專利名稱：慣性感測輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種感測輸入裝置，特別是涉及一種利用感測加速度的變化來偵測操作者手部運(yùn)動慣性及運(yùn)動狀態(tài)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)量或者是位移量的一種慣性感測輸入裝置。
背景技術(shù)：
目前市面上指針輸入裝置的種類有很多種，較為常見的是，激光指示器或者是鼠標(biāo)。以鼠標(biāo)來說，若根據(jù)感測方式來區(qū)別，鼠標(biāo)可分為滾球型鼠標(biāo)、LED光學(xué)鼠標(biāo)，以及最新的激光光學(xué)鼠標(biāo)等等。其中滾球型鼠標(biāo)因?yàn)樵谧烂嫔弦苿樱菀渍答せ覊m，需要定時(shí)清理滾軸上的臟污，以保持鼠標(biāo)偵測的準(zhǔn)確性。而LED光學(xué)鼠標(biāo)利用物體表面粗操度產(chǎn)生的陰影來辨識，因此在類似大理石桌面，磁磚、金屬等光滑表面，無法順利的操作鼠標(biāo)。而激光是利用同調(diào)光源(coherent light)，能直接反射出表面的細(xì)節(jié)，而無需利用陰影來辨識。因此能提供比LED光學(xué)鼠標(biāo)較佳的表面追蹤能力。然而，在玻璃或者等亞克力透明桌面仍會因光學(xué)感測的原理而使得功能受限。
1995年，Gyration公司提出U.S.Pat.No.5898421專利名稱為“Gyroscopicpointer and method”，該專利揭示一種使用陀螺儀偵測空間中手部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將感測的角速度顯示成屏幕光標(biāo)的移動，達(dá)成空間鼠標(biāo)的功能，至于桌面上的運(yùn)動則使用光學(xué)或滾球的方式來感測手部運(yùn)動。目前市面上也有該公司的空間陀螺儀鼠標(biāo)的產(chǎn)品。該產(chǎn)品可在桌面上及空間感測人體手部運(yùn)動，桌面上操作時(shí)則利用LED光學(xué)感測技術(shù)擷取信號，就如同一般LED光學(xué)鼠標(biāo)，離開桌面時(shí)則利用陀螺儀感測旋轉(zhuǎn)信號。這種鼠標(biāo)結(jié)合了LED光學(xué)及慣性感測原理，故鼠標(biāo)必須額外整合陀螺儀，造成鼠標(biāo)成本增加。此外，利用陀螺儀感測空中運(yùn)動的鼠標(biāo)會受到陀螺儀昂貴價(jià)格的限制，目前高級鼠標(biāo)的平均價(jià)格約US$40左右，市面上可購買的單軸陀螺儀價(jià)錢約US$30，而Gyration公司所出產(chǎn)的“Gyration In-Air Wireless Optical Mouse”的價(jià)格約US$79，因此在成本及價(jià)格方面與光學(xué)鼠標(biāo)比較起來缺乏產(chǎn)品競爭力。
總括來說，此類鼠標(biāo)問題包括(1)在平面操作時(shí)，此類鼠標(biāo)是以光學(xué)感測原理來感測位置變動，故仍具有耗電、表面追蹤等問題。
(2)在空間操作時(shí)，則是利用陀螺儀感測來計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度，此會因價(jià)格過高而使得產(chǎn)品商業(yè)化不具競爭力。
若以激光指示器而言，大部分為單獨(dú)的激光指示功能，應(yīng)用于簡報(bào)的場合，并沒有所謂的將激光指示器與可感測空間的運(yùn)動狀態(tài)的鼠標(biāo)進(jìn)行結(jié)合，以利簡報(bào)人進(jìn)行簡報(bào)或者是操控計(jì)算機(jī)的裝置。
本發(fā)明就是解決上述的問題，設(shè)計(jì)一慣性感測輸入裝置，使之能夠達(dá)到使用方便及精確感測等目的，并且可在平面上及空間中使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種慣性感測輸入裝置，其利用數(shù)個(gè)慣性傳感器，借由該慣性傳感器配置與差分運(yùn)算，使該慣性感測輸入裝置利于平面或空間平移運(yùn)動，同時(shí)，能夠感測操作者的運(yùn)動狀態(tài)，達(dá)到偵測該慣性感測輸入裝置在平面或者是空間中位置的目的。