CN101183288A

CN101183288A - 光学传感器组件

Info

Publication number: CN101183288A
Application number: CNA2007101871118A
Authority: CN
Inventors: 金好兼
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2027-11-14
Also published as: KR20080043930A; US20080111707A1; US7633047B2; KR100832073B1; CN101183288B

Abstract

本发明提供了一种光学传感器组件，包括：具有衬垫的印刷电路板(PCB)，该衬垫在其中央部分形成有穿孔部；透镜，设置在衬垫的顶表面上，以便可以盖住穿孔部；一个或多个光源，设置在透镜周围；图像传感器，紧密地附着于衬垫的底表面；以及壳体，安装成环绕图像传感器的外周，该壳体具有的高度与图像传感器的高度相同，并且壳体具有的尺寸与衬垫的尺寸相同。

Description

光学传感器组件

相关申请交叉参考

本申请要求于2006年11月15日在韩国知识产权局提交的第10-2006-0112593号韩国专利申请的权益，其公开内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种光学传感器组件，该光学传感器组件检测从发光二极管(LED)入射的光线的移动，使得移动电子设备的按键功能可以在非接触方式下实施。

背景技术

通常，包括移动电话在内的小型移动电子设备的字符输入是通过按压或触摸键盘实现的。

使用这种键盘的输入方法主要用在小型移动电子设备中，其原因在于其它输入方法中所使用的传感器组件的厚度受到限制。而且，当使用具有相对较大厚度的传感器组件时，在减小包括移动电话在内的小型电子设备的尺寸方面存在困难。

在其中一个其它输入方法中，诸如数字或字符板或计算机窗口的图形用户界面(GUI)环境显示在LCD屏幕上。然后，光标移动以输入数字或字符，或者以点击图标，从而实现菜单输入。

在这种方法中，当手指(物体)在光学传感器组件上移动以便在屏幕上移动光标时，就输入特定的数字或图标。因此，手指(物体)在光学传感器组件上移动，以便点击特定的数字、字符、或图标。当手指(物体)离开时，就执行所选数字、字符、或图标的输入或取消。

这种光学传感器组件应用于向计算机传递输入信号的光学鼠标。在应用于光学鼠标的光学传感器组件中，物体表面朝下。因此，来自光源的光向下照射。而且，透镜位于光学图像传感器的下部，使得屏幕上的光标随着光学鼠标的移动而移动。

为了将这种光学传感器组件应用于诸如移动电话的小型电子设备，手指(物体)应该从物体表面的上方移动使得其移动可以被检测到。因此，光学传感器组件的表面应该朝上，并且透镜应该位于图像传感器表面上。

但是，在这种结构中，定位有物体的物体表面、透镜系统以及图像传感器应该与光轴的方向竖直对齐。因此，由于透镜焦距的限制，光学传感器组件的高度不可避免地增加。所以，难以将光学传感器组件应用于诸如尺寸逐渐减小的移动电话的小型电子设备。

为了解决这个问题，韩国专利公开出版物第2006-34735号公开了一种传统的光学传感器组件(题为“Ultra-slim Optical Joystickusing Micro Array Lens Structure”)。

图1是传统光学传感器组件的横截面视图。该传统光学传感器组件包括防护玻璃罩11、光源(LED)12、光波导器(照明系统)13、平凸透镜14、图像传感器17、印刷电路板(PCB)18、以及镜筒19。

在该传统光学传感器组件中，当将手指(物体)19放置在防护玻璃罩11的表面上时，照射到防护玻璃罩11上的光线被该物体反射以便可以主要由平凸透镜14集中。然后，光线次要由微透镜阵列15集中，使得图像形成在图像区16的像素中。

在该传统光学传感器组件中，用于固定透镜14的镜筒(未示出)和用于固定镜筒的壳体是分开使用的。而且，用于调整从上部入射的光量的保持件在壳体内的透镜14的上部中是必需的。因此，减小组件的高度受到限制。而且，难以将该光学传感器组件应用于诸如尺寸逐渐减小的移动电话等的小型电子设备。

发明内容

本发明的优点在于提供了一种光学传感器组件，该光学传感器组件检测从LED入射的光线的移动，使得移动电子设备的按键功能可以在非接触方式下实施。

本发明总发明构思的其它方面和优点部分将在随后的描述中部分地阐述，并且部分将从描述中显而易见，或者可以通过总发明构思的实践而获知。

根据本发明的一方面，一种光学传感器组件包括：印刷电路板(PCB)，具有衬垫，该衬垫在其中央部分形成有穿孔部；透镜，设置在衬垫的顶表面上，以便可以盖住穿孔部；一个或多个光源，设置在透镜周围；图像传感器，紧密地附着于衬垫的底表面；以及壳体，安装成环绕图像传感器的外周，该壳体具有的高度与图像传感器的高度相同，并且壳体具有的尺寸与衬垫的尺寸相同。

