紫外光感测的制作方法

图1A和1B示出了示例传感逻辑系统的各方面。

图2示出了解说用于估计环境光的紫外光部分的强度的示例方法的流程图。

图3A和3B示出了太阳辐照度标绘。

图4示意性地示出了形状不受限的传感逻辑系统。

详细描述

紫外光与不良皮肤状况相关(例如，晒伤、黑色素瘤)。由此，人类主体可能希望估计他们对紫外光的暴露以减轻出现这样的状况的风险以及其他目的，诸如估计维生素D的合成。为了实现实时的紫外光感测而不考虑位置，被配置成感测紫外光的传感器可被安装在被佩戴的设备中。这种传感器可被屏蔽以免遭来自可能潜在地抑制传感器的操作的环境危害(例如，汗或水)。然而，塑料护罩显著地减弱了紫外光，因而降低了紫外光传感器的有效性。

紫外光感测可被用来推断位置信息。由紫外光传感器感测到的减少的紫外光水平可被用作该传感器被置于室内位置或在被显著地屏蔽紫外光的室外位置的指示。增加的紫外光水平可被用作该传感器在室外位置或在没有被显著地屏蔽紫外光的室内位置的指示。计算设备可利用来自该传感器的输出来推断其位置对应于室外还是室内位置，或者对应于紫外光屏蔽的还是无屏蔽的位置。这种类型的位置确定可被用于调整该计算设备的一个或多个方面和/或触发一个或多个事件或通知。

图1A和1B示出了可穿戴电子设备10形式的示例传感逻辑系统的各个方面。设备10是其中紫外光感测可执行估计紫外光暴露并且确定该设备在室外还是室内位置，或者紫外光屏蔽的还是无屏蔽的位置的设备的非限制性示例。然而，将明白，包括非可穿戴设备在内的其他设备可实现本文描述的方法。这些其他设备包括例如平板电脑、智能手机和膝上型计算机。所示的设备是带状的并且可被戴在手腕上。设备10包括连接欠弯曲区域14的至少四个弯曲区域12。在一些示例中，设备10的弯曲区域可以是弹性体的。紧固部件16A和16B被布置在设备的两端。弯曲区域和紧固部件使该设备能够被闭合成环并且被佩戴在用户的手腕上。在其他实现中，更加伸长的带状可穿戴电子设备可被穿戴在用户的二头肌、腰、胸、踝、腿、头或身体其他部分上。例如，该设备可采取眼镜、头带、袖标、护踝带、胸带或植入组织中的植入式设备的形式。

可穿戴电子设备10包括集成在区域14中的各种功能组件。具体地，该电子设备包括计算系统18、显示器20、扬声器22、通信套件24以及各种传感器。这些组件从一个或多个能量存储单元26中汲取能量。电池(例如锂离子电池)是适合该目的的一种类型的能量存储单元。替代的能量存储单元的示例包括超级以及究极电容器。如附图所示，在佩戴于用户手腕上的设备中，该能量存储单元可被弯曲以适合手腕。

一般而言，能量存储单元26可以是可替换的和/或可再充电的。在一些示例中，再充电能量可通过通用串行总线(USB)端口30提供，该端口包括磁性锁来可释放地固定互补的USB连接器。在其他示例中，该能量存储单元可通过无线感应或环境光充电来再充电。在又一些其他示例中，该可穿戴电子设备可包括机电部件以通过用户偶然的或有意的身体运动对能量存储单元充电。例如，电池或电容器可通过集成进设备10中的机电发电机来被充电。该发电机可被机械电枢驱动，当用户移动并且穿戴设备10时该机械电枢转动。

在可穿戴电子设备10中，计算系统18位于显示器20之下并且可操作地耦合到该显示器，以及扬声器22、通信套件24和各种传感器。该计算系统包括数据存储机27来保持数据和指令以及逻辑机28来执行指令，参考图4进一步描述该计算系统的各个方面。

