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CN108227067B - 一种光学结构以及具有该光学结构的电子设备 - Google Patents

一种光学结构以及具有该光学结构的电子设备 Download PDF

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CN108227067B CN201810008333.7A CN201810008333A CN108227067B CN 108227067 B CN108227067 B CN 108227067B CN 201810008333 A CN201810008333 A CN 201810008333A CN 108227067 B CN108227067 B CN 108227067B
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Abstract

公开了一种光学结构，包括：导光板，导光板包括第一端面、反射面、第二端面以及扩散层，使得经由第一端面入射的光在经过反射面反射后从第二端面输出，扩散层用于使导光板内传输的光发生散射；以及传感器，位于导光板的第二端面处，用于接收光。导光板的扩散层位于第一端面的至少部分上。在光学结构的导光板中传播的光通过扩散层发生散射，使得进入第一端面的光的路径增加，光学结构传感器接收可视角的范围增大，从而提高传感器对光分析的准确性。

Description

一种光学结构以及具有该光学结构的电子设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地涉及一种光学结构以及具有该光学结构的电子设备。
背景技术
如图1a、图1b和图1c所示，现有技术的电子设备中的光学结构包括传感器820以及导光板830，导光板830的入光面位于电子设备的边框的透光口处，从入光面射入光，通过导光板830的传播至出光面，最终到达传感器820。该光学结构可以实现电子设备的窄边框，使得显示部分的比例增大，从而增加产品的竞争力。
但是，现有技术的光学结构，导光板830的入光面810的表面为光滑表面，经过入光面的光线路径单一，使得一些角度的光线不能通过导光板传播至传感器上，这种光学结构传感器接收光可视角(Field of View，FOV)仅为±30°，如图1d所示，这样可能会使得传感器820接收光的视角与理想的视角相差很大，降低了传感器820对光分析的准确性，从而对产品的性能有不利的影响。
发明内容
本发明所解决的问题在于提供一种光学结构以及具有该光学结构的电子设备，在光学结构的导光板中传播的光通过扩散层发生散射，使得进入第一端面的光的路径增加，光学结构传感器接收可视角的范围增大，从而提高传感器对光分析的准确性。
根据本发明提供的一种光学结构，其特征在于，包括：导光板，所述导光板包括第一端面、反射面、第二端面以及扩散层，使得经由所述第一端面入射的光在经过所述反射面反射后从所述第二端面输出，所述扩散层用于使所述导光板内传输的光发生散射；以及传感器，位于所述导光板的所述第二端面处，用于接收所述光。
优选地，所述导光板的所述扩散层位于所述第一端面的至少部分上。
优选地，所述导光板还包括入光分支、出光分支，所述第一端面包括分别位于所述入光分支和所述出光分支上的入光部分和出光部分，所述扩散层至少位于所述入光部分上。
优选地，所述入光分支和出光分支并排位于相同平面内。
优选地，所述入光分支和出光分支通过支撑柱来连接。
优选地，所述导光板的所述扩散层位于所述反射面的至少部分上。
优选地，所述第二端面与所述第一端面垂直，所述反射面与所述第一端面和所述第二端面均呈45度角。
优选地，所述第二端面与所述第一端面平行，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、所述第二反射面分别与所述第二端面呈135度角、45度角，使得经由所述第一端面入射的光在依次经过所述第一反射面和所述第二反射面反射后从所述第二端面输出。
优选地，所述导光板还包括入光分支、出光分支和公共体，所述公共体与所述入光分支和所述出光分支相连，所述第一端面包括分别位于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，所述扩散层位于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个上，所述第一反射面包括分别位于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于所述公共体上。
