CN114569090A - 生物信息测量设备和包括生物信息测量设备的电子装置 - Google Patents

Abstract

提供了生物信息测量设备和包括生物信息测量设备的电子装置。生物信息测量设备可包括：发光像素阵列，包括多行发光像素；光接收像素阵列，包括多行光接收像素。光接收像素阵列可被配置为对从发光像素阵列发射并被对象反射的光进行采样。所述设备可包括：生物信号处理器，被配置为使用由光接收像素阵列采样的数据来测量生物信息。每个发光像素可包括被配置为存储第n发光像素信号的存储电容器和被配置为存储第n+1发光像素信号的存储器电容器。

Description

生物信息测量设备和包括生物信息测量设备的电子装置

本申请基于并要求分别于2020年11月30日和2021年3月5日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0164095号和第10-2021-0029425号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。

技术领域

本公开涉及一种使用发光像素阵列和光接收像素阵列测量生物信息(诸如，血压)的技术。

背景技术

随着医学进步和平均预期寿命提高，对医疗保健的兴趣已经增加。此外，对医疗设备/装置的兴趣已经增加，从而不仅扩展到可由医院和检查机构使用的大型医疗装置，而且扩展到可放置在家中或由个人携带的中型或小型医疗装置和医疗保健装置。用于测量生物信息的医疗装置可包括侵入性装置和非侵入性装置。使用非侵入性装置，可以以相对简单的方式检测生物信息而不会对受试者造成疼痛，但是测量结果的准确性低，因此正在进行克服这样的缺点的各种研究。

发明内容

提供本发明以简化的形式介绍在以下具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本发明不意在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定要求保护的主题的范围。

在一个总体方面，提供一种生物信息测量设备，所述生物信息测量设备包括：发光像素阵列，包括各自包括多个发光像素的多个发光像素行；光接收像素阵列，包括各自包括多个光接收像素的多个光接收像素行，并被配置为对从发光像素阵列发射并被对象反射的光进行采样；以及生物信号处理器，被配置为使用由光接收像素阵列采样的数据来测量生物信息，其中，每个发光像素包括被配置为存储第n发光像素信号的存储电容器和被配置为存储第n+1发光像素信号的存储器电容器。

在另一总体方面，提供一种生物信息测量设备，所述生物信息测量设备包括：发光像素阵列，包括各自包括多个发光像素的多个发光像素行；光接收像素阵列，包括各自包括多个光接收像素的多个光接收像素行，并被配置为对从发光像素阵列发射并被对象反射的光进行采样；以及生物信号处理器，被配置为使用由光接收像素阵列采样的数据来测量生物信息，其中，发光像素阵列包括刷新线，刷新线用于同时更新布置在不同像素行中的至少两个或更多个发光像素的像素信号。

在又一总体方面，提供一种电子装置，所述电子装置包括：生物信息测量设备；处理器，被配置为控制生物信息测量设备的操作；以及声音输出装置或显示装置，被配置为输出由生物信息测量设备测量的信息，其中，生物信息测量设备包括：发光像素阵列，包括各自包括多个发光像素的多个发光像素行；光接收像素阵列，包括各自包括多个光接收像素的多个光接收像素行，并被配置为对从发光像素阵列发射并被对象反射的光进行采样；以及生物信号处理器，被配置为使用由光接收像素阵列采样的数据来测量生物信息，其中，每个发光像素包括被配置为存储第n发光像素信号的存储电容器和被配置为存储第n+1发光像素信号的存储器电容器。

根据下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是清楚的。

附图说明

根据下面结合附图的描述，本公开的特定实施例的以上以及其他方面、特征和优点将更清楚，其中：

图1是示出根据示例实施例的生物信息测量设备的框图；

图2A是示出图1的发光像素具有4T-2C结构的示例的示图；

图2B是示出应用于一般显示装置的2T-1C像素驱动电路的示例的示图；

图3是用于描述图1的发光像素阵列的刷新操作的示图；

图4是示出其中图1的光接收像素具有4T结构的光接收像素驱动电路的示例的示图；

图5示出发光像素和光接收像素被组合的组合像素电路；

图6A是示出包括红外发光像素和绿色发光像素的像素阵列的示图；

图6B是示出一些红外发光像素被开启的状态的示图；

图6C是示出一些绿色发光像素被开启的状态的示图；

图6D是示出一些绿色发光像素和一些红外发光像素被开启的状态的示图；

图7A是示出针对第一波长的光的第一光电容积描记(PPG)信号的示图；

图7B是示出针对第二波长的光的第二PPG信号的示图；

图8是用于描述生成包括在PPG信号的单位波形中的成分波形的原理的示图；

图9是用于描述包括在PPG信号的单位波形中的成分波形的示图；

图10是示出包括生物信息测量设备的电子装置的框图；

图11是示出包括生物信息测量设备的手表型电子装置的实施例的示图；

图12是示出包括生物信息测量设备的移动型电子装置的实施例的示图；以及

图13是示出包括生物信息测量设备的耳戴式电子装置的实施例的示图。

贯穿附图和具体实施方式，除非另外描述，否则相同的附图参考标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。为了清楚、说明和方便，这些元件、特征和结构的相对大小和描绘可被夸大。

具体实施方式

在下面参照附图的详细描述中提供了示例实施例的细节。通过参照下面示例实施例和附图的详细描述，可更容易地理解公开。然而，公开可以以许多不同的形式实施，而不应被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的构思，并且公开将仅由所附权利要求限定。贯穿说明书，相同的参考标号表示相同的元件。

将理解，尽管在此可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另外的元件区分开。此外，除非上下文另外清楚地指示，否则术语的单数形式也意在包括术语的复数形式。在说明书中，除非明确地相反描述，否则词语“包括”以及诸如“包含”的变体将被理解为暗示包括陈述的元件但不排除任何其他元件。诸如“单元”和“模块”的术语表示处理至少一个功能或操作的单元，并且它们可通过使用硬件、软件或者硬件和软件的组合来实现。

