TWI498774B - Optical mouse COB module and the optical mouse - Google Patents

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Description

光學滑鼠的COB模組及該光學滑鼠
本發明係有關一種光學滑鼠，特別是關於一種光學滑鼠的板上晶片(Chip-On-Board;COB)模組。
光學滑鼠的光學組成如圖1所示，為便於大量生產及組裝，其零組件分開生產。在組裝時，光源元件12及感應晶片14焊接在印刷電路板(PCB)16上，光源固定座10以緊密配合方式固定於PCB 16上，防止光源元件12動搖，PCB 16有開口162讓光線通過，開口162的下方擺放透鏡18，PCB 16與透鏡18以放置組合的方式固定，透鏡18藉由凹槽192及防呆構造194放置組合於底座19上，將光路對準透光孔196。
圖2繪示圖1之光學滑鼠的光路，光源元件12一般為紅光二極體(LED)，光線自光源元件12射出後，經過透鏡18的折射及反射，穿過透光孔196投射至滑鼠下方的平面上，反射後的光線再經過透鏡18成像到感應晶片14上。由於桌面的特徵及粗糙程度不同，反射光的能量強弱也不同，藉此顯示出影像的特徵。當滑鼠移動的時候，感應晶片14得到連續的圖案，藉由影像之特徵位置不同，對每張影像前後比對分析處理，以判斷滑鼠移動的方向及位移。換言之，成像品質的好壞為影響滑鼠性能的主要因素。因此，當光學滑鼠中各個元件間發生鬆動或錯位時，桌面的反射光將無法循著正確的光路投射到感應晶片14，感應晶片14擷取到的影像會漂移或模糊，使得影像辨識不正確。
分散式的光學零組件因為各製造廠的模具不一，造成滑鼠底座高低不同、元件間的密合度及固定效果不佳等問題，使得光學滑鼠在操作時極易發生垂直方向鬆動，造成光學路徑的偏移與失焦。
為降低生產時的組裝誤差，美國專利號6462330將透鏡包裝到感應晶片的封裝裡，美國專利號7045775將透鏡和LED都包裝到感應晶片的封裝裡，美國專利號7199350將透鏡、LED以及滑鼠的控制器晶片都包裝到感應晶片的封裝裡。雖然這些先前技術的整合度高，但卻不是COB結構，會受到晶片腳位的限制，一旦腳位設計變更，整個封裝的花架(lead frame)必須重新開模，費工費時而且成本高昂。
不同地，美國專利號6541762及6653724以COB封裝實現光學滑鼠，其係將感應晶片以裸晶的形式焊接在一塊較小的次PCB上，該次PCB再固定在光學滑鼠的主PCB上。這種光學滑鼠的整合度不高，需將COB的PCB固定在另一塊PCB上，因此也稱為次COB。
本發明的目的之一，在於提出一種高整合度的光學滑鼠的COB模組。該模組化的結構使光學元件間的位置絕對固定，光學元件間不易鬆動或錯動，讓光路更精準，完全省去光學元件在生產時組裝以及校正的時間，有效提高生產良率。
本發明的目的之一，在於提出一種光學滑鼠，將人機介面的機構單獨設計在COB模組以外，增加光學滑鼠變更設計的自由度。
根據本發明，一種光學滑鼠的COB模組包括模組印刷電路板，含有感應器電路的晶片以COB形式焊接在該印刷電路板上，其他的被動元件及光源元件也焊接在該印刷電路板上，控制器電路可以整合在該含有感應器電路的晶片上，或製備在另一個獨立的晶片焊接在該印刷電路板上，透鏡形成光路讓該光源元件的光線可以成像於該含有感應器電路的晶片。
根據本發明，一種光學滑鼠包括上述的COB模組固定在滑鼠底座上，該滑鼠底座具有透光孔供該光路通過，按鍵及滾輪機構設置於該滑鼠底座上，排線連接該按鍵及滾輪機構與該模組印刷電路板。
本發明整合光學滑鼠的光學零組件及控制器電路，因而改善設計自由度、提昇成像清晰度、減低製造及變更設計的成本。
