TWI395930B - 轉子式光學感應裝置 - Google Patents

Description

轉子式光學感應裝置

本發明係關於一種光學感應裝置，特別是指一種轉子式光學感應裝置。

在日常生活中，為了掌握物件的傾斜角度或位移情況，通常會利用到各種感應器，而且這些感應器通常包含水平位移感應功能、垂直位移感應功能或傾角感應功能。在實務運用上，這些感應器通常會運用到許多感應技術，諸如光學感應技術、聲波感應技術或電學感應技術等。其中，由於光學感應技術具有感應速度快的優點，故逐漸被應用於製作高靈敏度之感應用途。

在利用現有技術所製作出的光學感應裝置中，多半係在一殼體中圍構出一黑體條件空間，並在黑體環境空間中設置一發光元件、一遮蔽元件與至少一光學感應元件，藉以在進行光學感應時，不至於受到光害或環境光線的干擾而影響到感應精確性。

發光元件係投射出一光束。遮蔽元件係為一種移動式遮蔽元件，並且可移動地設置在上述的黑體條件空間，藉以在光學感應裝置移動或傾斜時，受到重力或慣性力的作用而移動，並且改變遮蔽元件與發光元件以及光學感應元件之間的相對位置。

由於在遮蔽元件與發光元件以及光學感應元件之間的相對位置改變時，會改變光束的反射角度與行進路徑，使光學感應元件感應到光束的強度也隨之改變，據以判斷並計算出與水平位移、垂直位移或傾角等相關之參數。

然而，這種光學感應技術卻一直存在一個幾乎難以避免的問題。這個問題就是在遮蔽元件移動時，往往會與殼體產生碰撞，因而產生吵雜的噪音。在噪音的影響下，往往容易令使用者無法分辨噪音究竟是代表遮蔽元件與殼體間的正常碰撞，還是意味著光學感應裝置內部發生了零件鬆脫的異常現象，因而造成使用上或保養維修上的重大困擾。

有鑒於在習知技術所提供之光學感應裝置中，普遍存在噪音對使用上或保養維修上所造成的重大困擾；緣此，本發明之主要目的在於提供一種光學感應裝置，其係在光學感應裝置之黑體條件空間中以一轉子式遮蔽元件取代習知的移動式遮蔽元件，藉以在光學感應裝置因揚升或沉降而產生傾斜時，利用重力作用所產生變化，使轉子式遮蔽元件旋轉到不同的方位，藉以感應光學感應裝置的傾斜方位。

本發明為解決習知技術之問題，所採用之技術手段係提供一種轉子式光學感應裝置，該光學感應裝置包含一殼體、至少一發光元件、一轉子式遮蔽元件與至少一光學感應元件。殼體內部具有一黑體條件空間，並且包含一發光腔室、一遮光腔室與至少一光學感應腔室。發光元件係投射出一光束。轉子式遮蔽元件具有一幾何中心與一偏離於幾何中心之重量中心，並可轉動地限設於該遮光腔室。當光學感應裝置之一揚升方位揚升或一沉降方位沉降而產生傾斜時，該轉子式遮蔽元件係以該幾何中心轉動，使重量中心位於幾何中心之沉降方位。光學感應元件係設置於光學感應腔室，感應該光束，並據以傳送出一感應信號。

在本發明較佳實施例中，光學感應裝置更可包含一電路板，且電路板係與殼體圍構出上述之黑體條件空間。同時，在遮光腔室更設有一抗靜電元件，藉以將轉子式遮蔽元件轉動時所產生之一靜電電力導通接地。發光元件可為一發光二極體(Light Emitting Diode;LED)，且光學感應元件可為一光電晶體(Photo Transistor)或為一光二極體(Photo Diode)。

