CN106603063B - 一种采用数字图像处理技术的光电按键开关 - Google Patents

一种采用数字图像处理技术的光电按键开关 Download PDF

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CN106603063B CN201710020731.6A CN201710020731A CN106603063B CN 106603063 B CN106603063 B CN 106603063B CN 201710020731 A CN201710020731 A CN 201710020731A CN 106603063 B CN106603063 B CN 106603063B
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Abstract

本发明涉及一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，包括键帽、键轴、滑块、壳体、发光芯片、共焦光学系统、光学图像传感器和PCB板，键帽驱动连接键轴，键轴穿入壳体内，滑块与键轴固定连接，滑块、发光芯片、共焦光学系统和光学图像传感器均设于壳体内，发光芯片和光学图像传感器分别与PCB板电连接，滑块、发光芯片、共焦光学系统和光学图像传感器配合安装使得发光芯片发出来的光线最终入射到光学图像传感器中；该光电按键开关除了可以识别按键开关的导通和断开之外，还可以精确地识别按键下压的方向和速度，以及可以识别按键前后方向平移的方向和速度；除了可以体现游戏动作和装备的速度和力量之外，还可以体现动作的方向和全方位特征。

Description

一种采用数字图像处理技术的光电按键开关
技术领域
本发明涉及键盘组件技术领域，具体涉及一种采用数字图像处理技术的光电按键开关。
背景技术
随着电竞游戏的普及，电竞游戏的发展更加复杂及多元化，电竞动作更加复杂多变、五花八门，这对电脑的辅助输入设备(如键盘、鼠标或游戏杆)提出了更高的要求，除了要体现游戏动作和装备的速度和力量之外，还要体现动作的方向和全方位特征(如跳跃、急转弯、前后转向等)。高端的电脑辅助设备要求精准、及时和全方位地控制各种动作的特征，现有的机械轴键盘和普通光电式的按键开关已经跟不上电竞游戏的发展。
现有光电式的按键开关技术基本上都是采用模拟的光敏器件(譬如光敏三级管)作为电流触发的传感器，光敏元件有一段区间的触发电流可以随入射光的强弱呈线性变化，在此区间之外就呈饱和或者断开状态。基本原理为：发光器件发出光线，经过光学系统进行导光和会聚，最后耦合到光敏器件中，当按键下压或者上升时，键轴上的活动器件对光学系统的光路进行联通或者隔断，从而触发光敏元件相连电路的导通和断开，实现按键开关的控制。虽然有些开关可以根据传感器触发电流的大小基本实现线性控制，但其控制电路完全是模拟电路，而不是精确数字式的。
因此，目前市场上亟需一种能够精确体现动作的方向和全方位特征(如跳跃、急转弯、前后转向等)的数字式光电按键开关。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，该光电按键开关除了识别按键开关的导通和断开之外，还可以全面精确地识别按键下压(或上升)的方向和速度，以及可以识别按键前后方向(垂直于纸面方向)平移的方向和速度；因此，该光电按键开关除了可以体现游戏动作和装备的速度和力量之外，还可以体现动作的方向和全方位特征(如跳跃、急转弯、前后转向等)，实用性好，可靠性高。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，包括键帽、键轴、滑块、壳体、发光芯片、共焦光学系统、光学图像传感器和PCB板，所述键帽驱动连接所述键轴，所述键轴穿入所述壳体内，所述滑块与所述键轴固定连接，所述滑块、所述发光芯片、所述共焦光学系统和所述光学图像传感器均设于所述壳体内，所述壳体与所述PCB板可拆卸连接，所述发光芯片和所述光学图像传感器分别与所述PCB板电连接，所述滑块、所述发光芯片、所述共焦光学系统和所述光学图像传感器配合安装使得发光芯片发出来的光线最终入射到光学图像传感器中。
其中，所述壳体内还设有弹性件，所述弹性件与所述键轴配合安装给键轴提供回弹力。
其中，所述弹性件为弹片或弹簧。
其中，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体可拆卸连接。
其中，所述滑块靠近所述共焦光学系统的侧面为粗糙面。
其中，所述粗糙面为空白的粗糙面。
其中，所述粗糙面为雕刻有便于图像识别的图案的粗糙面。
其中，所述图案为方格图案、线条图案、圆环图案、圆点图案、波兰纹图案或星形图案。
其中，所述共焦光学系统包括聚光系统和成像系统，所述聚光系统和所述成像系统具有共同的焦点。
其中，所述聚光系统包括第一棱镜，所述成像系统包括第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜固定连接形成组合棱镜。
其中，所述第一棱镜包括菲涅尔面、第一倾斜全反射面、第二倾斜全反射面、第一非球面和第一竖直平面，所述菲涅尔面设于所述发光芯片的正上方，所述第一倾斜全反射面设于所述菲涅尔面的上方，所述第二倾斜全反射面错位设于所述第一倾斜全反射面的上方，所述第一竖直平面设于所述第一倾斜全反射面与所述第二倾斜全反射面之间，所述第一非球面设于所述第一竖直平面靠近所述滑块的一侧，所述第一棱镜将发光芯片发出来的光线会聚到靠近滑块的一侧的一点上。
其中，所述第二棱镜包括第二非球面、第三倾斜全反射面和第二竖直平面，所述第二非球面设于所述光学图像传感器的正上方，所述第三倾斜全反射面设于所述第二非球面的正上方，所述第二竖直平面设于所述第一竖直平面与所述第三倾斜全反射面之间，所述第二棱镜将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
其中，所述发光芯片与所述光学图像传感器互相平行，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
其中，所述第一非球面和所述第二非球面的表达式为
Figure BDA0001207461940000031
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
其中，所述第一棱镜包括菲涅尔面、第一倾斜全反射面、第二倾斜全反射面、第一非球面和第二非球面，所述菲涅尔面设于所述发光芯片的正上方，所述第一倾斜全反射面设于所述菲涅尔面的上方，所述第二倾斜全反射面错位设于所述第一倾斜全反射面的上方，所述第二非球面设于所述第一倾斜全反射面与所述第二倾斜全反射面之间，所述第一非球面设于所述第二非球面靠近所述滑块的一侧，所述第一棱镜将发光芯片发出来的光线会聚到靠近滑块的一侧的一点上。
