CN115468749A - 光学完整性的声学检测的方法和应用 - Google Patents

光学完整性的声学检测的方法和应用 Download PDF

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Abstract

本公开涉及光学完整性的声学检测的方法和应用。本发明涉及声光完整性检测系统架构和方法，其可用于通过检测光学部件上和/或光学部件中(例如，光学表面上和/或该光学部件的主体内)的不连续点来检测该光学部件的光学完整性。在一些示例中，完整性检测可用于确保任选地包括激光器的光学系统的安全合规性。声学完整性检测可利用换能器(例如，压电换能器)来沿着光学表面和/或穿过光学部件的厚度传输超声波。该光学表面的不连续点可与传输波相互作用，从而引起该传输波的至少一部分的衰减、重定向和/或反射。在与该不连续点相互作用之后，可测量该传输波能量的部分以确定不连续点的位置、类型和/或严重性。

Description

光学完整性的声学检测的方法和应用
技术领域
本申请整体涉及光学完整性的检测，并且更具体地涉及光学完整性的声学检测的各种方法和应用。
背景技术
几何光学部件目前可用于在计算系统中执行光学操作。诸如透镜、微透镜、透镜阵列等的几何光学部件(“折射光学部件”、“几何光学器件”、“折射光学器件”)可使用不同折射率的材料之间的非正交(例如，大于或小于九十度)界面来弯曲入射光并使光束成形。一个或多个波状外形表面可为计算系统提供近场和远场光学性能，包括合规性(例如，光/激光眼睛安全合规性、光/激光皮肤安全合规性等)。与平面光学器件(例如，衍射光学器件、超构表面器件等)相比，几何光学器件由于其低成本、高效率和高性能(仅列其中几个好处)而在消费电子器件中变得越来越流行。为了保证(即，基本上保证)合规性和性能，在主动照明使用(例如，通过几何光学器件发射光)期间，必须监测计算系统的照明系统中的几何光学器件的光学完整性，包括外部形状/形式、内部折射率、层压和安装、流体浸没状态等。然而，由于具有弯曲/尖锐转变的多维表面上的光刻图案化的限制，以及由于传统透镜阵列材料(例如，玻璃和环氧树脂)的热膨胀，传统完整性检测方法(诸如使用电阻性或电容性安全迹线)不能可靠地应用于几何光学器件的波状外形表面(例如，凸形表面)。另外，例如，透镜阵列的直接和间接光学/成像检测在所有使用上可能不是完全有效/兼容的(例如，由于成像分辨率)，和/或可能引起显著的附加系统成本。
发明内容
本申请涉及用于声学完整性检测(完整性评估)的系统架构、装置和方法以及系统架构、装置和方法的示例性应用。例如，可使用飞行时间(TOF)技术或来自障碍物阵列的反射的衰减来确定接触或集成到光学表面的杂质或不连续点的位置。声学完整性检测可利用一个或多个换能器(诸如压电换能器)来沿着光学表面和/或通过电子设备的光学部件的厚度传输超声波。随着波沿着光学表面传播，接触或集成到光学表面的一种或多种杂质或不连续点(例如，划痕、液体进入等)可与传输波相互作用，引起传输波的至少一部分的衰减、重定向和/或反射。在一些示例中，可测量在与一种或多种杂质或不连续点相互作用之后传输波能量的部分，以确定光学部件的光学表面上/光学表面中的一种或多种杂质或不连续点的存在和/或位置。例如，耦合到包括设备的一个或多个光学部件(例如，透镜)的光学系统(例如，透镜阵列)的一个或多个换能器(例如，声换能器)可被配置为沿着每个透镜的光学表面和/或通过透镜阵列的厚度传输声波，并且可接收当声波遇到光学表面中的或接触光学表面的划痕或水滴时反射回的波的一部分。例如，可基于波的传输与反射波的检测之间经过的时间量来确定杂质或不连续点的位置。可使用声学完整性检测来代替其他完整性检测技术(诸如电阻性和/或电容性安全迹线的应用)或与其他完整性检测技术结合使用。在一些示例中，本文所述的声学完整性检测技术可用于设备的透镜阵列中的透镜的波状外形表面上，其由于透镜表面的三维形状而可能不适合于电容性或电阻性安全迹线。在一些示例中，本文所述的声学触摸感测技术可用于耦合到透镜阵列的显示器的表面上。在一些示例中，声学完整性检测系统可被配置为控制照明系统的一个或多个光发射器的可操作性，使得当在透镜阵列的一个或多个透镜中检测到杂质或不连续点时禁用光发射。
附图说明
图1A至图1E示出了根据本公开的示例的可包括声光完整性检测系统的示例性电子设备。
图2示出了根据本公开的示例的包括光学完整性检测系统的电子设备的示例性框图。
图3A示出了根据本公开的示例的用于光学系统的光学完整性的声学检测的示例性方法。
图3B示出了根据本公开的示例的用于基于光学系统的光学完整性来操作光发射器的示例性过程。
图4示出了根据本公开的示例的声光完整性检测电路的示例性配置。
图5A至图5B分别示出了根据本公开的示例的电子设备的材料堆叠和材料堆叠的简化单个薄片的示例性透视图。
图6A至图6B示出了根据本公开的示例的用于将一个或多个声换能器安装到电子设备的材料堆叠中的透镜阵列的示例性配置。
图7示出了根据本公开的示例的耦合在显示器与透镜阵列之间的一个或多个声换能器的示例性详细侧截面图。
图8A至图8C示出了根据本公开的示例的形成耦合到透镜阵列的一个或多个声换能器的一个或多个超声感测层的示例性配置的示例性详细侧截面图。
图9A至图9F示出了根据本公开的示例的演示光学系统的光学完整性的声学检测的示例性信号图。
具体实施方式
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年6月11日提交的美国临时申请第63/209,935号以及2022年5月24日提交的美国专利申请第17/664,832号的权益，这两个申请的内容全文以引用方式并入本文以用于所有目的。
在以下对各种示例的描述中，将参考形成以下描述的一部分的附图并且在附图中以说明的方式示出了可被实施的具体示例。应当理解，在不脱离各个示例的范围的情况下，可使用其他示例并且可作出结构性改变。
本公开涉及用于声学完整性检测(例如，光学完整性检测)的系统架构、装置和方法以及系统架构、装置和方法的示例性应用。例如，可使用来自障碍物阵列的反射的衰减来评估光学系统(例如，微透镜阵列)的光学部件(例如，透镜)的表面(例如，弯曲或波状外形表面)的光学完整性。声学完整性检测可利用一个或多个换能器(诸如压电换能器)来沿着光学表面和/或通过电子设备的厚度传输超声波。随着波沿着光学表面传播，存在于光学表面中或与光学表面接触的一种或多种杂质(例如，裂纹、划痕、水进入等)可与传输波相互作用，引起传输波的至少一部分的衰减、重定向和/或反射。可测量与一种或多种杂质相互作用之后传输波能量的部分，以确定设备内的光学部件的光学表面的光学完整性。例如，耦合到设备中的光学部件的光学表面的一个或多个换能器(例如，声换能器)可被配置为沿着光学表面和/或通过光学部件的厚度传输声波并且可接收当声波在光学表面上和/或光学表面中遇到杂质时反射回的波的一部分。可例如基于对传输波和反射波的一个或多个特征(诸如振幅或周期的差异)的评估(即，测量)来确定杂质的存在。例如，可将反射波的一个或多个特征与由换能器捕获的基线声学响应进行比较(例如，在工厂中，在确认已知良好光学器件的光学安全合规性的光学测试期间)。在一些示例中，可例如部分地基于波的传输与反射波的检测之间经过的时间量来确定(例如，使用飞行时间技术)杂质的位置。可使用声学完整性检测来代替其他完整性检测技术(诸如电阻性和/或电容性安全迹线的应用)或与其他完整性检测技术结合使用。在一些示例中，本文所述的声学完整性检测技术可用于光学部件的波状外形表面上，其由于具有尖锐转变的三维表面上的光刻图案的限制而可能不适合于电容性或电阻性触摸感测。在一些示例中，本文所述的声学完整性检测技术可用于透镜阵列的玻璃或环氧树脂表面上。在一些示例中，声学完整性检测系统可被配置为控制来自设备中的照明系统的一个或多个光发射器的光发射。
图1A至图1E示出了具有触摸屏和光学部件的系统的示例，该光学部件可包括用于检测系统的光学部件的光学表面中和/或光学表面上的杂质的声传感器。图1A示出了示例性移动电话136，该示例性移动电话包括触摸屏124并且可包括根据本公开的示例的声光完整性检测系统(“声光完整性检测系统”、“声学完整性检测系统”、“声学完整性评估系统”)。图1B示出了示例性数字媒体播放器140，该示例性数字媒体播放器包括触摸屏126并且可包括根据本公开的示例的声学完整性检测系统。图1C示出了示例性个人计算机144，该示例性个人计算机包括触摸屏128和触控板146并且可包括根据本公开的示例的声学完整性检测系统。图1D示出了示例性平板计算设备148，该示例性平板计算设备包括触摸屏130并且可包括根据本公开的示例的声学完整性检测系统。图1E示出了示例性可穿戴设备150(例如，手表)，该示例性可穿戴设备包括触摸屏152并且可包括根据本公开的示例的声学完整性检测系统。可穿戴设备150可经由条带154或任何其他合适的紧固件联接到用户。应当理解，图1A至图1E所示的示例性设备是作为示例提供的，并且其他类型的设备可包括用于检测设备的光学部件的光学表面上和/或光学表面中的杂质的存在的声学完整性检测系统。另外，尽管图1A至图1E所示的设备包括触摸屏，但在一些示例中，该设备还可具有非触敏显示器。
声传感器可结合在上述系统中，以增加系统的光学部件(例如，透镜)的光学表面的声学完整性检测能力。例如，声传感器可允许在制造阶段期间(例如，在包括透镜阵列的设备的最终封装之前)评估透镜阵列中的一个或多个透镜的光学表面的杂质。在一些示例中，上述系统可包括照明系统，该照明系统包括一个或多个光发射器，该一个或多个光发射器可为激光器、发光二极管、垂直腔表面发射激光器(VSCEL)等。因此，例如，声传感器可允许在一个或多个发射器的致动之前评估该设备的光学系统的光学部件的光学完整性，以便确保足够量的光学完整性，从而有助于来自一个或多个发射器的有效光发射。作为另一示例，在一些示例中，光学部件的光学表面可用声传感器来增强，以提供光学完整性检测能力，用于在潮湿环境中或在设备可能变湿的条件下(例如，运动、游泳、下雨、洗手等)检测水进入。
