CN115143999B - 使用平面内传感器的混合干涉测量和散射测量感测 - Google Patents

Abstract

本公开涉及使用平面内传感器的混合干涉测量和散射测量感测。光学传感器系统包括：半导体基板；自混合干涉测量(SMI)传感器，SMI传感器形成在半导体基板上并且包括具有谐振腔的半导体激光器；和光电探测器阵列，光电探测器阵列形成在半导体基板上。SMI传感器被配置为响应于由半导体激光器发射并被接收到谐振腔中的电磁辐射的回射而生成SMI信号。光电探测器阵列被配置为响应于由半导体激光器发射的电磁辐射的散射而生成角度分辨散射信号的集合。

Description

使用平面内传感器的混合干涉测量和散射测量感测

技术领域

所描述的实施方案整体涉及光学感测，并且更具体地讲，涉及可用于干涉测量和散射测量光学感测的设备。

背景技术

相干光学感测(包括多普勒速度测量学和外差法)可用于获得目标的空间信息。示例性目标包括对象、表面、颗粒等。示例性空间信息包括存在、距离、速度、尺寸、表面性质、颗粒计数等。相干光学感测有时可用于通过光学波长分辨率，在量子限制信号水平下，并且通过比渡越时间光学感测方法低很多的光子能量来获得目标的空间信息。相干光学感测还可限制来自外部干扰源的干扰，诸如环境光或由其他光学感测系统的光源生成的光。

与晶片级或晶片键合光电探测器集成的半导体激光器使得能够使用整体式传感器结构来进行相干光学感测。例如，半导体激光器可从半导体激光器的谐振腔生成并发射电磁辐射，接收回到谐振腔中的返回(例如，反射或散射)的电磁辐射，在谐振腔内自混合所生成和返回的电磁辐射，并且产生可用于确定目标的空间信息的自混合干涉测量(self-mixing interferometry，SMI)信号。然而，由于SMI光学路径的逆反射性质，反向散射的电磁辐射的可能角度不相干、半导体激光器的可能小光学孔径和视场，以及由目标接收的电磁辐射的可能高吸收，由半导体激光器发射的电磁辐射的少量可返回到半导体激光器的谐振腔(即，返回的电磁辐射的光学功率可以是所发射的电磁辐射的光学功率的小部分(有时小于1百万分率(ppm))。

在苛刻的感测应用(诸如颗粒物检测、表面轮廓形成等)中，返回到半导体激光器的谐振腔的电磁辐射的低光学功率以及噪声的存在使得难以准确或高分辨率地表征设备环境和/或设备与其环境的关系。

发明内容

本公开中描述的系统、设备、方法和装置的实施方案采用干涉测量和散射测量感测技术的组合。干涉测量传感器(例如，SMI传感器)和角度分辨散射测量传感器两者可形成在共享基板(例如，半导体基板或管芯)上(或附接到其)。在许多实施方案中，电磁辐射的发射和感测可在平面内执行。散射测量传感器可接收由SMI传感器发射，从目标返回，但不被接收回到SMI传感器的谐振腔中的电磁辐射的大部分。散射测量传感器的添加不仅增加光学感测系统作为整体的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)，而且其可实现来自缓慢移动或静止目标、稀疏目标(例如，空气中的颗粒的低密度)等的空间信息的更准确或更高分辨率捕获。

在第一方面，本公开描述了一种光学传感器系统。光学传感器系统可包括：半导体基板；SMI传感器，SMI传感器形成在半导体基板上并且包括具有谐振腔的半导体激光器；和光电探测器阵列，光电探测器阵列形成在半导体基板上。SMI传感器可被配置为响应于由半导体激光器发射并被接收到谐振腔中的电磁辐射的回射(retro-reflection)而生成SMI信号。光电探测器阵列可被配置为响应于由半导体激光器发射的电磁辐射的散射而生成角度分辨散射信号的集合。

在第二方面，本公开描述了另一种光学传感器系统。光学传感器系统可包括半导体设备的晶片集成阵列，其包括半导体激光器和一组谐振腔光电探测器(resonant-cavityphotodetector，RCPD)。光学传感器系统还可包括光学子系统，光学子系统被配置为引导由半导体激光器发射的电磁辐射的回射朝向一组RCPD中的RCPD。光学子系统还可被配置为引导由半导体激光器发射的电磁辐射的角度分辨散射朝向一组RCPD中的RCPD的子集。

在第三方面，本公开描述了一种电子设备。电子设备可包括：半导体基板；一组半导体设备，一组半导体设备形成在半导体基板上；和处理器。处理器可被配置为操作一组半导体设备中的第一半导体设备以从第一半导体设备的谐振腔发射电磁辐射；确定由于谐振腔内的电磁辐射的自混合而生成的SMI信号的参数的集合；与操作第一半导体设备同时地，使用一组半导体设备中的半导体设备的子集来感测所发射的电磁辐射的散射；以及使用所确定的自混合干涉测量信号的参数的集合和所感测的散射来表征电子设备的环境、或电子设备与环境之间的关系中的至少一者。

在第四方面，本公开描述了一种光学传感器系统。光学传感器系统可包括：半导体基板；外部光子混合传感器，外部光子混合传感器形成在半导体基板上；和光电探测器阵列，光电探测器阵列形成在半导体基板上。外部光子混合传感器可包括半导体激光器和光子混合检测器。外部光子混合传感器可被配置为响应于由半导体激光器发射的电磁辐射和向光子混合检测器反向散射的所发射的电磁辐射的一部分的组合而生成基于场的相干散射测量信号。光电探测器阵列可被配置为响应于由半导体激光器发射的电磁辐射的反向散射而生成基于强度的散射测量信号的集合。

除了所述示例性方面和实施方案之外，参考附图并通过研究以下描述，更多方面和实施方案将为显而易见的。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，将容易理解本公开，其中类似的附图标号指代类似的结构元件，并且其中：

图1示出了光学传感器系统的示例性平面图；

图2示出了包括半导体设备的晶片集成阵列的光学传感器系统的示例性正视图；

图3示出了包括远心共焦成像系统的光学传感器系统；

图4示出了包括片上透镜(OCL)-共焦成像系统的光学传感器系统；

图5A示出了包括分束和非共焦成像系统的光学传感器系统；

图5B示出了包括用于外部光子混合的合束器的光学传感器系统；

图6A示出了具有形成在半导体基板上的半导体设备阵列的光学传感器系统的示例性正视图；

图6B是图6A所示的阳极路线中的一些的代表性平面图；

图7A示出了具有形成在半导体基板上的半导体设备阵列的另一个光学传感器系统的示例性正视图；

图7B示出了图7A所示的阴极和阳极路线中的一些的代表性平面图；

图8示出了具有形成在半导体基板上的半导体设备阵列的另一个光学传感器系统的示例性正视图；

图9A示出了光学传感器系统，其中半导体设备中的一者或多者是具有集成光电探测器的SMI传感器，并且其他半导体设备是具有附加集成光电探测器的RCPD；

图9B示出了光学传感器系统，其中全部半导体设备都是具有集成光电探测器的SMI传感器；

图9C示出了与参考图9A描述的光学传感器系统类似的光学传感器系统，但代替半导体设备中的每一者具有在半导体基板与半导体设备的谐振腔之间生长的集成光电探测器，光电探测器在SMI传感器的谐振腔上生长；

图10示出了光学传感器系统，其中使用常见过程在半导体基板上形成其半导体设备中的一些，并且将一个或多个其他半导体设备拾取、放置并焊接到半导体基板上；

图11示出了操作一组半导体设备以同时获得干涉测量和散射测量的测量值的方法；

图12示出了光学传感器系统的用于表征表面质量的示例性用途；

图13A示出了图12所示的光学传感器系统的另选实施方案，其中不同传感器的光学聚焦之间存在横向偏移；

图13B示出了图1所示的光学传感器系统的另选实施方案，其中不同传感器的光学聚焦之间存在组合的横向和水平偏移；

图14示出了光学传感器系统的用于表征环境内的颗粒或空气质量的示例性用途；

图15A和图15B示出了光学传感器系统的用于表征承载光学传感器系统的电子设备和表面之间的关系的示例性用途；

图16A和图16B示出了包括光学传感器系统的设备(电子设备)的示例；

图17A和图17B示出了包括光学传感器系统的设备(电子设备)的另一个示例；

图18示出了包括光学传感器系统的鼠标(电子设备)的示例；并且

图19示出了电子设备的示例性电气框图。

附图中的交叉影线或阴影的用途通常被提供以阐明相邻元件之间的边界并还有利于附图的易读性。因此，存在或不存在无交叉影线或阴影均不表示或指示对特定材料、材料特性、元件比例、元件尺寸、类似图示元件的共同性或在附图中所示的任何元件的任何其他特征、属性、或特性的任何偏好或要求。

附加地，应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间呈现的界限、间距和位置关系在附图中被提供，以仅用于促进对本文所述的各个实施方案的理解，并因此可不必要地被呈现或示出以进行缩放并且并非旨在指示对所示的实施方案的任何偏好或要求，以排除结合其所述的实施方案。

具体实施方式

现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求书限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。

以下描述涉及具有干涉测量传感器(例如，SMI传感器)和角度分辨散射测量传感器的光学传感器系统。全部传感器可形成在共享基板上(或附接到共享基板)。例如，传感器可集成在共享晶片上。在许多实施方案中，半导体激光器的谐振腔和RCPD的谐振腔可以是平面内的。在一些实施方案中，SMI传感器和RCPD可使用共享过程在共享基板上形成，并且可共享一组相同外延层的部分或全部(例如，SMI传感器和RCPD可共生长)。然而，在一些实施方案中，不同半导体可经由不同外延厚度、不同掺杂剂或混合、不同数值孔径(NA)、不同工作距离(WD)或不同偏振而被设置有多样性。也可调谐不同半导体设备以发射或接收不同波长的电磁辐射。

散射测量传感器可接收由SMI传感器发射，从目标反向散射返回，但不被接收回到SMI传感器的谐振腔中的电磁辐射的大部分。在一些情况下，并且举例来说，散射测量传感器可捕获多达由SMI传感器发射并且随后从目标返回的1000ppm或更多的电磁辐射，而发射电磁辐射的SMI传感器可接收小于1ppm的所发射的电磁辐射的返回。因此，与一个SMI传感器或SMI传感器阵列相比，干涉测量和散射测量传感器的混合可更高效。

