专利名称：一种轨迹球装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及公共场合使用的光学跟踪球设备领域，更具体的说，改进涉及的是一种轨迹球装置。
背景技术：
现有的光学跟踪球设备如激光轨迹球装置或者光电轨迹球装置，其激光或光电的发送/接收芯片均平放在轨迹球装置的底部。如图Ia所示，当导光透镜底面101水平设置在轨迹球本体100的正下方时，其X向与Y向的速度是相同的，发送/接收芯片中的微芯片在计算X轴和Y轴移动方向和距离时，由于X-Y方向的运动速度一致，并不需要进行任何调节或修正，其比例关系可表示为X:Y=D:D=1，其中D为轨迹球本体100的直径。另一方案可在轨迹球本体100侧边呈90°各放置一光电(或激光)发送/接收芯片101，如图Ib所示，分别识别X向与Y向的运动，其比例关系亦可为X Y=D:D=I，因其需要两路发送/接收芯片101，成本高，结构复杂，故没有采用。但是，现有技术中将发送/接收芯片平放在轨迹球装置的底部，就意味着轨迹球装置的线路板也需要平放在其底部，因为发送/接收芯片是焊接在线路板上的；由此使得整个轨迹球装置的高度或厚度超过传统的机械传动式轨迹球装置的高度或厚度，从而限制了激光或光电式轨迹球的使用领域和发展范围。此外，因为轨迹球在工作状态下是运动的，现有轨迹球装置很难以较低的成本做到完全防水的结构，例如专利申请号为200620013555. 0的光电不锈钢轨迹球，运动时渗入的积水积存在底部，影响平放在线路板底部发送/接收芯片的光路。有产品采用在轨迹球上方设计一可开启的封盖，打开其取出轨迹球清除积水，使用不方便，也无法满足公共场合防暴抗拆除的使用要求。因此，现有技术尚有待改进和发展。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供一种轨迹球装置，可减薄现有激光或光电式轨迹球装置的厚度，避免因体积较大而缩小其使用领域和限制其发展范围。本实用新型的另一个目的在于，为实现完全防水结构的轨迹球装置提供较为可行的解决方案，可以较低成本方式满足在公共场合使用时的防暴抗拆除要求。本实用新型的技术方案如下一种轨迹球装置，包括轨迹球本体和线路板；在线路板上设置有激光或光电的发送/接收芯片；发送/接收芯片的导光透镜底面朝向轨迹球本体表面设置；轨迹球本体的球心位于导光透镜底面的法向面上；其中导光透镜底面设置在轨迹球本体的侧面；导光透镜底面相对轨迹球本体的底平面倾斜设置。所述的轨迹球装置，其中导光透镜底面相对轨迹球本体的底平面倾斜角度β范围可设置在0° < β < 90°之间。所述的轨迹球装置，所述的轨迹球本体包裹在上固定架和下固定架之间；轨迹球
3本体的上部从上固定架的中心孔中露出；轨迹球本体的下部支撑在下固定架中可滚动设置；其中下固定架的侧壁倾斜设置；在倾斜的侧壁上设置有适配导光透镜底面的窗口 ；线路板固定设置在该倾斜侧壁的外表面上。所述的轨迹球装置，其中在窗口处的下固定架侧壁与发送/接收芯片的导光透镜底面之间设置有防水硅胶。所述的轨迹球装置，其中在下固定架的侧壁或底部设置有用于排出内部积水的泄水孔。所述的轨迹球装置，其中在泄水孔处可设置连接导水管的接头。所述的轨迹球装置，其中轨迹球本体与上固定架之间设置有透明或半透明的防尘罩。所述的轨迹球装置，其中轨迹球本体设置为钢球。本实用新型所提供的一种轨迹球装置，由于采用了线路板倾斜侧放在轨迹球本体侧面的技术手段，一来克服了现有激光或光电式轨迹球装置的厚度或高度要比同类型机械传动式轨迹球装置较厚或较高的缺陷，避免了因整个轨迹球装置体积变大而缩小其使用领域和限制其发展范围；二来仅在激光或光电的发送/接收芯片中，革命性地对其微芯片中的FIRMWARE程序稍加修正，解决了线路板倾斜侧放带来的X_Y方向运动速度不一致问题， 就能为实现完全防水结构的轨迹球装置提供了较为可行的解决方案，以较低的成本方式满足了在公共场合使用时的防暴抗拆除要求。
