專利名稱：三維信息檢測裝置、三維信息檢測傳感器裝置及三維信息指示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用三維信息指示裝置及三維信息傳感器裝置來檢測有關(guān)上述三維信息指示裝置在三維空間中的坐標(biāo)或方向的三維信息的三維信息檢測裝置，尤其涉及使用電磁耦合來檢測三維信息用的三維信息檢測裝置、三維信息傳感器裝置和三維信息指示裝置。
背景技術(shù)：
以前開發(fā)出使用指示裝置及傳感器裝置，通過利用上述指示裝置與傳感器裝置之間的電磁耦合來檢測上述指示裝置的姿勢的姿勢檢測裝置。例如，在特開2000-99259號公報(bào)中記載如下的結(jié)構(gòu)使用由具有指示線圈的球形指示裝置和具有傳感器線圈的傳感器裝置構(gòu)成的檢測裝置，通過上述傳感器裝置來檢測上述指示裝置的姿勢。
但是，在上述公報(bào)中記載的檢測裝置中，雖然可能檢測指示裝置的傾斜或水平方向位置，但存在所謂不能檢測三維空間中的坐標(biāo)的問題。
本發(fā)明要以可檢測出指示裝置在三維空間中的位置以及方向作為課題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種三維信息檢測裝置，其特征在于具備具有至少一個指示線圈的指示單元；彼此交叉地沿檢測面配置、與上述指示線圈電磁耦合的多個傳感器線圈；切換選擇上述傳感器線圈的選擇單元；利用上述指示線圈與選擇的上述傳感器線圈之間的電磁耦合產(chǎn)生收發(fā)信號的信號產(chǎn)生單元；檢測由上述選擇的傳感器線圈或上述指示線圈接收的信號的信號檢測單元；和根據(jù)由上述信號檢測單元檢測出的檢測信號，計(jì)算上述指示單元在三維空間中的位置和方向的計(jì)算單元。信號檢測單元檢測由選擇單元選擇的傳感器線圈或指示單元的指示線圈接收到的信號。計(jì)算單元根據(jù)上述信號檢測單元檢測到的檢測信號來計(jì)算上述指示單元在三維空間中的位置和方向。
這里，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測單元檢測到的檢測信號中峰值附近至少三點(diǎn)的信號，計(jì)算上述指示單元的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)，同時(shí)，根據(jù)上述檢測信號在規(guī)定電平值中的坐標(biāo)幅度來得到上述指示單元的高度。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元根據(jù)由上述檢測單元檢測到的檢測信號的關(guān)系來得到上述指示單元的傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述指示單元具有作為上述指示線圈的兩個縱向卷繞線圈，上述計(jì)算單元根據(jù)上述兩個縱向卷繞線圈的合成雙峰信號的左右比來得到上述傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測信號的次級信號比來得到上述傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測信號的左右單側(cè)幅度比來得到上述傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元使用得到的傾角θ及方位角φ來補(bǔ)正檢測出的X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)及高度。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述指示單元具有一個指示線圈。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述指示單元具有多個指示線圈。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述多個指示線圈的中心軸彼此垂直配置。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述多個指示線圈的中心位置配置成相同。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述多個指示線圈中至少一個指示線圈的中心位置按照偏離其它指示線圈的中心位置而配置。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述指示單元具有球體，上述指示線圈配置在上述球體內(nèi)。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述指示線圈中的至少一個卷繞在鐵氧體芯或其它磁性材料上。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生對應(yīng)于上述指示線圈的多個頻率的信號，在上述各指示線圈和上述選擇后的傳感器線圈之間收發(fā)不同頻率的信號。
另外，也可是如下的構(gòu)成通過從上述信號產(chǎn)生單元向上述指示線圈提供電流，從上述指示線圈發(fā)送信號，上述檢測單元檢測由上述傳感器線圈產(chǎn)生的信號。
另外，也可是如下的構(gòu)成通過從上述信號產(chǎn)生單元向上述傳感器線圈提供電流，從上述傳感器線圈發(fā)送信號，上述檢測單元檢測由上述指示線圈產(chǎn)生的信號。
另外，也可是如下的構(gòu)成通過從上述信號產(chǎn)生單元向上述傳感器線圈提供電流，從上述傳感器線圈發(fā)送信號，上述指示線圈接收上述信號后，返送到上述傳感器線圈，上述檢測單元檢測由上述傳感器線圈接收的信號。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元計(jì)算上述指示單元的延長線與上述檢測面的交叉點(diǎn)。
另外，也可是如下的構(gòu)成具備配置成彼此交叉且與上述傳感器線圈交叉的多個斜傳感器線圈。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種三維信息傳感器裝置，其特征在于具備彼此交叉地沿檢測面配置、與指示單元的指示線圈電磁耦合的多個傳感器線圈；切換選擇上述傳感器線圈的選擇單元；利用上述指示線圈與選擇后的上述傳感器線圈之間的電磁耦合產(chǎn)生收發(fā)信號的信號產(chǎn)生單元；檢測由上述選擇后的傳感器線圈或上述指示線圈接收的來自上述信號產(chǎn)生單元的信號的信號檢測單元；和根據(jù)由上述信號檢測單元檢測出的信號，計(jì)算上述指示單元的位置和方向的計(jì)算單元。信號檢測單元檢測由選擇單元選擇后的傳感器線圈或指示單元的指示線圈接收到的來自信號產(chǎn)生單元的信號。計(jì)算單元根據(jù)上述信號檢測單元檢測到的檢測信號來計(jì)算上述指示單元的位置和方向。
這里，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測單元檢測到的檢測信號中峰值附近至少三點(diǎn)的信號，得到上述指示單元的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)，同時(shí)，根據(jù)上述檢測信號在規(guī)定電平值中的坐標(biāo)幅度來得到上述指示單元的高度。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元根據(jù)由上述檢測單元檢測到的檢測信號的關(guān)系來得到上述指示單元的傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述指示單元具有作為上述指示線圈的兩個縱向卷繞線圈，上述計(jì)算單元根據(jù)上述兩個縱向卷繞線圈的合成雙峰信號的左右比來得到上述傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測信號的次級信號比來得到上述傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測信號的左右單側(cè)幅度比來得到上述傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元使用得到的傾角θ及方位角φ來補(bǔ)正檢測出的X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)及高度。
另外，也可是如下的構(gòu)成具備配置成彼此交叉且與上述傳感器線圈交叉的多個斜傳感器線圈。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種三維信息指示裝置，具備在與多個傳感器線圈之間通過電磁耦合進(jìn)行信號轉(zhuǎn)移的多個指示線圈，其特征在于上述多個指示線圈由兩個指示線圈構(gòu)成，上述各指示線圈的中心位置配置在彼此偏離的位置上，同時(shí)，上述各指示線圈的中心軸配置成彼此垂直。兩個指示線圈的中心位置配置在彼此偏離的位置上，同時(shí)，上述各指示線圈的中心軸配置成彼此垂直。
這里，也可是如下的構(gòu)成上述各指示線圈卷繞在磁性材料上。
另外，也可是如下的構(gòu)成具備與上述各指示線圈連接而分別構(gòu)成不同頻率的共振電路的多個共振用電容，。
另外，也可是如下的構(gòu)成具備多個串聯(lián)共振電路，串聯(lián)連接在上述各共振電路上，具有與對應(yīng)的共振電路相同的共振頻率。
另外，也可是如下的構(gòu)成具備發(fā)送信號輸出電路，通過上述串聯(lián)共振電路，從對應(yīng)于上述串聯(lián)共振電路的指示線圈輸出上述發(fā)送信號輸出電路的輸出信號。
另外，也可是如下的構(gòu)成具備向上述發(fā)送信號輸出電路提供驅(qū)動功率的電池。


圖1是概念性地表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明第1實(shí)施方式的框圖。
圖3是本發(fā)明第1實(shí)施方式中使用的三維指示裝置的框圖。
圖4是用于說明本發(fā)明實(shí)施方式動作的時(shí)限圖。
圖5是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式中的CPU的主處理的流程圖。
圖6是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式中的CPU的主處理的流程圖。
圖7是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的圖。
圖8是本發(fā)明第1實(shí)施方式的特性圖。
圖9是本發(fā)明第1實(shí)施方式的特性圖。
圖10是本發(fā)明第1實(shí)施方式的特性圖。
圖11是本發(fā)明第1實(shí)施方式的特性圖。
圖12是本發(fā)明第1實(shí)施方式的特性圖。
圖13是本發(fā)明第1實(shí)施方式的特性圖。
圖14是本發(fā)明第1實(shí)施方式的特性圖。
圖15是本發(fā)明第1實(shí)施方式中使用的方向判斷用圖表特性圖。
圖16是本發(fā)明第1實(shí)施方式的特性圖。
圖17是本發(fā)明第1實(shí)施方式的特性圖。
圖18是本發(fā)明第1實(shí)施方式的特性圖。
