專利名稱：筆狀指示裝置、位移信息提供方法及位移信息提供系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種位移信息提供方法，特別是應(yīng)用于一筆狀指示裝置與一受控裝置間的位移信息提供方法以及運(yùn)用該方法的位移信息提供系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)所配備的各式外圍設(shè)備如鍵盤、鼠標(biāo)、鼠標(biāo)筆等，提供用戶對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制或信息輸入，其中鼠標(biāo)筆為具有筆狀外觀的指示裝置，其作用原理與一般鼠標(biāo)相同，即， 利用光學(xué)位移傳感器來感測鼠標(biāo)筆移動(dòng)時(shí)在書寫平面上的紋路變化，借以判斷紋路改變的方向和距離，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)屏幕所顯示的光標(biāo)移動(dòng)。由于現(xiàn)有技術(shù)所開發(fā)的鼠標(biāo)筆用來感測位移變化的方式與一般鼠標(biāo)相同，若需進(jìn)一步將鼠標(biāo)筆應(yīng)用在書寫時(shí)，卻可能因?yàn)槭髽?biāo)筆感測位移的做法不夠直觀，造成使用者操作上的不便。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的鼠標(biāo)筆利用光學(xué)位移傳感器所偵測到的位移軌跡而對應(yīng)進(jìn)行輸入的做法對于使用平面上的絕對坐標(biāo)的取得仍有困難，導(dǎo)致用戶在利用鼠標(biāo)筆進(jìn)行書寫時(shí)， 必須以肉眼觀看顯示設(shè)備上的光標(biāo)位移路徑，借以確認(rèn)對應(yīng)的光標(biāo)移動(dòng)與預(yù)期相符。換句話說，如果用戶只是將注意力集中在鼠標(biāo)筆實(shí)際移動(dòng)的使用平面而未特別注意光標(biāo)對應(yīng)在顯示設(shè)備上的移動(dòng)情形，可能導(dǎo)致鼠標(biāo)筆的輸入軌跡與顯示的光標(biāo)移動(dòng)間產(chǎn)生偏差。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)所發(fā)展的鼠標(biāo)筆雖然提供了書寫功能，但其做法仍不夠人性化而讓使用者在操作時(shí)感到諸多不便，因此本發(fā)明便以此作為改善的目標(biāo)，以期能提供給用戶更為便利的鼠標(biāo)筆裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面是為提供一種位移信息提供方法，應(yīng)用于至少一筆狀指示裝置與一受控裝置間，該位移信息提供方法包括以下步驟根據(jù)該指示裝置相對于一使用平面的位置變化而感測得到一位移信息、一傾斜角信息與一旋轉(zhuǎn)角信息；該受控裝置根據(jù)這些信息而進(jìn)行一位移估算程序，并取得一位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)；以及隨著該指示裝置接觸該使用平面而根據(jù)該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)來改變該指示裝置所對應(yīng)的顯示方式。根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的位移信息提供方法，其中該指示裝置相對于該使用平面的位置變化是指一用戶對該指示裝置所進(jìn)行的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)所造成的位置變化。根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的位移信息提供方法，其中更包括以下步驟該受控裝置提供一參考基準(zhǔn)；該指示裝置提供一動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)；以及將該動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)配合該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)而改變該指示裝置所對應(yīng)的指針在該參考基準(zhǔn)上的顯示方式。根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的位移信息提供方法，其中更包括以下步驟定義一標(biāo)識符于該指示裝置；該受控裝置通過與該指示裝置間的信號連接而取得該標(biāo)識符；以及根據(jù)該標(biāo)識符與該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)而改變該筆狀指示裝置所對應(yīng)的指針的顯示方式。根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的位移信息提供方法，其中該位移信息、該傾斜角信息以及該旋轉(zhuǎn)角信息是通過一感測單元提供，該感測單元是一光學(xué)位移傳感器、一軌跡球位移傳感器、一加速度傳感器、一陀螺儀、一電子羅盤或一地磁傳感器。本發(fā)明的另一方面是為提供一種筆狀指示裝置，該筆狀指示裝置信號連接于一受控裝置，該指示裝置包括一殼體；以及一感測單元，設(shè)置于該殼體內(nèi)，其是根據(jù)該指示裝置相對于一使用平面的位置變化而感測得到一位移信息、一傾斜角信息與一旋轉(zhuǎn)角信息， 在該受控裝置根據(jù)這些信息而進(jìn)行一位移估算程序，并取得一位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)后，隨著該指示裝置接觸該使用平面而根據(jù)該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)來改變該指示裝置所對應(yīng)的顯示方式。