TW440683B - Position detector - Google Patents

Description

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已經提出之許多種型態之非線性接觸和旋轉式位置 碼器，係用來產生信號以作兩個相對移動構件位置之指 不。一般而言，構件之—帶有一或多個感測器線圈，龙 構件則帶有一或多個磁場產生器。磁場產生器和感测器 圈的配置，係使他們之間的磁耦合量變化為此二構件之相 對位置的函數。例如，設計感測器線圈致使其對磁場之敏 感度以一既定之方式沿測量路徑而變化。或者，設計磁場 產生器致使其產生之磁場以一既定之方式沿測量路徑而變 化。 此種型態之位置編碼器的例子之—是Induct〇syn，其 包括一無接觸滑塊（si ider)，其被配置來偵測由穩定執道 (stationary track)產生之磁場，反之亦然。穩定執道包 括一重複圖樣之導體，其在有電流提供時，會在測量方向 上產生一實質弦波（5丨11113〇1(13丨）變化之磁場，此磁場由滑 塊偵測之，其包括s i n和c〇s偵測軌道。兩個相對移動構件 之位置隨後由此二偵測軌道測得之信號的空間狀態 (spatial phase)決定 。 一 請人曾經在早期提出國際申請案號為W09 5/3 1 69 6 似型態之位置編碼器’其具有—帶有激化線圈之構件 個感測器線圈，和其他帶有共振器之構件。在操作上 06 8 3" 4406 8 3 五、發明說明（2) 激化線圈提供能量（激能）給共振器，其依次引發信號於感 測器線圈中’感測器線圈則隨此二構件間之相對位置而做 弦波變化。一類似之系統揭露SEp0 1 82085號專利，其使 用一導電螢幕來取代共振器，然而，使用一導電螢幕來取 代共振器有其缺點’一為輸出信號位準太小，且系統不能 操作在脈衝回應模式（pulse-echo mode of operation) 下’其中’突發激化電流係提供給激化繞線，且隨之在激 化電流結束後，對感測器線圈中引發之信號進行偵測和處 理。 所有的已知位置偵測器的共同問題在於，如果移動構 件相對於其他構件傾斜時，位置誤差將被導入測量中。在 一些申請案中’可能會採用一些物理上之限制，如使用護 攔（gu i de ra i 1 s )等。然而，有時並不可行。例如，在美 國專利US #848496中所描述之X-Y數位板（digitising tablet) ’此移動構件（尖筆：stylus)係藉操作員移動， 且在正常使用時，其傾斜係相對於此平板變化。大部份之 數位板已經提及重疊之大量應用，但各激化線圈和感測器 線圈係散布於數位板之主動區。此系統藉偵測感測器線圈 和激化線圈之組合來定義目前尖筆之位置，其可提供最大 輸出信號之位準。在一些系統中’如前述美國專利 4848496號所提，係執行第二次之修改（quadratic type interpolation)以嘗試決定尖筆之更正確之位置。然 而’。此種系統所遭遇之問題是’其需要大量之各自被激 能之激化線圈，及大量之感測器線圈，其必須各自監視被

4^06 8 3 五、發明說明（3) ' --- 激能之激化線圈，因此在系統之響應時間和平板之正確度 間必須有所取捨。特別是在高正確度下需要大量之感測^ 線圈和激化線圈，然而，感測器線圈和教化線圈的增加 使系統的響應時間減少，使用於給定的系缽中之激化 和感測器線圈數量因此視其應用而定。 "" EP-A-06800 09揭露一種數位板系統，其從不同之 器線圈處理信號以便決定尖筆在χ_γ平面之原始位置。、 為：解決上述問題，本發明之-目的在於°減輕前述位

置偵測器之之問題，並提供一替代技術以決定如 數位板之位置。 罕祁W 根據本發明之一特徵，本發明提供一位置偵測器，包 括第一和第二構件，係設置用來沿一測量路徑相移 該第一構件包括一磁場產生器，用以產生—磁場；該第二 構件包括一第一和第二導體，其電耦合到該磁場產生器丁 在該第一導體和該磁場產生器間之磁耦合隨第一空 變^ ^在該第二導體和該磁場產生器間之磁耗合隨不同 率變⑧’導致，藉該磁場產生器產生之磁場 的響應，一第一信號產生於—第一接收電路，該第一信 隨該，一導體和磁場產生器之方位和相對位置而變，—不 同之第二信號產生於一第二接收電路，該第二信號隨該第 二導體和磁場產生器之方位和相對位置而變；一裝置，處 理該第一和第二信號，以依該第一和第二空間頻率來決 定該兩個移動構件之相對位置和方位。 、 輸出信號之不同之空間頻率最好是藉以一既定方式塑 第8頁 4406 8 3 五、發明說明（4) 造導體形狀於整個測量路徑而達成，特別是兩個導體最好 是以具有不同特性維之幾何變化方式沿測量路徑延伸，例 如藉使用具有沿測量路徑之不同節距的繞線而達成，藉由 使用此種繞線’跨整個測量路徑之位置測量可以得到，及 一在測量方向之兩構件之相對傾斜之指示也可獲得，此系 統因此可避免大量重疊之繞線，其散佈於整個測量路徑， 也因此不會遭遇前述所提之問題。 藉提供一相同之位置偵測器，來偵測兩構件在一第二 方向之相對位置和方位，此在一包含兩方向之平面的相對 方位可以決定。此外，藉提供二或更多之磁場產生器於第 一構件上’兩構件之完全之相對方位可以由二或更多之磁 場產生器提供之信號決定’因此一個完整的6度自由度之 位置偵測器可以提供’用以債測物體在一平面繞線組上之 位置’此系統不需要一組在兩個不同平面之繞線，其彼此 傾斜一角度，本位置偵測器因此適合且便利於許多小孩玩 具或遊戲之應用’且可用來控制一點選裝置於一個人電腦 上’此處’繞線是嵌入於其後面，如LCD螢幕。 為使本發明之位置偵測器之特徵及優點更為明確，以 下即配合圖式說明之。 圖式簡單說明 第1圖係顯示一電腦系統’具有—χ_γ數位板，用以輸 入資料至電腦系統。 第2圖係顯示如第1圖所示之數位板的爆炸圖，其顯示 兩組繞線，形成數位板之一部份，且其用來感測尖筆相對

44 06 8 3 五、發明說明（5) 於數位板之X - Y之位置。 第3圖係顯示尖筆之形成，其可用於第1圖所示之X-Y 數位板。 第4a圖顯示具有第一週期之第一週期性繞線之形成， 其形成一組用來感測尖筆相對於數位板之X位置之繞線的 一部份。 第4b圖顯示具有與第4a圖相同週期但屬於90度相位差 之第二週期性繞線之形成，其亦形成一組用來感測尖筆相 對於數位板之X位置之繞線的一部份。 第4c圖顯示具有與第4a、4b圖不同週期之第三週期性 繞線之形成，其亦形成一組用來感測尖筆相對於數位板之 X位置之繞線的一部份。 第4d圖顯示具有與第4c圖相同週期之第四週期性繞線 之形成，其亦形成一組用來感測尖筆相對於數位板之X位 置之繞線的一部份。 第4e圖係顯示一如第1圖所示之部份χ-γ數位板的橫剖 面圖。 第5圖係顯示一激化和處理回路，用以決定如第3圖所 不之尖筆相對於如第1圖所示之X-Y數位板之位置。 第6a圖顯示一時變激化信號，其提供給如第4圖所示 之一些繞線。 第6b圖顯示一時變電流，當第6a圖之時變激化信號提 供給如第4圖所示之一些繞線之—時，此時變電流係流入 共振器中，而共振器則形成第2圖所示之尖筆的一部份3

五、發明說明（6) 第6c圖顯示一從混合器（mixer)輸出之信號的形 此混合器形成第5圖所示之處理回路之—部份。 第6d圖顯示一從整合器/樣本和保持電= (utegrat〇r/sample and hold circuit)輸出電壓的形 成’此整合器/樣本和保持電路形成第5 _ 之一部份。 ^第5圖所不之處理回路 、第7a圖顯示在第4a圖中之部分繞線橫剖面冑，及顯示 流入繞線之電流和產生之磁場的關係。 '、 第7b圖顯示一向量表示法，苴中 Z成分沿第】圖之X-Y數位板之乂方^2第7a圖中之磁場的 ϋ 4，Μ Μ/ 變化，及顯示一對應估 β十方法其中，向量係沿X方向之位置而變化。 第7c圖顯示一向量砉+、土，甘t X成分沿第1 ®之X-γ數位χ 6第7a圖中之磁場的 計方法…，向量以ίΛ向Λ及顯示一對應估 尔/〇 λ方向之位置而變化。 第8圖為一操作者持右笛9 尖整縱站距垂古古a 之透視圖，其顯示 夫筆縱軸距垂直方向之傾斜度。 第9圖顯示一三維座拷 之魁付也的y v #座標圖，其係關於尖筆之軸對第1圖 之數位板的X，Υ，Ζ座標系統。 π间 第10圖為一 Χ-Ζ平面庙捭園 甘hs_ χ —Z平面之投影。 座標圖，其顯示第9圖之尖筆軸在 第 11 圖為'一 Y ~ 7 r&t \Λ Υ-Ζ平面之投影。 座標圖’其顯示第9圖之尖筆軸在 第12圖為'_平面繪盤® SE . 取得之兩個輸出n其顯示由第5圖之處理回路 °〜依尖筆相對於數位板之X位置而變

第11頁 4 4 06 8 3 五、發明說明¢7) —------------- 化，並顯示因尖整+ 垂直軸之傾斜度導致之誤差。 弟丄d園馬一签本6 α Λ α , at 兒搶製圖以顯示兩個數值’其中’甚 兩倍角已知則可得到此角度。 r右 第14圖顯示小孩田 第15圖為示意心 遊戲之形式。 玩具車，其顯示用表用於第14圖之電子遊戲中之 从里奶丘接哭 來偵測車子相對第1 4圖之X-Y數位板之 位置的共振器。 A、 計算和方位計算。數位系統’以允許產生正確之位置 第17圖為示意圖，装 _ 用來提供帶有共振Li =固共振器組之形式，其能 ^ i ^ .器，且a之物體’其相對第1，14圖之χ-γ 數位板之元整的方位資料和χ, γ，z之位置。 r用ί3 ί ΐ :Ϊ f ’其顯示兩個共振器之設計形式，其 能用采提供帶有共振哭h人上丨丨 v v β 器合物體，其相對第1，14圖之 X-Y數位板之凡正方位資料和x，Y，z之位 第19圖顯示數位板之报彳 ^ ^ -έ, , ^ ^ 极之形式，其具有纏繞一組接收繞線 之嵌者激化繞線之周邊。 β巧a圖顯示一繞線形式，其中，當能量產生—磁 場，其沿繞線長度線性變化’日# & 置。 雙化且其能用於數位板以感測位 第2 0 b圖顯示一繞線形十，甘丄 语，兑m “式#中，當能量產生-磁 場’其/口繞線長度線性變化， 且其能用於數位板以感測位 罝。

