CN216854667U - 生物特征信息的检测装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种生物特征信息的检测装置和电子设备，能有效实现多种生物特征信息的检测。适用于具有液晶显示屏的电子设备，液晶显示屏包括背光模组，背光模组包括远离液晶显示屏的反射膜，检测装置包括：至少两种光源，包括第一光源和第二光源，第一光源为外置红外光源，第二光源为红光光源；感光组件，设置在背光模组下方，用于接收第一光源发出的经由液晶显示屏上方的用户的手指反射或透射并穿过反射膜的第一光信号和第二光源发出的经由手指反射或透射并穿过反射膜的第二光信号，还用于将第一光信号转换为第一PPG信号且将第二光信号转换为第二PPG信号；第一光信号用于指纹识别，第一PPG信号和第二PPG信号用于检测用户的血氧。

Description

生物特征信息的检测装置和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及生物识别技术领域，并且更具体地，涉及一种生物特征信息的检测装置和电子设备。

背景技术

近年来，随着电子技术的快速发展，消费者对各种电子设备的功能需求增多，如何通过电子设备实时监测人体的多种生物特征信息，以便于用户随时了解其自身的身体状态，以起到预防疾病的作用，受到人们的广泛关注。

屏下生物特征识别越来越被消费者接受和喜爱，屏下生物特征识别在有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏的应用已经越来越多。然而，屏下多种生物特征识别在液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)中的应用较少。

实用新型内容

本申请实施例提供一种生物特征信息的检测装置和电子设备，可以有效实现多种生物特征信息的检测。

第一方面，提供了一种生物特征信息的检测装置，适用于具有液晶显示屏的电子设备，所述液晶显示屏包括背光模组，所述背光模组包括远离所述液晶显示屏的反射膜，所述检测装置包括：至少两种光源，包括第一光源和第二光源，所述第一光源为外置红外光源，所述第二光源为红光光源；感光组件，设置在所述背光模组下方，用于接收所述第一光源发出的经由所述液晶显示屏上方的用户的手指反射或透射并穿过所述反射膜的第一光信号，以及用于接收所述第二光源发出的经由所述手指反射或透射并穿过所述反射膜的第二光信号，所述感光组件还用于将所述第一光信号转换为第一PPG信号且将所述第二光信号转换为第二PPG信号；其中，所述第一光信号用于指纹识别，所述第一PPG信号和所述第二PPG信号用于检测所述用户的血氧。

在一些可能的实施例中，所述红光光源为外部光源，且设置在所述背光模组下方。

在一些可能的实施例中，所述红光光源为所述液晶显示屏的背光源。

在一些可能的实施例中，所述反射膜的红光透过率大于或等于10％。

在一些可能的实施例中，所述感光组件包括指纹传感器芯片。

在一些可能的实施例中，所述指纹传感器芯片包括第一区域，所述第一区域用于分时接收所述第一光信号和所述第二光信号。

在一些可能的实施例中，还包括第一滤光片，设置在所述第一区域上方，用于透过所述第一光信号和所述第二光信号，且用于滤掉除所述第一光信号和所述第二光信号之外的光信号。

在一些可能的实施例中，所述指纹传感器芯片包括第二区域和第三区域，所述第二区域用于接收所述第一光信号，所述第二区域接收的所述第一光信号用于指纹识别，所述第三区域用于分时接收所述第一光信号和所述第二光信号，所述第三区域对应的所述指纹传感器芯片用于将所述第一光信号和所述第二光信号转换为所述第一PPG信号和所述第二PPG信号。

在一些可能的实施例中，还包括：第二滤光片，设置在所述指纹传感器芯片的第二区域上方，用于透过所述第一光信号，且用于滤掉除所述第一光信号之外的光信号；第三滤光片，设置在所述指纹传感器芯片的第三区域上方，用于透过所述第一光信号和所述第二光信号，且用于滤掉除所述第一光信号和所述第二光信号之外的光信号。