其中，所述第二棱镜包括第三非球面、第三倾斜全反射面和第四非球面，所述第三非球面设于所述光学图像传感器的正上方，所述第三倾斜全反射面设于所述第三非球面的正上方，所述第四非球面设于所述第二非球面与所述第三倾斜全反射面之间，所述第二棱镜将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
其中，所述发光芯片与所述光学图像传感器互相平行，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
其中，所述第一非球面、所述第二非球面和所述第三非球面的表达式为
Figure BDA0001207461940000041
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
其中，所述第一棱镜包括菲涅尔面和水平平面，所述菲涅尔面设于所述发光芯片的正上方，所述水平平面设于所述菲涅尔面的正上方，所述水平平面的正上方设有倾斜分光片，所述第一棱镜和所述倾斜分光片组合使用将发光芯片发出来的光线会聚到靠近滑块的一侧的一点上。
其中，所述倾斜分光片朝向所述滑块的侧面上镀有半反半透膜，所述倾斜分光片背向所述滑块的侧面上镀有增透膜。
其中，所述增透膜为1/4波长增透膜。
其中，所述第二棱镜包括非球面、倾斜全反射面和竖直平面，所述非球面设于所述光学图像传感器的正上方，所述倾斜全反射面设于所述非球面的正上方，所述竖直平面设于所述倾斜分光片与所述倾斜全反射面之间，所述第二棱镜将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
其中，所述发光芯片与所述光学图像传感器互相平行，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
其中，所述非球面的表达式为
Figure BDA0001207461940000051
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
其中，所述第二棱镜包括第一非球面、倾斜全反射面和第二非球面，所述第一非球面设于所述光学图像传感器的正上方，所述倾斜全反射面设于所述第一非球面的正上方，所述第二非球面设于所述倾斜分光片与所述倾斜全反射面之间，所述第二棱镜将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
其中，所述发光芯片与所述光学图像传感器互相平行，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
其中，所述第一非球面和所述第二非球面的表达式为
Figure BDA0001207461940000052
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
其中，所述聚光系统包括棱镜，所述棱镜包括菲涅尔面、第一倾斜全反射面、第二倾斜全反射面、第一非球面和第二非球面，所述菲涅尔面设于所述发光芯片的正上方，所述第一倾斜全反射面设于所述菲涅尔面的上方，所述第二倾斜全反射面错位设于所述第一倾斜全反射面的上方，所述第二非球面设于所述第一倾斜全反射面与所述第二倾斜全反射面之间，所述第一非球面设于所述第二非球面靠近所述滑块的一侧，所述棱镜将发光芯片发出来的光线会聚到靠近滑块的一侧的一点上。
其中，所述成像系统包括孔径光阑，所述孔径光阑设于所述第二非球面远离所述滑块的一侧，所述光学图像传感器设于所述孔径光阑远离所述第二非球面的一侧，所述孔径光阑将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
其中，所述成像系统还包括暗盒，所述暗盒开设有通孔，所述孔径光阑固定连接于所述通孔内，所述光学图像传感器设于所述暗盒内。
其中，所述发光芯片与所述光学图像传感器互相垂直，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
其中，所述第一非球面和所述第二非球面的表达式为
Figure BDA0001207461940000061
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
其中，所述聚光系统包括棱镜，所述棱镜包括菲涅尔面、倾斜全反射自由曲面和折射自由曲面，所述菲涅尔面设于所述发光芯片的上方，所述倾斜全反射自由曲面设于所述菲涅尔面的上方，所述折射自由曲面设于所述倾斜全反射自由曲面靠近所述滑块的一侧，所述棱镜将发光芯片发出来的光线会聚到靠近滑块的一侧的一点上。
其中，所述成像系统包括倾斜单透镜和倾斜孔径光阑，所述倾斜单透镜和所述倾斜孔径光阑均设于所述倾斜全反射自由曲面远离所述滑块的一侧的上方，所述倾斜单透镜设于所述倾斜全反射自由曲面与所述倾斜孔径光阑之间，所述倾斜单透镜和所述倾斜孔径光阑组合使用将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
其中，所述倾斜单透镜包括背对设置的第一非球面和第二非球面。
其中，所述倾斜单透镜的光轴与聚光系统的会聚光束相对于水平线互相对称。
其中，所述倾斜单透镜的光轴与水平线的夹角为8-20度。
其中，所述倾斜单透镜的光轴与水平线的夹角为15度。
其中，所述成像系统还包括暗盒，所述暗盒开设有通孔，所述孔径光阑固定连接于所述通孔内，所述光学图像传感器设于所述暗盒内。
其中，所述发光芯片与所述光学图像传感器互相垂直，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
其中，所述第一非球面和所述第二非球面的表达式为
Figure BDA0001207461940000071
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
本发明的有益效果：当按键下压时，键轴带动滑块向下运动，当滑块运动经过发光芯片的会聚点时，滑块被照亮，滑块的表面特征经过共焦光学系统成像到光学图像传感器中，从而触发按键开关导通，光学图像传感器以每秒一千帧以上的速度对前幅和后幅图像进行运算，计算出活动滑块移动的方向和速度，并将结果指示给计算机系统；因此，该光电按键开关除了可以识别按键开关的导通和断开之外，还可以精确地识别按键下压(或上升)的方向和速度，以及可以识别按键前后方向(垂直于纸面方向)平移的方向和速度；因此，该光电按键开关除了可以体现游戏动作和装备的速度和力量之外，还可以体现动作的方向和全方位特征(如跳跃、急转弯、前后转向等)，实用性好，可靠性高。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是实施例1的剖视图。
图2是实施例1的成像光路图。
图3是实施例2的剖视图。
图4是实施例3的剖视图。
图5是实施例4的剖视图。
图6是实施例5的剖视图。
图7是实施例6的剖视图。
图8是滑块的粗糙面中雕刻的部分图案的阵列图。
具体实施方式
