TWI585634B - Input system and sensor controller - Google Patents

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TWI585634B
TWI585634B TW104105646A TW104105646A TWI585634B TW I585634 B TWI585634 B TW I585634B TW 104105646 A TW104105646 A TW 104105646A TW 104105646 A TW104105646 A TW 104105646A TW I585634 B TWI585634 B TW I585634B
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sensor
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Oliver Peter King-Smith
Bernardus Hendrik Smit
Peyman Hadizad
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Wacom Co Ltd
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Description

輸入系統及感測器控制器
本發明，一般係有關於電子裝置用之使用者介面，更詳細而言，係有關於觸控感測器以及數位板(digitizer)系統。
在以電腦(例如，膝上型電腦、平板(tablet)型電腦、個人數位電腦)以及通訊裝置(例如，行動電話、無線手持通訊裝置)為首之多樣化且相異之電子系統中，係一般性地使用有多樣化且相異形式之輸入裝置。某一形式之輸入裝置，一般係被稱作觸控感測器或是近接感測器。觸控感測器，係使用對於手指等之近接對象物的位置作決定之多樣化且相異之技術。例如，電容式觸控感測器，係藉由對於經由近接對象物之存在所產生的電容變化作判斷，來決定近接對象物之位置。另一形式之輸入裝置，一般係被稱為數位板、平板，但是，亦有被稱為圖形平板、圖形墊或是描畫平板的情況。數位板、平板，典型上係具備有能夠讓使用者利用作為尖筆(stylus)或是其他之筆狀的描畫裝置而被實現的位置指示器來進行輸入的檢測 面。在一般之數位板中，位置指示器，係輻射出經由檢測面而被檢測出來的電磁訊號。經由檢測面所檢測出之電磁訊號，接下來係被使用來決定位置指示器之位置，並被作處理。
一般而言，數位板，相較於一般之觸控感測器，其之位置檢測精確度以及解像度係為優良。通常，數位板係需要輸入用之專用的位置指示器。一直到現在，仍然期望著能夠將觸控感測器之屬性(例如便利性)與數位板之改良了的精確度以及解像度作組合。然而，組合式之觸控感測器數位板，由於在實現中所關連之高成本以及複雜性、和為了容許此組合所需要之附加性的3維空間、還有對於能夠對觸控之檢測以及位置指示器之檢測的各個而進行輔助之特殊型式的顯示器之要求等之因素，而在其之適用性上被有所限制。因此，使用改良式組合觸控感測器以及位置指示器之輸入裝置，係仍有所需要。
〔相關申請〕
本申請案，係依據有在2008年10月2日所申請之美國專利申請案第61/102234號之由美國專利法第119條所賦予之利益，並對此主張權利。
本發明之各實施例，係提供一種讓使用者所致之輸入 成為容易的輸入系統以及輸入方法。並且，係提供一種輸入系統，其係在使用通常之對象物(例如手指)的同時，亦使用作為輻射出位置檢測用之電場之位置指示器的變換器，並藉由此而能夠在觸控操作以及位置指示器操作之各個中而進行輸入。
若藉由本發明之其中一種實施型態，則係提供一種輸入系統，其特徵為：係由(a)筆形狀之變換器、和(b)感測器，所構成者，該感測器，係具備有電極陣列、和被與前述電極陣列作連接之感測器控制器，該電極陣列，係具備有被配置在第1方向上之複數之電極、和被配置在與前述第1方向相異之第2方向上之複數之電極，前述變換器，係具備有：檢測出被施加於筆尖處的壓力之壓力感測器、和產生與藉由前述壓力感測器所檢測出的壓力值相對應之訊號之變換器控制器、以及將藉由前述變換器控制器所產生的與前述壓力值相對應之前述訊號傳輸至前述感測器處之天線，前述變換器所具備之前述變換器控制器，係產生將藉由前述壓力感測器所檢測出的前述壓力值作資料訊框化並以特定之傳輸方式來作了編碼的訊號，並經由前述天線來傳輸至前述感測器處，被與前述電極陣列作了連接的前述感測器控制器，係構成為以進行觸碰檢測動作和變換器檢測動作的方式來對於前述電極陣列進行分時控制，該觸碰檢測動作，係對於前述電極陣列之被配置在前 述第1方向上的電極供給特定之訊號，並且對於藉由前述電極陣列之被配置在前述第2方向上之電極所檢測出來的訊號之屬性進行測定，藉此來靜電容量性地檢測出前述電極陣列上之對象物，該變換器檢測動作，係對於藉由前述電極陣列之被配置在前述第1方向上的電極和前述電極陣列之被配置在前述第2方向上之電極所檢測出來的各別之訊號之屬性進行測定，藉此來檢測出前述電極陣列上之前述變換器，並且，前述感測器控制器，當檢測出了前述變換器時，係進行使前述變換器檢測動作持續之控制。
若藉由本發明其他型態，則係提供一種感測器控制器，其特徵為：係被與電極陣列作連接，該電極陣列，係具備有被配置在第1方向上之複數之電極、和被配置在與前述第1方向相異之第2方向上之複數之電極，該感測器控制器，係構成為以進行觸碰檢測動作和位置指示器檢測動作的方式來對於前述電極陣列進行分時控制，該觸碰檢測動作，係對於前述電極陣列之被配置在前述第1方向上的電極供給特定之訊號，並且對於藉由前述電極陣列之被配置在前述第2方向上之電極所檢測出來的訊號之屬性進行測定，藉此來靜電容量性地檢測出前述電極陣列上之對象物，該變換器檢測動作，係對於藉由前述電極陣列之被配置在前述第1方向上的電極和前述電極陣列之被配置在前述第2方向上之電極所檢測出來的各別之訊號之屬性進行測定，藉此來檢測出前述電極陣列上之前述變換器，並且，前述感測器控制器，當檢測出了前述變換器時，係進 行使前述變換器檢測動作持續之控制。
本發明，係可藉由參考所添附之圖面，而更加容易的理解。
100‧‧‧平板型電腦
102‧‧‧顯示器
104‧‧‧檢測面
106‧‧‧手指
108‧‧‧尖筆
150、150’‧‧‧感測器
152‧‧‧控制裝置
154‧‧‧電極陣列
154b’、154b”‧‧‧電極
175‧‧‧變換器
177‧‧‧變換器控制裝置
179‧‧‧天線
306‧‧‧壓力感測器
308‧‧‧功率控制器
310‧‧‧側開關
314、906‧‧‧電容器
315‧‧‧充電用輸入連結器
410、412‧‧‧多工器
427‧‧‧鄰接電極
600‧‧‧電荷放大器
700‧‧‧電壓放大器
800‧‧‧跨阻抗放大器
900‧‧‧級聯型跨阻抗放大器
908、909‧‧‧定電流源
S1~S14‧‧‧開關
〔圖1〕圖1係為具備有本發明之實施例所致的組合式觸控以及變換器輸入系統之平板型電腦的略圖。
〔圖2〕圖2係為在本發明之實施例所致的組合式觸控以及變換器輸入系統中所被使用的具備有控制裝置以及電極陣列之感測器的略圖。
〔圖3〕圖3(a)以及圖3(b)，係為在本發明之實施例所致的組合式觸控以及變換器輸入系統中所使用之變換器的略圖。
〔圖4〕圖4，係為本發明之實施例所致的變換器之區塊圖。
〔圖5〕圖5(a)，係為具備有本發明之實施例所致的控制裝置以及電極陣列之感測器之區塊圖。圖5(b)，係為本發明之其中一實施例所致之電極陣列的略圖，該電極陣列，係被分割為1個以上的觸控模式區域以及1個以上的變換器模式區域。
〔圖6〕圖6，係為構成圖5(a)之控制裝置的本發明之實施例所致的處理段之區塊圖。
〔圖7〕圖7，係為構成圖6之處理段的本發明之實施例所致的電荷放大器之電路圖。
〔圖8〕圖8，係為構成圖6之處理段的本發明之實施例所致的電壓放大器之電路圖。
〔圖9〕圖9，係為構成圖6之處理段的本發明之實施例所致的跨阻抗放大器之電路圖。
〔圖10〕圖10，係為構成圖6之處理段的本發明之其中一實施例所致的級聯型跨阻抗放大器之電路圖。
〔圖11〕圖11(a)，係為對於本發明之其中一實施例所致的在變換器模式時之對電極陣列作掃描的工程作圖示之流程圖。圖11(b)以及圖11(c)，係為用以對於本發明之其中一實施例所致之電極的連接狀況作展示之略圖。圖11(d)，係為對於本發明之其中一實施例所致的在電極處所誘發之訊號的檢測作展示之略圖。
〔圖12〕圖12，係為本發明之其中一實施例所致的數位濾波處理程序之略圖。
〔圖13〕圖13(a)，係為對於本發明之其中一實施例所致的使用有曲線之契合技術的情況時之流程圖。圖13(b)，係為本發明之其中一實施例所致的樣本參數化曲線之圖表。又，圖13(c)係為藉由本發明之其中一實施例而被作使用之鎖相回路(PLL)電路之略圖。
〔圖14〕圖14係為在本發明之其中一實施例所致的組合式觸控以及變換器輸入系統中而用以進行數位資料送訊之樣本資料訊框的略圖。
〔圖15〕圖15，係為對於本發明之其中一實施例所致的經由變換器而實行之工程作圖示的流程圖。
〔圖16〕圖16，係為對於本發明之其中一實施例所致的將藉由頻率偏移而作了編碼之數位資料作解碼之工程作圖示的流程圖。
本發明之各實施例，係提供一種讓使用者之對於電子系統輸入成為容易之系統以及方法。並提供一種：使用通常之對象物(例如手指)以及產生位置檢測用之電場的變換器(例如，尖筆)，來使使用者之輸入成為容易的組合式觸控以及變換器輸入系統。
圖1，係例示有；適合於將本發明之實施例所致的組合式觸控以及變換器輸入系統作組入之平板型電腦100。此平板型電腦，係具備有涵蓋全面地而被設置有通常為透明之檢測面104的LCD裝置等之顯示器102。此檢測面104，係能夠形成本發明之組合式觸控以及變換器輸入系統之一部分，該輸入系統，係與將1個以上的變換器(例如尖筆108)檢測出來的情況時相同的，而被使用在通常之對象物(例如手指106)的檢測中。具體而言，與受訊經由變換器所產生之電場同樣的而被構成為將近接對象物電容性地檢測出來並檢測出變換器之位置的電極陣列(於圖1中，係並未圖示)，係存在於檢測面104內或是檢測面104之下方。
若藉由本發明之各種的例示性之實施例，則組合式觸控以及變換器輸入系統，係被構成為：以觸控檢測模式 (或是略稱為「觸控模式」)以及變換器檢測模式(或是略稱為「變換器模式」)來動作，並藉由連續之取樣週期來對此2個的模式作切換，藉由此，而使該兩者實質性的同時地或者是交互地動作。此系統，在觸控模式中，係被構成為使用電極陣列來電容性地檢測出近接對象物，並藉由此來決定此對象物之位置。在變換器模式中，此系統，係被構成為：測定出藉由以變換器所產生之電場而在電極陣列處所被誘發之複數的訊號之屬性(例如，振幅、相位等)，並經由此而決定此變換器之位置。對於觸控檢測以及變換器檢測之雙方，係使用相同之電極陣列。故而，使用者係可使用通常之對象物(例如手指106等)或是變換器(例如尖筆108等)來與平板型電腦100進行介面交流。在動作時，為了進行例如圖符之起動、游標之移動、以及文章和其他資料之輸入等的各種之使用者介面功能，使用者係能夠使用手指106以及/或者是尖筆108還有檢測面104。