根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的筆狀指示裝置，其中該指示裝置相對于該使用平面的位置變化是指一用戶對該筆狀指示裝置所進(jìn)行的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)所造成的位置變化。根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的筆狀指示裝置，其中該受控裝置是提供一參考基準(zhǔn)， 而該指示裝置是提供一動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)，在該指示裝置相對于該使用平面的位置變化時(shí)，該動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)便配合該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)而改變該指示裝置所對應(yīng)的指針在該參考基準(zhǔn)上的顯示方式。根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的筆狀指示裝置，其中該筆狀指示裝置更包括一傳送單元，電連接于該感測單元并信號連接于該受控裝置，其是將該位移信息、該傾斜角信息與該旋轉(zhuǎn)角信息傳送至該受控裝置。根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的筆狀指示裝置，其中該指示裝置是對應(yīng)于一標(biāo)識符， 且該標(biāo)識符通過該傳送單元傳送至該受控裝置后，該受控裝置根據(jù)該標(biāo)識符與該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)而改變該指示裝置所對應(yīng)的指針的顯示方式。根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的筆狀指示裝置，其中該感測單元是可為一光學(xué)位移傳感器、一軌跡球位移傳感器、一加速度傳感器、一陀螺儀或一地磁傳感器。本發(fā)明的再一方面是為提供一種位移信息提供系統(tǒng)，其包括至少一指示裝置以及一受控裝置。該指示裝置包括一殼體以及一感測單元。該感測單元設(shè)置于該殼體內(nèi)，其是根據(jù)該指示裝置相對于一使用平面的位置變化而感測得到一位移信息、一傾斜角信息與一旋轉(zhuǎn)角信息，根據(jù)這些信息而進(jìn)行一位移估算程序，并取得一位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)；該受控裝置信號連接于該指示裝置，其是隨著該指示裝置接觸該使用平面而根據(jù)該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)來改變該指示裝置所對應(yīng)的顯示方式。根據(jù)上述構(gòu)想，本發(fā)明所述的位移信息提供系統(tǒng)，其中該感測單元是一光學(xué)位移傳感器、一軌跡球位移傳感器、一加速度傳感器、一陀螺儀或一地磁傳感器。本發(fā)明利用筆狀指示裝置上的感測單元根據(jù)指示裝置相對于一使用平面的位置變化而感測得到位移信息、傾斜角信息與旋轉(zhuǎn)角信息，在受控裝置根據(jù)這些信息而進(jìn)行位移估算程序，并取得一位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)后，隨著該指示裝置接觸該使用平面而根據(jù)該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)來改變該指示裝置所對應(yīng)的顯示方式，使屏幕上對應(yīng)于指示裝置的位移而顯示的位移軌跡與用戶在使用平面上的實(shí)際操作情形更為一致。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1 (a)是現(xiàn)有的鼠標(biāo)筆筆身俯視圖與對應(yīng)顯示于參考基準(zhǔn)的位移軌跡示意圖。圖1(b)是現(xiàn)有的鼠標(biāo)筆筆身俯視圖與現(xiàn)有的鼠標(biāo)筆被移動(dòng)時(shí)在使用平面上的實(shí)際位移與對應(yīng)顯示在參考基準(zhǔn)的位移軌跡。圖2是本發(fā)明提出的位移信息提供方法的核心步驟流程圖。圖3(a)是本發(fā)明提出的指示裝置筆身俯視圖與對應(yīng)顯示于參考基準(zhǔn)的方向示意圖。圖3(b)是本發(fā)明提出的指示裝置筆身俯視圖與本發(fā)明所提出的指示裝置被移動(dòng)時(shí)在使用平面上的實(shí)際位移與對應(yīng)顯示在參考基準(zhǔn)的位移軌跡。圖4(a)是本發(fā)明的位移信息提供系統(tǒng)搭配單一指示裝置進(jìn)行書寫的示意圖。圖4(b)是本發(fā)明的位移信息提供系統(tǒng)搭配多個(gè)指示裝置進(jìn)行書寫的示意圖。圖4(c)是本發(fā)明提出的具有位置補(bǔ)償功能的指示裝置構(gòu)造示意圖。圖5是本發(fā)明提出的位移信息提供方法的操作流程圖。圖6是本發(fā)明應(yīng)用至鼠標(biāo)筆進(jìn)行位移估算程序的第一較佳實(shí)施例的流程示意圖。圖7是本發(fā)明應(yīng)用至鼠標(biāo)筆進(jìn)行位移估算程序的第二較佳實(shí)施例的流程示意圖。圖8(a)是動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)上的體坐標(biāo)相對于參考基準(zhǔn)上的導(dǎo)航坐標(biāo)的示意圖。圖8 (b)是本發(fā)明利用筆狀指示裝置上的感測單元而取得的感測信息相對于應(yīng)用參考基準(zhǔn)與操作基準(zhǔn)的坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系的示意圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的筆狀指示裝置、位移信息提供方法及位移信息提供系統(tǒng)其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。請參見圖1 (a)，其是現(xiàn)有的鼠標(biāo)筆筆身俯視圖與對應(yīng)顯示于參考基準(zhǔn)的位移軌跡示意圖。