结合以下实施例和附图对本发明作进一步描述。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，包括键帽11、键轴、滑块14、壳体、发光芯片16、共焦光学系统15、光学图像传感器17和PCB板18，所述键帽11驱动连接所述键轴，所述键轴穿入所述壳体内，所述滑块14与所述键轴固定连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统15和所述光学图像传感器17均设于所述壳体内，所述壳体与所述PCB板18可拆卸连接，所述发光芯片16和所述光学图像传感器17分别与所述PCB板18电连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统15和所述光学图像传感器17配合安装使得发光芯片16发出来的光线最终入射到光学图像传感器17中。
本实施例的发光芯片16为发光二极管、红外二极管或激光二极管。
本实施例的图像传感器为CMOS(互补性氧化金属半导体，英文全称为Complementary Metal-Oxide Semiconductor)或者CCD(电荷耦合器件，英文全称为Charge-Coupled Device)。
本实施例的壳体内还设有弹性件，所述弹性件与所述键轴配合安装给键轴提供回弹力。
本实施例的弹性件为弹片或弹簧。
本实施例的壳体包括上壳体12和下壳体13，所述上壳体12和所述下壳体13可拆卸连接，便于壳体的拆卸与安装。
本实施例的滑块14靠近所述共焦光学系统15的侧面为粗糙面。
本实施例的粗糙面为空白的粗糙面或雕刻有便于图像识别的图案的粗糙面。
本实施例的图案为方格图案、线条图案、圆环图案、圆点图案、波兰纹图案或星形图案。
本实施例的共焦光学系统15包括聚光系统和成像系统，所述聚光系统和所述成像系统具有共同的焦点。
本实施例的聚光系统包括第一棱镜，所述成像系统包括第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜固定连接形成组合棱镜。
本实施例的第一棱镜包括菲涅尔面151、第一倾斜全反射面152、第二倾斜全反射面154、第一非球面155和第一竖直平面153，所述菲涅尔面151设于所述发光芯片16的正上方，所述第一倾斜全反射面152设于所述菲涅尔面的上方，所述第二倾斜全反射面154错位设于所述第一倾斜全反射面152的上方，所述第一竖直平面153设于所述第一倾斜全反射面152与所述第二倾斜全反射面154之间，所述第一非球面155设于所述第一竖直平面153靠近所述滑块14的一侧，所述第一棱镜将发光芯片16发出来的光线会聚到靠近滑块14的一侧的一点上。
本实施例的第二棱镜包括第二非球面158、第三倾斜全反射面157和第二竖直平面156，所述第二非球面158设于所述光学图像传感器17的正上方，所述第三倾斜全反射面157设于所述第二非球面158的正上方，所述第二竖直平面156设于所述第一竖直平面153与所述第三倾斜全反射面157之间，所述第二棱镜将滑块14反射回来的光线成像到光学图像传感器17上。
本实施例的发光芯片16与所述光学图像传感器17互相平行，所述发光芯片16与所述PCB板18互相平行。
本实施例的第一非球面155和所述第二非球面158的表达式为
Figure BDA0001207461940000101
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
本实施例的工作原理为：
当按键放松、滑块14处于上方的静止状态时，发光芯片16发出的光线会聚到O点位置由于没有反射光线返回，光学图像传感器17上没有图像，按键开关处于断开的状态；
当按键下压时，键轴带动滑块14向下运动，当滑块14经过发光芯片16发出的光线的会聚点O时，滑块14右侧的表面被照亮，其表面特征经过共焦光学系统15成像到光学图像传感器17中，从而触发按键开关导通；
光学图像传感器17以每秒一千帧以上的速度对前幅和后幅图像进行图像相关运算，精确计算出滑块14移动的方向和速度，并将结果指示给计算机系统；
当滑块14运动经过发光芯片16的会聚点O后，除了上下运动，滑块14垂直于纸面方向的前后运动，光学图像传感器17也可以通过图像相关的算法快速地识别出来。
因此，该按键开关可以全面精确地识别按键下压(或上升)的方向和速度，以及可以识别按键前后方向(垂直于纸面方向)平移的方向和速度，除了可以体现游戏动作和装备的速度和力量之外，还可以体现动作的方向和全方位特征(如跳跃、急转弯、前后转向等)。
本实施例的第一非球面的面型数据如表格1所示。
Figure BDA0001207461940000111
表格1 第一非球面的面型数据
本实施例的第二非球面的面型数据如表格2所示，
Figure BDA0001207461940000112
表格2 第二非球面的面型数据
实施例2
如图3所示，本实施例的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，包括键帽11、键轴、滑块14、壳体、发光芯片16、共焦光学系统25、光学图像传感器17和PCB板18，所述键帽11驱动连接所述键轴，所述键轴穿入所述壳体内，所述滑块14与所述键轴固定连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统25和所述光学图像传感器17均设于所述壳体内，所述壳体与所述PCB板18可拆卸连接，所述发光芯片16和所述光学图像传感器17分别与所述PCB板18电连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统25和所述光学图像传感器17配合安装使得发光芯片16发出来的光线最终入射到光学图像传感器17中。
本实施例的发光芯片16为发光二极管、红外二极管或激光二极管。
本实施例的图像传感器为CMOS(互补性氧化金属半导体，英文全称为Complementary Metal-Oxide Semiconductor)或者CCD(电荷耦合器件，英文全称为Charge-Coupled Device)。
本实施例的壳体内还设有弹性件，所述弹性件与所述键轴配合安装给键轴提供回弹力。
本实施例的弹性件为弹片或弹簧。
本实施例的壳体包括上壳体12和下壳体13，所述上壳体12和所述下壳体13可拆卸连接，便于壳体的拆卸与安装。
本实施例的滑块14靠近所述共焦光学系统25的侧面为粗糙面。
本实施例的粗糙面为空白的粗糙面或雕刻有便于图像识别的图案的粗糙面。
本实施例的图案为方格图案、线条图案、圆环图案、圆点图案、波兰纹图案或星形图案。
本实施例的共焦光学系统25包括聚光系统和成像系统，所述聚光系统和所述成像系统具有共同的焦点。
本实施例的聚光系统包括第一棱镜，所述成像系统包括第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜固定连接形成组合棱镜。
