CN112130702A - 薄型接近感测装置 - Google Patents

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Abstract

一种薄型接近感测装置，包括透明板与光感测器。透明板具有相对的第一表面与第二表面，第一表面设有发光源及入光区，发光源以朝向透明板外部发出光线的方向设置于第一表面上，第二表面设有对应于入光区的一反光面。光感测器包括一收光区，光感测器以收光区朝向透明板的厚度方向设置于透明板上。其中反光面能对应反射一特定入射光，特定入射光指发光源所发出光线受外部反射后，经由第一表面的入光区进入透明板内、并入射到反光面的光线，特定入射光经反光面反射后，更于透明板的厚度内进行一或多次反射并传递至光感测器。

Description

薄型接近感测装置
技术领域
本发明涉及一种感测装置，特别涉及一种薄型接近感测装置。
背景技术
接近传感器(proximity sensor)也称距离传感器，是一种无需接触而能检测附近存在物体的传感器。接近传感器根据感测的型式可分为感应型、静电容量型、超音波型、光学型、磁性型等。
以光学型接近传感器来说，其一般是藉由发射出光线，以根据光线的反射或变化情形，从而检测附近的物体或者物体的接近。然而，目前光学型接近传感器所收到的反射光线，容易受到外界其他光线(例如太阳光、照明光或环境光等)的干扰，且物体感测的准确度不佳。
发明内容
鉴于上述，于一实施例中，提供一种薄型接近感测装置，包括透明板与光感测器。透明板具有一厚度且包括相对的第一表面与第二表面，第一表面设有发光源及入光区，发光源以朝向透明板外部发出光线的方向设置于第一表面上，发光源与入光区分别位于第一表面上不同位置，第二表面设有对应于入光区的一反光面。光感测器包括一收光区，光感测器以收光区朝向透明板的厚度方向设置于透明板上。其中反光面能对应反射一特定入射光，特定入射光指发光源所发出光线受外部反射后，经由第一表面的入光区进入透明板内、并入射到反光面的光线，特定入射光经反光面反射后，更于透明板的厚度内进行一或多次反射并传递至光感测器。
综上，根据本发明实施例的薄型接近感测装置，通过反光面能对应反射特定入射光，使特定入射光于透明板的厚度内进行一或多次反射并传递至光感测器，达到避免薄型接近感测装置受到外界其他光线(例如太阳光、照明光或环境光等)干扰，并且大幅提高物体感测的准确性。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1本发明薄型接近感测装置第一实施例的立体图；
图2本发明薄型接近感测装置第一实施例的剖视图；
图3本发明薄型接近感测装置第一实施例的感测示意图；
图4本发明薄型接近感测装置第一实施例的感测曲线图；
图5本发明薄型接近感测装置第二实施例的感测示意图；
图6本发明薄型接近感测装置第三实施例的感测示意图；
图7本发明薄型接近感测装置第四实施例的感测示意图；
图8本发明薄型接近感测装置第五实施例的感测示意图。
其中，附图标记
1～5 薄型接近感测装置
10 透明板
T 厚度
11 第一表面
111 遮光层
12 发光源
13 入光区
131 偏光微结构
1311 齿部
14 反射区
141 反射微结构
1411 齿部
15 第二表面
16 反光面
161 光学微结构
1611 齿部
162、163 反射微结构
1621、1631 齿部
17 环周面
20、20’ 光感测器
21、21’ 收光区
C 曲线
D1、D2、D3 距离
E 特定入射光
L 照射光
F1、F2 反射光
O1、O2、O3 位置
具体实施方式
