专利名称：光学开口层叠式微型光学设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种光学设备，该光学设备安装在诸如移动通信终端的移动设 备中，并用作微型定点设备或输入设备，并且更具体地，涉及一种适于在光学开口触摸式光 学鼠标中使用的微型光学设备。
背景技术：
图1显示了一种光学设备，该光学设备包括透镜/透镜管(lens pipe)结构50， 该透镜/透镜管结构50用于将从光源10发射的光投到形成该光学设备的下表面的目标平 面30上；还包括芯片封装外壳60，该芯片封装外壳60用作该光学设备模块的最外面的盖 罩，并兼作传感器保护结构和在反射光接收透镜上的光接收孔径。该光学设备的上述结构 被设计成在一般的个人计算机的鼠标中使用。在具有上述结构的光学设备中，光学设备本 体可以拦截从外面漫射的光，从而拦截漫射光的功能还没有被认为是该光学设备的重要因 素。然而，当目标平面位于光学设备的上表面而不是下表面时，无论来自光学设备外面的漫 射光是否能够被拦截，都被认为是非常重要的因素，如图8所示。图2中所示的光学设备(在韩国专利No. 10-0700507中公开)包括透镜结构 120，该透镜结构120用于限定从光源100发射的光的光学路径；目标平面140，在该目标平 面140上设置待感测的材料；透镜保护结构130，该透镜保护结构130用于保护透镜结构 120并拦截从外面漫射的光；传感器150，该传感器150用于感测由置于目标平面140上的 材料所反射的光；传感器盖罩结构110，该传感器盖罩结构110用于保护传感器150并控制 由传感器150接收的光的量；以及PCB 160，在该PCB 160上安装有光源100、传感器150和 传感器盖罩结构110。在此，透镜结构120包括照明光学单元和光接收单元，该照明光学单元用于对从 光源100发射的光进行聚集和传输，该光接收单元用于将已由置于目标平面140上的材料 反射的光投到传感器150上。在诸如所述韩国专利中公开的光学设备之类的光学设备中，从诸如LED之类的光 源100发射的光被照明光学单元聚集并被投到目标平面140上。当光到达目标平面140时， 通过光接收单元的成像透镜121，置于目标平面140上的材料的图像被传送给传感器150， 从而该传感器可以产生信号。图3和图4是传统的光学设备(微型光学鼠标)的分解透视图，该传统的光学设 备与上述韩国专利中公开的光学设备是同一类型。如图所示，在每个光学设备中，带状物 (tape) 350'或350”被附设到位于盖罩结构340’或340”内部由透明丙烯酸材料制成的窗 体上，从而拦截来自外面的漫射光。在图3中，附图标记380’指示具有PCB的光学设备的 本体。在上述的光学开口式光学设备中，使用带状物350’、350”来拦截漫射光的结构的 优点在于，其能够避免与另一内部结构的干扰并能够实现薄的结构。然而，上述光学开口 式光学设备的问题在于，其很难在带状物上形成诸如孔径光阑之类的光学结构以及很难在
3精确的光学设备所需的精确位置中组装元件。所以，在相关领域中，已必须提供孔径光阑结 构，该孔径光阑结构能够实现具有改善的光学性能的稳定微型光学设备的设计。
发明内容