由圖中可以看出，當(dāng)鼠標(biāo)筆10的筆身指向(圖中箭頭所示)與參考基準(zhǔn)(X-y坐標(biāo))的坐標(biāo)軸方向一致時(shí)，鼠標(biāo)筆10在使用平面上的位移可以被對應(yīng)地顯示在屏幕上。然而，由于每個(gè)人握筆方式的不同，當(dāng)用戶在書寫時(shí)，鼠標(biāo)筆10的筆身指向不一定會維持一個(gè)固定方向(如圖1 (a)箭頭所示的方向)，即，用戶實(shí)際操作鼠標(biāo)筆10時(shí)，鼠標(biāo)筆10筆身指向與鼠標(biāo)筆10實(shí)際在參考基準(zhǔn)上的對應(yīng)關(guān)系可能存在著因?yàn)槭髽?biāo)筆10被旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的偏差角度，進(jìn)而導(dǎo)致鼠標(biāo)筆10所產(chǎn)生的位移信息被傳送至計(jì)算機(jī)后，計(jì)算機(jī)屏幕所顯示的位移軌跡與用戶實(shí)際書寫的內(nèi)容并不對應(yīng)的現(xiàn)象。再者，即便是通過在鼠標(biāo)筆10上標(biāo)示而對齊參考基準(zhǔn)的方式，讓用戶在使用鼠標(biāo)筆10前，先將鼠標(biāo)筆10的筆身轉(zhuǎn)動(dòng)至符合對應(yīng)參考基準(zhǔn)的方向后再開始使用，即，以圖 1(a)為例，每次用戶操作鼠標(biāo)筆10時(shí)，都需要將鼠標(biāo)筆10的筆身指向加以調(diào)整而轉(zhuǎn)向，讓鼠標(biāo)筆10筆身指向前方，這樣的做法導(dǎo)致用戶必須分神注意鼠標(biāo)筆10的筆身指向，且在用戶每次放下鼠標(biāo)筆10又重新拿起時(shí)都必須重復(fù)確認(rèn)鼠標(biāo)筆10的筆身指向，這種繁復(fù)的操作方式將造成用戶在操作鼠標(biāo)筆10時(shí)的不便。換句話說，由于用戶在實(shí)際操作鼠標(biāo)筆10時(shí)，鼠標(biāo)筆10感測時(shí)的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)與屏幕實(shí)際顯示所對應(yīng)參照的參考基準(zhǔn)存在一些差異，造成用戶在操作鼠標(biāo)筆10的過程中必須對鼠標(biāo)筆10的筆身指向加以調(diào)整，直到計(jì)算機(jī)所參照使用的參考基準(zhǔn)方向與鼠標(biāo)筆10所偵測到筆身指向一致，才能確定后續(xù)在書寫時(shí)不會有軌跡對應(yīng)不一致的問題，這樣反復(fù)調(diào)整鼠標(biāo)筆10筆身指向的方式將造成使用者相當(dāng)大的困擾。
請參見圖1 (b)，其是現(xiàn)有的鼠標(biāo)筆筆身俯視圖與現(xiàn)有的鼠標(biāo)筆被移動(dòng)時(shí)在使用平面上的實(shí)際位移與對應(yīng)顯示在參考基準(zhǔn)的位移軌跡。此圖同樣利用箭頭方向標(biāo)示出鼠標(biāo)筆 10的筆身指向，由圖中可以看出用戶在拿起鼠標(biāo)筆10時(shí)，若未留心鼠標(biāo)筆10的筆身指向， 讓鼠標(biāo)筆10筆身的實(shí)際指向與預(yù)設(shè)的參考基準(zhǔn)間相差一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，這樣一來，用戶利用鼠標(biāo)筆10進(jìn)行一個(gè)自己認(rèn)知為相對橫向的移動(dòng)時(shí)，實(shí)際顯示在屏幕上時(shí)便會受到旋轉(zhuǎn)角度的影響而形成一個(gè)由左上方朝向右下方移動(dòng)的位移軌跡。除了單一用戶在操作鼠標(biāo)筆10時(shí)，可能因?yàn)槭髽?biāo)筆10的筆身指向與參考基準(zhǔn)的偏差而造成屏幕所顯示的位移軌跡不如預(yù)期的情形外；另一方面，在會議進(jìn)行過程中，若需使用鼠標(biāo)筆10的人數(shù)不只一人時(shí)，可能引發(fā)的問題又更復(fù)雜。例如在多人進(jìn)行會議時(shí)，鼠標(biāo)筆10必須輪流被與會者用來書寫以便進(jìn)行討論，倘若每換一個(gè)使用者操作時(shí)就必須對鼠標(biāo)筆10重新找出對應(yīng)的握筆姿勢，將導(dǎo)致會議的進(jìn)行受到延誤而造成相當(dāng)大的不便。因此本發(fā)明希望改善現(xiàn)有的鼠標(biāo)筆10等指示裝置在屏幕上對應(yīng)顯示位移軌跡的做法，先利用鼠標(biāo)筆10上的感測單元來感測取得修正旋轉(zhuǎn)角度的程序所需的位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)，并據(jù)此作為修正鼠標(biāo)筆10所提供的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)與參考基準(zhǔn)間的偏差的依據(jù)而進(jìn)行位置補(bǔ)償計(jì)算，讓屏幕上對應(yīng)于鼠標(biāo)筆10的位移而顯示的位移軌跡與用戶在使用平面上的實(shí)際操作情形更為一致。請參見圖2，其是本發(fā)明提出的應(yīng)用于位移信息提供系統(tǒng)的位移信息提供方法的核心步驟流程圖。應(yīng)用本發(fā)明所提出的位移信息提供方法的位移信息提供系統(tǒng)包括至少一筆狀的指示裝置(如鼠標(biāo)筆等)與一受控裝置(如個(gè)人計(jì)算機(jī))，該位移信息提供方法應(yīng)用于該筆狀的指示裝置與受控裝置之間，其主要包括以下步驟響應(yīng)于用戶對指示裝置所進(jìn)行的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)而造成指示裝置相對于使用平面的位置變化，利用感測單元對于這些位置變化進(jìn)行感測而得到位移信息、傾斜角信息與旋轉(zhuǎn)角信息(步驟S21)；在取得上述各類型的感測信息后，受控裝置接著根據(jù)這些感測信息而進(jìn)行位移估算程序，并借由位移估算程序而取得位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)(步驟S2!3)；以及在取得位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)后，根據(jù)指示裝置是否接觸使用平面的狀態(tài)，進(jìn)而決定是否根據(jù)位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)來改變指示裝置的位移軌跡在受控裝置上所對應(yīng)的顯示方式(步驟S25)。