此外，在本發明較佳實施例中，較佳者，轉子式遮蔽元件的體積約略等於遮光腔室的容積，使轉子式遮蔽元件只能在遮光腔室中轉動。轉子式遮蔽元件包含一第一重量部與一第二重量部，且第一重量部之重量、比重與體積係分別大於第二重量部之重量、比重與體積。同時，第一重量部具有一第一遮光面，第二重量部具有一第二遮光面，且第一遮光面之面積係大於第二遮光面之面積。第一重量部與第二重量部之間係具有一自第一重量部朝向第二重量部傾降之傾降面，且傾降面可為一線性斜面、一凹面與一凸面中之至少一者。

相較於習知技術所提供之光學感應裝置，由於在本發明所提供之光學感應裝置中，係以轉子式遮蔽元件取代習知之移動式遮蔽元件；因此，可以利用轉子式遮蔽元件的旋轉來感應光學感應裝置的傾斜方位，藉以解決在習知技術中因為遮蔽元件與殼體產生碰撞所造成的噪音問題，進而有效消除習知技術中，噪音問題對使用上或保養維修上所造成的重大困擾。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

由於本發明所提供之光學感應裝置可廣泛運用於感應各種待感應物件的傾斜方位，而且相關之組合實施方式更是不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉其中五個較佳實施例加以具體說明。

請參閱第一圖至第五圖，第一圖係顯示在本發明第一實施例之光學感應裝置之外觀立體圖；第二圖係顯示當第一圖中殼體自電路板分離後之立體透視示意圖；第三圖係顯示本發明第一實施例之殼體之示意圖；第四圖係顯示本發明第一實施例之轉子式遮蔽元件示意圖；第五圖係顯示本發明第一實施例之工作原理示意圖。

如第一圖至第五圖所示，一光學感應裝置1包含一殼體11、一電路板12、一發光元件13、一轉子式遮蔽元件14以及二個光學感應元件15與16。殼體11係與電路板12圍構出一黑體條件空間。黑體條件空間包含一發光腔室111、一遮光腔室112以及二個光學感應腔室113與114。遮光腔室112係分別連通發光腔室111以及光學感應腔室113與114，且遮光腔室112更設置有一抗靜電元件115。同時，抗靜電元件115可為一局部或完全塗佈於遮光腔室112內壁的抗靜電塗層(Anti-Static Coating)。

電路板12上係設置另一抗靜電元件121與一接地電路122，且上述之抗靜電元件115與121係分別電性連接於接地電路122，使抗靜電元件115與121得以藉由接地電路122而保持接地的狀態。同時，抗靜電元件121係設置於對應於遮光腔室112之電路板12位置，並且可為一抗靜電電路或為一抗靜電層。亦即，當抗靜電元件115為一抗靜電塗層時，抗靜電元件115亦可自遮光腔室112向外延伸至與電路板12之接地電路122接觸。發光元件13係設置於發光腔室111，並可為一發光二極體(Light Emitting Diode；LED)。轉子式遮蔽元件14係可轉動地限設於遮光腔室112，換言之，轉子式遮蔽元件14係被限制於只能在遮光腔室112中轉動。在本發明較佳實施例中，較佳者，轉子式遮蔽元件14的體積約略等於遮光腔室112的容積，使轉子式遮蔽元件14只能在遮光腔室112中轉動。

轉子式遮蔽元件14具有一幾何中心GC1與一偏離於幾何中心GC1之重量中心WC1，且幾何中心GC1與重量中心WC1係相距一偏心距(Offset Distance)OD。轉子式遮蔽元件14包含一第一重量部141與一第二重量部142，第一重量部141之重量、比重或體積中係大於第二重量部142之重量、比重或體積，且重量中心WC1係位於第一重量部141。同時，第一重量部141具有一第一遮光面143，第二重量部142具有一第二遮光面144，且第一遮光面143之面積係大於第二遮光面144之面積。較佳者，在轉子式遮蔽元件14設置於遮光腔室112後，在高度上，第一遮光面143係幾乎完全涵蓋殼體11與電路板12之間的間隙，第二遮光面144則只有涵蓋殼體11與電路板12之間的部份間隙。

