CN112074760A - 光电模块及其操作方法 - Google Patents

光电模块及其操作方法 Download PDF

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CN112074760A CN201880090418.2A CN201880090418A CN112074760A CN 112074760 A CN112074760 A CN 112074760A CN 201880090418 A CN201880090418 A CN 201880090418A CN 112074760 A CN112074760 A CN 112074760A
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麦理间
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Abstract

公开了可操作以独立于物体表面反射率来测量接近度，并在一些实现方式中可操作以测量静止或移动物体的特性(诸如表面反射率或吸收率)的光电模块。例如，在一些实例中，光电模块可操作以确定诸如用户的附肢之类的移动物体的例如脉搏速率/外周血液循环和/或血氧水平。例如，光电模块可用于在光电模块的用户从事诸如步行、奔跑或骑车之类的身体活动时测量外周血液循环。

Description

光电模块及其操作方法
背景技术
物体和参考点的距离可以通过多种技术来确定。例如，采用小型且低成本的光电模块的接近度测量技术在消费电子器件和相关技术(例如，集成在智能手机和平板电脑中的那些消费电子器件和相关技术)中已经变得几乎无处不在。这些光电模块通常利用诸如发光二极管之类的发光部件将光引导到物体上，并且利用诸如光电二极管之类的感光部件来收集从物体反射的光。在一些实例中，所收集的光的强度与物体和光电接近度传感器之间的距离有关(例如，成比例)。
用于确定接近度的相同硬件也可以用于其他应用，例如，确定用户的脉搏速率、外周血液循环或血氧水平。例如，包括发光二极管和光电二极管的模块的用户可以将模块放置在具有外周血液循环的附肢(例如，手指、手掌或耳朵)附近。由发光二极管发射的光可以表现与血液量相关的吸收，使得如果在一段时间内收集到多个强度值，则在任何实例中，反射到光电二极管的光的强度在任何时候都与用户的血液量相对应。
这些和其他应用表现出一些显著的挑战。例如，物体表现出一定范围的表面反射率。例如，在物体是手指、手掌或耳朵的实例中，物体的表面反射率可能严重依赖于皮肤色素沉着。因此，需要可操作以独立于物体表面反射率来收集诸如接近度数据之类的数据的光电模块。
进一步，尽管光电模块可以用于如测量静止用户的外周血液循环的应用，但是对于从事甚至需要中等水平运动的活动(例如，步行、跑步、远足等)的用户，它们的效率有时是较低的。在这种情况下，光电模块可以表现出模块位移(即，独立于物体/用户的运动)。例如，当在一个实例中收集强度值时，模块可以在距用户的附肢的第一距离处。然后，当在另一实例中(即，在模块位移之后)收集强度值时，模块可以在距用户的附肢的另一不同的距离处。所收集的强度值取决于不同的距离和不同的血液量，并且在没有校正不同距离的附加信息或装置的情况下可能变得无用。因此，需要可操作以独立于模块位移来收集诸如吸收数据之类的数据的光电模块。
发明内容
本公开描述了可操作以测量接近度的光电模块。在一些实现方式中，光电模块可操作以独立于物体表面反射率来测量接近度。在一些实现方式中，光电模块可操作以独立于模块位移来测量物体(例如，用户的外周血液循环)的接近度和强度相关的特性。本公开还描述了操作这种光电模块的方法。
根据第一方面，例如，光电模块包括照明模块和被布置成与照明模块相邻的检测模块。照明模块包括发光部件和照明光学组件。发光部件可操作以生成入射在照明光学组件上的发射光，其中该发射光的特征在于主波长。
检测模块还包括检测光学组件和被布置在平面内的感光部件的阵列。阵列包括多个感光部件。每个感光部件的特征在于坐标位置，并且每个感光部件对主波长是敏感的。检测光学组件的特征在于焦距和光轴。检测光学组件与感光部件的阵列对准，使得焦距入射在平面上并且光轴基本上垂直于平面。
进一步，入射在照明光学组件上的发射光与照明光学组件一起产生照明。照明模块可操作以将照明引导到被布置在距光电模块一距离处的物体。检测模块可操作以收集从物体反射的照明的反射，并且进一步可操作以通过感光部件的阵列内的感光部件中的至少一个将所收集的反射转换成信号。信号与至少一个感光部件的特定坐标位置相关联，信号转换自该至少一个感光部件。此外，信号的特征在于信号幅度。特定坐标位置与物体被布置成距光电模块的距离相关联。
在一些实现方式中，光电模块包括强度调制器，该强度调制器可操作以调制由发光部件生成的发射光的强度。
在一些实现方式中，光电模块包括强度调制器，该强度调制器可操作以调制到发光部件的电功率，使得由发光部件生成的发射光的强度被调制。
在一些实现方式中，光电模块包括特征在于信号幅度的信号，并且光电模块进一步包括电路，该电路可操作以经由强度调制器根据信号幅度来调制由发光部件生成的发射光的强度。
在一些实现方式中，光电模块包括发光模块，该光电模块进一步包括辅助发光部件。辅助发光组件可操作以生成入射在照明光学组件上的辅助发射光。辅助发射光的特征在于辅助波长。入射在照明光学组件上的辅助发射光与照明光学组件一起产生辅助照明。照明模块可操作以将辅助照明引导到被布置在距光电模块一距离处的物体。
在一些实现方式中，光电模块包括被布置在平面内的感光部件的辅助阵列。辅助阵列包括多个辅助感光部件。每个辅助感光部件的特征在于坐标位置，并且每个辅助感光部件对辅助波长是敏感的。
在一些实现方式中，光电模块包括检测模块，该检测模块可操作以收集从物体发射的辅助照明的反射。检测模块进一步可操作以通过感光部件的辅助阵列内的至少一个辅助感光部件将所收集的反射转换成辅助信号。辅助信号与至少一个辅助感光部件的特定坐标位置相关联，辅助信号转换自该至少一个辅助感光部件。此外，辅助信号的特征在于辅助信号幅度。特定坐标位置与物体被布置成距光电模块的距离相关联。
