TWI305625B - - Google Patents

Description

1305625 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係為一種光學瀏覽裝置，尤其係指一種由光源 (1 ight source)和感測器（sensor)構成的光學瀏覽感測器。 【先前技術】 光學瀏覽裝置（optical navigation device)通常包括 有一光學瀏覽感測器裝置（optical navigation sensor apparatus)、一可記錄該光學瀏覽裝置所處表面位置的電 子晶片（electronic chip)。該感測器擷取表面位置的影 像、以及比較當該光學瀏覽裝置移動時所產生的表面位置 的影像，該影像以一非常高的速率來紀錄，該感測器和一 電子電路配合而來計算和決定該光學瀏覽裝置在水平和垂 直方向（X and y direction)的移動位置。 如第一圖所示，為習知的光學瀏覽裝置（optical navigation device)的示意圖，該光學瀏覽感測器裝置 (optical navigation sensor apparatus)通常包括有一 光源（1 ight source)(未示於圖中），例如一發光二極體 (light emitting diode—LED)，用以照射該光學瀏覽裝置 所處表面的一定義區域、以及產生該照射表面的反射影像 (reflected image)。另外有一通道（channel)用以將該照 射區域的影像形成在該感測器（sensor)lO上，傳統上，這 兩個通道（channe 1)被分別定義為照明通道（i 11 umination channel)和影像通道（imaging channel)。 在組裝時，該感測器（sensor) 10被固定在一第一印刷 5 l3〇5625 電路板（PCB)12上，再用一基準平面對位柱（base plate alignment post)16將第一印刷電路板（PCB)12固定在一第 二印刷電路板（PCB)14上，最後在用一彈夾（clip)19和一 塑膠彈片（plastic spring)18壓住及固定。 然而，習知的光學瀏覽裝置的光源和偵測器是各自獨 立，而且安裝在系統時，並未位於同一平台，因此會增加 B 紐裝的困難度，且成本較高。另外，由於該裝置的設計方 • 式，習知的光學瀏覽裝置的高度較高，無法適用於要求小 型化之產品，同時，也無法用於多晶片之裝置。而且，習 知的光學瀏覽裝置的照明通道（i丨丨um i nat i 〇n channe丨）和 影像通道（imaging channel)未系統模組化，其功能測試需 各自進行，且在生產組裝過程中，該產品的機構對位 (mechanical alignment)具有較高的複雜度和困難度。 【發明内容】 本發明之主要目的是提供一種光學瀏覽裝置，係可系 φ 統整合多晶片’包括來源（source)(例如一光源）和偵測器 (detector)等等，用以提供該光學瀏覽裝置所需之光學照 明通道（optical illumination channel)和影像通道 • (imaging channel)。而且該光學瀏覽裝置之尺寸可小型 • 化，而可用各種具有表面黏著能力（surface mounting capabilities)之小型化的外型而組裝。 本發明之目的是提供一種光學瀏覽裝置，其可應用於 各種場合’包括手持式瀏覽工具（hand held navigation tool)，其可用於手機之操作’以及個人電腦和筆記型電腦 6 1305625 之瀏覽裝置。當應用於手機時，本發明之光學瀏覽裝置可 提供在顯示器上以360度的自由度移動游標（cursor)。 本發明之目的是提供一種光學瀏覽裝置，係整合照明 通道（illumination channel)和影像通道（imaging channel)於一體，而達到小型化及簡化製程之功效。本發 明之光學瀏覽裝置係整合光學系統、機構系統、和電路系 統於一之小型化裝置。 本發明之目的是提供一種光學瀏覽裝置，係整合照明 通道（illumination channel)和影像通道（imaging channel)於一體，並在基板上產生一孔洞，使得一體成型 之照明通道（illumination channel)和影像通道（imaging channel)可穿過該孔洞，藉以縮小本發明之光學瀏覽裝置 的尺寸。 為了達成上述目的，本發明之光學瀏覽裝置包括有一 光路與影像元件、一殼體（housing)和一第一基板。