TW201203028A - A pen-like indicator and a method for providing movemnet information - Google Patents

Description

201203028 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 種位移資訊提供方法，特別是應用於一筆狀於_、 置與一受控裝置間的位移資訊提供方法。 一、穿 【先前技術】 電腦所配備的各式週邊裝置如鍵盤、滑鼠、滑鼠筆等，日 鲁供使用者對電腦進行控制或資訊輸入，其中滑鼠筆為 提 外觀的指示裝置’其作用原理與一般滑鼠相同，即，利用= 位移感測器來感測滑鼠筆移動時在書寫不面上的紋路變化^ 以判斷紋路改變的方向和距離，進而轉換為電腦二 游標移動。 1頌不的 由於習用技術所開發的滑鼠筆用來感測位移變化 與一般滑鼠相同’若需進一步將滑鼠筆應用在書寫時二 因為滑鼠筆感測位移的作法不夠直觀造成使用者操作上 _便。因為傳統的滑鼠筆利用光學位移感測器所偵測到的位移軌 跡而對應進行輸人的作法對於使用平面上祕對座標的取得 2有困難’導致使財在利㈣鼠筆進行書寫時，必須以肉眼 看顯不跋置上騎標轉路徑，藉以確麟應的游標移動與 $期相将。換句話說，如果㈣者^是將注意力集巾在滑氣筆 際移動的使时面而未特別注意游標對應在顯示裝置上的 動隋形’可能導致滑氣筆的輸人轨跡與齡麟 生偏差。 “上所述’制技術所發展的滑鼠筆雖然提供了書寫功 201203028 能’但其作法仍不夠人性化而讓❹者在操作時感到諸 便，因此本發㈣⑽料改善的目標，缝提供㈣ 便利的滑鼠筆裝置。 ’ 【發明内容】 本發明之-方面係為-種位移資訊提供方法，應用於 -筆狀指枝置與-受钱置間，触移f訊提供方法包 #下步驟：因應該指示跋置相對於一使用平面之位置變化而 得到一位移資訊、一傾斜角資訊與一旋轉角資訊；該受控裝置 根據該等資訊而進行-位移估算程序，並取得—位置補償數 據；以及因應該指示裝置接觸該使用平面而根據該位置補償數 據來改變該指示裝置所對應之顯示方式。 根據上述構想，本發明所述之位移資訊提供方法，其中該 指示裝置相對於該使用平面之位置變化係指—使用者對該指 Λ 示裝置所進行之移動、旋轉或翻轉所造成之位置變化。曰 • 根據上述構想’本發明所述之位移資訊提供方法，其中更 包含，下步驟：該受控裝置提供一參考基準；該指錢置提供 一動態基準；以及將該動態基準配合該位置補償數據而改變該 指示裳置所對應之指標在該參考基準上的顯示方式。 根據上述構想，本發明所述之位移資訊提供方法，其中更 包含以下步驟：定義-識別碼予該指示裝置；該受控裝置透過 與該指示裝置間的信號連結而取得該識別石馬；以及根據該識別 喝與該位置補償數據而改變該筆狀指轉置所對應之指標的 顯示方式。 $ 201203028 $據上述構想，本發明所述之位移資訊提供方法，其中該 位移;貝λ該傾斜角資訊以及該旋轉角資訊係可透過一光學位 移感測器、-執跡球位移感測器、一加速度感測器、一陀螺儀 或一地磁感測器等感測單元來提供。 <本發明之另一方面係為一種筆狀指示裝置，信號連結於一 又，，置桃示裝置包含：—殼體；以及—感測單元，設置 於U内，其係因應該指示褒置相對於一使用平面之位置變 化而感物到一位移資訊、一傾斜角資訊與一旋轉角資訊，在 •該=裝置根據該等資訊而進行一位移估算程序，並取得一位 置，償數據後’因應該指示震置接觸該使用平面而根據該位置 補償數據來改變該指示裝置所對應之顯示方式。 根據上述構想，本發明所述之筆狀指示裝置，其中該指示 裝f相對於5亥使用平面之位置變化係指—使用者對該筆狀指 不、置所進行之移動、旋轉或轉所造成之位置變化。 根f上述構想，本發明所述之筆狀指示裝置，其令該受控 係提供參考基準，而該指示裝置係提供一動態基準，在 #該指示裝置相對於該使用平面之位置變化時，該動態基準便配 ^位置補償數據㈣㈣指林置所對應之指標在該參考 基準上的顯示方式。 1 卜根據上述構想、’本發明所述之筆狀指示裝置，其中該筆狀 才日不裝置更包含：—傳送單元，電連接於該感測單元並信號連 ^該受控裝置，其係將触移資訊、該傾斜㈣訊與該旋轉 角為訊傳送至該受控裝置。 根據上述構想’本發明所述之筆狀指示裝置，其中該指示 裝置係對應於一識別碼，且該識別碼透過該傳送單元傳送至該 201203028 受控裝置後’較妙置_賴料 變該指示袭置所對應之指標的顯示方式 '。補償數據而改 構想，本發明所述之物 早7G係可為-光學位移感測器、，〜中韻測 度感測器、-陀螺儀或—地磁感測器。/移_器、一加速 該殼體内，其係因應該指示裝置相對於-使’2於 而感測得到-位移資訊、一傾斜 =千面之位置變化 該等資訊而進行—位移估算程序，並。，轉角資訊，根據 及一受控震置，信號連結於該指示裝置數據^ ==;r咖㈣義⑽ 感測、二述广位移資訊提供系統，其中該 加速/^、>丨」予移感測荔、-轨跡球位移感測器、一 加速度感測η螺儀或-地磁感測器。 【實施方式】 示於===:筆身俯視_應顯 10的整圖。由财可以看出，當滑鼠筆 軸方向二 所示〉與參考基準（x-y座標 > 的座標 顯示鼠筆10在使用平面上的位移可以被對應的 、、、：由於每個人握筆方式的不同當使用者在書寫時，

