CN114636433A - 具有折叠的光路的光学设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及具有折叠的光路的光学设备。在一些实现中，光学设备可以包括：光圈、一个或多个光学元件、光学滤波器和光学传感器。光圈可以被配置为接收光。一个或多个光学元件可以被配置为散射由光圈接收的光、经由折叠的光路将经散射的光引导至光学滤波器，其中折叠的光路的长度比光圈与光学滤波器的输入表面之间的距离大、以及使经散射的光跨光学滤波器的输入表面分布。光学滤波器被配置为对分布在光学滤波器的输入表面分布的经散射的光进行滤波，以将与一个或多个波长相关联的经散射的光的部分传递到光学传感器。

Description

具有折叠的光路的光学设备
技术领域
本公开涉及光学设备，更具体地涉及具有折叠的光路的光学设备。
背景技术
光学设备可以被利用以捕获信息。例如，光学设备可以捕获与电磁频率集合有关的信息。光学设备可以包括捕获信息的传感器元件集合(例如，光学传感器、光谱传感器和/或图像传感器)。例如，传感器元件阵列可以被利用以捕获与多个频率相关的信息。传感器元件阵列可以与光学滤波器相关联。光学滤波器可以包括一个或多个通道，这些通道相应地将特定频率传递到传感器元件阵列的传感器元件。
发明内容
在一些实现中，光学设备包括：光圈；一个或多个光学元件；光学滤波器；以及光学传感器，其中光圈被配置为接收光；一个或多个光学元件被配置为：散射由光圈接收的光，经由折叠的光路将经散射的光引导至光学滤波器，其中折叠的光路的长度比光圈与光学滤波器的输入表面之间的距离大，以及使经散射的光被分布在光学滤波器的输入表面上；以及光学滤波器被配置为过滤被分布在光学滤波器的输入表面上的经散射的光，以将与一个或多个波长相关联的经散射的光的部分传递到光学传感器
在一些实现中，光系统包括：光圈；一个或多个光学元件；光学滤波器；以及光学传感器，其中：光圈被配置为接收光；并且一个或多个光学元件被配置为：散射由光圈接收的光，使经散射的光经由折叠的光路传输到光学滤波器并且被分布在光学滤波器的输入表面上，其中折叠的光路的距离比光圈和光学滤波器的输入表面之间的距离大。
在一些实现中，用户设备包括：光封装，包括：光圈；一个或多个光学元件；光学滤波器；以及光学传感器，其中：一个或多个光学元件被配置为散射由光圈接收的光，并且使经散射的光经由折叠的光路传输到光学滤波器并且被分布在光学滤波器的输入表面上，其中折叠的光路的长度比光圈与光学滤波器的输入表面之间的距离大。
附图说明
图1是示出了本文中描述的示例光学设备的侧视图的图。
图2是示出了本文中描述的示例光学设备的侧视图的图。
图3是示出了本文中描述的示例光学设备的侧视图的图。
图4是示出了本文中描述的示例光学设备的侧视图的图。
图5是示出了本文中描述的示例光学设备的侧视图的图。
图6是示出了包括本文中描述的示例光学设备的用户设备的示例的图。
具体实施方式
以下示例实现的详细描述参考附图。不同附图中的相同附图标记可标识相同或相似的元素。以下描述使用光谱仪作为示例。然而，本文中描述的技术、原理、过程和方法可以与任何传感器一起使用，包括但不限于其他光学传感器和光谱传感器。
光学设备，诸如光谱仪，可以被配置为确定与由光学设备捕获的光(例如，环境光)相关联的光谱信息。光可以进入光学设备并且可以由光学设备的光学滤波器和光学传感器接收(例如，其中光学滤波器被设置在光学传感器上)。光学滤波器可以包括光通道集合，该光通道集合被设计成相应地将不同波长范围内的光传递到光学传感器的传感器元件集合。这允许光学传感器确定与涉及不同波长范围的光相关联的光谱信息。
通常，光进入光学设备并仅入射在光学滤波器的输入表面的一部分上。因此，只有与光学滤波器的输入表面的一部分相关联的光通道才能将光(如果有的话)传递到光学传感器的对应的光学传感器。这抑制了光学传感器确定与光相关的准确光谱信息的能力。
在一些情况下，光学设备可以利用传统的线性光路配置，其中光学设备包括光学散射器以散射进入光学设备的光。当光沿着线性光路(例如，从光学设备的开口到光学滤波器的线性路径)传输时，这会使光跨光学滤波器的输入表面分布(从而允许光的点扩散函数跨光学传感器的分布)。然而，光路需要具有足够长的长度(例如，厘米数量级)以允许光分散并完全跨光学滤波器的输入表面分布。因此，传统的线性光路配置需要光学设备厚度(例如，厘米数量级)，以防止光学设备被并入需要较小形状因子(例如，毫米数量级的厚度)的用户设备中(诸如，移动电话设备)。
此外，光学散射器使一些光束以极端角度入射在光学滤波器的输入表面上。这使光束进入光学滤波器，使得接收(例如，与通道被配置为传递的波长相关联的)单独光束的光学滤波器的通道不将光束传递到光学传感器的对应的传感器元件，而是到光学传感器的不同传感器元件。这进一步抑制了光学传感器用于确定与光相关联的准确光谱信息的能力。
本文中描述的一些实现提供了一种光学设备，其包括：光圈、一个或多个光学元件、光学滤波器和光学传感器。光圈可以被配置为接收光(例如，环境光)。在一些实现中，一个或多个光学元件可以被配置为散射由光圈接收的光。例如，散射光学元件可以散射光。在一些实现中，一个或多个光学元件可以经由折叠的光路(在光束到达光学滤波器之前将经散射的光的光束的方向改变一次或多次的光路)将经散射的光引导至光学滤波器。例如，一个或多个光学元件可以包括至少一个光学导管、反射光学元件、透射光学元件、衍射光学元件和/或折射光学元件以将经散射的光经由折叠的光路引导至光学滤波器。因此，在一些实现中，一个或多个元件提供具有足够长的长度的折叠的光路以使经散射的光跨光学滤波器的输入表面分布(例如，使经散射的光至少覆盖光学滤波器的输入表面的特定百分比，诸如光学滤波器的50％、70％、95％、98％或99.5％)。
