專利名稱：用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是有關(guān)一種用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，特別指一種可以搜集所在位置與一被測物體間相對位移信息的微型傳感器。
背景技術(shù)：
光學(xué)鼠標是現(xiàn)今計算機使用上非常重要的人機接口工具，自從早先被發(fā)展出來到今天，市面上主要產(chǎn)品的運作方式依使用的光源來分，大致可以分為兩種，第一種為發(fā)光二極管式光學(xué)鼠標如圖4所示，其主要利用一個發(fā)光二極管作為光源，經(jīng)獨立的光學(xué)組件將光線導(dǎo)引到一待測平面，然后利用一個影像傳感器，高速地攝取該待測平面的影像，并比較影像內(nèi)容的相對位移，來獲取鼠標移動的相關(guān)信息，并進而移動屏幕上的指針，來執(zhí)行控制的功能。第二種則為激光光學(xué)鼠標如圖5所示，其是以單獨設(shè)置的面射型半導(dǎo)體激光作為光源，經(jīng)獨立的光學(xué)鏡頭照射到待測平面，并以一影像傳感器高速地攝取待測平面的影像，并比較影像內(nèi)容的相對位移，來獲取鼠標移動的相關(guān)信息，進而移動屏幕上的指針來遂行控制的功能，而使用激光作為光源的優(yōu)點是利用激光光的高度平行及單一波長的特性，可以獲得較清晰的影像，因此可以大幅提升影像內(nèi)容相對位移的精確性，或利用激光光斑的相對位移，進而提升鼠標的控制準確度。
而目前的發(fā)光二極管鼠標有一些是將發(fā)光二極管與影像感測組件分別封裝，或是在某些產(chǎn)品上，是將發(fā)光二極管與影像感測芯片封裝在同一封裝體內(nèi)。另外，激光光學(xué)鼠標則是將激光芯片與影像感測芯片分別封裝，而且所使用的是波長850納米的面射型激光，是屬于不可見光范圍，照射入人眼時無法察覺，因此有潛在的安全顧慮。另外它們都要使用一組外加的光學(xué)鏡頭；其中一部份將光源指向特定區(qū)域，另一部分導(dǎo)引反射回的光線，經(jīng)聚焦后在影像感測芯片上形成清晰的影像，以便加以辨識處理。
但外加的光學(xué)鏡頭會增加傳感器建構(gòu)時的成本，在組裝時也常有中心對正的問題，最嚴重的是它將使傳感器組成的整體高度以及體積變大，使得整組傳感器無法進一步微型化，從而限制了它的使用范圍。
因此，要從被測物體反射光將所要搜集的信息回射至傳感器作運算，利用激光光源的單一波長與光束平行的特性來取得被測物的信息是一較佳的選擇，但是如何選擇激光光源與傳感器封裝使用的形式最佳化、封裝體積的縮小、降低成本及如何比較容易應(yīng)用，則是本實用新型所要解決課題。
實用新型內(nèi)容依據(jù)上述，本實用新型的主要目的在于，提供一種用于光學(xué)鼠標的邊射型可見光激光作為光源影像感測芯片為接收器，而具有封裝制程簡化、封裝體積縮小及降低成本的微型位移傳感器。
為達上述的目的，本實用新型的一種用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其包括一封裝體；一可供將光束導(dǎo)向偵測物面的激光發(fā)光芯片，與具有折光功能的副置體裝置于該封裝體的基座上呈電性連接，該激光發(fā)光芯片的發(fā)光端是對應(yīng)于該副置體的光入射面；一可供接收該激光發(fā)光芯片的反射光源的影像感測芯片，是結(jié)合于封裝體的基座上呈電性連接。
其中封裝體是具有一基座及一封蓋，此封蓋可一體成形或分別制造于使用時組合。
其中該激光發(fā)光芯片是為可見光邊射型激光發(fā)光芯片。
其中可見光邊射型激光是指波長介于630納米至690納米的邊射型激光。
其中可見光邊射型激光的電能轉(zhuǎn)換效率應(yīng)低于0.95毫瓦/毫安。
其中該激光發(fā)光芯片的一側(cè)是設(shè)置一測光芯片以偵測可見光邊射型激光的輸出功率，以供回授控制之用。
其中副置體具有將光線折射20度至160度角度量的功能，且該副置體為多數(shù)獨立設(shè)置組合使用。
其中該封裝體是具有一含透光孔或透光鏡窗封蓋所形成的，此封蓋一體成形或分別制造于使用時組合。
其中該透光鏡窗封蓋具有折射光束，擴散光束與聚合光束的功能的折光透鏡。
其中該激光發(fā)光芯片中心與該測光芯片測光區(qū)中心的距離介于2至20厘米之間。
