JPH11272417A - 光学式マウス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学式マウスにおいて、従来よりも光路長を
短くすることができ、各ラインの検出部を小型化可能な
新規の構造を提供する。 【解決手段】 検出基板３２には発光ダイオード４１
Ｘ，４１Ｙとフォトダイオード４４Ｘ，４４Ｙが実装さ
れている。検出基板３２には光学ケース４５が固着され
ている。光学ケース４５内には板状のビームスプリッタ
４２が水平面に対して４５度になるように斜めに固定さ
れている。ビームスプリッタ４２の下方には一対のレン
ズ部４３Ｘ，４３Ｙを有する一体のレンズ体４３が光学
ケース４５に組み込まれた状態で固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光学式マウスに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学式マウスとしては、マウスパ
ッドに形成された相互に直交するライン方向を有する２
組のラインパターンを読みとるための読み取り手段を備
えたものが知られている。２組のラインパターンはマウ
スパッドの板面にＸＹ方向のグリッドとして存在し、光
学式マウスはマウスパッド上のラインパターンのライン
を横切ることによりこれを光学的に検出して平面座標を
出力する。２組のラインパターンとしては、特公昭６２
−６１９６９号公報に記載されているように、マウスパ
ッドの表面上に相互に異なる色に形成されたもの、或い
は、２組のラインパターンの交差部が異なる色になるよ
うにしたものなどがあり、さらに、特公平１−３９１２
８号公報に記載されているように、透明基板の表裏に相
互に直交するライン方向を有する２組のラインパターン
を形成したものがある。

【０００３】図５は従来の光学式マウスの検出光学系を
示す概略説明図である。図中、（ａ）はマウスパッド１
０の表面側に形成されたＸラインパターン１２Ｘを検出
するためのＸライン検出部２０Ｘを示し、（ｂ）はマウ
スパッド１０の裏面側に形成されたＹラインパターン１
２Ｙを検出するためのＹライン検出部２０Ｙを示すもの
である。Ｘライン検出部２０Ｘ及びＹライン検出部２０
Ｙには、発光ダイオード２１Ｘ，２１Ｙと、集光レンズ
２２Ｘ，２２Ｙと、反射板２３Ｘ，２３Ｙと、フォトダ
イオード２４Ｘ，２４Ｙとが配置される。発光ダイオー
ド、集光レンズ及び反射板は図示しない光学ケース内に
それぞれ組み込まれて固定されている。また、フォトダ
イオードは回路基板２５に直接実装されている。マウス
パッド１０は、透明基板１１の表面側にアルミニウムの
薄い蒸着膜、印刷膜などからなるＸラインパターン１２
Ｘが形成され、必要に応じて図示しない透明な表面保護
膜が形成される。透明基板１１の裏面上には全面的にア
ルミニウムの蒸着膜が形成された図示しないフィルム上
に黒色インクをストライプ状に形成することなどによっ
て蒸着膜が黒色インクにより被覆されていない部分に光
反射性のＹラインパターン１２Ｙが形成される。

【０００４】上記構造においては、発光ダイオード２１
Ｘから近赤外光がマウスパッド１０に照射されると、表
面側のＸラインパターンからの反射光は集光レンズ２２
Ｘ及び反射板２３Ｘを経てフォトダイオード２４Ｘの受
光面にて結像する。同様に、発光ダイオード２１Ｙから
マウスパッド１０に近赤外光が照射されると、裏面側の
Ｙラインパターンからの反射光は集光レンズ２２Ｙ及び
反射面２３Ｙを経てフォトダイオード２４Ｙに結像す
る。ここで、フォトダイオード２４Ｘは図示左右方向に
分割された受光面を備えた２分割フォトダイオード、フ
ォトダイオード２４Ｙは図の紙面に直交する方向に分割
された受光面を持つ２分割フォトダイオードとなってお
り、マウスが移動してそれぞれＸ方向及びＹ方向に進む
移動量に応じてＸラインパターン１２Ｘ及びＹラインパ
ターン１２Ｙの各ラインを横切ることになるため、この
横切ったライン数を検出することによって座標変化に応
じた信号を出力することができるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
光学式マウスにおいては、Ｘライン検出部２０Ｘ及びＹ
ライン検出部２０Ｙにおいてそれぞれ発光ダイオード、
集光レンズ、反射板、フォトダイオードを配列している
ため、光路長が長くなり、各方向の検出部の高さや容積
を現状以上に低減することはきわめて困難であるという
問題点がある。

【０００６】また、上記のような長い光路長を備えた光
学系を薄型ハウジング内に収容するために、マウスパッ
ド１０の板面に対して大きな入射角で斜めから発光ダイ
オードの光を照射し、大きな射出角の反射光を集光レン
ズにて集光しているため、検出精度を上げる観点から見
ると不利であり、また、全体として光の利用効率が低く
なるという問題点もあった。

