TWI494797B - 用於動作感測的電子裝置及取得其結果偏差的方法 - Google Patents

Description

用於動作感測的電子裝置及取得其結果偏差的方法 【相關申請案之交互參考】

本申請案主張美國申請案13/072794的優先權，而美國申請案13/072794為美國申請案12/943934的部分連續案，美國申請案12/943934的申請日為2010年11月11日。而且，美國申請案12/943934主張美國申請案61/292558的優先權，其申請日為2010年1月06日。上述所提的專利申請案在此全部做為參考。

本發明是關於一種電子裝置，且特別是關於一種使用有一動作感測模組的電子裝置及一種補償方法，該電子裝置是用於電腦、動作感測或導航，而當電子裝置於移動或轉動時，該補償方法能補償動作感測模組所發出的訊號。在本發明中，是利用一種具有加強的比對模型之動作感測模組，以計算和補償與該動作感測模組相關聯的累積誤差，而獲得在空間指示參考座標與動態環境(dynamic environments)下實際的結果偏向角(resulting deviation angles)。

圖1繪示出使用者利用一攜帶式電子裝置110，例如一3D指示裝置或電腦滑鼠，以偵測該攜帶式電子裝置的動作，並將該偵測到的動作轉換為一顯示游標(cursor display)，此顯示游標例如為指示在一2D顯示裝置120的螢幕122上的游標。亦即，當攜帶式電子裝置110射出一光線，該對應的點為該光線碰觸到螢幕122之處。例如，攜帶式電子裝置110可為電腦的滑鼠或電視游樂器的手柄，而顯示裝置120可為電腦或電視游樂器的一部分。在圖中存在有兩個參考座標，例如為空間指示參考座標與顯示器座標，其分別與該攜帶式電子裝置110及顯示裝置120相關聯。與指示裝置110相關聯的第一參考座標或空間指示參考座標是由如圖1所示之三個座標軸，即：X_P 、Y_P 及Z_P ，所定義而成。與顯示裝置120相關聯的第二參考座標或顯示器座標則是由如圖1所示之三個座標軸，即：X_D 、Y_D 及Z_D ，所定義而成。顯示裝置120的螢幕122為參考座標X_D Y_D Z_D 中X_D Y_D 平面的一子集，參考座標X_D Y_D Z_D 則是與顯示裝置120相關聯。因此，X_D Y_D 平面又可被視為顯示裝置120的顯示平面。

藉由上述位於螢幕122上的游標，使用者可使用該攜帶式電子裝置實行操控以達到特定目的，此特定目的包括在顯示裝置120上玩電視遊戲等娛樂。為了在使用攜帶式電子裝置時有良好的互動，當使用者移動攜帶式電子裝置110時，螢幕122上的游標應該對應著攜帶式電子裝置110所移動的方位、方向與距離進行移動，且螢幕122也應顯示出游標隨著上述的移動而映射到顯示裝置120的螢幕122上的新位置。攜帶式電子裝置110的方位可用該攜帶式電子裝置110於參考座標X_P Y_P Z_P 上的三個偏向角來表示，這三個偏向角分別為平擺角(yaw angle)111、俯仰角(pitch angle)112與滾動角(roll angle)113。在此，平擺角111、俯仰角112與滾動角113是採用與商用交通工具，例如船舶及飛機等，相關的立體角(spatial angle)之通用標準來定義。一般來說，平擺角111是指攜帶式電子裝置110相對於軸Z_P 的轉動，俯仰角112是指攜帶式電子裝置110相對於軸Y_P 的轉動，而滾動角113則是指攜帶式電子裝置110相對於軸X_P 的轉動。

在圖1所示的習知技術中，當攜帶式電子裝置110的平擺角111改變時，上述位於螢幕122上的游標必須隨著平擺角111的改變而相對地在水平方向上移動。圖2所示為當使用者將攜帶式電子裝置110相對於軸X_P 逆時針旋轉90°時的情況。在圖2所示的另一習知技術中，當平擺角111改變時，上述位於螢幕122上的游標將對應著做垂直方向的移動。平擺角111的改變可被一陀螺儀偵測到，此陀螺儀感測攜帶式電子裝置110相對於軸X_P 的角速度ω_x 。圖1與圖2顯示出平擺角111相同的改變可能映射成螢幕122上游標的不同動作。因此，需要適當的一補償機制來對攜帶式電子裝置110的方位進行補償，以使其能正確且合意地對應映射至顯示裝置120的螢幕122上的游標。在美國專利號7,158,118、7,262,760與7,414,611中(發明人皆為Liberty)，『補償』所指的是對受到重力或相對於旋轉軸進行額外旋轉所影響的訊號進行校正和補償。另外，在本發明中，『比對』所指的是：藉由感測裝置所生成的訊號，並減少或消除與該感測裝置相關聯的雜訊後，以計算並取得攜帶式電子裝置110在第一參考座標或空間指示座標X_P Y_P Z_P 上實際的偏向角。此外，『映射』所指的是：計算並轉換空間指示座標X_P Y_P Z_P 上的偏向角至位於第二參考座標或顯示器座標X_D Y_D Z_D 上的2D顯示裝置120之顯示平面上的游標。

對使用有五軸動作感測器(可測量Ax,Ay,Az、ω_Y 、和ω_Z )的攜帶式電子裝置進行補償是本領域的通常知識，例如美國專利號7,158,118、7,262,760與7,414,611中(發明人皆為Liberty)提出了此種具有五軸動作感測器的攜帶式電子裝置，且也揭露了一種補償機制，該補償機制使用兩個重力感測裝置ω_Y 和ω_Z 去檢測相對於Yp和Zp二軸的轉動，且該補償機制還使用三個加速度感測器Ax、Ay、和Az去檢測攜帶式電子裝置沿著參考座標X_P Y_P Z_P 的三個座標軸上的加速度。上述Liberty所提之使用有五軸動作感測器的攜帶式電子裝置可能無法輸出攜帶式電子裝置在3D參考座標上的偏向角。換句話說，由於五軸動作感測器中加速度感測器與重力感測裝置的限制，上述Liberty所提之攜帶式電子裝置無法立即地輸出偏向角於3D參考座標上，而只能輸出至2D參考座標上，亦即上述之使用五軸動作感測器的攜帶式電子裝置之輸出僅為2D參考座標上之平面模式。而且，當攜帶式電子裝置在取得動作感測器所產生的訊號時受到動態環境中外界或內部的不良干擾，尤其是沿著重力方向上經歷非預期的飄移或加速度時，上述之攜帶式電子裝置與補償機制無法精確或適當地計算或取得該攜帶式電子裝置的移動、角度、和方向。換句話說，當施加動態作用(dynamic actions)或額外的加速度於上述Liberty所提供的具補償機制的攜帶式電子裝置上，尤其是沿著或大致上與重力相平行的方向上時，上述Liberty所提供的攜帶式電子裝置無法適當且精確地輸出於空間參考座標X_P Y_P Z_P 上實際的平擺角、俯仰角與滾動角，也因此將立體角映射到2D顯示器參考座標時，例如：參考座標X_D Y_D Z_D ，其映射程序便會嚴重地受到影響並產生錯誤。更具體地說，由於Liberty所提供的五軸補償方式無法直接且精確地檢測或補償相對於軸X_P 的轉動，故相對於軸X_P 的轉動必須從加速度感測器所偵測到的重力加速度中推得。更進一步而言，由於既有加速度感測器的限制，只有當攜帶式電子裝置為靜態時，該加速度感測器上的讀值才是精確的，這是因為這些加速度感測器無法將重力加速度從其他型態的加速度區分開來所致，這些其他型態的加速度例如為向心力所產生的加速度或使用者所施加的其他型態的額外之加速度。

而且，習知技術只能根據由動作感測器所產生的訊號所推算的結果而在2D參考座標上輸出一相對的移動樣板。例如，上述由Liberty所提出的前案只能以相對的方式輸出2D移動樣板，並於一螢幕上顯示出一游標，以對應上述的2D相對移動樣板。更具體來說，游標只能從一第一位置移動到相對於該第一位置的一第二位置。像這一種隨著時間從前一位置移動到下一位置的相對移動無法精確地確定並輸出下一位置，尤其是在前一位置為一錯誤位置的情況下，或者是在前一位置是錯誤地被決定為下一位置之一不正確的參考點的情況下，在此下一位置是藉由該不正確的參考點及其相對的移動方式所推得。就以意圖將游標移出顯示螢幕的邊界而導致錯誤輸出為例子，來清楚地解釋在習知技術中藉由相對移動關係來取得移動樣板的缺陷。在習知技術中的游標到達一顯示器的邊界，接著並超出邊界或邊緣一段額外的距離的情況下，當游標來到一個新的位置，不管是在顯示器內或仍然在邊界的外部，游標便無法展現出一正確或絕對的模式。換句話說，在到達一新的位置時，習知技術的游標並不會以絕對的方式將上述超出邊界的額外距離列入考慮，反而會捨棄該超出邊界的額外距離，也因為該游標使用該相對移動關係，從而造成輸出一錯誤的下一位置。由於在顯示器的邊界無法取得正確的位置，再加上採用上述的相對移動關係來取得游標的下一位置，故實際的移動樣板將無法被推算而得。

因此，本領域迫切需要一種較先進的攜帶式電子裝置，以應用在動作感測、電腦或導航上。該攜帶式電子裝置搭配改良的計算或比對方法，以精確地計算並取得於空間指示座標上實際的偏向角。對於導航或包括整合有顯示器的攜帶式通訊裝置在內的電腦之應用，攜帶式電子裝置可能須包括以下的功能：在一動態環境且包括不良外部干擾的情況下，將此實際的角度映射成在顯示器參考座標上的一游標、一指標或一位置資訊。除此之外，隨著3D技術的進步且其應用範圍也愈來愈廣泛，該應用範圍包括在顯示器、互動系統及導航方面上的應用，故對於一種能將位於一3D或空間參考座標上的偏差即時且精確輸出的電子裝置之需求也愈來愈迫切，此電子裝置例如包括整合有多個動作感測器的一動作感測裝置、一電子裝置、一導航設備或一通訊裝置。而且，對於一種改良的比對方法或模型之需求也愈形迫切，該比對方法或模型可以對動作感測器所發出的訊號進行處理，以矯正或去除與該動作感測器所發出的訊號或訊號總成相關聯的錯誤訊號或雜訊。此外，根據所應用的領域，所輸出的在3D參考座標上的偏差能被進一步映射或轉換至能運用在2D參考座標上的模式。

本發明的其中一目的在於提供一種電子裝置，該電子裝置使用一九軸動作感測模組，此電子裝置例如是應用在電腦、動作感測或導航上。此電子裝置包括一加速度感測器、一磁力計與一轉動感測器，加速度感測器是用以量測或偵測軸向加速度Ax、Az、Ay，磁力計是用以量測或偵測磁力Mx,My,Mz，而轉動感測器則是用以量測或偵測角速度ω_x 、ω_y 、ω_z 。藉此，能取得包括偏向角在內的結果偏差(resulting deviation)，該偏向角包括電子裝置在一動態環境中進行移動和轉動時，其於一空間指示參考座標上的平擺角、俯仰角與滾動角。而且，上述之包括偏向角在內的結果偏差能以絕對的方式取得並輸出，亦即能反應本發明的電子裝置在空間指示參考座標上實際的移動和轉動，且較佳能排除動態環境中的不良外部干擾。

本發明的另外一目的在於提供一種改良的比對方法或模型，該比對方法能改進隨著時間所累積的錯誤訊號及雜訊，這些錯誤訊號及雜訊是與多個動作感測器所發出的訊號相關聯。這些動作感測器所發出的訊號包括在動態環境中加速度感測器Ax、Az、Ay所產生的訊號，磁力計Mx,My,Mz所產生的訊號，以及陀螺儀ω_x 、ω_y 、ω_z 所產生的訊號。換句話說，累積的錯誤訊號可以被消除或校正，其中這些累積的錯誤訊號是與一動作感測模組所發出的訊號總成相關聯，且該動作感測模組包括多個動作感測器，這些動作感測器是用以偵測相對應於參考座標上之不同軸的移動和轉動。

