具有封閉殼體的相對運動傳感器的製作方法

2023-05-18 09:15:46

專利名稱：具有封閉殼體的相對運動傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用在光學輸入裝置中的相對運動傳感器，在這種光學輸入裝置中，通過用測量雷射束照明物體表面並將由物體表面所反射的測量束輻射的選定部分轉換成電信號來對沿著至少一個測量軸的輸入裝置與物體相對於彼此的運動進行測量，該電信號表示沿著測量軸的運動。
背景技術：
從歐洲專利申請EP-A-0942285獲知包括這種相對運動傳感器的光學輸入裝置。這種輸入裝置可以是光滑鼠，這種光滑鼠用在計算機構造中以穿過計算機顯示器或監視器移動光標，例如，選擇所顯示的菜單的功能。用手像如常規的機械滑鼠那樣穿過滑鼠墊移動這種光滑鼠。
現有技術中已知多種不同類型的用在這類輸入裝置中的光學測量模塊。例如，EP-A-0942285公開了這種光學測量模塊的幾個實施例，所有的這些實施例中均使用零差式或外差式檢測。
在不考慮所使用的光學測量模塊的類型的情況下，目前可獲取的光學輸入裝置要求在基板中提供開口，以使光能夠從光源傳播到桌面、滑鼠墊或其它表面，然後返回檢測器。
參看圖1，典型的光滑鼠10包括殼體12，光學測量模塊14容納在殼體12中。滑鼠10還設有基板16，基板16具有多個間隔物18，滑鼠10可通過這些間隔物18滑動穿過表面20。開口22設在基板16中以使光能夠從光測量模塊14傳播到表面20，然後返回到(模塊14中的)檢測器。
基板16中的開口22的缺點在於殼體12中的電子裝置(14)的靜電放電(ESD)屏蔽難以解決。
靜電放電(ESD)由在一個表面上形成的並且在另一個表面接觸時突然傳遞到另一個表面的電氣放電引起。這种放電一般為幾千伏特，而且光學測量模塊14的器件ESD特別靈敏。處理ESD的一種方法是使ESD逐漸枯竭，以使ESD不能夠引起任何損壞，而且，在示於圖1的光滑鼠10的情況下，為了使ESD逐漸枯竭，設有以在基板16中的特殊插件形式的ESD屏蔽板24。這樣就會導致更複雜和更昂貴的基板。
目前，我們已設計出一種改進的裝置，在這種裝置中，解決了前面所提及的問題，且本發明的一個目的在於提供一種光學輸入裝置，在這種光學輸入裝置中，無需ESD屏蔽板。

發明內容
根據本發明，提供一種光學輸入裝置，這種光學輸入裝置包括用於測量這種裝置相對於表面的運動的相對運動傳感器，這種裝置包括殼體，這種殼體限定封閉空間，在這種封閉空間中設有光學測量模塊，這種光學測量模塊包括具有雷射腔的至少一個雷射器，這種雷射器用於產生測量束，這種殼體包括基部，這種基部的至少一部分包括這種測量束能夠透過的材料，該表面由這種測量束穿過這種材料照明，其中，由該表面所反射的測量束輻射的至少一些再次進入該雷射腔，這種光學測量模塊還包括測量裝置，這種測量裝置用於測量由再次進入該雷射腔的經過反射的測量束輻射的幹擾所引起的該雷射腔的運行的變化以及該雷射腔中的光波的變化，這種光學測量模塊還包括提供表示這些變化的電信號的裝置，這種電信號用於確定這種裝置相對於該表面的運動。
因此，由於光學測量模塊利用光學測量束，所以就無需在殼體的基部中提供開口來允許測量束將該表面照明並允許經過反射的測量束輻射返回到該檢測器。這樣就無需ESD屏蔽板，而且還能夠使這種裝置製成液密形式，這種液密形式有著明顯的優點。
在一個示範性實施例中，基部可包括透明窗口，這種透明窗口既可以與基部整體形成，也可以安裝在基部中。或者，基部可在實際上用測量束能夠透過的材料形成，這種構造具有另外的減少裝置的器件數量的優點。
優選對殼體的基部進行布置和構造，以使在使用時透明材料與該表面成隔開的關係。在第一示範性實施例中，可設有一個或多個間隔物或滑片，除了使這種裝置更易於滑過該表面之外，間隔物或滑片還具有保持這種裝置的基部與該表面成隔開的關係的效果。或者，該透明部分可至少部分地是非平面的，如彎曲的或分成塊面的，在這種情況下，就無需間隔物。