通过这种方式，与不散射光的光学设备相反，该光学设备提高了光学传感器用于确定与进入光学设备的光相关联的准确光谱信息的能力。此外，在一些实现中，由一个或多个光学元件提供的折叠的光路的长度比光圈与光学滤波器的输入表面之间的距离大，这允许光学设备与使用传统线性光路配置相比具有减小的厚度。这允许将光学设备并入需要小形状因子(例如，毫米数量级的厚度)的用户设备(诸如，移动电话设备)，这对于使用传统线性光路配置的光学设备是不可能的。
在一些实现中，光学设备的一个或多个光学元件可以被配置为使经散射的光的光束以满足(例如，小于或等于)入射角阈值的角度入射在光学滤波器的输入表面上。这使光束进入光学滤波器，使得接收(例如，与通道被配置为传递的波长相关联)单独光束的光学滤波器的通道将光束传递到光学传感器的对应的传感器元件。与包括在利用传统线性光路配置的光学设备中的光学传感器相比，这增加了光学传感器可以确定与经散射的光相关联的准确光谱信息的可能性。
图1是示出了示例光学设备100(也称为光系统)的侧视图的图。示例光学设备100可以被配置为收集光以促进对光的分析(例如，确定与光相关联的光谱信息)。如图1所示，示例光学设备100可以包括光圈110、散射光学元件120、具有光学导管130的第一端140-1和光学导管130的第二端140-2的光学导管130、光学滤波器150和/或光学传感器160。光圈110可以包括透镜、窗口或将光接收到示例光学设备100中的任何其他类型的透射光学元件。光圈110可以包括光圈光阑或一个或多个其他光学元件，以控制进入示例光学设备100的光量和/或控制经由光圈110进入示例光学设备100的光的入射角的范围。
散射光学元件120可以包括光学散射器和/或任何其他类型的用于散射光的光学结构。散射光学元件120可以被设置在光圈110上方。例如，如图1所示，散射光学元件120可以被定位在示例光学设备100的外表面上以使光在经由光圈110进入示例光学设备100之前传输通过散射光学元件120。设想了其他配置。例如，散射光学元件120可以被定位在示例光学设备100的内表面上，以使光经由光圈110进入示例光学设备100，然后传输通过散射光学元件120。因此，散射光学元件120可以散射由光圈110接收的光以产生经散射的光。
光学导管130可以包括光导、光管和/或任何其他类型的光学结构以传输光。在一些实现中，光学导管130可以被配置为接收由散射光学元件120产生的经散射的光并将其传输到光学滤波器150。例如，如图1所示，光学导管130可以被设置在光圈110和光学滤波器150之间。光学导管130的第一端140-1可以被设置在散射光学元件120上(例如，附接和/或安装到散射光学元件120，靠近散射光学元件120以允许光学导管130的第一端140-1接收经散射的光等)。光学导管130的第二端140-2可以被设置在光学滤波器150上(例如，附接和/或安装到光学滤波器150，靠近光学滤波器150以允许光学导管130的第二端140-2将经散射的光引导至光学滤波器150等)。在一些实现中，当示例光学设备100不包括散射光学元件120时，光学导管130可以被配置为散射由光圈110接收的光，并且将经散射的光传输到光学滤波器150。
光学导管130可以包括一个或多个部分(例如，一个或多个内表面、一个或多个光学结构等)，其被配置为将经散射的光引导至光学滤波器150。例如，一个或多个部分可以被配置为反射、折射、衍射和/或传输，在其他示例中，传输经散射的光以使经散射的光传输到光学滤波器150。在一些实现中，当示例光学设备100包括散射光学元件120的情况下，光学导管130可以包括一个或多个附加部分，这些附加部分被配置为进一步散射从散射光学元件120接收到的经散射的光。在一些实现中，当示例光学设备100不包括在散射光学元件120中，一个或多个附加部分可以被配置为散射由光圈110接收的光。
光学滤波器150可以包括光谱滤波器、多光谱滤波器、光干涉滤波器、带通滤波器、阻塞滤波器、长波通滤波器、短波通滤波器、二向色滤波器、线性可变滤波器(LVF)、圆形可变滤波器(CVF)、法布里-珀罗滤波器(例如，法布里-珀罗腔滤波器)、拜耳滤波器、等离子体滤波器、光子晶体滤波器、纳米结构和/或超材料滤波器、吸收性滤波器(例如，包括有机染料、聚合物和/或玻璃等)等。光学滤波器150可以传递一个或多个波长的经散射的光以供光学传感器160感测。例如，光学滤波器器150可以包括一个或多个通道(也称为光学滤波器阵列)，其中每个通道被配置传递与波长相关联的光。在一些实现中，光学滤波器150可以包括多个不同的滤波器，这些滤波器被配置为将相应的光谱范围传递到光学传感器160。
