CN111214239B - 应用于生理特征辨识的光学检测装置 - Google Patents

应用于生理特征辨识的光学检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于生理特征辨识的光学检测装置，包括基板、光源以及光接收器。该光源包括多个第一发光单元以及多个第二发光单元。该多个第一发光单元与该多个第二发光单元对称排列在该基板。该光接收器设置在该基板，用来分析该光源输出的光信号以取得该生理特征辨识的结果，有效提升生理特征辨识的准确性。

Description

应用于生理特征辨识的光学检测装置
技术领域
本发明涉及一种光学检测装置，特别是有关一种优选生理特征辨识效能的光学检测装置。
背景技术
传统的光学检测装置利用波长为660纳米、或880纳米、或940纳米的光信号进行生理特征辨识，例如氧合血红素(HbO2)。一般来说，使用者的手指会直接放置在传统光学检测装置的侦测面上进行；然而，若传统光学检测装置设计用于智能穿戴装置时，例如智能手表、智能手镯与智能项链，660纳米、或880纳米、或940纳米的光信号无法从手腕与颈部取得足够强度的信息进行生理特征辨识，辨识结果会大幅失真而难为消费者接受，故如何设计一种能够有效改善光学侦测效能的光学检测装置，即为相关产业的重点发展目标之一。
发明内容
本发明涉及一种优选生理特征辨识效能的光学检测装置。
本发明进一步公开一种应用于生理特征辨识的光学检测装置，包括基板、光源以及光接收器。该光源包括多个第一发光单元以及多个第二发光单元。该多个第一发光单元与该多个第二发光单元对称排列在该基板。该光接收器设置在该基板，用来分析该光源输出的光信号以取得该生理特征辨识的结果。
本发明进一步公开一种应用于生理特征辨识的光学检测装置，包括第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元以及光接收器。该第一发光单元用来输出第一光信号。该第二发光单元用来输出第二光信号。该第三发光单元用来输出第三光信号。该光接收器用来接收与分析该第一光信号、该第二光信号与该第三光信号以相应取得该生理特征辨识的结果。该第一光信号、该第二光信号与该第三光信号分别具有不同波长。
本发明进一步公开一种应用于生理特征辨识的光学检测装置，包括光源以及光接收器。该光源用来输出光信号，且该光信号的波长为600纳米至630纳米之间。该光接收器用来接收与分析该光信号，以取得该生理特征辨识的结果。
本发明利用多种方式改善生理特征辨识结果。光学检测装置可利用波长介于600纳米至630纳米的一种光信号进行生理特征辨识、或利用对称排列的多个发光单元所输出的两种光信号进行生理特征辨识、或利用分别具有不同波长的三种光信号进行勘误及生理特征辨识，都能有效提升生理特征辨识的准确性。
附图说明
图1为本发明第一实施例的光学检测装置的功能方块图。
图2为本发明第一实施例的光学检测装置的外观示意图。
图3为图2所示光学检测装置在另一视角的示意图。
图4与图5为本发明第一实施例的光学检测装置在多种变化应用的外观示意图。
图6为本发明第一实施例的光学检测装置在其它变化应用的外观示意图。
图7为本发明第二实施例的光学检测装置的功能方块图。
图8为本发明第二实施例的光学检测装置的外观示意图。
图9为本发明第二实施例的不同光源所生光信号的功能曲线图。
图10为本发明第三实施例的光学检测装置的功能方块图。
图11为本发明第三实施例的光学检测装置的系数变化示意图。
其中，附图标记说明如下：
10光学检测装置
12基板
14光源
16光接收器
18第一发光单元
20第二发光单元
30光学检测装置
32第一发光单元
34第二发光单元
36第三发光单元
38光接收器
40基板
50光学检测装置
52光源
54光接收器
56热传感器
58存储器
P1、P2、P3第一发光单元与第二发光单元的间距
D1、D2、D3发光单元组与组的距离
F1、F2、F3函数
具体实施方式
请参阅图1至图3，图1为本发明第一实施例的光学检测装置10的功能方块图，图2为本发明第一实施例的光学检测装置10的外观示意图，图3为图2所示光学检测装置10在另一视角的示意图。光学检测装置10可包括基板12、光源14以及光接收器16。光源14可利用一个或多个第一发光单元18与第二发光单元20投射光信号到用户肌肤表面，进行生理特征辨识。第一发光单元18与第二发光单元20分别具有不同波长，并且数量不限于附图所示实施态样。多个第一发光单元18与多个第二发光单元20对称排列在基板12。光接收器16可设置在基板12上，并且邻近光源14。光接收器16可分析从使用者肌肤表面反射回来的光信号以取得生理特征辨识的结果。
在第一实施例中，多个第一发光单元18可与多个第二发光单元20交错设置，任一个第一发光单元18与任一个第二发光单元20的间距P1可相同或近似于该任一个第一发光单元18与另一个第二发光单元20的间距P2。相应地，任一个第二发光单元20与任一个第一发光单元18的间距可相同或近似于该任一个第二发光单元20与另一个第一发光单元18的间距。第一发光单元18与第二发光单元20所输出的光信号属于发散光。当第一发光单元18与第二发光单元20对称排列时，第一发光单元18和第二发光单元20所输出光信号会投射到用户肌肤表面并互相重叠，形成由不同波长光信号组成的混光区，据以减弱第一发光单元18与第二发光单元20在投影位置的歧异度，取得优选的生理特征辨识结果。
第一发光单元18和第二发光单元20的数量与排列方式不限于前揭实施例所述，端视设计需求而定。如图3所示，光学检测装置10的中央区域可均匀地收集到第一发光单元18与第二发光单元20所输出的光信号。使用者可将手指、手腕或颈部靠近光学检测装置10的中央区域，光接收器16即能取得优选的反射图像进行生理特征辨识。
请参阅图4与图5，图4与图5为本发明第一实施例的光学检测装置10在多种变化应用的外观示意图。如图4所示，每一个光源14可由单个第一发光单元18与单个第二发光单元20组成，光学检测装置10可将一个或多个光源14设置在光接收器16的侧边。关于第一发光单元18及第二发光单元20的对称排列可表示为：任一个第一发光单元18与任一个第二发光单元20的排列(例如右侧的光源14)为另一个第一发光单元18与另一个第二发光单元20的排列(例如左侧的光源14)的镜像。若将足够数量的光源14均匀设置在光接收器16的周边，光学检测装置10就能因此取得优选的生理特征辨识结果；举例来说，前揭的均匀设置是指光接收器16与右侧光源14中心之间的距离相同或近似于光接收器16与左侧光源14中心之间的距离。
如图5所示，每一个光源14可由单个第一发光单元18与单个第二发光单元20组成，并且关于第一发光单元18及第二发光单元20的对称排列可表示为：任一个第一发光单元18与任一个第二发光单元20的排列(例如中间的光源14)在经过一百八十度的旋转后可取代另一个第一发光单元18与另一个第二发光单元20的排列(例如右侧或左侧的光源14)。此外，任一个第一发光单元18与任一个第二发光单元20的间距P1相同或近似于所述第一发光单元18与另一个第二发光单元20的间距P2，并且间距P1和间距P2小于所述第一发光单元18与另一个第一发光单元18的间距P3，意即多个第一发光单元18以及多个第二发光单元20可对称排列为矩阵形式。第一发光单元18与第二发光单元20排列所成矩阵的行数量及列数量不限于图5所示实施态样。
请参阅图6，图6为本发明第一实施例的光学检测装置10在其它变化应用的外观示意图。此实施例可具有多组光源14，如图6所示，每一组光源14都可具有单个第一发光单元18与单个第二发光单元20，并且任一组光源14相对于光接收器16的结构参数相同或近似于另一组光源14相对于光接收器16的结构参数。举例来说，第一发光单元18及第二发光单元20的对称排列可表示为：光接收器16与其中一组第一发光单元18及第二发光单元20的距离D1相同或近似光接收器16与其它组第一发光单元18及第二发光单元20的距离D2和D3。只要各光源14与光接收器16的距离彼此相近或相同，多个光源14可任意地围绕设置在光接收器16的周边。
根据第一实施例的前述应用，多个光源14可以对称排列方式设置在光接收器16的同一侧、或以对称排列方式环绕设置在光接收器16的多侧。每个光源14可具有一个或多个具有第一发光单元18及第二发光单元20的发光单元组，发光单元组的数量可依光学检测装置10的结构长度而定。具有第一发光单元18与第二发光单元20的各发光单元组和光接收器16之间的距离优选地彼此相同或相近。再者，光源14的发光单元排列中心与光接收器16之间的距离优选地可介于5毫米至15毫米。
请参阅图7至图9，图7为本发明第二实施例的光学检测装置30的功能方块图，图8为本发明第二实施例的光学检测装置30的外观示意图，图9为本发明第二实施例的不同光源所生光信号的功能曲线图。光学检测装置30可包括第一发光单元32、第二发光单元34、第三发光单元36、光接收器38以及基板40。第一发光单元32、第二发光单元34与第三发光单元36设置在基板40上，并且邻近光接收器38。第一发光单元32、第二发光单元34与第三发光单元36分别用来输出第一光信号、第二光信号及第三光信号，并且第一光信号、第二光信号和第三光信号分别具有不同波长。举例来说，第一光信号的波长可约略为660纳米，第二光信号的波长可约略为880纳米，第三光信号的波长则可介于660纳米至880纳米之间。
光接收器38可具有内建处理器、或接收来自外部组件的信号处理结果。因此，光接收器38可通过分析自使用者肌肤反射的第一光信号、第二光信号与第三光信号进行用户的生理特征辨识，例如氧合血红素(HbO2)。第一光信号与第二光信号之间的变化关联可生成第一函数F1，第一光信号与第三光信号之间的变化关联可生成第二函数F2，第二光信号与第三光信号之间的变化关联可生成第三函数F3。当第一光信号、第二光信号及第三光信号投射到受压生物组织时，第一函数F1、第二函数F2与第三函数F3会随着受压力量增减产生相应的数值变化，此时光接收器38可接收且分析函数F1、F2与F3，以判断那些信息属于合理范围而能用在后续信息分析、及判断那些信息不属合理范围故需径行排除，据此取得高准确率的生理特征辨识结果。特别一提的是，前揭函数可能是任一笔光信号与另一笔光信号的光强比值或特定参数比值，或是两笔光信号之间的数值转换方程式。
请参阅图10与图11，图10为本发明第三实施例的光学检测装置50的功能方块图，图11为本发明第三实施例的光学检测装置50的系数变化示意图。光学检测装置50可包括光源52以及光接收器54。光源52可用来输出波长介于600纳米至630纳米的光信号。光接收器54可接收且分析自生物组织反射的光信号以取得生理特征辨识结果。传统的光学检测技术常利用波长为660纳米的光信号进行生理特征辨识，但因该波长光信号的特性而难以通过足够的信号强度进行辨识与分析。因此，光学检测装置50利用波长介于600纳米至630纳米的光信号进行生理特征辨识，能够有效提升信号强度，如图11所示的斜线区域，故能取得优选的生理特征辨识结果。
光学检测装置50可进一步包括电连接于光接收器54的热传感器56以及存储器58。光学检测装置50可致发热传感器56去侦测环境温度或特定电子单元的温度，并根据热传感器56的侦测结果对生理特征辨识结果进行补偿，提高其准确率。举例来说，电子单元可以是集成电路、或任何邻近光学检测装置50的发热单元。存储器58可用来存储侦测所得温度与生理特征辨识结果的关联性。侦测到温度变化时，光学检测装置50可从存储器58搜寻取得侦测所得温度与生理特征辨识结果间关联的查找表，从中找出适合的生理特征辨识补偿参数，并且运用此补偿参数校正生理特征辨识结果，以克服运用波长介于600纳米至630纳米的光信号进行生理特征辨识可能产生的误差。
综上所述，本发明利用多种方式改善生理特征辨识结果。光学检测装置可利用波长介于600纳米至630纳米的一种光信号进行生理特征辨识、或利用对称排列的多个发光单元所输出的两种光信号进行生理特征辨识、或利用分别具有不同波长的三种光信号进行勘误及生理特征辨识，都能有效提升生理特征辨识的准确性。
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。

Claims (7)

1.一种应用于生理特征辨识的光学检测装置，其特征在于，该光学检测装置包括：
基板；
光源，包括多个第一发光单元以及多个第二发光单元，该多个第一发光单元与该多个第二发光单元对称排列在该基板，该多个第一发光单元中的每一个该第一发光单元与该多个第二发光单元中的每一个该第二发光单元分别具有不同波长，多个该第一发光单元的其中一个该第一发光单元交替地布置在两个相邻的该第二发光单元之间，该光源利用该多个第一发光单元和该多个第二发光单元同时发射光信号到用户肌肤表面；以及
一个光接收器，设置在该基板，用来分析从用户肌肤表面反射回来的光信号，以取得该生理特征辨识的结果；
其中，该多个第一发光单元中的每一个该第一发光单元与该多个第二发光单元中的每一个该第二发光单元所输出的光信号均属于发散光，该多个第一发光单元和该多个第二发光单元所输出的光信号会投射到用户肌肤表面并互相重叠，形成由不同波长光信号组成的混光区，据以减弱该多个第一发光单元与该多个第二发光单元在投影位置的歧异度，以取得生理特征辨识的结果。
2.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该多个第一发光单元以及该多个第二发光单元以矩阵方式排列，并且该多个第一发光单元交错设置于该多个第二发光单元之间。
3.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该多个第一发光单元的其中一个第一发光单元与相邻第二发光单元的任意第二发光单元具有相同或近似间距。
4.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该多个第一发光单元的其中一个第一发光单元与相邻第二发光单元的间距小于该其中一个第一发光单元与其他第一发光单元的间距。
5.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该多个第一发光单元以及该多个第二发光单元的对称排列表示为，其中一个第一发光单元与其中一个第二发光单元的排列在经过一百八十度的旋转后可取代另一个第一发光单元与另一个第二发光单元的排列。
6.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该多个第一发光单元以及该多个第二发光单元的对称排列表示为，该光接收器与一组该第一发光单元和该第二发光单元之间的距离相同于该光接收器与另一组该第一发光单元和该第二发光单元之间的距离相同。
7.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该光接收器与该光源的中心的距离介于5~15毫米。
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