【０００７】さらに、上記の光学系では、反射光のみを
集光レンズで集光しているため、発光ダイオードに指向
性の強いものを用いる必要があることから、発光ダイオ
ードの選択肢が少なくなり、発光ダイオードの小型化、
低価格化を図ることが困難であるという問題点もある。
光源の選択肢を広げるには集光レンズを入射側にも配置
する必要があるが、このようにすると検出部の容積はさ
らに大きくなり、製造コストも増大する。

【０００８】そこで、本発明は上記問題点を解決するも
のであり、その課題は、従来よりも光路長を短くするこ
とができ、各ラインの検出部を小型化可能な新規の構造
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、光源と、該光源からの出射光
をマウスパッドのラインパターン上に照射し、前記ライ
ンパターンからの反射光を集光する光学系と、該光学系
により集光された反射光を検出する光検出器とを備えた
光学式マウスにおいて、前記光学系は、前記ラインパタ
ーンとの間の光路に対して共に接続された、前記光源と
の間に構成される光路と、前記光検出器との間に構成さ
れる光路とを相互に分離するためのビームスプリッタ
と、前記ラインパターン上への照射光及びラインパター
ンからの反射光を共に集光する光学面とを備えているこ
とを特徴とする。

【００１０】この手段によれば、光学系には、光学系か
らラインパターンまでの光路に対して共に接続された、
光学系と光源との間に構成される光路と、光学系と光検
出器との間に構成される光路とを相互に分離させるビー
ムスプリッタと、光源からの照明光とラインパターンか
らの反射光とを共に集光する光学面とが配置されている
ため、ビームスプリッタから光学面を介してラインパタ
ーンに至るまでの光路は照明光、反射光ともに共通にな
るから、その光路長に比して光学系の全体をコンパクト
に構成でき、また、照明光と反射光とが共通の光学面を
通過することから部品点数の削減が可能であるとともに
集光量を増大して検出光量の低下を抑制できる。

【００１１】ここで、前記ビームスプリッタはハーフミ
ラーであることが好ましい。この手段によれば、ハーフ
ミラーにてビームスプリッタが構成されるため、光学系
を簡易かつ低コストに構成でき、光学系の容積を増大さ
せずに構成できる。

【００１２】上記各手段においては、前記マウスパッド
における各ラインが相互に交差する２組のラインパター
ンに基づいて変調された反射光をそれぞれ集光するよう
に構成された一対の前記光学系及び前記光検出器を備
え、一対の前記光学系内にそれぞれ配置された前記ビー
ムスプリッタを相互に一体に構成することが好ましい。
この手段によれば、ビームスプリッタが一対の光学系に
おいて一体に構成されているので、部品点数を削減でき
ること並びに部品コスト及び組立コストを抑制できるこ
とから製造コストの低減を図ることができる。

【００１３】上記各手段においては、前記光学系から前
記ラインパターンまでの光軸を前記ラインパターンの形
成面に対して直交させることが好ましい。この手段によ
れば、光学系からラインパターンまでの光軸をラインパ
ターンの形成面に対して直交させているため、光軸が形
成面に対して傾斜していることによる光量の損失や検出
精度の低下を招くことがなくなる。

【００１４】この場合においては、前記光源又は前記光
検出器と前記ビームスプリッタとの間の光軸を、前記光
学系から前記ラインパターンまでの光軸に対して一致さ
せ、前記光検出器又は前記光源と前記ビームスプリッタ
との間の光軸を、前記光学系から前記ラインパターンま
での光軸と直交させることが好ましい。この構成によれ
ば、ビームスプリッタにおける反射角度が４５度となる
ため、光量損失を低減できるとともに全体をコンパクト
に構成しても光源、光検出器などの配置が容易になる。

【００１５】なお、上記各手段においては、光学系の倍
率を１．５〜１０の範囲内とすることが検出精度及び光
学系の小型化を図る上で好ましい。また、光学面の曲率
半径をｒ、焦点距離をｆ、光学面を構成する媒質の屈折
率をｎとすると、│ｒ（ｎ−１）／ｆ│が０．３以上で
あることが好ましく、特に、０．３以上０．６以下であ
ることが望ましい。光学面が複数ある場合には、この光
学面は最もラインパターン側の光学面であることが望ま
しい。また、光学収差を低減するためには、光学面のう
ちの少なくとも一つは非球面であることが好ましく、こ
の場合には、その非球面の円錐係数ｋは、−１０＜ｋ＜
０であることが好ましい。

【００１６】また、上記各手段においては、前記光源、
前記光学系及び前記光検出器を同一の検出基板に対して
固定することが好ましい。この手段によれば、光源、光
学系、光検出器が全て同一の検出基板に固定されている
ことにより、相互の位置関係がずれにくくなり、高精度
な検出部を構成することができる。

【００１７】この場合にはまた、前記光源及び前記光検
出器が前記検出基板に実装され、前記光学系が前記検出
基板に固定された光学ケースに装着されていることが望
ましい。

