具有共享窗口的光学感测应用中的光限制设计的制作方法

具有共享窗口的光学感测应用中的光限制设计
1.本技术是国际申请日为2018年2月7日、于2019年8月6日进入中国国家阶段、中国国家申请号为201880010469.x、发明名称为“具有共享窗口的光学感测应用中的光限制设计”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本公开一般涉及一种被配置用于具有共享窗口且包括光限制设计的光学感测的设备。更具体地讲，本公开涉及减少或消除光学部件之间的串扰，以提高测量精度和信噪比(snr)。


背景技术：

3.可由脉搏血氧仪系统来确定用户的生理信号(例如，脉搏率或动脉血氧饱和度)。在基本形式中，脉搏血氧仪系统可利用照明用户的组织的一个或多个点光源(即，具有定义的光束尺寸的光，存在直径为5mm或更小的孔径)以及接收进入并探测组织的亚表层体积的光的一个或多个光检测器。光源和光检测器可与组织接触，或可远离(即，不接触)组织表面。


技术实现要素：

4.本公开涉及一种被配置用于具有共享窗口且包括光限制设计的光学感测的电子设备。光限制设计可包括光学层、光学膜、透镜和窗口系统中的一者或多者，该窗口系统被配置为减少或消除光学部件之间的串扰。多个接纳部分和多个阻挡部分可用于选择性地允许具有在一个或多个接纳视角内的入射角的光并且阻挡具有在接纳视角之外的入射角的光。在一些示例中，光限制设计在光学特性和结构特性可以是变化的。光学特性和结构特性的变化可允许光限制设计具有空间上变化的接纳角。例如，光学膜的一个位置可以是允许具有第一接纳角的入射角的光穿过(例如，窄的接纳视角)，而光学膜的另一个位置可以阻挡具有相同入射角的光(例如，宽的接纳视角)。结构特性的变化可包括但不限于接纳部分和/或阻挡部分的宽度、高度和/或倾角的差异。在一些示例中，光学膜可以是双向接纳从多个方向入射的光，但被配置为对不同方向具有不同接纳角范围。本公开的示例可包括光学层，该光学层包括菲涅耳透镜、红外透明材料和多种类型的接纳部分和/或阻挡部分中的一者或多者。本公开还公开了用于制造光学层、光学膜、透镜和窗口系统以及操作设备的方法。
附图说明
5.图1a至图1c示出了可在其中实现本公开的示例的系统。
6.图2a示出了根据本公开的示例的示例性电子设备的顶视图，该示例性电子设备包括用于测量一个或多个生理信号的光传感器和光发射器。
7.图2b示出了根据本公开的示例的示例性电子设备的剖视图，该示例性电子设备包
括用于测量一个或多个生理信号的光传感器和光发射器。
8.图2c示出了根据本公开的示例的示例性电子设备的顶视图，该示例性电子设备包括用于测量一个或多个生理信号的光传感器和光发射器的另选的配置。
9.图2d示出了根据本公开的示例的示例性电子设备的剖视图，该示例性电子设备包括检测一个或多个不需要的光线的光传感器。
10.图2e示出了根据本公开的示例的示例性电子设备的顶视图，该示例性电子设备包括用于测量一个或多个生理信号的光传感器和光发射器的另选的配置。
11.图3a示出了根据本公开的示例的示例性设备的剖视图，该示例性设备包括光学层，该光学层被配置为选择性地控制穿过光学膜的光的角度至光传感器。
12.图3b示出了根据本公开的示例的示例性设备的剖视图，该示例性设备包括设置在光传感器上或定位成紧邻光传感器定位的光学层。
13.图3c示出了根据本公开的示例的示例性设备的剖视图，该示例性设备包括覆盖窗口的接收区域的一部分的光学层。
14.图3d至图3e示出了根据本公开的示例的示例性设备的剖视图和顶视图，该示例性设备包括与菲涅耳透镜集成的光学层。
15.图3f至图3g示出了根据本公开的示例的示例性设备的剖视图，该示例性设备包括光学层和不透明掩模。
16.图4a示出了根据本公开的示例的示例性光学层的剖视图。
17.图4b示出了根据本公开的示例的示例性光学层的剖视图，该示例性光学层包括各个高度的阻挡部分。
18.图4c示出了根据本公开的示例的示例性光学层的剖视图，该示例性光学层包括各种倾斜角的阻挡部分。
19.图4d示出了根据本公开的示例的示例性光学层和菲涅尔透镜的剖视图，该菲涅尔透镜设置在光学层上或定位成紧邻光学层。
20.图4e示出了根据本公开的示例的示例性光学层，该示例性光学层配置为具有方向相关接纳角。
21.图4f示出了根据本公开的示例的示例性光学层，该示例性光学层配置为具有三角形接纳部分。
22.图5a至图5b示出了根据本公开的示例的包括多组接纳角的示例性光学层和包括光学层的示例性设备的剖视图。
23.图5c示出了根据本公开的示例的示例性光学层的剖视图，该示例性光学层包括具有不同于接纳部分的光学特性的部分。
24.图6a至图6c示出了根据本公开的示例的示例性光学层的顶视图。
25.图6d至图6f示出了根据本公开的示例的示例性光学层的顶视图，该示例性光学层包括两个不同类型的接纳部分。
26.图6g至图6h示出了根据本公开的示例的示例性光学层的顶视图，该示例性光学层包括不同类型的具有预先确定的次序的接纳部分。
27.图7a至图7b示出了根据本公开的示例的的示例性光学层的顶视图，该示例性光学层被配置用于多个光发射器。
28.图7c至图7d示出了根据本公开的示例的示例性光学层的顶视图，该示例性光学层包括弯曲的阻挡部分。
29.图7e至图7l示出了根据本公开的示例的示例性光学层的顶视图，该示例性光学层具有用于包括多个光发射器的设备的各种配置。
30.图8a示出了用于制造包括本公开所述的光学层的设备的示例性过程。
31.图8b示出了根据本公开的示例的包括光学层的设备的示例性操作。
32.图9示出了根据本公开的示例的计算系统的示例性框图，该计算系统包括用于测量与用户的生理状态相关联的信号的光发射器和光传感器。
33.图10示出了根据本公开的示例将电子设备连接到主机的示例性配置。
具体实施方式
