一種控制及調(diào)節(jié)光電信號用于輸入設(shè)備的開關(guān)模組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光電導(dǎo)光式機(jī)械軸鍵盤開關(guān)與一種光電導(dǎo)光式游戲鼠標(biāo)器按鍵開關(guān)， 尤其涉及一種控制及調(diào)節(jié)光電信號用于輸入設(shè)備的光電導(dǎo)光式開關(guān)模組。
【背景技術(shù)】
[0002] 光電式鍵盤是近幾年新興的技術(shù)，它采用全新的光電感應(yīng)識別技術(shù)，將傳統(tǒng)的金 屬接觸彈片替換為光學(xué)感應(yīng)組件，改良傳統(tǒng)接觸式機(jī)械開關(guān)容易磨損損壞的一些問題。其 利用光學(xué)原理和光電耦合技術(shù)，從發(fā)光元件與光電傳感器之間形成光的通路，開關(guān)部件在 進(jìn)行光路的切斷與閉合過程中觸發(fā)光電傳感器，改變電路阻抗值完成電路的高低電平信號 控制，從而實現(xiàn)光電的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而控制開關(guān)的斷開和通路。
[0003] 公布號CN2069165U提出了一種光纖式的光電式鍵盤，其由按鍵1、蓋板2、支撐板 3、填充彈性材料4、光導(dǎo)纖維5、底板6、光源8組成，如圖1。按鍵的最簡單外形可做成T 字型，下部插在由支撐板3上的導(dǎo)板所形成的空隙中，每一個鍵對應(yīng)這樣一個空隙，將光導(dǎo) 纖維在支撐板下表面布置，通過T形鍵的上下運動實現(xiàn)按鍵下方的光纖光路的導(dǎo)通或者斷 開，使橫豎2根光纖末端的光敏元件發(fā)生相應(yīng)變化，從而輸出相應(yīng)按鍵的地址碼，手離開按 鍵后，按鍵靠支撐板上的彈性填充材料自己復(fù)位。該光纖式的光電式鍵盤具有結(jié)構(gòu)簡單、體 積小、重量輕、噪音小、防電磁干擾等優(yōu)點。
[0004] 但目前現(xiàn)有光纖式的光電鍵盤均存在如下缺點：1.支撐板3下方布置的發(fā)射光纖 和接收光纖均沒有設(shè)置光線準(zhǔn)直及聚光透鏡的聚光系統(tǒng)，由于光纖端面的發(fā)光角度比較大 (一般情況下多模光纖NA，即數(shù)值孔徑的范圍一般在0. 18 - 0. 23之間），而且發(fā)射光纖及 接收光纖分別位于T字型鍵軸的兩側(cè)，發(fā)射端及接收端之間至少間隔一個鍵軸大小的空 隙，其通過鍵軸的上下移動來阻擋或者導(dǎo)通光路，由于鍵軸的厚度一般至少需要1毫米以 上，這樣導(dǎo)致了發(fā)射光纖至接收光纖的光耦合效率比較低，其只有一小部分從發(fā)射光纖出 來的光線才可以耦合進(jìn)入接收光纖。2.按鍵采用2個以上串聯(lián)在一起的方式，并通過XY的 尋址來確定哪個按鍵被按下，這樣會引致一個問題：由于每個按鍵下方的發(fā)射光纖和接收 光纖之間的光耦合損耗比較大，縱橫同時連接上同一條光路上的幾個按鍵組，這種結(jié)構(gòu)會 讓靠近線路尾端的那個按鍵信號會相對比較弱，導(dǎo)致線路尾端的按鍵靈敏度降低，容易出 現(xiàn)誤觸動的現(xiàn)象。3.彈性填充才材料長時間使用后容易老化，導(dǎo)致彈性失效，按鍵回彈遲滯 發(fā)澀，導(dǎo)致按鍵的靈敏度降低。4.彈性填充才材料的彈起速度相對于機(jī)械彈簧較慢，沒有落 差感，其回彈力較小、開關(guān)切換動作慢、不靈敏、手感不好，不適合用于電腦游戲鍵盤。