专利名称：指向装置及决定该指向装置的转动角度的方法
技术领域：
本发明涉及一种指向装置(pointing device),尤指一种指向装置及决定该指向装置的转动角度的方法。
背景技术：
目前，计算机己逐渐成为每个人日常生活中所不可或缺的电子产品。一般而言，使用者可利用键盘、指向装置(pointing device),如鼠标、游戏杆、触控面板、轨迹球等，来输入指令，进而操作计算机完成特定的功能。
近来，由于电视游戏(TVgame)与计算机游戏(PCgame)的蓬勃发展，指向装置也渐渐地由只能在平面上操作演变成可以在三维空间中操作。为了让指向装置可以在空间中操作， 一般是使用如陀螺仪(gyroscope)、重力传感器(G sensor)或磁力传感器(magnetic sensor)等感测单元来感测转动角度。
陀螺仪主要是由一个位于轴心可以旋转的轮子构成。陀螺仪是一种用来感测与维持方向的装置，基于角动量不灭的理论设计出来的。 一般而言，虽然陀螺仪的分辨率较高，但陀螺仪只能做相对输出，无法与使用者的绝对坐标系统(absolute coordinate system)对应。请参阅图1。图1所示为绝对坐标系统1的示意图。在三维空间中，绝对坐标系统1包含X轴、Y轴以及Z轴。如图1所示，绕X轴旋转的角度为e，绕Y轴旋转的角度为cp，且绕Z轴旋转的角度为V。
请参阅图2。图2所示为传统的重力传感器2用来感测转动角度的示意图。如图2所示，由于重力向下，当重力传感器2相对于图1中的绝对坐标系统1的X轴或Y轴转动时，重力传感器2即可感测得到绕X轴旋转的角度e或绕Y轴旋转的角度cp。
请参阅图3。图3所示为传统的磁力传感器3用来感测转动角度的示意图。如图3所示，假设磁北朝向图1中的绝对坐标系统l的Y轴方向，当磁力传感器3相对于绝对坐标系统1的X轴或Z轴转动时，磁力传感器3即可感测得到绕X轴旋转的角度e或绕Z轴旋转的角度V。然而，不论是选用上述的重力传感器2或磁力传感器3，其分辨率皆比
陀螺仪来得差。此外，无论是重力传感器或陀螺仪，皆会有天生的电子噪声产生，进而降低定位上的精确度。
由于传统的3D指向装置皆使用单一感测单元的信号，而传统的感测单元(如陀螺仪、重力传感器、磁力传感器等)又存在上述缺点，使得传统的3D指向装置于单轴指向时无法准确地控制光标的移动。
发明内容
本发明的一方案在于提供一种指向装置，其利用两个或两个以上的感测单元来计算并校正指向装置的转动角度，进而提高分辨率。
根据一具体实施例，本发明的指向装置包含第一感测单元、第二感测单元以及处理单元。处理单元分别耦接第一感测单元与第二感测单元。第一感测单元可为陀螺仪或其它旋转感测单元。第二感测单元可为重力传感器或磁力传感器。
于此实施例中，第一感测单元用以感测指向装置相对于绝对坐标系统的第一转动角度，并且第二感测单元用以感测指向装置相对于绝对坐标系统的第二转动角度。处理单元则是用以接收第一转动角度与第二转动角度，计算第一转动角度与第二转动角度的绝对差值。处理单元判断该绝对差值大于一预设阈值时，处理单元以第二转动角度校正第一转动角度，并输出一校正后的转动角度。
根据上述的指向装置，其中，上述第一感测单元为陀螺仪，其感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的角速度变化，而得到上述第一转动角度。
根据上述的指向装置，其中，上述第二感测单元为重力传感器，其感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的重力变化，而得到上述第二转动角度。
根据上述的指向装置，其中，上述第二感测单元为磁力传感器，其感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的磁力变化，而得到上述第二转动角度。
根据上述的指向装置，其中，上述校正后的转动角度经由下列公式计算
得到A—out = (A1*W1 + A2*W2) / (Wl + W2)，
其中，A一out代表上述校正后的转动角度，Al代表上述第一转动角度，Wl代表第一权值，A2代表上述第二转动角度，W2代表第二权值。
根据上述的指向装置，其中，上述第一权值大于上述第二权值。
本发明的另一方案在于提供一种决定指向装置的转动角度的方法，其包含下列步骤感测指向装置相对于绝对坐标系统的第一转动角度；感测指向装置相对于绝对坐标系统的第二转动角度；计算第一转动角度与第二转动角度的绝对差值；以及当绝对差值大于一预设阈值时，以第二转动角度校正第一转动角度，并输出一校正后的转动角度。
根据上述的方法，其中，上述第一转动角度是通过感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的角速度变化而获得。
根据上述的方法，其中，上述第二转动角度是通过感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的重力变化而获得。
根据上述的方法，其中，上述第二转动角度是通过感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的磁力变化而获得。
根据上述的方法，其中，上述校正后的转动角度经由下列公式计算得到
A—out = (Al *W1 + A2*W2) / (Wl + W2)，
其中，A—out代表上述校正后的转动角度，Al代表上述第一转动角度，Wl代表第一权值，A2代表上述第二转动角度，W2代表第二权值。
