CN102236479A - 用于光学手指导航的背光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于光学手指导航的背光装置。一种光学手指导航(OFN)装置包括OFN传感器模块、光源和垂直光引导件。OFN传感器模块连接到电路衬底。OFN传感器模块响应于在导航表面处基于从用户的手指反射的光而检测到的移动来产生导航信号。光源也连接到电路衬底。光源被构造产生光(其与对于OFN传感器模块产生的光分离)。垂直光引导件被设置为围绕OFN传感器模块的周界。垂直光引导件从光源接收光并将光朝向在围绕导航表面的周界表面区域处的光发射表面引导。
Description
技术领域
本发明涉及用于光学手指导航的背光装置。
背景技术
光学手指导航(OFN)的令人印象深刻的特征是将这种装置无缝集成在消费电子设备中的能力。OFN装置对于其他类型的导航输入装置具有许多优势。例如，OFN装置不具有机械、移动部件。因此不用担心机械故障。根据用于对用户的手指进行成像的传感器的分辨率，OFN装置也可以非常精密。
然而，尽管存在这些优点，但是已经认识到OFN装置的一些实施方式可以被集成得如此好，以至于用户不能识别OFN装置的位置。例如，用于光学手指导航装置的接触导航表面可以被装饰为看起来与周围的装饰(即，黑色塑料等)相同或者非常相似。因此，用户可能难以识别OFN装置相对于具有类似装饰的周围组件的位置。
发明内容
描述了光学手指导航(OFN)装置的实施例。在一个实施例中，OFN装置包括OFN传感器模块、光源和垂直光引导件。
也描述了光引导组件的实施例。在一个实施例中，光引导组件被构造为与OFN装置一同使用，其中OFN装置相应于基于从用户的手指反射的光而在导航表面处检测到的移动来产生导航信号。光引导组件的实施例包括壳体和垂直光引导件。壳体包括由基本不透明材料制成的垂直壁。壳体限定了具有足以容纳OFN传感器模块的尺寸的内部空间。壳体也也限定了导航窗口，其在OFN传感器模块的传感器阵列位置与导航表面之间对准。垂直光引导件包括由基本透光(translucent)的材料制成的垂直壁。垂直光引导件将光从大致位于垂直光引导件的基部的光源朝向围绕由壳体限定的导航窗口的至少一部分的光发射表面引导。也描述了光引导组件的其他实施例。
也描述了一种计算装置的实施例。在一个实施例中，计算装置是手持移动电话或移动计算装置。计算装置的实施例包括屏幕、OFN装置和效果照明设备。屏幕提供图形图像的可视显示。OFN装置在导航表面处基于从用户的手指反射的光而检测用户输入，以控制屏幕上的图形图像的至少一部分。效果照明设备被设置为围绕OFN装置的导航表面。效果照明设备在不与OFN装置的功能干涉的情况下相对于屏幕提供OFN装置的导航表面的位置的可视标识。也描述了计算装置的其他实施例。例如，在一些实施例中，OFN装置仅通过控制屏幕上的图形来提供对于用户的可视反馈。
通过以示例方式示出了本发明的原理的以下描述并结合附图，本发明的实施例的其他方面和优点将会变得清楚。
附图说明
图1示出了具有光学手指导航(OFN)装置的消费电子装置的实施例的示意图。
图2示出了图1的OFN装置的一个实施例的分解立体图。
图3示出了图1的OFN装置的组装实施例的截面图。
图4示出了图1的OFN装置的另一个实施例的分解立体图。
图5示出了图1的OFN装置的另一个实施例的分解立体图。
图6示出了图5的光管的一个实施例的立体图。
图7示出了图5的垂直光引导件和光管的另一个实施例的立体图。
图8示出了图5的垂直光引导件的另一个实施例的立体图。
图9示出了垂直光引导件的另一个实施例的仰视立体图。
图10示出了图9的OFN装置和垂直光引导件的另一个实施例的截面图。
图11示出了图1的电子装置的一个实施例的示意性框图。
图12示出了OFN装置的光源、壳体和垂直光引导件的另一个实施例的分解立体图。
图13示出了图12的OFN装置的另一个立体图。
图14示出了图12的OFN装置的截面图。
图15示出了图12的OFN装置的垂直光引导件的截面图。
通过这种描述，相似的附图标记被用来表示相似的元件。
具体实施方式
容易明白这里描述的以及在附图中示出的实施例的组件可以以各种不同的构造配置并设计。因此，以下如附图所示的各种实施例的更详细的描述不是为了限制本公开的范围，而仅仅是各种实施例的描述。虽然在附图中示出了实施例的各个方面，但是除非特别说明之外，附图不一定是照比例绘制的。
