一种三维定位装置及其定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种三维定位装置及其定位方法，克服利用4边框设计的电容检测技术在垂直方向的测距精度较低的不足，该装置中，至少一个第一电容以及成对设置在第一电容周边的至少一对第二电容，第一电容与第二电容设置在一个平面内；所有第一电容各自面积之和与所有第二电容各自面积之和不相等；所有第一电容与所有第二电容，其中之一设置为检测操控体到平面的距离，另一设置为检测操控体在平面上的坐标或者操控体在平面上的正投影在平面上的坐标；处理器，设置为根据操控体到平面的距离以及操控体或者操控体在平面上的正投影在平面上的坐标，获得操控体在操控区域的三维坐标。本申请的实施例提高了垂直方向上的测距精度。
【专利说明】一种三维定位装置及其定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种定位装置，尤其涉及一种三维定位装置及其定位方法。
【背景技术】
[0002]目前电子设备上的触摸屏，常见的有采用4边框设计的电容检测，来获取手指或者手写笔等操控体的平面(2D)位置。
[0003]4边框设计的电容检测技术中，电容检测区是有一上一下两块电容基板以及一左一右两块电容基板所形成。根据上下电容基板的信号强度比，和左右电容基板的信号强度t匕，可以计算出操控体比如手指在该电容检测区的2D坐标。
[0004]本发明的发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少还存在着一些技术缺陷。操控体距离上述的电容检测区的高度，也即Z轴方向的检测，无法准确通过单独某个检测极的强度来较高准确度地确定。
[0005]目前主要是通过一个非常大的能检测很远距离但不受操控体在不同平面位置处对其产生信号影响很小的基板来实现。这种垂直方向上的定位技术，精度较低。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是克服利用4边框设计的电容检测技术在垂直方向的测距精度较低的不足。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三维定位装置，用于获得一操控体在一操控区域内的三维坐标，该装置包括:
[0008]至少一个第一电容以及成对设置在所述第一电容周边的至少一对第二电容，所述第一电容与所述第二电容设置在一个平面内；所有所述第一电容各自面积之和为第一面积，所有所述第二电容各自面积之和为第二面积，所述第一面积与所述第二面积不相等；
[0009]所有所述第一电容与所有所述第二电容，其中之一设置为检测所述操控体到所述平面的距离，另一设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标；
[0010]处理器，设置为根据所述操控体到所述平面的距离以及所述操控体或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标，获得所述操控体在所述操控区域的所述三维坐标。
[0011]优选地，所有所述第一电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第二电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时，所有所述第一电容的面积之和大于所有所述第二电容的面积之和；所有所述第二电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第一电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时，所有所述第二电容的面积之和大于所有所述第一电容的面积之和。
[0012]优选地，所述平面内的第一方向上对称设置有多对所述第二电容，检测所述操控体在所述第一方向上的坐标，所述平面内与所述第一方向垂直的第二方向上对称设置有多对所述第二电容，检测所述操控体在所述第二方向上的坐标。
[0013]优选地，该装置包括:所述处理器设置为根据各对所述第二电容的信号强度比获得所述操控体在所述第一方向上的多个坐标及在所述第二方向上的多个坐标，并根据所述操控体在所述第一方向上的多个坐标获得所述操控体在所述第一方向上的坐标值，根据所述操控体在所述第二方向上的多个坐标获得所述操控体在所述第二方向上的坐标值。
[0014]优选地，所有所述第一电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第二电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时，所有所述第一电容设置为检测到所述操控体处在所述操控区域之内时，产生开启通知信号发送给所有所述第二电容；所有所述第二电容设置为根据所述开启通知信号检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标。
