CN102253734B - 一种具有成像表面和传感器的类型的成像装置 - Google Patents

一种具有成像表面和传感器的类型的成像装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学导航装置中的或与其相关的改进。一种具有成像表面和传感器的类型的成像装置，其中所述成像表面被第一源照射并且将至少一些照射反射到所述传感器以检测图像，所述成像装置具有预定宽度和通过其的光学路径，其中所述成像装置还被第二源照射，并且其中所述第二源的照射被指引到所述成像表面上的或其附近的一个或多个预定区域以产生与所述成像表面相关联的光学效应。

Description

一种具有成像表面和传感器的类型的成像装置
技术领域
本发明涉及诸如例如光学鼠标的光学导航装置中的或与其相关的改进。
背景技术
计算机装置正变得越来越小，并且在电话和智能电话以及其他个人数字助手(PDA)上可以发现全计算功能。随着计算机装置变得较小，因此计算机装置的各种特征也必须变得较小。这包括对用于用户键入输入到所述装置中的较小输入系统的要求。一种这样的输入系统是光学导航装置。许多大型和小型的计算机装置配备有光学导航装置。然而，对于较小计算机装置，使光学导航装置的尺寸最小化往往可能是限制性的和成问题的。
已提出了提供厚度薄的光学导航装置的许多装置。这些取得了一定成功，但是这些设计通常没有解决与薄成像装置相关联的所有问题。
一个仍未解决的问题是提供光学装置上的定制形状的照射，诸如一种不必借助于昂贵或庞大选件(option)的手指鼠标。定制形状的照射包括在可以具有不同用途的鼠标表面上的美学和光学效应。
先前已提出光导管作为定制形状照射的构件。然而，这样的光导管要求大量空间，典型地为若干毫米(mm)，这将不适合于薄光学装置。
发明目标
本发明的一个目标是克服与现有技术相关联的至少一些问题。
本发明的进一步目标是提供一种具有定制形状的照射的光学导航装置，该定制形状的照射不增加该光学导航装置的体积或制造成本。
发明内容
本发明提供一种如所附权利要求所阐述的方法和系统。
根据本发明的一方面，提供了一种具有成像表面和传感器的类型的成像装置，其中所述成像表面被第一源照射，并且将至少一些照射反射到传感器以检测图像，所述成像装置具有预定宽度和通过其的光学路径，其中所述成像装置还被第二源照射，并且其中所述第二源的照射被指引到所述成像表面上的或其 附近的一个或多个预定区域以产生与所述成像表面相关联的光学效应。
本发明提供许多益处。本发明提供所述元件的表面上的预定区域，其可以被用于示出光学和美学效应。这些效应可以是相关的设计或具有实际用途。所述效应是通过以特定方式形成光学元件而产生的。所述形式确保所述装置保持薄且没有太多花费来实施。
附图说明
现在将通过示例的方式参考附图，在所述附图中：
图1a是依照现有技术的用于光学导航装置的成像装置的横截面图；
图1b是图1a的装置的顶表面的视图；
图2是依据本发明实施例的用于光学导航装置的成像元件的横截面视图；
图3是依据本发明实施例的用于光学导航装置的替代成像元件的横截面视图；
图4a是依据本发明实施例的用于光学导航装置的成像装置的横截面图；
图4b是图4a装置的顶视图；
图5a是依据本发明实施例的用于光学导航装置的成像装置的横截面图；
图5b是图5a装置的顶视图；
图6a是依据本发明实施例的用于光学导航装置的成像装置的横截面图；
图6b是图6a装置的顶视图；
具体实施方式
本发明涉及一种与光学导航装置相关联的成像装置。所述光学导航装置是小型鼠标，其旨在依靠受抑内全反射(F-TIR)进行操作以便识别成像表面上的手指的移动。这种类型的鼠标在此被称为手指鼠标。
图1a示出了依据现有技术的手指鼠标100的示例。该手指鼠标包括：基板102；成像元件，通常以104示出；发光二极管(LED)106和传感器108。该成像元件104的顶表面110是受抑内全反射(F-TIR)表面。另外，成像元件包括位于该LED和该成像元件之间的准直透镜112以及位于该成像元件和该传感器之间的成像透镜114。该成像元件进一步包括两个全内反射镜元件116，其指引照射从该准直透镜到受抑内全反射表面并且然后从该受抑内全反射表面到该成像透镜。该成像元件的下表面118是基本平坦的。
图1b示出了从上方观看的下面带有LED 106和传感器108的受抑内全反射 表面110。
本发明给诸如手指鼠标的光学装置提供了定制形状的照射，诸如环、其他形状或周界。这通过使用诸如LED的单个光源并且改变成像元件的形状来实现。这使得光源能够被准直到该成像元件的边缘上。该定制形状的照射可以被用于亮化手指鼠标和产生许多美学或光学效应。这些效应可以包括：示出标识(logo)；鼠标上的与电话或相机设计相协调的颜色或基调(mood)，等等。其他用途包括改善的逆光和照射，使得在不良的照明条件中更容易使用鼠标。
参考图2，示出了依据本发明实施例的光学装置的成像元件200。该成像元件200被LED 202照射。该成像元件包括以预定方式整形的弯曲表面204，以确保来自光源的照射将被指引到该成像元件的顶表面的某些区域。顶表面上的这些区域是散射来自源的照射的粗糙区域206。该粗糙表面摸起来是粗糙的并且可以是任何适当的形状或尺寸，虽然在优选的实施例中该粗糙表面形成围绕成像元件边缘的圆环或方形周界。
