TWI426418B - 光學導航感測器及其光學導航裝置 - Google Patents

Description

光學導航感測器及其光學導航裝置

本發明係關於一種光學導航感測器及其光學導航裝置，特別係關於一種整合發光元件及光感應元件之光學導航感測器及其光學導航裝置。

電腦在現今人類生活中所扮演的角色愈來愈重要且多樣化，從過去工作上作為文書處理或程式運算之工具，到今日複雜的影音視訊及電玩娛樂。擔負起介面控制重任的滑鼠，也隨著電腦功能之增強而逐漸更新進步，其感應技術從應用傳統的滾球、滑輪及發光二極體元件，已進一步使用產生同調性(coherent)光線之雷射光元件。因此滑鼠之功能從單純之游標控制，逐漸擴展至具有畫面縮放、指紋辨識等各種附加功能，讓使用者以一根指頭就能輕鬆操控電腦。

圖1係習知應用發光二極體之光學滑鼠之剖視圖。光學滑鼠10包含一基座17及一開口11、一設置於開口11上方之形狀複雜的導光單元19、一環設於導光單元19四周之電路板16、一設於導光單元19上之光感應器13及一發光二極體15。基座17可被放置於一物體80上，例如：桌面或滑鼠墊，並相對物體80之表面移動。發光二極體15可產生光線，該光線會經由導光單元19將光線集中和導向，然後自開口11向物體80之表面投射。物體80會再將光線反射回開口11，並經過導光單元19而由孔隙18進入光感應器13。光感應器13內感應晶粒12能擷取光學滑鼠10滑過物體80表面所呈現之影像，藉由比對前後影像之差異而判斷光學滑鼠10之位移量。

光感應器13係藉由夾持件(clip)14固定於電路板16，發光二極體15亦插焊固定於電路板16，又電路板16係嵌合於基座17之固定銷。參見圖1中光線之路程，可明顯得知發光二極體15、導光單元19及光感應器13之三維空間定位準度係相當重要，若有些微角度之偏差都會造成光感應器13無法正確接受光線。亦即傳統光學導航裝置(包含滑鼠)之組裝零件很多，不僅組裝複雜及製造成本偏高，而且需要複雜之校準才能達到正確之光感測功能。

綜上所述，市場上亟需要一種組裝簡單及解省成本之光學導航感測器及其光學導航裝置，不僅簡化組裝中零件定位之程序，又能確保光學對位之精確要求。

本發明之目的係提供一種光學導航感測器及其光學導航裝置，其係將發光元件及光感應元件整合於一設有遮蔽殼體之基板內，可有效減少組裝零件數目，從而降低製造及組裝成本。

本發明之另一目的係提供一種光學對位簡化之光學導航感測器及其光學導航裝置，能降低發光元件及光感應元件之相對位置上精度要求。

為達上述目的，本發明揭示一種光學導航感測器，用於感測一物體之移動影像，其包含一雷射二極體、一光感應元件、一基板及一遮蔽殼體。該雷射二極體及光感應元件係固定於該基板上，且被該遮蔽殼體覆蓋。藉由該遮蔽殼體，該雷射二極體發出之光線會導向該待感測之物體。該物體將光線反射回該遮蔽殼體，該遮蔽殼體可將該被反射光線再導向該光感應元件。

本發明另揭示一光學導航裝置，其包含一電路板、一雷射二極體、一光感應元件、一遮蔽殼體及至少一個電子元件。該雷射二極體及光感應元件係固定於該電路板上，且被固定於該電路板之該遮蔽殼體覆蓋。藉由該遮蔽殼體，該雷射二極體發出之光線會導向該待感測之物體。該物體將光線反射回該遮蔽殼體，該遮蔽殼體可將該被反射光線再導向該光感應元件。該電子元件係固定於該該電路板上，可處理該光感應元件之訊號，或供應該光感應元件需要之訊號。

圖2係本發明光學導航裝置之剖視圖。光學導航裝置20包含一電路板25、一雷射二極體(晶粒；die)23、一光感應元件24、一遮蔽殼體22及電子元件271、272。雷射二極體23及光感應元件24係以表面粘著方式固定於電路板25上，又藉由複數個金屬導線26分別和電路板25電性連接，且被固定於電路板25上之遮蔽殼體22覆蓋。藉由遮蔽殼體22內部第一反射面221，該雷射二極體23發出之同調性(coherent)雷射光線會導向透光孔222，及朝向待感測之物體80表面投射。遮蔽殼體22可以是一射出成型之塑膠件，而在第一反射面221處塗上反光物質以產生全反射效果。物體80表面會再將光線反射回遮蔽殼體22，該被反射之光線可以經過遮蔽殼體22之透鏡223集中。或者因雷射光線之集中性佳，而不需透鏡223聚焦就直接進入遮蔽殼體22內。遮蔽殼體22內部之第二反射面224可將該被反射之光線導向光感應元件24，如此光感應元件24就能接受物體80反射回來之光線，並將成像之光學訊號轉為一般電氣訊號，例如：CMOS影像感元件可將成像之光學訊號轉換為數位訊號。