本发明意在设计一种光学设备，该光学设备能够实现传统光学定点设备的小型化 并且能够实现可靠的光学开启和关闭功能，以及本发明意在提供一种光学开口层叠式微型 光学设备，在该光学开口层叠式微型光学设备中，包括孔径光阑结构的结构被安装，从而使 得内部结构可以具有所需的光学拦截功能和各个所需的光学传送功能，进而设计一种光学 开口层叠结构形式的最外盖罩结构并实现一种稳定微型光学设备，以及改善光学设备的光 学性能。进一步地，本发明用于提供一种光学开口层叠式微型光学设备，在该光学开口层 叠式微型光学设备中，孔径光阑结构和另一个结构一起被组装成层叠结构，从而形成稳定 的组装结构并实现轻松组装和提高生产力。在一个方面，本发明提供了一种光学开口层叠式微型光学设备，包括分开安装在 PCB上光源和光接收传感器；暗室结构，该暗室结构安装在PCB上从而遮盖光接收传感器， 以及同时被配置成使要进入光学接收传感器的光穿过；复合透镜和棱镜结构，该复合透镜 和棱镜结构层叠在暗室结构的上端，并将从光源发射的光聚集到目标平面上以及将由目标 平面反射的光聚集到光接收传感器上；盖罩结构，该盖罩结构由半透明材料制成并在光学 设备的上部形成目标平面，该盖罩结构安装在PCB上以使得盖罩结构能够遮盖复合透镜和 棱镜结构以及暗室结构；以及孔径结构，该孔径结构被配置为盘形结构并层叠在盖罩结构 内的复合透镜和棱镜结构的上端，该孔径结构具有开口孔，该开口孔能够拦截来自盖罩结 构的目标平面的漫射光，但允许穿过复合透镜和棱镜结构的光以及由目标平面反射的光穿 过。 在此，孔径结构可以包括第一孔，该第一孔具有开口结构以允许穿过复合透镜和 棱镜结构的光被传送到盖罩结构的目标平面；以及第二孔，该第二孔位于与第一孔在空间 上分开的位置上，并允许由盖罩结构的目标平面反射的光穿过。在此，第一孔可以为矩形，而第二孔可以为圆形。而且，复合透镜和棱镜结构以及孔径结构可以被配置为彼此相结合。换句话说，锁 定凸起(locking boss)可以从复合透镜和棱镜结构突出，而孔径结构则可以具有锁定孔， 锁定凸起被插入锁定孔中从而使得复合透镜和棱镜结构与孔径结构可以相互结合在一起。 当然，也可以采用与上述结构不同的其他结合结构。复合透镜和棱镜结构可以包括聚光棱镜，该聚光棱镜用于将从光源发射到聚集到 目标平面，其中，当在聚光棱镜中形成倾斜的反光表面时，孔径结构可以在该孔径结构与倾 斜的反光表面进行接触的部位处具有倾斜突起，通过以倾斜方式从孔径结构突出而形成该 倾斜突起。而且，孔径结构可以由硅树脂、环氧和合成树脂材料中的至少一者或者它们中的 至少两者的混合物制成。而且，暗室结构、复合透镜和棱镜结构以及孔径结构可以顺序层叠并组装在盖罩 结构中，从而使得暗室结构与复合透镜和棱镜结构组装以及复合透镜和棱镜结构与孔径结构组装。如上所述，根据本发明的光学开口层叠式微型光学设备具有独立的孔径光阑结 构，从而可以设计出具有光学开口盖罩结构的稳定的微型光学设备，进而具有改善的光学 性能。而且，本发明的光学开口层叠式微型光学设备被配置为孔径光阑结构与另一个结 构组装成层叠结构，以与盖罩结构一起建立稳定的组装，进而允许轻松组装和提高生产力。
图1为示出了根据现有技术的用于个人计算机的光学鼠标的构造的截面图；图2为示出了根据一个现有专利的集成微型光学设备的内部构造的视图； 图3和图4为示出了能够使用光拦截带状物来拦截周围的光线的传统的光拦截结 构的分解透视图；图5为示出了根据本发明的一个实施方式的光学开口微型光学设备的截面图；图6为根据本发明的一个实施方式的光学开口微型光学设备的分解透视图；图7为示出了根据本发明的实施方式的组装的光学设备中的孔径光阑结构的安 装的透视投影图；图8为不具有孔径光阑结构的光学设备的视图，该视图示出了进入光学设备的周 围光线。