优选地，所述导光板中添加扩散剂。
优选地，所述扩散层为在所述导光板上加工形成的雾化层。
优选地，所述扩散层为光学扩散层。
优选地，所述传感器包括环境光传感器、接近光传感器和距离传感器中的至少一个。
根据本发明提供的一种具有该光学结构的电子设备，其特征在于，包括：壳体，所述壳体上设有透光口；根据上述任一项所述的光学结构，所述光学结构位于所述壳体内部，并且所述光学结构的导光板的所述第一端面设置在所述透光口处。
根据本发明的光学结构包括导光板以及传感器，通过导光板的扩散层，使得进入第一端面的光的路径增加，光学结构传感器接收光可视角(Field of View，FOV)的范围增大，从而提高传感器对光分析的准确性。
当光学结构的传感器为环境光传感器和接近光传感器的两者，或者光学结构的传感器为环境光传感器和距离传感器的两者时，传感器内包括发光元件。导光板的第一端面包括入光部分以及出光部分，扩散层位于入光部分，出光部分以及反射面为光滑表面。从外界射入导光板的光经过第一端面的入光部分的扩散层，传播至传环境光传感器，使得传环境光感器接收光可视角的范围增大。而从发光元件射出的光全部从第一端面的出光部分射出，在保证传感器接收光可视角的前提下，可以避免从发光元件发出的光经过扩散层而发生反射形成干扰光源，从而避免实际的物体反射讯号受干扰而产生误判。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1a和图1b分别示出现有技术的电子设备以及其光学结构的立体图；
图1c示出现有技术的光学结构的立体图；
图1d示出现有技术的光进入光学结构的入射角以及光强度的关系；
图2a和图2b分别示出本发明的第一实施例的电子设备以及光学结构的立体图；
图2c示出本发明的第一实施例的电子设备以及光学结构的截面图；
图3a示出本发明的第一实施例的光学结构的立体图；
图3b、图3c和图3d分别示出本发明的第一实施例的光学结构的截面图以及不同入射角度光的传播路径；
图3e示出本发明的第一实施例的光进入光学结构的入射角以及光强度的关系；
图4示出本发明的第二实施例的光学结构的立体图；
图5示出本发明的第三实施例的光学结构的立体图；
图6示出本发明的第四实施例的光学结构的立体图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
图2a和图2b根据本发明的第一实施例的电子设备以及光学结构的立体图，图2c根据本发明的第一实施例的电子设备以及光学结构的截面图，其中，为了表达的更清楚，图2b中未示出电子设备的一个侧壁。请参照图2，本发明的电子设备900包括壳体910以及光学结构100。壳体910设有透光口911，透光口911可以位于壳体910的上边缘。光学结构100位于壳体910内部，并且光学结构100设置在所述透光口911处。光学结构100包括导光板110以及传感器120。例如，电子设备壳体910正面是透明玻璃板，玻璃板边缘处为了遮挡内部器件设有不透光区域，该不透光区域上设有透光口911以使光能够通过透光口911入射到壳体910内部的传感器120，并且传感器120发出的光能够通过透光口911输出到外部。
图3a示出本发明的第一实施例的光学结构的立体图，图3b、图3c和图3d分别示出本发明的第一实施例的光学结构的截面图以及不同入射角度光的传播路径。请参照图3，本发明的第一实施例的光学结构100包括导光板110以及传感器120。其中，导光板110包括第一端面111、反射面112、第二端面113以及扩散层114，光可以通过反射面112在第一端面111和第二端面113之间传播；具体地，外界环境的光通过位于第一端面111的扩散层114进入导光板110中，在经过导光板110的反射面112反射至第二端面113，再传播至传感器120中。反射面112可以为平面，或者合适的其他形状的面，例如弧形面。进一步地，反射面112与第一端面111和第二端面113之间的角度均为锐角，例如45度，且两个锐角互为余角，导光板110的第二端面113与第一端面111相互垂直，光从第一端面111进入导光板110，传播至导光板110的反射面112，进行一次反射，再从第二端面113传出导光板110。导光板110的第一端面111设置在透光口911处。扩散层114可以使光在导光板110中发生散射。扩散层114可以是导光板110上加工形成的雾化层，或者是光学扩散层。导光板110可以由折射率为大于1的材料制成，优选的，导光板110可以由折射率为1.4-1.6的塑料材料制成。
