具有整合式光学结构的指标装置的制作方法

专利名称：具有整合式光学结构的指标装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种具有整合式光学结构的光学指针装置，且更明确而言，是一种适用于诸如移动电话与个人数字助理(PDA)等行动装置的微型光学指针装置，微型光学指针装置可借着利用晶圆级覆晶式半导体构装(wafer scale Flip Chip in Semiconductor Package)并将其结合成一整合的光学结构而能应用于要求防水与防尘的电子装置中；可借着集中来自一光源的光线并阻挡干扰光线而增进光学效率；可借着判断该移动终端机是否正使用中，并于该终端机未被使用时将其切换至省电模式来降低电力耗损，而延长使用二次电池的移动终端机的操作时间；以及可将光学结构与其它结构整合与封装在一小空间内以安装在一小型移动终端机上。
背景技术：
一般的光学指针装置会撷取一其上可供鼠标移动的表面的影像，该鼠标使用光学装置与包含互补金氧半导体(CMOS)影像感应器的二维光学感应器数组。当该鼠标处于不动状态时，则所撷取的影像不会改变。然而，当该鼠标移动时，所撷取的影像会变化。为了使用该撷取影像的变化来计算该鼠标的移动，则必须用到移动估测方法(motion estimation method)。
图1绘示一传统指针装置的示意图。参考图1，来自发光二极管(LED)10的光线照射到一目标的表面上，且从该目标反射出来的光线会穿透成像透镜(image-formation lens)20而在影像感应器30上生成影像。该影像感应器30将所形成的影像转化成一电子信号，且随后将该电子信号传送至一数据处理部份。该数据处理部份会分析因该目标移动而随着时间变化的影像，而将该目标的移动方向与移动量转换为二维数据。
传统光学鼠标借着移动一光学组件及感应器，同时固定住接触件，也就是感应图案的方式来感应位置上的变化。由于移动光学组件与感应器就是移动该鼠标本身，因此该传统光学鼠标无法应用在诸如移动电话或PDA等行动装置，这些行动装置是尺寸小且要求高移动性的微型配件。此外，由于使用者必须拥有鼠标本身这项配备，因此该传统光学鼠标对于诸如游戏的指挥操作来说并不方便。
韩国专利申请案2002-0073432号中，Brosnan公司揭示一种选择菜单(menu)并鉴识移动电子装置的使用者与该移动电子装置的方法。Brosnan公司的移动电子装置无须使用额外的装置来进行操作，而是利用具有多个功能选项的菜单显示器与功能选项指针(或称光标)来操作，并借着分析操作图案来识别特定的使用者。然而，此类传统技术必须以手指摩擦该电子装置的成像表面来移动该功能选项指针。为了将该功能选项指针移动至特定的功能选项上，使用者必须数次摩擦该成像表面，且再该成像表面上的手指移动精确度影响着功能选项的侦测。
韩国专利公开案2002-0063338号中，申请人Lim揭示一种借着分辨指针功能按键是否正被按压的方式而使用行动装置本身做为指针装置。虽然所揭示的可携带行动装置借着缩减显示空间来加以微型化，但该携带式行动装置的优点在于不需使用独立的指针装置即可执行指针功能。然而，Lim的可携带行动装置的缺点是为了卷动至小药的显示屏幕画面必须盈动该行动装置本身。
韩国专利公开案2002-0075243号中，Hwang等人揭示一种个人移动终端机，该终端机是应用光学感应鼠标的原理来达到比传统屏幕触控式PDA要快的指针移动，并避免因为触碰屏幕而造成屏幕模糊不清。然而，所揭示的技术必须使用独立的硬件按键以执行选定程序，且须移动该PDA本身已设定指针的位置。
另一方面，在一般的指针装置中，会将用来将影像转换为电子信号的CMOS影像感应器以及用来处理来自CMOS影像感应器的信号的信号处理单元制成半导体芯片。该半导体芯片是利用双列直插式封装方法(DIP)所制成。在该双列直插式封装方法中，利用焊线接合(wire bonding)方法将芯片连接至导线架(lead frame)，随后以树脂将其封装。在此方法中，会在盖子的顶面上形成开孔，使得光线能穿过该开孔而到达成像表面上。然而，与该双列直插封装方法要求额外的空间来容纳该导线架与该焊线接合，也因此无法应用于诸如移动电话等需要极小光学鼠标的电子装置中。
