TWI543032B - 光學導航裝置 - Google Patents

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Description

光學導航裝置
本發明乃是關於一種光學導航裝置，特別是指一種無需採用對反射光束做聚焦處理的光學透鏡之光學導航裝置。
目前許多光學導航裝置具有無孔的設計以提供良好的防塵性。一般來說，這些光學導航裝置均設置有光學透鏡，以使由光源發出並從外罩反射回來的光不會直接進入影像感測器，進而產生雜訊並影響感測結果。然而，當光源與影像感測器之間的距離拉近時，便不容易透過光學透鏡的設置來避免由光源發出並從外罩反射回來的光直接進入影像感測器。因此，對於未設置有光學透鏡之無孔光學導航裝置而言，便需要其他特殊設計來防止由光源發出並從外罩反射回來的光直接進入影像感測器。
本發明實施例提供一種光學導航裝置，包括發光單元、光學導航晶片與外罩。發光單元係用以提供光束照射位移產生單元之表面。光學導航晶片包括感測陣列，但不具有用以對反射光束做聚焦處理的光學透鏡。感測陣列相對於位移產生單元之表面而設置，用以接收發光單元所提供之光束由位移產生單元之表面反射後所產生的反射光束。外罩具有第一表面與第二表面，且外罩與光學導航晶片間呈一個夾角，以避免發光單元所提供之光束經外罩之第一表面反射至光學導航晶片之感測陣列。
在本發明其中一個實施例中，外罩與光學導航晶片間之夾角係介於10度至15度。
在本發明其中一個實施例中，外罩與光學導航晶片之感測陣列之間的距離係小於外罩與發光單元之間的距離。
綜上所述，於本發明所提供之光學導航裝置中，透過將外罩與光學導航晶片設置為彼此夾一個角度的方式，於不影響裝置體積的情況下即能有效地避免由光源發出並從外罩反射回來的光直接進入感測陣列而造成雜訊影響感測結果。如此一來，本發明所提供之光學導航裝置便能同時具有防塵、避免雜訊與體積輕巧的優點。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
1、2、4、5‧‧‧光學導航裝置
10、20、40、50‧‧‧發光單元
12、22、42、52‧‧‧光學導航晶片
14、14b、14c、14d、24、44、54‧‧‧外罩
141、141b、141c、141d、241、441、541‧‧‧第一表面
142、242、442、542‧‧‧第二表面
B‧‧‧基板
S‧‧‧感測陣列
D、D’、Dc‧‧‧距離
T‧‧‧厚度
θ、θ’‧‧‧夾角
圖1A為根據本發明例示性實施例所繪示之光學導航裝置之示意圖。
圖1B、圖1C與圖1D為根據本發明例示性實施例所繪示之光學導航裝置的外罩之示意圖。
圖2為外罩與光學導航晶片之間未夾一角度的光學導航裝置之示意圖。
圖3A與圖3B分別為根據圖1與圖2之光學導航裝置之感測陣列所感測到的能量分佈圖。
圖4為根據本發明另一例示性實施例所繪示之光學導航裝置之示意圖。
圖5為根據本發明另一例示性實施例所繪示之光學導航裝置之示意圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，類似數字始終指示類似元件。
〔光學導航裝置的實施例〕
圖1A為根據本發明例示性實施例所繪示之光學導航裝置之示意圖。如圖1A所示，本實施例所提供之光學導航裝置1包括發光單元10、光學導航晶片12與外罩14，其中發光單元10與光學導航晶片12均設置於基板B上。發光單元10係用以提供光束照射位移產生單元(未圖示)之表面。光學導航晶片12包括有感測陣列S，感測陣列S與發光單元10之間相距有一距離D。此外，感測陣列S係相對於位移產生單元之表面而設置，以接收位移產生單元之表面反射發光單元10之光束所產生的反射光束。於此須說明的是，於本實施例中，感測陣列S不具有用以對前述之反射光束做聚焦處理的光學透鏡。外罩14係用以防止灰塵掉落於光學導航晶片12的表面。外罩14具有第一表面141與第二表面142，並具有厚度T。
請參照圖1B至圖1D，圖1B至圖1D為根據本發明例示性實施例所繪示之光學導航裝置的外罩之示意圖。由圖1B所繪示之外罩的示意圖可以了解到，於一實施例中，外罩14b可為平板狀，也就是說，外罩14b之第一表面141b僅具有一種斜率，舉例來說，外罩14b之厚度係介於0.5毫米至1毫米。於另一實施例中，外罩14c之第一表面141c為凹折狀，即如圖1C所示。也就是說，外罩14c之第一表面141c具有至少兩種不同的斜率，呈一凹折狀的表面。於又一實施例中，外罩14d之第一表面141d之一部分具有曲 度，即如圖1D所示，外罩14d之第一表面141d之一部分呈一曲面。須說明地是，上述圖1B至圖1D所繪示之實施例係為例示說明本實施例所提供之光學導航裝置1中外罩14之厚度與其第一表面141的態樣，並非用以限制本發明。
值得注意地是，於本實施例所提供之光學導航裝置1中，外罩14與光學導航晶片12間呈一夾角θ，以避免發光單元10所提供之光束經外罩14之第一表面141部分地反射至光學導航晶片12之感測陣列S，形成雜訊進而影響感測結果。
