CN2660590Y - 指针输入装置 - Google Patents

Abstract

一种指针输入装置，是以手指移动的影像作为计算机光标移动信号的判断基础。本实用新型主要设计了光学凸透镜组来取得手指移动的清晰影像，以光信号处理器来撷取清晰影像的位移变化以产生相应的坐标信号；其中，通过光学凸透镜组的设计，若手指脱离光学透镜组的焦距，则无法取得清晰影像，即可防止误操作的信号输出。

Description

指针输入装置

技术领域

本实用新型涉及一种指针输入装置，特别是涉及采光学式取得坐标位移信号来控制计算机系统的光标的指针输入装置。

背景技术

指针输入装置(Pointing Device)泛指可以对计算机系统(如个人计算机、笔记型计算机或个人数字助理等等)输入坐标位移信号，以要求计算机系统执行相应操作；目前可见的指针输入装置种类很多，诸如鼠标、轨迹球装置、触控板、手写板、摇杆等都属于指针输入装置，而应用上较为普遍的仍为鼠标。

鼠标的种类又可区分为机械式以及光学式鼠标。机械式鼠标以位于鼠标底部与工作平面接触的滚球转动作为坐标位移信号的判断基础；其中与滚球接触转轴的一侧设计有光栅，利用光线通过光栅与否来产生对应的计算机光标位移信号。光学式鼠标则是依据反射光的影像变化作为坐标信号的判断基础，使用者仍然是以手握住光学式鼠标在平面上移动，光线投射在平面上再反射至光感应器，利用光感应器来侦测移动前、后该反射光所形成影像的差异，产生相应的计算机光标位移信号。

机械式鼠标与光学式鼠标各有利弊，如机械式鼠标容易因滚球的滚动沾染灰尘脏污，而影响坐标位移信号的判断；而光学式鼠标所移动的平面颜色、材质等都影响其反射光的能力，使光学式鼠标的操作产生失误。此外，无论是机械式鼠标或光学式鼠标，在操作上都必须要具备一定的操作空间，亦即必须要让机械式鼠标或光学式鼠标在一定面积的平面上移动。当然，使用者还可采用轨迹球(trackball)装置作为指针输入装置，轨迹球装置可视为机械式鼠标一样，将机械式鼠标翻转过来，使其滚球在上，轨迹球装置本身的固定不同，使用者直接以手指接触滚球令其转动，而其侦测滚球转动量的方式也可为机械式或光学式，来产生相应的坐标位移信号。

轨迹球装置相关的专利案如美国第5578817号专利案(以下称817案)，轨迹球装置确实克服了机械式鼠标或光学式鼠标需要移动空间的问题，然而轨迹球装置所需要的滚球是必须特别设计的，尤其以光学式轨迹球装置而言，光学式轨迹球装置是以光线照射滚球后取得反射光来产生计算机光标位移信号，因此滚球本身需要具有良好的反射能力；通常在滚球上必须设计有班点(speckle)、亮点(light spot)、网格线(grid)、或细微纹理结构(micro-texture)等，因此所需的制造成本较已知的光学式鼠标高出了许多。

而为解决此问题，817案中提出了另一种实施例(该案第四实施例，图式中FIG.22所示)，817案第四实施例提出了一种利用指纹检知的指针输入装置；又如美国第5623553号专利案(以下称553案)，553案也揭露了一种指纹检知输入装置(High contrast fingerprint image detector)。上述两案同样利用光源、棱镜、透镜与感应器的设计，利用光线反射手指指纹移动所产生的反射光线，而由感应器来侦测计算机光标移动信号。然而，该棱镜的成本不仅较高，且指纹检知的方式，也必须增加检知时的精度控制。

又如美国第5801681号专利案(以下称681案)，681案揭露了一种控制信号产生装置(Method and apparatus for generating a control signal)，681案也同样由光源、光信号传递平台、透镜及感应器所组成；其中光源由光信号传递平台底端投射光线至光信号传递平台，而在光信号传递平台的一侧设有透镜，手指放在光信号传递平台上，光源的光线照射在手指上而由该透镜反射至感应器上；然而由于光源直接位于手指的下方，手指将可提供较大的范围来反射光线，因此手指抬高离开光信号传递平台仍会将光线反射回感应器上，进而使感应器作出错误的判断，而且681案将比817案或553案误操作的发生更为严重。此外，环境光线的干扰也必须加以克服，请参阅其中的图2及图5所示，正因为如此，其感应器的位置，必须放置在可接收漫射(diffusion)、或反射(reflection)光线超过该平台材质的临界角(critical angle/α)的位置，以避免周遭环境光线的干扰问题。

