TW201126385A - Optical position indication input apparatus - Google Patents

Description

201126385 六、發明說明： ' 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種位置指示輸入裝置，特別是指一 種光學式位置指示輸入裝置。 【先前技術】 一般具有資料輸入功能且具有顯示畫面的電子裝置， 例如行動電話、電腦等’通常設有位置指示輸入裝置來方 便使用者操控顯示畫面上的游標或選項。現有的位置指示 • 輸入裝置有光學式，例如光學滑鼠，及機械式，例如滾輪 滑鼠、搖桿、軌跡球、方向鍵等。由於光學式位置指示輸 入裝置，相較於機械式位置指示輸入裝置不會有機械磨耗 的問題，也不會有沾染灰塵而影響操控的困擾，使得光學 滑鼠已經成為目前電腦系統使用的主流，但是光學滑鼠體 積較大，所以行動電話所用的位置指示輸入裝置，仍以體 積較小、可控制上下左右四個方向的搖桿或方向鍵較為普 遍。 ® 然而’一般的光學滑鼠體積較大、佔用空間且不方便 攜帶，所以縮小光學滑鼠的體積，有其使用需求。美國專 利US 6,057,540號揭露一種可安裝於鍵盤的光學式位置指 示輸入裝置’包含一柱狀鏡片（rod lens)及設於柱狀鏡片底 側的一 LED光源及一感測器’ LED光源與感測器間設一阻 擋件，避免LED發射的光線直接射入感測器，柱狀鏡片頂 端可供手指在其上移動以指示位置。LED發射的光線藉由 柱狀鏡片導引到達手指，光線被手指反射後再由柱狀鏡片 201126385 導引由感測器接收，藉由感測器接收手指移動的影像，計 算出位移方向及距離。此裝置雖可作為鍵盤的—部份，作 是其柱狀鏡片佔有一定高度，無法滿足薄型介面的需求， 而且光源經柱狀鏡片表面所反射的雜光，容易進入感測器 造成雜訊。 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供一種體積小、符合薄 型化需求且省電的光學式位置指示輸入裝置。 於是，本發明光學式位置指示輸入裝置，包含—電路 板、-發光元件、-偵測系統、一導光元件、一成像透鏡 及一可透光工作平台。該發光元件設於該電路板上並與 該電路板電連接。該偵測系統包含一影像感測器及一位移 量計算電路，與該發光元件相間隔地設於該電路板上，並 與該電路板電連接。該導光元件相鄰該發光元件，具有一 凹面反射鏡。該成像透鏡位於該偵測系統上方。該可透光 工作平台位於該成像透鏡上方’可供一被偵測物在其表面 移動。其中該凹面反射鏡能將該發光元件發射的光線反射 至該成像透鏡上方之可透光工作平台，再由該被偵測物反 射通過該成像透鏡，將該被偵測物成像於該偵測系統，藉 由該偵測系統得到該被偵測物相對於該工作平台的相對位 移量。 本發明之功效，本發明光學式位置指示輸入裝置，整 體的體積小，可符合薄型化的需求，且藉由導光元件的凹 面反射鏡提高光線利用率、節省電能。 201126385 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清 楚的呈現。 參閱圖1、圖2與圖3,本發明光學式位置指示輸入裝 置之一較佳實施例包含一電路板丨、一發光元件2、一偵測 系統3、一内框架4、一外框架5、一外蓋6及一軟性電路 板7 〇 • 發光元件2設於電路板1上，並與電路板丨電連接， 用以產生光源，以照射一被偵測物9 (參閱圖4)。偵測系 統3與發光元件2相間隔地設於電路板丨上，並與電路板i 電連接，且包含用以接收被偵測物9的影像之一影像感測 器（圖中未標示）’及一用以計算被偵測物9的位移量之一 位移量計算電路（圖中未標示）。在本實施例中，發光元件 2為發光二極體（LED)，其亦可為雷射二極體（丨犯以^〇心） 。影像感測器可包含電荷耗合元件（CCD)或互補性金屬氧化 • 半導體（CMOS)感測器陣列。 内框架4包括-導光元件41、一載台42、二連接臂43 及-成像透鏡44。導光元件41相鄰發光元件2,具有一凹 面反射鏡4U。