34.在以下对示例的描述中将引用附图，在附图中以例示的方式示出了可被实施的特定示例。应当理解，在不脱离各个示例的范围的情况下，可使用其他示例并且可作出结构性改变。阐述了许多具体细节，以便提供对本文描述或引用的一个或多个方面和/或特征的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，对本文描述或引用的一个或多个方面和/或特征可以在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，公知的过程步骤和/或结构未详细描述从而不会模糊对本文描述或引用的方面和/或特征中的一些。
35.可由使用脉搏血氧仪系统的测量值来确定用户的生理信号(例如，脉搏率和动脉血氧饱和度)。此类脉冲血氧计系统可被设计为对样品或使用者的脉管系统中包括的红血细胞数量、浓度、体积或血氧状态的改变敏感。在一种基本形式中，脉搏血氧仪系统可采用将光注入使用者的组织中的光源和接收反射和/或散射并离开组织的光的光检测器。一个或多个光源和一个或多个光检测器可与组织接触，或可远离(即，不接触)组织。在一些情况下，由光传感器测量的反射光和/或散射光中的一些可包括已反射离开设备的一个或多个界面和/或用户的一个或多个表面层的光。在一些情况下，由一个或多个界面和/或表面层反射离开的不需要的光信号可导致错误信号，低信噪比(snr)或这两者。
36.本公开涉及一种被配置用于具有共享窗口并且包括光限制设计的光学感测的电子设备。光限制设计可包括光学层、光学膜、透镜和窗口系统中的一者或多者，该窗口系统被配置为减少或消除光学部件之间的串扰。多个接纳部分和多个阻挡部分可用于选择性地允许具有在一个或多个接纳视角内的入射角的光并且阻挡具有在接纳视角之外的入射角的光。在一些示例中，光限制设计在光学特性和结构特性可以是变化的。光学特性和结构特性的变化可允许光限制设计具有空间上变化的接纳角。例如，光学膜的一个位置可以是允许具有第一接纳角的入射角的光穿过(例如，窄的接纳视角)，而光学膜的另一个位置可以阻挡具有相同入射角的光(例如，宽的接纳视角)。结构特性的变化可包括但不限于接纳部分和/或阻挡部分的宽度、高度和/或倾角的差异。在一些示例中，光学膜可以是双向接纳从多个方向入射的光，但被配置为对不同方向具有不同接纳角范围。本公开的示例可包括光学层，该光学层包括菲涅耳透镜、红外透明材料和多种类型的接纳部分和/或阻挡部分中的一者或多者。本公开还公开了用于制造光学层、光学膜、透镜和窗口系统以及操作设备的方法。
37.在该部分描述了根据本公开的装置和方法的代表性应用。提供这些示例仅是为了添加上下文并有助于理解所述示例。因此，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，可在不具有具体细节中的一些或全部的情况下实践所述示例。其他应用是可能的，使得以下示例不应被当作是限制性的。
38.图1a至图1c示出了可在其中实现本公开的示例的系统。图1a示出了可包括触摸屏124的示例性移动电话136。图1b示出了可包括触摸屏126的示例性媒体播放器140。图1c示出了可包括触摸屏128且可使用条带146附接到用户的示例性可穿戴设备144。图1a至图1c的系统可利用光学层、光学膜、透镜、窗口系统和/或用于检测一种或多种生理信号的方法，如将公开的那样。
39.图2a示出了根据本公开的示例的示例性电子设备的顶视图，并且图2b示出了根据本公开的示例的示例性电子设备的剖视图，该示例性电子设备包括用于测量一个或多个生理信号的光传感器和光发射器。例如，图2a中的顶视图可被看作是图1c的可穿戴设备144的下侧。光传感器204可定位成邻近设备200的表面(例如，与触摸屏相对的外壳的外表面)上的光发射器206。在一些示例中，光传感器204和光发射器206可被定位在可被窗口203覆盖的相同腔体中。设备200可被定位成使得光传感器204和一个或多个光发射器206邻近用户的皮肤220。例如，设备200可被保持在用户的手中或捆绑到用户的手腕，除其他可能性之外。
40.光发射器206可生成离开窗口203的光222。光222可朝向使用者的皮肤220并入射到使用者的皮肤上。光222的一部分可由皮肤220、脉管系统和/或血液吸收，并且光(即，光223)的一部分可反射回来以便由光传感器204检测。光224也可入射到皮肤220上，光224的一部分可由皮肤220、脉管系统和/或血液吸收，并且光(即，光225)的一部分可反射回设备200。
41.为了防止或减少光传感器204和光发射器206之间的光学串扰，设备200可包括定位在光传感器204和光发射器206之间的隔离件216。隔离件可将腔体分成多个子腔体。在一些示例中，光传感器可定位在与光发射器分开的一个或多个子腔体中，每个子腔体可限定窗口的区域。例如，窗口的发射器区域205可覆盖具有发射器的子腔体，并且窗口的接收区域207可覆盖具有检测器的子腔体。窗口还包括覆盖隔离件216和/或不透明掩模215的边界区域209。
42.不透明掩模215可防止隔离件216对人眼可见。在一些示例中，不透明掩模215和隔离件216可包括相同材料和/或功能(例如，充当光学隔离件和/或美观层)。不透明掩模215和/或隔离件216的至少一个端部可定位在或紧邻窗口203的内表面(即，距设备200的外壳的外表面的最远的表面)。
43.图2c示出了根据本公开的示例的示例性电子设备的顶视图，该示例性电子设备包括用于测量一个或多个生理信号的光传感器和光发射器的另选的配置。光发射器206可被定位在一个子腔体中，并且光传感器204可定位在另一个子腔体中。隔离件(未示出)和不透明掩模215可包括在窗口203的边界区域中。虽然图2a至图2c示出了单个窗口，本公开的示例可包括具有多个窗口和多个腔体的设备。每个窗口可包括光传感器和光发射器的任何类型的配置。不同腔体中光学部件的配置可相同或可不同，如图2e所例证。例如，该设备可包括具有图2a中所示配置的一个腔体和窗口中的光学部件和具有图2c所示配置的另一个腔
