CN101311885B - 光学多用途影像侦测结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学多用途影像侦测结构，包括有一壳体、一轨迹球、一光学座、一电路板、一光发射元件及一影像传感器。壳体提供容置轨迹球，光学座设有一斜向的分光镜以面对轨迹球的部份球面，并设有一位于分光镜一侧的透镜元件，光发射元件和影像传感器与电路板电性地连结，而光发射元件面对分光镜，影像传感器则面对透镜元件。光发射元件所产生投射光源的光轴，其可由分光镜一次或一次以上反/透射而投射至轨迹球的球面上，使得光源可均匀地投射于此处，可达到均匀化的撷取影像，令影像传感器取得完整的影像，以计算出一完整的位移资料。

Description

光学多用途影像侦测结构

技术领域

本发明涉及一种光学多用途影像侦测结构，尤其指一种撷取轨迹球的移动距离及方向，以计算一位移资料的光学多用途影像侦测结构。

背景技术

桌上型计算机或笔记本电脑，其可通过鼠标或轨迹球装置来操控显示器上的光标移位之用。以鼠标的使用面来说，使用者常用的是光学鼠标，如图1所示，为一般光学鼠标的剖视图，其可在一平面上移动，内部的发光元件81会将发光源投射至一导光板82的第一反射面821时，即会将此光源反射至第二反射面822上，经由第二反射面822的反射，光源会穿过底壳83的开口，投射在一非透明接口形成的接触面84，其可与影像轴F重迭，影像轴F的影像经一镜片85聚焦，使得一影像传感器86可撷取接触面84上光源所投射对象影像轴F上的影像，使影像传感器86可持续撷取正确的影像，进而通过一电路控制单元(图略)准确地计算出光学鼠标的移动距离及方向，进而控制显示器上的光标。

经由上述，光学鼠标的撷取影像方式，需使投射光源的光轴D与撷取影像的光轴R要在接触面84的影像轴F上相交于一点P，才能使得影像传感器86正确地撷取到影像轴F的影像讯号。

如图2所示，光学鼠标的使用是会受限于接触面84的态样，如该接触面84为一透明介质材料(如玻璃)上，或为会吸收/扰乱光线的材质上(如上漆金属、镜面)时；其中，以透明介质材料为例，将使得接触面84与影像轴F不重迭，当投射光入射至接触面84时，若不计算入折射率，投射光源的光轴D会和其下方的影像轴F交于一点M，即投射光源的光轴D与撷取影像的光轴R无法在影像轴F处相交，进而造成光学鼠标不能在此接触面84上作用，换言之，光学鼠标受限于接触面84的态样，从而无法产生作用之虞，因此，使得光学鼠标于使用上难免也有不便之处。

接着，以现有轨迹球装置而言，其可提供装置如键盘、笔记本电脑的外壳中，或使用如USB的插接方式与计算机主机相插接，再通过使用者的手指转动轨迹球，经由轨迹球的移动方位及距离，进而同步控制显示器上的光标位置。

现有的轨迹球装置大致为光学式，如公告于公元2005年03月01日的TW新型专利T W M258357，申请号：093207816，即揭露出一种“光学轨迹球结构”，请参阅图3所示，其提供设置于输入装置的壳体91内，进而由壳体91表面至底面依序地揭露出一座体92、一轨迹球93、一透光板94、一光学座95、一电路板96、一发光元件97、一光罩98及一辨识元件99等的构件。其中，光学座95亦揭露出一镜片951、一反射部952及一导光镜953。

当发光元件97所产生的光源，其可投向该光学座95的导光镜953后，再经由反射部952反射后呈斜向地投射至轨迹球93的底部球面处(将会具有一投射角θ)，而辨识元件99可透过镜片951，从而侦测到轨迹球93被投射到光源的部份所移动的距离及方向，当轨迹球93被转动时，即可令辨识元件99侦测到轨迹球93的移动距离及方向，进而计算出一位移资料，而将位移数据传至一主机上，使得主机可通过位移资料而加以控制主机相连接的显示器上的光标。