其中光 路與影像元件係由影像通道（imaging channel)和照明通 道（illumination channel)—體成型所構成，該殼體 (housing)包括一光止（optical stop)和一對位元件 (alignment element)，其中該光止和該殼體一體成型，而 對位元件則為殼體之一部份，用以包覆及定位該光路與影 像元件，第一基板則包括有一光源（light s〇urce)和一感 測器（sensor)，該光源和感測器位於該第一基板之同一表 面，從該光源發射之光線經由該光路與影像元件後，由該 感測器所接收。 7 1305625 本發明之光學劇覽裝置包括有一光路與影像元件、一 殼體（housing)和一第一基板。光路與影像元件係由一準直 面（collimating surface)、一全内反射面（total internal reflection surface)、和一光楔（ph〇t〇 wedge)所構成的 衫像通道（imaging channel)和由具有非球狀面（aSpheric surface)之影像鏡面（imaging iens)的照明通道 (illumination channel)一體成型所構成，殼體（housing) 用以承載及定位該光路與影像元件，而第一基板包括一光 源（light source)和一感測器（sensor)，其中，該光源和 5亥感測态係位於§玄弟一基板之同一表面，從該光源發射之 光線經由該光路與影像元件後，由該感測器所接收。 為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術内容，請參 閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提 供參考與說明之用，並非用來對本發明加以限制。 【實施方式】 請參照第二圖所示，為本發明之光學瀏覽裝置之示意 圖’本發明之光學瀏覽裝置係整合光學系統、機構系統、 和電路系統於一之小型化光學瀏覽裝置，相較於先前技 術’其能有效縮小該光學瀏覽裝置之尺寸大小。本發明係 將光學劇覽裝置所需之照明通道（illuminati〇n channel)201 和影像通道（imaging channel)202 —體成 型’可用各種已知之製模技術來完成，如第二圖之光路與 影像元件20 ’而達到簡化製程之功效，當光線從光源22發 射’會先經過該照明通道201後，到達該光學瀏覽裝置所 8 1305625 在之表面，然後經該表面反射，再經過該影像通道2〇2，由 一感測器24(sensor)接收，藉此得知光學瀏覽裝置所在位 置。 該光源22可為一發光二極體（led)、一雷射二極體 (laser diode)、或一垂直共振腔表面放射雷射（VCSEL)等 等構成。在一較佳實施例中，該光源22和該感測器24係 . 位於一第一基板26之同一表面上。其中該第一基板可為一 • 印刷廷路板’其可為一有機的（organic)、無機的（n〇n organic)、或導線架（lead frame)之基板。 其中’ §玄照明通道201包括一準直面（c〇iHmating surface)、一全内反射面（total internal reflection surface—TIR surf ace)和一光楔（photo wedge)，此三個 元件亦一體成型，準直面促使從光源22發射出的光線聚集 和平行’該光源22發射出的光線的波長可從可見光到紅外 線’係依據感測器24而決定。從光源22發射出的光線首 • 先到達該準直面、和光線經過該準直面後平行化，該平行 化的光束被全内反射面（TIR surface))反射，該全内反射 面是一平坦的光滑表面，且該表面的角度大於入射光束 ' (incident light beam)的臨界角（critical angle)。然後 • 該反射的光線經過光楔（photo wedge)而使得該光線彎折至 一特定角度，該光楔（photo wedge)使得光線彎折至一特定 角度而使得該光線的入射角度會以一可接受的範圍到達該 光學潘1覽裝置的目標表面，而產生該表面的良好對比 (contrast) ° 9 1305625 接著，從光學瀏覽裝置的目標表面反射的光線會經過 影像通道（imaging channel)202而聚集，該影像通道 (imaging channel)202係由一影像鏡片所構成。在一較佳 貝細< 例中’該影像鏡片包括有兩個非球狀面（aspheric surface)，這可以改善鏡片的解析能量，而使得在感測器 24上產生一具有良好解析度的影像。另外，該影像鏡片亦 • 可由球狀面（spherical surface)構成、或由兩者組合而 _ 成此外，在殼體28上亦一體成型有一光止（aperture stop)，該光止（aperture st〇p)可以阻止離散的光線在感 測器24上形成一干擾影像。 