CN101995965A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明在此揭露一种光学装置，其包括第一封装体以及一第二封装体。第一封装体包含有第一导线架以及传感器，传感器电性连接至第一导线架。第二封装体包含有发光芯片以及第二导线架。发光芯片用以发出光线，并具有一光轴。第二导线架具有位于第二封装体内的第一部以及延伸进入第一封装体内的第二部，借此发光芯片的光轴与传感器的感测面可形成一夹角介于约5-85度。

Description

光学装置

技术领域

本发明是有关于一种光学装置，且特别是有关于一种可应用于光学鼠标的光学装置。

背景技术

目前光学鼠标已取代机械式鼠标成为市场的主流。光学鼠标除了有不需清理、不易磨损的特点外，还具备定位精确、不易故障等优点。光学鼠标主要由发光二极管(LED)、透镜组件、感测芯片以及光学引擎(Optical Engine)等四个组件所构成。

已知的光学鼠标的底部设置有LED灯，且LED灯所发射的光线以一倾斜角度投射向桌面，因此在粗糙的桌面表面上形成阴影图案。然后，通过光学鼠标的传感器撷取一系列时间顺序的阴影图像，并利用“数字信号处理器(DSP)”对比前后图像，因此得到鼠标移动的方向以及位移。

激光鼠标是以激光光源代替传统的LED光源。激光鼠标获得影像的方式与一般光学鼠标不同。激光鼠标的激光照射在物体表面上，会因干涉现象而形成干涉图案(例如，建设性干涉将产生亮点，破坏性干涉将产生暗点)。因此，激光鼠标所撷取到的图像具有更大的对比(contrast)，从而使得激光鼠标的定位精准性高于一般的LED光学鼠标。

早期的光学鼠标的是将光源、传感器和导光装置等组件分别安装在电路板。导光组件包含棱镜和透镜。棱镜用以将光源所发出的光线经折射而投射向桌面，而透镜用以将由桌面反射的光线汇集于传感器。

另一种光学鼠标，是将光源以及传感器整合在一个共平面的组件上。这个组件的外观型态类似传统IC封装，且在光源下方装设一棱镜。光源所发出的光线经由棱镜折射后投射至桌面，然后再反射至传感器，从而达到接收光讯号的目的。

上述利用折射方式所设计出来的光学鼠标，在制造时会面临制程容忍度(tolerance)过小的问题(亦即，允许的公差范围过小)。因此，导致产品组装的困难度增加以及产品合格率不易提升。所以，目前仍需要一种装置和对应的制造方法来克服上述问题。

发明内容

本发明的一目的是提供一种光学装置，以能简化光学鼠标的光学机构设计。本发明的另一目的是提供一种光学装置，以能广泛地应用在各式光学鼠标。

根据本发明的一目的，此光学装置包括一第一封装体以及一第二封装体。第一封装体表面具有一第一开口，且第一封装体包含一第一导线架以及一传感器。传感器具有一感测面，并电性连接至第一导线架，且感测面位于可经由第一开口露出之处。第二封装体表面具有一第二开口，且第二封装体包含一发光芯片以及一第二导线架。发光芯片用以发出光线，并具有一光轴，且位在可经由第二开口露出之处。第二导线架具有位于第二封装体内的第一部以及延伸进入第一封装体内的第二部。借此，发光芯片的光轴与传感器的感测面可形成一夹角介于约5-85度。

根据本发明一实施方式，上述光学装置可还包括有一基座。此基座具有一凹槽及一固定件，其中固定件用以将第一封装体固定在基座上，且凹槽用以将第二封装体插入基座中，此凹槽的倾斜角度即是发光芯片的光轴与传感器的感测面的角度。上述的光学装置可还包括有一第一透镜，配置在基座上接近发光芯片之处，以将光线导向一对象。上述的光学装置可还包括有一第二透镜，配置在基座上接近传感器之处，以将由此对象反射的光线导向传感器。