体和窗口中的光学部件。
44.在一些示例中，由光传感器检测到的光可包括不需要的光，从而在测量信号中引入噪声。图2d示出了根据本公开的示例的示例性电子设备的剖视图，该示例性电子设备包括检测一个或多个不需要的光线的光传感器。不需要的光可包括由未穿透到皮肤220中的一个或多个预期层的光发射器206发射的光。例如，光222可由光发射器206发射。代替离开窗口203，光222可在窗口203的一个或多个界面处反射(和/或定位在窗口203上的材料，诸如残余物或污垢)，这是由于在一个或多个界面处反射和/或全内反射。光222可在某个点离开窗口203，从而到达光传感器204。这样，光222可能不会穿透到皮肤220，因此可能不包括任何或几乎不相关的生理信息。在一些示例中，由光传感器204检测到的光222可包括与由光发射器206发射的光222相同的信息。
45.克服或防止光传感器检测到不需要的光的另一种方式可为选择性地控制到达光传感器的光的一个或多个角度。图3a示出了根据本公开的示例的示例性设备的剖视图，该示例性设备包括光学层，该光学层被配置为选择性地控制穿过光学层至光传感器的光的角度。设备300可包括光传感器304、光发射器306、不透明掩模315、隔离件316和窗口303，每个均具有一个或多个特性和/或功能，如关于图2a至图2d所述的类似部件。在一些示例中，窗口303可在多个光学部件之间共享。例如，窗口303覆盖光传感器腔体和光发射器腔体两者。本公开的示例不限于不同类型的光学部件(例如，光发射器和光传感器对)之间共享的窗口。设备300还可包括光学层350。光学层350可包括进一步详细讨论的光学膜，该光学膜被配置为选择性地控制透射穿过光学层350至光传感器304的光的一个或多个角度。例如，光学膜可包括多个接纳部分，如下文将讨论。每个接纳部分可允许一组接纳视角，诸如相对于垂直入射角度
±
30
°
(即，相对于窗的平坦表面60
°‑
120
°
)穿过。在接纳视角之外的视角可不透射穿过光传感器304并且可被阻挡(例如，被吸收或反射回)。
46.光学层350可放置在各种位置。例如，如图3a所示，光学层350可设置在窗口303的接收区域上(例如，接触)或定位成紧邻窗口303的接收区域。在一些示例中，光学层可设置在光传感器上或定位成紧邻光传感器，如图3b所示。在一些示例中，光学层350可覆盖窗口的接收区域的一部分，如图3c所示。在一些示例中，菲涅耳透镜可设置在光学层350上(如图4d所示和下文所述)。
47.本公开的示例还可包括光学层，该光学层包括光学膜和菲涅耳透镜，如图3d至图3e所示。光学层350可包括光学膜340和菲涅耳透镜352。光学膜340可至少部分地设置或定位在窗口303的接收区域中。菲涅耳透镜352可设置或定位成紧邻窗口303的发射器区域。在一些示例中，光学膜340可设置在光传感器304上，并且菲涅耳透镜352可设置在光发射器306上。在一些示例中，光学膜340可在空间上延伸超过(例如，在光学部件的视场之外)窗口303的接收区域进入边界区域。即，光学膜340可设置在隔离件316和/或包括光传感器304的腔体上。菲涅耳透镜352可包括(例如)透明环氧树脂。在一些示例中，菲涅耳透镜352可与光学膜340集成，从而形成可在一个处理步骤中沉积的单个连续层。例如，光学层350(包括光学膜340和菲涅耳透镜352)可由连续的环氧基组分制成。在其他示例中，光学层350可通过将光学膜340粘附或沉积到菲涅耳透镜352而形成。
48.在一些示例中，光学层350可包括不透明掩模315，如图3f所示，该不透明掩模可为连续层(例如，在单个处理步骤中形成)。在一些示例中，设备300可包括与光学层350分开但
设置在(或紧邻)该光学层的不透明掩模315，如图3g所示。尽管附图示出光学膜340、光学层350和/或菲涅耳透镜352作为接触窗303，但本公开的示例可包括定位在窗口303与光学膜340、光学层350和菲涅耳透镜352中的一者或多者之间的一个或多个层，诸如粘合剂层。在一些示例中，设备可包括设置在光学膜340上或粘附到该光学膜的菲涅耳透镜。在一些示例中，该设备可包括设置在(或定位成紧邻)光传感器304的菲涅耳透镜和设置在(或定位成紧邻)窗口303的光学膜340，或反之亦然。该设备可包括例如多个菲涅耳透镜，至少一个菲涅耳透镜光学耦合到光传感器，并且至少一个菲涅耳透镜光学耦合到光发射器。
49.光学膜440可被配置为接纳一个或多个接纳角并阻挡其他角度。光学膜可具有光学特性和结构特性的变化。即，光学膜的一个区域可具有与另一个区域不同的光学特性和结构特性。示例性的变化的结构特性涉及接纳部分的宽度、阻挡部分的高度和阻挡部分的倾角。图4a示出了根据本公开的示例的示例性光学膜的剖视图。光学膜440可包括多个部分，诸如接纳部分442和阻挡部分443。在一些示例中，光学膜440可定位在多个基底层(未示出)之间，该多个基底层可被配置为向多个部分提供机械支撑。多个部分中的一些部分(例如，接纳部分442)可被配置为允许入射在光学膜440上的具有在接纳角441内的入射角的光穿过。多个部分中的其他部分(例如，阻挡部分443)可被配置为阻挡入射在光学膜440上的具有在接纳角441之外的入射角的光穿过光学膜440。在一些示例中，每个接纳部分442可包括相同接纳角441。另外，相邻部分443之间的间距和/或接纳部分442的宽度w可相同。这样，可减少光学层和设备的层数和/或厚度。例如，接纳部分442可包括透明环氧树脂，并且阻挡部分443可包括不透明(例如，黒色)环氧树脂。
