具有电容式传感器的光学导航模块制造技术

本发明专利技术提供了光学导航模块及其操作方法，所述光学导航模块用于感测所述光学导航模块和跟踪表面之间的相对移动。在一个实施例中，所述光学导航模块包括：(i)光源，用于照射表面的至少一部分，所述光学导航模块相对于所述表面移动；(ii)集成电路(IC)，包括光电检测器阵列(PDA)以及信号处理器，所述光电检测器阵列用于检测从所述表面传播到所述PDA上的光图案，所述信号处理器用于将传播到所述PDA上的光图案中的变化转换为表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据；以及(iii)衬底，在所述衬底上安装所述光源和IC，所述衬底在所述表面和所述PDA之间的光路径中包括小孔。还公开了其他的实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有电容式传感器的光学导航模块相关申请本申请基于35U.S.C119(e)要求于2011年6月28日提交的美国临时专利申请No.61/502,298以及于2011年6月16日提交的美国临时专利申请No.61/497,939的优先权，通过引用将上述两个申请并入本申请中。
本公开总体涉及光学导航模块，并且更为具体地，涉及光学手指导航模块以及用于操作该光学手指导航模块的方法。
技术介绍
比如个人计算机、平板计算机、娱乐系统、游戏控制台以及蜂窝电话之类的数据处理系统通常包括用于数据输入和/或光标移动的光学导航传感器或模块。光学导航模块通常包括光源以及比如电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)成像阵列或梳状阵列之类的传感器，所述光源用于照射跟踪表面，以及所述传感器用于捕获从所述表面反射回的光中的图像或信号。在与所述传感器耦合的信号处理器中实现的跟踪程序分析连续的图像或样本，以确定所述光学导航模块相对于所述表面的位移。因为光学导航模块仅仅在将所述传感器与所述跟踪表面分隔开额定设计高度附近的窄范围内工作良好，所以当所述光学导航模块与跟踪表面分隔开多于最大抬升高度时，必须进行抬升检测。先前的光学导航模块依赖于基于图像散焦、光学信号强度损耗或者这两者进行的光学抬升检测机制。尽管这通常工作良好，但是一个问题在于每个使用所述光学导航模块的新设备要求新的机械和/或光学设计，以及要求对所述光学导航模块进行精细调谐。此外，改变所述最大抬升高度通常要求新的机械和/或光学设计。最后，用于实现这种抬升截止(liftcutoff)机制的光学设计通常要求精确的设计和制造工艺，从而增加了所述光学导航模块的成本。
技术实现思路
光学导航模块和方法被提供来在输入设备中用来感测所述光学导航模块和跟踪表面之间的相对运动。根据本专利技术的一个方面，所述光学导航模块包括：(i)光源，用于照射表面的至少一部分，所述光学导航模块相对于所述表面移动；(ii)集成电路(IC)，包括光电检测器阵列(PDA)以及信号处理器，所述光电检测器阵列用于检测从所述表面传播到所述PDA上的光图案，所述信号处理器用于将传播到所述PDA上的光图案中的变化转换为表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据；以及(iii)衬底，在所述衬底上安装所述光源和IC，所述衬底在所述表面和所述PDA之间的光路径中包括小孔(aperture)。根据本专利技术的另一方面，所述光学导航模块是光学手指导航(OFN)模块，并且包括电容式传感器，用于检测所述手指的表面或其他表面与所述OFN模块分隔开的抬升高度，以及用于当所述抬升高度超过最大抬升高度时，截止或中断表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据。或者，所述电容式传感器被配置为将所述OFN模块从第一操作模式切换到第二操作模式，在所述第一操作模式中，跟踪所述手指的移动，以及在所述第二操作模式中，所述OFN模块中的光学传感器作为环境光检测器操作。根据本专利技术的另一方面，提供一种输入设备，包括所述光学导航模块，其中，所述输入设备被配置为与个人计算机(PC)、平板PC或手持电子设备一起使用。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于操作光学导航模块的方法，包括：利用所述光学导航模块中的光源，照射表面的至少一部分，所述光学导航模块相对于所述表面移动；检测从所述表面传播到所述光学导航模块的集成电路(IC)中的光电检测器阵列(PDA)上的光图案；以及利用所述IC中的信号处理器将传播到所述PDA上的光图案中的变化转换为表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据，其中，所述光源和IC被安装到包括小孔的电路板上，以及其中检测从所述表面传播到所述PDA上的光图案包括检测通过所述小孔从所述表面传播到所述PDA上的光图案。根据本专利技术的另一方面，提供一种光学导航模块，包括：光源，用于照射表面的至少一部分，所述光学导航模块相对于所述表面移动；集成电路(IC)，包括光电检测器阵列(PDA)，所述光电检测器阵列用于检测从所述表面传播到所述PDA上的光图案；信号处理器，用于将传播到所述PDA上的光图案中的变化转换为表示所述光学导航模块相对于所述表面的移动的数据；以及在所述IC上叠置且附接到所述IC上的衬底，其中，所述衬底包括光学不透明的材料，并且所述衬底被图案化来在所述表面和所述PDA之间的光路径中形成小孔。