具有去噪功能的生理检测模组及其生理检测方法_3

文档序号:9495946阅读:来源:国知局
,使用者无论是要检测静脉纹路、血氧浓度、心跳、血压或加速度脉波容积等生理特征时,均仅须将感测区块103A贴合于皮肤表面S即可。此感测区块103A的感测面积应至少大于25mm2。
[0066]图8A、8B描绘本发明的薄型生理特征检测模组的上视示意图,其主要用来说明光源的配置以及多个光源的应用。图8A中,绘示将光源101放置于多个感测像素103的一侧,并与基板102电性连结。本实施例中值得注意的是,虽然光源101放置于感测像素103的一侧,但由于光线穿透到使用者的身体组织当中,因此光源放置的位置并不影响检测单元的方向,仅须要在感测过程中,皮肤表面持续受到光源照射即可。
[0067]在图8B中,绘示三种不同的光源101a、101b和101c。本实施例中,不同的光源意指能够发出不同波长光线的光源。由于人体组织内的成份对于不同波长的光线,具有不同的反应,例如具有不同的吸收率,因此藉由对不同光源的感测,便能够推导得知与光波长相关的生理特征,也可以藉由对不同光源的感测影像,来做相互校正,以获得更准确的感测结果。例如血液中的氧气成份对于不同色光的吸收率并不相同,因此藉由感测不同色光的能量,便能够推导得知血氧浓度。换句话说,本实施例的薄型生理特征检测模组可包含三种光源101a、101b和101c分别发出不同波长的光,例如红光、红外光和绿光,半导体光学感测区块包含三种感测像素分别用以感测所述光源所发出的不同波长的光。
[0068]举例而言,若是要进行血氧浓度检测,则可以使用对Hb02以及Hb等吸收点波长805nm前后两种波长的光线,例如可以选择分别为波长660nm左右,以及波长940nm左右的光线;或者是可以选择730-810nm,或是735-895nm的光线。藉由血液对于两种波长光线的吸收度的差异,可以推导出血氧浓度。绿光波长则可藉于绿光频谱范围内即可。相关的测量技术已为已知此领域技术者所熟知,在此不再赘述
[0069]通过对图8A、8B的理解,可以得知本发明能够应用多个光源,并不局限于单一光源或者两个光源,而能够因应所欲测定的生理特征安排不同的感测像素,来对应更多多个光源,而且光源的位置并不一定。在薄型的架构之下,本发明可应用于许多生理特征感测。不同的光源能一并放置以检测生理特征。如果为了取得较均匀的影像,可以在同一个感测区块的两侧安排相同光源,使得光线能从感测区块的两边同时进入使用者的身体组织。
[0070]图9A、9B绘示本发明的半导体光学感测区块的剖面示意图,其是薄型半导体结构104的部分示意图。图9A绘示平坦层203同时具有抗刮能力的实施例,例如以聚亚酰胺(Polyimide)作为平坦层203的材料,便具有足够的抗刮能力可以应用在本发明当中;也艮P,此时所述平坦层203即用作为抗刮层。平坦层203系形成于晶片结构201的最上方而位于晶片表面201S上,并覆盖于半导体光学感测区块上以保护半导体结构104。由于晶片结构201在形成时于其最上方可能因为半导体布局的缘故,在形成金属层以及电极之后,会具有许多凹凸处(如图所示),不利于光学感测,同时也较不具耐候能力,因此在最上方形成平坦层203,使薄型半导体结构104具有平坦的表面,更有利于应用于本发明当中。在本发明中,薄型半导体结构104将会频繁地暴露在空气当中,并且与使用者的身体接触,因此需要具备较佳的抗刮能力;在现今半导体制程技术中,可以以聚亚酰胺为基准来筛选抗刮材料。同时平坦层203需要具备可见光或者不可见光可穿过的性质,可搭配光源做选择。另外,抗刮材料也可是玻璃或者类似的材料,抗刮层可以是玻璃层。
