CN206565941U - 一种改进型反射式光电传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种改进型反射式光电传感器，其包括基板；遮光框，设置于基板上，遮光框将基板划分为三个互不相通的第一光学发射区、第二光学发射区以及光学感应区；LED，设置于第一光学发射区和第二光学发射区，用于发射光；光电传感器，设置于光学感应区，用于接受反射光。本实用新型一种新型反射式光电传感器结构简单，大大简化了光学结构，易于设计和量化生产，并且采用遮光框压合上基板，遮光框将基板分成了互不相通的三个区域，可以有效避免LED光对侦测的影响，且设置的两个光学发射区可以有效提高LED发光面积，保证测量的准确性。

Description

一种改进型反射式光电传感器

技术领域

本实用新型涉及一种改进型反射式光电传感器。

背景技术

传感器测量脉率和血氧饱和度的原理被称为光学体积描记法(PPG)，换句话说，光学测量的是血管中血流量变化。这种方法利用这个原理：动脉中输送的血流量随心脏泵送周期呈现有规律的变化。心脏有节奏地按一定周期泵血(心脏收缩)和抽血(心脏舒张)。这意味着在心脏收缩阶段会有更多的血流经动脉，在心脏舒张阶段血流则较少。通过测量身体某个特定部位的血流量变化，就可以从被测信号的周期性得到脉率。

血流量的测量依据的是血液中的血红蛋白吸收光线的能力(如图1所示)。传感器由彼此紧邻放置的光源和检测器组成，测量时需直接放在皮肤上。发出的光渗透进皮肤、组织和血管，并被吸收、发射和反射。检测器记录的反射光强度将根据流经动脉的血流量变化而变化(如图2所示)。反射光脉搏测量原理如下：传感器发出的光透过皮肤和组织，一部分被吸收，一部分被反射回检测器。因为动脉中的血流量随心脏的每次跳动会有所变化，因此光线被吸收的量以及检测器收到的信号强度也会随之发生改变。

然而，在测试的过程中有多个影响PPG信号质量因素，如PPG信号的分析是最重要的环节，需要从采样数据中抽取部分信号用于心率统计，当然不可避免其信号也包括环境光，静脉等组织和动态噪声，这些因素限制了心率信号的质量。

故一种可以有效降低周围环境光影响，准确测出脉率的一种改进型反射光电传感器亟待提出。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种改进反射光电传感器，该传感器结构简单，可以有效降低周围环境光的影响，准确测出脉率。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种改进型反射式光电传感器，包括基板，还包括：遮光框，设置于基板上，遮光框将基板划分为三个互不相通的第一光学发射区、第二光学发射区以及光学感应区；LED，设置于第一光学发射区和第二光学发射区，用于发射光；光电传感器，设置于光学感应区，用于接受反射光。

本实用新型一种新型反射式光电传感器结构简单，大大简化了光学结构，易于设计和量化生产，并且采用遮光框压合上或贴合上基板，遮光框将基板分成了互不相通的三个区域，可以有效避免LED光对侦测的影响，且设置的两个光学发射区可以有效提高LED发光面积，保证测量的准确性。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，第一光学发射区和第二光学发射区分别设置于光学感应区的相对两侧。

采用上述优选的方案，保证第一光学发射区和第二光学发射区互不影响干扰，且便于光学感应区接收反射光，进行光学检测。

作为优选的方案，在第一光学发射区、第二光学发射区和光学感应区的四周均设置有遮光框。

采用上述优选的方案，可以有效消除周围环境光对侦测的影响。

作为优选的方案，光电传感器为搭载有窄带滤光薄膜的光电二极管，窄带滤光薄膜贴附于该光电二极管表面，或光电传感器为搭载有窄带滤光片的光电二极管，窄带滤光片设置于光学感应区的上方。

