可改善运动伪影的生物资讯量测装置的光学资料感测装置的制作方法

1.本发明有关于生物资讯量测装置的光学资料感测装置，特别有关于可改善运动伪影问题的生物资讯量测装置的光学资料感测装置。


背景技术：

2.近年来，智能手表、智能手环等智能穿戴式电子装置越来越流行。这种智能穿戴式电子装置通常具有量测生物资讯(例如血压、心跳)的功能。当使用者穿戴智能穿戴式电子装置时，使用者的动作(例如，慢跑、步行
……
)可能会对生物资讯量测造成干扰，或称为运动伪影(motion artifact)。然而，传统的智能可穿戴电子装置并没有适当的机制来改善运动伪影问题。


技术实现要素：

3.因此，本发明一目的为公开一种使用在一生物资讯量测装置的光学资料感测装置，其可减少光学感测器所接收到的不必要的光。
4.本发明另一目的为公开一种使用在一生物资讯量测装置的光学资料感测装置，其可增加生物资讯量测的精确度。
5.本发明一实施例公开了一种光学资料感测装置，使用在一生物资讯量测装置，其特征在于，包括：光学感测器；第一发光装置，用以发射第一光，该第一光的行进方向远离该光学感测器；以及第一不透明隔绝元件，位在该光学感测器以及该第一发光装置间，用以减少该光学感测器所感测的该第一光。
6.本发明另一实施例公开了一种光学感测装置，使用在一生物资讯量测装置，其特征在于，包括：光学感测器；第一发光装置，以第一方向发射第一光；第二发光装置，以第二方向发射第二光，该第一方向与该第二方向不同；第一不透明隔绝元件，位在该光学感测器以及该第一发光装置间且位在该光学感测器以及该第二发光装置间，用以减少该光学感测器所感测的该第一光以及该第二光。
7.根据上述实施例，因为可以防止光学感测器接收不必要的光，可以改善由运动伪影引起的生物资讯测量的不准确性。此外，由于应用具有不同发射方向的光或具有不同波长的光，可以进一步提高生物资讯测量的准确度。
附图说明
8.图1绘示了根据本发明一实施例的光学资料感测装置的示意图。
9.图2绘示了根据本发明一实施例的，图1所示的光学资料感测装置另一视角的示意图。
10.图3绘示了根据本发明另一实施例的光学资料感测装置的示意图。
11.图4绘示了根据本发明一实施例的，图3所示的光学资料感测装置另一视角的示意图。
12.图5和图6绘示了根据本发明不同实施例的光学资料感测装置的示意图。
13.图7绘示了根据本发明一实施例的不透明隔绝元件的示意图。
14.图8和图9绘示了根据本发明不同实施例的，包括不同发光方向的光学感测装置的光学资料感测装置的示意图。
15.其中，附图标记说明如下：
16.100、300、500、600、800 光学资料感测装置
17.101 光学感测器
18.103_1、103_2 盖体
19.105_1、105_2 透光部
20.107 感测器盖体
21.109 基板
22.111 表面
23.200 生物资讯量测装置
24.l1 第一光
25.l2 第二光
26.l3 第三光
27.l4 第四光
28.la 额外光
29.ls1 第一发光装置
30.ls2 第二发光装置
31.ls3 第三发光装置
32.ls4 第四发光装置
33.lsa 额外发光装置
34.oc1 第一不透明隔绝元件
35.oc2 第二不透明隔绝元件
36.oca 额外不透明隔绝元件
37.pl1、pls 平面
38.p1、p2 突出部
39.w1 宽度
40.w2 最小宽度
41.θaθ1θ2 夹角
具体实施方式
42.以下将以多个实施例来说明本发明的内容。以下描述中的”第一”、”第二”以及类似描述仅用来定义不同的元件、参数、资料、信号或步骤。并非用以限定其次序。举例来说，第一装置和第二装置可具有相同结构但为不同的装置。
43.图1绘示了根据本发明一实施例的光学资料感测装置100的示意图。光学资料感测装置100可使用在但不限定在生物资讯量测装置。生物资讯量测装置可量测心跳率、血压或血氧浓度等生物资讯。在以下实施例中，生物资讯量测装置为智能手表。然而，生物资讯量
测装置可以是任何其他类型的电子装置。
