[发明专利]一种具有惯性追踪模块的三维人机交互系统

摘要

本发明提供一种具有惯性追踪模块的三维人机交互系统，包括惯性追踪模块。惯性追踪模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁传感器以及控制器；三轴加速度传感器包括两个加速计；两个加速计相隔一定距离设置在人体上；三轴陀螺仪设置在人体上；三轴传感器设置在人体上；三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁传感器以及控制器均与控制器连接。与现有技术相比，单芯片三轴磁场传感器能直接输出X、Y、Z三个方向的磁信号，无需使用算法来进行计算。此外，其制备无需刻槽形成斜坡，直接通过双次沉积便能得到该三轴磁场传感器，其含有的X轴传感器和Y轴传感器相互垂直，它们含有的磁电阻传感元件的钉扎层的磁化方向也相互垂直。

主权项

一种具有惯性追踪模块的三维人机交互系统，包括惯性追踪模块；其特征在于：所述惯性追踪模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁传感器以及控制器；所述三轴加速度传感器包括两个加速计；所述两个加速计相隔一定距离设置在人体上；所述三轴陀螺仪设置在人体上；所述三轴传感器设置在人体上；所述三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁传感器以及控制器均与所述控制器连接；所述三轴陀螺仪为MEMS三轴陀螺仪，所述MEMS三轴陀螺仪包括衬底，以及通过锚点弹性支撑在衬底上方的主质量块，所述衬底上设有与主质量块构成驱动电容并驱动主质量块转动的驱动电极；以主质量块的横向方向为X轴方向，以主质量块的竖向方向为Y轴方向，以垂直于主质量块所在平面的方向为Z轴方向；还包括XY轴检测结构，所述XY轴检测结构包括通过锚点弹性支撑在所述衬底上方的随动质量块，其中，所述随动质量块的侧壁通过驱动弹性梁与主质量块连接；在所述随动质量块上还设置有X轴检测质量块、Y轴检测质量块，其中，其中X轴检测质量块位于随动质量块的Y轴方向上，并通过沿Y轴方向的第一连接梁与随动质量块连接；所述Y轴检测质量块位于随动质量块的X轴方向上，且通过沿X轴方向的第二连接梁与随动质量块连接；所述X轴检测质量块、Y轴检测质量块的两端具有分别沿对应的第一连接梁、第二连接梁对称的第一可动电极、第二可动电极；所述衬底上设置有与第一可动电极、第二可动电极构成差分检测电容的相应的固定电极；还包括Z轴检测结构，所述Z轴检测结构包括通过第三连接梁与主质量块连接的Z轴解耦质量块，还包括与Z轴解耦质量块平行布置的Z轴检测质量块，其中所述Z轴检测质量块通过位于其两侧的第四连接梁与Z轴解耦质量块连接；所述Z轴检测质量块通过第五连接梁连接在固定于衬底的锚点上，且第四连接梁与第五连接梁垂直；所述Z轴检测质量块上设置有第三可动电极、第四可动电极，所述衬底上设置有与第三可动电极、第四可动电极构成差分电容的固定电极；所述三轴磁传感器为单芯片三轴磁场传感器，所述单芯片三轴磁场传感器传感器包括：一位于XY平面内的基片，所述基片上集成设置有一X轴传感器、一Y轴传感器和一Z轴传感器，分别用于检测磁场在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上的分量；所述X轴传感器和所述Y轴传感器各自均包含有一参考电桥和至少两个磁通量控制器，所述参考电桥的参考臂和感应臂均包含有一个或多个相同的相互电连接的磁电阻传感元件，所述参考臂上的磁电阻传感元件位于所述磁通量控制器的上方或下方，并沿着所述磁通量控制器的长度方向排列形成参考元件串，所述感应臂上的磁电阻传感元件位于相邻两个所述磁通量控制器之间的间隙处，并沿着所述磁通量控制器的长度方向排列形成感应元件串；所述参考元件串和所述感应元件串相互交错排放，每个所述参考元件串至少与一个所述感应元件串相邻，每个所述感应元件串也至少与一个所述参考元件串相邻；所述Y轴传感器中的各元件和所述X轴传感器中对应的元件排布方向相互垂直；所述X轴传感器和所述Y轴传感器中各自两个相邻所述磁通量控制器之间的间隙处的磁场的增益系数均为1<Asns<100，所述X轴传感器和所述Y轴传感器的磁通量控制器的上方或者下方处的磁场的衰减系数均为0<Aref<1；所述Z轴传感器包含有一推挽电桥和至少一个磁通量控制器，所述推挽电桥的推臂和挽臂交替排列，各自均包含有所述一个或多个相同的相互电连接的磁电阻传感元件，所述推臂和所述挽臂上的磁电阻传感元件均沿着所述Z轴传感器中磁通量控制器的长度方向排列，分别位于所述Z轴传感器中磁通量控制器的下方两侧或上方两侧；所述X轴传感器和所述Y轴传感器上的磁电阻传感元件的钉扎层的材料不同，并且钉扎层的磁化方向垂直；所述Z轴传感器和所述X轴传感器的钉扎层的磁化方向相同；在没有外加磁场时，所有所述磁电阻传感元件的磁性自由层的磁化方向与钉扎层的磁化方向均垂直；其中，X轴、Y轴和Z轴两两相互正交。