[发明专利]处理由狭长物体的姿态获得的姿态数据

说明书

技术领域

本发明总地涉及一种用于处理从具有与平坦表面接触的尖部的狭长物体的姿态获得的处理数据的装置和方法。

背景技术

当物体相对于诸如地面、固定点、线或基准表面的静止基准移动时，物体相对于这些基准的倾斜度的认识可被用来获得其多种运动和姿态参数。随着时间的流逝，已研究出许多有用的坐标系统和方法以跟踪物体的姿态并对它们的平衡运动进行参数化。作为理论背景，读者参阅有关经典机械学的教科书，例如Goldstein等的经典机械学、第三版、Addison Wesley2002。

在具体领域，在物体尖部接触平坦表面的同时，了解物体的姿态以获得其尖部的位置是重要的。各种狭长物体能受益于它们的姿态和它们尖部的位置的获知，并且当尖部与平坦表面接触时，能更精确地获得其尖部的绝对位置(以世界坐标形式)。这些物体包括与地面接触时的手杖(walking cane)，与显示器或投影表面接触的定位器，与书写表面接触的书写装置以及与输入屏幕接触的指示笔。

在诸如笔和指示笔的输入领域内会深切地体会到确定尖部或尖端绝对位置的必要性。这里必须了解尖部的绝对位置以分析由使用者在书写表面上写入或跟踪的信息。现有技术中对笔和相关输入装置的提供相对尖部位置和绝对尖部位置的多个公开内容进行了讨论。这些公开内容中的一些取决于包括6492981、6212296、6181329、5981884、5902968号美国专利所述的陀螺仪和加速度计的惯性导航设备。其它技术如6081261、5434371号美国专利所述的将惯性导航与力检测结合。现有技术还在5548092号美国专利中提出将施加于笔尖的力捕获和分析。其余的技术基于使用信号接收器和在书写表面上或附近的辅助装置的三角测量，这在6177927、6124847、6104387、6100877、5977958、5484966号美国专利中能够找到。要注意已提出将包括短射频(RF)脉冲、红外(IR)脉冲和超声脉冲的各种形式的辐射用于三角测量和相关技术。采用数字化仪或书写板的其它方案的一些例子在6050490、5750939、4471162号美国专利中有记载。

现有技术还提到使用光学系统以提供表面上的笔或指示笔的尖部的相对位置并且在某些情况下提供绝对位置。例如，6153836号美国专利公开了将两道光束从指示笔发射至接收器，该接收器确定了相对于定义在表面内的二维坐标系统的角度。借助这些角度和接收器位置的知识而找到指示笔的尖部位置。6044165号美国专利公开了用具有定位在世界坐标中并朝向笔和纸的摄像机的光学成像系统检测笔尖处力的合成。其它公开内容使用观察笔尖及其附近位置的光学系统。这些公开内容包括6031936、5960124、5850058号美国专利。根据其它的方法，5103486号美国专利公开提出在笔中使用光学球珠。更近一些，使用将光引导至纸上的光源的光学系统被提出，例如6650320、6592039号美国专利以及WO 00217222和2003-0106985、2002-0048404号美国专利申请中记载的那样。

在一些现有技术方法中，书写表面被提供有光学系统能识别的特别标志。在书写表面上使用特别标志的笔的早期例子包括5661506、5652412号美国专利。更近一些，该方法被公开于2003-0107558号美国专利申请和相关文献中。作为另一参照文献，读者可参阅10/640942和10/745371号美国专利申请以及其中引用的参考文献。

上述现有技术的大多数方法的局限性在于：它们在书写表面上产生尖部的相对位置。书写板和数字化仪获得绝对位置但它们体积大并且不便携带。使用光学系统而不使用书写板而提供尖部的绝对位置的方法多数依靠对提供在书写表面上的标志和笔尖的关系进行观察而实现。该方法的局限性在于：它要求作为准书写板的特定标记的书写表面。