圖示之實施例，雖係展示有平板型電腦100，但是，本發明之各實施例，係可適用在利用有輸入裝置之任意型式的裝置中。於各例中，係亦包含有其他之計算裝置、媒體裝置以及通訊裝置。進而，圖示之實施例，雖係展示有手指106，但是，亦可將(具備有足夠與至少1個的電極間而形成相互電容之充分的尺寸之)任意的其他之電容性對象物，用來與以觸控模式而動作之感測器相互作介面交流。最後，於圖示之實施例中，雖係展示有尖筆108，但 是，亦可使用其他之筆狀的裝置、指標、游標、定位盤(puck)、滑鼠、PAWN、以及其他道具等之任意其他適當的變換器。
組合式觸控以及變換器輸入系統，一般係由變換器(例如圖1中之尖筆108)和圖2中所示之感測器150所成。此感測器150，係具備有感測器控制裝置152以及電極陣列154。在圖示之實施例中，此電極陣列154，係具備有：在第1方向(例如水平方向)上延伸之構成第1組的細長電極154a、以及在與第1方向相異(例如相正交)之第2方向(例如垂直方向)上延伸之構成第2組的細長電極154b。介電材料(例如玻璃(未圖示))之薄片或是其他之幾何學性配置，係中介在構成第1以及第2組之細長電極154a以及154b之間。又，藉由使例如玻璃(於圖2中係並未圖示)等之其他材料的薄片覆蓋電極陣列154，能夠將電極陣列154作電性絕緣分離，且能夠物理性地作保護，而作為圖1之檢測面104來集合性地起作用。
一般而言，係藉由將透明之導電性材料覆蓋在1枚以上之薄片上，來形成電極陣列154。例如，可將銦錫氧化物(ITO)等之導體在玻璃薄片之單側或是兩側處作圖案化，而能夠分別形成構成第1以及第2組之細長電極154a以及154b。此時，係可配置另外之玻璃薄片而形成檢測面104。與陣列圖案相同的，亦可使用各種之相異的電極形狀(例如鑽石形狀電極以及正方形形狀電極)，在 本發明中所使用之電極陣列154，係並不被限定為於圖2中所圖示之特定的形狀。例如，圖2係展示有將2個的層作重合並使用矩形狀之電極所形成了的電極陣列154，但是，例如，像是將具備有鑽石圖案形狀之構成第1以及第2組的電極在單一層上而實質性地並不相互重合的作配置一般之電極配置構成，亦為有效。在各種之其他實施例中，構成第1以及第2組之電極，係僅是實質性地相互正交並單純的在2個的相異方向上作延伸。在其他之各實施例中，各組之電極，係並不需要實質性地成為相互平行。又，進而，陣列圖案，係亦可並不僅包含有構成第1以及第2組之電極，而亦包含有被作了適當的配置之第3、第4以及附加性之組的電極。
感測器150之控制裝置152，係被構成為在此組合式觸控以及變換器輸入系統中而實行用以進行定位之訊號處理。參考圖5(a)，並詳細作說明。感測器控制裝置152，例如係適當地具備有以微處理器等之積體電路為首的任意形式之處理裝置。又，感測器控制裝置152，係能夠具備有以協同動作之任意的適當數量之積體電路裝置以及/或者是電路基板為首的多數之個別裝置。例如，感測器控制裝置152，係可具備有微控制器、處理器、多工器、濾波器、放大器、以及介面等之裝置。最後，在數種的應用中，感測器控制裝置152係被構成為實行被內藏在記憶體中之各程式。
當以觸控模式而動作時，感測器控制裝置152係被構 成為：使用電極陣列154來對1個以上之近接對象物的各個而電容性地作檢測，並藉由此來決定各對象物之位置。以能夠一次檢測出多數之觸控的多觸控檢測技術(多點觸控技術)為首，而被週知有用以進行電容性觸控檢測之各種的技術。例如，當感測器控制裝置152對於如同圖2所示一般之電極陣列154的構成第1組之細長電極154a的各個而連續地驅動訊號時，構成第1組之細長電極154a以及構成第2組之細長電極154b的各交叉部分，係形成電容器。更一般性而言，構成第1組之細長電極154a的至少1根之電極，和與此構成第1組之細長電極154a的此至少1根之電極相重合或是並未相重合的構成第2組之細長電極154b的至少一根之電極，此兩根之電極所構成的一對之電極，係形成電容器。當手指等之對象物被放置或是接近此些之電容器中的1個處時，從電容器所產生之電場線的一部份，係朝向手指而被拉出，並引起電容器之電容的減少。此種電容變化，會被反映在從形成電容器之構成第2組之細長電極154b中的1個的細長電極所輸出之訊號中。藉由此，控制裝置152係能夠決定近接對象物的位置。又，根據此決定了的位置，構成第1組之細長電極154a中之1個的細長電極，係受訊驅動訊號(例如，Y座標)，並且，構成第2組之細長電極154b中之1個的細長電極，係輸出代表電容變化之訊號(例如，X座標)。又，此係僅為電容性觸控檢測技術之其中一例，而亦能夠將其他之電容性觸控檢測之各種的技術使用在本發 明之觸控模式動作中。
圖3(a)，係為將在本發明之實施例所致的組合式觸控以及變換器輸入系統中所被使用的變換器175作了簡略化後之區塊圖。此變換器175，係具備有變換器控制裝置177以及天線179。圖3(b)，係為作為本發明之其中一實施例所致的尖筆而被具體化了的變換器175之部分剖面圖。此尖筆變換器175，係具備有將變換器控制裝置177(參考圖4)作收容之一般為圓筒狀的細長之本體330、以及作為尖筆變換器175之筆前端而被具體化了的天線179。圖3(b)中所示之變換器，係適合於使用來利用經由變換器175所產生了的電場而將天線179以及電極陣列154作電性(亦即是電容性)耦合。以下之說明，係有關於將變換器以及感測器作了電性(亦即是電容性)耦合的實施例。然而，在本發明之其他實施例中，如同參考圖11(d)並於後所說明一般，亦可使用經由變換器所產生了的電磁場之磁場成分，來將變換器以及感測器作磁性耦合。
變換器控制裝置177，係對變換器175之動作作控制，並且，如同參考圖4並於以下作說明一般，可適當具備有以微處理器等之積體電路為首的任意形式之處理裝置。又，變換器控制裝置177，係能夠具備有以協同動作之任意的適當數量之積體電路裝置以及/或者是電路基板為首的多數之個別裝置。例如，變換器控制裝置177，係可具備有壓力感測器、開關、電容器、調節器 (regulator)、微控制器、以及處理器等之裝置。
變換器控制裝置177，係對於從天線179而來之電場的輻射作調整。當變換器175接近電極陣列154時，經由天線179所輻射出之電場，係成為在1個以上之電極處而誘發檢測訊號。詳細而言，經由在變換器天線179處施加電壓V，在作為構成電容器之對向電極的其中一端(上板)之變換器天線179處、和作為構成此電容器之對向電極的另外一端(底板)之電極陣列154中的1個以上之電極處，係被積蓄有電荷量Q。又，在天線179與電極陣列154中的1個以上之電極之間，係被形成有電場。此電場，係在電極陣列154中的1個以上之電極處而誘發相反之電荷。於此情況，被誘發之電荷量，係和變換器天線179與1個以上之電極之間的電容成比例。被誘發之電荷，係與施加電壓V之頻率相獨立，一般而言，係如同下述一般而被表示：【數式1】Q=CV
式中，C係為變換器天線179與電荷被誘發的1個以上之電極之間的電容。經由使被施加在變換器天線179處之電壓作改變，能夠在電極陣列154處而誘發電流。詳細而言，經由改變施加電壓，而使積蓄電荷以及電場改變，並藉由此而使電極陣列154之誘發電荷改變。誘發電荷之 變化，係會在電極陣列154處而產生電流量(I)。此電流量，係如同以數式2所表示一般，與電壓V以及電容C同樣的，而與施加驅動頻率成比例。
若藉由本發明之各種的例示性實施例，則係對於在電極陣列154處所被誘發之電流(檢測訊號)的值(電流量)作測定，更詳細而言，係對於屬性(例如振幅、相位等)作測定，並使用在變換器175之位置的決定中。換言之，當以變換器模式來動作時，感測器控制裝置152，係被構成為根據在電極陣列154處所被誘發之複數的檢測訊號之屬性來決定變換器175之位置。
圖4，係為本發明之其中一實施例所致的變換器175之區塊圖。變換器175，係具備有變換器控制裝置177以及天線179。變換器控制裝置177，係對變換器175之動作作控制，並可適當地具備有任意型態之處理裝置。在圖示之實施例中，變換器控制裝置177，係具備有：壓力感測器306、和功率控制器(power arbitrator)308、和側開關310、和電容器314(例如被稱作Ultra-Capacitor或者是Super-Capacitor之電性雙層電容器(EDLC：electric double layer capacitor、ultra capacitor))、和電荷輸入連接器315、和調整器316、以及微控制器裝置(micro controller unit(MCU))318。功率控制器308以及MCU318，係經由汎用I/O(general purpose input/output(GPIO))312而被作結合，而MCU318以及天線179，係經由另外的GPIO而被作結合。
又，若是參考圖3(b)，則構成變換器控制裝置177之此些構件中的數個或是全部、以及該些之所需要的介面，係可安裝在被收容於變換器本體330中之適當尺寸的電路基板329上。在圖3(b)中所示之尖筆的具體化中，除了電容器314以外之所有的構件，係被安裝在筆狀本體330內部之基板329上。在圖3(b)所示之實施例中，壓力感測器306，係被設置在尖筆之前端近旁處，當將前端對於檢測面而作推壓的情況時，則係檢測出對於亦作為天線179而起作用的前端所施加之壓力。然而，在其他實施例中，壓力感測器306，係亦可藉由將壓力資訊從前端起而送訊至壓力感測器306之位置處的機構、或是連結機構，而成為位置在從前端而更加遠離的位置處。側開關310，係以露出於筆狀本體330之側部處的方式而被設置，並達成在滑鼠裝置中之右鍵以及左鍵的功能。電荷輸入連接器315，係露出於筆狀本體330之後端處，並被連接於充電對接站(charging docking station)(未圖示)處。Super-Capacitor等之電容器314，係被設置在筆狀本體330之後部處。作為圖3(b)之尖筆形狀的變換器175之筆狀前端而起作用的天線179，係可藉由任意之適當的導電材料來構成，並且，係可形成為任意之適當的形狀。 若依據本發明，則尖筆變換器之尺寸係並未被作限制，但是，在圖3(b)所圖示了的其中一種實施例中，尖筆係具備有120mm之長度以及11mm之直徑。
在圖示之實施例中，電容器314係以作為變換器175之電源來起作用的方式而被設置。係可使用能夠藉由充電特定之時間而獲得使變換器175動作之充分電力的具有高能量密度之Super-Capacitor等之任意的電容器。若是額定電壓3.3V而電容為0.2F之電容器，則應可在絕大部分之應用中獲得充分之電力。如同由圖3(b)而可得知一般，電容器314之直徑，係對尖筆形變換器175之直徑作規定。故而，經由減少電容器314之直徑，而能夠將變換器175之直徑縮小至落在3~7mm的範圍內。
