透明數(shù)字化器的制作方法

專利名稱：透明數(shù)字化器的制作方法
發(fā)明所屬之技術領域發(fā)明領域本發(fā)明系論及一種透明數(shù)字化器，以及更明確但不排他地說，其系論及一種具有無線電子筆或類似輸入裝置之透明數(shù)字化器。
先前技術發(fā)明背景一頒給Gamalong公司之美國專利編號第09/628,334號″Physical Object Location Apparatus and Method and a Platformusing the same″(實體物件定位裝置與方法和一使用其之平臺)-其內(nèi)容系藉由參照而合并進此說明書中，系說明一可用以定位一平面屏幕顯示器上之實體物件有關的電磁式方法，亦即，一可合并進一電子裝置之主動型顯示屏幕內(nèi)的數(shù)字化器。此揭示內(nèi)容系進一步有關一些可具現(xiàn)一透明性感測器式數(shù)字化器之技術方法。
有多種產(chǎn)品常使用點觸技術來作為輸入裝置。各種類型之點觸裝置的使用，系由於一些類似Web-Pad、Web Tablet、PDA、Tablet PC和無線平面屏幕顯示器等新移動裝置之問市而劇增。此等新裝置通常不會連接至標準鍵盤、滑鼠、或類似之輸入裝置，此被認為系會限制到彼等之移動力。取而代之的是，使用某類點觸輸入技術，系已成一種趨勢。
有某些新移動裝置，諸如數(shù)字化器電腦(Tablet PC)，系屬一有力之電腦工具。彼等類似數(shù)字化器電腦等裝置，系使用一電子筆式輸入裝置，以及一數(shù)字化器電腦作為一計算工具之使用，系仰賴其電子筆輸入裝置之能力。此等輸入裝置，系具有可支援手寫辨識和完整之滑鼠模擬的精確度，舉例而言，游走、右鍵點擊、等等。此等新移動裝置之廠商和設計師業(yè)已決定出，該電子筆輸入系統(tǒng)，可基於各種不同之電磁技術，此根據(jù)解析度、快速更新率、和滑鼠功能性，將可滿足該等電腦工具之極高性能需求。然而，一般而言，此等使用中之電子筆系統(tǒng)，系屬數(shù)字化器式，亦即，其電子筆系在一非屬屏幕之數(shù)字化器上面移動。過去已有嘗試使非透明電磁數(shù)字化器技術，與一透明平面屏幕顯示器相結合。一頒給Wacom之美國專利編號第6,005,555號，說明了一種由兩層正交導電性回路所組成之數(shù)字化器。其一組導電性回路系被用來傳送一激勵信號，而其正交組之回路，系被用來接收一些振蕩信號。然而，此Wacom系統(tǒng)之一需求，是在其回路內(nèi)之高導電率。就此而論，Wacom之方法勢必要使用一些由標準金屬性導體所制成之回路，以及系無法供透明導電性之箔片使用，因為一導電性透明線路之電阻值系極高。使用高電阻導電性回路，來激發(fā)該電子筆，將需要一特別高之電壓輸入，超過1kV，其使得此一解決方案不實際。然而，不使用透明導電材料，Wacom之解決方案僅會成功而使其顯示器難以被觀看。
一種克服觀看該顯示器之困難的方法，是將Wacom之非透明性感測器，置於其顯示器背部。因此，該感測器可使位於上述顯示裝置之FPD背照光與電子面板中間。就此而論，一非透明性感測器之整合進一FPD裝置內(nèi)，系一極復雜且昂貴之程序。此種安裝典型地系需要屏蔽該裝置內(nèi)富含雜訊之組件，以及有時需要制造一其中安裝有該感測器之FPD結構內(nèi)的特定插槽。
一非透明性感測器，若使位於其顯示器之背部，不可避免地系相對地遠離其電子筆所試圖決定之尖端。由於離其感測器相當長之距離所致，彼等非透明性感測器，將會承受到視差，因而導致其電子筆之錯誤定位。當其定位特別不正確時，亦即，當其電子筆系保持與其顯示器成一角度時，其視差效應系特別大。然而，一些類似手寫偵測等應用，將要求其系統(tǒng)能容忍其電子筆可保持與其屏幕成一角度。
此外，再次由於離其感測器相當長之距離所致，當其電子筆保持接近其感測器之邊緣時，彼等背部安裝式感測器，將會承受到其電子筆之不正確定位。
總結上文，由於離其感測器相當長之距離所致，以及進一步由於有許多電子主動型組件可能會位於其感測器與電子筆之間所致，彼等背部安裝式感測器，可能會無法達成一可靠之定位解析度。
過去已有嘗試具現(xiàn)一透明箔片式感測器，來克服一背部安裝式感測器之缺點。當該感測器屬透明性時，其可被安裝在其屏幕前面上。然而，此種偵測器系依賴一些透明性導體，彼等相較於不透明導體，系具有一高電阻值。一頒給Kurta之美國專利編號第5,381,160號，說明了一由兩正交導體透明層所組成之箔片。Kurta之揭示內(nèi)容，說明了一種對一因上述導體之高電阻值所引起的問題之解決方案，亦即，如何激勵其位置要被決定之實體物件，縱使是其有高電阻值。此解決方案僅僅是使用一在內(nèi)部由其電池提供電力之主動型電子筆。所以，其電子筆并不需要外來之激勵。然而，一主動型電池供電式電子筆，基於種種理由，通常并不被視為一滿意之解決方案。舉例而言，一主動型電子筆，系需要持續(xù)被維護，以及可能甚至會停止動作，以及因而會使得整個電腦裝置無法運作。而且，該主動型電子筆，系需要重新充電，以及系較一被動型裝置更為昂貴。所以，一主動型電子筆，目前并未被移動消費者市場所接收。
上述頒給Gamalong之申請案，揭示了一種有關被動型電子筆之感測器，其系基於一些在其中有一位於屏幕附近之分開激勵線圈的透明箔片。此電子筆或其他位置要被偵測之物件，系由一諧振電路所組成。此諧振電路系由其激勵線圈所激勵，以便產(chǎn)生一電場，以及此電場系由該等透明箔片上之相當高的電阻值偵測導體來加以偵測。然而，有一問題是，其基於電場之偵測，系在一電子顯示屏幕之表面上被實行，以及其屏幕表面根據(jù)電磁之活動，系一相當高之雜訊環(huán)境。此高雜訊之環(huán)境，必然會降低其數(shù)字化器之解析度位準。
擁有一全無上述限制之電子筆式透明數(shù)字化器，系被廣泛公認有其需要，以及將會極為有利。

發(fā)明內(nèi)容發(fā)明概要本發(fā)明之一般目的，系為能在一高雜訊環(huán)境中，配合一被動型電子筆，有效地使用一透明性感測器。
本發(fā)明之另一目的，旨在能有效使用一安裝在一類似LCD或OLED平板之平板顯示器(FPD)的頂部上面之透明箔片，藉以克服使用一出自非透明性感測器之缺點。
本發(fā)明之一般目的，旨在克服其將一非透明性感測器安裝至屏幕背部時所涉及之復雜且因而昂貴的集成化程序之缺點，其系藉由促成使用一透明性感測器，使其可在一直截之方式下，集成化至上述FPD之前方。
本發(fā)明之一般目的，旨在藉由促成使用一可在位置上使相當接近其電子筆尖端的透明性感測器，來克服其視差問題。
本發(fā)明之一般目的，旨在藉由促成使用一可在位置上使極接近其電子筆尖端的透明感測器，來克服上述之邊緣問題，亦即，其偵測一些位於其感測器之邊緣中的不精確性。
本發(fā)明之一般目的，旨在藉由促成使用一可在位置上使極接近其電子筆尖端的透明感測器，來克服由於其感測器與電子筆間因一些主動型電子組件而加劇之分隔所致的不良解析度之問題。
本發(fā)明之一般目的，旨在提供一可達一超過其偵測格網(wǎng)之粒度的精密度之位準的精確電子筆定位，以及提供一盡可能無雜訊之精確電子筆定位。
依據(jù)本發(fā)明之一特徵，其系提供有一可供使用者互動用之裝置，其系經(jīng)由一物件定位，而可配合一電子可更新式顯示屏幕，此裝置系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測該物件之定位的偵測器之透明性感測布置，此等偵測器系具有一些輸出端；和一些與此等輸出相聯(lián)結而可產(chǎn)生差動信號之差動放大器的布置，此等差動信號系一些可指示其至少兩輸出間之差異的信號，此裝置在運作上，系可在互動中使用此等信號。
較佳地，該等放大器系一些差動放大器，以及較佳地，彼等偵測器之布置，在配置上可用以偵測一電場。
較佳地，其電子可更新式顯示屏幕，系由一平板型顯示屏幕所構成。
典型地，其物件系一類似電子筆等點擊裝置?；蛘?，該物件可能系一游戲件。較佳地，此裝置系與一平板顯示器集成化。其可被設置為一可整合進一移動電腦內(nèi)之配件。
較佳地，其透明性感測布置，系包括至少一有機導電性箔片。
在一實施例中，其透明性感測布置，系包括至少一ITO箔片。
此裝置系可包括至少一連接在其感測布置之感測器與放大器布置間的高通放大器。
此裝置系可包括一直線感測器格網(wǎng)。
較佳地，其差動放大器之布置，系包括多數(shù)之差動放大器，彼等各具有一第一差動輸入端和一第二差動輸入端，以及其中之第一差動輸入端，系使連接至一第一感測器之輸出端，以及其第二差動輸入端，系使連接至一第二感測器之輸出端，使超過其第一感測器之電子筆有效區(qū)域。
較佳地，其第二感測器，系在一超過其第一感測器之電子筆有效區(qū)域的最小距離處。
較佳地，每一物件在配置上，可產(chǎn)生一能影響數(shù)個鄰近之感測器的電場，以及其中之每一放大器的對應第一和第二感測器在選擇上，可使不同之物件位置，在不同放大器之組合處，產(chǎn)生一些輸出，藉以容許不同放大器之組合，能被解碼給個別之感測器。
此裝置系可配置使偵測該等感測器之信號的相位，藉以區(qū)別來自不同感測器之信號。
較佳地，其差動放大器之布置，系包括多數(shù)之差動放大器，彼等各具有一第一差動輸入端和一第二差動輸入端，以及其中之每一差動輸入端，系使連接至少兩個輸出端，每一至少兩個輸出端，系分別與一些非鄰近之感測器相聯(lián)結。
較佳地，每一物件在配置上，可產(chǎn)生一能影響數(shù)個鄰近之感測器的電場，以及其中之每一放大器的對應非鄰近的感測器在選擇上，可使不同之物件位置，在不同放大器之組合處，產(chǎn)生一些輸出，藉以容許不同放大器之組合，能被解碼給個別之感測器。
此裝置系可配置使偵測該等感測器之信號的相位，藉以區(qū)別來自不同感測器之信號。
較佳地，每一差動輸入端，系使連接至少兩個輸出端，彼等各有至少兩個輸出端，使分別與一些非鄰近之感測器相聯(lián)結。
較佳地，其物件系一被動型物件，其數(shù)字化器進一步系包括一位於其屏幕附近之激勵布置，其可傳送一激勵信號給此物件，藉以激發(fā)此物件而產(chǎn)生一電場。
較佳地，其激勵布置系可被控制，使在一動態(tài)可變之頻率下，產(chǎn)生上述之激勵信號。
較佳地，其激勵布置系可被控制，使在一動態(tài)可變之波幅下，產(chǎn)生上述之激勵信號。
較佳地，其激勵布置系可被控制，使提供一動態(tài)可變之激勵周期。
此裝置系可包括一遮沒可控制性，其可遮沒上述激勵信號之輸出期間的偵測。
較佳地，其遮沒可控制性在運作上，可在上述激勵信號之輸出後繼續(xù)其之遮沒，使達一預定之延遲。
此裝置系可包括一補償資料庫，其中系編碼有個別感測器間之導電率中的差異。
此裝置系可包括一補償資料庫，其中系編碼有其感測布置上面之電磁干擾中的固定變動。
較佳地，其補償資料庫，將會進一步編碼其感測布置上面之電磁干擾中的固定變動。
此裝置系可包括一物件移動歷史布置，其可儲存該物件之前鄰移動的資料，以及可使用此資料來處理該物件之當前位置。