本發明的又一目的在於提供一改良的比對方法，以正確地計算並輸出一結果偏差，該結果偏差包括一組偏向角，而這些偏向角則包括在一空間指示座標上的一平擺角、一俯仰角與一滾動角，該平擺角、俯仰角與滾動角是對應到該空間指示座標上的三個互相垂直的座標軸。藉由對轉動感測器所發出的與角速度相關的訊號、加速度感測器所發出的與軸向加速度相關的訊號及磁力計所發出的與磁力相關的訊號進行比對，可精確地取得並輸出上述的偏向角，而這些偏向角則可在進一步地映射至不同於該空間指示座標的另一個參考座標上。

於本發明的另一個實施例中，在存有干擾的情況下(此干擾是由電子裝置的使用者或從周遭環境中引入，例如是外部電磁場)，本發明提供一獨特的更新程式，此更新程式包括一資料相關模型(data association model)，以智慧地處理從一動作感測模組所接收的訊號，以在3D參考座標輸出一結果偏差，並將干擾所引發的負面效用削減或刪除。

本發明的再一目的在於提供一種映射方法，以將上述的位於一空間指示參考座標上的偏向角映射到一顯示器座標上，這些偏向角較佳是分別對應到該空間指示參考座標的三個互相垂直的座標軸，亦即：平擺角、俯仰角與滾動角，而顯示器座標可位於電子裝置的外部或與電子裝置相整合。藉由上述的映射，可在異於空間指示參考座標的顯示器座標上取得一移動樣板，亦即將屬於該結果偏差的偏向角映射或轉換至該移動樣板。

在本發明的一實施例中，提供一種電子裝置，此電子裝置可產生3D偏向角並例如是應用在電腦、動作感測或導航上。電子裝置使用一九軸動作感測模組，並藉由一改良的比對方法以刪除該九軸動作感測模組所產生的累積錯誤訊號，從而取得位於一空間指示參考座標上並對應於該電子裝置的移動與轉動的偏向角。本發明所提供的比對方法或比對模型，可藉由對上述九軸動作感測模組所產生的訊號進行比對，而取得並以絕對的方式輸出電子裝置的結果偏差的偏向角，該九軸動作感測模組可偵測到電子裝置對應於X_P 軸、Y_P 軸與Z_P 軸的轉動速度或角速度，也可偵測到電子裝置沿著X_P 軸、Y_P 軸與Z_P 軸的軸向加速度，且可偵測到電子裝置沿著X_P 軸、Y_P 軸與Z_P 軸的周圍磁力(ambient magnetism)，此磁力例如是地球磁場或來自其他星球的磁場。換句話說，本發明能消除或減少在一動態環境中所產生的累積錯誤訊號與雜訊，以精確地輸出電子裝置在一3D空間指示參考座標上的偏向角，該偏向角包括平擺角、俯仰角與滾動角。上述的動態環境包括連續的移動、轉動、受到外部重力的影響、磁場及在多個方向上額外的加速度，或者包括隨著時間而變化的非線性移動和轉動。而且，位於該3D空間指示參考座標上且經過補償並精確輸出的偏向角，能更進一步地被映射或轉換到另一個參考座標中，此參考座標例如為上述的顯示器座標，其例如為一2D參考座標。

在本發明的另一實施例中，提供一種電子裝置，此電子裝置使用一九軸動作感測模組。其中，該電子裝置的九軸動作感測模組包括至少一陀螺儀、至少一加速度感測器與至少一磁力計。在本發明的一較佳實施例中，九軸動作感測模組包括一轉動感測器、一加速度感測器與一磁力計，此轉動感測器可用於檢測角速度ω_x 、ω_y 、ω_z 並產生相對應的訊號，加速度感測器可用於檢測軸向加速度Ax,Ay,Az並產生相對應的訊號，而磁力計可用於檢測磁力Mx,My,Mz並產生相對應的訊號。本領域具有通常知識者應可理解，在另一實施例中，上述轉動感測器可能包括三個陀螺儀，其分別對應到電子裝置在3D空間參考座標上的角速度ω_x 、ω_y 、ω_z ；此外，上述加速度感測器可包括三個加速度感測器，其分別對應到電子裝置在3D空間參考座標上的軸向加速度Ax,Ay,Az；另外，上述磁力計可包括三個磁力感測器(magnetic sensors)，其分別對應到電子裝置在3D空間參考座標上的磁力Mx,My,Mz，上述磁力感測器例如為磁阻抗(magneto-impedance)感測器或磁抗(magneto-resistive)感測器。轉動感測器偵測電子裝置於一與該電子裝置相關聯的參考座標上的轉動，並提供帶有一轉動率或一角速度資訊的輸出訊號。上述之帶有角速度資訊的輸出訊號包括三個部份，其分別對應到參考座標的第一軸、第二軸與第三軸，亦即3D空間指示座標的Xp軸、Yp軸與Zp軸。加速度感測器偵測電子裝置於空間參考座標上的軸向加速度，並提供一帶有加速度資訊的輸出訊號，該空間參考座標例如為一3D指示參考座標。上述之帶有加速度資訊的輸出訊號包括三個部份，其分別對應到參考座標的第一軸、第二軸與第三軸，亦即3D空間指示座標的Xp軸、Yp軸與Zp軸。磁力計偵測電子裝置於空間參考座標上的磁力，並提供一帶有磁力資訊的輸出訊號，該空間參考座標例如為一3D參考座標。上述之帶有磁力資訊的輸出訊號包括三個部份，其分別對應到參考座標的第一軸、第二軸與第三軸，亦即3D空間指示座標的Xp軸、Yp軸與Zp軸。上述之3D空間指示座標的Xp軸、Yp軸與Zp軸也可被簡稱為X軸、Y軸與Z軸。

在本發明的另一實施例中，提供一種補償方法，該補償方法是用以補償上述九軸動作感測模組所發出的訊號之累積誤差，此九軸動作感測模組是位於與一空間指示參考座標相關的動態環境。在一實施例中，是藉由一硬體處理器來執行或處理該補償方法。藉由執行一資料比對，亦即將用來測量角速度的轉動感測器所發出的訊號、用來測量軸向加速度的加速度感測器所發出的訊號與用來測量磁力的磁力計所發出的訊號相比對，此硬體處理器可以用來補償與結果偏差相關的累計誤差，此累計誤差是源自於：上述之3D指示裝置在空間指示座標及動態環境下進行移動和轉動時，其九軸動作感測模組所發出的訊號。也因此，在動態環境下，相應於在3D空間指示座標下的3D指示裝置之移動與轉動的結果誤差可以精確地被取得。

在本發明的另一實施例中，提供一種取得一結果偏差的方法，此結果偏差包括電子裝置位於一空間參考座標中的偏向角，在電子裝置中裝設有一九軸動作感測模組，且此電子裝置是在上述的空間參考座標中的一動態環境中進行移動和轉動。上述之取得結果偏差的方法包括下述的步驟：首先，取得一先前狀態(previous state)，此先前狀態與先前角速度(previous angular velocities)ω_x 、ω_y 、ω_z 相關聯，此先前角速度ω_x 、ω_y 、ω_z 是由在前一時段T-1時的九軸動作感測模組所發出的動作感測訊號(motion sensor signals)中獲取；再來，藉由取得量測角速度ω_x 、ω_y 、ω_z ，以取得九軸動作感測模組的現今狀態，此量測角速度ω_x 、ω_y 、ω_z 是由在一現今時段T的動作感測訊號中取得；之後，藉由取得量測軸向加速度Ax,Ay,Az與量測磁力M_x ,M_y ,M_z ，以取得九軸動作感測模組的一量測狀態，此量測軸向加速度Ax,Ay,Az與量測磁力M_x ,M_y ,M_z 是由在現今時段T的動作感測訊號中取得，同時藉由現今狀態的量測角速度ω_x 、ω_y 、ω_z 以計算預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az’與預計磁力M_x ’,M_y ’,M_z ’；接著，藉由比對九軸動作感測模組的現今狀態與量測狀態，以取得九軸動作感測模組的一更新狀態；然後，計算並轉換九軸動作感測模組的更新狀態至所述的結果偏差，此結果偏差包括電子裝置於空間參考座標中的偏向角。

在本發明的另一實施例中，提供一種映射方法，此映射方法用以將偏向角轉換至一顯示器的一顯示器座標上，此顯示器具有一預定的螢幕尺寸，且上述的偏向角是與一電子裝置在一空間參考座標中的移動和轉動相關聯。在一實施例中，是將在一空間參考座標上的偏向角，包括平擺角、俯仰角與滾動角，映射或轉換至位於一顯示器座標上且較佳是位於一2D參考座標上進行移動的指示物件，此指示物件例如為指標。此映射方法包括下述的步驟：藉由計算與顯示器座標相關聯的一預定敏感度以取得顯示器座標的邊界資訊，並藉上述的偏向角與邊界資訊而執行在顯示器座標上的角度與距離的轉換。

在本發明的另一實施例中，提供一種取得一結果偏差的方法，此結果偏差包括電子裝置位於一空間參考座標中的偏向角，在電子裝置中裝設有一九軸動作感測模組，且此電子裝置是在上述的空間參考座標中的一動態環境中進行移動和轉動。上述之取得結果偏差的方法包括下述的步驟：首先，取得九軸動作感測模組的一先前狀態，此先前狀態包括一初始值組(initial-value set)，此初始值組與先前角速度相關聯，此先前角速度是由在前一時段T-1時的九軸動作感測模組所發出的動作感測訊號中獲取；再來，藉由取得量測角速度ω_x 、ω_y 、ω_z ，以取得九軸動作感測模組的現今狀態，此量測角速度ω_x 、ω_y 、ω_z 是由在一現今時段T的動作感測訊號中取得；之後，藉由取得量測軸向加速度Ax,Ay,Az，以取得九軸動作感測模組的一量測狀態，此量測軸向加速度Ax,Ay,Az是由在現今時段T中的九軸動作感測模組所發出的動作感測訊號中取得，同時藉由現今狀態的量測角速度ω_x 、ω_y 、ω_z 以計算預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az’；接著，藉由比對九軸動作感測模組的現今狀態與量測狀態，以取得九軸動作感測模組的一第一更新狀態；之後，藉由取得並運算一量測平擺角以取得九軸動作感測模組的一量測狀態，此量測平擺角是由九軸動作感測模組在一現今時段T所發出的動作感測訊號中取得，並基於九軸動作感測模組的第一更新狀態而運算一預計平擺角；然後，藉由比對九軸動作感測模組的現今狀態與量測狀態，以取得九軸動作感測模組的一第二更新狀態；接著，計算並轉換九軸動作感測模組的第二更新狀態至所述的結果偏差，此結果偏差包括電子裝置於空間參考座標中的偏向角。

圖3所繪示為本發明之一實施例的電子裝置300(例如：指示裝置)的爆炸圖，此電子裝置300能在一空間指示參考座標(例如：3D參考座標)及一動態環境中進行移動和轉動。此空間指示參考座標類似於圖1與圖2所繪示的參考座標X_P Y_P Z_P 。相對於時間軸，電子裝置300在上述的空間指示參考座標與動態環境中所進行的移動和轉動可為連續且非線性地。在此，“動態”所指的是移動或一般所指的運動(motion)。

電子裝置包括一上蓋310、一印刷電路板(PCB)340、一轉動感測器342、一加速度感測器344、一磁力計345、一資料傳輸單元346、一運算處理器348、一下蓋320及一電池組322。上蓋310包括數個控制鈕312，以供使用者於遙控時發出預定的指令。在一實施例中，殼體330包括上蓋310與下蓋320。於上述的動態環境中，殼體330在受到使用者的操控或受到任何方向之外力的情況下，殼體330能於空間指示參考座標中進行移動和轉動。如圖3所示，在一實施例中，轉動感測器342、加速度感測器344、磁力計345、資料傳輸單元346及運算處理器348都可依附在印刷電路板340上。印刷電路板340是被殼體330所包覆，此印刷電路板340包括至少一基板，此基板具有一長側邊，此長側邊是大致平行於殼體330的長側面。此外，外加的電池組322提供電力給整個電子裝置300。

而且，在一實施例中，上述的動態環境為本發明之電子裝置300所處的環境，其包括對本發明之電子裝置300所產生的不良外部干擾。在其中一例中，不良外部干擾包括不良軸向加速度，此不良軸向加速度是由重力以外的不良外力所造成。在其他的例子中，不良外部干擾包括由不良電磁場所產生的不良磁力。

