移动装置中的具有冷光镜的接近传感器结构

摘要

辐射通过层(11)具有顶面和底面，接近传感器设置于其下面。可见光不透明层(13)覆盖辐射通过层的底面，除了其中的开口(5)之外，所述开口允许来自发射器(3)的辐射通过，并允许散射的辐射通过到达检测器(4)。辐射屏蔽物(14)在发射器和检测器之间，并延伸到辐射通过层的底部。冷光镜(15)在屏蔽物与辐射通过层的底面之间，覆盖不透明层中的开口。辐射吸收器(8)是单独的件并且材料不同于屏蔽物，其在屏蔽物的顶面与冷光镜的底面之间提供辐射密封。还描述并要求保护其他实施方式。

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及一种用于手持移动通信装置的接近传感器 结构。还描述了其他实施方式。

背景技术

在诸如膝上型计算机、平板计算机和智能手机的个人移动装置领 域，使用接近传感器来感测悬停事件。悬停事件是指用户身体或其他 物体（如，用户所持握的触针）的部分紧密接近装置的外表面附近， 但未触摸。通常，这样的接近传感器被设计为检测位于触摸传感器的 近场检测能力之外的外部物体,触摸传感器例如是诸如在苹果公司的 iPhone^TM装置中找得到的典型触摸屏显示器中所用的那些触摸传感 器。在一个例子中，接近传感器包括红外发射器和对应的红外检测 器，其由集成在移动装置的壳体中的接近传感器电路控制并采样。发 射的红外辐射被外部物体散射，然后被检测并分析以推断外部物体是 否靠近外表面。在手持移动通信装置的情况下，该传感器可位于移动 通信手机的听筒扬声器（接收器）的声孔附近，并用于确定手机何时 被持握得靠近用户的耳朵（与远离耳朵相对）。当接近传感器指示外 部物体（在这种情况下，用户的耳朵或头部）足够靠近时，采取预定 动作，包括（例如）关闭或禁用与声孔处于壳体的同一外表面上的触 摸屏显示器。当然，这种设计是为了避免在通话过程中手机被持握得 靠近用户耳朵时，由用户的脸颊引起意外触摸事件。

发明内容

一种具有接近传感器组件的电子装置包括具有顶面和底面的辐射 通过层。具有发射器和检测器的接近传感器设置在辐射通过层下面。 设置在发射器和检测器之间的辐射屏蔽物延伸到辐射通过层的底面。 对可见光不透明的层覆盖辐射通过层的底面，除了其中的开口之外， 所述开口允许来自发射器的辐射通过，并且允许散射的辐射通过到达 检测器。冷光镜设置在屏蔽物与辐射通过层的底面之间，覆盖可见光 不透明层中的开口。作为单独的件并且材料不同于屏蔽物的辐射吸收 器设置用于在屏蔽物的顶面与冷光镜的底面之间提供辐射密封。利用 其辐射吸收特性，以及其设置并接触冷光镜的底部，吸收器可帮助防 止来自发射器的杂散辐射（其可能在辐射通过层内内反射）碰撞在检 测器上。该内反射的杂散辐射（通过吸收器衰减）可由来自发射器的 原始辐射引起，该原始辐射从由于装置的正常使用而形成在辐射通过 层的外表面上的油堆积物和残留物（这里也称为污迹）内反射。结 果，可获得更精确的接近传感器。

上述发明内容不包括本发明的所有方面的穷尽列表。可以想到， 本发明包括能够从上面总结的各个方面的所有合适的组合实践的所有 系统和方法，以及下面的具体实施方式中所公开以及与申请书一起提 交的权利要求书中具体指出的那些系统和方法。这些组合具有上面的 发明内容中未具体详述的特定优点。

附图说明

以示例而非限制方式在附图中图示本发明的实施方式，在附图 中，类似标号指示相似元件。应该指出的是，此公开中提及本发明的 一个实施方式并非必然是相同的实施方式，其表示至少一个。

图1示出根据本发明一个实施方式的电子装置的有关部分。

图2示出能够实现本发明一个实施方式的示例移动装置。

图3是沿着图2的线A,A’的剖视图。

图4是根据本发明另一实施方式的接近传感器结构的剖视图。

图5是示例辐射吸收器的俯视图。

具体实施方式

现在参照附图说明本发明的若干实施方式。每当实施方式中所描 述部件的形状、相对位置和其他方面未清楚限定时，本发明的范围不 仅限于所示部件，而仅出于示意性目的。另外，尽管阐述了许多细 节，应该理解，本发明的一些实施方式可在没有这些细节的情况下实 践。在其他情况下，未详细示出熟知电路、结构和技术，以免模糊对 说明书的理解。

