CN116649920A - 一种光学组件、传感器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电子领域，公开了一种光学组件、传感器及电子设备。分别在光学组件的发光部件上方和收光部件上方设置偏振部件，并且将发光部件上方的偏振部件和收光部件上方的偏振部件的偏振态设置为某个角度θ范围，例如θ的范围为85°≤θ≤90°。如此，发光部件上方的偏振部件能够将发光部件发射的非线偏振光转化成线偏振光，线偏振光经过人体的血管层散射后变成非线偏振光，非线偏振光能够透过收光部件上方的偏振部件，并被收光部件接收。而经过人体角质层和表皮层的线偏振光不能透过收光部件上方的偏振部件，降低了传感器的信号干扰。
Description
技术领域
本申请涉及电子领域，尤其涉及一种光学组件、传感器及电子设备。
背景技术
检测设备例如心率检测设备、血氧检测设备等通常使用光电容积脉搏波描记法（photo plethysmo graphic，PPG）实现检测。PPG传感器一般包括发光二极管（lightemitting diode，LED）和光电二极管（photo diode，PD），其中，LED用于发射PPG检测光（下文称为发射光），PD用于接收经过人体反射后的PPG检测光，通过检测反射回来的PPG检测光（下文称为反射光）实现对人体的健康数据监测。
然而，由于人体的运动干扰或者PPG传感器自身元件的透光性（例如PPG传感器中的透光区玻璃），PD可能会接收来自环境的窜光。在一些实施例中，可以通过遮挡的方法，例如通过在PPG传感器中涂油墨、增加挡墙等方式减少环境窜光。但是，上述方法对于环境的窜光无法遮挡彻底，导致PD接收到的反射光（即PPG信号）失真，影响检测设备检测的准确性。
发明内容
为了解决上述环境窜光导致PPG信号失真的问题，本申请提供了一种光学组件、传感器及电子设备。
第一方面，本申请提供一种光学组件，包括：电路板；设置在电路板上的第一发光部件和第一收光部件，其中，对应第一发光部件设置有第一偏振部件，对应第一收光部件设置有第二偏振部件，第一偏振部件的偏振方向与第二偏振部件的偏振方向之间具有第一角度θ，并且85°≤θ≤90°。
可以理解，第一发光部件指的是后文提及的LED，第一收光部件指的是后文提及的PD。
如此，第一发光部件上方的偏振部件能够将第一发光部件的发射光转换为线偏振光，线偏振光中部分被人体的皮肤血管层散射后变成非线偏振光，这部分非线偏振光能够透过第一收光部件上方的偏振部件，并被第一收光部件接收。而线偏振光中部分被人体的皮肤角质层反射后和被人体的表皮层散射后仍然是线偏振光，由于第一发光部件上方的偏振部件和第一收光部件上方的偏振部件的角度设置，这部分线偏振光不能透过第一收光部件上方的偏振部件。其中，线偏振发射光进入人体的皮肤角质层和表皮层的部分为干扰光，这部分干扰光不能通过第一收光部件上方的偏振部件，降低了传感器的信号干扰，提高了信噪比。
在上述第一方面的一种可能实现中，第一偏振部件或第二偏振部件为下列中的至少一种：线偏振片、偏振玻璃。
本申请中，当第一偏振部件或第二偏振部件为偏振玻璃时，可以将具有偏振态的偏振玻璃合成在手表的透光区玻璃上，可以突破普通双射注塑工艺中LED和PD上方出光孔径距离较大的限制，进而降低整机功耗，一定程度上缓解了偏振片损失光能量的弊端。
在上述第一方面的一种可能实现中，透过第一偏振部件的线偏振光，透过第二偏振部件的透过率小于2%。
本申请中，第二偏振部件的设置角度可以为满足当透过第一偏振部件的线偏振光,透过第二偏振部件的透过率小于2%。
在上述第一方面的一种可能实现中，第一角度θ为90°。
在上述第一方面的一种可能实现中，第一偏振部件和第二偏振部件为偏振片，并且第一偏振部件和第二偏振部件的厚度为0.15mm～0.25mm、透过率在20%～60%之间、波长范围在500nm～950nm之间、偏光度大于95%。
在上述第一方面的一种可能实现中，第一偏振部件用于将第一发光部件发射的第一光线转换为第一线偏振光；第二偏振部件用于将第一非线偏振光转换为第二线偏振光后，入射至第一收光部件，其中第一非线偏振光为第一线偏振光经第一物体散射后的光线；并且第二偏振部件用于：阻挡第三线偏振光进入第二偏振部件，其中第三线偏振光为第一线偏振光经第二物体反射后的光线。
