專利名稱：一種光磁三維鼠標的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型設計涉及電子輸入領(lǐng)域，具體為一種可以在三維空間進行操作的鼠標。
背景技術(shù)：
目前常用的鼠標多為二維光電鼠標，如圖I所示為傳統(tǒng)二維鼠標的原理圖，包括了 LED燈101、反射鏡組102、球面鏡103、像傳感器104、芯片105、鼠標滾輪106，此外還用外置的鼠標墊107。在二維鼠標中，光電鼠標通過LED燈101發(fā)出來的光線，經(jīng)過反射鏡組102傳輸后以較大的入射角度照射到鼠標墊107的表面，所反射回的部分光線經(jīng)過球面鏡103會聚后，傳輸?shù)较駛鞲衅?04內(nèi)成像。這樣，當光電鼠標水平移動時，其移動軌跡便會通 過像傳感器104被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像，被光電鼠標內(nèi)部的一塊專用芯片105分析處理。該芯片105通過對這些圖像上特征點位置的變化進行分析，來判斷鼠標的移動方向和移動距離，從而完成光標的水平定位。但傳統(tǒng)的二維鼠標卻無法在三維空間使用，當二維鼠標上升離開鼠標墊107 —定距離時，由于出射光線照射到鼠標墊107時候入射角度比較大，大部分光線被反射到鼠標底部前端或前方，無法被球面鏡103接收并會聚到像傳感器104成像，導致芯片無影像信號來計算鼠標的位移，同時，內(nèi)置芯片也不存在第三維方向的數(shù)據(jù)處理功能。因此，傳統(tǒng)光電鼠標無法獲取三維空間信號。但是，隨著在電子設備中的三維制圖、三維游戲的快速發(fā)展，越來越需要有主要的電子輸入設備——鼠標具有捕捉其三維空間運動的位置坐標的功能。在現(xiàn)有技術(shù)中，三維鼠標已經(jīng)出現(xiàn)。其中一種三維鼠標是由3軸加速度傳感器至6軸加速度傳感器、WIFI通訊模塊或芯片、處理器、等接口集成一起，利用加速度傳感器實現(xiàn)三維方向的運動軌跡的檢測和加速度信號的檢測，利用WIFI通訊將檢測到的鼠標運動軌跡和加速度信號以及按鍵信息發(fā)送給帶WIFI功能的電腦、數(shù)字電視等接收設備，從而實現(xiàn)三維空間的無線鼠標功能和動作檢測功能，該方案存在局限性，比如成本比較高，并且不能給不帶WIFI功能的電腦、數(shù)字電視等接收設備使用。另一種三維鼠標則是三個方向上運用磁鐵和壓力傳感器，根據(jù)壓力傳感器測量出該方向上的力并計算出位移，之后轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給鼠標。鼠標外部的三個方向處都需要外置相應的磁力裝置，該方案的實施過于復雜而成本過高?；谏鲜黾夹g(shù)方案，本實用新型提出了一種新的簡單三維鼠標裝置，只需在傳統(tǒng)光電鼠標上做簡易改裝，具備制備簡易、成本低廉和使用方便等優(yōu)點。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種三維鼠標，用于解決電腦主機需要進行三維操作的難題。其中XY方向上采用近似傳統(tǒng)光電鼠標改良的光電測量結(jié)構(gòu)和方法，第三維Z方向則采用內(nèi)置磁鐵、壓力傳感器和外置的光磁兩用鼠標墊配合測量。本實用新型提供一種實現(xiàn)三維操作的鼠標，包括LED燈，反射鏡組，球面鏡，像傳感器，芯片，磁鐵，壓力傳感器，光磁兩用鼠標墊。其中該反射鏡組經(jīng)過改裝，使得發(fā)光二極管的光線通過反射鏡組之后出射光線相對鼠標墊的入射角度比較小(比如< 30度)，當鼠標離開鼠標墊較遠距離時，鼠標墊的反射光線仍能被球面鏡和像傳感器的捕捉和成像。該球面鏡表面積比傳統(tǒng)二維鼠標大，盡可能將反射回來的光線會聚到像傳感器上。該光磁兩用鼠標墊表面與傳統(tǒng)鼠標墊一樣具有粗糙表面紋理，以便于芯片分析像傳感器成像變化并計算鼠標位移，并且內(nèi)部使用磁性材料制作，可與鼠標內(nèi)的磁鐵產(chǎn)生作用力。該磁鐵放置于鼠標內(nèi)，位置在所述壓力傳感器上方，并能與該光磁兩用鼠標墊相互作用產(chǎn)生磁力。