[SJ 6 201203028 月^筆1G的筆身指向不—定會維持—個固定方向（如第一圖 (”不的方向）’即，使用者實際操作滑鼠筆⑺時，滑鼠 ，10,身指向與滑鼠筆1G實際在參考基準上的對應關係可能 存，者因為滑鼠筆1〇被旋轉而產生的偏差肢，進而導致滑 鼠筆10所產生的位移資訊被傳送至電腦後，電腦螢幕所顯示 的位移軌跡與使用者實際#寫_容並不對應的現象。 再者，即便是透過在滑鼠筆1()上標示而對齊參考基準的 方式’讓使用者在使用滑鼠筆10前，先將滑鼠筆10的筆身轉 動至符，對應參考基準的方向後再開始㈣，即，以第一圖⑷ 為每次使用者操作滑鼠_ 10時，都需要將滑鼠筆⑴的筆 身指向加關整_向，騎鼠筆1G筆身指向前方，這樣的 作法，致制者必須分雜切鼠筆1G的筆身指向，且在 用者母次放下滑鼠筆10又錄拿起時都必須重複確認滑 ⑺的筆身指向，這種繁複的操作方式將造成使用者在操 鼠筆10時的不便<5 m 換句話說，由於使用者在實際操作滑鼠筆10時，滑 1〇感測時的動態基準與螢幕實際顯示所對應參照的參考= 存在些許差異’造成使时在操作滑鼠筆1G的過財必二 滑鼠筆1G的筆身指向加以調整，直到電腦所參照使用的^ 基準方向與滑鼠筆1()所_到筆身指向—致才能確定^ 在書寫時;f會有祕對财—致的問題，這樣反覆調整ς ίο筆身指向的方式將造成使用者相當大的困擾。 氧聿 請參見第-圖(b)’其係習用的滑鼠筆筆身俯視圖與 的滑鼠筆被移動時在使用平面上的實際位移與對應顯示 考基準之位移轨跡。此圖同樣利用箭頭方向標示出滑氣筆川 201203028 ^身指向:由圖t可以看出使用者在拿起滑鼠筆川時〆 預‘以^筆身一指向’讓滑鼠㈣筆身的實際指‘ 滑鼠筆1G進%^目自\1 旋轉/度，這樣—來，使用者利用 向右下方移動的位移執跡。 上方朝 在操作滑鼠筆1G時，可能因為滑鼠筆1。 滑鼠筆1G的人數不。—以^ 4如雜中’若需使用 Γ=Γ㈣若每換-個使用=:==二 =大=的握筆姿勢’將導致會議的進行受到延誤而 上對=本f明希望改善習用的滑鼠筆10等指示裝置在螢幕 =====參考基準_差的 =_執跡與使用者在使用平面:== 統的=:提二:方= 之銘次π @ + 彈表圖。應用本發明所提出 ^位移貞蛛财糾_f簡供 指示農置(如：滑鼠筆等)與受控& 201203028 而位移資訊提供方法主要包含以下步驟： 因應使用者對指示裝置所進行之移動、旋轉或翻轉而造成 指示裝置相對於使用平面之位置變化，利用感測單元對於該些 位置變化進行感測而得到位移資訊、傾斜角資訊與旋轉角資訊 (步驟S21);在取得上述各類型的感測資訊後，受控裝置接 著根據該等感測資訊而進行位移估算程序， =取得^補償數據（步驟S23);以及在取得位置補= 據後’因應指不裝置是否接觸使用平面的狀態，進而決定

