专利名称：一种光磁三维鼠标的制作方法
技术领域：
本实用新型设计涉及电子输入领域，具体为一种可以在三维空间进行操作的鼠标。
背景技术：
目前常用的鼠标多为二维光电鼠标，如图I所示为传统二维鼠标的原理图，包括了 LED灯101、反射镜组102、球面镜103、像传感器104、芯片105、鼠标滚轮106，此外还用外置的鼠标垫107。在二维鼠标中，光电鼠标通过LED灯101发出来的光线，经过反射镜组102传输后以较大的入射角度照射到鼠标垫107的表面，所反射回的部分光线经过球面镜103会聚后，传输到像传感器104内成像。这样，当光电鼠标水平移动时，其移动轨迹便会通 过像传感器104被记录为一组高速拍摄的连贯图像，被光电鼠标内部的一块专用芯片105分析处理。该芯片105通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的水平定位。但传统的二维鼠标却无法在三维空间使用，当二维鼠标上升离开鼠标垫107 —定距离时，由于出射光线照射到鼠标垫107时候入射角度比较大，大部分光线被反射到鼠标底部前端或前方，无法被球面镜103接收并会聚到像传感器104成像，导致芯片无影像信号来计算鼠标的位移，同时，内置芯片也不存在第三维方向的数据处理功能。因此，传统光电鼠标无法获取三维空间信号。但是，随着在电子设备中的三维制图、三维游戏的快速发展，越来越需要有主要的电子输入设备——鼠标具有捕捉其三维空间运动的位置坐标的功能。在现有技术中，三维鼠标已经出现。其中一种三维鼠标是由3轴加速度传感器至6轴加速度传感器、WIFI通讯模块或芯片、处理器、等接口集成一起，利用加速度传感器实现三维方向的运动轨迹的检测和加速度信号的检测，利用WIFI通讯将检测到的鼠标运动轨迹和加速度信号以及按键信息发送给带WIFI功能的电脑、数字电视等接收设备，从而实现三维空间的无线鼠标功能和动作检测功能，该方案存在局限性，比如成本比较高，并且不能给不带WIFI功能的电脑、数字电视等接收设备使用。另一种三维鼠标则是三个方向上运用磁铁和压力传感器，根据压力传感器测量出该方向上的力并计算出位移，之后转换成电信号传输给鼠标。鼠标外部的三个方向处都需要外置相应的磁力装置，该方案的实施过于复杂而成本过高。基于上述技术方案，本实用新型提出了一种新的简单三维鼠标装置，只需在传统光电鼠标上做简易改装，具备制备简易、成本低廉和使用方便等优点。
发明内容本实用新型提供一种三维鼠标，用于解决电脑主机需要进行三维操作的难题。其中XY方向上采用近似传统光电鼠标改良的光电测量结构和方法，第三维Z方向则采用内置磁铁、压力传感器和外置的光磁两用鼠标垫配合测量。本实用新型提供一种实现三维操作的鼠标，包括LED灯，反射镜组，球面镜，像传感器，芯片，磁铁，压力传感器，光磁两用鼠标垫。其中该反射镜组经过改装，使得发光二极管的光线通过反射镜组之后出射光线相对鼠标垫的入射角度比较小(比如< 30度)，当鼠标离开鼠标垫较远距离时，鼠标垫的反射光线仍能被球面镜和像传感器的捕捉和成像。该球面镜表面积比传统二维鼠标大，尽可能将反射回来的光线会聚到像传感器上。该光磁两用鼠标垫表面与传统鼠标垫一样具有粗糙表面纹理，以便于芯片分析像传感器成像变化并计算鼠标位移，并且内部使用磁性材料制作，可与鼠标内的磁铁产生作用力。该磁铁放置于鼠标内，位置在所述压力传感器上方，并能与该光磁两用鼠标垫相互作用产生磁力。
该压力传感器用于测量光磁两用鼠标垫和鼠标内磁铁产生的磁力，并转换成电信号传递给芯片，经芯片处理计算出位移传递给电脑。
该芯片中包含处理第三维方向的程序及转换信号的功能。
为了更清楚的对本实用新型和现有技术方案进行说明，下面将对实施例和现有技术描述中需要的附图进行简单的介绍。图I所示为传统的二维光电鼠标侧视图。图2所示为本实用新型一种光磁三维鼠标结构侧视图。图3所示为本实用新型图2所示的三维鼠标结构的俯视图。图4所示为本实用新型一光磁三维鼠标内压力传感器第一实施例结构图。图5所示为本实用新型一光磁三维鼠标内压力传感器第二实施例结构图。图6所示为本实用新型——光磁三维鼠标应用实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型的结构附图，通过实施例对本实用新型技术方案进行更加清楚，完整的描述。本实用新型揭示的是一种三维鼠标，
