TWI296089B - - Google Patents

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1296089 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種指向裝置，特別是指一種具有遮 光元件的光學指向裝置。 【先前技術】

10 蒼閱圖1，當一雷射光束2照射一參考面丨時，由於該 雷射光束2為同調光，因此散射光在該雷射光束2所形成 的免點21前方相遇並產生干;歩，使部份散射光亮度加強， 部份散射光亮度減弱，在各方向上形成大小、形狀，及亮 度均^同的立體斑點’此等立體斑點即稱為散斑（啊心 )。攻種隨機分佈的散斑結構即稱為一散斑場（ pattern)°該散斑場的斑點分佈與該參考® 1的起伏及粗糙 度有關，因此隨著該雷射光束2照射於該參考φ t的不同 位置，該散斑場的斑點分佈也會不同。 15 … —^ 6/oj TG 7L m m Ψ

面1 一所產生的影像，該散斑場可提供較為清晰銳利，且 度較阿的W像’使該雷射光束2對該參考面1粗糖度的 =率，在理論上可達到目前發光二極體的二十倍。也 疋措由同調光’可使目前諸如光學滑鼠等應用表面影像 別技術之裝置，適用於極為光滑的表面上。 參閱圖2與圖3，現有雷射光學滑鼠3藉由測定一參 、，勺相對平移以控制—作業系統（圖未示）的指標” 雷射光學滑鼠3 4人 " … 包卜殼體3Ϊ、一光學單元32，及 早兀33。 20 1296089 該殼體31具有一鄰接該參考面i的底面，並於該 底面311形成一開口 312。 "該光學單元32包括一發同調光的發光元件321及-感 光元件322。該發光元件奶經由該底面3ιι照射該參考面 並於該參考面1形成一亮點⑵，該感光元件322用於 感㈣亮點323的反射光。該亮點323的反射光即為一散 斑場。 料理單元33藉由分析該感光元件322所感測的反射 光，交化’以測定該參考面 10 料堂“，3面1的相對平移，並傳送出-控制 °〆作業尔統（圖未示）指標的電訊號。 :為該亮.點323反射光是由同調光干涉所形成，所以 吏:：進一段相當的距離後’該亮"3反射光的亮度 W ^ ^非同調的反射光一般快@ _ Μ鉬筌4 + 奴决速哀減，這也是為何雷射 間報聿打在屏幕上的亮點， 15 。因+ τα 戒位於迻處的觀測者觀測到 不响該底面311盘今夫去二 該感光元件32 W 的相對距離為何，在 下，号功產生的散斑場的形況 件322皆會因感_散 距離移動指標。換句話說 …化心相對 限制該感光元伴2 〜 田射光學滑鼠3無法 20 學滑鼠3的m θ、怎測範圍’造成使用者使用雷射光 子/月以3的困擾；或是需額外加讲— ^ 老面1 4 · 〇又摘測该底面311鱼該來 考面1相對距離的偵測裝置，拇… ^ " 度及製造成本。 ㈢〇田射光學滑鼠3的複雜 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在 <丨”種具有遮光元件的

6 ,1296089 光學指向裝置。 於是，本發明具有遮光元件的光學指向裝置藉由測定 -麥考面的相對平移以指示位置’該光學指向裳置包a一 冗又體、一光學单元，及一處理單元。 該殼體具有一鄰近該參考面的基面。 :光學單元設於該殼體内’並包括'經由該基面照射 且 >成一冗點於該參考面的發光元件、—用於感測該亮點 反射光的感光元件，及一介於該感光元件與該參考面之間 的遮光兀件，該感光元件及該遮光 10 15 一者並相互配合， 在该麥考面上界定一感測範圍 從Θ暴面通離該參考面至 一位置時，該亮點脫離該感測範圍。 ，、該1理單元藉由分析該感光元件所感測的反射光變化 ，以測疋该參考面的相對平移。 【實施方式】 有關本發明之前述及苴#姑 “他技術内谷、特點與功效，在 以下配合參考圖式之-伽“ “ + Λ之一個較佳貫施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 在本發明被詳細描诚二 _ ^ ^ k 之刖，要注思的是，在以下的說 日内,中’類似的元件是以相同的編號來表示。 一丄：圖纟么明具有遮光元件的光學指向裝置4之第 較佳貫施例藉由測定一夂 >考面5的相對平移以指示位置 ’例如控制一作業系絲f闻 、'(圖未示）的指標。該參考面5可 為一滑鼠墊所提供的平@， T曲或其它可供使用的平面。然而 貫際應用上，該參考面s山、 也可為一軌跡球的外表面。該光 20 1296089 學指向裝置4包含一殼體6、 光孥單元7,及一處理單元 該殼體6具有一鄰近該參考^ 5白勺基面61，並於該基 面61形成一連通該殼體6内外的開口 611。 ^ 土 5 豸光學單元7設於該殼體6内，並包括分別沿平行該 參考面5方向間隔配置的一發光元件^及一感光元件μ: • 及—介於該感光元件W與該參考面5之間的遮光元件乃。 該發光元件7i在本實施例中為一發同調光的半導體雷射， > 亚經由該開口 611，以一入射角θ斜向照射該參考面$。且 1〇 1亥發光元件71在該參考面5上形成-介於該發光元件71 及該感光元件72之間，且與感光元件72間隔一平移距離s 的亮點711。該感光元件72用於感測該亮點7ιι反射光。 -由於該發光元件71是以同調光斜向照射該參考面5，所以 該感光元件72感測的反射光即為一可提供高於該雷射光學 15 滑鼠3 (見® 2)二十倍可鑑別率的散斑場。且在該參考面 5及該基面61相鄰時，形成於該亮點711的散斑場在主要 反射方向上的部份可經由該遮光元件73被該感光元件72 接收。 該遮光元件73包括一罩設於該感光元件72外圍且不 透光的遮光體731，及一實質上沿垂直該參考面5方向延伸 亚貫穿該遮光體731的透光孔732。該透光孔732並位於感 光元件72下方偏右處，且該感光元件72之幾何中心與該 透光孔732之遠離發光元件71的一側緣733相對應，以使 該透光孔732的幾何中心與該感光元件72的連線741不平