本发明可以被实施为其他具体的形式，而不背离其精神或核心特征。所描述的实施例在全部方面被认为是示意性的并且不是限制性的。因此，本发明的范围由权利要求所指出而不是由详细描述所指出。在权利要求的等价物的含义和范围内的全部变化都被包含在其范围内。
在本说明书中所提到的特征、优点或类似语言并不暗示可以利用本发明实现的特征和优点在或应当在本发明的仅一个实施例中。提到特征和优点的语言被理解为意味着结合实施例描述的具体特征、优点或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在说明书中，特征和优点的讨论以及类似语言可以(但是不一定)指相同的实施例。
此外，所描述的本发明的特征、优点和特性可以被以任何合适的方式结合到一个或多个实施例中。相关领域的技术人员将会认识到可以在不具有特定实施例的一个或多个具体特征或优点的状态下实施本发明。在其他情况下，在特定实施例中可以认识到的附加特征和优点可以不存在于本发明的全部实施例中。
在本说明书中所提到的“一个实施例”、“实施例”或类似语言意味着在这里结合所指出的实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在说明书中的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可以(但是不一定)全部指的是相同的实施例。
虽然这里描述了许多实施例，所描述的实施例的至少一部分涉及包括一个或多个特征的光学手指导航(OFN)装置，以帮助用户识别OFN装置相对于周围的组件和/或表面装饰的位置。OFN装置大体上包括至少部分地围绕相应OFN传感器模块的导航窗口(例如，接触表面)的光特征。在使用OFN装置的期间，光特征发光以将OFN装置的位置示出给用户。此外，光特征可以在预料到用户交互(例如在从睡眠模式唤醒)之前、在实际用户交互之后或者在另一个时候照明。
在具体实施例中，OFN装置包括OFN传感器模块、光传感器和垂直光引导件。OFN传感器模块(直接或间接)连接到电路衬底。OFN传感器模块响应于基于从用户的手指反射的光而在导航表面处检测到的运动来产生导航信号。光源也被(直接或间接)连接到电路衬底。光源产生光(与对于OFN传感器模块产生的光分离)。垂直光引导件被设置为围绕OFN传感器模块的周界。垂直光引导件接收来自光源的光并且将光朝向在围绕导航表面的周界表面区域处的光发射表面引导。
图1示出了具有光学手指导航(OFN)装置102的消费电子装置100的一个实施例的示意图。消费电子装置100可以是任何类型的电子装置，诸如移动电话、个人数字助理(PDA)以及膝上或笔记本电脑等。虽然未示出，OFN装置102的实施例也可以结合到非消费电子装置中。此外，一些装置可以包括多个OFN装置102或者其他数量或构造的OFN装置102。
除了OFN装置102之外，所示电子装置100包括显示屏104和键盘106。传统类型的屏幕104和键盘106和它们相应的用途在本领域中是公知的，并且因此在这里不再详细地描述。虽然电子装置100被示出并描述为具有特定的组件和功能，但是电子装置100的其他实施例可以包括更少或更多的组件以实施更少或更多的功能。
在一个实施例中，OFN装置102包括导航窗口108，用户的手指在该窗口处由图像传感器(参照图11)成像或者以其他方式检测。导航窗口108大体上对应于在图像传感器的视野内的表面区域。
OFN装置102也包括围绕或包围导航窗口108的效果照明设备110(即，光特征(light feature))。在一些实施例中，效果照明设备110直接与导航窗口108相邻或围绕导航窗口108。然而，在其它实施例中，效果照明设备110不需要一定与导航窗口108直接相邻，而是仅位于导航窗口108的邻近区域内，使得用户可以识别导航窗口108的位置。此外，在一些实施例中，效果照明设备110不一定完全围绕导航窗口108。在其它实施例中，效果照明设备110可以包括可以布置在一起的多个发光部分。例如，效果照明设备110可以包括置于导航窗口108与键盘106(或显示器104)之间的两个发光的、平行线。在另一个示例中，多个发光部分可以相对于导航窗口108分离地定位。例如，一个发光部分可以位于导航窗口108的一侧，并且另一个发光部分可以位于导航窗口108的另一侧。其他的实施例可以实施各种数量和/或配置的效果照明设备110的发光部分。
