CN100445939C - 无线惯性输入装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置，其是以一惯性感测部产生一惯性感测讯号，并藉由一运算处理部进行处理运算该惯性感测讯号而产生反应讯号以供一电子装置运用，该无线惯性输入装置其特征在于：该惯性感测部设置于该无线惯性输入装置上且以无线通讯的方式与该运算处理部进行通讯；该运算处理部与该电子装置作电性连接且与该无线惯性输入装置分离。藉由将高功率消耗的运算处理部与该无线惯性输入装置分离，以及透过无线通讯技术的辅助使该运算处理部接收该惯性感测部产生的惯性感测讯号再进行运算处理的架构，可以减低该无线惯性输入装置的电能消耗，以延长该无线惯性输入装置内的电池寿命。

Description

无线惯性输入装置

技术领域

本发明涉及一种无线惯性输入装置，尤其是指一种将讯号感测以及讯号运算处理分离，并透过无线传输技术作为讯号感测以及讯号运算的桥梁，以减少无线惯性输入装置的电力消耗的一种具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置。

背景技术

随着科技的发展，计算机应用日益广泛，计算机数据输出入装置的发展在计算机相关应用上更具有举足轻重的地位，目前主要的计算机输入装置为无线光学鼠标，而大部分的无线光学鼠标都包含了光学感测模块、微处理器、无线传输模块与电源模块等单元。

目前最常用的无线鼠标为如图1A所示的美国专利U.S.Pat.No.6,664,948，所公开的一种无线光学鼠标，其是透过光学鼠标底下的发光二极管，照射到鼠标所放置的表面，当鼠标移动时，鼠标内部的透镜接收到反射回来的光线并于影像传感器10上感光，并透过模拟/数字转换器11进行讯号转换。为了让光标的移动顺畅，该影像传感器10需维持在每秒数千张图像(相当于每秒百万画素的扫描速率)，影像读取速度高达2300fps(frame per second)。然后进行图像比对，同时以一讯号处理电路12进行演算与编码的处理，经过计算后可得到位移量的讯号(ΔX，ΔY)13，再将讯号送至计算机14，达到控制计算机光标移动的目的。然而此技术的影像处理算法复杂，因此其耗电量也高达41毫安。

此外，请参阅图1B所示，该图为中国台湾专利TW0519263所公开的惯性指向装置讯号处理示意图。该惯性指向装置2是以一X轴加速度计20以及一Y轴加速度计21量测X、Y轴的加速度。然后经由一微处理器22进行讯号处理，以判断使用者的动作，例如：正在缓慢移动、停止或者是姿势调整中，该微处理器22为一低通率波数据处理单元。然后将X、Y轴加速度计20、21的讯号转换成计算机接受的两相讯号，再藉由一发射单元23将数据透过一接收单元24传至计算机25显示光标状态。在此技术当中，因为该微处理器22需要不断针对加速度计所撷取的讯号进行演算，所以耗电量约20毫安。虽然图1B所公开的技术比图1A的光学鼠标省电，但由于微处理器22不断的处理加速度讯号，因此也难达到大幅省电的功效。

综合上述，由于习用技术都是先将讯号处理完毕之后再传至计算机，因此势必增加指针装置本身的耗电量。因此，亟需一种具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置来解决习用技术的耗电量大的缺点。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置，其是将无线惯性输入装置的讯号感测以及讯号运算处理分离，并辅以无线通讯来进行讯号传输，达到增进无线传输效率以及减低消耗电源功率的目的。

为了达到上述的目的，本发明提供一种具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置，其是以一惯性感测部产生一惯性感测讯号，然后藉由一运算处理部进行处理运算而产生反应讯号以供一电子装置运用，该无线惯性输入装置其特征在于：该惯性感测部设置于该无线惯性输入装置上且以无线通讯的方式与该运算处理部进行通讯；以及该运算处理部是与该电子装置作电性连接且与该惯性感测部分离。