实际上，发光元件97的光源，其经由反射部952反射后投射至轨迹球93的底部球面处，将在其球面上产生一影像撷取区931，请配合参阅图3A的(A)、(C)所示，辨识元件99通过镜片951以撷取影像撷取区931上光源所投射的影像，而辨识元件99于撷取影像的先决条件是光源必须均匀投射至轨迹球93的球面(即影像撷取区931上的光源要均匀化)，从而辨识元件99才能取得完整的影像，供比对并判断轨迹球93的移动距离及方向，以计算出一完整的位移资料，才能准确地控制显示器上的光标。

但是，当发光元件97光源聚集而成一光束L，照射至轨迹球93的球面，将产生一投光区932，如图3A的(A)、(B)、(C)所示，但却受斜向的投射角θ的影响下，使得投光区932无法均匀地与影像撷取区931重迭，使得影像撷取区931产生出阴影区933，如图3A的(C)、(D)所示，令辨识元件99无法撷取一完整的影像，供比对并判断轨迹球93的移动距离及方向，以计算出一完整的位移资料。其中，图3A的(D)为(C)的D部份的放大图。

特别值得一提的是，请参阅图3B的(A)、(B)所示，尤其当投射角θ的角度值越大时，进而令阴影区933的范围也将相对地变大，如图3B的(C)所示，阴影区933于影像撷取区931的范围中已相对地变/扩大，更是无法撷取到更完整的位移资料；因此，该结构的整体设计态样明显无法获得完整的位移资料，使得操作上有不尽理想的弊端存在。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种光学多用途影像侦测结构，其可达到完全均匀化的撷取影像，令一影像传感器可取得完整的影像，供比对并判断轨迹球的移动距离及方向，以计算出一完整的位移资料。

为达上述目的，本发明提供一种光学多用途影像侦测结构，其包括：一壳体，其具有一容置空间，及一与该容置空间连通的通孔，该壳体具有：一外壳，其形成所述的容置空间，一光学座位于该外壳中，该外壳的侧缘面开设有二相对的孔洞；一轨迹球，可转动地定位于该壳体的容置空间中，且该轨迹球的部份球面突伸于该壳体外，及另外的部份球面对应至该通孔；一承座，其形成所述的通孔，且该承座位于该外壳中，该承座中装设有数个可转动的滚珠，其部份的珠面显露于该承座外供接触该轨迹球的球面；及一固定盖，与该外壳相互地结合，且设有一透孔供该轨迹球的球面通过突伸于该固定盖外；该光学座，位于该通孔一侧，且该光学座设有一斜向的分光镜，及一位于该分光镜一侧的透镜元件，该分光镜以斜向地面对该通孔的位置，该分光镜具有相对的一外面及一内面，该透镜元件由该内面以一体延伸所形成；一电路板，位于该光学座一侧；一光发射元件，与该电路板电性地连结，该光发射元件的前端部分伸入至上述的一孔洞中，该光发射元件所产生投射光源的光轴面对该光学座的分光镜，经该分光镜一次或一次以上反/透射投射光源的光轴至该轨迹球的部份球面，且部分透射的投射光源的光轴穿过上述的另一孔洞而出，该轨迹球的球面影像再反射至该分光镜，撷取影像的光轴与经该分光镜投射光源的光轴重迭；以及一影像传感器，与该电路板电性地连结，且面对该透镜元件，经该分光镜投射撷取影像的光轴至该透镜元件，供该影像传感器撷取经该透镜元件作用的影像，以撷取侦测轨迹球所移动的距离及方向，进而计算出一位移资料。

本发明具有的效益：光发射元件所产生投射光源的光轴，其可经由分光镜一次或一次以上反/透射而直接投射至轨迹球的球面上(即影像撷取区)，从而使得光源可达到均匀地投射于此影像撷取区，且由于投射光源的光轴并与撷取影像的光源重迭在一起，之后再投射至分光镜，进而再投射至透镜元件，从而可达到完全均匀化的撷取影像，令影像传感器取得完整的影像，供比对并判断轨迹球的移动距离及方向，以计算出一完整的位移资料。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为现有光学鼠标的剖视图；

