3D指示装置与补偿3D指示装置的转动的方法制造方法及图纸

一种3D指示装置，其使用一转动传感器并可精确地将3D指示装置的转动与移动转换成显示设备的显示平面上的一移动模式。3D指示装置包括一方位传感器、一转动传感器、及一运算传感器。方位传感器产生与3D指示装置的一方位相关联的一方位输出，且该3D指示装置的方位是与地球相关联的一全球参考坐标的三轴相关联。转动传感器产生与3D指示装置的一转动相关联的一转动输出，且3D指示装置的转动是与3D指示装置相关联的一空间参考坐标的三轴相关联。运算处理器使用方位输出与转动输出以产生一转换输出，该转换输出是与一显示设备相关联的一固定参考坐标相关联。

【技术实现步骤摘要】
3D指示装置与补偿3D指示装置的转动的方法
本专利技术是关于一种3D指示装置，特别是关于一种利用一方位传感器并使用于计算机、动作侦测、或导航的3D指示装置，且也是特别关于一种当3D指示装置移动及转动时用于补偿方位传感器的讯号的方法。
技术介绍
图1绘示出用户利用一携带式电子装置110，例如一3D指示装置或计算机鼠标，以侦测该携带式电子装置的动作，并将该侦测到的动作转换为一显示光标(cursordisplay)，此显示光标例如为指示在一2D显示设备120的屏幕122上的光标。亦即，当携带式电子装置110射出一光线，该对应的点为该光线碰触到屏幕122之处。例如，携带式电子装置110可为计算机的鼠标或电视游乐器的手柄，而显示设备120可为计算机或电视游乐器的一部分。在图中存在有两个参考坐标，例如为空间指示参考坐标与显示器坐标，其分别与该携带式电子装置110及显示设备120相关联。与指示装置110相关联的第一参考坐标或空间指示参考坐标是由如图1所示的三个坐标轴，即：XP、YP及ZP，所定义而成。与显示设备120相关联的第二参考坐标或显示器坐标则是由如图1所示的三个坐标轴，即：XD、YD及ZD，所定义而成。显示设备120的屏幕122为参考坐标XDYDZD中XDYD平面的一子集，参考坐标XDYDZD则是与显示设备120相关联。因此，XDYD平面又可被视为显示设备120的显示平面。藉由上述位于屏幕122上的光标，用户可使用该携带式电子装置实行操控以达到特定目的，此特定目的包括在显示设备120上玩电视游戏等娱乐。为了在使用携带式电子装置时有良好的互动，当用户移动携带式电子装置110时，屏幕122上的光标应该对应着携带式电子装置110所移动的方位、方向与距离进行移动，且屏幕122也应显示出光标随着上述的移动而映像到显示设备120的屏幕122上的新位置。携带式电子装置110的方位可用该携带式电子装置110于参考坐标XPYPZP上的三个偏向角来表示，这三个偏向角分别为偏航角(yawangle)111、俯仰角(pitchangle)112与滚转角(rollangle)113。在此，偏航角111、俯仰角112与滚转角113是采用与商用交通工具，例如船舶及飞机等，相关的立体角(spatialangle)的通用标准来定义。一般来说，偏航角111是指携带式电子装置110相对于轴ZP的转动，俯仰角112是指携带式电子装置110相对于轴YP的转动，而滚转角113则是指携带式电子装置110相对于轴XP的转动。在图1所示的公知技术中，当携带式电子装置110的偏航角111改变时，上述位于屏幕122上的光标必须随着偏航角111的改变而相对地在水平方向上移动。图2所示为当用户将携带式电子装置110相对于轴XP逆时针旋转90°时的情况。在图2所示的另一公知技术中，当偏航角111改变时，上述位于屏幕122上的光标将对应着做垂直方向的移动。偏航角111的改变可被一陀螺仪侦测到，此陀螺仪感测携带式电子装置110相对于轴XP的角速度ωx。图1与图2显示出偏航角111相同的改变可能映像成屏幕122上光标的不同动作。因此，需要适当的一补偿机制来对携带式电子装置110的方位进行补偿，以使其能正确且合意地对应映像至显示设备120的屏幕122上的光标。在美国专利号7,158,118、7,262,760与7,414,611中(专利技术人皆为Liberty)，”补偿”所指的是对受到重力或相对于旋转轴进行额外旋转所影响的讯号进行校正和补偿。