本文所述的光学传感器系统的光学子系统可包括将所发射的电磁辐射转向到目标的一个或多个焦点(例如，作为光斑照明)或一个或多个区域(例如，作为大规模照明)的顶部或片上光学器件(例如，透镜、准直器、表面光栅(或涂层或处理)、分束器、波导等)。顶部或片上光学器件可为不同的半导体设备提供相同或不同的极化或其他光学性质(例如，NA)。光学子系统还可将从该一个或多个焦点或区域返回的所发射的电磁辐射转向到SMI传感器的部分(例如，到SMI传感器的半导体激光器的谐振腔，并且在一些情况下，到SMI传感器的相邻光电探测器以用于SMI信号检测)以及到一组散射光电探测器。

在一些情况下，光学子系统可引导和重叠半导体激光器的输出功率的部分，其中电力从一个或多个焦点返回，到一个或多个相邻光电探测器，由此在这些光电探测器上引起外部相干混合，而其他光电探测器用作散射光电探测器。

在一些情况下，多个SMI传感器可设置在散射光电探测器的场内，并且被寻址以使得SMI传感器中的第一者和多个(或全部)的光电探测器被接通，而剩余的SMI传感器被关断。然后可关断第一SMI传感器，并且可接通第二SMI传感器和多个(或全部)的光电探测器。

在一些情况下，形成在基板上(或附接到基板)的一组半导体设备中的多个或全部可以是SMI传感器，并且SMI传感器中的一者可被偏置以作为SMI传感器操作，而其他SMI传感器中的一些或全部被偏置以作为光电探测器操作。

在一些情况下，可同时操作两个或更多个SMI传感器，并且光电探测器的不同子集可检测其电磁辐射的相应散射。例如，当目标紧邻光学传感器系统时和/或当目标高度吸收由SMI传感器发射的电磁辐射时(例如，当光学传感器系统抵靠人类组织定位时)，这可能是有用的。两个或更多个SMI传感器也可同时操作，并且光电探测器的不同子集被调谐以在不同波长下操作。

在一些情况下，由散射光电探测器阵列提供的信号可用于确定表面或目标的功率谱密度或双向反射分布函数(BRDF)或角度分辨反向散射轮廓。由散射光电探测器提供的信号还可提供关于目标在特定角度下随时间推移的变化(或移动)的信息。

在一些情况下，干涉测量和散射测量传感器的混合可提供更好保真度的表面或子表面感测，以用于表征如外部或内部表面粗糙度、人类组织内的血流、颗粒计数或粒度等的事物。

参考图1至图19描述了这些和其他系统、设备、方法和装置。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。

方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“前部”、“后部”、“上方”、“下方”、“以上”、“以下”、“左侧”、“右侧”等参考下面描述的一些图中的一些部件的取向来使用。因为各种实施方案中的部件可以多个不同的取向定位，所以方向性术语仅用于说明的目的并且不以任何方式进行限制。方向性术语旨在被广义地解释，因此不应被解释为排除以不同方式取向的部件。另外，如本文所用，在用术语“和”或“或”分开项目中任何项目的一系列项目之后的短语“中的至少一者”是将列表作为整体进行修饰，而不是修饰列表中的每个成员。短语“中的至少一者”不要求选择所列出的每个项目中的至少一个；相反，该短语允许包括项目中任何项目中的最少一者和/或项目的任何组合中的最少一者和/或项目中每个项目中的最少一者的含义。举例来说，短语“A、B和C中的至少一者”或“A、B或C中的至少一者”各自是指仅A、仅B或仅C；A、B和C的任意组合；和/或A、B和C中的每一者中的一者或多者。类似地，可以理解，针对本文提供的结合列表或分离列表而呈现的元素的顺序不应被解释为将本公开仅限于所提供的顺序。

图1示出了光学传感器系统100的示例性平面图。光学传感器系统100可用于各种目的，并且在一些情况下可用于表征光学传感器系统100的视场或光学聚焦内的对象、颗粒、表面、用户或其他物品。

光学传感器系统100可包括一组半导体设备(例如，半导体设备的M×N阵列)，该组半导体设备形成在半导体基板102(例如，半导体晶片(或管芯)，诸如硅(Si)晶片、砷化镓(GaAs)晶片或磷化铟(InP)晶片)上。半导体设备可包括一个或多个SMI传感器104和一组光电探测器106(例如，其阵列)。另选地，半导体设备可仅包括一组SMI传感器104，其中每个SMI传感器104可选择性地操作为SMI传感器或光电探测器。每个SMI传感器104可包括具有谐振腔的半导体激光器。谐振腔可由一对分布式布拉格反射器(DBR)界定。每个SMI传感器104还可包括：1)光电探测器，该光电探测器被配置为生成SMI信号，诸如与半导体激光器集成、堆叠或邻近的光电探测器，或2)电路，该电路被配置为监测半导体激光器的结电压或电流并生成SMI信号。

SMI传感器在本文中被定义为被配置为进行以下操作的传感器：生成电磁辐射(例如，光)；从谐振腔(例如，谐振光学腔，诸如多量子阱(MQW)谐振光学腔)发出电磁辐射；接收回到谐振腔中的电磁辐射的返回部分(例如，从表面反射或散射的电磁辐射)；相干地或部分相干地在谐振腔内自混合所生成的和返回的电磁辐射；并且产生指示自混合的输出(即，SMI信号)。生成的、发出的以及返回的电磁辐射可为相干的或部分相干的。在一些示例中，由SMI传感器发射的电磁辐射可由电磁辐射源诸如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)、边缘发射激光器(EEL)、水平腔表面发射激光器(HCSEL)、量子点激光器(QDL)、量子级联激光器(QCL)、或发光二级管(LED)(例如，有机LED(OLED)、谐振腔LED(RC-LED)、微LED(mLED)、超发光LED(SLED)、或边缘发射LED)等生成。生成的、发出的以及返回的电磁辐射可包括例如可见光或不可见光(例如，绿光、红光、红外(IR)光，紫外(UV)光等)。SMI传感器的输出(即，SMI信号)可包括由光电探测器(例如，光电二极管)产生的光电流，该光电探测器与传感器的电磁辐射源集成或者定位在传感器的电磁辐射源下方、上方或旁边。另选地或除此之外，SMI传感器的输出可包括SMI传感器的电磁辐射源的电流或结电压的测量结果。

举例来说，图1示出了两个SMI传感器104和三十八个光电探测器106，其中每个SMI传感器104在二十四个光电探测器106的场内居中。光学传感器系统100的实际具体实施可具有一个、几个或许多(例如，几十或数百个)SMI传感器104，以及几个、若干或许多(例如，几十、数百或数千个)光电探测器106。每个SMI传感器104可具有关于SMI传感器104对称分布的光电探测器106的子集，或者SMI传感器104中的一些或全部可具有关于SMI传感器104不对称地分布的光电探测器106的子集(或全部)。

在使用中，SMI传感器104可单独操作并且顺序地操作，但与光电探测器106的子集(或全部)同时操作。例如，可操作第一SMI传感器104-1以从第一SMI传感器104-1的半导体激光器部分的谐振腔发射电磁辐射；接收所发射的电磁辐射的一部分(例如，所发射的电磁辐射的从对象、颗粒、表面、用户、或SMI传感器104-1的视场或光学聚焦内的其他项目反射的部分)到半导体激光器的谐振腔中的回射；并且在谐振腔内相干地自混合生成和回射的电磁辐射。响应于自混合，SMI传感器104-1可生成第一SMI调制。与第一SMI传感器104-1发射电磁辐射或接收所发射的电磁辐射的一部分的回射同时地，光电探测器106的第一子集(或全部)(例如，由虚线框108-1界定的光电探测器106)可操作以接收由SMI传感器104-1发射的电磁辐射的不同目标反向散射部分，并且生成第一组角度分辨散射信号。在光学传感器系统100的实际应用中，SMI传感器104-1可接收其所发射的电磁辐射的小于0.1％并且通常小于1ppm作为回射，而光电探测器106的子集可共同接收所发射的电磁辐射的大于1％、5％、10％、20％或更多作为散射。因此，SMI传感器104-1可用于使用所发射的电磁辐射的小部分来执行干涉测量型测量；并且光电探测器106的子集可用于使用所发射的电磁辐射的基本上更大部分来同时执行散射测量型测量。

在操作第一SMI传感器104-1和光电探测器106的第一子集之后，第二SMI传感器104-2和光电探测器106的第二子集(或全部)(例如，由虚线框108-2界定的光电探测器106)可同时操作以生成第二SMI信号和第二组角度分辨散射信号。另选地，在半导体基板102上的半导体设备中的每一者是SMI传感器的实施方案中，一次一个SMI传感器可作为SMI传感器操作，而SMI传感器的其余部分的子集(或全部)作为光电探测器而不是SMI传感器操作。

干涉测量和散射测量型测量的示例包括存在、距离、速度、尺寸、表面性质、颗粒计数等的确定。

图2示出了包括半导体设备的晶片集成阵列的光学传感器系统200的示例性正视图。光学传感器系统200是参考图1描述的光学传感器系统的示例。

光学传感器系统200可包括在半导体基板202(例如，半导体晶片(或管芯))上形成的一组半导体设备。半导体设备可包括一个或多个SMI传感器204和一组光电探测器206(例如，其阵列)。每个SMI传感器204可包括具有谐振腔210的半导体激光器208。谐振腔210可由一对分布式布拉格反射器(DBR)212、214界定。举例来说，SMI传感器204被示出为VCSEL。另选地，SMI传感器204可以是HCSEL或其他类型的半导体激光器。每个SMI传感器204还可包括被配置为检测SMI调制的光电探测器216，诸如邻近半导体激光器(或VCSEL)208的光电探测器216(例如，RPCD)。另选地，每个SMI传感器204可包括：1)光电探测器，该光电探测器与半导体激光器208集成或堆叠并且被配置为生成SMI信号，或2)电路，该电路被配置为监测半导体激光器208的结电压或电流并且生成SMI信号。