为了制造微型光学指针装置，必须用到晶圆尺寸级的封装技术。通常用于成像(image-formation)的CMOS影像感应器以及用于将该COMS影像感应器的信号转换成二维移动资料的信号处理单元会被容纳至单一芯片中。为了将芯片安装在集成电路板上已达到微型化与薄化作用，是使用辅助电路板。该芯片是利用焊线接合而结合至该支撑电路板上。此种方法也就是习知的芯片直焊基板法(chip on board，COB)。然而，该COB法在执行自动化过程中会有些问题，例如因为使用独立的辅助电路板必须增加额外处理步骤而在表面安装技术(SMT)与积集化上有所困扰。
在另一态样中，指针装置主要使用LED作为用以影像撷取的照射光源。该照明是采用纳能将来自表面的反射光线所造成的误差降至最小的结构。使用凸透镜或与凸透镜具有类似特性的非球面透镜做为影像生成用的光学系统。如图1所示，在传统光学影像撷取装置中，来自LED的光线照射至对象的表面，而从该对象反射回的光线会透过成像透镜20在影像感应器30上形成影像。
近来，广为流行具有图形使用者接口以执行多种应用程序的无线行动装置。为了发展出能有效使用这些应用程序的无线行动装置的指针装置，目前正研发将所有光学构件整合在小空间内并将光源损失降至最低以及使光效率提升至最大的方法。
韩国专利公开案2003-0048254号中，由Lee所揭示ㄓ一种整合了光学感应器、光学透镜与LED的单一单元封装装置以及含有该装置的光学鼠标。然而，Lee所揭示的单一单元光学鼠标并位经过设计，使得光线照射不均匀并与被照射表面平行。
在韩国专利公开案2002-0014430号中，由Choi所揭示的一种无线行动资料终端机具有指针装置以有效地借着图形使用者界面来使用多种应用程序。然而，Choi所揭示的无线行动资料终端机是采用一般棱镜方法，其将来自光源的光线反射之后，把反射的光线照射至一接触件上，也因此可能由于周围干扰光线进入感应器中而运作失常。此外，此种棱镜方法无法产生平行光线。

发明内容
本发明的一目标是提供一种微型光学指针装置，其能应用于诸如移动电话与PDA等具有高移动性的可携式行动装置，并借着实施使用格子型或可觉图案作为接触件，使其比直接以手指在接触件上摩擦的方法有更佳的光学效率，因得以降低电力的消耗。
本发明另一方向在于，借着在用于个人计算机的传统光学鼠标中使用覆晶芯片(flip chip)来提供一种晶圆级薄型或微型指针装置，以用于可携式行动装置中。
本发明另一方向在于提供一种微型光学装置，其可调整光学装置中的光源所产生的光线而能均匀地照射非垂直于光线行进方向的小平面，且该光学装置经过设计使得该光学装置在照射该指针装置的影像撷取区域时，被照射区域中的光线均匀且为平行光。
本发明又一方向在于提供一种整合式的二维指针装置，其借着将所有光学结构与其它结构整合与封装在小空间内而得以安装在小型移动终端机上，并借着集中光线并使的平行，使得来自于光源的光线能均匀地照射至限定区域中且阻挡干扰光线而将光利用效率提升至最大。
为了达成本文中所概述与实施的方向、其它优点以及本发明目的，本发明提供一种二维指针装置，其包括发射光线至目标的光源；包含格子型或可感觉图(lattice type or perceivable pattern)的接触件，其在接收到来自光源的光线后，会反射该移动中的目标的影像；影像撷取件的触控表面(handling surface)，该影像撷取件位于该接触件上且具有能提升与手指间的摩擦力的表面；成像光学透竟，其用以聚集来自该接触件的反射光线并将该聚集的光线传送至光学感应器；自动传送装置，其可将被手指移动过的该接触件恢复原状；以及，该光学感应器，其接收来自该光学透境的反射影像并将的转换为电子信号。该具有格子状或可觉图案的接触件可加以设计，使其能被包含于独立结构的自动传送装置所传送。本发明借着形成影像撷取件的触控表面以及在该接触件上形成处碰感应器，并仅在当手指接触该处碰感应器时，方点亮该光源而减少电力耗损。此外，本发明是于该指针装置处于非使用中时阻挡光线，以避免干扰使用者的视线。
