光学完整性的声学检测的方法和应用技术

本公开涉及光学完整性的声学检测的方法和应用。本发明专利技术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。类型和/或严重性。类型和/或严重性。

【技术实现步骤摘要】
光学完整性的声学检测的方法和应用


[0001]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。

技术介绍

[0002]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。

技术实现思路

[0003]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
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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
[0014]相关申请的交叉引用
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：