專(zhuān)利名稱(chēng)：具有滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)氖殖种甘驹O(shè)備的制作方法
具有滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)氖殖种甘驹O(shè)備響應(yīng)于用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)，指示設(shè)備允許用戶(hù)移動(dòng)計(jì)算機(jī)顯示屏上的光標(biāo)或其他指示符。普通計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)指示設(shè)備將二維平面上的水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)屏幕上的光標(biāo)運(yùn)動(dòng)。 所述鼠標(biāo)包括傳感器，所述傳感器通常是激光或滾輪球傳感器，所述激光或滾輪球傳感器可以檢測(cè)在表面上的運(yùn)動(dòng)。其他類(lèi)型的指示設(shè)備被設(shè)計(jì)用于在三維空間中工作，并且不需要檢測(cè)在表面上的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括檢測(cè)指示設(shè)備的旋轉(zhuǎn)的陀螺儀、以及檢測(cè)線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)的加速計(jì)。該陀螺儀和加速計(jì)發(fā)射對(duì)應(yīng)于指示設(shè)備運(yùn)動(dòng)的信號(hào)并且用于控制計(jì)算機(jī)屏幕上光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。 例如由Thomas J. Quinn于1999年4月27日提交的名稱(chēng)為“陀螺儀指示器及方法”的手持角度檢測(cè)控制器專(zhuān)利號(hào)為US5, 898，421的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，以及由Thomas J. Quinn于1995 年8月8日提交的名稱(chēng)為“陀螺儀指示器”專(zhuān)利號(hào)為US5，440，3 的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中所描述的?，F(xiàn)有的三維指示設(shè)備存在的一個(gè)問(wèn)題是，如果用戶(hù)自然地以與水平線(xiàn)成偏移角度來(lái)持握該設(shè)備，則指示設(shè)備的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致偏移了滾轉(zhuǎn)角的光標(biāo)運(yùn)動(dòng)，即，以滾轉(zhuǎn)角持握的指示設(shè)備的水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在計(jì)算機(jī)屏幕上光標(biāo)成角度地運(yùn)動(dòng)。一些指示設(shè)備能夠針對(duì)用戶(hù)的手所處的自然位置提供滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償。但是，現(xiàn)有滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償指示設(shè)備的一個(gè)問(wèn)題是其利用非常復(fù)雜的三角函數(shù)矩陣算法，該算法要求高功率的處理器汲取大量電功率并且價(jià)格上也更為昂貴。對(duì)于便宜或低功率的處理單元，三角函數(shù)形式會(huì)減慢計(jì)算處理速度，以至于很難進(jìn)行需要實(shí)時(shí)計(jì)算限制的操作。由于指示設(shè)備優(yōu)選為無(wú)線(xiàn)設(shè)備，因此用于操作大功率處理器的便攜電池需要頻繁地充電或更換。需要一種可以以更高能效方式執(zhí)行滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)的指示設(shè)備，以便可以采用便宜的低功率處理器并且電池壽命可大幅延長(zhǎng)。本發(fā)明直接涉及一種三維指示設(shè)備，其采用低功率處理器通過(guò)使用來(lái)自于加速計(jì)及旋轉(zhuǎn)傳感器的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算代數(shù)滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償算法。本發(fā)明的指示設(shè)備相比于現(xiàn)有技術(shù)制造更為便宜并且有更高的能效。該指示設(shè)備具有沿指示設(shè)備的寬度延伸的橫向X軸，沿指示設(shè)備的中心軸延伸的Y軸，由指示設(shè)備的中心點(diǎn)延伸出去的垂直Z軸。為了檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，該指示設(shè)備包括檢測(cè)重力以及在x、Y、z方向上的加速度的加速計(jì)、以及測(cè)量關(guān)于X軸俯仰和Z軸偏航的指示設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度的陀螺儀。加速計(jì)和陀螺儀耦合到微處理器，該微處理器轉(zhuǎn)換該加速計(jì)和陀螺儀信號(hào)到滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償光標(biāo)控制信號(hào)，該信號(hào)用于運(yùn)動(dòng)耦合到電子設(shè)備的顯示器屏幕上的光標(biāo)。