专利名称：用于光学接近传感器的壳体的制作方法
技术领域：
本发明一般地针对光学接近传感器(optical proximity sensor)和用于其的壳体。
背景技术：
目前可获取许多类型的光学接近传感器。这样的传感器的设计经常取决于采用该传感器的应用场合。用于光学接近传感器的通常的应用领域包括但不限于动作检测、用于计算装置的控制器(例如，光学鼠标、光学手指导航、轨迹球导航等等)、工业应用、医学应用、运输应用、计算应用、通信应用、航空应用等。如图1可见，近年来，通常的光学接近传感器100包括衬底104和壳体108，在衬底上安装有光源120和光检测器124，壳体108可以提供光源120和光检测器124之间的屏障。壳体108也可以用于以下双重目的保护光源120和光检测器124以及光学接近传感器100的其他电子部件免受外力。具体而言，壳体108可以被设计为包括第一模组112和第二模组116。第一模组 112可以包括将光源120完全封装或包围的顶表面和四个侧壁。类似地，第二模组116可以包括将光检测器1 完全封装或包围的顶表面和四个侧壁。第一模组112的与第二模组 116的侧壁相邻的侧壁可以称为各模组112、116的内侧壁。在图1所述的实施例中，各模组 112、116的内侧壁用于形成由折叠材料构成的U形弯曲特征部128。U形弯曲特征部1 用于两个目的。第一，u形弯曲特征部1 提供了光源120与光检测器IM之间的光学隔离。 第二，u形弯曲特征部1 是用作壳体108与衬底104之间的界面的结构构件。更具体而言，u形弯曲特征部1 搁置在衬底104上，并被构造为将作用在壳体108上的竖直力在模组112、116之间横向地传递并向下传递至衬底104。u形弯曲特征部1 提供用于在制造或使用期间对施加在壳体上的力进行传递和改变方向的机构。虽然图1中未示出，但是第一模组112的顶表面可以包括孔隙，该孔隙允许由光源 120产生的光从壳体108出射并从感兴趣的对象反射。第二模组116的顶表面也可以包括孔隙，该孔隙允许从感兴趣的对象反射的光(即，原本由光源120发射的光)进入第二模组 116的腔体并由光检测器IM检测。由光检测器IM检测的光可以接着根据其中采用光学接近传感器100的应用场合而受到后续处理或分析。在一些状况下，由光检测器IM检测的光可以被转化为xy用户运动数据，xy用户运动数据随后被转化为对计算装置的用户界面上的指示器或指针进行控制的命令。如图2可见，会伴随光学接近传感器100产生的一个问题是，如果模组112、116各自的外壁132、136(即，与内侧壁或u形弯曲特征部1 相反的侧壁)没有被加工成紧贴地绕衬底104装配，则壳体108会易于产生不期望的倾斜。更具体而言，如果即使在外侧壁 132、136中的一个与衬底104的外边缘之间存在小间隙，则u形弯曲特征部1 会成为壳体 108的枢转点，这导致壳体108相对于衬底104的不期望的倾斜。即使壳体108和衬底104 在制造公差内也会产生小间隙。具体而言，如果壳体108处于其制造公差的较高侧且衬底104处于其制造公差的最低侧，则产生会允许更大倾斜发生的间隙。壳体108相对于衬底104的倾斜可以具有负面的副作用，这包括引起对光学接近传感器100的光学部件120、124的损伤，以及导致光学接近传感器100的不期望的形状和尺寸。如果光学接近传感器100具有不合适的尺寸或具有不合适的形状，则光学接近传感器100可能不适于其预期的应用场合，并因此会被标识为有缺陷。本领域公知的其他类型的光学接近传感器包括但不限于由 AVA0GTECHN0L0GIES 设计和制造的那些，例如HSDL-9100表面安装接近传感器、APDS-9101 集成反射式传感器、APDS-9120集成光学接近传感器、APDS-9700、APDS-9800等等。