光电探测器206可类似于半导体激光器208构造并且可以是RCPD。

SMI传感器204的半导体激光器208和光电探测器216以及光电探测器206可全部共享在半导体基板202上形成的外延层220的子集(或全部外延层218)。例如，可沉积一组外延层218以形成一组下DBR层、谐振腔和一组上DBR层。然后可在一组外延层218中蚀刻或切割沟槽222以限定和电解耦半导体设备(例如，半导体激光器208、光电探测器216和光电探测器206)的阵列。在一些情况下，沟槽222可暴露外延层218中的富含铝(Al)的层，该层将被氧化以用于半导体激光器208、光电探测器216等的光学和电气孔径定义。在一些情况下，填充材料(例如，深沟槽隔离(DTI)或离子注入224)可沉积在沟槽222的至少一些部分中以在相邻半导体设备之间提供横向电气和/或光学分离(或隔离)。另外，可蚀刻所述一组上DBR层以使光电探测器216、206上方的上DBR层变薄，从而在光电探测器216、206上方的上DBR层更加透射，以允许光电探测器216、206接收由半导体激光器208发射的回射或散射电磁辐射的更大部分、更大视场和更宽频谱(即，以改善光电探测器216、206的收集效率)。无论上DBR层中的一些是否被移除，光学传感器系统200(以及本文所述的光学传感器系统的大部分或全部)的有用方面都是在平面内执行电磁发射和感测。举例来说，并且如图2所示，半导体激光器208的谐振腔210和光电探测器(或RCPD)216、206可在平面内使用相同的过程来形成。这可减轻制造差异(例如，导致发射或检测的波长变化的改变)、热差异等。

在一些实施方案中，公共阴极226可形成在半导体基板202的背侧上(即，与其上形成有一组外延层218的半导体基板202的一侧相对)。每个设备阳极228的集合可形成在每个半导体设备的上DBR层的顶部上。任选地，每个设备腔内阴极230(例如，形成在半导体设备的下DBR上并且耦接到设备的谐振腔的阴极230)可被形成以用于半导体设备中的一些或全部。

光学子系统234可设置在半导体设备中的一者、一些或全部的光学路径中。在一些情况下，光学子系统234可包括一个或多个全局光学元件，该全局光学元件中的每一者定位在半导体基板202上形成的半导体设备的整个阵列上方。另外地或另选地，光学子系统234可包括一个或多个局部光学元件，该局部光学元件中的每一者定位在单个半导体设备或半导体设备的子集上方。

如图所示，在一些情况下，光学子系统234可包括光学分束器236，该光学分束器分离由半导体激光器208发射的电磁辐射束，或者分离电磁辐射的回射部分，以朝向光电探测器216重新引导发射或回射的电磁辐射的部分。在其中光电探测器216与半导体激光器208集成或堆叠，或者其中使用电路以通过监测半导体激光器208的结电压或电流来提取SMI信号的另选实施方案中，不需要提供光学分束器236。

举例来说，光学子系统234被示为共焦的。换句话说，光学子系统234可引导由半导体激光器208中的每一者发射的电磁辐射朝向焦点232，并且可以角度分辨方式(即，半导体激光器208、光电探测器216和光电探测器206各自接收以相对于焦点的特定入射角或特定入射角范围从焦点返回的电磁辐射)将回射和散射从焦点(在入射角范围内)朝向光学传感器系统200的半导体设备引导。

在一些实施方案中，光学子系统234可包括一组OCL(即，透镜238，其直接形成在单独半导体设备上，诸如在半导体激光器208或光电探测器216、206中的单独半导体设备上)。OCL可采用固有OCL(例如，在外延叠层上形成的砷化镓(GaAs)透镜)或非固有OCL(例如，在外延过程已经完成之后沉积的透镜，诸如聚合物或介电透镜)的形式。

图3至图5B示出了参考图2描述的光学子系统的各种另选示例。例如，图3示出了光学传感器系统300，该光学传感器系统包括远离半导体设备304的阵列定位的远心共焦成像系统302(参考图2描述的光学子系统的示例)。半导体设备304的阵列可包括一组半导体激光器306和一组光电探测器308(例如，RCPD)。半导体激光器306可与光电探测器集成或堆叠，或与监测电路或相邻光电探测器308相关联，以形成SMI传感器310。举例来说，光学传感器系统300包括SMI传感器310，其中光电探测器与相应半导体激光器306堆叠或集成，或者其中半导体激光器306与相应监测电路相关联。光学传感器系统300的许多方面可类似于参考图2描述的光学传感器系统的那些方面，并且那些方面类似地编号。

远心共焦成像系统302可定位在一组半导体激光器306的一组电磁辐射发射路径中，并且在一组光电探测器308的一组电磁辐射接收路径中。在一些情况下，远心共焦成像系统302可包括一组透镜312，诸如包括具有有限共轭的远心F-θ扫描透镜的一组透镜。

图4示出了光学传感器系统400，该光学传感器系统包括OCL-共焦成像系统402(参考图2描述的光学子系统的示例)以及参考图3描述的半导体设备304的阵列。OCL-共焦成像系统402可包括在半导体设备304的阵列上(例如，在单独半导体激光器306和/或光电探测器308上)形成的一组OCL 404。OCL-共焦成像系统402还可包括共焦成像系统(例如，一个或多个透镜或共焦成像透镜)406，该共焦成像系统远离半导体设备304的阵列定位在一组半导体激光器306的一组电磁辐射发射路径中，并且在一组光电探测器308的一组电磁辐射接收路径中。每个OCL 404可具有特性(例如，透镜下垂、透镜形状、孔径偏移等)，其与共焦成像系统406的主要和边缘射线角度匹配，并且校正上面设置有它的半导体设备304的像差。在一些实施方案中，片上楔形透镜、衍射光栅或超表面也可设置在半导体设备304上。

图5A示出了光学传感器系统500，该光学传感器系统包括分束和非共焦成像系统502(参考图2描述的光学子系统的示例)以及半导体设备504的阵列。半导体设备504的阵列可包括一组半导体激光器506和一组光电探测器508(例如，RCPD)。半导体激光器506可与光电探测器集成或堆叠，或与监测电路或相邻光电探测器相关联，以形成SMI传感器510。举例来说，光学传感器系统500包括SMI传感器510，其中SMI光电探测器512邻近相应半导体激光器506设置。

分束和非共焦成像系统502可包括光学分束器，在一些情况下，该光学分束器可采取设置在成像透镜516上的反射元件514的形式、或者设置在盖520上的反射元件518、中间元件、或设置在半导体激光器506的光学路径中的其他透镜。在一些情况下，反射元件514或518可包括反射膜、涂层、表面处理或部件。反射元件514或518可将由半导体激光器506发射的电磁辐射的一部分朝向SMI光电探测器512重新引导，并且允许发射光束的其余部分穿过。在一些情况下，反射元件514或518可仅是部分反射的，从而允许一些电磁辐射穿过反射元件514或518。在一些情况下，反射元件514或518可完全反射由半导体激光器506发射的一定波长的电磁辐射，但其尺寸可被设定成使得其仅与电磁辐射的发射束的部分相交，从而允许一些电磁辐射围绕反射元件514或518传递。

分束和非共焦成像系统502还可包括非共焦成像系统。例如，非共焦成像系统可包括：1)非共焦成像透镜516，在半导体设备504上具有或不具有OCL 522，或2)半导体设备504上的非共焦OCL 522，具有或不具有共焦成像透镜516。

非共焦成像系统可使得光电探测器508中的一者或多者(例如，不同光电探测器或光电探测器的不同子集)能够从与由半导体激光器506发射的电磁辐射的焦点526不同的焦点524接收散射。在一些情况下，这可使得光学传感器系统500能够表征存在于所发射的电磁辐射的焦点526与光电探测器508的焦点524之间的介质。在一些情况下，全部用于检测散射的光电探测器508可从相同焦点524接收散射。在一些情况下，不同光电探测器508可用于检测来自不同焦点的散射。在一些情况下，分束和非共焦成像系统502可另外或另选地为从半导体激光器506的谐振腔发射并返回到该谐振腔的电磁辐射提供不同的光学聚焦。不同光学路径或不同半导体设备504的不同焦点可在平行于其上形成有半导体设备504的半导体基板528的平面中横向偏移，或者可沿着垂直于半导体基板528的相应法线定位在不同距离。

图5B示出了包括合束器532的光学传感器系统530。合束器532可用于促进外部光子混合(即，在半导体激光器的谐振腔外的所发射和重新引导的电磁辐射的混合)，而不是促进自混合干涉测量(即，在半导体激光的谐振腔内的所发射和重新引导的电磁辐射的混合)。光学传感器系统530的外部光子混合传感器534可包括半导体激光器536、与半导体激光器536间隔开、邻近和/或在平面内的第一光电探测器(例如，第一光子混合检测器538)，以及可能的与半导体激光器536间隔开、邻近和/或在平面内的一个或多个附加光电探测器(例如，第二光子混合检测器540)。由半导体激光器536发射的电磁辐射542的一部分(例如，电磁辐射的1％)可经由分束结构544在合束器532中分接成横向波引导模式，而电磁辐射542的大部分(例如，电磁辐射的99％)可继续通过共焦成像系统546的一个或多个透镜548朝向焦点550。分束结构544可以是或包括偏振分束器(PBS)立方体、表面起伏光栅(SRG)、体积布拉格光栅(VBG)等。从位于焦点550处的目标反向散射的所发射的电磁辐射的一部分可由共焦成像系统546的该一个或多个透镜548接收，并且朝向第一光子混合检测器538(例如，如所示的RCPD)引导。同时，经由分束结构544在合束器532中被分接成横向波引导模式的所发射的电磁辐射的部分(例如，本地振荡器束LO)可由合束结构552从合束器532向外分接，以便与从目标反向散射的电磁辐射(例如，场景束SC)重叠并重新组合。合束结构552可以是或包括PBS立方体、SRG、VBG等。分接出比率可以是例如约20％、50％、99％。极化光学器件可任选地用于减小SC束通过合束结构552的损耗。LO和SC束的模式匹配部分可在光子混合检测器538中混合并且生成类似于SMI信号的外差信号，其中不同之处在于外部光子混合信号现在携带来自与SMI传感器的回射锥不同的反向散射角锥的目标信息。

在一些情况下，LO束可由合束结构554进一步向外分接，朝向附加光子混合检测器540，并且与不同的目标反向散射SC束混合。LO束可向外分接朝向任何数量的光子混合检测器。

多个光子混合检测器(例如，光子混合检测器538、540)可通过在合束器532中包括各种向外分接结构(例如，552、554)来启用，从而产生“相干像素”，其中检测器结构的剩余部分提供“不相干像素”(例如，光电探测器556)。不相干像素可提供传统的基于强度的散射测量信息(例如，基于强度的散射测量信号)，而相干像素可提供基于场的相干散射测量信息(例如，基于场的相干散射测量信号)，其具有路径长度上的较高SNR和损耗，以及空间感测信息，诸如目标速度、位移、从SMI回射角的不同视角的距离等。