图2为现有光学鼠标的另一剖视图；

图3为现有光学轨迹球结构的剖视图；

图3A为图3的X部份的光源投射的示意图；

图3B为图3的X部份的光源投射的另一示意图；

图4为本发明的立体分解图；

图5为本发明的立体组合图；

图6为本发明的剖视图；

图6A为图6的A部份详图；

图7为本发明的另一实施例的剖视图；

图8为本发明应用于键盘中的立体示意图；

图9为本发明应用于鼠标中的立体示意图。

图中符号说明

(现有技术)

81   发光元件          82   导光板

821  第一反射面        822  第二反射面

83   底壳              84   接触面

85   镜片              86   影像传感器

F    影像轴

D    投射光源的光轴

R    撷取影像的光轴

91   壳体              92   座体

93   轨迹球            931  影像撷取区

932  投光区            933  阴影区

94   透光板            95   光学座

951  镜片              952  反射部

953  导光镜            96   电路板

97   发光元件                 98   光罩

99   辨识元件

θ   投射角

L    光束

(本发明)

10壳体

11   外壳                     111  容置空间

112  孔洞                     12   承座

121  通孔                     122  滚珠

123  缺口                     13   固定盖

131  透孔

20   轨迹球

21   影像撷取区

30   光学座

31   分光镜                   311  外面

312  内面                     32   透镜元件

40   电路板

41   开口

50   光发射元件

60   影像传感器

D、D1、D2投射光源的光轴

R、R1、R2撷取影像的光轴

70a  键盘

71a  外壳体

70b  鼠标

71b  外壳体

具体实施方式

请参阅图4至图6所示，本发明提供一种光学多用途影像侦测结构，其包括有一壳体10、一轨迹球20、一光学座30、一电路板40、一光发射元件50及一影像传感器60。

其中，该壳体10主要的作用是用以容置轨迹球20所使用，而该壳体10可具有一外壳11、一承座12及一固定盖13。外壳11由上而下地开设有一容置空间111，及侧缘面开设有二相对的孔洞112。承座12中央处开设有一通孔121，及内部中装设有数个可转动的滚珠122，且承座12设有数个缺口123以供每一滚珠122的部份珠面显露于承座12外。固定盖13中开设有一透孔131。

该光学座30设有一斜向设置的分光镜31，及一由分光镜31一侧以一体水平式设置的透镜元件32。其中，分光镜31具有相对的一外面311及一内面312，透镜元件32由内面312以一体延伸而成(如图4)。

该电路板40开设有一开口41，该光发射元件50电性连结地设置于该电路板40一端上，该影像传感器60电性连接地与该光发射元件50相对的设置于该电路板40另一端，且令影像传感器60的部份可通过或位于电路板40的开口41。

组装时，光学座30组设于影像传感器60上方处，以位于电路板40上侧，令影像传感器60面对透镜元件32。接着，外壳11可沿着与电路板40相互垂直的方向套设于光学座30外，使得光学座30可位于容置空间111中。同时，令光发射元件50的前端可部份伸入至一孔洞112中，从而面对光学座30的分光镜31。之后，将承座12组设于外壳11的容置空间111，定位于光学座30的上方，同时令分光镜31以斜向地面对承座12的通孔121的位置处，并且使得通孔121和容置空间111相连通。

接着，再将轨迹球20组设于外壳11的容置空间111中，令轨迹球20的部份球面与每一滚珠122的珠面相接触，进而使得轨迹球20可转动地定位于该壳体10中，且使得下端的部份球面对应至通孔121处，可突伸于通孔121外，或位于通孔121中，进而可面对分光镜31，且令分光镜31的外面311以斜向地面对通孔121，而透镜元件32位于远离轨迹球20的方向，进而使得轨迹球20、分光镜31、透镜元件32及影像传感器60以沿同一方向的设置(垂直式)。最后，将固定盖13与外壳11相互地结合，令轨迹球20通过透孔131，进而将上端的部份球面突伸于壳体10的固定盖13外。

