CN105739724B - 可进行横向侦测及调整追踪距离的光学导航模块 - Google Patents

可进行横向侦测及调整追踪距离的光学导航模块 Download PDF

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Abstract

一种光学导航模块，包含光学封装以及光反射组件。所述光学封装包含具有感光面的影像传感器。所述光反射组件用以将平行于所述感光面传播的光反射为垂直所述感光面的传播光以入射至所述感光面，藉以进行横向侦测。

Description

可进行横向侦测及调整追踪距离的光学导航模块
技术领域
本发明涉及有关一种光学导航系统，更特别有关一种可进行横向侦测及调整追踪距离(tracking distance)的光学导航模块。
背景技术
光学导航系统的基本光学机械构造包含传感器搭配透镜；其中，导航表面与所述传感器的装设面大致平行。所述光学导航系统还包含发光器用以照明所述导航表面的关注区域(area of interest)，而通常对于所述发光器相对于所述导航表面的装设方向较少有限制。
某些情况下，会需要追踪相对所述光学导航系统的主电路板具有角度(即非平行)的表面或对象。这些状况下，由于目前的光学导航方案仅限于追踪平行于侦测面的表面，故所述传感器必须相对所述主电路板安装于一期望角度。图1显示一种现存方案，其中传感器95被安装于分离电路板93，其通过直角连接器97以一角度连接于主电路板91。然而，此方案需要增加处理程序及额外的成本(例如，包括所述分离电路板93、直角连接器97及组件等)。此外，此方案会占据相当的空间。
目前的光学导航方案的另一个特征是，所述传感器到所述导航表面的实质追踪距离为固定。虽然光学系统的设计会从所述实质追踪距离给予一偏差值，然所述偏差值通常限于约+/-0.3毫米，且通常会导致效能降低。
发明内容
有鉴于此，本发明说明另提出一种可进行横向侦测及调整追踪距离的光学导航模块。
本发明说明提供一种光学导航模块，其包含光学封装以及反射结构。所述光学封装包含具有感光面的影像传感器。所述反射结构覆盖所述光学封装，并包含用以将平行于所述感光面的平行入射光反射为垂直入射至所述感光面的第一反射部分。
本发明说明另提供一种光学导航模块，其包含基板、光学封装、第一光反射组件以及第二光反射组件。所述基板具有上表面。所述光学封装设置于所述上表面并包含影像传感器及发光晶粒。所述影像传感器具有平行于所述上表面的感光面。所述发光晶粒用以朝向所述上表面的法线方向发出照射光。所述第一光反射组件用以将入射光反射为入射至所述感光面，其中平行于所述上表面的所述入射光被反射为垂直所述上表面。所述第二光反射组件用以将所述发光晶粒所发出的所述法线方向的所述照射光反射为平行于所述上表面的平行照射光。
本发明说明另提供一种光学导航模块，其包含光学封装以及反射结构。所述光学封装包含影像传感器及发光晶粒。所述影像传感器具有感光面。所述发光晶粒用以朝向所述感光面的法线方向发出照射光。所述反射结构覆盖所述光学封装并包含侦测面、侦测开口、第一反射部分及第二反射部分。所述侦测面垂直于所述感光面。所述侦测开口位于所述侦测面。所述第一反射部分具有第一端及第二端，其中所述第一反射部分的所述第一端对位于所述影像传感器而所述第一反射部分的所述第二端连通于所述侦测开口。所述第二反射部分具有第一端及第二端，其中所述第二反射部分的所述第一端对位于所述发光晶粒而所述第二反射部分的所述第二端连通于所述侦测开口。
为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，于本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此先述明。
附图说明
图1为现有光学导航系统的主电路板及分离电路板的示意图。
图2为本发明说明实施例的光学导航模块的分解示意图。
图3为图2的光学导航模块的组合立体图。
图4为本发明说明实施例的光学导航模块的侧视图。
图5为本发明说明实施例的光学导航模块的另一示意图。
符号标记说明
100 光学导航模块 11 基板
