專利名稱：光學多用途影像偵測結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光學多用途影像偵測結構，尤其指一種擷取 軌跡球的移動距離及方向，以計算一位移數據的光學多用途影像偵測 結構。
背景技術：
桌上型或筆記本電腦，其可通過鼠標或軌跡球裝置來操控顯示器 上的光標移位之用。以鼠標的使用面來說，使用者常用的是光學鼠標， 如圖1所示，為一般光學鼠標的剖視圖，其可在一平面上移動，內部
的發光元件81會將發光源投射至一導光板82的第一反射面821時， 即會將此光源反射至第二反射面822上，經由第二反射面822的反射， 光源會穿過底殼83的開口，投射在一非透明接口形成的接觸面84，其 可與影像軸F重疊，影像軸F的影像經一鏡片85聚焦，使得一影像傳 感器86可擷取接觸面84上光源所投射對象影像軸F上的影像，使影 像傳感器86可持續擷取正確的影像，進而通過一電路控制單元(圖略) 準確地計算出光學鼠標的移動距離及方向，進而控制顯示器上的光標。
經由上述，光學鼠標的擷取影像方式，需使投射光源的光軸D與 擷取影像的光軸R要在接觸面84的影像軸F上相交于一點P ，才能使 得影像傳感器86正確地擷取到影像軸F的影像訊號。
如圖2所示，光學鼠標的使用是會受限于接觸面84的態樣，如該 接觸面84為一透明介質材料(如玻璃)上，或為會吸收/擾亂光線的材 質上(如上漆金屬、鏡面)時；其中，以透明介質材料為例，將使得接觸 面84與影像軸F不重疊，當投射光入射至接觸面84時，若不計算入 折射率，投射光源的光軸D會和其下方的影像軸F交于一點M，即投
射光源的光軸D與擷取影像的光軸R無法在影像軸F處相交，進而造 成光學鼠標不能在此接觸面84上作用，換言之，光學鼠標受限于接觸 面84的態樣，從而無法產生作用之虞，因此，使得光學鼠標于使用上 難免也有不便之處。
接著，以現有軌跡球裝置而言，其可提供裝置如鍵盤、筆記本電 腦的外殼中，或使用如USB的插接方式與計算機主機相插接，再利用 使用者的手指轉動軌跡球，經由軌跡球的移動方位及距離，進而同步 控制顯示器上的光標位置。
現有的軌跡球裝置大致為光學式，如公告于公元2005年03月01 日的TW新型專利T WM258357，申請號093207816,即揭露出一種 "光學軌跡球結構"，請參閱圖3所示，其提供設置于輸入裝置的殼 體91內，進而由殼體91表面至底面依序地揭露出一座體92、 一軌跡 球93、 一透光板94、 一光學座95、 一電路板96、 一發光元件97、一 光罩98及一辨識元件99等的構件。其中，光學座95亦揭露出一鏡片 951、 一反射部952及一導光鏡953。
當發光元件97所產生的光源，其可投向該光學座95的導光鏡953 后，再經由反射部952反射后呈斜向地投射至軌跡球93的底部球面處 (將會具有一投射角0 )，而辨識元件99可透過鏡片951，從而偵測 到軌跡球93被投射到光源的部份所移動的距離及方向，當軌跡球93 被轉動時，即可令辨識元件99偵測到軌跡球93的移動距離及方向， 進而計算出一位移數據，而將位移數據傳至一主機上，使得主機可通 過位移數據而加以控制主機相連接的顯示器上的光標。
實際上，發光元件97的光源，其經由反射部952反射后投射至軌 跡球93的底部球面處，將在其球面上產生一影像擷取區931，請配合 參閱圖3A的(A) 、 (C)所示，辨識元件99透過鏡片951以擷取 影像擷取區931上光源所投射的影像，而辨識元件99于擷取影像的先
決條件是光源必須均勻投射至軌跡球93的球面(即影像擷取區931上的 光源要均勻化)，從而辨識元件99才能取得完整的影像，供比對并判斷 軌跡球93的移動距離及方向，以計算出一完整的位移數據，才能準確 地控制顯示器上的光標。
