CN2840183Y - 用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装 - Google Patents

Abstract

一种用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，包含有一封装体，一激光发光芯片装置于具有折光功能的副置体上再与基座结合，或一激光发光芯片一侧安装有折光功能的副置体，另依据光学设计的位置，在适当位置装设阻隔光栅，另在基座选定处设有一感测芯片，并可选择性设置一运算芯片或一静电保护用的齐纳二极管于基座，由此组成的封装结构，可用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装。

Description

用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装

技术领域

本实用新型是有关一种用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，特别指一种可以搜集所在位置与一被测物体间相对位移信息的微型传感器。

背景技术

光学鼠标是现今计算机使用上非常重要的人机接口工具，自从早先被发展出来到今天，市面上主要产品的运作方式依使用的光源来分，大致可以分为两种，第一种为发光二极管式光学鼠标如图4所示，其主要利用一个发光二极管作为光源，经独立的光学组件将光线导引到一待测平面，然后利用一个影像传感器，高速地摄取该待测平面的影像，并比较影像内容的相对位移，来获取鼠标移动的相关信息，并进而移动屏幕上的指针，来执行控制的功能。第二种则为激光光学鼠标如图5所示，其是以单独设置的面射型半导体激光作为光源，经独立的光学镜头照射到待测平面，并以一影像传感器高速地摄取待测平面的影像，并比较影像内容的相对位移，来获取鼠标移动的相关信息，进而移动屏幕上的指针来遂行控制的功能，而使用激光作为光源的优点是利用激光光的高度平行及单一波长的特性，可以获得较清晰的影像，因此可以大幅提升影像内容相对位移的精确性，或利用激光光斑的相对位移，进而提升鼠标的控制准确度。

而目前的发光二极管鼠标有一些是将发光二极管与影像感测组件分别封装，或是在某些产品上，是将发光二极管与影像感测芯片封装在同一封装体内。另外，激光光学鼠标则是将激光芯片与影像感测芯片分别封装，而且所使用的是波长850纳米的面射型激光，是属于不可见光范围，照射入人眼时无法察觉，因此有潜在的安全顾虑。另外它们都要使用一组外加的光学镜头；其中一部份将光源指向特定区域，另一部分导引反射回的光线，经聚焦后在影像感测芯片上形成清晰的影像，以便加以辨识处理。

但外加的光学镜头会增加传感器建构时的成本，在组装时也常有中心对正的问题，最严重的是它将使传感器组成的整体高度以及体积变大，使得整组传感器无法进一步微型化，从而限制了它的使用范围。

因此，要从被测物体反射光将所要搜集的信息回射至传感器作运算，利用激光光源的单一波长与光束平行的特性来取得被测物的信息是一较佳的选择，但是如何选择激光光源与传感器封装使用的形式最佳化、封装体积的缩小、降低成本及如何比较容易应用，则是本实用新型所要解决课题。

实用新型内容

依据上述，本实用新型的主要目的在于，提供一种用于光学鼠标的边射型可见光激光作为光源影像感测芯片为接收器，而具有封装制程简化、封装体积缩小及降低成本的微型位移传感器。

为达上述的目的，本实用新型的一种用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其包括：

一封装体；

一可供将光束导向侦测物面的激光发光芯片，与具有折光功能的副置体装置于该封装体的基座上呈电性连接，该激光发光芯片的发光端是对应于该副置体的光入射面；

一可供接收该激光发光芯片的反射光源的影像感测芯片，是结合于封装体的基座上呈电性连接。

其中封装体是具有一基座及一封盖，此封盖可一体成形或分别制造于使用时组合。

其中该激光发光芯片是为可见光边射型激光发光芯片。

其中可见光边射型激光是指波长介于630纳米至690纳米的边射型激光。

其中可见光边射型激光的电能转换效率应低于0.95毫瓦/毫安。

其中该激光发光芯片的一侧是设置一测光芯片以侦测可见光边射型激光的输出功率，以供回授控制之用。

其中副置体具有将光线折射20度至160度角度量的功能，且该副置体为多数独立设置组合使用。

其中该封装体是具有一含透光孔或透光镜窗封盖所形成的，此封盖一体成形或分别制造于使用时组合。

其中该透光镜窗封盖具有折射光束，扩散光束与聚合光束的功能的折光透镜。

其中该激光发光芯片中心与该测光芯片测光区中心的距离介于2至20厘米之间。

其中该测光芯片所截收的信号是激光束照射区域内能构成和该激光发光芯片与该测光芯片呈入射角等于反射角的所有表面。

其还包括一齐纳二极管，邻近设置在该激光发光芯片处，与可见光边射型激光呈电性连结，以泄放整组构件在使用时可能产生的静电电荷。

如此，可由影像感测芯片与激光发光芯片设于相邻的处所形成的最短光程，可以获得较强的反射信号，整个结构的高度可因此而降低。而本实用新型用于搜集被测物体信息的边射型激光与传感器的积体封装所形成的封装结构，亦能达到封装制程简化、封装体积缩小及降低成本等效果。

