具有滾轉補償的手持指示設備的製作方法

2023-08-03 09:15:46 4

專利名稱：具有滾轉補償的手持指示設備的製作方法
具有滾轉補償的手持指示設備響應於用戶的運動，指示設備允許用戶移動計算機顯示屏上的光標或其他指示符。普通計算機滑鼠指示設備將二維平面上的水平運動轉換成計算機屏幕上的光標運動。 所述滑鼠包括傳感器，所述傳感器通常是雷射或滾輪球傳感器，所述雷射或滾輪球傳感器可以檢測在表面上的運動。其他類型的指示設備被設計用於在三維空間中工作，並且不需要檢測在表面上的運動。運動檢測機構包括檢測指示設備的旋轉的陀螺儀、以及檢測線性運動的加速計。該陀螺儀和加速計發射對應於指示設備運動的信號並且用於控制計算機屏幕上光標的運動。 例如由Thomas J. Quinn於1999年4月27日提交的名稱為「陀螺儀指示器及方法」的手持角度檢測控制器專利號為US5, 898，421的美國專利申請，以及由Thomas J. Quinn於1995 年8月8日提交的名稱為「陀螺儀指示器」專利號為US5，440，3 的美國專利申請中所描述的。現有的三維指示設備存在的一個問題是，如果用戶自然地以與水平線成偏移角度來持握該設備，則指示設備的運動導致偏移了滾轉角的光標運動，即，以滾轉角持握的指示設備的水平運動導致在計算機屏幕上光標成角度地運動。一些指示設備能夠針對用戶的手所處的自然位置提供滾轉補償。但是，現有滾轉補償指示設備的一個問題是其利用非常複雜的三角函數矩陣算法，該算法要求高功率的處理器汲取大量電功率並且價格上也更為昂貴。對於便宜或低功率的處理單元，三角函數形式會減慢計算處理速度，以至於很難進行需要實時計算限制的操作。由於指示設備優選為無線設備，因此用於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行滾轉補償的改進的指示設備，以便可以採用便宜的低功率處理器並且電池壽命可大幅延長。本發明直接涉及一種三維指示設備，其採用低功率處理器通過使用來自於加速計及旋轉傳感器的數據來計算代數滾轉補償算法。本發明的指示設備相比於現有技術製造更為便宜並且有更高的能效。該指示設備具有沿指示設備的寬度延伸的橫向X軸，沿指示設備的中心軸延伸的Y軸，由指示設備的中心點延伸出去的垂直Z軸。為了檢測運動，該指示設備包括檢測重力以及在x、Y、z方向上的加速度的加速計、以及測量關於X軸俯仰和Z軸偏航的指示設備的旋轉速度的陀螺儀。加速計和陀螺儀耦合到微處理器，該微處理器轉換該加速計和陀螺儀信號到滾轉補償光標控制信號，該信號用於運動耦合到電子設備的顯示器屏幕上的光標。該指示設備也可以包括一個或更多按鍵以及滾輪，其還可以用於與軟體用戶接口交互。該指示設備可以具有發射器系統，以使該指示設備輸出信號可以通過例如射頻或紅外光纖信號這樣的無線接口發射到電子設備。用戶可以通過在三維空間垂直和水平地運動本發明的指示設備， 從而通過運動光標到目標位置以使用該指示設備去控制軟體。用戶接下來可以通過點擊該指示設備上的按鍵或滾轉該滾輪來驅動在視頻顯示上的控制。如果該指示設備被固定持握在純水平方向上，則該垂直Z方向加速計將會檢測所有重力，並且該水平X和Y方向加速計將不會檢測任何重力。但是，因為該指示設備通常由用戶滾轉地持握，所以x、Y和Z方向加速計都將檢測重力部分。為執行滾轉補償，該指示設備基於X、Y和Z方向加速計信號動態地檢測用戶的手位置的自然滾轉，並且連續地更新滾轉校正光標控制輸出信號。用於本發明指示設備的水平和垂直運動的滾轉校正因子人。_和 Ycomp將被代數算法所表示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
權利要求
1.一種用於控制在電子顯示器上的光標的運動的指示設備，包括第一旋轉傳感器，其針對關於第一軸的旋轉運動提供第一旋轉速度信號& ； 第二旋轉傳感器，其針對關於第二軸的旋轉運動提供第二旋轉速度信號Rz ； 第一加速計，其響應於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Ax;第二加速計，其響應於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Az;其特徵在於，所述指示設備還包括處理單元，該處理單元(a)接收來自各個旋轉傳感器和加速計的Rx、Rz>Ax、Az,(b)計算AX、AZ的向量和Axz，(c)通過求解以下等式計算滾轉補償光標運動信號 Xcomp = [AX*&+AZ*RZ]/AXZYcomp = [AX*RZ-AZ*RX]/AXZ,以及(d)發送補償光標運動信號到與所述電子顯示器上的光標的運動相關聯的接收器。