但是，當發光元件97光源聚集而成一光束L，照射至軌跡球93 的球面，將產生一投光區932，如圖3A的(A) 、 (B) 、 (C)所 示，但卻受斜向的投射角e的影響下，使得投光區932無法均勻地與 影像擷取區931重疊，使得影像擷取區931產生出陰影區933，如圖3 A的(C) 、 (D)所示，令辨識元件99無法擷取一完整的影像，供 比對并判斷軌跡球93的移動距離及方向，以計算出一完整的位移數據。 其中，圖3A的(D)為(C)的D部份的放大圖。
特別值得一提的是，請參閱圖3B的(A) 、 (B)所示，尤其 當投射角6的角度值越大時，進而令陰影區933的范圍也將相對地變 大，如圖3B的(C)所示，陰影區933于影像擷取區931的范圍中已 相對地變/擴大，更是無法擷取到更完整的位移數據；因此，該結構的 整體設計態樣明顯無法獲得完整的位移數據，使得操作上有不盡理想 的弊端存在。
發明內容
本實用新型的目的在于克服現有技術的不足與缺陷，提出一種光 學多用途影像偵測結構，其可達到完全均勻化的擷取影像，令一影像 傳感器可取得完整的影像，供比對并判斷軌跡球的移動距離及方向， 以計算出一完整的位移數據。
為達上述目的，本實用新型提供一種光學多用途影像偵測結構， 其包括:一殼體，其具有一容置空間，及一與該容置空間連通的通孔； 一軌跡球，可轉動地定位于該殼體的容置空間中，且該軌跡球的部份 球面突伸于該殼體外，及另外的部份球面對應至該通孔； 一光學座，
位于該通孔一側，且該光學座設有一斜向的分光鏡，及一位于該分光
鏡一側的透鏡元件，該分光鏡以斜向地面對該通孔的位置； 一電路板， 位于該光學座一側； 一光發射元件，與該電路板電性地連結，該光發 射元件所產生投射光源的光軸面對該光學座的分光鏡，經該分光鏡一 次或一次以上反/透射投射光源的光軸至該軌跡球的部份球面，該軌跡 球的球面影像再反射至該分光鏡，擷取影像的光軸與經該分光鏡投射 光源的光軸重疊；以及一影像傳感器，與該電路板電性地連結，且面 對該透鏡元件，經該分光鏡投射擷取影像的光軸至該透鏡元件，供該 影像傳感器擷取經該鏡頭元件作用的影像，以擷取偵測軌跡球所移動 的距離及方向，進而計算出一位移數據。
本實用新型具有的效益光發射元件所產生投射光源的光軸，其
可經由分光鏡一次或一次以上反/透射而直接投射至軌跡球的球面上 (即影像擷取區)，從而使得光源可達到均勻地投射于此影像擷取區， 且由于投射光源的光軸并與擷取影像的光源重疊在一起，之后再投射 至分光鏡，進而再投射至透鏡元件，從而可達到完全均勻化的擷取影 像，令影像傳感器取得完整的影像，供比對并判斷軌跡球的移動距離 及方向，以計算出一完整的位移數據。
為使能更進一步了解本實用新型的特征及技術內容，請參閱以下 有關本實用新型的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明 用，并非用來對本實用新型加以限制。
圖1為現有光學鼠標的剖視圖2為現有光學鼠標的另一剖視圖3為現有光學軌跡球結構的剖視圖3A為圖3的X部份的光源投射的示意圖3B為圖3的X部份的光源投射的另一示意圖4為本實用新型的立體分解圖5為本實用新型的立體組合圖6為本實用新型的剖視圖6A為圖6的A部份詳圖7為本實用新型的另一實施例的剖視圖8為本實用新型應用于鍵盤中的立體示意圖;
圖9為本實用新型應用于鼠標中的立體示意圖。
圖中符號說明
(現有技術)
81發光元件82導光板
821第一反射面822第二反射面
83底殼84接觸面
85鏡片86影像傳感器
F影像軸
D投射光源的光軸
R擷取影像的光軸
91殼體92座體
93軌跡球931影像擷取區
932投光區933陰影區
94透光板95光學座
951鏡片952反射部
953導光鏡96電路板
97發光元件98光罩
99辨識元件
9投射角
光束
(本實用新型)
10殼體
11夕卜殼111容置空間
112孔洞12承座 121通孔122滾珠
123缺口13固定蓋
131透孔
20軌跡球