根据本发明一实施例，上述光学装置中，此基座可由一红外光可穿透的材料所制成。上述红外光可穿透的材料可选自由丙烯酸树脂、环氧树脂、聚碳酸酯以及聚苯乙烯所组成的群组。

根据本发明一实施例，上述光学装置中，此第一封装体可还包括有一凸出部，以及此基座还包括有一凹陷处，此凹陷处与凸出部的之外型相契合，以将第一封装体连接至基座上。

根据本发明一实施方式，此光学装置中的发光芯片可为垂直腔表面发光激光、侧发光激光二极管或发光二极管。此发光芯片所发出的光线可为一红外光或可见光。

根据本发明另一实施方式，此光学装置中的第二导线架的第二部可进一步还延伸至第一封装体外。

根据本发明再一实施方式，此光学装置中可还包括有一齐纳二极管，其与发光芯片并联。

根据本发明一实施例，上述的光学装置可还包括有一第三导线架，此第三导线架具有位于第二封装体内的第一部以及位于第二封装体外的第二部，且第三导线架的第二部延伸进入该第一封装体。

根据本发明另一实施例，上述的齐纳二极管以及发光芯片可配置在第二导线架的第一部上，且齐纳二极管与发光芯片电性连接第三导电架。

根据本发明一实施方式，此光学装置中的第一导线架可包括至少一金属，例如铜、铝、铁、银或金。

根据本发明一实施方式，此光学装置中的传感器可为互补式金属氧化半导体传感器或电荷耦合传感器。

根据本发明的另一目的，此光学装置包括一第一封装体以及一第二封装体。第一封装体表面具有一第一透镜，且第一封装体包含一第一导线架以及一传感器。传感器具有一感测面，此感测面电性连接至第一导线架，且位于第一透镜附近，用以接收来自第一透镜的入射光。第二封装体表面具有一第二透镜，且第二封装体包含一发光芯片以及一第二导线架。发光芯片用以发出光线，且具有一光轴，其中发光芯片位于第二透镜附近，以将该光线经由第二透镜投射向一对象。第二导线架具有位于第二封装体内的第一部以及延伸进入第一封装体内的第二部，借此发光芯片的光轴与该传感器的感测面可形成一夹角介于约5-85度。

应用本发明具有下列优点；(1)简化光学鼠标的光学机构设计，例如可不需棱镜组来改变光线投射方向。(2)第一封装体及第二封装体可利用一般已知的封装技术在平面上完成封装。

附图说明

图1是绘示本发明一实施方式的立体示意图；

图2是绘示本发明一实施方式的立体示意图；

图3是绘示本发明一实施方式的立体示意图；

图4A及4B是绘示本发明另一实施方式的立体示意图；

图5是绘示本发明再一实施方式的立体示意图。

【主要组件符号说明】

100光学装置              110第一封装体

112第一开口              114凸出部

116斜面                  118开口

114凸出部                120第一导线架

130传感器                132感测面

150第二封装体            152第二开口

160发光芯片              162金属引线

170第二导线架            171第二导线架的第一部

172第二导线架的第二部    180第三导线架

181第三导线架的第一部    182第三导线架的第二部

190齐纳二极管            200基座

210凹槽                  220固定件

230第一透镜              240第二透镜

250凹陷                  300光学装置

310第一封装体            311第一透镜

320第一导线架            330传感器

332感测面                350第二封装体

351第二透镜              360发光芯片

370第二导线架            371第二导线架的第一部

372第二导线架的第二部    380第三导线架

381第三导线架的第一部    382第三导线架的第二部

390齐纳二极管            α倾斜角

θ夹角                    O光轴

具体实施方式

请参照图1，其为本发明一实施方式的光学装置100的立体示意图。光学装置100包括第一封装体110以及第二封装体150，且第二封装体150相对于第一封装体110而形成一倾斜角α。

请参照图2，其为本发明一实施方式的光学装置100另一视角的立体示意图。第一封装体110包括有第一导线架120以及传感器130，且第一封装体110的表面具有第一开口112。

第一导线架120由第一封装体110内向外延伸，用以连接至一外部电路。在一实施例中，第一导线架120包括一金属材料，例如铜、铝、铁、银或金。在另一实施例中，第一导线架120是由表面镀金、铝或铜的铁质材料所制造。

传感器130具有一感测面132，感测面132可由第一开口112露出，且感测面132电性耦接至第一导线架120。在一实施例中，传感器130的一侧连接在第一导线架120上，且传感器130的感测面132朝向第一开口112。在另一实施例中，传感器130的感测面132周围具有多个电性连接垫(未图示)，可经由金属引线(未图示)将这些电性连接垫连接至第一导线架120。在其它实施例中，传感器130可为一互补式金属氧化半导体传感器130或一电荷耦合传感器130，用以侦测由一对象(未图标)反射而来的光线。