光学传感器160可以包括能够执行对朝向光学传感器160引导的光(例如，通过光学滤波器150传递的经散射的光的一个或多个波长)的测量的设备，诸如光谱传感器或多光谱传感器。光学传感器160可以是例如基于硅(Si)的传感器、基于铟镓砷(InGaAs)的传感器、基于硫化铅(PbS)的传感器或基于锗(Ge)的传感器，可以利用一种或多种传感器技术，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或电荷耦合设备(CCD)技术等。在一些实现中，光学传感器160可以包括多个传感器元件(例如，传感器元件阵列，在本文中也称为传感器阵列)，每个都被配置为获得信息。例如，传感器元件可以提供对入射在传感器元件上的光强度的指示(例如，活动/不活动或更细粒度的强度指示)。以此方式，光学传感器160可以被配置为捕获与由光学导管130引导到光学滤波器150的经散射的光相关联的光谱信息。虽然本文中描述的一些实现涉及被配置为捕获光谱信息的光学传感器160，还设想了其他实现。例如，光学传感器160可以被配置为捕获成像信息，诸如高光谱成像信息、多光谱成像信息等。
在一些实现中，光(例如，环境光)可以被散射光学元件120散射以产生经散射的光，经散射的光可以经由光圈110进入示例光学设备100。然后经散射的光可以进入光学导管130的第一端140-1。如图1所示，光学导管130可以经由折叠的光路170(例如，在光束到达光学滤波器150之前将光束的方向改变一次或多次的光路)将经散射的光的光束引导至光学滤波器150。折叠的光路可以穿过光学导管130的内部区域。例如，折叠的光路170在图1中示出为从与散射光学元件120的输出表面和/或光学导管130的第一端140-1相关联的起始点到与光学导管130的第二端140-2和/或光学滤波器150的输入表面相关联终止点穿过光学导管130的内部区域。
以这种方式，折叠的光路170足够长以允许经散射的光在传输通过光学导管130时发散。这使经散射的光被分布在光学滤波器150的输入表面上(例如，使经散射的光至少覆盖光学滤波器150的输入表面的特定百分比，诸如光学滤波器150的输入表面的95％、98％或99.5％)，这可以允许光学滤波器150与使用不利用折叠的光路的传统配置相比将较多的经散射的光传递到光学传感器160。此外，在一些实现中，折叠的光路170的长度比光圈110与光学滤波器150的输入表面之间的距离180大，这允许光学设备100与使用不利用折叠的光路的传统配置相比具有减小的厚度。例如，折叠的光路170的长度可以是大约10mm并且距离180可以是大约3-5mm。这允许将光学设备100并入到需要小形状因子(例如，毫米数量级的厚度)的用户设备中(诸如移动电话设备)，否则这是不可能的。
此外，光学导管130可以被配置为使经散射的光的光束以满足(例如，小于或等于)入射角阈值的角度入射在光学滤波器150的输入表面上。这使光束进入光学滤波器150，使得接收(例如，与通道被配置为传递的波长相关联的)单独光束的滤光器150的通道将光束传递到光学传感器160的对应的传感器元件(而不是不对应于通道的传感器元件)。与包括在利用传统配置的光学设备中的光学传感器相比，这增加了光学传感器160确定与经散射的光相关联的准确光谱信息的可能性。
如上所述，图1是作为示例提供的。其他示例可能与关于图1所描述的不同。
图2是示出了示例光学设备200(也称为光系统)的侧视图的图。示例光学设备200可以被配置为收集光以促进对光的分析(例如，确定与光相关联的光谱信息)。如图2所示，示例光学设备200可以包括光圈210、散射光学元件220、反射光学元件230、棱镜240、光学滤波器250和/或光学传感器260。光圈210、散射光学元件220、光学滤波器250和光学传感器260可以分别与本文中关于图1描述的光圈110、散射光学元件120、光学滤波器150和光学传感器160相同或相似。因此，散射光学元件220可以散射由光圈210接收的光以产生经散射的光，并且光学传感器260可以被配置为捕获与由反射光学元件230和/或棱镜240引导至光学滤波器250的经散射的光相关联的光谱信息。
反射光学元件230可以包括光学反射器和/或任何其他类型的光学结构以反射光。反射光学元件230可以被定位在示例光学设备200的内部区域内以接收来自散射光学元件220的经散射的光，并且将经散射的光反射到棱镜240。在一些实现中，反射光学元件230可以被配置为将经散射的光的波长的一个或多个特定范围反射到棱镜240。例如，反射光学元件230可以部分透射和/或部分吸收不在一个或多个特定范围内的经散射的光的波长，以防止反射光学元件230将不与一个或多个特定范围相关联的经散射的光反射到棱镜240。棱镜240可以包括成像棱镜，诸如五棱镜，和/或任何其他类型的光学结构以例如，反射、折射、偏振和/或偏转光。棱镜240可以被定位在示例光学设备200的内部区域内，以接收来自反射光学元件230的经散射的光(例如在反射光学元件230反射经散射的光之后)并且将经散射的光引导至光学滤波器250。
在一些实现中，光(例如，环境光)可以被散射光学元件220散射以产生经散射的光，其可以经由光圈210进入示例光学设备200。如图2所示，反射光学元件230和棱镜240可以将经散射的光的光束经由折叠的光路270引导至光学滤波器250的输入表面，该折叠的光路270起始于散射光学元件220的输出表面，并终止于光学滤波器250的输入表面并且穿过示例光学设备200的内部区域。例如，光束可以从散射光学元件220的输出表面传输到反射光学元件230，反射光学元件230可以将光束反射到棱镜240。棱镜240可以对光束进行一次或多次(例如，如图2所示的两次)内反射以使光束传输到光学滤波器250的输入表面。