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種慣性感測輸入裝置，其利用一感測切換部以控制該慣性感測輸入裝置能夠切換感測功能，達(dá)到可以選擇感測平面或者是感測空間運(yùn)動狀態(tài)的目的。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種慣性感測輸入裝置，其利用一回位開關(guān)以切換慣性傳感器啟動或者是停止感測該慣性感測輸入裝置在平面上的運(yùn)動狀態(tài)，達(dá)到便于操作者操作的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種慣性感測輸入裝置，包括一殼體、一第一慣性感測部、一第二慣性感測部以及一微控制部。該第一慣性感測部，偶接于該殼體內(nèi)的一電路基板上，可感測一空間第二軸、一空間第三軸的運(yùn)動狀態(tài)以及感測一平面第一軸的運(yùn)動狀態(tài)；該第二慣性感測部，與該電路基板相偶接，可感測一空間第一軸的運(yùn)動狀態(tài)以及感測一平面第二軸的運(yùn)動狀態(tài)；該微控制部，偶接于該電路基板上，可接收該第一慣性感測部以及該第二慣性感測部所產(chǎn)生的電信，將其轉(zhuǎn)換成一位移、旋轉(zhuǎn)信號，并將此信號以信號傳遞方式傳遞至一電子顯示裝置。
較佳的是，該第一慣性感測部還包括有一第一加速度計(jì)，與該微控制部相偶接，可以感測該平面第一軸的加速度以及感測該空間第一軸的加速度；一輔助加速度計(jì)，與該微控制部相偶接且與該第一加速度計(jì)相距一距離，該輔助加速度計(jì)可感測該空間第一軸方向的加速度；其中，該微控制部，可以接收該第一加速度計(jì)以及該輔助加速度計(jì)所感測該空間第一軸向的加速度，利用差分方式處理而得到該空間第三軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)。
較佳的是，該第二慣性感測部為一第二加速度計(jì)，與該微控制部相偶接，該第二加速度計(jì)可以感測該平面第二軸的加速度以及感測該空間第一軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)。
較佳的是，該電路基板還偶接有一感測切換部，可以選擇切換該微控制部進(jìn)行一三維空間運(yùn)動的計(jì)算或進(jìn)行一二維空間運(yùn)動位移計(jì)算。
較佳的是，該電路基板還偶接有一回位開關(guān)，可在該微控制部選擇進(jìn)行該二維空間運(yùn)動位移計(jì)算時(shí)，選擇該微控制部進(jìn)行二維空間運(yùn)動位移計(jì)算或者選擇該微控制部停止進(jìn)行二維空間運(yùn)動位移計(jì)算。
下面配合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的特征作詳細(xì)說明，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1A為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的各部原件組合示意圖；圖1B為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的側(cè)視示意圖；圖2為本發(fā)明慣性感測輸入裝置第一較佳實(shí)施例方塊示意圖；圖3為空間坐標(biāo)與角速度關(guān)系示意圖；圖4為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中決定空間第三軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的說明示意圖；及圖5為本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例示意圖。
其中，附圖標(biāo)記2-電子顯示裝置3-慣性感測輸入裝置30-殼體
301-上殼體302-下殼體31-電路基板32-按鍵組321-左按鍵322-右按鍵33-第一慣性感測部331-第一加速度計(jì)332-輔助加速度計(jì)34-第二慣性感測部35-微控制部36-無線傳輸模塊37-感測切換部371-切換鍵372-切換控制器38-回位開關(guān)39-激光指示器h-距離θ-角度4-簡報(bào)系統(tǒng)40-投影幕41-投影機(jī)42-計(jì)算機(jī)具體實(shí)施方式