在一些实现方式中，光电模块包括强度调制器，该强度调制器可操作以调制由辅助发光部件生成的辅助发射光的强度。
在一些实现方式中，光电模块包括强度调制器，该强度调制器可操作以调制到辅助发光部件的电功率，使得由辅助发光部件生成的辅助发射光的强度被调制。
在一些实现方式中，光电模块包括特征在于辅助信号幅度的辅助信号。光电模块进一步包括电路，该电路可操作以经由强度调制器根据辅助信号幅度来调制由辅助发光部件生成的辅助发射光的强度。
在一些实现方式中，当辅助信号幅度小于阈值强度值时，增加由被包括在光电模块内的辅助发光部件生成的辅助发射光的强度。
在一些实现方式中，当辅助信号幅度大于阈值强度值时，减少由被包括在光电模块内的辅助发光部件生成的辅助发射光的强度。
在一些实现方式中，光电模块包括通信地耦接到照明模块、检测模块和强度调制器的一个或多个处理器。光电模块进一步包括非瞬态计算机可读介质，包括存储在其上的指令，当该指令在处理器上执行时，进行以下操作，包括：
Figure BDA0002653830550000031
当信号幅度小于阈值强度值时，增加由发光部件生成的发射光的强度；以及
Figure BDA0002653830550000032
当信号幅度大于阈值强度值时，减少由发光部件生成的发射光的强度。
在一些实现方式中，光电模块包括通信地耦接到照明模块、检测模块的一个或多个处理器和强度调制器。光电模块进一步包括非瞬态计算机可读介质，包括存储在其上的指令，当该指令在处理器上执行时，进行以下操作，包括：
Figure BDA0002653830550000033
当信号幅度小于阈值强度值时，增加由发光部件生成的发射光的强度；以及
Figure BDA0002653830550000034
当信号幅度大于阈值强度值时，减少由发光部件生成的发射光的强度；
Figure BDA0002653830550000035
当辅助信号幅度小于阈值强度值时，增加由辅助发光部件生成的辅助发射光的强度；以及
Figure BDA0002653830550000041
当辅助信号幅度大于阈值强度值时，减少由辅助发光部件生成的辅助发射光的强度。
在一些实现方式中，光电模块包括非瞬态计算机可读介质，包括存储在其上的指令，当该指令在处理器上执行时，通过距离对信号幅度进行归一化。
在一些实现方式中，光电模块包括非瞬态计算机可读介质，包括存储在其上的指令，当该指令在处理器上执行时，进行以下操作，包括：
Figure BDA0002653830550000042
将照明引导到被布置在距光电模块一距离处的物体上；
Figure BDA0002653830550000043
收集从被布置在距光电模块一距离处的物体反射的照明的反射；
Figure BDA0002653830550000044
将所收集的反射转换成信号，该信号与特定坐标位置相关联；
Figure BDA0002653830550000045
将照明引导到距光电模块的后续距离处的物体上；
Figure BDA0002653830550000046
收集从被布置在距光电模块的后续距离处的物体反射的照明的反射；
Figure BDA0002653830550000047
将所收集的反射转换成后续信号，该后续信号与后续坐标位置相关联，该后续信号的特征在于后续信号幅度；
Figure BDA0002653830550000048
将特定坐标位置与距光电模块的一距离相关联；
Figure BDA0002653830550000049
将后续坐标位置与距光电模块的后续距离相关联；
Figure BDA00026538305500000410
通过距离归一化信号幅度，并通过后续距离归一化后续信号幅度；以及
Figure BDA00026538305500000411
比较归一化的信号幅度和归一化的后续信号幅度。
在一些实现方式中，光电模块包括非瞬态计算机可读介质，包括存储在其上的指令，当该指令在处理器上执行时，比较归一化的信号幅度和归一化的后续信号幅度。该特征可以包括确定信号幅度之间的差。
在一些实现方式中，光电模块包括非瞬态计算机可读介质，包括存储在其上的指令，当该指令在处理器上执行时，将信号幅度和后续信号幅度的差与外周血液循环相关联。
在一些实现方式中，光电模块包括非瞬态计算机可读介质，包括存储在其上的指令，当该指令在处理器上执行时，通过距离归一化信号幅度和/或通过距离归一化辅助信号。
在一些实现方式中，光电模块包括非瞬态计算机可读介质，包括存储在其上的指令，当该指令在处理器上执行时，进行以下操作，包括：
Figure BDA00026538305500000412
将照明引导到被布置在距光电模块一距离处的物体上，并将辅助照明引导到被布置在距光电模块一距离处的物体上；
Figure BDA00026538305500000413
收集从被布置在距光电模块一距离处的物体反射的照明的反射，并将所收集的反射转换成信号，该信号与坐标位置相关联；
Figure BDA0002653830550000051
收集从被布置在距光电模块一距离的物体反射的辅助照明的反射，并将所收集的反射转换成辅助信号，该辅助信号与坐标位置相关联；
Figure BDA0002653830550000052
将照明引导到距光电模块的后续距离处的物体上，并将辅助照明引导到距光电模块的后续距离处的物体上；
Figure BDA0002653830550000053
收集从被布置在距光电模块的后续距离处的物体反射的照明的反射；
Figure BDA0002653830550000054
将所收集的反射转换成后续信号，该后续信号与后续坐标位置相关联，该后续信号的特征在于后续信号幅度；
Figure BDA0002653830550000055
收集从被布置在距光电模块的后续距离处的物体反射的辅助照明的反射；
Figure BDA0002653830550000056