本发明结合以下附图进行说明图1是根据现有技术的实施例的光学接近传感器的侧剖视图；图2是根据现有技术的实施例的具有不期望的倾斜的光学接近传感器的侧剖视图。图3是根据本发明的实施例的光学接近传感器壳体的第一立体图。图4是根据本发明的实施例的光学接近传感器壳体的第二立体图。图5是根据本发明的实施例的光学接近传感器壳体的侧视图。图6是根据本发明的实施例的光学接近传感器壳体的剖视立体图。图7是根据本发明的实施例的光学接近传感器的剖视侧视图。
具体实施例方式随后的说明仅提供了实施例，且并不意在限制权利要求的范围、应用、或构造。相反，随后的说明将向本领域的技术人员提供用于实现所述实施例的可行说明。应该理解的是，可以在不偏离所附权利要求的实旨和范围的情况下就要素的功能和配置进行各种改变。现在参照图3至图6，将根据本发明的至少一些实施例来描述光学接近传感器所用的壳体208。图3和图4示出了根据本发明的实施例的光学接近传感器壳体208的两个立体图。在一些实施例中的壳体208由不透明材料构成。在一些实施例，壳体208由单件材料通过折叠多个突片直到已经产生两个单独的模组112、116而构成。被选择以构造壳体208的材料可以取决于其中要采用光学接近传感器的应用场合和其他设计考虑因素而改变。在一些实施例中，壳体208可以由单件金属、金属合金或相似成分构成。作为一些示例，壳体208可以由软钢、不锈钢、镍涂覆钢材、铝等构成。在一些实施例中，壳体208可以由非金属材料构成。具体而言，可以使用光学不透明并合适地柔软使得可以成形为形成模组112、116的任意类型的聚合物。或者，不通过折叠单件材料，聚合物可以被注射模制或机加工成为壳体208的合适形状。相似地，不通过折叠单件材料，金属可以被铸造为壳体208 的合适形状。又或者，不折叠单件材料，多件材料可以被粘合、焊接、夹紧或以其他方式彼此连接而实现壳体208的合适形状。在使用单件材料的情况下，可以使用任意数量的用于在材料片中建立壳体的初始特征的技术，例如激光切割、利用电弧焊接进行的熔化、机械研磨或切割等等。
在一些实施例中，用于构造壳体208的折叠方法可以与Costello等人的美国专利申请似.2010(^拟951中所述的那些相似，其全文通过引用结合于此。具体而言，壳体208 可以由包括多个突片的单个材料片(金属或非金属)构成，突片被相继地折叠直到实现壳体208的期望形状。在基于突片的折叠方案用于制造壳体208的一些实施例中，可以设置许多突片， 其最终成为壳体208的特定特征。如图3和4可见，壳体208可以包括第一模组112和相邻模组116。在一些实施例中，第一模组112可以顶表面和四个侧壁。顶表面可以包括第一孔隙148，第一孔隙148被设计为以预定方式允许光进入或离开第一模组112的腔体(取决于第一模组112是包含光源还是光检测器)。第一模组112的四个侧壁可以包括外侧壁132、从外侧壁132垂直地延伸的两个横向侧壁140、以及被包括作为u形弯曲特征部128的一部分的内侧壁。在一些实施例中，四个侧壁被构造为矩形或方形形状，从而产生盒体或立方体形状的第一模组112。但是，如可以理解的，第一模组112可以在不偏离本发明的范围的情况下构造为其他形状。具体而言， 第一模组112可以被构造为筒形、扁筒形(例如，具有椭圆横截面)、球形、或具有多于四个侧壁的多角结构。因此，虽然第一模组112被描述为具有四个侧壁，但是第一模组112可以在不偏离本发明的情况下具有更多或更少数量的侧壁。在一些实施例中，第一模组112的侧壁可以每个均对应于已经折叠的单独突片特征。在一些实施例中，第一模组112的内侧壁可以包括形成U形弯曲特征部128的一部分或全部的多个突片。此外，虽然特征部1 在此处被称为u形弯曲特征部128，但是本领域的技术人员将理解的是，特征部1 可以被设置为任意形状(即，非“U”形形状)。此处出于方便讨论的目的，主要使用术语“U形弯曲特征部”。横向侧壁140和外侧壁132可以对应于原本与第一模组112的顶表面形成为“T 形形状”的突片。