輸入系統(tǒng)、位置指示器及傳感器控制單元的制作方法
【專利摘要】一種輸入系統(tǒng)、位置指示器及傳感器控制單元。該輸入系統(tǒng)包括產(chǎn)生電場(chǎng)的位置指示器、電極陣列（傳感器）以及控制單元。位置指示器，將筆壓力數(shù)據(jù)及開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)等數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用預(yù)定的傳遞方式發(fā)送給電極陣列。為此，位置指示器例如具有用于對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制/編碼的結(jié)構(gòu)。該輸入系統(tǒng)能夠以接觸檢測(cè)模式及位置指示器檢測(cè)模擬的各模式進(jìn)行動(dòng)作。在接觸檢測(cè)模式中，使用構(gòu)成電極陣列的第一方向上配置的電極上感應(yīng)出的信號(hào)，通過電容耦合檢測(cè)出手指等靠近對(duì)象物而確定對(duì)象物的位置。在位置指示器檢測(cè)模式中，使用構(gòu)成電極陣列的第一及第二方向上配置的各電極上感應(yīng)出的信號(hào)，確定位置指示器的位置，并對(duì)被調(diào)制/編碼了的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)/解碼。
【專利說明】輸入系統(tǒng)、位置指示器及傳感器控制單元
[0001]本申請(qǐng)為2009年10月9日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?00910179037.4的、發(fā)明名稱為“輸
入系統(tǒng)及輸入方法”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及通常用于電子設(shè)備的用戶界面，具體涉及接觸式傳感器以及數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在以計(jì)算機(jī)(例如輕便型計(jì)算機(jī)、平板型計(jì)算機(jī)、掌上電腦)和通信裝置(例如手機(jī)、無(wú)線手提通信裝置)為主的多種不同的電子系統(tǒng)中，通常使用多種不同形式的輸入裝置。某種形式的輸入裝置一般稱作接觸式傳感器或近距離感器。接觸式傳感器使用確定手指等靠近對(duì)象物的位置的多種多樣不同的技術(shù)。例如，電容式接觸式傳感器，通過判斷因存在靠近對(duì)象物而產(chǎn)生的電容變化，確定靠近對(duì)象物的位置。其他方式的輸入裝置通常被稱作數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入板，還被稱作圖形輸入板、圖形板或繪圖輸入板。數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入板，典型的是具有可由用戶利用作為數(shù)字轉(zhuǎn)換器或其他筆形繪圖裝置實(shí)現(xiàn)的位置指示器輸入的檢測(cè)面。在通常的數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，位置指示器放射由檢測(cè)面檢測(cè)出的電磁信號(hào)。由檢測(cè)面檢測(cè)出的電磁信號(hào)，接著在確定了位置指示器的位置的情況下使用并用于進(jìn)行處理。
[0004]通常，數(shù)字轉(zhuǎn)換器與普通的接觸式傳感器相比，在位置檢測(cè)精度和分辨率方面優(yōu)秀。通常，數(shù)字轉(zhuǎn)換器需要用于輸入的專用位置指示器。至今為止期望將接觸式傳感器的屬性(例如方便性)與數(shù)字轉(zhuǎn)換器的改良精度和分辨率進(jìn)行組合。但是，由于與實(shí)現(xiàn)相關(guān)的高成本及復(fù)雜性、接受該組合所需的附加的三維空間，以及對(duì)分別支持接觸的檢測(cè)和位置指示器的檢測(cè)的特殊方式的顯示器的要求等，組合式接觸式傳感器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器在其實(shí)用性上存在限制。因此，使用改良式組合接觸式傳感器及位置指示器的輸入裝置，需要繼續(xù)改良。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的各實(shí)施例提供用戶容易進(jìn)行輸入的輸入系統(tǒng)及輸入方法。提供如下的輸入系統(tǒng)，使用普通對(duì)象物(例如手指)，并使用作為放射用于檢測(cè)位置的電場(chǎng)的位置指示器的轉(zhuǎn)換器，從而能夠分別輸入接觸式操作和位置指示器操作。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，提供一種包括轉(zhuǎn)換器(例如數(shù)字轉(zhuǎn)換器形狀的位置指示器)、電極陣列(電極排列)和與該電極陣列結(jié)合的控制裝置的、可輸入基于接觸式及轉(zhuǎn)換器的操作的輸入的輸入系統(tǒng)。上述電極陣列及上述控制裝置一同形成用于分別檢測(cè)手指等靠近對(duì)象物的位置以及上述轉(zhuǎn)換器的位置的傳感器。典型的是，上述轉(zhuǎn)換器構(gòu)成為包括數(shù)字轉(zhuǎn)換器或其他筆形裝置的形式，可產(chǎn)生電場(chǎng)。
[0007]上述傳感器的上述控制裝置構(gòu)成為，通過在連續(xù)的采樣周期內(nèi)在近距離檢測(cè)模式(以下稱作“接觸模式”)和轉(zhuǎn)換器檢測(cè)模式(以下稱作“轉(zhuǎn)換器模式”)這兩個(gè)模式之間進(jìn)行切換，可在所述兩個(gè)模式中同時(shí)或交替地進(jìn)行動(dòng)作。
[0008]在上述接觸模式中進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，上述控制裝置使用上述電極陣列，通過以電容方式檢測(cè)一個(gè)以上的對(duì)象物(例如手指)，確定該一個(gè)以上對(duì)象物的位置。在一個(gè)例子中，上述控制裝置通過檢測(cè)由各對(duì)象物感應(yīng)出的電極陣列中的電容變化，確定該對(duì)象物的位置。在以上述轉(zhuǎn)換器模式進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，上述控制裝置通過測(cè)定由上述轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電場(chǎng)導(dǎo)致在上述電極陣列上感應(yīng)出的多個(gè)檢測(cè)信號(hào)的屬性(例如振幅、相位等)，確定上述轉(zhuǎn)換器的位置。詳細(xì)而言，上述轉(zhuǎn)換器(更具體為天線部)和上述電極陣列分別電容耦合，上述控制裝置通過測(cè)定上述各電極陣列感應(yīng)出的變化，確定上述轉(zhuǎn)換器的位置。
[0009]上述轉(zhuǎn)換器構(gòu)成為，向上述傳感器發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。例如，可在上述轉(zhuǎn)換器中設(shè)有以在用于向上述電極陣列發(fā)送到電場(chǎng)中對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼的方式構(gòu)成的電子電路(例如微型控制器裝置(microcontroller unit (MCU))或微處理器)。并且,在上述電子電路、更具體而言為存儲(chǔ)器電路中，保持有轉(zhuǎn)換器固有的辨別信息(ID)。上述傳感器的上述控制裝置以對(duì)由上述電極陣列接收到上述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解碼的方式構(gòu)成。例如，上述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可包含向轉(zhuǎn)換器的筆前端施加的壓力、設(shè)在轉(zhuǎn)換器上的開關(guān)的狀態(tài)或與轉(zhuǎn)換器固有的辨別信息(ID)有關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方式，上述轉(zhuǎn)換器構(gòu)成為，利用多個(gè)頻率選擇性地產(chǎn)生電場(chǎng)，并且利用產(chǎn)生的該電場(chǎng)的頻率偏移對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼。另一方面，上述控制裝置構(gòu)成為，利用多個(gè)頻率檢測(cè)多個(gè)檢測(cè)信號(hào)，并且對(duì)用頻率偏移編碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行解碼。上述多個(gè)頻率例如可通過對(duì)基本頻率進(jìn)行分頻以防止由上述轉(zhuǎn)換器發(fā)送到任意信號(hào)產(chǎn)生的高頻而確定。也可將以曼徹斯特編碼體系為主的任意的適當(dāng)?shù)念l率偏移鍵控(Frequency-shiftKeying (FSK))技術(shù)用于對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方式，也可將以振幅偏移鍵控(Amplitude-Shift Keying(ASK))技術(shù)、相位偏移鍵控(Phase-Shift Keying(PSK))技術(shù)以及正交振幅調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation (QAM))技術(shù)為主的任意的其他數(shù)字調(diào)制技術(shù)用于對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方式，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳遞可以是雙向的。