专利名称：光学导航传感器及其光学导航装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学导航传感器及其光学导航装置，特别涉及一种集成发光元件和 感光元件的光学导航传感器及其光学导航装置。
背景技术：
计算机在现今人类生活中所扮演的角色越来越重要且多样化，从过去工作上作为文 字处理或程序运算的工具，到今日复杂的影音视频和电玩娱乐。担负起界面控制重任的 鼠标，也随着计算机功能的增强而逐渐更新进步，其感应技术从应用传统的滚轮、滑轮 和发光二极管元件，已进一步使用产生相干(coherent)光线的激光元件。因此鼠标的 功能从单纯的光标控制，逐渐扩展到具有画面缩放、指纹辨识等各种附加功能，让使用 者以一根指头就能轻松操控计算机。
图1是常规应用发光二极管的光学鼠标的剖视图。光学鼠标IO包含基座17和开口 11、设置在开口 11上方的形状复杂的导光单元19、环设在导光单元19四周的电路板 16、设在导光单元19上的感光器13和发光二极管15。基座17可被放置在物体80上， 例如桌面或鼠标垫，并相对物体80的表面移动。发光二极管15可产生光线，所述光 线会经由导光单元19将光线集中和导向，然后从开口 11向物体80的表面投射。物体 80会再将光线反射回开口 11，并经过导光单元19而由孔隙18进入感光器13。感光器 13内感应电路小片12能捕获光学鼠标IO滑过物体80表面所呈现的图像，通过比对前 后图像的差异来判断光学鼠标10的位移量。
感光器13通过夹具(clip) 14固定到电路板16，发光二极管15也插焊固定到电路 板16，而电路板16嵌合到基座17的固定销。参见图1中光线的路径，可明显得知发光 二极管15、导光单元19和感光器13的三维空间定位准度是相当重要的，如果有微小角 度偏差都会造成感光器13无法正确接收光线。即传统光学导航装置(包含鼠标)的组 装零件很多，不仅组装复杂且制造成本偏高，而且需要复杂的校准才能达到正确的感光 功能。
综上所述，市场上迫切需要一种组装简单且节省成本的光学导航传感器及其光学导 航装置，不仅简化组装中零件定位的程序，又能确保光学对位的精确要求。 发明内容本发明的目的是提供一种光学导航传感器及其光学导航装置，其将发光元件和感光 元件集成在设有遮蔽壳体的衬底内，可有效减少组装零件数目，从而降低制造和组装成 本。
本发明的另一目的是提供一种光学对位简化的光学导航传感器及其光学导航装置， 能降低发光元件和感光元件的相对位置上精度要求。
为达到上述目的，本发明揭示一种光学导航传感器，用于感测物体的移动图像，其 包含激光二极管、感光元件、衬底和遮蔽壳体。所述激光二极管和感光元件固定在所述 衬底上，且被所述遮蔽壳体覆盖。通过所述遮蔽壳体，所述激光二极管发出的光线会导 向所述待感测的物体。所述物体将光线反射回所述遮蔽壳体，所述遮蔽壳体可将所述被 反射光线再导向所述感光元件。
本发明进一步揭示一种光学导航装置，其包含电路板、激光二极管、感光元件、遮 蔽壳体和至少一个电子元件。所述激光二极管和感光元件固定在所述电路板上，且被固 定在所述电路板的所述遮蔽壳体覆盖。通过所述遮蔽壳体，所述激光二极管发出的光线 会导向所述待感测的物体。所述物体将光线反射回所述遮蔽壳体，所述遮蔽壳体可将所 述被反射光线再导向所述感光元件。所述电子元件固定在所述电路板上，可处理所述感 光元件的信号，或供应所述感光元件需要的信号。
通过上述设计，本发明将发光元件和感光元件集成在设有遮蔽壳体的衬底内，可有效减 少组装零件数目，还能降低发光元件和感光元件的相对位置上精度要求，因此可简化位置 对准的程序，从而降低制造和组装成本。
图1是常规应用发光二极管的光学鼠标的剖视图； 图2是本发明光学导航装置的剖视图； 图3是本发明另一实施例光学导航装置的剖视图； 图4是本发明又一实施例光学导航装置的剖视图；以及 图5是本发明光学导航传感器的剖视图。
具体实施例方式