采用上述优选的方案，光电二极管搭载了窄带滤光薄膜或窄带滤光片，能够降低周围环境光干扰影响，准确测出脉搏波。

作为优选的方案，在LED上封装有胶体，且该胶体的截面呈凹形或胶体的表面呈平面。

采用上述优选的方案，设置于LED上凹形的胶体保证LED发光面积相对集中，胶体的表面呈平面更便于生产。

作为优选的方案，在光电传感器上封装有胶体，且该胶体的截面呈凸形或胶体的表面呈平面。

采用上述优选的方案，设置于光电传感器上凸形的胶体有利于反射光的汇聚，增强侦测敏感度，胶体的表面呈平面更便于生产。

作为优选的方案，在光学感应区设置有一个、两个或四个光电传感器；设置为一个光电传感器时，在该光电传感器芯片内设有一个、两个或四个光电感应面，设置为两个光电感应面时，两个光电感应面呈L形设置；设置为四个光电感应面时，四个光电感应面呈“口”字形设置；设置为两个光电传感器时，两个光电传感器呈L形设置；设置为四个光电传感器时，四个光电传感器呈L形设置。

采用上述优选的方案，一个光电传感器成本低，而采用两个呈L形分布设置的光电传感器或四个呈“口”字形分布设置的光电传感器可以有效增大光感应面积，且考到血流方向对侦测精度的影响，有效消除后端放大器所产生的噪声，消除动态误差，准确度高。而一个光电传感器芯片内设有一个、两个或四个光电感应面，其结构更精密，且也可以起到消除动态误差的效果。

作为优选的方案，在第一光学发射区设置有两个绿光LED。

采用上述优选的方案，搭载了两个绿光LED，有利于受光信号的稳定性，且选用的绿光对外界温度变化造成的信号漂移最小。绿光可以在手腕处提供最佳结果。

作为优选的方案，在第二光学发射区设置有一个红外光LED和/或一个绿光LED。

采用上述优选的方案，根据具体的情况选择具体的LED。

作为优选的方案，在第二光学发射区设置有一个红外光LED和一个红光LED。

采用上述优选的方案，根据具体的情况选择具体的LED。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的传感器测量脉率原理图。

图2为本实用新型实施例提供的反射光脉搏测量原理图。

图3为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之一。

图4为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的剖视图之一。

图5为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的剖视图之二。

图6为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的剖视图之三。

图7为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之二。

图8为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之三。

图9为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之四。

图10为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之五。

图11为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之六。

图12为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之七。

图13为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之八。

图14为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之九。

图15为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之十。

图16为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之十一。

图17为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之十二。

图18为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之十三。

图19为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之十四。

图20为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之十五。

图21为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之十六。

图22为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之十七。

图23为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之十八。

图24为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之十九。

图25为本实用新型实施例提供的改进型反射式光电传感器的结构图之二十。

其中：1基板、11第一光学发射区、12第二光学发射区、13光学感应区、2遮光框、21出入光孔、3绿光LED、4光电传感器、41光电感应面、5红外光LED、6红光LED、7窄带滤光片。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施方式。

为了达到本实用新型的目的，一种改进型反射式光电传感器的其中一些实施例中，

如图3和4所示，一种改进型反射式光电传感器，基板1、遮光框2、两个绿光LED3、一个红外光LED5以及一个光电传感器4，在一个光电传感器4内设有一个光电感应面41。

遮光框2设置于基板1上，遮光框2将基板1划分为三个互不相通的第一光学发射区11、第二光学发射区12以及光学感应区13。在第一光学发射区11、第二光学发射区12以及光学感应区13的四周均设置有遮光框2，可以有效消除周围环境光对侦测的影响。第一光学发射区11和第二光学发射区12分别设置于光学感应区13的相对两侧，保证第一光学发射区11和第二光学发射区12互不影响干扰，且便于光学感应区13接收反射光，进行光学检测。

两个绿光LED3设置于第一光学发射区11，用于发射绿光，搭载了两个绿光LED3，有利于受光信号的稳定性，且选用的绿光对外界温度变化造成的信号漂移最小。绿光可以在手腕处提供最佳结果。

一个红外光LED5设置于第二光学发射区12，红外光LED5发出的红外光穿透力强。

光电传感器4设置于光学感应区13，用于接受反射光，光电传感器4为搭载有窄带滤光薄膜的光电二极管，光电二极管搭载了窄带滤光薄膜，能够降低周围环境光干扰影响，准确测出脉搏波。

遮光框2的宽度为0.2mm～1.5mm，在保证遮光效果的同时，更节省材料，结构更精密。遮光框2采用的是条形的框架结构。

遮光框2的高度大于或等于绿光LED3和光电传感器4的高度，保证遮光效果。

传统的传感器，即使将其正确放置在皮肤上，环境光线也可能到达接收器，因为环境中的红外光能够透进皮肤很深，并在内部发散，环境光将对信噪比产生负面影响，因此需要尽可能地加以抑制。本申请采用遮光框2对环境光进行限制，同时采用窄带滤光薄膜进行滤波，最大灵敏度地从红外光谱转换到可见光谱。