具体实施例方式下面，将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。图5至图7是示出了根据本发明的一个实施方式的光学开口层叠式微型光学设备 的视图，其中图5是截面图，图6是分解透视图，以及图7是示出了组装的光学设备中的孔 径光阑结构的安装的透视投影图。如图所示，根据本发明的实施方式的光学开口层叠式微型光学设备包括光源 520和光接收传感器530，该光源520和光接收传感器530分开地安装在PCB 510上；暗室结 构M0，该暗室结构540安装在PCB 510上以使得该暗室结构能够遮盖光接收传感器530 ； 复合透镜和棱镜结构阳0，该复合透镜和棱镜结构550层叠在暗室结构MO的上端，并将从 光源520发射的光聚集到目标平面571上以及将由目标平面571反射的光聚集到光接收传 感器530上；盖罩结构570，该盖罩结构570由半透明材料制成并形成目标平面571，该盖罩 结构570安装在PCB 510上以使得盖罩结构能够遮盖复合透镜和棱镜结构550以及暗室结 构MO ；以及孔径结构560，该孔径结构560层叠在盖罩结构570内的复合透镜和棱镜结构 550的上端，并拦截从目标平面571漫射的光。特别地，孔径结构560包括开口孔561和563，穿过复合透镜和棱镜结构550的光 和由目标平面571反射的光能够穿过该开口孔561和563。下面将按照顺序来详细描述本发明的上述重要部分。首先，PCB 510是基部，在该PCB 510上，组成本发明的光学设备的部分被组装成 集成结构。PCB 510被电连接到光源520和光接收传感器530，各种所需电子设备被安装在 PCB上。在图6中，参考标记512指示电连接到外部电路的FPCB。
光源520是LED光源520，该LED光源520具有芯片形状并被安装在PCB 510上。 光源520可以使用具有所需的不同颜色的各种LED，而不局限于特定颜色。而且，除了 LED， 光源520可以使用各种发光器件，诸如激光二极管(LD)和灯管式(lamp-type)器件。光接收传感器530是能够接收在由目标平面571反射后顺序穿过孔径结构560、复 合透镜和棱镜结构阳0以及暗室结构540的光的光接收传感器。可以通过引线键合工艺或 倒装芯片键合工艺将光接收传感器530安装在PCB510上。暗室结构540被配置成执行传感器保护功能和孔径功能。为了实现上述目的，暗 室结构具有能够密封和保护光接收传感器530的帽结构，其中光接收孔543形成在暗室结 构中以使得投到光接收传感器530上的光穿过。在此，暗室结构540可以被配置，使得光源 520可以安装在暗室结构内的空间中或安装在暗室结构的侧面。然而，应该理解，即使在这 种情况下，也需要使光接收传感器530与光源520光学地分开。为了将光源520与光接收传感器530在光学上或电力上相分开，暗室结构540优 选由不透明合成树脂材料制成。而且，暗室结构540将光接收传感器530与光源520隔离，并具有用于拦截已从光 源520发射并已经被漫射以投到光接收传感器530的光的光拦截肋(rib)545。在此，优选 光拦截肋545被配置为在光接收孔543与光源520位置之间的位置处向上突出。然而，应 该理解，可以以不同的方式来设计光拦截肋M5，而不局限于上述结构，只要光拦截肋545 能够有效拦截从光源520发射的、暗室结构MO内部和外部的光即可。而且，优选凸起547在暗室结构540的上表面上的、与基于光接收孔543的光拦截 肋545相对的位置处突出，从而凸起547能够与复合透镜和棱镜结构550相结合。复合透镜和棱镜结构550包括聚光棱镜551和成像透镜553，该聚光棱镜551将从 光源520发射的光聚集到目标平面上571，该成像透镜553将由与目标平面571相接触的材 料反射的光投在光接收传感器530上。复合透镜和棱镜结构550优选被配置为使得聚光棱镜551和成像透镜553与单个 盘形结构集成为单个结构。在聚光棱镜与成像透镜553之间的位置处形成肋锁定孔 555，暗室结构MO的光拦截肋545被插入和锁定到所述肋锁定孔555中。