TWI416375B - Position detection device - Google Patents

Description

位置偵測裝置

本發明是有關於一種偵測裝置，特別是指一種位置偵測裝置。

參閱圖1與圖2，中華民國專利第I304559號揭露一種習知的被動式數位板指標系統，包括一個數位板1及一個無線指標設備(例如數位筆)2。

無線指標設備2包括一個可變電感器21、兩個電容器22、23及一個開關24，且具有一個諧振頻率。可變電感器21的電感值會反應無線指標設備2與數位板1間的碰觸壓力，且碰觸壓力愈大，可變電感器21的電感值愈小，諧振頻率愈大。當開關24導通時，電容器23會使諧振頻率變小。無線指標設備2受激發而諧振儲能，並在激發源消失時釋放能量，以發射具有諧振頻率的信號。

數位板1包括沿一個第一方向排列的多條第一天線11-1~11-m，及沿垂直於第一方向的一個第二方向排列的多條第二天線12-1~12-n。數位板1會進行兩次全域掃描及兩次區域掃描，以得到無線指標設備2的座標及狀態(例如碰觸壓力、開關24是否導通)。

首先針對所有第一天線11-1~11-m進行一次全域掃描，此時，數位板1依序進行：透過第一天線11-1發射信號以激發無線指標設備2，然後透過第一天線11-1接收無線指標設備2所發射出的信號；透過第一天線11-2發射信號以激發無線指標設備2，然後透過第一天線11-2接收無線指標設備2所發射出的信號；...；透過第一天線11-m發射信號以激發無線指標設備2，然後透過第一天線11-m接收無線指標設備2所發射出的信號；及判斷哪一條第一天線11-1~11-m所接收到的信號之振幅最大。假設第一天線11-i所接收到的信號之振幅最大。

接著針對部分第一天線11-(i-2)~11-(i+2)進行一次區域掃描，此時，數位板1依序進行：透過第一天線11-i發射信號以激發無線指標設備2，然後透過第一天線11-(i-2)接收無線指標設備2所發射出的信號；透過第一天線11-i發射信號以激發無線指標設備2，然後透過第一天線11-(i-1)接收無線指標設備2所發射出的信號；...；透過第一天線11-i發射信號以激發無線指標設備2，然後透過第一天線11-(i+2)接收無線指標設備2所發射出的信號；及根據這些接收到的信號之振幅得到無線指標設備2的座標在第一方向的分量。

接著針對所有第二天線12-1~12-n進行一次全域掃描，此時，數位板1基於與上述全域掃描類似的方式判斷出哪一條第二天線12-1~12-n所接收到的信號之振幅最大。假設第二天線12-j所接收到的信號之振幅最大。

最後針對部分第二天線12-(j-2)~12-(j+2)進行一次區域掃描，此時，數位板1基於與上述區域掃描類似的方式得到無線指標設備2的座標在第二方向的分量。

此外，數位板1更偵測接收到的信號之頻率，並根據偵測出的頻率得到無線指標設備2的狀態(例如碰觸壓力、開關24是否導通)。

然而，習知數位板指標系統的缺點為：

(1)無線指標設備2是利用同一個電路來先接收信號然後發射信號，因此處理速度較慢。

(2)對於每一方向，數位板1必須依序進行一次全域掃描及一次區域掃描，才能得到無線指標設備2的座標在該方向的分量，因此處理速度較慢，且處理方式較複雜。

(3)由於數位板1是透過同一條天線11-1~11-m、12-1~12-n先發射信號然後接收信號，或先透過平行的兩條天線11-1~11-m、12-1~12-n的其中一條發射信號然後透過另一條接收信號，因此無法同時發射信號及接收信號，且由於數位板1所發射出的信號和所接收到的信號之頻率相同，所以數位板1在發射信號之後要做抑制動作，以避免接收到自身所發射出的信號。

(4)由於天線11-1~11-m、12-1~12-n的分佈電容及阻抗匹配會有差異，使得天線11-1~11-m、12-1~12-n所發射出的信號之功率也會有差異，這導致無線指標設備2所發射出的信號之振幅會隨著相對應的天線11-1~11-m、12-1~12-n而改變，因此數位板1計算座標的方式必須更為複雜。

