专利名称：光学导航设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合于移动电子设备的光学导航设备，移动电子设备例如是移动通信设备、个人数据助理、个人音乐播放器等，光学导航设备通过在其表面上移动有时被称为手指鼠标的物体来操作。背景现今的移动或计算机设备使用各种不同的导航机构，包括轨迹球设备、多点击操纵杆和基于电容的触摸板。然而，存在与这些的每个相关的问题。轨迹球和操纵杆可能是不可靠的，且实现起来相对地昂贵。此外，如果手指被例如手套覆盖，基于电容的触摸板不能令人满意地操作，以及它们的尺寸相对于设备例如移动电话和PDA可能大。通过比较区域图像的连续帧来以与光学鼠标相同的原理操作的光学导航设备也是已知的。然而，传统的设备使用LED光源，其需要准直和成像光学器件，这增加了设备的厚度。因此存在提供具有与现有设备相比减少的厚度并以安全的方式操作的光学导航设备的需要。此外，这样的设备可以用简单的方式和以低的零件计数被制造是合乎需要的。发明概述本公开的第一方面包括光学导航设备，其包括图像传感器，其具有成像表面； 激光器；以及光波导层，其具有暴露的用户表面和在暴露的用户表面下侧上的全内反射 (TIR)表面，其中波导层、激光器和图像传感器被一起布置成至少部分地经由IlR表面通过全内反射将由激光器发射的辐射射到成像表面上。激光辐射被包含在光学导航设备内(主要在波导层内)，除非物体(例如，人的手指)接触暴露的用户表面以抑制在IlR表面的全内反射。在这种情况下，一些激光辐射将从设备逸出，但将被接触暴露的用户表面的物体吸收(一些辐射随后被散射回到波导层中)。 因此，无论物体是否接触暴露的用户表面，都不会有辐射从设备逸出使得它将对用户的眼睛造成伤害的风险。设备因此本质上是安全的，与连续地发射相干激光辐射(可能在用户的眼睛的方向上)的光学导航设备相反。在一种实施方式中，光学波导层还包括第一内表面，其适合于反射由激光器发射到IlR表面的辐射。另外地或可选地，光波导层优选地还包括第二内表面，其适合于将由 IlR表面反射的辐射反射到成像表面。在这两种情况下，内表面优选地适合于全内反射激光辐射。然而，在这是不可能的(例如，由于波导层的几何结构)场合，涂层(例如，铝)可被涂敷到第一和/或第二内表面以使它们更有反射性。一般，第一和第二内表面相对于入射在其上的辐射的主光轴成角度。作为对提供适合于将由激光器发射的辐射反射到IlR表面的第一内表面的可选方案，波导层可适合于将由激光器发射的辐射折射到IlR表面。在一种实施方式中，第一透镜被设置在激光器上方，第一透镜被配置成实质上使由激光器发射的辐射准直。通过使激光辐射准直，实现激光辐射对IlR表面的更均勻的照明。这导致导航设备的更好的性能。
另外地或可选地，第二透镜可设置在第一透镜和激光器之间，第二透镜被配置成扩大由激光器发射的辐射光束的直径。第二透镜可被安装在激光器的上表面上。在第一和第二透镜都被设置的情况下，一间隙优选地设置在第一和第二透镜之间。这提供辐射光束在穿过第二透镜之后在其由第一透镜准直之前扩展的空间。第二透镜优选地正好位于第一透镜之下(在它们之间有或没有间隙)。此外，第一和第二透镜的主光轴优选地是平行的。在一种实施方式中，第一和第二透镜的主光轴是共线的。优选地，第一和/或第二透镜的主光轴实质上平行于由激光器发射的辐射光束的主光轴。第一透镜可与波导层分开形成，但更优选地，第一透镜与波导层整体地形成以最小化导航设备的厚度。优选地，第一透镜是菲涅耳透镜。菲涅耳透镜一般薄于具有相同的孔径和焦距的更传统的透镜。