根據位置補償㈣纽變指轉㈣位移軌财受控裝 所對應之顯示方式（步驟S25)。 需注意的是’在步驟S25中，倘若判斷指 的判斷結果為料，代表使用者可能只是、將 旱來心手把玩，因此雖麵測單元感爾“示 化’但這些位置變化並不需要被對應顯二 ，裝，上，因此位置補償數據倾儲存起來作為下 乜運异的基礎；倘若步，驟S25蘭指示裳置 3 的判斷結果為肯定，代表使用者正在利用指示面 -回位移估算程序的參考基礎外，亦會利來作為下 果而改變指示褒置在受控裝置上對應顯示的位移 ^ 數據的結 睛參見第三圖⑷，其係本發明提出之指 與對應顯示於參考基準的方向示意圖。在 筆身俯視圖 2〇對應於螢幕上所顯示的參考基準(x_y座標)會對魔=裳置 置20的筆身轉動角度而對應轉動相同的角戶，介:；曰不裴 的目的在於改變實際顯示指示裂置’本發明 珂應的x-y座標之 201203028 方向，讓計算出來的參考基準可以與指示裝置2G實際移動時 的動態基準相互平行。需注意的是，此處的參考基準僅是對位 置補償進行估算時所參照錢礎，㈣者在上看到的 x_y座標並不會因此而旋轉。

μ爹見弟三圖（b)，具係本發明提出之指示 圖與本發明所提出的指示裝置2G在使用平面上被移動H 際位移與對應顯不在參考基準之位移軌跡。由圖中可以看出， 在取得位置㈣數據錢賴償轉後，由於㈣基準盘動離 基準-致’指示裝置20的軸與參考基準上的位移軌跡也^ 致’因此螢幕顯示的指示裝置2〇位移軌跡便不會產生偏差。 f 了躲朗起見’上侧純林置2()的實際位移盘 螢幕上的婦之對應_是以二維座標來制，但是指示裝置 相對於使用平面的位置變化可能為三維的，因 實現位置估算時，也會考量垂直 I祕 詳細的作法觸參見以下的說^ 向上的Μ匕量’ ，⑻，其係本發明之位移資訊提供系統搭配單 系统主仃曰寫之不意圖。本發明所提供的位移資訊提供 :滑鼠筆、數位嶋等)與受控裝 收發㈣ 裝置2G與受控裝置21之間透過 、置23而信號連結，亦即，利用收發裝置D- # 置2〇所傳送的祕資訊，並進―步再接㈣曰不裂 裝置w 步再㈣料轉送至受控 油* -控敦置在接收到指示1置2G的動態資訊後， 或更;is二二是否接觸使用平面，進而決定僅單純儲存 201203028 =參見第四圖（b) ’其係本發明之位移資訊提供系統搭配 多偏曰示裝置進行書寫之示意圖。此圖說明了位移資訊提供系 統可以^時利用多個指示裝置201〜2Gn搭配受控裝置21使 用’各指不裂置2〇1〜施首先以無線信號連結尊方式與收發 裝置23進行資料交換，而收發裝置23再進-步將各指示裝置 2〇1 20η所對應的動態資訊傳送至與其信號連結的受控 2卜 與曰第四圖(a)相較’―旦位移資訊提供祕中的指示裝置 # 20數量為複數個時，第四圖⑻所示的位移資訊提供系統可以 進-步分配識別碼予各筆狀指示裝置2〇1〜施，讓受控裝置 21接收到動態資訊後，在進行辨識與對應處理位移資料時， 可以根據所對應的識別碼而確認各筆狀指示裝置观〜施的 ^另一方面’個別的筆狀之指示裝置201〜20η因應使用者 的操作而傳送動態資訊的同時，也一併將識別碼透過筆狀之指 π裝置201〜2〇η内的傳送單元傳送至受控裝置2ι，之後受控 φ裝置21再根據識別碼與個別的指示裝置2〇ι〜施的位置補償 數據而改變各指示裝置2G1〜施所分別對應的游標在受控裝 置21上顯示位移變化時的對應關係。 如此來’爻控裝置21便可同時接收複數個指示裝置2〇1 11的動態，並根據識別碼而判別各個指 所傳送的動態資訊，以及因應各指示裝置2〇1〜施接觸使用 =面>、否’搭配位置補償數據的使用，藉由應用程式對於相關 的處理而改變各指示裝置2〇1〜施在受控裝置以的勞幕 211或―顯示裝置（圖未示）上所對應之執跡與顯示方式，例

