CN102270064B - 光导航装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光导航装置，其包括衬底，所述衬底上设有一传感器集成电路及一红外光源；传感器壳罩，用于遮蔽所述传感器集成电路及所述红外光源；至少一可见光源，所述可见光源形成于所述传感器壳罩之外并电连接于所述衬底；光导，所述光导位于所述传感器壳罩之外并覆盖所述可见光源；以及外壳，所述外壳覆盖所述光导及所述衬底，所述外壳包括一红外窗口及一边壁，所述边壁用于将可见光导向所述外壳的某一区域，并照明所述区域。本发明的外壳不但用作保护外壳，而且用作光的引导和分布结构，从而将光充分反射和重新分布，进而获得照明均匀的字形。
Description
技术领域
本发明涉及一种光导航装置，尤其涉及一种具有利用内部光源照明的外壳光导航装置。
背景技术
光导航装置多用在手提式电子设备中，作为图形用户界面(graphic userinterface，GUI)的用户输入设备。光导航装置通过寄存光导航装置和靠近该装置的感应区域的目标感应表面之间的相对运动，并将运动信息转换为外部系统可存取的电子格式。该光导航装置使用一光源，如发光二极管(light emittingdiode，LED)或激光，以及一传感器用以捕捉目标表面的反射光。光导航装置中的控制逻辑比较反射光图像的连续变化，并基于上述的比较估算光导航装置与目标表面之间的相对运动。典型的光导航装置输出二维运动信息，其展现出手指相对于传感阵列的二维运动。继而，该二维运动信息用以移动相应计算机设备的显示屏上的光标。
光导航装置可用作移动计算机装置的显示屏或图形用户界面的光标，如个人电脑，移动手机或个人数字助理(personal digital assistants，PDA)。通常，该光导航装置用作手机的主导航键。当用户的手指在装置的表面移动时，手指动作会被跟踪，而该移动会被反射到手机显示屏的光标移动。
传统的光导航装置包括外壳以及紧密放置的红外光源和传感阵列。该传感阵列和红外光源安装在一衬底，如印刷电路板上。该红外光源形成在外壳内用以照明手指移动的目标表面。通常，该光导航装置还包括一用于引导红外光并照明目标表面的光导。由于光导航装置的传感器通常对可见光和红外光都敏感，因此，光导航装置的外壳由红外可透的材料制成用以阻挡可见光传播，从而防止在环境中发生光干涉。
另一方面，手提式电子设备通常具有用户输入键，其在前端面上被照亮从而便于在低照明环境下进行操作。为达到更好的视觉效果，照明图像需具有高均匀度以及清晰确定的字形。然而，在上述现有的光导航装置的设计中，由于可见光被阻挡传播到外壳上，因此无法达到该种视觉效果。
因此，亟待一种改进的光导航装置以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种光导航装置，其上的外壳的一部分能够被均匀地照亮，从而在外壳上形成被清晰照明的字形，进而增强视觉效果，并使得光导航装置在低照明环境下能够被识别和使用。
为达到以上目的，本发明的光导航装置包括：衬底，所述衬底上设有一传感器集成电路及一红外光源；传感器壳罩，用于遮蔽所述传感器集成电路及所述红外光源；至少一可见光源，所述可见光源形成于所述传感器壳罩之外并电连接于所述衬底；光导，所述光导位于所述传感器壳罩之外并覆盖所述可见光源；以及外壳，所述外壳覆盖所述光导及所述衬底，所述外壳包括一红外窗口及一边壁，所述边壁用于将可见光导向所述外壳的某一区域，并照明所述区域。
较佳地，所述可见光源形成于所述传感器壳罩上并受限于所述光导之内。
较佳地，所述传感器壳罩具有第一开孔。
相应地，所述光导具有第二开孔，所述第二开孔与所述第一开孔相对应，从而允许红外光通过。
更佳地，所述光导具有至少一凹腔，用于嵌合所述可见光源。
较佳地，所述光导由透明塑胶材料制成，所述光导具有两反射器分别形成于其顶面及底面之上。更佳地，所述光导包括多个物理结构，所述物理结构用于改变光强度的空间分布，从而提高所述光导输出后的光强度的均匀性。
