TWI490757B

TWI490757B - 以光學方法驅動之高解析度與高敏感度游標控制器

Info

Publication number: TWI490757B
Application number: TW102113363A
Authority: TW
Inventors: Wen Chieh Geoffrey Lee
Original assignee: Wen Chieh Geoffrey Lee
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2015-07-01
Also published as: CN103455210B; TW201349056A; CN103455210A

Description

以光學方法驅動之高解析度與高敏感度游標控制器

本發明提供一個高敏感度與高解析度光學式游標控制器，該游標控制器亦可作為觸控式控制器(Touch sensing controller)之用，該游標控制器內有一空室(Cavity)，該空室上覆蓋有一半透明板，該半透明板具有一光擴散表面，該空室內尚具有一光源與一影像偵測器。藉由偵測一指示物碰觸該半透明板時產生高度擴散與低度擴散不同的影像，得知一指示物與該半透明板接觸的情況，並藉由偵測該指示物與該半透明板接觸時，彼此之間的相對運動的情況，得出信號，藉以改變某電子儀器的功能或其顯示器上的游標的移動。

在現今的電腦與電子產品上，許多產品是依靠游標移動控制器(簡稱游標控制器)來執行人與機器之間的交流與互動的功能的。這些產品包括筆記型電腦、手機、全球定位系統(GPS)，以及電動遊戲機(Gaming device)等等。在觸控式游標控制器的領域裡，整個工業技術大致上可以分成電阻式(Resistive type)與電容式(Capacitive type)兩大類，其技術內涵雖有不同，但目的均是在提供給使用者一種傳統滑鼠所不具備的方便-去除USB cable(Universal Serial Bus Cable)或無線通訊頻道(Wireless channel)，而這些都是傳統滑鼠必需要用來連線到電腦上的物件；觸控螢幕則無此需求。然而，觸控螢幕有一個先天缺陷：當一根手指去接碰觸控螢幕的表面時，與該觸控螢幕相連之觸控感知器缺乏量測該觸碰位置的精準度(Positioning accuracy)；由於無法有效地克服這個缺點，目前的觸控螢幕產品，並無法使用在辦公室或專業的電子繪圖環境裡。基於以上的限制，當今的行動電子器材雖然提供了可以任由使用者攜帶移動的方便，但它們無法輸入資料給辦公用的軟體(例如WORD，微軟文書作業軟體)、PowerPoint(微軟簡報軟體)，或Spreadsheet(微軟試算軟體)等等，如此使其在專業的辦公用途上相當受到侷限，而究其根本原因，即是因為缺乏位置上的準確度。