較佳地，其處理運作系包括依據(jù)一使用者來自一先前測得之位置的可能手部移動之濾波運作。
較佳地，其處理運作系包括依據(jù)一使用者來自一先前測得之位置的有可能之手部移動的濾波運作。
較佳地，其處理運作系包括平滑化該物件之軌跡。
此裝置系可包括一預測器，其系與其物件移動歷史布置相聯(lián)結而可使用此物件移動歷史布置來預測該物件之未來軌跡。
較佳地，上述具有預測器之物件移動歷史布置，系包括一緩慢移動追蹤器，以及其中進一步系提供有一可追蹤該物件之快速移動追蹤器，此裝置在運作上，可初始設定其快速移動追蹤器之輸出，而作為該物件之一軌跡，以及可隨繼使用其緩慢移動追蹤器之輸出，來修正此軌跡。
較佳地，該物件將會產(chǎn)生一指數(shù)衰減之信號，其數(shù)字化器進一步系包括一信號倍乘功能性，其可使上述之衰減信號，乘以一反向指數(shù)上升式信號，藉以抵消彼等之頻率旁瓣，以及增加其數(shù)字化器之頻率解析度。
此裝置系可包括一可使一測得之時域信號變換成一頻域信號的變換功能性，以及其中之變換功能性在運作上，可依據(jù)一要被偵測之頻率的可能數(shù)目，來選擇一變換類型。
此裝置系可包括一可使一測得之時域信號變換成一頻域信號的變換功能性，以及其中之變換功能性在運作上，可依據(jù)一要被偵測之頻率的當前數(shù)目，來選擇一變換類型。
較佳地，其供選擇用之變換類型，系包括快速傅立葉變換和離散傅立葉變換。
較佳地，其供動態(tài)選擇用之變換類型，系包括快速傅立葉變換和離散傅立葉變換。
此裝置系可包括一與其變換功能性相聯(lián)結之閾限器(thresholder)，其可設定一頻率臨界數(shù)目，此臨界值可用以在一相對於此臨界值之頻率的高數(shù)目有關之快速傅立葉變換與一相對於此臨界值之頻率的低數(shù)目有關之離散傅立葉變換間的交換有關之臨界值。
依據(jù)本發(fā)明之一第二特徵，其系設置有一可與一數(shù)字化器一起使用之被動型電子筆，其系包括一具有前尖端之外部電子筆成形外殼；一具有一預定之諧振頻率的諧振器布置；和一在其尖端處之間隙，橫跨其間系耦合有其諧振器布置，藉以在其前尖端近鄰處建立一電場集中。
其電子筆可包括一亞鐵鹽線圈。
較佳地，其諧振器系遠離上述之尖端，以及系經(jīng)由一導體與其相耦合。
此裝置系可包括一些可交換式組件，彼等可協(xié)助其諧振器布置，來修飾其預定之諧振頻率，以便指示其電子筆之不同模態(tài)設定。
此裝置系可包括一調諧器，其可用以提供其電場中依據(jù)電子筆之不同模態(tài)設定的可偵測式變動。
其電子筆可包括一位於一遠離其前尖端之第二端部處之反向尖端，和一延伸至此反向尖端之導體布置。
在一實施例中，其反向尖端近鄰中之幾何結構，系不同於其前尖端之電場中的幾何結構，藉以提供其前尖端與反向尖端間之可偵測性差異。
其中可設置一些與其反向尖端相聯(lián)結之可交換式組件，藉以協(xié)助其諧振器布置，來修飾其預定之諧振頻率，以便指示其電子筆之不同模態(tài)設定。
較佳地，上述之可偵測性變動，系其電場對間隙之耦合中的可變性延遲。
此裝置系可包括一與其前尖端相聯(lián)結之常閉開關。
依據(jù)本發(fā)明之第三較佳實施例，一種可供使用者與一具有一電子可更新式顯示屏幕之電子裝置互動用的數(shù)字化器，此種數(shù)字化器系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測來自一物件之電子信號的透明性感測網(wǎng)格，此網(wǎng)格系具有多數(shù)之輸出端；和一放大器布置，其中之每一放大器，系使連接橫跨其感測網(wǎng)格之至少兩個輸出端，藉以產(chǎn)生一為此至少兩個輸出之函數(shù)的輸出信號。
依據(jù)本發(fā)明之第四較佳實施例，其中系設置有一可供使用者經(jīng)由一電子被動型物件而與一電子可更新式顯示屏幕互動用之數(shù)字化器，此種數(shù)字化器系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測該物件之電場的偵測器之透明性感測布置，此偵測器系具有一些輸出端；一與該等輸出端相聯(lián)結之放大器布置；和一激勵布置，其可產(chǎn)生上述被動型物件有關之激勵信號，藉以促動該被動型物件，而產(chǎn)生或發(fā)出上述之電場，此激勵布置，系可動態(tài)加以控制，使改變上述激勵信號所據(jù)以產(chǎn)生或發(fā)出之取樣率。
較佳地，其中系設置有一狀態(tài)偵測器，其可偵測該物件之狀態(tài)，藉以實現(xiàn)上述取樣率之動態(tài)控制。
較佳地，其狀態(tài)偵測器在運作上，可偵測至少一由一使用者交換式狀態(tài)、此物件與一表面之接觸狀態(tài)、該物件與屏幕之接觸狀態(tài)、一右鍵點擊、和刪除動作所組成的組群。
其數(shù)字化器可包括一可偵測所存在物件頻率之數(shù)目，此數(shù)目可被用於其取樣率之動態(tài)控制中。
依據(jù)本發(fā)明之第五較佳實施例，其中系設置有一可供使用者經(jīng)由一電子被動型物件而與一電子可更新式顯示屏幕互動用的數(shù)字化器，此種數(shù)字化器系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測該物件之電場的偵測器之透明性感測布置，此偵測器系具有一些輸出端；一與該等輸出端相聯(lián)結之放大器布置；和一激勵布置，其可產(chǎn)生及發(fā)出上述被動型物件有關之激勵信號，藉以促動該被動型物件，而產(chǎn)生上述之電場，以及其中之放大器布置，系聯(lián)結其激勵布置，而可以一遮沒周期加以控制，以使其放大器布置，避免在上述激勵信號之發(fā)出期間進行偵測。
依據(jù)本發(fā)明之第六較佳實施例，其中系設置有一可供使用者經(jīng)由一物件而與一電子可更新式顯示屏幕互動用的數(shù)字化器，此種數(shù)字化器系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測該物件之電場的偵測器之透明性感測布置，此偵測器系具有一些輸出端；和一與該等輸出端相聯(lián)結之放大器布置，每一放大器系使連接至少兩對應非鄰近之感測器的輸出端，每一放大器之此等對應非鄰近之感測器在選擇上，可使不同之物件位置，在不同放大器之組合處，產(chǎn)生一些輸出，藉以容許不同放大器之組合，能被解碼給個別之感測器。
依據(jù)本發(fā)明之第七較佳實施例，其中系設置有一可供使用者經(jīng)由一電子被動型物件而與一電子可更新式顯示屏幕互動用的數(shù)字化器，此種數(shù)字化器系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測該物件之電場的偵測器之透明性感測布置，此偵測器系具有一些輸出端；一與該等輸出端相聯(lián)結之放大器布置；和一激勵布置，其可產(chǎn)生上述被動型物件有關之激勵信號，藉以促動該被動型物件，而產(chǎn)生上述之電場，此激勵布置，可動態(tài)加以控制，藉以改變上述激勵信號之性質。
較佳地，此性質系頻率、波幅、和相位中的一個。
較佳地，其布置在運作上，可使用該物件之一狀態(tài)，來設定上述動態(tài)可控制之性質。
較佳地，其狀態(tài)系包括至少一使用者交換式狀態(tài)、該物件與一表面之接觸狀態(tài)、該物件與屏幕之接觸狀態(tài)、該物件之當前速度、該物件之當前加速狀態(tài)、和該物件之當前方位。
依據(jù)本發(fā)明之第七特徵，其中系設置有一可經(jīng)由物件定位配合一電子可更新式顯示屏幕而供其使用者互動用的裝置，其中之物件系一被動型電磁電子筆，以及其屏幕系覆以一透明性感測布置。
較佳地，其透明性感測布置在配置上可偵測一電場。
除非另有界定，本說明書所用之所有技術和科學術語，系具有如同隸屬本發(fā)明之技藝的專業(yè)人員一般理解之意義。本說明書所提供之材料、方法、和范例，系僅屬例示性，而非有限制意。
本發(fā)明之方法和系統(tǒng)的具現(xiàn)，系涉及到手動地、自動地、或彼等之組合地，來執(zhí)行或完成所選定之任務或步驟。此外，依據(jù)本發(fā)明之方法和系統(tǒng)的較佳實施例之實際儀表和設備，一些選定之步驟，可在任何韌體或彼等之組合的作業(yè)系統(tǒng)上面，以硬體或軟體來加以具現(xiàn)。舉例而言，就硬體而言，本發(fā)明之選定步驟，可使具現(xiàn)為一晶片或電路。就軟體而言，本發(fā)明之選定步驟，可被具現(xiàn)為多數(shù)之軟體指令，而由一電腦使用任何適當之作業(yè)系統(tǒng)來加以執(zhí)行。在任一情況中，本發(fā)明之方法和系統(tǒng)的選定步驟，可被描述為由一類似一可執(zhí)行多數(shù)指令之電腦平臺等資料處理器來加以執(zhí)行。
圖式簡單說明本發(fā)明在此系僅藉由范例參照所附諸圖而加以說明。在此時特別參照諸圖之詳細說明下，其系強調此等所顯示之細節(jié)，系屬范例性，以及僅為例示討論本發(fā)明之較佳實施例，以及所提出之理由，旨在提供所謂被深信為本發(fā)明之原理和觀念上的特徵之有用而能輕易被理解的說明。就此點而言，在顯示本發(fā)明結構上之細節(jié)中，并未試圖使較本發(fā)明之基本理解所需者更為詳盡，此配合諸圖所做之說明，旨在使本技藝之專業(yè)人員，明了本發(fā)明之幾種形式，如何實際被具現(xiàn)。
在諸圖中第1圖系一依據(jù)本發(fā)明之第一較佳實施例的數(shù)字化器之簡化方塊圖；第2圖系一可顯示第1圖之電子筆、感測器、和激勵線圈的簡化示意圖，以及可說明此等較佳實施例之一般性原理；第3圖系一可例示一使用在第1圖之數(shù)字化器中之感測器的一個較佳實施例之簡圖；第4圖系一可用於第1圖之實施例中的感測器之單箔片組態(tài)，其中之聚酯PET箔片，系在其下側樣式化出一些水平之導體，以及系在其上側樣式化出一些垂直之導體；
第5圖系一可例示依據(jù)本發(fā)明之一較佳實施例的第1圖之前置單元的內(nèi)部組態(tài)之簡化示意圖；第6圖系一可例示一可使其網(wǎng)格之個別感測器連接至其差動放大器有關的方案之簡化示意圖；第7圖系一可例示第6圖之方案的變更形式之示意圖；第8圖系第1圖之數(shù)字處理單元20的較佳實施例之內(nèi)部組態(tài)的簡化方塊圖；第9圖系一依據(jù)本發(fā)明之一較佳實施例的電子筆之內(nèi)部結構的簡圖；第10圖系第9圖之電子筆有關的簡化電路圖；第11圖系一可例示第9圖之電子筆有關的他型電路圖之簡圖；第12圖系一可說明本發(fā)明之一較佳實施例的基本工作周期之波形對時間的簡化圖例；第13圖系一可例示其依據(jù)本發(fā)明之一較佳實施例用以處理所感測的資料藉以決定一當前位置之程序的簡化流程圖；而第14圖則系一可例示一鄰接三條感測線而可在此等感測線內(nèi)產(chǎn)生一些信號之電子筆的簡圖。
