CN1866181A

CN1866181A - 惯性感测输入装置

Info

Publication number: CN1866181A
Application number: CNA2005101055680A
Authority: CN
Inventors: 蔡明杰; 刘顺男; 余仁渊; 谢清霖; 张祥杰; 黄相宇
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: CN100390719C

Abstract

本发明公开了一种惯性感测输入装置，包括一壳体、一第一惯性感测部、一第二惯性感测部以及一微控制部。该第一惯性感测部，偶接于该壳体内的一电路基板上，可感测一空间第二轴、一空间第三轴的运动状态以及感测一平面第一轴的运动状态；该第二惯性感测部，与该电路基板相偶接，可感测一空间第一轴的运动状态以及感测一平面第二轴的运动状态；该微控制部，偶接于该电路基板上，可接收该第一惯性感测部以及该第二惯性感测部所产生的电信，将其转换成一位移信号，并将此信号以信号传递方式传递至一电子显示装置。

Description

惯性感测输入装置

技术领域

本发明涉及一种感测输入装置，特别是涉及一种利用感测加速度的变化来侦测操作者手部运动惯性及运动状态所产生的旋转量或者是位移量的一种惯性感测输入装置。

背景技术

目前市面上指针输入装置的种类有很多种，较为常见的是，激光指示器或者是鼠标。以鼠标来说，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。其中滚球型鼠标因为在桌面上移动，容易沾黏灰尘，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，无法顺利的操作鼠标。而激光是利用同调光源(coherent light)，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，在玻璃或者等亚克力透明桌面仍会因光学感测的原理而使得功能受限。

1995年，Gyration公司提出U.S.Pat.No.5898421专利名称为“Gyroscopicpointer and method”，该专利揭示一种使用陀螺仪侦测空间中手部旋转运动，将感测的角速度显示成屏幕光标的移动，达成空间鼠标的功能，至于桌面上的运动则使用光学或滚球的方式来感测手部运动。目前市面上也有该公司的空间陀螺仪鼠标的产品。该产品可在桌面上及空间感测人体手部运动，桌面上操作时则利用LED光学感测技术撷取信号，就如同一般LED光学鼠标，离开桌面时则利用陀螺仪感测旋转信号。这种鼠标结合了LED光学及惯性感测原理，故鼠标必须额外整合陀螺仪，造成鼠标成本增加。此外，利用陀螺仪感测空中运动的鼠标会受到陀螺仪昂贵价格的限制，目前高级鼠标的平均价格约US$40左右，市面上可购买的单轴陀螺仪价钱约US$30，而Gyration公司所出产的“Gyration In-Air Wireless Optical Mouse”的价格约US$79，因此在成本及价格方面与光学鼠标比较起来缺乏产品竞争力。

总括来说，此类鼠标问题包括：

(1)在平面操作时，此类鼠标是以光学感测原理来感测位置变动，故仍具有耗电、表面追踪等问题。

(2)在空间操作时，则是利用陀螺仪感测来计算旋转角度，此会因价格过高而使得产品商业化不具竞争力。

若以激光指示器而言，大部分为单独的激光指示功能，应用于简报的场合，并没有所谓的将激光指示器与可感测空间的运动状态的鼠标进行结合，以利简报人进行简报或者是操控计算机的装置。

本发明就是解决上述的问题，设计一惯性感测输入装置，使之能够达到使用方便及精确感测等目的，并且可在平面上及空间中使用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种惯性感测输入装置，其利用数个惯性传感器，借由该惯性传感器配置与差分运算，使该惯性感测输入装置利于平面或空间平移运动，同时，能够感测操作者的运动状态，达到侦测该惯性感测输入装置在平面或者是空间中位置的目的。

