TWI678564B - 一種光學結構以及具有該光學結構的電子設備 - Google Patents

一種光學結構以及具有該光學結構的電子設備 Download PDF

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Abstract

本發明揭露一種光學結構，包括：導光板，導光板包括第一端面、反射面、第二端面以及擴散層，使得經由第一端面入射的光在經過反射面反射後從第二端面輸出，擴散層用於使導光板內傳輸的光發生散射；以及感測器，位於導光板的第二端面處，用於接收光。導光板的擴散層位於第一端面的至少部分上。在光學結構的導光板中傳播的光通過擴散層發生散射，使得進入第一端面的光的路徑增加，光學結構感測器接收可視角的範圍增大，從而提高感測器對光分析的準確性。

Description

一種光學結構以及具有該光學結構的電子設備
本發明係相關於通信技術領域，更具體地係相關於一種光學結構以及具有該光學結構的電子設備。
如圖1a、圖1b和圖1c所示，現有技術的電子設備中的光學結構包括感測器820以及導光板830，導光板830的入光面位於電子設備的邊框的透光口處，從入光面射入光，通過導光板830的傳播至出光面，最終到達感測器820。該光學結構可以實現電子設備的窄邊框，使得顯示部分的比例增大，從而增加產品的競爭力。 　　但是，現有技術的光學結構，導光板830的入光面810的表面為光滑表面，經過入光面的光線路徑單一，使得一些角度的光線不能通過導光板傳播至感測器上，這種光學結構感測器接收光可視角(Field of View，FOV)僅為±30°，如圖1d所示，這樣可能會使得感測器820接收光的視角與理想的視角相差很大，降低了感測器820對光分析的準確性，從而對產品的性能有不利的影響。
本發明所解決的問題在於提供一種光學結構以及具有該光學結構的電子設備，在光學結構的導光板中傳播的光通過擴散層發生散射，使得進入第一端面的光的路徑增加，光學結構感測器接收可視角的範圍增大，從而提高感測器對光分析的準確性。 　　根據本發明提供的一種光學結構，其特徵在於，包括：導光板，所述導光板包括第一端面、反射面、第二端面以及擴散層，使得經由所述第一端面入射的光在經過所述反射面反射後從所述第二端面輸出，所述擴散層用於使所述導光板內傳輸的光發生散射；以及感測器，位於所述導光板的所述第二端面處，用於接收所述光。 　　較佳地，所述導光板的所述擴散層位於所述第一端面的至少部分上。 　　較佳地，所述導光板還包括入光分支、出光分支，所述第一端面包括分別位於所述入光分支和所述出光分支上的入光部分和出光部分，所述擴散層至少位於所述入光部分上。 　　較佳地，所述入光分支和出光分支並排位於相同平面內。 　　較佳地，所述入光分支和出光分支通過支撐柱來連接。 　　較佳地，所述導光板的所述擴散層位於所述反射面的至少部分上。 　　較佳地，所述第二端面與所述第一端面垂直，所述反射面與所述第一端面和所述第二端面均呈45度角。 　　較佳地，所述第二端面與所述第一端面平行，所述反射面包括第一反射面以及第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面平行，所述第一反射面、所述第二反射面分別與所述第二端面呈135度角、45度角，使得經由所述第一端面入射的光在依次經過所述第一反射面和所述第二反射面反射後從所述第二端面輸出。 　　較佳地，所述導光板還包括入光分支、出光分支和公共體，所述公共體與所述入光分支和所述出光分支相連，所述第一端面包括分別位於所述入光分支和所述出光分支上的所述入光部分和所述出光部分，所述擴散層位於所述第一端面的所述入光部分和所述出光部分中的至少一個上，所述第一反射面包括分別位於所述入光分支和所述出光分支上的入光部分和出光部分，所述第二反射面和所述第二端面位於所述公共體上。 　　較佳地，所述導光板中添加擴散劑。 　　較佳地，所述擴散層為在所述導光板上加工形成的霧化層。 　　較佳地，所述擴散層為光學擴散層。 　　較佳地，所述感測器包括環境光感測器、接近光感測器和距離感測器中的至少一個。 　　根據本發明提供的一種具有該光學結構的電子設備，其特徵在於，包括：殼體，所述殼體上設有透光口；根據上述任一項所述的光學結構，所述光學結構位於所述殼體內部，並且所述光學結構的導光板的所述第一端面設置在所述透光口處。 　　根據本發明的光學結構包括導光板以及感測器，通過導光板的擴散層，使得進入第一端面的光的路徑增加，光學結構感測器接收光可視角(Field of View，FOV)的範圍增大，從而提高感測器對光分析的準確性。 　　當光學結構的感測器為環境光感測器和接近光感測器的兩者，或者光學結構的感測器為環境光感測器和距離感測器的兩者時，感測器內包括發光元件。導光板的第一端面包括入光部分以及出光部分，擴散層位於入光部分，出光部分以及反射面為光滑表面。從外界射入導光板的光經過第一端面的入光部分的擴散層，傳播至傳環境光感測器，使得傳環境光感器接收光可視角的範圍增大。而從發光元件射出的光全部從第一端面的出光部分射出，在保證感測器接收光可視角的前提下，可以避免從發光元件發出的光經過擴散層而發生反射形成干擾光源，從而避免實際的物體反射訊號受干擾而產生誤判。