44.如图1所示，光学资料感测装置100包括光学感测器101(例如影像感测器)、盖体103_1和第一发光装置ls1。第一发光装置ls1发射第一光l1。第一光l1的行进方向远离光学感测器101。可以应用多种机制来达到“第一发光装置ls1发射远离光学感测器101的第一光l1”的效果。例如，通过第一光l1的发射方向来达到这样的效果，或者通过盖体103_1的结构来达到这样的效果。稍后将解释如何达到这类效果的详细说明。
45.第一不透光隔绝元件oc1位在光学感测器101与第一发光元件ls1之间，用以减少光学感测器101接收到的第一光l1。“光学感测器101接收的第一光l1”中的第一光l1可以指直接来自第一发光装置l1的第一光l1、或者来自第一发光装置ls1的第一光l1的反射光、或者来自第一发光装置ls1的第一光l1的散射光。此外，在图1的实施例和其他实施例中，发光装置具有光源。然而，发光装置可以包括至少一光源和至少一个透镜，透镜用以决定来自光源的光的发射方向/范围(方向或范围)。在这样的实施例中，光源发射初始光并且透镜用以折射/扩展(折射或扩展)初始光以产生第一光l1。可以通过改变第一发光装置ls1的结构来改变第一光l1的发射方向。
46.在一实施例中，第一不透明隔绝元件oc1可完全阻挡光通过。在另一实施例中，光可部分穿透第一不透明隔绝元件oc1。通过这种方式，第一不透明隔绝元件oc1可以减少光学感测器101接收到的第一光l1。
47.在一实施例中，第一不透明隔绝元件oc1用以决定第一光l1的射出方向，使得第一光l1的射出方向与光学感测器101的感测表面的夹角θ1大于90
°
。.此外，在另一实施例中，第一不透明隔绝元件oc1面对第一发光元件ls1的表面与基板109之间的夹角θa小于90
°
。更具体来说，角度θ1面向感测器盖体107。
48.盖体103_1覆盖第一发光装置ls1。盖体103_1包括至少一透光部(图1中仅绘示出一个透光部105_1)，使得第一光l1可通过透光部105_1远离光学感测器101。第一光l1的发射方向可通过改变透光部的位置或材质来改变。
49.根据图1所示的实施例，由于第一发光装置ls1发射远离光学感测器101的第一光l1且第一不透明隔绝元件oc1减少第一光学感测器101接收的第一光l1，即使穿戴生物资讯量测装置的使用者有一些剧烈的运动，例如慢跑或重量训练，也可以防止光l1在进入使用者的皮肤之前进入光学感测器101。而且，因为生物资讯是基于光学感测器101接收到的第一光l1来量测的，可以防止生物资讯量测受到运动伪影的干扰。
50.光学资料感测装置100不限在仅包括一个发光装置和仅一个不透明隔绝元件。例如，在图1所示的实施例中，光学资料感测装置100还包括额外发光装置lsa、额外不透明隔绝元件oca和盖体105_2。请注意，这里的“额外”一词仅用于区分“第一”一词，并不意味着任何限制。额外发光元件lsa、额外不透明隔绝元件oca与盖体105_2的关系与第一发光元件ls1、第一不透明隔绝元件oc1与盖体105_2的关系相同。另外，额外不透明隔绝元件oca和盖体105_2的功能与第一不透明隔绝元件oc1和盖体105_1的功能相同。因此，为简洁起见，额外发光装置lsa、额外不透明隔绝元件oca及盖体105_2的详细描述在这省略。请注意，来自第一发光元件ls1的第一光l1的射出方向与来自额外发光元件lsa的额外光la的射出方向可相同或不同。还请了解，本发明公开的光学资料感测装置可以具有两个以上的不透明隔绝元件和两个以上的发光装置。在一个实施例中，第一不透明隔绝元件oc1和额外不透明隔
绝元件oca为宽度自上而下逐渐减少的柱体，但不限于此。
51.在一实施例中，第一发光元件lsl和额外发光元件lsa与光学感测器101是对称设置。另外，在另一实施例中，光学感测器101和第一发光元件lsl之间的距离为大于或小于光学感测器101和额外发光元件lsa之间的距离。