21影像擷取區
30光學座
31分光鏡311外面
312內面32透鏡元件
40電路板
41開口
50光發射元件
60影像傳感器
D 、Dl、 D2投射光源的光軸
R、Rl、 R2擷取影像的光軸
70 a鍵盤
71 a夕卜殼體
70 b鼠標
71 b夕卜殼體
具體實施方式
請參閱圖4至圖6所示，本實用新型提供一種光學多用途影像偵 測結構，其包括有一殼體10、 一軌跡球20、 一光學座30、 一電路板 40、 一光發射元件50及一影像傳感器60。
其中，該殼體10主要的作用是用以容置軌跡球20所使用，而該 殼體io可具有一外殼11、 一承座12及一固定蓋13。外殼11由上而 下地開設有一容置空間111，及側緣面開設有二相對的孔洞112。承座 12中央處開設有一通孔121，及內部中裝設有數個可轉動的滾珠122， 且承座12設有數個缺口 123以供每一滾珠122的部份珠面顯露于承座 12外。固定蓋13中開設有一透孔131。
該光學座30設有一斜向設置的分光鏡31，及一由分光鏡31 —側 以一體水平式設置的透鏡元件32。其中，分光鏡31具有相對的一外面 311及一內面312，透鏡元件32由內面312以一體延伸而成(如圖4)。
該電路板40開設有一開口 41，該光發射元件50電性連結地設置 于該電路板40 —端上，該影像傳感器60電性連接地與該光發射元件 50相對的設置于該電路板40另一端，且令影像傳感器60的部份可通 過或位于電路板40的開口 41。
組裝時，光學座30組設于影像傳感器60上方處，以位于電路板 40上側，令影像傳感器60面對透鏡元件32。接著，外殼ll可沿著與 電路板40相互垂直的方向套設于光學座30外，使得光學座30位于容 置空間111中。同時，令光發射元件50的前端可部份伸入至一孔洞112 中，從而面對光學座30的分光鏡31。之后，將承座12組設于外殼11 的容置空間lll，定位于光學座30的上方，同時令分光鏡31以斜向地 面對承座12的通孔121的位置處，并且使得通孔121和容置空間111 相連通。
接著，再將軌跡球20組設于外殼11的容置空間111中，令軌跡 球20的部份球面與每一滾珠122的珠面相接觸，進而使得軌跡球20 可轉動地定位于該殼體10中，且使得下端的部份球面對應至通孔121 處，可突伸于通孔121外，或位于通孔121中，進而可面對分光鏡31， 且令分光鏡31的外面311以斜向地面對通孔121，而透鏡元件32位于 遠離軌跡球20的方向，進而使得軌跡球20、分光鏡31、透鏡元件32 及影像傳感器60沿同一方向的設置(垂直式)。最后，將固定蓋13 與外殼ll相互地結合，令軌跡球20通過透孔131，進而將上端的部份 球面突伸于殼體10的固定蓋13外。
其中，上述的結構可作不同的變化，其變化在于:承座12可與外
殼11以一體成型的方式，將承座12—體結合于外殼11的容置空間111
中；另，光學座30也可與外殼11以一體成型的方式，將光學座30 — 體結合于外殼11的容置空間111中。然而，為了組裝上的便利性，當 外殼11與承座12以一體成型時，光學座30則以組裝的方式為較佳， 反之，外殼11與光學座30—體成型時，承座12則以組裝的方式較佳， 以利于組裝上的便利性。
請參閱圖6所示，并請配合參閱圖6A，當光發射元件50所產生 投射光源的光軸D，其可面對及射向分光鏡31，經由分光鏡31的使用 特性下，其可將入射的光源一部份反射，及一部份透射的光學對象， 使得部份透射的投射光源的光軸D1以穿過另一孔洞112而出，及將部 份反射的投射光源的光軸D2朝向通孔121而投射至軌跡球20的部份 球面上(即影像擷取區21，如圖6A)，軌跡球20的球面影像再反射 至分光鏡31外面311，而擷取影像的光軸R與經分光鏡31投射光源的 光軸D2重疊。