图Ia是现有技术中轨迹球装置中的线路板平放底部实现方法原理图。图Ib是现有技术中轨迹球装置中的线路板竖放侧边实现方法原理图。图2是本实用新型轨迹球装置中的线路板斜放侧放实现方法原理图。图3是本实用新型轨迹球装置的外观立体图。图4是本实用新型轨迹球装置的内部剖视图。图5是本实用新型轨迹球装置的爆炸图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的具体实施方式
和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的具体实施方式
。本实用新型的一种轨迹球装置，可以是激光轨迹球装置，或者也可以是光电轨迹球装置，其具体实施方式
之一，如图3所示，包括上固定架140、下固定架110、轨迹球本体 100和线路板170 ；上固定架140可通过螺钉固定连接在下固定架110上，将轨迹球本体100 包裹在中间；轨迹球本体100的上部从上固定架140的中心孔中露出；轨迹球本体100的下部支撑在下固定架110中可滚动设置；如图4所示，下固定架110的一边侧壁倾斜设置； 线路板170可通过螺钉固定连接在该倾斜侧壁的外表面上；在线路板170上设置有激光或光电的发送/接收芯片171 ；发送/接收芯片171的导光透镜底面朝向轨迹球本体100表面设置；在该倾斜的侧壁上设置有适配导光透镜底面的窗口 111 ；如图2所示，轨迹球本体 100的球心位于导光透镜底面102的法向面上；导光透镜底面102倾斜设置在轨迹球本体100的侧面，导光透镜底面102的位置可优选位于轨迹球本体100球心以下的位置；导光透镜底面102相对轨迹球本体100的底平面倾斜角度β。基于上述轨迹球装置，本实用新型还提出了一种轨迹球实现方法，其具体实施方式
之一，包括以下步骤将线路板倾斜侧放在轨迹球本体球心以下的侧面位置，保证轨迹球本体的球心位于导光透镜底面的法向面上；使线路板上激光或光电的发送/接收芯片的导光透镜底面朝向轨迹球本体表面且相对轨迹球本体的底平面倾斜角度β ；由发送/接收芯片中的图像采集系统采集轨迹球本体移动时的表面微缩图像数据；由发送/接收芯片中的数字信号处理器根据表面微缩图像数据确定轨迹球本体移动的方向和距离。进一步地，在确定轨迹球本体移动的方向和距离时，可由发送/接收芯片中的微芯片在计算Y轴方向的移动距离时采用β角的三角函数进行修正，其中，Y = XXcosii。基于上述轨迹球实现方法，本实用新型还提出了一种轨迹球实现系统，其具体实施方式
之一，如图4所示，包括轨迹球本体100和线路板170 ；在线路板170上设置有激光或光电的发送/接收芯片171 ；优选线路板170倾斜侧放在轨迹球本体100球心以下的侧面位置；如图2所示，轨迹球本体100的球心位于导光透镜底面102的法向面上；线路板上发送/接收芯片171的导光透镜底面102朝向轨迹球本体100表面且相对轨迹球本体100 的底平面倾斜角度β ；发送/接收芯片171包括用于采集轨迹球本体移动时表面微缩图像数据微芯片的图像采集系统、根据表面微缩图像数据确定轨迹球本体移动方向和距离的数字信号处理器、以及计算X轴和Y轴移动方向和距离的微芯片。进一步地，所述微芯片包括用于在计算Y轴方向的移动距离时进行修正的Y位移修正固件，即烧录在微芯片中改进的FIRMWARE程序。较好的是，该Y位移修正固件在计算Y轴方向的移动距离时采用β角的三角函数进行修正，其中，Y = XXcosii。如图2所示，激光或光电的发送/接收芯片中的微芯片在计算X轴和Y轴移动方向和距离时，由于X-Y方向的运动速度并不一致，需要进行相应地调节或修正，其比例关系可表示为X:Y=D:DXCOsi3，其中D为轨迹球本体的直径。如果X-Y方向的运动速度差仍在人感受容忍范围内，也可不进行修正。