在上述第一方面的一种可能实现中，第一物体包括皮肤血管层，第二物体包括皮肤角质层和表皮层。
本申请中，在LED发射光中能够有效检测人体数据的发射光是到达人体的皮肤血管层的发射光，而到达人体的皮肤角质层和表皮层发射光为干扰信号。
在上述第一方面的一种可能实现中，发光部件包括发光二极管，收光部件包括光电二极管。
第二方面，本申请提供一种传感器，包括上述第一方面及上述第一方面的任意一种可能实现的光学组件。
本申请提供的传感器可以为PPG传感器。
第三方面，本申请提供一种电子设备，包括上述第二方面中的传感器。
在上述第三方面的一种可能实现中，当用户佩戴电子设备时，第一发光部件的发射光入射至用户皮肤角质层和表皮层的半强角度小于等于30°。
本申请中，当LED的入射光线为准直光线（即平行光线）时，经过准直光线垂直入射到偏振片后可以几乎100%变成线偏振光。而LED的光线入射到偏振片的角度越大，偏振光的转化效果越差。为了使得LED的光线入射到偏振片后有较高的转化率，本申请优先选取入射半强角度≤30°的LED光线。
在上述第三方面的一种可能实现中，电子设备包括手表、手环。
附图说明
图1（a）根据本申请的一些实施例，示出了一种偏振片的偏振效果示意图；
图1（b）根据本申请的一些实施例，示出了另一种偏振片的偏振效果示意图；
图1（c）根据本申请的一些实施例，示出了另一种偏振片的偏振效果示意图；
图2（a）根据本申请的一些实施例，示出了一种PPG传感器10的结构示意图；
图2（b）根据本申请的一些实施例，示出了一种对比实施例中PPG传感器10的结构示意图；
图3（a）根据本申请的一些实施例，示出了一种人体静止时手表的检测示意图；
图3（b）根据本申请的一些实施例，示出了一种正常的PPG信号的波形示意图；
图3（c）根据本申请的一些实施例，示出了一种人体运动时手表的检测示意图；
图3（d）根据本申请的一些实施例，示出了一种异常PPG信号的波形示意图；
图4根据本申请的一些实施例，示出了一种PPG传感器中光线偏振的原理示意图；
图5根据本申请的一些实施例，示出了一种设置偏振片1和偏振片2的偏振态的流程示意图；
图6根据本申请的一些实施例，示出了一种偏振效果的示意图；
图7根据本申请的一些实施例，示出了一种半强角度为60°的LED光线入射到偏振片1的偏振效果示意图；
图8根据本申请的一些实施例，示出了一种偏振片1和偏振片2记录角度的示意图；
图9（a）根据本申请的一些实施例，示出了一种无偏振片的仿真效果示意图；
图9（b）根据本申请的一些实施例，示出了一种偏振片1、偏振片2和偏振片3结合的仿真效果示意图；
图10根据本申请的一些实施例，示出了一种脉搏波的示意图；
图11根据本申请的一些实施例，示出了一种手表中PPG传感器20的侧视图；
图12(a)根据本申请的一些实施例，示出了一种手表的后壳玻璃的示意图；
图12(b)根据本申请的一些实施例，示出了一种手表的PCB板的示意图；
图13根据本申请的一些实施例，示出了一种手表中PPG传感器20的俯视图；
图14根据本申请的一些实施例，示出了一种不同手表的性能指标差异的示意图。
具体实施方式
本申请实施例包括但不限于一种光学组件、传感器及电子设备。
下面首先对本申请涉及到的术语进行介绍。
（1）PPG传感器
如前所述，PPG传感器包括LED和PD，LED发射的发射光例如绿光,穿过皮肤中的组织和动脉静脉，被吸收和反射之后回到PD中。PD接收到的反射光中，包括对应肌肉、骨骼、静脉和其他组织等的直流信号和对应流动的血液的交流信号。提取PD接收到的反射光转换后的交流信号，就能反映出血液流动的特点，从而可以实现对血氧、心率、脉搏等的检测。
（2）非偏振光和偏振光
非偏振光是指光的振动向各个方向均匀分布的光波。例如LED发出的光和自然光都属于非偏振光。