【００１８】さらに、前記検出基板はマウス内に配置さ
れた主回路基板に対して板面を前記主回路基板の板面に
交差させた状態で固定されていることが好ましい。検出
基板が主回路基板に対して交差姿勢で固定されているの
で、光源、光学系及び光検出器を前記ラインパターンへ
と向かう、或いは前記ラインパターンから戻る光路に沿
って検出基板の板面に沿って配置することが可能になる
ため、各部品の配置が容易になり、しかもコンパクトに
構成できる。また、検出基板に回路パターンの一部を形
成し電子部品の一部を実装することにより、主回路基板
を小型化できるという効果もある。

【００１９】この場合にはさらに、前記検出基板は、前
記マウスパッドの表面に接触するマウス底面に対して位
置決めされた状態で固定されていることが好ましい。こ
の手段によれば、検出基板がマウス底面に対して位置決
めされているので、マウスパッドに対する検出部の位置
関係を高精度に形成することができる。この場合の具体
的な構成としては、マウス底板の内面に検出基板を直接
接触させた状態で固定したり、検出基板を取り付けた光
学ケースをマウス底板の内面に直接接触させた状態で固
定したりするなどの構成が考えられる。

【００２０】本発明における検出部の基本的な構成とし
ては、光源、ビームスプリッタ、光学面を備えた集光レ
ンズをラインパターンに向けて垂直に順次に配列し、ビ
ームスプリッタの側方に光検出器を配置する場合が考え
られる。この場合、光源と光検出器との位置関係を逆に
してもよい。このような基本的な構成に対しては、本項
目内の各段落に記載した個々の手段をそれぞれ適用させ
ることができる。また、上記基本構成においては、追加
のレンズその他の光学素子を配置しても構わない。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
に係る光学式マウスの実施形態について説明する。図１
は本実施形態の光学式マウスの検出部の構造を示す縦断
面図、図２は同実施形態を図１に示す断面と直交する平
面で切断した状態を示す縦断面図である。本実施形態に
おいて適用可能なマウスパッド１０としては従来と同様
のものが使用でき、ガラス、アクリル樹脂などからなる
透明基板１１の表面側に図の紙面と直交する方向に伸び
るストライプ状の反射性ラインを並列形成してなるＸラ
インパターン１２Ｘが形成され、透明基板１１の裏面側
に図示左右方向に伸びるストライプ状の反射性ラインを
並列形成してなるＹラインパターン１２Ｙが形成されて
いる。本実施形態ではこのようにマウスパッド１０の厚
さ方向の異なる深さに形成された直交する２組のライン
パターンを有するものを用いているが、基本的には互い
に交差する２組のラインパターンが形成されていれば本
発明を適用することができる。例えば、２組のラインパ
ターンがほぼ同一面上に形成されているが互いに光学的
特徴が異なる場合、２組のラインパターンがほぼ同一面
上に形成され、しかもほぼ等しい光学的特徴を備えてい
るが、互いに交差する部分において交差しない部分と異
なる光学的特徴を有する場合などである。

【００２２】本実施形態の光学式マウス３０において
は、ハウジングの内部に水平姿勢にて収容される主回路
基板３１のほぼ中央部において上下に開口する開口部３
１ａが形成されており、この開口部３１ａの開口縁部に
は、開口部３１ａに挿入されるタブ状に突出した挿入部
３２ｂを備えた検出基板３２が板面を主回路基板３１に
直交させた状態で取り付けられている。検出基板３２と
主回路基板３１とは、両者にそれぞれ形成された回路パ
ターン間を導通する複数の導通接合部３２ａによって互
いに固定されている。これらの導通接合部３２ａは通常
半田などにより形成されている。検出基板３２には、上
部に発光ダイオード４１Ｘ，４１Ｙが実装され、下部に
フォトダイオード４４Ｘ，４４Ｙが実装されている。検
出基板３２には使用する波長帯の光を反射しないように
構成された黒色樹脂からなる光学ケース４５（図示２点
鎖線で示す。）が固着されており、発光ダイオード４１
Ｘ，４１Ｙは光学ケース４５の上面に対して位置決めさ
れている。また、フォトダイオード４４Ｘ，４４Ｙは、
光学ケース４５と検出基板３２とによって内部に格納さ
れるように構成されている。

【００２３】光学ケース４５の上部には、上記発光ダイ
オード４１Ｘ，４１Ｙから光学ケース４５内部に光を導
入するためのＵ字形状の一対の切り欠き部４５ａが形成
されている。光学ケース４５内の上記切り欠き部４５ａ
の下方位置には板状のビームスプリッタ４２が水平面に
対して４５度になるように斜めに固定されている。この
ビームスプリッタ４２はガラス板の下面に、酸化イット
リウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）、酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）、二酸化
シリコン（ＳｉＯ₂ ）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、二酸
化シリコン（ＳｉＯ₂ ）、酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）の各
薄膜層を順次に積層してなる多層膜構造の光変調層４２
ａを備えたハーフミラーである。ビームスプリッタ４２
としては、ハーフミラー以外でも、光束を分離できるも
のであればよく、例えば偏光ビームスプリッタでもよ
い。分光面を含むビームスプリッタの形状としては、本
実施形態のような薄板形状以外に、プリズム形状（３角
柱、３角錐など）やキュービック形状のものでもよい。

