CN106308776A - 用于检测生物信息的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供用于检测生物信息的装置和方法。一种用于检测生物信息的装置可以包括生物信号测量单元，其具有至少两个具有不同发光角度的发光元件。该至少两个发光元件可以包括不同类型的光源。该至少两个发光元件可以包括相同类型的多个光源，而且该情况下，可以提供光学元件，其被配置为调整所述光源之一的发光角度。所述用于检测生物信息的装置可以包括生物信号测量单元，其包括具有可变发光角度的发光单元。所述用于检测生物信息的装置可以进一步包括数据处理器，其被配置为从生物信号测量单元测量的数据中提取和分析对象的生物信息。

Description

用于检测生物信息的装置和方法
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年7月3日向韩国特许厅提交的韩国专利申请No.10-2015-0095198的权益，通过引用将其公开的内容整体合并于此。
技术领域
符合示范性实施例的装置、系统、和方法涉及检测生物信息。
背景技术
随着医学的发展和平均寿命的预期增加，保健越来越受重视。而且。对医疗器材/设备的关注不仅扩展到医院或体检机构中使用的各种医疗器材，还扩展到被提供用于在公共设施中使用的中型或小型医疗器材以及可以放在家中或个人携带的紧凑型医疗器材和保健装置。
可以通过侵入式方法或非侵入式方法来检测对象的生物信息。使用非侵入式方法，可以以相对简单的方式检测生物信息而不引起对象的痛苦。然而，当使用非侵入式方法检测生物信息时，可能难以保证检测结果的准确度和精度。
发明内容
一个或多个示范性实施例可以提供用于检测生物信息的装置、系统和方法，借以可以轻松地检测对象的生物信息。
一个或多个示范性实施例可以提供用于检测生物信息的装置、系统和方法，借以可以提高检测准确度和可靠性。
其他示范性方面和优点部分地将在以下说明书中阐述，而且部分地从说明书显然可知，或者可以通过给出的示范性实施例的实践习得。
根据示范性实施例的一个方面，一种用于检测生物信息的装置包括：生物信号测量单元，其包括发光部分和光电探测器，该发光部分包括至少两个具有不同大小的发光角度的发光元件，该光电探测器被配置为检测由该发光部分产生、并被对象调制的光；以及数据处理器，其被配置为从该生物信号测量单元测量的数据中提取和分析对象的生物信息。
该至少两个发光元件可以包括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件可以包括第一光源，第二发光元件可以包括与第一光源不同类型的第二光源，而且第一光源和第二光源可以具有不同的发光角度。
第一光源和第二光源中的一个的发光角度可以从大约0°到大约90°，而另一个的发光角度可以从大约80°到大约180°。
第一光源和第二光源中的一个可以是激光二极管(LD)，而另一个可以是发光二极管(LED)。
该至少两个发光元件可以包括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件可以包括第一光源，第二发光元件可以包括与第一光源相同类型的第二光源，而且第一发光元件和第二发光元件中的一个可以进一步包括光学元件，其被配置为调整其光源产生的光的发光角度。
该光学元件可以包括透镜、光学波导、狭缝、凹面镜、和凸面镜中的至少一个。
第一发光元件和第二发光元件中的一个可以包括该光学元件，而第一发光元件和第二发光元件中的另一个可以不包括该光学元件。
第一发光元件可以包括与该光学元件对应的第一光学元件，而第二发光元件可以包括与第一光学元件不同的第二光学元件。
该至少两个发光元件可以包括第一发光元件和第二发光元件，第一和第二发光元件中的一个的发光角度可以从大约0°到大约90°，而第一和第二发光元件中的另一个的发光角度可以从大约80°到大约180°。
该数据处理器可以被配置为从该至少两个发光元件测量的多个检测信号当中选择具有相对高的信噪比(SNR)的信号，并使用选择的信号来提取和分析对象的生物信息。
该至少两个发光元件可以包括第一发光元件和第二发光元件，而且该光电探测器可以包括至少一个光接收器件，其被配置为接收基于第一发光元件发出的光的光学信号、和基于第二发光元件发出的光的光学信号二者。
该至少两个发光元件可以包括第一发光元件和第二发光元件，该光电探测器可以包括至少一个第一光接收器件和至少一个第二光接收器件，而且第一光接收器件可以被配置为选择性地接收第一发光元件输出的光产生的光学信号，而第二光接收器件可以被配置为选择性地接收第二发光元件输出的光产生的光学信号。
第一发光元件可以产生第一波长范围的光，而第二发光元件可以产生与第一波长范围不同的第二波长范围的光，而且第一光接收器件可以被配置为接收与第一波长范围对应的光学信号，而第二光接收器件可以被配置为接收与第二波长范围对应的光学信号。
该光电探测器可以包括多个光接收器件，而且可以在围绕该发光部分的至少一部分的阵列中布置该多个光接收器件。
该光电探测器可以包括围绕该发光部分的多个器件区域，而且每个器件区域可以包括多个光接收器件，该多个光接收器件可以被配置为接收不同波长范围的光。
该发光部分可以包括具有第一发光角度的多个第一发光元件和具有第二发光角度的多个第二发光元件，而且该多个第一发光元件和该多个第二发光元件可以在二维阵列中交替排列。
该发光部分和与该发光部分对应的光电探测器可以构成一个子单元，而且该生物信号测量单元可以包括重复多个子单元的排列的阵列。
该生物信号测量单元可以被配置为通过非接触方法测量对象的有效测量表面。
该生物信号测量单元可以进一步包括至少一个衬垫，其向该生物信号测量单元的一侧突出，其中该至少一个衬垫将该发光部分和该光电探测器与对象的表面分开。
该生物信号测量单元可以被配置为测量对象的表面脉搏波和/或光体积变化信号图(PPG)。
所述用于检测生物信息的装置检测的生物信息可以包括血压、心率、血氧饱和度、血管弹性、血流速率、和动脉硬度中的至少一个。
该装置可以进一步包括：光源驱动器，其连接到该生物信号测量单元；以及信号转换器，其连接在该生物信号测量单元与该数据处理器之间。
该装置可以进一步包括处理器，其中该处理器包括该数据处理器和控制器。
所述用于检测生物信息的装置的至少一部分可以构成便携设备或可穿戴设备的至少一部分。
根据另一示范性实施例的一个方面，一种用于检测生物信息的装置包括：生物信号测量单元，其包括发光部分和光电探测器，该发光部分包括具有可变发光角度的至少一个发光单元，该至少一个发光单元包括光源、和被配置为控制该光源的发光角度的发光角度控制元件，该光电探测器检测由该发光部分产生、并被对象调制的光；以及数据处理器，其被配置为从该生物信号测量单元测量的数据中提取和分析对象的生物信息。
该发光角度控制元件可以包括可变对焦透镜。
该发光角度控制元件可以包括以下至少一个：包括音圈马达(VCM)的自动对焦模块(AFM)、包括电湿润单元的液体透镜、和包括液晶的可变焦距微透镜。
可以根据光源与对象之间的距离来控制发光单元的发光角度。
该装置可以进一步包括距离测量传感器，其被配置为测量光源与对象之间的距离。
该数据处理器可以被配置为从在改变发光单元的发光角度的同时测量的多个检测信号当中选择具有相对高的信噪比(SNR)的信号。
该光电探测器可以包括多个光接收器件，而且可以在围绕该发光部分的至少一部分的阵列中布置该多个光接收器件。
该发光部分可以包括多个发光单元，和/或该发光部分可以进一步包括具有固定发光角度的至少一个发光元件。
该生物信号测量单元可以被配置为测量对象的表面脉搏波和/或光体积变化信号图(PPG)。
所述用于检测生物信息的装置检测的生物信息可以包括血压、心率、血氧饱和度、血管弹性、血流速率、和动脉硬度中的至少一个。
根据另一示范性实施例的一个方面，一种检测生物信息的方法包括：用来自具有不同发光角度的至少两个发光元件的入射光照射对象的测量区域；从由该至少两个发光元件输出、并被该测量区域调制的光产生多个信号；以及从产生的多个信号当中选择具有相对高的信噪比(SNR)的信号，并使用选择的信号提取和分析对象的生物信息。
可以通过在不同时间驱动该至少两个发光元件发光来将光照射到对象的测量区域上，而且可以在与该至少两个发光元件发光的不同时间对应的不同时间检测该多个信号。
可以通过同时驱动该至少两个发光元件来将光照射到对象的测量区域上，而且可以使用彼此不同的多个光接收器件来检测该多个信号。
该至少两个发光元件可以包括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件可以包括第一光源，第二发光元件可以包括与第一光源不同类型的第二光源，而且第一光源和第二光源可以具有不同的发光角度。
该至少两个发光元件可以包括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件可以包括第一光源，第二发光元件可以包括与第一光源相同类型的第二光源，而且第一发光元件和第二发光元件中的一个可以进一步包括透镜，其被配置为会聚或分散其光源产生的光。
根据另一示范性实施例的一个方面，一种检测生物信息的方法包括：用具有可变发光角度的至少一个发光单元输出的光照射对象的测量区域，该至少一个发光单元包括光源和被配置为控制该光源的发光角度的发光角度控制元件；从照射到该测量区域上并被该测量区域调制的光产生信号；以及使用产生的信号提取和分析对象的生物信息。
该方法可以进一步包括：测量光源与对象之间的距离；以及根据测量的距离改变发光单元的发光角度。
可以从在改变发光单元的发光角度的同时检测的光产生与多个发光角度对应的多个检测信号，而且可以在从产生的信号当中选择具有相对高的信噪比(SNR)的信号之后，使用选择的信号提取和分析对象的生物信息。
该发光角度控制元件可以包括可变对焦透镜。
附图说明
通过结合附图对示范性实施例的以下描述，这些和/或其他示范性方面将变得明显且更加易于理解，其中：
图1示意性地示出根据示范性实施例的用于检测生物信息的装置的结构；
图2是示出根据示范性实施例的生物信号测量单元测量的表面脉搏波信号的示例的曲线图；
图3示出根据示范性实施例的生物信号测量单元使用的发光部分；
图4示出根据另一示范性实施例的生物信号测量单元使用的发光部分；
图5示出根据另一示范性实施例的生物信号测量单元使用的发光部分；
图6示出根据示范性实施例的当生物信号测量单元的发光部分位于离对象的表面第一距离时发光部分照射在对象上的光入射；
图7示出根据另一示范性实施例的当生物信号测量单元的发光部分位于离对象的表面第二距离时发光部分照射在对象上的光入射；
图8是示出根据示范性实施例的根据多个发光元件(光源)中的每一个的高度(即，与对象分开的距离)的检测信号的信噪比(SNR)的改变的曲线图；
图9示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元；