将所收集的反射转换成后续辅助信号，该后续辅助信号与后续坐标位置相关联，该后续辅助信号的特征在于后续辅助信号幅度；
Figure BDA0002653830550000057
将坐标位置与距光电模块的距离相关联；
Figure BDA0002653830550000058
将后续坐标位置与距光电模块的后续距离相关联；
Figure BDA0002653830550000059
通过距离归一化信号幅度，并通过后续距离归一化后续信号幅度；
Figure BDA00026538305500000510
通过距离归一化辅助信号幅度，并通过后续距离归一化后续辅助信号幅度；以及
Figure BDA00026538305500000511
比较归一化的信号幅度、归一化的后续信号幅度、归一化的辅助信号幅度，
以及归一化的后续辅助信号幅度。
在一些实现方式中，光电模块可操作以比较归一化的信号幅度、归一化的后续信号幅度、归一化的辅助信号幅度以及归一化的后续辅助信号幅度。在一些实例中，比较信号幅度包括确定信号幅度之间的差。
在一些实现方式中，光电模块包括将信号幅度的差与血氧水平相关联。
根据另一方面，本公开描述了一种操作光电模块的方法，包括：
当信号幅度小于阈值强度值时，增加由发光部件生成的发射光的强度；以及
当信号幅度大于阈值强度值时，减少由发光部件生成的发射光的强度。
在一些实现方式中，方法包括：
Figure BDA00026538305500000512
将照明引导到被布置在距光电模块一距离处的物体上；
Figure BDA00026538305500000513
收集从被布置在距光电模块一距离处的物体反射的照明的反射；
Figure BDA00026538305500000514
将所收集的反射转换成信号，该信号与特定坐标位置相关联；
Figure BDA00026538305500000515
将照明引导到距光电模块的后续距离处的物体上；
Figure BDA00026538305500000516
收集从被布置在距光电模块的后续距离处的物体反射的照明的反射；
Figure BDA00026538305500000517
将所收集的反射转换成后续信号，该后续信号与后续坐标位置相关联，该后续信号的特征在于后续信号幅度；
Figure BDA0002653830550000061
将特定坐标位置与距光电模块的一距离相关联；
Figure BDA0002653830550000062
将后续坐标位置与距光电模块的后续距离相关联；
Figure BDA0002653830550000063
通过距离归一化信号幅度，并通过后续距离归一化后续信号幅度；以及
Figure BDA0002653830550000064
比较归一化的信号幅度和归一化的后续信号幅度。
在一些实现方式中，方法包括比较归一化的信号幅度和归一化的后续信号幅度。比较归一化的信号幅度和归一化的后续信号幅度可以包括确定信号幅度之间的差。
在一些实现方式中，方法包括将外周血液循环与信号幅度和后续信号幅度的差相关联。
根据以下详细描述、附图和权利要求，其他方面、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A和图1B描绘了可操作以独立于物体表面反射率来测量物体的接近度数据的光电模块的示例。
图2A和图2B描绘了操作光电模块的方法的示例。
图3A和图3B描绘了可操作以独立于模块位移来测量接近度和强度相关的特性的光电模块的示例。
图4描绘了操作光电模块的方法的另一示例。
图5A和图5B描绘了可操作以独立于模块位移来测量接近度和强度相关的特性的光电模块的另一示例。
图6描绘了操作光电模块的方法的示例。
具体实施方式
图1A描绘了可操作以测量被布置在距光电模块100的距离103处的物体102的接近度的光电模块100。物体102可以是可以反射光的任何物体。例如，物体102可以是光电模块100的用户的附肢(例如，耳朵、手掌、手指)。物体102可在用户之间表现不同的物体表面反射率或吸收率。例如，用户的皮肤色素沉着可能严重影响物体102的物体表面反射率或吸收率。
光电模块100包括照明模块105。照明模块105包括可操作以生成主波长的发射光108的发光部件106。主波长可以是宽范围的波长(例如，700纳米至1000纳米)或可以是窄范围的以单个波长(例如，650纳米)为中心的波长。主波长可以是可见光(例如，红光或白光)、不可见光(例如，红外光或紫外光)或其他非可见光(例如，对人类观察者适合的可见光脉冲)。
照明模块105可以包括与发光部件106对准的照明光学组件110。发光组件106可操作以生成入射到照明光学组件110的发射光108。照明光学组件110可以包括防护玻璃、折射透镜、衍射透镜、微透镜阵列、扩散器、光谱滤光器、光圈或多个折射透镜、衍射透镜、微透镜阵列、扩散器、光谱滤光器或其任何组合。发光部件106可以包括发光二极管、激光二极管、垂直腔表面发射激光器或多个发光二极管、激光二极管和/或垂直腔表面发射激光器。
照明模块105可操作以经由发光部件106并且在一些实例中与照明光学组件110一起生成照明112。照明112可以是同质、均匀的照明、结构光照明或可以如在飞行时间应用中实现的那样进行强度调制。可以将照明112引导到被布置在距光电模块100的距离103处的物体102。
照明112的反射114从物体102反射。可以将反射114引导到被布置成与照明模块105相邻的检测模块116。例如，检测模块116可以被布置成与照明模块105距离毫米到几厘米。在一些实例中，照明模块105和检测模块116被安装在同一电路板或其他基板上。
检测模块116可以包括可操作以将照明112的反射114引导到感光部件120的阵列光学组件118。光学组件118可以包括防护玻璃、折射透镜、衍射透镜、微透镜阵列、扩散器、光谱滤光器、光圈或多个折射透镜、衍射透镜、微透镜阵列、扩散器和/或光谱滤光器。光学组件118的特征在于焦距113和光轴115。
