專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鼠標(biāo)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理裝置，尤其涉及一種鼠標(biāo)器。
背景技術(shù)：
鼠標(biāo)自1968年底誕生以來(lái)，從其技術(shù)原理角度來(lái)劃分，到目前共發(fā)展了以下四代(1).機(jī)械式鼠標(biāo)機(jī)械式鼠標(biāo)的工作原理是利用鼠標(biāo)底部的滾球，與桌面做物理接觸，當(dāng)滾球向不同的方向滾動(dòng)時(shí)，會(huì)推動(dòng)處于不同方向的壓力滾動(dòng)軸滾動(dòng)。這些滾動(dòng)軸連接著編碼器，在圓形的編碼器上呈圓形排列著觸點(diǎn)，當(dāng)滾球滾動(dòng)時(shí)，經(jīng)過(guò)壓力軸的傳動(dòng)，使觸點(diǎn)依次碰到接觸條，從而產(chǎn)生接通、斷開(kāi)的信號(hào)。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化，形成0、1的信號(hào)。另外通過(guò)一個(gè)專(zhuān)用的芯片，使這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維的X、Y軸的位移數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)光標(biāo)作相應(yīng)的移動(dòng)。這種鼠標(biāo)由于全部采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，不可避免地出現(xiàn)精度偏低、易損壞的缺點(diǎn)，所以目前已基本上退出市場(chǎng)了。
(2).光學(xué)機(jī)械式鼠標(biāo)取代機(jī)械鼠標(biāo)的是光學(xué)機(jī)械式鼠標(biāo)，這種鼠標(biāo)與機(jī)械鼠標(biāo)的結(jié)構(gòu)基本上相同，兩者間惟一的區(qū)別就是采用不同的編碼器進(jìn)行偵測(cè)鼠標(biāo)的動(dòng)作。光學(xué)機(jī)械式鼠標(biāo)所采用的編碼器，是由一片有很多狹縫的圓盤(pán)以及其兩側(cè)的光電管、發(fā)光二極管所組成。當(dāng)滾球運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)圓盤(pán)，光電管就會(huì)收到由于切斷光路所帶來(lái)的連通、斷開(kāi)的信號(hào)，鼠標(biāo)內(nèi)部的微型處理器即可根據(jù)此信號(hào)及其相位差算出鼠標(biāo)移動(dòng)的距離及方向。這種鼠標(biāo)由于核心定位機(jī)構(gòu)已采用光電式部件進(jìn)行處理，所以其具有(相對(duì)于純機(jī)械式)使用壽命長(zhǎng)、定位精度高等特點(diǎn)；但是，由于它的基本定位機(jī)制仍是采用機(jī)械式的滾球方式，因此與傳統(tǒng)的機(jī)械式鼠標(biāo)一樣，長(zhǎng)時(shí)間使用后，會(huì)出現(xiàn)光標(biāo)移動(dòng)緩慢或跳動(dòng)、定位不準(zhǔn)等現(xiàn)象。這主要是由于內(nèi)部的轉(zhuǎn)軸上附有灰塵的緣故，需要徹底清理才能恢復(fù)正常使用。
(3).第一代光電式鼠標(biāo)光電式鼠標(biāo)由于沒(méi)有機(jī)械結(jié)構(gòu)的定位系統(tǒng)，所以無(wú)論是在定位精度、使用壽命，還是在操作手感等方面，都具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
第一代光電式鼠標(biāo)使用一種特殊的鼠標(biāo)墊，這種鼠標(biāo)墊具有反射面及十分整齊的柵格線。柵格線由黑線與藍(lán)線組成，在鼠標(biāo)的底部有兩個(gè)發(fā)光二極管，一個(gè)發(fā)出能被藍(lán)線吸引的紅光，另一個(gè)則發(fā)出能被黑線吸收的紅外光，在鼠標(biāo)的底部另有一組光電管負(fù)責(zé)接收反射回來(lái)的光線，光電鼠標(biāo)就是根據(jù)這兩組光線照射鼠標(biāo)墊的X、Y軸線所反射回來(lái)的信號(hào)來(lái)判斷鼠標(biāo)的方向與距離。由于這種光電鼠標(biāo)需要在特制的鼠標(biāo)墊上操作并要求保持鼠標(biāo)墊的清潔，給使用帶來(lái)不便，因此一直未能大規(guī)模推廣。