即，除了從上述轉(zhuǎn)換器向上述控制裝置發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)以外，也可以構(gòu)成為從上述控制裝置向上述轉(zhuǎn)換器發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，如后文所述，上述轉(zhuǎn)換器和上述控制裝置非周期性地進(jìn)行通信。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，上述轉(zhuǎn)換器構(gòu)成為利用多個(gè)頻率選擇性地產(chǎn)生電場(chǎng)，并且上述控制裝置進(jìn)而構(gòu)成為將多個(gè)頻率頻道中一個(gè)(或一個(gè)以上)的頻率頻道選擇為接收頻道。例如，上述控制裝置可確定對(duì)應(yīng)每個(gè)頻率頻道的信噪比，并且將具有最高信噪比的頻率頻道選擇為接收頻道。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方式，構(gòu)成為當(dāng)設(shè)有兩個(gè)系統(tǒng)以上的組合是接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)時(shí)，第一系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換器用第一頻率(或第一組頻率)產(chǎn)生電場(chǎng)，并且第二系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換器用于上述第一頻率(或上述第一組頻率)不同的第二頻率(或第二組頻率)產(chǎn)生電場(chǎng)，以防止可能彼此靠近而使用的兩個(gè)系統(tǒng)之間的彼此干擾。
[0014]本發(fā)明的一個(gè)方式，上述電極陣列具有構(gòu)成第一組的細(xì)長(zhǎng)電極和構(gòu)成第二組的細(xì)長(zhǎng)電極，所述構(gòu)成第一組的細(xì)長(zhǎng)電極，實(shí)際上彼此平行地進(jìn)行配置，并且沿第一方向延長(zhǎng)，所述構(gòu)成第二組的細(xì)長(zhǎng)電極，實(shí)際上彼此平行地進(jìn)行配置，并且沿與上述第一方向不同的第二方向延長(zhǎng)。例如典型的是，上述第一及第二方向彼此正交。由構(gòu)成上述第一組的細(xì)長(zhǎng)電極中的至少一個(gè)電極和構(gòu)成上述第二組的細(xì)長(zhǎng)電極中的至少一個(gè)電極構(gòu)成的各一對(duì)電極，形成電容器。以接觸模式進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，上述控制裝置構(gòu)成為，分別向構(gòu)成上述第一組的細(xì)長(zhǎng)電極供給信號(hào)，檢測(cè)反映在分別從構(gòu)成上述第二組的細(xì)長(zhǎng)電極輸出的信號(hào)中的電容變化，并且根據(jù)檢測(cè)出的該電容變化確定靠近對(duì)象物的位置。
[0015]使用電場(chǎng)結(jié)合以轉(zhuǎn)換器模式進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，上述控制裝置構(gòu)成為，測(cè)定分別從構(gòu)成上述第一及第二組的細(xì)長(zhǎng)電極輸出的多個(gè)檢測(cè)信號(hào)的屬性(例如振幅和相位)，并且根據(jù)測(cè)定出的該屬性計(jì)算上述轉(zhuǎn)換器的位置。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方式，以轉(zhuǎn)換器模式進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，上述控制裝置構(gòu)成為，通過使與檢測(cè)過程中的細(xì)長(zhǎng)電極相鄰的構(gòu)成上述第一或第二組隊(duì)細(xì)長(zhǎng)電極中的兩個(gè)以上的電極選擇性地成為終端(例如懸浮(非連接狀態(tài))、直接與地線連接、經(jīng)由電阻與地線連接)，測(cè)定分別從構(gòu)成上述第一或第二組的細(xì)長(zhǎng)電極輸出的檢測(cè)信號(hào)的屬性，提高該檢測(cè)信號(hào)的品質(zhì)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，上述控制裝置構(gòu)成為，在系統(tǒng)的連續(xù)的采樣周期內(nèi)交替地進(jìn)行接觸模式中的動(dòng)作和轉(zhuǎn)換器模式中的動(dòng)作。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方式，上述控制裝置構(gòu)成為，將上述電極陣列選擇性地分割為接觸模式區(qū)域和轉(zhuǎn)換器模式區(qū)域，在該接觸模式區(qū)域中以接觸模式進(jìn)行動(dòng)作，在該轉(zhuǎn)換器模式區(qū)域中以轉(zhuǎn)換器模式進(jìn)行動(dòng)作。上述接觸模式區(qū)域可由多個(gè)接觸模式子區(qū)域構(gòu)成。另一方面，上述轉(zhuǎn)換器模式區(qū)域可由多個(gè)轉(zhuǎn)換器模式子區(qū)域構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方式，上述控制裝置，周期性地切換上述接觸模式區(qū)域和上述轉(zhuǎn)換器模式區(qū)域，以使上述電極陣列上的預(yù)定位置成為上述接觸模式區(qū)域，并且其預(yù)定位置成為上述轉(zhuǎn)換器模式區(qū)域。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，上述控制裝置具有與上述電極陣列結(jié)合的級(jí)聯(lián)型互阻抗放大器(級(jí)聯(lián)型電流-電壓轉(zhuǎn)換器)。該級(jí)聯(lián)型互阻抗放大器構(gòu)成為，從該級(jí)聯(lián)型互阻抗放大器的反饋?zhàn)杩菇^緣分離出上述電極陣列的輸入電容，對(duì)由電場(chǎng)在上述電極陣列上感應(yīng)出的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，上述轉(zhuǎn)換器具有構(gòu)成為起到用于上述轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)電源的作用的電容器或蓄電池。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方式，上述控制裝置構(gòu)成為，通過使多個(gè)檢測(cè)信號(hào)的測(cè)定出的屬性(例如振幅、相位等)適合于預(yù)定的參數(shù)化了的曲線，來確定上述轉(zhuǎn)換器的位置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，該預(yù)定的參數(shù)化了的曲線，分別將相對(duì)于一個(gè)電極的上述轉(zhuǎn)換器的多個(gè)位置，與由上述轉(zhuǎn)換器在該一個(gè)電極的多個(gè)位置上感應(yīng)出的檢測(cè)信號(hào)的多個(gè)屬性建立關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，由于同時(shí)使用具有特定前端形狀的上述轉(zhuǎn)換器和具有特定的電極結(jié)構(gòu)圖形的上述電極陣列，因而可由經(jīng)驗(yàn)得到上述預(yù)定的參數(shù)化了的曲線。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，上述預(yù)定的參數(shù)化了的曲線具有轉(zhuǎn)換器的位置的參數(shù)、高度參數(shù)以及傾角的參數(shù)中至少一個(gè)以上。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，上述系統(tǒng)通過還具備主系統(tǒng)(例如具有上述組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī):PC)中的中央處理器等外部處理器，可進(jìn)行基于上述控制裝置和該外部處理器的分散處理來執(zhí)行曲線適合動(dòng)作。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方式，設(shè)有構(gòu)成為與電極陣列一同使用的無(wú)線式轉(zhuǎn)換器，該無(wú)線式轉(zhuǎn)換器和上述電極陣列電容耦合。上述無(wú)線式轉(zhuǎn)換器，包括在其端部具有筆前端的筆形殼體和配置于該筆形殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)換器控制裝置。該轉(zhuǎn)換器控制裝置具有壓力傳感器，該壓力傳感器控制上述無(wú)線式轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作，并且檢測(cè)施加在上述筆前端的壓力。