CN101576779A - 鼠标笔及其取像模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鼠标笔及其取像模块，其壳体内设置有第一非球面透镜和一传感器。壳体具有一取景窗以靠近工作表面。第一非球面透镜位于传感器和取景窗之间，且相对于传感器倾斜设置，进而定义传感器透过第一非球面透镜的异于焦点的一最佳解析点。传感器和第一非球面透镜之间不设置使光改变行进方向的光学元件，使得经过第一非球面透镜汇聚后的光束直接入射到传感器。

Description

鼠标笔及其取像模块

技术领域

本发明是有关于一种鼠标笔的光机结构，且特别是有关于一种可扩大景深的光机结构。

背景技术

“鼠标”和“键盘”是计算机固定配备的输入工具，却和一般习惯使用“笔”来进行书写和绘图的方式，有着很大的不同。初学计算机者都会花费相当的时间，学习使用鼠标控制屏幕上的光标，以及记忆基本字符在键盘上的位置。因此有鼠标笔出现，并且被广泛地使用。

已知鼠标笔的光机结构的设计基本上沿袭一般光学鼠标的光机结构。请参考图1，其绘示已知光学鼠标10的光机结构示意图。光源18如发光二极管所发出的入射光透过如反射镜14和球面透镜16等作用后打到工作桌面20上，其反射光会经过透镜22传送到感应器12。

因为光学鼠标10的光机结构所限，如透镜22焦距短、透镜22到工作桌面20的距离、感应器12到透镜22的距离等因素，使得透镜22的景深范围小。如此一来，光学鼠标10只能贴在工作桌面20上使用，当将光学鼠标10抬离工作桌面20时，则无法使用。

采用相似光机结构的鼠标笔也具有景深过小的缺点。当使用者使用鼠标笔如同使用“笔”的方式时，例如将鼠标笔稍微抬离桌面或相对于桌面倾斜时，鼠标笔会因感测不良而无法适用。换句话说，使用者必须在将鼠标笔抵着桌面，且仅能在特定的角度等限制下，才能使用鼠标笔，而无法沿用使用者用“笔”的习惯来使用鼠标笔。如此不仅造成使用者使用上的不便，还增加初学计算机者的学习困难度。

另一方面，由于鼠标笔的外型使得其内部安装空间较为狭长，因此已知鼠标笔通常将其取像部分设置远离工作桌面，且将其照明部分设置紧邻工作桌面，以作为因应。然而取像部分设置远离工作桌面，使得光路变长，导致进光量下降。再者，照明的光源如发光二极管过度靠近工作桌面，容易受到发光二极管近场效应而产生暗斑。

请参考图2，其绘示已知发光二极管30的结构示意图。发光二极管30包含有用以发光的芯片32，芯片32的底部电性连接阴极38，芯片32的顶部透过焊垫34和导线36电性连接阳极39。由于焊垫34不发光且无法透光，因此当芯片32所发出的光斑的中央区域会存在一个暗斑(blind spot)。

当将发光二极管应用到鼠标笔时，发光二极管越靠近工作桌面，暗斑的现象越明显。如此不仅使得发光二极管发出的光不均匀，而且暗斑的位置通常位于工作桌面中欲撷取影像的位置上，使得进光量不足。

综上所述，已知的鼠标笔的光机结构存在有景深不足和进光量不足的缺点。有鉴于此，需要一种新的鼠标笔，其具有较大范围的景深以适用于例如将鼠标笔稍微抬离桌面或相对于桌面倾斜各种角度等情况，其并可提高进光量。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种鼠标笔，其具有较大范围的景深。

本发明的另一目的在于提供一种光学鼠标的取像模块，其结构有助于增加景深。

为了实现上述目的，本发明一方面提出一种鼠标笔，其光机结构可使景深的范围扩大。鼠标笔的壳体内设置有第一非球面透镜和一传感器。壳体具有一取景窗，可用以靠近工作表面，以便传感器撷取工作表面的影像。第一非球面透镜用以汇聚自工作表面反射且通过取景窗的至少一光束。第一非球面透镜具有镜心、焦点和第一光轴，第一光轴通过镜心和焦点。传感器用以撷取经第一非球面透镜汇聚后的光束。

第一非球面透镜位于传感器和取景窗之间。第一非球面透镜相对于传感器倾斜设置，使得传感器与镜心的连线和第一光轴夹第一角度，第一角度大于0度且小于90度。在本发明的一实施例中，第一角度大于0度且小于10度。