安置遮罩208以防止来自光源的照射直接朝向该成像元件的顶表面。该遮罩可以由弯曲表面204上的适当涂层代替。在替代布置中，该弯曲表面可以被粗糙化以使得在所述成像元件的顶表面处由LED 202提供额外的逆光。在更进一步的实施例中，遮罩可以合并许多孔，其形成图案并且被耦合到粗糙弯曲表面从而当该遮罩被LED 202照射时在光学元件的顶表面上产生标识显示。
图3示出了光学元件300的进一步实施例。该光学元件300被光源302照射并且包括遮罩304。光源和遮罩的各个方面与早先实施例等效。该成像元件300包括全内反射表面306，其确保与在图2实施例中相比更多光被指引到粗糙表面。图3实施例包括一个内反射表面306，但是将明白的是可以在对面提供进一步表面。该光学元件(200或300)可以由任何透明材料制成。然而，由于各个表面及其形状的复杂性，优选可模制材料。可能的材料包括聚碳酸酯，丙烯酸树脂诸如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，Lexan(莱克桑)121R，Makrolon(模克隆)2405，玻璃，聚乙烯，PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或任何其他适当的材料。
参考图4a，通常以400示出光学成像装置。该光学成像装置包括光学元件402，该光学元件可以如先前描述的那样整形或者以任何其他适当的形状。该装置还包括第一光源404，该第一光源的照射被聚焦到光学元件402的顶表面上的鼠标表面406。该鼠标表面406响应于表面上的手指或其他适当的指向装置的移 动，以建立由传感器408检测的照射的F-TIR。该F-TIR表面可以反射，吸收或散射该照射。该光学装置包括第二光源410和遮罩412。该遮罩可以由该光学元件402的弯曲表面414上的涂层或由如早先描述的其他适当构件代替。来自第二光源的照射依靠遮罩而被阻挡到达鼠标表面406。任何未被遮罩阻挡的照射依靠所述光学元件的形状和配置而指引到围绕该光学元件402边缘的粗糙表面416。
从图4b中可以看出，鼠标表面406示出了遮罩418的反射和定义粗糙表面的环420。环420包括上环422和下半环424。该环示出为带有弯角的直边，但是根据光学元件形状和任何用户要求而可以是任何其他形状，包括全圆或任何其他直边形式或周界。环418的亮度将取决于手指鼠标的光学器件的配置，并且可以根据光学元件的形状、性质和方位而是暗的或者类似于半环。
参考图5a，示出光学装置500的进一步实施例。第二实施例中的多数元件与图4的第一实施例中的那些元件等效，并且将不进行进一步详细描述。在本实施例中光学元件502以不同的方式形成，其在光学元件的上表面和光学元件的输入输出端之间具有空隙504以用于照射鼠标表面506的目的。该空隙提供使逆光折射到粗糙表面并且改变鼠标外观的表面。
有可能包括不止一个第二照射源，例如两个或者更多不同颜色的LED。这些可以通过适当的屏障而互相分隔。结果是具有不同颜色的不同粗糙表面区域的多色表面。
在替代实施例中，中心处的单个LED可以被改变为若干不同颜色LED的组合以允许环照射的动态颜色变化。图4和5所示的实施例中的LED的方位具有通常向上指引的照射。图6中示出的替代布置提供了侧发射LED而不是标准的LED。这允许更大程度的照射被准直到环表面上，并且LED可以更靠近光学元件，从而减小光学装置的尺寸。在侧发光LED实施例中，相应地形成光学元件以确保该照射以所要求的方式行进。
该光学元件可以是任何形式形状或尺寸，并且可以进行适配(adaptation)以适应装置内的LED和其他元件的不同方位。唯一要求是实质上存在两个照射源：一个来自第一LED以照射鼠标表面，而第二个在该光学元件的上表面上实现环或其他形状的照射。在此呈现的示例已示出了围绕光学元件边缘的整个环；然而将明白的是空隙可以通过安置某些遮罩元件以给出不同的图案而发生。
在这些图中以实线示出了针对鼠标动作的照射并且以虚线示出了针对定制形状的环照射的照射。
在本实施例中鼠标表面与第一LED或传感器下方之间的距离大约为2.5mm。该距离为成像装置的厚度并且可以在2mm到3mm之间改变。理想地该厚度通常不大于5mm。成像装置可以由单件模制件形成。该模制件包括在图中示出的每个单独的光学元件。成像装置替代地可以通过其他适当的方法用产生相同光学效应的不同光学元件来制成。成像装置还可以由许多不同的元件而不是单个模制件制成。用于形成该成像装置的技术可以包括模制以外的技术，诸如复制、冲压、压纹或加工。
传感器是任何适当的类型并且可以是具有像素阵列的CMOS传感器以用于在不同位置处测量反射光以产生图像。
照射源例如是LED，所述LED可以是任何适当的类型并且可以生成“光学”或非光学范围中的源。相应地，对光学器件和光学的引用旨在涵盖不在人类可视范围中的波长。把照射从源带到成像表面的光学器件可以是任何适当的类型。
成像装置旨在用于光学导航装置中；然而将明白的是该成像装置可以用于任何适当的装置中，例如指纹读取器或芯片实验室(Lab-on-chip)/生物光学传感器系统(其针对医学和/或生物测试应用而检测化学荧光)。
所述光学导航装置可以用于任何适合的装置中，诸如移动电话或智能电话、其他个人或通信装置、计算机、遥控器、门等的访问模块、照相机或者任何其他适合的装置。
存在本领域技术人员将明白的且包括在本发明的范围中的本发明的许多变化。

