CN100443954C - 光学输入方法、设备及该设备的分光式镜头模组 - Google Patents

光学输入方法、设备及该设备的分光式镜头模组 Download PDF

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Abstract

本发明光学输入设备包括壳体、光学传感器组件、发光源及分光式镜头模组，该光学传感器组件、光源及分光式镜头模组置于该壳体中，该分光式镜头模组包括棱镜、分光镜及透镜，该棱镜位于发光源出射光的一侧，该分光镜位于该棱镜出射光的一侧，该透镜位于该分光镜出射光的一侧。通过设置该具有棱镜、透镜及分光镜的透镜模组，可以摄取更多的介质表面的影像，从而能使光学输入设备在高亮度表面(玻璃面/大理石面/金属表面/透明塑胶表面/相片纸表面)和杂色表面正常使用。

Description

光学输入方法、设备及该设备的分光式镜头模组
【技术领域】
本发明涉及光学输入设备领域。
【背景技术】
现有技术中，普通型光学鼠标中的透镜模组只能摄取到有色粗糙表面的影像，不能实现在高光亮表面(如：玻璃面/大理石面/金属表面/透明塑胶面/相片纸表面)及杂色表面等介质表面上的影像摄取，从而使光学式(有线及无线)鼠标及其它光学输入设备无法在高光亮表面(玻璃面/大理石面/金属表面/透明塑胶表面/相片纸表面)及杂色表面等介质表面上使用，给使用者带来极大的不方便。
请参阅图1，其为现有光学输入设备的光学系统，其包括红外线发光源2、棱镜32、透镜34及光学传感器组件1，红外线发光源2发射的光经过棱镜32折射后的光束以22.50度的角度直接射向介质表面并产生透射点O1，此方式如因透镜34到介质表面的高度有误差A的时候会产生透射点O1与透镜中心偏离的现象(该投射点O1与透镜中心的偏差为B)，从而使光学传感组件降低对介质表面摄取信息的能力.
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种能够在高光亮表面及杂色表面上使用的光学输入设备、方法及该设备的分光式镜头模组。
本发明的目的是这样实现的：该光学输入设备包括壳体、光学传感器组件、红外线发光源及分光式镜头模组，该光学传感器组件、红外线发光源及分光式镜头模组置于该壳体中，该分光式镜头模组包括使入射光折射后产生一个与介质表面的夹角为1.00度的光束的棱镜、使入射光折射后产生相对于介质表面的夹角为89.00度的光束的分光镜及双焦点高精度非球曲面透镜，该棱镜位于发光源出射光的一侧，该分光镜位于该棱镜出射光的一侧，该透镜位于该分光镜出射光的一侧。
所述的分光式镜头模组还包括座体，该座体、棱镜、分光镜及透镜组合成一体。
所述的棱镜、透镜、分光镜分别嵌入座体的对应安装位。
所述的分光镜与介质表面的夹角为44度，棱镜与介质表面的夹角为44.5度。
该光学输入设备的分光式镜头模组包括棱镜、分光镜及透镜，该棱镜位于红外线发光源出射光的一侧，该分光镜位于该棱镜出射光的一侧，该透镜位于该分光镜出射光的一侧。
该一种光学输入的方法包括如下步骤：
1)通过红外线发光源发光；
2)通过棱镜将该红外线光源发出的光折射后产生一个与介质表面的夹角为1.00度的光束，并将该光束投射到分光镜的折射面；
3)通过分光镜将投射到分光镜投射面上的光束折射后产生相对于介质表面的夹角为89.00度的光束；
4)将此与介质表面夹角为89.00度的投射光束光轴折射到介质物体表面，并将介质物体表面上的影像光轴反射到分光镜；
5)通过分光镜将介质平面上的影像光束透射到双焦点非球曲面透镜，从而使光学传感器组件摄取到经过双焦点非球曲面透镜处理过的影像。
所述的步骤4)还包括：将该投射光束的光轴同时折射到与介质物体的表面存在高度差的影像接触面上，并将该影像接触面上的影像光轴反射到分光镜，所述的步骤5)还包括：通过分光镜将影像接触面上的影像光束同时透射到双焦点非球曲面透镜。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过设置该具有棱镜、双焦点非球曲面透镜及分光镜的透镜模组，可以摄取更多的介质表面的影像，从而能使光学输入设备在高亮度表面和杂色表面正常使用。
【附图说明】
图1是现有技术光学输入设备的光路原理图。
图2是本发明光学输入设备的剖视图。
图3是图2中P所指处的局部放大图。
图4是本发明的光路原理图。
图5是本发明的分光式镜头模组组装前的立体分解图。
图6是本发明的分光式镜头模组的立体图。
图7是本发明的分光式镜头模组的另一个角度的立体图。
图8是本发明的分光式镜头模组的主视图。
图9是图8中A-A方向的剖视图。
【具体实施方式】
请参阅图2至图9，本发明光学输入设备如光学鼠标，其包括壳体4、光学传感器组件1、红外线发光源2及分光式镜头模组3，该光学传感器组件1、红外线发光源2及分光式镜头模组3均置于该壳体4内部。该光学传感器组件1及红外线发光源2安装在电路板上并将该电路板置于分光式镜头模组3的上方，该发光源2如现有的红外线LED。该分光式镜头模组3包括座体31、棱镜32、分光镜33及透镜34，其中棱镜32嵌入到座体31上对应的安装位317并使其位于发光源2出射光的一侧；分光镜33嵌入到座体上对应的安装位314并使其位于棱镜32出射光的一侧；透镜34嵌入到座体上对应的安装位315并使其位于分光镜33出射光的一侧，从而由此四组件组合成一体而成为本分光式镜头模组3，当然该模组还可为一体注塑成型。本实施方式中，该棱镜32位于发光源2出射光的一侧，该分光镜33位于该棱镜32出射光的一侧，透镜位34于该分光镜33出射光的一侧，而光学传感器组件1则位于该透镜34出射光的一侧；所述透镜34特别采用双焦点高精度非球曲面的设计方式，以使光学传感器组件1组件能摄取更多的介质表面光学影像信息，从而提高本分光式镜头模组摄取高光亮表面(玻璃面/大理石面/金属表面/透明塑胶表面/相片纸表面)及杂色表面等更多介质物体表面的影像信息的能力。该光学输入设备的机械和电路结构如现有技术所述，在此不再赘述。
