CN111142314B - 多光源的光机结构 - Google Patents

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Abstract

一种导航装置的光机结构，包括第一光源、第二光源、透镜、阻隔结构以及图像传感器。阻隔结构具有容纳第一光源的第一空间、容纳透镜的第二空间以及容纳第二光源和图像传感器的第三空间。第一光源相关的反射光穿过第二空间的透镜传递至图像传感器。第二光源相关的反射光穿过第三空间传递至图像传感器而不穿过第二空间的透镜传递至图像传感器。

Description

多光源的光机结构
技术领域
本发明有关一种多光源的光机结构，更特别有关一种适用于导航装置的多光源的光机结构。
背景技术
光学式导航装置是利用光源照明工作表面，并使用图像传感器获取来自所述工作表面的反射光来产生图像帧。处理器则根据图像帧计算导航装置相对所述工作表面的行进距离和/或速度。
然而，不同工作表面的反射率通常会不同，会导致图像帧中的图像特征出现明显的变化。因此，能够分辨不同材质工作表面的导航装置实为所需。
发明内容
本发明提供一种导航装置的光机结构，其使用多个光源相对不同工作表面进行切换，以利于不同工作表面上的运作。
本发明还提供一种多光源的光机结构，其具有阻隔结构以有效防止不同光源的发射光与反射光之间的干扰。
本发明提供一种包含基板、阻隔结构、第一光源、透镜、第二光源以及图像传感器的光机结构。所述阻隔结构设置于所述基板上，并具有第一平台及第二平台，其中所述第一平台具有第一开口、所述第二平台具有第二开口及第三开口。所述第一光源设置于所述第一开口内并电性连接所述基板，用于朝向所述基板的垂直方向从所述第一开口发出发射光。所述透镜配置于所述第二开口内。所述第二光源设置于所述第三开口内并电性连接所述基板。所述图像传感器设置于所述第三开口的下方并电性连接所述基板。
本发明还提供一种包含基板、阻隔结构、第一光源、透镜、第二光源以及图像传感器的光机结构。所述阻隔结构设置于所述基板上，并具有第一平台及第二平台，其中所述第一平台具有第一开口、所述第二平台具有第二开口及第三开口。所述第一光源设置于所述第一开口内并电性连接所述基板。所述透镜配置于所述第二开口内。所述第二光源设置于所述第三开口内并电性连接所述基板。所述图像传感器设置于所述第三开口的下方并电性连接所述基板。所述第一平台不遮蔽所述第一光源，所述第一光源朝向远离所述透镜的方向倾斜发出发射光离开所述第一开口，以防止所述第一光源发出的所述发射光的反射光进入所述第三开口。
本发明还提供一种包含基板、阻隔结构、第一光源、透镜、第二光源以及图像传感器的光机结构。所述阻隔结构设置于所述基板上，并具有第一平台、第二平台及第三平台，其中所述第一平台具有第一开口、所述第二平台具有第二开口、所述第三平台具有第三开口，且所述第二平台低于所述第一平台及所述第三平台。所述第一光源设置于所述第一开口内并电性连接所述基板，用于朝向所述基板的垂直方向从所述第一开口发出发射光。所述透镜配置于所述第二开口内。所述第二光源设置于所述第三开口内并电性连接所述基板。所述图像传感器设置于所述第三开口的下方并电性连接所述基板。
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，于此合先述明。
附图说明
图1是本发明实施例的光机结构的立体图；
图2是本发明实施例的光机结构的上视图；
图3是图2中的光机结构及屏蔽筒沿A-A’线的剖视图；
图4是本发明另一实施例的光机结构的剖视图；
图5是本发明再一实施例的光机结构的剖视图；及
图6是本发明实施例的光机结构的另一立体图。
附图标记说明
100 光机结构
11 基板
12 第一光源
13 阻隔结构
131 第一开口
132 第一平台
133 第二开口
134 第二平台
135 第三开口
14 透镜
16 第二光源
18 图像传感器
20 屏蔽筒
具体实施方式
本发明提供一种多光源的光机结构，该光机结构具有阻隔结构用于保护其内构件并防止不同光源的发射光与工作表面的反射光之间的干扰，以提升判断精度。所述光机结构例如配置于在工作表面上运作的导航装置，例如，但不限于，清洁机器人。
请同时参照图1至图3所示，图1为本发明一种实施例的光机结构100 的立体图；图2是本发明一种实施例的光机结构100的上视图；图3是图2 中的光机结构100及屏蔽筒20沿A-A’线的剖视图。
