具有多重天线回路布局与无电池指针设备的电磁感应系统及其坐标定位法

摘要

本发明涉及一种电磁感应系统的多重天线回路布局，本发明的多重天线回路布局包含多个天线回路，其中，每一天线回路的一端分别连接一天线开关，且其另一端与共接点相连接，每个天线回路为相对闭合式天线回路，其中，相对闭合式天线回路具有多个ㄇ形区段以形成锯齿状区域，且由ㄇ形区段互相对应闭合成多个拟似封闭区域；以此形式渐近形成多重天线回路的布局。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁感应系统的多重天线回路布局，特别是涉及一种电磁感应系统的多重天线回路布局的坐标定位法。

背景技术

由于手写输入电路设备可以取代鼠标，并且较鼠标更为适合让使用者以人工输入的方式进行文字与图案的输入，因此手写输入电路设备的改良是近年来急剧发展的领域。早期的手写输入电路设备是以笔取代鼠标，并为了提升使用者在操作上的便利性，通常以无线指针设备(笔、鼠标、定位盘....等等)与数字板(tablet)二者取代鼠标，其中无线笔的笔尖通常会与鼠标的左键相对应。虽然传统的笔式输入产品已行的多年，然而同类产品皆仅偏重于绘图或中文输入等单一功能的应用上。

传统的电磁感应系统备有一数字板和一鼠标或笔型的换能器/指针设备。一般而言，在数字板的表面上，决定一描点的位置有两种模式：一为相对模式，而另一为绝对模式。一般鼠标设备以相对模式运作，当鼠标在数字板表面上滑行时，计算机系统会接收来自鼠标的输入，其仅能辨识该鼠标在X和Y方向上的相对移动，一种普遍的技术是在该鼠标内利用一感应设备，以形成一对互相垂直的变换讯号，此对讯号与该鼠标的纵向与横向的移动相对应。相对地，数字板中的光标设备，例如，无线指针设备，一般是于绝对模式下运作。若提起该光标设备，且移至其数字板表面的另一位置上，对该计算机系统而言，讯号会改变以反应该光标设备的一新的绝对位置。现今，已有多种方法用来决定该光标设备在其支持的数字板表面上的位置，其中，电磁场感应技术即为一种普遍应用于绝对模式的技术。早期的换能器/指针设备是由多导体电缆连接至数字板，再经由计算机传输界面将位置与按钮/压力的信息传送至计算机系统中。在某些传统技术中的无线式换能器/指针设备，曾由使用频率且/或相位改变的方式来代表换能器/指针设备功能的非方位状态，这些功能有：按下的按钮、指针设备的压力，或类似的功能等。然而，若没有审慎的处理，频率和相位的改变易因为多种外在因素，如金属物品、噪声、外来电磁场....等等，进而导致指针设备功能上的误判。特别是在较大的数字板中，这些问题变得越明显。传统的数字板系统的改良技术允许使用者以双模式的运作方式使用描点设备，因此在使用者的控制下可提供相对移动或是绝对位置的信息。

现行的指针设备式输入产品通常为一种电磁感应电路设备。电磁感应设备通常包含一电磁指针设备(electromagnetic pointer)与一数字板(digitizer tablet；以后简称tablet)。电磁指针设备内具有一电池以供应发射相关电磁讯号的能量，且电磁指针设备内具有一震荡线路。以电磁指针设备为例，当碰触指针设备的笔尖时，将产生电感量的变化，因而使得震荡频率亦随的产生变化。触压指针设备尖端的压力越大则电感量的变化越大，因而震荡频率的变化量越大，所以由频率的变化大小，便可知道施加于指针设备尖端压力的大小。无线指针设备的侧边上亦有两个开关按键，由按键的接合/离开使得震荡器中的特定电容参加/不参加振荡，因而改变指针设备的发射频率，由频率的不同，可测知使用者所按下的开关按键为何按键。此外，数字板(tablet)亦包含了侦测回路(detective loop)、放大器(amplifier)、模拟数字转换器(Analog to Digital Converter；ADC)等组件。此类传统的手写板的中央书写区域，为由感应回路所编织组成的，在此区域中，以电路板的双面布局并使用两轴向以数组方式等距排列的天线回路。此天线回路的主要用途仅在于接收专用的电磁指针设备所发射的电磁讯号。当电磁指针设备发射电磁讯号时，天线回路将会接收该电磁讯号，并经由电路的处理，而取得指针设备相关信息。