本发明的另一目的在于提供一种惯性感测输入装置，其利用一感测切换部以控制该惯性感测输入装置能够切换感测功能，达到可以选择感测平面或者是感测空间运动状态的目的。

本发明的另一目的在于提供一种惯性感测输入装置，其利用一回位开关以切换惯性传感器启动或者是停止感测该惯性感测输入装置在平面上的运动状态，达到便于操作者操作的目的。

为了实现上述目的，本发明公开了一种惯性感测输入装置，包括一壳体、一第一惯性感测部、一第二惯性感测部以及一微控制部。该第一惯性感测部，偶接于该壳体内的一电路基板上，可感测一空间第二轴、一空间第三轴的运动状态以及感测一平面第一轴的运动状态；该第二惯性感测部，与该电路基板相偶接，可感测一空间第一轴的运动状态以及感测一平面第二轴的运动状态；该微控制部，偶接于该电路基板上，可接收该第一惯性感测部以及该第二惯性感测部所产生的电信，将其转换成一位移、旋转信号，并将此信号以信号传递方式传递至一电子显示装置。

较佳的是，该第一惯性感测部还包括有一第一加速度计，与该微控制部相偶接，可以感测该平面第一轴的加速度以及感测该空间第一轴的加速度；一辅助加速度计，与该微控制部相偶接且与该第一加速度计相距一距离，该辅助加速度计可感测该空间第一轴方向的加速度；其中，该微控制部，可以接收该第一加速度计以及该辅助加速度计所感测该空间第一轴向的加速度，利用差分方式处理而得到该空间第三轴的旋转运动状态。

较佳的是，该第二惯性感测部为一第二加速度计，与该微控制部相偶接，该第二加速度计可以感测该平面第二轴的加速度以及感测该空间第一轴的旋转运动状态。

较佳的是，该电路基板还偶接有一感测切换部，可以选择切换该微控制部进行一三维空间运动的计算或进行一二维空间运动位移计算。

较佳的是，该电路基板还偶接有一回位开关，可在该微控制部选择进行该二维空间运动位移计算时，选择该微控制部进行二维空间运动位移计算或者选择该微控制部停止进行二维空间运动位移计算。

下面配合附图和具体实施例对本发明的特征作详细说明，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A为本发明第一较佳实施例的各部原件组合示意图；

图1B为本发明第一较佳实施例的侧视示意图；

图2为本发明惯性感测输入装置第一较佳实施例方块示意图；

图3为空间坐标与角速度关系示意图；

图4为本发明第一较佳实施例中决定空间第三轴旋转运动的说明示意图；及

图5为本发明的另一较佳实施例示意图。

其中，附图标记：

2-电子显示装置

3-惯性感测输入装置

30-壳体

301-上壳体

302-下壳体

31-电路基板

32-按键组

321-左按键

322-右按键

33-第一惯性感测部

331-第一加速度计

332-辅助加速度计

34-第二惯性感测部

35-微控制部

36-无线传输模块

37-感测切换部

371-切换键

372-切换控制器

38-回位开关

39-激光指示器

h-距离

θ-角度

4-简报系统

40-投影幕

41-投影机

42-计算机

具体实施方式

参考图1A，该图为本发明第一较佳实施例的各部原件组合示意图。该惯性感测输入装置，是在一具有上壳体301以及下壳体302的壳体30中，容置有一电路基板31、一按键组32、一第一惯性感测部33、一第二惯性感测部34、一微控制部35、一无线传输模块36、一感测切换部37以及一回位开关38(图中未示)。

该第一惯性感测部33，偶接于该电路基板31上，该第一惯性感测部33可感测一空间第二轴、一空间第三轴的运动状态以及感测一平面第一轴的运动状态。其中在本较佳实施例中，该第一惯性感测部33还包括有：一第一加速度计331以及一辅助加速度计332。该第一加速度计331，与该微控制部35相偶接，可以感测该平面第一轴的加速度以及感测该空间第一轴的加速度；该辅助加速度计332，与该微控制部35相偶接且与该第一加速度计331相距一距离，其可感测该空间第一轴的加速度。

该第二惯性感测部34，与该电路基板31相偶接，其可感测一平面第二轴的运动状态以及感测该空间第一轴的旋转运动状态。在本较佳实施例中，该第二惯性感测部34为一第二加速度计，与该微控制部35相偶接，可以感测该平面第二轴的加速度以及感测该空间第一轴的旋转运动状态。

