[发明专利]光学导航设备

说明书

发明领域

本发明涉及适合于移动电子设备的光学导航设备，移动电子设备例如是移动通信设备、个人数据助理、个人音乐播放器等，光学导航设备通过在其表面上移动有时被称为手指鼠标的物体来操作。

背景

现今的移动或计算机设备使用各种不同的导航机构，包括轨迹球设备、多点击操纵杆和基于电容的触摸板。然而，存在与这些的每个相关的问题。轨迹球和操纵杆可能是不可靠的，且实现起来相对地昂贵。此外，如果手指被例如手套覆盖，基于电容的触摸板不能令人满意地操作，以及它们的尺寸相对于设备例如移动电话和PDA可能大。

通过比较区域图像的连续帧来以与光学鼠标相同的原理操作的光学导航设备也是已知的。然而，传统的设备使用LED光源，其需要准直和成像光学器件，这增加了设备的厚度。

因此存在提供具有与现有设备相比减少的厚度并以安全的方式操作的光学导航设备的需要。此外，这样的设备可以用简单的方式和以低的零件计数被制造是合乎需要的。

发明概述

本公开的第一方面包括光学导航设备，其包括：图像传感器，其具有成像表面；激光器；以及光波导层，其具有暴露的用户表面和在暴露的用户表面下侧上的全内反射(TIR)表面，其中波导层、激光器和图像传感器被一起布置成至少部分地经由TIR表面通过全内反射将由激光器发射的辐射射到成像表面上。

激光辐射被包含在光学导航设备内(主要在波导层内)，除非物体(例如，人的手指)接触暴露的用户表面以抑制在TIR表面的全内反射。在这种情况下，一些激光辐射将从设备逸出，但将被接触暴露的用户表面的物体吸收(一些辐射随后被散射回到波导层中)。因此，无论物体是否接触暴露的用户表面，都不会有辐射从设备逸出使得它将对用户的眼睛造成伤害的风险。设备因此本质上是安全的，与连续地发射相干激光辐射(可能在用户的眼睛的方向上)的光学导航设备相反。

在一种实施方式中，光学波导层还包括第一内表面，其适合于反射由激光器发射到TIR表面的辐射。另外地或可选地，光波导层优选地还包括第二内表面，其适合于将由TIR表面反射的辐射反射到成像表面。在这两种情况下，内表面优选地适合于全内反射激光辐射。然而，在这是不可能的(例如，由于波导层的几何结构)场合，涂层(例如，铝)可被涂敷到第一和/或第二内表面以使它们更有反射性。一般，第一和第二内表面相对于入射在其上的辐射的主光轴成角度。

作为对提供适合于将由激光器发射的辐射反射到TIR表面的第一内表面的可选方案，波导层可适合于将由激光器发射的辐射折射到TIR表面。

在一种实施方式中，第一透镜被设置在激光器上方，第一透镜被配置成实质上使由激光器发射的辐射准直。通过使激光辐射准直，实现激光辐射对TIR表面的更均匀的照明。这导致导航设备的更好的性能。

另外地或可选地，第二透镜可设置在第一透镜和激光器之间，第二透镜被配置成扩大由激光器发射的辐射光束的直径。第二透镜可被安装在激光器的上表面上。

在第一和第二透镜都被设置的情况下，一间隙优选地设置在第一和第二透镜之间。这提供辐射光束在穿过第二透镜之后在其由第一透镜准直之前扩展的空间。

第二透镜优选地正好位于第一透镜之下(在它们之间有或没有间隙)。此外，第一和第二透镜的主光轴优选地是平行的。在一种实施方式中，第一和第二透镜的主光轴是共线的。

优选地，第一和/或第二透镜的主光轴实质上平行于由激光器发射的辐射光束的主光轴。

第一透镜可与波导层分开形成，但更优选地，第一透镜与波导层整体地形成以最小化导航设备的厚度。

优选地，第一透镜是菲涅耳透镜。菲涅耳透镜一般薄于具有相同的孔径和焦距的更传统的透镜。因此，通过使用菲涅耳透镜来代替传统的透镜，设备的厚度可被最小化，同时保持准直的益处(见上文)

一般，设备的激光器和图像传感器容纳在单传感器组件的分开的隔间内。这防止在传感器外罩内、在辐射没有首先通过TIR表面被反射的情况下，从激光器到图像传感器的辐射的任何不想要的内部传播。

使用激光器，而不是例如发光二极管(LED)，因为所发射的辐射更加相干，即，虽然由激光器发射的光子可能是发散的，但它们在实质上相同的方向上被发射。因此，通过受抑TIR的光束的任何修改可在不需要成像光学器件的情况下在沿该光束的任何点处被观察到。没有成像光学器件也意味着光学导航设备的装配过程不需要如此精确地被规定公差，即，装配变得更容易。