其中該測光芯片所截收的信號是激光束照射區(qū)域內(nèi)能構(gòu)成和該激光發(fā)光芯片與該測光芯片呈入射角等于反射角的所有表面。
其還包括一齊納二極管，鄰近設(shè)置在該激光發(fā)光芯片處，與可見光邊射型激光呈電性連結(jié)，以泄放整組構(gòu)件在使用時可能產(chǎn)生的靜電電荷。
如此，可由影像感測芯片與激光發(fā)光芯片設(shè)于相鄰的處所形成的最短光程，可以獲得較強的反射信號，整個結(jié)構(gòu)的高度可因此而降低。而本實用新型用于搜集被測物體信息的邊射型激光與傳感器的積體封裝所形成的封裝結(jié)構(gòu)，亦能達到封裝制程簡化、封裝體積縮小及降低成本等效果。


有關(guān)本實用新型為達上述目的、特征所采用的技術(shù)手段及其功效，以下結(jié)合一較佳實施例并配合以下附圖說明如后，其中圖1是本實用新型邊射型激光與傳感器積體封裝的較佳實施例封裝后的斷面立體圖。
圖2是本實用新型較佳實施例的封裝后斷面示意圖。
圖3是本實用新型另一實施例的封裝后斷面示意圖。
圖4是現(xiàn)有發(fā)光二極管光學(xué)鼠標的光學(xué)引擎示意圖。
圖5是現(xiàn)有激光光學(xué)鼠標的光學(xué)引擎示意圖。
具體實施方式
請參閱“圖1、圖2及圖3”所示，是分別為是本實用新型邊射型激光與傳感器積體封裝的較佳實施例封裝后的斷面立體圖、本實用新型較佳實施例的封裝后斷面示意圖及本實用新型另一實施例的封裝后斷面示意圖。如圖所示，本實用新型是包括一封裝體1、一激光發(fā)光芯片2、一副置體3、一影像感測芯片4、一選擇性設(shè)置的運算芯片5、一阻隔光柵6及一齊納(Zener)二極管7、一選擇性設(shè)置的測光芯片8。
上述所提的封裝體1是為一基座11及一中空狀封蓋12所組成的封裝構(gòu)件，該基座11可為印刷電路板或?qū)Ь€架等，于選定處設(shè)有可與其它功能性電路板等設(shè)備作電性連接的外導(dǎo)接部111，于基座11上設(shè)置一封蓋12，該封蓋12可為一組合成一體的中空狀透光體，于底部構(gòu)成一腔室121，以封罩住基座11上，于腔室121頂部構(gòu)成一折光透鏡122，使腔室121內(nèi)部光源經(jīng)由折光透鏡122投射于外界被測物體60，再反射經(jīng)過透光鏡窗123進入腔室。其中，該基座11的對外導(dǎo)接部111可為金屬導(dǎo)線或?qū)Ы佣俗拥葮?gòu)成，又該封蓋12的頂端是可設(shè)有一開孔124，使折光透鏡122、透光鏡窗123的外面位在開孔124內(nèi)，用以保護折光透鏡122、透光鏡窗123。
該激光發(fā)光芯片2是為波長介于630納米至690納米的可見光邊射型激光發(fā)光芯片(Edge-Emitting Laser，EELD)，且該激光發(fā)光芯片2該與一個或多個具有折光功能的副置體3結(jié)合后組合于該封裝體1的基座11上呈電性連接，并被封蓋12的腔室121罩設(shè)密封，其發(fā)光端(面)對應(yīng)于副置體3的入射端，經(jīng)折射后的光線投射到折光透鏡122內(nèi)面。
該影像感測芯片4是一種用以接收、感測影像的芯片(Image Sensor Chip)，是依據(jù)上述透光鏡窗123接受反射光線所投射的位置結(jié)合于封裝體1的基座11上呈電性連接，并被封蓋12的腔室121罩設(shè)密封，影像感測芯片4上方的適當位置裝設(shè)有一阻隔光柵6，其開設(shè)有適當?shù)目讖蕉鴥H容許信號光束通過以避免噪聲進入。
如上所述，該激光發(fā)光芯片2及影像感測芯片4并不一定要設(shè)在該基座11同一平面或光平面上，且該發(fā)光芯片2及影像感測芯片4的接地平面在電性(緣)上亦可為相接或絕緣，端視使用需求可變更實施。另外，亦可選擇性地于該基座11上設(shè)置一個或多個所述運算芯片5，用以接收影像感測芯片4所讀取的信息信號作運算，以便作進一步的應(yīng)用，由此組成本實用新型的邊射型激光與傳感器的積體封裝。
