專利名稱：集成傳感模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
集成傳感模塊技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種集成傳感模塊，更具體地，涉及一種具有耦合光學(xué)元件的集成傳感模塊。
背景技術(shù)：
[0002]目前，觸摸屏作為一種輸入裝置得到了很大的發(fā)展。觸摸屏允許使用者通過接觸具有被動式媒介的觸摸表面產(chǎn)生點位置數(shù)據(jù)。光學(xué)觸摸傳感技術(shù)是多種觸摸傳感技術(shù)中的一種，該技術(shù)采用光學(xué)傳感器來探測物體的存在和消失。對于觸摸傳感技術(shù)而言，除了光學(xué)觸摸傳感技術(shù)，還有多種其他觸摸傳感技術(shù)，例如電阻、表面聲波、電容和紅外傳感技術(shù)。在這些技術(shù)中，光學(xué)觸摸傳感技術(shù)是最適合應(yīng)用于大尺寸顯示的，例如將其應(yīng)用于液晶監(jiān)測器、平板顯示器和電子白板。同時，在光學(xué)觸摸傳感技術(shù)中，由于沒有使用覆蓋物，相比于其他傳感技術(shù)，其光學(xué)透過率高并且對外部沖擊具有很強的耐受性。[0003]然而，在光學(xué)觸摸傳感技術(shù)中，監(jiān)測器的體積通常是很龐大的。而邊框尺寸受到光學(xué)傳感模塊尺寸的限制，這對于系統(tǒng)或產(chǎn)品設(shè)計而言是最具決定性的尺寸。光學(xué)傳感模塊的尺寸是由探測所需的圖像傳感器和光源的視角來限定。其中有兩個光學(xué)傳感模塊位于有效觸摸區(qū)的兩個角落，該光學(xué)傳感模塊用于紅外照明和影像捕捉，這兩個光學(xué)傳感模塊應(yīng)該至少有90度的覆蓋范圍。[0004]如圖1所示，在現(xiàn)有的利用光學(xué)觸摸傳感技術(shù)的觸摸屏中，兩個傳感模塊位于有效觸摸區(qū)A的兩個不同的位置，例如相對的角落處，其中有效觸摸區(qū)A和觸摸屏邊緣間隔的寬度為邊界寬度a。在每個傳感模塊中主要包括兩個部分照明部分和影像捕捉器。對于照明部分，光束的角度等于或者大于90度，以使光束能覆蓋整個有效觸摸區(qū)域，并且圖像傳感器應(yīng)該也能夠捕捉等于或者大于90度視角范圍內(nèi)的圖像。[0005]在已有的技術(shù)中，光源和圖像傳感器會被各自地封裝。整個模塊的尺寸受到了這兩個關(guān)鍵部件的尺寸的限制。對于傳感模塊最關(guān)鍵的尺寸是它的厚度，它將限定監(jiān)測器的邊界厚度b，并且一旦邊界厚度b增加，監(jiān)測器將看起來很龐大。[0006]因此，對于目前的光學(xué)觸摸技術(shù)而言，急需一種能夠提供更緊湊的尺寸的傳感模塊。實用新型內(nèi)容[0007]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種具有緊湊尺寸的集成傳感模塊。[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種集成傳感模塊，其包括至少一個光源，用于向有效觸摸區(qū)發(fā)出光線；圖像傳感器；耦合光學(xué)元件，用于將有效觸摸區(qū)反射的光線成像到圖像傳感器上；其特征在于所述耦合光學(xué)元件包括用于照明的第一部分和用于成像的第二部分，所述至少一個光源發(fā)出的光線經(jīng)過所述第一部分照射至有效觸摸區(qū)，所述反射的光線經(jīng)過所述第二部分成像到圖像傳感器上。[0009]作為本實用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該集成傳感模塊還包括基板，所述圖像傳感器和所述光源位于所述基板上。作為本實用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該集成傳感模塊還包括機械外殼，所述基板和所述耦合光學(xué)元件與所述機械外殼結(jié)合。作為本實用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該集成傳感模塊中的所述至少一個光源位于所述圖像傳感器的上部或下部。作為本實用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該集成傳感模塊中的所述至少一個光源為兩個光源，所述第一部分的出射面具有對應(yīng)于每個光源的兩個區(qū)域，每個區(qū)域用于向有效接觸區(qū)提供至少45度的照明。作為本實用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該集成傳感模塊中的所述至少一個光源為分別位于所述圖像傳感器的兩側(cè)的兩個光源。