位置傳感控制器和產生控制信號的方法

2023-06-19 22:08:46

專利名稱：：位置傳感控制器和產生控制信號的方法
技術領域：
：本發明相關於改進的位置傳感控制器，該控制器允許一個人通過簡單地傾斜手持式控制器來精確地控制遠程目標或裝置(例如一個電子遊戲顯示字符)在一維或二維空間的移動。電子遊戲通常用稱之為「遊戲鍵盤」的電子遊戲控制器來操作，遊戲鍵盤常用來控制遊戲機(即專用於操作電子遊戲的計算設備)的運行。遊戲控制器也用於控制個人計算機和交互式電視機機頂裝置。按下或放開遊戲控制器上的方向鍵，能達到合上或斷開開關的效果。例如，如果遊戲控制器用於賽車遊戲中，那麼按下左方向鍵會使汽車向左轉。然而，方向鍵的「全有或全無」動作會造成難以控制電子遊戲。要了解這個問題，只需想像在駕駛汽車時，迫使司機在想稍稍拐一點彎時一直轉動方向盤，或者通過按壓按鈕開關而不是轉動方向盤來駕駛汽車。發明名稱為「手持式傾斜靈敏非控制杆控制盒」的美國專利US5,059,958(1991年10月22日對Jacobs等人的申請授權)公開了採用控制裝置產生相應的傾斜姿態控制信號的技術，該控制裝置具有一個盒式的外殼，用雙手把持使其傾斜。用戶用雙手拿著該控制裝置，並且按壓由手指啟動的「對稱地安裝在外殼頂部的開關，以產生輔助控制信號。」盒內的實際電路包括一些汞開關，這些開關根據控制裝置的傾斜姿態打開或關閉。因此，Jacobs控制器能提供一個低解析度的控制信號，它有一個從有限數量的離散值中選擇的值。無線電子控制器現在幾乎用於生活的各個方面。無線控制器被用於控制幾乎所有音像設備，包括電視機、盒式磁帶錄像機(VCR)、電纜控制盒、立體聲接收機和雷射唱機。無線控制器也用於控制室內照明、控制電子遊戲機操作，以及控制計算機屏幕上滑鼠的移動。在控制器和受控裝置之間主要採用兩類無線通信，即紅外線信號和射頻信號。用於這類應用中的紅外LED(發光二極體)通常被聚焦，從而發射很窄的紅外光束。通過一個聚焦的紅外LED發射控制信號的控制器通常必須對準受控裝置，並且對由控制器發射、由受控裝置接收的控制信號來說，通常必須在控制器和受控裝置之間有一個清晰的視距。中斷控制器和受控裝置之間的視線，例如一個人或其它移到控制器和受控裝置之間的空間的障礙物，通常會破壞控制信號從控制器到受控裝置之間的傳輸。與此類似，某些控制器感應該控制器的移動或定位，由此發射控制信號。這樣一種控制器在Jacobs等人的美國專利US5059958中作了描述。在按要求移動和調整這種控制器的同時，持續將控制器對準受控裝置。以避免破壞受控裝置接收控制信號，這通常是很難的。在許多應用中，中斷控制信號從控制器向受控裝置的傳送會對受控裝置的應用產生顯著的影響。例如，中斷電子遊戲機的無線控制器發射的控制信號，會造成一個玩遊戲機的人被看作是不太熟練的操作者，包括過早地中止該遊戲。與此類似，中斷從一個定位裝置(如滑鼠器)到執行一個「牽引和停止(drag-and-drop)」圖形用戶接口的計算機的控制信號，可能錯誤地造成計算機不按要求動作。牽引和停止圖形用戶接口是公知技術，被用於例如蘋果電腦公司的MacintoshR計算機中和微軟公司的MicrosoftRWindowsTM作業系統中。被聚焦的LED通常將光能聚焦併集中成一個圓錐形的光束，稱為「光圈」，並且通常指定一個半角，該半角是從光圈中心到光圈外邊緣的角度測量值。例如，被聚焦的LED102(圖1a)將紅外光聚焦為有一個半角108的光圈106。當光圈106對準一接收光電二極體104時，由光電二極體104收到的紅外光的強度相對較高。然而，當光圈106偏離光電二極體104(如圖1b所示)時，由光電二極體104收到的紅外光的強度相對較低，並且很難與背景紅外光區分開來。為了補償由光電二極體104接收的光強的變化，通常將光電二極體104連到自動增益控制(「AGC」)電路(沒有示出)。在控制器的移動相同的控制器中，由接收光電二極體(如光電二極體104)收到的光強發生顯著的變化。當採用這種控制器發送基本連續的控制信息來控制電子遊戲機或使用執行牽引和停止圖形用戶接口的計算機時，這種AGC電路必須迅速並準確地補償這種強度變化，以避免控制信息的損失。目前用於受控裝置中的大部分AGC電路不能以足夠的快捷程度來補償接收的紅外控制信號中的這種強度變化，從而無法避免控制信息的損失。擴散LED不聚焦，即它的半角大約為90°或更大。擴散LED可以避免在控制器和受控裝置之間要求清晰的視線。與此類似，由於紅外信號的強度在擴散LED改變方向時不會顯著地改變，因此目前用於大多數受控裝置中的AGC電路可以足夠快地補償收到的紅外信號中的任何微小變化以避免控制信息的損失。但是要產生具有足夠的強度以保證在有用距離(例如大於2米的距離)處的受控裝置能夠接收的紅外信號，擴散LED所需要的功率比實際能提供的要強。用於控制器和受控裝置之間的第二類無線通信是射頻(RF)信號。由RF信號發射控制信號到受控裝置的控制器通常避免了與聚焦紅外信號有關的許多問題，但其費用和複雜性都會顯著增大。本發明的目的是提供一種改進的位置傳感控制器，允許一個人通過簡單地傾斜手持式控制器來精確地控制遠程目標或裝置(例如一個電子遊戲顯示字符)在一維或二維空間的移動。在一個實施例中，一個改進的控制器檢測它自身在二維空間(相關於X軸和Y軸)的角位置或方向。例如，當操作者將控制器向左、向右、向前或向後傾斜時，控制器提供與該控制器的新的傾斜位置相應的數字控制信號。這些數字控制信號與現有技術的遊戲控制器中通過按壓左、右、上或下方向鍵產生的控制信號是等同的，因此該控制器與現有的電子遊戲機完全兼容。然而，與現有的遊戲控制器不同的是，本發明的控制器簡單而且便宜，並且還能提供高解析度的控制信號。在上面描述的賽車遊戲例子中，「駕駛員」可以通過略為傾斜控制器精確地將方向盤旋轉拐一個小彎時所需要的量，而不必通過數字開關一直轉動方向盤或根本不轉動方向盤。數字控制信號也可以控制除物體在二維空間中的位置之外的參數。例如，在賽車遊戲中，將控制器向前傾斜可以控制加速(油門踏板)，而將控制器向後傾斜可以控制減速(剎車踏板)。根據本明，一個控制器採用擴散的雷射二極體向受控裝置發射一個控制信號。圖1a和1b是根據現有技術向接收光電二極體發射紅外光信號的聚焦紅外LED的方框圖。圖2a是根據本發明的控制器的一個實施例的俯視圖。圖2b是根據本發明的控制器的另一個實施例的俯視圖。圖2c示出了一對位置傳感器模塊，它感應控制器相對於X軸和Y軸的角位置或方向。圖3是位置傳感器模塊的俯視斷面圖。圖4a、4b和4c分別示出了在小型塑料外殼中的位置傳感器模塊的後視、俯視和側視圖。圖5的方框圖示出了與比率數字儀表放大器接口的位置傳感器模塊的一個實施例。圖6a至6d示出了比率數字儀表放大器的一個觸發脈衝和三個不同輸出信號。圖7是根據本發明的控制器的電路的一個實施例的方框圖。圖8a至8e示出了根據本發明的控制器電路的五個不同輸出控制信號。圖9的方框圖示出了根據本發明的控制器電路的另一個實施例。圖10a和10b示出了用於發射位置指示數據的發射協議和數據包的一個實施例。圖11是紅外接收機的一個實施例的方框圖。圖12是根據本發明的控制器電路的另一個實施例的方框圖。圖13a和13b分別是二維位置傳感器模塊的俯視和側視截面圖。