于實施時，是由激光發(fā)光芯片2發(fā)出探測光源，投射到具有折射光線功能的副置體3的折射鏡面，經(jīng)折射后的光源再經(jīng)由折光透鏡122使激光光擴展后折射出封蓋12，此探測光源投射于被測物體60后，部份將再反射到透光鏡窗123，透過該透光鏡窗123將含有被測物體60表面型態(tài)信息的反射光投射于影像感測芯片4，光程中經(jīng)過阻隔光柵6阻擋噪聲后即能由影像感測芯片4讀取該信息，整體可微型化以節(jié)省空間，因此應(yīng)將影像感測芯片4與激光發(fā)光芯片2設(shè)置在實施時可行的最短距離，以利于制造及解析所獲得的信息，此最短距離應(yīng)介于2至20厘米之間以將封裝的體積微型化。為調(diào)整激光發(fā)光芯片2所射出光束投射到被測物體60而設(shè)的具折光功能的副置體3，應(yīng)能將激光束偏折20到160度角度量，以配合縮小組件以及調(diào)整被測物體60位置的需求。另一實施例是使用單獨的副置體與單獨的折光結(jié)構(gòu)，以達到同一目的，如圖3所示。
由于激光束是一種單一波長且高度平行的波束，因此照射到待測平面時，僅有符合相對于可見光邊射型激光光源2與影像感測芯片4呈入射角等于反射角的平面區(qū)域才能將光線反射回到設(shè)在特定位置的影像感測芯片4并加以感測如圖2所示，因此影像感測芯片4上所感測到的圖像應(yīng)該是被激光束所照射到的區(qū)域內(nèi)，所有符合前述反射條件的平面所反射回來的光能量的對應(yīng)分布，為具有部分亮區(qū)與部分暗區(qū)的影像圖形，此圖形含有被照射區(qū)域的表面型態(tài)的特性，與被激光束所照射的區(qū)域有完全的相關(guān)聯(lián)性，因此，當此圖形被偵測到有水平位移時，即可由運算芯片5計算后提供相對位移的輸出信號，由于影像感測芯片4得到的是照射范圍內(nèi)符合反射條件的平面區(qū)域的總成并據(jù)以應(yīng)用，在某些使用時不需要形成影像，可以省略已知的成像光學(xué)鏡頭，當然亦可使用成像鏡頭以讀取影像。
在應(yīng)用上，影像感測芯片4與激光發(fā)光芯片2設(shè)于相鄰之處所形成的光程最短，可以獲得較強的反射信號，實際使用時，為調(diào)整影像感測芯片4與待測平面距離及待測點的相對位置，可使用折光透鏡122將激光光偏折投射到待測點，所以整個結(jié)構(gòu)的高度也可因此而降低。
由于激光發(fā)光芯片2對靜電的耐受程度較差，因此可加裝一顆齊納(Zener)二極管7在激光發(fā)光芯片附近，并與激光發(fā)光芯片2的極性呈反相連結(jié)，以泄放整組構(gòu)件在使用時可能產(chǎn)生的靜電電荷，以避免激光發(fā)光芯片損壞。
使用激光在民生日常用品時，驅(qū)動線路一定有一些安全設(shè)計，以避免高能量光束對使用者的眼睛造成傷害，因此如果能限制激光束的輸出，可以對使用者的眼睛作進一步的保護，因此使用電能轉(zhuǎn)換效率小于0.95毫瓦/毫安(mW/mA)的激光，較能精確的控制激光功率的輸出，以達到使用安全的目標。另外由于邊射型激光有兩個輸出端面，其中一個端面用于照明用的輸出，另一個端面的光能輸出，可投射到一測光芯片8，用來監(jiān)測激光送出的功率，提供一個回授信息，以加強對激光能量的輸出掌控，提升使用安全。
由于本實用新型“用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝”的激光發(fā)光芯片2及影像感測芯片4及折光透鏡122，透明鏡窗123等，可應(yīng)用一封裝體構(gòu)裝而為單一組件，故可簡化其封裝制程，在應(yīng)用時可以省略外加的光學(xué)鏡頭，因此可以將整組結(jié)構(gòu)的高度從8到12厘米的目前結(jié)構(gòu)縮小到5厘米以下，特別在現(xiàn)今電子產(chǎn)品精巧化設(shè)計趨勢下，是能達成縮小封裝體積效果，擴大這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍，確實符合產(chǎn)業(yè)需求。
綜合以上所述，本實用新型“用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝”，確能由上述構(gòu)造，達到預(yù)期的功效，且申請前未見于刊物亦未公開使用，符合新型專利的新穎、進步及符合產(chǎn)業(yè)利用性等要件，故依法申請專利。而以上所述僅為本實用新型的實施例而已，凡是依本實用新型的精神所作的簡易修飾及等效變化設(shè)計，應(yīng)涵蓋于本實用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其包括一封裝體；一可供將光束導(dǎo)向偵測物面的激光發(fā)光芯片，與具有折光功能的副置體裝置于該封裝體的基座上呈電性連接，該激光發(fā)光芯片的發(fā)光端是對應(yīng)于該副置體的光入射面；一可供接收該激光發(fā)光芯片的反射光源的影像感測芯片，是結(jié)合于封裝體的基座上呈電性連接。