第二封装体150包括发光芯片160以及第二导线架170，且第二封装体150的表面具有第二开口152以露出发光芯片160。

发光芯片160用以发射光线，且所发射的光线可经由第二开口152传送到第二封装体150外部。在一实施例中，发光芯片160可为垂直腔表面发光激光(vertical cavity surface emitting laser)、侧发光激光二极管(edge emitting laserdiode)或发光二极管(light emitting diode)。发光芯片160在发射光线的方向上具有一光轴O。在一实施例中，光轴O大致垂直于发光芯片160的表面，如图2所示。在一特定实施例中，发光芯片160可发出波长为400nm-1000nm的光源。

第二导线架170具有位于第二封装体150内的第一部171以及位于第二封装体150外的第二部172，且第二部172延伸进入该第一封装体110。第二导线架170为一可挠性材料所制成，因此第二封装体150可相对于第一封装体110而形成一倾斜角α。借此，第二封装体150内的发光芯片160的光轴O与传感器130的感测面132可形成一介于约5-85度的夹角θ，例如夹角θ可为10度、35度、50度或75度。在一实施例中，第二导线架170的第二部172不仅延伸进入第一封装体110，且再由第一封装体110的侧边延伸至第一封装体110壳体的外面。在一实施例中，第二导线架170的材料可与第一导线架120相同，且发光芯片160电性连接于第二导线架170。

在一实施例中，光学装置100还包括有第三导线架180，且第三导线架180具有位在第二封装体150内的第一部181以及位在第二封装体150外的第二部182。更明确地说，第三导线架的第二部182延伸进入第一封装体110，并再由第一封装体110的侧边延伸至第一封装体110的外部。

承上所述，在一特定实施例中，发光芯片160的一极性端(例如N极或P极)连接于第二导线架170的第一部171，发光芯片160的另一极性端电性耦接至第三导线架。例如，可利用金属引线162连接此发光芯片160的一极性端与第三导线架。借此，可经由第一封装体110两侧延伸出的第二导线架170以及第三导线架180传送电能或信号至发光芯片160。

在一实施例中，光学装置100还包括有齐纳二极管190，且齐纳二极管190与发光芯片160并联。例如，发光芯片160的一极性端及齐纳二极管190的一极性端可配置在第二导线架170的第一部171上，而发光芯片160的另一极性端与齐纳二极管190的另一极性端可分别通过金属引线162、164连接到第三导电架180的第一部181。

请参照图3，其为本发明另一实施例的光学装置100的立体示意图。在本实施例中，光学装置100的第一封装体110包括有凸出部114。凸出部114具有一斜面116以及开口118。由一对象(未图标)反射而来的光线可经由开口118投射到第一封装体110内的传感器130。例如，开口118可位于斜面116上或其它适当的位置。

在一实施例中，光学装置100还包括有基座200，用以固定第一封装体110及第二封装体150，如图4A及图4B所示。基座200上具有固定件220、凹槽210及凹陷250。固定件220可将第一封装体110固定于基座200上。例如，固定件220可为一卡榫，并能扣合在第一封装体110上方以固定第一封装体110。凹槽210可用以容置第二封装体150。凹陷250与第一封装体110的凸出部114外型契合而容置凸出部114。借此，第一封装体110及第二封装体150得以固定在基座200上，且第二封装体150相对于第一封装体110的倾斜角能够固定。因此，第一封装体110内发光芯片的光轴与第二封装体150内传感器的感测面所形成的夹角θ可被固定。基座200可由一红外光或可见光可穿透的材料所制成。例如，可为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚碳酸酯或聚苯乙烯。

在一实施例中，基座200上配置有第一透镜230以及第二透镜240。第一透镜230配置在基座200上靠近发光芯片160之处，以将发光芯片160所发射出的光线导向一外部对象(未图标)。第二透镜240配置在基座200上接近传感器130之处，可将由该外部对象反射而来的光线导向传感器130。

请参照图5，其为本发明另一实施方式的光学装置300的立体示意图。光学装置300包括第一封装体310以及第二封装体350。第一封装体310大致呈现U型外观，且第二封装体350相对于第一封装体310形成一倾斜角。