圖13c和13d分別是二維位置傳感器模塊的另一個實施例的俯視和側視截面圖。圖14的方框圖示出了與比率數字儀表放大器接口的位置感應模塊的另一個實施例。圖15的方框圖示出了根據本發明的控制器電路的另一個實施例。圖16的方框圖示出了根據本發明將紅外信號發射到接收光電二極體的擴散雷射二極體。圖17示出了當擴散雷射二極體和光電二極體之間的直線視線被妨礙時紅外信號從擴散雷射二極體到接收光電二極體的傳送。圖2a是根據本發明的一個位置傳感控制裝置40(在此稱為控制器40)的一個實施例的俯視圖。控制器40被用於控制遊戲機、電視機、交互式電視機機頂裝置、或可以由用戶進行電子控制的任何裝置。在控制器40的左側是四個方向鍵44a-d。方向鍵44a-d是簡單的開/關裝置。除四個方向鍵44a-d之外，控制器40包括四個控制鍵44e-h。圖2b是控制器的另一個實施例的俯視圖，即控制器40-6，除了控制器40(圖2a)的方向和控制鍵之外，它還包括控制鍵44i-k。圖2c示出了一對位置傳感器模塊48a和48b，它們感應控制器40在二維空間相對X軸和Y軸的角位置或方向。每個位置傳感器模塊48a和48b感應相對於一根軸的角位置。在一個實施例中，相應於位置感應器模塊48a的軸與相應於位置感應器48b的軸基本上是正交的。位置傳感器模塊48a和48b與未審結的美國專利申請08/076,032(申請日為1993年6月15日)的圖7和圖10中所示的「位置檢測器模塊」類似，該申請被作為本文的參考文獻。在1991年12月5日提交的美國專利申請07/804,240和1993年6月15日授權的美國專利5,218,771中對位置傳感器模塊的其它實施例作了公開，這兩篇文獻都用作本文的參考文獻。位置傳感器模塊48a和48b的輸出被下面描述的微控制器轉換為等效於方向鍵44a-d(圖2a)的已調整閉合。因此，控制器40的操作可以是(1)類似於目前的遊戲控制器，在手動操作模式中採用四個方向鍵44a-d，或者(2)通過傾斜控制器40並採用下面要描述的微控制器的多種不同操作模式中的一種(例如「數字模式」、「滑動窗口模式」、「比例模式」、「相對模式」或「絕對模式」)來提供適用於不同應用的各類控制信號。圖3是位置傳感器模塊48a的俯視截面圖。在這個實施例中，位置傳感器模塊48a和48b是相同的並各自為加利福尼亞州SanJose的電視交互式數據公司的TVI501位置檢測器。因此圖3也是位置傳感器模埠48b(圖2c)的準確表示。位置傳感器模塊48a(圖3)包括一個透明的圓柱狀容器52，其中有一個反射物56懸浮在溶劑60中。在一個實施例中，反射物56由空氣構成，溶劑60是91％的異丙醇。另一方面，溶劑60可以是一種輕油，反射物56可以是氣體、液體或固體。例如，反射物56可以是懸浮在水(用作溶劑60)中的輕油。另一方面，反射物56可以是懸浮在溶劑60中的固態的反射滾珠軸承，溶劑60可以是水、油或空氣。可以理解，其它材料也可以用於構成反射物56和溶劑60，條件是(i)反射物56和溶劑60保持分離，(ii)從信號源(下面要描述)發射的信號通過溶劑60，(iii)反射物56在溶劑60中自由移動，(iv)將信號反射到信號接收器(下面將作描述)。位置傳感器模塊48a的操作基本上不受反射物56的大小影響。當反射物56小於圓柱容器52的內部容積的10％或大於其90％時，可以得到滿意的結果。當反射物56或溶劑60的重量小於圓柱容器52的內部容積的大約30％時，可以觀察到對位置傳感器模塊48a移動的信號響應中的微小延遲。當採用小型反射式滾珠軸承作為反射物56，或者當採用佔據圓柱容器52內部容積70％多的氣泡作為反射物56時，通常會出現這種情況。該微小延遲是由溶劑60和反射物56的重量的慣性在反射物56的移動過程中起較大作用的結果。在圓柱容器52的一端是發射信號的一個紅外發光二極體(「LED」)64，在這種情況下該信號是紅外光，並且由反射物56反射。電阻R1(圖5)設定紅外LED64(圖3)的亮度，從而確定信號的強度。在圓柱容器52的兩側是接收由反射物56反射的信號的光電二極體68a和68b。當位置傳感器模塊48a處於水平位置時，反射物56位於光電二極體68a和68b的中間。反射物56是一個反射透鏡，它在這個位置向每個光電二極體68a和68b反射等量的信號(例如紅外光)。由於位置傳感器模塊48a圍繞圓柱形容器52的縱軸旋轉(由虛線箭頭A表示)，光電二極體68a和68b相對於保持靜止的反射物56移動。光電二極體68a和68b相對於反射物56的移動逐步改變光線的方向，增大對光電二極體68a和68b的其中一個的入射光，而減小對光電二極體68a和68b中另一個的入射光。每個光電二極體68a和68b像電流源一樣，產生與該光電二極體上的入射光成正比的電流。塞子72封閉裝有溶劑60的圓柱形容器52。圖4a、4b和4c分別示出了位置傳感器模塊48a的後視、俯視和側視圖，該模塊48a被放置在小型塑料殼體76中，以保證紅外LED64與兩個光電二極體68a和68b的反覆對準。導線78使紅外LED64和光電二極體68a和68b產生電連接。圖5示出了根據本發明與一個「比率數字儀表放大器」80(簡稱為「比率放大器」)接口的圓柱狀位置傳感器模塊48a的一個實施例。比率放大器80包括一個CMOS555計時器84(例如Texas儀器公司的TLC555計時器)，被構造成單穩態多諧振蕩器。在另一個實施例中，採用無穩態多諧振蕩器。比率放大器80是高解析度的模數轉換器，它將位置傳感器模塊48a中的光電二極體68a和68b的模擬輸出電流轉換為已作脈寬調製的波形，被稱為XY輸出信號，並且被輸入下面將要描述的微控制器。XY輸出信號指示控制器40沿X軸或Y軸相對於參考平面(例如水平面)的位置。一開始在計時器84的管腳3上的XY輸出信號為低。在管腳2上的一個低態有效短觸發脈衝(圖6a)在電容C2通過電阻R2充電時使計時器84的管腳3上的XY輸出信號變為高態，並保持在高態。當C2兩端的電壓達到供電電壓Vcc的三分之二時，電容器C2通過計時器84的管腳7放電，從而計時器84的管腳3上的XY輸出信號回到低態。當控制器40(圖2a)保持水平，反射物56(圖3)處於中心位置時，產生的已脈寬調製波形，即產生的XY輸出信號如圖6c所示。當控制器40(圖2a)在一個方向傾斜，導致位置傳感器模塊48a(圖2c)和48b的其中一個繞其軸旋轉時，結果是增大了一個光電二極體(例如光電二極體68a(圖5))上的入射光量，而減小了在另一個光電二極體(例如光電二極體68b)上的入射光量。位置傳感器模塊48a被連接到計時器84，以便光電二極體68a提供電流到計時器84的控制輸入端(管腳5)，而光電二極體68b從該控制輸入端取走電流。計時器84的控制輸入端(管腳5)被內部連接到一個電阻分壓器，該分壓器將光電二極體68a和68b的兩個光電二極體電流轉換為控制電壓。結果是在計時器84的管腳3上的XY輸出信號的脈寬正比於入射到光電二極體68a和68b上的光的比率(而不是差)。當兩個光電二極體68a和68b接收相等的照度時，即當反射物56(圖3)居中時，光電二極體68b取走的電流量與光電二極體68a提供的電流量相等，從而在計時器84的控制輸入端(圖5的管腳5)產生零淨電流，因而在計時器84的管腳3上的已脈寬調製的XY輸出信號不受影響，並保持在由電阻R2(圖5)和電容C2確定的中央脈寬(圖6c)。