以这种方式，折叠的光路270足够长以允许经散射的光在传输通过示例光学设备200的内部区域时发散。这使经散射的光跨光学滤波器250的输入表面分布(例如，使经散射的光至少覆盖光学滤波器250的输入表面的特定百分比，诸如光学滤波器250的输入表面的95％、98％或99.5％)，这可以允许光学滤波器250比使用不利用折叠的光路的常规配置多的经散射的光传递到光学传感器260。此外，在一些实现中，折叠的光路270的长度比光圈210与光学滤波器250的输入表面之间的距离280大，这允许光学设备200与使用不利用折叠的光路的传统配置相比具有减小的厚度。例如，折叠的光路270的长度可以是大约10mm，并且距离280可以是大约3-5mm。这允许将光学设备200并入到需要小形状因子(例如，毫米数量级的厚度)的用户设备中(诸如移动电话设备)，否则这是不可能的。
此外，反射光学元件230和棱镜240可以被配置为使经散射的光的光束以满足(例如，小于或等于)入射角阈值的角度入射在光学滤波器250的输入表面上。这使光束进入光学滤波器250，使得接收(例如，与通道被配置为通过的波长相关联的)单独光束的光学滤波器250的通道将光束传递到光学传感器260的对应的传感器元件(而不是不对应于通道的传感器元件)。与包括在利用传统配置的光学设备中的光学传感器相比，这增加了光学传感器260确定与经散射的光相关联的准确光谱信息的可能性。
如上所述，提供图2作为示例。其他示例可能与关于图2所描述的不同。
图3是示出了示例光学设备300(也称为光系统)的侧视图的图。示例光学设备300可以被配置为收集光以促进对光的分析(例如，以确定与光相关联的光谱信息)。如图3所示，示例光学设备300可以包括光圈310、散射光学元件320、反射光学元件330、反射光学元件340、光学滤波器350和/或光学传感器360。光圈310、散射光学元件320、光学滤波器350和光学传感器360可以分别与本文中关于图1描述的光圈110、散射光学元件120、光学滤波器150和光学传感器160相同或相似。因此，散射光学元件320可以散射由光圈310接收的光以产生散射光，并且光学传感器360可以被配置为捕获与由反射光学元件330和/或反射光学元件340引导至光学滤波器350的输入表面的经散射的光相关联的光谱信息。
反射光学元件330可以包括光学反射器和/或任何其他类型的光学结构以反射光。反射光学元件330可以被定位在示例光学设备300的内部区域内，以接收来自散射光学元件320的经散射的光并将经散射的光反射到反射光学元件340。在一些实现中，反射光学元件330可以被配置为将经散射的光的一个或多个第一波长范围反射到反射光学元件340。例如，反射光学元件330可以部分透射和/或部分吸收不在一个或多个第一范围内的经散射的光的波长，以防止反射光学元件330将不与一个或多个第一范围相关联的经散射的光反射到反射光学元件340。
反射光学元件340可以包括光学反射器和/或任何其他类型的光学结构以反射光。反射光学元件340可以被定位在示例光学设备300的内部区域内，以接收来自反射光学元件330的经散射的光(例如在反射光学元件330反射经散射的光之后)，并且将经散射的光反射到光学滤波器350。在一些实现中，反射光学元件340可以被配置为反射经散射的光的一个或多个第二波长范围(例如，其中经散射的光的一个或多个第二波长范围与经散射的光的一个或多个第一波长范围相同或不同)到光学滤波器350。例如，反射光学元件340可以部分地透射和/或部分吸收不在一个或多个第二范围内的经散射的光的波长，以防止反射光学元件340将不与一个或多个特定范围相关联的经散射的光反射到光学滤波器350。
在一些实现中，光(例如，环境光)可以被散射光学元件320散射以产生经散射的光，该经散射的光可以经由光圈310进入示例光学设备300。如图3所示，反射光学元件330和反射光学元件340可以经由折叠的光路370将经散射的光的光束引导至光学滤波器350的输入表面，折叠的光路370起始于散射光学元件320的输出表面并终止于输入光学滤波器350的输入表面，并穿过示例光学设备300的内部区域。例如，光束可以从散射光学元件320传输到反射光学元件330，反射光学元件330可以将光束反射到反射光学元件340，反射光学元件340可以将光束反射到光学滤波器350的输入表面。
通过这种方式，折叠的光路370足够长以允许经散射的光在传输通过示例光学设备300的内部区域时发散。这使经散射的光被分布在光学滤波器350的输入表面上(例如，使经散射的光至少覆盖光学滤波器350的输入表面的特定百分比，诸如光学滤波器350的输入表面的95％、98％或99.5％)，这可以允许光学滤波器350比使用不利用折叠的光路的传统配置多的经散射的光传递到光学传感器360。此外，在一些实现中，折叠的光路370的长度比光圈310与光学滤波器350的输入表面之间的距离380大，这允许光学设备300与使用不利用折叠的光路的传统配置相比具有减小的厚度。例如，折叠的光路370的长度可以是大约10mm，并且距离380可以是大约3-5mm。这允许将光学设备300并入到需要小形状因子(例如，毫米数量级的厚度)的用户设备中(诸如移动电话设备)，否则这是不可能的。
此外，反射光学元件330和反射光学元件340可以被配置为使经散射的光的光束以满足(例如，小于或等于)入射角阈值的角度入射在光学滤波器350的输入表面上。这使光束进入光学滤波器350，使得接收(例如，与通道被配置为传递的波长相关联的)单独光束的光学滤波器350的通道将光束传递到光学传感器360的对应的传感器元件(而不是不对应于通道的传感器元件)。与包括在利用传统配置的光学设备中的光学传感器相比，这增加了光学传感器360确定与经散射的光相关联的准确光谱信息的可能性。