偏振光是指光矢量的振动方向不变，或具有某种规则地变化的光波。按照其性质,偏振光又可分为平面偏振光（线偏振光）、圆偏振光和椭圆偏振光、部分偏振光几种。如果光波电矢量的振动方向只局限在一确定的平面内，则这种偏振光称为平面偏振光，因为振动的方向在传播过程中为一直线，故又称线偏振光。如果光波电矢量随时间作有规则地改变，即光波电矢量末端轨迹在垂直于传播方向的平面上呈圆形或椭圆形,则称为圆偏振光或椭圆偏振光。如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势，这种偏振光就称为部分偏振光。
（3）偏振片
偏振片是指可以使非偏振光变成偏振光的光学元件。偏振片允许透过某一光波电矢量振动方向的光（此方向称为偏振方向），而吸收与其垂直振动的光，即具有二向色性。
图1（a）中示出了一种偏振片的偏振效果示意图。如图1（a）所示，偏振片01的偏振方向为竖直方向，当非偏振光通过偏振片01时，只有振动方向和偏振片01的偏振方向一致的光波才能通过偏振片01，非偏振光通过偏振片01后，变成竖直方向的偏振光。
图1（b）中示出了另一种偏振片的偏振效果示意图。如图1（b）所示，以图1（a）为基础，增加一个与偏振片01的偏振方向相同的偏振片02。当偏振光通过偏振片02时，偏振光的透射光强最大。
图1（c）中示出了另一种偏振片的偏振效果示意图。如图1（c）所示，以图1（a）为基础，增加一个与偏振片01的偏振方向几乎垂直的偏振片03。当偏振光通过偏振片03时，偏振光几乎不能通过偏振片03，偏振光的透射光强几乎为零。
下面结合附图对本申请的技术方案进行介绍。
本申请提及的检测设备包括具有传感器的任意电子设备，包括但不限于智能手环、手表、真无线耳机（True Wireless Stereo，TWS）等智能可穿戴设备，跑步机等运动健康类设备，智能马桶、智能照明等智能家居设备，体重体脂称、血氧仪、血糖仪等居家健康检测设备。为了便于描述，本申请以手表为例介绍本申请的技术方案。
图2（a）中示出了一种PPG传感器10的结构示意图。如图2（a）所示，PPG传感器10包括微结构20和印制电路板30（Printed Circuit Board，PCB）。其中，微结构20包括PPG传感器10的光学组件，例如，用于向外发射光的LED201,用于接收人体反射光的PD202-1和PD202-2，以及透光区玻璃101。PCB板30贴合在微结构20的下方，用于连接和支撑PPG传感器10。
当PPG传感器10工作时，LED201的发射光Ia传输到人体皮肤，部分发射光Ia会被人体组织吸收，部分发射光Ia经人体的散射和反射变成反射光Ib，反射光Ib部分会被PD202-1和PD202-2接收，转成电信号；其中，反射光Ib会随着人体脉搏的搏动而呈现规律性变化，基于PD检测的电信号的变化即可检测到脉搏波变化情况，进而可以基于脉搏波变化情况确定心率和血氧等人体的健康数据。
可以理解，本申请对于PPG传感器10的结构不做限制，例如微结构20部分可以包括多个LED201和多个PD202-1和PD202-2。当PPG传感器10工作时，多个LED201可以向外发射光，发射光经过人体血液和组织吸收后部分发生反射，多个PD202-1和PD202-2可以接收经过人体的反射光。
可以理解，本申请对透光区玻璃101的材质不做限制，只要能满足LED201和PD202-1和PD202-2的透光需求即可。在一些实施例中，透光区玻璃101的材质为蓝宝石或强化玻璃，蓝宝石和强化玻璃透光性好，且强度较高，在保证透光性的同时，提高了透光区玻璃101的抗冲击性能。
如前所述，由于PPG传感器10自身元件的透光性，例如透光区玻璃101的透光性，PD202-1和PD202-2可能会接收来自环境的窜光Ic（如图2（a）中所示）。在一些实施例中，可以通过遮挡的方法，减少窜光。例如，图2（b）中示出了一种对比实施例中PPG传感器的结构示意图。如图2（b）所示，通过在LED201和PD202-1和PD202-2中间增加挡墙203-1和203-2，可以减少部分环境窜光Ic进入PD202-1和PD202-2。但是，上述方法对于环境的窜光Ic无法遮挡彻底，导致PPG信号失真，影响检测设备检测的准确性。