50.在一些示例中，阻挡部分的高度可变化，如图4b所示。例如，阻挡部分443a可具有高度ha，并且阻挡部分443b可具有高度hb。高度ha可不同于高度hb。由于高度的差异，相应的接纳部分可被配置为具有不同接纳角。例如，对应于阻挡部分443a的接纳部分442a可具有比对应于接纳部分442b和阻挡部分443b的接纳角441b窄的接纳角441a。光423和光424可具有相同入射角。由于阻挡部分443a的高度ha大于阻挡部分443b的高度h
b-，因此光424可被阻挡，而光423可被接纳(即，允许穿过光学膜440)。在一些示例中，阻挡部分443a可定位成比阻挡部分443b更靠近光发射器(例如，图3a所示的光发射器306)。这样，光学膜440的接纳视角可变化。在一些示例中，阻挡部分的高度可逐渐变化(例如，每个阻挡部分443可具有小于相邻阻挡部分443的高度和大于另一个相邻阻挡部分443的高度)。在一些示例中，光学膜可包括具有相同高度的多个阻挡部分443，并且每个多个阻挡部分可具有不同于其他多个阻挡部分的高度。本公开的示例可包括具有相同高度的阻挡部分中的所有阻挡部分，而阻挡部分中的所有阻挡部分的一端仅接触一个基底层(而不是另一个基底层)。
51.在一些示例中，可通过配置阻挡部分的倾角(即，在阻挡部分和基底层之间形成的角度)来调节接纳视角，如图4c所示。例如，阻挡部分443a可至少倾斜，而阻挡部分443b可具有比阻挡部分443a更大的倾斜量。这样，接纳部分442a(对应于阻挡部分443a)可被配置为接纳比接纳部分442b(对应于阻挡部分443b)窄的入射角的光。在一些示例中，阻挡部分的倾角可逐渐变化(例如，每个阻挡部分443可具有小于相邻阻挡部分443的倾角和大于另一个相邻阻挡部分443的倾角)。在一些示例中，光学膜可包括具有相同倾角的多个阻挡部分443，并且每个多个阻挡部分可具有不同于其他多个阻挡部分的倾角(例如，具有相同第一倾角的两个相邻的第一阻挡部分，随后具有相同第二倾角的两个相邻的第二阻挡部分)。本
公开的示例可包括具有相同倾角的阻挡部分中的所有阻挡部分。
52.一个或多个宽度(例如，图4a所示的宽度w)，高度(例如，图4b所示的高度ha)，和/或倾角可基于设备中包括的其他部件的一个或多个特性来配置。一个或多个特性可包括窗口的维度(例如，高度和宽度)和材料特性(例如，折射率)，允许入射在光电二极管上的光的量、不透明掩模的宽度、以及一个或多个光发射器和一个或多个光传感器之间的一个或多个分隔距离。本公开的示例还可包括一个或多个菲涅耳透镜，诸如设置在或邻近光学膜440上的图4d中所示的菲涅耳透镜452。
53.在一些示例中，光学膜可被配置作为具有方向相关的接纳角的双向光学膜。图4e示出了根据本公开的示例的配置为具有方向相关接纳角的示例性光学膜。光学膜440可包括被配置为阻挡来自第一方向(例如，左侧)的光的多个阻挡部分443。光学膜440可包括多个成角度的部分456，该多个成角度的部分被配置为允许来自第一方向的具有接纳角454(相对于垂直入射角度453)的光穿过光学膜440。来自第一方向的具有在接纳角454之外的入射角的光由于在成角度的部分456的界面处发生的全内反射而可不穿过光学膜。光学膜还可被配置为允许来自第二方向(例如，右侧)的具有接纳角455(相对于垂直入射角度453)的光穿过光学膜440。来自第二方向的具有在接纳角455之外的入射角的光可由于在成角度的部分456的界面处发生的全内反射而可不穿过光学膜。接纳角454和接纳角455可通过调节成角度的边缘456(例如，接纳部分)的角度而变化，其中接纳角454可不同于接纳角455。例如，接纳角455可包括比接纳角454宽的视角。这样，光学膜440可为与方向相关的，并且光学膜440的接纳角的总体范围可倾斜(例如，朝向第二方向)。即，光学膜440可从第二方向接纳比从第一方向接纳的视角宽的视角。在一些示例中，光学膜可通过包括多个阻挡部分443被配置为具有与方向相关的接纳角，如图4f所示，以及具有成角度的边缘的接纳部分442。例如，可以通过将接纳部分442制造成(例如，模制、打磨、磨削、抛光等)三角形形状来形成成角度的(即，倾斜)边缘。
54.在一些示例中，光学膜可包括多组接纳的视角。图5a至图5b示出了根据本公开的示例的包括多组接纳角的示例性光学膜和包括光学膜的示例性设备的剖视图。光学膜540可包括多个接纳部分542，每个部分具有一个或多个接纳视角。多个部分542可具有不同接纳视角。例如，至少一个接纳部分542a可具有接纳角541a；至少另一个接纳部分542b可具有接纳角541b；并且至少另一个接纳部分542c可具有接纳角541c。在一些示例中，接纳角可根据光学膜540相对于皮肤520上的预期测量位置和/或设备500中的其他部件的位置而变化。例如，设备500可被配置为测量皮肤520中的体积521。为了从体积521捕获光，光学膜540可被配置为接纳较靠近体积521(例如，更靠近隔离件516和/或光发射器506)的部分的较窄视角，以及更宽视角用于定位成更远离体积521的部分。例如，设备500可接纳光522和光523两者，其中光522的入射角小于光523的入射角。接纳光522的相同部分可不接纳光524，该光可具有与光523相同的入射角。光524可源自皮肤520的不需要的体积(例如，体积521之外的体积)。在该配置中，接纳角541a可小于接纳角541b，该接纳角可小于接纳角541c。在一些示例中，接纳角可逐渐变化(例如，每个接纳部分542可具有小于相邻接纳部分542的接纳角和大于另一相邻接纳部分542的接纳角)。在一些示例中，光学膜可包括具有相同接纳角的多个接纳部分542，并且每个多个接纳部分可具有不同于其他多个接纳部分的接纳角。
55.在一些示例中，多个部分542中的至少两个部分的宽度可不同。例如，对应于接纳
