CN100495305C

CN100495305C - 一种指示装置

Info

Publication number: CN100495305C
Application number: CNB2006101606654A
Authority: CN
Inventors: 黄仕璟; 郑胜文; 刘顺男; 蔡明杰
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2026-12-04
Also published as: CN101196784A

Abstract

本发明提供一种指示装置，其是包括有一平面感测单元、一惯性感测单元以及一控制单元。所述的平面感测单元，其是可以感测所述的指示装置的平面运动状态以产生一平面感测讯号。所述的惯性感测单元，其是可以感测所述的指示装置在空间中的运动状态，以产生一惯性感测讯号。所述的控制单元，其是与所述的平面感测单元以及所述的惯性感测单元相耦接以处理所述的平面感测讯号以及所述的惯性感测讯号。所述的平面感测单元可以提供判断所述的指示装置在平面或者空间的操作场合，使得使用者可以任意且自由的在空间或者是平面状态下使用，而提升本发明的指示装置使用的便利性以及应用的广泛性。

Description

一种指示装置

技术领域

本发明涉及的是一种指示装置，尤其是指一种将平面感测组件以及惯性感测技术结合以提升应用层面的一种指示装置。

背景技术

计算机是近代人类文明革命性的发明，凭借它推动了人类科技、工业以及生活的发展。由于软件的发展，键盘已经不是唯一与计算机沟通的接口，近来指示装置(如鼠标或者是轨迹球)已经逐渐演变成与计算机沟通不可或缺的装置。

目前市面上指示装置的种类有许多种，较为常见的是鼠标。以鼠标而言，若根据感测方式来区别，鼠标可分为滚球型鼠标、LED光学鼠标，以及最新的激光光学鼠标等等。不过前述的鼠标指示装置，都仅能在桌面上使用，也即只可以感测二维运动状态。然而随着软件以及电子工业的发展，多媒体或者是游戏的控制已经跳脱出平面的局限，而逐渐走向空间立体的呈现方式，因此指示装置如何可以兼具平面以及空间操作的优点，是各家厂商竞争研发的重点。

如美国专利U.S.Pat.No.5825350所公开的电子指示装置与方法，所述的项技术是利用两个陀螺仪传感器以及一滚球来实现空间与平面的感测技术；其中，陀螺仪是用来感测所述的指示装置在空间中的运动状态，而所述的滚球则用来感测指示装置在平面中的运动状态，进而控制显示装置的光标运动。虽然所述的技术可以实现平面与空间的感测功能，然而却具有以下缺点：(1)用在感测平面运动状态的滚球容易受到灰尘的影响，而使得指示装置的控制不灵敏。(2)使用多个陀螺仪传感器，大幅增加了成本的负担。

此外，又如美国专利US.Pat.No.4839838所公开的一种惯性感测鼠标，其是利用多个加速度传感器来感测鼠标的加速度以及角速度。然而所述的项技术的缺点在以加速度计配合差分法来推得鼠标运动的角速度变化，容易产生误差而影响指标灵敏度。

本发明即解决上述的问题，设计一指示装置，使的能够达到使用方便与精确感测等目标，并且可在平面上与空间中使用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一指示装置，其是利用平面感测组件与惯性传感器的结合，以达到感测平面运动以及空间运动状态的目的。

本发明的次要目的是提供一指示装置，其是利用平面感测组件与惯性传感器的结合，以达到降低指示装置成本的目的。

本发明的另一目的是提供一指示装置，其是在惯性感测单元结合陀螺仪传感器与设计不同数量的加速度传感器以进行组合，使其能应用在如游戏、多媒体或其它数字设备上，达到增加应用场合的目的。

为了达到上述的目的，本发明提供一种指示装置，包括：一平面感测单元，其是可以感测所述的指示装置的平面运动状态以产生一平面感测讯号；一惯性感测单元，其是可以感测所述的指示装置在空间中的运动状态，以产生一惯性感测讯号；以及一控制单元，其是与所述的平面感测单元以及所述的惯性感测单元相耦接，所述的控制单元可接收所述的平面感测讯号以及所述的惯性感测讯号以进行处理。

