TWI420345B - 座標定位系統及其方法 - Google Patents

Description

座標定位系統及其方法

本發明是有關於一種座標定位系統及其方法，特別是有關於一種能支援多個指標元件之座標定位系統及其方法。

傳統使用複數個指標元件例如電磁式輸入筆的座標定位系統或電磁式感應輸入裝置例如數位板(Digitizer)通常使用不同共振頻率以與不同指標元件之共振電路(resonance circuits)產生共振，以進行電磁式感應輸入裝置天線或感應線圈與指標元件共振電路之間的高頻電磁訊號傳送與接收而不至於互相干擾，以使不同指標元件能於電磁式感應輸入裝置上同時操作。但使用不同頻率以提供多個指標元件同時操作通常必須以增加硬體元件的方式來產生二種以上頻率以提供多個指標元件訊號以進行同時操作。舉例來說，複數個指標元件同時使用時，其中一特定指標元件與電磁式感應輸入裝置之間的資料與訊號交換必須使用對應的硬體元件或電路以選擇性地與特定指標元件之間建立訊號通訊，如此將增加額外的硬體成本與複雜性。

鑑於上述傳統電磁式感應輸入裝置的缺點，因此亟需提出一種新穎之座標定位系統及其方法，其無須增加座標定位系統額外的硬體成本與複 雜性，即能支援多個指標元件進行定位。

為了解決上述問題，本發明實施例之目的在於提出一種座標定位系統及其方法，期能在不增加硬體成本與複雜性之前提下，得以支援多個指標元件進行定位。

本發明係揭示一種座標定位系統，其包括一電磁感應板以及至少一指標元件。電磁感應板係用來發出一電磁感應板觸發訊號。所述之指標元件包括一振盪單元、一監測單元以及一第一控制單元。振盪單元係用來接該電磁感應板觸發訊號及與其共振耦合發出一耦合觸發訊號；監測單元係根據耦合觸發訊號來產生一內部觸發訊號；第一控制單元係當接收內部觸發訊號時，控制振盪單元經一延遲時間後發射一感應訊號並維持一訊號發射時間。其中，振盪單元係先接收電磁感應板觸發訊號才被致能(enable)。藉此，電磁感應板可根據感應訊號來計算指標元件的座標位置或壓力值。

本發明又揭示一種座標定位方法，係適用於一電磁感應板對至少一指標元件進行座標定位。所述之方法包含以下步驟：首先，預先設定每一該指標元件的一延遲時間；接著，判斷是否接收到電磁感應板發出的一電磁感應板觸發訊號；若上述判斷為是，則指標元件經過延遲時間後發出一感應訊號；若上述判斷為否，則繼續偵測是否接收到電磁感應板觸發訊號；最後，根據接收到的感應訊號來計算該指標元件的座標位置或壓力值。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明為達成預定目的所採取之方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

1‧‧‧座標定位系統

11a-11d‧‧‧指標元件

13‧‧‧電磁感應板

131‧‧‧控制單元

102‧‧‧控制單元

106‧‧‧振盪單元

104‧‧‧監測單元

108‧‧‧電源管理單元

110‧‧‧電源

L‧‧‧電感

CAP‧‧‧電容

TS‧‧‧內部觸發訊號

402‧‧‧控制單元

404‧‧‧監測單元

406‧‧‧共振單元

S701~S711‧‧‧步驟

S801~S813‧‧‧步驟

第一圖係為本發明所揭示座標定位系統之一具體實施例之系統架構示意圖。

第二圖係為本發明所揭示指標元件之一具體實施例之功能方塊圖。

第三圖係顯示本發明第二圖實施例之多個指標元件之訊號發射時序示意圖。

第四圖係為本發明所揭示指標元件之另一具體實施例之功能方塊圖。

第五圖係顯示本發明第四圖實施例之多個指標元件之訊號發射時序示意圖。

第六圖顯示本發明一實施例之多個指標元件接收觸發訊號後於不同時間點發出電磁訊號的時序示意圖。

第七圖係為搭配具電源之指標元件的座標定位方法之步驟流程圖。

第八圖係為搭配無電源之指標元件的座標定位方法之步驟流程圖。

本發明所提出之座標定位系統及其方法，係控制多個指標元件在收到電磁感應板係傳來的一電磁感應板觸發訊號時，依序經過各自預設的延遲時間後始回傳感應訊號至板端，藉此電磁感應板可根據收到訊號的時間點來辨識各指標元件，進而計算其座標位置或壓力值。因此可在既有硬體架構下得到多指標元件的座標資訊，實現支援多指標元件之座標定位系統。