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B 第12頁 ^ 4406B 3 五、發明說明（8) 第21圖為—雷之 板來感測棋子 予西洋棋遊戲之透視圖，其應用一數位 、吁'之位置。 第22圖為第21 jd 第23圖為一個^棋子之橫剖面圖。 有Χ-Υ數位板 人電腦之透視圖’其在液晶顯示幕後具 第24圖兔楚91¾ is» *數位板和液個ί電腦之螢幕的橫剔面圖，其顯 當π ® 顯幕之繞線的位置關係。 23圖顯：單週期繞線，其為用來感測尖筆相對第 «nr, ^ _ 位置的一組繞線的一部份。 第25b圖顯示第》s 调湘徊厘认〇η ώ > 週期繞線，其具有與第25a圖相同 tf @ Μ胃> T a 4差之相同週期，其為用來感測尖筆相 對第23圖之LCD顯示暮夕仞要认 g, fiE _ ,眷之位置的一組繞線的一部份。 签27圖盔:啻筆形式，其用於第23圖之個人電腦。 路圖，其顯示形成第26圖之尖筆部份之 電子7C件。 第28a圖顯示一維線性位置編碼器。 第28b圖顯示具有第一週期之繞線之 28a圖之線性位置編碼器的一部份。 以^成第 第28(^顯示具有與第28b圖之繞線相同週期但有9〇度 相位差之第二週期性繞線之形式’其亦形成第…圖之線 性位置編瑪器的一部份。 第28d圖顯示具有與第28b，28c圖之繞線不同週期之第 三週期性繞線之形式’其亦形成第28a圖之線性位置編碼 器的一部份。

M G6 δ 3 五、發明說明（9) 第28e圖顯示具有與第28d圖之繞線相同週期但有9〇度 相位差之第四週期性繞線之形式，其亦形成第2 8a圖之線 性位置編碼器的一部份。 [符號說明] 電腦系統〜1 ;顯示器〜3 ;主處理單元〜5 ;鍵盤〜7 ;數 位板〜9 ·’尖筆〜1 1 ;線圈〜15 ;開關〜16 ;電容~1 7 ;共振電 路〜18 ;線圈~15 ;鐵心〜19以；軸心〜2ι ;尖端〜23 ;基板 層〜45-1至45-9 ;繞線〜41_ι至41-8 ;磁性軟層〜49 ;數位 波形產生器〜55 ;電晶體放大器;開關〜59 ;輸出線 〜50-1到50-4，微處理器〜η ;玩具車;西洋棋; 棋子〜177 ;個人電腦〜181 ;LCD顯示器〜ι83 ;上保護層 〜191，液晶層〜192 ;電極板〜193 ,195 ;絕緣層〜197基底 〜20 1 , 203 ;磁性軟層〜2 04 ;電池-221 ;振盪器晶片 〜223 ;信號處理晶片〜22 5 ;線圈〜227 ;按鈕〜230 ;信號產 生器〜231 ;放大器〜233 ;開關〜235 ° 實施例 叫參閱第1圖’其顯示一電腦系統1 ，具有一顯示器 3 ’主處理單元5，鍵盤7，~χ_γ數位板9，及一尖筆〖I， Χ-Υ數位系統感測尖筆Π在數位板9上之目前χ_γ位置，並 使用所感測之位置控制顯示器3之游標1 3的位置。第2圖顯 不數位板9之爆炸圖，數位板9包括一第一組繞線9_a，一 第二組繞線9-b，及一基部9-c ’用以支撐兩組繞線9_a , 。第一組繞線9_a係用來決定尖筆丨丨之叉座標位置第 二組繞線9-b係用來決定尖筆11之γ座標位置。

五、發明說明αο) 第3圖顯示第1圖之尖筆11的詳細形式，如圖所示，尖 筆11包括線圈15，其藉一開關16串接到電容，以形成共 振電路’其以1 8標示之。線圈1 5係纏繞鐵心1 9以使線圈1 5 的軸心2 1與尖筆11 一致，在此實施例中，開關丨6不論是當 尖筆11的尖端23被壓觸數位板9的上表面或被尖筆一側之 控制知（未顯示）所驅動皆屬關閉，因此在實施例中，尖筆 11本質上屬於被動元件’因為其並不含有電源如電池等。 在操作上，當開關1 6關閉’且當一激能信號 (energising signal)提供給激能繞線（為繞線9_a，9_b之 部伤）’共振器1 8產生共振並引發信號於感測器繞線中 C也為繞線9 - a，9 - b之一部份）’此種激化繞線、感測器繞 線、和共振器1 8的配置係致使在感測器繞線中引發之信 號’隨共振器18相對數位板9之X-Y位置而變化。共振器18 之目前X-Y位置能因藉在感測器繞線中引發之信號的適當 處理而決定’此外’在接收繞線中引發之信號也隨尖筆11 之方位而變化，且繞線的配置係致使方位資料也能藉接受 信號的適當處理而決定。另外，在實施例中，共振器18是 在相對於尖筆11之頂端23的固定位置，因此，尖筆尖端之 X—Y位置能視共振器之X-Y位置和已定之方位而決定。 在本實施例中，有四個分離繞線是用來決定尖筆11之 X位置，且有四個分離繞線也用來決定γ位置，在本實施例 中，用來決定尖筆11之X位置四個分離繞線和，用來決定Υ 位置之四個分離繞線相同只是旋轉9〇度。圖4a至4d顯示這 些繞線，其用來決定X位置之四個繞線將詳細說明如下。

第15頁 r 44 06 8 3 五、發明說明（11) 如所示，在數位板9中，每個繞線31至34在X方向延伸於整 個驅動長度Lx(本實施例為300mm)，且在Y方向延伸於整個 驅動長度Ly (本實施例為3 0 0 mm )，在本實施例中，繞線的 配置是提供一輸出信號，其弦波變化是隨尖筆相對位置和 數位板之沿測量路徑（X軸）而變。 參考第4a圖，繞線31在X方向沿伸，且包括一導體之 重複圖樣’更特別者’繞線31包括5個重複圖樣週期（3 1 -1 至31 - 5 ) ’每個週期包括兩個交流感測回路（a，b )，如第4 a 圖所示’回路a由順時針纏繞之金屬線形成，回路b由逆時 針纏繞之金屬線形成。由於5個週期之繞線31延伸於整個 300mm ’所以繞線31之週期或節距為6〇難。由於相鄰回路 之交互感應，因此繞線31對電磁干擾（EMI)免疫，且自己 不會造成其他電路之EM I，因為藉電流流入繞線產生之磁 場’自繞線之每個節距（每60mm)約下降55dB，每個回路 (dl)產生之範圍大約相當於相鄰回路間隔（d2)之兩倍，輸 出信號則隨尖筆和數位板之相對位置而弦波變化，其空間 頻率（w)等於2 π / λ [。 繞線32顯示於圖4b，繞線32也由5個重複圖樣週期之 交互感應回路形成，且有和繞線31相同之節距λι。然而如 破折線37所不，繞線32之回路偏移到言父方向之又"4之位 置，致使繞線31和32延伸於整個長度^，回路38和39在繞 線32之左右端，兩者以相同之逆時針方向纏繞，但在χ方 向只延伸節距L之四分之一，此可維持兩種型態之回路a， b在數量和圍繞區域上之平衡。繞線32也相對於繞線31而

4406 8 3 五、發明說明（12) 對X軸旋轉180度，但這並不影響數位板之操作和製造便利 性。 參考第4c圖’除了繞線33包括6個重複圖樣週期（33_1 至33-6)延伸於整個驅動長度Lx外，繞線33和繞線31有相 同之形式，和繞線31，32相同，每個週期包括兩個交流感 測回路（a，b)，由於有更多之重複圖樣週期於整個驅^長 度Lx上，繞線33之節距；I 2小於繞線31之節距；^ ’且在實 施例是50mm。如圖4c所示，自繞線33之輸出連接部設置 於繞線之右下角。熟此記憶之人士應能瞭解，沿繞線長度 之任何位置均可作為連接點’繞線3 3之連接點之位置係選 在便於從繞線31和32之連接點分離。 如圖4d所示，繞線34也包括6個週期之交流感測回路 (a，b ) ’但相對於繞線3 3 ’其沿X方向偏移節距又2之丨/ 4 ’ 因此’如繞線31和32, 33和34構成向位差90度之繞線對。 此外，繞線34也相對於繞線33而對X軸旋轉18〇度。如此是 為了便於製造數位板9和分開繞線3 1 -34之連接點。 為了形成用來決定相對數位板9之尖筆11之x位置的繞 線組9-a ’繞線31-34彼此重疊於其上，一旋轉9〇度之類似 組之繞線，也供用來重憂於繞線31-34之上，以形成用來 決定相對數位板9之尖筆11之y位置的繞線组9_b，因此， 在本實施例中’數位板9包括八個分離繞線β 在往後之敘述中’相差9 0度之繞線對31和3 2，將標示 為sinA和C0SA，繞線對33和34，將標示為以』和cosb ,同 樣的’用來決定y位置之繞線也分別標示為sinC *c〇sC，

第17頁 Γ 4406 8 3 五、發明說明（13) s i n D和c 〇 s D繞線。 有許多種繞線方法能予以製造，大部份之商業系統係 指定使用導電墨水之螢幕印刷技術和印刷電路板技術，然 而，如果繞線用來感測磁場，或如果繞線是用來產生磁 場，而需要傳送電源以便產生所需之磁場強度，則和印雙 電路板技術相比，螢幕印刷技術遇到之缺點是繞線因產生 相當高之阻值，導致低輸出信號位準。 雖然以印刷電路版技術製造繞線有較低之阻值，然而 其也遭遇許多缺點，包括：（1)既有之PCB批次處理技術最 大之板面尺寸為〇.6m，（2)既有之PCB技術，典型係透過慣 孔而應用於多層板，其難以製造且特別是如本實施例之多 層繞線系統，（3)由於導體並不位於一單層上而是位於二 或多層上，因而在輸出信號中產生位置錯誤。 據此，本實施例中，數位板9之繞線是使用打線技術 製造’其可減輕前述問題，在印刷電路版製造中，打線是 —十分習知之技術。用來形成繞線的線一般之直徑約為〇. 1至0.5mm ’且經常是以上釉之銅製造，致使其能橫跨同一 層之其他繞線而不短路。一適當之打線技術型態被發展出 來’尤其是美國紐約長島Islip先進之連線技術，此技術 1少存在20年’且適合之打線技術之原則和結構描述於美 國專利4693778_。申請人於審查中之國際專利，於1998 年5月申請’其描述用於位置感測器之繞線的打線技術， 更特別者’此繞線能藉打上釉銅線於適當之基板上而形成 適當之圖樣，在本實施例_，數位板9之八個繞線形成於

第18頁 ;8 3f 44 06 8 3 五、發明說明（14) ' 分離之基板，且其彼此重疊於頂端而形成多層結構。更特 別者，在本實施例中，此層次結構之形成，首先係以所需 之圖樣藉打線於線織機（未顯示），以便形成八個繞線之第 「個。此繞線隨之夾於第一和第二基板_，以陷住導線於 適當之處。另一繞線隨後使用線織機製造，並夾於第二和 第三基板間，重複製程八個導線已經夾於兩個基板之間。 第4e圖顯示，圖1之數位板9之沿χ軸剖面，如所示， 有9個基板層45-1至45-9，其夾住八個分離繞線41-1至 41-8，上基板45-1也作為保護層，其能印刷材質於其上表 面，端視X-Y數位板之應用而定。在本實施例中，用於χ位 置測量之繞線係和用於測量γ位置之繞線交替配置，以便 提供機械穩定度，一基板層47由鋼材製造，由於鋼製基板 47會干擾流入數位繞線4 1之電流產生之磁場，一磁性軟層 49係插入基板層47和最後一層基板層45_9之間，磁性軟層 49能自鋼製基板層47有效遮蔽繞線41，並藉提供一來自通 過繞線後面之磁通量的磁透路徑（permeable path)來加強 性能’磁軟性層可為任何磁軟性材質，在此則能藉如含鐵 質或亞鐵鹽粉之塑勝或橡膠製成，此材料能擠出一相當長 度形成’例如Anchor Magnets Ltd Sheffield UK，商標 名稱為Ferrostrip，Ferrosheet，因此適合相當長度之$系 統’此材料有最低之導電度，致使其渦流損失（eddy ’、 current losses)最少，約為G40 。 打線技術之優點包括：（1)繞線有相當低之阻值，阻 值每尺約！歐姆；（2)可以產生高密度之繞線，具有之線直

