用於圖象檢測操作器輸入裝置的光學耦合組件的製作方法

2023-10-10 03:18:14

專利名稱：用於圖象檢測操作器輸入裝置的光學耦合組件的製作方法
背景技術：
本發明涉及用於計算機系統的一種輸入裝置。更具體地說，本發明涉及一種用於輸入裝置的光學耦合組件，它根據輸入裝置的運動向計算機系統提供位置信息。
傳統的計算機輸入裝置(例如滑鼠器)包括一外殼和一裝在該外殼中的球。該球要麼以傳統的方式設置，其中在正常的工作位置球與一工作表面接觸並響應於用戶在該工作表面上移動滑鼠器的動作而轉動。球也可以以跟蹤球的形式設置，它由用戶的數字操縱轉動。在這兩種情況下，都用位置編碼器來探測滑鼠器中的球的轉動，並向計算機提供表示這種轉動的位置信息。在很多例子中，位置信息被用來控制計算機表示屏幕上的一視頻圖象(諸如滑鼠光標)的運動。
另外，在一種現有技術裝置中，一計算機輸入裝置帶有上述的跟蹤球設置。該跟蹤球預先印有均勻的預定的圖象。一電荷耦合器件被用來探測跟蹤球上的圖象並探測圖象的運動。預定圖象的運動被用來向計算機提供位置信息。
然而，採用電荷耦合裝置配置的計算機的計算機滑鼠器有若干顯著的缺點。首先，電荷耦合裝置的反應時間比較慢。另外，對來自電荷耦合裝置的圖象信號的處理的計算強度大並要求較大且昂貴的處理器。另外，電荷耦合裝置對飽和高度敏感。換言之，如果環境光條件是可變的，電荷耦合裝置就不能很好地工作。另外，如果外部光源(諸如較強的亮光)照射到了圖象生成表面上，電荷耦合裝置容易飽和且它們的性能迅速降低。
另外地，可從美國加利福尼亞Mouse System商業獲得的另一種現有技術計算機滑鼠器包括了帶有LED的滑鼠器，該LED與其上有預定的均勻圖案的一滑鼠墊結合使用。該圖案是由藍和紅線構成的均勻網格形成的。來自LED的光被滑鼠墊反射到一提供模擬輸出信號的探測器。該信號是波形形式的，它具有與不同顏色的網格線對應的峰。從這種波形，對這些線進行計數和求插值，以獲得位置信息。這種滑鼠器系統要求帶有其上有專用均勻圖案的滑鼠墊。
在兩個共同未決專利申請中，一種圖象檢測器(諸如成象陣列)被用在一種示例性的實施例中，以探測計算機輸入裝置在一工作表面上的運動。該成象陣列可被認為是在獲取工作表面的圖象，並分析該圖象以獲得一圖案或表面組構或顏色標誌。在等候了適當的時間之後，陣列取得表面的另一圖象並將其與前面的圖象進行比較。通過發現兩個圖象中相同(或類似)的區域，可確定方向、距離、和/或轉動矢量。
為了使圖象檢測器獲取圖象，輻射源被用來把電磁輻射照射到工作表面上。從工作表面反射的輻射被反射回圖象檢測器，而圖象檢測器獲得圖象(或獲取圖象)。
在授予Hara等人的標題為「PHOTODECTOR ARRAYCOMPRISING PHOTO DETECTORS,AND OBJECTDETECTOR COMPRISING THE PHOTO DETECTOR ARRAYAND AN OBJECT DETECTING PROCEDURE」、並轉讓給Mitsubishi Electric Corporation的美國專利第5,581,094號中公布了一種光探測器陣列。
發明概述已經發現了很多可商業獲得的輻射源(特別是發光二極體(LED))都有共同的問題。LED通常具有變化的視場和一致的光。視場受到一初級透鏡的控制，該透鏡通常與LED的外殼製作在一起。一致性通常取決於矽模的質量和基底材料上的模的設置。視場的變化和一致性通常可導致「donut」形狀的圖象被投射到位於近場的表面上。
本發明提供一種處於輻射源與圖象檢測器之間的計算機輸入裝置中的光學耦合組件。
在輻射源與所要照射的工作表面之間設置一發射體透鏡。該發射體透鏡匯集輻射並重新形成照明圖案，以增加光強和均勻性。輻射源和發射體透鏡帶有相關聯的外殼，這些外殼使發射體透鏡和輻射源具有適當的取向和對準。發射體透鏡還用來使輻射源與計算機輸入裝置的外殼中的孔分開，以提供對靜電放電(ESD)造成的損壞的保護。
在工作表面與圖象檢測器之間設置一成象鏡頭，以把從工作表面反射的光聚焦到圖象檢測器上。提供一成象鏡頭外殼或支座，以使成象鏡頭對圖象檢測器有適當的取向和排列。成象鏡頭外殼提供一裙，它增大了ESD放電通路的長度。成象鏡頭外殼還帶有偏置部件和一透鏡/檢測器界面，該界面用於把成象鏡頭準確地定位在圖象檢測器附近。
附圖簡述

圖1是用於實施本發明輸入裝置的示例性的環境的框圖。
圖2A是本發明的一個實施例中採用的計算機和輸入指向裝置的功能框圖。
圖2B表示一輸入指向裝置產生的用於向計算機發送的信息包的一例子。
圖3以部分剖視圖和部分框圖的形式表示根據本發明一個實施例的計算機輸入裝置。
圖4A表示一工作表面上形成的光圖案的一個實施例。
圖4B表示在根據本發明一個實施例形成在工作表面上的光圖案的一實施例。
圖5表示根據本發明的一個方面的匯集和成形用的發射體透鏡。
圖6是根據本發明一個方面的計算機輸入裝置的一部分的側視剖視圖。
圖7A和7B表示根據本發明的一特徵的LED外殼。
圖7C是表示一種發射體透鏡外殼、結合圖5大體描述的發射體透鏡和結合圖7A和7B描述的LED外殼的分解圖。
圖8A和8B表示根據本發明的一特徵的發射體透鏡外殼或孔道。
圖9表示圖7C、8A和8B所示的透鏡外殼中容納的發射體透鏡。
圖10A和10B表示根據本發明的一方面的發射體透鏡、透鏡外殼、LED和LED外殼，它們都被組裝在計算機輸入裝置中。
圖10C表示圖10A所示的組件，在其上組裝一印刷電路板。
圖11是圖6所示的計算機輸入裝置的部分的側視剖視圖，其上組裝一圖象檢測電路。
圖12是可用於本發明的圖象檢測器的一示例性實施例的放大側視圖。
圖13A和13B表示根據本發明的一個特徵的成象鏡頭支座。
圖14A和14B表示圖13A和13B所示的成象鏡頭支座。
圖15是沿著圖14A中的剖面線15-15取的成象鏡頭支座和成象鏡頭的剖視圖。
圖16是根據本發明的一個方面的成象鏡頭支座的放大剖視圖，表示了其與支持圖象檢測器的印刷電路板的關係。
圖17是根據本發明的一方面的成象鏡頭支座的一種替換實施例的放大圖。
圖18是根據本發明的一方面的成象鏡頭支座的另一實施例的放大圖。
本發明提供一種用戶輸入裝置，用於產生位置信息並將該信息提供給計算機系統。該位置信息是根據探測到的用戶輸入裝置或其一部分的運動而產生的。這種運動通過識別可相對於用戶輸入裝置而運動的一表面上的圖案或圖象並監測該圖案的相對運動，而得到探測。在用於照射表面的輻射源和探測圖象或圖案的探測器之間，提供了光學耦合。這種光學耦合提供了一種或多種優點，諸如照射的均勻性提高、輻射的有效放大以增大對表面的照射、提供了增大的靜電放電(ESD)的保護、和/或便於製造。