該封閉空間基本上有利地是液密形式。
實際上，本發明延伸到用於前面所限定的光學輸入裝置的殼體，這種殼體包括上殼和基板，上殼和基板可相互連接，以形成該封閉空間，該封閉空間基本上有利地是液密形式。
本發明還延伸到製造光學輸入裝置的方法，這種光學輸入裝置包括用於測量這種裝置相對於表面的運動的相對運動傳感器，這種方法包括在限定封閉空間的殼體內設有光學測量模塊，這種光學測量模塊包括具有雷射腔的至少一個雷射器，這種雷射器用於產生測量束，這種殼體包括基部，這種基部的至少一部分包括這種測量束能夠透過的材料，這種光學測量模塊布置成使該表面由這種測量束穿過這種部分照明，且由該表面所反射的測量束輻射的至少一些再次進入該雷射腔，這種光學測量模塊還包括測量裝置，這種測量裝置用於測量由再次進入該雷射腔的經過反射的測量束輻射的幹擾所引起的該雷射腔的運行的變化以及該雷射腔中的光波的變化，這種光學測量模塊還包括提供表示這些變化的電信號的裝置，這種電信號用於確定這種裝置相對於該表面的運動。
從下面描述的實施例就會明白本發明的這些和其它方面，且通過參考下面描述的實施例對本發明的這些和其它方面進行說明。


現僅通過示例的方式對本發明的實施例進行描述，並參考附圖，在這些附圖中圖1是現有技術光學輸入裝置的示意性截面圖；圖2是根據本發明的第一示範性實施例的光學輸入裝置的示意性截面圖；圖2是根據本發明的第二示範性實施例的光學輸入裝置的示意性截面圖；
具體實施例方式
參看圖2，根據本發明的示範性實施例的光學輸入裝置110包括殼體112和基板116，殼體112和基板116共同限定封閉空間123，光學測量模塊114容納在封閉空間123內。
由光學測量模塊114所採用的用於測量輸入裝置110相對於表面120的相對運動的方法採用所稱的二極體雷射器中的自混合效應。這是一種現象，在這種現象中，由二極體雷射器發射並再次進入二極體雷射器的腔體中的輻射導致雷射器的增益中的變化並因此而導致由雷射器發射的輻射中的變化。將輸入裝置110相對於表面120運動，以使運動方向具有雷射束的方向中的分量。當輸入裝置110相對於表面120運動時，由於都卜勒效應的原因，由表面120散射的輻射得到與將物體照明的輻射的頻率不同的頻率。散射光的一部分由與將照明束聚焦在物體上的透鏡相同的透鏡聚焦在二極體雷射器上。由於一些散射輻射穿過雷射鏡進入雷射腔，所以在雷射器中發生幹擾。這就在雷射和所發射的輻射的特性中引起根本性的變化。由於自耦合效應的原因而變化的參數是雷射輻射的功率、頻率和線寬以及雷射閾值增益。這種幹擾在雷射腔中的結果是這些參數值的波動，且頻率等於這兩個輻射頻率的差異。這種差異與物體的分速度成比例。因此，可通過測量這些參數中的一個的值來確定物體的速度以及隨著時間累計的物體的位移。這種技術在國際專利申請No.WO02/037410中進行了詳細描述。
因此，參看圖2，光學測量模塊114提供用於二極體雷射器和檢測器的載波，二極體雷射器可以是VCSEL類型，檢測器如光二極體。在圖2中，可看到單集成晶片3，這種晶片3包括二極體雷射器和對應的光二極體，但在實踐中，可設有另外的一個或多個二極體雷射器和相關的檢測器。二極體雷射器3發射雷射或測量束13，例如，發射雷射或測量束13可以看到或可以是紅外雷射，測量束13需到達表面120。不過，並不要求在基板116中設有開口。相反，基板116設有小的區域124，用於產生測量束13的雷射可透過這種小的區域124。由於具有小的光譜帶寬，所以僅需區域或窗口124能夠由該小的光譜帶寬透過；對於其它所有的波長來講，區域或窗口124可以是不透明的、吸收性的或反射性的。僅要求這種區域124具有有限的光學質量。