實施方式較佳實施例之詳細說明此等較佳實施例，系揭示一可定位及辨識平板顯示器之頂部上面類似電子筆或游戲權標(token)等實體物件的方法和裝置。此等實體物件之位置，系由一最好被安裝在其顯示器之頂部上面的電磁透明性數(shù)字化器，來加以感測。此等實體物件最好為一些被動型組件，亦即，彼等并未包括任何類型之內(nèi)部電源。該等被動型組件系由一大體上被置於其透明性感測器附近之非透明性激勵線圈，來加以激發(fā)。其透明性感測器，系包括一感測網(wǎng)格或一感測回路之布置，彼等之輸出端，系使連接至其偵測放大器。在一較佳之實施例中，其偵測放大器系屬一差動放大器，以及在一較佳之實施例中，每一偵測放大器，系使連接至其至少兩不與該網(wǎng)格鄰接之輸出端。
另一較佳實施例，系包括一被動型電子筆之布置，其中之金屬線系有突部伸入其尖端內(nèi)，藉以提供一敏銳和因而可更容易被偵測到之電場。其尖端處之電場的集中，將可容許其電場更容易與雜訊做區(qū)隔，以及藉以提升其數(shù)字化器之解析度。
一依據(jù)本發(fā)明之透明數(shù)字化器的原理和運作，可藉由參照諸圖和伴隨之說明，而有更佳之了解。
在詳細解釋本發(fā)明之至少一實施例前，理應了解的是，本發(fā)明不應在應用上受限於其結構上之細節(jié)與下文之說明所列舉和諸圖中所例示之組件的布置。本發(fā)明可有其他之實施例，或可以各種不同之方式來加以實行或完成。而且，理應了解的是，本說明書所采用之措辭和術語系為說明計，以及不應被視為有限制意。
一有關此等實施例之較佳使用，系就一使用平板顯示器(FPD)屏幕之移動電腦裝置有關的透明數(shù)字化器而言。此等實施例之數(shù)字化器，可以在一極高之解析度和更新率下，偵測一或以上之電子筆的位置。此等電子筆系可應用至任何標準之電子筆用途，其中包括定點、繪圖、書寫，包括筆跡辨識應用、和刪除，以及亦可應用至任何其他和基於電子筆之活動。此電子筆連同其數(shù)字化器，舉例而言，可支援完整之滑鼠模擬。在一典型之滑鼠模擬應用中，只要該電子筆游走於FPD上面，一滑鼠游標將會緊隨此電子筆之位置。點觸其屏幕，系等於一滑鼠之左鍵點擊，以及一位於此電子筆上面之開關，系可模擬其右鍵點擊之運作。以及就全部或部份之滑鼠模擬而言，一些不同之實施例，系可支援各種類似刪除、顏色改變等附加之特徵。
在一較佳之實施例中，其數(shù)字化器系使用一類似RS232等串列鏈路，與其主機相通訊。然而，在不同之實施例中，其數(shù)字化器可經(jīng)由USB(通用串列匯流排)或任何其他類型之通訊網(wǎng)路來進行通訊。在某些實施例中，其數(shù)字化器甚至可使用一類似基於紅外線、超聲波、或R.F.等無線鏈路，與其主機相通訊。
在一較佳之實施例中，其移動裝置系一具有其自身之CPU(中央處理器)之獨立電腦系統(tǒng)。在一些不同之實施例中，其移動裝置可能僅系其系統(tǒng)之一部分。舉例而言，其可能系一個人電腦之無線移動屏幕。在其他之實施例中，其數(shù)字化器系供一標準之桌上型電腦使用。一內(nèi)建進其屏幕內(nèi)之數(shù)字化器，就一些類似工廠樓層上面等有害環(huán)境內(nèi)之電腦而言，系特別有用。
在一較佳之實施例中，其數(shù)字化器系使整合進其FPD屏幕之頂部上面的主機裝置內(nèi)。在一些額外之實施例中，其透明數(shù)字化器可使設置為一要被置於一現(xiàn)有屏幕之頂部上面的配件。此種組態(tài)就早已極大量地上市之膝上型電腦而言系極為有用。本發(fā)明之一實施例可包括一配件，以使一現(xiàn)有之膝上型電腦，變換成一可支援手寫、繪圖、或任何其他可被其透明數(shù)字化器致能之運作的有力裝置。
在一較佳之實施例中，其數(shù)字化器可支援一單一電子筆。然而，彼等不同之實施例，可被用來支援多於一只可同時運作於同一屏幕上面之電子筆。此種組態(tài)系極有用於娛樂應用例中，彼等系需要超過一位使用者來繪圖或書寫至同一紙似之屏幕，甚或是同時地。此等實施例可進一步被用於一些需要超過一個要被偵測之物件的應用例，舉例而言，一些具有多數(shù)比賽件之游戲。在此種游戲中，其顯示器舉例而言，可顯示一特定游戲有關之游戲板。該等實體物件系使成形為此正顯示之游戲所需的權標、游戲件、玩具、仿真人像、等等。一可支援在一透明性屏幕上面玩游戲之布置，系說明在一頒給Gamalong之美國專利編號第09/628,334號中，其內(nèi)容系藉由參照而合并進此說明書中，其中之每一比賽件，系由不同之諧振頻率加以區(qū)隔。
一頒給N-trig之美國臨時專利申請案編號第60-333,770號，-其內(nèi)容系藉由參照而合并進此說明書中-，系說明了一可偵測電子筆之透明性電磁感測器與一些可偵測其屏幕上面之指部點觸的壓感條帶之組合。在本發(fā)明之一較佳實施例中，此種壓感條帶同樣可使結合在其電磁性箔片內(nèi)。在其他之實施例中，其電磁式感測系唯一被使用之感測形式，以及系免除該等壓感條帶。
在一較佳實施例中，其數(shù)字化器如下文更詳細之解釋，系使用一組置於其透明性屏幕上面之透明箔片，來加以具現(xiàn)。然而，某些實施例可使用其他類型之透明性甚或非透明性感測器，來加以具現(xiàn)。一不使用透明性屏幕之實施例的一個范例，系一Write Pad(書寫墊裝置)，其系一置於正常紙張下面之薄數(shù)字化器。其使用者系使用一結合真實墨水和電磁功能性之電子筆書寫在該紙張上面。其使用者可在該正常紙張上書寫，以及其輸入系同時使轉移至一主機，藉以儲存或分析該資料。理應了解的是，在即定之紙張薄度下，其屏幕厚度之視差效應將不適用。此外，該等由於相干涉之電子組件所致的雜訊，亦將會不適用。
本發(fā)明可如何應用至一非透明性感測器之一額外范例，系一電子娛樂板。此一范例中之數(shù)字化器，系被安裝在一板之圖示影像下方，以及可偵測該板之頂部上面的游戲人像的位置和身份。此一情況中之圖示影像系屬靜態(tài)的，但其可不時手動加以替換，諸如當切換至一不同之游戲時。
在本發(fā)明之一較佳實施例中，一非透明性感測器，可使整合進一FPD之背部內(nèi)。此種實施例之一范例，為一具有一FPD顯示器之電子娛樂裝置。在其數(shù)字化器偵測出彼等游戲人像之位置和身份的過程期間，該裝置系可供彼等游戲使用。其亦可被用作繪圖和/或書寫，以及其數(shù)字化器可能為偵測一或以上之電子筆所必備。在許多情況中，當高性能對該應用例不重要時，一具有一FPD之非透明性感測器的組態(tài)，可能系屬充份。
概論茲參照第1圖，其系本發(fā)明之第一較佳實施例的簡化方塊圖。一數(shù)字化器布置，系應用至一顯示屏幕主控布置10。此數(shù)字化器布置，系包括一一網(wǎng)格式感測器12，其較佳地系屬透明性，以及系位於一FPD14之頂部上面。一些類比前置ASIC 16，最好系安裝在其感測器之框架上面。此等ASIC如下文更詳細之解釋，最好系使連接至其網(wǎng)格之各個導體的輸出端。每一前置器可接收其感測器導體所輸出且波幅極小之信號。此等屬透明性之感測器導體，系具有相當高之電阻值，而會限制到彼等輸出信號之波幅。其ASIC 16系包括一電子電路，其可放大上述之信號、可辨識及濾波掉不相干之頻率、而使其輸出取樣為一數(shù)字表示值、以及可使此取樣之資料轉送至一數(shù)據(jù)總線18，以便在其數(shù)字處理單元20處，做進一步之數(shù)字處理。其數(shù)字處理單元20，如下文更詳細之討論，系負責執(zhí)行各種數(shù)字處理演算法。其單元20所執(zhí)行之數(shù)字處理的結果，最好為一或以上之實體物件的位置，典型地為其電子筆之位置，以及此結果一旦被決定，系經(jīng)由其接口24使轉送至其主機22，以供其作業(yè)系統(tǒng)或任何當前之應用程式處理用。在一較佳之實施例中，其數(shù)字單元系經(jīng)由一簡單之串列接口，使與其主機相通訊。一些類似USB等額外之接口系屬可能。
其數(shù)字處理單位20之額外任務，為產(chǎn)生及管理一要提供給其環(huán)繞感測器布置和顯示屏幕四周之激勵線圈26的觸發(fā)脈沖。其激勵線圈可提供一觸發(fā)脈沖，其可激勵電子筆內(nèi)之被動式電子電路，藉以產(chǎn)生一來自其電子筆而隨繼可被偵測之響應。
茲參照第2圖，其系一可顯示其電子筆、感測器、和激勵線圈的簡化示意圖，以及可說明此等較佳實施例之一般性原理。一些與第1圖中相同之部分，系給予相同之參考數(shù)字，以及將不再做說明，除此當前繪圖之理解所必需的范圍外。有一觸發(fā)脈沖30，系提供給其環(huán)繞感測器四周之激勵線圈26。其電子筆32系包括一諧振電路34，其系受到上述激勵線圈之觸發(fā)，使在其諧振頻率下振蕩。在此諧振頻率下，其電路可產(chǎn)生一些在其激勵脈沖結束後能繼續(xù)及會穩(wěn)定衰減之振蕩信號。此會衰減之振蕩信號，系由一導體矩陣或網(wǎng)格12之感測器布置來加以感測。如同下文將做之解釋，精確之電子筆定位，將可自其感測器布置所取得及輸出給第1圖之前置單元之低波幅的垂直和水平信號。
感測器茲參照第3圖，其系一可例示其感測器布置之較佳實施例的簡圖。誠如上文所解釋，一較佳之實施例的感測器布置，系包括一導電線路之網(wǎng)格12。此網(wǎng)格較佳地系包括一些樣式化在一聚酯熱塑性(PET)箔片40上面之導電性聚合物。此網(wǎng)格較佳地系包括兩因其PET薄層40而使彼此成電氣分隔之分開薄層42和44。其一薄層42系包含一組排列在一方向中之平行導體。其另一薄層44系包含一組與第一薄層者正交之平行導體。
在一較佳之實施例中，該等平行導體系平直之天線，其一端系使連接至一類比放大器，以及其另一端系經(jīng)由一高值電阻器，使連接至一共用接地端。在一他型實施例中，彼等成對之導體，系使短路在一起，藉以建立一些導電性線圈回路。在此種實施例中，此回路之一側部，系使連接至上述之類比放大器，以及其另一側部，系使連接至上述之共用接地端?；蛘?，在彼等回路之情況中，此回路之兩側部，可使連接至一差動放大器之兩輸入端。
在一較佳之實施例中，其感測器系使用透明性導電材料加以樣式化，而使安裝在一FPD之頂部上面。此種材料之使用，系為致能其感測器之最高可能透明性。其最好使彼等導電性與一些非導電性感測器區(qū)域間之視覺差異極小化，因為其使用者希望有一視角無阻礙之屏幕。
一PET箔片上面之有機導電材料的使用，較佳地系為一溶液，其相較於其他之解決方案，系有彈性、容易操控、及可極小化彼等導電性與一些非導電性區(qū)域間之視覺差異。然而，就某些應用例而言，其可應用不同之考慮，以及因而可考慮使用其他透明導電材料之具現(xiàn)體。一他型選擇之范例，為一半導體式銦錫氧化物(ITO)。
在一較佳之實施例中，該等導電線路之電阻值系相當高，以及就一條線路而言，可能會超過100KOhm。通常，上述透明性導體之較高電阻值，系對應於該材料之較高透明度。所以，在此等實施例中，在其感測器網(wǎng)格盡可能高之電阻值的程度下工作系有利的。然而，在一些他型之實施例中，其感測器可以低電阻值而通常呈不透明之導體來構成。