圖4所繪示為本發明的一實施例的電子裝置300之方塊圖，其繪示出電子裝置300的硬體零件。此電子裝置300包括一九軸動作感測模組302與一處理及傳輸模組304，此九軸動作感測模組302包括轉動感測器342、加速度感測器344與磁力計345，而處理及傳輸模組304包括資料傳輸單元346與運算處理器348。

在此，“九軸”所指的是三個加速度ω_x ,ω_y ,ω_z 、三個軸向加速度Ax,Ay,Az、三個磁場Mx,My,Mz。九軸動作感測模組302中的動作感測器342用以偵測並產生第一訊號組，此第一訊號組包括角速度ω_x ,ω_y ,ω_z ，角速度ω_x ,ω_y ,ω_z 是指電子裝置300於移動及轉動時，相對於空間參考座標的三個互相垂直的座標軸X_P ,Y_P ,Z_P 的角速度。上述的角速度ω_x ,ω_y ,ω_z 是分別對應到三個座標軸X_P ,Y_P ,Z_P 。加速度感測器344用以偵測並產生第二訊號組，此第二訊號組包括軸向加速度Ax,Ay,Az，軸向加速度Ax,Ay,Az是指電子裝置300於移動及轉動時，沿著空間參考座標的三個互相垂直的座標軸X_P ,Y_P ,Z_P 的軸向加速度。上述的軸向加速度Ax,Ay,Az是分別對應到三個座標軸X_P ,Y_P ,Z_P 。磁力計345用以偵測並產生第三訊號組，此第三訊號組包括磁場Mx,My,Mz，磁場Mx,My,Mz是指電子裝置300於移動及轉動時，沿著空間參考座標的三個互相垂直的座標軸X_P ,Y_P ,Z_P 所承受的磁場。上述的磁場Mx,My,Mz是代表電子裝置300的周圍磁場(ambient magnetic field，例如：地球磁場)之方向與強度，上述的磁場Mx,My,Mz分別對應到三個座標軸X_P ,Y_P ,Z_P 。本領域具有通常知識者應可了解，上述的『九軸』並非一定需在特定方位成垂直，其也可在不同的方位做轉動。本發明所揭露的上述座標系統僅是用於說明，其他位於不同的方位及/或具不同標號的座標軸也可以適用於本發明。

而且，在本發明的一實施例中，動作感測模組或電子裝置300的九軸動作感測模組302可為微機電(MEMS)式感測器。在本實施例中，上述九軸動作感測模組302之轉動感測器342更包括至少一共振體(resonating mass)，以使轉動感測器能利用柯氏加速度的效應來偵測並量測該共振體沿著空間參考座標的一座標軸所進行的移動，從而產生包括位於空間參考座標之角速度ω_x ,ω_y ,ω_z 的第一訊號組。本領域具有通常知識者應可了解屬於微機電式感測器的一三軸轉動感測器(three-axis rotation sensor)中，在沿著空間參考座標之X軸、Y軸及Z軸設置有三個共振體，以產生並取得三個共振體的移動量。本領域具有通常知識者應可了解本發明之九軸動作感測器302包括微機電式的一三軸加速度感測器、一三軸轉動感測器及一三軸磁力計。

資料傳輸單元346是電性連接到九軸動作感測模組302，以傳輸第一訊號組、第二訊號組與第三訊號組。在較佳實施例中，藉由印刷電路板340上的電性連接，資料傳輸單元346傳輸九軸動作感測模組302所發出的第一、第二與第三訊號組至運算處理器348。運算處理器348接收並計算由資料傳輸單元346來的第一、第二與第三訊號組。藉由與九軸動作感測模組302進行傳訊，運算處理器348可以計算電子裝置300的結果偏差，此結果偏差包括三個偏向角，其較佳是分別對應到空間參考座標的三個座標軸。上述的偏向角包括如圖1與圖2所示的平擺角111、俯仰角112與滾動角113。為了計算結果偏差，運算處理器348是使用一比對機制或演算法去消除源自於九軸動作感測模組302發出的第一、第二與第三訊號組所產生的累積誤差；藉此，在上述的動態環境中，可在排除上述不良外部干擾的情況下取得電子裝置300之九軸動作感測模組302的結果偏差，此結果偏差包括在空間參考座標中的偏向角，此偏向角較佳是對應到空間參考座標中的三個互相垂直之座標軸。也因此，較佳是以絕對方式取得及輸出在空間參考座標中所反應出或所對應之本發明之電子裝置300之實際移動和轉動，電子裝置300例如包括一指示裝置。此外，所述的運算處理器348所用之比對機制更包括一更新程式。在此更新程式中，是藉由與第一訊號組相關的一先前狀態及與第二、第三訊號組相關的一量測狀態，以取得九軸動作感測模組的一更新狀態，此第一訊號組是與角速度ω_x 、ω_y 、ω_z 相關，第二訊號組是與軸向加速度Ax,Ay,Az相關，而第三訊號組則是與磁場Mx,My,Mz相關。上述的量測狀態包括對第二訊號組所做的量測或量測而得的軸向加速度Ax,Ay,Az，以及對軸向加速度Ax’,Ay’,Az’所做的預計量測(predicted measurement)，此軸向加速度Ax’,Ay’,Az’是基於或由動作感測模組302的一現今狀態所運算而得。此外，上述的量測狀態包括對第三訊號組所做的量測或量測而得的磁場Mx,My,Mz，以及對磁場Mx’,My’,Mz’所做的預計量測(predicted measurement)，此磁場Mx’,My’,Mz’是基於或由動作感測模組302的現今狀態所運算而得。本發明之電子裝置中的九軸動作感測模組的各種狀態將於之後做詳述。

在本實施例中，處理及傳輸模組304的運算處理器348更包括一映射程式，以將位於空間指示參考座標中的結果偏差的偏向角轉換成在一顯示器參考座標中的一移動樣板。此顯示器參考座標是不同於空間指示參考座標，但類似於圖1與圖2中的參考座標X_D Y_D Z_D 。上述的移動樣板可被顯示於一2D顯示裝置的一螢幕上，此2D顯示裝置類似於如圖1及圖2所示的顯示裝置120。根據與顯示器參考座標相互關聯的一敏感度輸入，上述的映射程式轉換偏向角，較佳是將偏向角轉換為對應於空間指示參考座標的三個互相垂直的座標軸。

圖5所繪示為本發明之另一實施例的電子裝置500，此電子裝置500使用一九軸動作感測模組且位於一3D空間指示參考座標中。如圖5所示，電子裝置500包括兩個部份，即：560與570，其可彼此進行資料的通訊。在一實施例中，第一部分560包括一上蓋(未繪示)、一印刷電路板540、一九軸動作感測模組502、一資料傳輸單元546、一下蓋520與一電池組522，其中九軸動作感測模組502包括一轉動感測器542、一加速度感測器544與一磁力計545。藉由無線通訊，例如基於IEEE 802.11標準的無線區域網路或藍芽標準的無線傳輸，資料傳輸單元546將九軸動作感測模組502的轉動感測器542所產生的第一訊號組(ω_x ,ω_y ,ω_z )、加速度感測器544所產生的第二訊號組(Ax,Ay,Az)及磁力計545所產生的第三訊號組(Mx,My,Mz)，傳輸到第二部分570的資料接收單元552。本領域具有通常知識者應可明白，在其他的實施例中，第一部分560與第二部分570可藉由有線通訊或連接，例如：電纜或電線，來進行資料的傳輸。在本發明的一實施例中，動作感測模組或電子裝置500的九軸動作感測模組502可為微機電(MEMS)式感測器。在本實施例中，上述九軸動作感測模組502之轉動感測器542更包括至少一共振體，以使轉動感測器542可利用柯氏加速度的效應以偵測並量測該共振體沿著空間參考座標的一座標軸上所進行的移動，從而產生包括位於空間參考座標之角速度ω_x ,ω_y ,ω_z 的第一訊號組。本領域具有通常知識者應可了解屬於微機電式感測器的三軸轉動感測器中，沿著空間參考座標之X軸、Y軸及Z軸設置有三個共振體，以產生並取得三個共振體的移動量。本領域具有通常知識者應可了解本發明之九軸動作感測器502包括微機電式的一三軸加速度感測器、一三軸轉動感測器及一三軸磁力計。

在一實施例中，第二部分570是與其他電子運算裝置或系統相插接的一外部處理裝置，電子運算裝置例如是獨立個人電腦或伺服器580。舉例來說，第二部分570是藉由一標準界面，例如是圖5所示的通用串列匯流排，而插接或耦合於一筆記型電腦。第一部分560與第二部分570是藉由資料傳輸單元546及資料接收單元552而進行彼此間的通訊。如前所述，資料傳輸單元546及資料接收單元552彼此之間可藉由無線連接或有線連接而彼此相通訊。換句話說，以硬體配置與資料傳輸的角度來看，在本發明的一實施例中，包括轉動感測器542、加速度感測器544與磁力計545在內的九軸動作感測模組502，是與處理單元或運算處理器554相分離；而從九軸動作感測模組502所發出的訊號則可藉由資料傳輸單元546、552，以有線或無線通訊的方式傳遞到運算處理器554，其中無線通訊例如基於IEEE 802.11標準或藍芽的無線通訊。

在本發明的一實施例中，電子裝置500的第二部分570包括資料傳輸單元552與運算處理器554。如前所述，第二部分570的資料傳輸單元552可與相分離且配置在第一部分560中的資料傳輸單元546進行資料傳輸。在第二部分570中的資料傳輸單元552可接收從第一部分560的資料傳輸單元546所傳輸過來的第一訊號組、第二訊號組與第三訊號組，並將其傳輸到運算處理器554。在本實施例中，運算處理器554能執行上述的運算與訊號的比對。在一實施例中，該運算處理器554所執行的比對機制更包括一更新程式，此更新程式是藉由與第一訊號組相關聯的一先前狀態及與第二訊號組、第三訊號組相關聯的一量測狀態以取得一更新狀態。量測狀態更包括對第二訊號組、第三訊號組進行量測及基於第一訊號組的預計量測。如圖5所示，運算處理器554是位於電子裝置之殼體的外部。在一實施例中，運算處理器554藉由一映射機制，而將電子裝置的結果偏差中之偏向角轉換至位於一顯示器參考座標的一移動樣板，其中偏向角是位於空間指示參考座標中，且較佳是指相應於空間指示參考座標的三個互相垂直之座標軸的角度，而上述的顯示器參考座標則是與筆記型電腦580相關聯。上述的移動樣板是顯示在筆記型電腦580的螢幕582上。

圖6所繪示為本發明之另一實施例的攜帶式電子裝置600的爆炸圖，此攜帶式電子裝置600具有一九軸動作感測模組且位於一3D空間指示參考座標中。攜帶式電子裝置600更包括一內建的顯示器682，攜帶式電子裝置600例如為智慧型手機、平板電腦或導航設備。換句話說，以硬體配置的角度來看，上述與顯示器相關聯的顯示器參考座標無需位於空間指示座標的外部。在一實施例中，電子裝置600包括一下蓋620、一印刷電路板640、一電池組622、一轉動感測器642、一加速度感測器644、一磁力計645、一資料傳輸單元646、一運算處理器648、一顯示器682及一上蓋610。同樣地，在一實施例中，殼體630包括一上蓋610與一下蓋620。內建的顯示器682是整合於該殼體630中，而九軸動作感測模組602則包括轉動感測器642、加速度感測器644與磁力計645。資料傳輸單元646及運算處理器648也可整合成電子裝置600中的處理及傳輸模組604。在本發明的一實施例中，動作感測模組或電子裝置600中的九軸動作感測模組602可為微機電(MEMS)式感測器。在本實施例中，上述九軸動作感測模組602之轉動感測器642更包括至少一共振體，以使轉動感測器可利用柯氏加速度的效應以偵測並量測該共振體沿著空間參考座標的一座標軸上所進行的移動，從而產生包括位於空間參考座標之角速度ω_x ,ω_y ,ω_z 的第一訊號組。本領域具有通常知識者應可了解屬於微機電式感測器的三軸轉動感測器中，沿著空間參考座標之X軸、Y軸及Z軸上設置有三個共振體，以產生並取得三個共振體的移動量。本領域具有通常知識者應可了解本發明之九軸動作感測器602包括微機電式的一三軸加速度感測器、一三軸轉動感測器及一三軸磁力計。