圖19是本發(fā)明第1實(shí)施方式的特性圖。
圖20是本發(fā)明第1實(shí)施方式的動作說明圖。
圖21是本發(fā)明第2實(shí)施方式的框圖。
圖22是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式中的CPU的主處理的流程圖。
圖23是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式中的CPU的主處理的流程圖。
圖24是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的圖。
圖25是本發(fā)明第2實(shí)施方式的特性圖。
圖26是本發(fā)明第2實(shí)施方式中使用的方向判斷用圖表特性圖。
圖27是本發(fā)明第2實(shí)施方式的特性圖。
圖28是用于說明本發(fā)明第2實(shí)施方式中三維信息指示裝置的方向判斷處理的圖。
圖29是本發(fā)明第3實(shí)施方式的特性圖。
圖30是本發(fā)明第3實(shí)施方式的特性圖。
圖31是本發(fā)明第3實(shí)施方式的特性圖。
圖32是表示本發(fā)明第3實(shí)施方式中計(jì)算三維信息指示裝置的方位角的實(shí)例的圖。
圖33是表示本發(fā)明其它實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的圖。
圖34是表示本發(fā)明其它實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的圖。
圖35是表示本發(fā)明其它實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的圖。
圖36是表示本發(fā)明其它實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的圖。
圖37是表示本發(fā)明其它實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的圖。
圖38是表示本發(fā)明其它實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的圖。
圖39是表示本發(fā)明其它實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的圖。
圖40是表示本發(fā)明其它實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的圖。
圖41是表示本發(fā)明其它實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的圖。
符號說明100三維信息檢測裝置，101構(gòu)成三維信息指示單元的三維信息指示裝置，102構(gòu)成三維信息檢測單元的三維信息傳感器裝置，103～105、200、2601～2603、2701、2702、2801、2802、2901～2903、3001～3003、3101、3102、3201、3202、3301三維信息指示線圈，106、107、2004、2604～2606、2703、2803、2804、2904、3103、3302芯，108信號電纜，109三維信息傳感器線圈，201接收電路，202構(gòu)成信號檢測單元的檢測部，203振蕩電路，207發(fā)送信號產(chǎn)生電路，204構(gòu)成存儲單元的存儲器，205構(gòu)成選擇單元和計(jì)算單元的CPU，206構(gòu)成信號產(chǎn)生單元的送信控制部，208選擇電路，209送信電路，210控制部，2002斜傳感器線圈，306、307、308信號輸出電路，3004、3203、3402球體具體實(shí)施方式
下面，使用附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，在各圖中，對相同部分標(biāo)以相同符號。
圖1是概念性地表示本發(fā)明第1實(shí)施方式中的三維信息檢測裝置的結(jié)構(gòu)斜視圖。
該第1實(shí)施方式的三維信息檢測裝置100具備用于指示三維空間中XYZ坐標(biāo)和方向即三維信息的三維信息指示裝置101、以及用于檢測三維信息指示裝置101在三維空間中的三維信息(XYZ坐標(biāo)和方向)的三維信息傳感器裝置102。
三維信息指示裝置101構(gòu)成指示單元，具備作為第一線圈的多個指示線圈103～105。多個指示線圈103～105如下構(gòu)成，至少一個指示線圈(第一指示線圈)103的中心位置偏離其它指示線圈(第二指示線圈)104及指示線圈(第三指示線圈)105的中心位置，同時(shí)，各指示線圈103～105的中心軸垂直配置。
即形成如下的結(jié)構(gòu)指示線圈103(下面，必要時(shí)稱為筆形(pen)線圈，另外，必要時(shí)將從指示線圈103接收到的檢測信號稱為筆形信號。)的中心位置配置在偏離指示線圈104(下面，必要時(shí)稱為第一圓柱線圈或縱向卷繞線圈，另外，必要時(shí)將接收來自指示線圈104的信號得到的檢測信號稱為第一圓柱信號。)、指示線圈105(下面，必要時(shí)稱為第二圓柱線圈或縱向卷繞線圈，另外，必要時(shí)將接收來自指示線圈105的信號得到的檢測信號稱為第二圓柱信號。)的中心位置的位置上，指示線圈104、105的中心位置配置在同一位置上，通過指示線圈103～105的中心的中心軸彼此垂直構(gòu)成。
指示線圈103圈繞在由磁性材料構(gòu)成的芯106上，指示線圈104、105卷繞在由磁性材料構(gòu)成的芯107上。另外，指示線圈103～105分別如后所述通過信號電纜108連接在構(gòu)成傳感器裝置102的電路元件上。另外，指示裝置101按照放置在筆形容器中、在手持狀態(tài)下進(jìn)行操作的方式而形成(下面，必要時(shí)將放置于筆形容器中的指示裝置稱為3D筆。)。
另一方面，三維信息傳感器裝置102在檢測面即傳感器裝置102的平坦上面(指示裝置101側(cè)的面)的整個區(qū)域中具備彼此垂直(在該第1實(shí)施方式中為X軸方向及Y軸方向)配置的作為第二線圈的多個傳感器線圈109。
圖2是圖1所示三維信息檢測裝置100的框圖。
在圖2中，多個傳感器線圈109由沿X軸方向并排設(shè)置的多個傳感器線圈(X傳感器線圈)和沿Y軸方向并排設(shè)置的多個傳感器線圈(Y傳感器線圈)構(gòu)成，通過具有放大電路的接收電路201，連接在構(gòu)成信號檢測單元的檢測部202上。
檢測部202具備生成用于檢波接收到的信號的多種頻率信號(在該第1實(shí)施方式中為頻率fu、fv、fw)的振蕩電路203和檢波電路(未圖示)。
構(gòu)成信號產(chǎn)生單元的送信控制部206具備具有生成多種頻率信號(在該第1實(shí)施方式中為頻率fu、fv、fw)的振蕩電路的發(fā)送信號產(chǎn)生電路207、指定時(shí)限和將由發(fā)送信號產(chǎn)生電路207生成的信號在指定時(shí)限有選擇地切換并輸出給送信電路209的選擇電路208。送信電路209具有放大電路，其輸出部分別通過由多個信號電纜構(gòu)成的信號電纜108連接到指示裝置101的對應(yīng)線圈103～105上。
為了獲得同步而連接檢測部202和送信控制部206。另外，檢測部202及送信控制部206連接到控制它們的控制部210上。
控制部210具備事先存儲后述的各種圖表和處理程序的存儲器204；通過執(zhí)行存儲器204中存儲的程序、參照上述圖表進(jìn)行指示裝置101的三維坐標(biāo)和方向的計(jì)算處理、傳感器線圈109的選擇控制處理、檢測部202及送信控制部206的同步控制處理等各種處理的中央處理裝置(CPU)205。傳感器線圈109、接收電路201、檢測部202、送信控制部206、送信電路209及控制部210配備在傳感器裝置102中。
這里，控制部210構(gòu)成處理單元，存儲器204構(gòu)成存儲單元，CPU205構(gòu)成進(jìn)行傳感器線圈109的選擇控制處理的選擇單元、計(jì)算指示裝置101的三維信息的計(jì)算單元、和進(jìn)行檢測部202及送信控制部206的同步控制的同步控制單元。
圖3是表示指示裝置101結(jié)構(gòu)的框圖。指示裝置101具備分別包含指示線圈103～105的三個信號輸出電路306～308。
圖3中，對信號輸出電路306進(jìn)行說明時(shí)，電容301相對于卷繞在磁性材料芯上的指示線圈103并聯(lián)連接。指示線圈103和電容301構(gòu)成共振頻率fu的并聯(lián)共振電路。由線圈302及電容303構(gòu)成的共振頻率fu的串聯(lián)共振電路304通過信號電纜108與由指示線圈103和電容301構(gòu)成的并聯(lián)共振電路串聯(lián)連接。
由串聯(lián)共振電路304及阻抗匹配用緩沖電路305構(gòu)成的濾波電路309包含于送信電路209中。
雖然信號輸出電路307、308與信號輸出電路306結(jié)構(gòu)相同，但對于具有指示線圈104的信號輸出電路307而言，在電容與指示線圈104并聯(lián)連接成共振頻率fv的并聯(lián)共振電路這一點(diǎn)上與信號輸出電路306不同。另外，對于具有指示線圈105的信號輸出電路308而言，在電容與指示線圈105并聯(lián)連接成共振頻率fw的并聯(lián)共振電路這一點(diǎn)上與信號輸出電路306不同。
另外，濾波電路310、311與濾波電路309結(jié)構(gòu)相同，但濾波電路310與濾波電路309的不同之處在于具有共振頻率fv的串聯(lián)共振電路，另外，濾波電路311與濾波電路309的不同之處在于具有共振頻率fw的串聯(lián)共振電路。濾波電路310、311還與濾波電路309一樣包含在送信電路209中，分別通過信號電纜108連接在輸出電路307、308上。另外，濾波電路309～311也可不設(shè)置在送信電路209中，而設(shè)置在指示裝置101中。
圖4是說明該第1實(shí)施方式的動作的時(shí)限圖。另外，圖4中表示傳感器線圈109具有沿X軸方向并聯(lián)設(shè)置的103個X傳感器線圈及沿與其垂直的Y軸方向并聯(lián)設(shè)置的78個Y傳感器線圈的實(shí)例。另外，還同時(shí)記述了相對上述X、Y傳感器線圈旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度后配置的斜傳感器線圈(第三線圈)的時(shí)限，但通過后述的其它實(shí)施例的動作來說明上述斜傳感器線圈的動作，該第1實(shí)施方式中說明不存在上述斜傳感器線圈的情況。
首先，當(dāng)說明圖4中動作的概況時(shí)，三維信息傳感器裝置102為了檢測三維信息指示裝置101在三維空間中的位置及方向，由發(fā)送信號產(chǎn)生電路207生成對應(yīng)于各指示線圈103～105的共振頻率fu、fv、fw的頻率fu、fv、fw的信號，并通過選擇電路器電路208在規(guī)定時(shí)限進(jìn)行切換選擇，通過送信電路209及信號電纜108輸出給對應(yīng)于上述頻率fu、fv、fw的信號輸出電路306～308。
從而，由指示裝置101對各指示線圈103-105提供對應(yīng)于各指示線圈的共振頻率的信號，在發(fā)送期間，從該指示線圈輸出對應(yīng)頻率的信號。