一般而言，传统的电磁感应设备的天线回路及其布局设计是将天线回路以X、Y轴数组等距排列成格状网，以感应电磁指针设备与计算来得出其绝对坐标。参考图1A所示的沿着二维正交坐标(two-dimension orthogonal coordinates)的X方向配置的天线回路布局，每一天线回路110A的一端分别连接一开关(X1至X25)，且其另一端分别与一地线共接点105A相连接，据此，每一天线回路110A所感应的讯号可经由对开关X1至X25的循序控制来获得。由于磁场强度与距离平方成反比，发射电磁场的电磁指针设备距天线越远时，会使得天线回路所接收到的讯号越微弱；相对地，发射电磁场的电磁指针设备距天线越近时，会使得天线所接收到的讯号越强。因此，只要让数字板的微处理器逐一循序扫描所有的天线回路，并分析各天线回路所接收到的讯号强弱，便可得知电磁指针设备位于那一条天线的范围内，进而计算出其位置坐标。然而，对于大面积的数字板而言，其布置的天线回路数量亦随的增加，所以需要更多的天线开关。

另一方面，现今信息产品朝着高速率处理与多高功能的方向发展，然而当处理速度越快时，越易伴随产生电磁干扰的现象。通常在使用数字板的特定场合中，其周围常伴随着其它信息数字产品的存在，因此传统的数字板易受外在电磁场的干扰，因而易产生误判。对于商业上所需的具有大面积的数字板而言，其天线布置的数量随的增大，此势必增加大量的天线开关。参考图1B所示，其为传统的天线回路布局，在传统的天线布局中，X轴与Y轴的天线布局分别连接至地线共接点105A与105B，且天线回路110A与110B的配置，为了形成拟似封闭的区域，会超出接地点105A与105B的范围。因此，传统的数字板必须预留边界区域(space bounded)170，以置放超出共接点105A与105B的天线回路110A与110B的起始引线，此造成手写板的电路板面积缩小化的限制，导致难以制作具有小尺寸的边界区域的面板。有鉴于此，本发明提供一种电磁感应系统的多重天线回路布局，以解决上述的缺陷。

发明内容

鉴于上述的发明背景中，为了强化与增加传统电磁感应设备的天线回路的功能，克服现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种具有无电池指针设备(笔、鼠标、定位盘....等等)的电磁感应系统的多重天线回路布局及其坐标定位方法，可用以解决上述传统电磁感应设备的缺点。

本发明主要目的之一是提供一种具有无电池指针设备与多重天线回路布局的电磁感应系统及其坐标定位程序。本发明由一无电池指针设备与一多重天线回路布局进行一坐标定位程序。此外，本发明的无电池指针设备具有一可变电感组件，当此可变电感的电感值改变时，其共振频率亦随的改变，故天线回路接收的电磁讯号频率亦将不同。借助此多重天线回路布局，本发明可缩减电磁感应系统的空间需求及其电路板(在此并不限制是硬式或软式电路板)的面积，以达到缩减产品外观边缘尺寸的目的与降低生产成本，并强化电磁感应系统的效能。因此，本发明能符合经济上的效益与产业上的利用性。

根据以上所述的目的，本发明提供了一种具有无电池指针设备与多重天线回路布局的电磁感应系统及其坐标定位程序。本发明的多重天线回路布局包含一多重天线回路群组，其根据一天线回路配置表进行配置。天线回路配置表中的天线回路布局包含多条实体天线回路(physical antenna loop)，多个实体天线回路分别沿着二维正交坐标(two-dimensional orthogonal coordinates)的X轴与Y轴方向分布，其中，每一实体天线回路至少包含多个逻辑天线回路。对每个依同方向分布的实体天线回路而言，与每个逻辑天线回路两侧相邻的逻辑天线回路，系分别系属于不同的实体天线回路。此外，天线回路的扫描顺序由一设计于微处理器内的天线回路配置表循序扫描。首先，每一个天线开关将依时分序开启其实体天线回路，以便于发射电磁讯号。当无电池指针设备位于多重天线回路布局的范围内时，无电池指针设备由电磁感应的方式接收实体天线回路所发射的电磁能量。在无电池指针设备接收能量并储能后，实体天线回路的双向天线开关停止发射能量并开始接收无电池指针设备所发射的能量。另一方面，电磁感应系统的无电池指针设备的坐标定位程序包含X方向与Y方向的全域扫描及其区域扫描程序，以便于依序侦测出一具有最大电压的第一讯号、一具有次大电压的第二讯号与一具有第三大电压的第三讯号，并经由电磁感应系统内部电路处理及微处理器的计算而得出精确的无电池指针设备的坐标位置。

