CN110391807A - 光学旋钮装置及光学检测方法 - Google Patents

Abstract

一种光学旋钮装置，包括：圆柱体，在既定高度沿着圆柱体的壁面的圆周方向设置多个光学感测元件；圆筒体，以可相对于圆柱体靠近、远离以及旋转的可动形态套住圆柱体，其中圆筒体包括：开口部；高反射结构，距离开口部第一距离处，沿着圆筒体的内壁的圆周方向设置；螺旋结构，距离开口部第二距离处，沿着圆筒体的内壁的圆周方向设置，螺旋结构使圆筒体的内壁距离圆柱体的壁面的距离沿着圆周方向连续性地变化，第二距离小于第一距离，光学旋钮装置在未被施加外力的状态下，螺旋结构位于既定高度。

Description

光学旋钮装置及光学检测方法

技术领域

本发明涉及一种光学旋钮装置及其光学检测方法，且特别有关于能够接受多种操作输入的光学旋钮装置及其光学检测方法。

背景技术

随着各种使用触控面板的装置的普遍化，为了让使用者有更多的操作输入方式来完成工作，而逐渐推出了不同种类的辅助输入装置，例如触控笔等。然而，只有触控笔并不能满足使用者的多样化的需求。因此，市场上推出了例如一种旋钮装置，当这个旋钮装置与使用者要操作的电子产品连结时，使用者可以通过按压这个旋钮装置来对该电子产品输入确认的指令，也可通过旋转这个旋钮装置来提供例如选单的选项选择的指令。

然而，除了上述的按压与旋转外，如果能进一步增加旋钮装置的操作方式，让使用者能够对增加的操作方式自行定义功能的话，将会大大提升旋钮装置的功能性及便利性。

发明内容

本发明是有鉴于上述的问题点，而以提出一种能够接受多种操作输入的光学旋钮装置及其光学检测方法为目的。

本发明提出一种光学旋钮装置，包括：一圆柱体，在一既定高度沿着该圆柱体的壁面的圆周方向设置多个光学感测元件；一圆筒体，以可相对于该圆柱体靠近、远离以及旋转的可动形态套住该圆柱体，其中该圆筒体包括：一开口部，朝该圆柱体套入；一高反射结构，距离该开口部一第一距离处，沿着该圆筒体的内壁的圆周方向设置；一螺旋结构，距离该开口部第二距离处，沿着该圆筒体的内壁的圆周方向设置，该螺旋结构使该圆筒体的该内壁距离该圆柱体的该壁面的距离沿着该圆周方向连续性地变化，该第二距离小于该第一距离，该光学旋钮装置在未被施加外力的状态下，该螺旋结构位于该既定高度。

上述的光学旋钮装置中，当该光学旋钮装置接受一操作输入，使得该圆筒体整体朝向该圆柱体靠近时，该高反射结构移动至该既定高度，该多个光学感测元件同时接收一强光反射信号，该光学旋钮装置输出一表示按压的操作信号至一外部机器。

上述的光学旋钮装置中，当该光学旋钮装置接受一操作输入，使得该圆筒体相对该圆柱体旋转时，该多个光学感测元件所接收的光反射信号连续性地增强或减弱，该光学旋钮装置输出一表示旋转的操作信号至一外部机器。

上述的光学旋钮装置中，当该多个光学感测元件所接收的光反射信号连续性地增强，该光学旋钮装置输出的该操作信号表示向圆周方向的一第一方向旋转。

上述的光学旋钮装置中，当该多个光学感测元件所接收的光反射信号连续性地减弱，该光学旋钮装置输出的该操作信号表示向圆周方向的相反于该第一方向的一第二方向旋转。

上述的光学旋钮装置中，当该光学旋钮装置接受一操作输入，使得该圆筒体的一侧朝向该圆柱体靠近，该圆筒体的另一侧朝向远离该圆柱体时，该高反射结构的一部分移动至该既定高度，该多个光学感测元件中的至少一者接收一强光反射信号，该多个光学感测元件中的剩余者接收一弱光反射信号，该光学旋钮装置输出一表示单边按压的操作信号至一外部机器。

本发明更提出一种光学检测方法，用于检测如上述光学旋钮装置的输入操作模式，包括：唤醒该多个的光学感测元件；以该多个的光学感测元件进行第一次光强度感测；以及当该多个的光学感测元件部分的光学感测元件所接受的信号大于一阈值，其余的光学感测元件所接受的信号小于该阈值时，输出一表示单边按压的操作信号至该外部机器。