图10示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元；
图11示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元；
图12是示出根据示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图13是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图14是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图15是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图16是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图17是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图18是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图19是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图20是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图21是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图22是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图23是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图24和图25示出根据示范性实施例的生物信号测量单元被置于穿过对象的手腕的桡动脉上并执行测量的情况的示例；
图26示出根据另一示范性实施例的生物信号测量单元使用的发光部分；
图27示出根据另一示范性实施例的生物信号测量单元使用的发光部分；
图28示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元；
图29是示出根据示范性实施例的图1的用于检测生物信息的装置的结构的框图；
图30是示出根据另一示范性实施例的图1的用于检测生物信息的装置的结构的框图；
图31至图33是示出图30的结构的修改示例的框图；
图34示出根据示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的可穿戴设备的示例；
图35示出根据示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的可穿戴设备的示例；
图36是说明根据示范性实施例的检测生物信息的方法的流程图；
图37是说明根据另一示范性实施例的检测生物信息的方法的流程图；
图38是说明根据另一示范性实施例的检测生物信息的方法的曲线图；
图39是说明根据另一示范性实施例的检测生物信息的方法的曲线图；
图40是示出根据另一示范性实施例的生物信号测量单元使用的发光部分的示例的电路图；
图41是说明根据另一示范性实施例的检测生物信息的方法的流程图；
图42示意性地示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置的结构；
图43示出根据示范性实施例的图42的发光单元的结构；
图44是示出图43的发光角度控制元件的结构的示例的截面图；
图45是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图46是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图47是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图48是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图；
图49示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元；
图50示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元；
图51示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元；
图52是示出根据示范性实施例的图42的用于检测生物信息的装置的结构的框图；
图53是示出根据另一示范性实施例的图42的用于检测生物信息的装置的结构的框图；
图54是说明根据另一示范性实施例的检测生物信息的方法的流程图；
图55是说明根据另一示范性实施例的检测生物信息的方法的流程图；
图56是示出根据示范性实施例检测的两个信号及其直流(DC)电平的曲线图；
图57是说明根据另一示范性实施例的检测生物信息的方法的流程图；
图58示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置和用于检测生物信息的方法；以及
图59示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置和用于检测生物信息的方法。
具体实施方式
现在将参照其中示出示范性实施例的附图全面描述各种示范性实施例。
应当理解，当元件在这里被称为“连接”或“耦接”到其他元件时，其可以直接连接或耦接到其他元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到其他元件时，不存在中间元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出条目的任意和全部组合。
应当理解，虽然这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用于将一个元件、组件、区域、层和/或部分与其他元件、组件、区域、层和/或部分区分。因而，下面讨论的第一元件、组件、区域、层和/或部分可以被记作第二元件、组件、区域、层和/或部分而不背离示例实施例的教导。
这里可以使用诸如“下方”、“下面”、“下”、“上面”、“上”等空间相对术语以便于描述图示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系的说明。应当理解，空间相对术语意在涵盖除了图中绘示的方向之外的在使用或操作中的设备的其他方向。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件将被定向为在其他元件或特征“上面”。因而，示范性术语“下面”可以涵盖上面和下面二者的方向。可以将设备另外定向(旋转90度或朝其他方向)并相应地解读这里使用的空间相对描述。
这里使用的术语仅仅用于描述特定示范性实施例的目的，而非意在限制示范性实施例。这里使用的单数形式“一个”、“一”和“该”同样打算包括复数形式，除非上下文清楚地另有指明。还应当理解，术语“包括”和/或“包含”当在说明书中使用时，表示存在所述特征、整数、步骤、操作、元件、和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件、和/或其群组。
这里参照作为示范性实施例的理想化方面(以及中间结构)的示意性图示的截面图来描述示范性实施例。如此，预期有例如作为制造技术和/或容差的结果的图示的形状的改变。因而，示范性实施例不应当被解读为限于这里示出的区域的特定形状，而是包括例如由制造引起的形状的偏差。例如，被图示为长方形的植入(implant)区域将典型地在其边缘处具有圆形或曲线的特征和/或植入浓度的梯度，而不是从植入区域到非植入区域的二元改变。同样地，通过植入形成的填埋区域可以在填埋区域与通过其发生植入的表面之间的区域中引起一些植入。因而，图中所示的区域本质上是示意性的，它们的形状并非意在图示设备的区域的实际形状，而且不打算限制示范性实施例的范围。
除非另有定义，这里使用的全部术语(包括技术和科学术语)具有与示范性实施例所属领域中的普通技术人员通常理解的相同的含义。还应当理解，诸如在常用辞典中定义的术语的术语应当被解读为具有与它们在相关技术的背景中的含义一致的含义，而不应当在理想化或过于形式的意义上解读，除非这里明确地这样定义。
现在将详细介绍用于检测生物信息的装置和系统以及检测生物信息的方法，其示例在附图中示出，其中类似的引用数字始终指代类似的元件。而且，图中所示的每个元件(或单元)的尺寸可以被夸大以便于描述清楚。在这点上，给出的示范性实施例可以具有不同的形式，而且不应当被解读为限于这里阐述的说明。因此，下面通过参照附图仅仅描述示范性实施例以说明本说明书的各方面。在结构中，当组成元件被置于其他组成元件“上方”或“上面”时，该组成元件可以仅直接在其他组成元件上，或者以非接触方式在其他组成元件上方。
下面，将参照附图全面描述用于检测生物信息的装置和系统以及检测生物信息的方法。可以夸大图中所示的层或区域的宽度和厚度以便于说明。以下说明书全文中，附图中类似的引用数字表示类似的元件。
图1示意性地示出根据示范性实施例的生物信息检测装置1000的结构。术语“生物信息”可以表示生命体的信息。生物信息可以包括可以从作为生物信息检测装置1000的测量对象的对象SBJ(例如，诸如人或动物的活体生物)的身体、或身体的部分元件或组件获得的生物和医学信息。
参照图1，生物信息检测装置1000可以包括生物信号测量单元M10，用于测量SBJ的生物信号。而且，生物信息检测装置1000可以包括：非易失性存储器(未示出)，存储指令；以及数据处理器，被配置为执行所述指令，从而从生物信号测量单元M10测量的数据中提取和分析对象SBJ的生物信息。可以在处理器(处理单元)P10内提供该数据处理器。而且，生物信息检测装置1000可以进一步包括驱动器和信号转换器DS10，其连接到生物信号测量单元M10的处理器P10。驱动器和信号转换器DS10可以包括光源驱动器和信号转换器。
