信号；用于将信号传送到第二电场感测发射电极的装置；其中，电流感测电路用于利用两个场的不同相位来从第二电场感应的的电流区分出第一电场感应的电流。

电流感测电路用于基本滤出由产生交变磁场的装置产生的电场在电场感测接收电极产生的电流。

利用由产生交变磁场的装置产生的电场和第二电场感测发射电极产生的第二电场之间的相位差进行滤出。

提供屏蔽用以基本阻挡由产生交变磁场的装置产生的任意电场，并基本允许产生交变磁场的装置产生的磁场通过。

本发明也提出一种用于感测物体的方法，包括：使用第一电场感测发射电极产生第一电场；感测由第一电场在电场感测接收电极感应的第一电流；通过检测由第一电场感应的电流的变化感测第一物体，该变化由位于第一电场感测发射电极和电场感测接收电极附近的第一物体引起；使用位于第二物体上的电场感测发射电极产生第二电场；当第二物体位于电场感测接收电极附近时，通过感测由第二电场在电场感测接收电极感应的形式不同于第一电流的第二电流而感测第二物体。

参考下述实施例，本发明的上述和其他方面将更加明显和易于说明。

下面将参考结合附图的实施例对本发明的优选实施方式进行描述，其中：

附图说明

图1示出了传统电场感测系统；

图2是图1的系统的传统电流感测电路的功能模块的方框图；

图3示出了根据本发明的第一实施例的物体感测系统；

图4是图3的系统的电流感测电路的功能模块的方框图；

图5示出了根据本发明的第二实施例的物体感测系统；

图6是图5的系统的电流感测电路的功能模块的方框图；

图7示出了根据本发明的第三实施例的物体感测系统；和

图8是具有围绕线圈的接地的环形导线的线圈的示意图。

具体实施方式

首先，对传统电场感测装置的基本操作进行概括性的描述。图1示出了传统电场感测系统1(不按比例)，其包括：电场感测发射电极2、电场感测接收电极4、交流电压源6和电流感测电路8。

交流电压源6连接到电场感测发射电极2和电流感测电路8。电流感测电路8分别连接到电场感测接收电极4。

在操作过程中，当将交流电压施加到电场感测发射电极2时，电场线产生，其典型的电场线11、12、13穿过电场感测接收电极4。电场线11、12、13感应微小的交变电流，该电流由电流感测电路8测量(电流感测电路8使用由交流电压发出的分出信号，以与电场感应电流的相位相联系，如下所述)。

当物体，在这种情况下是用户的手指10，位于两个电极2、4附近时，物体终止这些电场线(在图1所示的位置是电场线11和12)-否则这些电场线将通过由该物体所占据的空间，由此，减少了从电场感测接收电极4流过的电流。因而，由电流感测电路测量的电流电平可以用于测量两个电极2、4的附近的物体的存在。

图2是传统电流感测电路8的功能模块的方框图。电流感测电路8包括放大器20、乘法器22和低通滤波器24。这些功能模块可以任意适当的形式实现，例如，使用US6025726中所披露的电路设计，该专利所披露的内容包含在此作为参考。

在操作过程中，在电场感测接收电极4感应到的位移电流26由放大器20放大，并与施加到电场感测发射电极2的电压的分出和相移的(由未示出的相移模块进行)变型27通过乘法器22相乘。分出电压被相位移动，以呈现与位移电流26相同的相位。由此，如果我们在这里假设放大器20是理想的，即不会将任何附加相移引入到位移电流26，则分出电压的相位将移动90度。如果，实际上，放大器20将附加的相移引入到了位移电流26，则根据需要调节分出电压的相位，以使其适应这种情况。

之后，乘法器22的输出经过低通滤波，以提供输出信号28。输出信号28是通过由电场感测发射电极2产生的电场而在电场感测接收电极4内感应的电流的量度，其将响应位于电场感测电极2、4附近的物体，即手指10，的变化而变化。然后，根据需要，输出信号28由外部电子设备(未示出)进行处理。