下面描述的实施例涉及生物信息测量设备(例如，血压测量设备)的技术领域，并且相关技术领域的普通技术人员公知的事物的详细描述将被省略。

图1是示出根据示例实施例的生物信息测量设备的框图。

生物信息可包括可从待测量的对象OBJ获得的生物信息和医疗信息，并且可以是例如血压、血糖、体脂、血氧饱和度、血管弹性、血流速率或动脉僵硬度。对象可以是人体的容易从其测量生物信息的部位(诸如，例如，手腕的与桡动脉邻近的区域或手腕的毛细血管血或静脉血流过的上部区域、或者具有高密度的血管的远端身体部位(诸如，手指、脚趾等))。

参照图1，生物信息测量设备1000可包括用于将光发射到对象OBJ的发光像素阵列100、用于驱动发光像素阵列100的发光像素控制器200、用于检测在通过对象OBJ散射、反射或透射之后返回的光的光接收像素阵列300、用于驱动光接收像素阵列300的光接收像素控制器400、以及从由光接收像素阵列300检测的信号测量生物信息的生物信号处理器500。

发光像素阵列100可以是将光发射到对象OBJ的发光像素的阵列，并且可包括以二维方式布置的多个发光像素111、121等。发光像素阵列100可包括包含多个发光像素111至116、121至126、131至136等的多个发光像素行110、120和130。图1示出包括包含多个发光像素111、121等的三个发光像素行110、120和130的发光像素阵列100。图1的第一发光像素行至第三发光像素行110、120和130可各自包括六个发光像素111、121等，并且例如，第一发光像素行110可包括1-1发光像素111至1-6发光像素116。

发光像素111、121等可各自包括发光元件和用于驱动发光元件的发光像素电路。发光像素111、121等中的每个中包括的发光元件可以是光源(诸如，发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、有机发光二极管(OLED)等)，并且下面将参照图2A描述发光像素电路的结构。

发光像素阵列100可包括发光像素111、121等，发光像素111、121等发射穿透对象OBJ中的不同深度的两种或更多种不同波长的光。例如，第一发光像素行110中包括的第一发光像素111、第三发光像素113和第五发光像素115可发射第一波长的光，并且第一发光像素行110中包括的其他像素(即，第二发光像素112、第四发光像素114和第六发光像素116)可发射第二波长的光。第一波长的光可以是具有进入对象OBJ的高穿透深度的长波长光(诸如，以红外波长范围(例如，750nm至2500nm)内的光为例)。第二波长的光可以是具有比第一波长的光小的进入对象OBJ的穿透深度的短波长光(诸如，以绿色波长范围(例如，500nm至565nm)内的光为例)。

除了上面示出的结构之外，发光像素阵列100还可包括发光像素111、121等的各种组合，并且可被配置为使得一个发光像素行110、120或130包括发射三种或四种不同波长的发光像素。在另外的示例中，每个像素行可被配置为发射不同波长的光。在这种情况下，第一发光像素行110可发射红外光，第二发光像素行120可发射绿光，并且第三发光像素行130可发射蓝光。

发光像素控制器200可向发光像素阵列100供电，并且可生成并传输用于驱动发光像素阵列100的信号(诸如，扫描线信号、数据线信号和刷新信号)。发光像素控制器200可独立地控制发光像素111、121等中的每个的开启/关闭操作和发光量。

光接收像素阵列300是检测从对象OBJ返回的光并生成电信号的光接收像素的阵列，并且可包括以二维方式布置的多个光接收像素311、312等。光接收像素阵列300可包括包含多个光接收像素311、321等的多个光接收像素行310、320和330。图1示出包括包含多个光接收像素311、321等的三个光接收像素行310、320和330的光接收像素阵列300。第一光接收像素行至第三光接收像素行310、320和330可各自包括六个光接收像素311至316、321至326、331至336等。例如，第一光接收像素行310可包括1-1光接收像素311至1-6光接收像素316。

光接收像素311、321等可各自包括用于将光转换为电信号的光电转换元件和用于驱动光电转换元件的光接收像素电路。光接收像素311、321等中的每个中包括的光电转换元件可被实现为光电二极管、光电晶体管、光电门、钉扎光电二极管等。用于选择性地透射或去除特定波长的光的滤色器可设置在光接收像素311、321等中的每个的上部。下面将参照图4描述光接收像素电路的结构。

一个或多个光接收像素行310、320和330可设置在发光像素行110、120和130之间。例如，如图1中所示，第一光接收像素行310可设置在第一发光像素行110与第二发光像素行120之间。尽管图1示出一个光接收像素行设置在发光像素行110、120和130之间，但是两个或更多个光接收像素行(诸如，以两个至两千个光接收像素行为例)可设置在发光像素行110、120和130之间。

此外，图1示出一个发光像素行设置在光接收像素行310、320和330之间的示例，但是两个或更多个(诸如，以两个至两千个为例)发光像素行可设置在光接收像素行310、320和330之间。

光接收像素控制器400可向光接收像素阵列300供电，并且可生成并发送用于驱动光接收像素阵列300的光接收像素驱动信号(诸如，时序信号、发送信号TG、复位信号RG、选择信号SEL等)。光接收像素控制器400可使用卷帘快门方法或者使用全局快门方法驱动光接收像素阵列300，其中，通过卷帘快门方法，光接收像素行310、320和330被顺序曝光并读出，通过全局快门方法，光接收像素行310、320和330被同时曝光并读出。

生物信号处理器500可使用由光接收像素阵列300输出的数据来测量生物信息。由生物信号处理器500接收的光接收像素阵列300的输出数据可以是与由光接收像素311、321等检测的光的强度相关的数据，并且生物信号处理器500可通过分析接收的数据来分析/提取生物信息。

生物信号处理器500可包括用于处理常规图像传感器(诸如，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器)中的光感测数据的组件。例如，生物信号处理器500可包括数据输出接口510，数据输出接口510从光接收像素311、321等接收模拟形式的光接收像素信号，将接收的信号转换为数字信号，临时存储数字信号，放大数字信号，并将放大的数字信号输出到外部。具体地，数据输出接口510可包括模数转换器(ADC)，可将光接收像素311、321等的相关双采样模拟信号的幅度与斜坡信号的幅度进行比较以生成与每个信号的幅度差对应的比较信号，并且可通过对比较信号进行计数来将模拟信号转换为数字信号。数据输出接口510可包括用于存储数字信号的存储器和包括用于感测并放大数字信号的放大器的缓冲器。