f SI 11 201203028 藍色的=指示裝置201的位移變化，並以 同的顏色或標示====的位移變化等方式，利用不 跡同時顯示在螢幕211上。_曰不農置201〜20n的書寫軌 一指示裝置2G ly1提供系統搭配的是第四_所示的單 的情形，作為受控裝Hbt)所示的多個指示裝置201〜施 23所利用的資料傳輸;^曰不裝置2〇舱媒介的收發裝置 種類型的資料傳輸=二7:^ 格式，都可以被_ 線、序列、並列等 I r以被知用而作為指示裝置2〇 受控裝置21間的資料交換方式。 收發裳置23、 與電料^置/3可以經由USB等資料傳輸介面而 裝3〇如I f溝通；另一方面’收發裝置23與指示 " 仏月鼠筆間則可透過不同的無線網路傳輸袼 ί=_2.15.4(叫藍牙或⑽^ ^輸與溝通，當然，實際應㈣㈣料傳輸格式並不會影塑 本發明對於感測資訊的資料處理流程。 s 請參見第四_，其係本發明提出具有位置補償功能之指 =裝置構造不意圖。在考量—般使用者的使用f慣下，第 (雜)中用祕配受控裝置21的料裝置2Q被設計為具有筆 狀外觀’此處的筆狀指示裳置2〇主要包含：筆狀外形的殼體 3!及設置在殼體内的感測單元32’其中感測單元％被用 來因應使用者在操作指示裝置20時，對指示裝置2〇相對於使 用平面之位置變化進行感測而得到位移資訊、傾斜角資簡旋 轉角資訊’根據上述由感測單元32感測得出的各類型與指= 12 201203028 裝置20移動情形相關的感測#訊而進行 此種搭配㈣得受控裝置2丨在對應齡指林置3序，藉由 時所需要的位置補償數據。 位移情形 除了感測單元3 2外，指示裝置2 〇還可以進一 接收單元34的使用，透過電連接的; 早以可以將感測單元32感測到的位移資訊、傾A =

旋轉角資訊等因應指錢置相對於使用平面之位置變 測得到的位置變化資訊與感測量，利祕送接收單元％ ^ 控裝置21進行㈣交換使用。當然，實際計算位移估算= 的過程固然可以利㈣建於指示裝置2()的控制單元3 灯’也可能在考量系統運算量的情況下，直接將該等感測量 送至受控裝置21而由受控裝置21進行。 請參見第五圖，其係本發明提出的位移資訊提供方法之操 作流程®。首先啟動指示裝置的位移f訊調校功能（步驟 S501)，接著利用裝設在指示裝置内部所使用的各類型感測單 元感測而得到不同的動態感測量（步驟S511〜S514 )。 在此操作流程圖中，指示裝置用來感測的方式包含：利用 光學位移感測器或執跡球位移感測器來偵測指示裝置在參考 基準上的移動而取得X、γ的位移感測量（步驟S5U);透過 加速度感測器讀取指示裝置在χ軸、y轴與Z轴上的加速度大 小（步驟S512);以及讀取陀螺儀、地磁感測器所偵測到的指 示裝置旋轉角度（步驟S513、S514)。 在取得位移感測量、加速度、旋轉角度等感測量後，本案 之才呆作流程接著利用模糊理論（FUZZy Theory )、卡爾曼濾波演 算法（Kalman Filter )等方式進行對指示裝置的位移估算程序， 201203028 進而付出握筆姿勢、位移感測量與筆身旋轉角度等位置補償資 訊（步驟S515)後’以先前的指示裝置的狀態為基礎，利用 位置補你數據對指示裝置的動態變化進行補償（步驟S52〇)。 附帶說明的是用來代表指示裝置相對於使时面的動態 變化如.歸姿勢、移動量與筆減轉角度等 ，可以利用光學 位移感測器、轨跡球位移感測器、加速度感測器、陀螺儀或地 磁感測器等感測單元所感測到的感測量，搭配位移估算程序的 使用而推算出來。 # S後進行的步驟収判斷指示裝置的筆頭是雜觸在使 用平面上（步驟521);若是，便根據使驗置補償數據而更 新才曰示裝置20對應顯示在螢幕的游標位置，並更新指示裝置 的位置動態（步驟S522);若否，則根據運算結果而更新位移 育訊提供系統中關於指示裝置的位置動態，但不會據此而同步 更新“示裝置在文控裝置上所對應顯示的游標位置（步驟 對於使賴數個指示裝置搭配受”置的位移資訊提供 系統而吕’上述的資料處理與控制流程亦大致相同，唯一的差 別，，在規劃位移資訊提供系統時需要先對每個指示裝置定義 所=的識別碼，且個別的指示裝置在傳送感測資訊時也必須一 併提供所屬的識別碼；當受控裝置透過信號連 、一 裝置所發送的識別碼與位置_資、° f各“不 墦別触办m〜 後，受控裝置便可以根據 識另i碼與位置_數據而改變各個筆狀指 標的顯示；I㈣對應之‘ 本發明所提出_狀指示裝置透過 信號連結於受控裝置，透過指示裝置内的感測單元:線= 201203028 移感，器、軌跡球位移感測器、加速度感測器、陀螺儀或地磁 感’則器等’细不同功能的感测單^而偵測出指示裝置因為使 用者所進行的軸、婦或_等猶行為導致指示裝置相對 於使用平面之位置變化。在取得位移估算程序所需要的位移資 斜角貝訊與旋轉角資訊後’㈣獅演算法與卡爾曼遽 波演算法等可以即時對感測資訊處理並得出估算結果的^ 式，對指示裝置的移動進行估算。