將導體施加至薄膜，系有許多可能之方法。在一第一較佳之實施例中，其透明性感測器之樣式化，系藉由將導電材料印刷至一些要使導電之區(qū)域內(nèi)來加以具現(xiàn)，亦即，此等導體系使印刷至該薄膜上面。一他型實施例系包括在該薄膜上面形成一導電材料之連續(xù)薄層，以及接著移除該等不欲使導電之區(qū)域內(nèi)的導電材料。一些可選擇移除導電性材料之適當方法，系為本技藝中所習見。上述之兩者方法，系適合作為彼等之制造方法，然而，此第一提及之方法的優(yōu)點，實際上系該等導體間之無限電阻值。在上述之第二方法中，一有限之泄漏導電率，將會由於蝕刻之不完全而依然存在於該等導體之間。兩者方法之缺點在於，在該等導電性與一些非導電性區(qū)域之間，會有一相當明顯之視覺差異。
其又一實施例系包括一種制造網(wǎng)格之方法，其將可極小化該等導電性與一些非導電性感測器區(qū)域間之視覺差異。在此又一之實施例中，其整片區(qū)域系如先前敷以一導電材料，以及接著使此等非導電性區(qū)域鈍化，亦即，彼等系加以處理使增加彼等之電阻值。由於遍及其薄膜系存在同一薄層，該等導電性與一些非導電性區(qū)域間之視覺差異，將可使極小化。
使用上述程序以及在形成該導電性薄層後選擇增加其電阻值之缺點是，雖然其已產(chǎn)生高電阻值，其仍遠不足為一絕緣體。此程序因而會在該等樣式化之線路間，造成相當高之寄生電感和泄漏電流。彼等參數(shù)在其鈍化程序期間之細心選擇，將可極小化此種效應。
考慮上述在其中涂以導電性聚合物并接著加以鈍化之實施例，一涂有上述導電性聚合物之薄層，繼而系進一步在該等導電率欲使保留之區(qū)域，亦即，在該等欲使導電之區(qū)域內(nèi)，涂以一保護性涂敷層。此涂敷層可以許多方式來加以設置，舉例而言，絹印法、照相平版印刷術、等等。上述具有保護性或遮罩薄層之薄膜，接著系以水清洗，其方式系避免其在清洗期間之機械應力。在清洗之後，其系使浸入一具有一界定之氯濃度、PH值、溫度、和時間下之次氯酸鹽溶液的浴槽內(nèi)，如同本技藝之專業(yè)人員所明了者。此等參數(shù)系一要在其正確之電阻值下達成在彼等導電性與一些非導電性線路間具有適當之對比的結果之一關鍵因素，以及本技藝之專業(yè)人員，將可完成某一定量之實驗，藉以最佳化此等參數(shù)。在上述之次氯酸鹽浴槽後，該薄膜接著系立刻使通過一系列之蒸餾水浴槽，以便移除氯氣。該薄膜最終系在一烤箱內(nèi)使乾燥。
在一范例中，其所使用之次氯酸鹽濃度系0.1％，其浸沒時間為45秒，以及其溫度為25度。其所使用系三個蒸餾水浴槽，以及其乾燥系在50度下進行3分鐘。
在一較佳之實施例中，該等導體系一些具有1mm之寬度而以4mm之等間距分隔的平直線路。然而，依據(jù)其之應用，不同之尺寸和間隔系可被使用。該等線路間之大間隔可加以選擇，藉以縮減彼等導體之總數(shù)，以及因而可縮小其電子電路之復雜性，和因而此系統(tǒng)之成本，以及亦可增加其可靠度。另一方面，彼等較小之間隔可加以選擇，使產(chǎn)生一較高之解析度。彼等較寬之線路寬度可加以選擇，藉以在其解析度之代價下，降低一導電線路之電阻值。
一特定線路所接收到之信號的幅度，系仰賴於該線路之電阻值，以及其電子筆之位置，系由其整個網(wǎng)格所接收到之信號的相對幅度，來加以決定。所以，在其一實施例中，某一定箔片內(nèi)之平行導體的電阻值系相類似，以及一高至5％之容許度系被視為可接收。然而，一些其他實施例在具現(xiàn)上，可在該等線路阻抗之間，具有各種差異，亦即，具有較大之容許度，舉例而言，以便降低彼等制造之成本。此種非均勻性大體上將會導致一較低之定位精確度。然而，在一較佳之實施例中，緊接一即定箔片之制造，將會就該等導體進行測試，以及將會有一資料庫被建立，藉以校準該等不同導體間所測得之任何差異。此系統(tǒng)因而將會自動補償其制造容許度。此種資料庫可由此系統(tǒng)手動或自動加以建立。此種資料庫之自動建立的一種方式，系包括使用其激勵線圈，來提供一共用信號給其感測器，以及接著測量每一導體所接收到之信號的幅度。每一導體處之信號，系使與零容許度下將被預期之值相比較，以及此等差異系使編碼進其資料庫內(nèi)。
回顧建造上述感測裝置之議題，以及在一實施例中，其透明性感測器在構造上，系使用三層分開之薄層，彼等系使具現(xiàn)在三片不同之箔片上面。誠如第3圖中所示，其兩薄層42和44系供其感測器網(wǎng)格使用，以及系分別有一供x軸導體使用，以及另一供y軸導體使用，以及此圖中以46顯示出之第三薄層，系被用來提供硬涂敷層和抗炫光性質。此種三薄層實施例之優(yōu)點，系包括整體之單純性，和一額外可使用現(xiàn)成組件來建立其感測器之能力。此種解決方案之缺點，為由於存在於其顯示屏幕前之三片分開的箔片所致相當?shù)椭w透明度。
茲將說明又一實施例，其中之感測布置，系使用單一箔片來構成，以及因而可提升其整體之透明度。茲將參照第4圖，其系顯示此種單箔片之組態(tài)。在第4圖中，有一聚酯PET箔片50，使在其下側部樣式化成一些水平導體52，以及在其上側部樣式化成一些垂直導體54。其上側部系以適當之涂敷層加以覆蓋及/或處理，藉以形成一硬涂敷薄層58，以及其下側部系以一保護性薄層56加以覆蓋，使有助於避免其集成化或運送上之損害。
本技藝之專業(yè)人員將會注意到，一些額外之具現(xiàn)體系屬可能，諸如一些基於兩箔片之實施例。
在一較佳之實施例中，其網(wǎng)格系使樣式化至其聚酯PET箔片上面。然而，在一些不同之實施例中，其網(wǎng)格、或其一部分、或任何薄層，可使樣式化至一些類似玻璃或半導體等不同之材料上面，或使至不同類型之塑料箔片上面。
在一較佳之實施例中，其感測器系使圍以一由PCB(電路板)或任何類型之撓曲性電路所構成的非透明性框架。此框架可內(nèi)裝下列諸組件一些前置類比組件、一些可使網(wǎng)格連接至此等前置器之導體、一些可使此等前置器連接至其數(shù)字處理區(qū)段之導體、和其激勵線圈。
在一較佳之實施例中，其透明性導體，系使用一垂直(Z)導電性膠，使連接至其框架。此種垂直導電性膠之一范例，為3M公司所制造之產(chǎn)品編號9703。為得到對其框架之可靠連接，銀墊片可使印刷在其透明性導體之側緣上面。在一他型實施例中，可免除銀墊片，以及可使箔片直接連接至其環(huán)繞之框架。
在另一較佳之實施例中，該等前置組件系使直接安裝在其透明箔片上面。在此一情況中，其進出於此前置器之導體，可藉由對其透明性導電材料施以樣式化，或藉由將一些類似銀等不同之材料，印刷至其箔片上面，來加以具現(xiàn)。
在一較佳之實施例中，其數(shù)字處理單元，系包括一分開之板，其系經(jīng)由一電纜使連接至其感測器。在一額外之實施例中，其數(shù)字處理單元之尺寸系使縮小，以致可將其安裝至其感測器框架上面，或者甚至使至其箔片之側緣上面。
前置器茲參照第5圖，其系一可顯示依據(jù)本發(fā)明之一較佳實施例的第1圖之前置單元16的內(nèi)部組態(tài)之簡化方塊圖。此前置單元16系包括一串列差動放大器60.1，...，60.n。此等差動放大器，系成群組地連接至一些開關62.1，...，62.m。此等開關可將信號自其所連接之一放大器傳遞至次一級段。此等開關復使連接至一些濾波器暨放大器電路64.1，...，64.m和A/D轉換器66.1，...，66.m。此等A/D轉換器，系使連接至一輸出緩沖儲存器68，其可產(chǎn)生一可供其數(shù)字處理單元使用之最終輸出信號。
每一差動放大器60.1，...，60.n，最好系經(jīng)由其每一差動輸入端，使連接至至其網(wǎng)格之一不同的感測器。誠如下文之解釋，其兩連接至一單一差別放大器之感測器，最好系不與彼等感測器相鄰接。該等個別之感測器信號，因而系使轉換成一些可指示兩感測器間之差異的信號。此差異信號系經(jīng)放大，以及使轉送至其開關62。每一開關系使連接至四個放大器之間，以及可選擇此四個可用放大器之一的輸入端，以供進一步處理。此選定之信號將會被其濾波器暨放大器60放大及濾波，其過後會被其A/D轉換器66取樣。此數(shù)字化之取樣，接著系使轉送至其緩沖儲存器68，以及繼續(xù)傳送給其處理單元。
在一較佳之實施例中，其前置器系以一專屬性ASIC來具現(xiàn)。然而，在不同之實施例中，其前置器可建立自一現(xiàn)成組件之組合。
在此所例示之較佳實施例中，每一前置ASIC，系包括兩個相同之通道，彼等各可處理四個差動輸入端，以致此等圖之參考數(shù)字中，n＝8以及m＝2。此種ASIC系包括兩個A/D轉換器、兩個濾波器暨放大器單元、兩個開關、和八個差動放大器。一些他型實施例，當然可利用不同之ASIC組態(tài)，舉例而言，在每一IC中可穿插不同數(shù)目之通道，或者每一開關可設置不同數(shù)目之輸入端。在一實施例中，其開關可全然加以免除，以及該等差動放大器，可使直接連接至其對應之A/D轉換器。此種組態(tài)之一優(yōu)點是，其將有可能同時取樣所有之輸入線路，但系在增加其復雜性之代價下。就能源節(jié)省而言，全同步取樣系有用的，因為所有之輸入，系在每一激勵脈沖下被取樣，因而每一偵測僅需要一單一激勵脈沖。上述其中所有輸入系同步取樣之實施例的重要缺點，為其相對較高之成本。
在一較佳之實施例中，其開關62系位於其濾波器暨放大器電路64前方，因而可節(jié)省冗余之組件。更明確地說，重新將其開關62置於其濾波器暨放大器電路64之前方，將可使其所需濾波器之總數(shù)，自8減少至2。此種組態(tài)將會阻止該等輸入間之快速交換，因為其濾波器系需要一相當長之建置時間。然而，在一不同之實施例中，其開關62系使置於其濾波器暨放大器64後方，以使其濾波器暨放大器64，緊鄰其差動放大器60。在此種情況中，其系有可能就每一差動放大器60設置一濾波器64。此種組態(tài)將可容許該等輸入之間，有相當快速之交換。在此種情況中，其系有可能添加一A/D轉換器，使其具有一數(shù)倍高於其直截取樣所需者之取樣率，以致可有多於一個之輸入被同時取樣。
茲參照第6圖，其系一可例示一可使其網(wǎng)格之個別感測器連接至其差動放大器有關的方案之簡圖。彼等如同先前諸圖之部分，系給與相同之參考數(shù)字，以及不再做說明，除此當前繪圖之理解所必需的范圍外。在此方案中，有兩接近但彼此不相鄰接之感測器線路71和73被選定。此兩者中之一接著系使連接至其差動放大器77之正輸入端，以及另一系使連接至此同一差動放大器之負輸入端。此放大器因而可產(chǎn)生一為該兩感測器線路信號間之差異的放大值之輸出信號。一在其兩感測器線路之一上面具有一電子筆的放大器，將會產(chǎn)生一相當高波幅之輸出。此種差動式之方案的一項主要優(yōu)點，為其固有雜訊之降低。若該兩成對之線路，系布置使彼此相當接近，則此兩者線路，可能會感測到相同之寄生雜訊和其他效應，以及上述可使其輸入相減之差別放大器，因而可消除任何此種雜訊。理應注意的是，此兩被選定使連接至同一放大器之輸入線路，最好在位置上不使彼此過於接近，否則，一類似電子筆信號等真實輸入信號，系有可能被該兩者線路感測到，以及會被上述之差動放大器移除。所以，在一較佳之拓樸布局中，彼等連接至同一差動放大器之線路間的實際距離，系使略大於其電子筆傳輸之有效范圍。其數(shù)字處理單元，隨繼可使用此取樣信號之相位，來決定此放大器之兩輸入端，何者實際接收該信號。若該相位為正，則其電子筆便可能靠近其連接至此放大器之正輸入端的線路，以及反之亦然。
