一种鼠标光学系统及鼠标的制作方法

1.本实用新型涉及光学鼠标技术领域，具体而言，涉及一种鼠标光学系统及鼠标。


背景技术：

2.光电鼠标利用其内部安装的光源所发出的光束照射在桌面上，由同样安装于其内部的接收透镜，对桌面漫反射的光进行捕获并射入光学传感器中，该光学传感器通过所得到的桌面的漫反射光强，对光强做差分，得出鼠标的移动方向和距离。
3.其中，传统的光电鼠标其所内部设置的接收透镜为传统透镜，导致该光电鼠标内部系统空间较大，该光电鼠标的体积也较大。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种鼠标光学系统及鼠标。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种鼠标光学系统，包括：光源、超透镜和光学传感器；所述光源用于向桌面发射探测光；所述超透镜用于接收由所述桌面反射的反射光，并将所述反射光聚焦射入所述光学传感器中；所述光学传感器用于将入射的反射光由光信号转换为电信号。
6.可选地，超透镜为复合超透镜；所述光源、所述复合超透镜与所述光学传感器共轴设置，且所述复合超透镜位于所述光源的出光侧，所述光学传感器位于所述光源远离所述复合超透镜的一侧；所述复合超透镜包括：共面排布的中央超透镜和边缘超透镜；所述边缘超透镜设置在所述中央超透镜周围并与所述中央超透镜相连；所述中央超透镜与所述光源的相对设置，用于将所述探测光投射在位于所述中央超透镜出光侧的所述桌面上；所述边缘超透镜用于将所述桌面反射的反射光聚焦并射入所述光学传感器中。
7.可选地，中央超透镜用于将所述探测光准直或会聚。
8.可选地，在所述中央超透镜用于将所述探测光准直的情况下，所述光源与所述中央超透镜之间的距离小于所述中央超透镜的焦距。
9.可选地，中央超透镜与所述光源之间满足关系式：
[0010][0011]
其中，f1表示所述中央超透镜的焦距；h表示所述中央超透镜的半径；d表示所述光源与所述中央超透镜之间的距离；m表示所述光源的半宽；且h＞m。
[0012]
可选地，在所述中央超透镜用于将所述探测光会聚的情况下，所述光源与所述中央超透镜之间的距离大于所述中央超透镜的两倍焦距。
[0013]
可选地，中央超透镜的焦距满足关系式：
[0014][0015]
其中，f1表示所述中央超透镜的焦距；d表示所述光源与所述中央超透镜之间的距离；l表示所述复合超透镜与所述桌面之间的距离；h表示所述中央超透镜的半径；m表示所
述光源的半宽；且h＞m。
[0016]
可选地，中央超透镜用于将所述探测光聚焦。
[0017]
可选地，中央超透镜、所述光源与所述桌面之间满足关系式：
[0018][0019]
其中，f1表示所述中央超透镜的焦距；d表示所述光源与所述中央超透镜之间的距离；l表示所述复合超透镜与所述桌面之间的距离。
[0020]
可选地，边缘超透镜与所述光学传感器以及所述桌面之间，满足关系式：其中，f2表示所述边缘超透镜的焦距；l表示所述复合超透镜与所述桌面之间的距离；l
′
表示所述复合超透镜与所述光学传感器之间的距离。
[0021]
可选地，复合超透镜与所述光学传感器之间的距离，大于所述复合超透镜与所述桌面之间的距离。
[0022]
可选地，复合超透镜与所述光学传感器之间的距离，小于两倍的所述复合超透镜与所述桌面之间的距离。
[0023]
可选地，光源包括发光二极管。
[0024]
可选地，光学传感器包括：光电二极管、光敏电阻或光电三极管。
[0025]
第二方面，本实用新型实施例还提供了一种鼠标，包括：如上述任意一种鼠标光学系统、信号处理系统、传输线和外壳；所述鼠标光学系统用于获取桌面所反射的反射光的电信号，并将所述电信号通过所述传输线发送至所述信号处理系统；所述信号处理系统对接收到的所述电信号进行处理得到所述鼠标的位移和方向，并将所述鼠标的位移和方向传输至电脑；所述外壳用于容纳所述鼠标光学系统、所述信号处理系统和所述传输线。
[0026]
可选地，该鼠标还包括：反馈线，且所述反馈线分别与所述信号处理系统以及所述鼠标光学系统相连；所述反馈线用于在所述信号处理系统识别到所述电信号没有变化的情况下，令所述鼠标光学系统中的光源降低所发射的探测光的光强。
[0027]
本实用新型实施例上述第一方面提供的方案中，采用体积轻薄，结构简单且成本更低的超透镜作为接收透镜，使得包含超透镜的鼠标光学系统整体体积较小，加工成本较低。