该光学输入设备的工作原理如下：本分光式镜头模组3有能让光学传感器组件同时摄取两路影像信息的功能(如下)；
1.由发光源2发出的光束经过棱镜32折射产生一个与介质表面S的夹角A2为1.00度的光束L，该光束L投射到分光镜33的折射面B2，由分光镜33折射后产生相对于介质表面S的夹角A为89.00度的光束L1，此89.00度的投射光束光轴折射到高光亮表面(玻璃面/大理石面/金属表面/透明塑胶表面/相片纸表面)及杂色表面等更多介质物体的表面S，并将介质表面S上的影像反射到分光镜33(该影像的光束与介质平面S的夹角A2为89.00度)，再经过分光镜33将影像光束L2透射到双焦点非球曲面透镜34(此L2光轴由P1非球曲面处理)，从而使光学式(有线及无线)鼠标器或其它光学输入设备中的光学传感器组件1摄取到经过透镜34处理过的影像。
2.为了使光学式(有线及无线)鼠标器或其它光学输入设备中的光学传感器组件1能更好地在不同高度(因介质条件透射而引致的误差范围h1)影像接触面SB上同时摄取影像，特采用了双焦点非球曲面的透镜设计以用来处理另一光轴L3的影像摄取，此方式为由LED光源经棱镜32折射产生一个与介质表面S的夹角A2为1.00角度的光束L，此光束L投射到分光镜33经折射后产生相对于介质表面S的夹角A为89.00度的光束L1，此L1光束投射到影像接触面SB(此SB面为因介质条件透射或高度误差的原因而产生，且投射到介质表面S和接触面SB之间的水平距离为E)反射产生另一光束L3，此L3光束将影像接触面SB上的影像反射到分光镜33(该光束L3与介质表面S的夹角A1也为89.00度)，经过分光镜33透射到双焦点非球曲面透镜34(此L3光轴由P2非球曲面处理)，以使光学式(有线及无线)鼠标器或其它光学输入设备中的光学传感器组件1摄取到影像接触面SB上的影像，从而提高光学传感器组件1对不同介质条件下的影像摄取能力.
通过该分光式镜头模组的处理，可以实现让光学式(有线及无线)鼠标器及其它光学输入设备的传感器组件可以摄取到高光亮表面(玻璃面/大理石面/金属表面/透明塑胶表面/相片纸表面)及杂色表面等更多介质表面上的影像。
本发明一种光学输入的方法包括如下步骤：1)通过红外线发光源2发光；2)通过棱镜32将该红外线光源2发出的光折射后折射产生一个与介质表面S的夹角A2为1.00度的光束L，并将该光束L透射到分光镜33的折射面B2；3)通过分光镜33将投射到分光镜折射面B2上的光束折射后产生相对于介质表面S的夹角A为89.00度的光束；4)将此与介质表面S夹角为89度的投射光束光轴折射到介质物体的表面S或影像接触面SB，并将介质物体表面S或影像接触面SB上的两路影像光轴L2和L3分别反射到分光镜33；5)通过分光镜33将此两路影像光束L2和L3分别透射到双焦点非球曲面透镜34，从而使光学传感器组件1摄取到经过双焦点非球曲面透镜34处理过的影像。
本发明中，因分光镜33的角度A3为44度(即该分光镜33与介质表面S之间的夹角为44度)，为了使此光束L1经过分光镜33后产生的光束为相对于介质表面S的夹角A为89.00度的方向投射到介质表面S，根据光学折射原理此投射到分光镜的光束必须为1.00度角度射入，所以须保证经过棱镜32折射后的光束要与介质平面S的夹角A2为1.00度。为了保证经过棱镜32的射出光束能精确的投射到分光镜33与透镜34的光轴并使之重合，要求分光镜的折射面B1与光轴L及光轴L1的交点B1重合。
本发明中，为了保证使经过棱镜32折射后的光束与介质平面S的夹角A2为1.00度，采用了角度A4为44.50度的棱镜32(即棱镜32与介质平面S的夹角为44.5度)，根据光学折射的原理，入射光经过44.50度的棱镜32反射后为水平的夹角1.00度射出，为了保证出射光能精确的投射到介质表面S，须保证出射光束、分光镜33的光轴重合。
本发明中，此双焦点非球曲面透镜33的设计方式可为有三种：第一种是将透镜分为中间曲面和外环曲面两部分，中间曲面的焦点是处理介质物体表面S的影像摄取，外环曲面的焦点是处理影像接触面SB的影像摄取；第二种是将透镜曲面分为左右两半，一半曲面的焦点是处理介质物体表面S的影像摄取，另一半曲面的焦点是处理影像接触面SB的影像摄取；第三种方案是采用具有绕射面(也叫衍射面，英文名称为Diffractive surface)的双焦点的透镜，即透镜其中一个面中间的部分区域是带有绕射面的曲面，则为带绕射面曲面的焦点是处理介质物体表面S的影像摄取，另一曲面的焦点是处理影像接触面SB的影像摄取；
本发明中为了实现本分光式镜头模组能同时摄取到两路影像信息的功能，采用通过分光镜33折射后产生相对于介质表面S夹角A为89.00度的光束分别投射到介质表面S或影像接触面SB上(此SB面为因介质条件透射或高度误差的原因而产生)，再由介质物体表面S或影像接触面SB上的两路影像光轴L2和L3分别反射到分光镜33；再经过分光镜将此两路影像光束L2和L3分别透射到P1和P2双焦点非球曲面透镜34，从而使光学传感器组件1能精确的摄取到经过双焦点非球曲面透镜34处理过的影像。

