TWI384386B - An optical input device, an electronic device, and an optical input system - Google Patents

Description

光學輸入裝置、電子裝置、及光學輸入系統

本發明係有關於一種輸入裝置、電子裝置、及輸入系統，特別是一種光學輸入裝置、具有光學輸入功能的電子裝置、及光學輸入系統。

電腦輸入裝置泛指可以對一電腦裝置(如個人電腦、筆記型電腦或個人數位助理等等)輸入座標位移訊號的硬體裝置(Hardware Device)，可見的電腦輸入裝置種類很多，諸如滑鼠、軌跡球裝置、觸控板、手寫板、搖桿等皆屬之。其中，滑鼠除可根據使用者的移動而對電腦裝置輸入座標位移訊號外，滑鼠上還設有一滾輪，滾輪還可以控制視窗化介面的縱向捲軸或橫向捲軸，且於滾輪的下方更設置有微動開關，使用者透過按壓滾輪的方式，即可下達確認的指令，因此在應用視窗化系統上，滑鼠成為了目前最普及的人機介面。

除了使用滑鼠做為電腦裝置之視窗介面操控外，目前亦發展出觸控板的技術，係直接於電腦裝置上裝設觸控板，以供使用者直接於觸控板上以手指控制游標的滑移及點擊執行功能。目前所見的觸控板大致分為兩類，一種是電阻式觸控板，另一種為電容式觸控板。電阻式觸控板的作動原理是利用電壓降的方式定位座標軸，當使用者的手指或是物件觸碰到觸控板時，迴路即導通，並產生電壓降，以達到計算座標位置之目的；電容式觸控板的架構是以單層或多層樣式化(patterned)銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)層，形成行/列交錯感測單元(sensing element)矩陣，當使用者的手指或是物件觸碰到觸控板時，銦錫氧化物層之電場因手指等物件的觸碰而使微量電流流失，藉以計算出目前的座標位置。

不過，不論是電阻式觸控板或是電容式觸控板，在設計上的難度也提升許多。以佈線來說，電容式的觸控面板至少需要接15條線，且隨著感測解析度要求愈高，佈線就愈複雜，導致製作難度也較高。另外，由於感測單位矩陣佈置在同一層空間，這就會擠壓到感測單元矩陣的可感觸面積，而縮小面積將導致靈敏度下降，且鄰近走線也容易造成電容洩露問題，特別是溫度、溼度容易影響感測的正確性。

另外，目前亦發展出光學感測方式對電腦裝置進行控制，即為電腦裝置上裝設有一光學感測窗，於光學感測窗的下方對應設置有微動開關，以供使用者透過按壓光學感測窗的方式，來下達確認的指令；光學感測窗可分為影像比對式與光學折射比對式兩種作動型態。雖然使用者透過光學感測窗可直接控制視窗化介面中的指標之移動方向或捲軸之捲動方向，但是這類光學感測裝置的問題是，當使用者在進行點選操作或雙次點擊等系統操作程序仍需透過按壓光學感測窗，或者按壓滑鼠上的按鍵(例如，左鍵或右鍵)來完成，在操作動作上仍略嫌繁複。

舉例來說，當使用者透過光學感測窗控制視窗化介面中的指標移動至欲執行的物件上後，還需要再次透過按壓光學感測窗或按鍵的方式來選取該物件，以開啟該物件所對應的程式功能，故在操作便利性仍有可改善的空間。

雖然上述具有光學感測窗的電腦裝置可提升不少操作便利性，但是也由於使用了兩個光學感測模組(一個供光學感測窗使用，另一個用以控制滑鼠指標使用)，而增加了電腦裝置的製作成本，且耗電量也相對提高了不少，另外，電腦裝置需要增加體積空間，以容納兩個光學感測模組。

因此，如何能提供一種電腦輸入裝置之輸入處理方法，以提升其操作便利性，成為相關領域的技術研發人員急待解決的問題。

鑒於以上的問題，本發明提供一種光學輸入裝置、電子裝置、及光學輸入系統，藉以改良習用電子裝置之觸控式或是光學式的輸入裝置，其操作動作繁複，導致使用者於使用上不甚便利的問題。