Claims (18)

1.一种具有成像表面和传感器的类型的成像装置，其中所述成像表面被第一源照射并且将至少一些照射反射到所述传感器以检测图像，所述成像装置具有预定宽度和通过其的光学路径，其中所述成像装置还被第二源照射，并且其中所述第二源的照射被指引到所述成像表面上的或其附近的一个或多个预定区域，以产生与所述成像表面相关联的光学效应，其中所述预定区域形成围绕所述成像表面的照射周界；其中所述成像装置包括用于辅助从所述第二源到所述一个或多个预定区域的照射的准直的下弯曲曲面。
2.如权利要求1所述的成像装置，其中来自所述第一源的照射被指示器的移动所反射、吸收或散射，所述指示器相对于所述成像表面移动。
3.如权利要求1或权利要求2所述的成像装置，其中来自所述第二源的照射被所述成像装置的形状准直到所述一个或多个预定区域。
4.如权利要求1或2所述的成像装置，其中来自所述第二源的照射不直接到达所述成像表面。
5.如权利要求4所述的成像装置，其中所述成像装置包括用于防止所述第二源直接照射所述成像表面的遮罩或涂层。
6.如权利要求1所述的成像装置，其中所述周界是粗糙的。
7.如权利要求1或2所述的成像装置，由单个成形的元件形成。
8.如权利要求7所述的成像装置，其中所述单个元件是模制的。
9.一种包含依据任一前述权利要求的成像装置的装置。
10.如权利要求9所述的装置，以光学导航装置的形式。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述光学导航装置是鼠标。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述鼠标是手指鼠标。
13.一种包括如权利要求9至12的任一项所述的装置的设备。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述设备是计算机。
15.如权利要求13所述的设备，其中所述设备是电话。
16.如权利要求13所述的设备，其中所述设备是照相机。
17.如权利要求13所述的设备，其中所述设备是智能电话。
18.如权利要求13所述的设备，其中所述设备是遥控器。
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