图3示出了根据本发明的第一实施例的物体感测系统30(不按比例)。与图1中使用的相同的附图标记用于以相同的方式在传统物体感测系统1中实现的部分。除了电场感测发射电极2、电场感测接收电极4和交流电压源6之外，物体感测系统30还具有电场产生物体，下文称为标记元件31。标记元件31具有外壳、标记元件电场感测接收电极32、标记元件电场发射电极33和连接到这两个电极的标记电路34。标记元件电场感测接收电极32与标记元件电场感测发射电极33屏蔽开，以防止两个电极之间发生反馈。外壳充分导电，以完成从标记电路34经过标记元件31使用中所接触的表面或物体到地的连接或耦合。当标记元件由用户持有时，其可以包括用户的手。外壳所需的传导率的程度根据标记元件31的所需使用而选择，还可以根据标记电路34和构成物体感测系统30的其他物体的效果的需要而改变。在该实施例中，外壳由部分塑料和部分金属构成。由于可以采用电容耦合，因此，为了美观或标记的目的，金属可以覆盖有薄的绝缘涂层，如油漆。标记电路34还包括电源，如小电池。

物体感测系统30还具有电流感测电路38(代替上述传统电流感测电路8)。

物体，如手指10，以和上述传统物体感测系统1感测物体相同的方式被感测到。此外，标记元件31的感测如下所述。当标记元件31位于电场感测发射电极2的附近时，标记元件电场感测接收电极32耦合到由电场感测发射电极2产生的电场11、12、13中，以产生接收信号。标记电路34放大该接收信号，并对其施加90度的相移。然后，标记电路34将相移并放大了的信号传送到标记元件电场感测发射电极33，以产生又一个电场，在图3中由电场线35、36、37表示，其与由电场感测发射电极2产生的原始电场11、12、13相比，相位变化了90度。由标记元件31产生的电场线35、36、37穿过电场感测接收电极4，感应又一个微小的交变电流，其也由电流感测电路38测量，下面将参考图4对其进行详细描述。

图4是电流感测电路38的功能模块的方框图。与图2中使用的标记相同的附图标记用于以相同的方式在传统电流感测电路8中实现的部分。除了放大器20、乘法器22和低通滤波器24之外，电流感测电路38还包括第二乘法器42、第二低通滤波器44和相移模块46。这些功能模块也可以以适当形式实现。在操作过程中，在电场感测接收电极4感应的位移电流26被放大器模块20再次放大。由放大器模块20得到的放大的输出分开并传送到每个乘法器22、42。

乘法器22将放大的电流与施加到电场感测发射电极2的电压的分出和90度相移了的变型27相乘，然后，由低通滤波器24对所得的相乘的信号执行低通滤波，以提供第一输出信号28。第一输出信号28，即与传统设备中得到的相同的输出信号，成为通过由电场感测发射电极2产生的电场在电场感测接收电极4感应到的电流的量度，并将响应位于电场感测电极2、4的附近的物体，如手指10，的变化而变化。

施加到电场感测发射电极2的电压的分出和90度相移了的变型27还被提供给相移模块46，相移模块施加90度的相移。乘法器42将放大了的电流信号与分出电压的所得的变型相乘，然后，所得的相乘的信号由低通滤波器44低通滤波，以提供第二输出信号48。该第二输出信号48成为通过由标记元件电场感测发射电极33产生的电场35、36、37在电场感测接收电极4感应到的电流的量度，其将根据标记元件31相对于电场感测接收电极4的位置的变化而变化。

之后，根据需要，输出信号28和48由外部电子设备(未示出)进行处理。

在图4所示的电路中，形成了两个处理通道，第一通道包括第一乘法器22和第一低通滤波器24，第二通道包括第二乘法器42和第二低通滤波器44。替代两个这种处理通道，通过在0度相位和90度相位之间切换相位基准输入，在时分多路复用方式中可以使用单个处理通道。

图5示出了根据本发明的第二实施例的物体感测系统50(不按比例)。与图1和3中使用的相同的附图标记用于以相同的方式在传统物体感测系统1中实现的部分。除了电场感测发射电极2、电场感测接收电极4和交流电压源6之外，物体感测系统50还具有电场产生物体，下文称为标记元件51。标记元件51具有外壳、标记元件电场感测发射电极53和耦合到该电极和该外壳的标记电路54。外壳充分导电，以完成从标记电路54经过标记元件51在使用中所接触的表面或物体到地的连接或耦合。当标记元件由用户持有时，其可以包括用户的手。外壳所需的传导率的程度根据标记元件51的所需使用来选择，还可以根据标记电路54和构成物体感测系统50的其他物体的效果的需要而改变。在该实施例中，外壳由部分塑料和部分金属构成。由于可以采用电容耦合，因此，为了美观或标记的目的，金属可以覆盖有薄的绝缘涂层，如油漆。标记电路54还包括电源，如小电池。