本發明所揭露之光學輸入裝置，係應用於電子裝置上，以令電子裝置執行一預設功能。光學輸入裝置包括有一光源產生器及一感光板，光源產生器具有一本體及一光源，光源係設置於本體內，並射出一光線穿過本體而形成一光圖形影像。感光板係電性連接於電子裝置，且感光板內部具有一微處理器。其中，光源產生器所產生的光圖形影像投射至感光板上，感光板擷取光圖形影像的動態變化，並根據光圖形影像的形狀對應輸出一控制訊號至微處理器，藉由微處理器傳輸控制訊號至電子裝置，以令電子裝置執行相應的預設功能。

本發明所揭露的電子裝置包括有一主體及一光源產生器，其中主體內部具有一微處理器，且主體表面具有與微處理器電性連接的感光板。光源產生器具有一本體及一光源，光源係設置於本體內，並射出一光線穿過本體而形成一光圖形影像。其中，光源產生器所產生的光圖形影像投射至感光板上，感光板擷取光圖形影像的動態變化，並根據光圖形影像的形狀對應輸出一控制訊號至微處理器，以令電子裝置執行相應的預設功能。

本發明之光學輸入裝置、電子裝置、及光學輸入系統，係透過動態光學感測的控制方式，以令電子裝置對應執行不同的預設功能，提供使用者一種具有多功能的輸入裝置，使用者無需額外按壓按鍵，即可快速且方便的對電子裝置下達控制指令，藉以提升電子裝置的操作便利性。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

根據本發明所揭露之光學輸入裝置，係應用於一電子裝置，此電子裝置包括但不侷限於智慧型行動電話(PDA Phone、Smart Phone)、可攜式導航裝置(Portable Navigation Device，PND)、多媒體播放器(Portable Media Player，PMP)、行動電視(Mobile TV)、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)或超級移動電腦(Ultra Mobile PC，UMPC)等攜帶型電子裝置。以下本發明的詳細說明中，將以筆記型電腦做為本發明之最佳實施例。然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用以限制本發明。

「第1圖」及「第2圖」所示為本發明之光學輸入裝置及應用之電子裝置的立體示意圖。本發明之光學輸入裝置100係應用於一電子裝置200，且此一電子裝置200可執行至少一種預設功能，例如開啟影音播放程式、視窗位移控制、開啟電子郵件(e-mail)、開啟瀏覽器等執行功能，但並不以此為限。

光學輸入裝置100包括有光源產生器110及感光板120。本發明的光源產生器110可應用於手寫筆或是觸控筆上，且光源產生器110具有一本體111及至少一光源112，其中本體111內部具有一容置空間，於本體111的一端面開設有一透孔1111，光源112係設置於本體111內，並且面對於透孔1111。光源112可射出一光線穿過本體111的透孔1111而形成一光圖形影像1121。此一光圖形影像1121的形狀係對應於透孔1111的孔型，本發明所揭露之透孔1111的造型為十字型，以令形成的光圖形影像1121呈四個長矩形圖樣所組成的十字圖形。然而，熟悉此項技術者，亦可將本體111的透孔1111設計為任何幾何形狀，並不以本實施例為限。或者，透孔1111上可增置一透鏡(圖未示)或是一遮光片，利用光折射或光遮閉的原理而產生不同的光圖形影像1121。另外，本發明所揭露之光源112可為發光二極體(light emitting diode，LED)或是雷射二極體等類似之發光元件，以發射具指向特性的光線，並不以本發明所揭露之實施例為限。