4 4406 b 五、發明說明（15) 徑約O.lSmin，在兩個垂直方向上每mm達到6條線（線直徑〇. 15mm) ’可以形成複雜之繞線及增加繞線效率（因為可以使 用多重轉向）；（3)多層線可以使用且導線可以橫跨在同一 層上。 一詳細描述給定相對數位板9之尖筆11的位置的方法 將予以決定，在本實施例中，激化信號依序提供給5丨nA繞 線兩次’ c 〇 s A繞線兩次，然後，s i n C繞線兩次，最終， cosC繞線兩次。當s丨繞線上接收之信號時，於這些繞線 每一個激能時間之間提供一短週期時間，c〇sB繞線和s inD 繞線’ cosD繞線係被處理來引出相對數位板9之尖筆位 置。如以下詳述’除了決定相對數位板9之尖筆χ_γ位置 外’在繞線中所接收之信號係處理以決定下列之估計： (1)尖筆11在數位板9上之高度Ζ ; (2)尖筆距垂直軸之傾斜 角度α ; (3)尖筆1 1在Χ-Υ平面之方位角。 第5圖顯示一激化和處理電子裝置，用來激能此激化 繞線（5丨1^，3[11(：，（；054,005(：)’並偵測接收繞線接收之信 號（3丨1^，5丨1^，（：038，<：05〇)’5丨1^激化繞線首先受到激 能’且si ηΒ接收繞線接收之信號受到處理，相同之激化和 處理順序，隨之執行於激化繞線c〇s Α和接收繞線s丨ηβ， cosB，及激化繞線sinC，cosC和接收繞線sinD，cosD，相 位差90度之激能繞線’可確定共振器在整個數位板9之主 動區上之位置受到激能。激化和處理電路包括一數位波形 產生器55 ’其產生一適當之激化信號，其由電晶體放大器 57放大，並藉開關59提供給適當之激化繞線和各自之輸出

第20頁 五、發明說明（16) 線5 0-1到50-4，數位波形產生器55藉微處理器61控制，其 確保AC激能信號頻率適合使在尖筆η之共振器18共振。微 處理器61也控制數位波形產生器59，使cosC，cosA， s i n A，s i n C繞線能在正確時間和正綠順序激能。 第6a圖顯示激化信號之形式，其依序提供給四個激化 繞線cosC，cosA，sinA，sinC，如圖所示，激化信號52包 括6個週期之方波電壓，其頻率匹配共振器18之共振頻 率，共振器之共振頻率及激化信號因此為2MHz，但任何於 ΙΟΚΗζ至10MHz範圍均可，當激化信號提供給四個激化繞線 之一在機化繞線中流入之電流產生磁場，其轉合共振器 1 8而產生共振。圖6b顯示由於激能信號提供給激能繞線之 一導致之共振器電流53之一般形式，如所示，共振器電流 之大小係隨激化電壓提供給激化繞線之時間遞減，其中當 於激化電壓自繞線移除之時間11，持續到共振一短週期時 間之後’共振器電流達到一最大值。其解釋如下，配置處 理回路係用以在時間t2後處理接收信號，亦即在激化電壓 自繞線移除之時間11之後。原因在於共振器於激化後持續 圈住"ring”之情形已經移除，且優點在於可除去任何由激 化和接收繞線間直接耦合導致之錯誤。 從接收繞線接收之信號（sinD，cosD，sinB，cosB)係藉 各自之輸入線62-1到62-4和開關63，送到放大器65以予以 放大，從接收繞線接收之信號實質上是一激化信號之一調 幅版（amplitude modulated)，其中，尖筆11之位置資料 係在振幅内編碼，放大之信號因此通過一混合器67，其藉

第21頁 * 44 06 8 3

以作為激化信 ’更詳細之激化 ’可以參見申請 一具有相同基頻之信號之乘積同步解調， 號’其藉線69而由數位波形產生器μ提供 信號和用來解調接收信號之信號間的關係 人之早期國際專利tf〇95/3 1 696。 圖6c顯示由混合器67輸出之信號56的形式，混合 之輸出信號起始於時間t 2，其在激化信號被移除之後，並 包括-DC成分’其含有—位置資料及不要之高植成分 AC成分可藉整合超過一既定數量週期之激化信號（因 合弦波變化信號超過一或多個週期即為零）而從混合器Μ 中除去，此混合輸出信號56之整合係藉整合取樣/保持1 路73執行’整合週期則藉控制線75而由數位波形產>生器55 控制’圖6d顯示取樣/保持電路73之輸出信號58的形式， 在整合期間，輸出信號5 8隨時間而增加，且終值（七） 依混合器輸出信说5 6之總D C位準而定，取樣/保持電路7 3 之輸出信號5 8隨後藉類比數位換器7 7由類比轉換為數位产 號，並送到微處理器61 ’以上所述，激化處理程序隨後^ 複於不同激化和接收繞線之組合，且微處理器61從不同之 組合中，使用輸出信號（Vout)取得尖筆η之位置& y z )’傾斜角α ’和方位角β。該資料隨後藉線7 9送到主電 腦單元5，如圖1所示’其使用資料控制游標13之位置，且 其他資料顯示於顯示器3。 尖筆11之位置（X，y，ζ ) ’傾斜角α ，和方位角θ之 決定如下所述。為此首先必須瞭解由流入激化繞線s i η A， sinC，cosA ’ cosC之激能電流產生之磁場形式，及磁場如

"44 06 8 ο 五、發明說明（18) 何隨尖筆11中之共振器18互動，以引發在接收繞線sinD， sinB，cosD，cosB之信號，從而，位置和方位資料可以求 得。熟此技藝人士皆知，由流入繞線之電流產生之磁場是 繞線形狀SHAPE和提供給繞線之激化信號的函數：

Hwindia3{XiyiZit) = f {SHAPE, E{t)) (1) 同樣的，在設在交替磁場中之繞線引發之EMF是磁場 和繞線形狀SHAPE之函數。 EMFwindln9{t) = f(SHAPE, H(x,y,Z,t)) (2) 如上所述，圖4之數位板9的形狀，係設計使每個繞線 所產生之磁場當激能時，能隨繞線位置作實質弦波變化， 參考圖7 ’本法能藉顯示於圖4 a之s i ηΑ繞線31達成，圖7 a顯示一沿圖4 a之s i η Α繞線31之橫剖面，且特別顯示週 期31-3和部分之週期31-2，3卜4的橫剖面，如圖顯示一固 定電流，提供給s i η A燒線3 1。藉流經s i η A繞線3 1之電流所 取路徑，可以確定設在次一對之導線對中之電流即導線 81 ’ 8 2，係流向相同方向’彼此皆流入或流出紙張，且電 流流入導線之鄰接對，致使導線83，84流向相反方向，其 中使用點表示流出紙張，使用交叉線表示流入紙張。因此 藉每對導線創造之磁場能予以決定，這些大約是圓環8 5 -1 至8 5 - 5 ’這些磁場8 5結合彼此’以創造一磁場，其能分離

第23頁 44 06 8 3 五、發明說明（19) 一 Z方向之成分，一 X方向之成分，一 Y方向之成分，各 磁場成分將考慮其如何在X方向中變化。 首先考慮Z成分，在點A，磁場線水平指到X方向左 邊，因此在點A沒有Z成分，由點86表示於圖7b之向量 圖，然而’從點A移到點B時，磁場Z成分增加，在點b 為最大值，其藉向量88和90表示，其從點A增加到點B ， 吕X方向持續分析，導致完整之向量圖示7b ，在向量圖 示下’向量之方向和大小隨沿X方向之位置改變。此近似 值隨匹配SinA繞線31之節距λ〗之弦波變化週期以弦波方式 變化’熟此技藝人士皆知，Ζ成分之變化不是絕對弦波變 化’導致所產生之磁場也包括不要之高次冪空間諧波，然 而’高次幂空間諧波具有短節距，且因為他們的幅度下降 率與節距成比例，磁場形狀將隨增加共振器1 8和繞線間之 間隙強化為一純弦波。此外，繞線形狀能選擇移除最低次 之不要的諧波’其是存留大間隙的一個’例如，介於圖7 之相鄰導線對的間隔，能被選來移除空間第三諧波，藉由 移除此二諧波，如此，即使是在小間隙下，磁場形狀仍非 常逼近一弦波。 在磁場之水平X成分上作相同之分析’結果顯示於圖 7c之向量圖示。此近似值為X之弦波變化函數，具有一週 期等於SinA繞線31之節距又i，但比Z成分差了 90度相位， 相同之分析可用於磁場之γ成分於X方向之變化，然而由於 導線平行Y方向，其只能在X和Z方向產生磁場，結果磁場γ 成分實質為零’但在Y方向之線圈端點除外，其平行於γ方

第24頁 44 06 s 3 五、發明說明（20) 向之導線係加入平行X方向之導線，這些導線產生Y方向之 磁場成分’但其隨尖筆和繞線間之間隙而下降快速。 如熟習此技藝之人士可知，由sinA繞線31激化產生之 磁場大小’隨Z方向之繞線距離而減少，磁場之減少能顯 不出來’其可由電位函數估計出來，此下降率能夠由sinA 繞線之節距λΐ之反比估計出來，因此較大之節距有較低 之下降率。 從以上分析，用於sinA繞線31之形狀因子可以定義如 下： SBinA{x,ytZ) = e('^2) [-οοβίω^χ + φχ) , 〇, sin (ωΛχ+φχ) ] ( 3 ) 其中’ ，ςύχ為一系統常數，其值依用於 (X，Υ，Ζ )座標值測量之原點的參考點之位置而定，由於 cosA繞線32有相同之於si nA繞線31之形狀，但在X方向偏 移λ，一用於cosA繞線32之相同之形狀因子定義如下：

Scoe A U, Z) = e 卜ωΛΖ) [sin + φχ), 〇, cos (ο^χ+φ〆）] (4 ) 同樣的表達方式可引用於sinB, cosB繞線33，34，注 意空間頻率（ω )因sinB, cosB繞線33，34之節距λ 2不同 於sinA繞線31，cosA繞線32之節距；1丨而不同，sinc，cosC 繞線，sinD，cosD繞線可以透過相同之分析獲得，注意這 些繞線’在遠離X方向之導線端，其磁場之X成分為零，因

第25頁 / 4406 8 3 五、發明說明（21) 為遠離這些端點之導線全部平行於X方向。 顯示於圖6a之激化信號提供給Si nA繞線， ^ 卜列磁場係 園繞數位板9產生： 师 (5)