上述無(wú)線式轉(zhuǎn)換器還具有天線，該天線與上述轉(zhuǎn)換器控制裝置結(jié)合，以將由上述壓力傳感器檢測(cè)出的壓力傳感器數(shù)據(jù)作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送給上述電極陣列。上述轉(zhuǎn)換器控制裝置，通過設(shè)置供給用于驅(qū)動(dòng)上述轉(zhuǎn)換器控制裝置的電力的蓄電池或電容器等電力儲(chǔ)存裝置，實(shí)現(xiàn)上述無(wú)線式轉(zhuǎn)換器。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方式，提供具有上述無(wú)線式轉(zhuǎn)換器和傳感器的組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)。上述傳感器包括電極陣列和與該電極陣列結(jié)合的傳感器控制裝置。該傳感器控制裝置構(gòu)成為能以接觸模式和轉(zhuǎn)換器模式動(dòng)作，所述接觸模式中，利用上述電極陣列，通過以電容方式檢測(cè)靠近對(duì)象物，確定該對(duì)象物的位置，所述轉(zhuǎn)換器模式中，通過檢測(cè)由上述無(wú)顯示轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電場(chǎng)在上述電極陣列上感應(yīng)出的多個(gè)檢測(cè)信號(hào)的屬性，來確定上述無(wú)線式轉(zhuǎn)換器的位置。上述無(wú)線式轉(zhuǎn)換器將作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的壓力傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給上述傳感器。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方式，提供選擇性地確定靠近對(duì)象物的位置及轉(zhuǎn)換器的位置的方法。該方法由8個(gè)步驟構(gòu)成。第一，使用電極陣列以電容方式檢測(cè)靠近對(duì)象物。第二，根據(jù)電容性檢測(cè)確定上述靠近對(duì)象物的位置。第三，由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生電場(chǎng)。第四，從上述轉(zhuǎn)換器發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。第五，根據(jù)與上述電極陣列對(duì)應(yīng)的多個(gè)電極中的電場(chǎng)，感應(yīng)出多個(gè)檢測(cè)信號(hào)。第六，測(cè)定上述多個(gè)檢測(cè)信號(hào)的屬性。第七，根據(jù)上述多個(gè)檢測(cè)信號(hào)的測(cè)定屬性，確定上述轉(zhuǎn)換器的位置。第八，利用上述電極陣列接收上述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
[0023]可通過參照附圖更容易地理解本發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是具有本發(fā)明實(shí)施例的組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)的平板型計(jì)算機(jī)的略圖。
[0025]圖2是在本發(fā)明實(shí)施例的組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)中使用的包括控制裝置及電極陣列的傳感器的略圖。
[0026]圖3 (a)及圖3 (b)是本發(fā)明實(shí)施例的組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)中使用的轉(zhuǎn)換器的略圖。
[0027]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器的框圖。
[0028]圖5 (a)是本發(fā)明實(shí)施例的包括控制裝置及電極陣列的傳感器的框圖。圖5 (b)是分割成一個(gè)以上的接觸模式區(qū)域和一個(gè)以上的轉(zhuǎn)換器模式區(qū)域的、本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電極陣列的略圖。
[0029]圖6是構(gòu)成圖5 Ca)的控制裝置的、本發(fā)明實(shí)施例的處理段的框圖。
[0030]圖7是構(gòu)成圖6的處理段的、本發(fā)明實(shí)施例的電荷放大器的電路圖。
[0031]圖8是構(gòu)成圖6的處理段的、本發(fā)明實(shí)施例的電壓放大器的電路圖。
[0032]圖9是構(gòu)成圖6的處理段的、本發(fā)明實(shí)施例的互阻抗放大器的電路圖。
[0033]圖10是構(gòu)成圖6的處理段的、本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的級(jí)聯(lián)型互阻抗放大器的電路圖。
[0034]圖11 (a)是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器模式下掃描電極陣列的工序的流程圖。圖11 (b)及圖11 (C)是用于表不本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電極的連接狀況的略圖。圖11(d)是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電極上感應(yīng)出的信號(hào)的檢測(cè)的略圖。
[0035]圖12是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字濾波步驟的略圖。
[0036]圖13 (a)是使用本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的曲線擬合技術(shù)時(shí)的流程圖。圖13(b)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的樣品參數(shù)化曲線的圖表。圖13 (c)是由本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的鎖相環(huán)(PLL)電路的略圖。
[0037]圖14是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)中的用于發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)幀的略圖。
[0038]圖15是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的由轉(zhuǎn)換器執(zhí)行的工序的流程圖。
[0039]圖16是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)通過頻率偏移編碼了的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行解碼的工序的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]圖1例示適合組裝基于本發(fā)明實(shí)施例的組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)的平板(Tablet)型計(jì)算機(jī)100。該平板型計(jì)算機(jī)通常具有在整個(gè)表面上設(shè)有透明的檢測(cè)面104的IXD裝置等顯示器102。該檢測(cè)面104，可形成與檢測(cè)一個(gè)以上的轉(zhuǎn)換器(例如輸入筆108)同樣地用于檢測(cè)普通的對(duì)象物(例如手指106)的、本發(fā)明的組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)的一部分。具體而言，構(gòu)成為與接收由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電場(chǎng)同樣地以電容方式檢測(cè)靠近對(duì)象物而檢測(cè)轉(zhuǎn)換器的位置的電極陣列(在圖1中沒有圖示)，位于檢測(cè)面104內(nèi)或檢測(cè)面104的下方。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的各種例示的實(shí)施例，組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)構(gòu)成為，以接觸檢測(cè)模式(或簡(jiǎn)稱為“接觸模式”)和轉(zhuǎn)換器檢測(cè)模式(或簡(jiǎn)稱為“轉(zhuǎn)換器模式”)動(dòng)作，通過在連續(xù)的采樣周期內(nèi)切換兩個(gè)模式，實(shí)質(zhì)性地同時(shí)或交替地進(jìn)行動(dòng)作。該系統(tǒng)構(gòu)成為，在接觸模式中，利用電極陣列以電容方式檢測(cè)靠近對(duì)象物而確定該對(duì)象物的位置。在轉(zhuǎn)換器模式中，通過測(cè)定由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電場(chǎng)在電極陣列感應(yīng)出的多個(gè)信號(hào)的屬性(例如振幅、相位等)來確定該轉(zhuǎn)換器的位置。在接觸檢測(cè)和轉(zhuǎn)換器檢測(cè)中都使用相同的電極陣列。因此，用戶可利用普通的對(duì)象物(例如手指106等)或轉(zhuǎn)換器(例如輸入筆108等)與平板型計(jì)算機(jī)100進(jìn)行界面連接。進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，例如為了執(zhí)行圖標(biāo)的起動(dòng)、光標(biāo)的移動(dòng)以及文章和其他數(shù)據(jù)的輸入等各重用戶界面功能，用戶可使用手指106和/或輸入筆108以及檢測(cè)面104。
