JP2007220077A - 光学式マウス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学式マウス装置を提供する。
【解決手段】光学式マウス装置は凹面レンズを有する導光素子を有し、光を拡散して均一、低コントラストの点灯パターンを生成する。この均一な点灯パターンはセンサーのマウス移動感知の精確さを増加させる。また、光源とセンサーはプリント回路板の同一平面上に位置し、光路径の大角度が更に多くの光を光学センサーに反射させ、光効率を増加させ、小さく、低パワーの発光ダイオードを許容する。これは光学センサーの感度を増加させ、パッケージ全体において、小尺寸外形を生成するので、材料コストを減少させ、設計者に外部設計の更なるフレキシブル性を提供する。
【選択図】図２A

Description

本発明は、光学分野に関するものであって、特に、凹面レンズを有し、光を拡散し、均一で、低コントラストの点灯パターンを生成する光学式マウスの導光素子を包括する最適化光学システムに関するものである。

光学式マウスは、発光ダイオード（LED）により照空灯が表面をかすめ、この表面から反射される光を検出して移動を計算する。

図１Aは、公知の光学式マウス１００を示す図である。外面上、光学式マウス１００はハウジング１０１と基板１０２を有する。ハウジング１０１内で、プリント回路基板（PCB）１１０は、発光ダイオード（LED）１４０と光学センサー１５０をその上に架設している。LED１４０は光束１７０を発射し、導光素子１３０により集光、導引する。導光素子１３０は一般に、PCB１１０中の開口を経て延伸する。

光束１７０は、第一平坦表面１３１１から導光素子１３０に進入し、第一反射面１３０１により反射され、第二反射面１３０２により反射され、第二平坦表面１３１２から導光素子１３０を離れる。光束１７０は、基板１０２上の開口１０７を通過して光学式マウス本体を離れ、参考表面１０を反射し、第三平坦表面１３１３により導光素子１３０に再進入する。

光束１７０は、光学センサー１５０上に照射し、参考表面１０で光により明らかになるパターンを検出する。これらのパターンは、参考表面１０の粗雑不平により生じるものであるか、参考表面１０の着色により生じるものである。

図１Bを参照すると、光束１７０と参考表面１０間の角度２０は鋭角で、一般に約２０度以下、５度以上である。よって、光束１７０と法線９０間の角度７０は、７０度か、それより大きい。

しかし、このような小角度は、大部分がLEDにより発射される光線が不平坦な点灯パターンを有するので、センサーの問題を生じる。例えば、点灯パターンのある領域が非常に明るく、ある領域は僅かに暗い。故に、LED１４０は高密度で、これらの暗い領域を過補償しなければならないが、大量の電力を消耗し、放熱の問題が生じる。

この他、LED１４０とその他の素子は相対的に大きい素子であり、マウスの大小を増加させる。材料コストが増加する以外に、マウスが到達するサイズ上、下限値が生じる。

更に、この設計構造は、LED１４０、及び、光学センサー１５０を異なる面に設置すると共に、PCB１１０を切割する必要があり、マウス設計の複雑度を増加させ、尺寸も増加する。

この他、公知技術のマウス設計構造は一般的に内部は中空で、多くは、美観のために、ハウジング１０１と基板１０２は透明材料であり、故に、光学式マウス１００が生成したものではない外部光線が光学センサー１５０に達し、内部上で、LEDから任意に散射される光線が光学センサーに達する。この種の光線は光学センサー１５０により形成されるイメージを干渉する。

故に、改善された光学システムを提出し、マウス尺寸、電力消耗、及び、設計の複雑性を減少させる必要がある。

解決しようとする課題は、光学式マウス装置を提供し、照明を表面で引導し、約３３度以下の角度から、表面から９０度に相対するので、システムの光功能を増加させ、且つ、必要な電力を減少させると共に、システムの参考表面の相対運動に対する感度を増加させ、尺寸を縮小することにある。

本発明は、凹面レンズを有する最適化光学システムを提供し、表面が光学システムに相対する移動を感知する。凹面レンズは導光素子上に位置し、導光素子内で、光束はマウスを離れて参考表面により反射される。本発明は高密度、高コントラストの点灯パターンを生成するために集光の方式を採用するのではなく、光を拡散して、均一、低コントラストの点灯パターンを生成する。