HeinA(x,y,Z, t) = Se±nA(x,ylZ) ,f{E{t)) 如所述，激化信號E(t)為一方波電壓，其包括 成分，具有一匹配共振器18之共振頻率之頻傘 基本 祝平，及咼次紧 諧波，由於激化信號之時間變化之絕對本質並非 ，/恭 之關鍵’因此予以忽略。產生之磁場耦合共振器二=J: 兵振’在共振器中因產生之磁場而導致之電汽 Λ 电成係正比於沿 兵振器18之軸產生之磁場成分，正常使用時，如 一 ’使用者使用尖筆如筆-般，導致共振器18 不 形成一傾斜角α。 神興垂值軸 圖9顯示三維笛卡兒座標圖，原點設於共振器中Q， 且共振器軸在單位向量r(dX，dY，dz)之方向，單位向傾 斜一角度α且繞X軸旋轉一角度0，角度0表示尖筆u X-Υ平面之方位測量。因此，共振器電流表示為： i [-cos (ωΑχ+φχ) . <±κ + 0 . dy + sin{6>A^Jd2] ) dx -= i cos0 sina = zx sinax ( 7 ) (6) 其中 dy sin0 sina = r sina 第26頁 (8) 44 06 8 3 五、發明說明（22) C〇S« zxc〇sax cosa. (9) 其中，如圖l π 、 ’ 11所示，rx, ry為單位向量r在χ-γ， Υ - Ζ半面之将餐， ^ ay為這些投影向量和Ζ轴之角度。 共振器電流產生共振器磁場於共振器軸21之方向，其依次 =發EMF於sinB繞線和c〇sB繞線33，34 ’共振器磁場也引 發EMF於其他繞線，然而，這些其他信號並未用於計算中 ，t以，、視。、结果’數位板9之繞線和共振器1 8間之相互 合磁場，在s i n H Λώ β綠圈中引發之EMF，有下列形式： EMFstni = e'®^[ Βϊηίω^χ+φ^ .dx + 0.dy (10) + •DZ] (工JiKS ) 路μ ΐ二# ί l"4合器67解調之後，由整合器/樣本保持電 路73整合並放大如下列所示： SASj

Ar； e ωΕχ3Γ [sin (ω，+φχ-〇cx) . sin (ωγ+φχ-α」] 11 其中S s疋前述所提當s i n A繞線激能，而s i ηβ繞線 信號處理之輸出信號V〇ut，此處，，Α 之俨祙j之方式，cosB繞線藉激能sinA繞線引發 之饴號如下列形式：

• 4406 8 3 五、發明說明（23)

SACB *xv [sin{c«)Ax+<i)x-aJ .cos (ω^χ+φχ-aj ] ( 1 2 ) 相同之表達式於cosA繞線激能時，在sinB和cosB繞線 中引發之信號如下： CASB = Ar】e_<1>s*z[cos (ωΑχ+φχ-αχ) .sinitOBXT+ij^-a」] (13) CACB = Ar^e^^tcos (ω^+φ^-α,.) . cos (ω^χ+φχ-αχ) ] ( 1 4 ) 在本實施例中，在方程式11至14中給定之信號，藉微 處理器6 1結合，形成下列之和與差信號： =ΛΓ|θ'ωΕχΖ3ΐη[ωΙ,χχ+2φχ-2αχ] (15) =Ar^e_<1>EjtZcos [ωΕχχ+2φχ.~2αχ] (16) CASB = Ar^e^sinlca^] (17) sasb = Ar^e'WE*2cos [ωΔχχ] (18) 其中，使用已知sin(A + B)，cos(A + B)之表達式’取這 呰成分之arctan比率，可以決定尖筆11之X座標位置的粗 略和精細之位置測量相位，粗略之位置測量相位可以由四

第28頁 "A4 06 8 3 五、發明說明（24) 個差90度之sin和cos差信號之反tangent決定，如下式： (19) arctan 2(5^, C*) = ωΔχχ = ,2ΐΙ_^ νβ^ 精細之位置測量相位則可以由四個差90度之Sin和c〇s 和信號比率之反tangent決定，如下式： arctan 2(5=, Cxs) = ωΣ^2φχ-2αχ = ^x-2ax (2〇) 其中’NA*NB為sinA和cosB繞線之週期數量，各自涵 蓋數位板9之驅動長度lx，由方程式19，20可知尖筆11之 傾斜角α導入一位置錯誤（2 )於精細之位置測量相位（方 程式20 )’其不影響粗略之位置測量相位。 相同之表達式於sinA，cosC繞線激能時’在sinD，和 C〇sD繞線中引發之信號，於尖筆11之Y座標位置的粗略和 精細之位置測量相位如下： arctan 2(^ca} = = 2MN^y (2J) arctan 2 涔，唸卜 ％y+ , (22) 圖1 2顯示’於χ位置粗略和精細之位置測量相位隨各 涵蓋數位板9之驅動長度Lx位置而變化，如所示，粗略

第29頁 4406 8 d 五、發明說明（25) 之位置測量相位100隨涵蓋數位板9之驅動長度Lx之_ α和+ π間線性變化’此測量因此給定一個驅動長度lx之X位置 測量’原因在於NA-NB= 1 ’精細之位置測量相位也在—α和+ π間線性變化’然而，精細之位置測量相位在_冗和+冗間 之驅動長度Lx循環11次，原因在於ΝΑ-ΜΒ = 11，由於精細之 位置測量相位含有位置錯誤’其由共振器1 8之傾斜導致， 其並不能對精細之位置測量相位補償，然而，既然，粗略 之位置測量相位由差信號引出’在感測信號上之傾斜效應 可被刪除，因此，粗略之位置測量總是可由尖筆〖丨相對數 位板9之目前位置決定，而忽視傾斜。 用於X，Y位置之粗略位置測量係和已知常數必X， 必y，估計值2ax，2ay —起輸入方程式20和22，ax，ay 係相差180度，其顯示於圖13 ’如果αχ等於z軸和線1〇7間

之角度或z軸和線109間之角度，則在z軸和線1〇5間之2 “I 可以獲得，然而如果傾斜範圍限制在_ π /2和+冗/2之間， 估計值α X，α y可以決定，從共振器轴2丨距2軸之傾斜角 α ’可以和尖筆丨丨在义^平面之方位角θ 一起決定如下 式： (23) (24) a = tan'1 [^tan2^ + tan2ay] θ = arctan 2[tan(ay) 'tanUJj 尖筆11之高度z隨後可以從方程式15至18給定之結合

63$4068 3 信號獲得’㈣是從下列之兩個幅度程式： = At ~~: A^yj{C^)z + (S^)2 二 Az^e-ω4χΖ (25)

Ay ~ Ay + ls^)2 = ΑΛ^{φ2 + fS^)2 ^ Ar2e^iyZ ( 26) 上述兩者在數位板9上之尖筆11之高度（z)變化因此延 伸至炎筆11之傾斜角和方位角（由於)，然而，因為 〇:和0可由方程式23，24估計，rx2，ry2可由方程式7，9決 定’因此，在數位板9上之尖筆丨丨之高度（z)可以決定。 總結以上，在本實施例中，以一已知介於Z軸和尖筆 間之傾斜角，不受傾斜角影響之粗略位置測量可以從（j) 尖筆之傾斜角α和方位角<9估計；（2 )在數位板上之尖筆 高度估計而獲得’然而，一個尖筆目前位置之精細位置測 量因受傾斜角導致之位置錯誤而不能得到。 圖1 4顯示’第二實施例之形式，其共振器軸相對ζ轴 之傾斜角為已知’特別是’圖14顯示一具有數位板9之電 子遊戲，顯示器3和小孩玩具in ’其可自由移動於整個數 位板9，如圖15所示’玩具車111具有一共振器18，其軸為 傾斜一已知固定角度α ’此車不會抬離數位板9表面，由 於傾斜角0：為已知’因此，車子111在X一γ平面之方位角Θ 可以從方程式25 ’26定義之幅度比率決定：

ΑΔ 440683 五、發明說明（27)

sin2cc cos20 + cos2cc sin2a sin20 + cos2« (27) 特別是，由於fy i t 值已知’可以得到sin2 61或cos2 0， 然而，只知道s 1 n2 A +' „ Α ,^ ^ t — 或c〇s2 6»會出現4個可能值’其各自在 4個像限中，決定正址Λ , 9 ^ 確β值之最佳方法是：（a )從方程式23 ，24 計算 αχ，α ν , .你田，會μμ技7於每個β可能值；（b)由方程式20 ’ 22 中，使用這些值αχ, ^ « y估計玩具車1 11之精細X，γ位置 ’ C疋 ’從方程式19和21中或得知估計之精細位 置和粗略之4量位置給定兩者間最小之差異獲得。給定最 小差異之方位角0隨後係用於顯示一大約之環境，其能從 玩具車111之目前位置和方位角看到。 應注意者’上述所提，並非決定玩具車方位角Θ之最 完整方法，因為在粗略位置測量中之誤差會影響演算之精 細位置測量，並導致方位角6>之選擇誤差。 此問題可藉在玩具車111中提供兩個分離但一致之共 振器（即有相同之中心點）克服，其各自操作在不同之頻率 下，使其可以獨立質詢，如一共振器不傾斜，而另一共振 器則相對該共振器傾斜一已知角度’圖1 6顯示一共振器之 組，共振器18-1，18-2，有相同之中心點，但共振器18-2 的軸21-2相對共振器丨8-1的軸21-1傾斜一已知角度《，實 際上，共振器18-2可由兩個串聯之線圈和電容形成，其中 之一線圈和不傾斜之共振器18-1的線圈有相同的軸，另一 個則與之正交。當使用圖14，15之玩具車時’若共振器18 -1軸21-1配置以指向ζ方向，則共振器18~1的ax，ay為

44068 3 五、發明說明（28) 零，因此，藉共振器1 8〜1激能獲得之粗略和精細 量相位，可用爽決定屯 芽稽細之位置測 了用來决弋中心點121相對數位板9之义 此外，由於共振器相符 位置。 田Ϊ信號獲得之精細之位置測量，使用方程式2。 用來決定傾斜之共振器18 —2的αχ，ay。其與“ ： 式2 5，26定義之幅度踯量可以用來計算玩具車之方位 0 ，因此，藉應用兩個一致之共振器18-1 ’18-2，其处站 償精工細之位置測量’迷用以得到玩具車⑴在=補 Χ-Υ平面上之方位的更精確估計。 0之 在上述實施例中，決定共振器或一對共振器之X， ζ位u置，或決定共振器在χγ平面上之方位角0，如 此 振器=尖筆或玩具車。然而，前述僅假定在χ_γ平面之旋、 轉，右共振器繞X軸旋轉，則將導致誤算。這是因為系 缺乏足夠之資料，而只從精細之位置測量來決定共振器位 置和方位。 以下將描述決定帶有共振器之物體的完整方位的實施 例，其可藉使用三個一致之共振器來達成，其各自操作在 不同之頻率下’使其可以獨立質詢，且每一共振器相對另 兩個共振器傾斜，圖17顯示一共振器之組，共振器“^， 18-2，18-3具有軸2卜1，21-2，2卜3 ’其相對傾斜已知角 度，為了避免不確定’有兩個結構應予避免’及必須兩兩 不能垂直’同時三個不在同一平面，例如，若兩軸垂直第 三軸’在旋轉180度的情形下將無法區分，同理，三個在 同一平面的情形亦然。