圖一所示為傳統的行動電話(Cell Phone)，該行動電話上具有一觸控顯示幕，某些習於使用該類器材者將其稱之為Smart Phone(8)。注意，該觸控顯示幕上呈現有多數個圖標80(Icon)，每個圖標80的面積比起一般電腦顯示幕上的圖標都大得相當得多(相對於螢幕的尺寸)，用以代表某些程式或功能。對觸控顯示幕的使用者而言，圖標(Icon)的大小，影響到使用者啟動這些圖標功能容易的程度。但是一個行動電話的螢幕上能以顯示的圖標的數量，代表該行動電話能同時提供給使用者多少個不同的功能(亦即方便性)。不過對現今之觸控顯示幕而言，這些圖標的數量，其實並無法很大(例如，不超過十五個)，這是因為設計者在設計圖標時，必須同時兼顧圖標的數量以及人的手指的尺寸大小。如圖一所示，當一指尖9(Fingertip)碰觸到不理想的位置時，它可能導致一次觸發四個程式。圖一的 Smart Phone(8)是一個電容式的觸控螢幕。此類設計一般是將透明的薄膜電容置於觸控螢幕之上，並在該觸控螢幕的四個角落放置感知器(Sensor)。當該Smart phone(8)被外物碰觸時，電容內儲存的電荷量有所改變，感知器(Sensor)即可察覺流於其上的電流亦有所改變；藉由量測電流在各感知器上的變化，傳統的手機得以得知碰觸其觸控螢幕的手指的概略位置。一般而言，使用該方法計算出來的結果的準確度並不高，所幸是它僅須滿足使用者在選擇圖標時不會出錯的要求即可；如圖一所示，由於該些圖標的尺寸都相當得大，其尺寸的精確度也相對地粗糙。由於這個設計上的限制，使得像Smart Phone這樣的小尺寸的電子器材在遇到要輸入資料給文書處理軟體WORD，或者試算軟體(Spreadsheet)時，面臨極大的困難，導致Smart Phone(8)在上述這類的應用上幾無實質用途。這個技術的限制的最終結果是，當這些電子器材在使用狀態時，其整個系統的應用軟體的運作狀態或功能，經常是僅靠幾個簡單的圖標來呈現給使用者的(或者，如某些Smart Phone製造商的權宜做法，改用有細尖的針棒來代替手指。相對於手指，由於針棒的接觸面積較小，很自然地會將其影響區域縮小，因此計算出來的接觸位置的誤差，也會縮小到比指尖接觸範圍還要小的範圍之內，如此雖可解決部分的問題，卻也使得觸控螢幕的原本設計目標有所變異-使用手指來操控游標的方便性已不復存在)。至於在筆記型電腦(Notebook PC)方面，也有類似的問題。筆記型電腦用來移動游標的器材通常是一個觸摸板(Touch pad or Mouse Pad)。這類的觸摸版(滑鼠板)的問題是其敏感度與解析度均不高。數年來在面臨平面顯示器(Flat Panel Display)的製造技術日新月異之際，這類的觸摸板的性能卻幾乎無太大的進步。因此，與現今的顯示器的解析度、速度、以及多點觸控等功能相比，傳統的觸摸板的功能過於簡陋，這導致許多筆記型電腦的使用者均將其棄置不用，改而使用傳統滑鼠，以便其不需改變使用習慣，仍然將手部移動的向量值藉由USB或其它傳輸媒體傳回筆記電腦，供其控制游標之用。質而言之，上述傳統觸摸板的問題，多係來自於其解析度與敏感度之不足；而這其實是傳統技術的一個根本問題：儘管市場上仍然有某些使用者，學習去適應傳統觸摸板的功能，並且設法接受傳統的觸摸板，但上述問題仍然存在。例如，當使用者要把顯示螢幕裡的一個物件從一端移到另一端時，若該距離不短，則該使用者通常得分好幾步，在觸摸板上畫上幾次，才能達到目的。綜觀以上所述，不管是筆記型電腦的觸摸板，還是行動電子器材的觸摸螢幕，整個電子工業仍然需要找到一個快速且準確的觸控系統(或者可以命名為觸控裝置，游標控制器，使用者操作介面器材等等)，與行動電子器材整合起來，形成一個同時具有速度與精確度的電子器材或筆記型電腦，如此才能夠讓使用者容易地使用WORD之類的文書軟體或者其它試算表(Spreadsheet)之類的軟體，並把資料準確地輸入，建立檔案等等。

本發明提供一個觸控器(亦可名之為游標控制器)，該觸控器內有一空室(Cavity)，該空室上覆蓋有一半透明板，該半透明板具有一光擴散表面，該空室內尚具有一光源與一影像偵測器。在最佳的情況下，該光擴散表面的性能，如同一Lambertian surface；在次佳的情況下，該光擴散表面的性能，可以接近一個完美的光的擴散表面。從光學分析的角度來講，此種光擴散表面，可以把它分割成無數個小平面來看待，每一個小平面均可向四面八方散射光線，其強度約與該散射光線至該小平面的法線的夾角的餘弦值(Cosine)成正比。由於此一散射現象，該Lambertian surface的亮度(Brightness,luminance,or radiance)，不論從任何角度去看，都是相同的。該半透明板的所謂半透明特性，是指光線可自該板的兩側穿透至另一側，但是由於經過所謂Lambertian Surface高度的擴散現象，物體在另一端所形成的影像與形狀已無法分辨。

