專利名稱：一種鼠標器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電數(shù)字數(shù)據(jù)處理裝置，尤其涉及一種鼠標器。
背景技術：
鼠標自1968年底誕生以來，從其技術原理角度來劃分，到目前共發(fā)展了以下四代(1).機械式鼠標機械式鼠標的工作原理是利用鼠標底部的滾球，與桌面做物理接觸，當滾球向不同的方向滾動時，會推動處于不同方向的壓力滾動軸滾動。這些滾動軸連接著編碼器，在圓形的編碼器上呈圓形排列著觸點，當滾球滾動時，經(jīng)過壓力軸的傳動，使觸點依次碰到接觸條，從而產(chǎn)生接通、斷開的信號。經(jīng)過轉化，形成0、1的信號。另外通過一個專用的芯片，使這些數(shù)據(jù)轉換成二維的X、Y軸的位移數(shù)據(jù)，從而指導光標作相應的移動。這種鼠標由于全部采用機械結構，不可避免地出現(xiàn)精度偏低、易損壞的缺點，所以目前已基本上退出市場了。
(2).光學機械式鼠標取代機械鼠標的是光學機械式鼠標，這種鼠標與機械鼠標的結構基本上相同，兩者間惟一的區(qū)別就是采用不同的編碼器進行偵測鼠標的動作。光學機械式鼠標所采用的編碼器，是由一片有很多狹縫的圓盤以及其兩側的光電管、發(fā)光二極管所組成。當滾球運動時帶動圓盤，光電管就會收到由于切斷光路所帶來的連通、斷開的信號，鼠標內部的微型處理器即可根據(jù)此信號及其相位差算出鼠標移動的距離及方向。這種鼠標由于核心定位機構已采用光電式部件進行處理，所以其具有(相對于純機械式)使用壽命長、定位精度高等特點；但是，由于它的基本定位機制仍是采用機械式的滾球方式，因此與傳統(tǒng)的機械式鼠標一樣，長時間使用后，會出現(xiàn)光標移動緩慢或跳動、定位不準等現(xiàn)象。這主要是由于內部的轉軸上附有灰塵的緣故，需要徹底清理才能恢復正常使用。
(3).第一代光電式鼠標光電式鼠標由于沒有機械結構的定位系統(tǒng)，所以無論是在定位精度、使用壽命，還是在操作手感等方面，都具有得天獨厚的優(yōu)勢。
第一代光電式鼠標使用一種特殊的鼠標墊，這種鼠標墊具有反射面及十分整齊的柵格線。柵格線由黑線與藍線組成，在鼠標的底部有兩個發(fā)光二極管，一個發(fā)出能被藍線吸引的紅光，另一個則發(fā)出能被黑線吸收的紅外光，在鼠標的底部另有一組光電管負責接收反射回來的光線，光電鼠標就是根據(jù)這兩組光線照射鼠標墊的X、Y軸線所反射回來的信號來判斷鼠標的方向與距離。由于這種光電鼠標需要在特制的鼠標墊上操作并要求保持鼠標墊的清潔，給使用帶來不便，因此一直未能大規(guī)模推廣。
(4).第二代光電式鼠標第二代光電式鼠標由美國安捷倫公司所研發(fā)。該技術利用發(fā)光二極管照射物體表面，然后每隔一定的時間就做一次快照，接著分析處理兩次圖片的特性，來測定坐標的移動方向及數(shù)值。
由于需要對圖片進行掃描才能確定鼠標的位移，因此掃描的頻率就成為衡量光電鼠標的一項重要參數(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，其掃描頻率達到了每秒6000次。同時需要注意的另一項參數(shù)是鼠標的分辨率。這項參數(shù)采用的是每平方英寸的測量次數(shù)來表示(count per inch，cpi)。一般的光學鼠標大多都是400dpi，即每移動一英寸，就傳回400次坐標值(目前較好的光電鼠標可以達到800dpi)。
綜上所述，純粹的機械式鼠標目前已經(jīng)淘汰；光學機械式鼠標存在定位精度不高、手感不夠順暢、長期使用后性能下降等難以克服的缺陷；第一代光電鼠標由于使用條件要求較高，一直未能推廣；第二代光電鼠標克服了第一代光電鼠標使用不便的缺點，精度高，使用壽命長，因此在高端市場占有一席之地，但由于原理和結構復雜，成本居高不下，并且受技術及成本因素的限制，存在響應速度不夠的缺陷。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于提供一種鼠標器，以解決現(xiàn)有技術中使用不方便、技術復雜和成本高的問題。
本實用新型所采用的技術方案為這種鼠標器，包括鼠標本體，鼠標本體中內置處理光電信號的放大及整形模塊、辨向及計數(shù)模塊和計算機接口電路，并依次相連，其特征在于還包括至少一個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的光電傳感器，所述的光電傳感器將接收到的光電信號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的光路中還設置有聚焦透鏡；所述的激光器發(fā)射激光的光路中還設置有準直透鏡；所述的激光器發(fā)射激光的光路中還設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的光路中還放置有開設通光孔的光瞳；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，各個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。