[0028]
本实用新型实施例上述第二方面提供的方案中，由于具有该鼠标光学系统，能够在光滑的桌面上产生足够的反射光，最终获取到较强的光强信息，使信号处理系统足以分辨该鼠标的移动方向和距离，从而极大地提高该鼠标的使用性能；此外，该鼠标可以基于更加紧凑的鼠标光学系统，使得其整体可以进一步缩小，更加小型化。
[0029]
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0030]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提
下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]
图1示出了本实用新型实施例所提供的一种鼠标光学系统的侧视图；
[0032]
图2示出了本实用新型实施例所提供的鼠标光学系统中，超透镜为复合超透镜的示意图；
[0033]
图3示出了本实用新型实施例所提供的鼠标光学系统中，复合超透镜的俯视图；
[0034]
图4示出了本实用新型实施例所提供的一种鼠标的示意图。
[0035]
图标：
[0036]
1-光源、2-超透镜、3-光学传感器、21-复合超透镜、211-中央超透镜、212-边缘超透镜、100-鼠标光学系统、200-信号处理系统、300-传输线、400-外壳、500-反馈线。
具体实施方式
[0037]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0038]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0039]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0040]
本实用新型实施例提供了一种鼠标光学系统，参见图1所示(图1示出了该鼠标光学系统的侧视图，且图1最下方为桌面)，该鼠标光学系统包括：光源1、超透镜2和光学传感器3；光源1用于向桌面发射探测光；超透镜2用于接收由桌面反射的反射光，并将反射光聚焦射入光学传感器3中；光学传感器3用于将入射的反射光由光信号转换为电信号。
[0041]
其中，光源1可以从侧面向桌面发射探测光，例如，该探测光可以是斜入射向桌面的光束；或者，该光源1也可以如图1所示，从桌面的上方，垂直向桌面发射探测光，该探测光透过超透镜2后射向桌面；可选地，该光源1包括发光二极管；如红光led(light-emitting diode，发光二极管)或蓝光led等。需要说明的是，本实用新型实施例中的桌面是能够令鼠标在其表面进行滑动的平面，例如，放置在桌面上的鼠标垫也可以作为本实用新型实施例中的桌面。
[0042]
本实用新型实施例中，桌面能够将射入其表面的探测光进行反射(如漫反射)，得到反射光，该反射光中的至少部分能够被超透镜2所接收，该超透镜2能够将射入其中的反射光投射向光学传感器3中，具体地，该超透镜2将收集的反射光(桌面所反射的探测光)聚焦射入光学传感器3中；在光学传感器3接收到聚焦入射的反射光的情况下，该光学传感器3
能够将射入其中的反射光由光信号转换为电信号，其中，该电信号可以是入射的反射光的光强信息；可选地，该光学传感器3可以包括：光电二极管、光敏电阻或光电三极管。需要说明的是，本实用新型实施例中的光学传感器3对入射的反射光所进行的处理过程(如由光信号转换为电信号的过程)，均可采用现有的技术手段进行处理，本实用新型实施例对此过程不做改进。
[0043]
本实用新型实施例所提供的鼠标光学系统，采用体积轻薄，结构简单且成本更低的超透镜2作为接收透镜，使得包含超透镜2的鼠标光学系统整体体积较小，加工成本较低。
[0044]
传统的基于发光二极管的光电鼠标，由于其内部光学系统中的光源、传统透镜和光学传感器为分散式设置，例如，光源设置在侧边，从侧面向桌面发射探测光，而光学传感器位于桌面的正上方收集反射光；因此，在光滑桌面上使用该传统光电鼠标时，无法产生足够的漫反射光，光学传感器所能接收到的光强较弱；另外还有一种传统的基于激光光源的光电鼠标，虽然其在光滑表面上有较好的性能体现，但其内部因设置激光器而导致成本较高；故本实用新型实施例提出了一种与上述传统光电鼠标内部系统不同的鼠标光学系统，以解决上述问题。
[0045]