當光電二極體68a和68b接收不等量的入射光時，即當反射物56(圖3)不居中時，一個淨電流流進或流出計時器84的控制輸入端(圖5的管腳5)，並且改變XY輸出信號的脈衝寬度。圖6d示出了當光電二極體68a比光電二極體68b接收更多入射光時在計時器84的管腳3(圖5)產生的XY輸出信號。圖6b示出了當光電二極體68a(圖5)比光電二極體68b接收較少的入射光時產生的XY輸出信號。根據本發明的一個比率放大器(如比率放大器80)與現有技術的模數轉換器相比具有下述優點(a)在計時器84的管腳3上的XY輸出信號正比於光電二極體68a和68b上的入射光的比率(而不是差)，由此產生與供電電壓Vcc相對獨立的一個電路，並且提供極好的抗噪聲性能，而不必有電壓參考、電壓調節器或大濾波電容；(b)XY輸出信號不受用於提供輸入的模擬傳感器(例如光電二極體68a和68b)的靈敏度變化的影響；(c)XY輸出信號不受驅動模擬傳感器(例如照射光電二極體68a和68b的紅外LED64)的信號的絕對值變化的影響；(d)比率放大器80比具有差值輸入的常規模/數轉換器便宜得多。儘管比率放大器80被用於這個實施例，來提供相應於光電二極體68a和68b上的入射光量的數字輸出信號，但根據本發明的比率放大器也可以用來提供相應於模擬輸入的數字輸出信號，該模擬輸入由轉換器感應任何可測量的物理參數(如溫度、壓力等等)而提供的。圖7是根據本發明的控制器電路的一個實施例(即控制器40a)的方框圖。為了簡化起見，在圖7中沒有示出方向鍵44a-d(圖2a)。兩個位置傳感器模塊48a和48b被連接到一個單一的計時器84，以便感應相對於X軸和Y軸的角位置。微控制器88被構造成一個發射器，提供多路信號EX和EY，該信號一次只啟動位置傳感器模塊48a和48b的其中一個來向計時器84提供輸入信號。這可以通過每一次(例如當EX或EY的其中一個信號變低時)在僅僅一個位置傳感器模塊(圖7)中有選擇地照射反射器56(圖3)來實現。例如，在保持信號EY為高態時，通過將低態的EX信號從微控制器88的管腳12傳送到位置傳感器模塊48a的管腳8，微控制器88啟動第一位置傳感器模塊48a。在被啟動之後，位置傳感器模塊48a感應當位置傳感器模塊48a繞X軸旋轉時位置傳感器模塊48a相對於水平平面的角位置。這個角位置在本文中被稱為「X位置」。然後，微控制器88發送一個觸發脈衝到計時器84的管腳2，並且測量在計時器84的管腳3上產生，並輸入到微控制器88的管腳4的XY輸出信號的脈衝寬度。接著，微控制器88採用代表該脈寬的一個數字值來產生相應於X位置的原始「X位置值」，並且對該原始X位置值數字濾波來消除手的抖動。在一個實施例中，通過對五個最新測量的X位置值取平均，來對原始X位置值濾波，以產生X位置值。在X位置值產生之後，微控制器88通過將一個低態EY信號從微控制88的管腳11發送到位置傳感器模塊48b的管腳8，並同時保持信號EX為高態，來啟動第二位置傳感器模塊48b，以類似的方式產生一個「Y位置值」。圖8a-8e示出了微控制器88如何將X和Y位置值以比例方式轉換為微控制器88的管腳7、8、9、10上的已脈寬調製輸出控制信號，下面將對此作很詳細的描述。根據下面所作的全面描述，比例方式被用來根據數字控制協議發射振幅信息。圖8a至8e示出了當控制器40a被第一次保持在水平位置，然後向左傾斜時，在例如微控制器88的管腳9上的輸出控制信號的波形。圖8a示出了當控制器40a的頂部表面處於水平位置時產生的高輸出。圖8b示出了當控制器40a稍微向左傾斜(如10°的傾斜)時產生的一個單一低態有效窄脈衝。圖8c示出了當控制器40a進一步向左傾斜(如20°的傾斜)時產生的多個窄脈衝。圖8d示出了當左傾斜角進一步增大(如40°傾斜)時脈衝寬度是如何增大的。圖8e示出了當左傾斜角增大為最大角(如70°傾斜)時產生的低態輸出。在一個實施例中，控制信號通過一個6管腳硬體連接器90在微控制器88的管腳7、8、9、10(圖7)上輸出到受控裝置(如現有技術中的遊戲機)。圖9是控制器40b的電路方框圖，該控制器是根據本發明的控制器的第二個實施例，它模擬用於個人計算機(「PC」)中的「滑鼠」或其它指示裝置。例如，向左傾斜控制器40b會將PC屏幕上的光標移向左邊。在這個實施例中，控制器40b以下面將要作全面描述的「相對方式」運行；也就是說，控制器40b是一個「相對」指示裝置，因為控制器40b的位置不會直接映射到PC屏幕上的特定位置，相反，控制器40b的角位置指示光標相對於光標原有位置的移動。在圖9中，由電阻R2和R3提供的阻值被選擇來為計時器84的控制輸入端(管腳5)提供為供電電壓Vcc一半的偏壓。這種結構使計時器84在「中央位置」(即控制器40b的水平位置)的兩側對稱地運行，並且有效地增大計時器84的動態範圍。在圖9的實施例中，微控制器94通過微控制器94的串行輸出埠(管腳3)向紅外發射器100輸出控制信號。紅外發射器100是一個頻移鍵控振蕩器，它由管腳3上輸出的控制信號來調製。由頻移鍵控振蕩器產生的脈衝被紅外LEDD2轉換為紅外光。開關S1是一個光標使能按鈕，它啟動微控制器94來選擇位置指示功能。開關S2和S3分別是用於控制PC機屏幕上的光標的左右滑鼠按鈕。微控制器94採用紅外RS-232C串行鏈路與主PC(沒有示出)通信，主PC即控制器40b通過紅外發射器100向其發射數據的PC。例如，紅外鏈路以由40kHz載波調製的1200波特串行發射數據。採用一個FSK(頻移鍵控)格式，其中邏輯1由40kHz的方波表示，邏輯0由0伏特表示。圖10a示出了發射協議，圖10b示出了常用於發射位置指示數據的一個數據包。圖11是與控制器40b(圖9)一起使用的紅外接收電路的一個實施例的方框圖。紅外接收電路包括一個紅外接收器110(圖11)(如夏普電子公司製造的GP1U52X紅外接收器)，它接收由紅外發射器100(圖9)發射的紅外光信號。從串行口的線路RTS和DTR向紅外接收器110(圖11)供電，並且用調壓器114(如加利福尼亞州SantaClara的國家半導體公司製造的LP2950CZ調壓器)將其調節為5伏的電壓。線路DTR總是運載由驅動器控制的一個高值信號(即5至12伏)。線路RTS通常運載高態信號，但有時會在瞬間被脈動調節來運載一個低態信號(即-5至-12的電壓)。用於在瞬間運載低值信號的線路RTS的脈衝請求一個ID序列。二極體D3阻止在RTS線路變低時電晶體Q1的柵極變為負值。當線路RTS變低時，二極體D2緩衝到調壓器的輸入。電晶體Q1是電壓移位器的一部分，該移位器將微控制器118的輸入與線路RTS上信號的大電壓變動隔離。在圖11中，紅外接收器110感應來自紅外發射器100(圖9)的紅外光信號，將發射的信號解調，並將解調的信號輸出到微控制器118(圖11)的管腳5。微控制器118將管腳2上的信號輸出到電晶體Q2。電晶體Q2是一個回送開關，當電晶體Q2導通時，通過將線路TXD連接到總是處於高態的線路DTR，電晶體Q2迫使線路TXD為高。