電容器314，係可由各種之電源來進行充電。例如，如圖示一般，變換器175，當被放置在作為與此輸入系統相關連之裝置(未圖示)的充電對接站或是其他之儲放區域處時，電容器314係可經由電荷輸入連接器315而進行充電。當變換器175被放置在充電對接站處時，係經由歐姆接觸、亦即是從充電對接站之天線起而將電力送至變換器175(更詳細而言，電容器314)處。在其他實施例中，係可藉由從電極陣列154或是為了此目的而被從電極陣列作分離設置之功率供給用的天線(powering antenna)來受訊電磁訊號，而對電容器314作充電。功率供給用天線，係可位置在電極陣列154上或是其之近旁處。為了受訊此種電磁訊號，變換器175係可使用天線 179、或者是為了該目的而特別設置了的個別之天線。在此些之實施例中，變換器175，係可在使用時而進行再充電，故而，係可使用更為小型之電容器314。另外，電容器314，係為適合與變換器175一同作使用之電源的其中一例，而亦可將蓄電池以及無線式電源等之其他形式的電源同樣的來作使用。
壓力感測器306，係使用來檢測出在變換器175處(更詳細而言，當尖筆形狀之變換器的情況時，係為變換器之前端處)所被施加之壓力。檢測出之壓力，係被使用來對於變換器175和組合式觸控以及變換器輸入系統的各種之動作作控制。在圖示之實施例中，藉由將壓力感測器306安裝在前端部處，而成為能夠對於將筆狀變換器之前端推壓抵接於檢測面104上時之壓力作測定。作為其中一例，檢測出之壓力，係被使用來將變換器175從身為初期設定之休眠模式而起動(awaken)。經由設置休眠模式，並且僅在檢測出了前端壓力時才使變換器175起動，能夠降低變換器175之實際動作時間，而能夠節省電力。作為其他例子，係可與對於觸控模式之動作的切換附加關連，若是經由壓力感測器306而檢測出了超過某一臨限值之壓力值，則使組合式觸控以及變換器輸入系統以變換器模式來動作。作為又一其他例子，係可藉由使用者所致之代表細線或是較輕的字跡線之較小壓力或是代表粗線或是較強之字跡線的較大壓力等，來將壓力感測器306使用來對於使用者之字跡線的寬幅或是強度作表現。作為壓力感測器 306之具體化手段，係可使用各種之相異型式的電路。作為其中一例，係可使用當被施加有壓力時則電阻會改變之可變電阻器。電阻變化，係經由適當之類比/數位變換器(analog-to-digital converter(ADC))而被作測定，並被作數位化。之後，係被送訊至對於檢測壓力準位作決定之處理用的MCU318處。
側開關310，例如，係與滑鼠之右擊操作以及左擊操作同樣的，而為讓使用者成為能夠對於變換器175之動作作控制的開關。側開關310之狀態，係被傳達至MCU318處，並被使用來對於變換器175之動作作控制。例如，側開關，係可使用來將變換器175設定為能夠使用相異之顏色或是相異形式之字跡線等等的相異之動作模式。與經由壓力感測器306所得到之壓力資訊相同的，和變換器之辨識資訊(ID)一同地被受訊了的側開關310之開關資訊，係經由MCU318而被編碼為數位資料，並如同於以下而更進而作說明一般，從天線179而被送訊至電極陣列154處。
調整器316，係對供給至變換器175之電力作控制。又，係對於供給至MCU318之電源作控制。特別是，在從電容器314或是蓄電池而被作供電之無線式變換器的應用中，係以將消耗電力作最小化為理想。故而，功率調整器316，較理想，在通常電流驅動下之通電中，係成為起動模式，在低電流驅動下之通電中，則係成為休眠模式或是停止模式。因此，功率控制器308，係以能夠使MCU318 作判斷的方式，而對於從壓力感測器306所受訊了的壓力訊號作監測，當其之檢測準位超過了一定之臨限值時，則能夠將調整器316從休眠模式而切換至起動模式，並將變換器175起動。實質上之省電，係藉由僅在被檢測出充分之前端壓力時才將變換器175起動一事，而成為可能。以具備有可控制之輸出準位的各種之可程式化裝置為首，而能夠使用各種之相異型式的功率調整器。以下，參考圖15，針對在休眠模式以及起動模式之間作切換的變換器之動作作說明。
若依據本發明之數個的例示性之實施例，則微控制器裝置(MCU)318，係實行為了變換器175所進行之全體的處理，並且，實行以下之3個功能，亦即是：經由功率控制器308所進行之調整器316的控制、經由MCU318所進行之對於天線179的訊號之供給、以及由驅動訊號頻率之跳躍(hopping)所致之雜訊迴避以及/或是驅動訊號中之數位資料的編碼。若依據本發明之各種的例示性之實施例，則MCU318係為具備有數位控制式振盪器之可程式化裝置。此數位控制式振盪器，係將訊號供給至天線179處。此振盪器，係能夠控制為進行下述一般之動作：藉由進行頻率跳躍並將訊號作頻率偏移，而將與數位資料(例如壓力資料、開關狀態資料、以及筆辨識資料)之編碼作了對應的相異頻率範圍之訊號供給至天線179處。在其他實施例中，MCU318，係對應於數位資料之編碼，而使供給至天線179處之訊號作振幅偏移或是相位偏移。 MCU318，係對於供給至天線179處之訊號的時序、持續時間、頻率、振幅以及相位作控制。故而，經由天線179所產生了的電場，係並不僅是被使用來讓感測器150對於變換器175之位置作決定，而亦被使用來受訊經由變換器175而被作了編碼之數位資料並將其解碼。MCU318，係以具備有將動作電流降低之低電力模式為理想。低電力模式，係被適用在訊號送訊時間之間的期間中、亦即是被適用在並未進行訊號送訊之期間中，而能夠將變換器175全體之電力消耗降低。若列舉出適合作為MCU318來使用之具有低消耗電力的微控制器裝置之其中一例，則係存在有可從德州儀器公司(Texas Instruments)而獲得之MSP430微控制器。
圖5(a)，係為具備有電極陣列154以及控制裝置152(參考圖2)之感測器150的區塊圖。控制裝置，係以進行藉由以變換器175所產生之電場而被作了編碼的數位資料之解碼、並實行對象物(例如手指)以及變換器175的位置決定之訊號處理的方式，而起作用。在圖示之實施例中，係具備有：類比多工器(MUX)410、和其他之類比多工器412、處理段414、類比/數位變換器(analog-to-digital converter(ADC))416、以及微處理器裝置(microprocessor unit(MPU))420。此些，係為在控制裝置152中之用以對於變換器175所致之指示位置以及數位資料作檢測的構成部分。又，控制裝置152，係具備有與多工器410以及MPU420一同形成控制裝置152 之電容性觸控檢測部的濾波器以及類比/數位變換器(ADC)418。若列舉出適合作為MPU420來使用之微處理器裝置的其中一例，則係存在有可從Cypress公司而獲得之可程式化系統晶片(Programmable System-on-chip(PSOC))微處理器。另外，在圖5(a)中所圖示一般之控制裝置152的構成，係僅為其中一例，對於當業者而言，明顯的，控制裝置152係亦可採用其他構成。例如，係可將電容性觸控檢測部、和對於變換器175之指示位置以及數位資料作檢測之構成部分，作部分性或是全體性的共同組合，而將其一體化。在圖示之實施例中，MPU420，係被電容性檢測部和對於變換器175之指示位置以及數位資料作檢測的構成部分之雙方所共有。
多工器410，係因應於系統之動作模式，而將電極陣列154與控制裝置152之電容性觸控檢測部以及/或是對變換器175之指示位置以及數位資料作檢測的構成部分作選擇性的結合。多工器410，係可使用適當之類比多工器來具體化。此些之多工器，係以選擇不會對於電極陣列154之電容有明顯的擾亂之具備有較低之電荷注入者為理想。多工器410，係被與對於變換器175之指示位置以及數位資料作檢測之構成部分所具備的類比多工器412、和電容性檢測部之濾波器、以及ADC段418作結合。
在電容性檢測部中，濾波器以及ADC段418，係以能夠使MPU420進行對於對象物之位置作決定之處理的方式，來對於經由對象物所引起之任意的電容變化作測定， 並適當地作放大，並進行濾波，且將其數位化。為了進行此，例如，MPU420，係成為能夠對於用以與構成第2組之細長電極154b的各個而一同形成電容器之構成第1組之細長電極154a的各個，而供給電性訊號。於電極(154a、154b)之間所形成之各電容器處的電容變化，係經由構成第2組之電極154b中的相對應之電極而被作監測並被作測定。MPU420，係實行在根據所測定了的電容變化而決定對象物之位置時所需要之處理。另外，為了使電容性檢測成為容易，係可使用各種之相異的技術。本發明之各實施例，係可使用任意之電容性檢測技術而實現之。若藉由本發明之其中一種型態，則組合式觸控以及變換器輸入系統，係能夠藉由可進行附加之任意的適當之電容性觸控感測器，來構築出對於變換器175之指示位置以及數位資料作檢測之功能。
對於變換器175之指示位置以及數位資料作檢測的構成部分所具備之類比多工器412，在變換器模式時，係以將電極陣列154之各個的電極連接於處理段414處的方式而起作用。當各電極並未被連接於處理段414處時，如同參考圖11(b)以及圖11(c)而於以下所充分作說明一般，各電極係被選擇性地作終端(例如，對於接地之直接性接地、中介有電阻器之對於接地的終端、或是浮游(非連接狀態))。
處理段414，係以將從電極陣列154所受訊了的各檢測訊號作放大並作濾波的方式而起作用。故而，處理段 414係可具備有各種之放大器以及濾波器。處理裝置414之其中一例，係參考圖6並於以下詳細作說明。被作放大並被作了濾波處理之類比形式的各訊號，接著係經由ADC416而被受訊，並從此ADC416來以數位形式而輸出至MPU420處。
於圖6中，係圖示有處理段414之1個的特定之實施例。在此實施例中，處理段414，係具備有：放大器502、自動增益控制(automatic gain control(AGC))504、陷波濾波器(notch filter)506、帶域濾波器508(例如，廣帶域之帶域濾波器)、以及假波(alias)除去濾波器510。
放大器502，係將從被選擇了的電極所受訊之訊號作放大。係可使用以電荷放大器、電壓放大器、跨阻抗放大器(電流一電壓變換器)、以及級聯型跨阻抗放大器為首的各種形式之放大器。
圖7，係將可作為圖6之放大器502來使用的電荷放大器600例示性地作圖示。此電荷放大器600，係具備有經由電容器606而以負反饋來動作的運算放大器(亦即是OP AMP)602。此運算放大器602之反轉輸入，係被連接於電極線。電荷放大器600，係產生與在電極上所被誘發之電荷成比例的電壓，此電壓，係藉由下述之數式3而被賦予：