也应当注意，在特定实施例中，效果照明设备110不与OFN传感器的功能相干涉。更具体地，效果照明设备110的实施例被设计并实施为提供位置识别照明，而不在导航表面上提供大量照明。以此方式，OFN传感器可以以已知的方式工作，而不需要顾及来自附近的效果照明设备110的杂散光而进行修改。
图2示出了图1的OFN装置102的一个实施例的分解立体图。所示出的OFN装置102包括连接到衬底116的OFN传感器模块112和一个或多个光源114。衬底可以是任何类型的合适衬底，诸如印刷电路板(PCB)、柔性或硬柔性的衬底等。OFN装置102也(在这种情况下，在衬底116的背面)包括与OFN传感器模块112对准的机械开关装置118(诸如金属穹顶开关)。OFN装置102也包括垂直光引导件120、内部壳体122、一个或多个过渡光引导件124和导航板126。
在下文中参照图11提供OFN传感器模块112的具体实施例的详细描述。大体上，OFN传感器模块112响应于用户的手指在导航板126上的移动来操作以产生导航信号。OFN传感器模块112使用由与用于垂直光引导件120的光源114不同的一个或多个内部光源(参照图11)产生的光。可以从2009年5月12日递交的题为“Composite Package for OFN”的美国专利申请No.12/464,542中获得关于OFN传感器模块112更多的信息，通过引用将其全部结合在这里。
在一个实施例中，用于垂直光引导件120的每个光源114是发光二极管(LED)。在具体实施例中，光源114是侧发射(side-firing)或侧发光的LED。其他实施例可以使用其它类型的LED(参照剩余附图)或其他类型的光源。虽然如图2示出了两个分离光源114，但是其他实施例可以使用更少或更多的光源。例如，一些实施例使用单个光源114。其他实施例使用设置在OFN传感器模块112的每个角部的光源114。
在图示实施例中，每个光源114将光发射到光源114之间的过渡光引导件124中，该引导件设置在(或连接到)衬底上。大体上，过渡光引导件124有助于使得光从光源114传播到垂直光引导件120。在一些实施例中，OFN装置102也包括设置在过渡光引导件124与衬底116之间的反射涂层或物质(例如，白色涂层)，以帮助增加传播到垂直光引导件120中的光。在具体实施例中，过渡光引导件124包括导光膜(LGF)以产生均匀背光照明效果。LGF从光源114接收光并且将光沿着LGF的顶表面(在垂直光引导件120附近)分配。可以利用双面胶或其它类型的粘合剂或连接器将LGF连接到衬底116。双面胶或类似粘合剂材料的使用可以有助于为了组装目的而将壳体122和/或垂直光引导件120连接到衬底116。在另一个实施例中，塑料光管也可以被用来产生与LGF相同的效果。在其它实施例中，过渡光引导件124可以与垂直光引导件120相结合以改善功能和/或成本节约。
在一个实施例中，垂直光引导件120和壳体122被放置在OFN传感器模块112的顶部。垂直光引导件120和壳体122可以一起(例如，作为双色模制体)或分离地形成。如果分离地形成，垂直光引导件120和壳体122可以被组装到一起。在图示实施例中，壳体122限定了导航窗口，该窗口允许导航板126的部分或全部在图像传感器的视野内。在一个实施例中，壳体122是不透明的，使得在垂直光引导件120内的光不会传播到图像传感器的视野中。以此方式，不透明壳体122可以作为屏蔽，以防止否则将会影响OFN传感器模块112的不希望的背光。
图示的壳体122也包括凸缘130，以覆盖相应的光源114。凸缘130防止来自光源114的一些或全部的直接光发射，使得避免了在垂直光引导件的角部处的亮点。
垂直光引导件120具有近似地在导航板126的导航表面处围绕导航窗口108的光发射表面。以此方式，垂直光引导件120大致在导航窗口108处提供照明，以帮助用户识别导航窗口108和/或导航板126的位置。然而，在一些实施例中，垂直光引导件120不一定一直延伸到导航板126的相反表面。相反，在一些实施例中，盖可以被放置在垂直光引导件120的顶部，并且盖可以基本与导航板126齐平。其他实施例可以对于垂直光引导件、该和/或类似结构组件使用其他配置。
