CN217007844U - 一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件 - Google Patents

Abstract

一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，通过在透明光学塑料体上集成LED照明系统和显微成像系统，一方面可解决现有透镜组件不可用于表面贴装鼠标传感器和适配光源的问题；另一方面因减小光线在透镜组件内的传输距离，降低能耗，从而提高鼠标的灵敏度；再者，具有体积小、生产效率高的优点。

Description

一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件

技术领域

本实用新型涉及光学鼠标技术，特别是一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，通过在透明光学塑料体上集成LED照明系统和显微成像系统，一方面可解决现有透镜组件不可用于表面贴装鼠标传感器和适配光源的问题；另一方面因减小光线在透镜组件内的传输距离，降低能耗，从而提高鼠标的灵敏度；再者，具有体积小、生产效率高的优点。

背景技术

鼠标作为电脑的主要配件，随着电脑技术的发展，时下主流的光学鼠标也在不断更迭创新。光学鼠标的工作原理：从发光二极管(LED，Light-Emitting Diode)出射的光线，经照明系统照亮鼠标下方的工作表面，工作表面的微结构经过显微物镜成像在CMOS传感器上(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)；传感器以1500帧/s或更高的速度采集图像，前后采集的图像经过一种叫做光学导航器的图像分析硬件电路(即数字微处理器DSP，Digital Signal Process)进行图像相关运算处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离。但是，现有光学鼠标的透镜组件大多适用于直插式鼠标传感器，少见可用于表面贴装鼠标传感器和适配光源的透镜组件。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，通过在透明光学塑料体上集成LED照明系统和显微成像系统，一方面可解决现有透镜组件不可用于表面贴装鼠标传感器和适配光源的问题；另一方面因减小光线在透镜组件内的传输距离，降低能耗，从而提高鼠标的灵敏度；再者，具有体积小、生产效率高的优点。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，其特征在于，包括在透明光学塑料体上部左侧设置的传感器安装槽和上部右侧设置的光源安装槽，在所述透明光学塑料体上集成有LED照明透镜系统和显微成像透镜系统，所述显微成像透镜系统位于所述传感器安装槽的下方，所述LED照明透镜系统位于所述光源安装槽的下方。

所述传感器安装槽内设置有鼠标传感器，所述光源安装槽内设置有LED光源，所述透明光学塑料体的上表面覆盖有PCB板，所述PCB板分别连接所述鼠标传感器和所述LED光源。

所述显微成像透镜系统包括显微物镜，所述显微物镜的上表面与所述鼠标传感器的感光面形成光路连接，所述显微物镜的下凸面通过工作表面反射区与所述LED照明透镜系统形成光路连接，所述显微物镜的上表面为出光面，所述显微物镜的下凸面为入光面。

所述LED照明透镜系统包括准直透镜，所述准直透镜的上凸面与所述LED光源形成光路连接，所述准直透镜的下部向下延伸出转折棱镜，所述转折棱镜的折射面通过工作表面反射区与所述显微成像透镜系统形成光路连接。

所述转折棱镜包括位于右下方的第一反射面，位于左上方的第二反射面，和位于左下方的第三折射面，所述第一反射面将透过所述准直透镜的光反射到所述第二反射面，所述第二反射面将来自所述第一反射面的光反射到所述第三折射面，所述第三折射面将来自所述第二反射面的光折射到工作表面。

所述第一反射面和第二反射面与X轴正向的夹角均为锐角，所述第三折射面与X轴正向的夹角为钝角，所述X轴平行于所述工作表面。

所述第一反射面为外凸面，所述第二反射面为内凹面，所述外凸面将来自所述准直透镜的平行光汇聚反射到所述内凹面，所述内凹面将接收到汇聚反射光扩散为平行光反射到所述第三折射面。

所述准直透镜为菲涅尔透镜。

本实用新型的技术效果如下：本实用新型一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，集成了LED照明系统和显微成像系统两个部分，LED照明系统又由准直透镜和转折棱镜组合而成，而显微成像系统是一个显微物镜，转折棱镜包括第一反射面，第二反射面和第三折射面；显微物镜包括入光面和出光面，适用于表面贴装鼠标传感器和适配光源；另外，可减小光线在鼠标透镜组件内的传输距离以降低能耗，从而提高鼠标的灵敏度；再者，具有体积小、生产效率高的优点。