因此，通过使用菲涅耳透镜来代替传统的透镜，设备的厚度可被最小化，同时保持准直的益处(见上文)一般，设备的激光器和图像传感器容纳在单传感器组件的分开的隔间内。这防止在传感器外罩内、在辐射没有首先通过IlR表面被反射的情况下，从激光器到图像传感器的辐射的任何不想要的内部传播。使用激光器，而不是例如发光二极管(LED)，因为所发射的辐射更加相干，即，虽然由激光器发射的光子可能是发散的，但它们在实质上相同的方向上被发射。因此，通过受抑 TIR的光束的任何修改可在不需要成像光学器件的情况下在沿该光束的任何点处被观察到。没有成像光学器件也意味着光学导航设备的装配过程不需要如此精确地被规定公差， 即，装配变得更容易。任何适合的激光器可被使用。例如，激光器可为分布式反馈(DFB)激光器。然而， 这些激光器趋向于设置在相对大的模块中。因此，更优选地，激光器为垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，其趋向于设置在更小的芯片大小的封装中。激光器和图像传感器可具有实质上平行于彼此的主光轴。可选地，激光器和图像传感器可具有不平行于彼此的主光轴。优选地，波导层为单片的。波导层一般设置在激光器和成像传感器上方。在一种实施方式中，光学导航设备还包括邻近成像表面的放大透镜。这帮助确保整个成像表面被照亮，以便形成更可靠的图像模式。另外地或可选地，在优选的实施方式中，校正透镜位于成像表面上方，用于校正在由IlR表面反射的激光辐射中的放大效应。一般，在受抑全内反射发生在IlR表面时，放大差异在X和Y轴之间的成像表面被观察到。这可由校正透镜校正。在一种实施方式中，校正透镜可为圆柱形的。另外地或可选地，校正透镜可为菲涅耳透镜。波导层的折射率越大，IlR的临界角度(也就是，在入射在IlR表面上的激光辐射光束和IlR表面的法线之间的角度)越低。因此，波导层的折射率越大，波导层就可以越窄 (相对于在IlR表面上的激光辐射的入射方向)。由于微型化是该类型的光学导航设备的重点关注，因此优选地，光波导层的折射率尽可能大(优选地大于1.5，更优选地大于幻。然而，由于具有更高折射率的适合的材料的增加的成本，光波导层一般具有在1和2之间的折射率。本公开的第二方面提供操作光学导航设备的方法，该光学导航设备包括图像传感器，其具有成像表面；激光器；以及光波导层，其具有暴露的用户表面和在暴露的用户表面下侧上的全内反射(TIR)表面，该方法包括使用IlR表面全内反射由激光器发射的辐射；使用所反射的辐射照亮具有成像表面的至少部分；使物体与暴露的用户表面接触以抑制在IlR表面处的激光辐射的至少一部分的全内反射；以及从在成像表面处检测到的连续的图像帧中的改变得到用户输入信息。优选地，该方法还包括在暴露的用户表面上移动物体。该物体优选地为人的手指或手写笔。在一种实施方式中，根据本公开的第二方面的方法还包括使由激光器发射的辐射准直。一般，辐射由菲涅耳透镜准直。另外地或可选地，根据本公开的第二方面的方法可还包括在使辐射光束准直之前放大由激光器发射的辐射光束的直径。本公开的第三方面提供包括光学导航设备的电子装置，光学导航设备具有图像传感器，其具有成像表面；激光器；以及光波导层，其具有暴露的用户表面和在暴露的用户表面下侧上的全内反射(TIR)表面，其中波导层、激光器和图像传感器被一起布置成至少部分地经由IlR表面通过全内反射将由激光器发射的辐射射到成像表面上。本公开的第四方面提供包括光学导航设备的移动通信设备，光学导航设备具有 图像传感器，其具有成像表面；激光器；以及光波导层，其具有暴露的用户表面和在暴露的用户表面下侧上的全内反射(TIR)表面，其中波导层、激光器和图像传感器被一起布置成至少部分地经由IlR表面通过全内反射将由激光器发射的辐射射到成像表面上。附图的简要说明现在仅作为例子参考附图来描述本发明的实施方式，其中