Claims (9)

1.一种光学输入设备，包括壳体、光学传感器组件及红外线发光源，该光学传感器组件及红外线发光源置于该壳体中，其特征在于：该光学输入设备还包括置于该壳体中的分光式镜头模组，该分光式镜头模组包括使入射光折射后产生相对于介质表面的夹角为1.00度的光束的棱镜、使入射光折射后产生相对于介质表面的夹角为89.00度的光束的分光镜及双焦点非球曲面的透镜，该棱镜位于该红外线发光源出射光的一侧，该分光镜位于该棱镜出射光的一侧，该透镜位于该分光镜出射光的一侧。
2.如权利要求1所述的光学输入设备，其特征在于：所述的分光式镜头模组还包括座体，该座体、棱镜、分光镜及透镜组合成一体。
3.如权利要求2所述的光学输入设备，其特征在于：所述的棱镜、透镜、分光镜分别嵌入座体的对应安装位。
4.如权利要求1所述的光学输入设备，其特征在于：所述的分光镜与介质表面的夹角为44度，棱镜与介质表面的夹角为44.5度。
5.一种光学输入设备的分光式镜头模组，其特征在于：该分光式镜头模组置于壳体中，该分光式镜头模组包括使入射光折射后产生相对于介质表面的夹角为1.00度的光束的棱镜、使入射光折射后产生相对于介质表面的夹角为89.00度的光束的分光镜及双焦点非球曲面的透镜，该棱镜位于发光源出射光的一侧，该分光镜位于该棱镜出射光的一侧，该透镜位于该分光镜出射光的一侧。
6.如权利要求5所述的光学输入设备的分光式镜头模组，其特征在于：所述的棱镜、分光镜及透镜嵌设于一座体。
7.如权利要求5所述的光学输入设备的分光式镜头模组，其特征在于：所述的透镜的曲面为双焦点非球曲面方式设计。
8.如权利要求5所述的光学输入设备的分光式镜头模组，其特征在于：所述的分光镜与介质表面的夹角为44度，棱镜与介质表面的夹角为44.5度。
9.一种光学输入的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)通过红外线发光源发光；
2)通过棱镜将该红外线光源发出的光折射后产生相对于介质表面的夹角为1.00度的光束，并将该光束投射到分光镜的折射面；
3)通过分光镜将投射到分光镜折射面上的光束折射后产生相对于介质表面的夹角为89.00度的光束；
4)将所述相对于介质表面的夹角为89.00度的光束投射到介质表面和与介质表面存在高度差的影像接触面上，并将介质表面上的影像光束和该影像接触面上的影像光束分别反射到分光镜；
5)通过分光镜将介质表面上的影像光束和影像接触面上的影像光束分别透射到双焦点非球曲面透镜，从而使光学传感器组件摄取到经过双焦点非球曲面透镜处理过的影像。
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