因此，本發明之目的即在提供一種位置偵測裝置，可以解決上述先前技術的缺點(1)~(3)。

於是，本發明位置偵測裝置包含一個位置指示器及一個位置偵測器。

該位置指示器包括：一個第一接收電路，用於受激發在一個第一頻率諧振，以產生一個諧振信號；一個交流至直流轉換電路，電連接到該第一接收電路，用於對該諧振信號進行交流至直流轉換，以產生一個直流電力；及一個第一發射電路，電連接到該交流至直流轉換電路以受該直流電力供電，用於在異於該第一頻率的一個第二頻率振盪，以產生一個振盪信號，並發射該振盪信號。

該位置偵測器包括：多條第一天線與多條第二天線，分別沿相異的一個第一方向與一個第二方向排列，每一條天線用於發射信號到該第一接收電路，或接收該第一發射電路所發射的該振盪信號；一個第二發射電路，用於產生具有該第一頻率的一個待發射信號；一個第二接收電路，用於對信號進行帶通濾波及振幅偵測，其中，該帶通濾波的通帶涵蓋該第二頻率，不涵蓋該第一頻率；一個切換電路，電連接到該等第一與第二天線、該第二發射電路及該第二接收電路，用於受一組控制信號控制進行切換，而將該等第一天線皆電連接到該第二發射電路、將該等第二天線中的至少一部分依序電連接到該第二接收電路，或者將該等第二天線皆電連接到該第二發射電路、將該等第一天線中的至少一部分依序電連接到該第二接收電路；及一個處理電路，電連接到該第二接收電路及該切換電路，用於輸出該組控制信號以控制該切換電路。

該處理電路設定該組控制信號，以使該切換電路將該等第二天線皆電連接到該第二發射電路、將該等第一天線中的該至少一部分依序電連接到該第二接收電路，從而該待發射信號透過該等第二天線被發射以激發該第一接收電路，該第二接收電路分別對從依序與其電連接的該等第一天線所接收到的信號進行帶通濾波及振幅偵測，以產生多個振幅值。

該處理電路更設定該組控制信號，以使該切換電路將該等第一天線皆電連接到該第二發射電路、將該等第二天線中的該至少一部分依序電連接到該第二接收電路，從而該待發射信號透過該等第一天線被發射以激發該第一接收電路，該第二接收電路分別對從依序與其電連接的該等第二天線所接收到的信號之振幅進行帶通濾波及振幅偵測，以產生多個振幅值。

該處理電路更根據該第二接收電路所產生的該等振幅值，產生相關於該位置指示器的一個位置資訊。

本發明之功效在於：(1)該位置指示器利用該第一接收電路及該第一發射電路來同時且分別接收信號及發射信號，因此處理速度較快；(2)對於每一方向，該位置偵測器只需進行一次掃描就能得到相關於該位置指示器的該位置資訊，因此處理速度較快，且處理方式較簡單；及(3)由於該第一與第二頻率相異，且該第二接收電路的帶通濾波的通帶涵蓋該第二頻率，不涵蓋該第一頻率，即使該位置偵測器接收到自身所發射出的具有該第一頻率的信號，也可以把這個信號濾除掉，因此該位置偵測器可以同時發射信號及接收信號。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。

參閱圖3與圖4，本發明位置偵測裝置之較佳實施例包含一個位置偵測器(例如數位板)3及一個位置指示器(例如數位筆)4。

位置指示器4包括一個第一接收電路41、一個耦合電容器42、一個交流至直流轉換電路43及一個第一發射電路44。

第一接收電路41用於受激發在一個第一頻率諧振，以產生一個諧振信號。在本實施例中，第一接收電路41包括並聯的一個電感器411及一個電容器412，且第一頻率由電感器411的電感值及電容器412的電容值決定。