【００２４】ビームスプリッタ４２の下方には、一対の
レンズ部４３Ｘ，４３Ｙを有する一体のレンズ体４３が
光学ケース４５に組み込まれた状態で固定されている。
レンズ体４３は射出成形などにより成形された合成樹脂
からなる。光学ケース４５におけるレンズ体４３のレン
ズ部４３Ｘ，４３Ｙの下方部分の壁面には平面円形状の
一対の開口部４５ｂが形成されている。光学ケース４５
は、発光ダイオード４１Ｘ，４１Ｙから切り欠き部４５
ａを通して上記ビームスプリッタ４２を経てレンズ体４
３の各レンズ部４３Ｘ，４３Ｙに至る部分と、フォトダ
イオード４４Ｘ，４４Ｙの収容される部分との間に仕切
壁を備えており、この仕切壁には、ビームスプリッタ４
２とフォトダイオード４４Ｘ，４４Ｙの中央に配置され
た受光部４６Ｘ，４６Ｙとを結ぶ水平線上の位置に一対
の開口部４５ｃを備えている。なお、ビームスプリッタ
４２は、発光ダイオード４１Ｘ，４１Ｙからレンズ部４
３Ｘ，４３Ｙに至る２組の光路の双方に亘って広がる一
体の横長形状に構成されている。

【００２５】フォトダイオード４４Ｘ，４４Ｙの表面中
央部にはそれぞれ光を検出するための受光部４６Ｘ，４
６Ｙが形成されている。受光部４６Ｘにおいては２つの
受光領域が上下に配列され、受光部４６Ｙにおいては２
つの受光領域が図示左右に配列されている。これらの各
受光領域はそれぞれ独立に光検出を行うことができるよ
うになっている。

【００２６】図３は本実施形態の光学式マウス３０の下
側ハウジング３０ａ内に主回路基板３１及び上記光学ケ
ース４５とともに取り付けられた検出部を備えた検出基
板３２を配置した状態を示す概略斜視図、図４は図３に
示す部分の分解斜視図である。ここで、主回路基板３１
及び検出基板３２上の配線パターンや実装された電子素
子、スイッチ素子などは省略して描いてある。光学式マ
ウス３０は、図３に示す下側ハウジング３０ａと、図示
しない上側ハウジングとを接合することによって形成さ
れる。図示しない上側ハウジングには操作ボタンが取り
付けられている。下側ハウジング３０ａには、主回路基
板３１を固定するためのネジ穴部３０ｂと、マウスパッ
ド１０に対して光を照射するとともにマウスパッド１０
からの反射光を取り入れるための底開口部３０ｃとが形
成されている。底開口部３０ｃの開口縁部には、光学ケ
ース４５の底面部に当接して光学ケース４５の高さ位置
を位置決めするための位置決め段差面３０ｄが形成され
ている。

【００２７】光学式マウス３０を組み立てる際には、ま
ず、主回路基板３１を下側ハウジングの内部に収容し、
光学ケース４５や上述の発光ダイオード、ビームスプリ
ッタ、レンズ体、フォトダイオードなどを全て実装した
検出基板３２を主回路基板３１の開口部３１ａ内に挿入
して、光学ケース４５の底面部が上記の位置決め段差面
３０ｄに当接した状態に保持する。この状態で、主回路
基板３１のネジ孔３１ｃにネジ３１ｂを通してネジ穴部
３０ｂにネジ止めすることにより主回路基板３１を下側
ハウジング３０ａに対して固定する。最後に、光学ケー
ス４５の底面部が位置決め段差面３０ｄに当接した状態
を保ったまま、検出基板３２と主回路基板３１との回路
パターンを半田などによって接合し、導通接合部３２ａ
を形成する。通常、検出基板３２と主回路基板３１との
間の導通接合部３２ａは数カ所以上必要であるので、こ
れらの導通接合部３２ａのみで検出基板３２と主回路基
板３１とを完全に固定できる。

【００２８】本実施形態において、発光ダイオード４１
Ｘ，４１Ｙは波長７００〜１０００ｎｍの近赤光、例え
ば波長９５０ｎｍを用いる。この近赤外光は、ビームス
プリッタ４２に入射して光変調層４２ａにより約５０％
がレンズ体４３の各レンズ部４３Ｘ，４３Ｙに向けて透
過する。残りの５０％は光学ケース４５の解放窓部４５
ｄから外部へと放出される。光学式マウス３０の光学ケ
ース４５の解放窓部４５ｄの光放出方向には反射を防止
した反射防止面が設けられることが好ましい。レンズ部
４３Ｘ，４３Ｙに到達した光は集光されてマウスパッド
１０の表面にほぼ垂直に照射される。この照射光のう
ち、マウスパッド１０の表面側に形成されたＸラインパ
ターン１２Ｘにて反射された反射光はレンズ部４３Ｘを
通過し、ビームスプリッタ４２で反射されてフォトダイ
オード４４Ｘの受光部４６Ｘにて結像し、検出される。
同様に、Ｙラインパターン１２Ｙにて反射された反射光
はレンズ部４３Ｙを通過し、ビームスプリッタ４２で反
射されてフォトダイオード４４Ｙの受光部４６Ｙにて結
像し、検出される。ここで、ビームスプリッタの光束分
離面から光源までの光路と、ビームスプリッタの光束分
離面から光検出器までの光路とは等しい長さを備えてお
り、両光路は光学的に共役の関係にある。