式中，V係為輸出電壓，Q係為在電極處所被誘發之電荷，C係為反饋電容器606之電容。由於不論是何種運算放大器，均係在反轉端子以及非反轉端子處分別接收有輸入偏壓電流以及偏位(offset)偏壓電流，因此，圖7之電荷放大器，係需要具備有用以使此些之電流流動的直流路徑。例如，電阻器607，係與反饋電容器606並聯地而被具備，並產生依據反饋電容器606所設定一般的不會有損及電荷放大器之特性的情況且使反轉端子之偏壓電流成為能夠流動的直流路徑。此設計，係與以下所說明之圖10的級聯型跨阻抗放大器相異。在圖10中，係以使反饋電阻器904之阻抗相對於電容器906之阻抗而在反饋迴圈中成為具備支配性的方式，來對電阻器904之相對於反饋電容器906的值作決定。關於圖7以及圖10中所使用之反饋電阻器以及電容器的適當之各值，係可經由當業者而容易地作決定。
圖8，係將可作為圖6之放大器502來使用的電壓放大器700例示性地作圖示。此電壓放大器700，係具備有運算放大器702和電阻器704、706。電極線，係被連接於電阻器706處。
圖9，係將可作為圖6之放大器502來使用的跨阻抗放大器800例示性地作圖示。此跨阻抗放大器800，係具備有運算放大器802和電阻器804。運算放大器802之反轉輸入，係被連接於電極線。在包圍運算放大器802之反 讀電阻器804處所流動之電流，係被變換為電壓。
圖10，係將可作為圖6之放大器502來使用的級聯型跨阻抗放大器900例示性地作圖示。此級聯型跨阻抗放大器900，係具備有運算放大器902、和電阻器904、和電容器906、和2個的定電流源908、909、和NPN電晶體910等之電晶體。級聯型跨阻抗放大器900，係將在包圍運算放大器902之反饋電阻器904處所流動的任意之電流如下述一般地而變換為電壓，於此點，係與圖9之跨阻抗放大器800同樣的進行動作。
【數式4】V=IR
式中，V係為輸出電壓，I係為在反饋電阻器904處所流動之電流，R係為反饋電阻器904之電阻。級聯型跨阻抗放大器900，係使用NPN電晶體910而將電極線之輸入電容從跨阻抗放大器900之反饋電阻器904而作絕緣分離，藉由此，不會對於帶域或是訊噪比有所犧牲，而能夠實現更高之跨阻抗增益，在此點上，係為有益。又，級聯型跨阻抗放大器900，係以對於高頻側之雜訊增益作控制的方式而與反饋電阻器904並聯地來將反饋電容器906組入，藉由此，而使安定性作了提升。
關於在跨阻抗(電流一電壓變換)之前而設置電晶體910一事，作為級聯型跨阻抗放大器，係為既知。NPN電 晶體910，由於係作為共通基極電流緩衝而被構成，因此，流入至射極(E)中之電流，係成為通過此電晶體910而流動並流出至集極(C)處。電流，接著係經由跨阻抗放大器而被變換為電壓訊號。NPN電晶體910之射極(E)，係具備有藉由下一數式所被賦予之等價性地較小之訊號阻抗。
式中，k係為波茲曼常數，T係為溫度，q係為電荷之基本單位，Ic係為在NPN電晶體中所流動之偏壓電流。電阻r，係由電極電容所決定，並且係被設定為可對於跨阻抗放大器之帶域寬幅作限制的RC常數。故而，2個的相等之定電流源908、909，係為了成為能夠使經由電極所捕捉到的訊號通過跨阻抗放大器，而以使射極電阻r成為充分小的方式而被設定有適當之偏壓電流。在其他實施例中，係可使用1個的電流源來達成相同之效果。於此情況，電流源係僅有1個，偏壓電流係在跨阻抗放大器中流動。此事，係代表：會導致以充分之增益來使跨阻抗放大器飽和並且使所期望之訊號消失的情況之大的直流偏位，係會被強制性的檢測出來。經由使用2個的統合後之定電流源908、909，如圖示一般，被注入至NPN電晶體900中之偏壓電流，係保證會再度經由跨阻抗放大器而被 捕捉並從跨阻抗放大器而流出。
若是回到圖6並作說明，則從放大器502所輸出之放大訊號，係被供給至自動增益控制(AGC)504處。使用從MPU420而來之反饋訊號，AGC504係對於放大器502之輸出自動地作調整。AGC504，最終係以使被送至ADC416處之訊號的時序範圍與其之全尺度(full scale)基準作統合的方式，來進行準位調整。藉由此，係能夠將當經由電極陣列154而受訊了較弱之訊號時所可能產生的數位化雜訊降低。
AGC504之輸出，係被供給至陷波濾波器506處。陷波濾波器506，係設置來將由於以電極陣列154所捕捉到的電力線雜訊所引起的雜訊突波等之雜訊突波除去。較適當，為了將代表性之電力線雜訊除去，係可使用50/60Hz陷波濾波器。
陷波濾波器506之輸出，係被供給至廣帶域之帶域濾波器等的帶域濾波器508處。帶域濾波器508，係對於其他之頻率作阻止或是將其除去，並僅使特定之頻率範圍通過。
帶域濾波器508之輸出，係被供給至假波除去濾波器510處。假波除去濾波器510，係藉由將特定之頻率以上的雜訊降低，而對於ADC所致之取樣訊號不會被折回(aliased)或是歪曲一事作保證的濾波器。假波除去濾波器510，一般而言，係使用具有非常尖銳(sharp)之遮斷頻率的濾波器而實現之。假波除去濾波器510之輸出訊 號，係被供給至ADC416處。
如同在圖6中所圖示一般，處理段414，係將從電極陣列154所受訊了的各訊號作放大並作濾波。若是回到圖5(b)並作說明，則處理段414之輸出，係被供給至類比/數位變換器(ADC)416處。ADC416，係將處理段414之類比輸出數位化。在其中一實施例中，ADC416係具備有1MHz之取樣頻率。此速度，在用來對於變換器175以直到250kHz為止之頻率來將訊號作送訊時的折回雜訊作避免上，係為充分之取樣速度。
ADC416之數位化輸出，係被供給至MPU420處。MPU420，係與從受訊訊號來將被編碼了的數位資料(例如壓力資料、開關狀態資料以及筆辨識資料)作解碼時同樣的，而實行從受訊訊號來決定變換器175之指示位置的處理。另外，關於在將變換器175所致之訊號編碼為數位資料、對於變換器175所致之指示訊號作掃描並解碼、對於變換器175所致之指示位置作決定並將數位資料作解碼時，所使用之各例示性工程，係參考圖11(a)~圖16而於後作說明。
在本發明之各種其他實施例中，變換器175，係藉由使用其他之RF無線技術(例如經由依據包含有藍牙(Bluetooth(登記商標))以及ZipBee通訊協定之IEEE802.15標準所致的Bluetooth®裝置等)，而能夠將數位資料(例如壓力資料、開關狀態資料以及筆辨識資料)送訊至感測器150處。
如前述一般，組合式觸控以及變換器輸入系統，係可構成為以連續之取樣週期來在觸控檢測模式以及變換器檢測模式之間相互作切換，並藉由此而使此些之2個的模式交互地動作。因此，控制裝置152，更詳細而言，MPU420，係被構成為以交互實行觸控檢測以及變換器檢測的方式來對多工器410作控制。在其他實施例中，係可經由此系統之使用者來對於動作模式作選擇。例如，感測器150，係可具備有能夠讓使用者進行操作來對於2個的模式之其中一方作選擇之開關。如同其他實施例一般，以變換器模式而動作中之系統，在受訊有從變換器175而來之代表被檢測出有超過特定之臨限值的筆壓力一事之數位資料的情況時，係以變換器模式而動作。如前述一般，壓力感測器306，係可使用來檢測出被施加在尖筆形狀之變換器175處的前端壓力，並僅在檢測出超過了臨限值之筆壓力時，才使變換器起動。此時，從變換器175，係可對於感測器150而送出代表壓力值、起動模式之資訊。例如，數位資料係亦可藉由以變換器175所產生了的電場而被作編碼，並送訊至感測器150處。若是受訊到代表超過了臨限值之筆壓力的數位資料(在因應於必要而於其後作了解碼之後)，則在變換器模式中，控制裝置152係將本身之計時器重置，並能夠以在特定時間之間而不會被切換至觸控模式的方式來自動地使變換器模式下之動作持續。
於此，若是對圖5(b)作說明，則在本發明之數個的實施例中，電極陣列154係被分割為觸控模式區域①和 變換器模式區域②。控制裝置152，係被構成為使觸控模式區域①的觸控模式以及變換器模式區域②之變換器模式同時動作。因此，電極陣列154係有必要適當地進行與多工器410間之連接。在圖示之實施例中，電極陣列154係被分割成4個象限，在時間1處，其中之2個象限422係形成觸控模式區域①，另外的2個象限424係形成變換器模式區域②。係能夠將控制裝置152，構成為以使電極陣列154上之特定的位置交互的存在於觸控模式區域與變換器模式區域處的方式來對於觸控模式區域①以及變換器模式區域②選擇性的作切換。例如，在圖5(b)中，於時間2處，之前為形成觸控模式區域之2個象限422，現在係形成變換器模式區域②，另一方面，之前為形成變換器模式區域②之其他象限，現在係形成觸控模式區域①，如此這般，來對於觸控模式區域以及變換器模式區域作切換。經由在時間1之狀態與時間2之狀態間交互作遷移，控制裝置152係能夠使觸控模式以及變換器模式同時動作。電極陣列154上之任意的位置，係在觸控模式區域與變換器模式區域之間交互地遷移。在圖示之實施例中，觸控模式區域以及變換器模式區域係各由2個的象限所形成，但是，各模式區域，係亦可為由1個的區域或是3個以上的副區域所成。又，與由多數之區域以及副區域所組合成的圖案相同的，各區域以及副區域之形狀，係並不被限定於圖5(b)中所圖示者。例如，各區域或是副區域，係亦可如同形成條紋一般的而具備有細長之形狀，並且相互地 作並行配置。
圖11(a)，係為對於在變換器模式時為了對於從電極陣列154而來之各訊號作掃描而經由感測器控制裝置152所實行的工程之其中一例作圖示的流程圖。在步驟1001中，為了對於從第1水平ITO線(例如第1之Y電極)而來的訊號作受訊，多工器410、412係被作設定。在步驟1003中，所選擇了的水平ITO線係被作掃描。在步驟1005中，係決定是否存在有應掃描之其他的水平ITO線。若是存在，則在步驟1006中，係對下一個的水平ITO線作選擇，並回到步驟1003，而所選擇了的下一個的水平ITO線係被作掃描。在步驟1005中，若是係決定了並不存在有其他之應掃描的水平ITO線，則在步驟1007中，以對於從第1垂直ITO線(例如第1之X電極)而來的訊號作受訊的方式，多工器410、412係被作設定。在步驟1009中，所選擇了的垂直ITO線係被作掃描。在步驟1011中，係決定是否存在有應掃描之其他的垂直ITO線。若是存在，則在步驟1013中，係對下一個的垂直ITO線作選擇，並回到步驟1009，而所選擇了的下一個的垂直ITO線係被作掃描。在步驟1011中，若是決定了係並不存在其他之應掃描的垂直ITO線，亦即是，若是決定了電極陣列154之全體係已被作了掃描，則前進至步驟1015，為了對於在控制裝置152之處理段414處的AGC504之增益作調整，掃描資料之訊號係被作使用。若藉由本發明之各種的例示性之實施例，則圖11(a)之 各工程，係與經由MPU420而被實行之其他軟體同時地被實行。經由此，從電極陣列154所到達之訊號樣本中被形成有一定之順序一事，係被作保證。
