產生均勻照明的光透鏡體及光學式滑鼠的製作方法
2023-04-24 12:31:01
專利名稱：產生均勻照明的光透鏡體及光學式滑鼠的製作方法
技術領域：
本實用新型是關於產生均勻照明的光透鏡體及光學式滑鼠，尤指用以消除光學式滑鼠的發光源的暗區且產生均勻照明的光透鏡體，以及具有該光透鏡體的光學式滑鼠。
背景技術：
滾球式滑鼠是目前最為廣泛使用的計算機光標定位與功能選擇裝置。其作動機制，是使用一顆滾球與對應的接觸式傳感器，來定位出滑鼠的位移與移動方向，其運用的原理是機械式的。但它的最大缺點，在於其接觸式傳感器很容易堆積塵垢，會影響光標的定位，因此必須時常地清潔滑鼠，滾球式滑鼠滑鼠的使用壽命並不久。
近幾年來，由於光學式滑鼠價格趨於平價，且光標定位精準、反應靈敏、無塵垢堆積問題而無須時常清潔其內部，因而使用壽命較滾球式滑鼠長，所以，光學式滑鼠已有取代滾球式滑鼠的趨勢。
光學式滑鼠是使用一發光源，一般為發光二極體，照射在一表面上，如滑鼠墊或桌面而發生散射現像。而光學式滑鼠需還使用一成像透鏡，將照明區域的表面紋理成像於光傳感器上，光傳感器將光強訊號轉出成數字訊號，最後，再由辨識軟體判斷出屏幕上光標應該的位移量與移動方向。因此，對於光學式滑鼠而言，提供一均勻且明亮的照明是很重要的，它關係著成像在光傳感器的影像質量與對比高低，進而影響著辨識軟體對光標位移與方向的判斷能力。
請參閱圖1A-1C，圖1A-1C為已知發光二極體的暗區的示意圖。如圖1A所示，已知光學式滑鼠使用發光二極體為發光源10，照射在如滑鼠墊或桌面的照射面12上。由於，光學式滑鼠的光傳感器(未顯示)位於目標面的正上方，所以可接收由照射面12上散射的光束，並且由如圖1B所揭示的發光二極體的剖面圖可知，發光二極體的焊點14與導絲不會發光，如此使得照射於照射面12的光束將會區分成環形暗區16和光亮區18，如圖1C所示，其照度分布並不均勻。
為解決上述發光二極體照明的暗區不均勻問題，目前以已知(US6476970B1)的做法為較佳。已知的解決方式如圖2所示，光透鏡體20將發光二極體所發出的發光源的光束，首先在入光面21做近平行化的步驟(入光面21使用球面曲率或Fresnel Lens)，再將此近平行化的光束在如分割點22的光透鏡體20內部予以分割(使用它所謂的Split Roof)，接著將此些經分割後的近平行化光束於出光面23予以重疊(出光面23用使多斜面結構)，最後均勻且明亮地投射在照射面12上。然而，此做法的缺點是，發光二極體所投射出的光束需順序地在不同作用面且在不同時間，經歷近平行化、分割及重疊的處理步驟，才能得到一均勻的照明。因此，光透鏡體20在結構尺寸上就無法輕薄短小。另外，由於此已知的光透鏡體20結構上，發光源10、入光面21、出光面23及照射面12不處在同如虛線所示的作用線24的一直線，因此，光束必然會發生轉折而導致光能損耗，進而使得投射在照射面12上的照度降低。
實用新型內容本實用新型的主要目的在提供一種輕薄短小的光透鏡體，可使得發光源的光束不需轉折也不會有光能損耗，最後均勻地投射在一目標面上。
本實用新型的另一目的在提供一種均勻照明的產生方法，其中包含了可在同一作用面上，將發光源的光束，同時作分割、收斂與重疊的處理，最後在目標面上可以得到一均勻且明亮的照明區域。