光が凸面レンズを通過する時、この凸面レンズが光線を内側に屈折させる。故に、これは、小さい光点に集光される光パターンを生成する。この種の緊密で高コントラストの光パターンはセンサーに問題を生じさせ、センサーがマウスの移動を誤って解釈する。

しかし、凹面レンズは光線を外に屈折させる。その結果、光は拡散されて、均一で、低コントラストの点灯パターンを生成する。これはセンサーに正確にマウスの移動を感知させるので、カーソルが示すマウス位置のスクリーン上での移動が更に精確、平滑であり、コンピュータ使用者の満足度が増加する。

本発明は、更に、光学式マウス装置を提供し、光源が光学センサーと相同の表面、或いは、平面上に架設され、構造を簡潔にし、尺寸を縮小する。

本発明は、更に、光学式マウス装置を提供し、光学センサーは選択的に、マウスにより生成される外来光線、及び、システムに関係ない外来光線をほぼ完全に隔離し、システムの参考表面の相対運動に対する感度を増加させる。

本発明の光学マウスは、システムの光功能を増加させ、且つ、必要な電力を減少させると共に、システムの参考表面の相対運動に対する感度を増加させ、尺寸を縮小することができる。

図２Aは、本発明の実施例による光学式マウスの内部素子断面図であり、出口開口２２１１と入口開口２２１２を横越し、ホルダー２２０は三部分に分割されているように見える。

光源２４０と光学センサー２５０はプリント回路板（PCB）２１０上に架設される。光源２４０は一般のSMDフォームファクタの発光ダイオード（LED）であるが、本発明では、赤外線発光ダイオード、レーザーダイオード、或いは、その他の光学センサー２５０が受信できるタイプの照明に符合する適当な照射光発光源を利用してもよい。

ホルダー２２０は光源２４０付近に位置し、ホルダー２２０とPCB２１０が結合して、光源２４０をソースキャビティ２２０１内に孤立させるので、生成される光源は出口開口２２１１からだけ離れる。同様に、ホルダー２２０は光学センサー２５０付近に位置し、ホルダー２２０とPCB２１０が結合して光学センサー２５０を囲繞し、光学センサー２５０が感知キャビティ２２０２内で孤立するので、光学センサーが受信する光源は入口開口２２１２からだけ進入する。

導光素子２３０は、ホルダー２２０の導光キャビティ２２０３内に位置し、クリップ２６０により固定される。クリップ２６０は主要開口２６７を有し、光源を離れさせ、参考表面１０から反射し、その後、光学式マウスに再進入する。

図２Bは、本発明の実施例による光学式マウスの内部素子断面図であり、前述の実施例と異なるのは、ホルダーで光源２４０と光学センサー２５０を隔離していないことである。導光素子２３０はクリップ（図示しない）、或いは、集積フィンガー（integrated finger）２３６６〜２３６７を利用するか、ハウジング（図示しない）に連接されるか、ハウジング（図示しない）に連接するか、或いは、ハウジング基板（図示しない）をPCB２１０に固定する。

図３Aと図３Bは、本発明の光学式マウスの導光素子を示す図である。図２A、図２Bとともに参照すると、導光素子２３０は、第一反射面２３０１と第二反射面２３０２を有し、更に、第一レンズ２３１１、第二レンズ２３１２、第三レンズ２３１３と第四レンズ２３１４、及び、第一合わせ面２３２１と第二合わせ面２３２２を有する。

導光素子２３０はポリマー、ガラス、或いは、その他の発光長さに対し高透過である屈折材料からなる。光源２４０は光束２７０を発射し、第一レンズ２３１１により導光素子２３０に進入し、第一反射面２３０１から反射し、第二反射面２３０２から反射し、その後、第二レンズ２３１２より導光素子２３０を離れる。

第一レンズ２３１１は凸面レンズで、光束２７０は平行光線になる。第二レンズ２３１２は凹面レンズで、光束を拡散して導光素子２３０を離れる。

この他、光束２７０を更に均一に拡散させるために、第一レンズ２３１１と第二レンズ２３１２の形状を変化させ、例えば、点刻技法、或いは、その他の表面を変化させる方法を利用する。光学センサー２５０上に形成されたイメージの一部を除去するために、参考表面１０から散射される光を光学センサー２５０に拡散し、第三レンズ２３１３は、特定の紋路を有する。注意すべきことは、第一レンズ２３１１、第三レンズ２３１３、及び／又は、第四レンズはある実施例中、平坦な表面である。