感光部件120的阵列可以包括对主波长敏感的多个分立的感光部件。此外，阵列内的每个感光部件的特征在于坐标位置。在该示例中，坐标位置被限定为照明模块105与感光部件120的阵列内的相对应的感光部件之间的线性距离。感光部件120的阵列可以包括光电二极管、电荷耦合设备、互补金属氧化物半导体设备、前述的阵列或其任何组合。感光部件120的阵列可以被布置在平面121内。检测光学组件118与感光部件120的阵列对准，使得焦距113入射到平面121上，并且光轴115基本上垂直于平面121。
检测模块116可操作以收集从物体102反射的照明112的反射114。检测模块116进一步可操作以通过感光部件120的阵列内的感光部件中的至少一个将所收集的反射114转换成信号。信号(例如，包括在任何给定时间段内的反射114的强度)与至少一个感光部件的特定坐标位置相关联，信号转换自该至少一个感光部件。通过三角测量物体102被布置成距光电模块100的距离103(特定坐标位置可以与距离103相关联)，其中焦距113和特定坐标位置可用于计算距离103。然而，在一些实例中，在没有任何附加的计算的情况下，光电模块可以利用视差效应。通过比较图1A和图1B进一步图示出了这些方法。
在图1A中，当物体102被布置在距光电模块100的距离103处时，将反射114引导到与特定坐标位置124相关联的特定感光部件122。在图1B中，当物体102被布置在距光电模块100的后续距离104处时，将反射114引导到与后续特定坐标125相关联的后续感光部件123。检测模块116进一步可操作以将所收集的反射114转换成如上所述的后续信号。仅由于物体102的位置(即，与物体表面反射率无关)，将反射114引导到与特定坐标位置124相关联的特定感光部件122或与后续坐标位置125相关联的后续感光部件123。因此，可以确定物体102的接近度数据或其他位置信息，而不管物体表面反射率吸收率或任何其他强度相关的特性。
在一些实例中，反射114可以生成特别弱的信号(例如，低强度)，该信号的特征在于信号幅度。例如，背景光可以减小信号的相对幅度。对于不同的物体位置，该效应的程度可能是不同的。例如，当物体102在距离103处时，信号强度可能足够强以确定接近度数据；即，它可能超过阈值强度值。然而，当物体102在距离104处时，信号幅度可能太弱以至于不能确定接近度数据。因此，一些实现方式可以包括强度调制器(未描绘)。强度调制器可操作以调制由发光部件106生成的发射光108的强度。例如，强度调制器可操作以调制到发光部件106的电功率，使得由发光部件106生成的发射光108的强度被调制用于不同的距离。即，当物体102在距离103处时，功率可以处于低水平，并且当物体102在距离104处时，功率可以处于高水平。在一些实例中，光电模块100可以进一步包括可操作以经由强度调制器根据信号幅度来调制由发光部件106生成的发射光108的强度的附加的电路。
在不能令人满意地改变感光部件的积分时间或增益的实例中，可以采用上述方法。例如，在一些实例中，增益可能生成噪声信号，而积分时间可能不适合于需要快速收集接近度数据的应用。在另一些实例中，发光部件106的输出功率可能高度依赖于温度；因此，输出功率的不确定性可能高达10％至20％甚至更多。因此，原位(即，根据信号强度的幅度)调节发光组件106所消耗的电功率的能力可以允许光电模块100的总体效率显著提高。
光电模块100可以进一步包括可通信地耦接128到照明模块105、检测模块116和强度调制器的处理器126。处理器126可以包括微处理器或其他集成电路，并且可以实现为单个处理器或多个处理器。在一些实例中，处理器126可以由诸如智能电话、平板、膝上型计算机，或其他计算设备之类的设备实现。处理器126可操作以处理由感光部件120的阵列生成的信号，并且在一些实例中可以控制强度调制器。
在一些实例中，光电模块100可以进一步包括非瞬态计算机可读介质(未描绘)，包括存储在其上的指令，其该指令在在处理器126上执行时，进行以下操作，包括：
Figure BDA0002653830550000091
当信号幅度小于阈值强度值时，增加由发光部件106生成的发射光108的强度；以及
Figure BDA0002653830550000092
当信号幅度大于阈值强度值时，减少由发光部件106生成的发射光108的强度。
图2A描绘了操作示例光电模块100以独立于物体表面反射率来测量物体102的接近度数据的方法200A的示例。在光电模块100包括处理器126和非瞬态计算机可读介质的实例中，方法还可以被编码成由光电模块100执行的操作。在202处，将照明112引导到被布置在距光电模块100的距离103处的物体102上。
在204处，从被布置在距光电模块100的距离103处的物体102反射的照明112的反射114由检测模块116内的特定感光部件122收集。
在206处，将所收集的反射114转换成信号，其中信号与特定坐标位置124相关联。
在208处，将照明112引导到距光电模块100的后续距离104处的物体102上。
在210处，从被布置在距光电模块100的后续距离104处的物体102反射的照明112的反射114由检测模块116内的后续感光部件123收集。
在212处，将所收集的反射114转换成后续信号，其中后续信号与后续坐标位置125相关联。后续信号的特征在于后续信号幅度。
在214处，特定坐标位置124与距光电模块100的距离103相关联。进一步，在步骤216中，后续坐标位置125与距光电模块100的后续距离104相关联。可以通过三角测量来实现相关联，例如，利用视差效应。因此，从特定坐标位置124和后续坐标位置125获得接近度数据。
图2B描绘了可以在一些实施方式中执行的附加的操作200B。在一些实例中，附加的操作可以独立于物体表面反射率改进接近度数据的收集。例如，在一些实例中，以下步骤可以提高功率效率。在218处，当信号幅度小于阈值强度值时，增加由发光部件生成的发射光的强度。在220处，当信号幅度大于阈值强度值时，减少由发光部件生成的发射光的强度。这些操作可以在示例方法200A内以任何顺序发生。