52.第一发光元件lsl/额外发光元件lsa与光学感测器101之间的距离，以及第一发光元件lsl/额外发光元件lsa与第一不透明隔绝元件ocl/额外不透明隔绝成分oca间的距离可能会对不同的动作产生不同的影响。例如，第一发光元件ls1/额外发光元件lsa与第一不透明隔绝元件oc1/额外不透明隔绝元件oca之间若有较小距离，可以在使用者有较强运动的情况下提供较佳的隔绝。相反的，第一发光元件ls1/额外发光元件lsa与第一不透明隔绝元件oc1/额外不透明隔绝元件oca之间若有较大距离，可以在使用者的运动动作强度较低时提供更好的隔绝。
53.在一实施例中，光学资料感测装置100还包括感测器盖体107以覆盖光学感测器101。感测器盖体107可以是独立于盖体105_1、105_2的盖体。此外，感测器盖体107和盖体105_1、105_2可以整合成单一个盖体。
54.在一实施例中，光学资料感测装置100设置在基板(substrate)109。此外，第一发光装置lsl至基板109的投影影像与光学感测器101到基板109的投影影像不重叠。在一实施例中，基板109位在生物资讯量测装置内部且可包括生物资讯量测装置的至少一个元件。在另一实施例中，基板109在生物资讯量测装置内部且独立于生物资讯量测装置的元件。
55.在一实施例中，盖体103_1和103_2从生物资讯量测装置的表面111突出。图2绘示了根据本发明一实施例的，图1所示的光学资料感测装置另一视角的示意图。请参阅图1及图2以更清楚地理解本发明的概念。如图2所示，表面111是生物资讯量测装置200(例如，智能手表)的背面。此外，如图2所示，光学资料感测装置100从表面111突出，使得透光部105_1、105_2暴露在表面111处且生物资讯量测装置200内部的发光装置可通过透光部105_1、105_2向外发射光。
56.此外，在图1中，向外发射第一光ll的平面pll和光学感测器101接收光的平面pls是不同的平面。在一实施例中，平面pl1平行于透光部105_1的一部分的切面，第一光l1从这透光部105_1的一部分的切面向外射出。或者，平面pl1是透光部105_1上第一光l1向外发射的表面。此外，在一实施例中，平面pls为光学感测器101的感测表面，用以接收光。
57.此外，在一实施例中，彩色滤光片设置在透光部105_1的第一光向外发射的表面上，或者设置在光学感测器101的感测表面上。
58.彩色滤光片可以限定具特定波长的光可通过的角度范围。例如，彩色滤光片可以定义具第一波长的光可通过的角度范围为30
°‑
50
°
，也可以定义具第二波长的光可通过的角度范围为20
°‑
60
°
。也就是说，对于彩色滤光片而言，具第一波长的光的可通过角度范围小于具第二波长的光的可通过角度范围。因此，可提供彩色滤光片以限制光学感测器101可接收光的角度范围。通过这种方式，可以防止一些来自皮肤的可能引起杂讯的反射光直接进入光学感测器101。
59.然而，光学资料感测装置100不限于从表面111突出。图3绘示了根据本发明另一实施例的光学资料感测装置的示意图。图4绘示了根据本发明一实施例的，图3所示的光学资料感测装置另一视角的示意图。请参考图3和图4以更清楚地理解本发明的概念。如图3及图
4所示，光学资料感测装置300位在生物资讯量测装置200内，且透光部105_1、105_2仍暴露在表面111。如此一来，生物资讯量测装置200内部的发光装置可以通过透光部105_1、105_2向外发射光。
60.在图1的实施例中，第一光ll、额外光la的发射方向不垂直于表面111。另外，在图3的实施例中，因为光学资料感测装置300在生物资讯量测装置200内部，第一光l1和额外光la的发射方向(即前述行进方向)垂直于表面111。然而，光发射方向不限在图1和图3所示的实施例。而且，透光部105_1、105_2的位置且/或尺寸可以对应于光的发射方向而改变。
61.盖体103_1、103_2的结构和光的发射方向不限在上述实施例。图5绘示了根据本发明另一实施例的光学资料感测装置的示意图。如图5所示，光学资料感测装置500中，第一光l1、额外光la的发射方向与表面111垂直。另外，在图5的实施例中，透光部105_1、105_2为导光板并涵盖所有盖体103_1、103_2。因此，盖体103_1、103_2的结构和光的出射方向可以根据不同的需要而改变。这类变化也应落入本发明的范围内。