該指示設(shè)備也可以包括一個(gè)或更多按鍵以及滾輪，其還可以用于與軟件用戶(hù)接口交互。該指示設(shè)備可以具有發(fā)射器系統(tǒng)，以使該指示設(shè)備輸出信號(hào)可以通過(guò)例如射頻或紅外光纖信號(hào)這樣的無(wú)線(xiàn)接口發(fā)射到電子設(shè)備。用戶(hù)可以通過(guò)在三維空間垂直和水平地運(yùn)動(dòng)本發(fā)明的指示設(shè)備， 從而通過(guò)運(yùn)動(dòng)光標(biāo)到目標(biāo)位置以使用該指示設(shè)備去控制軟件。用戶(hù)接下來(lái)可以通過(guò)點(diǎn)擊該指示設(shè)備上的按鍵或滾轉(zhuǎn)該滾輪來(lái)驅(qū)動(dòng)在視頻顯示上的控制。如果該指示設(shè)備被固定持握在純水平方向上，則該垂直Z方向加速計(jì)將會(huì)檢測(cè)所有重力，并且該水平X和Y方向加速計(jì)將不會(huì)檢測(cè)任何重力。但是，因?yàn)樵撝甘驹O(shè)備通常由用戶(hù)滾轉(zhuǎn)地持握，所以x、Y和Z方向加速計(jì)都將檢測(cè)重力部分。為執(zhí)行滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償，該指示設(shè)備基于X、Y和Z方向加速計(jì)信號(hào)動(dòng)態(tài)地檢測(cè)用戶(hù)的手位置的自然滾轉(zhuǎn)，并且連續(xù)地更新滾轉(zhuǎn)校正光標(biāo)控制輸出信號(hào)。用于本發(fā)明指示設(shè)備的水平和垂直運(yùn)動(dòng)的滾轉(zhuǎn)校正因子人。_和 Ycomp將被代數(shù)算法所表示Xcomp = [AX*RX+AZ*RZ]/AXZYcomp = [AX*RZ-AZ*RX]/AXZ其中，Ax是X方向上的加速度，Az是Z方向上的加速度。A5iz是A5^P Az的向量和， 由下述等式求解
權(quán)利要求
1.一種用于控制在電子顯示器上的光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的指示設(shè)備，包括第一旋轉(zhuǎn)傳感器，其針對(duì)關(guān)于第一軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供第一旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)& ； 第二旋轉(zhuǎn)傳感器，其針對(duì)關(guān)于第二軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供第二旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)Rz ； 第一加速計(jì)，其響應(yīng)于沿著所述第一軸的第一方向上的重力加速度提供第一加速度信號(hào)Ax;第二加速計(jì)，其響應(yīng)于沿著所述第二軸的第二方向上的重力加速度提供第二加速度信號(hào)Az;其特征在于，所述指示設(shè)備還包括處理單元，該處理單元(a)接收來(lái)自各個(gè)旋轉(zhuǎn)傳感器和加速計(jì)的Rx、Rz>Ax、Az,(b)計(jì)算AX、AZ的向量和Axz，(c)通過(guò)求解以下等式計(jì)算滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償光標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào) Xcomp = [AX*&+AZ*RZ]/AXZYcomp = [AX*RZ-AZ*RX]/AXZ,以及(d)發(fā)送補(bǔ)償光標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)到與所述電子顯示器上的光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的接收器。
2.如權(quán)利要求1所述的指示設(shè)備，其特征在于，還包括第三加速計(jì)，其響應(yīng)于沿著第三軸的第三方向上的重力加速度提供第三加速度信號(hào)AY ；并且，在發(fā)送補(bǔ)償光標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)到所述接收器之前，所述處理單元還(c)計(jì)算Ax、AY、Az的向量和Axyz，(d)通過(guò)求解以下等式計(jì)算俯仰以及滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償光標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)Xcomp = Xcomp * ^XYZ 丨 ^XZYcomp = [Αχ^ζ-Αζ*!^]/^。
3.如權(quán)利要求1或2所述的指示設(shè)備，其特征在于，通過(guò)等式Axemeeted = Ax-ARzM time*lx，針對(duì)所述第一加速計(jì)關(guān)于所述第二軸的旋轉(zhuǎn)加速度而校正所述第一加速度信號(hào)Ax，其中，通過(guò)等式Az。。 e。ted = Az- Δ Rx/ Δ time*lz，針對(duì)所述第二加速計(jì)關(guān)于所述第一軸的旋轉(zhuǎn)加速度而校正所述第二加速度信號(hào)Az，并且其中，Ix是通過(guò)所述第一方向上的第一加速計(jì)的線(xiàn)和所述第二軸之間的正交長(zhǎng)度，并且Iz是通過(guò)所述第二方向上的第二加速計(jì)的線(xiàn)和所述第一軸之間的正交長(zhǎng)度。