【００２９】本実施形態では、ビームスプリッタ４２に
より入射光及び反射光が分離されるために光量が低下す
るが、その代わり、入射光及び反射光が同一のレンズ部
４３Ｘ，４３Ｙにてそれぞれ集光されるので、光路長を
短くすることができるとともに、ビームスプリッタ４２
と各ラインパターンとの間は入射経路と反射経路とが共
通になるため、物像距離の多くが入射光路と共通にな
り、光路を形成するための容積を低減することができ
る。また、入射光もレンズ部４３Ｘ，４３Ｙにて集光さ
れるので、反射光強度も強くすることができるため、検
出光量をある程度確保することができ、検出精度が低下
することはない。また、図５に示す従来の構造に較べる
と、反射板の代わりにビームスプリッタ４２が配置され
るだけで部品点数は増加しない。さらに、マウスパッド
１０に対して光が垂直に入射され、かつ、マウスパッド
１０からの反射光は垂直に取り込まれるため、光損失を
低減でき、また、検出時の分解能やＳＮ比を高めやすく
なる。なお、本実施形態では、上記のようにマウスパッ
ド１０への入射光がレンズ部４３Ｘ，４３Ｙによって集
光されているので、発光ダイオードの発光特性の指向性
は余り要求されず、その代わりに発光量の大きい発光ダ
イオードであることが好ましい。

【００３０】本実施形態では、主回路基板３１に対して
ほぼ垂直に固定された検出基板３２を備えているので、
この検出基板３２は光の入射経路にほぼ沿って配置され
ていることとなり、発光ダイオード、光学ケース、フォ
トダイオードなどを全て入射経路に沿って実装若しくは
取り付けることができる。検出基板３２には上記以外の
電子素子などを実装することも可能であるので、その
分、従来よりも主回路基板３１の基板面積を低減するこ
とができる。この場合、検出基板３２を主基板とする
か、或いは検出基板３２のみで内部回路を構成すること
により、ペン型の座標入力装置として構成することも容
易にできる。また、光学ケース４５は下部ハウジング３
０ａに対して位置決め段差面３０ｄにて当接した状態に
位置決めされており、この光学ケース４５に対して検出
基板３２は位置決め固定されているので、検出光学系を
光学式マウス３０の基準となる滑走面であるマウス底板
に対して正確に配置することができる。

【００３１】本実施形態の光学系においては、光路長を
なるべく短くするように構成しており、Ｘラインパター
ン１２Ｘ，Ｙラインパターン１２Ｙからフォトダイオー
ド４４Ｘ，４４Ｙまでの距離は１０〜１２ｍｍ程度とな
っている。このように物体と像面との距離（以下、物像
距離という。）が短くなると、光学収差を十分に補正す
るためには、光学系内に非球面からなる光学面を設ける
ことが有効になる。ここで、光学系の倍率は、物体であ
るマウスパッド１０のＸラインパターン１２Ｘ及びＹラ
インパターン１２Ｙの各ラインの幅寸法と、フォトダイ
オードの受光部４６Ｘ，４６Ｙの受光面の寸法とによっ
て定まる。本実施形態の場合、光学系の倍率を１．５〜
１０の範囲内とすることが現実的である。上記範囲より
も倍率が小さくなると２分割された受光面によりライン
の横切りが検出されなくなり、受光面の大きさにも制約
があるために装置構成が難しくなる。上記範囲よりも倍
率が大きくなると光路長が大きくなるため、小型化の要
請に反する結果となる。本実施形態で非球面からなる光
学面を形成する場所はレンズ部４３Ｘ，４３Ｙしかない
ため、以下、レンズ体４３にアクリル樹脂（屈折率ｎ＝
１．４８４（λ＝９５０ｎｍ）、１．５１２〜１．５１
３（λ＝５５０ｎｍ））を用いた場合を例にとって、光
学系の設計例を説明する。なお、レンズ部の有効径は３
ｍｍであり、レンズ部の中心部肉厚は約２ｍｍである。
また、Ｘラインパターン及びＹラインパターンのライン
幅及びライン間隔は共に１７０μｍ、フォトダイオード
４４Ｘ，４４Ｙの受光面の２つの受光領域の配列方向の
幅を各０．２ｍｍとした。レンズ上面とは、レンズ部４
３Ｘ，４３Ｙのビームスプリッタ側の光学面を、レンズ
下面とはレンズ部のマウスパッド側の光学面を言う。