附图说明

图1A所示为传统的电磁感应系统的天线回路布局在x轴方向的示意图；

图1B所示为传统的电磁感应系统的天线回路布局示意图；

图2为根据本发明的第一较佳实施例中，电磁感应系统的多重天线回路示意图(在此仅示出某一实体天线回路的示意图)；

图3为根据本发明的第二较佳实施例中，电磁感应系统的多重天线回路布局示意图；

图4A所示为根据本发明的第三较佳实施例中，电磁感应系统的电路示意图；

图4B所示为根据本发明的第三较佳实施例中，电磁感应系统的多重天线回路布局示意图；

图4C所示为根据本发明的第三较佳实施例中，电磁感应系统的回路配置表；

图4D所示为根据本发明的第三较佳实施例中，电磁感应系统的相邻表。

图中符号说明

105A    地线共接点

105B    地线共接点

110A    天线回路

110B          天线回路

X1-X25        X轴的天线开关

X1-X9         X轴的天线开关

XA-XC         X轴的天线开关

170           边界区域

200           多重天线回路(仅为某一天线回路的示意图)

210           与实体天线回路对应的天线开关

220           共接点

230A          第一ㄇ形区段

230B          第二ㄇ形区段

230C          第三ㄇ形区段

240A          第四ㄇ形区段

240B          第五ㄇ形区段

240C          第六ㄇ形区段

250A          拟似封闭区域

250B          拟似封闭区域

250C          拟似封闭区域

260A          第一锯齿状区域

260B          第二锯齿状区域

X1-XC         X轴的多重实体天线回路

300           X轴的多重天线回路布局

310           逻辑区段(仅包含数个逻辑天线回路)

320           共接点

330           天线开关

310A          ㄇ形区段

310B          ㄇ形区段

310C          ㄇ形区段

310D          ㄇ形区段

310E          ㄇ形区段

310F          ㄇ形区段

L            同一实体天线回路的不同逻辑天线回路的间距

400A         电磁感应系统

400B         无电池指针设备

405          天线次电路

410          内部电路

415          微处理次电路

420          滤波及放大次电路

425          前级放大次电路

430          波形整型次电路

435          频率-电压转换次电路

440          多重天线回路布局

445          天线开关群组

445A         双向天线开关

450          实体天线回路

450A         实体天线回路

450B         实体天线回路

1-41         逻辑地址

具体实施方式

本发明在此所探讨的方向为一种具有多重天线回路布局与无电池指针设备的电磁感应系统的坐标定位法。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的制程步骤或结构组件。显然地，本发明的施行并未限定于电磁感应系统的工程技术人员所熟悉的特殊细节。另一方面，众所周知的组件与程序并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述的外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以权利要求书的范围为准。

参考图2所示，在本发明的第一实施例中，首先提供一多重天线回路200，其中，多重天线回路200的一端与一天线开关210电性耦合，且多重天线回路200的另一端与一共接点220电性耦合。多重天线回路200包含多个ㄇ形区段，例如，第一ㄇ形区段230A、第二ㄇ形区段230B、第三ㄇ形区段230C与第四ㄇ形区段240A、第五ㄇ形区段240B、第六ㄇ形区段240C，而多个ㄇ形区段230A至230C组成一第一锯齿状区域260A，且多个ㄇ形区段240A至240C组成一第二锯齿状区域260B；第二锯齿状区域260B与第一锯齿状区域260A组成一相对闭合式天线回路，其中，每个ㄇ形区段230A至230C分别与每个ㄇ形区段240A至240C相对，以分别组成拟似封闭区域250A至250C。此一多重天线回路为一实体天线回路，其中形成250A、250B及250C的拟似封闭区域所使用的导线回路，即为多个逻辑天线回路，亦即一实体天线回路将包含多个逻辑天线回路，此即是本技术称为“多重天线回路”的原因。