處理及傳輸模組604的運算處理器648也可執行映射機制，此映射機制是將上述空間指示座標或3D參考座標中的結果偏差轉換到一顯示器參考座標上，此顯示器參考座標例如為2D參考座標。在上述的映射機制中，是將於空間指示座標中的電子裝置600的結果偏差中之偏向角轉換成位於一顯示器參考座標中的一移動樣板，此移動樣板是與電子裝置600本身相關聯，且上述的偏向角較佳是指相應於空間指示座標的三個互相垂直之座標軸的角度。顯示器682顯示了上述的移動樣板。上蓋610包括一透明區域614，以讓使用者能看到該顯示器682。

圖7所繪示為一說明性的流程圖，其繪示出本發明之一實施例的取得及/或輸出一結果偏差的方法，此結果偏差包括電子裝置位於空間指示座標的偏向角，此電子裝置例如為一指示裝置、一導航設備或一智慧型手機，可在一3D空間參考座標及動態環境中移動和轉動。在本發明的各個實施例中，如圖7所示的方法可為一比對程式或比對模型，此比對程式或比對模型是嵌設在處理單元或處理及傳輸模組中的運算處理器348、554、648中或可由其執行。

因此，在本發明的一實施例中，提供一於動態環境中取得結果偏差的方法，且較佳是排除不良的外部干擾，此結果偏差包括電子裝置在空間指示參考座標的偏向角，此方法是利用電子裝置中的九軸動作感測模組。當電子裝置在空間指示參考座標中進行移動和轉動時，不良的外部干擾可能會導致動作感測模組在測量、計算與輸出上產生錯誤。在一實施例中，上述之取得結果偏差的方法包括以下步驟。首先，如圖7所示，九軸動作感測模組的各種狀態，例如：先前狀態、現今狀態、測量狀態與更新狀態，是指上述用於取得在3D參考座標中結果偏差的方法之一個步驟或一個步驟組，較佳是以絕對的方式。在一實施例中，上述的方法包括，如步驟705與步驟710所述，取得九軸動作感測模組的先前狀態之步驟。其中，先前狀態包括一初始值組，於方法開始時該初始值組是預定用來初始化九軸動作感測模組的先前狀態。初始值組較佳是用在方法的開始時，或者是當初使狀態無法從更新狀態取得時(容後說明)。在其他的實施例中，先前狀態可由更新狀態中取得或更新，該先前狀態可為一第一四元值，其包括與先前角速度ω_x ,ω_y ,ω_z 相關聯的值，這些先前角速度ω_x ,ω_y ,ω_z 是從九軸動作感測模組於前一時段T-1所發出的動作感測訊號中取得。藉由取得量測角速度ω_x ,ω_y ,ω_z 而獲得九軸動作感測模組的一現今狀態，其中這些量測角速度ωx、ωy、ωz是從九軸動作感測模組於現今時段T所發出的動作感測訊號中取得(例如步驟715與步驟720)。藉由取得量測軸向加速度Ax,Ay,Az而獲得九軸動作感測模組的一量測狀態，其中，，這些量測軸向加速度Ax,Ay,Az是從九軸動作感測模組於現今時段T所發出的動作感測訊號中取得(例如步驟725)。然後，藉由九軸動作感測模組於現今狀態的量測角速度ω_x ,ω_y ,ω_z 來計算預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az’(例如步驟730)。接著，藉由比對九軸動作感測模組的現今狀態與量測狀態以取得九軸動作感測模組的一更新狀態(例如步驟735)。之後，計算九軸動作感測模組的更新狀態並轉換更新狀態為結果偏差，結果偏差包括電子裝置在空間指示參考座標的偏向角(例如步驟745)。藉此，可在動態環境中取得結果偏差並排除不良外部干擾，此結果偏差包括與九軸動作感測模組的更新狀態相關聯的偏向角。為了建立一連續的迴路，所取得之九軸動作感測模組的更新狀態較佳是輸出到先前狀態。在一實施例中，更新狀態可為一四元值，亦即如圖中所示的第三四元值；藉此，此四元值可直接輸出到另一個四元值的先前狀態，即如圖中所示的第一四元值的先前狀態(例如步驟740)。

而且，本領域具有通常知識者應明白：上述由處理及傳輸模組所執行且包括更新程式的比對機制，可參照如圖7與圖8所示之九軸動作感測模組的各種不同狀態。如前所述，藉由與第一訊號組相關聯的先前狀態及與第二訊號組相關聯的量測狀態，處理器所執行的更新程式可取得九軸動作感測模組的更新狀態，其中上述的第一訊號組是關於角速度ω_x 、ω_y 、ω_z ，而上述的第二訊號組則是關於軸向加速度Ax,Ay,Az。上述之量測狀態包括對第二訊號組進行量測，亦即對軸向加速度Ax,Ay,Az進行量測，且包括從第一訊號組中計算而得的預計量測值Ax’,Ay’,Az’。對於九軸動作感測模組之上述的各種狀態，以及取得在3D參考座標中電子裝置的結果偏差的方法之相關步驟，將於以下作詳細的說明。

請再參照圖7，在本發明的一實施例中，在該取得結果偏差的方法中，此結果偏差包括電子裝置在空間指示參考座標的偏向角且此方法是利用電子裝置中的九軸動作感測模組，首先是取得九軸動作感測模組的一先前狀態。在一實施例中，九軸動作感測模組的先前狀態較佳為一第一四元值的形式，且較佳是於流程或方法的一開始時便初始化第一四元值且此初始化是此方法的取得先前狀態之一部(例如步驟705)。換句話說，在本發明的一實施例中，九軸動作感測模組的訊號較佳是根據預定值組或四元值而初始化，預定值組或四元值例如包括為零，特別是例如包括以四元值表示且相關於平擺角相關的訊號或數值。第一四元值的四個元素可被初始化為一組預定初始值。或者，第一四元值也可被另一個訊號組所初始化或取代，上述之另一個訊號組是由轉動感測器與加速度感測器於下一時段所產生的訊號組，以使圖7所示的方法為在前一時段T-1與現今時段T間的一循環迴路。關於在時段T-1的第一四元值如何被之後於時段T所輸出的四元值所取代，將於後文做詳細說明。本領域具有通常知識者應可了解可用“尤拉角”來表示四元值。同樣地，本領域具有通常知識者應了解，上述的前一時段T-1與現今時段T能分別被現今時段T與下一時段T+1所取代，且落入本發明的精神與範圍內。

而且，上述動態環境包括本發明於之前所述的不良外部干擾。例如，不良外部干擾包括不良軸向加速度，此不良軸向加速度是由重力以外的不良外力所造成。在其他的例子中，不良外部干擾包括由不良電磁場所產生的不良磁力。在本發明的較佳實施例中，執行圖7所示方法的技術效果包括：在動態環境中排除不良干擾的情況下，取得九軸運動感測模組的更新狀態(例如步驟745)，此更新狀態是與電子裝置的結果偏差相關聯，此結果偏差包括在空間指示座標中的偏向角，例如將不良的外力從重力中分離，以排除不良的軸向加速度，並排除不良的外部磁場，此不良的外部磁場是由動態環境中不良電磁場所產生。

如圖7所示的方法能在連續的時段中執行。在本發明的一實施例中，可由電子裝置的資料處理單元以迴圈的方式執行步驟710-745。在其他實施例中，可同時執行多個步驟，例如可同時取得由九軸動作感測模組所發出的多個訊號，而非一次只取得一個訊號。本領域具有通常知識者應可明白，在此所提的步驟只是為了說明之用，其他可能的步驟順序，不管是依序執行或同時執行，皆應落在本發明的範圍內。與前一時段T-1相關的第一四元值之取得如圖中步驟710所示。當步驟710首次被執行時，第一四元值為在步驟705中被初始化的值。否則，於現今時段T的第一四元值是於前一時段T-1中取得。換句話說，步驟710通常是參照到上述之九軸動作感測模組的先前狀態。根據本發明的另一實施例，先前狀態可參照到步驟705或步驟710。

再來，取得由轉動感測器產生的第一訊號組，在本發明的一實施例中，此第一訊號組包括步驟715所示的量測角速度ω_x 、ω_y 、ω_z 。在步驟720中，藉由角速度ω_x 、ω_y 、ω_z 可計算並取得現今時段T的第二四元值。步驟715與步驟720通常是指上述九軸動作感測模組的現今狀態。在一實施例中，運算處理器可使用包括演算法在內的一資料轉換程序以將角速度ω_x 、ω_y 、ω_z 及第一四元值轉換為第二四元值。該資料轉換程序可為一程式或一指令，該程式或指令可用下述的方程式(1)來表示。

方程式(1)是一微分方程。位於等號左側的四元值為等號右側的四元值(q₀ ,q₁ ,q₂ ,q₃ )相對於時間的一階導數。資料轉換程序使用第一四元值作為微分方程(1)的初始值，並計算微分方程(1)的解。第二四元值為微分方程(1)的解。

如圖所示，在本實施例中，九軸動作感測模組的量測狀態一般可由步驟725及步驟730所表示。在步驟725中，可取得加速度感測器所產生的第二訊號組，此第二訊號組包括量測軸向加速度Ax,Ay,Az，即Ax,Ay,Az為軸向加速度的量測值。為了取得本發明之九軸動作感測模組的量測狀態，在一實施例中，基於上述九軸動作感測模組的現今狀態或如步驟730所示的第二四元值，可計算並取得預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az’。換句話說，可取得兩組代表九軸動作感測模組的量測狀態之軸向加速度，其中一組為步驟725中的量測軸向加速度Ax,Ay,Az，而另外一組為步驟730中的預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az’，此預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az’是基於上述現今狀態或與量測角速度相關的第二四元值而求得。而且，在一實施例中，運算處理器可利用一資料轉換程序以將一四元值轉換成預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az’。該資料轉換程序可為一軟體程式，其可以下述方程式(2),(3),(4)來代表。

2(q ₁ q ₃ -q ₀ q ₂ )=Ax '.......................................................................(2)

2(q ₂ q ₃ +q ₀ q ₁ )=Ay '....................................................................(3)

=Az '........................................................................(4)

上述運算處理器可用於計算方程式(2),(3),(4)的解(Ax’,Ay’,Az’)。

在取得結果誤差的一實施例中，較佳是使用一比對機制以比對一九軸動作感測模組在現今時段T的現今狀態與量測狀態，其中上述結果誤差包括一電子裝置於一空間指示座標中的偏向角，此電子裝置例如為3D指示裝置、攜帶式電子裝置、導航設備或智慧型手機，其使用有九軸運動感測模組。換句話說，在步驟735所示的實施例中，較佳是將第二四元值與位於現今時段T中的量測軸向加速度Ax,Ay,Az及預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az’進行比對，其中第二四元值是與現今時段T中的量測角速度相關聯。接著，在排除動態環境中不良外部干擾的情況下，所取得的結果可作為現今時段T中的九軸動作感測模組的一更新狀態。在一實施例中，更新狀態是指對現今時段T中九軸動作感測模組的現今狀態進行更新。此外，包括與上述現今狀態、量測狀態及更新狀態相關聯的方程式之指令，將於下文中進行介紹。

根據本發明的一實施例，在圖中步驟735所示的比對機制中，與上述第二四元值互相關聯且與陀螺儀的角速度相關聯的現今狀態可以藉由下述方程式取得。

x (t |t -1)=f (x _{t -1} ,u _t ).....................................................(5)

在較佳的實施例中，與現今狀態相關聯的一第一機率(狀態轉換機率)可進一步藉由下述的方程式而取得。

P (x _t |x _{t -1} ,u _t )=F _x P (x _{t -1} |x _{t -1} )F _x ^T +F _u P (u _{t -1} |u _{t -1} )F _u ^T +Q _t

其中，Q _t 為額外動作模組雜訊(additional motion model noise)。

同樣地，與上述之預計軸向加速度互相關聯，且與加速度感測器所測得的軸向加速度及現今狀態相關的測量狀態，可由下述方程式求得。

z _t (t |t -1)=h (x (t |t -1)).....................................................(8)

在較佳的實施例中，與量測狀態相關聯的一第二機率(量測機率)可進一步從下述的方程式求得：

P (z _t |x _t )=H _x P (x _t |x _{t -1} )H _x ^T +R _t ..........................................(9)

其中，R _t 為時段t時的量測模組雜訊(measurement model noise)。

在一實施例中，基於如下相關於資料相關的方程式(11)，上述的第一機率與第二機率可進一步用來取得九軸動作感測模組的更新狀態。

D _t ={[z _t -h (x (t |t -1))]P (z _t |x _t )[z _t -h (x (t |t -1))]^-1 }^1/2 　..............(11)

在一實施例中，所取得之九軸動作感測模組的更新狀態，其較佳包括由方程式所表示的比對機制或資料相關，可為如圖所示的一第三四元值。而且，在如圖所示接下來的步驟中，所取得之九軸動作感測模組的更新狀態可被當作結果而輸出，並用於在排除動態環境中不良外部干擾的情況下取得一結果偏差，此結果偏差包括在一空間指示參考座標的偏向角。在本發明的較佳實施例中，所述的不良外部干擾是指或包括不良軸向加速度，此不良軸向加速度是由重力以外的不良外力所造成。在其他較佳的實施例中，不良外部干擾是指或包括由不良電磁場所產生的不良磁力。換句話說，由本發明所提供的方法及演算法，能在排除上述不良干擾的情況下產生或提供結果偏差的輸出。在其中一例中，本發明之電子裝置的九軸動作感測器的外力可從重力中分離出來。在其他的例子中，也可排除電子裝置的外部或內部的不良電磁場所產生的不良磁力。本領域具有通常知識者應可了解上述實施例中的現今狀態、量測狀態、更新狀態、資料相關及比對機制中的機率僅是用於說明之用，並非用以限制本發明。

如前所述，如圖中步驟740所示，較佳是將所取得的更新狀態，更新狀態較佳是第三四元值的形態，輸入至九軸動作感應模組的先前狀態。在一較佳實施例中，更新狀態更包括一第一資料相關模型，其中上述的資料相關模型可用來進行量測狀態與預計量測狀態的比對，該量測狀態是與第二訊號組相關聯，而該預計量測狀態則從預計量測中取得。換句話說，在一實施例中，第一四元值可被上述之第三四元值所取代，或者是說第三四元值可直接取代第一四元值在前一時段T-1的值以進行下一個迴圈。換句話說，於現今時段T的第三四元值會變成下一時段T+1的第一四元值。或者是說，在前一時段T-1所輸出的第三四元值可做為現今時段T的第一四元值。

在步驟745中，本發明之九軸動作感測模組的更新狀態可進一步被運算並轉換為結果偏差，此結果偏差包括在空間參考座標中的偏向角，其中偏向角包括位於空間參考座標中之電子裝置的平擺角、俯仰角與滾動角，上述之平擺角、俯仰角與滾動角較佳是分別對應於空間參考座標的三個互相垂直的座標軸的角度，因此較佳可在動態環境中排除不良外部干擾的情況下取得包括偏向角的結果偏差，此結果偏差是與九軸動作感測模組的更新狀態相關。在一實施例中，所述的不良外部干擾是指或進一步包括不良軸向加速度，此不良軸向加速度是由重力以外的不良外力所造成。在其他的實施例中，不良外部干擾是指或進一步包括由不良電磁場所產生的不良磁力。在一實施例中，運算處理器使用一資料轉換程序，以將代表九軸動作感測模組之更新狀態的第三四元值轉換為平擺角、俯仰角與滾動角。該資料轉換程序可為一程式或指令，該程式或指令可用下述的方程式(12)、(13)、和(14)進行表示。

pitch =arcsin(2(q ₀ q ₂ -q ₃ q ₁ )).................................................(13)

在方程式(12)、(13)、和(14)中，變數q₀ 、q₁ 、q₂ 、和q₃ 則為第三四元值中的四個元素。

對於一種時間上連續且迴圈式的方法，在本發明的一實施例中，其會回到步驟710以執行在下一時段T+1的比對程序或方法，上述方法是由與九軸動作感測模組相通聯的運算處理器所執行。此外，上述的結果偏差較佳是以一種絕對的方式取得和輸出，以反應出本發明之電子裝置在空間參考座標上實際的移動及轉動，上述結果偏差包括偏向角，而偏向角則包括由第三四元值所轉換而得並位於空間轉換座標的平擺角、俯仰角與滾動角。本領域具有通常知識者應可明白，上述電子裝置在空間參考座標或3D參考座標上實際的移動及轉動可為在一動態環境下即時的移動及轉動，此即時的移動及轉動可用向量進行表示，該向量相對於空間參考座標上互相垂直的座標軸具有一定的大小和方向。

圖8所繪示為一流程圖，其繪示出本發明之另一實施例的映射方法，此映射方法將電子裝置的結果偏向角映射到一顯示器參考座標上，此電子裝置可在一3D空間參考座標或動態環境中移動和轉動。圖9為一示意圖，其顯示出在本實施例中如何將上述之電子裝置的包括偏向角在內的結果偏差進行映射。為了說明之目的，圖7與圖8間的差異可由如圖8所示額外的映射步驟750來進行表示。圖8中的步驟705-745是與圖7中所對應的步驟相同，其執行針對電子裝置的比對程序。步驟750則是執行針對電子裝置的映射程序。運算處理器可包括一映射程式，其用來執行映射步驟750。在步驟750中，處理及傳輸模組取得顯示器資料，此顯示器資料例如包括螢幕尺寸與邊界資訊。在步驟750中，空間指示參考座標中屬於結果偏差的偏向角，基於與顯示器參考座標相關聯的一敏感度輸入，而被轉換成位於顯示器參考座標中映射區域的一移動樣板。本領域具有通常知識者應可明白上述顯示器資料包括顯示器的形態，例如：LED顯示器、LCD顯示器、觸控螢幕或3D顯示器，以及顯示器的頻率，例如：120Hz或240Hz。在一實施例中，與顯示器相關的顯示器參考座標可為一2D顯示器參考座標。在另一實施例中，顯示器參考座標可為一3D顯示器的3D顯示器參考座標。

上述的顯示器資料更包括一敏感度輸入，此敏感度輸入為一參數，使用者可藉由設置在3D顯示裝置之外殼上的控制鈕進行輸入和調整此參數。敏感度輸入可用於表示顯示裝置相應於電子裝置的移動之敏感度。請參考圖9，其對映射程序做更進一步的說明。在一實施例中，敏感度輸入為一參數，此參數代表顯示器與本發明之電子裝置的關係，例如：距離關係。此電子裝置的輸出包括位於3D參考座標的平擺角、俯仰角與滾動角在內的偏移，此偏移可映射到顯示器的2D顯示器參考座標上的一移動樣板。在另一個實施例中，敏感度輸入可包括邊界資訊的一螢幕尺寸，此邊界資訊是由使用者所預定，例如是藉由使用者的輸入或操作而取得。在又一實施例中，為了增加或減少移動樣板，敏感度輸入可在映射程式中進行預設，讓敏感度輸入的參數為一預設值，上述移動樣板包括距離、被移動的畫素之數目或從電子裝置的移動映射而來的畫素之數目。

圖9為本發明的一實施例之一電子裝置930與一顯示裝置的螢幕910的鳥瞰圖。螢幕910具有一中心點922、一目標點924與一邊界點926。中心點922為螢幕910的幾合中心，目標點924為電子裝置930所指示的位置，邊界點926為位於螢幕910右方邊界的一點。上述之各點922、924、926與電子裝置930是位於一共用平面上，此共用平面是與顯示器參考座標X_D Y_D Z_D 的X_D 軸與Z_D 軸相平行。虛擬光束942、944、946為三道想像的光束，其分別從電子裝置930發射到中心點922、目標點924與邊界點926。距離P為中心點922與目標點924之間的距離，距離P_max 為中心點922與邊界點926之間的距離，而距離d則為中心點922與電子裝置930之間的距離。上述之電子裝置930的結果偏差中的平擺角為虛擬光束942與虛擬光束944間所夾的角度θ，而角度θ_max 則為虛擬光束942與虛擬光束946間所夾的角度。上述的映射區域為位於顯示器參考座標且包括螢幕910之顯示面的一平面，螢幕910之顯示面為映射區域的一個子集。

在本實施例中，上述的敏感度輸入是由電子裝置930的使用者所提供。敏感度β可由下述的公式(15)所定義。

其中，在方程式(15)中的敏感度β是由使用者所提供。

下述之方程式(16)可由方程式(15)及幾何關係中推得。

下述之方程式(17)可由方程式(16)中推得。

在方程式(17)中，距離P_max 可從螢幕的寬度推得，而螢幕的寬度則是步驟750所取得的顯示器資料。另外，角度θ則為在步驟中所取得的平擺角，而敏感度輸入β則是由使用者所提供。因此，電子裝置930的運算處理器可依據方程式(17)而算出距離P。接著，運算處理器便可依據距離P與螢幕910的寬度而輕易地取得目標點於橫向座標上的位置。此外，依照類似的方法，運算處理器可依據俯仰角而輕易地取得螢幕910上的目標點於縱向座標上的位置。

在步驟750中的映射程序可用以上所述為例，亦即將偏向角中的平擺角與俯仰角轉換為螢幕910上的目標點924的二維座標，進行說明。藉此，運算處理器已取得目標點924於現今時段的座標。運算處理器會將目標點924於現今時段的座標減去目標點924於前一時段的座標，相減結果便為目標點924於現今時段的水平偏移與垂直偏移。上述的水平與垂直偏移可被傳送到顯示裝置，以使顯示裝置能追蹤目標點924的位置。顯示裝置能於螢幕910上顯示一游標或某些影像效果(video effect)，以強調目標點924的位置。當使用者移動電子裝置930時，上述的游標或影像效果能於螢幕910上展現出一移動樣板。

類似地，在本發明的另一實施例中，本發明的比對方法可為一迴圈式方法。對於一種時間上連續進行迴圈的方法，在本發明的一實施例中，由與九軸動作感測模組相通聯的運算處理器所執行的此方法會回到步驟710以執行在下一時段T+1的比對及映射的程序或方法。接著，可執行下一時段T+1的比對及映射的程序或方法。

圖10所繪示為本發明之另一實施例的比對方法。此流程圖所繪示的方法提供一於動態環境中取得結果偏差的方法，此結果偏差包括電子裝置在空間參考座標的偏向角，此電子裝置包括一九軸動作感測模組並可在一空間參考座標與一動態環境中移動和轉動，且在3D空間參考座標與動態環境中移動和轉動的電子裝置可將其結果偏差映射到一顯示器參考座標上。藉此，包括偏向角在內的結果偏差較佳可在排除動態環境中不良外部干擾的情況下被取得，此偏向角是與九軸動作感測模組的輸出或狀態(例如：更新狀態，容後詳述)相關聯。在一實施例中，不良外部干擾是指或更進一步包括不良軸向加速度，此不良軸向加速度是由重力以外的不良外力所造成。在另一個例子中，不良外部干擾是指或更進一步包括由不良電磁場所產生的不良磁力。圖10所示的步驟1005-1030可參考如圖7所示之本發明的另一實施例的步驟。

對於使用有一九軸動作感測模組的一電子裝置來說，電子裝置例如為一指示裝置、一導航設備、一智慧型手機或一攜帶式電子設備，此動作感測模組的磁力計所產生的訊號較佳是可用來讓取得結果偏差變得容易，且較佳是以絕對的方式，上述之結果偏差包括位於3D參考座標的偏向角。由磁力計所產生的第三訊號組可由圖10所示的步驟1035取得，此第三訊號組包括量測磁力(measured magnetism) Mx,My,Mz。在本實施例中，量測磁力Mx,My,Mz是指對所取得的磁力進行量測。在本發明的一實施例中，為了取得九軸運動感測模組的量測狀態，基於上述九軸感測模組的現今狀態或如步驟1040所示的第二四元值，也可運算並取得預計磁力Mx’,My’,Mz’。換句話說，可取得兩組代表九軸動作感測模組的量測狀態之磁力，其中一組為步驟1035中的量測磁力Mx,My,Mz，而另外一組為步驟1040中的預計磁力Mx’,My’,Mz’，此預計磁力Mx’,My’,Mz’是基於上述現今狀態或與量測角速度相關的第二四元值而求得。而且，在一實施例中，運算處理器可利用一資料轉換程序以將現今狀態或第二四元值轉換成預計磁力Mx’,My’,Mz’，反之亦然。該資料轉換程序可為一軟體程式，其可以下述方程式(18),(19),(20)來代表。

(q ₀ ² +q ₁ ² -q ₂ ² -q ₃ ² )cosλ +2(q ₁ q ₃ -q ₀ q ₂ )sinλ =Mx '...............................(18)

2(q ₁ q ₂ -q ₀ q ₃ )cosλ +2(q ₂ q ₃ +q ₀ q ₁ )sinλ =My '.......................................(19)

在方程式(18),(19),(20)中，變數λ為磁力計所量測到的周圍磁場的方向與位於空間參考座標的一水平平面間的傾角(dip angle)。此傾角λ可由量測而得或由本發明之電子裝置的初始校正程序(initial calibration process)計算而得，並可做為一參數。上述運算處理器可用於計算方程式(18),(19),(20)的解(Mx’,My’,Mz’)。

在本發明的一實施例中，提供取得上述之結果偏差的方法，此結果偏差包括位於空間參考座標的偏向角，而電子裝置利用一九軸動作感測模組且電子裝置例如為一指示裝置、一導航設備、一智慧型手機或一攜帶式電子設備。此方法較佳是藉由使用一比對模型，以比對九軸動作感測模組於現今時段T的現今狀態與量測狀態。換句話說，如步驟1045所示的實施例中，較佳是將於現今時段T的現今狀態之量測角速度之第二四元值與同樣位於現今時段T的量測軸向加速度Ax,Ay,Az、預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az’、量測磁力Mx,My,Mz及預計磁力Mx’,My’,Mz’相比對。藉此，便可取得九軸動作感測模組的一更新狀態。一般來說且在本發明之實施例中，更新狀態通常指：相較於現今狀態或量測狀態，對九軸動作感測模組於前一時段T-1的前一狀態進行更新。在步驟1045的比對模型使用量測軸向加速度Ax,Ay,Az及量測磁力Mx,My,Mz，同時也使用了預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az’及預計磁力Mx’,My’,Mz’。

在一實施例中，所獲得的九軸動作感測模組的更新狀態可為如圖所示的一第三四元值，較佳是涉及由與比對模型相關的方程式所表示的比對機制或資料相關。而且，如步驟1050~1060所示，可進一步被輸出和利用此結果，以如圖中的步驟所示取得包括位於空間參考座標中的偏向角的結果偏差。本領域具有通常知識者應可了解上述實施例中的現今狀態、量測狀態、更新狀態、資料相關及比對機制中的機率僅是用於說明之用，並非用以限制本發明。

圖11所繪示為本發明之比對方法的另一實施例。此流程圖繪示出取得一結果偏差的方法，此結果偏差包括一電子裝置位於空間指示座標中的偏向角，此電子裝置例如為一指示裝置、一導航設備、一智慧型手機或其他型態的攜帶式電子裝置。此電子裝置包括一九軸動作感測模組並可在一空間參考座標與一動態環境中移動和轉動，且在3D空間參考座標與動態環境中移動和轉動的電子裝置可將其結果偏向角映射到一顯示器參考座標上。步驟1105~1130可能包括取得動作感測模組的一前一狀態與一現今狀態，並取得動作感測模組的一量測狀態，此量測狀態與軸向加速度相關。此外，在步驟1135中，較佳是使用一比對模型去比對現今時段T中九軸動作感測模組的現今狀態與量測狀態。換句話說，如步驟1135所示，較佳是將於現今時段T的第二四元值與於現今時段T的量測軸向加速度Ax,Ay,Az及預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az進行比對，此第二四元值是與現今狀態的量測角速度相關聯。接著，可獲得九軸動作感測模組的第一更新狀態。在一實施例中，第一更新狀態是指對於現今時段T中的九軸動作感測模組的現今狀態進行第一次更新。而且，可取得或達到本發明的其中一技術效果。在步驟1135中，執行步驟1105~1135可取得的其中一好處或效果為：取得如圖11所示的第一更新狀態或第三四元值並排除不良軸向加速度，其中不良軸向加速度是由不良外力所造成，此不良外力例如為分離自重力的其他外力。

在一實施例中，九軸動作感測模組的第一更新狀態可為如圖所示的一第三四元值，此結果較佳是涉及由與比對模型相關聯的方程式所表示的比對或資料相關。而且，本發明的其中一技術效果包括如前所述的將動態環境中的不良外部干擾排除，其中不良外部干擾是指或包括不良軸向加速度，此不良軸向加速度是由不良外力所造成，此不良外力較佳是排除重力。或者，不良外部干擾還包括由不良電磁場所產生的不良磁力，此不良電磁場是鄰近於動作感測模組。如圖11之步驟1140所示，在基於第三四元值的情況下，可進一步對本發明之九軸感測模組的第一更新狀態進行運算並轉換為一暫態俯仰角(temporary pitch angle)與一暫態滾動角(temporary roll angle)。如圖所示，可有效取得第一更新狀態，並將動態環境中屬於不良外部干擾的不良軸向加速度排除。在一實施例中，在排除上述由不良外力所造成的不良軸向加速度的情況下，可取得第一更新狀態；上述不良外力是指不包括重力在內的外力。第三訊號組是由磁力計所產生，其包括量測磁力Mx,My,Mz。九軸動作感測模組的量測狀態可藉由對一量測平擺角進行運算而取得，此量測平擺角是根據下述方程式(21)而從九軸運動感測模組於現今時段T所發出的動作感測訊號中獲得。

在方程式(21)中，Ty是指量測平擺角，Tp是指暫態俯仰角，而Tr則是指暫態滾動角。

在本發明的一實施例中，如步驟1145所示，為了取得九軸動作感測模組的所述量測狀態，基於九軸動作感測模組的所述第一更新狀態或於現今時段的第三四元值，可取得一預計平擺角(predicted yaw angle)。換句話說，為了九軸動作感測模組的量測狀態，可取得步驟1140中的量測平擺角與步驟1145中的預計平擺角。

而且，較佳是利用一比對模型以比對於現今時段T中九軸動作感測模組的現今狀態與量測狀態。換句話說，如步驟1150所示，較佳是於現今時段T中將第二四元值與量測軸向加速度Ax,Ay,Az、預計軸向加速度Ax’,Ay’,Az’、量測平擺角與預計平擺角進行比對，此第二四元值是與現今狀態的量測角速度相關聯。接著，可獲得九軸動作感測模組的第二更新狀態。在一實施例中，第二更新狀態是指對於現今時段T中的九軸動作感測模組的現今狀態進行第二次更新。於步驟1150中的比對模型是與上述比對模型非常近似，故將不再做詳細的說明。在一實施例中，如圖所示，所取得之九軸動作模組的第二更新狀態可為一第四四元值。而且，在如圖所示接下來的步驟中，所取得之九軸動作感測模組的第二更新狀態可被當作結果而輸出，並用於取得一結果偏差，此結果偏差包括在一空間指示參考座標的偏向角。除了上述之技術效果外，即：如步驟1135所示，排除動態環境中屬於不良外部干擾的不良軸向加速度而獲得的動作感測模組的第一更新狀態，還可達到如圖11之步驟1150所示的技術效果，此技術效果是伴隨著動作感測模組的第二更新狀態而得。藉由執行步驟1140~1150可達到的優點或效果為：如圖11所示，取得第二更新狀態並排除不良磁力，不良磁力例如是由動態環境中鄰近本發明的動作感測模組的不良的外部或內部電磁場所造成的。

如圖中步驟1155所示，將第二更新狀態輸出至九軸感測模組的前一狀態，此第二更新狀態較佳是第四四元值的形態。換句話說，在一實施例中，第一四元值可被上述之第四四元值所取代，或者是說第四四元值可直接取代第一四元值在前一時段T-1時的值以進行下一個迴圈。換句話說，於現今時段T的第四四元值會變成下一時段T+1的第一四元值。或者是說，在前一時段T-1所輸出的第四四元值可做為現今時段T的第一四元值。

在步驟1160中，本發明之九軸動作感測模組的第二更新狀態可進一步被運算並轉換為結果偏差，此結果偏差包括在空間參考座標中的偏向角，其中偏向角包括位於空間參考座標中之電子裝置的平擺角、俯仰角與滾動角，上述之平擺角、俯仰角與滾動角較佳是分別對應於空間參考座標的三個互相垂直的座標軸的角度。而且，如圖所示，可進一步取得第二更新狀態，較佳是排除動態環境中屬於不良外部干擾的不良磁力。在一實施例中，較佳是取得第二更新狀態並排除例如由上述不良電磁場所造成的不良磁力，或是排除地球磁場之外且鄰近於動作感測模組或具足以影響動作感測模組的不良磁力。偏向角可根據方程式(12)、(13)、和(14)而算出，其中在方程式(12)、(13)、和(14)的變數q₀ 、q₁ 、q₂ 、和q₃ 則為第四四元值的四個元素。而且，步驟1160的偏向角可在排除不良外部干擾的情況下取得，此不良外部干擾包括不良軸向加速度與不良磁力，其中如前述步驟1135所述，不良軸向加速度是由不良外力所造成，此不良外力不包括重力。另外，如前述步驟1150所述，不良磁力之其一例如是由不良電磁場所造成。此外，在圖11所示的步驟1165中，位於空間參考座標且包括偏向角的結果偏差可進一步被映射至一顯示器參考座標中，此顯示器參考座標例如為一顯示器的2D顯示器參考座標。

如圖12所示，在一較佳實施例中，第一更新狀態與第二更新狀態分別更包括一第一資料相關模型與一第二資料相關模型。第一資料相關模型是用於比對第一量測狀態與一第一預計量測，其中第一量測狀態是與第二訊號組相關聯，而第一預計量測則是由所述的現今狀態中取得。而且，第二資料相關模型是用於比對第二量測狀態與一第二預計量測，其中第二量測狀態是與第三訊號組相關聯，而第二預計量測則是由所述的第一更新狀態中取得。此外，在另一較佳實施例中，第二更新狀態分別更包括一第一資料相關模型與一第二資料相關模型，且第一資料相關模型是用於比對第一量測狀態與一第一預計量測，其中第一量測狀態是與第二訊號組相關聯，而第一預計量測則是由所述的現今狀態中取得。第二資料相關模型是用於比對第二量測狀態與一第二預計量測，其中第二量測狀態是與第三訊號組相關聯，而第二預計量測則是由所述的現今狀態中取得。在基於比對結果的情況下，根據九軸動作感測模組的第一更新狀態而取得所述第二預計量測或根據九軸動作感測模組的現今狀態而取得所述第二預計量測間的差異於圖12有更進一步的描述。標示“是”和“否”的路徑是顯示於圖12中。

圖12所示為本發明之取得結果偏差的另一實施例，此結果偏差包括一電子裝置位於空間參考座標的偏向角，此電子裝置例如為一指示裝置、一導航設備、一智慧型手機或其他攜帶式電子設備，其包括一九軸動作感測模組。電子裝置可在一空間指示參考座標及動態環境中移動和轉動，上述取得結果偏差的方法包括下述步驟。如圖所示，在步驟1210中，可取得九軸動作感測模組的一先前狀態，其中先前狀態是與一先前角速度相關，此先前角速度是由九軸動作感測模組於一前一時段T-1所發出的動作感測訊號中獲得。在其他實施例中，先前狀態是與一先前角速度、一先前軸向加速度與一先前磁力相關，上述先前角速度、先前軸向加速度與先前磁力是由九軸動作感測模組於一前一時段T-1所發出的動作感測訊號中獲得。接著，在步驟1220中，藉由取得由九軸動作感測模組於一現今時段T所發出的動作感測訊號中獲得的量測角速度ω_x ,ω_y ,ω_z ，從而取得九軸動作感測模組的現今狀態。在步驟1225中，藉由取得由九軸動作感測模組於現今時段T所發出的動作感測訊號中獲得的量測軸向加速度Ax,Ay,Az，從而取得九軸動作感測模組的一第一量測狀態。接著，在步驟1230中，基於九軸動作感測模組的現今狀態可運算並取得九軸動作感測模組的一第一預計量測。在步驟1235中，進行一比對，以決定與量測狀態相關的訊號是否足以被用來補償九軸動作感測模組的現今狀態，並取得九軸動作感測模組的更新狀態，其中量測狀態例如包括量測軸向加速度與量測磁力。

根據本發明的上述目的，較佳是提供一比對機制與一補償方法，此補償方法可在具有外部干擾或內部干擾的情況下精確地輸出一動作感測模組的結果偏差，此外部干擾或內部干擾例如包括由鄰近動作感測模組的其它電子裝置所產生的電磁場，或其他強度足以扭曲或干擾動作感測模組的正常運作的電磁場。在此情況下，使用資料相關的一比對機制能用於比對動作感測模組的量測狀態與預計量測狀態，以決定對先前狀態進行更新的補償。在前述步驟1235中，資料相關也包括一預定值，此預定值例如是根據所使用的動作感測模組的表現而預先選定，而使量測狀態與預計量測的比對結果能參考資料相關與預定值，以決定所需的補償，從而更新動作感測模組的狀態，此狀態例如為先前狀態或更新狀態。

藉此，基於資料相關的結果，可取得動作感測模組的更新狀態。如圖所示，若上述比對結果是落在資料相關所預計的結果範圍內，則在本發明的一實施例中，如步驟1240所示，基於九軸運動感測模組的第一預計量測與第一量測狀態的比對，可取得九軸運動感測模組的一第一更新狀態。此外，如果比對結果不是落在資料相關所預計的結果範圍內，則便無法執行並取得第一更新狀態。在具有外部或內部干擾的情況下，使用資料相關與比對機制的效果特別好，其中上述外部或內部干擾例如是由不良電磁場所造成。當比對結果落在所預計的範圍外時，如圖12中所標示的“否”，則下一步驟將是取得動作感測模組的另一量測狀態或第二量測狀態，從而決定另一資料相關是否能被用於取得第二更新狀態。然而，提供第二更新狀態可做為本發明之方法中的另一步驟。基於包括與動作感測模組相關的量測軸向加速度在內的量測狀態，可僅執行上述的步驟並取得第一更新狀態的結果。換句話說，如圖所示，不管是執行只能取得第一更新狀態的步驟或是執行只能取得第二更新狀態的步驟或是執行可取得第一更新狀態與第二更新狀態的步驟，皆落在本發明之申請專利範圍所保護的範圍內。而且，同樣地，可取得或達到本發明的其中一技術效果。在步驟1240中，藉由執行步驟1210~1240可達到的優點或效果為：如圖12所示，取得第一更新狀態並排除不良軸向加速度，此不良軸向加速度是由不良外力所產生，此不良外力例如為不包括重力的不良外力。

在本發明的另一實施例中，或在取得上述第二更新狀態的情況下，可進一步執行如圖12所示的步驟1245~1260。在步驟1245中，藉由取得一量測平擺角可取得九軸動作感測模組的一第二量測狀態，其中是基於量測磁力Mx,My,Mz而取得量測平擺角，而量測磁力Mx,My,Mz則是從九軸動作感測模組於現今時段T所發出的動作感測訊號中獲得。而且，如步驟1250所示，運算並取得九軸運動感測模組的一第二預計量測。接著，藉由如圖12中標示為“是”的路徑所代表的比對機制，可基於九軸運動感測模組的第一更新狀態而取得一預計平擺角。在另一個實施例中，藉由如圖12中標示為“否”的路徑所代表的比對機制，可基於九軸運動感測模組的現今狀態而取得預計平擺角。一旦取得量測狀態與預計量測，可執行一第二次比對以決定：是否基於比對機制與第二資料相關所獲得的結果，而進行補償。如步驟1255所示，第二資料相關包括：決定比對結果是否落入一預定值或一預定範圍內。如果比對結果落在預定值或預定範圍內，則如標示為“是”的步驟1260所示，可取得一第二更新狀態並進行補償。此外，如果比對結果沒有落在預定值或預定範圍內，則應執行步驟1265，即圖中標示為“否”的程序。換句話說，補償機制是利用動作感測模組的第二預計量測以進行更新，而非利用動作感測模組的第二量測狀態。同樣地，除了上述的技術效果外，如步驟1240所示，排除動態環境中不良外部干擾的不良軸向加速度而得到動作感測模組的第一更新狀態，可進一步達到如圖12之步驟1260所示的技術效果，此技術效果是伴隨著動作感測模組的第二更新狀態而得。藉由執行步驟1245~1260可達到的優點或效果為：如圖12所示，可進一步取得第二更新狀態並排除不良磁力，不良磁力例如是由動態環境中鄰近本發明的動作感測模組的不良的外部或內部電磁場所造成的。

接續上述的步驟，在本發明的一實施例中，比對方法可為一連續的迴圈或是時間上為迴圈形式，在現今時段T所獲得的更新狀態可做為前一時段T-1的先前狀態，並成為另一迴圈的起始，以再一次執行上述的步驟。對本領域具有通常知識者來說，上述的時段T、時段T-1或時段T+1所指為何應是相當清楚明確，且是落在本發明所欲保護的範圍內。例如，在圖12所示的步驟1260中，藉由對九軸動作感測模組的第一更新狀態進行更新可獲得九軸動作感測模組的第二更新狀態，其中對第一更新狀態進行更新是基於九軸動作感測模組的第二預計量測與第二量測狀態之間的第二比對機制。在步驟1265中，所獲得的九軸動作感測模組的第二更新狀態可進一步輸出到先前狀態而開始另一個迴圈。

步驟1265完成後，於步驟1270中，以類似步驟745、步驟1060、步驟1160的方式取得結果偏差，此結果偏差包括於空間參考座標中的偏向角，即：平擺角、俯仰角與滾動角。而且，可在排除不良外部干擾的情況下取得結果偏差，此不良外部干擾包括如步驟1240所示的不良軸向加速度，此不良軸向加速度是由不良外力所造成，此不良外力不包括重力。此外，不良外部干擾還包括如步驟1260所示的不良磁力，此不良磁力例如是由不良電磁場所產生。

如上所述，在本發明的一實施例中，提供一取得電子裝置的結果偏差之方法，此電子裝置包括一九軸動作感測模組與資料相關，這樣可在九軸動作感測模組受到外部或內部干擾的情況下取得較精確的結果。因此，上述取得九軸動作感測模組的第一更新狀態的步驟進一步包括：執行一第一資料相關，以決定九軸動作感測模組的第一預計量測與第一量測狀態的比對結果是否落在九軸動作感測模組的一第一預定值內。而且，上述取得九軸動作感測模組的第二更新狀態的步驟進一步包括：執行一第二資料相關，以決定九軸動作感測模組的第二預計量測與第二量測狀態的比對結果是否落在九軸動作感測模組的一第二預定值內。

同樣地，根據本發明的方法所述的連續迴圈，在一實施例中取得電子裝置的一結果偏差的方法更包括將電子裝置中的九軸動作感測模組的第二更新狀態輸出至前一狀態。而且，九軸動作感測模組的前一狀態可為於前一時段T-1的第一四元值，九軸動作感測模組的現今狀態可為於現今時段T的第二四元值，而九軸動作感測模組的第一更新狀態與第二更新狀態也可分別為於現今時段T的第三四元值與第四四元值。

總之，本發明還提供一九軸比對方法，其比對電子裝置因轉動而產生並偵測到的訊號與因加速度而產生並偵測到的訊號，其中此電子裝置是使用有一九軸動作感測模組，且轉動與加速度是分別繞著與沿著三個軸而進行。在一實施例中，九軸比對方法可將結果偏差輸出，其中結果偏差包括於空間參考座標中的平擺角、俯仰角與滾動角，此空間參考座標例如為電子裝置的3D參考座標。在另一實施例中，九軸比對方法包括將結果偏差映射到一顯示器座標，此結果偏差包括於空間參考座標中的平擺角、俯仰角與滾動角，而顯示器座標例如為顯示裝置的螢幕上的顯示器參考座標。九軸比對方法包括將動作感測模組的各種狀態進行比對，並使用本發明之資料相關以輸出一結果偏差，此結果偏差包括例如在一3D參考座標的平擺角、俯仰角與滾動角。此方法具有新穎性與非顯而易見。

綜上所述，本領域具有通常知識者應可了解，在本發明中，將包括位於一空間指示參考座標的3D角度以絕對的方式輸出也是具有新穎性。而且，具有動作感測模組的電子裝置具有本發明所提出的且具有新穎性的比對方法及程式，故能以絕對的方式取得並輸出上述的結果偏差，其是不易被本領域具有通常知識者從習知技術中推得，故也具有進步性。上述之與結果偏差相關聯的『絕對』是指本發明之電子裝置在空間指示參考座標中實際的移動與轉動，其中結果偏差是從改良的電子裝置所取得並輸出，結果偏差包括偏向角，而偏向角例如是位於空間指示參考座標中的平擺角、俯仰角與滾動角。而且，由於九軸動作感測模組於動態環境中移動和轉動所產生和累積的雜訊可被有效地刪除或補償，因此本發明之九軸比對方法可精確地將所述的偏差輸出，此偏差包括在3D參考座標中的角度。而且，在本發明說明書中，“一”或“一個”可代表“至少一個”或“多個”的意思。如上所述，本領域具有通常知識者應可了解，“動態”所指的是移動或一般所指的運動。本領域具有通常知識者應可了解，“排除”在此所指的是將不良的干擾排除，其並不限於特定排除的量或程度，任何量或程度都應符合本發明之精神且應落在本發明所欲保護的範圍內。本領域具有通常知識者應可了解，本發明可應用於各種領域，包括：遊戲、電腦、和導航。本領域具有通常知識者應可了解，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，且應包括本發明各種可能的應用，包括：指示裝置、導航設備或智慧型手機等電子裝置。

110．．．攜帶式電子裝置

111．．．平擺角

112．．．俯仰角

113．．．滾動角

120．．．顯示裝置

122．．．螢幕

X_P 、Y_P 、Z_P ．．．座標軸

X_D 、Y_D 、Z_D ．．．座標軸

300、500．．．電子裝置

302、502、602．．．九軸動作感測模組

304、604．．．處理及傳輸模組

310、610．．．上蓋

312．．．控制鈕

320、520、620．．．下蓋

322、522、622．．．電池組

330．．．殼體

340、540、640．．．印刷電路板

342、542、642．．．轉動感測器

344、544、644．．．加速度感測器

345、545、645．．．磁力計

346、546、646．．．資料傳輸單元

348、648．．．運算處理器

552．．．資料接收單元

554．．．運算處理器

560．．．第一部分

570．．．第二部分

580．．．筆記型電腦

582．．．螢幕

600．．．攜帶式電子裝置

604．．．處理及傳輸模組

614．．．透明區域

682．．．顯示器

705~750．．．步驟

1005~1060．．．步驟

1105~1165．．．步驟

1210~1270．．．步驟

圖1所繪示為在2D參考座標中且具有一五軸動作感測器的一習知技術。

圖2所繪示為圖1之具有五軸動作感測器的習知技術，其繞著Xp軸進行轉動，且受到進一步的動態交互作用。

圖3所繪示為本發明的一實施例的一電子裝置的爆炸圖，此電子裝置例如為一指示裝置且具有一九軸動作感測模組。

圖4所繪示為本發明的一實施例的一電子裝置之方塊圖，其繪示出電子裝置的硬體零件。

圖5所繪示為本發明的另一實施例的一電子裝置，此電子裝置例如為一指示裝置且具有一九軸動作感測模組與一外部處理器。

圖6所繪示為本發明的另一實施例的一電子裝置的爆炸圖，此電子裝置例如為一智慧型手機或導航設備，並具有一九軸動作感測模組。

圖7所繪示為本發明之一實施例的取得一電子裝置之結果偏差的方法的流程圖，此電子裝置可在一空間參考座標中進行移動與轉動。

圖8所繪示為本發明之另一實施例的取得結果偏差的方法之流程圖，此方法包括將結果偏差映射至一電子裝置的一顯示器上。

圖9所繪示為將本發明的3D指示裝置的結果偏差的偏向角進行映射的一實施例。

圖10所繪示為一說明性的流程圖，其繪示出本發明之另一實施例之取得電子裝置之結果偏差的方法。

圖11所繪示為一說明性的流程圖，其繪示出本發明之另一實施例之取得電子裝置之結果偏差的方法，此方法包括將結果偏差映射至一電子裝置的一顯示器上。

圖12所繪示為一說明性的流程圖，其繪示出本發明之另一實施例之取得電子裝置之結果偏差的方法。

300．．．電子裝置

310．．．上蓋

312．．．控制鈕

320．．．下蓋

322．．．電池組

330．．．殼體

340．．．印刷電路板

342．．．轉動感測器

344．．．加速度感測器

345．．．磁力計

346．．．資料傳輸單元

348．．．運算處理器

Claims (29)