显示器20可以是任何合适类型的显示器。在一些配置中，可使用轻薄、低功耗发光二极管(LED)阵列或液晶显示(LCD)阵列。在一些实现中，LCD阵列可从背后照亮。在其他实现中，反射式LCD阵列(例如，硅上的液晶，LCOS阵列)可经由环境光从正面照亮。弯曲显示器也可被使用。此外，AMOLED或量子点显示器可被使用。

通信套件24可包括任何适当的有线或无线通信部件。在图1A和1B中，该通信套件包括USB端口30，其可被用于在可穿戴电子设备10和其他计算机系统之间交换数据以及提供充电电源。该通信部件可进一步包括双向蓝牙、Wi-Fi、蜂窝、近场通讯和/或其他无线电设备。在一些实现中，该通信套件可包括额外的针对光通信、视距(例如，红外)通信的收发机。

在可穿戴电子设备10中，触摸屏传感器32与显示器20耦合并且被配置成接收来自用户的触摸输入。该触摸屏可以是电阻式、电容式或基于光学的。按钮传感器可被用于探测可包括摇臂的按钮34的状态。来自按钮传感器的输入可被用于执行主页键或开关特征，控制音频音量，打开或关闭扬声器等。

图1A和1B示出了可穿戴电子设备10的各种其他传感器。这样的传感器包括扬声器36、可见光传感器(VLS)38、紫外光传感器(ULS)40，以及环境温度传感器42。该话筒向计算系统18提供可被用于测量环境声级或接收来自穿戴者的语音命令的输入。如下文进一步详细描述，来自该VLS、ULS和环境温度传感器的输入可被用于评估穿戴者所处环境的各方面，例如温度、整体照明水平以及该穿戴者在室内还是室外，或者在紫外光屏蔽的还是无屏蔽的位置。

VLS 38被配置成接收环境光以及测量该环境光的可见光部分的强度。由此，该VLS包括掺杂的光敏表面使得该光敏表面对可见光而并非紫外光敏感，以此作为对被配置成将可见光传送至该光敏表面并且过滤紫外光使其不到达该光敏表面的滤光器的补充。在以下实现中，该VLS可以是对红、绿和蓝波长(例如，波长范围大约从400纳米到700纳米)敏感的RGB可见光传感器。

相反地，ULS 40被配置成接收环境光并且观察该环境光的紫外光部分。因此，该ULS包括掺杂的光敏表面使得该光敏表面对紫外光而并非可见光敏感，以此作为对被配置成将紫外光传送至该光敏表面并且过滤可见光使其不到达该光敏表面的滤光器的补充。在一些实现中，例如，该ULS可被配置成感测具有波长范围大约从100纳米到400纳米的光。

VLS 38和ULS 40都被配置成输出与它们各自感测的光的类型成比例的信号。由此，该VLS和ULS可都为模拟光传感器，其输出可由计算系统18数字化和处理以实现本文所描述的过程。

在所描绘的实现中，VLS 38和ULS 40都被外壳43所覆盖，该外壳被配置成屏蔽该传感器以免受碎片和可能以其他方式干扰光传感器的其他环境危害(诸如水)的影响。外壳43可包括由于其体积散射属性而减弱紫外光的塑料或其他材料。然而，可见光波长可不被减弱。因此，来自所述ULS的测量可能没有来自所述VLS的测量准确。