交流至直流轉換電路43經由耦合電容器42電連接到第一接收電路41，用於對諧振信號進行交流至直流轉換，以產生一個直流電力。在本實施例中，交流至直流轉換電路43包括一個整流器431、一個濾波器432及一個電壓調節器433。整流器431經由耦合電容器42電連接到第一接收電路41，用於對諧振信號進行整流，以產生一個整流電力，且在本實施例中是以一個全波整流器來實現。濾波器432電連接到整流器431，用於對整流電力進行濾波，以產生一個濾波電力，且在本實施中是以一個電容器來實現。電壓調節器433電連接到濾波器432，用於將濾波電力的電壓調節到一個預設的電壓值，以產生直流電力。

第一發射電路44電連接到交流至直流轉換電路43的電壓調節器433以受直流電力供電，用於在異於第一頻率的一個第二頻率振盪，以產生一個振盪信號，並發射振盪信號。在本實施例中，第一發射電路44是以一個考畢子振盪器(Colpitts oscillator)來實現，包括一個電晶體441、三個電阻器442~444、一個可變電感器445、五個電容器446~450及兩個開關451、452。可變電感器445的電感值會反應位置指示器4與位置偵測器3間的碰觸壓力，且碰觸壓力愈大，可變電感器445的電感值愈小，第二頻率愈大。當開關451導通時，電容器448會使第二頻率變小。當開關452導通時，電容器449會使第二頻率變小。較佳地，第一與第二頻率中的一者大於或等於另一者的兩倍。

值得注意的是，當位置指示器4的分佈電容小時，電容器42可以被省略，此時，交流至直流轉換電路43的整流器431直接電連接到第一接收電路41。

位置偵測器3包括多條第一天線31-1~31-m、多條第二天線32-1~32-n、一個第二發射電路33、一個第二接收電路34、一個切換電路35及一個處理電路36。

第一與第二天線31-1~31-m、32-1~32-n分別沿相異的一個第一方向與一個第二方向排列。每一條天線31-1~31-m、32-1~32-n用於發射信號到第一接收電路41，或接收第一發射電路44所發射出的振盪信號。在本實施例中，第二方向垂直於第一方向。

第二發射電路33用於產生具有第一頻率的一個待發射信號。第二接收電路34用於對信號進行帶通濾波、振幅偵測及頻率偵測，其中，帶通濾波的通帶涵蓋第二頻率，不涵蓋第一頻率。

切換電路35電連接到第一與第二天線31-1~31-m、32-1~32-n、第二發射電路33及第二接收電路34，用於受一組控制信號控制進行切換，而將第一天線31-1~31-m皆電連接到第二發射電路33、將第二天線32-1~32-n中的至少一部分依序電連接到第二接收電路34，或者將第二天線32-1~32-n皆電連接到第二發射電路33、將第一天線31-1~31-m中的至少一部分依序電連接到第二接收電路34。在本實施例中，切換電路35包括多個雙切開關351。每一個雙切開關351包括電連接到第一與第二天線31-1~31-m、32-1~32-n中相對應之一者的一個第一端，電連接到第二發射電路33的一個第二端，及電連接到第二接收電路34的一個第三端，用以根據該組控制信號，使第一、第二端間或第一、第三端間導通。

處理電路36電連接到第二發射電路33、第二接收電路34及切換電路35，用於輸出該組控制信號以控制切換電路35。

處理電路36設定該組控制信號，以使切換電路35將第二天線32-1~32-n皆電連接到第二發射電路33、將第一天線31-1~31-m中的至少一部分依序電連接到第二接收電路34，從而待發射信號透過第二天線32-1~32-n被發射以激發第一接收電路41，第二接收電路34分別對從依序與其電連接的第一天線所接收到的信號進行帶通濾波、振幅偵測及頻率偵測(也就是第二頻率)，以產生多個振幅值及多個頻率資訊。

處理電路36更設定該組控制信號，以使切換電路35將第一天線31-1~31-m皆電連接到第二發射電路33、將第二天線32-1~32-n中的至少一部分依序電連接到第二接收電路34，從而待發射信號透過第一天線31-1~31-m被發射以激發第一接收電路41，第二接收電路34分別對從依序與其電連接的第二天線所接收到的信號進行帶通濾波、振幅偵測及頻率偵測(也就是第二頻率)，以產生多個振幅值及多個頻率資訊。