[0042]圖示的實(shí)施例表示了平板型計(jì)算機(jī)100，本發(fā)明的各實(shí)施例也可適用于利用輸入裝置的任意形式的裝置。各例子包括其他計(jì)算裝置、媒體裝置和通信裝置。并且，圖示的實(shí)施例表示了手指106，但可用于使(至少具有與一個(gè)電極形成互電容時(shí)所需的足夠的尺寸的)任意的其他電容性對(duì)象物，與以接觸模式動(dòng)作的傳感器進(jìn)行界面連接。最后，圖示的實(shí)施例表示輸入筆108，但也可以使用以其他筆形裝置、指針、光標(biāo)、橡膠圓盤(puck)鼠標(biāo)、鼠標(biāo)、兵(pawn)鼠標(biāo)以及其他道具等任意的其他適合的轉(zhuǎn)換器。
[0043]組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)通常由轉(zhuǎn)換器(例如圖1的輸入筆108)和圖2所示的傳感器150構(gòu)成。該傳感器150包括傳感器控制裝置152和電極陣列154。在圖示的實(shí)施例中，該電極陣列154具有沿第一方向(例如水平)延長(zhǎng)的構(gòu)成第一組的細(xì)長(zhǎng)電極154a、和沿與第一方向不同(例如正交)的第二方向(例如垂直)延長(zhǎng)的構(gòu)成第二組的細(xì)長(zhǎng)電極154b。介電材料(例如玻璃(未圖示))的薄片或其他幾何學(xué)配置介于構(gòu)成第一及第二組的細(xì)長(zhǎng)電極154a及154b之間。并且，通過例如玻璃(在圖2沒有圖示)等其他材料的薄片覆蓋電極陣列154，對(duì)電極陣列154進(jìn)行電絕緣分離，并且以物理方式對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，起到圖1的檢測(cè)面104的作用。
[0044]通常，通過將透明的導(dǎo)電性材料覆蓋在一張以上的薄片上而構(gòu)成電極陣列154。例如將銦錫氧化物(ITO)等導(dǎo)體在玻璃薄片的一側(cè)或兩側(cè)形成圖形，由此可分別形成構(gòu)成第一及第二組的細(xì)長(zhǎng)電極154a及154b。此時(shí)，可配置其他玻璃薄片而形成檢測(cè)面104。與陣列圖形同樣地可使用各種不同的電極形狀(例如鉆石形狀電極和正方形電極)，在本發(fā)明中使用的電極陣列154不限定于圖2中圖示的特定形狀。例如，圖2中表示了 2層重疊的、利用矩形的電極形成的電極陣列154，但例如具有鉆石圖形形狀的構(gòu)成第一及第二組的電極，在單一層上實(shí)際上不彼此重疊地配置的電極配置結(jié)構(gòu)也有效。在各種其他實(shí)施例中，構(gòu)成第一及第二組的電極實(shí)際上彼此正交，只不過僅在兩個(gè)不同的方向上延長(zhǎng)。在其他各實(shí)施例中，各組電極實(shí)際上不必彼此平行。另外，陣列圖形可以不只是構(gòu)成第一及第二組的電極，也可以包括適當(dāng)配置的第三、第四以及附加的組的電極。
[0045]傳感器150的控制裝置152，在該組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)中執(zhí)行用于確定位置的信號(hào)處理。參照?qǐng)D5 (a)進(jìn)行詳細(xì)說明。傳感器控制裝置152適當(dāng)?shù)鼐哂欣缫晕⑻幚砥鞯燃呻娐窞橹鞯娜我庑问降奶幚硌b置。并且，傳感器控制裝置152以協(xié)同動(dòng)作的任意的適當(dāng)數(shù)量的集成電路裝置和/或電路基板為主，可包括多個(gè)單獨(dú)裝置。例如，傳感器控制裝置152可包括微控制器、處理器、多路器、濾波器、放大器以及接口等裝置。最后，在若干應(yīng)用中，傳感器控制裝置152執(zhí)行內(nèi)置于存儲(chǔ)器中的各程序。
[0046]當(dāng)以接觸模式動(dòng)作時(shí)，傳感器控制裝置152通過利用電極陣列154以電容方式檢測(cè)一個(gè)以上的各靠近對(duì)象物，確定各對(duì)象物的位置。以一次可檢測(cè)多個(gè)接觸的多接觸檢測(cè)技術(shù)(多接觸技術(shù))為主，已知有用于檢測(cè)電容性接觸的各種技術(shù)。例如，傳感器控制裝置152對(duì)如圖2所示的電極陣列154的構(gòu)成第一組的細(xì)長(zhǎng)電極154a的各電極連續(xù)地驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，構(gòu)成第一組的細(xì)長(zhǎng)電極154a和構(gòu)成第二組的細(xì)長(zhǎng)電極154b的各交叉部分形成電容器。一般情況下，由構(gòu)成第一組的細(xì)長(zhǎng)電極154a中至少一個(gè)電極、和構(gòu)成第二組的細(xì)長(zhǎng)電極154b中至少一個(gè)電極所構(gòu)成的一對(duì)電極形成電容器，其中該構(gòu)成第二組的細(xì)長(zhǎng)電極154b中至少一個(gè)電極與上述構(gòu)成第一組的細(xì)長(zhǎng)電極154a中上述至少一個(gè)電極重疊或不重疊。當(dāng)手指等對(duì)象物放置于或靠近所述電容器中一個(gè)時(shí)，從電容器產(chǎn)生的電場(chǎng)線的一部分朝向手指被引出，從而感應(yīng)出的電容器的電容的減少。這種電容變化反映在從形成電容器的構(gòu)成第二組的細(xì)長(zhǎng)電極154b中的、一個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極輸出的信號(hào)中。由此，控制裝置152可確定靠近對(duì)象物的位置。并且，根據(jù)該確定了的位置，構(gòu)成第一組的細(xì)長(zhǎng)電極154a中一個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)(例如Y坐標(biāo))，并且構(gòu)成第二組的細(xì)長(zhǎng)電極154b中一個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極輸出表示電容變化的信號(hào)(例如X坐標(biāo))。并且，這只是電容性接觸檢測(cè)技術(shù)的一例，在本發(fā)明的接觸模式中可使用其他電容性接觸檢測(cè)的各種技術(shù)。
[0047]圖3 (a)是本發(fā)明實(shí)施例的組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)中使用的轉(zhuǎn)換器175的簡(jiǎn)化了的框圖。該轉(zhuǎn)換器175具有轉(zhuǎn)換器控制裝置177和天線179。圖3 (b)是作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的輸入筆具體化了的轉(zhuǎn)換器175的局部剖視圖。該輸入筆轉(zhuǎn)換器175具有收容轉(zhuǎn)換器控制裝置177 (參照?qǐng)D4)的一般呈圓筒狀的細(xì)長(zhǎng)主體330以及作為輸入筆轉(zhuǎn)換器175的筆前端而具體化了的天線179。圖3 (b)所示的轉(zhuǎn)換器，適合用于使用由轉(zhuǎn)換器175產(chǎn)生的電場(chǎng)來將天線179和電極陣列154電結(jié)合(即電容耦合)的情況。以下說明涉及轉(zhuǎn)換器和傳感器電結(jié)合(即電容耦合)的實(shí)施例。但是，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如參照?qǐng)D11 (d)在之后進(jìn)行說明，也可以使用由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的磁場(chǎng)成分將轉(zhuǎn)換器和傳感器進(jìn)行磁結(jié)合。
[0048]轉(zhuǎn)換器控制裝置177控制轉(zhuǎn)換器175的動(dòng)作，并且參照?qǐng)D4如下進(jìn)行說明，以微處理器等集成電路為主，可適當(dāng)具有任意形式的處理裝置。并且，轉(zhuǎn)換器控制裝置177，以協(xié)同動(dòng)作的任意的適當(dāng)數(shù)量的集成電路裝置和/或電路基板為主，可具有多個(gè)單獨(dú)裝置。例如，轉(zhuǎn)換器控制裝置177可具有壓力傳感器、開關(guān)、電容器、調(diào)節(jié)器、微控制器以及處理器等的裝置。
[0049]轉(zhuǎn)換器控制裝置177調(diào)整來自天線179的電場(chǎng)的放射。當(dāng)轉(zhuǎn)換器175靠近電極陣列154時(shí)，由天線179放射出的電場(chǎng)在一個(gè)以上的電極上感應(yīng)出檢測(cè)信號(hào)。具體而言，通過向轉(zhuǎn)換器天線179施加電壓V，在作為構(gòu)成電容器的相對(duì)電極的一端(上板)的轉(zhuǎn)換器天線179和作為構(gòu)成該電容器的相對(duì)電極的另一端(底板)的電極陣列154中一個(gè)以上的電極儲(chǔ)存電荷量Q。并且，在天線179和電極陣列154中的一個(gè)以上的電極之間形成電場(chǎng)。該電場(chǎng)在電極陣列154中一個(gè)以上的電極感應(yīng)出相反的電荷。在這種情況下，被感應(yīng)出的電荷量與轉(zhuǎn)換器天線179和一個(gè)以上的電極之間的電容成比例。被感應(yīng)出的電荷獨(dú)立于施加電壓V的頻率，通?？扇缦卤硎境鰜?
