CN101539824B - 光学式操控装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种光学式操控装置。该光学式操控装置，包括一软板、一透光支撑板、一形变单元、一光源以及一影像感测模块。软板是供一使用者施压，而透光支撑板是配置于软板下方。形变单元是配置于透光支撑板与软板之间，且具有一图案结构。当使用者施压于软板时，形变单元产生形变，而当使用者停止施压于软板时，形变单元恢复原状。光源用以提供一光束至透光支撑板与形变单元，而影像感测模块是配置于从形变单元反射的光束的传递路径上，影像感测模块的感测视野涵盖整个形变单元。此光学式操控装置具有良好的可靠度。

Description

光学式操控装置

技术领域

本发明涉及一种操控装置及判断方法，特别是涉及一种采用光学方式感测压力变化，不会因静电或湿度等因素造成误动作，具有良好可靠度的光学式操控装置，以及用于此光学式操控装置，具有指标装置及按键功能的操控动作的判断方法。

背景技术

随着平面显示技术的不断进步，愈来愈多的电子产品皆为具有荧幕(screen)，其中有许多电子产品的操作方式是藉由移动荧幕中的游标(cursor)来进行操作。用来移动游标的操控装置有许多种，常见的有电阻式操控装置及电容式操控装置。电阻式操控装置存在有灵敏度不高的缺点，所以容易因使用者施力过大而损坏。电容式操控装置则存在有价格昂贵、容易因静电或湿度等因素造成误动作的缺点。

另一方面，用来操控电动游戏(video game)的操控装置，除了可为传统的摇杆(joystick)外，近来发展出一种能够让玩家用脚来操控的操控装置。玩家可以将双脚放置于此操控装置上，而此操控装置会感测玩家的双脚所施加的压力的变化，以使游戏角色作出相对应的动作。然而，此种操控装置仍属于电容式操控装置或是电阻式操控装置。

由此可见，上述现有的操控装置及操控动作的判断方法在产品结构、判断方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的光学式操控装置及操控动作的判断方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的操控装置及操控动作的判断方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的光学式操控装置及操控动作的判断方法，能够改进一般现有的操控装置及操控动作的判断方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的操控装置存在的缺陷，而提供一种新型结构的光学式操控装置，所要解决的技术问题是使其具有良好的可靠度，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种光学式操控装置，其包括：一软板，供一使用者施压；一透光支撑板，配置于该软板下方；一形变单元，配置于该透光支撑板与该软板之间，并且具有一图案结构，当该使用者施压于该软板时，该形变单元产生形变，而当该使用者停止施压于该软板时，该形变单元恢复原状；一光源位于该透光支撑板下方，用以提供一光束至该透光支撑板与该形变单元；以及一影像感测模块，配置于从该形变单元反射的该光束的传递路径上，且该影像感测模块的感测视野涵盖整个该形变单元，当使用者施压于软板时，该影像感测模块感测该形变单元在不同时间的形变位置，并根据一段时间内形变位置是否变化来判断使用者的操控动作是移动还是按压。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的光学式操控装置，其中所述的图案结构包括一预设规则的网状结构或多个条状结构。

前述的光学式操控装置，其中所述的影像感测模块配置于该透光支撑板的下方。

前述的光学式操控装置，其更包括一导光板，配置于该透光支撑板与该影像感测模块之间，而该光源是配置于该导光板的一入光面旁。

前述的光学式操控装置，其更包括一透镜，配置于该透光支撑板与该影像感测模块之间。

前述的光学式操控装置，其更包括一透镜，配置于该透光支撑板下方，该透镜具有一平面、连接该平面的一第一凸曲面与一第二凸曲面，其中该平面与该透光支撑板相对，且该第一凸曲面与该第二凸曲面相对，该光源是配置于该第一凸曲面旁，该影像感测模块是配置于该第二凸曲面旁。

前述的光学式操控装置，其更包括一透镜，配置于该透光支撑板下方，该透镜具有相邻的一第一凸曲面与一第二凸曲面，其中该第一凸曲面与该透光支撑板相对，该影像感测模块是配置于该该第二凸曲面旁。