图1为根据本公开的光学导航设备的示意性横截面图；图2为图1的光学导航设备的波导层的示意性透视图；图3类似于图1但还包括接触设备的暴露的用户表面的物体；图4类似于图1但还包括邻近(在这种情况中位于上面)设备的图像传感器的放大透镜；图5示出了当设备在使用中时，在物体接触暴露的用户表面时，由图像传感器产生的图像模式；图6为包括菲涅耳准直透镜的可选的光学导航设备的透视截面图；图7为图6的设备的侧面图，该设备在这种情况中也包括在图像传感器上的校正透镜；图8为图6的设备的分解图；图9示出了图1和图2的光学导航设备的另外的可选的实施方式，其中激光器和图像传感器具有定向成彼此接近90°的主光轴；以及图10示出了包括根据本公开的光学导航设备的电子装置。
具体实施方式
的描述图1为光学导航设备1的示意性横截面图，其包括激光二极管2、光波导层4和图像传感器6。激光二极管2和图像传感器6被安装在单独的电路板7a、7b上，而光波导层4 通过支撑外罩8被悬挂在电路板7a、7b上。将理解，激光二极管2和图像传感器6可以可选地被安装在相同的电路板上(见图7)。如在图1和图2中所示的，光波导层4包括上部用户输入面9和下部面10，一对成角度的侧面12、14延伸在它们之间，侧面12、14当从下部面 10延伸到上部面9时朝着彼此会聚。触敏输入板15在成角度的面12、14之间的用户输入面9的中间区域处形成。输入板15具有暴露的用户(或‘鼠标’)表面16 (其被暴露于周围环境)和在暴露的用户表面16的下侧(也就是，背侧)上的全内反射(TIR)表面18 (其在波导层4的内部)。波导层4 一般具有范围在1. 5-2. 0内的折射率以及可例如由聚碳酸酯形成(折射率接近1.59)。图像传感器6具有包括像素阵列的成像表面22。在本实施方式中，阵列包括20x20 阵列的30μπι CMOS像素。然而，将理解，其它阵列尺寸/架构可被使用以及对于CMOS(例如，CCD)的任何适合的可选技术可被用在像素中。传感器还包括信号处理器。激光器2、图像传感器6和波导层4被一起布置成使得在辐射M由激光器2发射时，它进入波导层4并通过全内反射经由IlR表面18射到图像传感器6的成像表面22上。 在一种实施方式中，成角度的表面12、14也为IlR表面。在该情况下，辐射由激光器2沿第一主光轴2 发射到光波导层4的第一个成角度的面12。第一成角度的面12然后使辐射 M通过全内反射沿第二主光轴2 射到IlR表面18。辐射M然后通过TIR表面18沿第三主光轴25c被全内反射到第二成角度的面14。最后，第二成角度的面14沿第四主光轴 25d将辐射M全内反射到图像传感器6的成像表面22。将理解，在每种情况下，激光辐射以大于全内反射的临界角度的角度入射到IlR表面上。也应注意，图1的系统一般为无焦点的，也就是说，激光辐射一般不会聚焦在图像传感器6上。如在图1中所示，波导层4被布置成使得由侧面14反射的辐射不会被波导层4的下部面10全内反射。更确切地，辐射穿过下部面10行进到成像表面22上，因此使像素阵列的实质上所有(或仅一些，但优选地至少大部分)的像素被照亮。在图1中所示的实施方式中，激光器2和图像传感器6分别地具有主光轴25a、 25d，其实质上平行于彼此。因此，安装有激光器2和图像传感器6的电路板7a、7b可为共面的，或可选地，它们可被定位在不同的平行平面上。