以下提出各种实施例进行详细说明，然而，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的附图省略部分元件，以清楚显示本发明的技术特点。在所有附图中相同的标号将用于表示相同或相似的元件。图1为本发明薄型接近感测装置第一实施例的立体图，图2本发明薄型接近感测装置第一实施例的剖视图。如图1与图2所示，本发明实施例的薄型接近感测装置1包括透明板10与光感测器20。在一些实施例中，薄型接近感测装置1可用以感测外部物体是否位于特定位置或特定距离，从而产生相应的信号。举例来说，薄型接近感测装置1可应用于一开关装置，当薄型接近感测装置1感测到外部物体经过特定位置或位于特定距离时，即可产生对应的开关信号，或者，薄型接近感测装置1亦可应用于一可携式装置(例如智能型手机或平板电脑)，当薄型接近感测装置1感测到外部物体接近至特定位置或位于特定距离时，即可产生对应的接近信号。
如图1与图2所示，透明板10具有第一表面11、第二表面15以及环周面17，环周面17连接于第一表面11与第二表面15外环周，且透明板10具有厚度T而构成第一表面11与第二表面15彼此保持间距。在一些实施例中，透明板10具体上可由导光材料所制成，例如透明板10可由聚碳酸酯(PC)、亚克力塑胶(PMMA)、玻璃或其他透明塑料等透明材质所制成而具有导光功能。此外，透明板10可为硬质导光薄板或软质导光薄膜，使薄型接近感测装置1所应用的产品能够更薄型化。
在一些实施例中，上述透明板10的形状可为圆形(如图1所示)、椭圆形、方形、长方形或其他不规则形，但此并不局限，实际上，透明板10的形状可根据所应用的产品需求而设计。
如图1与图2所示，透明板10的第一表面11设有发光源12及入光区13，发光源12是以朝向透明板10外部发出光线的方向设置于第一表面11上，例如在本实施例中，发光源12是设置在第一表面11的中央并且朝向远离第一表面11的方向，但此并不局限，发光源12亦可设置在第一表面11上的其他位置。在一些实施例中，上述发光源12可为雷射光源、红外线光源或LED光源等。
如图1与图2所示，入光区13为透明板10的第一表面11的局部区域，外部光线可由第一表面11的入光区13进入透明板10内部，其中入光区13与发光源12位于第一表面11上的不同位置。例如在本实施例中，入光区13位于第一表面11的周围而呈环状入光区域，且第一表面11上更设有一遮光层111，遮光层111介于发光源12与入光区13之间，以避免外部光线从入光区13以外的区域入光，举例来说，上述遮光层111可为深色材料所制成，例如深色薄膜或片体，以达到阻挡光线作用。或者，遮光层111亦可为反光材料所制成，例如反光模或反光片，以将照射至遮光层111的外部光线反射而避免进入透明板10内部。然而，本实施例仅为举例，在一些实施例中，入光区13亦可位于第一表面11的其他区域，或者透明板10也可省略遮光层111的设置。
如图1与图2所示，光感测器20具有一收光区21，光感测器20以收光区21朝向透明板10的厚度T方向设置于透明板10上，而能接收于透明板10的厚度T内所传递的光线。例如在本实施例中，光感测器20设置于透明板10的第二表面15上并对应于第一表面11的发光源12，但此并不局限，光感测器20与发光源12亦可彼此错位设置。或者，如图8所示，在其他实施例中，光感测器20’亦可设置于第一表面11上并介于第一表面11与发光源12之间，但此并不局限，光感测器20’亦可设置于第一表面11上并与发光源12错位设置，且光感测器20’的收光区21’朝向透明板10的厚度T方向。
在一些实施例中，上述光感测器20具体上可为感光元件，例如感光耦合元件(charge-coupled device,CCD)、互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor,CMOS)、或互补式金属氧化物半导体主动像素传感器(CMOS Active pixelsensor)，以感测进入透明板10内的光线。
如图1至图3所示，其中图3为本发明薄型接近感测装置第一实施例的感测示意图，薄型接近感测装置1的透明板10的第二表面15设有对应于入光区13的反光面16。例如在本实施例中，入光区13位于第一表面11的周围，反光面16则同样位于第二表面15的周围以对应于第一表面11上的入光区13。其中，反光面16能对应反射由第一表面11的入光区13进入的一特定入射光E，使特定入射光E经反光面16反射后，能够在透明板10的厚度T内进行一或多次反射并传递至光感测器20，也就是说，反光面16可将特定入射光E反射成能够在透明板10的厚度T内部进行反射的特定角度，使特定入射光E可顺利传递至光感测器20，此配合附图详细说明如下。