在一他型實施例中，可使用一普通放大器，來取代彼等差動放大器。在此種情況中，該等感測器線路，系使連接至此普通放大器之單一輸入端。
在又一他型之實施例中，該等感測器線路，可使樣式化為一些回路，而非被安排成一網(wǎng)格之直線。在此種情況中，其回路之一末端，可使連接至上述之普通放大器，以及其另一末端，系使連接至一共用接地端?；蛘撸换芈分畠赡┒?，可使連接至一差動放大器之正配線和負配線。
在一較佳之實施例中，該等感測器線路，系使直接連接至該等差動放大器之輸入端。然而，就一他型體而言，該等線路可經(jīng)由一些最好為被動式之濾波器使相連接，藉以避免該等輸入端處由於不時可能發(fā)生之大雜訊位準所致的飽和。
茲將參照第7圖解釋其又一實施例，其系一可例示第6圖之方案的變更形式之示意圖。彼等如同第6圖中之部分，系給與相同之參考數(shù)字，以及不再做說明，除此當前繪圖之理解所必需的范圍外。在此變更形式中，其至差動放大器77之每一輸入端，系使連接兩不相關之感測器線路。因此，兩者感測器線路71和73，系使連接至其差動放大器77之同一正輸入端。有一電子筆78系設置使緊接一感測器線路72，以及可傳送一信號，而可被此線路72和其近鄰71和73接收。其數(shù)字單元可接收一來自其差動放大器77之信號，但起初并不知道其信號來源究為線路72或線路75。然而，由於彼等對應之信號，亦可在線路71和73處被追蹤到，以及不會在線路74和76被追蹤到，其數(shù)字單元將可推論出上述信號之正確來源。因此，彼等鄰近之感測器，最好系使連接至不同之放大器。此外，任兩連接至此同一輸入端之感測器的近鄰，不應使連接至彼等對應之輸入端。
誠如所提及，此等實施例系特別可應用至一些移動裝置，通常系以電池供電。其因而將有助於使能量消耗降為極小。該等前置組件，較佳地可包含一關機輸入指令，其可關掉各種消耗能量之晶片的活動。其數(shù)字處理單元，接著可於一旦不需要該前置器時，激勵上述之關機輸入指令。此種動作可在一相當高之速率下周期性地加以激勵。
數(shù)字單元茲參照第8圖，其系第1圖之數(shù)字處理單元20的較佳實施例之內(nèi)部組態(tài)的簡化方塊圖。其一前置接口80，可接收一些來自各種前置單元16之取樣信號的串列輸入，以及可使此等輸入排列成一并聯(lián)表示值。此并聯(lián)表示值，系被轉移至DSP(數(shù)字信號處理器)82，其可讀取上述取樣之資料，可處理此資料，以及可決定或計算該等類似電子筆等實體物件之位置。此計算出之位置，接著系經(jīng)由一鏈路，較佳地一串列鏈路84，使傳送至其主機。彼等可使其DSP 82運作有關之程式碼，最好系使儲存在其快閃記憶體86內(nèi)，以及其取樣之資料，系使儲存在其RAM(隨機存取記憶體)88內(nèi)。彼等可傳送給上述激勵線圈之激勵脈沖，系由其DSP 84來產(chǎn)生，以及接著會變換成一些類比信號，以及會被其單元90放大，以供輸出。
在一較佳之實施例中，其數(shù)字單元系由一專屬性ASIC來具現(xiàn)，其最好系安裝在其感測器框架或箔片側緣上面。然而，在不同之實施例中，其數(shù)字單元可建立自一現(xiàn)成之組件。
在一較佳之實施例中，其一DSP核心，可設置上文所說明之數(shù)字單元。此種DSP核心，可就信號處理加以修整，可促成高的更新率，以及可同時操控多於一個之物件。在不同之實施例中，就一些對成本敏感及其性能可使降級之產(chǎn)品而言，可選擇一較價廉之微控制器，來取代一DSP使進行其數(shù)字單元之處理。
在一較佳之實施例中，其DSP運作碼系儲存在一快閃記憶體內(nèi)。此快閃記憶體很容易被更新，以及因而一些未來之改進，在合并上將會很簡單。然而，若一更新能力可被免除，則可選擇較價廉之ROM記憶體，來儲存上述之程式碼。
在一較佳之實施例中，其DSP系經(jīng)由其串列鏈路84使與一主機界接。在不同之實施例中，可使用其他類型之接口，諸如USB。此USB接口，就一配件類型之應用程式而言，系一較佳之選擇，亦即，就一現(xiàn)有屏幕之提升而言，由於一USB可以一電源供應器，提供此等實施例之位置感測布置。所以，其USB系一自然選擇之連接類型。若一USB接口被具現(xiàn)，可添加一USB接口組件，給其數(shù)字單元20，來操控與其主機之通訊。
電子筆此等較佳之實施例，系利用一被動型電子筆，亦即，一不具內(nèi)部電源及無線接式連接之電子筆。因此，為激發(fā)其電子筆，誠如上文所述，其中系設置有一外部激勵線圈26，其系環(huán)繞在其感測器四周，以及可藉以激發(fā)其電子筆諧振電路。此外部激勵之一項優(yōu)點是，其本能地可提供其電子筆對數(shù)字化器之同步，因為兩者組件可知曉其激勵脈沖時序。在一些他型之實施例中，其電子筆可使用一電池在內(nèi)部提供電力。
在上述之被動型電子筆中，來自其外部激勵線圈之能量，將會在其電子筆內(nèi)之接收線圈中，感應出一電流。為在其外部激勵與電子筆之間，使能量轉移極大化，其接收線圈最好系包括一亞鐵鹽心芯。然而，一些額外之實施例，系可利用不同類型之接收線圈，諸如空心或彼等具有其他類型之心芯。其接收線圈最好為其電子筆內(nèi)之一部份諧振電路。
在一較佳之實施例中，COG電容器系經(jīng)選擇使包括在其電子筆之諧振電路中。此種電容器之優(yōu)點，對溫度中之改變，系有一低敏感度，以及有良好之能量效率，後者就一高Q因素而言系很重要，以及後者就一穩(wěn)定之諧振頻率而言系很重要。在不同之實施例中，特別是當降級之性能可被接收，以及價格系很緊要時，其他類型之電容器系可被使用。
茲將參照第9圖，其系一依據(jù)本發(fā)明之一較佳實施例的電子筆之內(nèi)部結構的簡圖。此電子筆100系包括一諧振電路102，和一可界定尖端106之框架104。於激勵時，其諧振電路102，系在其諧振頻率下振蕩。此諧振電路102之一側部，系以電氣方式使連接至其電子筆尖端106，其較佳地系由一導電材料所構成。該諧振電路之另一側部，系以電氣方式使連接至其框架104，其同樣系由一導電材料所構成。
為防止視差，以及為達成其最大可利用之精確度，傳送來自其電子筆在一盡可能接近其電子筆尖端之位置的位置指示響應信號系有利的。第9圖系例示一種可提供此種近接之較佳方法。有一與其諧振電路振蕩同步之電場108，系形成在一位於其尖端106與框架104間之間隙110內(nèi)。此間隙之幾何尺寸和所成之電場系相當小，以及此電場源大體上系緊近其電子筆尖端。
茲參照第10圖，其系一可例示第9圖之電子筆有關的簡化電路圖之簡圖。其一諧振電路120，系包括一基本諧振區(qū)段122和一變動區(qū)段124。其基本諧振區(qū)段，系包括一電感器126和電容器128，以及系被激勵使振蕩於一就其電子筆所選之基本諧振頻率下。其電子筆進一步系包括一觸控開關130和右鍵點擊開關132。其電子筆尖端134，系包括一如前文所討論用以形成上述電場之間隙。此外，其尖端在設計上可感測出其何時與屏幕相接觸。當其屏幕相接觸時，其將可使觸控開關130閉合，藉以在其基本諧振電路中，加進一額外之電容器136，使與其電容值128并聯(lián)，其有效之電容值因而將變成C1+C2，以及其諧振頻率將會被改變。其信號處理單元20，可藉以決定其電子筆實際上是否與其屏幕相接觸。其應用程式舉例而言，可將電子筆在屏幕上面之點觸，解譯為相當其滑鼠上面之左鍵點擊。
使用者壓力可被用來使其右鍵點擊開關132閉合，藉以使其電容器138與電容器128并聯(lián)連接，此開關因而可使其有效電容值改變?yōu)镃1+C3，以及再次改變其諧振頻率。其數(shù)字單元可偵測此頻率中之改變，以及其應用程式可據(jù)以解譯出此右鍵點擊。若兩者開關130和132在同一時刻下閉合，會有一等於C1+C2+C3之電容值的第四頻率，被其數(shù)字單元偵測到。此系統(tǒng)可解譯此第四頻率為一同步之左鍵和右鍵點擊。
上述之實施例，可能需要四個不同頻率下之激勵，此將會浪費能量。其亦需要其接收演算法中之四個分開的頻率，因而會消耗其CPU(中央處理器)之資源和能量。
上述之方法，進一步需要使用一機械式點觸開關，其系被置於其諧振電路之路徑中，以及因而需要通過相當高之電流。為容許對筆跡有一自然之感覺，其電子筆觸控開關，需要使具靈敏性，以及因而可被設計使在極低之壓力下閉合。然而，一些具低致動力之機械式開關，并無法保證有穩(wěn)定而可靠之接觸。
茲參照第11圖，其系一可例示第9圖之電子筆有關的他型電路圖之簡圖。其一諧振電路，系包括一電感器142和電容器144，彼等系受激勵而會在一預定之諧振頻率下振蕩。其諧振振蕩信號，系使供應至一調諧器146，其可同時被用作一調變所需之來源信號，和一給該等電子組件之電源。其調諧器系饋以三個輸入一尖端觸控開關148，其可指示出其電子筆尖端是否正觸及一表面；一右鍵點擊開關150，其可指示出其使用者是否正按壓其右鍵點擊按鍵；和一背部觸控開關152，其可指示出其電子筆之背部是否正觸及一表面。後者舉例而言，可有用於使用電子筆作為一刪除器之目的。理應注意的是，任一開關之正常狀態(tài)，可為常閉型或常開型。舉例而言，其尖端觸控開關148，可於未被觸及時呈閉合，以及於被觸及時呈斷開，以及反之亦然。然而，一常閉狀態(tài)最好在與其表面接觸時，可於移動之際避免彈跳。
一調變之信號系使提供至其電子筆尖端154，以使其位置在一些類似書寫和點按等活動期間可被決定。其另一信號系使提供至其電子筆背部156，以使其電子筆位置可就一些類似刪除等活動而加以偵測。除調變之外，其調諧器146可使一輸出被啟斷，舉例而言，其可於背部開關不指示點觸時，完全啟斷此背部信號。
在一較佳之實施例中，其電子筆狀態(tài)，亦即，任何之游走、左鍵點擊、右鍵點擊、等等，可由其調諧器146所導入之調變來指示。因此，其調諧器可在其激勵脈沖之結束與電子筆信號之開始間，導入一可變之時間延遲。有一范例性調變方案系如下就左鍵點擊而言無延遲，亦即，電子筆正點觸其表面；一振蕩於未點觸(亦即，游走)時之延遲；就右鍵點擊而延遲兩個振蕩；和就刪除而延遲三個振蕩。
在一些他型實施例中，系使用不同之調變類型來取代延遲，藉以指示其電子筆之狀態(tài)。一些適當之調變類型，系包括相移(PSK)、調幅(ASK)、頻移(FSK)、和其他。
在又一他型體中，其調諧器可就一預先界定之時間量來做區(qū)塊傳輸，并非在其模態(tài)本身之過程期間，而系於模態(tài)間之交換時。此種技術之一范例是，於自游走至點觸(左鍵下按)之交換時就一激勵周期使停止其尖端傳輸，於自點觸至游走(左鍵松開)之交換時使停止兩個周期，以及等等。
