CN101702103A - 光学式轨迹捕捉输入装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种光学式轨迹捕捉输入装置，主要是利用光学感应设备与软件运算技术透过捕捉手指或者其他物件所产生的移动、碰触等简单动作的距离和深度等资料，判断操作者移动滑鼠、敲击、点击、双击、手写等动作，进而实现用户对手机、各种微型手持电脑设备、个人电脑、图形工作站、电视机等电子设备进行灵活多样的输入操作。

Description

光学式轨迹捕捉输入装置

技术领域

本发明是关于一种光学式轨迹捕捉输入装置，尤指一种光学与图像处理技术以模拟操作者对广义电脑设备输入动作的方法。

背景技术

目前市面上现有的光学滑鼠是1981年发明并提出专利申请专利。而光学滑鼠运用在不需要移动且具有操作平面的狭义电脑设备(如个人电脑)上获得了极为广泛的应用，并且创造了数以亿计的销量。然而，光学滑鼠在使用上仍然需要固定的操作平面，但对于广义的电脑设备或具有电脑的家电设备而言，其可能必须具备可以移动且并无操作平面可供使用的特性，则必须在一操作平面使用的光学滑鼠自无法满足广义电脑设备执行输入动作的要求。无法适用于越来越广泛应用的移动广义电脑设备以及带有电脑的家用电器。

而在电脑科技和运算技术与日俱进的状况下，有所谓的手势控制及虚拟键盘等发明问世，所称的手势控制或可解决光学滑鼠需要在操作平面上使用的问题。但该等发明均需要复杂的神经网路演算法等，而须耗费庞大的运算资源，其生产成本极高，不易获得市场的普遍性接纳。

至于虚拟键盘则是一种输入、纠错、确认输入的断裂输入过程，从使用体验来说，其输入效率相对低落；同时虚拟键盘是采用可见的雷射光标示输入内容，将对操作者的视力造成伤害。

发明内容

因此，本发明主要目的在提供一种操作灵活且成本低的光学式输入装置，其采用低阶(低解析度)的光学感应设备配合简单的运算技术，以捕捉操作者利用手指或其他物体产生的轨迹，透过判读轨迹以转换成移动、敲击、点击、双击、手写等动作；借此，不仅不需要在一固定的操作平面上使用，且因光学感应设备是采用可以直视的弱可见光或红外光，故不虞伤害操作者视力，另因生产成本相对低廉，容易获得市场的普遍性肯定。

为达成前述目的采取的主要技术手段是令前述输入装置包括有：

一光学感应模块，具有一光源和一光学感应器，其中该光源为一可直视的弱可见光或红外光，在其投射范围内形成一轨迹感应区，供操作者透过手指或利用其他物体在轨迹感应区内产生移动的轨迹，该光学感应器是相对于光源所产生的轨迹感应区，当操作者利用手指或其他物体在轨迹感应区内挥动而产生轨迹时，将对光学感应器接收的光产生影响，进而输出一对应的感应讯号；

一传输协定模块，是用以传送光学感应模块送出的感应讯号，其可为有线或无线、串列或并列的传输介面；

一处理单元，内建一软件系统，是用以运算光学感应模块透过传输协定模块送出的感应讯号，其由感应讯号中判断轨迹的运动方向和速度，进而产生一对应于特定输入动作的操作指令；

利用前述技术，光学感应模块的光源并不需要投射在一平面上，其可以相对于操作者向上或向外投射，利用光源所产生轨迹感应区和光学感应器间的角度，当操作者在轨迹感应区内挥动手指或其他物体以产生轨迹时，将对光学感应器产生折射或遮蔽作用，当光学感应器将感应讯号传送给软件系统处理时，可据以判读出移动滑鼠、敲击、点击、双击、手写等动作，进而实现操作者对手机、各种微型手持电脑设备、个人电脑、图形工作站、电视机等电子设备进行灵活多样的输入操作。

又利用本发明的前述技术具有下列优点：

1.消耗功率小，节能环保，同时不会加重设备本身的能耗负担。

2.使用红外光作为光源，相当于普通热度的物体发出的红外线，因此不会对操作者视力造成任何伤害。

3.输入方式简单易行，与普通滑鼠的输入操作方式极为相似，利于操作者迅速掌握。

4.透过操作者在空中挥动产生轨迹来实现输入动作，不需要依赖于任何实体的操作平面。

5.能够提供包括双击、点击、拖曳、绘画、书写多种输入可能，并且能够提供多级压感。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的结构示意图；

图2为本发明第一较佳实施例的系统架构示意图；以及

图3为本发明第二较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

关于本发明的第一较佳实施例请参阅图1所示，其包括一载体10，该载体10可以是输入装置的机壳，也可以是广义电脑设备的外壳，又载体10上设有一显示器11，该显示器11可以是广义电脑设备本身的显示器，再者，该载体10在一侧延伸出一支撑臂12，在支撑臂12的末端部上设有一光学感应模块20，在本实施例中，该光学感应模块20包括有：

一个以上的散射光源21，是采用一种可以直视的弱可见光或者不可见且对视力无损的红外光源散射发射，当使用多个光源时，各光源是采取错时发射，并且带有一定编码以避免相互干扰；在实施例中，是采用一个散射光源，共由该散射光源向上投射以构成一锥形的轨迹感应区210，供操作者以手指或其他物体在该轨迹感应区210内挥动以产生轨迹；

