RU2260203C2 - Optical system of optical mouse - Google Patents

Optical system of optical mouse Download PDF

Info

Publication number
RU2260203C2
RU2260203C2 RU2003106299/09A RU2003106299A RU2260203C2 RU 2260203 C2 RU2260203 C2 RU 2260203C2 RU 2003106299/09 A RU2003106299/09 A RU 2003106299/09A RU 2003106299 A RU2003106299 A RU 2003106299A RU 2260203 C2 RU2260203 C2 RU 2260203C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
light guide
lens surface
light
input lens
Prior art date
Application number
RU2003106299/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003106299A (en
Inventor
Б.Г. Потапов (RU)
Б.Г. Потапов
У.А. Бекирев (RU)
У.А. Бекирев
Ю.И. Тишин (RU)
Ю.И. Тишин
Е.Б. Володин (RU)
Е.Б. Володин
А.А. Остапенко (RU)
А.А. Остапенко
В.В. Лаврентьев (RU)
В.В. Лаврентьев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз"
Priority to RU2003106299/09A priority Critical patent/RU2260203C2/en
Publication of RU2003106299A publication Critical patent/RU2003106299A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2260203C2 publication Critical patent/RU2260203C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

FIELD: computer manipulators.
SUBSTANCE: mutual position in light guide of input lens surface, mirror and output surfaces, and also light guide and objective-lent, is made such, that angle between lighting beams and subject surface is not less than 20°, and also input lens surface is made such, that lighting beam inside light guides is made dissipating, providing close to parallel output lighting beam with high density of light energy.
EFFECT: higher efficiency.
2 cl, 1 tbl, 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в контактных сканирующих преобразователях изображения, в частности в оптической мыши для управления курсором на экране дисплея компьютера, в портативном устройстве считывания текстов и т.п.The present invention relates to computer vision technology and can be used in contact scanning image converters, in particular in an optical mouse to control the cursor on a computer display screen, in a portable text reader, etc.

Известны оптические системы оптической мыши, описанные в патентах США: №6433780, НКИ 345/166 «Видящая мышь для компьютерных систем» и №4751505, НКИ 340/710 «Оптическая мышь».Known optical systems of an optical mouse described in US patents: No. 6433780, NKI 345/166 "Seeing mouse for computer systems" and No. 4751505, NKI 340/710 "Optical mouse".

В этих патентах описываются оптические системы оптической мыши, содержащие линзу для передачи изображения предметной поверхности на плоскость фотодетекторов и светопровод, направляющий свет от осветителя на предметную поверхность.These patents describe optical systems of an optical mouse comprising a lens for transmitting an image of a subject surface to the plane of photodetectors and a light guide directing light from the illuminator to the subject surface.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент США №6433780 В1 фирмы "Agilent Technologies", в котором описана оптическая система, содержащая линзу оптического канала передачи изображения рабочей части предметной поверхности на плоскость фотодетекторов, и светопровод, направляющий свет от осветителя, оптически связанного с входной линзовой поверхностью светопровода на предметную поверхность.Closest to the claimed invention is US patent No. 6433780 B1 of the company "Agilent Technologies", which describes an optical system containing a lens of an optical channel for transmitting an image of the working part of the subject surface to the plane of the photodetectors, and a light guide directing light from a illuminator optically coupled to the input lens the surface of the light guide to the subject surface.

Однако известные устройства имеют недостатки: освещение предметной поверхности неоднородно и недостаточно сконцентрировано на ее рабочей части. Вследствие избыточно широкого освещения эффективность оптической системы недостаточна для ряда применений, в частности для высокоскоростных мышек и мышек с автономным питанием.However, the known devices have disadvantages: the illumination of the subject surface is heterogeneous and insufficiently concentrated on its working part. Due to excessively wide illumination, the efficiency of the optical system is insufficient for a number of applications, in particular for high-speed and autonomous powered mice.

Техническим результатом настоящего изобретения является значительное повышение освещенности на рабочей части предметной поверхности и уменьшение неоднородности ее освещения.The technical result of the present invention is to significantly increase the illumination on the working part of the subject surface and reduce the heterogeneity of its lighting.

Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем линзу оптического канала передачи изображения рабочей части предметной поверхности на плоскость изображения и светопровод, имеющий входную линзовую поверхность, выходную линзовую поверхность и, по крайней мере, одну зеркальную поверхность, направляющие свет от осветителя, оптически связанного с входной линзовой поверхностью светопровода, на предметную поверхность, предложено:This result is achieved due to the fact that in a known device containing a lens of an optical channel for transmitting an image of a working part of a subject surface onto an image plane and a light guide having an input lens surface, an output lens surface and at least one mirror surface directing light from the illuminator optically coupled to the input lens surface of the light guide onto the subject surface, it is proposed:

- взаимное расположение в светопроводе входной линзовой поверхности, зеркальной и выходной поверхностей, а также светопровода и линзы-объектива, выполнить таким, чтобы угол между освещающими лучами и предметной поверхностью был не менее 20° (у прототипа этот угол менее 20°);- the relative position in the optical fiber of the input lens surface, the mirror and output surfaces, as well as the optical fiber and the objective lens, so that the angle between the illuminating rays and the subject surface is at least 20 ° (for the prototype this angle is less than 20 °);

- входную линзовую поверхность выполнить такой, чтобы пучок лучей осветителя внутри светопровода был сходящимся, а выходную линзовую поверхность светопровода выполнить рассеивающей, обеспечивая близкий к параллельному выходящий пучок освещающих лучей с высокой плотностью световой энергии;- make the input lens surface such that the beam of illuminator rays inside the light guide is convergent, and the output lens surface of the light guide is scattering, providing an output beam of light rays with a high light energy density that is close to parallel;

- выполнить выходную линзовую поверхность астигматической, для получения круглого освещаемого пятна на предметной поверхности.- perform the output lens surface astigmatic, to obtain a round illuminated spot on the subject surface.

Увеличение освещенности рабочей поверхности достигается за счет концентрации лучей осветителя вследствие перераспределения оптической силы между входной и выходной линзовыми поверхностями светопровода, и за счет изменения угла падения лучей осветителя, благодаря соответствующему взаимному расположению в светопроводе входной линзовой поверхности, зеркальной и выходной поверхностей, а также светопровода и линзы-объектива. При более вертикальном падении лучей входная линзовая поверхность концентрирует лучи осветителя на малую площадку, которая в 5-10 раз меньше площадки, освещаемой при косом падении лучей в известных устройствах. Улучшение однородности освещенности рабочей части предметной поверхности достигается за счет параллельности лучей в пучке света, выходящем из светопровода на предметную поверхность. Параллельность лучей обеспечивается отрицательной оптической силой выходной поверхности. Максимальное увеличение освещенности вследствие концентрации лучей достигается, если освещаемое пятно круглое, для этого выходная линзовая поверхность светопровода выполнена астигматической, обеспечивая уменьшение размера пятна вдоль направления падения света.An increase in the illumination of the working surface is achieved due to the concentration of the illuminator beams due to the redistribution of the optical power between the input and output lens surfaces of the light guide, and due to a change in the angle of incidence of the illuminator beams, due to the corresponding relative position of the input lens surface, the mirror and output surfaces, and the light guide and lenses. With a more vertical incidence of rays, the input lens surface concentrates the rays of the illuminator on a small area, which is 5-10 times smaller than the area illuminated by oblique incidence of rays in known devices. Improving the uniformity of illumination of the working part of the subject surface is achieved due to the parallelism of the rays in the light beam emerging from the light guide to the subject surface. The parallelism of the rays is provided by the negative optical power of the output surface. The maximum increase in illumination due to the concentration of rays is achieved if the illuminated spot is round, for this the output lens surface of the light guide is made astigmatic, providing a decrease in the size of the spot along the direction of light incidence.

Перечень графических материалов, иллюстрирующих заявляемое изобретение.The list of graphic materials illustrating the claimed invention.