角541a的接纳部分542a可具有宽度wa，该宽度可不同于对应于接纳部分542b的宽度wb，该接纳部分具有接纳角541b和宽度wc，该宽度对应于具有接纳角541c的接纳部分542c。在一些情况下，定位成更靠近体积521(例如，更靠近隔离件516和/或光发射器506)的光学膜540的部分(例如，一个或多个接纳部分542a)可定位成比光学膜540更远离的部分(例如，部分542c)窄。例如，宽度wa可比宽度wc窄。本公开的示例可包括接纳部分的宽度的变化，使得接纳角的对应变化(例如，可通过配置具有较宽接纳部分的光学膜来实现较宽的接纳角)，如上所述。
56.在一些示例中，光学膜540可包括一个或多个部分，诸如图5c中示出的部分545，该一个或多个部分被配置为接纳具有不同于接纳部分的光学特性的光。部分545可定位成远离隔离件516和/或光发射器506的预先确定的距离处。另选地，部分545可被排除在光学膜540之外，并且可替代地为不存在材料。在一些示例中，部分545可包括一种或多种材料(例如，红外透明油墨)，并且可与光学膜540分开并且不同。下文提供了关于部分545的进一步详情。
57.光学膜的阻挡部分可基于光发射器的位置来配置。图6a至图6b示出了根据本公开的示例的示例性光学膜的顶视图。光学膜640可包括多个接纳部分642和多个阻挡部分643。阻挡部分643可为直线或矩形，如图6a所示，其取向正交于由光发射器606发射的光622的方向。在一些示例中，如图6b所示，阻挡部分643的中心可与光发射器606的中心对齐，如中心线607所示。如图所示，阻挡部分643的曲率可随着相应阻挡部分643和光发射器606之间的分隔距离的増加而减小。
58.本公开的示例包括各部分的各种配置。例如，如图6c所示，光学膜640可包括部分645。在比预先确定的距离608短的距离处，光学膜640可包括多个接纳部分642和多个阻挡部分643。在比距离608长的距离处，光学膜可包括部分645。部分645可包括如上文关于部分545所述的一个或多个功能和/或特性。
59.光学膜还可包括多种类型的阻挡部分和/或接纳部分。图6d示出了包括两种不同类型的接纳部分(接纳部分642和接纳部分646)的示例性光学膜。接纳部分642可具有不同于接纳部分446的一个或多个特性。例如，接纳部分642可包括被配置为允许一个或多个波长范围(例如，可见光)穿过的材料，而接纳部分646可包括被配置为允许其他波长范围(例如，红外光)穿过的材料。在一些示例中，部分645可定位在一个端部(例如，距光发射器606最远的端部)，如图6d所示，并且在其他示例中，部分645可定位在接纳部分之间，如图6e。在一些示例中，部分645可与接纳部分的至少一部分重叠，如图6f所示。
60.在一些示例中，不同类型的接纳部分可交错(例如，接纳部分642、阻挡部分443、接纳部分646、阻挡部分443、接纳部分642等)。在一些示例中，可由接纳部分(例如，接纳部分642、接纳部分646、接纳部分642、接纳部分646等)来替换阻止部分，如图6g所示。即，接纳部分可被多功能配置为接纳具有一个或多个波长和接纳视角的光并阻挡具有其他波长和/或其他视角的光。在一些示例中，光学膜640可排除阻挡部分。
61.光学膜的配置可包括一个或多个接纳部分和一个或多个阻挡部分的任何次序。次序可取决于若干因素，诸如要穿过至光传感器的所需量的光、噪声和/或串扰的量、光发射器的放置等。作为非限制性示例，图6h示出了光学膜640，该光学膜具有排序为紧邻着阻挡部分的两个不同类型的相邻接纳部分(例如，接纳部分646、接纳部分642、接纳部分646、阻
挡部分643、接纳部分646，接纳部分642、接纳部分646、阻挡部分643等)。本公开的示例包括部分的任何次序和配置，使得被配置用于可见透明度的接纳部分的总面积大于配置用于红外透明度的接纳部分的总面积。
62.在一些示例中，相同光学膜可光学耦合到多个光发射器。图7a至图7b示出了根据本公开的示例的示例性光学膜的顶视图，该示例性光学膜被配置用于多个光发射器的。光学膜740可限制两个光发射器706的接纳视角。在一些示例中，如图7b所示，光学膜740可包括另一部分745，该部分可包括不同于接纳部分742的材料，可排除材料，并且/或者可与光学膜740分开且不同。例如，部分745可包括作为部分545(在图5c中示出)的一个或多个特性和/或功能。例如，部分745可包括红外透明材料，该红外透明材料被配置为允许红外光穿过至光传感器以用于接近感测(例如，手腕检测)。红外透明油墨可被配置为允许红外光穿过至光传感器，同时还被配置为至少部分地阻挡使用者的视线(例如，吸收或阻挡可见光的材料)。
63.尽管该图示出了沿着一个方向作为直线取向的阻挡部分，但本公开的示例可包括如贯穿本公开所述的阻挡部分和接纳部分的任何配置、形状和/或尺寸。图7c示出了包括弯曲阻挡部分的示例性光学膜的顶视图，其中阻挡部分743的中心与其相应光发射器706的中心对齐。在一些示例中，光学膜740可包括部分745。在一些示例中，不同光发射器的接纳部分可至少部分地重叠，如图7d所示。重叠接纳部分可包括在层(叠结构中在另一个部分的顶部上形成一个部分，从而产生设置在窗口上的多个层未示出)。
64.光学膜可以光学耦合到定位在不同尺寸的光学膜上的光发射器。图7e至图7h示出了根据本公开的示例的示例性光学膜的顶视图，该示例性光学膜具有用于包括多个光发射器的设备的各种配置。光学膜的阻挡部分可被配置为各向异性的以防止阻挡来自使用者的皮肤的光，该光可包括有用的生理信息。例如，接纳部分742和阻挡部分743可被配置作为任何形状，包括但不限于圆形(如图7e所示)、正方形/矩形(如图7f中所示)、弧(如图7g所示)、或三角形(如图7h所示)。阻挡部分743的中心可定位在光学膜740的中心(如图7e至图7h所示)或可与光学部件的中心对齐(如图7i至图7k所示)。此外，光学膜740可包括多种不同类型的形状。除此之外或另选地，光学膜740可排除部分745(如图7i至图7j所示)或可包括部分之间的部分(如图7k所示)。在一些示例中，光学膜的多个区域可通过不存在材料而在空间上分离(如图7i所示)。在一些示例中，阻挡部分可不形成闭合形状并且/或者可不从光学膜的一侧延伸至另一侧，如图7l所示。