由於該Lambertian surface的效應，使該半透明板具有強烈的散射光的特性，當此效應強到一定程度時，通過該半透明板的光線，不論是來自該半透明板的那一側，在經過該半透明板的散射以後，都成為散射光線。在經過散射以後，位於該透明片遠方的物體的形體，是先經過該半透明板的表面(即Lambertian surface)，然後到達該半透明板的另一端以後成像，此種影像是模糊、無法被辨認形體來的。此一半透明板係覆蓋於一空室之上，其內部尚有一影像偵測器。由於該半透明板能夠把來自該觸控器的外部環境的光線，在照射在Lambertian plate上以後打散；同樣的，它也能夠把來自該觸控器空室內，照射在Lambertian plate上的光線打散，因此，以上兩效應加總以後，形成了一亮度均勻擴散型的外觀(外觀是指自環境中所看到的影像)及內觀(內觀是指該半透明板的底部的影像)。凡是與該Lambertian surface有一點距離的物體，由其射出(包括自體發光或反射等等)之光線在經過Lambertian surface的擴散以後，其影像都會模糊掉，當該影像模糊到一定的程度時，該物體即無法由該影像偵測器辨認出來。值得注意的是：(1)該位於空室內的光源可以是發光二極體(LED)，但也可以是其它類型的光源；(2)該影像偵測器最好是CMOS image sensor(互補式金屬氧化物半導體影像偵測器)，以能夠看到整個覆蓋在空室上方的半透明板的內表面為適當條件。然而，其它的影像偵測器，只要能夠看到整個覆蓋在空室上方的半透明板的內表面，並可以促成決定指示器的位置，也都可以使用；(3)該Lambertian surface最好是有細顆粒的表面，其它類型的表面，例如粗顆粒的Lambertian surface，經過蝕刻的表面，或者霧化的表面，也可以用來取代該Lambertian surface，只是效果可能略差一些。以上這些變化的應用，仍屬於本發明之內的範圍。

當一指示器(例如，一隻手指，針棒，或類似功能的器材)接觸到該Lambertian surface時，一些源自於該游標控制器的內部光線被反射回來，形成一照亮的指示器的影像，此時一影像偵測器將偵測該被照亮的指示器的影像，隨著該指示器在Lambertian surface上的移動，一與該影像偵測器相連的電子電路即追蹤該影像，其追蹤之結果可用來控制行動電子器材的顯示幕上的游標，該行動電子器材至少包括：筆記型電腦(Notebook PC)，行動電話(Cellular phone)，全球定位系統(GPS)，遊戲機等。此外，該指示器可以藉由提起然後放回該Lambertian plate的動作來代表選擇該電子器材的螢幕上的一些元素。更進一步而言，尤其是當本發明之觸控器使用於筆記型電腦上，它可以容許多個手指對其作觸控的控制，此時在Lambertian surface上可以劃分出一(些)預定的地點，這(些)地點可以用來操作頁面捲動，影像旋轉，景物放大以便使該顯示幕達到提升敏感度與解析度的效果等等。

該影像偵測器係用來擷取複數張有關該指示器的影像，而該指示器在較佳的選擇下可以是一隻手指。在該些複數張的影像裡面，有一第一影像與第二影像，其影像的內部被切割出一些範圍，用以提取出移動向量值，並藉由該移動向量，使本發明之觸控器得以控制一螢幕上游標的動作。當本發明之觸控器使用手指來作為指示器時，手指上的隆起、溝痕、漩渦，以及交叉等，可以用來作為定義物件的元素。此時本發明之觸控器將會追蹤一第一影像上的該些被定義的元素與一第二影像上的該些被定義的元素。在執行該追蹤工作時，一與該影像偵測器偶合的電子電路能將該些影像裡的該些被定義的元素從影像裡分割出來，然後比較它們在不同影像裡的位置的改變，再把該些改變量轉化為移動向量，該移動向量被用來控制螢幕上的游標或其它功能。

8‧‧‧行動電器

9‧‧‧手指在面板上遮住視線的區域

10‧‧‧半透明板(Semi-transparent plate)

11‧‧‧高散射度表面(Lambertian surface)

12‧‧‧空室(Cavity)

13‧‧‧影像偵測器(Image sensor)