前述的光学式操控装置，其更包括一滤光片，配置于该影像感测模块之前，以滤除该光束的波长范围外的光。

前述的光学式操控装置，其中所述的光源为红外光发光二级管。

前述的光学式操控装置，其更包括一反光图案层，配置于该形变单元与该透光支撑板之间，以反射该光束的波长范围内的光，其中该反光图案层的形状与该图案结构的形状相同。

前述的光学式操控装置，其中所述的光源为激光二级管(laserdiode，LD)或发光二级管(light emitting diode，LED)。

前述的光学式操控装置，其中所述的影像感测模块包括：一影像感测元件，该影像感测元件的感测视野涵盖该形变单元；以及一处理单元，电性连接至该影像感测元件与该光源。

前述的光学式操控装置，其中所述的影像感测元件与该处理单元是整合成一系统芯片。

前述的光学式操控装置，其更包括具有一开口的一壳体，而该软板是配置于该开口处，且该透光支撑板、该形变单元、该光源及该影像感测模块是配置于该壳体内。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明光学式操控装置至少具有下列优点及有益效果：

本发明的光学式操控装置，因为是采用光学的方式来感测压力的变化，所以不会因静电或湿度等因素造成误动作。而且，由于影像感测模块不会受到压力，所以不容易损坏。因此，本发明的光学式操控装置具有良好的可靠度，非常适于实用。

综上所述，本发明是有关于一种光学式操控装置。该光学式操控装置，包括一软板、一透光支撑板、一形变单元、一光源以及一影像感测模块。软板是供一使用者施压，而透光支撑板是配置于软板的下方。形变单元是配置于透光支撑板与软板之间，且具有一图案结构。当使用者施压于软板时形变单元产生形变，而当使用者停止施压于软板时形变单元恢复原状。光源用以提供一光束至透光支撑板与形变单元，而影像感测模块是配置于从形变单元反射的光束的传递路径上，影像感测模块的感测视野涵盖整个形变单元。此光学式操控装置具有良好的可靠度。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的操控装置具有增进的突出功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1A是具有本发明一实施例的光学式操控装置的可携式电子产品的示意图。

图1B是具有本发明一实施例的光学式操控装置的笔记型电脑的示意图。

图2A与图2B是本发明二实施例的光学式操控装置的示意图。

图2C是本发明的光学式操控装置应用于一桌上型电脑的示意图。

图3是本发明一实施例的光学式操控装置的示意图。

图4是图3中形变单元的立体图。

图5是本发明一实施例的操控动作的判断方法的步骤流程图。

图6A是本发明一实施例的影像感测模块的感测视野的示意图。

图6B是本发明一实施例的影像感测模块在不同时间所感测到的波形的示意图。

图7是本发明一实施例的形变单元在不同时间的形变量的示意图。

图8是本发明另一实施例的形变单元的上视图。

图9是本发明另一实施例的光学式操控装置的示意图。

图10是本发明另一实施例的光学式操控装置的示意图。

图11是本发明另一实施例的光学式操控装置的示意图。

图12是本发明另一实施例的光学式操控装置的示意图。

图13是本发明另一实施例的光学式操控装置的示意图。

50：可携式电子产品        52：荧幕

54、160：壳体             100、100a～100e：光学式操控装置

110：软板                 120：透光支撑板

130、130’：形变单元      132：条状结构

134、162：开口            140：光源

142、143：光束            150：影像感测模块

152：影像感测元件         154：处理单元

170：导光板               172：入光面

180、190、210：透镜       192：平面

194、212：第一凸曲面      196、214：第二凸曲面

220：滤光片               230：反光图案层

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光学式操控装置及操控动作的判断方法其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

请参阅图1A所示，是具有本发明一实施例的光学式操控装置的可携式电子产品的示意图，图1B是具有本发明一实施例的光学式操控装置的笔记型电脑的示意图。请首先参阅图1A所示，本发明一较佳实施例的光学式操控装置100可整合于一可携式电子产品50，如移动电话(mobile phone)、个人数位助理(personal digital assistant，PDA)或MP3播放器等，以让使用者能藉由手指或笔状物等来操控可携式电子产品50的荧幕52中的游标521。此外，如图1B所示，光学式操控装置100还可整合于一笔记型电脑(notebook PC)60，以让使用者能藉由手指来操控可携式电子产品60的荧幕62中的游标621。

请参阅图2A与图2B所示，是本发明二实施例的光学式操控装置的示意图，而图2C是光学式操控装置应用于一桌上型电脑的示意图。请首先参阅图2A所示，光学式操控装置100也可以是一独立的装置，其可作为电动游戏的操控装置，而玩家的手或脚可放置于光学式操控装置100上。此外，请参阅图2B所示，在本实施例中也可以将两个光学式操控装置100整合成一体，以供玩家用双手或双脚来操控。另外，请参阅图2C所示，光学式操控装置100亦可电性连接至一桌上型电脑(desktop PC)70的主机72上，以让使用者能藉由手指来操控桌上型电脑70的荧幕74中的游标741。