图2示出了根据本公开的示例的包括声光完整性系统的电子设备的示例性框图。在一些示例中，设备200(其可对应于上述设备136、140、144、148和150)的透镜(在透镜阵列内)202(即，上述光学系统的光学部件)可与一个或多个声换能器204耦合。在一些示例中，换能器204可为压电换能器，其可在充当发射器时因电信号的施加而振动，并且在充当接收器时基于检测到的振动来生成电信号。在一些示例中，换能器204可由透明压电陶瓷材料(例如，ZnO或AlN)或透明压电聚合物材料(例如，PVDF)形成。类似地，换能器204可在振动时产生电能作为输出。在一些示例中，换能器204可通过粘结剂(例如，刚性环氧树脂薄层)粘结到透镜202。在一些示例中，换能器204可通过诸如沉积、光刻等工艺设置在光学表面上。在一些示例中，换能器204可使用导电或非导电粘结材料粘结到表面。当将电能施加到换能器204时，电能可使换能器振动，也可使与换能器接触的表面材料振动，并且表面材料的分子的振动可作为声波传播通过表面材料。在一些示例中，换能器204的振动可用于在透镜202的光学表面的介质中在宽频率范围(例如，20kHz–800kHz、20kHz-1MHz或其他合适的频率范围)内以所选频率产生超声波，该透镜的光学表面可为玻璃、塑料(例如，环氧树脂)等。应当理解，可使用上述示例性范围之外的其他频率，同时保持在本公开的范围内。
在一些示例中，透镜202(例如，在透镜阵列内)还可部分或完全光学耦合到一个或多个光发射器220(例如，激光器)。在一些示例中，光发射器220被配置为发射光，其中光可传播通过透镜202，通过换能器204，以及通过触摸屏208。在一些示例中，换能器204还可部分地或完全地设置在触摸屏208的一部分上(或耦合到该触摸屏的一部分)，该触摸屏可耦合/集成到外壳218。例如，触摸屏208(例如，电容性触摸屏)可包括玻璃面板(覆盖玻璃)，并且触摸屏的显示区域可被非显示区域(例如，围绕触摸屏的显示区域的外围的黑色边界区域)围绕。在一些示例中，换能器204可部分地或完全地设置在触摸屏208玻璃面板的黑色掩模区域中(例如，在黑色掩模后面的玻璃面板的背面上)，使得换能器对于用户是不可见的(或仅部分可见)。在一些示例中，换能器204可部分地或完全地耦合到触摸屏208的显示区域，使得换能器204耦合在触摸屏208与透镜202之间。在此类示例中，换能器204可由透明或部分透明材料(例如，ZnO、AlN)构成，以允许光的全部或主要部分穿过例如显示区域。
设备200还可包括声光完整性检测电路206，该声光完整性检测电路可包括用于驱动电信号以激励换能器204的振动的电路(例如，发射电路)，以及用于当换能器被接收的声能激励时感测换能器输出的电信号的电路(例如，接收电路)。在一些示例中，声学完整性检测电路206的定时操作可任选地由单独的声光完整性检测控制器210来提供，该单独的声光完整性检测控制器可控制声学完整性检测电路206操作的定时。在一些示例中，完整性检测控制器210可耦合在声学完整性检测电路206与主机处理器214之间。在一些示例中，控制器功能可与声学完整性检测电路206集成(例如，在单个集成电路上)。来自声学完整性检测电路206的输出数据可被输出到主机处理器214进行进一步处理，以确定设备的透镜202或显示器(例如，触摸屏208)上和/或该透镜或显示器中的杂质的位置、类型和/或严重性，如将在下面更详细地描述。在一些示例中，用于确定表面杂质的位置、类型和/或严重性的处理可由设备200的声学完整性检测电路206、控制器210或单独的子处理器(未示出)来执行。在一些示例中，声学检测电路206、控制器210或单独的子处理器(未示出)可使用表面杂质的存在的确定(即，基于位置、类型和/或严重性的确定)来控制光发射(来自光发射器220)。
除了声学完整性检测电路206之外，该设备还可包括附加触摸电路212和任选地可耦合到触摸屏208的触摸控制器(未示出)。在包括触摸控制器的一些示例中，触摸控制器可设置在触摸电路212与主机处理器214之间。例如，触摸电路212可为电容性或电阻性触摸感测电路，并且可用于检测与触摸屏208接触和/或接近的对象(例如，手指、触针等)的接触和/或悬停，特别是在触摸屏的显示区域中。因此，设备200可包括多种类型的检测电路(例如，触摸电路212和声学完整性检测电路206)，以用于检测设备的不同区域中的对象(及其位置)，同时检测设备内的光学部件(透镜202)的杂质，如下面将更详细地描述的。尽管在本文描述为包括触摸屏，但应当理解，可省略触摸电路212，并且可用其他非触敏显示器来代替触摸屏208。
主机处理器214可接收声学输出或其他触摸输出(例如，电容性输出)并基于触摸输出执行动作。主机处理器214也可连接到程序存储装置216和触摸屏208。例如，主机处理器214可与触摸屏208通信以在触摸屏208上生成图像，诸如用户界面(UI)的图像，并且可使用触摸感测电路212来检测触摸屏208上或该触摸屏附近的触摸，诸如对所显示的UI的触摸输入。触摸输入可由存储在程序存储装置216中的计算机程序用于执行动作，该动作可包括但不限于：移动对象诸如光标或指针、滚动或平移、调节控制设置、打开文件或文档、查看菜单、作出选择、执行指令、操作连接到主机设备的外围设备、应答电话呼叫、拨打电话呼叫、终止电话呼叫、改变音量或音频设置、存储与电话通信相关的信息(诸如地址、频繁拨打的号码、已接来电、未接来电)、登录到计算机或计算机网络上、允许经授权的个体访问计算机或计算机网络的受限区域、加载与用户优选的计算机桌面的布置相关联的用户配置文件、允许访问网页内容、启动特定程序、对消息进行加密或解密等。主机处理器214还可执行可能与触摸处理无关的附加功能，诸如声学完整性检测电路206(以及在一些示例中，声学完整性检测控制器210)的操作，以检测透镜202上或该透镜附近的杂质(诸如划痕或水进入)和/或光发射器220的操作。
需注意，本文所述的功能中的一种或多种功能可由存储在存储器中并由触摸电路212和/或声学完整性检测电路206(或它们相应的控制器)执行或者存储在程序存储器216中并由主机处理器214的固件来执行。该固件也可以存储和/或输送于任何非暂态计算机可读存储介质内，以供指令执行系统、装置或设备诸如基于计算机的系统、包括处理器的系统或可以从指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的其他系统使用或与其结合。在本公开的上下文中，“非暂态计算机可读存储介质”可以是可包含或存储程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合的任何介质(不包括信号)。非暂态计算机可读介质存储器可包括但不限于，电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备、便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(RAM)(磁性)、只读存储器(ROM)(磁性)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)(磁性)、便携式光盘(诸如CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或DVD-RW)、或闪存存储器(诸如紧凑型闪存卡、安全数字卡)、USB存储设备、记忆棒等。
该固件也可传播于任何传输介质内以供指令执行系统、装置或设备诸如基于计算机的系统、包括处理器的系统或可从指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的其他系统使用或与其结合。在本文的上下文中，“传输介质”可以是可传送、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合的任何介质。传输可读介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁或红外有线或无线传播介质。
应当理解，设备200不限制于图2的部件和配置，但是根据各种示例可在多个配置中包括其他部件或附加部件。此外，设备200的部件可被包括在单个设备内，或者可分布在多个设备之间。此外，应当理解，在部件之间的连接是示例性的，并且根据实施方式，可在部件之间包括不同的单向连接或双向连接，不管图2的配置所示的箭头如何。
图3A示出了根据本公开的示例的用于光学系统的光学完整性的声学检测的示例性方法300。在302处，例如，可(例如，由一个或多个换能器204)以超声波的形式沿着或通过设备的光学部件的光学表面传输声能。在一些示例中，波可作为压缩波、剪切水平波、瑞利波、兰姆波、勒夫波、斯通利波或表面声波传播。基于表面材料的特性和从换能器到光学部件的光学表面的能量传输方式，也可存在用于传输声能的其他传播模式。在一些示例中，光学表面可由玻璃或环氧树脂形成(例如，透镜202)，或者该表面可由玻璃或蓝宝石晶体形成(例如，触摸屏208)。传输的能量可沿着表面传播，直到达到表面中的不连续点/杂质，这可导致一部分能量反射。在一些示例中，不连续点或杂质可以是表面形状的不规则性(例如，蚀刻到表面中的凹槽或图案)。在一些示例中，不连续点可为耦合到表面(例如，布置在表面上)的反射材料。在一些示例中，与表面接触的水(例如，水进入)也可为不连续点。在一些示例中，表面材料的边缘(即，端点)处可能出现不连续点(例如，当超声波传播到表面的与换能器相对的边缘时)。在一些示例中，光学系统的光学部件(例如，透镜阵列)与显示器(例如，触摸屏的显示器)的分层也可为不连续点。当传输的能量达到上述不连续点中的一个不连续点时，一些能量可被反射，并且一部分反射能量可被引导到一个或多个换能器204。
在304处，可接收返回的声能，并且可由一个或多个换能器204将该声能转换成电信号。在306处，声感测系统可确定光学部件的表面上和/或表面中是否存在一个或多个杂质或不连续点，并且可基于所接收的声能进一步检测一个或多个杂质的位置、类型和/或严重性。在一些示例中，杂质与传输源(例如，换能器204)的距离可根据反射能量的发射与接收之间的飞行时间以及超声波穿过材料的传播速率来确定。在一些示例中，可将基线反射能量(从全功能且连续的光学表面已知(即，无异常/意外不连续点或杂质))与反射能量的测量值进行比较。作为示例，可基于特定光学表面和部件的理想完整性曲线的模拟和/或基于在特定光学表面和部件的测试期间获得的存储的完整性曲线(例如，保存在存储器中)来确定基线反射能量。反射能量与基线的测量偏差的定时可与杂质的位置相关。在一些示例中，可记录并处理沿着传输波和接收波的多个弧的振幅，以重构每个位置的振幅图像。尽管方法300如上所述一般是指由传输波的换能器接收的反射波，但在一些示例中，发射器功能和接收器功能可以分离，使得302处的声能发射和304处的声能接收可能不会发生在同一换能器处(例如，一个换能器被配置为发射，而一个换能器被配置为接收)。下面将更详细地描述可用于实现方法300的示例性设备配置和测量定时示例。
