专利名称：产生均匀照明的光透镜体及光学式鼠标的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于产生均匀照明的光透镜体及光学式鼠标，尤指用以消除光学式鼠标的发光源的暗区且产生均匀照明的光透镜体，以及具有该光透镜体的光学式鼠标。
背景技术：
滚球式鼠标是目前最为广泛使用的计算机光标定位与功能选择装置。其作动机制，是使用一颗滚球与对应的接触式传感器，来定位出鼠标的位移与移动方向，其运用的原理是机械式的。但它的最大缺点，在于其接触式传感器很容易堆积尘垢，会影响光标的定位，因此必须时常地清洁鼠标，滚球式鼠标鼠标的使用寿命并不久。
近几年来，由于光学式鼠标价格趋于平价，且光标定位精准、反应灵敏、无尘垢堆积问题而无须时常清洁其内部，因而使用寿命较滚球式鼠标长，所以，光学式鼠标已有取代滚球式鼠标的趋势。
光学式鼠标是使用一发光源，一般为发光二极管，照射在一表面上，如鼠标垫或桌面而发生散射现像。而光学式鼠标需还使用一成像透镜，将照明区域的表面纹理成像于光传感器上，光传感器将光强讯号转出成数字讯号，最后，再由辨识软件判断出屏幕上光标应该的位移量与移动方向。因此，对于光学式鼠标而言，提供一均匀且明亮的照明是很重要的，它关系着成像在光传感器的影像质量与对比高低，进而影响着辨识软件对光标位移与方向的判断能力。
请参阅图1A-1C，图1A-1C为已知发光二极管的暗区的示意图。如图1A所示，已知光学式鼠标使用发光二极管为发光源10，照射在如鼠标垫或桌面的照射面12上。由于，光学式鼠标的光传感器(未显示)位于目标面的正上方，所以可接收由照射面12上散射的光束，并且由如图1B所揭示的发光二极管的剖面图可知，发光二极管的焊点14与导丝不会发光，如此使得照射于照射面12的光束将会区分成环形暗区16和光亮区18，如图1C所示，其照度分布并不均匀。
为解决上述发光二极管照明的暗区不均匀问题，目前以已知(US6476970B1)的做法为较佳。已知的解决方式如图2所示，光透镜体20将发光二极管所发出的发光源的光束，首先在入光面21做近平行化的步骤(入光面21使用球面曲率或Fresnel Lens)，再将此近平行化的光束在如分割点22的光透镜体20内部予以分割(使用它所谓的Split Roof)，接着将此些经分割后的近平行化光束于出光面23予以重叠(出光面23用使多斜面结构)，最后均匀且明亮地投射在照射面12上。然而，此做法的缺点是，发光二极管所投射出的光束需顺序地在不同作用面且在不同时间，经历近平行化、分割及重叠的处理步骤，才能得到一均匀的照明。因此，光透镜体20在结构尺寸上就无法轻薄短小。另外，由于此已知的光透镜体20结构上，发光源10、入光面21、出光面23及照射面12不处在同如虚线所示的作用线24的一直线，因此，光束必然会发生转折而导致光能损耗，进而使得投射在照射面12上的照度降低。
实用新型内容本实用新型的主要目的在提供一种轻薄短小的光透镜体，可使得发光源的光束不需转折也不会有光能损耗，最后均匀地投射在一目标面上。
本实用新型的另一目的在提供一种均匀照明的产生方法，其中包含了可在同一作用面上，将发光源的光束，同时作分割、收敛与重叠的处理，最后在目标面上可以得到一均匀且明亮的照明区域。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种产生均匀照明的光透镜体，该光透镜体用于使一光学式鼠标的一发光源的光束得以均匀且明亮地投射于一目标面上，而该光学式鼠标的一光传感器位于该目标面的正上方，接收由该目标面上散射的该发光源的光束，该光透镜体包含一入光面，该入光面是由数个弧面镜面所构成，每一弧面镜面均具有一弧面曲率；其中，该发光源的光束分别穿过每一弧面镜面时，每一该弧面镜面将基于各自的该弧面镜面的该弧面曲率，而分别地使该发光源的光束被分光、被收敛和被重叠，借此于离开该光透镜体后，收敛于距离该光透镜体一特定点，并与其它穿过该弧面镜面的该发光源的光束互相重叠于该目标面上。
上述光透镜体中发光源为发出非准直(non-collimated)且位置上有暗区的光束的发光二极管。