參考圖1A，該圖為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的各部原件組合示意圖。該慣性感測輸入裝置，是在一具有上殼體301以及下殼體302的殼體30中，容置有一電路基板31、一按鍵組32、一第一慣性感測部33、一第二慣性感測部34、一微控制部35、一無線傳輸模塊36、一感測切換部37以及一回位開關(guān)38(圖中未示)。
該第一慣性感測部33，偶接于該電路基板31上，該第一慣性感測部33可感測一空間第二軸、一空間第三軸的運(yùn)動狀態(tài)以及感測一平面第一軸的運(yùn)動狀態(tài)。其中在本較佳實(shí)施例中，該第一慣性感測部33還包括有一第一加速度計(jì)331以及一輔助加速度計(jì)332。該第一加速度計(jì)331，與該微控制部35相偶接，可以感測該平面第一軸的加速度以及感測該空間第一軸的加速度；該輔助加速度計(jì)332，與該微控制部35相偶接且與該第一加速度計(jì)331相距一距離，其可感測該空間第一軸的加速度。
該第二慣性感測部34，與該電路基板31相偶接，其可感測一平面第二軸的運(yùn)動狀態(tài)以及感測該空間第一軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)。在本較佳實(shí)施例中，該第二慣性感測部34為一第二加速度計(jì)，與該微控制部35相偶接，可以感測該平面第二軸的加速度以及感測該空間第一軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)。
該按鍵組32，包括有一左按鍵321以及一右按鍵322用以提供給使用者輸入的功能。該微控制部35，偶接于該電路基板31上，可接收該第一慣性感測部33以及該第二慣性感測部34所產(chǎn)生的電信，將其轉(zhuǎn)換成一位移信號，并將此信號以信號傳遞方式傳遞至一電子顯示裝置(圖中未示)。在本較佳實(shí)施例中，該電子顯示裝置可為一電視(各種平面電視)、多媒體顯示裝置或者是計(jì)算機(jī)。該傳輸方式可以是無線傳輸模塊36的信號傳遞方式，也可以是使用信號線的有線傳輸方式。
該感測切換部37，包括有一與一切換控制器372作電性連接的切換鍵371，該切換控制器372與該電路基板31偶接，該切換控制部37可以選擇切換該慣性感測輸入裝置3進(jìn)行空間運(yùn)動感測或者是平面運(yùn)動感測的模式。當(dāng)該切換控制部37選擇了平面運(yùn)動感測的模式，該第一慣性感測部33便可感測該平面第一軸的運(yùn)動狀態(tài)。同時(shí)，該第二慣性感測部34可感測該平面第二軸的運(yùn)動狀態(tài)。其中，該平面第一軸與該平面第二軸相互正交。當(dāng)該切換控制部37選擇了空間運(yùn)動感測的模式，該第一慣性感測部33可感測該空間第二軸與空間第三軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)以及該第二慣性感測部34可感測該空間第一軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)，因此通過該第一慣性感測部33與該第二慣性感測部34的組合以形成可感測空間運(yùn)動狀態(tài)的慣性感測輸入裝置。
請參考圖1B，該圖為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的側(cè)視示意圖。該回位開關(guān)38，設(shè)置于該下殼體302的下方與該電路基板31作電信連接，該回位開關(guān)是使用在當(dāng)該慣性感測輸入裝置3被選擇為平面感測模式的時(shí)候。當(dāng)該慣性感測輸入裝置3平放于桌面操作時(shí)，該回位開關(guān)38將被桌面阻擋而不會彈出，此時(shí)該慣性感測輸入裝置3可以正常的在操作桌面上操作。通常，當(dāng)使用者在桌面上操作時(shí)，可能要調(diào)整該慣性感測輸入裝置3的位置，這時(shí)可將該慣性感測輸入裝置3舉起以調(diào)整該慣性感測輸入裝置3至想要的操作的位置，當(dāng)該慣性感測輸入裝置3被舉起的時(shí)候，為了避免因?yàn)檎{(diào)整該慣性感測輸入裝置3的操作位置而移動了該第一慣性感測部33以及該第二慣性感測部34，導(dǎo)致在該電子顯示裝置上的光標(biāo)跟著移動，本發(fā)明利用了該回位開關(guān)38在該慣性感測輸入裝置3舉起時(shí)會彈出，進(jìn)而使得該微控制部35忽視該第一慣性感測部33以及該第二慣性感測部34的感測，而使該電子顯示裝置畫面中的光標(biāo)可以維持固定不動。
