专利名称：光学多用途影像侦测结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学多用途影像侦测结构，尤其指一种撷取轨迹 球的移动距离及方向，以计算一位移资料的光学多用途影像侦测结构。
背景技术：
桌上型计算机或笔记本电脑，其可通过鼠标或轨迹球装置来操控 显示器上的光标移位之用。以鼠标的使用面来说，使用者常用的是光 学鼠标，如图1所示，为一般光学鼠标的剖视图，其可在一平面上移
动，内部的发光元件81会将发光源投射至一导光板82的第一反射面 821时，即会将此光源反射至第二反射面822上，经由第二反射面822 的反射，光源会穿过底壳83的开口，投射在一非透明接口形成的接触 面84，其可与影像轴F重迭，影像轴F的影像经一镜片85聚焦，使得 一影像传感器86可撷取接触面84上光源所投射对象影像轴F上的影 像，使影像传感器86可持续撷取正确的影像，进而通过一电路控制单 元(图略)准确地计算出光学鼠标的移动距离及方向，进而控制显示 器上的光标。
经由上述，光学鼠标的撷取影像方式，需使投射光源的光轴D与 撷取影像的光轴R要在接触面84的影像轴F上相交于一点P ，才能使 得影像传感器86正确地撷取到影像轴F的影像讯号。
如图2所示，光学鼠标的使用是会受限于接触面84的态样，如该 接触面84为一透明介质材料(如玻璃)上，或为会吸收/扰乱光线的材 质上(如上漆金属、镜面)时；其中，以透明介质材料为例，将使得接触 面84与影像轴F不重迭，当投射光入射至接触面84时，若不计算入 折射率，投射光源的光轴D会和其下方的影像轴F交于一点M，即投射光源的光轴D与撷取影像的光轴R无法在影像轴F处相交，进而造 成光学鼠标不能在此接触面84上作用，换言之，光学鼠标受限于接触 面84的态样，从而无法产生作用之虞，因此，使得光学鼠标于使用上 难免也有不便之处。
接着，以现有轨迹球装置而言，其可提供装置如键盘、笔记本电 脑的外壳中，或使用如USB的插接方式与计算机主机相插接，再通过 使用者的手指转动轨迹球，经由轨迹球的移动方位及距离，进而同步 控制显示器上的光标位置。
现有的轨迹球装置大致为光学式，如公告于公元2005年03月01 日的TW新型专利T WM258357,申请号093207816，即揭露出一种 "光学轨迹球结构"，请参阅图3所示，其提供设置于输入装置的壳 体91内，进而由壳体91表面至底面依序地揭露出一座体92、 一轨迹 球93、 一透光板94、 一光学座95、 一电路板96、 一发光元件97、 一 光罩98及一辨识元件99等的构件。其中，光学座95亦揭露出一镜片 951、 一反射部952及一导光镜953。
当发光元件97所产生的光源，其可投向该光学座95的导光镜953 后，再经由反射部952反射后呈斜向地投射至轨迹球93的底部球面处 (将会具有一投射角e)，而辨识元件99可透过镜片951，从而侦测 到轨迹球93被投射到光源的部份所移动的距离及方向，当轨迹球93 被转动时，即可令辨识元件99侦测到轨迹球93的移动距离及方向， 进而计算出一位移资料，而将位移数据传至一主机上，使得主机可通 过位移资料而加以控制主机相连接的显示器上的光标。
实际上，发光元件97的光源，其经由反射部952反射后投射至轨 迹球93的底部球面处，将在其球面上产生一影像撷取区931，请配合 参阅图3A的(A) 、 (C)所示，辨识元件99通过镜片951以撷取 影像撷取区931上光源所投射的影像，而辨识元件99于撷取影像的先决条件是光源必须均匀投射至轨迹球93的球面(即影像撷取区931上的 光源要均匀化)，从而辨识元件99才能取得完整的影像，供比对并判断 轨迹球93的移动距离及方向，以计算出一完整的位移资料，才能准确 地控制显示器上的光标。
但是，当发光元件97光源聚集而成一光束L，照射至轨迹球93 的球面，将产生一投光区932，如图3A的(A) 、 (B) 、 (C)所 示，但却受斜向的投射角e的影响下，使得投光区932无法均匀地与 影像撷取区931重迭，使得影像撷取区931产生出阴影区933，如图3 A的(C) 、 (D)所示，令辨识元件99无法撷取一完整的影像，供 比对并判断轨迹球93的移动距离及方向，以计算出一完整的位移资料。 其中，图3A的(D)为(C)的D部份的放大图。