作為本實用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該集成傳感模塊中的所述第一部分為兩個分開的、分別對應(yīng)于兩個光源的透鏡，并且每個透鏡的出射面僅有一個用于提供至少90度照明的單一區(qū)域。作為本實用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該集成傳感模塊中的所述至少一個光源為分別位于所述圖像傳感器的兩側(cè)的兩對光源。作為本實用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該集成傳感模塊中的所述第一部分為兩個分開的、分別對應(yīng)于兩對光源的透鏡，并且每個透鏡的出射面具有對應(yīng)于每對光源的兩個區(qū)域， 每個區(qū)域用于向有效接觸區(qū)提供至少45度的照明。作為本實用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，該集成傳感模塊中的所述出射面具有非對稱的輪廓。采用上述結(jié)構(gòu)的集成傳感模塊，由于耦合光學(xué)元件具有特殊的光學(xué)設(shè)計，可將圖像傳感器和光源封裝在同一個基板上，因而該集成傳感模塊具有非常緊湊的尺寸。相比于將圖像傳感器和光源分別封裝的傳統(tǒng)的設(shè)計，本實用新型能使裝置的尺寸更小。同時，該集成傳感模塊具有與耦合光學(xué)元件和基板結(jié)合的機械外殼，能夠更大地降噪以得到更加清晰的圖像。

附圖僅出于圖示的目的，然而，通過參考結(jié)合所附附圖進(jìn)行的下面的詳細(xì)描述，可以更好地理解本實用新型本身，其中圖1是現(xiàn)有的觸摸屏監(jiān)測器的平面示意圖；圖2是實施例一的集成傳感模塊中的具有光源和圖像傳感器的基板的平面示意圖；圖3是實施例一的集成傳感模塊用于觸摸屏的示意圖；圖4是實施例一的集成傳感模塊中的耦合光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是實施例一的集成傳感模塊中的耦合光學(xué)元件第二部分14b的成像光路圖；圖6是實施例一的集成傳感模塊中各部件的分解圖；圖7是實施例一的集成傳感模塊中的機械外殼的透視圖；圖8是實施例一的集成傳感模塊中的耦合光學(xué)元件和機械外殼結(jié)合后的透視圖；圖9是實施例一的集成傳感模塊中的各部件與機械外殼結(jié)合的透視圖；[0029]圖10是實施例二的集成傳感模塊中的具有光源和圖像傳感器的基板的平面示意圖；[0030]圖11是實施例二的集成傳感模塊用于觸摸屏的示意圖；[0031]圖12是實施例二的集成傳感模塊中的耦合光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)示意圖；[0032]圖13是實施例二的集成傳感模塊中的機械外殼的透視圖；[0033]圖14是實施例二的集成傳感模塊中的耦合光學(xué)元件和機械外殼結(jié)合后的透視圖；[0034]圖15是實施例三的集成傳感模塊中的具有光源和圖像傳感器的基板的平面示意圖；[0035]圖16是實施例三的集成傳感模塊用于觸摸屏的示意圖；以及[0036]圖17是實施例三的集成傳感模塊中的耦合光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0037]實施例一[0038]如圖2和圖3所示，在本實施例中，集成傳感模塊10中的圖像傳感器13和光源11 封裝在同一個基板12上，相比于將圖像傳感器和光源分別封裝的傳統(tǒng)的設(shè)計，這種設(shè)計能使整個模塊的尺寸更小。在這個實施例中，基板12是條帶形式的，并具有傳導(dǎo)圖案，其中圖像傳感器13和多個光源11封裝在傳導(dǎo)圖案上。光源11可在圖像傳感器13的上部或下部排列成沿著基板12縱向延伸的隊列。光源11可以是紅外發(fā)光二極管(IR LED)，在本實施例中，每個傳感模塊10中的光源是兩個頂LED，每個頂LED具有至少45度的光束角，因此，兩個頂LED可在等于或大于90度的范圍內(nèi)照射有效觸摸區(qū)A。圖像傳感器13是具有多個集成的內(nèi)嵌光接收元件的半導(dǎo)體裝置?；诮邮盏降墓猓瑘D像傳感器13產(chǎn)生對應(yīng)于光的接收量的輸出級的成像信號。[0039]如圖4所示，集成傳感模塊10中的耦合光學(xué)元件設(shè)計為能夠同時用于光傳輸和成像捕捉。耦合光學(xué)元件具有用于照明的第一部分14a(即，照明透鏡)和用于成像的第二部分14b(即，成像透鏡)。