较佳的是，所述的控制单元更耦接有一接口单元，所述的接口单元是与所述的平面感测单元以及所述的惯性感测单元相耦接，以将所述的平面感测讯号与所述的惯性感测讯号转换成一数字讯号。所述的控制单元，接收所述的数字讯号并进行运算处理以形成一位移讯号。此外，所述的控制单元更耦接有一输出单元，所述的输出单元可输出所述的位移讯号传递至一电子装置。其中，所述的电子装置可选择为游戏机、计算机、多媒体装置或其它数字的装置。

较佳的是，所述的平面感测单元是可为一滚球编码器以及光学传感器其中之一。所述的平面感测讯号是可为一脉波感测讯号以及光学感测讯号其中之一。

为的达到上述的目的，本发明更提供一种指示装置，包括：一平面感测单元，其是可以感测所述的指示装置的平面运动状态以产生一平面感测讯号；一陀螺仪传感器，其是可感测所述的指示装置的角速度大小，以产生一第一感测讯号；一加速度感测单元，其是可以感测所述的指示装置的至少一轴加速度大小，以产生一第二感测讯号；以及一控制单元，其是与所述的平面感测单元、所述的陀螺仪传感器以及所述的加速度感测单元相耦接，所述的控制单元可接收所述的平面感测讯号以及所述的第一以及第二感测讯号以进行处理。

较佳的是，其中所述的加速度感测单元更包括有一第一加速度传感器，以感测所述的指示装置在空间中的绕第一轴转动的倾斜程度讯号以及空间第二轴加速度大小。

较佳的是，所述的加速度感测单元更包括有：一第一加速度传感器，其是可感测所述的指示装置在空间中的绕第一轴转动的倾斜程度讯号以及空间第二轴加速度大小；以及一第二加速度传感器，其是可感测所述的指示装置在空间中的第一轴加速度大小以及空间绕第二轴转动的倾斜程度讯号。所述的指示装置更具有一切换开关，使所述的控制单元选择接收处理所述的第一感测讯号以及所述的第二加速度传感器的倾斜程度讯号其中之一者。

较佳的是，所述的加速度感测单元更包括有：一第一加速度传感器，其是可感测所述的指示装置在空间中的绕第一轴转动的倾斜程度讯号以及空间第二轴加速度大小；一第二加速度传感器，其是可感测所述的指示装置在空间中的第一轴加速度大小以及空间绕第二轴转动的倾斜程度讯号；以及一第三加速度传感器，其是可感测所述的指示装置的翻转状态。

较佳的是，所述的平面感测单元更可以产生一回位讯号给所述的控制单元选择切换二维以及三维的运算。

较佳的是，所述的控制单元更耦接有一接口单元，所述的接口单元是与所述的平面感测单元、陀螺仪传感器以及所述的加速度感测单元相耦接，以将所述的平面感测讯号与所述的第一以及第二感测讯号转换成一数字讯号。所述的控制单元运算处理所述的数字讯号以形成一位移讯号。此外，所述的控制单元更耦接有一输出单元，所述的输出单元可输出所述的位移讯号传递至一电子装置。

为了达到上述的目的，本发明更提供一种指示装置，包括：一平面感测单元，其是可以感测所述的指示装置的平面运动状态以产生一平面感测讯号；一第一加速度传感器，其是可感测所述的指示装置在空间绕第一轴转动的倾斜程度讯号以及空间第二轴加速度大小以产生一第一感测讯号；一第二加速度传感器，其是可感测所述的指示装置在空间中的第一轴加速度大小以及空间绕第二轴转动的倾斜程度讯号以产生一第二感测讯号；一第三加速度传感器，其是可感测所述的指示装置的翻转状态以产生一第三感测讯号；以及一控制单元，其是与所述的平面感测单元、所述的第一加速度传感器、所述的第二加速度传感器以及所述的第三加速度传感器相耦接，所述的控制单元可接收所述的平面感测讯号以及所述的第一、第二以及第三感测讯号以进行处理。