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于上述問題，本發(fā)明提供一種控制及調(diào)節(jié)光電信號用于輸入設(shè)備的開關(guān)模組， 利用導(dǎo)光管或光纖結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)光電開關(guān)的斷開及通路的精確控制，以及對光電信號的強(qiáng)弱 進(jìn)行有效地控制及調(diào)節(jié)。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種控制及調(diào)節(jié)光電信號用于輸入設(shè)備的開關(guān)模 組，其特征在于，所述開關(guān)模組采用SMD IR管及SMD PT管作為光信號發(fā)射及接收裝置，利 用導(dǎo)光管或光纖結(jié)合開關(guān)光學(xué)控制部件的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)光電開關(guān)的光路斷開、導(dǎo)通、以及光 電信號強(qiáng)弱的精確控制，所述的光電導(dǎo)光式開關(guān)模組，其開關(guān)光學(xué)控制部件為棱鏡、自由曲 面透鏡、及光閘，其與軸鍵一起聯(lián)動，所述的光電導(dǎo)光式開關(guān)模組，其除了可以通過移動開 關(guān)控制部件與導(dǎo)光管或光纖的相對位置實現(xiàn)光電開關(guān)的光路斷開及導(dǎo)通之外，還可以實現(xiàn) 光電信號由弱至強(qiáng)或由強(qiáng)至弱的線性關(guān)系控制。
[0007] 其中，所述開關(guān)模組包括SMD IR管（17)、與鍵軸一起聯(lián)動的帶有自由曲面的棱 鏡（141)、導(dǎo)光件（151)、以及SMD PT管（18)組成。
[0008] 其中，所述自由曲面透鏡為斜軸的非球面或多項式曲面，用于將從SMD IR管（17) 發(fā)出的光會聚到棱鏡右邊的微結(jié)構(gòu)表面（141-1)上。
[0009] 其中，所述棱鏡的微結(jié)構(gòu)表面（141-1)為鋸齒形全反射菲涅爾面，或者為具有全 反射或部分反射效果的微棱鏡陣列面、微透鏡陣列、或者為閃耀光柵，用于將從下方折射曲 面入射過來的光線，進(jìn)行全反射或部分反射使光線轉(zhuǎn)折并準(zhǔn)直從棱鏡左側(cè)邊的端面輸出。
[0010] 其中，所述棱鏡（141)左邊端面的下方位置有一片黑色的擋光片（141-2)，其與帶 有自由曲面棱鏡（141)組合在一起，并與十字鍵軸（14) 一起聯(lián)動。
[0011] 其中，當(dāng)按鍵下壓時，十字鍵軸聯(lián)同自由曲面棱鏡（141) 一起往下移動，當(dāng)下壓移 動到某一個位置，使得自由曲面棱鏡（141)左邊輸出端面與位于其左側(cè)的導(dǎo)光件（151)的 右邊輸入端面一部分對準(zhǔn)時，從SMD IR管（17)發(fā)出的光線，經(jīng)過自由曲面棱鏡（141)下 方的傾斜的折射曲面折射和偏轉(zhuǎn)之后，會聚到棱鏡右邊的微結(jié)構(gòu)表面（141-1)上，微結(jié)構(gòu) 表面（141-1)將入射過來的光線，進(jìn)行全反射轉(zhuǎn)折并準(zhǔn)直從棱鏡左側(cè)的端面輸出。從自由 曲面棱鏡（141)輸出的光線一部分耦合到左側(cè)的導(dǎo)光件（151)中，經(jīng)過導(dǎo)光件（151)的偏 轉(zhuǎn)和傳導(dǎo)，再經(jīng)過其下方的菲涅爾面（151-1)進(jìn)行會聚，最后光線會聚到下方的SMD PT管 (18)上，光路實現(xiàn)導(dǎo)通；