附图说明

图1是实施本实用新型一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件结构示意图。

图2是图1中的透明光学塑料体剖面结构示意图。

图3是图1中的透明光学塑料体整体结构示意图。

附图标记列示如下：1-PCB板(PCB，Printed Circuit Board，印制电路板)；2-工作表面(例如鼠标垫表面等，其表面微结构能够经过显微物镜成像在鼠标传感器上，例如CMOS传感器，CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)；3-LED光源(LED，Light-Emitting Diode，发光二极管)；4-光源安装槽；5-表面贴装鼠标传感器；6-传感器安装槽；7-准直透镜；8-转折棱镜；9-第一反射面；10-第二反射面；11-第三折射面；12-显微物镜；13-入光面；14-出光面；15-感光面；16-透明光学塑料体。

具体实施方式

下面结合附图(图1-图3)对本实用新型进行说明。

图1是实施本实用新型一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件结构示意图。图2是图1中的透明光学塑料体剖面结构示意图。图3是图1中的透明光学塑料体整体结构示意图。参考图1至图3所示，一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，包括在透明光学塑料体16上部左侧设置的传感器安装槽6和上部右侧设置的光源安装槽4，在所述透明光学塑料体16上集成有LED照明透镜系统和显微成像透镜系统，所述显微成像透镜系统位于所述传感器安装槽6的下方，所述LED照明透镜系统位于所述光源安装槽4的下方。所述传感器安装槽6内设置有鼠标传感器5，所述光源安装槽4内设置有LED光源3，所述透明光学塑料体16的上表面覆盖有PCB板1，所述PCB板1分别连接所述鼠标传感器5和所述LED光源3。

所述显微成像透镜系统包括显微物镜12，所述显微物镜12的上表面与所述鼠标传感器5的感光面15形成光路连接，所述显微物镜12的下凸面通过工作表面2反射区与所述LED照明透镜系统形成光路连接，所述显微物镜12的上表面为出光面14，所述显微物镜12的下凸面为入光面13。所述LED照明透镜系统包括准直透镜7，所述准直透镜7的上凸面与所述LED光源3形成光路连接，所述准直透镜7的下部向下延伸出转折棱镜8，所述转折棱镜8的折射面通过工作表面2反射区与所述显微成像透镜系统形成光路连接。

所述转折棱镜8包括位于右下方的第一反射面9，位于左上方的第二反射面10，和位于左下方的第三折射面11，所述第一反射面9将透过所述准直透镜7的光反射到所述第二反射面10，所述第二反射面10将来自所述第一反射面9的光反射到所述第三折射面11，所述第三折射面11将来自所述第二反射面10的光折射到工作表面2。所述第一反射面9和第二反射面10与X轴正向的夹角均为锐角，所述第三折射面11与X轴正向的夹角为钝角，所述X轴平行于所述工作表面2。所述第一反射面9为外凸面，所述第二反射面10为内凹面，所述外凸面将来自所述准直透镜7的平行光汇聚反射到所述内凹面，所述内凹面将接收到汇聚反射光扩散为平行光反射到所述第三折射面11。所述准直透镜7为菲涅尔透镜。

本实用新型的主要目的是提出一种基于表面贴装鼠标传感器和适配光源的透镜组件，一方面可解决现有透镜组件不可用于表面贴装鼠标传感器和适配光源的问题；另一方面因减小光线在透镜组件内的传输距离，降低能耗，从而提高鼠标的灵敏度；再者，具有体积小、生产效率高的优点。为实现上述目的，本实用新型提出一种基于表面贴装鼠标传感器和适配光源的透镜组件，它集成了LED照明系统和显微成像系统两个部分。LED照明系统又由准直透镜和转折棱镜组合而成，而显微成像系统是一个显微物镜。转折棱镜包括第一反射面，第二反射面和第三折射面。显微物镜包括入光面和出光面。

