CN100407115C - 具有遮光元件的光学指向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有遮光元件的光学指向装置，借由测定一参考面的相对平移以指示位置，光学指向装置包含一光学单元及一处理光讯号的处理单元。光学单元包括一在参考面上形成一亮点的发光元件、一感光元件，及一遮光元件。遮光元件提供一透光孔，并与感光元件相互配合界定一感测范围，致使光学指向装置渐趋远离参考面时，亮点与感测范围相互远离。借此简单的机械结构，本发明可排除现有雷射光学鼠标使用上的不便，或是取代现有比较不经济的解决方案。

Description

具有遮光元件的光学指向装置

技术领域

本发明是有关于一种指向装置，特别是涉及一种具有遮光元件的光学指向装置。

背景技术

如图1所示，当一雷射光束2照射一参考面1时，由于雷射光束2为同调光，因此散射光在雷射光束2所形成的亮点21前方相遇并产生干涉，使部份散射光亮度加强，部份散射光亮度减弱，在各方向上形成大小、形状，及亮度均不同的立体斑点，此等立体斑点称为散斑(speckles)。这种随机分布的散斑结构称为一散斑场(specklepattern)。散斑场的斑点分布与参考面1的起伏及粗糙度有关，因此随着雷射光束2照射于参考面1的不同位置，散斑场的斑点分布也会不同。

相较于目前以发光二极管等非同调光光源照射参考面1所产生的影像，散斑场可提供较为清晰锐利，且亮度较高的影像，使雷射光束2对参考面1粗糙度的可鉴别率，在理论上可达到目前发光二极管的二十倍。也就是借由同调光，可使目前诸如光学鼠标等应用表面影像鉴别技术的装置，适用于极为光滑的表面上。

参阅图2与图3，现有雷射光学鼠标3借由测定一参考面1的相对平移以控制一操作系统(图未示)的指针。雷射光学鼠标3包含一壳体31、一光学单元32，及一处理单元33。

壳体31具有一邻接参考面1的底面311，并于底面311形成一开口312。

光学单元32包括一发同调光的发光元件321及一感光元件322。发光元件321经由底面311照射参考面1，并于参考面1形成一亮点323，感光元件322用于感测亮点323的反射光。亮点323的反射光也就是一散斑场。

处理单元33借由分析感光元件322所感测的反射光变化，以测定参考面1的相对平移，并传送出一控制操作系统(图未示)指针的电讯号。

因为亮点323反射光是由同调光干涉所形成，所以即使在行进一段相当的距离后，亮点323反射光的亮度并不会像非同调的反射光一般快速衰减，这也是为何雷射演示文稿笔打在屏幕上的亮点，可让位于远处的观测者观测到。因此，不论底面311与参考面1的相对距离为何，在感光元件322可感测到亮点323产生的散斑场的形况下，感光元件322皆会因感测到散斑场的变化而随相对距离移动指针。换句话说，也就是现有雷射光学鼠标3无法限制感光元件322的感测范围，造成使用者使用雷射光学鼠标3的困扰；或是需额外加设一侦测底面311与参考面1相对距离的侦测装置，增加雷射光学鼠标3的复杂度及制造成本。

发明内容

因此，本发明的一目的，在于提供一种具有遮光元件的光学指向装置。

于是，本发明具有遮光元件的光学指向装置借由测定一参考面的相对平移以指示位置，该光学指向装置包含一壳体、一光学单元，及一处理单元。

该壳体具有一邻近该参考面的基面，基面形成一连通壳体内外表面的开口。

该光学单元设于该壳体内部，并包括一经由该基面开口照射且形成一亮点于该参考面的发光元件、一用于感测该亮点反射光的感光元件，及一介于该感光元件与该参考面之间的遮光元件，该感光元件及该遮光元件二者并相互配合，在该参考面上界定一感测范围，使该基面远离该参考面至一位置时，该亮点脱离该感测范围。

该处理单元借由分析该感光元件所感测的反射光变化，以测定该参考面的相对平移。

本发明具有遮光元件的光学指向装置利用遮光元件，以达到限制光学单元的可工作高度的目的功效。相较于现有无法限制或加设一侦测装置的方式，本发明只利用简单的机械结构可排除现有雷射光学鼠标使用上的不便，或是取代现有比较不经济的解决方案，因此确实可达到本发明的功效。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是一雷射光束射向一平面的侧视剖切图，说明散斑场的形成原理；