在一些可能的实施例中，所述感光组件包括指纹传感器芯片和独立于所述指纹传感器芯片设置的生物特征传感器芯片；其中，所述指纹传感器芯片用于接收所述第一光信号，所述生物特征传感器芯片用于接收所述第一光信号和所述第二光信号且用于将所述第一光信号和所述第二光信号分别转换为所述第一PPG信号和所述第二PPG信号。

在一些可能的实施例中，所述生物特征传感器芯片包括第一光探测器，所述第一光探测器用于分时接收所述第一光信号和所述第二光信号。

在一些可能的实施例中，所述检测装置还包括：第四滤光片，设置在所述第一光探测器上方，用于透过所述第一光信号和所述第二光信号，且用于滤掉除所述第一光信号和所述第二光信号之外的光信号。

在一些可能的实施例中，所述生物特征传感器芯片包括第二光探测器和第三光探测器，所述第二光探测器用于接收所述第一光信号，所述第三光探测器用于接收所述第二光信号。

在一些可能的实施例中，所述检测装置还包括：第五滤光片，设置在所述第二光探测器上方，用于透过所述第一光信号，且用于滤掉除所述第一光信号之外的光信号；第六滤光片，设置在第三光探测器上方，用于透过所述第二光信号，且用于滤掉除所述第二光信号之外的光信号。

在一些可能的实施例中，所述背光模组还包括钢板，设置在所述反射膜下方，所述钢板上形成有开孔，所述感光组件设置在所述开孔的下方，所述感光组件用于接收所述第一光源发出的经由所述用户的手指反射或透射并穿过所述反射膜和所述开孔的所述第一光信号，以及用于接收所述第二光源发出的经由所述手指反射或透射并穿过所述反射膜和所述开孔的所述第二光信号。

在一些可能的实施例中，所述红外光源设置在所述背光模组下方；或者所述红外光源设置在所述电子设备的保护盖板下方的边缘区域。

在一些可能的实施例中，所述感光组件采集所述第一光信号和所述第二光信号的采样率大于25HZ。

在一些可能的实施例中，所述第一PPG信号还用于检测所述用户的心率，所述感光组件采集所述第一光信号的采样率大于10HZ。

在一些可能的实施例中，所述第一PPG信号在时域上的相邻波峰间隔或相邻波谷间隔的标准差还用于检测所述用户的HRV，所述感光组件采集所述第一光信号的采样率大于500HZ。

在一些可能的实施例中，所述第一PPG信号还用于检测所述用户的血压，所述感光组件采集所述第一光信号的采样率为200HZ-500HZ。

第二方面，提供了一种电子设备，包括液晶显示屏和第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的生物特征信息的检测装置，所述生物特征信息的检测装置设置在所述液晶显示屏下方。

本申请实施例，在电子设备的显示屏为LCD屏时，通过复用用于指纹识别的光源，在进行指纹识别的同时有效实现了用户的血氧检测，即有效实现了用户的多种生物特征信息的检测，提升了用户体验。进一步地，血氧检测是通过复用用于指纹识别的光源来实现的，不仅节省了生物特征信息的检测装置的尺寸和成本，还节省了电子设备的内部空间。