横向侧壁140和外侧壁132中的每一者可以从第一模组112的顶表面向下折叠以形成第一模组112的腔体。相似地，用于形成内侧壁的突片可以对应于也从第一模组112的顶表面延伸的第一突片以及如下所述的一个或多个突片，所述一个或多个突片是横向侧壁140的延伸或从顶表面延伸的内侧壁的第一突片。换言之，从横向侧壁140延伸的突片也可以用于形成内侧壁并因此形成u形弯曲特征部128。与第一模组112相似，第二模组116可以包括顶表面和四个侧壁，不过，更多或更少数量的侧壁可以用于构造第二侧壁116。第二模组116的顶表面可以包括第二孔隙152， 第二孔隙152被设计为以预定方式允许光进入或离开第二模组116的腔体(取决于第二模组116是包含光源还是光检测器)。第二模组116的四个侧壁可以包括外侧壁136、从外侧壁136垂直地延伸的两个横向侧壁144、以及被包括作为u形弯曲特征部128的一部分的内侧壁。第一和第二模组与 112,116的内侧壁可以彼此相邻，并可以彼此平行。相似地，第一模组112的横向侧壁140 可以与第二模组116的横向侧壁144平行或共面。第一模组112的外侧壁132可以与第二模组116的外侧壁136平行。因此，壳体208可以具有大体矩形形状，不过，也可以采用其他壳体形状。与第一模组112相似，第二模组116的侧壁可以每个均对应于已经被折叠的独立的突片结构。在一些实施例中，第二模组116的内侧壁可以包括形成u形弯曲特征部128的一部分或全部的多个突片。在一些实施例中，u形弯曲特征部128由来自第一模组112 和第二模组116相等数量的突片构成。换言之，u形弯曲特征部128中的来自第一模组112 的突片的数量等于u形弯曲特征部128中的来自第二模组116的突片的数量。因此，第一和第二模组112、116的内侧壁的结构可以是对称的。或者，u形弯曲特征部1 中的较多突片可以来自于第一模组112或第二模组116。同样与第一模组112相似，横向侧壁144可以对应于从第二模组116的顶表面向下折叠的突片以形成第二模组116的腔体。第一模组112与第二模组116之间的一个不同点在于第二模组116可以设置有多部分外侧壁136。更具体而言，第二模组116的外侧壁136可以包括能够折叠以形成第二模组116的腔体的多个突片，并产生用于使壳体208与衬底104实现相接的第二支撑构件。 在一些实施例中，第二模组116的外侧壁136可以包括从横向侧壁144延伸并折叠的第一和第二底突片部分156a、156b。第一和第二底突片部分156a、156b还可以具有支撑延伸部 158a、158b。支撑延伸部158a、158b可以被设计成折叠到第二模组116的腔体内，以形成用于壳体208的支撑构件，而非形成第二模组116的壁。在一些实施例中，第二模组116的外侧壁136可以还包括从第二模组116的顶表面延伸的顶突片部分160。顶突片部分160可以具有比任意横向侧壁140、144短的长度。与第一和第二底突片部分156a、156b组合的顶突片部分160可以形成外侧壁136的界定了第二模组116的腔体边界的部分。如图4可见，在被折叠时，可以在顶突片部分160与底突片部分156a、156b之间设置间隙164。间隙164被设置作为用于在壳体208的机加工时允许一些波动的机构。具体而言，顶突片部分160、底突片部分156a、156b、及其支撑延伸部158a、158b不一定要被精确地制造，以允许底突片部分156a、156b被折叠并允许支撑延伸部158a、158b被折叠到第二模组116的腔体内。在一些实施例中，支撑延伸部158a、158b以及因而间隙164被策略性地布置在被构造为收纳光检测器而非光源的模组的外侧壁136上。因此，从光源到达检测器的任意光经由第二孔隙152到达光检测器。在一些实施例中，间隙164的尺寸可以在约 50微米到约100微米的范围内。如本领域的技术人员可以理解的，第二模组116的外侧壁136可以具有更多或更少数量的突片。