[0015]本申请还提供了一种三维定位装置的定位方法，用于获得一操控体在一操控区域内的三维坐标，所述三维定位装置包括至少一个第一电容以及成对设置在所述第一电容周边的至少一对第二电容，所述第一电容与所述第二电容设置在一个平面内；所有所述第一电容各自面积之和为第一面积，所有所述第二电容各自面积之和为第二面积，所述第一面积与所述第二面积不相等；其中所述定位方法包括:
[0016]所有所述第一电容与所有所述第二电容，其中之一检测所述操控体到所述平面的距离，另一检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标；
[0017]根据所述操控体到所述平面的距离以及所述操控体或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标，获得所述操控体在所述操控区域的所述三维坐标。
[0018]优选地，所有所述第一电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第二电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时，所有所述第一电容的面积之和大于所有所述第二电容的面积之和；所有所述第二电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第一电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时，所有所述第二电容的面积之和大于所有所述第一电容的面积之和。
[0019]优选地，所述平面内的第一方向上对称设置有多对所述第二电容，检测所述操控体在所述第一方向上的坐标，所述平面内与所述第一方向垂直的第二方向上对称设置有多对所述第二电容，检测所述操控体在所述第二方向上的坐标。
[0020]优选地，该方法包括:根据各对所述第二电容的信号强度比获得所述操控体在所述第一方向上的多个坐标及在所述第二方向上的多个坐标，并根据所述操控体在所述第一方向上的多个坐标获得所述操控体在所述第一方向上的坐标值，根据所述操控体在所述第二方向上的多个坐标获得所述操控体在所述第二方向上的坐标值。
[0021]优选地，所有所述第一电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第二电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时:所有所述第一电容检测到所述操控体处在所述操控区域之内时，产生开启通知信号发送给所有所述第二电容；所有所述第二电容根据所述开启通知信号检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标。
[0022]与现有技术相比，本申请的实施例通过缩短操控体与检测垂直方向上电容之间的距离，提高了垂直方向上的测距精度。本申请的实施例可应用于电容触摸设备。本申请的实施例，可以集成到笔记本电脑的键盘中，方便用户通过3D手势操控笔记本电脑。
[0023]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
[0025]图1为本申请实施例的三维定位装置的第一种构造示意图。
[0026]图2为本申请实施例的三维定位装置的第二种构造示意图。
[0027]图3为本申请实施例的三维定位装置的第三种构造示意图。
[0028]图4为本申请实施例的三维定位装置的第四种构造示意图。
[0029]图5为本申请实施例的三维定位装置的第五种构造示意图。
[0030]图6为本申请实施例的三维定位装置的定位方法。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0032]如图1所示，本申请实施例的三维定位装置主要包括处理器(图中未示出)，至少一个第一电容110以及成对设置在第一电容110周边的至少一对第二电容120，第一电容110与第二电容120设置在一个平面内。所有第一电容110各自面积之和为第一面积,所有第二电容120各自面积之和为第二面积，第一面积与第二面积不相等。
[0033]本申请的一些实施例中，所有的第一电容设置为检测操控体距离该平面的距离。当操控体落在该平面上时，操控体距离该平面的距离为零。当操控体位于该平面上方而与平面不接触时，操控体距离该平面的距离为一大于零的数值。所有的第二电容设置为操控体落在该平面上时，检测操控体在该平面上的坐标。设置为操控体位于该平面上方而与平面不接触时，检测操控体在该平面上的正投影的坐标。