因此，測量束13入射在表面120上，且表面120反射和、或散射射束13。射束13的一部分以照明束13的方向散射，且該部分由透鏡(未示出)聚焦於二極體雷射器的發射面上並再次進入該雷射腔的腔體中。正如在WO02/37410中所描述的那樣，返回腔體的輻射致使該腔體中的變化，除了其它的之外，這些變化導致由該二極體雷射器發射的雷射輻射的強度的變化。這種變化可由光二極體檢測，這種光二極體將這種輻射變化變換成電信號，這種信號由電子電路(未示出)進行處理，以確定測量束13相對於表面120的相對運動，並因此而確定輸入裝置110相對於表面120的位移。
參看圖3，根據本發明的另一個實施例的光學輸入裝置在大多數方面類似於通過參看圖2所描述的實施例，且這些實施例中相似的器件以相同的參看數字表示。不過，在示於圖3的實施例的情況下，透明區域124是彎曲的、分成塊面的或者以其它方式至少部分地成非平面形。這樣就可獲得較佳的光學性能和較穩健的設計，而且在所示出的實施例中，可將間隔物118(可用如特富龍製成)略去。彎曲的窗口124尤其可有助於這種系統的光功率。雷射穿過這種窗口傳播可比穿過平面窗口傳播更接近於垂線。因此，穿過窗口124的光徑較小(因此，吸收、雙折射等的可能性就較小)且任何象差均較小。此外，在該表面於這種裝置的底部之間有較大的距離，因此可減少窗口上的劃傷或塵埃。而且，劃傷出現的可能性也會降低。
將會理解，起初提供間隔物或滑片118是為了使這種裝置能夠更易於在工作面上方滑動。不過，這些間隔物或滑片118並不是必要的。在所示出的實施例中，滑片118達到另外的在透明窗口124於該表面之間提供某種空間的目的，尤其是在窗口124是平面形的情況下。不過，這並不是必要的；相反，窗口124僅可相對於基板表面略微向內安裝，或者，窗口可以是彎曲的或分成塊面的，如在示於圖3中的實施例中那樣。
此外，在所示出的實施例中，這種裝置包括基板116，在基板116中設有透明窗口124。不過，將會理解，可僅用測量束的波長可透過的測量來製造基板116本身。這就帶來減少用於這種裝置的器件數量的優點。
本發明通常可適用於包括用於臺式計算機的光滑鼠的光學輸入裝置、用在臺式或可攜式計算機中、用在不同設備的遙控裝置中以及用在行動電話中等，且本發明並不僅限於這些方面。
應注意到，前面所提及的實施例對本發明進行說明而不是進行限制，且本領域中熟練的技術人員能夠多種替代實施例，而並不背離由所附的權利要求書所限定的本發明的範圍。在權利要求書中，放在括號內的任何參考符號不應解釋為對權利要求書進行限制。詞語「包括」和類似的詞語並不在總體上排除除了列於任何權利要求中的元件或步驟以外的元件或步驟。元件的單數涵義並不排除這種元件的複數涵義，反之亦然。可通過包括一些不同元件的硬體並且可通過適當編程的計算機來實施本發明的方面。在列出幾種設備的裝置權利要求中，這些設備中的一些可以由硬體中的一個和相同的項目來體現。僅在相互不同的從屬權利要求中引用某些度量並不表明這些度量的組合不能夠用來產生良好的效果。
權利要求
1.一種光學輸入裝置(110)，所述光學輸入裝置(110)包括用於測量所述裝置(110)相對於表面(120)的運動的相對運動傳感器，所述裝置(110)包括殼體(112)，所述殼體(112)限定封閉空間(123)，在所述封閉空間(123)中設有光學測量模塊(114)，所述光學測量模塊(114)包括具有雷射腔的至少一個雷射器(3)，所述雷射器(3)用於產生測量束(13)，所述殼體(112)包括基部(116)，所述基部(116)的至少一部分(124)包括所述測量束(13)能夠透過的材料，所述表面(120)由所述測量束(13)穿過所述材料照明，其中，由所述表面(120)所反射的所述測量束輻射的至少一些再次進入所述雷射腔，所述光學測量模塊(114)還包括測量裝置(4)，所述測量裝置(4)用於測量由再次進入所述雷射腔的經過反射的測量束輻射的幹擾所引起的所述雷射腔的運行的變化以及所述雷射腔中的光波的變化，所述光學測量模塊(114)還包括提供表示所述變化的電信號的裝置，用於確定所述裝置(110)相對於所述表面(120)的運動。