14‧‧‧光源

15‧‧‧影像偵測器所看到半透明板(10)的內部的影像

20‧‧‧手指

21‧‧‧陰影

22‧‧‧指示器(如手指)表面被照亮的部位

23‧‧‧影像偵測器所看到半透明板上的指示器(例如手指)的影像

40‧‧‧按在高散射度表面上的手指

t1‧‧‧某時間，在t2與t3之前；在t1時，手指壓在半透明板上

t2‧‧‧某時間，在t1與t3之間；在t2時，手指離開半透明板

t3‧‧‧某時間，在t1與t2之後；在t3時，手指壓在半透明板上

41‧‧‧在時間為t1或t3，因為手指的壓力而變形(此例指的是由圓型變成橢圓形)的手指影像

42‧‧‧在時間為t2，離開半透明板的手指

60‧‧‧半透明板的下表面，可被影像偵測器看到的部分

61‧‧‧第一個手指

62‧‧‧第二隻手指

63‧‧‧第三隻手指

64‧‧‧半透明板上用於捲動(Scrolling)畫面的區域

65‧‧‧半透明板上用於旋轉(Rotating)物件的區域

66‧‧‧半透明板上高解析度與高敏感度區域

801‧‧‧指示器(如手指)

802‧‧‧具有表面粗糙度的Lambertian plate

803‧‧‧光源

804‧‧‧影像偵測器

L1(位於圖八、九內)‧‧‧自光源803射出之光線

F(位於圖九內)‧‧‧光線L1，經由指示器(801)之反射，射向影像偵測器之光線

A、B(位於圖八內)‧‧‧光線L1，穿過具有表面粗糙度的Lambertian plate(802)後，受到各種擴散，折射，反射等物理現象，射入外界的的路徑

I‧‧‧入射光

R‧‧‧反射光

D1‧‧‧擴散反射光

D2‧‧‧擴散穿透光

A1‧‧‧環境的光

1‧‧‧光學式游標控制器

3‧‧‧筆記型電腦

4‧‧‧手機

51‧‧‧遊戲機

52‧‧‧全球定位裝置

圖一所示為傳統觸控器應用到行動電子儀器時，所遇到的問題。

圖二A 所示為置於本發明器材上的一半透明板，對入射光線造成的反射、擴散反射，以及擴散穿透的效應。

圖二B 所示為置於本發明器材上的一半透明板，對來自器材外界的光線，造成擴散穿透以及反射效應。

圖二C 為置於本發明器材上的一半透明板，對該器材內部的光源所發出的光線，產生擴散反射與擴散穿透效應。

圖二D 為半透明板的內部所看到的由室外光線所形成的影像。

圖二E 為半透明板內部所看到的由器材內部的光源形成的影像。

圖二F 為半透明板的內部所看到由室外光與器材內部光源合成的影像。

圖三為半透明板的內部所看到的，當一個指示器(Touching device,or pointing device)去碰觸該半透明板的Lambertian surface以後，所產生的影像。

圖四A 為當一指示器(例如，手指)碰觸到半透明板上的Lambertian surface的右邊，而且光源正在發光時，影像偵測器(13)所看到的影像。

圖四B 為當一指示器(例如，手指)碰觸到半透明板上的Lambertian surface的右邊，而且光源(14)正在發光時，影像偵測器(13)所看到的影像。

圖五A 所示為影像偵測器(13)所偵測到手指被照亮的表面部位的影像(41)，因為手指(40)壓迫半透明板上的Lambertian surface(11)的力量大了些，改變成橢圓的形狀。

圖五B 所示為一手指在時間為t1,t2,與t3時，因為該手指與Lambertian surface的距離改變，所造成的被照亮的手指的影像的改變。

圖六所示為從影像偵測器(13)看到的半透明板(10)的底部多數個被照亮的指示物的影像。

圖七為一些能夠使用本發明的觸控器的電子器材。

圖八所示為指示器(801，如手指)離開具有表面粗糙度的Lambertian plate(802)時，對入射光線造成的反射、擴散反射，以及擴散穿透的效應；射向指示器(801)的光線L1，經由路徑A與B，射向外界。

圖九所示為指示器(801，如手指)接觸一具有表面粗糙度的Lambertian plate(802)時；射向指示器(801)的光線L1，經反射後形成反射光F，射向影像偵測器(804)。