图1示出根据本发明一个实施方式的电子装置的有关部分。示出 该装置（具体地讲，其外表面附近的区域）的剖视图，在该装置中包 含用于接近传感器的辐射通道。辐射通过层2将装置的内部区域与外 部分离，其中外部物体位于附近。辐射通过层可以是盖或顶盖，如下 面进一步描述的，其还可以是结构层（如，装置的结构板的一部 分）。其可如图所示为平坦的，或者有一些弯曲，例如以对通过的辐 射提供透镜效果。其可由诸如玻璃、陶瓷、聚碳酸酯或丙烯酸树脂的 单种材料制成，或者其可为若干层不同材料的复合物或层合物。其可 用作保护屏障，和/或其可具有装饰功能以提供某种外观。在任一情 况下，辐射通过层2在所关注辐射谱带（具体地讲，在此实施方式 中，红外(IR)谱带）中具有足够的透射率，以便允许位于其下面的 IR接近传感器如预期那样起作用。辐射通过层2的一个例子是下面 结合图3所描述的结构层11。

接近传感器包括发射辐射（这里，IR）的发射器3以及被设计 为检测碰撞辐射的对应检测器4。发射器3和检测器4的敏感表面直 接或间接地（如，通过棱镜或反射镜结构）瞄准辐射通过层2。其均 由接近传感器电路5电控制和/或感测。这种发射器、检测器和接近 传感器电路的组合可以是传统微电子红外接近传感器单元，如，带有 内置集光器（透镜）的基于IR发光二极管(LED)的单元、模数转换 电路以及与处理器（未示出）的数字通信接口。检测器可以是共享的 微电子装置的一部分，其还可用于检测其他辐射谱带，如可见光。数 据处理器可以是运行的接近软件，其基于所发射的和所检测的（作为 从外部物体散射或反射的辐射）分析来自接近传感器电路5的读数或 样本。然后，接近软件可确定外部物体是靠近、远离、还是介于之 间。

在发射器3与检测器4之间是辐射屏蔽物7，如图所示，其向上 延伸至辐射通过层2的底面。在这种情况下的屏蔽物具有简单的固体 或多面体形状，但另选地，其可具有更复杂的形状，例如T形。在 其底部，辐射屏蔽物7可被固定到框架（未示出）或印刷电路板（未 示出），发射器3和检测器4也安装在其上。

屏蔽物7用于阻挡来源于发射器3的杂散辐射，即，至少反射杂 散辐射，但也可在有限程度上吸收一些杂散辐射。屏蔽物的顶面可通 过胶结或粘结到吸收器8的底部来事实上附连到辐射通过层的底部； 另选地，其顶面可仅抵靠在吸收器8上，其底部附连到安装有接近传 感器的印刷电路板或其他基底或平台。屏蔽物7可以是能够承受垂直 负荷的结构壁；另选地，其可以仅仅是围栏。屏蔽物7的一个例子是 下面结合图3所描述的框架构件14。

从图1可看出，屏蔽物7的顶面可与吸收器8接触并适形于吸收 器8。辐射吸收器8可以是单独的一件并且材料不同于屏蔽物7，其 设置用于在屏蔽物7的顶面与冷光镜15的底面之间提供辐射密封。 冷光镜15设置在吸收器8与辐射通过层2的底部之间，如图所示覆 盖可见光不透明层13中的开口5。开口5允许来自发射器3的辐射 通过并被附近的外部物体散射，然后返回碰撞在检测器4上。期望三 个元件（屏蔽物7、吸收器8和冷光镜15的底部）的接合没有间 隙，以便在垂直于图1所示的剖视图平面的水平或“Z”方向上沿着 屏蔽物提供适当的辐射密封。这可通过使那些元件的表面如图所示彼 此适形来实现。另外，吸收器8可经由粘合剂层（图1中未示出）粘 结到冷光镜15的底部，所述粘合剂层包含折射率匹配材料，该材料 降低吸收器8与冷光镜15之间的折射率差异（针对接近传感器所使 用的辐射谱带）。