特别值得一提的是，请参阅图3B的(A) 、 (B)所示，尤其 当投射角9的角度值越大时，进而令阴影区933的范围也将相对地变 大，如图3B的(C)所示，阴影区933于影像撷取区931的范围中已 相对地变/扩大，更是无法撷取到更完整的位移资料；因此，该结构的 整体设计态样明显无法获得完整的位移资料，使得操作上有不尽理想 的弊端存在。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种光学多 用途影像侦测结构，其可达到完全均匀化的撷取影像，令一影像传感 器可取得完整的影像，供比对并判断轨迹球的移动距离及方向，以计 算出一完整的位移资料。
为达上述目的，本发明提供一种光学多用途影像侦测结构，其包 括:一壳体，其具有一容置空间，及一与该容置空间连通的通孔； 一轨
迹球，可转动地定位于该壳体的容置空间中，且该轨迹球的部份球面 突伸于该壳体外，及另外的部份球面对应至该通孔； 一光学座，位于该通孔一侧，且该光学座设有一斜向的分光镜，及一位于该分光镜一 侧的透镜元件，该分光镜以斜向地面对该通孔的位置； 一电路板，位 于该光学座一侧； 一光发射元件，与该电路板电性地连结，该光发射 元件所产生投射光源的光轴面对该光学座的分光镜，经该分光镜一次 或一次以上反/透射投射光源的光轴至该轨迹球的部份球面，该轨迹球 的球面影像再反射至该分光镜，撷取影像的光轴与经该分光镜投射光 源的光轴重迭；以及一影像传感器，与该电路板电性地连结，且面对 该透镜元件，经该分光镜投射撷取影像的光轴至该透镜元件，供该影 像传感器撷取经该镜头元件作用的影像，以撷取侦测轨迹球所移动的 距离及方向，进而计算出一位移资料。
本发明具有的效益光发射元件所产生投射光源的光轴，其可经 由分光镜一次或一次以上反/透射而直接投射至轨迹球的球面上(即影 像撷取区)，从而使得光源可达到均匀地投射于此影像撷取区，且由 于投射光源的光轴并与撷取影像的光源重迭在一起，之后再投射至分 光镜，进而再投射至透镜元件，从而可达到完全均匀化的撷取影像， 令影像传感器取得完整的影像，供比对并判断轨迹球的移动距离及方 向，以计算出一完整的位移资料。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关 本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非 用来对本发明加以限制。
图1为现有光学鼠标的剖视图2为现有光学鼠标的另一剖视图3为现有光学轨迹球结构的剖视图3A为图3的X部份的光源投射的示意图3B为图3的X部份的光源投射的另一示意图4为本发明的立体分解图；图5为本发明的立体组合图6为本发明的剖视图6A为图6的A部份详图7为本发明的另一实施例的剖视图8为本发明应用于键盘中的立体示意图;
图9为本发明应用于鼠标中的立体示意图。
图中符号说明
(现有技术)
81发光元件82导光板
821第一反射面822第二反射面
83底壳84接触面
85镜片86影像传感器
F影像轴
D投射光源的光轴
R撷取影像的光轴
91壳体92座体
93轨迹球931影像撷取区
932投光区933阴影区
94透光板95光学座
951镜片952反射部
953导光镜96电路板
97发光元件98光罩
99辨识元件
9投射角
光束
(本发明)
10壳体
11外壳111容置空间
112孔洞12承座121通孔122滚珠
123缺口13固定盖
131透孔
20轨迹球
21影像撷取区
30光学座
31分光镜3il外面
312内面32透镜元件
40电路板
41开口
50光发射元件
60影像传感器
D 、Dl、 D2投射光源的光轴
R 、Rl、 R2撷取影像的光轴
70 a键盘
71 a外壳体
70 b鼠标
71 b外壳体
