一种控制及调节光电信号用于输入设备的开关模组的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光电导光式机械轴键盘开关与一种光电导光式游戏鼠标器按键 开关，尤其涉及一种控制及调节光电信号用于输入设备的光电导光式开关模组。
【背景技术】
[0002] 光电式键盘是近几年新兴的技术，它采用全新的光电感应识别技术，将传统的金 属接触弹片替换为光学感应组件，改良传统接触式机械开关容易磨损损坏的一些问题。其 利用光学原理和光电耦合技术，从发光元件与光电传感器之间形成光的通路，开关部件在 进行光路的切断与闭合过程中触发光电传感器，改变电路阻抗值完成电路的高低电平信号 控制，从而实现光电的转换，进而控制开关的断开和通路。
[0003] 公布号CN2069165U提出了一种光纤式的光电式键盘，其由按键1、盖板2、支撑板 3、填充弹性材料4、光导纤维5、底板6、光源8组成，如图1。按键的最简单外形可做成T 字型，下部插在由支撑板3上的导板所形成的空隙中，每一个键对应这样一个空隙，将光导 纤维在支撑板下表面布置，通过T形键的上下运动实现按键下方的光纤光路的导通或者断 开，使横竖2根光纤末端的光敏元件发生相应变化，从而输出相应按键的地址码，手离开按 键后，按键靠支撑板上的弹性填充材料自己复位。该光纤式的光电式键盘具有结构简单、体 积小、重量轻、噪音小、防电磁干扰等优点。
[0004] 但目前现有光纤式的光电键盘均存在如下缺点：1.支撑板3下方布置的发射光纤 和接收光纤均没有设置光线准直及聚光透镜的聚光系统，由于光纤端面的发光角度比较大 (一般情况下多模光纤NA，即数值孔径的范围一般在0. 18 - 0. 23之间），而且发射光纤及 接收光纤分别位于T字型键轴的两侧，发射端及接收端之间至少间隔一个键轴大小的空 隙，其通过键轴的上下移动来阻挡或者导通光路，由于键轴的厚度一般至少需要1毫米以 上，这样导致了发射光纤至接收光纤的光耦合效率比较低，其只有一小部分从发射光纤出 来的光线才可以耦合进入接收光纤。2.按键采用2个以上串联在一起的方式，并通过XY的 寻址来确定哪个按键被按下，这样会引致一个问题：由于每个按键下方的发射光纤和接收 光纤之间的光耦合损耗比较大，纵横同时连接上同一条光路上的几个按键组，这种结构会 让靠近线路尾端的那个按键信号会相对比较弱，导致线路尾端的按键灵敏度降低，容易出 现误触动的现象。3.弹性填充才材料长时间使用后容易老化，导致弹性失效，按键回弹迟滞 发涩，导致按键的灵敏度降低。4.弹性填充才材料的弹起速度相对于机械弹簧较慢，没有落 差感，其回弹力较小、开关切换动作慢、不灵敏、手感不好，不适合用于电脑游戏键盘。。 【实用新型内容】
[0005] 基于上述问题，本实用新型提供一种控制及调节光电信号用于输入设备的开关模 组，利用导光管或光纤结构来实现光电开关的断开及通路的精确控制，以及对光电信号的 强弱进行有效地控制及调节。
[0006] 根据本实用新型的一个方面，提供一种控制及调节光电信号用于输入设备的开关 模组，其特征在于，所述开关模组采用SMD IR管及SMD PT管作为光信号发射及接收装置， 利用导光管或光纤结合开关光学控制部件的结构来实现光电开关的光路断开、导通、以及 光电信号强弱的精确控制，所述的光电导光式开关模组，其开关光学控制部件为棱镜、自由 曲面透镜、及光闸，其与轴键一起联动，所述的光电导光式开关模组，其除了可以通过移动 开关控制部件与导光管或光纤的相对位置实现光电开关的光路断开及导通之外，还可以实 现光电信号由弱至强或由强至弱的线性关系控制。
[0007] 其中，所述开关模组包括SMD IR管（17)、与键轴一起联动的带有自由曲面的棱 镜（141)、导光件（151)、以及SMD PT管（18)组成。
[0008] 其中，所述自由曲面透镜为斜轴的非球面或多项式曲面，用于将从SMD IR管（17) 发出的光会聚到棱镜右边的微结构表面（141-1)上。
[0009] 其中，所述棱镜的微结构表面（141-1)为锯齿形全反射菲涅尔面，或者为具有全 反射或部分反射效果的微棱镜阵列面、微透镜阵列、或者为闪耀光栅，用于将从下方折射曲 面入射过来的光线，进行全反射或部分反射使光线转折并准直从棱镜左侧边的端面输出。
