CN101142545A - 自动检测提起的计算机系统的指点设备及相关控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种计算机系统的指点设备，包括：第一运动传感器，用于检测所述设备(1)沿第一轴(X)和第二轴(Y)的移动；第二运动传感器，用于检测所述设备(1)沿与第一和第二轴(x，y)不共面的第三轴(Z)的移动；以及处理单元(6)，与所述运动传感器关联以产生表示设备(1)沿第一、第二和第三轴(X，Y，Z)的移动的多个移动信号(AX，AY，AZ，VX，VY，VZ，PX，PY，PZ)。所述处理单元(6)包括控制级(15)，用于根据第二运动传感器(5b)的响应控制移动信号(AX，AY，AZ，VX，VY，VZ，PX，PY，PZ)的产生。

Description

自动检测提起的计算机系统的指点设备及相关控制方法
技术领域
本发明涉及一种能够自动检测提起的计算机系统的指点设备以及相关的控制方法。
背景技术
众所周知，如今装备有图形界面的所有计算机系统及其他电子装置都具有指点设备，由此使得用户能够以非常简单的并且直观的方式交互。最普遍的指点设备就是鼠标，具有一个外壳，外壳内设置了运动换能器。所述外壳由用户抓握并且通常沿着水平滑移表面移动，并且运动换能器发送表示跟随鼠标的路径的信号到计算机系统。所述信号然后由计算机系统进行处理以更新由图形界面显示的光标位置。通常，鼠标装备有一个或多个按钮，用户可以使用其向计算机系统发布进一步的命令。
至于运动换能器已经提出了不同的解决方案。其中最新并且最有前途的是使用惯性传感器，尤其是利用MEMS(微机电系统)技术制成的双轴加速度计，其检测由用户沿着滑动面而施加于鼠标的加速度(在下文中基于惯性传感器的鼠标为了简明起见称为″惯性鼠标″，正象术语″光鼠标″通常是使用光学运动换能器的鼠标)。关于加速度的数据被提供给处理单元并且一个第一次以及一个第二次地时间积分，以分别计算所述鼠标的瞬时速度和瞬时位置。
当用户需要转移鼠标本身而不相应地移动计算机系统屏幕上显示的光标时，(特别是，并非排他地)惯性鼠标的缺点就会出现(例如，因为鼠标已经到达鼠标所在的专门提供的鼠标垫的边沿，或者在一个方向上的可用空间已经用光的任何情况下)。然而，在光学或者机电鼠标的情况下，运动换能器必须接触滑动面或者至少在滑动面的附近并且与其分离时不工作，即使当鼠标被举起时惯性传感器也会继续工作。因此不可能利用简单的操作来恢复用户的操纵空间而不移动计算机系统显示的光标。实际上，也不是具有光学或者机电运动换能器的鼠标都不受所述问题的影响，即使它们是较不敏感。实际上，没有正确地耦合到鼠标滑动面的光学运动换能器总会接收可能被不恰当地解释的光刺激。在机电运动换能器中，机械部件(球、辊)之间可能会滑动，即使当鼠标从滑动面被拿起的时候。
发明内容
本发明的目的在于提供一种克服上述缺陷的计算机系统的指点设备以及用于控制所述设备的方法。
根据本发明提供了一种能够自动检测运动状态的计算机系统的指点设备以及一种用于控制所述设备的方法，分别在权利要求1以及11中定义。
附图说明
为了更透彻地理解本发明，现在通过非限制示例的方式并且参考附图来描述其实施例，其中：
-图1是采用本发明的计算机系统的指点设备的示意性部分剖面俯视平面图；
-图2是图1的设备的部分侧视图；
-图3是图1的设备的简化框图；
-图4是关于图1-3中示出的设备的一部分的详细框图；
-图5是由根据本发明的设备所实施的过程的流程图；
-图6是图4的设备的一部分的框图，这部分实施了图5的过程；以及
-图7显示了关于图6的细节的表格。
具体实施方式
参考图1-3，计算机系统的指点设备，特别是鼠标1，包括外壳2、外壳2内容纳的板3、惯性传感器5以及微控制器6、它们依次位于板3上并且形成鼠标1的位移换能器。鼠标1也装备有接口7用于与计算机系统8连接，以在用户的控制下传送信息和命令。特别地，接口7是适于支持与计算机系统8通信的任何标准类型，例如，串行RS 232或者USB类型。或者，接口7通过光学(IR)或者射频耦合(例如利用蓝芽技术)实现无线连接。此外，鼠标1装备有一个或多个按钮与/和滚轮4，用于在用户的控制下向计算机系统8发布命令。
惯性传感器5连接到板3以便相对于外壳2是固定的，并且包括第一双轴加速度计5a和第二单轴加速度计5b用于检测沿着三个独立方向的加速度。第一加速度计5a和第二加速度计5b两个都是微机电类型的并且都是用MEMS技术制作的；例如，第一加速度计5a是于2002年5月21日申请的欧洲专利申请EP-A-1365211中描述的类型，而第二加速度计5b是在于2001年4月27日申请的欧洲专利申请EP-A-1253399中或者US 5,955,668中描述的类型。换句话说，惯性传感器5可以包括三个单轴加速度计，以互相垂直的方向定向。
