CN212723675U - 光学装置及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光学装置及可穿戴设备，光学装置包括：外壳，外壳内具有空腔，外壳开设有与空腔连通的窗口；光学模组，收容于空腔内，光学模组包括基板、元器件和盖板，盖板盖设于基板上，且盖板与基板之间形成收容空间，元器件收容于收容空间内；盖板背离基板的一侧朝向窗口凸出并嵌设于窗口处，以将窗口封堵，盖板对应窗口的位置具有透光区。本实用新型大大缩小了光学模组在可穿戴设备中所占用的空间，有利于实现设备的小型化。并且，光学模组收发光线只需穿过盖板的透光区即可，而无需额外穿过外壳的透明介质，光效损失小，光学模组的出光效率更高，光学模组可以用更小的元器件驱动电流获得更强的光信号，降低了功耗。

Description

光学装置及可穿戴设备

技术领域

本实用新型涉及电子设备技术领域，特别涉及一种光学装置及可穿戴设备。

背景技术

随着人们健康意识的不断增强，越来越多的智能电子设备，比如手环、手表选择在集成光学装置，比如心率传感器，心率传感器依据PPG原理测量用户的心率和血氧浓度。业内一般是通过灌封胶或贴装玻璃盖板的方式对光学模组进行封装，在应用到整机中时，往往还需要在设备的外壳上再进行开窗设计。但灌封胶或贴装玻璃盖板的方式存在以下问题：(1)光学模组的上表面一般为平面，不能很好地适应设备外壳为曲面时的情况，会造成设备内部空间的浪费；(2)外壳的窗口处需要设置一层透明介质，心率模组也具有一层透明介质，那么，设备发出或接收光信号都需要穿过两层透明介质，由于介质吸收及界面反射现象，光效损失较大；(3)由于装配时无法完全消除光学模组与外壳窗口之间的距离，LED发射的光有一部分会被窗口的下表面反射回PD上，形成光串扰，影响测量信号的准确性；(4)模组需要贴装到FPC或PCB上，并借助PCB或FPC进行定位，贴装时的误差及FPC或PCB的定位误差均会影响模组与外壳窗口之间的位置关系，影响光学模组实际的FOV角。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种光学装置及可穿戴设备，旨在解决现有的光学装置浪费设备空间以及光效损失大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种光学装置包括：

外壳，所述外壳内具有空腔，所述外壳开设有与所述空腔连通的窗口；

光学模组，收容于所述空腔内，所述光学模组包括基板、元器件和盖板，所述盖板盖设于所述基板上，且所述盖板与所述基板之间形成收容空间，所述元器件收容于所述收容空间内；

所述盖板背离所述基板的一侧朝向所述窗口凸出并嵌设于所述窗口处，以将所述窗口封堵，所述盖板对应所述窗口的位置具有透光区。

优选地，所述盖板包括遮光板和透光块，所述遮光板的一端安装在所述基板上，所述遮光板的另一端朝向所述窗口凸出并嵌设于所述窗口处，所述遮光板围设成所述收容空间，所述收容空间朝向所述窗口的一侧具有开口，所述透光块安装在所述开口处并将所述开口封堵，所述透光块形成所述透光区。

优选地，所述遮光板与所述透光块采用双色注塑、二次注塑或包胶工艺一体成型。

优选地，所述光学模组具有多个间隔布置的所述收容空间，任意相邻的两个所述收容空间之间通过所述遮光板隔开，各所述收容空间对应设置有一个所述透光块；所述元器件包括发光元件和收光元件，所述发光元件和所述收光元件分设于不同的所述收容空间内。

优选地，所述遮光板通过粘接剂粘接在所述基板上，所述基板对应所述收容空间的位置开设有通气孔，所述通气孔用于将所述收容空间与所述空腔连通，所述通气孔内填充有粘胶，所述粘胶将所述通孔密封。