【００３２】 （１）設計例１ ＜Ｘライン検出系＞ 物像距離 Ｌ＝１０．１ｍｍ 倍率 β＝２．３５ レンズ焦点距離 ｆ＝２．０ｍｍ レンズ部上面の曲率半径 ｒ₁ ＝１．３８ｍｍ レンズ部上面の円錐係数 ｋ₁ ＝−０．９６１５ レンズ部上面の非球面係数 Ａ₄ ＝−９．６４８×１０^-3 Ａ₆ ＝２．１３７×１０^-5 レンズ部下面の曲率半径 ｒ₂ ＝−１．７４８ レンズ部下面の円錐係数 ｋ₂ ＝−４．７６２ レンズ部下面の非球面係数 Ａ₄ ＝２．５７４×１０^-3 Ａ₆ ＝−４．３０４×１０^-4 │ｒ₁（ｎ−１）／ｆ│ ０．３３ │ｒ₂（ｎ−１）／ｆ│ ０．４２ 波面収差（ＲＭＳ値） ０．００２ （ＲＭＳ＝root mean square,以下同様） ＜Ｙライン検出系＞ 物像距離 Ｌ＝１１．８ｍｍ 倍率 β＝２．３５ レンズ焦点距離 ｆ＝２．２５ｍｍ レンズ部上面の曲率半径 ｒ₁ ＝１．６３ｍｍ レンズ部上面の円錐係数 ｋ₁ ＝−１．２６５ レンズ部上面の非球面係数 Ａ₄ ＝２．４０９×１０^-3 Ａ₆ ＝−６．８３×１０^-5 レンズ部下面の曲率半径 ｒ₂ ＝−１．９６ レンズ部下面の円錐係数 ｋ₂ ＝−３．９８３ レンズ部下面の非球面係数 Ａ₄ ＝３．６９３×１０^-3 Ａ₆ ＝−３．８８３×１０^-4 │ｒ₁（ｎ−１）／ｆ│ ０．３５ │ｒ₂（ｎ−１）／ｆ│ ０．４２ 波面収差（ＲＭＳ値） ０．００２

【００３３】 （２）設計例２ ＜Ｘライン検出系＞ 物像距離 Ｌ＝７．６ｍｍ 倍率 β＝１．５ レンズ焦点距離 ｆ＝１．７５５ｍｍ レンズ部上面の曲率半径 ｒ₁ ＝１．１７５ｍｍ レンズ部上面の円錐係数 ｋ₁ ＝−１．４７９ レンズ部上面の非球面係数 Ａ₄ ＝２．８４４×１０^-3 Ａ₆ ＝−６．７９７×１０^-5 レンズ部下面の曲率半径 ｒ₂ ＝−１．３５７ レンズ部下面の円錐係数 ｋ₂ ＝−３．６１５４ レンズ部下面の非球面係数 Ａ₄ ＝３．５４５×１０^-3 Ａ₆ ＝−３．９０２×１０^-4 │ｒ₁（ｎ−１）／ｆ│ ０．３２ │ｒ₂（ｎ−１）／ｆ│ ０．３７ 波面収差（ＲＭＳ値） ０．０９２ ＜Ｙライン検出系＞ 物像距離 Ｌ＝１０．１ｍｍ 倍率 β＝１．５ レンズ焦点距離 ｆ＝２．１ｍｍ レンズ部上面の曲率半径 ｒ₁ ＝１．６２ｍｍ レンズ部上面の円錐係数 ｋ₁ ＝−１．６７４ レンズ部上面の非球面係数 Ａ₄ ＝２．４３６×１０^-3 Ａ₆ ＝−６．８４５×１０^-5 レンズ部下面の曲率半径 ｒ₂ ＝−１．６８ レンズ部下面の円錐係数 ｋ₂ ＝−２．７４５ レンズ部下面の非球面係数 Ａ₄ ＝３．７７５×１０^-3 Ａ₆ ＝−３．５３９×１０^-4 │ｒ₁（ｎ−１）／ｆ│ ０．３７ │ｒ₂（ｎ−１）／ｆ│ ０．３９ 波面収差（ＲＭＳ値） ０．０９

