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    一種輸入裝置。該輸入裝置包含一光學式模組。該光學式模組包含一導光板、一光源、一散射層以及一感測器。該導光板具有一上表面、與該上表面相對之一下表面及一側邊。該光源鄰設於該導光板之側邊，並朝向該側邊投射一光線。該光線係於該導光板內傳遞。該散射層用以改變部份該光線於該下表面之一路徑，使該光線藉由該散射層投射出該上表面而形成一穿透光。該感測器具有一視角。該視角涵蓋至少部分該導光板之下表面。當一物體鄰近或接觸該導光板之該上表面時，至少部分之該穿透光於該物體上反射而形成一反射光穿透該導光板而被該感測器接受。該輸入裝置根據該反射光，產生一位置訊號對應於該物體相對於該導光板之該上表面之至少一相對位置。
    公开号:TW201322059A
    申请号:TW100141933
    申请日:2011-11-17
    公开日:2013-06-01
    发明作者:Feng-Cheng Yang；Ching-Lin Chung；Hsin-Chia Chen；Hui-Hsuan Chen
    申请人:Pixart Imaging Inc；
    IPC主号:G06F3-00
    专利说明:
    輸入裝置
    本發明係關於一種輸入裝置。詳細而言，本發明之輸入裝置透過感測一物體於一導光板之上表面所反射的光線，判斷該物體相對於該導光板之該上表面之一相對位置。
    隨著電腦產業的發展，為提供良好的周邊輸入裝置已為相關業業者共同努力的目標。滑鼠及觸控面板係為最常用於控制作業系統之指標的輸入裝置。
    習知滑鼠通常配置一滾輪用以捲動作業系統所顯示的畫面，或控制作業系統其他操作。然而，滑鼠之滾輪在使用上容易因其微動開關氧化或軸承磨耗引起功能異常。另一方面，習知電容式觸控面板在使用上容易因環境因素（例如：乾濕度）導致觸控不靈敏。
    據此，如何提供一輸入裝置以避免習知滑鼠與習知電容式觸控面板在使用上的問題，係為該領域之業者亟需努力的目標。
    本發明之目的在於提供一種輸入裝置，其透過感測一物體於一導光板之上表面所反射的光線，判斷該物體相對於該導光板之該上表面之一相對位置。據此，有別於習知滑鼠與電容式觸控面板，本發明透過光學觸控方式實現相同輸入功能，以避免習知滑鼠與電容式觸控面板在使用上的問題。
    為達上述目的，本發明揭露一種輸入裝置，其包含一光學式模組。該光學式模組包含一導光板、一光源、一散射層以及一感測器。該導光板具有一上表面、與該上表面相對之一下表面及一側邊。該光源鄰設於該導光板之側邊，並朝向該側邊投射一光線。該光線係於該導光板內傳遞。該散射層用以改變部份該光線於該下表面之一反射路徑，使該光線藉由該散射層投射出該上表面而形成一穿透光。該感測器具有一視角。該視角涵蓋至少部分該導光板之下表面。當一物體鄰近或接觸該導光板之該上表面時，至少部分之該穿透光於該物體上反射而形成一反射光穿透該導光板而被該感測器接受。該輸入裝置根據該反射光，產生一位置訊號對應於該物體相對於該導光板之該上表面之一相對位置。
    以下之實施例係用以舉例說明本發明之技術內容，並非用以限制本發明之範圍。需說明者，以下實施例及圖式中，與本發明無關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。
    第1圖係本發明之輸入裝置1之示意圖。輸入裝置1包含一殼體11以及一光學式模組13。光學式模組13係設置於殼體11內。需注意者，基於說明簡化之原則，輸入裝置1之其它元件，例如按鍵模組、連接介面模組、供電模組及與本發明較不相關的元件，皆於圖中省略而未繪示。
    光學式模組13包含一導光板13a、一光源13b、一散射層13c以及一感測器13d。導光板13a具有一上表面13a1、與上表面13a1相對之一下表面13a2及一側邊13a3。光源13b係鄰設於導光板13a之側邊13a3，朝向側邊13a3投射一光線102。須說明者，導光板13a具有四個側邊，於本實施例中，僅以光源13b鄰設於側邊13a3作為說明：然而，於其他實施例中，光源13b可鄰設於其他三個側邊其中之一。光源13b可為一發光二極體（light emitting diode；LED），且其產生之光線102可為一可見光、一不可見光及其組合其中之一。
    導光板13係由一透明材質所製成。當導光板13自側邊13a3接收光線102，此透明材質可使光線102係於導光板內傳遞。散射層13c係形成於導光板13a之下表面13a2，其可由一光散射材料（例如：金屬材料或反射係數高的材料）塗覆於下表面13a2而形成。此外，散射層13亦可藉由於下表面13a2蝕刻複數個向下表面13a2內凹陷的形狀而形成。散射層13係用以破壞光線102於下表面13a2之全反射特性，以改變部份光線102於下表面13a2之一反射路徑，使光線102藉由散射層13c投射出上表面13a1而形成一穿透光104。
