CN107095644A - 光感测器模组及具有该光感测器模组的穿戴装置 - Google Patents

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Abstract

一种光感测器模组，包含一个支撑架、一个接收单元，及两个发光单元。支撑架包括板体，及两位于板体的相对两侧，并与板体成一角度设置的侧板体。接收单元包括设置于板体上的光接收件，及包覆光接收件并连接侧板体的第一挡光层，光接收件具有位于板体相反侧的收光面，第一挡光层具有对应收光面的开口。发光单元设置于侧板体上，每一发光单元包括具有出光面的发光件，定义垂直收光面的第一直线，发光单元发出的光往第一直线集中，使反射的光线更有效的进入接收单元，而可提升光感测器模组量测的效率及准确度。本发明还提供一种具有该光感测器模组的穿戴装置。

Description

光感测器模组及具有该光感测器模组的穿戴装置
技术领域
本发明涉及一种感测器模组及具有感测模组的穿戴装置，特别是涉及一种光感测器模组及具有该光感测器模组的穿戴装置。
背景技术
现代人注重健康管理的观念与穿戴装置的盛行，让运动手表、手环等健康相关的穿戴装置更为蓬勃发展。现有的智能手环大多采用非侵入方式量测人体的相关健康资讯，此方式具有易于取得资料及不受人体型态限制的优点。
一般来说，常见的非侵入方式多为采用光学方式量测，例如已于市面上贩售的37度手环，即是通过手环内的一个发光件发光入射至使用者的皮肤中，再通过皮肤内的皮肤组织将该发光件发出的光反射回手环内的一个光接收件，并传至手环内的一个处理器进行分析处理。
由于该发光件发出的光为向四面八方散开，且该发光件与该光接收件均设置于同一平面上，因此，反射的光线并无法有效的进入该光接收件，此外，因为该发光件往侧向发出的光也会进入该光接收件，而影响量测与分析的误差。因此，为了避免该发光件发出的光干扰该光接收件，会进一步地于相邻的该发光件与该光接收件之间形成一层黑色挡光墙以避免非量测光线对该光接收件的影响。然而，仍无法避免反射的光线无法有效的进入该光接收件的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提升收光效率的光感测器模组。
本发明该光感测器模组，包含：一个支撑架、一个接收单元，及两个发光单元。
该支撑架包括一个板体，及两个位于该板体的相对两侧，并与该板体成一角度设置的侧板体。
该接收单元包括一个设置于该板体上的光接收件，及一层包覆该光接收件并连接该侧板体的第一挡光层，该光接收件具有一个位于该侧板体相反侧的收光面，该第一挡光层具有一个对应该收光面的开口。
该发光单元分别设置于所侧板体上而位于该光接收件的相对两侧，该每一个发光单元包括至少一个具有一出光面的发光件，定义一条垂直该光接收件的该收光面的第一直线，该第一直线，该每一个发光单元发出的光是往该第一直线集中。
本发明的光感测器模组，该每一个发光单元还包括一个第二透明封装胶，及一层第二挡光层，该第二透明封装胶包覆该至少一个发光件，该第二挡光层包覆位于该发光件周面的该第二透明封装胶，并具有一个对应该发光件的出光面的开口，该第二透明封装胶的一个第二顶面由该开口露出。
本发明的光感测器模组，该每一个发光单元还包括一个设置于该第二透明封装胶的该第二顶面的透镜。
本发明的光感测器模组，该接收单元还包括一个包覆该光接收件的第一透明封装胶，该第一挡光层包覆位于该光接收件周面的该第一透明封装胶，并让该第一透明封装胶的一个第一顶面露出，而形成对应该收光面的该开口。
本发明的光感测器模组，该板体具有两相对的板体部，该光接收件设置于其中一个板体部上，该每一个侧板体具有两个侧板体部，及两分别由所述侧板体部朝所述板体部延伸而与该第一挡光墙相连接的桥接部，所述桥接部分别于所述板体部的相对两侧成一角度设置。
本发明的光感测器模组，该板体还具有两分别由所述板体部相异于该侧板体的相对两侧延伸的第一折脚部，该每一个侧板体还具有两分别由所述桥接部与该第一挡光墙的连接处凸出并分别与相对的所述第一折脚部同向延伸的第二折脚部，其中，所述板体部与所述侧板体彼此间隔不接触。
本发明的光感测器模组，该板体的所述第一折脚部供该光接收件对外电连接，该侧板体的所述第二折脚部供所述发光件对外电连接。
