TWI677699B - 一種產生信標信號的方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種產生信標信號的方法及裝置，其中該信標信號用來確定目標的位置及/或定向。該裝置包括：一控制電路，用於：使用第一二元控制信號控制耦合至第一線圈的第一驅動器，以使得該第一線圈產生第一磁場；使用第二二元控制信號控制耦合至第二線圈的第二驅動器，以使得該第二線圈產生第二磁場；以及使用具有斜坡響應的激活電路來激活該第一驅動器。

Description

一種產生信標信號的方法及裝置
本發明涉及虛擬實境(Virtual reality，VR)技術，特別係涉及一種產生信標信號的方法及裝置，其中該信標信號用於確定目標的位置及/或定向(orientation)。
VR系統在諸如電動遊戲，建築設計以及虛擬訓練等許多應用中越來越受到歡迎。當前的VR應用，包括基於行動電話和基於非行動電話的，一般使用諸如計算機顯示器等顯示設備、VR耳機及/或VR揚聲器來使用戶沉浸於使用視覺或視聽效果的虛擬環境中。為了允許用戶與虛擬環境交互，傳感器可以感應諸如用戶身體的位置等信息，並提供這些信息至VR系統以基於用戶的移動來更新虛擬環境。在VR系統中已經使用的傳感器的示例包括：運動追蹤攝影機以及手持型運動追蹤遙控器。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種產生信標信號的方法及裝置。
根據本發明至少一個實施例的一種產生信標信號的裝置，其中該信標信號用來確定目標的位置及/或定向，該裝置包括：一控制電路，用於：使 用第一二元控制信號控制耦合至第一線圈的第一驅動器，以使得該第一線圈產生第一磁場；使用第二二元控制信號控制耦合至第二線圈的第二驅動器，以使得該第二線圈產生第二磁場；以及使用具有斜坡響應的激活電路來激活該第一驅動器。
根據本發明至少一個實施例的一種產生信標信號的裝置，其中該信標信號用來確定目標的位置及/或定向，該裝置包括：一第一驅動器，耦合至第一線圈，用於驅動該第一線圈產生第一磁場；一第二驅動器，耦合至第二線圈，用於驅動該第二線圈產生第二磁場；以及一激活電路，用於激活該第一驅動器和該第二驅動器中的至少一個；其中，該第一驅動器和該第二驅動器均包括：開關放大器，並且該激活電路具有斜坡響應。
根據本發明至少一個實施例的一種產生信標信號的方法，其中該信標信號用來確定目標的位置及/或定向，該方法包括：使用第一二元控制信號控制耦合至第一線圈的第一驅動器，以使得該第一線圈產生第一磁場；使用第二二元控制信號控制耦合至第二線圈的第二驅動器，以使得該第二線圈產生第二磁場；以及使用具有斜坡響應的激活電路來激活該第一驅動器。
本發明實施例的產生信標信號的方法及裝置，具有功耗低及支持高採樣率等優點。
102、104、106、202、204、206‧‧‧線圈
110‧‧‧控制電路
210‧‧‧位置追蹤電路
200‧‧‧傳感器
302、304、306‧‧‧驅動器
322、324、326‧‧‧激活電路
602A、602B、602C、602D‧‧‧激活電路的響應曲線
604A、604B、604C、604D‧‧‧電流曲線
502、504‧‧‧曲線
T1、T2、T3、T4、T5、T6‧‧‧電晶體
Vx、Vy、Vz‧‧‧控制信號
Cx、Cy、Cz‧‧‧電容
Lx、Ly、Lz‧‧‧電感
VDD‧‧‧電源電壓
f0、fsw、f‧‧‧頻率
HTX、HTY、HTZ、HRX、HRY、HRZ‧‧‧振幅
ΔT1‧‧‧突發持續時間
ΔT2‧‧‧突發間隔
所附的圖式並非按比例繪製。在圖式中，各圖中相同或類似的元件用相同的數字標示。出於簡潔的目的，並非每個元件均標記在每圖中。
第1A圖為根據一些非限制的實施例的VR環境的示意圖，其中該VR環境使用磁感應來追蹤用戶的身體部位的位置； 第1B圖為一種合適的用來磁性追蹤用戶的身體部位的位置的系統的框圖；第2圖為三個互相正交的磁場的振幅以及傳感器處接收到的磁場的振幅的示意圖；第3圖為根據一些非限制的實施例的電路示意圖，示出了控制電路的例子；第4圖為根據一些非限制的實施例的示出了第3圖的控制電路的可能的共振響應的曲線圖；第5圖為根據一些非限制的實施例的示出了一步激活驅動器時流過線圈的電流的示意圖；第6A至6D圖為根據一些非限制的實施例的示出了逐漸激活驅動器時流過線圈的電流的示例圖；第7圖為根據一些非限制的實施例的斜坡響應的具體示例的曲線圖。
發明者已經意識到並且理解：當前用於在VR應用中使用的基於磁的追蹤系統要麼受到採樣率不佳，要麼受到高功率消耗的困擾。因此，市場缺少很多價格適中的能夠無縫地追蹤身體部位或其他元件的實時運動以及同時還採用電池供電的產品。基於磁的追蹤系統在VR應用(諸如遊戲、遠程手術、多媒體以及軍事應用等)中使用以實時地追蹤一個或者更多目標在空間中的位置。具體地，目標的位置可以通過放置在周圍環境中的信標和放置在被追蹤的目標上的傳感器之間的磁感應來確定。信標提供的用來確定目標的位置及/或定向(orientation)的信號被稱為信標信號。
