用于蓝宝石元件的光学检查的方法和系统与流程

本发明总体上涉及对光学元件的光学检查。本发明特别地但非排他地涉及蓝宝石元件的光学检查。

背景技术：

诸如移动电话、平板电脑、以及个人电脑之类的便携装置当构建产品时全都需要诸如透明塑料和玻璃之类的光学元件。随着消费者对质量和价值认知的提高，移动制造商继续使用越来越多的优质材料。对于移动电话和平板电脑而言，过去几年见证了从使用塑料屏幕到更加抗划的化学强化玻璃(例如玻璃)的市场变迁。

虽然玻璃相比于塑料而言是重大改进，但是其仍然可以被诸如包内和口袋内的钥匙或者硬币之类的日常物品划伤。此外，如果产品掉落的话，玻璃容易破裂。因此，越发考虑在消费品上使用例如蓝宝石。蓝宝石是在自然界中出现的第二硬的材料并且仅可以被金刚石划伤。蓝宝石还是坚固的材料并且具有非常高的弹性模量(刚度)。因此，在移动装置的构建中使用蓝宝石创建在意外掉落或者冲击期间较不可能弯折的非常坚硬的产品。这使得蓝宝石成为用于移动装置用途的非常有抗性、耐久的材料。

蓝宝石是一种陶瓷材料，并且任何陶瓷的绝对强度和韧性都是由被称为破裂韧性的材料科学领域控制的。破裂韧性是将材料的提前失效与诸如裂纹和划痕之类的缺陷关联的科学。理解破裂韧性概念的最简单方法是考虑当使用金刚石划线器来刻划普通玻璃以便以受控方式帮助玻璃破裂时会发生什么。完美的无划痕玻璃非常坚固，但是一向玻璃引入薄弱点(即，划痕或者刻痕)，那么玻璃就会变得脆弱并且容易沿着这一缺陷破裂。同样的论点也可以适用于蓝宝石，而不论蓝宝石比玻璃更抗划。仅当材料无划痕时，材料才具有其最佳的强度和韧性。

蓝宝石是比塑料或者玻璃更昂贵并且更重的材料，并且同时诸如显示屏之类的光学元件的尺寸有增加的趋势。因此，特别是对于便携装置而言，需要改善的解决方案以提供由蓝宝石制成的光学元件，其比已知解决方案更薄，但是仍然满足针对便携装置的涉及最大强度和稳健性的严格要求。

然而，当蓝宝石材料被高度抛光并且没有划痕和影响时，实现蓝宝石元件的全部韧性和强度。蓝宝石中的微观裂纹和划痕的检测几乎不可能使用普通显微技术来看到，并且因此难以量化表面上的划痕的确切水平。

Gorilla玻璃和其它化学强化玻璃(诸如Asahi、Dragontrail等)通常被设计用于以与蓝宝石相比不同的方式处理划痕和缺陷。玻璃通过将玻璃的表面层进行压缩的化学强化过程来实现其韧性。因为玻璃的表面压缩，所以任何裂纹和缺陷都不会传播以致失效。最终结果是，玻璃可以容忍在材料表面中的小的划痕而不导致失效。

