TW583588B - Device for detecting movements of a surface of an object - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 583588 A7 _ B7 五、發明説明（》 本發明是關於物體表面之運動的偵測裝置，特別是， 對於電腦定點工具，包括光源，引導光源斜照該表面的場 域上之指引機構，設有陣列的光感應器之光電感應器，形 成該場域的影像於光電感應器之光學系統。 u S專利案號6 1 2 4 5 8 7發表具有球之定點裝置 其中由後面的旋轉，球表面的運動係由光學機構偵測，表 面設有規則或不規則斑點形成的圖樣。小部分的球表面， 形成由想要偵測球表面的運動之固定視窗定義之場域，係 由裝在透鏡的其中一側上之支架之兩發光二極體（ L E D )斜照。由藉此照明之場域反射之光係由朝向包括 陣列光感應器之光電感應器之透鏡關聯之鏡子反射。源自 感應器之訊號係由裝在印刷電路板上之電子電路處理，以 沿著其平面之兩元件提供場域的運動有關之資料。 特別地由前述專利的圖7至1 2舉例之構造包括用作 L E D，鏡子，透鏡與光電感應器之鑲嵌部件之兩零件之 光罩。鏡子係由反射表面形成於透鏡的平面上。光罩係由 快照安裝，一方面，在球指引罩上且另一方面，在印刷電 路板上而防護。感應器與L E D包括金屬連接柄以電子連 接它們至板的印刷電路。 此類的建構中，兩光源必需被使用’在彼此相隔之距 離，以獲得經觀察場域足夠均勻的照明’以致於它的運動 的偵測可在適當的條件中發生。源自L E D之光係由建構 在光罩之個別的通道導至此場域。因此’光罩相當的複雜 且數群連接柄對於連接L E D與印刷電路板是必要的。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-4 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 583588 A7 __ _B7_____ 五、發明説明（3 此建構的另一·缺點是鏡子的成本，其角色是獲得自經 觀察的場域至感應器之光之彎曲路徑，以避免後面接收源 自其它地方之迷光。 其它缺點是連結至光罩，保證它所帶有之所有元件準 確的互相定位，構成了大量生產所需之昂貴鑄模之複雜的 零件之因素。如果其中之一元件，或它的位置，必需被修 改時，必需做新鑄模，牽涉重大的成本。並且，此構造在 光罩已裝在板上後需要做數種電子連接至印刷電路板的步 驟，其製造複雜。 美國專利案號5 6 8 6 7 2 0發表一*種構造，其避免 某些上述缺點。它是所謂的導航感應器，具有測量文件上 之掃描器的運動之手持式掃描器，在該專利的圖5舉例之 範例中，文件的小場域係由光源透過剛好放在它上面之稜 鏡照明。稜鏡偏向光束以致於光以小角度到達紙張，典型 是小於1 6 ° 。由紙張擴散之光透過稜鏡回傳且係由稜鏡 的凸面朝向陣列的光感應器校準，形成透鏡。這使光源與 具有光感應器之光電感應器被直接地安裝在印刷電路板 上。然而，此建構不允許感應器對抗源自稜鏡之迷光被有 效地保護。 本發明是關於能夠避免至少某些先前技藝上述的缺點 之裝置，同時仍能夠確保運動有效的偵測，元件可靠且準 確的定位以及適度的製造成本。 所以發明是關於序文表示之類型的裝置，其特徵在於 指引機構包括具有反射面之稜鏡，在其上自該表面之光遭 ^紙張尺度適用中國^^標準（匚灿）八4規格（210父297公釐） "~~ -5- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

583588 A7 B7 五、發明説明（9 受所有反射，該表面具有建構以集中朝向於物體的表面上 被觀察之場域之光之非均勻面形狀。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此建構有雙重優點。一方面，稜鏡在自光源進行至經 觀察的場域之光的路徑建立彎曲，其致使光學系統與光電 感應器被直接地放在場域的對面，反之光源可位於感應器 之外且被固定至相同的印刷電路板。此導致組裝的構造非 常簡潔且簡化電子連接。另一方面，稜鏡的反射面的適當 架構允許必需被觀察之場域上之光均勻的分佈，而不加任 何額外的光學元件。 在特別簡單且不貴的實施例中，稜鏡的反射面包括於 其間形成一角度之兩平面。此致使源自光源之光束的發散 由分光束成兩道朝向被觀察之場域之部分光束而被克服， 以便在其上獲得適當的照明分佈。同時，某人可使用外表 面全是平面之稜鏡，其簡化其製造與定位。然而，在其它 實施例，棱鏡的反射面也許是凸面以形成能夠確保照明均 勻度之凹面反射器。它也可包括一系列的平面。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明的其它特性與優點將參考附圖由非限定範例的 方式出現在下列較佳實施例的說明，其中·· -圖1是對於電腦定點工具，根據發明之運動偵測裝 置的槪要橫截面； -圖2是圖1的裝置的主要元件的分解透視圖； -圖3顯示經組裝狀態之圖2的實體； -圖4是類似於圖3之圖，其光學元件已被省略； -圖5以透視顯示圖3的物體的底部； 本紙張尺度適用中酬家標準（CNS ) A4規格（21GX 297公釐） " -6- 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 583588 A7 B7 五、發明説明（4 -圖6是圖1所示之稜鏡的側圖； 一圖7是沿著圖6的箭頭V I I之圖； -圖8槪要地顯示稜鏡的光學效果；以及 -圖9是沿著運動偵測場域的縱向X之照明E的分佈 的圖。 元件對照表 1 球 2 外罩 3 透明視窗 4 物體場域 6 印刷電路板 7 發光二極體 8 稜鏡 9 光學系統 10 透鏡 11 隔板 12 支架 13 電感應器 14 直線性光軸 面 16 17 孔 1 8 .接腳 2 0 電子元件 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