440683 五、發明說明（29) 如上所述，每個共振器產生一在X，y方向之粗略位置 測量（方程式19，2 1 )，在X，y方向之精細之位置測量（方 程式20 ’22)，和兩個幅度測量（方程式25，26) ’由於粗 略位置測量只依賴共振器之X，y座標，且因為所有乏共振 器一致，因此，共振器18-1，18-2，18-3能給定一相同之 粗略位置測量，幅度測量由Z及共振器轴相對Z軸方位決定 ’然而，此並非共振器方位之完整之資料來源，因此，三 個共振器之幅度只用來給定關於共振器在數位板9上之高 度（Z )之資料，共振器組之X，y位置之精細之位置測量， 仍然必須以三個定義完整共振器組之方位的參數決定，以 下描述這些測量。 若三個共振器18-1，18-2，18-3之傾斜角各自為<»又-ay，，rx-^y，然後給定一X，Y之估計（方程式 19 ’21) >2ax f 2 ay ' 2 βχ ' % βγ，2τ*χ，2ry 隨之能 從精細之位置測量計算，如果共振器1 8之一的軸是在單位 向量u(dx，dy，dz )，則： (28) άχ = dz tanax dy = dz tanay 且因為u是一單位向量，dx2 + dy2 + dz2 = l ，單位向量u因 此定義如下： (29)

sii^a^· sin2ay Ί cos2ax+i' cos2tty+i’ sin2ax 2 sin2ay cos2ax+l cos2ay+l 第34頁 〇6 8 3 五、發明說明（30) 因此由粗略位置測量給定X ’ y估計值，用於三個共振 器輪21-1，21-2，21_3之單位向量（u，v，w)能予以計算。 由於每個單位向量u,v，w有兩個方向，介於共振器軸間之 角度有八個可能結合，為了決定正確之結合，必須比較先 前已知共振器軸間實際之角度’其可藉標準最小化演算實 施，例如，若a, b,c是在未旋轉共振器組之輪方向上之單 位向量，其量為： JC2 = (u.v - a-力）2 + (v-w - ire)2 + (vU __ c.a)2 其能用於U，V，W之八個可能結合之計算，及用於χ 丫之 估計能隨最小值；^而變’ X，Υ值之最小值y適用於共振器 位置之最佳估計，且U，V，W之選擇係給定最小值以設定共 振器組之方位。雖然其未顯示於方程式3 Q，然而—個、

振器之組的使用，並不會形成前述所提兩個^糊之共 並保證最小值义2僅用於一個U，V，W之選樓，μ L 〜1干 此外，雖缺古 可能使最小值f進入一區域解，但從粗略位“，、有 X，Y估計值可以避免這些區域最小值。 '、引出之 方式顯示於圖1 8，此種共振器組包括一對相二，器組 離之共振器，本例中，組之方位不會 定已知 丨…“的轴2卜5,21-6必須不4Π;直：：共振 線131連接其中心點1 33 , 1 3 5。 仃次垂直於線131 圍繞線⑶之旋轉將維持或逆轉 ，，那， 凡k兩個方位另

第35頁 44 06 8 3 1" ^_ - —__ _ — - 五、發明說明（31) 無法區分。 此外，在共振器1 8 - 5，1 8- 6之感測器繞線中產生之信 號必須彼此區分，此為使用具有不同頻率之共振器之最易 達成的方法。 如參考圖1 7所討論之三個共振器組，粗略之X和γ位置 能使用方程式19，20，而由共振器（或粗略之X，γ位置之 平均值）之粗略位置測量計算，同樣地，共振器組之Ζ位置 能由共振器之幅度測量（或由兩個共振器之信號幅度的平 均值）計算’此可得到精細X，Υ位置之測量，且方位角可以 決定，為此，更多之資料必須從粗略位置測量萃取，例如 ’由粗略位置測量指示共振器1 8 - 5和1 8 - 6的X，Υ位置，此 兩個粗略位置間之差異因此可指示出線131在Χ-Υ平面的方 向’亦即共振器組之方位角0 ，此外，因共振器18-5和18 -6之中心1 3 3，1 3 5的距離已知，對於線1 3 1而言只有兩個 可能方向’端視共振器18_5，18_6何者較高而定。因此， 比較兩個共振器之幅度值來決定何者較高，因此除了繞線 1 3 1之旋轉以外，線1 3 1之方向可以決定，如此整個共振器 組之方位可以定義出來。在本例中，最後所提之旋轉及χ， y位置之精細位置測量可藉標準最小化技術決定。 如熟此技藝之人士所知，在具有不同之複數個物體必 須追蹤其相對數位板之位置，且操作頻寬受限之系統上， 使用兩個共振器之組較三個共振器之組為優，然而，此兩 種共振器實施例遭遇之問題是，包括使用粗略位置測量和 幅度測量之精細之位置參數的引出，其可能會危及整個系

第36頁 440683 五、發明說明（32) 統之精確度。 對於上述系統，一種修正及替代方案將予以描述。 在上述中，具有一第一週期之週期繞線，用來激化共 振器，具有一第二之不同週期之週期繞線用來接收由共振 器產生之信號，圖19顯示數位板9之形式，其包括相同之 繞線如圖1製圖14所示之數位板，標式為161，並具有一分 離之激化繞線1 5 1，傲在繞線1 6 1之周圍，如所示，激化繞 線1 5 1傕纏繞兩倍於另一繞線1 6 1。 本實施例之一般操作如同前述實施例，特別者，提供 給激能一設在尖筆11内之共振器以使之共振的繞線1 5 1之 激化信號，其將依序引發繞線1 6 1内之信號，在所有之八 個繞線中引發之信號被予以使用，如所示，在解調後，在 用來決定X位置之四個繞線（sinA，cosA，sinB，cosB)所 引發之信號，如下列形式： SA - Α0β'ωΛΖζχ βΐη(ωΑχ+φχ-αχ) (31)

CA = A0e"Wj,zxx cos (ωΑχ+φχ-αχ) 、以 J SB = AQe~ii，BZrx εχηίω^χ+φ^-α^) (33)

第37頁 Γ 44 06 8 3 五、發明說明（33)

CJ A〇e' COS ((OjgX+<l)x-Ctx) (34) 其中，AO為一傳輸繞線i51與共振器間之耦合因子， 取這些信號之arc-tangent率，以提供ωΑχ+ 0χ_ ，〇 χ +

αχ之測量，同樣的測量也由sinC，c〇s(：，sinD 提供，以決定Y位置。取X，Y方向信號之arc〜tangent和愈 差，產生由方程式19至22定義之精細位置測量和粗略位置 測量，共振器X，Y位置和方位角因此可以相同方式引出， 然而，由八個接收繞線引發之信號幅度，依傳輸 i 與共振器間之耦合因子A0決定，其為共振器χ，γ位置和方 位角之函數，然而由於共振器X，γ位置和方位角可以計算 办其，結合幅度值和周邊傳輪繞線丨51之已知磁場圖樣， :定共振器在數位板9上之高度2。簡單之傳輸繞線如圖 =所不，產生之磁場圖樣藉激能傳輸繞線產生，其均勻於 主個操作區，致使A0只依據共振器之方位角 純化Z之決定。 疋錯以单 用來感測自激能的共振器產生之信號的繞線包括複數 個交互感測導電回路，此種繞線之優點在於其對電磁干擾 相對免疫’且本身不會對其他電子裝置產生干擾，更重要 的是此種繞線隨一既定之方式變化而產生磁場，特別是弦 f ’圖2〇a顯示替代之繞線，週期繞線17ι包括1〇個交互迴 旋之週期’考慮電流流入週期繞線】71產生之磁場，其顯 示由繞線產生之磁場的Z和χ成分’當激能時，其弦波變化 和第4圖相同’因此此繞線能用來取代第*圖之繞線，但最

第38頁 44〇6 8 3 五、發明說明（34) —一 好是盡可能用一組相同之繞線，然而，繞線171並非最好 之選擇’因背景電磁干擾會耦合到繞線中，導致輪出芦號 錯誤。圖20b顯示另一個使用之替代繞線172，其—般為: 角形式之回路，在朝向中心點時則趨於窄化，其配置係致 使輸出信號在測量方向隨尖筆之位置和方位角線性變化’ 考慮從繞線之輸出信號，和從另一具有不同窄度之回路的 繞線輸出之信號’位置和方位角可以決定。為了決定尖筆 之方位角，另一個相同繞線是必須的，不同之斜 各自以不同之線性方式變化。 5儿 前述中’一或更多之共振器提供與尖筆或玩具車，共 振器包括導電線圈和電容，其他形式之共振器亦可使用， 如磁阻共振器，陶瓷共振器，或任何組合，由於尖筆和玩 具車可以是被動元件’且由共振器產生之輪出信號必須大 於由導電螢幕或短路線圈所產生者，所以最好使用申請索 之共振器’此外’共振器允許使用脈衝回應質問技術 (pulse-echo interrogation technique)，以減少藉激化 繞線和接收繞線間之直接耦合導致之干擾，然而即使，在 激化繞線機化時同時處理接收繞線之信號，來自共振器之 信號能被從激化繞線之信號中區分出來，原因是他們有9 〇 度之相位差。本例未使用導電螢幕或短路線圈，雖然在理 論上系統可以使用導電螢幕或短路線圈，但在實施例中， 要引出全部之方位資料可能有困難，因為其難以設計不同 短路線圈組和導電螢幕組。 一個可能取代共振器之方式是使用電源線圈，其能藉

第39頁 4406 8 3 五、發明說明（35) '又置電池於如尖筆内提供電源，尖筆也包括一區域振盪器 ’用以產生驅動信號給線圈，此處提供超過一個線圈，一 波形產生器用來產生不同之驅動信號予不同之線圈，致使 在數位板繞線從不同線圈引發之信號可以區分。 、上述中’係提供一單一物體以相對數位板移動’圖21 為電子西洋棋175之透視圖，包括數位板9，其用來感測棋 子177之位置和方位’為了區分不同棋子之信號差異’每 個棋子帶有不同共振頻率之共振器，由於有32個棋子’其 使用32種不同之共振頻率，如果頻寬有所限制時，共振器 可以使用串接線圈和電容之陶瓷共振器，以改善不同共振 =之信號區別。在本例+，處理電子裝置必須激能和處理 個棋子之彳§號，一般是依序進行，但若可多重處理通道 使用’則也能同步進行。 為了依序提供激能信號與激化繞線，數位波形產生器 ，調整到所有的共振頻帛，頻率微調之連績控制需足以致 能電？控制系統（未示），以求最適化頻率和位準。為了最 ^L號位準，電腦能隨激能信號頻率變化以便得到最大 L，位準。其也能從共振器中偵測同相或相差㈣度之返回 以们貞測返回信號之相位，並對準相位於最佳值，

划$ μ s _战广.领年和相位之控制可以藉如使用場規 劃邏輯卓几陣列（fleld pr〇grammable ceU array )達成 ° 棋子數目之追蹤可以單純化為 值，給定共振器之頻率q值，拍振頻率之有效 並適W的隔離這些頻率以避

440683 五、發明說明（36) 免交互干擾，實際上’以每隔1〇〇KHz從1〇〇KHz增加到 10MHz之方式可以容易地獲得，故可追蹤到達1〇〇個單獨之 共振器’ Q值屬於+/-l〇KHz，足以隔離彼此之通道，本例 I係取約4ms來決定棋子之位置’因此，其將取128ms來決 疋32個棋子之位置，因此容許動態追蹤棋子。 圖22顯示西洋棋之棋子之橫剖面，如所示，共振器 18-7具有一垂直基板178之軸，確保當棋子設在棋局中時 ，共，器之軸21-7指向Z方向。替代之遊戲，如足球，此 每個棋子之方位與遊戲有關，各棋子17?能攜帶共振 器組，包括二或三個，如圖17，18所示，此棋子之完整方 位能予以決定，此外，相對數位板之目前位置能使用前述 技術決定。 如熟此技藝之人士所知，本發明可應用於虛擬實境系 ，，例如追蹤6D搖桿之移動。此種系統使用AC磁耦合以追 縱物體之位置，數位板系統可以接收繞線組之低成本、更 =利之平面來模擬此種功能。然而由於此種形式必須能夠 操，在搖捍和數位板間之相當大的距離下，因此，精確度 其關鍵，繞線有一個單一週期，其涵蓋整個測量區域 ^佳之採用方式，在此種應用下，取代圖17，18之二或 :個共振器設計方式是，用三個不同共振頻率之共振器， 盆匕置於搖桿上不同之位置，扭動之搖桿垂直於數位板， 值祕,從二個共振器之相對位置計算出來，且搖桿之節距和 yaw)能從共振器相對數位板之高度計算出來，零節 和偏搖之校準能藉保持搖桿為垂直之方式達成。本例中