在一些應用中，在紅外發射器中採用「擴散雷射二極體」(即加利福尼亞州Cupertino的西門子公司生產的SFH495P擴散雷射二極體)，而不是常規的紅外LED來產生用於將控制信號發射到紅外接收器的紅外光束會更加有利。常規的紅外LED發射低強度的光，它由透鏡聚焦來產生定向光束。當採用常規紅外LED的紅外發射器在導致紅外光束移過紅外接收器的一個方向快速移動時，紅外接收器接收強度會發生變化的紅外光束。紅外接收器必須通過採用「自動增益控制」來調節紅外接收器的靈敏度來補償這一變化。當紅外發射器移動太迅速時，自動增益控制不能作出足夠的響應，因此部分紅外發射會丟失。相反，「擴散雷射二極體」產生的擴散光束不被透鏡聚焦，因此不是定向的。結果，即使當紅外發射器如上面所述迅速移動時，也有同樣多的擴散光到達紅外接收器，因而紅外接收器不必使用自動增益控制，紅外發射沒有任何損失。此外，擴散雷射二極體比常規的紅外LED效率更高，並且產生能傳播較遠距離的較高強度的紅外光。圖12是控制器40c的電路的方框圖，該電路是本發明的一個控制器的第三實施例，並且它採用多按鈕掃描器。選擇電阻R2和R3的值來為計時器84的控制輸入端(管腳5)提供為電源Vcc一半的偏壓。這種結構使計時器84在「中央位置」(即控制器40c的水平面位置)的兩側對稱地運行，並且有效地增大計時器84的動態範圍。在圖12的實施例中，微控制器122執行一個計算機進程，該進程由存儲在微控制器122的存儲器(沒有示出)中的計算機指令定義。在一個實施例中，微控制器122是亞利桑那州Phoenix的摩託羅拉公司製造的XC68HC05KO微控制器。在這同一個實施例中，微控制器122的計算機原始碼採用摩託羅拉公司M68HC705KICS彙編程序進行彙編，並用常規技術安裝在微控制器122中。當一個受控裝置(如現有技術中的遊戲機—沒有示出)向微控制器122查詢X和Y位置值以及按鈕狀態時，微控制器122開始執行計算機進程。受控裝置可以是例如電子遊戲機、交互式電視機頂裝置或個人計算機。微控制器122的計算機處理以前面相對微控制器88(圖7)描述的方式產生一個X位置值和一個Y位置值。通過執行計算機進程，微控制器122根據受控裝置接受控制信息的協議，通過一個8管腳硬體連接器132(圖12)將X位置值和Y位置值發射到受控裝置。上述協議被稱為「控制協議」。在一個實施例中，受控裝置是SegaGenesis遊戲機，是由加利福尼亞州Redwood市的Sega製造的，控制協議是為該SegaGenesis遊戲機定義的控制裝置協議，其說明也可以從Sega得到。根據微控制器122的計算機進程確定X和Y位置值以及處理按鈕的啟動將在下面作詳細的描述。應該理解，微控制器122的計算機進程可以根據發射控制信息的任何協議將X和Y位置值發射到受控裝置。例如，下面是可以將X和Y位置值發射到受控裝置的三個不同協議。一個遊戲控制器通常使用已建立的六狀態協議與一個遊戲機通信。滑鼠裝置通常採用已建立的10狀態協議或已建立的16狀態協議與人個計算機通信。虛擬實際用戶接口裝置採用已建立的VR狀態協議與遊戲機通信。這裡的每個協議是由與控制器40c相連的特定受控裝置的製造商定義的。當控制協議結束之後，即一旦微控制器122向受控裝置發射了X和Y位置值之後，微處理器122的計算機進程進入到位置傳感器子程序和按鈕狀態子程序。在由微處理器122執行的計算機進程的位置傳感器子程序中，X和Y位置值按下面所述的方式來確定。由微控制器122執行的計算機進程的按鈕狀態子程序確定哪個按鈕44a-h(圖2a)—如果有的話—被按下。按鈕44a-h相應於控制器40c的按鈕S1-S8(圖12)。根據由目前可購得的遊戲機使用的已建立的協議，控制器40c通常每隔10ms輪詢一下X和Y位置值和按鈕狀態。這給控制器40c提供了足夠的時間來通過執行位置傳感器子程序和按鈕子程序確定這種信息。位置傳感器子程序通過從輸出線路(用於根據控制協議發射信息)到輸入線路(每條承載一個高態信號)改變線路EY/DN和EX/UP。這使得位置傳感器模塊48a和48b中的位置傳感器LED截止，並使每個位置傳感器模塊被順序測試。然後，在線路PB(即微控制器122的管腳3)到計時器84的管腳2的信號被從高態觸發到低態，從而將計時器84的輸出端(管腳3)設置為高態，並啟動計時器。位置傳感器子程序在由微控制器122執行的計算機進程中調用計時器子程序的執行。在計時器子程序中，由微控制器122的計時器時鐘(沒有示出)指示的當前時間被記錄為時間周期的起始時間。計時器子程序通過中斷或輪詢監控微控制器122的線路XY(即管腳4)，直到線路XY上的信號狀態從高變低為止。從計時器84的結束時間減去起始時間，所得到的差就是第一位置傳感器模塊48a的「絕對」位置的數字表示。採用這種方式來測量位置傳感器模塊48a，得到一個位置值。通過將EX線設置為高態來截止第一位置傳感器48a的LED、將EY線設置為低來導通第二位置傳感器48b的LED，對第二位置傳感器模塊48b重複上述次序。這時計時器84再次被觸發，計時器周期再次被測量，由此得到另一個傳感器的「絕對」位置。對包括三個或四個傳感器的構造來說，對每個傳感器重複這一次序。當位置傳感器模塊48a和48b被測量之後，微控制器122(圖12)的計算機進程進入按鈕狀態子程序。在該按鈕狀態子程序，數據線R、L、EX/UP和EY/DN被構造成輸入線，每條運載一個低態信號，而按鈕啟動線(即線路BE0和BE1)被一一啟動，即被構造成運載高態信號的輸出線路。首先，當線路BE0被啟動，線路BE1被保持低態時，讀數據線R、L以及EX/UP和EY/DN數據線，來檢查按鈕S1到S4的狀態。其次，當線路BE1被啟動，而線路BE0保持低態時，讀數據線R、L、EX/UP、EY/DN，來檢查按鈕S5到S8的狀態。這使按鈕S1到S8被一一檢查，從而可以確定按鈕是處於打開狀態還是關閉狀態。代表按鈕S1至S8的相應狀態的控制信號根據控制協議被格式化後傳送到遊戲機。當位置傳感器和按鈕狀態子程序完成之後，由微控制器122執行的電腦程式將微控制器122置於預設準備狀態，這時計算機進程等待遊戲機再次查詢微控制器122。如上所述，控制器40(圖2a)的操作可以通過下面兩種方式之一來完成(1)與目前可購得的遊戲控制機類似，採用四個方向鍵44a-d，以手動操作方式操作；(2)傾斜控制器40並使用微控制器的幾個不同運行方式(例如「數字模式」、「傾斜窗口模式」、「比例模式」、「相對模式」或「絕對模式」)中的一個來提供適應於不同應用的各類控制信號。在數字方式下，當傳感器產生的移動超出預置的「窗口」時，接通適當的數據線。這種運行方式模擬現有技術中的遊戲控制器，其中或者按下(即「接通」或合上)或者放開(即「關斷」或斷開)方向按鈕。在通電程序中，位置傳感器模塊的位置被採樣，並將一個稱為「原始位置」的絕對位置記錄在存儲器中。計算正、負偏移，並將其記錄在存儲器中，該正負偏移與原始位置相關，並共同限定一個窗口。每個時間控制器40由與控制器40相連的受控裝置輪詢，按如上所述對位置傳感器模塊48a和48b(圖2c)進行檢查，以確定被感應的位置，並檢查其偏移。如果被感應的位置位於正負偏移之間，即在窗口內，那麼將兩個相關的線路(例如左和右)斷開，就好象左、右方向鍵都沒有被按下一樣。