由於該照明通道（illumination channel)201和影像通 道（imaging channel)202係一體成型，由於全内反射的作 用，會有部份的光線會在光路與影像元件2〇中，從照明通 道（illumination channel)201 到影像通道（imaging channel)202，為了解決此問題，可在照明通道 鲁 （illumination channel)201 與影像通道（imaging channel)202間加上一溝槽（groove)部203，如第三圖所 示。此外’亦可在H?、明通道（illuminati〇n channei)2〇i與 • 影像通道（imaging channel)202 間加上一孔洞（hole)2〇4， • 如第四圖所示，用以避免光線從該光路與影像元件2〇之該 照明通道201直接進入至該影像通道202。 在另一貫施例中，如果光源22是一雷射二極體（丨aser diode)或垂直共振腔表面放射雷射（VCSEL>^，光源22所 發射的光線會自動平行，此時，照明通道2〇1只需全内反 10 1305625 射面（total internal reflection surface—TIR surface) 和一光楔（photo wedge)，而不需準直面（collimating surf ace)就能產生相同的功效。 為了能使光學系統和機構系統產生良好對位 (alignment) ’也就是能讓光路與影像元件2〇和殼體28對 位良好，而不會產生移位或旋轉的問題，在光路與影像元 件20和殼體28的火山口結構體上，分別形成一公母相配 合的結構，請苓閱第五圖，例如，在光路與影像元件2〇形 成一柱樁（post)205、以及該殼體28的火山口結構體上形 成一孔穴281，使得柱樁205裝設於該殼體28之該孔穴281 中，於是’光路與影像元件2G與該殼體28之相對轉動得 以控制。在另-實施例中，可在光路與影像元件2q周圍增 設-凸輪牆30，而避免光路與影像元件2〇與殼體找之相 對運動。 復參考第二圖，在完成光路與影像 第-基板26之組裝後，可用# ^ <體和 , 表面技術，透過複數個位 ，和第二基板32產生電性連結。 其中5亥乐一基板32具有一孔洞，使得 ^ 使侍5亥先路與影像元件20 m又脰28之組合可穿過該第二基板3 降低整個光學戦震置的高度 可有效 覽裝置所《之設計，即為_客==^合_ 基板32之孔洞係由鑽孔或沖壓所製成。$ 而弟一 為了能使本發明之光學劉覽裝 光路與影像元件20可由高、、四却用於呵/皿的％合， 了由…皿熱適材料（hlgh 一让⑽ 1305625 set material)所製成。 本發明之光學瀏覽裝置具有下列之特點： 1. 本發明之光學瀏覽裝置係整合照明通道 (illumination channel)和影像通道（imaging channel)於 一體，而達到小型化及簡化製程之功效。 2. 本發明之光學瀏覽裝置係整合光學系統、機構系 統、和電路系統於一之小型化裝置。 3. 本發明之光學瀏覽裝置可應用於各種場合，包括手 持式劇覽工具（hand held navigation tool)，例如可用於 手機之操作，以及個人電腦和筆記型電腦之瀏覽裝置。 4. 透過客製之印刷電路板具有—孔洞，使得該光路與 影像兀件20與該殼體28之組合可穿過該印刷電路板之孔 洞，可有效降低整個光學瀏覽装置的高度。 惟1上所迷僅為本發明之較佳可行實施例，非因此 拘限本电明之專利範圍，因此任何熟悉此項技 明之領域内，所實施之變_ -者在本舍 範圍。 ，飾0應屬本發明之專利 【圖式簡單說明】 有關本發明之圖式簡單說明如下： 第二圖為本發明之光學瀏覽I置 第三圖為本發明之光學劉覽 、之不意圖 實施例之示意圖； 像兀件之弟 第四圖為本發明之光學瀏寶 兀予哟見凌置之光路與影像元件之第 第一圖為習知之光學瀏覽裝置之示意圖； 1305625 實施例之示意圖；以及 第五圖為本發明之光學瀏覽裝置之第二實施例之示意圖。 【主要元件符號說明】 「習知」 10 感測器 12 第一印刷電路板 14 第二印刷電路板 16 基準平面對位柱 18 塑膠彈片 19 彈夾 厂 本發明」 20 光路與影像元件 201 照明通道（illumination channel) 202 影像通道（imaging channel) 203 溝槽（groove)部 204 孔洞（hole) 205 柱樁（post) 22 光源 24 感測器 26 第一基板 28 殼體（housing) 281孔穴 30 凸輪牆 32第二基板 13 1305625 34 焊墊

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Claims (1)