本實用新型的原理和有益效果為當一束激光照射到某粗糙物體表面時，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、雜亂無章的亮斑和暗斑，這種現(xiàn)象稱為散斑，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空間都布滿散斑。
激光散斑實際上是在粗糙物體表面的各個面積元上散射的光波之間相長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，并推導出其一般特性。
理論研究表明，在激光入射角一定的情況下，散斑的對比度與被照射物體表面的粗糙度相關，日常生活中接觸到的多數(shù)物品，都能輕易滿足形成散斑的粗糙度要求。實驗證明，激光照射到大多數(shù)常見物品如桌面、紙張、紡織品、一般金屬、塑料、陶瓷表面、普通玻璃上時，都能觀察到明顯的散斑現(xiàn)象。激光散斑可以認為是附屬于被照射物體表面的，因此物體移動，散斑也移動，依據(jù)散斑的這個特性可以測量物體與觀測者(裝置)的相對位移。
在本實用新型中，依據(jù)散斑的特性，采用光電傳感器接收散斑信號，經(jīng)過辨向及計數(shù)等簡單的數(shù)據(jù)處理，確定位移矢量，這種純光電技術克服了機械裝置的各種缺陷，結構簡單，技術可行性強，精度高，可采用經(jīng)濟的方法大幅度提高測量精度和速度。


圖1為激光散斑示意圖；圖2為本實用新型原理示意圖；
圖3為本實用新型原理示意圖；圖4為本實用新型原理示意圖；圖5為實施例1結構示意圖；圖6為本實用新型電路原理示意圖；圖7為實施例2結構示意圖；圖8為實施例3結構示意圖；圖9為實施例4結構示意圖。
具體實施方式
下面根據(jù)附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明激光散斑的大小，即相鄰的亮度極大處與極小處的距離的統(tǒng)計平均值，與激光的波長、產(chǎn)生散斑的輻射對確定散斑場的平面所張的孔徑角有關，如圖2所示，來自直徑為D的圓形區(qū)域的激光散射在距離為L的屏AB上形成的散斑，亦稱為“客觀散斑”，其大小σ近似等于如下式1σ≈1.2λL/D如圖3所示，如果用一個透鏡把散射的輻射場聚焦在屏上，則形成“主觀散斑”，這時單個散斑的大小σ與透鏡有效數(shù)值孔徑N.A.的關系為如下式2σ≈0.6λ/N.A.
激光散斑的大小遵循上述式1或式2的統(tǒng)計規(guī)律，但每一個具體的斑點大小則是隨機的，因此對光電敏感元件輸出并經(jīng)過整形的脈沖簡單計數(shù)并不能獲得準確的測量數(shù)據(jù)，但是，散斑大小符合統(tǒng)計規(guī)律，多個散斑尺寸之和(或平均值)(只需將多個脈沖相加或取平均值即可得到)能夠相對準確地符合其統(tǒng)計平均大??；況且，由于在典型的應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，這種多個散斑尺寸之和(或平均值)所反映的整合精度遠遠高于目前鼠標所需要的精度(大約在30至100微米之間)，所以可以使用多個散斑脈沖之和(或平均值)來確定鼠標器的位移量。
同時，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量結果，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為激光散斑脈沖計數(shù)。
若要根據(jù)式3的原理測量二維平面內的位移，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。
綜上所述，可用于測量面內位移的激光散斑測量可以采用單光束、雙(多)光束等多種結構形式，下面分別討論。
實施例1根據(jù)圖5和圖6，本實用新型包括鼠標本體，如圖5和圖6所示，鼠標本體中內置處理光電信號的放大及整形模塊1、辨向及計數(shù)模塊2和計算機接口電路3，并依次相連，還包括一個激光器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后，將有關光電信號輸入放大及整形模塊1處理，經(jīng)辨向及計數(shù)模塊2的計數(shù)，計算出在被照射物體表面上(相對于鼠標器)的位移大??；同時，在辨向及計數(shù)模塊2中，采用光電傳感器5中至少兩個一組的光電傳感單元，當散斑移動先后經(jīng)過這(至少)兩個單元時，它們產(chǎn)生的電信號有一個相位差φ，利用這個相位差(即兩個信號的先后順序)就可以確定散斑移動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二維平面內的移動方向，從而得到鼠標器移動的方向，在實際應用中通常采用兩組正交排列的單元。經(jīng)辨向及計數(shù)模塊2處理的信號輸至計算機接口電路3，計算機接口電路3可采用普通鼠標中的接口及處理電路模塊，向計算機發(fā)出控制信號。