可选地，参见图1所示，超透镜2为复合超透镜21；光源1、复合超透镜21与光学传感器3共轴设置(图1中以竖直虚线表示三者共同的主光轴)，且复合超透镜21位于光源1的出光侧，光学传感器3位于光源1远离复合超透镜21的一侧；图1以光源1的下侧为其出光侧示出，且图1由上至下依次为光学传感器3、光源1、复合超透镜21(超透镜2)和桌面。
[0046]
如图2所示，图2示出了该鼠标光学系统中，超透镜2为复合超透镜21的侧视图(需要说明的是，为了使图2更加简洁，故并未在图2中直接示出超透镜2和复合超透镜21的标号)；该复合超透镜21包括：共面排布的中央超透镜211和边缘超透镜212；边缘超透镜212设置在中央超透镜211周围并与中央超透镜211相连；中央超透镜211与光源1的相对设置，用于将光源1发出的探测光投射在位于中央超透镜211出光侧的桌面上；边缘超透镜212用于将桌面反射的反射光聚焦并射入光学传感器3中。
[0047]
其中，如图2所示，该中央超透镜211位于该边缘超透镜212的中央，被该边缘超透镜212包围，且该中央超透镜211与该边缘超透镜212在同一平面相连排布，例如，复合超透镜21的中央区域可以作为中央超透镜211，该复合超透镜21除中央区域以外的区域(如边缘区域)可以作为边缘超透镜212，以构成该复合超透镜21。例如，可以参见图3所示，图3为该复合超透镜21的俯视图，该中央超透镜211的形状可以是圆形，相应地，包围在其周围的边缘超透镜212的形状可以是圆环形。其中，参见图2所示，中央超透镜211与该光源1对应设置，用于接收光源1所发射的探测光，并将所接收到的探测光投射在位于该中央超透镜211出光侧的桌面上，使该探测光能够在桌面形成反射(如漫反射)，并形成反射光。
[0048]
例如，本实用新型实施例中，该中央超透镜211的尺寸(如面积)可以大于光源1所投射在该复合超透镜21表面的光斑的尺寸(如面积)；优选地，该中央超透镜211的尺寸(如面积)可以与光源1所投射在该复合超透镜21表面的光斑的尺寸(如面积)相同，使得由光源1所发射的全部探测光都能够被该中央超透镜211所接收，并射向桌面。
[0049]
本实用新型实施例中，在中央超透镜211所射出的探测光在桌面反射生成反射光的情况下，该反射光将被复合超透镜21中所包括的边缘超透镜212接收，该边缘超透镜212能够将入射的反射光会聚(如聚焦)射向位于光源1远离复合超透镜21的一侧(如图2中光源
1的上侧)所设置的光学传感器3中。
[0050]
本实用新型实施例通过令光源1、复合超透镜21、光学传感器3共轴且与桌面平行，并利用复合超透镜21中的中央超透镜211对光源1所出射的探测光进行透射(不限于将探测光发散、准直或聚焦射向桌面)，最终利用边缘超透镜212将桌面所反射的反射光收集射向光学探测器3；该鼠标光学系统能够将光源1所发射的探测光从桌面的正上方投射，且令该探测光尽可能射向该光源1的正下方，即便该桌面较为光滑，也可以产生足够多的反射光(如探测光在桌面发生漫反射所生成的反射光)，最终能够使更多的反射光经边缘超透镜212的会聚作用射入光学传感器3中，使该光学传感器3能接收到较强的光强；此外，本实用新型实施例所提供的鼠标光学系统可以无需采用成本较高的激光器作为光源1，该鼠标光学系统成本较低。
[0051]
可选地，中央超透镜211用于将探测光准直或会聚；在本实用新型实施例中，相比于中央超透镜211将探测光发散地射向桌面，令该中央超透镜211将探测光准直或会聚地射向桌面是更优的实施方式，例如，在中央超透镜211将探测光准直或会聚地射向桌面的情况下，能够使射向桌面的探测光更加集中，进而使位于该中央超透镜211出光侧(如图2所示该中央超透镜211正下方)的桌面所产生的反射光，能够更易被边缘超透镜212接收。
[0052]
可选地，在中央超透镜211用于将探测光准直的情况下，光源1与中央超透镜211之间的距离小于中央超透镜211的焦距。
[0053]
如图2所示，光源1与中央超透镜211之间的距离(或者也可以表示为光源1与复合超透镜21之间的距离)可以用字母d表示，而该中央超透镜的焦距可以用f1表示(未在图2中示出)；其中，在d＜f1的情况下，光源1发出的探测光的反向延长线能够会聚在中央超透镜211的焦平面(如物方焦平面)上，确保探测光经过中央超透镜211时能被准直。
[0054]
