一种伸缩装置、操作棒及测量方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103399653 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103399653 A *CN103399653A* (21)申请号 201310306907.6 (22)申请日 2013.07.19 G06F 3/0346(2013.01) G01B 7/02(2006.01) (71)申请人 深圳超多维光电子有限公司 地址 518053 广东省深圳市南山区华侨城东 部工业区 H-1 栋 101 (72)发明人 蒋凌峰 (74)专利代理机构 北京安信方达知识产权代理 有限公司 11262 代理人 栗若木 曲鹏 (54) 发明名称 一种伸缩装置、 操作棒及测量。

2、方法 (57) 摘要 一种伸缩装置、 操作棒及测量方法 ； 所述伸缩 装置包括 ： 定栅电极 ； 相对于所述定栅电极移动 的动栅电极 ； 激励电路， 用于给所述定栅电极或 动栅电极加载激励信号 ； 测量电路， 用于测量随 所述动栅电极的移动， 所述定栅电极与动栅电极 之间相互感应形成的输出信号的变化量， 根据该 输出信号的变化量得到所述动栅电极相对所述定 栅电极的位移。 本发明能够测量伸缩部件的位移， 且体积和缩进时的阻尼较小。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图。

3、1页 (10)申请公布号 CN 103399653 A CN 103399653 A *CN103399653A* 1/2 页 2 1. 一种伸缩装置， 其特征在于， 包括 ： 定栅电极 ； 相对于所述定栅电极移动的动栅电极 ； 激励电路， 用于给所述定栅电极或动栅电极加载激励信号 ； 测量电路， 用于测量随所述动栅电极的移动， 所述定栅电极与动栅电极之间相互感应 形成的输出信号的变化量， 根据该输出信号的变化量得到所述动栅电极相对所述定栅电极 的位移。 2. 如权利要求 1 所述的伸缩装置， 其特征在于， 还包括 ： 发射电极、 接收电极和反射电极， 所述发射电极和接收电极均设置在所述定栅电。

4、极和 动栅电极其中之一上， 而所述反射电极设置在所述定栅电极和动栅电极之另一个上 ； 所述激励信号加载在所述发射电极上 ； 所述测量电路测量所述接收电极产生的感应信 号 ； 所述激励信号为正弦波信号 ； 所述测量电路根据该输出信号的变化量得到所述动栅电极相对所述定栅电极的位移 是指 ： 所述测量电路根据输出信号的相位变化量， 通过相位解调得到动栅电极相对定栅电极 的位移量。 3. 如权利要求 1 所述的伸缩装置， 其特征在于 ： 所述动栅电极为一个圆柱形的动栅电极棒， 所述定栅电极为一环绕该动栅电极棒的圆 筒， 或为所述圆筒的一部分。 4. 如权利要求 1 3 中任一项所述的伸缩装置， 其特征。

5、在于， 还包括 ： 导轨 ； 所述定栅电极设置在所述导轨表面， 所述动栅电极安装在所述导轨上并能沿所述导轨 移动。 5. 如权利要求 4 所述的伸缩装置， 其特征在于， 还包括 ： 壳体 ； 所述壳体的一端设有供所述动栅电极通过的开口 ； 所述导轨安装在所述壳体内 ； 复位装置， 用于让所述动栅电极复位。 6. 如权利要求 5 所述的伸缩装置， 其特征在于 ： 所述复位装置为一弹性部件， 抵顶在所述动栅电极与所述壳体内正对开口的一端。 7. 如权利要求 5 所述的伸缩装置， 其特征在于 ： 所述定栅电极与动栅电极相互感应的有效面积随所述动栅电极的移动而改变， 从而引 起所述定栅电极与动栅电极之。

