慣性滑鼠與應用於其上的校正方法
2023-11-06 04:40:42
專利名稱：慣性滑鼠與應用於其上的校正方法
技術領域：
本發明涉及一種慣性滑鼠與應用於其上的校正方法，尤其涉及一種能針 對所置放的平面呈現為傾斜且於操作過程中產生出旋轉的離心力作用時，能 進行其相關運算的校正的慣性滑鼠與應用方法。
背景技術：
滑鼠裝置或遊標指向控制裝置為使用者對計算機系統進行操作的一種
控制裝置或使用者操作界面；而現有的滑鼠裝置依運作原理的不同大致可包 含兩種，其一是滾球滑鼠，另一種則是光學滑鼠，其中滾球滑鼠是利用換算 一滾球在所置放的桌面或平面上的移動方向和路徑的情形，來控制計算機系 統中所顯示的遊標的指向位置，而光學滑鼠則是利用所產生的光線在桌面或 平面上所造成的反射情況來進行其控制。然而，根據不同的操作環境或是就 使用者在操作上的方便性和所產生的控制效果而言，上述滑鼠裝置皆存在有 不同的缺點或問題。
隨著微機電系統與半導體技術的快速發展， 一種利用了可感測出運動或 操作過程的加速度計所完成的一慣性滑鼠便發展了出來。此類慣性滑鼠的內 部設置有一微處理器和至少兩個軸向的加速度計，此二運動或操作狀態感測 單元的軸向為互相垂直，並且設計此兩軸所構成的平面能對應於滑鼠所要置 放的桌面或平面。就目前技術來說，此種可作運動或操作狀態感測的加速度 計的體積很小，因此可直接設置在所屬滑鼠內部的電路板上；另外，所使用 的此二感測單元的感測自由度可為一個具有雙軸感測自由度的單元，或是兩 個具有單軸感測自由度的單元所組成。而在運作上，兩個軸向的加速度計能 將所感受到運動狀態的加速度產生對應的信號值，而微處理器則能將其值進 行位移運算，並將結果傳至計算機系統中以反應出對應遊標的指向位置。
由於此類的慣性滑鼠根據感測其整體裝置在一水平平面上的直線運動 情況，來得知使用者操作時的移動方向或位移大小，然而，使用者於一般操
作情況下經常會以手肘或手腕為軸心來移動或轉動滑鼠，因此實際上加速度 計所感測到的運動情況便非為直線運動而存在有一向外的離心力的旋轉運 動情形，但微處理器仍是以所設計的直線加速度運算方式來對所產生的離心 力進行位移運算，使得最後所反應出的遊標指向位置會和使用者在操作上的 預期結果有所不一，尤其是在快速或長距離的運動時，所產生的誤差便會愈 加明顯。
再者，由於兩軸向的加速度計所構成的軸面是設計平行於滑鼠的底面或 直接設置於其電路板上，使得當滑鼠完成置放時，軸面便能平行於對應的桌 面或平面，然而，當所置放的桌面或平面相對來說呈現出傾斜時，也就是桌 面或平面的法線方向不和重力方向平行時，則在斜面上就存在有重力的斜面
分量，例如當桌面相對於水平面於某一軸上呈現e角度的傾斜時，則在該桌
面上便存在有g，sine大小的加速度，此處的g為重力加速度。然而，慣性鼠
標中的微處理器根據各軸所感測到操作移動上的運動加速度來進行運算，但 傾斜的桌面或平面所存在的重力加速度的斜面分量便會對運算結果造成影 響，從而使得所反應出的遊標指向位置便會造成誤差。
發明內容
本發明的目的在於提供一種慣性滑鼠與應用於其上的校正方法，使得使 用者在操作此一慣性滑鼠時除了能針對所置放的平面具有傾斜狀況時加以 校正其位移信號外，還能根據使用者的旋轉操作過程所產生的離心力作用加 以校正，從而能夠得到正確的慣性滑鼠的位移情形。
本發明為一種慣性滑鼠的校正方法，應用於一慣性滑鼠上，該慣性滑鼠
包含有一第一加速度計和一第二加速度計，而該方法包含下列步驟於該慣 性滑鼠處於一靜止狀態時，分別記錄該第一加速度計所輸出的一第一輸出值 和該第二加速度計所輸出的一第二輸出值；根據該第一輸出值進行一第一運 算，而得到該第一加速度計和重力方向之間的一第一角度；根據該第二輸出 值進行一第二運算，而得到該第二加速度計和重力方向之間的一第二角度； 以及根據該第一角度和該第二角度對該慣性滑鼠處於一移動狀態時所輸出 的一位移信號進行校正。
本發明另一方面為一種慣性滑鼠，包含有 一主體； 一第一加速度計，
設置於該主體中，用以於一靜止狀態時輸出一第一輸出值； 一第二加速度計， 設置於該主體中，用以於該靜止狀態時輸出一第二輸出值；以及一微處理器， 信號連接於該第一加速度計和該第二加速度計，用以接收該第一輸出值和該 第二輸出值，並分別進行一第一運算和一第二運算，而得到該第一加速度計 和重力方向之間的一第一角度，以及該第二加速度計和重力方向之間的一第 二角度，並根據該第一角度和該第二角度於一移動狀態時校正所輸出的一位 移信號。