當轉子式遮蔽元件14在遮光腔室112中轉動時，係隨時與抗靜電元件115與121當中之至少一者保持接觸。光學感應元件15與16係分別設置在光學感應腔室113與114，並且可為光電晶體(Photo Transistor)或光二極體(Photo Diode)。雖然在本實施例中，抗靜電元件115與121皆須電性連結於接地電路122；然而，在實務運用上，只要抗靜電元件115與121本身具有足夠的靜電吸收能力或減少靜電電力產生的能力，亦可不必藉由電性連結於接地電路122的方式來發揮抗靜電之功效。

一待感應物件(未顯示)可為一電子裝置，如數位相機、個人數位助理(PDA)或行動電話等。在利用光學感應裝置1來感應該待感應物件之傾斜方位，可藉由內建或外接的方式將光學感應裝置1設置於該待感應物件，並使發光元件13沿一投射方向I1朝向遮光腔室112投射出一光束LB1。此時，沿投射方向I1行進之光束LB1會被投射至位於遮光腔室112之轉子式遮蔽元件14，並經由轉子式遮蔽元件14與殼體11之內壁面中之至少一者，至少反射一次而使上述之黑體條件空間被光束LB1所照亮，進而使光束LB1被光學感應元件15與16所感應。

如第五圖所示，當待感應物件沿一揚升方位I2揚升時，會使光學感應裝置1之揚升方位I2揚升而傾斜，使轉子式遮蔽元件14受一重力作用，當偏心距OD與重力沿電路板12所在平面之分量的外積(Product)所得之旋轉力矩(Rotation Torque)大於轉子式遮蔽元件14與電路板12或遮光腔室112間之摩擦力所提供之阻抗力矩(Resistance Torque)時，轉子式遮蔽元件14就會沿一旋轉方向I3或另一旋轉方向I4旋轉，使重量中心WC1位於幾何中心GC1之一沉降方位I5，且揚升方位I2與沉降方位I5係彼此反向，藉此可形成一遮蔽條件。在此遮蔽條件下，第一遮光面143會遮住光學感應腔室113與遮光腔室112間的連通口，使位於光學感應腔室113之光學感應元件15幾乎無法感應到光束LB1。反之，第二遮光面144只會部分遮住光學感應腔室114與遮光腔室112間的連通口，使位於光學感應腔室114之光學感應元件16所感應到之光束LB1具有較大的光學強度，並可使光學感應元件16依據上述之遮蔽條件傳送出一感應信號，藉以感應該待感應物件之傾斜方位。

相似地，當待感應物件沿沉降方位I5沉降時，會使光學感應裝置1之沉降方位I5沉降而傾斜，使轉子式遮蔽元件14受一重力作用，當偏心距OD與重力沿電路板12所在平面之分量的外積(Product)所得之旋轉力矩(Rotation Torque)大於轉子式遮蔽元件14與電路板12或遮光腔室112間之摩擦力所提供之阻抗力矩(Resistance Torque)時，轉子式遮蔽元件14就會沿旋轉方向I3或I4旋轉，使重量中心WC1位於幾何中心GC1之沉降方位I5，藉此亦可形成上述之遮蔽條件。

請參閱第六圖，其係顯示本發明第二實施例之轉子式遮蔽元件之外觀立體圖。在本發明第二實施例中，係以另一轉子式遮蔽元件14a取代第一實施例中之轉子式遮蔽元件14。轉子式遮蔽元件14a具有一幾何中心GC2與一偏離於幾何中心GC2之重量中心WC2。轉子式遮蔽元件14a包含一第一重量部141a與一第二重量部142a，且第一重量部141a之重量、比重或體積係大於第二重量部142a之重量、比重或體積。同時，第一重量部141a具有一第一遮光面143a，第二重量部142a具有一第二遮光面144a，且第一遮光面143a之面積係大於第二遮光面144a之面積。較佳者，在轉子式遮蔽元件14a設置於遮光腔室112後，在高度上，第一遮光面143a係幾乎完全涵蓋殼體11與電路板12之間的間隙，第二遮光面144a則只有涵蓋殼體11與電路板12之間的部份間隙。

