具有遮光元件的光學指向裝置的製作方法
2023-05-04 08:44:46 1
專利名稱：具有遮光元件的光學指向裝置的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種指向裝置，特別是涉及一種具有遮光元件的光學指向裝置。
背景技術：
如圖1所示，當一雷射光束2照射一參考面1時，由於雷射光束2為同調光，因此散射光在雷射光束2所形成的亮點21前方相遇並產生幹涉，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，及亮度均不同的立體斑點，此等立體斑點稱為散斑(speckles)。這種隨機分布的散斑結構稱為一散斑場(specklepattern)。散斑場的斑點分布與參考面1的起伏及粗糙度有關，因此隨著雷射光束2照射於參考面1的不同位置，散斑場的斑點分布也會不同。
相較於目前以發光二極體等非同調光光源照射參考面1所產生的影像，散斑場可提供較為清晰銳利，且亮度較高的影像，使雷射光束2對參考面1粗糙度的可鑑別率，在理論上可達到目前發光二極體的二十倍。也就是藉由同調光，可使目前諸如光學滑鼠等應用表面影像鑑別技術的裝置，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藉由測定一參考面1的相對平移以控制一作業系統(圖未示)的指針。雷射光學滑鼠3包含一殼體31、一光學單元32，及一處理單元33。
殼體31具有一鄰接參考面1的底面311，並於底面311形成一開口312。
光學單元32包括一發同調光的發光元件321及一感光元件322。發光元件321經由底面311照射參考面1，並於參考面1形成一亮點323，感光元件322用於感測亮點323的反射光。亮點323的反射光也就是一散斑場。
處理單元33藉由分析感光元件322所感測的反射光變化，以測定參考面1的相對平移，並傳送出一控制作業系統(圖未示)指針的電訊號。
因為亮點323反射光是由同調光幹涉所形成，所以即使在行進一段相當的距離後，亮點323反射光的亮度並不會像非同調的反射光一般快速衰減，這也是為何雷射演示文稿筆打在屏幕上的亮點，可讓位於遠處的觀測者觀測到。因此，不論底面311與參考面1的相對距離為何，在感光元件322可感測到亮點323產生的散斑場的形況下，感光元件322皆會因感測到散斑場的變化而隨相對距離移動指針。換句話說，也就是現有雷射光學滑鼠3無法限制感光元件322的感測範圍，造成使用者使用雷射光學滑鼠3的困擾；或是需額外加設一偵測底面311與參考面1相對距離的偵測裝置，增加雷射光學滑鼠3的複雜度及製造成本。
發明內容
因此，本發明的一目的，在於提供一種具有遮光元件的光學指向裝置。
於是，本發明具有遮光元件的光學指向裝置藉由測定一參考面的相對平移以指示位置，該光學指向裝置包含一殼體、一光學單元，及一處理單元。
該殼體具有一鄰近該參考面的基面。
該光學單元設於該殼體內，並包括一經由該基面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，在該參考面上界定一感測範圍，使該基面遠離該參考面至一位置時，該亮點脫離該感測範圍。
該處理單元藉由分析該感光元件所感測的反射光變化，以測定該參考面的相對平移。
本發明具有遮光元件的光學指向裝置利用遮光元件，以達到限制光學單元的可工作高度的目的功效。相較於現有無法限制或加設一偵測裝置的方式，本發明只利用簡單的機械結構可排除現有雷射光學滑鼠使用上的不便，或是取代現有比較不經濟的解決方案，因此確實可達到本發明的功效。
下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明圖1是一雷射光束射向一平面的側視剖切圖，說明散斑場的形成原理；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；圖4是本發明具有遮光元件的光學指向裝置的第一較佳實施例的側視剖切圖；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例位於一高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；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。