以下将对本发明的光学式操控装置100的结构进行详细地说明。

请参阅图3与图4所示，图3是本发明一较佳实施例的光学式操控装置的示意图，而图4是图3中形变单元的立体图。本发明一实施例的光学式操控装置100，包括一软板110、一透光支撑板120、一形变单元130、至少一光源140以及一影像感测模块150。软板110是供一使用者施压。透光支撑板120是配置于软板110下方。形变单元130是配置于透光支撑板120与软板110之间且具有一图案结构(如图2所示的具有一预设规则的网状结构)。当使用者施压于软板110时，形变单元130产生形变，而当使用者停止施压于软板110时，形变单元130恢复原状。光源140用以提供一光束142至透光支撑板120与形变单元130，而影像感测模块150是配置于从形变单元130反射的光束143的传递路径上，且影像感测模块150的感测视野(即感测范围)是涵盖整个形变单元130。

上述的光学式操控装置100中，影像感测模块150例如是配置于透光支撑板120的下方。影像感测模块150可以包括一影像感测元件152以及一处理单元154，其中处理单元154是电性连接至影像感测元件152与光源140，且影像感测元件152的感测视野是涵盖整个形变单元130。影像感测元件152可为互补式金属氧化物半导体影像感测元件(CMOS image sensor)或电荷耦合元件(charge coupled device)。此外，影像感测元件152与处理单元154可以整合为一系统芯片(system on chip，SoC)。

承上述，光学式操控装置100可更包括一壳体160。壳体160具有一开口162，而软板110是配置于开口162处，且透光支撑板120、形变单元130、光源140及影像感测模块150是配置于壳体160内。此外，当光学式操控装置100整合于可携式电子产品50时(如图1所示)，壳体160可与可携式电子产品50的壳体54整合。

另外，光源140可为发光二级管或激光二级管。软板110的材质可为塑胶、橡胶或热塑性弹性体(thermoplastic elastomer，TPE)等，透光支撑板120的材质可为玻璃、丙烯酸树脂(acrylic)、树脂、橡胶或热塑性弹性体等，形变单元130的材质可为弹性材质，如硅胶、乳胶、海绵、橡皮、橡胶或热塑性弹性体等。

在本实施例中，由于形变单元130是抵靠于软板110与透光支撑板120，所以当使用者施压于软板110时，软板110与形变单元130会产生形变。此外，被形变单元130反射的光束143会传递至影像感测模块150。影像感测模块150则可将被形变单元130反射的光束143转换成影像资料数据，并且藉由比对影像资料数据来判断形变单元130是否产生形变以及产生形变的位置，以使荧幕中的游标或是游戏角色产生相对应的动作。

更详细地说，本实施例的光学式操控装置100内建有一种操控动作的判断方法，以判断使用者的操控动作。请参阅图5所示，是本发明一实施例的操控动作的判断方法的步骤流程图。本发明此一实施例的操控动作的判断方法，包括下列步骤：首先，如图5中步骤S110所示，藉由光学式操控装置100的影像感测模块150来感测光学式操控装置100的形变单元130在不同时间的形变位置及形变量。接着，如图5中步骤S120所示，藉由影像感测模块150根据感测的结果来判断使用者的操控动作是移动或按压。

举例来说，请参阅图6A是本发明一实施例的影像感测模块的感测视野的示意图，图6B是本发明一实施例的影像感测模块在不同时间所感测到的波形的示意图。如图6A所示，影像感测模块150的感测视野是对应形变单元130。以X轴为例，若在时间T1时，形变单元130对应于影像感测模块150的位置X1的部分受到按压而产生形变，则影像感测模块150的X轴的位置X1处会感测到一波形(如图6B所示)。若在时间T1至时间T5的期间，影像感测模块150感测到的波形从X1向右移动至X5，则表示使用者按压形变单元130的位置向右移动，因此影像感测模块150会使荧幕中的游标或游戏人物在X轴上产生相对应的移动。同理，当影像感测模块150感测到波形沿着Y轴移动时，影像感测模块150会使荧幕中的游标或游戏人物在Y轴上产生相对应的移动。换言之，当形变单元130的形变位置随着时间而改变时，则影像感测模块150会判断使用者的操控动作为移动，进而使荧幕中的游标或游戏人物产生相对应的移动。

