CN112244804A - 生理监测装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生理监测装置和电子设备，该生理监测装置包括光发射部以及包围光发射部的多个光接收部，光发射部与多个光接收部呈十字形布局；光发射部包括有预设数量的发光元件；多个光接收部包括第一光接收部、第二光接收部、第三光接收部以及第四光接收部，第一光接收部、光发射部、第二光接收部位于同一直线上；且第三光接收部、光发射部、第四光接收部位于同一直线上；第一光接收部以及第二光接收部与光发射部之间的距离相等，第三光接收部以及第四光接收部与光发射部之间的距离不相等。本发明可增大光检测的感应区域，从而提高心率检测及血氧检测的准确度，保证采集数据的准确性，提高检测准确率，降低功耗。

Description

生理监测装置和电子设备
技术领域
本发明涉及生理检测领域，具体而言，涉及一种生理监测装置和电子设备。
背景技术
现有的生理检测装置，包括心率检测以及血氧检测等装置，一般采用一个光检测器对应多个发光元件，由于接受光线的感应区域有限，因此准确度较低，并且设置不同波长的光源时需要提高发光强度以保证检测准确度，检测功耗较高。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种生理监测装置和电子设备，以提高心率检测以及血氧检测的准确度，降低功耗。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种生理监测装置，包括光发射部以及包围所述光发射部的多个光接收部，所述光发射部与所述多个光接收部呈十字形布局；
所述光发射部包括有预设数量的发光元件；
所述多个光接收部包括第一光接收部、第二光接收部、第三光接收部以及第四光接收部，所述第一光接收部、所述光发射部、所述第二光接收部位于同一直线上；且所述第三光接收部、所述光发射部、所述第四光接收部位于同一直线上；
所述第一光接收部以及所述第二光接收部与所述光发射部之间的距离相等，所述第三光接收部以及所述第四光接收部与所述光发射部之间的距离不相等。
优选地，所述的生理监测装置中，所述光发射部包括发射绿光的第一发光元件、发射红光的第二发光元件以及发射红外光的第三发光元件。
优选地，所述的生理监测装置中，所述第一发光元件的发光中心与所述第一光接收部的受光中心的距离L1等于所述第一发光元件的发光中心与所述第二光接收部的受光中心的距离L2。
优选地，所述的生理监测装置中，所述第二发光元件的发光中心和所述第三发光元件的发光中心的连线与所述第三光接收部受光中心的距离为L3；
所述第二发光元件的发光中心和所述第三发光元件的发光中心的连线与所述第四光接收部受光中心的距离为L4；
所述L3大于所述L4。
优选地，所述的生理监测装置中，所述第一发光元件的发光中心与所述第一光接收部的受光中心的距离为L1；
所述第二发光元件的发光中心和所述第三发光元件的发光中心的连线与所述第四光接收部受光中心的距离为L4；
所述L1小于所述L4。
优选地，所述的生理监测装置中，所述L1为3.5mm至5mm，所述L3为6mm至7mm，所述L4为5mm至6mm。
优选地，所述的生理监测装置中，所述第一光接收部以及所述第二光接收部用于接收所述第一发光元件发出的并经用户皮肤反射后的光信号；
所述第三光接收部以及所述第四光接收部用于接收所述第二发光元件以及所述第三发光元件发出的并经用户皮肤反射后的光信号。
本发明还提供一种电子设备，包括所述的生理监测装置。
优选地，所述的电子设备中，电子设备包括壳体，位于所述壳体上的透光窗口，所述生理监测装置的每个光发射部和光接收部分别对应一透光窗口。
优选地，所述的电子设备中，所述透光窗口设置有菲涅尔透镜。
本发明提供一种生理监测装置，该生理监测装置包括光发射部以及包围所述光发射部的多个光接收部，所述光发射部与所述多个光接收部呈十字形布局；所述光发射部包括有预设数量的发光元件；所述多个光接收部包括第一光接收部、第二光接收部、第三光接收部以及第四光接收部，所述第一光接收部、所述光发射部、所述第二光接收部位于同一直线上；且所述第三光接收部、所述光发射部、所述第四光接收部位于同一直线上；所述第一光接收部以及所述第二光接收部与所述光发射部之间的距离相等，所述第三光接收部以及所述第四光接收部与所述光发射部之间的距离不相等。本发明的生理监测装置，通过一个光发射部对应多个光接收部，可以增大光检测的感应区域，从而提高心率检测以及血氧检测的准确度，并且在光发射部中可以设置不同光源，而多个光接收部可以根据光源可以设置不同的距离，保证采集数据的准确性，在不需要加强光源发光强度的前提下提高检测准确率，降低功耗。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1是本发明实施例1提供的一种生理监测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的一种生理监测装置中光发射部和光接收部的窗口示意图；