本发明的光感测器模组，该光接收件还具有两邻近所述侧板体的侧面，该第一直线与该出光面的一条法线彼此成角度且夹角为θ，该每一个发光单元的一个几何中心至该光接收件的该侧面的距离为Y，由该光接收件的该收光面沿该第一直线往远离该光接收件至一个预定光反射面的距离为X，且Xtanθ<Y/2。
本发明的另一目的在于提供一种穿戴装置。
本发明该穿戴装置适用于配带在一使用者上而与该使用者的皮肤相接触，且可量测光体积变化描记讯号，该穿戴装置包含一个固定基体、一个电路板，及该光感测器模组。
该固定基体包括一个具有能与该使用者的皮肤相接触的透明外盖的罩壳，及一个连接该罩壳而能配带于该使用者上的固定部。
该电路板固设于该罩壳内。
该光感测器模组设置于该电路板上，而位于该透明外盖与该电路板之间。
本发明的穿戴装置，该光接收件还具有两邻近所述侧板体的侧面，该第一直线与该出光面的一条法线彼此成角度且夹角为θ，该每一个发光单元的一个几何中心至该光接收件的该侧面的距离为Y，该光接收件的该收光面至该透明外盖的距离为X，且Xtanθ<Y/2。
本发明的有益效果在于：通过让该侧板体与该板体成角度设置，使该发光单元与该接收单元位于不同平面，而构成立体倾斜出光结构，使得反射的光线能更有效的进入该接收单元，而可提升该光感测器模组量测的效率及准确度。
附图说明
图1是一立体示意图，说明本发明光感测器模组的一实施例；
图2是一剖视示意图，辅助说明图1的该实施例；
图3是一制作流程示意图，说明制作该光感测器模组中准备一支撑架；
图4是一制作流程示意图，说明制作该光感测器模组中形成一光接收件与一发光件；
图5是一制作流程示意图，说明制作该光感测器模组中形成一第一透明封装胶、两个第二透明封装胶，及两个透镜；
图6是一制作流程示意图，说明制作该光感测器模组中形成一第一挡光层及一第二挡光层；
图7是一制作流程示意图，说明制作该光感测器模组中弯折该支撑架的两侧板体；
图8是一立体示意图，说明本发明穿戴装置的一实施例；及
图9是一沿图8的V-V直线所取得的剖视示意图，辅助说明图8的该实施例。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1与图2，本发明光感测器模组2的一实施例，包含一个接收单元22、两个位于该接收单元22相对两侧的发光单元23，及连接该接收单元22与发光单元23的支撑架21。
该支撑架21包括一个板体211，及两个位于该板体211的相对两侧，并与该板体211成一角度设置的侧板体212。该板体211具有由两相异于该侧板体212的相对两侧沿y方向与相反y方向相互远离的第一折脚部213，该每一个侧板体212具有两个沿x方向与相反x方向朝所述板体211延伸的桥接部215，及两个分别由所述桥接部215沿y方向与相反y方向，而与所述第一折脚部213同向延伸的第二折脚部214，且所述第一折脚部213与所述第二折脚部214为彼此不相接触且电性分离。
具体地说，该支撑架21是由同一金属片材料所构成，因此，所述侧板体212可通过将所述桥接部215往z方向并朝该板体211方向弯折而构成3D立体结构，较佳地，本实施例中构成该支撑架21的金属材料是以散热佳且可塑性高的铜为例作说明，但不限于此。
该接收单元22包括一个设置于该板体211上的光接收件221、一第一透明封装胶222，及一第一挡光层223。该光接收件221具有两个与所述侧板体212相邻的侧面224，及一与所述个侧面224连接并远离该板体211的收光面225，该收光面225能用于接收外界的光讯号。该第一透明封装胶222包覆该光接收件221，并具有一个位于该光接收件211的该收光面225上的第一顶面226。该第一挡光层223包覆位于该光接收件221周面的该第一透明封装胶222，并让该第一透明封装胶222的该第一顶面226露出。
于本实施例中，该光感测器模组2主要是应用于检测人体的健康资讯，因此，适用于本实施例的该光接收件221为一个能接收并检测光体积变化描记(photoplethysmography，PPG)讯号的检测器。
详细地说，所述桥接部215是朝所述板体211延伸而与该第一挡光层223相连接，该第一透明封装胶222除了包覆该光接收件221外，也一并包覆该板体211，但让所述第一折脚部213与所述第二折脚部214露出而凸伸出该第一透明封装胶222与该第一挡光层223，使其用于后续电连接，且该第一挡光层223还进一步自该第一透明封装胶222的周面延伸至该第一透明封装胶222的该第一顶面226，让该第一顶面226部分露出，而形成对应该收光面225的开口。通过将该第一挡光层223让该第一顶面226仅部分露出，可避免该光接收件221直接接收到相邻的该发光单元23发出的光，而影响量测结果。