对于蓝宝石而言不存在这种强化/表面压缩过程。因此，需要光学检测蓝宝石元件的表面的缺陷的解决方案。只有当蓝宝石被处理成完全无缺陷时才能实现蓝宝石的最大强度和韧性。

技术实现要素：

根据本发明的第一示例方面，提供用于蓝宝石元件的光学检查的方法，该方法包括：

将蓝宝石元件提供给包括光导和检测设备的测量系统，其中蓝宝石元件包括表面；

从相对于蓝宝石元件的表面的倾斜角度，将光束导向蓝宝石元件的表面，其中光束由光导提供；

响应于被导向蓝宝石元件的表面的光束，使用检测设备检测来自蓝宝石元件的表面的反射光束，以提供检测信号，其中检测设备被设置在蓝宝石元件的视场的上方；以及

处理检测信号以确定涉及蓝宝石元件的表面的缺陷信息。

在一个实施例中，光导被设置到蓝宝石元件的视场的一侧。

在一个实施例中，光导被设置在蓝宝石元件的视场的上方。

在一个实施例中，缺陷信息包括以下项中的至少一个：

表面划痕信息；以及

表面形状信息。

在一个实施例中，检测设备包括显微镜。

在一个实施例中，检测设备包括用于基于反射光束来形成图像的物镜。

在一个实施例中，检测设备包括用于基于反射光束来形成图像信号的传感器。

在一个实施例中，光导包括以下项中的至少一个：

棱镜；以及

光源。

在一个实施例中，光源包括暗场光源。

在一个实施例中，光源包括圆形光源。

在一个实施例中，方法进一步包括：

将蓝宝石元件提供给使用可旋转支架的测量系统；

旋转包括蓝宝石元件的支架；

从相对于蓝宝石元件的表面的倾斜角度，将光束导向蓝宝石元件的表面，其中光束由光导提供；

响应于被导向蓝宝石元件的表面的光束，使用检测传感器检测来自蓝宝石元件的表面的反射光束，以提供至少两个不同旋转时刻的检测信号，其中检测传感器被设置到蓝宝石元件的顶部；以及

处理至少两个不同旋转时刻的检测信号，以确定涉及蓝宝石元件的表面的缺陷信息。

在一个实施例中，倾斜角度不同于90度。

在一个实施例中，检测设备被设置为测量在光学角度上的反射光束，并且倾斜角度与该光学角度不同。

根据本发明的第二示例方面，提供用于蓝宝石元件的光学检查的系统，该系统包括：

光导，用于从相对于蓝宝石元件的表面的倾斜角度将光束导向蓝宝石元件的表面；以及

检测设备，用于响应于被导向蓝宝石元件的表面的光束，检测来自蓝宝石元件的表面的反射光束，以提供检测信号，其中检测设备被设置在蓝宝石元件的视场的上方，其中该系统被配置为处理检测信号以确定涉及蓝宝石元件的表面的缺陷信息。

在一个实施例中，光导被设置到蓝宝石元件的视场的一侧。

在一个实施例中，光导被设置在蓝宝石元件的视场的上方。

在一个实施例中，检测设备被设置为接收光学角度上的反射光束，并且倾斜角度与该光学角度不同。

在一个实施例中，系统包括：

物镜和传感器，用于基于反射光束来形成图像信号；以及

多个棱镜，围绕物镜的外侧设置，以提供围绕检测设备的光学光路的光环。

在一个实施例中，系统包括：

物镜和传感器，用于基于反射光束来形成图像；以及

多个光源，围绕物镜的外侧设置，以提供围绕检测设备的光学光路的光环。

在一个实施例中，系统包括：

用于蓝宝石元件的可旋转支架，该可旋转支架被配置为在测量系统内使蓝宝石元件旋转。

在一个实施例中，系统包括：

目镜，用于为用户形成用于检查蓝宝石元件的图像。

根据本发明的第三示例方面，提供用于蓝宝石元件的光学检查的检测设备，该设备包括：

光导，用于从相对于蓝宝石元件的表面的倾斜角度将光束导向蓝宝石元件的表面；以及

物镜，用于响应于被导向蓝宝石元件的表面的光束，接收来自蓝宝石元件的表面的反射光束，其中检测设备被设置在蓝宝石元件的视场的上方。

在一个实施例中，设备包括传感器，用于基于反射光束来形成图像信号。

在一个实施例中，设备包括显微镜。

在一个实施例中，设备包括目镜，用于为用户形成用于检查蓝宝石元件的图像。

根据本发明的第四示例方面，提供根据第一方面检查的光学元件。

根据本发明的第五示例方面，提供包括第四方面的光学元件的装置。

在一个实施例中，光学元件包括装置的显示部分或者盖部分。

在一个实施例中，蓝宝石元件的较高强度轴与装置的较高应力方向对准。

装置可以包括诸如例如平板电脑、智能电话、移动电话、笔记本电脑、数码相机、或者个人数字助理(PDA)之类的便携装置。

在上文中说明了本发明的不同的非约束示例方面和实施例。上述实施例仅用于解释可以在本发明的实施方式中利用的所选方面或者步骤。一些实施例可以仅参照本发明的某些示例方面来呈现。应该领会的是，对应的实施例也可以应用于其它示例方面。