实用新型内容

已知所揭露的以手指作为坐标信号判断基础的光学式指针输入装置，由于采用平面镜来完成光线的反射，当手指抬高离开时，光线仍会反射至感应器而造成误操作，在实际应用上仍有很大的问题。本实用新型因此提出一种简单，且可以确实应用在以手指作为坐标信号判断基础的光学式指针输入装置。

根据本实用新型所揭露的指针输入装置，其包括壳体、光源、凸透镜组及光信号处理器，其中凸透镜组包括第一凸透镜及第二凸透镜，第一凸透镜设置于壳体表面，以供手指贴覆于第一凸透镜上滑动，第二凸透镜则是设置于壳体内而与第一凸透镜位于同一光轴上；光源设置在透镜组的一侧并且产生入射光线照射于第一凸透镜上，光信号处理器位于凸透镜组的光轴路径末端；当使用者以手指贴覆于第一凸透镜，光源的入射光线将被手指所遮蔽而无法穿过第一凸透镜而反射形成反射光线并经过第二凸透镜，再通过第二凸透镜成像于光信号处理器；当手指移动时，同样产生反射光线成像于光信号处理器，经由光信号处理器的辨识，即可产生对应的电子控制信号即坐标信号，用以控制计算机装置的光标移动，从而滚读计算机显示屏。而根据本实用新型所揭露的指针输入装置，其中凸透镜组的焦距是固定的，以在光信号处理器上形成手指的清晰影像；当手指抬高离开第一凸透镜时，其反射的焦距即改变，如此将无法在光信号处理器上形成清晰影像，光信号处理器无法判读模糊影像，即不会产生任何的信号而造成误操作。

根据本实用新型所揭露的指针输入装置，使用者操作时必须贴覆于第一凸透镜上移动，才能使光信号处理器产生相应的坐标信号；若当略为抬起手指而离开第一凸透镜时，由于光信号处理器上无法成形清晰影像，故可有效地避免误判的操作发生；同时，若手掌或手指或是其它非预期的物体未接触经过第一凸透镜时，也不会产生误判的操作。

附图说明

图1为本实用新型的外观构造示意图；

图2为本实用新型的各构件组成关系构造示意图；

图3为本实用新型的移动物脱离第一凸透镜而改变原焦距的状态的操作示意图；及

图4为本实用新型作为指针输入装置的第三轴输入器的第二实施例示意图。

具体实施方式

根据本实用新型所揭露的指针输入装置，是应用于计算机系统中，所指的计算机系统为个人计算机、笔记型计算机、个人数字助理等数据处理装置，这些数据处理装置通常具有用以显示数据处理装置信号的显示器，显示器上显示有光标，控制光标即可要求数据处理装置执行相应操作，而本实用新型所揭露的指针输入装置即是用以产生坐标信号以控制光标。

如图1所示，该图为本实用新型的具体外观示意图，根据本实用新型所揭露的指针输入装置10，在外观上可与一般称为鼠标的指针输入装置相同，但不同处在于一般的鼠标在底面可见一滚球(机械式鼠标)或是可透光的开孔(光学式鼠标)，而本实用新型在外观上，是在鼠标表面使用者手指可触及的位置处(一般可设置于顶面，但也可设置于侧面)，可见第一凸透镜131，而操作方式如同一般称为轨迹球的指针输入装置一样，无须在平面上移动，而是直接以手指贴覆于第一凸透镜131上移动。

如图2所示，根据本实用新型所揭露的指针输入装置10，其包括壳体10、光源12、凸透镜组13及光信号处理器14。通常，一般的鼠标与计算机系统之间还需要传输接口传递信号(譬如RS232、PS/2、USB或无线传输技术)，又或者鼠标上一般还设有按键来执行相应的命令，但这些已为相当成熟的已知技术，在此不再多做赘述。

壳体10由上、下壳体(图中未示出)所构成，使壳体10形成容置空间以容纳构成指针输入装置10所需的零组件，壳体10的表面上至少开设有穿孔。

凸透镜组13设置于壳体10的内部，其包括第一凸透镜131及一第二凸透镜132，其中第一凸透镜131设置于穿孔101处，第二凸透镜132与第一凸透镜131间隔一定距离且与第一凸透镜131位于同一光轴上，并且第二凸透镜132的中心位于第一凸透镜131的焦点上；第一凸透镜131焦距为固定的，第一凸透镜131与第二凸透镜132的相对距离也是固定的，由第一凸透镜131传来的光线必须焦点恰好落在第二凸透镜132的中心，光线才能再经由第二凸透镜132获得清晰的成像。