以下结合附图进行更详细的说明。如图2所不是本实用新型一种二维鼠标结构侧视图，如图3是图2所不的二维鼠标结构俯视图。如图2和图3所示，该三维鼠标包括LED灯201，反射镜组202，球面镜203，像传感器204，芯片205，压力传感器206，磁铁207，滚轮208，光磁两用鼠标垫209。如图2所示，该LED灯201用于发出光线，照亮鼠标底部，部分光线反射到像传感器204，方便像传感器204抓取鼠标底部图像，LED光线可以为红光或者蓝光等。本实施例中反射镜组202与传统二维鼠标中的反射镜组102不同之处在于前者只采用I个反射镜，LED发出的光线经过反射镜反射之后以较小入射角度(< 30度)照射在光磁两用鼠标垫209表面。球面镜203用于将反射到球面镜的光线会聚发送到像传感器。[0027]像传感器204用于采集光线和成像，并转化为电信号。其中，为了能够在鼠标相对鼠标垫升高时候增大反射光线的采集范围，球面镜的尺寸和像传感器内置的摄像头的尺寸提高到离开桌面10厘米之后能捕捉大面积的图像，比如与传统的尺寸相比扩大若干倍，本实施例中光线在鼠标的出射点和球面镜的中心距离为I. 7cm,而球面镜的半径为0. 6cm。芯片205除了分析采集到的图像计算出位移，还负责与外部电路进行沟通及各种信号的传送。其中，该芯片205增加了第三个方向的控制程序，在进行信号传输时可以实现
三维效果。 压力传感器206与磁铁207用于检测Z方向上的信号。该压力传感器206受到磁铁对自身的压力(即磁铁与磁性鼠标垫的磁力)转换成电信号，从而检测移动前后出Z方向上距离的不同。滚轮208用于控制屏幕上光标上下滚动，与传统二维鼠标一样。光磁两用鼠标垫209材料可以为铁和镍，或鼠标垫内添加一张铁片，亦可以是混合金属或其它磁性材料，与鼠标内的磁铁207发生磁力作用，并对压力传感器206产生压力，芯片可通过分析压力传感器206压力变化来计算鼠标垂向位移；此外，光磁两用鼠标垫209表面与传统鼠标垫一样具有粗糙表面纹理，芯片可通过分析像传感器对其表面反射成像的变化来计算鼠标水平位移。如图3所示可以看到鼠标内的详细结构和芯片的管脚分布图，芯片管脚1、8、9用于接受滚轮信号，管脚2接电源，管脚3、4用于传输信号给电脑，管脚5用于接LED灯201，管脚10、11用于接收鼠标左右键信号。而压力传感器206和磁铁207内置与芯片前方，传输接口接在芯片空余管脚7，压力传感器206受到压力时会将压力转换成电信号传送给芯片205。通过本实施例的结构图图2和图3可知，本实用新型采用和传统二维光电鼠标类似的方法测量水平XY两个方向位移，在鼠标移动前后根据像传感器采集到的二维图像进行分析计算出两个方向上的位移，然后传输给电脑，不同之处为反射镜组202经过改装使得出射光线相对鼠标垫的入射角度比较小，并且球面镜和像传感器的尺寸相对传统鼠标有所增大，以保证在鼠标处于不同高度情况下，鼠标垫的反射光线仍能被球面镜和像传感器收集，并用来计算鼠标的水平位置。更详细的说，在水平XY两个方向上的本实施例测量方法相对传统光电鼠标测量方法有所改进，改进后的水平测量原理进一步说明如下鼠标内经反射镜反射到鼠标垫209的光线的入射角度比较小，在鼠标离开光磁两用鼠标垫209表面一定的垂向距离时，光线仍可以反射到球面镜203并在像传感器204上成像，并通过芯片205计算水平方向的位移。而传统二维光电鼠标出射光线相对鼠标垫有较大的入射角度，传统二维鼠标离开桌面或鼠标垫很小垂向距离就由于光线被反射到鼠标前方，而无法反射到球面镜103上并成像到像传感器104。其中，入射角度根据三维空间操作的鼠标离开鼠标垫209垂向最远距离来进行修改，比如，鼠标距离鼠标垫最远距离为10厘米时，而入射角度约为5度，这样，反射光回到鼠标底部的位置与出射位置最远只相差约I. 75cm,由于本实施例中出射点和球面镜的中心距离为I. 7cm，而球面镜的半径为0. 6cm,因此反射光能被球面镜会聚并被像传感器成像。本实施例中，垂向Z方向位置变化是通过内置磁铁207和光磁两用鼠标垫209发生作用力，并通过压力传感器206转换成电信号来检测的。下面对检测Z方向上的压力传感器进行进一步的说明。对于内置的压力传感器，可采用以下两种方案第一种方案机械式压力传感器。如图4所示为本实用新型一种三维鼠标内压力传感器第一实施例结构图，即采用机械式压力传感器。如图4所示，该机械式压力传感器包括电源410，透镜411，磁铁407 (图2中的207)，指示光栅412，弹簧413，接收电路414，其中409为光磁两用鼠标垫，即图2中的209。该电源410用于发出光线，为光线出现莫尔条纹做铺垫。该透镜411用于将电源410发出发散的光线平行射在光栅磁铁上。该磁铁407是在磁铁上做出光栅形状，用于与指示光栅412发生莫尔条纹。该指示光栅412用于与磁铁407发生光线衍射，出现莫尔条纹。该弹簧413用于光栅磁铁407与磁性鼠标垫409发生磁力时发生形变,弹簧长度发生变化。该接收电路414用于接收莫尔条纹并转换成电信号，接收电路包括光敏原件，当光线发生变化时，接收电路都能及时检测。该光磁两用鼠标垫409用于与磁铁407作用产生磁力。