11S 基板的上表面 111 处理器
113 马达 13 光学封装
13S 光学封装的上表面 131 发光晶粒
133 影像传感器 133S 影像传感器的感光面
135 导电接脚 15 反射结构
151 第一反射部分 153 第二反射部分
155 侦测面 1551 侦测开口
161 第一光反射组件 163 第二光反射组件
17 中间层 19 聚光透镜
91 主电路板 93 分离电路板
95 传感器 97 直角连接器
Lin 入射光 Lout 照射光
O 物件 Dv 纵向距离
Dh 横向距离 n 法线方向
具体实施方式
请参照图2及3所示，图2为本发明说明实施例的光学导航模块100的分解示意图，图3为图2的光学导航模块100的组合立体图。光学导航模块100包含光学封装13以及反射结构15；其中，所述反射结构15覆盖于所述光学封装13上，用以对入射光Lin及照射光Lout进行反射(详述于后)。所述反射结构15例如为模制(molding)而成，且所述反射结构15的截面积可大于、等于或小于所述光学封装13的截面积，并无特定限制，只要能实现反射传递于其内的光即可。
所述光学封装13包含发光晶粒131以及影像传感器133。所述影像传感器133可包含电荷耦合组件(CCD)影像传感器、互补金属氧化物半导体场效应晶体管(CMOS)影像传感器、或其他可用以转换光能量为电信号的传感器。所述影像传感器133具有感光面133S，所述入射光Lin照射所述感光面133S。所述发光晶粒131可包含发光二极管或激光二极管，用以朝向所述感光面133S的法线方向n发出照射光Lout；其中，所述照射光Lout用以提供所述影像传感器133撷取影像时所需的光。于一光学封装内封装发光晶粒及影像传感器的方式已为现有技术，故于此不再赘述。
所述反射结构15包含第一反射部分151、第二反射部分153、侦测面155以及侦测开口1551；其中，当所述反射结构15覆盖于所述光学封装13上时，所述侦测面155可大致垂直于所述感光面133S，但并不以此为限。其他实施例中，所述侦测面155可为斜面。所述侦测开口1551位于所述侦测面155，并相对于对象O，例如追踪表面(tracking surface)。所述侦测开口1551用以供所述发光晶粒131所产生的所述照射光Lout离开所述反射结构15及所述对象O的反射光(即入射光Lin)进入所述反射结构15。所述侦测开口1551的形状及尺寸并无特定限制，只要能供光线进出即可。所述对象O可相对所述侦测开口1551为固定或移动，视不同应用而定。所述第一反射部分151及所述第二反射部分153形成于所述反射结构15内部。
所述第一反射部分151具有第一端及第二端，其中所述第一反射部分151的所述第一端大致对位于所述影像传感器133(优选地对位其感光面133S)而所述第一反射部分151的所述第二端连通于所述侦测开口1551。所述第一反射部分151用以将入射光Lin反射为入射至所述感光面133S，其中平行于所述感光面133S的所述入射光Lin被反射为垂直所述感光面133S。如前所述，所述入射光Lin由所述对象O反射照射光Lout所产生。更详言之，所述第一反射部分151还包含反射面、具有一面作为反射面的棱镜及具有一面作为反射面的绕射光学组件(DOE)至少其中之一，该至少其中之一位于所述第一反射部分151内(例如位于斜线区域)用以反射传递于其内的光，例如所述入射光Lin。所述反射面例如可通过涂布(coating)反射层于所述第一反射部分151的内表面而形成；其中，所述反射层可为金属、非金属或其组合，并无特定限制，只要能有效反射目标光谱(例如所述影像传感器133的感测光谱)即可。所述棱镜例如可为全内反射(TIR)棱镜，其设置于所述第一反射部分151内的适当位置。