此外，生物信号处理器500可生成时序信号和驱动信号以使发光像素阵列100和光接收像素阵列300能够彼此交互，并将生成的时序信号和驱动信号发送到发光像素控制器200和光接收像素控制器400。例如，生物信号处理器500可基于从处理器(例如，中央处理器(CPU)等)接收的主时钟信号和/或由单独的时钟生成器生成的时钟信号来生成时序信号，并将生成的时序信号发送到发光像素控制器200和光接收像素控制器400。时序信号可以是用作在生物信息测量设备1000中执行的一系列操作(诸如，发光像素阵列100的发光操作、光接收像素阵列300的光电转换操作、数据输出接口510的模数转换操作等)的参考的像素时钟。

图2A是示出图1的发光像素具有4T-2C结构的示例的示图，图2B是示出应用于一般显示装置的2T-1C像素驱动电路的示例的示图。

参照图2A，发光像素111、121等中的每个可包括发光元件ED和像素电路。像素电路可包括开关晶体管TRs、传输晶体管TRt、刷新晶体管TRr、驱动晶体管TRd、存储器电容器(memory capacitor)Cm和存储电容器(storage capacitor)Cst。

开关晶体管TRs可连接到扫描线SL和数据线DL，并且根据通过扫描线SL输入的扫描信号将通过数据线DL输入的数据信号发送到存储器。

存储器电容器Cm可连接到开关晶体管TRs、传输晶体管TRt和驱动电压线PL。存储器电容器Cm可通过开关晶体管TRs存储与数据线DL的电压和驱动电压VDD之间的差对应的电压Vcm。存储器电容器电压(memory capacitor voltage)Vcm可以是与通过数据线DL输入的数据信号对应的值。

传输晶体管TRt可连接到驱动电压线PL和存储电容器Cst，并且可将与存储器电容器电压Vcm对应的电压提供给刷新晶体管TRr。

刷新晶体管TRr可连接到刷新线RL、传输晶体管TRt和存储电容器Cst，并且可根据通过刷新线RL输入的刷新信号将从传输晶体管TRt传送的电压提供给存储电容器Cst。如上所述，由传输晶体管TRt提供的电压是与存储器电容器电压Vcm对应的值，因此刷新晶体管TRr可将存储器电容器电压Vcm提供给存储电容器Cst。

存储电容器Cst可连接到刷新晶体管TRr、驱动晶体管TRd和驱动电压线PL，并且可存储与由刷新晶体管TRr提供的电压和驱动电压VDD之间的差对应的电压Vcst。存储电容器的电压Vcst可由存储器电容器Cm充电。由于存储电容器的电压Vcst决定了将要施加到发光元件ED的电压的幅度(即，发光元件的开启/关闭操作和发光量)，因此存储电容器存储发光像素信号。

驱动晶体管TRd可连接到存储电容器Cst和驱动电压线PL，并且可将与存储在存储电容器Cst中的电压对应的驱动电流提供给发光元件ED。

图2A的发光像素驱动电路与2T-1C有源矩阵像素驱动电路的不同在于，图2A的发光像素驱动电路包括刷新线RL、刷新晶体管TRr、传输晶体管TRt和存储器电容器Cm。

在图2B的2T-1C发光像素电路中，通过数据线DL发送到像素的信号通过开关晶体管TRs直接存储在存储电容器Cst中而不通过存储器电容器Cm，而图2A的数据线DL的信号不直接存储在存储电容器Cst中，而是存储在存储器电容器Cm中，随后响应于刷新线RL的信号而被发送到存储电容器Cst。

此外，图2B的发光像素电路与图2A的发光像素电路的不同在于，存储电容器电压(storage capacitor voltage)Vcst通过扫描线SL的信号被刷新，而图2A的发光像素电路中的存储电容器电压Vcst通过独立于扫描线RL设置的刷新线RL的信号被刷新。因此，包括图2B的发光像素电路的发光像素阵列中的发光像素行对应于扫描线SL的信号被顺序刷新，而包括图2A的发光像素电路的图1的发光像素阵列中包括的所有发光像素111、121等可被同时刷新。换句话说，在图1的发光像素阵列100中，不同发光像素行中包括的发光像素111、121等可使用刷新线RL被同时刷新。

图3是用于描述图1的发光像素阵列的刷新操作的示图。

图3示出图1的发光像素之中的邻近的四个发光像素111、112、121和122的像素电路。图3中示出的发光像素111、112、121和122可包括如上面参照图2A描述的4T-2C结构。

参照图3，第一发光像素列101中包括的1-1发光像素111和2-1发光像素121可共享第一刷新线RL1，并且第二发光像素列102中包括的1-2发光像素112和2-2发光像素122可共享第二刷新线RL2。第一刷新线RL1和第二刷新线RL2可连接到共刷新线GRL。也就是说，当发光像素控制器200通过共刷新线GRL施加刷新信号时，所有发光像素111、112、121和122可被同时刷新。

下面的表1示出存储电容器Cst和存储器电容器Cm的电压如何通过刷新信号改变。

表1

参照表1描述在施加刷新信号(t＝0)之前图3的发光像素111、112、121、122的状态，存储电容器电压Vcst11、Vcst12、Vcst21和Vcst22分别为V11t0、V12t0、V21t0和V22t0，存储器电容器电压Vcm11、Vcm12、Vcm21和Vcm22分别充电到V11t1、V12t1、V21t1和V22t1，并且每个发光元件ED由与存储电容器电压Vcst11、Vcst12、Vcst21和Vcst22中的每个对应的电流驱动。

当施加刷新信号时，发光像素111、112、121和122中包括的刷新晶体管TRr同时导通(开关闭合)，使得存储电容器电压Vcst11、Vcst12、Vcst21和Vcst22分别被更新为存储器电容器电压Vcm11、Vcm12、Vcm21和Vcm22。例如，存储在存储电容器Cst中的当前发光像素信号可改变为存储在存储器电容器Cm中的下一发光像素信号。也就是说，存储电容器电压Vcst11、Vcst12、Vcst21和Vcst22分别从V11t0、V12t0、V21t0和V22t0改变为作为存储器电容器电压Vcm11、Vcm12、Vcm21和Vcm22的V11t1、V12t1、V21t1和V22t1。

