[发明专利]一种画图板及其方法

说明书

本发明涉及一种能将平板上的笔的位置转换成电信号的装置及其转换方法。

现有计算机用鼠标器选择使用者所需屏幕位置，简单、直观，但是使用功能有限，不能按使用人意愿将信号传输到屏幕，从而显示出文字、数字、画面。近年来也有用数字化仪将人们的书写信息进行电子传递。小型数字化仪又称画图板。数字化仪主要有两种：一种是板面下装有某种由特殊材料构成的物质，电磁波在该物质中的传播被延迟，通过在该物质的终端测量延迟的相位就可换算出电磁波发射点的位置；另一种是X、Y方向各一组由多根相互平行的导线组成天线，有的将发射源做在笔上，用天线接收信号；有的以天线作为发射源，将接收单元做在笔上。上述两类装置对接收到的信号处理大致可分为：(1)依靠A/D转换，通过确定信号的最大值来确定定点位置；(2)通过锁相环(Phase-Lock-Loop)；(3)通过同步检波。(参考U.S Patent documents 4616106 10/1986)但是两种方法均有不足，第一种方法制造出的定位装置有比较高的精度，但材料是由绕制线圈之类手段作成，工艺复杂：第二种方法，受制于笔对天线的距离，天线阵列方格的边长。边长越短，精度越高，但笔须更近天线，此时信号/噪声比(S/N)也要受到损害，故精度难有实质性的提高。

本发明的目的是设计一种结构简单并能精确确定画图板上位置并转换成电信号的装置及其转换方法。

本发明的装置有两部分，一是能够产生电磁场的笔，另一是装有接收天线的平板。笔是在笔腔内有一空心磁棒，磁棒外绕有线圈，磁棒内通过带有笔头的笔芯，其余的弹簧、垫片、开关及其连线排列在笔尾部，除连线引出笔壳及一个锨按式按钮的部分露出笔壳外，其余均包含在笔壳内。弹簧与笔芯、靠近开关的垫片相连，同磁棒头上的垫片一起形成一个开关，相当于鼠标左按钮；另一按钮可制成锨按式，相当于鼠标右按钮。

在平板下面有四组接收天线，图6给出了相互垂直的X、Y方向各两组方向相反的共四组接收天线示意图，每组天线由互相平行的导线组成，导线的一端全部接地，另一端有两种连接方式：一是接至多路开关，另一是悬空，为叙述起见，称接至多路开关的导线为主导线，称悬空的导线为辅助导线。

参考图2。图2详细说明了天线的形状。为简单起见，图中只画出了一个方向的两组天线，实际上与该方向垂直的方向也有同样的天线。从图2可以看出：每组天线都由相互平行的导线构成，这些导线在共同的一端全都接地，另一端有的接至多路开关，有的悬空。前者被称为主导线，后者为辅助导线。图2中11、12指向主导线，13、14指向辅助导线。由图2还可以看出，每根主导线对称地携带两根辅助导线。天线接收来自于笔的电信号，经过处理后，其相位与笔的位置成线性关系，从而得到相应的坐标值。

产生交变电磁场的笔的位置经接收大线转换成电信号。使用的数学公式如下：

四组接收天线分成相互垂直的各两组方向相反的天线，每组天线由互相平行的导线组成，在一组接收天线中，A为主导线之集，B、C分别为左、右辅助导线之集，参考图2。

设A中相邻导线的距离为D，多路开关34从左向右扫描A中导线，对应的时间为[0，8*T]，T为扫描一根导线的时间。笔至最左边导线的距离为x。此时笔中流动着交流电流sin(2πt/T)。

A组导线的情况。笔尖附近的交变电磁场使该组导线产生感生电动势f(2π(t/T-x/D))sin(2πt/T)，即调制信号f(2π(t/T-x/D))与载波信号sin(2πt/T)之积。f的函数图形为图7：当笔居于某导线正上方时，导线产生感生电动势为0，故f(0)＝0；由于笔左边的导线与笔右边的导线产生感生电动势反向，故f(z)当z＜0时为正，当z＞0时为负；当某根导线离笔较远时，导线产生感生电动势就比较小，故f(z)当|z|比较大时比较小。

B组导线的情况。根据上述推理，得出B组导线的感生电动势为

      k*f(2π(t/T-x/D+1/3))sin(2πt/T).

其中，k＝辅助导线的宽度/主导线的宽度。

C组导线的情况。同理，得出C组导线的感生电动势为：

      k*f(2π(t/T-x/D-1/3))sin(2πt/T).

通过34轮流选通A组的每一根导线，由A、B、C三组的感生电动势产生感生电流，得到

{f(2π(t/T-x/D))+k[f(2π(t/T-x/D+1/3))+f(2π(t/T-x/D-1/3))]}

           sin(2πt/T).

经过37中的相位检测，得到