雖然本描述的一部分是參照滑鼠器型指向裝置而進行的，但是本發明也可在任何類型的計算機輸入裝置中得到實施-只要該計算機輸入裝置是根據一個表面相對於另一表面的被探測到的運動而產生信號。例如，本發明可被用於探測跟蹤球的運動，和探測開關的按下、輪的轉動和滑鼠器運動等。
綜述圖1和相關的討論用於提供對其中可實施本發明的適合的計算機環境的簡要而大體的描述。雖然不是必需的，本說明的至少部分將在可由個人計算機或其他計算機裝置執行的計算機可執行指令(諸如程序模塊)的背景下進行。一般地，程序模塊包括序列程序(routing program)，對象、分量、數據結構等等，它們執行具體的任務或實施具體的摘要數據類型。另外，本領域的技術人員應該理解的是，本發明能夠用其他的計算機系統配置進行實施，包括手持裝置、多處理器系統、基於微處理器或可編程的用戶電子裝置、網絡PC、迷你計算機、主機計算機、遊戲操縱機等。本發明還可應用於分布計算環境，其中任務是由通過通信網絡聯結的遠程處理裝置進行的。在分布計算環境下，程序模塊既可在本地又可在遠程存儲裝置中。本發明的計算機輸入裝置在所有這些環境中都是有用的。
參見圖1，本發明的一示例性的環境包括傳統的個人計算機20形式的通用計算裝置，它包括處理單元21、一系統存儲器22、以及把包括系統存儲器的各種系統部件耦合到處理單元21的系統總線23。系統總線23可以是幾種總線結構中的任何一種，包括例如採用各種總線布局的存儲器總線或存儲器控制器、外設總線、以及本地總線。系統存儲器包括只讀存儲器(ROM)24和隨機存取存儲器(RAM)25。ROM24中存儲有一基本輸入/輸出26(BIOS)，它包含幫助進行個人計算機20內的部件之間的信息傳送的基本程序，諸如在啟動中的傳送。個人計算機20進一步包括一硬碟驅動器27，用於從硬碟(未表示)讀取和向其寫入，用於讀出和寫入可取下的磁碟29的磁碟驅動器28、以及用於讀取或寫入可取下的光碟31(諸如CD ROM或其他光介質)的光碟驅動器30。硬碟驅動器27、磁碟驅動器28和光碟驅動器30分別由硬碟驅動器接口32、磁碟驅動器接口33、以及光碟機動器接口34連接到系統總線23。這些驅動器和相關的計算機可讀取介質提供了對計算機可讀取指令、探測結構、程序模塊和用於個人計算機20的其他數據的非易失存儲。
雖然在此描述的示例性的環境採用了硬碟、可取下的磁碟29和可取下的光碟31，本領域的技術人員應該理解的是，在該示例性的操作環境中也可以採用能夠存儲可被計算機存取的數據的其他類型的計算機可讀取介質，諸如盒式磁帶、快閃記憶體卡、數字視頻盤、Bernoulli帶盒、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)等。
在硬碟、磁碟29、光碟31、ROM24或RAM25上可存儲若干個程序模塊，包括作業系統35、一或多個應用程式36、其他程序模塊37、以及程序數據38。用戶可通過諸如鍵盤40和指向裝置(或滑鼠器)42的輸入裝置，把命令和信息輸入個人計算機20。其他輸入裝置(未表示)可包括麥克風、操縱杆、遊戲墊、衛星接收盤、掃描器、跟蹤球等。這些和其他的輸入裝置經常通過耦合到系統總線23的串行埠接口46而連接到處理單元21，但也可通過其他接口連接，諸如音效卡、並行埠、遊戲埠或通用級數總線(USB)。一監視器47或其他類型的表示裝置也經一接口(諸如視頻適配器48)而與系統總線23相連。除了監視器47，個人計算機通常可包括其他的外設輸出裝置，諸如揚聲器和印表機(未表示)。
個人計算機20可利用至一或多個遠程計算機(諸如遠程計算機49)的邏輯連接，而在一種網絡環境下運行。遠程計算機49可以是另一人計算機、一伺服器、一路由器、一網絡PC、一用戶裝置或其他網絡節點，並通常包括以上對於個人計算機20描述的很多或所有組成部分，雖然在圖1中只表示了存儲裝置50。圖1中表示的邏輯連接包括一區域網(LAN)51和一寬域網(WAN)52。這些網絡環境在辦公室、企業計算機網絡內聯網和網際網路中是常見的。
當用在LAN網絡環境中時，個人計算機20通過一網絡接口或適配器53而與區域網51相連。當用在WAN網絡環境下時，個人計算機20通常包括數據機54或其他用於在諸如網際網路的寬域網52上建立通信的裝置。數據機54可以是內置或外置的，並經過串行埠接口46與系統總線23相連。在網絡環境下，結合個人計算機20描述的程序模塊或其部分可被存儲在遠程存儲裝置中。應該理解的是，所示的網絡連接只是示例性的，且在計算機之間建立通信聯結的其他裝置也可得到採用。
為了更好地理解本發明，現在簡要地討論滑鼠器消息處理。為了明確起見，本討論是結合以滑鼠器實施的計算機輸入裝置和具有特定的包和結構的滑鼠器消息而進行的。當然，如上所述，也可採用其他類型的計算機輸入裝置，以及其他類型和結構的消息、包等。圖2A是與根據本發明的一實施例的輸入裝置42一起使用的計算機20的功能框圖。所示的滑鼠器42具有右和左鍵和在它們之間的一可按下且可轉動的輪103。然而，滑鼠器42可具有更多的致動器(諸如母指致動按鈕或更多的手指致動按鈕)，或者有更少的致動器(諸如只有單個的按鈕或兩個按鈕)，或具有不同類型的致動器(諸如觸發器、輥輪等)，或者是它們的任何組合。圖2A所示的計算機20的框圖包括結合圖1討論的若干項，且這些項有類似的標號。然而，圖2A的框圖還更詳細地表示了在滑鼠器消息處理中採用的若干個部分。計算機20包括滑鼠器驅動器60、消息掛鈎程序62、以及聚焦應用64。為了更好地理解圖2A中表示的計算機系統20中的輸入裝置42的操作，在圖2B中結合數據結構討論系統的部分。當然，應該理解的是，可採用在該數據結構中的數據部分的重新排列或不同的數據部分。例如，在採用不同的致動器時，數據結構可作相應改變。
圖2B表示了行和列格式中的四字節滑鼠器包66，其中字節68、70、72和74被表示在行中，且所示的各個字節的各個位在列中。字節68是輸入裝置42提供的第一字節、字節70是第二字節、字節72是第三個字節、且字節74是第四個字節。位的列是這樣組織的，即最低有效位在最右且最高有效位在最左。因此，列76包括了每四字節的最低有效位，且列78包括了這四字節的最高有效位。
在滑鼠器包66中，第一字節68包括左鍵位80、右鍵位82、以及中鍵位84。左鍵位80中的1表示左鍵被按下，且左鍵位80為零表示左鍵未被按下。類似地，右鍵位82或中鍵位84為1分別表示右鍵或中鍵被按下，且這兩個位中的任何一為零表示相應的鍵未被按下。
第四個位86被置於1。