物体感测系统50还具有电流感测电路58(代替上述传统电流感测电路8)，和交流电压源59，其用于将交流电压提供给电流感测电路58。

物体，如手指10，以和上述传统物体感测系统1感测物体相同的方式被感测到。此外，标记元件51的感测如下所述。标记电路54具有产生不同于交流电压源6的频率f₁的频率f₂的交流电压的交流电压源。另外，标记电路54的交流电压源的频率f₂与交流电压源59的频率相同。标记电路54将频率f₂的交流电压施加到标记元件电场感测发射电极53，以产生电场，其在图5中由电场线55、56、57表示。当标记元件51位于电场感测接收电极4附近时，由标记元件51产生的电场线55、56、57穿过电场感测接收电极4，感应另一个小交变电流，其也由电流感测电路58测量，下面将参考图6对其进行详细描述。

图6是电流感测电路58的功能模块的方框图。与图2中使用的标记相同的附图标记用于以相同的方式在传统电流感测电路8中实现的部分。与上述电流感测电路8、38相同，该电流感测电路58具有放大器20、乘法器22和低通滤波器24(该乘法器22和低通滤波器24形成第一处理通道，用于处理由电场感测发射电极2产生的电场11、12、13)。电流感测电路58还包括第二处理通道，用于处理由标记元件51的标记元件电场感测发射电极53产生的电场55、56、57。由于标记电路54的交流电压源和向电流感测电路58提供基准频率的交流电压源59之间没有固定的相位关系，第二处理通道必须可以在没有这种联系的条件下操作，因此在该实施例中使用了正交检波。因此，第二处理通道自身具有两个分开的通道，其中，提供具有两个彼此相差90度的相位的基准电压。更具体的说，第二处理通道包括与低通滤波器64相关的乘法器62、与低通滤波器65相关的另一个乘法器63和相移模块66，用以在由交流电压源59得到的信号61施加到另一个乘法器63之前对其提供90度的相移。这些功能模块也可以以适当的形式实现。在操作过程中，在电场感测接收电极4感应的位移电流26被放大器模块20再次放大。由放大器模块20得到的放大的输出分开并传送到每个乘法器22、62、63。

乘法器22将放大的电流与施加到电场感测发射电极2的电压(频率f₁)的分出并90度相移了的变型27相乘，然后，由低通滤波器24对所得的相乘的信号执行低通滤波，以提供第一输出信号28。第一输出信号28，即与传统设备中得到的相同的输出信号，成为通过由电场感测发射电极2产生的电场而在电场感测接收电极4感应到的电流的量度，并将响应位于电场感测电极2、4的附近的物体，如手指10，的变化而变化。

乘法器62将放大的电流信号与由交流电压源59得到的信号61(频率f₂)相乘，然后，由低通滤波器64对得到的相乘的信号执行低通滤波。乘法器63将放大的电流信号与90度相移了的由交流电压源59得到的信号61(频率f₂)相乘，然后，由低通滤波器65对所得的相乘的信号执行低通滤波。从低通滤波器64、65分别得到的各低通滤波信号由正交组合器模块67正交组合，以提供第二输出信号68。该第二输出信号68成为通过标记元件电场感测发射电极53产生的电场55、56、57在电场感测接收电极4感应到的电流的量度，其将根据标记元件51相对于电场感测接收电极4的位置的变化而变化。

之后，根据需要，输出信号28和68由外部电子装置(未示出)进行处理。

并且，在处理通道成双(即，两部分的正交设置或偶数个正交设置和原始的第一处理通道)的情况下，可以采用具有适当的相位基准输入和/或频率切换的时分复用代替单个路径。

一般来说，相对于第一实施例，第二实施例可以在标记元件中使用较为简单的电子装置，但在电流感测电路中的较为复杂的电子元件上成本较高。并且，采用这种方式可以消除对两个电场感测电极进行屏蔽的需要，这对第一实施例的标记元件来说是需要的。

