CN101377722B - 具动作互动的空间指向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具动作互动的空间指向装置，其是可具有空间指向与游戏控制双重功能的装置。该空间指向装置具有一加速度感测模组以及一陀螺仪传感器。该加速度感测模组可以感测动作变化而产生至少一轴的加速感测信号。该陀螺仪传感器是设置于一转向机构上，以感测至少一轴向的转动状态，进而产生一转动感测信号。该转向机构可以调整该陀螺仪传感器的轴向，使得该陀螺仪传感器可以感测不同轴向的转动状态。再通过信号处理的技术对该至少一轴向转动信号以及至少一轴的加速度感测信号进行处理，以达到具有计算机光标控制以及多媒体游戏互动控制的双重功能。

Description

具动作互动的空间指向装置

技术领域

本发明是有关一种控制装置，尤其是指一种可根据应用需要而动态改变陀螺仪传感器的感测轴向的一种具动作互动的空间指向装置。

背景技术

目前市面上指示装置的种类有许多种，若根据感测方式来区别，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。其中滚球型鼠标因为在桌面上移动，故容易沾粘灰尘，需要定时清理滚轴上的脏污，以保持鼠标侦测的准确性。而LED光学鼠标利用物体表面粗操度产生的阴影来辨识，因此在类似大理石桌面，磁砖、金属等光滑表面，便无法顺利的操作鼠标。而激光是一种利用同调光源(coherentlight)，能直接反射出表面的细节，而无需利用阴影来辨识。因此能提供比LED光学鼠标较佳的表面追踪能力。然而，在玻璃或者压克力等透明桌面仍因光学感测的原理而使得功能受限。

基于上述的问题，因此由惯性感测模组来感测指示装置的空间或者是平面运动的设计成为一股趋势。现有技术中，如美国专利US.Pat.No.5,825,350所揭露的一种电子指示装置与方法，该装置包含轨迹球译码器以及陀螺仪感测组件以感测装置移动的位移与方向。该装置可以选择平面以及自由空间模式来操作。

不过近来，将陀螺仪传感器应用于消费性电子产品上的趋势有越来越多的趋势。例如：美国公开专利US.Pub.No.2005/0253806所揭露的一种自由空间指示装置与方法，其是具有一第一转动传感器、第二转动传感器以及一加速度计。然后通过处理单元根据加速度去调整所谓的第一转动输出以及第二转动输出，并产生一输出信号。

不过前述的技术是单纯应用于与计算机沟通的指向装置，但是缺乏与多媒体互动的接口操作装置的功能。基于多元整合的需求，因此亟需一种具动作互动的空间指向装置，将指示装置与游戏互动操控接口整合为一，以增使用计算机及游戏时的方便性。

发明内容

本发明是为提供一种具动作互动的空间指向装置，其是利用机构以根据应用场合调整陀螺仪感测轴向，以增加陀螺仪感测的弹性。

本发明是为提供一种具动作互动的空间指向装置，其是为兼具空间指向与游戏控制双重功能的装置，并利用陀螺仪侦测转动状态以作为指向装置控制光标以及互动操控接口与多媒体平台间互动的依据，提高动作判断的正确率。

在一实施例中，本发明提供一种具动作互动的空间指向装置，其特征在于，包括：

一加速度感测模组，其可以产生至少一轴的加速度感测信号；

一双轴陀螺仪传感器，其可感测旋转动作以产生一转动感测信号；以及

一微处理器，其是与该加速度感测模组以及该双轴陀螺仪传感器相偶接以对该至少一轴的加速度感测信号以及该转动感测信号进行演算以与一电子装置进行互动，该微处理器还可利用该转动感测信号作为该空间指向装置于不同模式下的加速度信号的补偿及辅助动作判断的应用。