[0010] 其中，所述棱镜（141)左边端面的下方位置有一片黑色的挡光片（141-2)，其与带 有自由曲面棱镜（141)组合在一起，并与十字键轴（14) 一起联动。
[0011] 其中，当按键下压时，十字键轴联同自由曲面棱镜（141) 一起往下移动，当下压移 动到某一个位置，使得自由曲面棱镜（141)左边输出端面与位于其左侧的导光件（151)的 右边输入端面一部分对准时，从SMD IR管（17)发出的光线，经过自由曲面棱镜（141)下 方的倾斜的折射曲面折射和偏转之后，会聚到棱镜右边的微结构表面（141-1)上，微结构 表面（141-1)将入射过来的光线，进行全反射转折并准直从棱镜左侧的端面输出。从自由 曲面棱镜（141)输出的光线一部分耦合到左侧的导光件（151)中，经过导光件（151)的偏 转和传导，再经过其下方的菲涅尔面（151-1)进行会聚，最后光线会聚到下方的SMD PT管 (18)上，光路实现导通；
[0012] 当按键继续下压时，自由曲面棱镜（141)左边输出端面与位于其左侧的导光件 (151)的右边输入端面对准的部分越来越多，SMD PT管（18)中会聚的光线越来越多，其产 生的电流信号就越来越强；
[0013] 当十字键轴下压至4~4. 3mm时，自由曲面棱镜（141)左边输出端面与位于其左 侧的导光件（151)的右边输入端面完全对准，这时SMD PT管（18)上会聚的光线最多，因此 其产生的电流信号达到最强的状态；
[0014] 当开关向上回弹时，自由曲面棱镜（141)左边输出端面下方的挡光片（141-2)开 始挡住射向导光件（151)的光线，SMD PT管（18)中产生的光电信号越来越弱，直至完全切 断光电信号。
[0015] 其中，当按键下压至2mm时，开始触发SMD PT管并降低这SMDPT管（18)上的C极 与E极之间的阻值，实现C极与E极之间的导通；从2mm至4. 30mm的下压范围，电流根据下 压位置增加呈线性关系上升，当按键下压至4mm~4. 30mm位置时，电流信号达到最强。
[0016] 其中，所述自由曲面棱镜（141)左边输出端面下方的挡光片（141-2)，其与自由曲 率棱镜（141)组合在一起，其为黑色金属片或者黑色胶片；所述的自由曲面棱镜（141)，其 材料为透明光学塑料，而与其一起联动的十字键轴（14)，其为透明塑胶树脂或为各种颜色 的塑胶树脂，十字键轴（14)与自由曲面棱镜（141)采用将两者合并在一起用单种透明塑胶 树脂注塑成型，或者采用双料一体注塑成型。
[0017] 其中，所述导光件，其为导光管或塑料光纤，其直径介于0. 5mm~3mm。
[0018] 其中，其所述另一部分的光学系统为偏心式键帽字符照明系统，其采用SMD LED (19)结合偏心式导光件（153)的结构，该偏心式键帽字符照明系统，其将SMD LED (19) 及导光件（153)的位置设置成与键帽字符的中心偏离，导光件（153)底部靠近LED，让SMD LED(19)的光线耦合进导光件（153)，导光件（153)可以根据需要随意弯曲，根据按键空间 的所允许的范围进行布置，其上端面朝着键帽字符中心的方向，均匀地照明键帽字符，所述 的键帽字符，其位于十字键轴（14)上方的键帽上，所述的键帽，其可以为常见的电脑键盘 上的方形或长方形的键帽，或者为鼠标左右按键壳体。
[0019] 其中，其所述另一种偏心式键帽字符照明系统，其采用SMD LED(19)结合偏心式 导光柱（253)的结构，将SMD LED(19)及导光件（253)的位置设置成与键帽字符的中心偏 离，导光柱（253)底部靠近LED的部分，设置成具有聚光效果的菲涅耳曲面（253-1)，导光 柱（253)上方靠近键帽字符的端面设置成具有一定倾斜角度的出光面（253-2)，即出光面 (253-2)为倾斜的平面或弧面，将此特殊的导光件设置在SMD LED上方，可以在LED与键帽 字符中心偏离的状态下实现键帽字符均匀对称照明；实施原理是通过导光柱（253)底部的 菲涅耳曲面（253-1)将SMD LED的光进行聚光及部分准直，光线通过导光柱（253)的光学 柱面多次反射后，再经由导光件上的带有一定倾斜角度的出光面（253-2)折射出去，由于 出光面（253-2)采用了与水平面呈一定倾斜角度的平面或弧面，其将出射的光线折射到偏 心位置反方向的区域，从而实现LED上方区域及其对面空间区域的均匀照明，达到键帽字 符均匀对称照亮的效果。
