光學感測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光學感測裝置，包含：一感測表面；一第一光源，用以提供平行該感測表面的光；一影像傳感器，用以感測接近該感測表面的一物體，以產(chǎn)生一物體影像；以及一處理器，用以根據(jù)該物體影像計算出該物體的位置信息。
【專利說明】光學感測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學感測裝置，特別涉及一種使用側面光源的光學感測裝置。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有技術的光學感測裝置(例如一光學觸控板)，都是利用一光源，由下往上照射 一感測表面上的物體(例如一手指)，來得到此物體的位置信息。
[0003]圖1A、1B繪示了現(xiàn)有技術的光學感測裝置100。圖1A繪示了光學感測裝置100 的剖面圖，而圖1B繪示了光學感測裝置100內(nèi)部控制其動作的電路方塊圖。光學感測裝置 100包含了一感測表面103、一光源105、一影像傳感器107、透鏡109、111、一處理器113、一 存儲裝置115以及一光源控制單元117。光源105會由光源控制單元117控制發(fā)光動作而 照射位在感測表面103上的手指101來產(chǎn)生一影像。影像傳感器107會擷取影像中的圖框。 處理器113會根據(jù)擷取的圖框來計算出手指101的位置信息。此外，處理器113也控制存 儲裝置115的數(shù)據(jù)存取以及光源控制單元117的動作。
[0004]然而，由于是采用將光由下往上照的機制，所以會需要較大的元件厚度。而且，在 這樣的機制下，光源射出的光通常需要經(jīng)多次折射或反射，需要較復雜的光路徑。而且手指 產(chǎn)生的影像信號，在多次折射反射后，容易使信號衰減，而造成較不清楚的影像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的一個目的為提供一種光學感測裝置，其使用一側面光源來照射物 體。
[0006]本發(fā)明的一個目的為提供一種光學感測裝置，其也可使用側面光源之外的光源來 照射物體。
[0007]本發(fā)明的一實施例公開了一種光學感測裝置，包含:一感測表面；一第一光源，用 以提供平行該感測表面的光；一影像傳感器，用以感測接近該感測表面的一物體，以產(chǎn)生一 物體影像數(shù)據(jù)；以及一處理器，用以根據(jù)該物體影像數(shù)據(jù)計算出該物體的位置信息。
[0008]前述實施例可更包含:一第二光源，用以產(chǎn)生一光線，以入射該感測表面，其中該 光線與該感測表面的法線的夾角小于60度；以及一導光板，具有至少一部分透光區(qū)域，來 自該第二光源的光可穿透該透光區(qū)域以照射該物體。
[0009]本發(fā)明的一實施例公開了一種光學感測裝置，包含:一機殼，具有一尺寸，可供使 用者以手持方式攜帶；一感測表面，位在該機殼上；一第一光源，位在該感測表面?zhèn)冗?；?影像傳感器，用以感測接近該感測表面的一物體，以產(chǎn)生該物體的一物體影像數(shù)據(jù)；以及一 處理器，用以根據(jù)該物體影像數(shù)據(jù)計算出該物體的位置信息。
[0010]前述實施例可更包含:一第二光源，位在該機殼內(nèi)，且隔著該感測表面相對該物 體；以及一導光板，具有至少一部分透光區(qū)域，來自該第二光源的光線可穿透該透光區(qū)域以 照射該物體，其中該光線與該感測表面的法線的夾角小于60度。
[0011]根據(jù)前述的實施例，可利用一側光源來照射物體，以減少元件厚度以及提供清晰的物體影像，更可選擇性的利用一導光板以及另一光源來提供照明，使物體影像更為清晰。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1A、1B繪示了現(xiàn)有技術的光學感測裝置。