本發明的一些實施例將詳細描述如下。然而，除了如下描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例施行，且本發明的範圍並不受實施例之限定，其以之後的專利範圍為準。再者，為提供更清楚的描述及更易理解本發明，圖式內各部分並沒有依照其相對尺寸繪圖，某些尺寸與其他相關尺度相 比已經被誇張；不相關之細節部分也未完全繪出，以求圖式的簡潔。

首先，請參考第一圖，係為本發明所揭示座標定位系統之一具體實施例之系統架構示意圖。所述之座標定位系統1主要包含一電磁感應板13以及至少一指標元件，一具體實施例中，本發明係以四個指標元件11a-11d來例示。電磁感應板13會定時地發出一電磁感應板觸發訊號；而每個指標元件11a-11d分別預設一段延遲時間，當接收到電磁感應板觸發訊號，便等待自身預設的延遲時間後回應感應訊號至電磁感應板13。於本發明之一具體實施例中，指標元件11a-11d係與電磁感應板13搭配銷售，電磁感應板13特別具有一控制單元131，用來事先紀錄每一指標元件11a-11d的延遲時間，日後便可根據接收到感應訊號的時間點來辨識各指標元件11a-11d，進而計算其座標位置或壓力值。具體來說，電磁感應板13係為一電子白板；而指標元件11a-11b(pointing device)係為一電磁筆，但不以揭露者為限。

接著，請一併參考第二圖，係為本發明所揭示指標元件之一具體實施例之功能方塊圖。以指標元件11a為例，其包含一控制單元(Control Unit)102、一監測單元(Monitoring Unit)104、一振盪單元(Oscillation Unit)106、一電源管理單元(Power Management Unit)108及一電源110。本實施例的指標元件11a係藉由內部電源110來供應各元件的電壓與電能，具體來說，電源110可為一電池，但不以此為限。

振盪單元106係為一振盪電路，其與電感L形成共振電路，用來與電磁感應板13發出的觸發訊號共振耦合。具體來說，共振耦合的頻率係可與電磁感應板13所發出之觸發訊號之頻率相同或為倍頻之關係，或為不同之頻率。而控制單元102係用來控制振盪單元106何時回應感應訊號，具體來說，控制單元102係為一微控制器(Microcontroller Unit)、微處理器(Microprocessor) 或其他控制電路，但不以此為限。

一開始，控制單元102係將振盪單元106除能(disable)，因此指標元件11a不會對電磁感應板13發射任何感應訊號。本實施例的電磁感應板13會週期性地發射電磁感應板觸發訊號，一旦指標元件11a靠近電磁感應板13且剛好接收到電磁感應板觸發訊號時，振盪單元106隨即與電磁感應板觸發訊號共振耦合而發出一耦合觸發訊號傳至監測單元104。監測單元104接收振盪單元106之耦合觸發訊號，當達一定強度後便向控制單元102發出一內部觸發訊號TS(Trigger Signal)，以便通知控制單元102。控制單元102接收內部觸發訊號TS時，須經過本身預定的延遲時間後才將振盪單元106致能(enable)，進而控制振盪單元106發射一感應訊號回傳至電磁感應板13。通常感應訊號會維持一段訊號發射時間，藉此，電磁感應板13可根據感應訊號來計算指標元件的座標位置或壓力值。

值得注意的是，用於接收耦合觸發訊號的監測單元104係可省略的，可將其功能整合進入控制單元102，即由控制單元102接收並耦合來自電磁感應板13所發出之觸發訊號，當達一定強度後，控制單元102根據設定時間來控制振盪單元106進行振盪以向電磁感應板13發出電磁訊號。

電源管理單元108係用來將電源110提供之電壓進行昇壓及穩壓以維持穩定電壓，具體來說，電源管理單元108係為一昇壓及穩壓電路。而經電源管理單元108昇壓及穩壓後之電壓可用來供應控制單元102、振盪單元106及監測單元104之電能或電源。當電源110為電池時，電池提供的電壓可能介於例如1.6伏特至0.9伏特之間，甚至2.5伏特至3伏特，特別是當指標元件使用一段時間之後，電池電能消耗導致電壓逐漸下降，因此以電源管理單元108維持電源110提 供指標元件穩定的電壓輸出，使指標元件的訊號發射能儘量維持穩定。