62.此外，第一不透明隔绝元件ocl和额外不透明隔绝元件oca的形状不限在上述实施例。任何能够防止发光元件所发射的光被光学感测器接收到的形状也都属于本发明的范围。
63.图6绘示了根据本发明另一实施例的光学资料感测装置100的示意图。如图6所示，光学资料感测装置600中的第一不透明隔绝元件oc1包括至少一个突出部(图6中仅绘示了一个突出部p1)。突出部p1用以部分或完全阻挡光学感测器101接收第一光l1且部分或完全阻挡从第一发光元件ls1发射的第一光l1。类似地，光学资料感测装置600中的额外不透明隔绝元件oca包括至少一个突出部(图6中仅绘示了一个突出部p2)。突出部p2用以部分或完全阻挡光学感测器101接收额外光la以及部分或完全阻挡从额外发光装置lsa发射的额外光la。请注意，虽然图6所示的实施例应用了图1所示的实施例，但图6所示的发光元件ls1、lsa可以具有任何其他结构或位置。
64.在一实施例中，突出部p1和p2分别位在第一不透明隔绝元件oc1的顶部。并且，面向发光元件的突出部(例如，突出部p1)从第一不透明隔绝元件oc1的一侧突出。额外不透明隔绝元件oca可以遵循相同的规则。
65.图7绘示了根据本发明一实施例的不透明隔绝元件的示意图。如图7所示，突出部p1的宽度w1大于第一不透明隔绝元件oc1的最小宽度w2。额外的不透明隔绝元件oca也遵循这样的规则。
66.在前述实施例中，第一不透明隔绝元件ocl和额外不透明隔绝元件oca间位在仅一个光学感测器101和一发光元件之间。然而，第一不透明隔绝元件ocl和额外不透明隔绝元件oca可以分别介于多个光学感测器101之间和一发光元件之间。
67.图8和图9绘示了根据本发明不同实施例的，包括不同发光方向的光学感测装置的光学资料感测装置的示意图。还请留意，为了便于说明，图8和图9中未绘示部分元件，例如盖体103_1和103_5。光学资料感测装置800包括光学感测器101、第一发光装置ls1、第二发光装置ls2和第一不透明隔绝元件oc1。第一发光元件ls1用以在第一方向上发射第一光l1，而第二发光元件ls2用以在与第一方向不同的第二方向上发射第二光l2。在图8的实施例中，第一方向与基板109平行，第二方向与基板109垂直。
68.第一不透明隔绝元件ocl位在光学感测器101和第一发光元件lsl之间，且位在光
学感测器101和第二发光元件ls2之间。第一不透明隔绝元件oc1用以减少光学感测器101接收的第一光l1和第二光l2。
69.还请理解，在“光学感测器101接收的第一光l1、第二光l2”描述中的“第一光l1、第二光l2”可以表示直接来自第一发光元件l1、第二发光元件l2的第一光l1、第二光l2、也可表示直接来自第一发光元件l1、第二发光元件l2的第一光l1、第二光l2的反射光、或直接来自第一发光元件l1、第二发光元件l2的第一光l1、第二光l2的散射光。
70.在一实施例中，第一光ll和第二光l2不同时发射。而且，第一光l1和第二光l2分别用在不同的功能。在一实施例中，当包括光学资料感测装置800的生物资讯量测装置计算心跳率时，第二发光装置ls2发射用以计算心跳率的第二光l2，但第一发光装置ls1不发射第一光l1。此外，在一实施例中，当包括光学资料感测装置800的生物资讯量测装置计算血氧饱和度时，第一发光装置ls1发射用以计算血氧饱和度的第一光l1但第二发光装置ls2不发射第二光l2。
71.在一实施例中，可以使用一个以上的光学感测器。例如，可以使用具有不同彩色滤光片的两个光学感测器。在这种情况下，可以同时发射第一光l1和第二光l2。
