光学导航装置
专利汇可以提供光学导航装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种光学导航装置，其整合照明通道和影像通道于一体。本发明的光学导航装置是整合光学系统、机构系统和 电路 系统于一体的小型化装置。本发明的光学导航装置包括一光路与影像元件、一壳体和一第一 基板 。其中光路与影像元件由影像通道和照明通道一体成型构成，壳体包括一光阑和一对位元件，其中该光阑和壳体一体成型，而对位元件则为壳体的一部分，用以包覆及 定位 光路与影像元件，第一基板包括 光源 和感测器，该光源和感测器位于第一基板的同一表面上，从光源发射的光线经由光路与影像元件后，由感测器接收。，下面是光学导航装置专利的具体信息内容。
1.一种光学导航装置，其特征在于，该光学导航装置包括：
一光路与影像元件，其由影像通道和照明通道整合构成；
一壳体，其包括一光阑和一对位元件，其中该光阑和该壳体一体成型， 该壳体用以承载及定位该光路与影像元件；以及
一第一基板，其包括一光源和一感测器，其中，该光源和该感测器位于 该第一基板的同一表面上，从该光源发射的光线经由该光路与影像元件后， 由该感测器接收。
2.如权利要求1所述的光学导航装置，其特征在于：该影像通道和该照 明通道一体成型。
3.如权利要求1所述的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元件 还包括有一沟槽部，其中该沟槽部位于该影像通道和该照明通道之间，用以 避免光线从该光路与影像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
4.如权利要求1所述的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元件 还包括有一孔洞，其中该孔洞位于该影像通道和该照明通道之间，用以避免 光线从该光路与影像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
5.如权利要求1所述的光学导航装置，其特征在于：该照明通道包括一 准直面、一全内反射面和一光楔。
6.如权利要求1所述的光学导航装置，其特征在于：该影像通道包括一 影像镜面和一光阑。
7.如权利要求1所述的光学导航装置，其特征在于：该第一基板为一印 刷电路板或具导线架的基板。
8.如权利要求1所述的光学导航装置，其特征在于：该第一基板为一有 机基板或无机基板。
9.如权利要求1所述的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元件 还包括一柱桩，并且该壳体的对位元件为一孔穴，其中该柱桩装设于该壳体 的该孔穴中，以使该光路与影像元件和该壳体的相对转动得以控制。
10.如权利要求1所述的光学导航装置，其特征在于：该光学导航装置 还包括有一第二基板，其中该第二基板具有一孔洞，以使该光路与影像元件 和该壳体的组合可穿过该第二基板的孔洞。
11.如权利要求10所述的光学导航装置，其特征在于：该第一基板的一 表面具有多个焊垫，以使该第一基板与该第二基板通过表面黏着技术电连 接。
12.如权利要求1的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元件由 高温热固材料构成。
13.如权利要求1所述的光学导航装置，其特征在于：该光源为一发光 二极管、一激光二极管或一垂直共振腔表面放射激光。
14.一种光学导航装置，其特征在于，该光学导航装置包括：
一光路与影像元件，其由影像通道和照明通道整合构成，其中该影像通 道和该照明通道一体成型；
一壳体，其包括一光阑和一对位元件，其中该光阑和该壳体一体成型， 该壳体用以承载及定位该光路与影像元件；
一第一基板，其包括一感测器；以及
一光源，其用以产生一光线；
其中，从该光源发射的光线经由该光路与影像元件后，由该感测器所接 收。
15.如权利要求14所述的光学导航装置，其特征在于：该光源和该感测 器位于该第一基板的同一表面上。
16.如权利要求14所述的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元 件还包括有一沟槽部，其中该沟槽部位于该影像通道和该照明通道之间，用 以避免光线从该光路与影像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
17.如权利要求14所述的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元 件还包括有一孔洞，其中该孔洞位于该影像通道和该照明通道之间，用以避 免光线从该光路与影像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