为了达到上述的目的，本发明更提供一种无线惯性输入装置，其具有一惯性感测部与一运算处理部，其中：该惯性感测部包括：一惯性感测单元，其可感测该无线惯性输入装置的运动状态而产生一惯性感测讯号；以及一射频传送控制单元，其与该惯性感测单元作电讯连接，该射频传送控制单元可接收该惯性感测讯号而发射一无线讯号；该惯性感测部以无线通讯的方式与该运算处理部进行通讯，该运算处理部是与一个电子装置作电性连接且与该无线惯性输入装置上的惯性感测部分离。

较佳的是，该无线惯性输入装置，其更包括有一接口控制单元，其可接收使用者操作该无线惯性输入装置的动作而产生一接口控制信号。其中，该无线讯号更包括有该接口控制信号。

为了达到上述的目的，本发明更提供一种无线惯性输入装置，其具有一惯性感测部与一运算处理部，其中：该惯性感测部包括：一惯性感测单元，其可感测该无线惯性输入装置的运动状态，而产生一惯性感测讯号；一接口控制单元，其可接收使用者操作该无线惯性输入装置的动作而产生一接口控制信号；以及一射频传送控制单元，其与该接口控制单元以及该惯性感测单元作电讯连接，该射频传送控制单元可接收该惯性感测讯号与该接口控制信号而发射一无线讯号；该惯性感测部以无线通讯的方式与该运算处理部进行通讯，该运算处理部是与一个电子装置作电性连接且与该无线惯性输入装置上的惯性感测部分离。

较佳的是，该惯性感测部更包括有一讯号暂存区，该讯号暂存区与该射频传送控制单元耦接，可提供储存该惯性感测讯号与该接口控制信号。

较佳的是，该射频传送控制单元更包括有：一射频传送器；以及一编码控制单元，其是与该射频传送器耦接，该编码控制单元可接收该惯性感测讯号与该接口控制信号，以进行编码并控制该射频传送器进行无线传输。

较佳的是，该惯性感测单元更包括有至少一惯性传感器。该惯性传感器可为一单轴加速度计、多轴加速度计以及陀螺仪其中之一。

较佳的是，该微处理单元更耦接有一接口控制单元，其可接收该微处理单元所运算处理的结果，而传递至该电子装置上。

较佳的是，该无线信号可选择为一蓝芽讯号、超宽带讯号、无线高传真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)讯号以及无线近身网络(Zigbee)传输信号其中之一。

较佳的是，该运算处理部是与所述的电子装置作电讯连接且可接收该无线讯号以进行译码运算，进而产生反应讯号以供该电子装置运用。运算处理部更具有：一无线接收单元，其可接收该无线讯号，并将其译码还原成该惯性感测讯号以及该接口控制讯号；以及一微处理单元，其是与该无线接收单元耦接，该微处理单元可以对该惯性感测讯号以及该接口控制讯号进行运算处理，并传输至该电子装置上。无线接收单元更包括有：一射频接收器；以及一译码控制单元，其是与该射频接收器耦接，该译码控制单元可接收该射频接收器所接收的该无线讯号，以进行译码。

较佳的是，该无线惯性输入装置，其可为一鼠标、一遥控器、一游戏杆或者是一简报指示器。

较佳的是该运算处理部可以一USB接口与该电子装置连接。

综合上述，本发明提供的具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置，由于具有减低无线惯性输入装置的电能消耗，以延长无线惯性输入装置内的电池寿命，因此可满足业界的需求，进而提高该产业的竞争力。