上述光透镜体还包括一出光面，该出光面为与所述入光面在同一直线延伸的一平滑面；或该出光面为与该入光面在同一直线延伸的一弧面，该弧面可使该发光源的光束再一次被收敛，而借此增加更多的调制参数和自由度；或该出光面为与该入光面在同一直线延伸的数个弧面，数个弧面可使该发光源的光束再一次被分光、被收敛和被重叠，而借此增加更多的调制参数和自由度；或该出光面为与该入光面不在同一直线延伸的一平滑面，而使离开该光透镜体的该发光源的光束转折；该出光面为与该入光面不在同一直线延伸的一弧面，而使离开该光透镜体的该发光源的光束转折，该弧面可使该发光源的光束再一次被收敛，而借此增加更多的调制参数和自由度；或该出光面为与该入光面不在同一直线延伸的数个弧面，而使离开该光透镜体的该发光源的光束转折，数个弧面可使该发光源的光束再一次被分光、被收敛和被重叠，而借此增加更多的调制参数和自由度。
上述光透镜体的弧面镜面的弧面曲率可分为X方向弧面曲率和Y方向弧面曲率，即水平方向的弧面曲率和垂直方向的弧面曲率。
本实用新型还提供了一种产生均匀照明的光透镜体，该光透镜体用于使一光学式鼠标的一发光源的光束得以均匀且明亮地投射于一目标面上，而该光学式鼠标的一光传感器位于该目标面的正上方，接收由该目标面上散射的该发光源的光束，该光透镜体包含一入光面，该入光面由数个斜面镜面所构成，每一斜面镜面均具有一斜面曲率；其中，该发光源的光束分别穿过每一斜面镜面时，每一该斜面镜面将基于各自的该斜面镜面的该斜面曲率，而分别地使该发光源的光束被分光、被收敛和被重叠，借此在离开该光透镜体后，收敛于距离该光透镜体一特定点，并与其它穿过该斜面镜面的该发光源的光束互相重叠于该目标面上。
本实用新型还提供了一种产生均匀照明的光透镜体，该光透镜体用于使一光学式鼠标的一发光源的光束得以均匀且明亮地投射于一目标面上，而该光学式鼠标的一光传感器位于该目标面的正上方，接收由该目标面上散射的该发光源的光束，该光透镜体包含一入光面，该入光面由数个凹面镜面所构成，每一凹面镜面均具有一凹面曲率；其中，该发光源的光束分别穿过每一凹面镜面时，每一该凹面镜面将基于各自的该凹面镜面的该凹面曲率，而分别地使该发光源的光束被分光、被收敛和被重叠，借此在离开该光透镜体后，收敛于距离该光透镜体一特定点，并与其它穿过该凹面镜面的该发光源的光束互相重叠于该目标面上。
此光透镜体应用于光学式鼠标中，而使得光学式鼠标的发光源得以消除暗区并均匀地投射于一目标面上，进而提供光学式鼠标的光传感器一均匀的照明。
本实用新型还提供了一种光学式鼠标，该光学式鼠标至少包含一发光源，该发光源是用以发出非准直(non-collimated)且位置上有暗区的一光束；
一产生均匀照明的光透镜体，该光透镜体具有数个弧面镜面，且该光透镜体借着每一弧面镜面的不同的弧面曲率，而使得该发光源的该光束被分光、被收敛和被重叠，借此消除该发光源的暗区，而均匀地投射于一目标面上；一底壳，该底壳具有一成像镜；以及一光传感器，该光传感器位于该目标面的正上方，通过该成像镜接收从该目标面上散射的该光束。
简单地说，本实用新型所揭示的光透镜体至少包含一入光面，而入光面是由均具有的X、Y方向弧面曲率的数个弧面镜面所构成。当发光源的光束分别穿过每一弧面镜面时，每一该弧面镜面将基于各自的弧面镜面的X、Y方向弧面曲率，而分别地使发光源的光束同时被分光、被收敛和被重叠，借此于离开光透镜体后，收敛于距离该光透镜体一特定点，并与其它穿过弧面镜面的发光源的光束互相重叠于目标面上。
关于本实用新型的优点与精神可以借由以下的实用新型详述及附图得到进一步的了解。
图1A-1C为已知发光二极管的暗区的示意图。
图2为已知光透镜体的示意图。
图3A-3B为具体施例的示意图。
图4为本实用新型的产生均匀照明的光透镜体30的光学作用示意图。
图5A-5D为本实用新型消除环状暗区及提供均匀照明的原理的示意图。
图6A-6F为本实用新型的产生均匀照明的光透镜体的示意图。
图7A-7B为本实用新型的产生均匀照明消除暗区的另一光透镜体的示意图。
图中10发光源 12射照面14焊点16环形暗区
18光亮区20成像透镜29光学式鼠标30光透镜体32虚线区域 33底壳34弧面镜面 35斜面镜面37凹面镜面 36成像镜38光感应器 40目标面42特定点50有效区域52照明区域 21、60、65入光面23、61、62、63、66、67、68出光面24作用线22分割点具体实施方式