可选地，中央超透镜211与光源1之间满足关系式：其中，f1表示中央超透镜211的焦距；h表示中央超透镜211的半径(如图3所示)；d表示光源1与中央超透镜211之间的距离(或者也可以表示为光源1与复合超透镜21之间的距离)；m表示光源1的半宽(即宽度的一半，图2中并未示出；此时该光源1为面光源)；且h＞m；进一步地，当光源1为点光源的情况下，即，在m＝0的情况下，该中央超透镜211与光源1之间所满足的关系式可以整理为：f1＝d。其中，当该鼠标光学系统中的中央超透镜211与光源1满足上述关系式时，可以确保由该中央超透镜211所射出的探测光为准直射出的，且准直效果更好。
[0055]
可选地，在中央超透镜211用于将探测光会聚的情况下，光源1与中央超透镜211之间的距离大于中央超透镜211的两倍焦距。
[0056]
本实用新型实施例中，由于光源1与中央超透镜211之间的距离d(或者也可以表示为光源1与复合超透镜21之间的距离d)，大于该中央超透镜的焦距f1的二倍，即在d＞2f1的情况下，可以使光源1最终透过中央超透镜211在桌面上所成的像为缩小的实像，例如，使探测光经过该中央超透镜211时，能够以会聚的形式射出。
[0057]
可选地，参见图2所示，中央超透镜211的焦距满足关系式：可选地，参见图2所示，中央超透镜211的焦距满足关系式：其中，f1表示中央超透镜211的焦距；d表示光源1与中央超透镜211之间的距离(或者也可以表示为光源1与复合超透镜21之间的距离)；l表示复合超透镜21与桌面之间的距离(或者也可以
表示为中央超透镜211与桌面之间的距离)；h表示中央超透镜211的半径(如图3所示)；m表示光源1的半宽(图2中并未示出，此时该光源1为面光源)；且h＞m。
[0058]
本实用新型实施例中，当中央超透镜211的焦距与该光源1以及桌面之间呈的关系时，透过该中央超透镜211所射出的探测光能够以会聚的形式射向桌面；进一步地，当光源1为点光源的情况下，即，在m＝0的情况下，上述关系式还可以整理为：
[0059]
可选地，中央超透镜211用于将探测光聚焦；其中，在实现会聚的基础上，本实用新型实施例还可以更进一步令光源1所射出的探测光经中央超透镜211的调制，最终在桌面形成聚焦的效果；在该种情况下，本实用新型实施例所提供的鼠标光学系统射向桌面的探测光更加集中，使该桌面所能形成的反射光更易被边缘超透镜212接收。
[0060]
可选地，参见图2所示，中央超透镜211、光源1与桌面之间满足关系式：其中，f1表示中央超透镜211的焦距；d表示光源1与中央超透镜211之间的距离(或者也可以表示为光源1与复合超透镜21之间的距离)；l表示复合超透镜21与桌面之间的距离(或者也可以表示为中央超透镜211与桌面之间的距离)。
[0061]
本实用新型实施例中，当中央超透镜211的焦距与该光源1以及桌面之间满足关系式：时，透过该中央超透镜211所射出的探测光能够以聚焦的形式射向桌面。
[0062]
可选地，参见图2所示，边缘超透镜212与光学传感器3以及桌面之间，满足关系式：其中，f2表示边缘超透镜212的焦距；l表示复合超透镜21与桌面之间的距离(或者也可以表示为边缘超透镜212与桌面之间的距离)；l
′
表示复合超透镜21与光学传感器3之间的距离(或者也可以表示为边缘超透镜212与光学传感器3之间的距离)。
[0063]
其中，由于桌面所反射的反射光被边缘超透镜212所接收后，需要射向光学传感器3中，因此本实用新型实施例可以基于高斯公式(或者可以称为成像公式)，确定边缘超透镜212(或者说复合超透镜21)分别与桌面和光学传感器3之间的位置关系，使得桌面所反射的反射光在被边缘超透镜212所接收后，能够在光学传感器3的表面成像(即射入光学传感器3中)。该高斯公式中，f表示焦距，如本实用新型实施例中边缘超透镜212的焦距f2；u表示物距，如本实用新型实施例中边缘超透镜212(复合超透镜21)与桌面之间的距离l；v表示像距，如本实用新型实施例中边缘超透镜212(复合超透镜21)与光学传感器3之间的距离l
′
；通过代换即可得到上述关系式并基于该关系式设置边缘超透镜212的位置，实现将桌面所反射的反射光射入光学传感器3中。
[0064]
可选地，复合超透镜21与光学传感器3之间的距离，大于复合超透镜21与桌面之间的距离。
[0065]
本实用新型实施例可以通过设计复合超透镜21(或者也可以指边缘超透镜212)分别与桌面以及光学传感器3之间的位置关系，使该鼠标光学系统能够具备放大功能。其中，如图2所示，在复合超透镜21(或者也可以指边缘超透镜212)与光学传感器3之间的距离l