具体实施例方式
请参阅图4至图6所示，本发明提供一种光学多用途影像侦测结 构，其包括有一壳体10、 一轨迹球20、 一光学座30、 一电路板40、 一光发射元件50及一影像传感器60。
其中，该壳体10主要的作用是用以容置轨迹球20所使用，而该 壳体10可具有一外壳11、 一承座12及一固定盖13。外壳11由上而 下地开设有一容置空间111，及侧缘面开设有二相对的孔洞112。承座 12中央处开设有一通孔121，及内部中装设有数个可转动的滚珠122， 且承座12设有数个缺口 123以供每一滚珠122的部份珠面显露于承座 12外。固定盖13中开设有一透孔131。该光学座30设有一斜向设置的分光镜31，及一由分光镜31 —侧 以一体水平式设置的透镜元件32。其中，分光镜31具有相对的一外面 311及一内面312，透镜元件32由内面312以一体延伸而成(如图4)。
该电路板40开设有一开口 41 ，该光发射元件50电性连结地设置 于该电路板40 —端上，该影像传感器60电性连接地与该光发射元件 50相对的设置于该电路板40另一端，且令影像传感器60的部份可通 过或位于电路板40的开口 41。
组装时，光学座30组设于影像传感器60上方处，以位于电路板 40上侧，令影像传感器60面对透镜元件32。接着，外壳ll可沿着与 电路板40相互垂直的方向套设于光学座30外，使得光学座30可位于 容置空间lll中。同时，令光发射元件50的前端可部份伸入至一孔洞 112中，从而面对光学座30的分光镜31。之后，将承座12组设于外 壳ll的容置空间lll，定位于光学座30的上方，同时令分光镜31以 斜向地面对承座12的通孔121的位置处，并且使得通孔121和容置空 间111相连通。
接着，再将轨迹球20组设于外壳11的容置空间111中，令轨迹 球20的部份球面与每一滚珠122的珠面相接触，进而使得轨迹球20 可转动地定位于该壳体10中，且使得下端的部份球面对应至通孔121 处，可突伸于通孔121外，或位于通孔121中，进而可面对分光镜31， 且令分光镜31的外面311以斜向地面对通孔121，而透镜元件32位于 远离轨迹球20的方向，进而使得轨迹球20、分光镜31、透镜元件32 及影像传感器60以沿同一方向的设置(垂直式)。最后，将固定盖13 与外壳ll相互地结合，令轨迹球20通过透孔131，进而将上端的部份 球面突伸于壳体10的固定盖13外。
其中，上述的结构可作不同的变化，其变化在于:承座12可与外壳11以一体成型的方式，将承座12—体结合于外壳11的容置空间111 中；另，光学座30也可与外壳11以一体成型的方式，将光学座30 — 体结合于外壳11的容置空间111中。然而，为了组装上的便利性，当 外壳11与承座12以一体成型时，光学座30则以组装的方式为较佳， 反之，外壳11与光学座30—体成型时，承座12则以组装的方式较佳， 以利于组装上的便利性。
请参阅图6所示，并请配合参阅图6A，当光发射元件50所产生 投射光源的光轴D，其可面对及射向分光镜31，经由分光镜31的使用
特性下，其可将入射的光源一部份反射，及一部份透射的光学对象， 使得部份透射的投射光源的光轴D1以穿过另一孔洞112而出，及将部 份反射的投射光源的光轴D2朝向通孔121而投射至轨迹球20的部份 球面上(即影像撷取区21，如图6A)，轨迹球20的球面影像再反射 至分光镜31外面311，而撷取影像的光轴R与经分光镜31投射光源的 光轴D2重迭。
再经由分光镜31的作用下，使得部份反射的撷取影像的光轴R1 可投射至光发射元件50，部份透射的撷取影像的光轴R2可投射至透 镜元件32，以供影像传感器60撷取经透镜元件32作用的影像。当轨 迹球20转动时，即可使得影像传感器60撷取侦测到轨迹球20的移动 距离及方向，进而计算出一位移资料。