照明透鏡可由透明塑料制成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)。第一部分Ha用于照明，可獲得至少90度的光束角。第一部分1 將基板 12上的光源11發(fā)出的光傳輸?shù)酵獠恳杂糜谡丈溆行в|摸區(qū)A。從光源11發(fā)出的光將通過位于第一部分14a的入射面14aa進(jìn)入透鏡(見圖4中的箭頭1)，隨后光在照明透鏡內(nèi)部傳輸。當(dāng)光以大于臨界角的角度入射到傾斜面14ab時，該光束會被完全地反射。傾斜面 14ab可以是平面或曲面，傾斜面14ab的每個傾斜角被定義為允許入射光被全反射。光束經(jīng)過第一部分Ha后沿箭頭2的方向從出射面14ac射出，照明透鏡的出射面14ac被設(shè)計成用于多區(qū)域的光束整形，該出射面14ac能夠耦合多個光源。區(qū)域的個數(shù)是由光源的數(shù)量決定的。在這個實施例中，由于包括兩個光源11，因此出射面14ac被劃分成兩個區(qū)域。每個區(qū)域?qū)⑻峁┲辽?5度的照明，使得從光源11發(fā)出的光能完全被利用。為了改進(jìn)光學(xué)效率， 出射面14ac可以是在垂直和水平方向非對稱的凸面、透鏡輪廓，從而實現(xiàn)非對稱的光束形狀。從而，光束以線形或矩形沿縱向延伸照射至有效觸摸區(qū)A。這種設(shè)計減少了垂直方向的光損耗，從而改進(jìn)了總的光輸出效率。[0040]當(dāng)物體(例如手指或鋼筆)放在有效觸摸區(qū)A中時，光線被阻擋。被阻擋的光線將不通過成像透鏡14b (即耦合透鏡的第二部分)，隨后被阻擋的光束將被圖像傳感器13捕捉。未被阻擋的反射回來的光線沿箭頭3的方向射向第二部分14b，經(jīng)過第二部分14b的光線沿箭頭4射向傳感器，圖像傳感器13能夠產(chǎn)生具有對應(yīng)于光的反射量的輸出級的成像信號。如圖5所示，成像透鏡14b被設(shè)計成具有至少90度的視場角，使得其能夠捕捉覆蓋整個有效觸摸區(qū)A的圖像。只要能夠?qū)崿F(xiàn)最小的成像畸變，成像透鏡14b的輪廓可以是對稱的也可以是不對稱的。圖6示出了集成傳感模塊10的分解圖，該集成傳感模塊10包括位于基板12上的圖像傳感器13和至少一個光源11、耦合光學(xué)元件14和機械外殼15。圖7示出了機械外殼的透視圖，該外殼15可由不透明的塑料形成，其中外殼15的前側(cè)和后側(cè)具有開口。在內(nèi)部空間中，來自光源或外部環(huán)境的光可以到達(dá)圖像傳感器。由此，圖像傳感器可以被來自外部的各種彌散的光線輻射。而在本實施例中，耦合光學(xué)元件14通過包覆成型或嵌入成型與機械外殼15結(jié)合，圖8示出了將耦合光學(xué)元件14和機械外殼15合并的透視圖。機械外殼15 的內(nèi)壁起到了在耦合光學(xué)元件的第一部分Ha和第二部分14b之間提供的光束屏蔽層的作用。由于外殼15由不透明的塑料形成，其能防止來自光源11進(jìn)入成像透鏡14b的內(nèi)部空間的光線泄露，同時也可以防止外部光線穿過成像透鏡14b到達(dá)圖像傳感器13。因此，能夠獲得降噪后的清晰圖像。圖9示出了將位于基板12上的光源11和圖像傳感器13、耦合光學(xué)元件14與機械外殼15結(jié)合的透視圖，其中上述的基板12容納在外殼15的背部。圖像傳感器13和光源 11位于機械外殼15的內(nèi)部空間。耦合光學(xué)元件14與機械外殼15的合并大大簡化了調(diào)準(zhǔn)和組裝。因此，可大大地降低整個生產(chǎn)的成本。同時，將光學(xué)和機械部件組合的單一結(jié)構(gòu)能夠同時滿足所有觸摸傳感應(yīng)用的技術(shù)要求(如，亮度、紅外泄露、成像捕捉)。實施例二如圖10-12所示，實施例二是對實施例一的進(jìn)一步改進(jìn)，不同的是，在實施例二中，在圖像傳感器23的每一側(cè)排布有至少一個光源21。這種配置可獲得最小尺寸的封裝。在集成傳感模塊20中，耦合光學(xué)元件的第一部分即照明透鏡)具有對應(yīng)于每個光源21的用于光束整形的相應(yīng)部分，如圖12所述，當(dāng)每一側(cè)僅僅具有一個光源時，照明透鏡2 是分開的、分別對應(yīng)于兩個光源21的兩個透鏡，并且每個透鏡的出射面僅有一個用于提供至少90度照明的單一區(qū)域。每個透鏡的出射面具有非對稱的輪廓。耦合光學(xué)元件的第二部分24b與實施例一中的相同，均設(shè)計成用于成像捕捉的成像透鏡。圖13示出了實施例二的機械外殼25的透視圖，圖14示出了將耦合光學(xué)元件和機械外殼結(jié)合后的透視圖。用于實施例二的機械外殼25具有更薄的尺寸，將該集成傳感模塊 20用于觸摸屏?xí)r，能夠使邊界厚度更小。