[0020] 其中，所述右侧SMD IR管（17)上方的自由曲面聚光棱镜（341)下方的聚光面 (341-3)为具有1个以上锯齿形的斜轴菲涅尔面，所述的斜轴菲涅尔面，其光轴为CX，其往 微结构表面（341-1)的方向倾斜；所述的斜轴菲涅尔面（341-3)，其将SMD IR管（17)发出 的光线会聚到微结构表面（341-1)上；所述的微结构表面（341-1)其为锯齿形全反射菲涅 尔面，或者为具有全反射或部分反射效果的微棱镜阵列面、微透镜阵列、或者为闪耀光栅； 其作用为将从下方折射曲面入射过来的光线，进行转折并准直从棱镜左侧的端面输出；棱 镜左侧端面的下方位置有一片黑色的挡光片（141-2)，其与自由曲面棱镜（341)组合在一 起，并与十字键轴（14) 一起联动。
[0021] 其中，所述位于左侧SMD PT管（18)上方的导光组件（151)，其也可以拆分为单独 的导光管或光纤（451)，结合带有聚光功能的聚光透镜（452)组成；所述的聚光透镜（452)， 其为平凸透镜或者为凸凸透镜，其将导光件（451)中的光线会聚到下方的SMD PT管（18) 中。
[0022] 其中，位于左侧SMD PT管（18)上方的导光组件（151)，为自由曲面棱镜551 ;所述 的自由曲面棱镜（551)，有一个离轴、倾斜的自由曲面全反射面（551-1)，其为离轴抛物面、 二次曲面、或者为多项式曲面，其将从右侧的自由曲面棱镜（141)入射过来的光线会聚到 下方的SMD PT管（18)中。
[0023] 其中，所述左侧的SMD PT管（18)可以旋转90度竖直放置在侧面，左侧的聚光部 分直接是一个聚光透镜（651)，其可以为凸透镜，或者为菲涅尔透镜。
[0024] 其中，所述按键开关控制包括聚光透镜（754)、准直透镜（751)、位于光闸（741)两 侧的导光管或光纤（752)及导光管或光纤（753)、与键轴一起联动的光闸（741)，以及位于 光闸通孔位置的一边为平面、另一边为斜面的折射棱镜（742)。
[0025] 其中，所述按键开关控制包括聚光透镜（954)、准直透镜（951)、位于光闸（941)两 侧的导光管或光纤（952)及导光管或光纤（953)、与键轴一起联动的光闸（941)，以及位于 光闸通孔位置的（2)边都为斜面的折射棱镜（942)。
[0026] 其中，所述按键开关控制包括聚光透镜（1051)或（1151)、准直透镜（1054)或 (1055)、位于光闸（1041)或（1141)两侧的导光管（1052)或光纤（1152)及导光管（1053) 或光纤（1154)、与键轴一起联动的光闸（1041)或（1141)，以及位于光闸通孔位置的一边为 平面、另一边为锯齿形的直纹菲涅尔透镜（1042)或（1142)。
[0027] 其中，所述按键开关控制可以由聚光透镜（1254)、准直透镜（1251)、位于光闸 (1241)两侧的导光管或光纤（1252)及导光管或光纤（1253)、与键轴一起联动的光闸 (1241)，以及位于光闸通孔位置的两边为锯齿形的直纹菲涅尔透镜（1242)来实现。
[0028] 其中，所述按键开关控制可以聚光透镜（1354)或（1454)、准直透镜（1351)或 (1451)、位于光闸（1341)或（1441)两侧的导光管（1352)或光纤（1452)及导光管（1353) 或光纤（1453)、与键轴一起联动的、具有一个通孔（1342)或（1442)和一个的光闸（1341) 或（1441)来实现；所述光闸两侧的导光件，其可以为同轴设置，其也可以为非同轴设置。
[0029] 其中，所述按键开关控制可以由聚光透镜（1551)、位于光闸（1541)两侧的导光管 或者光纤（1552)及导光管或者光纤（1553)、一个2次反射的斜四方全反射棱镜（1554)、以 及具有一个通孔（1542)和一个的光闸（1541)的组合来实现。
