TWI420377B - 支援多指標元件之座標定位系統之指標元件 - Google Patents

Description

支援多指標元件之座標定位系統之指標元件

本發明是有關於一種應用於座標定位系統的指標元件，特別是有關於一種應用於支援多指標元件之座標定位系統的指標元件。

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，本發明提出一種應用於支援多指標元件之座標定位系統的指標元件，以支援多指標元件同時操作的於座標定位系統，同時無須增加座標定位系統額外的硬體成本與複雜性。

本發明的目的在於利用觸發訊號觸發控制單元的方式，使不同指標元件依序延遲發射訊號，並且使電磁感應板在每一個時間間隔內，每一指標元件均依序發射訊號，由電磁感應板根據設定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。

根據上述的目的，本發明提出一種應用於支援多指標元件之座標定位系統具電源的指標元件，此指標元件包含一控制單元、一監測單元、一振盪單元及一電源。振盪單元偵測來自該座標定位系統之電磁感應板所發出之一電磁感應板觸發訊號。監測單元係根據振盪單元之一感應訊號產生一觸發訊號。控制單元接收觸發訊號，經一延遲時間後控制振盪單元發射一電磁訊號並維持一訊號發射時間。電源供應控制單元、振盪單元及監測單元之電壓與電能。

本發明同時提出一種應用於支援多指標元件之座標定位系統不具電源的指標元件。指標元件包含、一監測單元與一控制單 元。共振單元與來自一電磁感應板所發出之一電磁波訊號共振，並經一共振儲能時間將電磁波訊號儲存為一電能。監測單元係根據共振單元之一感應訊號產生一觸發訊號。控制單元接收觸發訊號，經一第一延遲時間控制共振單元發射一第一電磁訊號並維持一訊號發射時間，其中該電能供應並驅動控制單元、共振單元及監測單元。

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

302‧‧‧控制單元

304‧‧‧監測單元

306‧‧‧共振單元

第一圖顯示本發明一實施例之一指標元件的功能架構方塊圖。

第二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波訊號的時序示意圖。

第三圖顯示本發明另一實施例之一指標元件的功能架構方塊圖。

第四圖顯示本發明另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波訊號的時序示意圖。

第五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波訊號的時序示意圖。

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。

第一圖顯示本發明一實施例之一指標元件的功能架構方塊圖。指標元件(pointing device)包含一電磁筆。參考第一圖所示，指標元件包含一控制單元(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及電源110。第一圖所示的指標元件為自備電源之指標元件，電源110包含電池，但不限於電池。電源管理單元108包含一昇壓及穩壓電路，而由電源110提供之電壓經電源管理單元108進行昇壓及穩壓以維持穩定電壓。經電源管理單元108昇壓及穩壓後之電壓用來供應控制單元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。圖中之電容器係用於儲存電能。控制單元102為控制振盪單元106何時進行振盪之電路，控制單元102包含一微控制器(Microcontroller Unit)、微處理器(Microprocessor)或其他控制電路，但不限於微控制器或微處理器。監測單元104接收振盪單元106之感應訊號，並耦合來自電磁感應板所發出之觸發訊號，當達一定強度後向控制單元102發出觸發訊號(Trigger Signal)，控制單元102於接收觸發訊號後之一定時間後才致能振盪單元106向鄰近空間傳送一定頻率之電磁波，並維持一段固定之時間。監測單元104係為透過振盪單元106偵測來自電磁感應板所發出之觸發訊號，並將之轉換成觸發訊號用以通知控 制單元102，並由控制單元102決定振盪單元106何時進行振盪發出電磁波訊號。振盪單元106包含一振盪電路，振盪電路係與電感形成共振電路，其共振頻率係可與電磁感應板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。此外，用於接收並耦合來自電磁感應板所發出之觸發訊號的監測單元104可省略，而將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所發出之觸發訊號，當達一定強度後，控制單元102根據設定控制振盪單元106進行振盪以向電磁感應板發出電磁波訊號。