更为详细地，第一加速度计5a具有第一检测轴X和第二检测轴Y，它们互相垂直并且平行于鼠标的滑动面PS(通常是如图2所示的水平面)。而且第一检测轴X和第二检测轴Y分别垂直和平行于外壳2的对称(垂直)纵向平面PL。第二加速度计5b具有第三检测轴Z，其与第一检测轴X和第二检测轴Y定义的平面不共面，并且优选的是垂直于所述平面。因此当鼠标1放在滑动面PS上时，第三轴Z基本上是垂直的。
惯性传感器5连接于微控制器6以便分别响应于所述外壳2和惯性传感器5沿着X、Y、Z的第一、第二和第三检测轴经历的加速度，提供第一模拟加速度信号SX、第二模拟加速度信号SY、以及第三模拟加速度信号Sz(图3)。
微控制器6通过接口7连接于计算机系统8(图3)并且提供第一加速度信号AX和第二加速度信号AY、第一速度信号VX和第二速度信号VY、以及第一位移信号PX和第二位移信号PY，所有这些信号都是数字类型的并且从第一和第二模拟加速度信号SX、SY开始计算。在预定操作模式中(其将在在下文中详细地进行描述)，微控制器6还提供第三加速度信号AZ、第三速度信号VZ、以及第三位移信号PZ，它们都是数字类型的并且从第三模拟加速度信号SZ开始计算。以已知的方式，计算机系统8在屏幕上显示光标并且基于从鼠标1接收的信号确定它的位置。
更详细地，微控制器6包括读取单元9和处理单元10。读取单元9连接于惯性传感器5以接收第一、第二和第三模拟加速度信号SX、SY、SZ。而且，以已知的方式，读取单元9向惯性传感器5提供读取所需的控制信号VFB和时钟信号VCK；并且向处理单元10提供分别从所述第一、第二和第三模拟加速度信号SX、SY、SZ的模-数转换获得所述第一、第二和第三加速度信号AX、AY、Az。
如图3中框图所示的那样，处理单元10包括第一计算线路11，第二计算线路12，第三计算线路以及控制级15。所述第一，第二以及第三计算线路11，12，13每个包括各自的积分级16以及各自的缓冲器17，它们是级联连接的。所述第一，第二以及第三计算线路11，12，13的积分级16从读取单元9分别接收所述第一，第二以及第三加速度信号Ax，AY，Az，并且第一次和第二次对它们进行积分。因此，所述第一计算线路11的积分级16生成第一速度信号Vx和第一位移信号Px并将它们提供至相应的缓冲器17。第二计算线路12的积分级16生成第二速度信号VY和第二位移信号PY并将它们提供给相应的缓冲器17。最后，第三计算线路13的积分级16生成第三速度信号Vz和第三位移信号Pz并将它们提供给相应的缓冲器17。当缓冲器17由控制级15启动时，其中包含的值被提供至接口7以传输到计算机系统8。
控制级15与读取单元9相连以接收的第三加速度信号Az，其用于选择第一操作模式(或2D模式)和第二操作模式(或3D模式)其中之一，，此外用于在鼠标1离开滑动面并选择2D模式时暂时禁用所述第一和第二计算线路11，12。为此目的，控制级15生成第一控制信号MODE和第二控制信号STBY。所述第一控制信号MODE在2D模式具有第一值2D，在3D模式具有第二值3D，并且被提供给第三计算线路13，该第三计算线路13有选择地在3D模式中启用且在2D模式中禁用。当鼠标1离开滑动面PS并且2D模式被激活时，第二控制信号STBY具有第一值T，否则具有第二值F。分别在第二控制信号STBY的第二值T出现和第一值F出现的情况之下，所述第一和第二计算线路11、12被有选择地启用和禁用。
在2D模式中鼠标1被配置为用作常规的鼠标并且只发送第一和第二速度信号VX，VY以及第一和第二位移信号PX，PY到计算机系统8。相反，第二加速度计5b用于监控鼠标1从滑动面PS的提起，但是第三计算线路13被禁用并且不提供信息到计算机系统8。一旦鼠标1被提起，控制级就使用第三加速度信号AZ检测沿第三检测轴Z非零的加速度。在此情况下，第二控制信号STBY被设定为第一值T，并且第一和第二计算线路11，12被暂时禁用直到鼠标1再次被放在滑动面PS上。在此情况中，该情况下实际上表示第三操作模式，可以短暂地被选择，控制级15完全地禁止向计算机系统8发布表示鼠标1运动的信号，由此阻止出现在计算机系统8本身的显示器上的光标的不期望位移。
