CN101566886B - 光学指示装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种光学指示装置，包括一照明系统、一成像系统以及至少一衍射元件。该照明系统，包括一光源，用以提供一光束至光学指标装置外的一反射面。该成像系统，包括一影像感测元件，配置于被反射面反射的光束的传递路径上。该衍射元件，配置于照明系统及成像系统中或仅配置于该照明系统中，且位于光束的传递路径上，以改变光束的传递路径。本发明藉由衍射元件来改变照明系统及成像系统中或仅改变照明系统中的光束的传递路径，而衍射元件对于抗杂讯具有良好的效果。本发明将衍射元件整合于透光体时，该透光体具有制作容易且厚度薄的优点，因此本发明的光学指标装置具有体积小，并且容易制作的优点。

Description

光学指示装置

技术领域

本发明涉及一种指示装置(pointing device)，特别是涉及一种藉由衍射元件来改变照明系统及/或成像系统中光束传递路径，而衍射元件对于抗杂讯具有良好效果，以及将衍射元件整合于透光体时具有体积小且容易制作优点的光学指示装置。

背景技术

光学鼠标是目前常见的一种指示装置，其用以移动电脑荧幕上的游标(pointer)。一般而言，光学鼠标放置于一反射面，并藉由反射面将光学鼠标的光源所提供的光束反射至光学鼠标的影像感测元件，如此当光学鼠标移动时，荧幕上的游标会产生相对应的移动。

请参阅图1所示，是现有习知的一种光学鼠标的示意图。现有习知的光学鼠标100，包括一照明系统110以及一成像系统120。该照明系统110，包括一激光二极管(laser diode，LD)112及一折射元件(refractionelement)114，其中，激光二极管112用以提供一光束113，而折射元件114是配置于光束113的传递路径上，以将光束113折射至光学鼠标100外的一反射面50。此外，该成像系统120，包括一影像感测元件122及一聚光透镜124，其中，影像感测元件122是配置于被反射面50反射的光束113的传递路径上，而聚光透镜124是配置于影像感测元件122之前，以将光束113聚焦于影像感测元件122。

在现有技术中，为了组装方便，折射元件114与聚光透镜124是整合于一透光体130。然而，由于折射元件114有特定的倾斜角度，而存在有导致透光体130的制作较为困难，且透光体130的厚度D1无法缩减的缺陷。

由此可见，上述现有的光学鼠标在结构与使用上，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，但是长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，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型结构的光学指示装置，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。

有鉴于上述现有的光学鼠标存在的缺陷，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，以期创设一种新型结构的光学指示装置，能够改进一般现有的光学鼠标，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过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

本发明的主要目的在于，克服上述现有的光学鼠标存在的缺陷，而提供一种新型结构的光学指示装置，所要解决的技术问题是使其具有体积小的优点，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指示装置，其包括：一照明系统，包括一光源，用以提供一光束至该光学指示装置外的一反射面；一成像系统，包括一影像感测元件，配置于被该反射面反射的该光束的传递路径上；以及至少一衍射元件，配置于该照明系统及该成像系统中或仅配置于该照明系统中，且位于该光束的传递路径上，以改变该光束的传递路径。

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。

前述的光学指示装置，其中所述的衍射元件包括一菲涅耳透镜。

前述的光学指示装置，其中所述的衍射元件包括一衍射光栅。

前述的光学指示装置，其中所述的衍射元件为一相位光栅或一振幅光栅。

前述的光学指示装置，其中所述的相位光栅为一闪耀式光栅。

前述的光学指示装置，其中所述的照明系统更包括一聚光元件，配置于该光束的传递路径上。

前述的光学指示装置，其中所述的衍射元件是整合于该聚光元件的一聚光表面。

前述的光学指示装置，其中所述的成像系统更包括一聚光元件，配置于该影像感测元件之前，且位于该光束的传递路径上。

前述的光学指示装置，其中所述的衍射元件是整合于该聚光元件的一聚光表面。

前述的光学指示装置，其中所述的衍射元件包括二个该衍射元件，该些衍射元件其中之一是配置于该照明系统中，而该些衍射元件其中另一衍射元件是配置于该成像系统中。

前述的光学指示装置，其更包括一透光体，而该些衍射元件是整合于该透光体。

前述的光学指示装置，其更包括一电路板，而该光源与该影像感测元件是配置于该电路板，且该透光体连接于该电路板。

前述的光学指示装置，其中所述的光源包括激光二极管或发光二极管。

前述的光学指示装置，其中所述的光源所提供的光束是红外光。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种光学指示装置，其包括一照明系统、一成像系统与至少一衍射元件(diffraction element)。该照明系统，包括一光源，用以提供一光束至光学指示装置外的一反射面。该成像系统，包括一影像感测元件，配置于被反射面反射的光束的传递路径上。该衍射元件，配置于照明系统及/或成像系统中，且位于光束的传递路径上，以改变光束的传递路径。