如以下解释的，触敏输入板15的位置和表面区域由用户输入面9的区域界定，用户输入面9由激光器2照亮。这取决于激光光束的发散角(在这种情况下接近10° )、激光光束入射到第一成角度的面12上的角度以及第一成角度的面12相对于用户输入面9的倾斜度。将理解，在可选的实施方式中，光波导层可被布置成使得整个用户输入面9被激光器辐射照亮(以及因此为触敏的)。在一些情况下，波导层4的几何结构(特别是，成角度的面12、14相对于入射到其上的激光辐射的主光轴25a、25c的倾斜度)可以使得激光辐射以小于全内反射的临界角度的角度入射到成角度的面12、14上。在这种情况下，反射涂层(例如，铝)可被涂敷到成角度的面12、14，以便增加它们的反射性，以使它们可将由激光器发射的辐射分别反射到输入板15和图像传感器6。如以上提到的，通过输入板15的IlR表面18(以及通过成角度的面12、14)的全内反射是可能的，因为激光辐射光束以大于全内反射的临界角度的角度入射在IlR表面上。临界角度(Θ。= SirT1(I^Ail))取决于波导层4的折射率(nl)和在暴露的用户表面16上的周围空气的折射率(r^)。然而，如在图3中所示的，在人的手指例如手指或拇指(其具有大于周围环境的折射率)触摸暴露的用户表面16时，手指(或拇指)印的脊沈-观抑制在IlR表面18的全内反射(F-TIR)。也就是，如在图3中所示的，入射在正好在手指接触暴露的用户表面16处下方的IlR表面18上的辐射M的部分2 不再被全内反射并代替地从波导层4逸出。这种现象发生的原因在于，触摸暴露的用户表面16手指的增加的折射率 (相比于周围空气的折射率)增加了全内反射的临界角度而使之大于激光辐射光束的入射角度。虽然在图3中没有被示出，逸出的辐射2 的一部分(一般为大约10% )朝着第二成角度的面14从手指散射回到波导层4中并散射到成像表面22上。此外，没有经历F-IlR 的任何辐射如以前一样被射到成像表面上。然而，在手指接触到输入板15时，较少的辐射入射在图像传感器上，导致在像素阵列中更少的像素被照明。这使图像模式30在成像表面 22上被形成。示例性图像模式在图5中被示出。在这种情况中，20x20的像素阵列(其总共有 0. 608mm的宽度和0. 608mm的高度)以1. 5ff/cm2的峰值辐照度和2. Imff的总功率被照亮。 在IlR表面18处的受抑全内辐射(由触摸暴露的用户表面的手指脊造成)导致包括检测到一系列暗的和照亮的区域30a、30b的图像模式。导航设备1通过使手指28在整个触敏的暴露的用户表面16上滑动来操作，以及用户输入信息从在成像表面检测到的连续的图像帧的改变得到。特别是，当手指观在整个表面上移动时，在输入板15上的F-TIR的位置改变以及在成像表面22上形成的图像模式相应地改变。传感器的信号处理器处理连续的图像模式以识别在暴露的用户表面16上的手指的一个或多个接触点，并确定运动向量和从一帧到下一帧的一个或多个特征的移动速率。运动向量和移动速率可然后被转化为(例如)移动通信设备或移动计算机的适当的控制动作。设备可按IkHz到IOkHz的帧速率工作，以便检测在输入板15的暴露的用户表面 16处的一个或多个特征的一个或多个相对运动。帧速率由传感器的刷新速率设置。曝光可通过使脉动式激光源来完成或通过以所需的速率对传感器输出采样来完成。由传感器检测的特征尺寸可在大约0. 5mm和30 μ m之间。更小的特征提供比更大的特征更大的检测运动的能力。通过确定在激光二极管2被关闭时的传感器照度并比较该传感器照度与在激光二极管2被开启时的传感器照度来校准传感器也许是可能的。