CN107357478B - 电磁触控的倾角检测方法、坐标修正方法及其应用 - Google Patents

电磁触控的倾角检测方法、坐标修正方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电磁触控的倾角检测方法、坐标修正方法及其应用，属于检测装置技术领域。本发明采用高效可行的方法来检测笔的倾斜角度，并且对笔的坐标进行校准。本发明根据检测到的主波峰、左右副波波峰对应的位置，得到D与D+或D‑的差值，判断出倾角处于哪个范围内,然后计算笔尖的位置偏差,根据倾角与主峰与副峰位置差的函数关系查找表，判断倾角θ值。本发明计算比较简单，而且由于拟合了峰值的位置，代替现有技术，利用线圈上所获得的电压值相比较，从而不会出现当笔尖在线圈中央、偏离中央、边缘位置时，对倾角的计算出现周期性的偏差，导致画线形成波浪线。

Description

电磁触控的倾角检测方法、坐标修正方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种电磁触控的倾角检测方法、坐标修正方法及其应用，属于检测装置技术领域。
背景技术
书写的时候，因为人们的拿笔姿势不会保持不变，所以当笔倾角变化时，会引起线性偏差，影响到使用者的体验。
在美国专利《Coordinate Determine DeviCe》(专利号为US4477877)中，提出以下方式来取得倾角值：
Figure BDA0001336817530000011
。即主波两侧的副波所感应出来的电压峰值之间的比值，来换算成笔的倾斜角度。但是实现起来存在困难，因为天线感应线圈是按照一定的距离平行排列的，波峰值在相邻线圈上感应的值，会由笔尖不同的位置而发生变化。副波的峰值也会作类似的变化，从而会出现相同的倾角下，当笔处不同位置上，按照以上公式算出来可能会不同的拟合值。
在美国专利《Angular Input Information System Relative To A Tablet ForDeterming An InCline Angle of A Pointer Or Stylus》(专利号为US574810)中，发明者提出利用一种平移的方法，使副波与主波的峰值在拟合坐标的时候出现一种“同步”，从而仅利用V＇PX/V＇X来模拟倾角值,但其拟合过程比较复杂,使用不方便。而且，其认为“平移”因子a的值是固定的，与倾角大小无关，与实际的测试并不相符。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种新的电磁触控的倾角检测方法、坐标修正方法及其应用，采用高效可行的方法来检测笔的倾斜角度，并且对笔的坐标进行校准。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种电磁触控的倾角检测方法，包括如下步骤：
S1：检测坐标位置：当电磁触控笔竖直接近天线线圈阵列时，电磁触控笔内部会通过电感线圈而产生电磁波；
天线线圈阵列中，沿水平方向会出现三个峰值，其中px为主波峰值的坐标位置，而-px及+px分别为左右分布的两个副波波峰位置；
S2：拟合出具体位置：根据主波在相邻的三个线圈C-1,C0,C1上感应出来的电压值v-1,v0,v1，拟合出笔尖位置P的具体位置坐标值为:D＝f(v-1,v0,v1)；
S3:感应坐标差值：当电磁触控笔在X轴方向上倾斜角度为θ时,会导致主波下三个相邻线圈的感应电压值发生变化，拟合出坐标值变化为D＇，倾斜笔与竖直笔的感应坐标之间就会存在一个差值ΔD；
S4:倾斜坐标值：当笔尖位置P相同时，从竖直到倾斜角度θ，由于v-1,v0,v1值会相应改变，导致坐标计算为D＇＝D+ΔD。