附图说明

有关本实用新型为达上述目的、特征所采用的技术手段及其功效，以下结合一较佳实施例并配合以下附图说明如后，其中：

图1是本实用新型边射型激光与传感器积体封装的较佳实施例封装后的断面立体图。

图2是本实用新型较佳实施例的封装后断面示意图。

图3是本实用新型另一实施例的封装后断面示意图。

图4是现有发光二极管光学鼠标的光学引擎示意图。

图5是现有激光光学鼠标的光学引擎示意图。

具体实施方式

请参阅“图1、图2及图3”所示，是分别为是本实用新型边射型激光与传感器积体封装的较佳实施例封装后的断面立体图、本实用新型较佳实施例的封装后断面示意图及本实用新型另一实施例的封装后断面示意图。如图所示，本实用新型是包括一封装体1、一激光发光芯片2、一副置体3、一影像感测芯片4、一选择性设置的运算芯片5、一阻隔光栅6及一齐纳(Zener)二极管7、一选择性设置的测光芯片8。

上述所提的封装体1是为一基座11及一中空状封盖12所组成的封装构件，该基座11可为印刷电路板或导线架等，于选定处设有可与其它功能性电路板等设备作电性连接的外导接部111，于基座11上设置一封盖12，该封盖12可为一组合成一体的中空状透光体，于底部构成一腔室121，以封罩住基座11上，于腔室121顶部构成一折光透镜122，使腔室121内部光源经由折光透镜122投射于外界被测物体60，再反射经过透光镜窗123进入腔室。其中，该基座11的对外导接部111可为金属导线或导接端子等构成，又该封盖12的顶端是可设有一开孔124，使折光透镜122、透光镜窗123的外面位在开孔124内，用以保护折光透镜122、透光镜窗123。

该激光发光芯片2是为波长介于630纳米至690纳米的可见光边射型激光发光芯片(Edge-Emitting Laser，EELD)，且该激光发光芯片2该与一个或多个具有折光功能的副置体3结合后组合于该封装体1的基座11上呈电性连接，并被封盖12的腔室121罩设密封，其发光端(面)对应于副置体3的入射端，经折射后的光线投射到折光透镜122内面。

该影像感测芯片4是一种用以接收、感测影像的芯片(Image Sensor Chip)，是依据上述透光镜窗123接受反射光线所投射的位置结合于封装体1的基座11上呈电性连接，并被封盖12的腔室121罩设密封，影像感测芯片4上方的适当位置装设有一阻隔光栅6，其开设有适当的孔径而仅容许信号光束通过以避免噪声进入。

如上所述，该激光发光芯片2及影像感测芯片4并不一定要设在该基座11同一平面或光平面上，且该发光芯片2及影像感测芯片4的接地平面在电性(缘)上亦可为相接或绝缘，端视使用需求可变更实施。另外，亦可选择性地于该基座11上设置一个或多个所述运算芯片5，用以接收影像感测芯片4所读取的信息信号作运算，以便作进一步的应用，由此组成本实用新型的边射型激光与传感器的积体封装。

于实施时，是由激光发光芯片2发出探测光源，投射到具有折射光线功能的副置体3的折射镜面，经折射后的光源再经由折光透镜122使激光光扩展后折射出封盖12，此探测光源投射于被测物体60后，部份将再反射到透光镜窗123，透过该透光镜窗123将含有被测物体60表面型态信息的反射光投射于影像感测芯片4，光程中经过阻隔光栅6阻挡噪声后即能由影像感测芯片4读取该信息，整体可微型化以节省空间，因此应将影像感测芯片4与激光发光芯片2设置在实施时可行的最短距离，以利于制造及解析所获得的信息，此最短距离应介于2至20厘米之间以将封装的体积微型化。为调整激光发光芯片2所射出光束投射到被测物体60而设的具折光功能的副置体3，应能将激光束偏折20到160度角度量，以配合缩小组件以及调整被测物体60位置的需求。另一实施例是使用单独的副置体与单独的折光结构，以达到同一目的，如图3所示。