440683

五、發明說明（37) ，搖桿能以電池或直接連接處理電子裝置提 以增加所欲之範圍，限制電磁發散並依 .仿=，此可 率來進行精確之間隙 :，節距，和偏搖之計：喊位準而非比 位置編螞器之另一種應用是在一磁浮系統 Ϊ回=，在此應用令，其採用圖4中之形式的平衡―： 線，因為磁洋系統採用大的AC和DC磁場，當繞線 衛 ，亦即，如果他們不包括等量之交互感測回路時，其將砰 擾繞線。為了加速電子處理，來自各感測線圈（sin/，’干 cosB，sinD，C0SD)之信號能和他們自己的處理通道同牛 被須測到，除非使用圖5之時間多工方式。然而，此會^ 加複雜度和處理電子裝置之成本，其唯一有利者為很快3 獲得位置測量。 圖23顯示X-Y數位板系統之另一種應用，特別是圖23 為個人電腦181之透視圖，其嵌有一 LCD顯示器183，一組 繞線用來決定尖筆1 1相對顯示器183之χ_γ位置，使用平衡 繞線可以對電磁干擾相對免疫，及對其他電路幾乎不導致 干擾，且因此可設在顯示器183後面而不影響其操作，既 存顯示器系統具有一碰觸螢幕能力，其使用精細線圈打在 顯示器表面，由於這些具有高阻值，因此遭遇和螢幕墨印 相同之問題’此線圈也減少螢幕之透明度，相反的，數位 繞線具有相對低阻值，且能放在LCD後面。 圖24顯示取圖23之LCD1 83之線S-S部份橫剖面，顯示 器包括上保護層1 9 1以覆蓋液晶層1 9 2，液晶層1 9 2則夾於 電極板193，195之間，提供一絕緣層丨97於下層電極195之

第42頁 t 4406 8 3 五、發明說明（38) 後，以有效遮蔽來自數位繞線199之電極層，數位繞線199 夾於基底之兩半201，203 ’本例中’繞線形成於一單層中 ，為了減少設在LCD後面之任何金屬物體的效應，一磁性 軟層204可提供於基底層203之後，如含鐵質或亞鐵鹽粉之 塑膠或橡膠製成。 圖25a和2 5b顯示相差90度之繞線對211，213，各繞線 2 11 ’ 2 1 3包括一單一週期之交流感測回路，每個回路包括 四個彎折之導體，藉由增加彎折數目，由繞線2Π，213輸 出之信號位準隨之增加。參考圖4描述之繞線，於激能時 ，繞線211 ’ 2 1 3係產生一磁場隨X方向作弦波變化，此外 ’形成於回路之導體之彎折間的間隔（x方向）被配置來減 少高次冪諸波’繞線211，213被配置於整個LCD183，且在 X方向延伸25 0mm，在γ方向延伸i80mm，由繞線211，213產 生之磁場下降率因此遠少於圖4之繞線，這些繞線因此可 以繞線和尖筆之較大間隙，來偵測尖筆之位置。 此外’構成相位差9 0度之另一對繞線也需要用於X方 向測量°此二繞線包括如兩個週期之交流感測回路，每個 回路包括四個弯折，此外，在Y方向測量上也需要另四個 繞線’如果不同數目之彎折被用來定義繞線，不同之放大 和權^係數，須提供給不同之接收信號以為補償。 請參閱第1圖，尖筆11包括共振器，藉設在LCD後面之 繞線激能’然而為了節省電腦之電源，尖筆11可以安裝一 電圖26顯示這樣之尖筆11。尖筆11包括電池221，振 盡器晶片223 ’信號處理晶片225，纏繞鐵心之線圏227，

第43頁 440683 五、發明說明（39) 及按鈕2 30，如圖27所示，振盪器223產生一區域頻率信號 ’其提供給信號處理晶片223 ’包括一信號產生器231和放 大器233 ’信號產生器231產生驅動信號以用於線圈227， 放大器233則予以放大此信號，從放大器233輸出之信號藉 開關235提供給線圈227 ’其受顯示於圖26之按紐230控制 ，此尖筆可以使用AAA鹼性電池，操作壽命約為丨〇 〇〇小時 〇 以上均描述二維X-Y數位板系統，但本發明之特徵並 不受限於二維位置編碼器，特別是一些特徵可以合併一維 線性或叙轉位置編碼器’圖2 8 a顯示一維線性位置編碼器 251，編碼器包括一支架253，其帶有四個分離繞線254-1 ，254-2，254-3，254-4 ,其連接一激化和處理電路25 5， 編碼器用來決定共振電路2 5 7之位置，其沿X方向移動，以 雙箭頭259標示之。 如圖28b，28e，各繞線254藉一般六角型回路形成， 和鄰接回路纏繞以交互感應，如所示，繞線254-1和254-2 形成一相位差90度之對’其有5個週期λ3，涵蓋整個測量 範圍’同理，繞線254-3和254-4形成一相位差90度之對， 但有6個週期λ4 ’涵蓋整個測量範圍。繞線254之形狀係配 置使激化信號產生之磁場提供給他們，並隨X方向作弦波 變化，繞線2 54- 3 ’254-4藉激化和處理電路255激能，且 在繞線254-1和2 54-2藉共振器25 7引發之信號，係處理以 萃取共振器在X方向之位置，此外，共振器之X位置，在 Χ-Ζ平面之共振器傾斜估計，如〇^，能由方程式2〇 ,以使

4C06 8 3 五、發明說明（40) 用粗略位置測量和精細位置測量階段引出，此外，對在支 架253上之共振器2 57之高度’其能獲得一粗略估計，然而 ，因共振器之高度端視共振器257整個之方位而定，其精 確估計之高度，則端視共振器257在Y-Z平面上之傾斜程度 而定。 在上述實施例中’兩個相位差9 0度之繞線對被用來決 定物體之位置’並在每個方向予以測量，且一對兩個相位 差90度之繞線之週期數量少於另一對兩個相位差度之繞 線之週期數量。隨此架構’粗略位置測量階段給定一個在 數位板之驅動長度上物體之絕對位置測量，在取代實施例 中’各相位差9 0度之繞線對之週期數量差距一個以上，粗 略位置測量並不會給定一物體之絕對位置測量。如果絕對 位置測量有需要，其能藉定義一相對物體之h〇me位置以便 獲得初始位置，然後藉追蹤物體橫越測量區域之方式而達 ，二然而其並非較佳方式，因為物體之絕對位置在電源降 低及右物體自繞線感測範圍完全移除時會失去。 於另：Γ方f是提供一三組相差90度之繞線，其節距不同 便補線，其能執行游標（Vernier)型態計算，以 =物位置’此外，，由物體攜帶卜共振器 確度。來增加粗略位置測量之精 以給定粗略：乂量十/七週期之繞線的信號可以結合 個測量範圍之1至+ r ί :隨尖筆之傾斜而變，但其在整 至+ π間線性變化三次；（2)來自十和四

440683 五、發明說明（41) ~~ ' 週期之繞線的信號可以結合以給定叙畋办要.Η| β . 士 ~祖略位置測量，其不隨

尖筆之傾斜而變’但其在整個測量笳闹夕 =i sa A 里靶圍之-π至+ ττ間線性 變化七次；（3)這兩個粗略位置剛量可用sVeriner型態 算’以在測量方向上決定尖筆之更精確位置。 在上述例子中’尖筆高度是決定於在接收繞線中引發 之信號的幅度值，然而，在共振頻率之變化和共振器之Q 值下，測量導致誤差，且溫度會影響追蹤和處理電子裝置 (影響方程式39之常數A)，然而由於這些錯誤將從不同繞 線接收之信號幅度中給予相同之補償，尖筆高度將能藉信 號相對幅度（其信號變化隨間隙不同）而更精確計算。換句 話說，從具有不同週期之繞線接收之信號取相對幅度，更 特別者’其使用一嵌有激化繞線之周邊，尖筆高度Z能藉 取不同週期之繞線接收之信號的幅度比率決定。然而在第 一實施例中’係使用一具有第一週期之激化繞線和一具有 不同之第二週期之接收繞線’其不能很容易地決定相對幅 度。在此實施例中’三组週期繞線是需要的，其各有一不 同週期’來自兩組繞線之信號可以決定一第一幅度值（方 程式2 5 )’及從兩組繞線和第三組繞線接收之信號可以用 來提供一第二幅度值。這兩個幅度值比率可以提供尖筆之 向度指示’其不受共振器之共振頻率變化和追縱和處理電 子之溫度效應影響，各繞線間不同週期係用來提供不同之 幅度測量值。 在上述實施例中’繞線係在線織機中纏繞，且隨後夾 於一基底層之兩半中’在替代實施例中，當他們是纏繞在 I麵

第46頁 44 06 8 3 五、發明說明（42) 所需之架構中時，線能打在基底上，此種打線能藉應用如 超音波能量使線鎔於基底上，並於冷卻時依序形成打線之 方式達成。 在上述實施例中，係使用來自相位差9 0度之繞線對的 信號，且相位測量可用arc-tangent計算來執行，其也能 從接收信號萃取相位資料，而無須執行arc-tangent函數 。申請人早期之國際專利申請ff〇98/ 00921，揭露一種技術 ’用來萃取相位資料並轉換其為一時間變化相位，相同之 處理技術可用來從尖筆之相對位置萃取相位資料，且相對 方位也一起決定。 在各實施例中’係使用來自相位差9 〇度之繞線對，原 因疋接收彳g號之幅度（隨X，Y位置弦波變化），隨尖筆在繞 線上之兩度z變化，因此取相位差90度之信號比率’此隨 高度之幅度變數可以移除’且位置變化相位可以依直插 arc-tangent 函數（straight forward arc-tangent ί 1 net 1 on)決定。在替代實施例中，兩個繞線彼此在測量 方向上相對偏移。然而，其並未較好，因為更複雜之處理 必須執行’以萃取位置變化相位。另一替代者，三個繞線 彼此相對偏移繞線節距之1 / 6，其特別用以產生相位差9 〇 度士輸出信號。此外，一實施例中，尖筆是在繞線上之固 定同度’則第二和第三偏移繞線是不必要的，因為弦波變 化之幅度不會改變，因此，位置資料可以使用從不同週期 繞線之輪出資料決定。 在上述二維實施例中’繞線用來決定Χ，γ位置和方位

第47頁 五、發明説明（43) ^—- ，其以互相正交之方式形成’這是不必要的，所 1巧貫1掩^例 所需要者是兩組繞線，其測量兩個不同方向之位置和方位 ，如此’兩個X，γ位置可以決定，方位也可以決定。 在第一實施例中，繞線具有5個和6個 目可以是設計上之選擇，其隨最佳解析度 而變’越多週斯則愈能改善其最佳解析度 際操作範圍典型上是繞線節距的三分之— 例中’六個週期涵蓋整個驅動長度3〇〇πιιη 操作範圍是約17mm 13 週期’此週期數 、精確度和範圍 、精確度，但實 ’因此第一實施 則最大之實際 雖然本發明 以限定本發明， 神和範圍内，當 護範圍當視後附 已以一較佳實施例揭露如上，铁 非用 任何熟習此技藝者’在不脫離本發明之精 可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保 之申請專利範圍所界定者為準。

第48頁

Claims (1)

1. 44 06 8 L 87114m 曰 倏正本 螫 5 si 動 申請專利範圍 1. 一種位 第一和第 該第一構 置偵測器，包括： 二構件，係設置用來沿 測量路徑相對移 該第二構 ☆場產生器，該 式沿一測量路 ί性維之幾何變 ^產生器產生之 分電路，該第一 k C對位置而變* 該第二信號隨 而變；及 一處理裝 一、第二兩導 係，來決定該 位。 2. 如申請 該些導體和該 兩個移動構件 3. 如申請 該兩個移動構 移。 4. 如申請 件更包括