實施例2如圖7所示，根據(jù)圖6，本實施例與實施例1所述的區(qū)別在于，光電傳感器5接收激光散斑信號的光路中還設置有聚焦透鏡6，至于其結構、原理及工作方法與實施例1所述相同，此處不再贅述。
實施例3如圖8所示，根據(jù)圖6，本實施例與實施例2所述的區(qū)別在于，聚焦透鏡6前部或后部還放置有開設至少3個通光孔71的光瞳7，各個通光孔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取樣，圖8中只畫出在一維上的兩個通光孔，在未畫出的另一維上的結構與此相似，本實施例采用雙(多)光束結構形式，而在實施例1和實施例2中，均采用單光束結構形式，這種雙(多)光束結構形式有助于提高光源相干性，增加測試的可靠性和精度，其它部分的結構，及本實施例的原理及工作方法與實施例2和實施例1中所述相同，此處不再贅述。
實施例4如圖9所示，根據(jù)圖6，激光器4經(jīng)過一分光鏡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)過分光鏡8，形成多路激光光束照射物體表面，實現(xiàn)二維方向的位移光電信號取樣。本實施例也采用雙(多)光束結構形式，其它部分的結構，及本實施例的原理及工作方法與前述實施例中所述基本相同，此處不再贅述。
在各實施例中，激光器4的發(fā)射光路中還可設置準直透鏡10，如圖9所示，設置準直透鏡10的主要目的是減小物體被照射區(qū)域以便于測量；激光器4的發(fā)射光路中還可以設置帶有通光孔的光闌，光闌的主要作用、使用方法與準直透鏡10相似，此處不再贅述。
對于本實用新型而言，在保證相干性的前提下，也可以使用兩個或兩個以上的激光器4，其原理和工作方法與前述相同。
權利要求1.一種鼠標器，包括鼠標本體，鼠標本體中內置處理光電信號的放大及整形模塊(1)、辨向及計數(shù)模塊(2)和計算機接口電路(3)，并依次相連，其特征在于還包括至少一個激光器(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輸入放大及整形模塊(1)。
2.根據(jù)權利要求1所述的鼠標器，其特征在于所述的光電傳感器(5)接收激光散斑信號的光路中還設置有聚焦透鏡(6)。
3.根據(jù)權利要求1所述的鼠標器，其特征在于所述的激光器(4)發(fā)射激光的光路中還設置有準直透鏡(10)。
4.根據(jù)權利要求1所述的鼠標器，其特征在于所述的激光器(4)發(fā)射激光的光路中還設置有帶有通光孔的光闌。
5.根據(jù)權利要求2所述的鼠標器，其特征在于所述的聚焦透鏡(6)接收激光散斑信號的光路中還放置有開設通光孔(71)的光瞳(7)。
6.根據(jù)權利要求5所述的鼠標器，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)權利要求5所述的鼠標器，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)權利要求5或6或7所述的鼠標器，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，各個通光孔(71)的中心不在同一直線上。
9.根據(jù)權利要求1所述的鼠標器，其特征在于所述的激光器(4)的激光光束經(jīng)過分光鏡(8)，形成多路激光光束照射物體表面。
10.根據(jù)權利要求9所述的鼠標器，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。
專利摘要一種涉及電數(shù)字數(shù)據(jù)處理裝置的鼠標器，包括鼠標本體，鼠標本體中內置處理光電信號的放大及整形模塊、辨向及計數(shù)模塊和計算機接口電路，并依次相連，其特征在于還包括至少一個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的光電傳感器，所述的光電傳感器將接收到的光電信號輸入放大及整形模塊；光電傳感器接收激光散斑信號的光路中還可以設置聚焦透鏡；聚焦透鏡前部或后部還可以放置開設至少三個通光孔的光瞳；激光器的發(fā)射光路中還可以設置準直透鏡，激光器的發(fā)射光路中還可以設置光闌，激光器還可以經(jīng)過分光鏡，形成多路激光光束照射物體表面，本實用新型結構簡單，技術可行性強，精度高。
文檔編號G06F3/033GK2620321SQ0322528
公開日2004年6月9日 申請日期2003年4月18日 優(yōu)先權日2003年4月18日
發(fā)明者張宏志 申請人:張宏志