附图说明

将仅通过的方式、参照附图来描述本发明，其中：

图1示出了其中可以应用本发明的各种实施例的移动装置的一些细节；

图2示出了其中可以应用本发明的各种实施例的移动装置的一些细节；

图3呈现了其中可以应用本发明的各种实施例的用于检测蓝宝石元件的表面上的缺陷的系统的示意图；

图4呈现了其中可以应用本发明的各种实施例的用于光学元件的蓝宝石结晶结构的示意图；

图5a呈现了其中可以应用本发明的各种实施例的诸如显微镜之类的检测设备的示意性侧视图；

图5b呈现了其中可以应用本发明的各种实施例的诸如显微镜之类的检测设备的示意性平面图；

图6示出了根据本发明的示例实施例的示出了操作的流程图；

图7呈现了其中可以应用本发明的各种实施例的装置的示例框图；

图8示出了其中可以应用本发明的各种实施例的具有多个晶面的还被称为单胞(unit cell)的蓝宝石晶体结构的示意图；

图9a示出了使用诸如明场检查之类的先前已知解决方案的蓝宝石的放大的区域图像的显微视图；并且

图9b示出了其中可以应用本发明的各种实施例的蓝宝石的放大的区域图像的显微视图。

具体实施方式

在以下描述中，相同的附图标记指示相同的元件。

图1示出了其中可以应用本发明的各种实施例的移动装置100的一些细节。

在一个实施例中，移动装置100可以包括移动电话、智能电话、平板电脑、笔记本电脑、或者任何其它便携装置。装置包括至少一个盖部分110，用于向装置100的部件提供保护并且为装置100创建期望的外观(outlook)和外部设计。盖部分110可以包括若干分立的盖部分，诸如前盖和后盖以及甚至侧框架。在图1中，主要示出了前盖。装置100进一步包括用户接口120、130，用户接口120、130包括至少一个显示器120。显示器120可以是用于检测用户姿势并且向装置100提供反馈的触敏显示器。装置100还可以包括诸如例如小键盘或者触摸板之类的用户输入设备130。此外，装置100可以包括相机140。不论所描述的元件110、120、130、140被示出在装置100的同一侧，它们可以位于装置100的任一侧。不论在图1中图示了多个装置元件120至140，它们不都需要被包括在内。例如，可以仅包括触敏显示器120，而不需要分立的用户输入设备130。

在一个实施例中，装置元件110、120、130、140中的至少一个包括诸如例如透明片、层、或者玻璃之类的光学元件。盖部分110可以包括诸如透明层涂层之类的光学元件，以便向装置提供美观、坚固、并且抗刮表面。显示器120可以包括诸如透明保护层之类的光学元件，以便向显示器提供坚固并且抗刮的表面，但是仍然为显示器120实现从所有角度的清晰可见性。用户输入设备在触摸板的情形下可以包括类似于显示器的光学元件，并且在常规小键盘的情形下可以包括类似于用于小键盘框架的盖部分的光学元件。相机140可以包括诸如例如保护透镜之类的光学元件。

在一个实施例中，显示器120可以形成盖部分110的永久部分，或者为了在盖部分110的寿命内增加升级引擎的潜力，显示器120也可以是可被替换的模块。备选地，显示器120的保护层可以是盖部分110的一部分，使得该层可以独立更换。在进一步的备选实施例中，显示器120的保护层被集成到盖部分110。

在本发明的实施例中，诸如蓝宝石元件之类的光学元件的表面可以提供设备的操作面。这给了设计工程师更大的自由度来设计具有期望外观的设备。操作面可以被提供有用户输入元件130，例如键、触摸板、或者这种元件的阵列。外壳可以是常规单部分外壳或者蛤壳、或者其它两个或者更多个部分的设置，其中用户输入元件130或者键可以位于与显示器120不同的面上。

图2示出了其中可以应用本发明的各种实施例的移动装置100的一些细节。

在一个实施例中，盖部分110还可以包括位于前盖和后盖中以及侧框架中的多个盖部分元件。在图2中，主要示出了装置100的后盖。装置100可以包括盖部分元件，盖部分元件包括光学元件210至230。这种光学元件210至230可以被配置为向下面的元件提供装饰效果、保护特征，或者向装置100提供诸如扬声器或者麦克风壳体之类的操作特征。图2所示的盖部分110的后盖还可以包括诸如例如显示器或者触摸板之类的光学元件210至230。不论在装置100的同一侧示出了所描述的元件210至230，它们可以位于装置100的任一侧。不论在图2中图示了多个装置元件210至230，它们不都需要被包括在内。