18.如权利要求14所述的光学导航装置，其特征在于：该照明通道包括 一准直面、一全内反射面和一光楔。
19.如权利要求14所述的光学导航装置，其特征在于：该影像通道包括 一影像镜面和一光阑。
20.如权利要求14所述的光学导航装置，其特征在于：该第一基板为一 印刷电路板或具导线架的基板。
21.如权利要求14所述的光学导航装置，其特征在于：该第一基板为一 有机基板或无机基板。
22.如权利要求14所述的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元 件还包括一柱桩，并且该壳体的对位元件为一孔穴，其中该柱桩装设于该壳 体的该孔穴中，以使该光路与影像元件和该壳体的相对转动得以控制。
23.如权利要求14所述的光学导航装置，其特征在于：该光学导航装置 还包括有一第二基板，其中该第二基板具有一孔洞，以使该光路与影像元件 和该壳体的组合可穿过该第二基板的孔洞。
24.如权利要求23所述的光学导航装置，其特征在于：该第一基板的一 表面具有多个焊垫，以使该第一基板与该第二基板通过表面黏着技术电连 接。
25.如权利要求14所述的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元 件由高温热固材料构成。
26.如权利要求14所述的光学导航装置，其特征在于：该光源为一发光 二极管、一激光二极管、一垂直共振腔表面放射激光或一有机发光二极管。
27.一种光学导航装置，其特征在于，该光学导航装置包括：
一光路与影像元件，其由一准直面、一全内反射面和一光楔所构成的照 明通道以及由一影像镜面和一光阑所构成的影像通道一体成型构成；
一壳体，其用以承载及定位该光路与影像元件；以及
一第一基板，其包括一光源和一感测器，其中该光源和该感测器位于该 第一基板的同一表面上，从该光源发射的光线经由该光路与影像元件后，由 该感测器所接收。
28.如权利要求27所述的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元 件还包括有一沟槽部，其中该沟槽部位于该影像通道和该照明通道之间，用 以避免光线从该光路与影像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
29.如权利要求27所述的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元 件还包括有一孔洞，其中该孔洞位于该影像通道和该照明通道之间，用以避 免光线从该光路与影像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
30.如权利要求27所述的光学导航装置，其特征在于：该第一基板为一 印刷电路板或具导线架的基板。
31.如权利要求27所述的光学导航装置，其特征在于：该第一基板为一 有机基板或无机基板。
32.如权利要求27所述的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元 件还包括一柱桩，并且该壳体具有一孔穴，其中该柱桩装设于该壳体的该孔 穴中，以使该光路与影像元件和该壳体的相对转动得以控制。
33.如权利要求27所述的光学导航装置，其特征在于：该光学导航装置 还包括有一第二基板，其中该第二基板具有一孔洞，以使该光路与影像元件 和该壳体的组合可穿过该第二基板的孔洞。
34.如权利要求33所述的光学导航装置，其特征在于：该第一基板的一 表面具有多个焊垫，以使该第一基板与该第二基板通过表面黏着技术电连 接。
35.如权利要求27所述的光学导航装置，其特征在于：该光路与影像元 件由高温热固材料构成。
36.如权利要求27所述的光学导航装置，其特征在于：该光源为一发光 二极管、一激光二极管或一垂直共振腔表面放射激光。
技术领域
本发明涉及一种光学导航装置，特别涉及一种由光源(light source)和感测 器(sensor)构成的光学导航装置。
背景技术
如图1所示，其为公知的光学导航装置的示意图，该光学导航装置通常 包括有一光源(图中未示出)，例如一发光二极管，用以照射该光学导航装置 所处表面的一定义区域，并产生该被照射表面的反射影像(reflected image)。 另外，该光学导航装置还具有两个通道，所述通道用以将该被照射区域的影 像形成在该感测器10上，传统上，将这两个通道分别定义为照明通道 (illumination channel)和影像通道(imaging channel)。
在组装时，该感测器10被固定在一第一印刷电路板12上，再用一基准 平面对位柱(base plate alignment post)16将第一印刷电路板12固定在一第二 印刷电路板14上，最后再用一弹夹(clip)19和一塑料弹片(plastic spring)18将 该感测器10压住及固定。