传感器120位于导光板110的第二端面113，并且接近反射面112的位置，用于接收导光板110从第二端面113传播出来的光。传感器120可以包括环境光传感器、接近光传感器和距离传感器中的至少一个，进一步地，传感器120可以为环境光传感器。
在图3b、图3c和图3d的示例中，扩散层114位于导光板110的第一端面111上，光经过扩散层114从第一端面111进入导光板110中，在经过反射面112的光发生反射，传播至第二端面113，最后光进入传感器120。位于第一端面111的扩散层114使得进入第一端面111的光的路径增加。例如，与第一端面111成某一角度的光，通过位于第一端面111的扩散层114进入导光板110后，由于发生漫反射，可以分成多个方向的光。从而使得光学结构100的传感器120接收光可视角(Field of View，FOV)的范围增大，从而提高传感器对光分析的准确性。
在一些实施例中，扩散层114可以位于反射面112上，或者扩散层114可以同时位于反射面112以及第一端面111上，使经过反射面112反射的光发生散射，从而使传感器120接收光可视角(Field of View，FOV)的范围增大。
在另一些实施例中，导光板110中通过添加扩散剂代替扩散层114，或者导光板添加扩散剂同时还包括扩散层114。添加扩散剂的导光板110使得进入第一端面111的光的路径增加，光学结构100的传感器120接收光可视角(Field of View，FOV)的范围增大，从而提高传感器120对光分析的准确性。
图3e示出本发明的第一实施例的光进入光学结构的入射角以及光强度的关系，曲线a、b、c、d、e和f分别表示理想情况、雾化表面为99％、雾化表面为95％、雾化表面为90％、雾化表面为50％和光滑表面情况下的光强度曲线。请参照图3e，横轴表示传感器120接收光可视角，纵轴表示光的强度，从图3e可以看出，随着第一端面111的雾化程度越高，传感器120接收光可视角的范围越大。进一步验证了导光板110的第一端面111的雾化可以使光路径增加，从而使传感器120接收光可视角范围增大。
本发明实施例采用导光板110将光引入或引出传感器120，通过在导光板110上设置反射面112和扩散层114，无需扩展透光口即可实现传感器120接收光可视角增大，一方面能够提高传感器120的检测精度，另一方面有利于电子设备900的窄边框化，改善用户体验。
图4示出本发明的第二实施例的光学结构的立体图。本发明第二实施例的光学结构200与第一实施例的光学结构100类似，为了描述清楚，下面主要对区别部分进行描述。
本发明的第二实施例的光学结构200包括导光板210以及传感器220。导光板210包括第一端面、反射面212、第二端面213以及扩散层214。图4的光学结构200与图3的光学结构100主要区别至少在于：导光板210包括入光分支210a以及出光分支210b，导光板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位于入光分支210a，出光部分211b位于出光分支210b。扩散层214位于入光部分211a和出光部分211b中的至少一个上，进一步地，本实施例中扩散层214位于入光部分211a，出光部分211b以及反射面212为光滑表面。
本实施例中，当光学结构200的传感器220为环境光传感器和接近光传感器的两者，或者光学结构200的传感器220为环境光传感器和距离传感器的两者时，接近光传感器或距离传感器包括发光元件，环境光传感器可以设置在第二端面213的并且接近入光分支210a以及接近反射面212的位置，用于接收从第二端面213发射的光；发光元件可以设置在第二端面213的并且接近出光分支210b以及反射面212的位置，用于向第二端面213发射光。
入光分支210a和出光分支210b并排位于相同平面内，入光分支210a用于接收外界的环境光或者物体反射的光，出光分支210b用于将发光元件发射的光传播至外界的物体上。具体的，从外界射入导光板210的光经过第一端面的入光部分211a的扩散层214，传播至环境光传感器，使得环境光感器接收光可视角的范围增大；而从发光元件发射的光全部从第一端面的出光部分211b射出，在保证传感器接收光可视角的前提下，可以避免从发光元件发出的光经过扩散层214而发生反射而形成干扰光源，从而避免实际的物体反射讯号受干扰而产生误判。
进一步地，入光分支210a和出光分支210b并排位于相同平面内并且可以通过支撑柱215来连接，支撑柱215将入光分支210a和出光分支210b隔开，从而使得入光部分211a与出光部分211b隔开，可以避免入光部分211a和出光部分211b的相互干扰，进一步避免从发光元件发出的光经过扩散层214而发生反射而形成干扰光源，从而避免实际的物体反射讯号受干扰而产生误判。