如前所述，由于人体的运动干扰，PD也可能会接收来自环境的窜光。图3（a）中示出了一种人体静止时手表的检测示意图。如图3（a）所示，当人体静止时，手表紧密贴合人体皮肤，手表中的LED201的发射光Ia经过人体皮肤的散射和反射变成反射光Ib，反射光Ib进入PD202-1和PD202-2。图3（b）中示出了一种正常的PPG信号的波形示意图。如图3（b）所示，PPG信号稳定，能够真实地反映人体的检测数据。图3（c）中示出了一种人体运动时手表的检测示意图。如图3（c）所示，当人体运动时，人体皮肤与手表的透光区玻璃101间出现间隙，空气间隙引入环境窜光Ic。LED201的发射光Ia，经过人体皮肤的反射，反射光Ib进入PD202-1和PD202-2。同时，环境窜光Ic通过间隙进入PD202-1和PD202-2，影响检测的结果。图3（d）中示出了一种异常的PPG信号的波形示意图。如图3（d）所示，当人体运动时，PPG信号波形失真，不能有效反映人体的检测状态。
为了解决上述问题，本申请提出了一种光学组件。具体地，分别在光学组件中发射PPG检测光的LED（即本申请提及的第一发光部件）上方和接收人体反射后的PPG检测光的PD（即本申请提及的第一收光部件）上方设置偏振部件，例如，本申请实施例中LED上方设置的偏振部件可以称为第一偏振部件，PD上方设置的偏振部件可以称为第二偏振部件。并且将LED上方和PD上方的偏振部件的偏振方向之间设置为某个角度范围θ，例如，角度θ的范围为85°≤θ≤90°。如此，LED上方的偏振部件能够将LED的发射光转换为线偏振光（下文称为线偏振发射光），线偏振发射光中部分被人体的皮肤血管层散射后变成非线偏振光，这部分非线偏振光能够透过PD上方的偏振部件，并被PD接收。而线偏振发射光中部分被人体的皮肤角质层反射后和被人体的表皮层散射后仍然是线偏振光，由于LED上方的偏振部件和PD上方的偏振部件的角度设置，这部分线偏振光不能透过PD上方的偏振部件。其中，线偏振发射光进入人体的皮肤角质层和表皮层的部分为干扰光，这部分干扰光不能通过PD上方的偏振部件，降低了传感器的信号干扰，提高了信噪比。
可以理解，LED上方和PD上方的偏振部件的偏振原理是马吕斯定律，公式为（1）：
（1）
公式（1）中，I为经过偏振部件后的透射光强，为经过偏振部件前的光强，/>为入射偏振光的振动方向与偏振光振动方向的夹角。本申请中，当LED上方的偏振部件与PD上方的偏振部件的偏振方向设置成角度θ，当θ的范围为85°≤θ≤90°时，公式（1）中的/>约等于0，经过LED上方的偏振部件的线偏振发射光反射到PD上方的偏振部件的透射光强约等于0，即经过LED上方的偏振部件的线偏振发射光不能进入PD上方的偏振部件。
可以理解，LED上方的偏振部件的数量可以与LED的个数对应；PD上方的偏振部件的数量可以与PD的个数对应。
可以理解，LED上方和PD上方的偏振部件可以为具有偏振功能的任意部件，例如线偏振片、偏振玻璃等，在此不做限制。为了便于描述，本申请以偏振部件为偏振片为例进行介绍。
下面结合实施例，对本申请提供的一种光学组件、传感器及电子设备进行详细介绍。
实施例一
图4示出了一种PPG传感器中光线偏振的示意图。如图4所示，PPG传感器10包括光学组件，光学组件包括微结构20、透光区玻璃101和PCB板30。其中，微结构20贴合在PCB板30的上方，透光区玻璃101在微结构20的顶部。微结构20包括LED201上方的偏振片1和PD202-1上方的偏振片2和PD202-2上方的偏振片3。其中，LED201上方的偏振片1和PD202-1上方的偏振片2的偏振方向设置为某个角度范围θ，例如，θ的范围为85°≤θ≤90°。LED201上方的偏振片1和PD202-2上方的偏振片3的偏振方向设置为某个角度范围θ，例如，θ的范围为85°≤θ≤90°。
在一些实施例中，偏振片1和偏振片2的偏振方向为90°。偏振片1和偏振片3的偏振方向为90°。
在一些实施例中，可以选取偏振片1、偏振片2和偏振片3的参数是：厚度为0.15mm-0.25mm、透过率为20%-60%，例如为40%、波长范围为500nm-950nm。本申请实施例对于选取的偏振片1、偏振片2和偏振片3的参数不做限制。
在一些实施例中，可以选择LED201的发射光的半强角度小于等于30°。也可以根据需要选择不同半强角度的LED201的发射光，其中，半强度角即半值角，是光源中心法线方向向四周张开，中心光强I到衰减50%I之间的夹角。本申请实施例对于LED201的发射光的半强角度不做限制。
