CN100374993C

CN100374993C - 光学组件结构与其制作方法

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Publication number: CN100374993C
Application number: CNB2004100637069A
Authority: CN
Inventors: 邱和风; 郭政忠; 翁仁群
Original assignee: Lite On Technology Corp
Current assignee: Lite On Technology Changzhou Co Ltd; Lite On Technology Corp
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2024-07-07
Also published as: CN1719395A

Abstract

一种光学组件结构与其制作方法，该方法包括：(a)将发光组件与感测组件固定在一导电支架上；(b)结合一具有开孔的光圈组件至该导电支架上，并使该开孔对应至该感测组件；(c)利用透明的保护组件固定并封装该发光组件与该感测组件一体成型于该导电支架上，并突伸有对应于该开孔与该发光组件的凸弧部与圆突部；及(d)向下弯折该导电支架，使该发光组件呈0至90度范围内的一预定角度。本发明可避免组合公差，提高成像品质，减少透镜组合，降低光损耗并进而提高光效率，可以简易的封装工艺达到光学模块的功能，避免尘粒沾附、提高产品合格率和降低生产成本。

Description

光学组件结构与其制作方法

技术领域

本发明涉及一种光学组件结构与其制作方法，尤其涉及一种通过此结构设计和制作方法所设计出的光学组件，其可应用于任何具有光源及感测组件的成像系统。

背景技术

一般而言，光学系统是由感测组件、光源、以及光学透镜等组件所组成；如光学鼠标，利用该光源产生的光线打入物体表面(如：桌面或鼠标垫等)，由于所感测的表面凹凸不均，物体表面的影像利用透镜成像于感测组件上，当鼠标在物体表面移动时，利用影像辨视技术快速抓取影像，并将获得影像转换成移动度数据；即，将某个时间点撷取的影像与下一个时间点撷取的影像做比对，以检测影像移动的方向与距离。

请参阅图1所示，为第一公知光学系统的侧视图，其揭示于美国专利第4,751,505号案中，一个光学系统架构100a其内的光学系统包含固定在固定座107a上的LED发光源106a，令该LED发光源106a具有固定的入射光角度，接着通过弯脚的动作，将接脚固定在电路板(PCB)118a上。另一重要组件为设置于IC芯片124a上的传感器128a，经由物体表面反射的光线经过透镜120a，使得物体表面影像呈现于该传感器128a上。导光组件122a呈周围遮蔽状态，除作为遮蔽杂光之用，并可同时固定该透镜120a。

图2为第二公知光学系统架构图，其为惠普科技(HP)所设计的品名为HDNS-2000的产品，在打光系统方面，发光源44b为一LED，该发光源44b固设于固定座46b上，透镜组30b建立一适当的光传导路径于该发光源44b与传感器160b之间，对该发光源44b而言，此透镜组30b可将发光源44b所发射的光线，通过反射的方式，以一预定的角度打入物体表面。该传感器160b固定在导电支架170b上，利用一射出成型的黑色胶壳150b内备有一容置空间可设置该传感器160b，该黑色胶壳150b并覆有下盖180b，令此下盖180b有一孔洞181b以作为光圈之用，使遮住杂光以提升光学成像品质；其中，为了保护该传感器160b在组装过程中免受尘粒沾附，其表面会镀上一层透明硅胶190b。此外，在透镜组30b上为了将物体表面影像成像到传感器160b表面设计有一透镜32b；电路板100b可固定发光源44b，并同时通过该导电支架170b固定传感器160b。

然而，第一及第二公知光学系统中，将上述数个不同功能的组件组合为一光学系统，各组件以不同工艺制作，再进而组装，致使制作步骤繁杂耗时费工；并且由于各个组件之间具有不同的误差，尤其以该发光源106a、44b需较高的组装精确度以完成较佳的成像品质，然而，成品存在的组合公差难以达成精确的成像品质；另外，如第二公知光学系统，为求适当光型与方向而通过层层光学透镜组合的导光管(Light Pipe)作一连串的反射及折射，反容易造成光损失，致使光效率无法提高；且如第二公知光学系统，该下盖180b的组装步骤容易带入尘粒沾附至该透明硅胶190b上，轻则影响成像品质，重则产生废品，增加生产成本。