6、间相互感应形成的输出信号变化 ； 所述定栅电极与动栅电极相互感应的有效面积随所述动栅电极的移动而改变是指 ： 所述动栅电极缩入所述壳体的部分越多， 与所述定栅电极相互感应的有效面积越大 ； 所述动栅电极伸出所述壳体的部分越多， 与所述定栅电极相互感应的有效面积越小。 8. 一种操作棒， 包括 ： 外壳 ； 其特征在于， 还包括 ： 如权利要求 1 7 中任一项所述的伸缩装置， 固定在所述外壳一端 ； 权 利 要 求 书 CN 103399653 A 2 2/2 页 3 感应触端， 固定在所述动栅电极远离所述外壳的一端。 9. 如权利要求 8 所述的操作棒， 其特征在于， 还包括 ： 无线通信模。

7、块， 用于发送所述位移量。 10. 一种测量方法， 应用于如权利要求 8 或 9 中任一项所述的操作棒中， 包括 ： 对所述动栅电极或定栅电极加载激励信号 ； 当所述动栅电极相对于所述定栅电极移动时， 测量所述定栅电极与动栅电极之间相互 感应形成的输出信号的变化量， 根据该输出信号的变化量得到所述动栅电极相对所述定栅 电极的位移。 权 利 要 求 书 CN 103399653 A 3 1/5 页 4 一种伸缩装置、 操作棒及测量方法 技术领域 0001 本发明涉及立体交互技术， 尤其涉及一种伸缩装置、 操作棒及测量方法。 背景技术 0002 近几年来便携移动设备的长足发展也催生出诸多辅助输入设。

8、备， 笔作为传统的 “输入工具” 在经过专门的设计后被广泛的使用在各类手机、 平板电脑上。 0003 现有的用于传统二维显示的输入笔种类很多， 例如可以用于电容式触摸屏的电容 笔、 可以悬空定位实现笔触的压感电磁笔等。 目前这些笔形设备并不具备立体交互的功能。 0004 立体交互笔是日渐成熟的3D显示技术中用于在立体空间里与3D显示的虚拟物体 互动的一种设备。该设备通过测量设备本身的姿态、 相对屏幕的位置以及笔头的伸缩来对 3D 显示中的虚拟物体进行交互。 0005 与传统的输入笔不同的是， 这种笔除了具备传统输入笔在 2D 平面定位的特点， 还 同时可以进行 3D 空间内的定位。其笔头可伸缩。

9、与屏幕内的虚拟空间进行交互是一大创新 特点。 发明内容 0006 本发明要解决的技术问题是提供一种伸缩装置及利用该伸缩装置实现的操作棒 和测量方法， 能够测量伸缩部件的位移， 且体积和缩进时的阻尼较小。 0007 为了解决上述问题， 本发明提供了一种伸缩装置， 包括 ： 0008 定栅电极 ； 0009 相对于所述定栅电极移动的动栅电极 ； 0010 激励电路， 用于给所述定栅电极或动栅电极加载激励信号 ； 0011 测量电路， 用于测量随所述动栅电极的移动， 所述定栅电极与动栅电极之间相互 感应形成的输出信号的变化量， 根据该输出信号的变化量得到所述动栅电极相对所述定栅 电极的位移。 001。

10、2 可选地， 所述伸缩装置还包括 ： 发射电极、 接收电极和反射电极， 所述发射电极和 接收电极均设置在所述定栅电极和动栅电极其中之一上， 而所述反射电极设置在所述定栅 电极和动栅电极之另一个上 ； 0013 所述激励信号加载在所述发射电极上 ； 所述测量电路测量所述接收电极产生的感 应信号 ； 0014 所述激励信号为正弦波信号 ； 0015 所述测量电路根据该输出信号的变化量得到所述动栅电极相对所述定栅电极的 位移是指 ： 0016 所述测量电路根据输出信号的相位变化量， 通过相位解调得到动栅电极相对定栅 电极的位移量。 0017 可选地， 所述动栅电极为一个圆柱形的动栅电极棒， 所述定栅。