感光板120的內部具有一微處理器121，且感光板120具有一通用序列匯流排插頭124(universal serial bus，USB)，係與微處理器121電性連結。電子裝置200的一側設有通用序列匯流排埠210，以供通用序列匯流排插頭124電性插設於其中，使得感光板120與電子裝置200之間形成電性連接的關係。其中，本發明所揭示的光學輸入裝置100與電子裝置200除了以有線的通用序列匯流排界面進行電性連接之外，亦可採用無線傳輸方式進行訊號的傳遞，例如以紅外線傳輸或是藍芽(bluetooth)傳輸方式，並不以本實施例所揭露的有線方式傳輸控制訊號。

感光板120的表面(即上表面)設有一光感測器122，而於感光板120的表面上形成一感光區域。值得注意的是，本發明所揭露之光感測器122可為電荷耦合元件(Charged Coupled Device，CCD)或互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide semiconductor，CMOS)，但並不以此為限。

請繼續參閱「第2圖」及「第3A圖」至「第3D圖」所示的作動示意圖。本發明之光源產生器110所產生的光圖形影像1121投射至感光板120上，如「第3A圖」所示，當光源產生器110相對於感光板120進行旋轉，光源產生器110所產生的光圖形影像1121由原本正向的對稱十字圖形旋轉一角度；或是如「第3B圖」所示，當光源產生器110相對於感光板120傾斜一角度，光源產生器110所產生的光圖形影像1121由原本對稱的十字圖形的一端拉長，而成為不對稱的十字圖形；或是如「第3C圖」所示，當光源產生器110相對於感光板120往上位移，光源產生器110所產生的光圖形影像1121由原本的尺寸大小成比例的放大；或是如「第3D圖」所示，當光源產生器110相對於感光板120往下位移，光源產生器110所產生的光圖形影像1121由原本的尺寸大小成比例的縮小。另外，亦可使用遮光片改變光圖形影像1121的圖樣，或者是光源產生器110之本體111具有透孔1111的一端設計為可拆卸的結構，使得本體可隨時更換使用不同形狀的透孔1111，以達到改變光圖形影像1121之目的。

此時，光感測器122連續的擷取光圖形影像1121的動態變化，並根據光圖形影像1121的形狀(如「第3A圖」至「第3D圖」所示各種形狀的光圖形影像1121)對應輸出一控制訊號至微處理器121進行訊號的處理。接著，微處理器121透過通用序列匯流排界面方式電性傳送控制訊號至電子裝置200內部，再經由電子裝置200的電路系統(圖中未示)處理此一控制訊號，以令電子裝置200執行相應於此一控制訊號的預設功能(例如開啟影音播放程式、視窗位移控制、開啟電子郵件、開啟瀏覽器、移動程式中之物件．．．等功能)。

請參閱「第4圖」，本發明之光學輸入裝置100的光源產生器110更具有一透鏡113，係設置於光源產生器110的本體111內部，並且位於光源112與透孔1111之間，以折射光源112所射出之光線穿過透孔1111。本發明之光源112藉由透鏡113的聚焦，以提高其光強度。而本發明所揭露之透鏡113可為雙凸透鏡、雙凹透鏡、或凹凸透鏡等各種型態的透鏡，然熟悉此項技術者可根據實際使用需求而選用最佳光學特性的透鏡。

如「第5圖」所示，本發明揭露的感光板120除了使用如「第1圖」的光感測器122做為感測光線的感應元件外，亦可使用複數個光敏電阻123(light-dependent resistor)排列成感光區域，複數個光敏電阻123係分別電性連接於感光板120內部的微處理器121，以動態擷取光圖形影像的形狀變化。意即，當光源產生器110投射一光圖形影像1121至感光板120的感光區域時，感測到光強度的光敏電阻123之電阻減少，進而產生一控制訊號輸出至微處理器121，藉由微處理器121傳送控制訊號至電子裝置200，以令電子裝置200執行相應於此一控制訊號的預設功能。