[0012] 當(dāng)按鍵繼續(xù)下壓時，自由曲面棱鏡（141)左邊輸出端面與位于其左側(cè)的導(dǎo)光件 (151)的右邊輸入端面對準(zhǔn)的部分越來越多，SMD PT管（18)中會聚的光線越來越多，其產(chǎn) 生的電流信號就越來越強(qiáng)；
[0013] 當(dāng)十字鍵軸下壓至4~4. 3mm時，自由曲面棱鏡（141)左邊輸出端面與位于其左 側(cè)的導(dǎo)光件（151)的右邊輸入端面完全對準(zhǔn)，這時SMD PT管（18)上會聚的光線最多，因此 其產(chǎn)生的電流信號達(dá)到最強(qiáng)的狀態(tài)；
[0014] 當(dāng)開關(guān)向上回彈時，自由曲面棱鏡（141)左邊輸出端面下方的擋光片（141-2)開 始擋住射向?qū)Ч饧?51)的光線，SMD PT管（18)中產(chǎn)生的光電信號越來越弱，直至完全切 斷光電信號。
[0015] 其中，當(dāng)按鍵下壓至2mm時，開始觸發(fā)SMD PT管并降低這SMD PT管（18)上的C 極與E極之間的阻值，實現(xiàn)C極與E極之間的導(dǎo)通；從2mm至4. 30mm的下壓范圍，電流根據(jù) 下壓位置增加呈線性關(guān)系上升，當(dāng)按鍵下壓至4mm~4. 30mm位置時，電流信號達(dá)到最強(qiáng)。
[0016] 其中，所述自由曲面棱鏡（141)左邊輸出端面下方的擋光片（141-2)，其與自由曲 率棱鏡（141)組合在一起，其為黑色金屬片或者黑色膠片；所述的自由曲面棱鏡（141)，其 材料為透明光學(xué)塑料，而與其一起聯(lián)動的十字鍵軸（14)，其為透明塑膠樹脂或為各種顏色 的塑膠樹脂，十字鍵軸（14)與自由曲面棱鏡（141)采用將兩者合并在一起用單種透明塑膠 樹脂注塑成型，或者采用雙料一體注塑成型。
[0017] 其中，所述導(dǎo)光件，其為導(dǎo)光管或塑料光纖，其直徑介于0. 5_~3_。
[0018] 其中，其所述另一部分的光學(xué)系統(tǒng)為偏心式鍵帽字符照明系統(tǒng)，其采用SMD LED (19)結(jié)合偏心式導(dǎo)光件（153)的結(jié)構(gòu)，該偏心式鍵帽字符照明系統(tǒng)，其將SMD LED (19) 及導(dǎo)光件（153)的位置設(shè)置成與鍵帽字符的中心偏離，導(dǎo)光件（153)底部靠近LED，讓SMD LED(19)的光線耦合進(jìn)導(dǎo)光件（153)，導(dǎo)光件（153)可以根據(jù)需要隨意彎曲，根據(jù)按鍵空間 的所允許的范圍進(jìn)行布置，其上端面朝著鍵帽字符中心的方向，均勻地照明鍵帽字符，所述 的鍵帽字符，其位于十字鍵軸（14)上方的鍵帽上，所述的鍵帽，其可以為常見的電腦鍵盤 上的方形或長方形的鍵帽，或者為鼠標(biāo)左右按鍵殼體。
[0019] 其中，其所述另一種偏心式鍵帽字符照明系統(tǒng)，其采用SMD LED(19)結(jié)合偏心式 導(dǎo)光柱（253)的結(jié)構(gòu)，將SMD LED(19)及導(dǎo)光件（253)的位置設(shè)置成與鍵帽字符的中心偏 離，導(dǎo)光柱（253)底部靠近LED的部分，設(shè)置成具有聚光效果的菲涅耳曲面（253-1)，導(dǎo)光 柱（253)上方靠近鍵帽字符的端面設(shè)置成具有一定傾斜角度的出光面（253-2)，即出光面 (253-2)為傾斜的平面或弧面，將此特殊的導(dǎo)光件設(shè)置在SMD LED上方，可以在LED與鍵帽 字符中心偏離的狀態(tài)下實現(xiàn)鍵帽字符均勻?qū)ΨQ照明；實施原理是通過導(dǎo)光柱（253)底部的 菲涅耳曲面（253-1)將SMD LED的光進(jìn)行聚光及部分準(zhǔn)直，光線通過導(dǎo)光柱（253)的光學(xué) 柱面多次反射后，再經(jīng)由導(dǎo)光件上的帶有一定傾斜角度的出光面（253-2)折射出去，由于 出光面（253-2)采用了與水平面呈一定傾斜角度的平面或弧面，其將出射的光線折射到偏 心位置反方向的區(qū)域，從而實現(xiàn)LED上方區(qū)域及其對面空間區(qū)域的均勻照明，達(dá)到鍵帽字 符均勻?qū)ΨQ照亮的效果。