如圖3所示的實施例，光學滑鼠的COB模組30包括 模組印刷電路板32，其上佈有電路。諸如電阻、電容等被動元件採用雙排腳封裝(DIP)或表面黏著型元件(Surface-Mount Device；SMD；亦稱貼片式元件)封裝，以插件焊接或表面安裝技術(SMT)固定在模組印刷電路板32上。為了簡化，圖3中未繪示被動元件及布線等細節，這些乃熟習此技藝者當知之事。整合感應器電路與控制器電路的模組晶片42以COB結構焊接在模組印刷電路板32上，例如LED的光源元件44以DIP或SMD封裝的形式利用插件焊接或SMT焊接在模組印刷電路板32上，阻光器36固定透鏡40的位置，較佳者，其係非透明的材質製成，僅穿設兩個開孔362、364讓特定光路的光線通過，具有隔絕雜散光之作用，光源元件44產生的光線穿過開孔362，經過透鏡40折射，穿過殼體38上的切割槽384及滑鼠底座46上的透光孔463，投射在滑鼠底座46接觸的表面上，透鏡40再將漫射或散射回來的光線成像到模組晶片42上，經其辨識獲得滑鼠移動的距離、方向等資訊。本實施例將所有光學零組件整合成模組化結構，因此各光學元件間的位置絕對固定、光路精準度高、成像清晰、省去生產時組裝及校正光學元件的時間。在本實施例中，模組晶片42係以COB封裝技術焊接在模組印刷電路板32向下的那一面上。此COB模組30讓一個光學滑鼠只需要一片模組印刷電路板32。在其他實施例中，影像感測器電路與滑鼠控制器電路可 以分開為兩個單獨的晶片，分別焊接在模組印刷電路板32上，但是含有感測器電路的晶片必須對準光路。本發明採用之COB架構使設計更有彈性。當晶片腳位功能有增減等變更時，只要變更模組印刷電路板32上的電路設計並重新洗板即可，不需要重新開模更換封裝之花架設計，因此增加設計上的彈性，更節省設計變更成本。
圖4係根據本發明之光學滑鼠的分解圖，按鍵及滾輪機構461獨立於COB模組30以外，例如設置在滑鼠底座46上，操作按鍵及滾輪機構461產生之按鍵訊號及滾輪訊號透過排線462，送到模組印刷電路板32的輸入端328，模組晶片42根據滑鼠的移動資訊以及滾輪、按鍵訊號進行運算，最後經由輸出端326連接之USB纜線48輸出滑鼠控制訊號給主機。參照圖3及圖4，在本實施例中，阻光器36用來固定並維持透鏡40與模組晶片42、光源元件44之間的距離及相對關係，殼體38覆蓋並固定阻光器36和透鏡40，殼體38與滑鼠底座46是獨立且不同的兩個元件，而且殼體38具有側壁，形成具有頂部開口的空間供容納模組晶片42、光源元件44、阻光器36及透鏡40，殼體38以卡榫382嵌合模組印刷電路板32上預設之嵌合孔322，使模組印刷電路板32覆蓋殼體38的空間的頂部開口。在其他實施例中，亦可在阻光器36上設置卡榫，或者以其他可互相嵌合的嵌合裝置和機構，例如 滑軌、螺絲等取代卡榫382和嵌合孔322。COB模組30組合完成後，以螺絲50鎖合滑鼠底座46上的螺柱465，配合模組座464固定於滑鼠底座46上。
習知的光學滑鼠僅整合光學組件，滑鼠控制器仍是另外以獨立的晶片與被動元件一起焊接於主印刷電路板上實現，滾輪和按鍵機構亦設置於該主印刷電路板上，因此滑鼠設計者一旦要調整滑鼠外型，更動滾輪和按鍵的位置的話，便必須重新洗板並變更主印刷電路板上的電路，在組裝時亦必須同時配合按鍵位置、滾輪位置以及光路精準對位，才能使光學滑鼠正確工作。本實施例之光學滑鼠由於將透鏡40及滑鼠控制器整合在COB模組30中，且按鍵及滾輪機構461係獨立設置於滑鼠底座46上，滑鼠設計者可以自由調整按鍵及滾輪機構461與透光孔463間的相對關係，亦能自由改變滑鼠底座46的形狀及大小，只要COB模組30出光的路徑可以穿過透光孔463即可，變更設計的自由度高、對位要求低。本發明提出之COB模組連接PC電纜線以及按鍵和滾輪訊號後，即擁有完整的光學滑鼠功能，實際生產上較各前案工藝更節省人力及工時。