接下來，針對圖11(b)以及圖11(c)作說明。若是參考圖11(a)，則可以得知，在前述之電極掃描之時，經由使與被進行有訊號之檢測的電極相鄰接之各電極選擇性地被終端，檢測電極之電容性回應係被改善，訊噪比係提升，並產生有安定之訊號。於圖11(b)中，展示其詳細內容。構成第2組之細長電極中之1個的電極426，係為訊號檢測狀態，另一方面，構成第2組之細長電極154b的各鄰接電極，係全部經由電阻器R而於接地處被作終端。又，構成第1組之細長電極154a，係全部被作接地。在本案中所使用的所謂「選擇性地被作了終端」，係指包含有下述複數之選擇狀態中的任意一者：經由零阻抗或是低阻抗而被作了接地之狀態、被作了浮游之狀態(亦即是非連接狀態、或是藉由高或是無限大之阻抗而被作了接地之狀態)、以及經由電阻器或是其他之具備有特定之阻抗的電子裝置而在接地處被作了終端之狀態。
在其他之實施例中，係可僅將相鄰接之電極中的2個以上之電極直接地或是經由電阻器而作終端(或是浮游、或是接地)。在圖11(b)之例中，構成第2組之細長電極154b之全部的相鄰接之電極，係經由電阻器(R)而被作終端。例如，圖11(c)，係展示有本發明所致之其他的例示性之實施例，構成第2組之細長電極中之1個的電 極426，係被檢測到，另一方面，位置在此電極426之兩側之2個的鄰接電極427(合計係成為4個的鄰接電極)亦係被作浮游。另外，剩餘的電極，係被作接地。在此實施例中，此些之相鄰接之電極427，係並未經由電阻器等之其他裝置而被對於接地點作接地。作為其他實施例，亦可將電極426之其中一側之3個或是4個的相鄰接了的電極，在剩餘的電極被作了接地的狀態下，來使其浮游、或是經由電阻器而作終端。依據先前技術之知識，當使所有的相鄰接之電極並不作接地的情況時，在相鄰接之電極間，係會引起交叉耦合，與此相反的，在數種的應用中，經由使相鄰接之電極作浮游、或是使相鄰接之電極經由電阻器來作終端，在變換器175與身為訊號檢測狀態之電極(426)之間的電容性結合，係獲得了驚人的改善。
另一方面，在其他之應用中，經由將全部的鄰接電極作接地，鄰接電極間之電容性耦合係被降低，並將身為訊號檢測狀態之電極的電容性回應作了改善。此事，例如，當使用高頻訊號、或是電極係為非常薄並具備有1mm左右之寬幅的情況時，係能夠成立。關於上述之選擇性作終端的適當之方法(例如，應該使多少程度之鄰接電極作浮游或是經由電阻器來作終端或是直接作接地)，係可根據模擬(simulation)方法來對於特定之電極構成圖案而導出之。作為特定之例，係如同在圖13(b)中所圖示一般，經由從將各電極直接地(亦即是，將阻抗設為0)或是經由電阻器地來作了終端的狀態起，而一直變化至浮游 之狀態(亦即是，經由無限大之阻抗來作接地)，訊號回應之曲線寬幅係被作控制。將此曲線寬幅作控制並進行最適化一事，在實行用以決定變換器之位置的如同在以下亦有所說明一般之曲線的契合程序上，應會有所助益。
以上之說明，係有關於變換器175以及感測器150根據經由變換器175所產生了的電場而作電性(電容性)耦合之本發明的各種實施例者。在其他實施例中，此些係可根據經由變換器175所產生了的電磁場之磁場成分而作磁性耦合。圖11(d)，係對於適用在使用有磁性耦合之實施例中的感測器150’之範例構成有所圖示。在圖11(d)中，在構成第2組之(垂直)電極154b處，各個的電極之其中一側，係經由配線「T1」而一同被短路。各個的電極之另外一側，係以能夠使構成第2組之電極154b的任一者均能夠被作接地或是被與連接在控制裝置152(未圖示)上之檢測線L作連接的方式，而被連接於開關S1~S14處。在其他例中，係能夠使構成第2組之電極154b或是構成第1組之電極154a中的2個以上之電極同時地連接在檢測線L處。在圖示之例中，於同時間係僅有1個的電極154b’被連接於檢測線。另外，在圖11(d)中，雖係展示有構成第2組之電極154b所使用之開關S1~S14，但是，關於構成第1組之電極154a，亦係被連接有同樣的開關。
如圖11(d)中所示一般，經由關閉了的開關S3以及S8，而形成有經由(從圖11(d)中之左側起)第2的電 極154b”以及第4的電極154b’、將此些之2個的電極作連接之配線T1、(被連接於控制裝置152之)檢測線L、以及(從控制裝置152而來之)返回路徑P，所包圍了的迴圈。亦即是，經由此構成，係形成了中介有被作了接地之電極154b”的迴圈。在經由此迴圈所被包圍了的區域中而流動之任意的磁通量，係產生可將其視為被與此迴圈作了串聯連接之電流源或是電壓源的起電力。經由將迴圈連接於如圖8中所示一般之電壓放大器、或是連接於如圖9以及圖10中所示一般之跨阻抗放大器，能夠將經由磁性變換器而在迴圈處所誘發之訊號檢測出來。根據對於橫切過多數之迴圈的訊號之檢測，而能夠計算並決定磁性變換器之位置。磁性變換器，在與圖3(b)中所示之一般性的銷形狀之天線179作了比較的情況時，除了係具備有能夠產生更強之磁場的迴圈(或是線圈)天線一點以外，係與圖3(b)中所示之變換器相同地而被構成。
另外，在圖11(b)、圖11(c)以及圖11(d)中，係將構成第1組之電極154a表示為「ITO底部(ITO BOTTOM)」，並將構成第2組之電極154b表示為「ITO上部(ITO TOP)」，但是，各電極之上部以及底部之配置方向，在本發明中，係並不被限定於此。
如同參考圖5(a)以及圖6並於前所述一般，經由多工器410、412而依序地被作了選擇之各訊號，係經由放大器502而被作放大，並經由AGC504而被作振幅調整，再經由陷波濾波器506、帶域濾波器508以及假波除 去濾波器510而被作濾波，並經由ADC416而被變換為數位值。而後，若依據本發明之各種的例示性之實施例，則MPU420係被構成為進行從ADC416所受訊了的各數位值之濾波。另外，亦可藉由與MPU420相異之其他處理器來實現數位濾波。具體而言，雖然陷波濾波器506、帶域濾波器508以及假波除去濾波器510係實質性地將雜訊除去，但是仍然會有殘存著未被完全除去之雜訊的可能性。故而，為了從由ADC416所輸出之各數位值來將此殘存之雜訊除去，感測器控制裝置152係以在MPU420或是其他之處理器中而使用數位濾波技術為理想。可使用任意之適當的無限脈衝回應(IIR：infinite impulse response)或是有限脈衝回應(FIR：finite impulse response)濾波器。
於圖12中，係例示性地展示有數位濾波用之處理程序。數位濾波處理程序，雖然亦可在其他之處理器中而實現，但是，此數位濾波處理程序，係以經由MPU420而作為軟體處理來實現為理想。在圖示之實施例中，數位濾波處理程序係具備有用以進行濾波之3個的頻道。各頻道，係與可經由變換器175而產生電場之多數的頻率中之1個相對應。在圖示之實施例中，變換器175，係被構成為能夠以3個的頻率中之任意的頻率來作選擇性送訊。因此，在其他之實施例中，係可包含有更多之頻率頻道，但是，數位濾波處理程序，係包含有3個的相對應之頻道。各濾波頻道，係具備有：具有相異之通過頻率(F1、F2、F3)的帶域濾波器、和整流段、以及低域濾波器。一般而言， 係以能夠將從近接LCD螢幕而來之雜訊等的從已知之近接雜訊源而來之雜訊全部作濾波並去除的方式，來對濾波頻率作選擇。3個的帶域濾波器之輸出的各個，係被作整流，並被供給至所對應之低域濾波器處。經由對各數位值進行低域濾波，殘存之雜訊係被作濾波，藉由此，而從各輸入數位值來將關連屬性(例如振幅、相位等)資訊抽出。故而，經由數位濾波之輸出，而決定變換器175之位置，並且，取得用以從由變換器175所受訊了的訊號來將被作了編碼之數位訊號作解碼的正確之基準。
若依據本發明之其中一種型態，則2個以上之頻率頻道係被使用來進行良好之雜訊排除。例如，亦存在有以特定之頻率來輻射具有尖銳之峰值的訊號(雜訊)之LCD螢幕。若是此些之頻率中的1個頻率，為和被變換器175所使用之頻率為同一頻率，則能夠在變換器175處而切換為有效之其他頻率並作使用。故而，若依據本發明之其中一實施例，則供感測器150之用的控制裝置152，係被構成為對於多數之頻率頻道的各個而分別決定出訊噪比，並將具備有最大之訊噪比的頻率頻道，作為受訊頻道或者是作為設計時之校正工程的一部份而選擇之。如同於以下所說明一般，在變換器模式時，控制裝置152係亦能夠將代表選擇受訊頻道之數位資料送出至變換器175處。若是受訊有此種數位資料並作了解碼，則變換器175係立刻以所選擇了的受訊頻道來開始送訊。若依據本發明之其他實施例，則在將2個以上之組合式觸控以及變換器輸入系統例 如相互地接近並將雙方一起作使用時，此些之系統的變換器，係被構成為：以為了避免2個以上之系統間的交叉耦合的方式，來以相互相異之頻率、或是以由相異之組所構成之頻率，而傳輸電場。
如前述一般，根據藉由以變換器175所產生之電場而在電極陣列154處所被誘發之複數的檢測訊號之測定屬性(例如，振幅、相位等)，變換器175之位置係被作決定。例如，係可對於在多數之電極處所分別被誘發之多數的訊號之振幅，以將最大之振幅求取出來的方式而作測定，並相互作比較。變換器175之位置，係根據下述之一般觀念而被決定，亦即是，在最接近於變換器175之電極處，係被誘發有具備最大振幅之訊號。在其他實施例中，係可為了決定變換器175之位置，而對於在多數之電極處所分別被誘發之多數的訊號之相位作測定，並相互作比較。例如，在300MHz之變換器訊號中，在相隔開5cm之2個的電極處所被誘發之訊號的相位差，應會成為18°。藉由使用以600MHz而動作之ADC並將各訊號作數位化，能夠得到該些之相位。經由對於在各電極處之相位偏移作測定，能夠決定出對於各電極之變換器的相對性移動。例如，在上述之例中，若是變換器從電極而離開了1cm地移動，則在此電極處所被誘發之訊號的相位，應會成為偏移了3.6°。在此方法中，僅有對於各電極之變換器的相對性移動係成為既知。係可經由使變換器訊號之各頻率作週期性的變化，來將相異之電極的對相位偏移作檢測 之時序檢測出來，並作比較。最先檢測出頻率變化後之相位偏移的電極，係為最接近於變換器之電極。而後，繼續的，經由在其他之電極中亦檢測出相位偏移，而能夠決定出變換器之絕對位置。之後，使用相同之頻率，而對於在相異之電極處的相位偏移作監測。直到變化至下一個的能夠再度決定出變換器之絕對位置的頻率為止，相對於各電極之變換器的相對性移動係被作決定。
若依據本發明之各種的例示性實施例，則為了根據在電極陣列154處所被誘發並接著被變換為數位值且被作濾波之各訊號的屬性(例如振幅、相位等)，來決定變換器175之位置，係使用有曲線之契合技術。關於此事，MPU420，係被構成為：使用MPU420內之數位值、或是與被包含於主裝置(例如，將本發明之組合式觸控以及變換器輸入系統作為輸入/顯示系統而作了組入的個人電腦：PC)中之主處理器等的1個以上之處理器共同地來實行曲線之契合。當曲線之契合處理集中進行的情況時，可將此種分散處理使用在數種的應用中。於此情況，係可將對於在電極陣列154處所誘發了的訊號作測定並作濾波所得到的各訊號，從MPU420而移動至處理用之主系統的處理器處，而後，例如經由USB或是RS232介面(參考圖5(a))等的串聯介面而送回至MPU420處。