根據上述方案，其中該慣性滑鼠包含有一陀螺儀，而該慣性滑鼠處於該 移動狀態時對所輸出的該位移信號進行校正包含下列步驟於該慣性滑鼠處 於該移動狀態時，分別記錄該第一加速度計所輸出的一第三輸出值、該第二 加速度計所輸出的一第四輸出值和該陀螺儀所輸出的一第五輸出值；根據該 第三輸出值和該第一角度進行一第三運算，而得到一第一加速度值；根據該 第四輸出值和該第二角度進行一第四運算，而得到一第二加速度值；以及根 據該第五輸出值進行一第五運算，而得到一第一角速度值。
本發明能成功地在傾斜的平面上得到正確的慣性滑鼠的運動情形的判 斷與相關物理量的正確運算，並且對於一般使用者於操作過程中所存在的旋 轉與產生離心力等問題，也能提供有效的調整與處理，進而使得所產生出的 相關位移信號能作正確地校正和反應出正確運動情況的數值，以減少或避免 現有慣性滑鼠於操作時所會產生的遊標指向位置錯誤的問題，而能精確地符 合使用者的操作預期效果。因此，本發明能有效地解決先前技術中所提出的 相關問題，成功地達成了本發明發展的主要目的。
本發明通過下列附圖及說明，得一更深入的了解
圖l(a)為慣性滑鼠10的外觀示意圖。
圖l(b)為慣性滑鼠10的功能方框示意圖。
圖2為一平面20呈現出傾斜狀態的示意圖。
圖3為第一實施例的流程圖。
圖4為第二實施例的流程圖。
主要附圖標記說明
本發明附圖中所包含的各元件說明如下-
IO慣性滑鼠 100主體
101電路板 102操作界面
104底面 ll第一加速度計
12第二加速度計 13陀螺儀 111、 121、 131模擬數位訊號轉換器
14微處理器 15傳輸接口 20平面
具體實施例方式
請參閱圖l(a)，為本發明的一慣性滑鼠10的外觀示意圖；該慣性滑鼠 10主要包含有一主體100，且在該主體100上具有一操作界面102。而在一 般的滑鼠裝置或遊標指向控制裝置的技術中，操作界面可包括左右鍵以及滾 輪等單元，而在此圖中僅以兩操作按鍵的左右鍵來代表該慣性滑鼠10的操 作界面102。本發明的該慣性滑鼠10以無線信號傳輸方式作較佳實施方式的 說明。該慣性滑鼠10能應用於一平面20上，而能根據置放於其平面20上 的靜止或操作移動狀態來產生出對應的控制信號或位移信號，並能將信號經 由無線信號傳輸接口傳輸至一計算機系統上來完成其作業系統中的顯示遊 標的控制。同時，該慣性滑鼠10以其內部所設置的不同軸向的加速度計或 陀螺儀來感測其操作或移動狀態。
如圖所示，我們定義該慣性滑鼠10的主體100上的兩軸線為X軸和Y 軸，分別朝向該主體100的側面方向與前端方向，此二軸互相垂直；而該主 體100的另一軸線則定義為Z軸，垂直於該主體100的正上方並與X軸和Y 軸此二軸互相垂直。在本發明的較佳實施方式中，X軸和Y軸所構成的平面 平行於該主體100的一底面104，且該底面104用以置放在所應用的平面20 上，使得XY面能平行於所置放的平面20。
請同時參閱圖l(b)，其為該慣性滑鼠10的功能方框示意圖；該慣性鼠 標IO包含有一第一加速度計11、 一第二加速度計12、 一陀螺儀13、 一微處 理器14和一傳輸接口 15;兩加速度計11、 12和該陀螺儀13可在該主體100 的特定軸上感測出該軸的運動情況，並能對應地輸出一信號輸出值後，由相
互信號連接的該微處理器14所接收。在較佳實施方式中所採用的加速度計
或陀螺儀所產生的輸出值，例如以電壓形式作表示的電壓輸出值，為模擬式
的輸出信號，而該微處理器14的設計是能針對數字式的信號進行處理，因 此在該慣性滑鼠10中還包含有對應數目的多個模擬數位訊號轉換器111、 121、 131，用以將各輸出信號進行信號轉換後，提供該微處理器14作進一 步的處理。
此外，上述的操作界面102則也信號連接至該微處理器14，以接收和處 理其按動的操作功能。在較佳的實施方式中，該慣性滑鼠10應用於一計算 機系統(未顯示於附圖)上，而該傳輸接口 15便信號連接於該微處理器14和 該計算機系統之間；在此功能方框示意圖中，該傳輸接口 15以無線信號方 式和計算機系統完成信號連接，而該微處理器14便通過該傳輸接口 15將相 關的位移信號或輸出結果傳輸至計算機系統中。
承上所述，本發明的較佳實施方式是將該第一加速度計11對應到主體 100的x軸，將該第二加速度計12對應到主體100的y軸，而該陀螺儀13 則對應到主體100的z軸。在該慣性滑鼠10的主體100中還設置有一電路 板101，而上述的相關單元便設置在該電路板101上，並且在較佳的實施方 式中，對應x、 y兩軸而呈現互相垂直的該第一加速度計11和該第二加速 度計12，設置其構成面也平行於該電路板101，而該電路板101則平行於該 主體100的底面104,使得當該主體100於所要置放的平面20上完成置放後， 兩加速度計11、 12的構成面(也就是xy面)便和置放的平面20相互平行。