作为一个实施例，所述外壳的边壁由光散射微粒填充。
较佳地，所述光散射微粒为TiO2。
更佳地，所述边壁的外表面上覆盖有一白色反射涂层。
作为另一实施例，所述外壳包括上部及下部。
较佳地，所述上部及所述下部之间形成一接面，所述接面用于反射从所述光导发出的光。更佳地，所述接面为一斜面。
作为一个可选实施例，所述可见光源通过柔性印刷电路与所述衬底电连接。
作为另一可选实施例，一触觉开关形成于所述衬底之底部。
本发明还公开了一种系统，其包括一手持式计算机设备以及与所述手持式计算机设备相连接的用户输入设备，所述用户输入设备用以接收用户输入，所述用户输入设备包括一光导航装置。其中，该光导航装置包括：衬底，所述衬底上设有一传感器集成电路及一红外光源；传感器壳罩，用于遮蔽所述传感器集成电路及所述红外光源；至少一可见光源，所述可见光源形成于所述传感器壳罩之外并电连接于所述衬底；光导，所述光导位于所述传感器壳罩之外并覆盖所述可见光源；以及外壳，所述外壳覆盖所述光导及所述衬底，所述外壳包括一红外窗口及一边壁，所述边壁用于将可见光导向所述外壳的某一区域，并照明所述区域。
较佳地，所述手持式计算机设备包括手提电话。
与现有技术相比，本发明的光导航装置不但其光导能够将可见光导向外壳的边缘，而且其外壳具有多种功能。本发明的外壳不但用作保护外壳从而便于红外信号的传播，而且用作次要的导光和光分布结构从而充分反射及重新分布可见光，进而得到被均匀照明的字形。基于此设计，在到达外壳的边壁之前，可见光能被充分地散射，而且光分布均与，从而便于照明。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明光导航装置的第一实施例的结构图。
图2为本发明光导航装置的第一实施例的截面图。
图3为图2所示的光导航装置的局部透视图。
图4为本发明光导航装置的外壳的第一实施例的结构图。
图5为本发明光导航装置的第二实施例的结构图。
图6为本发明光导航装置的第二实施例的截面图。
图7为本发明光导航装置的外壳的第二实施例的分解图。
图8为图7所示的外壳的组装图。
具体实施方式
下面将参考附图阐述本发明几个不同的最佳实施例，其中不同图中相同的标号代表相同的部件。如上所述，本发明的实质在于提供一种用于手指运动识别系统，如指令输入口的光导航装置，该光导航装置使用多个内部可见光源、内部的导光元件和外壳而产生内部照明，该外壳的边壁能够将可见光导向外壳的所需照明区域。基于此设置，本发明的外壳不但用作保护外壳，而且用作导光结构以充分反射和重新分布可见光。由内部可见光源产生的可见光从外壳的边壁得到充分散射，从而均匀到达外壳的边缘用以照明。
图1-3展示了本发明的光导航装置1的第一实施例。如图1-3所示，该光导航装置1包括衬底10、位于该衬底10之上的光导20以及覆盖该光导20的外壳30。
具体地，该衬底10为一印刷电路板，其具有内部电路区域及外壳边缘安装区域。更具体地，该内部电路区域上设有传感器集成电路(integrate circuit，IC)11和红外光源13。该传感器IC 11的顶面上设有一传感阵列(图未示)，该传感阵列由多个红外灵敏的光电探测器组成，其用于感应接收到的红外光的变化。较佳地，该传感阵列与传感器IC 11一体成型，成为传感器IC 11的一部分。该传感器IC 11还包括与传感阵列电连接的动作检测电路。该传感器IC 11与红外光源13电连接从而提供驱动电流进而控制红外光源13产生的红外光数量，以执行手指追踪功能。该传感器IC 11通过柔性印刷电路15与一外部线路(图未示)相连接。
较佳地，在衬底10上设有一传感器壳罩40，用以保护传感器IC 11和红外光源13。该传感器壳罩40具有面向光导20的顶面和面向衬底10的底面。为了允许从红外光源13发出的红外光能够传播至红外窗口312(请参考图4)，并允许携带手指运动信息的反射信号能够被传感器IC 11接收，在传感器壳罩40的顶面上开设第一开孔41，其位置与衬底10上的红外光源13和传感器IC 11的位置相对应。具体地，该第一开孔41具有从顶面凸伸的外墙，其形成烟囱状供以红外信号通过。可选地，在烟囱状的第一开孔41内可设置成像光学元件，从而有助于在传感阵列上形成红外光图像，便于导航信号的产生。此外，传感器壳罩40的顶面开设一沟槽43，用以与下述的发光二极管(LED)装置相配合。