如图3所示，本发明实施例的薄型接近感测装置1在感测过程中，是通过发光源12持续对外发出光线(例如发出一照射光L)，当照射光L照射到外部物体后会对应产生反射光，而本发明实施例的特定入射光E为发光源12所发出光线受外部反射后，经由第一表面11的入光区13进入透明板10内、并以特定入射角入射到反光面16的光线。
承上，如图3所示，例如在本实施例中，外部物体可移动于多个不同位置(例如图3中的位置O1、O2、O3)而与薄型接近感测装置1相隔不同距离，在本例中，外部物体位于位置O1时与薄型接近感测装置1相隔距离D1，外部物体位于位置O2时与薄型接近感测装置1相隔距离D2，外部物体位于位置O3时与薄型接近感测装置1相隔距离D3，其中，距离D1大于距离D2，距离D2大于距离D3，外部物体移动于不同位置时可产生不同的反射光路径，并经由第一表面11的入光区13进入透明板10内。本实施例的薄型接近感测装置1是用以感测外部物体是否位在特定距离D2或接近特定位置O2，透明板10的第二表面15上的反光面16的设计即可针对外部物体于位置O2的反射光路径。举例来说，第二表面15上的反光面16可为指向式反光面，外部物体于位置O2受到照射光L照射所产生的反射光可由第一表面11的入光区13进入透明板10内，并且以特定入射角入射到反光面16(即上述特定入射光E)。
再如图3所示，上述反光面16则设计成可将由特定位置O2反射而具有特定入射角的特定入射光E反射成特定方向与角度并传递至第一表面11，例如使特定入射光E照射第一表面11的入射角大于临界角(Critical angle)，以使特定入射光E能够在透明板10的厚度T内部反射传递至光感测器20，例如特定入射光E经反光面16反射后，可在透明板10的厚度T内进行内部全反射(Total internal reflection,TIR)或部分反射(Reflection)而呈锯齿状的反射路径，以顺利反射传递至光感测器20，光感测器20检知到特定入射光E的亮度大于一阀值时，即可对应输出相应的信号(例如开关信号或接近信号)。请对照图3与图4所示，由于反光面16的设计是仅能将特定位置O2所反射的特定入射光E反射成特定方向与角度以传递至光感测器20，因此，当外部物体位于位置O1而与薄型接近感测装置1相隔距离D1时，外部物体受到照射光L照射所产生的反射光即无法传递至光感测器20，故光感测器20所感测到的光信号强度达不到阀值(如图4的曲线C所示，距离D1所对应的光信号强度远低于阀值)，当外部物体移动至位置O2而与薄型接近感测装置1相隔距离D2时，外部物体受到照射光L照射所产生的反射光即可受到反光面16反射成特定方向与角度，并于透明板10的厚度T内进行反射传递至光感测器20，此时光感测器20所感测到的光信号强度最强而大于阀值(如图4的曲线C所示，距离D2所对应的光信号强度大于阀值)，从而对应输出相应的信号(例如开关信号或接近信号)，当外部物体移动至位置O3而与薄型接近感测装置1相隔距离D3时，外部物体受到照射光L照射所产生的反射光又无法传递至光感测器20，故光感测器20所感测到的光信号强度即达不到阀值而不输出相应的信号(如图4的曲线C所示，距离D3所对应的光信号强度远低于阀值)。
由上述说明可见，所述阀值可对应一特定距离(即上述距离D2)，使外部物体于特定距离D2所产生的反射光能够受到反光面16反射成特定方向与角度，并于透明板10的厚度T内进行反射传递至光感测器20，使光感测器20收到的光信号强度大于阀值。当外部物体不在特定距离D2时，反射光则无法于透明板10内反射传递至光感测器20，因此，光感测器20可根据光信号强度判定上述特定距离D2。