在一个实施例中，装置元件210至230中的至少一个包括诸如例如蓝宝石元件之类的光学元件。盖部分110可以包括诸如蓝宝石层涂层之类的光学元件，以向装置提供美观、坚固、并且抗刮的表面。

蓝宝石可以用于诸如例如显示器、盖部分元件、或者触摸板之类的移动装置光学元件。蓝宝石具有高的硬度和强度，但是其较高的折射率意味着与先前已知的玻璃或者塑料屏幕相比，更多光被从表面反射。

本发明讨论了蓝宝石和氧化铝两者。两者的化学成分都基于Al₂O₃。为了清楚的目的，蓝宝石在这一上下文中可以被理解为氧化铝的单晶，并且氧化铝可以被理解为氧化铝的多晶形式(PCA)。

图3呈现了其中可以应用本发明的各种实施例的用于检测蓝宝石元件310的表面上的缺陷的系统300的示意图。

当向移动装置提供蓝宝石元件时，为了达到蓝宝石材料的最大强度和韧性，重要的是控制和根除所有研磨和/或抛光划痕。然而，标识蓝宝石元件的表面中的可能缺陷是特别困难的问题。这主要是因为如下事实：可能弱化蓝宝石元件的划痕和裂纹非常小(小于5微米)并且因此仅可以使用显微镜看到。然而，因为蓝宝石是透明材料，使用诸如明场显微术之类的已知显微镜方法几乎不可能看到这种划痕。

在一个实施例中，暗场显微术被用于允许蓝宝石元件内的诸如划痕和裂纹之类的缺陷被容易地看到。暗场显微技术可以被用作产生高质量、无缺陷蓝宝石元件的制造过程的一部分。

在一个实施例中，暗场显微技术可以在制造过程结束时使用，以确认已经在最终产品中组装了高质量无缺陷蓝宝石元件。

在一个实施例中，对蓝宝石元件310进行光学检查。光导320、333、340和检测设备330被设置给系统300。

在一个实施例中，至少一个光导320、333、340被包括在系统300中。系统不限于所呈现的光导位置，而是它们仅作为说明性示例被呈现。光导320可以被设置到蓝宝石元件的视场的一侧。备选地，光导340、333可以被设置在蓝宝石元件的视场的上方。光导333可以与检测设备330或者分立光导320、340集成。

蓝宝石元件310包括例如针对划痕被检查的表面311。

在一个实施例中，光束321从倾斜角度(Θ)被导向蓝宝石元件310的表面311。例如，相对于蓝宝石元件表面311，该角度可以小于45度。光导321由被设置到蓝宝石元件310的视场(FOV)的一侧的光导320提供，或者由设置在蓝宝石元件310的视场(FOV)的上方的光导333、340提供。例如，光导320、333、340可以包括至少一个光源或者棱镜。

如果蓝宝石的表面311被完美抛光，则光束321的倾斜角度(Θ)和反射角度322将相同。在这一情形下，反射光束322不进入检测设备330。然而，如果存在划痕，则这呈现将光束323反射到检测器330中的新表面311。划痕类似于微小的镜子，该微小的镜子成角度，使得入射光束322被反射到检测器330中并且因此被检测为信号。

在一个实施例中，响应于被导向蓝宝石元件310的表面311的光束321，使用检测设备330检测来自蓝宝石元件310的表面311的反射光束322、323，以提供检测信号。检测设备330被设置在蓝宝石元件310的视场(FOV)的上方。处理检测信号以确定涉及蓝宝石元件310的表面311的缺陷信息。

例如，缺陷信息可以包括表面划痕信息、裂纹信息、或者表面形状信息。

在一个实施例中，检测设备330包括显微镜。显微镜可以包括用于基于反射光束322、323形成图像的物镜331。

在一个实施例中，光束可以从相对于蓝宝石元件表面311的倾斜角度被导向蓝宝石元件310的表面311，其中光束由被设置在按照蓝宝石元件310的视场(FOV)的与光导320不同的另一侧的光导来提供。