處理電路36更根據第二接收電路34所產生的振幅值，產生相關於位置指示器4的一個位置資訊，並根據第二接收電路34所產生的頻率資訊，產生相關於位置指示器4的狀態資訊(例如碰觸壓力、開關451、452是否導通)。

在本實施例中，處理電路36更產生一個脈波信號，脈波信號呈方波且具有第一頻率。第二發射電路33用於將脈波信號從方波轉換成弦波，並和與其電連接的第一或第二天線進行阻抗匹配，以產生待發射信號。

在本實施例中，第二接收電路34包括一個帶通放大器341、一個整流器342、一個類比至數位轉換器343、一個波形整形器344及一個計數器345。帶通放大器341電連接到切換電路35，用於對依序從與其電連接的第一與第二天線所接收到的信號進行帶通濾波及放大，以產生一個放大信號。整流器342電連接到放大器341，用於對放大信號進行整流，以產生一個整流信號。類比至數位轉換器343電連接到整流器342，用於對整流信號進行類比至數位轉換，以產生振幅值。波形整形器344電連接到放大器341，用於將放大信號從弦波轉換成方波，以產生一個整形信號。計數器345電連接到波形整形器344，用於計數整形信號在一段預設時間內出現幾次上升緣，以產生頻率資訊。

綜上所述，與先前技術相比，本實施例具有以下優點：(1)位置指示器4利用第一接收電路41及第一發射電路44來同時且分別接收信號及發射信號，因此處理速度較快；(2)對於每一方向，位置偵測器3只需進行一次掃描就能得到相關於位置指示器4的位置資訊，因此處理速度較快，且處理方式較簡單；(3)由於第一與第二頻率相異，且第二接收電路34的帶通濾波的通帶涵蓋第二頻率，不涵蓋第一頻率，即使位置偵測器3接收到自身所發射出的具有第一頻率的信號，也可以把這個信號濾除掉，因此位置偵測器3可以同時發射信號及接收信號；及(4)由於位置指示器4利用交流至直流轉換電路43來將第一接收電路41所接收到的信號轉換成具有固定電壓的直流電力，以供應給第一發射電路44，因此第一發射電路44所發射出的振盪信號之振幅不受第一與第二天線31-1~31-m、32-1~32-n的分佈電容及阻抗匹配影響，因此位置偵測器3得到位置資訊的方式較為簡單。所以本實施例確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．數位板

11-1~11-m．．．第一天線

12-1~12-n．．．第二天線

2．．．無線指標設備

21．．．可變電感器

22、23．．．電容器

24．．．開關

3．．．位置偵測器

31-1~31-m．．．第一天線

32-1~32-n．．．第二天線

33．．．第二發射電路

34．．．第二接收電路

341．．．帶通放大器

342．．．整流器

343．．．類比至數位轉換器

344．．．波形整形器

345．．．計數器

35．．．切換電路

351．．．雙切開關

36．．．處理電路

4．．．位置指示器

41．．．第一接收電路

411．．．電感器

412．．．電容器

42．．．耦合電容器

43．．．交流至直流轉換器

431．．．整流器

432．．．濾波器

433．．．電壓調節器

44．．．第一發射電路

441．．．電晶體

442~444．．．電阻器

445．．．可變電感器

446~450．．．電容器

451、452．．．開關

圖1是一個電路示意圖，說明一種習知的數位板指標系統的一個數位板及一個無線指標設備；

圖2是一個電路示意圖，說明無線指標設備；

圖3是一個電路示意圖，說明本發明位置偵測裝置之較佳實施例的一個位置偵測器；及

圖4是一個電路示意圖，較佳實施例的一個位置指示器。

3．．．位置偵測器

31-1~31-m．．．第一天線

32-1~32-n．．．第二天線

33．．．第二發射電路

34．．．第二接收電路

341．．．帶通放大器

342．．．整流器

343．．．類比至數位轉換器

344．．．波形整形器

345．．．計數器

35．．．切換電路

351．．．雙切開關

36．．．處理電路

Claims (7)