而在本發明的慣性滑鼠10的校正方法的第一實施例，針對該慣性滑鼠 10所置放的該平面20相對於水平面呈現有傾斜而不水平的狀態，來進行所 輸出的相關位移信號的校正。請參閱圖2，其為該平面20呈現傾斜現象的示 意圖；如先前技術所述，置放面的法線方向不和重力方向平行時，其斜面上 就存在有重力的斜面分量，從而會影響各軸上的加速度計的感測情形。而在 此實施例中如圖2所示，該平面20在x軸方向相對於水平面傾斜了一角度 ex，使得上述的第一加速度計ll(即x軸方向)便和重力方向具有該角度0x的 餘角(即90-ex度)的夾角；此圖2為二維平面的示意圖，也就是該平面20類 似的在y軸方向相對於水平面也傾斜了一角度ey，使得上述的第二加速度計
12(即y軸方向)便和重力方向具有該角度ey的餘角(即90-ey度)的夾角，進而 讓該平面20上具有g，sinex以及g*siney大小的加速度值(此處的g為重力加速 度)。
由於根據慣性滑鼠10中的微處理器14對各軸所感測到的移動情況所作 的處理與運算，若當所置放的平面為水平而不傾斜時(即上述的0x和0y皆為 0)，在X軸和Y軸上移動而分別由第一加速度計11和第二加速度計12所感 測與進一步運算所產生的第一、第二加速度值&、 ay的數學式可表示為
ax = (Vx-V0x)/VSx (數學式l) ay = (Vy — V0y)/VSy (數學式2)
其中，Vx為第一加速度計11所輸出的電壓輸出值，Vox為在X軸上輸 出的第一電壓中點值(offset或bias), V&為在X軸上輸出的第一電壓靈敏度 (Sensitivity)或可為對該第一加速度值ax的單位轉換係數。同理，Vy為第二加 速度計12所輸出的電壓輸出值，Voy為在Y軸上輸出的第二電壓中點值 (offset或bias), V&為在Y軸上輸出的第二電壓靈敏度(Sensitivity)或可為對 該第二加速度值ay的單位轉換係數。因此，數學式1與數學式2的運算內容 在於將各加速度計的輸出值(此例為電壓的輸出值)減去各電壓中點值後再除 以各電壓靈敏度，而得到在各軸上的加速度值；且由於電壓和加速度的物理 單位不同，所以所除的該電壓靈敏度即為此運算過程中的單位轉換。
而當考慮該平面20有傾斜情況時(即0x或0y不為0)，在此實施例中便是 將上述的數學式1與數學式2分別修改為
ax = (Vx — V0x)/VSx - g'sin0x (數學式3) ay = (Vy — V0y)/VSy — g'siney (數學式4)
其特徵在於數學式3與數學式4的運算內容是將數學式1與數學式2的 運算結果再減去重力加速度和傾斜角度的正弦值的乘積，也就是說由該第一 加速度計11所輸出並進一步運算產生的該第一加速度值ax，要再扣除重力 加速度在X軸方向上的分量後，才是真正運動情形的加速度值。同理，在Y 軸上以及該第二加速度計12的輸出值與該第二加速度值ay的運算則也有相 同的情況。
此實施例的一特徵在於，當第一、第二加速度值&、 ay皆為0時，也就 是根據該慣性滑鼠10在該平面20上的運動情形呈現為靜止不動或為等速直 線運動狀態時，可進而將上述的數學式3與數學式4分別改寫為-
ex = sin"((Vx — V0x)/(g*VSx)) (數學式5) 0y = sin"((Vy - V0y)/(g'VSy)) (數學式6) 即各傾斜角度的求得，便是將各加速度計的輸出值減去各電壓中點值後 作單位轉換，再除以重力加速度後取其反正弦的值。由於第一、第二電壓中 點值V&、 Voy，和第一、第二電壓靈敏度V&、 Vsy以及重力加速度g皆為已 知，且就實際的物體運動狀況與條件來說，使用者不太可能讓該慣性滑鼠IO 長時間處於等速直線運動狀態，因此在此實施例中，當該慣性滑鼠10處於 一靜止狀態時(其中的第一、第二加速度值ax、 ay皆為0)，即該慣性滑鼠IO 在該平面20上是呈現出靜止不動的，微處理器14便可分別記錄此時的該第 一加速度計11所輸出的輸出值Vx和該第二加速度計12所輸出的輸出值Vy， 並利用此二輸出值Vx、 Vy進行上述數學式5與數學式6的運算而能得到該 平面20分別在X軸和Y軸方向上相對於水平面所傾斜的角度^和ey;也代 表了能得知第一、第二加速度計11、 12分別和重力方向之間所夾的角度(即
