專利名稱：指針輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種指針輸入裝置，特別是涉及采光學(xué)式取得坐標(biāo)位移信號來控制計算機(jī)系統(tǒng)的光標(biāo)的指針輸入裝置。
背景技術(shù)：
指針輸入裝置(Pointing Device)泛指可以對計算機(jī)系統(tǒng)(如個人計算機(jī)、筆記型計算機(jī)或個人數(shù)字助理等等)輸入坐標(biāo)位移信號，以要求計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)操作；目前可見的指針輸入裝置種類很多，諸如鼠標(biāo)、軌跡球裝置、觸控板、手寫板、搖桿等都屬于指針輸入裝置，而應(yīng)用上較為普遍的仍為鼠標(biāo)。
鼠標(biāo)的種類又可區(qū)分為機(jī)械式以及光學(xué)式鼠標(biāo)。機(jī)械式鼠標(biāo)以位于鼠標(biāo)底部與工作平面接觸的滾球轉(zhuǎn)動作為坐標(biāo)位移信號的判斷基礎(chǔ)；其中與滾球接觸轉(zhuǎn)軸的一側(cè)設(shè)計有光柵，利用光線通過光柵與否來產(chǎn)生對應(yīng)的計算機(jī)光標(biāo)位移信號。光學(xué)式鼠標(biāo)則是依據(jù)反射光的影像變化作為坐標(biāo)信號的判斷基礎(chǔ)，使用者仍然是以手握住光學(xué)式鼠標(biāo)在平面上移動，光線投射在平面上再反射至光感應(yīng)器，利用光感應(yīng)器來偵測移動前、后該反射光所形成影像的差異，產(chǎn)生相應(yīng)的計算機(jī)光標(biāo)位移信號。
機(jī)械式鼠標(biāo)與光學(xué)式鼠標(biāo)各有利弊，如機(jī)械式鼠標(biāo)容易因滾球的滾動沾染灰塵臟污，而影響坐標(biāo)位移信號的判斷；而光學(xué)式鼠標(biāo)所移動的平面顏色、材質(zhì)等都影響其反射光的能力，使光學(xué)式鼠標(biāo)的操作產(chǎn)生失誤。此外，無論是機(jī)械式鼠標(biāo)或光學(xué)式鼠標(biāo)，在操作上都必須要具備一定的操作空間，亦即必須要讓機(jī)械式鼠標(biāo)或光學(xué)式鼠標(biāo)在一定面積的平面上移動。當(dāng)然，使用者還可采用軌跡球(trackball)裝置作為指針輸入裝置，軌跡球裝置可視為機(jī)械式鼠標(biāo)一樣，將機(jī)械式鼠標(biāo)翻轉(zhuǎn)過來，使其滾球在上，軌跡球裝置本身的固定不同，使用者直接以手指接觸滾球令其轉(zhuǎn)動，而其偵測滾球轉(zhuǎn)動量的方式也可為機(jī)械式或光學(xué)式，來產(chǎn)生相應(yīng)的坐標(biāo)位移信號。
軌跡球裝置相關(guān)的專利案如美國第5578817號專利案(以下稱817案)，軌跡球裝置確實克服了機(jī)械式鼠標(biāo)或光學(xué)式鼠標(biāo)需要移動空間的問題，然而軌跡球裝置所需要的滾球是必須特別設(shè)計的，尤其以光學(xué)式軌跡球裝置而言，光學(xué)式軌跡球裝置是以光線照射滾球后取得反射光來產(chǎn)生計算機(jī)光標(biāo)位移信號，因此滾球本身需要具有良好的反射能力；通常在滾球上必須設(shè)計有班點(speckle)、亮點(light spot)、網(wǎng)格線(grid)、或細(xì)微紋理結(jié)構(gòu)(micro-texture)等，因此所需的制造成本較已知的光學(xué)式鼠標(biāo)高出了許多。
而為解決此問題，817案中提出了另一種實施例(該案第四實施例，圖式中FIG.22所示)，817案第四實施例提出了一種利用指紋檢知的指針輸入裝置；又如美國第5623553號專利案(以下稱553案)，553案也揭露了一種指紋檢知輸入裝置(High contrast fingerprint image detector)。上述兩案同樣利用光源、棱鏡、透鏡與感應(yīng)器的設(shè)計，利用光線反射手指指紋移動所產(chǎn)生的反射光線，而由感應(yīng)器來偵測計算機(jī)光標(biāo)移動信號。然而，該棱鏡的成本不僅較高，且指紋檢知的方式，也必須增加檢知時的精度控制。
