JP4928859B2 - 光学式データインプット方法、装置及び当該装置の分光式のレンズモジュール - Google Patents

Description

本発明は、光学式データインプット装置の領域に関するものである。

従来の技術に、普通型光学マウス中のレンズモジュールは、ただ着色した粗末表面のイメージを読み取って、高い光輝度の表面（例えば、ガラス面/大理石面/金属の表面/透明なプラスチック面/写真の表面）及び染色表面等介在物表面のイメージを読み取ることができないため、光学式（有線及び無線）マウス及び他の光学式データインプット装置は、高い光輝度の表面（例えば、ガラス面/大理石面/金属の表面/透明なプラスチック面/写真の表面）及び染色表面等介在物表面に用いられないことで、使用者に不便性をもたらす。

図１を参照して、それは従来光学式データインプット装置の光学システムであって、赤外線発光源２、プリズム３２、レンズ３４及び光学センサーセット１を含み、赤外線発光源２から発射した光がプリズム３２を通じて屈折した光ビームは、２２．５０度の角度で直接介在物表面に照射して透射点P１を生じて、この方式のように、例えば、レンズ３４から介在物表面までの高度は誤差があれば、透射点P１がレンズ中心とそらす現象（当該透射点P１とレンズ中心の偏差値はＢである）を生じることがあって、そのため光学センサーセットは、介在物表面に対してメッセージを読み取る能力を低下させる。

本発明の目的は、高い光輝度の表面及び染色表面に用いられる光学式データインプット装置、方法及び当該装置の分光式のレンズモジュールを提供することである。

本発明の主な目的は、こういうように実施する；当該光学式データインプット装置は、ケース、光学センサーセット、赤外線発光源及び分光式のレンズモジュールを含み、当該光学センサーセット、赤外線発光源及び分光式のレンズモジュールは、当該ケース中に設置されて、当該分光式のレンズモジュールは、入射光が屈折した後介在物表面との夾角が１．００度となる光ビームを生成するプリズム、入射光が屈折した後介在物表面に相対する夾角が８９．００度となる光ビームを生成する分光レンズ、及び双焦点高精度の曲面でないレンズを含み、当該プリズムは当該発光源の射出光の一側に位置して、当該分光レンズは当該プリズムの射出光の一側に位置して、当該レンズは当該分光レンズの射出光の一側に位置する。

前記分光式のレンズモジュールは、更に座体を含み、当該座体、プリズム、分光レンズ及びレンズは一体となって組合う。

前記のプリズム、レンズ及び分光レンズはそれぞれ座体の対応する設置位置に嵌め込む。

前記の分光レンズは、介在物表面との夾角が４４度となって、プリズムは、介在物表面との夾角が４４．５度となる。

当該光学式データインプット装置の分光式のレンズモジュールは、プリズム、分光レンズ及びレンズを含み、当該プリズムは、当該赤外線発光源の射出光の一側に位置して、当該分光レンズは、当該プリズムの射出光の一側に位置して、当該レンズは当該分光レンズの射出光の一側に位置する。

当該光学式データインプットの方法は下記のステップを含む；
１）赤外線発光源を通って発光する；
２）プリズムを通って、当該赤外線発光源からの光が屈折した後、介在物表面との夾角が１．００度となる光ビームを生じて、当該光ビームを分光レンズの屈折面に発射させる；
３）分光レンズを通って、分光レンズの発射面に発射された光ビームが屈折した後介在物表面に相対する夾角が８９．００度となる光ビームを生成する；
４）この介在物表面に相対する夾角が８９．００度となる発射する光ビームの光軸を当該介在物表面に屈折させて、そして介在物表面にあるイメージを分光レンズに反射させる。
５）分光レンズを通って、介在物表面にあるイメージを双焦点高精度の曲面でないレンズに透射させて、そして、光学センサーセットは双焦点高精度の曲面でないレンズで処理されたイメージを読み取ることができる。