圖二A所示為置於本發明器材上的一半透明板(10)，該半透明板板上具有一高散射度的Lambertian表面(朗伯表面)(11)。當入射光I打在該高散射度Lambertian表面(11)上時，產生了反射光R(Reflection light)，擴散反射光D1(Diffuse reflection light)，以及擴散穿透光D2(Diffuse transmission light)等數類光線。從物理定義來講，所謂的Lambertian surface，是指當光線落在該高散射度的表面時，被大量的散射(Scatter)開，以致於其整個表面所呈現出來的亮度相當均勻，不管觀察者從任何角度去看，幾乎都是相同的。此一表面所具有等向性(Isotropic)，對上下左右所有方向均有效，當然，對擴散穿透光亦有效。換句話說，若一觀察者自該半透明板(10)的底部看上去，他所看到的表面也是一個均勻的表面。此處值得注意的是，所謂的半透明(Semi-transparent)是指一光散射現象，使得光線能穿過某介質或某區域，但經過相當程度的擴散以後，其成像已使在遠處的物體的輪廓已不能辨認，或者根本看不到。

在圖二B的觸控器內，尚有一空室(Cavity,12)。該空室(12)係被該具有Lambertian surface的半透明板(10)所覆蓋。經過一鏡頭(Lens)，影像偵測器(13)接收到由擴散的光線所形成的影像。當面對周遭環境時，這個影像事實上是一個亮度相當均勻，完全的模糊影像，其光線之來源是環境中四面八方的雜散光，在照射到半透明板的表面(10)以後，經過Lambertian surface(11)的擴散，再入射到影像偵測器(13)的。如果從物理的角度來解釋上述現象，則如圖二B所示，當環境的光A(Ambient light)穿透過半透明板的表面(10)以後，進到空室(12)裡，由於受到擴散的現象的影響，我們將該現象稱為Diffuse transmission。由於Lambertian surface(11)具有高散射度，凡是離Lambertian surface有一定距離之外的物體，其所呈現在影像偵測器(13)上的，均是無明確輪廓的影像。因此，物體與物體之間已無法分辨彼此。

如圖二C所示，一光源(14)，置於空室(12)之內，較佳的情況下，該光源是由LED(發光二極體)作成。該光源將光線照在該半透明板上。同樣的，在該光源照射到半透明板的表面(10)以後，經過Lambertian surface(11)的擴散，有一部分的光線會被反射回來，從各個角度射至影像偵測器(13)，在其上形成一模糊且均勻的影像。從LED射出的光線，在到達半透明板(10)以後，有一部分會因為Transmission diffusion的關係，擴散到外界中，如果觀察者自上方觀察，可能只是覺得該半透明板(10)的某些區域輕微地較亮一些，但無法確知其形狀。如果從物理的角度來解釋上述現象，則如圖二C所示，當LED的光穿透過半透明板(10)的表面以後，被Lambertian surface(11)反射而回，然後進到空室(12)裡，由於受到擴散的現象的影響，我們將該現象稱為Diffuse reflection，至於某些部分LED的光，會穿過Lambertian surface而射入外界環境裡，該現像我們稱之為Diffuse transmission。

圖二D與二E呈現出半透明板(10)的內部所看到的樣子(15)。在影像偵測器(13)內所看到的是一個模糊且均勻的影像，略為有一點亮度。圖二F所示的是影像偵測器(13)所看到的重疊起來的影像，它是由上述的由LED光源製造的模糊且均勻的影像，再加上從外界中射入影像偵測器(13)的影像組合而成。如前所述，從外界中射入的光線，經過半透明板後也是擴散的光線，因此，影像偵測器(13)不會看到清晰可辨認的影像。

圖三所示是使用一個指示器(Touching device,or pointing device)去碰觸該Lambertian表面以後所產生的效應。該指示器可以是任何數量的針棒、橡皮擦、鉛筆、手指(20)等等不同的物件。當該指示器(Touching device)碰觸到該半透明板時，原先自外界中射入指示器(Touching device)下方的半透明板的光線，就會被該指示器擋住，此時如果光源(14)不存在或並未打開，會使得影像偵測器(13)看到一個陰影(21)。如果把光源(14)打開，放入空室(12)內，則影像偵測器(13)看到的是一個被照亮的表面，該表面是該指示器與Lambertian surface接觸之處，我們把它稱為是該指示器表面被照亮的部位(22)。當然，這個部位是可以被影像偵測器(13)辨識出來的。因此，由外界中的光線加上空室內光源(14)所合成的效應，可以使得與Lambertian surface接觸的指示器表面產生一照亮的部位(23)，藉由影像偵測器(13)，我們可以偵測該指示器表面被照亮的部位(23)的移動的情況與位置。