在刷新操作完成后，可阻断刷新信号以使刷新晶体管TRr截止(开关断开)，并且存储器电容器电压Vcm11、Vcm12、Vcm21和Vcm22可被更新。针对每个像素行，存储器电容器电压Vcm11、Vcm12、Vcm21和Vcm22可通过数据线DL1和扫描线SL1顺序进行(例如，顺序刷新或顺序更新)。参照表1，存储器电容器电压Vcm11、Vcm12、Vcm21和Vcm22可分别从V11t1、V12t1、V21t1和V22t1更新到V11t2、V12t2、V21t2和V22t2。在存储器电容器电压Vcm11、Vcm12、Vcm21和Vcm22被更新的同时，存储电容器电压Vcst11、Vcst12、Vcst21和Vcst22可不改变，并且每个发光元件ED可由与每个存储电容器电压Vcst11、Vcst12、Vcst21和Vcst22(即，V11t1、V12t1、V21t1和V22t1)对应的电流驱动。

随后，当再次施加刷新信号时，存储电容器电压Vcst11、Vcst12、Vcst21和Vcst22可分别从V11t1、V12t1、V21t1和V22t1更新为V11t2、V12t2、V21t2、V22t2，并且存储电容器Cst的同时更新和存储器电容器Cm的顺序更新可被重复执行。

总之，由于存储电容器Cst存储施加到发光元件ED的当前发光像素信号，因此存储电容器电压Vcst可被称为第n发光像素信号，并且由于存储器电容器Cm存储下一个发光像素信号，因此存储器电容器电压Vcm可被称为第n+1发光像素信号，其中，n可以是正整数。

图4示出图1的光接收像素具有4T结构的示例。

参照图4，光接收像素311、321等中的每个可包括光电二极管PD和像素电路。像素电路可包括浮置扩散部FD、传输晶体管TX、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX。

浮置扩散部FD是传输晶体管TX、复位晶体管RX和驱动晶体管DX之间的连接部，并且可以是累积由光电二极管PD光电转换的电荷并将电荷转换为电压的部分。传输晶体管TX可被导通以将由光电二极管PD光电转换的电荷传输到浮置扩散部FD。复位晶体管RX被导通以使浮置扩散部FD的电压为电源电压VDD，并且去除浮置扩散部FD中累积的电荷。驱动晶体管DX可放大由浮置扩散部FD中累积的电荷引起的信号(即，电压)。选择晶体管SX可被导通以将由驱动晶体管DX放大的电压(即，光接收像素信号)(例如，经由节点PN)输出到列线COL。在用于控制晶体管TX、RX和SX的导通/截止的信号之中，用于控制传输晶体管TX的信号被称为传送信号TG，用于控制复位晶体管RX的信号被称为复位信号RG，并且用于控制选择晶体管SX的信号被称为选择信号SEL。

当通过卷帘快门方法操作光接收像素阵列300时，可以使用图4的光接收像素电路，并且当意图通过全局快门方法操作光接收像素阵列300时，可应用不同结构的光接收像素电路。由于通过全局快门方法驱动的光接收像素电路的各种结构是已知的，因此在此省略其详细描述。

图5示出发光像素和光接收像素被组合的组合像素电路。

图5示出图1的1-1发光像素111和与1-1发光像素111邻近的1-1光接收像素311被组合的像素电路。1-1发光像素111可包括图2A的像素电路，并且1-1光接收像素311可包括图4的像素电路。

在一个实施例中，发光像素中的至少一个和光接收像素中的至少一个可共享驱动电压线。图5的1-1发光像素111和1-1光接收像素311可共享驱动电压线PL，例如，1-1发光像素111的驱动晶体管TRd和1-1光接收像素311的复位晶体管RX可连接到同一驱动电压线PL。

图1的生物信息测量设备1000具有与光接收像素311、312等的数量相同数量的发光像素111、112等，但是发光像素111、112等的数量可与光接收像素311、312等的数量不同。例如，光接收像素311、312等的数量可大于发光像素111、112等的数量。

图1的生物信息测量设备1000可包括如图5中所示的所有发光像素111、112等和所有光接收像素311、312等被组合的结构、仅一些发光像素111、112等和一些光接收像素311、312等被组合的结构、以及所有发光像素111、112等和所有光接收像素311、312等不被组合的结构(即，发光像素阵列100的电路和光接收像素阵列300的电路彼此分离的结构)。

在下文中，将参照图6A至图9描述使用图1的生物信息测量设备1000测量各种类型的生物信息之中的光电容积描记(PPG)信号和血压的方法的示例。

图6A是示出包括红外发光像素和绿色发光像素的像素阵列的示图，图6B是示出一些红外发光像素被开启的状态的示图，图6C是示出一些绿色发光像素被开启的状态的示图，并且图6D是示出一些绿色发光像素和一些红外发光像素被开启的状态的示图。

图6A示出图1的生物信息测量设备1000包括发射两种不同波长的光的发光像素的示例，其中，发光像素控制器200、光接收像素控制器400和生物信号处理器500被省略。两种不同的波长可以是例如红外IR和绿光G。红外发光像素和绿色发光像素可以以各种方式布置。例如，如图6A中所示，红外发光像素和绿色发光像素可交替布置。具体地，图6A的生物信息测量设备1000a可包括布置在第一发光像素列101、第三发光像素列103和第五发光像素列105中的红外发光像素111、121、131等以及布置在第二发光像素列102、第四发光像素列104和第六发光像素列106中的绿色发光像素112、122、132等。

图6A的发光像素控制器200可独立地控制发光像素111、112等中的每个，并且可开启或关闭所有发光像素111、112等，或者可根据需要选择性地开启一个发光像素或一些发光像素。例如，发光像素控制器200可如图6B中所示选择性地仅开启发光像素111、112等中的四个红外发光像素111、113、121和123，或者可如图6C中所示选择性地仅开启四个绿色发光像素112、114、122和124。

可通过考虑对象OBJ的部位(诸如，手指、手腕等)、对象OBJ与生物信息测量设备1000a接触的位置以及生物信息的类型(诸如，血压、体脂等)来确定将要开启的发光像素的位置。