另外，当形变单元130的一部分的形变量随着时间而改变时，则判断使用者的操控动作为按压。由于使用者施加的压力愈大，软板110与形变单元130的形变量愈大，所以在设计时可设定至少一个临界值。当形变单元130的形变量超过某一临界值时，则可判定为某一预设的动作。举例来说，请参阅图7所示，是本发明一实施例的形变单元在不同时间的形变量的示意图。若形变单元130的相邻二开口134之间的预设间距为D1，当形变单元130受到按压时，相邻二开口134之间的间距会改变。例如，在时间T7与T8时，由于形变单元130受到不同压力，所以相邻二开口134之间的间距会变成D2与D3。若预设的临界值有两个(即Th1与Th2)，且D1＜Th1＜D2＜Th2＜D3，则在时间T7时，因间距D2大于临界值Th1，所以影像感测模块150会判定为第一预设动作，而在时间T8时，因为间距D3大于临界值Th2，所以影像感测模块150会判定为第二预设动作，

本实施例的光学式操控装置100因为采用光学的方式来感测使用者所施加的压力，所以不会因静电或湿度等因素造成误动作。而且，由于压力是施加于软板110与形变单元130，而不是施加于影像感测模块150上，所以影像感测模块150不容易损坏。因此，本实施例的光学式操控装置100具有良好的可靠度。此外，由于使用者施加的压力愈大，软板110与形变单元130的形变量愈大，所以本实施例的光学式操控装置100也可作为体重计。

需要注意的是，本发明的形变单元130的图案结构并不局限于网状结构。以下将再举一种形变单元的实施例，但所属技术领域中具有通常知识的技术人员在参照本发明之后当可对形变单元的形状作适当的修改，惟其仍应属本发明的范畴。请参阅图8所示，是本发明另一实施例的形变单元的上视图，形变单元130’的图案结构是由多个条状结构132所组成。

以下将另举数个光学式操控装置的实施例，这些光学式操控装置的结构及优点与上述的光学式操控装置100相似，以下仅针对结构上的差别之处进行说明。

请参阅图9所示，是本发明另一实施例的光学式操控装置的示意图，相较于图3的光学式操控装置100，本实施例的光学式操控装置100a更包括一导光板170。导光板170配置于透光支撑板120与影像感测模块150之间，而光源140是配置于导光板170的一入光面172旁。导光板170可将光源140所提供的光束142均匀地导引至形变单元130，以利于影像感测模块150判断形变单元130的形变量。

请参阅图10所示，是本发明另一实施例的光学式操控装置的示意图，相较于图3的光学式操控装置100，本实施例的光学式操控装置100b更包括至少一透镜180。透镜180配置于透光支撑板120与影像感测模块150之间，以将被反射的光束143聚焦于影像感测模块150。由于透镜180的视角(viewing angle)较大，所以增设透镜180可使影像感测模块150与形变单元130之间的距离能够缩短，进而可以降低光学式操控装置100b的厚度。

请参阅图11所示，是本发明另一实施例的光学式操控装置的示意图，相较于图3的光学式操控装置100，本实施例的光学式操控装置100c更包括一透镜190，配置于透光支撑板120下方。透镜190具有一平面192、连接平面192的一第一凸曲面194与一第二凸曲面196。平面192与透光支撑板120相对，且第一凸曲面194与第二凸曲面196相对。光源140是配置于第一凸曲面194旁，而影像感测模块150是配置于第二凸曲面196旁。透镜190的设置有利于影像感测模块150判断形变单元130的形变量。

请参阅图12所示，是本发明另一实施例的光学式操控装置的示意图，相较于图3的光学式操控装置100，本实施例的光学式操控装置100d更包括一透镜210，配置于透光支撑板120的下方。透镜210具有相邻的一第一凸曲面212与一第二凸曲面214，其中第一凸曲面212是与透光支撑板120相对，影像感测模块150是配置于第二凸曲面214旁。此透镜210的设置有利于影像感测模块150判断形变单元130的形变量。

请参阅图13所示，是本发明另一实施例的光学式操控装置的示意图，相较于图3的光学式操控装置100，本实施例的光学式操控装置100e更包括一滤光片220与一反光图案层230。此外，光源140例如是红外光发光二级管(IR LED)，其所提供的光束142的波长例如是介于750奈米(nm)至950奈米之间。滤光片220是配置于影像感测模块150之前，以滤除光束142的波长范围外的光。反光图案层230是配置于形变单元130与透光支撑板120之间，以反射光束142的波长范围内的光，其中反光图案层230的形状与形变单元130的图案结构的形状相同。