需注意的是，在步驟S25中，倘若判斷指示裝置是否接觸使用平面的判斷結(jié)果為否定，代表用戶可能只是將指示裝置拿來隨手把玩，因此雖然感測單元感測得出指示裝置相對于使用平面的位置變化，但這些位置變化并不需要被對應(yīng)顯示在受控裝置上，因此位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)僅被儲存起來作為下一筆位置補(bǔ)償運(yùn)算的基礎(chǔ)；倘若步驟S25判斷指示裝置是否接觸使用平面的判斷結(jié)果為肯定，代表用戶正在利用指示裝置進(jìn)行書寫，此時(shí)位移信息提供系統(tǒng)除了將位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)儲存起來作為下一回位移估算程序的參考基礎(chǔ)外，也會利用位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)的結(jié)果而改變指示裝置在受控裝置上對應(yīng)顯示的位移軌跡。請參見圖3(a)，其是本發(fā)明提出的指示裝置筆身俯視圖與對應(yīng)顯示于參考基準(zhǔn)的方向示意圖。在此圖中，指示裝置20對應(yīng)于屏幕上所顯示的參考基準(zhǔn)(x-y坐標(biāo))會對應(yīng)于指示裝置20的筆身轉(zhuǎn)動(dòng)角度而對應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)相同的角度，也即，本發(fā)明的目的在于改變實(shí)際顯示指示裝置20時(shí)所對應(yīng)的x-y坐標(biāo)的方向，讓計(jì)算出來的參考基準(zhǔn)可以與指示裝置20 實(shí)際移動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)相互平行。需注意的是，此處的參考基準(zhǔn)僅是對位置補(bǔ)償進(jìn)行估算時(shí)所參照使用的基礎(chǔ)，用戶在屏幕上看到的x-y坐標(biāo)并不會因此而旋轉(zhuǎn)。
請參見圖3(b)，其是本發(fā)明提出的指示裝置筆身俯視圖與本發(fā)明所提出的指示裝置20在使用平面上被移動(dòng)時(shí)的實(shí)際位移與對應(yīng)顯示在參考基準(zhǔn)的位移軌跡。由圖中可以看出，在取得位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)并進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算后，由于參考基準(zhǔn)與動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)一致，指示裝置20 的移動(dòng)與參考基準(zhǔn)上的位移軌跡也會一致，因此屏幕顯示的指示裝置20位移軌跡便不會
產(chǎn)生偏差。為了便于說明起見，上述關(guān)于指示裝置20的實(shí)際位移與屏幕上的位移的對應(yīng)關(guān)系是以二維坐標(biāo)來說明，但是指示裝置20相對于使用平面的位置變化可能為三維的，因此本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)位置估算時(shí)，也會考慮垂直于使用平面方向上的變化量，詳細(xì)的做法則請參見以下的說明。請參見圖4(a)，其是本發(fā)明的位移信息提供系統(tǒng)搭配單一指示裝置進(jìn)行書寫的示意圖。本發(fā)明所提供的位移信息提供系統(tǒng)主要由指示裝置20(如鼠標(biāo)筆、數(shù)字鼠標(biāo)筆等) 與受控裝置21 (如計(jì)算機(jī)等)組成，指示裝置20與受控裝置21之間通過收發(fā)裝置23而信號連接，也即，利用收發(fā)裝置23接收指示裝置20所傳送的動(dòng)態(tài)信息，并進(jìn)一步再將動(dòng)態(tài)信息傳送至受控裝置21，受控裝置21在接收到指示裝置20的動(dòng)態(tài)信息后，再根據(jù)指示裝置20是否接觸使用平面，進(jìn)而決定僅單純儲存或更新位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)的補(bǔ)償結(jié)果，或同時(shí)更新顯示指示裝置20在屏幕211上的位移軌跡。請參見圖4(b)，其是本發(fā)明的位移信息提供系統(tǒng)搭配多個(gè)指示裝置進(jìn)行書寫的示意圖。此圖說明了位移信息提供系統(tǒng)可以同時(shí)利用多個(gè)指示裝置201 20η搭配受控裝置 21使用，各指示裝置201 20η首先以無線信號連接等方式與收發(fā)裝置23進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 而收發(fā)裝置23再進(jìn)一步將各指示裝置201 20η所對應(yīng)的動(dòng)態(tài)信息傳送至與其信號連接的受控裝置21。與圖4 (a)相比較，一旦位移信息提供系統(tǒng)中的指示裝置20數(shù)量為多個(gè)時(shí)，圖4 (b) 所示的位移信息提供系統(tǒng)可以進(jìn)一步分配標(biāo)識符于各筆狀指示裝置201 20η，讓受控裝置21接收到動(dòng)態(tài)信息后，在進(jìn)行辨識與對應(yīng)處理位移數(shù)據(jù)時(shí)，可以根據(jù)所對應(yīng)的標(biāo)識符而確認(rèn)各筆狀指示裝置201 20η的動(dòng)態(tài)。另一方面，個(gè)別的筆狀的指示裝置201 20η響應(yīng)于用戶的操作而傳送動(dòng)態(tài)信息的同時(shí)，也一并將標(biāo)識符通過筆狀的指示裝置201 20η內(nèi)的傳送單元傳送至受控裝置21， 之后受控裝置21再根據(jù)標(biāo)識符與個(gè)別的指示裝置201 20η的位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)而改變各指示裝置201 20η所分別對應(yīng)的光標(biāo)在受控裝置21上顯示位移變化時(shí)的對應(yīng)關(guān)系。