如果控制器40(圖2a)向左傾斜，使得感應的位置位於由正負偏移所構成的窗口之外(即在該窗口的左邊)，那麼在遊戲機輪詢過程中將左傳感器線路合上，就好象左方向鍵被按下(即合上或「啟動」)一樣。在窗口內向後移動位置傳感器會使左傳感器線路復位到斷開狀態，就好象左方向鍵被鬆開(即斷開或「停用」)一樣。在滑動窗口方式中，與上面所述的數字方式一樣，正、負偏移被用來接通和斷開相關的數據線路。然而，在滑動窗口方式下，窗口的正向接通和斷開邊緣被動態設置。例如，如果控制器40向左傾斜時，那麼在存儲器中記錄一個新的或「當前」原點(即原始位置)，通過向當前原點加上正、負偏移來調節窗口。實際上，窗口向左移動，使用戶只需略為移動控制器40就能接通和斷開左或右傳感器線路。在比例方式下，感應的位置被用來產生一個「接通」周期和「斷開」周期，在「接通」周期，控制器40模擬方向鍵的啟動，而在「斷開」周期，控制器40模擬方向鍵的停用。由遊戲機執行的某些遊戲使用戶只使用一個數字(即「接通/斷開」)開關來模擬一個模擬控制信號的幅值。在上面給出的賽車電子遊戲實例中，較大的幅值可指示方向盤的急轉。模擬控制信號的較大幅值可以由現有的遊戲控制機的用戶或者啟動具有較大頻率的開關或者在較長的時間周期將開關保持在啟動狀態來模擬。在比例模式中，控制器40模擬包括幅值信息的模擬控制信號來控制受控裝置，這可以通過向受控裝置發射相應於數字開關(例如方向鍵44a-d(圖2a)中的任意一個)的控制信號來實現。幅值信息包括(i)從開關的停用狀態到啟動狀態的轉換頻率，(ii)開關處於啟動狀態(即開關的「工作循環」)時佔用的時間百分數，(iii)開關被保持在啟動狀態的時間長度，或(iv)前面所述的(i)到(iii)的任意組合。由模擬的模擬控制信號表示的幅值信息正比於感應的位置與原點之間的差值。換句話說，控制器40被傾斜，代表被頻繁啟動的開關或被長時間保持在啟動狀態的開關的信號被仿真。對幅值信息的不同表示可以被用來更精確地將幅值信息傳送到特定的遊戲。例如，一個遊戲可以通過在給定的時間周期計算開關的啟動次數來確定控制信號的幅值，而另一個遊戲可以通過測量開關被保持在啟動狀態的時間長度來確定控制信號的幅值。為了使控制器40適當地代表在受控裝置內執行特定遊戲的幅值信息，受控裝置可以在控制器40的微控制器(例如微控制器122(圖12))中預先裝入一個響應表。對每個幅值，響應表指定「接通」和「關斷」信號的一個模式，它相應於一個數字開關，並用於表示一個特定的幅值。控制器40每次被查詢時，就確定一個位置傳感器模塊(如位置傳感器模塊48a和48b)的感應位置，並且檢索與被感應位置和原點之間的差相等的一個幅值相應的一個模式。這個被檢索的模式被用來發射代表控制開關的啟動和停用的控制信號，以便將幅值信息發射到受控裝置。在相對模式下，每次位置傳感器被查詢時，就根據控制協議測量並發送當前感應的位置與先前感應的位置之間的差值。從當前感應的位置減去先前感應的位置得到一個相對移動測量值。這個相對移動測量值通常被用於由滑鼠器模擬控制，從而通常被根據已建立的滑鼠控制協議發送到受控的個人計算機。在絕對模式下，位置傳感器的被感應位置根據控制協議被彙編成軟體包並發送到受控裝置。受控裝置利用已感應的位置來控制例如屏幕上滑鼠的位置。在絕對模式下，屏幕上滑鼠器的位置直接相應於位置傳感器的感應位置。絕對模式很適合虛擬實際應用，其中的控制協議是一個虛擬實際控制協議，例如上面所描述的VR狀態控制協議。圖13a和13b分別是二維位置傳感器模塊150a的俯視和側視截面圖。在一個實施例中，二維位置傳感器模塊150a包括一個透明的球形容器154a，其中有一個反射物158(如一個空氣泡)懸浮在溶劑162(如異丙醇)中。應該理解的是，與上面對位置傳感器模塊48a的反射物56(圖3)和溶劑60所作的描述一樣，其它反射物和溶劑也適合用於二維位置傳感器150a中。放在容器154a底部的紅外發光二極體(「LED」)166(圖13a)對反射物158照明，反射物將紅外光反射到如圖13a和13b所示放置的四個光電二極體170a-d上。當二維位置傳感器模塊150a位於水平位置(如圖13a和13b所示)時，反射物158處於光電二極體170a-d的中心，因此向每個光電二極體170a-d反射等量的光。當二維位置傳感器模塊150a繞例如X軸(圖13a)旋轉時，反射物158保持靜止，並逐漸改變光在第一對相對的光電二極體170a和170b之間的方向，增加在一個光電二極體(例如光電二極體170a)上的入射光，並減小在另一個光電二極體(例如光電二極體170b)上的入射光。與此類似，關於Y軸傾斜二維位置傳感器模塊150a則改變光在第二對相對的光電二極體170c和170d之間的方向。在其它方面，二維位置傳感器模塊150a的操作與圓柱狀位置傳感器模塊48a和48b(圖2c)的操作類似。然而，一個單一的二維位置傳感器，如二維位置傳感器模塊150a(圖13a和13b)，能夠感應控制器40在二維空間相對於X軸和Y軸的角位置或方向。與之相比，需要二個圓柱狀的位置傳感器模塊48a和48b(圖2c)來感應相對於X軸和Y軸的角位置。對大多數應用來說，採用一個單一的二維位置傳感器，如二維位置傳感器模塊150a(圖13a和13b)，相比於採用一對圓柱狀位置傳感器，如位置傳感器模塊48a和48b(圖2c)，要便宜一些。圖13c和13d分別是二維位置傳感器的另一個實施例，即二維位置傳感器模塊150b的俯視和側視截面圖。二維位置傳感器模塊150b採用一個半球狀容器154b而不是一個球形容器。對某些應用來說，一個半球狀容器的優點是更小型化或更易於製造。二維位置傳感器模塊150b的操作與上面描述的二維位置傳感器模塊150a(圖13a和13b)的操作是類似的。圖14的方框圖示出了根據本發明與一個比率數字儀表放大器174(在此稱之為「比率放大器」)接口的二維位置傳感器模塊150的一個實施例(例如圖13a和13b的二維位置傳感器模塊150a或圖13c和13d的二維位置傳感器模塊150b)。比率放大器174是構造成一個單穩多諧振蕩器的CMOS555計時器84(例如德克薩斯州Dallas的德克薩斯儀表公司製造的TLC555計時器)，並且其運行與前面描述的比率放大器80(圖5)的運行類似。在另一個實施例中，計時器84(圖14)被構造成前面相應於比率放大器80(圖5)所描述的無穩態多諧振蕩器。圖15是控制器40d(本發明控制器的第四個實施例)的電路方框圖。二維位置傳感器模塊150-可以是二維位置傳感器模塊150a(圖13a和13b)，也可以是二維位置傳感器模塊150b(圖13c和13d)-被連接到計時器84，以便感應相對於X軸和Y軸的角位置。被構造成發送器的微控制器180提供多路復用信號EXC、EXA和EYC、EYA，它們一次只啟動一對相對放置的光電二極體170a-d。例如，微控制器180啟動第一對相對放置光電二極體170a和170b，以便感應X位置。微控制器180通過將高電平電壓(邏輯1)加到信號EXC、低電平電壓(邏輯0)加到信號EXA來啟動光電二極體170a和170b。在感應X位置之時，信號EYC和EYA被保持在高阻抗輸入狀態。