図３Aと図３Bで示されるように、光は参考表面から散射されると共に、第三レンズ２３１３を横越して導光素子２３０に再進入し、導光素子２３０を経て第四レンズ２３１４に達し、光束２７０は導光素子２３０を離れ、光学センサー２５０上に落ちる。

図４は、本発明の具体例による光が導光素子を経る時の路径を示す図であり、図５は、本発明の実施例による光が導光素子に進入する時の路径を示す図である。

約６０度の光源を出力して、導光素子２３０の第一レンズ２３１１を照射する。第一レンズ２３１１は正確な焦点距離で設計される。その他の方向に移動する光線は、ホルダーにより散射、或いは、吸収され、ホルダーは、好ましくは、ポリマー等の黒色の非反射材料である。

第一反射面２３０１と第二反射面２３０２は第二レンズ２３１２により光束２７０を反射し、光束２７０を拡散して、主要開口により参考表面１０を大量に照射する。第二レンズ２３１２は凹面レンズで、光線を拡散して均一な点灯パターンを参考表面１０上に生成する。

参考表面１０から散射される光は第三レンズ２３１３により導光素子に再進入し、導光素子２３０を穿越して、第四レンズ２３１４から離れ、光学センサーの平面の像平面に落ちる。

第一反射面２３０１の長さは出口開口の幅の１／Sin４５°である。第二反射面２３０２の長さは出口開口の幅の１／Sin（４５°−０．５＊入射線と法線間の挟角）（第一反射面２３０２は４５度角を取る）である。本発明の実施例中、３２°を選択してSin２９°を簡潔にする。

図４に戻ると、本発明の実施例中、凹面レンズ２３１２の曲率半径は約１．５ｍｍである。よって、参考表面１０上の点灯パターンは幅で３．０７ｍｍに展開する。参考線２３９０から第三レンズ、及び、第四レンズの中点を穿越し、点灯パターンは参考線２３９０前１．３ｍｍと参考線２３９０後１．７７ｍｍに位置する。

図５は、本発明の実施例を示す図で、光パターンは参考表面１０を反射し、第三レンズ２３１３により集光すると共に、参考線２３９０から外に１．２８ｍｍ延伸する。

注意すべきことは、これらの数値は設計要求に符合するように選択されることである。例えば、点灯パターンを大きくするか小さくするかは、光源、或いは、導光素子から参考表面までの距離に基づく。また、凹面レンズの曲率は条件に符合する。

光線を平行光線に転換する第一レンズにより、光源が散射する光が集中する。両反射面から反射した後、凹面レンズにより光線は拡散され、均一な点灯パターンに進入する。これは、低コントラストの均一な点灯パターンを参考表面上に提供する。光線は表面で反射し、光線を平行光線に集中できる第三レンズにより導光素子に進入する。第三レンズの作動方式は第一レンズと非常に相似している。光は、第四レンズにより導光素子を離れ、センサー上に落ちる。

図６は、本発明の実施例による光学マウスの点灯マップを示す図である。図６で示されるように、本発明の光学システムが提供する光パターンは非常に均一である。センサーにより更に精確にマウスの移動を検知でき、この高品質の光パターンは光学式マウスの性能を向上させる。よって、本発明が提供する光学式マウスの品質と性能は更に好ましい。公知の設計上、点灯パターンはある領域が明るく、ある領域が暗いか、或いは、何も光がなく、不均衡な光パターンを提供し、故に、公知の光学式マウスはコンピュータに対し精確で流暢なマウス移動情報を提供することができない。

本発明の光学式マウス装置は、電力使用と材料コストを減少させ、光学式マウスコアの内部構造を簡潔にし、公知技術を大幅に改善する。且つ、光源と光学センサーは隔離され、光学センサーと外部光線は隔離され、システムの感度を増加させる。この他、小さい尺寸外形で、設計者はハウジング設計に更にフレキシブルな空間を有することができる。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