优选地，PCB是柔性印刷电路板(FPCB)，该FPCB在其一端设置有衬垫，而在其另一端设置有基板连接部，该基板连接部在其上安装有连接件。而且，该FPCB为单面或双面FPCB。

优选地，光源包括垂直向上发射红外光的红外线发光二极管(LED)。

优选地，在该红外线LED中，依靠外部环境穿过透镜入射的光线进入图像传感器，光线的强度由单独设置在图像传感器内部或外部的光量检测部来检测，并且通过设置于基板中的电路来调整电压，从而调整红外线LED的照明强度。

优选地，透镜由晶片状态下制成的松弛透镜(sag lens)制成。而且，该光学传感器组件被制成为具有0.7-2.0mm的高度。

附图说明

本发明总发明构思的这些和/或其它方面和优点从以下结合附图对实施例的描述中将变得更显而易见且更容易理解，附图中：

图1是传统光学传感器组件的横截面视图；

图2是根据本发明的光学传感器组件的分解透视图；

图3是根据本发明的光学传感器组件的组装后的透视图；

图4是根据本发明的光学传感器组件的平面图；

图5是根据本发明的光学传感器组件的侧视图；以及

图6是用于解释在根据本发明的光学传感器组件中采用的松弛透镜的制造方法的框图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明总发明构思的实施例，本发明的实例在附图中示出，附图中相同的参考标号始终表示相同的元件。下面为了解释本发明的总发明构思，将参照附图描述这些实施例。

以下，将参照附图详细描述根据本发明的光学传感器组件。

图2是根据本发明的光学传感器组件的分解透视图。图3是根据本发明的光学传感器组件的组装后的透视图。图4是根据本发明的光学传感器组件的平面图。图5是根据本发明的光学传感器组件的侧视图。

如图中所示，根据本发明的光学传感器组件100包括：PCB 110、设置在PCB 110的衬垫111上的透镜120、设置在透镜120周围的多个光源130、以及具有图像传感器140的壳体150，该图像传感器紧密地附着于衬垫111的底表面。

PCB 110由单面或双面柔性印刷电路板(FPCB)制成，在该柔性印刷电路板中，衬垫111和基板连接部113分别形成为从柔性材料制成的基板112的两侧延伸。

在PCB 110中，插座型连接器114安装在基板连接部113上，使得PCB 110连接于外部装置。可替换地，基板连接部113包括滑动型侧部连接器。而且，PCB 110的衬垫111具有形成于其中的电路图案，使得包括设置于衬垫111之上和之下的器件的组件可以电连接。

而且，以薄膜形式延伸的衬垫111具有设置于其上的透镜120和光源130，光源130朝向物体发射光线，该物体的移动是待检测的。

透镜120紧密地附着于衬垫111的顶表面，使得形成于衬垫111中央的穿孔部111a被透镜120盖住。至少一个或多个光源130设置在透镜120附近(包括透镜120的各个侧部)。

在这种情况下，透镜120在晶片状态下制造。优选地，透镜120由焦距极短的松驰透镜形成。而且，透镜120通过模制工艺制造。将在下面详细描述透镜的制造方法。

而且，设置在透镜120周围的光源130包括垂直向上发射红外光的红外线发光二极管(LED)。

此外，通过下面的过程来调整包括红外线LED的光源130的照明强度。首先，穿过透镜120入射的光线进入图像传感器140，并且检测光的强度。然后，当通过置于基板110中的电路调整电压时，调整照明强度。

在这种情况下，在图像传感器140的内部或外部设置有单独的光量检测单元(未示出)，以便检测穿过透镜120入射的光量。

壳体150连接于其上面设置有透镜120的衬垫111，以便可以固定并保护紧密地附着于衬垫111底表面的图像传感器140。

也就是说，以图像传感器140的光接收部141被暴露于衬垫111的穿孔部111a的方式，安装图像传感器140。在这种情况下，光接收部141面对透镜120，而衬垫111介于二者之间。而且，图像传感器140被插入到形成于壳体150中央部分的通孔150a中，以便可以更可靠地固定于衬垫111的底表面。