在一些示例中，声光完整性检测可确定一个或多个光发射器220的可操作性，使得来自一个或多个光发射器220的光的发射取决于光学部件的完整性。例如，声光完整性检测可包括所接收声能的标准(例如，指示光学完整性)，必须满足该标准以便从一个或多个光发射器发射光。一个或多个标准在本文可称为光学完整性标准或完整性标准。图3B示出了根据本公开的示例的用于基于光学系统的光学完整性来操作光发射器的示例性过程320。过程300可包括如302和304中那样发射和接收声能，如上面关于图3A所述。在322处，声光完整性检测系统可使用所接收的声能和一个或多个完整性标准来评估光学完整性。在一些示例中，检测到的光学完整性可根据反射能量的一个或多个特征(诸如振幅、飞行时间、周期等的定量值)来表示，如上所述。如上所述，这些定量值可允许系统确定检测到的杂质的位置、类型和/或严重性，使得例如可标记光学部件，并可注意到检测到的杂质(例如，替换、固定等)。附加地或另选地，对于图3B中所示的示例性过程320，检测到的光学完整性可简单地根据是否检测到杂质来表示(例如，正检测或负检测)。因此，在322处，光学完整性检测系统可检查是否检测到意外的不连续点/杂质，并基于是否检测到意外的不连续点/杂质来确定是否启用光发射。可以理解，该简化的评估步骤可使得能够确定是否能够更快地执行光发射(与检测杂质位置、类型和/或严重性所花费的时间相比)。如图所示，如果满足一个或多个标准(即，未检测到杂质)，则启用光发射器220并允许其发射光(324)。另选地，如果不满足一个或多个标准(即，检测到一种或多种杂质)，则禁用光发射器220并且不允许其发射光(326)。
应当理解，图3A至图3B中所示的示例性过程300和320可根据期望或需要执行多次或几次。例如，可在每次从一个或多个光发射器220发射光时执行过程320。附加地或另选地，在一些示例中，可执行完整性检测过程300多于一次(例如，两次或三次)，以减少正误识或(即，有杂质的误检测)和/或负误识(即，无杂质的误检测)的发生。
图4示出了根据本公开的示例的声光完整性检测电路400的示例性配置。声学完整性检测电路400可包括声学完整性检测电路402-404和408-420(其可对应于上述声学完整性检测电路206)和控制逻辑422(其可对应于上述声学完整性检测控制器210)。在一些示例中，声学完整性检测电路400还可任选地包括换能器406(其可对应于上述换能器204)。尽管图4中未示出，但在一些示例中，声光完整性检测电路400还可任选地包括光学系统，该光学系统包括光学部件(其可对应于透镜202)、光发射电路(其可对应于光发射器220并且可包括用于基于光学完整性检测来操作光发射器的控制电路)。
在一些示例中，发射器402可生成用于激励多个换能器406中的一个或多个换能器的运动的电信号。在一些示例中，传输的信号可为差分信号，并且在一些示例中，传输的信号可为单端信号。在一些示例中，发射器402可为简单的缓冲器，并且传输的信号可为脉冲(或特定频率的脉冲串)。在一些示例中，发射器402可包括数模转换器(DAC)402A和任选地用于平滑DAC 402A的量化输出的任选滤波器402B。在一些示例中，换能器本身的特征可提供滤波特性，并且可省略滤波器402B。DAC 402A可用于生成任意发射波形。在一些示例中，任意波形可对发射信号进行预失真处理以均衡信道。在一些示例中，可测量并存储每个信道的特征，诸如耦合到换能器406的表面材料的特性、表面材料中的不连续点以及设备的光学部件的光学表面的反射特征。在一些示例中，可将信道特征测量为制造步骤(或工厂校准步骤)，而在其他示例中，可将特征测量为周期性校准步骤(即，每月一次、每年一次等，这取决于信道特征预期改变的速度)。在一些示例中，可将信道特征转换为信道的传递函数，并且可使用信道传递函数的逆来配置任意发射波形，使得返回信号均衡(例如，尽管传输的波形具有看上去任意的波形，但返回信号可被检测为脉冲或脉冲串)。在一些示例中，单个差分脉冲可用作发射波形。例如，可使用双极方形脉冲(其中施加到换能器的电压可既为正，又为负)作为发射波形，并且可使用单端或差分具体实施来实现双极方形脉冲。
可使用一对解复用器404(例如，在差分具体实施中)来选择性地将发射器402耦合到换能器406中的一个换能器，该换能器可为用于测量周期中的特定测量步骤的有源换能器。在一些示例中，解复用器404可具有接地连接，并且未选择的解复用器输出可短路、开路或接地。如上所述，当声能在换能器中引起运动时，换能器406也可生成输出电信号。可使用一对多路复用器408(例如，在差分具体实施中)来选择用于耦合到可编程增益放大器410的换能器406，该可编程增益放大器被配置为放大所接收的信号。在一些示例中，同一换能器406可在驱动模式期间通过解复用器404耦合到发射器402，并且在接收模式期间通过多路复用器408耦合到可编程增益放大器410。因此，单个换能器406可用于发射声能以及接收声能。在一些示例中，第一换能器可通过解复用器404耦合到发射器402，并且第二换能器可通过多路复用器408耦合到可编程增益放大器410。例如，发射换能器和接收换能器可为分立的压电元件，其中发射换能器可被设计为由较高的电压(或电流)驱动，以在换能器406中产生足够的运动，从而在设备(例如，上述设备200)的表面中产生声波，并且接收换能器可被设计为接收较小振幅的反射能量。在这种架构中，发射侧电路(例如，402和404)可任选地在高电压电路上实现，而接收侧电路(例如，408-420)可任选地在单独的低电压电路上实现。在一些示例中，多路复用器408也可在高电压电路上实现，以在发射侧电路的传输操作期间适当地隔离剩余的接收侧电路(例如，410-420)。附加地或另选地，在一些示例中，发射电路可包括能量恢复架构，该能量恢复架构可用于恢复对换能器充电和放电所需的一些能量。在一些示例中，可编程增益放大器输出可耦合到增益和偏移校正电路412。应当理解，对于单端具体实施，可使用单个解复用器404和单个复用器408，并且发射器402、可编程增益放大器410以及增益和偏移校正电路412的输入也可为单端的。然而，与单端具体实施相比，差分具体实施可提供改进的噪声抑制。
在一些示例中，声学触摸感测电路可用于包括多个发射换能器和一个接收换能器的系统中。在此类示例中，解复用器404可以是不必要的，并且可从声学触摸感测电路中省略。在一些示例中，声学触摸感测电路可用于包括多个接收换能器和一个发射换能器的系统中。在此类示例中，多路复用器408可以是不必要的，并且可从声学触摸感测电路中省略。
在一些示例中，增益和偏移校正电路412的输出可任选地耦合到一个或多个模拟处理电路。在一些示例中，增益和偏移校正电路412的输出可耦合到解调电路414，该解调电路被配置为解调所接收的信号(例如，通过I/Q解调)。在一些示例中，增益和偏移校正电路412的输出可耦合到包络检测电路415，该包络检测电路被配置为对所接收的信号执行包络检测。在一些示例中，可在滤波器416处对增益和偏移校正电路412的输出进行滤波。在一些示例中，这些块可以不同的顺序放置。在一些示例中，这些模拟处理电路的处理可在数字域中执行。
所接收的信号，无论是原始信号还是由解调电路414、包络检测电路415或滤波器416中的一者或多者处理的信号，都可传递到模数转换器(ADC)418以转换成数字信号。在一些示例中，输入/输出(I/O)电路420可用于传输所接收的数据以供处理。在一些示例中，I/O电路420的输出可传送到设备的主机处理器，或传送到与主机处理器分开的辅助处理器(子处理器)。例如，如图所示，I/O电路420的输出可耦合到处理器片上系统(SoC)430，该处理器片上系统可包括一个或多个处理器。在一些示例中，处理器SoC 430可包括主机处理器432(例如，活动模式处理器)和辅助处理器434(例如，低功率处理器)。在一些示例中，可在将数据传输到系统中的其他处理器(例如，处理器SoC 430)之前执行一些数字信号处理(例如，由声学触摸感测电路400)。控制电路422可用于控制声学完整性检测电路402-420的定时和操作。在一些示例中，I/O电路不仅用于向处理器SoC 430(例如，主机处理器432)进行数据传送，而且用于写入控制寄存器和/或从处理器SoC 430下载固件。
如本文所述，例如，光发射电路可包括激光驱动器(图4中未示出)，该激光驱动器被配置为驱动一个或多个光发射器。在一些示例中，光发射电路可接收中断信号或其他控制信号，用于在检测到光学杂质时防止来自包括激光器的光学系统的光发射(例如，确保包括激光器的光学系统的安全合规性)。在一些示例中，用于启用或禁用光发射电路的控制可由处理器SoC 430使用I/O电路420的输出(并因此使用换能器406的输出)来执行。在一些示例中，可由I/O电路420直接提供控制而无需使用处理器SoC 430。如本文所讨论的，光发射电路可通过换能器406中的一个或多个换能器(例如，通过由一个或多个换能器406所接收的一个或多个反射)接收在透镜处、在透镜上和/或在透镜附近(例如，对应于透镜202)已检测到不连续点的指示(或多个指示)。对光发射电路的控制可产生由驱动一个或多个光发射器的激光驱动器所接收的中断信号(例如，一比特消息或标记，诸如逻辑高)，这可使一个或多个光发射器放弃光发射(例如，如图3B中的326所示)。附加地或另选地，当一个或多个换能器406未检测到不连续点时并且在接收到前进信号(例如，单比特消息或标记，诸如逻辑低)时，光发射电路可允许激光驱动器/光发射器在无中断信号的情况下发射光(例如，如图3B中的324所示)。
应当理解，图4的配置不限于图4的部件和配置，而是可包括根据各种示例的多种配置中的其他或附加部件。例如，尽管为简单起见未明确示出，但图4的配置可包括光发射电路，该光发射电路可包括例如激光驱动器，该激光驱动器被配置为驱动一个或多个光发射器220并接收中断信号以防止光发射(例如，当检测到光学杂质时)，如上文所讨论。此外，部件402-404和408-420中的一些部件或全部部件可包括在单个电路中，或者可在多个电路之间划分，同时保持在本公开的示例的范围内。
如本文所述，可使用各种声感测技术来检测光学部件的光学表面上、光学表面中或光学表面附近的一个或多个杂质，并由此评估光学系统的光学部件的光学完整性。在一些示例中，光学系统可为具有一个或多个透镜的微透镜阵列(MLA)，并且可与包括一个或多个光发射器的照明系统交互，如上文所公开。一个或多个声换能器可耦合到MLA，以评估一个或多个透镜的光学完整性，并且基于该光学完整性来启用或禁用一个或多个光发射器(例如，作为照明系统的故障保护而操作)，如下所述。