公知技術の光学式マウスの断面図である。 公知技術の光学式マウスが生成する光束路径を示した説明図である。 本発明の実施例による光学式マウスの内部素子の断面図である。 本発明の実施例による光学式マウスの内部素子の断面図である。 本発明の実施例による光学式マウスの導光素子の細部構造を示す図である。 本発明の実施例による光学式マウスの導光素子を示す図である。 本発明の実施例による光学式マウスの導光素子の点灯パターンを示す図である。 本発明の実施例による光学式マウスの導光素子の点灯パターンを示す図である。 本発明の実施例による光学式マウスの光学点灯パターンを示す図である。

符号の説明

１０…参考表面
９０…法線
１００…光学式マウス
１０１…ハウジング
１０２…基板
１０７…開口
１１０…ＰＣＢ
１３０…導光素子
１４０…ＬＥＤ
１５０…光学センサー
１７０…光束
１３０１…第一反射面
１３０２…第二反射面
１３１１…第一平坦表面
１３１２…第二平坦表面
１３１３…第三平坦表面
２１０…ＰＣＢ
２２０…ホルダー
２３０…導光素子
２４０…光源
２５０…光学センサー
２２０１…光キャビティ
２２０２…センサーキャビティ
２２０３…導光キャビティ
２２１１…ソースキャビティ
２２１２…入口開口
２６０…クリップ
２６７…開口
２３０１…第一反射面
２３０２…第二反射面
２３１１…第一レンズ
２３１２…第二レンズ
２３１３…第三レンズ
２３１４…第四レンズ
２３２１…第一合わせ面
２３２２…第二合わせ面
２３６６〜２３６７…集積フィンガー
２３９０…参考線

Claims (20)