该校准可在光学导航设备的每次使用的开始时或在帧到帧的基础上发生。因为激光二极管发射的辐射光束具有低的光束发散度(一般低于10° )，因此不需要准直或者成像光学器件。这允许导航设备比使用诸如透镜和准直仪的光学设备的传统设备薄得多。这也减少零件计数，并使制造更容易。然而，根据设备的几何结构，包括在光波导层4和成像表面22之间的放大透镜29 (见图4)以确保整个成像表面被照亮以便形成可靠的成像模式可能是必要的/有益的。在图4所示的实施方式中，放大透镜四相对于激光辐射的入射方向是凸起的。图6至图8示出了光学导航设备1的可选的实施方式。图6至图8的实施方式类似于在图1至图4中描述的实施方式，以及相同的特征被给出相同的参考数字。在这种情况下，激光器2和图像传感器6被安装在公共电路板34上，并分别容纳在外罩8的分开的隔间35、36内。光束扩展半球形透镜37 (在图8中最清楚地示出)被设置在激光器2的发射面上以增加被激光器2发射的辐射光束的直径。透镜37 —般安装在激光器2的上表面上，如在图8中所示的。在扩展的激光辐射光束由波导层4的第一成角度的内表面12全内反射到IlR表面18之前，准直菲涅耳透镜38被设置在光束扩展透镜37上以使扩展的激光辐射光束准直。垂直的间隙‘d’(在图7的侧视图中最清楚地示出)被设置在光束扩展透镜37和准直菲涅耳透镜38之间以允许光束直径在其被准直之前扩展。这确保了激光辐射照亮足够量的IlR表面18，其又使足够量的暴露的用户表面16是触敏的。准直透镜38增加IlR表面18的照射均勻性。这提高了已发生FIlR的由图像传感器检测到的图像的那些部分和未发生FIlR的图像的那些部分之间的对比度。这又提高了光学导航设备1的性能，因为信号处理器可更准确地检测在连续的图像帧中的FIlR的位置。应理解，因为菲涅耳透镜38比具有相同孔径和焦距的更传统的透镜更加薄，外罩 8的厚度不需要显著地被增加以适应它。此外，准直透镜38也可消除对设置在图像传感器6 上的放大透镜四的任何需要(虽然应理解，可能既不需要菲涅耳透镜也不需要放大透镜)。 因为菲涅耳准直透镜38 —般比传统的放大透镜四更薄，该设计可允许减少外罩8的厚度。可选地，准直透镜38可与光波导层4分开形成，并使用透明胶粘剂粘附到其。可选地，准直透镜38可与光波导层4整体地形成。将理解，当由激光器2反射的辐射光束入射到IlR表面18上时，它相比于它入射到第一成角度的侧面12上变成了“拉伸的”(即，它在横截面中变成椭圆形而不是圆形)。当没有受抑IlR时，在光束入射到图像传感器6上之前，该“拉伸”由第二成角度的侧面14 (侧面14优选地具有与第一成角度的面12相同的相对于用户输入面9的倾斜角)校正(例如，当光束入射到图像传感器6上时它有圆形的横截面)。然而，当受抑全内反射发生在暴露的用户表面16处时(当光束被拉伸时)，不是所有的光束“拉伸”被校正，以及放大差异发生在入射到图像传感器6上的经修改的激光图像的X和Y方向之间。这是因为激光辐射光束在其拉伸的状态中被修改。可选地，校正透镜39可被设置在图像传感器6上以校正该放大差异。这在图7中被示出。校正透镜一般为圆柱形的并可以是(或可以不是)菲涅耳透镜。如上所述，菲涅耳型透镜是优选的，因为它明显比拥有相同孔径和焦距的更传统的透镜更薄。此外，校正透镜可以与波导层4整体地形成，或可选地，与波导层4分开形成，并通过透明胶粘剂粘附到其。同样在图6和8中所示的为标志40，其被设置在正好位于暴露的用户表面16之下的波导层4的下部面10的中心部分上。