该按键组32，包括有一左按键321以及一右按键322用以提供给使用者输入的功能。该微控制部35，偶接于该电路基板31上，可接收该第一惯性感测部33以及该第二惯性感测部34所产生的电信，将其转换成一位移信号，并将此信号以信号传递方式传递至一电子显示装置(图中未示)。在本较佳实施例中，该电子显示装置可为一电视(各种平面电视)、多媒体显示装置或者是计算机。该传输方式可以是无线传输模块36的信号传递方式，也可以是使用信号线的有线传输方式。

该感测切换部37，包括有一与一切换控制器372作电性连接的切换键371，该切换控制器372与该电路基板31偶接，该切换控制部37可以选择切换该惯性感测输入装置3进行空间运动感测或者是平面运动感测的模式。当该切换控制部37选择了平面运动感测的模式，该第一惯性感测部33便可感测该平面第一轴的运动状态。同时，该第二惯性感测部34可感测该平面第二轴的运动状态。其中，该平面第一轴与该平面第二轴相互正交。当该切换控制部37选择了空间运动感测的模式，该第一惯性感测部33可感测该空间第二轴与空间第三轴的旋转运动状态以及该第二惯性感测部34可感测该空间第一轴的旋转运动状态，因此通过该第一惯性感测部33与该第二惯性感测部34的组合以形成可感测空间运动状态的惯性感测输入装置。

请参考图1B，该图为本发明第一较佳实施例的侧视示意图。该回位开关38，设置于该下壳体302的下方与该电路基板31作电信连接，该回位开关是使用在当该惯性感测输入装置3被选择为平面感测模式的时候。当该惯性感测输入装置3平放于桌面操作时，该回位开关38将被桌面阻挡而不会弹出，此时该惯性感测输入装置3可以正常的在操作桌面上操作。通常，当使用者在桌面上操作时，可能要调整该惯性感测输入装置3的位置，这时可将该惯性感测输入装置3举起以调整该惯性感测输入装置3至想要的操作的位置，当该惯性感测输入装置3被举起的时候，为了避免因为调整该惯性感测输入装置3的操作位置而移动了该第一惯性感测部33以及该第二惯性感测部34，导致在该电子显示装置上的光标跟着移动，本发明利用了该回位开关38在该惯性感测输入装置3举起时会弹出，进而使得该微控制部35忽视该第一惯性感测部33以及该第二惯性感测部34的感测，而使该电子显示装置画面中的光标可以维持固定不动。

请参考图2以及图1，其中图2为本发明惯性感测输入装置第一较佳实施例方块示意图。当该感测切换部37切换至平面感测模式的时候，该第一惯性感测部33内的该第一加速度计可以感测该惯性感测输入装置3在该平面第一轴(例如X轴)的加速度值，该第二惯性感测部34可以感测该平面第二轴(例如Y轴)的加速度。该微控制部35接收该第一惯性感测部33以及该第二惯性感测部34所产生的电信，经过运算积分处理的后得到位移，再将该位移以信号通过该无线传输模块36传递至电子显示装置2上，该电子显示装置可为投影幕、电视或者是计算机的显示屏幕等。

请参考图3，该图为空间坐标与角速度关系示意图。当该感测切换部37切换至空间感测的模式时，该第二惯性感测部34侦测该惯性感测输入装置在该空间第一轴(X轴)的转动运动ω_x，所产生的加速度变化，传递到该微处理部35，进而得到俯仰角度，以作为光标上下移动的输入信号，再通过该无线传输模块36传递至该电子显示装置2。

请参考图4，该图为本创作第一较佳实施例中决定空间第三轴旋转运动的说明示意图。该第一惯性感测部33的该第一加速度计331以及该辅助加速度计332所感测的空间第一轴(X轴)加速度差值积分便可得到位移(S₁，S₂)，然后推算S₁，S₂的差值，由于该第一加速度计331以及该辅助加速度计332相差一距离h，所以可以得到该空间第三轴(Z轴)的角度θ变化，来作为光标左右移动的输入信号。接着将产生的信号通过无线传输模块36输出，让该电子显示装置接收，以便在画面中显示光标的位置。