如下文进一步详细描述的，为了提供紫外光感测同时经由外壳43维持传感器保护，由VLS 38测得的环境光的可见光部分的强度可被用于估计该环境光的紫外光部分的强度。

图1A和1B同样示出了当可穿戴电子设备10被穿戴时接触穿戴者的皮肤的一对接触传感器模块44A和44B。该接触传感器模块可包括独立的或协作的传感器元件来提供多个传感功能。例如，该接触传感器模块可提供测量用户的皮肤的电阻和/或电容的电阻和/或电容传感功能。例如，计算系统18可使用此输入来评估该设备是否被穿戴。在一些实现中，该传感功能可被用于确定该可穿戴电子设备正多紧密地被穿戴着。在所示的配置中，所述两个接触传感器模块之间的间隔提供用于皮肤阻抗的更准确的测量的相对较长的电气路径长度。在一些示例中，接触传感器模块也同样提供该用户的皮肤温度的测量。在所示配置中的被布置在接触传感器模块44B内部的是光学脉搏率传感器模块46。该光学脉搏率传感器可包括LED发射器和匹配的光电二极管来检测通过皮肤中的毛细血管的血流并从而提供对该穿戴者的脉搏率的测量。

可穿戴电子设备10可同样包括诸如加速计48、陀螺仪50以及磁力计51的运动传感部件。该加速计和陀螺仪可提供沿三条正交轴的惯性和/或旋转速率数据以及关于三条轴的旋转数据，作为结合的六个自由度。该传感数据能被使用来提供例如步数计或卡路里计数功能。来自加速计和陀螺仪的数据可与来自磁力计的地磁数据结合以进一步定义按照地理方位的惯性和旋转数据。该可穿戴电子设备可同样包括全球定位系统(GPS)接收机52来确定穿戴者的地理位置和/或速度。在一些配置中，该GPS接收机的天线可以是相对柔性的并且延伸到弯曲区域12。

计算系统18经由本文所述的传感功能被配置成获取关于可穿戴电子设备10的该穿戴者的各种形式的信息。必须怀着对该穿戴者的隐私的最大的尊敬来获取及使用这样的信息。因此，该传感功能可在该穿戴者的选择参与的约束下被实施。在其中个人数据在设备上被收集并且为了处理而传输至远程系统的实现中，该数据可被匿名。在其他示例中，个人数据可被限于该可穿戴电子设备，并且只有非个人的汇总数据传输至该远程系统。

如上所述，VL S38和ULS 40由外壳43屏蔽，其包括减弱紫外光的材料。为了在存在此衰减的情况下维持紫外光感测，由VLS测得的环境光的可见光部分强度可被用于估计该环境光的紫外光部分的强度。现转至图2，示出了用于估计环境光的紫外光部分的强度的方法200的流程图。作为示例，该方法可由图1的可穿戴电子设备10或图4的传感逻辑系统410执行。

在方法200的202，使用ULS观察到环境光的紫外光部分。例如，可使用图1的ULS40观察该紫外光部分。接着，在该方法的204，用VLS来测量环境光的可见光部分的强度。例如，可使用图1的VLS 38来观察该可见光部分。

接着，在方法200的206，无需显著的紫外光便可以确定该VLS是在室内位置还是其它位置。参考图1的可穿戴电子设备10，可采用各种机制来确定该VLS是否在室内位置，包括但不限于基于经由GPS接收机52接收的信号来确定该VLS的地理位置、分析在通信套件24处接收的无线通信信号、或接收指定该VLS的即时位置是在室内还是室外的用户输入。作为另一机制，可以确定在202观察到的该环境光的紫外光部分是否超过阈值强度。如果确定该观察到的环境光的紫外光部分超过阈值强度，则可推断该可穿戴电子设备是在室外位置或具有显著的紫外光水平的室内位置。另一方面，如果确定该观察到的环境光的紫外光部分没超过阈值强度，则可推断该可穿戴电子设备是在室内位置或基本上屏蔽紫外光的室外位置。

如果确定该VLS是在室内位置(是)，则该方法前进至208，在208，不论在204测得的该环境光的可见光部分的强度为何，该环境光的紫外光部分的强度被估计成可以忽略的。此处，假定由于该VLS被置于室内位置导致紫外光的显著衰减已经发生，，该衰减具体地由例如透射材料的体积散射属性和/或反射偏离该室内位置所导致。此外，若该VLS被确定在室内，则可以确定该可穿戴电子设备和/或穿戴该设备的穿戴者在室内