根据上述的方法，其中，上述第一权值大于上述第二权值。
于实际应用中，上述的第一转动角度或校正后的转动角度即可用来控制光标的移动或操纵空间中的物体。
因此，当第一转动角度与第二转动角度间的差异在可容忍的范围内时，本发明的指向装置即以第一转动角度作为输出。
本发明的有益效果为，当第一转动角度与第二转动角度间的差异过大时，本发明的指向装置即利用第二转动角度来校正第一转动角度，进而提高分辨率。
关于本发明的优点与精神可以借由以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
图1所示为绝对坐标系统的示意图。
图2所示为传统的重力传感器用来感测转动角度的示意图。
图3所示为传统的磁力传感器用来感测转动角度的示意图。图4所示为根据本发明的一具体实施例的指向装置的示意图。图5所示为图4中指向装置的功能方块图。图6所示为决定图4中指向装置的转动角度的方法流程图。
具体实施例方式
请参阅图4以及图5。图4所示为根据本发明的一具体实施例的指向装置5的示意图。图5所示为图4中指向装置5的功能方块图。本发明的指向装置可为鼠标、游戏杆、轨迹球等，视实际应用而定。图4中所示的指向装置5是以鼠标为例，但不以此为限。
如图5所示，指向装置5包含第一感测单元50、第二感测单元52以及处理单元54。处理单元54分别耦接第一感测单元50与第二感测单元52。于此实施例中，第一感测单元50可为陀螺仪或其它旋转感测单元。第二感测单元52可为重力传感器或磁力传感器。
当使用者转动指向装置5，使得倾角改变时，第一感测单元50即可感测指向装置5相对于绝对坐标系统(如图l所示)的第一转动角度。亦即，第一转动角度为相对转动角度。举例而言，若第一感测单元50为陀螺仪，其是借由感测指向装置5相对于绝对坐标系统的角速度变化，而得到第一转动角度。
此外，在使用者转动指向装置5的同时，第二感测单元52亦会感测指向装置5相对于绝对坐标系统的第二转动角度。亦即，第二转动角度为绝对坐标角度。举例而言，若第二感测单元52为重力传感器，其是借由感测指向装置5相对于绝对坐标系统的重力变化，而得到第二转动角度。另一方面，若第二感测单元52为磁力传感器，其则是借由感测指向装置5相对于绝对坐标系统的磁力变化，而得到第二转动角度。
请再参阅图5。处理单元54则是用以接收第一感测单元50感测得到的第一转动角度与第二感测单元52感测得到的第二转动角度。接着，处理单元54会计算第一转动角度与第二转动角度的绝对差值，并且判断绝对差值是否小于预设阈值。当上述的判断结果为是，亦即绝对差值小于预设阈值，处理单元54即输出第一转动角度，作为控制光标移动的控制信号。反之，当上述的判断结果为否，亦即绝对差值大于或等于预设阈值，处理单元54即以第二转动角度校正第一转动角度，并且输出校正后的转动角度，作为控制光标移动的控制信号。
于此实施例中，上述校正后的转动角度可经由下列公式一计算得到。
公式一A—out = (Al*Wl +A2*W2)/(W1 +W2)。
于上述的公式一中，A—out代表校正后的转动角度，Al代表第一转动角度，Wl代表第一权值，A2代表第二转动角度，W2代表第二权值。第一权值Wl及第二权值W2可由设计者自行设计。较佳地，第一权值Wl可设计为大于第二权值W2，但不以此为限。
举例而言，若第一感测单元50感测得到的第一转动角度为10度，第二感测单元52感测得到的第二转动角度为9度，且预设阈值为3度。由于第一转动角度与第二转动角度的绝对差值为1度，小于预设阈值，处理单元54即直接输出第一转动角度(即10度)，作为控制光标移动的控制信号。
若第一感测单元50感测得到的第一转动角度为10度，第二感测单元52感测得到的第二转动角度为5度，且预设阈值为3度。由于第一转动角度与第二转动角度的绝对差值为5度，大于预设阈值，处理单元54即根据上述的公式一来校正第一转动角度，并且输出校正后的转动角度，作为控制光标移动的控制信号。若第一权值W1设为2，且第二权值W2设为1，则校正后的转动角度即为8.33度。
此外，在使用本发明的指向装置5前，使用者可先利用第一感测单元50对指向装置5进行归零，以让后续的移动控制更为准确。例如若第一感测单元50的输出值为零，则判断第一感测单元50是静止的，此时，则记录第二感测单元52的值作为校正之用。在其它实施例中，亦可利用其它方式对指向装置5进行归零动作。例如第二感测单元52的值维持一段时间(例如10秒)都不变，则可将此时的第二感测单元52的值作为校正之用。
请参阅图6。图6所示为决定图4中指向装置5的转动角度的方法流程图。首先，执行步骤SIO，感测指向装置5相对于绝对坐标系统的第一转动角度。同时，执行步骤S12，感测指向装置5相对于绝对坐标系统的第二转动角度。接着，执行步骤S14，计算第一转动角度与第二转动角度的绝对差值。之后，执行步骤S16，判断绝对差值是否小于预设阈值。若步骤S16的判断结果为是，则执行步骤S18，输出第一转动角度。若步骤S16的判断结果为否，则执行步骤S20，以第二转动角度校正第一转动角度，之后，再执行步骤S22，输出校正后的转动角度。
若指向装置5中的第一感测单元50为陀螺仪，则步骤S10是感测指向装置5相对于绝对坐标系统的角速度变化，而得到第一转动角度。若指向装置5中的第二感测单元52为重力传感器，则步骤S12是感测指向装置5相对于绝对坐标系统的重力变化，而得到第二转动角度。若指向装置5中的第二感测单元52为磁力传感器，则步骤S12是感测指向装置5相对于绝对坐标系统的磁力变化，而得到第二转动角度。