另外，在本专利技术中，”比对”所指的是：藉由感测装置所生成的讯号，并减少或消除与该感测装置相关联的噪声后，以计算并取得携带式电子装置110在第一参考坐标或空间指示坐标XPYPZP上实际的偏向角。此外，”映射”所指的是：计算并转换空间指示坐标XPYPZP上的偏向角至位于第二参考坐标或显示器坐标XDYDZD上的2D显示设备120的显示平面上的光标。对使用有五轴动作传感器(可测量Ax，Ay，Az、ωY、和ωZ)的携带式电子装置进行补偿是本领域的通常知识，例如美国专利号7,158,118、7,262,760与7,414,611中(专利技术人皆为Liberty)提出了此种具有五轴动作传感器的携带式电子装置，且也揭露了一种补偿机制，该补偿机制使用两个重力感测装置ωY和ωZ去检测相对于Yp和Zp二轴的转动，且该补偿机制还使用三个加速度传感器Ax、Ay、和Az去检测携带式电子装置沿着参考坐标XPYPZP的三个坐标轴上的加速度。上述Liberty所提的使用有五轴动作传感器的携带式电子装置可能无法输出携带式电子装置在3D参考坐标上的偏向角。换句话说，由于五轴动作传感器中加速度传感器与重力感测装置的限制，上述Liberty所提的携带式电子装置无法立即地输出偏向角于3D参考坐标上，而只能输出至2D参考坐标上，亦即上述的使用五轴动作传感器的携带式电子装置的输出仅为2D参考坐标上的平面模式。而且，当携带式电子装置在取得动作传感器所产生的讯号时受到动态环境中外界或内部的不良干扰，尤其是沿着重力方向上经历非预期的飘移或加速度时，上述的携带式电子装置与补偿机制无法精确或适当地计算或取得该携带式电子装置的移动、角度、和方向。换句话说，当施加动态作用(dynamicactions)或额外的加速度于上述Liberty所提供的具补偿机制的携带式电子装置上，尤其是沿着或大致上与重力相平行的方向上时，上述Liberty所提供的携带式电子装置无法适当且精确地输出于空间参考坐标XPYPZP上实际的偏航角、俯仰角与滚转角，也因此将立体角映像到2D显示器参考坐标时，例如：参考坐标XDYDZD，其映像程序便会严重地受到影响并产生错误。更具体地说，由于Liberty所提供的五轴补偿方式无法直接且精确地检测或补偿相对于轴XP的转动，故相对于轴XP的转动必须从加速度传感器所侦测到的重力加速度中推得。更进一步而言，由于既有加速度传感器的限制，只有当携带式电子装置为静态时，该加速度传感器上的读值才是精确的，这是因为这些加速度传感器无法将重力加速度从其他型态的加速度区分开来所致，这些其他型态的加速度例如为向心力所产生的加速度或使用者所施加的其他型态的额外的加速度。而且，公知技术只能根据由动作传感器所产生的讯号所推算的结果而在2D参考坐标上输出一相对的移动样板。例如，上述由Liberty所提出的前案只能以相对的方式输出2D移动样板，并于一屏幕上显示出一光标，以对应上述的2D相对移动样板。更具体来说，光标只能从一第一位置移动到相对于该第一位置的一第二位置。像这一种随着时间从前一位置移动到下一位置的相对移动无法精确地确定并输出下一位置，尤其是在前一位置为一错误位置的情况下，或者是在前一位置是错误地被决定为下一位置之一不正确的参考点的情况下，在此下一位置是藉由该不正确的参考点及其相对的移动方式所推得。就以意图将光标移出显示屏幕的边界而导致错误输出为例子，来清楚地解释在公知技术中藉由相对移动关系来取得移动样板的缺陷。在公知技术中的光标到达一显示器的边界，接着并超出边界或边缘一段额外的距离的情况下，当光标来到一个新的位置，不管是在显示器内或仍然在边界的外部，游标便无法展现出一正确或绝对的模式。换句话说，在到达一新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D指示装置，其特征在于，该3D指示装置包括：一方位传感器，用以产生与该3D指示装置的一方位相关联的一方位输出，且该3D指示装置的方位是与地球相关联的一全球参考坐标的三轴相关联；一转动传感器，用以产生与该3D指示装置的一转动相关联的一转动输出，且该3D指示装置的转动是与该3D指示装置相关联的一空间参考坐标的三轴相关联；及一第一运算处理器，用以使用该方位输出与该转动输出以产生一转换输出，该转换输出是与一显示设备相关联的一固定参考坐标相关联。

