TWI399668B - 一種封裝光學裝置及包含此裝置的光學滑鼠 - Google Patents

Description

一種封裝光學裝置及包含此裝置的光學滑鼠

本發明是有關於一種封裝光學裝置，且特別是有關於一種應用此封裝光學裝置的光學滑鼠。

目前光學滑鼠已取代了機械式滑鼠，成為市場的主流。光學滑鼠除了有不需清理、不易磨損的特點外，更具備定位精確、不易故障等優點。光學滑鼠的技術原理為將內部的發光光源以某一角度投射向桌面或其它的平面上，因此在粗糙的桌面上形成影像，並利用「數字信號處理器(DSP)」對比前後影像，所以可在一定時間內計算影像改變程度，用以判定滑鼠移動的距離和方向。雷射滑鼠是以雷射光源代替傳統的LED光源。雷射滑鼠將雷射光照射在物體表面上，會因干涉現象而形成干涉圖案(例如，建設性干涉將產生亮點，破壞性干涉將產生暗點)。因此，雷射滑鼠所擷取到的圖像具有更大的對比(contrast)，從而使得雷射滑鼠的定位精準性高於一般的LED光學滑鼠。

光學滑鼠一般而言需具備光源、感測器和導光裝置等元件。早期光學滑鼠的製造方式為將光源、感測器和導光裝置等元件個別安裝在電路板上，所使用之導光元件包含稜鏡和透鏡，可將光源所發出之光線經由多重折射後照在平面上，而透鏡則是將由桌面反射的光線匯集於感測器。之後的光學滑鼠則改良為將光源和感測器整合在一個共平面的元件上，這個元件的外觀型態類似傳統IC封裝，且在光源下方裝設一稜鏡。光源所發出的光線經由稜鏡折射後投射至桌面，然後再反射至感測器，從而達到接收光訊號的目的。

但上述之以透鏡折射方式所設計出來的光學滑鼠，在製造時會面臨因使用透鏡而造成製程容忍度(tolerance)過小的問題(亦即公差範圍過小)，導致產品製作困難，產品的生產良率不易提昇，增加製造時間和成本。因此，需要一種裝置和對應的製造方法來克服上述問題。

為克服產品製作困難的問題，本發明之一具體實施方式提供一種封裝的電子裝置，採用一般習知的平面封裝製程，然後再用扣接方式改變發光元件之光軸與感測器水平面之間的夾角(5-85度)，如此可減少使用透鏡時所產生的公差問題，同時可進行平面的晶粒封裝製程，提高產品的生產良率並降低生產成本。

在本發明一具體實施方式中，提供了一種封裝電子元件，包含一封裝體和一支架。此封裝體包含一具有開口的外殼、一具有活動件的導線架、一發光元件和一感測器。上述之活動件位於開口的下方，發光元件設置於導線架的活動件上並具有一光軸，感測器設置於導線架上並與發光元件位於同側，其中此感測器與導線架的連接面構成一水平面。上述之支架具有一接合件，可扣接於開口之中並耦接活動件，以改變光軸與水平連接面間的夾角(5-85度)。上述之發光元件包含雷射光源。

在本發明之另一具體實施方式中，提供了一種應用上述封裝光學裝置所製成的光學滑鼠。

應用本發明具有下列優點；(1)簡化光學滑鼠的光學機構設計，例如可不需稜鏡組來改變光線投射方向。(2)此裝體可利用一般習知的封裝技術在平面上完成封裝。

光學滑鼠的原理是將光投射於一外部平面上，在一定時間內接收傳回的干涉條紋，用來決定滑鼠移動的距離和方向。本發明所提供之封裝光學裝置，包含可改變角度的發光元件和感測器。當發光元件與水平面具有一角度時，經由外部平面所反射之光線，即可不需經由透鏡偏折角度，也可聚集於感測器之上，如此不僅克服使用透鏡所產生之製造公差問題，也可簡化製造程序，降低成本並提高良率。於下文的具體實施方式中，將提出一種封裝光學裝置以及應用此封裝光學裝置的光學滑鼠，以對本發明作更詳盡的敘述。

依據本發明之一具體實施方式提供了一種封裝電子元件，包含一封裝體和一支架。此封裝體包含一具有開口的外殼、一具有活動件的導線架、一發光元件和一感測器。上述之活動件位於開口的下方，發光元件設置於導線架的活動件上並具有一光軸，感測器設置於導線架上並與發光元件位於同側，其中此感測器與導線架的連接面構成一水平面。上述之支架具有一接合件，可扣接於開口之中並耦接活動件，適以改變光軸與水平連接面間的夾角。