附图说明

图1是为本发明的指示装置方块示意图；

图2是为本发明的指示装置第一较佳实施例示意图；

图3是为本发明的指示装置第一较佳实施例感测动作示意图；

图4A是为本发明的加速度感测单元另一较佳实施例示意图；

图4B是为本发明的指示装置第二较佳实施例感测动作示意图；

图5A是为本发明的加速度感测单元又一较佳实施例示意图；

图5B以及图5C是为本发明的指示装置第三较佳实施例感测动作示意图；

图6A以及图6B是为本发明的指示装置第三较佳实施例感测动作示意图。

附图标记说明：10-平面感测单元；11-惯性感测单元；12-接口单元；13-控制单元；14-输出单元；2-指示装置；20-电路基板；21-接口单元；22-平面感测单元；23-惯性感测单元；230-陀螺仪传感器；231-加速度感测单元；2310-第一加速度传感器；2311-第二加速度传感器；2312-第三加速度传感器；24-控制单元；25-输出单元；26-加速度感测单元；260-第一加速度传感器；261-第二加速度传感器；262-第三加速度传感器；90、91、92、93、94、95、96-操作动作。

具体实施方式

为使贵审查委员能对本发明的特征、目的与功能有更进一步的认知与了解，下文特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，以使得审查委员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：

请参阅图1所示，所述的图是为本发明的指示装置方块示意图。本发明是利用一平面感测单元10、一惯性感测单元11、接口单元12以及一控制单元13来达到感测指示装置在空间与平面运动时所产生的讯号，凭借接口单元12的讯号处理，将平面感测单元10与惯性感测单元11所感测的讯号转换成一数字讯号。所述的惯性感测单元所产生出的惯性感测讯号可以是加速度讯号或者是角速度讯号。再透过控制单元13的运算处理形成位移的讯号，再凭借与控制单元13耦接的输出单元14传送至电子装置，使得电子装置的显示器上的光标或物体可以产生对应的位移。所述的电子装置可以是游戏机、计算机等产品。所述的平面感测单元10更可以产生一回位讯号给所述的控制单元13选择切换二维以及三维的运算。

请参阅图2所示，所述的图是为本发明的指示装置第一较佳实施例示意图。所述的指示装置2包括有一接口单元21、一平面感测单元22、一惯性感测单元23以及一控制单元24。所述的接口单元21是设置在一电路基板20上与所述的平面感测单元22以及所述的惯性感测单元23相耦接。所述的平面感测单元22是在所述的指示装置2在平面上使用时作动，其是可以感测所述的指示装置2在平面上的运动状态，产生一平面感测讯号。所述的平面感测单元22是可为一滚球编码器以及光学传感器其中之一。所述的平面感测讯号是可为一脉波感测讯号以及光学感测讯号其中之一。所述的平面感测单元22是为现有的技术在此不做赘述。

所述的惯性感测单元23是作用在所述的指示装置2在空间操作时，在本实施例中所述的惯性感测单元23包括有一陀螺仪传感器230以及一加速度感测单元231。在本实施例中，所述的加速度感测单元231内具有一加速度传感器。请参阅图3所示，所述的图是为本发明的指示装置第一较佳实施例感测动作示意图。所述的陀螺仪传感器230凭借操作动作91可以感测所述的指示装置2在空间中Z轴的转动状态ωz。而所述的加速度传感器则可以凭借操作动作93与90分感测所述的指示装置2在空间中Y轴的加速度运动状态以及绕X轴转动的倾斜程度。所述的加速度传感器凭借操作动作90量测指示装置上下转动时与重力之间的夹角，来判断其倾斜的程度，进而控制垂直方向的光标。