[0050](數(shù)學(xué)式I)
[0051]Q=CV
[0052]公式中，C是轉(zhuǎn)換器天線179和感應(yīng)出電荷的一個(gè)以上的電極之間的電容。通過使施加在轉(zhuǎn)換器天線179上的電壓發(fā)生變化，可在電極陣列154上感應(yīng)出電流。具體而言，通過改變施加電壓而使儲(chǔ)存電荷和電場(chǎng)發(fā)生變化，使電極陣列154的感應(yīng)電荷發(fā)生變化。感應(yīng)電荷的變化在電極陣列154上產(chǎn)生電流量(I)。該電流量如數(shù)學(xué)式2所示地,與電壓V及電容C同樣與施加驅(qū)動(dòng)頻率成比例。
[0053](數(shù)學(xué)式2)
[0054]I = C-
[0055]根據(jù)本發(fā)明的各種例示的實(shí)施例，測(cè)定在電極陣列154上感應(yīng)出的電流(檢測(cè)信號(hào))的值(電流量)，更具體為測(cè)定屬性(例如振幅、相位等)，用于轉(zhuǎn)換器175的位置確定。換言之，當(dāng)以轉(zhuǎn)換器模式動(dòng)作時(shí)，以根據(jù)在電極陣列154上感應(yīng)出的多個(gè)檢測(cè)信號(hào)的屬性確定轉(zhuǎn)換器175位置的方式，構(gòu)成傳感器控制裝置152。
[0056]圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器175的框圖。轉(zhuǎn)換器175具有轉(zhuǎn)換器控制裝置177和天線179。轉(zhuǎn)換器控制裝置177控制轉(zhuǎn)換器175的動(dòng)作，適合具有任意類型的處理裝置。在圖示的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器控制裝置177包括壓力傳感器306、功率控制器(powerarbitrator)308、側(cè)開關(guān)(side switch)310、電容器314 (例如被稱作超級(jí)電容器的雙電層電容器(EDLC:electric double layer capacitor、ultra capacitor))、電荷輸入連接器315、調(diào)節(jié)器316以及微控制器裝置(micro controller unit (MCU))318。功率控制器308和 MCU318 夾著通用的 1/0 (general purpose input/output (GP10))312 結(jié)合，MCU318 和天線179夾著另一 GPIO結(jié)合。[0057]參照?qǐng)D3(b)，構(gòu)成轉(zhuǎn)換器控制裝置177的所述部件的若干個(gè)或全部以及它們的所需接口，可適當(dāng)?shù)匕惭b在收容于轉(zhuǎn)換器主體330內(nèi)的電路基板329上。在圖3 (b)所示的輸入筆的具體化了的例子中，除了電容器314以外的全部部件安裝在筆形主體330內(nèi)部的基板329上。在圖3 (b)中所示的實(shí)施例中，壓力傳感器306設(shè)在輸入筆的前端附近，在將前端向檢測(cè)面按壓的情況下，檢測(cè)向起到天線179的作用的前端施加的壓力。但是，在其他實(shí)施例中，壓力傳感器306也可以隔著將壓力信息從前端發(fā)送至壓力傳感器306的位置為止的機(jī)構(gòu)或連桿機(jī)構(gòu)，更遠(yuǎn)離前端而放置。側(cè)開關(guān)310以向筆形主體330的側(cè)部露出的方式進(jìn)行設(shè)置，起到鼠標(biāo)設(shè)備中的右鍵、左鍵的功能。電荷輸入連接器315向筆形主體330的后端露出，與充電插接站(charging docking station)(未圖示)相連接。超級(jí)電容器等電容器314設(shè)在筆形主體330的后部。圖3 (b)的輸入筆形狀的轉(zhuǎn)換器175的起到筆形前端作用的天線179，可由任意適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料構(gòu)成，并且可形成任意的適當(dāng)?shù)男螤?。根?jù)本發(fā)明，輸入筆轉(zhuǎn)換器的尺寸不設(shè)限制，但在圖3 (b)中圖示的一個(gè)實(shí)施例中，輸入筆具有120_的長(zhǎng)度和Ilmm的直徑。
[0058]在圖示的實(shí)施例中，電容器314設(shè)置成起到轉(zhuǎn)換器175的電源的功能。可使用通過充電預(yù)定的時(shí)間，得到使轉(zhuǎn)換器175動(dòng)作所需的充分電力的、具有高能量密度的超級(jí)電容器等任意的電容器。額定電壓為3.3V且電容為0.2F的電容器，可在大部分應(yīng)用中得到充分的電力。從圖3 (b)可知，電容器314的直徑規(guī)定輸入筆型轉(zhuǎn)換器175的直徑。因此，通過減少電容器314的直徑，可使轉(zhuǎn)換器175的直徑變小，如使其收斂在3?7_的范圍內(nèi)。
[0059]電容器314可從各種電源進(jìn)行充電。例如圖不一樣,轉(zhuǎn)換器175在放置于作為與該輸入系統(tǒng)有關(guān)的裝置(未圖示)的、插接站或其他充電區(qū)時(shí)域，電容器314可通過電荷輸入連接器315進(jìn)行充電。當(dāng)轉(zhuǎn)換器175被放置于插接站時(shí)，通過歐姆接觸，即從插接站的天線向轉(zhuǎn)換器175,更具體為向電容器314發(fā)送電力。在另一個(gè)實(shí)施例中,通過從電極陣列154或從為該目而與電極陣列分離設(shè)置的用于供給電力的天線(powering antenna)發(fā)送電磁信號(hào)，從而對(duì)電容器314進(jìn)行充電。用于供給電力的天線可位于電極陣列154上面或其附近。為了接收這種電磁信號(hào)，轉(zhuǎn)換器175可使用天線179或?yàn)樵撃康亩貏e設(shè)置的單獨(dú)天線。在這些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器175在使用過程中可再充電，從而可使用更加小型的電容器314。其中，電容器314是適合與轉(zhuǎn)換器175 —同使用的電源的一例，同樣可使用蓄電池及電線式電源等其他形式的電源。
[0060]壓力傳感器306，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)換器175上、更具體為輸入筆形狀的轉(zhuǎn)換器的情況下的轉(zhuǎn)換器前端上施加的壓力。檢測(cè)壓力用于控制轉(zhuǎn)換器175及組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)的各種動(dòng)作。在圖示的實(shí)施例中，通過將壓力傳感器306安裝在前端部上，可測(cè)定將筆形轉(zhuǎn)換器的前端按壓在檢測(cè)面104上的壓力。作為一例，檢測(cè)壓力用于從作為初始設(shè)定的睡眠模式起動(dòng)(awaken)轉(zhuǎn)換器175。通過設(shè)置睡眠模式，并且僅檢測(cè)前端壓力來起動(dòng)轉(zhuǎn)換器175，可減少轉(zhuǎn)換器175的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間，能節(jié)約電力。作為另一例，關(guān)于切換到接觸模式的動(dòng)作，當(dāng)由壓力傳感器306檢測(cè)出超過某固定閾值的壓力值時(shí)，可使組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)以轉(zhuǎn)換器模式進(jìn)行動(dòng)作。并且，在又一例中，可在表示用戶的行程的寬度或強(qiáng)度時(shí)使用壓力傳感器306，例如表示用戶所希望的細(xì)線且表示較輕行程的較小壓力或粗線且表示較強(qiáng)行程的較大壓力等。作為壓力傳感器306的具體化設(shè)備，可使用各種不同形式的電路。作為一例，可使用當(dāng)施加壓力時(shí)電阻發(fā)生變化的可變電阻器。電阻變化被適當(dāng)?shù)哪M/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital converter (ADC))測(cè)定并被數(shù)字化。之后,被發(fā)送給用于確定檢測(cè)壓力電平的處理的MCU318。