再經由分光鏡31的作用下，使得部份反射的擷取影像的光軸R1 可投射至光發射元件50，部份透射的擷取影像的光軸R2可投射至透 鏡元件32，以供影像傳感器60擷取經透鏡元件32作用的影像。當軌 跡球20轉動時，即可使得影像傳感器60擷取偵測到軌跡球20的移動 距離及方向，進而計算出一位移數據。
由上述說明，光發射元件50所產生投射光源的光軸D，其可經由 分光鏡31 —次或一次以上反射而直接以接近垂直的方向，將反射投射 光源的光軸D2至軌跡球20的影像擷取區21，從而使得光源(束)可達 到均勻地投射于此影像擷取區21 (即光束的投射區和影像擷取區完全 重疊)，且由于投射光源的光軸D2并與擷取影像的光源R重疊在一起， 之后再投射至分光鏡31，進而再投射至透鏡元件32,從而可達到完全 均勻化的擷取影像，令影像傳感器60取得完整的影像，供比對并判斷 軌跡球20的移動距離及方向，以計算出一完整的位移數據。
另外，請參閱圖7所示(并請配合參閱圖6A)，依據分光鏡31 的使用特性下，進而使得本實用新型的結構位置設置可作不同的變化， 與前述的不同在于該外殼11沿著與電路板40相互平行的方向置設 于電路板40上，令光學座30通過一孔洞112以位于容置空間111，光 發射元件50直接伸入至容置空間111中，分光鏡31也以斜向面對通 孔121的位置，而分光鏡31的內面312斜向地面對通孔121及軌跡球 20，外面311則面對光發射元件50，使得透鏡元件32位于朝接近軌跡 球20的方向，進而使得軌跡球20、分光鏡31及光發射元件50沿同一 方向的設置(水平式)。
當光發射元件50投射光源的光軸D，而射向分光鏡31經其使用 特性下，使得部份透射的投射光源的光軸D1朝向通孔121而投射至軌 跡球20的部份球面上，及使得部份反射的投射光源的光軸D2反射朝 向孔洞112而出，軌跡球20的球面影像再反射至分光鏡31的內面312， 而擷取影像的光軸R與經分光鏡31透射的光源D1重疊。
再經由分光鏡31的作用下，使得部份反射的擷取影像的光軸R1 投射至透鏡元件32，以供影像傳感器60擷取經透鏡元件32作用的影 像，及部份透射的擷取影像的光軸R2可投射至光發射元件50。當軌 跡球20轉動時，即可使得影像傳感器60擷取偵測到軌跡球20的移動 距離及方向，進而計算出一完整的位移數據。
再由上述說明，光發射元件50所產生投射光源的光軸D，其可經 由分光鏡31 —次或一次以上透射而直接以接近水平的方向，將透射投 射光源的光軸D1至軌跡球20的影像擷取區21，從而使得光源(束)可 達到均勻地投射于此影像擷取區21，且由于投射光源的光軸D1并與 擷取影像的光源R重疊在一起，之后再投射至分光鏡31，進而再投射 至透鏡元件32，從而可達到完全均勻化的擷取影像，令影像傳感器60 取得完整的影像，以達到上述相同的效果。
通過上述說明，如圖8所示，使得本實用新型可提供應用于一桌 上型計算機的鍵盤70a的外殼體71a中，使得軌跡球20以朝上的使用 方式，且同時可與計算機主機(圖略)電性連結，通過上述的位移數 據得以控制和計算機主機相連接的顯示器上的光標。當然，本實用新 型也是可應用于任何的輸入裝置中，例如:筆記本電腦或手持式通訊裝 置等，以控制顯示器上的光標。另外，特別值得一提的是，本實用新 型所述及的殼體10的設計，其當然是可作不同的變化，如將鍵盤70a 的外殼體71a的表面以直接向內凹設等方式以形成一內凹的容置空間 (圖略)，可直接置放軌跡球20于其中，并將軌跡球20作適當的固定， 再將上述的構件(如電路板、光發射元件、光學座和影像傳感器等)以相 同的組設方式置設于外殼體71a內部，也可達到相同的效用。