    感測器13d係設置於導光板103a之下方且具有一視角。此視角涵蓋至少部分導光板103a之下表面13a2。於本實施例中，感測器13d係一與導光板13a之面積實質相同的感光元件。當一物體3鄰近或接觸導光板103a之上表面13a1時，至少部分之穿透光104將於物體3上反射而形成一反射光106。隨後，反射光106係穿透導光板13a而被感測器13d接受。據此，輸入裝置1可根據反射光106，產生一位置訊號，其對應於物體3相對於導光板13a之上表面之至少一相對位置。
    詳言之，導光板13a之俯視圖係如第2圖所示。當一物體3鄰近或接觸導光板103a之上表面13a1時（例如：A區域），物體3會使得A區域穿透光104反射，進而形成反射光106。感測器13d具有複數個感測單元，該等感測單元係以矩陣的型式設置。當感測器13d接收反射光106時，感測器13d會根據該等感測單元接收反射光106之強度而產生一強度數值。因此，輸入裝置1可根據此強度數值，產生一位置訊號，以判斷物體3係鄰近或接觸導光板103a之上表面13a1的A區域。
    此外，由於感測器13d連續接受反射光106，因此輸入裝置1可根據連續產生的位置訊號，判斷相對位置隨時間之一變異值。當輸入裝置1作為一滑鼠，且光學式模組13作為一滑鼠滾輪使用時，輸入裝置1將根據變異值產生一控制訊號，並將控制訊號輸出至連接的電腦。隨後，運行於電腦中的作業系統係可依據控制訊號進行對應的動作，舉例而言，控制訊號可代表一360度捲動動作、一點按動作及其組合其中之一。類似地，當輸入裝置1作為一觸控板（trackpad）使用時，輸入裝置1亦將根據變異值產生一控制訊號，而控制訊號可代表一指標移動動作、一點按動作及其組合其中之一。
    具體而言，變異值包含一橫向分量Δx以及一縱向分量Δy。橫向分量Δx係代表物體3沿著上表面之一第一方向（即x方向）之一移動量。縱向分量Δy係代表物體3沿著上表面之一第二方向（即y方向）之一移動量。於本實施例中，x方向與y方向係為正交。舉例而言，當物體3在短時間內移開A區域並再次鄰近或接觸A區域時，輸入裝置1即可根據感測器13所輸出的強度數值變化，判斷物體3之移動。在此情況下，由於橫向分量Δx及縱向分量Δy實質上等於0，因此輸入裝置1係輸出代表點按動作之控制訊號。
    更舉例而言，請進一步參考第3圖，當物體3自A區域移動至B區域時，輸入裝置1即可根據感測器13所輸出的強度數值，產生位置訊號，並進而根據位置訊號判斷物體3目前鄰近或接觸導光板103a之上表面的B區域。在此情況下，橫向分量Δx及縱向分量Δy皆非等於0，因此輸入裝置1係輸出代表360度捲動動作或指標移動動作之控制訊號。
    本發明之第二實施例係如第4圖所示，其係為本發明之輸入裝置1之另一示意圖。不同於第一實施例，在本實施例中，光學式模組13之感測器13d係一小型的感光元件且光學式模組13更包含一透鏡13e，其設置於導光板13a與感測器13d之間。當反射光106穿透導光板13a後，反射光106會先經由透鏡13e聚焦再投射至感測器13d。於接收反射光106後，感測器13d係進行與第一實施例相同之操作，故在此不再加以贅述。
    本發明之第三實施例係如第5圖所示，其係為本發明之輸入裝置1之另一示意圖。不同於第一實施例及第二實施例，在本實施例中，導光板13a具有一第一部份13ap1及第二部份13ap2。導光板13a部份形成一彎曲形狀，使得第一部份13a1及第二部份13a2於不同平面上。
    需說明者，在第一實施例、第二實施以及第三實施中，感測器13d與光源13b係可設置於殼體11內的不同的容置空間中，以避免光線102直接照射至感測器13d。此外，包含光源13b的容置空間具有一大於光源13b之尺寸的開口。另一方面，感測器13d與光源13b亦可設置於相同的容置空間中，並於兩者之間設置一阻隔元件，以避免光線102直接照射至感測器13d。
    需說明者，本發明的實施例雖然以單一光源作為說明，但為了使導光板13a獲得更均勻的光線分佈，則可以使用複數光源鄰設於導光板之各側邊。該等光源可鄰設於同一側邊或均勻地鄰設於各側邊。舉例而言，光學式模組13除了光源13b外，更可包含另一光源相對於側邊13a3鄰設於導光板13a之另一側邊，以提供更均勻的光線分佈。據此，單一光源及複數光源的實施態樣均屬於本發明所主張之範圍。
    綜上所述，本發明之輸入裝置具有一光學式模組，其可透過感測一物體於一導光板之上表面所反射的光線，判斷物體相對於導光板之上表面之一相對位置。如此一來，本發明之輸入裝置不但可透過光學觸控方式實現與習知滑鼠與電容式觸控面板相同輸入功能，更可避免習知滑鼠與電容式觸控面板在使用上的問題。
    上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
    1．．．輸入裝置
    3．．．物體
    11．．．殼體
    13．．．光學式模組
    13a．．．導光板
    13b．．．光源
    13c．．．散射層
    13d．．．感測器
    13e．．．透鏡
    13a1．．．上表面
    13a2．．．下表面
    13a3．．．側邊
    102．．．光線
    104．．．穿透光
    106．．．反射光
    A．．．區域
    B．．．區域