壳体150形成为具有的尺寸与衬垫111的尺寸相同，且具有的高度与图像传感器140的高度相同。因此，根据衬垫111的尺寸，可以使组件的尺寸最小化。

在以这种方式构造的光学传感器组件100中，当图像传感器140和透镜120通过利用PCB 110的倒装芯片结合方法紧密地附着时，图像传感器140紧密地附着于PCB 110的衬垫111的底表面，同时，焦距极短的松驰透镜120被设置在衬垫111上。因此，可以制造超小型光学传感器组件100。

也就是说，由于图像传感器140与透镜120之间的焦距被最小化并且透镜120直接设置在衬垫111的顶表面上，所以用于固定透镜120所需的单独的镜筒结构不再是必需的。因此，尽管要考虑堆叠在一起的图像传感器140、基板110、以及红外线LED的整体高度，但可以制造高度在0.7-2.0mm范围内的超小型光学传感器组件100。

在该光学传感器组件100中，安装在衬垫111顶表面上的至少一个或多个红外线LED 130垂直向上照射光。由于从红外线LED130照射的光而产生的手指(物体)等的影子被图像传感器140检测到。于是，通过物体位置的检测来实施按键功能。

从红外线LED 130照射的光而产生的物体影子穿过透镜120被垂直照射到图像传感器140上。通过利用穿过透镜120的短焦距而由图像传感器140的光接收部141集中的光线，图像传感器140实时地计算物体的移动距离和方向。于是，物体的位置被检测到。

同时，下面进行附着于衬垫111的透镜120的制造方法。

首先，将聚合物注入到其中形成有多个凹槽的模具中，然后通过紫外线固化该聚合物，以便可以形成透镜阵列。然后，将基板粘合到该透镜阵列的后表面。

进一步，将模具与透镜阵列分离，并将透镜阵列切成多个单元松驰透镜120。

当将聚合物注入到模具中时，在聚合物的表面暴露于空气的状态下通过紫外线固化该聚合物。当重复进行该过程时，就形成了透镜阵列。

而且，当将基板与透镜阵列的后表面形成一体时，使用透明基板。当穿过透明基板照射紫外线时，聚合物被固化，从而透镜阵列被一体地附着于基板。

在松驰透镜120中，由于聚合物收缩造成的变形不会发生在透镜表面上，而是发生在透镜的暴露表面上。因此，对于透镜表面失真形状的补偿不是必需的。因而，可以制造具有高质量且具有极短焦距的透镜。

根据本发明的光学传感器组件，多个红外线LED安装在紧密附着于PCB顶表面的透镜周围，并且被壳体环绕的图像传感器紧密地附着于衬垫的底表面。因此，可以制造置于小尺寸电子设备(诸如移动电话)中的超小型光学传感器组件。而且，增加了晶片状态下制造的透镜的位置选择的自由度。

尽管已经示出并描述了本发明总发明构思的几个实施例，但本领域技术人员可以理解，在不背离总发明构思的原则和精神的前提下，可以对这些实施例进行变化，总发明构思的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种光学传感器组件，包括：

印刷电路板(PCB)，具有衬垫，所述衬垫在其中央部分形成有穿孔部；

透镜，设置在所述衬垫的顶表面上，以便可以盖住所述

穿孔部；

一个或多个光源，设置在所述透镜周围；

图像传感器，紧密地附着于所述衬垫的底表面；以及

壳体，安装成环绕所述图像传感器的外围，所述壳体具有的高度与所述图像传感器的高度相同，并且所述壳体具有的尺寸与所述衬垫的尺寸相同。

2.根据权利要求1所述的光学传感器组件，其中，所述PCB是柔性印刷电路板(FPCB)，所述FPCB在其一端设置有所述衬垫，而在其另一端设置有基板连接部，所述基板连接部在其上安装有连接件。

3.根据权利要求2所述的光学传感器组件，其中，所述FPCB为单面或双面FPCB。

4.根据权利要求1所述的光学传感器组件，其中，所述光源包括垂直向上发射红外光的红外线发光二极管(LED)。

5.根据权利要求4所述的光学传感器组件，其中，在所述红外线LED中，根据外部环境穿过所述透镜入射的光线进入所述图像传感器，所述光线的强度由单独设置在所述图像传感器内部或外部的光量检测部来检测，并且通过置于所述基板中的电路来调整电压，从而调整所述红外线LED的照明强度。

6.根据权利要求1所述的光学传感器组件，其中，所述透镜由晶片状态下制造的松弛透镜形成。

7.根据权利要求1所述的光学传感器组件，其中，所述光学传感器组件被形成为具有0.7至2.0mm的高度。