前記のステップ４）は、更に、当該発射する光ビームの光軸を同時に当該介在物表面に存在する高度差のイメージの接触面に屈折させて、そして当該イメージの接触面にある光軸を分光レンズに反射させる。前記のステップ５）は、更に、分光レンズを通って、当該イメージの接触面にあるイメージ光ビームを双焦点高精度の曲面でないレンズに透射させる。

従来の技術と比べて、本発明は下記の長所が有する：設置されたプリズム、双焦点高精度の曲面でないレンズお及び分光式のレンズモジュールを通って、もっと多くの介在物表面のイメージを読み取ることができて、そのため、光学式データインプット装置は高い光輝度の表面及び染色表面に正常に使用することができる。

図２乃至図９を参照して、本発明による光学式データインプット装置、例えば、光学マウス、それは、ケース４、光学センサーセット１、赤外線発光源２及び分光式のレンズモジュール３を含み、当該光学センサーセット１、赤外線発光源２及び分光式のレンズモジュール３は、当該ケース４の内部に設置される。当該光学センサーセット１及び赤外線発光源２は、回路板に設置されて、当該回路板は、分光式のレンズモジュール３の上方に設けられて、当該発光源２は例えば赤外線ＬＥＤである。当分光式のレンズモジュール３は、座体３１、プリズム３２、分光レンズ３３及びレンズ３４を含み、その中、プリズム３２は、座体３１に対応する設置位置３１７に嵌込んで、そして発光源２射出光の一側に位置させて；分光レンズ３３は、座体上に対応する設置位置３１４に嵌込んで、そしてプリズム３２射出光の一側に位置させて；レンズ３４は、そして座体上に対応する設置位置３１５に嵌込んで、分光レンズ３３射出光の一側に位置させるため、この四組の組立で一体となって本分光式のレンズモジュール３を組合って、勿論当該モジュールは一体プラスチック成型でもよい。本実施方式中に、当該プリズム３２は、発光源２射出光の一側に位置して、当該分光レンズ３３は、プリズム３２射出光の一側に位置して、当該レンズ３４は、分光レンズ３３射出光の一側に位置して、当該光学センサーセット１は、当該レンズ３４射出光の一側に位置する。前記レンズ３４は、特に双焦点高精度の曲面でないレンズの設計方式を採用することで、光学センサーセット１は、もっと多くの介在物表面のイメージを読み取ることができて、そのため、光学式データインプット装置は高い光輝度の表面（ガラス面/大理石面/金属の表面/透明なプラスチック面/写真の表面）及び染色表面に正常に使用することができる。当該光学式データインプット装置の機械及び回路結構は例えば、従来技術で記載されているとおりで、ここに説明しない。