具体而言，作为一个示例，外侧壁136可以仅包括具有一个或多个支撑延伸部158的单个底突片部分156。作为另一个示例，支撑延伸部可以作为顶突片部分160的一部分而非底突片部分156a、156b。因此，顶突片部分160可以从第二模组116的顶表面向下折叠，然后第二次折叠到第二模组116的腔体内。在描述了支撑延伸部158a、158b被设置在底突片部分156a、156b上的实施例中， 用于产生外侧壁136的折叠操作的顺序如下。以下的操作顺序可以在已经产生u形弯曲特征部1 之前或之后进行，并/或在产生第一模组112之前、期间或之后进行。首先，将横向侧壁144从第二模组116的顶表面向下折叠。第二，将底突片部分156a、156b向内折叠， 直到它们与顶表面的与顶突片部分160相交的边缘平行。第三，将支撑延伸部158a、158b 向内朝向第二模组116的腔体折叠。在一些实施例中，将支撑延伸部158a、158b折叠，直到它们平行于第二模组116的顶表面。最后，将顶突片部分160从第二模组116的顶表面向下折叠，直到它与第一和第二底突片部分156a、156b平行或共面。图5示出了根据本发明的至少一些实施例的成品壳体208的侧视图。如图5可见， u形弯曲特征部128的底部可以与第一和第二模组112、116的另一侧壁的底部共面。
图6中的成品壳体208的剖视图示出了支撑延伸部158a、158b如何延伸到第二模组116的腔体内。在一些实施例中，支撑延伸部158a、158b的长度应该不长于壳体208的总成品高度减去底突片部分156a、156b的高度。在一些实施例中，支撑延伸部158a或158b 的长度应该不长于壳体208的总成品高度减去底突片部分156a或156b的高度减去第二模组116的顶表面的厚度。现在参照图7，将根据本发明的至少一些实施例说明光学接近传感器200。如前参照图3-图6所述，光学接近传感器200包括衬底104和壳体208。光学接近传感器200还可以包括光源120和安装在衬底104上的光检测器124。衬底104可以对应于收纳光源120和光检测器124以及用于控制光学接近传感器 200的操作的电子装置的印刷电路板(PCB)。光源120可以包括任意类型的能够以一个或多个波长产生并发送光的装置。光源 120的合适示例包括但不限于发光二极管(LED)、红外LED、激光二极管、或任意其他发光装置、发光装置的阵列等。光源120的一个具体示例是由TYNTEK制造的型号为TK 114IRA的 P/N台面型AlGaAs/GaAs红外芯片。光检测器IM可以包括任意类型的能够接收光能并将其转化为电信号的装置，例如光电检测器。光检测器124的合适示例包括但不限于PIN 二极管、光电二极管以及光电晶体管。光检测器124的一个具体示例是由TYNTEK制造的型号为TK-043PD的光电二极管
-H-· I I心片。壳体208有效地减小或避免了光源120与光检测器124之间的串扰。因此，由光检测器1 检测的光应该基本对应于由光源120发出的已经离开第一孔隙148、从感兴趣的对象反射并进入第二孔隙152的光。壳体208还提供了光学接近传感器200的结构部件，对安装在衬底104上的光源 120、光检测器IM和任意其他电或传感部件进行保护。更具体而言，u形弯曲特征部1 和支撑延伸部158a、158b提供了壳体208与衬底104之间的多个接触点。支撑延伸部158a、 158b有助于减小壳体208相对于衬底104的不期望的倾斜。而且，与u形弯曲特征部1 组合的支撑延伸部158a、158b有助于将制造或使用期间施加在光学接近传感器200上的力分布。具体而言，在光学接近传感器200制造或使用期间，竖直力会施加至壳体208的第一和/或第二模组112、116。壳体208的应力测试已经表明，两个模组112、116的顶表面的最大位移发生在孔隙148、152周围。