[0034]本申请的实施例中，第一电容110为正方形,第二电容120为长方形。该第一电容110的四周，对称设置有两对第二电容120。其中，至少一对第二电容120的长边的长度，可以大于等于第一电容110的边长。
[0035]如图2所示，本申请实施例的三维定位装置中，第一电容210为正方形，第二电容220为长方形。且第二电容220长边的长度,大于等于第一电容210的边长与第二电容220短边的长度之和。
[0036]如图3所示，本申请实施例的三维定位装置中，第一电容为多个以阵列方式排列在该些第二电容320中间且尺寸比第二电容320小的小尺寸电容310。
[0037]本申请的实施例中，第一电容也可以是长方形的。每个第二电容的边长，可以等于其所邻近的第一电容的边的长度，也可以大于其所邻近的第一电容的边的长度。
[0038]本申请的实施例中，多个第一电容可以以阵列的方式排布。
[0039]本申请的实施例中，多对第二电容可以以阵列的方式排布。
[0040]本申请的实施例中，在该平面内的第一方向上也可以有多对第二电容对称设置在第一电容的两侧，每一对第二电容均可以检测操控体在该第一方向上的坐标。根据每一对第二电容在该第一方向上所检测到的坐标值，可以获得操控体在第一方向上更加准确和稳定的坐标值。
[0041]同理，在该平面内的第二方向上也可以有多对第二电容对称设置在第一电容的两侦牝每一对第二电容均可以检测操控体在该第二方向上的坐标。根据每一对第二电容在该第二方向上所检测到的坐标值，可以获得操控体在第二方向上更加准确和稳定的坐标值。
[0042]图4所示的本申请实施例的三维定位装置中，第一电容410为正方形，两对第二电容420沿着第一电容410的左右方向对称分布在第一电容410的左右两侧。第二电容420在上下方向上的长度，可以大于等于第一电容410在上下方向上的长度。图4中，第一电容410左右两侧表示X轴方向。本申请实施例的三维定位装置中的处理器，其根据靠近第一电容410的一对第二电容420的信号强度比计算获得出操控体在X轴方向上的第一坐标值，根据远离第一电容410的一对第二电容420的信号强度比计算获得出操控体在X轴方向上的第二坐标值。该处理其根据该第一坐标值和第二坐标值，可以获得操控体在X轴方向上更加准确和稳定的坐标值，比如对第一坐标值和第二坐标值计算平均值，将该平均值作为操控体在三维定位装置X轴方向上最终的坐标值。另外，该处理器也可以对第一坐标值和第二坐标值进行加权平均，将加权平均值作为操控体在三维定位装置X轴方向上最终的坐标值。其中，该加权平均，可以为该第一坐标值设置第一加权值，为该第二坐标值设置第二加权值，其中第一加权值可以大于等于第二加权值。
[0043]图5所示的本申请实施例的三维定位装置中，第一电容510为正方形，两对第二电容520沿着第一电容510的上下方向对称分布在第一电容510的左右两侧。在第一电容510的左侧或者右侧，两个第二电容420在上下方向上的长度之和，可以大于等于第一电容410在上下方向上的长度。图5中，第一电容510左右两侧表不X轴方向，上下两侧表不Y轴方向。处理器根据两对第二电容520中上方的一对第二电容520的信号强度比计算获得出操控体在X轴方向上的第一坐标值，根据两对第二电容520中下方的一对第二电容520的信号强度比计算获得出操控体在X轴方向上的第二坐标值。处理器根据该第一坐标值和第二坐标值，可以获得操控体在X轴方向上更加准确和稳定的坐标值，比如对第一坐标值和第二坐标值计算平均值，将该平均值作为操控体在三维定位装置X轴方向上最终的坐标值。另外，处理器也可以对第一坐标值和第二坐标值进行加权平均，将加权平均值作为操控体在三维定位装置X轴方向上最终的坐标值。
[0044]以上是在第一电容第一方向上对称设置两对第二电容来获取操控体在该第一方向上的坐标值为例来说明的，本领域的普通技术人员不难理解在第一电容第一方向上沿第一方向或第二方向对称设置更多对(三对或三对以上)的第二电容，来获取操控体在该第一方向上更加准确和稳定的坐标值的技术方案。
[0045]而且，本领域的普通技术人员也不难理解第一电容与第一方向垂直的第二方向上沿第一方向或第二方向对称设置多对第二电容来获取操控体在该第二方向上更加准确和稳定的坐标值的技术方案。
[0046]因为中间的第一电容的面积之和比周边第二电容的面积之和大，根据电容原理可知，中间的第一电容检测信号的能力，与周边第二电容检测信号的能力相比，第一电容检测信号的能力会比第二电容检测信号的能力强出很多。在第一电容检测到操控体处在操控区域时，产生开启通知信号发送给周边的第二电容，此时周边第二电容根据该开启通知信号启动检测，获得操控体在该操控区域中的坐标。避免操控体位于操控区域靠近边缘或者角落的位置时，距离操控体较近的电容能较准确地检测到操控体，而距离操控体较远的电容无法准确检测到操控体，从而获得准确度较低的坐标信息。在第一电容检测到操控体处于操控区域之外时，第一电容还可以向第二电容发送关闭通知信号，第二电容根据该关闭通知信号，停止检测操控体的位置。