4.如權(quán)利要求1或2所述的指示設(shè)備，其特征在于，所述處理單元包括 以小于4MHz運(yùn)行的8位或16位處理器。
5.如權(quán)利要求1或2所述的指示設(shè)備，其特征在于，所述處理單元每6毫秒對(duì)所述第一旋轉(zhuǎn)傳感器、所述第二旋轉(zhuǎn)傳感器、所述第一加速計(jì)、所述第二加速計(jì)進(jìn)行多于一次的采樣。
6.如權(quán)利要求5所述的指示設(shè)備，其特征在于，所述處理單元每10毫秒多于一次地提供所述補(bǔ)償光標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
7.一種用于提供滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償信號(hào)以控制在電子顯示器上的光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的方法，包括 針對(duì)關(guān)于第一軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)第一旋轉(zhuǎn)速度& ；針對(duì)關(guān)于第二軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)第二旋轉(zhuǎn)速度Rz ；響應(yīng)于沿著所述第一軸的第一方向上的重力加速度，檢測(cè)第一加速度信號(hào)Ax; 響應(yīng)于沿著所述第二軸的第二方向上的重力加速度，檢測(cè)第二加速度信號(hào)Az; 其特征在于，所述方法還包括 計(jì)算ΑΧ、ΑΖ&向量和Axz ；計(jì)算第一滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償光標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)X。。mp = [AX*RX+AZ*RZ]/AXZ計(jì)算第二滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償光標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)Y。。mp = [AX*RZ-AZ*RX]/AXZ ；并且發(fā)送補(bǔ)償光標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)到與所述電子顯示器上的光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的接收器。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括響應(yīng)于沿著第三軸的第三方向上的重力加速度，檢測(cè)第三加速度信號(hào)Αγ; 并且在發(fā)送所述補(bǔ)償光標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)到所述接收器之前，計(jì)算AX、AY、Az的向量和Axyz，以及計(jì)算新的第一滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償光標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，還包括通過(guò)等式Axemeeted = Ax-ARzM time*lx，針對(duì)所述第一加速計(jì)關(guān)于所述第二軸的旋轉(zhuǎn)加速度而校正所述第一加速度信號(hào)Ax ；并且通過(guò)等式Azemeeted = Az-ARxM time*lz，針對(duì)所述第二加速計(jì)關(guān)于所述第一軸的旋轉(zhuǎn)加速度而校正所述第二加速度信號(hào)Az ；其中，Ix是通過(guò)所述第一方向上的第一加速計(jì)的線(xiàn)和所述第二軸之間的正交長(zhǎng)度，并且Iz是通過(guò)所述第二方向上的第二加速計(jì)的線(xiàn)和所述第一軸之間的正交長(zhǎng)度。
10.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，還包括提供以小于4MHz運(yùn)行的、并且執(zhí)行所述檢測(cè)步驟和所述計(jì)算步驟的8位或16位處理器。
11.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，還包括提供處理單元，所述處理單元每6毫秒對(duì)所述第一旋轉(zhuǎn)傳感器、所述第二旋轉(zhuǎn)傳感器、 所述第一加速計(jì)、所述第二加速計(jì)進(jìn)行多于一次的采樣。
12.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，還包括每10毫秒多于一次地提供所述補(bǔ)償光標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)Xcmp、Xcomp、Ycmp。
全文摘要
一種指示設(shè)備包括耦合到處理器的加速計(jì)及旋轉(zhuǎn)傳感器。該處理器采樣該加速計(jì)及旋轉(zhuǎn)傳感器以檢測(cè)重力和指示設(shè)備運(yùn)動(dòng)，并且使用代數(shù)算法計(jì)算滾轉(zhuǎn)補(bǔ)償光標(biāo)控制信號(hào)。處理器發(fā)送光標(biāo)控制信號(hào)至耦合到在視頻顯示器上移動(dòng)光標(biāo)的電子設(shè)備的接收器。
文檔編號(hào)G06F3/038GK102165395SQ200980124464
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者M·馬修斯, W·梅森 申請(qǐng)人:莫韋公司