在一个实施例中，光导340可以从相对于蓝宝石元件表面311的倾斜角度或者至少从不为90度的角度，将光束341导向蓝宝石元件310的表面311，其中光束341由被设置在蓝宝石元件310的视场(FOV)上方的光导340提供。反射光束342可以由检测设备330检测。

在一个实施例中，光导333可以从相对于蓝宝石元件表面311的倾斜角度或者至少从不为90度的角度，将光束导向蓝宝石元件310的表面311，其中光束由集成到设备330并且被设置在蓝宝石元件310的视场(FOV)上方的光导333提供。反射光束可以由检测设备330检测。

在一个实施例中，光导320、340可以包括暗场光源或者圆形光源。

在一个实施例中，检测设备330包括物镜331和传感器(未示出)。至少一个光导320、333、340由与检测设备330分立的照明系统提供。

在一个实施例中，检测设备330包括物镜331、传感器(未示出)、以及至少一个光导320、333、340。

在一个实施例中，蓝宝石元件310可以使用可旋转支架350被提供给测量系统300。当测量蓝宝石元件310时，包括蓝宝石元件310的支架350可以旋转，从相对于蓝宝石元件表面的倾斜角度将光束导向蓝宝石元件310的表面311，其中光束由被设置到蓝宝石元件310的视场(FOV)的一侧或者蓝宝石元件310的视场(FOV)上方的光导320、333、340提供。响应于被导向蓝宝石元件的表面的光束，可以使用检测设备330检测来自蓝宝石元件310的表面311的反射光束322、323、342，以提供至少两个不同旋转时刻的检测信号，其中检测设备330被设置在蓝宝石元件的视场的上方。至少两个不同旋转时刻的检测信号则可以被处理以确定涉及蓝宝石元件310的表面311的缺陷信息。

在一个实施例中，利用暗场显微术，使得被用于照射样品310的光321来自于样品310的侧面，而在普通明场显微术中，样品由从显微镜330的光轴(即垂直于表面样品310)下来并且向显微镜330提供明场361的光360照射。

在一个实施例中，若干棱镜333围绕物镜331的外侧设置。这多个棱镜333可以有效地创建围绕(例如，显微镜的)透镜331的光学光路的光圈或者光环(暗场光照明)。相同的效果(即光环)可以由不包含任何棱镜333的分立光源实现。可以创建连续或者半连续光环，以在所有可能角度上照射所有划痕。

暗场技术起作用是因为，划痕在蓝宝石310的表面311中充当微小的镜子，因此当假设使用暗场照明320(即从侧面)时，划痕“点亮”并且变得可见。

在一个实施例中，检测设备330被设置为相对于蓝宝石元件310的视场成光学角度。该光学角度对应于考虑到视场的检测设备所指向的角度。光束从相对于蓝宝石元件表面的倾斜角度被导向蓝宝石元件的表面，并且该倾斜角度与光学角度不同。

这种解决方案使得能够检测控制蓝宝石材料的强度和韧性的划痕。这样做的实际含义是，可以更可靠而不失效地在移动装置上使用更大并且更薄的蓝宝石元件。

本发明将允许蓝宝石元件表面被准确地检验，并且因此以非常高的标准生产，这转而允许蓝宝石在具有更多设计自由度的移动装置中使用。这将最终使产品更薄、更轻、并且更稳健。

在一个实施例中，检测系统包括目镜332，物镜332用于形成图像，从而可以使用人眼来手动地执行检查。

在一个实施例中，根据蓝宝石元件310的几何结构或者特定缺陷的几何结构，不同照射角度下的不同光源320、333、340可以被用于通过暗场照明来使划痕可见。

图4呈现了其中可以应用本发明的各种实施例的用于光学元件420的蓝宝石结晶结构410的示意图400。光学元件420可以包括被光学检查的蓝宝石元件。

光学元件420可以是例如显示元件。光学元件420通过生长蓝宝石结晶结构410来开发。在检测到例如蓝宝石单晶的平面和轴之后，生长可以被设置在期望的平面中。

在一个实施例中，如图4所示，光学元件420的期望尺寸包括第一轴上的长度L和第二轴上的宽度W。

在一个实施例中，可以选择蓝宝石单胞410的定向，使得光学元件420的平面对应于蓝宝石胞的某些平面。

图5a呈现了其中可以应用本发明的各种实施例的诸如显微镜之类的检测设备500的示意性侧视图。显微镜可以是例如暗场显微镜。

在一个实施例中，检测设备500包括物镜510。适当地选择透镜510的光轴520以便检查所考虑的蓝宝石元件。传感器521可以被配置为基于行进穿过透镜510的反射光束来提供图像信号。例如，图像信号可以经由图3的目镜332被提供给用户。