[0061]側(cè)開關(guān)310例如是與鼠標(biāo)的右擊操作和左擊操作同樣地可由用戶控制轉(zhuǎn)換器175的動(dòng)作的開關(guān)。側(cè)開關(guān)310的狀態(tài)被發(fā)送給MCU318，用于控制轉(zhuǎn)換器175的動(dòng)作。例如，側(cè)開關(guān)可用于以不同的顏色使用轉(zhuǎn)換器175，或以不同形式的行程等使用，諸如此類地可用于設(shè)定不同的動(dòng)作模式。與由壓力傳感器306得到的壓力信息同樣地，與轉(zhuǎn)換器的識(shí)別信息(ID) 一同接收的側(cè)開關(guān)310的開關(guān)信息通過MCU318被編碼成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如以下說明，其從天線179發(fā)送給電極陣列154。
[0062]調(diào)節(jié)器316控制對(duì)轉(zhuǎn)換器175供給的電力。并且控制向MCU318供電的電源。特別優(yōu)選的是，在從電容器314或蓄電池供電的無(wú)線式轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用中，使消耗電力最小。由此優(yōu)選的是，功率調(diào)節(jié)器316在普通電流驅(qū)動(dòng)下的通電過程中處于起動(dòng)模式，在低電流驅(qū)動(dòng)下的通電過程中處于睡眠模式或停止模式。因此，功率控制器308，以可由MCU318進(jìn)行判斷的方式，監(jiān)測(cè)從壓力傳感器306接收的壓力信號(hào)，當(dāng)其檢測(cè)電平超過某固定的閾值時(shí)，將調(diào)節(jié)器316從睡眠模式切換成起動(dòng)模式，從而可起動(dòng)轉(zhuǎn)換器175。實(shí)際的省電情況下，只可能在檢測(cè)到充分的前端壓力時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)換器175。其以具有可控制的輸出電平的各種編程裝置為主，可使用各種不同形式的功率調(diào)節(jié)器。參照?qǐng)D15如下說明在睡眠模式和起動(dòng)模式之間切換的轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作。
[0063]根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)例示的實(shí)施例，微控制器裝置(MCU)318執(zhí)行與轉(zhuǎn)換器175相關(guān)的整體處理，并且執(zhí)行下述三個(gè)功能:即，通過功率控制器308對(duì)調(diào)節(jié)器316進(jìn)行控制、通過MCU318向天線179供給信號(hào)、以及基于驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的跳頻的防止噪聲和/或驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼化。根據(jù)本發(fā)明的各種例示的實(shí)施例，MCU318是具有數(shù)字控制式振蕩器的可編程裝置。該數(shù)字控制式振蕩器向天線179供給信號(hào)。該振蕩器可通過進(jìn)行頻率跳頻，并且使信號(hào)頻率偏移而進(jìn)行控制，以將與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(例如壓力數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)以及筆識(shí)別數(shù)據(jù))的編碼化對(duì)應(yīng)的不同頻率范圍的信號(hào)供給給天線179。在另一個(gè)實(shí)施例中，MCU318與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼化對(duì)應(yīng)地，使向天線179供給的信號(hào)進(jìn)行振幅偏移或相位偏移。MCU318控制供給給天線179的信號(hào)的時(shí)序、持續(xù)期間、頻率、振幅以及相位。因此，由天線179產(chǎn)生的電場(chǎng)，不僅用于使傳感器150確定轉(zhuǎn)換器175的位置，還用于接收由轉(zhuǎn)換器175編碼了的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行解碼。MCU318優(yōu)選具有降低動(dòng)作電流的低功率模式。通過在發(fā)送信號(hào)時(shí)間的期間、即不發(fā)送信號(hào)的期間應(yīng)用低功率模式，可降低轉(zhuǎn)換器175整體的電力消耗。適合用作MCU318的具有低消耗電力的微控制器裝置的一例是可從德州儀器公司(TexasInstruments)購(gòu)買的MSP430微控制器。
[0064]圖5 Ca)是具有電極陣列154及控制裝置152 (參照?qǐng)D2)的傳感器150的框圖。控制裝置起到下述功能:進(jìn)行用由轉(zhuǎn)換器175產(chǎn)生的電場(chǎng)編碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的解碼，并且執(zhí)行確定對(duì)象物(例如手指)及轉(zhuǎn)換器175的位置的信號(hào)處理。在圖示的實(shí)施例中，包括模擬多路復(fù)用器(MUX) 410、另一模擬多路復(fù)用器412、處理段414、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital converter (ADC)) 416 以及微處理器裝置(microprocessor unit(MPU))420。所述部件是控制裝置152中的、用于檢測(cè)基于轉(zhuǎn)換器175的指示位置及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的構(gòu)成部分?？刂蒲b置152還包括與模擬多路復(fù)用器410及MPU420 —同形成控制裝置152的電容性接觸檢測(cè)部的濾波器和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 418。適合用作MPU420的微處理器裝置的一例是可從賽普拉斯公司(Cypress)購(gòu)買的可編程系統(tǒng)芯片(ProgrammableSystem-on-chip (PSOC))微處理器。其中，在圖5 (a)中圖示的控制裝置152的結(jié)構(gòu)只是一例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知也可以是控制裝置152的其他結(jié)構(gòu)。例如，電容性接觸檢測(cè)部和檢測(cè)轉(zhuǎn)換器175的指示位置及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的構(gòu)成部分在局部或整體上組合而一體化。在圖示的實(shí)施例中，MPU420由電容性檢測(cè)部和檢測(cè)轉(zhuǎn)換器175的指示位置及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的構(gòu)成部分雙方共用。