然後微控制器180(i)觸發計時器84，在計時器84的管腳3上產生一個XY輸出信號，(ii)產生一個相應的數字濾波X位置值，(iii)將X位置值轉換為已作脈寬調製的輸出信號。微控制器180的操作類似於前面所述的微控制器88(圖7)的操作。接著，微控制器180(圖15)以上面啟動信號EXC和EXA的類似方式啟動多路復用的信號EYC和EYA，從而啟動第二對相對放置的光電二極體170c和170d，以感應Y位置。在感應Y位置之時，信號EXC和EXA被保持在高阻抗輸入狀態。控制信號在微控制器180的管腳3輸出到傳統的紅外發射器190，後者將控制信號發射到傳統的紅外接收器，如紅外接收器110(圖11)。紅外發射器190的運行類似於上面所述的紅外發射器100(圖9)的運行。已調製的控制信號接著被用來驅動現有技術中的電子遊戲機(沒有示出)的四個方向鍵輸入。如上所述，採用一個「擴散雷射二極體」(例如加利福尼亞州Cupertino的西門子器件公司製造的SFH495P擴散雷射二極體)比採用傳統的紅外LED來產生用於發射控制信號到紅外接收器的紅外光束更有優越性。在一個實施例中，微控制器122的電腦程式可以採用亞利桑那州Phoenix的摩託羅拉公司製造的M68HC705KICS彙編程序來彙編。當被彙編並裝入微控制器122(圖12)之後，各種電腦程式可以構成分別根據前面描述的數字方式、相對方式和絕對方式來操作控制器40c的計算機進程。所採用的特定計算機語言和特定的微控制器不是本發明的主要方面。就本發明所作的公開來說，本領域的技術人員可以採用不同的計算機語言和/或不同的微控制器來實施本發明。根據本發明，控制器(沒有示出)採用擴散雷射二極體202(圖16)來發射控制信號到受控裝置204。受控裝置204包括一個紅外接收器206，用來接收控制信號。擴散雷射二極體202被示於兩個交替的位置202A和202B，它們相應於控制器的兩個交替位置，並且其中擴散雷射二極體202並沒有對準接收器206的方向。由於擴散雷射二極體202沒有產生被聚焦的紅外光束，因此由接收器206接收的信號基本上與擴散雷射二極體202直接對準接收器206時一樣強。因此，不管擴散雷射二極體202對準的方向如何，由接收器206接收的紅外信號的強度基本上是恆定的。因此，受控裝置204中的AGC電路(沒有示出)只需作微小的調整以補償接收信號的強度變化，在某些情況下，可以全部省去。由於只需要對接收信號的強度作微調，受控裝置204中的AGC電路通常用於以足夠快速作這種調節以避免接收信號中控制信息的損失。擴散雷射二極體(如雷射二極體202)產生的紅外光的強度實際上比由非雷射LED產生的紅外光的強度要強。因此，儘管由擴散雷射二極體202發射的紅外光具有擴散、非聚焦特性，由擴散雷射二極體202發射的紅外信號可由受控裝置206接收。擴散雷射二極體202從傳統控制器將控制信號發射到受控裝置206的距離將控制信號發射到受控裝置206。圖17示出了控制器302中擴散雷射二極體304的第二用途。擴散雷射二極體304被控制器302用來發射紅外信號到受控裝置306，後者通過接收器308接收該紅外信號。如圖17所示，障礙物310被放置在擴散雷射二極體304和接收器308之間，從而由擴散雷射二極體304發射的紅外光不能直接傳向接收器308。然而，由於由擴散雷射二極體304發射的紅外光不聚焦，因此沿箭頭A1方向發射的紅外光與直接向接收器308發射的紅外光具有大致相同的強度。沿箭頭A1方向發射的光被一個物體(如頂板(沒有示出))反射回來，並由接收器308接收(如箭頭A2所示)。在一個實施例中，擴散雷射二極體304和202(圖16)是加利福尼亞州Cupertino的西門子器件公司製造的SFH495P擴散雷射二極體。擴散雷射二極體202和304一般可以直接替代傳統控制器中的傳統紅外LED，而不需要對其中電路作任何改變。通過擴散雷射二極體202和304編碼並發射如紅外信號一類的控制信號的電路(沒有示出)是傳統並公知的。與此類似，控制信號被作為接收器206和308的紅外信號接收並解碼的電路(沒有示出)也是傳統並公知的。上面所作的描述僅是示例性而非限定性的。本發明只受下述權利要求的限制。應該理解，上面所作的描述是用作示例性而非限定性說明的。對本領域的普通技術人員來說，根據本文所作的公開可以了解本發明的許多改進。因此本發明的保護範圍不是由上述說明確定的，而是由所附權利要求書及其所有等效範圍所確定的。一個實施例中的元件標稱值權利要求1.一個位置傳感器模塊，包括用於發射信號的一個信號源；第一和第二信號傳感器；以及相對於第一和第二信號傳感器可移動放置的一個反射物；其中第一和第二信號傳感器被放置來接收從反射物反射的信號；此外其中第一信號傳感器和第二信號傳感器被連接在一起來提供一個傳感器輸出信號，指示反射物相對於第一和第二信號傳感器的位置。2.根據權利要求1所述的位置傳感器模塊，其中第一和第二信號傳感器定義一個參考軸，並且其中的傳感器輸出信號與參考軸和一個參考平面之間的角度相關。3.根據權利要求1所述的位置傳感器模塊，其中反射物被可移動地放置在一個容器內。4.根據權利要求3所述的位置傳感器模塊，其中該容器是圓柱形的。5.根據權利要求3所述的位置傳感器模塊，其中容器定義了一個縱向軸，並且其中容器繞縱向軸的旋轉導致反射物與第一和第二信號傳感器之間的相對移動。6.根據權利要求1所述的位置傳感器模塊，其中反射物是球形的。7.根據權利要求1所述的位置傳感器，其中反射物包括一個在液體中的泡。8.根據權利要求7所述的位置傳感器，其中所述的泡是一個氣泡。9.根據權利要求7所述的位置傳感器，其中所述的泡是與上面首次提及的液體不同的第二種液體，並且其中第一種液體具有第一密度，第二種液體具有不同於第一密度的第二密度，此外，其中第一和第二種液體在容器內保持完全分離。10.根據權利要求1所述的位置傳感器模塊，其中傳感器輸出信號正比於由第一信號傳感器接收的信號的強度與由第二信號傳感器接收的信號的強度之比。11.一個控制器包括根據權利要求1所述的一個位置傳感器模塊；一個信號調節器，可操作地連接到第一位置傳感器模塊，用於將傳感器輸出信號轉換為控制信號。12.根據權利要求11所述的控制器，其中信號調節器將傳感器輸出信號轉換為已調節的輸出信號。13.根據權利要求12所述的控制器，其中已調節的輸出信號有一個脈衝寬度，該脈衝寬度正比於由第一信號傳感器接收的信號的強度和由第二信號傳感器接收的信號的強度。14.根據權利要求13所述的控制器，其中信號調節器進一步包括一個微控制器，用於將已調節的輸出信號轉換為控制信號。15.根據權利要求14所述的控制器，進一步包括一個紅外發射器，用於向接收器發射控制信號。16.根據權利要求15所述的控制器，其中紅外發射器進一步包括一個擴散雷射二極體。17.根據權利要求14所述的控制器，進一步包括一個射頻發射器，用於向接收器發射控制信號。18.根據權利要求14所述的控制器，進一步包括一個超聲波發射器，用於向接收器發射控制信號。19.根據權利要求14所述的控制器，其中微控制器採用數字模式接口與受控裝置通信。20.根據權利要求14所述的控制器，其中微控制器採用滑動窗口模式接口與受控裝置通信。21.根據權利要求14所述的控制器，其中微控制器採用比例模式接口受控裝置通信。