邻近传感器装置的制造方法
【专利说明】邻近传感器装置
[0001] 本发明设及一种邻近传感器装置。
[0002] 光学邻近传感器被广泛应用在例如手机和智能电话的产品中用W探测到人头部 的邻近。该些传感器通常利用红外（IR)发光二极管（LED)W及类似光电二极管的光学传 感器。随着电话与传感器靠得很近，传感器探测反射自邻近目标物、例如人的头部的耳朵区 域的IR光量。邻近探测可W被用来激发电话的响应，例如关闭手机屏幕，从而节省手机电 池功率。
[0003] 然而，当手机用力抵靠着发色很深且发量浓密的人的头部时可能会产生问题。在 该种情况下头发吸收了大部分从L邸发射的入射IR光，并且最终反射的少量的IR光不具 有返回到探测器的光学路径。虽然黑色头发的确反射一些IR光，然而在通常用来保护邻近 传感器的遮罩玻璃中的光学孔径是物理地分离开的。当例如黑色头发的深色物体紧紧地抵 靠着玻璃时，深色物体可能阻碍光学路径，阻挡任何反射的IR光到达传感器之上的孔径。 除了黑色头发，当电话抵靠着戴着绒线帽或其它可能阻挡任何反射的IR光到达探测器的 物体的某个人的头部一侧时，可能会发生相同的问题。在非常密实的不透明物体的情况下， 相同的问题可能会发生在轻着色的物体上，由于其可能因为不透明而阻止穿过L邸孔径的 反射光到达传感器孔径。
[0004] 结果是传感器探测不到邻近信号，并且电话中的电子器件错误地得出没有靠近的 邻近目标物的结论。相应地，在手机用户继续使用电话时，手机仍然将屏幕打开，浪费宝贵 的电池能量。
[0005] 在大部分的手机设计（由于设计原因）中，IR L邸和光学传感器需要放置在手机 的遮罩玻璃之后，从而使得该些光学部件不可见。在手机的设计的另一方面，邻近传感器必 须解决光学串扰的问题，所述问题在光从手机的遮罩玻璃的内侧和/或外侧表面反射时由 于在玻璃表面处的菲涅尔反射而产生。然而，用W最小化光学串扰的相同措施通常会引发 不能探测到放置在玻璃上或抵靠着玻璃而相邻放置的深色物体。
[0006] 改进深色头发响应的常用方案是将光学元件设计为临界点恰好位于玻璃外表面 的外侧。临界点表征的是，当沿着Z轴即垂直于玻璃表面的轴逼近时首次发生邻近探测的 点。该在L邸的发射圆锥与探测器的探测圆锥或视场首次相交时发生。该种方案的缺点在 于，由于发射/探测圆锥不太会在其外部范围上突然变为零，通常临界点远非一个极小的 小点，而是广泛地分布在空间中。结果是，将临界点恰好放置在外部玻璃表面的外侧从而探 测抵靠着外部表面而放置的黑色头发，大体会产生玻璃外表面（为~4%的反射率）的一些 邻近探测，但是导致了显著的不希望的光学串扰。额外的问题设及到制造容限，其中，传感 器到玻璃或L邸到玻璃的间距变化、或LED中部分到部分的随着L邸扩散角的变化经常在 低成本的LED中显著地改变，并且可能导致临界点位于玻璃内部，使得由于增加的光学串 扰而带来显著的产量损失。
[0007] 由于上述的在光学邻近传感器设计中的问题，业内发展出了给定的传感器装置所 需要通过的标准。例如，传感器需要通过黑卡测试。如果传感器装置在标准化的条件下产 生邻近信号，则其通过黑卡测试。该测试设及一种具有限定的低反射率的卡，其模拟深色物 体并w零距离放置在遮罩上方。
[000引因此，在本领域内需要提供一种光学邻近传感器，其允许对抵靠着其遮罩而紧密 放置的物体的改进探测，还允许对于光学串扰的抑制。
[0009] 上述目标通过独立权利要求的主题来解决。更多的实施例和改进服从于从属权利 要求。
[0010] 根据本原理的一种邻近传感器装置包括放置在发光器件和光探测器之间的光学 屏障。发光器件、光探测器W及光学屏障由优选为用玻璃或塑料制成的遮罩遮盖。
[0011] 光学屏障根据不同的竞合原则来设计。一方面该屏障用来降低发光器件和光探测 器之间的光学串扰。例如，由于屏障放置在发光器件和光探测器之间，其有效地阻挡从发光 器件向光探测器的直接发射。然而另一方面，也可能经由遮罩通过间接路径引起串扰。该 限制了光学屏障的几何形状，其必须开放至少一些光学路径W允许用于传感器操作。
[0012] 该样，光学屏障进一步设计为阻挡从发光器件发射向光探测器的光，其由于镜面 反射而被遮罩反射。镜面反射是光根据反射法则从表面的类似镜子的反射，即，来自单一进 入方向的光被反射到单一发出方向上。
