光鼠标与其导光管以及光学导航装置的光学器件

技术领域

本发明有关一种光学导航装置，更特别有关一种光学导航装置的导光管和光学器件。

背景技术

典型的光鼠标中具有发光二极管以发射光束。光鼠标中具有导光管用于导引光束以照射受照平面。光鼠标在此受照平面上操作。光鼠标的光传感器接收受照平面所反射的光束。根据光鼠标的光传感器的输出信号，可计算得出光鼠标在受照平面上的移动轨迹。光鼠标的光传感器的图像侦测是基于光束照射在受照平面上的总光通量和均匀度。

因此，如何提高光传感器所接收的光束的总光通量与均匀度，是一个重要的技术问题。

发明内容

本发明是关于一种光鼠标与其导光管，以及一种光学导航装置，藉由提高光束照射在受照平面上的总光通量和均匀度，以改善所述光鼠标和所述光学导航装置的光传感器的图像侦测。

本发明提供一种光鼠标的导光管，所述光鼠标用于在所述光鼠标外的受照平面上操作，所述导光管用于将光束依序导引至所述受照平面和所述光鼠标的光传感器。所述导光管包括第一光学元件和第二光学元件。所述第一光学元件用于接收进入所述导光管的所述光束。所述光束在所述导光管中无反射地自所述第一光学元件传导至所述第二光学元件，然后通过所述第二光学元件离开所述导光管而照射所述受照平面。

本发明提供一种光鼠标，用于在所述光鼠标外的受照平面上操作。所述光鼠标包括光源、光传感器、以及导光管。所述光源用于发射光束。所述导光管包括第一光学元件、第二光学元件、以及固定器。所述光束通过所述第一光学元件进入所述导光管，然后在所述导光管中无反射地自所述第一光学元件传导至所述第二光学元件，然后通过所述第二光学元件离开所述导光管，然后照射所述受照平面。所述光传感器用于接收所述受照平面反射或散射的所述光束的至少一部分。所述固定器具有内部空间，该内部空间用于收容并固定所述光源。

本发明提供一种光鼠标，用于在所述光鼠标外的受照平面上操作。所述光鼠标包括电路板、光源、光传感器、以及导光管。所述光源固定于所述电路板，所述光源用于发射光束。所述光传感器固定于所述电路板。所述导光管包括第一光学元件和第二光学元件。所述光束通过所述第一光学元件进入所述导光管，然后在所述导光管中无反射地自所述第一光学元件传导至所述第二光学元件，然后通过所述第二光学元件离开所述导光管，然后照射所述受照平面。所述光传感器用于接收所述受照平面反射或散射的所述光束的至少一部分。

本发明提供一种光学导航装置的光学器件，所述光学导航装置用于在所述光学导航装置外的受照平面上操作，所述光学器件用于将光束依序导引至所述受照平面和所述光学导航装置的光学传感器。所述光学器件包括第一光学表面和第二光学表面。所述第一光学表面用于接收进入所述光学器件的所述光束。所述光束在所述光学器件中自所述第一光学表面直接传导至所述第二光学表面，然后通过所述第二光学表面离开所述导光管而照射所述受照平面。

为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，于本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此合先述明。

附图说明

图1是本发明一种实施例的光鼠标内的主光束的传导方向示意图；

图2是本发明另一种实施例的光鼠标内的主光束的传导路径示意图；

图3至图5是本发明一种实施例的光鼠标的导光管在多种不同视角下的示意图；

图6是图3的光鼠标的导光管沿A-A’线的剖视图；

图7是本发明一种实施例的光鼠标其中一部分的爆炸图；

图8是本发明一种实施例的光鼠标其中一部分的示意图；

图9是图8的光鼠标其中一部分沿B-B’线的剖视图。

附图标记说明

100 光鼠标

104 受照平面

106 法线

108 光束

110 光源

114 凸缘

120 导光管

121-124 光学元件

125 固定器

126 固定表面

127 开槽

128 第一制止部

129 第二制止部

130 光传感器

132 感应平面

140 电路板

142、152 开口

150 基板

160 内部空间

161 基底平面

162 折射平面

具体实施方式

请参照图1与图2。图1是本发明一实施例的光鼠标100其中的光束108的传导方向示意图，图2是本发明一实施例的光鼠标100其中的光束108的传导路径示意图。光鼠标100由用户在工作表面(以下称为受照平面104)上操作，以控制电子装置的屏幕所显示的游标(未绘出)的移动。