如上所述，该光导航装置1还包括一个或多个LED装置作为可见光源，以发射出照明用的可见光。在本发明的一个实施例中，设有两个LED装置51放置在传感器壳罩40的顶面上。具体地，该LED装置51放置于一LED柔性印刷电路50之上，并与之相连。该LED柔性印刷电路50从衬底10上伸出，并与传感器壳罩40上的沟槽43相嵌合。更具体地，该LED柔性印刷电路50上设有若干柔性金属线缆，由此将LED装置和衬底10连接一起，从而提供驱动LED装置51所需的电源。
可选地，该LED装置51可通过其他连接方式来确保该电连接。
在本实施例中，当将LED装置51组装到传感器壳罩40和衬底10时，LED柔性印刷电路50的厚度设置成与传感器壳罩40的沟槽43的深度一致，因此，组装后，LED柔性印刷电路50和传感器壳罩40的顶面在同一平面。而在传感器壳罩40上的LED装置51的水平位置则依赖于下述的光导20的设置。
如图1-3所示，本发明的光导20可设置为方形或与外壳30和其他元件相对应的其他形状，该光导20由透明塑胶材料制成。较佳地，该光导20包括穿过其顶、底面的第二开孔(图未示)，在光导20内与LED装置51相对应的位置上开设两个凹腔(图未示)。具体地，该第二开孔的尺寸与第一开孔41相同，当光导20组装在传感器壳罩40上时，第二开孔与第一开孔41相对齐。更具体地，该第二开孔环绕第一开孔41的外墙。该两个开孔为红外光构成一无障碍的光通道。而该凹腔则用于收容两LED装置51，在组装后，该两个LED装置51被凹腔完全包围，即，LED装置51嵌入至凹腔内。从LED装置51发出的可见光被耦合进光导20内，并被导向外壳30的边壁上。
此外，该光导20内在不同位置上还设置多个光散射结构，用以分布可见光，因此，整个照明区域的光强度被均匀化。在本发明的一个实施例中，该光散射结构包括若干部分穿透的开槽和完全穿透的开槽(图未示)。
较佳地，如图2所示，在光导20的顶面和底面上分别设有一反射器201、202。作为一个较佳实施例，该反射器201、202是镜似的反射涂层。该镜似的反射涂层通过镜面反射将光反射至光导20中，从而将光限制在光导20中。可选地，该发射涂层的颜色可为白色。作为另一实施例，该反射器201、202为漫射的反射结构，其通过漫反射将光反射至光导20中。
请参考图4所示，现对本发明的外壳30进行描述。该外壳30覆盖在光导20和其他元件之上，其为一体式结构。该外壳30包括红外窗口312以及环绕该红外窗口312的边壁301。
在本发明的构思下，该边壁301能够将可见光导至外壳30的一个目标照明区域。具体地，该边壁301由具有强烈散射特性的半透明材料制成，如，该半透明材料通过填充透明的压模塑料来制成，该压模塑料内充满光散射微粒，如TiO2。较佳地，在边壁301的外表面上成形一白色反射涂层(图未示)，在该白色反射涂层上成形一黑色反射涂层(图未示)。基于此种设置，在水平方向从光导20出来的光能够耦合进边壁301，并通过散射微粒得到进一步的散射，从而增强光分布的均匀性。光能够只通过没有白色和黑色反射涂层的区域传播到外壳30之外。依照本实施例，可见光被导向至红外窗口312四周的顶表面上从而实现照明。
因此，该外壳30不但用作保护外壳，而且用作次要的导光结构以充分反射和重新分布可见光。从光导20而来的光通过外壳30的边壁301被充分散射和均匀分布，进而到达外壳30的四周用以照明。
可选地，该光导航装置1还包括一形成在衬底10的底部的触觉开关60，有了该触觉开关60，用户手指的下按动作能被寄存并用于便携式电子设备的用户界面控制。
请参考图5-8，其展示了本发明的光导航装置1’的第二实施例。本实施的光导航装置1’的结构和第一实施例大致相同，区别仅在于外壳30’的结构。