图7示出了根据本发明的第三实施例的物体感测系统70(不按比例)。下面的零件与上述实施例中所描述的具有相同的附图标记的零件相同：电场感测发射电极2、电场感测接收电极4、交流电压源6和电流感测电路38(如第一实施例中所使用的)。物体感测系统70还具有电场产生物体，下文称为标记元件71。

标记元件71具有外壳、电场感测发射电极73和耦合到该电极和该外壳的标记电路74。外壳充分导电，以完成从标记电路74经过标记元件71使用中所接触的表面或物体到地的连接或耦合。当标记元件由用户持有时，其可以包括用户的手。外壳所需的传导率的程度根据标记元件71的所需使用而选择，还可以根据标记电路74和构成物体感测系统70的其他物体的效果的需要而改变。在该实施例中，外壳由部分塑料和部分金属构成。由于可以采用电容耦合，因此，为了美观或标记的目的，金属可以覆盖有薄的绝缘涂层，如油漆。标记电路74还包括电源，如小电池。

标记元件71还包括连接到标记电路74的感应器72。

物体感测系统70还包括导电材料的线圈172(或环路)。线圈172耦合到驱动电路173。在组合中，线圈172和驱动电路173提供电磁场发生器95(即磁场发生器)。

物体，如手指10，以和上述传统物体感测系统1感测物体相同的方式被感测到。此外，标记元件71的感测如下所述。

驱动电路173驱动线圈172，以使线圈172产生交变磁场。交变磁场感应感应器72中的电流。该电流由标记电路74放大并相移。然后，标记电路74将相移并放大了的信号传送到标记元件电场感测发射电极73，以产生另一个电场，在图7中由电场线75、76、77表示，其与由电场感测发射电极2产生的原始电场11、12、13的相位成90度。由标记元件71产生的电场线75、76、77穿过电场感测接收电极4，感应另一个小交变电流。

以和第一实施例中的相同的电流感测电路38测量相应的电流采用相同的方式(即如参考图4所述)，该另一个交变电流由电流感测电路38测量出来。

在该实施例中，驱动电路173产生与在电场感测发射电极2产生的电场11、12、13具有相同相位的交变磁场。由此，标记电路74向在感应器72感应的电流施加90度的相移，以使在标记元件电极73产生的电场75、76、77相对于在电场感测发射电极2产生的电场11、12、13移动90度，从而，利用它们之间的相位的不同，电流感测电路38可以区别这两个场，进而区别手指10和标记元件71，如上所述。该方法具有下述优点：可以使用相同的相位发生器，以驱动电场感测发射电极2和驱动电路173。然而，也可以以任意其他的便捷的方式提供所需的相位差别。例如，驱动电路173可以设置为用以产生与在电场感测发射电极2产生的电场11、12、13相差90度的交变磁场，在这种情况下，标记电路74不向在感应器72感应的电流施加任何相移。

驱动电路173可以以任意适当的惯用交流电压/电流源的形式实现，采用如信号发生器。驱动电路173被设置成使其以交变电流驱动线圈172，该交变电流具有与驱动电场感测发射电极2的交流电压源6具有相同的相位(或具有其他已知的相对相位关系)。

由线圈172产生的电场在电场感测接收电极4产生的电流(一种潜在形式的干扰)由电流感测电路38有效(或至少基本上)滤出。

也可以使用其他方法替代上述方法或加入到上述方法中，以有效滤出由线圈172产生的电场在电场感测接收电极4产生的电流(如上述段落所述)。一种可能的方法是定时断开线圈172，并在断开线圈时从电场感测接收电极4测量电流。该方法已经可以实现，因为由线圈172得到的信号下降(ring down)即衰减远远快于由标记元件71得到的信号。这是因为，当线圈断开时，两端接地，因而在它们之间没有电压差可以产生信号。

图8是具有围绕线圈172的接地的螺旋形导线180的线圈172的示意图(为了清楚起见，在图中只在线圈172的一部分示出了螺旋形导线180，但是，实际上，其延伸在线圈172的整个长度上)。螺旋形导线180基本屏蔽了由线圈172产生的电场，但是对由线圈172产生的磁场没有明显的效果，因为任意edi电流(edicurrent)都将处在于远离环形中心的方向上。作为环绕线圈172的屏蔽元件的螺旋形线圈180的这种使用方式是该实施例中的优选实施方式，可以作为另一种用以有效滤出或减少由线圈172产生的电场分量在电场感测接收电极4产生的电流的出现的方法。