多个或可切换向外分接结构(例如，552、554)可在合束器532中启用以从不同半导体激光器(例如，536和558)向外分接LO束—同时或在选定的不同时间。向外分接结构(例如，552或554)也可关闭以将下面的检测器(例如，538或540)从相干像素切换到非相干像素。此类可切换分接结构可使用液晶、微机电系统(MEMS)或另一个自适应光学技术来实现。

图6A至图8示出了半导体设备的阵列的阴极和阳极路线的另选示例。在一些情况下，半导体设备可包括参考图1至图5或本说明书中的其他地方描述的半导体激光器和光电探测器。

图6A示出了具有形成在半导体基板604上的半导体设备602的阵列的光学传感器系统600的示例性正视图。半导体设备602可包括一个或多个SMI传感器606和一组光电探测器608(例如，RCPD)。阴极610可在半导体基板604的一侧上形成，该侧与半导体基板604的其上形成有半导体设备602的阵列的一侧相对。阴极610可由全部半导体设备602共享(或共同)。

一组阳极路线612可形成在半导体设备602的阵列上(例如，在半导体设备602的电磁辐射发射/感测表面上)。一组阳极路线612可提供用于对半导体设备602寻址的装置。然而，阳极路线612的密度可能不允许半导体设备602的完全可寻址性，并且在一些情况下可能仅提供有限的可寻址性。在图6B中示出了阳极路线612中的一些的代表性平面图。

图7A示出了具有形成在半导体基板704上的半导体设备702的阵列的另一个光学传感器系统700的示例性正视图。半导体设备702可包括一个或多个SMI传感器706和一组光电探测器708(例如，RCPD)。一组阴极路线710可设置在分离半导体设备702的一组沟槽712中，并且一组阳极路线714可设置在半导体设备702的阵列上(例如，在半导体设备702的电磁辐射发射/感测表面上)。在此配置中，一组阴极路线710和一组阳极路线714可各自提供用于对半导体设备702寻址的装置。然而，阴极路线710和阳极路线714的密度和布局仍然可能不允许半导体设备702的完全可寻址性，并且在一些情况下可能仅提供有限的可寻址性。

在图7B中示出了阴极路线710和阳极路线714中的一些的代表性平面图。如图所示，一组阴极路线710可在第一组平行方向上取向，并且一组阳极路线714可在第二组平行方向上取向，其中第二组平行方向与第一组平行方向正交。在该计划中，任何单个半导体设备702(发射器或检测器)可被一次一个地单独寻址；或其中每一者驻留在不同行或列中的一组半导体设备702可被同时寻址。扫描序列可用于对半导体设备702的任何组合寻址，包括发射器和/或检测器。

图8示出了具有形成在半导体基板804上的半导体设备802的阵列的另一个光学传感器系统800的示例性正视图。半导体设备802可包括一个或多个SMI传感器806和一组光电探测器808(例如，RCPD)。

在图8中，半导体设备802是反向发射和反向感测的。半导体设备802可被倒装芯片(flip-chip)接合(bond)到第二半导体基板810(例如，Si基板或其他半导体晶片(或管芯))，该第二半导体基板可包括耦接到半导体设备802的单独阴极814或单独阳极816的导电迹线812。在一些实施方案中，半导体基板804可部分或完全移除(例如，蚀刻掉)。在倒装芯片配置中，每个发射器/检测器阳极816和阴极814可通过第二半导体基板810中的高密度多层互连件来同时单独寻址。

图9A和图9B示出了包括形成在半导体基板902上的半导体设备904的阵列的光学传感器系统900或940的示例性正视图。在一些情况下，半导体设备904的阵列可由外延层906的共享集合形成。半导体设备904中的每一者可包括谐振增益腔908和集成光电探测器910(例如，在半导体基板902与谐振增益腔908之间生长的腔内光电探测层)。可在半导体设备904的谐振增益腔908和集成光电探测器910之间形成隧道结，以在谐振增益腔908与集成光电探测器910之间提供电流绝缘。为了最小化相邻半导体设备904之间的串扰和暗电流，可在集成光电探测器910中的相邻光电探测器之间提供横向绝缘。横向绝缘可包括例如蚀刻沟槽912、沟槽912内的氧化920(例如，DTI)、离子注入(没有沟槽912)等。

光学传感器系统900或940可包括或可不包括光学子系统918(例如，如参考图2至图5中的任一者所述)。

图9A示出了光学传感器系统900，其中半导体设备904中的一者或多者是具有集成光电探测器910的SMI传感器914(诸如VCSEL)，并且其他半导体设备904是具有附加集成光电探测器910的RCPD 916。外延层906中的一些可被蚀刻掉以用于RCPD 916，使得RCPD 916比SMI传感器914更浅且更透射的上DBR。另外地或另选地，RCPD 916的孔径的尺寸可被设置成大于SMI传感器914的孔径的尺寸，以改善跨期望和/或更大入射角范围或在期望和/或更大视野内的散射监测。

在使用中，SMI传感器914的VCSEL可设置有正向电流偏置，并且SMI传感器914的集成光电探测器910可设置有反向电压偏置。在这种操作模式中，VCSEL的谐振增益腔908可通过SMI传感器914的上DBR发射电磁辐射，并且集成光电探测器910可用于生成SMI信号(例如，光电流)。对于RCPD 916，RCPD 916的谐振增益腔908和堆叠在RCPD 916下方的集成光电探测器910两者可被反向偏置，并且RCPD 916和集成光电探测器910的光电流输出可被一起分组或以其他方式进行求和以生成散射测量信号。这可增加用于散射检测的半导体设备904的响应性。另选地，仅RCPD 916或集成光电探测器910可用于生成散射测量信号。

图9B示出了光学传感器系统940，其中全部半导体设备904都是具有集成光电探测器910的SMI传感器942(诸如VCSEL)。在光学传感器系统940中，没有外延层906需要被蚀刻掉。

在使用中，SMI传感器942中的一者的VCSEL可设置有正向电流偏置，并且其集成光电探测器910可设置有反向电压偏置。在这种操作模式中，VCSEL的谐振增益腔908可通过SMI传感器942的上DBR发射电磁辐射，并且集成光电探测器910可用于生成SMI信号(例如，光电流)。所有其他SMI传感器942可同时被操作为具有集成光电探测器910的RCPD，其中其他SMI传感器942中的每一者的谐振增益腔908和集成光电探测器910都被反向偏置，并且其中谐振增益腔908和集成光电探测器910的光电流输出被在一起分组或以其他方式进行求和以生成散射测量信号。类似于光学传感器系统900，这可增加用于散射检测的半导体设备904的响应性。另选地，仅RCPD配置的SMI传感器的谐振增益腔908或集成光电探测器910可用于生成散射测量信号。

在这样操作SMI传感器942中的一者之后，可这样操作SMI传感器942中的不同一者，而其余SMI传感器942同时被操作为具有集成光电探测器910的RCPD。

图9C示出了与参考图9A描述的光学传感器系统类似的光学传感器系统980，但代替半导体设备904中的每一者具有在半导体基板902与半导体设备904的谐振增益腔908之间生长的集成光电探测器(或腔内光电探测层)，光电探测器(例如，砷化铟镓(InGaAs)光电探测器)982在SMI传感器984的谐振增益腔908上生长。在一些情况下，InGaP层可形成在全部半导体设备904上，并且从最终被配置为RCPD 986的那些选择性地移除。在其他情况下，InGaAs层仅可形成在最终被配置为SMI传感器984的半导体设备904上。

在参考图9A至图9C描述的光学传感器系统900、940、980中的任一者中，光电探测倍增层可在谐振增益腔908和集成光电探测器910之间生长。在重反向偏置下，可实现线性雪崩扩增。换句话说，可形成谐振腔雪崩光电探测器(RC-APD)。RC-APD可提供更高信号电平(例如，信号强度为RCPD的信号强度的5-100x)和更高信噪比(SNR)。在一些情况下，RC-APD可进一步被反向偏置成Geiger模式，从而使RC-APD能够进行单光子计数。

图10示出了光学传感器系统1000，其中使用常见过程在基板1002(例如，半导体基板)上形成其半导体设备中的一些，并且将一个或多个其他半导体设备拾取、放置并焊接到基板1002上。例如，光电探测器1004的阵列可直接形成在基板1002上，该基板在一些情况下可以是Si基板。半导体激光器1006(例如，VCSEL)然后可接合(例如，倒装芯片接合)到基板1002。在一些情况下，半导体激光器1006可与光电探测器集成。在其他情况下，半导体激光器1006可安装在已经形成在基板1002上的光电探测器1004上。相对于半导体激光器的epi(例如，GaAs)在单独基板1002(例如，Si基板)上制造光电探测器1004允许更高密度的光电探测器布置、更高速度的读出、更多的晶片级信号处理能力，以及更低的制造成本。可以在光电探测器1004上形成通用或单独定制的介电薄膜滤波器和片上微光学器件以增强其相对于半导体激光器1006和光学传感器系统1000的角度和光谱选择性。

光学传感器系统1000可包括或可不包括光学子系统1008(例如，如参考图2至图5中的任一者所述)。在一些情况下，光学子系统1008可包括形成在半导体激光器1006的背侧上的OCL 1010。

在图10所示的另选布置中，可将半导体设备1004、1006的全部焊接到基板1002—在半导体设备的预成形阵列中，或者作为单独半导体设备。

图11示出了操作一组半导体设备以同时获得干涉测量和散射测量的测量值的方法1100。在一些情况下，方法1100可由处理器执行，该处理器与本文所述的光学传感器系统中的一者进行通信。

在框1102处，方法1100可包括操作一组半导体设备中的第一半导体设备以从第一半导体设备的谐振腔发射电磁辐射。

在框1104处，方法1100可包括确定由于谐振腔内的电磁辐射的自混合而生成的SMI信号的参数的集合。

在框1106处，并且与操作第一半导体设备同时以及确定SMI信号的参数的集合同时地，方法1100可包括使用一组半导体设备中的半导体设备的子集来感测所发射的电磁辐射的散射。

在框1108处，方法1100可包括使用所确定的SMI信号的参数的集合和所感测的散射来表征包括一组半导体设备的电子设备的环境、或电子设备与环境之间的关系中的至少一者。在一些情况下，表征环境可包括表征环境内的对象、颗粒、表面、用户或其他项目。