(4).第二代光電式鼠標(biāo)第二代光電式鼠標(biāo)由美國(guó)安捷倫公司所研發(fā)。該技術(shù)利用發(fā)光二極管照射物體表面，然后每隔一定的時(shí)間就做一次快照，接著分析處理兩次圖片的特性，來(lái)測(cè)定坐標(biāo)的移動(dòng)方向及數(shù)值。
由于需要對(duì)圖片進(jìn)行掃描才能確定鼠標(biāo)的位移，因此掃描的頻率就成為衡量光電鼠標(biāo)的一項(xiàng)重要參數(shù)。一般情況下，每秒1500次的掃描頻率是最基本的，像微軟所推出的部分產(chǎn)品中，其掃描頻率達(dá)到了每秒6000次。同時(shí)需要注意的另一項(xiàng)參數(shù)是鼠標(biāo)的分辨率。這項(xiàng)參數(shù)采用的是每平方英寸的測(cè)量次數(shù)來(lái)表示(count per inch，cpi)。一般的光學(xué)鼠標(biāo)大多都是400dpi，即每移動(dòng)一英寸，就傳回400次坐標(biāo)值(目前較好的光電鼠標(biāo)可以達(dá)到800dpi)。
綜上所述，純粹的機(jī)械式鼠標(biāo)目前已經(jīng)淘汰；光學(xué)機(jī)械式鼠標(biāo)存在定位精度不高、手感不夠順暢、長(zhǎng)期使用后性能下降等難以克服的缺陷；第一代光電鼠標(biāo)由于使用條件要求較高，一直未能推廣；第二代光電鼠標(biāo)克服了第一代光電鼠標(biāo)使用不便的缺點(diǎn)，精度高，使用壽命長(zhǎng)，因此在高端市場(chǎng)占有一席之地，但由于原理和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本居高不下，并且受技術(shù)及成本因素的限制，存在響應(yīng)速度不夠的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種鼠標(biāo)器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中使用不方便、技術(shù)復(fù)雜和成本高的問(wèn)題。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為這種鼠標(biāo)器，包括鼠標(biāo)本體，鼠標(biāo)本體中內(nèi)置處理光電信號(hào)的放大及整形模塊、辨向及計(jì)數(shù)模塊和計(jì)算機(jī)接口電路，并依次相連，其特征在于還包括至少一個(gè)激光器和接收被激光光束照射的物體表面的激光散斑信號(hào)的光電傳感器，所述的光電傳感器將接收到的光電信號(hào)輸入放大及整形模塊；所述的光電傳感器接收激光散斑信號(hào)的光路中還設(shè)置有聚焦透鏡；所述的激光器發(fā)射激光的光路中還設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡；所述的激光器發(fā)射激光的光路中還設(shè)置有帶有通光孔的光闌；所述的聚焦透鏡接收激光散斑信號(hào)的光路中還放置有開(kāi)設(shè)通光孔的光瞳；所述的光瞳置于聚焦透鏡的前部；所述的光瞳置于聚焦透鏡的后部；所述的光瞳的通光孔的數(shù)目至少有3個(gè)，各個(gè)通光孔的中心不在同一直線上；
所述的激光器的激光光束經(jīng)過(guò)分光鏡，形成多路激光光束照射物體表面；所述的經(jīng)分光的激光光束經(jīng)反射鏡(9)的反射后匯聚于物體表面。
本實(shí)用新型的原理和有益效果為當(dāng)一束激光照射到某粗糙物體表面時(shí)，觀察被照射區(qū)域，并非連續(xù)的一片明亮，而是有許多明暗相間、雜亂無(wú)章的亮斑和暗斑，這種現(xiàn)象稱(chēng)為散斑，如圖1所示，散斑并非只存在于粗糙物體表面上，在被激光照射的粗糙物體表面附近的整個(gè)空間都布滿(mǎn)散斑。
激光散斑實(shí)際上是在粗糙物體表面的各個(gè)面積元上散射的光波之間相長(zhǎng)和相消所引起的一種干涉現(xiàn)象，可以采用激光干涉的理論加以解釋?zhuān)⑼茖?dǎo)出其一般特性。