于是针对上述缺陷，提出一种设计合理且广泛且有效改善上述缺陷的本发明。

发明内容

本发明提供一种光学组件结构与其制作方法，可避免组合公差，提高成像品质。

本发明提供一种光学组件结构与其制作方法，可减少透镜组合，降低光损耗，进而提高光效率。

本发明提供一种光学组件结构与其制作方法，可以简易封装工艺，达到光学模块的功能。

本发明提供一种光学组件结构与其制作方法，可通过简易封装工艺，避免尘粒沾附，提高产品合格率，降低生产成本。

本发明提供一种光学组件结构包含导电支架、连设于该导电支架的感测组件、罩盖该感测组件的光圈组件、设于该导电支架的发光组件、封装该发光组件与该光圈组件的保护组件、及光路导引机制。其中，该光圈组件设有对应该感测组件的开孔；该保护组件呈透明，并分别一体成型有对应于该开孔与该发光组件的凸弧部与圆突部；该光路导引机制令该发光组件发射的光线沿一预定光路反射至该感测组件。该光路导引机制包括：向下弯折的弯折部，以0至90度范围内的一预定角度一体成型于该导电支架；及设于该弯折部上的该发光组件。

根据上述构想的光学组件，其中该发光组件为发光二极管或激光二极管晶粒。

根据上述构想的光学组件，其中该感测组件为互补性氧化金属半导体，或为光电二极管，或为感光耦合组件，或为光电倍频器芯片。

根据上述构想的光学组件，其中该保护组件为热固性塑料所制成。其中该热固性塑料为环氧树脂。

根据上述构想的光学组件，其中该预定角度的范围包括由60至70度，致使该发光组件发射光源至物面或反射面的投光角度为20至30度。

根据上述构想的光学组件，其中该光圈组件一体成型折合于该导电支架，由该导电支架弯折而成。

根据上述构想的光学组件，其中该光圈组件组装至该导电支架。

本发明提供一种光学组件的制作方法包括：(a)将发光组件与感测组件固定在一导电支架上，并进行引线动作；(b)结合一具有开孔的光圈组件至该导电支架上，并使该开孔对应至该感测组件；(c)利用透明的保护组件固定并封装该发光组件与该感测组件一体成型于该导电支架上，并突伸有分别对应于该开孔与该发光组件的凸弧部与圆突部；及(d)向下弯折该导电支架，使该发光组件呈0至90度范围内的一预定角度。

根据上述构想的的光学组件的制作方法，其中进一步弯折该保护组件封装后，该导电支架裸露出的导电接脚，使呈插件型式。

根据上述构想的光学组件的制作方法，其中包括该保护组件封装后，该导电支架呈裸露出的表面黏着型式的导电接脚。

根据上述构想的光学组件的制作方法，其中该感测组件可为互补性氧化金属半导体(CMOS)、感光耦合组件(CCD)、光电二极管(PD)、或光电倍频器(PM)芯片。

根据上述构想的光学组件的制作方法，其中该光圈组件以嵌入或黏合的方式，固定在导电支架上。

根据上述构想的光学组件的制作方法，其中该光圈组件一体成型折合于该导电支架，由该导电支架弯折而成。

根据上述构想的光学组件的制作方法，其中包括以热固性树胶灌入一模具来封装所有组件，并同时一体成型有该凸弧部与该圆突部。其中该热固性树胶为环氧树脂，该凸弧部与该圆突部类似光学透镜。

根据上述构想的光学组件的制作方法，其中该预定角度的范围包括由60至70度，致使发光组件发射光源至物面或反射面的投光角度为20至30度。

附图说明

图1为第一光学系统的侧视示意图；

图2为第二光学系统的侧视示意图；

图3为本发明的最佳实施例的侧视示意图；

图4为本发明的最佳实施例的立体示意图；

图5A为本发明的成像系统的分解示意图；

图5B为本发明的成像系统的组合示意图；

图6A为本发明另一实施例的成像系统的分解示意图；

图6B为本发明另一实施例的成像系统的组合示意图；

图7为本发明的打光系统的侧视示意图；及

图8为应用多个本发明的应用实施例的侧视示意图。

100a：光学系统架构 106a：LED发光源

107a：固定座 118a：电路板

120a：透镜 122a：导光组件

124a：IC芯片 128a：传感器

44b：发光源 46b：固定座

30b：透镜组 32b：透镜

100b：电路板 150b：黑色胶壳

160b：传感器 170b：导电支架

180b：下盖 181b：孔洞

125、125’：导电支架 126：弯折部

133、133’：感测组件 136、136’：发光组件

140、140’：光圈组件 142、142’：开孔

155、155’：保护组件 156、156’：凸弧部

157、157’：圆突部 θ：预定角度

具体实施方式

图3图4分别为本发明的光学组件结构侧视示意图及立体示意图，该光学组件结构包含导电支架125、连设于该导电支架125的感测组件133、罩盖该感测组件133的光圈组件140、设于该导电支架125的发光组件136、一体成型于该导电支架125上用以封装该发光组件136与该光圈组件140的保护组件155、及光路导引机制。其中，该光圈组件140设有对应该感测组件133的开孔(Aperture)142，用来增加光的成像品质；该发光组件136提供被照物体表面光源；该感测组件133用来检测被照物体表面的影像；该保护组件155呈透明，并一体成型有对应于该开孔142与该发光组件136的凸弧部156与圆突部157，用来保护该感测组件133、固定该发光组件136及透镜成型；该光路导引机制令该发光组件136发射的光线沿一预定光路反射至该感测组件133。

