RU2295750C1

RU2295750C1 - Optical system of optical mouse

Info

Publication number: RU2295750C1
Application number: RU2005122003/09A
Authority: RU
Inventors: Борис Геннадьевич Потапов (RU); Борис Геннадьевич Потапов; Юрий Иванович Тишин (RU); Юрий Иванович Тишин; Денис Юрьевич Адамов (RU); Денис Юрьевич Адамов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью ООО "Юник Ай Сиз"
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-03-20

Abstract

FIELD: machine vision technique.

SUBSTANCE: optical system of optical mouse can be used in contact scanning image converters, in particular, in optical mouse to control cursor on computer screen, in portable reading-out device and etcetera. Optical system of optical mouse has photodetector, lens of optical channel for transmitting image of working part of object surface onto surface of photodetector. Optical system also has radiation source, light guide with lens and mirror surfaces. Photodetector and radiation sources belong to the same plane. Mutual disposition of lens and mirror surfaces in light guide is made in such way that radiation from radiation sources should fall onto object surface in form of meet flows.

EFFECT: improved illumination onto working part of object surface; reduced non-uniformity of illumination; reduced cost of device.

2 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. Известны оптические системы оптической мыши, описанные в патентах США: №6433780, НКИ 345/166 "Видящая мышь для компьютерных систем", №4751505, НКИ 340/710 "Оптическая мышь", и в заявке на изобретение №2003106299/09 "Оптическая система оптической мыши". Решение о выдаче патента РФ от 21 марта 2005 г.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. Optical mouse optical systems are known, described in US Pat. optical mouse. " Decision on the grant of a patent of the Russian Federation dated March 21, 2005

В указанных патентах описываются оптические системы оптической мыши, содержащие линзу для передачи изображения предметной поверхности на плоскость фотодетекторов, осветитель 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, a illuminator and a light guide directing light from the illuminator to the subject surface.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является "Оптическая система оптической мыши" (см. заявку на изобретение №2003106299/09. Решение о выдаче патента РФ от 21 марта 2005 г.), в которой описана Оптическая система оптической мыши, содержащая ИС фотодетекторов со схемами обработки сигналов, линзу оптического канала передачи изображения рабочей части предметной поверхности на плоскость фотодетекторов, осветитель и светопровод, направляющий свет от осветителя на предметную поверхность.Closest to the claimed invention is the "Optical system of an optical mouse" (see application for invention No. 2003106299/09. Decision on the grant of a patent of the Russian Federation dated March 21, 2005), which describes an Optical system of an optical mouse containing photodetector ICs with processing circuits signals, the lens of the optical channel for transmitting the image of the working part of the subject surface to the plane of the photodetectors, a illuminator and a light guide directing light from the illuminator to the subject surface.

Однако известные устройства имеют недостатки: освещение предметной поверхности неоднородно из-за наклонного освещения, что снижает динамический диапазон распознаваемых изображений, источник излучения в бескорпусном исполнении чрезмерно нагревается, основные компоненты устройства: ИС фотодетекторов и источник излучения, выполнены в дискретном исполнении и размещены в разных плоскостях устройства, вследствие чего его стоимость велика из-за сложности конструкции.However, the known devices have disadvantages: illumination of the subject surface is not uniform due to oblique illumination, which reduces the dynamic range of recognizable images, the radiation source in the open-source version is excessively heated, the main components of the device: photodetector ICs and the radiation source, are made in a discrete version and placed in different planes device, as a result of which its cost is high due to the complexity of the design.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение освещенности на рабочей части предметной поверхности, уменьшение неоднородности освещения, снижение стоимости устройства.The technical result of the present invention is to increase the illumination on the working part of the subject surface, reduce the heterogeneity of lighting, reduce the cost of the device.

Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем ИС фотодетекторов со схемами обработки сигналов, линзу оптического канала передачи изображения рабочей части предметной поверхности на плоскость фотодетекторов, осветитель и светопровод, направляющий свет от осветителя на предметную поверхность, предложено:The specified result is achieved due to the fact that in the known device containing photodetector ICs with signal processing circuits, the lens of the optical channel for transmitting an image of the working part of the subject surface to the plane of the photo detectors, a illuminator and a light guide directing light from the illuminator to the subject surface, are proposed:

- взаимное расположение в светопроводе одной или более входных линзовых поверхностей, зеркальных и выходных поверхностей, а также светопровода, ИС фотодетекторов, источников излучения осветителя и линзы оптического канала передачи изображения выполнено таким, чтобы ИС фотодетекторов и источники излучения находились в одной плоскости и излучение от источников падало на рабочую предметную поверхность встречными потоками.- the relative position in the light guide of one or more input lens surfaces, mirror and output surfaces, as well as the light guide, photodetector ICs, illuminator radiation sources and lenses of the optical image transmission channel is made so that the photodetector ICs and radiation sources are in the same plane and the radiation from the sources fell onto the working subject surface in oncoming flows.