該壓力傳感器用于測量光磁兩用鼠標墊和鼠標內(nèi)磁鐵產(chǎn)生的磁力，并轉(zhuǎn)換成電信號傳遞給芯片，經(jīng)芯片處理計算出位移傳遞給電腦。
該芯片中包含處理第三維方向的程序及轉(zhuǎn)換信號的功能。

為了更清楚的對本實用新型和現(xiàn)有技術(shù)方案進行說明，下面將對實施例和現(xiàn)有技術(shù)描述中需要的附圖進行簡單的介紹。圖I所示為傳統(tǒng)的二維光電鼠標側(cè)視圖。圖2所示為本實用新型一種光磁三維鼠標結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖3所示為本實用新型圖2所示的三維鼠標結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖4所示為本實用新型一光磁三維鼠標內(nèi)壓力傳感器第一實施例結(jié)構(gòu)圖。圖5所示為本實用新型一光磁三維鼠標內(nèi)壓力傳感器第二實施例結(jié)構(gòu)圖。圖6所示為本實用新型——光磁三維鼠標應用實施例示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型的結(jié)構(gòu)附圖，通過實施例對本實用新型技術(shù)方案進行更加清楚，完整的描述。本實用新型揭示的是一種三維鼠標，
以下結(jié)合附圖進行更詳細的說明。如圖2所不是本實用新型一種二維鼠標結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，如圖3是圖2所不的二維鼠標結(jié)構(gòu)俯視圖。如圖2和圖3所示，該三維鼠標包括LED燈201，反射鏡組202，球面鏡203，像傳感器204，芯片205，壓力傳感器206，磁鐵207，滾輪208，光磁兩用鼠標墊209。如圖2所示，該LED燈201用于發(fā)出光線，照亮鼠標底部，部分光線反射到像傳感器204，方便像傳感器204抓取鼠標底部圖像，LED光線可以為紅光或者藍光等。本實施例中反射鏡組202與傳統(tǒng)二維鼠標中的反射鏡組102不同之處在于前者只采用I個反射鏡，LED發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射之后以較小入射角度(< 30度)照射在光磁兩用鼠標墊209表面。球面鏡203用于將反射到球面鏡的光線會聚發(fā)送到像傳感器。[0027]像傳感器204用于采集光線和成像，并轉(zhuǎn)化為電信號。其中，為了能夠在鼠標相對鼠標墊升高時候增大反射光線的采集范圍，球面鏡的尺寸和像傳感器內(nèi)置的攝像頭的尺寸提高到離開桌面10厘米之后能捕捉大面積的圖像，比如與傳統(tǒng)的尺寸相比擴大若干倍，本實施例中光線在鼠標的出射點和球面鏡的中心距離為I. 7cm,而球面鏡的半徑為0. 6cm。芯片205除了分析采集到的圖像計算出位移，還負責與外部電路進行溝通及各種信號的傳送。其中，該芯片205增加了第三個方向的控制程序，在進行信號傳輸時可以實現(xiàn)
三維效果。 壓力傳感器206與磁鐵207用于檢測Z方向上的信號。該壓力傳感器206受到磁鐵對自身的壓力(即磁鐵與磁性鼠標墊的磁力)轉(zhuǎn)換成電信號，從而檢測移動前后出Z方向上距離的不同。滾輪208用于控制屏幕上光標上下滾動，與傳統(tǒng)二維鼠標一樣。光磁兩用鼠標墊209材料可以為鐵和鎳，或鼠標墊內(nèi)添加一張鐵片，亦可以是混合金屬或其它磁性材料，與鼠標內(nèi)的磁鐵207發(fā)生磁力作用，并對壓力傳感器206產(chǎn)生壓力，芯片可通過分析壓力傳感器206壓力變化來計算鼠標垂向位移；此外，光磁兩用鼠標墊209表面與傳統(tǒng)鼠標墊一樣具有粗糙表面紋理，芯片可通過分析像傳感器對其表面反射成像的變化來計算鼠標水平位移。如圖3所示可以看到鼠標內(nèi)的詳細結(jié)構(gòu)和芯片的管腳分布圖，芯片管腳1、8、9用于接受滾輪信號，管腳2接電源，管腳3、4用于傳輸信號給電腦，管腳5用于接LED燈201，管腳10、11用于接收鼠標左右鍵信號。而壓力傳感器206和磁鐵207內(nèi)置與芯片前方，傳輸接口接在芯片空余管腳7，壓力傳感器206受到壓力時會將壓力轉(zhuǎn)換成電信號傳送給芯片205。