本實施例的指標元件11a-11d內部具有電源，當指標元件11a-11d同時接近電磁感應板13而接收到電磁感應板觸發訊號時，每一指標元件11a-11d會根據自身設定的延遲時間而在不同的時間點發射感應訊號給電磁感應板13。具體來說，指標元件11a-11d依設定依序發出電磁訊號，即不同指標元件11a-11d之控制單元102致能各自振盪單元106之時間不同，藉由區分不同時間點之指標元件11a-11d所發出之電磁訊號，電磁感應板13之控制單元131及訊號處理電路(圖中未示)即可辨識不同之指標元件11a-11d，進而能幾近同時顯現多個指標元件11a-11d之座標點及移動軌跡。如此一來，即使以單一頻率亦可實現多指標元件11a-11d同時進行操作之系統。

為了清楚說明，請再參考第三圖，係顯示本發明第二圖實施例之多個指標元件之訊號發射時序示意圖。如第三圖所示，當例如第二圖中所示之指標元件11a-11d的接收到來自電磁感應板13之觸發訊號後，第一指標元件11a至第四指標元件11d中之各自監測單元104接收各自振盪單元106之耦合觸發訊號，並向各自控制單元102發出內部觸發訊號TS。當第一指標元件11a至第四指標元件11d中之控制單元102接收來自各自監測單元104的內部觸發訊號TS後，藉由每一指標元件11a-11d之控制單元102不同設定，第一指標元件11a之控制單元102經一第一延遲時間後，例如100微秒(μsec)，控制第一指標元件11a之振盪單元106進行振盪以發出電磁訊號，電磁訊號則發射持續一訊號發射時間，例如300微秒。接著第二指標元件11b之控制單元102根據預先設定，經一第二延遲時間後，例如第一延遲時間加上第一指標元件11a的訊號發射時間，即100微秒加上300微秒，控制第二指標元件11b之振盪單元106進行振盪以發出電磁訊號，電磁訊號則同樣發射持續一訊號發射時間，如300微秒。依此同樣方式，第三指 標元件11c之控制單元102根據預先設定，經一第三延遲時間後，例如第一延遲時間加上第一指標元件11a的訊號發射時間加上第二指標元件11b的訊號發射時間，即100微秒加上300微秒加上300微秒，控制第三指標元件11c之振盪單元106進行振盪以發出電磁訊號，電磁訊號則同樣發射持續一訊號發射時間，例如300微秒。第四指標元件11d之控制單元102則根據設定，經一第四延遲時間後，例如第一延遲時間加上第一、第二及第三指標元件11a-11c的訊號發射時間，即100微秒加上三次的300微秒，控制第四指標元件11d之振盪單元106進行振盪以發出電磁訊號，電磁訊號則同樣發射持續一訊號發射時間300微秒。

實際上為了避免不同指標元件11a-11d之間訊號互相干擾，其一之指標元件訊號發射時間的結束時間點與下一支指標元件發射時間的開始時間點可具有一時間間隔。上述指標元件11a-11d的訊號發射順序、第一延遲時間、訊號發射時間甚至訊號發射的時間間隔等可由控制單元102之韌體程式編寫達成。電磁感應板13之觸發訊號係為一定頻率之訊號，並由電磁感應板13維持一定期間向鄰近空間發射，若指標元件靠近電磁感應板13並維持一定期間，則指標元件11a-11d可感應到板端之觸發訊號。第二圖中之觸發訊號係為指標元件11a-11d之內部觸發訊號TS。

再來，請參考第四圖，係為本發明所揭示指標元件之另一具體實施例之功能方塊圖。本實施例的指標元件11a-11d係為無電池電磁筆，相較於第二圖之架構，其省略了電源管理單元108及電源110。另外，與第二圖架構最大不同處在於，與本實施例的指標元件11a-11d搭配的電磁感應板13係連續發出該電磁感應板觸發訊號並維持一共振儲能時間，指標元件11a-11d會在共振儲能時間內與電磁感應板觸發訊號共振耦合，進而將電能儲存於電容CAP中，以供 應並驅動控制單元402、共振單元406及監測單元404之電能或電源。

待充足夠電，如共振儲能時間結束後，共振單元406才發出耦合觸發訊號，進而使監測單元404產生內部觸發訊號TS通知控制單元402。每一指標元件11a-11d的控制單元402接收內部觸發訊號TS時，再根據本身預定的延遲時間來控制共振單元406依序發射感應訊號回傳至電磁感應板13。藉此，電磁感應板13可根據感應訊號來計算指標元件的座標位置或壓力值。