所述的陀螺仪传感器230感测所述的指示装置2在Z轴的转动状态ωz后会产生一第一转动感测讯号；而所述的加速度传感器凭借操作动作90感测绕所述的X轴转动的倾斜程度而产生一第二转动感测讯号。再回到图2所示，当所述的接口单元21接收到所述的第一转动感测讯号以及所述的第二转动感测讯号时，会进行处理，并产生对应的数字讯号给所述的控制单元24，所述的控制单元24将所述的数字讯号进行运算处理以产生对应的位移讯号，然后透过一输出单元25将位移讯号传递给一电子装置，使得电子装置的显示器上的光标或物体可以产生对应的位移。举一例子说明，如果为控制电子装置的显示器内的光标动作的话，所述的第一转动感测讯号代表着控制光标水平方向的运动，而所述的第二转动感测讯号则代表者控制光标垂直方向的运动，透过水平以及垂直的组合达到控制光标的目的。

本发明的平面感测单元22，在实施例为光学传感器时更具有判断所述的指示装置2是处在空间操作或者是平面操作的场合的功能。因为所述的平面感测单元22是利用光线反射的现象来做平面运动的侦测，如果所述的指示装置2离开了平面时，所述的平面感测单元22便无法侦测到反射光，透过此一方式，控制单元24便可以由此而判断所述的指示装置2是处在空间还是平面的操作状态，进而产生对应的讯号处理动作。

请参阅图4A以及图4B所示，其中，图4A是为本发明的加速度感测单元另一较佳实施例示意图；图4B是为本发明的指示装置第二较佳实施例感测动作示意图。本实施例中的加速度感测单元231具有一第一加速度传感器2310以及一第二加速度传感器2311。所述的第一加速度传感器2310的功能是在前述的方式相同，在此不做赘述。所述的第二加速度传感器2311是凭借操作动作94与92可以分别感测空间中X轴方向的加速度运动状态以及绕Y轴转动的倾斜程度。由于所述的第二加速度传感器2311的功效是与所述的陀螺仪传感器230的功效相同，可凭借操作动作92量测指示装置左右转动时与重力之间的夹角，来判断其倾斜的程度控制水平方向的光标，因此在本实施例中，所述的指示装置2更可以设置一切换开关，以选择由所述的陀螺仪传感器230或者是所述的第二加速度传感器2311来进行感测。

而结合第二加速度传感器2311与所述的陀螺仪传感器230的目的在于增加所述的指示装置2可应用场合的多元性，因为所述的两组件虽然达到的功效相同(都可显示光标的水平方向移动状态)，但是透过所述的第二加速度传感器2311可以增加一种操作动作92(也即倾斜模式)，以增加游戏或者是多媒体的操控动作的变化性。

请参阅图5A所示，所述的图是为本发明的加速度感测单元又一较佳实施例示意图。在本实施例中，所述的加速度感测单元231是具有一第一加速度传感器2310、一第二加速度传感器2311以及一第三加速度传感器2312。所述的第一以及第二加速度传感器2310、2311的功效是与前述相同，在此不做赘述。请参阅图5B以及图5C所示，所述的第三加速度传感器2312可以凭借操作动作95、96感测所述的指示装置2在空间中Z轴向的加速度大小进而感测所述的指示装置2在空间中的翻转状态。

如图5B与图5C所示，因为在操作动作(也即翻转动作)95、96中，会使得重力的分量作用在所述的第三加速度传感器2311上。例如图5C中，当所述的指示装置与重力成一θ夹角时，此时重力g会产生gcosθ的分量作用在所述的第三加速度传感器2311上，而造成所述的第三加速度传感器2311产生讯号，再凭借控制单元进行讯号处理。此外，所述的第三加速度计更可以产生一回位讯号给所述的控制单元选择切换二维以及三维的运算。透过本实施例的惯性感测单元231，可以增加所述的指示装置应用的场合，尤其是针对游戏装置或者是多媒体操作，大大增加了便利性以及动作控制的组合，以提升娱乐效果。