在此，光拦截肋 545用来将暗室结构540可靠地锁定到复合透镜和棱镜结构550中，同时，用来将聚光棱镜 551与成像透镜553光学地相隔离。而且，复合透镜和棱镜结构550具有孔557和锁定凸起559，暗室结构MO的各个 凸起547插入孔557中，所述锁定凸起559向上突出并与孔径结构560相结合。孔径结构560的内部具有选择性地拦截光的结构。孔径结构560能够实现光学开 口层叠式光学设备的外部形状，并被配置成拦截来自目标平面571的漫射光。孔径结构560是具有预定厚度并与复合透镜和棱镜结构550 —起层叠在盖罩结构 570内的盘形结构。在此，孔径结构560可以由硅树脂、环氧和合成树脂中的至少一者制成， 或者由通过混合上述材料中的至少两者而制备的混合物制成。当然，孔径结构560可以由 各种材料制成，而不局限于上述材料，只要这些材料能够拦截光并能够实现孔径功能和能 够稳定地组装在盖罩结构570内部即可。特别地，孔径结构560具有第一孔561和第二孔563，所述第一孔561具有能够允 许穿过复合透镜和棱镜结构阳0的聚光棱镜551的光被目标平面571接收的开口结构，该第二孔563形成在与第一孔561在空间上分开的位置上，并限定了在复合透镜和棱镜结构 550的成像透镜553上方的位置处的孔径光阑。在此，第二孔563可以被配置成具有圆形结构，而第一孔561可以被配置成具有普 通矩形形状。详细描述，复合透镜和棱镜结构550具有矩形结构560a，该矩形结构560a在其中 央部分具有孔或凹口以用于限定第二孔563和第一孔561。矩形结构560a在一侧是开口 的从而限定第一孔561，并被配置为在另一侧是封闭结构560b从而在中心限定第二孔563。 而且，优选在封闭结构560b中，位于第一孔561周围的部分被配置为能够允许光通过第一 孔561被有效投到位于第二孔563上方的目标平面上的倾斜结构560c。而且，孔径结构560被配置为使得该孔径结构560能够与复合透镜和棱镜结构550 组装。所以，在孔径结构560中，锁定孔569被形成为与复合透镜和棱镜结构550的锁定凸 起559相组装。在此，锁定凸起559和锁定孔569的数量和位置可以根据实际情况而适当 地改变。而且，如图5和图7所示，倾斜的反光表面551a形成在复合透镜和棱镜结构550 的聚光棱镜的背面上。而且，孔径结构560具有倾斜突起560d，该倾斜突起560d以倾 斜的方式突出，从而稳定地支撑倾斜的反光表面^la,以使得倾斜突起560d与倾斜的反光 表面551a相接触。盖罩结构570具有能够保护其内的暗室结构M0、复合透镜和棱镜结构550以及孔 径结构560的帽结构。盖罩结构570具有下凸缘573，该下凸缘573安装在PCB 510上。特别地，盖罩结构570在其至少上表面上由半透明材料制成，从而允许光穿过并 能够实现光学开口层叠式光学设备的外部形状的设计。限定在盖罩结构570的上表面上的 目标平面571可以被配置为是由透明丙烯酸材料制成的窗体，从而当外部材料与目标平面 571相接触时，目标平面571能够将来自光源520的光反射到光接收传感器530。在根据本发明的实施方式的上述光学开口层叠式微型光学设备中，PCB510、暗室 结构Mo、复合透镜和棱镜结构550以及孔径结构560从下端顺序地层叠以形成组装，并且 之后，该组装被盖罩结构570所遮盖，从而生成集成的光学开口层叠式微型光学设备。特别地，暗室结构MO的凸起547被插入复合透镜和棱镜结构550的各个孔557 中，以及复合透镜和棱镜结构阳0的锁定凸起559被插入孔径结构560的锁定孔569中，从 而从内部结构加在PCB 510上的负荷可以被最小化，从而防止对PCB 510造成损坏，并防止 该组装的工作效率的降低和实现PCB的自由设计。