在本发明的一实施例中，上述的衍射元件包括一菲涅耳透镜(Fresnellens)。在本发明的一实施例中，上述的衍射元件包括一衍射光栅(diffraction grating)。在本发明的一实施例中，上述的衍射元件为一相位光栅(phase grating)或一振幅光栅(amplitude grating)。在本发明的一实施例中，上述的相位光栅为一闪耀式光栅(Blazed grating)。在本发明的一实施例中，上述的照明系统更包括一聚光元件，配置于光束的传递路径上。此外，衍射元件例如是整合于聚光元件的一聚光表面。在本发明的一实施例中，上述的成像系统更包括一聚光元件，配置于影像感测元件之前，且位于光束的传递路径上。此外，衍射元件例如是整合于聚光元件的一聚光表面。在本发明的一实施例中，上述的光学指示装置包括二衍射元件。衍射元件其中之一是配置于照明系统中，而衍射元件其中另一是配置于成像系统中。在本发明的一实施例中，上述的光学指示装置更包括一透光体，而衍射元件是整合于透光体。在本发明的一实施例中，上述的光学指示装置更包括一电路板，而光源与影像感测元件是配置于电路板，且透光体连接于电路板。在本发明的一实施例中，上述的光源包括激光二极管或发光二极管(light emitting device，LED)。在本发明的一实施例中，上述的光源所提供的光束为红外光。

借由上述技术方案，本发明光学指示装置至少具有下列优点及有益效果：本发明藉由衍射元件来改变照明系统及/或成像系统中的光束的传递路径。由于将衍射元件整合于透光体时，透光体具有制作容易且厚度薄的优点，因此本发明的光学指示装置具有体积小，且易于制作的优点。

综上所述，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，且较现有的光学鼠标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1是现有习知的一种光学鼠标的示意图。

图2是本发明较佳实施例的一种光学指示装置的示意图。

图3至图6是本发明另外四个较佳实施例的光学指示装置的示意图。

图7是本发明另一较佳实施例的光学指示装置的示意图。

图8是本发明另一较佳实施例的光学指示装置的示意图。

图9是本发明另一较佳实施例的光学指示装置的示意图。

50、60：反射面                    100：光学鼠标

110、210、210’：照明系统         112：激光二极管

113、213：光束                    114：折射元件

120、220、220’：成像系统         122、222：影像感测元件

124：聚光透镜                     130、240：透光体

200：光学指示装置                 200a、200b、200c：光学指示装置

212：光源                         214、214’、224、224’：聚光元件

214a、224a：聚光表面              230：衍射元件

250：电路板                       D1、D2：厚度

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指示装置其具体实施方式、结构、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2所示，是本发明一较佳实施例的一种光学指示装置的示意图。本发明较佳实施例的光学指示装置200可以为光学鼠标，但是并不以此为限。该光学指示装置200，包括一照明系统210、一成像系统220以及一衍射元件230；其中：

该照明系统210，包括一光源212，用以提供一光束213至光学指示装置200外的一反射面60。

该成像系统220，包括一影像感测元件222，配置于被反射面60反射的光束213的传递路径上。

该衍射元件230，配置于照明系统210中，且位于光束213的传递路径上，以改变光束213的传递路径。更详细地说，该衍射元件230可为菲涅耳透镜或衍射光栅，其中，衍射光栅可为相位光栅或振幅光栅，而相位光栅可为闪耀式光栅。衍射元件230是用以调整光束213入射反射面60时的入射角。此外，关于衍射元件230如何改变光束213的传递路径的原理为本领域技术人员熟知的通常知识，故在此将不再详细说明。

上述的光学指示装置200中，光源212可以为激光二极管或发光二极管。光源212所提供的光束213例如是单色光或不可见光(如红外光)。影像感测元件222可为互补式金属氧化物半导体影像感测元件(CMOS imagesensor)或是电荷耦合元件(charge coupled device，CCD)。此外，照明系统210可更包括一聚光元件214。该聚光元件214是配置于光束213的传递路径上，以将光束213聚焦于反射面60。另外，成像系统220可更包括有一聚光元件224，配置于影像感测元件222之前，且位于光束213的传递路径，以将光束213聚焦于影像感测元件222。

请参阅图3至图6所示，是本发明另外四个较佳实施例的光学指示装置的示意图。请首先参阅图3所示，在衍射元件230是衍射光栅的实施例中，衍射元件230可整合于照明系统210’的聚光元件214’的一聚光表面214a。

此外，请参阅图4所示，在本发明的另一实施例中，衍射元件230亦可设置于成像系统220中，以调整光束213入射影像感测元件222时的入射角。

请参阅图5所示，在衍射元件230是衍射光栅的实施例中，衍射元件230可整合于成像系统220’的聚光元件224’的一聚光表面224a。

请参阅图6所示，在本发明的另一实施例中，衍射元件230的数量可为二个，此二个衍射元件230是分别设置于照明系统210与成像系统220中。此外，衍射元件230亦可分别整合于聚光单元214、224的聚光表面。