在從傳感器裝置102接收到的信號頻率為fu的情況下，從指示線圈103輸出信號，在從傳感器裝置102接收到的信號頻率為fv的情況下，從指示線圈104輸出信號，在從傳感器裝置102接收到的信號頻率為fw的情況下，從指示線圈105輸出信號。
當(dāng)從各指示線圈103-105輸出信號時(shí)，通過電磁耦合，在傳感器線圈109中產(chǎn)生信號。在上述發(fā)送期間內(nèi)的接收期間中，通過在規(guī)定時(shí)限掃描傳感器線圈109的X傳感器線圈及Y傳感器線圈，從接近指示裝置101的傳感器線圈得到強(qiáng)的檢測信號，越遠(yuǎn)離指示裝置101，則得到越弱的檢測信號。
參照圖4來說明上述動作，如圖4所示，首先，在發(fā)送期間，從送信控制部206通過送信電路209及信號電纜108向指示裝置101發(fā)送對應(yīng)于共振頻率fu的頻率fu的信號。在指示裝置101中，從構(gòu)成共振頻率fu的共振電路的指示線圈103輸出信號。另外，雖然上述發(fā)送也包含上述接收期間并在上述整個發(fā)送期間中進(jìn)行，但在上述接收期間以外，傳感器裝置102不進(jìn)行接收動作。
接著，在上述接收期間，通過電磁耦合，由利用控制部210的選擇控制選擇后的X傳感器線圈中的一個傳感器線圈接收從指示線圈103輸出的信號。上述傳感器線圈接收到的信號由接收電路201放大后，由檢測部202檢波從而進(jìn)行信號電平的檢測。每一個X傳感器線圈重復(fù)四次上述發(fā)送動作及接收動作(圖4(b))，將得到的各檢測信號電平存儲在未圖示的緩沖存儲器中，并將其和設(shè)為由該傳感器線圈檢測出的檢測信號電平，將上述檢測信號電平的數(shù)據(jù)與上述檢測出的傳感器線圈對應(yīng)后存儲到存儲器204中。
對全部X傳感器線圈(該實(shí)施方式中為103個)、全部Y傳感器線圈(該實(shí)施方式中為78個)就頻率fu進(jìn)行上述動作(圖4(c))。
在上述動作后，也就頻率fv、fw的信號進(jìn)行上述同樣的動作。此時(shí)，在指示裝置101中，從指示線圈104輸出頻率fv的信號，另外，從指示線圈105輸出頻率fw的信號。
如上所述，通過進(jìn)行關(guān)于頻率fu、fv、fw的動作，完成一個周期的動作(圖4(d))。
另外，在該實(shí)施方式中，雖然結(jié)構(gòu)具有如下方式在從指示裝置101在整個發(fā)送期間發(fā)送信號的同時(shí)，在上述發(fā)送期間內(nèi)的接收期間，由傳感器裝置102來接收信號，但也可是按照從指示裝置完成信號真相(信號真相)后由傳感器裝置102進(jìn)行接收動作的方式而形成，交替進(jìn)行來自指示裝置101的發(fā)送動作和傳感器裝置102的接收動作。
圖5及圖6是表示該第1實(shí)施方式的三維信息檢測裝置中的處理的流程圖。
圖7是用于說明該第1實(shí)施方式動作的模式圖，是表示指示裝置101的XYZ坐標(biāo)及方向(距垂直線的傾角θ及以X軸為基準(zhǔn)的方位角φ)的圖。
下面用圖1-圖7來說明該第1實(shí)施方式的動作。
首先，進(jìn)行控制部210的存儲器204、CPU205、送信控制部206、控制部210及檢測部202內(nèi)設(shè)置的上述緩沖存儲器的初始化處理(圖5的步驟S11)。
下面，如圖4所示，從傳感器裝置102側(cè)向指示裝置101側(cè)按指定時(shí)限依次發(fā)送頻率不同的信號，同時(shí)，在傳感器裝置102側(cè)，通過電磁耦合，進(jìn)行接收并檢測來自指示裝置101的信號的處理。
即，首先，通過切換送信控制部206的選擇器208，選擇發(fā)送給指示裝置101的信號頻率(步驟S12)。如圖4(d)所示，因?yàn)樯鲜鲱l率的選擇是在指定時(shí)限按頻率fu、fv、fw的順序反復(fù)進(jìn)行的，所以首先選擇選擇器208的連接以輸出頻率fu的信號。
接著，切換選擇經(jīng)電磁耦合接收來自指示裝置101的信號的傳感器線圈109(步驟S13)。
在該狀態(tài)下，從送信控制部206向指示裝置101輸出信號fu的信號，由上述選擇的傳感器線圈109接收，并由檢測部202進(jìn)行電平檢測。通過在指定時(shí)限依次選擇傳感器線圈109的全部X傳感器線圈及全部Y傳感器線圈，進(jìn)行上述檢測動作(全局掃描)(步驟S14)。
判斷是否對三種頻率fu、fv、fw的信號進(jìn)行上述動作，當(dāng)判斷未對頻率fu、fv、fw的信號全部完成上述動作時(shí)，返回步驟S12，當(dāng)判斷完成對頻率fu、fv、fw的信號全部的動作時(shí)，移到步驟S16(步驟S15)。
通過上述處理，從指示裝置101接收到的信號的檢測電平及對應(yīng)于該檢測電平的傳感器線圈數(shù)據(jù)按每個頻率fu、fv、fw存儲在存儲器204中。
在步驟S16中，參照事先存儲在存儲器204中的關(guān)于接收電平的圖表，對傳感器線圈109的接收電平補(bǔ)償步驟S12-S15中的傳感器線圈109接收電平的差異(步驟S16)。對全部步驟信號fu、fv、fw進(jìn)行上述電平補(bǔ)償。另外，在步驟S16中，補(bǔ)償由Y傳感器線圈檢測到的信號電平峰值，使之與由X傳感器線圈檢測到的信號電平峰值一致。
圖8-圖11是說明步驟S16中電平補(bǔ)償?shù)奶匦詧D，是表示存儲器204中事先存儲的電平補(bǔ)償圖表的圖。
圖8是指示裝置101的前端部A位于離開上述檢測面規(guī)定距離后的位置(在該實(shí)施方式中粘述檢測面上方100mm的位置)、同時(shí)指示裝置101處于垂直(傾角θ＝0度)的狀態(tài)下，邊沿X軸方向從一端的X傳感器線圈到另一端的X傳感器線圈移動，邊繪制各X傳感器線圈和各Y傳感器線圈檢測出的信號電平的峰值信號LUxm、Luym的圖。另外，所謂圖8縱軸的筆信號表示是由各傳感器線圈109檢測從筆形線圈103輸出信號的信號電平。
圖9是表示為了使如上所述檢測出的各峰值信號LUxm、LUym與原點(diǎn)(檢測面的中央部)附近的峰值信號的電平一致并平坦化檢測電平而與各峰值信號LUxm、LUym相乘用的補(bǔ)償系數(shù)(X軸方向補(bǔ)償系數(shù))的圖。另外，圖9中所示X軸方向補(bǔ)償系數(shù)被作為補(bǔ)償系數(shù)圖表而事先存儲在存儲器204中。
圖10是指示裝置101的前端部位于離開上述檢測面規(guī)定距離后的位置(在該實(shí)施方式中粘述檢測面上方100mm的位置)、同時(shí)指示裝置101處于垂直(傾角θ＝0度)的狀態(tài)下，邊沿Y軸方向從一端的Y傳感器線圈到另一端的Y傳感器線圈移動，邊繪制各X傳感器線圈和各Y傳感器線圈檢測出的信號電平的峰值信號LUxm、LUym的圖。
圖11是表示為了使如上所述檢測出的各峰值信號LUxm、LUym與原點(diǎn)(檢測面的中央部)附近的峰值信號的電平一致并平坦化檢測電平而與各峰值信號LUxm、LUym相乘用的補(bǔ)償系數(shù)(Y軸方向補(bǔ)償系數(shù))的圖。另外，圖11中所示Y軸方向補(bǔ)償系數(shù)被作為補(bǔ)償系數(shù)圖表而事先存儲在存儲器204中。
在步驟S16中，對頻率信號fu、fv、fw，參照上述補(bǔ)償系數(shù)圖表(參照圖9、圖11)，補(bǔ)償傳感器線圈109的接收電平差異，另外，補(bǔ)償由Y傳感器線圈檢測出的信號電平的峰值，使之與由X傳感器線圈檢測出的信號電平的峰值一致。
接著，CPU205根據(jù)從指示線圈103接受檢測到的檢測信號(筆信號fu)中最大的檢測信號電平和上述最大檢測信號電平點(diǎn)兩側(cè)附近的兩點(diǎn)的檢測信號電平，通過使用拋物線近似的公知方法，計(jì)算最大信號電平點(diǎn)的X坐標(biāo)及該坐標(biāo)的電平，作為最大信號電平Xu，另外，計(jì)算Y軸方向最大電平點(diǎn)的Y坐標(biāo)及該Y坐標(biāo)點(diǎn)的電平，作為最大信號電平Y(jié)u(步驟S17)。主信號的峰值信號坐標(biāo)表示指示裝置101的前端(筆端)位置，所以對應(yīng)于主信號最大信號電平Xu、Yu的的X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)表示指示裝置101的筆端坐標(biāo)。
之后，CPU205根據(jù)信號Xu或Yu，計(jì)算筆信號fu的最大信號電平的半值幅度(步驟S18)。接著，CPU205計(jì)算圓柱信號fv、fw的檢測信號電平LV、LW的平方和平方根，算出合成雙峰信號(圓柱合成信號)LVW(步驟S19)。用LVW＝(LV2+LW2)來表示此時(shí)的圓柱合成信號LVW。
之后，CPU205通過上述拋物線近似來計(jì)算圓柱合成信號LVW的兩個電平峰值中高電平的坐標(biāo)和信號電平。(步驟S21)。
圖12是表示步驟S17-S21計(jì)算出的各信號電平的波形的圖，表示X軸方向分量。圖12中，LUxm是筆信號fu的X軸分量LUx的最大信號電平，LVWx是圓柱合成信號LVW的X軸分量。另外，LVWx_right、LVWx_left分別是圓柱合成信號LVW的X分量LVWx的右側(cè)峰值、左側(cè)峰值。步驟S18中的半值幅度為筆信號的X軸分量LUx的半值幅度Xwidth。
接著，CPU205參照存儲器204中事先存儲的方位角圖表(參照圖13)，暫定根據(jù)作為圓柱合成信號LVW的X分量的LVWx和作為Y軸分量的LVWy的左右信號比求出水平方位角φ(步驟S22)。
圖13是表示上述方位角圖表的圖，是表示圓柱合成信號LVW的左右峰之比的方位角相關(guān)性的數(shù)據(jù)。另外，圖13中的符號含義如下。
設(shè)ΔLVWx＝LVWx_right-LVWx_leftSLVWx＝LVWx_right+LVWx_leftΔLVWy＝LVWy_right-LVWy_leftSLVWy＝LVWy_right+LVWy_left
另外，設(shè)ratio_x＝ΔLVWx/SLVWxratio_y＝ΔLVWy/SLVWy，則ratio＝(ratio_x2+ratio_y2)ratio_y/x＝ratio_y/ratio_x。
參照圖13的方位角圖表，暫定將對應(yīng)于計(jì)算出的圓柱合成信號LVW的左右峰之比ratio_y/x的方位角φ0(＝tan-1(ratio_y/x)*180/π(度))設(shè)為方位角φ0。
接著，判斷筆信號的x軸分量信號LUx及Y軸分量信號LUy的電平數(shù)據(jù)中哪一個電平數(shù)據(jù)可用于計(jì)算半值幅度，選擇可計(jì)算半值幅度的軸的數(shù)據(jù)一方(步驟S23)。例如，判斷LUxm和LUym中哪個信號電平大，因?yàn)樾盘栯娖酱蟮囊环娇煽啃愿?，所以使用信號電平大的一方的信號電平?shù)據(jù)。
之后，根據(jù)選擇的軸的電平數(shù)據(jù)的峰值電平信號LUxm或LUym的半值幅度，參照存儲器204中事先存儲的半值幅度圖表(參照圖14)，計(jì)算Z軸坐標(biāo)Zu(步驟S24、S25)。即，在步驟S23中，在選擇X軸的電平數(shù)據(jù)LUx的情況下，根據(jù)峰值電平信號LUxm的半值幅度Xwidth來計(jì)算Z軸坐標(biāo)Zu(步驟S24)，在步驟S23中，在選擇Y軸的電平數(shù)據(jù)LUy的情況下，根據(jù)峰值電平信號LUym的半值幅度Ywidth來計(jì)算Z軸坐標(biāo)Zu(步驟S25)。