為了達到上述目的，本實用新型提供了一種產生均勻照明的光透鏡體，該光透鏡體用於使一光學式滑鼠的一發光源的光束得以均勻且明亮地投射於一目標面上，而該光學式滑鼠的一光傳感器位於該目標面的正上方，接收由該目標面上散射的該發光源的光束，該光透鏡體包含一入光面，該入光面是由數個弧面鏡面所構成，每一弧面鏡面均具有一弧面曲率；其中，該發光源的光束分別穿過每一弧面鏡面時，每一該弧面鏡面將基於各自的該弧面鏡面的該弧面曲率，而分別地使該發光源的光束被分光、被收斂和被重疊，藉此於離開該光透鏡體後，收斂於距離該光透鏡體一特定點，並與其它穿過該弧面鏡面的該發光源的光束互相重疊於該目標面上。
上述光透鏡體中發光源為發出非準直(non-collimated)且位置上有暗區的光束的發光二極體。
上述光透鏡體還包括一出光面，該出光面為與所述入光面在同一直線延伸的一平滑面；或該出光面為與該入光面在同一直線延伸的一弧面，該弧面可使該發光源的光束再一次被收斂，而藉此增加更多的調製參數和自由度；或該出光面為與該入光面在同一直線延伸的數個弧面，數個弧面可使該發光源的光束再一次被分光、被收斂和被重疊，而藉此增加更多的調製參數和自由度；或該出光面為與該入光面不在同一直線延伸的一平滑面，而使離開該光透鏡體的該發光源的光束轉折；該出光面為與該入光面不在同一直線延伸的一弧面，而使離開該光透鏡體的該發光源的光束轉折，該弧面可使該發光源的光束再一次被收斂，而藉此增加更多的調製參數和自由度；或該出光面為與該入光面不在同一直線延伸的數個弧面，而使離開該光透鏡體的該發光源的光束轉折，數個弧面可使該發光源的光束再一次被分光、被收斂和被重疊，而藉此增加更多的調製參數和自由度。
上述光透鏡體的弧面鏡面的弧面曲率可分為X方向弧面曲率和Y方向弧面曲率，即水平方向的弧面曲率和垂直方向的弧面曲率。
本實用新型還提供了一種產生均勻照明的光透鏡體，該光透鏡體用於使一光學式滑鼠的一發光源的光束得以均勻且明亮地投射於一目標面上，而該光學式滑鼠的一光傳感器位於該目標面的正上方，接收由該目標面上散射的該發光源的光束，該光透鏡體包含一入光面，該入光面由數個斜面鏡面所構成，每一斜面鏡面均具有一斜面曲率；其中，該發光源的光束分別穿過每一斜面鏡面時，每一該斜面鏡面將基於各自的該斜面鏡面的該斜面曲率，而分別地使該發光源的光束被分光、被收斂和被重疊，藉此在離開該光透鏡體後，收斂於距離該光透鏡體一特定點，並與其它穿過該斜面鏡面的該發光源的光束互相重疊於該目標面上。
本實用新型還提供了一種產生均勻照明的光透鏡體，該光透鏡體用於使一光學式滑鼠的一發光源的光束得以均勻且明亮地投射於一目標面上，而該光學式滑鼠的一光傳感器位於該目標面的正上方，接收由該目標面上散射的該發光源的光束，該光透鏡體包含一入光面，該入光面由數個凹面鏡面所構成，每一凹面鏡面均具有一凹面曲率；其中，該發光源的光束分別穿過每一凹面鏡面時，每一該凹面鏡面將基於各自的該凹面鏡面的該凹面曲率，而分別地使該發光源的光束被分光、被收斂和被重疊，藉此在離開該光透鏡體後，收斂於距離該光透鏡體一特定點，並與其它穿過該凹面鏡面的該發光源的光束互相重疊於該目標面上。
此光透鏡體應用於光學式滑鼠中，而使得光學式滑鼠的發光源得以消除暗區並均勻地投射於一目標面上，進而提供光學式滑鼠的光傳感器一均勻的照明。
本實用新型還提供了一種光學式滑鼠，該光學式滑鼠至少包含一發光源，該發光源是用以發出非準直(non-collimated)且位置上有暗區的一光束；