传感器与第一非球面透镜的设置位置定义传感器透过第一非球面透镜的一最佳解析点。换句话说，传感器透过第一非球面透镜撷取影像时，撷取到位于最佳解析点的物体的影像最为清晰。由于传感器不位于第一光轴上，因此最佳解析点的位置异于焦点的位置。

传感器和第一非球面透镜之间不设置使光改变行进方向的光学元件，使得经过第一非球面透镜汇聚后的光束直接入射到传感器。

在本发明的一实施例中，传感器与第一非球面透镜的设置位置使得最佳解析点与镜心的连线和第一光轴夹第二角度，第二角度大于0度且小于第一角度。

在本发明另一实施例中，传感器与第一非球面透镜的设置位置使得最佳解析点与镜心的距离小于第一非球面透镜的焦距。

由上述各实施例可知，透过第一非球面透镜相对于传感器倾斜设置，定义出一个异于第一非球面透镜的焦点的最佳解析点。由此可知，对于传感器而言，撷取自从第一非球面透镜的焦点到最佳解析点的范围内的物体的影像具有较好的分辨率，意即景深范围从焦点扩大到焦点到最佳解析点的范围。

在本发明另一实施例中，鼠标笔还包含发光二极管。发光二极管用以发出光束通过取景窗入射至工作表面。发光二极管位于壳体内，且相对于第一非球面透镜倾斜设置。具体来说，发光二极管倾斜设置使得自工作平面反射的光束通过第一非球面透镜。如此一来，透过调整发光二极管的位置，使得反射后的光束大部分传导到第一非球面透镜，有助于提高其进光量。

在本发明的另一实施例中，鼠标笔还包含整合器，其用以均匀化光束。整合器设置位于壳体内，介于发光二极管和取景窗之间，且位于光束的行经路径上。通过整合器内光学元件的配合，使得光束的均匀度提高。

为了实现上述目的，本发明另一方面提供一种光学鼠标的取像模块，其结构有助于增加景深。取像模块设置于具有取景窗的壳体内。取像模块具有传感器以及第一非球面透镜，两者均位于壳体内。其中，第一非球面透镜介于传感器和取景窗之间。传感器和第一非球面透镜之间不设置使光改变行进方向的光学元件。第一非球面透镜具有镜心、焦点和第一光轴，第一光轴通过镜心和焦点。

第一非球面透镜相对于传感器倾斜设置。具体来说，传感器与镜心的连线和第一光轴夹第一角度，第一角度大于0度且小于10度。

传感器与第一非球面透镜的设置位置定义传感器透过第一非球面透镜的最佳解析点。其中，最佳解析点与镜心的连线和第一光轴夹第二角度，第二角度大于0度且小于第一角度。在一实施例中，第二角度大于0度且小于6度。

由上述各实施例可知，透过第一非球面透镜相对于传感器倾斜设置，定义出最佳解析点，使得景深范围从第一非球面透镜的焦点扩大到焦点到最佳解析点的范围。再者，透过发光二极管相对于第一非球面透镜倾斜设置，使得反射进入第一非球面透镜的光束的光量增加，提高进光量。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1绘示已知光学鼠标的光机结构示意图；

图2绘示已知发光二极管的结构示意图；

图3其绘示根据本发明一实施例的鼠标笔的结构示意图；

图4绘示如图3所绘示的鼠标笔的结构示意图；

图5A绘示本发明一实施例的整合器的结构示意图；

图5B绘示本发明另一实施例的整合器的结构示意图；

图5C绘示本发明另一实施例的整合器的结构示意图。

【主要元件符号说明】

10：光学鼠标         12：感应器

14：反射镜           16：球面透镜

18：光源             20：工作桌面

22：透镜

30：发光二极管       32：芯片

34：焊垫             36：导线

38：阴极             39：阳极

100：鼠标笔          102：取像模块

104：照明模块        110：壳体

112：取景窗          120：第一非球面透镜

122：镜心            124：焦点

126：第一光轴        128：最佳解析点

130：传感器          140：发光二极管

142：第二光轴            144：参考点

150：整合器              152：第二非球面透镜

154：透镜阵列            156：凸透镜

158：第三非球面透镜      159：非球面双凸透镜

I：入射光束              L1：第一连线

L2：第二连线             L3：第三连线

R：反射光束              θ₁：第一角度

θ₂：第二角度            θ₃：第三角度

θ₄：第四角度

具体实施方式

请参考图3，其绘示根据本发明一实施例的鼠标笔100的结构示意图。鼠标笔100具有壳体110，壳体110上设置有取景窗112，可用以靠近工作表面20。壳体110内装设有照明模块104和取像模块102。照明模块104用以提供均匀的光，使光通过取景窗112照亮工作表面20。取像模块102则用以接受自工作表面20反射的光，并撷取工作表面20的影像。请注意，后续虽然以鼠标笔100作为说明，然而取像模块102不仅可适用于鼠标笔100中，还可适用于光学鼠标中。