依據本發明一具體實施方式之封裝光學裝置100包含兩構件，分別為一封裝體110和一支架130。第1A圖為所述之封裝體110與支架130的側視圖。封裝體110包含一外殼111以及一導線架112。外殼111上設有一開口113。導線架112包含多個接腳，分別自該封裝本體111之兩長邊往外延伸。導線架112內部設有一活動件114(以虛線示於圖上)，此活動件114恰位於開孔113的正下方，可向下擺動。支架130包含一接合件131、一通道132、一凹陷部133。其中，此接合件131上尚包括有一凸起頭131a，自接合件131之一端向下凸出，用來扣接於封裝本體111的開孔113之中，並與活動件114耦接。通道132用以通過發射光。

另外，封裝體110具有一延伸件115，其上設置有一開口115a。經由此延伸件115可將封裝體110安裝於支架130中的凹陷部133中，用以固定封裝體110。開口115a可使光線通過。

依據本發明之一具體實施方式，外殼111可以以下材質形成，包含，但不限於，環氧樹脂、陶瓷、聚鄰苯二甲醯胺(Polyphthalamide,PPA)、液晶聚酯(Liquid Crystal Polyester,LCP)，以及其它習知之封裝材料。在一實例，外殼的材料為聚鄰苯二甲醯胺。導線架112的材料一般而言至少包含一種為金屬，例如，銅、鋁、鐵或其之合金等。在一實例，導線架112的材料為銅材鍍金。在另一實例中，導線架112的材料為鋁。導線架112具有複數個接腳(pin)，分別自該封裝本體111之兩長邊往外延伸，用以聯通外部訊號處理元件。導線架112內部的活動件114係以沖壓、蝕刻或線切割的方式形成。支架130是選用可由一紅外光可穿透的材料所製成。上述紅外光可穿透的材料可選自由丙烯酸樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、環氧樹脂、聚碳酸酯以及聚苯乙烯所組成之群組。依據本發明之一具體實施方式，支架130的材料為聚碳酸酯。在一實例中，支架130是以射出成型沖壓方式製成。

在一實例中，封裝體110的封裝方式為封稱腳位封裝(Dual In Line package,DIP)方式。在另一實例中，此封裝體110也可以其它習知的封裝方式進行封裝。

其次，請參考第1B圖，此圖為第1A圖中所示封裝光學裝置中之封裝體110的透視圖。封裝體110包含一外殼111、一導線架112、一發光元件118和一感測器119。外殼111上具有一開口113(以虛線表示)。導線架112包含多個接腳，分別自該封裝本體111之兩長邊往外延伸。導線架112內部設有一活動件114，此活動件114恰位於開孔113的正下方，可向下擺動。發光元件118設置於導線架112的活動件114上。感測器119設置於導線架112上，與發光元件118同一側。導線架112電性連接於發光元件118及感測器119。

設置於導線架112上的活動件114可以圖中之虛線A為軸向下彎折(角度介於5-85度)。活動件114上設置第一電極116和第二電極117。在一實例中，第一電極116和第二電極117以鍍金方式形成。鍍金方式可為電鍍、蒸鍍、濺鍍、或以其它習知的方式進行。在一實例中，第一電極116為負極，第二電極117為正極。

發光元件118可為垂直腔表面發射雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)或發光二極體(LED)(包含共振腔發光二極體Resonant Cavity LED,RCLED)。在一實例中，發光元件118可為垂直腔表面發射雷射。發光元件118設置於第一電極116之上。在一實例中，發光元件118以導電膠(未繪示)黏附於第一電極116之上。導電膠可為銀膠、鋁膠、或其它類似物。發光元件118以導線120耦接於第二電極117。在一實例中，導線120可為金線。依據本發明之一具體實施方式，發光元件118所發出之光線包含紅外線和可見光。在一實例中，發光元件118所發出之光線包含紅外線。

感測器119可為互補式金屬氧化半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)感測器或電荷耦合元件(charge-coupled device,CCD)感測器。在一實例中，感測器119為互補式金屬氧化半導體感測器。感測器119設置於發光元件118的一側，在一實例中，感測器119以導電膠(未繪示)黏附於導電架112之上。因簡潔之故，本圖中未將感測器的接線方式繪出。

接下來請參考第2圖，此圖為應用本發明之具體實施方式所提供之封裝光學裝置100的滑鼠剖面圖。封裝體110的延伸件115插入於支架130的凹陷部133(以虛線表示)中，且支架130的接合件131扣接於外殼111的開口113之中，使支架130與封裝體110接合，且接合件131使導線架112上的活動件114向下彎折。當活動件114向下彎折時，發光元件118的光軸140與接合平面150(感測器119與導線架112的接合平面)之間會產生一角度θ。在一實例中，此夾角的範圍為5°-85°之間。

在操作時，因發光元件118的光軸140與接合平面150具有一角度θ，故由發光元件118所發出之光線，可直接穿過支架130中的通道132(以虛線表示)及滑鼠底部160上的孔洞161，打在外部平面170上(例如，桌面)。再經由外部平面170的反射，穿過孔洞161和延伸部115的開口115a，打在感測器119上，使感測器119得以分析所獲得的光線變化，得出滑鼠的移動方向和移動距離。