又如美國第5801681號專利案(以下稱681案)，681案揭露了一種控制信號產(chǎn)生裝置(Method and apparatus for generating a control signal)，681案也同樣由光源、光信號傳遞平臺、透鏡及感應(yīng)器所組成；其中光源由光信號傳遞平臺底端投射光線至光信號傳遞平臺，而在光信號傳遞平臺的一側(cè)設(shè)有透鏡，手指放在光信號傳遞平臺上，光源的光線照射在手指上而由該透鏡反射至感應(yīng)器上；然而由于光源直接位于手指的下方，手指將可提供較大的范圍來反射光線，因此手指抬高離開光信號傳遞平臺仍會將光線反射回感應(yīng)器上，進(jìn)而使感應(yīng)器作出錯誤的判斷，而且681案將比817案或553案誤操作的發(fā)生更為嚴(yán)重。此外，環(huán)境光線的干擾也必須加以克服，請參閱其中的圖2及圖5所示，正因為如此，其感應(yīng)器的位置，必須放置在可接收漫射(diffusion)、或反射(reflection)光線超過該平臺材質(zhì)的臨界角(critical angle/α)的位置，以避免周遭環(huán)境光線的干擾問題。
實用新型內(nèi)容已知所揭露的以手指作為坐標(biāo)信號判斷基礎(chǔ)的光學(xué)式指針輸入裝置，由于采用平面鏡來完成光線的反射，當(dāng)手指抬高離開時，光線仍會反射至感應(yīng)器而造成誤操作，在實際應(yīng)用上仍有很大的問題。本實用新型因此提出一種簡單，且可以確實應(yīng)用在以手指作為坐標(biāo)信號判斷基礎(chǔ)的光學(xué)式指針輸入裝置。
根據(jù)本實用新型所揭露的指針輸入裝置，其包括殼體、光源、凸透鏡組及光信號處理器，其中凸透鏡組包括第一凸透鏡及第二凸透鏡，第一凸透鏡設(shè)置于殼體表面，以供手指貼覆于第一凸透鏡上滑動，第二凸透鏡則是設(shè)置于殼體內(nèi)而與第一凸透鏡位于同一光軸上；光源設(shè)置在透鏡組的一側(cè)并且產(chǎn)生入射光線照射于第一凸透鏡上，光信號處理器位于凸透鏡組的光軸路徑末端；當(dāng)使用者以手指貼覆于第一凸透鏡，光源的入射光線將被手指所遮蔽而無法穿過第一凸透鏡而反射形成反射光線并經(jīng)過第二凸透鏡，再通過第二凸透鏡成像于光信號處理器；當(dāng)手指移動時，同樣產(chǎn)生反射光線成像于光信號處理器，經(jīng)由光信號處理器的辨識，即可產(chǎn)生對應(yīng)的電子控制信號即坐標(biāo)信號，用以控制計算機(jī)裝置的光標(biāo)移動，從而滾讀計算機(jī)顯示屏。而根據(jù)本實用新型所揭露的指針輸入裝置，其中凸透鏡組的焦距是固定的，以在光信號處理器上形成手指的清晰影像；當(dāng)手指抬高離開第一凸透鏡時，其反射的焦距即改變，如此將無法在光信號處理器上形成清晰影像，光信號處理器無法判讀模糊影像，即不會產(chǎn)生任何的信號而造成誤操作。
根據(jù)本實用新型所揭露的指針輸入裝置，使用者操作時必須貼覆于第一凸透鏡上移動，才能使光信號處理器產(chǎn)生相應(yīng)的坐標(biāo)信號；若當(dāng)略為抬起手指而離開第一凸透鏡時，由于光信號處理器上無法成形清晰影像，故可有效地避免誤判的操作發(fā)生；同時，若手掌或手指或是其它非預(yù)期的物體未接觸經(jīng)過第一凸透鏡時，也不會產(chǎn)生誤判的操作。


圖1為本實用新型的外觀構(gòu)造示意圖；圖2為本實用新型的各構(gòu)件組成關(guān)系構(gòu)造示意圖；圖3為本實用新型的移動物脫離第一凸透鏡而改變原焦距的狀態(tài)的操作示意圖；及圖4為本實用新型作為指針輸入裝置的第三軸輸入器的第二實施例示意圖。
具體實施方式
根據(jù)本實用新型所揭露的指針輸入裝置，是應(yīng)用于計算機(jī)系統(tǒng)中，所指的計算機(jī)系統(tǒng)為個人計算機(jī)、筆記型計算機(jī)、個人數(shù)字助理等數(shù)據(jù)處理裝置，這些數(shù)據(jù)處理裝置通常具有用以顯示數(shù)據(jù)處理裝置信號的顯示器，顯示器上顯示有光標(biāo)，控制光標(biāo)即可要求數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行相應(yīng)操作，而本實用新型所揭露的指針輸入裝置即是用以產(chǎn)生坐標(biāo)信號以控制光標(biāo)。