固定於電路板25上之電子元件271、272，可以是主動元件或被動元件。因此可處理光感應元件24之輸出訊號，或供應該光感應元件24需要之訊號，例如：電壓訊號或時脈訊號。另外，電路板25係藉由連接介面28和光學導航裝置20外部接受及傳輸訊號，例如：連接器或連接端子。

遮蔽殼體22之主體225部份可以藉由固持部226和電路板25相互嵌合而固定。或可利用遮蔽殼體22之彈性226，使固持部226穿過通孔251而凸伸出卡持住電路板25，從而達到自我對準(self－alignment)於電路板25之目的，亦即能和雷射二極體23光感應元件24之相關位置配合。

相較於習知技術，本發明之雷射二極體23及光感應元件24係共同固定於電路板25表面，並且係使用垂直共振腔面射型雷射(VCSEL；Vertical－Cavity Surface－Emitting Laser)之雷射二極體23，因此雷射光線係垂直上表面而射出。很顯然，雷射二極體23及光感應元件24間之相對位置要求可由三維降至兩維，因此本發明不僅減少組裝零件數目，尚能簡化位置對準之程序。

圖3係本發明另一實施例光學導航裝置之剖視圖。相較於圖2，本實施例係以第一導光單元221'及第二導光單元224'取代反射面，雷射二極體23發出之光線可以進入第一導光單元221'，而由第一導光單元221'將光線前進方向改變而導向透光孔222射出。同樣第二導光單元224'改變被物體80反射之光線前進方向，並導向光感應元件24而去。

如圖4所示，為避免光感應元件24受到其他環境光源或非第二反射面224所反射光線之影響，可於光感應元件24周圍設置一遮光罩227，以排除不應該射向光感應元件24之干擾光線，該遮光罩227可為遮蔽殼體22"之主體225向內延伸而出之一部分。遮光罩227上有孔隙228僅可供第二反射面224反射光線進入，其他環境光源或雷射光因第一反射面221漫反射產生之非預期光線都被遮光罩227阻擋在外。

圖5係本發明光學導航感測器之剖視圖。光學導航感測器50包含一雷射二極體23、一光感應元件24、一基板55及一遮蔽殼體52。雷射二極體23及光感應元件24係固定於基板55上，且被遮蔽殼體52覆蓋。藉由遮蔽殼體52之第一反射面221，該雷射二極體23發出光線會被導向透光孔222。外部物體會將光線反射回遮蔽殼體52，經由透鏡223聚光，並第二反射面222再將聚光後之光線導向光感應元件24。本體225'嵌入基板55內以相互固定，或者採其他結合方式而達到相同固定之效果，例如：超音波溶接或粘著。基板55下方設置複數個電極511、512，如此光學導航感測器50就能以表面黏著方式將電極511、512焊接於滑鼠之電路板上。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10．．．光學滑鼠

11．．．開口

12．．．感應晶粒

13．．．光感應器

14．．．夾持件

15．．．發光二極體

16．．．電路板

17．．．基座

18．．．孔隙

19．．．導光單元

20．．．光學導航裝置

22、22'、22"．．．遮蔽殼體

23．．．雷射二極體

24．．．光感應元件

25．．．電路板

26．．．金屬導線

28．．．連接介面

50．．．光學導航感測器

52．．．遮蔽殼體

55．．．基板

80．．．物體

221．．．第一反射面

222．．．透光孔

223．．．透鏡

224．．．第二反射面

225、225'．．．主體

226．．．固持部

227．．．遮光罩

228．．．孔隙

251．．．通孔

271、272．．．電子元件

221'．．．第一導光單元

224'．．．第二導光單元

551、512．．．電極

圖1係習知應用發光二極體之光學滑鼠之剖視圖；圖2係本發明光學導航裝置之剖視圖；圖3係本發明另一實施例光學導航裝置之剖視圖；圖4係本發明又一實施例光學導航裝置之剖視圖；以及圖5係本發明光學導航感測器之剖視圖。