具體實施例方式
有關本發明的前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖4，本發明具有遮光元件的光學指向裝置4的第一較佳實施例藉由測定一參考面5的相對平移以指示位置，例如控制一作業系統(圖未示)的指針。參考面5可為一滑鼠墊所提供的平面，或其它可供使用的平面。然而實際應用上，參考面5也可為一軌跡球的外表面。光學指向裝置4包含一殼體6、一光學單元7，及一處理單元8。
殼體6具有一鄰近參考面5的基面61，並於基面61形成一連通殼體6內外的開口611。
光學單元7設於殼體6內，並包括分別沿平行參考面5方向間隔配置的一發光元件71及一感光元件72，及一介於感光元件72與參考面5之間的遮光元件73。發光元件71在本實施例中為一發同調光的半導體雷射，並經由開口611，以一入射角θ(101)斜向照射參考面5。且發光元件71在參考面5上形成一介於發光元件71及感光元件72之間，且與感光元件72間隔一平移距離s(201)的亮點711。感光元件72用於感測亮點711反射光。由於發光元件71是以同調光斜向照射參考面5，所以感光元件72感測的反射光為一可提供高於雷射光學滑鼠3(見圖2)二十倍可鑑別率的散斑場。且在參考面5及基面61相鄰時，形成於亮點711的散斑場在主要反射方向上的部份可經由遮光元件73被感光元件72接收。
遮光元件73包括一罩設於感光元件72外圍且不透光的遮光體731，及一實質上沿垂直參考面5方向延伸並貫穿遮光體731的透光孔732。透光孔732並位於感光元件72下方偏右處，且感光元件72的幾何中心與透光孔732遠離發光元件71的一側緣733相對應，以使透光孔732的幾何中心與感光元件72的聯機741不平行於發光元件71的出射光路712。
藉此，感光元件72及透光孔732二者相互配合，在參考面5上界定一介於發光元件71及感光元件72之間的感測範圍74，且感測範圍74的大小取決於透光孔732的孔徑大小，當透光孔732的孔徑愈大，感測範圍74愈大，相反地，當透光孔732的孔徑愈小，感測範圍74則愈小。
處理單元8藉由比較一序列由感光元件72所感測的散斑場圖紋，分析亮點711反射光的變化，以測定參考面5的相對平移，並傳送出一控制作業系統(圖未示)指針的電訊號。當亮點711位於參考面5上不同位置時，形成的散斑場也具有不同的分布，經由同一序列中相鄰二散斑場影像的相關性計算，可推得參考面5相對平移的方向及距離。誠如熟悉項技藝所知，現有多種方式進行相關性計算，因此不再詳細贅述。
參閱圖5，由於感光元件72及參考面5的連線與透光孔732實質上相切，且感測範圍74的幾何中心介於發光元件71及感光元件72之間，所以當基面61遠離參考面5時，感測範圍74雖然漸趨擴張，但是感測範圍74鄰近感光元件72一端的相對位置，不隨參考面5及基面61之間的相對距離的變化而改變。且由於發光元件71是以入射角θ(101)(見圖4)斜向照射參考面5，因此，亮點711隨參考面5及基面61之間的相對距離L(202)的增加而朝感光元件72方向移動。
在基面61漸趨遠離參考面5至一第一位置612時，亮點711移至感測範圍74最接近感光元件72的一端。此時，形成於亮點711的散斑場只有在概略垂直參考面5方向上的部份可被感光元件72接收，且相對距離L(202)與tanθ(101)的乘積等於平移距離s(201)(見圖4)。
參閱圖6，同樣地，在基面61持續遠離參考面5至一高於第一位置612的第二位置613時，亮點711持續朝同方向移動，並自感測範圍74最接近感光元件72一端遠離感測範圍74。此時，形成於亮點711的散斑場在亮點711與感光元件72的垂直連線方向上的部份被遮光體731阻隔，致使感光元件72無法再接收亮點711的反射光。
上述的機構設計只為本較佳實施例而已，誠如熟悉此項技藝者所能理解，在實施上也可利用不同的機構設計，在基面61漸趨遠離參考面5時，使亮點711相對位置不變，而感測範圍74改變並遠離亮點711位置，以達到相同的功效目的。
