TWI504026B - 光學指向模組及其光源單元 - Google Patents

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Description

光學指向模組及其光源單元
本發明係有關於一種電子裝置之輸入模組，尤指一種光學指向模組。
光學指向(optical finger navigation,OFN)模組具有體積小、定位準確性高及功率消耗低等特點，藉由光學方式偵測手指的移動，來取代傳統的多方向按鍵，可廣泛地應用於智慧型手機、媒體播放器、數位相機，以及GPS導航機等可攜式電子裝置。
光學指向模組是將一發光元件所發射之特定波長區間的光束投射至待測物上，使感測元件可清楚地取得待測物的影像，藉由比對不同時間點取得之影像，來判斷待測物的移動方向與距離。由於為求製造簡便，以往的光學指向模組會將發光元件以及感測元件設置於同一電路板上，因此需要藉由菱鏡等光學元件使發光元件所發出之光束偏折，而斜向地射向待測物，以便於感測元件可順利接收待測物所反射的影像光線。
然而，由於菱鏡需要一定的厚度來提供足夠的光程差，以使光束偏折至特定角度，使得光學指向模組的整體厚度較厚，難以適用在薄輕短小的可攜式電子裝置上。
本發明之一目的在於提供一種光源單元，無須菱鏡等額外光學元件即可直接的提供斜射的光束。
本發明之另一目的在於提供一種具有上述光源單元之光學指向模組，無須菱鏡等額外光學元件以使光束偏折。
本發明係揭露一種設置在一平面上的光源單元，用以提供一相對於該平面傾斜的光束。該光源單元包含一發光晶片，以及一透光封裝體。發光晶片具有大致平行於該平面之一上表面及一下表面。透光封裝體實體接觸該發光晶片且至少覆蓋該發光晶片之上表面，且該透光封裝體具有位於該發光晶片之上表面上方且傾斜於該上表面之一斜面。
另外，本發明係揭露一種具有上述光源單元之光學指向模組，用以感測一待測物之移動。該光學指向模組包含一使用平面、一電路板、一光源單元，以及一感測單元。使用平面供該待測物於其上滑動。電路板位於該使用平面下方且大致平行於該使用平面。光源單元設置在該電路板上並用以朝該使用平面提供一相對於該使用平面傾斜的光束。感測單元設置在該電路板上並用以朝該使用平面感測該待測物之影像。
40、70‧‧‧光源單元
42、72‧‧‧透光封裝體
422、722‧‧‧斜面
424‧‧‧底面
44、74‧‧‧發光晶片
441‧‧‧上表面
442、742‧‧‧下表面
50‧‧‧光學指向模組
51‧‧‧使用平面
52‧‧‧電路板
54‧‧‧感測單元
56‧‧‧遮光罩
562‧‧‧透孔
60‧‧‧待測物
θ 1‧‧‧入射角
θ 2‧‧‧折射角
I1、I2‧‧‧方向
76‧‧‧基板
761‧‧‧第一電極層
762‧‧‧絕緣層
763‧‧‧第二電極層
第一圖為本發明之第一實施例之光學指向模組的剖視圖。
第二圖為本發明之第一實施例之光源單元的剖視圖。
第三圖為本發明之第一實施例之光源單元的示意圖。
第四圖為本發明之第二實施例之光學指向模組之剖視圖。
第五圖為本發明之第二實施例之光源單元之局部剖視圖。
本發明之光學指向模組可感測一待測物之點觸及移動，並提供使用該光學指向模組之電子裝置對應的移動訊號。第一圖為本發明之光學指向模組的第一實施例。該光學指向模組50主要包含一使用平面51、一電路板52、一感測單元54，以及一光源單元40。
該使用平面51提供該待測物60於其上表面進行點觸或任意方向之滑動。在本實施例中，該待測物60以一手指為例，實際實施時則不以此限。該電路板52位於該使用平面51下方且與該使用平面51相隔一預定距離，且兩者大致平行。該光源單元40設置在該電路板52的上表面上，並用以朝該使用平面51發射一相對於該使用平面51之上表面傾斜的光束。
如第二圖所示，該光源單元40包含一發光晶片44及一透光封裝體42。該發光晶片44具有大致平行的一上表面441及一下表面442。具體來說，該發光元件44可為垂直共振腔面射型雷射(Vertical-Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)晶片。該透光封裝體42實體接觸於該發光晶片44，且覆蓋該發光晶片44之上表面441以及其所有的側面。該透光封裝體42具有一大致平行該發光晶片44之下表面442的底面424。在本實施例中，該透光封裝體42係氣密地封裝該發光晶片44，藉以保護發光晶片44不受損傷或氧化而影響發光特性。
需特別注意的是，該透光封裝體42具有位於該發光晶片44之上表面441上方之一斜面422，且該斜面422係傾斜於該上表面441。具 體來說，該斜面422相對該上表面441之入射角θ 1係介於5度至25度之間。當該發光晶片44向上發出之光線進入該透光封裝體42後，遇到該斜面422時會產生折射。經過該斜面422之折射，光線的行進方向I2會與該發光晶片44之上表面441的法線方向I1夾一折射角θ 2。詳細來說，如第三圖所示，該發光晶片44之光線由其上表面441向上發射後，會以相同於該入射角θ 1之角度入射於該斜面422，且由於斜面422上下兩側折射率之差異，該光線會依據折射定律由該斜面422以該折射角θ 2向外射出。該折射角θ 2係介於7度至40度之間。
此外，在本發明之另一實施例中，在無需考量氣密封裝該發光晶片44的情況下，該透光封裝體42可僅保留該發光晶片44之上表面441的正上方投影部分，並藉斜面422達成上述之折射功能。
如第一圖所示，該感測單元54設置在該電路板52上並朝該使用平面51感測該待測物60之影像。該感測單元54可為互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測元件，但不以此為限。該感測元件54用以接收待測物60在該使用平面51之上表面上的反射光線，並將該光線轉換為對應的電信號。
此外，本實施例之光學指向模組更包含一罩設在該感測單元54上的遮光罩56。該遮光罩56具有一供該使用平面51所反射之光束通過的透孔562。藉由在該感測單元54設置該遮光罩56，可防止其他外界光線被該感測單元54所接收。
如第四圖所示，本發明之光學指向模組的第二實施例，大致與第一實施例相同，不同之處在於該光源單元70。如第五圖所示，該 光源單元70更包含實體接觸該發光晶片74之下表面742的一基板76。該基板76具有與該發光晶片74連接之一第一電極層761、一位於該第一電極層761下方之絕緣層762，以及一位於該絕緣層762下方且與該第一電極層761電連接的第二電極層763。該第一電極層761係以導線穿過或繞過該絕緣層762與該第二電極層763電連接，藉以利用第二電極層763以表面黏著方式電連接於電子裝置之電路板上。並且，該基板76與該透光封裝體72係配合氣密地封裝該發光晶片74，以保護發光晶片74不受損傷或氧化而影響發光特性。
綜上所述，上述實施例藉由在該透光封裝體42、72上直接地形成用以折射光線之該斜面422、722，藉由該斜面422、722下方之透光封裝體42、72來提供不同的光程差，無須另外使用菱鏡，便可達成折射光線的功效。如此，不但可對發光晶片44、74作氣密封裝以保護發光晶片44、74，更可同時提供光線折射之功能。
以上所述者僅為本發明之較佳實施例，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，仍屬本發明之專利範圍保護之範疇。
40‧‧‧光源單元
42‧‧‧透光封裝體
422‧‧‧斜面
424‧‧‧底面
44‧‧‧發光晶片
441‧‧‧上表面
442‧‧‧下表面
θ 1‧‧‧入射角
θ 2‧‧‧折射角
I1‧‧‧方向
I2‧‧‧方向