[0065]多路復(fù)用器410與系統(tǒng)的動(dòng)作模式對(duì)應(yīng)地，使電極陣列154選擇性地與控制裝置152的電容性接觸檢測(cè)部和/或檢測(cè)轉(zhuǎn)換器175的指示位置及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的構(gòu)成部分結(jié)合。多路復(fù)用器410可利用模擬多路復(fù)用器進(jìn)行具體化。優(yōu)選的是所述多路復(fù)用器是以注入比較低的電荷從而防止電極陣列154的電容顯著變亂的方式來選擇。多路復(fù)用器410與檢測(cè)轉(zhuǎn)換器175的指示位置及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的構(gòu)成部分所具有的模擬多路復(fù)用器412、電容性檢測(cè)部的濾波器及ADC段418結(jié)合。
[0066]在電容性檢測(cè)部中，濾波器和ADC段418，測(cè)定由對(duì)象物引起的任意的電容變化，并適當(dāng)放大，進(jìn)行濾波且使其數(shù)字化，以使MPU420能進(jìn)行確定對(duì)象物的位置的處理。因此，例如MPU420可對(duì)用于與構(gòu)成第二組的細(xì)長(zhǎng)電極154b中各電極一同形成電容器的、構(gòu)成第一組的細(xì)長(zhǎng)電極154a中各電極供給電信號(hào)。通過構(gòu)成第二組的電極154b所對(duì)應(yīng)的電極監(jiān)測(cè)并測(cè)定在電極(154a、154b)之間形成的各電容器中的電容變化。MPU420根據(jù)所測(cè)定的電容變化，執(zhí)行確定對(duì)象物的位置所需的處理。其中，為使電容性檢測(cè)變得容易，可使用各種不同的技術(shù)。本發(fā)明的實(shí)施例，可利用任意的電容性檢測(cè)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，組合式接觸及轉(zhuǎn)換器輸入系統(tǒng)，由可附加的任意適當(dāng)?shù)碾娙菪越佑|傳感器來構(gòu)筑檢測(cè)轉(zhuǎn)換器175的指示位置及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的功能。
[0067]檢測(cè)轉(zhuǎn)換器175的指示位置及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的構(gòu)成部分所具有的模擬多路復(fù)用器412，起到在轉(zhuǎn)換器模式下將電極陣列154的各電極與處理段414連接的功能。如參照?qǐng)D11(b)及圖11 (c)在以下充分說明，當(dāng)各電極不與處理段414連接時(shí)，各電極選擇性地成為終端(例如、直接與地線連接、通過電阻與地線連接的終端、懸浮(非連接狀態(tài)))。
[0068]處理段414起到對(duì)從電極陣列154接收的各檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大并進(jìn)行濾波的功能。因此，處理段414可包括各種放大器和濾波器。參照?qǐng)D6以下詳細(xì)說明處理裝置414的一例。被放大并進(jìn)行濾波的模擬形式的各信號(hào)，緊接著被ADC416接收，從該ADC416以數(shù)字形式向MPU420輸出。
[0069]在圖6表示處理段414的一個(gè)特定的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，處理段414包括放大器502、自動(dòng)增益控制(automatic gain control (AGC))504、陷波濾波器506、帶通濾波器508 (例如寬頻帶的帶通濾波器)以及抗混濾波器510。
[0070]放大器502對(duì)從所選擇的電極接收的信號(hào)進(jìn)行放大。以電荷放大器、電壓放大器、互阻抗放大器(電流-電壓轉(zhuǎn)換器)以及級(jí)聯(lián)型互阻抗放大器為主，可使用各種式樣的放大器。
[0071]圖7以例示方式圖示了可用作圖6的放大器502的電荷放大器600。該電荷放大器600具有運(yùn)算放大器(即op amp) 602，該運(yùn)算放大器602通過電容器606以負(fù)反饋方式起動(dòng)。該運(yùn)算放大器602的反轉(zhuǎn)輸入與電極線相連接。電荷放大器600產(chǎn)生與在電極上感應(yīng)出的電荷成比例的電壓，通過下述數(shù)學(xué)式3得到該電壓:[0072](數(shù)學(xué)式3)
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種輸入系統(tǒng)，包括筆形狀的位置指示器，和檢測(cè)所述位置指示器所指示的位置的傳感器，其特征在于， 所述傳感器包括:電極陣列，具有在第一方向上配置的多個(gè)電極和在不同于所述第一方向的第二方向上配置的多個(gè)電極；以及傳感器控制單元，與所述電極陣列連接， 所述位置指示器包括:檢測(cè)施加到所述位置指示器的前端的壓力的壓力傳感器；位置指示器控制單元，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述壓力傳感器檢測(cè)到的壓力值的信號(hào)；以及天線，將對(duì)應(yīng)于所述壓力值的所述信號(hào)發(fā)送到所述傳感器， 所述位置指示器控制單元將所述壓力傳感器檢測(cè)到的所述壓力值格式化為數(shù)據(jù)幀，按照預(yù)定的編碼方法對(duì)所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行編碼，并將按照預(yù)定的編碼方法編碼的壓力值與表示所述數(shù)據(jù)幀的開始的開始信號(hào)一起經(jīng)由所述天線發(fā)送到所述傳感器， 與所述電極陣列連接的所述傳感器控制單元被設(shè)定為:(1)向配置于所述第一方向的第一電極提供預(yù)定的信號(hào)，并測(cè)定由配置于所述第二方向的第二電極檢測(cè)到的信號(hào)的屬性，從而電容性的檢測(cè)靠近所述電極陣列或者位于所述電極陣列上的對(duì)象物，(2)控制所述電極陣列來測(cè)定由所述第一電極和第二電極檢測(cè)到的信號(hào)的屬性，從而檢測(cè)靠近所述電極陣列或者位于所述電極陣列上的位置指示器，(3)分時(shí)控制所述電極陣列來分別檢測(cè)所述對(duì)象物和所述位置指示器， 所述傳感器控制單元還被設(shè)定為:在預(yù)定期間內(nèi)反復(fù)檢測(cè)以非同步方式從所述位置指示器發(fā)送到所述傳感器的信號(hào)的屬性，從而檢測(cè)所述位置指示器并對(duì)被編碼的所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解碼。
2.如權(quán)利要求1所述的輸入系統(tǒng)，其特征在于， 所述對(duì)象物是手指。
3.如權(quán)利要求1所述的輸入系統(tǒng)，其特征在于， 所述預(yù)定的編碼方法選自頻率偏移鍵控方法、振幅偏移鍵控方法、相位偏移鍵控方法、正交振幅調(diào)制中的任意一種。
4.如權(quán)利要求1所述的輸入系統(tǒng)，其特征在于， 所述信號(hào)的屬性是信號(hào)的頻率、振幅、相位中的至少任意一個(gè)。