如果转而在206确定该VLS是在室外位置(否)，则该方法前进至212，在212，基于在204测得的该环境光的可见光部分的强度来估计该环境光的紫外光部分的强度。作为示例，该ULS可被用来以二进制的方式在取决于观察到的该环境光的紫外光部分是否超过所述阈值强度的紫外光强度的两个模式(例如，可忽略的，不可忽略的)之间转换。此处，观察到的该环境光的紫外光部分超过所述阈值强度被解释为指示该VLS是在室外位置，或者在基本上对紫外光透明的或者未屏蔽紫外光的室内位置(例如，所处紫外光衰减10％或更少的位置)。此解释包括该VLS是在这样的紫外光透明的室内的可能性，因为紫外光的透射可能发生在室内位置，例如在那些包括基本上对紫外光透明的透射材料(例如，透射90％或更多的入射紫外光)的室内位置。

因为针对各种不同的天气和大气状况而言日光中的紫外光与可见光的比值大致恒定(例如，在5％以内)，所以可基于测得的该环境光的可见光部分的强度在紫外光基本上没被衰减的室外位置和室内位置估计该环境光的紫外光部分的强度。现转至图3A，示出了说明太阳光谱的示例性太阳辐照度标绘302。该标绘根据大致范围从300纳米到2500纳米的波长具体地示出了可被归一化为最大值为一的日光的强度。该标绘为一组示例性大气及环境状况(例如，来自晴朗天空的日光在户外被接收)表示了太阳的辐照度，其中在描绘的波长范围内光的任何显著的衰减都是由于大气造成的。标绘302示出了包括大致范围从400到700纳米的波长的日光的可见光部分304以及包括大致范围从300到400纳米的波长的日光的紫外光部分306。作为非限制性示例，该日光的所述紫外光部分和所述可见光部分各自大致包括标绘302中示出的全部日光的5％和46％。在此示例中，所述紫外光部分与所述可见光部分的比值大致为11％。

图3B示出了说明另一太阳光谱的另一示例性太阳辐照度标绘352。与标绘302一样，标绘352示出了包括范围大致从300纳米到2500纳米的波长的光谱，其显著衰减的唯一来源就是大气。然而，标绘352的光谱表示在一组大气及环境状况下接收的日光，该组状况不同于接收标绘302中示出的日光时的状况。标绘352包括可见光部分354和紫外光部分356，其各自相对于可见光部分304和紫外光部分306都有所减少。尽管标绘302和352在不同的大气环境下被接收，但是可见光部分352和紫外光部分356减少的量大致相等。透射过大气之后在紫外光或可见光波段未显著衰减的日光中的紫外光与可见光之间的该相对恒定的比例由此促进了基于环境光的可见光部分的测得的强度对该环境光的紫外光部分的强度的估计。

回到图2，在212处对该环境光的紫外光部分的强度的估计可因此通过计算在204处的该环境光的可见光部分的强度的比例来执行。作为非限制性示例，该比例对于其中环境光在生成标绘302和352(图3A和3B)的状况下被接收的场景可为11％。以此方式，在不接收来自ULS的紫外光部分的强度的量化而仅接收该紫外光部分超过阈值强度的指示的情况下可准确地确定环境光的该紫外光部分的强度。塑料外壳准确的紫外光强度估计可因此在可穿戴计算设备上被实现，而不管由于覆盖紫外光传感器的塑料外壳造成的紫外光的衰减。

接着，在方法200的214，基于在212处估计的紫外光部分的强度估计所述环境光的该紫外光部分的指数。作为示例，McKinlay-Diffey红斑作用光谱可被用来估计该紫外光指数。该估计得紫外光指数可被呈现给可穿戴计算设备10的穿戴者(例如，经由显示器20)。