1296089 10 15 20 行於该發光元件71的出射光路712。 藉此，該感光元件72及該透光孔732二者相互配合， 在該簽考面5上界定一介於該發光元件71及該感光元件72 之間的感測範圍74，且該感測範圍74的大小取決於該透光 孔732的孔徑大小，當該透光孔732的孔徑愈大，該感測 耗圍74愈大，相反地，當該透光孔乃2的孔徑愈小，該感 測範圍74則愈小。 該處理單元8藉由比較—序列由該感光元件 所钬 >則 的散斑場圖紋，分析該亮點711反射光的變化，以測定該參 考面5的相對平移，並傳送出—控制該作業系統（圖未示 )士指標的電訊號。當該亮點711位於該參考面5上不同位置 %，形成的散斑場也具有不同的分佈，經由同一序列中相 鄰二散斑場影像的相關性計算，即可推得該參考面5相對 平移的方向及距離。誠如熟㈣項技藝所知，現有多種方 式進行該相關性計算，故此便不再詳細賢述。 參閱圖5’由於該感光元件72及該參考面5的連線與 z透光孔732貫質上相切’且該感測範圍％之幾何中心介 71 光元件72之間，所以當該基面“ 二® 5日…亥感測範圍74雖然漸趨擴張，但是 感測範圍74鄰近該感光元件72 _ 疋 參考面5及該基面61之間 ：、相對位置，不隨該 勺相對距離的變化而改變。且由 方、该％光兀件71是以該入射角 面s , 角（見圖4)斜向照射該參考 5，因此，該亮點7U隨該參考 相斛_ T 可由5及该基面61之間的 離匕的增加而朝該感光元件72方向移動。 / z 9 ίο 15

20 1296089 在该基面61漸趨遠離該參考面5至一第一位置612時 ’該亮點711移至該感測範圍74最接近該感光元件72的一 令而。此時’形成於該亮點711的散斑場只有在概略垂直該參 考面5方向上的部份可被該感光元件72接收，且該相對距 離L與tane的乘積等於該平移距離s (見圖4)。 翏閱圖6，同樣地，在該基面61持續遠離該參考面5 至一鬲於該第一位置612的第二位置613時，該亮點711持 績朝同方向移動，並自該感測範圍74最接近該感光元件72 一端遠離該感測範圍74。此時，形成於該亮點711的散斑 %在该免點711與該感光元件72之垂直連線方向上的部份 被該遮光體731阻隔，致使該感光元件72無法再接收該^ 點711的反射光。 上述的機構設計只為本較佳實施例而已，誠如孰采該 項技藝者所能理解，在實施上也可利用不同的機構料^ 在該基面61漸趨遠離該參考面5時，使該亮# 7ιι相對位