[0013]圖2A、2B至圖5繪示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學感測裝置。
[0014]圖6A、6B繪示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學感測裝置，其包含了圖2A、2B至圖5 所示的側光源外的另一光源。
[0015]圖7A、7B繪示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學感測裝置的元件尺寸示意圖。
[0016]其中，附圖標記說明如下:
[0017]100、200、300、400、500、600 光學感測裝置
[0018]101、204、605 手指
[0019]103、201、401、601 感測表面
[0020]105、203、403、604 光源
[0021]IO7、加7影像傳感器
[0022]109、111 透鏡
[0023]113處理器
[0024]115存儲裝置
[0025]117光源控制單元
[0026]202 殼體
[0027]205鏡頭元件
[0028]209柱狀鏡
[0029]301針孔裝置
[0030]303 針孔
[0031]602導光板
[0032]603光轉換物質
【具體實施方式】
[0033]在說明書及前面的權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定的元件。所屬領域中 具有通常知識者應可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書 及前面的權利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異 來作為區(qū)分的準則。在通篇說明書及前面的權利要求當中所提及的「包含」是一開放式的 用語，故應解釋成「包含但不限定于」。
[0034]圖2A、2B至圖5繪示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用側光源的光學感測裝置。請留 意圖2A、2B至圖5僅繪示了光學感測裝置的部分結構，熟知此項技藝者當可根據(jù)圖2A、2B 至圖5的描述及其內(nèi)容，了解其運作方式以及如何跟習知的元件互動。舉例來說，圖2A、2B 至圖5的實施例可結合圖1B中的電路來運作，但并不限定。而且，圖2A、2B至圖5的結構 僅用以舉例，非限制本發(fā)明的結構在圖2A、2B至圖5的實施例中。
[0035]如圖2A所示，光學感測裝置200包含了一感測表面201、一殼體202、一光源203、 一鏡頭元件205以及一影像傳感器207。在此實施例中，感測表面201為一曲面。光源203位在殼體202中，用以提供側面光給手指204。光源203也可視為提供平行感測表面201的 光至手指204。在一實施例中，光源203可為一線性光源，其上下的視角在一范圍之內(nèi)，如 圖2B所示，當由X方向望向光源203時，其左右視角為90度，而Y范圍內(nèi)的上下視角為10 度。此外，光學感測裝置200可更包含一柱狀鏡209，來使光源203的光更為集中。
[0036]影像傳感器207通過鏡頭元件205根據(jù)來自手指204的反射光擷取影像，并通過 處理器(如圖1B中的113)計算出手指204的位置信息，此位置信息可包含手指靜止時的 位置，或是手指的移動軌雞。處理器更可依據(jù)位置信息來產(chǎn)生一控制信號來控制一顯示器 上的一相對應對象(例如:游標)或一相對應動作(例如卷動畫面或平移畫面)。鏡頭元 件205可為廣角鏡頭、魚眼鏡頭等，視設計時的不同需求而定。鏡頭元件205也可為一針孔 裝置301，如圖3所示。在圖3中，影像傳感器207被包含在針孔裝置301中，并通過一針孔 303接收來自手指204的反射光。