第一圖所示之指標元件係具有電源，因此搭配對應電磁感應板。電磁感應板通常包含控制電路、由複數沿X與Y方向排列彼此平行部分重疊天線(antenna)或感應線圈(sensor coil)與基板構成之電磁天線迴路基板及訊號處理電路包含訊號放大電路(signal amplifier)、相位偵測電路(phase detector)與類比數位轉換電路(analog to digital converter)等。電磁感應板以發送觸發控制訊號的迴路線圈發出觸發訊號，當不同之指標元件於工作區中可感應之高度內同時存在時，不同之指標元件於接收來自電磁感應板之觸發訊號後，藉由每一指標元件之控制單元102不同設定，使不同指標元件之控制單元102控制振盪單元106進行振盪以發出電磁波訊號的時間不同，使所有指標元件依設定依序發出電磁波訊號，即不同指標元件之控制單元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所發出之電磁波訊號，電磁感應板端之控制電路及訊號處理電路即可辨識不同之指標元件，進而能幾近同時顯現多個指標元件之座標點，以 此方式可以單一頻率實現多指標元件同時進行操作之系統。

第二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波訊號的時序示意圖。如第二圖所示，當例如第一圖中所示之指標元件的接收到來自電磁感應板之觸發訊號後，第一指標元件至第四指標元件中之各自監測單元104接收各自振盪單元106之感應訊號，並向各自控制單元102發出觸發訊號。當第一指標元件至第四指標元件中之控制單元102接收來自各自監測單元104觸發訊號後，藉由每一指標元件之控制單元102不同設定，第一指標元件之控制單元102經一第一延遲時間後，例如100微秒(μsec)，控制第一指標元件之振盪單元106進行振盪以發出電磁波訊號，電磁波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的訊號發射時間，即100微秒加上300微秒，控制第二指標元件之振盪單元106進行振盪以發出電磁波訊號，電磁波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的訊號發射時間加上第二指標元件的訊號發射時間，即100微秒加上300微秒加上300微秒，控制第三指標元件之振盪單元106進行振盪以發出電磁波訊號，電磁波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的訊號發射時間，即100微秒加上300微秒加上300微秒再加上300微秒，控制第四指標元件之振盪單元106進行振盪以發出電磁波訊號，電 磁波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之間訊號互相干擾，實際上第一指標元件訊號發射時間的結束時間點與第二指標元件發射時間的開始時間點可具有一時間間隔。同理，第二指標元件訊號發射時間的結束時間點與第三指標元件發射時間的開始時間點亦具有一時間間隔，第三指標元件訊號發射時間的結束時間點與第四指標元件發射時間的開始時間點亦具有一時間間隔。上述指標元件的訊號發射順序、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。電磁感應板端之觸發訊號係為一定頻率之訊號，並由電磁感應板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並維持一定期間，則指標元件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內部之觸發訊號。

第三圖顯示本發明另一實施例之一指標元件的功能架構方塊圖。指標元件包含一無電池電磁筆。參考第三圖所示，指標元件包含一控制單元302、一監測單元304、一共振單元(Resonance Unit)306。與第一圖所示之指標元件不同，第三圖之指標元件並無電源管理單元及電源。第三圖之指標元件的電源係來自對應的電磁感應板所發射之電磁波能量，經一共振儲能時間累積儲存至足夠電能後，供應並驅動控制單元302、共振單元306及監測單元304之電能或電源，並由控制單元302控制發射電磁波訊號。圖中之電容器係用於儲存電能。控制單元302為控制共振單元306何時進行振盪之電路，控制單元302包含一微控制器、微處理器或其他控制電路，但不限於微控制器或微處理 器。共振單元306耦合來自電磁感應板所發出之共振電磁波訊號，監測單元304接收共振單元306之感應訊號，當達一定強度後監測單元304向控制單元302發出觸發訊號，控制單元302於接收觸發訊號後之一定時間後才致能共振單元306向鄰近空間傳送一定頻率之電磁波，並維持一段固定之時間。監測單元304係為透過共振單元306偵測來自電磁感應板所發出之觸發訊號，並將之轉換成觸發訊號用以通知控制單元302，並由控制單元302決定共振單元306何時進行振盪發出電磁波訊號。共振單元306包含一共振儲能電路，共振儲能電路係與電感形成共振電路，其共振頻率係可與電磁感應板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。此外，用於接收並耦合來自電磁感應板所發出之觸發訊號的監測單元304可省略，而將功能整合進入控制單元302，即由控制單元302監控共振單元306接收來自電磁感應板所發出之共振訊號，當達一定強度後，控制單元302根據設定控制共振單元306進行振盪以向電磁感應板發出電磁波訊號。