另外，步驟S24、S25中得到的Z軸坐標(biāo)Zu為指示裝置101的筆端坐標(biāo)。
圖14是表示信號LUxm的半值幅度Xwidth與指示裝置101前端部高度(Z軸坐標(biāo))之間關(guān)系的數(shù)據(jù)，表示選擇的信號為X軸的電平數(shù)據(jù)LUx的信號。對應(yīng)于如此計(jì)算出的半值幅度Xwidth的高度成為指示裝置101前端部的Z軸坐標(biāo)。另外，選擇的信號為Y軸的電平數(shù)據(jù)LUy的情況下，半值幅度圖表也變?yōu)榕c圖14一樣的特性數(shù)據(jù)，因?yàn)樵摂?shù)據(jù)的半值幅度也事先存儲在存儲器204中，所以在步驟S23中選擇Y軸電平數(shù)據(jù)的情況下，在步驟S25中參照該Y軸用半值幅度圖表來計(jì)算Z軸坐標(biāo)。
之后，CPU205根據(jù)圓柱合成信號LVW的X軸分量的兩個峰值的大小關(guān)系與Y軸分量的兩個峰值的大小關(guān)系，參照事先存儲在存儲器204中的圖15的象限判斷圖表，判斷方位角φ的象限(步驟S26)。如圖15所示，方位角φ在ratio_x為正、ratio_y為正時(shí)判斷為第一象限，在ratio_x為負(fù)、ratio_y為正時(shí)判斷為第二象限，在ratio_x為負(fù)、ratio_y為負(fù)時(shí)判斷為第三象限，在ratio_x為正、ratio_y為負(fù)時(shí)判斷為第四象限。
之后，CPU205根據(jù)圓柱合成信號LVW的電平比，參照存儲器204中事先存儲的圖16的傾角圖表來計(jì)算傾角θ的X軸分量θx(步驟S27)。圖16是表示傾角θ的X軸分量θx與LUx、LVWx_left、LVWx_right、ratio_x的關(guān)系的圖。因?yàn)樾盘柋萺atio_x單調(diào)增加，所以計(jì)算信號比ratio_x并對應(yīng)于該信號比ratio_x的X軸方向的傾角θx為所求的X軸分量θx。
另外，為了計(jì)算傾角θ的Y軸方向分量θy，在存儲器204中存儲與圖16一樣的傾角圖表。即，存儲表示傾角θ的Y軸分量θy與LUy、LVWy_left、LVWy_right、ratio_y的關(guān)系的數(shù)據(jù)作為圖表。與傾角θx的情況一樣，因?yàn)樾盘柋萺atio_y單調(diào)增加，所以CPU205計(jì)算出信號比ratio_y后，參照圖表，計(jì)算Y軸方向的傾角θy(步驟S28)。
接著，CPU205利用下式計(jì)算方位角φ(步驟S29)。
φ0＝tan-1(ratio_y/x)*180/π(度)其中，暫定方位角為暫定確定在-90度≤φ0≤90度的范圍內(nèi)的方位角φ。
之后，CPU205根據(jù)X軸方向分量θx及Y軸方向分量θy來計(jì)算指示裝置101的傾角θ(步驟S30)。
之后，在使用Z軸坐標(biāo)(高度)Zu的同時(shí)，參照事先存儲在存儲器204中的圖17的傾角襯償圖表，補(bǔ)償傾角θ(步驟S31)。圖17所示傾角補(bǔ)償圖表的實(shí)例雖然表示在保持傾角θ為45度的狀態(tài)下變化高度時(shí)，顯示指示裝置101的前端高度Zu為100mm的狀態(tài)下ratio_x和ratio_x的信號比相對于高度的關(guān)系的數(shù)據(jù)，但上述傾角補(bǔ)償圖表中也可存儲關(guān)于其它傾角θ的數(shù)據(jù)。高度變高時(shí)，上述信號比變小，檢測出的傾角θ小，所以通過將上述圖表的倒數(shù)作為補(bǔ)償系數(shù)與檢測信號比ratio_x相乘來進(jìn)行補(bǔ)償，得到正確的θx。
對于θy而言，因?yàn)榇鎯ζ?04中也存儲與圖17一樣的關(guān)于檢測信號比ratio_y的傾角補(bǔ)償圖表，所以與θx一樣參照上述傾角補(bǔ)償圖表進(jìn)行補(bǔ)償，得到正確的θy。
之后，CPU205根據(jù)補(bǔ)償后的θx、θy，計(jì)算合成方位角φ(＝tan-1(tanθy/tanθx)*180/π(度))(步驟S33)。
接著，CPU205根據(jù)圓柱合成信號LVW的電平比，與步驟S26一樣，參照上述象限判斷圖表，修改并判斷補(bǔ)償后的方位角φ的象限(步驟S34)。從而得到正確的方位角φ。
下面，CPU205根據(jù)傾角θ的X軸分量θx及Y軸分量θy，參照存儲器204中事先存儲的圖18的半值幅度傾角相關(guān)性圖表，補(bǔ)償Z軸坐標(biāo)(步驟S35)。圖18是表示筆信號半值幅度的傾角θ相關(guān)性的數(shù)據(jù)，表示將指示裝置101的前端保持在100mm并使傾角θ變化時(shí)的信號半值幅度的變化。因?yàn)閮A角θ變大時(shí)檢測高度的誤差變大，所以通過向檢測信號的半值幅度乘上補(bǔ)償系數(shù)，可得到正確的Z軸坐標(biāo)。上述補(bǔ)償系數(shù)在圖18中是用上述傾角θ時(shí)的半值幅度除以傾角θ＝0度時(shí)的半值幅度后的值。另外，此時(shí)得到的Z坐標(biāo)是指示裝置101的筆端坐標(biāo)。
接著，CPU205根據(jù)傾角θ的X軸分量θx及Y軸分量θy，參照存儲器204中事先存儲的圖19的坐標(biāo)補(bǔ)償圖表，補(bǔ)償X軸坐標(biāo)及Y軸坐標(biāo)(步驟S36)。
在圖19的坐標(biāo)補(bǔ)償圖表中存儲表示ΔX的傾角θ與高度h相關(guān)性的圖表。這里，ΔX是從檢測來自筆線圈103信號的X傳感器線圈的峰值X坐標(biāo)Xm中減去傾角θ為0度時(shí)的峰值X坐標(biāo)后的值。如圖19所示，若傾角θ一定，則高度h與ΔX因?yàn)榇嬖陔S著高度h增加ΔX減少的關(guān)系，所以根據(jù)上述求出的傾角θ和高度h來求ΔX。利用該關(guān)系，參照圖19的圖表求ΔX，通過加上負(fù)的ΔX，補(bǔ)償X坐標(biāo)，得到正確的X坐標(biāo)。同樣，通過對Y坐標(biāo)也進(jìn)行補(bǔ)償，得到正確的Y坐標(biāo)。另外，此時(shí)得到的X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)是指示裝置101的筆端坐標(biāo)。
通過重復(fù)上述處理，可檢測指示裝置101在三維空間中的XYZ坐標(biāo)、方位角φ及傾角θ。
如上所述，根據(jù)檢測來自兩個縱向卷繞線圈104、105的信號所得的合成雙峰信號的左右比，可得到傾角θ及方位角φ。
另外，因?yàn)橥ㄟ^上述處理求出指示裝置101的筆端位置，所以根據(jù)后述的圖20的關(guān)系，可從筆端B的三維坐標(biāo)(XG、YG、Z)幾何學(xué)地計(jì)算出指示裝置101的筆線圈103的三維重心坐標(biāo)(XGG、YGG、ZC)。
下面說明計(jì)算指示裝置101的延遲線與上述檢測面交叉的點(diǎn)(的目標(biāo))target時(shí)的處理。
圖20是用于說明計(jì)算上述目標(biāo)target的XY坐標(biāo)時(shí)的處理的圖。圖20中，指示裝置101放置在筆形容器C內(nèi)，在指示裝置101的前端設(shè)置筆端。設(shè)指示線圈103的重心位置的XY坐標(biāo)為(XGG、YGG)，Z坐標(biāo)為Zc，指示裝置101的筆端B的X、Y坐標(biāo)為(XG，YG)，Z坐標(biāo)為Z，指示線圈103的重心位置和筆端距離國L，目標(biāo)target的X、Y坐標(biāo)為(Xtar，Ytar)，用下式計(jì)算上述目標(biāo)targrt的XY坐標(biāo)。
XG＝XGG-(L·cosθ)·tanθ·cosθYG＝Y(jié)GG-(L·cosθ)·tanθ·sinθZ＝ZC-(L·cosθ)Xtar＝XG-Z·tanθ·cosφYtar＝XG-Z·tanθ·sinφ由此可求出目標(biāo)target的位置。
下面說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式。在指示裝置僅有單一的指示線圈的情況等時(shí)，指示裝置處于水平(與上述檢測面平行)位置的同時(shí)，處于與X傳感器線圈或Y傳感器線圈平行的位置的情況下，因?yàn)榕c指示裝置平行的X傳感器線圈或Y傳感器線圈與指示線圈不能電磁耦合，所以不能得到檢測信號。該第2實(shí)施方式是不產(chǎn)生相關(guān)問題的實(shí)例。
圖21是根據(jù)該第2實(shí)施方式的三維信息檢測裝置的框圖，與圖2具有相同功能的部分標(biāo)以相同符號。
圖21的傳感器裝置與圖2的傳感器裝置的主要不同點(diǎn)在于在傳感器線圈109上重疊配置使與傳感器線圈109結(jié)構(gòu)相同的傳感器線圈在檢測面內(nèi)旋轉(zhuǎn)指定角度后(本實(shí)施方式中為45度)的斜傳感器線圈2002。
傳感器線圈109具備沿X軸方向(φ＝0度)并排設(shè)置的多個X傳感器線圈及沿Y軸方向(φ＝90度)并排設(shè)置的多個Y傳感器線圈，另外，斜傳感器線圈2002具備沿從上述X軸方向旋轉(zhuǎn)45度后的X’軸方向(φ＝45度)并排設(shè)置的多個X’傳感器線圈及沿與X’傳感器線圈垂直的Y’軸方向(φ＝135度)并排設(shè)置的多個Y’傳感器線圈。
另外，指示裝置也可使用圖2的指示裝置101，但在該第2實(shí)施方式中，使用僅有卷繞在由磁性材料構(gòu)成的芯2004上的單一指示線圈的指示裝置。圖24是說明該第2實(shí)施方式動作的模式圖，是表示三維信息指示裝置2001的XYZ坐標(biāo)及方向(傾角θ及以X軸為基準(zhǔn)的方位角φ)的圖。指示裝置2001形成具有卷繞在芯2004上的單一指示線圈2003(必要時(shí)稱為筆線圈)的結(jié)構(gòu)。
另外，在該第2實(shí)施方式中如下動作，在圖4(c)、(d)中，不使用頻率fu、fw的信號，而僅使用頻率fu的信號，通過電磁耦合，由傳感器線圈109及斜傳感器線圈2002接收并檢測來自指示線圈2003的信號。
圖22及圖23是表示該第2實(shí)施方式的三維信息檢測裝置的處理的流程圖。
下面，用圖4、圖21至圖24來說明該第2實(shí)施方式的動作。
首先，進(jìn)行傳感器裝置2000的控制210中設(shè)置的存儲器204及CPU2045、送信控制部206、控制部210及檢測部202內(nèi)設(shè)置的緩沖存儲器的初始化處理(圖22的步驟S211)。
下面，從傳感器裝置2000側(cè)向指示裝置2001側(cè)發(fā)送頻率fu的信號，同時(shí)，在傳感器裝置2000側(cè)，通過電磁耦合，進(jìn)行接收并檢測來自指示裝置2001的信號的處理。
即，首先，通過切換送信控制部206的選擇器208，選擇發(fā)送給指示裝置2001的信號頻率(步驟S212)。另外，因?yàn)樵谠摰?實(shí)施方式的情況下，僅使用一種頻率fu，所以不需要用來選擇多個頻率信號的選擇器開關(guān)及步驟212，但為了使用圖1所示的具有多個指示線圈的指示裝置，故說明使用選擇器開關(guān)208及步驟212。
接著，如圖4所述，依次切換選擇經(jīng)電磁耦合接收來自指示裝置2001的信號的傳感器線圈109及斜傳感器線圈2002(步驟S213)。