与现有技术中的轨迹球装置及其实现方法和系统相比，本实用新型所提供的一种轨迹球装置及其实现方法和系统，由于采用了线路板倾斜侧放在轨迹球本体侧面的技术手段，一来克服了现有激光或光电式轨迹球装置的厚度或高度要比同类型机械传动式轨迹球装置较厚或较高的缺陷，避免了因整个轨迹球装置体积变大而缩小其使用领域和限制其发展范围；二来仅在激光或光电的发送/接收芯片中，革命性地对其微芯片中的FIRMWARE程序稍加修正，解决了线路板倾斜侧放带来的X-Y方向运动速度不一致问题，就能为实现完全防水结构的轨迹球装置提供了较为可行的解决方案，以较低的成本方式满足了在公共场合使用时的防暴抗拆除要求。在本实用新型线路板倾斜侧放的光电轨迹球装置及其实现方法和系统的优选实施方式中，如图2所示，导光透镜底面102相对轨迹球本体100的底平面倾斜角度β的范围可设置在0° < β <90°之间，从三角函数余弦的曲线图可知，该取值范围内的斜率较大，可具有较高的系数修正效果；优选35°飞5°之间，不仅此角度范围内的余弦数值变化率较高，而且可使轨迹球装置在整体上具有较小体积；例如45°、52°、58°等具有更好的修正效果的角度值。图2中导光透镜底面102相对轨迹球本体100的底平面倾斜的角度 β，也即图4中线路板170相对下固定架110底面倾斜的角度β，β大小取决于轨迹球本体直径、收/发芯片(电路板)的尺寸以及整个轨迹球的优选厚度。较好的是，如图3所示，由于下固定架110内底面已没有任何电路，所以可以在下固定架110的侧壁上设置泄水孔接头114，用于连接排水管排出从轨迹球本体100与防尘罩160之间的缝隙渗入到下固定架110底部的积水。此外，或者也可在下固定架110的底部设置泄水孔接头。在固定架110的外侧壁上设置有一个连通内部的泄水孔接头114，再在泄水孔接头114上接上排水管，将固定架110内部的积水排除出，既不会对轨迹球本体100 的运动造成任何影响，也不会对固定架110另外一侧斜放的线路板170产生什么影响。由此可以低成本的方式将光电式轨迹球装置做成完全防水的结构。较好的是，如图4所示，在窗口 111处的下固定架110侧壁与发送/接收芯片171 的导光透镜底面之间设置有防水硅胶172，用于阻止渗入到下固定架110内部的积水浸入线路板170上，避免造成电路和元器件的损毁；同时，由于彻底隔绝了电路和轨迹球球体， 在轨迹球采用金属球体时，仍可以耐受非常高的外部静电电压冲击，从而扩大了金属轨迹球的应用领域。此外，如图4和5所示，在本实用新型线路板倾斜侧放的光电轨迹球装置及其实现方法和系统的优选实施方式中，在该光电轨迹球装置的内部还设置有防水海绵150、防尘罩 160 ；防尘罩160设置在上固定架140与轨迹球本体100之间；防水海绵150设置在防尘罩 160与上固定架140之间。在具体实施过程中，轨迹球本体100可以设置成不锈钢球，不锈钢球的表面可以做喷砂处理。轨迹球本体100还可以设置成透明球或半透明球，在线路板上发光二极管(或其它光源)的照射下，整个球体可以具有晶莹剔透的背光效果；也可将防尘罩160采用透明的材质制成，在要求高防爆性能采用不锈钢球体时，在线路板上发光二极管(或其它光源)的照射下，使轨迹球装置有环状背光效果。再如，当轨迹球本体100采用不锈钢球时，所述防尘罩160可采用透明或半透明的材料制作，在线路板上设置的发光二极管的照射下，可以在光线较暗的环境或夜晚起到背光的作用。当所述轨迹球本体100不采用不锈钢球时，可以设置轨迹球本体100采用透明或半透明的材料制作，在线路板上设置的发光二极管的照射下，也可以在光线较暗的环境或夜晚起到背光的作用，以实现整个装置的背光效果。在本实用新型轨迹球实现方法和系统的优选实施方式中，以激光发送/接收芯片采用安华高科Avago的导航传感器ADNS-7550为例，通过透镜和照明系统取得表面的微缩图像，接着这些图像通过数字信号处理器处理来决定移动的方向和距离；赛普拉斯微芯片控制导航传感器取得X和Y轴向的移动的方向和距离，经计算后发送给上位机。