CN1942850A - 3d光标控制系统 - Google Patents

Abstract

一种3D光标控制系统，包括：发射超声波的遥控单元(20)。超声传感器(14a，14b，14c)测量遥控单元(20)的位置变化用以控制光标在显示器上的位置。超声传感器(14a，14b，14c)还测量遥控单元(20)移开传感器(14a，14b，14c)的距离。随后，该距离测量被用于调节3D光标控制系统的灵敏度，以致于不管遥控单元(20)离超声传感器(14a，14b，14c)的距离是多少，都使光标依照遥控单元(20)的相同移动而在显示器上移动。

Description

3D光标控制系统

本发明涉及一种用于控制显示设备上的光标的遥控器。

遥控器多年来到处都在使用，并且用于控制各种消费类电子产品(例如电视接收机)。当和电视接收机一起使用时，遥控器能够控制例如频道选择、音量等电视接收机的各种操作功能。在新近的远程控制系统中，遥控器包括“方向”键，用以在显示屏上将“加亮”区移动到各预定的区域从而达到选择/设置电视接收机的各种功能的目的。

在计算机领域中，遥控器例如采用计算机鼠标的形式也是公知的，其用以在计算机显示屏各处移动光标从而达到选择/设置各种功能的目的。

随着在电视接收机上可播放的计算机视频游戏的出现，已经对用于例如在电视接收机的显示器上到处移动光标的鼠标式遥控器产生了需求。

美国专利5,999,167公开了一种光标控制装置，其中通过电视接收机上的超声发射器和手持式遥控器上的超声接收器阵列来检测手持式遥控器的移动，其中控制信号经由手持式遥控器上的红外发射器和电视接收机上的红外接收器被传输到电视接收机。

尽管此系统的工作情况能够令人满意时，但是该系统的响应却要依赖于用户移开电视接收机的距离。当用户比较接近于电视接收机时，手持式遥控器的一定量的移动转换为光标在电视接收机上的相应移动。然而，当用户距离电视接收机比较远时，为了获得光标的相同的相应移动，用户就需要使手持式遥控器做极其夸大的移动。

本发明的目标是提供一种对用户移开受控装置的距离不敏感的3D光标控制系统。

上述目标采用一种光标控制系统来实现，所述光标控制系统包括：具有用于将控制信号发射给受控装置的装置的手持式遥控单元，所述手持式遥控单元另外还具有用于发射超声位置信号的装置；接收装置，用于接收所述控制信号并且用于将所述所接收的控制信号施加到所述受控装置用以控制所述受控装置的各种功能；超声传感器阵列，用于接收所述超声定位信号；和耦合至所述超声传感器阵列的装置，用于检测所述手持式遥控单元的移动并且用于将光标位置信号施加到所述受控装置用以在所述受控装置的显示器上与所述手持式遥控单元的所述移动对应地移动光标，光标移动相对于手持式遥控单元的所检测的移动处于预先确定的比率，其中用于检测所述手持式遥控单元的装置包括用于修改所述超声传感器阵列的灵敏度以致于使所述预先确定的比率保持恒定的装置，由此，手持式遥控单元在比较远离受控装置时的移动，与手持式遥控单元在比较接近受控装置时同样地移动的情况相比，导致相同的光标移动。

在这种光标控制系统中，连续地监控遥控单元与超声传感器阵列之间的距离，并且根据所检测的距离连续地修改该光标控制系统的灵敏度，以致使遥控单元的移动相对于光标的移动保持恒定。同样，遥控单元相同舒适的移动被用于相对地移动光标，而不管遥控单元与超声传感器阵列之间的距离是多少。

考虑到上述和附加的目标和优点，如下文中所表现的那样，将参考附图描述本发明，其中：

图1示出现有技术三维计算机鼠标系统；

图2A示出人从近距离使用现有技术三维光标控制系统的图示，而图2B示出相同的人从远距离使用相同的现有技术三维光标控制系统的图示，和图2C示出相同的人从远距离使用本发明的光标控制系统的图示；

图3A示出说明手持式单元接近于接收器时和远离接收器时的移动之间的差别的图示；

图3B示出说明手持式单元接近于接收器时和远离接收器时的移动之间的差别的另一图示；

图4示出本发明的三维光标控制系统的电路框图；

图5示出如在图4中所示的3D光标控制系统用的灵敏度调节器的第一实施例的电路框图；

图6示出在图4中所示的3D光标控制系统用的灵敏度调节器的第二

实施例的电路框图；

图7示出用于实现本发明的第二实施例的在微处理器中处理的流程图。

图1示出供个人计算机使用的公知的三维控制系统。该系统包括具有用于显示图像的监控器12的个人计算机10。超声传感器阵列14a、14b和14c被布置在监控器12的外围各处，并且经由与输入端口18协作的总线16与个人计算机10通信。3D鼠标20示出是处于用户的手中，并且包括用于发射超声波24的超声发射器，所述超声波由超声传感器14a、14b、14c检测。3D鼠标经由总线26从个人计算机10接收工作功率，并且将控制信号经由总线26发送给个人计算机10。