当該光学式データインプット装置の作業原理は下記の如く：本分光式のレンズモジュール３は、光学センサーセットが同時に二方向のイメージの功能を有することができる（以下の通り）；
1.当該発光源２が射出した光ビームは、プリズム３２を通って屈折した介在物表面Ｓとの夾角Ａ２が１．００度となる光ビームＬを生成して、当該光ビームＬは、分光レンズ３３の屈折面Ｂ２に発射して、分光レンズ３３を通って屈折した介在物表面Ｓに相対する夾角Ａが８９．００度となる光ビームＬ１を生成して、この８９．００度となる発射する光ビームの光軸は、高い光輝度の表面（ガラス面/大理石面/金属の表面/透明なプラスチック面/写真の表面）及び染色表面等もっと多くの介在物表面Ｓに屈折して、そして、介在物表面Ｓ上のイメージを分光レンズ３３（当該イメージの光ビームは当該介在物表面Ｓの夾角Ａ1が８９．００度となる）に反射させて、また当該分光レンズ３３を通って、イメージ光ビームＬ２を双焦点高精度の曲面でないレンズ３４（このＬ２光軸はＰ１曲面でない面で処理される）に透射させて、そのため、光学式（有線及び無線）マウス或るいは他の光学式データインプット装置中の光学センサーセット１は、レンズ３４を通って処理されたイメージを読み取ることができる。
2.光学式（有線及び無線）マウス或るいは他の光学式データインプット装置中の光学センサーセット１は、うまく異なっていつ高度（介在物条件で透射された誤差範囲ｈ１である）のイメージ接触面ＳＢに同時にイメージを読み取るために、特に双焦点高精度の曲面でないレンズの設計を採用することで、他の光軸Ｌ３のイメージの読取りを処理させて、この方式でＬＥＤ光源はプリズム３２を通って屈折した介在物表面Ｓとの夾角Ａ２が１．００度となる光ビームＬを生成して、当該光ビームＬは、分光レンズ３３に発射して、屈折した介在物表面Ｓに相対する夾角Ａが８９．００度となる光ビームＬ１を生成して、このＬ１光ビームは、イメージ接触面ＳＢ（このＳＢ面は、介在物条件で透射されて、或るいは高度誤差の原因で生じられて、しかも介在物表面Ｓと接触面ＳＢの間のレベル距離に射入されたのはＥとなる）に射入した後反射して他の光ビームＬ３を生成して、このＬ３光ビームは、イメージ接触面ＳＢ上のイメージを分光レンズ３３（当該光ビームＬ３が介在物表面Ｓとの夾角Ａ１も８９．００度となる）に反射させて、当該分光レンズ３３を通って、双焦点高精度の曲面でないレンズ３４（このＬ３光軸はＰ２曲面でない面で処理される）に透射させて、そのため、光学式（有線及び無線）マウス或るいは他の光学式データインプット装置中の光学センサーセット１は、イメージ接触面ＳＢ上のイメージを読み取ることができて、そして。光学センサーセット１は、異なっている条件によるイメージの読み取る能力を高める。

当該分光式のレンズモジュールの処理を通って、光学式（有線及び無線）マウス及び他の光学式データインプット装置のセンサーセットが、高い光輝度の表面（ガラス面/大理石面/金属の表面/透明なプラスチック面/写真の表面）及び染色表面等介在物表面にイメージを読み取ることを実現できる。

本発明による光学式データインプットの方法は、下記のステップを含み：１）外線発光源２を通って発光する；２）プリズム３２を通って、赤外線発光源２からの光が屈折した後、介在物表面Ｓとの夾角Ａ２が１．００度となる光ビームＬを生成して、当該光ビームＬを分光レンズ３３の屈折面Ｂ２に発射させる；３）分光レンズ３３を通って、分光レンズの発射面Ｂ２に発射された光ビームが屈折した後介在物表面Ｓに相対する夾角Ａが８９．００度となる光ビームを生成する；４）この介在物表面Ｓとの夾角が８９．００度となる発射する光ビームの光軸を介在物表面Ｓ或るいはイメージ接触面ＳＢに屈折させて、そして介在物表面Ｓ或るいはイメージ接触面ＳＢ上の二方向のイメージ光軸Ｌ２及びＬ３をそれぞれ分光レンズ３３に透射させる。５）分光レンズ３３を通って、二方向のイメージ光軸Ｌ２及びＬ３を双焦点高精度の曲面でないレンズ３４に透射させて、そして、光学センサーセット１は、双焦点高精度の曲面でないレンズ３４で処理されたイメージを読み取ることができる。

本発明中に、分光レンズ３３の角度Ａ３は、４４度（即ち当該分光レンズ３３は介在物表面Ｓとの夾角が４４度となる）となるため、この光ビームＬが分光レンズ３３を通った後、生成された光ビームを介在物表面Ｓに相対する夾角Ａが８９．００度の方向に介在物表面Ｓに照射させる。光学屈折原理によって分光レンズに照射する光ビームは１．００度の角度で射入して、プリズム３２を通って屈折した光ビームは、介在物表面Ｓとの夾角Ａ２が１．００度となるように確保しなければならない。プリズム３２を通って屈折した光ビームは、精確的に当該分光レンズ３３及びレンズ３４の光軸に照射してしかも重ならせることを確保するために、分光レンズの屈折面Ｂ１を光軸Ｌ及び光軸Ｌ１の交点Ｂ１と重なる必要がある。