理論研究表明，在激光入射角一定的情況下，散斑的對(duì)比度與被照射物體表面的粗糙度相關(guān)，日常生活中接觸到的多數(shù)物品，都能輕易滿(mǎn)足形成散斑的粗糙度要求。實(shí)驗(yàn)證明，激光照射到大多數(shù)常見(jiàn)物品如桌面、紙張、紡織品、一般金屬、塑料、陶瓷表面、普通玻璃上時(shí)，都能觀察到明顯的散斑現(xiàn)象。激光散斑可以認(rèn)為是附屬于被照射物體表面的，因此物體移動(dòng)，散斑也移動(dòng)，依據(jù)散斑的這個(gè)特性可以測(cè)量物體與觀測(cè)者(裝置)的相對(duì)位移。
在本實(shí)用新型中，依據(jù)散斑的特性，采用光電傳感器接收散斑信號(hào)，經(jīng)過(guò)辨向及計(jì)數(shù)等簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理，確定位移矢量，這種純光電技術(shù)克服了機(jī)械裝置的各種缺陷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)可行性強(qiáng)，精度高，可采用經(jīng)濟(jì)的方法大幅度提高測(cè)量精度和速度。


圖1為激光散斑示意圖；圖2為本實(shí)用新型原理示意圖；
圖3為本實(shí)用新型原理示意圖；圖4為本實(shí)用新型原理示意圖；圖5為實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實(shí)用新型電路原理示意圖；圖7為實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為實(shí)施例4結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明激光散斑的大小，即相鄰的亮度極大處與極小處的距離的統(tǒng)計(jì)平均值，與激光的波長(zhǎng)、產(chǎn)生散斑的輻射對(duì)確定散斑場(chǎng)的平面所張的孔徑角有關(guān)，如圖2所示，來(lái)自直徑為D的圓形區(qū)域的激光散射在距離為L(zhǎng)的屏AB上形成的散斑，亦稱(chēng)為“客觀散斑”，其大小σ近似等于如下式1σ≈1.2λL/D如圖3所示，如果用一個(gè)透鏡把散射的輻射場(chǎng)聚焦在屏上，則形成“主觀散斑”，這時(shí)單個(gè)散斑的大小σ與透鏡有效數(shù)值孔徑N.A.的關(guān)系為如下式2σ≈0.6λ/N.A.
激光散斑的大小遵循上述式1或式2的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，但每一個(gè)具體的斑點(diǎn)大小則是隨機(jī)的，因此對(duì)光電敏感元件輸出并經(jīng)過(guò)整形的脈沖簡(jiǎn)單計(jì)數(shù)并不能獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，但是，散斑大小符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，多個(gè)散斑尺寸之和(或平均值)(只需將多個(gè)脈沖相加或取平均值即可得到)能夠相對(duì)準(zhǔn)確地符合其統(tǒng)計(jì)平均大??；況且，由于在典型的應(yīng)用條件下散斑非常小，一般在數(shù)百納米到數(shù)微米之間，因此，這種多個(gè)散斑尺寸之和(或平均值)所反映的整合精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前鼠標(biāo)所需要的精度(大約在30至100微米之間)，所以可以使用多個(gè)散斑脈沖之和(或平均值)來(lái)確定鼠標(biāo)器的位移量。
同時(shí)，若采用兩束激光等角度地照射物體，則可以在一維上得到更精確的測(cè)量結(jié)果，如圖4所示，若在被照射物體表面方向上的位移為d，則有式3d＝nλ/2sinθ，該式中n為激光散斑脈沖計(jì)數(shù)。
若要根據(jù)式3的原理測(cè)量二維平面內(nèi)的位移，則需要至少三路激光光束，并且這些激光光束不能全部在同一平面內(nèi)。