下面以LED201的发射光的半强角度为30°，PD202-2接收光为例，对PPG传感器中的光线偏振的原理进行介绍。如图4所示，由LED201的发射光Ia（即本申请提及的第一光线）的光线路径包含以下三种类型。
发射光Ia①经过偏振片1、手表的透光区玻璃101、空气间隙，到达人体的皮肤角质层。当LED201的发射光Ia①经过偏振片1时，偏振片1将LED发射光Ia①中的非线偏振光变为线偏振光（即本申请提及的第一线偏振光）。根据光反射的特性，发射光Ia①经过人体的皮肤角质层的反射后仍然是线偏振光（即本申请提及的第三线偏振光）。由于偏振片1和偏振片3的偏振方向为角度θ，θ的范围为85°≤θ≤90°，根据马吕斯定律的公式（1），反射光Ib①’不能通过偏振片3。
在一些实施例中，偏振片1和偏振片3的偏振方向为90°。
发射光Ia②经过偏振片1、手表的透光区玻璃101、空气间隙，到达人体的皮肤角质层和表皮层。当LED201的发射光Ia②经过偏振片1时，偏振片1将LED201发射光Ia中的非线偏振光变为线偏振光。线偏振光经过人体的皮肤角质层和表皮层（即本申请提及的第二物体）的散射，由于散射作用远小于10次方光子，不足以让偏振光变为非偏振光。因此，经过人体的皮肤角质层和表皮层的散射后，反射光Ib②’仍然是偏振光。由于偏振片1和偏振片3的偏振方向为角度θ，θ的范围为85°≤θ≤90°，根据马吕斯定律的公式（1），反射光Ib②’将不能通过偏振片3。
发射光Ia③经过偏振片1、手表的透光区玻璃101、空气间隙，到达人体的皮肤血管层。当LED201的发射光Ia③经过偏振片1时，偏振片1将LED发射光Ia中的非线偏振光变为线偏振光。线偏振光经过人体的皮肤血管层（即本申请提及的第一物体）的散射，由于血管层介质的散射效果很强，足以将线偏振光解偏（即将线偏振光变为非线偏振光，即本申请提及的第一非线偏振光）。解偏后反射光Ib③’的能够通过偏振片3（即本申请提及的第二线偏振光），到达PD202-2。
由于，在LED201的发射光Ia中能够有效检测人体数据的发射光是到达人体的皮肤血管层的发射光Ia③，而到达人体的皮肤角质层的发射光Ia①和人体的皮肤角质层和表皮层发射光Ia②为干扰信号。本申请通过在手表的PPG传感器中的LED201的上方设置偏振片1，在PD202-1上方的偏振片2和PD202-2上方的偏振片3，并且将偏振片1和偏振片2的偏振方向设置为某个角度范围θ，例如，θ的范围为85°≤θ≤90°，将偏振片1和偏振片3的偏振方向设置为某个角度范围θ，例如，θ的范围为85°≤θ≤90°。使得干扰信号反射光Ib①’和反射光Ib②’不能进入PD202-1和PD202-2，降低了PPG传感器的信号干扰，提高了信噪比。
图5示出了一种设置偏振片1和偏振片2的偏振态的流程示意图，如图5所示，包括：
S101：将偏振片1放置在透过率仪的载物台上，并记录透过率值。
表1
如表1所示，当LED发射光的波长为530nm时，偏振片1的透过率为42.72%；当LED发射光的波长为660nm时，偏振片1的透过率为43.70%；当LED发射光的波长为940nm时，偏振片1的透过率为92.70%。
在一些实施例中，可以通过仿真软件，例如Matlab（一种仿真软件）、Comsol（一种仿真软件）、Lighttools（一种仿真软件）等测试偏振片1的偏振效果。图6示出了一种偏振效果的示意图。如图6所示，横坐标表示X分区数，纵坐标表示Y分区数。不同位置的光线均变成了一个方向，即竖直偏振的方向，表明偏振片1的达到了偏振LED光线的效果。
在一些实施例中，当LED的入射光线为准直光线（即平行光线）时，经过准直光线垂直入射到偏振片1后可以几乎100%变成线偏振光。而LED的光线入射到偏振片1的角度越大，偏振光的转化效果（即将LED中的非线偏振光转化成线偏振光的转化效果）越差。图7示出了一种半强角度为60°的LED光线入射到偏振片1的偏振效果示意图。如图7所示，x轴为X分区数，y轴为Y分区数。图7的正中间，即X分区数为10、Y分区数为10的位置，偏振效果最佳。越偏离中心的位置，光线的角度不一致，即偏振的效果越差，即非线偏振光转化成线偏振光的转化率越低。为了使得LED的光线入射到偏振片1后有较高的转化率，本申请实施例优先选取入射半强角度≤30°的LED光线。