上述光学检测方法中，当该多个的光学感测元件所接受的信号全部大于该阈值时，输出一表示按压的操作信号至该外部机器。

上述光学检测方法，还包括：在该第一次光强度感测后间隔既定时间，以该多个的光学感测元件进行第二次光强度感测；以及当该多个的光学感测元件所接受的信号同时增加，但不超过该阈值，则输出表示朝一第一方向旋转的操作信号至该外部机器。

上述光学检测方法中，当该多个的光学感测元件所接受的信号同时减少，则输出表示朝相反于该第一方向的一第二方向旋转的操作信号至该外部机器。

通过上述的各实施形态，本发明提出了能够接受多种操作输入以增加功能性及便利性的光学旋钮装置及其光学检测方法。

附图说明

图1是显示根据本发明一实施形态的光学旋钮装置的立体图。

图2A是显示图1的光学旋钮装置的纵剖面图。

图2B是显示图1的光学旋钮装置的A-A’线横剖面图。

图3A是显示图1的光学旋钮装置被按压状态下的纵剖面图。

图3B是显示图1的光学旋钮装置被单边按压状态下的纵剖面图。

图4是显示根据本发明一实施形态的检测图1的光学旋钮装置的输入操作模式的光学检测方法的流程图。

图5是显示根据本发明另一实施形态的检测图1的光学旋钮装置的输入操作模式的光学检测方法的流程图。

图6是显示根据本发明另一实施形态的检测图1的光学旋钮装置的输入操作模式的光学检测方法的流程图。

附图标记说明：

1 光学旋钮装置；

10 圆柱体；

11 底部；

12 柱部；

121 壁面；

13 光学感测元件；

20 圆筒体；

21 顶盖；

22 侧壁；

221 内壁；

23 开口部；

24 高反射结构；

25 螺旋结构；

30 弹性体。

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简地表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。

本说明书的第一以及第二等词汇，仅作为清楚解释的目的，并非用以对应于以及限制权利要求。此外，第一特征以及第二特征等词汇，并非限定是相同或是不同的特征。

于此使用的空间上相关的词汇，例如上方或下方等，仅用以简易描述附图上的一元件或一特征相对于另一元件或特征的关系。除了附图上描述的方位外，还包括不同的方位使用或是操作的装置。附图中的形状、尺寸、以及厚度可能为了清楚说明的目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供说明的用。

图1是显示根据本发明一实施形态的光学旋钮装置的立体图。图2A是显示图1的光学旋钮装置的纵剖面图。图2B是显示图1的光学旋钮装置的A-A’线横剖面图。如图1所示，本发明的光学旋钮装置1是由一圆柱体10以及套住该圆柱体10的圆筒体20所构成。而圆筒体20可以朝向圆柱体10的方向按压，也可以相对于圆柱体10旋转。

当这个光学旋钮装置1放置于具有触控屏幕的装置上时，光学旋钮装置1与该装置取得连线，使得光学旋钮装置1的输入可以对触控屏幕所显示的画面进行操作。例如，当此光学旋钮装置1与具有触控屏幕的装置通过例如WIFI或蓝牙等连线完成时，触控屏幕可显示一选单，使用者通过旋转光学旋钮装置1来选取需要的选项，并且通过按下光学旋钮装置1来做确定。

光学旋钮装置1的详细构造如第2A、2B图所示，圆柱体10包括底部11、柱部12、以及配置在柱部12的壁面121的光学感测元件13。底部11相当于光学旋钮装置1的底座，用以安置于要操作的装置上。底部11的底面可以设置吸附构件或磁铁等来暂时性地吸附于外部装置的表面，也可以设置电极图样，与表面具有对应的接受电极图样的装置接触，来做电性连接。柱部12为圆柱形状，从底部11的中央立起。柱部12的壁面121的同样高度位置，具有沿着圆周方向等间隔配置的多个的光学感测元件13。光学感测元件13包括光发射器与光接收器，光发射器朝向垂直壁面121的方向发射光线，光接收器接受反射回来的光线。通过光接收器所接受的光强度来决定光学旋钮装置1的操作形态。

圆筒体20包括顶盖21、从顶盖21的周缘朝向下方立起的侧壁22、由侧壁22所围绕的开口部23、形成在侧壁22的内壁221的高反射结构24、以及形成在侧壁22的内壁221的螺旋结构25。圆筒体20以开口部23朝向圆柱体10套入的方式组合成光学旋钮装置1。高反射结构24在距离开口23第一距离R1处沿着内壁221的圆周方向上设置，螺旋结构25在距离开口23第二距离R2处沿着内壁221的圆周方向上设置。如图2A所示，第一距离R1大于第二距离R2，也就是高反射结构24形成于比螺旋结构25更高的位置。