[0020] 其中，所述右側(cè)SMD IR管（17)上方的自由曲面聚光棱鏡（341)下方的聚光面 (341-3)為具有1個以上鋸齒形的斜軸菲涅爾面，所述的斜軸菲涅爾面，其光軸為CX，其往 微結(jié)構(gòu)表面（341-1)的方向傾斜；所述的斜軸菲涅爾面（341-3)，其將SMD IR管（17)發(fā)出 的光線會聚到微結(jié)構(gòu)表面（341-1)上；所述的微結(jié)構(gòu)表面（341-1)其為鋸齒形全反射菲涅 爾面，或者為具有全反射或部分反射效果的微棱鏡陣列面、微透鏡陣列、或者為閃耀光柵； 其作用為將從下方折射曲面入射過來的光線，進(jìn)行轉(zhuǎn)折并準(zhǔn)直從棱鏡左側(cè)的端面輸出；棱 鏡左側(cè)端面的下方位置有一片黑色的擋光片（141-2)，其與自由曲面棱鏡（341)組合在一 起，并與十字鍵軸（14) 一起聯(lián)動。
[0021] 其中，所述位于左側(cè)SMD PT管（18)上方的導(dǎo)光組件（151)，其也可以拆分為單獨 的導(dǎo)光管或光纖（451)，結(jié)合帶有聚光功能的聚光透鏡（452)組成；所述的聚光透鏡（452)， 其為平凸透鏡或者為凸凸透鏡，其將導(dǎo)光件（451)中的光線會聚到下方的SMD PT管（18) 中。
[0022] 其中，位于左側(cè)SMD PT管（18)上方的導(dǎo)光組件（151)，為自由曲面棱鏡551 ;所述 的自由曲面棱鏡（551)，有一個離軸、傾斜的自由曲面全反射面（551-1)，其為離軸拋物面、 二次曲面、或者為多項式曲面，其將從右側(cè)的自由曲面棱鏡（141)入射過來的光線會聚到 下方的SMD PT管（18)中。
[0023] 其中，所述左側(cè)的SMD PT管（18)可以旋轉(zhuǎn)90度豎直放置在側(cè)面，左側(cè)的聚光部 分直接是一個聚光透鏡（651)，其可以為凸透鏡，或者為菲涅爾透鏡。
[0024] 其中，所述按鍵開關(guān)控制包括聚光透鏡（754)、準(zhǔn)直透鏡（751)、位于光閘（741)兩 側(cè)的導(dǎo)光管或光纖（752)及導(dǎo)光管或光纖（753)、與鍵軸一起聯(lián)動的光閘（741)，以及位于 光閘通孔位置的一邊為平面、另一邊為斜面的折射棱鏡（742)。
[0025] 其中，所述按鍵開關(guān)控制包括聚光透鏡（954)、準(zhǔn)直透鏡（951)、位于光閘（941)兩 側(cè)的導(dǎo)光管或光纖（952)及導(dǎo)光管或光纖（953)、與鍵軸一起聯(lián)動的光閘（941)，以及位于 光閘通孔位置的（2)邊都為斜面的折射棱鏡（942)。
[0026] 其中，所述按鍵開關(guān)控制包括聚光透鏡（1051)或（1151)、準(zhǔn)直透鏡（1054)或 (1055)、位于光閘（1041)或（1141)兩側(cè)的導(dǎo)光管（1052)或光纖（1152)及導(dǎo)光管（1053) 或光纖（1154)、與鍵軸一起聯(lián)動的光閘（1041)或（1141)，以及位于光閘通孔位置的一邊為 平面、另一邊為鋸齒形的直紋菲涅爾透鏡（1042)或（1142)。