图5A至图5B分别示出了根据本公开的示例的电子设备的材料堆叠和材料堆叠的简化单个薄片的示例性透视图。图5A示出了包括电子设备内的照明系统的材料堆叠520的透视图。如上文参考图2时所述，电子设备可包括设置在一个或多个透镜202上方的触摸屏208或其他屏幕(例如，非触摸显示屏)。如图5A所示，材料堆叠(在本文也称为“堆叠”)可包括显示屏，该显示屏包括层叠在显示器522上方的覆盖玻璃521(例如，其中可设置诸如发光二极管、有机发光二极管等显示电路的显示层)。如图所示，堆叠520还可包括耦合(例如，层叠或沉积)在显示器522下方的MLA 523，以及最后使用粘合剂519耦合到MLA 523的一个或多个换能器524和/或声学完整性检测电路506。如上文所述，换能器524和/或声学完整性检测电路506可被配置为生成声波/超声波(例如，剪切水平波)并接收反射的声波。如将在下文中描述的，声波可传播通过MLA 523，以便检测可能存在于MLA 523的一个或多个透镜中或一个或多个透镜上的杂质或不连续点。
如上所述，电子设备可包括利用MLA 523的照明系统。如图5A所示，照明系统可包括准直器525和一个或多个光发射器527。尽管未示出，但驱动器可被配置为驱动一个或多个光发射器527，并且准直器525可准直从一个或多个光发射器527发射的光束。驱动器可与例如图2所示的声光完整性检测电路206和/或声光完整性检测控制器210通信。如本文所述，一个或多个光发射器527(例如，其可为激光器)可被配置为选择性地发射光529。如作为示例示出，从一个或多个光发射器527发射的光529可被引导通过准直器525，该准直器可包括例如显示器布线孔，使得光529可被MLA 523折射通过显示器522，以实现高功率的面向用户的照明功能(例如，用于面部识别能力的远场照明)，以及其他可能性。存在于MLA 523中或该MLA上的杂质或不连续点(诸如划痕、水进入或分层连接(例如，在MLA与显示器之间))可能阻碍或阻止光529(以及因此光功率)通过显示器522被有效地照明。如稍后将更详细地讨论的，超声换能器524和声学完整性检测电路506可提供用于评估MLA 523的光学完整性的有效且可靠的集成检测方法，以使得能够从一个或多个发射器527输出更高的光功率，并因此提高设备性能。
图5B示出了以简化配置示出的图5A的材料堆叠的单个薄片520A的透视图。如上所述，具有触摸屏或其他非触摸显示屏的电子设备可包括覆盖玻璃521、显示器522和MLA523，它们在电子设备的凹槽中布置成材料堆叠结构。如图5B所示，图5B的材料堆叠520的单个薄片520A可突出MLA 523的一个或多个透镜中的一个透镜530。作为示例，MLA 523可为任何合适数量和布置的透镜阵列(例如，12×30个透镜、15×35个透镜、10×24个透镜等)。如图所示，透镜530可经由粘合剂层528(例如，环氧树脂层、压敏粘合剂等)耦合到显示器522。如本文所述，粘合剂层(例如，粘合剂层528或粘合剂层519的一部分)可将换能器524和/或声学完整性检测电路506(图5B中未示出)耦合到显示器522和/或MLA 523(并因此耦合到透镜530)。如下文更详细描述的，声波的传输和反射声波的接收可允许针对任何杂质或不连续点来评估MLA 523的一个或多个透镜(例如，透镜530)的光学表面。
图6A至图6B示出了根据本公开的示例的用于将一个或多个声换能器624和/或声学完整性检测电路606安装到电子设备的材料堆叠中的透镜阵列623的示例性配置。如上文参考图5A至图5B时所讨论的，一个或多个换能器624和/或声学完整性检测电路606可耦合到MLA 623，使得由一个或多个换能器624生成的超声波可传播通过MLA 623的一个或多个透镜，并且反射的超声波可由一个或多个换能器624接收。如本文所讨论的，多种安装配置可用于将换能器624和/或声学完整性检测电路606有效地耦合到MLA 623。图6A至图6B还示出了覆盖玻璃621(例如，对应于覆盖玻璃521)、外壳618的一部分(例如，对应于外壳518的一部分)、准直器625(例如，对应于准直器525)以及由光发射器(未示出)发射的光629(例如，对应于光529)，为了简洁起见，不再重复其细节。
图6A示出了用于将换能器624和/或声学完整性检测电路606安装到MLA 623的第一示例性配置。如图6A所示，换能器624和/或声学完整性检测电路606任选地与MLA 623的底表面的一部分重叠。在一些示例中，换能器624耦合在MLA 623与显示器622之间，其中一个或多个换能器可在一个或多个超声感测层631中实现。在一些此类示例中，声学完整性检测电路606(例如，对应于声学完整性检测电路206和/或声学完整性检测电路400)可使用粘合剂619(例如，对应于粘合剂519)耦合到MLA623。如图所示，换能器可在经由粘合层628(例如，对应于图5B中的粘合层528)粘附到显示器622的一个或多个超声感测层631中实现，如参考图7更详细地讨论的。例如，声学完整性检测电路可被配置为生成声波，检测反射的声波和/或处理反射的声波。在一些示例中，换能器624和/或声学完整性检测电路606可安装在MLA 623的一侧(例如，MLA 623的右侧(如图6A所示)，或者安装在MLA 623的左侧)。另选地，在一些示例中，换能器624和/或声学完整性检测电路606可根据需要或期望安装在MLA623的两侧(例如，MLA 623下侧上的右侧和左侧)。例如，多个换能器可改进MLA 623的一个或多个透镜的杂质或不连续点的检测和/或定位。
图6B示出了用于将换能器624和/或声学完整性检测电路606安装到MLA 623的第二示例性配置。如图6B所示，换能器624和/或声学完整性检测电路606任选地与MLA 623的一侧的一部分邻接，使得换能器624和/或声学完整性检测电路606耦合在MLA 623与显示器622之间。在一些示例中，换能器624和/或声学完整性检测电路606可使用粘合剂619耦合到MLA 623和显示器622。在一些示例中，换能器可在经由粘合剂层628(例如，对应于图5B中的粘合剂层528)粘附到显示器622的一个或多个超声感测层631中实现，如参考图7更详细地讨论的。例如，声学完整性检测电路可被配置为生成声波，检测反射的波，和/或处理反射的声波。在一些示例中，换能器624和/或声学完整性检测电路606可安装在MLA 623的一侧(例如，MLA 623的右侧)，如图6B所示，或者安装在MLA 623的左侧。另选地，在一些示例中，一个或多个换能器624和/或声学完整性检测电路606可根据需要或期望安装在MLA 623的两侧(例如，右侧和左侧)。例如，多个换能器可改进MLA 623的一个或多个透镜的杂质或不连续点的检测和/或定位。
应当理解，如上所述，上述换能器和/或声学完整性检测电路安装结构中的任一者或两者都可以实现声波的有效传输和反射的声波的接收以进行完整性检测。然而，可能存在与换能器功能分离的情况，其中一种配置可能优于另一种配置，诸如为了便于集成和/或降低制造成本。
如本文所述，声换能器和/或声学完整性检测电路可耦合到电子设备的材料堆叠内的显示器和/或透镜阵列。在一些示例中，声换能器可耦合在电子设备的材料堆叠内的显示器和/或透镜阵列之间。声换能器可被配置为通过透镜阵列的一个或多个透镜生成声波并传输声波，使得存在于一个或多个透镜中或一个或多个透镜上的任何杂质和缺陷将被声换能器所接收的反射波捕获(例如，经由波特征的变化)。图7示出了根据本公开的示例的耦合在显示器722与透镜阵列723之间的声学完整性检测组件760(包括一个或多个换能器和声学完整性检测电路)的示例性详细侧截面图。如本文所述，作为示例，形成一个或多个声换能器和/或声学完整性检测电路的材料层和支撑电路可以多种配置提供。
如图7的详细横截面图所示，作为示例，声学完整性检测组件760(例如，在本文也称为光学完整性传感器或完整性感测系统)可包括以堆叠方式布置的一个或多个材料子层。在一些示例中，如图7所示，声学完整性检测组件760可包括其上可设置一个或多个换能器的衬底(例如，玻璃衬底)。如图7的详细视图所示，形成一个或多个换能器724的对应子层可由例如一个或多个超声感测层731表示。如参考图8A至图8C时更详细描述的，一个或多个超声感测层731可包括电极和压电材料的离散子层，例如，每个换能器由一段压电材料和两个电极形成。如上所述，可提供一个或多个超声感测层731的各种配置以形成一个或多个换能器。在一些示例中，超声感测层可仅设置在衬底734(例如，玻璃衬底)的顶部上，如上部超声感测层731A所示。在一些示例中，超声感测层可仅设置在衬底734的底侧上，如下部超声感测层731B所示。在一些示例中，超声感测层可设置在衬底734的顶部和底部上，如超声感测层731(例如，上部超声感测层731A和下部超声感测层731B)所示。
在第一配置中，根据一些示例，设置在衬底734的顶部上的上部超声感测层731A允许使用声波来检查/评估显示器722的底表面的完整性(例如，与上部超声感测层731A相邻)，这对于检测不连续点诸如分层(例如，由于环氧树脂层733A的粘合失效而导致的衬底734与显示器722的分层)可能特别有用。在第二配置中，根据一些示例，设置在衬底734的底部上的下部超声感测层731B允许使用声波来检查MLA 723的顶表面和MLA 723的透镜730A-730C的表面的完整性，这对于检测不连续点诸如透镜划痕、接触一个或多个透镜表面的液体进入和分层(例如，由于环氧树脂层733B的粘合失效而导致的MLA 723的顶表面与衬底734的分层)尤其有用。在第三配置中，根据一些示例，设置在衬底734的顶部和底部上的超声感测层731允许使用声波来检查显示器722的底表面和MLA 723的顶表面两者的完整性，以及MLA 723的透镜730A-730C的各个完整性。因此，可根据上述配置中的一种配置来选择超声传感层731的数量和布置，以基于上述考虑来检查电子设备的材料堆叠内的各种光学表面的光学完整性。
在一些示例中，诸如在图5A至图6B所示的材料堆叠中，未提供衬底734。在一些此类示例中，可去除衬底734，使得单个超声感测层可直接形成在MLA 723的顶部(例如，在MLA723的平坦表面上，如类似地由下部超声感测层731B所示)。然后，可将单个超声感测层直接耦合到显示器722(经由粘合剂层，诸如环氧树脂层733A)，使得超声感测层设置在显示器722与MLA 723之间(例如，与显示器和MLA直接接触)。以这种方式，可使用声波来检查显示器722的底表面和MLA 723的透镜730A-730C的各个表面的完整性，以便检测异常的不连续点诸如透镜划痕、液体进入和分层(例如，MLA 723的顶表面与显示器722的底表面的分层)。