1. 一種動作感測裝置，使用於電腦、動作感測或導航中，易受在具有不良外部干擾的一動態環境中的移動或轉動，該動作感測裝置包括：一殼體，與該動作感測裝置在一空間參考座標上的移動和轉動相關聯；一印刷電路板，被該殼體所包覆；一九軸動作感測模組，依附在該印刷電路板上，該九軸動作感測模組包括一轉動感測器、一加速度感測器與一磁力計，該轉動感測器是用以偵測和產生一第一訊號組，該第一訊號組包括與該動作感測裝置在該空間參考座標上的移動與轉動相關的角速度ω_x ,ω_y ,ω_z ，該加速度感測器是用以偵測和產生一第二訊號組，該第二訊號組包括與動作感測裝置在該空間參考座標上的移動與轉動相關的軸向加速度Ax,Ay,Az，該磁力計是用以偵測和產生一第三訊號組，該第三訊號組包括磁力Mx,My,Mz；及一處理及傳輸模組，包括一資料傳輸單元與一運算處理器，該資料傳輸單元電性連接至該九軸動作感測模組以用於傳輸該第一訊號組、該第二訊號組與該第三訊號組，該運算處理器是用以接受和運算從該資料傳輸單元來的該第一訊號組、該第二訊號組與該第三訊號組，該處理及傳輸模組與該九軸動作感測模組相通聯並利用一比對機制以比對該第一訊號組、該第二訊號組與該第三訊號組，以運算一結果偏差，該結果偏差包括多個於該空間參考座標上的偏向角，藉此得到該動作感測裝置的該九軸動作感測模組的該結果偏差的該些偏向角並排除該動態環境中的不良外部干擾；其中，該比對機制更包括一更新程式，基於該九軸動作感測 模組的一現今狀態及一量測狀態而取得一更新狀態，該現今狀態是至少與該第一訊號組相關聯，該量測狀態包括至少對該第二訊號組進行量測。
2. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該結果偏差的該些偏向角包括一平擺角、一俯仰角與一滾動角，其分別對應到該空間參考座標中三個互相垂直的座標軸，該動態環境包括一情境，其中該動作感測裝置在該空間參考座標上的移動和轉動對時間軸是連續且非線性的。
3. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該處理及傳輸模組中的該資料傳輸單元是依附於被該殼體包覆的該印刷電路板，透過該印刷電路板上的電性連接，該資料傳輸單元將該九軸動作感測模組的該第一訊號組、該第二訊號組與該第三訊號組傳輸至該運算處理器。
4. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該更新狀態更包括一資料相關模型，以比對量測狀態與一預計量測，該量測狀態是至少與該第二訊號組相關聯，該預計量測是從所述的現今狀態運算並取得，且該預計量測是至少與該第二訊號組相關聯。
5. 如申請專利範圍第4項所述的動作感測裝置，其中該量測狀 態更與該第三訊號組相關聯，其中從該現今狀態中運算並取得的該預計量測更與該第三訊號組相關聯。
6. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該處理及傳輸模組所使用的該比對機制更包括一更新程式，基於該九軸動作感測模組的一現今狀態及一第一量測狀態而取得該九軸動作感測模組的一第一更新狀態，該現今狀態是至少與該九軸動作感測模組的該第一訊號組相關聯，該第一量測狀態與該第二訊號組相關聯，更基於該第一更新狀態及一第二量測狀態而取得該九軸動作感測模組的一第二更新狀態，該第二量測狀態是與該第三訊號組相關聯，其中該第一量測狀態與該第二量測狀態分別包括對該第二訊號組與該第三訊號組分別進行量測。
7. 如申請專利範圍第6項所述的動作感測裝置，其中該第一更新狀態與該第二更新狀態分別更包括一第一資料相關模型與一第二資料相關模型；且第一資料相關模型是用於比對該第一量測狀態與一第一預計量測，該第一量測狀態是與該第二訊號組相關聯，該第一預計量測是從該現今狀態中取得；第二資料相關模型是用於比對該第二量測狀態與一第二預計量測，該第二量測狀態是與該第三訊號組相關聯，該第二預計量測是從該第一更新狀態取得。
8. 如申請專利範圍第6項所述的動作感測裝置，其中該第一更新狀態與該第二更新狀態分別更包括一第一資料相關模型與一第 二資料相關模型，且第一資料相關模型是用於比對該第一量測狀態與一第一預計量測，該第一量測狀態是與該第二訊號組相關聯，該第一預計量測是從該現今狀態取得；第二資料相關模型是用於比對該第二量測狀態與一第二預計量測，該第二量測狀態是與該第三訊號組相關聯，該第二預計量測是從該現今狀態取得。
9. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該處理及傳輸模組所使用的該比對機制更包括一資料轉換程序，該資料轉換程序用以將四元值轉換成該動作感測裝置中的該九軸動作感測模組於該空間參考座標上的該結果偏差之該些偏向角，該四元值是與該九軸動作感測模組的該第一訊號組、該第二訊號組與該第三訊號組相關聯。
10. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該處理及傳輸模組中的該運算處理器更包括一映射程序，該映射程序用以將該動作感測裝置中的該九軸動作感測模組於該空間參考座標上的該結果偏差之該些偏向角轉換成在一顯示器的一顯示器參考座標中的一移動樣板。
11. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該九軸動作感測模組之該轉動感測器更包括至少一共振體，以使該轉動感測器利用柯氏加速度的效應以偵測並量測該共振體沿著該空間參考座標的一座標軸所進行的移動，從而產生包括位於空間參考座標之角速度ω_x ,ω_y ,ω_z 的第一訊號組。
12. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該不良外部干擾更包括不良軸向加速度，該不良軸向加速度是由重力以外的不良外力所造成。
13. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該不良外部干擾更包括由不良電磁場所產生的不良磁力。
14. 一種用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，該結果偏差包括一動作感測裝置於一空間參考座標上的多個偏向角，該電子裝置利用位於其內的一九軸動作感測模組，且該動作感測裝置易受在該空間參考座標上的一動態環境中的移動和轉動，該方法包括：取得該九軸動作感測模組於一前一時段T-1時的一先前狀態；取得該九軸動作感測模組於一現今時段T時的一現今狀態；取得該九軸動作感測模組於該現今時段T時的一量測狀態；基於該現今狀態而運算並取得該九軸動作感測模組的一預計量測；以及基於該量測狀態與該預計量測之間的比對而取得該九軸動作感測模組的一更新狀態，該預計量測是由該九軸動作感測模組的該現今狀態中運算並取得，藉此得到該動作感測裝置的該九軸動作感測模組的該結果偏差的該些偏向角並排除該動態環境中的不良外部干擾。
15. 如申請專利範圍第14項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，其中該先前狀態包括一初始值組，該初始值組是預定用來在該方法開始時初始化該九軸動作感測模組的該先前狀態。
16. 如申請專利範圍第14項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，其中取得該九軸動作感測模組的該現今狀態的步驟更包括：於現今時段T從該九軸動作感測模組動作感測訊號中取得量測角速度ω_x ,ω_y ,ω_z 。
17. 如申請專利範圍第14項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，其中取得該九軸動作感測模組的該量測狀態的步驟更包括：於現今時段T從該九軸動作感測模組的動作感測訊號中取得量測軸向加速度A_x ,A_y ,A_z 與量測磁力M_x ,M_y ,M_z 。
18. 如申請專利範圍第14項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，其中取得該九軸動作感測模組的該更新狀態的步驟更包括：執行一資料相關，以決定該預計量測與該量測狀態之間的比對結果是否落入該九軸動作感測模組的一預定值內。
19. 如申請專利範圍第14項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，更包括：運算並轉換該九軸動作感測模組的該更新 狀態至該結果偏差，該結果偏差包括位於該空間參考座標的該些偏向角。
20. 如申請專利範圍第14項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，更包括：將該九軸動作感測模組的該更新狀態輸出至該九軸動作感測模組的該先前狀態，以讓該方法進入一下一時段並以迴圈的方式執行，且該結果偏差的該些偏向角包括平擺角、俯仰角與滾動角，該平擺角、該俯仰角與該滾動角分別對應到該空間參考座標中三個互相垂直的座標軸。
21. 如申請專利範圍第14項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，其中該九軸動作感測模組的該先前狀態為與該前一時段T-1相關的一第一四元值，該九軸動作感測模組的該先前狀態為與該現今時段T相關的一第二四元值，且該九軸動作感測模組的該更新狀態為與該現今時段T相關的一第三四元值。
22. 如申請專利範圍第14項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，其中該不良外部干擾更包括不良軸向加速度，該不良軸向加速度是由重力以外的不良外力所造成。
23. 如申請專利範圍第14項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，其中該不良外部干擾更包括由不良電磁場所產生的不良磁力。
24. 一種用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，該結果偏差包括一動作感測裝置於一空間參考座標上的多個偏向角，該動作感測裝置利用位於其內的一九軸動作感測模組，且該動作感測裝置易受在該空間參考座標上的一動態環境中的移動和轉動，該方法包括：取得該九軸動作感測模組的一先前狀態，其中該先前狀態是與至少一先前角速度相關聯，該先前角速度是由該九軸動作感測模組於一前一時段T-1時的動作感測信號中取得；藉由取得該九軸動作感測模組於一現今時段T的動作感測信號中獲得的量測角速度ω_x ,ω_y ,ω_z ，而取得該九軸動作感測模組的一現今狀態；藉由取得該九軸動作感測模組於該現今時段T的動作感測信號中獲得的量測軸向加速度A_x ,A_y ,A_z ，而取得該九軸動作感測模組的一第一量測狀態；基於該現今狀態而運算並取得該九軸動作感測模組的一第一預計量測；基於該第一預計量測與該第一量測狀態之間的一第一比對以取得該九軸動作感測模組的一第一更新狀態，藉此將該動態環境中屬於該不良外部干擾的該不良軸向加速度排除；藉由取得一量測平擺角而取得該九軸動作感測模組的一第二量測狀態，該量測平擺角的取得是基於該九軸動作感測模組於該現今時段T的動作感測信號中獲得的量測磁力Mx,My,Mz；對該九軸動作感測模組的一第二預計量測進行運算，並取得一預計平擺角；以及基於該第二預計量測與該第二量測狀態之間的一第二比對以 更新該九軸動作感測模組的該第一更新狀態，從而取得該九軸動作感測模組的一第二更新狀態，藉此排除該動態環境中該不良外部干擾的該不良磁力。
25. 如申請專利範圍第24項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，其中取得該九軸動作感測模組的該第一更新狀態的步驟更包括：執行一第一資料相關以決定該第一預計量測與該第一量測狀態之間的該第一比對是否落入該九軸動作感測模組的一第一預定值；以及取得該九軸動作感測模組的該第二更新狀態的步驟更包括：執行一第二資料相關以決定該第二預計量測與該第二量測狀態之間的該第二比對是否落入該九軸動作感測模組的一第二預定值。
26. 如申請專利範圍第24項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，更包括：將該九軸動作感測模組的該第二更新狀態輸出至該先前狀態的步驟，其中該九軸動作感測模組的該先前狀態為與該前一時段T-1相關的一第一四元值；該九軸動作感測模組的該現今狀態為與該現今時段T相關的一第二四元值；以及該九軸動作感測模組的該第一更新狀態與該第二更新狀態是分別為與該現今時段T相關的一第三四元值與一第四四元值。
27. 如申請專利範圍第24項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，其中該先前狀態更是與該先前軸向加速度與該先前磁力相關聯，該先前軸向加速度與該先前磁力是由該九軸動作感 測模組於一前一時段T-1的動作感測訊號中獲得。
28. 如申請專利範圍第24項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，其中該預計平擺角是基於該九軸動作感測模組的該第一更新狀態而取得。
29. 如申請專利範圍第24項所述的用以取得動作感測裝置的結果偏差的方法，其中該預計平擺角是基於該九軸動作感測模組的該現今狀態而取得。