图2是本发明光学导航装置的剖视图。光学导航装置20包含电路板25、激光二极 管(电路小片；die)23、感光元件24、遮蔽壳体22和电子元件271、 272。激光二极管23 和感光元件24以表面粘合方式固定在电路板25上，又通过多个金属导线26分别与电 路板25电连接，且被固定在电路板25上的遮蔽壳体22覆盖。通过遮蔽壳体22内部第一反射面221，所述激光二极管23发出的相干(coherent)激光光线会导向透光孔222， 且朝向待感测的物体80表面投射。遮蔽壳体22可以是注射模制的塑料件，而在第一反 射面221处涂上反光物质以产生全反射效果。物体80表面会再将光线反射回遮蔽壳体 22，所述被反射的光线可以经过遮蔽壳体22的透镜223集中。或者由于激光光线的集 中性较好，而不需透镜223聚焦就直接进入遮蔽壳体22内。遮蔽壳体22内部的第二反 射面224可将所述被反射的光线导向感光元件24，如此感光元件24就能接收物体80反 射回来的光线，并将成像的光学信号转换成一般电信号，例如CMOS图像感元件可将 成像的光学信号转换成数字信号。
固定在电路板25上的电子元件271、 272，可以是有源元件或无源元件。因此可处 理感光元件24的输出信号，或供应所述感光元件24需要的信号，例如电压信号或频 率信号。另外，电路板25通过连接接口 28和光学导航装置20外部接收并传输信号， 例如连接器或连接端子。
遮蔽壳体22的主体225部份可以通过固持部226和电路板25相互嵌合而固定。或 可利用遮蔽壳体22的弹性226，使固持部226穿过通孔251而凸伸出卡持住电路板25， 从而达到与电路板25自对准(self-alignment)的目的，即能与激光二极管23感光元件 24的相关位置配合。
与常规技术相比，本发明的激光二极管23和感光元件24共同固定到电路板25表 面，并且使用垂直腔表面发射激光器(VCSEL; Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) 的激光二极管23，因此激光光线垂直上表面而射出。很显然，激光二极管23与感光元 件24之间的相对位置要求可由三维降到两维，因此本发明不仅减少组装零件数目，而 且能简化位置对准的程序。
图3是本发明另一实施例光学导航装置的剖视图。与图2相比，本实施例以第一导 光单元221'和第二导光单元224'取代反射面，激光二极管23发出的光线可以进入第一 导光单元221',而由第一导光单元221'将光线前进方向改变而导向透光孔222射出。同 样第二导光单元224'改变被物体80反射的光线前进方向，并导向感光元件24而去。
如图4所示，为避免感光元件24受到其它环境光源或非第二反射面224所反射光
线的影响，可在感光元件24周围设置遮光罩227，以排除不应该射向感光元件24的干
扰光线，所述遮光罩227可以是遮蔽壳体22"的主体225向内延伸出的一部分。遮光罩
227上有孔隙228仅可供第二反射面224反射光线进入，其它环境光源或激光由于第一
反射面221漫反射产生的非预期光线而都被遮光罩227阻挡在外。
图5是本发明光学导航传感器的剖视图。光学导航传感器50包含激光二极管23、感光元件24、衬底55和遮蔽壳体52。激光二极管23和感光元件24固定在衬底55上， 且被遮蔽壳体52覆盖。通过遮蔽壳体52的第一反射面221，所述激光二极管23发出光 线会被导向透光孔222。外部物体会将光线反射回遮蔽壳体52，经由透镜223聚光，且 第二反射面222再将聚光后的光线导向感光元件24。本体225'嵌入衬底55内以相互固 定，或者采用其它结合方式而达到相同的固定效果，例如超声波熔接或粘合。衬底55 下方设置多个电极511、 512，这样光学导航传感器50就能以表面粘合方式将电极511、 512焊接在鼠标的电路板上。
本发明的技术内容和技术特点已揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本 发明的教示和揭示而作种种不脱离本发明精神的替换和修饰。因此，本发明的保护范围 应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不脱离本发明的替换和修饰，并为所附权 利要求书所涵盖。
权利要求
1. 一种光学导航传感器，其用于感测物体的图像，其特征在于包含衬底；激光二极管，其固定到所述衬底；感光元件，其固定到所述衬底；以及遮蔽壳体，其覆盖所述激光二极管和感光元件；其中所述遮蔽壳体会使所述激光二极管发出的光线导向所述物体，并会将所述物体反射回来的光线再导向所述感光元件。