附图说明

图1A为习用技术的光学鼠标讯号处理示意图。

图1B为习用技术的惯性指向装置讯号处理示意图。

图2为本发明具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置的架构示意图。

图3A为本发明具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置的惯性感测部较佳实施例示意图。

图3B为本发明具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置的运算处理部较佳实施例示意图。

附图标号说明：1-光学鼠标；10-影像传感器；11-模拟/数字转换器；12-讯号处理电路；13-位移讯号；14-计算机；2-惯性指向装置；20-X轴加速度计；21-Y轴加速度计；22-微处理器；23-发射单元；24-接收单元；25-计算机；3-无线惯性输入装置；30-惯性感测部；301-电源供应器；3011-电源；3012-稳压器；302-惯性感测单元；303-讯号缓存器；304-射频传输控制单元；3041-编码控制单元；3042-射频传送器；3043-射频天线；305-接口控制单元；306-使用者接口；31-运算处理部；311-接收天线；312-射频接收器；313-译码控制单元；314-微处理单元；315-接口控制单元；32-电子装置。

具体实施方式

为能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下面将本发明的系统的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：

请参阅图2所示，该图为本发明具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置的架构示意图。本发明提供一种无线惯性输入装置3，其是以一惯性感测部30产生一惯性感测讯号，然后藉由一运算处理部31进行处理运算而产生反应讯号以供一电子装置32运用，该无线惯性输入装置3其特征在于：该惯性感测部30设置于该无线惯性输入装置3上且以无线通讯的方式与该运算处理部31进行通讯；以及该运算处理部31是与该电子装置32作电性连接且与该无线惯性输入装置3上的惯性感测部30分离。其中该运算处理部31所需要的电力可藉由该电子装置32提供。

该惯性感测部30可将感测的惯性感测讯号，如：加速度讯号，经由编码再以射频无线讯号传输至该运算处理部31。编码的目的在于接收端接收加速度讯号后，可分辨惯性感测讯号的特征，例如：X轴加速度讯号、Y轴加速度讯号或者是旋转量讯号等。该运算处理部31接收到讯号之后，会进行译码，并藉由算法计算将该惯性感测讯号转换成电子装置32可以接受的讯号，如USB控制器所需的两相讯号，最后在该电子装置32上反应出结果。例如：如果该无线惯性输入装置为一鼠标，该电子装置为一计算机，则透过本发明的方式，计算机可显示光标的移动状态。该电子装置32可为一计算机、一固定式以及移动式主机，例如：游乐器或者是多媒体处理器。而该无线惯性输入装置3可为一鼠标、一游戏杆、简报指示器或者是遥控器等，但不在此限。

请参阅图3A所示，该图为本发明具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置的惯性感测部较佳实施例示意图。该惯性感测部30设置于该无线惯性输入装置内，以提供感测讯号以及接收使用者操作讯号的桥梁。该惯性感测部包括：一电源供应器301、一惯性感测单元302、一讯号缓存器303、一接口控制单元305以及一射频传输控制单元304。

该电源供应器301可提供该惯性感测单元302、该讯号缓存器303、该接口控制单元305以及该射频传输控制单元304电力。该电源供应器301是由一电源3011以及一稳压器3012所构成。该惯性感测单元302是由至少一惯性传感器所构成，可提供感测一个自由度、平面、空间以及旋转量的感测以输出一惯性感测讯号。该惯性传感器的数量是根据感测的需求而定。该惯性传感器可为一单轴加速度计、多轴加速度计以及陀螺仪其中之一，但不在此限。

该接口控制单元305可接收使用者接口306所传递的讯号以输出一接口控制讯号，例如：该无线惯性输入装置如果为一鼠标，则该使用者接口可为鼠标上的按键或者是滚轮。当使用者按下按键或者是滚动滚轮的时候，该接口控制单元305会接收该机械动作，而输出接口控制讯号。