然而，公知的光学导航装置的光源和感测器是各自独立的，而且在安装 时，光源和感测器没有位于同一平台，因此会增加组装的难度，且成本较高。 另外，该装置的设计方式使得公知的光学导航装置的高度较高，无法适用于 要求小型化的产品，同时，也无法用于多芯片的装置。而且，公知的光学导 航装置的照明通道和影像通道未系统模块化，其功能测试需各自分别进行， 且在生产组装过程中，该产品的机构对位(mechanical alignment)具有较高的 复杂度和难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学导航装置，其可应用于各种场合，包括手 持式导航工具(hand held navigation tool)，其可用于手机的操作，以及个人计 算机和笔记本电脑的导航装置。当应用于手机时，本发明的光学导航装置可 提供在显示器上以360度的自由度移动光标。
本发明的目的是提供一种光学导航装置，其整合照明通道和影像通道于 一体，从而可达到小型化及简化工艺的功效。本发明的光学导航装置是整合 光学系统、机构系统和电路系统于一体的小型化装置。
本发明的目的是提供一种光学导航装置，其整合照明通道和影像通道于 一体，并在基板上形成一孔洞，使得一体成型的照明通道和影像通道可穿过 该孔洞，以缩小本发明的光学导航装置的尺寸。
为了达到上述目的，本发明的光学导航装置包括有一光路与影像元件、 一壳体和一第一基板。其中光路与影像元件由影像通道和照明通道一体成型 构成，该壳体包括一光阑和一对位元件，其中该光阑和该壳体一体成型，而 对位元件则为壳体的一部分，用以包覆及定位该光路与影像元件，第一基板 则包括有一光源和一感测器，该光源和感测器位于该第一基板的同一表面 上，从该光源发射的光线经由该光路与影像元件后，由该感测器所接收。
本发明的光学导航装置包括有一光路与影像元件、一壳体和一第一基 板。光路与影像元件由一准直面、一全内反射面、和一光楔所构成的影像通 道和由具有非球状面的影像镜面的照明通道一体成型所构成，壳体用以承载 及定位该光路与影像元件，而第一基板包括一光源和一感测器，其中，该光 源和该感测器位于该第一基板的同一表面上，从该光源发射的光线经由该光 路与影像元件后，由该感测器所接收。
综上所述，本发明提供一种光学导航装置，该光学导航装置包括：一光 路与影像元件，其由影像通道和照明通道整合构成；一壳体，其包括一光阑 和一对位元件，其中该光阑和该壳体一体成型，该壳体用以承载及定位该光 路与影像元件；以及一第一基板，其包括一光源和一感测器，其中，该光源 和该感测器位于该第一基板的同一表面上，从该光源发射的光线经由该光路 与影像元件后，由该感测器接收。
根据本发明的光学导航装置，其中该影像通道和该照明通道一体成型。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件还包括有一沟槽 部，其中该沟槽部位于该影像通道和该照明通道之间，用以避免光线从该光 路与影像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件还包括有一孔洞， 其中该孔洞位于该影像通道和该照明通道之间，用以避免光线从该光路与影 像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
根据本发明的光学导航装置，其中该照明通道包括一准直面、一全内反 射面和一光楔。
根据本发明的光学导航装置，其中该影像通道包括一影像镜面和一光 阑。
根据本发明的光学导航装置，其中该第一基板为一印刷电路板或具导线 架的基板。
根据本发明的光学导航装置，其中该第一基板为一有机基板或无机基 板。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件还包括一柱桩，并 且该壳体的对位元件为一孔穴，其中该柱桩装设于该壳体的该孔穴中，以使 该光路与影像元件和该壳体的相对转动得以控制。
根据本发明的光学导航装置，其中该光学导航装置还包括有一第二基 板，其中该第二基板具有一孔洞，以使该光路与影像元件和该壳体的组合可 穿过该第二基板的孔洞。
根据本发明的光学导航装置，其中该第一基板的一表面具有多个焊垫， 以使该第一基板与该第二基板通过表面黏着技术电连接。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件由高温热固材料构 成。
根据本发明的光学导航装置，其中该光源为一发光二极管、一激光二极 管或一垂直共振腔表面放射激光。
本发明还提供一种光学导航装置，该光学导航装置包括：一光路与影像 元件，其由影像通道和照明通道整合构成，其中该影像通道和该照明通道一 体成型；一壳体，其包括一光阑和一对位元件，其中该光阑和该壳体一体成 型，该壳体用以承载及定位该光路与影像元件；一第一基板，其包括一感测 器；以及一光源，其用以产生一光线；其中，从该光源发射的光线经由该光 路与影像元件后，由该感测器所接收。