在一些实施例中，通过胶带128将导航板126粘附到内部壳体122。在其它实施例中，可以通过其他形式的粘合剂(例如胶水)或通过传统的机械方式(例如，搭扣、摩擦等)将导航板126连接到壳体122或OFN装置102的其他组件。导航板126可以是红外(IR)聚碳酸酯(PC)盖或者其他合适类型的盖，允许在内部产生并被反射回OFN传感器模块112中的光被图像传感器检测到。通过使用IR光，可以减小或消除来自外界可见光的潜在影响。
图3示出了图1的OFN装置102的组装实施例的截面图。如图3所示，开关装置118被安装在衬底116的背面，并且其他组件被安装在衬底116的前面。具体地，光源114被安装在OFN传感器模块112的角部。壳体122覆盖OFN传感器模块112，并且凸缘130覆盖光源114。垂直光引导件120围绕壳体122并且围绕导航板126。
图3中示出的实施例具体地实施了两个侧发射LED，其定位为对角横跨OFN传感器模块112。根据OFN装置102的设计，过渡光波导(参照图1)收集由LED发出的光并且将光传递到垂直光引导件120，以在垂直光引导件120中进行光分配。在一个实施例中，垂直光引导件120围绕导航板126和导航窗口108提供基本均匀的光发射。与两个LED的实施例相反，使用四个LED的实施例可以具有位于四个角部中的每一者处的LED。因此，可以使用四个过渡光引导件124，在每对LED之间一个光引导件。
如上文中解释的，壳体122防止不期望的光进入设置有OFN传感器模块112的壳体的内部空间。因此，即使存在少量的光从垂直光引导件120传播到导航板126，壳体122的上凸缘也可以基本阻挡这种光泄露。或者，可以在垂直光引导件120与导航板126之间存在额外的光屏障材料(未示出)。
为了改善视觉效果和来自垂直光引导件120的光发射的均匀性，扩散材料可以被应用到垂直光引导件120的顶部或表面。例如，透明白色涂层可以被涂布到垂直光引导件120的顶部。可选择地(或者除了第一材料之外)，可以将非导电性真空金属化(NCVM)材料涂布到垂直光引导件120的上部或表面。涂料或其他扩散材料作为扩散层，以使得从垂直光引导件120发射的光平滑。使用具有合适的光透射率百分比的附加真空金属化涂层(例如，NCVM)可以改善在背光被关闭时环的视觉外观。
图4描绘了图1的OFM装置102的另一个实施例的分解立体图。所示出的实施例包括围绕OFN传感器模块112的、连接到衬底116的四个光源。在图示实施例中，壳体122从垂直光引导件120分离。然而，垂直光引导件120包括延伸通过壳体中的相应开口134的突片132，使得来自LED的光可以进入垂直光引导件120。在一个实施例中，壳体122包括LED位置上方的光屏障，并且垂直光引导件120在相应的位置处包括倾斜的、或者说“成角度的”(angled)底面，以在垂直光引导件120的角部处向上引导光。
图示实施例也包括集成盖板136。集成盖板136包括导航板126和扩散透射环，其中扩散透射环围绕位于中心的导航板126。扩散透射环的底面基本与垂直光引导件120的顶面对准，使得来自光源114的光传播通过垂直光引导件120以及集成盖板136的扩散透射部分。如上所述，扩散透射环可以被涂布和/或覆盖(例如，使用NCVM)。
图5示出了图1的OFN装置102的另一个实施例的分解立体图。图示实施例包括机械开关装置118、衬底116和OFN传感器模块112。OFN装置102也包括单光源114和相关电路140(例如，电容器)。OFN装置102也包括壳体122、垂直光引导件120和与导航板126结合的盖136。全部这些组件与上述实施例在结构和/或功能上类似。
图示OFN装置102也包括分离的光管142，其作为过渡光引导件以将来自光源114的光传播到垂直光引导件120。图6示出了图5的光管142的一个实施例的立体图。光管142包括底面以从光源114接收光，其中光源114在一个实施例中是顶发射LED。光管142也包括沿着与底面基本平行的方向延伸的、相对的突起部(即，翅部)。这些突起部将光沿着与从顶发射LED发射的光的方向基本垂直的方向向外引导。
一个或多个表面(图6中示出的阴影)可以涂布有反射材料，以有助于沿着适当方向内反射。其他实施例可以使用其他类型的反射特性和/或材料。光通过没有涂布有反射材料的其他表面144离开光管142。在一些实施例中，光管142也包括定位为将内反射的光朝向出射面144引导的一个或多个凹槽146。在图示实施例中，凹槽146基本是V字形，尽管其他实施例可以使用其他几何形状的光管142。