綜上所述，可用于測(cè)量面內(nèi)位移的激光散斑測(cè)量可以采用單光束、雙(多)光束等多種結(jié)構(gòu)形式，下面分別討論。
實(shí)施例1根據(jù)圖5和圖6，本實(shí)用新型包括鼠標(biāo)本體，如圖5和圖6所示，鼠標(biāo)本體中內(nèi)置處理光電信號(hào)的放大及整形模塊1、辨向及計(jì)數(shù)模塊2和計(jì)算機(jī)接口電路3，并依次相連，還包括一個(gè)激光器4和接收被激光光束照射的物體表面的激光散斑信號(hào)的光電傳感器5，所述的光電傳感器5將接收到的光電信號(hào)輸入放大及整形模塊1。
如圖6所示，光電傳感器5接收到被激光光束照射的物體表面的激光散斑信號(hào)后，將有關(guān)光電信號(hào)輸入放大及整形模塊1處理，經(jīng)辨向及計(jì)數(shù)模塊2的計(jì)數(shù)，計(jì)算出在被照射物體表面上(相對(duì)于鼠標(biāo)器)的位移大?。煌瑫r(shí)，在辨向及計(jì)數(shù)模塊2中，采用光電傳感器5中至少兩個(gè)一組的光電傳感單元，當(dāng)散斑移動(dòng)先后經(jīng)過(guò)這(至少)兩個(gè)單元時(shí)，它們產(chǎn)生的電信號(hào)有一個(gè)相位差φ，利用這個(gè)相位差(即兩個(gè)信號(hào)的先后順序)就可以確定散斑移動(dòng)的方向在該組單元排列方向上的分量，這樣，使用兩組不同方向的光電傳感單元，則可以確定散斑在整個(gè)二維平面內(nèi)的移動(dòng)方向，從而得到鼠標(biāo)器移動(dòng)的方向，在實(shí)際應(yīng)用中通常采用兩組正交排列的單元。經(jīng)辨向及計(jì)數(shù)模塊2處理的信號(hào)輸至計(jì)算機(jī)接口電路3，計(jì)算機(jī)接口電路3可采用普通鼠標(biāo)中的接口及處理電路模塊，向計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)。
實(shí)施例2如圖7所示，根據(jù)圖6，本實(shí)施例與實(shí)施例1所述的區(qū)別在于，光電傳感器5接收激光散斑信號(hào)的光路中還設(shè)置有聚焦透鏡6，至于其結(jié)構(gòu)、原理及工作方法與實(shí)施例1所述相同，此處不再贅述。
實(shí)施例3如圖8所示，根據(jù)圖6，本實(shí)施例與實(shí)施例2所述的區(qū)別在于，聚焦透鏡6前部或后部還放置有開(kāi)設(shè)至少3個(gè)通光孔71的光瞳7，各個(gè)通光孔71的中心不在同一直線上，由于通光孔71的中心不在同一直線上，因此可以形成二維方向的位移光電信號(hào)取樣，圖8中只畫(huà)出在一維上的兩個(gè)通光孔，在未畫(huà)出的另一維上的結(jié)構(gòu)與此相似，本實(shí)施例采用雙(多)光束結(jié)構(gòu)形式，而在實(shí)施例1和實(shí)施例2中，均采用單光束結(jié)構(gòu)形式，這種雙(多)光束結(jié)構(gòu)形式有助于提高光源相干性，增加測(cè)試的可靠性和精度，其它部分的結(jié)構(gòu)，及本實(shí)施例的原理及工作方法與實(shí)施例2和實(shí)施例1中所述相同，此處不再贅述。
實(shí)施例4如圖9所示，根據(jù)圖6，激光器4經(jīng)過(guò)一分光鏡8，形成兩路激光光束，經(jīng)分光的激光光束經(jīng)反射鏡9的反射后匯聚于物體表面，圖9反映了對(duì)于一維方向上的光路中的分光鏡8和反射鏡9，上述兩路激光光束的一路或兩路可再經(jīng)過(guò)分光鏡8，形成三路或四路激光光束照射物體表面，這樣激光光束經(jīng)過(guò)分光鏡8，形成多路激光光束照射物體表面，實(shí)現(xiàn)二維方向的位移光電信號(hào)取樣。本實(shí)施例也采用雙(多)光束結(jié)構(gòu)形式，其它部分的結(jié)構(gòu)，及本實(shí)施例的原理及工作方法與前述實(shí)施例中所述基本相同，此處不再贅述。
在各實(shí)施例中，激光器4的發(fā)射光路中還可設(shè)置準(zhǔn)直透鏡10，如圖9所示，設(shè)置準(zhǔn)直透鏡10的主要目的是減小物體被照射區(qū)域以便于測(cè)量；激光器4的發(fā)射光路中還可以設(shè)置帶有通光孔的光闌，光闌的主要作用、使用方法與準(zhǔn)直透鏡10相似，此處不再贅述。