本发明另一方向可藉由包含下列构件的指针装置来加以达成，该指针装置包括发射光线至一标的光源；影像撷取件，其具有预定区域用以反射来自光源的光线；成像透镜，用以聚集来自于该影像撷取件的反射光线；印刷电路板(以下简称PCB)，其上安置有光源芯片、覆晶芯片以及构成电路的多个部分，该印刷电路板其上具有开孔以供来自该成像透境的影像通过；且，该覆晶芯片具有影像感应器，其能将来自该成像透静的影像转换成电子信号；以及用来处理信号的电路，其中该覆晶芯片位于该印刷电路板中央的成像透镜的相反侧上。更明确而言，根据本发明所作的该包含覆晶芯片的指针装置可应用至需要极小指针装置的电子设备中，例如移动电话，且其尺寸小于1平方公分。
本发明的其它方向可藉由包含下列构件的指针装置的光学装置来达成，其包括可发射光线至目标的光源、整合式光学结构、电源与信号连接端，其中该整合式光学结构包含一用以聚集来自于光源的光线的聚光透镜、用以反射该聚集光线的反射表面(specular surface)以及用以通过或输出该反射光的光输出信道，且该电源与信号连接端是用以提供电力并与外界交换信号。此处，该光源是安置于该聚光透镜的周围且被完全封包住。该电源与信号连接端是向外伸出。
本发明另一方向可藉由整合式二维指针装置来达成，其包括可发射光限至目标的光源；平行光棱镜，其令来自该光源的光线成为平行光并反射该平行光；接触件，用以接受来自该平行光棱镜的平行光与撷取该目标的移动影像；成像透镜，用以聚焦来自该接触件的影像；屏蔽，其位于该成像透镜附近以阻挡干扰光线；影像感应器，其将来自于该成像透镜的影像转换成电子信号；与该平行光棱镜和该成像透镜整合性连接在一起的外壳；以及，其上固定着该影像感应器的印刷电路板。


图1是传统指针装置的示意图。
图2显示根据本发明所做的具有自动传送装置的指针装置。
图3绘示着根据本发明所做的接触件的警戒线的剖面图。
图4绘示根据本发明所做的触碰感应器与影像撷取件的触控表面的示意图。
图5是根据本发明所作的触碰感应器的示意图。
图6绘示根据本发明具有自动传送装置的指针装置范例。
图7是根据本发明的覆晶芯片(Flip chip)的配置图。
图8是根据本发明具有覆晶芯片的指针装置的剖面图。
图9绘示根据本发明光学装置均匀地照射至非垂直于光源光线方向的小平面的示意图。
图10是显示使用图9的光学装置的光学影像撷取装置中的影像撷取部份示意图。
图11是根据本发明所做的整合式二维指针装置的剖面图。
图12是根据本发明所做的整合式二维指针装置的分解图。
图13是根据本发明所做的整合式二维指针装置范例的前透视图。
图14是根据本发明所做的整合式光学影像撷取装置范例的后透视图。
图15是绘示根据本发明所做整合式二维指针装置的光引导结构的示意图。
具体实施例方式
可参照附图与以下详细说明来完全明白本发明目的与优点。
图2是根据本发明所作的指针装置的自动传送装置示意图。
参考图2，来自光源120的光线照射至接触件100。目标与该接触件100接触。由该接触件100反射回的光线是通过成像透镜130以在光学感应器140上形成影像。此处，该接触件100包含格子型或可觉图案。
该接触件100可藉由自动传送装置110而移动，该自动传送装置110是设置在分离结构内，例如设置在移动电话的印刷电路板150或按键盘上。该自动传送装置110是由弹性材料所制成，例如橡胶(rubber)或硅胶(silicon)，或是由磁性材料所制成。当使用弹性材料来制作该自动传送装置时，该接触件100是借着该弹性材料的弹力于平面上移动，若使用磁性材料来制作该自动传送装置时，该接触件100则借着该磁性材料的磁力在平面上移动。
图3是根据本发明所作的接触件的警戒线剖面图。参阅图3，该接触件100位于警戒线200的中心处，并可在该警戒线200的范围内朝各方向移动。由弹性材料或磁性材料所制成的该自动传送装置是位于该接触件100的四周。因此，使用者可于所欲方向上移动该接触件100，且除非使用者施力于该接触件100上，否则该接触件100会借着弹力或磁力复原至原始的位置。
图4是根据本发明所作的影像撷取件的触控表面与触碰感应器的示意图。该影像撷取件的触控表面300是用来操作该接触件100。该影像撷取件的触控表面300是位于该接触件100的正上方。该影像撷取件的触控表面300与该接触件100是同时移动。该触碰感应器310位在该影像撷取件的触控表面300的周围，当手指与该影像撷取件的触控表面接触时，则感知为处于操作状态中。因此，本发明借着仅在操作状态时方提高该光源亮度来减少电力消耗。该影像撷取件的触控表面300可能由橡胶所制成或具有表面突起结构，因此使用者可轻易地操作该影像撷取件的触控表面。