可將藉由適當之參數所表現的任意之曲線使用在曲線契合中。若依據本發明之各種的例示性實施例，則對於具備有：亦作為天線而起作用之具備特定之前端形狀的變換 器、和具備特定之電極構成圖案(亦即是，各電極之形狀以及電極陣列之配置圖案)之電極陣列的任意之組合式觸控以及變換器輸入系統，係可經驗性的得到適當之曲線。根據曲線之契合所進行的變換器所致之指示位置的決定，實質上，係能夠對於任意之組合式觸控以及變換器輸入系統而得到適當的曲線，並且，對於特定之組合式觸控以及變換器輸入系統所得到的曲線，係可確實地應用在被作大量生產之同一的組合式觸控以及變換器輸入系統中，於此點上，係為有利。此理由，係因為：為了對於在ITO製造工程等之系統的製造工程中所被預想到之通常的變化作說明，曲線之契合技術係為充分強力之工具。由於係可將此種曲線對於廣泛之多樣性的相異之電極形狀以及陣列圖案而進行校正，因此，此技術，係使以對於電容性觸控檢測所原本設計出之此些的形狀以及構成為起點的電極陣列之多數的相異形狀以及構成之使用成為容易。
圖13(a)，係為對於為了根據本發明之其中一實施例所致的曲線契合技術來對於變換器之位置作決定所使用的樣本工程作圖示之流程圖。在步驟1300中，當變換器175涵蓋電極陣列全體而被放置在多數之既知的位置處時，在電極陣列154處所被誘發之訊號資料係被作收集。在步驟1302中，係定義出最為契合於所收集之訊號資料之參數化曲線。此些之2個的步驟，係可在設計時而實行，所定義出之曲線，接著係被記憶在感測器150之控制裝置152中。在步驟1304中，在變換器模式時，經由變 換器175而在電極陣列154處所被誘發之訊號資料係被作收集，此時，變換器之位置，對於控制裝置152來說，係為未知。在步驟1306中，係經由將在前述步驟1304中所收集到的資料與已定義之曲線作契合，而決定變換器之指示位置。針對此些之步驟的各個，於以下詳細作說明。
若依據本發明之各例示性實施例，則係可得到2個的契合曲線。此時，在數種的應用中，係可將同一曲線使用在對於X-以及Y-位置作決定的各個中。亦即是，其中一方之曲線，係為用以進行X-位置之決定者，另外一方之曲線，係為用以進行Y-位置之決定者。相對於在X以及Y方向(分別為電極陣列之列以及行)的各個處之曲線的契合，在X電極以及Y電極處所被誘發之各訊號的屬性，係經驗性地或是理論性地被確立。對屬性作設定之其中一個實驗性方法，係包含有使用機器人之臂或是其他之適當的道具來涵蓋電極陣列154全體地而使變換器作掃描之操作。機器人之臂，係接收指令，而可使用既知之傾斜(例如，在X-位置掃描時，於位在XZ面上之變換器之軸與垂直於檢測面之線之間所形成的角度)以及檢測面上方之既知的高度，來移動至既知之位置處。在X-位置掃描時，直到達成電極陣列全體之良好的覆蓋率為止，變換器係涵蓋電極陣列之電極間以及電極陣列全體而移動，並將在X電極處所被誘發之各訊號的屬性(例如振幅、相位等)連續性地以自動式來作記錄。伴隨於X以及Y方向之變換器的移動，變換器之傾斜以及/或是高度亦可作變 化。例如，對於20個的X電極，為了將在X電極處所被誘發之各訊號的各屬性作記錄，係可使用(具備有傾斜以及/或是高度之)2000個的變換器位置。所需要之實際的測定數，一般而言，應會成為依存於電極陣列154之構成上的對稱性。若是存在有對稱性，則對於電極陣列154之部分所記錄了的測定資料，係可使用來對於相對應之對稱部分而推定出測定資料(圖13(a)之步驟1300)。同樣的工程，係亦可對於Y-位置掃描而反覆進行。
一旦相對於X電極以及Y電極之全測定資料係經驗性地或是理論性地被作了設定，則係能夠以使其成為將變換器175之各位置(以及傾斜/高度)與藉由在該位置處之經由變換器所產生了的電場而在X電極以及Y電極處所被誘發了的各訊號之屬性相互附加了關連的1組之測定資料的方式，來將資料作配置。
接著，將資料適用於作為曲線之契合數式而被使用的適當數學性等式中。換言之，係被設定有曲線之契合數式，亦即是，係被設定與資料作了契合的參數化曲線。可作使用之曲線，係為多項式、和有理多項式、和三角函數、對數函數以及指數函數之組合。在非常單純之幾何學形狀中，直線性之線性內插即為充分。有理多項式，係能夠在計算之精確度以及速度之間得到良好的妥協。對於由相同之矩形狀導體所成的X電極，多項式例如係可如同下述一般的來定義。
上述數式，係將一連串之X電極中的第i個電極假定為中心之電極，並且，當變換器從左邊來朝向右邊而橫切過此第i個電極時，對於此第i個電極上的預想振幅作調查。式中，x係代表與此第i個電極之中心間的距離。又，x<0係代表變換器為位在第i個電極之中心的左側處，x>0係代表變換器為位在第i個電極之中心的右側處，另外，x=0係代表變換器為位在第i個電極之中心處。當變換器為位在第i個電極之中心(亦即是正上方)處的情況時，此有理多項式，一般而言係在x=0處而具備有峰值，又，當變換器移動至第i個電極之左側或是右側處時，第i個電極之振幅係減少。於圖13(b)中，展示依據數式6所得之例示性曲線。在上述數式中，a、b、c、d、e以及f之值，係為相對於使用中之特定的變換器之前端形狀以及電極構成參數而經驗性的決定之校正參數。在此實施例中，電極陣列154之各電極，由於係被設為相同之構成，因此，係可對於X電極之各個而產生相同之曲線。雖然並非在所有的情況中均係有所要求，但是，一般而言，此些之校正參數，應係成為對於X電極以及Y電極而被分開作定義(對於X電極以及Y電極而分別產生2個的曲線)。另外，數式6，係為可使用之有理多項式的其中一例。亦可使用其他之多項式或者是函數之組 合。(圖13(a)之步驟1032)。
使用被作了選擇之曲線的契合數式(或者是參數化曲線)、以及被經驗性地作了決定的校正值，MPU420係將輸入資料與特定之曲線相契合，藉由此，而能夠容易地決定出變換器175之位置。此對於第2曲線之契合，係可使用多種之相異的技術而實行之。例如，變換器之位置，係可經由將曲線之契合數式以及測定振幅間之各別的平方和作最小化，而決定之。此技術之其中一例，係包含有對以下之課題作解決一事。
在此例中，為了決定變換器之X位置，係將在x1、x2、x3、x4、x5等之一連串的(或者是複數的)X電極處所被誘發之振幅，分別作為A1、A2、A3、A4、A5而作測定，並輸入至上述課題中。於此，p(x)係為前述之曲線的契合數式。當X電極x3被作為中心電極而選擇了的情況時，相對於x3之變換器的位置xpen(例如，中心x3之左側的負值以及中心x3之右側的正值)，係可經由對前述課題求解，亦即是經由決定出將和作了最小化之值xpen，而決定之。此工程，接著係可對於x6、x7、x8、x9、x10等之構成其他組的X電極而反覆進行。同樣的，此工程，係為了求取出值ypen，而在Y方向上被反覆進 行。經由對於X位置以及Y位置而實行曲線之契合，能夠決定出變換器之正確的位置(圖13(a)之步驟1304以及步驟1306)。
作為將所輸入之振幅測定資料與已定義之曲線作契合的其他技術，係使用任意之2點間的最長距離。此技術之其中一例，係有必要對於以下之課題作解決。
此技術，係求取出將任意之2點間的最長距離作最小化之值xpen，並且，求取出亦對於最差的情況而作了考慮之最佳的契合。若是所得到之曲線係具備有非常平坦之回應，則此技術係可成為有用。
作為其他例子，為了迅速地決定出在前述課題7以及8中一般之最小值，係可使用Levenberg-Marquardt法以及高斯-牛頓(Gauss-Newton)法等之技術。此些之技術，一般而言，係使用相對於xpen之初期推定值而開始進行，接著，使用p(x)之導函數，來將推定值作改良。直到最小值至少係成為有所改善為止，維持在將相對於xpen之推定值作了調整的狀態下，並反覆進行工程。於此時間點，最小值係被求取出來，並且，xpen係被決定。在其他形式之契合演算法中，係使用二元搜索法。於此情況，係選擇最可能符合的開始值，而該值係被朝向後方以 及前方作探索，並僅從電極條差分而開始，而不斷對此差分作再差分，直到得到最佳之回答為止。此技術，對於並不適合使用Levenberg-Marquardt法或是高斯-牛頓法等之技術的特定用途者，係為有益。作為其他例子，亦可使用對於X-Y方向而同時作契合之2D(2維)處理。
如同前述一般，在電極陣列154處所被誘發之訊號的屬性，係可一面使變換器之傾斜以及/或是高度作改變，一面進行測定。故而，能夠得到對於變換器之傾斜以及/或是高度等之其他資料作更進一步之說明的參數化曲線，或是對其作調整。檢測面上方之變換器的高度(或是「懸空狀態(hover)」)，例如，係可經由解決以下之課題，而求取出來。
於此例中，當在第i個電極處而被檢測出了振幅Ai的狀態下，係(將x4作為中心電極)使用有7個的X電極。又，h係為高度。相對於x4之變換器xpen的X位置以及高度h，係經由決定出將和作了最小化之值xpen以及h，而被求取出來。另外，在上述課題中，隨著變換器從檢測面而遠離，訊號強度係與1/h成比例地而減少。
在其他例中，變換器之傾斜，係可經由適合於使用在磁性耦合之實施例中的包含有三角函數之以下的數式，而 作參數化。
於此式中，Ptilt係為關於在X方向上而與檢測面正交之軸的傾斜角，Wito係為1個的電極迴圈之寬幅。
在關於此技術之其他變形例中，係可為了將精確度提升，而進行曲線契合之權重附加。一般而言，由於具備有越高強度之訊號，一般而言係具備有越高之訊噪比，因此，係經由對於此些之具有更高強度之訊號來附加更大之量的權重，而進行之。亦會有以從相對於訊號為最強之電極的中心之xpen的初期推定值起而開始一事為較理想的情況。此事，係可將經由探索演算法而求取出實際之最小值的確率提升。
如同在本案中所使用並且經由前述說明而作了確認一般，該用語「曲線契合(curve fitting)」或是「契合(fitting)」，係與當構成最為契合於「測試」資料之1個以上的曲線，並接著在對於「實際」之資料作處理時，將該1個以上的曲線作使用的情況時，所被使用的廣範圍之技術中之1個以上的技術有所關連。而，係揭示有：經由將曲線與實際資料間之誤差(例如平方和)最小化，而使已定義之曲線契合於實際之資料，或是透過反覆進行之 工程，來使其契合於曲線等的各種之例子。然而，在其他例中，係可使用非反覆工程。例如，係可使用最小平方線性回歸，而並不需反覆進行且並不需要將誤差最小化，便能夠得到良好的契合。亦可為了採用更加高速之演算法，而將數個的定位資料犧牲掉。例如，在具備有良好之訊噪比之細長電極的電極陣列中，係可在具備有最大之振幅之2個的電極間，而使用單純的線性內插法，而決定變換器之位置。