参考图3所示，在本发明的第二实施例中，提供一具有多条实体天线回路(X1-X9与XA至XC)的多重天线回路布局300(仅示出X轴)，其中，每条实体天线回路(X1-X9与XA至XC)沿着正交二维坐标的X轴的方向配置，且其分别由多个逻辑天线回路310所组成，而逻辑天线回路310为本质上一致的ㄇ形区段；而且，每条多重天线回路(X1-X9与XA至XC)分别与一对应的天线开关330电性耦合，且其另一端均与一共接点320电性耦合。对于每个布置在相同方向的多重实体天线回路(X1-X9与XA至XC)而言，每个逻辑天线回路310与其相邻的其它逻辑天线回路分属不同的天线回路(X1-X9与XA至XC)，如此即可分辨出指针设备位于天线回路中的哪一个逻辑天线回路上。例如，实体天线回路X5的一ㄇ形逻辑天线回路310A，其相邻的其它逻辑天线回路的ㄇ形逻辑天线回路310C与310D，其分属于实体天线回路X4与X6。此外，实体天线回路X5的另一ㄇ形逻辑天线回路310B，其相邻的其它逻辑天线回路的ㄇ形逻辑天线回路310E与310F，其分属于实体天线回路X2与X12。因此，当指针设备的位置位于实体天线回路X5的ㄇ形区段310A或310B时，借助参考实体天线回路X5及其相邻逻辑天线回路所对应的实体天线回路X4、X6、X2、X12所产生感应讯号电压的大小，即可分辨出指针设备的位置位于实体天线回路X5中的ㄇ形逻辑天线回路的310A抑或是310B上。此外，必须注意同一实体天线回路中两相邻逻辑天线回路的间的距离必须适当(例如：实体天线回路X5中的两相邻ㄇ形逻辑天线回路310A与310B的间的距离L)；若是间距L太小，则在决定指针设备的位置时，易造成误判的结果。

参考图4A所示，在本发明的第三实施例中，首先提供一电磁感应系统400A，电磁感应系统400A的指针设备为一无电池指针设备400B，其中，无电池指针设备400B具有一电磁感应式储能电路，且电磁感应式储能电路更包含一可变电感。电磁感应系统400A包含：一天线次电路405、一内部电路410与一微处理次电路415，其中，内部电路410更包含一滤波及放大次电路420、一前级放大次电路425、一波形整型次电路430与一频率-电压转换次电路435，且天线次电路405包含一多重天线回路布局440与一天线开关群组445。多重天线回路布局440包含多条实体天线回路450，且多条实体天线回路450分别与天线开关群组445的多个双向天线开关445A电性耦合，其中，天线开关群组445分别与前级放大次电路425电性耦合，以及受控于微处理次电路415。此外，前级放大次电路425亦分别与滤波及放大次电路420电性耦合，并亦受控于微处理次电路415，其中，滤波及放大次电路420分别与波形整型次电路430与频率-电压转换次电路435电性耦合，且波形整型次电路430与频率-电压转换次电路435分别与微处理次电路415电性耦合。当多条实体天线回路450接收讯号后，接收讯号将会传送至前级放大次电路425中，以放大讯号；接着，前级放大次电路425传送放大后的讯号至滤波及放大次电路420，以过滤不必要频带的噪声并再放大；的后，滤波及放大次电路420将讯号传输至波形整型次电路430与频率-电压转换次电路435中，以产生具有特定波形的讯号并转换讯号的频率讯息成为电压讯号；最后，再将具有特定波形的讯号与电压讯号分别传输至微处理次电路415中，以进行坐标运算及非方位的讯息判别。

参考图4B所示，在本实施例中，多重天线回路布局440的多条实体天线回路450A与450B分别沿着二维正交坐标的X轴与Y轴的方向配置，而多条实体天线回路450A与450B的一端分别与相同的一共接点455电性耦合，且多条实体天线回路450A与450B的另一端分别与天线开关群组445的多个双向天线开关445A电性耦合，其中，多条实体天线回路450A与450B皆由本质上一致的多个ㄇ形区段连接形成。前述多重天线回路布局440如图4C的一天线回路配置表所示，其中，天线回路配置表(如图4C)可设计于微处理次电路415内，且天线回路配置表包含一相邻表(如图4C)，相邻表指出彼此不同的实体天线回路450A或450B与的对应的逻辑天线回路的间的相邻关系。此外，每个实体天线回路的位置具有一实体天线地址(X1至X9与XA至XC)，且每个逻辑区段的位置具有一逻辑地址(1至41)，其中，相邻的逻辑天线回路的实体天线回路不可重复，例如以实体回路XC而言，其逻辑天线回路为13、14、15，其分别是属于实体天线回路X3、XC、X5，而同属实体天线回路XC在另一区段的逻辑天线回路为23、24、25，其所属的实体天线回路为XB、XC、X1，因此前述的X3、X5既不再出现(因仅出现一次)。