。。一此外，筆狀指示裝置更可選擇性的提供傳送單元將傳送 單元電連接於感測單元，藉以取得感測單摘感測得到的各種 感測資訊，㈣過信鱗結的方式，將這隸雜移時所需使 用的相關資訊傳送至受控裝置。 >為了更進-步說明本發_實現方式，以τ便對位移資 讯提供方法的流程作進一步的說明： 首先藉由不同的感測器取得相關的感測資訊（步驟S51] :步驟SW)，其中步驟S511用來债測χ、γ位移感測量的 式可以藉由不同類型的位移感應器來實現，舉例來說，除了 可以在筆型殼體靠近_的-端使用光學位移感測器、軌跡球 位移感測器（Track Ball Sensor ’請參見我國第Ι2Μ238號專利、 也可以利用-個套上高硬度透明筆頭的光學位移感二器來 完成，當然其他種類的位移感測器亦可搭配本發明而選用。 片至於步驟S512則是加速度感測器用以感測指示裝置之握 筆姿勢與移動量，對加速度感測器所測得的加速度值進行；步 驟S513代表利用陀螺儀來感測指示襞置之握筆姿態；步^ S514則是以地磁感測器感測指示裝置之筆身方位角广 在利用不同的感測器取得各類型的感測量後，再以這些感 [S] 15 201203028 測量為運算基礎，利用步驟S520進行位置變化的補償估算， 在此以卡爾曼遽波演算法作為位置補償估算的基礎。簡單來 說’卡爾曼濾波演算法是一個對遞迴資料處理進行最佳化的演 算法（optimal recursive data processing algorithm )，卡爾曼淚 波演算法的核心精神為： 利用分析場與感測量所決定出來的最佳解，在預估過程中 若透過感測器產生新的感測量時，便利用預測值與感測量來分 析最佳解，再根據此處的最佳解作為後續預測的基礎。在利用 φ 卡爾曼遽波凟算法一段時間之後，預測的結果將會接近實際的 觀測結果，且誤差也不會增加，進而達到一個平衡的狀態。利 用卡爾曼濾波演算法進行位置估算的結果會較原本由感測器 取得的感測量更接近指示裝置的真實位置，這是因為感測器所 取得的感測量可能存在誤差，而加權後的平均具有一個較佳的 預測不確定性。

凊參見第六圖，其係本發明應用至滑鼠筆進行位移估算程 序之第一較佳實施例的流程示意圖。首先利用重力感測器（G _ sensor)感測而得到滑鼠筆在相對使用平面的位置變化時對應 產生的旋轉角資訊（0、0、ψ )與加速度資訊、ay、 (步驟S601 );利用重力感測器輸出的旋轉角資訊搭配查詢表 格的使用而進行滑鼠筆傾斜角的差值估算（步驟S611);接著 根據重力感測器所測得的加速度進行積分而得到第一組位移 感測量，以及滑鼠感測器在步驟S602感測得到的第二組位移 感測量，將兩組位移感測量搭配模糊理論與卡爾曼濾波演算法 後得出最佳化的位移感測量（步驟S612);之後再利用陀螺儀 感測的姿態角變化量（步驟S603 )、電子羅盤（e-compass )感

[SI 201203028 測的姿態角（步驟S604)為基礎，搭配模糊理論與卡爾曼濾 波演算法的使用而進行姿態角估算並得出最佳姿態角（步驟 5613) ;在透過上述步驟取得位移感測量與姿態角後，便可以 利用旋轉補償的方式計算出指示褒置的位移執跡（步驟 5614) ;最後再利用觸控感測器判斷指示裝置是否接觸使用平 面（步驟S6G5)’ it而決定是否將經過補償計算後的位移執跡 於顯示螢幕上（步驟S615) 4需要顯示則將指示裝置對應的 位移執跡輸出至螢幕上（步驟S616);最後再將計算得出的位 置補償數據儲存，並更新系統所紀錄的指示裝置的位置（步驟 步驟S611首先利用重力感測器輸出的加速度值計算數位 滑鼠筆的傾斜肖’首先職制者鮮的鱗肖朗為—。 根據指示裝置的體座標h 表示指示裝置筆身的座標， [y:/代表使用平面上的平面座標，在取得重力感測器感 測=的傾斜角資訊後，配合指示裝置筆身的體座標而取得對 應在使用平社的座標位置。_轉換⑽將代表指示上