图3是本发明实施例1提供的一种生理监测装置中光发射部和光接收部分布示意图；
图4是本发明实施例2提供的一种电子设备的结构示意图；
图5是本发明实施例2提供的一种电子设备的部分剖视结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
参照图1，该生理监测装置100包括光发射部110以及包围所述光发射部110的多个光接收部，所述光发射部110与所述多个光接收部呈十字形布局；
所述光发射部110包括有预设数量的发光元件；
所述多个光接收部包括第一光接收部120、第二光接收部130、第三光接收部140以及第四光接收部150，所述第一光接收部120、所述光发射部110、所述第二光接收部130位于同一直线上；且所述第三光接收部140、所述光发射部110、所述第四光接收部150位于同一直线上；
本发明实施例中，上述生理监测装置100可以应用于各种穿戴式电子设备中，例如应用于智能手表、智能手环、佩戴在腹部的电子检测设备等，在电子设备的背面紧贴人体肌肤处可以设置有上述生理监测装置100的光发射部110、第一光接收部120、第二光接收部130、第三光接收部140以及第四光接收部150，通过四个不同方位的光接收部接收经人体反射的光信号。
本发明实施例中，上述光发射部110设置于主板中央位置，也即可以设置在智能手表背面的中央位置上，在光发射部110内部设置有预设数量的发光元件，该发光元件包括各种不同颜色的LED灯，或者红外发射器等，这里不做限定。其中该光发射部110包括有透明隔板形成窗口，以将光发射部110内部的发光元件与外部隔离，避免外部水气以及尘埃的污染从而导致发光元件发光率的降低，该透明隔板包括透明玻璃等，这里不做限定。
所述第一光接收部120以及所述第二光接收部130与所述光发射部110之间的距离相等，所述第三光接收部140以及所述第四光接收部150与所述光发射部110之间的距离不相等。
本发明实施例中，第一光接收部120以及第二光接收部130是作为一种发光元件的接收窗，因此该第一光接收部120以及第二光接收部130与光发射部110之间距离相等，并且第一光接收部120以及第二光接收部130可以以光发射部110为中心进行对称，例如第一光接收部120与第二光接收部130的目标光信号为经人体反射后的绿光，则通过中心对称的第一光接收部120与第二光接收部130可以接收到两组绿光后，内部的光检测器将绿光转换为PPG信号(PPG，光电容积)，从而可以选择两组PPG信号中较优的信号作为心率分析和血氧分析的信号，将信号质量较差的PPG信号抛弃，或者还可以将两组PPG信号进行平均以及其它求相关性算法的处理，合并成有足够的振幅但噪声较低的PPG信号，从而提高心率分析和血氧分析的准确度。其中，上述信号质量较差的PPG信号是指整体振幅较低，以及有过度噪声的PPG信号。
所述第三光接收部140以及所述第四光接收部150设置在所述光发射部110两侧，与所述光发射部110之间的距离不相等，并包括有光检测器用于接收检测目标的光信号。
本发明实施例中，同理，第三光接收部140以及第四光接收部150也是作为另一种发光元件的接收窗，而第三光接收部140以及第四光接收部150也与光发射部110之间的距离不相等。并且，第一光接收部120和第二光接收部130之间的距离与第三光接收部140和第四光接收部150之间的距离可以不同，这里不做限定。例如第三光接收部140与第四光接收部150用于接收经人体反射后的红光，则通过与光发射部110之间的距离不相等的第三光接收部140与第四光接收部150可接在接收到红光后，内部光检测器将红光转换为PPG信号，从而进行PPG信号的合并等处理，获得信号兼顾信号强度以及质量的PPG信号，以提高心率分析和血氧分析的准确度。