1. l3〇5625 十、申請專利範圍： 1. 一種光學瀏覽裝置，包括有： 光路與影像元件’係由影像通道（imaging channei) 和知、明通道（illuminati〇n channel)整合所構成； 冗又體（housing)，係包括一光止（optical stop)和 一對位元件（alignment element)，其中，該光止係和該 殼體一體成型、以及該對位元件係為該殼體之一部份，用 以承載及定位該光路與影像元件；以及 一第一基板，係包括一光源（1 i ght source)和一感測 器（sensor)，其中，該光源和該感測器係位於該第一基板 之同一表面，從該光源發射之光線經由該光路與影像元件 後’由該感測器所接收。 2. 如申請專利範圍第1項之光學瀏覽裝置，其中該影 像通道（imaging channel)和該照明通道（illuminati〇n channel)係一體成型。 3. 如申請專利範圍第1項之光學瀏覽裝置，其中該光 路與影像元件，更包括有一溝槽（groove)部，其中該溝槽 口P係位於該衫像通道（；[贴§：1呢（3119111161)和該照明通道 (illumination channel)之間，用以避免光線從該光路與 影像元件之該照明通道直接進入至該影像通道。 4. 如申請專利範圍第1項之光學瀏覽裝置，其中該光 路與影像元件，更包括有一孔洞（hole)，其中該孔洞係位 於該影像通道（imaging channel)和該照明通道 (illumination channel)之間，用以提供對位和避免光線 15 1305625 從該光路與影像元件之該照明通道直接進入至該影像通 道。 5_如申請專利範圍第1項之光學瀏覽裝置，其中該照 明通道包括一準直面（collimating surface)、一全内反射 面（total internal ref lection surface)、和一光楔（photo wedge) ° . 6.如申請專利範圍第1項之光學瀏覽裝置，其中該影 # 像通道包括一影像鏡面（imaging !ens)和一光止（photo stop)。 7·如申請專利範圍第1項之光學瀏覽裝置，其中該第 一基板係為一印刷電路板。 8. 如申請專利範圍第1項之光學瀏覽裝置，其中該第 基板係為一有機的（organic)、無機的（n〇n 〇rganic)、 或導線架（lead frame)之產品。 9. 如申請專利範圍第1項之光學瀏覽裝置，其中該光 隹路與影像το件更包括—柱樁（pQs1：)、以及該殼體具有一孔 八’其中该柱樁係裝言泛於該殼體之該孔穴中，使得該光路 .與影像元件與該殼體之相對轉動得以控制。 • #如申4專利範圍第1項之光學㈣裝置，更包括有 第了基板’其中麵二基板具有—孔洞，使得該光路與 〜像το件料叙體之組合可穿過該第二基板之孔洞。 …η·如申明專利範園第1〇項之光學灌J覽裝置，其中該 L ί板m具有複數個焊墊（soldering pads)，使 得該第一基板與該第-就 〜基板’透過表面黏著技術產生電性 16 1305625 連結。 12.如申請專利範圍第1項之光學瀏覽裝置，其中該光 路與影像元件係由高溫熱適材料（high temp thermo set material)所構成。 13. 如申請專利範圍第1項之光學瀏覽裝置，其中該光 源係為一發光二極體（LED)、一雷射二極體（laser diode)、 或一垂直共振腔表面放射雷射（VCSEL)。

   14. 一種光學瀏覽裝置，包括有： 一光路與影像元件，係由影像通道（imaging channel) 和A?、明通道（iiiuminati〇ri channei)整合所構成，其中該 W像通道（imaging channel)和該照明通道（illumination channel)係一體成型； /V又組（housing)，係包括一光止（〇pticai st〇p)和 一對位το件（alignment elemen1：)，其中，該光止係和該 叙體-體成型、以及該對位元件係'為該殼體之—部份，用 以承載及定位該光路與影像元件； 第土板係包括一感剛器（sensor);以及 一光源=ight smirce)，係用以產生一光源； 从仗5亥光源發射之光線經由該光路與影像元件 後，由該感測器所接收。 &如申請專利範圍第14項之光學織裝置，其中該 光源和該感測器係位於該第—基板之同-表面。 16·如申請專利範圍第14項之光學劇覽裝置，其中該 與影像元件，更包括有1槽（gr◦㈣）部，其中該溝 17 1305625 槽部係位於該影像通道（i mag i ng channe 1)和該照明通道 (illumination channel)之間，用以避免光線從該光路與 影像元件之該照明通道直接進入至該影像通道。 17.如申請專利範圍第14項之光學瀏覽裝置，其中該 光路與影像元件’更包括有一孔洞（hole)，其中該孔洞係 位於該影像通道（imaging channel)和該照明通道 (illumination channel)之間，用以提供對位和避免光線 從該光路與影像元件之該照明通道直接進入至該影像通 道。 18. 