图2是一现有光学鼠标的侧视剖切图；

图3是类似图2的侧视剖切图，说明该现有光学鼠标在不同高度下仍可运作；

图4是本发明具有遮光元件的光学指向装置的第一较佳实施例的侧视剖切图；

图5是类似图4的侧视剖切图，说明该第一较佳实施例位于一第一位置；

图6是类似图4的侧视剖切图，说明该第一较佳实施例位于一高于该第一位置的第二位置；

图7是类似图4的侧视剖切图，说明该第一较佳实施例的一应用例；

图8是本发明具有遮光元件的光学指向装置的第二较佳实施例的侧视剖切图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的二个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图4，本发明具有遮光元件的光学指向装置4的第一较佳实施例借由测定一参考面5的相对平移以指示位置，例如控制一操作系统(图未示)的指针。参考面5可为一鼠标垫所提供的平面，或其它可供使用的平面。然而实际应用上，参考面5也可为一轨迹球的外表面。光学指向装置4包含一壳体6、一光学单元7，及一处理单元8。

壳体6具有一邻近参考面5的基面61，并于基面61形成一连通壳体6内外的开口611。

光学单元7设于壳体6内，并包括分别沿平行参考面5方向间隔配置的一发光元件71及一感光元件72，及一介于感光元件72与参考面5之间的遮光元件73。发光元件71在本实施例中为一发同调光的半导体雷射，并经由开口611，以一入射角θ(101)斜向照射参考面5。且发光元件71在参考面5上形成一介于发光元件71及感光元件72之间，且与感光元件72间隔一平移距离s(201)的亮点711。感光元件72用于感测亮点711反射光。由于发光元件71是以同调光斜向照射参考面5，所以感光元件72感测的反射光为一可提供高于雷射光学鼠标3(见图2)二十倍可鉴别率的散斑场。且在参考面5及基面61相邻时，形成于亮点711的散斑场在主要反射方向上的部份可经由遮光元件73被感光元件72接收。

遮光元件73包括一罩设于感光元件72外围且不透光的遮光体731，及一实质上沿垂直参考面5方向延伸并贯穿遮光体731的透光孔732。透光孔732并位于感光元件72下方偏右处，且感光元件72的几何中心与透光孔732远离发光元件71的一侧缘733相对应，以使透光孔732的几何中心与感光元件72的联机741不平行于发光元件71的出射光路712。

借此，感光元件72及透光孔732二者相互配合，在参考面5上界定一介于发光元件71及感光元件72之间的感测范围74，且感测范围74的大小取决于透光孔732的孔径大小，当透光孔732的孔径愈大，感测范围74愈大，相反地，当透光孔732的孔径愈小，感测范围74则愈小。

处理单元8借由比较一序列由感光元件72所感测的散斑场图纹，分析亮点711反射光的变化，以测定参考面5的相对平移，并传送出一控制操作系统(图未示)指针的电讯号。当亮点711位于参考面5上不同位置时，形成的散斑场也具有不同的分布，经由同一序列中相邻二散斑场影像的相关性计算，可推得参考面5相对平移的方向及距离。诚如熟悉项技艺所知，现有多种方式进行相关性计算，因此不再详细赘述

参阅图5，由于感光元件72及参考面5的连线与透光孔732实质上相切，且感测范围74的几何中心介于发光元件71及感光元件72之间，所以当基面61远离参考面5时，感测范围74虽然渐趋扩张，但是感测范围74邻近感光元件72一端的相对位置，不随参考面5及基面61之间的相对距离的变化而改变。且由于发光元件71是以入射角θ(101)(见图4)斜向照射参考面5，因此，亮点711随参考面5及基面61之间的相对距离L(202)的增加而朝感光元件72方向移动。

在基面61渐趋远离参考面5至一第一位置612时，亮点711移至感测范围74最接近感光元件72的一端。此时，形成于亮点711的散斑场只有在概略垂直参考面5方向上的部份可被感光元件72接收，且相对距离L(202)与tanθ(101)的乘积等于平移距离s(201)(见图4)。

参阅图6，同样地，在基面61持续远离参考面5至一高于第一位置612的第二位置613时，亮点711持续朝同方向移动，并自感测范围74最接近感光元件72一端远离感测范围74。此时，形成于亮点711的散斑场在亮点711与感光元件72的垂直连线方向上的部份被遮光体731阻隔，致使感光元件72无法再接收亮点711的反射光。