本发明实施例中，上述设置有光发射部110、第一光接收部120、第二光接收部130、第三光接收部140以及第四光接收部150的电子设备的背部可以呈凸起形状，使窗口与人体可以更紧密的接触，减少环境噪声。该光发射部110以及光接收部可以为圆形窗口，光发射部110的中心与发光元件的发光中心对齐，而光接收部与光检测器的受光中心对齐。
本发明实施例中，通过一个光发射部对应多个光接收部，可以增大光检测的感应区域，从而提高心率检测以及血氧检测的准确度，并且在光发射部中可以设置不同光源，而多个光接收部可以根据光源可以设置不同的距离，通过中心对称结构保证采集数据的准确性，在不需要加强光源发光强度的前提下提高检测准确率，降低功耗。
参照图2和图3，其中，光发射部110包括发射绿光的第一发光元件111、发射红光的第二发光元件112以及发射红外光的第三发光元件113。
本发明实施例中，第一光接收部120以及所述第二光接收部130用于接收所述第一发光元件111发出的并经用户皮肤反射后的光信号。第一发光元件111与所述第一光接收部120以及所述第二光接收部130的距离相等。
本发明实施例中，第一发光元件111的发光中心与第一光接收部120受光中心之间的距离为L1，第一发光元件111的发光中心与第二光接收部130受光中心之间的距离为L2，该L1与L2相等，在第一发光元件111发光时，第一光接收部120以及第二光接收部130接收人体反射的绿光，通过光检测器转换为PPG信号后进行心率的检测。第一光接收部120与第二光接收部130的两组PPG信号中，可以选择其中一组具有较高振幅和/或较低噪声的PPG信号作为心率检测的目标信号，或者还可以通过算法合并两组PPG信号生成质量更高的PPG信号作为心率见得的目标信号。其中，上述筛选PPG信号以及合并PPG信号的过程可以通过电子设备的控制器来实现，该第一光接收部120以及第二光接收部130的光检测器与控制器连接，将获得的PPG信号传输至该控制器中，以便控制器进行PPG信号的运算处理。
本发明实施例中，第三光接收部140以及所述第四光接收部150用于接收所述第二发光元件112以及所述第三发光元件113发出的并经用户皮肤反射后的光信号。所述第二发光元件112的发光中心和所述第三发光元件113的发光中心的连线与所述第三光接收部140受光中心的距离为L3；所述第二发光元件112的发光中心和所述第三发光元件113的发光中心的连线与所述第四光接收部150受光中心的距离为L4；所述L3大于所述L4。
本发明实施例中，该第二发光元件112以及第三发光元件113主要用于血氧检测，具体原理为根据氧合血红蛋白和还原血红蛋白在红光和红外光区域的光谱特性，氧合血红蛋白和还原血红蛋白对于红光和红外光的吸收差别非常大，血液的光吸收程度和光散射程度与血氧饱和度、血红蛋白含量相关，因此血液中的氧合血红蛋白和还原血红蛋白的含量不同，其血液的吸收光谱也不同，从而可以采取红光和红外光进行血氧检测。在第二发光元件112的照射下，第三光接收部140以及所述第四光接收部150的光检测器的两组PPG信号可以进行算法合并为第一PPG信号，在第三发光元件113的照射下，第三光接收部140以及所述第四光接收部150的光检测器的两组PPG信号可以进行算法合并为第二PPG信号，控制器通过执行算法利用第一PPG信号以及第二PPG信号进行运算，即可获得人体血氧值。
本发明实施例中，上述L3与L4的大小不同即可实现上述血氧检测功能，因此除了L3大于L4的情况，还可以L4大于L3，这里不做限定。这样设置的原因在于：当发光元件与光接收器之间的间距越小时，光接收器接收到的PPG信号强度越高；当发光元件与光接收器之间的间距越大时，光信号在人体内反射的距离越远，但是此时光接收器接收到的PPG信号质量更优，其杂波和噪声越少，因此，通过将L3与L4设置为不同大小，在合成PPG信号时可以兼顾信号质量以及信号强度，从而提高血氧检测的准确度。
本发明实施例中，所述第一发光元件111的发光中心与所述第一光接收部120的受光中心的距离为L1；所述第二发光元件112的发光中心和所述第三发光元件113的发光中心的连线与所述第三光接收部140受光中心的距离为L3；所述第二发光元件112的发光中心和所述第三发光元件113的发光中心的连线与所述第四光接收部150受光中心的距离为L4；所述L1小于所述L3，且小于所述L4。上述第一发光元件111的绿光其人体吸收率较高，但穿透能力较弱，穿透能力不及第二发光元件112的红光以及第三发光元件113的红外光，因此L1比较小，从而使绿光PPG信号的质量更好。