如图6B中所示，当红外发光像素111、113、121和123被开启以将红外光发射到对象OBJ时，可在光接收像素阵列300中对通过对象OBJ散射、反射或透射的红外光进行采样。可选地，如图6C中所示，当绿色发光像素112、114、122和124被开启以将绿光发射到对象OBJ时，可在光接收像素阵列300中对从对象OBJ返回的绿光进行采样。

由于图6A的生物信息测量设备1000a包括存储器电容器Cm和刷新线RL，因此施加到所有发光像素111、112等的发光像素信号可被同时更新。例如，图6A的发光像素阵列100的状态可从图6B的四个红外发光像素111、113、121和123被开启的状态切换到图6C的四个绿色发光像素112、114、122和124被开启的状态。如果图6A的发光像素111、112等具有如图2B中所示的传统2T-1C结构，则发光像素信号不是针对所有发光像素111、112等同时更新，而是针对发光像素行110、120和130中的每个以时间差顺序更新。因此，可存在如图6D中所示同时发射红外光和绿光的阶段。换句话说，在将发光像素阵列100的状态从图6B中所示的状态切换到图6C中所示的状态的处理中，在第一发光像素行110的像素信号被更新之后第二发光像素行120的像素信号被更新之前，发光像素阵列100可经历同时发射红外光和绿光的状态。当发光像素阵列100同时发射两种或更多种波长的光时，由光接收像素阵列300采样的信号通常是难以用于生物信号分析的噪声信号，因此会期望发光像素阵列100不同时发射两种或更多种波长的光。如上所述，由于图6A的发光像素阵列100包括存储器电容器Cm和刷新线RL，因此不会不期望地同时发射两种或更多种波长的光，并且光接收像素阵列300可连续地对有效信号进行采样。

由图6A的生物信息测量设备测量的生物信息可以是PPG信号。PPG信号是通过向人体发射特定波段的光并检测作出反应的光而获得的信号，并且可以是指示由于心搏而生成的纹波分量的信号。生物信号处理器500可通过使用由光接收像素阵列300采样的数据来获得红外光和绿光的PPG信号。

图7A示出从光接收像素阵列300获得的红外光的第一PPG信号PPG1的示例，图7B示出绿光的第二PPG信号PPG2的示例。

参照图7A和图7B，构成第一PPG信号PPG1和第二PPG信号PPG2的信号IR1、G1等可对应于通过交替地重复如图6B中所示的红外发光像素111、113、121和123的开启状态和如图6C中所示的绿色发光像素112、114、122和124的开启状态而采样的信号。例如，图7A的IR1可对应于在红外发光像素被开启的图6B的状态下采样的第一红外信号，并且IR6可对应于在红外发光像素被开启的图6B的状态下采样的第六红外信号。类似地，图7B的G1可对应于在绿色发光像素被开启的图6C的状态下采样的第一绿光信号，并且G6可对应于在绿色发光像素被开启的图6C的状态下采样的第六绿光信号。红外光信号和绿光信号可被交替采样(诸如，对第一红外光信号IR1进行采样，随后对第一绿光信号G1进行采样)。

由光接收像素阵列300采样的光接收像素信号可包括来自多个光接收像素311、312等的光接收像素信号，并且生物信号处理器500可通过以各种方式处理光接收像素信号来获得PPG信号。例如，可通过对由所有光接收像素311、312等采样的光接收像素信号进行平均，通过对由特定光接收像素行(例如，第二光接收像素行320)采样的光接收像素信号进行平均，或者通过仅使用由设置在特定位置的光接收像素(例如，3-3光接收像素333)采样的信号来获得PPG信号。

图8是用于描述生成构成PPG信号的单位波形的原理的示图，图9是示出构成被划分为多个成分波形的PPG信号的一个单位波形P的示图。

参照图8和图9，单位波形P可由从心脏开始朝向在身体远端的血管分叉(诸如，髂动脉)的传播波P1以及从远端或血管分叉返回的反射波P2和P3的叠加组成。具体地，成分波形P1、P2和P3可包括由心脏的收缩运动引起的传播波P1、主要从肾动脉反射的第一反射波P2和主要从髂动脉反射的第二反射波P3。传播波P1的振幅与心脏的运动高度相关，并且反射波P2和P3的振幅与血管的特性高度相关。以这种方式，PPG信号的单位波形P被划分为成分波形P1、P2和P3，并且可通过分析成分波形P1、P2和P3中的每个的强度和持续时间、成分波形P1、P2和P3之间的间隔、强度的比等来测量血压。例如，可通过分析传播波P1和反射波P2和P3的峰值点的时间间隔和/或峰值点的最大强度的比来测量血压。具体地，可通过将图7A的第一PPG信号PPG1和图7B的第二PPG信号PPG2中的每个划分为成分波形P1、P2和P3来分析图7A的第一PPG信号PPG1和图7B的第二PPG信号PPG2，并且可对根据分析获得的值进行平均以测量血压，或者基于图7B的第二PPG信号PPG2，可使用从图7A的第一PPG信号PPG1得到的信息来校正通过分析第二PPG信号PPG2而获得的值，从而提高血压测量的准确性。

在图6A的实施例中，已经描述了使用绿色和红外波长光测量PPG信号或血压的方法作为示例。然而，图1的生物信息测量设备1000可使用其他波长的光(诸如，蓝光)，并且除了血压之外，还可用于测量其他生物信息(诸如，血糖、体脂、血氧饱和度、血管弹性、血流速率和动脉硬度)。

图10是示出包括生物信息测量设备的电子装置的框图。

电子装置ED01可包括处理器ED20、存储器ED30、输入装置ED50、声音输出装置ED55、显示装置ED60、音频模块ED70、传感器模块ED76、接口ED77、触觉模块ED79、相机模块ED80、电源管理模块ED88、电池ED89、通信模块ED90、用户识别模块ED96、连接端子ED78和/或天线模块ED97。可省略这些组件中的一些(诸如，显示装置ED60)，或者可添加其他组件。上面参照图1和图6A描述的生物信息测量设备1000和1000a可被实现为集成电路并且安装在电子装置ED01的传感器模块DE76中，或者可分布在电子装置ED01的不同组件中。例如，发光像素阵列100和/或光接收像素阵列300可包括在传感器模块ED76中，并且发光像素控制器200、光接收像素控制器400和/或生物信号处理器500可包括在处理器ED20中。