為了準確地追踪諸如手臂、手指或者身體的其他部位等目標的實時運動，在一些應用中，系統能夠提供足夠高的採樣率(即，隨時間確定目標的位置的速率)是非常重要的。例如，某些應用可能要求採樣率高達400Hz。但是，與基於磁的追蹤系統有關的一個挑戰是採樣率與功率消耗之間的平衡。也就是說，設計為高採樣率的系統一般表現出高功率消耗，因此使得電池供電的實施方案面臨挑戰。另外，習知的系統的體積也很龐大，因此限制了系統的可移植性，並因此限制了系統可以部署的應用程式的類型。
認識到這些挑戰，發明者開發了用於VR應用的磁追蹤系統，其具有低功率消耗，高採樣率以及結構緊湊等特點。本申請的一些實施例直接涉及VR追蹤系統，該VR追蹤系統通過使用開關放大器來驅動磁發射器，從而能夠實現低功率消耗。相比於傳統的線性放大器驅動器，發明者所使用的開關放大器能夠降低流過電阻的電流，並因此降低功耗。
另外，發明者開發的該系统通過將基於共振的信標操作為非共振，提供對磁場振幅的穩定控制，並因此提供準確的位置測量。相應地，發明者意識到，操作信標遠離其共振會使得磁場的振幅不易受到共振頻率中不期望變化的影響，該共振頻率的不期望變化可能係由於溫度、製程變化或其他原因所導致的。事實上，頻率響應在接近共振的頻譜區域比遠離共振的頻譜區域更陡。因此，共振中不期望的變化會導致接近共振的振幅的實質改變，但是遠離共振的振幅變化則不嚴重。
使用開關放大器進行非共振操作的一個缺點是：這些類型的放大器相比線性放大器，需要花費更長的時間來達到穩定狀態。換言之，開關放大器表現出更長的過渡時間(transient time)，在該過渡時間內，磁場的振幅可能太不穩定而不能夠支撐準確的位置測量。至少在某些情況下，該長時間的過渡由如下事實所引起的：由於非共振操作引起的跳動音(beating tone)，以及該跳動音需要很長時間來衰減。具體地，跳動音可能由兩個信號的干擾引起，該兩個信號包括：共振頻率處振蕩的音調，以及驅動信號，該驅動信號可以具有不同於該共振頻率的基頻。
儘管如此，發明人已經意識到：通過使用由具有斜坡響應的電路激活的開關放大器能夠克服(或者至少限制)上述缺點。斜坡響應的例子包括：採用至少兩個步驟(step)的階躍響應(stepped response)。使用具有斜坡響應的電路使得能夠逐漸地激活開關放大器，從而可以加速跳動音的衰減。該加速導致更短的過渡時間。更短的過渡時間反過來使得更高的採樣率成為可能，因為可以降低對目標的位置的準確採樣所需的時間。
第1A圖為根據一些非限制性實施例的基於磁的追蹤系統的原理圖。第1A圖的左邊部分示出了沿相互正交的軸定向的三個線圈。線圈102沿x軸定向，線圈104沿y軸定向，以及線圈106沿z軸定向。需要注意的是：其他實施例可能使得線圈基本上相互正交(如，彼此之間的角度在80°至100°之間)。線圈可以採用任何合適的方式形成，例如包括：通過在支架周圍複數次地纏繞導電線來形成。可以採用AC(alternate current)來驅動線圈，並因此可以經由電磁感應來發射磁場。發射的磁場能夠在空間上傳播並且到達被追蹤的目標的位置。第1A圖的右邊部分示意性地示出了用戶的手。如所示，在此情形中，複數個傳感器200設置在用戶的手上。每個傳感器200可以用來追蹤用戶身體的各個部位的運動，諸如手指，手掌/手背，手腕等等。傳感器200可以包括：線圈或者其他的磁探測器，用來感應線圈102，104和106提供的磁場。傳感器200可以將表示感應到的磁場的信號傳遞至位置追蹤電路210。位置追蹤電路210經由有線(如第1A圖所示)或無線方式連接至傳感器200，其中無線方式包括：Wi-Fi或藍牙，等等。雖然在第1A圖中將傳感器200和位置追蹤電路210示意為分開的元件，但是在其他實施例中，一個或者更多的傳感器200可以在其中包含位置追蹤電路210。例如，傳感器200和位置追蹤電路210可以設置在相同的封裝裡，並且該封裝可以設置在被追蹤的目標上。
根據接收的磁場的振幅，可以確定傳感器200的位置，並因此確 定傳感器200設置在其上的身體部位的位置。一般地，磁場的振幅隨著其遠離其源傳播而衰減。例如，在遠場區(far-field zone)出現的球形磁場波以l/r2衰減，其中r為離源的距離。因此，假設系統已經預先校正，那麼通過確定三個發射的磁場中每個的振幅就可以確定出傳感器200相對於源的位置。