如上所述，电磁感应系统400A能借助其天线回路配置表定位其无电池指针设备400B的位置。侦测无电池指针设备400B的方法如下所示：首先，当电磁感应系统400A激活后，天线开关群组445根据微处理次电路415所发出的开关选择讯号，并以依时分序的方式，逐一开启/关闭X方向与Y方向的每条实体天线回路450A与450B的双向天线开关445A，并进行一全域扫描程序，其方法是实体天线回路发出电磁讯号，当无电池指针设备400B靠近多重天线回路布局440时，无电池指针设备400B会感应接收电磁讯号，其中，开启双向天线开关445A开始发射电磁讯号至无电池指针设备400B以进行储能的时间，由微处理次电路415的内部设定值所决定，此时间必须足以使无电池指针设备储能达饱和状态。当无电池指针设备400B储能完成后，因天线回路不再发射电磁讯号，此时无电池指针设备将再发射电磁讯号至其所在位置的多条实体天线回路上。

在实际的实施过程，则是先经一全域扫描程序，找出指针设备粗略的逻辑地址后，再依此粗略的逻辑地址进行区域扫描。前述所谓的“全域扫描程序”为：首先，在第一时间间隔中，将经由第一条实体天线回路所对应的天线开辟的开启(“ON”)，使发射电路与实体天线回路电性地连接，并于此时间间隔中，发射电磁讯号至邻近空间中；其次，于另一时间隔中，停止发射电磁讯号、不关闭天线开关，且同时由天线回路来感应接收邻近空间的电磁场；紧接着，经由前级放大电路425、滤波及放大电路420....至微处理次电路415的处理及运算，得出一与感应讯号强弱相关的值，并将此值纪录置于微处理次电路415的随机存取内存(RAM)中；再接着，以第二条实体天线回路为作用的对象，进行前述的程序；再接着，对比与感应讯号强弱相关的值的大小，并纪录其关系；然后，重复相同的程序，直至所有实体天线回路均实施过后；接着，寻找纪录中是否有最大值，若有最大值时，则依天线回路配置表进行对应，并在找出相关的数条实体天线回路后，再准备进行“区域扫描”，若没有最大值时，则再重复前述的“全域扫描程序”，直接找到最大值为止。

接下来则是说明“区域扫描程序”：在有最大值的实体天线回路于一时间间隔中发射电磁讯号至邻近空间中；再于另一时间间隔中由有最大值的逻辑天线回路及其邻近的多条逻辑天线回路(包括有最大值的逻辑天线回路)所对应的实体天线回路来感应接收，并纪录各个值于微处理次电路415内；再紧接着，排列并找出最大的讯号、次大的讯号、次次大的讯号....等等，分别称的为一第一讯号、一第二讯号与一第三讯号....等等，其中，第一讯号的电压约大于或等于第二讯号的电压，且第二讯号的电压约大于或等于第三讯号的电压；最后，依前三大讯号以线性比例关系计算出精确值，并对比具有最大值的实体天线是否改变，以追踪指针设备的移动轨迹。一般来说，微处理次电路415根据五个电压讯号，并借助天线回路配置表来追踪以及确定无电池指针设备所在的逻辑地址，并计算出其坐标所在。

在本发明上述的实施例中，每一条实体天线回路可在绕多圈后再形成一ㄇ形逻辑天线回路，如此可使实体天线回路所发射的第一电磁讯号的强度增大，进而使无电池指针设备的储能效益大幅提高，因而使得其所发射的第二电磁讯号的强度亦能增大并减少储能的时间，同时亦使得实体天线回路所接收到的第二电磁讯号的电压振幅能力增大。故使用每一条实体天线回路在绕多圈后，所形成一ㄇ形逻辑天线回路，可提高本多重天线回路布局的电压讯号强度，使用本发明的数字板具有极佳的抗噪声能力，使得系统的稳定度大幅提升。此外本发明实施例的实体天线回路并不限制只有12条，其可依实际的应用而可有不同天线回路数目的设计。

如上所述，本发明是由一无电池指针设备与一多重天线回路布局进行一坐标定位程序。此外，本发明的无电池指针设备具有一可变电感组件，当此可变电感的电感值改变时，其共振频率亦随的改变，故天线回路接收无电池指针设备所发射的电磁讯号频率亦将不同。借助此多重天线回路的布局，本发明可缩减电磁感应系统的空间需求及其电路板(不限定是硬式或软式电路板)的面积，以达到缩减产品外观边缘尺寸的目的与降低生产成本，并强化电磁感应系统的效能。因此，本发明能符合经济上的效益与产业上的利用性。

当然，本发明除了可能应用在具有无电池指针设备的电磁感应系统的多重天线回路布局上，也可能用在任何具有多重天线回路布局的坐标定位方法中。而且，本发明由无电池指针设备与多重天线回路布局进行坐标定位程序，迄今仍未发展用在关于电磁感应系统方面。

显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求项的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。

上述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围内。