其中，上述的结构可作不同的变化，其变化在于：承座12可与外壳11以一体成型的方式，将承座12一体结合于外壳11的容置空间111中；另，光学座30也可与外壳11以一体成型的方式，将光学座30一体结合于外壳11的容置空间111中。然而，为了组装上的便利性，当外壳11与承座12以一体成型时，光学座30则以组装的方式为较佳，反之，外壳11与光学座30一体成型时，承座12则以组装的方式较佳，以利于组装上的便利性。

请参阅图6所示，并请配合参阅图6A，当光发射元件50所产生投射光源的光轴D，其可面对及射向分光镜31，经由分光镜31的使用特性下，其可将入射的光源一部份反射，及一部份透射的光学对象，使得部份透射的投射光源的光轴D1以穿过另一孔洞112而出，及将部份反射的投射光源的光轴D2朝向通孔121而投射至轨迹球20的部份球面上(即影像撷取区21，如图6A)，轨迹球20的球面影像再反射至分光镜31外面311，而撷取影像的光轴R与经分光镜31投射光源的光轴D2重迭。

再经由分光镜31的作用下，使得部份反射的撷取影像的光轴R1可投射至光发射元件50，部份透射的撷取影像的光轴R2可投射至透镜元件32，以供影像传感器60撷取经透镜元件32作用的影像。当轨迹球20转动时，即可使得影像传感器60撷取侦测到轨迹球20的移动距离及方向，进而计算出一位移资料。

由上述说明，光发射元件50所产生投射光源的光轴D，其可经由分光镜31一次或一次以上反射而直接以接近垂直的方向，将反射投射光源的光轴D2至轨迹球20的影像撷取区21，从而使得光源(束)可达到均匀地投射于此影像撷取区21(即光束的投射区和影像撷取区完全重迭)，且由于投射光源的光轴D2并与撷取影像的光源R重迭在一起，之后再投射至分光镜31，进而再投射至透镜元件32，从而可达到完全均匀化的撷取影像，令影像传感器60取得完整的影像，供比对并判断轨迹球20的移动距离及方向，以计算出一完整的位移资料。

另外，请参阅图7所示(并请配合参阅图6A)，依据分光镜31的使用特性下，进而使得本发明的结构位置设置可作不同的变化，与前述的不同在于：该外壳11沿着与电路板40相互平行的方向置设于电路板40上，令光学座30通过一孔洞112以位于容置空间111，光发射元件50直接伸入至容置空间111中，分光镜31也以斜向面对通孔121的位置，而分光镜31的内面312斜向地面对通孔121及轨迹球20，外面311则面对光发射元件50，使得透镜元件32位于朝接近轨迹球20的方向，进而使得轨迹球20、分光镜31及光发射元件50以沿同一方向的设置(水平式)。

当光发射元件50投射光源的光轴D，而射向分光镜31经其使用特性下，使得部份透射的投射光源的光轴D1朝向通孔121而投射至轨迹球20的部份球面上，及使得部份反射的投射光源的光轴D2反射朝向孔洞112而出，轨迹球20的球面影像再反射至分光镜31的内面312，而撷取影像的光轴R与经分光镜31透射的光源D1重迭。

再经由分光镜31的作用下，使得部份反射的撷取影像的光轴R1投射至透镜元件32，以供影像传感器60撷取经透镜元件32作用的影像，及部份透射的撷取影像的光轴R2可投射至光发射元件50。当轨迹球20转动时，即可使得影像传感器60撷取侦测到轨迹球20的移动距离及方向，进而计算出一完整的位移资料。

再由上述说明，光发射元件50所产生投射光源的光轴D，其可经由分光镜31一次或一次以上透射而直接以接近水平的方向，将透射投射光源的光轴D1至轨迹球20的影像撷取区21，从而使得光源(束)可达到均匀地投射于此影像撷取区21，且由于投射光源的光轴D1并与撷取影像的光源R重迭在一起，之后再投射至分光镜31，进而再投射至透镜元件32，从而可达到完全均匀化的撷取影像，令影像传感器60取得完整的影像，以达到上述相同的效果。