图5根据本发明的第三实施例的光学结构的立体图。本发明第三实施例的光学结构300与第一实施例的光学结构100类似，为了描述清楚，下面主要对区别部分进行描述。
本发明的第三实施例的光学结构300包括导光板310以及传感器320。导光板310包括第一端面311、反射面、第二端面313以及扩散层314。请参考图5，本发明第三实施例的光学结构300与第一实施例的光学结构100主要区别在于：导光板310的第二端面313与第一端面311平行，导光板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相互平行并且相对设置，第一反射面312a、第二反射面312b分别与第二端面313呈135度、45度。在导光板310中的光可以分在第一反射面312a和第二反射面312b反射，即发生两次反射，即经由第一端面311入射的光在依次经过第一反射面312a和第二反射面312b反射后从第二端面313输出。
本发明第三实施例的光学结构300导光板310的扩散层314可以位于导光板310的至少部分第一端面311上，也可以位于导光板310的至少部分第一反射面312a或者第二反射面312b上(该实施例图中未示出)，均使得进入第一端面311的光的路径增加，光学结构300的传感器320接收光可视角(Field of View，FOV)的范围增大，从而提高传感器对光分析的准确性。
图6示出本发明的第四实施例的光学结构的立体图。本发明第四实施例的光学结构400与第三实施例的光学结构300类似，区别部分在于：导光板410具有两个分支。为了描述清楚，下面主要对区别部分进行描述。
本发明的第四实施例的光学结构400包括导光板410以及传感器420。导光板410包括入光分支410a、出光分支410b和公共体410c。公共体410c与入光分支410a和出光分支410b相连。导光板410的第一端面411包括分别位于入光分支410a和出光分支410b上的入光部分411a和出光部分411b(下文统称第一端面411)。导光板410的第一反射面412包括分别位于入光分支410a和出光分支410b上的第一部分412a和第二部分412b(下文统称第一反射面412)。导光板410的第二反射面413和第二端面414位于公共体410c上。第二端面414与第一端面411平行。第一反射面412与第二反射面413平行并且相对设置，并且第一反射面412、第二反射面413分别与第二端面414呈135度、45度。从第一端面411进入导光板410的光可以依次经过第一反射面412和第二反射面413反射后从第二端面414输出。在一些实施例中，光还可以从第二端面414进入导光板410，依次经过第二反射面413和第一反射面412反射后从第一端面411输出。
扩散层416可以位于第一端面411的入光部分411a和出光部分411b中的至少一个上，本实施例中，扩散层416位于入光部分411a。
本实施例中，当光学结构400的传感器420为环境光传感器和接近光传感器的两者，或者光学结构400的传感器420为环境光传感器和距离传感器的两者时，传感器内包括发光元件，环境光传感器可以设置第二端面414的并且接近入光分支410a以及接近反射面412的位置，用于接收从第二端面414发射的光；发光元件可以设置在第二端面414的并且接近出光分支410b以及反射面412的位置，用于向第二端面414发射光。
入光分支410a和出光分支410b并排位于相同平面内，入光分支410a用于接收外界的环境光，出光分支410b用于将发射发光元件发出的光传播至外界的物体上。具体的，从外界射入导光板410的光经过第一端面的入光部分411a的扩散层416，传播至传环境光传感器，使得环境光感器接收光可视角的范围增大；而从发光元件射出的光全部从第一端面的出光部分411b射出，由于出光部分411b没有扩散层，保证了传感器接收光可视角的前提下，可以避免从发光元件发出的光经过扩散层416而发生反射而形成干扰光源，从而避免实际的物体反射讯号受干扰而产生误判。
进一步地，入光分支和出光分支410b可以通过支撑柱415连接，支撑柱415将入光分支410a和出光分支410b隔开，从而将入光部分411a和出光部分411b隔开，可以避免入光部分411a和出光部分411b的相互干扰，进一步避免从发光元件发出的光经过扩散层416而发生反射而形成干扰光源，从而避免实际的物体反射讯号受干扰而产生误判。
根据本发明的光学结构包括导光板以及传感器，通过导光板的扩散层，使得进入第一端面的光的路径增加，光学结构传感器接收光可视角的范围增大，从而提高传感器对光分析的准确性。