其中该加速度感测模组为三轴加速度感测模组。

其中该加速度感测模组还具有三个加速度传感器。

其中该电子装置可选择为计算机以及多媒体互动装置。

其是还具有一指向模式以及一游戏控制模式。

其中于该指向模式中，该微处理可由该双轴陀螺仪传感器所感测的一轴向的向心加速度而补偿该空间指向装置转动时所引发的向心加速度值。

其中于该游戏控制模式中，该微处理器可由该双轴陀螺仪传感器所感测的一轴的转动状态，进行动作判断算法的运算，将有助提高单纯以加速度计信号作为动作判断的正确率。

在另一实施例中，本发明提供一种具动作互动的空间指向装置，其特征在于，包括：

一加速度感测模组，其可以产生至少一轴的加速度感测信号；

至少一轴陀螺仪传感器，其可感测旋转动作以产生一转动感测信号；

一转向机构，其与该至少一轴陀螺仪传感器相连接，该转向机构可以调整该至少一轴陀螺仪传感器的方位，并可根据调整的方位产生一转向信号；以及

一微处理器，其与该加速度感测模组、该转向机构以及该至少一轴陀螺仪传感器相偶接以对该至少一轴的加速度感测信号、该转向信号以及该转动感测信号进行演算以与一电子装置进行互动，该微处理器还可利用该转动感测信号作为该空间指向装置于不同模式下的加速度信号的补偿及辅助动作判断的应用。

其中该转向机构还具有：

一转向单元，其可由一旋转运动，以调整该至少一轴陀螺仪传感器的感测轴向；以及

一触发机构，其可于该转向单元，调整至一特定位置时产生该转向信号。

其中该转向机构还具有：

一载座体，其可提供承载该至少一轴陀螺仪传感器；以及

一枢轴，其是通过该载座体，使该载座体可由该枢轴进行该转动运动。

其中该触发机构还具有：

一接触体，其一端具有一电性连接体；

一弹性体，其与该接触体的一端相抵靠，以提供该接触体一作用力，使该接触体可于一第一位置以及一第二位置间往复运动；以及

一电性基板，其是设置于该接触体的一侧，该电性基板可于该接触体于第一位置时与该电性连接体相连接。

其中电性基板上还具有至少一电性接点。

其中该接触体的外缘还具有一凸部，其可提供导引该接触体滑动。

其中该弹性体为一弹簧。

其中该加速度感测模组为三轴加速度感测模组。

其中该加速度感测模组还具有三个加速度传感器。

其中该转向信号可控制该具动作互动的空间指向装置进入指向模式以及游戏控制模式其中之一。

其中于该指向模式中，该微处理可由该至少一轴陀螺仪传感器所感测的转动信号而补偿该空间指向装置转动时所引发的一轴向的向心加速度值。

其中于该游戏控制模式中，该微处理器可由该至少一轴陀螺仪传感器所感测的一轴的转动状态，进行动作判断算法的运算，将有助提高单纯以加速度计信号作为动作判断的正确率。

其中该电子装置可选择为计算机以及多媒体互动装置。

附图说明

为使审查员能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的装置的相关细部结构附图以及设计的理念原由进行说明，以使得审查员可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下，其中：

图1是为利用本发明的具动作互动的空间指向装置的互动系统实施例示意图。

图2是为本发明空间指向装置第一实施例立体示意图。

图3是为米字控制法示意图。

图4是为操作动作示意图。

图5A是为本发明空间指向装置第二实施例立体示意图。

图5B是为本发明空间指向装置实施例切换陀螺仪传感器感测轴向立体示意图。

图6A以及图6B是为本发明的触发机构较佳实施例动作示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，该图是为利用本发明的具动作互动的空间指向装置的互动系统实施例示意图。该互动系统2包括一多媒体主机20、一显示器21以及一空间指向装置3。该互动系统2可以让使用者8通过空间指向装置3以与该多媒体主机20内的多媒体软件进行互动。该多媒体主机20是可为计算机或其它具有运算处理能力的游戏机。使用者8与多媒体主机20再进行互动通讯时，互动的情境或者是景象会通过该显示器21最相对应的显示，让使用者8深入其境，以增加互动效果。

