CN110393514B - 可穿戴设备及光电式脉搏传感组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可穿戴设备及光电式脉搏传感组件，涉及电子设备技术领域，能够减小可穿戴设备中的发光部件所发出的光的发散角度，提高光的利用率，从而提高心率及血氧饱和度等参数的检测精度，降低功耗。其中，可穿戴设备包括：基板；安装于基板一侧的至少一个发光部件，被配置为发出至少一种光波段的光；设置于至少一个发光部件的出光侧的至少一个透镜，每个透镜对应至少一个发光部件，每个透镜能够减小与其对应的至少一个发光部件所发出的光的发散角度。上述光电式脉搏传感组件可以安装于穿戴物中，使穿戴物在穿戴在目标生物上时，可以实现对目标生物的心率及血氧饱和度等参数进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种可穿戴设备及光电式脉搏传感组件。
背景技术
可穿戴设备是可以直接穿在人的身上，或整合到人的衣服或配件中的一种便携式设备。随着电子技术的快速发展，可穿戴设备可以通过检测人体的心率、血氧饱和度等参数，实现越来越多的功能，例如，运动监测、健康监测、睡眠监测等功能。
相关技术中，可穿戴设备通常采用PPG(Photoplethysmography，光电容积描记)脉搏波法进行心率、血氧饱和度等参数的检测，其中，PPG是一种基于光电检测血液容积随脉搏搏动发生变化的原理进行心率及血氧饱和度等参数测量的方法。示例性的，可穿戴设备可以向人体的佩戴部位发射光，然后检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度，从而描记出血管容积在心动周期内的变化，得到脉搏波形，并从所得到的脉搏波形中计算出心率及血氧饱和度等参数。
然而，上述可穿戴设备在检测过程中，光损失比较严重，这导致进入人体内的光比较少，经过人体血液和组织吸收后的反射光强度也相应的减小，从而影响心率及血氧饱和度等参数检测结果，降低了心率及血氧饱和度等参数的检测精度。
发明内容
本发明提供一种可穿戴设备及光电式脉搏传感组件，用于减小可穿戴设备中的发光部件所发出的光的发散角度，以提高光的利用率，从而提高心率及血氧饱和度的检测精度，降低功耗。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种可穿戴设备，该可穿戴设备包括：基板；安装于基板一侧的至少一个发光部件，被配置为发出至少一种光波段的光；设置于至少一个发光部件的出光侧的至少一个透镜，每个透镜对应至少一个发光部件，每个透镜能够减小与其对应的至少一个发光部件所发出的光的发散角度。这样，可以使各个发光部件的发光光线向中心集中，从而使发光部件所发出的大角度光线(即与发光部件的发光面的法线之间的夹角较大的光线)被有效利用，使发光部件的发光光线进入人体的深度变深，被血液吸收的光变多，即有用光的占比增大，从而提高了心率及血氧饱和度的检测精度，降低功耗。
结合第一方面，在第一种可能的设计中，至少一个透镜固定于基板上，每个透镜的与基板连接的表面具有至少一个凹腔，至少一个凹腔与基板围设成至少一个容纳空间；每个透镜对应的至少一个发光部件设置于至少一个容纳空间内。其中，每个容纳空间内可以容纳一个或多个发光部件。这样设计，能够降低透镜与基板组装后的整体沿垂直于基板的方向上的厚度，而且还能够利用透镜保护发光部件，使发光部件不易受到外界水汽的侵害，延长发光部件的使用寿命。
结合第一方面，在第二种可能的设计中，至少一个透镜为菲涅尔透镜，菲涅尔透镜的背向其对应的至少一个发光部件的表面具有凸起，以及围绕该凸起设置的至少一圈横截面呈锯齿形的凹槽。这样设计，可以在实现减小发光部件所发出的光的发散角度的同时，实现减小透镜在垂直于基板方向上的厚度，以使可穿戴设备的内部结构更加紧凑，从而使可穿戴设备实现小型化。
结合第一方面，在第三种可能的设计中，至少一个透镜的形状为椭球体的一部分，椭球体的一部分在基板上的正投影为椭圆形；该椭圆形的长轴方向与该透镜对应的至少一个发光部件所在的最小矩形区域的长边方向相平行。这样，一方面有利于减小透镜沿该椭圆形的短轴方向的尺寸；另一方面，可以在最小矩形区域内依次排列多个发光部件，并利用透镜有效的减小各个发光部件所发出的光的发散角度。
结合第一方面，在第四种可能的设计中，至少一个透镜中的每个透镜包括至少两个子透镜，每个子透镜为球体的一部分或椭球体的一部分，球体的一部分或椭球体的一部分在基板上的正投影为圆形；每个子透镜对应一个发光部件，且相邻的两个子透镜之间部分重叠。这样，有利于减小透镜沿该至少两个子透镜的排列方向的尺寸，使可穿戴设备实现小型化，并且可以通过各个子透镜分别减小相应的发光部件所发出的光的发散角度，从而有利于使各个发光部件的发光光线分别向中心集中，以使各个发光部件的发光光线进入人体的深度变深，被血液吸收的光变多，提高各个发光部件的有用光的占比，从而提高心率及血氧饱和度的检测精度。
结合第一方面，在第五种可能的设计中，至少一个透镜的形状为柱体的一部分，柱体的一部分为沿平行于柱体的轴线方向截取的一部分，柱体的一部分在垂直于基板且垂直于该柱体的轴线方向的截面为圆形的一部分或椭圆形的一部分，在基板上的正投影为长方形；该长方形的长边方向与该透镜对应的至少一个发光部件所在的最小矩形区域的长边方向相平行。这样，可以有效的减小各个发光部件所发出的光沿与柱体的轴线方向垂直的方向的发散角度，同时可以减小透镜沿柱体的轴线方向的尺寸。
结合第一方面，在第六种可能的设计中，至少一个透镜为凸透镜。例如双凸透镜或平凸透镜。这样可以利用透镜的弧面实现减小发光部件所发出的光的发散角度，使各个发光部件的发光光线向中心集中。而且当透镜为平凸透镜时，可以进一步降低透镜与基板组装后的整体沿垂直于基板的方向上的厚度。
结合第一方面，在第七种可能的设计中，每个透镜的折射率大于空气的折射率。这样有利于增大从透镜射出的光线的折射角，进一步减小发光部件所发出的光的发散角度，使更多的出射光线向中心集中，从而使发光部件所发出的大角度光线被有效利用，使发光部件的发光光线进入人体的深度变深，被血液吸收的光变多，即有用光的占比增大，以进一步提高心率及血氧饱和度的检测精度，降低功耗。
结合第一方面，在第八种可能的设计中，每个透镜与其对应的至少一个发光部件的出光面相接触。这样，能够从发光部件中萃取出更多的出射光线，使发光部件产生的光不易再起内部产生全反射光线，有利于提高发光部件的出光效率，降低光损失，提高光的利用率。
结合第一方面，在第九种可能的设计中，至少一个发光部件包括至少一个红光发光二极管、至少一个绿光发光二极管和至少一个红外光发光二极管。可穿戴设备还包括：安装于基板上的至少一个光敏传感器，至少一个光敏传感器与至少一个发光部件安装于基板的同一侧，被配置为接收至少一个发光部件发出的光，产生感应信号；控制芯片，与至少一个发光部件及至少一个光敏传感器电连接，被配置为控制至少一个发光部件中的设定发光二极管发光，以及，接收和处理至少一个光敏传感器所产生的感应信号，并输出处理后的感应信号；壳体，壳体内安装有基板和控制芯片，壳体上与至少一个发光部件及至少一个光敏传感器对应的位置具有透光性。这样设计，使可穿戴设备的除壳体以外的各个部件集成在壳体中，具有结构简单，便于携带的优点。而且可以通过壳体上具有透光性的位置使发光部件所发出的光射入目标生物(例如人体)内，并使经人体反射回的光被光敏传感器接收到，以对目标生物的多项参数进行检测，例如可以利用红光发光二极管或绿光发光二极管或红外光发光二极管实现检测静态心率、心率变异性、睡眠和血压；利用红光发光二极管和红外光发光二极管同时发光实现检测血氧饱和度；以及，利用绿光发光二极管实现检测动态心率。
结合第一方面的第九种可能的设计，在第十种可能的设计中，至少一个发光部件包括两个红光发光二极管、两个绿光发光二极管和两个红外光发光二极管；其中，沿第一方向，一个红光发光二极管、一个绿光发光二极管和一个红外光发光二极管依次间隔布置排成一行，另一个红光发光二极管、另一个绿光发光二极管和另一个红外光发光二极管依次间隔布置排成另一行；沿第二方向，一个红光发光二极管和一个红外光发光二极管间隔布置排成一列，两个绿光发光二极管间隔布置排成另一列，一个红外光发光二极管和红光发光二极管一个间隔布置排成再一列；第一方向与第二方向相互垂直；至少一个光敏传感器包括两个光敏传感器，两个光敏传感器沿第二方向间隔布置，且分别位于至少一个发光部件所在的最小矩形区域的两侧。这样设计，可以根据可穿戴设备的佩戴状态(例如紧佩戴和松佩戴)，控制可穿戴设备检测过程中所需的发光二极管与光敏传感器之间的距离，即控制光的反射距离，例如，在松佩戴时因环境光影像较大而增大光的反射距离，在紧佩戴时因环境光影像较小而减小光的反射距离，从而实现提高可穿戴设备的检测精度，降低功耗。
第二方面，本发明提供一种光电式脉搏传感组件，该光电式脉搏传感组件包括：基板；安装于基板一侧的至少一个发光部件，被配置为发出至少一种光波段的光；设置于至少一个发光部件的出光侧的至少一个透镜，每个透镜对应至少一个发光部件，每个透镜能够减小与其对应的至少一个发光部件所发出的光的发散角度；安装于基板上的至少一个光敏传感器，至少一个光敏传感器与至少一个发光部件安装于基板的同一侧，被配置为接收至少一个发光部件发出的光，产生感应信号；控制芯片，与至少一个发光部件及至少一个光敏传感器电连接，被配置为控制至少一个发光部件中的各个发光部件发光，以及，接收和处理至少一个光敏传感器所产生的感应信号，并输出处理后的所述感应信号。这样设计，可以根据光电式脉搏传感组件输出的感应信号实现对目标生物(例如人体)的动态心率、静态心率及血氧饱和度等参数进行检测，并且可以将光电式脉搏传感组件可以安装到穿戴物中，以使穿戴物在穿戴在目标生物(例如人体)上时，可以实现对目标生物的动态心率、静态心率及血氧饱和度等参数进行检测功能。示例性的，上述穿戴物包括但不限于手表、手环、鞋、眼镜及头盔等。
附图说明
图1为本发明的一些实施例所提供的一种可穿戴设备的结构示意图；
图2为相关技术中的可穿戴设备的设备主体的结构示意图；
图3为本发明的一些实施例所提供的发光部件的发光示意图；
图4a为本发明的一些实施例所提供的一种可穿戴设备中有透镜时的发光示意图；
图4b为本发明的一些实施例所提供的另一种可穿戴设备中有透镜时的发光示意图；
图5为可穿戴设备中无透镜时皮肤各层及窗口玻璃的光学贡献值占比和有透镜时皮肤各层及窗口玻璃的光学贡献值占比的示意图；
图6为本发明的一些实施例所提供的再一种可穿戴设备的结构示意图；
图7为图6中的可穿戴设备的透镜的结构示意图；
图8a为本发明的一些实施例所提供的又一种可穿戴设备的结构示意图；
图8b为本发明的一些实施例所提供的又一种可穿戴设备的结构示意图；
图8c为本发明的一些实施例所提供的菲涅尔透镜与发光部件配合时的发光示意图；
图9为本发明的一些实施例所提供的又一种可穿戴设备的结构示意图；
图10为本发明的一些实施例所提供的又一种可穿戴设备的结构示意图；
图11为本发明的一些实施例所提供的又一种可穿戴设备的结构示意图；
图12为本发明的一些实施例所提供的又一种可穿戴设备的结构示意图；
图13为本发明的一些实施例所提供的又一种可穿戴设备的结构示意图；
图14为本发明的一些实施例所提供的光电式脉搏传感组件的结构示意图。
具体实施方式
为便于理解，下面结合说明书附图，对本发明的实施例提供的可穿戴设备及光电式脉搏传感组件进行详细描述。
本发明实施例提供一种可穿戴设备及光电式脉搏传感组件，其中，可穿戴设备可以直接穿在人的身上，或者整合到人的衣服或配件中，而且可以检测人体的动态心率、静态心率及血氧饱和度等参数。光电式脉搏传感组件可以安装到穿戴物中，使穿戴物具有如上述可穿戴设备的动态心率、静态心率及血氧饱和度等参数的检测功能。示例性的，上述穿戴物包括但不限于手表、手环、鞋、眼镜及头盔等，本发明的实施例对此不做任何限制。
图1为本发明实施例所提供的一种可穿戴设备的结构示意图。如图1所示，在本发明的一些实施例中，可穿戴设备10可以包括设备主体11和连接于设备主体11两端的柔性固定带12。
本发明实施例对于柔性固定带12的形状和材质不加以限制。例如，柔性固定带12可以通过一段柔性条带实现，该柔性条带的两端分别与设备主体11的两端连接。柔性固定带12还可以通过两段柔性条带实现，这两段柔性条带中的每段柔性条带的一端分别与设备主体11的两端中的一端连接，这两段柔性条带中的每段柔性条带的另一端通过连接结构实现可拆卸连接，例如卡接、螺纹连接等。
可穿戴设备10佩戴在人的身上(例如手腕)时，设备主体11与柔性固定带12围成一个圆环，设备主体11可以向该圆环的内侧发射至少一种光波段的光。此处，需要说明的是，本实施例中，圆环并非为绝对标准的圆，示例性的，这个圆环可以是与手腕形状相匹配的一个近似圆的形状。这样，可以使设备主体11与人体接触，从而使得在设备主体11向该圆环的内侧发射至少一种光波段的光时，该至少一种光波段的光能够进入到人体内。
设备主体11还可以接收到上述至少一种光波段的光进入人体内经人体血液和组织吸收后的反射光，并且可以基于光电检测血液容积随脉搏搏动发生变化的原理，根据反射光的强度变化计算出动态心率、静态心率和血氧饱和度中的至少一种参数。
示例性的，如图1所示，设备主体11包括壳体111、至少一个发光部件112、至少一个光敏传感器113、控制芯片1141及处理器1142。其中，处理器1142与控制芯片1141相连，控制芯片1141与至少一个发光部件112及至少一个光敏传感器113相连，至少一个发光部件112、至少一个光敏传感器113、控制芯片1141及处理器1142均安装于壳体111内，壳体上对应于至少一个发光部件112及至少一个光敏传感器113的位置具有透光性。
在采用PPG脉搏波法进行心率检测的过程中，控制芯片1141控制至少一个发光部件112发出设定光波段的光，设定光波段的光透过皮肤组织反射回的光被至少一个光敏传感器113接收并转换成感应信号，控制芯片1141对该感应信号进行处理(例如滤波处理、模数转换等)后输出至处理器1142，处理器1142根据处理后的感应信号可以计算出目标生物(例如穿戴有可穿戴设备10的人体)的心率，包括动态心率和静态心率。
需要说明的是，当上述设定光波段的光透过皮肤组织然后再反射到光敏传感器113时，光强度有一定的衰减。在所测量的部位没有大幅运动的情况下，肌肉、骨骼、静脉和其他连接组织等对光的吸收是基本不变的，但血液不同，由于动脉里有血液的流动，那么对光的吸收自然也有所变化。当光敏传感器113把光转换成感应信号时，正是由于动脉对光的吸收有变化而其他部位对光的吸收基本不变，将得到的感应信号分为直流信号和交流信号。最后，控制芯片1141提取其中的交流信号并输出至处理器1142，该交流信号可以反应出血液流动的特点，因此处理器1142可以计算出心率。示例性的，处理器1142可以通过分析得到一定时间内的交流信号的波峰个数，从而得到心率，例如，假设在连续5秒内的波峰个数为N时，心率就是N×12bpm(每分钟节拍数，Beat Per Minute)。
在一些可能的设计中，上述设定光波段的光为绿光或红光或红外光。其中，红光和红外光相比绿光更容易穿过皮肤组织，进入皮肤组织的绿光更容易被血液吸收，因此，考虑到皮肤的各种情况，可以自动切换使用绿光、红光或红外光中的至少一种。例如，当皮肤黑色素或汗水较多时，可以使用红光或红外光，以使更多的光穿过皮肤组织；当皮肤较白或者较干燥时，可以使用绿光，以增大感应信号的变化幅度，得到更精确的测量结果。
在采用PPG脉搏波法进行血氧饱和度检测的过程中，控制芯片1141控制至少一个发光部件112发出红光和红外光，红光和红外光透过皮肤组织反射回的光被至少一个光敏传感器113接收并转换成感应信号，控制芯片1141对该感应信号进行处理后输出至处理器1142，处理器1142根据处理后的感应信号可以计算出目标生物(例如穿戴有可穿戴设备10的人体)的血氧饱和度。其中，血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血红蛋白的容量占全部可结合的血红蛋白容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。在利用红光和红外光检测时，可结合的血红蛋白更容易吸收红光，氧合血红蛋白更容易吸收红外光，因此，可以利用红光和红外光分别检测可结合的血红蛋白和氧合血红蛋白，即光敏传感器接收所反射的红光转换为第一感应信号，并接收所反射的红外光得到第二感应信号，然后控制芯片1141提取第一感应信号中的交流信号和第二感应信号中的交流信号并输出至处理器1142，处理器1142计算得到相应的比值，即血氧饱和度。
在一些可能的设计中，可以将控制芯片1141集成在处理器1142中，使控制芯片1141成为处理器1142的一部分。这样能够减少零件数量，使可穿戴设备便于组装，实现简化可穿戴设备的内部结构。
此处，需要说明的是，处理器1142可以是一个中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)，也可以是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者是被配置成实施本公开一些实施例的一个或多个集成电路，例如：一个或多个DSP，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)。
相关技术中，如图2所示，壳体111内设置有基板115，基板115上设置有发光部件112和光敏传感器113，发光部件112和光敏传感器113均位于基板115的同一侧，壳体111上具有使光线穿过的窗口玻璃116。相关技术中的发光部件112所发出的光的发散角度较大，当大角度的发光光线入射到窗口玻璃116的表面时，容易产生界面反射，从而会在窗口玻璃116的表面出现窜光现象，使穿过窗口玻璃116的光减少，光损失比较严重。而且大部分光会被窗口玻璃116直接反射至光敏传感器113，导致光敏传感器113接收的光的量达到饱和，无法正常检测。此外，由于所发出的光的发散角度较大，还会导致光在穿过窗口玻璃116后进入人体的深度变浅，被血液吸收的光变少，光的利用率降低，有用光的占比减小，从而影响心率及血氧饱和度等参数检测结果，降低了心率及血氧饱和度等参数的检测精度，并增大了功耗。
此外，参见图3，相关技术中的发光部件112的折射率与空气的折射率差值较大，这导致发光部件112产生的光会在其内部产生全反射光线a，出光效率较低，从而进一步降低了光的利用率。
针对上述问题，本发明的一些实施例提供了一种可穿戴设备10，参见图4a和图4b，该可穿戴设备10包括基板115、至少一个发光部件112及至少一个透镜117。
其中，至少一个发光部件112安装于基板115的一侧，被配置为发出至少一种光波段的光。至少一个透镜117设置于至少一个发光部件112的出光侧，且每个透镜117对应至少一个发光部件112，每个透镜117能够减小与其对应的至少一个发光部件112所发出的光的发散角度。例如，图4a所示出的每个透镜117对应一个发光部件112的示例；图4b所示出的每个透镜117对应两个发光部件112的示例。这样，可以使各个发光部件112的发光光线向中心集中，从而使发光部件112所发出的大角度光线被有效利用，使发光部件112的发光光线进入人体的深度变深，被血液吸收的光变多，即有效光的占比增大，从而能够提高心率及血氧饱和度等参数的检测精度，并降低功耗。
值得指出的是，图5示出了可穿戴设备中无透镜时皮肤各层及窗口玻璃的光学贡献值占比和有透镜时皮肤各层及窗口玻璃的光学贡献值占比。如图5所示，相较可穿戴设备中无透镜而言，在可穿戴设备中有透镜的情况下，窗口玻璃窜光和人体皮肤角质层的光学贡献值占比大幅减小，而浅层血管、网状真皮的光学贡献值占比大幅增加，深层血管和皮下脂肪的光学贡献值占比也有增加。因此，在可穿戴设备中有透镜的情况下，可以大幅增大有效光所占的比例，减小无效光所占的比例，使发光部件的发光光线进入人体的深度变深，被血液吸收的光变多，从而能够提高心率及血氧饱和度等参数的检测精度，并降低功耗。
需要说明的是，在进行心率、血氧饱和度等的检测过程中，光线从被发光部件112发出至被光敏传感器113接收的过程中，经过窗口玻璃、皮肤各层均会被损耗一部分，称光线经过窗口玻璃、皮肤各层中的每一层时所损耗的一部分占发光部件112所发出的全部光的量的比例为该层的光学贡献值占比。
在一种可能的设计中，参见图4a和图4b，每个透镜117位于其对应的一个或多个发光部件112的远离基板115的一侧，且每个透镜117固定于其对应的一个或多个发光部件112上，例如通过粘接方式使透镜117与发光部件112的相对固定。这样可以使透镜117结构简单且安装固定方便。
在另一种可能的设计中，参见图6和图7，至少一个透镜117固定于基板115上，每个透镜117的与基板115连接的表面具有至少一个凹腔117A，至少一个凹腔117A与基板115围设成至少一个容纳空间；每个透镜117对应的至少一个发光部件112设置于至少一个容纳空间内。其中，每个容纳空间内可以容纳一个或多个发光部件112。示例性的，当每个凹腔117A的形状与发光部件112的形状相匹配时，每个发光部件112刚好可以嵌入到一个凹腔中，即设置于该凹腔117A与基板115围成的容纳空间中。当发光部件112与基板115相对固定时，可以通过发光部件112限制相应的透镜117沿平行于基板的方向运动；当透镜117与基板115相对固定时，可以限制发光部件112移动，而且这样还能够保护发光部件112，使发光部件112不易受到外界水汽的侵害，延长发光部件112的使用寿命。此外，由于透镜117直接与基板115相连，发光部件112位于相应的凹腔117A内，因此还可以降低透镜117与基板115组装后的整体沿垂直于基板115的方向上的厚度。
在一些可能的设计中，为了进一步增强连接效果，还可以在透镜117的朝向基板115的表面与基板115之间涂胶，以使透镜117与基板115实现相对固定，这样能够增强透镜与基板连接后的牢固性和可靠性。
本发明的实施例对凹腔117A的形状不加以限制，只需满足117A与基板115围设成一个容纳空间以容纳至少一个发光部件112即可。示例性的，凹腔117A的形状呈柱状或圆台状。
在一些实施例中，参见图6和图7，至少一个透镜117为凸透镜。例如，透镜117为双凸透镜；或者，透镜117为图6和图7中所示出的平凸透镜。当透镜117为平凸透镜时，其弧面为出光面，可以减小发光部件112所发出的光的发散角度，使各个发光部件112的发光光线向中心集中；其平面上可以设置至少一个凹腔117A(例如图7中示出了其平面上设置有两个凹腔117A的示例)，并且在该平面与基板115连接时，凹腔117A与基板115之间可以形成容纳发光部件112的容纳空间。这样既能够便于将透镜117安装到基板115上，使透镜117与基板115之间的连接可靠性提高，又能够进一步降低透镜117与基板115组装后的整体沿垂直于基板的方向上的厚度，而且还可以保护发光部件112，使发光部件112不易受到外界水汽的侵害，延长发光部件112的使用寿命。
在一些实施例中，每个透镜的折射率大于空气的折射率。这样有利于增大从透镜射出的光线的折射角，进一步减小发光部件所发出的光的发散角度，使更多的出射光线向中心集中，从而使发光部件所发出的大角度光线被有效利用，使发光部件的发光光线进入人体的深度变深，被血液吸收的光变多，即有用光的占比增大，以进一步提高心率及血氧饱和度等参数的检测精度，降低功耗。
在一些实施例中，参见图6和图7，每个透镜117与其对应的至少一个发光部件112的出光面相接触。这样，能够从发光部件112中萃取出更多的出射光线，使发光部件112产生的光不易再起内部产生全反射光线，有利于提高发光部件的出光效率，降低光损失，提高光的利用率。
在一些实施例中，参见图8a至图8c，至少一个透镜117为菲涅尔透镜21，菲涅尔透镜21的背向其对应的至少一个发光部件112的表面具有凸起211，以及围绕该凸起211设置的至少一圈横截面呈锯齿形的凹槽212。示例性的，可以设置一圈凹槽212，也可以设置两圈或两圈以上的凹槽212，此处不加以限制。凹槽212的靠近凸起211一侧的表面为出光面，如图8c所示，该出光面可以为弧面，以使菲涅尔透镜21能够减小发光部件112所发出的光的发散角度。这样设计，可以在实现减小发光部件112所发出的光的发散角度的同时，实现减小透镜11在垂直于基板115方向上的厚度，以使可穿戴设备的内部结构更加紧凑，从而使可穿戴设备实现小型化。
在一些实施例中，参见图9，至少一个透镜117的形状为椭球体的一部分，该椭球体的一部分在基板115上的正投影为椭圆形；该椭圆形的长轴方向X1与该透镜对应的至少一个发光部件所在的最小矩形区域Q的长边方向相平行。其中，上述椭球体的一部分可以是沿平行于椭球体的长轴轴线的方向截取得到的部分椭球体，也可以是沿平行于椭球体的短轴轴线的方向截取得到的部分椭球体。可以理解，上述部分椭球体可以为四分之一的椭球体或半椭球体(二分之一的椭球体)或四分之三的椭球体，此处不做限定。
示例性的，参见图9，当透镜117为沿平行于椭球体的长轴轴线的方向截取得到的半椭球体时，由于其在基板115上的正投影为椭圆形，因此该半椭球体在垂直于基板115且平行于长轴方向X1的平面上的投影呈第一半椭圆形，且在垂直于基板115且垂直于长轴方向X1的平面上的投影呈第二半椭圆形，这样有利于减小发光部件112所发出的光的发散角度。在一种可能的设计中，第二半椭圆形的曲率大于第一半椭圆形的曲率，这样可以减小透镜117沿该椭圆形的短轴方向Y1的尺寸。而且发光部件112所发出的光穿过透镜117后，沿短轴方向Y1的发散角度将大于沿长轴方向X1的发散角度。此时，如图9所示，将各个发光部件112沿最小矩形区域Q的长边方向依次排列，有利于同时大幅的减小各个发光部件112所发出的光的沿短轴方向Y1的发散角度，实用性较高。
示例性的，当透镜117为沿平行于椭球体的长轴轴线的方向截取得到的半椭球体时，可以在该半椭球体的截面上设置至少一个凹腔，以在透镜117与基板115连接时形成容纳发光部件112的容纳空间。这样既能够便于将透镜117安装到基板115上，使透镜117与基板115之间的连接可靠性提高，又能够进一步降低透镜117与基板115组装后的整体沿垂直于基板的方向的厚度，而且还可以保护发光部件112，使发光部件112不易受到外界水汽的侵害，延长发光部件112的使用寿命。
在一些实施例中，参见图10，至少一个透镜117中的每个透镜117包括至少两个子透镜22，每个子透镜22为球体的一部分或椭球体的一部分，该球体的一部分或椭球体的一部分在基板115上的正投影为圆形；每个子透镜22对应一个发光部件112，且相邻的两个子透镜22之间部分重叠。如图10所示，三个子透镜22依次排列，每两个相邻的子透镜22之间部分重叠。这样，有利于减小透镜117沿该至少两个子透镜22的排列方向的尺寸，使可穿戴设备实现小型化，并且可以通过各个子透镜22分别减小相应的发光部件112所发出的光的发散角度，从而有利于使各个发光部件112的发光光线分别向中心集中，以使各个发光部件112的发光光线进入人体的深度变深，被血液吸收的光变多，提高各个发光部件112的有用光的占比，从而提高心率及血氧饱和度的检测精度，降低功耗。
其中，上述球体的一部分可以是沿垂直于球体的轴线方向截取得到的部分球体；上述椭球体的一部分可以是沿垂直于椭球体的长轴轴线的方向截取得到的部分椭球体。可以理解，上述部分球体可以是四分之一的球体或半球体(二分之一的球体)或四分之三的球体；上述部分椭球体可以为四分之一的椭球体或半椭球体(二分之一的椭球体)或四分之三的椭球体，此处不做限定。
示例性的，参见图10，当子透镜22为沿垂直于椭球体的长轴轴线的方向截取得到的半椭球体时，由于其在基板115上的正投影为圆形，因此该半椭球体在垂直于基板115的任一平面上的投影均呈半椭圆形，这样有利于进一步减小发光部件112所发出的光的发散角度。
示例性的，参见图10，当子透镜22为沿垂直于椭球体的长轴轴线的方向截取得到的半椭球体时，可以在该半椭球体的截面上设置至少一个凹腔，以在子透镜22与基板115连接时形成容纳发光部件112的容纳空间。这样既能够便于将子透镜22安装到基板115上，使子透镜22与基板115之间的连接可靠性提高，又能够进一步降低各个子透镜22与基板115组装后的整体沿垂直于基板的方向的厚度，而且还可以通过各个子透镜22保护相应的发光部件112，使各个发光部件112不易受到外界水汽的侵害，延长各个发光部件112的使用寿命。
在一些实施例中，参见图11，至少一个透镜117的形状为柱体的一部分，柱体的一部分为沿平行于柱体的轴线方向截取的一部分，柱体的一部分在垂直于基板且垂直于柱体的轴线方向X2的截面为圆形的一部分或椭圆形的一部分，如图11所示，在基板上的正投影为长方形；该长方形的长边方向与该透镜对应的至少一个发光部件所在的最小矩形区域Q的长边方向相平行。
其中，所截取的一部分可以是柱体的二分之一或三分之一或四分之一，此处不做具体限定。由于透镜117在垂直于基板且垂直于该柱体的轴线方向X2的截面为圆形的一部分或椭圆形的一部分，因此可以有效的减小各个发光部件112所发出的光沿与柱体的轴线方向X2垂直的方向的发散角度，同时可以减小透镜117沿柱体的轴线方向X2的尺寸。
示例性的，可以在透镜117与柱体的轴线方向X2平行的平面上设置至少一个凹腔，以在透镜117与基板115连接时形成容纳发光部件112的容纳空间。这样既能够便于将透镜117安装到基板115上，使透镜117与基板115之间的连接可靠性提高，又能够进一步降低透镜117与基板115组装后的整体沿垂直于基板的方向的厚度，而且还可以保护发光部件112，使发光部件112不易受到外界水汽的侵害，延长发光部件112的使用寿命。
在一些实施例中，参见图12和图13，至少一个发光部件112包括至少一个红光发光二极管1121、至少一个绿光发光二极管1122和至少一个红外光发光二极管1123；可穿戴设备10还包括：安装于基板115上的至少一个光敏传感器113，至少一个光敏传感器113与至少一个发光部件112安装于基板115的同一侧，被配置为接收至少一个发光部件112发出的光，产生感应信号；控制芯片1141，与至少一个发光部件112及至少一个光敏传感器113电连接，被配置为控制至少一个发光部件112中的设定发光二极管(例如至少一个红光发光二极管1121和/或至少一个绿光发光二极管1122和/或至少一个红外光发光二极管1123)发光，以及，接收和处理至少一个光敏传感器113所产生的感应信号，并输出处理后的感应信号。壳体111，壳体111内安装有基板115和控制芯片1141，壳体111上与至少一个发光部件112及至少一个光敏传感器113对应的位置b具有透光性。示例性的，壳体111的位置b可以是贯通的开口，也可以是由透光材料制成的保护盖，例如玻璃等。当壳体111的位置b为保护盖时，可以防止水汽进入到壳体内，使可穿戴设备内的各个部件不易受到侵害。
参见图13，可穿戴设备10的除壳体111以外的各个部件(例如基板115、发光部件112、透镜117及光敏传感器113等)集成在壳体111中，具有结构简单，便于携带的优点。而且可以通过壳体上具有透光性的位置使发光部件所发出的光射入目标生物(例如人体)内，并使经人体的血液30反射回的光被光敏传感器接收到，从而可以实现对目标生物(例如人体)的动态心率、静态心率、血氧饱和度、心率变异性、睡眠及血压等多项参数的检测。例如，可以利用红光发光二极管1121或绿光发光二极管1122或红外光发光二极管1123实现检测静态心率、心率变异性、睡眠和血压；利用红光发光二极管1121和红外光发光二极管1123同时发光实现检测血氧饱和度；以及，利用绿光发光二极管1122实现检测动态心率。
在此基础上，在一种可能的设计中，如图12所示，至少一个发光部件112包括两个红光发光二极管1121、两个绿光发光二极管1122和两个红外光发光二极管1123；其中，沿第一方向Z1，一个红光发光二极管1121、一个绿光发光二极管1122和一个红外光发光二极管1123依次间隔布置排成一行，另一个红光发光二极管1121、另一个绿光发光二极管1122和另一个红外光发光二极管1123依次间隔布置排成另一行；沿第二方向Z2，一个红光发光二极管1121和一个红外光发光二极管1123间隔布置排成一列，两个绿光发光二极管1122间隔布置排成另一列，一个红外光发光二极管1123和红光发光二极管1121一个间隔布置排成再一列；第一方向Z1与第二方向Z2相互垂直；至少一个光敏传感器113包括两个光敏传感器113，两个光敏传感器113沿第二方向Z2间隔布置，且分别位于至少一个发光部件所在的最小矩形区域Q的两侧。
这样设计，一方面可穿戴设备可以实现对目标生物(例如人体)的动态心率、静态心率和血氧饱和度等多项参数进行检测；另一方面，在不同的光敏传感器113将接收到的光分别转换成感应信号后，可穿戴设备还可以根据各个光敏传感器产生的感应信号，确定出可穿戴设备的佩戴状态，例如紧佩戴和松佩戴。
需要说明的是，紧佩戴时壳体111上具有透光性的位置b能够与人体表面充分接触，这时可以减少环境光的干扰；松佩戴时壳体111上具有透光性的位置b与人体表面接触的部位可能较少，此时环境光的干扰可能会增大。在此基础上，由于各个发光二极管到每个光敏传感器的距离不同，可以在松佩戴的情况下，选择距离较远的发光二极管和光敏传感器，以增大光的反射距离，这样可以减小环境光的干扰；并且可以在紧佩戴的情况下，选择距离较近的发光二极管与光敏传感器，以减小光的反射距离，使发光二极管的发光光线进入人体的深度变深，从而实现提高可穿戴设备的检测精度，降低功耗。如图12所示，一个绿光发光二极管1122到一个光敏传感器113之间的距离为d1，到另一个光敏传感器113之间的距离为d2。例如，d1可以为28mm，d2可以为40mm。
在此基础上，示例性的，参见图12，该可穿戴设10中的至少一个透镜包括一个第一类透镜117和四个第二类透镜117。其中，第一类透镜117的形状为椭球体的一部分，该椭球体的一部分在基板上的正投影为椭圆形，该椭圆形的长轴方向与两个绿光发光二极管1122的排列方向相平行。两个绿光发光二极管1122均位于第一类透镜117与基板115之间。每个第二类透镜117为或椭球体的一部分，该椭球体的一部分在基板115上的正投影为圆形。除两个绿光发光二极管1122以外的其它四个发光二极管分别位于一个第二类透镜117与基板115之间。这样设计，可以利用第一类透镜117和第二类透镜117有效的减小各个发光部件所发出的光的发散角度，从而使各个发光部件112的发光光线向中心集中，使发光部件112所发出的大角度光线被有效利用，发光部件112的发光光线进入人体的深度变深，被血液吸收的光变多，即有效光的占比增大，从而有效的提高心率及血氧饱和度的检测精度，降低功耗。
参见图14，本发明的一些实施例还提供了一种光电式脉搏传感组件40，该光电式脉搏传感组件40包括：基板115，安装于基板115一侧的至少一个发光部件112，设置于至少一个发光部件112的出光侧的至少一个透镜117，安装于基板115上的至少一个光敏传感器113，及控制芯片1141。
其中，所述至少一个发光部件112被配置为发出至少一种光波段的光。
每个透镜117对应至少一个发光部件112，每个透镜117能够减小与其对应的至少一个发光部件112所发出的光的发散角度。
至少一个光敏传感器113及至少一个发光部件112安装于基板115的同一侧，被配置为接收至少一个发光部件112发出的光，产生感应信号。
控制芯片1141与至少一个发光部件112及至少一个光敏传感器113电连接，被配置为控制至少一个发光部件112中的各个发光部件112发光，以及，接收和处理至少一个光敏传感器113所产生的感应信号，并输出处理后的感应信号，以使处理器等器件可以根据感应信号计算目标生物的动态心率、静态心率和血氧饱和度中的至少一种参数。
这样设计，可以利用光电式脉搏传感组件40实现对目标生物(例如人体)的动态心率、静态心率及血氧饱和度等参数进行检测，并且可以将该光电式脉搏传感组件40可以安装到穿戴物中，以使穿戴物在穿戴在目标生物(例如人体)上时，可以实现对目标生物的动态心率、静态心率及血氧饱和度等参数进行检测功能。示例性的，上述穿戴物包括但不限于手表、手环、鞋、眼镜及头盔等，本发明的实施例对此不做任何限制。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种可穿戴设备，包括基板，其特征在于，还包括：
安装于所述基板一侧的至少一个发光部件，被配置为发出至少一种光波段的光；
设置于所述至少一个发光部件的出光侧的至少一个透镜，每个所述透镜对应至少一个所述发光部件，每个所述透镜能够减小与其对应的至少一个发光部件所发出的光的发散角度；
至少一个所述透镜中的每个所述透镜包括至少两个子透镜，每个所述子透镜为球体的一部分或椭球体的一部分，所述球体的一部分或所述椭球体的一部分在所述基板上的正投影为圆形；每个所述子透镜对应一个所述发光部件，且相邻的两个所述子透镜之间部分重叠。
2.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，所述至少一个透镜固定于所述基板上，每个所述透镜的与所述基板连接的表面具有至少一个凹腔，所述至少一个凹腔与所述基板围设成至少一个容纳空间；
每个所述透镜对应的至少一个发光部件设置于所述至少一个容纳空间内。
3.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，每个所述透镜的折射率大于空气的折射率。
4.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，每个所述透镜与其对应的至少一个发光部件的出光面相接触。
5.一种光电式脉搏传感组件，其特征在于，包括：
基板；
安装于所述基板一侧的至少一个发光部件，被配置为发出至少一种光波段的光；
设置于所述至少一个发光部件的出光侧的至少一个透镜，每个所述透镜对应至少一个所述发光部件，每个所述透镜能够减小与其对应的至少一个发光部件所发出的光的发散角度；
至少一个所述透镜中的每个所述透镜包括至少两个子透镜，每个所述子透镜为球体的一部分或椭球体的一部分，所述球体的一部分或所述椭球体的一部分在所述基板上的正投影为圆形；每个所述子透镜对应一个所述发光部件，且相邻的两个所述子透镜之间部分重叠；
安装于所述基板上的至少一个光敏传感器，所述至少一个光敏传感器与所述至少一个发光部件安装于所述基板的同一侧，被配置为接收所述至少一个发光部件发出的光，产生感应信号；
控制芯片，与所述至少一个发光部件及所述至少一个光敏传感器电连接，被配置为控制所述至少一个发光部件中的各个发光部件发光，以及，接收和处理所述至少一个光敏传感器所产生的感应信号，并输出处理后的所述感应信号。
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