第三圖所示之指標元件不具有電源，因此搭配對應電磁感應板。電磁感應板通常包含控制電路、由複數沿X與Y方向排列彼此平行部分重疊感應線圈與基板構成之電磁天線迴路基板及訊號處理電路包含訊號放大電路、相位偵測電路與類比數位轉換電路等。電磁天線迴路基板上之天線或感應線圈均連接至開關，並由控制電路控制開關以切換天線或感應線圈進行電磁訊號的發送或接收。感應線圈發出的電磁訊號則引起指標元件內共振單元306之共振電路的共振。而當天線或感應線圈發出的高頻電磁訊號暫時中斷時，電磁筆或指標元件內之共振電路經控制單元302控制經一延遲時間後發出一電磁訊號，並由感應線圈接 收，並由控制電路與訊號處理電路進行訊號處理分析。

對應不具電源指標元件的電磁感應板以感應線圈發送共振電磁波訊號，當不同之指標元件於工作區中可感應之高度內同時存在時，不同之指標元件於接收來自電磁感應板之共振訊號後，維持一段時間以進行儲能。當儲能完成後，藉由每一指標元件之控制單元302不同設定，使不同指標元件之控制單元302控制共振單元306進行振盪以發出電磁波訊號的時間不同，使所有指標元件依設定依序發出電磁波訊號，即不同指標元件之控制單元302致能各自共振單元306之時間不同，藉由區分不同時間點之指標元件所發出之電磁波訊號，電磁感應板端之控制電路及訊號處理電路即可辨識不同之指標元件，進而能幾近同時顯現多個指標元件之座標點，以此方式可以單一頻率實現多指標元件同時進行操作之系統。

第四圖顯示本發明另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波訊號的時序示意圖。如第四圖所示，當例如第三圖中所示之指標元件的接收到來自電磁感應板之電磁波訊號後，第一指標元件至第四指標元件中之各自共振單元306即開始共振並進行儲能。儲能的期間可包含例如20至30個週期，而頻率為375Hz，但不限於此。當儲能完成後，可視為電磁感應板之一觸發訊號，相當於第一圖及第二圖中所示之指標元件接收來自電磁感應板之觸發訊號，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304根據各自共振單元306之感應訊號強度及儲能結果，向各自控制單元302發出指標元件內之觸發訊號(非電磁感應板之觸發訊號)。當第 一指標元件至第四指標元件中之控制單元302接收來自各自監測單元304的觸發訊號後，藉由每一指標元件之控制單元302不同設定，第一指標元件之控制單元302經一第一延遲時間後，例如150微秒，控制第一指標元件之共振單元306進行振盪以發出電磁波訊號，電磁波訊號則發射持續一訊號發射時間，例如450微秒。接著第二指標元件之控制單元302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的訊號發射時間，即150微秒加上450微秒，控制第二指標元件之共振單元306進行振盪以發出電磁波訊號，電磁波訊號則同樣發射持續一訊號發射時間，如450微秒。依此同樣方式，第三指標元件之控制單元302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的訊號發射時間加上第二指標元件的訊號發射時間，即150微秒加上450微秒加上450微秒，控制第三指標元件之共振單元306進行振盪以發出電磁波訊號，電磁波訊號則同樣發射持續一訊號發射時間，例如450微秒。第四指標元件之控制單元302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的訊號發射時間，即150微秒加上450微秒加上450微秒再加上450微秒，控制第四指標元件之共振單元306進行振盪以發出電磁波訊號，電磁波訊號則同樣發射持續一訊號發射時間450微秒。實際上為了避免不同指標元件之間訊號互相干擾，實際上第一指標元件訊號發射時間的結束時間點與第二指標元件發射時間的開始時間點可具有一時間間隔。同理，第二指標元件訊號發射時間的結束時間點與第三指標元件發射時間的開始時間點亦具有一時間間隔，第三指標元件訊號發射時間的結束時間點與第四指標元件發射時間的開始時間點亦具有一時間間隔。上述指 標元件的訊號發射順序、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302之韌體程式編寫達成。電磁感應板端之共振電磁波訊號係為一定頻率之訊號，並由電磁感應板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並維持一定期間，則指標元件可感應到電磁感應板端之共振電磁波訊號以進行儲能，並由控制單元302則根據設定延遲一時間後向電磁感應板發射訊號。