   3019-208J-P7]. 件包括~~磁場產生器，用以產生一磁場； 件包括一第一和第二導體，其電耦合到該礤 第一導體以具有一第~特性維之幾何變化方 徑延伸，該第二導體以具有一不同之第二特 化方式沿該測量路徑延伸，導致，藉該磁場 磁場的響應，一第一信號產生於一第—接收 信號隨該第一導體和磁場產生器之方位和相 一不同之第二信號產生於一第二接收電路， 該第二導體和磁場產生器之方位和相對位置 置’處理該第一和第二信號，以使用該第 體之各自幾何變化的第一、第二特性維的關 兩個移動之第一、第二構件之相對位置和方 專利範圍第1項所述之位置偵測器，其中， 磁場產生器係配致使該第一和第二信號隨該 之相對位置做實質弦波變化。 專利範圍第2項所述之位置偵測器，其中， 件之相對方位導致在該弦波變化中之相位偏 專利範圍第〗項所述之位置偵測器’其中第 第三和第四導體，其電雜合到該磁場產生

   第49頁 4406 8 I號 87114120 _η 曰 修正 >、申請專利範圍 器，該第三導體以具有 化方式延伸，該第二導 之幾何變化方式延伸， 量路徑相對偏移，其中 徑相對偏移，其中，藉 —第三信號產生於一第 導體和磁場產生器之方 生於一第四接收電路， 生器之方位和相對位置 申請專利範圍 第三導體沿該 5.如 該第一和 9 0度之對 6 ·如 該第二和 9 0度之對 7·如 該處理裝 第一值， 其依該相 8, 如 該處理裝 合，來決 之幾何變 9. 如 該些導體 申請專利範圍 第四導體沿該 申請專 置係操 其依該 對位置 申請專 置係操 定該相 化的特 申請專 為週期 利範圍 作以處 相對位 和方位 利範圍 作以藉 對位置 性維而 利範圍 性，且 和第一導體相同之特性維之幾何變 體以具有和第二導體相同之特性維 其中，該第一和第三導體彼此沿測 ，該第二和第四導體彼此沿測量路 該磁場產生器產生之磁場的響應， 三接收電路，該第三信號隨該第三 位和相對位置而變，一第四信號產 該第四信號隨該第四導體和磁場產 而變。 第4項所述之位置偵測器，其中， 測量路徑分隔，以便形成一相位差 第4項所述之位置偵測器，其中， 測量路徑分隔，以便形成一相位差 第1項所述之位置偵測器，其中， 理該第一和第二信號，進而提供一 置和方位而定，及一第二不同值， 而定。 第7項所述之位置偵測器，其中， 執行該第一和第二值之一加權組 和方位，並且該加權係依該些導體 定。 第1項所述之位置偵測器，其中， 其中，該些導體之特性維包括節

   3019-20B1-PF1 -jic 第50頁 44 06 8 3 案號871141州 Λ__η

   六 申請專利範圍 距。 1 0.如申請專利範圍第丨項所述之 該些導體為傾斜’旦從端點朝中心置偵測器，其中， 些實質三角形回路’其中該特性維勺、^點窄化，以定義一 Π 如申請專利範圍第1項所述^邊些導體之傾斜。 該處理裝置係配置以處理該第—和 ^偵測器’其中’ 中 移 中 粗略測量值’為該兩個移動構件之相彳D號，以提供（1 ) 精細之測量值，為該兩個移動構件置之指示，（2) 依該兩個移動構件之相對方位而定了相對位置之指示，其 12.如申請專利範圍第n項所 該相對方位導致該精細之測酱 置偵測器，其 & i相對粗略測量值偏 U如申請專利範圍第1 2項所述 邊偏移大約是兩個移動構件产 立置偵測器，其 角的兩倍D "该剜量路徑之相對傾斜 u.如申請專利範圍第13 該傾斜角係用以決定該 ' :之位置偵測器’ 15.如申請專利範圍 磁場產生器包括-電源線圈。Μ之位置偵測器，其中該 1 6.如申請專利範圍 該磁場產生器至少包括：一 1 =位置偵剛器，其中， 電螢幕。 短路線圈，和-導 η‘如申請專利範圍第16項所 χ 場產生器包括一導雷器* 位置偵测器，其 --*〜一———__ 守电豸和一番办· 穴 I脚[ill!)[观，編咖 ——-—?、振電路。 置。 U精細之剩量值之相對位

   第51頁 咖 —--_ 3019-2081-??!. 4 4 〇0 q 2 修正 曰 年 I 1 3, 申丄兔 中’該磁場產^專利範圍第1 6項所述之位置價測器’其 1 9.如申|^器包括一陶瓷共振器。 中，該第二構a辱利範圍第1 6項所述之位置偵測器’其 is。 更包括一激化電路’用來激能該磁場產生 20·如申請鼻u & 中，該激化電路利範圍第1 9項所述之位置偵測器，其 於整個測量路麻係配置一實質常數’以搞合該磁場產生器 2 1.如申讀_襄 中，該第-接收電匕圍第2〇項所述之位置傾測器’ & 電路包括該第二導體L括該第一導體，其中，該第二接收 2 2.如申請專刹 中，該第三接收電Λ圍第21項所述之位置偵測器，其 電路包括該第四卜栝該第三導體’其中’該第四接收 和第三接收電路之^且該處理裝置係操作以結合該第一 信號，以引出該位^ f古及結合該第二和第四接收電路之 m罝和方位資料。 ，如申，利範圍第22項所述之位置搞測器，其 τ ’各接收心號隨該相對位置而沿測量路徑弦波變化，且 其中，該弦波變化之峰值幅度依該磁場產生器和導體間隙 而定，且該處理裝置係操作以結合該第一和第三接收電路 之*!§號，及/或結合s亥第二和第四接收電路之信號，以決 定該第一和第二構件之間隙。 ° & 〇、 24.如申請專利範圍第22項所述之位置谓測器，其

   3019-2081-?F1'P：: 第52頁 中’該處理裝置係藉從該第一和第三接收電路接收之信號 及從該第二和第四接收電路接收之信號引出量之 口 ^ 440683 _案號87U4120_年月日 修正_ 六、申請專利範圍 arc-tangent率的決定，而操作以萃取該位置資料。 2 5.如申請專利範圍第2 4項所述之位置偵測器，其 中，該處理裝置係操作以結合從該第一和第三接收電路接 收之信號及從該第二和第四接收電路接收之信號萃取之位 置資料，以提供，粗略位置測量值，其不依該兩個移動構 件之方位而定，及提供一精細之位置測量值，其依該相對 方位而定。 2 6.如申請專利範圍第1 9項所述之位置偵測器，其 中，該激化電路包括該第一和第二導體之一。 2 7.如申請專利範圍第2 6項所述之位置偵測器，其 中，當依據專利範圍第4項，該激化電路包括該第一和第 三導體，該第一接收電路包括該第二導體，該第二接收電 路包括該第®導體。 28.如申請專利範圍第1 9項所述之位置偵測器，其 中，更包括一驅動裝置，用以提供一激能信號給該激化電 路。 2 9.如申請專利範圍第2 8項所述之位置偵測器，其 中，該驅動裝置係操作以激能該第一和第三導體，該處理 裝置係操作以處理因該第一和第三導體之激化而從該第二 和第四導體接收之信號。 3 0.如申請專利範圍第29項所述之位置偵測器，其 中，該處理裝置係操作以結合：當該第一導體隨該第四導 體於該第三導體激能時接收之信號而激能時在該第二導體 接收之信號，及結合：當該第一導體隨該第二導體於該第 三導體激能時接收之信號而激能時在該第四導體接收之信

   30I9-20S1-??! 'Γ-c 第53頁 #4 06 8 3 _案號87Η4120_年月日__ 六、申請專利範圍 號。 3 1 .如申請專利範圍第3 0項所述之位置偵測器，其 中，該結合包括該些信號之和與差。 3 2 ·如申請專利範圍第3 0項所述之位置偵測器，其 中，該處理裝置係操作以從該結合之信號萃取位置資料， 其藉該結合之信號的arc-tangent率決定，以提供一粗略 位置測量值，其不依該兩個移動構件之方位而定，並提供 一精細之位置測量值，其依該相對方位而定。 3 3.如申請專利範圍第28項所述之位置偵測器，其 中，該驅動裝置係操作以在一第一時區提供一該激能信號 之脈衝給該激化電路，其中，該處理裝置係操作以處理在 該第一時區後之第二時區時之引發信號。 3 4.如申請專利範圍第1項所述之位置偵測器，其中， 該導體系配置以形成沿測量路徑依序配置之至少兩個回 路，每個回路沿該路徑延伸，且該回路屬於串聯且係配置 使相鄰回路藉背景交互磁場引發之EMFs彼此對抗。 3 5.如申請專利範圍第3 4項所述之位置偵測器，其 中，該回路為一矩形。 36,如申請專利範圍第34項所述之位置偵測器，其 中，該回路為一六角形° 3 7,如申請專利範圍第34項所述之位置偵測器，其 中，該回路包括一個以上轉折之導體。 3 8.如申請專利範圍第1項所述之位置偵測器，其中， 該第一和第二信號是時變信號，其幅度變化隨該兩個移動 構件之相對位置和方位而定。

   3019-2081-PJ1-ptc 第54頁 4406 8 3 ^ ---案號 871U120_年月^- 六'申請專利範圍 39.如申請專利範圍第38項所述之位置偵測器’其 中’該處理裝置包括一解調器，用以解調接收之信號。 4 〇 ·如申請專利範圍第1項所述之位置偵測器，其中， 該導體藉打線在一層以上之基板形成。 41.如申請專利範圍第1項所述之位置偵測器’其中’ 該第一和第二導體係實質形成於同一平面或平行平面。 4 2.如申請專利範圍第1項所述之位置偵測器’其中， 該第二構件係固定且該第一構件可移動。 4 3.如申請專利範圍第1項所述之位置偵測器，其被配 置來偵測複數個第一構件之相對位置和方位’第一構件各 具有特有之磁場產生器。 44. 一種二維位置偵測器，包括： 第一和第二構件，係設置用來在一測量平面之第一和 第二方向相對移動； 一根據專利範圍第1項之第一位置偵測器，用來偵測 第一和第二構件在第一方向之相對位置和方位； 一根據專利範圍第1項之第二位置偵測器，用來偵測 第一和第二構件在第二方向之相對位置和方位；及 結合在該第一方向和第二方向之相對方位以決定該第 一和第二構件在測量平面中之相對方位。 4 5.如申請專利範圍第44項所述之位置偵測器，其 中’該第一構件包括第—和第二磁場產生器，其操作以肩 生各自不同之磁場於實質不同之方向，且該處理裝置可操 作以區分來自兩個磁場產生器之信號，以決定該平面之相 對位置和方位。