优选地，所述窗口的侧壁形成倾斜面，所述倾斜面向远离所述空腔的方向呈渐缩设置，所述盖板的外壁形成与所述倾斜面匹配并相互抵接的斜坡面。

优选地，所述盖板形成有台阶，所述外壳上所述窗口所在的边沿安装在所述台阶上，且所述台阶的拐角处设置有密封所述台阶与所述外壳的密封圈。

优选地，所述光学模组还包括连接器，所述连接器安装在所述基板背离所述收容空间的一侧；

且，

所述外壳与光学模组之间通过热熔柱定位安装。

优选地，所述外壳的外表面与所述盖板上背离所述空腔的表面平滑过渡连接成一体的表面，且一体的所述表面设置有防刮层。

本实用新型还提出一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括如上所述的光学装置。

本实用新型光学装置中，光学模组的盖板凸出并嵌设于窗口处将窗口封堵，盖板可直接作为可穿戴设备的光学开窗，外壳的窗口位置处无需额外设置一层透明介质，减少了零件数量，结构紧凑，且嵌入式结构大大缩小了光学模组在可穿戴设备中所占用的空间，减少设备内部空间浪费的情况，有利于实现设备的小型化，尤其对于可穿戴设备为TWS耳机而言，小型化优势更为明显。并且，光学模组收发光线只需穿过盖板的透光区即可，而无需额外穿过外壳的透明介质，光效损失小，光学模组的出光效率更高，光学模组可以用更小的元器件驱动电流获得更强的光信号，降低了功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例光学装置的截面示意图；

图2为本实用新型一实施例光学装置中光学模组的立体示意图；

图3为本实用新型一实施例光学装置中光学模组的截面示意图；

图4为本实用新型一实施例光学装置中光学模组与外壳的装配截面图；

图5为本实用新型一实施例光学装置设置防刮层的截面示意图；

图6为本实用新型一实施例光学装置中光学模组另一截面示意图；

图7为本实用新型一实施例光学装置中光学模组与外壳的装配立体图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。

本实用新型中对“上”、“下”、“左”、“右”等方位的描述以图1所示的方位为基准，仅用于解释在图1所示姿态下各部件之间的相对位置关系，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

本实用新型提出一种光学装置。

在本实用新型实施例中，如图1至图7所示，光学装置100包括外壳10和光学模组20，其中，外壳10内具有空腔11，外壳10开设有与空腔11连通的窗口12；光学模组20收容于空腔11内，光学模组20包括基板21、元器件22和盖板23，盖板23盖设于基板21上，且盖板23与基板21之间形成收容空间24，元器件22收容于收容空间24内；盖板23背离基板21的一侧朝向窗口12凸出并嵌设于窗口12处，以将窗口12封堵，盖板23对应窗口12的位置具有透光区。

本实施例的光学模组20可应用在可穿戴设备上，比如应用在手环、手表或耳机上，当手环或手表佩戴在人体手腕上后，窗口12位于可穿戴设备的内侧，即窗口12面向人体皮肤侧一侧。如图1所示，外壳10的底部开设有窗口12，光学模组20的盖板23位于基板21的底部，盖板23的下侧向下凸出并嵌设于窗口12处，从而将窗口12封堵，实现光学模组20与外壳10之间的装配。

可以理解地，光学模组20的元器件22可用于收发光线。光学模组20通过光电投射测量法对人体心率进行监测的，即通过元器件22，比如LED灯发出光线来照射皮肤，由于血液对特定波长的光有吸收作用，每次心脏泵血时，该波长都会被大量吸收，以此就可以确定心跳，实现对人体心率的监测。对人体血氧的监测与心率监测相似，在此不再赘述。本实施例的盖板23对应窗口12的位置具有透光区，元器件22发出的光线通过透光区照射人体皮肤，经过人体皮肤反射的光线通过透光区并被元器件22接收，从而实现光学模组20对人体心率、血氧的监测。