由于激光束是一种单一波长且高度平行的波束，因此照射到待测平面时，仅有符合相对于可见光边射型激光光源2与影像感测芯片4呈入射角等于反射角的平面区域才能将光线反射回到设在特定位置的影像感测芯片4并加以感测如图2所示，因此影像感测芯片4上所感测到的图像应该是被激光束所照射到的区域内，所有符合前述反射条件的平面所反射回来的光能量的对应分布，为具有部分亮区与部分暗区的影像图形，此图形含有被照射区域的表面型态的特性，与被激光束所照射的区域有完全的相关联性，因此，当此图形被侦测到有水平位移时，即可由运算芯片5计算后提供相对位移的输出信号，由于影像感测芯片4得到的是照射范围内符合反射条件的平面区域的总成并据以应用，在某些使用时不需要形成影像，可以省略已知的成像光学镜头，当然亦可使用成像镜头以读取影像。

在应用上，影像感测芯片4与激光发光芯片2设于相邻之处所形成的光程最短，可以获得较强的反射信号，实际使用时，为调整影像感测芯片4与待测平面距离及待测点的相对位置，可使用折光透镜122将激光光偏折投射到待测点，所以整个结构的高度也可因此而降低。

由于激光发光芯片2对静电的耐受程度较差，因此可加装一颗齐纳(Zener)二极管7在激光发光芯片附近，并与激光发光芯片2的极性呈反相连结，以泄放整组构件在使用时可能产生的静电电荷，以避免激光发光芯片损坏。

使用激光在民生日常用品时，驱动线路一定有一些安全设计，以避免高能量光束对使用者的眼睛造成伤害，因此如果能限制激光束的输出，可以对使用者的眼睛作进一步的保护，因此使用电能转换效率小于0.95毫瓦/毫安(mW/mA)的激光，较能精确的控制激光功率的输出，以达到使用安全的目标。另外由于边射型激光有两个输出端面，其中一个端面用于照明用的输出，另一个端面的光能输出，可投射到一测光芯片8，用来监测激光送出的功率，提供一个回授信息，以加强对激光能量的输出掌控，提升使用安全。

由于本实用新型“用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装”的激光发光芯片2及影像感测芯片4及折光透镜122，透明镜窗123等，可应用一封装体构装而为单一组件，故可简化其封装制程，在应用时可以省略外加的光学镜头，因此可以将整组结构的高度从8到12厘米的目前结构缩小到5厘米以下，特别在现今电子产品精巧化设计趋势下，是能达成缩小封装体积效果，扩大这种结构的应用范围，确实符合产业需求。

综合以上所述，本实用新型“用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装”，确能由上述构造，达到预期的功效，且申请前未见于刊物亦未公开使用，符合新型专利的新颖、进步及符合产业利用性等要件，故依法申请专利。而以上所述仅为本实用新型的实施例而已，凡是依本实用新型的精神所作的简易修饰及等效变化设计，应涵盖于本实用新型的权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其包括：

一封装体；

一可供将光束导向侦测物面的激光发光芯片，与具有折光功能的副置体装置于该封装体的基座上呈电性连接，该激光发光芯片的发光端是对应于该副置体的光入射面；

一可供接收该激光发光芯片的反射光源的影像感测芯片，是结合于封装体的基座上呈电性连接。

2.如权利要求1所述的用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其中封装体是具有一基座及一封盖，此封盖可一体成形或分别制造于使用时组合。

3.如权利要求1所述的用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其中该激光发光芯片是为可见光边射型激光发光芯片。

4.如权利要求2所述的用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其中可见光边射型激光是指波长介于630纳米至690纳米的边射型激光。

5.如权利要求2所述的用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其中可见光边射型激光的电能转换效率应低于0.95毫瓦/毫安。

6.如权利要求1所述的用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其中该激光发光芯片的一侧是设置一测光芯片以侦测可见光边射型激光的输出功率，以供回授控制之用。

7.如权利要求1所述的用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其中副置体具有将光线折射20度至160度角度量的功能，且该副置体为多数独立设置组合使用。

8.如权利要求1所述的用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其中该封装体是具有一含透光孔或透光镜窗封盖所形成的，此封盖一体成形或分别制造于使用时组合。

9.如权利要求8所述的用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其中该透光镜窗封盖具有折射光束，扩散光束与聚合光束的功能的折光透镜。

10.如权利要求1所述的用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其中该激光发光芯片中心与该测光芯片测光区中心的距离介于2至20厘米之间。

11.如权利要求1所述的用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其中该测光芯片所截收的信号是激光束照射区域内能构成和该激光发光芯片与该测光芯片呈入射角等于反射角的所有表面。

12.如权利要求1所述的用于光学鼠标的边射型激光与传感器的积体封装，其特征在于，其还包括一齐纳二极管，邻近设置在该激光发光芯片处，与可见光边射型激光呈电性连结，以泄放整组构件在使用时可能产生的静电电荷。

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