[0027] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以由聚光透鏡（1254)、準(zhǔn)直透鏡（1251)、位于光閘 (1241)兩側(cè)的導(dǎo)光管或光纖（1252)及導(dǎo)光管或光纖（1253)、與鍵軸一起聯(lián)動的光閘 (1241)，以及位于光閘通孔位置的兩邊為鋸齒形的直紋菲涅爾透鏡（1242)來實現(xiàn)。
[0028] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以聚光透鏡（1354)或（1454)、準(zhǔn)直透鏡（1351)或 (1451)、位于光閘（1341)或（1441)兩側(cè)的導(dǎo)光管（1352)或光纖（1452)及導(dǎo)光管（1353) 或光纖（1453)、與鍵軸一起聯(lián)動的、具有一個通孔（1342)或（1442)和一個的光閘（1341) 或（1441)來實現(xiàn)；所述光閘兩側(cè)的導(dǎo)光件，其可以為同軸設(shè)置，其也可以為非同軸設(shè)置。
[0029] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以由聚光透鏡（1551)、位于光閘（1541)兩側(cè)的導(dǎo)光管 或者光纖（1552)及導(dǎo)光管或者光纖（1553)、一個2次反射的斜四方全反射棱鏡（1554)、以 及具有一個通孔（1542)和一個的光閘（1541)的組合來實現(xiàn)。
[0030] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以通過自由曲面棱鏡（1651)、設(shè)置具有一個通孔特征 (1642)的光閘（1641)、以及位于光閘另一側(cè)的導(dǎo)光件（1652)來實現(xiàn)。
[0031] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以通過聚光透鏡（1754)、準(zhǔn)直透鏡（1751)、設(shè)置具 有一個通孔特征（1742)的光閘（1741)、以及位于光閘兩側(cè)具有光反射特征（1752-1)及 (1753-1)的兩個反射鏡通道（1752)及（1753)來實現(xiàn)。
[0032] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以通過聚光透鏡或準(zhǔn)直透鏡（1851)、設(shè)置具有一個通 孔特征（1842)的光閘（1841)、其左側(cè)的SMD PT管（18)可以旋轉(zhuǎn)90度豎直放置在側(cè)面，左 側(cè)的聚光部分直接是一個聚光透鏡（1853)，其可以為凸透鏡，或者為菲涅爾透鏡，以及位于 光閘右側(cè)具有光反射特征（1852-1)反射鏡通道（1852)來實現(xiàn)。
[0033] 其中，所述反射鏡通道（1752)及（1753)及（1852)，可以為具有光反射特征反射鏡 通道，也可以為具有光全反射特征的光學(xué)棱鏡。
[0034] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以通過位于光閘（1941)兩側(cè)的光通信用的1/2周期自 聚焦透鏡（1951)及（1954)、及光通信用的多模光纖（1952)及（1953)、以及帶有一個凸透 鏡特征（1942)的光閘來實現(xiàn)。
[0035] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以通過位于光閘（2041)兩側(cè)的光通信用的1/2周期的 自聚焦透鏡（2051)及（2056)、及光通信用的多模光纖（2052)及（2055)、1/4周期的自聚焦 透鏡（2053)及（2054)、以及與鍵軸聯(lián)動的具有一個通孔特征（2042)的光閘來實現(xiàn)。