Увеличение освещенности рабочей предметной поверхности достигается за счет концентрации излучения двух или более световых пучков, освещающих эту поверхность. Улучшение однородности освещенности рабочей части предметной поверхности достигается благодаря ее освещению встречными потоками. Снижение стоимости устройства происходит в интегральной конструкции, в которой ИС фотодетекторов и источники излучения располагаются в одной плоскости поверхностным монтажом, причем использование в осветителе двух или более источников излучения позволяет снизить локальное тепловыделение в каждом из них, что упрощает конструкцию и способствует уменьшению стоимости.An increase in the illumination of the working subject surface is achieved due to the concentration of radiation of two or more light beams illuminating this surface. Improving the uniformity of illumination of the working part of the subject surface is achieved due to its illumination by oncoming streams. Reducing the cost of the device occurs in the integrated design, in which the photodetector ICs and radiation sources are located in the same plane by surface mounting, and the use of two or more radiation sources in the illuminator can reduce local heat generation in each of them, which simplifies the design and helps to reduce the cost.

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 высокую однородность освещенности рабочей части предметной поверхности двумя встречными потоками излучения, получаемыми в приведенной конструкции.Figure 2 illustrates the high uniformity of illumination of the working part of the subject surface with two opposing radiation fluxes obtained in the above design.

Оптическая система содержит ИС фотодетекторов со схемами обработки сигналов 1, линзу 2 оптического канала передачи изображения рабочей части предметной поверхности 3 на плоскость фотодетекторов 4, осветитель, состоящий из источников излучения 5 и светопровод 6, имеющий входные линзовые поверхности 7, выходные линзовые поверхности 8 и зеркальные поверхности 9, направляющие свет от источников излучения 5, оптически связанных с входными линзовыми поверхностями 7 светопровода 6, на предметную поверхность 3.The optical system contains photodetector ICs with signal processing circuits 1, a lens 2 of an optical channel for transmitting an image of the working part of the subject surface 3 to the plane of the photodetectors 4, a illuminator consisting of radiation sources 5 and a light guide 6 having input lens surfaces 7, output lens surfaces 8 and mirror surface 9, directing light from radiation sources 5, optically coupled to the input lens surfaces 7 of the light guide 6, to the object surface 3.

Параметры оптических поверхностей примера конструкции оптической системы, определенные с помощью программы Zemax, следующие:The optical surface parameters of an example optical system design, determined using the Zemax program, are as follows:

выходная поверхность линзы 2: R=2.3 mm, k=-6, z=r²/R(1+(1- (1+k)r²R^-2)^-0.5),output surface of lens 2: R = 2.3 mm, k = -6, z = r ² / R (1+ (1- (1 + k) r ² R ^-2 ) ^-0.5 ),

входная поверхность линзы 2: R=2.3 mm, входная линзовая поверхность 7 светопровода: R=1.6 mm, k=-2.5,input surface of the lens 2: R = 2.3 mm, input lens surface 7 of the light guide: R = 1.6 mm, k = -2.5,

выходная линзовая поверхность 8 светопровода: плоскость, показатель преломления светопровода: n=1.58.output lens surface 8 of the light guide: plane, refractive index of the light guide: n = 1.58.

Предлагаемая оптическая система работает следующим образом. Свет от каждого излучателя 5 преобразуется входной 7 и выходной 8 линзовыми поверхностями диэлектрического светопровода 6 в сходящийся пучок. Этот свет, благодаря эффекту полного внутреннего отражения на зеркальной диэлектрической поверхности 9 светопровода 6 меняет направление распространения и падает на предметную поверхность 3 под углом, создавая неоднородное ее освещение, но обеспечивая высокую контрастность текстуры. Благодаря освещению рабочей части предметной поверхности от двух встречных пучков, ее суммарная освещенность становится однородной, как видно из графика фиг.2.The proposed optical system operates as follows. The light from each emitter 5 is converted by the input 7 and output 8 lens surfaces of the dielectric light guide 6 into a converging beam. This light, due to the effect of total internal reflection on the specular dielectric surface 9 of the light guide 6, changes the propagation direction and falls onto the object surface 3 at an angle, creating its inhomogeneous illumination, but providing a high contrast texture. Due to the illumination of the working part of the subject surface from two oncoming beams, its total illumination becomes uniform, as can be seen from the graph of figure 2.

Преимущество предложенной конструкции состоит в том, что она обеспечивает увеличение освещенности за счет сложения излучений нескольких излучателей, лучшую однородность освещения вследствие встречной направленности освещающих пучков, низкую стоимость устройства из-за размещения всех компонентов на одной плоскости с применением стандартной, использующей автоматизацию, технологии поверхностного монтажа.The advantage of the proposed design is that it provides increased illumination due to the addition of radiation from several emitters, better uniformity of illumination due to the opposite direction of the illuminating beams, low cost of the device due to the placement of all components on the same plane using standard surface-mount technology using automation .

Настоящее описание изобретения, в т.ч. состава и работы устройства, включая предлагаемый вариант его исполнения, предполагает дальнейшее возможное совершенствование специалистами, и не содержит каких-либо ограничений в части реализации. Все притязания сформулированы исключительно в формуле изобретения.The present description of the invention, including the composition and operation of the device, including the proposed version of its execution, involves further possible improvement by specialists, and does not contain any restrictions in terms of implementation. All claims are formulated solely in the claims.

Claims

An optical mouse optical system comprising a photodetector, an optical channel for transmitting an image of a working part of a subject surface onto a photodetector plane, radiation sources and a light guide having lens and mirror surfaces, characterized in that the lens surfaces convert light from radiation sources into a converging beam guided by mirror surfaces on the subject surface, the photodetector and radiation sources are in the same plane, and the relative position in the optical fiber of the lens and Mirror surfaces are designed so that radiation from radiation sources falls on the subject surface in counter flows.