11、电极为一环绕该动 说 明 书 CN 103399653 A 4 2/5 页 5 栅电极棒的圆筒， 或为所述圆筒的一部分。 0018 可选地， 所述伸缩装置还包括导轨 ； 0019 所述定栅电极设置在所述导轨表面， 所述动栅电极安装在所述导轨上并能沿所述 导轨移动。 0020 可选地， 所述伸缩装置还包括导轨 ； 0021 壳体 ； 所述壳体的一端设有供所述动栅电极通过的开口 ； 0022 所述导轨安装在所述壳体内 ； 0023 复位装置， 用于让所述动栅电极复位。 0024 可选地， 所述复位装置为一弹性部件， 抵顶在所述动栅电极与所述壳体内正对开 口的一端。 0025 可选地， 所述定栅电极。

12、与动栅电极相互感应的有效面积随所述动栅电极的移动而 改变， 从而引起所述定栅电极与动栅电极之间相互感应形成的输出信号变化 ； 0026 所述定栅电极与动栅电极相互感应的有效面积随所述动栅电极的移动而改变是 指 ： 0027 所述动栅电极缩入所述壳体的部分越多， 与所述定栅电极相互感应的有效面积越 大 ； 所述动栅电极伸出所述壳体的部分越多， 与所述定栅电极相互感应的有效面积越小。 0028 本发明还提供了一种操作棒， 包括 ： 外壳 ； 0029 上述伸缩装置， 固定在所述外壳一端 ； 0030 感应触端， 固定在所述动栅电极远离所述外壳的一端。 0031 可选地， 所述的操作棒还包括 ： 0。

13、032 无线通信模块， 用于发送所述位移量。 0033 本发明还提供了一种测量方法， 应用于上述操作棒中， 包括 ： 0034 对所述动栅电极或定栅电极加载激励信号 ； 0035 当所述动栅电极相对于所述定栅电极移动时， 测量所述定栅电极与动栅电极之间 相互感应形成的输出信号的变化量， 根据该输出信号的变化量得到所述动栅电极相对所述 定栅电极的位移。 0036 本发明实施例与采用滑动变阻器或者光栅进行位移测量的方法相比， 优点是 ： 体 积小， 传感器和电路系统易于装入笔形装置内， 测量准确， 缩进结构阻尼小 ； 当作为操作棒 使用时， 具有测量精确反应速度快， 用户体验好的优势。 附图说明 。

14、0037 图 1 为实施例一中伸缩装置的示意框图 ； 0038 图 2a 为实施例一中动栅电极和定栅电极的横截面示意图之一 ； 0039 图 2b 为实施例一中动栅电极和定栅电极的横截面示意图之二 ； 0040 图 3 为实施例二中例子的示意框图 ； 0041 图 4a 为实施例二例子中操作棒的使用状态示意图之一 ； 0042 图 4b 为实施例二例子中操作棒的使用状态示意图之二。 具体实施方式 说 明 书 CN 103399653 A 5 3/5 页 6 0043 下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。 0044 需要说明的是， 如果不冲突， 本发明实施例以及实施例中的各。

15、个特征可以相互结 合， 均在本发明的保护范围之内。另外， 虽然在流程图中示出了逻辑顺序， 但是在某些情况 下， 可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。 0045 实施例一， 一种伸缩装置， 如图 1 所示， 包括 ： 0046 定栅电极 11 ； 0047 相对于所述定栅电极 11 移动的动栅电极 12 ； 0048 激励电路 13， 用于给所述定栅电极 11 或动栅电极 12 加载激励信号。 0049 测量电路 14， 用于测量随所述动栅电极 12 的移动， 所述定栅电极 11 与动栅电极 12 之间相互感应形成的输出信号的变化量， 根据该输出信号的变化量得到所述动栅电极 12 相对。

16、所述定栅电极的位移。 0050 本实施例的一种实施方式中， 所述动栅电极 12 可以为一个圆柱形的动栅电极棒， 所述定栅电极 11 可以如图 2a 所示， 为一环绕该动栅电极棒的圆筒， 或如图 2b 所示， 为所述 圆筒的一部分。其它实施方式中， 动栅电极 12 也可以为其它形状或样式， 只要能相对于定 栅电极 11 移动并随移动改变与所述定栅电极 11 曲面相互感应的有效面积即可 ； 动栅电极 12 还可以覆盖在一可相对于定栅电极 11 移动的物体表面上， 当所述物体移动时也跟随移 动， 并随移动改变与所述定栅电极 11 曲面相互感应的有效面积。 0051 本实施方式中， 所述定栅电极 11。