在一些实施例中，透明板10的第二表面15的反光面16上可设有一光学微结构161，以通过光学微结构161将具有特定入射角的特定入射光E反射成特定方向与角度并传递至第一表面11。例如图2与图3所示，在本实施例中，光学微结构161为锯齿状反射结构而具有多个齿部1611，各齿部1611具有预定倾角的倾斜齿面，以通过倾斜齿面将特定入射角的特定入射光E反射成能够在透明板10的厚度T内部进行反射的特定角度，其中，光学微结构161可通过金属印刷、蚀刻或其他加工方式形成于反光面16上。在一些实施例中，光学微结构161亦可为其他微结构，例如反射式光栅、反射片或网点等，此并不局限。
再如图3所示，由于透明板10的第二表面15上的反光面16的设计是针对外部物体于位置O2的反射光路径，因此，当外部物体位于其他位置(例如图3中的位置O1、O3)时，所产生的反射光即无法传递至光感测器20，从而无法产生相应的信号。详言之，以外部物体于位置O1来说，外部物体于位置O1受到照射光L照射所产生的反射光F1可由第一表面11的入光区13进入透明板10内并入射到反光面16，由于反射光F1的入射角度与上述特定入射光E的入射角度不同，因此，反射光F1受到反光面16反射后即无法形成特定方向与角度传递至第一表面11，从而无法在透明板10的厚度T内部持续反射并传递至光感测器20(例如反射光F1大部分的光线折射出透明板10)。同理，以外部物体于位置O3来说，外部物体于位置O3受到照射光L照射所产生的反射光F2可由第一表面11的入光区13进入透明板10内并入射到反光面16，由于反射光F2的入射角度与上述特定入射光E的入射角度不同，因此，反射光F2受到反光面16反射后也无法形成特定方向与角度传递至第一表面11(例如照射第一表面11的入射角小于临界角)，从而无法在透明板10的厚度T内部持续反射并传递至光感测器20。
也就是说，如图3所示，反光面16的设计是仅能将特定角度的特定入射光E反射成特定方向与角度以传递至光感测器20，对于外部物体在不同位置的反射光、或者与特定入射光E不同入射角的其他光线(例如太阳光、照明光或环境光等)由第一表面11的入光区13进入透明板10后，皆无法顺利传递至光感测器20，藉此，本发明实施例的薄型接近感测装置1可达到大幅提高物体感测的准确性。
如图2与图3所示，透明板10的第二表面15上可更设有一反射微结构162，反射微结构162介于光学微结构161与光感测器20之间，特定入射光E经反光面16的光学微结构161反射后，更经由反射微结构162进一步反射而于透明板10的厚度T内进行多次反射并传递至光感测器20。在本实施例中，反射微结构162为锯齿状反射结构而具有多个齿部1621，反射微结构162用以使经反光面16的光学微结构161反射后的特定入射光E能够持续在透明板10的厚度T内进行反射并传递至光感测器20，其中反射微结构162各齿部1621的倾斜齿面角度与光学微结构161的各齿部1611的倾斜齿面角度可相同或不同(在此反射微结构162各齿部1621的倾斜齿面角度不同于光学微结构161的各齿部1611的倾斜齿面角度)。其中，上述反射微结构162可通过金属印刷、蚀刻或其他加工方式形成。在一些实施例中，反射微结构162亦可为其他微结构，例如反射式光栅、反射片或网点等，此并不局限。
如图5所示，为本发明薄型接近感测装置的第二实施例，本实施例与上述图3的实施例的差异在于，本实施例薄型接近感测装置2的透明板10的第二表面15仅于反光面16上设有光学微结构161，特定入射光E由第一表面11的入光区13进入透明板10后，是经由反光面16的光学微结构161反射成特定方向与角度，以在透明板10的厚度T内部进行一或多次反射并传递至光感测器20。
如图6所示，为本发明薄型接近感测装置的第三实施例，本实施例与上述图3的实施例的差异在于，本实施例薄型接近感测装置3的透明板10的第二表面15更设有一反射微结构163，反射微结构163介于光学微结构161与光感测器20之间，此外，反射微结构163更衔接于光学微结构161，且反射微结构163的各齿部1631的倾斜齿面角度相同于光学微结构161的各齿部1611的倾斜齿面角度，特定入射光E经反光面16的光学微结构161反射后，更经由反射微结构163进一步反射而于透明板10的厚度T内进行多次反射并传递至光感测器20。在一些实施例中，光学微结构161与反射微结构163亦可为其他微结构，例如反射式光栅、反射片或网点等，此并不局限。