20．．．光學導航裝置

22．．．遮蔽殼體

23．．．雷射二極體

24．．．光感應元件

25．．．基板

26．．．金屬導線

28．．．連接介面

80．．．物體

221．．．第一反射面

222．．．透光孔

223．．．透鏡

224．．．第二反射面

225．．．主體

226．．．固持部

251．．．通孔

271、272．．．電子元件

Claims (20)

1. 一種光學導航感測器，用於感測一物體之影像，包含：一基板；一雷射二極體，固定於該基板；一光感應元件，固定於該基板；以及一遮蔽殼體，覆罩該雷射二極體及該光感應元件；其中該遮蔽殼體會使該雷射二極體發出之光線藉由單一次反射導向該物體，並會將該物體反射回來之光線再藉由另單一次反射導向該光感應元件。
2. 根據請求項1所述之光學導航感測器，其中該遮蔽殼體另包含一第一反射面及一第二反射面，該第一反射面會使該雷射二極體發出之光線導向該物體，又該第二反射面會將該物體反射回來之光線再導向該光感應元件。
3. 根據請求項1所述之光學導航感測器，其中該遮蔽殼體另包含一第一導光單元及一第二導光單元，該第一導光單元會使該雷射二極體發出之光線導向該物體，又該第二導光單元會將該物體反射回來之光線再導向該光感應元件。
4. 根據請求項1所述之光學導航感測器，其中該遮蔽殼體另包含一會將該物體反射回來之光線集中之透鏡。
5. 根據請求項1所述之光學導航感測器，其中該遮蔽殼體另包含一遮光罩；該遮光罩覆蓋於該光感應元件周圍，並具有一孔隙可供該物體反射回來之光線通過。
6. 根據請求項1所述之光學導航感測器，其中該遮蔽殼體另包含一可供該雷射二極體發出之光線通過之透光孔。
7. 根據請求項1所述之光學導航感測器，其中該遮蔽殼體和該基板間係藉由一固持機構相互結合。
8. 根據請求項1所述之光學導航感測器，其中該基板表面另設有複數個電極。
9. 根據請求項1所述之光學導航感測器，其中該雷射二極體及該光感應元件藉由複數個金屬導線分別和該基板電性連接。
10. 根據請求項1所述之光學導航感測器，其中該雷射二極體係一垂直共振腔面射型雷射。
11. 一種光學導航裝置，用於感測一物體之影像，包含：一電路板；一雷射二極體，固定於該電路板；一光感應元件，固定於該電路板；一遮蔽殼體，覆罩該雷射二極體及該光感應元件；以及至少一個電子元件，固定於該電路板，處理該光感應元件之訊號或供應訊號給該光感應元件；其中該遮蔽殼體會使該雷射二極體發出之光線藉由單一次反射導向該物體，並會將該物體反射回來之光線再藉由另單一次反射導向該光感應元件。
12. 根據請求項11所述之光學導航裝置，其中該遮蔽殼體另包含一第一反射面及一第二反射面，該第一反射面會使該雷射二極體發出之光線導向該物體，又該第二反射面會將該物體反射回來之光線再導向該光感應元件。
13. 根據請求項11所述之光學導航裝置，其中該遮蔽殼體另包含一第一導光單元及一第二導光單元，該第一導光單元會使該雷射二極體發出之光線導向該物體，又該第二導光單元會將該物體反射回來之光線再導向該光感應元件。
14. 根據請求項11所述之光學導航裝置，其中該遮蔽殼體另包含一會將該物體反射回來之光線集中之透鏡。
15. 根據請求項11所述之光學導航裝置，其中該遮蔽殼體另包含一遮光罩；該遮光罩覆罩於該光感應元件周圍，並具有一孔隙可供該物體反射回來之光線通過。
16. 根據請求項11所述之光學導航裝置，其中該遮蔽殼體另包含一可供該雷射二極體發出之光線通過之透光孔。
17. 根據請求項11所述之光學導航裝置，其中該遮蔽殼體和該電路板間係藉由一固持機構相互結合。
18. 根據請求項11所述之光學導航裝置，其中該雷射二極體及該光感應元件藉由複數個金屬導線分別和該電路板電性連接。
19. 根據請求項11所述之光學導航裝置，其中該雷射二極體係一垂直共振腔面射型雷射。
20. 根據請求項11所述之光學導航裝置，其另包含一設於該電路板表面之連接介面，可供該光學導航裝置和外部接受及傳輸訊號。