所述第二反射部分153具有第一端及第二端，其中所述第二反射部分153的所述第一端大致对位于所述发光晶粒131而所述第二反射部分153的所述第二端连通于所述侦测开口1551。所述第二反射部分153用以将所述发光晶粒131所发出的所述法线方向n的所述照射光Lout反射为平行于所述感光面133S，并从所述反射结构15射出，即从所述侦测开口1551射出。更详言之，所述第二反射部分153包含反射面、具有一面作为反射面的棱镜及具有一面作为反射面的绕射光学组件至少其中之一，该至少其中之一位于所述第二反射部分153内(例如位于斜线区域)用以反射传递于其内的光，例如所述发光晶粒131所发出的所述法线方向n的所述照射光Lout。所述第二反射部分153的所述反射面、棱镜及绕射光学组件的形成方式类似所述第一反射部分151的所述反射面、棱镜及绕射光学组件。
上述实施例中，所述反射面、棱镜及绕射光学组件例如可于模制形成所述反射结构15后，再镀上反射层，或置入另外制作的反射镜、具有一面作为反射面的棱镜或具有一面作为反射面的绕射光学组件而成。必须说明的是，虽然本发明说明中，所述反射结构15显示大致呈矩形柱体，然其仅用以说明而并非用以限定本发明说明。某些实施例中，所述反射结构15的所述侦测面155可包含两个侦测开口，其分别连通于所述第一反射部分151的所述第二端及所述第二反射部分153的所述第二端，端视不同应用而定。
必须说明的是，虽然图2及3显示所述反射结构15为单一结构且同时包含所述第一反射部分151及所述第二反射部分153，然其仅用以说明而并非用以限定本发明说明。其他实施例中，所述反射结构15可由两个模制结构形成，其分别包含所述第一反射部分151及所述第二反射部分153。
请参照图4所示，其为本发明说明实施例的光学导航模块100的侧视图。光学导航模块100可还包含基板11，例如印刷电路板(PCB)或可挠性电路基板(FCB)，但并不以此为限，用以设置所述光学封装13。例如，所述基板11具有上表面11S，其上具有多个走线及电子组件。所述光学封装13则设置于所述上表面11S并电性连接所述基板11，例如通过多个导电接脚135电性连接所述基板11。当所述光学封装13设置于所述基板11上时，所述影像传感器133的感光面133S大致平行于所述基板11的上表面11S；其中，光学封装与基板的电性连接方式已为现有技术，故于此不再赘述。藉此，所述发光晶粒131可朝向所述基板11的上表面11S的法线方向n发出照射光Lout。通过设置所述反射结构15，所述发光晶粒131所发出的照射光Lout(例如反射后的照射光)朝向所述光学封装13的侧边(例如图4所示右侧)射出所述光学封装13的范围，来自外部的入射光Lin(例如来自所述对象O的反射光)从所述光学封装13的所述相同侧边射入所述光学封装13的范围。
请参照图5所示，其为本发明说明实施例的光学导航模块100的另一示意图。所述光学导航模块100还可包含聚光透镜19，用以汇聚反射后的入射光，以增加所述影像传感器133的感光效率；其中，所述聚光透镜19例如可为双凸透镜(biconvex lens)或单凸透镜(plano-convex lens)，并无特定限制，只要具有聚光的功能即可。某些实施例中，所述光学导航模块100可还包含介于所述光学封装13与所述反射结构15间的中间层17(参照图4)，所述聚光透镜19可形成于所述中间层17；其中，所述中间层17还可作为所述影像传感器133的保护层，例如玻璃层、透明塑料层等，但并不以此为限。其他实施例中，所述聚光透镜19可结合于所述反射结构15，例如位于所述第一反射部分15的第一端，以对位于所述影像传感器133。其他实施例中，所述聚光透镜19可直接结合于所述光学封装13，并对位于所述影像传感器133。
必须说明的是，虽然图2～4显示所述光学导航模块100包含反射结构15覆盖于所述光学封装13上，然其仅用以说明而并非用以限定本发明说明。某些实施例中，所述光学导航模块100可不包含所述反射结构15而包含两个反射组件设置(例如通过支撑件)于所述光学封装13或所述基板11上。例如，请再参照图4所示，当不包含所述反射结构15时，所述光学导航模块100包含第一光反射组件161及第二反射组件163；其中，所述第一光反射组件161及所述第二光反射组件163可为反射镜、具有一面作为反射面的棱镜或具有一面作为反射面的绕射光学组件。例如，图5显示所述第一光反射组件161为反射镜，所述第二光反射组件163则与所述第一光反射组件161类似而未显示于图5。所述第一光反射组件161用以将平行于所述基板11的上表面11S的入射光反射为垂直所述基板11的上表面11S以入射至所述感光面133S；其中，所述第一光反射组件161的功用类似于所述第一反射部分151。所述第二光反射组件163用以将所述发光晶粒131所发出的所述法线方向n的照射光反射为平行于所述基板11的上表面11S；其中，所述第二光反射组件163的功用类似于所述第二反射部分153。必须说明的是，图4中所示所述入射光Lin与所述照射光Lout的空间关系仅用以说明，并非用以限定本发明说明。