本实施例的第一棱镜包括菲涅尔面251、第一倾斜全反射面252、第二倾斜全反射面254、第一非球面255和第二非球面253，所述菲涅尔面251设于所述发光芯片16的正上方，所述第一倾斜全反射面252设于所述菲涅尔面251的上方，所述第二倾斜全反射面254错位设于所述第一倾斜全反射面252的上方，所述第二非球面253设于所述第一倾斜全反射面252与所述第二倾斜全反射面254之间，所述第一非球面255设于所述第二非球面253靠近所述滑块14的一侧，所述第一棱镜将发光芯片16发出来的光线会聚到靠近滑块14的一侧的一点上。
本实施例的第二棱镜包括第三非球面258、第三倾斜全反射面257和第四非球面256，所述第三非球面258设于所述光学图像传感器17的正上方，所述第三倾斜全反射面257设于所述第三非球面258的正上方，所述第四非球面256设于所述第二非球面253与所述第三倾斜全反射面257之间，所述第二棱镜将滑块14反射回来的光线成像到光学图像传感器17上。
本实施例的发光芯片16与所述光学图像传感器17互相平行，所述发光芯片16与所述PCB板18互相平行。
本实施例的第一非球面、所述第二非球面和所述第三非球面的表达式为
Figure BDA0001207461940000131
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
与实施例1相比，实施例2的共焦光学系统25多了两个非球面253和256，由于有更多的非球面做光焦度的分配，因此，非球面255和非球面258具有较浅的矢高(即较大的曲率半径)，成像比较清楚而且不易产生杂光。
本实施例的工作原理为：
当按键放松、滑块14处于上方的静止状态时，发光芯片16发出的光线会聚到O点位置由于没有反射光线返回，光学图像传感器17上没有图像，按键开关处于断开的状态；
当按键下压时，键轴带动滑块14向下运动，当滑块14经过发光芯片16发出的光线的会聚点O时，滑块14右侧的表面被照亮，其表面特征经过共焦光学系统25成像到光学图像传感器17中，从而触发按键开关导通；
光学图像传感器17以每秒一千帧以上的速度对前幅和后幅图像进行图像相关运算，精确计算出滑块14移动的方向和速度，并将结果指示给计算机系统；
当滑块14运动经过发光芯片16的会聚点O后，除了上下运动，滑块14垂直于纸面方向的前后运动，光学图像传感器17也可以通过图像相关的算法快速地识别出来。
因此，该按键开关可以全面精确地识别按键下压(或上升)的方向和速度，以及可以识别按键前后方向(垂直于纸面方向)平移的方向和速度，除了可以体现游戏动作和装备的速度和力量之外，还可以体现动作的方向和全方位特征(如跳跃、急转弯、前后转向等)。
实施例3
如图4所示，本实施例的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，包括键帽11、键轴、滑块14、壳体、发光芯片16、共焦光学系统35、光学图像传感器17和PCB板18，所述键帽11驱动连接所述键轴，所述键轴穿入所述壳体内，所述滑块14与所述键轴固定连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统35和所述光学图像传感器17均设于所述壳体内，所述壳体与所述PCB板18可拆卸连接，所述发光芯片16和所述光学图像传感器17分别与所述PCB板18电连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统35和所述光学图像传感器17配合安装使得发光芯片16发出来的光线最终入射到光学图像传感器17中。
本实施例的发光芯片16为发光二极管、红外二极管或激光二极管。
本实施例的图像传感器为CMOS(互补性氧化金属半导体，英文全称为Complementary Metal-Oxide Semiconductor)或者CCD(电荷耦合器件，英文全称为Charge-Coupled Device)。
本实施例的壳体内还设有弹性件，所述弹性件与所述键轴配合安装给键轴提供回弹力。
本实施例的弹性件为弹片或弹簧。
本实施例的壳体包括上壳体12和下壳体13，所述上壳体12和所述下壳体13可拆卸连接，便于壳体的拆卸与安装。
本实施例的滑块14靠近所述共焦光学系统35的侧面为粗糙面。
本实施例的粗糙面为空白的粗糙面或雕刻有便于图像识别的图案的粗糙面。
本实施例的图案为方格图案、线条图案、圆环图案、圆点图案、波兰纹图案或星形图案。
本实施例的共焦光学系统35包括聚光系统和成像系统，所述聚光系统和所述成像系统具有共同的焦点。
本实施例的聚光系统包括第一棱镜，所述成像系统包括第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜固定连接形成组合棱镜。
本实施例的第一棱镜包括菲涅尔面351和水平平面352，所述菲涅尔面351设于所述发光芯片16的正上方，所述水平平面352设于所述菲涅尔面351的正上方，所述水平平面352的正上方设有倾斜分光片36，所述第一棱镜和所述倾斜分光片36组合使用将发光芯片16发出来的光线会聚到靠近滑块14的一侧的一点上。
本实施例的倾斜分光片36朝向所述滑块14的侧面上镀有半反半透膜361，所述倾斜分光片36背向所述滑块14的侧面上镀有增透膜362。
本实施例的增透膜为1/4波长增透膜。
本实施例的第二棱镜包括非球面355、倾斜全反射面354和竖直平面353，所述非球面355设于所述光学图像传感器17的正上方，所述倾斜全反射面354设于所述非球面355的正上方，所述竖直平面353设于所述倾斜分光片36与所述倾斜全反射面354之间，所述第二棱镜将滑块14反射回来的光线成像到光学图像传感器17上。
本实施例的发光芯片16与所述光学图像传感器17互相平行，所述发光芯片16与所述PCB板18互相平行。
本实施例的非球面的表达式为
Figure BDA0001207461940000161
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
本实施例的工作原理为：
当按键放松、滑块14处于上方的静止状态时，发光芯片16发出的光线会聚到O点位置由于没有反射光线返回，光学图像传感器17上没有图像，按键开关处于断开的状态；
当按键下压时，键轴带动滑块14向下运动，当滑块14经过发光芯片16发出的光线的会聚点O时，滑块14右侧的表面被照亮，其表面特征经过共焦光学系统35成像到光学图像传感器17中，从而触发按键开关导通；
光学图像传感器17以每秒一千帧以上的速度对前幅和后幅图像进行图像相关运算，精确计算出滑块14移动的方向和速度，并将结果指示给计算机系统；
当滑块14运动经过发光芯片16的会聚点O后，除了上下运动，滑块14垂直于纸面方向的前后运动，光学图像传感器17也可以通过图像相关的算法快速地识别出来。
因此，该按键开关可以全面精确地识别按键下压(或上升)的方向和速度，以及可以识别按键前后方向(垂直于纸面方向)平移的方向和速度，除了可以体现游戏动作和装备的速度和力量之外，还可以体现动作的方向和全方位特征(如跳跃、急转弯、前后转向等)。
实施例4