请参阅图3A-3B，图3A-3B为具体施例的示意图。如图3A所示，本实用新型的光学式鼠标29是至少具有发光源10、产生均匀照明的光透镜体30、底壳33、底壳33上的成像透镜36以及光感应器38所构成。其中，发光源10是用以如发光二极管发出非准直(non-collimated)且位置上有暗区的光束。而光透镜体30是用以使得发光源的光束被分光、被收敛和被重叠，借此消除发光源的暗区，而均匀地投射于目标面上。而底壳33则具有成像透镜36，光传感器38则位于目标面的正上方，借此通过成像透镜36将目标面的纹理精准地成像于光传感器上，光传感器38将光强讯号转出成数字讯号，最后，再由辨识软件判断出光标应该的位移量与移动方向接收从目标面上散射的光束。
图3B为图3A中虚线区域32的放大图，其中产生均匀照明的光透镜体30的入光面，是由数个弧面镜面34所构成，而每一弧面镜面34均具有不同的X、Y方向弧面曲率，显示出本实用新型的光透镜体拥有众多的调制参数与自由度，可充分地利用与分配发光源10的光束。以下光透镜体30的作用方式做进一步的说明。
请参阅图4，图4为本实用新型的产生均匀照明的光透镜体30的光学作用示意图。如图4所示，当发光源10的光束分别穿过每一弧面镜面34时，每一该弧面镜面34将基于各自的弧面镜面34的X，Y方向弧面曲率，而分别地使发光源10的光束同时被分光、被收敛和被重叠。因此，当发光源10的光束进入光透镜体30时，发光源10的光束将同时被分光与被收敛，而发光源10的光束离开光透镜体30后，将被收敛于距离光透镜体30的特定点42，并与其它穿过弧面镜面34的发光源10的光束互相重叠于目标面40上，而消除如图1C所示的环形暗区16，产生一均匀照明的区域。以下将针对消除环形暗区16的光学原理作说明。
请参阅图5A-5D，图5A-5D为本实用新型消除环状暗区以提供均匀照明的原理的示意图。如图5A所示，在发光源10的晶粒中央有不发光的焊点14与导丝，其晶粒大小通常为0.25mm×0.25mm。当发光源10的光束照射在光透镜体30时，其照度分布呈现为一环形暗区16，此不均匀的照明区域大小约为5mm×5mmm，如图5B所示。当发光源10的光束进入光透镜体30时，发光源10的光束可视为被割成如图5B所示的A、B、C、D...X及Y区域。接着，借由各区域对应的弧面镜面34的具有的X、Y方向弧面曲率，分别进行分割与收敛，使得如图5C所示，具有暗区的区域如A、B等，与其它具有亮区的区域如G、H等，进行相互迭合处理，而使得原先如A、B等区域的暗区被平均消除，进而在目标面40得到一均匀的照明区域，如图5D所示的照明区域50以及有效取像区域52，若取75％均匀性(最小照度值/最大照度值*100％)为取像的有效范围，约有4mm×4mm。
综上所述，发光源与本实用新型的光透镜体30的入光面、出光面与照射面都位于一直线，光束不会发生转折，光能损耗少，又因光束的分光、收敛与重叠的作用，皆由数弧面透镜体的入光面同时产生，故机构尺寸上可以比现有的更为轻薄短小。
请参阅图6A-6F，图6A-6F为本实用新型的产生均匀照明的光透镜体的示意图。如图6A所示，本实用新型的光透镜体30具有入光面60和出光面61，其中入光面60为图4所示的数个弧面镜面34，而出光面61则为平滑面。而如图6B所示的光透镜体30，其入光面60仍为数个弧面镜面34，而出光面62则为弧面，借此提供更多的调制参数与自由度，使得光透镜体30的制作者可以更精确有效的控制与利用。而如图6C所示的产生均匀照明的光透镜体30，其入光面60仍为数个弧面镜面34，而出光面63与则同样地与入光面60具有数个弧面镜面34，借此提供更多的调制参数与自由度，使得光透镜体30的制作者可以更精确有效的控制与利用。
如图6A-6C的光透镜体30、发光源10与目标面40均是在一直线延伸，但为追求更高的设计上的自由度，因此，当光透镜体30、发光源10与目标面40不在同一直线时，光透镜体30仍有其相对应的设计方法。如图6D-6F的光透镜体30，由于发光源10与目标面40并未与其在同一直线，因此其相对应的出光面66-68将会使发光源10的光束转折。