请再参照图5所示，其显示所述对象O与所述第一光反射组件161(或所述第一反射部分151)的横向距离为Dh而所述影像传感器133与所述第一光反射组件161(或所述第一反射部分151)的纵向距离为Dv；其中，所述纵向距离为Dv可调。更详言之，所述反射结构15与所述光学封装13的纵向距离为可调，或者所述第一光反射组件161与所述光学封装13的纵向距离为可调。如前所述，聚光透镜19设置于所述第一光反射组件161(或所述第一反射部分151)与所述影像传感器133间，用以增加其感光效率。某些实施例中，所述光学导航模块100还包含设置于所述基板11上并与所述基板11电性连接的处理器111(例如微处理器、数字处理器或微控制器等)；其中，所述处理器111用以通过至少一马达113(例如迷你电动马达或压电马达等，但并不以此为限)调整所述纵向距离Dv，例如受使用者控制或自动根据所述影像传感器133所撷取影像的影像质量控制。本实施例中，升高或降低所述第一光反射组件161(或所述反射结构15)的高度则可改变其与所述光学封装13的纵向距离Dv，进而改变较佳的横向距离为Dh(即追踪距离)，藉以实现调整追踪距离的目的。例如，表1显示横向距离为Dh与纵向距离Dv的相对关系，但并不以此为限。
表1
此外，必须说明的是，本发明说明的光学导航模块100中，光平行于感光面133S(或所述上表面11S)指光的主要传播方向平行于所述感光面133S(或所述上表面11S)，但根据不同应用可与所述感光面133S(或所述上表面11S)间具有约+/-10度的偏差；光垂直于感光面133S(或所述上表面11S)指光的主要传播方向垂直于所述感光面133S(或所述上表面11S)，但根据不同应用可与所述感光面133S(或所述上表面11S)的法线方向n间具有约+/-10度的偏差。
必须说明的是，虽然本发明说明中，所述光学封装13显示为同时包含所述影像传感器133及所述发光晶粒131，然其仅用以说明而并非用以限定本发明说明。某些实施例中，当所述光学导航模块100外部具有其他外部光源或有足够的环境光时，所述光学封装13可仅包含所述影像传感器133而不包含所述发光晶粒131，视不同应用而定。
综上所述，现有的光学导航系统并未设计用以侦测与其主电路板不平行的追踪表面或对象，因此需要另外设置分离电路板以与所述主电路板结合，因而具有成本较高以及制作程序复杂的问题。因此，本发明说明另提供一种光学导航模块(图2～5)，其通过设置反射结构以改变照射光及入射光的行进方向，因而可侦测相对所述主电路板具有任意夹角的追踪面或对象，以降低成本及节省空间。
虽然本发明已通过前述实施例所公开，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作各种变动与修改。因此本发明的保护范围当以后附权利要求书所界定的为准。

Claims (17)

1.一种光学导航模块，包含：
光学封装，所述光学封装包含：
影像传感器，所述影像传感器具有感光面；及
发光晶粒，用以朝向所述感光面的法线方向发出照射光；以及
反射结构，覆盖所述光学封装，所述反射结构包含：
侦测开口；
第一反射部分，该第一反射部分具有第一端及第二端并用以将平行于所述感光面的平行入射光反射为垂直入射至所述感光面，所述第一反射部分的所述第一端位于所述影像传感器，所述第一反射部分的所述第二端连通所述侦测开口；及
第二反射部分，该第二反射部分具有第一端及第二端并用以将所述发光晶粒所发出的所述法线方向的所述照射光反射为平行于所述感光面，所述第二反射部分的所述第一端位于所述发光晶粒而所述第二反射部分的所述第二端连通于所述侦测开口，