583588 A7 B7 五、發明説明（3 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 1 電 子 元 件 2 2 有 彈 力 的 把 手 2 3 孔 2 4 平 纜 線 2 5 經 彎 曲 的 側 壁 2 6 經 彎 曲 的 側 壁 2 7 透 明 合 成 零 件 2 8 側 臂 1 9 電 容 器 2 9 上 表 面 3 0 有 彈 力 的 把 手 3 2 參 考 平 面 3 5 反射 面 3 6 平 面 表 面 3 7 平 面 表 面 3 9 側 面 4 〇 光 束 4 1 部分 光 束 4 2 部 分 光 束 3 4 出 □ 面 4 3 曲 線 4 4 曲 線 4 5 曲 線 3 8 邊 緣 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -8- 583588 A7 B7 五、發明説明（Θ 3 3 入口面 15 透明保護板 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖形所示之裝置係想要被整合在軌跡球式旋轉球定位 裝置中，對於U S專利案號6 X 2 4 5 8 7發表之類型的 範例’讀者也許參考它視爲此裝置的其它結構與操作特 性。然而，將要注意的是，根據發明之裝置也許也在其它 裝置中發現應用，特別是自由球電腦滑鼠，其中滑鼠與桌 面或滑鼠墊間之相關運動被偵測，或於u S專利案號 5 6 8 6 7 2 0發表之類型的手持式掃描器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此說明之範例中’運動被偵測之物體是表面擁有， 以已知的方式，線或點形成的圖樣之球1 。球1可在圖工 僅槪要地顯示且包括透明視窗3之外罩2中旋轉，在視窗 後面出現球1的表面的物體場域4。因爲場域小，具有接 近2 · 8 m m的直徑，它也許被認爲是接***面。圖1槪 要地顯示之偵測裝置被裝在外罩2內。它包括被固定在外 罩2且支撐在此說明之整個裝置之印刷電路板6上，特別 是形成裝置的唯一光源之發光二極體（L E D )，建構作 爲引導自L E D 7向物體場域4之光之稜鏡8，在此透 鏡1 0與隔板1 1形成的光學系統9，光學系統的支架 1 2以及由設有陣列光感應器在它的上表面之積體電路以 已知方式形成之光電感應器1 3。光學系統9被建構以形 成場域4的影像於陣列上。此相對於視窗3建構之系統有 垂直於場域4之直線性光軸1 4。場域4的高品質影像因 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -9- 583588 A7 B7 五、發明説明（Θ 此以非常簡單的機構獲得。透明保護板1 5可被放在視窗 3的前面。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 印刷電路板6是單面板，即，所有印刷電路是在它的 上表面1 6 ，其減少板的製造成本與其上之元件的組裝。 感應器1 3係經由’晶片在板上”方法（c〇B )直接地 裝在板面1 6上，確保直接的電連接。L E D 7係自做 在板6上之孔1 7下面***，孔穩固地固定L ED在準確 的位置。它的兩接腳1 8被向上彎曲以便嚙合於板的其它 兩孔且係由焊煬在板1 6的表面上連接至印刷電路。固定 在板6的下表面上之電容器1 9係以相同的方式電子連 接。 裝置的其它電子元件如2 0，2 1被裝在板的上表面 1 6上。板6的印刷電路係由平纜線2 4連接至設備的其 它電子電路。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 光學系統的支架1 2係由快照安裝至板6上之經鑄模 的塑膠零件形成，由於兩具有嚙合在板的孔2 3之有彈力 的把手2 2之隱蔽處（snug )。這確保支架1 2準確的定 位，其也覆蓋且保護感應器1 3。上面的隔板1 1 ，支架 1 2包括繞著透鏡1 0形成螢幕之兩經彎曲的側壁2 5與 ‘ 2 6以避免接收迷光。通常，支架1 2形成外罩避免感應 器1 3接收源自除了被觀察之場域外之其它地方之光。 稜鏡8與透鏡1 0被以相同的經模組化的透明合成零 件2 .7的形式有利地製作，例如聚碳酸鹽或Ρ Μ Μ A做 的，此零件包括牢牢地連接稜鏡至透鏡之兩側臂2 8。此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 583588