而且，暗室结构M0、复合透镜和棱镜结 构阳0以及孔径结构560相互组装成为集成结构，从而能够将内部部件容易地相互组装成 集成结构，并能够最小化组装失误(诸如在组装完部件之后的部件移动)，从而实现稳定的 组装结构。而且，图8示出了在不使用上述孔径结构560的情况下构造具有光学开口层叠结 构的盖罩结构270时，周围的漫射光520从外部入射到盖罩结构570的内部。然而，在本发明中，由于具有光学开口层叠结构的盖罩结构570在其中具有孔径 结构560，所以能够拦截来自目标平面571的漫射光。所以，本发明能够实现被设计成光学 开口层叠结构的形式并具有稳定的光学性能的光学设备。本发明的上述实施方式的技术范围和实质可以被独立实施，或者可以在被实施之
7前彼此结合。而且，虽然为了示出的目的已公开了本发明的实施方式，但是本领域的技术人 员可以理解，在不脱离所附权利要求所公开的本发明的范围和实质的情况下，可以做出各 种修改、添加和替换。工业实用性如上所述，根据本发明的光学开口层叠式微型光学设备可以被用作微型定点设 备、输入设备和微型指纹验证设备中的微型光学传感器模块。换句话说，根据本发明的光学开口层叠式微型光学设备可以被嵌入各种移动数字 工具中，除了移动通信终端外还诸如笔记本计算机或UMPC，并且可以实现在有限空间内的 高效顶点功能，从而可以利用有线或无线键盘来有效使用该光学设备，其中微型高效定点 设备必须嵌入或附设到所述有线或无线键盘。而且，本发明可以实现微型薄定点功能，从而 可以被有效用作光学设备，该光学设备可以替换移动通信终端的传统输入设备，或者可以 给移动通信终端添加定点功能。而且，本发明的光学设备可以被用作移动游戏机中的微型 定点设备。而且，本发明的光学设备可以在家庭网络环境的远程控制系统中使用，从而实现 多功能高效远程控制系统。
权利要求
1.一种光学开口层叠式微型光学设备，该光学开口层叠式微型光学设备包括安装在PCB上的光源和光接收传感器；暗室结构，该暗室结构安装在所述PCB上，以使得该暗室结构能遮盖所述光接收传感 器和使得投到所述光接收传感器上的光能穿过所述暗室结构；复合透镜和棱镜结构，该复合透镜和棱镜结构层叠在所述暗室结构的上端，并将来自 所述光源的光聚集到目标平面上，和将由所述目标平面反射的光聚集到所述光接收传感器 上；盖罩结构，该盖罩结构由半透明材料制成并在所述光学设备的最上端形成所述目标平 面，该盖罩结构安装到所述PCB上以使得该盖罩结构能遮盖所述复合透镜和棱镜结构以及 所述暗室结构；以及孔径结构，该孔径结构为盘形并安装在所述盖罩结构内的所述复合透镜和棱镜结构的 上端，该孔径结构拦截来自所述盖罩结构的所述目标平面的漫射光并具有开口孔，该开口 孔允许穿过所述复合透镜和棱镜结构并被投到所述目标平面的光以及由所述目标平面反 射的光穿过。
2.根据权利要求1所述的光学开口层叠式微型光学设备，其中所述暗室结构、所述复 合透镜和棱镜结构以及所述盖罩结构彼此层叠并组装，其中，凸起从相对结构中的其中一 个结构突出并且在所述相对结构中的另一个结构中形成孔，从而该孔与所述凸起相结合。
全文摘要
根据本发明的光学开口层叠式微型光学设备具有独立的孔径光阑结构，从而能够设计具有光学开口盖罩结构的稳定的小型光学设备，进而改善了光学性能。而且，本发明的光学开口层叠式微型光学设备被配置使得孔径光阑结构与另一个结构组装成层叠结构以建立与盖罩结构的稳定组装，从而允许轻松组装并提高了生产力。
文档编号H04N5/238GK102144203SQ200980134399
公开日2011年8月3日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年1月6日
发明者吉兑皓, 徐浩埈, 金亨柱, 金铉洙 申请人:帕特仑株式会社