CN115468749B 光学完整性的声学检测的方法和应用 （苹果公司）

本公开涉及光学完整性的声学检测的方法方法，其可用于通过检测光学部件上和/或光学体内)的不连续点来检测该光学部件的光学完整着光学表面和/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可测量该传输波能量的部分以确定不连续点的2透镜阵列；检测电路，其中所述检测电路被配置为激励所述一个或多个超声换能器以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，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3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生成从所述一个或多个超声换能器传播到所述透镜阵列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，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419.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生成从所述一个或多个超声换能器传播到所述透镜阵列接收来自所述透镜阵列的所述一个或多个超声波的一个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，5光学完整性的声学检测的方法和应用由于具有弯曲/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，由于成像一个或多个换能器(诸如压电换能器)来沿着光学输波能量的部分，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。6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[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[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[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[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[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[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[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[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[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[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月表面)的光学完整性。声学完整性检测可利用一个或多7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完整性检测来代替其他完整性检测技术(诸如电自设备中的照明系统的一个或多个光发射器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，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8[0020]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。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)，该触摸屏可耦且触摸屏的显示区域可被非显示区域(例如，围路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9[0024]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、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)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[0028]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能量(从全功能且连续的光学表面已知(即，无述可用于实现方法300的示例性设备配置和测量定时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。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。[0036]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[0041]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的叠或沉积)在显示器522下方的MLA523，以及最后使用粘合剂519耦合到MLA523的一个或例如图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MLA523的光学完整性述，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MLA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MLA523(并因此耦合到透[0044]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MLA623，使得由一个或多个换能器624生成的超声波可传播通过MLA623的一个或多个一部分)、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[0045]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MLA623的第[0046]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MLA623的第粘合剂层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MLA623的两侧[0048]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相部上的下部超声感测层731B允许使用声波来检查MLA723的顶表面和MLA723的透镜730A_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MLA723的顶表面与衬底声感测层731允许使用声波来检查显示器722的底表面和MLA723的顶表面两者的完整性，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器722的底表面和MLA723的透镜730A_730C的各个表面的完整性，以便检测异常的不连续示器和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MLA723的顶表面设氧树脂层733A和733B可包括用于将换能器耦合到显示器722和/或MLA723的附加或替代材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多个声换能器的一个或多个超声感测层的示例性配声感测层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，超声感测层至图8C所示，衬底834可经由环氧树脂粘合剂层833耦合到MLA823的顶部(例如，平坦)表837B和一个或多个压电层838A_838D的第一配置的[0056]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_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，每个发射器换能透镜的一个或多个对应反射来单独探测对应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超声波和接收一个或多个相应反射来评估光学系[0059]类似地，MLA823的示例性透镜830A_830C的光学表面可使用从第二超声传感层(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。MLA823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_列824A和第二换能器阵列824B可由形成在MLA823的相应透镜上方的一个接收器配置换能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[0064]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_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MLA823的表面处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[0071]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[0072]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感测层和下部超声感测层的相应基线信号9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MLA723上方的粘合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传输与换能器对反射信号偏差的检测之间的时间量或环氧树脂)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[0077]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[0078]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，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(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换能器接收的反射的超声波中的一个或多个变化相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，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，该驱动器光发射器以放弃发射光包括生成与该第一控制信号不在该第一压电层的与