图5绘示根据本发明所作的触碰感应器的示意图。参阅图5，该触碰感应器是安置成围绕住该具有影像撷取件的触控表面与接触件于其中移动的警戒线。因此，该触碰感应器310能直接感知到手指是否与该影像撷取件的触控表面接触。当该接触件藉由该自动传送装置而复原至原始位置，同时手指未接触该触碰感应器时，该指针装置不会将此种复原动作感知为一种移动动作。当该接触件的复原速度大于预定值时，该指针装置感知该影像撷取件的触控表面处于未操作状态。
此外，由于该触碰感应器310具有按键般的功能，因此根据本发明所作的指针装置无需一独立的按键。更详细言之，当使用者于预定时间期间内连续按压该感触碰感应器两次时，该触碰感应器的运作是如同按键一般。在此范例中，当该接触件复原至原始位置时，该接触件的有效位移可借着将该接触件的全部位移减去当手指离开该触碰感应器时的接触件位移来计算而得图6绘示根据本发明所作的具有自动传送装置的指针装置的实施范例。参阅图6，该接触件100位于该影像撷取件的触控表面的下方，该影像撷取件的触控表面具有用以平顺操作的表面突起结构或是由橡胶所制成，使得该接触件100能与该影像撷取区域的触控表面300一起移动。此处，由透明材料所制成的结构500是形成于该接触件100的下方，以使该接触件100能更平顺地移动。该影像撷取件的触控表面300与该接触件100可借着该自动传送装置110自由地在该警戒线内移动。该自动送装置110较佳是由诸如橡胶或硅胶等弹性材或是磁性材料所构成。此外，该自动传送装置110可能具有弯曲或沟槽的结构用以平顺地进行传送或复原动作。
图7绘示根据本发明的覆晶芯片的配置图。是应用晶圆尺寸级的封装技术来形成微型光学指针装置。第7图显示封装为晶圆尺寸的感应器的配置图。参阅图7，是将用来形成影像的CMOS影像感应器40以及用以将来自该CMOS影像感应器40的信号转换成二维移动数据的处理单元50设计成单一芯片。并在该影像感应器所属区域以外，于芯片的预定区域上形成电路。随后，将多个焊接垫(bonding pads)60配置于该影像感应器40与该操作单元50的周围。焊球(solder balls)是连接至该等焊接垫上而完成覆晶芯片(flip chip)。该感应器覆晶芯片与光源芯片(例如LED)是藉由自动表面安装设备而安装在电路板上，以形成低成本的电路结构。此种电路结构可轻易且紧密地与一整合光学结构相耦合。因此，本发明藉由实施此种防水防尘结构而得以降低制造成本并改善品质。
更明确而言，利用纳入一种藉由在晶圆表面施用重分布层(RDL)方法所形成晶圆级薄型电路，使得根据本发明的覆晶芯片无需使用辅助印刷电路板即可直接连接至指针装置的印刷电路板。
图8绘示具有根据本发明所作的覆晶芯片的指针装置的剖面图。参阅图8，该覆晶芯片140是含有影像感应器110以及信号处理电路的半导体芯片。多个焊料凸块120是用来将该覆晶芯片140安装且电性连接至小电路板上。构成其它电路的各个部分是安置在该印刷电路板150上。
焊料凸块120用来将该覆晶芯片140安装至基板上。该等焊料凸块120是直接熔接在该机板的焊接表面上，以将该覆晶芯片黏接至该印刷电路板150。根据结构图所示，该覆晶芯片140位于该印刷电路板150的下方，且该用以撷取目标的影像的成像透镜100是配置在该印刷电路板150。以该印刷电路板150为中心时，该覆晶芯片140是位在该成像透镜100的相反侧上。该成像透镜100较佳为全像透镜(holographic lens)或非球面透镜(aspheric lens)。
该覆晶芯片140包含该影像感应器110。该印刷电路板150其上具有开孔170。该开孔170位在该影像感应器110的正上方。光源130与至少电阻整合性地安装在该印刷电路板150上。该光源130较佳为发光二极管(LED)、雷射二极管或有机电致发光装置(以下简称有机EL)。所使用的电阻较佳为一个以上。该影像感应器110较佳为CMOS影像感应器或电耦合影像感应器(CCD)。
该印刷电路板150的开孔170是由透明材料所构成，以保护该覆晶芯片140免于沾染污染物或尘埃。该开孔1710可能更包含光学过滤器以遮断非必要的光线。