對(duì)于本實(shí)用新型而言，在保證相干性的前提下，也可以使用兩個(gè)或兩個(gè)以上的激光器4，其原理和工作方法與前述相同。
權(quán)利要求1.一種鼠標(biāo)器，包括鼠標(biāo)本體，鼠標(biāo)本體中內(nèi)置處理光電信號(hào)的放大及整形模塊(1)、辨向及計(jì)數(shù)模塊(2)和計(jì)算機(jī)接口電路(3)，并依次相連，其特征在于還包括至少一個(gè)激光器(4)和接收被激光光束照射的物體表面的激光散斑信號(hào)的光電傳感器(5)，所述的光電傳感器(5)將接收到的光電信號(hào)輸入放大及整形模塊(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼠標(biāo)器，其特征在于所述的光電傳感器(5)接收激光散斑信號(hào)的光路中還設(shè)置有聚焦透鏡(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼠標(biāo)器，其特征在于所述的激光器(4)發(fā)射激光的光路中還設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼠標(biāo)器，其特征在于所述的激光器(4)發(fā)射激光的光路中還設(shè)置有帶有通光孔的光闌。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鼠標(biāo)器，其特征在于所述的聚焦透鏡(6)接收激光散斑信號(hào)的光路中還放置有開(kāi)設(shè)通光孔(71)的光瞳(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鼠標(biāo)器，其特征在于所述的光瞳(7)置于聚焦透鏡(6)的前部。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鼠標(biāo)器，其特征在于所述的光瞳(7)置于聚焦透鏡(6)的后部。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的鼠標(biāo)器，其特征在于所述的光瞳(7)的通光孔(71)的數(shù)目至少有3個(gè)，各個(gè)通光孔(71)的中心不在同一直線上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼠標(biāo)器，其特征在于所述的激光器(4)的激光光束經(jīng)過(guò)分光鏡(8)，形成多路激光光束照射物體表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鼠標(biāo)器，其特征在于所述的經(jīng)分光的激光光束經(jīng)反射鏡(9)的反射后匯聚于物體表面。
專(zhuān)利摘要一種涉及電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理裝置的鼠標(biāo)器，包括鼠標(biāo)本體，鼠標(biāo)本體中內(nèi)置處理光電信號(hào)的放大及整形模塊、辨向及計(jì)數(shù)模塊和計(jì)算機(jī)接口電路，并依次相連，其特征在于還包括至少一個(gè)激光器和接收被激光光束照射的物體表面的激光散斑信號(hào)的光電傳感器，所述的光電傳感器將接收到的光電信號(hào)輸入放大及整形模塊；光電傳感器接收激光散斑信號(hào)的光路中還可以設(shè)置聚焦透鏡；聚焦透鏡前部或后部還可以放置開(kāi)設(shè)至少三個(gè)通光孔的光瞳；激光器的發(fā)射光路中還可以設(shè)置準(zhǔn)直透鏡，激光器的發(fā)射光路中還可以設(shè)置光闌，激光器還可以經(jīng)過(guò)分光鏡，形成多路激光光束照射物體表面，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)可行性強(qiáng)，精度高。
文檔編號(hào)G06F3/033GK2620321SQ0322528
公開(kāi)日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2003年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月18日
發(fā)明者張宏志 申請(qǐng)人:張宏志