17、、 动栅电极 12 曲面相互感应的有效面积随所述动 栅电极 12 的移动而改变， 而随着相互感应的有效面积的不同， 定栅电极 11 和动栅电极 12 之间相互感应形成的输出信号也会有所变化。比如一种备选方案中， 所述激励信号为直流 电压， 则输出信号为直流电压， 幅度与所述动栅电极 12 的位移成线性关系。再比如另一种 备选方案中， 所述激励信号为正弦波电压， 则输出信号为与激励同频的正弦波电压， 其相位 与与所述动栅电极 12 的位移近似成线性关系， 所述输出信号的变化量为相位变化量， 所述 测量电路 14 可通过相位解调得到动栅电极相对定栅电极的位移量。 0052 本实施例的一种实施方式中。

18、， 所述伸缩装置还可以包括 ： 发射电极、 反射电极和接 收电极 ； 在所述定栅电极11上设置发射电极和接收电极， 在所述动栅电极12上设置反射电 极 ； 所述激励信号加载在所述发射电极上 ； 所述测量电路 14 测量所述接收电极产生的感应 信号。该实施方式中， 所述激励电路 13 和测量电路 14 如图 1 所示， 分别与所述定栅电极 11 的发射电极和接收电极相连 ； 另一实施方式中， 反射电极可以设置在所述定栅电极 11 上， 发射电极和接收电极均设置在所述动栅电极 12 上。在其它实施方式中， 也可以是激励电路 13 与待加载激励信号的电极相连， 测量电路 14 与产生输出信号的电极相。

19、连。 0053 本实施例的一种实施方式中， 所述伸缩装置还可以包括 ： 0054 导轨 ； 可以是用于固定所述定栅电极 11 的某种机构， 如中空管。 0055 所述导轨可以依据美观及人机工程， 设计成任何形状。在本实施方式的一种备选 方案中， 可为与笔头相似的纵长形。 0056 本实施方式中， 所述定栅电极11可以设置在所述导轨表面， 所述动栅电极12可以 安装在所述导轨上并能沿所述导轨移动。 0057 本实施例的一种实施方式中， 所述伸缩装置还可以包括 ： 0058 壳体 ； 所述壳体的一端设有供所述动栅电极 12 通过的开口 ； 说 明 书 CN 103399653 A 6 4/5 页 。

20、7 0059 所述导轨安装在所述壳体内 ； 对应地， 该导轨可沿该壳体的纵长方向延伸 ； 0060 复位装置， 用于让所述动栅电极 12 复位。 0061 本实施方式中， 所述复位装置可以但不限于为一弹性部件， 如弹簧， 抵顶在所述动 栅电极 12 与所述壳体内正对开口的一端。 0062 该实施方式中， 所述定栅电极 11、 动栅电极 12 曲面相互感应的有效面积随所述动 栅电极的移动而改变是指 ： 0063 所述动栅电极 12 缩入所述壳体的部分越多， 与所述定栅电极 11 曲面相互感应的 有效面积越大 ； 所述动栅电极12伸出所述壳体的部分越多， 与所述定栅电极11曲面相互感 应的有效面积。

21、越小。 0064 有效面积的变化将引起定栅电极11和动栅电极12之间感应形成的输出信号发生 变化， 通过该变化就可以还原出动栅电极相对于定栅电极的位移量。 0065 实施例二， 一种操作棒， 包括 ： 0066 外壳 ； 0067 固定在所述外壳一端的伸缩装置 ； 该伸缩装置可为实施例一及其各种实施方式中 的任一个 ； 0068 感应触端， 固定在所述动栅电极远离所述外壳的一端 ； 感应触端由感应材料制成。 0069 所述操作棒可以但不限于为一笔形的操作棒。 0070 本实施例的一种实施方式中， 所述外壳一端设有供所述动栅电极通过的开口 ； 所 述伸缩装置固定在所述外壳开口一端的内部。 007。