在以上提及的测试中，5N竖直载荷被施加至第二模组 116的顶表面，并且第二模组116的外边缘仅位移了 0. 004mm。在20N的相似位置的竖直载荷下，第二模组116的外边缘仅位移了 0. 015mm，这对于大多数应用场合而言仍然是可接受的位移和倾斜量。因为支撑延伸部158a、158b搁置在衬底104的顶表面上，所以壳体208 不一定要精确地制造以与衬底进行紧贴装配。一旦壳体208已经形成，光源120和发光器驱动电路可以被安装在第一模组112 中。相似地，光检测器1 和光传感电路可以被安装在第二模组116中。衬底104可以接着布置在壳体208下方并操作地连接至发光器驱动电路和光传感电路以得到可操作的接近传感器200。成品的光学接近传感器200可以结合到任意数量的装置中，例如蜂窝电话、 个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、笔记本式计算机、桌面计算机、笔记本、平板装置、电子书阅读器等。
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在说明当中给出了具有细节，以提供对实施例的完整理解。但是，本领域的技术人员应该理解的是，可以在无需这些具体细节的情况下实现实施例。例如，电路以框图示出， 为了不以不必要的细节而对实施例喧宾夺主。在其他情况下，公知的电路、处理、算法、结构和技术可以在无需细节的情况下示出以避免对实施例的喧宾夺主。虽然这里已经详细说明了所解释的本发明的实施例，应该理解的是，本发明的概念可以以其他方式多样化地实施和采用，并且所附权利要求意在被解释为包括除了受现有技术的限制之外的这样的变化。
权利要求
1.一种光学接近传感器，包括光源；光检测器；衬底，其上安装了所述光源和光检测器；以及壳体，包括第一模组，其包括第一孔隙并包括收纳所述光源的腔体；第二模组，其包括第二孔隙并包括收纳所述光检测器的腔体；第一支撑特征部，其设置在所述第一模组与所述第二模组之间，所述第一支撑特征部提供了所述壳体与所述衬底之间的相接，并被构造为将施加至所述第二模组的竖直力传递至所述第一模组；以及第二支撑特征部，其设置在所述第一模组和所述第二模组中的至少一个的所述腔体内，所述第二支撑特征部被构造为使所述壳体相对于所述衬底的倾斜最小化。
2.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其中，所述壳体由单件材料构成。
3.根据权利要求2所述的光学接近传感器，其中，所述单件材料包括金属和金属合金中的至少一者。
4.根据权利要求2所述的光学接近传感器，其中，所述单件材料包括非金属。
5.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其中，所述第一支撑特征部包括可折叠地布置在所述第一模组与所述第二模组之间的至少一个突片。
6.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其中，所述第二支撑特征部布置在所述第二模组的所述腔体内。
7.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其中，所述第二模组包括内侧壁、与所述内侧壁相邻的两个横向侧壁、以及外侧壁，其中，所述侧壁中的每个均包括从所述第二模组的顶表面延伸并相对于所述第二模组的所述顶表面向下折叠的一个或多个突片。
8.根据权利要求7所述的光学接近传感器，其中，所述第二支撑特征部包括被包含在所述外侧壁中的一个或多个可折叠突片。
9.根据权利要求7所述的光学接近传感器，其中，所述外侧壁包括至少一个底突片部分和至少一个顶突片部分，其中，所述至少一个底突片包括所述两个横向侧壁中至少一个的可折叠延伸部，其中，所述第二支撑特征部包括所述至少一个底突片部分的可折叠延伸部，并且其中，所述至少一个顶突片部分从所述第二模组的所述顶表面延伸。