[0036] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以根據(jù)需要將控制及調(diào)節(jié)光電信號的狀態(tài)完全反過來 設(shè)置，即當(dāng)按鍵繼續(xù)下壓時，SMD PT管（18)上會聚的光線越來越少，產(chǎn)生的電流信號越來 越弱；當(dāng)按鍵下壓至大約4. 30mm時，光路完全斷開，SMD PT管（18)接收不到光線，其產(chǎn)生 的電流信號為零；當(dāng)開關(guān)向上回彈時，光路開始導(dǎo)通，SMD PT管（18)中產(chǎn)生的光電信號越 來越強(qiáng)，當(dāng)彈簧完全放松時，光電信號達(dá)到最強(qiáng)的狀態(tài)；光電信號的變化過程為與按鍵下壓 行程成比例的由強(qiáng)至弱的線性關(guān)系變化，以及回程由弱至強(qiáng)的線性關(guān)系變化。
[0037] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以通過位于光閘兩側(cè)的導(dǎo)光管（2151)及（2352)或光 纖（2152)及（2251)、與鍵軸一起聯(lián)動的光閘（2141)，位于光閘通孔位置的一邊為平面、另 一邊為斜面的折射棱鏡（2142)或一邊為平面、另一邊為鋸齒形的菲涅爾透鏡（2242)來實 現(xiàn)；其控制及調(diào)節(jié)光電信號的狀態(tài)為，當(dāng)按鍵繼續(xù)下壓時，產(chǎn)生的電流信號越來越弱，直至 完全斷開，而當(dāng)按鍵放松時，產(chǎn)生的電流信號導(dǎo)通，并越來越強(qiáng)。
[0038] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以通過位于光閘一側(cè)的導(dǎo)光管（2352)或光纖（2451)、 與鍵軸一起聯(lián)動的光閘（2341)或（2441)、旋轉(zhuǎn)90度豎直放置的SMD PT管（18)，以及菲涅 爾準(zhǔn)直透鏡（2351)或（2452)來實現(xiàn)；其控制及調(diào)節(jié)光電信號的狀態(tài)為，當(dāng)按鍵繼續(xù)下壓 時，產(chǎn)生的電流信號越來越弱，直至完全斷開，而當(dāng)按鍵放松時，產(chǎn)生的電流信號導(dǎo)通，并越 來越強(qiáng)。
[0039] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以通過自由曲面全反射棱鏡（2551)、與鍵軸一起聯(lián)動 的光閘（2541)、光閘另一側(cè)的導(dǎo)光管或光纖（2552)來實現(xiàn)；其控制及調(diào)節(jié)光電信號的狀態(tài) 為，當(dāng)按鍵繼續(xù)下壓時，產(chǎn)生的電流信號越來越弱，直至完全斷開，而當(dāng)按鍵放松時，產(chǎn)生的 電流信號導(dǎo)通，并越來越強(qiáng)。
[0040] 其中，所述按鍵開關(guān)控制可以通過準(zhǔn)直菲涅爾透鏡（2651)及（2654)、具有光反射 鏡特征（2652-1)及（2653-1)的兩個反射鏡通道（2652)及（2653)、與鍵軸一起聯(lián)動的光 閘（2641)來實現(xiàn)；其控制及調(diào)節(jié)光電信號的狀態(tài)為，當(dāng)按鍵繼續(xù)下壓時，產(chǎn)生的電流信號 越來越弱，直至完全斷開，而當(dāng)按鍵放松時，產(chǎn)生的電流信號導(dǎo)通，并越來越強(qiáng)。