其中，所述第一反射部分的所述第一端与所述第一反射部分的所述第二端延伸于第一方向，所述第二反射部分的所述第一端与所述第二反射部分的所述第二端延伸于第二方向，所述第一方向不平行所述第二方向。
2.根据权利要求1所述的光学导航模块，其中所述第一反射部分包含：
反射面、棱镜及绕射光学组件至少其中之一，用以反射所述平行入射光。
3.根据权利要求1所述的光学导航模块，其中所述第二反射部分包含：
反射面、棱镜及绕射光学组件至少其中之一，用以反射所述发光晶粒所发出的所述法线方向的所述照射光。
4.根据权利要求1所述的光学导航模块，其中所述反射结构包含：
侦测面，垂直所述感光面，且所述侦测开口位于所述侦测面。
5.根据权利要求1所述的光学导航模块，其中所述光学导航模块还包含：
基板，具有上表面，所述光学封装设置于所述基板且所述感光面平行于所述上表面。
6.根据权利要求1所述的光学导航模块，其中所述光学导航模块还包含：
聚光透镜，用以聚焦反射后的所述入射光。
7.根据权利要求6所述的光学导航模块，其中所述聚光透镜结合于所述反射结构。
8.根据权利要求1所述的光学导航模块，其中所述光学导航模块还包含：
至少一马达，用以调整所述反射结构与所述光学封装的纵向距离。
9.一种光学导航模块，包含：
基板，具有上表面；
光学封装，设置于所述上表面，所述光学封装包含：
影像传感器，具有平行于所述上表面的感光面；及
发光晶粒，用以朝向所述上表面的法线方向发出照射光；以及
反射结构，该反射结构包含：
侦测开口；
第一光反射部分，该第一反射部分具有第一端用以将入射光反射为入射至所述感光面并具有第二端连通所述侦测开口，其中平行于所述上表面的所述入射光被反射为垂直所述上表面；以及
第二光反射部分，该第二反射部分具有第一端用以将所述发光晶粒所发出的所述法线方向的所述照射光反射为平行于所述上表面并具有第二端连通所述侦测开口，
其中，所述第一反射部分的所述第一端与所述第一反射部分的所述第二端延伸于第一方向，所述第二反射部分的所述第一端与所述第二反射部分的所述第二端延伸于第二方向，所述第一方向不平行所述第二方向。
10.根据权利要求9所述的光学导航模块，其中所述第一光反射部分及所述第二光反射部分分别包含反射镜、棱镜或绕射光学组件。
11.根据权利要求9所述的光学导航模块，其中反射后的所述照射光朝向所述光学封装的一侧边的所述侦测开口射出所述光学封装的范围，所述入射光从所述光学封装的所述侧边的所述侦测开口射入所述光学封装的范围。
12.根据权利要求9所述的光学导航模块，其中所述光学导航模块还包含：
聚光透镜，用以聚焦反射后的所述入射光。
13.根据权利要求9所述的光学导航模块，其中所述光学导航模块还包含：
马达，用以调整所述反射结构与所述光学封装的纵向距离。
14.一种光学导航模块，包含：
光学封装，所述光学封装包含：
影像传感器，具有感光面；及
发光晶粒，用以朝向所述感光面的法线方向发出照射光；以及
反射结构，覆盖所述光学封装，所述反射结构包含：
侦测面，垂直于所述感光面；
侦测开口，位于所述侦测面；
第一反射部分，具有第一端及第二端，其中所述第一反射部分的所述第一端位于所述影像传感器而所述第一反射部分的所述第二端连通于所述侦测开口；及
第二反射部分，具有第一端及第二端，其中所述第二反射部分的所述第一端位于所述发光晶粒而所述第二反射部分的所述第二端连通于所述侦测开口，
其中，所述第一反射部分的所述第一端与所述第一反射部分的所述第二端延伸于第一方向，所述第二反射部分的所述第一端与所述第二反射部分的所述第二端延伸于第二方向，所述第一方向不平行所述第二方向。
15.根据权利要求14所述的光学导航模块，其中所述第一反射部分及所述第二反射部分分别包含：
反射面、棱镜及绕射光学组件至少其中之一，以反射传递于其内的光。
16.根据权利要求14所述的光学导航模块，其中所述反射结构与所述光学封装的纵向距离可调。
17.根据权利要求14所述的光学导航模块，其中所述反射结构还包含：
聚光透镜，位于所述第一反射部分。
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