2.如權(quán)利要求1所述的用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其中封裝體是具有一基座及一封蓋，此封蓋可一體成形或分別制造于使用時組合。
3.如權(quán)利要求1所述的用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其中該激光發(fā)光芯片是為可見光邊射型激光發(fā)光芯片。
4.如權(quán)利要求2所述的用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其中可見光邊射型激光是指波長介于630納米至690納米的邊射型激光。
5.如權(quán)利要求2所述的用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其中可見光邊射型激光的電能轉(zhuǎn)換效率應(yīng)低于0.95毫瓦/毫安。
6.如權(quán)利要求1所述的用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其中該激光發(fā)光芯片的一側(cè)是設(shè)置一測光芯片以偵測可見光邊射型激光的輸出功率，以供回授控制之用。
7.如權(quán)利要求1所述的用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其中副置體具有將光線折射20度至160度角度量的功能，且該副置體為多數(shù)獨立設(shè)置組合使用。
8.如權(quán)利要求1所述的用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其中該封裝體是具有一含透光孔或透光鏡窗封蓋所形成的，此封蓋一體成形或分別制造于使用時組合。
9.如權(quán)利要求8所述的用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其中該透光鏡窗封蓋具有折射光束，擴散光束與聚合光束的功能的折光透鏡。
10.如權(quán)利要求1所述的用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其中該激光發(fā)光芯片中心與該測光芯片測光區(qū)中心的距離介于2至20厘米之間。
11.如權(quán)利要求1所述的用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其中該測光芯片所截收的信號是激光束照射區(qū)域內(nèi)能構(gòu)成和該激光發(fā)光芯片與該測光芯片呈入射角等于反射角的所有表面。
12.如權(quán)利要求1所述的用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，其特征在于，其還包括一齊納二極管，鄰近設(shè)置在該激光發(fā)光芯片處，與可見光邊射型激光呈電性連結(jié)，以泄放整組構(gòu)件在使用時可能產(chǎn)生的靜電電荷。
專利摘要一種用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝，包含有一封裝體，一激光發(fā)光芯片裝置于具有折光功能的副置體上再與基座結(jié)合，或一激光發(fā)光芯片一側(cè)安裝有折光功能的副置體，另依據(jù)光學(xué)設(shè)計的位置，在適當位置裝設(shè)阻隔光柵，另在基座選定處設(shè)有一感測芯片，并可選擇性設(shè)置一運算芯片或一靜電保護用的齊納二極管于基座，由此組成的封裝結(jié)構(gòu)，可用于光學(xué)鼠標的邊射型激光與傳感器的積體封裝。
文檔編號G06F3/033GK2840183SQ20052010536
公開日2006年11月22日 申請日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月20日
發(fā)明者鄭祝良 申請人:聯(lián)鈞光電股份有限公司