刚糊恤咐鱗（導航座 'Χη~ cos<9 sin 0 sin 沴 sin Θ cos〆 V yn 0 cos 彡 -sin 卢 Λ ,z„. _-sin0 cos0sin沴 cos0cos卢 籍進行位移估算程序，將重力感測器輪出的加速 積^次得出指轉置的第—組觀測位移 ， ^由^鼠感測器得到指示裝置的第二_測 透過模糊理論搭配相曼歧演算法，搭Γ重力感 測滑鼠感測器所取得的兩組觀測位移感測量後，便可以求㈧ 201203028 得最佳化的估計位移感测量Δ/>;，ΔΡ;。 -步驟S613利職_算法搭配卡爾曼濾波演算法對而對 指不裝置的錢角進行估算，在分職雜職（咖se_) 與電子羅盤賴得的朗姿態角變化量5後，再結合模糊理論 與卡气曼濾波凟算法而求得最佳化的估計姿態。 ΔΡ；, AP： 'Δ, cos® -sin© ~Αι P~ X Δ. py_ sin0 cos© Ai P* y ^ ^由步驟S612與步驟S613所求得的估計位移感測量 ίΪΪί:ίΐ:後，便可以利用這些資訊而進-步計算 ’三者的義式可被表示為：

在取得指示裝置的軌跡變化量後’再根據觸控感測器的判 斷而決定衫將_變化顯示在躲上，縣感測器判斷 指示裝置的筆頭與制平面互相碰觸時，代表㈣者正在進行 書寫的動作，而這個時候的位移需要對應改變到發幕 移動，若沒有接觸到使用平面，則運算的結果」== 部所儲存的指示裝置更新狀態’並不需要將運算結果顯示出 來。 請參見第七圖，其係本發明應用至滑鼠筆進行位移估算程 序之第二較佳實施例的流程示意圖。首先以滑鼠感測器所感測 得到的加速度(步驟S701)及地磁感測器所感測的地磁參數(步 驟S702)作為輸入參數，對四元素進行遞迴運算而得出最佳化 的四7〇素（步驟S703);接著搭配陀螺儀取得的感測量（步驟 S704)與最佳化的四元素進行卡曼演算法（步驟S7〇5);以及 利用四元素的方向餘弦矩陣（D— CQsine MaMx，簡稱為 DCM)將移動基準的體座標轉換為代表參考基準上的加速度 值（步驟S706)後’扣除重力場的影響而得出代表使用平面 201203028 的參考，準上的加速度值，接著對參考基準上的加速度值進行 積刀而得出指示裝置在使时面上的移動速度與位移變化量 (步驟 S707)。 本發明的第二較佳實施例同樣是利用感測元件所測得的 感測量搭配卡爾曼渡波演算法進行位置補償估算而得出，兩者 的差別為，第二較佳實施例是利用四元素（Quatemi〇n)來描 述一度1間的力疋轉’與尤拉旋轉（EulerRotation)相較，使用 四元素表示法可以避免尤拉角（Eulerangle)可能造成的姿態 φ 角變化量奇異點（singularity )的問題。 根據 >王巴問題（Wahba’s problem )可知，三度空間的姿態 角可透過兩組以上的已知向量進行整合而得，或者利用個別座 標系統的感測量進行計算而得。其中，向量的特質必須符合非 零的長度與共線性。在此較佳實施例中，對姿態角的演算法整 合了所有的空間向量，並利用兩組向量（加速度向量A、磁場 向量M)形成的基底座標系統來表達指示裝置的姿態變化。 步驟S703考慮加速度向量a與磁場向量μ，令上標6表 • 示體座標系統（動態基準），下標《表示導航座標系統（參考基 準）’因此體座標系統中的加速度向量可以利用四元素的方向 餘弦矩陣而被表示為： ab =Ct(q)an。 上述關係式代表如何利用方向餘弦矩陣(Direction Cosine Matrix’簡稱為DCM)將導航座標系統的加速度資訊轉換為體 座標系統的加速度資訊，因此將上述關係式進行反向運算便可 以由體座標系統的加速度值得到導航座標系統的加速度值。透 過步驟S703進行四元素疊代法(qUaterni〇n iteration)後，將步 201203028 驟S703輸出的最佳化的四元素(quaterni〇n)，作為步驟s7〇5 的卡爾曼濾波演算法的感測量之一。 由於步驟S705所使用的卡爾曼濾波演算法使用的方程式 呈現線性化的關係，且需使用的計算量少，因此可以即時對方 位角的變化進行估測。 透過使用四元素的方向餘弦矩陣，步驟S7〇6將體座標系 統的加速度轉換至平面座標系統的加速度，並扣除重力尸& 響〆CG，其中G = [〇,〇，_g]，藉此取得平面“ • 上的加速度後，只要再將加速度經過積分後，便可以轉換得出 指示裝置在使用平面上的導航座標系統之位移速度與 變化量。 。罝的 請參見第八圖(a)，其係動態基準上的體座標相對於參考基 準上的導航座標之示意圖。位於圖中左下方以n為座標中心的 標組代表的使用平面上的參考基準，即實^指=穿 置碰觸的使用平面上的導航座標’·而圖t右上方以b =的xb-yb-Zb座標組則代表指示裝置在空間上移動時的㈣基 示裝置提供之動態基準會根據使二 對才曰不裝置的移動、旋轉或翻轉所造成之位置變化 組(體座標)相對於使用平面之: …請參見第人圖(b)，其係本發明利用筆狀指示 測二70而取得之感測資訊相對於應用參考基準與操作美二 座標對應義之^意圖。延續第八陶的棹示 土 ’ 標組代表使时面上轉考基準，而座 標不的xb_yb_Zb鋪㈣為_基準。 、、點所