处理器ED20可执行软件(例如，程序ED40等)以控制电子装置ED01的连接到处理器ED20的一个或多个其他组件(例如，硬件组件、软件组件等)，并且可执行各种数据处理或操作。作为数据处理或操作的一部分，处理器ED20可将从其他组件(例如，传感器模块ED76、通信模块ED90等)接收的命令和/或数据加载到易失性存储器ED32中，处理存储在易失性存储器ED32中的命令和/或数据，并将结果数据存储在非易失性存储器ED34中。处理器ED20可生成用于同步组件的操作的主时钟，并将主时钟提供给其他组件(诸如，以图1的发光像素控制器200、光接收像素控制器400和/或生物信号处理器500为例)。

处理器ED20可包括主处理器ED21(例如，中央处理器、应用处理器等)以及可独立操作或与主处理器ED21一起操作的辅助处理器ED23(例如，图形处理器、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器等)。辅助处理器ED23可比主处理器ED21使用更少的功率，并且可执行专用功能。辅助处理器ED23可在主处理器ED21处于非激活状态(睡眠状态)时代替主处理器ED21控制与电子装置ED01的组件之中的一些组件(例如，显示装置ED60、传感器模块ED76、通信模块ED90等)相关的功能和/或状态，或者在主处理器ED21处于激活状态(应用执行状态)时与主处理器ED21一起控制与电子装置ED01的组件之中的一些组件(例如，显示装置ED60、传感器模块ED76、通信模块ED90等)相关的功能和/或状态。辅助处理器ED23(例如，图像信号处理器、通信处理器等)可被实现为其他功能上相关的组件(例如，相机模块ED80、通信模块ED90等)的一部分。

处理器ED20可响应于测量生物信息的用户请求，将控制信号发送到上述生物信息测量设备1000和1000a的发光像素控制器200、光接收像素控制器400和/或生物信号处理器500。发光像素控制器200、光接收像素控制器400和/或生物信号处理器500可各自被实现为独立的处理器或者被集成到电子装置ED01的主处理器ED21或辅助处理器ED23中。

存储器ED30可存储由电子装置ED01的组件(例如，处理器ED20、传感器模块ED76等)使用的各种类型的数据。数据可包括例如软件(例如，程序ED40等)以及用于与其相关的命令的输入数据和/或输出数据。存储器ED30可包括易失性存储器ED32和/或非易失性存储器ED34。非易失性存储器ED34可包括内部存储器ED36和外部存储器ED38。

程序ED40可作为软件存储在存储器ED30中，并且可包括操作系统ED42、中间件ED44和/或应用ED46。

输入装置ED50可从电子装置ED01的外部(例如，用户等)接收将要用于电子装置ED01的组件(例如，处理器ED20等)的命令和/或数据。输入装置ED50可包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(诸如，手写笔)。

声音输出装置ED55可将声音信号输出到电子装置ED01的外部。声音输出装置ED55可包括扬声器和/或接收器。扬声器可用于一般目的(诸如，多媒体回放或录音回放)，并且接收器可用于接收来电呼叫。接收器可被组合为扬声器的一部分，或者可被实现为独立的单独装置。

显示装置ED60可在视觉上向电子装置ED01的外部提供信息。显示装置ED60可包括显示器、全息装置或投影仪以及用于控制相应装置的控制电路。显示装置ED60可包括被设置为感测触摸的触摸电路和/或被设置为测量由触摸生成的力的强度的传感器电路(压力传感器等)。图1和图6A的发光像素阵列100可用作显示装置ED60。

音频模块ED70可将声音转换为电信号，或者相反地，将电信号转换为声音。音频模块ED70可通过输入装置ED50获取声音，并且可通过声音输出装置ED55和/或直接或无线连接到电子装置ED01的另外的电子装置(电子装置ED02等)的扬声器和/或耳机输出声音。

传感器模块ED76可检测电子装置ED01的操作状态(例如，功率、温度等)或外部环境状态(例如，用户状态等)，并且可生成与检测的状态对应的电信号和/或数据值。传感器模块ED76可包括手势传感器、陀螺仪传感器、大气压传感器、磁传感器、加速度传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、IR传感器、生物特征传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。上面参照图1和图6A描述的生物信息测量设备1000和1000a可以是包括在传感器模块ED76中的生物特征传感器之一。

接口ED77可支持可用于将电子装置ED01直接或无线地连接到另外的电子装置(例如，电子装置ED02等)的一或多个指定协议。接口ED77可包括高清晰度多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、SD卡接口和/或音频接口。

连接端子ED78可包括连接器，电子装置ED01能够通过连接器与另外的电子装置(例如，电子装置ED02等)物理连接。连接端子ED78可包括HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器和/或音频连接器(例如，耳机连接器等)。

触觉模块ED79可将电信号转换为用户可通过触觉或动觉感知的机械刺激(例如，振动、运动等)或电刺激。触觉模块ED79可包括马达、压电元件和/或电刺激装置。

相机模块ED80可拍摄静止图像和视频。相机模块ED80可包括包含一个或多个透镜的透镜组件、图像传感器、图像信号处理器和/或闪光灯。相机模块ED80中包括的透镜组件可收集从将要拍摄其图像的对象发射的光。