上述之實施例，因而可提供一種電子筆，其可指示其之模態(tài)，以及仍僅需要單一頻率之激勵和偵測，因而可節(jié)省能量和其他資源。
在又一可應用至任一上述實施例之變更形式中，其電子筆之尖端和背部，可使用不同之間隙幾何結構。因此，舉例而言，在適當之幾何結構下，其尖端處之電場，在幾何結構上可較小，以及因而相較於其展開較大之背部電場，可被較少之感測路感測到。其數(shù)字處理單元，可偵測出電場大小中之此種差異，以及可決定出其電子筆之何側正點觸其表面。
演算法一般性茲參照第12圖，其系一可說明本發(fā)明之一較佳實施例的基本工作周期之波形對時間的簡化圖例。其周期系被區(qū)分為時間周期t0....，t4，彼等并不需要為相等之周期。其周期開始會發(fā)出一自t0持續(xù)至t1之激勵脈沖260。此激勵脈沖如上文所述，系由其數(shù)字單元20所產(chǎn)生，以及系由其環(huán)繞感測器四周之激勵線圈26所傳送。其脈沖可在其感測器線路上面，驅動相當高之信號，其可能會造成飽和與其他類似其偵測電子電路中不當之濾波器振蕩等效應。為避免此種不良之影響，其前置器處之各個偵測通道，在其脈沖期間系被遮沒。有一遮沒周期162被設定，其最好在t0處開始，以及在t2之開端處結束。此系統(tǒng)接著會等待一段可容許其前置濾波器進入一備用狀態(tài)之預定周期。此一第二等待周期164，系知名為建置周期，以及於其完成時，其前置單元處之偵測電子電路，將會在一取樣周期166期間，取樣該等輸入信號，以及將會如上文所述，將此等信號轉換成一些數(shù)字表示值。
在一實施例中，所有之感測器輸入線路，系在一單一工作周期內(nèi)同時被取樣。然而，一些他型實施例，可能缺乏此種可在一單一周期內(nèi)完成此種全面性取樣的資源。在此種其中之取樣資源系有限的實施例中，此系統(tǒng)可能會重復其取樣周期，二或以上之次數(shù)，因而可就每一周期取樣一部份之輸入。
在一較佳之實施例中，此取樣率系屬穩(wěn)定，以及系至少較其最高取樣之頻率(尼奎斯特率)快兩倍。然而，一些額外之具現(xiàn)體，可響應一些特定之應用程式，或一特定之情況，而改變其取樣頻率。
在一較佳之實施例中，其數(shù)字單元系具有一可動態(tài)改變其取樣周期之功能性。一較長之取樣周期，將會造成一較佳之信號雜訊比(SNR)，和較大可區(qū)別鄰近頻率之能力。反之，一較短之取樣周期，將可節(jié)省能量，可節(jié)省計算過程，以及可促成較快之更新率。其取樣周期之動態(tài)改變，可被用來依據(jù)一特定之應用程式或一特定之情況，在能量消耗與更新率之間求得最佳化?；蛘撸商峁┮还潭ㄖ又芷凇?br> 一可如何達成最佳化之一范例系如下正當其電子筆與屏幕表面相接觸之際，其系使用一相當高之更新率。然而，一旦其電子筆離開其表面，一較緩慢之更新率便已足夠，以及此系統(tǒng)將會交換至一較緩慢之能量節(jié)省率。就一他型體而言，其更新率可使在其電子筆之迅速移動期間增加，以及可使在其電子筆之定位變得較穩(wěn)定時降低。其類比前置單元和數(shù)字處理單位兩者，於不使用時，最好使交換至一能量節(jié)省或備用模態(tài)。
茲參照第13圖，其系一可例示依據(jù)本發(fā)明之一較佳實施例用以處理所感測的資料藉以決定一當前位置之程序的簡化流程圖。一旦此系統(tǒng)完成所有感測器輸入之取樣，其數(shù)字單元便會開始處理此資料，藉以決定其實體物件之位置。其偵測系在兩基本階段中被執(zhí)行其第一階段為每一取樣之感測器線路方面的回圈，可執(zhí)行其時域之演算法，以及其第二階段為其頻率指數(shù)方面的回圈，可執(zhí)行其頻域之演算法。
在一較佳之實施例中，時域活動系以平均運算S10開始，其中來自不同周期之取樣系加以平均化，藉以提升SNR。其次，在階段S20中，此演算法將會就其振蕩之指數(shù)衰減做補償。緊接是一框窗取樣之階段S30，其後，其取樣之資料，系在一階段S40中，使用FFT或DFT，使變換至其頻域內(nèi)。時域活動將會就所有之感測器線路加以重復。
在其時域回圈之結束，此系統(tǒng)將會進入其頻域回圈。在一較佳之實施例中，彼等頻域活動系以峰值偵測S50開始，其中之演算法，將會找出一即定頻率下之信號為最大的位置，該頻率在選擇上系使對應於一即定狀態(tài)下之一即定電子筆。接著，在階段S60中，若一有效之峰值被偵測到，此演算法將會內(nèi)插該等相關聯(lián)之信號，藉以決定一正確之位置。誠如所回憶，一即定之信號將會在若干鄰近之感測器上面被偵測，以及一位置可藉由內(nèi)插一較該等感測器之粒度為大的精確度來加以決定。彼等解析度、平均化、和內(nèi)插等議題，系更詳細地討論如下。在階段S70中，其若有之固定誤差將可被修正，舉例而言，藉以補償穩(wěn)態(tài)之電氣干擾。最後，在階段S80中，一被決定之位置，可基於一些來自先前周期之位置使平滑化。
平均化當前之實施例的一般性目的，為能夠提供其最佳可得之解析度。一會影響其解析度之主要因素，為雜訊所造成之不穩(wěn)定性。所以，一些較佳之實施例，系嘗試提升SNR。一可提升SNR之方法，為在不同之時刻下所取得之取樣間，求取平均值。然而，在此種平均化下，其更新率會有對應之降低。因此，在一較佳之實施例中，平均化系由其數(shù)字單元做動態(tài)管理，藉以依據(jù)一特定應用或一特定情況之需求，最佳化其穩(wěn)定度對更新率。在其他之實施例中，平均化可使避免，或可在一靜態(tài)之方式中使完成。
理應注意的是，平均化可在時域中藉由平均化其取樣本身，或可在頻域中藉由平均化其頻率系數(shù)加以實現(xiàn)。兩者可能性就遮沒雜訊及因而提升其SNR而言，均具有相同之數(shù)學上的效應。然而，時域平均化通常在計算上系更具效益，因為彼等變換僅需要完成一次，然而，時域平均化將會浪費記憶體。在一些其中之記憶體系較其計算能力更為尊貴的實施例中，平均化可能是在其頻域中被完成。
衰減補償誠如上文所述，其電子筆所發(fā)出之信號，系在其諧振電路振蕩之指數(shù)衰減期間被取樣。使一衰減信號自時域變換至頻域，以造成不當之旁瓣，將會干擾到其解析度。其最好能在接近之頻率間盡可能做區(qū)別，以及避免實際上未使用中之頻率的虛假偵測。所以，在一較佳之實施例中，此系統(tǒng)系藉由使上述之信號乘以一相反之指數(shù)函數(shù)，來做衰減補償。
其諧振電路Q因素，可驅動其衰減函數(shù)之指數(shù)系數(shù)。其Q因素可能會就逐個實體物件而略有不同。在一較佳之實施例中，為單純計，其指數(shù)補償系數(shù)，為一代表平均Q因素之靜態(tài)值。然而，其他之實施例，可就每一貼切之物件，手動地亦或自動地，利用一特別調制之動態(tài)補償系數(shù)。
框窗取樣在一較佳之實施例中，該等輸入取樣，在做FFT/DFT變換之前，系乘以Hamming(漢明)框窗取樣系數(shù)。結果，彼等不希望之頻率旁瓣將會被消除，以及虛假之偵測將可被避免。然而，一些不同之實施例，系使用不同類型之框窗取樣，諸如Hanning、三角形、或等等，甚或使用一無額外修飾之簡單方形框窗取樣。
變換成頻域誠如上文所述，該等輸入取樣系使用DFT(離散傅立葉變換)或FFT(快速傅立葉變換)，使自時域變換至頻域。上述變換之結果間，并無數(shù)學上之不同。然而，當處理大數(shù)目之頻率時，F(xiàn)FT系較有效率，以及當處理小數(shù)目之頻率時，DFT系較有效率。在一較佳之實施例中，其數(shù)字單元系依據(jù)當前所使用之頻率數(shù)目，動態(tài)地在FFT和DFT之間做一選擇。其他之可能性系基於一即定應用程式中所要使用的頻率之可能數(shù)目，來預先選定一或另一變換。因此，一其中極可能要僅使用一單一電子筆之應用程式，起初可被設定至DFT。一其中每一比賽件系具有一不同之頻率的西洋棋賽，可被設定至FFT，以及一通用型應用程式，可於彼等正在使用之頻率數(shù)目改變時，在其兩變換之間做交換。再有之實施例，可使用其他自時域至頻域之變換。
在一較佳之實施例中，為單純計，其即定頻率下之幅度或能量，可在變換進其頻域內(nèi)之後，被用來計算其物件定位。然而，由於其輸入信號之相位，可能亦屬已知，其將有可能使用其頻率幅度事先已知之相位內(nèi)的成分。此外，若在某一定時刻下僅有一頻率被使用，則其將有可能調制其取樣開始下之時間點，以使其信號之相位，能完全與該等頻率系數(shù)之實部或虛部相匹配。此種調制可容許提升其整體計算效益。
峰值偵測在已隔離上述即定頻率之能量時，緊接是一峰值偵測階段，其中系首先粗略決定其信號為最大之位置。在一較佳之實施例中，其演算法將會搜尋X-軸線中之最大幅度，以及同時會搜尋Y-軸線中之最大幅度。若X和Y兩者之最大幅度，被決定系超過一預先設定之臨界值，則一實體物件便有可能系位於此兩最大坐標之交叉點附近。
內(nèi)插技術茲參照第14圖，其系一可例示一鄰接三條感測線L1、L2、和L3而可分別產(chǎn)生信號M1、M2、和M3之電子筆170的簡圖。此電子筆170并非精確正對任一感測線路，而是在彼等中之兩個間的中間位置處。在已基於峰值偵測做了一近似定位後，緊接是一可增加此被決定之定位的精確度之內(nèi)插階段。亦即，其內(nèi)插階段之目的，系為決定其實體物件超過該等感測裝置之粒度的精確定位。在一較佳之實施例中，其內(nèi)插在執(zhí)行上系基於兩輸入線路測得之偵測資料，此一線路系就一即定軸線具有如先前階段所決定之最大幅度，以及其鄰近線路系具有次一最大幅度。因此，在第14圖中，其電子筆170系挨近線路L1、L2、和L3。此等線路將會分別感測到一些幅度為M1、M2、和M3之信號。誠如此圖中所示，其電子筆系位於線路L2與L3之間，而在一較接近L2之位置處。因此，L2(M2)將會感測到最高之信號幅度，L3(M3)將會感測到一較低之信號幅度，以及L1(M1)將會感測到最低之幅度。其演算法系偵測出L2為上述具有最大幅度之線路(M2)。由於M3系較大於M1，L3將會被選定而使與L2參與其內(nèi)插程序。L2和L3間之內(nèi)插舉例而言，在執(zhí)行上可使用下列之公式X＝(X2*(M2K)+X3*(M3K))/((M2K)+(M3K))其中X2和X3系表示L2和L3在X-軸線上之位置，M2和M3為其信號幅度，以及K為一依據(jù)其電子筆電場之幾何形狀而設置之常數(shù)。
有些不同之實施例，可在其內(nèi)插程序中，使用不同之內(nèi)插函數(shù)、不同之內(nèi)插演算法、或較大數(shù)目之線路。因此，其基於三條具有最高信號之線路的內(nèi)插，可預期使在相當小之成本的增加下，提供一被改善之位置精確度。