在一些实施例中，当用户佩戴电子设备时，第一发光部件的发射光入射至用户皮肤角质层和表皮层的半强角度小于等于30°。
S102：将线性偏振片2放在偏振片1上方，并旋转偏振片2,找到透过率小于2%时的偏振片2的角度。
LED持续发射光线，旋转偏振片2，通过透过率仪找到透过率小于2%时的偏振片2的角度。
在一些实施例中，经透过率测试，当放置在偏振片1上方的偏振片2的透过率小于2%时，可以认为偏振片1与偏振片2相互垂直。可以理解，在本申请提及的传感器中，偏振片2的设置角度可以为满足当透过偏振片1（即本申请提及的第一偏振部件）的线偏振光，透过偏振片2（即本申请提及的第二偏振部件）的透过率小于2%。
在一些实施例中，可以人工调节偏振片1和偏振片2的角度，并通过透过率仪检测偏振片1和偏振片2的透过率，将满足透过偏振片1的线偏振光，透过偏振片2的透过率小于2%的偏振片1和偏振片2的角度设置在本申请提及的传感器中。
表2
如表2所示，当LED发射光的波长为530nm时，偏振片2的透过率为0.98%；当LED发射光的波长为660nm时，偏振片2的透过率为1.16%；当LED发射光的波长为940nm时，偏振片1的透过率为82.87%。
S103：记录与偏振片1垂直的角度，并做好标记，记为偏振片2的角度。
将偏振片1与偏振片2垂直的角度做标记，例如可以通过带箭头的线条记录角度。图8示出了一种偏振片1和偏振片2记录角度的示意图。如图8所示，虚线的方向分别为偏正片1和偏振片2的偏振方向。
S104：按照记录的角度，将偏振片1贴合在LED的上方，将偏振片2贴合在PD的上方。
将偏振片1贴合在LED的上方，与偏振片1的偏振态垂直的偏振片2贴合在PD的上方。
在一些实施例中，可以通过仿真软件，例如Matlab（一种仿真软件）、Comsol（一种仿真软件）等测试偏振片2的偏振效果。图9（a）示出了一种无偏振片的仿真效果示意图。如图9（a）所示，当手表后壳玻璃下无偏振片时，由LED201发射的光线，存在窜光光线入射到PD202-1中，对PPG信号造成干扰。图9（b）示出了一种偏振片1、偏振片2和偏振片3结合的仿真效果示意图。如图9（b）所示，将偏振片1设置在LED201的上方，将偏振片2设置在PD202-1的上方，将偏振片3设置在PD202-2的上方。由LED201发射的光线进入PD202-1和PD202-2中，窜光量为0。由此可见，在PPG传感器中加入了偏振片1、偏振片2和偏振片3彻底消除了窜光，使得PPG信号能够反映人体真实的测量信号。
在一些实施例中，可以通过仿真软件例如Matlab（一种仿真软件）、Comsol（一种仿真软件）、Lighttools（一种仿真软件）等获取本申请实施例中的PPG信号的灌注指数（perfusion index，PI）。根据PI的公式（2）：
（2）
公式（2）中，PI为灌注指数，AC为脉搏波的振动幅度（即反射光中的交流信号），DC为脉搏波的基线（即反射光中的直流信号）。PI值反映了脉动血流情况，即反映了血流灌注能力。图10示出了一种脉搏波的示意图。如图10所示，横坐标表示时间t，纵坐标表示电信号，根据脉搏波的振动幅度和基线值（波谷值），并根据公式（2），可以得出如表3所示的PI值。示例1的PI值为0.056608845；示例2的PI值为0.056616554；示例3的PI值为0.053660313。PI值反映了血流灌注能力，脉动的血流越大，脉动分量就越多，PI值就越大。
表3
为了更清楚地阐述本申请方案，下面通过实施例二对本申请中的光学组件、传感器及电子设备做进一步描述。
实施例二
本申请实施例二公开了一种传感器20，如图11所示，传感器20包括微结构40、透光区玻璃101和PCB板30。其中，微结构40贴合在PCB板30的上方，透光区玻璃101在微结构40的顶部。微结构40包括偏振片1、偏振片2、偏振片3、LED201、PD202-1、PD202-2。其中，偏振片1设置在LED201的上方，偏振片2设置在PD202-1的上方，偏振片3设置在PD202-2的上方。其中，偏振片1和偏振片2的偏振方向设置为某个角度范围θ，例如，θ的范围为85°≤θ≤90°。偏振片1和偏振片3的偏振方向设置为某个角度范围θ，例如，θ的范围为85°≤θ≤90°。