2〇 l—SJ 201203028 由於動態基準會根據使用者對指示裝置的操作而變 化，因此使用了感測器來偵測位移與旋轉角度的變化量，第八 圖(b)簡要以方塊表示出於指示裝置20中，係使用微控器35 與感測器的圖示，其中的感測器包含：陀螺儀321、重力感測 器323、地磁感測器324均分別感測得出對應的相對座標資 訊，之後再將這些感測器取得的感測量加以合併使用，當然， 實際使用的感測器並不限定使用上述幾種，且各個感測器的相 對位置亦可以任意改變。 • 透過筆狀指示裝置20上的感測單元32使用的感測器不 同，可以得到各類型感測器的感測量，例如：利用陀螺儀321 所取得的在Gx-Gz座標上的感測量、利用重力感測器323感測 而得的Ax-Ay-AZ座標上的感測量、利用地磁感測器324感測 得出的ΜΧ-ΜΓΜΖ座標上的感測量，利用微控器35將上述的 各，感測量加以匯總，並視位移資訊提供系統的規劃而利用微 ，器35進行位移估算程序的運算或將感測資訊傳送至電腦等 叉控裝置21後才進行位移估算程序的運算。再者，上述的各 鲁類型感測器與微㈣的使用也可能隨著技術的演進而被整人 =-個實體元件上，但利用不同感測量搭配位移 ： 仵出位置補償數據的構想仍與本發明無異。 基礎根H述的核"構想流程與視位师訊提供系統的架構 補償資訊兩個較佳實施例說明如何利用感測器所取得的 習用技㈣Z移估算程序，足以證明本發明的作法可以改盖 系統中同時使用多個指示裝置的情形下’也可以對於 不裝置提供動態位移偵測與對應顯示的功能。士各個指

[SJ 21 201203028 需注意的是，儘管上述的說明均以具有筆狀外型的指示裝 置為例，但本發_如構想係以感測單元對料裝置的難 移動進行劇*得_·师訊，域由位移轉程序來= 估指不裝置的軸情形，因此指示裝置的殼料觀財塑 本發明的控制流程。 〜曰 综上所述，本發明利用感測器搭配以卡爾曼據波演算 核心的位移估算程序，讓指示裝置的位移得以被動態估算取 得’並對應更新系統内的位移估算結果而顯示，進而改善習用 技術的滑鼠筆必須透過使用者個人去配合滑鼠筆的方：之缺 失’而能即時的將指示裝置的動態更新於螢幕上的執跡。雖缺 本發明已揭露如上述較佳實施例，然其並非用以限定本發明…、 本發明得由熟習此技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然 脫如附權利要求書所欲保護者。 【圖式簡單說明】 本案得藉由下關式及朗，俾得更深人之了解： 第-圖(a)，其係習用的滑氣筆筆身俯視圖與對應顯示於參 準的位移執跡示意圖。 土 第-圖⑻’其係習用的滑鼠筆筆身俯視圖與習 移動時在使用平面上的實際位移與對應顯示在參考基= 移執跡。 ^圖，其縣發明提㈣位移資崎財法的如步驟流程 第-圖(a)其係本發明提出之指示裝置筆身俯視圖與對應顯示

[SJ 22 201203028 於參考基準的方向示意圖。 第三圖⑼，其係本發明提出之指示裝置筆身俯視㈣本發明 所提出=示裝置被移動時在使用平面上的實 顯示在參考基準之㈣彻^ 第四圖⑷，其係本發明之位移資訊提供系統搭 進行書寫之示意圖。 平知不裝置 第四圖(b) ’其係本發明之位移f簡供系祕 置進行書寫之示意圖。 夕個才曰不裝 第:圖⑻，其係本發明提出具有位置補償功能之指示裝置構造 示意圖。 第五圖’其縣發明提出的位移資訊提供方法之細流程圖。 第/、圖，其係本發明應用至滑鼠筆進行位移估算程 ^ 佳實施例的流程示意圖。 之 父 第七圖，其係本發明應用至滑鼠筆進行位移估算程序之 佳實施例的流程示意圖。 乂 第八圖⑻，其係動態基準上的體座標相對於參考基準上的導航 座標之示意圖。 * 第八圖⑻，錢本發明湘筆狀指錢置上之感測單元而取 得之感測資訊㈣於應財考基準與操作基準之座桿對 係之示意圖。 T 〜 【主要元件符號說明】 本案圖式中所包含之各元件列示如下： 10滑鼠筆 33控制單元 i s】 23 201203028 S21-S25 ' S501-S523 ' S601- “S617、S701 〜S707 步驟 20、201〜20n指示裝置 34傳送接收單元 23收發裝置 321陀螺儀 21受控裝置 35微控器 211螢幕 323重力感測器 31殼體 32感測單元 324地磁感測器