本实施例光学装置100中，光学模组20的盖板23凸出并嵌设于窗口12处将窗口12封堵，盖板23可直接作为可穿戴设备的光学开窗，外壳10的窗口12位置处无需额外设置一层透明介质，减少了零件数量，结构紧凑，且嵌入式结构大大缩小了光学模组20在可穿戴设备中所占用的空间，减少设备内部空间浪费的情况，有利于实现设备的小型化，尤其对于可穿戴设备为TWS耳机而言，小型化优势更为明显。并且，光学模组20收发光线只需穿过盖板23的透光区即可，而无需额外穿过外壳10的透明介质，光效损失小，光学模组20的出光效率更高，光学模组20可以用更小的元器件22驱动电流获得更强的光信号，降低了功耗。

进一步地，本实施例的盖板23包括遮光板231和透光块232，遮光板231的一端安装在基板21上，遮光板231的另一端朝向窗口12凸出并嵌设于窗口12处，遮光板231围设成收容空间24，收容空间24朝向窗口12的一侧具有开口241，透光块232安装在开口241处并将开口241封堵，透光块232形成透光区。

本实施例的遮光板231嵌设在外壳10的窗口12处，以将窗口12封堵。透光块232安装在遮光板231围成的收容空间24的开口241处，实现透光块232与遮光板231的装配，且透光块232形成透光区，方便透光，实现收容空间24内元器件22的光线收发。

本实施例的遮光板231与透光块232采用双色注塑、二次注塑或包胶工艺一体成型。具体地，本实施例的遮光板231可以采用PA(Polyamide，尼龙)、ABS(AcrylonitrileButadiene Styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)等材料，透光块232可以采用PMMC(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)等材料，盖板23的遮光板231与透光块232采用双色注塑、二次注塑或包胶工艺一体成型，不仅省略了装配步骤，提高了生产效率，且避免了装配误差，提高成品的一致性，有利于提高测量算法的精准度。

并且，遮光板231与透光块232采用双色注塑、二次注塑或包胶工艺一体成型，可成型出与外壳10形状匹配的复杂结构，比如，盖板23嵌设在窗口12处后，盖板23的外表面与外壳10的外表面契合，可平滑过渡连接成一体的表面，具体地，当外壳10的外表面为平面时，盖板23的外表面与外壳10的外表面平齐设置，形成一体式的光滑平面；当外壳10的外表面为曲面时，盖板23的外表面也呈曲面形状，与外壳10的外表面形成一体式的光学曲面，灵活方便，满足多种使用需求。

本实施例中，光学模组20具有多个间隔布置的收容空间24，任意相邻的两个收容空间24之间通过遮光板231隔开，各收容空间24对应设置有一个透光块232；元器件22包括发光元件221和收光元件222，发光元件221和收光元件222分设于不同的收容空间24内。本实施例的发光元件221为LED灯，收光元件222为PD，LED等和收光元件222分设于不同的收容空间24内。

如图1至图5所示，收容空间24的数量为四个，四个收容空间24沿左右方向间隔布置，从左到右分别为第一、第二、第三、第四个收容空间24，其中，第二个收容空间24和第四个收容空间24内均设置有发光元件221，比如LED灯，第一个收容空间24和第三个收容空间24内均设置有收光元件222，比如PD，从LED射出的光线照射人体皮肤，经反射后被与该LED相邻的PD接收。

另外，透光块232将收容空间24的开口241封堵，任意相邻的两个收容空间24之间通过遮光板231隔开，使得透光块232的外周被遮光板231包围，遮光板231被透光块232完全分割，两者不会发生光串扰情况，提高了信噪比，提高测量信号的准确性。

本实施例中，遮光板231通过粘接剂30粘接在基板21上，基板21对应收容空间24的位置开设有通气孔211，通气孔211用于将收容空间24与空腔11连通，通气孔211内填充有粘胶，粘胶将通孔密封。