通过本实施例可知，当本实用新型的三维鼠标远离或靠近光磁两用鼠标垫409时，磁铁407受到向下或向上的力，磁铁下的弹簧发生形变，磁铁发生移动，与指示光栅产生莫尔条纹，这时接收电路可以接收到条纹间隔的变化并检测出位移变化，由此计算出Z方向上的位移。第二种方案，电子式压力传感器。电子式压力传感器，如电容式压力传感器，陶瓷压力传感器等等，下面以电容式压力传感器为例来说明。如图5所示为本实用新型一种三维鼠标内压力传感器第二实施例结构图，即采用电容式压力传感器。如图5所不,该电容式压力传感器包括金属膜片515,电极516,磁铁507 (图2的207)，光磁两用鼠标垫509(图2的209)，绝缘体518，电容引线517。该金属膜片515与电极516为固定装置,金属膜片515为一电极,与电极516形成两极。电极两边充满绝缘体518，防止受到外界因素影响电容变化。该电容引线517用于接外电路，外电路可以检测到电极和金属膜片之间的电容变化。通过本实施例可知，当本实用新型的三维鼠标远离或靠近光磁两用鼠标垫509时，磁铁507受到磁力，金属膜片515发生形变,金属膜片515与电极516之间的电容发生变化，电容引线517的外接电路可以检测到电容的变化，根据电容的变化按比例可以计算出Z方向上的位移。、[0058]图6所示是本实用新型一种应用场景示意图。如图6所示，601为本实用新型鼠标，602为USB接口数据线，603为电脑。201-209如图2所示零件。当鼠标601离开光磁两用鼠标垫209时，水平方向可以通过光电测量，垂向方向通过压力传感器206测量，垂向和水平方向的测量信号传送到芯片205分析，并通过USB线602传送到电脑603上，电脑603中的驱动程序或应用软件根据传送过来的三维坐标信号来识别鼠标的三维位置并做出相应的响应。通过以上说明，本领域的技术人员可以很清楚的了解到本实用新型可以通过支持三维操作的辅助硬件或软件平台来实现电脑的三维操作功能。综上所述，本实用新型有益效果说明如下只需在传统鼠标和鼠标垫的基础上略为改装即可实现三维测量，在鼠标处于鼠标垫上方不同高度时候能连续的测量鼠标的水平位置和垂向位置，相比传统的三维鼠标需要多方向外置磁辅助装置或多个内置加速度计的方式而言，具有更为简易、成本更低等优势，用于本实用新型鼠标外形和所需鼠标垫外形和普通光电鼠标无显著区别，使用时候相对普通光电鼠标仅多了一个垂向运动功能，因此，本实用新型更迎合普通鼠标用户的使用习惯，并且具有使用更方便等优势。以上所述的具体实施方式
，是对本实用新型的技术方案和效果进行了详细的说 明，但需要说明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式
，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型原则下进行等同替换和改进，均属于本实用新型保护范围之内。
权利要求1.一种光磁三维鼠标，由LED灯、反射镜组、球面镜、像传感器、芯片组成,其特征在于，还包括磁铁、压力传感器和光磁两用鼠标垫。
2.根据权利要求I所述光磁三维鼠标，其特征在于，光磁两用鼠标垫包含磁性材料，并且具有粗糙的纹理表面。
3.根据权利要求I所述光磁三维鼠标，其特征在于，压力传感器可为机械式压力传感器或电容式压力传感器。
4.根据权利要求I所述光磁三维鼠标，其特征在于，磁铁位于压力传感器上方，并能与光磁两用鼠标垫相互作用产生磁力。
5.根据权利要求I所述光磁三维鼠标，其特征在于，反射镜组将LED灯发射光线反射，以小于三十度入射角照射到光磁两用鼠标垫上，球面镜会聚光磁两用鼠标垫反射光线并成像到像传感器，芯片分析像传感器和压力传感器的信号并计算出所述光磁三维鼠标的坐标。
专利摘要本实用新型涉及一种电子输入装置——光磁三维鼠标，包括LED灯201、反射镜组202、球面镜203、像传感器204、芯片205、压力传感器206、磁铁207、滚轮208、光磁两用鼠标垫209，其中反射镜组202和球面镜203相对传统光电鼠标改装后，能将鼠标三维移动时光磁两用鼠标垫209的反射光线会聚，并被像传感器204测量和芯片205分析得到水平向位移；而压力传感器206将磁铁207与光磁两用鼠标垫209产生的磁力转换成电信号，并传输给芯片205计算垂向位移。本实用新型只需在传统二维光电鼠标上做简单改装，制作简易、成本较低和使用方便，可广泛用于三维制图等需要三维电子输入的场合。
文档编号G06F3/033GK202502472SQ20112039787
公开日2012年10月24日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者陈小娇 申请人:陈小娇