(90-ej度和(90-ey)度)，而若以此夾角來作運算時，則只需將上述的正弦函數
(sin)運算換成餘弦函數(cos)的運算即可。
而在此實施例中的靜止狀態的判斷方法，主要是設定由該微處理器14 每隔一特定時距，例如10微秒，都會對所述多個加速度計所輸出的輸出值 作一次讀取與記錄，並進而可根據其中前後兩次或多次的結果進行統計分析 而判斷在某一時間上是否處於靜止狀態。其概念在於當該慣性滑鼠10是在 被操作而產生移動的情形下，不同時刻在加速度計上所輸出的輸出值其前後 的變化幅度是較大的，因此相對來說，若慣性滑鼠10於某一時間是處於靜 止狀態時，則所述多個加速度計的電壓輸出值應該呈現為O或為一定值；但 就實際的測量狀況來說，受可能存在的信號噪聲的影響，所述多個加速度計 的輸出值可能會在一範圍內或在特定的定值的上下作輕微地變動。
舉例來說，將X軸和Y軸的加速度計ll、 12在某一時間tn與其先前至 時間Uo之內每次記錄到的輸出值作統計(此舉例以前10次作說明，然而可 另以其他整數作統計),若各軸各時間的輸出值皆落在一統計平均值的附近或 在一統計範圍內，或者是各軸各時間的輸出值和統計平均值的標準差小於一
閾值時，則慣性滑鼠10於該時間tn上便可能處於靜止狀態或等速直線運動
狀態。由於先前一段時間之內每次的輸出與運算結果，包括電壓輸出值、加
速度值或由該加速度值作時間積分而得到的速度值都可被加以記錄，因此當 具有上述情形時，便設計再對前一次(即在一時間U之時)所得到的X軸速
度值Vx和Y軸速度值Vy作分析，若這兩速度值Vx、 Vy皆很小(或不大於一速
度閾值)時，則定義慣性滑鼠10於該時間tn上處於靜止狀態。
承上所述，若這兩速度值Vx或Vy有一者較大(或超過該速度閾值)時，則 設計將X軸和Y軸的加速度計11、 12於該時間tn時的輸出值再和更早之前 的記錄作統計；舉例來說，與其先前至時間tn.H)之內每次記錄到的輸出值作 統計，且此處所取樣的時間tn與時間tn.H)o間的時距與統計次數，遠大於前述 所使用的時間tn與時間Vu)間的取樣。類似的在此統計中，若各軸各時間的 輸出值皆落在一統計平均值的附近，或各軸各時間的輸出值和統計平均值的 標準差小於一閾值時，則定義慣性滑鼠10於該時間tn上處於靜止狀態；反 之，則定義慣性滑鼠10處於一移動狀態。此外，上述對於短時間或長時間 統計所採用的閾值的運用可相同，或可於製造時另行設定之並記錄在微處理 器14可存取的相關存儲器中。
由於第一、第二加速度值ax、 ay皆為O並再對時間作積分後所得到的各 軸的速度值除了可為0以外，也可為一定值，也就是物體作等速直線運動； 但就本發明實際的物體運動來說，由於使用者不太可能讓慣性滑鼠10長時 間處於等速直線運動狀態，因此在此實施例中便是針對其中各軸上的速度值 皆為0時作為其靜止狀態的判斷依據(可據此來設定上述的速度閾值的大 小)；也就是當各軸上的速度值皆為0或符合了上述所使用的統計運算的條件 時，便視慣性滑鼠10於某一時間為完全靜止不動。
回到前述的加速度值的運算流程，當在靜止狀態下求出該平面20分別 在X軸和Y軸方向上相對水平面所傾斜的角度0x和6y後，便可代入至數學 式3與數學式4之中，而於慣性滑鼠10處於一移動狀態時(例如使用者開始 進行操作)，微處理器14便分別記錄和代入第一、第二加速度計ll、 12此時 所輸出的輸出值Vx、 Vy至數學式3與數學式4之中，從而能夠正確的得到 在此一特定時刻分別於X軸和Y軸上進行移動時所產生的第一、第二加速 度值ax、 ay。而當第一、第二加速度值a^ %求出後，再進行一次的時間積 分運算，從而能夠得到某段時間後在X、 Y軸上的正確移動速度值Vx、 vy; 而再對此兩速度值Vx、 vy進行一次的時間積分運算後，便能夠得到該段時間內在X、 Y軸上的正確位移值大小，而微處理器14能根據所得到的此兩位
移值輸出成為一位移信號並傳輸至該計算機系統中，由該計算機系統來運算
出該慣性滑鼠10於移動之後所代表的對應遊標顯示位置。
請參閱圖3，其為本發明第一實施例的流程圖。首先，當判斷慣性滑鼠 10處於一靜止狀態時，分別記錄X軸的第一加速度計11所輸出的輸出值 Vx和Y軸的第二加速度計12所輸出的輸出值Vy，如步驟S11;其次，由微 處理器14根據所述多個輸出值Vx、 Vy進行運算，而得到各軸對應的傾斜角 度0x、 ey，如步驟S12;最後，當判斷慣性滑鼠10處於一移動狀態時，分別 記錄X軸的第一加速度計11所輸出的輸出值Vx和Y軸的第二加速度計12 所輸出的輸出值Vy，並由微處理器14根據所述多個輸出值Vx、 Vy和所述多 個傾斜角度0x、 0y進行運算，而得到各軸對應的加速度值&、 ay、速度值、、 Vy和位移值，如步驟S13。