如图5所示，第一封装体310表面可具有第一透镜311，且第一封装体310包含第一导线架320以及传感器330。

第一透镜311位于第一封装体310表面，且配置在传感器330附近，用以将一入射光导向传感器330。在一实施例中，第一透镜311可为凸透镜。在另一实施例中，第一透镜311与第一封装体310的封装壳体为相同的透明材料所制成。在其它实施例中，可利用表面成形封装技术同时形成第一封装体310的壳体以及第一透镜311，使第一封装体310的壳体与第一透镜311为一体成形。

传感器330上具有一感测面332，且感测面332大致位于第一透镜311附近，用以接收并侦测来自第一透镜311的光线。在一实施例中，传感器130的一侧连接在第一导线架320上，且传感器130的感测面132朝向第一透镜311。此外，感测面332电性连接至第一导线架320，可将感测面332所侦测到的讯号传递至第一导线架。

第一导线架320由第一封装体310内部延伸至第一封装体310的外部，用以连接外部电路。例如，可将传感器130所侦测到的信号经由第一导线架320传递至一信号处理单元。在一实施例中，第一导线架320包括一金属材料，例如铜、铝、铁、银或金。在另一实施例中，第一导线架320是由表面镀金、铝或铜的铁质材料所制造。

第二封装体350表面具有一第二透镜351，且第二封装体350包含发光芯片360以及第二导线架370。

发光芯片360用以发出光线，且在发射光线的方向上具有一光轴O。发光芯片360所发出的光线可经由第二透镜351传送到第二封装体350外部。在一实施例中，光轴O大致垂直于发光芯片360的表面。在一实施例中，发光芯片360可为垂直腔表面发光激光(vertical cavity surface emitting laser)、侧发光激光二极管(edge emitting laser diode)或发光二极管(light emitting diode)。

第二透镜351位于第二封装体350表面，且配置在发光芯片360附近，用以将发光芯片360所发出的光线导向一外部对象(未图标)。在一实施例中，第一透镜311可为凸透镜。在另一实施例中，第二透镜351与第二封装体350的封装壳体为相同的透明材料所制成。例如，可使用表面成形封装技术同时形成第二封装体350的封装壳体以及第二透镜351，使第二封装体350的壳体与第二透镜351为一体成形。

第二导线架370具有位于第二封装体350内的第一部371以及位于第二封装体350外的第二部372，且第二部372延伸进入该第一封装体310。在一实施例中，第二导线架370为一可挠性金属材料所制成，因此第二封装体350可相对于第一封装体310而形成一倾斜角。借此，第二封装体350内的发光芯片360的光轴O与传感器330的感测面132可形成一介于约5-85度的夹角θ。在一实施例中，第二导线架370的第二部372不仅延伸进入第一封装体310，且再由第一封装体310的侧边延伸至第一封装体310壳体的外面。

在一实施例中，光学装置300还包括有第三导线架380。第三导线架380包含位于第二封装体350内的第一部381以及位于第二封装体350外的第二部382。第三导线架的第二部382延伸进入第一封装体310，并再由第一封装体310的侧边延伸至第一封装体310的壳体的外面。

在一实施例中，光学装置300还包括有齐纳二极管390，且齐纳二极管390与发光芯片360并联。在一实施例中，发光芯片360的N极与齐纳二极管380的N极连接在第二导线架370的第一部371上，而发光芯片360的P极与齐纳二极管380的P极可分别通过金属引线电性连接到第三导电架380的第一部381。在另一实施例中，可经由第一封装体310两侧延伸出的第二导线架370的第二部372以及第三导线架380的第二部382而传送电能或信号至发光芯片160或齐纳二极管380。

由上述本发明实施方式可知，应用本发明具有下列优点。

应用本发明的光学装置于一光学鼠标时，可不需棱镜组。发光芯片的光轴与传感器的感测面形成一夹角，所以发光芯片所发射的光线是以大于零度的入射角投射到桌面，因此不需装设棱镜组去偏折发光芯片所发出光线的投射方向。

应用本发明的光学装置可广泛应用于各式的光学鼠标。第一封装体与第二封装体之间以第二导线架连接，第一封装体与第二封装体之间的角度可以调整而适用各种不同应用的光学鼠标。例如，适用玻璃材质桌面(反射面)的光学鼠标的光径入射角度通常与一般光学鼠标不同，本发明的第一封装体与第二封装体之间的角度可以调整，因此可广泛应用在各种不同的光学鼠标。

第一封装体及第二封装体可利用一般已知的封装技术在平面上完成封装。第一封装体与第二封装体之间以一第二导线架连接，可适用DIP封装(Dualln-line Package)或其它已知的封装技术在平面上完成第一封装体以及第二封装体的封装后，再利用一置具或基座来调整或固定第一封装体与第二封装体之间的夹角，所以制造程序稳健方便。