為了清楚說明，請再參考第五圖，係顯示本發明第四圖實施例之多個指標元件之訊號發射時序示意圖。如第五圖所示，當例如第四圖中所示之指標元件11a-11d接收到來自電磁感應板13之電磁訊號或共振訊號後，第一指標元件11a至第四指標元件11d中之各自共振單元406即開始共振並進行儲能。儲能的期間即共振儲能時間可包含例如20至30個週期，而頻率為375Hz，但不限於此。當儲能完成後，可視為電磁感應板13之一觸發訊號，相當於第二圖及第三圖中所示之指標元件11a-11d所接收的來電磁感應板觸發訊號，即觸發訊號係於共振儲能時間結束後發出。當儲能完成後，監測單元404根據各自共振單元406之感應訊號強度及儲能結果，向各自控制單元402發出內部觸發訊號。每一指標元件11a-11d再根據本身設定的延遲時間來依序發射感應訊號至電磁感應板13，電磁感應板13的控制單元131便可根據指標元件11a-11d發射反應訊號的時間點來加以辨識，進而計算指標元件11a-11d的座標位置或壓力值。本實施例的操作方式及各元件功能與第二圖所述類似，於此將不再冗述。

第六圖顯示本發明一實施例之多個指標元件接收觸發訊號後於不同時間點發出電磁訊號的時序示意圖。第六圖所示之時序圖適用於第二圖及第四圖所示之實施例中的指標元件11a-11d。如第六圖所示，在每一指標元件11a-11d內監測單元104向控制單元102連續發出二次內部觸發訊號TS之間的觸 發訊號時間間隔內，每一指標元件11a-11d均依序發出兩次電磁訊號。觸發訊號之時間間隔可以依實際需求進行調整，觸發訊號之時間間隔內，每一指標元件11a-11d發出電磁訊號的次數亦可調整。又由於電磁感應板觸發訊號係週期性地發出，而電磁感應板觸發訊號會引致內部觸發訊號TS，因此在連續二次電磁感應板觸發訊號之間會發射複數次感應訊號。此外上述實施例中雖以四個指標元件為例，但以本發明原理實施的座標定位系統可支援的指標元件數目並沒有限制。觸發訊號之時間間隔中各指標元件11a-11d發射訊號之次數係可依實際需求進行調整，觸發訊號之時間間隔可依須支援之指標元件11a-11d數目以及各指標元件11a-11d發射訊號之次數進行調整。當然各指標元件11a-11d之發射訊號時間長短亦可依實際需求進行調整。透過控制單元韌體程式的撰寫，可將支援的指標元件數量擴增。其他未脫離本發明所揭示精神之各種等效改變或修飾都涵蓋在本發明所揭露的範圍內。

最後，請參考第七圖，係為搭配具電源之指標元件的座標定位方法之步驟流程圖。其中相關之系統架構及訊號時序請同時參閱第一圖至第三圖。

首先，電磁感應板13會週期性地發出電磁感應板觸發訊號(步驟S701)，當指標元件11a-11d接近時，會判斷是否接收到電磁感應板13發出的電磁感應板觸發訊號(步驟S703)，若判斷為否，則繼續偵測是否接收到電磁感應板觸發訊號；若上述判斷為是，則指標元件11a-11d便經過預定的延遲時間後發出感應訊號(步驟S705)。

接著，電磁感應板13便根據接收到感應訊號的時間點來辨識各指標元件11a-11d(S707)，進而計算各指標元件11a-11d的座標位置或壓力值(步 驟S709)。

最後，電磁感應板13的控制單元131判斷是否結束操作(步驟S711)，例如使用者將電源關閉。若判斷為否，則回到步驟S701，電磁感應板13再發出新的電磁感應板觸發訊號，並重複執行上述步驟。

同樣地，請參考第八圖，係為搭配無電源之指標元件的座標定位方法之步驟流程圖。其中相關之系統架構及訊號時序請同時參閱第一圖、第四圖至第五圖。其操作流程於第七圖類似，值得注意的是，當判斷本實施例的指標元件11a-11d接收到電磁感應板13發出的電磁感應板觸發訊號後(步驟S803)，電磁感應板13須連續發出電磁感應板觸發訊號並維持一共振儲能時間，以與振盪單元406偶合共振來產生電能(步驟S805)，儲存足夠電力後，即可控制指標元件11a-11d在預定的時間點發出感應訊號，之後的步驟與第七圖類似，因而不予以冗述。

藉由以上實例詳述，當可知悉本發明之座標定位系統及其方法，係控制收到觸發訊號的指標元件依序延遲發射訊號，電磁感應板再根據預先設定來辨識各指標元件並分別進行運算以確定各指標元件的座標，因此可在既有硬體架構下得到多指標元件的座標資訊，完成支援多指標元件之座標定位系統。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

102‧‧‧控制單元

106‧‧‧振盪單元

104‧‧‧監測單元

108‧‧‧電源管理單元

110‧‧‧電源

L‧‧‧電感

CAP‧‧‧電容

TS‧‧‧內部觸發訊號

Claims (17)