如图5所示，本实施例的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，包括键帽11、键轴、滑块14、壳体、发光芯片16、共焦光学系统45、光学图像传感器17和PCB板18，所述键帽11驱动连接所述键轴，所述键轴穿入所述壳体内，所述滑块14与所述键轴固定连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统45和所述光学图像传感器17均设于所述壳体内，所述壳体与所述PCB板18可拆卸连接，所述发光芯片16和所述光学图像传感器17分别与所述PCB板18电连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统45和所述光学图像传感器17配合安装使得发光芯片16发出来的光线最终入射到光学图像传感器17中。
本实施例的发光芯片16为发光二极管、红外二极管或激光二极管。
本实施例的图像传感器为CMOS(互补性氧化金属半导体，英文全称为Complementary Metal-Oxide Semiconductor)或者CCD(电荷耦合器件，英文全称为Charge-Coupled Device)。
本实施例的壳体内还设有弹性件，所述弹性件与所述键轴配合安装给键轴提供回弹力。
本实施例的弹性件为弹片或弹簧。
本实施例的壳体包括上壳体12和下壳体13，所述上壳体12和所述下壳体13可拆卸连接，便于壳体的拆卸与安装。
本实施例的滑块14靠近所述共焦光学系统45的侧面为粗糙面。
本实施例的粗糙面为空白的粗糙面或雕刻有便于图像识别的图案的粗糙面。
本实施例的图案为方格图案、线条图案、圆环图案、圆点图案、波兰纹图案或星形图案。
本实施例的共焦光学系统45包括聚光系统和成像系统，所述聚光系统和所述成像系统具有共同的焦点。
本实施例的聚光系统包括第一棱镜，所述成像系统包括第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜固定连接形成组合棱镜。
本实施例的第一棱镜包括菲涅尔面451和水平平面452，所述菲涅尔面451设于所述发光芯片16的正上方，所述水平平面452设于所述菲涅尔面451的正上方，所述水平平面452的正上方设有倾斜分光片46，所述第一棱镜和所述倾斜分光片46组合使用将发光芯片16发出来的光线会聚到靠近滑块14的一侧的一点上。
本实施例的倾斜分光片46朝向所述滑块14的侧面上镀有半反半透膜461，所述倾斜分光片46背向所述滑块14的侧面上镀有增透膜462。
本实施例的增透膜为1/4波长增透膜。
本实施例的第二棱镜包括第一非球面455、倾斜全反射面454和第二非球面453，所述第一非球面455设于所述光学图像传感器17的正上方，所述倾斜全反射面454设于所述第一非球面455的正上方，所述第二非球面453设于所述倾斜分光片46与所述倾斜全反射面454之间，所述第二棱镜将滑块14反射回来的光线成像到光学图像传感器17上。
本实施例的发光芯片16与所述光学图像传感器17互相平行，所述发光芯片16与所述PCB板18互相平行。
本实施例的第一非球面和所述第二非球面的表达式为
Figure BDA0001207461940000181
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
本实施例的工作原理为：
当按键放松、滑块14处于上方的静止状态时，发光芯片16发出的光线会聚到O点位置由于没有反射光线返回，光学图像传感器17上没有图像，按键开关处于断开的状态；
当按键下压时，键轴带动滑块14向下运动，当滑块14经过发光芯片16发出的光线的会聚点O时，滑块14右侧的表面被照亮，其表面特征经过共焦光学系统45成像到光学图像传感器17中，从而触发按键开关导通；
光学图像传感器17以每秒一千帧以上的速度对前幅和后幅图像进行图像相关运算，精确计算出滑块14移动的方向和速度，开将结果指示给计算机系统；
当滑块14运动经过发光芯片16的会聚点O后，除了上下运动，滑块14垂直于纸面方向的前后运动，光学图像传感器17也可以通过图像相关的算法快速地识别出来。
因此，该按键开关可以全面精确地识别按键下压(或上升)的方向和速度，以及可以识别按键前后方向(垂直于纸面方向)平移的方向和速度，除了可以体现游戏动作和装备的速度和力量之外，还可以体现动作的方向和全方位特征(如跳跃、急转弯、前后转向等)。
实施例5
如图6所示，本实施例的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，包括键帽11、键轴、滑块14、壳体、发光芯片16、共焦光学系统、光学图像传感器57和PCB板18，所述键帽11驱动连接所述键轴，所述键轴穿入所述壳体内，所述滑块14与所述键轴固定连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统和所述光学图像传感器57均设于所述壳体内，所述壳体与所述PCB板18可拆卸连接，所述发光芯片16和所述光学图像传感器57分别与所述PCB板18电连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统和所述光学图像传感器57配合安装使得发光芯片16发出来的光线最终入射到光学图像传感器57中。
本实施例的发光芯片16为发光二极管、红外二极管或激光二极管。
本实施例的图像传感器为CMOS(互补性氧化金属半导体，英文全称为Complementary Metal-Oxide Semiconductor)或者CCD(电荷耦合器件，英文全称为Charge-Coupled Device)。
本实施例的壳体内还设有弹性件，所述弹性件与所述键轴配合安装给键轴提供回弹力。
本实施例的弹性件为弹片或弹簧。
本实施例的壳体包括上壳体12和下壳体13，所述上壳体12和所述下壳体13可拆卸连接，便于壳体的拆卸与安装。
本实施例的滑块14靠近所述共焦光学系统的侧面为粗糙面。
本实施例的粗糙面为空白的粗糙面或雕刻有便于图像识别的图案的粗糙面。
本实施例的图案为方格图案、线条图案、圆环图案、圆点图案、波兰纹图案或星形图案。
本实施例的共焦光学系统包括聚光系统和成像系统，所述聚光系统和所述成像系统具有共同的焦点。
本实施例的聚光系统包括棱镜，所述棱镜包括菲涅尔面551、第一倾斜全反射面552、第二倾斜全反射面554、第一非球面555和第二非球面553，所述菲涅尔面551设于所述发光芯片16的正上方，所述第一倾斜全反射面552设于所述菲涅尔面551的上方，所述第二倾斜全反射面554错位设于所述第一倾斜全反射面552的上方，所述第二非球面553设于所述第一倾斜全反射面552与所述第二倾斜全反射面554之间，所述第一非球面555设于所述第二非球面553靠近所述滑块14的一侧，所述棱镜将发光芯片16发出来的光线会聚到靠近滑块14的一侧的一点上。
本实施例的成像系统包括孔径光阑561，所述孔径光阑561设于所述第二非球面553远离所述滑块14的一侧，所述光学图像传感器57设于所述孔径光阑561远离所述第二非球面553的一侧，所述孔径光阑561将滑块14反射回来的光线成像到光学图像传感器57上。