且随着薄膜芯片技术的发展，使得生产具有约30nm窄频谱带宽的高效率LED成为可能。这种技术还确保了更高的系统效率，因为薄膜LED几乎是从顶部发射全部的光线，因此基本上所有光线都可以得到充分利用。设计也必须确保波长在整个测量中保持稳定，虽然在测量过程中芯片会有温升。除了LED良好的热稳定性外，短脉冲也是保持波长稳定的一种好方法。小于0.3ms的脉冲长度、重复率约2ms的脉冲是比较理想的，波长的选择取决于想做的测量。

故在本实施例中，对于戴在手腕上的新型反射式传感器来说，最好使用波长约530nm的绿光LED3。

本实用新型提出一种把两个高亮度绿光LED3发光器件、一个红外光LED5发光器件以及带光学滤波器的高灵敏度Si-PIN光电二极管受光器件单片集成的贴片式封装型反射式光电传感器，其结构简单，大大简化了光学结构，易于设计和量化生产，并且采用遮光框2压合上或贴合上基板1，遮光框2将基板1分成了互不相通的三个区域，可以有效避免LED光对侦测的影响。且设置的两个光学发射区可以有效提高LED发光面积，保证测量的准确性。

本实用新型一种改进型反射光电传感器可以准确测出脉率，血压，血糖，血氧等。

如图5所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，遮光框2采用的是密封的壳体，遮光框2盖设在基板1上，内部形成封闭的腔体，在第一光学发射区11、第二光学发射区12和光学感应区13的遮光框2上分别设有出入光孔21，便于光线的射出和射入。

如图6所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，光电传感器4为搭载有窄带滤光片7的光电二极管，窄带滤光片7设置于光学感应区13的上方。

采用上述优选的方案，光电二极管搭载了窄带滤光片7，能够降低周围环境光干扰影响，准确测出脉搏波，且结构简单，安装便捷。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在绿光LED3和红外光LED5上封装有胶体，且该胶体的截面呈凹形或胶体的表面呈平面。

采用上述优选的方案，设置于绿光LED3和红外光5上凹形的胶体保证LED发光面积相对集中，胶体的表面呈平面更便于生产。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在光电传感器4上封装有胶体，且该胶体的截面呈凸形或胶体的表面呈平面。

采用上述优选的方案，设置于光电传感器4上凸形的胶体有利于反射光的汇聚，增强侦测敏感度，胶体的表面呈平面更便于生产。

如图7所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在光学感应区13设置有一个光电传感器4，在该光电传感器4芯片内设有两个光电感应面41，两个光电感应面41呈L形设置。

采用上述优选的方案，一个光电传感器4成本低，两个设置呈L形的光电感应面41，其结构更精密，且可以起到消除动态误差的效果。

如图8所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在光学感应区13设置有一个光电传感器4，在该光电传感器4芯片内设有四个光电感应面41，四个光电感应面41呈口字形设置。

采用上述优选的方案，一个光电传感器4成本低，四个设置呈口形的光电感应面41，其结构更精密，且可以起到消除动态误差的效果。

如图9所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在光学感应区13设置有两个光电传感器4时，两个光电传感器4呈L形设置。

采用上述优选的方案，采用两个呈L形分布设置的光电传感器4可以有效增大光感应面积，且考到血流方向对侦测精度的影响，有效消除后端放大器所产生的噪声，消除动态误差，准确度高。

如图10所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在光学感应区13设置有四个光电传感器4时，四个光电传感器4呈口字形设置。

采用上述优选的方案，采用四个呈“口”字形分布设置的光电传感器可以有效增大光感应面积，且考到血流方向对侦测精度的影响，有效消除后端放大器所产生的噪声，消除动态误差，准确度高。