【技术特征摘要】
2011.03.28 US 13/072,794;2011.07.06 US 13/176,7711.一种3D指示装置，其特征在于，该3D指示装置包括：一方位传感器，用以产生与该3D指示装置的一方位相关联的一方位输出，且该3D指示装置的方位是与地球相关联的一全球参考坐标的三轴相关联；一转动传感器，用以产生与该3D指示装置的一转动相关联的一转动输出，且该3D指示装置的转动是与该3D指示装置相关联的一空间参考坐标的三轴相关联；及该方位传感器包括：一加速度传感器，用以产生一第一讯号组，该第一讯号组包括多个轴向加速度，这些轴向加速度是与位于该空间参考坐标的该3D指示装置的移动和转动相关联；一磁力计，用以产生与地球的磁场相关联的一第二讯号组；及一第二运算处理器，用以基于该第一讯号组与该第二讯号组而产生一量测状态，该量测状态包括一量测磁力Mx，My，Mz，且基于该量测状态与该转动输出而产生一更新状态，该更新状态包括一预计磁力Mx’，My’，Mz’，藉由计算并转换该更新状态而产生该方位输出，其该方位输出包括一结果偏差,该结果偏差包括与该空间参考坐标相关联的一组偏向角；一第一运算处理器，用以使用该方位输出与该转动输出以产生一转换输出，该转换输出是与一显示设备相关联的一固定参考坐标相关联；其中该第一运算处理器藉由计算与该显示设备相关联的一预定敏感度以取得该固定参考坐标的一边界信息，并藉该偏向角与该边界信息而转换输出代表位于该固定参考坐标的一平面上的一段移动，该段移动是平行于该显示设备的一屏幕。2.如权利要求1所述的3D指示装置，其中该组偏向角包括一偏航角、一俯仰角、与一滚转角；该第一讯号组包括一第一轴向加速度、一第二轴向加速度、与一第三轴向加速度；该第二运算处理器基于该第一轴向加速度计算该俯仰角，且基于该第二轴向加速度及该俯仰角或基于该第三轴向加速度与该俯仰角计算该滚转角，并基于该俯仰角、该滚转角、与该第二讯号组计算该偏航角。3.如权利要求1所述的3D指示装置，其中其特征在于，该方位传感器所提供的该方位输出为一转动矩阵、一四元值、一转动向量、或包括三个方位角。4.如权利要求1所述的3D指示装置，其特征在于，该第一运算处理器取得与该全球参考坐标相关联的该显示设备的一方位，且基于该方位输出与该显示设备的方位而取得该3D指示装置的方位，并基于与该固定参考坐标相关联的该3D指示装置的方位与该转动输出，而产生与该固定参考坐标相关联的一转换转动，且基于该转换转动而产生该转换输出。5.如权利要求4所述的3D指示装置，其特征在于，当该第一运算处理器收到一重设讯号，该第一运算处理器将该方位传感器所产生的一现今方位输出记录为与该固定参考坐标相关联的该显示设备的方位。6.如权利要求5所述的3D指示装置，其特征在于，当该现今方位输出包括与该全球参考坐标的三轴的其中之一轴相关联的一偏航角，该第一运算处理器藉由将该方位输出减去该偏航角而取得与该固定参考坐标相关联的该3D指示装置的方位。7.如权利要求4所述的3D指示装置，其特征在于，该第一运算处理器从与该固定参考坐标相关联的该3D指示装置的方位取得一转动矩阵，且将该转动矩阵与该转动输出相乘以产生该转换转动。8.如权利要求7所述的3D指示装置，其特征在于，该转换转动包括与该固定参考坐标的三轴相关联的一第一角速度、一第二角速度、与一第三角速度；该转换输出包括与该固定参考坐标的三轴中的其中二轴相关的一第一移动分量与一第二移动分量，该第一运算处理器将该第二角速度乘以一尺寸因子而产生该第二移动分量，且该第一运...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶舟，李金龙，刘顺男，
申请(专利权)人：英属维京群岛速位互动股份有限公司，
类型：发明
国别省市：