請復參照圖1A，於本實施例中，發光單元10所提供之光束係用以照射位移產生單元之表面，以感測位移產生單元的移動情況，其中位移產生單元可例如為滑鼠滾輪，但本發明於此並不限制。然而，由於光學導航裝置1具有用以提供防塵效果的外罩14，因此於發光單元10所提供之光束照射至位移產生單元之表面之前，此光束會先抵達外罩14的第一表面141，同時此光束會經由外罩14的第一表面141部份地反射。
請同時參照圖1A與圖2，圖2為外罩與光學導航晶片之間未夾一角度的光學導航裝置之示意圖。本實施例所提供之光學導航裝置1A與圖2所繪示之光學導航裝置2之差別在於，於圖2所繪示之光學導航裝置2中，外罩24與光學導航晶片22係呈平行設置，故如圖2所示，於發光單元20所提供之光束照射至位移產生單元(未圖示)之表面之前，此光束會先抵達外罩24的第一表面241，同時此光束會經由外罩24的第一表面241部份地反射，其中該些反射光中的一部分會進入感測陣列S中。然而如前述，感測陣列S所接收的是位移產生單元之表面反射發光單元20之光束所產生的反射光束，而非經由外罩24的第一表面241所反射的反射光。因此，該些經由外罩24的第一表面241所反射的反射光進入感測陣列S中，形成感測結果中的雜訊。
為了避免前述情況，於本實施例中，光學導航裝置1中的外 罩14與光學導航晶片12間係設計呈一夾角θ。如圖1A所示，由於光學導航裝置1中的外罩14與光學導航晶片12間係設計呈一夾角θ，即便發光單元10所提供之光束照射至位移產生單元之表面之前，此光束依舊會先抵達外罩14的第一表面141，並經由外罩14的第一表面141部份地反射，但由於外罩14與光學導航晶片12間夾了一個夾角θ，便能使得該些反射光均不會進入感測陣列S中。如此一來，便能有效地避免感測結果受到雜訊的影響。
進一步說明，請同時參照圖3A與圖3B，圖3A與圖3B分別為根據圖1A與圖2之光學導航裝置之感測陣列所感測到的能量分佈圖。由圖3B所示之能量分佈情況可以清楚地看出，對於外罩24與光學導航晶片22平行設置之光學導航裝置2而言，經其感測陣列S所得出的能量分佈圖清楚地顯示了發光單元20所發出的光束在經由外罩24的第一表面241反射後產生的反射光確實部分地進入感測陣列S中。相對地，由圖3A所示之能量分佈情況可以清楚地看出，對於外罩14與光學導航晶片12之間設置有一夾角θ之光學導航裝置1而言，經其感測陣列所得出的能量分佈圖清楚地顯示了發光單元10所發出的光束在經由外罩14的第一表面141反射後產生的反射光均朝向發光單元10遠離感測陣列S的一側反射出去。也就是說，於本實施例中，外罩14與光學導航晶片12間所夾的夾角θ能避免經由外罩14的第一表面141反射之反射光進入感測陣列S中。
須說明地是，於本實施例中，由於外罩14與光學導航晶片12間夾了一個夾角θ，故使得外罩14與光學導航晶片12之感測陣列S之間的距離小於外罩14與發光單元10之間的距離。於一較佳的實施例中，外罩14與光學導航晶片12間之夾角θ應介於10度至15度，於一更佳的實施例中，外罩14與光學導航晶片12間之夾角θ應為12.5度，然而本發明於此並不限制。
此外亦須說明地是，於本實施例中，發光單元10係為同調光 源，因此其所提供的光束係為同調光束。也就是說，發光單元10所提供之光束具有良好的時間同調性與空間同調性，該光束的顏色與指向均具有一定程度的單一性。於一較佳的實施例中，由於光學導航裝置1中並未設置有光學透鏡以將由位移產生單元之表面所反射的反射光作匯聚處理，就發光單元10所提供之同調光束而言，其50%強度範圍之發散角需介於16度至18度，如：17度，才能使得由位移產生單元之表面所反射的反射光有效地被感測。
值得注意地是，於本實施例中，外罩14與光學導航晶片12之間的夾角θ與發光單元10提供之同調光束的發散角度有關。詳細地說，由於光束之發散角將影響該光束於一表面的反射與穿透情形，因此若所採用的發光單元10能提供發散角較小之同調光束，如：16度，便可將外罩14與光學導航晶片12之間的夾角θ設計的較小。相反地，若所採用的發光單元10所提供之同調光束具有相對較大之發散角，如：18度，便需將外罩14與光學導航晶片12之間的夾角θ設計的較大。
除此之外，於本實施例中，光學導航裝置1之外罩14係由透光材質所製成，如：聚碳酸酯(PC)、ABS樹脂或紅外穿透片(IR PASS)，以利光束傳遞，但本發明於此並不限制。另外，於本實施例之光學導航裝置1中，光學導航片12中的感測陣列S可為互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測陣列，然本發明於此亦不限制。
〔光學導航裝置的另一實施例〕
於本實施例中，將描述不同於上述圖1A所繪示之實施例的部分，且其餘省略部分與上述圖1A所繪示之實施例相同。此外，為便於說明，相似之參考數字或標號指示相似之元件。
請參照圖4與圖5，圖4與圖5為根據本發明另一例示性實施例所繪示之光學導航裝置之示意圖。本實施例所提供之光學導航裝置4與前述實施例所提供之光學導航裝置1之差異在於，於本 實施例中，光學導航晶片42之感測陣列S與發光單元40之間相距有一距離D’，且此距離D’係為可調整的。