誤差補償?shù)?3圖中之誤差補償階段S70，可動態(tài)地修正一些由類似FPD結構和拓樸布局所加諸之靜態(tài)電氣干擾所造成的系統(tǒng)性誤差。在許多情況中，一前置安裝之感測器，對此一類型之干擾并不敏感，以及因而并無誤差補償被使用。然而，此一類型之誤差補償，在許多應用中系屬有用。一具現(xiàn)此種誤差修正程序之方法，為使用一用戶化之檢查表。此檢查表可使在其主機上面運作，或者可使配置進其數(shù)字處理單元內(nèi)，以及典型地系成一個二維矩陣之形式。此等矩陣單元格，系表示一些感測器坐標，以及此等單元格內(nèi)容，系一相關位置之二維誤差值。此種矩陣可自動被建立為其制造程序之最後階段，其系藉由一機器手臂系統(tǒng)，使一電子筆移動經(jīng)過一系列預先界定之已知位置，以及可儲存一些有關此已知之位置與實際所偵測到之位置間的差異之資料。在執(zhí)行時刻，此系統(tǒng)或可選擇其最接近所報告之位置的矩陣單元格內(nèi)所儲存之誤差值，或可依據(jù)其所定之誤差值，由若干環(huán)繞此所報告之位置四周的矩陣單元格，內(nèi)插一偵測之值。其矩陣可結合上文所提及若有之感測器線路容許度補償資料庫。
平滑化運作第13圖之流程圖的階段80，系與其平滑化運作有關。此平滑化階段之目的，為使用先前之電子筆位置的歷史，來平滑化其電子筆移動。此平滑化運作，可濾波掉一些非屬合理之人類移動的暫時性和靜態(tài)變動，以便在其圖形顯示器上面，顯示一較平滑之影像。
在一較佳之實施例中，其平滑化階段系在其主機處被具現(xiàn)。其具現(xiàn)體可為其系統(tǒng)驅動器中之一專屬性套件，或為部份設置在其作業(yè)系統(tǒng)內(nèi)之一般性支援程式。在另一實施例中，此平滑化運作系在其數(shù)字單元20內(nèi)完成。
在一較佳之實施例中，其平滑化運作，系包括濾波掉出自其移動樣式之不希望的頻率。此在完成上舉例而言，可藉由使一些接續(xù)之電子筆位置所得的向量，變換至其頻域內(nèi)，使彼等不希望之頻率系數(shù)設定為零，以及使交換回其可供顯示用之時域。本發(fā)明之其他實施例，可使用其他類型之濾波器，諸如一些能配合一最佳之曲線、等等的濾波器。
理應注意的是，彼等使用歷史性和未來位置兩者之平滑濾波器，正常在執(zhí)行上系較彼等單獨使用歷史者為佳。然而，使用歷史性和未來之位置兩者，由於需要評估一些可能之未來位置所致，使其很難產(chǎn)生即時之結果。上述之缺點在一類似FPD等顯示器上面書寫或繪圖之際系很顯著，其中之使用者，系預期其繪圖能密切與其電子筆之尖端相匹配。其一解決方案為一使用兩濾波器之組合其第一者為一電抗性濾波器，甚或全然無濾波器，其系具有一極小之延遲，以及系被用來提供其電子筆在屏幕上面移動之即時追蹤。其第二者系一較緩慢之濾波器，其系使用未來之知識，以及可回頭修正上述早已顯示之曲線，以使一些雜亂波在做出任何傷害之前消失。
激勵脈沖其激勵脈沖系一支配性能量消耗器。極小化其整體能量之消耗系有利的，特別是當此等實施例有關之許多可能應用，系針對一類型或另一類型之電池供電式手提裝置。所以，其較佳的是極小化其脈沖能量消耗。
在一較佳之實施例中，其激勵脈沖系包括一或多之正弦波。在一些不同之實施例中，其他類型類似脈沖、方形波、和類似脈沖等脈沖，系可被使用。
在一較佳之實施例中，其數(shù)字單元可動態(tài)地控制其激勵信號樣式。此系統(tǒng)可知曉該等物件和一些在即定會期中當前所參與之對應頻率，以及據(jù)以產(chǎn)生一些激勵波。彼等參與物件之系統(tǒng)知曉性，可使設置為其應用所出之先前知識，或為當前輸入之一動態(tài)分析。因此，在此會期之開始，此系統(tǒng)將會自其應用，取得此等參與裝置之頻率，或者查詢此等參與之裝置，或者分析其之輸入，藉以決定該等存在之頻率。此系統(tǒng)接著會使其激勵信號樣式，局限至此等頻率有關之最佳值。其他之實施例，系可使用一可確保所有相關頻率之激勵的靜態(tài)脈沖樣式。
通常，一較長之激勵脈沖，將會造成較低之能量消耗，另一方面，一長脈沖會限制到其整體之更新率。誠如上文所討論，一些較佳之實施例，可藉由就其應用預先選定一最佳之激勵脈沖長度，或者可藉由在運作期間，動態(tài)地改變其脈沖長度，使針對一些特定應用或特定情況之需求，而最佳化其能量消耗和更新率。
理應了解的是，本發(fā)明為清晰計說明在個別實施例之上下文中的某些特徵，亦可設置在一單一實施例之組合中。反之，本發(fā)明為簡潔計說明在一單一實施例之上下文中的各種特徵，亦可分開地或在任何之適當副組合中加以設置。
雖然本發(fā)明業(yè)已配合其特定之實施例加以說明，很顯然許多替代方案、修飾體、和變更形式，將可為本技藝之專業(yè)人員所明了。因此，其系意使所有此等替代方案、修飾體、和變更形式，涵蓋在其所附權利要求之精神和廣意界定范圍內(nèi)。此說明書中所提及之所有刊物、專利、和專利申請案，在此系藉由參照使彼等全部合并進此說明書中，其范圍系如同此說明書被特別地或個別地指示要藉由參照使合并進之每一個別刊物、專利、和專利申請案。此外，此說明書中之任何參照文獻的引用或確認，不應被詮釋為承認此等參照文獻為可得於本發(fā)明之先存技藝。
圖式簡單說明[CHNC1]第1圖系一依據(jù)本發(fā)明之第一較佳實施例的數(shù)字化器之簡化方塊圖；第2圖系一可顯示第1圖之電子筆、感測器、和激勵線圈的簡化示意圖，以及可說明此等較佳實施例之一般性原理；第3圖系一可例示一使用在第1圖之數(shù)字化器中之感測器的一個較佳實施例之簡圖；第4圖系一可用於第1圖之實施例中的感測器之單箔片組態(tài)，其中之聚酯PET箔片，系在其下側樣式化出一些水平之導體，以及系在其上側樣式化出一些垂直之導體；第5圖系一可例示依據(jù)本發(fā)明之一較佳實施例的第1圖之前置單元的內(nèi)部組態(tài)之簡化示意圖；第6圖系一可例示一可使其網(wǎng)格之個別感測器連接至其差動放大器有關的方案之簡化示意圖；第7圖系一可例示第6圖之方案的變更形式之示意圖；第8圖系第1圖之數(shù)字處理單元20的較佳實施例之內(nèi)部組態(tài)的簡化方塊圖；第9圖系一依據(jù)本發(fā)明之一較佳實施例的電子筆之內(nèi)部結構的簡圖；第10圖系第9圖之電子筆有關的簡化電路圖；第11圖系一可例示第9圖之電子筆有關的他型電路圖之簡圖；第12圖系一可說明本發(fā)明之一較佳實施例的基本工作周期之波形對時間的簡化圖例；第13圖系一可例示其依據(jù)本發(fā)明之一較佳實施例用以處理所感測的資料藉以決定一當前位置之程序的簡化流程圖；而第14圖則系一可例示一鄰接三條感測線而可在此等感測線內(nèi)產(chǎn)生一些信號之電子筆的簡圖。
圖式之主要元件代表符號表10...顯示屏幕主控布置12...網(wǎng)格式感測器14...FPD(平板顯示器)16...類比前置ASIC(特定用途集成電路)18...數(shù)據(jù)總線20...數(shù)字處理單元22...主機24...接口26...激勵線圈30...觸發(fā)脈沖32...電子筆34...諧振電路40...聚酯熱塑性(PET)箔片42，44...薄層50...聚酯PET箔片52...水平導體54...垂直導體58...硬涂敷薄層56...保護性薄層60.1...60.n...差動放大器62.1...62.m...開關64.1...64.m...濾波器暨放大器電路66.1...66.m...A/D轉換器68...輸出緩沖儲存器71-76...感測器線路77...差動放大器78...電子筆80...前置接口82...DSP(數(shù)字信號處理器)84...串列鏈路86...快閃記憶體
88...RAM(隨機存取記憶體)90...信號處理單元100...電子筆102...諧振電路104...框架106...尖端108...電場110...間隙120...諧振電路122...基本諧振區(qū)段124...變動區(qū)段126...電感器128...電容器130...觸控開關132...右鍵點擊開關134...電子筆尖端136...電容器138...電容器142...電感器144...電容器146...調諧器148...尖端觸控開關150...右鍵點擊開關152...背部觸控開關154...電子筆尖端156...電子筆背部
權利要求
1.一種可供使用者經(jīng)由一物件定位而配合一電子可更新式顯示屏幕進行互動之裝置，此裝置系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測該物件之定位的偵測器之透明性感測布置，此等偵測器系具有一些輸出端；和一些與此等輸出相聯(lián)結而可產(chǎn)生差動信號之差動放大器的布置，此等差動信號，系一些可指示其至少兩輸出間之差異的信號，此裝置系可在互動中使用此等信號而運作。
2.如權利要求第1項之裝置，其中之放大器系一些差動放大器。
3.如權利要求第1項之裝置，其中之偵測器布置，在配置上可偵測一電場。
4.如權利要求第1項之裝置，其中之電子可更新式顯示屏幕，系包括一平板型顯示屏幕。
5.如權利要求第1項之裝置，其中之物件系一點擊裝置。
6.如權利要求第5項之裝置，其中之點擊裝置系一電子筆。
7.如權利要求第1項之裝置，其中之物件系一游戲件。
8.如權利要求第1項之裝置，其中系與一平板顯示器集成化。
9.如權利要求第1項之裝置，其系作為一配件使封裝至一移動電腦。
10.如權利要求第1項之裝置，其中之透明性感測布置，系包括至少一有機電導性箔片。
11.如權利要求第1項之裝置，其中之透明性感測布置，系包括至少一ITO箔片。
12.如權利要求第1項之裝置，其中進一步系包括至少一連接在其感測器布置之感測器與放大器布置間的高通放大器。
13.如權利要求第1項之裝置，其中之透明性感測布置，系包括一平直線感測器之網(wǎng)格。
14.如權利要求第1項之裝置，其中之差動放大器布置，系包括多數(shù)之差動放大器，彼等各具有一第一差動輸入端和一第二差動輸入端，以及其中之第一差動輸入端，系使連接至一第一感測器之輸出端，以及其第二差動輸入端，系使連接至一第二感測器之輸出端，使超過其第一感測器之電子筆有效區(qū)域。
15.如權利要求第14項之裝置，其中之第二感測器，系在一超過其第一感測器之電子筆有效區(qū)域的最小距離處。
16.如權利要求第14項之裝置，其中之每一物件在配置上，可產(chǎn)生一能影響數(shù)個鄰近之感測器的電場，以及其中之每一放大器的對應第一和第二感測器在選擇上，可使不同之物件位置，在不同放大器之組合處，產(chǎn)生一些輸出，藉以容許不同放大器之組合，能被解碼給個別之感測器。
17.如權利要求第14項之裝置，其中進一步在配置上，可使偵測該等感測器之信號的相位，藉以區(qū)別來自不同感測器之信號。
18.如權利要求第1項之裝置，其中之差動放大器布置，系包括多數(shù)之差動放大器，彼等各具有一第一差動輸入端和一第二差動輸入端，以及其中之每一差動輸入端，系使連接至少兩個輸出端，彼等各至少有兩個輸出端，系分別與一些非鄰近之感測器相聯(lián)結。