如此一來，受控裝置21便可同時(shí)接收多個(gè)指示裝置201 20η的動(dòng)態(tài)，并根據(jù)標(biāo)識符而判別各個(gè)指示裝置201 20η所傳送的動(dòng)態(tài)信息，以及根據(jù)各指示裝置201 20η 接觸使用平面與否，搭配位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)的使用，借由應(yīng)用程序?qū)τ谙嚓P(guān)信息的處理而改變各指示裝置201 20η在受控裝置21的屏幕211或一顯示設(shè)備(圖未示)上所對應(yīng)的軌跡與顯示方式，例如利用紅色的軌跡標(biāo)示第一指示裝置201的位移變化，并以藍(lán)色的軌跡標(biāo)示第二指示裝置202的位移變化等方式，利用不同的顏色或標(biāo)示方法，將不同的指示裝置201 20η的書寫軌跡同時(shí)顯示在屏幕211上。再者，無論位移信息提供系統(tǒng)搭配的是圖4(a)所示的單一指示裝置20或是圖 4(b)所示的多個(gè)指示裝置201 20η的情形，作為受控裝置21與指示裝置20傳輸媒介的收發(fā)裝置23所利用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議并不會影響本發(fā)明的做法，因此各種類型的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議無論是通過有線、無線、序列、并列等格式，都可以被采用而作為指示裝置201 20η、 收發(fā)裝置23、受控裝置21間的數(shù)據(jù)交換方式。舉例來說，收發(fā)裝置23可以經(jīng)由USB等數(shù)據(jù)傳輸接口而與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與溝通；另一方面，收發(fā)裝置23與指示裝置20，如數(shù)字鼠標(biāo)筆間則可通過不同的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸格式如ΙΕΕΕ 802. 15. 4(ZigBee)、藍(lán)牙或紅外線等方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與溝通，當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸格式并不會影響本發(fā)明對于感測信息的數(shù)據(jù)處理流程。請參見圖4(c)，其是本發(fā)明提出的具有位置補(bǔ)償功能的指示裝置構(gòu)造示意圖。在考慮一般使用者的使用習(xí)慣下，圖4(a)與圖4(b)中用來搭配受控裝置21的指示裝置20 被設(shè)計(jì)為具有筆狀外觀，此處的筆狀指示裝置20主要包括筆狀外形的殼體31及設(shè)置在殼體31內(nèi)的感測單元32，其中感測單元32被用來在用戶操作指示裝置20時(shí)，對指示裝置 20相對于使用平面的位置變化進(jìn)行感測而得到位移信息、傾斜角信息與旋轉(zhuǎn)角信息，根據(jù)上述由感測單元32感測得出的各類型與指示裝置20移動(dòng)情形相關(guān)的感測信息而進(jìn)行位移估算程序，借由此種搭配而取得受控裝置21在對應(yīng)顯示指示裝置20位移情形時(shí)所需要的位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)。除了感測單元32外，指示裝置20還可以進(jìn)一步搭配控制單元33與傳送接收單元 34的使用，通過電連接的方式，控制單元33可以將感測單元32感測到的位移信息、傾斜角信息與旋轉(zhuǎn)角信息等對應(yīng)于指示裝置相對于使用平面的位置變化而感測得到的位置變化信息與感測量，利用傳送接收單元34與受控裝置21進(jìn)行數(shù)據(jù)交換使用。當(dāng)然，實(shí)際計(jì)算位移估算程序的過程固然可以利用內(nèi)建于指示裝置20的控制單元33來進(jìn)行，也可能在考慮系統(tǒng)運(yùn)算量的情況下，直接將這些感測量傳送至受控裝置21而由受控裝置21進(jìn)行。請參見圖5，其是本發(fā)明提出的位移信息提供方法的操作流程圖。首先啟動(dòng)指示裝置的位移信息調(diào)校功能(步驟S501)；接著利用裝設(shè)在指示裝置內(nèi)部所使用的各類型感測單元感測而得到不同的動(dòng)態(tài)感測量(步驟S511 S514)。在此操作流程圖中，指示裝置用來感測的方式包括利用光學(xué)位移傳感器或軌跡球位移傳感器來偵測指示裝置在參考基準(zhǔn)上的移動(dòng)而取得Χ、Υ的位移感測量(步驟S511)； 通過加速度傳感器讀取指示裝置在χ軸、y軸與ζ軸上的加速度大小(步驟S512)；以及讀取陀螺儀、地磁傳感器所偵測到的指示裝置旋轉(zhuǎn)角度(步驟S513、S514)。在取得位移感測量、加速度、旋轉(zhuǎn)角度等感測量后，本發(fā)明的操作流程接著利用模糊理論(Fuzzy Theory)、卡爾曼濾波算法(Kalman Filter)等方式進(jìn)行對指示裝置的位移估算程序，進(jìn)而得出握筆姿勢、位移感測量與筆身旋轉(zhuǎn)角度等位置補(bǔ)償信息(步驟S515) 后，以先前的指示裝置的狀態(tài)為基礎(chǔ)，利用位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)對指示裝置的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行補(bǔ)償 (步驟 S520)。附帶說明的是用來代表指示裝置相對于使用平面的動(dòng)態(tài)變化如握筆姿勢、移動(dòng)量與筆身旋轉(zhuǎn)角度等，可以利用光學(xué)位移傳感器、軌跡球位移傳感器、加速度傳感器、陀螺儀或地磁傳感器等感測單元所感測到的感測量，搭配位移估算程序的使用而推算出來。最后進(jìn)行的步驟則是判斷指示裝置的筆頭是否接觸在使用平面上(步驟521)；若是，便根據(jù)使用位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)而更新指示裝置20對應(yīng)顯示在屏幕的光標(biāo)位置，并更新指示裝置的位置動(dòng)態(tài)(步驟S522)；若否，則根據(jù)運(yùn)算結(jié)果而更新位移信息提供系統(tǒng)中關(guān)于指示裝置的位置動(dòng)態(tài)，但不會據(jù)此而同步更新指示裝置在受控裝置上所對應(yīng)顯示的光標(biāo)位置