在一个实施例中，至少一个棱镜530可以被安装在检测设备500中，目的在于使用圆形光源的光束550创建暗场光束540。

在一个实施例中，检测设备500包括物镜510和传感器521。至少一个光导530由与检测设备330分立的照明系统提供。

在一个实施例中，检测设备500包括物镜510、传感器521、以及至少一个光导530。

图5b呈现了其中可以应用本发明的各种实施例的诸如显微镜之类的检测设备500的示意性平面图。

在一个实施例中，检测设备500包括物镜510以形成图像。

光束可以被导向由设备500检查的蓝宝石元件的表面，其中光束被提供到蓝宝石元件的视场的一侧。响应于被导向蓝宝石元件的表面的光束，使用检测传感器检测来自蓝宝石元件的表面的反射光束，以提供诸如图像之类的检测信号。检测设备被设置在蓝宝石元件的上方。检测信号接着可以被处理以确定涉及蓝宝石元件的表面的缺陷信息。

在一个实施例中，例如，圆形光源560被用于利用暗场光束540(使用棱镜530引导)均匀照射被光学检测的蓝宝石。

图6示出了根据本发明的示例实施例的便携装置中的操作。

在步骤600中，开始用于对蓝宝石元件的光学检查的方法。在步骤610中，将蓝宝石元件提供给包括光导和检测设备的测量系统，其中蓝宝石元件包括表面。在步骤620中，光束从相对于蓝宝石元件表面的倾斜角度被导向蓝宝石元件的表面，其中光束由被设置到蓝宝石元件的视场的一侧的光导提供。在步骤620中，可以使用来自不同角度的多个光束。在步骤630中，响应于被导向蓝宝石元件的表面的光束，使用检测设备检测来自蓝宝石元件的表面的反射光束，以提供检测信号，其中检测设备被设置在蓝宝石元件的视场的上方。在步骤640中，处理检测信号以确定涉及蓝宝石元件的表面的缺陷信息。在步骤650中，方法结束。

图7呈现了其中可以应用本发明的各种实施例的便携装置100的示例框图。便携装置100可以是诸如移动终端、智能电话、个人数字助理(PDA)、MP3播放器、笔记本电脑、平板电脑、或者其它电子设备之类的用户装备(UE)、用户设备或者装置。

移动装置100的一般结构包括用户接口740、通信接口750、处理器710、以及耦合到处理器710的存储器720。装置100进一步包括存储在存储器720中并且可操作以加载到处理器710中并且在处理器710中执行的软件730。软件730可以包括一个或者多个软件模块，并且可以是计算机程序产品的形式。装置100进一步包括光学元件760。光学元件可以包括被光学检查的蓝宝石元件。光学元件760可以根据元件760在装置100中的用途而使用不同的准则来检查。因此，例如，对用作显示层的光学元件760的要求可以不同于用作盖部分的光学元件760。光学元件760还可以被集成到装置100的另一元件，例如集成到用户接口740。

处理器710可以是例如中央处理单元(CPU)、微处理器、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元等。图7示出了一个处理器710，但是装置100可以包括多个处理器。

存储器720可以是例如非易失性或者易失性存储器，诸如只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、随机访问存储器(RAM)、闪存存储器、数据盘、光学存储设备、磁存储设备、智能卡等。装置100可以包括多个存储器。存储器720可以被构建为装置100的一部分，或者其可以由用户插入到装置100的槽、端口等中。存储器720可以仅用于存储数据的用途，或者其可以被构建为用于其它用途(诸如处理数据)的装置的一部分。

用户接口740可以包括用于接收来自装置100的用户的输入(例如经由键盘、在用户装置100的显示器上示出的图形用户界面、语音识别电路、或者诸如耳麦之类的辅助设备)、并且用于向用户提供输出(经由例如图形用户界面或者扬声器)的电路。用户接口740的显示器可以包括触敏显示器。光学元件760可以被集成到诸如显示器、键盘、或者触摸板之类的用户接口740。光学元件还可以被集成到装置100的盖部分。