如「第6圖」所示之立體示意圖，本發明所揭露之電子裝置300包括有一主體310及至少一光源產生器110。主體310內部具有一微處理器121及電路系統(圖中未示)，藉以控制電子裝置300執行一預設功能(例如開啟影音播放程式、視窗位移控制、開啟電子郵件、開啟瀏覽器等功能)。主體310的表面(即上表面)具有一感光板120，於感光板120上設有一光感測器122，而於感光板120的表面上形成一感光區域，且光感測器122係與微處理器121電性連接。值得注意的是，本發明所揭露之光感測器122可為電荷耦合元件(Charged Coupled Device，CCD)或互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide semiconductor，CMOS)，但並不以此為限。

本發明的光源產生器110可應用於手寫筆或是觸控筆上，且光源產生器110具有一本體111及一光源112，其中本體111內部具有一容置空間，於本體111的一端面開設有一透孔1111，光源112係設置於本體111內，並且面對於透孔1111。光源112可射出一光線穿過本體111的透孔1111而形成一光圖形影像1121。此一光圖形影像1121的形狀係對應於透孔1111的孔型，熟悉此項技術者，亦可將本體111的透孔1111設計為任何幾何形狀，亦可使用一透鏡或是一遮光片以改變光圖形影像1121的圖樣，並不以本實施例為限。另外，本發明所揭露之光源112可為發光二極體(light emitting diode，LED)或是雷射二極體等類似之發光元件，以發射具指向特性的光線。

請參閱「第6圖」及「第7A圖」至「第7D圖」所示的作動示意圖。本發明之光源產生器110所產生的光圖形影像1121投射至感光板120上，當光源產生器110相對於感光板120進行旋轉、傾斜一角度、往上位移、或往下位移等作動時，光源產生器110所產生的光圖形影像1121由原本的形狀及尺寸相對應的改變。此時，光感測器122連續的擷取光圖形影像1121的動態變化，並根據光圖形影像1121的形狀而對應輸出一控制訊號至微處理器121，以令電子裝置200執行相應於此一控制訊號的預設功能。另外，亦可使用遮光片改變光圖形影像1121的圖樣，或者是光源產生器110之本體111具有透孔1111的一端設計為可拆卸的結構，使得本體可隨時更換使用不同形狀的透孔1111，以達到改變光圖形影像1121之目的。

請參閱「第8圖」，本發明之電子裝置300的光源產生器110更具有一透鏡113，係設置於光源產生器110的本體111內部，並且位於光源112與透孔1111之間，以折射光源112所射出之光線穿過透孔1111。本發明之光源112藉由透鏡113的聚焦，以提高其光強度。而本發明所揭露之透鏡113可為雙凸透鏡、雙凹透鏡、或凹凸透鏡等各種型態的透鏡，然熟悉此項技術者可根據實際使用需求而選用最佳光學特性的透鏡。

如「第9圖」所示，本發明之感光板120除了使用如「第6圖」的光感測器122做為感測光線的感應元件外，亦可使用複數個光敏電阻123(light-dependent resistor)排列成感光區域，複數個光敏電阻123係分別電性連接於主體310內部的微處理器121，以動態擷取光圖形影像的形狀變化。意即，當光源產生器110投射一光圖形影像1121至感光板120的感光區域時，感測到光強度的光敏電阻123之電阻減少，進而產生一控制訊號輸出至微處理器121，藉由微處理器121傳送控制訊號至電子裝置300，以令電子裝置300執行相應於此一控制訊號的預設功能。

「第10圖」所示為本發明另一實施例之電子裝置之立體示意圖，本實施例之電子裝置400為一類似數位板的平台式電腦輸入裝置，其包括有一主體410及一光源產生器110。主體410的內部具有一電路系統(圖中未示)及與電路系統電性連接的光感測器122，本發明所揭露之光感測器122可為電荷耦合元件(Charged Coupled Device，CCD)或互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide semiconductor，CMOS)，但並不以此為限。

主體410的頂面設有一開孔，以供光源產生器110裝設於其中並常態保持於主體410上而不致脫落，且光源產生器110可相對於主體410在同一位置上活動位移。光源產生器110之本體111內部設有一光源112，並且面對於光感測器122。光源112可射出一光線穿過本體111並於光感測器122上形成一光圖形影像1121。其中，本發明所揭露之光源112可為發光二極體(light emitting diode，LED)或是雷射二極體等類似之發光元件，以發射具指向特性的光線，並不以本發明所揭露之實施例為限。

