[发明专利]点式坐标输入装置

说明书

本发明涉及一种坐标输入装置，即将手写的文字和图形转为数字信息进行实时传输的装置。

目前已有的坐标输入装置主要是利用平面纵横坐标网判断笔的位置坐标，每采集一对X、Y坐标时，就必须将平面的纵横坐标网扫描一遍，影响了笔位置坐标的采集速度。12.5×12.5cm²的坐标输入板采集笔位置坐标的速度目前只达到了每秒200个坐标对，输入板面积越大，需要扫描纵坐标网越多，因此采集坐标的速度越慢。

人们书写字体时运笔的速度可达到1.25米/秒。如果以这种速度书写时无论输入装置的分辩率有多高，由于受到采集速度的限制，所采集相邻两点坐标间隔在5mm以上，使手写文字和图形的采集失去大量信息，导致计算机对手写文字和图形识别的困难。获取手写文字和图形信息的好坏不仅由坐标输入装置的分辩率决定，而且还由坐标输入装置采集坐标的速度来决定。

若获取较好的手写文字和图形信息，要求坐标输入装置所采集相邻两点坐标对的间隔小于0.5mm。按这个要求，当快速书写时，坐标输入装置采集笔位置坐标的速度需要达到每秒2000个坐标对，即比现有坐标输入装置的采集速度高出一个数量级。对于需要扫描一遍纵横坐标网才能得到一个坐标对的输入装置是难以达到所要求的采集坐标速度。

现有投放市场的坐标输入装置基本上采用了数字化仪的技术，主要是扫描纵横坐标网确定笔的位置坐标，所不同的是有利用磁致伸缩原理，有利用电感原理，触压阻阵原理等，利用这些原理研制的坐标输入装置成本较高，结构也较为复杂。

针对目前坐标输入装置存在的上述问题，本发明利用了三点确定平面坐标的原理。如图(1),AB为坐标输入板的边长L，输入板另一边AC长为h。以A点为坐标原点，则笔0点的X、Y坐标分别为：测出OA、OB、OC的长度即可通过上式得到笔的位置坐标。

为了测出OA、OB、OC的长度，在笔中装上发射信号源，然后在A、B、C处分别装上点式接收器。利用该接收器接收笔中所发射信号的幅值和相位，经过线性处理，即可得到笔点0到各点接收器的距离。

通过接收信号的大小，一般得到笔到接收器的距离精度在0.5mm范围，若得到很高的距离精度还需要检测接收信号的相位与笔发射源相位之差。即由单片机控制笔中发射信号的频率，再同时检测接收器中接收到信号的相位可得到相位差。用此相位差做为由信号的大小得到笔与接收器距离的误差补偿，能够使精度提高到0.1mm范围。

本发明的实施中，为了测出OA、OB、OC的长度，笔中发射信号可以是电磁波，也可以是超声波，或者是红外光，A、B、C各点安装的是接收相应信号的点式接收器。笔中电磁波的发射源是由一个LC振荡电路实现的。超声波是笔中装有超声波振子，由于超声波是靠空气的传输，因此传播速度较慢，主要用检测相位的方法获得笔到接收器的距离。发射红外光是在笔中安装红外发光管实现的。

由于超声波和红外光穿透力差，并且方向性强，作为传输信号不很理想。电磁波虽然没有上述缺点，但是容易受干扰。在研究中发现电磁波频率在65kHz-200kHz范围内抗干扰性较好，因此本发明实施的实例采用了电磁波作为传输信号。

电磁波的发射是由一个谐振的LC振荡电路来实现，如图(2)。将它安装在笔内，作成笔式的发射源1。点式接收器是一个电感线圈2，将它安装在框架3的固定的处。经实验测得接收器中感应电流的大小与电磁波发射源的远近有关，电磁波发射源的远近与电感线圈产生感应电流的大小成指数关系，如图(3)。由于这种关系，则需要对电感线圈的感应电流进行对数放大，可获得较接近的线性关系。再经过单片机的线性处理即可实现测出OA、OB、OC长度的目的。

若要确定笔0点的精确位置坐标，即要精确测出OA、OB、OC的长度(精度可达0.1mm)。不仅要测出A、B、C三点电感线圈中感应电流的大小，而且还要检测出感应电流的相位。即由单片机控制笔中发射固定频率电磁波的相位，同时检测接收电感线圈中感应电流的相位，根据这两个相位差即可得到笔0点距三个电感线圈的精确距离。如果对笔的位置坐标精度要求不高(0.5mm范围)，却需要较高的采集笔位置坐标的速度，则可以将笔做成一个单独的电磁波发射源，不需要外接联线。

接收电磁波的电感线圈2，固定在一个已知大小的方框3四角处，也可以固定在方框3的边缘，如图(4)。当笔发射源能量不变的情况下，接收线圈安放在方框边缘比安放在角处做出的输入板面积大一倍。