CN104076959A - 位置指针检测装置及位置指针检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及位置指针检测装置及位置指针检测方法，用于检测任意方向指针坐标。
Description
技术领域：
本发明涉及位置指针检测装置及位置指针检测方法，应用领域有电脑、平板电脑等IT设备的输入装置和方法，特别是指扣&手标系统，但不只限于此。
背景技术：
现有的数位板系统，所能检测的位置指针中电感的倾斜度(电感中心轴与检测平面的法线夹角)一般不超过60°，限制了比如铅笔横向涂抹动作的仿真。另外申请号为2013100958124的发明专利“手标系统及指扣及手指动作检测方法及手势检出方法”揭露了一种手标系统，其中指扣随指甲的移动方向非常灵活，其方向变化也非常大，甚至有待检电感和检测面平行的情况，虽然可以使用调整安装方向、增加使用规则限制待检电感的方向的方法解决，但这样会大大减少自由度会使用户体验打折扣。
专利号为02159568.2的发明专利“三维信息检测装置、三维信息检测传感器装置及三维信息指示装置”提出了一个四个轴向天线的方案，整个天线布线设计非常复杂。
所以有必要设计一种可以检测横向待检电感的位置指针检测系统。
发明内容：
本发明的目的在于实现一种位置指针检测系统；
检测任意方向位置指针的空间位置；
检测任意方向位置指针的空间姿态等；
使用新检测方法简化天线设计；
降低成本。
为了达到上述目的实现本发明提出以下方案，
技术方案1的发明为一种位置指针检测装置，其特征在于：包括检测平面上设置至少三个轴向天线。
技术方案2的发明为根据技术方案1所述的位置指针检测装置，其特征在于：第一轴向天线与第二轴向天线相互垂直；第三轴向天线与第一轴向天线成45°或者135°角。由于轴向天线的方向是人为指定的，同一轴向天线可以指定两个相差180°的方向轴，所以两个轴向天线的轴成45°夹角或者135°夹角可以指同一轴向天线。
技术方案3的发明为根据技术方案1所述的位置指针检测装置，其特征在于：第一轴向天线与第二轴向天线成60°或者120°角；第三轴向天线与第一轴向天线成60°或者120°角。由于轴向天线的方向是人为指定的，同一轴向天线可以指定两个相差180°的方向轴，所以两个轴向天线的轴成60°夹角或者120°夹角可以指同一轴向天线。
技术方案4的发明为根据技术方案3所述的位置指针检测装置，其特征在于：所述三个轴向天线配置成正六边形。
技术方案5的发明为根据技术方案3所述的位置指针检测装置，其特征在于：所述三个轴向天线的外边缘配置成六边形：其中一个长边线圈形成的轴天线的轴与使用者身体的对称面近似平行。
技术方案6的发明为根据技术方案1所述的位置指针检测装置的位置指针检测方法，其特征在于：包括步骤非卡迪坐标到卡迪坐标转换。
技术方案7的发明为根据技术方案6所述的位置指针检测装置的位置指针检测方法，其特征在于：包括步骤，求第一轴向天线坐标轴的卡迪坐标系中的第一法向直线；求第二轴向天线坐标轴的卡迪坐标系中的第二法向直线；求所述第一法向直线与第二法向直线卡迪坐标系中的交点坐标。
透过上面的技术方案，可以看到可以实现本发明的目的。
为了更准确的描述本发明，对本说明书中的名词解释如下：
电磁式位置指针是指，至少包括一个待检线圈的使用电磁耦合原理检测其位置的目标装置。如果没有特别说明本发明中简称位置指针或者指针。
待检线圈是指针中的用来作为指针检测装置检测指针位置的实际目标物，线圈可以是空心线圈，也可以是带磁芯线圈，或者其他类型线圈；待检线圈发射电磁感应信号，指针检测装置根据天线矩阵采样的信号来确定待检线圈的空间位置、姿态、属性，从而计算出指针的空间位置、姿态、属性。 待测线圈的轴是指当线圈通电时线圈中心位置的磁力线的切线方向。
轴向天线是指由多个基本相同的近似矩形线圈通过在长边法向平移位置配置形成的天线组合，平移方向成为轴向天线的轴。轴向天线也称为子天线或者轴天线。
检测面是指，轴向天线所在的平面。
空间位置是指卡迪X、Y、Z轴坐标，空间姿态是指待检物体中心轴和X、Y、Z轴的夹角。
指针的倾斜角是指指针中的待检电感线圈的轴与检测面法线的夹角。
附图说明：
图1 现有指针检测装置原理示意图
图2 本发明的带有45°夹角子天线的天线示意图
图3 本发明的相互60°夹角子天线的天线示意图
图4 X轴天线和待测电感的强耦合示意图
图5 X轴天线和待测电感的零耦合示意图
图6 带45°轴天线的坐标计算示意图
图7相互夹角60°三轴天线的坐标计算示意图
图8长六边形天线配置示意图
图9正六边形天线配置示意图
图中标号列表
1：指针；
21：Y轴天线；Y1：Y轴天线线圈1；Y40：Y轴天线线圈40；
22：X轴天线；X1：X轴天线线圈1；X40：X轴天线线圈40；
23：W轴天线；W1：W轴天线线圈1；W40：W轴天线线圈40；
24：V轴天线；V1：V轴天线线圈1；V40：V轴天线线圈40；
S2：模拟开关
具体实施方式：
下面使用本发明的实施例说明系统原理、实现方法。