[0047]以上是以所有的第一电容设置为检测操控体距离该平面的距离，所有的第二电容设置为操控体落在该平面上时检测操控体在该平面上的坐标为例，来说明本申请的技术方案。在这种情形下，位于中心的所有第一电容的面积之和，大于位于周边的所有第二电容的面积之和。
[0048]本申请的实施例中，第一电容与第二电容的检测所获得的信息，也可以互换。也即所有的第一电容设置为检测操控体或者其正投影在该平面上的坐标，所有的第二电容设置为检测操控体距离该平面的距离。
[0049]具体地，所有的第二电容设置为检测操控体距离该平面的距离。当操控体落在该平面上时，操控体距离该平面的距离为零。当操控体位于该平面上方而与平面不接触时，操控体距离该平面的距离为一大于零的数值。所有的第一电容设置为操控体落在该平面上时，检测操控体在该平面上的坐标。设置为操控体位于该平面上方而与平面不接触时，检测操控体在该平面上的正投影的坐标。在这种情形下，位于中心的所有第一电容的面积之和，小于位于周边的所有第二电容的面积之和。
[0050]本申请实施例的三维定位装置的定位方法，其用于获得一操控体在一操控区域内的三维坐标，所述三维定位装置包括至少一个第一电容以及成对设置在所述第一电容周边的至少一对第二电容，所述第一电容与所述第二电容设置在一个平面内；所有所述第一电容各自面积之和为第一面积，所有所述第二电容各自面积之和为第二面积，所述第一面积与所述第二面积不相等。
[0051]如图6所示，上述的定位方法主要包括如下内容。
[0052]步骤S610，所有第一电容检测操控体到该平面的距离，所有第二电容检测操控体在平面上的坐标或者操控体在平面上的正投影在平面上的坐标。
[0053]本申请的实施例中，第一电容与第二电容的检测所获得的信息，也可以互换。也即所有第二电容检测操控体到平面的距离，所有第一电容检测操控体在平面上的坐标或者操控体在平面上的正投影在平面上的坐标。
[0054]步骤S620，根据操控体到平面的距离以及操控体或者操控体在平面上的正投影在平面上的坐标，获得操控体在操控区域的三维坐标。
[0055]本申请的实施例中，所有第一电容设置为检测操控体到平面的距离，以及所有第二电容设置为检测操控体在平面上的坐标或者操控体在平面上的正投影在平面上的坐标时，所有第一电容的面积之和大于所有第二电容的面积之和。
[0056]本申请的实施例中，所有第二电容设置为检测操控体到平面的距离，以及所有第一电容设置为检测操控体在平面上的坐标或者操控体在平面上的正投影在平面上的坐标时，所有第二电容的面积之和大于所有第一电容的面积之和。
[0057]本申请的实施例中，平面内的第一方向上对称设置有多对第二电容，检测操控体在第一方向上的坐标，平面内与第一方向垂直的第二方向上对称设置有多对第二电容，检测操控体在第二方向上的坐标。
[0058]本申请的实施例中，根据各对第二电容的信号强度比获得操控体在第一方向上的多个坐标及在第二方向上的多个坐标，并根据操控体在第一方向上的多个坐标获得操控体在第一方向上的坐标值，根据操控体在第二方向上的多个坐标获得操控体在第二方向上的坐标值。
[0059]本申请的实施例中，所有第一电容设置为检测操控体到平面的距离，以及所有第二电容设置为检测操控体在平面上的坐标或者操控体在平面上的正投影在平面上的坐标时，所有第一电容检测到操控体处在操控区域之内时，产生开启通知信号发送给所有第二电容；所有第二电容根据开启通知信号检测操控体在平面上的坐标或者操控体在平面上的正投影在平面上的坐标。
[0060]虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种三维定位装置，用于获得一操控体在一操控区域内的三维坐标，该装置包括: 至少一个第一电容以及成对设置在所述第一电容周边的至少一对第二电容，所述第一电容与所述第二电容设置在一个平面内；所有所述第一电容各自面积之和为第一面积，所有所述第二电容各自面积之和为第二面积，所述第一面积与所述第二面积不相等； 所有所述第一电容与所有所述第二电容，其中之一设置为检测所述操控体到所述平面的距离，另一设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标； 处理器，设置为根据所述操控体到所述平面的距离以及所述操控体或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标，获得所述操控体在所述操控区域的所述三维坐标。