- Фиг.1 показывает пример реализации конструкции предлагаемой оптической системы.- Figure 1 shows an example implementation of the design of the proposed optical system.

- Фиг.2 иллюстрирует слабую зависимость неравномерности освещения рабочей части предметной поверхности в оптической системе, показанной на фиг.1, от вариации ее расположения относительно осветителя и предметной поверхности (смещение осветителя: 1 - вдоль оптической оси, 2 - перпендикулярно оптической оси по вертикали, 3 -перпендикулярно оптической оси по горизонтали, 4 - смещение оптической системы по отношению к предметной поверхности, 5 - поворот оси осветителя относительно оптической оси входной линзовой поверхности светопровода в горизонтальной плоскости, 6 - поворот оси осветителя относительно оптической оси входной линзовой поверхности светопровода в вертикальной плоскости).- Figure 2 illustrates the weak dependence of the uneven illumination of the working part of the subject surface in the optical system shown in figure 1, on the variation of its location relative to the illuminator and the subject surface (displacement of the illuminator: 1 - along the optical axis, 2 - perpendicular to the optical axis vertically, 3 - perpendicular to the optical axis horizontally, 4 - the displacement of the optical system relative to the subject surface, 5 - rotation of the axis of the illuminator relative to the optical axis of the input lens surface of the light guide horizontally ntal plane, 6 - rotation of the illuminator axis relative to the optical axis of the input lens surface of the light guide in a vertical plane).

Оптическая система содержит линзу 1 оптического канала передачи изображения участка предметной поверхности 2 на плоскость изображения 3 и светопровод 4, имеющий входную линзовую поверхность 5, выходную линзовую поверхность 6 и зеркальную поверхность 7, направляющие и концентрирующие свет от осветителя 8 на рабочую часть 9 предметной поверхности 2. Параметры оптических поверхностей конструкции оптической системы, показанной на фиг.1, определенные при помощи программы Zemax, представлены в таблице 1.The optical system comprises a lens 1 of an optical channel for transmitting an image of a portion of a subject surface 2 onto an image plane 3 and a light guide 4 having an input lens surface 5, an output lens surface 6 and a mirror surface 7 directing and concentrating light from the illuminator 8 on the working part 9 of the subject surface 2 The parameters of the optical surfaces of the design of the optical system shown in figure 1, determined using the Zemax program, are presented in table 1.

Предлагаемая оптическая система работает следующим образом. Свет от излучателя 8 преобразуется входной линзовой поверхностью 5 диэлектрического светопровода 4 в сходящийся пучок. Этот свет, благодаря эффекту полного внутреннего отражения на зеркальной диэлектрической поверхности 7 светопровода, меняет направление распространения и падает на вогнутую поверхность 6 под углом 45° к горизонтали. Оптическая поверхность 6 преобразует сходящийся пучок в параллельный. Таким образом, оптические поверхности 5 и 6 позволяют уменьшить диаметр пучка и увеличить вдвое плотность световой энергии в нем. Поверхность 6 развернута так, что центральный луч образует с нормалью к поверхности угол 10°. За счет эффекта преломления лучи, выходящие из поверхности 6 меняют свое направление в сторону более вертикальных по отношению к поверхности 2. Угол падения лучей к горизонтали увеличивается до 51°. Эти лучи освещают рабочую часть предметной поверхности с большой интенсивностью и хорошей равномерностью. Размер светового пятна и распределение освещенности в нем слабо зависят, как это следует из фиг.2, от отклонений юстировочных размеров, определяющих расположения осветителя 8, светопровода 4 и предметной поверхности 2. Изображение освещаемой рабочей части 9 предметной поверхности 2 передается линзой 1 на плоскость изображения, в которой располагаются фотодетекторы.The proposed optical system operates as follows. The light from the emitter 8 is converted by the input lens surface 5 of the dielectric light guide 4 into a converging beam. This light, due to the effect of total internal reflection on the mirror dielectric surface 7 of the light guide, changes the propagation direction and falls on the concave surface 6 at an angle of 45 ° to the horizontal. The optical surface 6 converts the converging beam into a parallel one. Thus, the optical surfaces 5 and 6 can reduce the diameter of the beam and double the density of light energy in it. The surface 6 is rotated so that the central beam forms an angle of 10 ° with the normal to the surface. Due to the refraction effect, the rays emerging from the surface 6 change their direction in a direction more vertical with respect to surface 2. The angle of incidence of the rays to the horizontal increases to 51 °. These rays illuminate the working part of the subject surface with great intensity and good uniformity. The size of the light spot and the distribution of illumination in it weakly depend, as it follows from Fig. 2, on deviations of the alignment dimensions that determine the location of the illuminator 8, the light guide 4 and the subject surface 2. The image of the illuminated working part 9 of the subject surface 2 is transmitted by the lens 1 to the image plane where photodetectors are located.