附图说明

图1是生物特征信息检测系统适用的一种电子设备的结构框图。

图2是经过手指反射后的光信号转换为电信号的幅度-时间示意图。

图3是包括本申请实施例的生物特征信息的检测装置的电子设备示意图。

图4是包括本申请另一个实施例的生物特征信息的检测装置的电子设备示意图。

图5是包括本申请再一个实施例的生物特征信息的检测装置的电子设备示意图。

图6是包括本申请再一个实施例的生物特征信息的检测装置的电子设备示意图。

图7是包括本申请再一个实施例的生物特征信息的检测装置的电子设备示意图。

图8是包括本申请再一个实施例的生物特征信息的检测装置的电子设备示意图。

图9是包括本申请再一个实施例的生物特征信息的检测装置的电子设备示意图。

图10是包括本申请再一个实施例的生物特征信息的检测装置的电子设备示意图。

图11是本申请实施例的反映心率信息的第一PPG信号图。

图12是本申请实施例的第一PPG信号的波形图。

图13是本申请实施例的电子设备的示意性框图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

本申请实施例可适用于一种生物特征信息检测系统，包括但不限于血压检测系统、血氧检测系统、心率检测系统、心率变异性(Heart Rate Variability，HRV)检测系统。该生物特征信息检测系统可以应用于各种类型的电子设备，该电子设备可以为智能可穿戴设备、手机，平板电脑、移动医疗设备等等，其中，智能可穿戴设备可以包括以下设备中的至少一项：手表、手镯、脚链、项链、眼镜或者头戴式设备；移动医疗设备可以包括以下设备中的至少一项：血糖监测设备、心率监测设备、血压测量设备、体温测量设备等等，本申请实施例对此不做限定。

图1示出了本申请中生物特征信息检测系统适用的一种电子设备的结构框图。

如图1所示，电子设备10可以包括总线110、处理器120、存储器130、输入/输出接口140、显示器150、通信接口160和生物特征信息检测系统170。

总线110可以包括实现电子设备10中各部件之间传输通信(例如，控制消息或数据)的电路。处理器120可以包括一种或者多种类型的数据处理器，用于执行数据处理。存储器130可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器。其可以存储电子设备10中与其它功能部件有关的指令或数据。

输入/输出接口140可以用于接收从用户或外部设备输入的指令或数据，然后传输至电子设备10中的其他功能部件，或者可以将电子设备10中的其他功能部件产生的指令或数据输出给用户或外部设备。

显示器150例如可以包括液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)或者其它类型的显示器。显示器150可以为用户显示各种类型的内容，例如文本、图像、视频、图标等等。进一步地，显示器150可以包括触摸屏，用户可以通过触摸屏输入相关的指令信息。

通信接口160可以用于实现电子设备10与外部设备，例如网络服务器或者其它电子设备之间的通信。作为示例，通信接口160可以通过无线或有线通信连接到通信网络，与外部设备进行通信。其中，无线通信包括但不限于是蜂窝通信或者是短距离通信。有线通信包括但不限于是通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)、高清多媒体接口(HighDefinition Multimedia Interface，HDMI)、推荐标准232(RS-232)或者其它通信方式中的至少一种。

生物特征信息检测系统170用于实现检测用户的生物特征信息，该生物特征信息包括但不限于是：用户的心率、血氧饱和度、血压、HRV等参数信息，其可以通过测试用户的光电容积脉搏波描记(Photoplethysmography，PPG)得到，换言之，本申请实施例中的生物特征信息检测系统170可以用于检测用户的PPG信号，基于对PPG信号的计算分析，得到一种或者多种用户的生物特征信息。

当光照透过皮肤组织(例如手指皮肤)然后再反射后有一定衰减，像肌肉、骨骼、静脉和其他连接组织等等对光的吸收基本不变，但是血液不同，由于动脉里有血液的流动，那么对光的吸收自然也有所变化。从图2中可知，由于手指静脉血或手指深层组织对光的吸收基本不变，因此光检测器转换的电信号为直流分量，而手指动脉血对光的吸收是有变化的，因此光检测器所转换的电信号则为交流分量。从光检测器转换的电信号中提取出交流分量，即PPG信号，就可以反映出血液流动的特点。

在一些实施例中，电子设备10可以省略以上部件中的至少一个部件，或者可以进一步包括其他部件，此处不再详细赘述。

本申请实施例提出了一种生物特征信息的检测装置(为了描述方便，后文称为检测装置)。例如，本申请实施例的检测装置可以应用于图1中的生物特征信息检测系统170中，并设置于图1中的电子设备10中。

具体而言，该电子设备具有LCD屏，如图3所示，该LCD屏包括液晶面板33和背光模组34，背光模组34为LCD屏提供均匀的光源，背光模组34设置在液晶面板33的下方，液晶面板33起图像显示作用。液晶面板33可以包括保护盖板331，其中，保护盖板331可以设置在液晶面板33的最上方。