圆柱体10的柱部12的顶端与圆筒体20的顶盖21之间设置弹性体30，借此圆柱体10与圆筒体20可以通过压缩弹性体30而彼此靠近。另外，圆筒体20与圆柱体10也以机构件连结(未图示)，使得圆柱体可以圆柱体10为轴心旋转。在光学旋钮装置1在未受到外力的状态下，也就是未被使用者操作的状态下，如图2A所示，光学感测元件13在水平方向上会与螺旋结构25相向。又，如图2B所示，螺旋结构25是一个随着顺时针方向而逐渐增加壁面厚度的结构。借此圆柱体10的柱部12的壁面121与圆筒体20的螺旋结构25之间的距离会顺时钟的减少。光学感测元件13所接收到反射光的光强度，会受到反射光的路径长度而变化。光学感测元件13距离反射面越近，接收到的光强度越强，反的距离反射面越远，接收到的光强度越弱。

因此，当使用者顺时针旋转光学旋钮装置1时，也就是手握着圆筒体20顺时针方向旋转，各个光学感测元件13与相向的反射面的距离逐渐变远，而接受到连续地减弱的光反射信号。当每个光学感测元件13在至少两次的感测当中，同时接受到减弱的光反射信号，就可以判定光学旋钮装置1往顺时针方向旋转，并输出表示顺时钟旋转的操作信号至具有触控屏幕的外部装置。另一方面，当使用者逆时针旋转光学旋钮装置1时，也就是手握着圆筒体20逆时针方向旋转，各个光学感测元件13与相向的反射面的距离逐渐变近，而接受到连续地增强的光反射信号。当每个光学感测元件13在至少两次的感测当中，同时接受到增强的光反射信号，但不超过一预设的阈值时，就可以判定光学旋钮装置1往逆时针方向旋转，并输出表示逆时钟旋转的操作信号至具有触控屏幕的外部装置。

图3A是显示图1的光学旋钮装置被按压状态下的纵剖面图。图3B是显示图1的光学旋钮装置被单边按压状态下的纵剖面图。如图3A所示，当使用者朝光学旋钮装置1的中心按压(的后也可称为普通按压)时，也就是手朝着圆筒体20的中心向下按压，弹性体30受到压缩使得圆筒体20下降。在本发明中的实施形态中，在普通按压下，高反射结构24会下降到与光学感测元件13相向的位置。由于高反射结构24是采用比螺旋结构25具有更高反射率的材料构成，所以光学感测元件13会接收到比面向螺旋结构25的反射光信号最大值更大的反射光信号。因此，可以预先在光学感测元件13能够从螺旋结构25接收到的反射光信号的最大值以及从高反射结构24接收到反射光信号之间设定一阈值。一旦多个的光学感测元件13所接收到的反射光信号全部超过这个阈值，则判定光学旋钮装置1被按压成如图3A所示的状态，并输出表示普通按压的操作信号至具有触控屏幕的外部装置。

当使用者朝光学旋钮装置1的单边按压时，也就是手朝着圆筒体20的某一边缘向下按压，弹性体30仅一侧受到压缩使得圆筒体20下降，而形成圆筒体20倾斜的状态。在本发明中的实施形态中，在单边按压下，只有受到按压的那一侧的高反射结构24会下降到与光学感测元件13相向的位置。这一侧的光学感测元件13面向高反射结构24而接收到超过阈值的反射光信号，位于相反侧的光学感测元件13仍然面向螺旋结构25而接收到低于阈值的反射光信号。因此，当一部分的光学感测元件13接收到的反射光信号超过阈值，一部分的光学感测元件13接收到的反射光信号低于阈值，则判定光学旋钮装置1被按压成如图3B所示的状态，并输出表示单边按压的操作信号至具有触控屏幕的外部装置。

根据上述的光学旋钮装置1，本发明在普通按压、旋转以外，还提供了单边按压的操作输入方式。因此，进一步增加了光学旋钮装置1的功能性及便利性。使用者可以自行定义单边按压所代表的功能，例如回上一步等。