在一些实施方案中，可重复框1102-1106处的操作，其中不同半导体设备(例如，SMI传感器)发射电磁辐射并且顺序地生成SMI信号，而其他半导体设备(例如，光电探测器)同时响应于由SMI传感器发射的电磁辐射而生成散射信号。然后，在框1108处的操作可包括使用所确定的SMI信号的参数的集合的全部和对应于SMI信号的全部的所感测的散射来表征包括一组半导体设备的电子设备的环境、或电子设备与环境之间的关系中的至少一者。

在一些实施方案中，可通过向SMI传感器和/或光电探测器添加多样性来改善在框1108处进行的表征的准确度或分辨率。例如，SMI传感器和/或光电探测器中的不同者可发射或接收相对于环境中的对象或表面以不同入射角的电磁辐射，或者具有不同数值孔径(NA)、不同工作距离(WD)或不同偏振。不同SMI传感器还可发射不同电磁辐射波长。

如参考图12至图15B所描述，可执行方法1100以表征电子设备与其环境之间的各种关系。

图12示出了光学传感器系统1200的用于表征表面1202的质量的示例性用途。光学传感器系统1200可以是本文描述的任何光学传感器系统，并且举例来说被示为参考图2描述的光学传感器系统。在一些实施方案中，光学传感器系统1200的处理器1204可通过执行参考图11描述的方法来表征表面1202的质量(即，表征电子设备的环境可包括表征表面1202的质量)。

如图所示，光学传感器系统1200可包括至少一个SMI传感器1206和散射检测光电探测器1208的阵列。另选地，光学传感器系统1200可包括SMI传感器1206的阵列，其中一些可作为SMI传感器1206操作，而其他作为散射检测光电探测器1208操作。光学子系统1210(例如，如参考图2至图5中的任一者所述)可设置或可不设置在SMI传感器1206或光电探测器1208中的一些或全部上或上方。

处理器1204可接收由SMI传感器1206中的一者或多者生成的一个或多个SMI信号并确定SMI信号的参数的集合。然后，处理器1204可使用参数的集合来表征表面1202的散斑、粗糙度或纹理。

与接收该一个或多个SMI信号同时地，处理器1204可使用光电探测器1208来感测由该一个或多个SMI传感器1206发射的电磁辐射的散射(例如，处理器1204可接收由光电探测器1208生成的一个或多个散射信号)。处理器1204可使用所感测的散射来确定表面的功率谱密度(或BRDF或角度分辨反向散射轮廓)。功率谱密度可提供用于确定表面1202的粗糙度或纹理或相关长度的一个或多个平行散射通道(即，平行于一个或多个SMI通道的通道)。然后，处理器1204可执行传感器融合过程以保持从SMI和散射通道获得的表面表征。在一些情况下，这可提供表面1202的更丰富表征，与单独使用SMI或散射通道相比具有最小附加功率开销。例如，单独的基于SMI的感测需要光学传感器系统1200与表面1202之间的某种移动，并且可能需要多个SMI通道以准确地表征表面(例如，以准确表征表面品质，诸如粗糙度或纹理)。在一些情况下，SMI通道可为表面1202提供速度和某种粗糙度信息，并且散射通道可为表面1202上的一个或多个斑点提供更详细的粗糙度信息。

尽管图12示出了具有单个光学聚焦的SMI传感器1206和光电探测器1208，但SMI传感器1206和/或光电探测器1208中的一些或全部可另选地具有不同的光学聚焦，或者被发射和被接收到SMI传感器1206的谐振腔中的电磁辐射的发射和返回路径可具有不同的光学聚焦。在传感器1206和光电探测器1208的光学聚焦中提供已知的横向偏移1300(参见例如图13A)、水平偏移和/或组合横向和水平偏移1302(参见例如图13B)可使得处理器1204能够更好地表征非金属、水性、透明或以其他方式光学可渗透对象(诸如人体组织、纸、聚合物、涂层等)的子表面。改善的表征是由于不同光学聚焦提供的空间信息(例如，深度信息或其他偏移信息)。

举例来说，图13A和图13B所示的光学传感器系统可用于可穿戴设备(或其他类型的设备)，该可穿戴设备用于表征组织的层、血流(例如，心跳或心率)、生物计量特征或基于位于用户身体部位的外表面下方的组织或结构的用户其他特性(例如，肌肉或骨骼移动)。

除了收集非共焦相干反向散射信息之外，多光学聚焦配置可应用于如图5B所示的外部光子混合架构。光学合束器可使得能够将LO束与来自一个或多个反向散射路径的SC束混合。可收集非共焦和角度分辨的相干反向散射信息，并且将其与不相干的角度分辨信息组合以更好地表征组织动态。类似地，此类外部光子混合架构可用于参考图14和图15描述的光学传感器系统和应用。

图14示出了光学传感器系统1400的用于表征环境内的颗粒1402或空气质量的示例性用途。光学传感器系统1400可以是本文描述的任何光学传感器系统，并且举例来说被示为参考图2描述的光学传感器系统。在一些实施方案中，光学传感器系统1400的处理器1404可通过执行参考图11描述的方法来表征颗粒1402或空气质量(即，表征电子设备的环境可包括表征颗粒1402或空气质量)。

如图所示，光学传感器系统1400可包括至少一个SMI传感器1406和散射检测光电探测器1408的阵列。另选地，光学传感器系统1400可包括SMI传感器1406的阵列，其中一些可作为SMI传感器1406操作，而其他作为散射检测光电探测器1408操作。光学子系统1410(例如，如参考图2至图5B中的任一者所述)可设置或可不设置在SMI传感器1406或光电探测器1408中的一些或全部上或上方。

处理器1404可接收由SMI传感器1406中的一者或多者生成的一个或多个SMI信号并确定SMI信号的参数的集合。处理器1404然后可使用参数的集合来表征颗粒1402(例如，颗粒1402的速度、尺寸、表面质量或密度)。

与接收该一个或多个SMI信号同时地，处理器1404可使用光电探测器1408来感测由该一个或多个SMI传感器1406发射的电磁辐射的散射(例如，处理器1404可接收由光电探测器1408生成的一个或多个散射信号)。处理器1404可使用所感测的散射来确定环境的功率谱密度(或BRDF或角度分辨反向散射轮廓)，并且分析功率谱密度以确定颗粒1402的尺寸(粒度)。

处理器1404可使用SMI信号和的参数/或所感测的散射来确定颗粒物浓度或空气质量。在一些情况下，处理器1404可使用所感测的散射来识别颗粒1402的较低计数和/或缓慢移动的颗粒1402的性质，并且使用SMI信号来表征颗粒1402的高计数和/或快速移动的颗粒1402。在一些情况下，处理器1404可使用所感测的散射来识别使用SMI信号进行的颗粒表征中的假阳性或假阴性(或反之亦然，使用SMI信号来识别使用所感测的散射来进行的颗粒表征中的假阳性或假阴性)。

在一些实施方案中，处理器1404可在确定存在相对较少的颗粒1402或颗粒1402相对缓慢移动之后的一段时间内选择性地使SMI传感器1406下电，或者以低功率状态操作SMI传感器1406。

图15A和图15B示出了光学传感器系统1500的用于表征承载光学传感器系统1500的电子设备和表面1502之间的关系的示例性用途。光学传感器系统1500可以是本文描述的任何光学传感器系统，并且举例来说被示为参考图2描述的光学传感器系统。在一些实施方案中，光学传感器系统1500的处理器1504可通过执行参考图11描述的方法来表征电子设备和表面1502之间的关系。

如图所示，光学传感器系统1500可包括至少一个SMI传感器1506和散射检测光电探测器1508的阵列。另选地，光学传感器系统1500可包括SMI传感器1506的阵列，其中一些可作为SMI传感器1506操作，而其他作为散射检测光电探测器1508操作。

光学子系统1510(例如，如参考图2至图5中的任一者所述)可设置在SMI传感器1506或光电探测器1508中的一些或全部上或上方。如图15A所示，光学子系统1510可使由SMI传感器1506发射的电磁辐射成扇形散开以照亮表面1502的宽条带1512(即，光学子系统1510可用照明倾照表面的区域)。另选地，并且如图15B所示，光学子系统1510可包括光学分束器，该光学分束器分离由SMI传感器1506发射的电磁辐射以照亮表面1502上的不同点。作为另一个选项，并且作为参考图15A或图15B描述的光学子系统1510的一部分或参考图2至图5描述的光学子系统中的任一者，光学子系统1510可主动扫描由SMI传感器在表面1502上方发射的电磁辐射束。扫描可导致单点、多点、一条或多条线或其他结构化图案的照明，或者可在表面1502上方扫描大规模照明。

处理器1504可接收由SMI传感器1506中的一者或多者生成的一个或多个SMI信号并确定SMI信号的参数的集合。与接收该一个或多个SMI信号同时地，处理器1504可使用光电探测器1508来感测由该一个或多个SMI传感器1506发射的电磁辐射的散射(例如，处理器1504可接收由光电探测器1508生成的一个或多个散射信号)。

处理器1504可使用SMI信号的参数和/或所感测的散射来跟踪光学传感器系统1500在表面1502上方的移动(或表面1502相对于光学传感器系统1500的移动)。在一些情况下，处理器1504可使用SMI信号来跟踪光学传感器系统1500相对于表面1502的移动，并且可在光学传感器系统1500的高速移动(例如，小于移动阈值速度的移动)期间单独或更大程度地依赖于SMI信号。在一些情况下，处理器可使用散射信号来跟踪光学传感器系统1500相对于表面1502的移动，并且可在光学传感器系统1500的低速移动(例如，高于移动阈值速度的移动)期间单独或更大程度地依赖于散射信号。散射信号可用于跟踪所发射的电磁辐射的光学流(例如，结构化光的移动和/或表面1502上的空间散斑图案的变化)。

也可使用SMI信号和散射信号两者来跟踪光学传感器系统1500与表面1502之间的移动。灵敏度、保真度和功耗可在SMI和散射通道之间优化以用于跟踪特定类型的表面1502(例如，数字输入、生物计量采集、生物认证等)。在一些情况下，SMI信号可用于高速跟踪或进行/破坏确定，并且散射信号(或光学流分析)可用于精细或低速跟踪或SMI热、散斑或空间串扰的校准。