第1B圖為實施第1A圖中描述的技術的系統的框圖。在此情形中，控制電路110提供AC驅動電流至線圈102，104和106。控制電路110可以包括：放大器和用於為磁場的發射定時的電路。控制電路110和線圈102，104及106可以一起被稱為信標。當然，信標也可以包括此中沒有描述的其他元件。在接收器側，在此情形中，每個傳感器200包括：三元組線圈202，204和206，均連接至位置追蹤電路210。線圈202，204和206可以定向在相互正交(或者至少基本上相互正交)的方向上。可以理解的是，線圈202，204和206的定向可以不同於線圈102，104和106的定向。例如，雖然線圈102，104和106可以與xyz坐標系一致地定向，但是線圈202，204和206也可以相對於這樣的坐標系旋轉。在這些情況中，每個接收線圈不僅接收該三個發射的磁場之一，而且可能接收他們中的所有。因此，確定身體部位相對信標的位置可能涉及矩陣變換，該矩陣變換可以由位置追蹤電路210執行。除了或替代確定目標的位置，矩陣變換可以提供目標的定向。事實上，在一些應用中，不僅確定目標的位置重要，而且確定目標的定向也重要。
第1A~1B圖描述的實施例使得發射器是固定的(信標)而接收器是移動的(傳感器)。但是，在一些實施例中，相反的組態也是可行的。也就是說，磁場發射器可以設置在被追蹤的身體部位上而接收電路設置在固定的接收器上，其中矩陣轉換在接收器上執行。
第2圖為示出了在至少一些實施例中如何設計磁場的示意圖。HTX，HTY，HTZ分別表示三個發射磁場的振幅。該三個磁場具有基本相互正交的 方向。在一個示例中，HTX由線圈102發射，HTY由線圈104發射，以及HTZ由線圈106發射。如第2圖所示，磁場可以採用突發的方式發射。也就是，首先發射HTX突發脈衝(burst)，接著發射HTY突發脈衝，再接著發射HTZ突發脈衝(當然三個突發的發射順序可以改變)。ΔT1表示突發的持續時間，例如可以介於200μs至800μs之間，介於200μs至600μs之間，介於300μs至500μs之間，介於350μs至450μs之間，或者介於390μs至410μs之間。ΔT2表示一個突發與下一個突發之間的間隔，例如可以介於200μs至600μs之間，介於300μs至500μs之間，介於370μs至470μs之間，或者介於410μs至430μs之間。
HRX，HRY和HRZ表示在傳感器200處接收到的磁場的振幅。在一個例子中，HRX在線圈202處被接收，HRY在線圈204處被接收，HRZ在線圈206處被接收。在這種情形下，線圈202，204和206相對於線圈102，104和106旋轉。因此，每個接收的信號均為三個發射的磁場的組合。傳感器200的位置可以通過求解矩陣變換方程式系統來確定。
至少在一些實施例中，可以通過在相鄰組的突發之間包含暫停來實現接收器與發射器的同步。例如，信標可以發射以下序列：x突發，y突發，z突發，暫停，x突發，y突發，z突發，暫停，等等。在該方式中，接收器知道當偵測到暫停時，接下來為x突發。
如上所述，控制電路110使用AC信號來驅動線圈102，104和106。在一些實施例中，控制電路110可以使用開關放大器來驅動線圈。此中描述的類型的開關放大器可以操作為電子開關而不是線性增益級。開關放大器例如可以被配置為根據控制信號而在電源軌(supply rails)之間切換。第3圖示出了一示例的電路，該電路包含：開關放大器，並且至少在一些實施例中作為控制電路110使用。
第3圖的控制電路包括：驅動器302，304和306。每個驅動器 驅動各自的線圈Lx，Ly和Lz(分別充當線圈102，104和106)。也就是說，驅動器提供AC電流至各自的線圈，線圈作為響應產生磁場。驅動器302包括：電晶體T1和T2，電容Cx，線圈Lx和激活電路322。驅動器304包括：電晶體T3和T4，電容Cy，線圈Ly和激活電路324。驅動器306包括：電晶體T5和T6，電容Cz，線圈Lz和激活電路326。電晶體T1和T2用於接收二元的控制信號Vx，因此可表現為一開關放大器(如，D類放大器)。在其他組態中，電晶體T1和T2可以被配置為CMOS反相器或者含有雙極型電晶體的反相器。BiCMOS實施方案也是可行的。電晶體T3和T4(接收二元控制信號Vy)以及電晶體T5和T6(接收二元控制信號Vz)可以採用類似的方式配置。雖然激活電路322，324和326示出為分開的元件，但是在一些實施例中，複數個驅動器(如，所有的驅動器)可以共同使用單個激活電路。
因為上述電晶體接收二元控制信號，因此上述電晶體可以僅在高態(如，當輸出電壓鎖定至較高的電源軌VDD時)中操作於閾值之上。反過來，這又可以將流過電晶體的電流限制至某些時間間隔，從而限制驅動器的整個功率消耗。電容Cx和線圈Lx(類似地，電容Cy和線圈Ly，電容Cz和線圈Lz)可以配置為使驅動器表現出共振頻率響應。共振的頻率可以取決於電容的電容值以及線圈的電感值等參數。例如，共振頻率fx0可以由(LxCx)-1/2/2π給出，fy0可以由(LyCy)-1/2/2π給出，以及fz0可以由(LzCz)-1/2/2π給出。在第4圖中示出了具有共振頻率f0的共振響應。驅動器302，304和306中的任何一個可以表現出類似於第4圖所示的響應。在一些實施例中，LxCx=LyCy=LzCz，儘管並非所有的實施例都在這方面受到限制。