以下將參照附圖更詳細地描述本發明。在各個附圖中，相同的元件採用類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪製。此外，在圖中可能未示出某些已知的部分。 　　在下文中描述了本發明的許多特定的細節，例如部件的結構、材料、尺寸、處理工藝和技術，以便更清楚地理解本發明。但正如本領域的技術人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細節來實現本發明。 　　應當理解，在描述部件的結構時，當將一層、一個區域稱為位於另一層、另一個區域“上面”或“上方”時，可以指直接位於另一層、另一個區域上面，或者在其與另一層、另一個區域之間還包含其它的層或區域。並且，如果將部件翻轉，該一層、一個區域將位於另一層、另一個區域“下面”或“下方”。 　　圖2a和圖2b根據本發明的第一實施例的電子設備以及光學結構的立體圖，圖2c根據本發明的第一實施例的電子設備以及光學結構的截面圖，其中，為了表達的更清楚，圖2b中未示出電子設備的一個側壁。請參照圖2，本發明的電子設備900包括殼體910以及光學結構100。殼體910設有透光口911，透光口911可以位於殼體910的上邊緣。光學結構100位於殼體910內部，並且光學結構100設置在所述透光口911處。光學結構100包括導光板110以及感測器120。例如，電子設備殼體910正面是透明玻璃板，玻璃板邊緣處為了遮擋內部裝置設有不透光區域，該不透光區域上設有透光口911以使光能夠通過透光口911入射到殼體910內部的感測器120，並且感測器120發出的光能夠通過透光口911輸出到外部。 　　圖3a示出本發明的第一實施例的光學結構的立體圖，圖3b、圖3c和圖3d分別示出本發明的第一實施例的光學結構的截面圖以及不同入射角度光的傳播路徑。請參照圖3，本發明的第一實施例的光學結構100包括導光板110以及感測器120。其中，導光板110包括第一端面111、反射面112、第二端面113以及擴散層114，光可以通過反射面112在第一端面111和第二端面113之間傳播；具體地，外界環境的光通過位於第一端面111的擴散層114進入導光板110中，在經過導光板110的反射面112反射至第二端面113，再傳播至感測器120中。反射面112可以為平面，或者合適的其他形狀的面，例如弧形面。進一步地，反射面112與第一端面111和第二端面113之間的角度均為銳角，例如45度，且兩個銳角互為餘角，導光板110的第二端面113與第一端面111相互垂直，光從第一端面111進入導光板110，傳播至導光板110的反射面112，進行一次反射，再從第二端面113傳出導光板110。導光板110的第一端面111設置在透光口911處。擴散層114可以使光在導光板110中發生散射。擴散層114可以是導光板110上加工形成的霧化層，或者是光學擴散層。導光板110可以由折射率為大於1的材料製成，優選的，導光板110可以由折射率為1.4-1.6的塑料材料製成。 　　感測器120位於導光板110的第二端面113，並且接近反射面112的位置，用於接收導光板110從第二端面113傳播出來的光。感測器120可以包括環境光感測器、接近光感測器和距離感測器中的至少一個，進一步地，感測器120可以為環境光感測器。 　　在圖3b、圖3c和圖3d的示例中，擴散層114位於導光板110的第一端面111上，光經過擴散層114從第一端面111進入導光板110中，在經過反射面112的光發生反射，傳播至第二端面113，最後光進入感測器120。位於第一端面111的擴散層114使得進入第一端面111的光的路徑增加。例如，與第一端面111成某一角度的光，通過位於第一端面111的擴散層114進入導光板110後，由於發生漫反射，可以分成多個方向的光。從而使得光學結構100的感測器120接收光可視角(Field of View，FOV)的範圍增大，從而提高感測器對光分析的準確性。 　　在一些實施例中，擴散層114可以位於反射面112上，或者擴散層114可以同時位於反射面112以及第一端面111上，使經過反射面112反射的光發生散射，從而使感測器120接收光可視角(Field of View，FOV)的範圍增大。 　　