具体地，一体成型的盖板23，依靠划胶及SMT工艺贴装到基板21上，并经过高温固化处理，将盖板23的遮光板231与基板21之间的粘接剂30固化，提高盖板23与基板21的装配稳定性。而为了在高温固化处理过程中平衡收容空间24与空腔11内的气压，防止出现因气体膨胀导致盖板23脱离基板21情况，本实施例在基板21上与收容空间24对应的位置开设通气孔211，通气孔211连通收容空间24与空腔11，可在高温固化处理过程中实现收容空间24与空腔11内的气压的平衡。在高温固化处理完成后，从基板21外侧向通气孔211内注入粘胶，粘胶可选用UV胶，UV胶将通孔密封，保证盖板23与外壳10的装配密封性，防止出现漏光现象。可以理解地，粘胶选用UV胶，在将UV胶填充进通气孔211后进行UV照射固化处理，优化密封效果。

本实施例中，窗口12的侧壁形成倾斜面121，倾斜面121向远离空腔11的方向呈渐缩设置，盖板23的外壁形成与倾斜面121匹配并相互抵接的斜坡面2311。如图1至图5所示，倾斜面121由上至下渐缩设置，即，外壳10上窗口12的大小由上至下逐渐收紧，而盖板23的外壁形成斜坡面2311，斜坡面2311与倾斜面121匹配并相互抵接，具体地，斜坡面2311和倾斜面121之间通过粘接剂30粘接在一起，粘接剂30可选用低吸水率的环氧树脂等。斜坡面2311与倾斜面121粘接配合既便于与实现盖板23与外壳10的嵌入式装配，又能在装配过程中起到定位作用，降低盖板23与外壳10之间的装配误差，进而保持光学模组20的FOV角恒定，不同成品的一致性更优，进一步提高测量算法的精准度。可以理解地，盖板23的斜坡面2311为拔模面，斜坡面2311的倾斜角度即为拔模角，拔模角的范围为5～25°，窗口12的倾斜面121与斜坡面2311的倾斜角度一致。

为了提高盖板23与外壳10的装配便捷性，盖板23形成有台阶2312，外壳10上窗口12所在的边沿安装在台阶2312上，且台阶2312的拐角处设置有密封台阶2312与外壳10的密封圈40，在便利装配的同时提高盖板23与外壳10的装配密封性。

本实施例中，光学模组20还包括连接器25，连接器25安装在基板21背离收容空间24的一侧；且，外壳10与光学模组20之间通过热熔柱26定位安装。如图1所示，连接器25贴装在基板21的上侧，处于收容空间24外，光学模组20可以利用连接器25与可穿戴设备的主板之间形成稳定的电连接，形成通信与供电，且光学模组20无需贴装到FPC或PCB上，其位置可根据实际情况灵活设置。并且，在外壳10与光学模组20装配的过程中，可通过设置热熔柱26起到定位作用，提高外壳10与光学模组20的装配准确性。热熔柱26设置在基板21的上侧，在外壳10与光学模组20装配完成后，将热熔柱26消除即可。

本实施例的光学模组20的基板21还可以贴装多个功能芯片27，多个功能芯片27可以分别为PPG的AFE芯片、加速度芯片、ECG芯片、温度传感器芯片以及电阻、电容、电感等，使光学模组20可以对接收到的信号进行放大、滤波、模数转换等操作，或使光学模组20集成其他功能。功能芯片27可以贴装在基板21的上表面，也可以贴装在基板21的下表面并位于收容空间24外，还可以贴装在基板21的下表面并位于收容空间24内，与发光元件221或收光元件222沿上下方向层叠设置。功能芯片27的类型以及安装位置可根据实际情况灵活选取。本实施例光学模组20的盖板23、发光元件221、收光元件222、连接器25以及多个功能芯片27均为未经封装的裸片。