如图7所示，声学完整性检测组件760可使用粘性环氧树脂层733A和733B耦合到显示器和MLA，该粘性环氧树脂层可分别沿着显示器722的底表面和沿着MLA 723的顶表面设置。因此，一个或多个换能器(例如，由一个或多个超声感测层731形成)可耦合到显示器722和/或一个或多个换能器可耦合到MLA 723。应当理解，在一些示例中，取决于超声感测层的配置，环氧树脂层733A和733B可直接接触衬底734的一个或多个表面。还应当理解，粘性环氧树脂层733A和733B可包括用于将换能器耦合到显示器722和/或MLA 723的附加或替代材料。另外，如图所示，超声感测层731可使用例如合适数量的导电通孔735(例如，金属通孔)电连接到声学完整性检测电路706(例如，对应于图2中的206)。应当理解，图7所示的导电通孔735的数量仅仅是示例，并且可提供更多或更少数量(例如，两个、三个、七个、十个等)的导电通孔735。还应当理解，尽管示出了通孔735，但也可使用任何合适的电气连接(例如，电卷绕线、引线接合或电缆)。声学完整性检测电路706可耦合到柔性电路(例如，柔性印刷电路板)732，该柔性电路可电连接到声光完整性检测控制器(例如，对应于图2中的210)或其他处理电路。在一些示例中，微透镜阵列的一个或多个透镜(例如，透镜730A-730C)可由如玻璃或塑料的合适材料构成，其可基于应用和诸如温度的其他约束来选择。
如上所述，声换能器724可包括形成换能器的一个或多个超声感测层(例如，731)，超声波可从该超声感测层传输以探测/检查与光学系统相关的电子设备的材料堆叠内的一个或多个表面的完整性。如上所述，一个或多个超声感测层可包括附加子层，例如包括电极层和/或压电层。图8A至图8C示出了根据本公开的示例的形成耦合到透镜阵列823的一个或多个声换能器的一个或多个超声感测层的示例性配置的示例性详细侧截面图。
如上文参考图7时所述，在一些示例中，电子设备的材料堆叠可包括衬底(例如，玻璃衬底)834。同样如上所述，一个或多个超声感测层831(例如，图7中的731)可设置在玻璃衬底(例如，734)的一侧或两侧上。在一些示例中，第一超声感测层和第二超声感测层设置在衬底834的顶侧和底侧上，如图8A所示。例如，图8A示出了设置在衬底834顶部上的上部超声感测层831A和设置在衬底834下方的下部超声感测层831B。在一些示例中，超声感测层831设置在一侧上。例如，图8B至图8C示出了设置在衬底834顶上的超声感测层831。如图8A至图8C所示，衬底834可经由环氧树脂粘合剂层833耦合到MLA 823的顶部(例如，平坦)表面，如上所述。尽管在图8A至图8C中未示出，但附加粘合剂层可设置在上部超声感测层831A的顶部，或者超声感测层831可设置在衬底的顶部以将一个或多个换能器耦合到显示器。
如上所述并且如图8A至图8C的详细视图所示，一个或多个超声感测层(例如，831、831A、831B)可各自包括多个电极层和一个或多个压电层。电极层和压电层的各种配置可用于形成一个或多个换能器。图8A示出了根据本公开的示例的多个电极层836A-836D、837A-837B和一个或多个压电层838A-838D的第一配置的示例性详细截面图。
如图8A所示，第一超声感测层831A和第二超声感测层831B可设置在衬底834的顶表面和底表面上(例如，对应于图7中的超声感测层731)。在一些示例中，在图8A的详细视图中示出的第一配置中，可在第一超声感测层831A和第二超声感测层831B内提供多个电极层和多个压电层。例如，参考第一超声感测层831A，可提供第一电极层836A、第二电极层836B和第三电极层837A，其中第一电极层836A、第二电极层836B和第三电极层837A为光学透明或半透明电极(例如，由ITO、金属网、银纳米线等构成)。在该第一配置中，第一电极层836A可被配置为接收器电极(Rx电极)，第二电极836B可被配置为发射器电极(Tx电极)，并且第三电极层837A可被配置为接地电极。另外，可提供第一压电层838A和第二压电层838B(例如，由ZnO或AlN构造)，其中第一压电层838A设置在接地电极层837A与RX电极(例如，第一电极层836A)之间，并且第二压电层838B设置在接地电极层837A与Tx电极(例如，第二电极层836B)之间。第一压电层838A、第一电极层836A和接地电极层837A可形成被配置用于接收反射的声波的第一接收器换能器824A；第二压电层838B、第二电极层836B和接地电极层837A可形成被配置用于发射声波的发射器换能器824B。如本文所述，在一些示例中，第一电极层836A和第二电极层836B可包括多个电极，使得可形成换能器阵列824A和/或换能器阵列824B。
如图8A所示，第二超声感测层831B可设置在衬底834与MLA 823之间。在一些示例中，如图所示，第二超声感测层831B可包括跨衬底834的底表面设置的换能器824C和824D的阵列。如图所示，第四电极层836C、第五电极层836D和第六电极层837B可为光学透明或半透明电极(例如，ITO、金属网等)。如图所示，第四电极层836C可被像素化，使得提供多个图案化的第一电极(例如，Rx电极)，包括第一接收器电极像素836C-a、第二接收器电极像素836C-b和第三接收器电极像素836C-c。类似地，如图所示，第五电极层836D可被像素化，使得提供多个图案化的第二电极(例如，Tx电极)，包括第一发射器电极像素836D-a、第二发射器电极像素836D-b和第三发射器电极像素836D-c。如图所示，第二超声感测层831B还可包括第三压电层838C和第四压电层838D，该第三压电层和该第四压电层分别设置在接地电极层837B与第四电极层和第五电极层836C-836D之间。在该示例中，多个图案化的第一电极836C-a-836C-c可被配置为共享第三压电层838C，并且多个图案化的第二电极836D-a-836D-c可被配置为共享第四压电层838D，以便产生第一换能器阵列824C和第二换能器阵列824D，其中第一换能器阵列的一个接收器配置换能器和第二换能器阵列的一个发射器配置换能器形成在MLA 823的相应透镜上方。例如，第四电极层836C、第三压电层838C和接地电极层837B的接收器电极像素836C-a–836C-c可形成接收器换能器824C的阵列，每个接收器换能器被配置用于接收反射的声波；并且第五电极层836D、第四压电层838D和接地电极层837B的发射器电极像素836D-a–836D-c可形成发射器换能器824D的阵列，每个发射器换能器被配置用于发射声波。以此方式，MLA823的每个透镜830A-830C可设置有对应的一对接收器配置换能器和发射器配置换能器，这些换能器被配置为通过发射超声波并接收来自对应透镜的一个或多个对应反射来单独探测对应透镜的完整性。
继续参考上述和图8A所示的电极和压电层的第一配置，可使用从第一超声感测层831A传输的声波来探测显示器(例如，对应于图7中的显示器722)的光学表面。由第二电极836B和第二压电层838B(以及共享接地电极层837A)形成的发射器换能器824B可将声波向上传输到显示器(未示出)并从显示器的底表面生成可检测的反射。例如，由第一电极836A和第一压电层838A(以及接地电极层837A)形成的接收器换能器824A可接收来自反射波的能量。如本文所述，沿着显示器的底表面存在杂质或异常不连续点(例如，由于分层)可导致传输的声波发生变化，该变化可在接收换能器824A处所接收的反射的声波中检测到(例如，基于接收信号与基线信号相比的振幅、飞行时间、周期等的变化)。因此，当光学系统涉及显示器(例如，图7中的显示器722，来自光发射器的光穿过该显示器)的底表面时，可通过传输超声波和接收一个或多个相应反射来评估光学系统的完整性。
类似地，MLA 823的示例性透镜830A-830C的光学表面可使用从第二超声传感层831B传输的声波来探测。例如，由多个图案化的第二电极836D-a–836D-c和第四压电层838D(以及接地电极层837B)形成的发射器换能器824D的阵列可各自通过衬底834传输声波并从MLA 823的每个透镜生成可检测的反射。由多个图案化的第一电极836C-a–836C-c和第三压电层838C(以及接地电极层837B)形成的接收器换能器824C的阵列可接收来自反射波的能量。MLA 823的任何透镜830A-830C中存在杂质或异常不连续点可导致传输的声波发生变化，该变化可在接收换能器824C的阵列处所接收的反射的声波中检测到(例如，基于接收信号与基线信号相比的振幅、飞行时间、周期等的变化)。另外，MLA 823的顶表面上存在杂质或异常不连续点(例如，由于分层)可导致传输的声波发生变化，该变化可在反射的声波中检测到。因此，可通过传输一个或多个超声波并接收一个或多个相应反射来评估MLA 823的透镜(例如，透镜830A-830C)和顶表面的完整性。
应当理解，图8A的示例性材料堆叠内的多个电极层和多个压电层的配置可根据需要或期望而更改。例如，第一超声感测层831A可另选地设置为跨衬底834的顶表面设置的阵列，并且在配置上类似于第二超声感测层831B。作为另一示例，第二超声感测层831B可另选地在无像素化电极的情况下实现，其在配置上类似于第一超声感测层831A。作为另一示例，可切换第一超声感测层831A和第二超声感测层831B的示例性配置，使得第一超声感测层831A是像素化阵列，而第二超声感测层831B不是像素化阵列。在一些示例中，压电材料和/或接地电极也可分为多个段，每个换能器具有离散段。附加地或另选地，配置为发射器和接收器的换能器可使用单独的接地电极而不是共享公共接地电极。附加地或另选地，发射器和接收器对的换能器功能可合并成一个换能器(例如，如参考图8C所描述的)。
图8B示出了根据本公开的示例的多个电极层836A-836B、837和一个或多个压电层838A-838B的第二配置的示例性详细截面图。如图8B所示，可在衬底834的顶表面上提供超声感测层831(例如，如先前由图7中的上部超声感测层731A所示)。