本实用新型提出一种基于表面贴装鼠标传感器和适配光源的透镜组件。

在本实用新型一实施例中，如图1至图3所示，一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件集成了LED照明系统和显微成像系统两个部分。LED照明系统用以将从LED光源3发出的光传送到工作表面2，显微成像系统用以将自工作表面2的反射光传送至表面贴装鼠标传感器5。

LED照明系统又由准直透镜7和转折棱镜8组合而成，而显微成像系统是一个显微物镜12。准直透镜7用以将从LED光源3射出的发散光转化为平行光，转折棱镜8用以将从准直透镜7发出的平行光转向到工作表面2。显微物镜12用以将自工作表面2的反射光传送至表面贴装鼠标传感器5。

转折棱镜包括第一反射面9、第二反射面10和第三折射面11，显微物镜包括入光面13和出光面14。第一反射面9和第二反射面10与X轴正向的夹角均为锐角，第二反射面10临近准直透镜7并与第一反射面9相对设置，第三折射面11与X轴正向的夹角为钝角，第三折射面11向左临近第二反射面10、向右与第一反射面9相接。X轴平行于工作表面2。

如图1至图3所示，工作表面2为鼠标放置平面，如桌面或者鼠标垫表面；本实用新型一种用于表面贴装鼠标传感器和适配光源的透镜组件的工作过程大致为：LED光源3发出的光线传播至准直透镜7后入射到转折棱镜8，依次经过第一反射面9和第二反射面10反射后，再经第三折射面11折射出转折棱镜8、照射到工作表面2，工作表面2反射后的光线先射向显微物镜12的入光面13，后经显微物镜12的出光面14传播至表面贴装鼠标传感器5。

本实用新型一种用于表面贴装鼠标传感器和适配光源的透镜组件，通过准直透镜7对由LED光源3入射来的光线进行汇聚，从而可增强基于表面贴装鼠标传感器和适配光源透镜组件的聚光性，从而可增强入射到基于表面贴装鼠标传感器和适配光源透镜组件的光线的能量，从而提高表面贴装鼠标传感器5的灵敏度，进而提高鼠标的灵敏度。同时，将表面贴装鼠标传感器5的光线接收面靠近工作表面2设置，可减小光线在基于表面贴装鼠标传感器和适配光源的透镜组件内的传播距离，从而降低能耗，更进一步提高鼠标的灵敏度。

在本实施例中，准直透镜7设置为菲涅尔透镜。如此，在实现对光线的汇聚作用的同时，还具备口径大、厚度薄的优势。

如图2所示，第一反射面9为外凸设置，第二反射面10为内凹设置，与平面反射面相比，可增大第一反射面9和第二反射面10的有效反射面积，从而提高照明系统及基于表面贴装鼠标传感器和适配光源的透镜组件对光线的利用率。

如图2、图3所示，为了进一步缩短光线在照明系统内的传播距离、降低光能损耗，第三折射面11临近第二反射面10设置。

如图1至图3所示，准直透镜7外围设有光源安装槽4，此结构用于限定LED光源3与准直透镜7的相对位置关系，从而减小光源在整个光学系统内的装调误差、增强光能量的利用率。同时，显微物镜12上方设有传感器安装槽6，传感器安装槽6用于限定显微物镜12和表面贴装鼠标传感器5的相对位置，可降低传感器的装调误差、提高从显微物镜12出射光线进入传感器感光区域的准确率，从而提高传感器的灵敏度。

在本实施例中，光源安装槽4、准直透镜7、转折棱镜8、显微物镜12和传感器安装槽6采用一体化成型技术，在为一种用于表面贴装鼠标传感器和适配光源的透镜组件简化结构的同时，也简化了光学元件的装配过程，从而可提高此结构的生产效率；再者，可大幅降低光学元件如准直透镜7、转折棱镜8和显微物镜12等的装配误差；通过光源安装槽4和传感器安装槽6限定PCB板上光电器件如LED光源3和表面贴装鼠标传感器5等与基于表面贴装鼠标传感器和适配光源的透镜组件的位置关系，可大幅提高PCB板1上光电器件和光学元件相对位置的匹配度，从而提高鼠标的灵敏度。

