位置指針檢測裝置及位置指針檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及位置指針檢測裝置及位置指針檢測方法，用于檢測任意方向指針坐標(biāo)。
【專利說明】位置指針檢測裝置及位置指針檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及位置指針檢測裝置及位置指針檢測方法，應(yīng)用領(lǐng)域有電腦、平板電腦等IT設(shè)備的輸入裝置和方法，特別是指扣&手標(biāo)系統(tǒng)，但不只限于此。

【背景技術(shù)】
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[0002]現(xiàn)有的數(shù)位板系統(tǒng)，所能檢測的位置指針中電感的傾斜度(電感中心軸與檢測平面的法線夾角)一般不超過60°，限制了比如鉛筆橫向涂抹動(dòng)作的仿真。另外申請(qǐng)?zhí)枮?013100958124的發(fā)明專利“手標(biāo)系統(tǒng)及指扣及手指動(dòng)作檢測方法及手勢檢出方法”揭露了一種手標(biāo)系統(tǒng)，其中指扣隨指甲的移動(dòng)方向非常靈活，其方向變化也非常大，甚至有待檢電感和檢測面平行的情況，雖然可以使用調(diào)整安裝方向、增加使用規(guī)則限制待檢電感的方向的方法解決，但這樣會(huì)大大減少自由度會(huì)使用戶體驗(yàn)打折扣。
[0003]專利號(hào)為02159568.2的發(fā)明專利“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”提出了一個(gè)四個(gè)軸向天線的方案，整個(gè)天線布線設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。
[0004]所以有必要設(shè)計(jì)一種可以檢測橫向待檢電感的位置指針檢測系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種位置指針檢測系統(tǒng)；
[0006]檢測任意方向位置指針的空間位置；
[0007]檢測任意方向位置指針的空間姿態(tài)等；
[0008]使用新檢測方法簡化天線設(shè)計(jì)；
[0009]降低成本。
[0010]為了達(dá)到上述目的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出以下方案，
[0011]技術(shù)方案I的發(fā)明為一種位置指針檢測裝置，其特征在于:包括檢測平面上設(shè)置至少三個(gè)軸向天線。
[0012]技術(shù)方案2的發(fā)明為根據(jù)技術(shù)方案I所述的位置指針檢測裝置，其特征在于:第一軸向天線與第二軸向天線相互垂直；第三軸向天線與第一軸向天線成45°或者135°角。由于軸向天線的方向是人為指定的，同一軸向天線可以指定兩個(gè)相差180°的方向軸，所以兩個(gè)軸向天線的軸成45°夾角或者135°夾角可以指同一軸向天線。
[0013]技術(shù)方案3的發(fā)明為根據(jù)技術(shù)方案I所述的位置指針檢測裝置，其特征在于:第一軸向天線與第二軸向天線成60°或者120°角；第三軸向天線與第一軸向天線成60°或者120°角。由于軸向天線的方向是人為指定的，同一軸向天線可以指定兩個(gè)相差180°的方向軸，所以兩個(gè)軸向天線的軸成60°夾角或者120°夾角可以指同一軸向天線。
[0014]技術(shù)方案4的發(fā)明為根據(jù)技術(shù)方案3所述的位置指針檢測裝置，其特征在于:所述三個(gè)軸向天線配置成正六邊形。
[0015]技術(shù)方案5的發(fā)明為根據(jù)技術(shù)方案3所述的位置指針檢測裝置，其特征在于:所述三個(gè)軸向天線的外邊緣配置成六邊形:其中一個(gè)長邊線圈形成的軸天線的軸與使用者身體的對(duì)稱面近似平行。
[0016]技術(shù)方案6的發(fā)明為根據(jù)技術(shù)方案I所述的位置指針檢測裝置的位置指針檢測方法，其特征在于:包括步驟非卡迪坐標(biāo)到卡迪坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
[0017]技術(shù)方案7的發(fā)明為根據(jù)技術(shù)方案6所述的位置指針檢測裝置的位置指針檢測方法，其特征在于:包括步驟，求第一軸向天線坐標(biāo)軸的卡迪坐標(biāo)系中的第一法向直線；求第二軸向天線坐標(biāo)軸的卡迪坐標(biāo)系中的第二法向直線；求所述第一法向直線與第二法向直線卡迪坐標(biāo)系中的交點(diǎn)坐標(biāo)。
[0018]透過上面的技術(shù)方案，可以看到可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0019]為了更準(zhǔn)確的描述本發(fā)明，對(duì)本說明書中的名詞解釋如下:
[0020]電磁式位置指針是指，至少包括一個(gè)待檢線圈的使用電磁耦合原理檢測其位置的目標(biāo)裝置。如果沒有特別說明本發(fā)明中簡稱位置指針或者指針。
[0021]待檢線圈是指針中的用來作為指針檢測裝置檢測指針位置的實(shí)際目標(biāo)物，線圈可以是空心線圈，也可以是帶磁芯線圈，或者其他類型線圈；待檢線圈發(fā)射電磁感應(yīng)信號(hào)，指針檢測裝置根據(jù)天線矩陣采樣的信號(hào)來確定待檢線圈的空間位置、姿態(tài)、屬性，從而計(jì)算出指針的空間位置、姿態(tài)、屬性。待測線圈的軸是指當(dāng)線圈通電時(shí)線圈中心位置的磁力線的切線方向。
[0022]軸向天線是指由多個(gè)基本相同的近似矩形線圈通過在長邊法向平移位置配置形成的天線組合，平移方向成為軸向天線的軸。軸向天線也稱為子天線或者軸天線。
[0023]檢測面是指，軸向天線所在的平面。
[0024]空間位置是指卡迪X、Y、Z軸坐標(biāo)，空間姿態(tài)是指待檢物體中心軸和Χ、Υ、Ζ軸的夾角。
[0025]指針的傾斜角是指指針中的待檢電感線圈的軸與檢測面法線的夾角。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0026]圖1現(xiàn)有指針檢測裝置原理示意圖
[0027]圖2本發(fā)明的帶有45°夾角子天線的天線示意圖
[0028]圖3本發(fā)明的相互60°夾角子天線的天線示意圖
[0029]圖4 X軸天線和待測電感的強(qiáng)耦合示意圖
[0030]圖5 X軸天線和待測電感的零稱合示意圖
[0031]圖6帶45°軸天線的坐標(biāo)計(jì)算示意圖
[0032]圖7相互夾角60°三軸天線的坐標(biāo)計(jì)算示意圖圖8長六邊形天線配置示意圖
圖9正六邊形天線配置示意圖
[0033]圖中標(biāo)號(hào)列表
[0034]1:指針；
[0035]21:Υ軸天線；Y1:Y軸天線線圈I ；Υ40:Υ軸天線線圈40 ；
[0036]22:Χ軸天線；X1:X軸天線線圈I ；X40:X軸天線線圈40 ；
[0037]23:ff軸天線；W1:ff軸天線線圈I ;W40:ff軸天線線圈40 ；
[0038]24:V軸天線；V1:V軸天線線圈I ;V40:V軸天線線圈40 ；
[0039]S2:模擬開關(guān)【具體實(shí)施方式】:
[0040]下面使用本發(fā)明的實(shí)施例說明系統(tǒng)原理、實(shí)現(xiàn)方法。
[0041]如圖1所示是現(xiàn)有指針檢測裝置原理示意圖，可以看到系統(tǒng)設(shè)置了兩個(gè)相互垂直的軸向天線，在待檢電感的傾角較小時(shí)使用。
[0042]如圖4、圖5所示，X軸向天線由一排40個(gè)近似矩形線圈X1-X40沿著X軸方向等距平移配置組和而成，為了圖面清晰圖中只畫出X1、X40。
[0043]如圖4的X軸向天線與待檢電感的位置關(guān)系，待測電感的中軸線與X軸平行，由于天線產(chǎn)生的磁力線有很多穿過待檢線圈形成的環(huán)路，所以X軸向天線檢測線圈與待檢電感的耦合程度較深，而如圖5所示的檢測天線與待檢電感的位置關(guān)系，由于天線產(chǎn)生的磁力線穿過待檢線圈形成的環(huán)路的幾乎沒有，所以X軸向天線檢測線圈與待檢電感的耦合幾乎沒有，這種情況下，待測電感的發(fā)射電磁信號(hào)同樣也不能穿過檢測天線形成的環(huán)路所以位置檢測電路無法檢測到位置指針?？疾鞊碛袃蓚€(gè)相互垂直的軸向天線的系統(tǒng)，當(dāng)待檢線圈軸線和檢測面平行，并與其中一個(gè)軸垂直時(shí)，只能檢測到一個(gè)軸的坐標(biāo)，無法定位指針的檢測面坐標(biāo)。
[0044]單軸向天線的當(dāng)前位置的獲得方法如“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(專利號(hào)02159568.2) ”發(fā)明專利提到的解決方案，使用指定的特征點(diǎn)的位置作為單軸向天線的位置指針的位置。由于待檢線圈的檢出位置就是待檢線圈中心位置在如圖4所示X軸上的投影，所以在下面的圖示中軸向天線抽象成數(shù)據(jù)軸。
[0045]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如圖2所示，與圖1所示的現(xiàn)有天線比在檢測面上增加了一個(gè)45°夾角的軸天線，假如待測電感線圈軸線方向與Y軸垂直，不能檢出Y軸的坐標(biāo)，則可以檢測W軸、X軸上的坐標(biāo)得到W軸坐標(biāo)w0、X軸坐標(biāo)xO,通過如圖6所示圖2的抽象幾何關(guān)系，計(jì)算出待檢電感線圈的Y軸坐標(biāo)yO，具體描述為，首先做出W軸上通過《O的法線，得出此法線在X、Y坐標(biāo)系中的解析式，
[0046]ax+b = y ;(式 I)其中 a = -tan ( π /4) ；b = w0/sin ( π /4)；