參閱圖7，此外需補充說明的是，當一折射係數為n的可透光平板9介於基面61及參考面5之間時，例如應用第一實施例於設有玻璃板的桌面上，其工作方式仍與前述類似。不同處在於亮點711的實際位置與前述不同，產生的位置差異為可透光平板9的厚度L』(203)與tanθ′(102)的乘積，且θ′(102)滿足折射定律nsinθ＝n′sinθ′。一般而言，n約等於1，為空氣的折射係數，且n′大於n，所以L』(203)會大於如圖5所示的L(202)，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。在本應用說明中，產生的位置差異恰等於平移距離s(201)(見圖4)。
參閱圖8，本發明具有遮光元件的光學指向裝置的第二較佳實施例與第一較佳實施例類似，惟不同處在於，光學指向裝置4』的遮光元件73』還包括一設於開口611且呈薄片狀的遮光體731』，及一實質上沿垂直參考面5方向延伸並貫穿遮光體731的透光孔732』。遮光體731』可與殼體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殼體6。此外，相較於第一較佳實施例，透光孔732』需有較第一實施例的透光孔732(見圖4)大的孔徑才能達到等同於第一實施例的功效。
綜上所述，本發明具有遮光元件的光學指向裝置4、4』利用遮光元件73、73』，以達到限制光學單元7的可工作高度的目的功效。相較於現有無法限制或加設一偵測裝置的方式，本發明只利用簡單的機械結構可排除現有雷射光學滑鼠使用上的不便，或是取代現有比較不經濟的解決方案，因此確實可達到本發明的功效。
權利要求
1.一種具有遮光元件的光學指向裝置，藉由測定與一參考面的相對平移以指示位置，其特徵在於該光學指向裝置包含一殼體，具有一鄰近該參考面的基面；一光學單元，設於該殼體，並包括一經由該基面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，在該參考面上界定一感測範圍，使該基面遠離該參考面至一位置時，該亮點脫離該感測範圍；及一處理單元，藉由分析該感光元件所感測的反射光變化，以測定該基面與該參考面的相對平移。
2.如權利要求1所述的具有遮光元件的光學指向裝置，其特徵在於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穿該遮光體的透光孔，且該感光元件的幾何中心與該透光孔遠離發光元件的一側緣相對應。
3.如權利要求1所述的具有遮光元件的光學指向裝置，其特徵在於該基面形成一連通該殼體內外表面的開口，且該遮光元件包括一設於該開口且不透光的遮光體，及一實質上沿垂直該參考面方向延伸並貫穿該遮光體的透光孔，且該感光元件的幾何中心與該透光孔遠離發光元件的一側緣相對應。
4.如權利要求3所述的具有遮光元件的光學指向裝置，其特徵在於該遮光體與該殼體一體成型。
5.一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，其特徵在於該光學指向裝置包含一殼體，與該參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玻璃工作板之間的遮光元件，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；及一處理單元，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。
全文摘要
本發明公開了一種具有遮光元件的光學指向裝置，藉由測定一參考面的相對平移以指示位置，光學指向裝置包含一光學單元及一處理光訊號的處理單元。光學單元包括一在參考面上形成一亮點的發光元件、一感光元件，及一遮光元件。遮光元件提供一透光孔，並與感光元件相互配合界定一感測範圍，致使光學指向裝置漸趨遠離參考面時，亮點與感測範圍相互遠離。藉此簡單的機械結構，本發明可排除現有雷射光學滑鼠使用上的不便，或是取代現有比較不經濟的解決方案。
文檔編號G06F3/033GK1877507SQ20051007672
公開日2006年12月13日 申請日期2005年6月10日 優先權日2005年6月10日
發明者藍正豐 申請人:原相科技股份有限公司