Преимущество предложенной конструкции состоит в том, что она обеспечивает значительное уменьшение размеров освещаемого участка предметной поверхности 2 и хорошую однородность освещения, устойчивую к отклонениям от номиналов ее конструктивных элементов.The advantage of the proposed design is that it provides a significant reduction in the size of the illuminated area of the subject surface 2 and good uniformity of lighting, resistant to deviations from the nominal values of its structural elements.

Таблица 1Table 1 1. Расстояние между осветительным светодиодом и входной поверхностью светопровода.1. The distance between the lighting LED and the input surface of the light guide. 0,3 мм0.3 mm 2. Входная оптическая поверхность 5 (r - координата перпендикулярно оптической оси, z - координата вдоль оптической оси в направлении распространения света).2. The input optical surface 5 (r is the coordinate perpendicular to the optical axis, z is the coordinate along the optical axis in the direction of light propagation).

Figure 00000002
Figure 00000002
3. Коэффициент преломления материала оптической системы3. The refractive index of the material of the optical system 1,581,58 4. Длина оптического пути внутри светопровода4. The length of the optical path inside the light guide 15 мм15 mm 5. Выходная оптическая поверхность5. Output optical surface Сферическая вогнутая, радиус кривизны 13,5 мм, поверхность повернута вокруг точки пересечения с центральным лучом на 10° по часовой стрелке.Spherical concave, radius of curvature 13.5 mm, the surface is rotated around the point of intersection with the central beam by 10 ° clockwise. 6. Расстояние от точки выхода центрального луча до предметной поверхности6. The distance from the exit point of the Central beam to the subject surface 4,5 мм4,5 mm 7. Расстояние от точки выхода центрального луча до оптической оси линзы объектива7. The distance from the exit point of the Central beam to the optical axis of the lens 3,8 мм3.8 mm 8. Расстояние от предметной поверхности до нижней поверхности линзы-объектива8. The distance from the subject surface to the lower surface of the lens 5,55 мм5.55 mm 9. Нижняя поверхность линзы объектива (r - координата перпендикулярно оптической оси, z - координата вдоль оптической оси вверх).9. The lower surface of the objective lens (r is the coordinate perpendicular to the optical axis, z is the coordinate along the optical axis up).
Figure 00000003
Figure 00000003
10. Расстояние от нижней поверхности линзы-объектива до верхней10. The distance from the bottom surface of the lens to the top 2,4 мм2.4 mm 11. Верхняя поверхность линзы-объектива11. The upper surface of the lens Сферическая с радиусом кривизны 3,4 мм.Spherical with a radius of curvature of 3.4 mm. 12. Расстояние от верхней линзы до поверхности фотодетекторов.12. The distance from the upper lens to the surface of the photodetectors. 5,55 мм5.55 mm

Claims (2)