在一些實施例中，驅動器可能會被驅動為非共振。也就是說，控制信號Vx，Vy和Vz的基波(fsw)不同於驅動器的共振頻率。進一步如第4圖所示，頻率fsw不同於(在此情形中為大於)頻率f0。發明者可以理解的是：操 作驅動器為非共振使得能夠準確地控制發射的磁場的振幅。事實上，遠離共振的頻率響應的振幅比接近共振的頻率響應的振幅更加地平緩。因此，磁場的振幅不易受到共振頻率f0的變化的影響，共振頻率f0的變化例如由製程和溫度變化所引起。在一些實施例中，二元控制信號Vx，Vy和Vz可以具有相互不同的基波。例如，Vx的基波為fx，Vy的基波為fy，Vz的基波為fz，其中fx≠fy≠fz。在一個具體的示例中，三個基波中的中間基波與另外兩個基波等距離(即，fx-fy=fy-fz，或者fx-fy=(fx-fz)/2)。在另一具體示例中，第一和第二基波的比值可以等於第二和第三基波的比值。例如，fy/fx=fz/fy=a，其中a為正實數。
將驅動器操作為非共振所導致的缺陷是：在|fsw-f0|處振盪的跳動音出現。跳動音可能導致磁場包絡的周期性波動。由於該波動消極地影響傳感器200確定其位置的能力，因此該波動是不受期望的。跳動音隨時間衰減，但是該衰減時間可能很長。這轉化為可以對傳感器200的位置進行採樣的最大速率的降低。發明者已經理解的是：通過以逐漸的方式(例如，使用具有斜坡響應的電路)激活突發，能夠實質上地縮短跳動音的過渡時間。
參考回第3圖，驅動器進一步包括：激活電路322，324和326。在一些情形中，激活電路可以全部以相同的方式實現，儘管不是所有實施例均對這方面進行限制。激活電路用於以逐漸的方式耦合驅動器至電源軌VDD。例如，激活電路可以展現出斜坡響應。斜坡響應可以表現出逐漸增加的過程，以及/或至少部分地是連續(如，線性)的。因此，驅動器可以以漸近的方式被激活。當驅動器以此中方式逐漸地激活時，跳動音的過渡時間縮短。在至少一些實施例中，此中描述的類型的斜坡響應可以為單調的(monotonic)。在一些實施例中，斜坡響應可以在超過50μs或100μs時到達其最大值。
以下示例示出了逐漸地激活動驅器如何能夠縮短跳動音的持續時間。第5圖示出了驅動器沒有被逐漸地激活的示例。也就是說，驅動器直接 從較低的電源軌(0V)激活至較高的電源軌(VDD)。曲線502表示激活電路的響應，該激活電路具有突然的激活。曲線504表示當根據曲線502激活驅動器時線圈中流過的電流。如所示，由於存在衰減非常慢的跳動音，因此電流的包絡波動。儘管在本示例中僅示出了500μs的窗口，但是穩定狀態僅在激活電路(在t=0時激活電路)2ms後才達到。那意味著在接收傳感器200能夠產生準確地位置測量之前，需要花費至少2ms的時間。如此，在此組態中能夠得到的最高採樣率接近166.67Hz(1/2ms=500Hz除以3，3為突發的數量)，該採樣率在某些VR應用中可能並不足。
第6A，6B，6C，6D圖示出了驅動器逐漸地被激活的示例。曲線602A,602B,602C,以及602D為激活電路的4個響應。在第6A圖中，在大約140μs以及4個步驟內到達更高的電源軌。對應地流過線圈的電流(604A)在大約400μs內到達穩定狀態。在第6B圖中，在大約100μs及4個步驟內到達更高的電源軌。對應地流過線圈的電流(604B)在大約450μs內到達穩定狀態。在第6C圖中，在大約90μs以及4個步驟內到達更高的電源軌。對應地流過線圈的電流(604C)在大約500μs內到達穩定狀態。在第6D圖中，在大約80μs以及4個步驟內到達更高的電源軌。對應地流過線圈的電流(604D)在大約600μs內到達穩定狀態。因此，可以得到超過600Hz的採樣頻率。
在第6A~6D圖描述的示例中，僅示出了一個突發。但是可以理解的是，至少在一些實施例中，此中描述的逐漸的激活(如通過使用具有斜坡響應的電路)方案可以應用至所有突發。
在上述描述的實施例中，通過使用驅動電路322，324和326來實現驅動器的逐漸激活。但是，可以使用任何能夠實現逐漸激活驅動器的其他方案。例如，在一些實施例中，控制信號Vx，Vy和Vz在被提供至電晶體之前，可以乘上具有斜坡形狀(類似於上面描述的斜坡響應)的窗口函數(window functions)。
如所示，例如通過增加驅動器的激活時間，可以降低過渡時間。其他可能影響過渡時間的參數包括：步驟數，每個步驟的持續時間，以及步驟中非連續(discontinuities)的大小。增加步驟數可以進一步降低過渡時間，但是這也可能需要更加複雜的控制電路。
第7圖示出了斜坡響應的具體示例。在此示例中，步驟1從0V跳(在T=0處)至VMAX/2。步驟2從VMAX/2跳(在T=0.5/(fsw-f0)-0.5/fsw處)至VMAX/2+(7/16)VMAX。步驟3從VMAX/2+(7/16)VMAX跳(在T=1.5/(fsw-f0)-0.5/fsw處)至VMAX/2+(7/16)VMAX+(1/32)VMAX。步驟4從VMAX/2+(7/16)VMAX+(1/32)VMAX跳(在T=2.5/(fsw-f0)-0.5/fsw處)至VMAX。在一些實施例中，步驟跳躍的時間可能略微偏離上述值(例如，偏離10%或更少或5%或更少)和/或響應的幅度可能略微偏離上述值(例如，偏離10%或更少或5%或更少)。
一般地，跳變之間(或者所有跳變中的至少一些)的時間間隔可以具有正比於1/(fsw-f0)，1/fsw，及/或1/f0的持續時間，僅管不是所有實施例均在這方面進行限制。當然，不是所有實施例均限制為具有第7圖所示的4個步驟，其他任意合適的步驟數均可以被包括。需要進一步注意的是：雖然第7圖的步驟示例為垂直段，但是在一些實施例，他們可以具有微小的傾斜。
在申請專利範圍中使用諸如“第一”，“第二”，“第三”等的序數術語來修飾所請求的元素本身並不意味著一個請求的元素相比於另一個，具有更高的優先級，優先權或順序。或者執行方法的動作的時間順序，這僅用作標簽以將具有特定名稱的一個所請求的元素與具有相同名稱的另一個元素(但是使用了序數術語)區分，以區分請求的元素。
此外，這裏使用的措辭和術語是出於描述的目的，而不應被視為限制。本文中“包括”，“包含”，“具有”，“含有”或“涉及”及其變化 形式的使用旨在涵蓋其後列出的項目及其等同物以及附加項目。
“耦合”或“連接”的使用意味著電路元件或信號彼此直接連接或通過中間組件連接。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。

Claims (17)

  1. 一種產生信標信號的裝置，其中該信標信號用來確定目標的位置及/或定向，該裝置包括：一控制電路，用於：使用第一二元控制信號控制耦合至第一線圈的第一驅動器，以使得該第一線圈產生第一磁場；使用第二二元控制信號控制耦合至第二線圈的第二驅動器，以使得該第二線圈產生第二磁場；以及使用具有斜坡響應的至少一個激活電路來激活該第一驅動器和該第二驅動器中至少一個；其中該第一驅動器表現出共振頻率響應，其中使用該第一二元控制信號控制耦合至該第一線圈的該第一驅動器包括：將該第一驅動器操作為非共振。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的產生信標信號的裝置，其中該斜坡響應達到其最大值所需時間大於50μs，及/或，該斜坡響應包括至少兩個步驟。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的產生信標信號的裝置，其中該第二驅動器表現出共振頻率響應，其中使用該第二二元控制信號控制耦合至該第二線圈的該第二驅動器包括：將該第二驅動器操作為非共振。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的產生信標信號的裝置，其中使用具有該斜坡響應的該至少一個激活電路來激活該第一驅動器和該第二驅動器中至少一個包括：提供隨時間增加的電源電壓至該第一驅動器和/或該第二驅動器；其中該至少一個激活電路用於耦合該第一驅動器和該第二驅動器至電源軌。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的產生信標信號的裝置，其中該第一驅動器和該第二驅動器進一步包括：開關放大器，透過電容器耦接至對應線圈。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的產生信標信號的裝置，其中該開關放大器進一步透過該至少一個激活電路中之一耦合至電源軌。
  7. 一種產生信標信號的裝置，其中該信標信號用來確定目標的位置及/或定向，該裝置包括：一第一驅動器，耦合至第一線圈，用於驅動該第一線圈產生第一磁場；一第二驅動器，耦合至第二線圈，用於驅動該第二線圈產生第二磁場；以及一激活電路，用於激活該第一驅動器和該第二驅動器中的至少一個；其中，該第一驅動器和該第二驅動器均包括：開關放大器，並且該激活電路具有斜坡響應。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的產生信標信號的裝置，其中，該第一驅動器和該第二驅動器均表現出共振頻率響應。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的產生信標信號的裝置，其中進一步包括：一控制電路，耦合至該第一驅動器和該第二驅動器，用於控制該第一驅動器和該第二驅動器操作為非共振。
  10. 一種產生信標信號的方法，其中該信標信號用來確定目標的位置及/或定向，該方法包括：使用第一二元控制信號控制耦合至第一線圈的第一驅動器，以使得該第一線圈產生第一磁場；使用第二二元控制信號控制耦合至第二線圈的第二驅動器，以使得該第二線圈產生第二磁場；以及使用具有斜坡響應的至少一個激活電路來激活該第一驅動器和該第二驅動器中至少一個；其中該第一驅動器表現出共振頻率響應，其中使用該第一二元控制信號控制耦合至該第一線圈的該第一驅動器包括：將該第一驅動器操作為非共振。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的產生信標信號的方法，其中該使用具有斜坡響應的該至少一個激活電路來激活該第一驅動器和該第二驅動器中至少一個的步驟包括：提供隨時間增加的電源電壓至該第一驅動器和/或該第二驅動器；其中該至少一個激活電路用於耦合該第一驅動器和該第二驅動器至電源軌。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的產生信標信號的方法，其中該第二驅動器表現出共振頻率響應，其中使用第二二元控制信號控制耦合至第二線圈的第二驅動器的步驟包括：將該第二驅動器操作為非共振。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的產生信標信號的方法，其中進一步包括：使用第三二元控制信號控制耦合至第三線圈的第三驅動器，以使得該第三線圈產生第三磁場；使用該至少一個激活電路來激活該第三驅動器。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的產生信標信號的方法，其中進一步包括：使用設置於該目標上的傳感器來接收該第一磁場和該第二磁場；以及根據接收的該第一磁場和該第二磁場來確定該目標的位置及/或定向。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的產生信標信號的方法，其中，產生該第一磁場和產生該第二磁場包括：使該第一線圈產生第一突發脈衝，使該第二線圈產生第二突發脈衝，並且該第一突發脈衝和該第二突發脈衝彼此不重疊。
  16. 如申請專利範圍第10項所述的產生信標信號的方法，其中該第一二元控制信號具有第一頻率，該第二二元控制信號具有不同於該第一頻率的第二頻率。
  17. 如申請專利範圍第10項所述的產生信標信號的方法，其中該斜坡響應包括：複數個步驟，該複數個步驟至少包含第一、第二和第三步驟，該第一步驟與該第二步驟通過第一時間間隔分開，該第二步驟與第三步驟通過第二時間間隔分開，該第一時間間隔和該第二時間間隔具有與該第一二元控制信號的基波及/或該第一線圈的共振頻率成反比的持續時間。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11237649B2 (en) 2017-08-10 2022-02-01 Mediatek Singapore Pte. Ltd. Inductive beacon for time-keying virtual reality applications

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6427079B1 (en) * 1999-08-09 2002-07-30 Cormedica Corporation Position and orientation measuring with magnetic fields
WO2010085877A1 (en) * 2009-01-27 2010-08-05 Xyz Interactive Technologies Inc. A method and apparatus for ranging finding, orienting, and/or positioning of single and/or multiple devices
CN103842843A (zh) * 2011-10-07 2014-06-04 西门子公司 用于确定可移动的构件的角度的方法和设备
CN103869294A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 英飞凌科技股份有限公司 补偿接收机中的缓慢变化中频dc偏移