圖5係本發明之COB模組第二實施例的側視圖，模組晶片42及光源元件44焊接於模組印刷電路板32，阻光器54兼具阻光及保護透鏡55的功能，設有嵌合構造542和544供透鏡40嵌合，組成COB模組50，光 源元件44提供的光線穿過阻光器54，經由透鏡40反射穿過滑鼠底座46的透光孔，漫射或散射回來的光線再透過透鏡40成像於模組晶片52上。在本實施例中，阻光器54相當於整合圖3之實施例的阻光器36及殼體38，因此減少零組件。
圖6係本發明之COB模組第三實施例的側視圖，COB模組60中的透鏡65嵌合模組印刷電路板32且固定住阻光器64，阻光器64的二開口分別對準焊接於模組印刷電路板32的模組晶片42及光源元件44，供光源元件44發射之光線通過。在本實施例中，透鏡65相當於整合圖3之實施例的透鏡40及殼體38，因此減少零組件。
圖7係本發明之COB模組第四實施例的示意圖，模組晶片42和光源元件44焊接於模組印刷電路板32，透鏡74嵌合模組印刷電路板32，組成COB模組70，透鏡74鄰近模組晶片42的部分，其表面塗佈有阻光層745，用來取代前述實施例中阻光器的功能，光源元件44提供的光線經由透鏡74反射穿過滑鼠底座46的透光孔，漫射或散射回來的光線再透過透鏡74成像於模組晶片42上。在本實施例中，不但透鏡74相當於整合圖3之實施例的透鏡40及殼體38，而且減少獨立的阻光器36。在其他實施例中，亦可在透鏡74鄰近光源元件44的表面上塗佈阻光層，以調整光源元件44出光的方向。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10‧‧‧光源固定座
12‧‧‧光源元件
14‧‧‧感應晶片
16‧‧‧印刷電路板
162‧‧‧開口
18‧‧‧透鏡
19‧‧‧底座
192‧‧‧凹槽
194‧‧‧防呆構造
196‧‧‧透光孔
30‧‧‧COB模組
32‧‧‧模組印刷電路板
36‧‧‧阻光器
362‧‧‧開孔
364‧‧‧開孔
38‧‧‧殼體
382‧‧‧卡榫
384‧‧‧切割槽
40‧‧‧透鏡
42‧‧‧模組晶片
44‧‧‧光源元件
46‧‧‧滑鼠底座
461‧‧‧按鍵及滾輪機構
462‧‧‧排線
463‧‧‧透光孔
464‧‧‧模組座
465‧‧‧螺柱
48‧‧‧USB纜線
50‧‧‧COB模組
54‧‧‧阻光器
542‧‧‧嵌合構造
544‧‧‧嵌合構造
60‧‧‧COB模組
64‧‧‧阻光器
65‧‧‧透鏡
70‧‧‧COB模組
74‧‧‧透鏡
745‧‧‧阻光層
圖1係習知光學滑鼠的光學元件組成示意圖；圖2係習知光學元件組合完成後的剖面圖；圖3係根據本發明之COB模組第一實施例的示意圖；圖4係根據本發明之光學滑鼠實施例的示意圖；圖5係本發明之COB模組第二實施例的側視圖；圖6係本發明之COB模組第三實施例的側視圖；以及圖7係本發明之COB模組第四實施例的示意圖。
30．．．COB模組
32．．．模組印刷電路板
36．．．阻光器
362．．．開孔
364．．．開孔
38．．．殼體
382．．．卡榫
384．．．切割槽
40．．．透鏡
42．．．模組晶片
44．．．光源元件
46．．．滑鼠底座
463．．．透光孔

Claims (22)