附图说明在结合附图和所附权利要求阅读下述详细描述后，光学导航模块以及它的操作方法的这些和各种其他特征将是显而易见的，在附图中：图1A例示了在附接到窗口的衬底上的具有电容式传感器和小孔的光学手指导航(OFN)模块的实施例的方框图；图1B例示了图1A中的衬底的顶视图；图1C例示了具有控制器的图1A中的电容式传感器的实施例的方框图；图2例示了在形成在光电检测器阵列(PDA)上方的集成电路上或附接到该集成电路的衬底上的具有电容式传感器和小孔的OFN模块的另一实施例的方框图；图3例示了与图1A和2中的OFN一起使用的窗口的一部分的剖面图的实施例；图4是用于操作具有电容式传感器的OFN模块的方法的实施例的流程图；图5例示了从光学粗糙表面返回的光中的斑点图案；图6例示了在根据本公开的实施例的OFN中使用的基于斑点的线性或一维(1D)梳状阵列的方框示意图；图7A和7B例示了在根据本公开的实施例的OFN中使用的二维(2D)梳状阵列的方框示意图；图8例示了集成到个人计算机(PC)或工作站的键盘中的根据本公开的OFN的实施例；图9例示了集成到平板PC中的根据本公开的OFN的实施例；和图10例示了集成到蜂窝电话或手持电子设备中的根据本公开的OFN的实施例。所述附图仅仅是示意，并且是非限制性的。为了例示，在附图中，一些元件的尺寸可能被放大，并且没有按照比例绘出。所述尺寸以及所述相对尺寸可能不对应于本专利技术的实践中的实际减小。为了清楚，在下面的描述中，已经省略了输入设备及其操作方法中的广为公知的以及与本装置和方法无关的许多细节，特别是按钮、按键和光学导航传感器。具体实施方式在一个实施例中，如图1A中所示，所述光学导航模块包括光学手指导航(OFN)模块102，用于感测跟踪表面104(比如，手指、触控笔、手掌或其他合适的物体的表面)在所述OFN模块的光学透明窗口106上方的移动。所述OFN模块102可以检测手势(gesture)，比如敲打或双次敲打所述窗口106，以及所述跟踪表面和所述OFN模块之间的相对移动。参见图1A，所述OFN模块102包括衬底108，比如安装有照明装置或光源110以及传感器集成电路(IC)112之类的电路板或印刷电路板(PCB)，所述照明装置或光源110比如是发光二极管(LED)、激光器或VCSEL。所述IC112的组件包括比如光电二极管阵列之类的光电检测器或光电检测器阵列(PDA)114、比如模拟放大器、差分放大器和比较器之类的前端电子器件116以及信号处理电路或信号处理器118，所述信号处理电路或信号处理器118用于将从所述跟踪表面104传播到所述PDA上的光图案中的变化转换为移动数据。利用传播，它意味着从跟踪表面104到所述PDA114的光传输或光移动是来自所述跟踪表面的光的散射或反射的结果。所述衬底108还包括位于所述跟踪表面104和所述PDA114之间的光路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.16 US 61/497,939;2011.06.28 US 61/502,2981.一种光学导航模块，包括：光源，用于照射手指的表面的至少一部分，所述光学导航模块相对于所述手指的所述表面移动；集成电路，包括光电检测器阵列以及信号处理器，所述光电检测器阵列用于检测从所述手指的所述表面传播到所述光电检测器阵列上的光图案，所述信号处理器用于将传播到所述光电检测器阵列上的光图案中的变化转换为表示所述光学导航模块相对于所述手指的所述表面的移动的数据；电路板，在所述电路板上安装所述光源和集成电路，所述电路板在所述手指的所述表面和所述光电检测器阵列之间的光路径中包括小孔；在所述电路板上的电容式传感器，所述电容式传感器被配置为检测所述手指的所述表面和所述光学导航模块之间的抬升高度，所述集成电路和所述光电检测器阵列还被配置为当所述抬升高度超过最大抬升高度时检测环境光；以及电耦合到所述电容式传感器、所述集成电路和所述光电检测器阵列的控制器，所述控制器被配置为从第一操作模式切换至第二操作模式，其中所述第一操作模式中断表示所述光学导航模块相对于所述手指的所述表面的移动的数据，并且当所述抬升高度超过最大抬升高度时，所述第二操作模式使能通过所述集成电路和所述光电检测器阵列对环境光的测量和报告。2.如权利要求1所述的光学导航模块，其中利用所述集成电路和所述电路板上的焊盘之间的焊料，将所述集成电路倒装安装到所述电路板上。3.如权利要求2所述的光学导航模块，其中所述控制器可被编程来指定所述最大抬升高度。4.如权利要求3所述的光学导航模块，还包括：窗口，所述窗口包括第一表面和第二表面，所述手指的表面在所述第一表面上方移动，以及所述电路板附接到所述窗口的第二表面，以及其中所述窗口位于所述手指的所述表面和所述光电检测器阵列之间的光路径中。5.如权利要求4所述的光学导航模块，其中，在与所述集成电路的公共侧，所述光源被倒装安装到所述电路板上，并且与所述窗口相对，以及其中所述光源通过所述光源和所述手指的所述表面之间的光路径中的开口，照射所述手指的所述表面，所述光学导航模块相对于所述手指的所述表面移动。6.如权利要求1所述的光学导航模块，其中，所述光学导航模块在所述手指的所述表面和所述光电检测器阵列之间的所述光路径中不包括光学有源元件。7.一种输入设备，包括如权利要求4所述的光学导航模块，其中，所述输入设备被配置为与个人计算机、平板个人计算机或手持电子设备一起使用。8.一种用于操作光学导航模块的方法，包括：利用所述光学导航模块中的光源，照射表面的至少一部分，所述光学导航模块相对于所述表面移动；检测从所述表面传播到所述光学导航模块的集成电路中的光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆静惠，布雷特·史布尔拉克，徐扬森，布莱安·托杜洛夫，约翰·佛瑞姆，
申请(专利权)人：赛普拉斯半导体公司，
类型：
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