在本实施例中，如图1至图3所示，显微物镜12包括位于顶部的出光面14，和位于底部的入光面13。入光面13和出光面14相对设置，出光面14出射的光线传递给表面贴装鼠标传感器5。入光面13和出光面14都呈外凸曲面设置，如此设置，有利于工作表面2上的微结构成像到表面贴装鼠标传感器5的感光面，从而提高光能量的利用率。

在本实施例中，基于表面贴装鼠标传感器和适配光源的透镜组件选用的材料为透明的光学塑料。光学塑料具有易于制造复杂面型、重量轻和制造成本低等特点。

如图1所示，鼠标传感器及其适配光源整体位于PCB板1的下方。无论是光源安装槽4、第二反射面10还是传感器安装槽6上方所对应PCB板的区域都无需开透光孔。如此，在降低PCB板制作难度的同时，还可消除直插式传感器或直插式光源的装配和焊接误差。鼠标内光路的走向为：光源面向工作表面2的主发光面发出的光线经准直透镜7转化为平行光线，照射到转折棱镜7的第一反射面9后，汇聚到第二反射面10，经第二反射面10扩散为平行光线，再由第三折射面11折射到工作表面2；工作表面2漫反射出的光线，部分由显微物镜12的入光面13汇聚，再经出光面进一步汇聚到传感器5。如此，通过缩短传感器5和工作表面2之间的距离，可使得传感器接收到更强的光线能量，从而提高传感器的灵敏度，进而提高鼠标的灵敏度。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，其特征在于，包括在透明光学塑料体上部左侧设置的传感器安装槽和上部右侧设置的光源安装槽，在所述透明光学塑料体上集成有LED照明透镜系统和显微成像透镜系统，所述显微成像透镜系统位于所述传感器安装槽的下方，所述LED照明透镜系统位于所述光源安装槽的下方。

2.根据权利要求1所述的基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，其特征在于，所述传感器安装槽内设置有鼠标传感器，所述光源安装槽内设置有LED光源，所述透明光学塑料体的上表面覆盖有PCB板，所述PCB板分别连接所述鼠标传感器和所述LED光源。

3.根据权利要求1所述的基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，其特征在于，所述显微成像透镜系统包括显微物镜，所述显微物镜的上表面与所述鼠标传感器的感光面形成光路连接，所述显微物镜的下凸面通过工作表面反射区与所述LED照明透镜系统形成光路连接，所述显微物镜的上表面为出光面，所述显微物镜的下凸面为入光面。

4.根据权利要求1所述的基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，其特征在于，所述LED照明透镜系统包括准直透镜，所述准直透镜的上凸面与所述LED光源形成光路连接，所述准直透镜的下部向下延伸出转折棱镜，所述转折棱镜的折射面通过工作表面反射区与所述显微成像透镜系统形成光路连接。

5.根据权利要求4所述的基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，其特征在于，所述转折棱镜包括位于右下方的第一反射面，位于左上方的第二反射面，和位于左下方的第三折射面，所述第一反射面将透过所述准直透镜的光反射到所述第二反射面，所述第二反射面将来自所述第一反射面的光反射到所述第三折射面，所述第三折射面将来自所述第二反射面的光折射到工作表面。

6.根据权利要求5所述的基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，其特征在于，所述第一反射面和第二反射面与X轴正向的夹角均为锐角，所述第三折射面与X轴正向的夹角为钝角，所述X轴平行于所述工作表面。

7.根据权利要求5所述的基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，其特征在于，所述第一反射面为外凸面，所述第二反射面为内凹面，所述外凸面将来自所述准直透镜的平行光汇聚反射到所述内凹面，所述内凹面将接收到汇聚反射光扩散为平行光反射到所述第三折射面。

8.根据权利要求4所述的基于表面贴装鼠标传感器的透镜组件，其特征在于，所述准直透镜为菲涅尔透镜。

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