光机结构100包含第一光源12、透镜14、第二光源16、图像传感器18、基板11及设置于该基板11上的阻隔结构13，其中该阻隔结构13可以通过黏胶或锁固件接合于所述基板11，并无特定限制。所述基板11可以是印刷电路板(PCB)或软性基板(flexiblesubstrate)，并无特定限制。某些实施方式中，光机结构100还包含屏蔽筒20配置于所述基板11上并包覆所述阻隔结构13(另参照图6)，用于防尘并阻隔环境光。所述屏蔽筒20可以通过黏胶或锁固件接合于所述基板11，并无特定限制。
阻隔结构13优选为相对第一光源12及第二光源16所发出的光不透明。阻隔结构13的材料并无特定限制，例如塑料，其例如可利用射出成型工艺制作。阻隔结构13具有平行所述基板11的第一平台132及第二平台134。一种实施方式中，所述第一平台132高于所述第二平台134。所述第一平台 132具有第一开口131而在其下具有第一空间。所述第二平台134具有彼此相邻的第二开口133及第三开口135而在其下分别具有第二空间及第三空间。所述开口及所述空间作为提供光线出入阻隔结构13的通道。
第一光源12设置于第一开口131内(即位于第一空间内)并电性连接基板11以接收控制信号和电力。第一光源12此处是以发光二极管为例进行说明(例如，但不限于，红外光发光二极管)，用于大致朝向所述基板11的垂直方向从所述第一开口131发出发射光以照明工作表面S。为了固定第一光源12，某些实施方式中，阻隔结构13还包含突出结构136抵接所述第一光源12。必须说明的是，虽然图3显示突出结构136是横向垂直地从阻隔结构13延伸而出，但其仅用以说明而并非用以限定本发明。其他实施方式中，突出结构136可以倾斜地(朝上或向下)从阻隔结构13延伸而出以抵接所述第一光源12的表面。其他实施方式中，阻隔结构13的围绕第一开口131 (或第一空间)的侧壁制作具有较大的厚度以直接抵接第一光源12的侧面，而不是通过横向的突出结构136固定第一光源12，亦即第一光源12恰好符合第一空间。
透镜14配置于第二开口133(或第二空间)内，用于引导来自工作表面 S的相关于第一光源12的反射光至图像传感器18。某些实施方式中，为了使透镜14能够放置于第二开口133内，可切割透镜14以调整其形状(例如截面非圆形)。必须说明的是，虽然图3显示第二开口133内仅设置一个透镜14，但本发明并不限于此。相对不同应用，第二开口133内可设置包含一个以上透镜的透镜组，同时阻隔结构13制作成具有承载此透镜组的结构。
第二光源16设置于第三开口135内(即位于第三空间内)，并电性连接基板11以接收控制信号和电力。第二光源16此处是以激光二极管为例进行说明(例如，但不限于，红外光激光二极管)，其发出的发射光通过所述第三开口135离开阻隔结构13以照明工作表面S。一种实施方式中，第二光源16与第一光源12分别照明工作表面S的不同区域。一种实施方式中，第三开口135内不设置任何光学元件用以缩放第二光源16的发射光。
图像传感器18设置于第三开口135的下方(或位于第三空间内)，并电性连接基板11以收发信号。图像传感器18例如是CMOS图像传感器或CCD 图像传感器。一种实施方式中，第二光源16与图像传感器18形成于同一芯片封装中，该芯片封装配置并电性连接于基板11。此时，第二光源16与图像传感器18之间优选具有阻挡层以避免第二光源16的发射光直接被图像传感器18接收。其他实施方式中，所述芯片封装还配置有处理器，例如特定应用集成电路(ASIC)或数字处理器(DSP)，以处理图像传感器18获取的图像信号。
图像传感器18具有感光面(例如图中的下表面)，该感光面的一部分重叠于第三开口135且另一部分重叠于第二开口133及透镜14。藉此，图像传感器18的感光面的一部分接收第二光源16发出的发射光经工作表面S反射并通过第三开口135进入阻隔结构13的反射光；图像传感器18的感光面的另一部分接收通过第二开口133内的透镜14接收第一光源12发出的发射光经工作表面S反射的反射光。
本实施例中，为了避免第一光源12相关的反射光通过第三开口135被图像传感器18接收，第一平台132遮蔽第一光源12的一部分(例如图2及图3显示遮蔽一半并露出另一半)，以阻挡所述第一光源12发出的发射光的反射光进入第三开口135。遮蔽的截面积大小决定于第一光源12与图像传感器18的横向距离以及第一光源12与工作表面S的垂直距离。第一平台132 的内面可以直接抵接第一光源12的顶面以固定第一光源12，或与第一光源12分离。