生物信号测量单元M10可以包括发光部分LT10，用于将预定的光照射到对象SBJ的测量区域上。发光部分LT10可以包括具有不同大小的发光角度的至少两个发光元件LL10和LL20。例如，发光部分LT10可以包括：第一发光元件LL10，其具有第一发光角度θ1，在该角度内发光；以及第二发光元件LL20，其具有第二发光角度θ2，在该角度内发光。第一发光角度θ1和第二发光角度θ2可以彼此不同。例如，第一发光角度θ1可以比第二发光角度θ2大20°左右或更多、或者40°左右或更多。在具体示例中，第一发光角度θ1可以为大约60°到180°，而第二发光角度θ2可以为大约0°到100°。替换地，第一发光角度θ1可以为大约80°到180°，而第二发光角度θ2可以为大约0°到90°。替换地，第一发光角度θ1可以为大约100°到170°，而第二发光角度θ2可以为大约5°到50°。第一和第二发光角度θ1和θ1的范围是示范性的而且可以改变。术语“发光角度”描述定义由光源输出的光沿朝向相对于照射方向的侧面(朝向周围)的预定方向的散布的程度的角度。因此，“发光角度”可以替换地被称为光的发散角度。此外，“发光角度”可以替换地被称为可视角度。第一发光元件LL10朝向对象SBJ输出的光L10可以被称为“第一入射光”，而第二发光元件LL20朝向对象SBJ输出的光L20可以被称为“第二入射光”。第一发光角度θ1是指示来自第一发光元件LL10的第一入射光L10的发散的程度的角度，而第二发光角度θ2是指示来自第二发光元件LL20的第二入射光L20的发散的程度的角度。稍后将参照图3至图5描述第一和第二发光元件LL10和LL20的结构。
生物信号测量单元M10可以进一步包括光电探测器(光电检测部分)DT10，用于检测发光部分LT10朝向对象SBJ输出、并被对象SBJ调制(例如，反射或散射)的光L50'。光L50'可以被称为调制光或光信号。光电探测器DT10可以被布置为邻近发光部分LT10，而且可以包括至少一个光接收器件。例如，可以使用光电二极管、光电晶体管、或电荷耦合器件(CCD)作为光接收器件。光电探测器DT10与发光部分LT10之间的距离例如可以在几个毫米(或者在一些情况下，大约10mm或更多)以内。
生物信号测量单元M10测量的对象SBJ的生物信号例如可以是表面脉搏波。表面脉搏波可以是与由血管(BV1)的收缩和舒张造成的对象SBJ的表面(皮肤表面)的震颤的程度对应的波形(信号)。可以通过检测在对象SBJ的表面S1上调制的光L50'来测量与表面S1的震颤对应的表面脉搏波。表面脉搏波可以被称为“皮肤表面脉搏波”。图2是示出根据示范性实施例的生物信号测量单元M10测量的表面脉搏波信号的示例的曲线图。图2的曲线图示出仅使用第一和第二发光元件LL10和LL20中的第一发光元件LL10对对象SBJ的生物信号的测量的示范性结果。生物信号测量单元M10测量的对象SBJ的生物信号可以是表面脉搏波之外的信号。例如，生物信号可以是光体积变化信号图(PPG)或其他信号。使用光的非侵入式方法能够测量的任何生物信号可以是测量的对象。
生物信号测量单元M10测量的数据可以被传送到处理器P10。处理器P10的数据处理器可以执行从数据中提取和分析对象SBJ的生物信息的功能。例如，可以从图2所示的表面脉搏波信号中提取和分析对象SBJ的各种生物信息，诸如收缩血压、舒张血压、心率、血氧饱和度、血管弹性、血流速率、或动脉硬度。如图2所示，可以从表面脉搏波信号中提取诸如顶点(peak)、重搏切迹(dicrotic notch)、单位时间信号数量、增强指数(AI)、反射波传输时间(RWTT)、心肌活力率(SEVR)、或射血时间(ejection duration)并分析(即，使用脉搏波分析(PWA))，从而获得各种生物信息。而且，根据本示范性实施例，数据处理器可以被配置为从发光元件LL10和LL20测量的多个检测信号中选择具有相对高信噪比(SNR)的信号，并使用所选择的信号来提取和分析对象SBJ的生物信息。因此，可以改善测量的准确度和可靠性。
形成图1的发光部分LT10的第一和第二发光元件LL10和LL20可以包括具有不同的发光角度的不同类型的光源，其示例在图3中示出。
参照图3，发光部分LT11可以包括第一发光元件LL11和第二发光元件LL21。第一发光元件LL11可以包括第一光源LS1，而第二发光元件LL21可以包括第二光源LS2。第一光源LS1可以是第一发光元件LL11，而第二光源LS2可以是第二发光元件LL21。第一光源LS1的类型可以不同于第二光源LS2的类型。在具体示例中，第一光源LS1可以是发光二极管(LED)，而第二光源LS2可以是激光二极管(LD)。该情况下，第一光源LS1的发光角度θ1例如可以为大约80°到180°，大约100°到170°，或大约120°到170°。第二光源LS2的发光角度θ2例如可以为大约0°到90°，大约5°到50°，或大约10°到30°。分别通过第一发光元件LL11和第二发光元件LL21产生光L11和光L21。
根据另一示范性实施例，形成图1的发光部分LT10的第一和第二发光元件LL10和LL20可以包括具有相同类型的光源。例如第一和第二发光元件LL10和LL20可以均为LD，或者可以均为LED。该情况下，两个发光元件LL10和LL20的任何一个可以进一步包括光学元件(光学器件)，用于调整发光角度。光学元件例如可以包括透镜、光学波导、狭缝、凹面镜、和凸面镜中的至少一个。图4示出采用透镜结构作为光学元件的示例。
参照图4，发光部分LT12可以包括第一发光元件LL12和第二发光元件LL22。第一发光元件LL12可以包括第一光源LS1-1，而第二发光元件LL22可以包括作为与第一光源LS1-1相同类型的光源的第二光源LS1-2。第一发光元件LL12和第二发光元件LL22二者可以是LED或LD。第一发光元件LL12和第二发光元件LL22的任何一个(例如，第二发光元件LL22)可以进一步包括透镜结构LN2，用于会聚或发散由与其对应的光源(即，第二光源LS1-2)产生的光。透镜结构LN2可以包括至少一个透镜，而且通常具有正(+)折射能力或负(–)折射能力。可以从第一发光元件LL12和第二发光元件LL22的另一个(例如，第一发光元件LL12)中省略透镜。换句话说，可以不用透镜地使用第一光源LS1-1，同时可以利用透镜结构LN2使用与第一光源LS1-1相同类型的第二光源LS1-2。因此，第一发光元件LL12和第二发光元件LL22可以具有不同的发光角度θ1和θ2。虽然第二光源LS1-2和透镜结构LN2被示出为彼此接触，它们也可以彼此分开预定间隔。分别通过第一发光元件LL12和第二发光元件LL22产生光L12和光L22。
根据另一示范性实施例，图4的第一发光元件LL12可以包括透镜结构，其示例在图5中示出。
参照图5，发光部分LT13可以包括第一发光元件LL13和第二发光元件LL23。第一发光元件LL13可以包括第一光源LS1-1'，而第二发光元件LL23可以包括作为与第一光源LS1-1'相同类型的光源的第二光源LS1-2'。第一发光元件LL13可以进一步包括第一透镜结构LN1'，用于会聚或发散由第一光源LS1-1'产生的光。第二发光元件LL23可以进一步包括第二透镜结构LN2'，用于会聚或发散由第二光源LS1-2'产生的光。第一透镜结构LN1'和第二透镜结构LN2'可以具有相反的折射能力。第一透镜结构LN1'和第二透镜结构LN2'的折射能力的符号可以彼此相反。例如，第一透镜结构LN1'可以具有负(–)折射能力，而第二透镜结构LN2'可以具有正(+)折射能力。替换地，第一透镜结构LN1'和第二透镜结构LN2'可以具有相同符号的不同的折射能力。当不同的透镜结构LN1'和LN2'被应用于相同类型的两个光源LS1-1'和LS1-2'时，包括以上元件的两个发光元件LL13和LL23可以具有不同的发光角度θ1和θ2。分别通过第一发光元件LL13和第二发光元件LL23产生光L13和光L23。
如上面参照图4所述，可以在第一发光元件LL12和第二发光元件LL22的任何一个中提供光学元件，即，被配置为调整发光角度的透镜结构LN2，或者如上面参照图5所述，在第一发光元件LL13中提供第一发光元件，即，第一透镜结构LN1'，并在第二发光元件LL23中提供第二发光元件，即，与第一透镜结构LN1'不同的第二透镜结构LN2'。除了如上所述的透镜结构之外或代替之，可以使用光学波导、狭缝、凹面镜、和凸面镜作为光学元件，或者可以使用透镜结构、光学波导、狭缝、凹面镜、和凸面镜的两个或更多个的组合。而且，光学元件可以应用于图3的第一发光元件LL11和第二发光元件LL21中的至少一个。
在示范性实施例中，可以使用具有不同的发光角度的多个发光元件(光源)测量对象的生物信号。以这种方式，无论生物信号测量单元(传感器)与对象的测量表面之间的距离如何，都可以确保最佳照明强度和最佳光照面积，这将参照图6和图7描述。
图6示出根据示范性实施例的当生物信号测量单元M10的发光部分LT10位于离对象SBJ的表面(测量表面)S1第一距离d1时发光部分LT10照射在对象SBJ上的光。在本示范性实施例中，与图7相比，图6的发光部分(光源单元)LT10位于相对远离测量表面S1。
参照图6，当发光部分(光源单元)LT10位于相对远离测量表面S1时，具有窄发光角度θ2(即，窄可视角度θ2)的第二发光元件LL20可以有利于确保用于测量最佳生物信号的最佳照明强度和最佳光照面积。
图7示出根据示范性实施例的当生物信号测量单元M10的发光部分LT10位于离对象SBJ的测量表面S1第二距离d2时发光部分LT10照射在对象SBJ上的光。在本示范性实施例中，与图6相比，发光部分(光源单元)LT10位于相对靠近测量表面S1。
参照图7，当发光部分(光源单元)LT10位于相对靠近测量表面S1时，具有宽发光角度θ1(即，宽可视角度θ1)的第一发光元件LL10可以有利于确保用于测量最佳生物信号的最佳照明强度和最佳光照区域。
当仅使用具有单一发光角度的一个光源执行测量时，因为光源远离或靠近对象的测量表面，照明强度和光照面积变化而且可能超过最佳测量条件，因而这样获得的信号的SNR可能降低。然而，在本示范性实施例中，通过使用具有不同发光角度的多个发光元件(光源)，无论测量单元(生物信号测量单元)与对象的测量表面之间的距离如何，都可以确保最佳照明强度和最佳光照区域，因而可以获得具有高SNR的检测信号。
图8是示出根据示范性实施例的根据多个发光元件(光源)中的每一个的高度(即，与对象分开的距离)的检测信号的SNR的改变的曲线图。本示范性实施例中使用的发光部分LT10可以包括LED作为第一发光元件LL10、以及LD作为第二发光元件LL20。发光部分LT10可以对应于图3的发光部分LT11。该情况下，LED和LD二者是红外(IR)源，用于产生IR光。
参照图8，当距离d为5.5mm时，可以看到使用由具有窄发光角度的第二发光元件LL20输出的光检测的信号具有相对高的SNR，其可以对应于参照图6描述的情况。替换地，当距离d为2.5mm时，可以看到使用由具有宽发光角度的第一发光元件LL10输出的光检测的信号具有相比较高的SNR，其可以对应于参照图7描述的情况。因此，当测量单元与对象的测量表面之间的距离相对长(即，距离d大)时，可以通过使用第二发光元件LL20获得具有相比较高的SNR的信号。当测量单元与对象的测量表面之间的距离相对短(即，距离d小)时，可以通过使用第一发光元件LL10获得具有相比较高的SNR的信号。因此，无论测量单元与对象的测量表面之间的分开距离如何，都可以测量具有高质量的生物信号。结果，可以大大改善测量的准确度和可靠性。基于图8和与其类似的实验结果，当距离d等于或大于大约4.5mm或大约4mm时，使用由第二发光元件LL20输出的光检测的信号可以具有相比较高的SNR。而且，当距离d等于或小于大约3.5mm或大约4mm时，使用由第一发光元件LL10输出的光检测的信号可以具有相比较高的SNR。