通過本實施例的結(jié)構(gòu)圖圖2和圖3可知，本實用新型采用和傳統(tǒng)二維光電鼠標類似的方法測量水平XY兩個方向位移，在鼠標移動前后根據(jù)像傳感器采集到的二維圖像進行分析計算出兩個方向上的位移，然后傳輸給電腦，不同之處為反射鏡組202經(jīng)過改裝使得出射光線相對鼠標墊的入射角度比較小，并且球面鏡和像傳感器的尺寸相對傳統(tǒng)鼠標有所增大，以保證在鼠標處于不同高度情況下，鼠標墊的反射光線仍能被球面鏡和像傳感器收集，并用來計算鼠標的水平位置。更詳細的說，在水平XY兩個方向上的本實施例測量方法相對傳統(tǒng)光電鼠標測量方法有所改進，改進后的水平測量原理進一步說明如下鼠標內(nèi)經(jīng)反射鏡反射到鼠標墊209的光線的入射角度比較小，在鼠標離開光磁兩用鼠標墊209表面一定的垂向距離時，光線仍可以反射到球面鏡203并在像傳感器204上成像，并通過芯片205計算水平方向的位移。而傳統(tǒng)二維光電鼠標出射光線相對鼠標墊有較大的入射角度，傳統(tǒng)二維鼠標離開桌面或鼠標墊很小垂向距離就由于光線被反射到鼠標前方，而無法反射到球面鏡103上并成像到像傳感器104。其中，入射角度根據(jù)三維空間操作的鼠標離開鼠標墊209垂向最遠距離來進行修改，比如，鼠標距離鼠標墊最遠距離為10厘米時，而入射角度約為5度，這樣，反射光回到鼠標底部的位置與出射位置最遠只相差約I. 75cm,由于本實施例中出射點和球面鏡的中心距離為I. 7cm，而球面鏡的半徑為0. 6cm,因此反射光能被球面鏡會聚并被像傳感器成像。本實施例中，垂向Z方向位置變化是通過內(nèi)置磁鐵207和光磁兩用鼠標墊209發(fā)生作用力，并通過壓力傳感器206轉(zhuǎn)換成電信號來檢測的。下面對檢測Z方向上的壓力傳感器進行進一步的說明。對于內(nèi)置的壓力傳感器，可采用以下兩種方案第一種方案機械式壓力傳感器。如圖4所示為本實用新型一種三維鼠標內(nèi)壓力傳感器第一實施例結(jié)構(gòu)圖，即采用機械式壓力傳感器。如圖4所示，該機械式壓力傳感器包括電源410，透鏡411，磁鐵407 (圖2中的207)，指示光柵412，彈簧413，接收電路414，其中409為光磁兩用鼠標墊，即圖2中的209。該電源410用于發(fā)出光線，為光線出現(xiàn)莫爾條紋做鋪墊。該透鏡411用于將電源410發(fā)出發(fā)散的光線平行射在光柵磁鐵上。該磁鐵407是在磁鐵上做出光柵形狀，用于與指示光柵412發(fā)生莫爾條紋。該指示光柵412用于與磁鐵407發(fā)生光線衍射，出現(xiàn)莫爾條紋。該彈簧413用于光柵磁鐵407與磁性鼠標墊409發(fā)生磁力時發(fā)生形變,彈簧長度發(fā)生變化。該接收電路414用于接收莫爾條紋并轉(zhuǎn)換成電信號，接收電路包括光敏原件，當光線發(fā)生變化時，接收電路都能及時檢測。該光磁兩用鼠標墊409用于與磁鐵407作用產(chǎn)生磁力。通過本實施例可知，當本實用新型的三維鼠標遠離或靠近光磁兩用鼠標墊409時，磁鐵407受到向下或向上的力，磁鐵下的彈簧發(fā)生形變，磁鐵發(fā)生移動，與指示光柵產(chǎn)生莫爾條紋，這時接收電路可以接收到條紋間隔的變化并檢測出位移變化，由此計算出Z方向上的位移。第二種方案，電子式壓力傳感器。電子式壓力傳感器，如電容式壓力傳感器，陶瓷壓力傳感器等等，下面以電容式壓力傳感器為例來說明。如圖5所示為本實用新型一種三維鼠標內(nèi)壓力傳感器第二實施例結(jié)構(gòu)圖，即采用電容式壓力傳感器。如圖5所不,該電容式壓力傳感器包括金屬膜片515,電極516,磁鐵507 (圖2的207)，光磁兩用鼠標墊509(圖2的209)，絕緣體518，電容引線517。該金屬膜片515與電極516為固定裝置,金屬膜片515為一電極,與電極516形成兩極。電極兩邊充滿絕緣體518，防止受到外界因素影響電容變化。該電容引線517用于接外電路，外電路可以檢測到電極和金屬膜片之間的電容變化。通過本實施例可知，當本實用新型的三維鼠標遠離或靠近光磁兩用鼠標墊509時，磁鐵507受到磁力，金屬膜片515發(fā)生形變,金屬膜片515與電極516之間的電容發(fā)生變化，電容引線517的外接電路可以檢測到電容的變化，根據(jù)電容的變化按比例可以計算出Z方向上的位移。