详细而言，该光源130所产生的光线均匀地照射至该其上放置目标的影像撷取件160。该光线会被该影像撷取件160的光学图案所反射。来自该影像撷取件160的反射光线通过该成像透镜100与该印刷电路板的150的开孔170，随后于该影像感应器110的表面上形成影像。藉由该影像感应器110将形成在该影像感应器110上的影像转换成电子信号。之后，该电子信号是输入至信号处理单元中并转换成数字影像。
在上述的指针装置中，影像撷取动作进行的极快。此时，需利用移动估测方法借着比较邻近时间内所生成的多个影像来测定该位移变化量。如上所述，借着取得来自该其上放置有目标的影像撷取件的影像，并分析随着时间推移所取得的该影像的变化，本发明能实现类似于用于个人计算机的鼠标的指针装置。
图9绘示根据本发明光学鼠标的照明装置均匀照射非垂直于该光源光线方向的小平面的示意图。参阅图9，相较于整个光学结构，该光源100具有相对较小的尺寸。聚光透镜110聚集来自该光源的光线，并随后将该聚集光线传送至反射表面120。该反射表面120为覆盖着反射薄膜，且根据所使用的光学材料的折射是数，该反射表面120可以是全反射平面或镜面平面。该反射表面120反射该入射光。该光输出部分130是平面或凹透镜造型。在该光输出部分130中，该入射光被转换成平行光线。一光学材料构件140连接至该聚光透镜110、该反射表面120与该光输出部份130。该光源100被紧密地包围在邻近该聚光透镜110处。用以提供该光源100电力的电源连接端190向外伸出。
该光源100位于邻近该聚光透镜的焦点(focus)。借着该聚光透镜110可聚集来自该光源的光线。该聚集光线抵达该反射表面120，并在次被反射。该反射光线通过该光输出部分130而照射至该影像撷取件160。
由于上述的光学装置结构可形成近乎平行的光线，故可在该影像撷取件160中达到相对较均匀的照射效果，使得光线强度几乎不会随距离而改变。在根据本发明的指针装置中，来自该光源100的光线主要方向变成不同于该输出光线的主要方向。
借着缩小该影像撷取件160与该输出光线的方向间的角度，可使位于该影像撷取件160上的该目标的小突起或小凹陷能产生较大的阴影，因此能良好地光学识别出该影像撷取件160上的该目标。整合件150是用来固定该光源100与多个光学部分110～140，并避免外界的光线流入装置内部，也避免内部光线透过除了输出区域以外的区域而泄漏至外界中。该整合件150是利用光学外罩或具有类似功能的结构而成为整合结构，并可与印刷电路板或类似电路结合。
当使用具有上述结构的该光源来作为光学鼠标的发光装置时，该发光装置可应用至具有光学鼠标功能的移动终端机中，例如移动电话或PDA等。此时，该光源较佳为LED、雷射二极管(laser diode)或有机电致发光装置(有机EL)。
图10绘示使用图9中光学装置的光学影像撷取件的影像撷取部分的示意图。参阅图9，成像透镜170是用以将来自影像撷取件160的影像形成于影像感应器180上。详细而言，来自该光源100的光线透过球形或非球形透镜110来加以聚集，随后反射于反射表面120上。该反射光线通过输出部分130而输出。通过该输出部分130而输出的平行光线照射至该影像撷取件160上以形成影像。该成像透镜170较佳为凸透镜或非球形透镜。
根据本发明的用于照射光线的该等光学部分110～140与用于形成影像的光学部分170可制成多个不同部分或制成单一部分。可利用印刷电路板或具有类似功能的电路将该用于照射光线的该等光学部分110～140与用于形成影像的光学部分170制成单一部分。此时，该等光学部分110～140与成像透镜是安装在该印刷电路板或电路上而成为单一部分。
图11显示根据本发明所作的二维指针装置的另一实施例。详细而言，图11是包含整合式光学装置的二维指针装置的剖面图。参阅图11，该整合式光学装置包含下列平行光棱镜120，以使来自该光源130的光线成为平行光而能使该光线均匀照射至光学垫(即，接触件165)；一屏蔽150，用以避免干扰光线的输入；以及，成像透镜180，用以聚焦来自于接触件165的影像。可将该平行光棱镜120、该屏蔽150与该成像透镜180是制成单一部分。该平行光棱镜120包含一入射面194，来自该光源的光线是透过该入射面而进入该将来自该入射面194的光线反射至该接触件165的反射表面195，以及来自该反射表面195的反射光线是通过出口表面196。