替换地，在图8中，当距离d为0mm，即，生物信号测量单元与对象的测量表面彼此接触时，测量表面(即，皮肤表面)的震颤可能被生物信号测量单元自身限制，而且使用由发光元件LL10和LL20二者输出的光可能测量低的SNR。该情况下，如图9所示，可以使用衬垫SP1来防止生物信号测量单元与测量表面(即，皮肤表面)接触。
参照图9，可以在预定支架SS1上提供生物信号测量单元M1。支架SS1可以是基板。基板例如可以是印刷电路板(PCB)或与其类似的基板。支架SS1具有柔性或刚性结构。生物信号测量单元M1可以具有与图1的生物信号测量单元M10的结构相同或类似的结构。因此，生物信号测量单元M1可以包括具有不同的发光角度的至少两个发光元件LL1和LL2，而且可以进一步包括光电探测器DT1。光电探测器DT1可以包括至少一个光接收器件。而且，根据本示范性实施例，可以提供向支架SS1的一侧突出的至少一个衬垫SP1。发光部分LT1和光电探测器DT1可以被衬垫SP1从对象SBJ的测量表面S1隔开。换句话说，可以利用衬垫SP1来确保发光部分LT1和光电探测器DT1与测量表面S1之间的最小分隔距离。因此，可以防止随着发光部分LT1和光电探测器DT1接触测量表面S1而减小测量信号的SNR的问题。本示范性实施例中，生物信号测量单元M1可以被考虑为包括支架SS1、发光部分LT1、光电探测器DT1、和衬垫SP1的全部。
图9中，衬垫SP1的使用是示范性的，而且可以使用其他方法来实现形成衬垫SP1的目的。而且，衬垫SP1的形成位置、结构、和数量是示范性的，可以以多种形式的任何一种改变。而且，图9中，嵌入支架SS1的发光部分LT1和光电探测器DT1的结构是示范性的，而且可以改变嵌入的深度或位置。
图9示范性地示出用于使用非接触方法测量对象SBJ的有效测量表面的装置。当测量诸如对象SBJ的表面脉搏波的生物信号时，可以采用非接触测量方法。然而，当检测光体积变化信号图(PPG)信号而不是表面脉搏波时，可以使用接触测量方法而不是非接触测量方法。该情况下，可以略去衬垫SP1，而且可以在测量单元M1(LT1+DT1)与对象SBJ的有效测量表面接触的状态下测量生物信号。因而，可以根据要测量的生物信号来改变测量方法。
根据本示范性实施例，图1的光电探测器DT10可以包括能够接收来自第一发光元件LL10的光学信号和来自第二发光元件LL20的光学信号的光接收器件。替换地，光电探测器DT1可以包括选择性地接收来自第一发光元件LL10的光学信号的第一光接收器件、和选择性地接收来自第二发光元件LL20的光学信号的第二光接收器件。图10示范性地示出前者，图11示范性地示出后者。
参照图10，光电探测器DT11可以包括光接收器件PD11。光接收器件PD11可以接收对象SBJ通过来自第一发光元件LL10的入射光(以下，称为第一入射光)L10产生的光学信号(以下，称为第一光学信号)L10'、和对象SBJ通过来自第二发光元件LL20的入射光(以下，称为第二入射光)L20产生的光学信号(以下，称为第二光学信号)L20'二者。该情况下，第一光学信号L10'和第二光学信号L20'可以在不同的时间入射到光接收器件PD11上。通过以不同的定时驱动第一发光元件LL10和第二发光元件LL20，可以在不同的时间将第一入射光L10和第二入射光L20照射到对象SBJ的表面S1上。结果，可以在不同的时间通过光接收器件PD11检测第一光学信号L10'和第二光学信号L20'。该情况下，可以使用时分方法来划分由多个发光元件LL10和LL20检测的多个信号。
参照图11，光电探测器DT12可以包括第一光接收器件PD1和第二光接收器件PD2。第一光接收器件PD1可以被配置为选择性地接收在对象SBJ中从第一发光元件LL10的第一入射光L10产生的第一光学信号L10'。第二光接收器件PD2可以被配置为选择性地接收在对象SBJ中从第二发光元件LL20的第二入射光L20产生的第二光学信号L20'。该情况下，第一入射光L10和第二入射光L20可以落入不同的波长范围。第一光学信号L10'可以落入与第一入射光L10对应的波长范围，而第二光学信号L20'可以落入与第二入射光L20对应的波长范围。在具体示例中，第一入射光L10和第一光学信号L10'可以落入与红R、绿G、蓝B、和红外IR光的区域中的任何一个对应的波长范围。第二入射光L20和第二光学信号L20'可以落入与红R、绿G、蓝B、和红外IR光的区域中的另一个对应的波长范围。第一和第二光接收器件PD1和PD2中的每一个可以包括用于过滤特定波长范围的光的器件。使用它们各自的过滤器件，第一光接收器件PD1可以选择性地接收第一光学信号L10'，而第二光接收器件PD2可以选择性地接收第二光学信号L20'。在本示范性实施例中，可以使用波长分隔(wavelength-division)方法来划分由发光元件LL10和LL20检测的多个信号。该情况下，不同于上述时分方法，可以同时驱动第一和第二发光元件LL10和LL20。
根据本示范性实施例，发光部分可以包括两个或更多个发光元件(光源)，而且光电探测器可以包括两个或更多个光接收器件。在以下描述中，参照图12至图23，描述生物信号测量单元的各种平面结构(阵列结构)。
图12是示出根据示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图。
参照图12，发光部分100A可以包括第一发光元件10和第二发光元件20。第一发光元件10和第二发光元件20可以分别对应于图1的第一发光元件LL10和第二发光元件LL20。可以在生物信号测量单元上在发光部分100A周围或附近提供多个光接收器件200。例如，可以提供两个光接收器件200，在发光部分100A的相对两侧的每一侧各一个。多个光接收器件200可以构成一个光电探测器。每个光接收器件200可以对应于图10中描述的光接收器件PD11。可以使用光电二极管、光电晶体管、或电荷耦合器件(CCD)作为光接收器件200。可以在基板1上面或里面提供发光部分100A和光接收器件200。基板1例如可以是PCB，或者本领域技术人员能够理解的其他基板。基板1可以是一种支架。
虽然图12示出在发光部分100A的相对两侧提供光接收器件200的情况，如图13所示，可以提供四个光接收器件200，在发光部分100A的上、下、左、和右侧的每一侧各一个。换句话说，可以在发光部分100A周围的至少四个位置布置光接收器件200。
图12和图13中，发光部分100A可以包括多个第一发光元件10和多个第二发光元件20，而图14示出其示例。参照图14，发光部分10B可以包括二维(2D)阵列，其中混合多个第一发光元件10和多个第二发光元件20。
而且，根据另一示范性实施例，在图12至图14的结构中，可以在发光部分100A和100B周围的环状阵列中布置多个光接收器件200，图15和图16示出其示例。
图17是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图。
参照图17，发光部分100A可以包括第一发光元件10和第二发光元件20。可以在发光部分100A周围布置多个光接收器件区域210。每个光接收器件区域210可以包括第一光接收器件200a和第二光接收器件200b。第一光接收器件200a可以是接收来自第一和第二发光元件10和20之一的光学信号的器件。第二光接收器件200b可以是接收来自第一和第二发光元件10和20的另一个的光学信号的器件。第一光接收器件200a和第二光接收器件200b可以被配置为接收具有不同波长范围的光学信号。第一光接收器件200a和第二光接收器件200b可以对应于图11的第一光接收器件PD1和第二光接收器件PD2。在示例中，第一光接收器件200a可以是接收红R区域中的光学信号的器件，而第二光接收器件200b可以是接收绿G区域中的光学信号的器件。该情况下，第一和第二发光元件10和20之一可以是红光源，而另一个可以是绿光源。然而，第一和第二发光元件10和20的发光波长以及第一和第二光接收器件200a和200b的光接收波长不限于这些具体波长，而且可以以各种方式改变。
可以以图18所示的方式修改图17的结构。参照图18，发光部分100C可以包括多个第一发光元件10-1和10-2以及多个第二发光元件20-1和20-2。第一发光元件10-1和10-2可以包括第1-1发光元件10-1和第1-2发光元件10-2。第1-1发光元件10-1和第1-2发光元件10-2可以产生不同波长范围的光。多个第二发光元件20-1和20-2可以包括第2-1发光元件20-1和第2-2发光元件20-2。第2-1发光元件20-1和第2-2发光元件20-2可以产生不同波长范围的光。可以在发光部分100C周围提供多个光接收器件区域220。每个光接收器件区域220可以包括第一至第四光接收器件201a至201d。第一至第四光接收器件201a至201d可以被配置为接收不同波长范围的光学信号。例如，第一至第四光接收器件201a至201d可以被配置为接收红R、绿G、蓝B、和红外IR光的波长范围中的光学信号。可以确定发光元件10-1、10-2、20-1和20-2的发光波长以便与接收的光学信号的波长范围对应。
图17和图18中，可以在发光部分100A和100B周围的环状阵列中布置光接收器件区域210和220，图19和图20示出其示例。图17和图19的光接收器件区域210的R和G区域的布置方法、以及图18和图20的光接收器件区域220的R、G、B和IR区域的布置方法是示范性的且可以改变。
图21是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图。
参照图21，发布部分100A以及在发光部分100A周围排列的光接收器件200形成一个子单元SU1。可以重复地布置多个子单元SU1。发光部分100A可以包括至少一个第一发光元件10和至少一个第二发光元件20。在每个子单元SU1中，可以以六边形阵列或以其他形状在发光部分100A周围布置光接收器件200。两个相邻的子单元SU1可以共享一些光接收器件200。然而，可以以各种方式修改图21中的子单元SU1的结构和子单元SU1的重复布置方法。
图22是示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图。
参照图22，发光部分110可以具有在至少一排上混合多个第一发光元件10和多个第二发光元件20的结构。可以沿预定方向交替地布置第一发光元件10和第二发光元件20。可以在发光部分110周围布置多个光接收器件201。可以将光接收器件201布置为在发光部分110的至少一侧形成阵列。例如，可以在发光部分110的相对两侧提供光接收器件阵列210a和210b，它们各自包括多个光接收器件201。