如果第三加速度信号AZ表明鼠标1保持从滑动面PS提起的时间超过预定切换间隔TCOM，那么控制级15选择3D模式，其中第一、第二和第三计算线路11、12、13全部启用。只要鼠标1保持从滑动面PS提起就保持该3D模式。在该配置中，来自第二加速度计5b的第三加速度信号AZ也是由第三计算线路13处理，由此关于鼠标1的运动的三维信息发送给计算机系统8。
实际上，控制级15执行图5的流程图中示出的程序。在计算机系统8启动时，鼠标1被初始化(框100)并且设定为2D模式(框110)。然后，为了确定鼠标1是否已经提起，将第三加速度信号AZ的绝对值与阈值TH比较(框120)。阈值TH可以是预先确定的并且优选为在鼠标1的设置步骤中是可编程的。作为选择，当鼠标1为2D模式时，连续重新计算阈值TH，以考虑地心引力对第二加速度计5b的影响，其可以根据滑动面PS的倾斜度而改变。在此情况下，采用如果鼠标1沿平面(诸如滑动面PS)移动那么地心引力的作用基本上是恒定的事实，这样地心引力作用可以通过利用低通滤波器过滤第三加速度信号AZ估计，所述低通滤波器提取低频谱成分。在两种情况下，即使当鼠标1沿第三轴Z历经极小的加速度(诸如当鼠标1一直被提起时用户的无意识动向所引起的加速度)时，都确定超出了阈值TH。应该注意的是，当鼠标1处于3D模式时，无意识运动的影响可以被抑制以阻止光标的不期望移位。例如为此目的，可以为积分器16设想适当的积分算法，在第一控制信号MODE具有第二值3D时所述算法是可选择地激活的。
如果第三加速度信号Az的绝对值低于阈值TH(从框120输出NO)，那么第二控制信号设定在第二值F(框130)，并且再次执行框120的测试。
如果第三加速度信号Az的绝对值不低于阈值TH(从框120输出YES)，那么控制级15检查(框140)鼠标1保持提起的时间是否长于切换间隔TCOM，即，在所述间隔中，是否已经显著超过了阈值TH而没有任何中断。如果切换间隔TCOM还没有过去(从框140输出NO)，那么第二控制信号STBY设定在第一值T以暂时禁用第一和第二计算线路11、12(框150)。如果鼠标1保持提起直到切换间隔TCOM结束而没有放在滑动面PS上或放在不同表面上(本文未示出(从框140输出YES))，则控制级15通过将第一控制信号MODE设定为第二值3D来选择3D模式(框160)。
只要第三加速度信号Az的绝对值保持高于阈值TH就保持3D模式(框170，且从框170输出YES)。也可以使用不同于阈值TH的其他阈值。当鼠标1被放下时，第三加速度信号Az降到低于阈值TH(从框170输出NO)。在此情况下，控制级15选择2D模式(框130)并再次执行框120的测试。
图6中说明了控制级15的实例。特别的是，控制级15包括阈值判定模块20、门21、计数器22、逻辑模块23和模式寄存器24。
阈值判定模块20从读取单元9接收第三加速度信号Az并且使用它来确定鼠标1是放在表面上还是已经提起(在所述示例中，它比较第三加速度信号Az和阈值TH)。如果鼠标1已经提起，那么阈值判定模块20请求通过门21停用第一和第二计算线路11、12并且激活计数器22。特别的是，阈值判定模块20为第三控制信号LIFT分配预置值，其表示鼠标1已经提起(在此情况下，继超出阈值TH之后)。在输出端提供第二控制信号STBY的门21，由第一控制信号MODE控制，该第一控制信号的值存储在模式寄存器24中。特别的是，当第一控制信号MODE的第一值2D包含在模式寄存器24中时，门21使能够请求停用第一和第二计算线路11、12。在此情况下，将第一值T分配给第二控制信号STBY。
逻辑模块23控制模式寄存器24以便使第一控制信号MODE的值得到更新并且根据参考图5所述程序选择2D模式或者3D模式。为此目的，逻辑模块23从模式寄存器24接收第一控制信号MODE的当前值，从阈值判定模块20接收第三控制信号LIFT，以及包含在计数器22中的计数值。在所述示例中，逻辑模块23根据图7的表格操作，其中待分配的新数值以及第一控制信号MODE的当前值分别在列“MODEK+1”和“MODEK”中指出。此外，在列“LIFT”中，数值T′和F′分别表明鼠标1已经提起和放下；而在列“TCOM”中数值T”和F”表示根据包含在计数器22中的计数值，鼠标1保持连续提起的时间分别长于或者短于切换间隔TCOM。
有益的是，本发明使得能够自动检测指点设备的提起从而选择适当的操作模式。特别的是，所述设备既可以用作二维指点外围设备也可以用作三维指点外围设备。而且，在当该设备以二维方式工作时，在通常必需的提起的简短过程期间禁止产生信号。而且操作模式的选择是自动的，用户不需要执行任何特殊操作。