而在本發明的慣性滑鼠10的校正方法的第二實施例，是針對使用者在 操作時於其置放面上以手肘或手腕為軸心來移動或轉動該慣性滑鼠10的狀 態，來進行所輸出的相關位移信號的校正。如先前技術所述，當使用者的操 作造成該慣性滑鼠10被旋轉或轉動時，會另外感測到一向外離心力，從而 會影響某一特定軸上的加速度計的感測情形。此實施例請同樣參閱圖l(a)和 圖l(b)，當該慣性滑鼠10於該Z軸產生旋轉時，該陀螺儀13便能感測與產 生一電壓輸出值Vz，而微處理器14能進一步運算出此一旋轉於Z軸上所具 有的一角速度值&的大小，其數學式可表示為
coz = (Vz-V0z)/VSz (數學式7)
其中，Vz為該陀螺儀13所輸出的電壓輸出值，V(^為在Z軸上輸出的第 三電壓中點值(offset或bias)， Vsz為在Z軸上輸出的第三電壓靈敏度 (Sensitivity)或可為對該角速度值cOz的單位轉換係數。因此，數學式7的運算 內容在於將該陀螺儀13的輸出值(此例為電壓的輸出值)減去電壓中點值後 再除以電壓靈敏度，而得到在Z軸上的角速度值；且由於電壓和角速度的物 理單位不同，所以所除的該電壓靈敏度即為此運算過程中的單位轉換。
在此實施例中，當慣性滑鼠IO於Z軸產生旋轉時，所造成的離心力會 依慣性滑鼠10於X軸上的速度值、作用在Y軸上，進而讓該Y軸上具有 ovvx大小的加速度，從而影響到Y軸的第二加速度計12。因此，當我們所
使用的置放平面無論是不呈現傾斜狀態或具有傾斜狀態時，於上述第二加速
度值ay的運算公式便均需加以修正，也就是將此一誤為使用者操作力量的離 心力加以扣除後，才是真正運動情形的加速度值；其數學式可分別表示為formula see original document page 16(數學式8)formula see original document page 16(數學式9) 數學式8為不具傾斜狀態的第二加速度值ay的運算公式，而數學式9則 為具有傾斜狀態的第二加速度值ay的運算公式。此外，由於旋轉後的慣性鼠 標10在X軸和Y軸上對應到該平面20的傾斜角度ex、 6y就會有對應的分 量變化，例如當Z軸逆時針旋轉90度後，新的X軸就會對應到原來的Y軸 方向，而新的Y軸則對應到負的原X軸方向；再者，對所得到的該角速度
值coz再進行一次的時間積分運算後，便可得到其旋轉角度大小的一角度ez，
而該微處理器14根據此一旋轉對X、 Y軸所對應的角度變化所進行的運算 數學式可表示為-
formula see original document page 16(數學式i o) ey， = -ex*sinez + ey*cosez (數學式11) 其中e;為旋轉後新的x軸傾斜角度，而ey'則為旋轉後新的y軸傾斜角 度。詳細來說，數學式10與數學式11為有旋轉狀態時(&不為o)x、 Y軸的 傾斜角度和無旋轉狀態時(ez為o)x、 Y軸的傾斜角度之間的數學式關係。而 此實施例為根據第一實施例來對該慣性滑鼠io於移動狀態時所輸出的位移 信號進行校正，也就是同時考慮其置放的該平面20的傾斜與使用者旋轉操 作的作用。而在運算上，微處理器14可利用數學式10與數學式11求出不
同時刻旋轉後對應的各軸的新傾斜角度，並分別記錄和代入第一、第二加速
度計ll、 12此時所輸出的輸出值Vx、 Vy至上述的數學式9與數學式3之中
(其中將ex'代入e^將ey'代入ey)，從而能夠正確的得到在此一特定時刻分別
於X軸和Y軸上進行移動時所產生的第一、第二加速度值&、 ay。而其他相
關的物理量的運算(例如速度值和位移值)則和第一實施例相同，在此便不多 贅述。
請參閱圖4，其為本發明第二實施例的流程圖。首先，當判斷慣性滑鼠 10處於一靜止狀態時，分別記錄X軸的第一加速度計11所輸出的輸出值 Vx和Y軸的第二加速度計12所輸出的輸出值Vy,如步驟S21;其次，由微處理器14根據所述多個輸出值Vx、 Vy進行運算，而得到各軸對應的傾斜角