将包含该平行光棱镜120、该屏蔽150与该成像透镜180的整合式光学装置(即，光引导结构)再与外壳110结合，以形成整合结构。此种结构可使在组装构件过程中因误差而造成缺陷发生的情形降至最，进而改善工作效率与产量。
借着将含有该外壳的光引导结构与触碰感应器、影像感应器以及用来固定该影像感应器的印刷电路板结合，可完成整合式的二维指针装置。如图11所示，该触碰感应器160是位于该接触件165上的该影像撷取件的触控表面的周围。该指针装置仅在手指接触该触碰感应器160的时候方感知为该装置处于操作状态。因此，借着在操作状态时提高该光源亮度，可减少电力消耗。位在该成像透镜180下方的该影像感应器140可将该影像转换成电子信号。该影像感应器140固定至印刷电路板190，且影像感应器保护结构170安装在该影像感应器140的下方。
该光源130安置在该印刷电路板190与该平行光棱镜120之间。可以硬涂层覆盖住该位在该光引导结构与该外壳110上方的接触件165以避免因外力造成刮伤或磨损，或于黏附薄膜100后执行模内成型法(inmoldmethod)所制成。该平行光棱镜120较佳包含棱镜与一个以上的透镜，以改善光学效率。
最后，是形成其上结合有该影像感应器140的印刷电路板190、该接触件165与该光引导/外壳(110)整合结构，并连接这些构件，以保护该指针装置的下部分。该光引导、外壳110与该接触件165较佳是由相同材料所制成，更佳者，是由诸如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，以下简称PMME)或聚碳酸酯(poly-carbonate，以下简称PC)等光学塑料所制成。
图12绘示根据本发明所作的整合式二维指针装置的分解图。图12显示根据本发明的触碰感应器200、接触件210、屏蔽220、外壳230、印刷电路板240、软式印刷电路板(flexible printed circuit board，以下简称FPCB)250以及影像感应器保护结构260。详细而言，如图11所示般，由该等透镜、外壳、影像感应器、印刷电路板与接触件所构成的结构是安置在该软式印刷电路板(FPCB)250上。该软式印刷电路板耦接至该印刷电路板并具有连接器(connector)结合至对应的移动电子装置上，例如移动电话。该软式印刷电路板250是广泛地应用在微型且复杂的电子装置设计中。该软式印刷电路板250可快速制造并具有高抗热性、抗挠性(flexibleresistance)与抗化学药剂性(chemical resistance)。借着使用该软式印刷电路板250可节省组装置成的时间。亦可使用一插槽与插针(socket and pin)来取代软式印刷电路板250。
图13绘示根据本发明的整合式二维指针装置范例的后透视图。参阅图13，该包含图11中的该等构件的光学结构130与该触碰感应器200是由导电材料所制成，而能感知到该指针装置的开/关状态并传送至电路。该光学结构300连接该印刷电路板，以在接触该光学结构的时后可传送电子信号至电路。在另一实施例中，该软式印刷电路板250、触碰感应器200与印刷电路板可相连在一起。
图14绘示根据本发明的整合式二维指针装置范例的后透视图。参阅图14，该影像感应器保护结构260可以整合性地增加至该外壳整体结构上。该影像感应器保护结构260位于该影像感应器下方，以保护该影像感应器避免受到外来的撞击、灰尘或不明物质的影响。
图15绘示根据本发明的光引导结构的平行光棱镜的示意图。参阅图15，根据本发明的平行光棱镜是任意形状的棱镜，该棱镜包含圆柱形入射面500，用以将朗伯光源(lambertian light source)的散射光转换为平行光；圆柱形反射表面510，其改变从该入射面至该接触件的光线行进路线并亦将该平行光变得更加平行；以及，圆柱形出口平面520，其使该平行光线平均地分布至接触件。如图15所示般，该入射面500、反射表面510与出口平面520需加以配置，而得到三维光学路径(three-dimensionaloptical path)，以将该光线聚集在该接触件上并获得均匀的光照效果。