在另一些實施例中，導光板110中通過添加擴散劑代替擴散層114，或者導光板添加擴散劑同時還包括擴散層114。添加擴散劑的導光板110使得進入第一端面111的光的路徑增加，光學結構100的感測器120接收光可視角(Field of View，FOV)的範圍增大，從而提高感測器120對光分析的準確性。 　　圖3e示出本發明的第一實施例的光進入光學結構的入射角以及光強度的關係，曲線a、b、c、d、e和f分別表示理想情況、霧化表面為99%、霧化表面為95%、霧化表面為90%、霧化表面為50%和光滑表面情況下的光強度曲線。請參照圖3e，橫軸表示感測器120接收光可視角，縱軸表示光的強度，從圖3e可以看出，隨著第一端面111的霧化程度越高，感測器120接收光可視角的範圍越大。進一步驗證了導光板110的第一端面111的霧化可以使光路徑增加，從而使感測器120接收光可視角範圍增大。 　　本發明實施例採用導光板110將光引入或引出感測器120，通過在導光板110上設置反射面112和擴散層114，無需擴展透光口即可實現感測器120接收光可視角增大，一方面能夠提高感測器120的檢測精度，另一方面有利於電子設備900的窄邊框化，改善用戶體驗。 　　圖4示出本發明的第二實施例的光學結構的立體圖。本發明第二實施例的光學結構200與第一實施例的光學結構100類似，為了描述清楚，下面主要對區別部分進行描述。 　　本發明的第二實施例的光學結構200包括導光板210以及感測器220。導光板210包括第一端面、反射面212、第二端面213以及擴散層214。圖4的光學結構200與圖3的光學結構100主要區別至少在於：導光板210包括入光分支210a以及出光分支210b，導光板210的第一端面包括入光部分211a以及出光部分211b。入光部分211a位於入光分支210a，出光部分211b位於出光分支210b。擴散層214位於入光部分211a和出光部分211b中的至少一個上，進一步地，本實施例中擴散層214位於入光部分211a，出光部分211b以及反射面212為光滑表面。 　　本實施例中，當光學結構200的感測器220為環境光感測器和接近光感測器的兩者，或者光學結構200的感測器220為環境光感測器和距離感測器的兩者時，接近光感測器或距離感測器包括發光元件，環境光感測器可以設置在第二端面213的並且接近入光分支210a以及接近反射面212的位置，用於接收從第二端面213發射的光；發光元件可以設置在第二端面213的並且接近出光分支210b以及反射面212的位置，用於向第二端面213發射光。 　　入光分支210a和出光分支210b並排位於相同平面內，入光分支210a用於接收外界的環境光或者物體反射的光，出光分支210b用於將發光元件發射的光傳播至外界的物體上。具體的，從外界射入導光板210的光經過第一端面的入光部分211a的擴散層214，傳播至環境光感測器，使得環境光感器接收光可視角的範圍增大；而從發光元件發射的光全部從第一端面的出光部分211b射出，在保證感測器接收光可視角的前提下，可以避免從發光元件發出的光經過擴散層214而發生反射而形成干擾光源，從而避免實際的物體反射訊號受干擾而產生誤判。 　　進一步地，入光分支210a和出光分支210b並排位於相同平面內並且可以通過支撐柱215來連接，支撐柱215將入光分支210a和出光分支210b隔開，從而使得入光部分211a與出光部分211b隔開，可以避免入光部分211a和出光部分211b的相互干擾，進一步避免從發光元件發出的光經過擴散層214而發生反射而形成干擾光源，從而避免實際的物體反射訊號受干擾而產生誤判。 　　圖5根據本發明的第三實施例的光學結構的立體圖。本發明第三實施例的光學結構300與第一實施例的光學結構100類似，為了描述清楚，下面主要對區別部分進行描述。 　　本發明的第三實施例的光學結構300包括導光板310以及感測器320。導光板310包括第一端面311、反射面、第二端面313以及擴散層314。請參考圖5，本發明第三實施例的光學結構300與第一實施例的光學結構100主要區別在於：導光板310的第二端面313與第一端面311平行，導光板310的反射面包括第一反射面312a以及第二反射面312b，第一反射面312a以及第二反射面312b相互平行並且相對設置，第一反射面312a、第二反射面312b分別與第二端面313呈135度、45度。在導光板310中的光可以分在第一反射面312a和第二反射面312b反射，即發生兩次反射，即經由第一端面311入射的光在依次經過第一反射面312a和第二反射面312b反射後從第二端面313輸出。 　　