如前述一般，若依據本發明之各種的例示性實施例，則變換器控制裝置177係使用頻率跳躍技術，而藉由多數之頻率(更詳細而言，依序地藉由相異之頻率)來使電場選擇性的產生。更詳細而言，在本發明之各種的實施例中，變換器控制裝置177之MCU318，係具備有被構成為以相異之頻率範圍來將供給至天線的訊號選擇性地產生之搭載數位控制式振盪器。若是為了提升雜訊排除能力，而從1個的頻率來跳躍至其他的頻率，則對應於此，經由天線179所產生了的電場之頻率係改變。又，此些之相異的頻率，係可在將數位資料作編碼並從變換器175而送訊至電極陣列154乃至感測器控制裝置152處時而作使用。例如，為了將壓力資料、開關狀態資料以及變換器辨識用資料(ID)等之關連於變換器175之數位資料作編碼並送出，係可使用適當之頻率偏移鍵控(FSK)技術。變換器辨識用資料，係有益於對於特定之變換器作辨識。例如，若是當感測器150係被使用在POS(point-of-sale)系統 中，並且相異之販賣代理人係攜帶有相異之變換器175的情況時，則感測器係可根據從代理人之變換器175所受訊了的變換器辨識用資料，來自動地辨識出正在輸入資料之特別的販賣代理人。作為其他例子，當本發明所致之複數的組合式觸控以及變換器輸入系統係相互近接地被使用時，對於各感測器而言，應會希望能夠以能夠僅對於從所期望之變換器175所受訊了的訊號作處理的方式，(與其他之變換器相區別地)來對於該變換器175作辨識。
若依據本發明之其中一種型態，則在變換器175以及感測器150間之通訊中所使用的頻率，係可藉由將既知之(基本)頻率作分頻，而定義之。此方法，係可帶來在對於基本頻率之諧波作迴避的同時亦能夠提供更為良好之雜訊排除的優點。於其中一例中，變換器175係以2個的模式來動作。第1模式，係為能夠使4個的頻率產生之低電力模式。第2模式，係為雖然相較於低電力模式而會消耗更多之電力，但是係可產生並非為基本頻率之諧波的多數之頻率的高電力模式。下述之表1，係表示有可經由本發明之其中一實施例所致的變換器而作使用的可能頻率。
在低電力模式以及高電力模式之各個中，經由對於基本頻率作分頻，可作使用之頻率係被決定(例如，500kHz以及2MHz)。上述表1，僅是單純展示有本發明之其中一實施例所致的使用可能之1組的相異頻率之其中一例，亦可為了在本發明之其他實施例中作使用，而選擇其他之相異頻率的組。為了對於1組之相異的適當頻率作選擇，係可使用像是利用有鎖相回路(Phase Locked Loop(PLL))之方法等的各種之其他方法。
PLL之構成，係為週知。在圖13(c)中，展示在本發明之實施例所致的使用中而為適合的樣本PLL之構成。此PLL，係具備有：基準頻率(Rf)1310、電壓控制 振盪器(Voltage Controlled Oscillator(VCO))1312、相位檢測器1314、以及由演算放大器1316和2個的電阻器1318a、1318b所成之迴圈濾波器。為了從基準頻率(Rf)而產生相異之頻率，PLL係具備有1個以上的分頻器(在圖示之實施例中，係為M分頻器1320以及N分頻器1322)。PLL，係能夠根據基準頻率(Rf)而產生藉由M/N而被規定之各頻率。藉由此，而成為能夠產生將基本頻率作共有之廣範圍的頻率。例如，假設若是能夠對於N而在1~16之範圍內作選擇，則係可將16、15、13以及11作為在N分頻器1322中之除數來作選擇。假設在M分頻器1320中作為除數而選擇了11或是7，並且基準頻率(Rf)係為500kHz，則係會產生以下之輸出頻率。
11/16*500KHz=343.75KHz 11/15*500KHz=366.67KHz 11/13*500KHz=423.08KHz 7/11*500KHz=318.18KHz
PLL，由於係能夠產生相互為近接之範圍的頻率，因此，能夠在感測器控制裝置152內之類比處理段414中使用狹帶域濾波器(508)。故而，係可得到能夠在訊號被作數位化之前而使訊噪比增大之效果。
在其中一實施例中，係以產生在被特定化了的範圍內之4個的相異之頻率(例如，在前述表1之「低電力」模式中的100kHz、125kHz、166kHz以及250kHz)的方式，而構成變換器175。變換器控制裝置177，係被構成 為因應於雜訊排除之需要而對於此些之4個的相異之頻率作切換、或是藉由頻率偏移而將數位資料編碼。為了使用頻率跳躍來將數位資料作編碼，係可使用各種之技術。例如，亦可使用任意之適當的頻率偏移鍵控(FSK)技術。附加性地、或是代替性地，在將數位資料作編碼時，亦可將任意之適當的振幅偏移鍵控(ASK)技術、相位偏移鍵控(PSK)技術、或是正交振幅調變(Quadrature Amplitude Modulation(QAM))體系等之更加複雜的編碼體系，使用在數位資料之編碼中。
作為其中一特定例，為了將數位資料作編碼，係可使用曼徹司特型碼。在此曼徹司特型碼中，從HIGH到LOW之頻率的變化，係送訊「1」，另一方面，從LOW到HIGH之頻率的變化，係送訊「0」。下述之表2，係對於依據曼徹司特型碼之樣本資料編碼體系作圖示。
如上述所示一般，從HIGH至LOW之3個的連續之變化(「111」)，係代表訊框之開始(SOF)，而從LOW至HIGH之3個的連續之變化(「000」)，係代表訊框之結束(EOF)。在SOF以及EOF之間，「001」之 任意之3個的變化，係送出「0」，而「011」之任意之3個的變化，係送出「1」。此些之數位資料(SOF、0、1、以及EOF)，係藉由資料訊框之構成而被作送訊。於圖14中，展示其之一例。圖14中所示一般之資料訊框，係具備有獨自之開始位元序列(SOF)以及結束位元序列(EOF)。故而，係能夠具備有相異之長度。圖14之資料訊框，係包含有訊框之開始(SOF)區塊950，接續於其後，係包含有資料型式區塊952(2位元)、酬載資料區塊954(3~24位元)，於最後，係包含有訊框之結束(EOF)區塊956。下述之表3，係展示資料之每一種型式的各別之資料訊框形式之其中一例。
在上述之例中，「00」之2位元係代表「筆辨識」資料，而接續此之後，係存在有代表獨自之筆辨識號碼的24位元。「01」之2位元係代表「開關狀態」資料，而接續此之後，係存在有代表3個的開關中之1個的開關之狀態的3位元。最後，「10」之2位元係代表「壓力」資料，而接續此之後，係存在有代表被檢測出之壓力值的8 位元。於此雖然僅展示了3個型式之資料，但是，亦可定義出更多的或是相異型式的資料，並數位性地作編碼。例如，係可對於從傾斜感測器或是旋轉感測器等之被設置在變換器175上的任意之其他感測器或者是從變換器175之動作模式(例如「起動模式」或是「休眠模式」)所得到之資料作定義，並數位性地作編碼。
下述之表4，係展示包含有開關狀態資料之資料訊框的其中一例。
在上述之例中，最初，從HIGH到LOW之3個的連續之頻率變化(「111」)，係代表訊框之開始(SOF)。接下來之「01」的2位元，係經由「001」以及「011」之頻率變化而被產生，而代表此資料訊框係為「開關狀態」資料，並且酬載資料係為3位元長。接著，「100」之3位元，係經由「011」、「001」以及「001」之頻率變化而分別被產生，並代表第1開關係被作了推壓。最後，從LOW到HIGH之3個的連續之頻率變化(「000」)，係代表訊框之結束(EOF)。
經由前述之方法所得到的資料傳輸之速度，係依存於頻率跳躍之速度。例如，若是能夠在每250μs中而使用4 個的頻率來產生頻率跳躍，則此系統係能夠以1k位元/秒之產率來將資料作送訊。
本發明，係並不被限定於前述之特別的例子，與其他之資料訊框型式相同的，亦可使用各種之其他的數位編碼或是調變技術。例如，亦可使用具備有錯誤訂正等之高度特徵的其他編碼技術(例如，李德一所羅門(Reed-Solomon)編碼技術)。
圖15，係為本發明之其中一實施例的流程圖。對於以將數位資料作編碼並送訊至感測器150處之工程為起始之經由變換器控制裝置177(更詳細而言，經由其之MCU318)而一般應實行的例示性工程作展示。在將變換器起動(wakeup)後，於步驟1060中，計時器係以成為休眠(sleep)的方式而被作設定。若是計時器一旦被設定為休眠，並經過了特定之時間(亦即是成為在計時器中所被設定了的時間)，則變換器係成為休眠。在步驟1062中，係藉由壓力感測器306而檢測出被施加在筆前端處之壓力。在步驟1064中，係決定在步驟1062中所檢測出之被施加在筆前端的壓力是否超過了特定之臨限值。若是超過了臨限值，則前進至步驟1066，並以使計時器成為休眠的方式而作重置。接著，在步驟1068中，被施加於筆前端處之壓力，係作為數位資料而被作編碼，並被送訊至感測器150處。同樣的，在步驟1070中，側開關之狀態，係作為數位資料而被作編碼，並被送訊至感測器150處。在步驟1072中，係決定側開關狀態是否作了變化。 若是作了變化，則在步驟1074中，以使計時器成為休眠的方式而作重置。接著，在步驟1076中，筆辨識資訊(ID)，係作為數位資料而被作編碼，並被送訊至感測器150處。在步驟1078中，係例如經由在步驟1066以及1074中而被作了重置的計時器，來決定計時器是否到達了特定之時間。若是並未到達特定之時間，則工程係回到步驟1062處，被施加在筆前端處之壓力係再度被檢測出來，而流程本身係被重覆進行。另一方面，若是在步驟1078中而決定了計時器係到達了特定之時間，則係前進至步驟1080處，而變換器係成為休眠。故而，在每一次之發生有插入訊號時，變換器175係被啟動，且計時器係被重置為休眠。當所檢測出之對於筆前端的壓力超過了特定之臨限值的情況(步驟1064)或者是側開關狀態作了變化的情況(步驟1072)時，則會發生插入訊號。
圖16，係為用以針對將在變換器175處藉由頻率偏移而作了編碼之數位資料於感測器控制裝置152處而進行解碼的情況時所應實行之工程作例示性展示的流程圖。在步驟1020中，筆頻率之狀態係被設定為「未知(unknown)」。在步驟1022中，係決定是否檢測出有筆頻率。若是有檢測出筆頻率，則在步驟1024中，係決定筆頻率是否為「未知」。詳細而言，在此例中，係可存在有事先所定義了的10個的頻率狀態。若是在步驟1022中所檢測出之頻率，係並非屬於「已知(known)」之頻率狀態中的任一者，則前進至步驟1026，並對於(由於頻 率係為未知，故)有必要對頻率移動方向作調查一事作指示，之後，回到步驟1022中，並決定是否被檢測出有筆頻率。若是在步驟1024中，係決定了在步驟1022中所檢測出之筆頻率係為「已知」之頻率狀態中的某一者，則係前進至步驟1028中，並決定在前述之檢測以後頻率是否作了變化。若是並非如此，則再度回到步驟1022中，並決定是否檢測出有筆頻率。
假設若是在步驟1028中，係決定了在前述之檢測之後頻率係有所變化，則係前進至步驟1030，並決定是否有必要對於頻率移動方向作調查。於初始，頻率移動方向係為未知，因此係有必要對其作調查。故而，前進至步驟1032，並決定現在所檢測出之頻率是否為較前一次所檢測出之頻率更低。若是較低，則前進至步驟1034，並對於頻率係成為「從HIGH至LOW」一事作指示。另一方面，若是並非較低，則前進至步驟1036，並對於頻率係成為「從LOW至HIGH」一事作指示。從步驟1034以及1036之其中一者而回到步驟1022，並再度對於是否被檢測出有筆頻率一事(當從步驟1034與步驟1036之其中一者而前進至此的情況時，係為「是」(YES))作決定。前進至步驟1028中，若是被決定為在前一次之檢測之後頻率係有所變化(當從步驟1034與步驟1036之其中一者而前進至此的情況時，係為「是」)，則在步驟1030中，決定是否有必要對於頻率移動方向作調查。此時，頻率移動方向，係已被指示為(在步驟1034中)「從HIGH 至LOW」或者是(在步驟1036中)「從LOW至HIGH」的其中一者。因此，係並不需要對於頻率移動方向作調查，並前進至步驟1038，而決定現在所檢測出之頻率是否為從前一次所檢測出之頻率起而在與如同步驟1034或是步驟1036中所已指示一般之頻率移動方向相同的方向上作了移動。若是如此，則前進至步驟1040。若是頻率移動方向係為「從HIGH至LOW」，則係記錄「1」，而若是頻率移動方向係為「從LOW至HIGH」，則係記錄「0」。