背光模组34从下到上依次可以包括：钢板345，反射膜344、导光板343，扩散膜342和增亮膜(也称为增光膜)341，其中，反射膜344用于将进行图像显示的光信号向显示屏的正上方全反射，导光板343用于将图像显示的光源所发射的光信号导向整个显示屏，扩散膜3423用于将经导光板343传输的光信号扩散后传输至增亮膜341，增亮膜341用于修正接收的光信号的出光角度以增加从显示屏的正面出射的光信号的强度。

导光板343可以利用具有极高反射率且不吸光的高科技材料，在光学级的亚克力板材底面用激光雕刻技术或者紫外线(Ultra-Violet Ray，UV)网版印刷技术等技术印上导光点。利用光学级亚克力板材吸取从灯发出来的光在光学级亚克力板材表面的停留，当光线射到各个导光点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由导光板正面射出。导光板343的作用在于引导光的散射方向，用来提高面板的亮度，并确保面板亮度的均匀性。可选地，可以利用各种疏密、大小不一的扩散点，使得导光板154均匀发光。

增亮膜341可以通过在透明性非常好的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)表面使用丙烯酸树脂形成具有棱镜图案的光学薄膜，以将接收到的分散光向正面方向聚集，进而从显示屏的正面出射的光信号的强度。

继续参考图3，检测装置可以包括至少两种光源和感光组件320。其中，该至少两种光源包括第一光源311和第二光源312，第一光源311为外置红外光源，第二光源为可见光，在本实施例中，第二光源为红光光源。感光组件320设置在背光模组34下方，用于接收第一光源311发出的经由LCD屏上方的用户的手指反射或透射并穿过反射膜344的第一光信号，以及用于接收第二光源312发出的经由用户的手指反射或透射并穿过反射膜344的第二光信号。

其中，钢板345对应感光组件320的区域设置有开孔，感光组件320设置在开孔的下方，感光组件320具体用于接收第一光源311发出的经由用户的手指反射或透射并穿过反射膜344和开孔的第一光信号，以及用于接收第二光源312发出的经由用户的手指反射或透射并穿过反射膜344和开孔的第二光信号。

可选地，生物特征信息可以包括但不限于指纹、血压、血氧、心率以及HRV。具体来说，感光组件320还可以用于将第一光信号转换为第一PPG信号，以及将第二光信号转换为第二PPG信号，第一光信号用于指纹识别，第一PPG信号可以用于血压检测、心率检测以及HRV检测，第一PPG信号和第二PPG信号可以用于血氧检测。

可选地，第一光源311具体可以为红外光源或者特定波长非可见光的光源。当第一光源311为红外光源时，用于指纹识别的第一光信号为红外光信号，红外光信号是不可见光，而用于LCD屏进行图像显示的光信号为可见光源发出的可见光信号，因此采用红外光源作为指纹识别的光源可以避免LCD屏的可见光信号对指纹识别的干扰，保证指纹识别的准确度。并且，红外光信号为不可见光，不会对LCD屏的显示造成影响，即在保证指纹识别准确度的基础上还可以保证LCD屏的显示效果。

该红外光源311例如可以为红外发光二极管(Light Emitting Diode)光源、红外的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)、红外的激光二极管(Laser Diode)等。

该红外光源311可以如图3所示设置在背光模组34下方，或者可以如图4所示设置在保护盖板331的边缘区域下方，即设置在电子设备的下巴区域的保护盖板331下方。示例性地，该红外光源311可以通过光学胶粘贴在保护盖板331的下方。光学胶可以是任一种光学液态胶或者光学固态胶，例如，光学胶可以和LCD屏的光学折射率相同或者近似，由此，能够尽可能的提高红外光源311发出的红外光信号的利用率。

当然，红外光源311也可以集成在背光模组34内。可选地，红外光源311可以和背光模组34内的用于显示图像的光源集成设置。例如，红外光源311和背光模组34内的用于显示图像的光源可以采用并列或非并列的方式集成设置。

可选地，第一光源311可以为一个，也可以为多个，本申请实施例对此不作具体限定。当第一光源311为多个时，多个第一光源311例如可以以感光组件320为中心对称设置，或者多个第一光源311可以基于对称轴对称设置，该对称轴为经过感光组件320的与液晶面板33平行的线。