本实施例的成像系统还包括暗盒56，所述暗盒56开设有通孔，所述孔径光阑561固定连接于所述通孔内，所述光学图像传感器57设于所述暗盒56内。
本实施例的发光芯片16与所述光学图像传感器57互相垂直，所述发光芯片16与所述PCB板18互相平行。
本实施例的第一非球面和所述第二非球面的表达式为
Figure BDA0001207461940000211
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
本实施例的工作原理为：
当按键放松、滑块14处于上方的静止状态时，发光芯片16发出的光线会聚到O点位置由于没有反射光线返回，光学图像传感器57上没有图像，按键开关处于断开的状态；
当按键下压时，键轴带动滑块14向下运动，当滑块14经过发光芯片16发出的光线的会聚点O时，滑块14右侧的表面被照亮，其表面特征经过共焦光学系统成像到光学图像传感器57中，从而触发按键开关导通；
光学图像传感器57以每秒一千帧以上的速度对前幅和后幅图像进行图像相关运算，精确计算出滑块14移动的方向和速度，并将结果指示给计算机系统；
当滑块14运动经过发光芯片16的会聚点O后，除了上下运动，滑块14垂直于纸面方向的前后运动，光学图像传感器57也可以通过图像相关的算法快速地识别出来。
因此，该按键开关可以全面精确地识别按键下压(或上升)的方向和速度，以及可以识别按键前后方向(垂直于纸面方向)平移的方向和速度，除了可以体现游戏动作和装备的速度和力量之外，还可以体现动作的方向和全方位特征(如跳跃、急转弯、前后转向等)。
实施例6
如图7所示，本实施例的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，包括键帽11、键轴、滑块14、壳体、发光芯片16、共焦光学系统、光学图像传感器67和PCB板18，所述键帽11驱动连接所述键轴，所述键轴穿入所述壳体内，所述滑块14与所述键轴固定连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统和所述光学图像传感器67均设于所述壳体内，所述壳体与所述PCB板18可拆卸连接，所述发光芯片16和所述光学图像传感器67分别与所述PCB板18电连接，所述滑块14、所述发光芯片16、所述共焦光学系统和所述光学图像传感器67配合安装使得发光芯片16发出来的光线最终入射到光学图像传感器67中。
本实施例的发光芯片16为发光二极管、红外二极管或激光二极管。
本实施例的图像传感器为CMOS(互补性氧化金属半导体，英文全称为Complementary Metal-Oxide Semiconductor)或者CCD(电荷耦合器件，英文全称为Charge-Coupled Device)。
本实施例的壳体内还设有弹性件，所述弹性件与所述键轴配合安装给键轴提供回弹力。
本实施例的弹性件为弹片或弹簧。
本实施例的壳体包括上壳体12和下壳体13，所述上壳体12和所述下壳体13可拆卸连接，便于壳体的拆卸与安装。
本实施例的滑块14靠近所述共焦光学系统的侧面为粗糙面。
本实施例的粗糙面为空白的粗糙面或雕刻有便于图像识别的图案的粗糙面。
本实施例的图案为方格图案、线条图案、圆环图案、圆点图案、波兰纹图案或星形图案。
本实施例的共焦光学系统包括聚光系统和成像系统，所述聚光系统和所述成像系统具有共同的焦点。
本实施例的聚光系统包括棱镜65，所述棱镜65包括菲涅尔面651、倾斜全反射自由曲面652和折射自由曲面653，所述菲涅尔面651设于所述发光芯片16的上方，所述倾斜全反射自由曲面652设于所述菲涅尔面651的上方，所述折射自由曲面653设于所述倾斜全反射自由曲面652靠近所述滑块14的一侧，所述棱镜65将发光芯片16发出来的光线会聚到靠近滑块14的一侧的一点上。
本实施例的成像系统包括倾斜单透镜68和倾斜孔径光阑661，所述倾斜单透镜68和所述倾斜孔径光阑661均设于所述倾斜全反射自由曲面652远离所述滑块14的一侧的上方，所述倾斜单透镜68设于所述倾斜全反射自由曲面652与所述倾斜孔径光阑661之间，所述倾斜单透镜68和所述倾斜孔径光阑661组合使用将滑块14反射回来的光线成像到光学图像传感器67上。
本实施例的倾斜单透镜包括背对设置的第一非球面681和第二非球面682。
本实施例的倾斜单透镜68的光轴与聚光系统的会聚光束相对于水平线互相对称。
本实施例的倾斜单透镜68的光轴与水平线的夹角为8-20度。
本实施例的倾斜单透镜68的光轴与水平线的夹角优选为15度。
本实施例的成像系统还包括暗盒66，所述暗盒66开设有通孔，所述孔径光阑661固定连接于所述通孔内，所述光学图像传感器67设于所述暗盒66内。
本实施例的发光芯片16与所述光学图像传感器67互相垂直，所述发光芯片16与所述PCB板18互相平行。
本实施例的第一非球面和所述第二非球面的表达式为
Figure BDA0001207461940000231
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
本实施例的工作原理为：
当按键放松、滑块14处于上方的静止状态时，发光芯片16发出的光线会聚到O点位置由于没有反射光线返回，光学图像传感器67上没有图像，按键开关处于断开的状态；
当按键下压时，键轴带动滑块14向下运动，当滑块14经过发光芯片16发出的光线的会聚点O时，滑块14右侧的表面被照亮，其表面特征经过共焦光学系统成像到光学图像传感器67中，从而触发按键开关导通；
光学图像传感器67以每秒一千帧以上的速度对前幅和后幅图像进行图像相关运算，精确计算出滑块14移动的方向和速度，开将结果指示给计算机系统；
当滑块14运动经过发光芯片16的会聚点O后，除了上下运动，滑块14垂直于纸面方向的前后运动，光学图像传感器67也可以通过图像相关的算法快速地识别出来。
因此，该按键开关可以全面精确地识别按键下压(或上升)的方向和速度，以及可以识别按键前后方向(垂直于纸面方向)平移的方向和速度，除了可以体现游戏动作和装备的速度和力量之外，还可以体现动作的方向和全方位特征(如跳跃、急转弯、前后转向等)。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (40)

1.一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：包括键帽、键轴、滑块、壳体、发光芯片、共焦光学系统、光学图像传感器和PCB板，所述键帽驱动连接所述键轴，所述键轴穿入所述壳体内，所述滑块与所述键轴固定连接，所述滑块、所述发光芯片、所述共焦光学系统和所述光学图像传感器均设于所述壳体内，所述滑块靠近所述共焦光学系统的侧面为粗糙面，所述壳体与所述PCB板可拆卸连接，所述发光芯片和所述光学图像传感器分别与所述PCB板电连接，所述滑块、所述发光芯片、所述共焦光学系统和所述光学图像传感器配合安装使得发光芯片发出来的光线最终入射到光学图像传感器中，滑块的表面特征经过共焦光学系统成像到光学图像传感器中，从而触发按键开关导通，光学图像传感器以每秒一千帧以上的速度对前幅和后幅图像进行运算，计算出活动滑块移动的方向和速度，并将结果指示给计算机系统。