图3A和图3B描绘了可操作以独立于模块位移来测量接近度和强度相关的特性(诸如外周血液循环或脉搏速率)的光电模块100。图3A和图3B图示出了诸如表现外周血流的附肢(例如，耳朵、手指、手掌或甚至前述范围内的动脉或静脉)之类的物体102的强度相关的特性的集合。当血液通过附肢时，体积都会变化，如图3A中的部件编号107在任意时刻和图3B中的部件编号109在另一任意时刻所表示。在该示例中，体积变化伴随着吸收率或反射率的变化。例如，与图3B中的物体102相比，图3A中的物体102吸收性更小或反射性更高。除反射率、吸收率变化之外，由于模块位移，图3A中描绘的在任意时刻的距离103不同于图3B中描绘的在另一任意时刻的后续距离104。
如上所描述，反射114在特定感光部件122中生成信号，其中特定感光部件122与特定坐标位置124相关联。同样地，反射114在后续特定感光部件123中生成后续信号，其中特定感光部件123与后续特定坐标位置125相关联。如上所描述，特定坐标位置124、125经由视差或三角测量与相应距离103、104相关联，并且独立于以上描述的反射率或吸收率变化。信号强度(信号幅度)反映了反射率/吸收率和物体位置的变化。因此，经由视差或三角测量确定的距离以及信号幅度可用于确定仅由于反射率/吸收率变化引起的信号幅度的变化。在一些实例中，体积变化可以被确定并且与外周血液循环或脉搏速率相关联。
图4描绘了操作示例光电模块100以独立于模块位移来测量接近度和强度相关的特性的示例方法400。在一些实例中，以下描述的方法400可用于确定外周血液循环或脉搏速率。在光电模块100包括处理器126和非瞬态计算机可读介质的实例中，方法可以被编码成由光电模块100执行的操作。
在402处，将照明112引导到被布置在距光电模块100的距离103处的物体102上。
在404处，从被布置在距光电模块100的距离103处的物体102反射的照明112的反射114由检测模块116收集。
在406处，所收集的反射114由特定感光部件122转换成信号。信号与特定坐标位置124相关联。信号的特征在于信号幅度。
在408处，将照明112引导到距光电模块100的后续距离104处的物体102上。
在410处，从被布置在距光电模块100的后续距离104处的物体102反射的照明112的反射114由检测模块116收集。
在412处，所收集的反射114由后续感光部件123转换成后续信号。后续信号与后续坐标位置125相关联。后续信号的特征在于后续信号幅度。
在414处，特定坐标位置124与距光电模块100的距离103相关联。
在416处，后续坐标位置125与距光电模块100的后续距离104相关联。
在418处，通过距离103归一化信号幅度，并且通过后续距离104归一化后续信号幅度。
在步骤420中，归一化的信号幅度与归一化的后续信号幅度比较。在一些实例中，步骤420可以包括确定信号幅度的差。在一些实例中，信号幅度和后续信号幅度的差与外周血液循环相关联。
图5A和图5B描绘了可操作以独立于模块位移来测量被布置在距光电模块500的距离503处的物体502的接近度和强度相关的特性(诸如用户血氧水平)的光电模块500的另一示例。光电模块500包括与以上描述的示例光电模块100相同的部件，并且进一步包括可操作以测量强度相关的特性(例如，血氧水平)的辅助组件。
光电模块500包括照明模块505、可操作以生成主波长的发射光508A的发光部件506A。主波长可以是宽范围的波长(例如，700纳米至1000纳米)或可以是窄范围的以单个波长(例如，650纳米)为中心的波长。主波长可以是可见光(例如，红光或白光)、不可见光(例如，红外光或紫外光)或其他非可见光(例如，对人类观察者适合的可见光脉冲)。照明模块505进一步包括可操作以生成辅助波长的辅助发射光508B的辅助发光部件506B。如上所述，辅助波长可以是宽范围的波长(例如，700纳米至1000纳米)或可以是窄范围的以单个波长(例如，650纳米)为中心的波长。主波长可以是可见光(例如，蓝光或绿光)、不可见光(例如，红外光或紫外光)或其他非可见光(例如，对人类观察者适合的可见光脉冲)。如本领域普通技术人员将显而易见的，主波长和辅助波长可以被配置成提供血氧水平；例如，两个波长可以与红光和绿光或红光和红外光相对应。
照明模块505可以包括与发光部件506A和辅助发光部件506B对准的照明光学组件510。发光部件506A可操作以生成入射到照明光学组件510的发射光508A。同样地，发光部件506B可操作以生成入射到照明光学组件510的发射光508B。照明光学组件510可以包括防护玻璃、折射透镜、衍射透镜、微透镜阵列、扩散器、光谱滤光器、光圈或多个折射透镜、衍射透镜、微透镜阵列、扩散器、光谱滤光器或其任何组合。发光部件506A可以包括发光二极管、激光二极管、垂直腔表面发射激光器或多个发光二极管、激光二极管和/或垂直腔表面发射激光器。同样地，辅助发光组件506B可包括发光二极管、激光二极管、垂直腔表面发射激光器，或多个发光二极管、激光二极管，和/或垂直腔表面发射激光器。
照明模块505可操作以经由发光部件506A并且在一些实例中与照明光学组件510一起生成照明512。照明512可以是同质、均匀的照明、结构光照明或可以如在飞行时间应用中实现那样进行强度调制。可以将照明512引导到被布置在距光电模块500的距离503处的物体502。同样地，照明模块505可操作以经由辅助发光部件506B并且在一些实例中与照明光学组件510一起生成辅助照明512B。辅助照明512B可以是同质、均匀的照明、结构光照明或可以如在飞行时间应用中实现的那样进行强度调制。可以将辅助照明512B引导到被布置在距光电模块500的距离503处的物体502。
照明512A的反射514A从物体502反射。可以将反射514A引导到被布置成与照明模块505相邻的检测模块516。例如，检测模块516可以被布置成与照明模块505距离毫米到几厘米。在一些实例中，照明模块505和检测模块516可以被安装在同一电路板或其他基板上。同样地，照明512B的辅助反射514B从物体502反射。可以将辅助反射514B引导到检测模块516。