  1. 一種光學滑鼠的COB模組，用於固定在一滑鼠底座上，該COB模組包括：模組印刷電路板；含有感應器電路的晶片，以COB結構焊接於該模組印刷電路板；光源元件，焊接於該模組印刷電路板；透鏡，對準該含有感應器電路的晶片及該光源元件；以及獨立於且不同於該滑鼠底座的殼體，用以固定該透鏡於其中並且與該模組印刷電路板接合，其中該COB模組是用於固定在該滑鼠底座而且該殼體可供該光源元件的光線通過；不透光的阻光器，具有兩個開口分別對準該含有感應器電路的晶片及該光源元件；其中，控制器電路整合在該含有感應器電路的晶片上，或在另一焊接於該模組印刷電路板的晶片上；其中，該殼體具有側壁形成具有頂部開口的空間供容納該含有感應器電路的晶片、該光源元件、該阻光器及該透鏡；其中，該頂部開口被該模組印刷電路板覆蓋；其中，該含有感應器電路的晶片及該光源元件焊接於該模組印刷電路板的同一面，且在該殼體所形成的空間內。
  2. 如請求項1之COB模組，其中該光源元件包括LED。
  3. 如請求項1之COB模組，其中該透鏡嵌合在該阻光器中。
  4. 如請求項1之COB模組，其中該透鏡嵌合在該模組印刷電路板上。
  5. 如請求項1之COB模組，其中該殼體覆蓋該透鏡，並具有切割槽讓光線通過。
  6. 如請求項1之COB模組，其中該模組印刷電路板更包括一輸出端提供該COB模組與一外部主機通訊。
  7. 如請求項1之COB模組，其中該模組印刷電路板更包括一輸入端供接收該光學滑鼠之按鍵信號或滾輪信號。
  8. 如請求項1之COB模組，其中該光源元件的光路向下，且垂直於該模組印刷電路板。
  9. 如請求項1之COB模組，其中該殼體更包括一切割槽對應該光學滑鼠的滑鼠底座的透光孔。
  10. 如請求項9之COB模組，其中該光源元件的光線經折射後穿過該切割槽及該透光孔。
  11. 一種光學滑鼠，包括：滑鼠底座，具有透光孔；COB模組，直接置於該滑鼠底座上，該COB模組包括：模組印刷電路板；含有感應器電路的晶片，以COB結構焊接於該模組 印刷電路板；光源元件，焊接於該模組印刷電路板；透鏡，對準該含有感應器電路的晶片及該光源元件；以及獨立於且不同於該滑鼠底座的殼體，用以固定該透鏡於其中並且與該模組印刷電路板接合，其中該COB模組是固定在該滑鼠底座而且該殼體可供該光源元件的光線通過；不透光的阻光器，具有兩個開口分別對準該含有感應器電路的晶片及該光源元件；其中，控制器電路整合在該含有感應器電路的晶片上，或在另一焊接於該模組印刷電路板的晶片上；其中，該殼體具有側壁形成具有頂部開口的空間供容納該含有感應器電路的晶片、該光源元件、該阻光器及該透鏡；其中，該頂部開口被該模組印刷電路板覆蓋；其中，該含有感應器電路的晶片及該光源元件焊接於該模組印刷電路板的同一面，且在該殼體所形成的空間內。
  12. 如請求項11之光學滑鼠，更包括嵌合機構將該COB模組固定在該滑鼠底座上。
  13. 如請求項11之光學滑鼠，其中該模組印刷電路板具有輸出端，供輸出滑鼠控制訊號。
  14. 如請求項11之光學滑鼠，其中該光源元件包括LED。
  15. 如請求項11之光學滑鼠，其中該透鏡嵌合在該阻光器中。
  16. 如請求項11之光學滑鼠，其中該透鏡嵌合在該模組印刷電路板上。
  17. 如請求項11之光學滑鼠，其中該殼體覆蓋該透鏡，並具有切割槽讓光線通過。
  18. 如請求項11之光學滑鼠，更包括按鍵及滾輪機構，直接置於該滑鼠底座上，產生按鍵信號及滾輪信號。
  19. 如請求項18之光學滑鼠，其中該COB模組更包括排線，連接該按鍵及滾輪機構與該模組印刷電路板。
  20. 如請求項11之光學滑鼠，其中該光源元件的光路向下，且垂直於該模組印刷電路板。
  21. 如請求項11之光學滑鼠，其中該殼體更包括一切割槽對應該光學滑鼠的滑鼠底座的透光孔。
  22. 如請求項21之光學滑鼠，其中該光源元件的光線經折射後穿過該切割槽及該透光孔。
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