上述多种实施例仅作为示范的用，并非意欲限制本发明。本发明教示内容可轻易地应用至其它种类的装置设备上。本发明的叙述内容是作示范的用，并不能用以限制本发明的范围。该领域中的习知技艺者能明白本发明的各种替换选择、修饰与变化实施例。
工业上的应用因此，本发明借着使用具有格子型或可觉图案的接触件来制造微型光学指针装置，来降低该指针装置的电力消耗，进而提高诸如行动通讯终端机或PDA等使用二次电池的电子装置的操作时间。本发明借着使用覆晶芯片来取代需要使用辅助电路板的焊线接合方法，能使其它电路的安装制程自动化，例如将光源与覆晶芯片一起安装在印刷电路板上的制程自动化，并简化该制造制程，进而降低制造成本。此外，本发明借着使用该覆晶芯片来制造出微型光学指针装置或晶圆级薄型指针装，其适用于小型的移动电子装置。
借着使用由整合式光源封装组件所产生的平行光来照射调整成与该光线方向呈锐角的平面，本发明的指针装置能产生均匀的照射效果并可从目标的小突起或小凹陷来产生大的阴影，而能轻易地侦测到该等小突起或小凹陷。此外，本发明可在无光线损失的情况下将来自光源的光线传送至光学感应器，并保护该等光学透镜与感应器不会因感应器失常、灰尘或外来物质而造成损害。本发明是借着使用平行光来达到最大照射效率并借着屏蔽阻挡不必要的干扰光线来避免感应器失常，而能改善光效率。再者，本发明借着有效地应用来自光源的光线而降低感应器的电力消耗。最后，本发明借着整合性地形成透镜与外壳，而使因诸如透镜等精密部份的移动与组装误差所造成的缺陷发生机率降至最低，而得以改善装置的操作效率与生产力。
权利要求
1.一种二维指针装置，包括光源，其发射光线至目标；接触件，是包含格子型或可觉图案，该接触件在接收来自该光源的光线后，反射该移动目标的影像；影像撷取件的触控表面，其位于该接触件上，且该影像撷取件的触控表面具有用以提高与手指间的摩擦力的表面；成像光学透镜，其集中来自于该接触件的反射光线，并将该集中后的光线传送至光学感应器；自动传送装置，用以复原被手指所移动后的该接触件；以及该光学感应器，接受来自该光学透镜的反射影像，并将该影像转换成电子信号。
2.如权利要求1所述的二维指针装置，其中该影像撷取件的触控表面是由橡胶所制成，或具有表面突起结构。
3.如权利要求1所述的二维指针装置，其中当该自动传送装置的复原速度大于预定值时，该指针装置是判别为非操作情况(no operation)。
4.如权利要求1所述的二维指针装置，其中该自动传送装置是由弹性材料或磁性材料所制成。
5.如权利要求4所述的二维指针装置，其中该弹性材料包括橡胶或硅胶。
6.如权利要求1所述的二维指针装置，更包含触碰感应器，是位于该接触件周围，其中该触碰感应器是根据手指是否接触该触碰感应器来判断该指针装置是否处于使用中。
7.如权利要求6所述的二维指针装置，其中该触碰感应器可作为按键来使用。
8.如权利要求7所述的二维指针装置，其中当手指在段预定时间内连续接触该触碰感应器两次时，该触碰感应器的作用是如同按键。
9.如权利要求7所述的二维指针装置，其中该接触件的有效位移，是借着当该触碰感应器作为按键时该接触件的全部位移减去当该手指离开该触碰感应器时的接触件位移来计算而得。
10.如权利要求1所述的二维指针装置，更包括由透明材料所制成的结构，该结构位于该接触件的下方，使得该接触件可平顺地移动。
11.一种二维指针装置，包括光源，其发射光线至目标；具有预定区域的影像撷取件，该影像撷取件反射来自该光源的光线；成像透镜，其集中来自该影像撷取件的反射光线；印刷电路板，其上安置有光源芯片、覆晶芯片与多个用以构成电路的部份，该印刷电路板具有开孔以使来自该成像透镜的影像通过；以及该覆晶芯片包含用以将来自该成像透镜的影像转换成电子信号的影像感应器及信号处理电路，该覆晶芯片是位于该印刷电路板中央的该成像透镜的相反侧上。
12.如权利要求11所述的二维指针装置，其中借着纳入利用RDL法而形成于芯片表面上的晶圆级薄型电路，使该覆晶芯片直接与该指针装置的该印刷电路板结合而无需使用辅助印刷电路。
13.如权利要求11所述的二维指针装置，其中该开孔是由透明材料所形成。
14.如权利要求11所述的二维指针装置，更包含光学过滤器以遮断对于该开孔而言为非必要的光线。