22.根據權利要求14所述的控制器，其中微控制器採用相對模式接口與受控裝置通信。23.根據權利要求14所述的控制器，其中微控制器採用絕對模式接口與受控裝置通信。24.根據權利要求11所述的控制器，進一步包括一個紅外發射器，用於向接收器發射控制信號。25.根據權利要求24所述的控制器，其中紅外發射器進一步包括一個擴散雷射二極體。26.根據權利要求11所述的控制器，進一步包括一個射頻發射器，用於向接收器發射控制信號。27.根據權利要求11所述的控制器，進一步包括一個超聲波發射器，用於向接收器發射控制信號。28.根據權利要求11所述的控制器，其中信號調節器採用數字模式接口與受控裝置通信。29.根據權利要求11所述的控制器，其中信號調節器採用滑動窗口模式接口與受控裝置通信。30.根據權利要求11所述的控制器，其中信號調節器採用比例模式接口與受控裝置通信。31.根據權利要求11所述的控制器，其中信號調節器採用相對模式接口與受控裝置通信。32.根據權利要求11所述的控制器，其中信號調節器採用絕對模式接口與受控裝置通信。33.根據權利要求11所述的控制器，進一步包括與首次提及的位置傳感器模塊不同並可操作地連接到信號調節器的第二位置傳感器模塊，該第二位置傳感器模塊包括與首次提及的信號源不同的第二信號源，用於發射與首次提及的信號不同的第二信號；第三和第四信號傳感器；不同於第一次所提到反射物，並相對於第三和第四信號傳感器可移動地放置的第二反射物；其中第三和第四信號傳感器被放置來接收由第二反射物反射的第二信號；此外，其中第三信號傳感器和第四信號傳感器被耦合來提供第二傳感器輸出信號，它與第一次提及的傳感器輸出信號不同並指示第二反射物相對於第三和第四信號傳感器的位置；其中信號調節器將第二傳感器輸出信號轉換為與第一次述及的控制信號不同的第二控制信號。34.根據權利要求33所述的控制器，其中第一和第二信號傳感器定義第一參考軸，第三和第四信號傳感器定義第二參考軸；此外，其中第一傳感器輸出信號與第一參考軸和一個參考平面之間的角度相關；第二傳感器輸出信號與第二參考軸和該參考平面之間的角度相關。35.根據權利要求34所述的控制器，其中第一參考軸與第二參考軸實際上正交。36.根據權利要求33所述的控制器，其中第一反射物被可移動地放置在第一容器內，第二反射物被可移動地放置在第二容器內。37.根據權利要求36所述的控制器，其中第一和第二容器是圓柱形的。38.根據權利要求36所述的控制器，其中第一容器定義第一縱軸，第二容器定義第二縱軸；並且其中第一容器繞第一縱軸的旋轉導致第一反射物與第一和第二信號傳感器之間的相對移動；以及其中第二容器繞第二縱軸的旋轉導致第二反射物與第三和第四信號傳感器之間的相對移動。39.根據權利要求33所述的控制器，其中第一傳感器輸出信號正比於由第一信號傳感器接收的第一信號的強度與由第二信號傳感器接收的第一信號的強度之比；並且第二傳感器輸出信號正比於由第三信號傳感器接收的第二信號的強度與由第四信號傳感器接收的第二信號的強度之比。40.根據權利要求39所述的控制器，其中信號調節器將第一和第二傳感器輸出信號分別轉換為第一和第二已調節輸出信號。41.根據權利要求40所述的控制器，其中第一已調節輸出信號的脈寬正比於由第一信號傳感器接收的第一信號的強度與由第二信號傳感器接收的第一信號的強度之比；並且第二已調節輸出信號的脈寬正比於由第三信號傳感器接收的第二信號的強度與由第四信號傳感器接收的第二信號的強度之比。42.根據權利要求39所述的控制器，其中信號調節器進一步包括一個微控制器，用於將第一和第二已調節輸出信號轉換為第一和第二控制信號。43.根據權利要求33所述的控制器，其中信號調節器通過交替地啟動第一和第二信號源來分別交替地啟動第一和第二位置傳感器模塊。44.一個位置傳感器模塊包括用於發射信號的一個信號源；第一、第二、第三和第四信號傳感器；相對於第一、第二、第三和第四信號傳感器可移動放置的一個反射物；其中第一、第二、第三和第四信號傳感器被放置來接收從反射物反射的信號；此外其中第一信號傳感器和第二信號傳感器被連接在一起來提供第一傳感器輸出信號，指示反射物相對於第一和第二信號傳感器的位置；以及其中第三信號傳感器和第四信號傳感器被連接在一起來提供第二傳感器輸出信號，指示反射物相對於第三和第四信號傳感器的位置。45.根據權利要求44所述的位置傳感器模塊，其中第一傳感器輸出信號正比於由第一信號傳感器接收的信號的強度與由第二信號傳感器接收的信號強度之比；並且第二傳感器輸出信號正比於由第三信號傳感器接收的信號的強度與由第四信號傳感器接收的信號的強度之比。46.根據權利要求44所述的位置傳感器模塊，其中第一和第二信號傳感器定義第一參考軸，第三和第四信號傳感器定義第二參考軸；並且其中位置傳感器模塊繞第一或第二軸的旋轉導致反射物相對於第一和第二信號傳感器或相對於第三和第四信號傳感器的移動。47.根據權利要求44所述的位置傳感器模塊，其中反射物是球形的。48.根據權利要求44所述的位置傳感器模塊，其中反射物是非球形的。49.根據權利要求44所述的位置傳感器模塊，其中反射物包括一個在液體中的泡。50.根據權利要求49所述的位置傳感器模塊，其中反射物包括一個氣泡。51.根據權利要求49所述的位置傳感器，其中所述的泡是與首次述及的液體不同的第二種液體；並且第一種液體具有第一密度，第二種液體具有不同於第一密度的第二密度；此外，其中第一和第二種液體保持實際分離。52.根據權利要求44所述的位置傳感器模塊，其中第一和第二信號傳感器定義第一參考軸，第三和第四信號傳感器定義第二參考軸；此外，其中第一傳感器輸出信號與第一參考軸和一個參考平面之間的角度相關；第二傳感器輸出信號與第二參考軸和該參考平面之間的角度相關。53.根據權利要求52所述的位置傳感器模塊，其中第一參考軸與第二參考軸實際上正交。54.根據權利要求44所述的位置傳感器模塊，其中反射物被可移動地放置在一個容器內。55.根據權利要求54所述的位置傳感器模塊，其中容器的內表面至少部分是球形的。56.根據權利要求52所述的位置傳感器模塊，其中反射物被可移動地放置在一個容器內；另外其中容器繞第一縱軸的旋轉造成反射物與第一和第二信號傳感器之間的相對移動，所述第一縱軸與第一參考軸實際上正交；並且其中容器繞第二縱軸的旋轉造成第二反射物與第三和第四信號傳感器之間的相對移動，所述第二縱軸與第二參考軸實際上正交。57.一個控制器，包括一個如權利要求44所述的位置感應器模塊；一個可操作地連接到位置感應器模塊的信號調節器，用於將第一和第二傳感器輸出信號轉換為控制信號。58.根據權利要求57所述的控制器，其中信號調節器將第一傳感器輸出信號轉換為第一已調節輸出信號，該信號的脈寬正比於由第一信號傳感器接收的信號的強度與由第二信號傳感器接收的信號的強度之比；並且信號調節器將第二傳感器輸出信號轉換為第二已調節輸出信號，該信號的脈寬正比於由第三信號傳感器接收的信號的強度與由第四信號傳感器接收的信號的強度之比。59.根據權利要求58所述的控制器，其中信號調節器包括一個微控制器，用於將第一和第二已調節輸出信號轉換為控制信號。60.根據權利要求59所述的控制器，其中微控制器採用數字模式接口與受控裝置通信。61.