   3(319-2381-mp:c 第55頁 44 06 8 3 _案號87114120_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 4 6.如申請專利範圍第45項所述之位置偵測器，其 中，該第一磁場產生器，其操作以產生一實質垂直該平面 之方向的磁場，且該處理裝置可操作以處理來自第一磁場 產生器之信號，以決定該第一和第二構件之相對位置之精 細和粗略之位置測量，且該第二磁場產生器，其操作以產 生一對該平面實質傾斜一既定角度之方向的磁場，且該處 理裝置可操作以處理來自第二磁場產生器之信號，以決定 該第一和第二構件之相對方位。 4 7.如申請專利範圍第4 6項所述之位置偵測器，其 中，該第一和該第二磁場產生器係彼此一致。 4 8.如申請專利範圍第4 5項所述之位置偵測器，其 中，該第一和該第二磁場產生器係彼分隔一既定距離，且 該處理裝置可操作以處理來自第一和第二磁場產生器接收 之信號，以決定該第一和第二構件之完全之相對方位。 4 9.如申請專利範圍第45項所述之位置偵測器，其包 括三個一致之磁場產生器，各配置以產生不同方向之磁 場，且致使該處理裝置可操作以處理來自該些磁場產生器 接收之信號，並引出該第一和第二構件之完全之相對方 位。 50.如申請專利範圍第44項所述之位置偵測器，其 中，該磁場產生器包括一電源線圈及/或一共振器。 5 1.如申請專利範圍第5 0項所述之位置偵測器，其 中，該磁場產生器包括一導電器和一電容共振電路。 5 2 .如申請專利範圍第4 4項所述之位置偵測器，其 中，該用於兩不同方向之繞線具有實質相同之形式。

   3019-233!-??；·5ϊ： 第56頁 44068 3 ___案號 8711412(]_午 3 修正_ 六、申請專利範圍 5 3. —種用在申請專利範圍第1項所述之位置偵測器之 共振器組，包括第一和第二不同之共振器，各包括一導電 線圈和電容，該組係致使各共振器線圏之中心點相同’且 致使該線圈軸彼此相對傾斜。 5 4.如申請專利範圍第5 3項所述之共振器組，更包括 一第三共振器，包括一導電線圈和電容，第三共振器線圈 之中心點和另兩個共振器之線圈中心點一致，其中，該第 三共振器線圈之軸傾斜於另兩個共振器線圈之軸，以便容 許該位置偵測器從形成位置偵測器之一部份的接收繞線引 發之信號’及從該接收繞線藉三個不同之共振器引發之作 號’決定帶有共振器組之物體的完整方位。 ° 5 5 —種位置偵測器，包括： 第一和第二構件’係設置用來沿一測量路徑相對 動； < 該第一構件包括一磁場產生器，用以產生—磁場； 該第二構件包括一第一和第二導體，其電耦合到兮磁 場產生器’該磁耦合於該第—導體和隨一第_空間頻^ 化之該磁場產生器之間’及磁耦合於該第二導體和隨—— 二不同空間頻率變化之該磁場產生器之間，導致，藉节第 場產生器產生之磁場的響應，一第一信號產生於一第二^ 收電路’該第一信號隨該第一導體和磁場產生器之方位矣 相對位置而變，一不同之第二信號產生於—第二接收電和 路，該第二信號隨該第二導體和磁場產生器之方位曰 位置而變；及 對

   3019-208i-??l ?tc 第57頁 4406 8 3 _案號87114120_年月日__ 六、申請專利範圍 第二空間頻率決定該兩個移動之第一、第二構件之相對位 置和方位。 5 6. —種位置偵測器，包括： 第一和第二構件，係設置用來沿一測量路徑相對移 動； 該第一構件包括一磁場產生器，用以產生一磁場； 該第二構件包括一第一和第二組電路，以感測該第 一、第二構件在該平面之兩個不同方向之相對位置和方 位；及 一裝置，用以依該第一和第二方向之相對方位決定該 第一、第二構件在該平面之相對方位； 其特徵在於，繞線組包括：第一和第二導體，其電耦 合到該磁場產生器，該第一導體以具有一第一特性維之幾 何變化方式沿一對應方向延伸，該第二導體以具有一不同 之第二特性維之幾何變化方式沿該對應方向延伸。 5 7. —種製造複數個形狀導體以用於專利範圍第1項之 位置偵測器的方法，包括下列步驟： 以所需之方式繞線於一線織機，致使導體以具有各自 特性維之幾何變化方式沿一測量路徑延伸；及 打線於一個以上之基板。 5 8. —種位置偵測器，包括： 第一和第二構件，係設置用來沿一測量路徑相對移 動； 該第一構件包括一磁場產生器，用以產生一磁場； 該第二構件包括一第一和第二電路，各包括一導體，

   3ΰ19-2〇β1-Ρ:1ρίί 第58 1 44 06 8 3 _案號87114120_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 其電耦合到該磁場產生器，該第一電路之導體以具有一第 —特性維之幾何變化方式沿一測量路徑延伸，該第二電路 之導體以具有一不同之第二特性維之幾何變化方式沿該測 量路徑延伸，導致，藉該磁場產生器產生之磁場的響應， 一第一信號產生於該第一電路，一第二信號產生於該第二 電路，該第一、第二信號隨該第一、第二構件之相對位置 和方位而變；及 一處理裝置，處理該第一和第二信號，以依該兩導體 之各自幾何變化的特性維的關係，來決定該相對位置和方 位。 5 9. —種位置偵測器，包括： 第一和第二構件，係設置闬來沿一測量路徑相對移 動； 該第一構件包括一磁場產生器，用以產生一磁場； 該第二構件包括一第一和第二週期繞線其沿該測量路 徑延伸，且其電耦合到該磁場產生器，該第一週期繞線之 週期不同於第二週期繞線之週期，導致，藉該磁場產生器 產生之磁場的響應，一第一信號產生於該第一週期繞線， 一第二信號產生於該第二週期繞線，該第一、第二信號隨 該第一、第二構件之相對位置和方位而以弦波方式變化； 一處理裝置，處理該第一和第二信號，以提供一第一 值，其依該相對位置和方位而定，及一第二不同值，其依 該相對位置和方位而定，及 一結合裝置，結合該第一和第二值以依該繞線之兩週 期關係決定相對位置和方位。

   5019-2081-?:l-ptc 第59頁 44 Οβ 8 3 修正 曰 案號 87Π41?η 六、申請專利範圍 6 0 ·如申請專利範圍第5 9項所述之位置偵’則器’其 中，咸結合裝置包括和與差裝置，用以決疋該第值和第 二值之和與差。 61. —種X-Y數位系統，包括： 弟一和第二構件，係設置用來沿一 X_ Y方向相對移 動； 該第一構件包括—第一磁場產生器，用以產生一磁場 於一第一方向，及一第二磁場產生器，用以產生一磁場於 一不同於第一方項之第二方向； 5衾第二構件包括兩組週期燒線，每組各包括一第一和 第二週期繞線’其沿測量路徑延伸，且其電耦合到該第一 和第二磁場產生器’該第一週期繞線之週期不同於第二週 期繞線之週期’導致’藉各該磁場產生器產生之磁場的響 應」*7第—信號產生於該第一週期繞線，一第二信號產生 於5亥第二週期繞線，該第一、第二信號隨該第一、第二構 件之相對位置和方位變化； 、處理裝置，從該各磁場產生器處理該第一和第二信 第U供H，其依該相對位置和方位而定，及一 :::同值’其依該相對位置和方位而定；及 、’α裝置，結合該第一和第•值 係決定位置和相對依錢線之㈣期關 包括所有用_處主理^利位範置則器取得之信號的處理電路， 徵。 叫 圍第1項使用之處理電路之技術特

   <4〇6

   方向之位置，及 山 Λ ^87114120 、、申讀專利範圍 動構件相對該數位板在—敏 繞線 位置 第 ,¾. 史 用來決定該移動構件相對該數位板在一第-大 牙—'方向 其中，該每個繞f包括—導體，其沿對應之 延伸，具有對具有既定空間頻率之磁場的敏感度 方向 其中，該每個繞線包括至少兩個回路，沿該測 配^，每個回路沿該路徑延伸’ i該些回路屬於串略桎 配釁使相鄰回路藉背景交互磁場引發之⑽Fs彼此對疒且係 β4.〆種個人電腦包括一依據前述專利範圍任— 位f偵測器’纟中該第二構件包括該導體，且該接收電之路 設寰在，該電腦之顯不器之後，且其中，肖第-構件包括 〆點選裝f ’用以指出在該顯示器之位置’其中從該位置 偵測器^定之該纟筆和該顯^之相對位置，係用來控制 顯承在該顯示器上之資料。 係設置用 • /種位置偵測器包括第一和第二構件 來沿 ί則量路徑相對移動， 該第一構件包括複數個導體’以具有不同特性维之幾 何變化方式沿該測量路徑延伸； 該第二構件包括隨該導體互動之裝置，致使 輸 入軀動信冑’提供給該些導體之一’並在其他導體引發-輸出信號’該互弋置和該些幾何變化導體係配置使該輸 ^號為該第—、卜構件間沿該路徑之相心f的函 及 數 Μ〆種偵測設置用來沿一測量路徑相對勃。咏 b〇·----------^了移動之第

   jQi 9**2〇^ ，P: 處理裝置用以處理該信號以引出該相訝饭置 4406 8 3 _ 索號871jil20_年月曰 」|^_____ 六、申請專利範園 和第二構件的相對位置和方位的方法，包括下列步驟： 提供一磁場產生器，用以產生在該第一構件之磁場； 提供第一和第二導體，其電耦合該磁場產生器或該第 二構件，該第一導體以具有一第一特性維之幾何變化方式 沿—測量路徑延伸’該第二導體以具有一不同之第二特性 維之幾何變化方式沿該測量路徑延伸，導致，藉該磁場產 生器產生之磁場的響應，一第一信號產生於一第一接收電 路 3亥第一信號隨該第一導體和磁場產生器之方位和相對 位置而變’ 一不同之第二信號產生於一第二接收電路，該 第一彳s號隨該第二導體和磁場產生器之方位和相對位置而 變；及 使用該磁場產生器產生一磁場； 從該些接收電路接收該第一和第二信號；及 …處理該第一和第二信號，以使用該兩導體之各自幾何 變化的特性維的關係，來決定該兩個移動之構件 置和方位。 相對位 6J. —種位置偵測器s包括： 第一和第二構件，係設置用來相對移動： 該第一構件包括一磁場產生器，用以產生一磁場； 知該第二構件包括一第一和第二組電路，用以感測第一 第二構件在兩個不同方向上之相對位置和傾斜度； 曰 其令’每組電路包括至少兩個繞線’其電耦合到該磁 场產生器’且其中’於至少兩個繞線之間的磁处 不同頻率變化；& 口丨道工間

   44 06 8 3 案號 87114120 年 a 修正 六、申請專利範圍 該第一和第二構件之 6 8 · —位置感測器j 伸1且各自包括至少

   旋轉° 貧兩組繞線，各組以不同方向 繞線，磁耦合到一磁場產生器延， 且在各组中，磁場產生器和至少雨個繞線之間的磁執: 不同空間頻率而變化，及一裝置，處理自接收電路W ^ 信號’導致藉磁場產生器產生之磁場的產生’以便決定磁 場產生器和使用該空間頻率之繞線組的相對位置和方位。 6 9.如申請專利範圍第6 8項所述之位置偵測器，其 中’該磁場產生器包括一共振器或共振器組。 7 〇.如申請專利範圍第6 8項所述之位置偵測器’其 中’一複數個磁場產生器係予以提供s其相對該些繞線組 移動’且各產生一定義之信號5以谷在各磁場產生器和繞 線組的相對位置和方位由該接收電路引發之信號決定。 71.如申請專利範圍第6 8項所述之位置偵測器’其 中’該用來處理該接收信號之裝置，係配置以決定磁場產 生器和繞線組的間隙。 72, 如申請專利範圍第68項所述之位置偵測器’其 中’該磁場產生器於兩個不同方向產生兩個磁場’且其 中’該處理裝置係操作以引出該磁場產生器和該繞線紐'的 相對方位的三度自由度。 73. —板面遊戲包括複數個棋子’各自移動於一遊戲 平面，及一申請專利範圍第7 0項所述之位置偵測器’用以 感測棋子和遊戲平面之相對位置和方位。

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