由LED201发射的光线透过偏振片1，变成线偏振光。经过人体的皮肤血管层散射的光线为检测的有效光线，散射后线偏振光变成非线偏振光，可以透过偏振片2和偏振片3，并被PD202-1和PD202-2接收，进而分析人体的检测数据。
在一些实施例中，偏振片1、偏振片2和偏振片3的直径范围可以设置为2.8mm-3.4mm，可以保证得到最高的灌注率的同时降低功耗。偏振片1、偏振片2和偏振片3的光学参数可以设置成：波长为525nm或660nm，可作用于半光角度小于60°的光源，偏光度大于95%。偏振片1、偏振片2和偏振片3的参数可以根据需要设定，在此不做限制。
在一些实施例中，可以采用带有纹理结构的偏振片1、偏振片2和偏振片3，纹理结构包括分布的复数小短线，通过凸起和凹陷的设计能够实现不同的光影效果。
在一些实施例中，可以将偏振片1、偏振片2和偏振片3替换成带有偏振态的偏振玻璃。图12（a）中示出了一种手表的后壳玻璃的示意图。如图12（a）所示，将偏振玻璃1、偏振玻璃2和偏振玻璃3合成在手表的透光区玻璃101上，即采用手表的后壳玻璃替代透光区玻璃101，可以突破普通双射注塑工艺中LED和PD上方出光孔径距离较大的限制，进而降低整机功耗，一定程度上缓解了偏振片损失光能量的弊端。图12（b）中示出了一种手表的PCB板的示意图。如图12（b）所示，包含偏振片1、偏振片2和偏振片3的PPG传感器贴合在PCB板30的上方，PCB30板起到支撑和连接的电路的作用。
图13中示出了一种手表中PPG传感器20的俯视图。如图13所示，偏振片1贴合在LED201的上方，偏振片2贴合在PD202-1的上方，偏振片1和偏振片2的偏振态设置为某个角度范围θ，例如，θ的范围为85°≤θ≤90°。例如，偏振片1的偏振方向为水平偏振方向，偏振片2的偏振方向为竖直偏振方向。偏振片3贴合在PD202-2的上方，偏振片1和偏振片3的偏振态设置为某个角度范围θ，例如，θ的范围为85°≤θ≤90°。例如，偏振片1的偏振方向为水平偏振方向，偏振片3的偏振方向为竖直偏振方向。
在一些实施例中，可以通过仿真软件例如Matlab（一种仿真软件）、Comsol（一种仿真软件）、Lighttools（一种仿真软件）等获取本申请实施例中的PPG信号的灌注指数和窜光量。图14中示出了一种不同手表的性能指标差异的示意图。如图14所示，有偏振片的手表的PI均值为0.005，无偏振片的手表的PI值为0.008。可以理解，有偏振片的手表的PI值相较于无偏振片的手表的PI值提升了60%。有偏振片的手表的窜光量为6.53E-08W，无偏振片的手表的窜光量为0。由此可见，带有偏振片的手表的窜光量降低至0，PI值明显提升。
此外，从图14还可以看出有偏振片的手表的收光能量为2.00E-5W，无偏振片的手表的收光能量为4.88E-6W。根据仿真软件，也可以对有偏振片和无偏振片的手表的其他光学指标进行分析，比如出光角度、出光类型、收光能量分布等，在此不再赘述。
本申请通过在手表的透光区玻璃的下表面、LED的上方贴合偏振部件，在手表的透光区玻璃的下表面、PD的上方贴合偏振部件，并设置LED的上方贴合的偏振部件和PD的上方贴合的偏振部件的偏振态为角度θ，θ的范围为85°≤θ≤90°，使得进入皮肤角质层和表皮层的光线不能进入PD，降低了传感器的信号干扰，提高了信噪比。
在附图中，可以以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而，应该理解，可能不需要这样的特定布置和/或排序。而是，在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外，在特定图中包括结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征，并且在一些实施例中，可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。