在該狀態(tài)下，依次由傳感器線圈109及斜傳感器線圈2002接收從指示裝置2001輸出的信號后進(jìn)行電平檢測的全局掃描(步驟S214)。
通過上述全局掃描，送信控制部206向送信電路209輸出頻率fu的信號。送信電路209經(jīng)信號電纜108將從送信控制部206輸入的頻率fu的信號提供給指示裝置2001。被選擇的傳感器線圈109及斜傳感器線圈2002通過電磁耦合接收來自指示裝置2001的信號。檢測部202通過接收電路201接收由上述傳感器線圈1009及斜傳感器線圈2002接收到的信號，并檢測上述信號的電平，將從指示裝置2001接收到的信號的檢測電平及對應(yīng)于該檢測電平的傳感器線圈109、2002的數(shù)據(jù)存儲在存儲器204中。
之后，判斷是否對全部傳感器線圈109及斜傳感器線圈2002進(jìn)行過上述動作，若判斷未對全部傳感器線圈109、2002完成上述動作，則返回步驟S212，當(dāng)判斷完成對全部傳感器線圈109、2002的動作時(shí)，移到步驟S216(步驟S215)。
在步驟S216中，與上述第1實(shí)施方式中使用圖8-圖11的圖表來進(jìn)行傳感器線圈的電平補(bǔ)償一樣，參照事先存儲在存儲器204中的圖表，補(bǔ)償傳感器線圈109的X傳感器線圈及Y傳感器線圈、斜傳感器線圈2002的X’傳感器線圈及Y’傳感器線圈的接收電平的差異(步驟S216)。另外，在步驟S216中，在傾角θ＝0度的狀態(tài)下補(bǔ)償由Y傳感器線圈、X’傳感器線圈、Y’傳感器線圈檢測到的信號電平峰值，使之與由X傳感器線圈檢測到的信號電平峰值一致。
接著，對于各X傳感器線圈、Y傳感器線圈、X’傳感器線圈、Y’傳感器線圈，根據(jù)各傳感器線圈檢測信號的最大電平點(diǎn)的檢測信號電平和上述最大電平點(diǎn)兩側(cè)附近兩點(diǎn)的檢測信號電平，通過使用拋物線近似的公知方法，計(jì)算X傳感器線圈中的最大信號電平點(diǎn)的X坐標(biāo)及該坐標(biāo)的電平，作為最大信號電平Xu，另外，計(jì)算Y傳感器線圈中的最大信號電平點(diǎn)的Y坐標(biāo)及該坐標(biāo)的電平，作為最大信號電平Y(jié)u，計(jì)算X’傳感器線圈中的最大電平點(diǎn)的X坐標(biāo)及該坐標(biāo)的電平，作為最大信號電平Xu’，另外，計(jì)算Y’傳感器線圈中的最大信號電平點(diǎn)的Y坐標(biāo)及該坐標(biāo)的電平，作為最大信號電平Y(jié)u’(步驟S217)。另外，對應(yīng)于信號電平Xu、Yu、Xu’、Yu’的坐標(biāo)為顯示裝置101的筆端坐標(biāo)。
圖25是表示X傳感器線圈通過上述動作檢測出的信號的特性圖。
接著，與上述第1實(shí)施方式一樣，計(jì)算筆信號fu的最大信號電平的半值幅度(步驟S218)。
接著，如下所述，利用根據(jù)X傳感器線圈、Y傳感器線圈、X’傳感器線圈、Y’傳感器線圈的坐標(biāo)決定的信號強(qiáng)度算出加權(quán)平均求出重心坐標(biāo)，得到正確的重心坐標(biāo)(步驟S219)。此時(shí)，從X傳感器線圈、Y傳感器線圈、X’傳感器線圈、Y’傳感器線圈中的三個傳感器線圈可獨(dú)立得到相同的X坐標(biāo)(或Y坐標(biāo))，但這三個信號的信號強(qiáng)度不同。因?yàn)樾盘枏?qiáng)度越小，則由信號跳動等引起的誤差越大，信號強(qiáng)度越大，則可得到可靠性高的數(shù)據(jù)，所以與單純平均相比，通過對應(yīng)于信號強(qiáng)度，根據(jù)加權(quán)平均，可得到正確的重心坐標(biāo)。
首先，因?yàn)橥ǔＰ枰渭壭盘柎蟮囊环降男盘栕鴺?biāo)，所以在LUxs1＜LUxs2的情況下，對各Y傳感器線圈、X’傳感器線圈及Y’傳感器線圈檢測出的信號電平乘以指定系數(shù)，與X傳感器線圈的信號電平一致。另外，上述指定系數(shù)例如在傳感器裝置102的檢測面中央部，利用高度100mm、傾角θ取得數(shù)據(jù)，事先獲得各Y傳感器線圈、X’傳感器線圈及Y’傳感器線圈的檢測信號電平與X傳感器線圈的信號電平一致的系數(shù)。作為上述規(guī)定系數(shù)，例如選定為LUx＝1*LUx，LUx’＝1.455*LUx’，LUy＝1.123*LUy，LUy’＝1.325*LUy’。
接著，判斷大小，得到LUx_med及LUx_min。LUx_med是LUxs1、LUxm及LUxs2中的中間大小的值(LUx_med＝Median(LUxs1，LUxm，LUxs2))，或LUxs1及LUxs2中大的一方的值(LUx_med＝Max(LUxs1，LUxs2))。另外，LUx_min是LUxs1、LUxm及LUxs2中的最小值(LUx_min＝Min(LUxs1，LUxm，LUxs2))，或LUxs1及LUxs2中小的一方的值(LUx_min＝Min(LUxs1，LUxs2))。
接著，根據(jù)下式求出X傳感器(φ＝0度)上的坐標(biāo)。Xm是取最大值LUxm時(shí)的X坐標(biāo)值，X_med是取中間值LUx_med時(shí)的X坐標(biāo)值。
XG＝((LUxm-LUx_min)*Xm+(LUx_med-LUx_min)*X_med)/(LUxm-2*LUx_min+LUx_med)同樣，根據(jù)下式求出X’傳感器(φ＝45度)上的坐標(biāo)。
接著，根據(jù)下式求出X傳感器(φ＝0度)上的坐標(biāo)。X’m是取最大值LUx’m時(shí)的X’坐標(biāo)值，X’_med是取中間值LUx’_med時(shí)的X’坐標(biāo)值。
X’G＝((LUx’m-LUx’_min)*X’m+(LUx’_med-LUx’_min)*X’_med)/(LUx’m-2*LUx’_min+LUx’_med)同樣，根據(jù)下式求出Y傳感器(φ＝90度)上的坐標(biāo)。
YG＝((LUym-LUy_min)*Ym+(LUy_med-LUy_min)*Y_med)/(LUx’m-2*LUx’_min+LUx’_med)最后，根據(jù)下式求出Y’傳感器(φ＝135度)上的坐標(biāo)。
Y’G＝((LUy’m-LUy’_min)*Y’m+(LUy’_med-LUy’_min)*Y’_med)/(LUy’m-2*LUx’_min+LUx’_med)即，將LUxs1及LUxs2中大的一方作為LUx_med，將小的一方作為LUx_min。
設(shè)各X、Y、X’、Y’傳感器線圈的原點(diǎn)(在本實(shí)施方式中，為傳感器線圈109及斜傳感器線圈2002的中央部)為X0、Y0、X’0、Y’0時(shí)，通過加權(quán)平均，線圈重心坐標(biāo)(XGG，YGG)如下。
ΔXG＝XG-X0ΔX’G＝X’G-X’0ΔYG＝Y(jié)G-Y0ΔY’G＝Y(jié)’G-Y’0XGG＝X0+(LUxm*ΔXG+LUx’m*(ΔX’G/2)-LUy’m*(ΔY’G/2))/(LUxm+LUx’m*+LUy’m)YGG＝Y(jié)0+(LUx’m*(ΔX’G/2)+LUym*ΔYG+LUy’m*(ΔY’G/2))/(LUx’m*+LUym+LUy’m)接著，判斷由X傳感器線圈、Y傳感器線圈、X’傳感器線圈、Y’傳感器線圈檢測出的檢測信號的最小信號電平LUxmin、中間信號電平LUxmed(步驟S220)。
接著，根據(jù)下式求出由X傳感器線圈、Y傳感器線圈、X’傳感器線圈、Y’傳感器線圈檢測出的檢測信號的峰值信號電平的平均值LUm_av、最小信號電平的平均值LUmin_av、中間信號電平的平均值LUmed_av(步驟S221)。
LUm_av＝(LUxm+LUx’m+LUym+LUy’m)/4LUmin_av＝(LUxmin+LUx’min+LUymin+LUy’min)/4
LUmed_av＝(LUxmed+LUx’med+LUymed+LUy’med)/4這里，用LUxm、LUx’m、LUym、LUy’m表示X傳感器線圈、Y傳感器線圈、X’傳感器線圈、Y’傳感器線圈的峰值信號電平，用Luxmin、LUx’min、Luymin、LUy’min表示最小信號電平，用LUxmed、LUx’med、LUymed、LUy’med表示中間信號電平。
接著，用下式來計(jì)算X傳感器線圈、Y傳感器線圈、X’傳感器線圈、Y’傳感器線圈檢測的檢測信號峰值信號電平、最小信號電平、中間信號電平的與上述各平均值的偏差(步驟S222)。
LUxm_dev＝LUxm-LUm_avLUx’m_dev＝LUx’m-LUm_avLUym_dev＝LUym-LUm_avLUy’m_dev＝LUy’m-LUm_av這里，分別用LUxm_dev、LUx’m_dev、LUym_dev、LUy’m_dev表示X傳感器線圈、Y傳感器線圈、X’傳感器線圈、Y’傳感器線圈的最大值信號電平的偏差。
另外，LUxmin_dev＝LUxmin-LUmin_avLUx’min_dev＝LUx’min-LUmin_avLUymin_dev＝LUymin-LUmin_avLUy’min_dev＝LUy’min-LUmin_av這里，分別用LUxmin_dev、LUx’min_dev、LUymin_dev、LUy’min_dev表示X傳感器線圈、Y傳感器線圈、X’傳感器線圈、Y’傳感器線圈的最小值信號電平的偏差。
另外，LUxmed_dev＝LUxmed-LUmed_avLUx’med_dev＝LUx’med-LUmed_avLUymed_dev＝LUymed-LUmed_avLUy’med_dev＝LUy’med-LUmed_av這里，分別用LUxmed_dev、LUx’med_dev、LUymed_dev、LUy’med_dev表示X傳感器線圈、Y傳感器線圈、X’傳感器線圈、Y’傳感器線圈的中間值信號電平的偏差。
下面，用下式來計(jì)算上述各偏差的平方和平方根(步驟S23)。
LUm_am＝((LUxm_dev2+LUx’m_dev2+LUym_dev2+LUy’m_dev2)/2)LUmin_am＝((LUxmin_dev2+LUx’min_dev2+LUymin_dev2+LUy’min_dev2)/2)LUmed_am＝((LUxmed_dev2+LUx’med_dev2+LUymed_dev2+LUy’med_dev2)/2)這里，分別用LUm_am、LUmin_am、LUmed_am來表示峰值信號、最小信號、中間信號偏差的平方和平方根。
下面用下式來求出峰值信號、最小信號、中間信號的包絡(luò)線(步驟S24)。
LUm_en＝LUm_av-LUm_amLUmin_en＝LUmin_av-LUmin_amLUmed_en＝LUmed_av-LUmed_am這里，分別用LUm_en、LUmin_en、LUmed_en來表示峰值信號、最小信號、中間信號的包絡(luò)線。
下面，用下式，根據(jù)包絡(luò)線比ratio來計(jì)算傾角θ(步驟S225)。