[0047]做出X軸上的通過xO的法線,解析式是X = xO ;(式2)
[0048]wO、xO是當(dāng)前檢出的坐標(biāo)值；
[0049]根據(jù)式1、式2求出yO。同理在X軸向天線與待檢線圈零耦合時(shí)，可以使用已知的wO、yO 求出 xOo
[0050]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如圖3所示，具有相互60°夾角的軸天線V、W、X，假如待測電感線圈軸線方向與X軸垂直，不能檢測X軸的坐標(biāo)，則檢測W軸、V軸上的坐標(biāo)，通過如圖7所示圖3的抽象幾何關(guān)系，Y軸是輔助軸不對(duì)應(yīng)真實(shí)的軸天線，計(jì)算出待檢電感線圈的X軸坐標(biāo)χ0、Υ軸坐標(biāo)yO,具體描述為，首先根據(jù)W軸坐標(biāo)點(diǎn)做出W軸上通過wO的法線,得出此法線在X、Y坐標(biāo)系中的解析式，
[0051]a0x+b0 = y ;(式 3)其中 a0 = tan ( π /6) ；b0 = wO/sin ( π /3)；
[0052]然后根據(jù)V軸坐標(biāo)點(diǎn)做出V軸上通過v0的法線，得出此法線在X、Y坐標(biāo)系中的解析式，
[0053]alx+bl = y ;(式 4)其中 al = -tan ( π /6) ；bl = -v0/sin 0/3)；
[0054]w0、v0是當(dāng)前檢出的坐標(biāo)值；
[0055]根據(jù)式3、式4求出x0、y0。
[0056]同理可以計(jì)算當(dāng)不能檢測W或者X軸的情況的X、Y軸坐標(biāo)。
[0057]值得注意的是本發(fā)明描述的X、Y、V、W軸并不是三維軸，它們都在檢測面上，在實(shí)際布線時(shí)各軸天線會(huì)與檢測面有些偏差，一般情況下可以忽略其影響。
[0058]由于計(jì)算方法中可以根據(jù)以上公式變換成各種等效形式，這些形式都是本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0059]本發(fā)明的另一個(gè)整個(gè)天線的配置實(shí)施例如圖8所示，整個(gè)天線的外形成六邊形。其中一個(gè)長邊線圈形成的軸天線的軸與使用者身體的對(duì)稱面近似平行，通俗的講，就是對(duì)應(yīng)使用者的前后，或者對(duì)應(yīng)電腦屏幕的上下。
[0060]本發(fā)明的一個(gè)整個(gè)天線的配置實(shí)施例如圖9所示，整個(gè)天線的外形成正六邊形。為了圖示清晰，圖中只畫出了軸天線的邊緣線圈和中間線圈，其他線圈等距配置，長度不超過正六邊形的外邊緣。
[0061]注:說明書記載的【具體實(shí)施方式】，是優(yōu)選的實(shí)施方案，其可以整體上說明發(fā)明的目的、手段和效果，并不是發(fā)明實(shí)例窮舉。
【權(quán)利要求】
1.一種位置指針檢測裝置，其特征在于: 包括檢測平面上設(shè)置至少三個(gè)軸向天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置指針檢測裝置，其特征在于: 第一軸向天線與第二軸向天線相互垂直； 第三軸向天線與第一軸向天線成45°或者135°角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置指針檢測裝置，其特征在于: 第一軸向天線與第二軸向天線成60°或者120°角； 第三軸向天線與第一軸向天線成60°或者120°角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的位置指針檢測裝置，其特征在于: 所述三個(gè)軸向天線的外邊緣配置成正六邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的位置指針檢測裝置，其特征在于: 所述三個(gè)軸向天線的外邊緣配置成六邊形； 其中一個(gè)長邊線圈形成的軸天線的軸與使用者身體的對(duì)稱面近似平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置指針檢測裝置的位置指針檢測方法，其特征在于: 包括步驟非卡迪坐標(biāo)到卡迪坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的位置指針檢測裝置的位置指針檢測方法，其特征在于:包括步驟， 求第一軸向天線坐標(biāo)軸的卡迪坐標(biāo)系中的第一法向直線； 求第二軸向天線坐標(biāo)軸的卡迪坐標(biāo)系中的第二法向直線； 求所述第一法向直線與第二法向直線卡迪坐標(biāo)系中的交點(diǎn)坐標(biāo)。
【文檔編號(hào)】G06F3/0354GK104076959SQ201310122733
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月31日
【發(fā)明者】崔偉 申請(qǐng)人:崔偉