[0030] 其中，所述按键开关控制可以通过自由曲面棱镜（1651)、设置具有一个通孔特征 (1642)的光闸（1641)、以及位于光闸另一侧的导光件（1652)来实现。
[0031] 其中，所述按键开关控制可以通过聚光透镜（1754)、准直透镜（1751)、设置具 有一个通孔特征（1742)的光闸（1741)、以及位于光闸两侧具有光反射特征（1752-1)及 (1753-1)的两个反射镜通道（1752)及（1753)来实现。
[0032] 其中，所述按键开关控制可以通过聚光透镜或准直透镜（1851)、设置具有一个通 孔特征（1842)的光闸（1841)、其左侧的SMD PT管（18)可以旋转90度竖直放置在侧面，左 侧的聚光部分直接是一个聚光透镜（1853)，其可以为凸透镜，或者为菲涅尔透镜，以及位于 光闸右侧具有光反射特征（1852-1)反射镜通道（1852)来实现。
[0033] 其中，所述反射镜通道（1752)及（1753)及（1852)，可以为具有光反射特征反射镜 通道，也可以为具有光全反射特征的光学棱镜。
[0034] 其中，所述按键开关控制可以通过位于光闸（1941)两侧的光通信用的1/2周期自 聚焦透镜（1951)及（1954)、及光通信用的多模光纤（1952)及（1953)、以及带有一个凸透 镜特征（1942)的光闸来实现。
[0035] 其中，所述按键开关控制可以通过位于光闸（2041)两侧的光通信用的1/2周期的 自聚焦透镜（2051)及（2056)、及光通信用的多模光纤（2052)及（2055)、1/4周期的自聚焦 透镜（2053)及（2054)、以及与键轴联动的具有一个通孔特征（2042)的光闸来实现。
[0036] 其中，所述按键开关控制可以根据需要将控制及调节光电信号的状态完全反过来 设置，即当按键继续下压时，SMD PT管（18)上会聚的光线越来越少，产生的电流信号越来 越弱；当按键下压至大约4. 30mm时，光路完全断开，SMD PT管（18)接收不到光线，其产生 的电流信号为零；当开关向上回弹时，光路开始导通，SMD PT管（18)中产生的光电信号越 来越强，当弹簧完全放松时，光电信号达到最强的状态；光电信号的变化过程为与按键下压 行程成比例的由强至弱的线性关系变化，以及回程由弱至强的线性关系变化。
[0037] 其中，所述按键开关控制可以通过位于光闸两侧的导光管（2151)及（2352)或光 纤（2152)及（2251)、与键轴一起联动的光闸（2141)，位于光闸通孔位置的一边为平面、另 一边为斜面的折射棱镜（2142)或一边为平面、另一边为锯齿形的菲涅尔透镜（2242)来实 现；其控制及调节光电信号的状态为，当按键继续下压时，产生的电流信号越来越弱，直至 完全断开，而当按键放松时，产生的电流信号导通，并越来越强。
[0038] 其中，所述按键开关控制可以通过位于光闸一侧的导光管（2352)或光纤（2451)、 与键轴一起联动的光闸（2341)或（2441)、旋转90度竖直放置的SMD PT管（18)，以及菲涅 尔准直透镜（2351)或（2452)来实现；其控制及调节光电信号的状态为，当按键继续下压 时，产生的电流信号越来越弱，直至完全断开，而当按键放松时，产生的电流信号导通，并越 来越强。
[0039] 其中，所述按键开关控制可以通过自由曲面全反射棱镜（2551)、与键轴一起联动 的光闸（2541)、光闸另一侧的导光管或光纤（2552)来实现；其控制及调节光电信号的状态 为，当按键继续下压时，产生的电流信号越来越弱，直至完全断开，而当按键放松时，产生的 电流信号导通，并越来越强。
[0040] 其中，所述按键开关控制可以通过准直菲涅尔透镜（2651)及（2654)、具有光反射 镜特征（2652-1)及（2653-1)的两个反射镜通道（2652)及（2653)、与键轴一起联动的光 闸（2641)来实现；其控制及调节光电信号的状态为，当按键继续下压时，产生的电流信号 越来越弱，直至完全断开，而当按键放松时，产生的电流信号导通，并越来越强。
[0041] 其中，所述按键开关控制可以通过准直菲涅尔透镜（2751)、单侧具有光反射镜特 征（2752-1)的反射镜通道（2752)、与键轴一起联动的光闸（2741