根据本发明的光学导航装置，其中该光源和该感测器位于该第一基板的 同一表面上。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件还包括有一沟槽 部，其中该沟槽部位于该影像通道和该照明通道之间，用以避免光线从该光 路与影像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件还包括有一孔洞， 其中该孔洞位于该影像通道和该照明通道之间，用以避免光线从该光路与影 像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
根据本发明的光学导航装置，其中该照明通道包括一准直面、一全内反 射面和一光楔。
根据本发明的光学导航装置，其中该影像通道包括一影像镜面和一光 阑。
根据本发明的光学导航装置，其中该第一基板为一印刷电路板或具导线 架的基板。
根据本发明的光学导航装置，其中该第一基板为一有机基板或无机基 板。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件还包括一柱桩，并 且该壳体的对位元件为一孔穴，其中该柱桩装设于该壳体的该孔穴中，以使 该光路与影像元件和该壳体的相对转动得以控制。
根据本发明的光学导航装置，其中该光学导航装置还包括有一第二基 板，其中该第二基板具有一孔洞，以使该光路与影像元件和该壳体的组合可 穿过该第二基板的孔洞。
根据本发明的光学导航装置，其中该第一基板的一表面具有多个焊垫， 以使该第一基板与该第二基板通过表面黏着技术电连接。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件由高温热固材料构 成。
根据本发明的光学导航装置，其中该光源为一发光二极管、一激光二极 管、一垂直共振腔表面放射激光或一有机发光二极管。
本发明还提供一种光学导航装置，该光学导航装置包括：一光路与影像 元件，其由一准直面、一全内反射面和一光楔所构成的照明通道以及由一影 像镜面和一光阑所构成的影像通道一体成型构成；一壳体，其用以承载及定 位该光路与影像元件；以及一第一基板，其包括一光源和一感测器，其中该 光源和该感测器位于该第一基板的同一表面上，从该光源发射的光线经由该 光路与影像元件后，由该感测器所接收。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件还包括有一沟槽 部，其中该沟槽部位于该影像通道和该照明通道之间，用以避免光线从该光 路与影像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件还包括有一孔洞， 其中该孔洞位于该影像通道和该照明通道之间，用以避免光线从该光路与影 像元件的该照明通道直接进入该影像通道。
根据本发明的光学导航装置，其中该第一基板为一印刷电路板或具导线 架的基板。
根据本发明的光学导航装置，其中该第一基板为一有机基板或无机基 板。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件还包括一柱桩，并 且该壳体具有一孔穴，其中该柱桩装设于该壳体的该孔穴中，以使该光路与 影像元件和该壳体的相对转动得以控制。
根据本发明的光学导航装置，其中该光学导航装置还包括有一第二基 板，其中该第二基板具有一孔洞，以使该光路与影像元件和该壳体的组合可 穿过该第二基板的孔洞。
根据本发明的光学导航装置，其中该第一基板的一表面具有多个焊垫， 以使该第一基板与该第二基板通过表面黏着技术电连接。
根据本发明的光学导航装置，其中该光路与影像元件由高温热固材料构 成。
根据本发明的光学导航装置，其中该光源为一发光二极管、一激光二极 管或一垂直共振腔表面放射激光。
为了能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明 的详细说明与附图，然而所附附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发 明加以限制。
附图说明
图1为公知的光学导航装置的示意图；
图2为本发明的光学导航装置的第一实施例的示意图；
图3为本发明的光学导航装置的光路与影像元件的第一实施例的示意 图；
图4为本发明的光学导航装置的光路与影像元件的第二实施例的示意 图；以及
图5为本发明的光学导航装置的第二实施例的示意图。
其中，附图标记说明如下：
10 感测器 12 第一印刷电路板
14 第二印刷电路板 16 基准平面对位柱
18 塑料弹片 19 弹夹
20 光路与影像元件 201 照明通道