请参阅图6A与图6B所示，所述的图是为本发明的指示装置第三较佳实施例感测动作示意图。在本实施例中，所述的指示装置2包括有一接口单元21、一平面感测单元22、一惯性感测单元23、一控制单元24以及一输出单元25。所述的接口单元21、所述的平面感测单元22、所述的控制单元24以及所述的输出单元25的功能如前所述在此不做赘述。所述的加速度感测单元26是具有一第一加速度传感器260、一第二加速度传感器261以及一第三加速度传感器262。凭借操作动作93、94控制所述的指示装置2在平面上运动，所述的第一以及第二加速度传感器260、261可以感测指示装置2在平面的运动状态。

当所述的指示装置2在空间中操作时，所述的第一加速度传感器260可凭借操作动作90感测绕所述的X轴转动的倾斜程度而产生一第一感测讯号，透过接口单元21、所述的平面感测单元22、所述的控制单元24以及所述的输出单元25进行处理，以控制电子装置的显示器内的光标产生垂直方向的运动。另外所述的第二加速度传感器261可凭借操作动作92量测指示装置2绕Y轴左右转动时与重力之间的夹角而产生一第二感测讯号，透过接口单元21、所述的平面感测单元22、所述的控制单元24以及所述的输出单元25进行处理，以根据倾斜的程度控制水平方向的光标。至于所述的第三加速度传感器262可以感测所述的指示装置2在空间中的翻转状态以产生一第三感测讯号。其原理如图5C所示，在此不做赘述。此外，所述的第三加速度传感器262可产生一回位讯号作为判断装置是否选择平面空间传统感测操作模式或自由空间惯性感测操作模式。

综合上述，本发明提供的指示装置，其是具有可在空间中或者是平面上操作且自动判断使用场合而进行模式切换，进而增加使用的方便性以及广泛应用性的优点，足以满足信息、游戏以及多媒体相关产业的需求，进而提高所述的产业的竞争力，诚已符合发明专利法所规定申请发明所需具备的要件，故依法呈提发明专利的申请。

唯以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，当不能以的限制本发明范围。即大凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，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

1、一种指示装置，其特征在于：其包括：

一平面感测单元，其感测所述的指示装置的平面运动状态以产生一平面感测讯号；

一惯性感测单元，其感测所述的指示装置在空间中的运动状态，以产生一惯性感测讯号；以及

一控制单元，其与所述的平面感测单元以及所述的惯性感测单元相耦接，所述的控制单元接收所述的平面感测讯号以及所述的惯性感测讯号以进行处理。

2、如权利要求1所述的指示装置，其特征在于：所述的控制单元还耦接有一接口单元，所述的接口单元与所述的平面感测单元以及所述的惯性感测单元相耦接，以将所述的平面感测讯号与所述的惯性感测讯号转换成一数字讯号给所述的控制单元运算处理以形成一位移讯号。

3、如权利要求2所述的指示装置，其特征在于：所述的控制单元还耦接有一输出单元，所述的输出单元输出所述的位移讯号传递至一电子装置，所述的电子装置选择为游戏机、计算机以及多媒体装置其中之一。

4、如权利要求1所述的指示装置，其特征在于：所述的平面感测单元为一滚球编码器以及光学传感器其中之一，所述的平面感测讯号为一脉波感测讯号以及光学感测讯号其中之一。

5、一种指示装置，其特征在于：其包括：

一陀螺仪传感器，其感测所述的指示装置的角速度大小，以产生一第一感测讯号；

一加速度感测单元，其感测所述的指示装置的至少一轴加速度大小，以产生一第二感测讯号；以及

一控制单元，其与所述的平面感测单元、所述的陀螺仪传感器以及所述的加速度感测单元相耦接，所述的控制单元可接收所述的平面感测讯号以及所述的第一以及第二感测讯号以进行处理。

6、如权利要求5所述的指示装置，其特征在于：所述的加速度感测单元还包括有一第一加速度传感器，以感测所述的指示装置在空间中的绕第一轴转动的倾斜程度讯号以及空间第二轴加速度大小。