本發明第三實施例的光學結構300導光板310的擴散層314可以位於導光板310的至少部分第一端面311上，也可以位於導光板310的至少部分第一反射面312a或者第二反射面312b上(該實施例圖中未示出)，均使得進入第一端面311的光的路徑增加，光學結構300的感測器320接收光可視角(Field of View，FOV)的範圍增大，從而提高感測器對光分析的準確性。 　　圖6示出本發明的第四實施例的光學結構的立體圖。本發明第四實施例的光學結構400與第三實施例的光學結構300類似，區別部分在於：導光板410具有兩個分支。為了描述清楚，下面主要對區別部分進行描述。 　　本發明的第四實施例的光學結構400包括導光板410以及感測器420。導光板410包括入光分支410a、出光分支410b和公共體410c。公共體410c與入光分支410a和出光分支410b相連。導光板410的第一端面411包括分別位於入光分支410a和出光分支410b上的入光部分411a和出光部分411b(下文統稱第一端面411)。導光板410的第一反射面412包括分別位於入光分支410a和出光分支410b上的第一部分412a和第二部分412b(下文統稱第一反射面412)。導光板410的第二反射面413和第二端面414位於公共體410c上 。第二端面414與第一端面411平行。第一反射面412與第二反射面413平行並且相對設置，並且第一反射面412、第二反射面413分別與第二端面414呈135度、45度。從第一端面411進入導光板410的光可以依次經過第一反射面412和第二反射面413反射後從第二端面414輸出。在一些實施例中，光還可以從第二端面414進入導光板410，依次經過第二反射面413和第一反射面412反射後從第一端面411輸出。 　　擴散層416可以位於第一端面411的入光部分411a和出光部分411b中的至少一個上，本實施例中，擴散層416位於入光部分411a。 　　本實施例中，當光學結構400的感測器420為環境光感測器和接近光感測器的兩者，或者光學結構400的感測器420為環境光感測器和距離感測器的兩者時，感測器內包括發光元件，環境光感測器可以設置第二端面414的並且接近入光分支410a以及接近反射面412的位置，用於接收從第二端面414發射的光；發光元件可以設置在第二端面414的並且接近出光分支410b以及反射面412的位置，用於向第二端面414發射光。 　　入光分支410a和出光分支410b並排位於相同平面內，入光分支410a用於接收外界的環境光，出光分支410b用於將發射發光元件發出的光傳播至外界的物體上。具體的，從外界射入導光板410的光經過第一端面的入光部分411a的擴散層416，傳播至傳環境光感測器，使得環境光感器接收光可視角的範圍增大；而從發光元件射出的光全部從第一端面的出光部分411b射出，由於出光部分411b沒有擴散層，保證了感測器接收光可視角的前提下，可以避免從發光元件發出的光經過擴散層416而發生反射而形成干擾光源，從而避免實際的物體反射訊號受干擾而產生誤判。 　　進一步地，入光分支和出光分支410b可以通過支撐柱415連接，支撐柱415將入光分支410a和出光分支410b隔開，從而將入光部分411a和出光部分411b隔開，可以避免入光部分411a和出光部分411b的相互干擾，進一步避免從發光元件發出的光經過擴散層416而發生反射而形成干擾光源，從而避免實際的物體反射訊號受干擾而產生誤判。 　　根據本發明的光學結構包括導光板以及感測器，通過導光板的擴散層，使得進入第一端面的光的路徑增加，光學結構感測器接收光可視角的範圍增大，從而提高感測器對光分析的準確性。 　　當光學結構的感測器為環境光感測器和接近光感測器的兩者，或者光學結構的感測器為環境光感測器和距離感測器的兩者時，感測器內包括發光元件。導光板的第一端面包括入光部分以及出光部分，擴散層位於入光部分，出光部分以及反射面為光滑表面。從外界射入導光板的光經過第一端面的入光部分的擴散層，傳播至傳環境光感測器，使得傳環境光感器接收光可視角的範圍增大。而從發光元件射出的光全部從第一端面的出光部分射出，在保證感測器接收光可視角的前提下，可以避免從發光元件發出的光經過擴散層而發生反射而形成干擾光源，從而避免實際的物體反射訊號受干擾而產生誤判。 　　此外，當在導光板中添加擴散劑後，進入第一端面的光的路徑增加，光學結構的感測器接收光可視角的範圍增大，從而提高感測器對光分析的準確性。 　　應當說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。 　　依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明僅受申請專利範圍及其全部範圍和等效物的限制。