當光源產生器110相對於主體410進行旋轉、傾斜一角度、往上位移、或往下位移等作動時，光源產生器110所產生的光圖形影像1121由原本的形狀及尺寸相對應的改變。此時，光感測器122連續的擷取光圖形影像1121的動態變化，並根據光圖形影像1121的形狀而對應輸出一控制訊號至電路系統，以令電子裝置400透過有線或無線方式傳輸此一控制訊號至電腦裝置(圖中未示)。

如「第11圖」所示，本發明另揭示一種光學輸入系統，其包括有光源產生器110、工作平面130、及光圖形影像擷取裝置140。本發明的光源產生器110可應用於手寫筆或是觸控筆上，且光源產生器110具有一本體111及一光源112，其中本體111內部具有一容置空間，於本體111的一端面開設有一透孔1111，光源112係設置於本體111內，並且面對於透孔1111。光源112可射出一光線穿過本體111的透孔1111而形成一光圖形影像1121。此一光圖形影像1121的形狀係對應於透孔1111的孔型，熟悉此項技術者，亦可將本體111的透孔1111設計為任何幾何形狀，亦可使用一透鏡或是一遮光片以改變光圖形影像1121的圖樣，並不以本實施例為限。另外，本發明所揭露之光源112可為發光二極體(light emitting diode，LED)或是雷射二極體等類似之發光元件，以發射具指向特性的光線。

本發明之光圖形影像擷取裝置140與電子裝置500電性相接，並且朝向工作平面130的方向，以擷取工作平面130上的影像。其中本發明之光圖形影像擷取裝置140係為網路攝影機(webcam)，但並不以此為限，亦可選用任何圖像擷取裝置做為本發明的光圖形影像擷取裝置140。光源產生器110所產生的光圖形影像1121投射至工作平面130上，然本發明之工作平面130係為一平墊，亦可直接將桌面做為本發明所述的工作平面130。當光源產生器110相對於工作平面130進行旋轉、傾斜一角度、往上位移、或往下位移等作動時，光源產生器110所產生的光圖形影像1121由原本的形狀及尺寸相對應的改變。此時，光圖形影像擷取裝置140連續的擷取投射在工作平面130上之光圖形影像1121的動態變化，並根據光圖形影像1121的形狀而對應輸出一控制訊號至電子裝置500，以令電子裝置500執行相應於此一控制訊號的預設功能。

本發明所揭露之光學輸入裝置及電子裝置提供了一種有別於習用技術的訊號輸入手段，其係藉由感光板擷取光圖形影像之動態變化的光學感測方式，以控制電子裝置執行相對應的預設功能，無須額外按壓按鍵，便於使用者快速且簡便的對電子裝置下達不同的控制命令，藉以提升操作上的便利性。

雖然本發明之實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述之形狀、構造、特徵及精神當可做些許之變更，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．光學輸入裝置