字節68的第五位88是由字節70結束的9位帶符號的值的第九位。由位88和字節70的組合產生的9位值代表了滑鼠器沿著X坐標的運動的方向和幅度。由於該9位值是二的補碼形式的，位88表示了滑鼠器運動的方向，因而如果它的值是零，滑鼠器運動沿著正X方向，且如果它的值是1，滑鼠器運動沿著負X方向。
第一字節68的第六位90是由字節72結束的9位帶符號的值的第九位。位90和第三字節79的組合產生了一值，該值表示了滑鼠器沿著Y坐標的方向和運動的幅度。由於該值是二的補碼帶符號的值，位90表示了沿著Y坐標的運動的方向，因而如果它是1，滑鼠器運動沿著負Y方向，且如果其的值是零則滑鼠器運動沿著正Y方向。
第一字節68的第七位92和第八位94分別表示由位88與字節70和由位90和字節72形成的9位值是否造成了溢出。這在滑鼠器探測到大於九位的運動時發生。在此情況下，相應的9位值應該被置於其運動方向的最大幅度。
第四字節74的四個最低有效位96、98、100和101代表了輪103(圖2A中表示)的運動方向和幅度。位96-101代表的值是一帶符號的值，其中正值表示向著用戶的輪運動且負值表示離開用戶的輪運動。
位105和107分別是字節74中的第五和第六位，並分別表示與滑鼠器42的左和右鍵相應的開關的閉合。因此，當位105的值是1時，與左鍵相關的開關閉合，表示相應的滑鼠器鍵已經被按下。位107以類似的方式反映了與滑鼠器右鍵相關的開關的閉合。
第四字節74的位109和111是為將來的用途保留的，並被置於零。本領域的技術人員應該理解的是，圖2B中表示的滑鼠器包66和以下描述的串行接口46是在PS/2和串行滑鼠器連接中使用的。對通用串行總線(USB)連接，滑鼠器信息用公開可獲得的滑鼠器USB協議受到滑鼠器驅動器。
為了描述傳統滑鼠器消息的處理，燃燒圖2A和2B。為了初始化滑鼠器消息，用戶首先操縱滑鼠器42。根據這種操縱，滑鼠器42產生一滑鼠器包，該滑鼠器包被送到串行接口46並表示了操縱事件。當串行接口46接收到滑鼠器包66時，它將滑鼠器包66中的串行信息轉換成一組並行包並將這些並行包提供給滑鼠器驅動器60。滑鼠器驅動器60根據操縱事件產生一滑鼠器消息。滑鼠器消息的產生與已有的滑鼠器產生滑鼠器消息的方式相同。
滑鼠器消息隨後被發送至作業系統35。在一示例性的實施例中，作業系統35是「WINDOW NT」、「WINDOW 95」或「WINDOW 98」牌號的作業系統(由美國Washington州Redmond的微軟公司提供)。當然，也可採用其他的作業系統，諸如可從美國紐約州的Armonk的IBM公司獲得的OS/2或UNIX。作業系統35包括標明一系列滑鼠器消息掛鈎程序62的滑鼠器消息掛鈎清單。當作業系統35接收到來自滑鼠器驅動器60的滑鼠器消息時，它檢查該滑鼠器消息掛鈎清單以確定是否有任何向作業系統35註冊的滑鼠器消息掛鈎程序。如果至少一個滑鼠器消息掛鈎程序已經向作業系統35註冊，作業系統35把該滑鼠器消息傳送給首先出現在清單上的註冊的滑鼠器消息掛鈎程序62。
被調用的滑鼠器消息掛鈎執行並送回一值給作業系統35，該值指令作業系統將滑鼠器消息傳送到下一註冊的滑鼠器消息掛鈎。
該滑鼠器消息可代表例如至一應用的一命令，該應用擁有計算機20上當前所聚焦的窗口。在此情況下，消息掛鈎程序62向聚焦窗戶應用發出該命令。作為響應，聚焦窗戶應用64執行所希望的功能。
在消息掛鈎程序62向聚焦應用64發出了命令之後，消息掛鈎程序62通過從消息鏈中除去該消息，而消費該滑鼠器消息。這是通過向作業系統35送回一向作業系統表明它不應該把該滑鼠器消息傳送給任何其他的消息掛鈎程序，而實現的。
圖3是更為詳細的圖，部分是框圖形式的部分是示意形式的，表示根據本發明一實施例的諸如滑鼠器42的計算機輸入裝置。滑鼠器42包括外殼102、電磁輻射源(它可以只是諸如LED的光源)104、在外殼102的底部上限定的孔106、光學耦合器107、光學耦合器108、圖象或圖案探測器110、控制器112、以及電流驅動器114。在圖3中，滑鼠器42被表示為相對工作表面116而被支撐。圖案探測器110可以是能夠從照射到其上的電磁輻射所攜帶的信息探測圖象或圖案並提供表示這種圖案或圖象的信號的任何適當的探測器，並可以是如在下面以例子的形式更為詳細地描述的人造視網膜圖案探測器。
光源104可以是能夠用來提供照射到圖案或圖象上的輻射的任何適當的電磁輻射源，該輻射能夠被圖案探測器110探測。在一種所表示的實施例中，光源104包括LED 118和集成透鏡120。光源104可以只是例如表面安裝的LED或低級的雷射器(具有納米範圍的波長)。
從LED 118發出的輻射通過集成透鏡120(它被表示為具有拱形形狀的清潔的、與LED 118的外殼集成的光學元件或材料，諸如玻璃或塑料)而照射到光學耦合器107上。如下面將要詳細描述的那樣，光學耦合器107匯集LED 118發射的輻射並使發送的輻射具有所希望的形狀。輻射從光學耦合器107出去並通過外殼102上的孔106，而且照射到工作表面116上，工作表面116上則可選地可以沒有預定的圖案或者有預定的圖案或圖象。光被工作表面116反射向光學耦合器108。
所示的光學耦合器108包括一透鏡，該透鏡匯集從工作表面116反射的輻射並將其射向圖象探測器(例如人造視網膜)110。應該理解的是，光學耦合器108中的透鏡可被取消，而在LED 118、圖象探測器110或兩者上增加透鏡。類似地，如果輻射可由探測器探測，則光學耦合器108中的透鏡可被取消，從而能夠不用透鏡而探測圖象或圖案。
圖象探測器110根據從工作表面116反射的輻射，產生一表示工作表面116上的圖象或圖案的圖象信號。該圖象信號被提供給控制器112，在一示例性的實施例中該控制器112根據該圖象信號計算位置信息。該位置信息表示滑鼠器42相對於工作表面116的運動，如在上述專利申請中詳細描述的那樣，該專利申請在此被引用作為參考文獻。位置信息以信息包的形式由控制器112提供，通過諸如電纜(未表示)的輸出端提供給圖1和2A所示的計算機20。滑鼠器42也可從控制器112通過諸如紅外線、超聲波、或射頻線路的無線發送線路而提供輸出。在一種示例性的實施例中，控制器112提供的位置信息是根據一種傳統的格式提供的，諸如通過串行接口、通用串行總線(USB)接口、或任何其他的接口形式。
