[发明专利]具有棱镜的近乎正入射的光学鼠标照明系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学鼠标领域，更具体地涉及照明系统、光学设备、光学组件和用于这些的方法。

背景技术

与计算机及其显示器一起使用的手动定点设备的使用已几乎变得普遍。各种类型的定点设备的一种形式是结合协作鼠标垫使用的传统(机械)鼠标。机械鼠标通常包括带橡胶表面的钢球，该钢球随着鼠标的运动而在鼠标垫上滚动。鼠标内部是滚轴(roller)或滚轮(wheel)，这些滚轴或滚轮在球的赤道与之接触并且将其旋转转换为代表鼠标运动的正交分量的电信号。这些电信号被耦合到计算机，在计算机中，软件响应于信号以根据鼠标的运动而将指针(光标)的显示位置改变ΔX和ΔY。

除了诸如传统机械鼠标之类的机械型定点设备之外，也已开发了光学定点设备。在一种形式的光学定点设备中，不是使用像球一样的运动机械元件，而是光学地感测诸如手指和桌面之类的成像表面与光学定点设备内的图像传感器之间的相对运动并且将其转换为运动信息。

电子图像传感器，例如光学定点设备中通常所采用的那些，主要是两种类型：电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体-有源像素传感器(CMOS-APS)。这两种类型的传感器通常包含布置成一定图案的光检测器(即，像素)的阵列。每个个体光检测器操作以输出信号，该信号的大小与入射到光检测器的地点的光强成比例。随后可以处理并操纵这些输出信号以生成包括多个个体图像元(像素)的图像，其中，图像中的每个像素对应于图像传感器中的一个光检测器(即，像素)。

一种形式的光学定点设备包括光源，例如发光二极管(LED)，用于照明成像表面或导航表面从而生成将由光学定点设备的图像传感器所感测的反射图像。另一种形式的光学定点设备包括相干光源，例如激光器，用于照明成像表面从而生成将由光学定点设备的图像传感器所感测的反射图像。光学定点设备中基于相干光源的光学导航通常比现有技术中包含非相干光源的光学定点设备提供更好的成像表面覆盖和更好的跟踪性能。

与诸如LED之类的光源相比，更加严格的视力安全规则被应用于诸如激光器之类的相干光源。例如，国际电工委员会(IEC)标准将第1类激光器规定为在可合理预知的操作条件下安全的激光器，所述操作包括使用用于束内(intrabeam)观察的光学仪器。为了满足第1类分类，即使有人在激光器前面利用放大镜长时间观看激光器，也不会发生视力损伤。光学定点设备中的第1类激光器的最大光功率输出是由基于激光器输出波长和激光器工作模式的IEC标准来限制。例如，标称波长为840纳米(nm)的单模垂直腔面发射激光器(VCSEL)被IEC标准限定为：在连续波(CW)模式下具有小于700微瓦(μW)的峰值光功率输出为满足第1类分类。

另一种形式的光学定点设备包括开环激光器驱动电路。在用于制造具有开环激光器驱动电路的光学定点设备的一个示例过程中，预先测试激光器(例如，VCSEL)以确定激光器阈值电流、斜度效率和温度系数。经预先测试的激光器因此被分类并分组到有限数目的箱子中。每箱激光器被匹配到相应的开环电流调节电路。相应的开环电流调节电路可以适当地调整相应激光器的驱动电流，从而确保激光器在其受限工作窗口中操作以提供最小的光功率输出并且确保视力安全操作。尽管该制造过程可靠地确保了可以获得激光器的适当工作窗口，但是该制造过程是耗时并且昂贵的。另外，该制造过程通常由于数目有限的可选择的开环电流调节电路所提供的补偿范围有限而引起大量的激光器不可用。

不管由光学鼠标用于向成像表面提供照明的光源的类型如何，当前使用的多数光学鼠标包括四种类型的光学照明系统中的一种：(1)近乎掠入射(near-grazing incidence)的光学照明系统；(2)采用分束器的近乎正入射的光学照明系统；(3)采用照明棱镜和全内反射(“TIR”)镜的水平光学照明系统；和(4)采用照明棱镜和全内反射的垂直光学照明系统。