鼠标笔100的取像模块102包含有第一非球面透镜120和传感器130，两者均设置于壳体110内。第一非球面透镜120位于传感器130和取景窗112之间。第一非球面透镜120用以汇聚自工作表面20反射且通过取景窗112的光束。由此可知，第一非球面透镜120是一种汇聚透镜。在本发明的实施例中，第一非球面透镜120是凸透镜。传感器130用以撷取经第一非球面透镜120汇聚后的光束。为了方便描述，后续文章中将自工作表面20反射且通过取景窗112的光束称为反射光束R。

请同时参考图3和图4，图4绘示鼠标笔100的结构示意图。第一非球面透镜120具有镜心122、焦点124和第一光轴126，第一光轴126通过镜心122和焦点124。

第一非球面透镜120相对于传感器130倾斜设置。具体来说，传感器130与第一非球面透镜120的镜心122具有一第一连线L1。第一连线L1和第一光轴126之间有一夹角，其角度为第一角度θ₁。第一角度θ₁大于0度且小于90度。在本发明的一实施例中，第一角度θ₁大于0度且小于10度。在一范例中，第一角度θ₁约为8.13度。

在本发明的实施例中，传感器130与第一非球面透镜120的镜心122之间的第一连线L1大约垂直工作表面20。换句话说，传感器130是大约平行于光束传入的方向。

传感器130与第一非球面透镜120的设置位置定义传感器130透过第一非球面透镜120的最佳解析点128。具体而言，传感器130与第一非球面透镜120之间的距离，以及传感器130与第一光轴126偏离的角度意即第一角度θ₁的大小，都会影响传感器130透过第一非球面透镜120撷取的影像的分辨率。在本发明的实施例中，将传感器130透过第一非球面透镜120所撷取到的分辨率较好的影像的位置定义为最佳解析点128。换句话说，当待测物体置放于最佳解析点128上时，传感器130透过第一非球面透镜120所撷取到的影像的较为清晰。

由于传感器130不位于第一光轴126上，而是与第一光轴126之间夹了第一角度θ₁。因此最佳解析点128的位置会异于第一非球面透镜120的焦点124的位置。最佳解析点128和焦点124的位置偏差可以是角度上的偏移、沿着第一光轴126上的径向位移或其组合。

详细而言，最佳解析点128与第一非球面透镜120的镜心122具有一第二连线L2。第二连线L2和第一光轴126夹第二角度θ₂，第二角度θ₂可介于0度到90度之间。在本发明的实施例中，第二角度θ₂大于0度且小于第一角度θ₁，意即最佳解析点128不位于第一光轴126上。第二角度θ₂可进一步限定为大于0度且小于6度。在一范例中，第一角度θ₁约为8.13度，第二角度θ₂约为5.71度。

由于工作表面20是位于壳体110之外，为了使鼠标笔100可透过取景窗112取得较为清晰的工作表面20的影像，可透过传感器130与第一非球面透镜120的设置位置，可使得最佳解析点128位于取景窗112中。如此一来，当使用者将鼠标笔100的取景窗112贴抵着工作表面20时，传感器130将可撷取到清晰的工作表面20的影像。

在本发明的实施例中，还进一步将传感器130与第一非球面透镜120的设置位置，使得最佳解析点128和焦点124均位于取景窗112中，但分别位于不同的位置上。如图3所示。由此可知，最佳解析点128和焦点124分别距离与镜心122的距离将会不同。

由于对于传感器130而言，待测物体如工作表面20放置于从焦点124到最佳解析点128的范围内时，传感器130均能撷取到分辨率高的影像，意即景深范围从焦点124及其所在的焦平面，扩大到焦点124及其所在的焦平面到最佳解析点128及其所在的焦平面的范围。

在本发明的实施例中，调整传感器130与第一非球面透镜120的设置位置，使得最佳解析点128与镜心122的距离小于第一非球面透镜120的焦距。换句话说，最佳解析点128与镜心122的距离小于焦点124与镜心122的距离。