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（$ 零件2 7係快照安裝在支架1 2的上表面2 9 ，其設有掛 在臂2 8上之兩有彈力的把手3 0以快照安裝該零件2 7 °在嚙合於支架的兩壁2 5與2 6間之臂2 8的右角度 形狀之彎曲與固定模式保證裝置的其它元件有關之兩光學 元件8與1 0準確的定位。並且，經模組化的零件2 7的 製造成本低且其組裝極簡單。 稜鏡8的功能與較佳實施例現在將參考6至9說明。 圖6中，稜鏡的位置係相關於並聯於印刷電路板6與物體 場域4的平面之參考平面3 2顯示。稜鏡的外表面是平 的。稜鏡的入口面3 3係由與平面3 2成接近3 · 4 7。 傾斜。出口面2 3係由與此平面成接近8 6 · 7。傾斜。 第三面3 5是包括平面表面3 6與3 7之反射面，平面表 面係沿著在它們之間形成相當小的角度之邊緣3 8連接， 在此外罩接近6 · 5。。在所示之範例中，關於平面3 2 之表面36的斜度接近57·26。且表面37的斜度接 近5 0 · 7 1 ° 。稜鏡的側面3 9係平行於本外罩，但它 們也可能有點向頂點收歛以引導光，其遭受這些面之所有 反射。 如圖8槪要地顯示，源自l E D 7之光束4 0經由 後者的下面3 3進入稜鏡且遭受稜鏡的反射面3 5上之所 有反射。此面的兩平表面3 6與3 7，具有不同的斜度， 分光束4 0成部分光束4 1與4 2，其中之一光束係以點 線繪製且另一個係以連續線繪製。在稜鏡8的出口面3 4 上之反射後，兩光束橫越物體場域4以照明它。 適用中.國國家標準（CNS ) 丨0X 297公釐^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-11 - 583588 A7 B7____ 五、發明説明（@ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖9的圖顯示在物體場域4上藉此獲得照度E的分 佈，如場域4的縱向X之橫座標的函數。曲線4 3槪要地 顯示由光束4 1產生之照度。曲線4 3槪要地顯示由光束 4 1產生之照度，以及曲線4 4顯示由光束4 2產生之照 度。曲線4 5 ，表示由兩光束產生之總照度，顯示在領域 4的長度上之照度優越的均勻度。此確保感應器1 3的光 電感應器陣列非常良好的回應且允許光電感應器輸出訊號 簡單的處理。 應要注意的是場域4的照度良好的均勻度也可被獲得 如果棱鏡8的反射面3 5有小平面的凸狀。 前面的說明顯示本發明致使獲得了一簡單且堅固的偵 測裝置，其可以低成本大量生產同時提供局效能。並且， 如果裝置的其中之一元件在大量生產必需修改，這可能發 生沒有任何困難，因爲可僅對印刷電路板或，如需要，對 支架1 2或光學零件2 7做必要的修改，不需改變裝置的 其它元件。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中.國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -12-

Claims (1)

1. 583588 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 . 一種偵測物體的表面的運動之裝置，特別是對於 電腦定點裝置，包括光源，引導自該來源之光斜照於該表 面的場域上之指引機構，設有陣列的光感應器之光電感應 器，以及形成該場域的影像於該光電感應器之光學系統， 其中該指引機構包括具有反射面之稜鏡，在其上自該 表面之光遭受所有反射，該表面具有建構以集中該光源朝 向該場域之非均勻面形狀。 2 ·如申請專利範圍第1項的裝置，其中該稜鏡的反 射面包括兩於其間形成一角度之平面表面。 · 3 ·如申請專利範圍第1項的裝置，其中稜鏡的所有 表面是平的。 4 ·如申請專利範圍第1項的裝置，其中該稜鏡的反 射面是朝向該稜鏡的外部之凸面。 5 ·如申請專利範圍第1項的裝置，包括該光源與該. 光電感應器係裝在其上之印刷電路板。 6 .如申請專利範圍第5項的裝置，其中該光學系統 係裝在固定於該電路板之支架上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 ·如申請專利範圍第6項的裝置，其中該稜鏡係裝 在該光學系統的支架上。 8 ·如申請專利範圍第7項的裝置，其中該光學系統 的透鏡與該稜鏡係裝在該光學系統的支架上之單經鑄模的 零件形成的。 9 .如申請專利範圍第6項的裝置，其中該光學系統 的支架包括於該棱鏡與該光學系統間形成螢幕之壁。 本紙财關家料（CNS ) A4祕（2iGX297公羡)' --- ' -13-