在一示例性的實施例中，圖象探測器110是由MitsubishiElectric Corporation製造的人造視網膜，並包括了以已知的方式工作的可變靈敏度光探測器(VSPD)的兩維陣列。簡要地說，VSPD由並排的二極體對形成，這些二極體被集成在一半絕緣的GaAs層(pn-np結構)上並被該層所分離。在一實施例中，陣列是32×32元件的陣列，但可以根據需要是更大或更小的陣列。光探測器電流的符號和幅度都取決於所加的電壓。這種VSPD呈現為模擬存儲器，它在電壓有光學寫入脈衝存在的情況下被施加時存儲導通信息。這種信息通過注入一光讀取脈衝而被獲取。
在這種裝置中的圖象處理是基於光矩陣-矢量相乘。一輸入圖象以加權矩陣的形式被投射到該裝置上。所有的VSPD都具有沿著行連接的一個電極，從而產生一靈敏度控制矢量。因此，在一定的範圍內每行中VSPD靈敏度都能夠被置於任意值。另外，其餘的VSPD電極沿著列連接，從而產生一由加權矩陣乘靈敏度控制矢量的矩陣矢量積定義的輸出電流矢量。
在一示例性的實施例中，圖象探測器110得到控制以執行邊緣提取操作。兩個相鄰的探測器行的靈敏度分別被置於+1和-1，而所有其他的靈敏度都被置於0。在此實施例中，輸出電流與兩個有源行的光強之差成比例。通過以循環的方式移動控制電壓圖案(0，+1，-1，0，0等)，輸入的圖象的水平邊緣得到檢測。因此，系統以時間序列和半並行的模式進行工作。
在一示例性的實施例中，滑鼠器42還包括與源104耦合的電流驅動器114。在此實施例中，控制器112能夠被配置成間歇地檢測源104產生的輻射的強度並通過電流驅動器114調節源104提供的電流。換言之，如果所檢測的強度低於一所希望的範圍，控制器112便提供給電流驅動器114一反饋信號，以提升源104提供的電流從而增大源104發射的電磁輻射的強度。另一方面，如果該輻射的強度高於一所希望的範圍，則控制器112提供一反饋信號給電流驅動器114，以減小提供給源104的電流，從而減小源104發射的輻射的強度。這樣可以例如減小滑鼠器42的總體電力消耗。
光學耦合組件在一示例性的實施例中，圖象探測器110被用來探測工作表面116上的微表面粗糙度或顏色變化。在此實施例中，位置信息可在滑鼠器42在幾乎任何表面上運動時產生。在探測表面粗糙度或顏色時，圖象探測器110和控制器112被用於尋找以通過孔116的視場的暗斑的形式呈現的陰影。為了根據表面粗糙度來產生陰影，輻射源104相對於大體平面的表面116成角度α地設置。在一示例性的實施例中，α大約為20°。然而，α可以被置於0°與90°之間的幾乎任何角度，只要圖象探測器110和控制器112能夠探測表面粗糙度。
在任何情況下，當前可商業獲得的LED可能會有一些問題。例如，通常的LED提供「環形」形狀的輻射，從而發射較窄、大體圓形的較高強度的輻射束。該束被較低輻射的內區和隨著距束的徑向中心的距離而逐漸消失的較低輻射的外區所同心地圍繞。由於圖象探測器110和控制器112都尋找暗斑或陰影，所以重要的是輻射均勻地照射表面116的視場，從而使陰影或暗斑能夠得到準確的探測，且那些陰影或暗斑的運動能夠得到準確的跟蹤。
與傳統的LED有關的另一問題，是它們通常要求較高的驅動電流以實現較高的強度。根據本發明的一示例性的實施例，隨著照射表面116上的視場的輻射強度的增大，圖象探測器110和控制器112能夠更準確地實現圖象探測或圖案探測。因此，所希望的是有更高強度的輻射從源104照射到表面116上。當然，當更高強度的輻射要求更高的驅動電流時，這會增大源104中的發熱並縮短源104的壽命。類似地，較大的驅動電流還增大了滑鼠器42的總體電力消耗。
另外，諸如計算機輸入裝置的可商業獲得的裝置必須滿足與光強有關的一定的安全標準。例如，光源越小，在滿足眼睛安全標準的情況下眼睛就越能夠靠近。滿足這種標準還使得難於實現所希望強度的表面照射。
另外，傳統的LED還具有稀有材料導線、引線、或類似類型的導體，以使LED接收電力。商業計算機輸入裝置必須還滿足靜電放電(ESD)標準。簡要地說，這種標準要求從裝置的外殼上的開口，任何靜電放電通路必須超過一最小的閾值距離或具有設置在其上的其他的ESD排放或箝位電路。例如，在一種標準中，外殼上的一開口與外殼中的任何暴露的引線之間的ESD放電通路必須超過大約25mm。
此外，如上所述，源104被表示為相對於工作表面116有一角度。然而，這導致了一種拉長的輻射圖案，諸如圖4A中表示的輻射圖案130。拉長的圖案130是由沿著由箭頭132大體表示的方向照射在表面116上的發射極輻射所產生的。假定圖象探測器110所看到的視場由標號134表示，那麼有利的是通過沿著由箭頭136大體表示的方向牽引圖案130的拉長端，而重新形成照明圖案130的形狀。類似地，有關的是沿著箭頭138大體表示的方向延伸照明圖案130的大體中心部分。以此方式重新形成照明圖案130的形狀導致了圖4B中大體表示的照明圖案140。可以看出，通過重新引導輻射以實現圖案140，視場134的區域中的強度增大了，且照射的均勻性也提高了。另外，所希望的是使照明圖案形成另一形狀，諸如大體正方形、矩形等。本發明也可被用來實現這些。
為了解決與傳統LED有關的若干問題，如上所述，本發明的一實施例提供了如圖5所示大體表示的光學耦合器107。在圖5所示的此實施例中，光學耦合器107具有入射端142和出射端144，以及在其之間延伸的一輻射耦合部分146。在一示例性的實施例中，入射端142是大體凸形的，從而使它能夠匯集源104發射的輻射。入射端142還被表示為被設置在源104附近。在圖3和5表示的示例性的實施例中，入射端142位於非常靠近LED104上的透鏡120處。
光傳導部分146用於把入射端142匯集的通過入射端142進入的光沿著透鏡107沿著軸向引導向出射端144。在一示例性的實施例中，出射端144具有大體凹的形狀，用於重新形成在表面116上的照明圖案，從而使該圖案更圓(諸如圖4B中所示的)。
因此，光學耦合器107解決了與傳統LED有關的若干個問題。首先，光學耦合器107具有用於匯集源104發射的輻射的入射端142。這傾向於增大耦合器107的出射端144處出射的輻射強度。另外，出射端144具有適當配置以重新形成照射到表面116上的照明圖案的形狀。這增大了照射到圖象探測器110看到的視場區134上的輻射的強度和均勻性。類似地，光學耦合器107的中心部分146具有這樣的長度，即它足以藉助孔106遮擋一部分輻射源104，從而減小了靜電放電達到外殼102中的任何暴露的引線或導線的可能性。在一示例性的實施例中，LED 107具有足夠的軸向長度，從而使暴露的為源104供電的導線被從孔106除去了超過約25mm。