上述的机构设计只为本较佳实施例而已，诚如熟悉此项技艺者所能理解，在实施上也可利用不同的机构设计，在基面61渐趋远离参考面5时，使亮点711相对位置不变，而感测范围74改变并远离亮点711位置，以达到相同的功效目的。

参阅图7，此外需补充说明的是，当一折射系数为n的可透光平板9介于基面61及参考面5之间时，例如应用第一实施例于设有玻璃板的桌面上，其工作方式仍与前述类似。不同处在于亮点711的实际位置与前述不同，产生的位置差异为可透光平板9的厚度L’(203)与tanθ′(102)的乘积，且θ′(102)满足折射定律：nsinθ＝n′sinθ′。一般而言，n约等于1，为空气的折射系数，且n’大于n，所以L’(203)会大于如图5所示的L(202)，使本发明可工作于较厚的可透光平板9，例如玻璃工作板等。在本应用说明中，产生的位置差异恰等于平移距离s(201)(见图4)。

参阅图8，本发明具有遮光元件的光学指向装置的第二较佳实施例与第一较佳实施例类似，惟不同处在于，光学指向装置4’的遮光元件73’还包括一设于开口611且呈薄片状的遮光体731’，及一实质上沿垂直参考面5方向延伸并贯穿遮光体731的透光孔732’。遮光体731’可与壳体6一体成型，也可独立制造后，再以胶合或螺锁等现有的技术结合至壳体6。此外，相较于第一较佳实施例，透光孔732’需有较第一实施例的透光孔732(见图4)大的孔径才能达到等同于第一实施例的功效。

综上所述，本发明具有遮光元件的光学指向装置4、4’利用遮光元件73、73’，以达到限制光学单元7的可工作高度的目的功效。相较于现有无法限制或加设一侦测装置的方式，本发明只利用简单的机械结构可排除现有雷射光学鼠标使用上的不便，或是取代现有比较不经济的解决方案，因此确实可达到本发明的功效。

Claims (5)

1.一种具有遮光元件的光学指向装置，借由测定与一参考面的相对平移以指示位置，其特征在于：该光学指向装置包含：

一壳体，具有一邻近该参考面的基面，基面形成一连通壳体内外表面的开口；

一光学单元，设于该壳体内部，并包括一经由该基面开口照射且形成一亮点于该参考面的半导体雷射、一用于感测该亮点反射光的感光元件，及一介于该感光元件与该参考面之间的遮光元件，该感光元件及该遮光元件二者并相互配合，在该参考面上界定一感测范围，使该基面远离该参考面至一位置时，该亮点脱离该感测范围；及

一处理单元，借由分析该感光元件所感测的反射光变化，以测定该基面与该参考面的相对平移。

2.如权利要求1所述的具有遮光元件的光学指向装置，其特征在于：

该遮光元件包括一罩设在感光元件外围且不透光的遮光体，及一沿垂直该参考面方向延伸并贯穿该遮光体的透光孔，且该感光元件的几何中心与该透光孔远离半导体雷射的一侧缘相对应。

3.如权利要求1所述的具有遮光元件的光学指向装置，其特征在于：

该基面形成一连通该壳体内外表面的开口，且该遮光元件包括一设于该开口且不透光的遮光体，及一沿垂直该参考面方向延伸并贯穿该遮光体的透光孔，且该感光元件的几何中心与该透光孔远离半导体雷射的一侧缘相对应。

4.如权利要求3所述的具有遮光元件的光学指向装置，其特征在于：

该遮光体与该壳体一体成型。

5.一种具有遮光元件的光学指向装置，用于一设有一玻璃工作板的参考面上，并借由测定与该玻璃工作板的相对平移以指示位置，其特征在于：该光学指向装置包含：

一壳体，与该参考面分别位于该玻璃工作板的二相反侧，并具有一邻近该玻璃工作板的基面，基面形成一连通壳体内外表面的开口；

一光学单元，设于该壳体内部，并包括一经由该基面开口及该玻璃工作板照射且形成一亮点于该参考面的半导体雷射、一用于感测该亮点反射光的感光元件，及一介于该感光元件与该玻璃工作板之间的遮光元件，该感光元件及该遮光元件二者并相互配合，在该参考面上界定一感测范围，使该基面远离该玻璃工作板至一位置时，该亮点脱离该感测范围；及

一处理单元，借由分析该感光元件所感测的反射光变化，以测定该基面与该玻璃工作板的相对平移。

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