所述发光单元23分别对称地设置于该侧板体212上而位于该光接收件221的相对两侧。具体地说，于本实施例中，该每一个发光单元23包括两个发光件231，一个第二透明封装胶232、一层第二挡光层233，及一个设置于该第二透明封装胶232上的透镜234。
该每一个发光件231具有一个出光面235，该第二透明封装胶232包覆所述发光件231，并具有一个远离该发光件231而位于该发光件231的该出光面235上的第二顶面236。该第二挡光层233包覆位于该发光件231周面的该第二透明封装胶232，并让该第二透明封装胶232的该第二顶面236露出，从而让该发光件231发出的光能正向的由该第二顶面236发出至外界。该透镜234设置于该第二透明封装胶232的该第二顶面236上，而能更有效提升该发光件231的光效。
要说明的是，该发光单元23的光色与该发光件231的数量并无特别限制，可视用途调整该发光单元23的光色及增减该发光件231的数量。本发明为了获得更加准确地人体的健康资讯，因此，本实施例是设置两个并且能分别发出波长介于520nm～535nm的绿光与波长介于587nm～597nm的橘光的发光件231以供该光感测器模组2检测用。
另外要说明的是，该第一挡光层223与该第二挡光层233材质选择主要要求为其光吸收材料，举例来说，深色的树脂材料或黑色矩阵光阻(black matrix(BM)resist)，但不限于此，只要能有效阻隔并吸收光源即可，两者可用相同或不同的材料；且该第一透明封装胶222与该第二透明封装胶232则可使用例如环氧树脂，及压克力树脂等能透光的材料，两者可用相同或不同的材料。于本实施例中，该第一挡光层223与该第二挡光层233是使用黑色的环氧树脂，而该第一透明封装胶222与该第二透明封装胶232则是使用透明的环氧树脂为例作说明。
此处值得一提的是，每一侧位于中间的所述第一折脚部213是与设置于该板体211上的该光接收件221电连接，而位于最外两侧的所述第二折脚部214则是分别与相邻的设置于该侧板体212上的所述发光件231电连接。以所述第一折脚部213电连接该光接收件221，及以所述第二折脚部214电联接该发光件231不仅能电性独立控制，还能进一步简化后续应用于装置中的电性线路的设计。
参阅图3～图7，本发明该光感测器模组2的一制作流程大致如图3～图7所载的流程。首先，如图3所示，先准备由例如铜等金属所制成而具有该支撑架21结构的金属片20。详细地说，该板体211还具有两个彼此间隔相对而大致位于金属片20的中心位置的板体部210，该板体211的所述第一折脚部213分别由所述板体部210的相反两侧沿y方向与相反该y方向延伸。所述侧板体212分别沿x方向地位于该板体211的两相反侧，且该每一个侧板体212还具有两个彼此间隔相对的侧板体部216，该每一个侧板体212的所述桥接部215分别由所述侧板体部216沿x方向与相反x方向朝所述板体部210延伸，但所述桥接部215与所述板体部210不相接触，且该每一个侧板体212的所述第二折脚部214分别由所述桥接部215的一端沿y方向与相反y方向并平行所述第一折脚部213同向延伸，且所述第一折脚部213与所述第二折脚部214彼此不相接触。此外，对应所述板体部210的形状，所述桥接部215与所述第二折脚部214交接处具有一缺角结构217(见图4)，用于提供该光接收件221较大的容置空间。
接着，如图4所示，将该光接收件221固设于该板体211至少其中一个板体部210上，且通过打线或其它电连接方式将该光接收件221与所述板体部210进行电连接，并于该每一侧板体212的至少其中一侧板体部216上设置两个发光件231，且将所述发光件231与所述侧板体部216进行电连接。随后，则如图5与图6所示，形成包覆该光接收件221、所述板体部210、部分该桥接部215、部分的所述第一折脚部213与部分的所述第二折脚部214的该第一透明封装胶222，及包覆所述发光件231与所述侧板体部216的该第二透明封装胶232，并于该第二透明封装胶232上形成该透镜234后，再于该第一透明封装胶222与该第二透明封装胶232上分别形成该第一挡光层223与该第二挡光层233从而构成该接收单元22与该发光单元23。最后，如图7所示，由于该支撑架21是由同一片可塑性佳的铜金属片20所制成，因此，将该每一个侧板体212的所述侧板体部216通过将所述桥接部215往z方向并朝该接收单元22方向弯折而与该板体211成一角度。更进一步的说，其中位于该接收单元22两侧的所述发光单元23为相同发光件231时，所述桥接部215弯折角度较佳为相对称。且将该接收单元22的相异该侧板体212的相对两侧边的所述第一折脚部213与所述第二折脚部214切断并弯折，最后将该金属片20的其余部分切除分离，即可构成如图1所示的该光感测器模组2。