光学元件760还可以被相机所包括，用于向相机光学元件提供保护片。光学元件760还可以提供用于装置100的多个元件的保护片。在示例实施例中，光学元件760被配置为向装置100的显示器提供保护片。光学元件甚至可以覆盖装置100盖的前表面、后表面、或者侧表面的至少一部分。

通信接口模块750实施至少一部分无线电传输。通信接口模块750可以包括例如无线接口模块。无线接口可以包括诸如近场通信(NFC)、WLAN、蓝牙、红外(IR)、射频标识(RF ID)、GSM/GPRS、CDMA、WCDMA、或者LTE(长期演进)无线电模块。通信接口模块750可以被集成到用户装置100中、或者被集成到可以插入到装置100的合适的槽或者端口中的适配器、卡等中。通信接口模块750可以支持一种无线电接口技术或者多种技术。装置100可以包括多个通信接口模块750。

技术人员要领会，除了图7所示的元件之外，装置100可以包括其它元件。

图8示出了其中可以应用本发明的各种实施例的具有多个晶面810至840的还被称为单胞的蓝宝石晶体结构800的示意图。

蓝宝石是单晶材料，即其生长为没有晶界的连续大单晶。这种单晶可以在切割成用于光学元件的期望尺寸和形状之前生长。

蓝宝石单晶(即Al₂O₃)被用于范围较宽的用途，因为其具有较高的硬度和韧性。蓝宝石的单晶可以被提拉，生长与熔融氧化铝的表面接触的籽晶，以将单晶生产成更大的单晶，以便大体上将单晶加工成期望的形状。

在一个实施例中，蓝宝石晶体被切割或者生长，使得晶体内的特定平面平行于蓝宝石的片定向。因此，例如，蓝宝石可以被称为A平面蓝宝石或者C平面蓝宝石。因此，对于A平面蓝宝石，A平面平行于光学元件的屏蔽方向。

蓝宝石单晶是各向异性材料。这意味着依赖于晶体的方向，材料具有不同的机械性质(强度、硬度、光学性质等)。简单来说，A平面蓝宝石一般是最坚固的平面，而C平面具有最好的光学性质。

在蓝宝石的晶体结构中(如图8所示)，蓝宝石晶体是六方晶系，其中C轴形成竖直并且正交于C平面820的中心轴。由于蓝宝石晶体结构的对称性，在图8中A平面具有大量A轴，例如要在垂直于C轴的三个方向上延伸的轴a1至a3。分别地，A平面810在图8中示出。M平面830垂直于C平面820和A平面810。R平面840以与C轴的恒定角度倾斜。

不论仅示出了四个平面810至840，晶胞可以包括其它平面。此外，由于晶体对称性，针对每个主平面可以有若干相同平面。例如，单胞800可以包括例如三个A平面810、三个R平面840、一个C平面820、以及三个M平面830。

C轴通常相对于R轴成近似57.6度的角度。R轴通常相对于M轴成近似32.4度的角度。蓝宝石的平面和轴可以例如使用X射线或者电子衍射来分析，并且可以关于实际的蓝宝石单晶做出确定。

在一个实施例中，对蓝宝石晶体的测量揭示，A平面就机械应力而言一般是最坚固的平面。然而，甚至进一步通过控制各向异性(有时称为副平面)，可以采用将蓝宝石集成到便携装置的光学元件，使得为了最大强度并且因此可靠性，将蓝宝石定向在装置的光学元件内。

在一个实施例中，六方晶系中的晶面和方向可以使用密勒(Miller)指数来索引，其中结晶学上等同的平面具有显得不同的指数。为了克服这一点，可以使用密勒-布拉维(Bravais)索引系统，其中向密勒系统的三个指数引入第四指数。