请注意，传感器130和第一非球面透镜120之间，尤其是光束行经的路径上，不设置任何会使光改变行进方向的光学元件，如反射镜等。如此一来，经过第一非球面透镜120汇聚后的光束的行径方向将不受到偏折而直接入射到传感器130。

鼠标笔100的照明模块104包含发光二极管140。发光二极管140用以发出光束通过取景窗112入射至工作表面20。为了方便说明，后续文章中将发光二极管140发出的光束称为入射光束I。

发光二极管140位于壳体110内，且相对于第一非球面透镜120倾斜设置。发光二极管140倾斜设置使得自工作平面20反射的反射光束R通过第一非球面透镜120。如此一来，发光二极管140所发出的入射光束I经反射后，大部分会传导到第一非球面透镜120，有助于提高其进光量。

发光二极管140与第一非球面透镜120对称设置。具体而言，发光二极管140具有通过其中央的第二光轴142。第二光轴142延伸与取景窗112交会于一参考点144上。发光二极管140倾斜使得第二光轴142与取景窗112之间有一夹角。参考点144与镜心122具有一第三连线L3。第三连线L3与取景窗112之间的夹角等于第二光轴142与取景窗112之间的夹角。

以传感器130和镜心122的第一连线L1为参考线来说明。第二光轴142和第一连线L1之间夹一第三角度θ₃。第三角度θ₃大于0度且小于40度。在本发明的实施例中，第三角度θ₃约为30.3度。另外，第三连线L3和第一连线L1之间夹一第四夹角θ₄。第四夹角θ₄的大小与第三角度θ₃相同。

为了消弭发光二极管140的近场效应，鼠标笔100进一步可包含整合器150，其用以均匀化入射光束I。整合器150设置位于壳体110内，并介于发光二极管140和取景窗112之间，且位于入射光束I的行经路径上。

整合器150的结构及作用方式有很多种，例如可扩散片或透镜阵列等光学元件达到均匀入射光束I的效果。在本发明的实施例中，是利用离焦的方式达到光束的均匀化。兹以数个实施例说明如下。

请同时参考图3和图5A，图5A绘示本发明一实施例的整合器150的结构示意图。整合器150包含第二非球面透镜152和一透镜阵列154。第二非球面透镜152用以将发光二极管140发出的光束发散。第二非球面透镜152可以是非球面凸透镜或非球面凹透镜。在本发明的实施例中，第二非球面透镜152是非球面凹透镜。

透镜阵列154设置位于第二非球面透镜152和取景窗112之间，其包含数个凸透镜156。光束经过第二非球面透镜152发散后，光束会平均照射于各个凸透镜156上。各凸透镜156用以汇聚照射于其上的部分经发散后的光束。各个凸透镜156汇聚光束会互相重组叠加，并均匀地照射于工作表面20上。如此一来，光束中心区域的均匀度便得以提升，进而消除发光二极管140近场效应所产生的暗斑。

在本发明的实施例中，各个凸透镜156的焦距大于其到取景窗112的距离。换言之，凸透镜156是在离焦的情况下汇聚光束。

透镜阵列154中的各个凸透镜156的焦距可以相同或相异。在本发明的实施例中，各个凸透镜156具有相同的焦距。

请同时参考图3和图5B，图5B绘示本发明另一实施例的一种整合器150的结构示意图。整合器150包含有第二非球面透镜152和第三非球面透镜158。其中，第三非球面透镜158设置位于第二非球面透镜152和取景窗112之间。

第二非球面透镜152用以将发光二极管140发出的光束发散。如前所述，第二非球面透镜152可以是非球面凸透镜或非球面凹透镜。在本发明的实施例中，第二非球面透镜152是非球面凹透镜。

第三非球面透镜158用以汇聚经第二非球面透镜152所发散的光束，且第三非球面透镜158的焦距大于第三非球面透镜158到取景窗112的距离。换言之，第三非球面透镜158是在离焦的情况下汇聚光束，使得发光二极管140的暗斑的成像点远离工作桌面20，以达到消除暗斑的作用。

请同时参考图3和图5C，图5C绘示本发明另一实施例的整合器150的结构示意图。整合器150为非球面双凸透镜159。非球面双凸透镜159的两面均为非球面凸透镜。非球面双凸透镜159的焦距大于其到取景窗112的距离。换言之，非球面双凸透镜159透过离焦的状态，使得发光二极管140的暗斑无法成像在工作桌面20上，进而达到消除暗斑的效果。