US20140203972A1 (en) * 2000-12-15 2014-07-24 Apple Inc. Personal items network, and associated methods
CN104246534A (zh) * 2012-04-19 2014-12-24 S.M.S.斯玛特微波传感器有限公司 用于借助雷达信号确定对象的间距和径向速度的方法和设备

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59672A (ja) * 1982-06-27 1984-01-05 Tsutomu Jinno 測距センサ
US5819713A (en) * 1996-12-09 1998-10-13 Delco Electronics Corporation Automotive ignition control system
US7019672B2 (en) * 1998-12-24 2006-03-28 Synaptics (Uk) Limited Position sensor
US6369564B1 (en) 1999-11-01 2002-04-09 Polhemus, Inc. Electromagnetic position and orientation tracking system with distortion compensation employing wireless sensors
US6624626B2 (en) 1999-11-01 2003-09-23 Polhemus Inc. Method and apparatus for electromagnetic position and orientation tracking with distortion compensation employing modulated signal
US6525530B1 (en) * 2000-11-28 2003-02-25 Mitutoyo Corporation Continuous sine wave driver for an inductive position transducer
US7285951B2 (en) * 2002-12-20 2007-10-23 Thales Method and device for magnetic measurement of the position and orientation of a mobile object relative to a fixed structure
GB0417686D0 (en) * 2004-08-09 2004-09-08 Sensopad Ltd Novel targets for inductive sensing applications
WO2009035645A1 (en) * 2007-09-14 2009-03-19 Alken Inc., Doing Business As Polhemus Ac magnetic tracking with phase disambiguation
US20090115406A1 (en) * 2007-11-01 2009-05-07 General Electric Company System and method for minimizing mutual inductance coupling between coils in an electromagnetic tracking system
JP5070006B2 (ja) 2007-11-02 2012-11-07 株式会社オハラ 結晶化ガラス
US20130141141A1 (en) * 2010-05-18 2013-06-06 Kronik Elektrik Ve Bilgisayar Sistemleri Sanayi Ticaret Limited Sirketi Driver circuit for transmitting coil of active antimagnetic card copying device
US8503127B2 (en) 2010-11-03 2013-08-06 Texas Instruments Incorporated Method and circuitry for programmably controlling degauss write current decay in hard disk drives