然后使用四个指数(hkil)来指定平面，其中h、k、i、以及l是整数。第三指数总是前两个指数之和的负数，并且可以由密勒系统确定。

方向被指定为[uvtw]，其中u、v、t、以及w是整数。调节u、v、以及t的值，使得它们的和为零。方向指数不能由等效密勒指数写下来。

见图8并且使用密勒-布拉维指数来限定平面时，可以使用以下映射：

-C平面820对应于密勒-布拉维指数的{0 0 0 1}；

-R平面840对应于密勒-布拉维指数的

-A平面810对应于密勒-布拉维指数的以及

-M平面830对应于密勒-布拉维指数的

参照图4，示出了蓝宝石胞410的A平面。如从图4可见的，这一实施例中的长度L大于宽度W。蓝宝石结晶结构被配置为，使得蓝宝石胞410的主平面被设置为平行于光学元件420的表面平面，并且两个副平面被设置为平行于第一轴和第二轴(W和L)。

在一个实施例中，装置的光学元件420具有在第一轴的方向上的长度L和在第二轴的方向上的宽度W，其中长度L大于或者等于宽度W。开发了光学元件420，并且其包括蓝宝石结晶结构410，蓝宝石结晶结构410具有多个晶面，多个晶面具有对应的法向轴(表示为例如C轴、A轴、以及M轴)。第一晶面轴被配置为垂直于第一轴L和第二轴W。第二晶面轴被配置为平行于第一轴L，并且第三晶面轴被配置为平行于第二轴W。

在一个实施例中，蓝宝石结晶结构具有多个晶面，其中三个主平面可以由三个正交轴表示，其中第一晶面轴被配置为垂直于第二晶面轴，并且第三晶面轴被配置为垂直于第一晶面轴和第二晶面轴。

多个晶面至少包括：

具有A轴的A平面，A轴被配置为A平面的法向轴；

具有C轴的C平面，C轴被配置为C平面的法向轴，C轴垂直于A轴；以及

具有M轴的M平面，M轴被配置为M平面的法向轴，M轴垂直于A轴和C轴。

在一个实施例中，多个晶面包括：

具有A轴的A平面，A轴被配置为A平面的法向轴，A轴垂直于C轴并且垂直于M轴；以及

具有C轴的C平面，C轴被配置为C平面的法向轴，C轴垂直于A轴并且垂直于M轴；以及

具有M轴的M平面，M轴被配置为M平面的法向轴，M轴垂直于A轴并且垂直于C轴。

在一个实施例中，第一晶面轴是垂直于W轴和L轴的A轴，第二晶面轴是平行于L轴的M轴，并且第三晶面轴是平行于W轴的C轴。

将蓝宝石晶体410平面配置为使得A平面平行于光学元件420的表面平面(诸如平坦的显示屏)，向光学元件420提供了改善的强度。通过将M平面的M轴对准为平行于光学元件420的较长侧L并且将C平面的C轴对准为平行于光学元件420的较短侧，实现了光学元件的甚至更好的强度。

图9a示出了使用诸如明场检查之类的先前已知解决方案的蓝宝石的放大的区域图像900的显微视图。区域图像900可以是蓝宝石的100倍放大区域。如从图9a可见的，在图像900(诸如明场图像)中没有可见的划痕。

图9b示出了其中可以应用本发明的各种实施例的蓝宝石的放大的区域图像910的显微视图。区域图像910可以是蓝宝石的100倍放大区域，并且对应于与图9a中的图像900的区域相同的区域。区域图像910还可以对应于从图3的视场(FOV)创建的图像。

在区域图像910中可见大量划痕，并且蓝宝石的相同区域的两个图像900和910的差别很大。使用先前已知解决方案(诸如明场)捕获的图像900是无特征的，没有任何可见划痕，而利用本发明的实施例的解决方案在图像910中显示出很多划痕。

已经呈现了各种实施例。应该领会的是，在本文档中，词语“包括、包含、以及含有”各用作开放式表达，而不旨在排他性。

以上描述通过本发明的特定实施方式和实施例的非限制性示例的方式，提供了对发明人为了执行本发明而当前设想的最佳模式的充分和信息性的描述。然而，本领域技术人员要清楚的是，本发明不限于上文呈现的实施例的细节，而是其可以在使用等效手段的其它实施例中或者在实施例的不同组合中实施，而不脱离本发明的特性。

此外，可以有利地利用本发明的上面公开的实施例的一些特征，而不对应地使用其它特征。因此，上面的描述仅应被认为是对本发明的原理的说明，而不是对其限制。因此，本发明的范围仅由所附专利权利要求来限制。