一光学感应器，本实施例为一光电感应器22，是相对于前述散射光源21的轨迹感应区210设置，当操作者以手指或其他物体在该轨迹感应区210内挥动时，散射光源21的部分光源将透过手指或其他物体折射到光电感应器22的感应面上，供光电感应器22产生一对应的感应讯号；又光电感应器22可以是包括CCD或CMOS。

于本实施例中，为使光电感应器22更有效地接收由前述轨迹感应区210折射的光线，该光电感应器22在其感应面上进一步设有一透镜(图中未示)，该透镜是能够将轨迹感应区210内不同角度的折射光线定向投射到光电感应器22上。由于利用了透镜将多个角度的影像投射入光电感应器22，从而使极小解析度的光学感应器(光学感应器的尺寸决定其成本)即足够运转，故可大幅降低产品价格。

又前述载体10除在支撑臂12上设光学感应模块20以捕捉使用者挥动手指或其他物体产生的轨迹外，该载体10另设有一组电路开关13，14，是用以提供闭合和断开两种电路状态的实体开关，供执行左击、右击、滚轮等输入动作。

又请参阅图2所示，该光学感应模块20在送出感应讯号后是透过一传输协定模块30传送到一内建软件系统的处理单元40；其中：

该传输协定模块30是作为一与广义电脑设备进行图象资料通信的介面，其可以是有线(如USB)或无线传输介面(如蓝牙)，串列(如USB)或并列传输介面。

该处理单元40是用以处理来自光电感应器22送出的感应讯号，根据感应讯号判读操作者挥动手指或其他物体的运动轨迹，而产生一对应于特定输入动作的输入指令，再经由电脑介面传送到其他软件或作业系统；又上述处理单元40内建软件系统的处理工作是如以下所述：

1.将光电感应器22送入的感应讯号解读成为某个电脑及带有计算晶片和功能的电脑设备(以下统称为广义电脑设备)可辨识的输入指令。

2.将前述输入指令传送到广义电脑设备的作业系统，而使输入装置与广义电脑设备形成一统一的虚拟设备。

3.根据光电感应器22感应讯号解读的输入动作可包括：手写、绘画、点击、双击、右击等；

4.当有多个运动方向为光电感应器22捕捉时，将最早捕捉到的方向作为输入的方向。

5.提供操作者连续执行输入动作的功能，利用运动-＞输入-＞反馈-＞修正-＞继续输入的过程，当输入发生错误时，操作者可透过显示器11画面的反馈，修正其下一步动作，只要下一步的输入中修正该错误，而不需要修正前一步的错误，故前述过程是连贯而不间断的。

6.将关闭大多数该发明中的电子部件，仅在至少一个电路开关或者光学感应模块被触发后，才打开必要的电子部件，以实现有效的节能。

又请参阅图3所示，是本发明第二较佳实施例，与第一较佳实施例相同的是包括一载体10，该载体10上设有显示器11、电路开关13，14及光学感应模块50，不同处是：该光学感应模块50是由一平面光源51及一光学感应器所组成；其中：

该平面光源51是将光散射后折射成为平面发射而成的，该光源将含有编码资讯并采错时发射，避免使用多个面光源时，造成彼此间的干扰；

该光学感应器是由光电开关52所构成，该光电开关52是通过感应光源在特定距离内无反射或有反射以产生感应讯号。

Claims (10)

1.一种光学式轨迹捕捉输入装置，其特征在于包括有：

一光学感应模块，具有一光源和一光学感应器，其中该光源在其投射范围内形成一轨迹感应区；

一传输协定模块，与光学感应器连接，并用以传送光学感应模块送出的感应讯号；

一处理单元，内建一软件系统，是用以运算光学感应模块透过传输协定模块送出的感应讯号，其由感应讯号中判断轨迹的运动方向和速度，进而产生一对应于特定输入动作的操作指令。

2.如权利要求1所述的光学式轨迹捕捉输入装置，其特征在于，该光源是一个以上的散射光源，是采用可以直视的弱可见光或者不可见且对视力无损的红外光源散射发射。

3.如权利要求2所述的光学式轨迹捕捉输入装置，其特征在于，该光学感应器是一光电感应器，其相对于前述散射光源的轨迹感应区设置，以接收由轨迹感应区内折射的光线。

4.如权利要求3所述的光学式轨迹捕捉输入装置，其特征在于，该光电感应器在其感应面上进一步设有一透镜，以便将轨迹感应区内不同角度的折射光线定向投射到光学感应器的感应面上。

5.如权利要求4所述的光学式轨迹捕捉输入装置，其特征在于，该光电感应器可以是CCD或CMOS。

6.如权利要求1所述的光学式轨迹捕捉输入装置，其特征在于，该光学感应模块的光源是一平面光源，又光学感应器为一光电开关。

7.如权利要求1至5任一项所述的光学式轨迹捕捉输入装置，其特征在于，进一步包括一载体，该载体上分设有一显示器及电路开关，该载体一侧延伸形成有一支撑臂，该支撑臂上设有该光学感应模组。

8.如权利要求6所述的光学式轨迹捕捉输入装置，其特征在于，进一步包括一载体，该载体上分设有一显示器及电路开关，该载体一侧设有该光学感应模组。

9.如权利要求7所述的光学式轨迹捕捉输入装置，其特征在于，该传输协定模块为有线或无线、串列或并列的传输介面。

10.如权利要求8所述的光学式轨迹捕捉输入装置，其特征在于，该传输协定模块为有线或无线、串列或并列的传输介面。

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