优选地，所述步骤S1中，检测坐标位置，是利用主波对线圈的产生的感应电压来测量。
优选地，所述步骤S2中，三个线圈C-1,C0,C1为天线线圈阵列中的三个相隔相同距离的天线线圈。
优选地，所述步骤S2中，拟合坐标值的计算公式：
Figure BDA0001336817530000021
其中，D0为线圈C0的中央位置的坐标。
上述电磁触控的坐标修正方法，包括如下步骤：
S5:读取峰值电压：读取主波峰三个线圈的电压值，以及两边副波波峰各三个线圈的电压值；
S6:计算副峰值位置：利用公式(1)推导出主波峰、左右副波波峰对应的位置：D、D-和D+；
Figure BDA0001336817530000022
Figure BDA0001336817530000023
其中，D表示主波波峰位置，D-表示主波左侧的副波波峰位置，D+表示主波右侧的副波波峰位置；
D0+、D0-分别为左侧和右侧副波峰值线圈中央位置；
v＇-1,v＇0,v＇1以及v＂-1,v＂0,v＂1分别为其三个相邻的线圈的感应电压值；
S7:计算ΔD值：比较左右两边副峰值位置大小，选取两者中较大值，计算主峰和副峰的位置差值ΔD；
S8:判断倾角θ值：通过D与D+或D-的差值，判断倾角θ值；θ＝f(D-D-)代表左倾；θ＝f(D+-D)代表右倾；
其中，f代表倾角与主峰与副峰位置差的函数关系。
优选地，所述倾角与主峰与副峰位置差的函数关系，针对固定的电磁触控产品，预先测量好，列成倾角与主峰与副峰位置差的函数关系查找表。
优选地，当笔尖位置P处于线圈C0,C1各自中央线的边缘时，此时检测到的峰值为v0＝v1＝Val1，而当P处于线圈C0的中央位置时，此时的v0＝Val2为峰值，但Val2>Val1，说明峰值发生了改变。
上述电磁触控的坐标修正方法的应用，包括如下步骤：
S9:计算主峰的位置偏差：根据检测到的主波峰、左右副波波峰对应的位置，得到D与D+或D-的差值，判断出倾角处于哪个范围内；
假设为倾角θm和θm+1之间，则由公式(4)的线性拟合得到主峰的位置偏差：
(ΔD-ΔDm)/(ΔD--ΔD-m)＝(ΔDm+1-ΔDm)/(ΔD-(m+1)-ΔD-m) (4)
S10:计算笔尖的位置偏差：根据公式(4)，可以得到笔尖偏差：
ΔD＝(ΔD--ΔD-m)*(ΔDm+1-ΔDm)/(ΔD-(m+1)-ΔD-m)+ΔDm (5)
S1:查表得到倾角：根据倾角与主峰与副峰位置差的函数关系查找表，判断倾角θ值。
本发明的有益效果是：采用本发明所述的电磁触控的倾角检测方法、坐标修正方法及其应用，计算比较简单，而且由于拟合了峰值的位置，代替现有技术，利用线圈上所获得的电压值相比较(例如主峰电压值比副峰电压值)，从而不会出现当笔尖在线圈中央、偏离中央、边缘位置时，对倾角的计算出现周期性的偏差，导致画线形成波浪线。
附图说明
图1是电磁触控笔竖直于天线线圈阵列的磁力线示意图。
图2是电磁触控笔倾斜于天线线圈阵列的磁力线示意图。
图3(a)是电磁触控笔左倾于天线线圈阵列的坐标计算图。
图3(b)是电磁触控笔直于天线线圈阵列的坐标计算图。
图3(c)是电磁触控笔右倾于天线线圈阵列的坐标计算图。
图中：1、天线线圈阵列；2、电磁触控笔；3、电感线圈。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
一种电磁触控的倾角检测方法，包括如下步骤：
S1：检测坐标位置：当电磁触控笔2竖直接近天线线圈阵列1时，电磁触控笔2内部会通过电感线圈3而产生电磁波；
天线线圈阵列1中，沿水平方向会出现三个峰值，其中px为主波峰值的坐标位置，而-px及+px分别为左右分布的两个副波波峰位置；