本发明实施例中，所述L1为3.5mm至5mm，所述L3为6mm至7mm，所述L4为5mm至6mm。所述L1、所述L3以及所述L4之间不相等。
实施例2
参照图4，本实施例中，该电子设备400设置为智能手环，包括表带410、正面显示屏420、麦克风及扬声器430、壳体440以及表体背部的上述实施例中的生理监测装置450。
本发明实施例中，该生理监测装置450包括光发射部、第一光接收部、第二光接收部、第三光接收部以及第四光接收部，其中，光发射部中设置有发光元件，光接收部中均设置有光检测器，该发光单元以及光检测器均连接至电子设备400的控制器，通过控制器控制发光单元发出光源，以及控制光检测器接收PPG信号，从而通过存储器中的算法或应用程序利用该PPG信号计算心率以及血氧饱和值等。
存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据移动终端的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
参照图5，其中，位于所述壳体440上设置有透光窗口441，所述生理监测装置450的每个光发射部和光接收部分别对应一透光窗口，透光窗口设置有菲涅尔透镜442，从而实现聚光作用，提升心率检测和血氧检测的准确度。
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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种生理监测装置，其特征在于，包括光发射部以及包围所述光发射部的多个光接收部，所述光发射部与所述多个光接收部呈十字形布局；
所述光发射部包括有预设数量的发光元件；
所述多个光接收部包括第一光接收部、第二光接收部、第三光接收部以及第四光接收部，所述第一光接收部、所述光发射部、所述第二光接收部位于同一直线上；且所述第三光接收部、所述光发射部、所述第四光接收部位于同一直线上；
所述第一光接收部以及所述第二光接收部与所述光发射部之间的距离相等，所述第三光接收部以及所述第四光接收部与所述光发射部之间的距离不相等。
2.根据权利要求1所述的生理监测装置，其特征在于，所述光发射部包括发射绿光的第一发光元件、发射红光的第二发光元件以及发射红外光的第三发光元件。
3.根据权利要求2所述的生理监测装置，其特征在于，所述第一发光元件的发光中心与所述第一光接收部的受光中心的距离L1等于所述第一发光元件的发光中心与所述第二光接收部的受光中心的距离L2。
4.根据权利要求3所述的生理监测装置，其特征在于，所述第二发光元件的发光中心和所述第三发光元件的发光中心的连线与所述第三光接收部受光中心的距离为L3；
所述第二发光元件的发光中心和所述第三发光元件的发光中心的连线与所述第四光接收部受光中心的距离为L4；
所述L3大于所述L4。
5.根据权利要求4所述生理监测装置，其特征在于，所述第一发光元件的发光中心与所述第一光接收部的受光中心的距离为L1；
所述第二发光元件的发光中心和所述第三发光元件的发光中心的连线与所述第四光接收部受光中心的距离为L4；
所述L1小于所述L4。
6.根据权利要求5所述生理监测装置，其特征在于，所述L1为3.5mm至5mm，所述L3为6mm至7mm，所述L4为5mm至6mm。
7.根据权利要求2所述的生理监测装置，其特征在于，所述第一光接收部以及所述第二光接收部用于接收所述第一发光元件发出的并经用户皮肤反射后的光信号；
所述第三光接收部以及所述第四光接收部用于接收所述第二发光元件以及所述第三发光元件发出的并经用户皮肤反射后的光信号。
8.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的生理监测装置。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，电子设备包括壳体，位于所述壳体上的透光窗口，所述生理监测装置的每个光发射部和光接收部分别对应一透光窗口。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述透光窗口设置有菲涅尔透镜。
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