第五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波訊號的時序示意圖。第五圖所示之時序圖適用於第一圖及第三圖所示之實施例中的指標元件。如第五圖所示，在每一指標元件內監測單元向控制單元連續發出二次觸發訊號之間的觸發訊號時間間隔內，每一指標元件均依序發出兩次電磁波訊號。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，每一指標元件發出電磁波訊號的次數亦可調整。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數目以及各指標元件發射訊號之次數進行調整。當然各指標元件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。

本發明指標元件利用觸發訊號觸發控制單元的方式，使不同指標元件依序延遲發射訊號，並且使電磁感應板在每一個時間間 隔內，每一指標元件均依序發射訊號，由電磁感應板根據設定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。

上述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟悉此技藝之人士能了解本發明之內容並據以實施，當不能據以限定本發明之專利範圍，即凡其他未脫離本發明所揭示精神所完成之各種等效改變或修飾都涵蓋在本發明所揭露的範圍內，均應包含在以下之申請專利範圍內。

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

Claims (10)

1. 一種應用於支援多指標元件之座標定位系統的指標元件，該指標元件包含：一振盪單元，該振盪單元偵測來自該座標定位系統之一電磁感應板所發出之一電磁感應板觸發訊號；一監測單元，該監測單元係根據該振盪單元之一感應訊號產生一觸發訊號；一控制單元，該控制單元接收該觸發訊號，經一預定延遲時間後控制該振盪單元發射一電磁訊號並維持一預定訊號發射時間；及一電源，該電源供應該控制單元、該振盪單元及該監測單元之電壓與電能。
2. 如申請專利範圍第1項所述之指標元件，更包含一電源管理單元，該電源管理單元包含一昇壓及穩壓電路以將該電源提供之電壓經進行昇壓及穩壓以維持穩定電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之指標元件，其中該控制單元包含一微控制器、一微處理器與一控制電路其中之一。
4. 如申請專利範圍第1項所述之指標元件，其中該電源包含電池。
5. 如申請專利範圍第1項所述之指標元件，其中該控制單元於連續二次該觸發訊號之間控制該振盪單元發射複數次該第一電磁訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之指標元件，其中該預定延遲時間與該預定訊號發射時間係藉由編寫該控制單元之韌體程式設定。
7. 一種應用於支援多指標元件之座標定位系統的指標元件，該指標元件包含：一共振單元，該共振單元與來自一電磁感應板所發出之一電磁波訊號共振，並經一共振儲能時間將該電磁波訊號儲存為一電能；一監測單元，該監測單元係根據該共振單元之一感應訊號產生一觸發訊號；及一控制單元，該控制單元接收該觸發訊號，經一第一預定延遲時間控制該共振單元發射一第一電磁訊號並維持一預定訊號發射時間，其中該電能供應並驅動該控制單元、該共振單元及該監測單元。
8. 如申請專利範圍第7項所述之指標元件，其中該觸發訊號係於該共振儲能時間結束後發出。
9. 如申請專利範圍第7項所述之指標元件，其中該控制單元於連續二次該觸發訊號之間控制該振盪單元發射複數次該第一電磁訊號。
10. 如申請專利範圍第7項所述之指標元件，其中該共振儲能時間、該第一預定延遲時間與該預定訊號發射時間係藉由編寫該控制單元之韌體程式設定。