最后，在方法200的216，在212处估计的该环境光的紫外光部分的强度可任选地基于在202处观察到的紫外光部分在216处被更新。此处，在206处观察到的超过阈值强度的紫外光的部分提示由ULS测得的环境光的紫外光部分的强度的使用，这不同于仅使用该ULS作为紫外光的显著部分是否出现在环境光中的指示符。由该ULS测得的紫外光部分的强度与由VLS测得的该紫外光部分的强度相结合，其可提高对紫外光部分的强度的估计的总体准确度。

根据方法200估计的紫外线强度(和/或指数)可被传达给用户，以便帮助用户评估由暴露于紫外光所导致的健康影响。参考图1，可经由一个或多个合适的输出设备(例如，显示器20和/或扬声器22)向可穿戴计算设备10的佩戴者报告估计的紫外线强度(和/或指数)。作为替换和补充，当估计的紫外线强度(和/或指数)超过可以是预定的或基于用户输入的阈值时可提供警报。在一些实现中，可将瞬时紫外强度(和/或指数)与阈值进行比较，而在其它实现中，可随时间跟踪强度(和/或指数)以形成累积数据，将累积数据与适当的阈值进行比较。在又一示例中，可以将估计的紫外强度(和/或指数)报告给外部计算系统用于进一步处理(例如，经由通信套件24(图1)到云计算系统，云计算系统使用户能够远程存储和访问有关他们长期暴露于紫外光的数据)。

方法200可在除了上述那些之外的其他上下文中实现。例如，在一些实现中，该方法可在具有包括单个传感器的VLS和ULS的计算设备上实现。例如，VLS 38(图1)和ULS 40(图1)可组合以形成组合的VLS-ULS传感器。在该示例中，组合的VLS-ULS传感器包括光敏表面，该光敏表面具有掺杂的第一部分，使得第一部分对紫外光和不可见光敏感；以及掺杂的第二部分，使得第二部分对可见光和非紫外光敏感。组合的VLS-ULS传感器还包括滤光器(例如，Bayer滤光器)，该滤光器被分割成使得与光敏表面的第一部分对齐的滤光器部分透射紫外光并过滤可见光，并且使得与光敏表面的第二部分对齐的滤光器部分透射可见光并过滤紫外光。组合的VLS-ULS可便于紫外和可见光的同时测量。

在其它实现中，被配置成感测除可见光之外的光类型的环境光传感器可以与ULS一起使用来估计紫外光强度，因为紫外光部分与一些不可见谱带的比例可相对恒定。这种不可见光传感器可用作VLS的补充或替代，并且可与ULS和/或VLS组合以形成如上所述的单个组合光传感器。作为一个非限制性示例，被配置成感测红外光的光传感器可与ULS一起使用。

从前述描述中显而易见，本文所描述的方法和过程可被绑定到一个或多个机器的传感逻辑系统。这样的方法和过程可被实现为计算机应用程序或服务、应用编程接口(API)、库、固件和/或其它计算机程序产品。图1A和1B示出了实施本文所述的方法与过程的传感逻辑系统的一个非限制性示例。然而，如图4示意性地示出的，这些方法和过程可同样在其他配置和形成因素的传感逻辑系统上执行。

图4示意性地示出了包括操作地耦合到计算系统414的传感器套件412的形状不受限的传感逻辑系统410。该计算机系统包括逻辑机416和数据存储机418。该计算系统被操作地耦合到显示子系统420、通信子系统422、输入子系统424和/或在图4中未示出的其他组件。

逻辑机416包括被配置成执行指令的一个或多个物理设备。该逻辑机可被配置成执行作为以下各项的一部分的指令：一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构或其它逻辑构造。这种指令可被实现以执行任务、实现数据类型、转换一个或多个部件的状态、实现技术效果、或以其它方式得到期望结果。