其制造步骤如下：通过引线动作将该感测组件133连设于该导电支架125，该感测组件133可为互补性氧化金属半导体(CMOS，ComplemenuryMetal-Oxide Semiconductor)芯片，或为光电二极管(PD，Photo Diode)，或为感光耦合组件(CCD，Charge Coupled Device)，或为光电倍频器(PM，Photo Multiplier)等芯片。同样地将该发光组件136设于该导电支架125上，该发光组件136为发光二极管或激光二极管晶粒，其发光波长范围可从400nm至1000nm，通过打线将电信连接到该感测组件133两侧的接脚。利用光圈组件植入技术将该光圈组件140与导电支架125作结合；其中，该光圈组件140以嵌入或黏合的方式固定在该导电支架125上(如图5A与图5B)，或该光圈组件140一体成型折合于该导电支架125，由该导电支架125弯折而成(如图6A与图6B所示)；该光圈组件140罩盖该感测组件133，并设有对应该感测组件133的该开孔142，目的为替该感测组件133遮蔽不必要的杂光。该保护组件155为环氧树脂(Epoxy)，或为热固性塑料，利用以环氧树脂或该热固性塑料灌入一模具来封装、保护及固定住所有组件，并同时一体成型有类似光学透镜的该凸弧部156与该圆突部157；特别注意与公知不同的是，此实施例的该保护组件155以一体成型在该导电支架125的方式保护该感测组件133与该发光组件136，该保护组件155同时提供保护透镜的功能，免除公知技艺中所需额外增加透镜的步骤与增加透镜所带来的组合公差。该感测组件133下方成型的该凸弧部156，主要就是为了成像的需求；而在发光组件136下方所成型的圆突部157，主要是集中光线用。请参阅图7所示的本发明的较佳实施例，该光学组件可接着通过折弯脚技术，弯折该导电支架125一体成型有向下弯折的弯折部126，该发光组件136设于该弯折部126上，使该发光组件136呈一预定角度θ弯折，令该发光组件136发射的光线可以适当的角度打入物体表面，请同时参阅图4。其中，该预定角度θ的范围包括由0至90度，最佳适当的角度范围包括由60至70度，致使该发光组件136发射光源至物体表面或反射面的投光角度为20至30度。

所以本发明的光学组件可避免组合公差，提高成像品质，应用于更精确的影像辨识系统，如指纹、红膜辨识等。如图8所示的一应用实施例，一光学鼠标20可同时应用两组本发明的光学组件，一用来读取位置信息，另一则用来辨识指纹。读取位置信息的光学组件利用发光组件136提供被照物体30表面光源；感测组件133用来检测被照物体30表面的影像；保护组件155呈透明，并分别一体成型凸弧部156与圆突部157，用来保护该感测组件133、固定该发光组件136及透镜成型；辨识指纹的光学组件则利用发光组件136’提供手指40表面光源；感测组件133’用来检测手指40表面的影像；保护组件155’保护该感测组件133’、固定该发光组件136’及透镜成型。该两组光学组件所获得的影像的移动信息均可配合相关设计而达到同时应用的效果。本发明可进一步运用于信息家电(IA，Information Appliance)、电子产品、安全管理系统等。

请参阅图5A与图5B，为本发明的成像系统的分解示意图，该光圈组件140组装至该导电支架125，首先将该感测组件133固定于该导电支架125上，接着以打线方式将该感测组件133与该导电支架125连接着将光圈组件140插入该导电支架125中，可视为一个整体的组件；该光圈组件140可由金属或耐高温的塑料材料所制成。或者如图6A与图6B，该光圈组件140由该导电支架125弯折一体成型而成，则于该光圈组件140可等同于该导电支架125为金属材料所制成。