图16A和图16B示出了设备1600(电子设备)的示例，该设备包括光学传感器系统1624，如本文所述的任何光学传感器系统。例如，光学传感器系统1624可用于从设备1600的穿戴者或用户获取生物信息(例如，心率、呼吸率、血压、血液流速、血液充氧、血糖水平等)，或确定设备1600的状态(例如，设备1600是否正在被佩戴或设备1600的紧密度)，或设备1600的环境的参数(例如，空气质量或颗粒浓度)。设备的尺寸和形状因子以及带1604(例如，腕带)的包括表明设备1600是电子表、健身监测器或健康诊断设备。然而，设备1600另选地可以是任何类型的可穿戴设备。图16A示出了设备1600的前等轴视图，并且图16B示出了设备1600的后等轴视图。

设备1600可包括主体1602(例如，手表主体)和带1604。主体1602可包括输入或选择设备，诸如冠部1618或按钮1620。带1604可附接到主体1602的外壳1606，并且可用于将主体1602附接到用户的身体部位(例如，臂、手腕、腿部、脚踝或腰部)。主体1602可包括至少部分地围绕显示器1608的外壳1606。在一些实施方案中，外壳1606可包括侧壁1610，该侧壁1610可支撑前盖1612(图16A)和/或后盖1614(图16B)。前盖1612可定位在显示器1608上方，并且可提供窗口，通过该窗口可观看显示器1608。在一些实施方案中，显示器1608可附接到(或邻接)侧壁1610和/或前盖1612。在设备1600的另选的实施方案中，可不包括显示器1608并且/或者外壳1606可具有另选的配置。

显示器1608可包括一个或多个发光元件，包括例如限定发光二极管(LED)显示器、有机LED(OLED)显示器、液晶显示器(LCD)、电致发光(EL)显示器或其他类型的显示器的发光元件。在一些实施方案中，显示器1608可包括一个或多个触摸传感器和/或力传感器，或与之相关联，该触摸传感器和/或力传感器被配置为检测施加到前盖1612的表面的触摸和/或力。

在一些实施方案中，外壳1606的侧壁1610可使用一种或多种金属(例如，铝或不锈钢)、聚合物(例如，塑料)、陶瓷或复合材料(例如，碳纤维)形成。可例如使用玻璃、晶体(例如，蓝宝石)或透明聚合物(例如，塑料)中的一者或多者来形成前盖1612，该玻璃、晶体或透明聚合物中的一者或多者使得用户能够通过前盖1612观看显示器1608。在一些情况下，前盖1612的一部分(例如，前盖1612的外围部分)可涂覆有不透明油墨，以遮盖外壳1606内所包括的部件。在一些情况下，外壳1606的所有外部部件可由透明材料形成，并且设备1600内的部件可被外壳1606内的不透明油墨或不透明结构遮盖或不遮盖。

后盖1614可使用与用于形成侧壁1610或前盖1612的材料相同的材料形成。在一些情况下，后盖1614可以是也形成侧壁1610的整体式元件的一部分。在其他情况下，并且如图所示，后盖1614可以是多部分后盖，诸如具有附接到侧壁1610的第一后盖部分1614-1和附接到第一后盖部分1614-1的第二后盖部分1614-2的后盖。在一些情况下，第二后盖部分1614-2可具有圆形周边和弓形外表面1616(即，具有弓形轮廓的外表面1616)。

前盖1612、后盖1614或第一后盖部分1614-1可使用紧固件、粘合剂、密封件、垫圈或其他部件来安装到侧壁1610。当存在时，第二后盖部分1614-2可使用紧固件、粘合剂、密封件、垫圈或其他部件来安装到第一后盖部分1614-1。

包括显示器1608的显示器叠层或设备叠层(以下称为“叠层”)可附接(或邻接)到前盖1612的内表面并且延伸到设备1600的内部体积中。在一些情况下，叠层可以包括触摸传感器(例如，电容、电阻、基于应变的、超声或其他类型的触摸感测元件的网格)或光学、机械、电气或其他类型的部件的其他层。在一些情况下，触摸传感器(或触摸传感器系统的一部分)可被配置为检测施加到前盖1612的外表面(例如，到设备1600的显示表面)的触摸。

在一些情况下，可将力传感器(或力传感器系统的一部分)定位在显示器1608下方和/或侧面的内部体积内(并且在一些情况下，在设备叠层内)。可响应于触摸传感器检测到前盖1612上的一个或多个触摸(或者前盖1612上一个或多个触摸的一个或多个位置)来触发力传感器(或力传感器系统)，并且可确定与每个触摸相关联的力的大小，或与整个触摸集合相关联的力的大小。力传感器(或力传感器系统)可另选地触发触摸传感器(或触摸传感器系统)的操作，或者可独立于触摸传感器(或触摸传感器系统)使用。

设备1600可包括各种传感器。在一些实施方案中，设备1600可具有在外壳1606的一侧(或别处)上的端口1622(或一组端口)，并且环境压力传感器、环境温度传感器、内部/外部差压传感器、气体传感器、颗粒物浓度传感器或空气质量传感器可定位在端口1622中或附近。在一些情况下，传感器可包括光学传感器系统1624。在其他实施方案中，光学传感器系统1624可通过前盖1612(并且在一些情况下通过显示器1608)、通过后盖1614、通过按钮1620、通过冠部1618的顶部或环，或通过外壳1606的侧壁执行其感测。

在一些情况下，一个或多个面向皮肤的传感器1626可包括在设备1600内。面向皮肤的传感器1626可通过外壳1606(或后盖1614)发射或传输信号和/或通过外壳1606(或后盖1614)接收信号或感测状况。例如，在一些实施方案中，一个或多个此类传感器可包括多个电磁辐射发射器(例如，可见光和/或IR发射器)和/或多个电磁辐射检测器(例如，可见光和/或IR检测器，诸如本文所述的任何电磁辐射检测器)。传感器可用于从设备1600的穿戴者或用户获取生物信息(例如，心率、呼吸率、血压、血液流速、血液充氧、血糖水平等)，或确定设备1600的状态(例如，设备1600是否正在被佩戴或设备1600的紧密度)。在一些情况下，面向皮肤的传感器1626可包括光学传感器系统1624。

设备1600可包括电路(例如，处理器和/或其他部件)，该电路被配置为至少部分地响应于直接或间接地从设备的传感器中的一者或多者接收的信号而确定或提取例如设备的用户的生物参数、设备1600的状态和/或设备1600的环境的参数或特性。在一些实施方案中，电路可被配置为经由设备1600的输出设备传送所确定或提取的参数或状态。例如，电路可致使指示显示在显示器1608上，经由音频或触觉输出指示，经由无线通信接口或其他通信接口传输等。电路可另外或另选地维持或改变设备1600的一个或多个设置、功能或方面，在一些情况下包括显示在显示器1608上的内容。

图17A和图17B示出了包括光学传感器系统1728的设备1700(电子设备)的另一个示例。例如，光学传感器系统1728可用于从设备1700的用户获取生物信息，确定设备1700的环境的参数(例如，空气质量)，或确定与目标或对象相距的距离、其移动或组成。

设备的尺寸和形状因数(包括其长边的长度与其短边的长度的比率)表明设备1700是移动电话(例如，智能电话)。然而，设备的尺寸和形状因数是任意选择的，并且设备1700可另选地是任何便携式电子设备，包括例如移动电话、平板电脑、便携式计算机、便携式音乐播放器、便携式终端、车辆导航系统、机器人导航系统或其他便携式或移动设备。设备1700还可以是半永久地位于(或安装在)单个位置的设备(例如，门锁、恒温器、冰箱或其他器具)。图17A示出了设备1700的前等轴视图，并且图17B示出了设备1700的后等轴视图。设备1700可包括至少部分地围绕显示器1704的外壳1702。外壳1702可包括或支撑前盖1706或后盖1708。前盖1706可定位在显示器1704上方，并且可提供窗口，用户通过该窗口可观看显示器1704(包括在其上显示的图像)。在一些实施方案中，显示器1704可附接到(或邻接)外壳1702和/或前盖1706。

显示器1704可包括一个或多个发光元件或像素，并且在一些情况下可以是LED显示器、OLED显示器、LCD、EL显示器、激光投影仪、或另一种类型的电子显示器。在一些实施方案中，显示器1704可包括一个或多个触摸传感器和/或力传感器，或与之相关联，该触摸传感器和/或力传感器被配置为检测施加到前盖1706的表面的触摸和/或力。

外壳1702的各种部件可由相同或不同的材料形成。例如，外壳1702的侧壁1718可使用一种或多种金属(例如，不锈钢)、聚合物(例如，塑料)、陶瓷或复合材料(例如，碳纤维)形成。在一些情况下，侧壁1718可以是包括一组天线的多段侧壁。天线可形成侧壁1718的结构部件。天线可通过侧壁1718的一个或多个非导电段在结构上联接(彼此或与其他部件联接)并且电隔离(彼此或与其他部件电隔离)。可例如使用玻璃、晶体(例如，蓝宝石)或透明聚合物(例如，塑料)中的一者或多者来形成前盖1706，该玻璃、晶体或透明聚合物中的一者或多者使得用户能够通过前盖1706观看显示器1704。在一些情况下，前盖1706的一部分(例如，前盖1706的外围部分)可涂覆有不透明油墨，以遮盖外壳1702内所包括的部件。后盖1708可使用与用于形成侧壁1718或前盖1706的材料相同的材料形成，或者可使用一种或多种不同的材料来形成。在一些情况下，后盖1708可以是也形成侧壁1718的整体式元件的一部分(或者在侧壁1718是多段侧壁的情况下，侧壁1718的那些部分是非导电的)。在其他实施方案中，外壳1702的所有外部部件可由透明材料形成，并且设备1700内的部件可被外壳1702内的不透明油墨或不透明结构遮盖或不遮盖。

前盖1706可被安装到侧壁1718以覆盖由侧壁1718限定的开口(即，进入内部体积的开口，该内部体积中可定位设备1700的各种电子部件(包括显示器1704))。可使用紧固件、粘合剂、密封件、垫圈或其他部件将前盖1706安装到侧壁1718。

包括显示器1704(并且在一些情况下为前盖1706)的显示器叠层或设备叠层(以下称为“叠层”)可附接(或邻接)到前盖1706的内表面并且延伸到设备1700的内部体积中。在一些情况下，叠层还可包括触摸传感器(例如，电容、电阻、基于应变的、超声或其他类型的触摸感测元件的网格)或光学、机械、电气或其他类型的部件的其他层。在一些情况下，触摸传感器(或触摸传感器系统的一部分)可被配置为检测施加到前盖1706的外表面(例如，到设备1700的显示表面)的触摸。