由上述说明，光发射元件50所产生投射光源的光轴D，其可经由 分光镜31 —次或一次以上反射而直接以接近垂直的方向，将反射投射 光源的光轴D2至轨迹球20的影像撷取区21，从而使得光源(束)可 达到均匀地投射于此影像撷取区21 (即光束的投射区和影像撷取区完 全重迭)，且由于投射光源的光轴D2并与撷取影像的光源R重迭在一 起，之后再投射至分光镜31，进而再投射至透镜元件32，从而可达到 完全均匀化的撷取影像，令影像传感器60取得完整的影像，供比对并 判断轨迹球20的移动距离及方向，以计算出一完整的位移资料。另外，请参阅图7所示(并请配合参阅图6A)，依据分光镜31
的使用特性下，进而使得本发明的结构位置设置可作不同的变化，与
前述的不同在于该外壳11沿着与电路板40相互平行的方向置设于
电路板40上，令光学座30通过一孔洞112以位于容置空间111，光发 射元件50直接伸入至容置空间111中，分光镜31也以斜向面对通孔 121的位置，而分光镜31的内面312斜向地面对通孔121及轨迹球20， 外面311则面对光发射元件50，使得透镜元件32位于朝接近轨迹球 20的方向，进而使得轨迹球20、分光镜31及光发射元件50以沿同一 方向的设置(水平式)。
当光发射元件50投射光源的光轴D，而射向分光镜31经其使用 特性下，使得部份透射的投射光源的光轴D1朝向通孔121而投射至轨 迹球20的部份球面上，及使得部份反射的投射光源的光轴D2反射朝 向孔洞112而出，轨迹球20的球面影像再反射至分光镜31的内面312， 而撷取影像的光轴R与经分光镜31透射的光源D1重迭。
再经由分光镜31的作用下，使得部份反射的撷取影像的光轴R1 投射至透镜元件32，以供影像传感器60撷取经透镜元件32作用的影 像，及部份透射的撷取影像的光轴R2可投射至光发射元件50。当轨 迹球20转动时，即可使得影像传感器60撷取侦测到轨迹球20的移动 距离及方向，进而计算出一完整的位移资料。
再由上述说明，光发射元件50所产生投射光源的光轴D，其可经 由分光镜31 —次或一次以上透射而直接以接近水平的方向，将透射投 射光源的光轴D1至轨迹球20的影像撷取区21，从而使得光源(束) 可达到均匀地投射于此影像撷取区21，且由于投射光源的光轴D1并 与撷取影像的光源R重迭在一起，之后再投射至分光镜31，进而再投 射至透镜元件32，从而可达到完全均匀化的撷取影像，令影像传感器 60取得完整的影像，以达到上述相同的效果。通过上述说明，如图8所示，使得本发明可提供应用于一桌上型
计算机的键盘70a的外壳体71 a中，使得轨迹球20以朝上的使用方 式，且同时可与计算机主机(图略)电性连结，进而使用者的手指以 直接的方式而转动轨迹球20，从而产生一完整的位移资料，再通过所 述的位移资料得以控制和计算机主机相连接的显示器上的光标。当然， 本发明也可应用于任何的输入装置中，例如:笔记本电脑或掌上型通讯 装置等，以控制显示器上的光标。另外，特别值得一提的是，本发明 所述及的壳体10的设计，其当然是可作不同的变化，如将键盘70a的 外壳体71 a的表面以直接向内凹设等的方式以形成一内凹的容置空间 (图略)，可直接置放轨迹球20于其中，并将轨迹球20作适当的固定， 再将上述的构件(如电路板、光发射元件、光学座和影像传感器等)以相 同的组设方式置设于外壳体71 a内部，也可达到相同的效用。
另，请再参阅图9所示，本发明也可提供应用于一鼠标70b的外 壳体71b中，使得轨迹球20以朝下的使用方式，且同时经由鼠标70 b与计算机主机(图略)电性地连结，通过上述的位移资料得以控制 和计算机主机相连接的显示器上的光标。然而，在使用时，轨迹球20 在一接触面上移动，如在桌面、镜面或玻璃表面上，通过轨迹球20与 接触面接触，而内部的光发射元件(图略)的光源投射于轨迹球20的球 面，而并非以直接的方式投射于接触面上，即利用轨迹球20作为间接 物和接触面接触，使得光发射元件的光源不受限于接触面的态样，以 避免如现有所述的光学鼠标于使用面上有不足之处。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即拘限本发明的 专利范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为之等效结构变化， 均同理皆包含于本发明的范围内。