请参阅图2所示，该图是为本发明空间指向装置实施例立体示意图。在本实施例中，该空间指向装置3是具有一电路板34，该电路板34上具有一加速度感测模组30、一陀螺仪传感器31以及一微处理器33。该加速度感测模组30，其是可以感测使用者操作该空间指向装置3的动作而产生至少一轴的加速度感测信号。在本实施例中，该加速度感测模组30是为三轴加速度感测模组，其是可由三个加速度计所构成或者是可以感测三轴加速度参数的整合模组。此外，该加速度感测模组30也可以为单轴或者是双轴或者是具有空间与平面加速度感测的模组。

该陀螺仪传感器31，其是可以感测使用者操作该空间指向装置3的旋转动作而产生一转动感测信号。该陀螺仪传感器31可以为单轴陀螺仪传感器或者是双轴陀螺仪传感器。在图2的实施例中，该陀螺仪传感器31是为双轴陀螺仪传感器(X与Z轴)，并根据侦测到的角速度参数，以产生转动感测信号。该微处理器33，其是与该加速度感测模组30以及该陀螺仪传感器31相偶接以对该至少一轴的加速度感测信号以及该转动感测信号进行演算以与电子装置进行互动。该电子装置是可选择为计算机以及多媒体互动装置。该微处理器33还可利用该转动感测信号作为该空间指向装置于不同模式下的加速度信号的补偿及辅助动作判断的应用。

接下来说明该微处理器于不同模式下的加速度信号的补偿及辅助动作判断的应用，当该空间指向装置3应用于指向模式时，例如：控制鼠标光标移动方向，或者是单纯控制互动游戏的方向等。因为在此模式中，主要是利用加速度感测模组30量测空间指向装置3倾斜时的加速度值，以及由陀螺仪传感器31感测转动状态来分别控制光标在屏幕上垂直及水平方向的移动。在指向模式下，如以Z轴陀螺仪作为屏幕水平方向的控制信号，因手部转动的关系会在轴向(即X轴)引发一向心加速度，造成屏幕上光标在垂直方向的抖动，因此微处理器可根据转动信号，来补偿转动时所引发的加速度值，使之指针控制更加平顺。

当该空间指向装置3可以进入游戏控制模式与电子装置进行互动时，利用加速度感测模组30以及陀螺仪传感器31所量测的信号作为米字控制法的动作分析，以提高单纯以加速度计信号作为动作判断的正确率。请参阅图3所示，该图是为米字控制法示意图，米字控制法包括有上、下、左、右、左上、右上、左下、右下、前与后。也就是使用者可以利用该空间指向装置进行如图3所示的各个方向的操作。然而，一般而言，使用者在做米字控制法时，如左上、左下、右上或者是右下时，手部常会在动作时，不知自觉的绕X轴(即轴向)旋转，如图4中的操控动作91所示，因此，会有一ωx产生。所以由本发明的陀螺仪传感器31，在此一轴向加入陀螺仪感测其转动信号，而微处理器33可根据经由模拟数字(A/D)转换器所传送的转动及加速度信号，撷取与转动及运动相关的特征值，进行动作判断算法的运算，将有助于提高单纯以加速度计信号作为动作判断的正确率。

请参阅图5A所示，该图是为本发明空间指向装置第二实施例立体示意图。在本实施例中，基本上与图2的架构相同，差异的是图5A的实施例多了一个转向机构32，以随时调整该陀螺仪传感器的感测轴向。在本实施例中，该陀螺仪传感器是为一单轴陀螺仪传感器。该转向机构32，其是与该陀螺仪传感器31相连接，该转向机构3以调整该陀螺仪传感器31的方位，并可根据调整的方位产生一转向信号。该微处理器33，其是与该加速度感测模组30、该转向机构32以及该陀螺仪传感器31相偶接以对该至少一轴的加速度感测信号、该转向信号以及该转动感测信号进行演算以与多媒体游戏进行互动。

该转向机构32还具有一转向单元320以及一触发机构321。该转向单元320，其可由一旋转运动，以调整该陀螺仪传感器31的感测轴向。该触发机构321，其是可于该转向单元320调整至一特定位置时产生该转向信号。为了能够让微处理器33判断出该转向单元320已经转向，在本实施例是设计一触发机构321，其是可以在一第一位置时，产生转向信号以告知微处理器33目前该陀螺仪传感器31的位置。当使用者将该转向单元320转向至一第二位置时，便可中断该转向信号，使该微处理器33判断出该陀螺仪传感器31处于另一个感测位置。接下来说明该转向单元320的细部结构，该转向单元320还具有一载座体3200以及一枢轴3201。该载座体3200可提供承载该陀螺仪传感器31。该枢轴3201，其是通过该载座体3200，使该载座体3200可由该枢轴3201进行该转动运动。