2.如權利要求1所述的裝置(110)，其特徵在於所述基部(116)用所述測量束(13)能夠透過的材料形成發。
3.如權利要求1所述的裝置(110)，其特徵在於所述基部(116)包括所述測量束(13)能夠透過的材料的部分(124)，所述部分(124)安裝在所述基部(116)中或與所述基部(116)整體形成。
4.如權利要求1所述的裝置(110)，其特徵在於對所述殼體(112)的所述基部(116)進行布置和構造，以使在使用時所述透明材料(124)與所述表面(120)成隔開的關係。
5.如權利要求2所述的裝置(110)，其特徵在於所述透明部分(124)至少部分地呈非平面形。
6.如權利要求5所述的裝置(110)，其特徵在於所述透明部分(124)是彎曲的或分成塊面的。
7.如權利要求4所述的裝置(110)，其特徵在於設有一個或多個間隔物(118)以保持所述裝置(110)的所述基部(116)與所述表面(120)成隔開的關係。
8.如權利要求1所述的裝置(110)，其特徵在於所述封閉空間(123)基本上是液密形式。
9.一種用於根據權利要求1的光學輸入裝置(110)的殼體(112)，所述殼體(112)包括上殼和基板(116)，所述上殼和所述基板(116)可相互連接，以形成所述封閉空間(123)。
10.一種製造光學輸入裝置(110)的方法，所述光學輸入裝置(110)包括用於測量所述裝置(110)相對於表面(120)的運動的相對運動傳感器，所述方法包括在限定封閉空間(123)的殼體(112)內設制光學測量模塊(114)，所述光學測量模塊(114)包括具有雷射腔的至少一個雷射器(3)，所述雷射器(3)用於產生測量束(13)，所述殼體(112)包括基部(116)，所述基部(116)的至少一部分(124)包括所述測量束(13)能夠透過的材料，所述光學測量模塊(114)布置成使所述表面(120)由所述測量束(13)穿過所述透明材料(124)照明，且由所述表面(120)所反射的所述測量束輻射的至少一些再次進入所述雷射腔，所述光學測量模塊(114)還包括測量裝置(4)，所述測量裝置(4)用於測量由再次進入所述雷射腔的經過反射的測量束輻射的幹擾所引起的所述雷射腔的運行的變化以及所述雷射腔中的光波的變化，所述光學測量模塊(114)還包括提供表示所述這些變化的電信號的裝置，用於確定所述裝置(110)相對於所述表面(120)的運動。
全文摘要
一種光學輸入裝置(110)，如計算機滑鼠或類似的裝置，在這種裝置中，所稱的二極體雷射器中的自混合效應用於測量裝置(110)相對於表面(120)的相對運動。殼體(112)含有光學測量模塊(114)，光學測量模塊(114)包括雷射器(3)和檢測器(4)。殼體(112)完全封閉光學測量模塊(114)並包括基板(116)，基板(116)具有透明窗口(124)，表面(120)由測量束(13)穿過透明窗口(124)照明，且由表面(120)所反射的輻射可返回到雷射腔中。由於殼體(112)完全封閉，所以並不要求ESD屏蔽且這種裝置能夠製成液密形式。
文檔編號G06F3/033GK101080690SQ200580043286
公開日2007年11月28日 申請日期2005年12月12日 優先權日2004年12月16日
發明者A·L·韋傑斯, S·M·B·鮑默, R·杜弗, W·M·彌姆納格, M·F·C·謝曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司