載台42位於損測系統3上方，二連接臂43 分別連接於載台42兩側並連接導光元件41，成像透鏡44 設於載台42而位於偵測系統3上方。 外框架5具有-形狀與内框架4相配合的框體部51， 使外框架5套設於内框架4外，外框架5還具有-介於發 201126385 光元件2與偵測系統3間的不透光阻隔部52，且阻隔部52 與框體部51共同包圍偵測系統3及載台42，用以阻擋發光 元件2射出的光線直接射入偵測系統3，此外，外框架5還 具有一孔徑光欄53 ( aperture stop) ’為穿設於阻隔部52之 一倒錐形穿孔，並與成像透鏡44相對應。在本實施例中， 外框架5整體不透光。 外蓋6為透光材質製成，套設於外框架5外並設於電 路板1上，與電路板1共同界定一容室61，且具有一可透 光工作平台62。發光元件2、偵測系統3、内框架4及外框 架5位於容室61中。可透光工作平台62位於成像透鏡44 上方’可供被偵測物9在其表面移動以指示位置，被彳貞測 物9可例如手指。在工作平台62處，被偵測物9能將由凹 面反射鏡411反射的光線再反射通過成像透鏡44，而被貞 測系統3接收。 軟性電路板7電連接電路板1，可方便與外部電路之連 接器電連接。 發光元件2、偵測系統3、内框架4、外框架5及外蓋 6配置的位置’使發光元件2射出的光線可藉由導光元件 41的凹面反射鏡411反射出可透光工作平台62，當被债測 物9在可透光工作平台62移動時’被偵測物9可將光線反 射通過孔徑光欄53及成像透鏡44，而成像於偵測系統3， 藉由偵測系統3的影像感測器測得被偵測物9影像，再由 位移量。十算電路计算得到被偵測物9的位移量。而且，夢 由阻隔部52可阻擋發光元件2射出的光線直接射入偵測系 6 201126385 統3,避免產生雜訊。參閱圖4，凹面反射鏡411的設計主 要能將發光元件2射出的光線反射出可透光工作平台62位 於偵測係統3上方的區域，以使光線能由被偵測物9反射 ’且能被偵測系統3接收，而藉由凹面反射鏡411提高光線 利用率’節省電能’並且可符合薄型化的需求，特別適用 於可攜式電子裝置，尤其是行動電話；更佳地，導光元件 41的凹面反射鏡411，其凹面形狀可設計為為橢圓球面的一 部份，且發光元件2位於該橢圓球面之一焦點，而成像透 鏡44正上方的可透光工作平台62的區域位於該橢圓球面 之另一焦點，藉此可增加光線的利用率；或者’導光元件 41的凹面反射鏡411，（參閱圖5)，其凹面形狀可設計為 由多數個小面積的凹面陣列組成，可增加光線的利用率及 均勻性。此外’可依據所使用的發光元件2發光的波長， 在介於工作平台62與偵測系統3之間的成像光路上，設置 對應發光元件2之發光波長的濾光片（圖中未標示），藉由 濾光片使發光元件2的光波通過，並濾除其他波長的雜散 光’藉以提高訊號的品質。濾光片可以另外設置在工作平 台62與成像透鏡44間，或在成像透鏡44與偵測系統3間 ，或是將工作平台62或成像透鏡44直接利用可濾光的材 質製作，皆可達到濾光的效果。 在本實施例中，内框架4、外框架5及外蓋6由射出成 形方式製成，而導光元件41的凹面反射鏡411、411，係於 塑膠材料成形後，再於凹面的表面鑛上金屬層所製成。組 裝時，先將發光元件2及偵測系統3銲接於已與軟性電路 7 201126385 板7電連接的電路板1上，再將内框架4與外框架5組裝 在起，並安裝於電路板i，最後套上外蓋 6即可。 紅上所述本發明光學式位置指示輸入裝置，整體的 體積小可符合薄型化的需求，且藉由凹面反射鏡411、川， 提间光線利用率，節省電能’適用於可攜式電子裝置尤 其疋行動電話’故確實能達成本發明之目的。 准以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 · 【圖式簡單說明】 圖1是一立體分解圖’說明本發明光學式位置指示輸 入裝置之一較佳實施例； 圖2是圖1組合後的俯視圖； 圖3是一沿圖2中的ΠΙ-ΙΙΙ直線所取的剖視圖； 圖5是一示意圖’說明該較佳實施例的光線反射路徑 ’其中部分元件被移除；及 圖4是一說明凹面反射鏡的凹面形狀之示意圖。 8 201126385

