专利名称：小型滚球光学位移侦测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型有关一种滚球光学位移侦测装置，尤其有关一种可用于鼠标器的小型滚球光学位移侦测装置。
背景技术：
位移侦测装置应用最多的是使用在电脑的鼠标装置，而现有的电脑鼠标装置可分为机械式滚球鼠标以及光学鼠标，其中机械式滚球鼠标主要将滚球设置在与物体的接触面(亦即鼠标下方)，利用滚球在物体表面上移动，带动鼠标内的X与Y方向机械转轴来切换内部光源，藉此侦测并产生鼠标与物体表面间的相对移动方向以及距离的讯号，随后将此讯号传递至电脑藉此控制电脑显示器上的游标。此外，另有一种滚球式鼠标，系将滚球设在鼠标控制面上(亦即鼠标上方)，藉手指推动滚球，藉此侦测滚球移动的方向以及位移量，并藉此控制电脑显示器上的游标。惟上述的机械式滚球鼠标由于所侦测的位移灵敏度较低，亦即鼠标的图像解析度(一般以dotper inch(dpi)为单位加以表示，)较低，只有100～200dpi左右，因此鼠标或滚球需位移相当的距离，方能反应于电脑显示器上的游标，尤其是滚球设在鼠标控制面上利用手指推动滚球进行侦测的方式中，由于灵敏度以及图像解析度很低，因此滚球必须转动相当大的位移，才能操控游标移动到所要到达的位置。为让使用者操作顺利，一般滚球的直径尺寸约为2～3cm左右，对于目前电子设备均朝小型化、轻量化的目标而言，此种机械式滚球鼠标已不合时宜。
而另外一方面，参见图1，公知光学鼠标1则是利用发光二极管11发射光束I1，该光束I1经由导光装置12投射到物体表面15产生明暗变化的影像，此表面影像又以反射光束I2通过成像透镜13聚焦并成像于感测系统14的感测元件上，感测系统14上的分析电路系统根据所撷取的光学鼠标移动前后的影像加以分析比对，计算出光学鼠标的移动方向与距离，藉此控制电脑上的游标移动。由于光学鼠标的图像解析度可达400～800dpi，远比机械式滚球灵敏，目前光学鼠标已逐渐取代机械式滚球鼠标。
然而，此种公知光学鼠标侦测装置所使用的发光源为发光二极管，其耗电量较大，连续动作下所需电流约30至50毫安培，占光学鼠标总耗电量的约三分之一至二分之一。况且以发光二极管所发出的光源由于为发散光，其图像解析度仍限制在800dpi以下，同样地灵敏度仍不足。
随着各种携带式电子设备例如笔记型电脑、行动电话、个人数位助理(如PDA)、随身听产品等愈朝薄型化、轻量化以及整合性发展，未来许多产品，如行动电话可能具备电脑与上网功能，惟目前鉴于位移侦测器装置无法小型化至进一步使该等携带式电子设备更小型化或薄型化，而成为发展上的阻碍。
鉴于上述问题，本实用新型人对光学鼠标等的位移侦测装置结构及各构件进行广泛研究，意图获得更具灵敏度、更小消耗功率以及更小尺寸的位移侦测装置，因而完成本实用新型。
新型内容本实用新型的目的在于，提供一种小型滚球光学位移侦测装置，其具有高解析度、低消耗功率以及小尺寸的特点。
本实用新型一种小型滚球光学位移侦测装置，其特征在于，包括一用于控制侦测装置位移的滚球；一用于发射激光并照射至该滚球球面的激光二极管；以及一感测装置，其又包括一用于接收自该滚球球面反射所形成干涉图像的感测元件以及一用于比对分析滚球球面移动所产生不同位置干涉图像并判定滚球球面与光学位移侦测装置相对移动方向与距离的分析电路。
其中，该激光二极管为面射型激光二极管。
其中，该滚球的直径小于1.5cm。
其中，该感测元件为互补型金属氧化物半导体、光电晶体、电荷耦合元件之一或其组合。
其中，该激光二极管与感测元件为一共同封装的集成元件；其中感测元件为互补型金属氧化物半导体、光电晶体、电荷耦合元件之一或其组合。
其中，该滚球位于一外框罩上，滚球的一部分露出在该外框罩外。
本实用新型有益效果依据本实用新型，利用激光二极管作为光学鼠标侦测装置的光源，由于激光产生的干涉图像的斑点(speckles)非常小，可用下列公式表示δ≅1.2λL/D]]>δ是表示斑点直径，λ是表示激光光波长，L是激光照射平面到感测元件的距离，而D则是激光照射到平面上光点的直径。例如使用0.85微米(μm)的激光，L为1.0cm，D为0.2cm，所产生的激光干涉斑点只有约5微米(μm)左右，图像解析度大约是两倍斑点直径的倒数(1/2δ)，可高达2500dpi，再加上滚球球面曲度的光学角度增大效应，使得实质的图像解析度会大于3500dpi以上，约为一般机械鼠标的20倍以上解析度，而为一般光学鼠标的5倍以上解析度。
因此，通过本实用新型的构成，可利用直径小于1.5cm，甚至小于5毫米的滚球，以其高灵敏度轻易地转动来控制游标上下左右移动，而可达到将现有滚球(或轨迹球)尺寸小型化的目的。因此更可应用于例如笔记型电脑、行动电话、个人数位助理、笔型鼠标(Pen Mouse)、第三代声音文件压缩格式(MPEG AUDIO LAYER III，俗称MP3)等的薄型化或小型化携带式电子设备。