1. 一種座標定位系統，包含：一電磁感應板，用來發出一電磁感應板觸發訊號；及至少一指標元件，包含：一振盪單元，係用來接收該電磁感應板觸發訊號及與其共振耦合發出一耦合觸發訊號；一監測單元，係根據該耦合觸發訊號來產生一內部觸發訊號；一第一控制單元，當接收該內部觸發訊號時，控制該振盪單元經一延遲時間後發射一感應訊號並維持一訊號發射時間；一電源，用來供應該第一控制單元、該振盪單元及該監測單元之電壓與電能；及一電源管理單元，該電源管理單元係為一昇壓及穩壓電路，用來將該電源提供之電壓進行昇壓及穩壓以維持穩定電壓；其中，該振盪單元係先接收該電磁感應板觸發訊號才被致能(enable)，藉此，該電磁感應板根據該感應訊號來計算該指標元件的座標位置或壓力值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之座標定位系統，其中該電源係為一電池。
3. 如申請專利範圍第1項所述之座標定位系統，其中該電磁感應板觸發訊號係週期性地發出，且該第一控制單元於連續二次該電磁感應板觸發訊號之間控制該振盪單元發射複數次該感應訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之座標定位系統，其中該指標元件係為複數個，其一該指標元件的該延遲時間係為另一該指標元件的該延遲時間與該 訊號發射時間之總和。
5. 如申請專利範圍第4項所述之座標定位系統，其中該電磁感應板包含一第二控制單元，根據該指標元件發射該感應訊號的該延遲時間來辨識該指標元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之座標定位系統，其中該第一控制單元以及該第二控制單元係為一微控制器、一微處理器或一控制電路。
7. 一種座標定位系統，包含：一電磁感應板，係連續發出一電磁感應板觸發訊號並維持一共振儲能時間；及至少一指標元件，包含：一共振單元，於該共振儲能時間內與該電磁感應板觸發訊號共振耦合，進而儲存為一電能；一監測單元，係根據該耦合觸發訊號來產生一內部觸發訊號；及一第一控制單元，當接收該內部觸發訊號時，控制該共振單元經一延遲時間後發射一感應訊號並維持一訊號發射時間；其中，儲存之該電能用來供應該第一控制單元、該共振單元及該監測單元之電壓與電能；其中，該共振單元係於該共振儲能時間結束後才發出該耦合觸發訊號，進而使該監測單元產生該內部觸發訊號。
8. 如申請專利範圍第7項所述之座標定位系統，其中該指標元件係為複數個，其一該指標元件的該延遲時間係為另一該指標元件的該延遲時間與該訊號發射時間之總和。
9. 如申請專利範圍第8項所述之座標定位系統，其中該電磁感應板包 含一第二控制單元，根據該指標元件發射該感應訊號的該延遲時間來辨識該指標元件。
10. 如申請專利範圍第9項所述之座標定位系統，其中該第一控制單元以及該第二控制單元係為一微控制器、一微處理器或一控制電路。
11. 一種座標定位方法，係適用於一電磁感應板對至少一指標元件進行座標定位，該方法包含：預先設定每一該指標元件的一延遲時間；判斷是否接收到該電磁感應板發出的一電磁感應板觸發訊號；若上述判斷為是，則該指標元件經過該延遲時間後發出一感應訊號；若上述判斷為否，則繼續偵測是否接收到該電磁感應板觸發訊號；及根據接收到的該感應訊號來計算該指標元件的座標位置或壓力值。
12. 如申請專利範圍第11項所述之座標定位方法，其中該指標元件經該延遲時間後發射該感應訊號並維持一訊號發射時間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之座標定位方法，其中該電磁感應板係連續發出該電磁感應板觸發訊號並維持一共振儲能時間，進而產生一電能。
14. 如申請專利範圍第13項所述之座標定位方法，其中該指標元件係經過該共振儲能時間加上該延遲時間後，才發出該感應訊號。
15. 如申請專利範圍第12項所述之座標定位方法，其中該電磁感應板觸發訊號係週期性地發出，且於連續二次該電磁感應板觸發訊號之間會發射複數次該感應訊號。
16. 如申請專利範圍第14項或第15項所述之座標定位方法，其中該指標元件係為複數個，其一該指標元件的該延遲時間係為另一該指標元件的該延 遲時間與該訊號發射時間之總和。
17. 如申請專利範圍第14項或第15項所述之座標定位方法，更包括以下步驟：根據該指標元件發射該感應訊號的該延遲時間來辨識該指標元件。