【主要元件符號說明】 1 ....... …電路板 5…… ••…外框架 2 ....... …發光元件 51 •…框體部 3 ....... …偵測系統 52··.·. •…·阻隔部 4 ....... …内框架 53 ••…孔徑光欄 41…… …導光元件 6…… •…外蓋 411 ···· …凹面反射鏡 61 ···. ••…容室 411，… …凹面反射鏡 62·.·. ••…可透光工作平台 42…… …載台 7…… …··軟性電路板 43…… …連接臂 9…… .....被偵測物 44…… …成像透鏡

Claims (1)

1. 201126385 七、申請專利範圍： 1. 一種光學式位置指示輸入裝置，包含： 一電路板； 一發光元件，設於該電路板上，並與該電路板電連 接； 一偵測系統，包含一影像感測器及一位移量計算電 路，與該發光元件相間隔地設於該電路板上，並與該電 路板電連接；

   一導光元件，相鄰該發光元件，具有一凹面反射鏡 一成像透鏡，位於該偵測系統上方；及 一可透光工作平台，位於該成像透鏡上方，可供一 被偵測物在其表面移動； 其中該凹面反射鏡能將該發光元件發射的光線反射 出該可透光玉作平台’再由該被偵測物反射通過該成像 透鏡，將該被㈣物成像於㈣測系統，藉由該摘測系

   統得到該被偵測物相對於該工作平台的相對位移量。 2.依據中請專利範圍第丨項所述之光學式位置指示輸入裝 置’其中’該可透光工作平台為—外蓋的—部份，該外 蓋設於該電路板上，㈣電路板共同界定-容室，且該 發光Μ '該__、該導光元件及該成像透鏡位於 该容室中。 10 201126385 架還包括一載台及二連接臂，該二連接臂分別連接於該 . 載台兩側並連接該導光元件，且該成像透鏡設於該載台 0 4. 依據申請專利範圍第3項所述之光學式位置指示輸入裝 置，還包含一設於該容室中的外框架，該外框架具有一 介於該發光元件與該偵測系統間的不透光阻隔部，以阻 擋該發光元件射出的光線直接射入該偵測系統。 5. 依據申請專利範圍第4項所述之光學式位置指示輸入裝 φ 置’其中’該外框架還具有一介於該可透光工作平台與 該成像透鏡間的孔徑光欄，並與該成像透鏡相對應。 6. 依據申請專利範圍第5項所述之光學式位置指示輸入裝 置’其中’ a玄外框架還具有一形狀與該内框架相配合的 框體部’使該外框架套設於該内框架外，且該阻隔部與 該框體部共同包圍該偵測系統及該載台。 7. 依據申請專利範圍第6項所述之光學式位置指示輸入裝 置’其中’該外蓋套設於該外框架外。 φ 8.依據申請專利範圍第7項所述之光學式位置指示輸入裝 置’還包含一電連接該電路板的軟性電路板。 9. 依據申請專利範圍第1至8之任一項所述之光學式位置 指示輸入裝置，其中，該導光元件的凹面反射鏡，其凹 面形狀為橢圓球面的一部份，且該發光元件位於該橢圓 球面之一焦點’而該成像透鏡正上方的該可透光工作平 台的區域位於該橢圓球面之另一焦點。 10. 依據申请專利範圍第1至8之任一項所述之光學式位置 11 201126385 指示輸入裝置，其中，該導光元件的凹面反射鏡，其凹 面形狀由多數個小面積的凹面陣列組成。

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