需注意的是，在上述实施形态中，本发明并没有限定单边按压输入时的按压位置，换言之，无论在光学旋钮装置1的那一个边缘进行按压，光学旋钮装置1都会输出相同的单边按压的指令。然而，本发明并不限定于此，在其他实施形态中，本发明的圆柱体10的底部11可做仅允许光学旋钮装置1以特定摆放方向放置的定位结构，使得光学旋钮装置1摆放后圆柱体10上的多个的光学感测元件13的位置固定。这样一来，可以进一步通过判断是哪一个光学感测元件13接收到的反射光信号超过阈值，来定义出不同位置的单边按压动作。

接着说明用来检测本发明的光学旋钮装置的输入操作模式的光学检测方法。图4是显示根据本发明一实施形态的检测图1的光学旋钮装置的输入操作模式的光学检测方法的流程图。如图4所示，在步骤S1，将光学旋钮装置放置于具有触控屏幕的外部装置，与该外部连线。在步骤S2，通过与外部装置的连线而唤醒光学旋钮装置内部的多个的光学感测元件。在步骤S3，多个的光学感测元件进行光强度感测。在步骤S4，判断多个的光学感测元件所接收到的光强度信号是否有任一者超过阈值。如果有任一者超过阈值，则前进到步骤S5；如果都没有超过阈值，则前进到步骤S8。在步骤S5，进一步判断是否全部的光强度信号都超过阈值。如果是，则代表光学旋钮装置的中心被按压，因此在步骤S6输出普通按压指令至外部机器，完成后回到步骤S3继续进行光强度感测。如果并非全部光强度信号都超过阈值，也就是多个的光强度信号之间差异大，则代表光学旋钮装置的边缘被按压，因此在步骤S7输出单边按压指令至外部机器，完成后回到步骤S3继续进行光强度感测。

另一方面，当在步骤S4判断出多个的光学感测元件所接收到的光强度信号全部都没有超过阈值，则在步骤S8进行下一次的光强度感测。接着，在步骤S9，同样再判断一次多个的光学感测元件所接收到的光强度信号是否有任一者超过阈值，如果是则前进至步骤S5；如果否，则在步骤S10，依据步骤S8所检测的光强度信号与在步骤S3所检测的光强度信号，判断是否光强度信号是否有增强或减弱。如果光强度没有改变，则回到步骤S8。如果光强度信号有增强或减弱，则代表光学旋钮装置被转动，因此在步骤S11输出旋转指令至外部机器，完成后回到步骤S3继续进行光强度感测。在此，可以进一步依据光强度信号的增强而输出代表朝向第一方向(例如逆时针方向)旋转的旋转指令至外部机器，依据光强度信号的减少而输出代表朝向第二方向(例如顺时针方向)旋转的旋转指令至外部机器。

在上述的光学检测方法中，能够完整地检测出本发明的光学旋钮装置的各种操作输入，包括普通按压、单边按压、顺时针旋转、逆时针旋转。借此相较于现有的旋钮装置提供更多的操作方式。

然而，本发明的光学旋钮装置同样可以限定于单纯接受按压或单纯接受旋转的操作方式。以图5、图6为例，第5、6图是显示根据本发明另一实施形态的检测图1的光学旋钮装置的输入操作模式的光学检测方法的流程图。

在一个光学旋钮装置仅接收按压操作的实施例中，如图5所示，在步骤S1，将光学旋钮装置放置于具有触控屏幕的外部装置，与该外部连线。在步骤S2，通过与外部装置的连线而唤醒光学旋钮装置内部的多个的光学感测元件。在步骤S3，多个的光学感测元件进行光强度感测。在步骤S4，判断多个的光学感测元件所接收到的光强度信号是否有任一者超过阈值。如果有任一者超过阈值，则前进到步骤S5；如果都没有超过阈值，则返回步骤S3。在步骤S5，进一步判断是否全部的光强度信号都超过阈值。如果是，则代表光学旋钮装置的中心被按压，因此在步骤S6输出普通按压指令至外部机器，完成后回到步骤S3继续进行光强度感测。如果并非全部光强度信号都超过阈值，也就是多个的光强度信号之间差异大，则代表光学旋钮装置的边缘被按压，因此在步骤S7输出单边按压指令至外部机器，完成后回到步骤S3继续进行光强度感测。