标志40凹进波导层4的下部面10内到接近 30-50 μ m的深度。一般，标志40通过顶着模具来模制下部面10而形成，该模具包括通过电火花腐蚀在该模具上形成的凸起的标志模板。电火花腐蚀也使表面粗糙度或‘纹理’被应用在模具上的凸起标志模板。在铸造期间，该表面粗糙度(或‘纹理’)使类似的纹理被应用到标志40的一个或多个凹进的表面。可见光源42 (见图6)例如发光二极管(LED)也被设置在激光器2和图像传感器6之间的电路板34上。LED 42被布置成使得其主光发射轴与标志40和暴露的用户表面16对准。由LED 42发射的光因此直接射向标志40。入射在标志40的有纹理部分上的光被散射，而入射在标志的任何没有纹理的部分或下部面10的
1周围(没有纹理的)区域上的光实质上未衰减地透射通过波导4。标志40因此将通过暴露的用户表面16表现为对导航设备的用户‘发光’，并可因此例如为了广告和/或美学目的而被使用。应理解，由LED 42发射的一些可见光可被TIR表面18(或被成角度的面12、14) 反射而不是通过暴露的用户表面16射出设备。然而，只有极少量的可见光一般被反射回到图像传感器6上。这被解释如下。由于由激光器2发射的辐射由准直透镜38准直，激光辐射沿着在外罩8内的明确界定的光学路径行进，并以特定的入射角入射在图像传感器6上。 图像传感器容纳隔间36被布置成将图像传感器6的观察锥限制到在该特定的入射角周围的窄范围的观看角度。这个窄的观察锥在不减少所捕获的激光辐射的量的情况下最小化由图像传感器6捕获的不需要的被反射的LED光的量。因此，由图像传感器6检测的激光图像不会由于反射的LED光而明显(通常地)失真。为了提供附加的保护来预防由于反射的LED光(或者实际上由于入射在暴露的用户表面16上的环境辐射)而造成激光图像的失真，选择性波长光学滤波器可选地被设置在图像传感器6上(即，一般透射红外、激光辐射和阻挡可见光辐射的滤波器)。注意，代替用户手指，任何其它适合的物体(例如，手套或者手写笔)可被用于通过造成F-IlR来提供输入。这样的物体应该具有足够大以增大临界角而使之在IlR表面18 上的激光辐射光束的入射角之上的折射率(其大于1，更优选地大于1. 5，以及最优选地大于波导层4的折射率)。尽管上部输入面9在图1-4和图6中被示为实质上平的，应注意，为了人体工程学原因，上部输入面可优选地为弯曲的，以便形成从光学导航设备的顶部突出的圆顶。图9示出了光学导航设备1的可选的实施方式，其在这种情况下包括可选的波导层如。该波导层如类似于以上描述的光学导航设备1的波导层4。然而，在这种情况下， 成角度的侧面12a、1 实质上彼此平行。此外，激光二极管2被安装在一平面上，该平面垂直于安装有图像传感器6的平面。将理解，如果激光二极管2和图像传感器6被安装在相同的电路板上，则它必须是可弯曲的，以允许激光器2和传感器6安装在垂直平面上。在图9中所示的实施方式中，辐射M由激光器2沿着第一主光轴3 发射到第一成角度的侧面12a。第一侧面1 相对于激光辐射的主光轴3 成角度，使得当辐射进入波导层如(其具有比在激光二极管2和波导层如之间空气或真空大的折射率)时，辐射沿着第二主光轴32b被折射到IlR表面18a。辐射然后沿着第三主光轴32c被IlR表面18a全内反射到第二成角度的面14a。最后，第二成角度的面Ha沿着第四主光轴32d将辐射M 全内反射到图像传感器6的图像表面22。用户输入通过如以上描述的受抑全内反射被提供给光学导航设备la。应理解，如上，在不可能获得大于临界角的角度之处，反射铝涂层可被涂敷于侧面14a以提高其反射性。