5.如權(quán)利要求1所述的輸入系統(tǒng)，其特征在于， 所述傳感器控制單元選擇性地將所述第一電極互相連接而形成第一回路、選擇性地將所述第二電極互相連接而形成第二回路，從而電磁性的檢測(cè)位置指示器，所述位置指示器放射電磁信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的輸入系統(tǒng)，其特征在于， 所述傳感器控制單元通過當(dāng)檢測(cè)到從所述位置指示器發(fā)送的信號(hào)時(shí)開始持續(xù)檢測(cè)所述位置指示器，來分時(shí)控制所述電極陣列。
7.如權(quán)利要求6所述的輸入系統(tǒng),其特征在于， 所述傳感器控制單元被設(shè)定為:(a)當(dāng)檢測(cè)到從所述位置指示器發(fā)送的信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，并直到計(jì)時(shí)結(jié)束都持續(xù)檢測(cè)所述位置指示器，(b)每次當(dāng)檢測(cè)到來自所述位置指示器的信號(hào)時(shí)，都重新啟動(dòng)所述計(jì)時(shí)器。
8.如權(quán)利要求1所述的輸入系統(tǒng)，其特征在于， 所述天線被設(shè)置作為所述位置指示器的前端。
9.如權(quán)利要求1所述的輸入系統(tǒng)，其特征在于， 所述天線被設(shè)定為按照預(yù)定的無(wú)線通信協(xié)議放射RF信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的輸入系統(tǒng)，其特征在于， 所述預(yù)定的無(wú)線通信協(xié)議是藍(lán)牙協(xié)議。
11.一種筆形狀的位置指示器，由包括電極陣列的傳感器檢測(cè)，所述位置指示器的特征在于，包括: 壓力傳感器，檢測(cè)施加到所述位置指示器的前端的壓力； 位置指示器控制單元，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述壓力傳感器檢測(cè)到的壓力值的信號(hào)；以及 天線，將對(duì)應(yīng)于所述壓力值的信號(hào)發(fā)送到所述傳感器， 所述位置指示器控制單元將所述壓力傳感器檢測(cè)到的壓力值格式化為數(shù)據(jù)幀，按照預(yù)定的編碼方法對(duì)所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行編碼，并將按照預(yù)定的編碼方法編碼的壓力值與表示所述數(shù)據(jù)幀的開始的開始信號(hào)一起經(jīng)由所述天線發(fā)送到所述傳感器。
12.如權(quán)利要求11所述的筆形狀的位置指示器，其特征在于， 所述位置指示器控制單元被設(shè)定為:(1)以睡眠模式工作，在睡眠模式中將所述壓力傳感器檢測(cè)到的壓力值與預(yù)定的壓力閾值進(jìn)行比較；(2)當(dāng)判定為所述檢測(cè)到的壓力值超過了所述壓力閾值時(shí)，從睡眠模式切換為起動(dòng)模式，將所述壓力值格式化為所述數(shù)據(jù)幀，對(duì)所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行編碼，并將按照預(yù)定的編碼方法編碼的壓力值與表示所述數(shù)據(jù)幀的開始的開始信號(hào)一起經(jīng)由所述天線發(fā)送到所述傳感器，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器并直到計(jì)時(shí)結(jié)束都維持所述起動(dòng)模式；(3)每次當(dāng)判定為所述檢測(cè)到的壓力值超過了所述壓力閾值時(shí)，都重新啟動(dòng)所述計(jì)時(shí)器。
13.如權(quán)利要求11所述的筆形狀的位置指示器，其特征在于， 還包括作為驅(qū)動(dòng)電源的蓄電池或超級(jí)電容器。
14.如權(quán)利要求13所述的筆形狀的位置指示器，其特征在于， 所述驅(qū)動(dòng)電源通過與所述傳感器相關(guān)的電力天線所發(fā)送的電力來充電。
15.如權(quán)利要求13所述的筆形狀的位置指示器，其特征在于， 當(dāng)所述位置指示器置于充電站上時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電源被充電。
16.如權(quán)利要求13所述的筆形狀的位置指示器，其特征在于， 還包括充電連接器，通過所述充電連接器對(duì)所述驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行充電。
17.—種傳感器控制單元，控制輸入系統(tǒng)的操作，所述輸入系統(tǒng)包括筆形狀的位置指示器，和檢測(cè)所述位置指示器所指示的位置的傳感器，所述傳感器包括電極陣列， 所述電極陣列具有在第一方向上配置的多個(gè)第一電極和在不同于所述第一方向的第二方向上配置的多個(gè)第二電極，所述電極陣列從所述筆形狀的位置指示器接收數(shù)據(jù)幀和表示所述數(shù)據(jù)幀的開始的開始信號(hào)，所述數(shù)據(jù)幀被按照預(yù)定的編碼方法進(jìn)行了編碼， 所述傳感器 控制單元被設(shè)定為:(1)向配置于所述第一方向的第一電極提供預(yù)定的信號(hào)，并測(cè)定由配置于所述第二方向的第二電極檢測(cè)到的信號(hào)的屬性，從而電容性的檢測(cè)靠近所述電極陣列或者位于所述電極陣列上的對(duì)象物，(2)控制所述電極陣列來測(cè)定由所述第一電極和第二電極檢測(cè)到的信號(hào)的屬性，從而檢測(cè)靠近所述電極陣列或者位于所述電極陣列上的位置指示器，(3)分時(shí)控制所述電極陣列來分別檢測(cè)所述對(duì)象物和所述位置指示器，所述傳感器控制單元還被設(shè)定為:在預(yù)定期間內(nèi)反復(fù)檢測(cè)以非同步方式從所述位置指示器發(fā)送到所述傳感器的信號(hào)的屬性，從而檢測(cè)所述位置指示器并對(duì)被編碼的所述數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解碼。
18.如權(quán)利要求17所述的傳感器控制單元，其特征在于， 所述傳感器控制單元選擇性地將所述第一電極互相連接而形成第一回路、選擇性地將所述第二電極互相連接而形成第二回路，從而電磁性的檢測(cè)所述位置指示器。
19.如權(quán)利要求17所述的傳感器控制單元，其特征在于， 所述傳感器控制單元通過當(dāng)檢測(cè)到從所述位置指示器發(fā)送的信號(hào)時(shí)開始持續(xù)檢測(cè)所述位置指示器，來分時(shí)控制所述電極陣列。
20.如權(quán)利要求19所述的傳感器控制單元，其特征在于， 所述傳感器控制單元還被設(shè)定為:(a)當(dāng)檢測(cè)到從所述位置指示器發(fā)送的信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，并直到計(jì)時(shí)結(jié)束都持續(xù)檢測(cè)所述位置指示器，(b)每次當(dāng)檢測(cè)到來自所述位置指示器的信號(hào)時(shí)，都重新啟動(dòng)所述計(jì)時(shí)器。`
【文檔編號(hào)】G06F3/041GK103760993SQ201310722569
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2008年10月2日
【發(fā)明者】奧利弗·皮特·金-史密斯, 貝爾納杜斯·H·施密特, 佩曼·哈迪扎德 申請(qǐng)人:株式會(huì)社和冠