为了组装方便，上述各实施例中的聚光单元214或214’、聚光单元224或224’以及衍射元件230，可以整合于一透光体中。以下将配合图式来说明聚光单元214或214’、聚光单元224或224’与衍射元件230整合于透光体的实施例。

请参阅图7所示，是本发明的另一较佳实施例的光学指示装置的示意图。本发明另一较佳实施例的光学指示装置，相较于图6所示的实施例，本实施例的光学指示装置200a更包括一透光体240，而衍射元件230及聚光元件214、224是整合于透光体240。换言之，在本较佳实施例中，可利用射出成型的方式来制作衍射元件230及聚光元件214、224，以将衍射元件230及聚光元件214、224整合成同一部件。

在本较佳实施例中，整合有衍射元件230及聚光元件214、224的透光体240的制作较为简单。而且，由于衍射元件230在摆设时不需特定的倾斜角度，所以透光体240的厚度D2可以大幅缩减。因此，本较佳实施例的光学指示装置200a的体积较小。此外，衍射元件230对于抗杂讯(noise)具有良好的效果。另外，藉由衍射元件230使光束213垂直入射聚光元件224能使成像品质更容易控制。

请参阅图8所示，是本发明的另一较佳实施例的光学指示装置的示意图。本发明另一较佳实施例的光学指示装置200b，与图7所示的光学指示装置200a相似，其不同之处在于，光学指示装置200b的透光体240’是与衍射元件230及聚光元件214’、224整合为一体。此外，位于照明系统210’中的衍射元件230是整合于照明系统210’的聚光单元214’。

请参阅图9所示，是本发明的另一较佳实施例的光学指示装置的示意图。本发明另一较佳实施例的光学指示装置200c，更包括一电路板250，而光源212与影像感测元件222是配置于电路板250。衍射元件230是整合于透光体240内，且透光体240是连接于电路板250。由于光学指示装置200b在组装时，仅需将透光体240与电路板250相连接，所以该光学指示装置200b具有容易组装的优点。

综上所述，本发明的光学指示装置至少具有下列优点：

1、本发明是藉由衍射元件来改变照明系统及/或成像系统中的光束的传递路径，而衍射元件对于抗杂讯具有良好的效果。

2、将衍射元件整合于透光体时，该透光体具有制作容易且厚度薄的优点，因此本发明的光学指示装置具有体积小，并且易于制作的优点。

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技术内容作出些许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 (13)

1.一种光学指示装置，其特征在于其包括：

一照明系统，包括一光源与一聚光元件，该光源用以提供一光束至该光学指示装置外的一反射面，该聚光元件配置于该光源之前，且位于该光束的传递路径上，以使该光束通过；

一成像系统，包括一影像感测元件，配置于被该反射面反射的该光束的传递路径上；以及

至少一衍射元件，配置于该照明系统及该成像系统中或仅配置于该照明系统中，且位于该光束的传递路径上，以改变该光束的传递路径。

2.根据权利要求1所述的光学指示装置，其特征在于其中所述的衍射元件包括一菲涅耳透镜。

3.根据权利要求1所述的光学指示装置，其特征在于其中所述的衍射元件包括一衍射光栅。

4.根据权利要求3所述的光学指示装置，其特征在于其中所述的衍射元件为一相位光栅或一振幅光栅。

5.根据权利要求4所述的光学指示装置，其特征在于其中所述的相位光栅为一闪耀式光栅。

6.根据权利要求1所述的光学指示装置，其特征在于其中所述的衍射元件是整合于该聚光元件的一聚光表面。

7.根据权利要求3所述的光学指示装置，其特征在于其中所述的成像系统更包括一聚光元件，配置于该影像感测元件之前，且位于该光束的传递路径上。

8.根据权利要求7所述的光学指示装置，其特征在于其中所述的衍射元件是整合于成像系统的该聚光元件的一聚光表面。

9.根据权利要求1所述的光学指示装置，其特征在于其中所述的衍射元件包括二个该衍射元件，该些衍射元件其中之一是配置于该照明系统中，而该些衍射元件其中另一衍射元件是配置于该成像系统中。

10.根据权利要求9所述的光学指示装置，其特征在于其更包括一透光体，而该些衍射元件是整合于该透光体。

11.根据权利要求10所述的光学指示装置，其特征在于其更包括一电路板，而该光源与该影像感测元件是配置于该电路板，且该透光体连接于该电路板。

12.根据权利要求1所述的光学指示装置，其特征在于其中所述的光源包括激光二极管或发光二极管。

13.根据权利要求1所述的光学指示装置，其特征在于其中所述的光源所提供的光束是红外光。

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