1. 一種位置偵測裝置，包含：一個位置指示器，包括：一個第一接收電路，用於受激發在一個第一頻率諧振，以產生一個諧振信號；一個交流至直流轉換電路，電連接到該第一接收電路，用於對該諧振信號進行交流至直流轉換，以產生一個直流電力；及一個第一發射電路，電連接到該交流至直流轉換電路以受該直流電力供電，用於在異於該第一頻率的一個第二頻率振盪，以產生一個振盪信號，並發射該振盪信號；及一個位置偵測器，包括：多條第一天線與多條第二天線，分別沿相異的一個第一方向與一個第二方向排列，每一條天線用於發射信號到該第一接收電路，或接收該第一發射電路所發射的該振盪信號；一個第二發射電路，用於產生具有該第一頻率的一個待發射信號；一個第二接收電路，用於對信號進行帶通濾波及振幅偵測，其中，該帶通濾波的通帶涵蓋該第二頻率，不涵蓋該第一頻率；一個切換電路，電連接到該等第一與第二天線、該第二發射電路及該第二接收電路，用於受一組控制信號控制進行切換，而將該等第一天線皆電連接到該第二發射電路、將該等第二天線中的至少一部分依序電連接到該第二接收電路，或者將該等第二天線皆電連接到該第二發射電路、將該等第一天線中的至少一部分依序電連接到該第二接收電路；及一個處理電路，電連接到該第二接收電路及該切換電路，用於輸出該組控制信號以控制該切換電路；其中，該處理電路設定該組控制信號，以使該切換電路將該等第二天線皆電連接到該第二發射電路、將該等第一天線中的該至少一部分依序電連接到該第二接收電路，從而該待發射信號透過該等第二天線被發射以激發該第一接收電路，該第二接收電路分別對從依序與其電連接的該等第一天線所接收到的信號進行帶通濾波及振幅偵測，以產生多個振幅值；該處理電路更設定該組控制信號，以使該切換電路將該等第一天線皆電連接到該第二發射電路、將該等第二天線中的該至少一部分依序電連接到該第二接收電路，從而該待發射信號透過該等第一天線被發射以激發該第一接收電路，該第二接收電路分別對從依序與其電連接的該等第二天線所接收到的信號進行帶通濾波及振幅偵測，以產生多個振幅值；該處理電路更根據該第二接收電路所產生的該等振幅值，產生相關於該位置指示器的一個位置資訊。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之位置偵測裝置，其中，該位置指示器的該交流至直流轉換電路包括：一個整流器，電連接到該第一接收電路，用於對該諧振信號進行整流，以產生一個整流電力；一個濾波器，電連接到該整流器，用於對該整流電力進行濾波，以產生一個濾波電力；及一個電壓調節器，電連接到該濾波器，用於將該濾波電力的電壓調節到一個預設的電壓值，以產生該直流電力。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之位置偵測裝置，其中，該位置偵測器的該第二接收電路包括：一個帶通放大器，電連接到該切換電路，用於對依序從與其電連接的該等第一及第二天線所接收到的信號進行帶通濾波及放大，以產生一個放大信號；一個整流器，電連接到該放大器，用於對該放大信號進行整流，以產生一個整流信號；及一個類比至數位轉換器，電連接到該整流器，用於對該整流信號進行類比至數位轉換，以產生該等振幅值。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之位置偵測裝置，其中， 該位置偵測器的該切換電路包括多個雙切開關，每一個雙切開關包括電連接到該等第一與第二天線中相對應之一者的一個第一端，電連接到該第二發射電路的一個第二端，及電連接到該第二接收電路的一個第三端，用以根據該組控制信號，使該第一、第二端間或該第一、第三端間導通。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之位置偵測裝置，其中，該位置偵測器的該處理電路更產生一個脈波信號，該脈波信號呈方波且具有該第一頻率，該位置偵測器的該第二發射電路更電連接到該處理電路，用於將該脈波信號從方波轉換成弦波，以產生該待發射信號。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之位置偵測裝置，其中，該第一與第二頻率中的一者大於或等於另一者的兩倍。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之位置偵測裝置，其中，該第二方向垂直於該第一方向。