ratio＝(LUmed_en-LUmin_en)/(LUm_en-LUmin_en)θ＝ratio*180/π(度)下面，用下式，根據(jù)峰值信號、cos(2φ)、sin(2φ)，通過傅立葉變換(DFT(離散傅立葉變換)，計(jì)算方位角φ0(在-90度≤φ0≤90度的范圍內(nèi)代表暫定的φ值)(步驟S226)。另外，下式表示作為一實(shí)例代入指定數(shù)值進(jìn)行計(jì)算的公式。(LUxm*sin(2*0°)+LUx’m*sin(2*45°)+LUym*sin(2*90°)+LUy’m*sin(2*135°))/(LUxm*cos(2*0°)+LUx’m*cos(2*45°)+LUym*cos(2*90°)+LUy’m*cos(2*135°))＝(LUxm*0+LUx’m*1+LUym*0+LUy’m*(-1))/(LUxm*1+LUx’m*0+LUym*(-1)+LUy’m*0)＝(LUx’m-LUy’m)/(LUxm-LUym)＝(26074-20691)/(23552-24149)＝5383/(-597)＝-9.01675φ0＝(1/2)*tan-1((LUx’m-LUy’m)/(LUxm-LUym))*180/π(度)＝(1/2)*tan-1*(-9.01675)*180/π(度)＝(1/2)*(-1.46034)*180/π(度)＝0.73017*180/π(度)＝-41.8(度)另外，利用根據(jù)信號的右次級信號LUs2的三點(diǎn)近似法得到的峰值信號的方向來判斷象限，根據(jù)φ0來計(jì)算一般的方位角φ(步驟S27)。圖26是表示計(jì)算方位角φ用的方位角圖表的圖，事先存儲在存儲器204中。圖27和圖28是說明上述方位角圖表中使用的記號的圖。
根據(jù)上述方位角圖表得到方位區(qū)域?yàn)?。例如，在得到圖27的信號的情況下，一般的方位角φ為φ＝φ0+90(度)＝-41.8+90(度)＝48.2(度)通過反復(fù)上述處理，可檢測指示裝置2001在三維空間中的XYZ坐標(biāo)、方位角φ及傾角θ。另外，這里得到的XYZ坐標(biāo)是指示裝置2001的線圈2003的重心坐標(biāo)，但可使用圖20幾何學(xué)地求出指示裝置2001的筆端XYZ坐標(biāo)。
如上所述，根據(jù)檢測信號的次級信號比可得到傾角θ及方位角φ。
另外，在該第2實(shí)施方式中，也可通過進(jìn)行圖6的處理步驟S35、S36來進(jìn)行XYZ坐標(biāo)的補(bǔ)償處理。
下面，作為檢測傾角θ及方位角φ用的其它實(shí)例，說明根據(jù)檢測信號左右單側(cè)比檢測傾角θ及方位角φ的方法來作為實(shí)施例3。根據(jù)該實(shí)施方式3的三維信息檢測裝置與上述第1實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于CPU205的傾角θ及方位角φ的計(jì)算方法不同，除此以外的結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施方式相同。下面主要說明傾角θ及方位角φ的計(jì)算方法。
圖29是表示由X傳感器線圈檢測出的筆線圈信號LUx的圖。
如圖29所示，以檢測信號的主信號峰的峰值的X坐標(biāo)Xm為界，設(shè)主信號左單側(cè)半值幅度為Xwidth50_left，右單側(cè)半值幅度為Xwidth50_right。另外，設(shè)主信號左單側(cè)25％值幅度為Xwidth25_left，右單側(cè)25％值幅度為Xwidth25_right。
首先，計(jì)算各幅度和各比率的情況下，計(jì)算50％值單側(cè)幅度Xwidth50_left、Xwidth50_right。接著，計(jì)算25％值單側(cè)幅度Xwidth25_left、Xwidth25_right。之后，計(jì)算50％值左右單側(cè)幅度比Xwidth50_left/right＝Xwidth50_left/Xwidth50_right。之后，計(jì)算25％值左右單側(cè)幅度比Xwidth25_left/right＝Xwidth25_left/Xwidth25_right。
接著，進(jìn)行傾角θ的檢測。當(dāng)X傳感器線圈的50％值左右單側(cè)幅度比與25％值左右單側(cè)幅度比向方位角φ＝0度方向傾斜時(shí)，對傾角θ進(jìn)行繪制，形成如圖30所示圖表。圖30所示單側(cè)幅度比率的傾角相關(guān)性圖表事先存儲在存儲器204中因?yàn)?5％值左右單側(cè)幅度比光滑變化，所以使用25％值左右單側(cè)幅度比。使用圖30的單側(cè)幅度比率的傾角相關(guān)性圖表，若求出該圖表的縱軸((Xwidth25_left/righ)-1)，則可檢測傾角θ。
下面，檢測方位角φ。此時(shí)，首先，計(jì)算Y傳感器線圈的25％值左右單側(cè)幅度比。也使用Y傳感器線圈的檢測信號LUy來同樣計(jì)算25％值左右單側(cè)幅度比((Ywidth25_left/righ)-1)。例如，傾角θ＝45度不變，旋轉(zhuǎn)方位角φ一周(0～360度)，對方位角φ繪制X和Y的25％值左右單側(cè)幅度比形成圖31。另外，圖31所示的25％值的單側(cè)幅度比率的傾角相關(guān)性圖表事先存儲在存儲器204中。
下面，在進(jìn)行方位角φ的計(jì)算時(shí)，首先，由下式計(jì)算暫定的方位角φ0。φ0＝tan-1((Ywidth25_left/right)-1)/((Xwidth25_left/right)-1))*180/π(度)對方位角φ取數(shù)據(jù)時(shí)，該暫定的方位角φ0如圖32的表所示。圖32是根據(jù)(主信號的25％值的左右單側(cè)幅度的比率-1)、((Xwidth25_left/righ)-1)的符號sign((Xwidth25_left/righ)-1)和((Ywidth25_left/righ)-1)的符號sign((Ywidth25_left/righ)-1)來判斷象限，求出一般方位角φ的實(shí)例(高度為100mm，傾角φ＝45度)。另外，圖32所示象限判斷圖表事先存儲在存儲器204中。根據(jù)X傳感器線圈的檢測信號LUx和Y傳感器線圈的檢測信號LUy的左右次級信號的大小關(guān)系，計(jì)算一般的方位角φ。
如上所述，可根據(jù)檢測信號的左右單側(cè)幅度比來得到傾角θ和方位角φ。
下面，說明指示裝置的其它實(shí)施方式。圖33～圖41是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中的三維信息指示裝置的其它實(shí)施方式。
各種指示裝置，也包含上述實(shí)施方式1、2所示的指示裝置，各不相同，分為有多個指示線圈的(圖7、圖33～圖41)和有單一指示線圈的(圖24、圖40、圖41)。另外，有多個線圈的指示裝置又分為配置成至少一個指示線圈的中心位置偏離其它指示線圈的中心位置的結(jié)構(gòu)(圖7、圖33～圖35)和配置成多個指示線圈都配置在同一中心位置的結(jié)構(gòu)(圖36～圖39)。
圖33～圖35所示的指示裝置是具有多個指示線圈、至少一個指示線圈的中心位置偏離其它指示線圈的中心位置來配置、同時(shí)、上述各指示線圈的中心軸垂直配置的指示裝置的實(shí)例。因?yàn)橹甘揪€圈的中心位置錯位配置，所以無論傳感器裝置和指示裝置間的信號是否同步，都可檢測指示裝置的表里(檢測指示裝置是朝向傳感器裝置側(cè)還是朝向傳感器裝置的相反側(cè))。
圖33中，三維信息指示裝置是在磁性材料構(gòu)成的多個圓柱形芯2604～2606上分別卷繞了多個指示線圈2601～2603的結(jié)構(gòu)，各指示線圈2601～2603配置成在中心位置錯位的同時(shí)、中心軸垂直。
圖34中，三維信息指示裝置是在磁性材料構(gòu)成的單一圓柱形芯2703的兩端卷繞了多個(兩個)指示線圈2701、2702的結(jié)構(gòu)，各指示線圈2701、2702配置成中心位置錯位、同時(shí)中心軸一致。
圖35中，三維信息指示裝置是在磁性材料構(gòu)成的小直徑圓柱形芯2803、由磁性材料構(gòu)成的大直徑圓柱形芯2804上分別卷繞了一個指示線圈2801、2802的結(jié)構(gòu)，各指示線圈2801、2802配置成中心位置錯位、同時(shí)中心軸垂直。
圖36～圖39所示三維信息指示裝置是具有多個指示線圈、所有指示線圈的中心位置配置在同一位置上、同時(shí)、各指示線圈的中心軸垂直配置的指示裝置實(shí)例。因?yàn)楦髦甘揪€圈的中心位置配置在同一位置上，所以在傳感器裝置與指示裝置間的信號不同步的情況下，不能檢測指示裝置的表里。
圖36中，三維信息指示裝置是在磁性材料構(gòu)成的圓柱形芯2904上卷繞了多個(三個)指示線圈2901～2903的結(jié)構(gòu)，各指示線圈2901～2903配置成中心位置一致的同時(shí)，中心軸垂直。
圖37中，三維信息指示裝置是在球體3004內(nèi)卷繞了多個指示線圈3001～3003的結(jié)構(gòu)，各指示線圈3001～3003配置成中心位置一致的同時(shí)，中心軸垂直。
圖38中，三維信息指示裝置是在磁性材料構(gòu)成的單一圓柱形芯3103上卷繞了多個(兩個)指示線圈3101、3102的結(jié)構(gòu)，各指示線圈3101、3102配置成中心位置一致，同時(shí)中心軸一致。
圖39中，三維信息指示裝置是在球體3203內(nèi)卷繞了多個(兩個)指示線圈3201、3202的結(jié)構(gòu)，各指示線圈3201、3202配置成中心位置一致，同時(shí)中心軸垂直。
圖40、圖41所示指示裝置是具有單一指示線圈的指示裝置的實(shí)例。因?yàn)閮H有單一指示線圈，所以在傳感器裝置與指示裝置間的信號不同步的情況下，不能檢測指示裝置的表里。
圖40中，三維信息指示裝置是在磁性材料構(gòu)成的圓柱形芯3302上卷繞了一個指示線圈3301的結(jié)構(gòu)。
圖41中，三維信息指示裝置是在球體3402內(nèi)卷繞了單一指示線圈3401的結(jié)構(gòu)，配置成指示線圈3401的中心位置與球體3402的中心一致。
另外，雖然在上述各實(shí)施例中，計(jì)算方位角φ或傾角θ等的情況下，通過參照存儲器204中事先存儲的圖表來進(jìn)行，但也可是如下的構(gòu)成事先在存儲器204中，作為程序存儲計(jì)算方位角φ或傾角θ等用的算式(近似式)，由CPU205執(zhí)行上述算式。
另外，在上述各實(shí)施例中，雖然由三維信息指示裝置接受產(chǎn)生于三維信息傳感器裝置的傳感器線圈的信號，并從三維信息指示裝置向三維信息傳感器裝置返回信號，由與向三維信息指示裝置發(fā)送信號的傳感器線圈相同的傳感器線圈接收來自三維信息指示裝置的信號，在三維信息傳感器裝置側(cè)檢測三維信息指示裝置的位置或方向，但也可由不同的傳感器線圈進(jìn)行信號的發(fā)送、接收。
另外，也可以是三維信息指示裝置的指示線圈及三維信息傳感器裝置的傳感器線圈構(gòu)成振蕩電路，當(dāng)存在三維信息指示裝置時(shí)，三維信息傳感器裝置自身振蕩的方式。
并且，也可以在三維信息指示裝置內(nèi)設(shè)置從電源或其它接收電源供給的電源電路的同時(shí)，設(shè)置信號產(chǎn)生電路，產(chǎn)生在與三維信息傳感器裝置之間收發(fā)信用的信號。
另外，也可構(gòu)成為在三維信息指示裝置側(cè)內(nèi)置從電源或其它接收電源供給的電源電路、產(chǎn)生收發(fā)信用信號的信號產(chǎn)生電路、上述信號的收發(fā)信電路、計(jì)算部及通過紅外線或電波等無線發(fā)送計(jì)算結(jié)果的送信電路，另一方面，形成在三維信息傳感器裝置側(cè)平面配備構(gòu)成共振電路的多個線圈的結(jié)構(gòu)，由支撐臺側(cè)接收并返回從三維信息指示裝置側(cè)發(fā)送的信號，并由三維信息指示裝置的收發(fā)信電路接收后，通過上述計(jì)算部計(jì)算三維信息，通過上述送信電路向上位裝置等其它裝置發(fā)送該計(jì)算結(jié)果。