如上所述，提供图3作为示例。其他示例可能与关于图3所描述的不同。
图4是示出示例光学设备400(也称为光系统)的侧视图的图。示例光学设备400可以被配置为收集光以促进对光的分析(例如，确定与光相关联的光谱信息)。如图4所示，示例光学设备400可以包括光圈410、散射光学元件420、反射光学元件430、光学导管440、反射光学元件450、光学滤波器460和/或光学传感器470。光圈410、散射光学元件420、光学滤波器460和光学传感器470可以分别与本文中关于图1描述的光圈110、散射光学元件120、光学滤波器150和光学传感器160相同或相似。因此，散射光学元件420可以散射由光圈410接收的光以产生经散射的光，并且光学传感器470可以被配置为捕获与经散射的光相关联的光谱信息，该经散射的光是由反射光学元件430、光学导管440和/或反射光学元件450引导至光学滤波器460的输入表面。
反射光学元件430可以包括光学反射器和/或任何其他类型的光学结构以反射光。反射光学元件430可以被定位于示例光学设备400的内部区域内，以接收来自散射光学元件420的经散射的光，并将径散射的光反射到光学导管440。在一些实现中，反射光学元件430可以被配置为将经散射的光的一个或多个第一波长范围反射到光学导管440。例如，反射光学元件430可以部分透射和/或部分吸收不在第一或多个第一范围内的经散射的光的波长，以防止反射光学元件430将不与一个或多个第一范围相关联的经散射的光反射到光学导管440。
光学导管440可以包括光导、光管和/或任何其他类型的光学结构以传输光。在一些实现中，光学导管440可以被定位在示例光学设备400的内部区域内，以接收由反射光学元件430反射的经散射的光，并将经散射的光传输到反射光学元件450。光学导管440可以包括一个或多个部分(例如，一个或多个内表面、一个或多个光学结构等)，它们被配置为将经散射的光引导至反射光学元件450。例如，一个或多个部分可以被配置为反射、折射、衍射和/或传输经散射的光，在其他示例中，使经散射的光传输到反射光学元件450。在一些实现中，光学导管440可以包括被配置为进一步散射从反射光学元件430接收的经散射的光的一个或多个附加部分。
反射光学元件450可以包括光学反射器和/或任何其他类型的光学结构以反射光。反射光学元件450可以被定位于示例光学设备400的内部区域内，以接收来自光学导管440的经散射的光，并将经散射的光反射到光学滤波器460。在一些实现中，反射光学元件450可以被配置为将经散射的光的波长的一个或多个第二范围(例如，其中经散射的光的波长的一个或多个第二范围与经散射的光的波长的一个或多个第一范围相同或不同)反射到光学滤波器460。例如，反射光学元件450可以部分透射和/或部分吸收不在一个或多个第二范围内的经散射的光的波长，以防止反射光学元件450将不与一个或多个特定范围相关联的光反射到光学滤波器460。
在一些实现中，光(例如，环境光)可以被散射光学元件420散射以产生经散射的光，经散射的光可以经由光圈410进入示例光学设备400。如图4所示，反射光学元件430、光学导管440和反射光学元件450可以将经散射的光的光束经由折叠的光路480引导至光学滤波器460的输入表面，该折叠的光路480起始于散射光学元件420的输出表面，并且终止于光学滤波器460的输入表面，并穿过示例光学设备400的内部区域和光学导管440的内部区域。例如，光束可以从散射光学元件420传输到反射光学元件430，反射光学元件430可以将光束反射到光学导管440，光学导管440可以将光束传输到反射光学元件450，反射光学元件450可以将光束反射到光学滤波器460的输入表面。
通过这种方式，折叠的光路480足够长以允许经散射的光在传输通过示例光学设备400的内部区域时发散。这使经散射的光跨光学滤波器460的输入表面分布(例如，使经散射的光至少覆盖光学滤波器460的输入表面的特定百分比，诸如光学滤波器460的输入表面的95％、98％或99.5％)，这可以允许光学滤波器460将比使用不利用折叠的光路的传统配置多的经散射的光传递到光学传感器470。此外，在一些实现中，折叠的光路480的长度比光圈410与光学滤波器460的输入表面之间的距离490大，这允许光学设备400与使用不利用折叠的光路的传统配置相比具有减小的厚度。例如，折叠的光路480的长度可以是大约10mm并且距离490可以是大约3-5mm。这允许将光学设备400并入到需要小形状因子(例如，毫米数量级的厚度)的用户设备中(诸如移动电话设备)，否则这是不可能的。
此外，反射光学元件430、光学导管440和反射光学元件450可以被配置为使经散射的光的光束以满足(例如，小于或等于)入射角阈值的角度入射在光学滤波器460的输入表面上。这使光束进入光学滤波器460，使得接收(例如，与通道被配置为传递的波长相关联的)单独光束的光学滤波器460的通道将光束传递到光学传感器470的对应的传感器元件(而不是不对应于通道的传感器元件)。与包括在利用传统配置的光学设备中的光学传感器相比，这增加了光学传感器470确定与经散射的光相关联的准确光谱信息的可能性。
如上所述，提供图4作为示例。其他示例可能与关于图4所描述的不同。