电源管理模块ED88可管理供应给电子装置ED01的电力。电源管理模块ED88可被实现为电源管理集成电路(PMIC)的一部分。

电池ED89可向电子装置ED01的组件供电。电池ED89可包括不可再充电的一次电池、可再充电的二次电池和/或燃料电池。

通信模块ED90可支持在网络环境ED00中在电子装置ED01与其他电子装置(例如，电子装置ED02、电子装置ED04、服务器ED08等)之间建立直接(有线)通信信道和/或无线通信信道，以及通过建立的通信信道进行通信。通信模块ED90可独立于处理器ED20(例如，应用处理器等)进行操作，并且可包括支持直接通信和/或无线通信的一个或多个通信处理器。通信模块ED90可包括无线通信模块ED92(例如，蜂窝通信模块、短程无线通信模块、全球导航卫星系统(GNSS)通信模块等)和/或有线通信模块ED94(例如，局域网(LAN)通信、电力线通信模块等)。通信模块可通过第一网络ED98(例如，诸如蓝牙、Wi-Fi直连或红外数据协会(IrDA)的短程通信网络)或第二网络(ED99)(例如，诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(例如，LAN、WAN等)的电信网络)与另外的电子装置通信。这些各种类型的通信模块可集成到一个组件(例如，单个芯片等)中，或者可被实现为彼此分离的多个组件(多个芯片)。无线通信模块ED92可使用存储在用户识别模块ED96中的用户信息(例如，国际移动用户识别码(IMSI)等)来在通信网络(诸如，第一网络ED98和/或第二网络ED99)中检查和认证电子装置ED01。

天线模块ED97可向外部(诸如，其他电子装置)发送信号和/或电力或者从外部接收信号和/或电力。天线可包括由形成在基底(例如，PCB等)上的导电图案制成的辐射器。天线模块ED97可包括一个或多个天线。在包括多个天线的情况下，可通过通信模块ED90从多个天线之中选择适合于在通信网络(诸如，第一网络ED98和/或第二网络ED99)中使用的通信方法的天线。可通过选择的天线在通信模块ED90与另外的电子装置之间发送或接收信号和/或电力。除了天线之外，可包括其他组件(诸如，射频集成电路(RFIC))作为天线模块ED97的一部分。

组件中的一些可通过外围装置的通信方法(例如，总线、通用输入和输出(GPIO)、串行外围接口(SPI)、移动工业处理器接口(MIPI)等)彼此连接，并且可彼此交换信号(例如，命令、数据等)。

可通过连接到第二网络ED99的服务器ED08在电子装置ED01与外部电子装置ED04之间发送或接收命令或数据。其他电子装置ED02和ED04在类型上可与电子装置ED01相同或不同。在电子装置ED01中执行的操作中的所有或一些可在一个或多个其他电子装置ED02、ED04和服务器ED08中执行。例如，当电子装置ED01需要执行功能或服务时，电子装置ED01可请求一个或多个其他电子装置执行功能或服务的一部分或全部，而不是自己执行功能或服务。已经接收到请求的一个或多个其他电子装置可执行与请求相关的附加功能或服务，并将执行的结果发送到电子装置ED01。为此，可使用云计算、分布式计算和/或客户端-服务器计算技术。

图11至图13是示出其中安装有生物信息测量设备的电子装置的示图。

参照图11，图10的电子装置ED01可被实现为手表型可穿戴装置1100，并且可包括主体和腕带。显示器可设置在主体的前面，以显示示出时间信息和接收的消息信息的各种应用屏幕。生物信息测量设备1000和1000a可设置在主体的后表面上。生物信息测量设备可将光信号输出到与主体的后表面接触的身体区域(诸如，用户的手腕)，并且通过检测从身体区域反射的光来测量生物信号。电子装置1100可分析由生物信息测量设备测量的生物信号以测量用户的生物信息(诸如血压、血管年龄、动脉僵硬度、主动脉压波形、压力指标等)。

参照图12，图10的电子装置ED01可被实现为移动装置1200(诸如，智能电话)，并且可包括外壳和显示面板。

外壳可形成移动装置1200的外观。外壳可包括第一表面、与第一表面相背对的第二表面、以及围绕第一表面与第二表面之间的空间的侧表面。显示面板和盖板玻璃可顺序地布置在外壳的第一表面上。显示面板可通过盖板玻璃暴露于外部。在外壳的第二表面上，可设置生物信息测量设备1000或1000a、相机模块和红外传感器。当用户通过执行安装在移动装置1200上的应用等请求生物信息时，可使用生物信息测量设备测量生物信息，并且可将测量的信息作为图像或音频提供给用户。

参照图13，图10的电子装置ED01可被实现为耳戴式装置1300，并且可包括主体和耳带。

用户可通过将耳带佩戴在耳廓上来佩戴图13的电子装置1300。在用户佩戴电子装置1300的情况下，主体可插入到用户的外耳道中。主体可配备有生物信息测量设备1000或1000a。生物信息测量设备可将光信号输出到与主体接触的身体区域(诸如，用户的耳道的壁表面)，并且可通过检测从身体区域反射的光来测量生物信号。图13的电子装置1300可将由生物信息测量设备测量的生物信息作为声音提供给用户，或者可通过配备在主体中的通信模块将生物信息发送到外部装置(例如，移动装置、平板装置、PC等)。

上面已经描述了许多示例。然而，将理解，可进行各种修改。例如，如果描述的技术以不同的顺序执行和/或如果描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同的方式被组合和/或由其他组件或其等同物替代或补充，则可实现合适的结果。因此，其他实施方式在所附权利要求的范围内。

Claims (33)

1.一种生物信息测量设备，包括：

发光像素阵列，包括多个发光像素行，其中，每个发光像素行包括多个发光像素；

光接收像素阵列，包括多个光接收像素行，其中，每个光接收像素行包括多个光接收像素，并且其中，光接收像素阵列被配置为对从发光像素阵列发射并被对象反射、散射或透射的光进行采样；以及

生物信号处理器，被配置为使用由光接收像素阵列采样的数据来测量生物信息，

其中，每个发光像素包括被配置为存储第n发光像素信号的存储电容器和被配置为存储第n+1发光像素信号的存储器电容器，其中，n为正整数。

2.根据权利要求1所述的生物信息测量设备，其中，发光像素阵列包括：刷新线，用于同时更新布置在不同发光像素行中的至少两个或更多个发光像素的发光像素信号。

3.根据权利要求2所述的生物信息测量设备，其中，通过刷新线施加到发光像素的刷新信号将存储在存储电容器中的第n发光像素信号改变为存储在存储器电容器中的第n+1发光像素信号。