最后，很明显在不脱离如所附权利要求定义的本发明的范围的情况下可以对本文所述的指点设备和方法进行修改和变化。
特别的是，本发明可以结合到除了鼠标之外的设备中，例如笔或者蜂窝式电话。关于检测沿第一和第二轴X、Y的运动，指点设备可以装备通常用于鼠标中的那些类型的换能器(例如，配备了角度-位置传感器的具有结合了辊的球的换能器，或者光学换能器)。在此情况下，只有一个单轴MEM传感器用于检测沿第三轴Z的运动。
选择操作模式的程序可以不同于本文所述的那种。特别的是，不同标准可用于决定指点设备已经被提起还是放在表面上。例如，可以使用有区别的(differentiated)阈值，而不是仅仅一个阈值。而且，除了加速度，还能够考虑沿第三轴Z的速度。还可以据此修改控制级的方案。

Claims (21)

1.一种计算机系统的指点设备，包括：
第一运动传感器(5a)，用于检测所述设备(1)沿不对准的第一轴(X)和第二轴(Y)的移动；
第二运动传感器(5b)，用于检测所述设备(1)沿不与所述第一和第二轴(X，Y)对准的第三轴(Z)的移动；以及
与所述第一和第二运动传感器(5a，5b)相关联的处理装置(6)，用于产生表示所述设备(1)沿所述第一、第二和第三轴(X，Y，Z)的移动的多个移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)；
其特征在于，所述处理装置(6)包括控制级(15)，用于根据所述第二运动传感器(5b)的响应(Sz，Az)，控制所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)的产生模式。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理装置(6)包括第一计算线路(11)和第二计算线路(12)，与所述第一运动传感器(5a)关联，用于产生所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)的第一组(Vx，VY，Px，PY)，该第一组表示所述设备沿所述第一和第二轴(X，Y)的移动，并且其特征在于所述控制级(15)包括使能装置(20，21)，用于根据所述第二运动传感器(5b)的所述响应(Sz，Az)有选择地启用和禁止所述第一和第二计算线路(11，12)。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述使能装置(20，21)配置为响应于检测到所述设备(1)沿所述第三轴(Z)的加速度，暂时禁用所述第一和第二计算线路(11，12)。
4.如权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述使能装置包括阈值判定模块(20)，用于将所述第二运动传感器(5b)的所述响应(Sz，Az)与阈值(TH)进行比较，并且根据所述响应(Sz，Az)和所述阈值(TH)生成控制信号(STBY)。
5.如先前任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述控制级包括选择装置(22，23，24)，用于根据所述响应(Sz，Az)、所述阈值(TH)和预定时间间隔(TCOM)，择一地选择所述设备的第一操作模式(2D)和第二操作模式(3D)。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，当选择所述第一操作模式(2D)时，根据所述第一运动传感器(5a)的响应(Sx，SY，Ax，AY)产生所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)，当选择所述第二操作模式(3D)时，根据所述第一运动传感器(5a)的所述响应(Sx，SY，Ax，AY)和所述第二运动传感器(5b)的所述响应(Sz，Az)产生所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)。
7.如权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述处理装置(6)包括第三计算线路(13)，与所述第二运动传感器(5b)相关联，用于产生所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)的第二组(Vz，Pz)，该第二组表示所述设备沿所述第三轴(Z)的移动，并且其特征在于，所述选择装置(22，23，24)配置成：当选择了所述第二操作模式(3D)时，有选择地启用所述第三计算线路(13)，当选择了所述第一操作模式(2D)时，禁用所述第三计算线路(13)。