图7为本发明的较佳实施例中打光系统的设计示意图，首先在该导电支架125上冲出一个碗型的凹洞，且该凹洞内具有反射面，该发光组件136设于该凹洞内，通过打线将该发光组件136与该导电支架125连接，经由透明树脂形成的圆突部157将该发光组件136保护住，其功能类似于透镜，可以改变该发光组件136的发光角度，使光线更集中；所冲出的凹洞也会使该发光组件136所发出的光线更集中。接着通过折弯脚的技术，将该发光组件136呈该预定角度θ，使该发光组件136所发的光更有效率地打在物体表面，增加光学系统的效率，于本较佳实施例中，本发明相较于该第二公知光学系统的光效率提高一倍以上。

其中，该保护组件155封装后，该导电支架125可呈裸露出插件型式(DIP)的导电接脚，如图4所示；或该保护组件155封装后，该导电支架125可呈裸露出的表面黏着型式(SMD)的导电接脚。

综上所述，本发明的有机发光二极管组件具有下列优点：

1、将该发光组件136与该感测组件133一体成型于该导电支架125上，再利用封装技术使成为一光学模块，省略组装步骤，可避免组合公差，提高成像品质。

2、利用该导电支架125弯折使该发光组件136呈该预定角度θ，可避免透镜组合成光导管降低的光损耗，进而提高光效率。

3、利用封装技术使成为一光学模块，避免另外组装下盖时造成尘粒沾附，以提高产品合格率，降低生产成本。

4、通过生产成本的降低与制作技术的简便、以及封装技术的使用可缩小本发明光学组件的尺寸，可大幅扩展其应用层面。

综上所述，本发明确实可达到预期的目的与功效，上述揭示的技术手段仅为本发明的一较佳实施例，任何依本发明的精神、特征所为的修饰与变化，皆应包含于所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种光学组件，包含：

导电支架；

感测组件，连设于该导电支架；

光圈组件，罩盖该感测组件，该光圈组件设有对应该感测组件的开孔；

发光组件，设于该导电支架；

保护组件，封装该发光组件与该光圈组件，该保护组件呈透明且一体成型于该导电支架上，该保护组件突伸有分别对应于该开孔与该发光组件的凸弧部与圆突部；及

光路导引机制，令该发光组件发射的光线沿一预定光路反射至该感测组件；

其中，该光路导引机制包括：向下弯折的弯折部，以0至90度范围内的一预定角度一体成型于该导电支架；以及设于该弯折部上的该发光组件。

2.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于，该发光组件为发光二极管或激光二极管晶粒。

3.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于，该感测组件为互补性氧化金属半导体，或为光电二极管，或为感光耦合组件，或为光电倍频器芯片。

4.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于，该保护组件为热固性塑料所制成。

5.如权利要求4所述的光学组件，其特征在于，该热固性塑料为环氧树脂。

6.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于，该预定角度的范围包括由60至70度，致使该发光组件发射光源至物面或反射面的投光角度为20至30度。

7.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于，该光圈组件一体成型折合于该导电支架，由该导电支架弯折而成。

8.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于，该光圈组件组装至该导电支架。

9.一种光学组件的制作方法，其中包括：

将发光组件与感测组件固定在一导电支架上，并进行引线动作；

结合一具有开孔的光圈组件至该导电支架上，并使该开孔对应至该感测组件；

利用透明的保护组件固定并封装该发光组件与该感测组件且一体成型于该导电支架上，并突出有分别对应于该开孔与该发光组件的凸弧部与圆突部；及

向下弯折该导电支架，使该发光组件呈0至90度范围内的一预定角度。

10.如权利要求9所述的光学组件的制作方法，其特征在于，进一步弯折该保护组件封装后，该导电支架裸露出的导电接脚，使呈插件型式。

11.如权利要求9所述的光学组件的制作方法，其特征在于，包括该保护组件封装后，该导电支架呈裸露出的表面黏着型式的导电接脚。

12.如权利要求9所述的光学组件的制作方法，其特征在于，该感测组件可为互补性氧化金属半导体、感光耦合组件、光电二极管、或光电倍频器芯片。

13.如权利要求9所述的光学组件的制作方法，其特征在于，该光圈组件以嵌入或黏合的方式，固定在导电支架上。

14.如权利要求9所述的光学组件的制作方法，其特征在于，该光圈组件一体成型折合于该导电支架，由该导电支架弯折而成。

15.如权利要求9所述的光学组件的制作方法，其特征在于，包括以热固性树胶灌入一模具来封装所有组件，并同时一体成型有该凸弧部与该圆突部。

16.如权利要求15所述的光学组件的制作方法，其特征在于，该热固性树胶为环氧树脂。

17.如权利要求9所述的光学组件的制作方法，其特征在于，该预定角度的范围包括由60至70度，致使发光组件发射光源至物面或反射面的投光角度为20至30度。