在一實例中，此封裝體110包含一第一透鏡134，設置於發光元件118與支架130之間，並與活動件114耦接，用以引導發射光件118所發出之光線照射至外部平面170，此第一透鏡為凸透鏡。在一實例中，此支架130包含一第二透鏡135，用以引導由外部平面170所反射之光線至感測器119，此第二透鏡為凸透鏡。

依據本發明之一具體實施方式所提供之封裝電子元件，採用扣接方式改變發光元件之光軸與水平面之間的夾角，可減少二次封裝製程程序，避免因使用透鏡時所產生的公差問題，同時可進行平面的晶粒封裝製程，提高產品的生產良率並降低生產成本。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．封裝光學裝置

110．．．封裝體

111．．．外殼

112．．．導線架

113．．．開口

114．．．活動件

115．．．延伸件

115a．．．開口

116．．．第一電極

117．．．第二電極

118．．．發光元件

119．．．感測器

120．．．導線

130．．．支架

131．．．接合件

131a．．．凸起頭

132．．．通道

133．．．凹陷部

134．．．第一透鏡

135．．．第二透鏡

140．．．光軸

150．．．接合平面

160．．．滑鼠底部

161．．．孔洞

170．．．外部平面

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1A圖為依據本發明一具體實施方式之封裝光學裝置之封裝體構件與支架構件的側視圖；

第1B圖為第1A圖所示封裝體構件的透視圖；

第2圖為應用本發明之具體實施方式所提供之封裝光學裝置的滑鼠剖面圖。

100‧‧‧封裝光學裝置

110‧‧‧封裝體

112‧‧‧導線架

113‧‧‧開口

114‧‧‧活動件

115‧‧‧延伸件

115a‧‧‧開口

118‧‧‧發光元件

119‧‧‧感測器

130‧‧‧支架

131‧‧‧接合件

131a‧‧‧凸起頭

132‧‧‧通道

133‧‧‧凹陷部

134‧‧‧第一透鏡

135‧‧‧第二透鏡

140‧‧‧光軸

150‧‧‧接合平面

160‧‧‧滑鼠底部

161‧‧‧孔洞

170‧‧‧外部平面

Claims (18)

1. 一種封裝光學裝置，包含：一封裝體，包含：一外殼，具有一開口；一導線架，設於該外殼內部並具有多個接腳，每一接腳分別自該外殼之任一長邊往外延伸，其中該導線架包含一活動件，位於該開口的下方；一發光元件，設置於該導線架之該活動件上，其中該發光元件具有一光軸；及一感測器，設置於導線架之上，與該發光元件位於同側，其中該感測器與該導線架的連接面構成一水平面；一支架，具有一接合件，其中該接合件可扣接於該開口之中並耦接該活動件，適以改變該光軸與該水平面的夾角(5-85度)。
2. 如請求項1所述之封裝光學裝置，其中該支架更包含一通道，用以通過發射光。
3. 如請求項1所述之封裝光學裝置，其中該封裝體更包含一延伸件，用以固定該支架。
4. 如請求項3所述之封裝光學裝置，該支架更包含一凹陷部，用以容納該封裝體之延伸件。
5. 如請求項1所述之封裝光學裝置，其中該支架之接合件更包括一凸起頭，設置該接合件之一端。
6. 如請求項1所述之封裝光學裝置，其中該外殼的材料包含可穿透紅外線之材料。
7. 如請求項1所述之封裝光學裝置，其中該封裝體更包括一第一透鏡，設置於該發光元件與該支架之間，並與該活動件耦接，用以引導發射光。
8. 如請求項1所述之封裝光學裝置，其中該支架更包含一第二透鏡，用於引導反射光。
9. 如請求項1所述之封裝光學裝置，其中該封裝體的封裝方式為封稱腳位封裝。
10. 如請求項1所述之封裝光學裝置，其中該發光元件為垂直腔表面發光雷射或發光二極體。
11. 如請求項10所述之封裝光學裝置，其中該發光元件為垂直腔表面發光雷射。
12. 如請求項10所述之封裝光學裝置，其中該發 光元件所發出之光線為紅外線或可見光，波長為400-1000 nm。
13. 如請求項10所述之封裝光學裝置，其中該發光元件所發出之光線為紅外線。
14. 如請求項1所述之封裝光學裝置，其中該感測器為互補式金屬氧化半導體感測器或電荷耦合元件感測器。
15. 如請求項14所述之封裝光學裝置，其中該感測器為互補式金屬氧化半導體感測器。
16. 如請求項1所述之封裝光學裝置，其中該導線架的材質為金屬。
17. 如請求項16所述之封裝光學裝置，其中該導線架為銅、鐵或鋁。
18. 一種光學滑鼠，包含申請專利範圍第1-17項任一項所述之封裝光學裝置。