2. 根据权利要求1所述的光学导航传感器，其特征在于所述遮蔽壳体进一步包含第一反射面和第二反射面，所述第一反射面会使所述激光二极管发出的光线导向所述物体，而所述第二反射面会将所述物体反射回来的光线再导向所述感光元件。
3. 根据权利要求1所述的光学导航传感器，其特征在于所述遮蔽壳体另包含第一导光单元和第二导光单元，所述第一导光单元会使所述激光二极管发出的光线导向所述物体，而所述第二导光单元会将所述物体反射回来的光线再导向所述感光元件。
4. 根据权利要求1所述的光学导航传感器，其特征在于所述遮蔽壳体进一步包含会将所述物体反射回来的光线集中的透镜。
5. 根据权利要求1所述的光学导航传感器，其特征在于所述遮蔽壳体进一步包含遮光罩；所述遮光罩覆盖在所述感光元件周围，并具有孔隙可供所述物体反射回来的光线通过。
6. 根据权利要求1所述的光学导航传感器，其特征在于所述遮蔽壳体进一步包含可供所述激光二极管发出的光线通过的透光孔。
7. 根据权利要求1所述的光学导航传感器，其特征在于所述遮蔽壳体和所述衬底直接通过固持机构相互结合。
8. 根据权利要求1所述的光学导航传感器，其特征在于所述衬底表面进一步设有多个电极。
9. 根据权利要求1所述的光学导航传感器，其特征在于所述激光二极管和所述感光元件通过多个金属导线分别与所述衬底电连接。
10. 根据权利要求1所述的光学导航传感器，其特征在于所述激光二极管是垂直腔表面发射激光器。
11. 一种光学导航装置，其用于感测物体的图像，其特征在于包含电路板；激光二极管，其固定到所述电路板； 感光元件，其固定到所述电路板；遮蔽壳体，其覆盖所述激光二极管和感光元件；以及至少一个电子元件，其固定到所述电路板，处理所述感光元件的信号或供应信号 给所述感光元件；其中所述遮蔽壳体会使所述激光二极管发出的光线导向所述物体，并会将所述物 体反射回来的光线再导向所述感光元件。
12. 根据权利要求11所述的光学导航装置，其特征在于所述遮蔽壳体进一步包含第一 反射面和第二反射面，所述第一反射面会使所述激光二极管发出的光线导向所述物 体，而所述第二反射面会将所述物体反射回来的光线再导向所述感光元件。
13. 根据权利要求11所述的光学导航装置，其特征在于所述遮蔽壳体进一步包含第一 导光单元和第二导光单元，所述第一导光单元会使所述激光二极管发出的光线导向 所述物体，而所述第二导光单元会将所述物体反射回来的光线再导向所述感光元 件。
14. 根据权利要求11所述的光学导航装置，其特征在于所述遮蔽壳体进一步包含会将 所述物体反射回来的光线集中的透镜。
15. 根据权利要求11所述的光学导航装置，其特征在于所述遮蔽壳体进一步包含遮光 罩；所述遮光罩覆盖在所述感光元件周围，并具有孔隙可供所述物体反射回来的光 线通过。
16. 根据权利要求11所述的光学导航装置，其特征在于所述遮蔽壳体进一步包含可供 所述激光二极管发出的光线通过的透光孔。
17. 根据权利要求11所述的光学导航装置，其特征在于所述遮蔽壳体和所述衬底直接 通过固持机构相互结合。
18. 根据权利要求11所述的光学导航装置，其特征在于所述所述激光二极管和所述感 光元件通过多个金属导线分别与所述衬底电连接。
19. 根据权利要求11所述的光学导航装置，其特征在于所述激光二极管是垂直腔表面 发射激光器。
20. 根据权利要求11所述的光学导航装置，其特征在于进一步包含设在所述电路板表 面的连接接口，可供所述光学导航装置和外部接收并传输信号。
全文摘要
一种光学导航传感器，其用于感测物体的移动图像，其包含激光二极管、感光元件、衬底和遮蔽壳体。所述激光二极管和感光元件固定在所述衬底上，且被所述遮蔽壳体覆盖。通过所述遮蔽壳体，所述激光二极管发出的光线会导向所述待感测的物体。所述物体将光线反射回所述遮蔽壳体，所述遮蔽壳体可将所述被反射光线再导向所述感光元件。
文档编号G06F3/033GK101488059SQ200810001070
公开日2009年7月22日 申请日期2008年1月18日 优先权日2008年1月18日
发明者倪慎如, 杨存孝, 汤宇方 申请人:世纪民生科技股份有限公司