在一些示例中，在图8B的详细视图中示出的第二配置中，超声感测层831可作为跨衬底834的顶表面布置的阵列提供。第一电极层836A、第二电极层836B和第三电极层837可为光学透明或半透明电极(例如，ITO、金属网等)。第一电极层836A可被像素化以形成多个图案化的第一电极(例如，Rx电极)，包括第一接收器电极像素836A-a、第二接收器电极像素836A-b和第三接收器电极像素836A-c。类似地，第二电极层836B可被像素化以形成多个图案化的第二电极(例如，Tx电极)，包括第一发射器电极像素836B-a、第二发射器电极像素836B-b和第三发射器电极像素836B-c。第三电极层837可被配置为接地电极层。如图所示，超声感测层831还可包括第一压电层838A和第二压电层838B，该第一压电层和该第二压电层设置在接地电极层837的相对侧上。在该示例中，多个图案化的第一电极836A-a-836A-c、第一压电层838A和接地电极形成接收器配置中的换能器。多个图案化的第二电极836B-a-836B-c、第二压电层838B和接地电极形成发射器配置中的换能器。如图所示，第一换能器阵列824A和第二换能器阵列824B可由形成在MLA 823的相应透镜上方的一个接收器配置换能器和一个发射器配置换能器形成。以与参考图8A所述类似的方式，对应的接收器换能器和发射器换能器对可被配置为通过传输超声波并接收来自相应透镜的一个或多个相应反射来单独探测相应透镜(通过衬底834)的光学完整性。
应当理解，图8B的示例性材料堆叠内的多个电极层和多个压电层的配置可根据需要或期望而更改。例如，超声感测层831可不被像素化，其在配置上类似于图8A所示的第一超声感测层831A。作为另一示例，超声感测层831可另选地设置在衬底834的底表面上(例如，如先前由图7中的下部超声感测层731B所示)。在一些示例中，压电材料和/或接地电极也可分为多个段，每个换能器具有离散段。附加地或另选地，配置为发射器和接收器的换能器可使用单独的接地电极而不是共享公共接地电极。
如上文参考图8A至图8B所述，一个或多个超声感测层(例如，超声感测层831A-831B、831)可包括多个压电层(例如，第一压电层838A、第二压电层838B、第三压电层838C等)，其中一些换能器被配置用于单独的发射器或接收器功能。附加地或另选地，在一些示例中，一个或多个超声感测层可包括单个压电层(如下所述)以形成可被配置为执行发射器功能和接收器功能两者的换能器。图8C示出根据本公开的示例的多个电极层836A-836B和一个或多个压电层838的第三配置的示例性详细截面图。如图8C所示，超声感测层831可设置在衬底834的顶表面上(例如，如先前由图7中的上部超声感测层731A所示)。
在一些示例中，在图8C的详细视图中示出的第三配置中，超声感测层831可跨衬底834的顶表面设置，并且可包括两个电极层和一个压电层。例如，可提供第一电极层836A和第二电极层836B，其中第一电极层836A和第二电极层836B为光学透明或半透明电极。第一电极层836A和/或第二电极层可被像素化。如图所示，图8C包括第一电极836A-a、第二电极836A-b、第三电极836A-c、第四电极836B-a、第五电极836B-b和第六电极836B-c。另外，可提供单个压电层838，其中单个压电层838设置在第一电极层836A与第二电极层836B之间。在该示例中，多个图案化的第一电极836A-a-836A-c、多个图案化的第二电极836B-a-836B-c和压电层838可形成换能器824的阵列，每个换能器形成在MLA 823的相应透镜上方，其中每个换能器可在发射配置中操作以生成超声波，然后在接收配置中操作以接收超声波反射。以此方式配置的换能器可用于通过传输超声波并接收来自相应透镜的一个或多个相应反射(例如，通过衬底834)来单独地探测相应透镜的光学完整性。
应当理解，图8C的示例性材料堆叠内的多个电极层和多个压电层的配置可根据需要或期望而更改。例如，尽管这两个电极层在图8C中均被示出为像素化，但其中一个电极层(例如，接地层)可不被像素化。在一些示例中，超声感测层831可不被像素化，其在配置上类似于图8A所示的第一超声感测层831A，但合并了用单个压电层838实现的换能器的发射器功能和接收器功能。作为另一示例，超声感测层831可另选地设置在衬底834的底表面上(例如，如先前由图7中的下部超声感测层731B所示)。作为另一示例，具有单个压电层838的超声感测层831可设置在衬底834的顶表面和底表面上(例如，如先前由图7中的超声感测层731所示)。在一些示例中，压电材料也可分为多个段，每个换能器具有离散段。
如上所述，在图8A和图8B的第一配置和第二配置中，一个或多个子层可在相应超声感测层内包括两个压电层，其中第一压电层(例如，838A)可形成接收器换能器，而第二压电层(例如，838B)可形成发射器换能器。发射器压电层和接收器压电层的分离可减少串扰，因为发射器压电层(例如，第二压电层836B)(其可处于高电压(例如，1V))的激励/振动可以是单独的，并因此独立于接收器压电层(例如，第一压电层836A)的产生振动。具体地，当在短距离上传输声波时(例如，当超声感测层与感兴趣层(诸如MLA 823的透镜)之间的层的总厚度相对较小时)，分单独的发射器换能器和接收器换能器可能是有益的，因为传输的声波与反射的声波之间的串扰可能相对较低和/或可忽略，从而允许检测反射波的变化。在一些示例中，短距离可指小于或等于换能器之间的中间层中的超声能量波长的三倍的距离，以及生成感兴趣的反射的不连续点(例如，在发生层压的层的界面处，在MLA 823的表面处等)。在一些示例中，中间层中的超声能量的波长可根据传输的超声能量的频率和中间层中的超声能量的速度来计算。在共享换能器中具有发射器功能和接收器功能可能在短距离内的功能可靠性相对较低，因为共享功能换能器接收由发射器发射的能量的部分作为发射器换能器与接收器换能器之间的串扰(例如，由于由激励掩蔽反射引起的振铃)。
在一些示例中，可省略衬底834，使得超声感测层可直接设置在MLA823的顶部(例如，在MLA 823的平坦表面上，如图7中的下部超声感测层731B类似地所示)。
如本文所讨论，耦合在显示器与光学系统(例如，透镜阵列)之间的一个或多个换能器可被配置为生成传播到光学系统的一个或多个光学部件(例如，透镜)的超声波，并从光学部件的一个或多个光学表面(例如，透镜表面)接收反射的超声波以用于评估光学系统的光学完整性。如上所述，在发射的超声波遇到一个或多个杂质或不连续点的情况下，反射的超声波的一个或多个特征可改变(与传输的超声波相比)。一个或多个杂质或不连续点可以是存在于相应光学部件的光学表面上、光学表面中和/或光学表面附近的任何杂质或不连续点。可分析和处理反射的超声波的一个或多个特征(例如，通过图2中的声学完整性检测电路206和/或控制器210)以确定一个或多个杂质或不连续点的位置、类型和/或严重性。
如本文所用，术语“杂质”、“不连续点”、“缺陷”、“瑕疵”、“异常不连续点”等通常可互换使用。一般而言，这些术语是指可能阻碍、干扰或以其他方式阻止光学系统的预期使用的任何表面或近表面异常。例如，杂质可为透镜阵列的一个或多个透镜中的划痕。杂质可为透镜阵列中的一个或多个透镜破碎、破损或缺失。作为另一示例，杂质可为与透镜阵列的一个或多个透镜接触的液体侵入(例如，水进入)。作为另一示例，杂质可为透镜阵列与显示器(或其他部件)的分层(例如，分离)。例如，随着传输的声波传播通过透镜阵列，杂质对传输的声波呈现界限或屏障，从而在从杂质传播的反射的声波中产生变化。
图9A至图9F示出了根据本公开的示例的演示光学系统的光学完整性的声学检测的示例性信号图。应当指出的是，图9A至图9F所示的示例性信号图表示代表由图8A至图8C的一个或多个示例性配置中的一个或多个换能器接收的反射的信号(例如，模拟信号)。应当理解，信号图的图标题(例如，“顶部传感器，RX层”、“顶部传感器，TX层”、“底部传感器，RX层”、“底部传感器，TX层”)可对应于包括超声感测层和三个电极层(例如，836A、836B和837A)的配置，每个超声感测层具有两个压电层(例如，图8A中的838A和838B)，三个电极层被配置为单独的接收器换能器和发射器换能器。
图9A至图9F示出了根据所公开的声学完整性检测方法检测到的模拟MLA处的杂质的示例性信号图940A-940L。如图9A至图9F所示，如图例941所指示，信号图示出了例如以电压(以微伏[μV]为单位)随时间(以纳秒[ns]为单位)表示的基线信号942(例如，对应于在不存在杂质/非预期不连续点的情况下在每个换能器处的声能的测量的信号)和反射信号943(例如，对应于在存在杂质/非预期不连续点的情况下在每个换能器处的声能的信号)。在一些示例中，可将反射信号943与基线信号942进行比较，并且反射信号的一个或多个特征与基线信号的偏离可指示缺陷。应当理解，对于图9A至图9F所示的所有相应信号图，上部超声感测层和下部超声感测层的相应基线信号942可相同。
在一些示例中，可计算反射信号943与基线信号942之间的相关性，并且当相关性降到阈值以下时，可检测到杂质。在一些示例中，可计算反射信号943与基线信号942之间的差值的量值平方(例如，能量度量)，并且当所计算的值超过阈值时，可检测到杂质。在一些示例中，可基于反射信号943中未出现在基线信号942中的新峰的出现来检测缺陷。应理解，以上是反射信号943与基线信号942之间的示例性比较手段，但也可使用特征的其他变化(例如，振荡频率、相位、振幅等的变化)。
图9A至图9B示出了分层杂质的模拟。通常，可在堆叠内的任何位置检测到分层杂质，包括但不限于，在覆盖玻璃721与显示器722之间，在显示器722内部，在显示器底部的粘合剂层733A处，在显示器底部的粘合剂层733A与超声感测层731中的超声换能器(在衬底734上方)之间，在超声感测层731中的超声换能器(在衬底734下方)与MLA 723上方的粘合剂层733B之间，以及在粘合剂层733B与MLA 723之间。图9A至图9B示出了环氧树脂层733B处MLA 723的分层的模拟。信号图940A和940B可对应于上部超声感测层中的换能器(“顶部传感器”)，并且信号图940C和940D可对应于下部超声感测层中的换能器(“底部传感器”)。
如图9A至图9B所示，发射配置中的底部换能器(例如，对应于换能器824D)，如信号图940D在初始周期944A中出现的最大信号振幅所指示，并且随着对应换能器距激励换能器(例如，换能器824D)的距离增加，信号图940C、940B和940A中对应时间处的振幅下降。对于信号图940A-940D中的一些初始周期944A-944D，基线信号942和反射信号943可相同或基本上相同，使得两个信号在初始周期944A-944D期间连续重叠或基本上重叠(例如，对于信号图940A-940D中的每个信号图，其可具有不同的持续时间)。然后，在初始周期944之后，反射信号943的相对峰(例如，峰945)和谷(例如，谷954)开始偏离基线信号942的峰和谷。来自换能器中的一个换能器的反射信号(或来自多个换能器的反射信号)可用于识别分层杂质的存在(例如，基于与基线的相关性的阈值下降或波形偏离的幅度平方的增加)。