简化光学鼠标的光学机构设计。在本发明一实施例中，将透镜整合在封装体的壳体上，使第一透镜、传感器、第二透镜以及发光芯片组合在同一模块。因此，可以简化光学鼠标的光学机构设计。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种光学装置，其特征在于，包括：

一第一封装体，具有一表面且该表面上具有一第一开口，该第一封装体包含：

一第一导线架；以及

一传感器，其具有一感测面，且该感测面电性连接至该第一导线架，且位于可经该第一开口露出之处；以及

一第二封装体，具有一表面且该表面上具有一第二开口，该第二封装体包含：

一发光芯片，具有一光轴且适以发射一光线，且位于可经该第二开口露出之处；

一第二导线架，具有一位于该第二封装体内的第一部以及一延伸进入该第一封装体的第二部，借此该发光芯片的光轴与该传感器的感测面间可形成一夹角介于5-85度。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，还包括有一基座，该基座具有一凹槽及一固定件，其中该固定件用以将该第一封装体固定于该基座上，且该凹槽用以将该第二封装体插入该基座中。

3.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，还包括有一第一透镜，配置在该基座上接近该发光芯片之处，以将该光线导向一对象。

4.根据权利要求3所述的光学装置，其特征在于，还包括有一第二透镜，配置在该基座上接近该传感器之处，以将由该对象反射的光线导向该传感器。

5.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，该基座由一红外光可穿透的材料所制成。

6.根据权利要求5所述的光学装置，其特征在于，该基座的材料选自由丙烯酸树脂、环氧树脂、聚碳酸酯以及聚苯乙烯所组成的群组。

7.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，该第一封装体还包括一凸出部，且该基座还包括一凹陷，该凹陷与该凸出部相匹配，以将该第一封装体连接至该基座。

8.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该发光芯片为一垂直腔表面发光激光、一侧发光激光二极管或一发光二极管。

9.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该发光芯片所发出的光线的波长为400nm至1000nm。

10.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该第二导线架的该第二部还延伸至该第一封装体之外。

11.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，还包括有一齐纳二极管，其与该发光芯片并联。

12.根据权利要求11所述的光学装置，其特征在于，还包括有一第三导线架，该第三导线架具有一位于该第二封装体内的第一部以及一位于该第二封装体外的第二部，且该第三导线架的第二部延伸进入该第一封装体。

13.根据权利要求12所述的光学装置，其特征在于，该齐纳二极管以及该发光芯片配置在该第二导线架的第一部，且该齐纳二极管与该发光芯片电性连接该第三导电架。

14.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该第一导线架包括至少一金属，该金属选自由铜、铝、铁、银以及金所组成的群组。

15.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该传感器为一互补式金属氧化半导体传感器或一电荷耦合传感器。

16.一种光学装置，其特征在于，包括：

一第一封装体，具有一表面且该表面上具有一第一透镜，该第一封装体包含：

一第一导线架；以及

一传感器，具有一感测面且该感测面电性连接至该第一导线架，且位于该第一透镜附近，以接收来自该第一透镜的一入射光；以及

一第二封装体，具有一表面且该表面上具有一第二透镜，该第二封装体包含：

一发光芯片，具有一光轴且适以发射一光线，其中该发光芯片位于该第二透镜附近，以将该光线经由该第二透镜投射向一对象；以及

一第二导线架，具有一位于该第二封装体内的第一部以及一延伸进入该第一封装体内的第二部，借此该发光芯片的光轴与该传感器的感测面间可形成一夹角介于5-85度。

17.根据权利要求16所述的光学装置，其特征在于，该第二导线架的该第二部还延伸至该第一封装体之外。

18.根据权利要求16所述的光学装置，其特征在于，还包括有一齐纳二极管，其与该发光芯片并联。

19.根据权利要求18所述的光学装置，其特征在于，还包括有一第三导线架，该第三导线架具有一位在该第二封装体内的第一部以及一位在该第二封装体外的第二部，且该第三导线架的第二部延伸进入该第一封装体。

20.根据权利要求19所述的光学装置，其特征在于，该齐纳二极管以及该发光芯片配置在该第二导线架的第一部，且该齐纳二极管与该发光芯片电性连接该第三导电架。

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