因而應該理解的是，為了提供滑鼠器42製造中的可重複性和精度，並為了保證光學耦合器107的入射端142接收和匯集所希望的輻射量，且出射端144把輻射引導到表面116上的適當的點，重要的是光學耦合器107和源104彼此有良好的對準。類似地，重要的是出射端144與孔106對準良好。另外，很多傳統的LED具有轉動可變的發射圖案(例如圖案在LED的縱軸附近略微改變)。在一實施例中，光學耦合器107還是對轉動敏感的。因此，不僅使光學耦合器107和源104沿著軸向彼此對準是重要的，且使光學耦合器107和源104相對於彼此適當地轉動取向也是重要的。
圖6是根據本發明的一示例性的實施例的滑鼠器42的一部分的側視剖視圖。圖6表示，滑鼠器42具有其上限定有一孔106的下外殼150。圖6還表示離源104(在圖6所示的實施例中它是一LED)很近地耦合的光學耦合器107。為了實現光學耦合器107與LED 104之間的對準，提供一帶有接收區或斜坡152的底壁150。如在本說明書中隨後更為詳細地描述的那樣，斜坡152包括一大體傾斜的孔道，用於接收光學耦合器107的出射端144。另外，為了進一步地實現對準，滑鼠器42包括一LED支撐外殼154。支撐外殼154將在後面作更詳細的描述，它接收LED 104。外殼154還包括定位柱，其中之一由標號156表示。定位柱156被設置在一電路板158中的相應的孔中。當柱156位於電路板158上的孔中時，外殼154與工作表面116成一定角度地設置，這與光學耦合器107的設置角度大體類似。另外，外殼154使LED 104的發射端位於非常靠近光學耦合器107的入射端142處。
光從LED 104發出並被光學耦合器107匯集和傳送到孔106。該光隨後通過被一透鏡支座157支持的一成象鏡頭155向上反射，通過在印刷電路板158上的一開口206，並照射到圖象探測器110上，而在圖6所示的實施例中該圖象探測器110是一集成電路裝置。開口206的尺寸使得圖象探測器110能夠被安裝在其上，並使其敏感的探測器陣列與透鏡155對準。用於傳送由工作表面116反射的反射輻射至圖象探測器110的光學耦合組件，隨後將在本說明書中結合圖10C-18進行討論。
圖7A和7B更好地表示LED外殼154。圖7A是LED外殼154的側視圖，且圖7B是後視圖，是從LED外殼154的後側160看的。圖7A表示，在一示例性的實施例中，LED外殼154實際上具有沿著沿外殼154從前向後的方向偏移的多個定位柱156。圖7A還表示，由標號161表示並用虛線表示的孔道或孔從外殼154的後端160向前端162通過外殼154延伸。圖7A還表示，在外殼154的前端162上的開口161的兩側中的任何一側上設置有一對缺口或階梯164。
圖7B表示，在一示例性的實施例中，定位柱156不僅從前向後偏移，而且從外殼154上的一側向一側偏移。圖7B進一步表示，在一示例性的實施例中，開口161由具有平坦側166的外殼154的內周邊限定。平坦側166用於與具有平坦側的可商業獲得的LED相匹配。以此方式，在組裝中，LED將總是在外殼154內被置於類似的轉動取向。
圖7C是表示該組件和光學耦合器107與LED外殼154的對準的分解圖。圖7C表示，在一示例性的實施例中，光學耦合器107包括一頂凸緣168和一對側凸緣170和172。凸緣168-172被表示為與光學耦合器107整體地形成。然而，它們也可以作為與其連接的分立的部件而形成。
在任何情況下，光學耦合器107被插入滑鼠器42的外殼150上的孔道152中。孔道部分152包括一用於接收光學耦合器107的出射端144的內腔174。光學耦合器107在腔174內滑動，直到凸緣168-172的前端鄰接了限定腔174的壁176。凸緣168-172因而阻止了光學耦合器107在腔174中的進一步前進。以此方式，光學耦合器107被設置在向著孔106的所希望的向下的角度(例如約20°)。外殼154隨後用定位銷156定位在印刷電路板158上。一旦它們被定位，階梯或缺口164抵在凸緣170和172的後端並在其上施加一略微向下的壓力。外殼154的前端剛好在缺口164之下，也抵住凸緣170和172的後表面，以使光學耦合器107不能向後移動而移出腔174。
圖8A和8B是等軸側投影圖，它們更好地表示了滑鼠器42的形成斜坡部分152的外殼150的部分。圖8A和8B表示一壁176，它包括一斜坡部分178，該斜坡部分具有一大體凸起的部分180和一對支撐部分182和184。壁176的上部鄰接光學耦合器107上的凸緣168前端，而光學耦合器107上的側凸緣170和172沿著支撐部分182和184設置。以此方式，外殼150的斜坡部分152確保光學耦合器107在腔174內有適當的取向。
還可能重要的是，LED 104發出的光在限定滑鼠器42的內部的整個外殼中總體上不是自由輻射的。因此，圖8A和8B表示，斜坡部分152帶有一延伸壁186。壁186在斜坡部分152的上方延伸並大體上包圍了斜坡部分152的三側。這有助於防止來自LED 104的輻射通過整個外殼。
圖9是位於腔174內的光學耦合器107的放大圖。圖9更好地表示了與壁部分176鄰接的凸緣168、170和172的前端和沿著斜坡支撐部分182和184延伸的凸緣170和172的下部。
圖10A-10C更好地表示了光學耦合器107、LED 104、以及LED外殼154。圖10A和10B表示了在滑鼠器42的下外殼部分中彼此耦合的光學耦合器107、LED 104和外殼154，其中沒有組裝的印刷電路板158。圖10C表示相同的組件，只是外殼中提供了印刷電路板158。圖10A更好地表示出，LED外殼154上的缺口164類似地位於凸緣170的上表面上。應該理解的是，在與圖10A所示的相對的外殼154的一側，相對設置的缺口164位於凸緣172上。圖10A還更好地表示出，外殼154剛好在缺口164之下的部分位於凸緣170的一軸向端上，以阻止光學耦合裝置107向著外殼154的向後的運動而移出它所設置在的腔174。
圖10A和10B還表示，LED 104被表示為帶有一對電力引線190和192，它們從其大體向後延伸並向下在沿著外殼154向後延伸的凸緣198的槽194和196中向下延伸。在一示例性的實施例中，凸緣198與外殼154整體地形成。因而可見，光學耦合器107提供了滑鼠器42的下外殼中的孔106與LED 104的暴露的引線190和192之間一顯著的偏移。
圖10A和10B還表示，在一示例性的實施例中，滑鼠器42的下外殼部分150帶有若干個支撐部分200和多個夾202。印刷電路板158(圖10C表示)被支撐部分200支撐並被夾202保持定位。