8.如先前任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述第三轴(Z)基本上是垂直的。
9.如先前任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述第一运动传感器(5a)包括第一MEMS加速度计。
10.如先前任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述第二运动传感器(5b)包括第二MEMS加速度计。
11.一种用于控制计算机系统的指点设备(1)的方法，包括如下步骤：
检测所述设备(1)沿第一轴(X)和第二轴(Y)的移动；
检测所述设备(1)沿与第一和第二轴(X，Y)不共面的第三轴(Z)的移动；
产生表示所述设备(1)沿所述第一、第二和第三轴(X，Y，Z)的移动的多个移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
响应于所述设备(1)沿所述第三轴(Z)的移动，控制所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)的产生模式。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述控制步骤包括：响应于所述设备(1)沿所述第三轴(Z)的移动，有选择地启动(130，150)和禁止(160)所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)的产生。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制步骤包括：响应于检测到所述设备(1)沿所述第三轴(Z)的加速度，暂时禁止所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)的产生。
14.如权利要求11-13任一项所述的方法，其特征在于，所述控制步骤包括：响应于所述设备(1)沿所述第三轴(Z)的移动检测所述设备(1)的提起。
15.如权利要求11-14任一项所述的方法，其特征在于，所述控制步骤包括：响应于所述设备(1)沿所述第三轴(Z)的移动(Sz，Az)并根据预定时间间隔(TCOM)，择一地选择所述设备的第一操作模式(2D)和第二操作模式(3D)。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，当选择了所述第一操作模式(2D)时，根据所述设备(1)沿所述第一和第二轴(x，y)的移动产生所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)，并且当选择了所述第二操作模式(3D)时，根据所述设备(1)沿所述第一、第二和第三轴(X、Y、Z)的移动产生所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)。
17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述控制步骤包括：当选择了所述第一操作模式(2D)时，根据所述设备(1)沿所述第一和第二轴(X，Y)的移动产生所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)，以及当选择了所述第二操作模式(3D)时，根据所述设备(1)沿所述第一、第二和第三轴(X、Y、Z)的移动产生所述移动信号(Ax，AY，Az，Vx，VY，Vz，Px，PY，Pz)。
18.如权利要求15-17任一项所述的方法，其特征在于，在已经检测到沿所述第三轴(Z)的加速度未中断的时间长于所述预置时间间隔(TCOM)之后，选择所述第二操作模式(3D)。
19.如权利要求11-18任一项所述的方法，其特征在于，所述第三轴(Z)基本上是垂直的。
20.如权利要求11-19任一项所述的方法，其特征在于，所述检测所述设备(1)沿第一轴(X)和第二轴(Y)的移动的步骤包括：使用第一MEMS加速度计(5a)。
21.如权利要求11-20任一项所述的方法，其特征在于，所述检测所述设备(1)沿第三轴(Z)的移动的步骤包括：使用第二MEMS加速度计(5b)。
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