接下来说明本发明的转向机构动作，请参阅图5A以及图5B所示，其中图5B是为本发明空间指向装置实施例切换陀螺仪传感器感测轴向立体示意图。一开始，该载座体3200位于该第一位置，也就是该陀螺仪传感器31可以感测出Z轴向的转动状态的位置。当使用者由施力于该载座体3200使其产生转动运动90，进而使该载座体3200以该枢轴3201为旋转轴心，旋转九十度至第二位置。在第二位置的时候，该陀螺仪传感器31则可以感测X轴向的转动状态。通过前述的设计，使得陀螺仪传感器31可由转向机构，以随应用的场合来调整陀螺仪传感器31的感测轴向，以增加空间指向装置3的应用多元性。

接下来说明触发机构的动作，请参阅图6A以及图6B所示，该图是为本发明的触发机构较佳实施例动作示意图。该触发机321构是设置于一壳体3210内，该壳体3210内开设有一容置空间3218，该触发机构321具有一接触体3211、一弹性体3217以及一电性基板3215。该接触体3211是设置于该容置空间3218内，接触体3211的上端具有一接触端面3212，在本实施例中，该接触端面3212是为圆弧端面，但并不以此为限。该接触体3211的一侧具有一凸部3213其是可以提供导引该接触体3211于该容置空间3218内滑动。此外，该接触体3211的其底部具有电性连接体3214，该电性连接体3214是为导电的材料。该弹性体3217，其是以一端抵靠于该凸部3213而以另一端抵靠于该壳体3210的一侧面上，以提供该接触体3211一作用力，使该接触体3211可于一第一位置93以及一第二位置94间往复运动。该弹性体3217，在本实施例中，是为弹簧。该电性基板3215，其是设置于该接触体3211的一侧且与该微处理器33相偶接，该电性基板3215上具有电性接点3216且可于该接触体3211于第一位置时与该电性连接体3214相连接。

当该载座体3200于0度的位置时，亦即如图5A的状态时，载座体3200的一侧会施加压力于该接触体3211的接触端面3212上，使该接触体3211向下移动而压缩该弹性体3217，进而使该接触体3211底部的电性连接体3214与该电性基板3215上的电性接点3216相接触，使得转向信号可以传递至该微处理器33(图中未示)。反之，当使用者将该载座体3200旋转90度后，(如图5B所示)由于此时载座体3200已经离开对应该接触体3211的位置，因此弹性体3217所蓄积的恢复力，会让该接触体3211回复到第二位置。因此该电性基板3215上的电性接点3216就无法导通，使得该微处理器33可以判断出该陀螺仪传感器31已经被使用者转向。

接下来说明在各个模式下的操作，当该转向机构32如图5A的状态时，该空间指向装置3是可用于指向模式。在操作的过程中，微控制器33可由陀螺仪传感器31所感测的信号进行补偿因转向所造成的加速度变化，以维持指针的稳定。另外，当在游戏控制模式下，该转向机构32则转动至如图5B的状态，以感测在进行米字操作法时，绕X轴转动的转动信号。而微处理器33可根据经由模拟数字(A/D)转换器所传送的转动及加速度信号，撷取与转动及运动相关的特征值，进行动作判断算法的运算，将有助于提高单纯以加速度计信号作为动作判断的正确率。

惟以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，当不能以的限制本发明范围。即凡是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，亦不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。

综合上述，本发明提供的空间指向装置，可以动态选择改变陀螺仪传感器的感测轴向，并将指针装置与多媒体互动平台的操作接口整合为一，以增加感测装置的多元性。因此可以满足业界的需求，进而提高该产业的竞争力以及带动周遭产业的发展，诚已符合发明专利法所规定申请发明所需具备的条件，故依法呈提发明专利的申请。