2.根据权利要求1所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述壳体内还设有弹性件，所述弹性件与所述键轴配合安装给键轴提供回弹力。
3.根据权利要求2所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述弹性件为弹片或弹簧。
4.根据权利要求1或3所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体可拆卸连接。
5.根据权利要求1所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述粗糙面为空白的粗糙面。
6.根据权利要求1所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述粗糙面为雕刻有便于图像识别的图案的粗糙面。
7.根据权利要求6所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述图案为方格图案、线条图案、圆环图案、圆点图案、波兰纹图案或星形图案。
8.根据权利要求1或7所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述共焦光学系统包括聚光系统和成像系统，所述聚光系统和所述成像系统具有共同的焦点。
9.根据权利要求8所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述聚光系统包括第一棱镜，所述成像系统包括第二棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜固定连接形成组合棱镜。
10.根据权利要求9所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第一棱镜包括菲涅尔面、第一倾斜全反射面、第二倾斜全反射面、第一非球面和第一竖直平面，所述菲涅尔面设于所述发光芯片的正上方，所述第一倾斜全反射面设于所述菲涅尔面的上方，所述第二倾斜全反射面错位设于所述第一倾斜全反射面的上方，所述第一竖直平面设于所述第一倾斜全反射面与所述第二倾斜全反射面之间，所述第一非球面设于所述第一竖直平面靠近所述滑块的一侧，所述第一棱镜将发光芯片发出来的光线会聚到靠近滑块的一侧的一点上。
11.根据权利要求10所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第二棱镜包括第二非球面、第三倾斜全反射面和第二竖直平面，所述第二非球面设于所述光学图像传感器的正上方，所述第三倾斜全反射面设于所述第二非球面的正上方，所述第二竖直平面设于所述第一竖直平面与所述第三倾斜全反射面之间，所述第二棱镜将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
12.根据权利要求11所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述发光芯片与所述光学图像传感器互相平行，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
13.根据权利要求12所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第一非球面和所述第二非球面的表达式为
Figure FDA0004109871600000031
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
14.根据权利要求9所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第一棱镜包括菲涅尔面、第一倾斜全反射面、第二倾斜全反射面、第一非球面和第二非球面，所述菲涅尔面设于所述发光芯片的正上方，所述第一倾斜全反射面设于所述菲涅尔面的上方，所述第二倾斜全反射面错位设于所述第一倾斜全反射面的上方，所述第二非球面设于所述第一倾斜全反射面与所述第二倾斜全反射面之间，所述第一非球面设于所述第二非球面靠近所述滑块的一侧，所述第一棱镜将发光芯片发出来的光线会聚到靠近滑块的一侧的一点上。
15.根据权利要求14所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第二棱镜包括第三非球面、第三倾斜全反射面和第四非球面，所述第三非球面设于所述光学图像传感器的正上方，所述第三倾斜全反射面设于所述第三非球面的正上方，所述第四非球面设于所述第二非球面与所述第三倾斜全反射面之间，所述第二棱镜将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
16.根据权利要求15所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述发光芯片与所述光学图像传感器互相平行，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
17.根据权利要求16所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第一非球面、所述第二非球面和所述第三非球面的表达式为
Figure FDA0004109871600000041
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
18.根据权利要求9所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第一棱镜包括菲涅尔面和水平平面，所述菲涅尔面设于所述发光芯片的正上方，所述水平平面设于所述菲涅尔面的正上方，所述水平平面的正上方设有倾斜分光片，所述第一棱镜和所述倾斜分光片组合使用将发光芯片发出来的光线会聚到靠近滑块的一侧的一点上。
19.根据权利要求18所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述倾斜分光片朝向所述滑块的侧面上镀有半反半透膜，所述倾斜分光片背向所述滑块的侧面上镀有增透膜。
20.根据权利要求19所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述增透膜为1/4波长增透膜。
21.根据权利要求20所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第二棱镜包括非球面、倾斜全反射面和竖直平面，所述非球面设于所述光学图像传感器的正上方，所述倾斜全反射面设于所述非球面的正上方，所述竖直平面设于所述倾斜分光片与所述倾斜全反射面之间，所述第二棱镜将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