Claims (6)

  1. 一種光學指向模組，用以感測一待測物之移動，該光學指向模組包含：一使用平面，供該待測物於其上滑動；一電路板，位於該使用平面下方且大致平行於該使用平面；一光源單元，設置在該電路板上並用以朝該使用平面提供一相對於該使用平面傾斜的光束，該光源單元包含一發光晶片及一透光封裝體；該發光晶片具有大致平行於該電路板之一上表面及一下表面，該透光封裝體實體接觸該發光晶片且至少覆蓋該發光晶片之上表面，且該透光封裝體具有位於該發光晶片之上表面上方且傾斜於該上表面之一斜面；以及一感測單元，設置在該電路板上並用以朝該使用平面感測該待測物之影像；一罩設在該感測單元上的遮光罩，該遮光罩具有一供該使用平面所反射之該光束通過的透孔；其中該斜面相對該上表面傾斜之角度介於5度至25度之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學指向模組，其中該透光封裝體覆蓋該發光晶片之上表面，且該透光封裝體具有一大致平行該平面之底面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光學指向模組，其中該透光封裝體氣密地封裝該發光晶片。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學指向模組，其中該光源單元更 包含實體接觸該發光晶片之下表面的一基板，該基板具有與該發光晶片連接之一第一電極層、一位於該第一電極層下方之絕緣層，以及一位於該絕緣層下方且與該第一電極層連接的第二電極層。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光學指向模組，其中該電路板與該透光封裝體配合氣密地封裝該發光晶片。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學指向模組，其中該發光晶片是一垂直共振腔面射型雷射。
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