再参考图3，该第一惯性感测部33的该第一加速度计也可以侦测该惯性感测输入装置在该空间第二轴(Y轴)的转动ω_y所产生的加速度信号，并传递至该微处理部35，经处理进而得到角度变化量，作为光标位移的输入信号，通过该无线传输模块36传递至该电子显示装置。

本发明所提供的惯性感测输入装置，可以应用在鼠标上使该鼠标可进行二维空间以及三维空间的感测。请参考图5，为本发明的惯性感测输入装置应用于简报系统的示意图。该简报系统4包括有一投影幕40、一投影机41以及一计算机42。当该惯性感测输入装置3切换成三维空间运动的计算时，其也可以变成一简报用指示装置，使报告人在大型简报会场中进行简报时，可以将惯性感测输入装置3拿在手上，操控计算机42上的光标移动进而反应到简报投影幕40上，可用此光标移动当作简报用的指示装置。此外，在该惯性感测输入装置3中还包括有一激光指示器39，可以投射激光光点到简报投影幕40上。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1、一种惯性感测输入装置，其特征在于，包括：

一壳体；

一第一惯性感测部，偶接于该壳体内的一电路基板上，该第一惯性感测部可感测一空间第二轴、一空间第三轴的运动状态以及感测一平面第一轴的运动状态；

一第二惯性感测部，与该电路基板相偶接，该第二惯性感测部可感测一空间第一轴的运动状态以及感测一平面第二轴的运动状态；以及

一微控制部，偶接于该电路基板上，该微控制部可接收该第一惯性感测部以及该第二惯性感测部所产生的电信，将其转换成一位移信号，并将此信号以信号传递方式传递至一电子显示装置。

2、根据权利要求1所述惯性感测输入装置，其特征在于，该第一惯性感测部还包括有：

一第一加速度计，与该微控制部相偶接，该第一加速度计可以感测该平面第一轴的加速度以及感测该空间第一轴的加速度；以及

一辅助加速度计，与该微控制部相偶接且与该第一加速度计相距一距离，该辅助加速度计可感测该空间第一轴向的加速度。

3、根据权利要求2所述惯性感测输入装置，其特征在于，该微控制部可以接收该第一加速度计以及该辅助加速度计所感测的空间第一轴加速度，利用差分方式处理而得到该空间第三轴的旋转运动状态。

4、根据权利要求1所述惯性感测输入装置，其特征在于，该第二惯性感测部为一第二加速度计，与该微控制部相偶接，该第二加速度计可以感测该平面第二轴的加速度以及感测该空间第一轴的旋转运动状态。

5、根据权利要求3所述惯性感测输入装置，其特征在于，该第一加速度计，还可以感测该空间第二轴的旋转运动状态。

6、根据权利要求1所述惯性感测输入装置，其特征在于，该电路基板还偶接有一感测切换部，其可以选择切换该微控制部进行一三维空间运动的计算或进行一二维空间运动位移计算。

7、根据权利要求6所述惯性感测输入装置，其特征在于，该感测切换部选择切换该微控制部进行该三维空间运动计算时，该第一惯性感测部侦测该壳体在该空间第三轴的转动状态，该第二惯性感测部侦测该壳体在该空间第一轴的转动状态，使该壳体在空间中的运动状态可以反应到该电子显示装置上。

8、根据权利要求6所述惯性感测输入装置，其特征在于，该感测切换部选择切换该微控制部进行该三维空间运动计算时，该第一惯性感测部侦测该壳体在该空间第二轴的转动状态。

9、根据权利要求6所述惯性感测输入装置，其特征在于，该电路基板还偶接有一回位开关，其可在该微控制部选择进行该二维空间运动位移计算时，选择该微控制部进行二维空间运动位移计算或者选择该微控制部停止进行二维空间运动位移计算。

10、根据权利要求1所述惯性感测输入装置，其特征在于，可为一鼠标。

11、根据权利要求1所述惯性感测输入装置，其特征在于，在简报时可将其拿在手上，操控计算机上的光标移动来作为一简报用指示装置。

12、根据权利要求1所述惯性感测输入装置，其特征在于，还包括有一激光指示器。