[0037]須注意的是，影像傳感器擷取影像的目的在取得物體影像數(shù)據(jù)，最終用以計算出 位置信息。而物體影像數(shù)據(jù)可具有許多型態(tài)，例如是整張影像的原始數(shù)據(jù)、物體(例如實施 例中的手指)數(shù)據(jù)、物體重心數(shù)據(jù)等等，這些數(shù)據(jù)都與物體的位置相關，在設計硬件時可以 將判斷的機制設置在影像傳感器上，也可以將判斷的機制設置在處理器上，或者是與處理 器相連接的一主機系統(tǒng)上。亦即，影像傳感器、處理器、或是與處理器相連接的一主機系統(tǒng)， 均可做為一物體位置判斷裝置使用。物體重心數(shù)據(jù)在將影像傳感器所取得的物體數(shù)據(jù)整 合，計算獲得一重心數(shù)據(jù)，用以代表整個物體。
[0038]圖4繪示了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光學感測裝置400。光學感測裝置400和 圖2A所示的光學感測裝置200的差別在于，光學感測裝置400的感測表面401是平面，而 光學感測裝置200的感測表面201是曲面。此外，光學感測裝置400的光源403是位在殼 體202外，而光學感測裝置200的光源203是位在殼體202內(nèi)。圖4的光學感測裝置400 的其它技術特征和圖2A的光學感測裝置200相同，故在此不再贅述。此外，圖4的光學感 測裝置400的鏡頭元件205也可由針孔裝置301取代，如圖5所示。
[0039]如前所述，影像傳感器在擷取到手指的影像數(shù)據(jù)后，處理器會根據(jù)這些影像數(shù)據(jù) 來計算出手指或物體的位置信息。其中一種計算方式為，先利用光源控制單元(如圖1中 的117)將光源開啟，以得到光源開啟物體影像數(shù)據(jù)，此時的光源開啟物體影像數(shù)據(jù)包含了 被環(huán)境光和光源所發(fā)出的光照射下的物體影像。然后，利用光源控制單元將光源關閉，以得 到另一光源關閉物體影像數(shù)據(jù)，此時的光源關閉物體影像數(shù)據(jù)包含了僅被環(huán)境光照射下的 物體影像。將此兩物體影像數(shù)據(jù)相減后得到一差分物體影像數(shù)據(jù)，此差分物體影像數(shù)據(jù)代 表了僅被光源發(fā)出的光照射下的物體影像，因此較為精確。之后便可利用處理器根據(jù)此差 分物體影像數(shù)據(jù)計算出手指的位置信息。
[0040]除了前述的側向光源外，根據(jù)本發(fā)明的光學感測裝置可更包含另一非側向的光源 來幫助照明，使物體影像更為明顯。圖6A、6B繪示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學感測裝置 600，其包含了圖2A、2B至圖5所示的側光源外的另一光源。如圖6A所示，光學感測裝置 600包含了一感測表面601、一導光板602以及一光源604。導光板602具有至少一部分透 光區(qū)域，使來自光源604的光線可穿透透光區(qū)域以照射手指605。此透光區(qū)域可藉由在導光 板602上涂布光轉換材質603來形成。一般的導光板在光入射后,會使光在其內(nèi)形成全反 射。但涂布光轉換材質603后,可破壞全反射使光能射出導光板602。在一實施例中,來自光源604的光線與感測表面601的法線的夾角0小于60度。圖6B則繪示了光轉換材質 603涂布在導光板602上的俯視圖。圖6A以及圖6B所示的結構可單獨運用在光學感測裝 置中，也可結合圖2A、2B至圖5的實施例，此外其也可搭配圖1B中的電路方塊圖來運作。
[0041]圖7A、7B繪示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學感測裝置的元件尺寸示意圖。在圖 7A、7B中，是以圖4為例來做說明。如圖7A所示，感測表面401具有寬度X和長度Y的矩 形，因此其對角線長度Z為打2 +F2。在此實施例中，X為Y的3倍，但并不限定。圖7B則 繪示了感測表面401，鏡頭元件205以及影像傳感器207間的關系。在此實施例中影像傳感 器207的最大感測范圍被設計成能感測到對角線長度Z。P、Q、R的值則和鏡頭焦距，鏡頭位 置，Z的大小以及所須的元件厚度有關。熟知此項技藝者當可知道如何根據(jù)本發(fā)明的教示 依據(jù)不同需求計算出所須的數(shù)據(jù)，故在此不再贅述。