請參閱第七圖，其係顯示本發明第三實施例之轉子式遮蔽元件之側視圖。在本發明第三實施例中，係以另一轉子式遮蔽元件14b取代第一實施例中之轉子式遮蔽元件14。轉子式遮蔽元件14b具有一幾何中心GC3與一偏離於幾何中心GC3之重量中心WC3。轉子式遮蔽元件14b包含一第一重量部141b與一第二重量部142b，且第一重量部141b之重量、比重或體積係大於第二重量部142b之重量、比重或體積。同時，第一重量部141b具有一第一遮光面143b。第一重量部141b與第二重量部142b之間係具有一自第一重量部141b朝向第二重量部142b傾降之傾降面145，且傾降面145係為一線性斜面。

請參閱第八圖，其係顯示本發明第四實施例之轉子式遮蔽元件之側視圖。在本發明第四實施例中，係以另一轉子式遮蔽元件14c取代第一實施例中之轉子式遮蔽元件14。轉子式遮蔽元件14c具有一幾何中心GC4與一偏離於幾何中心GC4之重量中心WC4。轉子式遮蔽元件14c包含一第一重量部141c與一第二重量部142c，且第一重量部141c之重量、比重或體積係大於第二重量部142c之重量、比重或體積。同時，第一重量部141c具有一第一遮光面143c。第一重量部141c與第二重量部142c之間係具有一自第一重量部141c朝向第二重量部142c傾降之傾降面146，且傾降面146係為一凹面。

請參閱第九圖，其係顯示本發明第五實施例之轉子式遮蔽元件之側視圖。在本發明第五實施例中，係以另一轉子式遮蔽元件14d取代第一實施例中之轉子式遮蔽元件14。轉子式遮蔽元件14d具有一幾何中心GC5與一偏離於幾何中心GC5之重量中心WC5。轉子式遮蔽元件14d包含一第一重量部141d與一第二重量部142d，且第一重量部141d之重量、比重或體積係大於第二重量部142d之重量、比重或體積。同時，第一重量部141d具有一第一遮光面143d。第一重量部141d與第二重量部142d之間係具有一自第一重量部141d朝向第二重量部142d傾降之傾降面147，且傾降面147係為一凸面。

在閱讀第三實施例至第五實施例以及第七圖至第九圖後，相信舉凡在所屬技術領域中具有通常知識者應該不難理解，傾降面可為一線性斜面、一凹面、一凸面或其組合。在轉子式遮蔽元件的底面面積與高度皆相同時，當傾降面為一凹面時，幾何中心與重量中心間之偏心距較傾降面為一線性斜面者為大；當傾降面為一凸面時，幾何中心與重量中心間之偏心距較傾降面為一線性斜面者為小。因此，藉由幾何構造的設計，可有效控制偏心距的大小，進而控制光學感應裝置的感應靈敏度。

在閱讀本發明所揭露之技術後，相信舉凡在所屬技術領域中具有通常知識者應該更容易理解，以本發明第一實施例為例，相較於習知技術所提供之光學感應裝置，由於在本發明所提供之光學感應裝置1中，係以轉子式遮蔽元件14取代習知之移動式遮蔽元件；因此，可以利用轉子式遮蔽元件14的旋轉來感應光學感應裝置的傾斜方位，藉以解決在習知技術中因為遮蔽元件與殼體產生碰撞所造成的噪音問題，進而有效消除習知技術中，噪音問題對使用上或保養維修上所造成的重大困擾。

藉由上述之本發明實施例可知，本發明確具產業上之利用價值。惟以上之實施例說明，僅為本發明之較佳實施例說明，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者當可依據本發明之上述實施例說明而作其它種種之改良及變化。然而這些依據本發明實施例所作的種種改良及變化，當仍屬於本發明之發明精神及界定之專利範圍內。