如图1、图4和图7所示，本实施例中，外壳10的外表面与盖板23上背离空腔11的表面平滑过渡连接成一体的表面，且一体的表面设置有防刮层50。盖板23背离空腔11的表面为盖板23的外表面，盖板23的外表面与外壳10的外表面平滑过渡连接成一体的表面，具体地，盖板23的外表面可灵活适应外壳10的外表面，外壳10的外表面为平面时，盖板23的外表面也为与外壳10的外表面平齐的平面，外壳10的外表面为曲面时，盖板23的外表面也为与外壳10的外表面平滑过渡连接的曲面，以使光学装置100具有一体式的外表面。可以理解地，外壳10的外表面为其他异形面时，盖板23的外表面可始终与外壳10的外表面平滑过渡连接成一体的表面，满足不同的使用需求。

光学模组20与外壳10装配后，盖板23的外表面直接耦合到外壳10窗口12处，盖板23可作为外壳10的一部分，提高光学装置100的结构紧凑性，并且，光学模组20的收光元件222和发光元件221距离外壳10的外表面更近，进而距离人体皮肤更近，也有利于提高测量准确性。

在光学模组20与外壳10装配完成后，可以光学装置100的表面，即盖板23的外表面以及外壳10的外表面涂覆一层邵氏硬度在D70以上的透明光学UV胶，厚度在30um左右，以形成防刮层50，在提高光学装置100防刮性能的同时提高其密封性能，并提高光学装置100的外观美观性。另外，由于防刮层50的厚度很小，对光学模组20的收放光线情况不造成影响。

本发明还提出一种可穿戴设备，可穿戴设备包括上述的光学装置100。可以理解的是，该可穿戴设备可以为智能手表、手环以及耳机类等电子产品。由于本可穿戴设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学装置，其特征在于，所述光学装置包括：

外壳，所述外壳内具有空腔，所述外壳开设有与所述空腔连通的窗口；

光学模组，收容于所述空腔内，所述光学模组包括基板、元器件和盖板，所述盖板盖设于所述基板上，且所述盖板与所述基板之间形成收容空间，所述元器件收容于所述收容空间内；

所述盖板背离所述基板的一侧朝向所述窗口凸出并嵌设于所述窗口处，以将所述窗口封堵，所述盖板对应所述窗口的位置具有透光区。

2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述盖板包括遮光板和透光块，所述遮光板的一端安装在所述基板上，所述遮光板的另一端朝向所述窗口凸出并嵌设于所述窗口处，所述遮光板围设成所述收容空间，所述收容空间朝向所述窗口的一侧具有开口，所述透光块安装在所述开口处并将所述开口封堵，所述透光块形成所述透光区。

3.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述遮光板与所述透光块采用双色注塑、二次注塑或包胶工艺一体成型。

4.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述光学模组具有多个间隔布置的所述收容空间，任意相邻的两个所述收容空间之间通过所述遮光板隔开，各所述收容空间对应设置有一个所述透光块；所述元器件包括发光元件和收光元件，所述发光元件和所述收光元件分设于不同的所述收容空间内。

5.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述遮光板通过粘接剂粘接在所述基板上，所述基板对应所述收容空间的位置开设有通气孔，所述通气孔用于将所述收容空间与所述空腔连通，所述通气孔内填充有粘胶，所述粘胶将所述通气孔密封。

6.如权利要求1-5中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述窗口的侧壁形成倾斜面，所述倾斜面向远离所述空腔的方向呈渐缩设置，所述盖板的外壁形成与所述倾斜面匹配并相互抵接的斜坡面。

7.如权利要求1-5中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述盖板形成有台阶，所述外壳上所述窗口所在的边沿安装在所述台阶上，且所述台阶的拐角处设置有密封所述台阶与所述外壳的密封圈。

8.如权利要求1-5中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述光学模组还包括连接器，所述连接器安装在所述基板背离所述收容空间的一侧；

且，

所述外壳与光学模组之间通过热熔柱定位安装。

9.如权利要求1-5中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述外壳的外表面与所述盖板上背离所述空腔的表面平滑过渡连接成一体的表面，且一体的所述表面设置有防刮层。

10.一种可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备包括如权利要求1-9中任一项所述的光学装置。

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