检测模块516可以包括可操作以将照明512A的反射514A引导到感光部件520A的阵列的光学组件518。同样地，检测光学组件518可操作以将照明512B的辅助反射514B引导到感光部件520B的辅助阵列。光学组件518可以包括防护玻璃、折射透镜、衍射透镜、微透镜阵列、扩散器、光谱滤光器、光圈或多个折射透镜、衍射透镜、微透镜阵列、扩散器和/或光谱滤光器。光学组件518的特征在于焦距513和光轴515。
感光部件520A的阵列可以包括对主波长敏感的多个分立的感光部件。此外，阵列内的每个感光部件的特征在于坐标位置。在该示例中，坐标位置被限定为照明模块505与感光部件520A的阵列内的相对应的感光部件之间的线性距离。同样地，感光部件520B的辅助阵列可以包括对主波长敏感的多个分立的感光部件。此外，阵列内的每个感光部件的特征可以在于与上述相同的坐标位置。感光部件520A的阵列和/或感光部件520B的辅助阵列可以包括光电二极管、电荷耦合设备、互补金属氧化物半导体设备的阵列或其任何组合。感光部件520A的阵列和感光部件520B的辅助阵列可以被布置在同一平面521内。检测光学组件518与感光部件520A的阵列和感光部件520B的辅助阵列均对准，使得焦距513入射到平面521上，并且光轴515基本上垂直于平面521。
检测模块516可操作以收集从物体502反射的照明512A的反射514A。检测模块516进一步可操作以通过感光部件520A的阵列内的感光组件中的至少一个将所收集的反射514A转换成信号。信号(例如，包括在任何给定时间段内的反射514A的强度)与至少一个感光部件的特定坐标位置相关联，信号转换自该至少一个感光部件。通过三角测量物体502被布置成距光电模块500的距离503(特定坐标位置可以与距离503相关联)，其中焦距513和特定坐标位置可用于计算距离503。然而，在一些实例中，在没有任何附加的计算的情况下，光电模块可以利用视差效应。
同样地，检测模块516可操作以收集从物体502反射的辅助照明512B的辅助反射514B。检测模块516进一步可操作以通过感光部件520B的辅助阵列内的感光部件中的至少一个将所收集的辅助反射514B转换成信号。信号(例如，包括在任何给定时间段内的辅助反射514B的强度)与至少一个感光部件的特定坐标位置(即，与以上结合反射514A所描述的相同的特定坐标位置)相关联，信号转换自该至少一个感光部件。如上所述，通过三角测量物体502被布置成距光电模块500的距离503(特定坐标位置可以与距离503相关联)，其中焦距513和特定坐标位置可用于计算距离503。然而，在一些实例中，在没有任何附加的计算的情况下，光电模块可以利用视差效应。通过比较图5A和5B进一步图示出了这些方法。
在图5A中，当物体502被布置成距光电模块500距离503时，将反射514A引导到与特定坐标位置524相关联的特定感光部件522A。在图5B中，当物体502被布置成距光电模块500后续距离504时，将反射514A引导到与后续特定坐标525相关联的后续感光部件523A。检测模块516进一步可操作以将所收集的反射514A转换成如上所描述的后续信号。仅由于物体502的位置(即，与物体表面反射率无关)，将反射514A引导到与特定坐标位置524相关联的特定感光部件522A或与后续坐标位置525相关联的后续感光部件523A。因此，可以确定物体502的接近度数据或其他位置信息，而不管物体表面反射率吸收率或任何其他强度相关的特性。
同样地，在图5A中，当物体502被布置成距光电模块500距离503时，将辅助反射514B引导到与特定坐标位置524相关联的特定辅助感光部件522B。在图5B中，当物体502被布置成距光电模块500后续距离504时，将辅助反射514B引导到与后续特定坐标525相关联的后续辅助感光部件523B。检测模块516进一步可操作以将所收集的辅助反射514B转换成如上所描述的后续辅助信号。仅由于物体502的位置(即，与物体表面反射率无关)，将辅助反射514B引导到与特定坐标位置524相关联的特定辅助感光部件522B或与后续坐标位置525相关联的后续辅助感光部件523B。因此，如上所述，可以确定物体502的接近度数据或其他位置信息，而不管物体表面反射率吸收率或任何其他强度相关的特性。在一些实例中，主波长或辅助波长对于测量物体502的距离或接近度可能更有效。例如，在一些实例中，物体502可以基本上吸收主波长，但是可以基本上反射辅助波长。下面描述光电装置500的进一步应用，包括测量用户的血氧水平。
图6描绘了操作光电模块500以独立于模块位移来测量接近度和强度相关的特性的方法600的示例。在一些实例中，以下描述的示例方法600可用于脉搏血氧饱和度测定。在光电模块500包括处理器526和非瞬态计算机可读介质的实例中，方法还可以被编码成由光电模块500执行的操作。
在602处，将照明512A和辅助照明512都引导到被布置在距光电模块500的距离503处的物体502上。
在604处，从被布置在距光电模块500的距离503处的物体502反射的照明512A的反射514A由检测组件516收集，并且由特定感光部件522A转换成信号。信号与坐标位置523相关联。
在606处，从被布置在距光电模块500的距离503处的物体502反射的辅助照明512B的反射514B由检测组件516收集，并且由辅助感光部件522B转换成辅助信号。辅助信号与坐标位置524相关联。
在608处，将照明512A和辅助照明512B引导到距光电模块500后续距离504的物体502上。
在610处，从被布置在距光电模块500的后续距离504处的物体502反射的照明512A的反射514A由检测模块516收集，并且由特定感光部件523A转换成后续信号。后续信号与后续坐标位置525相关联，并且该后续信号的特征在于后续信号幅度。同样地，在612处，从被布置在距光电模块500的后续距离504处的物体502反射的辅助照明512B的反射514B由检测模块516收集，并且由后续辅助感光部件523B转换成后续辅助信号。后续信号与后续坐标位置525相关联，并且该后续信号的特征在于后续辅助信号幅度。