1．．．光學感應裝置

11．．．殼體

111．．．發光腔室

112．．．遮光腔室

113、114．．．光學感應腔室

115．．．抗靜電元件

12．．．電路板

121．．．抗靜電元件

122．．．接地電路

13．．．發光元件

14~14d．．．轉子式遮蔽元件

141~141d．．．第一重量部

142~142d．．．第二重量部

143~143d．．．第一遮光面

144~144a．．．第二遮光面

145~147．．．傾降面

15、16．．．光學感應元件

LB1．．．光束

I1．．．投射方向

I3、I4．．．旋轉方向

I2．．．揚升方位

I5．．．沉降方位

GC1~GC5．．．幾何中心

WC1~WC5．．．重量中心

OD．．．偏心距

第一圖係顯示在本發明第一實施例之光學感應裝置之外觀立體圖；

第二圖係顯示當第一圖中殼體自電路板分離後之立體透視示意圖；

第三圖係顯示本發明第一實施例之殼體之示意圖；

第四圖係顯示本發明第一實施例之轉子式遮蔽元件示意圖；

第五圖係顯示本發明第一實施例之工作原理示意圖；

第六圖係顯示本發明第二實施例之轉子式遮蔽元件之外觀立體圖；

第七圖係顯示本發明第三實施例之轉子式遮蔽元件之側視圖；

第八圖係顯示本發明第四實施例之轉子式遮蔽元件之側視圖；以及

第九圖係顯示本發明第五實施例之轉子式遮蔽元件之側視圖。

111．．．發光腔室

113、114．．．光學感應腔室

13．．．發光元件

14．．．轉子式遮蔽元件

141．．．第一重量部

142．．．第二重量部

143．．．第一遮光面

144．．．第二遮光面

15、16．．．光學感應元件

LB1．．．光束

I1．．．投射方向

I2．．．揚升方位

I3、I4．．．旋轉方向

I5．．．沉降方位

GC1．．．幾何中心

WC1．．．重量中心

Claims (9)

1. 一種轉子式光學感應裝置，包含：一電路板；一殼體，係與該電路板圍構出一黑體條件空間，該黑體條件空間包含一發光腔室、一遮光腔室與至少一光學感應腔室，且該遮光腔室係分別連通該發光腔室與該光學感應腔室；至少一發光元件，係設置於該發光腔室，並且投射出一光束；一轉子式遮蔽元件，係具有一幾何中心與一偏離於該幾何中心之重量中心，並且可轉動地限設於該遮光腔室；以及至少一光學感應元件，係設置於該光學感應腔室，感應該光束，並據以傳送出一感應信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之轉子式光學感應裝置，更包含一抗靜電元件，且該抗靜電元件係設置於該遮光腔室，藉以將該轉子式遮蔽元件轉動時所產生之一靜電電力導通接地。
3. 如申請專利範圍第1項所述之轉子式光學感應裝置，其中，該轉子式遮蔽元件包含一第一重量部與一第二重量部，且該第一重量部之重量係大於該第二重量部。
4. 如申請專利範圍第3項所述之轉子式光學感應裝置，其中， 該重量中心係位於該第一重量部。
5. 如申請專利範圍第3項所述之轉子式光學感應裝置，其中，該第一重量部具有一第一遮光面，該第二重量部具有一第二遮光面，且該第一遮光面之面積係大於該第二遮光面之面積。
6. 如申請專利範圍第3項所述之轉子式光學感應裝置，其中，該第一重量部之比重係大於該第二重量部之比重。
7. 如申請專利範圍第3項所述之轉子式光學感應裝置，其中，該第一重量部之體積係大於該第二重量部之體積。
8. 如申請專利範圍第3項所述之轉子式光學感應裝置，其中，該第一重量部與該第二重量部之間係具有一自該第一重量部朝向該第二重量部傾降之傾降面。
9. 如申請專利範圍第8項所述之轉子式光學感應裝置，其中，該傾降面係為一線性斜面、一凹面與一凸面中之至少一者。