圖11是與圖6類似的滑鼠器42的一部分的側視剖視圖，且類似的項用相應的標號表示。圖11更為詳細地表示了光學耦合器108，它包括成象鏡頭155和ESD屏蔽罩300。在一示例性的實施例中，透鏡155用傳統的注模工藝(其中ESD屏蔽罩300被注模在透鏡155周圍)與ESD屏蔽罩300整體製成(ESD屏蔽罩300在本說明書中將在後面結合圖13A-14B進行更詳細的的描述)。ESD屏蔽罩300被表示為由可商業獲得的、以LEXAN 141的名稱銷售的聚碳酸酯材料形成。圖11還表示，ESD屏蔽罩300沿著一第一方向從透鏡155向著光學耦合器107延伸，並沿著一第二方向從透鏡155離開光學耦合器107。沿著離開光學耦合器107的方向，ESD屏蔽罩300提供一通道302，它接收一從下表面150突出的柵欄部分304。這種嵌套設置有效地增大了沿著該方向的靜電放電通路。換言之，通過孔106、在透鏡155周圍並沿著離開光學耦合器107方向的靜電放電，必須首先沿著向上的方向通過柵欄304，隨後沿著向下的方向，並進一步離開光學耦合器107行進，直到它達到ESD屏蔽罩300的輸出端，才能夠與任何暴露的引線接觸。
圖12是圖象探測器110的一示例性的實施例的側視圖。在圖12所示的實施例中，圖象探測器110包括一具有敏感區306的集成電路部分304和一孔板308。在圖12所示的實施例中，孔板308具有一依賴部分310，其中有一孔用於使輻射通過並照射到敏感區306上。
圖13A和13B是ESD屏蔽罩300的軸側投影圖。圖13A和13B表示，ESD屏蔽罩300具有一延伸壁部分312、一透鏡保持區314、多個突起316和多個彈性偏置部件318，其每一上面都具有依靠腳320。圖13A和13B還表示，ESD屏蔽罩300具有一過渡部分322，它在壁312與透鏡保持區314之間進行過渡。
彈性部件318的腳被表示為在ESD屏蔽罩300的下表面之下向下延伸。因此，腳320在一未偏置的位置使ESD屏蔽罩300略微離開滑鼠器42的下表面150上升。然而，彈性部件318基本上是以從ESD屏蔽罩300的其餘部分延伸的懸臂的形式形成的，以提供使透鏡保持區314向著圖象探測器110偏置的彈性力，如後面更詳細描述的那樣。
圖14A和14B是組裝到滑鼠器42的下外殼部分150上的ESD屏蔽罩300的軸側投影圖。圖14A和14B表示，壁部分312大體上限定了比壁部分186大的一內周邊。壁部分312在一示例性的實施例中還比壁部分186高。因此，ESD屏蔽罩300的壁部分312在壁186的區域中提供了附加的ESD保護。
圖14A和14B還表示，ESD屏蔽罩300沿著離開透鏡保持區314的所有徑向方向延伸。因此，當ESD屏蔽罩300被形成，且成象鏡頭155通過眾所周知的注模工藝被整體模製在透鏡保持區314中時，印刷電路板158和所有裸露的引線或導體都被安裝在ESD屏蔽罩300上的滑鼠器42外殼中。滑鼠器42的外殼的底部中的孔106，因而有效地被限定的ESD通路與任何裸露的引線或導線分開最小ESD屏蔽罩300的外周邊的距離。
不僅ESD屏蔽罩300提供了一種ESD障礙，它還增強了透鏡155與圖象探測器110之間的對準。圖15是圖象探測器110與ESD屏蔽罩300之間的接口的部分剖視圖，它是沿著圖14A中的剖線15-15取的。圖15表示，透鏡保持區314被一壁限定，該壁具有一略微向外張開的內周邊。透鏡保持區314的內周邊也具有適當的尺寸，以接收圖象探測器110的孔板310的一部分。當印刷電路板158被扣合到滑鼠器42的外殼中的位置時，孔板310在限定透鏡保持區314的壁上施加一向下的壓力。在ESD屏蔽罩300的角上的偏置部件318提供一相對的偏置力，其與印刷電路板施加的向下的偏轉力相對。這使得限定壁的區域314與孔板310嵌套並與其對準。這種對準動作使透鏡155與孔板310非常接近，並還使透鏡155與孔板310緊密對準。
圖16是其上組裝有印刷電路板158的ESD屏蔽罩300的一部分的側視剖面圖。圖16表示，在一示例性的實施例中，在ESD屏蔽罩300上的突起316與印刷電路板158的下表面之間有一略微的間隙。以此方式，如果印刷電路板158或ESD屏蔽罩300沿著箭頭322所示的方向轉動或傾斜，則只有程度很小的這種轉動能夠被容納。印刷電路板158的底表面此時將與相應突起316的上表面嚙合。這種嚙合防止了沿著該方向的進一步轉動並加強了成象鏡頭155與圖象探測器110之間的對準。
圖17表示用於把透鏡155耦合到滑鼠器42的下外殼150上的一種替換實施例。不是提供與透鏡155整體模製或整體耦合的ESD屏蔽罩(諸如上述的ESD屏蔽罩300)，圖7所示的實施例只是表示，滑鼠器42的外殼的底表面150帶有透鏡接收塊350。透鏡接收塊350上有一尺寸適當的開口，用於緊貼地接收透鏡155的外周邊。透鏡155此時將利用光學等級的粘合劑、利用摩擦配合、或利用機械夾或其他固定裝置，附著在塊350中的開口內。在該實施例中，由於透鏡155被直接固定在滑鼠器42的底外殼中，所以沒有通過孔向上的靜電放電。因此，可以除去ESD屏蔽罩300。
圖18表示在滑鼠器42中固定透鏡155的另一替換實施例。在圖18中，塊350如圖17所示地設置。然而，不是利用粘合劑把透鏡155固定在塊350的開口中，塊350具有接收一O形環352的內部槽。在一示例性的實施例中，O形環352由矽橡膠或可彎曲的橡膠材料形成。在此實施例中，透鏡155可被插入開口並利用摩擦配合或扣合式配合而被固定在其內。透鏡155和O形環352因而有效地密封了開口而使靜電放電不進入其中。
也可構造其他的替換實施例。例如，光學耦合器107可被分成沿其縱軸的兩或更多件。另外，光學耦合器107的入射端142可利用粘合劑或設置在LED 104和端142周圍的機械外殼固定在LED 104上。出射端144可利用LED外殼154以外的其他裝置被固定在腔174內。例如，光學耦合器107的出射端144可被附著在腔174內或利用一種分立的機械夾被附著在腔174內。另外，偏置部件318可以其他裝置的方式實現，諸如單獨的彈簧或彈簧部件，且可以有比所示的更多或更少的偏置部件318。
同時，雖然以上的描述在某些地方是結合滑鼠器進行的，但本發明可被用於其中要探測運動的任何類型的計算機輸入裝置。例如，且如在作為參考文獻所引用的申請中，本發明可被用於跟蹤球。在此情況下，光學耦合器107和/或108可分別被插入輻射源與跟蹤球表面之間和跟蹤球表面與圖象檢測器之間。一種類似的設置可被用來探測基本上任何表面相對於圖象探測器的運動。結論因而可以看到，本發明的一種示例性的實施例提供了在計算機輸入裝置的輻射發射端和輻射探測端之一或兩者上的光學耦合組件。這種光學耦合組件提供了一或多個優點。例如，該光學耦合組件用於使其光學部件對準，並同時保持了組裝的簡易。而且，該該光學耦合組件克服了與可商業獲得的光源(諸如LED)有關的若干缺點。該光學耦合組件用於增大光源照射的表面的光強和均勻性，同時減小了所需的驅動電流。該光學耦合組件還增強了ESD保護，並提供了取向靈敏部分的適當取向。
