TWI483144B - 三維指向裝置 - Google Patents

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TWI483144B TW101128329A TW101128329A TWI483144B TW I483144 B TWI483144 B TW I483144B TW 101128329 A TW101128329 A TW 101128329A TW 101128329 A TW101128329 A TW 101128329A TW I483144 B TWI483144 B TW I483144B
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Gang Neng Sung
Chien Ming Wu
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Description

三維指向裝置
本發明係為一種三維指向裝置，特別是一種藉由粗糙面進行指令輸入之三維指向裝置。
傳統的指向裝置，例如滑鼠，係僅能於二維方向上進行指向控制，因此使用鍵盤打字時，若需要進行指向控制，必須將手移至滑鼠來控制，當需要使用鍵盤打字時，又須將手移至鍵盤進行打字，如此一來，手部在過程中移動的幅度相當大，若能在三維空間上直接進行指向控制，則可以有效的減少手部移動，亦符合人體工學之需求。
美國專利第2003/0142065號揭露了一種戒指，其內設有慣性感測器，諸如加速感測器及迴旋感測器以感測手指之運動，其亦設有按鈕以供輸入使用者之命令至電腦。如此一來，使用者可以在鍵盤打字的過程中，簡易的利用手部細微的運動進行指向控制，並同時利用按鈕輸入控制指令。
然而，上述裝置使用了按鈕來輸入控制指令，按鈕除了體積較大，另外內部的電路也較為複雜，因此需要一種電路設計較簡便的裝置，且進而使體積較輕薄簡單的裝置。
本發明係為一種三維指向裝置，其包括：殼體、慣性量測單元、資料處理單元、通訊單元及電源單元。本發明可以達到 讓使用者在三維空間中進行指向控制，並藉由粗糙面進行指令輸入，以增進使用便利性，並且使裝置更為輕薄短小。
本發明係提供一種三維指向裝置，其包括：一殼體，具有一粗糙面；一慣性量測單元，設置於殼體內並與殼體接觸，慣性量測單元包括：一陀螺儀，用以感測殼體之角加速度以輸出一轉動資訊；及一加速度計，用以感測殼體之線性加速度以輸出一加速度資訊，又感測粗糙面產生之特定頻率以輸出一頻率資訊；一資料處理單元，用以整合轉動資訊、加速度資訊及頻率資訊以成為一輸出資料；一通訊單元，用以傳輸輸出資料；以及一電源單元，用以供應三維指向裝置電源。
藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效：
一、可以在三維空間中進行指向控制。
二、可以增進使用便利性及多樣性。
三、可以減少裝置體積。
為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。
第1圖為本發明實施例之一種三維指向裝置立體圖。第2圖為本發明實施例之一種三維指向裝置之元件方塊圖。第3a圖為本發明實施例之一種單組粗糙條紋態樣一。第3b圖為本 發明實施例之一種單組粗糙條紋態樣二。第4a圖為本發明實施例之一種複數組粗糙條紋態樣一。第4b圖為本發明實施例之一種複數組粗糙條紋態樣二。第4c圖為本發明實施例之一種複數組粗糙條紋態樣三。第4d圖為本發明實施例之一種複數組粗糙條紋態樣四。第4e圖為本發明實施例之一種複數組粗糙條紋態樣五。第5圖為本發明實施例之一種加速度計訊號示意圖一。第6圖為本發明實施例之一種加速度計訊號示意圖二。
如第1圖及第2圖所示，本發明之實施例為一種三維指向裝置100，其包括：殼體10、慣性量測單元20、資料處理單元30、通訊單元40及電源單元50。
殼體10，其為三維指向裝置100之本體，用以保護內部元件。若三維指向裝置100設計用於配戴在手指上，殼體10可以具有套環12。套環12係與殼體10之底面結合，用以供手指穿入並固定。另外，殼體10具有粗糙面11，粗糙面11可以有多種設置樣式，只要能夠使手指滑過粗糙面11時，讓粗糙面11產生特定振動頻率，並將特定振動頻率傳至殼體10即可。