逻辑机416可包括被配置成执行软件指令的一个或多个处理器。作为补充或替换，逻辑机可包括被配置成执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机。逻辑机的处理器可以是单核或多核，且在其上执行的指令可被配置为串行、并行和/或分布式处理。逻辑机的各个组件可任选地分布在两个或更多单独设备上，这些设备可以位于远程和/或被配置用于进行协同处理。逻辑机的各方面可由云计算配置的可远程访问的联网计算设备来虚拟化和执行。

数据存储机418包括被配置成保持可由逻辑机416执行以实现此处描述的方法和过程的指令的一个或多个物理设备。在实现此类方法和过程时，可变换数据存储机的状态(例如，保存不同数据)。数据存储机可包括可移动的和/或内置设备；它可包括光学存储器(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光碟等)、半导体存储器(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)、和/或磁性存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)、以及其他。该数据存储机可以包括易失性的、非易失性的、动态的、静态的、读/写的、只读的、随机存取的、顺序存取的、位置可定址的、文件可定址的、和/或内容可定址的设备。

将理解，数据存储机418包括一个或多个物理设备。然而，本文描述的指令的各方面可另选地通过不由物理设备在有限时长内持有的通信介质(例如，电磁信号、光信号等)来传播。

逻辑机416和数据存储机418的各方面可以被一起集成到一个或多个硬件逻辑组件中。这些硬件逻辑组件可包括例如现场可编程门阵列(FPGA)、程序和应用专用的集成电路(PASIC/ASIC)、程序和应用专用的标准产品(PSSP/ASSP)、片上系统(SOC)以及复杂可编程逻辑器件(CPLD)。

显示子系统420可用于呈现由存储机418所保持的数据的视觉表示。该视觉表示可采用图形用户界面(GUI)的形式。由于此处所描述的方法和过程改变了由存储机保持的数据，并由此变换了存储机的状态，因此同样可以转变显示子系统420的状态以视觉地表示底层数据的改变。显示子系统420可以包括使用实质上任何类型的技术的一个或多个显示子系统设备。可将此类显示子系统设备与逻辑机416和/或数据存储机418组合在共享封装中，或者此类显示子系统设备可以是外围显示子系统设备。图1A和1B的显示器20是显示子系统420的一个示例。

通信子系统422可以被配置成将计算系统414与一个或多个其它计算设备可通信地耦合。通信子系统可以包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统可被配置成用于经由无线电话网络、局域或广域网和/或互连网来进行通信。图1A和1B的通信套件24是通信子系统422的一个示例。

输入子系统424可包括诸如键盘、鼠标、触摸屏或游戏控制器等一个或多个用户输入设备或者与这些用户输入设备对接。在一些实现中，输入子系统可以包括所选择的自然用户输入(NUI)部件或与其对接。这种元件部分可以是集成的或外围的，并且输入动作的转导和/或处理可以在板上或板外被处理。NUI部件的示例可包括用于语言和/或语音识别的话筒；用于机器视觉和/或姿势识别的红外、色彩、立体显示和/或深度相机；用于运动检测和/或意图识别的头部跟踪器、眼睛跟踪器、加速计和/或陀螺仪；以及用于评估脑部活动的电场感测部件。图1A和1B的触摸屏传感器32和按钮34是输入子系统424的示例。

传感器套件412可包括如上参考图1A和1B所描述的一个或多个不同的传感器，例如触摸屏传感器、按钮传感器、话筒、可见光传感器、紫外光传感器、环境温度传感器、接触传感器、光学脉搏率传感器、加速计、陀螺仪、磁力计和/或GPS接收机。

将会理解，此处描述的配置和/或方法本质是示例性的，这些具体实现或示例不应被视为限制性的，因为许多变体是可行的。本文描述的具体例程或方法可以表示处理策略中的一个或多个。如此，所示或所述的各种动作可以被以所示或所述顺序、以其它顺序、并行地执行或者被省略。

本公开的主题包括各种过程、系统和配置以及本文公开的其他特征、功能、动作和/或属性、以及它们的任一和全部等价物的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。