可以以各种方式改变图22的阵列结构。例如，虽然图22示出发光部分110的第一和第二发光元件10和20形成单排的阵列，可以形成两排或更多排的阵列，图23示出其示例。参照图23，发光部分120可以具有在形成两排的阵列中混合多个第一发光元件10和多个第二发光元件20的结构。如图23所示，可以围绕或邻近发光部分120布置光接收器件201。
参照图12至图23描述的具有各种结构的生物信号测量单元可以以多种方式施加于对象的测量区域。对象的测量区域例如可以是人体的特定部位。在将生物信号测量单元靠近人体的特定部位之后，可以测量生物信号。图24和图25示出根据示范性实施例的生物信号测量单元被置于穿过对象的手腕部位的桡动脉RA1上并执行测量的示例。图24示出使用与图13对应的生物信号测量单元的情况，而图25示出使用与图22对应的生物信号测量单元的情况。然而，图24和图25所示的测量位置是示范性的且可以改变。例如，代替桡动脉RA1，可以针对人体中具有高血管密度的诸如手指、脚趾、耳垂等的对象的其他部位执行测量。
参照图12至图23描述的测量单元的各种平面结构(阵列结构)是示范性的且可以以多种方式修改。另外，当发光器件(光源)和与其对应的光接收器件的配对、或至少一个发光器件和至少一个光接收器件的集合形成一个测量单元时，多个测量单元可以位于对象的不同区域。该情况下，当使用测量单元在对象的不同区域中测量脉搏波信号时，可以使用测量的脉搏波信号之间的时间差获得脉搏传递时间(PTT)，而且脉搏传递时间(PTT)可以用于各种生物信息分析。
上述应用于检测生物信息的装置的生物信号测量单元中，第一发光元件(第一光源)(LL10)和第二发光元件(第二光源)(LL20)可以位于距基准表面相同高度(距离)或处于不同高度(距离)。图26示出第一发光元件LL10和第二发光元件LL20位于距基准表面S10相同高度(距离)h的情况。图27示出第一发光元件LL10和第二发光元件LL20位于距基准表面S10不同高度(距离)h1和h2的情况。
图28示出根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的生物信号测量单元M20。
参照图28，生物信号测量单元M20可以包括发光部分LT20和光电探测器DT20。发光部分LT20可以包括具有不同发光角度(可视角度)的至少三个发光单元LL10、LL20和LL30。第一发光单元LL10、第二发光单元LL20和第三发光单元LL30可以具有不同的发光角度。第一发光单元LL10和第二发光单元LL20可以分别对应于图1的第一发光单元LL10和第二发光单元LL20。第三发光单元LL30可以具有不同于第一发光单元LL10和第二发光单元LL20的发光角度。在具体示例中，第一发光单元LL10可以包括第一LED，第二发光单元LL20可以包括第一LD，而第三发光单元LL30可以包括第二LED或第二LD。该情况下，第二LED(或第二LD)可以具有不同于第一LED(或第一LD)的发光角度。第一至第三发光单元LL10、LL20和LL30中的至少一个可以包括与参照图4和图5描述的类似的用于调整发光角度的光学元件。替换地，虽然仅示出在发光部分LT20的一侧的一个光电探测器DT20，但是可以在发光部分LT20周围提供多个光电探测器DT20。当如本示范性实施例使用具有不同发光角度(可视角度)的三个或更多个发光元件LL10、LL20、LL30时，可以进一步改善测量的准确度和可靠性。
图29是示出根据示范性实施例的生物信息检测装置1000A的结构的框图。
参照图29，生物信息检测装置1000A可以包括生物信号测量单元M10。生物信号测量单元M10可以具有图1的生物信号测量单元M10的结构，或者可以按照以上描述根据任何其他多种结构修改。生物信息检测装置1000A可以包括处理器P10，其包括数据处理器DP10，数据处理器DP10从生物信号测量单元M10测量的数据中提取和分析对象的生物信息。处理器P10可以包括控制器CL10，控制器CL10用于控制生物信息检测装置1000A的整体操作。
生物信息检测装置1000A可以包括光源驱动器DD10，其连接到生物信号测量单元M10。光源驱动器DD10可以驱动或控制发光部分LT10的多个发光元件LL10和LL20。光源驱动器DD10可以连接到处理器P10。生物信息检测装置1000A可以包括信号转换器SC10，其连接在生物信号测量单元M10与处理器P10之间。信号转换器SC10可以连接到光源驱动器DD10。信号转换器SC10例如可以包括模拟前端(AFE)电路。信号转换器SC10可以将测量单元M10输入的模拟信号转换为数字信号，并可以将数字信号发送到处理器P10的数据处理器DP10。信号转换器SC10可以包括信号放大器、噪声滤波器、模数(AD)转换器等。测量单元M10测量的检测信号可以被信号放大器放大，被噪声滤波器去除噪声，并被AD转换器转换为数字信号。光源驱动器DD10和信号转换器SC10的组合可以被当作一个驱动器和信号转换器，其可以对应于图1的驱动器和信号转换器DS10。光源驱动器DD10和信号转换器SC10可以在一个芯片(器件)中一起形成，或者可以单独地形成。
数据处理器DP10可以使用算法从发光元件LL10和LL20测量的多个检测信号当中选择具有高SNR和优越质量的信号。数据处理器DP10可以被配置为使用算法选择具有高SNR和优越质量的信号。而且，数据处理器DP10可以被配置为使用所选择的信号或使用全部检测信号来提取和分析对象的生物信息。例如，当生物信号测量单元M10测量的信号是图2的脉搏波信号时，可以从表面脉搏波信号中提取诸如顶点、重搏切迹、单位时间信号数量、增强指数(AI)、反射波传输时间(RWTT)、心肌活力率(SEVR)、或射血时间的各种信号参数并分析(例如，使用脉搏波分析(PWA))，从而获得对象的各种生物信息，诸如收缩血压、舒张血压、心率、血氧饱和度、血管弹性、血流速率、或动脉硬度。由于数据处理器DP10可以使用公知的算法从脉搏波信号中提取各种信号参数，略去其详细描述。
处理器P10的控制器CL10可以控制光源驱动器DD10、信号转换器SC10和数据处理器DP10的整体操作。虽然未示出，但是处理器P10可以进一步包括数据通信单元和/或存储器。数据通信单元可以向外部设备发送通过数据处理器DP10获得的生物信息。而且，数据通信单元可以从外部设备接收预定输入信号。存储器可以存储数据处理器DP10获得的信息，存储用于数据处理器DP10和控制器CL10的程序，或存储用户的命令。
图30是示出根据另一示范性实施例的生物信息检测装置1000B的结构的框图。
参照图30，生物信息检测装置1000B可以包括生物信号测量单元M10、光源驱动器DD10、信号转换器SC10、和处理器P10。本示范性实施例的生物信息检测装置1000B可以进一步包括输入单元IN10、输出单元OUT10、存储器MR10、和通信单元CM10，它们连接到处理器P10。
输入单元IN10可以是用户用于向生物信息检测装置1000B输入命令的设备，而且例如可以为键区、触摸屏、语音识别设备、或按钮型输入设备。输出单元OUT10是用于输出生物信息检测装置1000B的分析结果的设备，而且例如可以为显示设备、声音系统、振动设备、或打印机。输入单元IN10和输出单元OUT10一起可以被称为用户接口。用户可以是将要测量其生物信息的目标(即，对象)，或者可以是可以使用生物信息检测装置1000B的人(例如，医疗专家)，其可以包括比仅对象更广的范围。
存储器MR10可以存储用户的命令和/或分析结果。而且，存储器MR10可以存储用于数据处理器DP10和控制器CL10的程序。例如，存储器MR10可以包括诸如闪速存储器、硬盘、多媒体卡(MMC)、诸如SD或XD存储器的卡型存储器、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘、和光盘的存储介质中的至少一种。
通信单元CM10可以被配置为向其他外部设备发送分析结果(数据)。与通信单元CM10通信的外部设备例如可以是使用分析的生物信息的医疗装置、或打印结果的打印机。外部设备可以是智能电话机(移动电话机)、个人数字助理(PDA)、膝上计算机、个人计算机(PC)、以及其他移动或非移动计算设备，但不限于此。
通信单元CM10可以有线或无线地连接到外部设备。例如，通信单元CM10可以通过诸如蓝牙通信、低功耗蓝牙(BLE)通信、近场通信、无线局域网(WLAN)(无线LAN)通信、紫蜂通信、红外数据协会(IrDA)通信、Wi-Fi直连(WFD)通信、超宽带(UWB)通信、ANT/ANT+通信、或Wi-Fi通信的通信方法与外部设备通信，但不限于此。
图30中，可以在生物信息检测装置1000B外面的单独设备中提供输出单元OUT10，图31示出其示例。参照图31，输出单元OUT10可以在与生物信息检测装置1000C分开的另一设备中提供，而且可以通过与通信单元CM10通信来接收数据(生物信息)。
根据另一示范性实施例，在图30中，可以在生物信息检测装置1000B外面的单独设备中提供输入单元IN10和输出单元OUT10二者，图32示出其示例。参照图32，输入单元IN10和输出单元OUT10可以在生物信息检测装置1000D外面的单独设备中提供，而且可以通过与通信单元CM10的数据通信来交换输入信息和输出信息。
根据另一示范性实施例，在图30中，可以在处理器P10里面提供存储器MR10和通信单元CM10。在一些情况下，可以略去存储器MR10和通信单元CM10中的至少一个，图33示出其示例，参照图33，生物信息检测装置1000E可以包括输入单元IN10和输出单元OUT10，它们连接到处理器P10。虽然未示出，但是P10可以进一步包括存储器MR10和通信单元CM10中的至少一个。参照图29至图33所述的生物信息检测装置1000A至1000E可以被称为生物信息检测系统。而且，在图29至图33中，处理器P10可以通过无线通信连接到信号转换器SC10和/或光源驱动器DD10。
至少一些上述生物信息检测装置可以形成便携设备或可穿戴设备的至少一部分。便携设备例如可以是移动电话机，而可穿戴设备例如可以是腕表型设备、腕带型设备、或手镯型设备，或者可以采取诸如眼镜、发带、或戒指的多种形式中的任何一种。
图34示出根据示范性实施例的其中可以使用检测生物信息的装置的可穿戴设备的示例。在本示范性实施例中，可穿戴设备是腕表型设备。
参照图34，腕表型设备可以包括设备主体部分(表部分)W10和带部分B10。根据本示范性实施例的用于检测生物信息的装置的至少一部分可以置于带部分B10中、或设备主体部分W10中，或者该装置的部分可以置于带部分B10和设备主体部分W10的每一个中。
图35示出根据示范性实施例的用于检测生物信息的装置使用的可穿戴设备的示例。本示范性实施例中，便携设备是移动电话机。
图35中，左图示出移动电话机的前表面，右图示出移动电话机的后表面。根据本示范性实施例的用于检测生物信息的装置的测量单元(生物信息测量单元)可以暴露在移动电话机的前表面或后表面。替换地，测量单元可以暴露在移动电话机的侧表面(包括上、下、左、或右表面)。