值得注意的是，指示器與Lambertian surface接觸之處，由於被光源照得很亮，它的細部結構是可以被影像偵測器(13)判讀出來的。例如，如果該指示器是一隻手指，則手指上的細部結構，如隆起的紋路、溝槽、漩渦、交叉點等等，均可被影像偵測器清楚的感測到。這些被照亮的手指上的特徵結構，即是本發明裡的影像偵測器用以監測並且決定出指示器的移動量的根據，本發明觸控器，再根據該移動量資料轉化為電子儀器上的顯示幕裡的游標的位置。

值得注意的是，本發明所定義之游標，分為可視型(Visible type)與不可視型(Invisible type)兩類，此兩類均適用於本發明。所謂可視型游標是指該游標在顯示幕上具有一定的形體(例如，一個箭頭)，可以被操作者觀察得到；所謂不可視型，是指該游標不能被操作者直接觀察得到，它可能是在電子儀器裡的一個記憶體單元(Memory cell)，或者是軟體裡的一個參數等等。例如，在一般電腦遊戲的畫面裡，並不一定會有形狀固定的游標(有時完全沒有)；使用者藉著所謂的游標控制器(例如滑鼠)所改變的可以是動作(如棒球選手揮棒的動作)或者音效之類的功能，這些不可視型的物件的功能的狀態，通常是存於電子儀器的記憶體裡，或者是軟體的參數裡的，當使用者藉由滑鼠去調整該些不可視型的物件的功能的狀態時，與其相對應的電子儀器的記憶體，或者是軟體的參數，會因而改變，如果該游標是可視型，則上述的改變會再輸出給顯示螢幕，使顯示螢幕的內容改變。因此，本發明所定義的游標可以為一(些)顯示於螢幕上的畫面元素，或者是存在於電子儀器記憶體裡的一(些)記憶體，藉由本發明之觸控游標控制器，輸入的資料的不斷的更新，能適時地改變記憶體資料的內容，再轉化為與螢幕的畫面有關(如游標)，或電子器材其它方面有關(如音效)的功能。

圖四A所示是當一指示器(例如，手指20)碰觸到半透明板(10)上的Lambertian surface的右邊，而且光源(14)正在發光時，影像偵測器(13)所看到的影像。該半透明板(10)面對影像偵測器的那一面，呈現出一個照亮的指印(23)，該指印就是手指與該半透明板(10)接觸的地方。從物理上來講，該照亮的指印(23)是由於光源(14)的光線，在照射到手指以後，經過反射，再經過Lambertian surface的外表面，穿過半透明板(10)，再穿過空室(12,Cavity)，所形成的影像。至於圍繞在照亮的指印(23)的半透明板其它的地方，由於不管是來自環境的光線，還是光源(14)的光線，都已經被Lambertian surface擴散掉，其所形成的影像是一個擴散均勻，無清晰物體的低亮度平面。

如圖四B所示，如果手指(20)移到半透明板(10)上的Lambertian surface的左邊，則被照亮的指示物的表面(23)，其所在影像偵測器(23)形成的影像，會跟著移到半透明板(10)的左邊。此時若使手指保持與Lambertian plate接觸，繼續朝左邊移動，則影像偵測器(13)可以在手指自右向左移動時，追蹤手指上的一些細部結構。而與影像偵測器(13)相連的電子電路則可以把該被追蹤的指示物的表面被照亮的細部結構，轉換移動座標值，使一個與該游標控制器連接的顯示器上的游標，能夠隨之移動。

如果手指(20)離開了半透明板上的Lambertian surface，則影像偵測器將無法偵測到任何具體物件；直到該手指重新放置到Lambertian surface上，該手指被照亮的表面部位(23)會重新出現在Lambertian surface上。例如，此刻如果手指示落在半透明板的左邊，則手指被照亮的表面部位(23)，也會出現在左邊。