3D控制系统利用超声波和多普勒效应来控制光标在监控器12的显示器上的移动。特别是，以三角形被布置在监控器12周围的三个传感器14a、14b、14c测量所接收的声音信号与参考值之差。例如，当发射器(也即3D鼠标20)朝向传感器移动时，由于多普勒效应，所接收的信号将大于原始信号。因此，一个传感器足以测量3D鼠标相对于传感器的距离之差。通过使用三角形定位的三个传感器，就可以测量发射器和每个传感器之间的绝对距离。这使得利用3D鼠标仅仅通过在空中移动该3D鼠标就可以控制光标。

虽然该公知系统的工作情况相当好，但是申请人注意到该系统还是具有缺点。特别是，将超声发射器至接收器(三个传感器之一)之间的距离看作向量(x，y，z)，由此接收器位于点(0，0，0)处，并且发射器的初始点位于x轴上的某处。超声发射器越接近于接收器(向量的x分量越小)，每当在y-z范围中移动其相移就越大。换句话说，在受控装置是电视接收机的情况下，如果你拿着你的3D遥控器靠近电视接收机，则为了具有相同的光标行为，与你从远距离处所必须移动的相比，你可以进行比较小且慢的y-z移动。实际上，相移只是在确定的时间段内在初始距离和最终距离之差的结果。离开接收机距离越大就意味着应该在y-z范围中做更大的移动，以便造成初始距离和最终距离之间的相关差。

在图2A和2B中图解地示出该效果，其中如在图2A中所示，3D遥控器30小的(且舒适的)移动被用于在电视接收机34上控制光标，而如在图2B中所示，为了实现相同的光标移动，则需要3D遥控器30做大的(且比较不舒适的)移动。

如在图3A中所示，(在电视接收机32处的)接收器34把3D遥控器在与接收器34之间的距离为X(1)处沿Y方向上的移动Y(1)解释成3D遥控器30在与接收器34之间的距离为X(2)处沿Y方向上的移动Y(2)是相同的。图3B以其他方式说明该情形：“a”是(在点T1处的)发射器30至(在点R处的)接收器(34)之间的绝对距离。“b”是发射器30正要(从点T1至点T2)进行的移动。“c”是由移动“b”所引起的绝对距离的变化。由于该变化“c”，在所发射的声音(或者任何其他形式的波)处将出现相移。当“a”变大时，“b”应该变大，以便具有相同的“c”。这在以下的公式中示出：

$b=\sqrt{(2a+c)*c}.$

图4示出本发明的3D光标控制系统的电路框图。遥控单元100包括用于发射超声波104的超声发射器102。这些超声波104由超声传感器106a、106b、106c检测。来自传感器106a、106b和106c的输出被施加到光标控制器108，所述光标控制器包括用于利用来自传感器106a、106b和106c的输出信号来检测遥控单元100的移动的移动检测器110、用于根据由移动检测器110所检测的移动来确定光标位置的光标定位器112、和灵敏度调节器114。该灵敏度调节器114修改光标定位器112的灵敏度来使光标移动与遥控单元100的所检测的移动的比率保持恒定，由此补偿遥控单元100与传感器106a、106b和106c之间的距离。来自光标控制器108的输出被施加给显示器116。

在图5中图形地示出灵敏度调节器114的一种实施例，其中遥控单元100包括变量控制器118，其产生可由遥控单元100的用户改变的控制信号。然后，该控制信号可以经由(未示出的)标准红外信号被传输给灵敏度调节器114。随后，用户能够调节光标控制系统的灵敏度，以便能够使遥控单元100的移动相对于光标移动保持恒定，以致不管与传感器106a、106b、106c之间的距离是多少，都能够实现舒适地移动遥控单元100。

在图6的电路框图中示出灵敏度调节器114′的第二实施例。来自传感器106a、106b和106c的输出被施加给光标控制器108′，该光标控制器包括用于利用来自传感器106a、106b和106c的输出信号来检测遥控单元100的移动的移动检测器110。来自移动检测器110的输出被施加到光标定位器112用以在显示器116上移动光标。此外，移动检测器110的输出被施加给灵敏度检测器114′，该灵敏度检测器然后检测遥控单元100与传感器106a、106b和106c之间的距离。根据该所确定的此距离，灵敏度检测器114′将控制信号施加给光标定位器，用于修改其灵敏度以使遥控单元100的移动相对于光标移动的比率保持恒定。照这样，传感器控制系统的用户查觉不到任何变化，不管离传感器106a、106b和106c之间的距离是多少，光标都随着遥控单元的相同移动而在显示屏上移动。