如图11所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在第二光学发射区12设置有一个绿光LED3。

进一步，在绿光LED3上封装有胶体，且该胶体的截面呈凹形或胶体的表面呈平面。

进一步，在光学感应区13设置有一个光电传感器4时，在该光电传感器4芯片内设有两个光电感应面41，两个光电感应面41呈L形设置，如图12所示。

或在光学感应区13设置有一个光电传感器4时，在该光电传感器4芯片内设有四个光电感应面41，四个光电感应面41呈“口”字形设置，如图13所示。

或在光学感应区13设置有两个光电传感器4时，两个光电传感器4呈L形设置，如图14所示。

或在光学感应区13设置有四个光电传感器4时，四个光电传感器4呈“口”字形设置，如图15所示。

如图16所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在第二光学发射区13设置有一个红外光LED5和一个绿光LED3。

进一步，在绿光LED3和红外光LED5上封装有胶体，且该胶体的截面呈凹形或胶体的表面呈平面。

进一步，在光学感应区13设置有一个光电传感器4时，在该光电传感器4芯片内设有两个光电感应面41，两个光电感应面41呈L形设置，如图17所示。

或在光学感应区13设置有一个光电传感器4时，在该光电传感器4芯片内设有四个光电感应面41，四个光电感应面41呈“口”字形设置，如图18所示。

或在光学感应区13设置有两个光电传感器4时，两个光电传感器4呈L形设置，如图19所示。

或在光学感应区13设置有四个光电传感器4时，四个光电传感器4呈“口”字形设置，如图20所示。

如图21所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在第二光学发射区13设置有一个红外光LED5和一个红光LED6。

进一步，在红外光LED5和红光LED6上封装有胶体，且该胶体的截面呈凹形或胶体的表面呈平面。

进一步，在光学感应区13设置有一个光电传感器4时，在该光电传感器4芯片内设有两个光电感应面41，两个光电感应面41呈L形设置，如图22所示。

或在光学感应区13设置有一个光电传感器4时，在该光电传感器4芯片内设有四个光电感应面41，四个光电感应面41呈“口”字形设置，如图23所示。

或在光学感应区13设置有两个光电传感器4时，两个光电传感器4呈L形设置，如图24所示。

或在光学感应区13设置有四个光电传感器4时，四个光电传感器4呈“口”字形设置，如图25所示。

以上的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种改进型反射式光电传感器，包括基板，其特征在于，还包括：

遮光框，设置于所述基板上，所述遮光框将所述基板划分为三个互不相通的第一光学发射区、第二光学发射区以及光学感应区；

LED，设置于所述第一光学发射区和所述第二光学发射区，用于发射光；

光电传感器，设置于所述光学感应区，用于接受反射光。

2.根据权利要求1所述的改进型反射式光电传感器，其特征在于，所述第一光学发射区和所述第二光学发射区分别设置于所述光学感应区的相对两侧。

3.根据权利要求2所述的改进型反射式光电传感器，其特征在于，在所述第一光学发射区、第二光学发射区和所述光学感应区的四周均设置有遮光框。

4.根据权利要求3所述的改进型反射式光电传感器，其特征在于，所述光电传感器为搭载有窄带滤光薄膜的光电二极管，所述窄带滤光薄膜贴附于该光电二极管表面，或所述光电传感器为搭载有窄带滤光片的光电二极管，所述窄带滤光片设置于所述光学感应区的上方。

5.根据权利要求4所述的改进型反射式光电传感器，其特征在于，在所述LED上封装有胶体，且该胶体的截面呈凹形或胶体的表面呈平面。

6.根据权利要求5所述的改进型反射式光电传感器，其特征在于，在所述光电传感器上封装有胶体，且该胶体的截面呈凸形或胶体的表面呈平面。

7.根据权利要求1-6任一项所述的改进型反射式光电传感器，其特征在于，在所述光学感应区设置有一个、两个或四个所述光电传感器；

设置为一个所述光电传感器时，在该所述光电传感器芯片内设有一个、两个或四个光电感应面，设置为两个光电感应面时，两个所述光电感应面呈L形设置；设置为四个所述光电感应面时，四个所述光电感应面呈“口”字形设置；

设置为两个所述光电传感器时，两个所述光电传感器呈L形设置；

设置为四个所述光电传感器时，四个所述光电传感器呈L形设置。

8.根据权利要求7所述的改进型反射式光电传感器，其特征在于，在所述第一光学发射区设置有两个绿光LED。

9.根据权利要求8所述的改进型反射式光电传感器，其特征在于，在所述第二光学发射区设置有一个红外光LED和/或一个绿光LED。

10.根据权利要求8所述的改进型反射式光电传感器，其特征在于，在所述第二光学发射区设置有一个红外光LED和一个红光LED。