一產生均勻照明的光透鏡體，該光透鏡體具有數個弧面鏡面，且該光透鏡體借著每一弧面鏡面的不同的弧面曲率，而使得該發光源的該光束被分光、被收斂和被重疊，藉此消除該發光源的暗區，而均勻地投射於一目標面上；一底殼，該底殼具有一成像鏡；以及一光傳感器，該光傳感器位於該目標面的正上方，通過該成像鏡接收從該目標面上散射的該光束。
簡單地說，本實用新型所揭示的光透鏡體至少包含一入光面，而入光面是由均具有的X、Y方向弧面曲率的數個弧面鏡面所構成。當發光源的光束分別穿過每一弧面鏡面時，每一該弧面鏡面將基於各自的弧面鏡面的X、Y方向弧面曲率，而分別地使發光源的光束同時被分光、被收斂和被重疊，藉此於離開光透鏡體後，收斂於距離該光透鏡體一特定點，並與其它穿過弧面鏡面的發光源的光束互相重疊於目標面上。
關於本實用新型的優點與精神可以藉由以下的實用新型詳述及附圖得到進一步的了解。
圖1A-1C為已知發光二極體的暗區的示意圖。
圖2為已知光透鏡體的示意圖。
圖3A-3B為具體施例的示意圖。
圖4為本實用新型的產生均勻照明的光透鏡體30的光學作用示意圖。
圖5A-5D為本實用新型消除環狀暗區及提供均勻照明的原理的示意圖。
圖6A-6F為本實用新型的產生均勻照明的光透鏡體的示意圖。
圖7A-7B為本實用新型的產生均勻照明消除暗區的另一光透鏡體的示意圖。
圖中10發光源 12射照面14焊點16環形暗區
18光亮區20成像透鏡29光學式滑鼠30光透鏡體32虛線區域 33底殼34弧面鏡面 35斜面鏡面37凹面鏡面 36成像鏡38光感應器 40目標面42特定點50有效區域52照明區域 21、60、65入光面23、61、62、63、66、67、68出光面24作用線22分割點具體實施方式
請參閱圖3A-3B，圖3A-3B為具體施例的示意圖。如圖3A所示，本實用新型的光學式滑鼠29是至少具有發光源10、產生均勻照明的光透鏡體30、底殼33、底殼33上的成像透鏡36以及光感應器38所構成。其中，發光源10是用以如發光二極體發出非準直(non-collimated)且位置上有暗區的光束。而光透鏡體30是用以使得發光源的光束被分光、被收斂和被重疊，藉此消除發光源的暗區，而均勻地投射於目標面上。而底殼33則具有成像透鏡36，光傳感器38則位於目標面的正上方，藉此通過成像透鏡36將目標面的紋理精準地成像於光傳感器上，光傳感器38將光強訊號轉出成數字訊號，最後，再由辨識軟體判斷出光標應該的位移量與移動方向接收從目標面上散射的光束。
圖3B為圖3A中虛線區域32的放大圖，其中產生均勻照明的光透鏡體30的入光面，是由數個弧面鏡面34所構成，而每一弧面鏡面34均具有不同的X、Y方向弧面曲率，顯示出本實用新型的光透鏡體擁有眾多的調製參數與自由度，可充分地利用與分配發光源10的光束。以下光透鏡體30的作用方式做進一步的說明。
請參閱圖4，圖4為本實用新型的產生均勻照明的光透鏡體30的光學作用示意圖。如圖4所示，當發光源10的光束分別穿過每一弧面鏡面34時，每一該弧面鏡面34將基於各自的弧面鏡面34的X，Y方向弧面曲率，而分別地使發光源10的光束同時被分光、被收斂和被重疊。因此，當發光源10的光束進入光透鏡體30時，發光源10的光束將同時被分光與被收斂，而發光源10的光束離開光透鏡體30後，將被收斂於距離光透鏡體30的特定點42，並與其它穿過弧面鏡面34的發光源10的光束互相重疊於目標面40上，而消除如圖1C所示的環形暗區16，產生一均勻照明的區域。以下將針對消除環形暗區16的光學原理作說明。