为了达到降低惯性感测部30的工作频率以节省功率消耗，本发明采取共同缓存器机制，使该惯性感测单元302以及该接口控制单元305共同存取该讯号缓存器303，将该接口控制讯号以及该惯性感测讯号储存在讯号缓存器303内。该射频传输控制单元304，更包括有一编码控制单元3041、一射频传送器3042以及一发射天线3043。该编码控制单元3041耦接该讯号缓存器303，以撷取该讯号缓存器303内储存的该接口控制讯号以及该惯性感测讯号进行编码，藉由该射频传送器3042透过该发射天线3043传输出去。该发射天线3043所发射的无线信号可为蓝芽讯号、超宽带讯号、无线高传真(WirelessFidelity，Wi-Fi)讯号以及无线近身网络(Zigbee)传输信号其中之一。除了前述的方式外，该接口控制单元305所输出的接口控制讯号，也可以直接透过内部总线，直接传至编码控制单元3041进行编码，再透过射频传送器3042以串行式讯号利用天线3043传送。

请参阅图3B所示，该图为本发明具低功率运算处理架构的无线惯性输入装置的运算处理部较佳实施例示意图。利用图2的架构，本发明提供与一电子装置32作电讯连接的一运算处理部31来接收该发射天线所传输的讯号。该运算处理部31藉由连接有一接收天线311的一射频接收器312接收该惯性感测部30所发射的无线讯号，然后经由内部总线传输至一译码控制单元进行译码还原成该惯性感测讯号以及该接口控制讯号。再以一微处理单元314对该惯性感测讯号以及该接口控制讯号进行运算处理以形成一动作讯号，最后再透过一接口控制单元315接收该动作讯号而传递至该电子装置上32。该电子装置32在接收到该动作讯号后，会将讯号所要求的动作内容反应至显示装置上，例如屏幕上光标移动。由于该运算处理部31可以使用该电子装置32的电源，因此对于该无线惯性输入装置而言，可以大幅减低耗电量。在本实施例中，该运算处理部31可以USB接口与该电子装置32连接。

由于本发明的实施例中的无线惯性输入装置的惯性感测部无需提供运算处理讯号的电量，且惯性感测部撷取惯性感测单元所感测的讯号(约10ms撷取一次)以及透过无线传输发射出去，再加上惯性感测单元使用的惯性传感器是以微机电制程方式制造，因此整体而言，该无线惯性输入装置的耗电量较先前技术有大幅减少。请参阅下表一的数据，本发明实施例的惯性感测单元的耗电量大约减少0.6毫安，且微处理单元的耗电量也大幅减少1毫安。总体而言，本发明的无线惯性输入装置的耗电量约为15毫安，使得该无线惯性输入装置使用的时间较习用的无线输入装置延长数倍之多，除了可大幅省电之外，并能提高无线惯性输入装置对惯性感测讯号的处理效率。

表一为本发明与习用技术的耗电量比较表

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，不能以之限制本发明的权利要求范围。即凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，故都应视为本发明的进一步实施状况。

Claims (13)

1.一种无线惯性输入装置，其特征在于，其具有一惯性感测部与一运算处理部，其中：

该惯性感测部包括：

一惯性感测单元，其可感测该无线惯性输入装置的运动状态而产生一惯性感测讯号；以及

一射频传送控制单元，其与该惯性感测单元作电讯连接，该射频传送控制单元可接收该惯性感测讯号而发射一无线讯号；

该惯性感测部以无线通讯的方式与该运算处理部进行通讯，该运算处理部是与一个电子装置作电性连接且与该无线惯性输入装置上的惯性感测部分离。

2.如权利要求1所述的无线惯性输入装置，其特征在于，其更包括有一讯号暂存区，该讯号暂存区是与该惯性感测单元以及该射频传送控制单元耦接，可提供储存该惯性感测讯号。

3.如权利要求1所述的无线惯性输入装置，其特征在于，该射频传送控制单元更包括有：

一射频传送器，其耦接有一发射天线；以及

一编码控制单元，其与该射频传送器耦接，该编码控制单元可接收该惯性感测讯号，以进行编码并控制该射频传送器进行无线传输。

4.如权利要求1所述的无线惯性输入装置，其特征在于，该惯性感测单元更包括有至少一惯性传感器，该惯性传感器是一单轴加速度计、多轴加速度计以及陀螺仪其中之一。

5.如权利要求1所述的无线惯性输入装置，其特征在于，该运算处理部是与所述的电子装置作电讯连接且可接收该无线讯号以进行译码运算，进而产生反应讯号以供该电子装置运用，该运算处理部更具有：