度9x、 ey，如步驟S22;接著，當判斷慣性滑鼠10處於一移動狀態時，分別 記錄X軸的第一加速度計11所輸出的輸出值Vx、 Y軸的第二加速度計12 所輸出的輸出值Vy以及Z軸的陀螺儀13所輸出的輸出值Vz，如步驟S23; 接著，由微處理器14根據輸出值Vz進行運算而得到對應Z軸的角速度值odz 和旋轉角度ez，並根據輸出值Vx和傾斜角度0x進行運算而得到對應X軸的 加速度值ax、速度值Vx和位移值，如步驟S24;最後，由微處理器14根據 輸出值Vy、傾斜角度0y、角速度值c^和速度值Vx進行運算而得到對應Y軸 的加速度值ay、速度值Vy和位移值，如步驟S25。
上述兩實施例中的第一、第二加速度計11、 12在理想設計上平行於該 電路板101並且兩者互相垂直而完成設置，而一方面該電路板101並平行於 主體100的底面104，使得將該主體100以其底面104置放於該平面20上後， 電路板IOI以及所述多個加速度計11、 12便能平行於該平面20，進而使得 所述多個加速度計11、 12的感測能產生正確的輸出值。然而就一般製造技 術來說，由於加速度計是小型的微機電單元，因此在設置上容易和電路板間 有一較小的傾斜角度，或是電路板於主體中和主體的底面間也存在傾斜情 形，從而使得加速度計無法達成完美的平行設置。針對此一狀況，我們可將 本發明的較佳實施方式中對應的傾斜角度的定義加以修正調整，而成為
eTX = ex + eAx (數學式12) eTY = ey + eAy (數學式13)
其中，0M和0Ay分別代表了第一、第二加速度計11、 12和電路板101
之間的原始傾斜角度，或還可加上電路板101和底面104之間的傾斜程度；
而9tx和0TY便分別代表了修正過後各加速度計的X、Y軸相對於水平面所呈
現的傾斜角度。同時，e&和eAy兩魚度可以在該慣性滑鼠io出廠前以特定 的測量方式來完成測量。因此，上述的各運算公式針對此一狀況便皆需加以
調整修改，包括數學式3、數學式4、數學式5、數學式6、數學式9等，也
就是將其中的ex以ew代入，ey以e^代入。另外，若考慮在z軸上的^角
度的旋轉情形時，則可將數學式io與數學式11修改為
eTX = ex*cosez + ey"inez + eAx (數學式10-1)' 0ty' = - ex*sinez + ey'cosez + eAy (數學式11-1)
因此，其中eTx便為旋轉後新的x軸傾斜角度，而exY則為旋轉後新的
y軸傾斜角度。而其他運算和物理量的求得則和上述第一、第二實施例以及 數學式io與數學式11的對應說明內容相同，在此便不多贅述。
另外，在本發明的兩實施例中所使用的x軸和y軸的加速度計，可為 一個具有雙軸感測自由度的單元，或可為兩個具有單軸感測自由度的單元所
組成；同時此二加速度計並和z軸方向上的陀螺儀兩兩互相垂直。再者，本
發明的第二實施例所考慮的情況同時包含了第一實施例的置放平面為傾斜 的情況，但由相關的運算公式可知，若該平面不為傾斜時，於第二實施例中
可僅考慮其在z軸方向上的旋轉所造成的離心力情況並用相同的公式來運
算，因其中相關的正弦函數(或餘弦函數)針對置放平面無傾斜狀況時，其中
的重力斜面分量項目便會等於o而不會產生影響。
綜上所述，利用本發明的方法以及兩實施例的舉例說明，我們能成功地 在傾斜的平面上得到正確的慣性滑鼠的運動情形的判斷與相關物理量的正 確運算，並且對於一般使用者於操作過程中所存在的旋轉與產生離心力等問 題，也能提供有效的調整與處理，進而使得所產生出的相關位移信號能作正 確地校正和反應出正確運動情況的數值，以減少或避免現有慣性滑鼠於操作 時所會產生的遊標指向位置錯誤的問題，而能精確地符合使用者的操作預期 效果。因此，本發明能有效地解決先前技術中所提出的相關問題，成功地達 成了本發明發展的主要目的。
任何本領域普通技術人員，可在運用與本發明相同目的的前提下，使用 本發明所公開的概念和特別實施例來作為設計和改進其他一些結構的基礎。 這些變化、替代和改進不能背離權利要求所界定的本發明的保護範圍。因此， 本發明得由本領域普通技術人員任施匠思而為諸般修飾，然而皆不脫離如附 權利要求所欲保護的範圍。
權利要求
1.一種慣性滑鼠的校正方法，應用於一慣性滑鼠上，該慣性滑鼠包含有一第一加速度計和一第二加速度計，而該方法包含下列步驟於該慣性滑鼠處於一靜止狀態時，分別記錄該第一加速度計所輸出的一第一輸出值和該第二加速度計所輸出的一第二輸出值；根據該第一輸出值進行一第一運算，而得到該第一加速度計和重力方向之間的一第一角度；根據該第二輸出值進行一第二運算，而得到該第二加速度計和重力方向之間的一第二角度；以及根據該第一角度和該第二角度對該慣性滑鼠處於一移動狀態時所輸出的一位移信號進行校正。