65.如图所示以及上文和下文所讨论，光学膜和/或光学层在其结构特性和/或光学特性可具有空间变化的不对称性。另外，包括被配置为发射各种波长(例如，可见光和红外光)光的光发射器，该设备可以是在光发射器和光传感器之间具有最小或减少的串扰的多功能设备，从而提高测量精度。多种功能可包括但不限于生理信息确定(例如，心率、背景心率等)和手腕检测。另外，尽管附图示出了单像素光传感器，但本公开的示例可包括具有多个像素的光传感器。
66.尽管可按照连续次序描述过程步骤或方法步骤，但是此类过程和方法可被配置为按照任意适合次序来工作。换句话讲，可在本公开中描述的步骤的任何序列或次序自身未指出需要按该次序执行步骤。此外，尽管被描述或暗示为非同时发生(例如，因为在其他步骤之后描述一个步骤)，但可以同时执行一些步骤。此外，在附图中借助其描述对过程的图
示未暗示排除其他变型及其修改，未暗示所示过程或其步骤的任一个步骤必须为示例的一个或多个示例，并且未暗示所示过程为优选的。
67.可使用各种不同制造技术制造上述光学层、光学膜、透镜、窗口系统。图8a示出了用于制造包括本公开所述的光学层的设备的示例性过程。过程800可包括在设备中包括的一个或多个腔体中形成和/或粘附一个或多个光发射器(例如，图3a所示的光发射器306)和一个或多个光传感器(例如，图3a中所示的光传感器304)(步骤802)。可沉积隔离件(例如，图3a中示出的隔离件316)和/或不透明掩模315(例如，图3a中所示的隔离件315)(步骤804)。光学层(例如，图3a至图3b中所示的光学层350)可沉积或安装到设备(步骤806)。在一些示例中，光学层可在光传感器上形成。在一些示例中，光学层可形成在窗口上。在一些示例中，形成光学层可包括在基底层(未示出)之间形成接纳部分和阻挡部分。菲涅耳透镜(例如，图3d所示的菲涅耳透镜352)可沉积或安装到设备的一个或多个部件(例如，图3d所示的光发射器306、图4d所示的光学膜440等)(步骤808)。在一些示例中，光学层可以是包括在单个处理步骤中形成的多个部件(例如，光学膜、不透明掩模、菲涅耳透镜等)的单层。可在沉积光学层之前或之后将窗口粘附/安装到设备(步骤810)。
68.图8b示出了根据本公开的示例的包括光学层的设备的示例性操作。过程850包括从光发射器发射光(步骤852)。窗口可允许发射光透射穿过窗口(步骤854)。任选地，发射光穿过菲涅耳透镜进一步透射。发射光的一部分可与用户的皮肤进行相互，并且一部分可反射回设备(步骤856)。窗口可允许反射光透射穿过窗口(步骤858)。如果入射角位于接纳角内，则光学层可接纳反射光(步骤860)。否则，光学层可防止(例如，吸收或反射回)反射光透射穿过光学层(步骤862)。接纳的反射光可由光传感器检测(步骤864)，并且处理器可在确定用户的生理信息时包括来自所检测的反射光的信号(步骤866)。本公开的示例还可包括允许红外光透射穿过光传感器的光学层，光传感器检测红外光并生成指示红外光的信号，并且处理器执行与手腕检测相关的一个或多个指令。
69.图9示出了根据本公开的示例的计算系统的示例性框图，该计算系统包括用于测量与用户的生理状态相关联的信号的光发射器和光传感器。计算系统900可对应于图1a至图1c所示的计算设备中的任一个计算设备。计算系统900可包括处理器910，该处理器被配置为执行指令并执行与计算系统900相关联的操作。例如，使用从存储器检索的指令，处理器910可控制计算系统900的部件之间的输入和输出数据的接收和操作。处理器910可为单芯片处理器，或者可以由多个部件实现。
70.在一些示例中，处理器910与操作系统一起可操作以执行计算机代码并生成和使用数据。计算机代码和数据可驻留在可操作地耦接到处理器910的程序存储块902内。程序存储块902通常可提供用于保持由计算系统900使用的数据的位置。程序存储块902可以是任何非暂态计算机可读存储介质，并且可存储例如与由一个或多个光传感器诸如光传感器904测量的与生理信息相关的历史和/或模式数据。以举例的方式，程序存储块902可包括只读存储器(rom)918、随机存取存储器(ram)922、硬盘驱动器908等。计算机代码和数据还可驻留在可移动存储介质上，并且在需要时加载或安装到计算系统900上。可移动存储介质包括例如cd-rom、dvd-rom、通用串行总线(usb)、安全数字(sd)、紧凑式闪存(cf)、内存棒、多媒体卡(mmc)和网络部件。
71.计算系统900还可包括可操作地耦接到处理器910的输入/输出(i/o)控制器912，
或者该i/o控制器可为独立部件，如图所示。i/o控制器912可被配置为控制与一个或多个i/o设备的交互。i/o控制器912可通过在处理器910与希望与处理器910通信的i/o设备之间交换数据来操作。i/o设备和i/o控制器912可通过数据链路进行通信。数据链路可以是单向链路或双向链路。在一些情况下，可通过无线连接将i/o设备连接到i/o控制器912。以举例的方式，数据链路可对应于ps/2、usb、火线、ir、rf、蓝牙等。
72.计算系统900可包括可操作地耦接到处理器910的显示设备924。显示设备924可为独立部件(外围设备)，或者可与处理器910和程序存储块902集成以形成台式计算机(例如，一体机)、膝上型计算机、手持式或平板计算设备等。显示设备924可被配置为向用户显示图形用户界面(gui)，该gui可能包括指针或光标以及其他信息。以举例的方式，显示设备924可为任何类型的显示器，该显示器包括液晶显示器(lcd)、电致发光显示器(eld)、场发射显示器(fed)、发光二极管显示器(led)、有机发光二极管显示器(oled)等。