权利要求
1. 一种光学多用途影像侦测结构，其特征在于，包括一壳体，其具有一容置空间，及一与该容置空间连通的通孔； 一轨迹球，可转动地定位于该壳体的容置空间中，且该轨迹球的部份球面突伸于该壳体外，及另外的部份球面对应至该通孔；一光学座，位于该通孔一侧，且该光学座设有一斜向的分光镜， 及一位于该分光镜一侧的透镜元件，该分光镜以斜向地面对该通孔的 位置；一电路板，位于该光学座一侧；一光发射元件，与该电路板电性地连结，该光发射元件所产生投 射光源的光轴面对该光学座的分光镜，经该分光镜一次或一次以上反/ 透射投射光源的光轴至该轨迹球的部份球面，该轨迹球的球面影像再 反射至该分光镜，而撷取影像的光轴与经该分光镜投射光源的光轴重 迭；以及一影像传感器，与该电路板电性地连结，且面对该透镜元件，经 该分光镜投射撷取影像的光轴至该透镜元件，供该影像传感器撷取经 该镜头元件作用的影像，以撷取侦测该轨迹球所移动的距离及方向， 进而计算出一位移资料。
2. 如权利要求l所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于， 该壳体具有一外壳，其形成所述的容置空间，该光学座位于该外壳中； 一承座，其形成所述的通孔，且该承座位于该外壳中，该承座中装设有数个可转动的滚珠，其部份的珠面显露于该承座外供接触该轨迹球的球面；及一固定盖，与该外壳相互地结合，且设有一透孔供该轨迹球的球 面通过突伸于该固定盖外。
3. 如权利要求2所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于，该外壳与该承座以一体成型的方式，将该承座一体结合于该外壳的容 置空间中。
4. 如权利要求2所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于， 该外壳与该光学座以一体成型的方式，将该光学座一体结合于该外壳 的容置空间中。
5. 如权利要求l所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于，该分光镜具有相对的一外面及一内面，该透镜元件由该内面以一体延 伸所形成。
6. 如权利要求5所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于， 该外面以斜向地面对该通孔、该轨迹球及该光发射元件，该透镜元件 位于远离该轨迹球的方向。
7. 如权利要求5所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于， 该内面斜向地面对该通孔及该轨迹球，该透镜元件位于朝接近该轨迹 球的方向。
8. 如权利要求l所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于， 该轨迹球、该分光镜、该透镜元件及该影像传感器沿同一方向设置。
9. 如权利要求l所述的光学多用途影像侦测结构，其特征在于， 该轨迹球、该分光镜及该光发射元件沿同一方向设置。
全文摘要
本发明涉及一种光学多用途影像侦测结构，包括有一壳体、一轨迹球、一光学座、一电路板、一光发射元件及一影像传感器。壳体提供容置轨迹球，光学座设有一斜向的分光镜以面对轨迹球的部份球面，并设有一位于分光镜一侧的透镜元件，光发射元件和影像传感器与电路板电性地连结，而光发射元件面对分光镜，影像传感器则面对透镜元件。光发射元件所产生投射光源的光轴，其可由分光镜一次或一次以上反/透射而投射至轨迹球的球面上，使得光源可均匀地投射于此处，可达到均匀化的撷取影像，令影像传感器取得完整的影像，以计算出一完整的位移资料。
文档编号G06F3/033GK101311885SQ200710104258
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者吕淑芬 申请人:培新科技股份有限公司