圖五A所示為影像偵測器(13)所偵測到手指被照亮的表面部位的影像(41)，因為手指(40)壓迫半透明板上的Lambertian surface(11)的力量大了些，改變了形狀。此時雖然手指被照亮的表面部位(23)變得較為橢圓，上述與影像偵測器(13)相連的電子電路，仍能夠察覺出該受壓的手指的位置，並且把該位置的數值轉換成電子器材或筆記電腦上的顯示器的某個位置的值。值得注意的是，半透明板(10)下方其它未被手指碰觸的的區域，由於照射到其上的光線受到高度的擴散效應的影響，使得影像偵測器所接收到該部位的影像，無法具有任何可辨識的形狀或物件。將上述手指被照亮的表面部位的影像(41)與其它部位無法具有任何可辨識的形狀或物件的影像合併，即形成影像偵測器所看到半透明板(10)的內部的影像(15)。

圖五B所示為一手指(40)在時間為t1時，所形成的被照亮的指示物體(41)的位置，此位置另被轉換成電子儀器上的顯示器的游標的位置，該電子儀器可以是筆記電腦等。當時間到達為t2時，手指(40)昇起，因此影像偵測器(13)無法再看到照亮的指示物的表面(指尖)41。此刻整個半透明板的下表面，呈現出均勻的擴散光，沒有任何形體可以辨認。當時間移至t3，手指(40)重新回去接觸到半透明板(10)上的Lambertian surface(11)，該照亮的指示物的表面(指尖)41將又重新出現。在整個上述的過程裡(t1-t3)，顯示器上的游標是呈現靜止不動的。此種藉由手指的動作，從離開Lambertian surface到回到Lambertian surface，可用來代表游標對螢幕上的某物件的選擇，並且是在手指回到Lambertian surface時觸發執行的，其它相關的功能，亦可據此法開發出來。或者，如果手指在時間為t3時，接觸到Lambertian surface後就立刻移動，這是指示與影像偵測器相連的電子電路，將顯示幕上的游標作(與手指)相同方向的移動。

圖六所示為從影像偵測器(13)看到的半透明板(10)的底部(60)。圖六上有數個被照亮的指示物表面，分別表示的是第一隻手指61(也可以是一種指示器)，第二隻手指(62)，以及第三隻手指(63)；這三隻手指同時接觸到半透明板(10)上。雖然此處只顯示了三隻手指，在實際的操作環境裡，這些手指(或指示器)的數量是可以更多或更少的。這些複數個手指(或者指示器)，可以用來控制電子器材或筆記型電腦的螢幕上複數個事件，而這些複數個事件，也可以包括複數個游標的情況。或者，這些複數個手指也能用來控制電子器材的其他功能。

該半透明板面對影像偵測器的表面(60)的某些特殊區域，是可以被連結於該影像偵測器上的電子電路辨識出來的。第一個區域(64)，是用來捲動顯示器裡的影像的(Scrolling)，這個捲動的動作，是與本發明之游標移動器的功能偶合而成的。當(61)，(62)，或者(63)其中的一隻手指(或者指示器)置於該捲動控制區(64)之內時，可使得筆記電腦的螢幕裡的頁面捲動，其功能類似一般滑鼠的捲動頁面的輪子的功能。第二個區域(65)則是用來旋轉筆記電腦的螢幕裡的頁面的。這個功能也與某些電腦滑鼠的輪子的功能類似。第三個區域(66)，則是用來提供高敏感度與高解析度的功能用的；例如，如果要把游標指向筆記型電腦螢幕上的某個小區域，像是試算表(Spreadsheet)的一格，或者文書處理軟體裡的一個英文字母，即可使用此區域來達成目的。至於其它的區域，它們也可以用來做為相當於滑鼠的左鍵或右鍵，或者是電腦鍵盤上的一個特殊功能。

圖七所示為一些能夠使用本發明的游標移動器或觸控器的電子器材。這些器材至少包括桌上型電腦，筆記型電腦3，平板電腦(Tablet computer)，有大顯示幕而且可以呈現圖標(Icon)的手機4，某些受年輕人與成人歡迎的掌上行動玩具如遊戲機51，全球定位裝置52(GPS)等等。值得注意的是，本發明的光學式游標控制器1，其實際尺寸相對於手機4的尺寸，可以做得遠小於一般滑鼠板(Mouse pad)相對於筆記型電腦3的尺寸大小。這經常是一個必要的的設計方法，因為為了不使手機4、遊戲機51，或全球定位裝置52(GPS)的體積變得過於龐大，這個設計方法甚為必要。不過如果把本發明的的光學式游標控制器1作的大一些，或者作大了以後，把它放在手持式電子器材的背面，仍屬於本發明的範圍。