具体的，Avago基于光学导航技术的ADNS-7550通过光学方式取得连续表面图像，并使用数学计算来决定移动的方向和距离，传感器内含一个图像采集系统(IAS，Image Acquisition System)和一个数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)，其中 IAS 通过透镜和照明系统取得表面的微缩图像，接着这些图像通过DSP处理来决定移动的方向和距离。结构设计时出于节省整个产品厚度的考虑，而将PCB板斜向放置于轨迹球的侧边，这一特殊设计使得Y轴测到的移动距离相比X轴比例略小，所以微芯片的FIRMWARE程序对此作了修正。因此FIRMWARE程序革命性地将Y轴相对位移数据对照Avago导航传感器的位移数据表做了非线性的放大。应当理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不足以限制本实用新型的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本实用新型的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，例如，作为等同替换的技术方案之一，或者也可以对X轴移动的距离进行修正，其中，X = Υ/008β ；又如，除了可以在公共场合使用之外，还可以在工业用的各种制造、检测设备上使用，也可以在医疗诊断仪器和成像设备上使用等，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.一种轨迹球装置，包括轨迹球本体和线路板；在线路板上设置有激光或光电的发送 /接收芯片；发送/接收芯片的导光透镜底面朝向轨迹球本体表面设置；轨迹球本体的球心位于导光透镜底面的法向面上；其特征在于导光透镜底面设置在轨迹球本体的侧面；导光透镜底面相对轨迹球本体的底平面倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的轨迹球装置，其特征在于导光透镜底面相对轨迹球本体的底平面倾斜角度β范围可设置在0° < β <90°之间。
3.根据权利要求1所述的轨迹球装置，其特征在于所述的轨迹球本体包裹在上固定架和下固定架之间；轨迹球本体的上部从上固定架的中心孔中露出；轨迹球本体的下部支撑在下固定架中可滚动设置；下固定架的侧壁倾斜设置；在倾斜的侧壁上设置有适配导光透镜底面的窗口 ；线路板固定设置在该倾斜侧壁的外表面上。
4.根据权利要求3所述的轨迹球装置，其特征在于在窗口处的下固定架侧壁与发送/ 接收芯片的导光透镜底面之间设置有防水硅胶。
5.根据权利要求3所述的轨迹球装置，其特征在于在下固定架的侧壁或底部设置有用于排出内部积水的泄水孔。
6.根据权利要求5所述的轨迹球装置，其特征在于在泄水孔处可设置连接导水管的接头。
7.根据权利要求3所述的轨迹球装置，其特征在于轨迹球本体与上固定架之间设置有透明或半透明的防尘罩。
8.根据权利要求3所述的轨迹球装置，其特征在于轨迹球本体设置为钢球。
专利摘要本实用新型公开了一种轨迹球装置，将线路板倾斜侧放在轨迹球本体球心以下的侧面位置，保证轨迹球本体的球心位于导光透镜底面的法向面上；使线路板上激光或光电的发送/接收芯片的导光透镜底面朝向轨迹球本体表面且相对轨迹球本体的底平面倾斜设置。由于采用了线路板倾斜侧放在轨迹球本体侧面，克服了激光或光电式轨迹球装置比机械传动式轨迹球装置较厚的缺陷，避免了因体积变大而缩小其使用领域和限制其发展范围；而在激光或光电的发送/接收芯片中仅对其微芯片中的FIRMWARE程序稍加修正，就能为实现完全防水结构的轨迹球装置提供了较为可行的解决方案，以较低的成本方式满足了在公共场合使用时的防暴抗拆除要求。
文档编号G06F3/033GK202120223SQ20112023440
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者王晟, 陈晓, 陈荣华 申请人:深圳市科羽科技发展有限公司