图5是示出示例光学设备500(也称为光系统)的侧视图的图。示例光学设备500可以被配置为收集光以促进对光的分析(例如，以确定与光相关联的光谱信息)。如图5所示，示例光学设备500可以包括光圈510、散射光学元件520、多个光学导管530(显示为光学导管530-1至530-3)、反射光学元件540、反射光学元件550、光学滤波器560和/或光学传感器570。光圈510、散射光学元件520、光学滤波器560和光学传感器570可以分别与本文中关于图1描述的光圈110、散射光学元件120、光学滤波器150和光学传感器160相同或相似。因此，散射光学元件520可以散射由光圈510接收的光以产生经散射的光，并且光学传感器570可以被配置为捕获与被多个光学导管530、反射光学元件540和/或反射光原件540引导至光学滤波器560的输入表面的经散射的光相关联的光谱信息。
多个光学导管530可以每个包括光导、光管和/或任何其他类型的光学结构，以传输光并且可以以与本文中描述的光学导管130和/或光学导管440类似的方式配置。在一些实现中，光学导管530-1可以被定位在示例光学设备500的内部区域内(例如，设置在光圈510和反射光学元件540之间)，以接收由散射光学元件520产生的经散射的光，并且将经散射的光传输到反射光学元件540。光学导管530-2可以被定位在示例光学设备500的内部区域内(例如，设置在反射光学元件540和反射光学元件550之间)，以接收由反射光学元件540反射的经散射的光并将经散射的光传输到反射光学元件550。光学导管530-3可以定位在示例光学设备500的内部区域内(例如，布置在反射光学元件550和光学滤波器560之间)，以接收由反射光学元件550反射的经散射的光，并传输经散射的光到光学滤波器560。
反射光学元件540可以包括光反射器和/或任何其他类型的光学结构以反射光。反射光学元件540可以被定位在示例光学设备500的内部区域内以接收来自光学导管530-1的经散射的光，并将经散射的光反射到光学导管530-2。在一些实现中，反射光学元件540可以被配置为将经散射的光的波长的一个或多个第一范围反射到光学导管530-2。例如，反射光学元件540可以是部分透射和/或部分吸收不在一个或多个第一范围内的经散射的光的波长，以防止反射光学元件540将不与一个或多个第一范围相关联的经散射的光反射到光学导管530-2。
反射光学元件550可以包括光学反射器和/或任何其他类型的光学结构以反射光。反射光学元件550可以被定位在示例光学设备500的内部区域内，以接收来自光学导管530-2的经散射的光，并将经散射的光反射到光学导管530-3。在一些实现中，反射光学元件550可以被配置为将经散射的光的波长的一个或多个第二范围(例如，其中经散射的光的波长的一个或多个第二范围与经散射的光的波长的一个或多个第一范围相同或不同)反射到光学导管530-3。例如，反射光学元件550可以是部分透射和/或部分吸收不在一个或多个第二范围内的经散射的光的波长，以防止反射光学元件550将不与一个或多个特定范围相关联的经散射的光反射到光学导管530-3。
在一些实现中，光(例如，环境光)可以被散射光学元件520散射以产生经散射的光，经散射的光可以经由光圈510进入示例光学设备500。如图5所示，多个光学导管530、反射光学元件540和反射光学元件550可以经由折叠的光路580将经散射的光的光束引导至光学滤波器560的输入表面，折叠的光路580起始于散射光学元件520的输出表面，并且终止于光学滤波器560的输入表面，并且穿过示例光学设备500的内部区域和多个光学导管530的相应内部区域。例如，光束可以从散射光学元件520传输到光学导管530-1，光学导管530-1可以将光束传输到反射光学元件540，反射光学元件540可以将光束反射到光学导管530-2，光学导管530-2可以将光束传输到反射光学元件550，反射光学元件550可以将光束反射到光学导管530-3，光学导管530-3可以将光束传输到光学滤波器560的输入表面。
通过这种方式，折叠的光路580足够长以允许经散射的光在传输通过示例光被500的内部区域和多个光学导管530的相应内部区域时发散。这使经散射的光跨光学滤波器560的输入表面分布(例如，使经散射的光至少覆盖光学滤波器560的输入表面的特定百分比，诸如光学滤波器560的输入表面的95％、98％或99.5％)，这可以允许光学滤波器560与使用不利用折叠的光路的传统配置相比将多的经散射的光传递到光学传感器570。此外，在一些实现中，折叠的光路580的长度比光圈510和光学滤波器560的输入表面之间的距离590大，这允许光学设备500与使用不利用折叠的光路的传统配置相比具有减小的厚度。例如，折叠的光路580的长度可以是大约10mm，并且距离590可以是大约3-5mm。这允许将光学设备500并入到需要小形状因子(例如，毫米数量级的厚度)的用户设备中(诸如移动电话设备)，否则这是不可能的。
此外，多个光学导管530、反射光学元件540和反射光学元件550可以被配置为使经散射的光的光束以满足(例如，小于或等于)入射角阈值的角度入射到光学滤波器560的输入表面上。这使光束进入光学滤波器560，使得接收(例如，与通道被配置为传递的波长相关联的)单独光束的光学滤波器560的通道将光束传递到光学传感器570的对应的传感器元件(而不是不对应于通道的传感器元件)。与包括在利用传统配置的光学设备中的光学传感器相比，这增加了光学传感器570确定与经散射的光相关联的准确光谱信息的可能性。
如上所述，图5被提供作为示例。其他示例可能与关于图5所描述的不同。