本实用新型的小型轨迹球光学位移侦测装置中所用的该感测元件可利用互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)、光电晶体(Photo-Transistor)或电荷耦合元件(Charge Coupling Device，CCD)进行感测。上述该三种感测元件为熟知半导体领域者所悉知的一般感测元件，因此在本实用新型说明书中应无需再加以赘述。
本实用新型的小型轨迹球光学位移侦测装置中，该激光二极管与感测元件可为分别封装亦可共同封装在一集成元件内。
本实用新型的小型滚球光学位移侦测装置中所用的激光二极管尤其可为面射型激光(VCSEL，Vertical Cavity Surface-Emitting Laser)，因其作用时所需的电力相对更低，而有利于减少耗电量，更适合用在需利用电池的携带式电子设备。
本实用新型将配合图式更具体详细加以说明。
图1公知光学鼠标侦测装置的示意图；及图2本实用新型的滚球光学位移侦测装置的示意图。
具体实施方式
本实用新型的小型滚球光学位移侦测装置2，如图2所示，包括一激光二极管21、一小型滚球22以及一感测系统23，其中通过移动该滚球22控制游标的位移以及方向；该感测系统23又包括一感测元件以及一分析电路系统(图式中未显示)；利用激光二极管21发出的光照射滚球22球面反射至感测系统23的感测元件并侦测由该球面所反射的激光因滚球移动所产生的干涉图像，并通过分析电路判定滚球球面与光学位移侦测装置相对移动的方向与距离。
本实用新型的小型滚球光学位移侦测装置2中，滚球22设在一外框罩24上，以部分滚球22露出该框罩的方式设置，藉此，在操作本实用新型的小型滚球光学位移侦测装置时，推动该滚球22露出的部分，通过滚球22的转动，使当激光二极管21照射在滚球上时，通过感测系统23侦测因反射滚球滚动所形成不同位置的干涉图像，并藉该感测系统23中的分析电路系统进行图像比对分析，而判断出滚球的移动方向与距离，并进而依据所得数据输出电讯号而引导显示器上的游标移动。
依据本实用新型的小型滚球光学位移侦测装置，由于其图像解析度远高于使用发光二极管(LED)的光学鼠标装置，它的图像解析度可达3500dpi以上。
通过本实用新型，若应用在小型滚球光学位移侦测装置上，可利用仅数毫米(例如5毫米)直径的滚球即可轻易操控电脑上游标的移动，据此相对的减小了位移侦测装置的大小与厚度，且由于利用激光发光二极管，得以在很低的消耗功率下，亦即在较省能源的状况下操作，而可应用于各种薄型携带式电子设备，例如笔记型电脑、个人数位助理、行动电话等电子设备，以及未来可能的整合性电子设备，因此极有助于进一步发展出更小型、更薄型的电子设备，极具产业利用价值。
本实用新型已通过上述较佳具体例详细说明本实用新型，惟上述具体实施例仅用以说明本实用新型，而不用以限制本实用新型的范围。凡在本实用新型所揭示的精神及范围内，熟知本技艺者可对其作各种修饰及变化而均仍属本实用新型的范围。
权利要求1.一种小型滚球光学位移侦测装置，其特征在于，包括一用于控制侦测装置位移的滚球；一用于发射激光并照射至该滚球球面的激光二极管；以及一感测装置，其又包括一用于接收自该滚球球面反射所形成干涉图像的感测元件以及一用于比对分析滚球球面移动所产生不同位置干涉图像并判定滚球球面与光学位移侦测装置相对移动方向与距离的分析电路。
2.如权利要求1所述的小型滚球光学位移侦测装置，其特征在于该激光二极管为面射型激光二极管。
3.如权利要求1所述的小型滚球光学位移侦测装置，其特征在于该滚球的直径小于1.5cm。
4.如权利要求1所述的小型滚球光学位移侦测装置，其特征在于该感测元件为互补型金属氧化物半导体、光电晶体、电荷耦合元件之一或其组合。
5.如权利要求1所述的小型滚球光学位移侦测装置，其特征在于该激光二极管与感测元件为一共同封装的集成元件；其中感测元件为互补型金属氧化物半导体、光电晶体、电荷耦合元件之一或其组合。
6.如权利要求1所述的小型滚球光学位移侦测装置，其特征在于该滚球位于一外框罩上，滚球的一部分露出在该外框罩外。
专利摘要一种小型滚球光学位移侦测装置，主要包括一激光二极管、一滚球以及一感测系统，其中该感测系统又包括一感测元件以及一分析电路系统；从而，可通过激光光照射该滚球球面反射至该感测系统的感测元件上形成干涉图像，并通过该分析电路比对分析因滚球球面移动所产生不同位置的干涉图像，以判定滚球球面与光学位移侦测装置相对移动的方向与距离，利于电子设备的小型化。
文档编号G06F3/033GK2845012SQ20052013031
公开日2006年12月6日 申请日期2005年10月31日 优先权日2005年10月31日
发明者杨英杰 申请人:杨英杰