7、如权利要求5所述的指示装置，其特征在于：所述的加速度感测单元还包括有：

一第一加速度传感器，其感测所述的指示装置在空间中的绕第一轴转动的倾斜程度讯号以及所述指示装置在空间中的第二轴加速度大小；以及

一第二加速度传感器，其感测所述的指示装置在空间中的第一轴加速度大小以及所述指示装置在空间中绕第二轴转动的倾斜程度讯号。

8、如权利要求7所述的指示装置，其特征在于：其还具有一切换开关，使所述的控制单元选择接收处理所述的第一感测讯号以及第二加速度传感器的倾斜程度讯号其中之一。

9、如权利要求5所述的指示装置，其特征在于：所述的加速度感测单元还包括有：

一第一加速度传感器，其感测所述的指示装置在空间中的绕第一轴转动的倾斜程度讯号以及所述指示装置在空间中的第二轴加速度大小；

一第二加速度传感器，其感测所述的指示装置在空间中的第一轴加速度大小以及所述指示装置在空间中绕第二轴转动的倾斜程度讯号；以及

一第三加速度传感器，其感测所述的指示装置的翻转状态。

10、如权利要求9所述的指示装置，其特征在于：其还具有一切换开关，使所述的控制单元选择接收处理所述的第一感测讯号以及第二加速度传感器的倾斜程度讯号其中之一。

11、如权利要求5所述的指示装置，其特征在于：所述的平面感测单元为一光学传感器，其产生一回位讯号给所述的控制单元选择切换二维以及三维的运算。

12、如权利要求5所述的指示装置，其特征在于：所述的控制单元还耦接有一接口单元，所述的接口单元与所述的平面感测单元、陀螺仪传感器以及所述的加速度感测单元相耦接，以将所述的平面感测讯号与所述的第一以及第二感测讯号转换成一数字讯号给所述的控制单元运算处理以形成一位移讯号。

13、如权利要求12所述的指示装置，其特征在于：所述的控制单元还耦接有一输出单元，所述的输出单元输出所述的位移讯号传递至一电子装置，所述的电子装置为游戏机、计算机以及多媒体装置其中之一。

14、如权利要求5所述的指示装置，其特征在于：所述的平面感测单元为一滚球编码器以及光学传感器其中之一，所述的平面感测讯号为一脉波感测讯号以及光学感测讯号其中之一。

15、一种指示装置，其特征在于：其包括：

一第一加速度传感器，其感测所述的指示装置在空间中的绕第一轴转动的倾斜程度讯号以及所述指示装置在空间中的第二轴加速度大小以产生一第一感测讯号；

一第二加速度传感器，其感测所述的指示装置在空间中的第一轴加速度大小以及所述指示装置在空间中绕第二轴转动的倾斜程度讯号以产生一第二感测讯号；

一第三加速度传感器，其感测所述的指示装置的翻转状态以产生一第三感测讯号；以及

一控制单元，其与所述的平面感测单元、所述的第一加速度传感器、所述的第二加速度传感器以及所述的第三加速度传感器相耦接，所述的控制单元可接收所述的平面感测讯号以及所述的第一、第二以及第三感测讯号以进行处理。

16、如权利要求15所述的指示装置，其特征在于：所述的平面感测单元为一光学传感器，其还产生一回位讯号给所述的控制单元选择切换二维以及三维的运算。

17、如权利要求15所述的指示装置，其特征在于：所述的平面感测单元为一滚球编码器以及光学传感器其中之一，所述的平面感测讯号为一脉波感测讯号以及光学感测讯号其中之一。

18、如权利要求第17项所述的指示装置，其中所述的控制单元还耦接有一接口单元，所述的接口单元是与所述的平面感测单元、所述的第一加速度传感器、所述的第二加速度传感器以及所述的第三加速度传感器相耦接，以将所述的平面感测讯号与所述的第一、第二以及第三感测讯号转换成一数字讯号给所述的控制单元运算处理以形成一位移讯号。

19、如权利要求第18项所述的指示装置，其中所述的控制单元还耦接有一输出单元，所述的输出单元输出所述的位移讯号传递至一电子装置，所述的电子装置为游戏机、计算机以及多媒体装置其中之一。