73.显示设备924可耦接到可耦接到处理器910的显示控制器926。处理器910可将原始数据发送到显示控制器926，并且显示控制器926可将信号发送到显示设备924。数据可包括显示设备924中的多个像素的电压水平以投射图像。在一些示例中，处理器910可被配置为处理原始数据。
74.计算系统900还可包括可操作地耦接到处理器910的触摸屏930。触摸屏930可以是感测设备932和显示设备924的组合，其中感测设备932可以是定位在显示设备924前面或与显示设备924集成的透明面板。在一些情况下，触摸屏930可识别触摸以及触摸在其表面上的位置和量值。触摸屏930可将触摸报告到处理器910，并且处理器910可根据其编程来解释触摸。例如，处理器910可根据特定触摸来执行轻击和事件手势解析，并且可发起设备的唤醒或对一个或多个部件的供电。
75.触摸屏930可耦接到触摸控制器940，该触摸控制器可从触摸屏930获取数据，并且可向处理器910提供所获取的数据。在一些情况下，触摸控制器940可被配置为将原始数据发送到处理器910，并且处理器910可处理原始数据。例如，处理器910可从触摸控制器940接收数据并且可确定如何解释数据。数据可包括触摸以及施加的压力的坐标。在一些示例中，触摸控制器940可被配置为处理原始数据自身。即，触摸控制器940可从定位在感测设备932上的感测点934读取信号，并可将这些信号转化为处理器910可理解的数据。
76.触摸控制器940可包括一个或多个微控制器，诸如微控制器942，每个微控制器可监测一个或多个感测点934。微控制器942可例如对应于专用集成电路(asic)，该asic与固件配合以监测来自感测设备932的信号，处理所监测的信号，并将此信息报告到处理器910。
77.一个或两个显示控制器926和触摸控制器940可执行滤波过程和/或转换过程。可以实现滤波过程以减少繁忙的数据流以防止处理器910被过度加载有冗余或非必需的数据。在发送或报告到处理器910之前，可实现转换过程以调整原始数据。
78.在一些示例中，感测设备932可基于电容。在两个导电构件彼此接近而未实际接触时，该两个导电构件的电场可进行交互以形成电容。第一导电构件可为感测点934中的一个或多个感测点，并且第二导电构件可以是对象990，诸如手指。当对象990接近触摸屏930的表面时，电容可在对象990和紧邻对象990的一个或多个感测点934之间形成。通过检测感测点934的每一个感测点处的电容的改变，并且注意到感测点934的位置，触摸控制器940可识别多个对象，并且确定对象990跨触摸屏930移动时该对象的位置、压力、方向、速度和加速
度。例如，触摸控制器990可确定感测触摸是否为手指、轻击或覆盖表面的对象。
79.感测设备932可基于自电容或互电容。在自电容中，感测点934中的每一个感测点可由单独充电的电极提供。当对象990接近触摸屏930的表面时，对象可电容耦合到紧邻对象990的那些电极，从而从电极窃取电荷。电极中的每个电极中的电荷的量可由触摸控制器940测量，以确定在触摸触摸屏930或悬停在该触摸屏上时一个或多个对象的位置。在互电容中，感测设备932可包括空间上分离的线或导线的两层网格(未示出)，但其他配置也是可能的。上层可包括成行的线，而下层可包括成列的线(例如，正交的)。感测点934可在行和列的交点处提供。在操作期间，可按行充电，并且电荷可从行电容耦合到列。当对象990接近触摸屏930的表面时，对象990可电容耦合到紧邻对象990的行，从而减少行和列之间的电荷耦合。每一列中的电荷的量可通过触摸控制器940来测量，以确定在触摸触摸屏930时多个对象的位置。
80.计算系统900还可包括一个或多个光发射器，诸如光发射器906，以及一个或多个光传感器，诸如靠近用户的皮肤920的光传感器904。光发射器906可被配置为生成光，并且光传感器904可被配置为测量由用户的皮肤920、脉管系统和/或血液反射或吸收的光。设备900可包括耦接到光发射器906的光学膜940。光传感器904可将测量的原始数据发送到处理器910，并且处理器910可执行噪声和/或伪影消除以确定信号。处理器910可基于应用、用户皮肤类型和使用条件动态地激活光发射器和/或光传感器。例如，在一些示例中，一些光发射器和/或光传感器可被激活，而其他光发射器和/或光传感器可被去激活以节省电力。在一些示例中，处理器910可将原始数据和/或经处理的信息存储在rom 918或ram 922中以用于历史跟踪或用于未来诊断目的。
81.在一些示例中，光传感器可测量光信息，并且处理器可从反射光或吸收光确定生理信息。也可在该设备上执行光信息的处理。在一些示例中，不需要在该设备自身上执行光信息的处理。图10示出了根据本公开的示例将电子设备连接到主机的示例性配置。主机1010可为设备1000外部的任何设备，包括但不限于服务器或图1a至图1c所示的系统中的任何系统。设备1000可通过通信链路1020连接到主机1010。通信链路1020可为任何连接，包括但不限于无线连接和有线连接。示例性无线连接包括wi-fi、蓝牙、无线直连和红外线。示例性有线连接包括通用串行总线(usb)、火线、雷电或需要物理电缆的任何连接。
82.在操作中，代替处理来自设备1000自身上的光传感器的光信息，设备1000可将从光传感器测量的原始数据1030通过通信链路1020发送到主机1010。主机1010可接收原始数据1030，并且主机1010可处理光信息。处理光信息可包括消除或减少由于伪影而产生的任何噪声以及确定生理信号诸如用户的心率。主机1010可包括算法或校准过程，以考虑影响测量的信号的用户的特征中的差异。另外，主机1010可包括用于跟踪用于诊断目的的生理信息历史的存储装置或存储器。主机1010可将经处理的结果1040或相关信息发送回设备1000。基于经处理的结果1040，设备1000可相应地通知用户或调整其操作。通过卸载光信息的处理和/或存储，设备1000可节省空间和功率——这使设备1000能够保持小型且便携，因为在设备上可释放处理逻辑部件原本需要的空间。