【００３４】 （３）設計例３ ＜Ｘライン検出系＞ 物像距離 Ｌ＝１２．５ｍｍ 倍率 β＝５．０ レンズ焦点距離 ｆ＝１．６８ｍｍ レンズ部上面の曲率半径 ｒ₁ ＝１．１２ｍｍ レンズ部上面の円錐係数 ｋ₁ ＝−０．９７３３ レンズ部上面の非球面係数 Ａ₄ ＝５．８５３×１０^-3 Ａ₆ ＝−７．１８６×１０^-5 レンズ部下面の曲率半径 ｒ₂ ＝−１．６６ レンズ部下面の円錐係数 ｋ₂ ＝−７．０４８ レンズ部下面の非球面係数 Ａ₄ ＝８．９２７×１０^-3 Ａ₆ ＝−２．９６８×１０^-4 │ｒ₁（ｎ−１）／ｆ│ ０．３２ │ｒ₂（ｎ−１）／ｆ│ ０．４８ 波面収差（ＲＭＳ値） ０．０１４ ＜Ｙライン検出系＞ 物像距離 Ｌ＝１３．０ｍｍ 倍率 β＝５．０ レンズ焦点距離 ｆ＝１．７３ｍｍ レンズ部上面の曲率半径 ｒ₁ ＝１．１５ｍｍ レンズ部上面の円錐係数 ｋ₁ ＝−０．９４６９ レンズ部上面の非球面係数 Ａ₄ ＝５．８３９×１０^-3 Ａ₆ ＝−７．１４６×１０^-5 レンズ部下面の曲率半径 ｒ₂ ＝−１．７７ レンズ部下面の円錐係数 ｋ₂ ＝−６．８０５ レンズ部下面の非球面係数 Ａ₄ ＝９．８０９×１０^-3 Ａ₆ ＝−２．３１５×１０^-4 │ｒ₁（ｎ−１）／ｆ│ ０．３２ │ｒ₂（ｎ−１）／ｆ│ ０．４９ 波面収差（ＲＭＳ値） ０．０１

【００３５】 （４）設計例４ ＜Ｘライン検出系＞ 物像距離 Ｌ＝２２．２ｍｍ 倍率 β＝１０．０ レンズ焦点距離 ｆ＝１．８７ｍｍ レンズ部上面の曲率半径 ｒ₁ ＝１．１７ｍｍ レンズ部上面の円錐係数 ｋ₁ ＝−０．８９８ レンズ部上面の非球面係数 Ａ₄ ＝９．２４９×１０^-3 Ａ₆ ＝−７．６０５×１０^-5 レンズ部下面の曲率半径 ｒ₂ ＝−２．３１ レンズ部下面の円錐係数 ｋ₂ ＝−９．６９６ レンズ部下面の非球面係数 Ａ₄ ＝８．４７×１０^-3 Ａ₆ ＝−４．７２１×１０^-4 │ｒ₁（ｎ−１）／ｆ│ ０．３０ │ｒ₂（ｎ−１）／ｆ│ ０．５９ 波面収差（ＲＭＳ値） ０．００１ ＜Ｙライン検出系＞ 物像距離 Ｌ＝２３．４ｍｍ 倍率 β＝１０．０ レンズ焦点距離 ｆ＝１．９ｍｍ レンズ部上面の曲率半径 ｒ₁ ＝１．２３ｍｍ レンズ部上面の円錐係数 ｋ₁ ＝−０．９０４４ レンズ部上面の非球面係数 Ａ₄ ＝８．９９４×１０^-3 Ａ₆ ＝−７．５５１×１０^-5 レンズ部下面の曲率半径 ｒ₂ ＝−２．１７ レンズ部下面の円錐係数 ｋ₂ ＝−８．５８９ レンズ部下面の非球面係数 Ａ₄ ＝７．６１９×１０^-3 Ａ₆ ＝−４．７６８×１０^-4 │ｒ₁（ｎ−１）／ｆ│ ０．３１ │ｒ₂（ｎ−１）／ｆ│ ０．５５ 波面収差（ＲＭＳ値） ０．０１

【００３６】なお、上記ｎは、使用波長（λ＝９５０ｎ
ｍ）におけるレンズ部の屈折率である。

【００３７】上記の設計例１〜４ともに、波面収差は約
０．０９以下となり、マウスパッドのライン幅（１７０
μｍ）を検出するには充分な（０．１以下）性能となっ
ている。光学系の開口数ＮＡは、設計例１において図５
に示す従来構造のＮＡ＝０．２１に対して、ＮＡ＝０．
４６と大きく向上している。

【００３８】本実施形態では、レンズ体４３のレンズ部
に非球面レンズを用いており、特に物体側の光学面（ｒ
₂、ｋ₂）が重要である。上記各設計例を見ても判るよう
に、倍率１．５＜│β│＜１０、０．３＜│ｒ₂（ｎ−
１）／ｆ│＜０．６であることがラインを検出可能な範
囲で光路長を短する上で好ましく、特に、収差を改善す
るには少なくともレンズ部の物体側の光学面を非球面と
して構成し、その円錐係数が−１０＜ｋ₂＜０の範囲内
であることが望ましい。

【００３９】上記設計例１により、発光ダイオード４１
Ｘ，４１Ｙ、ビームスプリッタ４２、レンズ体４３、フ
ォトダイオード４４Ｘ，４４Ｙ、光学ケース４５及び検
出基板３２の一部からなる光学系ユニットの大きさは、
高さ１２ｍｍ、長さ１８ｍｍ、幅１０ｍｍとコンパクト
に構成することが可能となった。この光学系ユニットの
各辺は従来の光学系ユニットの半分以下であり、容積と
しては従来の１／７以下である。図５に示す従来構造で
は、回路基板上のフォトダイオードにラインの像を結像
させるためにレンズ及びフォトダイオードの上方に全反
射ミラーを配置する必要があり、光学系ユニットの高さ
を充分に小さくできないという問題点があった。その結
果、従来の光学系ユニットの大きさは、高さ２５ｍｍ、
長さ２５ｍｍ、幅２５ｍｍの大きさであった。