冷光镜15可以是具有合适厚度的介质镜，其具有如下特性:可见 谱带中的反射率为50%-90%，IR谱带中的反射率为0%-10%；可见 谱带中的透射率为0%-10%，IR谱带中的透射率为50%-90%。冷光 镜15可以是单独的基底件（如，与辐射通过层2类似或者甚至相 同），其在可见光下透明并且施加有涂层，该涂层反射可见光，同时 充分透射红外光。冷光镜的顶面可在如图所示覆盖可见光不透明层 13中的开口5的位置粘结到辐射通过层2的底部，从而使开口5不 可见。

吸收器8覆盖冷光镜15与屏蔽物7的邻接表面，但使与不透明 层13中的开口5对准并且事实上形成接近传感器的辐射通道的一部 分的两个区域保持开放并且分离。这允许透射的辐射和反射/散射的 辐射如图所示（在这种情况下，在基本上垂直方向上）穿过辐射通过 层2，从而使接近传感器能够起作用。如图5的俯视图所示，吸收器 8还可以是形成有两个孔的连续层。

吸收器8在垂直方向上具有厚度，在水平方向上具有宽度和长 度，以充分吸收辐射通过层2中内反射的杂散辐射——这在图中用虚 线箭头表示并标以“B”。杂散内反射(B)可开始于辐射通过层2的顶 面，在该顶面上可能存在堆积物或残留物（在电子装置的外表面 上）。该堆积物或残留物可能是由于在装置的正常使用过程中接触用 户的皮肤而引起的，接触用户的皮肤可能留下油膜，油膜还会俘获尘 粒，从而留下堆积物，这些堆积物可能促成辐射通过层2内的不期望 的内反射(B)。预期吸收器8能够显著衰减这样的反射，而不会妨碍 期望的反射（用实线箭头表示并标以“A”）到达检测器4。换言 之，吸收器8帮助减少杂散辐射，否则这些杂散辐射将能够如图所示 经由路径“B”越过屏蔽物7（并碰撞在检测器4上）。这可帮助接 近传感器电路5在测量外部物体散射或反射的辐射时更精确地操作。

在一个实施方式中，吸收器8在700nm至1,100nm的红外谱带 中具有如下特性：透射率小于百分之五（5%），反射率小于百分之 十（10%）。这样的特性可通过由聚酯或塑料制成的膜或片来实现。 更一般地，所述膜或片的红外吸收特性应该大于辐射屏蔽物7（对于 相同的厚度以及其他尺寸）。在一个例子中，吸收器8由材料不同于 屏蔽物7的膜或片制成。屏蔽物7可能需要实现其他目的（例如强度 或低成本），这可能会牺牲其辐射吸收特性。例如，屏蔽物7可能特 别坚硬（如，由金属或高强度塑料制成），因此无法在直接与冷光镜 15的底面接触的同时起到辐射吸收密封的作用。一个原因可能在于 其无法在水平面内充分适形于冷光镜15的底面以避免任何间隙。这 样的间隙的存在可能使辐射以未充分衰减的内反射的形式穿过发射器 一侧与检测器一侧之间。屏蔽物7本身不足以胜任的另一原因可能在 于其材料不具有足够高的辐射吸收特性。通过将屏蔽物7与吸收器8 组合，它们一起可形成屏障，其在一端的冷光镜15的底面与另一端 的发射器和/或检测器之间基本上没有辐射间隙。

如图5所示，吸收器可形成为掩模，该掩模在发射器3和检测器 4正上方（一旦安装就位）的位置形成有两个孔。其可以是将接合到 冷光镜15的底面和/或屏蔽物7的顶面的膜或片。例如，所述片可通 过中间的粘合剂层（例如，双面胶带或者红外透射粘性流体的薄层） 来附着；作为膜，其可以液体或凝胶的形式沉积或辊涂到冷光镜15 的底面上，然后使其在与屏蔽物7的顶面接触的同时固化。其他制造 冷光镜15、吸收器8和屏蔽物7的叠堆结构的方式也是可能的。