在一些示例中，可确定堆叠内指定位置处的分层杂质的存在。例如，可基于声波的传输与换能器对反射信号偏差的检测之间的时间量(初始周期944之后的时间)来确定杂质的位置。例如，在信号图940A中，可在从谷954开始的反射信号中检测到基线信号中未出现的额外振荡。可使用该时间(有时称为飞行时间(TOF))并使用声波在表面介质(例如，玻璃或环氧树脂)中的传播速度来确定换能器与杂质之间的距离，该传播速度可为例如已知量或者可根据经验来测量。因此，可定位分层杂质的位置，使得可在适用时采取纠正措施(例如，修复分层损伤，丢弃单元，禁用或补偿光学系统的操作)。应当指出的是，在一些示例中，可针对图9A至图9B中所示的多个信号图940A-940D确定多个不同的TOF测量。在此类示例中，可执行平均(或某一其他数学运算)以生成例如堆叠内分层杂质的大体位置。
在一些示例中，可在基于声能/超声能量的传播速度以及特定位置与发射配置中配置的换能器之间的距离和/或特定位置与在接收配置中配置的换能器之间的距离和/或特定位置与在接收配置中配置的换能器之间的距离而限定的特定时间窗口内比较反射信号，以检测特定窗口内与基线信号的偏离，从而检测堆叠内对应位置处的分层。应当理解，可以类似的方式检查不同的时间窗口，以检测堆叠内其他区域的分层。
图9C至图9D示出了模拟根据所公开的声学完整性检测方法检测到的受损微透镜阵列杂质的示例性信号图940E-940H。图9E至图9F示出了模拟根据所公开的声学完整性检测方法检测到的水进入杂质的示例信号图940I-940L。以与关于图9A至图9B所述类似的方式，发射配置中的底部传感器可生成激励信号，并且信号图940E-940L示出了接收配置和发射配置中的顶部传感器和底部传感器的反射信号943和基线信号942。
对于信号图940E-940L中的初始周期944E-944L(其可具有不同的持续时间)，基线信号942和反射信号943可相同或基本上相同，然后反射信号943可偏离基线信号942。反射信号943与基线942之间的这种观察到的变化可用于以与关于图9A至图9B所述类似的方式检测缺陷的存在和/或位置。例如，反射信号与基线信号之间的差的相关性或幅度平方(例如，能量度量)可用于检测与基线的偏差。与基线的阈值偏差通常可指示缺陷的存在。
在一些示例中，可基于偏差的量和/或方式来区分不同的缺陷。例如，如图9E至图9F所示，水进入杂质模拟表明，例如与透镜杂质和/或分层杂质的相关性相比，基线和反射信号的相关性更高。同样，如图9C至图9D所示，MLA杂质模拟表明，例如与分层杂质的相关性相比，基线和反射信号的相关性更高。因此，可凭经验确定一个或多个不同的阈值并将其用于将杂质分类为不同的类别。另外地或另选地，可使用飞行时间差基于堆叠中的位置来区分不同的缺陷。例如，可定义和分析对应于堆叠中的不同层的感兴趣窗口，以检测在对应于该位置中的分层、MLA的位置的透镜缺陷或MLA与光发射器之间的位置处的水进入的感兴趣窗口内是否发生偏差。
尽管图9A至图9F示出了其中激励底部传感器的模拟，但应当理解，可替代地激励另一传感器(例如，顶部传感器)。在一些示例中，不同缺陷/杂质的检测可基于不同传感器的激励。例如，可激励底部传感器以检测堆叠的下半部中的分层，并且可激励顶部传感器以检测堆叠的上半部(例如，衬底上方)中的分层。
在一些示例中，如上文所讨论，可确定杂质的位置。在一些示例中，可基于该位置来检测对一个或多个特定透镜的损坏、一个或多个特定透镜上的层的分层和/或一个或多个特定透镜上的水进入。在一些此类示例中，可修复这些局部杂质。在一些此类示例中，这些局部杂质可用于禁用具有通过这些局部杂质中的一个局部杂质的光路的一些光发射器，而其他光发射器可继续操作或保持启用。在一些示例中，无论缺陷的位置如何，都可禁用所有光发射器。
如参照图2所述，由换能器(例如，图2中的204)生成的超声波的频率可为高(例如，大于100kHz)，并且可从例如20kHz到800kHz的频率范围(或另一频率范围)中选择。以高频操作换能器可帮助确保可在短距离上(例如，材料厚度小于或等于300μm)并且独立于其他潜在因素(诸如温度变化)可靠地检测和评估可能存在于相应光学部件中或相应光学部件上或者堆叠中的其他层中的一个或多个杂质或不连续点。另选地，例如，低频的使用可导致反射的分辨率降低(与高频激励相比)，这通常可使得能够检测杂质或不连续点，但可能会使可靠地检测和评估反射的一个或多个特征变得更加困难(并因此不太可能确定杂质位置、类型和/或严重性)。
如关于图3B所描述的，杂质的检测可确定是否可在光照明系统内发射光(例如，从图5中的光发射器527)。如上文所讨论的，在一些示例中，检测到杂质可阻止光发射(图3B中的335)，而没有检测到杂质可使光能够发射(图3B中的330)。如所描述的，无论杂质的细节(即位置、类型和严重性)如何，都可做出这种确定。然而，在一些示例中，即使当检测到杂质时，仍可启用光发射，这可基于光学完整性的细节，如上文所概述。例如，检测到一个或多个严重杂质(诸如破碎或丢失的透镜)或透镜阵列与显示器分层可能表明一个或多个光发射器的光发射将在光学上受到阻碍，超出可接受的水平。然而，检测到一个或多个严重程度较低的杂质(诸如轻微的划痕或几乎可以忽略不计的水进入)可能表明光发射仍然是可能的，而不会严重阻碍设备的操作。因此，声学完整性检测方法可被配置为基于确定由其严重性(和/或位置和/或类型)确定的相应杂质不会损害或显著影响设备的操作来使得能够从一个或多个光发射器发射光。
例如，重新参照图2，主机处理器214可被配置为接收和处理与由一个或多个超声换能器接收的反射的超声波中的一个或多个变化相对应的信号数据(例如，全反射数据可从换能器和/或声光完整性检测电路206传送到主机处理器)。因此，主机处理器214可被配置为确定一个或多个杂质的位置、类型和/或严重性，以便由此做出是否启用光发射的确定，如上所述。另外，在一些示例中，发射的光(例如，激光)的光功率可根据需要减小，以补偿可能由于杂质或不连续点而损失的光功率。在一些示例中，主机处理器可向光学系统提供控制信号以启用或禁用光发射和/或修改光发射。在一些示例中，如本文所述，主机处理器可提供单一比特消息或标记以启用或禁用光学驱动器(例如，逻辑低或逻辑高)。在一些示例中，主机处理器可提供多个比特来分别控制不同的光学驱动器和/或控制光发射的参数(例如，强度)。在一些示例中，可经由声光完整性检测电路206将来自主机处理器的控制信号提供给光学驱动器。
尽管本文所述的主机处理器被配置为处理信号数据并提供控制信号，但在一些示例中，这些功能中的一些或全部功能可由声光完整性检测电路206提供。在一些示例中，声光完整性检测电路206可处理信号数据以确定杂质的位置、类型和/或严重性，并且主机处理器可基于杂质的位置、类型和/或严重性生成控制信号。在一些示例中，声光完整性检测电路206可使用杂质的位置、类型和/或严重性来生成控制信号。在一些示例中，声光完整性检测电路206可将杂质的位置、类型和/或严重性提供给处理器或子处理器，该处理器或子处理器可被配置为控制光发射。
在一些示例中，所公开的声学完整性检测系统和方法可附加地或另选地被配置为监测从一个或多个光发射器发射的光的光学特性。作为示例，当光(例如，激光)传播通过MLA的透镜，通过一个或多个换能器，以及通过显示层时，一个或多个换能器的(超声感测层的)压电层可能变热(由于压电层的材料特性(例如，ZnO的热电特性))。随着压电层变热，压电层可各自生成与相应层的温度成比例的电压。因此，可以(连续地)测量所生成的电压以监测压电层的温度，使得可评估传播通过MLA的透镜的光的光强度。例如，对激光的光强度的评估因此可使得能够监测和评估从一个或多个光发射器传输/输出的光功率。
因此，如本文所述，所公开的声学完整性检测系统和方法的一个优点是可以可靠地检测和评估光学系统的几何光学部件的杂质或不连续点，这可使得能够校正、替换和/或修复几何光学部件。所公开的声学完整性检测系统和方法的一个优点在于，可有效且可靠地检测光学系统的光学部件的杂质或不连续点，这可使得能够控制照明系统以在设备内进行安全且高效的光发射。所公开的声学完整性检测系统和方法的一个优点在于，具有诸如微透镜阵列的几何光学器件(例如，非平面光学器件)的照明系统具有故障保护，这可实现更高的光功率发射并因此实现更大的设备性能。所公开的声学完整性检测系统和方法的一个优点在于，由于几何光学器件的低成本和高性能输出以及几何光学器件的故障保护集成，可以较低的成本为设备提供高功率照明系统，这可帮助防止光功率损失的情况。所公开的声学完整性检测系统和方法的一个优点在于，由于可为设备的几何光学器件提供可靠的声学完整性检测系统，因此在现场可显著提高产品合规性并因此提高用户安全性。
因此，根据上述内容，本公开的一些示例涉及一种电子设备。该电子设备可包括：显示器；透镜阵列，该透镜阵列包括一个或多个透镜；和一个或多个超声换能器，该一个或多个超声换能器耦合在该透镜阵列与该显示器之间。该一个或多个超声换能器可被配置为生成传播到该透镜阵列的一个或多个超声波并接收来自该透镜阵列的该超声波的一个或多个反射。
附加地或另选地，在一些示例中，该电子设备还可包括处理器，该处理器与该一个或多个超声换能器通信。该处理器可被配置为：使用该超声波的该一个或多个反射来确定包括该透镜阵列的光学系统的完整性。
附加地或另选地，在一些示例中，确定该光学系统的完整性可包括：检测该超声波的该一个或多个反射的一个或多个特征；以及将该一个或多个反射的该一个或多个特征与一个或多个预定义阈值进行比较。
附加地或另选地，在一些示例中，该一个或多个反射的该一个或多个特征可包括峰、谷、波长、振幅或周期。
附加地或另选地，在一些示例中，该电子设备还可包括：一个或多个光发射器，该一个或多个光发射器设置在该透镜阵列下方。该一个或多个光发射器可被配置为发射光。由该一个或多个光发射器发射的光可被配置为传播通过该透镜阵列的该一个或多个透镜，通过耦合到该透镜阵列的该一个或多个超声换能器，和/或通过该显示器。
附加地或另选地，在一些示例中，该一个或多个光发射器可包括一个或多个激光器。
附加地或另选地，在一些示例中，该电子设备还可包括：处理器，该处理器耦合到该一个或多个换能器。该处理器可被配置为：根据确定该一个或多个反射满足一个或多个完整性标准，使该一个或多个光发射器能够发射光，并且根据确定该一个或多个反射未能满足该一个或多个完整性标准，禁用该一个或多个光发射器以放弃发射光。附加地或另选地，在一些示例中，使该一个或多个光发射器能够发射光可包括生成第一控制信号(例如，从该主机处理器或声光完整性检测电路)以及将该第一控制信号传输到驱动器，该驱动器被配置为驱动该一个或多个光发射器。附加地或另选地，在一些示例中，禁用该一个或多个光发射器以放弃发射光包括生成与该第一控制信号不同的第二控制信号(例如，来自该主机处理器或声光完整性检测电路)(例如，在单独的一条或多条线上或者在一条或多条共享线上使用不同的逻辑电平或不同的位)，以及将该第二控制信号传输到该驱动器。