10.根据权利要求9所述的光学接近传感器，其中，所述外侧壁包括在所述至少一个顶突片部分与所述至少一个底突片部分之间的间隙。
11.根据权利要求1所述的光学接近传感器，其中，所述第一模组和所述第二模组包括光学不透明的内侧壁以提供所述第一模组与所述第二模组之间的光学隔离。
12.根据权利要求1所述的光学接近传感器，还包括光源驱动电路，其可操作地连接至所述光源并驱动所述光源，其中，所述光源驱动电路被安装在所述衬底上并被所述第一模组收纳；以及检测器传感电路，其可操作地连接至所述光检测器并驱动所述光检测器，其中，所述检测器传感电路被安装在所述衬底上并被所述第二模组收纳。
13.一种壳体，用于具有衬底的光学接近传感器，在所述衬底上安装了光源和光检测器，所述壳体包括第一模组，其包括第一孔隙和被构造为收纳光源的腔体；第二模组，其包括第二孔隙和被构造为收纳光检测器的腔体；第一支撑特征部，其设置在所述第一模组与所述第二模组之间，所述第一支撑特征部被构造为与衬底相接，并将施加至所述第二模组的竖直力传递至所述第一模组；以及第二支撑特征部，其设置在所述第一模组和所述第二模组中的至少一个的所述腔体内，所述第二支撑特征部被构造为使所述第一模组和所述第二模组围绕所述第一支撑特征部的倾斜最小化。
14.根据权利要求13所述的壳体，其中，所述第一支撑特征部能够实现所述第一模组相对于所述第二模组的枢转运动，并且其中，所述第二支撑特征部基本禁止所述枢转运动。
15.根据权利要求13所述的壳体，其中，所述第一模组经由第一支撑结构连接至所述第二模组。
16.根据权利要求15所述的壳体，其中，所述第一支撑结构包括多个突片，所述突片被折叠并将所述第一模组和所述第二模组分开，以基本禁止所述第一模组与所述第二模组之间的光学串扰。
17.权利要求16所述的壳体，其中，所述壳体由单件光学不透明材料构成。
18.一种壳体，用于具有衬底的光学接近传感器，在所述衬底上安装了光源和光检测器，所述壳体包括第一模组，其包括顶表面和从所述第一模组的所述顶表面延伸的多个突片，所述多个突片被构造为相对于所述第一模组的所述顶表面折叠以产生第一腔体；以及第二模组，其包括顶表面和从所述第二模组的所述顶表面延伸的多个突片，所述多个突片中的每个被构造为相对于所述第二模组的所述顶表面折叠以产生第二腔体，其中，从所述第二模组的所述顶表面延伸的多个突片中的第一突片包括至少一个延伸部，所述至少一个延伸部被构造为折叠在所述第二模组的所述腔体内。
19.根据权利要求18所述的壳体，其中，所述第一腔体被构造为收纳光源，其中，所述第二腔体被构造为收纳光检测器，其中，所述第一模组包括内侧壁、至少两个横向侧壁、以及外侧壁，其中，所述第二模组包括内侧壁、至少两个横向侧壁、以及外侧壁，所述第二模组的内侧壁连接至所述第一模组的内侧壁，其中，所述第二模组的外侧壁可折叠地连接至所述第二模组的两个横向侧壁中的至少一个，并且其中，所述第二模组的外侧壁包括至少一个延伸部。
20.根据权利要求19所述的壳体，其中，所述至少两个横向侧壁分别包括第一底突片部分和第二底突片部分，其中，所述第一底突片部分包括第一可折叠延伸部，并且其中，所述第二底突片部分包括第二可折叠延伸部。
全文摘要
本发明涉及用于光学接近传感器的壳体。提供了光学接近传感器和用于其的壳体。壳体设置有至少两个支撑结构和至少两个模组。支撑结构中的第一支撑结构将施加至模组的一端的竖直力传递至相对模组的相对端。支撑结构中的第二支撑结构禁止模组绕第一支撑结构的枢转。
文档编号G01D11/24GK102589598SQ20111045503
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者兰尼·萨拉万南, 李凯空, 詹姆斯·卡斯特罗, 谭维新 申请人:安华高科技Ecbuip(新加坡)私人有限公司