83.在一些示例中，公开了一种光学层。光学层可包括：光学膜，该光学膜包括多个区域，每个区域被配置为允许具有多个视角内的入射角的光穿过，每个区域的多个视角不同于其他区域的多个视角，其中每个区域被进一步配置为防止具有在多个视角之外的入射角
的光穿过。除此之外或另选地，在一些示例中，光学层还包括菲涅耳透镜，其中菲涅耳透镜和光学膜为连续层。除此之外或另选地，在一些示例中，光学层还包括：不透明掩模，其中菲涅耳透镜、不透明掩模和光学膜为连续层。除此之外或另选地，在一些示例中，光学层还包括：菲涅耳透镜，该菲涅耳透镜设置在光学膜上。除此之外或另选地，在一些示例中，光学膜包括：多个接纳部分，每个接纳部分被配置为允许光穿过，其中多个接纳部分中的每个接纳部分具有与多个接纳部分中的另一个接纳部分相同的宽度；和多个阻挡部分，每个阻挡部分被配置为防止具有在多个视角之外的入射角的光穿过。除此之外或另选地，在一些示例中，光学膜包括：多个接纳部分，每个接纳部分被配置为允许光穿过；和多个阻挡部分，每个阻挡部分被配置为防止具有在多个视角之外的入射角的光穿过，其中多个阻挡部分中的至少两个阻挡部分具有不同高度。除此之外或另选地，在一些示例中，多个阻挡部分的高度逐渐变化。除此之外或另选地，在一些示例中，光学膜包括：多个接纳部分，每个接纳部分被配置为允许光穿过；和多个阻挡部分，每个阻挡部分被配置为防止具有在多个视角之外的入射角的光穿过，其中多个阻挡部分中的至少两个阻挡部分具有不同倾角。除此之外或另选地，在一些示例中，光学层还包括：部分，该部分被配置为接纳具有不同于光学膜的光学特性的光，其中该部分和光学膜为连续层。除此之外或另选地，在一些示例中，该部分包括红外透明材料。除此之外或另选地，在一些示例中，区域中的至少两个区域被配置为允许具有不同波长的光穿过。除此之外或另选地，在一些示例中，一个区域被配置为允许可见光穿过，而另一个区域被配置为允许红外光穿过。
84.在一些示例中，公开了一种光学层。光学层可包括：光学膜，该光学膜被配置为：允许来自第一方向的具有在多个第一视角内的入射角的光穿过；防止来自第一方向的具有在多个第一视角之外的入射角的光穿过；允许来自不同于第一方向的第二方向的具有不同于第一视角的多个第二视角内的入射角的光穿过；以及防止来自第二方向的具有多个第二视角之外的入射角的光穿过。除此之外或另选地，在一些示例中，光学膜包括：多个接纳部分，每个接纳部分被配置为允许光穿过，其中每个接纳部分包括成角度的边缘；和多个阻挡部分，每个阻挡部分被配置为防止具有在多个第一视角和多个第二视角之外的入射角的光穿过。除此之外或另选地，在一些示例中，光学层还包括菲涅耳透镜，其中菲涅耳透镜和光学膜为连续层。
85.在一些示例中，公开了一种设备。设备可包括：一个或多个光发射器，该一个或多个光发射器被配置为发射光；一个或多个光传感器，该一个或多个光传感器被配置为检测发射光的至少一部分；一个或多个窗口，该一个或多个窗口被配置为允许来自一个或多个光发射器、一个或多个光传感器或两者的光穿过；至少一个窗口，该至少一个窗口包括发射器区域、接收区域和边界区域；和光学层，该光学层设置在一个或多个窗口上，该光学层包括：光学膜，该光学膜包括多个区域，每个区域被配置为允许具有多个视角内的入射角的光穿过，每个区域的多个视角不同于其他区域的多个视角，其中每个区域被进一步配置为防止具有多个视角之外的入射角的光穿过，其中光学层覆盖至少一个窗口的接收区域的一部分。除此之外或另选地，在一些示例中，该设备还包括：隔离件，该隔离件定位在一个或多个光发射器中的至少一个光发射器和一个或多个光传感器中的至少一个光传感器之间，其中隔离件还定位在至少一个窗口的边界区域中，其中光学膜覆盖至少一个窗口的边界区域。除此之外或另选地，在一些示例中，该多个接纳部分包括至少一个第一接纳部分和至少一
个第二接纳部分，第一接纳部分被配置为具有一个或多个第一接纳角，并且第二接纳部分被配置为具有一个或多个第二接纳角，一个或多个第二接纳角包括比一个或多个第一接纳角宽的视角，并且至少第一接纳部分定位成比至少第二接纳部分更靠近一个或多个光发射器中的至少一个光发射器。
86.在一些示例中，公开了一种用于确定用户的一个或多个生理信息的方法。该方法可包括：从一个或多个光发射器发射光；穿过一个或多个窗口透射发射光；允许发射光的至少一部分透射穿过光学层，包括：允许在光学层的第一区域处的具有在第一视角内的入射角的发射光的一部分；允许在光学层的不同于第一区域的第二区域处的具有在不同于第一视角的第二视角内的入射角的发射光的一部分；以及阻挡在第一视角和第二视角之外的入射角的发射光的一部分；通过一个或多个光传感器检测发射光的允许部分；以及由发射光的所检测的允许部分确定一个或多个生理信息。
87.在一些示例中，公开了一种用于确定用户的一个或多个生理信息的方法。该方法可包括：从一个或多个光发射器发射光；穿过一个或多个窗口透射发射光；允许发射光的至少一部分透射穿过光学层，包括：允许来自第一方向的且具有第一视角内的入射角的发射光的一部分；允许在光学层的不同于第一区域的第二区域处的来自不同于第一方向的第二方向的具有在不同于第一视角的第二视角内的入射角的发射光的一部分；以及阻挡在第一视角和第二视角之外的入射角的发射光的一部分；通过一个或多个光传感器检测发射光的允许部分；以及由发射光的所检测的允许部分确定一个或多个生理信息。
88.虽然参照附图对公开的示例进行了全面的描述，但应注意，各种改变和修改对于本领域内的技术人员而言将变得显而易见。应当理解，此类改变和修改被认为包括在由所附权利要求所限定的所公开的示例的范围内。