進一步說明，於本實施例中，外罩44與光學導航晶片42之間的夾角θ’除了與發光單元40提供之同調光束的發散角度有關以外，外罩44與光學導航晶片42之間的夾角θ’也和光學導航晶片之感測陣列S與發光單元40之間相距的距離D’有關。
詳細地說，如圖4所示，當感測陣列S與發光單元40之間的距離D’被調整得越大，發光單元40所發出的光束在經由外罩44的第一表面441反射後產生的反射光能進入感測陣列S的光量便越少，於此情況下，即便外罩44與光學導航晶片42之間的夾角θ’設計地較小，如：10度或小於10度，亦能避免經由外罩44的第一表面441反射之反射光進入感測陣列S中。相對地，當感測陣列S與發光單元40之間的距離D’被調整得較小，發光單元40所發出的光束在經由外罩44的第一表面441反射後產生的反射光能進入感測陣列S的光量便會增加，於此情況下，外罩44與光學導航晶片42之間的夾角θ’便需設計得較大，如：15度或大於15度，才能避免經由外罩44的第一表面441反射之反射光進入感測陣列S中。
如圖5所示，當感測陣列S與發光單元40之間的距離D’被調整至一個臨界距離Dc，便不再有發光單元40所發出的光束在經由外罩44的第一表面441反射後進入感測陣列S中。如此一來，單單藉由將調整感測陣列S與發光單元40之間的距離D’調整至臨界距離Dc便能達到避免經由外罩44的第一表面441反射之反射光進入感測陣列S中的效果。也就是說，於此情況下，外罩44與光學導航晶片42可選擇性地呈一夾角θ’設置或者平行設置。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述，於本發明所提供之光學導航裝置中，透過將外罩與光學導航晶片設置為彼此夾一個角度的方式，於不影響裝置體 積的情況下即能有效地避免由光源發出並從外罩反射回來的光直接進入感測陣列而造成雜訊影響感測結果。如此一來，本發明所提供之光學導航裝置便能同時具有防塵、避免雜訊與體積小的優點，以應用於光學滑鼠、各類行動裝置側邊之旋鈕…等體積輕巧的裝置。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
1‧‧‧光學導航裝置
10‧‧‧發光單元
12‧‧‧光學導航晶片
14‧‧‧外罩
141‧‧‧第一表面
142‧‧‧第二表面
B‧‧‧基板
S‧‧‧感測陣列
D‧‧‧距離
T‧‧‧厚度
θ‧‧‧夾角

Claims (12)

  1. 一種光學導航裝置，包括：一發光單元，用以提供一光束照射一位移產生單元之一表面；一光學導航晶片，包括：一感測陣列，不包括用以對一反射光束做聚焦處理的一光學透鏡，相對於該表面而設置，接收該表面反射該光束產生的該反射光束；以及一外罩，具有一第一表面與一第二表面，其中該外罩與該光學導航晶片間呈一夾角，以避免該光束經該外罩之該第一表面反射至該光學導航晶片之該感測陣列。
  2. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該發光單元係一同調光源，以提供一同調光束。
  3. 如請求項第2項所述的光學導航裝置，其中該同調光束之50%強度範圍之一發散角介於16度至18度。
  4. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該外罩與該光學導航晶片間之該夾角介於10度至15度。
  5. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該外罩與該光學導航晶片間之該夾角係為12.5度。
  6. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該外罩與該光學導航晶片之該感測陣列之間的距離係小於該外罩與該發光單元之間的距離。
  7. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該發光單元與該光學導航片之該感測陣列之間相隔一可調整之距離。
  8. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該外罩之該第一表面為凹折狀，具有至少兩種不同的斜率。
  9. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該外罩之該第一表面之一部分具有一曲度。
  10. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該外罩係由一透光材質製成。
  11. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該光學導航片之該感測陣列係為一互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測陣列。
  12. 如請求項第1項所述的光學導航裝置，其中該外罩呈平板狀，且該外罩之厚度係介於0.5毫米至1毫米。
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