【００４０】このように本実施形態では光学系ユニット
の大きさを従来よりも格段に小さくすることができると
ともに、上述のように主回路基板３１の面積も低減する
ことができるため、マウス全体を大きさを極めて小さく
形成することが可能になった。特に、ノート型のパーソ
ナルコンピュータや情報携帯端末などのような携帯型の
機器とともに簡単に収納できる、携帯性の高い小型の光
学式マウスが製造可能になった。因みに本実施形態を採
用して構成したマウス本体の大きさは、高さ１５ｍｍ、
長さ５５ｍｍ、幅４２ｍｍである。

【００４１】上記実施形態においては、マウスパッド１
０の光照射部の直上に光源を配置し、ビームスプリッタ
の側方に光検出器を配置しているが、光照射部の直上に
光検出器を配置し、ビームスプリッタの側方に光源を配
置してもよい。

【００４２】また、光学系として、上記レンズ部の他に
適宜に、例えばビームスプリッタと光源又は光検出器と
の間に他の集光レンズを配置してもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、ビームスプリッタから
光学面を介してラインパターンに至るまでの光路は照明
光、反射光ともに共通になるから、その光路長に比して
光学系の全体をコンパクトに構成でき、また、照明光と
反射光とが共通の光学面を通過することから部品点数の
削減が可能であるとともに集光量を増大して検出光量の
低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学式マウスの検出部近傍の構造
を示す縦断面図である。

【図２】図１とは直交する平面で切断した状態を示す同
実施形態の縦断面図である。

【図３】同実施形態の上部ハウジングを取り去った状態
を示す内部構造を示すための斜視図である。

【図４】図３に示す構造部分の分解斜視図である。

【図５】従来の検出部の構造を示す概略説明図（ａ）及
び（ｂ）である。

【符号の説明】

１０ マウスパッド １１ 透明基板 １２Ｘ Ｘラインパターン １２Ｙ Ｙラインパターン ３０ 光学式マウス ３１ 主回路基板 ３１ａ 開口部 ３２ 検出基板 ４１Ｘ，４１Ｙ 発光ダイオード ４２ ビームスプリッタ ４３ レンズ体 ４３Ｘ，４３Ｙ レンズ部 ４４Ｘ，４４Ｙ フォトダイオード ４５ 光学ケース ４６Ｘ，４６Ｙ 受光部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、該光源からの出射光をマウスパ
   ッドのラインパターン上に照射し、前記ラインパターン
   からの反射光を集光する光学系と、該光学系により集光
   された反射光を検出する光検出器とを備えた光学式マウ
   スにおいて、前記光学系は、前記ラインパターンとの間
   の光路に対して共に接続された、前記光源との間に構成
   される光路と、前記光検出器との間に構成される光路と
   を相互に分離するためのビームスプリッタと、前記ライ
   ンパターン上への照射光及びラインパターンからの反射
   光を共に集光する光学面とを備えていることを特徴とす
   る光学式マウス。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記ビームスプリッ
   タはハーフミラーであることを特徴とする光学式マウ
   ス。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、前記マ
   ウスパッドにおける各ラインが相互に交差する２組のラ
   インパターンに基づいて変調された反射光をそれぞれ集
   光するように構成された一対の前記光学系及び前記光検
   出器を備え、一対の前記光学系内にそれぞれ配置された
   前記ビームスプリッタを相互に一体に構成したことを特
   徴とする光学式マウス。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２において、前記光
   学系から前記ラインパターンまでの光軸を前記ラインパ
   ターンの形成面に対して直交させることを特徴とする光
   学式マウス。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記光源又は前記光
   検出器と前記ビームスプリッタとの間の光軸を、前記光
   学系から前記ラインパターンまでの光軸に対して一致さ
   せ、前記光検出器又は前記光源と前記ビームスプリッタ
   との間の光軸を、前記光学系から前記ラインパターンま
   での光軸と直交させることを特徴とする光学式マウス。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５までのいずれか１
   項において、前記光学系内に非球面で構成される光学面
   を設けたことを特徴とする光学式マウス。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６までのいずれか１
   項において、前記光源、前記光学系及び前記光検出器を
   同一の検出基板に対して固定したことを特徴とする光学
   式マウス。
8. 【請求項８】 請求項７において、前記光源及び前記光
   検出器が前記検出基板に実装され、前記光学系が前記検
   出基板に固定された光学ケースに装着されていることを
   特徴とする光学式マウス。
9. 【請求項９】 請求項７又は請求項８において、前記検
   出基板はマウス内に配置された主回路基板に対して板面
   を前記主回路基板の板面に交差させた状態で固定されて
   いることを特徴とする光学式マウス。
10. 【請求項１０】 請求項９において、前記検出基板は、
    前記マウスパッドの表面に接触するマウス底面に対して
    位置決めされた状態で固定されていることを特徴とする
    光学式マウス。