Claims (19)

1.一种具动作互动的空间指向装置，其特征在于，包括：

一加速度感测模组，其可以产生至少一轴的加速度感测信号；

一双轴陀螺仪传感器，其可感测旋转动作以产生一转动感测信号；以及

一微处理器，其是与该加速度感测模组以及该双轴陀螺仪传感器相偶接以对该至少一轴的加速度感测信号以及该转动感测信号进行演算以与一电子装置进行互动，该微处理器还可利用该转动感测信号作为该空间指向装置于不同模式下的加速度信号的补偿及辅助动作判断的应用，其中该模式包括有一指向模式，于该指向模式中，该微处理可由该双轴陀螺仪传感器所感测的一轴向的向心加速度而补偿该空间指向装置转动时所引发的向心加速度值。

2.如权利要求1所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该加速度感测模组为三轴加速度感测模组。

3.如权利要求1所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该加速度感测模组还具有三个加速度传感器。

4.如权利要求1所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该电子装置可选择为计算机以及多媒体互动装置。

5.如权利要求1所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其还具有一游戏控制模式。

6.如权利要求5所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中于该游戏控制模式中，该微处理器可由该双轴陀螺仪传感器所感测的一轴的转动状态，进行动作判断算法的运算，将有助提高单纯以加速度计信号作为动作判断的正确率。

7.一种具动作互动的空间指向装置，其特征在于，包括：

一加速度感测模组，其可以产生至少一轴的加速度感测信号；

至少一轴陀螺仪传感器，其可感测旋转动作以产生一转动感测信号；

一转向机构，其与该至少一轴陀螺仪传感器相连接，该转向机构可以调整该至少一轴陀螺仪传感器的方位，并可根据调整的方位产生一转向信号；以及

一微处理器，其与该加速度感测模组、该转向机构以及该至少一轴陀螺仪传感器相偶接以对该至少一轴的加速度感测信号、该转向信号以及该转动感测信号进行演算以与一电子装置进行互动，该微处理器还可利用该转动感测信号作为该空间指向装置于不同模式下的加速度信号的补偿及辅助动作判断的应用。

8.如权利要求7所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该转向机构还具有：

一转向单元，其可由一旋转运动，以调整该至少一轴陀螺仪传感器的感测轴向；以及

一触发机构，其可于该转向单元，调整至一特定位置时产生该转向信号。

9.如权利要求7所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该转向机构还具有：

一载座体，其可提供承载该至少一轴陀螺仪传感器；以及

一枢轴，其是通过该载座体，使该载座体可由该枢轴进行该转动运动。

10.如权利要求8所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该触发机构还具有：

一接触体，其一端具有一电性连接体；

一弹性体，其与该接触体的一端相抵靠，以提供该接触体一作用力，使该接触体可于一第一位置以及一第二位置间往复运动；以及

一电性基板，其是设置于该接触体的一侧，该电性基板可于该接触体于第一位置时与该电性连接体相连接。

11.如权利要求10所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中电性基板上还具有至少一电性接点。

12.如权利要求10所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该接触体的外缘还具有一凸部，其可提供导引该接触体滑动。

13.如权利要求10所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该弹性体为一弹簧。

14.如权利要求7所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该加速度感测模组为三轴加速度感测模组。

15.如权利要求7所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该加速度感测模组还具有三个加速度传感器。

16.如权利要求7所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该转向信号可控制该具动作互动的空间指向装置进入指向模式以及游戏控制模式其中之一。

17.如权利要求16所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中于该指向模式中，该微处理可由该至少一轴陀螺仪传感器所感测的转动信号而补偿该空间指向装置转动时所引发的一轴向的向心加速度值。

18.如权利要求16所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中于该游戏控制模式中，该微处理器可由该至少一轴陀螺仪传感器所感测的一轴的转动状态，进行动作判断算法的运算，将有助提高单纯以加速度计信号作为动作判断的正确率。

19.如权利要求7所述的具动作互动的空间指向装置，其特征在于，其中该电子装置可选择为计算机以及多媒体互动装置。

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