光鼠标100包括用于发射光束的光源110、具有至少四个光学元件(或表面)121-124的导光管120、以及具有感应平面132的光传感器130。为了示范目的，光束108是光源110所发射的主光束。光学元件121-124其中每一个光学元件为透镜(例如凸面或凹面)或平面。光束108通过光学元件121进入导光管120，然后在导光管120中从光学元件121不经过反射而传导至光学元件122。也就是说，光束108在导光管120中的传导方向不改变。也就是说，光束108在导光管120中自光学元件121直接传导至光学元件122的过程中，光束108不通过导光管120的任何其他光学元件或光学表面，也不和导光管120的任何其他光学元件或光学表面产生交互作用。然后光束108通过光学元件122离开导光管120，光束108接着照射光鼠标100外部的受照平面104。然后光束108被受照平面104反射，然后通过光学元件123重新进入导光管120，然后在导光管120中从光学元件123不经过反射而传导至光学元件124，然后通过光学元件124离开导光管120。接下来，光传感器130藉由感应平面132接收光束108。根据光传感器130的输出信号，可计算得出光鼠标100在受照平面104上的移动轨迹，例如可用处理器(未绘出)比较光传感器130输出的连续图像画面以计算得出光鼠标100在受照平面104上的移动轨迹。

光源110为用于发出可辩识光谱的发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。导光管120的材质对于所述可辩识光谱是透明的，例如可使用塑料、聚碳酸酯、玻璃、萤石或水晶来制造导光管120。在一实施例中，导光管120使用注射成型和一体成型的方式制造，但本发明不以此为限。在另一实施例中，导光管120先分别制作成多个部件，然后将这些部件组合成导光管120。受照平面104为光鼠标100在其上被操作的表面。例如，当光鼠标100置放于书桌上时，受照平面104就是所述书桌的上表面。

为了避免降低光通量，光束108从光源110到光传感器130的传播过程中，光束108在导光管120中不经过反射。所以光束108在导光管120中不会因为反射而被吸收、衰减或散射。因此可将光束108和额外表面之间的交互作用所导致的光损失最小化，以将光束108在受照平面104和感应平面132的均匀度最大化，借此改善光传感器130的图像侦测。

在一实施例中，光学元件121为透镜，用于以汇聚光束108的方式改变光束108的形状，如图2所示。若光源110的光发射方向垂直于光学元件121的受光表面，光学元件121不折射光束108。若光源110的光发射方向不垂直于光学元件121的受光表面，则光学元件121会以折射方式改变光束108的传导方向，折射后的光束108在导光管120中不经过反射而直接到达光学元件122。

在一实施例中，光学元件122为平面，用于折射光束108。光学元件122的表面不垂直于光束108在导光管120中的传导方向。更详细的说，光学元件121的基底平面161不平行于光学元件122的折射平面162，且基底平面161和折射平面162之间的角度差使得光束108进入光学元件122的入射角度(此入射角度是相对于受照平面104的法线106的角度)大于光束108离开光学元件122的离开角度(此离开角度也是相对于受照平面104的法线106的角度)。

光学元件123为透镜，用于折射光束108，并以汇聚光束108的方式改变光束108的形状。光学元件124为透镜，用于折射光束108，并以发散光束108的方式改变光束108的形状。

在一实施例中，光学元件122-124折射光束108，以将光束108导引至光传感器130的感应平面132。光学元件121、123和124以汇聚或发散光束108的方式改变光束108的形状，以使经过受照平面104反射后的光束108能被感应平面132完全接收，且实质上整个感应平面132均能接收到经过受照平面104反射后的光束108。光学元件121-124的设置目的是将光束108在受照平面104和感应平面132的照明度和均匀度最大化，以改善光传感器130的图像侦测。

在图1所示的实施例中，光学元件121不折射光束108。光束108进入光学元件122的角度θ

在另一实施例中，光传感器130设置于另一个不同的位置，因此光束108从光源110到光传感器130的路径需要调整。可藉由调整光源110和光学元件121其中至少一者的方位以调整角度θ

在图1所示的实施例中，光源110所发射的光束108的前进方向垂直于光学元件121的位于光束108通过光学元件121进入导光管120的那一点的正切面(tangent plane)，因此光学元件121不折射光束108，但本发明不以此为限。如上所述。若光源110所发射的光束108的前进方向不垂直于光学元件121的位于光束108通过光学元件121进入导光管120的那一点的正切面，则光学元件121折射光束108以改变光束108的前进角度。

在另一实施例中，光学元件121为透镜或平面。光学元件121是否折射光束108是相对于光束108的入射角度或发射角度的光学元件121的方位或倾斜角度所决定。当光学元件121为透镜，光学元件121还用于以汇聚或发散光束108的方式改变光束108的形状。光学元件122也是透镜或平面，如同光学元件121。