實施例三實施例三是對實施例二的進(jìn)一步改進(jìn)，不同的是，在圖像傳感器33的兩側(cè)排布有不止一個的光源31，如圖15所示，每側(cè)具有兩個光源31。圖16示出了本實施例中的集成傳感模塊30位于顯示屏的兩個對角的示意圖。如圖17所示，對于每側(cè)的一對光源，耦合光學(xué)元件的第一部分34a(即照明透鏡)具有兩個分別對應(yīng)于每對光源的用于光束整形的相應(yīng)部分。如果每一側(cè)包括兩個光源，照明透鏡3 就是分開的、分別對應(yīng)于兩對光源31的兩個透鏡，并且每個透鏡的出射面將被分成2個區(qū)域，即該實施例中的第一部分3 具有實施例一中的兩個第一部分14a。隨后每個區(qū)域?qū)⑻峁┲辽?5度的照明，使得從光源輸出的光線能完全被利用。照明透鏡3 的出射面是非對稱的輪廓。耦合光學(xué)元件的第二部分34b與前兩個實施中的相同，均被設(shè)計為用于成像捕捉的成像透鏡。[0050] 盡管上述描述了本實用新型的多種具體實施方式
，但本實用新型并不限于此。在不脫離本實用新型精神和實質(zhì)的前提下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)員可以對本實用新型進(jìn)行各種等效的變形和改動，而這些變形與改動都在本實用新型保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種集成傳感模塊，其包括至少一個光源，用于向有效觸摸區(qū)發(fā)出光線；圖像傳感器；耦合光學(xué)元件，用于將有效觸摸區(qū)反射的光線成像到圖像傳感器上；其特征在于所述耦合光學(xué)元件包括用于照明的第一部分和用于成像的第二部分，所述至少一個光源發(fā)出的光線經(jīng)過所述第一部分照射至有效觸摸區(qū)，所述反射的光線經(jīng)過所述第二部分成像到圖像傳感器上。
2.如權(quán)利要求1所述的集成傳感模塊，其特征在于該集成傳感模塊還包括基板，所述圖像傳感器和所述光源位于所述基板上。
3.如權(quán)利要求2所述的集成傳感模塊，其特征在于該集成傳感模塊還包括機械外殼， 所述基板和所述耦合光學(xué)元件與所述機械外殼結(jié)合。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的集成傳感模塊，其特征在于所述至少一個光源位于所述圖像傳感器的上部或下部。
5.如權(quán)利要求4所述的集成傳感模塊，其特征在于所述至少一個光源為兩個光源，所述第一部分的出射面具有對應(yīng)于每個光源的兩個區(qū)域，每個區(qū)域用于向有效接觸區(qū)提供至少45度的照明。
6.如權(quán)利要求1-3任一項所述的集成傳感模塊，其特征在于所述至少一個光源為分別位于所述圖像傳感器的兩側(cè)的兩個光源。
7.如權(quán)利要求6所述的集成傳感模塊，其特征在于所述第一部分為兩個分開的、分別對應(yīng)于兩個光源的透鏡，并且每個透鏡的出射面僅有一個用于提供至少90度照明的單一區(qū)域。
8.如權(quán)利要求1-3任一項所述的集成傳感模塊，其特征在于所述至少一個光源為分別位于所述圖像傳感器的兩側(cè)的兩對光源。
9.如權(quán)利要求8所述的集成傳感模塊，其特征在于所述第一部分為兩個分開的、分別對應(yīng)于兩對光源的透鏡，并且每個透鏡的出射面具有對應(yīng)于每對光源的兩個區(qū)域，每個區(qū)域用于向有效接觸區(qū)提供至少45度的照明。
10.如權(quán)利要求5或7或9所述的集成傳感模塊，其特征在于所述出射面具有非對稱的輪廓。
專利摘要本實用新型涉及一種集成傳感模塊，其包括至少一個光源，用于向有效觸摸區(qū)發(fā)出光線；圖像傳感器；耦合光學(xué)元件，用于將有效觸摸區(qū)反射的光線成像到圖像傳感器上；其特征在于所述耦合光學(xué)元件包括用于照明的第一部分和用于成像的第二部分，所述至少一個光源發(fā)出的光線經(jīng)過所述第一部分照射至有效觸摸區(qū)，所述反射的光線經(jīng)過所述第二部分成像到圖像傳感器上。本實用新型的集成傳感模塊由于具有經(jīng)過特殊光學(xué)設(shè)計的耦合光學(xué)元件，因此該模塊具有更加緊湊的尺寸。
文檔編號G06F3/042GK202275384SQ201120334309
公開日2012年6月13日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者劉穎, 朱秀玲, 湯偉平, 蔡振榮, 霍露明 申請人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司