S2：拟合出具体位置：根据主波在相邻的三个线圈C-1,C0,C1上感应出来的电压值v-1,v0,v1，拟合出笔尖位置P的具体位置坐标值为:D＝f(v-1,v0,v1)；
S3:感应坐标差值：当电磁触控笔2在X轴方向上倾斜角度为θ时,会导致主波下三个相邻线圈的感应电压值发生变化，拟合出坐标值变化为D＇，倾斜笔与竖直笔的感应坐标之间就会存在一个差值ΔD；
S4:倾斜坐标值：当笔尖位置P相同时，从竖直到倾斜角度θ，由于v-1,v0,v1值会相应改变，导致坐标计算为D＇＝D+ΔD。
所述步骤S1中，检测坐标位置，是利用主波对线圈的产生的感应电压来测量。
所述步骤S2中，三个线圈C-1,C0,C1为天线线圈阵列1中的三个相隔相同距离的天线线圈。
所述步骤S2中，拟合坐标值的计算公式：
Figure BDA0001336817530000041
其中，D0为线圈C0的中央位置的坐标。
上述电磁触控的坐标修正方法，包括如下步骤：
S5:读取峰值电压：读取主波峰三个线圈的电压值，以及两边副波波峰各三个线圈的电压值；
S6:计算副峰值位置：利用公式(1)推导出主波峰、左右副波波峰对应的位置：D、D-和D+；
Figure BDA0001336817530000042
Figure BDA0001336817530000043
其中，D表示主波波峰位置，D-表示主波左侧的副波波峰位置，D+表示主波右侧的副波波峰位置；
D0+、D0-分别为左侧和右侧副波峰值线圈中央位置；
v＇-1,v＇0,v＇1以及v＂-1,v＂0,v＂1分别为其三个相邻的线圈的感应电压值；
S7:计算ΔD值：比较左右两边副峰值位置大小，选取两者中较大值，计算主峰和副峰的位置差值ΔD；
S8:判断倾角θ值：通过D与D+或D-的差值，判断倾角θ值；θ＝f(D-D-)代表左倾；θ＝f(D+-D)代表右倾；
其中，f代表倾角与主峰与副峰位置差的函数关系。
所述倾角与主峰与副峰位置差的函数关系，针对固定的电磁触控产品，预先测量好，列成倾角与主峰与副峰位置差的函数关系查找表。
当笔尖位置P处于线圈C0,C1各自中央线的边缘时，此时检测到的峰值为v0＝v1＝Val1，而当P处于线圈C0的中央位置时，此时的v0＝Val2为峰值，但Val2>Val1，说明峰值发生了改变。
上述电磁触控的坐标修正方法的应用，包括如下步骤：
S9:计算主峰的位置偏差：根据检测到的主波峰、左右副波波峰对应的位置，得到D与D+或D-的差值，判断出倾角处于哪个范围内；
假设为倾角θm和θm+1之间，则由公式(4)的线性拟合得到主峰的位置偏差：
(ΔD-ΔDm)/(ΔD--ΔD-m)＝(ΔDm+1-ΔDm)/(ΔD-(m+1)-ΔD-m) (4)
S10:计算笔尖的位置偏差：根据公式(4)，可以得到笔尖偏差：
ΔD＝(ΔD--ΔD-m)*(ΔDm+1-ΔDm)/(ΔD-(m+1)-ΔD-m)+ΔDm (5)
S1:查表得到倾角：根据倾角与主峰与副峰位置差的函数关系查找表，判断倾角θ值。
本发明的有益效果是：采用本发明所述的电磁触控的倾角检测方法、坐标修正方法及其应用，计算比较简单，而且由于拟合了峰值的位置，代替现有技术，利用线圈上所获得的电压值相比较(例如主峰电压值比副峰电压值)，从而不会出现当笔尖在线圈中央、偏离中央、边缘位置时，对倾角的计算出现周期性的偏差，导致画线形成波浪线。
实施例二：
参考图1，当电磁触控笔2竖直接近天线线圈阵列1时，电磁触控笔2内部会通过电感线圈3而产生电磁波。如图1画出其磁力线示意图，从而可以看出在天线线圈阵列1中，沿水平方向(X方向)会出现三个峰值，其中px为主波峰值的坐标位置，而-px及+px分别为左右分布的两个副波波峰位置。沿Y轴方向也会有类似的情况，这里从略。通常检测坐标位置，是利用主波对线圈的产生的感应电压来测量。