2. 如權利要求1所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該第一運算為將該第 一輸出值減去一第一電壓中點值後作單位轉換，再除以重力加速度後取其反 餘弦的值。
3. 如權利要求1所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該第二運算為將該第 二輸出值減去一第二電壓中點值後作單位轉換，再除以重力加速度後取其反 餘弦的值。
4. 如權利要求1所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該慣性滑鼠處於該移 動狀態時對所輸出的該位移信號進行校正包含下列步驟於該慣性滑鼠處於該移動狀態時，分別記錄該第一加速度計所輸出的一 第三輸出值和該第二加速度計所輸出的一第四輸出值；根據該第三輸出值和該第一角度進行一第三運算，而得到一第一加速度 值；以及根據該第四輸出值和該第二角度進行一第四運算，而得到一第二加速度值。
5. 如權利要求4所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該第三運算為將該第 三輸出值減去一第一電壓中點值後作單位轉換，再減去重力加速度和該第一 角度的餘弦值的乘積。
6. 如權利要求4所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該第四運算為將該第 四輸出值減去一第二電壓中點值後作單位轉換，再減去重力加速度和該第二角度的餘弦值的乘積。
7. 如權利要求4所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該方法包含下列步驟: 根據該第一加速度值進行時間積分運算，而得到一第一速度值和一第一位移值；根據該第二加速度值進行時間積分運算，而得到一第二速度值和一第二 位移值；以及根據所得到的該第一位移值和該第二位移值而輸出成為該位移信號。
8. 如權利要求1所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該慣性滑鼠包含有一 陀螺儀，而該慣性滑鼠處於該移動狀態時對所輸出的該位移信號進行校正包 含下列步驟於該慣性滑鼠處於該移動狀態時，分別記錄該第一加速度計所輸出的一 第三輸出值、該第二加速度計所輸出的一第四輸出值和該陀螺儀所輸出的一 第五輸出值；根據該第三輸出值和該第一角度進行一第三運算，而得到一第一加速度值；根據該第四輸出值和該第二角度進行一第四運算，而得到一第二加速度 值；以及根據該第五輸出值進行一第五運算，而得到一第一角速度值。
9. 如權利要求8所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該第三運算為將該第 三輸出值減去一第一電壓中點值後作單位轉換，再減去重力加速度和該第一 角度的餘弦值的乘積。
10. 如權利要求8所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該方法包含下列步驟根據該第一加速度值進行時間積分運算，而得到一第一速度值和一第一 位移值；根據該第二加速度值進行時間積分運算，而得到一第二速度值和一第二 位移值；以及根據所得到的該第一位移值和該第二位移值而輸出成為該位移信號。
11. 如權利要求IO所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該第四運算為將該 第四輸出值減去一第二電壓中點值後作單位轉換，並減去重力加速度和該第 二角度的餘弦值的乘積，再減去該第一速度值和該第一角速度值的乘積。
12. 如權利要求11所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該第一速度值大於一第一閾值。
13. 如權利要求8所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該第五運算為將該第 五輸出值減去一第三電壓中點值後作單位轉換。
14. 如權利要求1所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該方法包含下列步驟於一第一時間分別記錄該第一加速度計所輸出的一第三輸出值和該第二加速度計所輸出的一第四輸出值；於一第二時間分別記錄該第一加速度計所輸出的一第五輸出值和該第 二加速度計所輸出的一第六輸出值；以及當該第五、第三輸出值皆在一第一統計範圍內而該第六、第四輸出值皆 在一第二統計範圍內，且於該第一時間所得到的一第一速度值和一第二速度 值皆小於一第一閾值時，定義該慣性滑鼠於該第二時間處於該靜止狀態。