22.根据权利要求21所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述发光芯片与所述光学图像传感器互相平行，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
23.根据权利要求22所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述非球面的表达式为
Figure FDA0004109871600000051
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
24.根据权利要求20所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第二棱镜包括第一非球面、倾斜全反射面和第二非球面，所述第一非球面设于所述光学图像传感器的正上方，所述倾斜全反射面设于所述第一非球面的正上方，所述第二非球面设于所述倾斜分光片与所述倾斜全反射面之间，所述第二棱镜将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
25.根据权利要求24所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述发光芯片与所述光学图像传感器互相平行，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
26.根据权利要求25所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第一非球面和所述第二非球面的表达式为
Figure FDA0004109871600000061
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
27.根据权利要求8所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述聚光系统包括棱镜，所述棱镜包括菲涅尔面、第一倾斜全反射面、第二倾斜全反射面、第一非球面和第二非球面，所述菲涅尔面设于所述发光芯片的正上方，所述第一倾斜全反射面设于所述菲涅尔面的上方，所述第二倾斜全反射面错位设于所述第一倾斜全反射面的上方，所述第二非球面设于所述第一倾斜全反射面与所述第二倾斜全反射面之间，所述第一非球面设于所述第二非球面靠近所述滑块的一侧，所述棱镜将发光芯片发出来的光线会聚到靠近滑块的一侧的一点上。
28.根据权利要求27所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述成像系统包括孔径光阑，所述孔径光阑设于所述第二非球面远离所述滑块的一侧，所述光学图像传感器设于所述孔径光阑远离所述第二非球面的一侧，所述孔径光阑将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
29.根据权利要求28所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述成像系统还包括暗盒，所述暗盒开设有通孔，所述孔径光阑固定连接于所述通孔内，所述光学图像传感器设于所述暗盒内。
30.根据权利要求29所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述发光芯片与所述光学图像传感器互相垂直，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
31.根据权利要求30所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第一非球面和所述第二非球面的表达式为
Figure FDA0004109871600000071
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
32.根据权利要求8所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述聚光系统包括棱镜，所述棱镜包括菲涅尔面、倾斜全反射自由曲面和折射自由曲面，所述菲涅尔面设于所述发光芯片的上方，所述倾斜全反射自由曲面设于所述菲涅尔面的上方，所述折射自由曲面设于所述倾斜全反射自由曲面靠近所述滑块的一侧，所述棱镜将发光芯片发出来的光线会聚到靠近滑块的一侧的一点上。
33.根据权利要求32所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述成像系统包括倾斜单透镜和倾斜孔径光阑，所述倾斜单透镜和所述倾斜孔径光阑均设于所述倾斜全反射自由曲面远离所述滑块的一侧的上方，所述倾斜单透镜设于所述倾斜全反射自由曲面与所述倾斜孔径光阑之间，所述倾斜单透镜和所述倾斜孔径光阑组合使用将滑块反射回来的光线成像到光学图像传感器上。
34.根据权利要求33所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述倾斜单透镜包括背对设置的第一非球面和第二非球面。
35.根据权利要求34所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述倾斜单透镜的光轴与聚光系统的会聚光束相对于水平线互相对称。
36.根据权利要求35所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述倾斜单透镜的光轴与水平线的夹角为8-20度。
37.根据权利要求36所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述倾斜单透镜的光轴与水平线的夹角为15度。
38.根据权利要求36或37所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述成像系统还包括暗盒，所述暗盒开设有通孔，所述孔径光阑固定连接于所述通孔内，所述光学图像传感器设于所述暗盒内。
39.根据权利要求38所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述发光芯片与所述光学图像传感器互相垂直，所述发光芯片与所述PCB板互相平行。
40.根据权利要求39所述的一种采用数字图像处理技术的光电按键开关，其特征在于：所述第一非球面和所述第二非球面的表达式为
Figure FDA0004109871600000091
其中z为弧矢的高度，c＝1/R为非球面顶点位置的曲率，其为曲率半径R的倒数，k为锥度系数，r为非球面径向坐标值，αi为非球面多项式的系数。
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