叠层还可包括一个传感器1716或其阵列，其中传感器定位在显示器1704的发光元件前面或后面或散布在发光元件中。在一些情况下，传感器1716的阵列可跨在大小上与显示器1704的区域相等的区域延伸。另选地，传感器1716的阵列可跨比显示器1704的区域更小或更大的区域延伸，或者可完全邻近显示器1704定位。尽管传感器1716的阵列被示出为具有矩形边界，但阵列可另选地具有带不同形状(包括例如不规则形状)的边界。传感器1716的阵列可被不同地配置为环境光传感器、健康传感器(例如，年龄传感器)、触摸传感器、接近传感器、健康传感器、生物计量传感器(例如，指纹传感器或面部识别传感器)、相机、深度传感器、空气质量传感器等。传感器1716的阵列可另外或另选地用作接近传感器，以用于确定对象(例如，手指、面部或触控笔)是否靠近前盖1706。在一些实施方案中，传感器1716的阵列可提供叠层的触摸感测能力(即触摸传感器)。在一些实施方案中，传感器1716的阵列可包括或可以是光学传感器系统1728。

在一些情况下，可将力传感器(或力传感器系统的一部分)定位在显示器1704下方和/或侧面的内部体积内(并且在一些情况下，在叠层内)。可响应于触摸传感器检测到前盖1706上的一个或多个触摸(或者指示前盖1706上一个或多个触摸的一个或多个位置)来触发力传感器(或力传感器系统)，并且可确定与每个触摸相关联的力的大小，或与整个触摸集合相关联的力的大小。

如图17A主要所示，设备1700可包括各种其他部件。例如，设备1700的前部可包括一个或多个前向相机1710(包括一个或多个图像传感器)、扬声器1712、麦克风或被配置为向设备1700发送信号或从该设备接收信号的其他部件1714(例如，音频部件、成像部件和/或感测部件)。在一些情况下，单独或与其他传感器组合，前向相机1710可被配置为作为生物认证或面部识别传感器来操作。另外地或另选地，传感器1716的阵列可被配置为作为前向相机1710、生物认证传感器、或面部识别传感器操作。在一些情况下，传感器中的一者或多者可包括本文所述的光学传感器系统中的一者。

设备1700还可包括沿着设备1700的侧壁1718和/或在其后表面上定位的按钮或其他输入设备。例如，音量按钮或多功能按钮1720可沿侧壁1718定位，并且在一些情况下可延伸穿过侧壁1718中的孔。侧壁1718可包括允许空气但不是液体流入和流出设备1700的一个或多个端口1722。在一些实施方案中，一个或多个传感器可定位在端口1722中或附近。例如，环境压力传感器、环境温度传感器、内部/外部差压传感器、气体传感器、颗粒物浓度传感器或空气质量传感器可定位在端口1722中或附近。

在一些实施方案中，设备1700的后表面可包括后向相机1724。闪光灯或光源1726也可沿着设备1700的后部定位(例如，靠近后向相机)。在一些情况下，设备1700的后表面可包括多个后向相机。

在一些情况下，传感器1716、前向相机1710、后向相机1724和/或定位在设备1700的前面、后面或侧面上的其他传感器可通过外壳1702(包括前盖1706、后盖1708或侧壁1718)发射或传输信号和/或通过外壳1702接收信号或感测状况。例如，在一些实施方案中，一个或多个此类传感器可包括多个电磁辐射发射器(例如，可见光和/或IR发射器)和/或多个电磁辐射检测器(例如，可见光和/或IR检测器，诸如本文所述的任何电磁辐射检测器)。

设备1700可包括电路(例如，处理器和/或其他部件)，该电路被配置为至少部分地响应于直接或间接从设备的传感器中的一者或多者接收的信号而确定或提取例如设备的用户的生物参数、设备1700的状态、设备1700的环境的参数(例如，空气质量)、或目标或对象的构成。在一些实施方案中，电路可被配置为经由设备1700的输出设备传送所确定或提取的参数或状态。例如，电路可致使指示显示在显示器1704上，经由音频或触觉输出指示，经由无线通信接口或其他通信接口传输等。电路可另外或另选地维持或改变设备1700的一个或多个设置、功能或方面，在一些情况下包括显示在显示器1704上的内容。

在实施方案中，光学传感器系统1728可通过前盖1706(例如，通过部件1714、1710或1712中、周围或邻近的开口，并且在一些情况下通过显示器1704)；通过部件1724或1726中、周围或邻近的开口；通过按钮1720；通过端口1622中、周围或邻近的开口；等执行其感测。

图18示出了包括光学传感器系统1804的鼠标1800(电子设备)的示例。鼠标1800可包括壳体或外壳1802。光学传感器系统1804可安装在外壳1802内并且可朝向鼠标1800在其上移动的表面1806发射电磁辐射。从光学传感器系统1804接收干涉测量和散射测量信号的处理器1808可使用信号来跟踪鼠标相对于表面1806的位置。在一些情况下，处理器1808可执行参考图11描述的方法或使用参考图15描述的处理技术。

图19示出了电子设备1900的样本电气框图，该电子设备在一些情况下可以是参考图16A至图16B、图17A至图17B或图18所描述的电子设备。电子设备1900可任选地包括电子显示器1902(例如，发光显示器)、处理器1904、电源1906、存储器1908或存储设备、传感器系统1910和/或输入/输出(I/O)机构1912(例如，输入/输出设备、输入/输出端口或触觉输入/输出接口)。处理器1904可控制电子设备1900的一些或所有操作。处理器1904可直接或间接地与电子设备1900的一些或所有其他部件进行通信。例如，系统总线或其他通信机构1914可提供电子显示器1902、处理器1904、电源1906、存储器1908、传感器系统1910和I/O机构1912之间的通信。

处理器1904可被实现为能够处理、接收或发送数据或指令的任何电子设备，无论此类数据或指令是软件还是固件的形式或以其他方式编码。例如，处理器1904可包括微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、控制器或此类设备的组合。如本文所述，术语“处理器”意在涵盖单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元或一个或多个其他适当配置的计算元件。在一些情况下，处理器1904可提供一部分或所有本文所述的处理系统或处理器。

应当指出的是，电子设备1900的部件可由多个处理器控制。例如，电子设备1900的选择部件(例如，传感器系统1910)可由第一处理器控制并且电子设备1900的其他部件(例如，电子显示器1902)可由第二处理器控制，其中第一处理器和第二处理器可或不可彼此通信。

电源1906可用能够向电子设备1900提供能量的任何设备来实现。例如，电源1906可包括一个或多个电池或可再充电电池。附加地或另选地，电源1906可包括将电子设备1900连接到另一电源诸如壁装电源插座的电源连接器或电源线。

存储器1908可存储可由电子设备1900使用的电子数据。例如，存储器1908可存储电子数据或内容，诸如例如音频和视频文件、文档和应用程序、设备设置和用户偏好、定时信号、控制信号、指令和/或数据结构或数据库。存储器1908可包括任何类型的存储器。仅以举例的方式，存储器1908可包括随机存取存储器、只读存储器、闪存存储器、可移动存储器、其他类型的存储元件或这些存储器类型的组合。

电子设备1900还可包括被定位在电子设备1900上的几乎任何位置处的一个或多个传感器系统1910。在一些情况下，传感器系统1910可包括如本文所述的光学传感器系统中的一者或多者。传感器系统1910可被配置为感测一种或多种类型的参数，诸如但不限于振动；光；触摸；力；热；移动；相对运动；用户的生物计量数据(例如，生物参数)；空气质量；接近；位置；连通性；表面品质；等等。以举例的方式，传感器系统1910可包括SMI传感器、热传感器、位置传感器、光或光学传感器、加速度计、压力换能器、陀螺仪、磁力仪、健康监测传感器和空气质量传感器等。此外，该一个或多个传感器系统1910可利用任何适当的感测技术，包括但不限于干涉测量、磁力、电容、超声波、电阻、光学、声音、压电或热技术。

I/O机构1912可传输或接收来自用户或另一个电子设备的数据。I/O机构1912可包括电子显示器1902、触摸传感输入表面、冠部、一个或多个按钮(例如，图形用户界面“home”按钮)、一个或多个相机(包括显示器下相机)、一个或多个麦克风或扬声器、一个或多个端口诸如麦克风端口和/或键盘。附加地或另选地，I/O机构1912可经由通信接口诸如无线、有线和/或光通信接口发送电子信号。无线和有线通信接口的示例包括但不限于蜂窝和Wi-Fi通信接口。

上述描述为了进行解释使用了特定命名来提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，在阅读本说明书之后，不需要具体细节即可实践所述实施方案。因此，出于例示和描述的目的，呈现了对本文所述的具体实施方案的前述描述。它们并非旨在是穷举性的或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，在阅读本说明书之后，鉴于上面的教导内容，许多修改和变型是可能的。

如上所述，本技术的一个方面可为采集和使用可从各种来源获得的数据，包括生物计量数据(例如，用户的皮肤或指纹的表面品质)。本公开设想，在一些情况下，该所采集的数据可包括唯一地识别或可用于识别、定位或接触特定人员的个人信息数据。此类个人信息数据可包括例如生物计量数据(例如，指纹数据)和与其链接的数据(例如人口统计数据、基于位置的数据、电话号码、电子邮件地址、家庭地址、与用户的健康或健身水平相关的数据或记录(例如，生命体征测量结果、用药信息、锻炼信息)、出生日期或任何其他识别信息或个人信息)。

本公开认识到在本发明技术中使用此类个人信息数据可用于使用户受益。例如，个人信息数据可用于认证用户以访问其设备，或者采集用于用户与增强或虚拟世界的交互的性能度量。此外，本公开还预期个人信息数据有益于用户的其他用途。例如，健康和健身数据可用于向用户的总体健康状况提供见解，或者可用作使用技术来追求健康目标的个人的积极反馈。