现在转向图2，示出能够实现本发明一个实施方式的示例移动装 置10。该具体示例是具有外部壳体的智能手机，该外部壳体的形状 和尺寸适于用作移动电话手机。移动装置10可以是个人无线通信装 置，其允许近端用户（可能正将装置10贴于其耳朵上）与远端用户 之间的双向实时通话（通常称为呼叫）。移动装置10与远端用户的 对应装置之间存在经由一个或多个通信网络的连接。这样的网络可包 括无线蜂窝网络或无线局域网作为第一部分，以及诸如传输控制协议 /互联网协议(TCP/IP)互联网和简易老式电话系统网络的若干其他类 型的网络中的任一个或多个。近端用户利用位于装置壳体内并且与形 成在壳体顶部附近的声孔12声耦合的听筒扬声器来倾听呼叫。近端 用户的话语可由麦克风（其声孔9位于壳体底部附近）拾取。壳体中 还包括传统的电子元件，例如使诸如扬声器和麦克风的换能器与数字 音频信号处理元件接口的音频编解码器电路。该音频编解码器电路还 可允许用户通过连接到移动装置10的手机部分的无线或有线耳机来 倾听呼叫。所述呼叫可通过在耦合到天线的RF通信电路（也集成在 装置10的壳体中）的帮助下经无线网络建立连接来进行。

在这种情况下，用户利用形成在壳体的前外表面中的触摸屏来与 移动装置10进行交互。该触摸屏可位于声孔12（听筒扬声器）下 面，声孔9（麦克风）上面。作为一种选择，物理键盘可与只显示屏 幕一起提供，如早期蜂窝电话装置中所使用的。作为另一种选择，移 动装置10的壳体可具有活动元件，例如滑动和倾斜前面板或者蛤壳 式结构，代替所示的巧克力块型。图2还示出装置10中运行的电话 应用程序（如，其存储在非易失性固态存储器中并由应用处理器执 行）的图形用户界面。该图形用户界面使如图所示的虚拟电话键盘以 及相关的虚拟按钮被显示，这些按钮可通过近端用户发起呼叫、访问 用户存储的联系人列表、以及访问用户的语音信箱的触摸事件来激 活。

在一个例子中，无线电话手机（这里示出为移动装置10）具有 结构层11，该结构层可以是刚性可见光透明板，其开始于壳体的顶 部并且可朝着底部向下延伸，从而形成壳体的前外表面的大部分。结 构层11是红外光通过层，其顶面是壳体的外表面的一部分并用作触 摸屏的保护盖，其底面在壳体（未示出）内部。在这种情况下，结构 层11还用作触摸屏的外保护层，因此在可见谱带中也是透明的。具 有红外发射器和红外检测器（均设置在壳体内部，结构层11的底面 下面）的接近传感器位于图2中的虚线所指示的孔的正下方。在由移 动装置10的前外表面限定的平面内，这些红外孔位于由触摸屏显示 的虚拟电话键盘的上方，相比于声孔9（麦克风）更靠近声孔12（听 筒扬声器）。图3示出壳体内部的有关区域沿着线A,A’的剖视图。

从图3可看出，声孔12形成于结构层11中，红外辐射将穿过其 到区域一侧以用于接近传感器的操作。内部框架构件14设置在发射 器3与检测器4之间，其中框架构件14（作为屏蔽物7的例子，参 见图1）用于阻挡发射器和检测器之间的红外辐射。另外，红外框架 构件14可被设计（具有适当的尺寸和形状，以及材料）以通过用作 抵靠结构层11的底面的承重柱或壁来帮助保持刚性总壳体结构。框 架构件14向上延伸到结构层11的底面，在该处其遇到形成于框架构 件14的顶面与冷光镜15的底面之间的辐射吸收器8。框架构件连续 向上延伸，并事实上通过吸收器8与冷光镜15的底面接合，以便形 成在冷光镜15的底面与发射器和检测器之间没有红外辐射间隙的 壁。在这种情况下，框架构件如图所示具有T形横截面，其中吸收 器8适形于T形横截面的顶部。吸收器8（如上面结合图1所描述 的）用于吸收内反射的红外辐射（源于光线“B”，否则该光线将如 虚线所指示传播到检测器4），其中这样的内反射可能由出现于结构 层11的顶面上的堆积物或残留物引起。这减少了碰撞在检测器4上 的杂散辐射的量，从而可增大接近传感器的精确性。需要指出的是， 在此示例中，发射器3和检测器4安装在相同的微电子或印刷电路板 载体上，其可以是刚性印刷电路板件。将接近传感器的这些元件安装 在移动装置10的壳体内的其他选择也是可能的。