還應該注意的是，在此提到的具體的透鏡或透鏡元件的要求，是利用眾所周知的光學設計技術確定的。這些要求通常取決於透鏡距光源和所要照射的表面的距離、所希望的焦點、所希望的照明圖案、所涉及的部件的尺寸、照射角、所希望的光強等。
雖然結合最佳實施例描述了本發明，但是本領域的技術人員應該理解，在不脫離本發明的精神和範圍的前提下，可以進行各種改變。
權利要求
1．一種計算機輸入裝置中用的耦合組件，該計算機輸入裝置具有帶有孔的一第一外殼部分、一輻射源、以及一圖象探測器，該輻射源發射的輻射通過該孔，且圖象探測器接收從計算機輸入裝置在其上使用的一工作表面反射的輻射，該耦合組件包括一與該輻射源耦合的源外殼；一第一光學耦合器，它大體上設置在源外殼與下外殼部分中的孔之間；以及一支撐第一光學耦合器的第一光學耦合器外殼。
2．根據權利要求1的耦合組件，其中第一光學耦合器包括一位於輻射源附近的匯集端，用於匯集輻射源發射的輻射。
3．根據權利要求2的耦合組件，其中第一光學耦合器包括一發射端，它發射被匯集端匯集的輻射以在工作表面上形成一照明圖案。
4．根據權利要求3的耦合組件，其中第一光學耦合器包括一成形部分，用於使照明圖案成形為所希望的照明圖案。
5．根據權利要求4的耦合組件，其中第一光學耦合器外殼具有適當的配置以支撐第一光學耦合器，從而使其發射端發射的輻射以0°和90°之間的一角度照射到工作表面上。
6．根據權利要求5的耦合組件，其中成形部分被適當配置以對照明圖案進行成形，從而提高照明圖案中的輻射均勻性。
7．根據權利要求6的耦合組件，其中成形部分具有適當配置以提供大體為圓形的所希望的照明圖案。
8．根據權利要求4的耦合組件，其中成形部分被設置在第一光學耦合器的發射端。
9．根據權利要求3的耦合組件，其中第一光學耦合器包括一在匯集端與發射端之間的伸長的輻射引導部分。
10．根據權利要求3的耦合組件，其中第一光學耦合器被適當配置，以與第一光學耦合器外殼發生機械作用，從而使第一光學耦合器具有所希望的取向。
11．根據權利要求3的耦合組件，其中下外殼具有一種外表面，該外表面限定了該孔，且其中第一光學耦合器外殼包括一斜坡，它具有適當的尺寸，以在其上接收第一光學耦合器並以相對於該外表面成0°和90°之間的一角度支撐第一光學耦合器。
12．根據權利要求11的耦合組件，其中第一光學耦合器包括設置在其外周邊上並與斜坡嚙合的多個凸緣。
13．根據權利要求12的耦合組件，其中第一光學耦合器外殼進一步限定了一腔，該腔具有一入口，該入口具有適當尺寸以接收第一光學耦合器的發射端。
14．根據權利要求13的耦合組件，其中多個凸緣中的至少一個與鄰近入口的第一光學耦合器外殼鄰接，以阻止第一光學耦合器進入腔的進一步運動。
15．根據權利要求13的耦合組件，其中第一光學耦合器外殼進一步包括一在入口的一部分上延伸的壁，它將入口與圖象探測器分開。
16．根據權利要求15的耦合組件，其中第一光學耦合器外殼是與下外殼部分一體形成的。
17．根據權利要求3的耦合組件，其中源外殼具有一第一端和一第二端，且其中第一端位於第一光學耦合器的匯集端附近。
18．根據權利要求17的耦合組件，其中源外殼的第一端與第一光學耦合器嚙合，從而把第一光學耦合器固定在第一光學耦合器外殼中。
19．根據權利要求18的耦合組件，其中輻射源與一電路板電耦合，且其中源外殼包括多個定位器，這些定位器具有適當尺寸以被設置在電路板上的定位孔內。
20．根據權利要求18的耦合組件，其中輻射源包括一種不規則的外形，且其中源外殼包括具有適當形狀以接收輻射源的不規則外形的內表面。
21．根據權利要求1的耦合組件，並進一步包括一設置在計算機輸入裝置的第一外殼部分中的孔與圖象探測器之間的第二光學耦合器。
22．根據權利要求21的耦合組件，其中第二光學耦合器包括一成象鏡頭，它大體上位於第一外殼部分上的孔與圖象探測器之間，該成象鏡頭把通過第一外殼部分上的孔進入的輻射會聚到圖象探測器上。
23．根據權利要求22的耦合組件，其中第二光學耦合器包括一耦合到成象鏡頭上的成象鏡頭安裝組件。
24．根據權利要求23的耦合組件，其中成象鏡頭安裝組件包括與成象鏡頭耦合的至少一個偏置部件，用於把成象鏡頭相對於圖象探測器偏置向一預定位置。
25．根據權利要求24的耦合組件，其中該至少一個偏置部件把成象鏡頭偏置向圖象探測器。
26．根據權利要求24的耦合組件，其中成象鏡頭安裝組件包括一透鏡安裝區和一從該透鏡安裝區總體上向外沿徑向延伸的延伸部分。
27．根據權利要求26的耦合組件，其中至少一個偏置部件包括多個與延伸部分的外周邊耦合的彈性部件，每一彈性部件都包括沿著大體向著圖象探測器的方向提升透鏡安裝組件的突出的腳。
28．根據權利要求26的耦合組件，其中延伸部分是由電絕緣材料形成的，並具有適當尺寸以把通過孔進入的靜電放電行進路徑延長至一所希望的長度。
29．根據權利要求26的耦合組件，其中成象鏡頭安裝組件被注模在成象鏡頭周圍，從而使成象鏡頭與成象鏡頭安裝組件構成一整體。
30．根據權利要求26的耦合組件，其中成象鏡頭安裝組件包括一接口，用於使成象鏡頭與圖象探測器在至少一個偏置部件所施加的偏置力的作用下對準。
31．根據權利要求30的耦合組件，其中圖象探測器包括一突出的孔板，且其中該接口包括一壁，該壁大體上限定了透鏡保持區並具有適當的形狀以與該突出的孔板相匹配。
32．根據權利要求31的耦合組件，其中大體上限定了透鏡保持區的壁具有適當尺寸，以接收該突出的孔板的一部分，從而在偏置力的作用下該接口尋求與該孔板對準。
33．根據權利要求26的耦合組件，其中圖象探測器被裝在一電路板上，且其中延伸部分包括多個突出部分，這些突出部分與透鏡安裝區分開並向著電路板突出，從而限制電路板與延伸部分的相對運動。
34．根據權利要求21的耦合組件，其中第二光學耦合器包括一成象鏡頭，它附著固定在與孔相鄰的計算機輸入裝置的下外殼部分上。
35．根據權利要求21的耦合組件，其中第二光學耦合器包括一成象鏡頭，它通過阻止靜電放電通過的固定機構而被固定在與孔相鄰的計算機輸入裝置的下外殼部分上。
36．一種計算機輸入裝置中用的耦合組件，該計算機輸入裝置具有帶有一孔的第一外殼部分、一輻射源、一成象鏡頭和一圖象探測器，該輻射源發射的輻射通過該孔，該成象鏡頭把通過孔的輻射聚焦到圖象探測器上，且該圖象探測器接收來自成象鏡頭的輻射，該耦合組件包括一與成象鏡頭耦合的成象鏡頭安裝組件，該成象鏡頭安裝組件包括與成象鏡頭耦合的至少一個彈性偏置部件，用於相對於圖象探測器把成象鏡頭偏置到一預定位置。