参阅图8与图9，前述的该光感测器模组2主要是应用于一穿戴装置中，以构成一如图8的穿戴装置6。该穿戴装置6适用于配带在一使用者100上而与该使用者100的皮肤相接触，且可量测光体积变化描记(PPG)讯号。该穿戴装置6包含一个固定基体3、一设置于该固定基体3内的电路板4、设置于该电路板4上的该光感测器模组2，及一个设置于该电路板4上而与该光感测器模组2位于两相反侧的处理单元5。
具体地说，该固定基体3包括一个具有能与该使用者100的皮肤相接触的透明外盖311的罩壳31，及一个连接该罩壳31而能配带于该使用者100上的固定部32。具体地说，该罩壳31与该固定部32的态样并无特别限制，本发明是将该固定基体3设计成一如手表或手环的态样，因此，该固定部32是分别由该罩壳31的两相反端延伸成一圆弧状而能配带于该使用者100的手腕上。
该电路板4是固设于该罩壳31内，其固设方式并无特别限制，只要能固定于该罩壳31内即可，较佳地，本发明该电路板4是平行该透明外盖311地固设于该罩壳31内。
当该光感测器模组2应用于该穿戴装置6而安装于该罩壳31内时，是通过所述第一折脚部213与所述第二折脚部214电连接于该电路板4的表面，而位于该透明外盖311与该电路板4之间，并通过所述第一折脚部213与所述第二折脚部214的设置，调整该接收单元22与该透明外盖311的距离，以令该光感测器模组2可得到最佳的反射及接收效果。该处理单元5则设置于该电路板4的相反该光感测模组2的表面，且该光感测模组2的所述第一折脚部213与所述第二折脚部214也与该处理单元5电连接。通过在该电路板4的上下表面以表面贴焊技术(surface mount technology，SMT)设置各电子零件，可减少该电路板4的层数，此外，因为本发明该侧板体212的所述侧板体部216通过所述桥接部215而弯折，因此会与该电路板4形成一间隙，而可再利用此与该电路板4之间的Z轴空间产生的该间隙设置电子零件，并减小该穿戴装置6的体积。
特别说明的是，本发明的该光感测器模组2的该接收单元22、该发光单元23的相对位置与倾角有一预定关系，以优化该光感测器模组2的效能。
具体地说，定义一垂直该收光面225的第一直线L，并延伸该发光件231的出光面235的一法线N，使该第一直线L与该法线N彼此成角度且其夹角为θ。也就是说，其夹角θ即代表该发光单元23沿Z轴方向朝垂直该接收单元22的第一直线L倾斜θ度，换句话说，由延伸通过所述侧板体部216并与该法线N垂直的一直线I1与一水平面的一直线I2的夹角即为θ。此外，该每一发光单元23的一几何中心至该光接收件221的该侧面224的距离为Y，而该光接收件221的该收光面225至一预定光反射面的距离为X，且Xtanθ<Y/2。
要特别说明的是，当该光感测器模组2设置于该罩壳31内时，该透明外盖311的内表面即为上述的预定光反射面。而当将整个该感测器模组2通过封装胶(图未示)直接封装而无该透明外盖311，该封装胶的顶面即为上述的预定光反射面。
本发明该发光单元23与接收单元22通过夹角θ而具有3D立体结构，使该发光单元23的所述发光件231具有倾斜出光的角度，因此可调整入射光的角度，而使所述发光件231所发出的光是往该第一直线L集中，并减少光线在该透明外盖311的全反射，而增加入射至该使用者100的光量；此外，配合包覆该第二挡光层233及设置于所述发光件231上的该透镜234结构，以进一步将所述发光件231发出的光提升，增大其发光强度并更有效的正向出光直接入射至使用者100的皮肤内。
当所述发光件231发出的光入射至使用者100的皮肤内时，皮肤内的皮肤组织会将此入射光反射至该接收单元22的该收光面225，以让该光接收件221接收，由于该光接收件221通过包覆该第一挡光层223且仅让该第一透明封装胶222的第一顶面226部分露出(见图1)，因此，该光接收件221能更有效的接收来自皮肤组织反射的光讯号，并避免接收来自侧边的所述发光件231所发出的光的干扰。此外，本发明进一步限制Xtanθ<Y/2的关系，除了让该发光单元23与该接收单元22两者不会因距离过大而降低让光接收件221接收来自皮肤组织反射的光讯号之外，还可通过此限制避免所述发光件231发出的光受预定光反射面反射的问题。