图7示出了图5的垂直光引导件120和光管142的另一个实施例的立体图。如图7所示，光管142被示出为与垂直光引导件120的内表面相接合。图7也示出了光管142的底面，该底面可以被成形为通道或者其他凹陷部，以接收光源114的相应结构的一部分或全部。
图8示出了图5的垂直光引导件120的另一个实施例的立体图。在图示实施例中，光管142没有被示出，但是接收器缺口148可以根据光管142的相应形状而变化。其他实施例可以省略接收器缺口148。
图9示出了垂直光引导件120的另一个实施例的仰视立体图。图10示出了图9的OFN装置102和垂直光引导件120的另一个实施例的截面图。在图示实施例中，分离的光管不是必要的，因为垂直光引导件120的内表面150被成形为执行类似的功能。在一个实施例中，垂直光引导件120的内表面150形成角度以将光反射到垂直光引导件的外表面(如箭头所示)。成角度的表面(以及其他表面)可以涂有反射材料，或者可以被装饰为反射表面。
图11示出了图1的电子装置100的一个实施例的示意框图。在一个实施例中，电子装置100是便携式电子装置。图示电子装置100包括OFN装置102和显示装置104。显示装置104可以显示导航指示器160或任何其他类型的传统显示内容。
通过在便携电子系统100中实施OFN装置102的实施例，OFN装置102可以例如有助于用户输入，以在显示装置104上对内容进行导航。例如，OFN装置102可以有助于在显示装置104上控制导航指示器160。导航指示器160可以是指针、高亮部(highlighter)、箭头、或其它类型的导航指示器。此外，通过OFN装置102接收的用户输入可以有助于其他类型的用户控制功能，包括但不限于音量控制、音频回放选择、浏览控制、生物测定识别、电子乐器、游戏中的动作等。可以利用电子系统100的实施例实施的用户控制功能的类型可以取决于主要由电子系统100提供的功能的类型。此外，虽然图11具体地示出了便携式电子系统100，但是其他实施例可以在便携(但是不一定保持在用户手中)的电子装置或者通常被认为是不便携的装置中实施OFN装置102。
图示的OFN装置102包括光学导航电路112(也被称作传感器模块)以及微控制器(uC)162。总的来说，光学导航电路112产生信号，这些信号表示OFN装置102处的手指或其他导航运动。光学导航电路112之后将一个或多个信号发送到微控制器162。从光学导航电路112发送到微控制器162的信号的类型的示例包括基于ΔX和ΔY相对位移值的通道正交信号。ΔX和ΔY相对位移值可以表示用于指纹识别的具体图案或者位移、方向和大小的向量。这些信号或者其他信号可以表示手指与OFN装置102之间的相对运动。光学导航电路112的其他实施例可以将其他类型的信号发送到微控制器162。在一些实施例中，微控制器162实施各种功能，包括将数据发送到主计算机系统或其他电子装置(未示出)或从其接收数据，或者对于位移值进行运算。在一个实施例中，微控制器162也控制在这里的各个实施例中描述的效果照明设备110。
为了产生导航信号，图示光学导航电路112包括驱动器164、数字信号处理器(DSP)166以及图像获取系统(IAS)168。图像获取系统168包括图像传感器170和模拟-数字转换器(ADC)172。光学导航电路112或图像获取系统168的其他实施例可以包括更少或更多的组件以实施更少或更多的功能。
在一个实施例中，光学导航电路112的驱动器164控制内部光源(未示出)的操作以产生照明导航表面的光信号。驱动器164可以将光源控制到几个不同的亮度水平，或者驱动器164可以与将探测器开/闭信号发送到图像传感器170相结合来对光源进行脉冲驱动，由此为了期望的目的而增加系统响应功能。之后通过图像传感器170接收并检测反射光信号。
在一个实施例中，图像传感器170产生与图像传感器170上的入射光相对应的一个或多个模拟电子信号。图像传感器170之后将模拟信号发送到模拟-数字转换器172。模拟-数字转换器172将电子信号从模拟信号转换为数字信号，并且之后将数字信号发送到数字信号处理器166。
在数字信号处理器166从图像获取系统168的模拟-数字转换器172接收到数字形式的信号之后，数字信号处理器166可以使用电子信号来执行附加的处理。如上所述，数字信号处理器166之后将一个或多个信号发送到微控制器162。在一些实施例中，数字信号处理器166包括导航引擎174，以基于手指相对于导航板126的导航表面的横向移动来产生横向移动信息。导航引擎174的其他实施例可以产生其他类型的移动信息。