請同時參考第3a圖及第3b圖，粗糙面11可以沿著同一方向由一組粗糙條紋所形成。隨著此組粗糙條紋之間隙安排的改變，能讓使用者之手指滑過粗糙面11時，產生不同的振動頻率，發明人可以依照需要的特定振動頻率調整粗糙條紋之間隙。此外，發明人可以依照使用者便利的方向來設置粗糙條紋的方向，方向可以為橫向、縱向、左斜向或右斜向之方向。此外，每一粗糙條紋可以藉由複數個顆粒以相同密度之方式排列 形成一條粗糙條紋。
請同時參考第4a圖至4e圖，粗糙面11亦可以沿著至少一方向由複數組不同密度之粗糙條紋所形成。也就是說，發明人可以在粗糙面11安排複數組粗糙條紋以使手指分別滑過不同組粗糙條紋時，產生不同的特定振動頻率，供使用者輸入不同的控制指令。因此，粗糙條紋之設置可以有多種不同的實施態樣，發明人可以依照使用者便利的方向來設置粗糙條紋的方向，方向也可以為橫向、縱向、左斜向或右斜向之方向。此外，每一粗糙條紋可以藉由複數個顆粒以相同密度之方式排列形成一條粗糙條紋。
如第4a圖所示，第一種實施態樣為在橫向方向上設置兩組不同密度之粗糙條紋，使用者滑過第一組粗糙條紋所產生的振動頻率會與滑過第二組粗糙條紋所產生的振動頻率不同，進而可以將不同的振動頻率指定為不同的控制指令，以取代諸如滑鼠之單點擊或雙點擊等控制指令。
如第4b圖所示，第二種實施態樣為在縱向方向上設置兩組不同密度之粗糙條紋。
如第4c圖所示，第三種實施態樣為在橫向方向上設置一組粗糙條紋，並在縱向方向上設置另一組與其密度不同之粗糙條紋。
如第4d圖及第4e圖，第四種及第五種實施態樣為在縱向及橫向上同時各設置有兩組不同密度之粗糙條紋，因此可以產生四種不同的特定頻率。上述第4a圖至4e圖僅簡單表示五種可能的實施態樣，但本發明之實施態樣並不侷限於此。
如第2圖所示，慣性量測單元20，設置於殼體10內並與殼體10接觸，因此，由粗糙面11傳到殼體10之振動頻率可以再傳遞至慣性量測單元20。慣性量測單元20包括：陀螺儀21以及加速度計22，此外還可以進一步包括地磁儀23。
陀螺儀21，當使用三維指向裝置100在三維空間中進行指向控制時，陀螺儀21會隨著殼體10在三維空間的移動角度偏移而產生電訊號，進而可以即時感測殼體10在移動時之角加速度以輸出轉動資訊。
請同時參照第5圖，加速度計22，當使用三維指向裝置100在三維空間中進行指向控制時，殼體10在空間的移動速度改變會使加速度計22中之質量塊移動而產生電訊號改變，進而可以即時感測殼體10在移動時之線性加速度以輸出加速度資訊。例如得到各個方向(x,y,z)加速度計22之時間-振幅數據，上方A區即是三維指向裝置100在三維空間中進行指向控制時之時間-振幅數據，接著將A區進行快速傅立葉轉換(FFT)，可以得到下方之頻率-振幅之資訊以供分析輸出成加速度資訊。當得知轉動資訊及加速度資訊，即可推得三維指向裝置100在三維空間中之移動方式，藉以進行指向控制。
請同時參照第6圖，由於加速度計22之頻率響應寬，故又可以感測到粗糙面11經過手指滑過時所產生之振動，上方B區即是三維指向裝置100在三維空間中進行指向控制時，粗糙面11被摩擦產生特定振動頻率之時間-振幅數據，接著將B區進行快速傅立葉轉換(FFT)，可以得到下方之頻率-振幅之資訊以供分析輸出成頻率資訊。
地磁儀23，利用地球磁場影響而產生的電訊號改變來感測地球磁場方向以輸出地磁資訊，可以進一步提供三維指向裝置100之方位資訊。
資料處理單元30，藉由將陀螺儀21產生之轉動資訊、加速度計22產生之加速度資訊及頻率資訊打包的方式來整合上述資訊以成為輸出資料，如果三維指向裝置100包括有地磁儀23，資料處理單元30則進一步將地磁儀23產生的地磁資訊整合入輸出資料。另外，資料處理單元30之輸入端可以進一步設有運算模組31，當轉動資訊、加速度資訊及頻率資訊需要進行不同應用時，運算模組31係用以讀取及計算轉動資訊、加速度資訊及頻率資訊。同樣地，若三維指向裝置100包括有地磁儀23，運算模組31亦用以讀取及計算地磁資訊。
通訊單元40，用以將資料處理單元30整合出來的輸出資料傳輸至三維指向裝置100進行指向控制的裝置，其中通訊單元40可以為有線通訊單元或無線通訊單元。有線通訊單元可以為4/8 bit MCU或USB MCU等通訊單元，無線通訊單元可以為Wi-Fi、藍芽(bluetooth)、Zigbee或433 MHz RF等通訊單元。