如申請專利範圍第14項之光學瀏覽裝置，其中該 照明通道包括一準直面（c〇llimating surface)、一全内反 射面（total internal reflection surface)、和一光楔 (photo wedge) ° 19. 如申請專利範圍第η項之光學瀏覽裝置，其中該 影像通道包括一影像鏡面（imaging lens)和一光止（ph〇t〇 stop)。 20. 如申請專利範圍第μ項之光學瀏覽裝置，其中該 第一基板係為一印刷電路板。 21. 如申請專利範圍第14項之光學瀏覽裝置，其中該 苐一基板係為一有機的（organic)、無機的（non organic)、 或導線架（lead frame)之產品。 22. 如申請專利範圍第η項之光學瀏覽裝置，其中該 光路與影像元件更包括一柱樁（p〇st)、以及該殼體具有一 孔穴’其中該柱樁係裝設於該殼體之該孔穴中，使得該該 18 1305625 光路與影像元件與該殼體之相對轉動得以控制。 23·如申請專利範圍第14項之光學瀏覽裝置，更包括 有一第二基板，其中該第二基板具有一孔洞，使得該光路 與影像元件與該殼體之組合可穿過該第二基板之孔洞。 24,如申請專利範圍第23項之光學瀏覽裝置，其中該 弟基板之一表面具有複數個焊墊（soldering pads)，使 得該第一基板與該第二基板，透過表面黏著技術產生電性 連結。 25·如申請專利範圍第η項之光學瀏覽裝置，其中該 光路與影像元件係由高溫熱適材料（high temp thermo set material)所構成。 26. 如申請專利範圍第η項之光學瀏覽裝置，其中該 光源係為一發光二極體（LED)、一雷射二極體（iaser diode)、一垂直共振腔表面放射雷射（VCSEL)、或一有機發 光二極體（0LED)。 27. —種光學瀏覽裝置，包括有： 一光路與影像元件，係由一準直面（c〇llimating surface)、一全内反射面（total internal reflection surf ace)、和一光楔（photo wedge)所構成的照明通道 (illumination channel)和由一影像鏡面（imaging lens) 和一光止（photo stop)所構成的影像通道（imaging channel)—體成型所構成； 一殼體（housing)，用以承載及定位該光路與影像元 件；以及 19 I3〇5625 一第一基板，係包括一光源（light source)和—感漁j 器（sensor)，其中，該光源和該感測器係位於該第—基板 之同一表面’從該光源發射之光線經由該光路與影像元件 後’由該感測器所接收。 28. 如申請專利範圍第27項之光學瀏覽裝置，其中該 光路與影像元件，更包括有一溝槽（groove)部，其中該溝 槽部係位於該影像通道（imaging channel)和該照明通道 (illumination channel)之間，用以避免光線從該光路與 影像元件之該照明通道直接進入至該影像通道。 29. 如申請專利範圍第27項之光學瀏覽裝置，其中該 光路與影像元件，更包括有一孔洞（hole)，其中該孔洞係 位於該影像通道（imaging channel)和該照明通道 (illumination channel)之間，用以提供對位和避免光線 從該光路與影像元件之該照明通道直接進入至該影像通 道。 30. 如申請專利範圍第27項之光學瀏覽裝置，其中該 第—基板係為一印刷電路板。 31. 如申請專利範圍第27項之光學瀏覽裝置，其中該 第一基板係為一有機的（organic)、無機的（nonorganic)、 或導線架（lead frame)之產品。 32. 如申請專利範圍第27項之光學瀏覽裝置，其中該 光路與影像元件更包括一柱樁（post)、以及該殼體具有一 孔穴’其中該柱樁係裝設於該殼體之該孔穴中，使得該光 路與影像元件與該殼體之相對轉動得以控制。 20 1305625 33. 如申請專利範圍第27項之光學瀏覽裝置，更包括 有一第二基板，其中該第二基板具有一孔洞，使得該光路 與影像元件與該殼體之組合可穿過該第二基板之孔洞。 34. 如申請專利範圍第33項之光學瀏覽裝置，其中該 第一基板之一表面具有複數個焊墊（soldering pads)，使 得該第一基板與該第二基板，透過表面黏著技術產生電性 連結。 35. 如申請專利範圍第27項之光學瀏覽裝置，其中該 光路與影像元件係由高溫熱適材料（high temp thermo set material)戶斤構成。 36. 如申請專利範圍第27項之光學瀏覽裝置，其中該 光源係為一發光二極體（LED)、一雷射二極體（laser diode)、或一垂直共振腔表面放射雷射（VCSEL)。

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