在614处，从被布置在距光电模块的后续距离504处的物体502反射辅助照明512B的反射514B，并将所收集的反射转换成后续辅助信号，后续辅助信号可以与后续坐标位置525相关联，后续辅助信号的特征在于后续辅助信号幅度。
在616处，坐标位置524与距光电模块500的距离503相关联。
在618处，后续坐标位置525与距光电模块500的后续距离504相关联。
在620处，通过距离503归一化信号幅度，并且通过后续距离504归一化后续信号幅度。
在622处，通过距离503归一化辅助信号幅度，并且通过后续距离504归一化后续辅助信号幅度。
在624处，将归一化的信号幅度、归一化的后续信号幅度、归一化的辅助信号幅度以及归一化的后续辅助信号幅度相互比较。
在626处，如上所述比较信号幅度可以包括确定归一化的信号幅度、归一化的后续信号幅度、归一化的辅助信号幅度以及归一化的后续辅助信号幅度之间的差。在一些实例中，信号幅度的差与血氧水平相关联。
可以对前述实现方式进行其他修改，并且可以将不同实现方式中的以上描述的特征组合在同一实现方式中。因此，其他实现方式在权利要求的范围内。

Claims (26)

1.一种光电模块，包括：
照明模块；以及
被布置成与所述照明模块相邻的检测模块，
所述照明模块包括发光部件和照明光学组件，
所述发光部件可操作以生成入射到所述照明光学组件的发射光，所述发射光的特征在于主波长，
所述检测模块包括检测光学组件以及被布置在平面内的感光部件的阵列，其中，所述阵列包括多个感光部件，每个感光部件的特征在于坐标位置，每个感光部件对所述主波长是敏感的，
所述检测光学组件的特征在于焦距和光轴，其中，所述检测光学组件与所述感光部件的阵列对准，使得所述焦距入射到所述平面，并且所述光轴基本上垂直于所述平面，
入射到所述照明光学组件的所述发射光与所述照明光学组件一起产生照明，
所述照明模块可操作以将所述照明引导到被布置在距所述光电模块一距离处的物体，并且
所述检测模块可操作以收集从所述物体反射的照明的反射，并且进一步可操作以通过所述感光部件的阵列内的所述感光部件中的至少一个将所收集的反射转换成信号，所述信号与所述至少一个感光部件的特定坐标位置相关联，所述信号转换自所述至少一个感光部件，其中，所述特定坐标位置与所述物体被布置成距所述光电模块的所述距离相关联，
其中，所述信号的特征在于信号幅度。
2.根据权利要求1所述的光电模块，进一步包括强度调制器，所述强度调制器可操作以调制由所述发光部件生成的发射光的强度。
3.根据权利要求2所述的光电模块，其中，所述强度调制器可操作以调制到所述发光部件的电功率，使得由所述发光部件生成的所述发射光的所述强度被调制。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的光电模块，进一步包括：可操作以经由所述强度调制器根据所述信号幅度来调制由所述发光部件生成的所述发射光的所述强度的电路。
5.根据权利要求1所述的光电模块，其中：
所述发光模块进一步包括辅助发光部件；并且
所述辅助发光部件可操作以生成入射到所述照明光学组件的辅助发射光，所述辅助发射光的特征在于辅助波长；
入射到所述照明光学组件的所述辅助发射光与所述照明光学组件一起产生辅助照明；
所述照明模块可操作以将所述辅助照明引导到距所述光电模块的所述距离处的所述物体。
6.根据权利要求5所述的光电模块，进一步包括被布置在所述平面内的感光部件的辅助阵列，所述辅助阵列包括多个辅助感光部件，每个辅助感光部件的特征在于所述坐标位置，并且每个辅助感光部件对所述辅助波长是敏感的。
7.根据权利要求6所述的光电模块，其中，所述检测模块可操作以收集从所述物体反射的所述辅助照明的反射，并且进一步可操作以通过所述感光部件的辅助阵列内的所述辅助感光部件中的至少一个将所收集的反射转换成辅助信号，所述辅助信号与所述至少一个辅助感光部件的特定坐标位置相关联，所述辅助信号转换自所述至少一个辅助感光部件，其中，所述特定坐标位置与所述物体被布置成距所述光电模块的所述距离相关联，其中，所述辅助信号的特征在于辅助信号幅度。
8.根据权利要求7所述的光电模块，其中，所述强度调制器可操作以调制由所述辅助发光部件生成的所述辅助发射光的所述强度。
9.根据权利要求8所述的光电模块，其中，所述强度调制器可操作以调制到所述辅助发光部件的电功率，使得由所述辅助发光部件生成的所述辅助发射光的所述强度被调制。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的光电模块，其中，所述辅助信号的特征在于辅助信号幅度，并且所述电路可操作以经由所述强度调制器根据所述辅助信号幅度来调制由所述辅助发光部件生成的所述辅助发射光的所述强度。
11.根据权利要求10所述的光电模块，其中，当所述辅助信号幅度小于阈值强度值时，由所述辅助发光部件生成的所述辅助发射光的所述强度被增加。
12.根据权利要求9所述的光电模块，其中，当所述辅助信号幅度大于阈值强度值时，由所述辅助发光部件生成的所述发射光的所述强度被减少。
13.根据权利要求4所述的光电模块，进一步包括：可通信地耦接到所述照明模块、所述检测模块和所述强度调制器的一个或多个处理器，所述光电模块进一步包括非瞬态计算机可读介质，所述非瞬态计算机可读介质包括存储在其上的指令，当所述指令由所述一个或多个处理器执行时，进行以下操作，包括：
当所述信号幅度小于阈值强度值时，增加由所述发光部件生成的所述发射光的所述强度；以及
当所述信号幅度大于阈值强度值时，减少由所述发光部件生成的所述发射光的所述强度。
14.根据权利要求7所述的光电模块，进一步包括：可通信地耦接到所述照明模块、所述检测模块和所述强度调制器的一个或多个处理器，所述光电模块进一步包括非瞬态计算机可读介质，所述非瞬态计算机可读介质包括存储在其上的指令，当所述指令由所述一个或多个处理器执行时，进行以下操作，包括：
当所述信号幅度小于阈值强度值时，增加由所述发光部件生成的所述发射光的所述强度；