另外，也可在三維信息指示裝置側(cè)內(nèi)置從電源或其它接收電源供給的電源電路、產(chǎn)生收發(fā)信用信號的信號產(chǎn)生電路、上述信號的收發(fā)信部、將接收信號處理成規(guī)定發(fā)送格式的信號處理部、通過紅外線或電波等無線發(fā)送上述信號處理結(jié)果的送信電路，另一方面，在三維信息傳感器裝置側(cè)平面或曲面地配備構(gòu)成共振電路的多個傳感器線圈的同時(shí)，設(shè)置接收來自上述送信電路的信號后計(jì)算三維信息指示裝置的位置或方向的計(jì)算部。
另外，也可在三維信息指示裝置側(cè)內(nèi)置從電源或其它接收電源供給的電源電路、信號的接收部、將接收信號處理成規(guī)定發(fā)送格式的信號處理部、通過紅外線或電波等無線發(fā)送上述信號處理結(jié)果的送信電路，另一方面，在三維信息傳感器裝置側(cè)設(shè)置構(gòu)成代振電路的多個傳感器線圈、切換選擇上述傳感器線圈的選擇電路、產(chǎn)生收發(fā)信用信號的信號產(chǎn)生電路、接收來自上述送信電路的信號后計(jì)算三維信息指示裝置的三維信息的計(jì)算部。
另外，也可是如下的結(jié)構(gòu)在三維信息指示裝置側(cè)內(nèi)置從電源或其它接收電源供給的電源電路、信號的接收部、三維信息計(jì)算部及通過紅外線或電波等無線發(fā)送計(jì)算結(jié)果的送信電路，另一方面，在三維信息傳感器裝置側(cè)配備構(gòu)成共振電路的多個傳感器線圈及信號產(chǎn)生電路，邊切換選擇上述傳感器線圈，邊向上述三維信息指示裝置發(fā)送來自上述信號產(chǎn)生電路的信號，在上述三維信息指示裝置側(cè)計(jì)算三維信息，無線發(fā)送給上位裝置等其它裝置。
另外，在上述各實(shí)施例中，雖然以將三維信息指示裝置放置于筆形容器中為實(shí)例進(jìn)行了說明，但也可以是放置在球體內(nèi)的結(jié)構(gòu)。
另外，也可是具備磁性屏蔽材料的結(jié)構(gòu)，以不受到妨礙指示線圈與傳感器線圈的電磁耦合的背面(指示裝置檢測面的里面)的影響。
另外，對于在三維信息指示裝置側(cè)設(shè)置送信電路作為結(jié)構(gòu)的情況等，也可是指示線圈不形成共振電路的結(jié)構(gòu)。
另外，對于在三維信息傳感器裝置側(cè)設(shè)置送信電路作為結(jié)構(gòu)的情況等，也可是傳感器線圈不形成共振電路的結(jié)構(gòu)。
再者，在指示線圈和三維信息傳感器裝置構(gòu)成共振電路的情況下，不必使收發(fā)信號一定與上述共振電路的共振頻率完全一致，只要是在能實(shí)質(zhì)上獲得接收信號程度的差異范圍內(nèi)的信號、即只要有與上述共振頻率相關(guān)的信號即可。
另外，指示裝置的位置也可對應(yīng)于指示裝置的使用方式來求出筆端位置和線圈重心位置之一，但在將指示裝置放置在筆形容器中使用的方式，優(yōu)選用圖20來最終求出筆端位置。
如上所述，上述各實(shí)施方式中的三維信息檢測裝置，其特征在于具備具有至少一個指示線圈的指示裝置101；彼此交叉地沿檢測面配置、與上述指示線圈電磁耦合的多個傳感器線圈109；切換選擇傳感器線圈109的選擇單元；利用上述指示線圈與選擇的上述傳感器線圈之間的電磁耦合產(chǎn)生收發(fā)信號的信號產(chǎn)生單元；檢測由上述選擇的傳感器線圈或上述指示線圈接收的信號的信號檢測單元；和根據(jù)由上述信號檢測單元檢測出的檢測信號，計(jì)算上述指示單元在三維空間中的位置和方向的計(jì)算單元。因此，可檢測指示裝置101在三維空間內(nèi)的位置和方向。
這里，也可以是如下的結(jié)構(gòu)具備事先存儲有關(guān)于檢測信號的特性數(shù)據(jù)的存儲單元，上述計(jì)算單元參照上述圖表，根據(jù)由檢測單元檢測到的檢測信號，計(jì)算指示裝置101在三維空間中的位置和方向。
另外，也可是如下的結(jié)構(gòu)具備事先存儲有基于檢測信號來計(jì)算指示裝置101在三維空間中的位置和方向用的近似式的存儲單元，上述計(jì)算單元使用上述近似式，根據(jù)由檢測單元檢測到的檢測信號，計(jì)算指示裝置101在三維空間中的位置和方向。
另外，也可是如下的結(jié)構(gòu)上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測單元檢測到的檢測信號中峰值附近至少三點(diǎn)的信號，計(jì)算指示裝置101的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)，同時(shí)，根據(jù)上述檢測信號在規(guī)定電平值中的坐標(biāo)幅度來得到指示裝置101的高度。
另外，也可是如下的結(jié)構(gòu)上述計(jì)算單元根據(jù)由上述檢測單元檢測到的檢測信號的關(guān)系來得到上述指示單元的傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的結(jié)構(gòu)上述指示單元具有作為上述指示線圈的兩個縱向卷繞線圈，上述計(jì)算單元根據(jù)上述兩個縱向卷繞線圈的合成雙峰信號的左右比來得到上述傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的結(jié)構(gòu)上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測信號的次級信號比來得到上述傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的結(jié)構(gòu)上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測信號的左右單側(cè)幅度比來得到上述傾角θ及方位角φ。
另外，也可是如下的結(jié)構(gòu)上述計(jì)算單元使用得到的傾角θ及方位角φ來補(bǔ)正檢測出的X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)及高度。
另外，也可是上述指示單元具有一個指示線圈的結(jié)構(gòu)。
另外，指示裝置101具有多個指示線圈。
另外，上述多個指示線圈的中心軸按照彼此垂直而配置。
另外，上述多個指示線圈的中心位置按照相同而配置。
另外，上述多個指示線圈中至少一個指示線圈的中心位置按照偏離其它指示線圈的中心位置而配置。
另外，上述指示單元具有球體，上述指示線圈配置在上述球體內(nèi)。
另外，上述指示線圈中的至少一個卷繞在鐵氧體芯或其它磁性材料上。
另外，也可是如下構(gòu)成上述信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生對應(yīng)于上述指示線圈的多個頻率的信號，在上述各指示線圈和上述選擇后的傳感器線圈之間收發(fā)不同頻率的信號。
另外，也可是如下的構(gòu)成通過從上述信號產(chǎn)生單元向上述指示線圈提供電流，從上述指示線圈發(fā)送信號，上述檢測單元檢測由上述傳感器線圈產(chǎn)生的信號。
另外，也可是如下的構(gòu)成通過從上述信號產(chǎn)生單元向上述傳感器線圈提供電流，從上述傳感器線圈發(fā)送信號，上述檢測單元檢測由上述指示線圈產(chǎn)生的信號。
另外，也可是如下的構(gòu)成通過從上述信號產(chǎn)生單元向上述傳感器線圈提供電流，從上述傳感器線圈發(fā)送信號，上述指示線圈接收上述信號后，返送到上述傳感器線圈，上述檢測單元檢測由上述傳感器線圈接收的信號。
另外，也可是如下的構(gòu)成上述計(jì)算單元計(jì)算上述指示單元的延長線與上述檢測面的交叉點(diǎn)。
另外，也可是如下的構(gòu)成具備配置成彼此交叉且與在上述傳感器線圈交叉的多個斜傳感器線圈。
另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的三維信息檢測方法，其特征在于選擇單元切換選擇與具有至少一個指示線圈的指示單元電磁耦合且彼此交叉地沿檢測面配置的多個傳感器線圈，信號產(chǎn)生單元利用通過在上述指示線圈與選擇后的上述傳感器線圈之間的電磁耦合產(chǎn)生收發(fā)信號，信號檢測單元檢測由上述選擇后的傳感器線圈或上述指示線圈接收的來自上述信號產(chǎn)生單元的信號，計(jì)算單元根據(jù)由上述信號檢測單元檢測出的信號計(jì)算上述指示單元的位置和方向。因此，可檢測指示裝置在三維空間內(nèi)的位置和方向。
另外，在上述方法中，也可是具有如下特征的構(gòu)成上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測單元檢測到的檢測信號中峰值附近至少三點(diǎn)的信號，得到上述指示單元的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)，同時(shí)，根據(jù)上述檢測信號在規(guī)定電平值中的坐標(biāo)幅度來得到上述指示單元的高度。另外，也可是具有如下特征的構(gòu)成上述計(jì)算單元根據(jù)由上述檢測單元檢測到的檢測信號的關(guān)系來得到上述指示單元的傾角θ及方位角φ。另外，也可是具有如下特征的構(gòu)成上述指示單元具有作為上述指示線圈的兩個縱向卷繞線圈，上述計(jì)算單元根據(jù)上述兩個縱向卷繞線圈的合成雙峰信號的左右比來得到上述傾角θ及方位角φ。另外，也可是具有如下特征的構(gòu)成上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測信號的次級信號比來得到上述傾角θ及方位角φ。另外，也可是具有如下特征的結(jié)構(gòu)上述計(jì)算單元根據(jù)上述檢測信號的左右單側(cè)幅度比來得到上述傾角θ及方位角φ。另外，也可是具有如下特征的構(gòu)成上述計(jì)算單元使用得到的傾角θ及方位角φ來補(bǔ)正檢測出的X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)及高度。
另外，本發(fā)明的實(shí)施方式中的三維信息傳感器裝置，其特征在于具備彼此交叉地沿檢測面配置、與指示單元的指示線圈電磁耦合的多個傳感器線圈；切換選擇上述傳感器線圈的選擇單元；利用上述指示線圈與選擇后的上述傳感器線圈之間的電磁耦合產(chǎn)生收發(fā)信號的信號產(chǎn)生單元；檢測由上述選擇后的傳感器線圈或上述指示線圈接收到的來自上述信號產(chǎn)生單元的信號的信號檢測單元；和根據(jù)由上述信號檢測單元檢測出的信號，計(jì)算上述指示單元的位置和方向的計(jì)算單元。因此，可檢測指示裝置在三維空間內(nèi)的位置和方向。
另外，本發(fā)明實(shí)施方式中的三維信息指示裝置，具備在與多個傳感器線圈之間通過電磁耦合進(jìn)行信號轉(zhuǎn)移的多個指示線圈，其特征在于上述多個指示線圈由兩個指示線圈構(gòu)成，上述各指示線圈的中心位置配置在彼此偏離的位置上，同時(shí)，上述各指示線圈的中心軸配置成彼此垂直。因此，可指示三維空間內(nèi)的位置和方向。