附加地或另选地，在一些示例中，该透镜阵列的该一个或多个透镜可包括玻璃或环氧树脂。
附加地或另选地，在一些示例中，该一个或多个换能器可包括：第一压电层；第一电极层，该第一电极层设置在该第一压电层的一个侧上；和第二电极层，该第二电极层设置在该第一压电层的与该第一压电层的该第一侧相对的第二侧上。
附加地或另选地，在一些示例中，该一个或多个换能器可包括：第二压电层；和第三电极层。该第二电极层可设置在该第二压电层的第一侧上并且该第三电极层可设置在该第二压电层的与该第二压电层的该第一侧相对的第二侧上。该第二电极层可被配置为接地电极。
附加地或另选地，在一些示例中，该电子设备还可包括：第一粘合剂层，该第一粘合剂层在该显示器与该一个或多个换能器之间；和第二粘合剂，该第二粘合剂在该一个或多个换能器与该透镜阵列之间。
附加地或另选地，在一些示例中，该电子设备还可包括衬底，该衬底设置在该透镜阵列与该一个或多个换能器之间。该一个或多个换能器可形成在该衬底上。
本公开的一些示例涉及一种光学完整性检测的方法。该方法可包括：在包括显示器、含有一个或多个透镜的透镜阵列和耦合在该透镜阵列与该显示器之间的一个或多个超声换能器的电子设备处：生成一个或多个超声波，该一个或多个超声波从该一个或多个换能器传播到该透镜阵列；接收来自该透镜阵列的该超声波的一个或多个反射；以及使用该超声波的该一个或多个反射来确定包括该透镜阵列的光学系统的完整性。
附加地或另选地，在一些示例中，确定该光学系统的完整性可包括：检测该超声波的该一个或多个反射的一个或多个特征；以及将该一个或多个反射的该一个或多个特征与一个或多个预定义阈值进行比较。
附加地或另选地，在一些示例中，该一个或多个反射的该一个或多个特征可包括峰、谷、波长、振幅或周期。
附加地或另选地，在一些示例中，该电子设备还可包括：一个或多个光发射器，该一个或多个光发射器设置在该透镜阵列下方。该一个或多个光发射器可被配置为发射光。由该一个或多个光发射器发射的光可被配置为传播通过该透镜阵列的该一个或多个透镜，通过耦合到该透镜阵列的该一个或多个超声换能器，和/或通过该显示器。
附加地或另选地，在一些示例中，该方法还可包括：根据确定该一个或多个反射满足一个或多个完整性标准，使该一个或多个光发射器能够发射光；以及根据确定该一个或多个反射未能满足该一个或多个完整性标准，禁用该一个或多个光发射器以放弃发射光。
附加地或另选地，在一些示例中，该电子设备的该一个或多个换能器可包括：第一压电层；第一电极层，该第一电极层设置在该第一压电层的一个侧上；和第二电极层，该第二电极层设置在该第一压电层的与该第一压电层的该第一侧相对的第二侧上。
附加地或另选地，在一些示例中，该电子设备的该一个或多个换能器可包括：第二压电层；和第三电极层。该第二电极层可设置在该第二压电层的第一侧上并且该第三电极层可设置在该第二压电层的与该第二压电层的该第一侧相对的第二侧上。该第二电极层可被配置为接地电极。
本公开的一些示例涉及非暂态计算机可读存储介质。该非暂态计算机可读存储介质可存储指令，该指令当由包括显示器、一个或多个光发射器、含有一个或多个透镜的透镜阵列、耦合在该透镜阵列与该显示器之间的一个或多个超声换能器、和处理电路的电子设备执行时，可使该电子设备执行上述方法中的任一种方法。
虽然参照附图对本公开的示例进行了全面的描述，但应注意，各种变化和修改对于本领域内的技术人员而言将变得显而易见。应当理解，此类变化和修改被认为被包括在由所附权利要求所限定的本公开的示例的范围内。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：
显示器；
透镜阵列；以及
耦合在所述透镜阵列与所述显示器之间的一个或多个超声换能器，其中所述一个或多个超声换能器被配置为生成传播到所述透镜阵列的一个或多个超声波并接收来自所述透镜阵列的所述一个或多个超声波的一个或多个反射。
2.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：
与所述一个或多个超声换能器进行通信的处理器，所述处理器被配置为：
使用所述一个或多个超声波的所述一个或多个反射来确定包括所述透镜阵列的光学系统的完整性。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中确定所述光学系统的所述完整性包括：
检测所述一个或多个超声波的所述一个或多个反射的一个或多个特征；以及
将所述一个或多个反射的所述一个或多个特征与一个或多个预定义阈值进行比较。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述一个或多个反射的所述一个或多个特征包括峰、谷、波长、振幅或周期。
5.根据权利要求2所述的电子设备，还包括：
设置在所述透镜阵列下方的一个或多个光发射器，所述一个或多个光发射器被配置为发射光；
其中由所述一个或多个光发射器发射的所述光被配置为传播通过所述透镜阵列的一个或多个透镜，通过耦合到所述透镜阵列的所述一个或多个超声换能器，并通过所述显示器。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其中所述一个或多个光发射器包括一个或多个激光器。
7.根据权利要求5所述的电子设备，还包括：
处理器，所述处理器耦合到所述一个或多个超声换能器并且被配置为：
根据确定所述一个或多个反射满足一个或多个完整性标准，使所述一个或多个光发射器能够发射光；以及
根据确定所述一个或多个反射未能满足所述一个或多个完整性标准，禁用所述一个或多个光发射器以放弃发射光。
8.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述透镜阵列的一个或多个透镜包括玻璃或环氧树脂。
9.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述一个或多个超声换能器包括：
第一压电层；
第一电极层，所述第一电极层设置在所述第一压电层的第一侧上；和
第二电极层，所述第二电极层设置在所述第一压电层的与所述第一压电层的所述第一侧相对的第二侧上。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述一个或多个超声换能器包括：
第二压电层；和
第三电极层，其中所述第二电极层设置在所述第二压电层的第一侧上，并且所述第三电极层设置在所述第二压电层的与所述第二压电层的所述第一侧相对的第二侧上，并且其中所述第二电极层被配置为接地电极。
11.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：
第一粘合剂层，所述第一粘合剂层在所述显示器与所述一个或多个超声换能器之间；和
第二粘合剂，所述第二粘合剂在所述一个或多个超声换能器与所述透镜阵列之间。
12.根据权利要求10所述的电子设备，还包括：
衬底，所述衬底设置在所述透镜阵列与所述一个或多个超声换能器之间，其中所述一个或多个超声换能器形成在所述衬底上。
13.一种方法，包括：
在包括显示器、透镜阵列和耦合在所述透镜阵列与所述显示器之间的一个或多个超声换能器的电子设备处：
生成从所述一个或多个超声换能器传播到所述透镜阵列的一个或多个超声波；
接收来自所述透镜阵列的所述一个或多个超声波的一个或多个反射；以及
使用所述一个或多个超声波的所述一个或多个反射来确定包括所述透镜阵列的光学系统的完整性。
14.根据权利要求13所述的方法，其中确定所述光学系统的所述完整性包括：
检测所述一个或多个超声波的所述一个或多个反射的一个或多个特征；以及
将所述一个或多个反射的所述一个或多个特征与一个或多个预定义阈值进行比较。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个反射的所述一个或多个特征包括峰、谷、波长、振幅或周期。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述电子设备还包括：
设置在所述透镜阵列下方的一个或多个光发射器，所述一个或多个光发射器被配置为发射光；
其中由所述一个或多个光发射器发射的所述光被配置为传播通过所述透镜阵列的一个或多个透镜，通过耦合到所述透镜阵列的所述一个或多个超声换能器，并通过所述显示器。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
根据确定所述一个或多个反射满足一个或多个完整性标准，使所述一个或多个光发射器能够发射光；以及
根据确定所述一个或多个反射未能满足所述一个或多个完整性标准，禁用所述一个或多个光发射器以放弃发射光。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述电子设备的所述一个或多个超声换能器包括：
第一压电层；
第一电极层，所述第一电极层设置在所述第一压电层的第一侧上；和
第二电极层，所述第二电极层设置在所述第一压电层的与所述第一压电层的所述第一侧相对的第二侧上。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述电子设备的所述一个或多个超声换能器包括：
第二压电层；和
第三电极层，其中所述第二电极层设置在所述第二压电层的第一侧上，并且所述第三电极层设置在所述第二压电层的与所述第二压电层的所述第一侧相对的第二侧上，并且其中所述第二电极层被配置为接地电极。
20.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储指令，所述指令当由包括显示器、一个或多个光发射器、透镜阵列、耦合在所述透镜阵列与所述显示器之间的一个或多个超声换能器、和处理电路的电子设备执行时，使所述电子设备：
生成从所述一个或多个超声换能器传播到所述透镜阵列的一个或多个超声波；
接收来自所述透镜阵列的所述一个或多个超声波的一个或多个反射；
根据确定所述一个或多个反射满足一个或多个完整性标准，使所述一个或多个光发射器能够发射光；以及
根据确定所述一个或多个反射未能满足所述一个或多个完整性标准，禁用所述一个或多个光发射器以放弃发射光。
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