15.一种指针装置的光学装置，包括光源，用以发射光线至目标；整合式光学结构，其包含聚光透镜以聚集来自该光源的光线、用以反射该聚集光线的反射表面、及光输出信道以通过和输出该反射光线；以及电源与信号连接端，以供应电力并与外界交换信号，该电源与信号连接端是向外伸出。
16.如权利要求15所述的指针装置的光学装置，更包含光学系统，以撷取、聚焦及形成来自于该影像撷取件的影像。
17.如权利要求16所述的指针装置的光学装置，其中该光学系统是由光源、聚光透镜、反射表面与使用印刷电路板或具有类似功能的电路的光学输出部分所构成的整合式结构。
18.如权利要求15所述的指针装置的光学装置，其中由该光源产生的光线的主方向是与该输出光线的主方向不同。
19.如权利要求15所述的指针装置的光学装置，其中该反射表面是完全反射平面或镜面平面。
20.如权利要求15所述的指针装置的光学装置，其中该光输出部分是平面或凹型或圆柱型透镜。
21.如权利要求15所述的指针装置的光学装置，其中该整合式光学结构是避免外来光线通过除了该输出区域以外的区域流入内部，以及避免内部光线通过除了输出区域以外的区域而流入外部。
22.一种整合式二维指针装置，其包括光源，其发射光线至目标；平行光棱镜，是使来自该光源的光线成为平行光线并反射该平行光线；接触件，用以接收来自于该平行光棱镜的平行光线，并撷取该目标的移动影像；成像透镜，用以聚焦来自该接触件的影像；屏蔽，以阻挡干扰光线，该屏蔽是位于邻近该成像透镜处；影像感应器，其将接收自该成像透镜的该影像转换成电子信号；外壳，是整合性地与该平行光棱镜及该成像透镜结合；以及印刷电路板，其上固定着该影像感应器。
23.如权利要求22所述的整合性二维指针装置，更包括影像感应器保护结构，其位于该影像感应器下方，以保护该影像感应器。
24.如权利要求22所述的整合性二维指针装置，更包括触碰感应器，其是位于该接触件的周围，其中该触碰感应器根据手指是否接处该处碰感应器来判断该指针装置是否处于使用状态。
25.如权利要求24所述的整合性二维指针装置，其中当该手指未接触该触碰感应器时，该光源被关闭并切换至省电模式。
26.如权利要求22所述的整合性二维指针装置，其中该接触件为硬涂层所包覆或于黏附薄膜后执行模内成型法(inmold method)所制成。
27.如权利要求22所述的整合性二维指针装置，其中该接触件是由聚甲基丙烯酸甲酯(PMME)或聚碳酸酯(PC)的光学塑料所形成。
28.如权利要求22所述的整合性二维指针装置，其中该平行光棱镜、该成像透镜与该屏蔽是形成光引导结构的单一部分。
29.如权利要求28所述的整合性二维指针装置，其中该光引导结构是由与该接触件相同的材料所制成。
30.如权利要求22所述的整合性二维指针装置，其中该平形光棱镜是半圆形透镜，该半圆形透镜包含入射面、反射表面与出口平面。
31.如权利要求22所述的整合性二维指针装置，其中该平行光棱镜包含棱镜与一个以上的透镜。
32.如权利要求22所述的整合性二维指针装置，其中该平行光棱镜与该成像透镜是形成整合结构。
33.如权利要求22所述的整合性二维指针装置，更包括连接件，以连接至对应的移动电子装置上，以及软性印刷电路板(FPCB)，其连接该印刷电路板与该连接件。
全文摘要
本发明是有关于一种适用于诸如移动电话与个人数字助理(PDA)等移动终端机上的微型光学指针装置。所揭示的指针装置包含光源，用以发射光线至标的物；含有格子型或可觉图案的接触件，用以反射该移动标的物的影像；以及自动传送装置，用以复原已被手指移动过的该接触件。该指针装置可更包含具有影像传感器的覆晶芯片(flip chip)以及信号处理电路，该影像传感器可将所获得的影像转换成电子信号。该指针装置可能含有整合式光学结构，其包括聚光透镜、反射表面、光输出部分与成像透镜。该指针装置可包含光引导结构，其是由平行光棱镜、成像透镜与干扰光线屏蔽所形成的单一部分。
文档编号H04B1/40GK1950788SQ200580007648
公开日2007年4月18日 申请日期2005年3月10日 优先权日2004年3月11日
发明者朱圣晢, 郑炅云, 金润秀, 金泰佑, 吴承海, 龙东重, 全善, 曹圭得, 曹宰荣, 黄圭珉 申请人:韩商·摩必索股份有限公司, 电子部品研究院