当所述信号幅度大于阈值强度值时，减少由所述发光部件生成的所述发射光的所述强度；
当所述辅助信号幅度小于阈值强度值时，增加由所述辅助发光部件生成的所述辅助发射光的所述强度；以及
当所述辅助信号幅度大于阈值强度值时，减少由所述辅助发光部件生成的所述辅助发射光的所述强度。
15.根据权利要求1所述的光电模块，进一步包括：可通信地耦接到所述照明模块、所述检测模块和所述强度调制器的一个或多个处理器，所述光电模块进一步包括非瞬态计算机可读介质，所述非瞬态计算机可读介质包括存储在其上的指令，当所述指令由所述一个或多个处理器执行时，进行以下操作，包括：
通过所述距离归一化所述信号幅度。
16.根据权利要求4所述的光电模块，进一步包括：可通信地耦接到所述照明模块、所述检测模块的一个或多个处理器，所述光电模块进一步包括非瞬态计算机可读介质，所述非瞬态计算机可读介质包括存储在其上的指令，当所述指令由所述一个或多个处理器执行时，进行以下操作，包括：
将所述照明引导到被布置在距所述光电模块的所述距离处的所述物体；
收集从被布置在距所述光电模块的所述距离处的所述物体反射的所述照明的所述反射；
将所收集的反射转换成所述信号，所述信号与所述特定坐标位置相关联；
将所述照明引导到距所述光电模块的后续距离的所述物体上；
收集从被布置在距所述光电模块的所述后续距离处的所述物体反射的所述照明的反射；
将所收集的反射转换成后续信号，所述后续信号与后续坐标位置相关联，所述后续信号的特征在于后续信号幅度；
将所述特定坐标位置与距所述光电模块的所述距离相关联；
将所述后续坐标位置与距所述光电模块的所述后续距离相关联；
通过所述距离归一化所述信号幅度，并通过所述后续距离归一化所述后续信号幅度；以及
比较所归一化的信号幅度和所归一化的后续信号幅度。
17.根据权利要求16所述的光电模块，其中，比较所归一化的信号幅度和所归一化的后续信号幅度包括确定所述信号幅度之间的所述差。
18.根据权利要求17所述的光电模块，其中，所述信号幅度和所述后续信号幅度的所述差与外周血液循环相关联。
19.根据权利要求7所述的光电模块，进一步包括：可通信地耦接到所述照明模块和所述检测模块的一个或多个处理器，所述光电模块进一步包括非瞬态计算机可读介质，所述非瞬态计算机可读介质包括存储在其上的指令，当所述指令由所述一个或多个处理器执行时，进行以下操作，包括：
通过所述距离归一化所述辅助信号幅度。
20.根据权利要求14所述的光电模块，其中，所述非瞬态计算机可读介质包括存储在其上的指令，当所述指令由所述一个或多个处理器执行时，进行以下操作，包括：
将所述照明引导到被布置在距所述光电模块的所述距离处的所述物体上，并将所述辅助照明引导到被布置在距所述光电模块的所述距离处的所述物体上；
收集从被布置在距所述光电模块的所述距离处的所述物体反射的所述照明的所述反射，并将所收集的反射转换成所述信号，所述信号与所述坐标位置相关联；
收集从被布置在距所述光电模块的所述距离处的所述物体反射的所述辅助照明的所述反射，并将所收集的反射转换成所述辅助信号，所述辅助信号与所述坐标位置相关联；
将所述照明引导到距所述光电模块的后续距离的所述物体上，并将所述辅助照明引导到距所述光电模块的后续距离的所述物体上；
收集从被布置在距所述光电模块的所述后续距离处的所述物体反射的所述照明的反射；并将所收集的反射转换成后续信号，所述后续信号与后续坐标位置相关联，所述后续信号的特征在于后续信号幅度；
收集从被布置在距所述光电模块的所述后续距离处的所述物体反射的所述辅助照明的反射；并将所收集的反射转换成后续辅助信号，所述后续辅助信号与后续坐标位置相关联，所述后续辅助信号的特征在于后续辅助信号幅度；
将所述坐标位置与距所述光电模块的所述距离相关联，并将所述坐标位置与距所述光电模块的所述距离相关联；
将所述后续坐标位置与距所述光电模块的所述后续距离相关联，并将所述后续坐标位置与距所述光电模块的所述后续距离相关联；
通过所述距离归一化所述信号幅度，并通过所述后续距离归一化所述后续信号幅度；
通过所述距离归一化所述辅助信号幅度，并通过所述后续距离归一化所述后续辅助信号幅度；以及
比较所归一化的信号幅度、所归一化的后续信号幅度、所归一化的辅助信号幅度以及所归一化的后续辅助信号幅度。
21.根据权利要求20所述的光电模块，其中，比较所归一化的信号幅度、所归一化的后续信号幅度、所归一化的辅助信号幅度以及所归一化的后续辅助信号幅度包括确定所述信号幅度之间的所述差。
22.根据权利要求21所述的光电模块，其中，所述信号幅度的所述差与血氧水平相关联。
23.一种操作光电模块的方法，所述方法包括：
当所述信号幅度小于阈值强度值时，增加由所述发光部件生成的所述发射光的所述强度；以及
当所述信号幅度大于阈值强度值时，减少由所述发光部件生成的所述发射光的所述强度。
24.一种操作光电模块的方法，所述方法包括：
将所述照明引导到被布置在距所述光电模块的所述距离的物体上；
收集从被布置在距所述光电模块的所述距离处的所述物体反射的所述照明的所述反射；
将所收集的反射转换成信号，所述信号与所述特定坐标位置相关联；
将所述照明引导到距所述光电模块的后续距离处的所述物体上；
收集从被布置在距所述光电模块的所述后续距离处的所述物体反射的所述照明的反射；
将所收集的反射转换成后续信号，所述后续信号与后续坐标位置相关联，所述后续信号的特征在于后续信号幅度；
将所述特定坐标位置与距所述光电模块的所述距离相关联；
将所述后续坐标位置与距所述光电模块的所述后续距离相关联；
通过所述距离归一化所述信号幅度，并通过所述后续距离归一化所述后续信号幅度；以及
比较所归一化的信号幅度和所归一化的后续信号幅度。
25.根据权利要求24的方法，进一步包括：比较所归一化的信号幅度和所归一化的后续信号幅度包括确定所述信号幅度之间的所述差。
26.根据权利要求24的方法，进一步包括：将外周血液循环与所述信号幅度和所述后续信号幅度的所述差相关联。
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