图6是示出了可以包括光学设备620的用户设备610的示例600的图。用户设备610可以包括例如通信和/或计算设备，诸如移动电话(例如，智能手机、无线电话等)、膝上型计算机、平板计算机、手持计算机、台式计算机、游戏设备、可穿戴通信设备(例如，智能手表、一副智能眼镜等)、光谱仪或类似类型的设备。光学设备620可以包括示例光学设备100、示例光学设备200、示例光学设备300、示例光学设备400、示例光学设备500或利用折叠的光路的类似光学设备。光学设备620可以被包括在用户设备610的光封装中。通过减小光学设备620的尺寸，光学设备620可以在用户设备610中实现，或者光学设备620在用户设备610中可以具有比线性光路相关联的光学设备小的占地面积。
如上所述，提供图6作为示例。其他示例可能与关于图6所描述的不同。
前述公开提供了说明和描述，但并非旨在穷举或将实现限制为所公开的精确形式。可以根据上述公开进行修改和变化，也可以从实现方式的实践中获取。
如本文所用，术语“组件”旨在广义地解释为硬件、固件或硬件和软件的组合。显然，本文中描述的系统和/或方法可以以不同形式的硬件、固件和/或硬件和软件的组合来实现。用于实现这些系统和/或方法的实际专用控制硬件或软件代码不限制实现。因此，系统和/或方法的操作和行为在本文中不参考特定软件代码而被描述——应当理解，软件和硬件可以用于基于本文中的描述来实现系统和/或方法。
如本文中所使用的，取决于上下文，满足阈值可以指值大于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、小于或等于阈值、等于阈值、不等于阈值等。
尽管在权利要求中陈述和/或在说明书中公开了特征的特定组合，但这些组合并不旨在限制各种实现的公开。事实上，这些特征中的许多特征可以以权利要求中未具体记载和/或说明书中未公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可能直接仅依赖于一个权利要求，但是各种实现的公开包括每个从属权利要求与权利要求集中的每一个其他权利要求的组合。如本文中所使用的，提及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及与多个相同项目的任意组合。
除非明确说明，否则本文中使用的任何元素、动作或指令均不应被解释为关键或必要的。此外，如本文中所使用的，冠词“一个(a)”和“一个(an)”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文中所使用的，冠词“该(the)”旨在包括与冠词“该(the)”相关的一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文中所使用的，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目或相关和不相关项目的组合)，并且可以与“一个或多个”互换使用。如果仅旨在一个项目，则使用短语“仅一个”或类似语言。此外，如本文中所使用的，术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在是开放式术语。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在表示“至少部分基于”。此外，如本文中所使用的，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅其中一项”组合使用)，术语“或”在以系列形式使用时旨在包括在内，并且可以与“和/或”互换使用。

Claims (20)

1.一种光学设备，包括：
光圈；
一个或多个光学元件；
光学滤波器；以及
光学传感器，其中：
所述光圈被配置为接收光；
所述一个或多个光学元件被配置为：
散射由所述光圈接收的所述光，
经由折叠的光路将经散射的所述光引导至所述光学滤波器，
其中所述折叠的光路的长度比所述光圈与所述光学滤波器的输入表面之间的距离大，以及
使经散射的所述光跨所述光学滤波器的所述输入表面分布；以及
所述光学滤波器被配置为对所述光学滤波器的所述输入表面分布的经散射的所述光进行滤波，以将与一个或多个波长相关联的经散射的所述光的部分传递到所述光学传感器。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述一个或多个光学元件包括以下至少一项：
散射光学元件；
反射光学元件；
透射光学元件；
衍射光学元件；或者
折射光学元件。
3.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述一个或多个光学元件包括散射光学元件，
其中所述散射光学元件被设置在所述光圈上，并且
其中所述散射光学元件被配置为散射由所述光圈接收的所述光。
4.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述一个或多个光学元件包括光学导管，其中：
所述光学导管被设置在所述光圈与所述光学滤波器之间；并且
所述光学导管被配置为经由所述折叠的光路将经散射的所述光传输到所述光学滤波器。
5.根据权利要求4所述的光学设备，其中所述光学导管包括以下至少一项：
光管；或者
光导。
6.根据权利要求4所述的光学设备，其中所述光学导管包括一个或多个表面，所述一个或多个表面被配置为执行以下至少一项：
散射由所述光圈接收的所述光；或者
反射由所述光圈接收的所述光。