如图7-8所示，本实施例的外壳30’包括上部31和下部33，两者是独立的部件并可组装在一起。具体地，上部31和下部33都具有环形的边壁，分别称为上边壁311和下边壁331。该上部31包括红外窗口312，该红外窗口312与上边壁311在制造过程中被连接在一起，从而形成上部31的顶面。该上部31通过双喷射塑模法成型。下部33由不透明材料制成而无法导光，该材料可以是黑色的模压塑料。该下部33还包括与下边壁331相连的环形延伸部333，该环形延伸部333和下边壁331可以整体塑模成型，或通过环氧粘合连接在一起。
该上部31和下部33可通过塑模、环氧粘合、超声波焊接或为本领域技术人员所熟知的其他方式进行装配。当外壳30’完全装配好后，上部31和下部33形成一腔体，以遮盖光导20和其他元件。而下部33的环形延伸部333与衬底10的外壳边缘安装区域相连接。其中，在上部31和下部33之间形成一接面35，该接面35的作用将随后描述。
在本发明的构思下，外壳30’能够将可见光导向目标照明区域，在本发明中，外壳30’的上边壁311由对可见光透明的材料制成，而且在上边壁311的竖直的外表面上涂有一反射涂层(图未示)，用以反射从光导20发出的光。如图5、6所示，接面35为一斜面，其上同样涂有一反射涂层(图未示)。较佳地，上边壁311和接面35上的反射涂层为散射的白色反射涂层。该接面35同样可由本领域的技术人员按需要设置成其他形状或其他朝向，以便将光导向所渴望的照明区域。可选地，该反射涂层也可设置为具有高反射率的其他颜色或材质。基于此设置，进入外壳30’的透明的上部31的光通过反射涂层的反射而被限制在光导航装置1’之内，并且只从没有涂有反射涂层的区域向外传播。由于下部33不透明，由LED装置51产生的可见光不会从该下部33传播或向外漏出。因此，可见光被限制在一个较小的区域，很大一部分的光能被利用从而照明目标区域。再且，外部反射涂层的散射特性提高了光分布的均匀性。基于此，外壳30’不但用作保护外壳，而且用作另一个导光结构，用以将光充分反射和重新分布。来自光导20的光在外壳30’上得到充分散射，因此，到达外壳30’四周之外的光更加均匀。
较佳地，在上边壁311的外部的反射涂层上涂有一光吸收涂层(图未示)，优选为黑色的涂层，该设置可防止光从该光导航装置1’表面上的非所需区域中漏出。
请结合图1、2、5、6，本发明的光导航装置1、1’的组装步骤大致包括以下步骤。首先，将传感器壳罩40组装在具有传感器IC 11、红外光源13和其他元件的衬底10上，将传感器壳罩40的第一开孔41和红外光源13及传感器IC11对齐。其次，将装有LED装置51的LED柔性印刷电路50焊接在衬底10上，继而通过与传感器壳罩40上的沟槽43配合，将LED柔性印刷电路50安装在传感器壳罩40之上。接着，通过对齐光导20上的第二开孔和传感器壳罩40上的烟囱状的第一开孔41，而将光导20安装在传感器壳罩40和LED装置51上，使得LED装置51嵌入至光导20的凹腔之中。最后，将外壳30或30’覆盖上述的元件，并将外壳30或30’的环形延伸部333连接在衬底10的外壳边缘安装区域上。至此，完成光导航装置1或1’的组装工序。
当光导航装置1或1’工作时，从红外光源13产生的红外光通过开孔发射到红外窗口312的表面。当没有外部移动物体接触该表面时，没有背射进入传感阵列；当用户手指在该表面移动时，反射的红外光强度和空间分布随着手指的动作而发生变化。传感阵列接收变化的反射的红外光，并将该变化的红外光转换成相应的电信号。继而，传感器IC 11对电信号的连续变化进行采样并计算相对的输入动作，继而，该动作信息通过柔性印刷电路15被传送到外部系统。对于可见照明，位于传感器壳罩40之上的LED装置51通过柔性印刷电路15被外部电源所开启。产生的光直接耦合进光导20之中，并被其顶面、底面上的反射器201，202限制在光导20之内。光导20中的微小结构将光混合并重新分布，使得光在光导20的出口区域获得均匀的输出强度。当光从光导20出来后，光被耦合进外壳30或30’的边壁，继而通过上述所及的结构/元件而被进一步散射，最终，到达红外窗口312四周的渴望照明区域。由此，当LED装置51启亮时，光强度均匀的照明环可被用户所见。