当光学结构的传感器为环境光传感器和接近光传感器的两者，或者光学结构的传感器为环境光传感器和距离传感器的两者时，传感器内包括发光元件。导光板的第一端面包括入光部分以及出光部分，扩散层位于入光部分，出光部分以及反射面为光滑表面。从外界射入导光板的光经过第一端面的入光部分的扩散层，传播至传环境光传感器，使得传环境光感器接收光可视角的范围增大。而从发光元件射出的光全部从第一端面的出光部分射出，在保证传感器接收光可视角的前提下，可以避免从发光元件发出的光经过扩散层而发生反射而形成干扰光源，从而避免实际的物体反射讯号受干扰而产生误判。
此外，当在导光板中添加扩散剂后，进入第一端面的光的路径增加，光学结构的传感器接收光可视角的范围增大，从而提高传感器对光分析的准确性。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (13)

1.一种光学结构，其特征在于，包括：
导光板，所述导光板包括第一端面、反射面、第二端面以及扩散层，包括入光分支、出光分支，所述第一端面包括分别位于所述入光分支和所述出光分支上的入光部分和出光部分，所述扩散层至少位于所述入光部分上；；以及
传感器，位于所述导光板的所述第二端面处，用于接收入射的光，
其中，所述入射的光经过所述导光板的扩散层，发生漫散射，经由所述第一端面入射的光在经过所述反射面反射后从所述第二端面输出，使得所述光学结构的接收光可视角范围增大。
2.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述导光板的所述扩散层位于所述第一端面的至少部分上。
3.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述入光分支和出光分支并排位于相同平面内。
4.根据权利要求3所述的光学结构，其特征在于，所述入光分支和出光分支通过支撑柱来连接。
5.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述导光板的所述扩散层位于所述反射面的至少部分上。
6.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述第二端面与所述第一端面垂直，所述反射面与所述第一端面和所述第二端面均呈45度角。
7.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述第二端面与所述第一端面平行，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、所述第二反射面分别与所述第二端面呈135度角、45度角，使得经由所述第一端面入射的光在依次经过所述第一反射面和所述第二反射面反射后从所述第二端面输出。
8.根据权利要求7所述的光学结构，其特征在于，所述导光板还包括入光分支、出光分支和公共体，所述公共体与所述入光分支和所述出光分支相连，所述第一端面包括分别位于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，所述扩散层位于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个上，所述第一反射面包括分别位于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于所述公共体上。
9.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述导光板中添加扩散剂。
10.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述扩散层为在所述导光板上加工形成的雾化层。
11.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述扩散层为光学扩散层。
12.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述传感器包括环境光传感器、接近光传感器和距离传感器中的至少一个。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体上设有透光口；
根据权利要求1至12中任一项所述的光学结构，所述光学结构位于所述壳体内部，并且所述光学结构的导光板的所述第一端面设置在所述透光口处。
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