根据另一示范性实施例的用于检测生物信息的装置的一部分可以在图34的可穿戴设备(腕表型设备)中提供，而另一部分可以在图35的便携设备(移动电话机)中提供。而且，可穿戴设备和便携设备可以彼此接触，而且可以在它们之间执行数据通信。
根据本示范性实施例的生物信息检测装置(或生物信息检测系统)不仅可以用于便携设备或可穿戴设备，如参照图34和图35所述，而且还可以用于或作为医院或健康检查组织中使用的医疗设备、公共组织中提供的中等或小尺寸医疗设备、以及个人可以拥有的紧凑型医疗设备和各种保健装置使用。
以下说明书中将描述根据示范性实施例的生物信息检测方法。
图36是说明根据示范性实施例的检测生物信息的方法的流程图。参照图36的以下说明涉及参照图1至图35描述的生物信息检测装置及其相关描述。因此，可以基于图1至图35的描述来理解图36的方法。
参照图36，根据本示范性实施例的检测生物信息的方法可以包括：利用具有不同发光角度的至少两个发光元件以具有不同发光角度的多个光(入射光)照射对象的测量区域(S100)；检测被测量区域反射的多个光产生的多个信号(S200)；以及从检测信号当中选择具有高SNR的信号并使用选择的信号提取和分析对象的生物信息(S300)。在操作S100中，具有不同发光角度的至少两个发光元件例如可以对应于图1的两个发光元件LL10和LL20。例如可以通过图1、图10、和图11的光电探测器DT10、DT11、和DT12来执行操作S200中信号的检测。例如可以通过图1和图29的数据处理器DP10来执行操作S300中生物信息的提取和分析。
根据本示范性实施例，在操作S100中，可以通过在不同的时间驱动至少两个发光元件来在不同的时间用光照射对象的测量区域。同样地，结合操作S100，在操作S200中，可以在不同的时间检测信号。可以如图37的流程图所述概括该方法。
参照图37，是说明根据本示范性实施例的检测生物信息的方法可以包括：通过在不同的时间驱动至少两个发光元件来以多个光(入射光)照射对象的测量区域(S101)；在不同的时间检测从对象反射的光产生的多个信号(S201)；以及从检测信号当中选择具有高SNR的信号并使用选择的信号提取和分析对象的生物信息(S301)。
当如在操作S101中在不同的时间驱动两个发光元件时，例如可以如图38所示执行两个发光元件(光源)的开启和关闭(ON和OFF)操作。参照图38，随着时间经过，可以交替地驱动第一发光元件(第一光源)和第二发光元件(第二光源)。如此，通过交替地驱动第一发光元件和第二发光元件，用第一和第二发光元件产生的多个光交替地照射对象的测量区域，而且可以在不同的时间检测从对象反射的光产生的多个信号(S201)。
根据另一示范性实施例，在测量的初始阶段以预定时间段在不同的时间交替地驱动第一和第二发光元件之后，基于检测信号选择具有高SNR的发光元件，然后可以通过仅驱动选择的发光元件来执行测量，图39示出其示例。
参照图39，可以在测量的初始阶段仅以预定时间段在不同的时间交替地驱动第一和第二发光元件(第一和第二光源)，基于检测信号选择具有高SNR的发光元件，然后可以通过仅驱动选择的发光元件(第一发光元件)来执行测量。
为了如图37至图39所示交替地驱动第一和第二发光元件，可以如图40所示配置第一和第二发光元件以及与其连接的光源驱动器。图40是示出与图37至图39的检测生物信息的方法相关的发光部分100D的示例的电路图。
参照图40，第一发光单元10D和第二发光单元20D二者可以为二极管。例如，第一和第二发光单元10D和20D之一可以是LED，另一个可以是LD。该情况下，第一发光单元10D和第二发光单元20D可以按照相反方向(相反的整流方向)并联连接到光源驱动器DD1。该情况下，可以沿施加到发光部分100D的电流的方向使用光源驱动器DD1驱动第一和第二发光单元10D和20D中的任何一个。当沿第一方向a1施加电流时，可以驱动第一发光单元10D。当沿与第一方向a1相反的第二方向a2施加电流时，可以驱动第二发光单元20D。因此，可以通过改变从光源驱动器DD1向发光部分100D施加的电流的方向来交替地驱动第一和第二发光单元10D和20D。因此，可以应用图40的电路结构以实现图37至图39的方法。然而，图40的电路结构是示范性的且可以以各种形式改变。而且，可以修改电路结构以便与检测方法结合使用。
根据另一示范性实施例，在图36的操作S100中，可以通过同时驱动至少两个发光元件来使用来自至少两个发光元件的光同时照射对象的测量区域。该情况下，在图36的操作S200中，可以通过使用多个不同的光接收器件来检测信号。可以如图41的流程图所示概括该方法。
参照图41，根据本示范性实施例的检测生物信息的方法可以包括：通过同时驱动至少两个发光元件来用具有不同发光角度的多个光(入射光)同时照射对象的测量区域(S102)；通过使用多个不同的光接收器件来检测从测量区域反射的光产生的多个信号(S202)；以及从检测信号当中选择具有高SNR的信号并使用选择的信号提取和分析对象的生物信息(S302)。在本示范性实施例中，使用的光接收器件例如可以包括图11的第一光接收器件PD1和第二光接收器件PD2。而且，多个光接收器件可以对应于参照图17至图20描述的光接收器件区域210和220。
在一些情况下，代替在图36、图37、和图41的第三操作S300、S301、和S302中选择具有高SNR的信号，可以通过组合检测信号来提取和分析对象的生物信息。
图42示意性地示出根据另一示范性实施例的生物信息检测装置1500的结构。
参照图42，生物信息检测装置1500可以包括生物信号检测单元M15，其被配置为测量对象SBJ的生物信号。生物信息检测装置1500可以包括处理器(处理单元)P15，其包括从生物信号检测单元M15测量的数据中提取和分析对象SBJ的生物信号的数据处理器。生物信息检测装置1500可以进一步包括驱动器和信号转换器DS15，其连接到生物信号检测单元M15和处理器(包括数据处理器)P15。
生物信号检测单元M15的发光部分LT15可以包括具有可变发光角度的发光单元LU15。发光单元LU15的发光角度可以在最大角度θ1与最小角度θ2之间变化。最大角度θ1例如可以被确定为大约180°或小于或大约170°或更少。最小角度θ2例如可以被确定为大约0°或大于或大约5°或更多。最大角度θ1和最小角度θ2的范围可以根据发光单元LU15中使用的光源的类型而变化。而且，最大角度θ1和最小角度θ2的范围可以根据发光单元LU15中使用的发光角度控制元件的结构而变化。可以根据发光部分LT15与对象SBJ之间的距离d来控制发光单元LU15的发光角度。可以通过控制发光单元LU15的发光角度来轻松地控制发光单元LU15照射到对象SBJ的入射光L15的照明强度和光照面积。因此，无论距离d如何，都可以轻松地确保最佳照明强度和最佳光照面积。
生物信号检测单元M15可以进一步包括光电探测器DT15，其检测由发光部分LT15照射在对象SBJ上、并被对象SBJ调制(例如，反射或散射)的光L15'。光电探测器DT15可以邻近发光部分LT15布置，而且可以包括至少一个光接收器件。例如，可以使用光电二极管、光电晶体管、或电荷耦合器件(CCD)作为光接收器件。
由于连接到生物信号检测单元M15的驱动器和信号转换器DS15以及处理器P15中的每一个的结构和功能可以与参照图1描述的驱动器和信号转换器DS10以及处理器P10相同或类似，将略去其详细描述。
在本示范性实施例中，可以通过使用具有可变发光角度的发光单元LU15来获得与通过具有不同的发光角度θ1和θ2的图1的发光元件LL10和LL20获得的相同的效果。
图42的发光单元LU15可以包括预定光源以及被配置为控制预定光源的发光角度的发光角度控制元件。下面参照图43描述发光单元LU15的结构。
图43示出根据示范性实施例的图42的发光单元LU15的结构。参照图43，发光单元LU15可以包括光源LS5以及用于控制光源LS5的发光角度的发光角度控制元件AC5。光源LS5例如可以是LED或LD、或者其他发光源(发光器件)。发光角度控制元件AC5例如可以包括可变对焦透镜。该情况下，发光角度控制元件AC5可以包括使用音圈马达(VCM)的自动对焦模块(AFM)、使用电湿润单元的液体透镜、或包括液晶的可变焦距微透镜。
图44是示出图43的发光角度控制元件AC5的结构的示例的截面图。在本示范性实施例中，发光角度控制元件AC5具有AFM结构。
参照图44，发光角度控制元件AC5可以包括具有AFM结构的壳体结构60，而且可以在壳体结构60中提供透镜模块50。透镜模块50可以包括至少一个透镜和镜筒。可以在镜座52中提供透镜结构50。镜座52可以是圈架(bobbin)型。线圈54可以环绕镜座52，而且可以提供与线圈54对应的磁部件56。可以在镜座52与壳体结构60之间提供弹簧部件58。可以在镜座52的上部和下部提供弹簧部件58。弹簧部件58例如可以是板簧。透镜模块50可以根据施加到线圈54的电流的方向上下移动。
图44的发光角度控制元件AC5可以位于图43的光源LS5下方，而且可以沿与图44所示的朝向相比颠倒的朝向。图44的AFM结构是示范性的且可以以各种方式修改。而且，代替AFM结构，发光角度控制元件AC5可以包括使用电湿润单元的液体透镜、或使用液晶的可变焦距微透镜。由于液体透镜以及可变焦距微透镜的结构是公知的，所以省略其详细描述。
根据本示范性实施例，发光部分可以包括两个或更多个发光单元(光源)，而且光电探测器可以包括两个或更多个光接收器件。以下说明书中参照图45至图48描述生物信号测量单元的各种平面结构(阵列结构)。
图45是示出根据另一示范性实施例的生物信息检测装置使用的生物信号测量单元的结构的平面图。
参照图45，发光部分150A可以包括具有可变发光角度的发光单元15。发光单元15可以对应于图42的发光单元LU15。可以在发光部分150A周围提供多个光接收器件250。例如，可以在发光部分150A的相对两侧提供两个光接收器件250。多个光接收器件250可以形成单个光电探测器。在基板1上提供发光部分150A和光接收器件250。基板1例如可以为PCB或其他类型的基板。基板1可以为支架。
虽然图45示出在发光部分150A的相对两侧提供两个光接收器件250的情况，但是如图46所示，可以分别在发光部分150A的上、下、左、和右侧提供四个光接收器件250。换句话说，可以在发光部分150A周围的至少四个位置的每一个提供一个光接收器件250。
图45和图46中，发光部分150A可以包括多个发光单元15。而且，光接收器件250的数量和布置方法可以变化。参照图47，发光部分150B可以具有在2D阵列中布置多个发光单元15的结构。而且，可以将光接收器件250布置为在发光部分150B周围形成环形。
图48是示出根据另一示范性实施例的生物信号测量单元的结构的平面图。