[0013] 此外，光学屏障设计为使得从发光器件经由遮罩向光探测器发出W及在遮罩的背 离发光器件和光探测器的第一表面上或上方散射的光通过。
[0014] 遵循上述的设计约束而构造的光学屏障改善了对于放置在遮罩上或小距离处的 类似深色头发的物体的探测。同时该设计的特征在于改进的串扰降低。引言中所讨论的黑 卡测试可W更为容易地通过。所提出的设计进一步降低了对如下光学设计的需求，所述光 学设计使用略微在遮罩上方的临界点。通过适当地调整光学屏障，可W阻拦大部分或全部 的从发光二极管经由遮罩表面（优选地用玻璃或塑料制成）到光学探测器的镜面反射路 径，同时允许间接的漫散射路径通过。
[0015] 下文中的术语"光"包括电磁福射，其涵盖红外光谱、可见光谱W及紫外光谱。然 而，优选地，发光器件在（近）红外发射。术语"之间"在本申请的含义内用来表征该样的 事实，即一些光学路径借助于光学屏障在空间上中断。光学探测器、发光器件W及光学屏障 不一定放置在相同的平面上，正如下面在孔径装置的背景中所讨论的。例如，光学屏障可W 位于发光器件和光探测器之间相对于遮罩而言的任何地方，比如刚好位于发光器件和光探 测器的面朝遮罩的上方或下游处，并且，例如在光学屏障和遮罩之间具有间隙。
[0016] 根据本发明的另一方面，光学屏障沿着与遮罩的第一表面基本上平行的第一主轴 延伸。沿着第一主轴的范围布置成使得在遮罩的第一表面上或上方散射的光可W绕过光学 屏障W到达光探测器。
[0017] 使用沿着第一主轴延伸的非常窄的屏障阻挡从遮罩反射的镜面光束。然而，由发 光器件发射的、射向例如黑卡表面或深色头发的待探测目标物的光束，可W绕过光学屏障。 事实上，没有优先方向的一些散射光线可W到达光探测器。窄的屏障，即具有如上所述在X 轴方向上进行调整的范围的屏障，允许了改进的黑卡和/或深色物体探测。然而，如果使用 宽的光学屏障，其会阻挡住所有的光。
[001引根据本发明的另一个方面，发光器件将光、特别地为红外光，发射成发射圆锥。发 射圆锥可W由发光器件来确定，或通过附接到器件的透镜而改变。光学屏障被设计为与发 射圆锥相交，使得基本上没有光借助经由遮罩的镜面反射和/或借助直接发射而到达光探 测器。
[0019] 根据本发明的另一个方面，光学屏障沿着其第一主轴延伸为至少阻挡由发光器件 发射的发射圆锥。在本申请中所使用的术语"窄"指明光学屏障的空间范围足W与发光器 件的发射圆锥相交，从而阻挡住经由遮罩的镜面反射。
[0020] 根据本发明的另一个方面，光学屏障包括=维柱形屏障。柱形提供了机械上的稳 健性并且容易生产。实际的形状可W通过光束追踪模拟来确定。
[0021] 根据本发明的另一方面，发光器件、光探测器W及光学屏障放置在第一平面内。光 学屏障至少沿着相对于第一平面正交并且指向遮罩的第二轴延伸。
[0022] 根据本发明的另一方面，光学屏障的柱形主体包括卿趴形轮廓，特别是卿趴形基 底，柱形主体通过该卿趴形基底安装在第一平面上。卿趴形轮廓提供了改善的机械稳健性 并且易于制备。所给出的轮廓可W根据光束追踪模拟来确定。对于该种轮廓仅有的约束在 于上面所提出的光学屏障的一般几何学原理。
[002引根据本发明的另一方面，第一平面包括印刷电路板。经由印刷电路板，发光器件和 光探测器与其它的电子组件电连接。该些其它的电子组件可W集成在同一个板上，例如作 为集成电路，或可W建立连接W将例如手机或智能电话的较大设备的组件分离开。
[0024] 根据本发明的另一方面，光学屏障包括基本上二维的孔径装置，特别是沿着第一 W及第=主轴延伸。孔径装置与遮罩的第二表面基本上平行。孔径装置可W实施为代替或 附加于光学屏障，所述光学屏障连同发光器件和光探测器一起放置在平面上。然而，如果采 用了孔径装置，优选的是将其连同后面的光学屏障一起使用，从而降低由发光器件和光探 测器之间的直接发射而导致的串扰。
[0025] 孔径装置可W放置在位于一侧的包括光探测器和发光器件的配对与位于另一侧 的遮罩之间的任何地方，例如位于光探测器和发光器件的配对上方。实际的位置受到上述 的设计约束的限制。例如，孔径装置可W被放置在发光器件和光探测器的面朝遮罩的下游。 在该种情况下，光学屏障和遮罩之间的间隙可提供用于改善的机械稳定性。孔径装置可W 包括塑料或金属薄片、（黑色）墨水、染料或涂料结构。
[0026] 根据本发明的另一方面，第二平面包括遮罩的面朝发光器件