4.根据权利要求1所述的生物信息测量设备，其中，每个发光像素包括：刷新晶体管，用于将充入存储器电容器中的电压传送到存储电容器。

5.根据权利要求4所述的生物信息测量设备，其中，刷新晶体管具有连接到存储电容器的一端。

6.根据权利要求5所述的生物信息测量设备，其中，每个发光像素包括：传输晶体管，具有连接到存储器电容器的栅极和连接到刷新晶体管的一端。

7.根据权利要求1所述的生物信息测量设备，其中，所述多个发光像素中的至少一个和所述多个光接收像素中的至少一个共享驱动电压线。

8.根据权利要求1所述的生物信息测量设备，其中，所述多个发光像素行中的至少一个插入在所述多个光接收像素行之间。

9.根据权利要求1所述的生物信息测量设备，其中，所述多个光接收像素行中的至少一个插入在所述多个发光像素行之间。

10.根据权利要求1所述的生物信息测量设备，还包括：发光像素控制器，被配置为独立地控制所述多个发光像素中的每个。

11.根据权利要求1所述的生物信息测量设备，还包括：光接收像素控制器，被配置为使用卷帘快门方法或全局快门方法来驱动光接收像素阵列。

12.根据权利要求1所述的生物信息测量设备，其中，发光像素阵列包括第一发光像素和第二发光像素，第一发光像素被配置为发射第一波长的光，第二发光像素被配置为发射与第一波长不同的第二波长的光。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的生物信息测量设备，其中，生物信息是光电容积描记或血压。

14.一种生物信息测量设备，包括：

发光像素阵列，包括多个发光像素行，其中，每个发光像素行包括多个发光像素；

光接收像素阵列，包括多个光接收像素行，其中，每个光接收像素行包括多个光接收像素，并且其中，光接收像素阵列被配置为对从发光像素阵列发射并被对象反射、散射或透射的光进行采样；以及

生物信号处理器，被配置为使用由光接收像素阵列采样的数据来测量生物信息，

其中，发光像素阵列包括刷新线，刷新线用于同时更新布置在不同像素行中的至少两个或更多个发光像素的发光像素信号。

15.根据权利要求14所述的生物信息测量设备，其中，每个发光像素包括被配置为存储第n发光像素信号的存储电容器和被配置为存储第n+1发光像素信号的存储器电容器，其中，n为正整数。

16.根据权利要求15所述的生物信息测量设备，其中，通过刷新线施加到发光像素的刷新信号将存储在存储电容器中的第n发光像素信号改变为存储在存储器电容器中的第n+1发光像素信号。

17.根据权利要求14至16中的任一项所述的生物信息测量设备，其中，所述多个发光像素中的至少一个和所述多个光接收像素中的至少一个共享驱动电压线。

18.根据权利要求14至16中的任一项所述的生物信息测量设备，其中，所述多个发光像素行中的至少一个插入在所述多个光接收像素行之间。

19.根据权利要求14至16中的任一项所述的生物信息测量设备，其中，所述多个光接收像素行中的至少一个插入在所述多个发光像素行之间。

20.一种电子装置，包括：

生物信息测量设备；

处理器，被配置为控制生物信息测量设备的操作；以及

声音输出装置或显示装置，被配置为输出由生物信息测量设备测量的信息，

其中，生物信息测量设备包括：

发光像素阵列，包括多个发光像素行，其中，每个发光像素行包括多个发光像素；

光接收像素阵列，包括多个光接收像素行，其中，每个光接收像素行包括多个光接收像素，并且其中，光接收像素阵列被配置为对从发光像素阵列发射并被对象反射、散射或透射的光进行采样；以及

生物信号处理器，被配置为使用由光接收像素阵列采样的数据来测量生物信息，

其中，每个发光像素包括被配置为存储第n发光像素信号的存储电容器和被配置为存储第n+1发光像素信号的存储器电容器，其中，n为正整数。

21.根据权利要求20所述的电子装置，其中，发光像素阵列包括：刷新线，用于同时更新布置在不同发光像素行中的至少两个或更多个发光像素的发光像素信号。

22.根据权利要求21所述的电子装置，其中，通过刷新线施加到发光像素的刷新信号将存储在存储电容器中的第n发光像素信号改变为存储在存储器电容器中的第n+1发光像素信号。

23.根据权利要求20所述的电子装置，其中，每个发光像素包括：刷新晶体管，用于将充入存储器电容器中的电压传送到存储电容器。

24.根据权利要求23所述的电子装置，其中，刷新晶体管具有连接到存储电容器的一端。

25.根据权利要求24所述的电子装置，其中，每个发光像素包括：传输晶体管，具有连接到存储器电容器的栅极和连接到刷新晶体管的一端。

26.根据权利要求20所述的电子装置，其中，所述多个发光像素中的至少一个和所述多个光接收像素中的至少一个共享驱动电压线。

27.根据权利要求20所述的电子装置，其中，所述多个发光像素行中的至少一个插入在所述多个光接收像素行之间。

28.根据权利要求20所述的电子装置，其中，所述多个光接收像素行中的至少一个插入在所述多个发光像素行之间。

29.根据权利要求20所述的电子装置，还包括：发光像素控制器，被配置为独立地控制所述多个发光像素中的每个。

30.根据权利要求20所述的电子装置，还包括：光接收像素控制器，被配置为使用卷帘快门方法或全局快门方法来驱动光接收像素阵列。

31.根据权利要求20所述的电子装置，其中，发光像素阵列包括第一发光像素和第二发光像素，第一发光像素被配置为发射第一波长的光，第二发光像素被配置为发射与第一波长不同的第二波长的光。

32.根据权利要求20至31中的任一项所述的电子装置，其中，生物信息是光电容积描记或血压。

33.一种生物信息测量设备，包括：

发光像素阵列，被配置为将光发射到对象；

光接收像素阵列，被配置为检测被对象反射、散射或透射的光；

发光像素控制器，被配置为驱动发光像素阵列；

光接收像素控制器，被配置为驱动光接收像素阵列；以及

生物信号处理器，被配置为基于由光接收像素阵列检测的信号来测量生物信息，

其中，发光像素阵列包括发光像素，并且其中，发光像素中的每个包括被配置为存储第n发光像素信号的存储电容器和被配置为存储第n+1发光像素信号的存储器电容器，其中，n为正整数，并且

其中，发光像素阵列包括刷新线，刷新线用于同时更新布置在不同像素行中的至少两个或更多个发光像素的发光像素信号。

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