参照图48，发光部分160可以具有多个发光单元15形成至少一排的结构。可以在发光部分160周围提供多个光接收器件251。可以将光接收器件251布置为在发光部分160的至少一侧形成阵列。例如，可以在发光部分160的相对两侧分别提供光接收器件260a和260b，它们各自包括多个光接收器件251，如图48所示。虽然图48示出发光部分160的发光单元15形成一排，但是可以使用具有两排或更多排的阵列结构。
参照图45至图48所述的平面结构(阵列结构)是示范性的，而且可以将结构以多种方式修改为参照图12至图23所述的结构、或与其类似的结构。
根据另一示范性实施例，图42的生物信号测量单元M15可以进一步包括发光部分LT15上固定的具有发光角度的至少一个发光元件，图49和图50示出其示例。
参照图49，在生物信号测量单元M16中，发光部分LT16可以包括具有可变发光角度的发光单元LU16和具有固定发光角度的发光元件LL16。发光元件LL16可以对应于图1的第一发光元件LL10或第二发光元件LL20，或者可以与其类似。发光单元LU16可以对应于图42的发光单元LU15，或者可以与其类似。生物信号测量单元M16可以包括光电探测器DT16。
参照图50，在生物信号测量单元M17中，发光部分LT17可以包括具有可变发光角度的发光单元LU17以及具有固定发光角度的多个发光元件LL17和LL27。发光元件LL17和LL27可以包括第一发光元件LL17和第二发光元件LL27。第一发光元件LL17和第二发光元件LL27可以分别对应于图1的第一发光元件LL10和第二发光元件LL20，或者可以与其类似。发光单元LU17可以对应于图42的发光单元LU15，或者可以与其类似。生物信号测量单元M17可以包括光电探测器DT17。
如图49和图50所示，当一起使用具有可变发光角度的发光单元LU16或LU17以及至少一个具有固定发光角度的发光元件LL16、LL17、和LL27时，可以在改变发光单元LU16或LU17的发光角度的同时执行测量，而且还可以使用发光元件LL16、LL17、和LL27执行测量，这可以在许多方面有利于生物信号的测量。
根据另一示范性实施例，图42的生物信号测量单元M15可以进一步包括与发光部分LT15邻近的距离测量传感器，图51示出其示例。
参照图51，生物信号测量单元M18可以包括发光部分LU18和光电探测器DT18，而且可以进一步包括距离测量传感器DM18，其邻近发光部分LU18。发光部分LU18和光电探测器DT18可以分别对应于图42的发光部分LU15和光电探测器DT15。发光部分LU18可以是具有可变发光角度的发光单元。距离测量传感器DM18可以是用于测量发光部分LU18与待测量的对象(未示出)之间的图42的距离d的器件。距离测量传感器DM18可以具有与接近传感器相同或类似的结构。可以使用距离测量传感器DM18来测量发光部分LU18、或其中包括的光源与对象之间的距离，而且可以根据测量的距离来控制发光部分LU18的发光角度。距离测量传感器DM18的使用是可选的。图51的距离测量传感器DM18可以与图49和图50的生物信号测量单元M16和M17一起使用。
图52是示出图42的生物信息检测装置1500的结构的框图。
参照图52，生物信息检测装置1500A可以包括生物信号测量单元M15。生物信号测量单元M15可以具有参照图42描述的生物信号测量单元M15的结构、或其修改得到的各种结构中的任何一种。生物信息检测装置1500A可以包括处理器(处理单元)P15，其具有数据处理器DP15，数据处理器DP15从生物信号测量单元M15测量的数据中提取和分析对象SBJ的生物信息。处理器P15可以进一步包括控制器CL15，用于控制生物信息检测装置1500A的整体操作。生物信息检测装置1500A可以进一步包括光源驱动器DD15，其连接到生物信号测量单元M15。光源驱动器DD15可以连接到处理器P15。生物信息检测装置1500A可以进一步包括信号转换器SC15，其连接在生物信号测量单元M15与处理器P15之间。信号转换器SC15可以连接到光源驱动器DD15。虽然未示出，但是处理器P15可以进一步包括数据通信单元和/或存储器。图52的光源驱动器DD15、信号转换器SC15、控制器CL15、和数据处理器DP15可以类似于图29的光源驱动器DD10、信号转换器SC10、控制器CL10、和数据处理器DP10。而且，本示范性实施例中，可以使用控制器CL15和光源驱动器DD15按照需要自动控制发光单元LU15的发光角度。
图53是示出根据另一示范性实施例的图42的生物信息检测装置1500B的结构的框图。
参照图53，生物信息检测装置1500B可以包括生物信号测量单元M15、光源驱动器DD15、信号转换器SC15、和处理器P15。根据本示范性实施例的生物信息检测装置1500B可以进一步包括输入单元IN15、输出单元OUT15、存储器MR15、和通信单元CM15，它们连接到处理器P15。输入单元IN15、输出单元OUT15、存储器MR15、和通信单元CM15可以分别与图30中描述的输入单元IN10、输出单元OUT10、存储器MR10、和通信单元CM10相同或类型。而且，图53的结构可以以如参照图31至图33所述的各种方式改变。
以下说明书中描述根据本示范性实施例的生物信息检测方法。
图54是说明根据另一示范性实施例的检测生物信息的方法的流程图。参照图54的以下说明涉及参照图42至图53描述的生物信息检测装置及其相关描述。因此，可以基于图42至图53的描述来理解图54的方法。
参照图54，根据本示范性实施例的检测生物信息的方法可以包括：用来自具有可变发光角度(可视角度)的至少一个发光元件的光照射对象的测量区域(S150)；检测从测量区域反射的光产生的信号(S250)；以及使用检测的信号提取和分析对象的生物信息(S350)。在操作S150中，具有可变发光角度(可视角度)的至少一个发光元件例如可以对应于图42的发光单元LU15。例如可以通过图42的光电检测器DT15来执行操作S250的信号检测。例如可以通过图42和图52的数据处理器DP15来执行操作S350的生物信息提取和分析。
根据本示范性实施例，在操作S150中，可以测量发光单元(光源)与对象之间的距离，而且可以根据测量的距离改变发光单元的发光角度。可以如图55的流程图所示概括该方法。
参照图55，根据本示范性实施例的检测生物信息的方法可以包括：测量发光单元(光源)与对象之间的距离(S151)；根据测量的距离改变发光单元的发光角度(S251)；以及使用具有改变的(控制的)发光角度的发光单元测量对象的生物信号(S351)。
在操作151中，可以有多种方法用于测量发光单元(光源)与对象之间的距离。例如，当发光单元(光源)与对象的皮肤表面之间的距离相对长时，检测信号(例如，脉搏波信号)的直流(DC)电平降低。当距离相对短时，检测信号的DC电平升高。随着使用上述原理分析DC电平(即，DC分量的高度)，可以计算发光单元(光源)与对象之间的距离。可以通过图56的曲线图来表示发光单元(光源)与对象之间的上述距离和检测信号的DC电平的关系。
参照图56，曲线A表示对应于发光单元(光源)与对象之间的距离相对长的情况的检测信号，而曲线B表示对应于发光单元(光源)与对象之间的距离相对短的情况的检测信号。当发光单元(光源)与对象之间的距离相对长时(曲线A)，检测信号可以具有相对低的DC电平DC1，而当距离相对短时(曲线B)，检测信号可以具有相对高的DC电平DC2。因此，可以通过测量和分析检测信号的DC电平来计算发光单元(光源)与对象之间的距离。因此，图42的处理器P15的数据处理器可以进一步包括DC分量分析单元。类似地，图1的处理器P10的数据处理器可以进一步包括DC分量分析单元。然而，测量发光单元(光源)与对象之间的距离的方法可以以各种形式改变。作为示例，如图51所示，当使用距离测量传感器DM18时，可以使用距离测量传感器DM18直接测量距离。
如此，在测量发光单元(光源)与对象之间的距离之后，根据测量将发光单元(光源)的发光角度调整为适当的值，然后使用调整的发光角度测量生物信号。因此，可以轻松地获得最佳照明强度和最佳光照面积，结果，可以大大改善测量的准确度和可靠性。
根据另一示范性实施例，如图57所示，在改变具有可变发光角度的发光单元的发光角度的同时检测与多个发光角度对应的多个信号(S152)之后，从检测信号当中选择具有高SNR的信号并可以使用选择的信号提取和分析对象的生物信息(S252)。该方法中，可以略去距离测量操作，而且在自由地改变发光单元的发光角度的同时检测多个信号之后，从检测信号当中选择具有高SNR的信号并用于提取和分析生物信息。在一些情况下，在操作S252中，代替选择具有高SNR的信号，可以通过组合检测信号来提取和分析对象的生物信息。
此外，在图1的生物信息检测装置1000中，在确定第一发光角度θ1的范围和第二发光角度θ2的范围时可以考虑多种因素(变量)。例如，考虑第一发光元件LL10与光电探测器DT10之间的距离、第一发光元件LL10与对象SBJ之间的距离、第一入射光L10在表面(身体表面)S1上的漫反射的发散角度、以及表面S1的有效信号产生区域的宽度，可以确定第一发光角度θ1的范围。类似地，考虑第二发光元件LL20与光电探测器DT10之间的距离、第二发光元件LL20与对象SBJ之间的距离、第二入射光L20在表面S1上的漫反射的发散角度、以及表面S1的有效信号产生区域的宽度，可以确定第二发光角度θ2的范围。而且，在图42的生物信息检测装置1500中，当确定发光单元LU15的发光角度时，可以考虑多种因素(变量)，诸如发光单元LU15与光电探测器DT15之间的距离、发光单元LU15与对象SBJ之间的距离、第一入射光L15在表面S1上的漫反射的发散角度、以及表面S1的有效信号产生区域的宽度。
根据另一示范性实施例，可以在生物信号测量单元靠近或与对象的有效测量区域接触的状态下执行测量，图58和图59示出其示例。
图58示出如参照图1所述的在生物信号测量单元M10与对象SBJ的表面S1的有效测量表面接触的同时执行测量的情况。图59示出如参照图42所述的在生物信号测量单元M15与对象SBJ的表面S1的有效测量表面接触的同时执行测量的情况。
图58和图59所示的示范性实施例可以对应于检测对象SBJ的光体积变化信号图(PPG)信号的情况。可以通过使用反射或散射的光学信号根据对象SBJ的血管BV2中存在的血液的体积的改变而变化的原理来测量PPG信号。由于光的反射和散射在血液量相对大时减少，并且在血液量相对小时增加，所以PPG信号可以根据血管BV2的收缩和舒张而改变。
当如图58中使用具有不同的发光角度的发光元件LL10和LL20、或者如图59中使用具有可变发光角度的发光单元LU15时，可以改善PPG信号的测量的准确度。例如，当图58中对象SBJ的皮肤组织相对薄时，主要使用具有相对大发光角度的第一发光元件LL10来测量。当图58中对象SBJ的皮肤组织相对厚时，主要使用具有相对小发光角度的第二发光元件LL20来测量。当对象SBJ的皮肤组织相对厚时，到达血管BV2的光的强度可以降低。因此，使用具有相对小发光角度的第二发光元件LL20可以有利于测量。类似地，在图59的示范性实施例中，当根据对象SBJ的皮肤组织的厚度来调整发光单元LU15的发光角度时，可以改善测量的准确度。而且，在使用图58的发光元件LL10和LL20检测多个信号之后，或者在改变图59的发光单元LU15的发光角度的同时，从检测信号当中选择具有高SNR的信号并可以接着分析生物信息，或者可以通过组合来自信号的数据来分析生物信息。