根據權利要求59所述的控制器，其中微控制器採用滑動窗口模式接口與受控裝置通信。62.根據權利要求59所述的控制器，其中微控制器採用比例模式接口與受控裝置通信。63.根據權利要求59所述的控制器，其中微控制器採用相對模式接口與受控裝置通信。64.根據權利要求59所述的控制器，其中微控制器採用絕對模式接口與受控裝置通信。65.根據權利要求57所述的控制器，其中信號調節器控制位置傳感器模塊，通過交替啟動(i)第一和第二信號傳感器以及(ii)第三和第四信號傳感器，來多路轉換第一和第二傳感器輸出信號。66.根據權利要求57所述的控制器，進一步包括一個紅外發射器，用於發射控制信號到一個接收器。67.根據權利要求66所述的控制器，其中紅外發射器進一步包括一個擴散雷射二極體。68.根據權利要求57所述的控制器，進一步包括一個射頻發射器，用於發射控制信號到一個接收器。69.根據權利要求57所述的控制器，進一步包括一個超聲波發射器，用於發射控制信號到一個接收器。70.根據權利要求57所述的控制器，其中信號調節器採用數字模式接口與受控裝置通信。71.根據權利要求57所述的控制器，其中信號調節器採用滑動窗口模式接口與受控裝置通信。72.根據權利要求57所述的控制器，其中信號調節器採用比例模式接口與受控裝置通信。73.根據權利要求57所述的控制器，其中信號調節器採用相對模式接口與受控裝置通信。74.根據權利要求57所述的控制器，其中信號調節器採用絕對模式接口與受控裝置通信。75.一種方法，包括以下步驟從信號源發射一個信號；從一個反射物反射該信號，該反射物相對於第一和第二信號傳感器可移動地放置；用第一和第二信號傳感器接收該信號；連接第一和第二信號傳感器來提供指示反射物相對於第一和第二信號傳感器的位置的一個傳感器輸出信號。76.根據權利要求75所述的方法，進一步包括將傳感器輸出信號轉換為控制信號。77.根據權利要求75所述的方法，其中第一傳感器輸出信號直接相關於第一參考軸和一個參考平面之間的角度，該第一參考軸由第一和第二信號傳感器限制。78.根據權利要求75所述的方法，其中傳感器輸出信號正比於由第一信號傳感器接收的信號的強度與由第二信號傳感器接收的信號的強度之比。79.根據權利要求78所述的方法，進一步包括產生一個已調節的信號，該信號的脈寬正比於由第一信號傳感器接收的信號的強度與由第二信號傳感器接收的信號的強度之比。80.根據權利要求75所述的方法，進一步包括以下步驟從與首次述及的信號源不同的第二信號源發射與首次述及的信號不同的第二信號；從與首次述及的反射物不同並相對於第三和第四信號傳感器可移動地放置的第二反射物反射該信號；用第三和第四信號傳感器接收該第二信號；連接第三和第四信號傳感器來提供第二傳感器輸出信號，該信號與首次述及的傳感器輸出信號不同，它指示第二反射物相對於第三和第四信號傳感器的位置。81.根據權利要求80所述的方法，進一步包括將第二傳感器輸出信號轉換為一附加控制信號。82.根據權利要求80所述的方法，其中第一傳感器輸出信號相關於第一參考軸和一個參考平面之間的角度，該第一參考軸由第一和第二信號傳感器限定；並且其中第二傳感器輸出信號相關於第二參考軸和該參考平面之間的角度，該第二參考軸由第三和第四信號傳感器限定。83.根據權利要求80所述的方法，其中第一傳感器輸出信號正比於由第一信號傳感器接收的第一信號的強度和由第二信號傳感器接收的第一信號的強度之比；並且其中第二傳感器輸出信號正比於由第三信號傳感器接收的第二信號的強度和由第四信號傳感器接收的第二信號的強度之比。84.根據權利要求83所述的方法，進一步包括產生第一已調節信號，該信號的脈寬正比於由第一信號傳感器接收的第一信號的強度與由第二信號傳感器接收的第一信號的強度之比；產生第二已調節信號，該信號的脈寬正比於由第三信號傳感器接收的第二信號的強度與由第四信號傳感器接收的第二信號的強度之比。85.一種方法，包括以下步驟從信號源發射一個信號；從一個反射物反射該信號，該反射物相對於第一、第二、第三和第四信號傳感器可移動地放置；用第一、第二、第三和第四信號傳感器接收該信號；連接第一和第二信號傳感器來提供第一傳感器輸出信號，該信號指示該反射物相對於第一和第二信號傳感器的位置；連接第三和第四信號傳感器來提供第二傳感器輸出信號，該信號指示該反射物相對於第三和第四信號傳感器的位置。86.根據權利要求85所述的方法，進一步包括將第一和第二傳感器輸出信號轉換為控制信號。87.根據權利要求85所述的方法，其中第一傳感器輸出信號相關於第一參考軸和一個參考平面之間的角度，該第一參考軸由第一和第二信號傳感器限定；並且其中第二傳感器輸出信號相關於第二參考軸和該參考平面之間的角度，該第二參考軸由第三和第四信號傳感器限定。88.根據權利要求85所述的方法，其中第一傳感器輸出信號正比於由第一信號傳感器接收的信號的強度和由第二信號傳感器接收的信號的強度之比；並且其中第二傳感器輸出信號正比於由第三信號傳感器接收的信號的強度和由第四信號傳感器接收的信號的強度之比。89.根據權利要求88所述的方法，進一步包括產生第一已調節信號，該信號的脈寬正比於由第一信號傳感器接收的信號的強度與由第二信號傳感器接收的信號的強度之比；產生第二已調節信號，該信號的脈寬正比於由第三信號傳感器接收的信號的強度與由第四信號傳感器接收的信號的強度之比。90.一種控制器包括位置指示電路，它產生代表控制器位置的一個控制信號；以及一個無線發射器，與位置傳感電路相連，以便發射位置信號到與受控裝置運行連接的無線接收器，該無線發射器包括一個擴散雷射二極體。91.一種位置傳感電路，包括接收第一信號的第一傳感器；接收第二信號的第二傳感器；用於產生比率輸出信號的比率放大器，所述比率輸出信號正比於由第一傳感器接收的第一信號的強度與由第二傳感器接收的第二信號的強度之比。92.根據權利要求91所述的位置傳感電路，其中比率輸出信號是一個數位訊號，其脈寬正比於由第一傳感器接收的第一信號的強度與由第二傳感器接收的第二信號的強度之比。93.一種用於向受控裝置發射以一個光信號編碼的控制信號的控制器，該控制器包括一個擴散雷射二極體。94.根據權利要求93所述的控制器，其中光信號是一個紅外信號。95.向受控裝置發射控制信號的方法，該方法包括採用擴散雷射二極體發射光信號。96.根據權利要求95所述的方法，其中光信號是一個紅外信號。97.根據權利要求95所述的方法，還包括在受控裝置內接收一個光信號。全文摘要一種改進的位置傳感器控制器(40)，允許人們通過簡單地傾斜手持式控制器(40)來產生控制信號，從而精確地控制遠程目標或裝置在一維或二維空間移動，位置傳感器(48a)包括在液體中的一個泡(56)，它被用於確定控制器關於水平面的角位置，光源64將由該泡反射的光發射到兩個相對的光電二極體(68a，68b)。比率放大器(80)產生與入射到每個光電二極體的光的比率相應的信號以提供與控制器相對水平面傾斜的角度相應的信號。控制器(40)可採用擴散雷射發光二極體向受控裝置發射信號。文檔編號A63F13/06GK1157664SQ95194950公開日1997年8月20日申請日期1995年7月24日優先權日1994年7月26日發明者彼得·M·雷德福,唐納德·S·斯特恩申請人:電視交互數據公司