9(步驟 S523)。對于使用多個(gè)指示裝置搭配受控裝置的位移信息提供系統(tǒng)而言，上述的數(shù)據(jù)處理與控制流程也大致相同，唯一的差別是，在規(guī)劃位移信息提供系統(tǒng)時(shí)需要先對每個(gè)指示裝置定義所屬的標(biāo)識符，且個(gè)別的指示裝置在傳送感測信息時(shí)也必須一并提供所屬的標(biāo)識符；當(dāng)受控裝置通過信號連接而取得各指示裝置所發(fā)送的標(biāo)識符與位置感測信息后；受控裝置便可以根據(jù)標(biāo)識符與位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)而改變各個(gè)筆狀指示裝置所對應(yīng)的指針的顯示方式。本發(fā)明所提出的筆狀指示裝置通過藍(lán)芽或紅外線等方式信號連接于受控裝置，通過指示裝置內(nèi)的感測單元如光學(xué)位移傳感器、軌跡球位移傳感器、加速度傳感器、陀螺儀或地磁傳感器等，利用不同功能的感測單元而偵測出指示裝置因?yàn)橛脩羲M(jìn)行的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)等操作行為導(dǎo)致指示裝置相對于使用平面的位置變化。在取得位移估算程序所需要的位移信息、傾斜角信息與旋轉(zhuǎn)角信息后，借由模糊算法與卡爾曼濾波算法等可以實(shí)時(shí)對感測信息處理并得出估算結(jié)果的方式，對指示裝置的移動(dòng)進(jìn)行估算。此外，筆狀指示裝置更可選擇性的提供傳送單元，將傳送單元電連接于感測單元， 借以取得感測單元所感測得到的各種感測信息，再通過信號連接的方式，將這些估計(jì)位移時(shí)所需使用的相關(guān)信息傳送至受控裝置。為了更進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式，以下便對位移信息提供方法的流程做進(jìn)一步的說明首先借由不同的傳感器取得相關(guān)的感測信息(步驟S511 步驟S514)，其中步驟S511用來偵測X、Y位移感測量的方式可以借由不同類型的位移傳感器來實(shí)現(xiàn)，舉例來說，除了可以在筆型殼體靠近筆頭的一端使用光學(xué)位移傳感器、軌跡球位移傳感器(Track Ball Sensor，請參見中國臺灣專利公告第12M238號)外，也可以利用一個(gè)套上高硬度透明筆頭的光學(xué)位移傳感器來完成，當(dāng)然其他種類的位移傳感器也可搭配本發(fā)明而選用。至于步驟S512則是加速度傳感器用以感測指示裝置的握筆姿勢與移動(dòng)量，對加速度傳感器所測得的加速度值進(jìn)行；步驟S513代表利用陀螺儀來感測指示裝置的握筆姿態(tài)；步驟S514則是以地磁傳感器感測指示裝置的筆身方位角。在利用不同的傳感器取得各類型的感測量后，再以這些感測量為運(yùn)算基礎(chǔ)，利用步驟S520進(jìn)行位置變化的補(bǔ)償估算，在此以卡爾曼濾波算法作為位置補(bǔ)償估算的基礎(chǔ)。 簡單來說，卡爾曼濾波算法是一個(gè)對遞歸數(shù)據(jù)處理進(jìn)行優(yōu)化的算法(optimal recursive data processing algorithm)，卡爾曼濾波算法的核心精神為利用分析場與感測量所決定出來的最佳解，在預(yù)估過程中若通過傳感器產(chǎn)生新的感測量時(shí)，便利用預(yù)測值與感測量來分析最佳解，再根據(jù)此處的最佳解作為后續(xù)預(yù)測的基礎(chǔ)。在利用卡爾曼濾波算法一段時(shí)間之后，預(yù)測的結(jié)果將會接近實(shí)際的觀測結(jié)果，且誤差也不會增加，進(jìn)而達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)。利用卡爾曼濾波算法進(jìn)行位置估算的結(jié)果會較原本由傳感器取得的感測量更接近指示裝置的真實(shí)位置，這是因?yàn)閭鞲衅魉〉玫母袦y量可能存在誤差，而加權(quán)后的平均具有一個(gè)較佳的預(yù)測不確定性。請參見圖6，其是本發(fā)明應(yīng)用至鼠標(biāo)筆進(jìn)行位移估算程序的第一較佳實(shí)施例的流程示意圖。首先利用重力傳感器(G sensor)感測而得到鼠標(biāo)筆在相對使用平面的位置變化時(shí)對應(yīng)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角信息(θ、ψ、Ψ)與加速度信息(ax、ay、az)(步驟S601)；利用重力傳感器輸出的旋轉(zhuǎn)角信息搭配查詢表格的使用而進(jìn)行鼠標(biāo)筆傾斜角的差值估算(步驟 S611)；接著根據(jù)重力傳感器所測得的加速度進(jìn)行積分而得到第一組位移感測量，以及鼠標(biāo)傳感器在步驟S602感測得到的第二組位移感測量，將兩組位移感測量搭配模糊理論與卡爾曼濾波算法后得出優(yōu)化的位移感測量(步驟S612)；之后再利用陀螺儀感測的姿態(tài)角變化量(步驟S60;3)、電子羅盤(e-compass)感測的姿態(tài)角(步驟S604)為基礎(chǔ)，搭配模糊理論與卡爾曼濾波算法的使用而進(jìn)行姿態(tài)角估算并得出最佳姿態(tài)角(步驟S613)；在通過上述步驟取得位移感測量與姿態(tài)角后，便可以利用旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)姆绞接?jì)算出指示裝置的位移軌跡(步驟S614)；最后再利用觸控傳感器判斷指示裝置是否接觸使用平面(步驟S605)，進(jìn)而決定是否將經(jīng)過補(bǔ)償計(jì)算后的位移軌跡于顯示屏幕上顯示(步驟S615)；若需要顯示則將指示裝置對應(yīng)的位移軌跡輸出至屏幕上(步驟S616)；最后再將計(jì)算得出的位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)儲存，并更新系統(tǒng)所紀(jì)錄的指示裝置的位置(步驟S617)。 