置不變，而該感測範圍74改變並遠離該亮點7ιι位置，以 達到相同的功效目的。 Y *閲圖7,此外需補充說明的是，當—折射係數為n 可透光平板9介於該基面61及該參考面5之間時，例如 -實施例於設有玻璃板的桌面上，其工作方式仍 前速仙。惟不同處在於該亮點711的實際位置 同，產生的位置差異為該可透光平板9的厚度L::t:: 乘積’其中’ θ’滿足折射定律：nsin ” wn y 〇 _二 ，η約等於1，為空氣的折射係數， 1 1人於η，所以L, 10 1296089 大於如® 5所示的L，使本發明可工作於較厚的可透光平板 9，例如玻璃工作板等。在本應用說明之中，產生的位置差 異恰等於該平移距離s (見圖4 )。 參閱圖8,本發明具有遮光元件的光學指向裝置之第二 • 5 車父佳實施例與該第-較佳實施例類似，惟不同處在於，光 ，指向裝置4,之遮光元件73,更包括-設於該開口 611且呈 薄片狀的遮光體731，，及一實質上沿垂直該參考面5方向 ^ ㈣並貫穿該遮縫731的透光孔732，。該遮光體⑶，可 1〇 肖該殼體6 一體成型，也可獨立製造後，再以膠合或螺鎖 等現有的技術結合至該殼體6。此外，相較於該第一較佳實 施例，該透光孔732,需有較第一實施例之透光孔…（見圖 )大的孔彳二才達到等同於該第一實施例的功效。 、 綜上所述，本發明具有遮光元件的光學指向裝置4、4, ]5 彻该遮光兀件73、”,，以達到限制該光學單力7之可工 15 “度的目的功效。相較於現有無法限制或加設一偵測裝 置的方式’本發明只利關單的機械結構即可排除現有# 1光學滑鼠使用上的不便，或是取代現有但是較不經濟： 解決方案，故確實可達到發明之功效。 ) 准X上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 月匕以此限疋本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 I巳圍及^明δ兒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】 园疋田射光束射向一平面的側視剖切圖，說明散 1296089 ’ 斑場的形成原理； 、 圖2是一現有光學滑鼠的側視剖切圖； 圖3是類似圖2的側視剖切圖，說明該現有光學滑鼠 在不同高度下仍可運作； 5 圖4是本發明具有遮光元件的光學指向裝置的第一較 • 佳貫施例的側視剖切圖； 圖5是類似圖4的側視剖切圖，說明該第一較佳實施 例位於一第一位置； ® 圖6是類似圖4的側視剖切圖，說明該第一較佳實施 10 例位於一咼於該第一位置的第二位置； 圖7是類似圖4的側視剖切圖，說明該第一較佳實施 例的一應用例；及 圖8是本發明具有遮光元件的光學指向裝置的第二較 佳實施例的側視剖切圖。 15 12 1296089 【主要元件符號說明】 4 ....... •…指向裝置 73 •.… —遮光元件 5 ....... •…參考面 731 …· —遮光體 6…… •…殼體 732 …. •…透光孔 61 ·.··· …·基面 733… …·側緣 61卜· ……開口 74···.· …·感測範圍 612… •…第一位置 741 ··· …·連線 613… •…第二位置 8....... •…處理單元 Q....... 7 ...... 无子旱兀 y J边7Ό 丁低 71 ••… •…發光元件 Θ…… …·入射角 71卜· …·亮點 s....... •…平移距離 712… •…出射光路 L…… •…相對距離 72·.··· —感光元件$ L’ ···.. …·平板厚度 13

Claims (1)

1296089 十、申請專利範圍·· h 一種具有遮光元件的光學指向裝置，藉由敎與—來考面 的相對平移以指示位置，該光學指向裝置包含：/ 一殼體，具有一鄰近該參考面的基面；

-光學單元，設於該殼體’並包括'經由該基面照射 且形成-亮點於該參考面的發光元件、—用於感測該亮點 反射光的感光元件，及一介於該感光元件與該參考面之間 的遮光元件，該感光元件及該遮光元件二者並相互配合， 在該參考面上界定-感測範圍，使該基μ 一位置時，該亮點脫離該感測範圍；及 α單元藉由刀析5亥感光元件所感測的反射光變 化，以測定該基面與該參考面的相對平移。 2 ·依據申請專利範圍第1項戶斤十〔 阳％ i员所述之具有遮光兀件的光學指向 裝置’其中’該遮光元件包括一罩設在感光元件外圍且不 透光的遮光體，及一實質上沿垂直該參考面方向延伸並貫

牙。亥k光版的透光孔，且該感光元件之幾何中心與該透光 孔之遠離發光元件的一側緣相對應。 3·依據中請專利範圍第i項所述之具有遮光元件的光學器向 裝置，其中，該基面形成一連通該殼體内外表面的開口， 且該遮光元件包括一設於該開口且不透光的遮光體，及一 貫質上沿垂直該參考面方向延伸並貫穿該遮光體的透光孔 ，且钂感光元件之幾何中心與該透光孔之遠離發光元件的 一側緣相對應。 4·依據申請專利範圍第3項所述之具有遮光元件的光學指向

14 1296089 裝置，其中，該遮光體與該殼體一體成型。 5· —種具有遮光元件的光學指向裝置，用於一設有一玻璃工 作板的參考面上，並藉由測定與該玻璃工作板的相對平移 以指示位置，該光學指向裝置包含： 一殼體，與該蒼考面分別位於該玻璃工作板的二相反 側，並具有一鄰近該玻璃工作板的基面； 一光學單元，設於該殼體，並包括一經由該基面及該 玻璃工作板照射且形成一亮點於該參考面的發光元件、一 用於感測該亮點反射光的感光元件，及一介於該感光元件 與該破璃工作板之間的遮光元件，該感光元件及該遮光元 件一者並相互配合，在該參考面上界定一感測範圍，使該 基面遠離該玻璃工作板至一位置時，該亮點脫離該感測範 圍；及 處理單兀，藉由分析該感光元件所感測的反射光變 化，以測定該基面與該玻璃工作板的相對平移。 15