在图1所示的实施例中，光束108离开光学元件121-124其中每一个光学元件的角度依光束108的传导顺序排列成一个递减数列，且每一个所述角度均为相对于受照平面104的法线的角度。本发明并不以此为限。在另一实施例中，光学元件123、124被至少一个透镜取代。每个透镜均用于在受照平面104和光传感器130之间折射光束108。每个透镜还用于在受照平面104和光传感器130之间汇聚或发散光束108。所述的至少一个透镜用于控制经过受照平面104反射后的光束108的形状，以使经过受照平面104反射后的光束108能被光传感器130的感应平面132完全接收，且实质上整个感应平面132均能接收到经过受照平面104反射后的光束108。光束108离开光学元件121、122其中每一个光学元件的角度，以及光束108离开每一个所述透镜的角度，依光束108的传导顺序，可排列成一个递减数列或递增数列，且每一个所述角度均为相对于受照平面104的法线的角度。

在另一实施例中，光学元件123、124被至少一个平面取代。每个平面均用于在受照平面104和光传感器130之间折射光束108。光束108离开光学元件121、122其中每一个光学元件的角度，以及光束108离开每一个所述平面的角度，依光束108的传导顺序，可排列成一个递减数列或递增数列，且每一个所述角度均为相对于受照平面104的法线的角度。

在一实施例中，导光管120不包括光学元件123、124。经过受照平面104反射的光束108不经过任何光学元件而直接传导至光传感器130的感应平面132。也就是说，经过受照平面104反射的光束108不经过任何折射、汇聚或发散而直接传导至光传感器130的感应平面132。在此实施例中，光传感器130包括多个微型透镜(未绘出)以汇聚感应平面132所接收的光束108。

图1和图2中的导光管120包括四个光学元件121-124，但本发明不以此为限。在另一实施例中，导光管120包括多个光学元件。每个光学元件为透镜或平面。每个光学元件可以设置为折射光束108或不折射光束108，视导光管120的应用而定。其中，每一个光学元件是否折射光束108取决于该光学元件相对于光束108的入射角度的方位。如果某一个光学元件为透镜，则该光学元件还用于以汇聚或发散光束108的方式改变光束108的形状。这些光学元件用于控制光束108的方向、角度与形状，以将光束108照射在受照平面104和感应平面132的照明度和均匀度最大化，以改善光传感器130的图像侦测。

在一实施例中，光源110发射的光束108有足够亮度，使得光传感器130的感应平面132仅需要接收受照平面104所反射的光束108的一部分即可进行图像侦测。

在一实施例中，光源110发射的光束108有足够亮度，使得光传感器130的感应平面132仅需要接收受照平面104所散射的光束108的一部分即可进行图像侦测。此实施例的导光管120不需要将光束108从受照平面104导引至感应平面132，所以不需要光学元件123、124。

请参照图3至图6。图3至图5是本发明一实施例的光鼠标100的导光管120在多种不同视角下的示意图。图6是图3的光鼠标100的导光管120沿A-A’线的剖视图。导光管120还包括固定器125。固定器125具有内部空间160。内部空间160用于收容并固定光源110，以维持光束108的位置和角度，使导光管120的光学元件121-124能将光束108导引至光传感器130的感应平面132，并将光束108在此导引过程中的损耗最小化。在一实施例中，导光管120的固定器125对于光源110所发射的光谱是不透明的。在另一实施例中，固定器125对于光源110所发射的光谱是透明的。

固定器125包括围绕内部空间160(即围绕光源110)的四个固定表面126。这四个固定表面126用于制止光源110在光束108的发射方向的任何垂直方向上的移动。

本发明并不限于四个固定表面126。在另一实施例中，固定器125包括至少一个固定表面126。固定表面126的数量可调整为小于四个或多于四个。

在一实施例中，固定器125使用软性且具有弹性的材料制作，例如塑料或聚碳酸酯。固定器125在与内部空间160相邻处设置开槽127。开槽127使固定器125能扩张以容纳多种不同大小的光源110。当固定器125需要收纳大于内部空间160的光源110时，软性且具有弹性的固定器125能扩张以收纳光源110。因此，固定器125可相容于各种不同大小的光源110。

本发明不限于仅有一个开槽127。在另一实施例中，固定器125包括多个开槽127。这些开槽127均围绕内部空间160，且均与内部空间160相邻，使固定器125和内部空间160能扩张以容纳更大的光源110。