72.除了上述生物资讯之外，第一光ll和第二光l2可以分别用在不同杂讯等级的模式。例如，当包括光学资料感测装置800的生物资讯量测装置在低杂讯模式下动作时，第二发光装置ls2发射第二光l2但第一发光装置ls1不发射第一光l1。在一实施例中，低杂讯模式是指穿戴生物资讯量测装置的使用者没有移动，或者没有慢跑，或者没有跑步。又例如，当包括光学资料感测装置800的生物资讯量测装置在高杂讯模式下动作时，第一发光装置ls1发射第一光l1但第二发光装置ls2不发射第二光l2。在一实施例中，高杂讯模式是指穿戴包括光学资料感测装置800的生物资讯量测装置的使用者正在移动、慢跑或跑步。由于不同的动作对不同方向发射(具不同行进方向)的光可能引起不同的光响应，因此通过不同方向发射的光可以进一步改善由运动伪影引起的生物资讯量测的不准确性。
73.在另一实施例中，第一光ll和第二光l2仍非同时发射。然而，第一光l1和第二光l2用在相同的功能而不是不同的功能。例如，包括光学资料感测装置800的生物资讯量测装置根据光学感测器101接收的第一光l1的光量与光学感测器101接收的第二光l2的光量之间的差异来判断其穿戴状态。具体来说，当使用者未穿戴包括光学资料传感装置800的生物资讯量测装置时，因为第一光l1和第二光l2都没有被使用者的皮肤反射，光学感测器101接收的第一光l1的光量与第二光l2的光量的差异较小。此外，当使用者穿戴了包括光学资料感测装置800的生物资讯量测装置时，因为第一光l1和第二光l2被使用者的皮肤反射，且第一光l1和第二光l2的发射方向不同，光学感测器101接收的第一光l1的光量与第二光l2的光量之间的差异较大。
74.请再次参考图8，在一实施例中，光学资料感测装置800设置在上述基板109上。第一发光装置lsl至基板109的投影影像与光学感测器101到基板109的投影影像不重叠，且第二发光元件ls2到基板的投影影像与光学感测器101到基板109的投影影像不重叠。
75.光学资料感测装置800还可包括第三发光装置ls3、第四发光装置ls4和第二不透明隔绝元件oc2。第三发光元件ls3以第三方向发射第三光l3。第四发光元件ls4在不同于第三方向的第四方向上发射第四光l4。在一实施例中，第三方向与上述基板109平行，而第四方向与基板109垂直。
76.第二不透明隔绝元件oc2位在光学感测器101和第三发光元件ls3之间，且位在光学感测器101和第四发光元件ls4之间，用以减少第三光l3和第四光光学感测器接收到的光l4。第三发光元件ls3、第四发光元件ls4和第二不透明隔绝元件oc2的关系和动作与第一发光元件ls1、第二发光元件ls2和第一不透明隔绝元件oc1相同，在这不再赘述。
77.在一实施例中，第一光l1、第三光l3具有不同的波长，而第二光l2、第四光l4具有不同的波长。例如，第一光l1和第二光l2为红外光，而第三光l3和第四光l4为蓝光。在这种情况下，第一光l1、第三光l3以不同模式选择性地发射，并且第二光l2、第四光l4以不同模式选择性地发射。举例来说，若穿戴包括光学资料感测装置800的生物资讯测量装置的使用者皮肤较白，则以第一光l1及第二光l2测量使用者的生物资讯，而不以第三光l3及第四光l4测量使用者的生物资讯。此外，若穿戴包括光学资料感测装置800的生物资讯测量装置的使用者肤色较深，则以第三光l3及第四光l4用在测量使用者的生物资讯，但不以第一光l1及第二光l2测量使用者的生物资讯。
78.在图8的实施例中，第一方向与基板109平行且第二方向与基板109垂直。然而，第一光ll和第二光l2的发射方向不限在这些例子。在图9实施例中，第一光l1相较于图8以逆时针偏移了一些，而第二光l2相较于图8以顺时针偏移了一些。图9中的第一光l1与第二光l2和图8中的第一光l1和第二光l2仍可使用在相同的功能上。换言之，只要第一方向与上述基板109的夹角中的最小夹角θ1小于第二方向与基板109的夹角中的最小夹角θ2，图9中的第一光l1与第二光l2和图8中的第一光l1和第二光l2便可使用在相同的功能上。
79.根据上述实施例，因为可以防止光学感测器接收不必要的光，可以改善由运动伪影引起的生物资讯测量的不准确性。此外，由于应用具有不同发射方向的光或具有不同波长的光，可以进一步提高生物资讯测量的准确度。
80.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。