需要说明的是，本申请各设备实施例中提到的各单元/模块都是逻辑单元/模块，在物理上，一个逻辑单元/模块可以是一个物理单元/模块，也可以是一个物理单元/模块的一部分，还可以以多个物理单元/模块的组合实现，这些逻辑单元/模块本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元/模块所实现的功能的组合才是解决本申请所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本申请的创新部分，本申请上述各设备实施例并没有将与解决本申请所提出的技术问题关系不太密切的单元/模块引入，这并不表明上述设备实施例并不存在其它的单元/模块。
需要说明的是，在本专利的示例和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然通过参照本申请的某些优选实施例，已经对本申请进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的范围。
Claims (12)
1.一种光学组件，其特征在于，包括：
电路板；
设置在所述电路板上的第一发光部件和第一收光部件，其中，
对应所述第一发光部件设置有第一偏振部件，对应所述第一收光部件设置有第二偏振部件，所述第一偏振部件的偏振方向与所述第二偏振部件的偏振方向之间具有第一角度θ，并且85°≤θ≤90°。
2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述第一偏振部件或所述第二偏振部件为下列中的至少一种：
线偏振片、偏振玻璃。
3.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，透过所述第一偏振部件的线偏振光，透过所述第二偏振部件的透过率小于2%。
4.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述第一角度θ为90°。
5.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述第一偏振部件和所述第二偏振部件为偏振片，并且所述第一偏振部件和所述第二偏振部件的厚度为0.15mm～0.25mm、透过率在20%～60%之间、波长范围在500nm～950nm之间、偏光度大于95%。
6. 根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述第一偏振部件用于将所述第一发光部件发射的第一光线转换为第一线偏振光；
所述第二偏振部件用于：将第一非线偏振光转换为第二线偏振光后，入射至所述第一收光部件，其中所述第一非线偏振光为所述第一线偏振光经第一物体散射后的光线；并且
所述第二偏振部件用于：阻挡第三线偏振光进入所述第二偏振部件，其中所述第三线偏振光为所述第一线偏振光经第二物体反射后的光线。
7.根据权利要求6所述的光学组件，其特征在于，所述第一物体包括皮肤血管层，所述第二物体包括皮肤角质层和表皮层。
8.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述发光部件包括发光二极管，所述收光部件包括光电二极管。
9.一种传感器，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的光学组件。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9所述的传感器。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，当用户佩戴所述电子设备时，第一发光部件的发射光入射至用户皮肤角质层和表皮层的半强角度小于等于30°。
12.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括手表、手环。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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