2.根据权利要求1所述的三维定位装置，其中: 所有所述第一电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第二电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时，所有所述第一电容的面积之和大于所有所述第二电容的面积之和； 所有所述第二电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第一电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时，所有所述第二电容的面积之和大于所有所述第一电容的面积之和。
3.根据权利要求1所述的三维定位装置，其中: 所述平面内的第一方向上对称设置有多对所述第二电容，检测所述操控体在所述第一方向上的坐标，所述平面内与所述第一方向垂直的第二方向上对称设置有多对所述第二电容，检测所述操控体在所述第二方向上的坐标。
4.根据权利要求3所述的三维定位装置，其中，该装置包括: 所述处理器设置为根据各对所述第二电容的信号强度比获得所述操控体在所述第一方向上的多个坐标及在所述第二方向上的多个坐标，并根据所述操控体在所述第一方向上的多个坐标获得所述操控体在所述第一方向上的坐标值，根据所述操控体在所述第二方向上的多个坐标获得所述操控体在所述第二方向上的坐标值。
5.根据权利要求1所述的三维定位装置，其中: 所有所述第一电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第二电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时，所有所述第一电容设置为检测到所述操控体处在所述操控区域之内时，产生开启通知信号发送给所有所述第二电容；所有所述第二电容设置为根据所述开启通知信号检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标。
6.一种三维定位装置的定位方法，用于获得一操控体在一操控区域内的三维坐标，所述三维定位装置包括至少一个第一电容以及成对设置在所述第一电容周边的至少一对第二电容，所述第一电容与所述第二电容设置在一个平面内；所有所述第一电容各自面积之和为第一面积，所有所述第二电容各自面积之和为第二面积，所述第一面积与所述第二面积不相等；其中所述定位方法包括: 所有所述第一电容与所有所述第二电容，其中之一检测所述操控体到所述平面的距离，另一检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标； 根据所述操控体到所述平面的距离以及所述操控体或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标，获得所述操控体在所述操控区域的所述三维坐标。
7.根据权利要求6所述的方法，其中: 所有所述第一电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第二电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时，所有所述第一电容的面积之和大于所有所述第二电容的面积之和； 所有所述第二电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第一电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时，所有所述第二电容的面积之和大于所有所述第一电容的面积之和。
8.根据权利要求6所述的方法，其中: 所述平面内的第一方向上对称设置有多对所述第二电容，检测所述操控体在所述第一方向上的坐标，所述平面内与所述第一方向垂直的第二方向上对称设置有多对所述第二电容，检测所述操控体在所述第二方向上的坐标。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，该方法包括: 根据各对所述第二电容的信号强度比获得所述操控体在所述第一方向上的多个坐标及在所述第二方向上的多个坐标，并根据所述操控体在所述第一方向上的多个坐标获得所述操控体在所述第一方向上的坐标值，根据所述操控体在所述第二方向上的多个坐标获得所述操控体在所述第二方向上的坐标值。
10.根据权利要求6所述的方法，其中: 所有所述第一电容设置为检测所述操控体到所述平面的距离，以及所有所述第二电容设置为检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标时: 所有所述第一电容检测到所述操控体处在所述操控区域之内时，产生开启通知信号发送给所有所述第二电容； 所有所述第二电容根据所述开启通知信号检测所述操控体在所述平面上的坐标或者所述操控体在所述平面上的正投影在所述平面上的坐标。
【文档编号】G06F3/0346GK104345906SQ201310339693
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】阳光 申请人:联想(北京)有限公司