本实施例的光学式操控装置100c藉由反光图案层230反射光束142的波长范围内的光，并藉由滤光片220滤除光束142的波长范围外的光，所以能够减少影像感测模块150所感测到的杂讯，进而可以提高影像感测模块150的感测精确度。此外，本实施例的滤光片220与反光图案层230亦可应用于图9至图12的光学式操控装置100a～100d中。

综上所述，本发明的光学式操控装置因采用光学的方式来感测使用者所施加的压力，所以不会因静电或湿度等因素造成误动作。此外，由于压力是施加于软板与形变单元，而不是施加于影像感测模块，所以影像感测模块不容易损坏。因此，本发明的光学式操控装置具有良好的可靠度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种光学式操控装置，其特征在于其包括：

一软板，供一使用者施压；

一透光支撑板，配置于该软板下方；

一形变单元，配置于该透光支撑板与该软板之间，并且具有一图案结构，当该使用者施压于该软板时，该形变单元产生形变，而当该使用者停止施压于该软板时，该形变单元恢复原状；

一光源位于该透光支撑板下方，用以提供一光束至该透光支撑板与该形变单元；以及

一影像感测模块，配置于从该形变单元反射的该光束的传递路径上，且该影像感测模块的感测视野涵盖整个该形变单元，当使用者施压于软板时，该影像感测模块感测该形变单元在不同时间的形变位置，并根据一段时间内形变位置是否变化来判断使用者的操控动作是移动还是按压。

2.根据权利要求1所述的光学式操控装置，其特征在于其中所述的图案结构包括一预设规则的网状结构或多个条状结构，这些网状结构和条状结构具有若干开口，以当使用者施压于软板时，该影像感测模块感测这些开口之间不同时间的距离变化，以判断使用者的操控动作。

3.根据权利要求1所述的光学式操控装置，其特征在于其中所述的影像感测模块配置于该透光支撑板的下方。

4.根据权利要求1所述的光学式操控装置，其特征在于其更包括一导光板，配置于该透光支撑板与该影像感测模块之间，而该光源是配置于该导光板的一入光面旁。

5.根据权利要求4所述的光学式操控装置，其特征在于其更包括一透镜，配置于该透光支撑板与该影像感测模块之间。

6.根据权利要求1所述的光学式操控装置，其特征在于其更包括一透镜，配置于该透光支撑板下方，该透镜具有一平面、连接该平面的一第一凸曲面与一第二凸曲面，其中该平面与该透光支撑板相对，且该第一凸曲面与该第二凸曲面相对，该光源是配置于该第一凸曲面旁，该影像感测模块是配置于该第二凸曲面旁。

7.根据权利要求1所述的光学式操控装置，其特征在于其更包括一透镜，配置于该透光支撑板下方，该透镜具有相邻的一第一凸曲面与一第二凸曲面，其中该第一凸曲面与该透光支撑板相对，该影像感测模块是配置于该该第二凸曲面旁。

8.根据权利要求1所述的光学式操控装置，其特征在于其更包括一滤光片，配置于该影像感测模块之前，以滤除该光束的波长范围外的光。 

9.根据权利要求8所述的光学式操控装置，其特征在于其中所述的光源为红外光发光二级管。

10.根据权利要求1所述的光学式操控装置，其特征在于其更包括一反光图案层，配置于该形变单元与该透光支撑板之间，以反射该光束的波长范围内的光，其中该反光图案层的形状与该图案结构的形状相同。

11.根据权利要求1所述的光学式操控装置，其特征在于其中所述的光源为激光二级管或发光二级管。

12.根据权利要求1所述的光学式操控装置，其特征在于其中所述的影像感测模块包括：

一影像感测元件，该影像感测元件的感测视野涵盖该形变单元；以及

一处理单元，电性连接至该影像感测元件与该光源。

13.根据权利要求12所述的光学式操控装置，其特征在于其中所述的影像感测元件与该处理单元是整合成一系统芯片。

14.根据权利要求1所述的光学式操控装置，其特征在于其更包括具有一开口的一壳体，而该软板是配置于该开口处，且该透光支撑板、该形变单元、该光源及该影像感测模块是配置于该壳体内。 

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