EP2815410B1 (en) 2012-02-01 2015-11-04 Koninklijke Philips N.V. Automatic current switching of current leads for superconducting magnets
US9459124B2 (en) 2012-03-12 2016-10-04 Sixense Entertainment, Inc. Electromagnetic tracker (AC) with extended range and distortion compensation capabilities employing multiple transmitters
EP2661034B1 (en) * 2012-05-04 2020-03-11 ams AG Electric circuit arrangement for galvanic isolated communication
US9726518B2 (en) * 2012-07-13 2017-08-08 Qualcomm Incorporated Systems, methods, and apparatus for detection of metal objects in a predetermined space
US8909162B2 (en) * 2012-09-07 2014-12-09 Infineon Technologies Ag System and method for transmitting a radio frequency signal through a speaker coil
JP5839629B1 (ja) * 2014-07-18 2016-01-06 デクセリアルズ株式会社 非接触通信装置、アンテナ回路、アンテナ駆動装置、非接触給電装置、チューニング方法、ディスカバリ方法、およびこれらの方法を実現するプログラム
US10551916B2 (en) * 2015-09-24 2020-02-04 Facebook Technologies, Llc Detecting positions of a device based on magnetic fields generated by magnetic field generators at different positions of the device
US11237649B2 (en) 2017-08-10 2022-02-01 Mediatek Singapore Pte. Ltd. Inductive beacon for time-keying virtual reality applications
US10830572B2 (en) * 2017-10-12 2020-11-10 Google Llc Hemisphere ambiguity correction in electromagnetic position tracking systems

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6427079B1 (en) * 1999-08-09 2002-07-30 Cormedica Corporation Position and orientation measuring with magnetic fields
US20140203972A1 (en) * 2000-12-15 2014-07-24 Apple Inc. Personal items network, and associated methods
WO2010085877A1 (en) * 2009-01-27 2010-08-05 Xyz Interactive Technologies Inc. A method and apparatus for ranging finding, orienting, and/or positioning of single and/or multiple devices
CN103842843A (zh) * 2011-10-07 2014-06-04 西门子公司 用于确定可移动的构件的角度的方法和设备
CN104246534A (zh) * 2012-04-19 2014-12-24 S.M.S.斯玛特微波传感器有限公司 用于借助雷达信号确定对象的间距和径向速度的方法和设备
CN103869294A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 英飞凌科技股份有限公司 补偿接收机中的缓慢变化中频dc偏移

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