本公开设想负责采集、分析、公开、传输、存储或其他使用此类个人信息数据的实体将遵守既定的隐私政策和/或隐私实践。具体地，此类实体应当实行并坚持使用被公认为满足或超出对维护个人信息数据的隐私性和安全性的行业或政府要求的隐私政策和实践。此类政策应该能被用户方便地访问，并应随着数据的采集和/或使用变化而被更新。来自用户的个人信息应当被收集用于实体的合法且合理的用途，并且不在这些合法使用之外共享或出售。此外，应在收到用户知情同意后进行此类采集/共享。此外，此类实体应考虑采取任何必要步骤，保卫和保障对此类个人信息数据的访问，并确保有权访问个人信息数据的其他人遵守其隐私政策和流程。另外，这种实体可使其本身经受第三方评估以证明其遵守广泛接受的隐私政策和实践。此外，应当调整政策和实践，以便采集和/或访问的特定类型的个人信息数据，并适用于包括管辖范围的具体考虑的适用法律和标准。例如，在美国，对某些健康数据的收集或获取可能受联邦和/或州法律的管辖，诸如健康保险流通和责任法案(HIPAA)；而其他国家的健康数据可能受到其他法规和政策的约束并应相应处理。因此，在每个国家应为不同的个人数据类型保持不同的隐私实践。

不管前述情况如何，本公开还预期用户选择性地阻止使用或访问个人信息数据的实施方案。即本公开预期可提供硬件元件和/或软件元件，以防止或阻止对此类个人信息数据的访问。例如，就广告递送服务而言，本发明的技术可被配置为在注册服务期间或之后任何时候允许用户选择“选择加入”或“选择退出”参与对个人信息数据的收集。又如，用户可选择不向目标内容递送服务提供数据。在又一个示例中，用户可选择限制维护数据的时间长度，或者完全禁止针对用户的基线配置文件的开发。除了提供“选择加入”和“选择退出”选项外，本公开设想提供与访问或使用个人信息相关的通知。例如，可在下载应用时向用户通知其个人信息数据将被访问，然后就在个人信息数据被应用访问之前再次提醒用户。

此外，本公开的目的是应管理和处理个人信息数据以最小化无意或未经授权访问或使用的风险。一旦不再需要数据，通过限制数据收集和删除数据可最小化风险。此外，并且当适用时，包括在某些健康相关应用程序中，数据去标识可用于保护用户的隐私。在适当的情况下，可通过移除特定标识符(例如，出生日期等)，控制所存储的数据的量或特异性(例如，在城市级而不是在地址级收集位置数据)，控制数据的存储方式(例如，跨用户聚合数据)和/或其他方法来促进去标识。

因此，虽然本公开广泛地覆盖了使用个人信息数据来实现一个或多个各种所公开的实施方案，但本公开还预期各种实施方案也可在无需访问此类个人信息数据的情况下被实现。即，本发明技术的各种实施方案不会由于缺少此类个人信息数据的全部或一部分而无法正常进行。例如，可通过基于非个人信息数据或绝对最低数量的个人信息诸如与用户相关联的设备所请求的内容、对内容递送服务可用的其他非个人信息或公开可用的信息来推断偏好，从而选择内容并将该内容递送至用户。

Claims (23)

1.一种光学传感器系统，包括：

半导体基板；

自混合干涉测量传感器，所述自混合干涉测量传感器形成在所述半导体基板上并且包括具有谐振腔的半导体激光器；以及

光电探测器阵列，所述光电探测器阵列形成在所述半导体基板上；其中，

所述自混合干涉测量传感器被配置为：响应于由所述半导体激光器发射并被接收到所述谐振腔中的电磁辐射的回射，生成自混合干涉测量信号；并且

所述光电探测器阵列被配置为：响应于由所述半导体激光器发射的所述电磁辐射的散射，生成角度分辨散射信号的集合。

2.根据权利要求1所述的光学传感器系统，其中所述自混合干涉测量传感器和所述光电探测器阵列共享在所述半导体基板上形成的外延层的子集。

3.根据权利要求1所述的光学传感器系统，其中：

一组沟槽，所述一组沟槽电分离所述光电探测器阵列中的光电探测器。

4.根据权利要求3所述的光学传感器系统，还包括：

所述光电探测器阵列的一组阴极，所述一组阴极设置在所述一组沟槽中。

5.根据权利要求4所述的光学传感器系统，还包括：

所述光电探测器阵列的一组阳极，所述一组阳极设置在所述光电探测器阵列上；其中，

所述一组阴极沿第一组平行方向定向；

所述一组阳极沿第二组平行方向定向；并且

所述第二组平行方向与所述第一组平行方向正交。

6.根据权利要求1所述的光学传感器系统，还包括：

自混合干涉测量传感器阵列，所述自混合干涉测量传感器阵列形成在所述半导体基板上；其中，

所述自混合干涉测量传感器是所述自混合干涉测量传感器阵列中的第一自混合干涉测量传感器；并且

所述光电探测器阵列由所述自混合干涉测量传感器阵列中的附加自混合干涉测量传感器提供。

7.一种光学传感器系统，包括：

半导体设备的晶片集成阵列，包括，

半导体激光器；以及

一组谐振腔光电探测器

光学子系统，所述光学子系统被配置为：引导由所述半导体激光器发射的电磁辐射的回射朝向所述一组谐振腔光电探测器中的谐振腔光电探测器，并且所述光学子系统被配置为：引导由所述半导体激光器发射的所述电磁辐射的角度分辨散射朝向所述一组谐振腔光电探测器中的子集或所有谐振腔光电探测器。

8.根据权利要求7所述的光学传感器系统，其中所述一组谐振腔光电探测器中的全部谐振腔光电探测器都在平面内。

9.根据权利要求7所述的光学传感器系统，其中第一谐振腔光电探测器与所述半导体激光器集成或堆叠。

10.根据权利要求7所述的光学传感器系统，其中：

所述一组谐振腔光电探测器中的所述谐振腔光电探测器是第一谐振腔光电探测器；并且

所述光学子系统为以下提供共焦成像，

所述第一谐振腔光电探测器；和

谐振腔光电探测器的子集中的第二谐振腔光电探测器。

11.根据权利要求7所述的光学传感器系统，其中：

所述一组谐振腔光电探测器中的所述谐振腔光电探测器是第一谐振腔光电探测器；并且

所述光学子系统为以下提供非共焦成像，

所述第一谐振腔光电探测器；和

谐振腔光电探测器的子集中的第二谐振腔光电探测器。

12.根据权利要求7所述的光学传感器系统，其中所述光学子系统包括：

远心共焦成像系统，所述远心共焦成像系统与所述半导体设备的晶片集成阵列分开定位在所述半导体激光器的电磁辐射发射路径中，并且定位在所述一组谐振腔光电探测器的一组电磁辐射接收路径中。

13.根据权利要求7所述的光学传感器系统，其中所述光学子系统包括：

一组片上透镜，所述一组片上透镜设置在所述半导体激光器和所述一组谐振腔光电探测器上；以及

共焦成像系统，所述共焦成像系统与所述半导体设备的晶片集成阵列分开定位在所述半导体激光器的电磁辐射发射路径中，并且定位在所述一组谐振腔光电探测器的一组电磁辐射接收路径中。

14.根据权利要求13所述的光学传感器系统，其中所述光学子系统包括：

光学分束器，所述光学分束器定位在所述半导体激光器的所述电磁辐射发射路径中。

15.根据权利要求7所述的光学传感器系统，其中：

所述半导体设备的晶片集成阵列附接到半导体晶片；并且

所述半导体激光器被倒装芯片接合到所述半导体晶片，在所述回射被引导至的所述谐振腔光电探测器上方。

16.一种电子设备，包括：

半导体基板；

一组半导体设备，所述一组半导体设备形成在所述半导体基板上；以及

处理器，所述处理器被配置为：

操作所述一组半导体设备中的第一半导体设备以从所述第一半导体设备的谐振腔发射电磁辐射；

确定由于所述谐振腔内的电磁辐射的自混合而生成的自混合干涉测量信号的参数的集合；

与操作所述第一半导体设备同时地，使用所述一组半导体设备中的半导体设备的子集来感测所发射的电磁辐射的散射；以及

使用所确定的所述自混合干涉测量信号的参数的集合和所感测的散射来表征所述电子设备的环境、或所述电子设备与所述环境之间的关系中的至少一者。

17.根据权利要求16所述的电子设备，其中：

所述电子设备的所述环境包括表面；并且

所述处理器被配置为通过以下方式来表征所述电子设备的所述环境：

使用所述自混合干涉测量信号的所述参数的集合来确定所述表面的散斑、粗糙度或纹理中的至少一者；以及

使用所述所感测的散射来确定所述表面的功率谱密度。

18.根据权利要求16所述的电子设备，其中：

所述电子设备是可穿戴设备；

所述第一半导体设备具有与所述半导体设备的子集中的至少第二半导体设备不同的光学聚焦；

所述电子设备的所述环境包括所述电子设备的用户的身体部位；并且

所述处理器被配置为：通过确定所述用户的至少一个生物计量特征来表征所述电子设备的所述环境。

19.根据权利要求16所述的电子设备，其中：

所述电子设备的所述环境包括空气；并且

所述处理器被配置为通过以下方式来表征所述电子设备的所述环境：

使用所述自混合干涉测量信号的所述参数的集合来确定颗粒速度；以及

使用所述所感测的散射来确定粒度。

20.根据权利要求16所述的电子设备，其中：

所述电子设备的所述环境包括表面；

所述处理器被配置为通过以下方式来表征所述电子设备与所述电子设备的所述环境之间的关系：

响应于至少所感测的自混合，表征所述电子设备相对于所述表面的高速移动；以及

响应于至少所述所感测的散射，表征所述电子设备相对于所述表面的低速移动；并且

所述高速移动和所述低速移动能够通过移动的阈值速度来区分。

21.一种光学传感器系统，包括：

半导体基板；

外部光子混合传感器，所述外部光子混合传感器形成在所述半导体基板上并且包括，

半导体激光器；以及

光子混合检测器；

光电探测器阵列，所述光电探测器阵列形成在所述半导体基板上；其中，

所述外部光子混合传感器被配置为：响应于由所述半导体激光器发射的电磁辐射和向所述光子混合检测器反向散射的所发射的电磁辐射的一部分的组合，生成基于场的相干散射测量信号；并且

所述光电探测器阵列被配置为：响应于由所述半导体激光器发射的所述电磁辐射的反向散射，生成基于强度的散射测量信号的集合。

22.根据权利要求21所述的光学传感器系统，其中所述半导体激光器、所述光子混合检测器和所述光电探测器阵列共享在所述半导体基板上形成的外延层的子集。

23.根据权利要求21所述的光学传感器系统，还包括：

光学子系统，所述光学子系统被配置为，

将由所述半导体激光器发射的所述电磁辐射的第一部分引导到所述光子混合检测器；以及

将所述所发射的电磁辐射的反向散射的第二部分引导到所述光子混合检测器。