請參閱圖5A-5D，圖5A-5D為本實用新型消除環狀暗區以提供均勻照明的原理的示意圖。如圖5A所示，在發光源10的晶粒中央有不發光的焊點14與導絲，其晶粒大小通常為0.25mm×0.25mm。當發光源10的光束照射在光透鏡體30時，其照度分布呈現為一環形暗區16，此不均勻的照明區域大小約為5mm×5mmm，如圖5B所示。當發光源10的光束進入光透鏡體30時，發光源10的光束可視為被割成如圖5B所示的A、B、C、D...X及Y區域。接著，藉由各區域對應的弧面鏡面34的具有的X、Y方向弧面曲率，分別進行分割與收斂，使得如圖5C所示，具有暗區的區域如A、B等，與其它具有亮區的區域如G、H等，進行相互迭合處理，而使得原先如A、B等區域的暗區被平均消除，進而在目標面40得到一均勻的照明區域，如圖5D所示的照明區域50以及有效取像區域52，若取75％均勻性(最小照度值/最大照度值*100％)為取像的有效範圍，約有4mm×4mm。
綜上所述，發光源與本實用新型的光透鏡體30的入光面、出光面與照射面都位於一直線，光束不會發生轉折，光能損耗少，又因光束的分光、收斂與重疊的作用，皆由數弧面透鏡體的入光面同時產生，故機構尺寸上可以比現有的更為輕薄短小。
請參閱圖6A-6F，圖6A-6F為本實用新型的產生均勻照明的光透鏡體的示意圖。如圖6A所示，本實用新型的光透鏡體30具有入光面60和出光面61，其中入光面60為圖4所示的數個弧面鏡面34，而出光面61則為平滑面。而如圖6B所示的光透鏡體30，其入光面60仍為數個弧面鏡面34，而出光面62則為弧面，藉此提供更多的調製參數與自由度，使得光透鏡體30的製作者可以更精確有效的控制與利用。而如圖6C所示的產生均勻照明的光透鏡體30，其入光面60仍為數個弧面鏡面34，而出光面63與則同樣地與入光面60具有數個弧面鏡面34，藉此提供更多的調製參數與自由度，使得光透鏡體30的製作者可以更精確有效的控制與利用。
如圖6A-6C的光透鏡體30、發光源10與目標面40均是在一直線延伸，但為追求更高的設計上的自由度，因此，當光透鏡體30、發光源10與目標面40不在同一直線時，光透鏡體30仍有其相對應的設計方法。如圖6D-6F的光透鏡體30，由於發光源10與目標面40並未與其在同一直線，因此其相對應的出光面66-68將會使發光源10的光束轉折。
請參閱圖7A-7B，圖7A-7B為本實用新型的產生均勻照明消除暗區的另一光透鏡體的示意圖。如圖7A所示，為本實用新型的光透鏡體30具有入光面60和出光面61，其中入光面60為如圖7A所示的數個斜面鏡面35，而出光面61則為平滑面。如圖7B所示，為本實用新型的光透鏡體30具有入光面60和出光面61，其中入光面60為如圖7B所示的數個凹面鏡面37，而出光面61則為平滑面。
藉由以上較佳具體實施例的詳述，是希望能更加清楚描述本實用新型的特徵與精神，而並非以上述所揭示的較佳具體實施例來對本實用新型的範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本實用新型所欲申請的專利範圍的範疇內。