本实施例中，图像传感器18的图像帧的不同区域可供处理器(其包含于上述芯片封装中或通过基板11耦接图像传感器18)计算不同光源的检测结果。本发明还可利用其他配置避免不同光源的光彼此相互影响。
请参照图4所示，其为本发明另一实施例的光机结构及屏蔽筒20的剖视图。本实施例中，第一平台132不遮蔽第一光源12，通过使第一光源12 朝向远离透镜14的方向倾斜(例如图4显示朝向右下方)发出发射光离开第一开口131，以使第一光源12的发射光的反射光仅到达第二开口133而不会进入第三开口135。
本实施例与图3实施例的差异仅在于通过倾斜设置第一光源12(其发光轴不垂直基板11)来达到消除干扰的目的，其他组件的配置则与图3相同，故于此不再赘述。
本实施例中，由于第一光源12倾斜地配置，阻隔结构13在第一开口131 内部还可选择包含至少一突出结构(此处显示两个突出结构136及136’，但并不限于此)抵接并固定第一光源12。其他实施方式中，还可将第一开口131(或第一空间)的尺寸直接制作成符合第一光源12的尺寸，以使第一光源12置入第一开口131后即被固定并具有预定倾斜角度。
请参照图5所示，其为本发明另一实施例的光机结构及屏蔽筒20的剖视图。本实施例中，阻隔结构13具有第一平台132、第二平台134及第三平台134’，其中，所述第一平台132具有第一开口131而在其下具有第一空间；所述第二平台134具有第二开口133而在其下具有第二空间；所述第三平台 134’具有第三开口135而在其下具有第三空间，且所述第二平台134低于所述第一平台132及所述第三平台134’。更详言之，本实施例是将第三开口 135的侧壁增高，以防止第一光源12的发射光经工作表面S反射的反射光进入第三开口135。一种实施方式中，第一平台132与第三平台134’具有相同高度，但不限于此。本实施例与图3的光机结构的差异仅在于将第三开口 135(第三空间)的侧壁增加为高于第二平台134，其他组件的配置则与图3 相同，故于此不再赘述。
屏蔽筒20在其内部优选具有倾斜部分201及横向部分203(如图3至图 5所示)，其分别相对第二光源16及第一光源12的发射光为透明，或者针对图像传感器18的检测光谱为透明。倾斜部分201优选可让第二光源16的发射光穿过时产生折射(例如朝图中右下方折射)，其折射角度配置为使来自工作表面S且与第二光源16相关的反射光从第三开口135传递至图像传感器18而不从第二开口133传递至图像传感器18。第一光源12的发射光在经过横向部分203时优选不产生折射。
另一种实施方式中，横向部分203可配置成使第一光源12的发射光在经过时朝向图中右侧折射，以达到如图4的效果。藉此，可无须将第一光源 12倾斜地配置，仍能避免第一光源12的发射光经反射后进入第三开口135。
可以了解的是，虽然上述实施例中说明第一光源12相关的反射光不进入第三开口135且第二光源16相关的反射光不进入第二开口133，此处所指是第一光源12及第二光源16的发射光的大部分能量不进入所述开口。由于工作表面S具有光散射效果，第一光源12的发射光仍会有小部分散射至第三开口135而第二光源16的发射光仍会有小部分散射至第二开口133，但由于散射光的能量比例很低，故此处视为不影响检测效能。
可以了解的是，上述实施例中各开口的形状仅用以说明而并非用以限定本发明。
综上所述，为了在不同工作表面均能顺利运作，除了强化处理器的后处理能力外，使用相对不同工作表面运作的多个光源也是一种选择。因此，本发明提出一种导航装置的光机结构(例如图1至图6)，当工作表面改变时，可通过点亮不同光源以提升图像帧中的图像特征。本发明实施例的光机结构通过阻隔结构的配置，使得不同光源的发射光及反射光之间不会彼此干扰，可藉此提升判断精度。
虽然本发明已通过前述实例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种光机结构，该光机结构包含：
基板；
阻隔结构，该阻隔结构设置于所述基板上，并具有第一平台及第二平台，其中所述第一平台具有第一开口、所述第二平台具有第二开口及第三开口；
第一光源，该第一光源设置于所述第一开口内并电性连接所述基板，用于朝向所述基板的垂直方向从所述第一开口发出发射光；
透镜，该透镜配置于所述第二开口内；
第二光源，该第二光源设置于所述第三开口内并电性连接所述基板；及
图像传感器，该图像传感器设置于所述第三开口的下方并电性连接所述基板，其中，所述图像传感器具有感光面，该感光面的一部分重叠于所述第三开口且另一部分重叠于所述第二开口。