换言之，本发明的指向装置5可利用陀螺仪或其它旋转感测单元与重力传感器做搭配，亦可利用陀螺仪或其它旋转感测单元与磁力传感器做搭配，视实际应用而定。
相较于现有技术，本发明的指向装置利用两个感测单元来计算并校正指向装置的转动角度。当第一转动角度与第二转动角度间的差异在可容忍的范围内时，本发明的指向装置即以第一转动角度作为输出。而当第一转动角度与第二转动角度间的差异过大时，本发明的指向装置即利用第二转动角度来校正第一转动角度，再输出校正后的转动角度。借此，移动控制的分辨率即可大幅地获得提升。
借由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。
权利要求
1.一种指向装置，其特征在于包含第一感测单元，用以感测上述指向装置相对于绝对坐标系统的第一转动角度；第二感测单元，用以感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的第二转动角度；以及处理单元，分别耦接上述第一感测单元与上述第二感测单元，用以接收上述第一转动角度与上述第二转动角度，计算上述第一转动角度与上述第二转动角度的绝对差值，上述处理单元判断上述绝对差值大于预设阈值时，上述处理单元以上述第二转动角度校正上述第一转动角度，并输出校正后的转动角度。
2. 根据权利要求1所述的指向装置，其特征在于上述第一感测单元为陀 螺仪，其感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的角速度变化，而得到 上述第一转动角度。
3. 根据权利要求1所述的指向装置，其特征在于上述第二感测单元为重 力传感器，其感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的重力变化，而得 到上述第二转动角度。
4. 根据权利要求1所述的指向装置，其特征在于上述第二感测单元为磁 力传感器，其感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的磁力变化，而得 到上述第二转动角度。
5. 根据权利要求1所述的指向装置，其特征在于上述校正后的转动角度 经由下列公式计算得到-<formula>formula see original document page 2</formula>其中，A—out代表上述校正后的转动角度，Al代表上述第一转动角度， Wl代表第一权值，A2代表上述第二转动角度，W2代表第二权值。
6. 根据权利要求5所述的指向装置，其特征在于上述第一权值大于上述 第二权值。
7. —种决定指向装置的转动角度的方法，其特征在于包含下列步骤 感测上述指向装置相对于绝对坐标系统的第一转动角度； 感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的第二转动角度；计算上述第一转动角度与上述第二转动角度的绝对差值；以及 当上述绝对差值大于预设阈值时，以上述第二转动角度校正上述第一转 动角度，并输出校正后的转动角度。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于上述第一转动角度是通过感 测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的角速度变化而获得。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于上述第二转动角度是通过感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的重力变化而获得。
10. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于上述第二转动角度是通过 感测上述指向装置相对于上述绝对坐标系统的磁力变化而获得。
11. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于上述校正后的转动角度经由下列公式计算得到A一out = (Al * Wl + A2* W2) / (Wl + W2)，其中，A—out代表上述校正后的转动角度，Al代表上述第一转动角度， Wl代表第一权值，A2代表上述第二转动角度，W2代表第二权值。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于上述第一权值大于上述第 二权值。
全文摘要
本发明揭示一种指向装置及决定该指向装置的转动角度的方法，指向装置包含第一感测单元、第二感测单元以及处理单元。第一感测单元用以感测指向装置相对于绝对坐标系统的第一转动角度。第二感测单元用以感测指向装置相对于绝对坐标系统的第二转动角度。处理单元则是用以接收第一转动角度与第二转动角度，计算第一转动角度与第二转动角度的绝对差值，并且判断绝对差值是否小于预设阈值。当判断结果为是，处理单元即输出第一转动角度。当判断结果为否，处理单元即以第二转动角度校正第一转动角度，并且输出校正后的转动角度。本发明的指向装置利用两个感测单元来计算并校正指向装置的转动角度，借此，移动控制的分辨率可大幅提升。
文档编号G06F3/038GK101593037SQ200810099879
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者何岳昇 申请人:华硕电脑股份有限公司