15. 如權利要求1所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該方法包含下列步驟於一第一時間分別記錄該第一加速度計所輸出的一第三輸出值和該第 二加速度計所輸出的一第四輸出值；於一第二時間分別記錄該第一加速度計所輸出的一第五輸出值和該第 二加速度計所輸出的一第六輸出值；於一第三時間分別記錄該第一加速度計所輸出的一第七輸出值和該第 二加速度計所輸出的一第八輸出值；以及當該第七、第五輸出值皆在一第一統計範圍內而該第八、第六輸出值皆 在一第二統計範圍內，且於該第二時間所得到的一第一速度值或一第二速度 值大於一第一閾值，但該第七、第五、第三輸出值皆在該第一統計範圍內而 該第八、第六、第四輸出值皆在該第二統計範圍內時，定義該慣性滑鼠於該 第三時間處於該靜止狀態。
16. 如權利要求15所述的慣性滑鼠的校正方法，其中該第三時間與該第 一時間的時距遠大於該第三時間與該第二時間的時距。
17. —種慣性滑鼠，包含有 一主體；一第一加速度計，設置於該主體中，用以於一靜止狀態時輸出一第一輸 出值；一第二加速度計，設置於該主體中，用以於該靜止狀態時輸出一第二輸 出值；以及一微處理器，信號連接於該第一加速度計和該第二加速度計，用以接收 該第一輸出值和該第二輸出值，並分別進行一第一運算和一第二運算，而得 到該第一加速度計和重力方向之間的一第一角度，以及該第二加速度計和重 力方向之間的一第二角度，並根據該第一角度和該第二角度於一移動狀態時 校正所輸出的一位移信號。
18. 如權利要求17所述的慣性滑鼠，其中該微處理器於該移動狀態時校 正所輸出的該位移信號，為接收該第一加速度計所輸出的一第三輸出值和該 第二加速度計所輸出的一第四輸出值，並分別根據該第一角度和該第二角度 進行一第三運算和一第四運算，而得到一第一加速度值和一第二加速度值。
19. 如權利要求17所述的慣性滑鼠，其中該慣性滑鼠包含有一傳輸接口， 信號連接於該微處理器和所應用的一計算機系統上，且該微處理器通過該傳 輸接口將該位移信號傳輸至該計算機系統中。
20. 如權利要求17所述的慣性滑鼠，其中該慣性滑鼠應用於一平面上， 且該慣性滑鼠能通過操作而於該平面上進行移動。
21. 如權利要求17所述的慣性滑鼠，其中該慣性滑鼠包含有一電路板， 設置於該主體中，而該第一加速度計、該第二加速度計和該微處理器設置於 該電路板上，且該第一加速度計和該第二加速度計互相垂直並平行於該電路 板。
22. 如權利要求21所述的慣性滑鼠，其中該電路板平行於該主體的一底 面，且該底面用以置放於所應用的一平面上。
23. 如權利要求21所述的慣性滑鼠，其中該慣性滑鼠包含有一陀螺儀， 設置於該主體中的該電路板上並信號連接於該微處理器，且該陀螺儀和該第 一加速度計、該第二加速度計、該電路板互相垂直。
24. 如權利要求23所述的慣性滑鼠，其中該微處理器於該移動狀態時校 正所輸出的該位移信號，為接收該第一加速度計所輸出的一第三輸出值和該 第二加速度計所輸出的一第四輸出值，並分別根據該第一角度和該第二角度 進行一第三運算和一第四運算，而得到一第一加速度值和一第二加速度值， 以及由該微處理器接收該陀螺儀所輸出的一第五輸出值並進行一第五運算， 而得到一第一角速度值。
全文摘要
本發明公開一種慣性滑鼠與應用於其上的校正方法，該慣性滑鼠包含有一第一加速度計、一第二加速度計和一陀螺儀，該方法包含下列步驟於該慣性滑鼠處於一靜止狀態時，分別記錄該第一加速度計和該第二加速度計所輸出的輸出值並進行運算，而得到該第一加速度計和重力方向之間的一第一角度以及該第二加速度計和重力方向之間的一第二角度；以及於該慣性滑鼠處於一移動狀態時，分別記錄該第一加速度計、該第二加速度計和該陀螺儀所輸出的輸出值並根據該第一角度和該第二角度進行運算，而於該移動狀態時校正該慣性滑鼠所輸出的一位移信號。本發明能根據使用者的旋轉操作過程所產生的離心力作用加以校正，從而能夠得到正確的慣性滑鼠的位移情形。
文檔編號G06F3/033GK101369194SQ20081016991
公開日2009年2月18日 申請日期2008年10月9日 優先權日2008年10月9日
發明者羅瑞德 申請人:晶翔微系統股份有限公司