本发明的外壳30、30’不但用作保护外壳，而且便于在红外窗口312上的动作追踪，并且其能够引导照明的可见光，从而形成均匀、清晰的照明环。
本发明还公开了一种系统，其包括手持式计算机设备以及与该手持式计算机设备相连接的用户输入设备。该用户输入设备用以接收用户输入，该用户输入设备包括上述的光导航装置。该光导航装置具有上述的全部技术特征。
作为一个实施例，该手持式计算机设备包含手机。
同样地，该光导航装置能够应用在PDA、远程控制设备等。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (17)
1.一种光导航装置，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底上设有一传感器集成电路及一红外光源；
传感器壳罩，用于遮蔽所述传感器集成电路及所述红外光源；
至少一可见光源，所述可见光源形成于所述传感器壳罩之外并电连接于所述衬底；
光导，所述光导位于所述传感器壳罩之外并覆盖所述可见光源；以及
外壳，所述外壳覆盖所述光导及所述衬底，所述外壳包括一红外窗口及一边壁，所述边壁用于将可见光导向所述外壳的某一区域，并照明所述区域；
其中，所述传感器壳罩具有第一开孔，所述光导具有第二开孔，所述第二开孔与所述第一开孔相对应，从而允许红外光通过。
2.如权利要求1所述的光导航装置，其特征在于：所述可见光源形成于所述传感器壳罩上并受限于所述光导之内。
3.如权利要求1所述的光导航装置，其特征在于：所述第一开孔内具有至少一光学元件。
4.如权利要求1所述的光导航装置，其特征在于：所述光导具有至少一凹腔，用于嵌合所述可见光源。
5.如权利要求1所述的光导航装置，其特征在于：所述光导由透明塑胶材料制成。
6.如权利要求5所述的光导航装置，其特征在于：所述光导具有两反射器分别形成于其顶面及底面之上。
7.如权利要求1所述的光导航装置，其特征在于：所述光导包括多个物理结构，所述物理结构用于改变光强度的空间分布，从而提高所述光导输出后的光强度的均匀性。
8.如权利要求1所述的光导航装置，其特征在于：所述外壳的边壁由光散射微粒填充。
9.如权利要求8所述的光导航装置，其特征在于：所述光散射微粒为TiO2。
10.如权利要求8所述的光导航装置，其特征在于：所述边壁的外表面上覆盖有一白色反射涂层。
11.如权利要求1所述的光导航装置，其特征在于：所述外壳包括上部及下部。
12.如权利要求11所述的光导航装置，其特征在于：所述上部及所述下部之间形成一接面，所述接面用于反射从所述光导发出的光。
13.如权利要求12所述的光导航装置，其特征在于：所述接面为一斜面。
14.如权利要求1所述的光导航装置，其特征在于：所述可见光源通过柔性印刷电路与所述衬底电连接。
15.如权利要求1所述的光导航装置，其特征在于：还包括形成于所述衬底之底部的触觉开关。
16.一种系统，包括一手持式计算机设备以及与所述手持式计算机设备相连接的用户输入设备，所述用户输入设备用以接收用户输入，所述用户输入设备包括一光导航装置，其特征在于，所述光导航装置包括：
衬底，所述衬底上设有一传感器集成电路及一红外光源；
传感器壳罩，用于遮蔽所述传感器集成电路及所述红外光源；
至少一可见光源，所述可见光源形成于所述传感器壳罩之外并电连接于所述衬底；
光导，所述光导位于所述传感器壳罩之外并覆盖所述可见光源；以及
外壳，所述外壳覆盖所述光导及所述衬底，所述外壳包括一红外窗口及一边壁，所述边壁用于将可见光导向所述外壳的某一区域，并照明所述区域；
其中，所述传感器壳罩具有第一开孔，所述光导具有第二开孔，所述第二开孔与所述第一开孔相对应，从而允许红外光通过。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于：所述手持式计算机设备包括手提电话。
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