如图7所示，为本发明薄型接近感测装置的第四实施例，本实施例与上述图6的实施例的差异在于，本实施例薄型接近感测装置4的第一表面11具有一反射区14，在此，反射区14为有别于入光区13的其他区域，特定入射光E是依序经反光面16与反射区14反射后，于透明板10的厚度T内进行反射并传递至光感测器20。
如图7所示，第一表面11的反射区14可设有一反射微结构141，在本实施例中，反射微结构141可为锯齿状反射结构而具有多个齿部1411，反射微结构141同样用以使经反光面16的光学微结构161反射后的光线能够持续在透明板10的厚度T内进行反射并传递至光感测器20，反射微结构141的各齿部1411的倾斜齿面角度与光学微结构161、163的各齿部1611、1631的倾斜齿面角度可相同或不同，其中，反射微结构141可通过金属印刷、蚀刻或或其他加工方式形成。在一些实施例中，反射微结构141亦可为其他微结构，例如反射式光栅、反射片或网点等，此并不局限。
如图8所示，为本发明薄型接近感测装置第五实施例，本实施例与上述图5的实施例的差异在于，本实施例薄型接近感测装置5的透明板10的第一表面11的入光区13设有一偏光微结构131，外部物体受到照射光L照射所对应产生的反射光，是经由第一表面11的入光区13的偏光微结构131进行偏折后，而形成特定入射光E进入透明板10内并以特定入射角入射到反光面16。
如图8所示，入光区13上的偏光微结构131可为锯齿状反射结构而具有多个齿部1311，以通过各齿部1311的倾斜齿面使外部物体受到照射光L照射所对应产生的反射光经过多个齿部1311后能够产生偏折而改变方向，从而以特定入射角入射到反光面16，在一些实施例中，偏光微结构131亦可为其他微结构，例如光栅、网点或其他与透明板10不同材质的材料等，此并不局限。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种薄型接近感测装置，其特征在于，包括：
一透明板，具有一厚度且包括相对的一第一表面与一第二表面，该第一表面设有一发光源及一入光区，该发光源以朝向该透明板外部发出光线的方向设置于该第一表面上，该发光源与该入光区分别位于该第一表面上不同位置，该第二表面设有对应于该入光区的一反光面；以及
一光感测器，包括一收光区，该光感测器以该收光区朝向该透明板的该厚度方向设置于该透明板上；
其中，该反光面能对应反射一特定入射光，该特定入射光指该发光源所发出光线受外部反射后，经由该第一表面的该入光区进入该透明板内、并入射到该反光面的光线；
其中，该特定入射光经该反光面反射后，更于该透明板的该厚度内进行一或多次反射并传递至该光感测器。
2.根据权利要求1所述的薄型接近感测装置，其特征在于，该光感测器检知该特定入射光的亮度大于一阀值时，对应输出一接近信号。
3.根据权利要求2所述的薄型接近感测装置，其特征在于，该阀值对应于一特定距离。
4.根据权利要求1所述的薄型接近感测装置，其特征在于，该反光面是指一指向式反光面。
5.根据权利要求1所述的薄型接近感测装置，其特征在于，该反光面上设有一光学微结构。
6.根据权利要求1所述的薄型接近感测装置，其特征在于，该透明板为一导光薄膜。
7.根据权利要求1所述的薄型接近感测装置，其特征在于，该光感测器设置于该透明板的该第二表面上，并对应于该第一表面的该发光源。
8.根据权利要求1所述的薄型接近感测装置，其特征在于，该光感测器设置于该透明板的该第一表面上，并介于该第一表面与该发光源之间。
9.根据权利要求1所述的薄型接近感测装置，其特征在于，该第一表面具有一反射区，该特定入射光依序经该反光面与该反射区反射后，于该透明板的该厚度内进行一或多次反射并传递至该光感测器。
10.根据权利要求1所述的薄型接近感测装置，其特征在于，该入光区设有一偏光微结构。
11.根据权利要求1所述的薄型接近感测装置，其特征在于，该第一表面更设有一遮光层，该遮光层介于该发光源与该入光区之间。
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