2.根据权利要求1所述的光机结构，其中
所述第一平台遮蔽所述第一光源的一部分，以阻挡所述第一光源发出的所述发射光的反射光进入所述第三开口；
所述第一平台高于所述第二平台；且
所述第一平台及所述第二平台平行所述基板。
3.根据权利要求1所述的光机结构，其中
所述第二光源与所述图像传感器形成于同一芯片封装中；且
所述第一光源为发光二极管，所述第二光源为激光二极管。
4.根据权利要求1所述的光机结构，其中所述阻隔结构在所述第一开口内部还包含突出结构抵接并固定所述第一光源。
5.根据权利要求1所述的光机结构，其中所述图像传感器的所述感光面通过所述第二开口内的所述透镜接收所述第一光源发出的所述发射光的反射光。
6.根据权利要求1所述的光机结构，其中
所述第二光源发出的发射光通过所述第三开口离开所述阻隔结构；且
所述第二光源发出的所述发射光的反射光通过所述第三开口进入所述阻隔结构并传递至所述图像传感器。
7.根据权利要求1所述的光机结构，还包含屏蔽筒配置于所述基板上并包覆所述阻隔结构。
8.一种光机结构，该光机结构包含：
基板；
阻隔结构，该阻隔结构设置于所述基板上，并具有第一平台及第二平台，其中所述第一平台具有第一开口、所述第二平台具有第二开口及第三开口；
第一光源，该第一光源设置于所述第一开口内并电性连接所述基板；
透镜，该透镜配置于所述第二开口内；
第二光源，该第二光源设置于所述第三开口内并电性连接所述基板；及
图像传感器，该图像传感器设置于所述第三开口的下方并电性连接所述基板，其中，所述图像传感器具有感光面，该感光面的一部分重叠于所述第三开口且另一部分重叠于所述第二开口，
其中，所述第一平台不遮蔽所述第一光源，所述第一光源朝向远离所述透镜的方向倾斜发出发射光离开所述第一开口，以防止所述第一光源发出的所述发射光的反射光进入所述第三开口。
9.根据权利要求8所述的光机结构，其中
所述第一平台高于所述第二平台；且
所述第一平台及所述第二平台平行所述基板。
10.根据权利要求8所述的光机结构，其中
所述第二光源与所述图像传感器形成于同一芯片封装中；且
所述第一光源为发光二极管，所述第二光源为激光二极管。
11.根据权利要求8所述的光机结构，其中所述阻隔结构在所述第一开口内部还包含至少一突出结构抵接并固定所述第一光源。
12.根据权利要求8所述的光机结构，其中所述图像传感器的所述感光面通过所述第二开口内的所述透镜接收所述第一光源发出的所述发射光的所述反射光。
13.根据权利要求8所述的光机结构，其中
所述第二光源发出的发射光通过所述第三开口离开所述阻隔结构；且
所述第二光源发出的所述发射光的反射光通过所述第三开口进入所述阻隔结构并传递至所述图像传感器。
14.根据权利要求8所述的光机结构，还包含屏蔽筒配置于所述基板上并包覆所述阻隔结构。
15.一种光机结构，该光机结构包含：
基板；
阻隔结构，该阻隔结构设置于所述基板上，并具有第一平台、第二平台及第三平台，其中所述第一平台具有第一开口、所述第二平台具有第二开口、所述第三平台具有第三开口，且所述第二平台低于所述第一平台及所述第三平台；
第一光源，该第一光源设置于所述第一开口内并电性连接所述基板，用于朝向所述基板的垂直方向从所述第一开口发出发射光；
透镜，该透镜配置于所述第二开口内；
第二光源，该第二光源设置于所述第三开口内并电性连接所述基板；及
图像传感器，该图像传感器设置于所述第三开口的下方并电性连接所述基板，其中，所述图像传感器具有感光面，该感光面的一部分重叠于所述第三开口且另一部分重叠于所述第二开口。
16.根据权利要求15所述的光机结构，其中所述第一平台遮蔽所述第一光源的一部分，以阻挡所述第一光源发出的所述发射光的反射光进入所述第三开口。
17.根据权利要求15所述的光机结构，其中所述阻隔结构在所述第一开口内部还包含突出结构抵接并固定所述第一光源。
18.根据权利要求15所述的光机结构，其中所述图像传感器的所述感光面通过所述第二开口内的所述透镜接收所述第一光源发出的所述发射光的反射光。
19.根据权利要求15所述的光机结构，其中
所述第二光源发出的发射光通过所述第三开口离开所述阻隔结构；且
所述第二光源发出的所述发射光的反射光通过所述第三开口进入所述阻隔结构并传递至所述图像传感器。
20.根据权利要求15所述的光机结构，还包含屏蔽筒配置于所述基板上并包覆所述阻隔结构。
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