根據(jù)本發(fā)明的三維信息檢測裝置，可檢測指示裝置在三維空間內(nèi)的位置和方向。
另外，根據(jù)本發(fā)明的三維信息傳感器裝置，可檢測指示裝置在三維空間內(nèi)的位置和方向。
另外，根據(jù)本發(fā)明的三維信息指示裝置，可指示三維空間內(nèi)的位置和方向。
權(quán)利要求
1.一種三維信息檢測裝置，其特征在于具備具有至少一個指示線圈的指示單元；彼此交叉地沿檢測面配置、與所述指示線圈電磁耦合的多個傳感器線圈；切換選擇所述傳感器線圈的選擇單元；利用所述指示線圈與選擇的所述傳感器線圈之間的電磁耦合產(chǎn)生收發(fā)信號的信號產(chǎn)生單元；檢測由所述選擇后的傳感器線圈或所述指示線圈接收的信號的信號檢測單元；和根據(jù)由所述信號檢測單元檢測出的檢測信號，計(jì)算所述指示單元在三維空間中的位置和方向的計(jì)算單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述計(jì)算單元根據(jù)所述檢測單元檢測到的檢測信號中峰值附近至少三點(diǎn)的信號，計(jì)算所述指示單元的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)，同時(shí)，根據(jù)所述檢測信號在規(guī)定電平值中的坐標(biāo)幅度來得到所述指示單元的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述計(jì)算單元根據(jù)由所述檢測單元檢測到的檢測信號的關(guān)系來得到所述指示單元的傾角θ及方位角φ。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述指示單元具有作為所述指示線圈的兩個縱向卷繞線圈，所述計(jì)算單元根據(jù)所述兩個縱向卷繞線圈的合成雙峰信號的左右比來得到所述傾角θ及方位角φ。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述計(jì)算單元根據(jù)所述檢測信號的次級信號比來得到所述傾角θ及方位角φ。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述計(jì)算單元根據(jù)所述檢測信號的左右單側(cè)幅度比來得到所述傾角θ及方位角φ。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6之一所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述計(jì)算單元使用得到的傾角θ及方位角φ來補(bǔ)正檢測出的X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)及高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5、6或7所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述指示單元具有一個指示線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述指示單元具有多個指示線圈。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述多個指示線圈的中心軸配置成彼此垂直。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述多個指示線圈的中心位置配置成相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述多個指示線圈中至少一個指示線圈的中心位置按照偏離其它指示線圈的中心位置的方式配置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述指示單元具有球體，所述指示線圈配置在所述球體內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13之一所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述指示線圈中的至少一個卷繞在鐵氧體芯或其它磁性材料上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14之一所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生對應(yīng)于所述指示線圈的多個頻率的信號，在所述各指示線圈和所述選擇后的傳感器線圈之間收發(fā)不同頻率的信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15之一所述的三維信息檢測裝置，其特征在于通過從所述信號產(chǎn)生單元向所述指示線圈提供電流，從所述指示線圈發(fā)送信號，所述檢測單元檢測由所述傳感器線圈產(chǎn)生的信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-15之一所述的三維信息檢測裝置，其特征在于通過從所述信號產(chǎn)生單元向所述傳感器線圈提供電流，從所述傳感器線圈發(fā)送信號，所述檢測單元檢測由所述指示線圈產(chǎn)生的信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-15之一所述的三維信息檢測裝置，其特征在于通過從所述信號產(chǎn)生單元向所述傳感器線圈提供電流，從所述傳感器線圈發(fā)送信號，所述指示線圈接收所述信號后，返送到所述傳感器線圈，所述檢測單元檢測由所述傳感器線圈接收的信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18之一所述的三維信息檢測裝置，其特征在于所述計(jì)算單元計(jì)算所述指示單元的處長線與所述檢測面的交叉點(diǎn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19之一所述的三維信息檢測裝置，其特征在于具備配置成彼此交叉且與所述傳感器線圈交叉的多個斜傳感器線圈。
21.一種三維信息傳感器裝置，其特征在于具備彼此交叉地沿檢測面配置、與指示單元的指示線圈電磁耦合的多個傳感器線圈；切換選擇所述傳感器線圈的選擇單元；利用所述指示線圈與選擇的所述傳感器線圈之間的電磁耦合產(chǎn)生收發(fā)信號的信號產(chǎn)生單元；檢測由所述選擇后的傳感器線圈或所述指示線圈接收的來自所述信號產(chǎn)生單元的信號的信號檢測單元；和根據(jù)由所述信號檢測單元檢測出的信號，計(jì)算所述指示單元的位置和方向的計(jì)算單元。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的三維信息傳感器裝置，其特征在于所述計(jì)算單元根據(jù)所述檢測單元檢測到的檢測信號中峰值附近至少三點(diǎn)的信號，得到所述指示單元的X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)，同時(shí)，根據(jù)所述檢測信號在規(guī)定電平值中的坐標(biāo)幅度來得到所述指示單元的高度。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的三維信息傳感器裝置，其特征在于所述計(jì)算單元根據(jù)由所述檢測單元檢測到的檢測信號的關(guān)系來得到所述指示單元的傾角θ及方位角φ。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的三維信息傳感器裝置，其特征在于所述指示單元具有作為所述指示線圈的兩個縱向卷繞線圈，所述計(jì)算單元根據(jù)所述兩個縱向卷繞線圈的合成雙峰信號的左右比來得到所述傾角θ及方位角φ。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的三維信息傳感器裝置，其特征在于所述計(jì)算單元根據(jù)所述檢測信號的次級信號比來得到所述傾角θ及方位角φ。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的三維信息傳感器裝置，其特征在于所述計(jì)算單元根據(jù)所述檢測信號的左右單側(cè)幅度比來得到所述傾角θ及方位角φ。
27.根據(jù)權(quán)利要求23-26之一所述的三維信息傳感器裝置，其特征在于所述計(jì)算單元使用得到的傾角θ及方位角φ來補(bǔ)正檢測出的X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)及高度。
28.根據(jù)權(quán)利要求21-27之一所述的三維信息傳感器裝置，其特征在于具備配置成彼此交叉且與所述傳感器線圈交叉的多個斜傳感器線圈。
29.一種三維信息指示裝置，具備在與多個傳感器線圈之間通過電磁耦合進(jìn)行信號轉(zhuǎn)移的多個指示線圈，其特征在于所述多個指示線圈由兩個指示線圈構(gòu)成，所述各指示線圈的中心位置配置在彼此偏離的位置上，同時(shí)，所述各指示線圈的中心軸配置成彼此垂直。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的三維信息指示裝置，其特征在于所述各指示線圈卷繞在磁性材料上。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的三維信息指示裝置，其特征在于具備與所述各指示線圈連接而構(gòu)成不同頻率共振電路的多個共振用電容。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的三維信息指示裝置，其特征在于具備串聯(lián)連接于所述各共振電路并具有與對應(yīng)的共振電路相同的共振頻率的多個串聯(lián)共振電路。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的三維信息指示裝置，其特征在于具備發(fā)送信號輸出電路，通過所述串聯(lián)共振電路，從對應(yīng)于所述串聯(lián)共振電路的指示線圈輸出所述發(fā)送信號輸出電路的輸出信號。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的三維信息指示裝置，其特征在于具備向所述發(fā)送信號輸電路提供驅(qū)動功率的電池。
全文摘要
可檢測指示裝置在三維空間中的位置和方向。利用控制部(210)依次選擇三維信息傳感器裝置(102)的傳感器線圈(109)，同時(shí)，在三維信息指示裝置(101)的指示線圈(103～105)與傳感器線圈(109)之間通過電磁耦合進(jìn)行信號的收發(fā)，由檢測部(202)檢測由選擇后的傳感器線圈接收到的信號，根據(jù)由檢測部(202)檢測到的檢測信號，由控制部(210)計(jì)算指示裝置(101)在三維空間中的位置及方向。
文檔編號G06F3/046GK1428740SQ02159568
公開日2003年7月9日 申請日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月26日
發(fā)明者福島正光, 伊藤雅充, 小田康雄, 堀江利彥 申請人:株式會社華科姆