110．．．光源產生器

111．．．本體

1111．．．透孔

112．．．光源

1121．．．光圖形影像

113．．．透鏡

120．．．感光板

121．．．微處理器

122．．．光感測器

123．．．光敏電阻

124．．．通用序列匯流排插頭

130．．．工作平面

140．．．光圖形影像擷取裝置

200．．．電子裝置

140‧‧‧光圖形影像擷取裝置

200‧‧‧電子裝置

210‧‧‧通用序列匯流排埠

300‧‧‧電子裝置

310‧‧‧主體

400‧‧‧電子裝置

410‧‧‧主體

500‧‧‧電子裝置

第1圖為本發明一實施例之光學輸入裝置之立體示意圖；

第2圖為本發明一實施例之光學輸入裝置與電子裝置相互電性連接之立體示意圖；

第3A圖至第3D圖為本發明一實施例之光學輸入裝置之作動示意圖；

第4圖為本發明一實施例之具有透鏡之光學輸入裝置之立體示意圖；

第5圖為本發明一實施例之以光敏電阻做為感光板之光學輸入裝置之立體示意圖；

第6圖為本發明一實施例之電子裝置之立體示意圖；

第7A圖至第7D圖為本發明一實施例之電子裝置之作動示意圖；

第8圖為本發明一實施例之具有透鏡之電子裝置之立體示意圖；

第9圖為本發明一實施例之以光敏電阻做為感光板之電子裝置之立體示意圖；

第10圖為本發明另一實施例之電子裝置之立體示意圖；以及

第11圖為本發明另一實施例之光學輸入系統之立體示意圖。

110．．．光源產生器

111．．．本體

112．．．光源

1121．．．光圖形影像

120．．．感光板

121．．．微處理器

122．．．光感測器

124．．．通用序列匯流排插頭

200．．．電子裝置

210．．．通用序列匯流排埠

Claims (10)

1. 一種光學輸入裝置，係應用於一電子裝置，該光學輸入裝置包括有：一光源產生器，具有一本體及至少一光源，該光源係設置於該本體內，並射出一光線穿過該本體而形成一光圖形影像；以及一感光板，電性連接於該電子裝置，該感光板內部具有一微處理器；其中，該光源產生器所產生之該光圖形影像投射至該感光板的表面，該感光板擷取該光圖形影像的動態變化並對應輸出一控制訊號至該微處理器，該微處理器傳輸該控制訊號至該電子裝置。
2. 如請求項1所述之光學輸入裝置，其中該光源產生器更具有一透鏡，係設置於該本體內，用以折射該光線穿過該本體。
3. 如請求項1所述之光學輸入裝置，其中該感光板設置有一光感測器，係電性連接於該微處理器，該光感測器用以動態擷取該光圖形影像的形狀變化，並對應輸出該控制訊號至該微處理器。
4. 如請求項1所述之光學輸入裝置，其中該感光板具有複數個光敏電阻，係電性連接於該微處理器，該等光敏電阻用以動態擷取該光圖形影像的形狀變化，並對應輸出該控制訊號至該微處理器。
5. 一種電子裝置，該電子裝置包括有：一主體，該主體內部具有一微處理器，且該主體的一表面具有一感光板，係與該微處理器電性連接；以及一光源產生器，具有一本體及至少一光源，該光源係設置於該本體內，並射出一光線穿過該本體而形成一光圖形影像；其中，該光源產生器所產生之該光圖形影像投射至該感光板的該表面，該感光板擷取該光圖形影像的動態變化並對應輸出一控制訊號至該微處理器，該電子裝置執行一相應的預設功能。
6. 如請求項5所述之電子裝置，其中該光源產生器更具有一透鏡，係設置於該本體內，用以折射該光線穿過該本體。
7. 如請求項5所述之電子裝置，其中該感光板設置有一光感測器，係電性連接於該微處理器，該光感測器用以動態擷取該光圖形影像的形狀變化，並對應輸出該控制訊號至該微處理器。
8. 如請求項5所述之電子裝置，其中該感光板具有複數個光敏電阻，係電性連接於該微處理器，該等光敏電阻用以動態擷取該光圖形影像的形狀變化，並對應輸出該控制訊號至該微處理器。
9. 一種光學輸入系統，係應用於一電子裝置，該光學輸入系統包括有：一光源產生器，具有一本體及至少一光源，該光源係設置 於該本體內，並射出一光線穿過該本體而形成一光圖形影像；一光圖形影像擷取裝置，係與該電子裝置相接；以及一工作平面；其中，該光源產生器所產生之該光圖形影像投射至該工作平面之表面，該影像擷取裝置擷取該光圖形影像的動態變化，該電子裝置內產生一對應之控制訊號。
10. 如請求項9所述之光學輸入系統，其中該光圖形影像擷取裝置係為一網路攝影機。