步驟S611首先利用重力傳感器輸出的加速度值計(jì)算數(shù)字鼠標(biāo)筆的傾斜角，首先默認(rèn)用戶握筆的傾斜角范圍為士45°。根據(jù)指示裝置的體坐標(biāo)[、Yb、]T表示指示裝置筆身的坐標(biāo)，yn 代表使用平面上的平面坐標(biāo)，在取得重力傳感器感測而得的傾斜角信息后，配合指示裝置筆身的體坐標(biāo)而取得對應(yīng)在使用平面上的坐標(biāo)位置。利用轉(zhuǎn)換矩陣將代表指示裝置上的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)(體坐標(biāo))轉(zhuǎn)換至使用平面上的參考基準(zhǔn)(導(dǎo)航坐標(biāo))，其關(guān)系式如下
Χηcos 0sin θ sin φsin 0 cos 於xb
y 0cos φ-sin ^yb-sin^cos 0 sin 0cos ^ cos ^Jb步驟S612進(jìn)行位移估算程序，將重力傳感器輸出的加速度值3只分兩次得出指示裝置的第一組觀測位移感測量Δ ^，并由鼠標(biāo)傳感器得到指示裝置的第二組觀測位移感測量Mt，^yk。通過模糊理論搭配卡爾曼濾波算法，搭配重力傳感器與鼠標(biāo)傳感器所取得的兩組觀測位移感測量后，便可以求得優(yōu)化的估計(jì)位移感測量Μ, ΛΡ;。步驟S613利用模糊算法搭配卡爾曼濾波算法對而對指示裝置的姿態(tài)角進(jìn)行估算，在分別通過陀螺儀(Gyro sensor)與電子羅盤所測得的觀測姿態(tài)角變化量G后，再結(jié)合模糊理論與卡爾曼濾波算法而求得優(yōu)化的估計(jì)姿態(tài)角Θ。借由步驟S612與步驟S613所求得的估計(jì)位移感測量<與估計(jì)姿態(tài)角Θ 后，便可以利用這些信息而進(jìn)一步計(jì)算出鼠標(biāo)筆的軌跡變化量ΔΡχ、APy，三者的關(guān)系式可被表示為
cos Θ-sin Θsin ΘCOS0 在取得指示裝置的軌跡變化量后，再根據(jù)觸控傳感器的判斷而決定是否將軌跡變化顯示在屏幕上，倘若觸控傳感器判斷指示裝置的筆頭與使用平面互相碰觸時(shí)，代表使用者正在進(jìn)行書寫的動(dòng)作，而這個(gè)時(shí)候的位移需要對應(yīng)改變到屏幕上的光標(biāo)移動(dòng)，若沒有接觸到使用平面，則運(yùn)算的結(jié)果只是單純用來內(nèi)部儲存的指示裝置更新狀態(tài)，并不需要將運(yùn)算結(jié)果顯示出來。
請參見圖7，其是本發(fā)明應(yīng)用至鼠標(biāo)筆進(jìn)行位移估算程序的第二較佳實(shí)施例的流程示意圖。首先以鼠標(biāo)傳感器所感測得到的加速度(步驟S701)及地磁傳感器所感測的地磁參數(shù)(步驟S7(^)作為輸入?yún)?shù)，對四元素進(jìn)行遞歸運(yùn)算而得出優(yōu)化的四元素(步驟 S703)；接著搭配陀螺儀取得的感測量(步驟S704)與優(yōu)化的四元素進(jìn)行卡曼算法(步驟 S705)；以及利用四元素的方向余弦矩陣(Direction Cosine Matrix，簡稱為DCM)將移動(dòng)基準(zhǔn)的體坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為代表參考基準(zhǔn)上的加速度值(步驟S706)后，扣除重力場的影響而得出代表使用平面的參考基準(zhǔn)上的加速度值，接著對參考基準(zhǔn)上的加速度值進(jìn)行積分而得出指示裝置在使用平面上的移動(dòng)速度與位移變化量(步驟S707)。本發(fā)明的第二較佳實(shí)施例同樣是利用感測組件所測得的感測量搭配卡爾曼濾波算法進(jìn)行位置補(bǔ)償估算而得出，兩者的差別為，第二較佳實(shí)施例是利用四元素 (Quaternion)來描述三度空間的旋轉(zhuǎn)，與尤拉旋轉(zhuǎn)(Euler Rotation)相較，使用四元素表示法可以避免尤拉角(Euler angle)可能造成的姿態(tài)角變化量奇異點(diǎn)(singularity)的問題。根據(jù)汪巴問題(Wahba，s problem)可知，三度空間的姿態(tài)角可通過兩組以上的已知向量進(jìn)行整合而得，或者利用個(gè)別坐標(biāo)系統(tǒng)的感測量進(jìn)行計(jì)算而得。其中，向量的特質(zhì)必須符合非零的長度與共線性。在此較佳實(shí)施例中，對姿態(tài)角的算法整合了所有的空間向量， 并利用兩組向量(加速度向量A、磁場向量M)形成的基底坐標(biāo)系統(tǒng)來表達(dá)指示裝置的姿態(tài)變化。步驟S703考慮加速度向量A與磁場向量M，令上標(biāo)b表示體坐標(biāo)系統(tǒng)(動(dòng)態(tài)基準(zhǔn))，下標(biāo)η表示導(dǎo)航坐標(biāo)系統(tǒng)(參考基準(zhǔn))，因此體坐標(biāo)系統(tǒng)中的加速度向量可以利用四元素的方向余弦矩陣而被表示為
權(quán)利要求
1.一種位移信息提供方法，應(yīng)用于至少一筆狀指示裝置與一受控裝置間，其特征在于 該位移信息提供方法包括以下步驟根據(jù)該指示裝置相對于一使用平面的位置變化而感測得到一位移信息、一傾斜角信息與一旋轉(zhuǎn)角信息；該受控裝置根據(jù)這些信息而進(jìn)行一位移估算程序，并取得一位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)；以及隨著該指示裝置接觸該使用平面而根據(jù)該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)來改變該指示裝置所對應(yīng)的顯不方式。
2.如權(quán)利要求1所述的位移信息提供方法，其特征在于該指示裝置相對于該使用平面的位置變化是指一用戶對該指示裝置所進(jìn)行的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)所造成的位置變化。