本発明中に、プリズム３２を通って屈折した光ビームは、介在物表面Ｓとの夾角Ａ２が１．００度となるように確保するために、角度Ａ４が４４．５０度のプリズム３２（即ちプリズム３２が介在物表面Ｓとの夾角は４４．５０度である）を採用して、光学屈折原理によって入射光が４４．５０度のプリズム３２を通って反射した後、レベルの夾角１．００度で発射して、照射光が精確的に介在物表面Ｓに射入することを確保するために、発射した光ビーム、分光レンズ３３の光軸と重なることを確保しなければならない。

本発明中に、双焦点高精度の曲面でないレンズ３３の設計方式は三種類を有して；第一種類は、レンズを中間曲面と外環曲面での二つ部分を分けて、中間曲面の焦点は、介在物表面Ｓのイメージ読取りを処理することであって、外環曲面の焦点は、イメージ接触面ＳＢのイメージ読取りを処理することであって；第二種類は、レンズ曲面を左右両半に分けて、半分曲面の焦点は、介在物表面Ｓのイメージ読取りを処理することであって、他の半分曲面の焦点は、イメージ接触面ＳＢのイメージ読取りを処理することであって；第三種類の方案は、回折面（英文の名称は"Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ"である）を有する双焦点のレンズを採用して、即ちレンズ中の一つ表面の中間部分区域は回折面を有する曲面であって、回折面を有する曲面の焦点は、介在物表面Ｓのイメージ読取りを処理することであって、他の曲面の焦点は、イメージ接触面ＳＢのイメージ読取りを処理することである。

本発明は、分光式のレンズモジュールが同時に二つ方向のイメージメッセージを読み取る機能を実現するために、分光レンズ３３を通った後、生成された光ビームを介在物表面Ｓに相対する夾角Ａが８９．００度となる光ビームを採用してそれぞれ介在物表面Ｓ或るいはイメージ接触面ＳＢ上（このＳＢ面は、介在物条件で透射されて、或るいは高度誤差の原因で生じられる）に照射されて、そして介在物表面Ｓ或るいはイメージ接触面ＳＢ上の二方向のイメージ光ビームＬ２及びＬ３をそれぞれ分光レンズ３３に透射させる。分光レンズ３３を通って、この二方向のイメージ光ビームＬ２及びＬ３をそれぞれＰ１及びＰ２双焦点高精度の曲面でないレンズ３４に透射して、そのため、光学センサーセット１は、精確的に双焦点高精度の曲面でないレンズ３４を通って処理されたイメージを読み取ることができる。

従来技術による光学式データインプット装置の光路原理図である。 本発明による光学式データインプット装置の断面図である。 図２中でのＰが指摘する処の局部の拡大図である。 本発明の光路原理図である。 本発明の分光式のレンズモジュールを組立する前の立体図である。 本発明の分光式のレンズモジュールの立体図である。 本発明の分光式のレンズモジュールの別角度の立体図である。 本発明の分光式のレンズモジュールを示す図である。 図８でのＡ−Ａ方向の断面図である。

符号の説明

１ 光学センサーセット
２ 赤外線発光源
３ 分光式のレンズモジュール
４ ケース
３１ 座体
３２ プリズム
３３ 分光レンズ
３４ 双焦点高精度の曲面でないレンズ
３１４ 設置位置
３１５ 設置位置
３１７ 設置位置
Ｌ 光ビーム
Ｌ１ 光ビーム
Ｌ２ 光ビーム
Ｓ 介在物表面
Ｂ１ 屈折面
Ｂ２ 屈折面
ＳＢ 接触面
Ｌ３ 光軸

Claims (10)