在另一实施例中，固定器125不设置开槽127。因为固定器125使用软性且具有弹性的材料制作，即使没有开槽127，固定器125和内部空间160还是能扩张以容纳更大的光源110。

请参照图1至图6。在一实施例中，固定器125还包括两个第一制止部128和一个第二制止部129。开槽127设置于两个第一制止部128之间。第二制止部129设置于两个第一制止部128之间，且第二制止部129和开槽127分别位于内部空间160的两侧。第二制止部129设置于开槽127和第一制止部128的一侧，光学元件121-124设置于开槽127和第一制止部128的另一侧。在一实施例中，光源110包括凸缘114。凸缘114被第一制止部128和第二制止部129夹持。两个第一制止部128藉由抵持凸缘114的一侧而制止光源110在光束108的发射方向上的移动。第二制止部129藉由抵持凸缘114的另一侧而制止光源110在光束108的发射方向的反方向上的移动。

本发明并不限于两个第一制止部128和一个第二制止部129。在另一实施例中，固定器125包括至少一个第一制止部128和至少一个第二制止部129。第一制止部128的数量可调整为一个或多于两个。第二制止部129的数量可调整为多于一个。

在本发明中，开槽127、第一制止部128、以及第二制止部129的位置并不限于图3至图6所示的位置。在另一实施例中，开槽127、第一制止部128、以及第二制止部129可设置于其他位置。例如开槽127和第二制止部129可以互换位置。或者，两个第一制止部128可以转移到开槽127和第二制止部129的位置，而开槽127和第二制止部129可以转移到两个第一制止部128原先的位置。或者，第二制止部129和两个第一制止部128的其中一个可以互换位置。或者，开槽127和两个第一制止部128的其中一个可以互换位置。

在一个实施例中，光源110以其他方式固定，所以不需要第一制止部128和第二制止部129。例如，当光源以图7至图9所示的方式固定于电路板140，固定器125就不需要第一制止部128和第二制止部129。

在另一实施例中，光源110以其他方式固定，所以不需要固定器125。例如，当光源以图7至图9所示的方式固定于电路板140，导光管120就不需要固定器125。

请参照图7至图9。图7是本发明一实施例的光鼠标100其中一部分的爆炸图。图8是本发明一实施例的光鼠标100其中一部分的示意图。图9是图8的光鼠标100其中一部分沿B-B’线的剖视图。光鼠标100还包括电路板140。电路板140为印制电路板或软性电路板。光源110和光传感器130均固定于电路板140。

光源110和光传感器130均固定于电路板140的第一侧，受照平面104则位于电路板140相对于所述第一侧的第二侧。例如当光鼠标100放置于书桌上时，所述第一侧为电路板140的上侧，而所述第二侧为电路板140的下侧。

本发明并不限于上述设置。在另一实施例中，光源110和光传感器130均固定于电路板140的一侧，且光源110、导光管120、受照平面104和光传感器130均位于电路板140的同一侧。例如当光鼠标100放置于书桌上时，该侧为电路板140的下侧。

电路板140设置开口142，导光管120设置于开口142中。如图9所示，导光管120的一部分位于电路板140的第一侧，且导光管120的另一部分位于电路板140相对于所述第一侧的第二侧。例如当光鼠标100放置于书桌上时，所述第一侧为电路板140的上侧，而所述第二侧为电路板140的下侧。

图7至图9所示的开口142设置于电路板140中央，但本发明不以此为限。在另一实施例中，开口142设置于电路板140边缘。

光鼠标100还包括基板150。基板150位于电路140和受照平面104之间。基板150为光鼠标100的外壳的一部分。基板105设置开口152。光源110发射的光束108通过开口152照射受照平面104，然后光束108被受照平面104反射，然后光束108再度通过开口152。

图7所示的开口152设置于基板150中央，但本发明不以此为限。在另一实施例中，开口152设置于基板150边缘。

虽然前面的实施例中的工作表面(即受照平面104)均为固定不动的表面，本发明并不以此为限。在另一实施例中，所述工作表面为可移动的表面，例如当光鼠标100被放在用户的手指或手掌上使用，则所述工作表面为用户的手指或手掌，所述用户的手指或手掌可相对光鼠标100移动。

在另一实施例中，导光管120和光鼠标100可以实施为另一形式。例如光鼠标100可以实施为一种光学导航装置。该光学导航装置用于在受照平面104上操作，以侦测所述光学导航装置和受照平面104之间的相对移动，而且导光管120可以实施为所述光学导航装置的光学器件。光传感器130在另一实施例中可以称为光学传感器。光学元件121-124在另一实施例中可以称为光学表面121-124。

虽然本发明已通过前述实例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。