由上述各实施例可知，鼠标笔100及其取像模块102透过第一非球面透镜120相对于传感器130倾斜设置，定义出最佳解析点128，使得景深范围得以扩大。

鼠标笔100的照明模块104透过将发光二极管140相对于第一非球面透镜120倾斜设置，使得反射进入第一非球面透镜120的光束的光量增加，提高进光量。并且搭配整合器150的设置，使得入射的光束均匀化。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1、一种鼠标笔，其特征在于，至少包含：

一壳体，具有一取景窗以靠近一工作表面；

一第一非球面透镜，位于该壳体内，用以汇聚自该工作表面反射且通过该取景窗的至少一光束，该第一非球面透镜具有一镜心、一焦点和一第一光轴，该第一光轴通过该镜心和该焦点；以及

一传感器，位于该壳体内，用以撷取经该第一非球面透镜汇聚后的该光束，该第一非球面透镜位于该传感器和该取景窗之间，其中该传感器与该镜心的连线和该第一光轴夹一第一角度，该第一角度大于0度且小于90度，

该传感器与该第一非球面透镜的设置位置定义该传感器透过该第一非球面透镜的一最佳解析点，其中该最佳解析点的位置异于该焦点的位置，

该传感器和该第一非球面透镜之间不设置使光改变行进方向的一光学元件，使得经过该第一非球面透镜汇聚后的该光束直接入射到该传感器。

2、根据权利要求1所述的鼠标笔，其特征在于，该传感器与该第一非球面透镜的设置位置使得该最佳解析点与该镜心的连线和该第一光轴夹一第二角度，该第二角度大于0度且小于该第一角度。

3、根据权利要求2所述的鼠标笔，其特征在于，该第二角度大于0度且小于6度。

4、根据权利要求1所述的鼠标笔，其特征在于，该传感器与该第一非球面透镜的设置位置使得该最佳解析点位于该取景窗中。

5、根据权利要求1所述的鼠标笔，其特征在于，该传感器与该第一非球面透镜的设置位置使得该最佳解析点与该镜心的距离小于该第一非球面透镜的焦距。

6、根据权利要求1所述的鼠标笔，其特征在于，还包含一发光二极管位于该壳体内，用以发出该光束通过该取景窗入射至该工作表面，其中该发光二极管相对于该第一非球面透镜倾斜设置，使得自该工作平面反射的该光束通过该第一非球面透镜。

7、根据权利要求6所述的鼠标笔，其特征在于，还包含一整合器位于该壳体内，并介于该发光二极管和该取景窗之间，且位于该光束的行经路径上，用以均匀化该光束，其中该整合器包含：

一第二非球面透镜，用以将该发光二极管发出的该光束发散；以及

一透镜阵列，设置位于该第二非球面透镜和该取景窗之间，该透镜阵列包含多个凸透镜，每一该凸透镜用以汇聚部分经该第二非球面透镜发散的该光束。

8、根据权利要求7所述的鼠标笔，其特征在于，每一该凸透镜的焦距大于该凸透镜到该取景窗的距离。

9、根据权利要求6所述的鼠标笔，其特征在于，还包含一整合器位于该壳体内，并介于该发光二极管和该取景窗之间，且位于该光束的行经路径上，用以均匀化该光束，其中该整合器包含：

一第二非球面透镜，用以将该发光二极管发出的该光束发散；以及

一第三非球面透镜，设置位于该第二非球面透镜和该取景窗之间，用以汇聚经该第二非球面透镜发散的该光束，其中该第三非球面透镜的焦距大于该第三非球面透镜到该取景窗的距离。

10、一种光学鼠标的取像模块，其特征在于，设置于具有一取景窗的一壳体内，该取像模块至少包含：

一传感器，位于该壳体内；以及

一第一非球面透镜，位于该壳体内并介于该传感器和该取景窗之间，该第一非球面透镜具有一镜心、一焦点和一第一光轴，该第一光轴通过该镜心和该焦点，其中该传感器与该镜心的连线和该第一光轴夹一第一角度，该第一角度大于0度且小于10度，

该传感器与该第一非球面透镜的设置位置定义该传感器透过该第一非球面透镜的一最佳解析点，该最佳解析点与该镜心的连线和该第一光轴夹一第二角度，该第二角度大于0度且小于该第一角度，

该传感器和该第一非球面透镜之间不设置使光改变行进方向的一光学元件。

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