CN102541309B - 飞鼠定位装置 - Google Patents

Abstract

一种可自由悬空运动的鼠标类定位装置，可实时提供所指向位置的坐标参数，主要运用于计算机，投影仪，家用电玩等领域，它可以代替鼠标且让鼠标脱离平面运动的束缚，可以使光枪类游戏在所有显示器及投影仪上成为可能。发明装置包括两部分：光束发射器和接收处理单元，光束发射器发射出绕指示线旋转的特征光束面（一字线光束窄带或是光束有无、强弱的分界面），接收处理单元在屏幕周边的均布几个光学感应器件，当光学感应器件检测到特征光束面并经过处理后得到坐标参数，再送到电脑主机或是其它中央单元处理，最后得到坐标位置并将光标通过视频信号电缆显示到屏幕对应位置上。

Description

飞鼠定位装置

技术领域

本发明涉及可自由悬空运动的鼠标类定位装置。可运用于计算机，投影仪，家用电玩等领域。

背景技术

背景1：当前的鼠标定位装置都只能以平面滑动、手指触摸滑动或是滚动球体的方式来确定位置，而不能脱离固定平面的束缚。

背景2： 当前CRT显示器已经逐步被LCD、投影仪等新型显示器取代，而配合CRT显示器使用的光枪，却不能应用在新型的显示器上，所以射击类仿真游戏只能呆在游戏厅里，不能进入普通民众家庭之中，导致家用电子游戏产品种类单一，不能满足民众业余生活的需要。

发明内容

本发明可以实现鼠标的自由悬空运动定位，使定位方式更加适用于家庭、电子课堂、讲座等环境，大大方便民众的生活、工作和学习需要。

本发明结合光枪，可以使其脱离只能用CRT显示器的限制，使光枪类游戏在LCD、投影仪等信息显示设备的使用成为可能，进而走进普通家庭，丰富民众的业余生活需要。

本发明结构框图如图1所示（以普通LCD为例）：

光束发射器发射出绕指示线旋转的特征光束面（一字线光束窄带或是光束有无、强弱的分界面），屏幕周边的8个光学感应器件（A~H）检测到特征光束面，接收处理单元记录下感应信息并经过处理后，得到坐标参数，然后送到电脑主机或是其它中央单元处理，最后得到坐标位置并将光标通过视频信号电缆显示到屏幕对应位置上。

本发明实现原理如下：

如图2所示：S是光束发射器，它向屏幕Z发射出一个特征光束面SPQO，O点是指示线SO投射到屏幕上的指示点，是待求得坐标参数的点。平面SPQO以相对恒定的转速围绕指示线SO旋转，如图所示从光学感应器A所在的SPQO平面绕SO顺时针旋转到B点所在的SP’Q’O平面。

接收端在屏幕Z所在平面外侧一定平行距离上均布8个光学感应器件(四个顶点各一个，分别为A、C、E、G，四边中点各一个，分别为B、D、F、H)，当旋转的特征光束面SPQO经过光学感应器件时，光学感应器件发送出一个特征信号，接收处理单元记录下光学感应器件发出特征信号的时刻，当SPQO旋转了一周回到起始点以后，一共得到9个时刻的数据，根据这9个数据就可以计算出相邻的感应器件与指示线SO所在平面之间的夹角，如图2所示的SPQO与SP’Q’O的夹角。

因为一光束SO以一定角度入射到一矩形平面ACEG，光束SO分别与点A或B所在的平面SPQO、SP’Q’O形成的夹角不会随着光束发射器S在沿SO直线方向上离指示点O的远近而不同，所以平面ACEG对于围绕SO旋转的特征光平面SPQO来说，可以用ACEG在垂直于SO并经过O点的投影面上的正投影来计算。

正投影如图3所示：矩形ACEG的正投影为平行四边形，假设其名称仍为ACEG，四个中点仍为BDFH。如图4所示，独立出三角形AOC，并以BO为Y轴，B为原点建立直角坐标系，假设AB，BC的长度为一个标准单位1，OB长度为L，待求高度OM为h，角AOB记作α，角BOC记作β，BA与X正轴夹角等于角BOM记作θ，设A点坐标为（x，y），那么C点坐标就为（-x，-y），B点坐标为（0，0），O点坐标为（0，L），那么有：

ctanα=(L-y)/x

ctanβ=(L+y)/x

x²+y²=1

h=Lcosθ=Lx

由以上4式可以得出

h=2(ctanα+ ctanβ)/[( ctanβ- ctanα)²+4]

同理可以计算出点O与平行四边行对边EG的的距离，由相似三角形对应边长之比相等原则，点O在线段MN中的比例等同于是点O在原矩形中的垂直方向上的比例，同理可得到水平方向上的比例经过PC或是其它中央处理单元处理后可得到实际坐标。

实际使用时，配合PC或是其它中央处理单元端的定位校准软件校定屏幕Z的四个角在平面ACEG中的比例后，然后便可使用。

现实中存在问题主要是没有专用元器件，首先，马达考虑要高速低摩擦的，最好是空心内转子轴电机，可以省去不必要的传动机构，且转动部分应当做成易更换消耗品。其次，光源如果选用一字激光源时，光束窄带内存在线条状不均匀，对接收端精度有影响，而且激光不易用调制信号调制，另外可用其它类型光源，比如使用LED，发射光束可以调制，可提高精度，但要考虑功率与发光点大小。

附图说明

图1为装置结构框图。

图2为实现方式示意图。

图3为正投影示意图。

图4为正投影分解计算示意图。

具体实施方式

手持光束发射器的作用就是要实现一旋转的特征平面便于光线感应器接收，可由低功率一字线红外激光发射管改装，激光管固定，用马达带动前面的聚光镜片旋转的方式实现。或者可以用普通红外广角点光源，在其前面用马达带动一半透明另一半不透明的镜片实现旋转的特征平面。

光学感应器用对应于光源波长的光敏器件，如PIN二极管，接收处理单元先用运放放大，并转换成数字信号，用小型单片机、ARM、FPGA等处理芯片接收信号。处理芯片设置一自由计数器，当有效信号进入时，记录下此时自由计数器的值，存储到对应的感应器所以序号中，当所有数据更新一遍后，根据每个感应器对应的计数值，就可以计算出各个光学感应器件之间的角度，其后计算成点在矩形的位置参数送入PC或是其它中央处理设备上，最终显示到影像终端。

Claims (1)

1.一种检测指向位置坐标的飞鼠定位装置，包含手持光束发射器和接收处理单元，其特征在于：手持光束发射器发射出绕指示线旋转的光束平面；接收处理单元的光学感应器件布置方式是在距离屏幕外侧一定距离的矩形的四个顶点和四边中点各布置一个；接收处理单元的坐标计算是根据各个光学感应器件接收到光束平面时的时刻数据，得到同一条边上的三个光学感应器件与指示线所在平面间的两个夹角的大小，再根据两个夹角对应的线段长度已知计算得到点到边的距离，然后根据点到各边的距离得到指示点的初始坐标，经软件校正后得到实际坐标。