[0071]值得注意的是,为了减低光线穿过平坦层203时可能会产生的扩散效应而使影像产生模糊,较佳的半导体结构104的表面到晶片结构201的表面的距离,在本实施例中就是平坦层203的高度,需要限制在100微米(μ m)以下。也即,晶片表面201S至所述平坦层203(即抗刮层)的上表面的距离较佳小于100微米。当检测生理特征时,所述平坦层203的上表面即作为检测面Sd用以供直接接触所述皮肤表面S,以使所述光源101所发出的光直接照射所述皮肤表面S并穿过所述身体组织而经由所述平坦层203后被半导体光学感测区块感测。一实施例中,所述光源101的发光面与所述基板表面102S的距离可相同于所述平坦层203的上表面与所述基板表面102S的距离。也即,当所述光源101的发光面与所述平坦层203的上表面具有相同高度时,所述光源101所发出的光能够有效率地穿过皮肤表面以进入所述身体部位以被半导体光学感测区块感测。
[0072]图9B与图9A的不同处在于,图9B的平坦层203并不具有足够的抗刮能力,因此在平坦层203的上方另外形成层抗刮层205。类似地,为了减低光线穿过平坦层203与抗刮层205时可能会产生的扩散效应,在本实施例中平坦层203与抗刮层205的总高度需要限制在100微米以下。在本实施例中,平坦层203无须考虑抗刮能力,而抗刮层205可以以聚亚酰胺为基准来筛选抗刮材料。另外,抗刮材料也可是玻璃或者类似的材料,抗刮层可以是玻璃层。
[0073]某些实施例中,也可以布置多个感测区块,例如依次于预设方向排列多个线型感测区块,或者在多个感测区块之间布置光源等布局方式,例如将多个线性半导体光学感测区块相邻设置或与多个光源相间隔设置,用以进一步获取更佳的光学成像结果,由于其感测原理相同,因此不再另行绘示图式。
[0074]前述基板102的用途在于电性连结光源101与感测像素103,并使光源可以将光线打入人体组织中发挥作用即可,因此可以是具可挠性的软质基板,或者是偏硬的硬质基板。
[0075]薄型化的实施例中,半导体光学感测区块能够直接贴附上使用者的皮肤表面使用,无须其他的光学机构来进行影像缩放、传导光线等等作用,其薄型且耐用的特征能够使本发明应用在头戴式或耳挂式配件上,例如眼镜、耳机等头戴式配件。
[0076]某些实施例中,配合所使用的光源,在感测像素的制造过程中,可以加入不同的光学滤波器,来使所要的光线能够通过滤波器而被感测像素所吸收。滤波器可以与半导体制程配合,利用现有的技术形成于感测像素之上,也可在感测像素完成后,另外形成于其上。藉由在保护层和/或平坦层中混入滤波材料,也可以使保护层和/或平坦层具有滤波效果。也即,本发明实施例中所述不同感测像素可为配合不同滤光器的感测像素,而非感测像素本身的间有所不同。
[0077]可以了解的是,为缩小体积,生理检测模组1以图6为实施例来说明,然本发明并不限于此。某些实施例中,光源101与待测皮肤表面S间也可具有其他光学机构,感测区块103A与待测皮肤表面S间也可具有其他光学机构,端视其应用而定。
[0078]请参照图10所示,其为本发明实施例的生理检测模组的生理特征检测方法的流程图,包含下列步骤:以光源模组分时发出绿光、红光和红外光照射皮肤表面(步骤S41);以半导体感测区块感测照射所述皮肤表面并经过身体组织的穿透光以相应产生绿光信号、红光信号和红外光信号(步骤S42);根据所述绿光信号决定滤波参数(步骤s43);以所述滤波参数对所述红光信号和所述红外光信号进行滤波以产生滤波后红光信号和滤波后红外光信号(步骤S44);及根据所述绿光信号、所述滤波后红光信号和所述滤波后红外光信号至少其中的一者计算至少一个生理特征(步骤S45)。
[0079]请同时参照图1A_2B、6和10所示,接着说明本实施例的实施方式。
[0080]步骤S41_S42:所述控制模组106控制所述光源模组101分时地发出绿光、红光和红外光照射皮肤表面S,并相对所述光源模组101的发光相应控制所述感测区块103A感测所述光源模组101所发出照射所述皮肤表面S并经过身体组织的穿透光(如图1B)以相应产生绿光信号、红光信号和红外光信号;其中,所述绿光信号、红光信号和红外光信号为PPG信号。所述皮肤表面S则根据所述光源模组101的应用而决定。
[0081]步骤S43:所述控制模组106利用内建演算法将所述绿光信号转换至频域而产生频域绿光信号(如图2B),并于所述频域绿光信号决定基准频率作为滤波参数,例如图2B所示的1Hz的频率成分。
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