1. ケース、光学センサーセット、及び赤外線発光源を含み、当該光学センサーセット、及び赤外線発光源は、当該ケース中に設置されて、また当該ケースに設置された当該分光式のレンズモジュールを含み、当該分光式のレンズモジュールは、入射光が屈折した後介在物表面との夾角が１．００度となる光ビームを生成するプリズム、入射光が屈折した後介在物表面に相対する夾角が８９．００度となる光ビームを生成する分光レンズ、及び双焦点高精度の曲面でないレンズを含み、当該プリズムは当該発光源の射出光の一側に位置して、当該分光レンズは当該プリズムの射出光の一側に位置して、当該レンズは当該分光レンズの射出光の一側に位置することを特徴とする光学式データインプット装置。
2. 前記分光式のレンズモジュールは、更に座体を含み、当該座体、プリズム、分光レンズ及びレンズは一体となって組合うことを特徴とする請求項１に記載の光学式データインプット装置。
3. 前記分光式のレンズモジュールは、更に座体を含み、当該座体、プリズム、分光レンズ及びレンズは一体となって組合うことを特徴とする請求項２に記載の光学式データインプット装置。
4. 前記の分光レンズは、介在物表面との夾角が４４度となって、プリズムは、介在物表面との夾角が４４．５度となることを特徴とする請求項１に記載の光学式データインプット装置。
5. 当該ケース中に設置された分光式のレンズモジュールを含み、当該分光式のレンズモジュールは、入射光が屈折した後介在物表面との夾角が１．００度となる光ビームを生成するプリズム、入射光が屈折した後介在物表面に相対する夾角が８９．００度となる光ビームを生成する分光レンズ、及び双焦点高精度の曲面でないレンズを含み、当該プリズムは当該発光源の射出光の一側に位置して、当該分光レンズは当該プリズムの射出光の一側に位置して、当該レンズは当該分光レンズの射出光の一側に位置することを特徴とする光学式データインプット装置の分光式のレンズモジュール。
6. 前記のプリズム、分光レンズ、及びレンズは、座体に嵌め込まれることを特徴とする請求項５に記載の光学式データインプット装置の分光式のレンズモジュール。
7. 前記レンズの曲面は、双焦点の曲面でないレンズの設計方式であることを特徴とする請求項５に記載の光学式データインプット装置の分光式のレンズモジュール。
8. 前記の分光レンズは、介在物表面との夾角が４４度となって、プリズムは、介在物表面との夾角が４４．５度となることを特徴とする請求項５に記載の光学式データインプット装置の分光式のレンズモジュール。
9. 下記のステップを含む光学式データインプットの方法；
   １）赤外線発光源を通って発光する；
   ２）プリズムを通って、当該赤外線発光源からの光が屈折した後、介在物表面との夾角が１．００度となる光ビームを生じて、当該光ビームを分光レンズの屈折面に発射させる；
   ３）分光レンズを通って、分光レンズの発射面に発射された光ビームが屈折した後介在物表面に相対する夾角が８９．００度となる光ビームを生成する；
   ４）この介在物表面に相対する夾角が８９．００度となる発射する光ビームの光軸を当該介在物表面に屈折させて、そして介在物表面にあるイメージを分光レンズに反射させる。
   ５）分光レンズを通って、介在物表面にあるイメージを双焦点高精度の曲面でないレンズに透射させて、そして、光学センサーセットは双焦点高精度の曲面でないレンズで処理されたイメージを読み取ることができる。
10. 前記のステップ４）は、更に当該発射する光ビームの光軸を同時に当該介在物表面に存在する高度差のイメージの接觸面に屈折させて、そして当該イメージの接觸面にある光軸を分光レンズに反射させて、前記のステップ５）は、更に分光レンズを通って、当該イメージの接觸面にあるイメージ光ビームを双焦点高精度の曲面でないレンズに透射させることを特徴とする請求項９に記載の光学式データインプットの方法。