202 影像通道 203 沟槽部
204 孔洞 205 柱桩
22 光源 24 感测器
26 第一基板 28 壳体
281 孔穴 30 凸轮墙
32 第二基板 34 焊垫
具体实施方式
该光源22可由一发光二极管、一激光二极管或一垂直共振腔表面放射 激光(VCSEL)等构成。在一较佳实施例中，该光源22和该感测器24位于一 第一基板26的同一表面上。其中该第一基板可为一印刷电路板，该第一基 板可为一有机(organic)基板、无机(non organic)基板或具导线架(lead frame)的 基板。
其中，该照明通道201包括一准直面、一全内反射面和一光楔，这三个 元件也一体成型，准直面使从光源22发射出的光线聚集和平行，该光源22 发射出的光线的波长范围可从可见光到红外线，这由感测器24决定。从光 源22发射出的光线首先到达该准直面，光线经过该准直面后平行化，该平 行化的光束被全内反射面反射，该全内反射面是一平坦的光滑表面，且该表 面的角度大于入射光束(incident light beam)的临界角(critical angle)。然后该反 射的光线经过光楔使该光线弯折至一特定角度，该光楔使光线弯折至一特定 角度以使该光线的入射角度会以一可接受的范围到达该光学导航装置的目 标表面，从而该表面产生良好的对比度。
接着，从光学导航装置的目标表面反射的光线会经过影像通道202而聚 集，该影像通道202由一影像镜片构成。在一较佳实施例中，该影像镜片包 括有两个非球状面，这可以改善镜片的解析能量，从而在感测器24上产生 一具有良好分辨率的影像。另外，该影像镜片也可由球状面(spherical surface) 构成，或由非球状面和球状面组合而成。此外，在壳体28上也一体成型有 一光阑，该光阑可以阻止离散的光线在感测器24上形成干扰影像。在另一 实施例中，该影像信道202由该影像镜面和该光阑所组成。
由于该照明通道201和影像通道202是一体成型的，因此由于全内反射 的作用，会有部分光线在光路与影像元件20中从照明通道201进入到影像 通道202，为了解决这个问题，可在照明通道201与影像通道202之间加上 一沟槽部203，如图3所示。此外，也可在照明通道201与影像通道202之 间加上一孔洞204，如图4所示，用以避免光线从该光路与影像元件20的该 照明通道201直接进入该影像通道202。
在另一实施例中，当光源22是一激光二极管或垂直共振腔表面放射激 光时，光源22所发射的光线会自动平行，此时，照明通道201只需全内反 射面和一光楔，而不需要准直面就能产生相同的功效。
为了能使光学系统和机构系统产生良好对位(alignment)，也就是让光路 与影像元件20和壳体28对位良好，不产生移位或旋转的问题，在光路与影 像元件20和壳体28的火山口结构体上，分别形成一对位元件，例如一凹凸 配合的结构，请参阅图5，例如，在光路与影像元件20上形成一柱桩(post)205， 并在该壳体28的火山口结构体上形成一孔穴281，使柱桩205装设于该壳体 28的该孔穴281中，于是，光路与影像元件20与该壳体28的相对转动得以 控制。在另一实施例中，可在光路与影像元件20周围增设一凸轮墙30，以 避免光路与影像元件20与壳体28的相对运动。
再参考图2，在完成光路与影像元件20、壳体28和第一基板26的组装 后，可用表面黏着技术，通过多个位于第一基板26上的焊垫34，使第一基 板26与第二基板32电连接。其中该第二基板32具有一孔洞，使该光路与 影像元件20与该壳体28的组合可穿过该第二基板32的孔洞，从而有效降 低整个光学导航装置的高度，第二基板32的设计配合光学导航装置，即为 一客制的印刷电路板，而第二基板32的孔洞由钻孔或冲压制成。
为了能使本发明的光学导航装置应用于高温的场合，光路与影像元件20 可由高温热固材料(high temp thermo set material)制成。
本发明的光学导航装置具有下列特点：
1.本发明的光学导航装置整合照明通道和影像通道于一体，从而达到小 型化及简化工艺的功效。
2.本发明的光学导航装置是整合光学系统、机构系统和电路系统于一体 的小型化装置。
3.本发明的光学导航装置可应用于各种场合，包括手持式导航工具，例 如可用于手机的操作，以及个人计算机和笔记本电脑的导航装置。
4.客制的印刷电路板具有一孔洞，使该光路与影像元件20与该壳体28 的组合可穿过该印刷电路板的孔洞，从而有效降低整个光学导航装置的高 度。
但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非以此限制本发明的范 围，因此本领域的普通技术人员在本发明的领域内所实施的变化或修改，皆 应属于本发明的权利要求书所要保护的范围。
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