另外，在一个光学旋钮装置仅接收旋转操作的实施例中，如图6所示，在步骤S1，将光学旋钮装置放置于具有触控屏幕的外部装置，与该外部连线。在步骤S2，通过与外部装置的连线而唤醒光学旋钮装置内部的多个的光学感测元件。在步骤S3，多个的光学感测元件进行光强度感测。接着，前进到步骤S8进行下一次的光强度感测。然后，在步骤S10，依据步骤S8所检测的光强度信号与在步骤S3所检测的光强度信号，判断是否光强度信号是否有增强或减弱。如果光强度没有改变，则回到步骤S8。如果光强度信号有增强或减弱，则代表光学旋钮装置被转动，因此在步骤S11输出旋转指令至外部机器，完成后回到步骤S3继续进行光强度感测。在此，可以进一步依据光强度信号的增强而输出代表朝向第一方向(例如逆时针方向)旋转的旋转指令至外部机器，依据光强度信号的减少而输出代表朝向第二方向(例如顺时针方向)旋转的旋转指令至外部机器。

根据上述的光学旋钮装置及光学检测方法，本发明增加了旋钮装置的操作方式，大大地提升旋钮装置的功能性及便利性。

上述已公开的特征能以任何适当方式与一或多个已公开的实施例相互组合、修饰、置换或转用，并不限定于特定的实施例。

本发明虽以各种实施例公开如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的构思和范围内，当可做些许的变动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种光学旋钮装置，包括：

一圆柱体，在一既定高度沿着该圆柱体的壁面的圆周方向设置多个光学感测元件；

一圆筒体，以可相对于该圆柱体靠近、远离以及旋转的可动形态套住该圆柱体，

其中该圆筒体包括：

一开口部，朝该圆柱体套入；

一高反射结构，距离该开口部一第一距离处，沿着该圆筒体的内壁的圆周方向设置；

一螺旋结构，距离该开口部第二距离处，沿着该圆筒体的内壁的圆周方向设置，该螺旋结构使该圆筒体的该内壁距离该圆柱体的该壁面的距离沿着该圆周方向连续性地变化，

该第二距离小于该第一距离，

该光学旋钮装置在未被施加外力的状态下，该螺旋结构位于该既定高度。

2.如权利要求1所述的光学旋钮装置，其中当该光学旋钮装置接受一操作输入，使得该圆筒体整体朝向该圆柱体靠近时，该高反射结构移动至该既定高度，该多个光学感测元件同时接收一强光反射信号，该光学旋钮装置输出一表示按压的操作信号至一外部机器。

3.如权利要求1所述的光学旋钮装置，其中当该光学旋钮装置接受一操作输入，使得该圆筒体相对该圆柱体旋转时，该多个光学感测元件所接收的光反射信号连续性地增强或减弱，该光学旋钮装置输出一表示旋转的操作信号至一外部机器。

4.如权利要求3所述的光学旋钮装置，其中当该多个光学感测元件所接收的光反射信号连续性地增强，该光学旋钮装置输出的该操作信号表示向圆周方向的一第一方向旋转。

5.如权利要求4所述的光学旋钮装置，其中当该多个光学感测元件所接收的光反射信号连续性地减弱，该光学旋钮装置输出的该操作信号表示向圆周方向的相反于该第一方向的一第二方向旋转。

6.如权利要求1所述的光学旋钮装置，其中当该光学旋钮装置接受一操作输入，使得该圆筒体的一侧朝向该圆柱体靠近，该圆筒体的另一侧朝向远离该圆柱体时，该高反射结构的一部分移动至该既定高度，该多个光学感测元件中的至少一者接收一强光反射信号，该多个光学感测元件中的剩余者接收一弱光反射信号，该光学旋钮装置输出一表示单边按压的操作信号至一外部机器。

7.一种光学检测方法，用于检测如权利要求1所述的光学旋钮装置的输入操作模式，包括：

唤醒该多个的光学感测元件；

以该多个的光学感测元件进行第一次光强度感测；以及

当该多个的光学感测元件部分的光学感测元件所接受的信号大于一阈值，其余的光学感测元件所接受的信号小于该阈值时，输出一表示单边按压的操作信号至该外部机器。

8.如权利要求7所述的光学检测方法，其中当该多个的光学感测元件所接受的信号全部大于该阈值时，输出一表示按压的操作信号至该外部机器。

9.如权利要求7所述的光学检测方法，还包括：

在该第一次光强度感测后间隔既定时间，以该多个的光学感测元件进行第二次光强度感测；以及

当该多个的光学感测元件所接受的信号同时增加，但不超过该阈值，则输出表示朝一第一方向旋转的操作信号至该外部机器。

10.如权利要求9所述的光学检测方法，其中当该多个的光学感测元件所接受的信号同时减少，则输出表示朝相反于该第一方向的一第二方向旋转的操作信号至该外部机器。