调整驱动电路173和电流感测电路38，以使由标记元件71检测的检测的信号在远离电场感测接收电极4的标记元件71的最大需要操作距离的位置不会太低以至于不能被检测到。同样，调整驱动电路173和电流感测电路38，以使当标记元件71直接离开电场感测接收电极4时，由标记元件71检测的信号不会饱和。其最好通过动态调节方式实现，其中，在电流感测电路38和驱动电路173之间提供反馈路线，以使施加到线圈172的电压随由电流感测电路38感测到的电流的增加而降低。

在该实施例中，提供了感应器72，用以将交变磁场耦合到标记电路74。在另一实施例中，可以使用其他的电感装置。

在另一实施例中，可以用谐振电路取代感应器72，包括如并联的电感器和电容器。谐振电路可以调谐为用于驱动线圈172的单个频率。在这种情况下，电容器最好采用热稳定的电容器。例如，电容器可以采用并联的两个电容器，即，具有0.01％每℃的热漂移率的聚苯乙烯电容器和具有0.03％每℃的热漂移率的6-50pF陶瓷电容器。

在该实施例中，线圈172的导电材料为铜导线。在图7中，为了清楚起见，导电材料被示出环绕两次。最好将该材料环绕五次。环绕的次数和使用的导电材料可以适当改变。

第二实施例的系统50和第三实施例的系统70可以配备有另一个标记元件。每个标记元件都以不同的频率f₂、f₃、f₄等被驱动。电流处理电路提供有多个处理通道，根据需要，每个都提供有相应于各频率f₂、f₃、f₄等的分别的交流电压源。并且，这些处理通道也可以以时间划分为基础提供。另一种可能的方式是，在包含多个不同频率的标记元件的系统中，两个或两个以上的标记元件可以具有相同的频率，以使标记元件的类型或种类可以区别开来。

在另一种改进方式中，第一实施例的系统30、第二实施例的系统50或第三实施例的系统70可以通过提供使用另一种方法的另一个标记元件进行调整。每个标记元件的标记电路都包括控制电路，用于在时基方式下在系统上驱动标记元件电场感测发射电极开启和关断，从而为各标记元件提供时间调制的数字标识符(或地址)。电流处理电路提供有处理电子装置，用于区分各个标识符。并且，另一种可能的方式是，在包含多个不同数字标识符的标记元件的系统中，两个或两个以上的标记元件可以具有相同的标识符，以使标记元件的类型或种类可以区分开来。

在上述实施例中，由标记元件的标记电路产生的信号幅度越大，标记元件电场感测发射电极越小。随着标记元件电场感测发射电极的尺寸(面积)的减小，确定标记元件的位置(通过以传统方式对输出进行后处理)的精确度增加。在一些实施例中，这使得可以感测作为记录笔输入的标记位置。

在另一实施方式中，标记元件电场感测发射电极的造型可以长而薄(或其它偏(biased)形)，和构成为用在包括多个电场感测接收电极(和，在第一实施例的情况下，多个电场感测发射电极)的系统中的已知的形状，用以提供输出，从而确定位置信息。

应当了解，上述用于确定感应电流的电路功能仅仅用于举例，还可以采用其它方式确定感应的电流。

上述物体感测系统可以广泛应用于各种应用下。一个用途是用在交互式显示装置中。标记可以用作标志或所谓“phycon”，这样显示器的用户可以相对于显示器定位以指定用户输入，如以“笔”的形式的输入。能够想得到的另一些(非显示器)应用包括用于在空间中定位指定目标的任意应用，其范围包括如从指挥家的指挥棒到商品交易。

通过阅读本发明的说明书，本领域的技术人员可以作出各种改变和改进。这些改变和改进可以涉及等效变换和其他现有技术已知的特征，以及可以取代或添加到已经描述的特征中的特征。