如圖1所示，該圖為本實用新型的具體外觀示意圖，根據(jù)本實用新型所揭露的指針輸入裝置10，在外觀上可與一般稱為鼠標(biāo)的指針輸入裝置相同，但不同處在于一般的鼠標(biāo)在底面可見一滾球(機(jī)械式鼠標(biāo))或是可透光的開孔(光學(xué)式鼠標(biāo))，而本實用新型在外觀上，是在鼠標(biāo)表面使用者手指可觸及的位置處(一般可設(shè)置于頂面，但也可設(shè)置于側(cè)面)，可見第一凸透鏡131，而操作方式如同一般稱為軌跡球的指針輸入裝置一樣，無須在平面上移動，而是直接以手指貼覆于第一凸透鏡131上移動。
如圖2所示，根據(jù)本實用新型所揭露的指針輸入裝置10，其包括殼體10、光源12、凸透鏡組13及光信號處理器14。通常，一般的鼠標(biāo)與計算機(jī)系統(tǒng)之間還需要傳輸接口傳遞信號(譬如RS232、PS/2、USB或無線傳輸技術(shù))，又或者鼠標(biāo)上一般還設(shè)有按鍵來執(zhí)行相應(yīng)的命令，但這些已為相當(dāng)成熟的已知技術(shù)，在此不再多做贅述。
殼體10由上、下殼體(圖中未示出)所構(gòu)成，使殼體10形成容置空間以容納構(gòu)成指針輸入裝置10所需的零組件，殼體10的表面上至少開設(shè)有穿孔。
凸透鏡組13設(shè)置于殼體10的內(nèi)部，其包括第一凸透鏡131及一第二凸透鏡132，其中第一凸透鏡131設(shè)置于穿孔101處，第二凸透鏡132與第一凸透鏡131間隔一定距離且與第一凸透鏡131位于同一光軸上，并且第二凸透鏡132的中心位于第一凸透鏡131的焦點上；第一凸透鏡131焦距為固定的，第一凸透鏡131與第二凸透鏡132的相對距離也是固定的，由第一凸透鏡131傳來的光線必須焦點恰好落在第二凸透鏡132的中心，光線才能再經(jīng)由第二凸透鏡132獲得清晰的成像。
光源12設(shè)置于殼體10內(nèi)部，為發(fā)光二極管，光源12設(shè)置于凸透鏡組13的一側(cè)，并朝著第一凸透鏡131向外投射出入射光線。
光信號處理器14設(shè)置于殼體10內(nèi)部，狹義的定義，光信號處理器14為光感應(yīng)器，用以接收光線并轉(zhuǎn)換呈光信號，廣義的定義，光信號處理器14除了光感應(yīng)器外，還包括信號處理電路、信號轉(zhuǎn)換電路以及其所設(shè)置的電路板；光信號處理器14設(shè)置于凸透鏡組13光軸的末端，用以接收來自凸透鏡組13的光線。
根據(jù)本實用新型所揭露的指針輸入裝置，光源12發(fā)出呈擴(kuò)散狀的入射光線，以均勻地散布在第一凸透鏡131的內(nèi)表面；當(dāng)?shù)谝煌雇哥R131無任何遮蔽時，入射光線會直接由第一凸透鏡131射出，而當(dāng)?shù)谝煌雇哥R131上有移動物(譬如圖中所繪示的手指)接觸時，入射光線會經(jīng)過第一凸透鏡131反射而形成反射光線，反射光線經(jīng)過第二凸透鏡132而在光信號處理器14上使移動物成像為清晰影像，使得該光信號處理器14得以擷取一位置；當(dāng)移動物開始在第一凸透鏡131上滑動時，則再于光信號處理器14上成像出另一清晰影像，經(jīng)過計算，即可取得該清晰影像的位移變化量，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的電子控制信號，以控制計算機(jī)系統(tǒng)的光標(biāo)作相應(yīng)移動。
如圖3所示，當(dāng)移動物抬起而脫離第一凸透鏡131時，入射光線雖可照射在移動物而再形成反射光線，但由于反射光線的距離大于第一凸透鏡131的焦距，導(dǎo)致反射光線的焦點無法正確地落入第二凸透鏡132，因此無法使入射光線正確地成像在光信號處理器14上，進(jìn)而造成光信號處理器14所接收到的影像為模糊影像，光信號處理器14即無法對模糊影像作任何的檢知動作。