一无线接收单元，其是可接收该无线讯号，并将其译码还原成该惯性感测讯号；以及

一微处理单元，其是与该无线接收单元耦接，该微处理单元可以对该惯性感测讯号进行运算处理，并传输至该电子装置上。

6.如权利要求5所述的无线惯性输入装置，其特征在于，该无线接收单元更包括有：

一射频接收器，其是与一接收天线耦接；以及

一译码控制单元，其是与该射频接收器耦接，该译码控制单元可接收该射频接收器所接收的该无线讯号，以进行译码。

7.一种无线惯性输入装置，其是以一惯性感测部产生一惯性感测讯号，然后藉由一运算处理部进行处理运算而产生反应讯号以供一电子装置运用，该无线惯性输入装置，其特征在于：

该惯性感测部设置于该无线惯性输入装置上且以无线通讯的方式与该运算处理部进行通讯；以及

该运算处理部是与该电子装置作电性连接且与该惯性感测部分离。

8.一种无线惯性输入装置，其特征在于，其具有一惯性感测部与一运算处理部，其中：

该惯性感测部包括：

一惯性感测单元，其可感测该无线惯性输入装置的运动状态，而产生一惯性感测讯号；一接口控制单元，其可接收使用者操作该无线惯性输入装置的动作而产生一接口控制信号；以及

一射频传送控制单元，其与该接口控制单元以及该惯性感测单元作电讯连接，该射频传送控制单元可接收该惯性感测讯号与该接口控制信号而发射一无线讯号；

该惯性感测部以无线通讯的方式与该运算处理部进行通讯，该运算处理部是与一个电子装置作电性连接且与该无线惯性输入装置上的惯性感测部分离。

9.如权利要求8所述的无线惯性输入装置，其特征在于，该惯性感测部更包括有一讯号暂存区，其与该惯性感测单元、该接口控制单元以及该射频传送控制单元耦接，该讯号暂存区可提供储存该惯性感测讯号与该接口控制信号。

10.如权利要求8所述的无线惯性输入装置，其特征在于，该射频传送控制单元更包括有：

一射频传送器，其耦接有一发射天线；以及

一编码控制单元，其与该射频传送器耦接，该编码控制单元可接收该惯性感测讯号与该接口控制信号，以进行编码并控制该射频传送器进行无线传输。

11.如权利要求8所述的无线惯性输入装置，其特征在于，该惯性感测单元更包括有至少一惯性传感器，该惯性传感器是一单轴加速度计、多轴加速度计以及陀螺仪其中之一。

12.如权利要求8所述的无线惯性输入装置，其特征在于，该运算处理部与所述的电子装置作电讯连接且可接收该无线讯号以进行译码运算，进而产生反应讯号以供该电子装置运用，该运算处理部更具有：

一无线接收单元，其可接收该无线讯号，并将其译码还原成该惯性感测讯号以及该接口控制讯号；

一微处理单元，其与该无线接收单元耦接，该微处理单元可以对该惯性感测讯号以及该接口控制讯号进行运算处理，并传输至该电子装置上；以及

一接口控制单元，其与该微处理单元耦接，该接口控制单元可接收该微处理单元所运算处理的结果，而传递至该电子装置上。

13.如权利要求12所述的无线惯性输入装置，其特征在于，该无线接收单元，其特征在于，更包括有：

一射频接收器，其与一接收天线耦接；以及

一译码控制单元，其与该射频接收器耦接，该译码控制单元可接收该射频接收器所接收的该无线讯号，以进行译码。

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