请参阅图7A-7B，图7A-7B为本实用新型的产生均匀照明消除暗区的另一光透镜体的示意图。如图7A所示，为本实用新型的光透镜体30具有入光面60和出光面61，其中入光面60为如图7A所示的数个斜面镜面35，而出光面61则为平滑面。如图7B所示，为本实用新型的光透镜体30具有入光面60和出光面61，其中入光面60为如图7B所示的数个凹面镜面37，而出光面61则为平滑面。
借由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本实用新型的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本实用新型的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本实用新型所欲申请的专利范围的范畴内。
权利要求1.一种产生均匀照明的光透镜体，该光透镜体是用于使一光学式鼠标的一发光源的光束得以均匀且明亮地投射于一目标面上，而该光学式鼠标的一光传感器位于该目标面的正上方，接收由该目标面上散射的该发光源的光束，其特征在于该光透镜体包含一入光面，该入光面是由数个弧面镜面所构成，每一弧面镜面均具有一弧面曲率。
2.根据权利要求1所述的光透镜体，其特征在于该发光源为非准直且位置上有暗区的光束的发光二极管。
3.根据权利要求1所述的光透镜体，其特征在于该光透镜体进一步具有一出光面，该出光面为与该入光面在同一直线延伸的一平滑面。
4.根据权利要求1所述的光透镜体，其特征在于该光透镜体进一步具有一出光面，该出光面为与该入光面在同一直线延伸的可使该发光源的光束再一次被收敛的一弧面。
5.根据权利要求1所述的光透镜体，其特征在于该光透镜体进一步具有一出光面，该出光面为与该入光面在同一直线延伸的可使该发光源的光束再一次被分光、被收敛和被重叠数个弧面。
6.根据权利要求1所述的光透镜体，其特征在于该光透镜体进一步具有一出光面，该出光面为与该入光面不在同一直线延伸的使离开该光透镜体的该发光源的光束转折的一平滑面。
7.根据权利要求1所述的光透镜体，其特征在于该光透镜体进一步具有一出光面，该出光面为与该入光面不在同一直线延伸的使离开该光透镜体的该发光源的光束转折的一弧面。
8.根据权利要求1所述的光透镜体，其特征在于该光透镜体进一步具有一出光面，该出光面为与该入光面非同一直在线延伸的使离开该光透镜体的该发光源的光束转折的数个弧面。
9.根据权利要求1所述的光透镜体，其特征在于该弧面曲率可分为水平方向弧面曲率和垂直方向弧面曲率。
10.一种产生均匀照明的光透镜体，该光透镜体用于使一光学式鼠标的一发光源的光束得以均匀且明亮地投射于一目标面上，而该光学式鼠标的一光传感器位于该目标面的正上方，接收由该目标面上散射的该发光源的光束，其特征在于该光透镜体包含一入光面，该入光面由数个斜面镜面所构成，每一斜面镜面均具有一斜面曲率。
11.一种产生均匀照明的光透镜体，该光透镜体用于使一光学式鼠标的一发光源的光束得以均匀且明亮地投射于一目标面上，而该光学式鼠标的一光传感器位于该目标面的正上方，接收由该目标面上散射的该发光源的光束，其特征在于该光透镜体包含一入光面，该入光面是由数个凹面镜面所构成，每一凹面镜面均具有一凹面曲率。
12.一种光学式鼠标，其特征在于该光学式鼠标至少包含一用以发出非准直且位置上有暗区的一光束的发光源；一产生均匀照明的光透镜体，该光透镜体具有数个弧面镜面，每一弧面镜面具有不同的弧面曲率；一底壳，该底壳具有一成像镜；以及一用以通过该成像镜接收从该目标面上散射的该光束的光传感器，该光传感器位于该目标面的正上方。
专利摘要本实用新型提供产生均匀照明的光透镜体及光学式鼠标。光透镜体具有一入光面，入光面是由数个弧面镜面所构成，每一弧面镜面均具有不同的X、Y方向弧面曲率，即水平和垂直方向的弧面曲率。光透镜体借着入光面的数个弧面镜面的特征，能同时对光束做分光、收敛与重叠的处理，而使一光学式鼠标的发光源得以均匀且明亮地投射于一目标面上，进而消除发光源的暗区现象。光学式鼠标的一光传感器位于目标面的正上方，能接收由目标面散射的光束。
文档编号G06F3/033GK2874622SQ20052014231
公开日2007年2月28日 申请日期2005年11月29日 优先权日2005年11月29日
发明者谢啟堂, 林长青, 黄搏亮 申请人:巨虹电子股份有限公司