更進一步，本發明之具有Lambertian surface的半透明板，其最小的面積，可以小到約如一個直徑半公分左右的圓圈的大小。這樣的尺寸大小，已經比大部份用來操作手持式器材的手指的尺寸還小。此時當這個半透明板被手指遮住時，環境中的光線即完全無法再射到半透明板的Lambertian surface上，只有空室(Cavity)裡的光，可以照亮指示器(手指)的表面。因此，手指上的特徵形狀，諸如隆起的紋路，溝痕，漩渦，或者交叉等等，都可以讓影像偵測器用來監測手指相對於半透明板的移動，並進而指揮顯示幕上的游標的移動。從實際製作的考量來講，本發明之具有Lambertian surface的半透明板的形狀，並不侷限為圓形；其它的形狀諸如矩形，方形，或任何滿足手持式電子器材的設計，均可使用。

再更進一步講，本發明之光學式游標移動器，除了能使用於手持式電子器材上，也可以使用於筆記型電腦、電子書寫板、平板式電腦、電子書、電子媒體播放器，或者其他類似的器材上。可以想像的到，本發明之光學式游標控制器或觸控器，可以取代桌上型電腦的滑鼠，如果把它與鍵盤結合起來，或與電腦螢幕結合起來，即可去除掉一般大眾對傳統滑鼠的需求。

再更進一步講，本發明所使用的光源，可以發出與環境光線不同的的光，這些光的特性(如某波長的光的強度，佔該光源全部發出的光線的強度的比例)，因為與環境的光線不相同，可以使被照亮的影像較易被偵測出來，增加本發明的游標控制器的準確性。如再配合使用具有針對各個波長的光敏感度不同的特性的影像處理器，則本發明的游標移動器又可以更加敏銳一些。使用複數個光源自不同角度射向指示器或手指，亦可使本發明的游標移動器更敏銳一些。這主要是因為被照亮的影像，有更多的機會把來自空室(Cavity)的光源的光線反射回去，使得指示器或手指的被照亮的部位的影像，更容易從背景裡被辨認出來。

在本發明裡，所謂的Lambertian擴散光線的作用，是針對一個物理現象的統稱，舉凡任何材料能夠藉由光擴散效應，將物體的輪廓模糊化，均屬此範圍之內。其他的光學效應，例如穿透(Transmission)，吸收(Absorption)，閃爍(Scintillation)等等，也有可能會伴隨擴散反射(Diffuse reflection)效應而發生。例如，圖八與圖九即說明表面粗糙度對擴散反射光的影響。圖八所顯示的是手指(801)離開Lambertian plate(802)的情況，圖九所顯示的是手指(801)接觸到一具有表面粗糙度的Lambertian plate (802)的情況；兩者的差別在於該具有表面粗糙度的Lambertian plate(802)是否能將光源(803)的光線L1反射成光線F，然後射至影像偵測器(804)。因此，本發明所揭露的方法，其實包括任何具有以下特點的移動偵測(Motion detection)的方法：該方法使用一平板(Plate)，其表面能以擴散光線，且不論該平板是透明的、半透明的，或任何形狀，只要其能使遠方或未與其接觸的物體表面射過來的光線，在穿過該平板後形成的影像是模糊或難以辨識的，近處或與其接觸的物體表面射入平板的光線，其所形成的影像是清晰的(Non-blurred)、可看得到的(Visible)、或可偵測的(Detectable)，都屬於本發明揭露範圍之內(Within the scope of this disclosure)。

本發明實施要點，已於前述圖一至圖九清楚描述出，其它的變化應用仍然很多，並不僅限於該些圖形所繪示，其基本實施方法，則仍不外於本發明之陳述範圍，故其使用之權力範圍應受本發明之權力主張範圍之約制，在此不再一一列舉。