19.如權利要求第18項之裝置，其中之每一物件在配置上，可產(chǎn)生一能影響數(shù)個鄰近之感測器的電場，以及其中之每一放大器的對應非鄰近的感測器在選擇上，可使不同之物件位置，在不同放大器之組合處，產(chǎn)生一些輸出，藉以容許不同放大器之組合，能被解碼給個別之感測器。
20.如權利要求第18項之裝置，其中進一步在配置上，可使偵測該等感測器之信號的相位，藉以區(qū)別來自不同感測器之信號。
21.如權利要求第14項之裝置，其中之每一差動輸入端，系使連接至少兩個輸出端，彼等各至少有兩個輸出端，系分別與一些非鄰近之感測器相聯(lián)結。
22.如權利要求第1項之裝置，其中之物件系一被動型物件，其數(shù)字化器進一步系包括一位於其屏幕附近之激勵布置，其可傳送一激勵信號給此物件，藉以激發(fā)此物件而產(chǎn)生一電場。
23.如權利要求第22項之裝置，其中之激勵布置系可被控制，使在一動態(tài)可變之頻率下，產(chǎn)生上述之激勵信號。
24.如權利要求第22項之裝置，其中之激勵布置系可被控制，使在一動態(tài)可變之波幅下，產(chǎn)生上述之激勵信號。
25.如權利要求第22項之裝置，其中之激勵布置系可被控制，使提供一動態(tài)可變之激勵周期。
26.如權利要求第22項之裝置，其中進一步系包括遮沒可控制性，其可遮沒上述激勵信號之輸出期間的偵測。
27.如權利要求第26項之裝置，其中之遮沒可控制性在運作上，可在上述激勵信號之輸出後繼續(xù)其遮沒，使達一預定之延遲。
28.如權利要求第1項之裝置，其中進一步系包括一補償資料庫，其中系編碼有個別感測器間之導電率中的差異。
29.如權利要求第1項之裝置，其中進一步系包括一補償資料庫，其中系編碼有其感測布置上面之電磁干擾中的固定變動。
30.如權利要求第28項之裝置，其中之補償資料庫，可進一步編碼其感測布置上面之電磁干擾中的固定變動。
31.如權利要求第1項之裝置，其中進一步系包括一物件移動歷史布置，其可儲存該物件之前鄰移動的資料，以及可使用此資料來處理該物件之當前位置。
32.如權利要求第31項之裝置，其中之處理運作，系包括依據(jù)一使用者來自一先前測得之位置的可能手部移動之濾波運作。
33.如權利要求第31項之裝置，其中之處理運作，系包括依據(jù)一使用者來自一先前測得之位置的有可能之手部移動的濾波運作。
34.如權利要求第31項之裝置，其中之處理運作，系包括平滑化該物件之軌跡。
35.如權利要求第31項之裝置，其中進一步系包括一預測器，其系與其物件移動歷史布置相聯(lián)結而可使用此物件移動歷史布置來預測該物件之未來軌跡。
36.如權利要求第35項之裝置，其中具有預測器之物件移動歷史布置，系包括一緩慢移動追蹤器，以及其中進一步系提供有一可追蹤該物件之快速移動追蹤器，此裝置在運作上，可初始設定其快速移動追蹤器之輸出，而作為該物件之一軌跡，以及可隨繼使用其緩慢移動追蹤器之輸出，來修正此軌跡。
37.如權利要求第1項之裝置，其中之物件可產(chǎn)生一指數(shù)衰減之信號，其數(shù)字化器進一步系包括一信號倍乘功能性，其可使上述之衰減信號，乘以一反向指數(shù)上升式信號，藉以抵消彼等之頻率旁瓣，以及增加其數(shù)字化器之頻率解析度。
38.如權利要求第1項之裝置，其中進一步系包括一可使一測得之時域信號變換成一頻域信號的變換功能性，以及其中之變換功能性在運作上，可依據(jù)一要被偵測之頻率的可能數(shù)目，來選擇一變換類型。
39.如權利要求第1項之裝置，其中進一步系包括一可使一測得之時域信號變換成一頻域信號的變換功能性，以及其中之變換功能性在運作上，可依據(jù)一要被偵測之頻率的當前數(shù)目，來選擇一變換類型。
40.如權利要求第38項之裝置，其中供選擇用之變換類型，系包括快速傅立葉變換和離散傅立葉變換。
41.如權利要求第39項之裝置，其中供動態(tài)選擇用之變換類型，系包括快速傅立葉變換和離散傅立葉變換。
42.如權利要求第41項之裝置，其中系可包括一與其變換功能性相聯(lián)結之閾限器，其可設定一頻率臨界數(shù)目，此臨界值可用以在一相對於此臨界值之頻率的高數(shù)目有關之快速傅立葉變換與一相對於此臨界值之頻率的低數(shù)目有關之離散傅立葉變換間的交換有關之臨界值。
43.一種可與一數(shù)字化器一起使用之被動型電子筆，其系包括一具有前尖端之外部電子筆成形外殼；一具有一預定之諧振頻率的諧振器布置；和一在其尖端處之間隙，橫跨其間系耦合有其諧振器布置，藉以在其前尖端近鄰處建立一電場集中。
44.如權利要求第43項之被動型電子筆，其中進一步系包括一亞鐵鹽線圈。
45.如權利要求第43項之被動型電子筆，其中之諧振器系遠離該尖端，以及系經(jīng)由一導體與其相耦合。
46.如權利要求第43項之被動型電子筆，其中進一步系包括一些可交換式組件，彼等可協(xié)助其諧振器布置，來修飾其預定之諧振頻率，以便指示其電子筆之不同模態(tài)設定。
47.如權利要求第43項之被動型電子筆，其中進一步系包括一調諧器，其可用以提供其電場中依據(jù)電子筆之不同模態(tài)設定的可偵測性變動。
48.如權利要求第43項之被動型電子筆，其中系包括一位於一遠離其前尖端之第二端部處的反向尖端，和一延伸至此反向尖端之導體布置。
49.如權利要求第48項之被動型電子筆，其中之反向尖端近鄰中的幾何結構，系不同於其前尖端之電場中的幾何結構，藉以提供其前尖端與反向尖端間之可偵測性差異。
50.如權利要求第48項之被動型電子筆，其中進一步系包括一些與其反向尖端相聯(lián)結之可交換式組件，藉以協(xié)助其諧振器布置，來修飾其預定之諧振頻率，以便指示其電子筆之不同模態(tài)設定。
51.如權利要求第47項之被動型電子筆，其中之可偵測性變動，系其電場對間隙之耦合中的可變性延遲。
52.如權利要求第43項之被動型電子筆，其中進一步系包括一與其前尖端相聯(lián)結之常閉開關。
53.一種可供使用者與一具有一電子可更新式顯示屏幕之電子裝置互動用的數(shù)字化器，此種數(shù)字化器系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測來自一物件之電子信號的透明性感測網(wǎng)格，此網(wǎng)格系具有多數(shù)之輸出端；和一放大器布置，其中之每一放大器，系使連接橫跨其感測網(wǎng)格之至少兩個輸出端，藉以產(chǎn)生一為此至少兩個輸出之函數(shù)的輸出信號。
54.一種可供使用者經(jīng)由一電子被動型物件而與一電子可更新式顯示屏幕互動用之數(shù)字化器，此種數(shù)字化器系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測該物件之電場的偵測器之透明性感測布置，此偵測器系具有一些輸出端；一與該等輸出端相聯(lián)結之放大器布置；和一激勵布置，其可產(chǎn)生上述被動型物件有關之激勵信號，藉以促動該被動型物件，而產(chǎn)生或發(fā)出上述之電場，此激勵布置，系可動態(tài)加以控制，使改變上述激勵信號所據(jù)以產(chǎn)生或發(fā)出之取樣率。
55.如權利要求第54項之數(shù)字化器，其中進一步系包括一狀態(tài)偵測器，其可偵測該物件之狀態(tài)，藉以實現(xiàn)上述取樣率之動態(tài)控制。
56.如權利要求第55項之數(shù)字化器，其中之狀態(tài)偵測器在運作上，可偵測至少一由一使用者交換式狀態(tài)、此物件與一表面之接觸狀態(tài)、該物件與屏幕之接觸狀態(tài)、一右鍵點擊、和刪除動作所組成的組群。
57.如權利要求第54項之數(shù)字化器，其中進一步系包括一可偵測所存在物件頻率之數(shù)目，此數(shù)目可被用於其取樣率之動態(tài)控制中。
58.一種可供使用者經(jīng)由一電子被動型物件而與一電子可更新式顯示屏幕互動用的數(shù)字化器，此種數(shù)字化器系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測該物件之電場的偵測器之透明性感測布置，此偵測器系具有一些輸出端；一與該等輸出端相聯(lián)結之放大器布置；和一激勵布置，其可產(chǎn)生及發(fā)出上述被動型物件有關之激勵信號，藉以促動該被動型物件，而產(chǎn)生上述之電場，以及其中之放大器布置，系聯(lián)結其激勵布置，而可以一遮沒周期加以控制，以使其放大器布置，避免在上述激勵信號之發(fā)出期間進行偵測。
59.一種可供使用者經(jīng)由一物件而與一電子可更新式顯示屏幕互動用的數(shù)字化器，此數(shù)字化器系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測該物件之電場的偵測器之透明性感測布置，此偵測器系具有一些輸出端；和一與該等輸出端相聯(lián)結之放大器布置，每一放大器系使連接至少兩對應非鄰近之感測器的輸出端，每一放大器之此等對應非鄰近之感測器在選擇上，可使不同之物件位置，在不同放大器之組合處，產(chǎn)生一些輸出，藉以容許不同放大器之組合，能被解碼給個別之感測器。
60.一種可供使用者經(jīng)由一電子被動型物件而與一電子可更新式顯示屏幕互動用的數(shù)字化器，此種數(shù)字化器系包括一位於其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測該物件之電場的偵測器之透明性感測布置，此偵測器系具有一些輸出端；一與該等輸出端相聯(lián)結之放大器布置；和一激勵布置，其可產(chǎn)生上述被動型物件有關之激勵信號，藉以促動該被動型物件，而產(chǎn)生上述之電場，此激勵布置，可動態(tài)加以控制，藉以改變上述激勵信號之性質。
61.如權利要求第60項之數(shù)字化器，其中之性質系頻率、波幅、和相位中的一個。
62.如權利要求第60項之數(shù)字化器，其中之布置在運作上，可使用該物件之一狀態(tài)，來設定上述動態(tài)可控制之性質。
63.如權利要求第62項之數(shù)字化器，其中之狀態(tài)系包括至少一使用者交換式狀態(tài)、該物件與一表面之接觸狀態(tài)、該物件與屏幕之接觸狀態(tài)、該物件之當前速度、該物件之當前加速狀態(tài)、和該物件之當前方位。
全文摘要
一種可經(jīng)由一物件供使用者與一電子可更新式顯示屏幕互動用之數(shù)字化器，此種數(shù)字化器系包括一位于其電子可更新式顯示屏幕處而可偵測該物件之電場的偵測器之透明感測布置，此等偵測器系具有一些輸出端；和一些與此等輸出相聯(lián)結之差動放大器的布置，藉以在該等輸出端之間應用差動偵測。
文檔編號G09G5/00GK1679078SQ03820696
公開日2005年10月5日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權日2002年8月29日
發(fā)明者M·莫拉格, H·佩斯基 申請人:N-特萊格有限公司