7.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述一个或多个光学元件被配置为：当经散射的所述光跨所述光学滤波器的所述输入表面分布时，使与经散射的所述光相关联的一个或多个入射角满足阈值，以允许所述光学滤波器的通道将进入所述通道的经散射的所述光的光束传递到所述光学传感器的对应传感器元件。
8.一种光学系统，包括：
光圈；
一个或多个光学元件；
光学滤波器；以及
光学传感器，其中：
所述光圈被配置为接收光；以及
所述一个或多个光学元件被配置为：
散射由所述光圈接收的所述光，
使经散射的所述光经由折叠的光路传输到所述光学滤波器并且跨所述光学滤波器的输入表面分布，
其中所述折叠的光路的长度比所述光圈与所述光学滤波器的所述输入表面之间的距离大。
9.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述光学传感器被配置为捕获与经散射的所述光相关联的光谱信息。
10.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述光学滤波器包括以下至少一项：
光谱滤波器；
多光谱滤波器；
光学干涉滤波器；
带通滤波器；
阻塞滤波器；
长波通滤波器；
短波通滤波器；
二向色滤波器；
线性可变滤波器；
圆形可变滤波器；
法布里-珀罗滤波器；
拜耳滤波器；
等离子体滤波器；
光子晶体滤波器；
纳米结构或超材料滤波器；或者
吸收性滤波器。
11.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述一个或多个光学元件包括散射光学元件和光学导管，其中：
所述散射光学元件被设置在所述光圈上；
所述光学导管的第一端被设置在所述散射光学元件上；并且
所述光学导管的第二端被设置在所述光学滤波器上，
其中所述折叠的光路穿过所述光学导管的内部区域。
12.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述一个或多个光学元件包括散射光学元件、反射器和棱镜，其中：
所述散射光学元件被配置为散射由所述光圈接收的所述光；
所述反射器被配置为将经散射的所述光反射至所述棱镜；并且
所述棱镜被配置为将所述棱镜内的经散射的所述光反射到所述光学滤波器的所述输入表面，
其中所述折叠的光路起始于所述散射光学元件的输出表面并终止于所述光学滤波器的所述输入表面。
13.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述一个或多个光学元件包括散射光学元件和一个或多个反射光学元件，
其中所述折叠的光路从所述散射光学元件的输出表面经由所述一个或多个反射光学元件穿过所述光学系统的内部区域到所述光学滤波器的所述输入表面。
14.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述一个或多个光学元件包括散射光学元件、第一反射光学元件、第二反射光学元件和光学导管，其中：
所述散射光学元件被配置为散射由所述光圈接收的所述光；
所述第一反射光学元件被配置为将经散射的所述光反射至所述光学导管；
所述光学导管被配置为在经散射的所述光被所述第一反射光学元件反射之后将经散射的所述光学引导至所述第二反射光学元件；并且
所述第二反射光学元件被配置为在经散射的所述光被所述光学导管引导至所述第二反射光学元件之后将经散射的所述光反射到所述光学滤波器的所述输入表面。
15.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述一个或多个光学元件包括散射光学元件、多个光学导管以及多个反射光学元件，其中：
所述散射光学元件被配置为散射由所述光圈接收的所述光；并且
所述多个光学导管和所述多个反射光学元件被配置为将来自所述散射光学元件的经散射的所述光反射到所述光学滤波器的所述输入表面。
16.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述一个或多个光学元件包括光学导管，其中：
所述光学导管的一个或多个第一部分被配置为散射由所述光圈接收的所述光；并且
所述光学导管的一个或多个第二部分被配置为将经散射的所述光引导至所述光学滤波器的所述输入表面。
17.一种用户设备，包括：
光学封装，包括：
光圈；
一个或多个光学元件；
光学滤波器；以及
光学传感器，其中：
所述一个或多个光学元件被配置为散射由所述光圈接收的光，并且使经散射的所述光经由折叠的光路传输到所述光学滤波器并且跨所述光学滤波器的输入表面分布，
其中所述折叠的光路的长度比所述光圈与所述光学滤波器的所述输入表面之间的距离大。
18.根据权利要求17所述的用户设备，其中所述光圈、所述一个或多个光学元件、所述光学滤波器和所述光学传感器被封闭在所述光学封装内。
19.根据权利要求17所述的用户设备，其中所述光学滤波器是多光谱滤波器，并且所述光学传感器是多光谱传感器。
20.根据权利要求17所述的用户设备，其中所述一个或多个光学元件被配置为：当经散射的所述光跨所述光学滤波器的所述输入表面分布时，使与经散射的所述光相关联的一个或多个入射角满足阈值，以允许所述光学滤波器的通道将进入所述通道的经散射的所述光的光束传递到所述光学传感器的对应传感器元件。
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