在这种情况下，包括吸收器8的接近传感器结构以这样的方式集 成在移动装置10中，使得移动装置10的外观具有均匀的不透明浅颜 色，从而使装置10的内部元件不可见，否则如果结构层11本身是可 见光透明的，则这些内部元件将可见。这可通过下面的层结构来实 现。可见光不透明层13形成为与结构层11的底面接触，其中的开口 与接近传感器的发射器3和检测器4对准（以允许传感器的IR辐射 通过）。不透明层13可以是白色油漆或油墨涂层（其在可见谱带中 是不透明的），在掩蔽开口的同时将该涂层沉积或辊涂到结构层11 的底面上并允许其固化。不透明层13赋予装置10的外表面以均匀的 浅颜色外观（因为结构层11可能在可见谱带中是透明的）。不透明 层13中的开口的目的在于根据接近传感器的需要允许红外辐射通 过，因为白色油漆涂层在红外谱带中可能不具有足够的透射率。接下 来，将冷光镜15如图所示附连到结构层11的底部，从而覆盖不透明 层13的开口。冷光镜15用于通过隐藏形成在不透明层13中的开口 来使壳体的外表面的均匀外观完整，同时对IR辐射仍允许足够的透 射率以便于接近传感器工作。接下来，将吸收器8如图所示施加到冷 光镜15上方。如上面结合图1所描述的，吸收器8可包括膜或片，其与冷光镜15分离，但可粘结到冷光镜15的底面；另选 地，其可在与冷光镜15的底部接触之前粘结到框架构件14的顶面。 所述膜或片可以是聚酯膜或塑料片，对于相同的尺寸（如，垂直方向 上的厚度），其红外吸收特性强于框架构件14。例如，在红外谱带 700nm至1,100nm中，吸收器可具有小于百分之五（5%）的透射 率和小于百分之十（10%）的反射率。作为一种选择，红外谱带可略 宽一些或窄一些，但在这样的谱带中，透射率应该约为小于5%，反 射率应该约为小于10%。

图4示出本发明的另一实施方式，其中吸收器8由红外通过粘合 剂层16（如，光学透明粘性流体）和吸收层17（如，如图5所示图 案化的片）构成，红外通过粘合剂层16与吸收层17顶面接 触。粘性流体可以是折射率匹配材料，其减小吸收器8与冷光镜15 之间（在接近传感器所使用的红外谱带内）的折射率差异。这两个孔 实际上可以是仅形成于吸收层17中，而非形成于红外通过粘合剂层 16中的物理孔，并且与发射器3和检测器4（可位于这些孔的正下 方）对准并且事实上形成其辐射通道的一部分。另选地，可首先仅将 粘合剂层16施加于图案化件（吸收层17）的顶面。然后，可将吸收 器9压向冷光镜15的底面，以形成如图所示的结构。在其他方面图 4中的结构可与图3相同。

制造这样的移动装置10的方法可如下进行。参照图3和图4， 准备可见光透明盖或顶盖（结构层11或辐射通过层2的例子）的底 面或背面，以在其上接纳可见光不透明的浅颜色（如，白色）油漆的 涂布。可将可能直接位于接近传感器的发射器和检测器的辐射路径上 的一个或多个油漆掩模施加到准备的表面。然后施加不透明油漆层并 允许其固化。移除掩模，从而在IR孔（可位于发射器和检测器的正 上方）处暴露盖的底面。将IR透明粘合剂薄层施加到冷光镜的顶 面，然后使其与IR孔对准，然后粘结到盖的底部。需要指出的是， 粘合剂可以是折射率匹配材料，以减小盖的折射率与冷光镜的折射率 之间的差异。接下来，作为单个膜或者作为多层结构施加吸收器，其 具有与不透明油漆层中的开口对准的开口。例如，可将IR透明粘合 剂施加到冷光镜的底部或者IR吸收层17的顶面，然后将其粘附到 冷光镜。另选地，可仅将粘合剂施加到冷光镜的底部，然后将IR吸 收层17迎着粘合剂压到冷光镜的底部上。在盖完成并准备好安装到 壳体中之前，在上述操作之前或之后可能需要附加操作。此时，将盖 设置到壳体中，使得其IR孔和开口与发射器和检测器位置对准，并 与内部框架构件14的顶面接触。然后将盖固定在该位置上，成为壳 体的前外表面。

尽管附图中描述并示出了特定实施方式，应该理解，这些实施方 式仅是对本发明的说明，而非限制，本发明不限于所示出并描述的具 体构造和结构，因为本领域普通技术人员可想到各种其他修改。例 如，尽管附图示出不同的层彼此接触（如，在图3中，层13与层11 的底部接触，吸收器与冷光镜15接触），这并不排除这些层之间存 在附加层或中间层，只要吸收器8所实现的辐射密封目的（包括使层 11内的杂散内反射衰减）不受阻碍即可。因此，该描述被视为是说 明性的而非限制性的。