应当理解，这里描述的示范性实施例应当仅在描述性的意义下考虑而非用于限制的目的。每个示范性实施例中的特征或方面的描述通常应当被认为可用于其他示范性实施例中的其他类似特征或方面。例如，本发明构思所属领域的普通技术人员将理解，参照图1至图59描述的用于检测生物信息的装置和系统以及检测生物信息的方法可以以多种方式改变。例如，第一发光元件LL10的发光方向和第二发光元件LL20的发光方向可以形成预定角度而不是彼此平行。光电探测器DT10可以位于不同于发光元件LL10和LL20的高度的高度。光电探测器DT10与发光部分LT10之间的位置关系可以以多种方式改变。而且，可以使用检测穿过(即，穿透)对象的预定部位的光的测量单元，或者可以使用检测除了对象的表面脉搏波信号或PPG信号之外的生物信号的测量单元。虽然已经参照附图描述一个或多个示范性实施例，但是本领域普通技术人员将理解，这里可以作出形式和细节上的各种改变而不背离由所附权利要求限定的精神和范围。

Claims (44)

1.一种用于检测生物信息的装置，该装置包括：
生物信号测量单元，其包括发光部分和光电探测器，该发光部分包括分别具有至少两个不同的发光角度的至少两个发光元件，其中该光电探测器被配置为检测由该发光部分产生并被对象调制的光，并且基于检测的光产生多个信号；以及
数据处理器，其被配置为基于来自该生物信号测量单元的多个信号提取和分析对象的生物信息。
2.如权利要求1所述的装置，
其中该至少两个发光元件包括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件包括第一光源，而第二发光元件包括第二光源，而且
第一光源的第一发光角度不同于和第二光源的第二发光角度。
3.如权利要求2所述的装置，其中第一发光角度为大约0°到大约90°，而第二发光角度为大约80°到大约180°。
4.如权利要求2所述的装置，其中第一光源是激光二极管(LD)，而第二光源是发光二极管(LED)。
5.如权利要求1所述的装置，
其中该至少两个发光元件包括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件包括第一光源，而第二发光元件包括第二光源，而且
第一发光元件和第二发光元件之一进一步包括光学元件，其被配置为调整透射穿过它的光的发光角度。
6.如权利要求5所述的装置，其中该光学元件包括透镜、光学波导、狭缝、凹面镜、和凸面镜中的至少一个。
7.如权利要求5所述的装置，其中第一发光元件和第二发光元件之一包括该光学元件，而第一发光元件和第二发光元件的另一个不包括该光学元件。
8.如权利要求5所述的装置，其中第一发光元件包括第一光学元件，而且
第二发光元件包括与第一光学元件不同的第二光学元件。
9.如权利要求1所述的装置，
其中该至少两个发光元件包括第一发光元件和第二发光元件，第一发光元件具有大约0°到大约90°的发光角度，而第二发光元件具有大约80°到大约180°的发光角度。
10.如权利要求1所述的装置，其中该数据处理器被配置为接收多个信号，从该多个信号当中选择具有高于该多个信号中的至少另一个信号的信噪比(SNR)的SNR的信号，并使用选择的信号来提取和分析对象的生物信息。
11.如权利要求1所述的装置，其中该至少两个发光元件包括第一发光元件和第二发光元件，而且
该光电探测器包括至少一个光接收器件，其被配置为接收由第一发光元件输出并被对象调制的光、以及由第二发光元件输出并被对象调制的光二者。
12.如权利要求1所述的装置，其中该至少两个发光元件包括第一发光元件和第二发光元件，
该光电探测器包括至少一个第一光接收器件和至少一个第二光接收器件，而且
第一光接收器件被配置为选择性地接收由第一发光元件输出并被对象调制的光，而第二光接收器件被配置为选择性地接收由第二发光元件输出并被对象调制的光。
13.如权利要求12所述的装置，其中第一发光元件产生第一波长范围的光，而第二发光元件产生与第一波长范围不同的第二波长范围的光，而且
第一光接收器件被配置为接收第一波长范围的光，而第二光接收器件被配置为接收第二波长范围的光。
14.如权利要求1所述的装置，其中该光电探测器包括多个光接收器件，而且
在围绕该发光部分的至少一个发光元件的阵列中布置该多个光接收器件。
15.如权利要求1所述的装置，其中该光电探测器包括围绕该发光部分布置的多个器件区域，而且
每个器件区域包括多个光接收器件，该多个光接收器件被配置为分别接收处于不同波长范围的光。
16.如权利要求1所述的装置，其中该发光部分包括各自具有第一发光角度的多个第一发光元件以及各自具有第二发光角度的多个第二发光元件，而且
该多个第一发光元件和该多个第二发光元件在二维阵列中交替排列。
17.如权利要求1所述的装置，其中该发光部分包括多个发光元件，而该光电探测器包括多个光电探测单元，而且
该生物信号测量单元包括多个子单元，
其中该多个子单元中的每一个包括该多个发光元件中的至少一个和该多个光电探测单元中的至少一个。
18.如权利要求1所述的装置，其中该生物信号测量单元被配置为通过非接触方法测量对象的有效测量表面。
19.如权利要求1所述的装置，其中该生物信号测量单元进一步包括至少一个衬垫，其向该生物信号测量单元的一侧突出，其中该至少一个衬垫将该发光部分和该光电探测器与对象的表面分开。
20.如权利要求1所述的装置，其中该生物信号测量单元被配置为测量对象的表面脉搏波和光体积变化信号图(PPG)中的至少一个。
21.如权利要求1所述的装置，其中该数据处理器提取和分析的生物信息包括血压、心率、血氧饱和度、血管弹性、血流速率、和动脉硬度中的至少一个。
22.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
光源驱动器，其连接到该生物信号测量单元；以及
信号转换器，其连接在该生物信号测量单元与该数据处理器之间。
23.如权利要求1所述的装置，进一步包括处理器，其中该处理器包括该数据处理器和控制器。
24.如权利要求1所述的装置，其中该发光部分、该光电探测器、和该数据处理器中的至少一个包括便携设备和可穿戴设备之一的至少一部分。
25.一种用于检测生物信息的装置，该装置包括：
生物信号测量单元，其包括发光部分和光电探测器，该发光部分包括具有可变发光角度的至少一个发光单元，该至少一个发光单元包括光源、和被配置为控制该光源的发光角度的发光角度控制元件，其中该光电探测器被配置为检测由该发光部分产生并被对象调制的光；以及
数据处理器，其被配置为从该生物信号测量单元测量的数据中提取和分析对象的生物信息。
26.如权利要求25所述的装置，其中该发光角度控制元件包括可变对焦透镜。
27.如权利要求26所述的装置，其中该发光角度控制元件包括以下中的一个：包括音圈马达(VCM)的自动对焦模块(AFM)、包括电湿润单元的液体透镜、和包括液晶的可变焦距微透镜。
28.如权利要求25所述的装置，其中能够根据光源与对象之间的距离来控制发光单元的发光角度。
29.如权利要求25所述的装置，进一步包括距离测量传感器，其被配置为测量光源与对象之间的距离。
30.如权利要求25所述的装置，其中该数据处理器被配置为接收在改变发光单元的发光角度的同时测量的多个检测信号，并从该多个检测信号当中选择具有高于该多个检测信号中的至少另一个信号的信噪比(SNR)的SNR的信号。
31.如权利要求25所述的装置，其中该光电探测器包括多个光接收器件，而且
在围绕该发光部分的至少一部分的阵列中布置该多个光接收器件。
32.如权利要求25所述的装置，其中该发光部分包括多个发光单元。
33.如权利要求25所述的装置，其中该发光部分进一步包括具有固定发光角度的至少一个发光元件。
34.如权利要求25所述的装置，其中该生物信号测量单元被配置为测量对象的表面脉搏波和光体积变化信号图(PPG)中的至少一个。
35.如权利要求25所述的装置，其中该数据处理器分析的生物信息包括血压、心率、血氧饱和度、血管弹性、血流速率、和动脉硬度中的至少一个。
36.一种检测生物信息的方法，该方法包括：
用来自具有第一发光角度的第一发光元件和具有第二发光角度的第二发光元件的光照射对象的测量区域；
检测由第一发光元件和第二发光元件输出并被对象调制的光；
从检测的光中产生多个信号；以及
从该多个信号当中选择具有高于该多个信号中的至少另一个信号的信噪比(SNR)的信噪比的信号，并使用选择的信号提取和分析对象的生物信息。
37.如权利要求36所述的方法，其中
所述照射包括在第一时间以来自第一发光元件的光照射该测量区域和在不同于第一时间的第二时间以来自第二发光元件的光照射该测量区域，而且
所述检测包括在基于第一时间确定的时间检测第一发光元件输出的光和在基于第二时间确定的时间检测第二发光元件输出的光。
38.如权利要求36所述的方法，其中
所述照射包括以来自第一发光元件的光和来自第二发光元件的光同时照射该测量区域，而且
所述检测包括使用第一光接收器件检测第一发光元件输出的光和使用不同于第一光接收器件的第二光接收器件检测第二发光元件输出的光。
39.如权利要求36所述的方法，其中
第一发光元件包括第一光源，而第二发光元件包括第二光源，其中第二光源的类型与第一光源的类型不同。
40.如权利要求36所述的方法，其中
第一发光元件包括第一光源，
第二发光元件包括第二光源，而且
第一发光元件进一步包括透镜，其透射第一光源输出的光。
41.一种检测生物信息的方法，该方法包括：
从具有可变发光角度的至少一个发光单元输出光，从而照射对象的测量区域，其中该至少一个发光单元包括光源和被配置为控制该光源的发光角度的发光角度控制元件；
检测由该至少一个发光单元输出并被对象调制的光；
从检测的光中产生信号；以及
使用产生的信号提取和分析对象的生物信息。
42.如权利要求41所述的方法，进一步包括：
测量光源与对象之间的距离；以及
根据测量的距离改变该至少一个发光单元的发光角度。
43.如权利要求41所述的方法，
其中所述输出光包括在改变发光单元的发光角度的同时从该至少一个发光单元输出光，
其中所述产生信号包括分别从在多个不同的发光角度输出的光产生多个信号，
其中该方法进一步包括从该多个信号当中选择具有高于该多个信号中的至少另一个信号的信噪比(SNR)的SNR的信号，而且
所述提取和分析包括使用选择的信号提取和分析对象的生物信息。
44.如权利要求41所述的方法，其中该发光角度控制元件包括可变对焦透镜。
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