另，請再參閱圖9所示，本實用新型也可提供應用于一鼠標70b 的外殼體71b中，使得軌跡球20以朝下的使用方式，且同時經由鼠標 70b與計算機主機(圖略)電性地連結，通過上述的位移數據得以控 制和計算機主機相連接的顯示器上的光標。然而，在使用時，軌跡球 20在一接觸面上移動，如在桌面、鏡面或玻璃表面上，通過軌跡球20 與接觸面接觸，內部的光發射元件(圖略)的光源投射于軌跡球20的球 面，而并非以直接的方式投射于接觸面上，即利用軌跡球20作為間接 物和接觸面接觸，使得光發射元件的光源不受限于接觸面的態樣，以 避免如現有技術所述的光學鼠標于使用面上有不足之處。
以上所述僅為本實用新型的較佳可行實施例，非因此即局限本實 用新型的專利范圍，故舉凡運用本實用新型說明書及附圖內容所為之 等效結構變化，均同理皆包含于本實用新型的范圍內。
權利要求1.一種光學多用途影像偵測結構，其特征在于，包括一殼體，其具有一容置空間，及一與該容置空間連通的通孔；一軌跡球，可轉動地定位于該殼體的容置空間中，且該軌跡球的部份球面突伸于該殼體外，及另外的部份球面對應至該通孔；一光學座，位于該通孔一側，且該光學座設有一斜向的分光鏡，及一位于該分光鏡一側的透鏡元件，該分光鏡以斜向地面對該通孔的位置；一電路板，位于該光學座一側；一光發射元件，與該電路板電性地連結，該光發射元件所產生投射光源的光軸面對該光學座的分光鏡，經該分光鏡一次或一次以上反/透射投射光源的光軸至該軌跡球的部份球面，該軌跡球的球面影像再反射至該分光鏡，而擷取影像的光軸與經該分光鏡投射光源的光軸重疊；以及一影像傳感器，與該電路板電性地連結，且面對該透鏡元件，經該分光鏡投射擷取影像的光軸至該透鏡元件，供該影像傳感器擷取經該鏡頭元件作用的影像，以擷取偵測該軌跡球所移動的距離及方向，進而計算出一位移數據。
2. 如權利要求l所述的光學多用途影像偵測結構，其特征在于， 該殼體具有-一外殼，其形成所述的容置空間，該光學座位于該外殼中； 一承座，其形成所述的通孔，且該承座位于該外殼中，該承座中裝設有數個可轉動的滾珠，其部份的珠面顯露于該承座外供接觸該軌 跡球的球面；及一固定蓋，與該外殼相互地結合，且設有一透孔供該軌跡球的球 面通過突伸于該固定蓋外。
3. 如權利要求2所述的光學多用途影像偵測結構，其特征在于， 該外殼與該承座以一體成型的方式，將該承座一體結合于該外殼的容 置空間中。
4. 如權利要求2所述的光學多用途影像偵測結構，其特征在于， 該外殼與該光學座以一體成型的方式，將該光學座一體結合于該外殼 的容置空間中。
5. 如權利要求l所述的光學多用途影像偵測結構，其特征在于， 該分光鏡具有相對的一外面及一內面，該透鏡元件由該內面以一體延 伸所形成。
6. 如權利要求5所述的光學多用途影像偵測結構，其特征在于， 該外面以斜向地面對該通孔、該軌跡球及該光發射元件，該透鏡元件 位于遠離該軌跡球的方向。
7. 如權利要求5所述的光學多用途影像偵測結構，其特征在于， 該內面斜向地面對該通孔及該軌跡球，該透鏡元件位于朝接近該軌跡 球的方向。
8. 如權利要求l所述的光學多用途影像偵測結構，其特征在于， 該軌跡球、該分光鏡、該透鏡元件及該影像傳感器沿同一方向設置。
9. 如權利要求1所述的光學多用途影像偵測結構，其特征在于， 該軌跡球、該分光鏡及該光發射元件沿同一方向設置。
專利摘要本實用新型涉及一種光學多用途影像偵測結構，包括有一殼體、一軌跡球、一光學座、一電路板、一光發射元件及一影像傳感器。殼體提供容置軌跡球，光學座設有一斜向的分光鏡以面對軌跡球的部分球面，并設有一位于分光鏡一側的透鏡元件，光發射元件和影像傳感器與電路板電性地連結，而光發射元件面對分光鏡，影像傳感器則面對透鏡元件。光發射元件所產生投射光源的光軸，其可由分光鏡一次或一次以上反/透射而投射至軌跡球的球面上，使得光源可均勻地投射于此處，可達到均勻化的擷取影像，令影像傳感器取得完整的影像，以計算出一完整的位移數據。
文檔編號G06F3/033GK201063158SQ20072014036
公開日2008年5月21日 申請日期2007年5月24日 優先權日2007年5月24日
發明者呂淑芬 申請人:培新科技股份有限公司