[0042]在前述實施例中，本發(fā)明可用以取代目前鼠標產(chǎn)品里常見的滾輪機構，而作為一 個光學滾輪使用。亦即，前述的感測表面、第一光源、影像傳感器以及物體位置判斷裝置組 成了一光學滾輪。當作為一個光學滾輪時，本發(fā)明除了能取代傳統(tǒng)滾輪機構前滾與后滾的 動作外，還能進行簡單的按壓與手勢偵測，可觸發(fā)更多命令，供使用者使用。
[0043]須注意的是，雖然前述實施例均以光學觸控裝置來說明，但本發(fā)明提供的內(nèi)容也 可運用在光學鼠標之類的光學導航裝置上。
[0044]根據(jù)前述的實施例，可利用一側光源來照射物體，以減少元件厚度以及提供清晰 的物體影像，更可選擇性的利用一導光板以及另一光源來提供照明，使物體影像更為清晰。
[0045]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技 術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種光學感測裝置，包含:感測表面；第一光源，用以提供平行該感測表面的光；影像傳感器，用以感測接近該感測表面的一物體，以產(chǎn)生物體影像數(shù)據(jù)；以及物體位置判斷裝置，用以根據(jù)該物體影像數(shù)據(jù)計算出該物體的位置信息。
2.如權利要求1所述的光學感測裝置，其中該第一光源為線型光源。
3.如權利要求1所述的光學感測裝置，該影像傳感器包含:鏡頭元件，為廣角鏡頭、魚眼鏡頭或針孔孔徑，用以接收該物體的反射光；以及影像傳感器，根據(jù)該反射光產(chǎn)生該物體影像數(shù)據(jù)。
4.如權利要求1所述的光學感測裝置，該影像傳感器包含:針孔裝置，用以接收該物體的反射光；以及影像傳感器，根據(jù)該針孔裝置上的針孔接收該反射光來產(chǎn)生該物體影像數(shù)據(jù)。
5.如權利要求1所述的光學感測裝置，更包含光源控制單元，用以開啟或關閉該第一光源，該影像傳感器在該第一光源開啟時產(chǎn)生光源開啟物體影像數(shù)據(jù)，在該第一光源關閉時產(chǎn)生光源關閉物體影像數(shù)據(jù)，其中該處理器將該光源開啟物體影像數(shù)據(jù)以及該光源關閉物體影像數(shù)據(jù)相減以得到差分物體影像數(shù)據(jù)，并根據(jù)該差分物體影像數(shù)據(jù)計算出該物體的該位置信息。
6.如權利要求1所述的光學感測裝置，其中該處理器更根據(jù)該位置信息來產(chǎn)生控制信號來控制顯示器上的相對應對象或相對應動作。
7.如權利要求1所述的光學感測裝置，其中該影像傳感器更用以產(chǎn)生在該感測表面移動的物體的物體影像數(shù)據(jù)，而該處理器更根據(jù)該物體影像數(shù)據(jù)計算出該物體的移動軌跡來做為位置信息。
8.如權利要求1所述的光學感測裝置，更包含:第二光源，用以產(chǎn)生光線，以入射該感測表面，其中該光線與該感測表面的法線的夾角小于60度；以及導光板，具有至少一部分透光區(qū)域，來自該第二光源的光可穿透該透光區(qū)域以照射該物體。
9.如權利要求1所述的光學感測裝置，其中該感測表面為矩形，其中該矩形的較長邊為較短邊的N倍，N為正整數(shù)。
10.如權利要求1所述的光學感測裝置，該感測表面為矩形，其中該影像傳感器可感測的最大范圍為該感測表面的對角線長度。
11.如權利要求1所述的光學感測裝置，其中該物體影像數(shù)據(jù)包含下列數(shù)據(jù)至少其一: 整張影像的原始數(shù)據(jù)、物體數(shù)據(jù)、物體重心數(shù)據(jù)。
12.如權利要求1所述的光學感測裝置，其中該物體位置判斷裝置整合在該影像傳感器中。