图7示出解释图6的实施例的操作的流程图。从开始位置200，在步骤202处，光标控制系统检测是否在遥控单元100上按下光标键。如果没有，该程序在步骤204处退出。如果在步骤202处确定出光标键被按下，则在步骤206处确定校准键是否也正被按下。这由用户在离传感器106a、106b和106c的已知距离处来完成。在步骤208处，光标控制系统确定光标移动与所期望的遥控单元移动的比率R，根据比率R和已知距离来确定光标控制系统的灵敏度设置SDEFAULT，并且将距离D设置为默认值DDEFAULT、也即已知距离。这标志校正阶段结束。

光标控制系统现在处于工作阶段，并且继续进行到步骤210。如果在步骤206中确定出校准键没有被按下，则系统跳至步骤210。

在步骤210处，光标控制系统测量至遥控单元100的当前距离DMEASURE。在步骤212处，光标控制系统确定所测量的距离DMEASURE是否等于所存储的距离D。如果是这样，则在步骤214处，光标控制系统暂停一个确定的时间量(以防止系统动作太快)，并且然后返回至步骤202。如果在步骤212处所测量的距离DMEASURE不等于所存储的距离，则在步骤216处，光标控制系统根据所测量的距离DMEASURE计算新的灵敏度设置SCALC，以致比率R保持恒定，并且在步骤218处设置灵敏度设置S等于SCALC以及设置距离D等于DMEASURE。在步骤220处，光标控制系统暂停一个确定的时间量，然后返回至步骤202。

这里所公开的结构的各种改变和修改将呈现给本领域技术人员。然而，应该理解的是，上述实施例仅仅是为了说明的目的，而并不被解释为对本发明的限制。不偏离本发明的精神的所有这种修改目的在于将它们都包括在所附的权利要求的范围内。

Claims (4)

1.一种光标控制系统，包括：

具有用于将控制信号发射到受控装置(32)的装置的手持式遥控单元(100)，所述手持式遥控单元(100)还具有用于发射超声位置信号的装置(102)；

接收装置，用于接收所述控制信号并且用于将所述所接收的控制信号施加到所述受控装置(32)用以控制所述受控装置(32)的各种功能；

超声传感器阵列(106a，106b，106c)，用于接收所述超声位置信号；和

耦合至所述超声传感器阵列(106a，106b，106c)的装置(108，110，112)，用于检测所述手持式遥控单元(100)的移动，并且用于将光标位置信号施加到所述受控装置(32)用以与所述手持式遥控单元(100)的所述移动相对应地在所述受控装置(32)的显示器(16)上移动光标，光标移动相对于手持式遥控单元(100)的所检测的移动处于预先确定的比率，

其中用于检测所述手持式遥控单元(100)的移动的装置(108，110，112)包括用于修改所述超声传感器阵列(106a，106b，106c)的灵敏度以致使所述预先确定的比率保持恒定的装置(114)，由此，手持式遥控单元(100)在比较远离受控装置(32)时的移动，与手持式遥控单元(100)在比较接近于受控装置(32)时同样地移动的情况相比，导致相同的光标移动。

2.根据权利要求1所述的光标控制系统，其中所述修改装置(114)包括在所述手持式遥控单元(100)上的可手动操作的变量控制器(118)，所述可手动操作的变量控制器被耦合至所述控制信号发射装置用以将灵敏度设置信号发射给所述受控装置(32)的所述检测装置(108、110、112)，其中所述灵敏度设置信号修改所述超声传感器阵列(106a，106b，106c)的所述灵敏度。

3.根据权利要求1所述的光标控制系统，其中所述修改装置包括被耦合至所述超声传感器阵列(106a，106b，106c)用以确定所述手持式遥控单元(100)与所述超声传感器阵列(106a，106b，106c)之间的距离的装置(112)、和用于根据所述所确定的距离修改所述灵敏度的装置(114′)。

4.一种用于根据3D遥控单元(100)的移动来控制光标在显示器(116)上的移动的方法，所述方法包括步骤：

检测位于离接收器(106a，106b，106c)为预先确定的距离处的3D遥控单元(100)；

根据所述接收器的灵敏度设置和所述预先确定的距离来确定(108，110，112)光标移动与3D遥控单元(100)的移动的比率；和

测量3D遥控单元(100)离接收器的当前距离(106a，106b，106c，110)，并且根据所测量的当前距离修改所述接收器的灵敏度设(114′)置以致使所述比率保持恒定。

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