更具体地，在一个实施例中，图像传感器170可以包括由多个独立的光探测器组成的阵列(未示出)，例如，独立光探测器的16×16或32×32阵列被构造为检测从导航表面上的照明点反射的光。图像传感器170中的每个光探测器产生作为数字值(例如，8位数字值)而输出的光强信息。图像信息由图像传感器170按帧获得，其中图像信息的帧包括对于图像传感器170中的每个独立光探测器连续获得的一组值。图像帧获得速率和跟踪分辨率是可编程的。在实施例中，图像帧获得的速率高达每秒2300帧并具有800的每英寸计数(CPI)。虽然提供了帧获得速率和分辨率的一些示例，但是可以预料到不同的帧获得速率和分辨率。
导航引擎174将来自图像传感器170的连续的图像帧相比较以判定帧之间的图像特征的移动。特别地，导航引擎174通过将来自图像传感器170的连续图像帧中存在的公共帧进行相关来判定移动。图像帧之间的移动按照沿着例如X和Y方向的移动向量(例如ΔX和ΔY)表示。之后使用移动向量来判定用户的手指与图像传感器170之间的相对移动。在题为“NAVIGATION TECHNIQUE FOR DETECTING MOVEMENT OFNAVIGATION SENSORS RELATIVE TO AN OBJECT”的美国专利号5,644,139以及题为“METHOD OF CORRELATING IMMEDIATELYACQUIRED AND PREVIOUSLY STORED FEATURE INFORMATION FORMOTION SENSING”的美国专利号6,222,174中提供了导航传感器移动跟踪技术的示例的更详细的描述，将这二者通过引用结合在这里。
图12示出了OFN装置100的光源114、壳体122和垂直光引导件120的另一个实施例的分解立体图。在图示实施例中，壳体122包括一个或多个表面182，该表面具有将来自光源114的光反射到垂直光引导件120的功能。在一个实施例中，垂直光引导件120的表面182形成角度，以将光反射到垂直光引导件120的其他表面中。该角度相对于衬底的平面是非零的角(参照图1)。在一些实施例中，壳体122包括具有多个小面(facet)的表面182，来自光源114的光入射到表面182上。通过在壳体122上实施具有多个小面的表面182，来自光源114的光可以沿着各个方向反射，以有助于在垂直光引导件120中更加均匀地分配光。
成角度的表面182以及其他表面可以被涂有反射材料，或者可以以其他方式被装饰为反射表面。在一个实施例中，NVCM涂层被涂布到所指示的表面182以产生类似于反射镜的或者反射性的装饰。在一些实施例中，壳体122的成角度的表面182也具有阻挡或限制光进入设置有图像传感器的内腔中的功能。
图示的垂直光引导件120也包括结合在垂直光引导件120中的各种光分配特征184。大体上，光分配特征184具有通过全内反射(TIR)或其他光学传播效果的方式来在垂直光引导件120内分配光的功能。示出了各种类型的光分配特征184，包括起伏的侧壁、阶梯的(tiered)表面、锯齿状的锁销(dentent)等。其他实施例可以包括其他类型的光分配特征184和/或光分配特征184的其他组合。此外，每个类型光分配特征184的精确位置和/或数量可以根据垂直光引导件的实施方式而变化。在一些实施例中，更大数量的光分配特征184被定位在诸如垂直光引导件120的角部的区域处，其中可以使用TIR来将光引导绕过角部或者向上并离开垂直光引导件120以由用户察觉到。
图13示出了图12的OFN装置100的另一个立体图。与图12类似，OFN装置100的图示部分包括光源114、壳体122和垂直光引导件120。这种图示也示出了壳体122的成角度的表面182的实施例的额外细节。如图所示，成角度的表面182包括多个小面，以将光向旁边反射(如箭头所示)，使得可以使用TIR令光绕垂直光引导件120传播。此外，也示出了光分配特征184的一些示例，其还进一步有助于在垂直光引导件120中实现特定的分配图案。在一些实施例中，光分配特征也近似定位在垂直光引导件的角部区域中，以在垂直光引导件的角落区域处将光引导到光发射表面之外。也应当注意，图示实施例包括单个光源114，但是其他实施例可以包括一个以上的光源114。