如图1所示是现有指针检测装置原理示意图，可以看到系统设置了两个 相互垂直的轴向天线，在待检电感的倾角较小时使用。
如图4、图5所示，X轴向天线由一排40个近似矩形线圈X1-X40沿着X轴方向等距平移配置组和而成，为了图面清晰图中只画出X1、X40。
如图4的X轴向天线与待检电感的位置关系，待测电感的中轴线与X轴平行，由于天线产生的磁力线有很多穿过待检线圈形成的环路，所以X轴向天线检测线圈与待检电感的耦合程度较深，而如图5所示的检测天线与待检电感的位置关系，由于天线产生的磁力线穿过待检线圈形成的环路的几乎没有，所以X轴向天线检测线圈与待检电感的耦合几乎没有，这种情况下，待测电感的发射电磁信号同样也不能穿过检测天线形成的环路所以位置检测电路无法检测到位置指针。考察拥有两个相互垂直的轴向天线的系统，当待检线圈轴线和检测面平行，并与其中一个轴垂直时，只能检测到一个轴的坐标，无法定位指针的检测面坐标。
单轴向天线的当前位置的获得方法如“三维信息检测装置、三维信息检测传感器装置及三维信息指示装置(专利号02159568.2)”发明专利提到的解决方案，使用指定的特征点的位置作为单轴向天线的位置指针的位置。由于待检线圈的检出位置就是待检线圈中心位置在如图4所示X轴上的投影，所以在下面的图示中轴向天线抽象成数据轴。
本发明的一个实施例如图2所示，与图1所示的现有天线比在检测面上增加了一个45°夹角的轴天线，假如待测电感线圈轴线方向与Y轴垂直，不能检出Y轴的坐标，则可以检测W轴、X轴上的坐标得到W轴坐标w0、X轴坐标x0，通过如图6所示图2的抽象几何关系，计算出待检电感线圈的Y轴坐标y0，具体描述为，首先做出W轴上通过w0的法线，得出此法线在X、Y坐标系中的解析式，
ax+b＝y；(式1)其中a＝-tan(π/4)；b＝w0/sin(π/4)；
做出X轴上的通过x0的法线，解析式是x＝x0；(式2)
w0、x0是当前检出的坐标值；
根据式1、式2求出y0。同理在X轴向天线与待检线圈零耦合时，可以使用已知的w0、y0求出x0。
本发明的一个实施例如图3所示，具有相互60°夹角的轴天线V、W、X，假如待测电感线圈轴线方向与X轴垂直，不能检测X轴的坐标，则检测 W轴、V轴上的坐标，通过如图7所示图3的抽象几何关系，Y轴是辅助轴不对应真实的轴天线，计算出待检电感线圈的X轴坐标x0、Y轴坐标y0，具体描述为，首先根据W轴坐标点做出W轴上通过w0的法线，得出此法线在X、Y坐标系中的解析式，
a0x+b0＝y；(式3)其中a0＝tan(π/6)；b0＝w0/sin(π/3)；
然后根据V轴坐标点做出V轴上通过v0的法线，得出此法线在X、Y坐标系中的解析式，
a1x+b1＝y；(式4)其中a1＝-tan(π/6)；b1＝-v0/sin(π/3)；
w0、v0是当前检出的坐标值；
根据式3、式4求出x0、y0。
同理可以计算当不能检测W或者X轴的情况的X、Y轴坐标。
值得注意的是本发明描述的X、Y、V、W轴并不是三维轴，它们都在检测面上，在实际布线时各轴天线会与检测面有些偏差，一般情况下可以忽略其影响。
由于计算方法中可以根据以上公式变换成各种等效形式，这些形式都是本发明保护的范围。
本发明的另一个整个天线的配置实施例如图8所示，整个天线的外形成六边形。其中一个长边线圈形成的轴天线的轴与使用者身体的对称面近似平行，通俗的讲，就是对应使用者的前后，或者对应电脑屏幕的上下。
本发明的一个整个天线的配置实施例如图9所示，整个天线的外形成正六边形。为了图示清晰，图中只画出了轴天线的边缘线圈和中间线圈，其他线圈等距配置，长度不超过正六边形的外边缘。
注：说明书记载的具体实施方式，是优选的实施方案，其可以整体上说明发明的目的、手段和效果，并不是发明实例穷举。
Claims (7)
1.一种位置指针检测装置，其特征在于：
包括检测平面上设置至少三个轴向天线。
2.根据权利要求1所述的位置指针检测装置，其特征在于：
第一轴向天线与第二轴向天线相互垂直；
第三轴向天线与第一轴向天线成45°或者135°角。
3.根据权利要求1所述的位置指针检测装置，其特征在于：
第一轴向天线与第二轴向天线成60°或者120°角；
第三轴向天线与第一轴向天线成60°或者120°角。
4.根据权利要求3所述的位置指针检测装置，其特征在于：
所述三个轴向天线的外边缘配置成正六边形。
5.根据权利要求3所述的位置指针检测装置，其特征在于：
所述三个轴向天线的外边缘配置成六边形；
其中一个长边线圈形成的轴天线的轴与使用者身体的对称面近似平行。
6.根据权利要求1所述的位置指针检测装置的位置指针检测方法，其特征在于：
包括步骤非卡迪坐标到卡迪坐标转换。
7.根据权利要求6所述的位置指针检测装置的位置指针检测方法，其特征在于：包括步骤，
求第一轴向天线坐标轴的卡迪坐标系中的第一法向直线；
求第二轴向天线坐标轴的卡迪坐标系中的第二法向直线；
求所述第一法向直线与第二法向直线卡迪坐标系中的交点坐标。
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