    △x．．．橫向分量
    △y．．．橫向分量
    13ap1．．．第一部份
    13ap2．．．第二部份
    第1圖係本發明之一第一實施例之輸入裝置1之示意圖；
    第2圖係描繪物體3鄰近或接觸導光板103a之上表面13a1之A區域；
    第3圖係描繪物體3自導光板103a之上表面13a1之A區域移動至B區域；
    第4圖係本發明之一第二實施例之輸入裝置1之示意圖；以及
    第5圖係本發明之一第三實施例之輸入裝置1之示意圖。
    1．．．輸入裝置
    3．．．物體
    11．．．殼體
    13．．．光學式模組
    13a．．．導光板
    13b．．．光源
    13c．．．散射層
    13d．．．感測器
    13a1．．．上表面
    13a2．．．下表面
    13a3．．．側邊
    102．．．光線
    104．．．穿透光
    106．．．反射光
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種輸入裝置，包含：　　一光學式模組，包含：　　　　一導光板（light guide plate），具有一上表面、與該上表面相對之一下表面及一側邊；　　　　一 光源，鄰設於該導光板之側邊，朝向該側邊投射一光線，該光線係於該導光板內傳遞；　　　　一散射層，形成於該下表面，用以改變部份該光線於該下表面之一反射路徑，使該光線藉由該散射層投射出該上表面而形成一穿透光；以及　　　　一感測器，具有一視角，該視角涵蓋至少部分該導光板之下表面，其中當一物體鄰近或接觸該導光板之該上表面時，至少部分之該穿透光於該物體上反射而形成一反射光穿透該導光板而被該感測器接受，該輸入裝置根據該反射光，產生一位置訊號對應於物體相對於該導光板之該上表面之至少一相對位置。
    [2] 如請求項1所述之輸入裝置，其中該光學式模組更包含一透鏡，設置於該導光板與該感測器之間，於該物體上反射之該反射光係穿透該導光板並經由該透鏡聚焦以投射至該感測器。
    [3] 如請求項1所述之輸入裝置，其中該感測器更連續接受該反射光，以使該輸入裝置根據該位置訊號，判斷該相對位置隨時間之一變異值。
    [4] 如請求項3所述之輸入裝置，其中該輸入裝置係一滑鼠，該光學式模組係作為一滑鼠滾輪使用，以及該變異值係用以使該輸入裝置產生一控制訊號，其代表一360度捲動動作、一點按動作及其組合其中之一。
    [5] 如請求項4所述之輸入裝置，其中該變異值包含一橫向分量以及一縱向分量，該橫向分量係代表該物體沿著該上表面之一第一方向之一移動量，該縱向分量係代表該物體沿著該上表面之一第二方向之一移動量，以及該第一方向與該第二方向係為正交。
    [6] 如請求項3所述之輸入裝置，其中該輸入裝置係一觸控板（trackpad），以及該變異值係用以使該輸入裝置產生一控制訊號，其代表一指標移動動作、一點按動作及其組合其中之一
    [7] 如請求項6所述之輸入裝置，其中該變異值包含一橫向分量以及一縱向分量，該橫向分量係代表該物體沿著該上表面之一第一方向之一移動量，該縱向分量係代表該物體沿著該上表面之一第二方向之一移動量，以及該第一方向與該第二方向係為正交。
    [8] 如請求項1所述之輸入裝置，其中該散射層係由一光散射材料塗覆於該下表面而形成。
    [9] 如請求項1所述之輸入裝置，其中該散射層係藉由於該下表面蝕刻複數個向該下表面內凹陷的形狀而形成。
    [10] 如請求項1所述之輸入裝置，其中該光源係一發光二極體（light emitting diode；LED），以及該光線係一可見光、一不可見光及其組合其中之一。
    [11] 如請求項1所述之輸入裝置，其中該導光板由一透明材質所製成，且該透明材質使該光線係於該導光板內以一全反射方式傳遞。
    [12] 如請求項1所述之輸入裝置，其中該感測器與該光源係設置於二不同的容置空間。
    [13] 如請求項12所述之輸入裝置，其中該包含該光源之容置空間具有一大於該光源之一尺寸的開口。
    [14] 如請求項1所述之輸入裝置，其中該光源與該感光元件係位於同一容置空間，該光源與該感光元件之間具有一阻隔元件。
    [15] 如請求項1所述之輸入裝置，其中更包含至少一另一光源鄰設於該導光板。
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    TW100141933A|TWI472962B|2011-11-17|2011-11-17|輸入裝置|TW100141933A| TWI472962B|2011-11-17|2011-11-17|輸入裝置|
    US13/554,052| US9285926B2|2011-11-17|2012-07-20|Input device with optical module for determining a relative position of an object thereon|
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