光源12设置于壳体10内部，为发光二极管，光源12设置于凸透镜组13的一侧，并朝着第一凸透镜131向外投射出入射光线。

光信号处理器14设置于壳体10内部，狭义的定义，光信号处理器14为光感应器，用以接收光线并转换呈光信号，广义的定义，光信号处理器14除了光感应器外，还包括信号处理电路、信号转换电路以及其所设置的电路板；光信号处理器14设置于凸透镜组13光轴的末端，用以接收来自凸透镜组13的光线。

根据本实用新型所揭露的指针输入装置，光源12发出呈扩散状的入射光线，以均匀地散布在第一凸透镜131的内表面；当第一凸透镜131无任何遮蔽时，入射光线会直接由第一凸透镜131射出，而当第一凸透镜131上有移动物(譬如图中所绘示的手指)接触时，入射光线会经过第一凸透镜131反射而形成反射光线，反射光线经过第二凸透镜132而在光信号处理器14上使移动物成像为清晰影像，使得该光信号处理器14得以撷取一位置；当移动物开始在第一凸透镜131上滑动时，则再于光信号处理器14上成像出另一清晰影像，经过计算，即可取得该清晰影像的位移变化量，进而产生相应的电子控制信号，以控制计算机系统的光标作相应移动。

如图3所示，当移动物抬起而脱离第一凸透镜131时，入射光线虽可照射在移动物而再形成反射光线，但由于反射光线的距离大于第一凸透镜131的焦距，导致反射光线的焦点无法正确地落入第二凸透镜132，因此无法使入射光线正确地成像在光信号处理器14上，进而造成光信号处理器14所接收到的影像为模糊影像，光信号处理器14即无法对模糊影像作任何的检知动作。

另外，由于目前计算机系统或计算机软件大多数采用窗口化接口，鼠标为适应窗口化接口的需求，除了可以控制光标X轴及Y轴方向移动外，还设置了第三轴输入器，第三轴输入器用以控制窗口化接口的滚动条，目前第三轴输入器大多是在鼠标上设置滚轮，转动滚轮来控制滚动条卷动；而根据本实用新型所揭露的指针输入装置，也可以作为第三轴输入器，如图4所示，图中所示为一般的机械式鼠标，在鼠标的适当位置处设置本实用新型的光源12、凸透镜组13及光信号处理器14，即以相同的原理，作为鼠标的第三轴输入装置。

另外，上述各实施例中的凸透镜131，可为双凸透镜，(biconvex lens)或是单凸透镜(single convex lens)，但以双凸透镜的效果较佳。

此外，由上述实施例的概念可知，本实用新型可内建于笔记型计算机、个人数字助理等数据处理装置之中，以取代既有的电磁感应式、电容感应式等指针控制装置。

以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，而非用以限制本实用新型的保护范围，凡运用本实用新型形状、构造、特征及精神所为的等效变化与修饰，均同理包含于本实用新型的范围内。

Claims (7)

1.一种指针输入装置，其特征在于，至少包括：

壳体；

设置于该壳体表面的第一凸透镜，其中，一移动物可在该第一凸透镜的外表面接触并滑动；

光源，设于该壳体内，该光源产生光线以照射该第一凸透镜的内表面，所述移动物接触该第一凸透镜时可产生反射光；

第二凸透镜，设于该壳体内，可接收该反射光；

光信号处理器设于壳体内，并位于该第二凸透镜的出射光路上，其通过该第二凸透镜可清楚撷取该反射光的影像位置；

其中，该光信号处理器由所述移动物的滑动而判断该反射光影像位置的变化，并产生对应的电子控制信号，同时将该电子控制信号输出至计算机装置。

2.如权利要求1所述的指针输入装置，其特征在于，该光线均匀地散布于该第一凸透镜的内表面。

3.如权利要求1所述的指针输入装置，其特征在于，该指针输入装置内建于该计算机装置。

4.如权利要求1所述的指针输入装置，其特征在于，该第一凸透镜为双凸透镜。

5.如权利要求1所述的指针输入装置，其特征在于，该第一凸透镜为单凸透镜。

6.如权利要求1所述的指针输入装置，其特征在于，该第一凸透镜设置于该壳体的顶面。

7.如权利要求1所述的指针输入装置，其特征在于，该第一凸透镜设置于该壳体的侧面。

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