2.如權利要求1所述的指示設備，其特徵在於，還包括第三加速計，其響應於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AY ；並且，在發送補償光標運動信號到所述接收器之前，所述處理單元還(c)計算Ax、AY、Az的向量和Axyz，(d)通過求解以下等式計算俯仰以及滾轉補償光標運動信號Xcomp = Xcomp * ^XYZ 丨 ^XZYcomp = [Αχ^ζ-Αζ*!^]/^。
3.如權利要求1或2所述的指示設備，其特徵在於，通過等式Axemeeted = Ax-ARzM time*lx，針對所述第一加速計關於所述第二軸的旋轉加速度而校正所述第一加速度信號Ax，其中，通過等式Az。。 e。ted = Az- Δ Rx/ Δ time*lz，針對所述第二加速計關於所述第一軸的旋轉加速度而校正所述第二加速度信號Az，並且其中，Ix是通過所述第一方向上的第一加速計的線和所述第二軸之間的正交長度，並且Iz是通過所述第二方向上的第二加速計的線和所述第一軸之間的正交長度。
4.如權利要求1或2所述的指示設備，其特徵在於，所述處理單元包括 以小於4MHz運行的8位或16位處理器。
5.如權利要求1或2所述的指示設備，其特徵在於，所述處理單元每6毫秒對所述第一旋轉傳感器、所述第二旋轉傳感器、所述第一加速計、所述第二加速計進行多於一次的採樣。
6.如權利要求5所述的指示設備，其特徵在於，所述處理單元每10毫秒多於一次地提供所述補償光標運動信號。
7.一種用於提供滾轉補償信號以控制在電子顯示器上的光標的運動的方法，包括 針對關於第一軸的旋轉運動，檢測第一旋轉速度& ；針對關於第二軸的旋轉運動，檢測第二旋轉速度Rz ；響應於沿著所述第一軸的第一方向上的重力加速度，檢測第一加速度信號Ax; 響應於沿著所述第二軸的第二方向上的重力加速度，檢測第二加速度信號Az; 其特徵在於，所述方法還包括 計算ΑΧ、ΑΖ&向量和Axz ；計算第一滾轉補償光標運動信號X。。mp = [AX*RX+AZ*RZ]/AXZ計算第二滾轉補償光標運動信號Y。。mp = [AX*RZ-AZ*RX]/AXZ ；並且發送補償光標運動信號到與所述電子顯示器上的光標的運動相關聯的接收器。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，還包括響應於沿著第三軸的第三方向上的重力加速度，檢測第三加速度信號Αγ; 並且在發送所述補償光標運動信號到所述接收器之前，計算AX、AY、Az的向量和Axyz，以及計算新的第一滾轉補償光標運動信號
9.如權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，還包括通過等式Axemeeted = Ax-ARzM time*lx，針對所述第一加速計關於所述第二軸的旋轉加速度而校正所述第一加速度信號Ax ；並且通過等式Azemeeted = Az-ARxM time*lz，針對所述第二加速計關於所述第一軸的旋轉加速度而校正所述第二加速度信號Az ；其中，Ix是通過所述第一方向上的第一加速計的線和所述第二軸之間的正交長度，並且Iz是通過所述第二方向上的第二加速計的線和所述第一軸之間的正交長度。
10.如權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，還包括提供以小於4MHz運行的、並且執行所述檢測步驟和所述計算步驟的8位或16位處理器。
11.如權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，還包括提供處理單元，所述處理單元每6毫秒對所述第一旋轉傳感器、所述第二旋轉傳感器、 所述第一加速計、所述第二加速計進行多於一次的採樣。
12.如權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，還包括每10毫秒多於一次地提供所述補償光標運動信號Xcmp、Xcomp、Ycmp。
全文摘要
一種指示設備包括耦合到處理器的加速計及旋轉傳感器。該處理器採樣該加速計及旋轉傳感器以檢測重力和指示設備運動，並且使用代數算法計算滾轉補償光標控制信號。處理器發送光標控制信號至耦合到在視頻顯示器上移動光標的電子設備的接收器。
文檔編號G06F3/038GK102165395SQ200980124464
公開日2011年8月24日 申請日期2009年6月25日 優先權日2008年6月27日
發明者M·馬修斯, W·梅森 申請人:莫韋公司