测量坐标的方法可以参考图3，根据主波在相邻的三个线圈C-1,C0,C1上感应出来的电压值v-1,v0,v1，拟合出笔尖在线圈中的具体位置。
坐标值D＝f(v-1,v0,v1)。
当电磁触控笔2在X轴方向上发生倾斜时，如图2。从磁力线的分布，可以看出，当倾斜角度为θ时，虽然笔尖所指的位置没有变化，但是由于倾斜会导致主波下三个相邻线圈的感应电压值发生变化，从而拟合出来的坐标值变化为D＇，可以看出倾斜笔与竖直笔的感应坐标之间就会存在一个差值ΔD。
本发明放弃采用电压峰值比较方法来决定笔的倾角，而是采用拟合坐标差值来决定笔的倾角。因为电压峰值会在笔倾斜的过程中，以及笔处在相邻线圈的不同位置时，都会发生改变，这对倾角检测会产生较大的影响。具体可以参考图3(a)-图3(c)，当笔尖位置P处于线圈C0,C1各自中央线的边缘时，此时检测到的峰值为v0＝v1＝Val1，而当P处于线圈C0的中央位置时，此时的v0＝Val2为峰值，但Val2>Val1，说明峰值发生了改变。因此必须对峰值位置进行拟合。
对峰值位置拟合的过程，实际上就是对坐标位置的拟合。本发明采用三个相邻线圈拟合坐标。
D＝f(v-1,v0,v1)。
具体的拟合方法有多种，例如可以采用以下公式：
Figure BDA0001336817530000061
其中D0为线圈C0的中央位置的坐标。
如前所述，当笔指向同一位置时，从竖直到倾斜某一角度，由于v-1,v0,v1值会相应改变，导致坐标计算为D＇＝D+ΔD。
同样的道理，副波会在主波位置一定距离的左右分别各三个相邻线圈形成三个峰值，其幅度会小于主波峰值。可以按照与主波相同的方式，确定其波峰的位置，分别为D-和D+。其中D-表示主波左侧的副波波峰位置，D+表示主波右侧的副波波峰位置。
Figure BDA0001336817530000062
Figure BDA0001336817530000063
其中D0+、D0-分别为左侧和右侧副波峰值线圈中央位置。v＇-1,v＇0,v＇1以及v〃-1,v〃0,v〃1分别为其三个相邻的线圈的感应电压值。
本发明采用：
θ＝f(D-D-)左倾；
θ＝f(D+-D)右倾；
来对倾角进行计算。
具体步骤如下：
读取主峰三个线圈的电压，以及两边副峰各三个线圈的电压值；
比较左右副峰值的大小，如果D-大于D+，则计算D-，否则计算D+；
计算D值；
通过D与D+或D-的差值，判断倾角θ值。
对于固定的某款电磁触控产品，预先测量好倾角与主峰与副峰位置差的函数关系，列成一个查找表，如下表：(仅考虑左倾斜的情况，右倾斜类似)
倾角与主峰与副峰位置差的函数关系查找表
θ<sub>1</sub> D<sub>1</sub>-D<sub>-1</sub>＝ΔD<sub>-1</sub> ΔD<sub>1</sub>
θ<sub>2</sub> D<sub>2</sub>-D<sub>-2</sub>＝ΔD<sub>-2</sub> ΔD<sub>2</sub>
… … …
θ<sub>N</sub> D<sub>N</sub>-D<sub>-N</sub>＝＝ΔD<sub>-N</sub> ΔD<sub>N</sub>
左边一列为对应的倾角值，中间一列为主峰和副峰的位置差值，最右边一列为主峰由于倾角而导致的偏差值。
在电磁触控应用中，最直接的应用是修改倾斜对主峰位置计算所带来的偏差。根据上表，就可以实现对这种偏差的校正。
具体而言，首先计算D-D-，判断出倾角处于哪个范围内，假设为θm和θm+1之间，则可以由以下的线性拟合得到主峰的位置偏差：
(ΔD-ΔDm)/(ΔD--ΔD-m)＝(ΔDm+1-ΔDm)/(ΔD-(m+1)-ΔD-m)
根据此式，可以得到笔尖偏差：