電源單元50，用以供應三維指向裝置100電源。電源單元50可以為一次電池、二次電池、太陽能電池、壓電元件、熱電元件或其組合。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等 效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
100‧‧‧三維指向裝置
10‧‧‧殼體
11‧‧‧粗糙面
12‧‧‧套環
20‧‧‧慣性量測單元
21‧‧‧陀螺儀
22‧‧‧加速度計
23‧‧‧地磁儀
30‧‧‧資料處理單元
31‧‧‧運算模組
40‧‧‧通訊單元
50‧‧‧電源單元
第1圖為本發明實施例之一種三維指向裝置立體圖。
第2圖為本發明實施例之一種三維指向裝置之元件方塊圖。
第3a圖為本發明實施例之一種單組粗糙條紋態樣一。
第3b圖為本發明實施例之一種單組粗糙條紋態樣二。
第4a圖為本發明實施例之一種複數組粗糙條紋態樣一。
第4b圖為本發明實施例之一種複數組粗糙條紋態樣二。
第4c圖為本發明實施例之一種複數組粗糙條紋態樣三。
第4d圖為本發明實施例之一種複數組粗糙條紋態樣四。
第4e圖為本發明實施例之一種複數組粗糙條紋態樣五。
第5圖為本發明實施例之一種加速度計訊號示意圖一。
第6圖為本發明實施例之一種加速度計訊號示意圖二。
100‧‧‧三維指向裝置
11‧‧‧粗糙面
20‧‧‧慣性量測單元
21‧‧‧陀螺儀
22‧‧‧加速度計
23‧‧‧地磁儀
30‧‧‧資料處理單元
31‧‧‧運算模組
40‧‧‧通訊單元
50‧‧‧電源單元

Claims (10)

  1. 一種三維指向裝置，其包括：一殼體，具有一粗糙面；一慣性量測單元，設置於該殼體內並與該殼體接觸，該慣性量測單元包括：一陀螺儀，用以感測該殼體之角加速度以輸出一轉動資訊；及一加速度計，用以感測該殼體之線性加速度以輸出一加速度資訊，又感測該粗糙面產生之特定頻率以輸出一頻率資訊，其中該粗糙面係由至少一組粗糙條紋所形成，且每一組該粗糙條紋係由複數個顆粒以相同密度之方式排列形成，又當該粗糙條紋為二組以上時，每一組該粗糙條紋係為不同方向；一資料處理單元，用以整合該轉動資訊、該加速度資訊及該頻率資訊以成為一輸出資料；一通訊單元，用以傳輸該輸出資料；以及一電源單元，用以供應該三維指向裝置電源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之三維指向裝置，其進一步包括一套環，該套環係與該殼體之一底面結合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之三維指向裝置，其中該粗糙面係沿著一方向由一組粗糙條紋所形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之三維指向裝置，其中該粗糙面係沿著至少一方向由複數組不同密度之粗糙條紋所形成。
  5. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之三維指向裝置，其中該方向為一橫向、一縱向、一左斜向或一右斜向之方向。
  6. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之三維指向裝置，其中每一該粗糙條紋係由複數個顆粒以相同密度之方式排列形成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之三維指向裝置，其中該慣性量測單元進一步包括一地磁儀，用以感測地球磁場方向以輸出一地磁資訊，又該資料處理單元進一步將該地磁資訊整合入該輸出資料。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之三維指向裝置，其中該資料處理單元之輸入端進一步設有一運算模組，其係用以讀取及計算該轉動資訊、該加速度資訊及該頻率資訊。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之三維指向裝置，其中該通訊單元為一有線通訊單元或一無線通訊單元。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之三維指向裝置，其中該電源單元為一一次電池、一二次電池、一太陽能電池、一壓電元件、一熱電元件或其組合。
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