如果大于临界角的角度被获得，优选地没有铝涂层被涂敷到侧面14a，因为它的反射性在没有这样的涂层存在时较大。由于激光二极管2和图像传感器6被安装在垂直平面上，它们具有实质上垂直于彼此的主光轴32a、32d。然而，应理解，任何角可形成于主光轴3h、32d之间，只要激光器 2、波导层4和图像传感器6被一起布置成经由IlR表面18a至少部分地通过对激光辐射M 的全内反射将由激光器发射的辐射射到成像表面22上。 一般(但不排他地)，在以上描述的每种实施方式中，激光二极管将为VCSEL，其优选地发射不可见红外(或紫外线)辐射以便不干扰用户。可选地，激光器可发射可见光，在这种情况下，当设备被操作时，在用户的手指附近，将泄漏少量可见光。由于使用光学导航设备可获得的设备的小厚度，它在手持式移动装置例如电话、 PDA和个人音乐播放器中特别有用。光学导航设备在计算机(特别是膝上型电脑和笔记本电脑)、遥控器、游戏控制器以及鼠标中也是有用的。根据本公开的以上描述的实施方式的任何一个，图10说明了包括光学导航设备1 的电子装置50。在一种实施方式中，电子设备50可是移动通信设备，例如移动电话或个人数据助理。虽然此详细的描述阐述本发明的一些实施方式，但附随的权利要求涵盖了本发明的其它的实施方式，其可根据各种修改和改进不同于所描述的实施方式。
权利要求
1.一种光学导航设备，包括图像传感器，其具有成像表面；激光器；以及光波导层，其具有暴露的用户表面和在所述暴露的用户表面的下侧上的全内反射 (TIR)表面，其中所述波导层、所述激光器和所述图像传感器被一起布置成经由所述IlR表面至少部分地通过全内反射将由所述激光器发射的辐射射到所述成像表面上。
2.根据权利要求1所述的光学导航设备，其中所述光波导层还包括第一内表面，所述第一内表面适合于将由所述激光器发射的辐射反射到所述IlR表面。
3.根据权利要求1或2所述的光学导航设备，其中所述光波导层还包括第二内表面，所述第二内表面适合于将由所述IlR表面反射的辐射反射到所述成像表面。
4.根据权利要求2或3所述的光学导航设备，其中所述第一内表面和/或所述第二内表面适合于全内反射所述激光辐射。
5.根据任一前述权利要求所述的光学导航设备，还包括位于所述激光器上方的第一透镜，所述第一透镜被配置成实质上准直由所述激光器发射的辐射。
6.根据权利要求5所述的光学导航设备，还包括位于所述第一透镜和所述激光器之间的第二透镜，所述第二透镜被配置成扩大由所述激光器发射的辐射光束的直径。
7.根据权利要求6所述的光学导航设备，还包括在所述第一透镜和所述第二透镜之间的间隙。
8.根据权利要求6或7所述的光学导航设备，其中所述第一透镜的主光轴和所述第二透镜的主光轴实质上为平行的。
9.根据权利要求6至8的任一项所述的光学导航设备，其中所述第一透镜的主光轴和所述第二透镜的主光轴为共线的。
10.根据权利要求6至9的任一项所述的光学导航设备，其中所述第一透镜的主光轴和所述第二透镜的主光轴与由所述激光器发射的辐射光束的主光轴实质上是平行的。
11.根据权利要求5至10的任一项所述的光学导航设备，其中所述第一透镜与所述波导层整体地形成。
12.根据权利要求5至11的任一项所述的光学导航设备，其中所述第一透镜为菲涅耳透镜。
13.根据任一前述权利要求所述的光学导航设备，其中所述激光器和所述图像传感器容纳在单传感器组件的分开的隔间内。
14.根据任一前述权利要求所述的光学导航设备，其中所述波导层设置在所述激光器和所述图像传感器上方。