1. 光学式マウス装置であって、導光素子からなり、光を光源からセンサーに導引し、前記導光素子は、
   前記光源が発射する光を受信すると共に、前記光を第一平行光線に転換する第一凸面レンズと、
   前記第一平行光線を均一な点灯パターンにして参考表面上に拡散する凹面レンズと、
   前記参考表面から反射する光を受信し、前記光を第二平行光線にする第二凸面レンズと、
   前記第二平行光線を前記センサー上に集光する第三凸面レンズと、からなることを特徴とする光学式マウス装置。
2. 更に、少なくとも第一表面を有し、素子が前記第一表面上に架設されるプリント回路基板と、
   感知表面を有し、前記感知表面は複数の感知素子からなり、ベクトルが前記感知表面に垂直で、前記光源は前記プリント回路板の前記第一表面に垂直なベクトルに平行であるセンサーと、からなることを特徴とする請求項１に記載の光学式マウス装置。
3. 前記光源は、発光ダイオード（LED）、赤外線発光ダイオード（IRED）、或いは、レーザーダイオード（LD）であることを特徴とする請求項１に記載の光学式マウス装置。
4. 前記導光素子は、更に、第一反射面と第二反射面を有し、前記第一反射面が、ベクトルから前記光源に４５度傾斜し、前記第一反射面から、前記第二反射面は、前記ベクトルの反射から、２９度に傾斜することを特徴とする請求項１に記載の光学式マウス装置。
5. 前記第一凸面レンズは、前記光源に最接近する表面上に位置し、且つ、前記第一凸面レンズの光軸は中心に位置し、前記光源の光軸に平行で、前記光束は、前記第一反射面から反射し、続いて、前記第二反射面から反射した後、前記凹面レンズは光源の出口表面に位置し、且つ、前記凹面レンズの光軸は前記光束中心に位置して、前記光束を拡散して前記参考表面を照射し、前記第二凸面レンズは光入り口表面に位置すると共に、前記第三凸面レンズの光軸が中心に位置し、法線ベクトルにほぼ平行で、前記センサー表面の中心から引導されること特徴とする請求項４に記載の光学式マウス装置。
6. 前記凹面レンズの曲率半径は約１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の光学式マウス装置。
7. 前記導光素子は、更に、前記第一凸面レンズの表面と前記凹面レンズの表面に文様を有し、光束中でのアーチフェクトを除去することを特徴とする請求項１に記載の光学式マウス装置。
8. 前記導光素子は、更に、前記第二凸面レンズの表面に文様を有することを特徴とする請求項１に記載の光学式マウス装置。
9. 光学式マウス装置であって、
   少なくとも一つの第一表面を有し、素子を前記第一表面に架設するプリント回路基板と、
   一軸が前記プリント回路板の第一表面に垂直なベクトルに平行である光源と、
   感知表面を有し、前記感知表面は複数の感知素子を有し、前記感知表面に垂直なベクトルは、前記プリント回路基板の前記第一表面に垂直なベクトルに平行であるセンサーと、
   光を前記光源から参考表面に引導し、前記散射光を前記参考表面から前記センサーの感知表面に引導する導光素子と、
   からなり、前記導光素子は、
   前記光源が発射する光を受信すると共に、前記光を第一平行光線に転換する第一凸面レンズと、
   前記第一平行光線を均一な点灯パターンにして参考表面上に拡散する凹面レンズと、
   前記光源と前記センサーに適合する形状のホルダーと、からなることを特徴とする光学式マウス装置。
10. 前記導光素子は更に第二凸面レンズを有し、前記参考表面から反射する光を受信して、前記光を第二平行光線に転換することを特徴とする請求項９に記載の光学式マウス装置。
11. 前記導光素子は更に第三凸面レンズを有し、前記第二平行光線を前記センサー上に集光することを特徴とする請求項１０に記載の光学式マウス装置。
12. 前記導光素子は更に、第一反射面と第二反射面を有することを特徴とする請求項９に記載の光学式マウス装置。
13. 前記第一反射面は、ベクトルから前記光源まで４５度傾斜し、前記第一反射面からは、前記第二反射面が前記ベクトルの反射から２９度傾斜することを特徴とする請求項１２に記載の光学式マウス装置。
14. 前記第一凸面レンズは前記光源に最接近する表面上に位置し、且つ、前記第一凸面レンズの光軸は中心に位置し、前記光源の光軸に平行で、前記光束は、前記第一反射面から反射し、続いて、前記第二反射面から反射した後、前記凹面レンズは光源の出口表面に位置し、且つ、前記凹面レンズの光軸は前記光束中心に位置して、前記光束を拡散して前記参考表面を照射し、前記第二凸面レンズは光入り口表面に位置すると共に、前記第三凸面レンズの光軸が中心に位置し、法線ベクトルにほぼ平行で、前記センサー表面の中心から引導されることを特徴とする請求項１０に記載の光学式マウス装置。
15. 前記第三凸面レンズは前記導光素子上に位置し、前記光束は前記導光素子を離れ、前記センサーに落ちることを特徴とする請求項１１に記載の光学式マウス装置。
16. 前記導光素子は更に、前記第一凸面レンズと前記凹面レンズの表面に文様を有して、前記光束を拡散することを特徴とする請求項９に記載の光学式マウス装置。
17. 更に、ハウジングを有し、底部表面形状を有して、前記参考表面と頂部表面を除去し、前記ハウジングは、前記ホルダー、前記導光素子、前記プリント回路板、及び、前記センサーを前記ハウジング内に有することを特徴とする請求項９に記載の光学式マウス装置。
18. 前記光源は、発光ダイオード（LED）、赤外線発光ダイオード（IRED）、或いは、レーザーダイオード（LD）であることを特徴とする請求項９に記載の光学式マウス装置。
19. 光学式マウス装置であって、
    少なくとも一つの第一表面を有し、素子を前記第一表面に架設するプリント回路基板と、
    光源を提供する光源と、
    光を感知するセンサーと、
    光を前記光源から参考表面に引導し、前記散射光を前記参考表面から前記センサーに引導する導光素子と、
    からなり、前記導光素子は、
    前記光源が発射する光を受信すると共に、前記光を第一平行光線に転換する第一凸面レンズと、
    前記第一平行光線を均一な点灯パターンにして参考表面上に拡散する凹面レンズと、からなることを特徴とする光学式マウス装置。
20. 前記導光素子は更に、
    前記参考表面から反射する光を受信し、前記光を第二平行光線に転換する第二凸面レンズと、
    前記第二平行光線を前記センサー上に集光する第三凸面レンズと、からなることを特徴とする請求項１９に記載の光学式マウス装置。