請參考圖2以及圖1，其中圖2為本發(fā)明慣性感測輸入裝置第一較佳實(shí)施例方塊示意圖。當(dāng)該感測切換部37切換至平面感測模式的時(shí)候，該第一慣性感測部33內(nèi)的該第一加速度計(jì)可以感測該慣性感測輸入裝置3在該平面第一軸(例如X軸)的加速度值，該第二慣性感測部34可以感測該平面第二軸(例如Y軸)的加速度。該微控制部35接收該第一慣性感測部33以及該第二慣性感測部34所產(chǎn)生的電信，經(jīng)過運(yùn)算積分處理的后得到位移，再將該位移以信號通過該無線傳輸模塊36傳遞至電子顯示裝置2上，該電子顯示裝置可為投影幕、電視或者是計(jì)算機(jī)的顯示屏幕等。
請參考圖3，該圖為空間坐標(biāo)與角速度關(guān)系示意圖。當(dāng)該感測切換部37切換至空間感測的模式時(shí)，該第二慣性感測部34偵測該慣性感測輸入裝置在該空間第一軸(X軸)的轉(zhuǎn)動運(yùn)動ωx，所產(chǎn)生的加速度變化，傳遞到該微處理部35，進(jìn)而得到俯仰角度，以作為光標(biāo)上下移動的輸入信號，再通過該無線傳輸模塊36傳遞至該電子顯示裝置2。
請參考圖4，該圖為本創(chuàng)作第一較佳實(shí)施例中決定空間第三軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的說明示意圖。該第一慣性感測部33的該第一加速度計(jì)331以及該輔助加速度計(jì)332所感測的空間第一軸(X軸)加速度差值積分便可得到位移(S1，S2)，然后推算S1，S2的差值，由于該第一加速度計(jì)331以及該輔助加速度計(jì)332相差一距離h，所以可以得到該空間第三軸(Z軸)的角度θ變化，來作為光標(biāo)左右移動的輸入信號。接著將產(chǎn)生的信號通過無線傳輸模塊36輸出，讓該電子顯示裝置接收，以便在畫面中顯示光標(biāo)的位置。
再參考圖3，該第一慣性感測部33的該第一加速度計(jì)也可以偵測該慣性感測輸入裝置在該空間第二軸(Y軸)的轉(zhuǎn)動ωy所產(chǎn)生的加速度信號，并傳遞至該微處理部35，經(jīng)處理進(jìn)而得到角度變化量，作為光標(biāo)位移的輸入信號，通過該無線傳輸模塊36傳遞至該電子顯示裝置。
本發(fā)明所提供的慣性感測輸入裝置，可以應(yīng)用在鼠標(biāo)上使該鼠標(biāo)可進(jìn)行二維空間以及三維空間的感測。請參考圖5，為本發(fā)明的慣性感測輸入裝置應(yīng)用于簡報(bào)系統(tǒng)的示意圖。該簡報(bào)系統(tǒng)4包括有一投影幕40、一投影機(jī)41以及一計(jì)算機(jī)42。當(dāng)該慣性感測輸入裝置3切換成三維空間運(yùn)動的計(jì)算時(shí)，其也可以變成一簡報(bào)用指示裝置，使報(bào)告人在大型簡報(bào)會場中進(jìn)行簡報(bào)時(shí)，可以將慣性感測輸入裝置3拿在手上，操控計(jì)算機(jī)42上的光標(biāo)移動進(jìn)而反應(yīng)到簡報(bào)投影幕40上，可用此光標(biāo)移動當(dāng)作簡報(bào)用的指示裝置。此外，在該慣性感測輸入裝置3中還包括有一激光指示器39，可以投射激光光點(diǎn)到簡報(bào)投影幕40上。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種慣性感測輸入裝置，其特征在于，包括一殼體；一第一慣性感測部，偶接于該殼體內(nèi)的一電路基板上，該第一慣性感測部可感測一空間第二軸、一空間第三軸的運(yùn)動狀態(tài)以及感測一平面第一軸的運(yùn)動狀態(tài)；一第二慣性感測部，與該電路基板相偶接，該第二慣性感測部可感測一空間第一軸的運(yùn)動狀態(tài)以及感測一平面第二軸的運(yùn)動狀態(tài)；以及一微控制部，偶接于該電路基板上，該微控制部可接收該第一慣性感測部以及該第二慣性感測部所產(chǎn)生的電信，將其轉(zhuǎn)換成一位移信號，并將此信號以信號傳遞方式傳遞至一電子顯示裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述慣性感測輸入裝置，其特征在于，該第一慣性感測部還包括有一第一加速度計(jì)，與該微控制部相偶接，該第一加速度計(jì)可以感測該平面第一軸的加速度以及感測該空間第一軸的加速度；以及一輔助加速度計(jì)，與該微控制部相偶接且與該第一加速度計(jì)相距一距離，該輔助加速度計(jì)可感測該空間第一