3.如權(quán)利要求1所述的位移信息提供方法，其特征在于該位移信息提供方法更包括以下步驟該受控裝置提供一參考基準(zhǔn)；該指示裝置提供一動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)；以及將該動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)配合該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)而改變該指示裝置所對應(yīng)的指針在該參考基準(zhǔn)上的顯示方式。
4.如權(quán)利要求3所述的位移信息提供方法，其特征在于該指示裝置提供的該動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)是根據(jù)該指示裝置相對于該使用平面的位置變化而改變。
5.如權(quán)利要求1所述的位移信息提供方法，其特征在于該位移信息提供方法更包括以下步驟定義一標(biāo)識符于該指示裝置；該受控裝置通過與該指示裝置間的信號連接而取得該標(biāo)識符；以及根據(jù)該標(biāo)識符與該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)而改變該筆狀指示裝置所對應(yīng)的指針的顯示方式。
6.如權(quán)利要求1所述的位移信息提供方法，其特征在于該位移信息、該傾斜角信息以及該旋轉(zhuǎn)角信息是通過一感測單元提供，該感測單元是一光學(xué)位移傳感器、一軌跡球位移傳感器、一加速度傳感器、一陀螺儀、一電子羅盤或一地磁傳感器。
7.一種筆狀指示裝置，該筆狀指示裝置信號連接于一受控裝置，其特征在于該指示裝置包括一殼體；以及一感測單元，設(shè)置于該殼體內(nèi)，其是根據(jù)該指示裝置相對于一使用平面的位置變化而感測得到一位移信息、一傾斜角信息與一旋轉(zhuǎn)角信息，在該受控裝置根據(jù)這些信息而進(jìn)行一位移估算程序，并取得一位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)后，隨著該指示裝置接觸該使用平面而根據(jù)該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)來改變該指示裝置所對應(yīng)的顯示方式。
8.如權(quán)利要求7所述的筆狀指示裝置，其特征在于該指示裝置相對于該使用平面的位置變化是指一用戶對該筆狀指示裝置所進(jìn)行的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)所造成的位置變化。
9.如權(quán)利要求8所述的筆狀指示裝置，其特征在于該受控裝置是提供一參考基準(zhǔn)，而該指示裝置是提供一動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)，在該指示裝置相對于該使用平面的位置變化時(shí)，該動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)便配合該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)而改變該指示裝置所對應(yīng)的指針在該參考基準(zhǔn)上的顯示方式。
10.如權(quán)利要求7所述的筆狀指示裝置，其特征在于該筆狀指示裝置更包括一傳送單元，電連接于該感測單元并信號連接于該受控裝置，其是將該位移信息、該傾斜角信息與該旋轉(zhuǎn)角信息傳送至該受控裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的筆狀指示裝置，其特征在于該指示裝置是對應(yīng)于一標(biāo)識符， 且該標(biāo)識符通過該傳送單元傳送至該受控裝置后，該受控裝置根據(jù)該標(biāo)識符與該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)而改變該指示裝置所對應(yīng)的指針的顯示方式。
12.如權(quán)利要求7所述的筆狀指示裝置，其特征在于該感測單元是一光學(xué)位移傳感器、一軌跡球位移傳感器、一加速度傳感器、一陀螺儀或一地磁傳感器。
13.—種位移信息提供系統(tǒng)，其特征在于該位移信息提供系統(tǒng)包括至少一指示裝置，其包括一殼體；以及一感測單元，設(shè)置于該殼體內(nèi)，其是根據(jù)該指示裝置相對于一使用平面的位置變化而感測得到一位移信息、一傾斜角信息與一旋轉(zhuǎn)角信息，根據(jù)這些信息而進(jìn)行一位移估算程序，并取得一位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)；以及一受控裝置，信號連接于該指示裝置，其是隨著該指示裝置接觸該使用平面而根據(jù)該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)來改變該指示裝置所對應(yīng)的顯示方式。
14.如權(quán)利要求13所述的位移信息提供系統(tǒng)，其特征在于該感測單元是一光學(xué)位移傳感器、一軌跡球位移傳感器、一加速度傳感器、一陀螺儀或一地磁傳感器。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種筆狀指示裝置、位移信息提供方法及位移信息提供系統(tǒng)，該位移信息提供方法應(yīng)用于一筆狀指示裝置與一受控裝置之間，該位移信息提供方法包括以下步驟根據(jù)該指示裝置相對于一使用平面的位置變化而感測得到一位移信息、一傾斜角信息與一旋轉(zhuǎn)角信息；該受控裝置根據(jù)這些信息而進(jìn)行一位移估算程序，并取得一位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)；以及隨著該指示裝置接觸該使用平面而根據(jù)該位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)來改變該指示裝置所對應(yīng)的顯示方式。
文檔編號G06F3/033GK102375567SQ20101026116
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者蔡景昭, 趙益生, 陳旭志, 黃鈺文 申請人:圓展科技股份有限公司