37．根據權利要求36的耦合組件，其中至少一個偏置部件把成象鏡頭偏置向圖象探測器。
38．根據權利要求36的耦合組件，其中成象鏡頭安裝組件包括一透鏡安裝區和一從該透鏡安裝區大體沿徑向向外延伸的延伸部分。
39．根據權利要求38的耦合組件，其中該至少一個彈性偏置部件包括與延伸部分的外周邊耦合的多個彈性部件，每一彈性部件都包括用於沿著大體向著圖象探測器的方向提升透鏡安裝組件的突出的腳。
40．根據權利要求38的耦合組件，其中延伸部分由電絕緣材料製成，並具有適當尺寸以使通過孔的靜電放電行進路徑延伸至一所希望的長度。
41．根據權利要求38的耦合組件，其中成象鏡頭安裝組件被注模在成象鏡頭周圍，從而使成象鏡頭與成象鏡頭安裝組件形成一整體。
42．根據權利要求38的耦合組件，其中成象鏡頭安裝組件包括一接口，該接口具有適當的配置以在至少一個偏置部件施加的偏置力的作用下使成象鏡頭與圖象探測器對準。
43．根據權利要求42的耦合組件，其中圖象探測器包括一突出的孔板，且其中該接口包括一壁，該壁大體限定透鏡保持區並具有適當的形狀以與該突出的孔板匹配。
44．根據權利要求43的耦合組件，其中大體限定透鏡保持區的壁具有適當尺寸以接收該突出的孔板的一部分，從而在偏置力的作用下該接口尋求與該孔板對準。
45．根據權利要求38的耦合組件，其中圖象探測器被裝在一電路板上，且其中延伸部分包括多個突出部分，這些突出部分與透鏡安裝區分開並向著電路板突出，以限制電路板與延伸部分的相對運動。
46．根據權利要求36的耦合組件，其中成象鏡頭安裝組件包括一與第一外殼部分相鄰的透鏡接收腔，該成象鏡頭被附著固定在該透鏡接收腔中。
47．根據權利要求21的耦合組件，其中成象鏡頭安裝組件包括一與第一外殼部分上的孔相鄰的透鏡接收腔，成象鏡頭通過阻止靜電放電通過的一種固定機構在透鏡接收腔內被固定在計算機輸入裝置的第一外殼部分上。
48．一種計算機輸入裝置，包括一第一外殼部分，其中有一孔；一輻射源；一成象鏡頭；一圖象探測器，該輻射源發射的輻射通過該孔，該成象鏡頭把通過該孔的輻射聚焦到圖象探測器上，且圖象探測器接收來自成象鏡頭的輻射；以及一耦合組件，它包括與成象鏡頭耦合的一成象鏡頭安裝組件，該成象鏡頭安裝組件包括至少一個彈性偏置部件，該至少一個彈性偏置部件與成象鏡頭可操作地耦合，並相對於圖象探測器把成象鏡頭偏置向一預定的位置。
49．一種計算機輸入裝置，包括一帶有孔的第一外殼部分；一輻射源；一圖象探測器，該輻射源發射的輻射通過該孔，且圖象探測器接收從計算機輸入裝置在其上使用的一工作表面反射的輻射；以及一耦合組件，它包括一與輻射源耦合的源外殼、一大體上設置在源外殼與第一外殼部分上的孔之間的第一光學耦合器、以及一支撐第一光學耦合器的第一光學耦合器外殼。
50．根據權利要求49的計算機輸入裝置，其中第一光學耦合器包括一位於輻射源附近的匯集端，用於匯集輻射源發射的輻射；以及一發射端，用於發射被匯集端匯集的輻射以在工作表面上形成一照明圖案，該發射端使照明圖案成形為所希望的照明圖案，以提高工作表面上的輻射的均勻性。
51．一種計算機輸入裝置，包括一帶有一孔的第一外殼部分；一輻射源；一圖象探測器，該輻射源發射的輻射通過該孔，且圖象探測器接收從計算機輸入裝置在其上使用的一工作表面反射的輻射；以及一耦合組件，它包括一伸長的導光器，用於把來自輻射源的輻射引導向該孔並具有適當的尺寸以使輻射源與孔相距足夠的距離，該距離足以使靜電放電路徑增大到一所希望的長度。
52．一種計算機輸入裝置中用的耦合組件，該計算機輸入裝置具有一第一外殼部分、一輻射源、以及一圖象探測器，該輻射源發射的輻射向著一可運動的表面，且該圖象探測器接收從該表面反射的輻射，該耦合組件包括一與輻射源耦合的源外殼；一大體設置在源外殼與運動表面之間的第一光學耦合器；以及一支撐第一光學耦合器的第一光學耦合器外殼。
53．根據權利要求52的耦合組件，其中第一光學耦合器包括一位於輻射源附近的匯集端，用於匯集輻射源發射的輻射。
54．根據權利要求53的耦合組件，其中第一光學耦合器包括一發射輻射的發射端，該輻射被匯集端所匯集以在可運動表面上形成一照明圖案。
55．根據權利要求54的耦合組件，其中第一光學耦合器包括一成形部分，用於使照明圖案成形為所希望的照明圖案。
56．根據權利要求55的耦合組件，其中計算機輸入裝置包括一可轉動部件，且其中表面包括該可轉動部件的表面。
57．根據權利要求54的耦合組件，其中第一光學耦合器包括一在匯集端和發射端之間的伸長的輻射傳導部分。
58．根據權利要求52的耦合組件，並進一步包括一設置在該表面與圖象探測器之間的第二光學耦合器。
59．根據權利要求58的耦合組件，其中第二光學耦合器包括一大體位於可運動表面與圖象探測器之間的成象鏡頭，該成象鏡頭把從可運動表面反射的輻射聚焦到圖象探測器上。
60．根據權利要求59的耦合組件，其中第二光學耦合器包括一與成象鏡頭耦合的成象鏡頭安裝組件。
61．根據權利要求60的耦合組件，其中成象鏡頭安裝組件包括與成象鏡頭耦合的至少一個偏置部件，用於相對於圖象探測器把成象鏡頭偏置向一預定位置。
62．根據權利要求61的耦合組件，其中成象鏡頭安裝組件包括一透鏡安裝區和從一該透鏡安裝區大體沿著徑向向外延伸的延伸部分。
全文摘要
一發射體透鏡(107)被設置在一輻射源(104)與一待照射的工作表面(116)之間。該發射體透鏡匯集輻射並重新形成照明圖案的形狀以提高光強和均勻性。輻射源和發射體透鏡具有相關的外殼(154、152),這些外殼用於使發射體透鏡和輻射源具有適當的取向並對準。發射體透鏡還用於使輻射源與在計算機輸入裝置的一外殼(150)中的一孔(106)隔開,以提供對靜電放電(ESD)造成的損壞的保護。在工作表面(116)與一圖象檢測器(110)之間設置一成象鏡頭(155),以把從工作表面反射的光會聚到圖象檢測器上。提供一成象鏡頭外殼或支座(157),以使成象鏡頭和圖象檢測器具有適當的取向和對準。成象鏡頭外殼提供一裙(300),它增大了ESD放電的路徑長度。成象鏡頭外殼(157)還提供了偏置部件和一透鏡/檢測器接口,該接口用於使成象鏡頭準確地定位在圖象檢測器附近。
文檔編號G06F3/041GK1297551SQ00800385
公開日2001年5月30日 申請日期2000年3月16日 優先權日1999年3月22日
發明者馬諾裡特·E·阿丹, 馬克·W·卡瑟伯爾特, 埃裡克·G·范福西, 蘇勒西·文卡特 申請人:微軟公司