此外，图13示出了具有突起部的反射表面，该反射表面具有成角度的侧壁，以将光的至少一部分在垂直光引导件的周向上沿着相反的方向反射。换言之，在图13中示出的方位下，突起部将一些光向左反射并且将一些光向右反射。以此方式，向左和向右反射的光中的至少一部分可以绕垂直光引导件的周向或其一部分传播。
图14示出了图12的OFN装置100的截面图。与图12类似，OFN装置100的图示部分包括光源114、壳体122和垂直光引导件120。该附图也示出了壳体122的成角度的表面182的实施例的额外细节。如图所示，成角度的表面182包括多个小面，以将光向外反射(远离中央图像传感器位置)使得光可以进入垂直光引导件120。
在一些实施例中，壳体122上的成角度的表面182的位置和构造被设置为光源114的具体光分配图案。例如，如果光源114具有非常狭窄的光束分配图案，那么成角度的表面182的构造可以相对集中为与光引导件182的光束图案对准。作为另一个示例，如果光源114是顶发射型LED，那么成角度的表面182的构造可以直接在LED的位置的正上方。或者，如果光源114是侧发射型LED，那么成角度的表面182的构造可以被分配到LED的一侧或两侧。此外，一些成角度的表面182可以朝向衬底进一步向下延伸，以将成角度的表面182与侧发射光束图案的中心更加靠近地对准。
图15示出了图12的OFN装置100的垂直光引导件120的截面图。图示垂直光引导件120包括数个不同类型的光分配特征184，其包括非平面侧壁、阶梯的侧壁(即，具有阶梯或突出部)以及锯齿状的锁销。在一些实施例中，突出/倾斜的侧壁作为对来自光源114的大部分光进行引导的光引导件，以照亮大致位于光引导件120的、离开光源114的相反侧处的远距离区域。这种类型的特征可以有助于包括单个光源114的设计。在一些实施例中，非平面、起伏的侧壁在特征存在的位置处减小了从效果照明设备110发出的光的强度。在一些实施例中，锯齿锁销扰乱了光路并且将光的一部分朝向效果照明设备110的相应的发射表面区域反射。这些和其他类似的特征可以被单独或以各种组合结合，以改善从效果照明设备110发射的光的均匀性。此外，这些特征中的一部分也可以被构造为容纳最终装置的组件。例如，在一些实施例中，产生阶梯侧壁以产生使得传感器112安装在其中的空间。
在上述说明中，也提供了各种实施例的具体细节。然而，可以在具有比全部这些具体细节更少细节的情况下实施一些实施例。在其他情况下，为了简洁和清楚，在不具有比使得本发明的各种实施例能够实施时的细节更多细节的情况下描述特定方法、过程、组件、结构和/或功能。
虽然这里以特定方式示出并描述了方法的操作，每种方法的操作的顺序可以被改变以使得特定操作可以以相反顺序执行或者特定操作可以至少部分与其他操作并行地执行。在另一个实施例中，可以以间歇和/或交替的方式实施不同操作的指令或子操作。
虽然已经描述并图示了本发明的具体实施例，但是本发明不限于所描述并图示的部件的具体形式或部件配置。本发明的范围由权利要求及其等价物所限定。
Claims (20)
1.一种光学手指导航(OFN)装置，包括：
连接到电路衬底的OFN传感器模块，其中，所述OFN传感器模块被构造为：响应于基于从用户的手指反射的光而在导航表面处检测到的移动，来产生导航信号；
连接到所述电路衬底的光源，其中，所述光源被构造为产生光；以及
垂直光引导件，其包括光发射表面，所述光发射表面被设置为围绕所述导航表面处的导航窗口，其中，所述垂直光引导件被构造为从所述光源接收所述光并将所述光朝向所述光发射表面引导。
2.根据权利要求1所述的光学手指导航装置，其中，所述垂直光引导件包括基本透光的环。
3.根据权利要求1所述的光学手指导航装置，还包括设置在所述OFN传感器模块与所述垂直光引导件之间的壳体，其中，所述壳体包括基本不透明的垂直壁，所述垂直壁围绕所述OFN传感器模块的周边，以把所述OFN传感器模块相对于所述垂直光引导件中的所述光遮蔽开。
4.根据权利要求3所述的光学手指导航装置，其中，所述壳体还包括反射表面，以将来自所述光源的光反射到所述垂直光引导件中。
5.根据权利要求4所述的光学手指导航装置，其中，所述反射表面是具有多个小面的表面，其具有沿着交叉的非平行平面而定向的小面。
6.根据权利要求4所述的光学手指导航装置，其中，所述反射表面包括涂布到所述壳体上的非导电真空金属化(NCVM)涂层。
7.根据权利要求4所述的光学手指导航装置，其中，所述反射表面包括具有倾斜侧壁的突起部，以将所述光的至少一部分在所述垂直光引导件的周向上沿着基本相反的方向反射。