之後，前進至步驟1042，並決定現在所檢測出之頻率相較於在圖示之實施例中的143KHz等之特定的臨限值是否為更高。此臨限值，一般而言，係事先被定義在所定義之頻率範圍的較為中間之值(例如，在圖示之實施例中，係為在100KHz~250KHz之範圍內的143KHz)附近。若是現在所檢測出之頻率係為較此已定義了的臨限值更高，則在步驟1044中，係對於頻率移動方向為「從HIGH至LOW」一事作指示。另一方面，若是現在所檢測出之頻率係為特定之臨限值以下，則在步驟1046中，係對於頻率移動方向為「從LOW至HIGH」一事作指示。從步驟1044以及1046之其中一者而回到步驟1022，並再度決定是否被檢測出有筆頻率。若有檢測出來，則前進至步驟1048，並決定是否從頻率之前一次的檢測而經過了特定之時間。若是經過了特定之時間，則前進至步驟1050，並對於新的資料(或者是新的資料訊框)之開始作 指示。
在本發明之數個的實施例中，數位編碼和使用有頻率跳躍之通訊，係在變換器175以及感測器150之間而在雙方向上被達成。數位資料，係亦經由感測器150而同樣的被作編碼，並成為能夠送訊至變換器175處。經由感測器150而被數位性地作了編碼的資料之型式，例如，係可包含有感測器辨識資料、受訊用頻道資料(亦即是應使用何者之頻率頻道)、以及感測器150之動作模式。更進而、或者是替代性的，壓力、開關狀態、筆辨識用資訊(ID資訊)以及其他之數位資料，係可經由藍牙(Bluetooth(登記商標))以及ZigBee通訊協定之IEEE802.15標準所致的藍牙裝置等，來使用其他之RF無線技術而在變換器175以及感測器150之間作送訊。
若藉由本發明之其中一種型態，則係提供有一種用以與電極陣列154一同作使用而被構成之無線變換器175。此無線變換器175以及電極陣列154，係被電容性地作耦合。無線變換器175，係具備有：筆狀殼體(圖3(b)之330)，係於其之末端處具備有筆前端(圖3(b)之179)、和變換器控制裝置177，係被配置在此筆狀殼體330內。該變換器控制裝置177，係對無線變換器175之動作作控制，並且，係具備有檢測出被施加在筆前端處之壓力的壓力感測器306。又，無線變換器175，係具備有：以將經由壓力感測器306所檢測出之壓力感測資料作為數位資料來送訊至電極陣列處的方式，而被與變換器控 制裝置177作了結合之天線179。變換器控制裝置177，係經由具備有供給用以驅動此變換器控制裝置177以及天線179之電力的蓄電池或是電容器(314)等之電力積蓄裝置，而實現無線變換器。
前述之無線變換器175，係與適當之感測器150共同形成組合式觸控以及變換器輸入系統。在數個的實施例中，此組合式觸控以及變換器輸入系統，係可為了經由充電用輸入連接器315來對於電容器(圖4中所示之314)作充電，而更進而具備有為了無線變換器175而適當的形成了的對接站(充電裝置)。
若藉由本發明之另外其他型態，則係提供一種對於近接對象物之位置以及變換器之位置選擇性地作決定之方法。此方法，係由8個步驟所成。第1步驟，係使用電極陣列154而電容性地檢測出近接對象物。第2步驟，係依據電容性檢測來決定近接對象物之位置。第3步驟，係使用變換器175而使電場產生。第4步驟，係從變換器175來以特定之形式而送訊數位資料。第5步驟，係根據在電極陣列154之相對應的複數之電極處的電場，來誘發複數之檢測訊號。第6步驟，係測定出此複數之檢測訊號的屬性。第7步驟，係根據此複數之檢測訊號的測定屬性，來決定變換器175之位置。第8步驟，係使用電極陣列154而受訊數位資料。
若依據本發明之其中一種型態，則變換器175以及感測器150，係可為了進行變換器位置決定以及數位資料通 訊之各個，而非同步性的作通訊。詳細而言，在數個的實施例所致之本發明的系統以及方法中，由於係依存於對在電極處所被誘發之訊號的振幅以及頻率作決定一事，因此，在變換器175以及感測器150之間，係並不需要特定之相位相關。此事，係具備有多數之潛在性的優點。例如，係不需要使用用以進行同步之有線或是專用之無線連線。用以進行同步之專用無線連線，係成為需要在感測器150之一部分之上而使體積增大之送訊機。進而，用以進行同步之專用無線連線，係可能會成為對於其他裝置造成妨礙的重要原因，又，更可能會被其他之裝置所干涉。又，使用本發明所能夠達成之非同步設計，係能夠使在變換器175以及感測器150之間而使用相異之頻率一事成為容易。又，非同步所致之通訊的採用，對於經年劣化(歷時劣化)的耐性係為強，並且，係容易與各種之裝置同時存在。
在本案中所述之實施例，係為了經由對於本發明以及其之特別的應用作說明，以使同業者能夠實施本發明，而提示者。然而，同業者應認識到，前述之說明以及各例子，係僅為用以作為例證以及實例而提示者。前述一般之說明，係並非用以對於本發明作限制者。在不脫離所添附之專利申請範圍之精神的前提下，係可依據前述之揭示而進行多數之修正以及變更。
150‧‧‧感測器
152‧‧‧控制裝置
154‧‧‧電極陣列
154a、154b‧‧‧電極
410、412‧‧‧多工器
414‧‧‧處理段
416‧‧‧類比/數位變換器
418‧‧‧類比/數位變換器
420‧‧‧微處理器裝置

Claims (15)

  1. 一種輸入系統，其特徵為：係由(a)筆形狀之變換器、和(b)感測器，所構成者，該感測器，係具備有電極陣列、和被與前述電極陣列作連接之感測器控制器，該電極陣列，係具備有被配置在第1方向上之複數之電極、和被配置在與前述第1方向相異之第2方向上之複數之電極，前述變換器，係具備有：檢測出被施加於筆尖處的壓力之壓力感測器、和產生與藉由前述壓力感測器所檢測出的壓力值相對應之訊號之變換器控制器、以及將藉由前述變換器控制器所產生的與前述壓力值相對應之前述訊號傳輸至前述感測器處之天線，前述變換器所具備之前述變換器控制器，係產生將藉由前述壓力感測器所檢測出的前述壓力值作資料訊框化並以特定之傳輸方式來作了編碼的訊號，並經由前述天線來傳輸至前述感測器處，被與前述電極陣列作了連接的前述感測器控制器，係構成為以進行觸碰檢測動作和變換器檢測動作的方式來對於前述電極陣列進行分時控制，該觸碰檢測動作，係對於前述電極陣列之被配置在前述第1方向上的電極供給特定之訊號，並且對於藉由前述電極陣列之被配置在前述第2方向上之電極所檢測出來的訊號之屬性進行測定，藉此來靜電容量性地檢測出前述電 極陣列上之對象物，該變換器檢測動作，係對於藉由前述電極陣列之被配置在前述第1方向上的電極和前述電極陣列之被配置在前述第2方向上之電極所檢測出來的各別之訊號之屬性進行測定，藉此來檢測出前述電極陣列上之前述變換器，並且，前述感測器控制器，當檢測出了前述變換器時，係進行使前述變換器檢測動作持續特定之時間的控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之輸入系統，其中，前述對象物，係為手指。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之輸入系統，其中，前述特定之傳輸方式，係為Frequency Shift Keying(FSK)、Amplitude Shift Keying(ASK)或者是Quadrature Amplitude Modulation(QAM)。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之輸入系統，其中，前述訊號之屬性，係包含有頻率、振幅、相位中之至少1者。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之輸入系統，其中，前述感測器控制器，當檢測出前述變換器時，係以持續進行前述變換器之檢測的方式，而對於前述電極陣列進行分時控制。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之輸入系統，其中，前述天線，係被配置在前述筆尖端處，並送訊電場。
  7. 如申請專利範圍第1項所記載之輸入系統，其中， 前述天線，係藉由特定之無線通訊協定而送訊RF訊號。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之輸入系統，其中，前述無線通訊協定，係為Bluetooth協定。
  9. 如申請專利範圍第1項所記載之輸入系統，其中，前述感測器控制器，係對應於前述變換器檢測動作，而進行對於從前述變換器所傳送而來之訊號的反覆檢測，並且基於所傳送而來之前述訊號之屬性的變化而進行前述被作了編碼的前述資料訊框之解碼。
  10. 一種感測器控制器，其特徵為：係被與電極陣列作連接，該電極陣列，係具備有被配置在第1方向上之複數之電極、和被配置在與前述第1方向相異之第2方向上之複數之電極，該感測器控制器，係構成為以進行觸碰檢測動作和位置指示器檢測動作的方式來對於前述電極陣列進行分時控制，該觸碰檢測動作，係對於前述電極陣列之被配置在前述第1方向上的電極供給特定之訊號，並且對於藉由前述電極陣列之被配置在前述第2方向上之電極所檢測出來的訊號之屬性進行測定，藉此來靜電容量性地檢測出前述電極陣列上之對象物，該變換器檢測動作，係對於藉由前述電極陣列之被配置在前述第1方向上的電極和前述電極陣列之被配置在前述第2方向上之電極所檢測出來的各別之訊號之屬性進行測定，藉此來檢測出前述電極陣列上之前述變換器， 並且，前述感測器控制器，當檢測出了前述變換器時，係進行使前述變換器檢測動作持續特定之時間的控制。
  11. 如申請專利範圍第10項所記載之感測器控制器，其中，前述對象物，係為手指。
  12. 如申請專利範圍第10項所記載之感測器控制器，其中，前述訊號之屬性，係包含有頻率、振幅、相位中之至少1者。
  13. 如申請專利範圍第10項所記載之感測器控制器，其中，前述變換器，係送訊電場訊號。
  14. 如申請專利範圍第10項所記載之感測器控制器，其中，前述感測器控制器，當檢測出前述變換器時，係以持續進行前述變換器之檢測的方式，而對於前述電極陣列進行分時控制。
  15. 如申請專利範圍第10項所記載之感測器控制器，其中，前述感測器控制器，係對應於前述變換器檢測動作，而進行對於從前述變換器所傳送而來之訊號的反覆檢測，並且基於所傳送而來之前述訊號之屬性的變化而進行前述被作了編碼的前述資料訊框之解碼。
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