軸向的加速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述慣性感測輸入裝置，其特征在于，該微控制部可以接收該第一加速度計(jì)以及該輔助加速度計(jì)所感測的空間第一軸加速度，利用差分方式處理而得到該空間第三軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述慣性感測輸入裝置，其特征在于，該第二慣性感測部為一第二加速度計(jì)，與該微控制部相偶接，該第二加速度計(jì)可以感測該平面第二軸的加速度以及感測該空間第一軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述慣性感測輸入裝置，其特征在于，該第一加速度計(jì)，還可以感測該空間第二軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述慣性感測輸入裝置，其特征在于，該電路基板還偶接有一感測切換部，其可以選擇切換該微控制部進(jìn)行一三維空間運(yùn)動的計(jì)算或進(jìn)行一二維空間運(yùn)動位移計(jì)算。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述慣性感測輸入裝置，其特征在于，該感測切換部選擇切換該微控制部進(jìn)行該三維空間運(yùn)動計(jì)算時(shí)，該第一慣性感測部偵測該殼體在該空間第三軸的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，該第二慣性感測部偵測該殼體在該空間第一軸的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，使該殼體在空間中的運(yùn)動狀態(tài)可以反應(yīng)到該電子顯示裝置上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述慣性感測輸入裝置，其特征在于，該感測切換部選擇切換該微控制部進(jìn)行該三維空間運(yùn)動計(jì)算時(shí)，該第一慣性感測部偵測該殼體在該空間第二軸的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述慣性感測輸入裝置，其特征在于，該電路基板還偶接有一回位開關(guān)，其可在該微控制部選擇進(jìn)行該二維空間運(yùn)動位移計(jì)算時(shí)，選擇該微控制部進(jìn)行二維空間運(yùn)動位移計(jì)算或者選擇該微控制部停止進(jìn)行二維空間運(yùn)動位移計(jì)算。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述慣性感測輸入裝置，其特征在于，可為一鼠標(biāo)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述慣性感測輸入裝置，其特征在于，在簡報(bào)時(shí)可將其拿在手上，操控計(jì)算機(jī)上的光標(biāo)移動來作為一簡報(bào)用指示裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述慣性感測輸入裝置，其特征在于，還包括有一激光指示器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種慣性感測輸入裝置，包括一殼體、一第一慣性感測部、一第二慣性感測部以及一微控制部。該第一慣性感測部，偶接于該殼體內(nèi)的一電路基板上，可感測一空間第二軸、一空間第三軸的運(yùn)動狀態(tài)以及感測一平面第一軸的運(yùn)動狀態(tài)；該第二慣性感測部，與該電路基板相偶接，可感測一空間第一軸的運(yùn)動狀態(tài)以及感測一平面第二軸的運(yùn)動狀態(tài)；該微控制部，偶接于該電路基板上，可接收該第一慣性感測部以及該第二慣性感測部所產(chǎn)生的電信，將其轉(zhuǎn)換成一位移信號，并將此信號以信號傳遞方式傳遞至一電子顯示裝置。
文檔編號G06F3/033GK1866181SQ200510105568
公開日2006年11月22日 申請日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月18日
發(fā)明者蔡明杰, 劉順男, 余仁淵, 謝清霖, 張祥杰, 黃相宇 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院