另外，由于目前計算機(jī)系統(tǒng)或計算機(jī)軟件大多數(shù)采用窗口化接口，鼠標(biāo)為適應(yīng)窗口化接口的需求，除了可以控制光標(biāo)X軸及Y軸方向移動外，還設(shè)置了第三軸輸入器，第三軸輸入器用以控制窗口化接口的滾動條，目前第三軸輸入器大多是在鼠標(biāo)上設(shè)置滾輪，轉(zhuǎn)動滾輪來控制滾動條卷動；而根據(jù)本實用新型所揭露的指針輸入裝置，也可以作為第三軸輸入器，如圖4所示，圖中所示為一般的機(jī)械式鼠標(biāo)，在鼠標(biāo)的適當(dāng)位置處設(shè)置本實用新型的光源12、凸透鏡組13及光信號處理器14，即以相同的原理，作為鼠標(biāo)的第三軸輸入裝置。
另外，上述各實施例中的凸透鏡131，可為雙凸透鏡，(biconvex lens)或是單凸透鏡(single convex lens)，但以雙凸透鏡的效果較佳。
此外，由上述實施例的概念可知，本實用新型可內(nèi)建于筆記型計算機(jī)、個人數(shù)字助理等數(shù)據(jù)處理裝置之中，以取代既有的電磁感應(yīng)式、電容感應(yīng)式等指針控制裝置。
以上所述僅為本實用新型的較佳可行實施例，而非用以限制本實用新型的保護(hù)范圍，凡運用本實用新型形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的等效變化與修飾，均同理包含于本實用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種指針輸入裝置，其特征在于，至少包括殼體；設(shè)置于該殼體表面的第一凸透鏡，其中，一移動物可在該第一凸透鏡的外表面接觸并滑動；光源，設(shè)于該殼體內(nèi)，該光源產(chǎn)生光線以照射該第一凸透鏡的內(nèi)表面，所述移動物接觸該第一凸透鏡時可產(chǎn)生反射光；第二凸透鏡，設(shè)于該殼體內(nèi)，可接收該反射光；光信號處理器設(shè)于殼體內(nèi)，并位于該第二凸透鏡的出射光路上，其通過該第二凸透鏡可清楚擷取該反射光的影像位置；其中，該光信號處理器由所述移動物的滑動而判斷該反射光影像位置的變化，并產(chǎn)生對應(yīng)的電子控制信號，同時將該電子控制信號輸出至計算機(jī)裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的指針輸入裝置，其特征在于，該光線均勻地散布于該第一凸透鏡的內(nèi)表面。
3.如權(quán)利要求1所述的指針輸入裝置，其特征在于，該指針輸入裝置內(nèi)建于該計算機(jī)裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的指針輸入裝置，其特征在于，該第一凸透鏡為雙凸透鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的指針輸入裝置，其特征在于，該第一凸透鏡為單凸透鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的指針輸入裝置，其特征在于，該第一凸透鏡設(shè)置于該殼體的頂面。
7.如權(quán)利要求1所述的指針輸入裝置，其特征在于，該第一凸透鏡設(shè)置于該殼體的側(cè)面。
專利摘要一種指針輸入裝置，是以手指移動的影像作為計算機(jī)光標(biāo)移動信號的判斷基礎(chǔ)。本實用新型主要設(shè)計了光學(xué)凸透鏡組來取得手指移動的清晰影像，以光信號處理器來擷取清晰影像的位移變化以產(chǎn)生相應(yīng)的坐標(biāo)信號；其中，通過光學(xué)凸透鏡組的設(shè)計，若手指脫離光學(xué)透鏡組的焦距，則無法取得清晰影像，即可防止誤操作的信號輸出。
文檔編號G06F3/033GK2660590SQ0327585
公開日2004年12月1日 申請日期2003年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月28日
發(fā)明者王裕祺 申請人:昆盈企業(yè)股份有限公司