通过上述说明，如图8所示，使得本发明可提供应用于一桌上型计算机的键盘70a的外壳体71a中，使得轨迹球20以朝上的使用方式，且同时可与计算机主机(图略)电性连结，进而使用者的手指以直接的方式而转动轨迹球20，从而产生一完整的位移资料，再通过所述的位移资料得以控制和计算机主机相连接的显示器上的光标。当然，本发明也可应用于任何的输入装置中，例如：笔记本电脑或掌上型通讯装置等，以控制显示器上的光标。另外，特别值得一提的是，本发明所述及的壳体10的设计，其当然是可作不同的变化，如将键盘70a的外壳体71a的表面以直接向内凹设等的方式以形成一内凹的容置空间(图略)，可直接置放轨迹球20于其中，并将轨迹球20作适当的固定，再将上述的构件(如电路板、光发射元件、光学座和影像传感器等)以相同的组设方式置设于外壳体71a内部，也可达到相同的效用。

另，请再参阅图9所示，本发明也可提供应用于一鼠标70b的外壳体71b中，使得轨迹球20以朝下的使用方式，且同时经由鼠标70b与计算机主机(图略)电性地连结，通过上述的位移资料得以控制和计算机主机相连接的显示器上的光标。然而，在使用时，轨迹球20在一接触面上移动，如在桌面、镜面或玻璃表面上，通过轨迹球20与接触面接触，而内部的光发射元件(图略)的光源投射于轨迹球20的球面，而并非以直接的方式投射于接触面上，即利用轨迹球20作为间接物和接触面接触，使得光发射元件的光源不受限于接触面的态样，以避免如现有所述的光学鼠标于使用面上有不足之处。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即拘限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为之等效结构变化，均同理皆包含于本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种光学多用途影像侦测结构，其特征在于，包括：

一壳体，其具有一容置空间，及一与该容置空间连通的通孔，该壳体具有：

一外壳，其形成所述的容置空间，一光学座位于该外壳中，该外壳的侧缘面开设有二相对的孔洞；

一轨迹球，可转动地定位于该壳体的容置空间中，且该轨迹球的部份球面突伸于该壳体外，及另外的部份球面对应至该通孔；

一承座，其形成所述的通孔，且该承座位于该外壳中，该承座中装设有数个可转动的滚珠，其部份的珠面显露于该承座外供接触该轨迹球的球面；及

一固定盖，与该外壳相互地结合，且设有一透孔供该轨迹球的球面通过突伸于该固定盖外；

该光学座，位于该通孔一侧，且该光学座设有一斜向的分光镜，及一位于该分光镜一侧的透镜元件，该分光镜以斜向地面对该通孔的位置，该分光镜具有相对的一外面及一内面，该透镜元件由该内面以一体延伸所形成；

一电路板，位于该光学座一侧；

一光发射元件，与该电路板电性地连结，该光发射元件的前端部分伸入至上述的一孔洞中，该光发射元件所产生投射光源的光轴面对该光学座的分光镜，经该分光镜一次或一次以上反/透射部分投射光源的光轴至该轨迹球的部份球面，且部分透射的投射光源的光轴穿过上述的另一孔洞而出，该轨迹球的球面影像再反射至该分光镜，而撷取影像的光轴与经该分光镜投射光源的光轴重迭；以及

一影像传感器，与该电路板电性地连结，且面对该透镜元件，经该分光镜投射撷取影像的光轴至该透镜元件，供该影像传感器撷取经该透镜元件作用的影像，以撷取侦测该轨迹球所移动的距离及方向，进而计算出一位移资料。

2.如权利要求1所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于，该外壳与该承座以一体成型的方式，将该承座一体结合于该外壳的容置空间中。

3.如权利要求1所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于，该外壳与该光学座以一体成型的方式，将该光学座一体结合于该外壳的容置空间中。

4.如权利要求1所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于，该外面以斜向地面对该通孔、该轨迹球及该光发射元件，该透镜元件位于远离该轨迹球的方向。

5.如权利要求1所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于，该轨迹球、该分光镜、该透镜元件及该影像传感器沿同一方向设置。

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