權利要求1.一種產生均勻照明的光透鏡體，該光透鏡體是用於使一光學式滑鼠的一發光源的光束得以均勻且明亮地投射於一目標面上，而該光學式滑鼠的一光傳感器位於該目標面的正上方，接收由該目標面上散射的該發光源的光束，其特徵在於該光透鏡體包含一入光面，該入光面是由數個弧面鏡面所構成，每一弧面鏡面均具有一弧面曲率。
2.根據權利要求1所述的光透鏡體，其特徵在於該發光源為非準直且位置上有暗區的光束的發光二極體。
3.根據權利要求1所述的光透鏡體，其特徵在於該光透鏡體進一步具有一出光面，該出光面為與該入光面在同一直線延伸的一平滑面。
4.根據權利要求1所述的光透鏡體，其特徵在於該光透鏡體進一步具有一出光面，該出光面為與該入光面在同一直線延伸的可使該發光源的光束再一次被收斂的一弧面。
5.根據權利要求1所述的光透鏡體，其特徵在於該光透鏡體進一步具有一出光面，該出光面為與該入光面在同一直線延伸的可使該發光源的光束再一次被分光、被收斂和被重疊數個弧面。
6.根據權利要求1所述的光透鏡體，其特徵在於該光透鏡體進一步具有一出光面，該出光面為與該入光面不在同一直線延伸的使離開該光透鏡體的該發光源的光束轉折的一平滑面。
7.根據權利要求1所述的光透鏡體，其特徵在於該光透鏡體進一步具有一出光面，該出光面為與該入光面不在同一直線延伸的使離開該光透鏡體的該發光源的光束轉折的一弧面。
8.根據權利要求1所述的光透鏡體，其特徵在於該光透鏡體進一步具有一出光面，該出光面為與該入光面非同一直在線延伸的使離開該光透鏡體的該發光源的光束轉折的數個弧面。
9.根據權利要求1所述的光透鏡體，其特徵在於該弧面曲率可分為水平方向弧面曲率和垂直方向弧面曲率。
10.一種產生均勻照明的光透鏡體，該光透鏡體用於使一光學式滑鼠的一發光源的光束得以均勻且明亮地投射於一目標面上，而該光學式滑鼠的一光傳感器位於該目標面的正上方，接收由該目標面上散射的該發光源的光束，其特徵在於該光透鏡體包含一入光面，該入光面由數個斜面鏡面所構成，每一斜面鏡面均具有一斜面曲率。
11.一種產生均勻照明的光透鏡體，該光透鏡體用於使一光學式滑鼠的一發光源的光束得以均勻且明亮地投射於一目標面上，而該光學式滑鼠的一光傳感器位於該目標面的正上方，接收由該目標面上散射的該發光源的光束，其特徵在於該光透鏡體包含一入光面，該入光面是由數個凹面鏡面所構成，每一凹面鏡面均具有一凹面曲率。
12.一種光學式滑鼠，其特徵在於該光學式滑鼠至少包含一用以發出非準直且位置上有暗區的一光束的發光源；一產生均勻照明的光透鏡體，該光透鏡體具有數個弧面鏡面，每一弧面鏡面具有不同的弧面曲率；一底殼，該底殼具有一成像鏡；以及一用以通過該成像鏡接收從該目標面上散射的該光束的光傳感器，該光傳感器位於該目標面的正上方。
專利摘要本實用新型提供產生均勻照明的光透鏡體及光學式滑鼠。光透鏡體具有一入光面，入光面是由數個弧面鏡面所構成，每一弧面鏡面均具有不同的X、Y方向弧面曲率，即水平和垂直方向的弧面曲率。光透鏡體借著入光面的數個弧面鏡面的特徵，能同時對光束做分光、收斂與重疊的處理，而使一光學式滑鼠的發光源得以均勻且明亮地投射於一目標面上，進而消除發光源的暗區現象。光學式滑鼠的一光傳感器位於目標面的正上方，能接收由目標面散射的光束。
文檔編號G06F3/033GK2874622SQ20052014231
公開日2007年2月28日 申請日期2005年11月29日 優先權日2005年11月29日
發明者謝啟堂, 林長青, 黃搏亮 申請人:巨虹電子股份有限公司