ΔD＝(ΔD--ΔD-m)*(ΔDm+1-ΔDm)/(ΔD-(m+1)-ΔD-m)+ΔDm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。

Claims (3)

1.一种电磁触控的倾角检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：检测坐标位置：当电磁触控笔(2)竖直接近天线线圈阵列(1)时，电磁触控笔(2)内部会通过电感线圈(3)而产生电磁波；
天线线圈阵列(1)中，沿水平方向会出现三个峰值，其中px为主波峰值的坐标位置，而-px及+px分别为左右分布的两个副波波峰位置；
S2：拟合出具体位置：根据主波在相邻的三个线圈C-1,C0,C1上感应出来的电压值v-1,v0,v1，拟合出笔尖位置P的具体位置坐标值为:D＝f(v-1,v0,v1)；
三个线圈C-1,C0,C1为天线线圈阵列(1)中的三个相隔相同距离的天线线圈；
拟合坐标值的计算公式：
Figure FDA0002359625210000011
其中，D0为线圈C0的中央位置的坐标；
S3:感应坐标差值：当电磁触控笔(2)在X轴方向上倾斜角度为θ时,会导致主波下三个相邻线圈的感应电压值发生变化，拟合出坐标值变化为D＇，倾斜笔与竖直笔的感应坐标之间就会存在一个差值ΔD；
S4:倾斜坐标值：当笔尖位置P相同时，从竖直到倾斜角度θ，由于v-1,v0,v1值会相应改变，导致坐标计算为D＇＝D+ΔD；
S5:读取峰值电压：读取主波峰三个线圈的电压值，以及两边副波波峰各三个线圈的电压值；
当笔尖位置P处于线圈C0,C1各自中央线的边缘时，此时检测到的峰值为v0＝v1＝Val1，而当P处于线圈C0的中央位置时，此时的v0＝Val2为峰值，但Val2>Val1，说明峰值发生了改变；
S6:计算副峰值位置：利用公式(1)推导出主波峰、左右副波波峰对应的位置：D、D-和D+；
Figure FDA0002359625210000012
Figure FDA0002359625210000013
其中，D表示主波波峰位置，D-表示主波左侧的副波波峰位置，D+表示主波右侧的副波波峰位置；
D0+、D0-分别为左侧和右侧副波峰值线圈中央位置；
v＇-1,v＇0,v＇1以及v＂-1,v＂0,v＂1分别为六个相邻的线圈的感应电压值；
S7:计算ΔD值：比较左右两边副峰值位置大小，选取两者中较大值，计算主峰和副峰的位置差值ΔD；
S8:判断倾角θ值：通过D与D+或D-的差值，判断倾角θ值；θ＝f(D-D-)代表左倾；θ＝f(D+-D)代表右倾；
其中，f代表倾角与主峰与副峰位置差的函数关系。
2.根据权利要求1所述的电磁触控的倾角检测方法，其特征在于，所述步骤S8中，倾角与主峰与副峰位置差的函数关系，针对固定的电磁触控产品，预先测量好，列成倾角与主峰与副峰位置差的函数关系查找表。
3.一种根据任意权利要求1～2任意所述的电磁触控的倾角检测方法的应用，其特征在于，包括如下步骤：
S9:计算主峰的位置偏差：根据检测到的主波峰、左右副波波峰对应的位置，得到D与D+或D-的差值，判断出倾角处于哪个范围内；
假设为倾角θm和θm+1之间，则由公式(4)的线性拟合得到主峰的位置偏差：
(ΔD-ΔDm)/(ΔD--ΔD-m)＝(ΔDm+1-ΔDm)/(ΔD-(m+1)-ΔD-m) (4)
S10:计算笔尖的位置偏差：根据公式(4)，可以得到笔尖偏差：
ΔD＝(ΔD--ΔD-m)*(ΔDm+1-ΔDm)/(ΔD-(m+1)-ΔD-m)+ΔDm (5)
S11:查表得到倾角：根据倾角与主峰与副峰位置差的函数关系查找表，判断倾角θ值。
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