[发明专利]光学鼠标

说明书

技术领域

本发明关于一光学鼠标，特别是关于一种具有导光机构以在导光路径中减少界面接触次数、增加追迹表面入射夹角，以及微透镜矩阵改进光学特性的光学鼠标。

背景技术

光学鼠标是现代信息社会使用最广泛的电脑周边之一，如何增进光学鼠标的性能并降低成本，也成为现代信息厂商的研发重点。

请参考图1，其所示意的是一传统光学鼠标10的剖面。当光学鼠标10实现其指标功能时，光学鼠标10会将光线入射至一平面26(亦称为追迹表面)，并感测由平面26反射的光线，以根据反射光的差异，用以判断光学鼠标10本身的位移。如此，当使用者沿着追迹表面26移动光学鼠标10时，光学鼠标10就可将其感测到的位移传输至电脑主机(未示于图1)。根据光学鼠标10感测到的位移，电脑主机便可使电脑屏幕上的游标在画面中追随进行对应的位移，让使用者能经由光学鼠标与屏幕所实现的视觉人机界面来操控电脑主机的运作。

为实现光学鼠标的指标功能，光学鼠标10中设有一光源16(如一发光二极管)、一导光机构20与一感测器22；光源18用以发出光线，导光机构20利用光学的折射与反射以将光线传导入射至追迹表面26，感测器22则接收感测由追迹表面26反射的光线。光源16与感测器22集成固定于一电路板18(一印刷电路板)，并与导光机构20一起被一夹具24固定于光学鼠标10的底板12。底板12上设有一开口14，导光机构20就是由此开口14将光源16产生的光线入射至追迹表面26，并将追迹表面26反射的光线接收，再将接收的光线聚焦于感测器22。

图1中为放大示意导光机构20的导光路径。光源16产生的光L0会先入射至导光机构20的光学界面19A；经由光学界面19A的折射，便会形成光L1，并入射至光学界面19B。光L1则被光学界面19B反射以形成第一次反射的光L2，并入射至光学界面19C。光学界面19C将光L2反射为第二次反射的光L3。最后，光L3会经由光学界面19D的折射形成光L4，进而入射至追迹表面26。

换句话说，在传统导光机构20中，由光源16提供的光L0要接触四个光学界面19A至19D、经由两次反射与两次折射才能被导引入射至追迹表面26。由于光线每接触一次光学界面都会因反射与折射而损耗光学功率，因此，传统导光机构20的光学能量传递效率较差，运用光学功率的效能也较低。

此外，由于传统导光机构20的导光路径较为繁复，光L4入射至追迹表面26的夹角th0也会较小，约为20度。对光L4来说，其大部分的功率会沿箭头A0反射，故当夹角th0越小，沿追迹表面26(也就是沿着图1水平方向)逸散的光学功率就会越多，能(垂直)漫射至感测器22而被接收/感测到的光线(及光学功率)也就越少，不利于光学信号的信噪比，连带使指标功能的特性(如精确度)劣化。

目前，市面上的光学鼠标大多使用高亮度红光发光二极管作为光源，需要高亮度的原因就是导光机构传输光学功率的效率不佳。由光学传导理论得知，经过导光机构的多次折射与反射后，传输光学功率的效率将会降低，故需以高亮度光作为光源，例如红光二极管。

再者，传统导光机构20对光源16的封装误差也较为敏感。在使用发光二极管的光源16中，发光二极管的晶粒会被包覆在圆柱状的封装中，其中，圆柱状封装的一端呈半球形，另一端则伸出两导电的引脚(导线架)。为了要经由引脚将电能传输至晶粒，晶粒的表面上设有接点(contact)形成的打线接垫(bonding pad)，打线接垫则由导电金线电性连接于引脚。接点的面积越大，就越能将电能均匀地传输至晶粒，使晶粒的发光更均匀。然而，发光二极管发出的光会受封装中不透明部份的影响，降低其发光光场的均匀程度。由于接点与打线接垫都是不透明的，都会遮蔽晶粒的发光，在晶粒的光场分布中形成晶粒的暗点(blindspot)；接点的面积越大，暗点的影响也越明显。此外，打线也会阻挡在发光二极管的晶粒发光区域之前，使发光区域的发出的光因遮蔽而变弱，导致光场强弱分布不均匀。

光源的封装也会影响其光场的均匀程度。在晶粒发出的光线中，有一部分会因封装的全反射而形成晶粒的虚像，此虚像也使光源的分布不均匀。

此外，封装的误差会使接点、导电金线与引脚的位置发生变异，因此，即使是相同制程量产的同型号光源，不同光源间的光场分布还是会有所差异。即使某一导光机构的设计尝试为某一特定型号的光源改善光场分布，若该导光机构对封装误差的容忍余裕不足，还是无法有效地全面改善光场分布。