可选地，第二光源312为可见光源。例如，第二光源可以为波长为700nm的光源，或者，第二光源可以为波长为650nm的红光光源。由于红光光源相对来说比较便宜以及大众化，因此，将第二光源设置为红光光源可以减少本申请实施例的检测装置的成本。

作为一种示例，再次参考图3，第二光源312可以为外部光源，且设置在背光模组34下方。也就是说，第二光源312可以为额外增加的红灯光源。

作为另一种示例，如图5所示，第二光源312可以为LCD屏的背光源，即第二光源332复用背光模组34内部的红色波段光源，这样能够进一步降低检测装置的成本。

与第一光源311类似，第二光源312也可以为一个或多个，第二光源312在检测装置中的设置方式可以参考第一光源311的设置方式，为了内容的简洁，此处不再赘述。

考虑到第二光信号需要穿过反射膜344，因此，在本申请实施例中，反射膜344除了可以透过第一光源311发出的光信号之外，还可以透过第二光源312发出的光信号。

可选地，反射膜344透过第二光源312发出的光信号的透过率可以小于透过第一光源311发出的光信号的透过率。例如，反射膜344的红光透过率可以大于或等于10％。

优选地，反射膜344的红光透过率可以为10％左右。通过将反射膜344的红光透过率设置为10％左右，第二光信号既可以穿过反射膜344被感光组件320采集到，以实现血氧检测，又可以降低对LCD屏的正常显示的影响，还可以降低红光对指纹识别的影响。

在一种可能的实施例中，感光组件320可以为指纹传感器芯片(也称为光学指纹芯片、传感器、传感器芯片、芯片等)。其中，指纹传感器芯片320包括具有多个感应单元的感应阵列，感应阵列所在区域或者其感应区域为检测装置的指纹识别区域。感应阵列具体可以光探测器(Photo Detector，PD)阵列，其包括多个呈阵列式分布的PD，PD可以作为感应单元。

通过复用指纹传感器芯片进行除指纹识别之外的其他生物特征信息检测，可以减小检测装置的尺寸和生产成本，以进一步减小电子设备的尺寸和成本。

作为一种示例，指纹传感器芯片320可以包括第一区域，第一光源311和第二光源312交替向用户的手指发射光信号，该第一区域用于分时接收第一光信号和第二光信号。其中，第一区域可以为指纹传感器芯片320的全部区域，或者，第一区域可以为指纹传感器芯片的部分区域。

本申请实施例对第一光源311和第二光源312交替发射光信号的时间间隔不作限定。例如，第一光源311和第二光源312交替发射光信号的时间间隔可以为0.1ms。

在该实施例中，如图6所示，检测装置还可以包括第一滤光片350，具体来说，指纹传感器芯片320所在的指纹识别模组可以包括第一滤光片350。第一滤光片350设置在指纹传感器芯片320的第一区域上方，用于透过第一光信号和第二光信号，且用于滤掉除第一光信号所在波段和第二光信号所在波段之外的光信号。

第一滤光片350具体可以包括一个或多个光学过滤器，该一个或多个光学过滤器可以实现为例如光学过滤过滤涂层，该光学过滤涂层形成在一个或多个连续界面上，或者可以实现为一个或多个离散的界面上。可选地，第一滤光片350具体可以配置为双通滤光片，用于透过第一光信号和第二光信号，且用于滤掉除第一光信号所在波段和第二光信号所在波段之外的光信号。

进一步地，指纹识别模组还可以包括导光层或光路引导结构以及其它光学元件，导光层或光路引导结构主要用于将从手指表面反射回来的第一光信号和第二光信号导引至指纹传感器芯片320的第一区域进行光学检测。

其中，该导光层或者光路引导结构有多种实现方案，比如，该导光层可以具体为在半导体硅片制作而成的准直器(Collimator)层，其具有多个准直单元或者微孔阵列，该准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的第一光信号和第二光信号中，垂直入射到准直单元的光线可以穿过并被其下方的指纹传感器芯片320的第一区域接收，而入射角度过大的光线在准直单元内部经过多次反射被衰减掉，因此指纹传感器芯片320的第一区域中的每一个感应单元基本只能接收到其正上方的指纹纹路反射回来的第一光信号和第二光信号，从而检测装置便可以检测出用户的生物特征信息。