100：光學結構 110：導光板 111：第一端面 112：反射面 113：第二端面 114：擴散層 120：感測器 200：光學結構 210：導光板 210a：入光分支 210b：出光分支 211a：入光部分 211b：出光部分 212：反射面 213：第二端面 214：擴散層 215：支撐柱 220：感測器 300：光學結構 310：導光板 311：第一端面 312a：第一反射面 312b：第二反射面 313：第二端面 314：擴散層 320：感測器 400：光學結構 410：導光板 410a：入光分支 410b：出光分支 410c：公共體 411：第一端面 411a：入光部分 411b：出光部分 412：反射面 412a：第一部分 412b：第二部分 413：第二反射面 414：第二端面 415：支撐柱 416：擴散層 420：感測器 810：入光面 820：感測器 830：導光板 900：電子設備 910：殼體 911：透光口
通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其他目的、特徵和優點將更為清楚。 　　圖1a和圖1b分別示出現有技術的電子設備以及其光學結構的立體圖； 　　圖1c示出現有技術的光學結構的立體圖； 　　圖1d示出現有技術的光進入光學結構的入射角以及光強度的關係； 　　圖2a和圖2b分別示出本發明的第一實施例的電子設備以及光學結構的立體圖； 　　圖2c示出本發明的第一實施例的電子設備以及光學結構的截面圖； 　　圖3a示出本發明的第一實施例的光學結構的立體圖； 　　圖3b、圖3c和圖3d分別示出本發明的第一實施例的光學結構的截面圖以及不同入射角度光的傳播路徑； 　　圖3e示出本發明的第一實施例的光進入光學結構的入射角以及光強度的關係； 　　圖4示出本發明的第二實施例的光學結構的立體圖； 　　圖5示出本發明的第三實施例的光學結構的立體圖；以及 　　圖6示出本發明的第四實施例的光學結構的立體圖。

Claims (13)

  1. 一種光學結構，其特徵在於，包括：導光板，所述導光板包括第一端面、反射面、第二端面以及擴散層，使得經由所述第一端面入射的光在經過所述反射面反射後從所述第二端面輸出，所述擴散層位於所述第一端面的至少部分上用於使所述導光板內傳輸的光發生散射；以及感測器，位於所述導光板的所述第二端面處，用於接收所述光。
  2. 根據請求項1所述的光學結構，其中，所述導光板還包括入光分支、出光分支，所述第一端面包括分別位於所述入光分支和所述出光分支上的入光部分和出光部分，所述擴散層至少位於所述入光部分上。
  3. 根據請求項2所述的光學結構，其中，所述入光分支和出光分支並排位於相同平面內。
  4. 根據請求項3所述的光學結構，其中，所述入光分支和出光分支通過支撐柱來連接。
  5. 根據請求項1所述的光學結構，其中，所述導光板的所述擴散層位於所述反射面的至少部分上。
  6. 根據請求項1所述的光學結構，其中，所述第二端面與所述第一端面垂直，所述反射面與所述第一端面和所述第二端面均呈45度角。
  7. 根據請求項1所述的光學結構，其中，所述第二端面與所述第一端面平行，所述反射面包括第一反射面以及第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面平行，所述第一反射面、所述第二反射面分別與所述第二端面呈135度角、45度角，使得經由所述第一端面入射的光在依次經過所述第一反射面和所述第二反射面反射後從所述第二端面輸出。
  8. 根據請求項7所述的光學結構，其中，所述導光板還包括入光分支、出光分支和公共體，所述公共體與所述入光分支和所述出光分支相連，所述第一端面包括分別位於所述入光分支和所述出光分支上的所述入光部分和所述出光部分，所述擴散層位於所述第一端面的所述入光部分和所述出光部分中的至少一個上，所述第一反射面包括分別位於所述入光分支和所述出光分支上的第一部分和第二部分，所述第二反射面和所述第二端面位於所述公共體上。
  9. 根據請求項1所述的光學結構，其中，所述導光板中添加擴散劑。
  10. 根據請求項1所述的光學結構，其中，所述擴散層為在所述導光板上加工形成的霧化層。
  11. 根據請求項1所述的光學結構，其中，所述擴散層為光學擴散層。
  12. 根據請求項1所述的光學結構，其中，所述感測器包括環境光感測器、接近光感測器和距離感測器中的至少一個。
  13. 一種電子設備，其特徵在於，包括：殼體，所述殼體上設有透光口；根據請求項1至12中任一項所述的光學結構，所述光學結構位於所述殼體內部，並且所述光學結構的導光板的所述第一端面設置在所述透光口處。
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