′
大于复合超透镜21(或者也可以指边缘超透镜212)与桌面之间的距离l的情况下，如在的情况下，最终由边缘超透镜212射向光学传感器3中的反射光所构成的图像，能够被该边缘超透镜212所放大，即本实用新型实施例所提供的鼠标光学系统能够具有放大功能，有利于提高光学探测器3通过转换反射光从而得到的电信号的强度。
[0066]
可选地，复合超透镜21与光学传感器3之间的距离，小于两倍的复合超透镜21与桌面之间的距离。
[0067]
本实用新型实施例在使该鼠标光学系统具有放大功能的基础上，还可以通过进一步限定复合超透镜21(或者也可以指边缘超透镜212)分别与桌面以及光学传感器3之间的位置关系，控制该鼠标光学系统的系统总长，令该鼠标光学系统更加紧凑。
[0068]
例如，限制复合超透镜21(或者也可以指边缘超透镜212)与光学传感器3之间的距离l
′
，小于两倍的复合超透镜21(或者也可以指边缘超透镜212)与桌面之间的距离l，如在的情况下，最终由边缘超透镜212射向光学传感器3中的反射光所构成的图像，不仅能够被该边缘超透镜212所放大，还可以将该鼠标光学系统的体积进一步缩小，使该鼠标光学系统整体更加紧凑。
[0069]
本实用新型实施例还提供了一种鼠标，参见图4所示，该鼠标包括：上述任意一种鼠标光学系统100、信号处理系统200、传输线300和外壳400；鼠标光学系统100用于获取桌面所反射的反射光的电信号，并将电信号通过传输线300发送至信号处理系统200；信号处理系统200对接收到的电信号进行处理得到鼠标的位移和方向，并将鼠标的位移和方向传输至电脑；外壳400用于容纳鼠标光学系统100、信号处理系统200和传输线300。
[0070]
本实用新型实施例中，该鼠标光学系统100、信号处理系统200以及传输线300均设置于外壳400内部，该外壳400为市面上常见的鼠标外壳的形状，用于容纳鼠标光学系统100、信号处理系统200以及传输线300，并对操作者的手进行承托，在操作者的操作下在桌面进行移动。其中，通过鼠标光学系统100中的光源1向桌面发射探测光，最终根据该鼠标光学系统100中的光学探测器3所收集到的桌面所反射的反射光的光信号，将该光信号进行转换得到电信号(如光强信息)；并通过分别与鼠标光学系统100和信号处理系统200相互连接的传输线300，由该鼠标光学系统100将电信号(如光强信息)传输至信号处理系统200；该信号处理系统200通过对所接收到的电信号(如光强信息)做差分，能够计算得出该鼠标的位移方向和位移大小，并通过有线(数据线或usb连接线)或无线(蓝牙或无线局域网)的方式将该鼠标的位移方向和位移大小传输至电脑。需要说明的是，在该鼠标中，由鼠标光学系统100(如其中的光学传感器3)将光信号转换为电信号的过程，以及由信号处理系统200通过差分计算得到鼠标的位移方向和位移大小的过程，均为现有技术，本实用新型实施例对上述两个过程并未做任何改进。
[0071]
本实用新型实施例所提供的鼠标由于具有该鼠标光学系统100，能够在光滑的桌面上产生足够的反射光，最终获取到较强的光强信息，使信号处理系统足以分辨该鼠标的移动方向和距离，从而极大地提高该鼠标的使用性能；此外，该鼠标可以基于更加紧凑的鼠标光学系统100，使得其整体可以进一步缩小，更加小型化。
[0072]
可选地，参见图4所示，该鼠标还包括：反馈线500，且反馈线500分别与信号处理系
统200以及鼠标光学系统100相连；反馈线500用于在信号处理系统200识别到电信号没有变化的情况下，令鼠标光学系统100中的光源1降低所发射的探测光的光强。
[0073]
本实用新型实施例中，在鼠标光学系统100与信号处理系统200之间除了连接有传输线300以外，还可以连接有反馈线500；具体地，该反馈线500可以令信号处理系统200与鼠标光学系统100中的光源1建立信息传输关系，例如，反馈线500直接与信号处理系统200以及鼠标光学系统100中的光源1相互连接，并在信号处理系统200通过计算对比，发现鼠标光学系统100通过传输线300所传入的电信号(如光强信息)没有变化(如鼠标没有位移)的情况下，可以通过该反馈线500将电信号没有变化的提示传输向鼠标光学系统100中的光源1，使光源1减小探测光的射出，以实现节约能量的效果。
[0074]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。