虽然已经在本说明书中将权利要求描述为特征的特定组合，但是，应当理解，本发明的所披露的范围还包括明显的或隐含的或通用的任意新的特征或上述特征的新的组合，而不管其是否与任意权利要求中所要求的相同的发明相关和其是否减弱了本发明中所述的任意或全部相同的技术问题。

各实施例的上下文中所描述的特征还可以组合在一个单独的实施例中。相反，简单来说，在单个实施例中描述的各种特征也可以分开的提供或任意适当的内部组合。因此，本申请人告知，在实现本发明或实现从本发明衍生的其他发明时，新的权利要求应阐述为这些特征和/或这些特征的组合。

Claims (10)

1、一种物体感测系统，包括：

i)第一电场感测发射电极；

ii)电场感测接收电极；

iii)驱动电路，用于驱动第一电场感测发射电极来产生第一电场；

v)电场产生物体，包括：

a)第二电场感测发射电极，和

b)用于驱动第二电场感测发射电极以产生第二电场的装置；和

v)电流感测电路，用于可区分地感测由第一电场和第二电场在电场感测接收电极感应的电流；

其中，第一电场感测发射电极和电场感测接收电极被设置成，使得位于第一电场感测发射电极和电场感测接收电极附近的第一物体使由第一电场在电场感测接收电极感应的电流发生变化；和

电流感测电路被调整成，由第一电场在电场感测接收电极感应的电流的变化感测第一物体，和由第二电场在电场感测接收电极感应的电流的变化感测电场产生物体。

2、根据权利要求1所述的系统，其中，用于驱动第二电场感测发射电极以产生第二电场的装置包括：

与第一电场耦合的接收电极，用以产生接收的信号；

用于向接收的信号施加相移的装置；和

用于将相移了的信号传送到第二电场感测发射电极的装置；

其中，电流感测电路用于利用两个电场的相位的不同来从第二电场感应的电流区分出由第一电场感应的电流。

3、根据权利要求1所述的系统，其中，用于驱动第二电场感测发射电极以产生第二电场的装置包括：

驱动电路，用于驱动第二电场感测发射电极，以产生与第一电场的频率的的频率的第二电场；和

其中，电流感测电路用于利用两个电场的频率的不同来从第二电场感应的电流区分由第一电场感应的电流。

4、根据权利要求3所述的系统，包括：多个电场产生物体，它们每个的驱动电路都用于驱动它们以产生相应的不同频率的第二电场；

其中，电流感测电路用于利用每个电场产生物体的不同频率的电场来区分由多个电场产生物体的每一个感应的电流。

5、根据权利要求1到3之一所述的系统，包括：多个电场产生物体，它们每个的驱动电路都用于驱动它们以在时间调制的基础上产生与另外的第二电场区可分开的各第二电场；

其中，电流感测电路用于利用每个电场产生物体的电场的不同时间调制形式来区分由多个电场产生物体的每一个感应的电流。

6、根据权利要求1所述的系统，还包括：用于产生交变磁场的装置；其中用于驱动第二电场感测发射电极以产生第二电场的装置包括：

与交变磁场耦合的感应器，用以产生接收的信号；

用于将信号传送到第二电场感测发射电极的装置；

其中，电流感测电路用于利用两个场的不同相位来从第二电场感应的的电流区分出第一电场感应的电流。

7、根据权利要求6所述的系统，其中，电流感测电路用于基本滤出由产生交变磁场的装置产生的电场在电场感测接收电极产生的电流。

8、根据权利要求7所述的系统，其中，利用由产生交变磁场的装置产生的电场和第二电场感测发射电极产生的第二电场之间的相位差进行滤出。

9、根据权利要求6到8之一所述的系统，其中，提供屏蔽用以基本阻挡由产生交变磁场的装置产生的任意电场，并基本允许产生交变磁场的装置产生的磁场通过。

10、一种用于感测物体的方法，包括：

使用第一电场感测发射电极产生第一电场；

感测由第一电场在电场感测接收电极感应的第一电流；

通过检测由第一电场感应的电流的变化感测第一物体，该变化由位于第一电场感测发射电极和电场感测接收电极附近的第一物体引起；

使用位于第二物体上的电场感测发射电极产生第二电场；

当第二物体位于电场感测接收电极附近时，通过感测由第二电场在电场感测接收电极感应的形式不同于第一电流的第二电流而感测第二物体。

Images