SJ 24

Claims (1)

1. 201203028 七、申請專利範圍·· 1· -種位移資訊提供方法，應用於至少 一雙^間’該位移資訊提供方法包含以下步曰驟 得到示裝置相對於—使料面之位置變化而感測 ^移身机、—傾斜角資訊與—旋轉角資訊； “妓置根據該等資麵進行—位移估算程序，並 取侍一位置補償數據；以及

   因應該指示裝置接觸該使用平面而根據該位 據來改變該指示裝置所對應之顯示方式。 補1貝數 ^如申請專利範圍第1項所述之位移資訊提供方法，豆中 該才:示裝置相對於該使用平面之位置變化係指-使用i對 該指示裝置所進行之移動、旋轉或翻轉所造成之位置變化。 3.如申請專利範圍第丨項所述之位移資訊提供方法豆 更包含以下步驟·· 〃 該受控裝置提供一參考基準； 該指示裝置提供一動態基準；以及 將該動態基準配合該位置補償數據而改變該指示裝置 所對應之指標在該參考基準上的顯示方式。 4·如申請專利範圍第3項所述之位移資訊提供方法，其中 該指示裝置提供之該動態基準係根據該指示裝置相對於該 使用平面之位置變化而改變。 、μ 5.如申請專利範圍第1項所述之位移資訊提供方法，其中 更包含以下步驟： 八 定義一識別碼予該指斧裝置； 該受控裝置透過與該指开裝置間的信號連結而取得該 識別碼；以及 tsi 25 201203028 根據該識別碼與該位置補償數據而改變該筆狀指示裝 置所對應之指標的顯示方式。 6. 如申請專利範圍第1項所述之位移資訊提供方法，其中 该位移資祝、該傾斜角資訊以及該旋轉角資訊係可透過一 光子位移感測器、一執跡球位移感測器、一加速度感測器、 一陀螺儀、一電子羅盤或一地磁感測器等感測單元提供。 7. —種筆狀指示裝置，信號連結於一受控裝置，該指示 置包含： 一殼體；以及

   一感測單元，設置於該殼體内，其係因應該指示裝置 相對於一使用平面之位置變化而感測得到一位移資訊一 傾斜角資訊與一旋轉角資訊，在該受控裝置根據該等資訊 而，行一位移估算程序，並取得一位置補償數據後，因應 該指不裝置接觸該使用平面而根據該位置補償數據來改變 該指示裝置所對應之顯示方式。 8」如申請專利範圍第7項所述之筆狀指示裝置，其中該指

   不，置相對於該使用平面之位置變化係指一使用者對該筆 狀才曰不裝置所進行之移動、旋轉或翻轉所造成之位置變化。 9.如申請專利範圍第8項所述之筆狀指示裝置，其中該受 ^裝置係提供—參考基準，而該指示裝㈣提供—動態基 1 ，在該指示裝置相對於該使用平面之位置變化時，該動 準便配合該位置補償數據而改變該指示|置所對應之 才曰軚在該參考基準上的顯示方式。 :如申壯請專利範圍第7項所述之筆狀指示裝置，其中該筆 狀♦曰不裴置更包含： 傳送單7L，電連接於該感測單元並信號連結於該受 rsi 26 201203028 控裝置，其係將該位移資訊、該傾斜角資訊與該旋轉角資 訊傳送至該受控裝置。 11二如申請專利範圍第10項所述之筆狀指示裝置，其中該 指示裝置係對應於一識別碼，且該識別碼透過該傳送單^ 傳送至该受控裝置後，該受控裝置根據該識別碼與該位置 補償數據而改變該指示裝置所對應之指標的顯示方式。 12·。。如申請專利範圍第7項所述之筆狀指示裝置，其中該感 測單元係可為一光學位移感測器、一軌跡球位移感測器、 一加速度感測器、一陀螺儀或一地磁感測器。 13. 一種位移資訊提供系統，其包含： 至少一指示裝置，其包含： 一殼體；以及 一感測單元’設置於該殼體内，其係因應該指示 ，置相對於一使用平面之位置變化而感測得到一位移資 =、一傾斜角資訊與一旋轉角資訊，根據該等資訊而進行 位移估异程序，並取得一位置補償數據；以及 一 ％控裝置，信號連結於該指示裝置，其係因應該指 • 二裝置接觸該使用平面而根據該位置補償數據來改變該指 不裝置所對應之顯示方式。 如申請專利範圍第13項所述之位移資訊提供系統，其 中f感測單元係可為一光學位移感測器、一軌跡球位移感 測器、一加速度感測器、一陀螺儀或一地磁感測器。 八、圖式： t Si 27