22、1 本实施例的一种实施方式中， 所述操作棒还可以包括无线通信模块， 用于发送所 述位移量。 所述无线通信模块可以采用任一种无线通信方式进行发送， 包括Wi-Fi、 蓝牙、 红 外、 射频等。该操作棒正在操作的设备， 比如手机、 平板电脑等可以接收该位移量。 0072 本实施例的一个具体例子如图 3 所示， 该例子中操作棒为一操作笔， 其外壳一端 开口， 动栅电极棒 22 从该开口通过， 沿表面覆盖了定栅电极 23 的导轨 24 移动， 可以缩进外 壳内部， 也可以突出外壳。感应触端 21 固定在所述动栅电极棒 22 远离外壳的一端， 从而使 该操作棒可以对如手机、 平板电脑等设备的触摸屏进行操。

23、作。感应触端 21 与该动栅电极棒 共同组成一个可伸缩的尖端， 初始状态为伸出所述外壳 ； 当该尖端上的感应触端 21 接触被 操作设备 31 的触摸屏 32 时， 由于压力作用将会发生缩进， 如图 4a 所示， 通过测量电路 26 能确定该尖端的缩进程度， 并通过所述无线通信模块27发送 ； 当该尖端从触摸屏32上撤离 时， 所述动栅电极棒22在复位装置25的作用下会根据撤离的距离进行恢复， 并且通过所述 测量电路26能确定该尖端的缩进恢复程度， 并通过所述无线通信模块27发送 ； 当感应触端 21和触摸屏32分离， 压力消失， 动栅电极棒22在复位装置25的作用下会恢复初始的位置， 如图 。

24、4 所示。在这个过程中， 使用者感受到的阻力极其轻微。并且在这个过程中， 感应触端 21 与被操作设备 31 的触摸屏 32 相互感应， 以对显示在触摸屏 32 上的内容进行相关操作。 0073 被操作设备 31 可根据所接收的缩进程度和缩进恢复程度， 实时绘制操作笔的缩 进部分并在触摸屏 32 上显示， 让使用者在操作笔尖端碰到触摸屏 32 缩进后产生操作笔伸 进屏幕的使用感受。 0074 实施例三， 一种测量方法， 应用在实施例二及其各实施方式、 例子中任一个所描述 的操作棒中， 包括 ： 说 明 书 CN 103399653 A 7 5/5 页 8 0075 对所述动栅电极或定栅电极加载。

25、激励信号 ； 0076 当所述动栅电极沿所述定栅电极移动时， 测量所述定栅电极与动栅电极之间相互 感应形成的输出信号的变化量， 根据该输出信号的变化量得到所述动栅电极相对所述定栅 电极的位移。 0077 本实施例的一种实施方式中， 所述动栅电极可以为一个动栅电极棒， 所述定栅电 极可以是一环绕该动栅电极棒的圆筒， 或该圆筒的一部分 ； 所述激励信号为正弦波信号， 该 实施方式的测量原理为 ： 在动栅电极棒缩进所述壳体或恢复的过程中动栅电极棒与定栅电 极之间发生相对位移， 改变两个电极曲面相互感应的有效面积， 将线性位移转化为输出信 号的相位差， 然后通过对所述相位差进行相位解调得到位移量。 0078 本实施例的一种实施方式中， 所述方法还可以包括 ： 0079 发送所述位移量。 0080 当然， 本发明还可有其他多种实施例， 在不背离本发明精神及其实质的情况下， 熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形， 但这些相应的改变和变 形都应属于本发明的权利要求的保护范围。 说 明 书 CN 103399653 A 8 1/1 页 9 图 1 图 2a 图 2b 图 3 图 4a 图 4b 说 明 书 附 图 CN 103399653 A 9 。