13.如權利要求1所述的光學感測裝置，更包含處理器，其中該物體位置判斷裝置整合在該處理器中；或者，該物體位置判斷裝置為連接該處理器的主機系統(tǒng)。
14.如權利要求1所述的光學感測裝置，更包含光學滾輪，其中該感測表面、該第一光源、該影像傳感器以及該物體位置判斷裝置組成了光學滾輪。
15.一種光學感測裝置，包含:機殼，具有尺寸，可供使用者以手持方式攜帶；感測表面，位在該機殼上；第一光源，位在該感測表面?zhèn)冗?；影像傳感器，用以感測接近該感測表面的物體，以產(chǎn)生該物體的物體影像數(shù)據(jù)；以及物體位置判斷裝置，用以根據(jù)該物體影像數(shù)據(jù)計算出該物體的位置信息。
16.如權利要求15所述的光學感測裝置，其中該第一光源為線型光源。
17.如權利要求15所述的光學感測裝置，該影像傳感器包含:鏡頭元件，為廣角鏡頭或魚眼鏡頭，用以接收該物體的反射光；以及影像傳感器，根據(jù)該反射光產(chǎn)生該物體影像數(shù)據(jù)。
18.如權利要求15所述的光學感測裝置，該影像傳感器包含:針孔裝置，用以接收該物體的反射光；以及影像傳感器，根據(jù)該針孔裝置上的針孔接收該反射光來產(chǎn)生該物體影像數(shù)據(jù)。
19.如權利要求15所述的光學感測裝置，更包含光源控制單元，用以開啟或關閉該第一光源，該影像傳感器在該第一光源開啟時產(chǎn)生光源開啟物體影像數(shù)據(jù)，在該第一光源關閉時產(chǎn)生光源關閉物體影像數(shù)據(jù)，其中該處理器將該光源開啟物體影像數(shù)據(jù)以及該光源關閉物體影像數(shù)據(jù)相減以得到差分物體影像數(shù)據(jù)，并根據(jù)該差分物體影像數(shù)據(jù)計算出該物體的該位置信息。`
20.如權利要求15所述的光學感測裝置，其中該處理器更根據(jù)該位置信息來產(chǎn)生控制信號來控制顯示器上的相對應對象或相對應動作。
21.如權利要求15所述的光學感測裝置，其中該光源位在該機殼內(nèi)且該感測表面為曲面。
22.如權利要求15所述的光學感測裝置，其中該光源位在該機殼外且該感測表面為平面。
23.如權利要求15所述的光學感測裝置，其中該影像傳感器更用以產(chǎn)生在該感測表面移動的物體的物體影像數(shù)據(jù)，而該處理器更根據(jù)該物體影像數(shù)據(jù)計算出該物體的移動軌跡來做為位置信息。
24.如權利要求15所述的光學感測裝置，更包含:第二光源，位在該機殼內(nèi)，且隔著該感測表面相對該物體；以及導光板，具有至少一部分透光區(qū)域，來自該第二光源的光線可穿透該透光區(qū)域以照射該物體，其中該光線與該感測表面的法線的夾角小于60度。
25.如權利要求15所述的光學感測裝置，其中該感測表面為矩形，其中該矩形的較長邊為較短邊的N倍，N為正整數(shù)。
26.如權利要求15所述的光學感測裝置，該感測表面為矩形，其中該影像傳感器可感測的最大范圍為該感測表面的對角線長度。
27.如權利要求15所述的光學感測裝置，其中該物體影像數(shù)據(jù)包含下列數(shù)據(jù)至少其一:整張影像的原始數(shù)據(jù)、物體數(shù)據(jù)、物體重心數(shù)據(jù)。
28.如權利要求15所述的光學感測裝置，其中該物體位置判斷裝置整合在該影像傳感器中。
29.如權利要求15所述的光學感測裝置，更包含處理器，其中該物體位置判斷裝置整合在該處理器中；或者，該物體位置判斷裝置為連接該處理器的主機系統(tǒng)。
30.如權利要 求15所述的光學感測裝置，更包含光學滾輪，其中該感測表面、該第一光源、該影像傳感器以及該物體位置判斷裝置組成了該光學滾輪。
【文檔編號】G06F3/042GK103455209SQ201210182994
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年6月4日 優(yōu)先權日:2012年6月4日
【發(fā)明者】陳信嘉, 楊恕先, 李宜方, 高銘璨 申請人:原相科技股份有限公司