8.根据权利要求3所述的光学手指导航装置，其中，所述壳体还包括连接到所述垂直壁的上凸缘，其中，所述上凸缘水平地延伸到所述OFN传感器模块的上表面的周界部分，其中，所述上凸缘限定了所述导航表面与所述OFN传感器模块的传感器阵列之间的导航窗口。
9.根据权利要求1所述的光学手指导航装置，其中，所述垂直光引导件还包括光分配特征，其中，所述光分配特征包括所述垂直光引导件的实体结构的几何变化，以使得光绕过所述垂直光引导件或向所述垂直光引导件之外重新定向。
10.根据权利要求9所述的光学手指导航装置，其中，所述光分配特征由以下的一项或多项限定：
具有起伏图案的非平面侧壁；
阶梯的侧壁，其具有突出部以引导光绕过所述垂直光引导件；或者
锯齿状锁销，以引起全内反射。
11.根据权利要求9所述的光学手指导航装置，其中，所述光分配特征大致位于所述垂直光引导件的角部区域中，以在所述垂直光引导件的所述角部区域处将光从所述光发射表面引导出去。
12.根据权利要求1所述的光学手指导航装置，还包括设置在所述垂直光引导件与所述电路衬底之间的过渡光引导件，其中，所述过渡光引导件被构造为提供所述光从所述光源到所述垂直光引导件的光入射表面的光引导路径。
13.根据权利要求12所述的光学手指导航装置，其中：
所述光源包括顶发射型发光二极管(LED)；并且
所述过渡光引导件包括光管，其中，所述光管包括：
底面，以从所述顶发射型LED接收光；
相对的突起部，它们沿着基本与所述底面的平面平行的方向延伸；
至少一个反射表面，以在所述光管内使光内反射并从所述底面向所述相对的突起部重新定向；以及
至少一个发射表面，其使得光从所述光管向外发射并且进入所述垂直光引导件的光入射表面。
14.根据权利要求1所述的光学手指导航装置，其中，所述垂直光引导件包括光界面表面，以从所述光源接收所述光，其中，所述光界面表面包括反射性的角突起部，以将来自所述光源的光反射到所述垂直光引导件的垂直透射界面。
15.根据权利要求1所述的光学手指导航装置，还包括用于所述垂直光引导件的盖，其中，用于所述垂直光引导件的所述盖包括：
中央导航板，其对于所述OFN传感器模块可检测的光的波长基本透光，其中，所述中央导航板的顶面包括所述导航表面；以及
基本围绕所述中央导航板的扩散透射环，其中，所述扩散透射环的底面被构造为基本与所述垂直光引导件的顶面对准，并且所述扩散透射环的顶面包括所述光发射表面，以从所述垂直光引导件发射所述光来作为围绕所述导航表面的效果照明。
16.根据权利要求15所述的光学手指导航装置，还包括非导电真空金属化(NCVM)涂层，该涂层被涂布到所述盖的所述扩散透射环的所述顶面。
17.一种用于光学手指导航(OFN)装置的光引导组件，所述OFN装置响应于基于从用户的手指反射的光而在在导航表面处检测到的移动来产生导航信号，所述光引导组件包括：
壳体，其具有由基本不透明的材料制成的垂直壁，其中，所述壳体限定了：
内部空间，其具有足以容纳OFN传感器模块的尺寸；以及
导航窗口，用于在所述OFN传感器模块的传感器阵列位置与导航表面之间对准；以及
垂直光引导件，其具有由基本透光的材料制成的垂直壁，其中，所述垂直光引导件被构造为将光从大致位于所述垂直光引导件的基部处的光源朝向光发射表面引导，所述光发射表面围绕由所述壳体限定的所述导航窗口的至少一部分。
18.根据权利要求17所述的光引导组件，其中，所述壳体还包括反射表面，以将所述光从所述光源反射到所述垂直光引导件中，其中，所述反射表面是具有非导电真空金属化(NCVM)涂层的、具有多个小面的表面。
19.根据权利要求17所述的光引导组件，其中，所述垂直光引导件还包括光分配特征，其中，所述光分配特征包括所述垂直光引导件的实体结构的几何变化，以使得光绕过所述垂直光引导件或向所述垂直光引导件之外重新定向。
20.一种计算装置，包括：
屏幕，其用于图形图像的可视显示；
光学手指导航(OFN)装置，其用于在导航表面处基于从用户的手指反射的光而检测用户输入，以操纵所述屏幕上的所述图形图像的至少一部分；以及
效果照明设备，其设置为围绕所述OFN装置的所述导航表面，其中，所述效果照明设备被构造为提供所述OFN装置的所述导航表面相对于所述屏幕的位置的可视标识而不干扰所述OFN装置的功能。
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