、[0058]圖6所示是本實用新型一種應用場景示意圖。如圖6所示，601為本實用新型鼠標，602為USB接口數(shù)據(jù)線，603為電腦。201-209如圖2所示零件。當鼠標601離開光磁兩用鼠標墊209時，水平方向可以通過光電測量，垂向方向通過壓力傳感器206測量，垂向和水平方向的測量信號傳送到芯片205分析，并通過USB線602傳送到電腦603上，電腦603中的驅(qū)動程序或應用軟件根據(jù)傳送過來的三維坐標信號來識別鼠標的三維位置并做出相應的響應。通過以上說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很清楚的了解到本實用新型可以通過支持三維操作的輔助硬件或軟件平臺來實現(xiàn)電腦的三維操作功能。綜上所述，本實用新型有益效果說明如下只需在傳統(tǒng)鼠標和鼠標墊的基礎上略為改裝即可實現(xiàn)三維測量，在鼠標處于鼠標墊上方不同高度時候能連續(xù)的測量鼠標的水平位置和垂向位置，相比傳統(tǒng)的三維鼠標需要多方向外置磁輔助裝置或多個內(nèi)置加速度計的方式而言，具有更為簡易、成本更低等優(yōu)勢，用于本實用新型鼠標外形和所需鼠標墊外形和普通光電鼠標無顯著區(qū)別，使用時候相對普通光電鼠標僅多了一個垂向運動功能，因此，本實用新型更迎合普通鼠標用戶的使用習慣，并且具有使用更方便等優(yōu)勢。以上所述的具體實施方式
，是對本實用新型的技術(shù)方案和效果進行了詳細的說 明，但需要說明，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式
，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型原則下進行等同替換和改進，均屬于本實用新型保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光磁三維鼠標，由LED燈、反射鏡組、球面鏡、像傳感器、芯片組成,其特征在于，還包括磁鐵、壓力傳感器和光磁兩用鼠標墊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述光磁三維鼠標，其特征在于，光磁兩用鼠標墊包含磁性材料，并且具有粗糙的紋理表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述光磁三維鼠標，其特征在于，壓力傳感器可為機械式壓力傳感器或電容式壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述光磁三維鼠標，其特征在于，磁鐵位于壓力傳感器上方，并能與光磁兩用鼠標墊相互作用產(chǎn)生磁力。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述光磁三維鼠標，其特征在于，反射鏡組將LED燈發(fā)射光線反射，以小于三十度入射角照射到光磁兩用鼠標墊上，球面鏡會聚光磁兩用鼠標墊反射光線并成像到像傳感器，芯片分析像傳感器和壓力傳感器的信號并計算出所述光磁三維鼠標的坐標。
專利摘要本實用新型涉及一種電子輸入裝置——光磁三維鼠標，包括LED燈201、反射鏡組202、球面鏡203、像傳感器204、芯片205、壓力傳感器206、磁鐵207、滾輪208、光磁兩用鼠標墊209，其中反射鏡組202和球面鏡203相對傳統(tǒng)光電鼠標改裝后，能將鼠標三維移動時光磁兩用鼠標墊209的反射光線會聚，并被像傳感器204測量和芯片205分析得到水平向位移；而壓力傳感器206將磁鐵207與光磁兩用鼠標墊209產(chǎn)生的磁力轉(zhuǎn)換成電信號，并傳輸給芯片205計算垂向位移。本實用新型只需在傳統(tǒng)二維光電鼠標上做簡單改裝，制作簡易、成本較低和使用方便，可廣泛用于三維制圖等需要三維電子輸入的場合。
文檔編號G06F3/033GK202502472SQ20112039787
公開日2012年10月24日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者陳小嬌 申請人:陳小嬌