1. Оптическая система оптической мыши, содержащая линзу оптического канала передачи изображения рабочей части предметной поверхности на плоскость изображения и светопровод, имеющий входную линзовую поверхность, выходную линзовую поверхность и по крайней мере одну зеркальную поверхность, направляющие свет от осветителя, оптически связанного с входной линзовой поверхностью светопровода, на предметную поверхность, отличающаяся тем, что взаимное расположение в светопроводе входной линзовой поверхности, зеркальной и выходной поверхностей, а также светопровода и линзы выполнено таким, чтобы освещающие лучи падали на предметную поверхность под углом от 20 до 90° к данной поверхности, причем входная линзовая поверхность обеспечивает сходящийся пучок света, направленный на зеркальную поверхность, а выходная линзовая поверхность светопровода выполнена рассеивающей и изменяющей направленный на нее зеркальной поверхностью сходящийся пучок в близкий параллельному.1. The optical system of an optical mouse, comprising a lens of an optical channel for transmitting an image of a working part of a subject surface onto an image plane and a light guide having an input lens surface, an output lens surface and at least one mirror surface directing light from a illuminator optically coupled to the input lens surface optical fiber, on the subject surface, characterized in that the relative position in the optical fiber of the input lens surface, mirror and output surface it, as well as the light guide and lenses, are designed so that the illuminating rays fall on the object surface at an angle from 20 to 90 ° to this surface, the input lens surface providing a converging beam of light directed to the mirror surface, and the output lens surface of the light guide is made scattering and changing a converging beam directed at it by a mirror surface into a close parallel beam. 2. Оптическая система оптической мыши по п.1, отличающаяся тем, что выходная линзовая поверхность светопровода выполнена астигматической, обеспечивая круглое освещаемое пятно на предметной поверхности.2. The optical system of the optical mouse according to claim 1, characterized in that the output lens surface of the light guide is made astigmatic, providing a round illuminated spot on the subject surface.
RU2003106299/09A 2003-03-06 2003-03-06 Optical system of optical mouse RU2260203C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003106299/09A RU2260203C2 (en) 2003-03-06 2003-03-06 Optical system of optical mouse

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003106299/09A RU2260203C2 (en) 2003-03-06 2003-03-06 Optical system of optical mouse

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003106299A RU2003106299A (en) 2004-09-27
RU2260203C2 true RU2260203C2 (en) 2005-09-10

Family

ID=35847986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003106299/09A RU2260203C2 (en) 2003-03-06 2003-03-06 Optical system of optical mouse

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2260203C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2557445C2 (en) * 2013-10-15 2015-07-20 Немнюгин Андрей Юрьевич Mouse pointing device for any surface

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2557445C2 (en) * 2013-10-15 2015-07-20 Немнюгин Андрей Юрьевич Mouse pointing device for any surface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150308661A1 (en) Directional light source
US7710570B2 (en) Light pipe for low profile optical navigation systems
US7411742B1 (en) Focusing lens for LED
TWI428636B (en) Optical element ,light concentrating assembly,illumination unit and assembly,system for optical inspection of an object,and method for producing an optical element
US20070222756A1 (en) Optical mouse having an optical structure capable of high sensibility
WO2011055467A1 (en) Lighting device
CN1178154C (en) Method and apparatus for reduction of trapezoidal distortion and improvement of image sharpness in optical image capturing system
US20110299295A1 (en) Light emitting device and optical element
KR20110056405A (en) Compact optical system and lenses for producing uniform collimated light
KR20110020167A (en) Light source apparatus
US7591576B2 (en) Illuminator and image reader employing it
JP2002043629A (en) Led projector and lens body for use therein
US20180045969A1 (en) Light-emitting device
JPWO2018047583A1 (en) Observation device
RU2260203C2 (en) Optical system of optical mouse
US20120162072A1 (en) Optical Pointing Device
US20160212293A1 (en) Light guide, illuminating device and image reading apparatus
CN102645736B (en) Optical input equipment and transmission type optical lens module of optical input equipment
CN102454923A (en) Lighting system for automatic optic inspection and combination of lighting system and image system
US20150318456A1 (en) Optical lens device
CN111555116A (en) Inverted vcsel light source and TOF module
CN220709385U (en) Lens, linear light source module and linear scanning light source device
CN101162413A (en) Light guide structure of input mechanism
US9325874B2 (en) Light guide, illuminating device and image reading apparatus
CN218547527U (en) Small angle illumination image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees