CN111938578A - 生物计量信号测量设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种生物计量信号测量设备包括：光源，被配置为向对象输出光信号；像素阵列，连接到多条行线和多条列线，并且包括被配置为感测与对象对输出的光信号的反射相对应的反射光信号的多个单元像素；分选控制器，被配置为对多个单元像素进行分组以获得一个或多个宏像素；以及控制器，被配置为驱动光源，并基于由一个或多个宏像素中的每一个根据反射光信号生成的像素信号来获得对象的生物计量信号。

Description

生物计量信号测量设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年5月17日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请号10-2019-0057878的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

根据一个或多个示例性实施例的装置和方法涉及生物计量信号测量设备和方法。

背景技术

近来，对具有保健功能的电子设备的需求不断增长。因此，能够测量诸如用户的心率和血氧饱和度(SpO2)之类的各种生物计量信号的生物计量信号测量设备已引起关注。期望生物计量信号测量设备作为电子设备具有显著减小的尺寸和功耗。因此，已经积极地进行了使用图像传感器来测量生物信号的设备和方法的研究。

发明内容

一个或多个示例性实施例的各方面提供了一种生物计量信号测量设备，其中可以使用图像传感器的像素阵列来实现设备小型化，并且可以以相对较低的功率来测量用户的生物计量信号。

根据示例性实施例的一方面，一种生物计量信号测量设备包括：光源，被配置为向对象输出光信号；像素阵列，连接到多条行线和多条列线，并且包括被配置为感测与对象对输出的光信号的反射相对应的反射光信号的多个单元像素；分选控制器，被配置为将所述多个单元像素分组以获得一个或多个宏像素；以及控制器，被配置为驱动光源，并基于由一个或多个宏像素中的每一个根据反射光信号生成的像素信号来获得对象的生物计量信号。

根据示例性实施例的一方面，一种生物计量信号测量设备包括：像素阵列，包括多个单元像素，所述多个单元像素被分组为一个或多个宏像素；读出电路，被配置为在第一时间段期间检测由一个或多个宏像素中的每一个基于外部光信号输出的像素信号，并且在第二时间段期间将检测到的像素信号转换为数字信号；以及控制逻辑，被配置为控制所述像素阵列和所述读出电路的操作定时，并且将数字信号求和以生成生物计量信号。

根据示例性实施例的一方面，一种生物计量信号测量设备包括：多个单元像素，连接到多条行线和多条列线；分选控制器，被配置为将所述多个单元像素分组以获得一个或多个宏像素；以及控制器，被配置为将由所述一个或多个宏像素中的每一个基于外部光信号生成的像素信号转换为数字信号，并通过对数字信号施加预定权重来生成生物计量信号。

附图说明

根据结合附图给出的以下详细描述，将更清楚地理解某些示例性实施例的以上和其他方面、特点和优点，在附图中：

图1是根据示例性实施例的生物计量信号测量设备的视图；

图2是根据示例性实施例的感测设备的简化图；

图3是可以包括在图2的感测设备中的像素阵列的图；

图4A和图4B是示出可以应用于一个或多个示例性实施例的单元像素的结构的图；

图5A至图5C是示出可以应用于一个或多个示例性实施例的单元像素的竖直结构的图；

图6A至图6C、图7A和图7B是用于说明根据一个或多个示例性实施例的构造宏像素的方法的图；

图8A和图8B是示出图2的感测设备可以包括的读出电路的配置的框图；

图9至图11是用于说明根据示例性实施例的生物计量信号测量设备的操作的图；

图12是示意性示出根据示例性实施例的用于测量生物计量信号的装置的框图；以及

图13至图15是示出根据一个或多个示例性实施例的包括生物计量信号测量设备的电子装置的示例的视图。

具体实施方式

下文中，将参考附图来详细描述各示例性实施例。在附图中，相同的附图标记用于相同的构成元件，并且将省略相同构成元件的冗余描述。

图1是根据示例性实施例的生物计量信号测量设备1的视图。

参照图1，根据示例性实施例的用于测量生物计量信号的装置1(例如，生物计量信号测量设备1)可以包括光源10和感测设备20。当生物计量信号测量设备1接收到来自用户的生物计量信号测量请求时，生物计量信号测量设备1可以通过开启光源10来输出光信号。

光源10可以包括至少一个发光元件。例如，光源10可以包括发光二极管(LED)、激光二极管、竖直腔表面发射激光器(VCSEL)和磷光体中的至少一种。光源10中包括的多个发光元件可以以阵列形式布置。

感测设备20可以检测被对象2的活组织散射或反射的光信号以生成活体信号。感测设备20可以包括：像素阵列，其响应于检测到的光信号而生成电信号；以及控制器，其使用由像素阵列生成的电信号来生成活体信号。在示例性实施例中，生物计量信号可以包括脉搏波信号(PPG)、心电图(ECG)信号和肌电图(EMG)信号。对象2可以是触摸感测设备20或与感测设备20邻近的用户的身体部位、以及有助于生成生物计量信号的身体部位。例如，在测量脉搏波信号PPG的情况下，对象2可以是腕部、耳朵等，其是皮肤组织相对薄且血管密度高的身体部位。

图2是根据示例性实施例的感测设备20的简化示图，图3是可以包括在图2的感测设备20中的像素阵列100的视图。

首先参考图2，感测设备20可以包括像素阵列100、分选控制器200和控制器300。

像素阵列100可以包括多个单元像素PX。当多个单元像素PX以矩阵形式布置时，单元像素PX可以设置在多条行线和多条列线的相交处。图3示出了可以应用于一个或多个示例性实施例的像素阵列100的示例。

参照图3，以阵列形式布置的多个单元像素PX可以连接到多条行线ROW[1]至ROW[m]和多条列线COL[1]至COL[n]。在示例性实施例中，单元像素PX可以包括响应于适合获取生物计量信号的特定波长的光信号的像素。例如，单元像素PX可以包括响应于由皮肤组织或血管反射的近红外线的像素。

单元像素PX的具体示例如图4A、图4B以及图5A至图5C所示。

图4A示出了根据示例性实施例的具有4T结构的单元像素PX，并且图4B示出了根据示例性实施例的具有两个光电二极管PD1和PD2共享一个浮置扩散部FD的结构的单元像素PX。

参照图4A，每个单元像素PX可以包括光电二极管PD和像素电路。像素电路可以包括浮置扩散部FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX、选择晶体管SX和传输晶体管TX。

当从光源输出的光信号从对象反射并入射在像素阵列100上时，光电二极管PD可以响应于入射光而生成电荷。由光电二极管PD生成的电荷可以累积在浮置扩散部FD中。

当通过复位控制信号RG使复位晶体管RX导通时，浮置扩散部FD的电压可以被复位为电源电压VDD。当浮置扩散部FD的电压被复位时，选择晶体管SX通过选择控制信号SEL导通，使得复位电压可以通过像素节点PN输出到列线COL。

如果在将复位电压输出到列线COL之后通过传输控制信号TG使传输晶体管TX导通，则可以将由光电二极管PD生成的电荷传输至浮置扩散部FD。

驱动晶体管DX可以用作对浮置扩散部FD的电压进行放大的源极跟随器放大器。当通过选择控制信号SEL使选择晶体管SX导通时，可以将与光电二极管PD生成的电荷的量相对应的像素电压通过像素节点PN输出至列线COL。

参照图4B，根据示例性实施例的每个单元像素PX可以包括第一光电二极管PD1、第二光电二极管PD2和像素电路。像素电路可以包括浮置扩散部FD、复位晶体管RX、驱动晶体管DX、选择晶体管SX、第一传输晶体管TX1和第二传输晶体管TX2。

第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2可以共享浮置扩散部FD和复位晶体管RX。由第一光电二极管PDl和第二光电二极管PD2生成的电荷可以累积在浮置扩散部FD中。当通过选择控制信号SEL使选择晶体管SX导通时，与第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2生成的电荷的总量相对应的像素电压(像素信号)被提供给像素节点PN和列线COL。

图5A和图5B示出了可以应用于一个或多个示例性实施例的单元像素500A和500B的竖直结构。

参照图5A，每个单元像素500A和500B可以包括光电元件510、像素电路520和微透镜530。在像素阵列中单元像素500A和500B可以以m×n矩阵(其中m和n是自然数)的形式布置，并且在相邻的单元像素500A和500B之间可以设置用于防止串扰的间隔。可以形成或设置隔离区540。在一些示例中，隔离区540可以形成有深沟槽隔离(DTI)。

光电元件510(或光电子设备)可以设置在微透镜530下面，并且像素电路520可以设置在光电元件510下面。在一些示例性实施例中，单元像素PX可以以预定单位共享微透镜。例如，参考图5B，两个相邻的单元像素500A和500B可以共享单个微透镜530。然而，应理解，这仅是示例，并且其他示例性实施例不限于此。例如，n个相邻的单元像素PX可以共享一个微透镜，其中n是大于或等于2的整数。在这种情况下，可以将n个单元像素PX分组为各种形状，诸如线或矩形。

参照图5C，每个单元像素500A和500B还可以包括光学滤波器550。在示例性实施例中，光学滤波器550可以包括仅使特定颜色的光通过的滤色器。另外，光学滤波器550可以包括IR带通光学滤波器，其仅允许由皮肤组织或血管反射的近红外带中的光通过。

返回参照图2，分选控制器200可以通过将像素阵列100中包括的多个单元像素PX分组来形成至少一个宏像素(MP)。在示例性实施例中，分选控制器200可以通过对至少一些行线和/或至少一些列线执行分选操作来配置宏像素MP。在这种情况下，可以对分选的行线和/或分选的列线同时执行针对宏像素MP的读出操作。

如图4B所示，分选控制器200还可以通过使用共享浮置扩散部FD的单元像素PX来构成宏像素MP。

生物计量信号测量设备1可以通过构造宏像素MP来减少从像素阵列100读出的单元像素PX的数量，以减少读出时间和模数转换器的数量。

另外，生物计量信号测量设备1可以通过构造宏像素MP来执行空间过采样，并且可以提高通过宏像素MP的像素节点的输出电压的分辨率。例如，当构造具有两个单元像素PX的尺寸为2×1的宏像素MP时，通过宏像素MP的像素节点的输出电压的分辨率可以增加0.5位。当为具有12位动态范围(DR)的像素阵列配置尺寸为128×128的宏像素(MP)时，像素阵列的动态范围DR设置为19。

图6A至图6C、图7A和图7B是用于说明根据一个或多个示例性实施例的构造宏像素MP的方法的图。

参照图6A，当生物计量信号测量设备1针对8×8像素阵列100中的多条行线和列线中的每一条行线和列线执行对两条相邻线的分选操作时，可以构造各自具有2×2尺寸的16个宏像素MP。在这种情况下，总读出时间可以减少1/2，并且将像素信号转换为数字信号所需的模数转换器的总数可以减少1/2。

参照图6B，活体或生物计量信号测量设备1对第一至第m行线ROW[1]-ROW[m]执行分选操作，从而生成n个宏像素MP，对于每条列线COL[1]-COL[n]，每个宏像素具有m个单元像素PX。可以通过使行线选择信号同步来执行对行线ROW[1]-ROW[m]的分选操作。例如，当同时激活第一至第m行线ROW[1]-ROW[m]选择信号时，形成连接至第一至第m行线ROW的单元。像素PX可以由列线COL[1]-COL[n]分组。

参照图6C，生物计量信号测量设备1包括m条行线ROW[1]-ROW[m]和n条列线COL[1]-COL[n]。通过对第一行线ROW[1]、第二行线ROW[2]、第一列线COL[1]和第二列线COL[2]执行分选操作，可以构造包括四个单元像素PX的一个宏像素MP。

通过同时施加第一行线(ROW[1])选择信号和第二行线(ROW[2])选择信号来执行对第一行线ROW[1]和第二行线ROW[2]的分选操作。

通过布置在列线COL[1]-COL[n]之间的第一至第n开关SW1-SWn的开关操作来执行对列线COL[1]-COL[n]的分选操作。例如，当第一列线COL[1]和第二列线COL[2]之间的第一开关SW1导通时，第一列线COL[1]和第二列线COL[2]可以由每条行线ROW[1]-ROW[m]分组。

生物计量信号测量设备1可以基于生物计量信号的类型、图像传感器的动态范围等来配置各种形状和尺寸的宏像素MP。例如，生物计量信号测量设备1可以使用14位动态范围图像传感器来测量适合于脉搏波信号PPG测量和每秒超过100个样本采样(SPS)的16位或更大的动态范围。为了达到该速率，可以如图7A所示构造尺寸为4×4的正方形形式的宏像素(MP)。参照图7A，活体或生物计量信号测量设备1在8×8像素阵列100中分别将彼此相邻的四条行线和列线分选，以形成总共四个(4×4)宏像素MP。在这种情况下，总读出时间可以减少1/4，并且将像素信号转换为数字信号所需的模数转换器的总数可以减少1/4。

另外，生物计量信号测量设备1可以基于距像素阵列100的中心的距离来配置各种形状和尺寸的宏像素MP。例如，为了均匀地保持单元像素PX的光灵敏度，生物计量信号测量装置1可以被配置为具有距像素阵列100的中心相对较大的距离。如图7B所示，可以构造具有各种尺寸的宏像素MP。参照图7B，像素阵列100可以包括第一至第七宏像素MP1-MP7。位于像素阵列100的中心C的第一宏像素MP1可以具有2×2的尺寸。布置在与像素阵列100的中心C间隔开d1的第一位置处的第二宏像素MP2和第三宏像素MP3具有3×2的尺寸，该尺寸大于第一宏像素MP1。此外，布置在与像素阵列的中心C间隔开d2(d2大于d1)的第二位置处的第四至第七宏像素MP4至MP7可以具有4×3的尺寸，大于第二宏像素MP2和第三宏像素MP3。随着距像素阵列100的中心的距离增加，生物计量信号测量设备1构成具有相对较大尺寸的宏像素MP1-MP7，从而防止光敏性的降低并且提高活体信号的测量精度。

参照图2，控制器300可以包括用于控制像素阵列100的多个电路。例如，在示例性实施例中，控制器300可以包括行驱动器310、读出电路320、控制逻辑330和光源驱动器340。

行驱动器310可以逐行驱动像素阵列100。例如，行驱动器310可以逐行地生成用于控制单元像素PX的传输晶体管的传输控制信号、用于控制复位晶体管的复位控制信号、用于控制选择晶体管的选择控制信号等。在示例性实施例中，行驱动器310可以在分选控制器200的控制下同步地驱动多条行线中的至少一些。例如，当第一行线和第二行线被分选时，行驱动器310可以同时驱动第一行线和第二行线。在这种情况下，连接到各条列线的单元像素PX被分组以构成宏像素MP，并且被分组的单元像素PX的像素信号被求和并输出。

读出电路320可以检测从包括在像素阵列100中的单元像素PX输出的像素信号，并将该像素信号转换为数字信号。在图8A和8B中示出了根据各种示例性实施例的读出电路320的示例。

参照图8A，读出电路320可以包括放大器321、模数转换器323和缓冲器325。

放大器321可以以预定放大率放大从各个宏像素MP输出的像素信号。

在示例性实施例中，可以基于光源10的当前光量来动态地改变放大器321的放大率。例如，当光源10的当前光量等于或大于预定阈值时，控制逻辑330可以将放大器321的放大率设置为第一值。相反，当光源10中的当前光量低于预定阈值时，控制逻辑330可以将放大器321的放大率设置为大于第一值的第二值。

在示例性实施例中，放大器321可以对从宏像素MP输出的像素信号进行模拟求和放大。例如，放大器321可以对从宏像素MP输出的像素信号求和，并且以预定的放大率对求和后的像素信号进行放大。

模数转换器323可以将放大器321放大的像素信号转换为数字信号。转换为数字信号的像素信号可以存储在缓冲器325中。

参照图8B，读出电路320还可以包括S&H电路327。S&H电路327可以存储从宏像素MP输出的像素信号。在示例性实施例中，可以为每个宏像素MP提供S&H电路327以分离地存储像素信号。

再次参考图2，控制逻辑330可以控制行驱动器310、读出电路320和光源驱动器340。控制逻辑330可以包括定时发生器331、数字分选单元332等。

定时发生器331可以生成用于控制控制器300的操作的各种定时信号。例如，定时发生器331可以生成用于将光源10的驱动定时与像素信号的检测定时同步的定时信号，并且将该定时信号输出到光源驱动器340。生物计量信号测量设备1可以通过使光源10的驱动定时与像素信号的检测定时同步来最小化光源10的驱动时间和功耗。

数字分选单元332可以使用存储在缓冲器325中的数字信号来生成生物计量信号。例如，数字分选单元332可以通过累积平均存储在缓冲器325中的数字信号的数字值来生成活体(或生物计量)信号。

由数字分选单元332生成的生物计量信号可以被发送到外部处理器等，并且可以用于获取对象的生物计量信息。例如，外部处理器可以分析从数字分选单元332发送的生物计量信号以获得诸如对象的血压、血管年龄、动脉硬化、主动脉压力波形和压力指数之类的生物信息。

光源驱动器340可以生成预定脉冲信号以驱动光源10。例如，光源驱动器340可以基于由定时发生器331生成的定时信号来确定脉冲信号的周期、占空比和持续时间。在示例性实施例中，光源驱动器340可以与像素信号的检测时间同步地驱动光源10。

图9至图11是用于说明根据示例性实施例的生物计量信号测量设备1的操作的图。

参照图9，生物计量信号测量周期(T＝10ms，数据速率＝100Hz)包括：第一部分D1，用于通过驱动光源来检测来自单元像素的像素信号；第二部分D2，用于转换为数字信号；以及第三部分D3，在省电模式下工作。

在第一部分D1中，生物计量信号测量设备1可以驱动光源(例如，LED)10并且向用户身体的一部分输出光信号。与第二部分D2和第三部分D3相比，根据一个或多个示例性实施例的生物计量信号测量设备1将第一部分D1控制到非常短的时间(例如100μs)，从而使光源10的驱动最小化。

生物计量信号测量设备1的光电二极管(PD)可以通过卷动快门方法或全局快门方法接收光信号以生成电荷。生物计量信号测量设备1可以将由光电二极管PD生成的电荷转换为像素信号，然后通过模拟分选操作以预定像素单位将像素信号相加。在示例性实施例中，生物计量信号测量设备1可以通过将单元像素PX分组并构造至少一个宏像素(MP)来执行模拟分选操作。在这种情况下，生物计量信号测量设备1可以针对每个宏像素(MP)执行读出操作，从而减少读出时间。

在第一部分D1中，生物计量信号测量设备1可以执行用于检测各个宏像素MP的像素信号的第一操作。在示例性实施例中，生物计量信号测量设备1可以将检测到的像素信号存储在为每个宏像素(MP)提供的S&H电路327中。

在第二部分D2中，生物计量信号测量设备1可以执行将从每个宏像素MP检测到的像素信号转换为数字信号的第二操作。

在示例性实施例中，生物计量信号测量设备1可以对从每个宏像素(MP)检测到的像素信号顺序地执行第二操作。参照图10，当通过每条行线(R[0]-R[31])将单元像素PX分组以形成总共32个宏像素MP时，在第一部分D1期间用于从每个宏像素MP检测像素信号的时间可以为3.125μs(＝100μs/32)。另外，在第二部分D2中将每个像素信号转换为数字信号的时间可以为100μs(＝3.2ms/32)。

在示例性实施例中，生物计量信号测量设备1对从宏像素MP检测到的全部或部分像素信号执行模拟求和放大操作，并且第二操作可以同时执行。例如，在以上示例中，当对所有宏像素的像素信号执行模拟求和放大操作时，第二部分D2可以为100μs。结果，可以通过最小化将像素信号转换为数字信号所需的模数转换器(ADC)的总数来减少生物计量信号测量设备1的制造成本。

在第三部分D3中，生物计量信号测量设备1可以执行第三操作，该第三操作使用被转换为数字信号的像素信号来计算生物计量信号。在示例性实施例中，生物计量信号测量设备1可以通过以省电模式操作来最小化功耗，该省电模式使与光源10的发光操作和光电二极管PD的光接收操作有关的各种组件的功能去激活。在图9的示例中，第三部分D3可以为6.7ms，并且可以长于第一部分D1和第二部分D2之和。

如图11所示，总结了生物计量信号测量设备的第一至第三操作。

参照图11，从宏像素MP输出的像素信号A1-An可以存储在S&H电路S&H1和S&Hn中(第一操作)。可以为每个宏像素(MP)分别提供S&H电路。像素信号A1-An可以经由模数转换器(ADC)被转换为数字信号D1-Dn(第二操作)。可以为每个宏像素(MP)单独提供模数转换器(ADC)，或者可以为一个或多个宏像素(MP)共同提供模数转换器。数字信号D1-Dn可以存储在缓冲器BUF1-BUFn中。

此后，生物计量信号测量设备1可以通过对存储在缓冲器BUF1-BUFn中的数字信号D1-Dn执行数字分选操作来生成生物计量信号D。例如，生物计量信号测量设备1可以通过累积平均数字信号D1-Dn的数字值来生成生物计量信号D。

在示例性实施例中，生物计量信号测量设备1可以在将预定权重施加到每个数字信号D1-Dn的数字值之后执行数字分选操作。例如，生物计量信号测量设备1将第一权重施加于第一宏像素MP，并将大于第一权重的第二权重施加于距像素阵列的中心的距离大于第一宏像素MP1的第二宏像素MP2，之后可以执行数字分选操作。生物计量信号测量设备可以通过基于距像素阵列的中心的距离等对每个数字信号(D1-Dn)施加不同的权重来提高测量精度。

从像素信号A1-An生成的生物计量信号D可以被发送到处理器(例如，外部处理器)，并且可以用于获取用户的生物计量信息。

图12是根据示例性实施例的包括生物计量信号测量设备1210的电子设备1200的框图。

参照图12，电子设备1200可以包括生物计量信号测量设备1210、输入/输出设备1220、存储器1230、处理器1240和通信模块1250。电子设备1200可以是智能电话、平板PC、智能可穿戴设备、移动设备等。

生物计量信号测量设备1210如以上参照图1至图3、图4A、图4B、图5A至图5C、图6A至图6C、图7A、图7B、图gA、图8B以及图9至图11所述，并且可以安装到封装基板等并通过总线1260或其他通信手段连接到处理器1240。

输入/输出设备1220可以包括诸如键盘、鼠标、触摸屏等的输入设备，以及诸如显示器、音频输出单元等的输出设备。

存储器1230可以是用于存储在电子设备1200的操作中使用的数据或多媒体数据的存储介质。存储器1230可以包括易失性存储器或诸如闪存之类的非易失性存储器。而且，存储器1230可以包括固态驱动器(SSD)、硬盘驱动器(HDD)和光盘驱动器(ODD)中的至少一种作为存储设备。

处理器1240(例如，至少一个处理器)可以执行特定的操作、命令、任务等。处理器1240可以是中央处理单元(CPU)或微处理器单元(MCU)、片上系统(SoC)等，并且还可以耦合至生物计量信号测量设备1210、输入/输出设备1220、存储器1230、以及通过通信模块1250(例如，通信器、通信接口等)连接的其他设备。

图13至图15是示出根据一个或多个示例性实施例的包括生物计量信号测量装置或设备1310、1410和1510在内的电子设备1300、1400和1500的示例的视图。

首先，参考图13，电子设备1300可以被实现为手表型可穿戴设备。

电子设备1300可以包括主体和腕带。在主体的前部设有显示器，并且可以显示包括时间信息、接收的消息信息等的各种应用屏幕。用户可以使用腕带将电子设备1300戴在手腕上。

生物计量信号测量设备1310可以设置在主体的后表面上。活体或生物计量信号测量设备1310可以将光信号输出到与主体的背面接触的身体区域(例如用户的手腕)，并且可以通过感测从身体区域反射的反射光来测量活体或生物计量信号。电子设备1300可以分析由生物计量信号测量设备1310测量的生物计量信号，以获取用户的生物计量信息，诸如血压、血管年龄、动脉硬化、主动脉压力波形、压力指数等。

参照图14，电子设备1400可以被实现为诸如智能电话的移动设备。

电子设备1400可以包括壳体和显示面板。

壳体可以形成电子设备1400的外观。壳体可以包括第一表面、与第一表面相对的第二表面以及围绕第一表面和第二表面之间的空间的侧面。

显示面板和盖玻璃可以顺序地布置在壳体的第一表面上。显示面板可以通过盖玻璃暴露于外部。

在壳体的第二侧上，可以布置生物计量信号测量设备1410、相机模块和红外传感器。

当用户通过执行安装在电子设备1400上的应用等来请求生物信息时，生物计量信号测量设备1410可以通过感测从用户身体的一部分获得的反射光来测量生物计量信号。电子设备1400可以通过分析由生物计量信号测量设备1410测量的生物计量信号来获取用户的生物计量信息。

参照图15，电子设备1500还可以被实现为耳戴式设备。

电子设备1500可以包括主体和耳带。

用户可以通过将耳带佩戴在耳廓上来佩戴电子设备1500。在用户佩戴电子设备1500的情况下，主体可以被插入到用户的外耳道中。

主体可以配备有生物计量信号测量设备1510。生物体或生物计量信号测量设备1510可以将光信号输出到与主体接触的身体区域，例如用户耳道的壁表面，并且可以通过感测从身体区域反射的反射光来测量活体信号。用户的外耳道的壁比身体的其他区域薄，因此容易测量诸如血流之类的生物计量信号。电子设备1500可以通过分析由生物计量信号测量设备1510测量的生物计量信号来获取用户的生物计量信息。

如上所述，根据一个或多个示例性实施例的用于测量生物计量信号的设备可以通过使用图像传感器来最小化尺寸和功耗。

另外，根据一个或多个示例性实施例的生物计量信号测量设备使生成生物计量信号所需的模数转换器的数量最小化，从而使制造成本最小化。

此外，根据一个或多个示例性实施例的生物计量信号测量设备可以通过在单个芯片上实现光接收单元和驱动电路来最小化尺寸和噪声。

本发明构思的各种优点和效果不限于以上描述。

尽管以上已经示出并描述了示例性实施例，但是本领域技术人员应清楚，在不脱离至少由所附权利要求限定的本发明构思的范围的情况下，可以进行修改和改变。

Claims (20)

1.一种生物计量信号测量设备，包括：

光源，被配置为向对象输出光信号；

像素阵列，连接到多条行线和多条列线，并且包括多个单元像素，所述多个单元像素被配置为感测与所述对象对输出的光信号的反射相对应的反射光信号；

分选控制器，被配置为将所述多个单元像素分组以获得一个或多个宏像素；以及

控制器，被配置为驱动所述光源，并基于由所述一个或多个宏像素中的每一个根据所述反射光信号生成的像素信号来获得所述对象的生物计量信号。

2.根据权利要求1所述的生物计量信号测量设备，其中，所述一个或多个宏像素包括：第一宏像素，包括所述多个单元像素中的第一数量的单元像素；以及第二宏像素，包括所述多个单元像素中的第二数量的单元像素，所述第二数量大于所述第一数量。

3.根据权利要求2所述的生物计量信号测量设备，其中，所述第一宏像素设置在所述像素阵列的第一位置，并且所述第二宏像素设置在所述像素阵列的第二位置，所述第二位置比所述第一位置远离所述像素阵列的中心。

4.根据权利要求1所述的生物计量信号测量设备，其中，所述控制器包括：

模数转换器，被配置为将所述像素信号转换为数字信号；以及

生物计量信号发生器，被配置为通过将预定权重施加到所述数字信号并对所述预定权重和所述数字信号求和来获得生物计量信号。

5.根据权利要求4所述的生物计量信号测量设备，其中：

所述一个或多个宏像素包括设置在所述像素阵列的第一位置的第一宏像素以及设置在所述像素阵列的第二位置的第二宏像素，所述第二位置比所述第一位置远离所述像素阵列的中心；以及

施加到从所述第一宏像素生成的第一像素信号转换而来的第一数字信号的第一权重值大于施加到从所述第二宏像素生成的第二像素信号转换而来的第二数字信号的第二权重值。

6.根据权利要求4所述的生物计量信号测量设备，其中，所述控制器还包括：光源驱动器，被配置为使所述光源的驱动定时与所述像素信号的检测定时同步。

7.根据权利要求4所述的生物计量信号测量设备，其中：

所述控制器还包括：放大器，被配置为放大所述像素信号；以及

所述模数转换器被配置为将所述放大器放大的像素信号转换为所述数字信号。

8.根据权利要求1所述的生物计量信号测量设备，其中，所述控制器检测并存储所述像素信号的第一时间间隔短于所述控制器将所存储的像素信号转换为数字信号的第二时间间隔。

9.根据权利要求1所述的生物计量信号测量设备，其中，所述控制器被配置为在所述光源关闭的状态下将像素信号转换为数字信号。

10.根据权利要求1所述的生物计量信号测量设备，还包括设置在所述光源的上部上的光学滤波器和微透镜。

11.根据权利要求10所述的生物计量信号测量设备，其中，所述光学滤波器包括近红外滤波器，所述反射光信号中仅近红外区域中的光信号通过所述近红外滤波器。

12.一种生物计量信号测量设备，包括：

像素阵列，包括多个单元像素，所述多个单元像素被分组为一个或多个宏像素；

读出电路，被配置为在第一时间段期间检测由所述一个或多个宏像素中的每一个基于外部光信号而输出的像素信号，并且在第二时间段期间将检测到的像素信号转换为数字信号；以及

控制逻辑，被配置为控制所述像素阵列和所述读出电路的操作定时，并且将所述数字信号求和以生成生物计量信号。

13.根据权利要求12所述的生物计量信号测量设备，其中，在所述第一时间段期间，每一个所述单元像素中包括的光电二极管被配置为基于所述外部光信号生成电荷。

14.根据权利要求12所述的生物计量信号测量设备，还包括：光源，被配置为向对象输出光信号，

其中，所述像素阵列被配置为感测作为所述对象对输出的光信号的反射的所述外部光信号。

15.根据权利要求14所述的生物计量信号测量设备，其中，所述光源被配置为以全局快门方式向所述对象输出光信号。

16.根据权利要求12所述的生物计量信号测量设备，其中，所述第一时间段短于所述第二时间段。

17.根据权利要求12所述的生物计量信号测量设备，其中，所述读出电路被配置为顺序扫描连接到所述一个或多个宏像素的行线，以检测来自每一个所述一个或多个宏像素的像素信号。

18.一种生物计量信号测量设备，包括：

多个单元像素，连接到多条行线和多条列线；

分选控制器，被配置为将所述多个单元像素分组以获得一个或多个宏像素；以及

控制器，被配置为将由所述一个或多个宏像素中的每一个基于外部光信号生成的像素信号转换为数字信号，并通过对所述数字信号施加预定权重来生成生物计量信号。

19.根据权利要求18所述的生物计量信号测量设备，其中，所述分选控制器被配置为通过对所述多条行线进行分选来生成所述一个或多个宏像素。

20.根据权利要求19所述的生物计量信号测量设备，其中，通过对每一个所述一个或多个宏像素中包括的单元像素的输出信号求和来生成所述像素信号。

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