综上所述，本发明该光感测器模组2设置于该穿戴装置6中，通过让该侧板体212与该板体211成角度设置，使该发光单元23呈沿Z轴方向朝垂直该接收单元22的第一直线L倾斜θ度，而构成3D立体倾斜出光结构，使得由使用者100的皮肤组织反射的光线能更有效的进入该光接收件221，而可提升该光感测器模组2量测的效率及准确度，此外，限定Xtanθ<Y/2的关系可避免所述发光件231发出的光受预定光反射面反射的问题，所以确实能达成本发明的目的。

Claims (10)

1.一种光感测器模组，包含：一个支撑架，一个接收单元，及两个发光单元；其特征在于：该支撑架包括一个板体，及两个位于该板体的相对两侧，并与该板体成一角度设置的侧板体，该接收单元包括一个设置于该板体上的光接收件，及一层包覆该光接收件并连接该侧板体的第一挡光层，该光接收件具有一个位于该板体相反侧的收光面，该第一挡光层具有一个对应该收光面的开口，所述发光单元分别设置于所述侧板体上而位于该光接收件的相对两侧，且该每一个发光单元包括至少一个具有一个出光面的发光件，定义一条垂直该光接收件的该收光面的第一直线，该每一个发光单元所发出的光是往该第一直线集中。
2.根据权利要求1所述的光感测器模组，其特征在于：该每一个发光单元还包括一个第二透明封装胶，及一层第二挡光层，该第二透明封装胶包覆该至少一个发光件，该第二挡光层包覆位于该发光件周面的该第二透明封装胶，并具有一个对应该发光件的出光面的开口，该第二透明封装胶的一个第二顶面由该开口露出。
3.根据权利要求2所述的光感测器模组，其特征在于：该每一个发光单元还包括一个设置于该第二透明封装胶的该第二顶面的透镜。
4.根据权利要求2所述的光感测器模组，其特征在于：该接收单元还包括一个包覆该光接收件的第一透明封装胶，该第一挡光层包覆位于该光接收件周面的该第一透明封装胶，并让该第一透明封装胶的一个第一顶面露出，而形成对应该收光面的该开口。
5.根据权利要求1所述的光感测器模组，其特征在于：该板体具有两相对的板体部，该光接收件设置于其中一个板体部上，该每一个侧板体具有两个侧板体部，及两个分别由所述侧板体部朝所述板体部延伸而与该第一挡光层相连接的桥接部，所述桥接部分别于所述板体部的相对两侧成一角度设置。
6.根据权利要求5所述的光感测器模组，其特征在于：该板体还具有两分别由所述板体部相异于该侧板体的相对两侧延伸的第一折脚部，该每一个侧板体还具有两分别由所述桥接部与该第一挡光层的连接处凸出并分别与相对的所述第一折脚部同向延伸的第二折脚部，其中，所述板体部与所述侧板体彼此间隔不接触。
7.根据权利要求6所述的光感测器模组，其特征在于：该板体的所述第一折脚部供该光接收件对外电连接，该侧板体的所述第二折脚部供所述发光件对外电连接。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的光感测器模组，其特征在于：该光接收件还具有两邻近所述侧板体的侧面，该第一直线与该出光面的一条法线彼此成角度且夹角为θ，该每一个发光单元的一个几何中心至该光接收件的该侧面的距离为Y，由该光接收件的该收光面沿该第一直线往远离该光接收件至一个预定光反射面的距离为X，且Xtanθ<Y/2。
9.一种穿戴装置，适用于配带在一使用者上而与该使用者的皮肤相接触，且可量测光体积变化描记讯号；其特征在于：该穿戴装置包含：一个固定基体，一个电路板，及一个权利要求1至7中任一权利要求所述的光感测器模组，该固定基体包括一个具有能与该使用者的皮肤相接触的透明外盖的罩壳，及一个连接该罩壳而能配带于该使用者上的固定部，该电路板固设于该罩壳内，该光感测器模组设置于该电路板上，而位于该透明外盖与该电路板之间。
10.根据权利要求9所述的穿戴装置，其特征在于：该光接收件还具有两邻近所述侧板体的侧面，该第一直线与该出光面的一条法线彼此成角度且夹角为θ，该每一个发光单元的一个几何中心至该光接收件的该侧面的距离为Y，该光接收件的该收光面至该透明外盖的距离为X，且Xtanθ<Y/2。
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