15.根据任一前述权利要求所述的光学导航设备，其中所述激光器为垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
16.根据任一前述权利要求所述的光学导航设备，其中所述激光器和所述传感器具有实质上平行于彼此的主光轴。
17.根据任一前述权利要求所述的光学导航设备，还包括位于所述成像表面上方的放大透镜。
18.根据任一前述权利要求所述的光学导航设备，还包括位于所述成像表面上方的校正透镜，所述校正透镜用于校正在由所述IlR表面反射的激光辐射中的放大效应。
19.根据权利要求18所述的光学导航设备，其中所述校正透镜为圆柱形的。
20.根据权利要求18或19所述的光学导航设备，其中所述校正透镜为菲涅耳透镜。
21.根据任一前述权利要求所述的光学导航设备，其中所述光波导层具有大于1的折射率。
22.根据任一前述权利要求所述的光学导航设备，其中所述光波导层具有大于1.5的折射率。
23.根据权利要求1所述的光学导航设备，其中所述波导层适合于将由所述激光器发射的辐射折射到所述IlR表面。
24.一种操作光学导航设备的方法，所述光学导航设备包括 图像传感器，其具有成像表面；激光器；以及光波导层，其具有暴露的用户表面和在所述暴露的用户表面的下侧上的全内反射 (TIR)表面，所述方法包括使用所述IlR表面全内反射由所述激光器发射的辐射； 使用所反射的辐射照亮所述成像表面的至少部分；使一物体与所述暴露的用户表面接触以抑制在所述IlR表面处的所述激光辐射的至少一部分的全内反射；以及从在所述成像表面处检测到的连续的图像帧中的改变得到用户输入信息。
25.根据权利要求M所述的方法，还包括在所述暴露的用户表面上移动所述物体。
26.根据权利要求M或25所述的方法，其中所述物体为人的手指或手写笔。
27.根据权利要求对至沈的任一项所述的方法，还包括使用菲涅耳透镜使所述激光器所发射的辐射准直。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括在使用所述菲涅耳透镜使由所述激光器发射的辐射光束准直之前放大所述辐射光束的直径。
29.—种包括光学导航设备的电子装置，所述光学导航设备具有 图像传感器，其具有成像表面；激光器；以及光波导层，其具有暴露的用户表面和在所述暴露的用户表面的下侧上的全内反射 (TIR)表面，其中所述波导层、所述激光器和所述图像传感器被一起布置成经由所述IlR表面至少部分地通过全内反射将由所述激光器发射的辐射射到所述成像表面上。
30.一种包括光学导航设备的移动通信设备，所述光学导航设备具有 图像传感器，其具有成像表面；激光器；以及光波导层，其具有暴露的用户表面和在所述暴露的用户表面的下侧上的全内反射 (TIR)表面，其中所述波导层、所述激光器和所述图像传感器被一起布置成经由所述IlR表面至少部分地通过全内反射将由所述激光器发射的辐射射到所述成像表面上。
全文摘要
本发明提供光学导航设备，其包括图像传感器，其具有成像表面；激光器；以及光波导层，其具有暴露的用户表面和在暴露的用户表面的下侧上的全内反射(TIR)表面。波导层、激光器和图像传感器被一起布置成经由TIR表面至少部分地通过全内反射将由激光器发射的辐射射到成像表面上。
文档编号G06F3/042GK102375621SQ20111024008
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月19日 优先权日2010年8月23日
发明者C·坎贝尔, 杰弗里·雷诺, 马蒂厄·雷格尼奥, 黑泽尔·麦金尼斯 申请人:意法半导体(R&D)有限公司