在另一种实施例中，导光层或者光路引导结构也可以为光学透镜(Lens)层，其具有一个或多个透镜单元，比如一个或多个非球面透镜组成的透镜组，其用于将从手指反射回来的第一光信号和第二光信号汇聚到其下方的指纹传感器芯片320的第一区域。可选地，该光学透镜层在透镜单元的光路中还可以形成有针孔，该针孔可以配合光学透镜层扩大指纹识别模组的视场，以提高指纹识别模组的指纹成像效果。

在其他实施例中，导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，该微透镜层具有由多个微透镜形成的微透镜阵列，其可以通过半导体生长工艺或者其他工艺形成在指纹传感器芯片320的第一区域的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以分别对应于该感应阵列的其中一个或多个感应单元。并且，该微透镜层和感应单元之间还可以形成其他光学膜层，比如介质层或者钝化层，更具体地，该微透镜层和该感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层，其中该微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得感应单元所对应的光线通过微透镜汇聚到微孔内部并经由微孔传输到感应单元以进行生物特征信息的检测。

应当理解，上述光路引导结构的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用，比如，可以在准直器层或者光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在准直器层或者光学透镜层与微透镜层结合使用时，其具体叠层结构或者光路可能需要按照实际需要进行调整。

作为另一种示例，指纹传感器芯片320可以包括第二区域和第三区域。可选地，第二区域用于接收第一光信号，第三区域用于接收第二光信号。此时，第一光源311和第二光源312分别可以持续向用户的手指发射光信号，或者，第一光源311和第二光源312也可以交替向用户的手指发射光信号。

在这种情况下，如图7所示，指纹识别装置还可以包括第二滤光片351和第三滤光片352，其中，第二滤光片351设置在第二区域上方，用于透过第一光信号且用于滤掉除第一光信号之外的光信号，第三滤光片352设置在第三区域上方，用于透过第二光信号且用于滤掉除第二光信号之外的光信号。

或者，第二区域可以用于接收第一光信号，第三区域可以用于分时接收第一光信号和第二光信号，第二区域接收的第一光信号用于指纹识别，第三区域对应的指纹传感器芯片320还用于将第一光信号转换为第一PPG信号且将第二光信号转换为第二PPG信号。

此时，第二滤光片351用于透过第一光信号且用于滤掉除第一光信号之外的光信号，第三滤光片352用于透过第一光信号和第二光信号，且用于滤掉除第一光信号和第二光信号之外的光信号。在这种情况下，第三滤光片352也可以配置为双通滤光片，用于透过第一光信号和第二光信号，且用于滤掉除第一光信号所在波段和第二光信号所在波段之外的光信号。

与第一区域类似，再次参考图7，指纹传感器芯片320可以只包括第二区域和第三区域，或者，第二区域和第三区域可以为指纹传感器芯片320的部分区域，也就是说，除了第二区域和第三区域之外，指纹传感器芯片320还可以包括其他区域。

本申请实施例对第二区域和第三区域的面积大小不作具体限定，比如，第二区域的面积可以大于第三区域的面积，或者，第二区域的面积也可以小于第三区域的面积，当然，第二区域的面积也可以与第三区域的面积相等。

可选地，在本申请实施例中，如图3-7所示，指纹传感器芯片320可以为一个。此时，指纹识别区域的面积较小且位置固定，用户在进行指纹识别时需要将手指按压到指纹识别区域的特定位置，否则指纹传感器芯片可能无法采集到指纹图像而造成用户体验不佳。

或者，指纹传感器芯片320可以为多个，该多个指纹传感器芯片320可以通过拼接的方式并排设置在背光模组34的下方，且该多个指纹传感器芯片320的感应区域可以共同构成指纹识别区域。从而指纹识别区域可以扩展到LCD屏的下半部分的主要区域，即扩展到手指惯常按压区域，从而实现盲按式指纹输入操作。进一步地，当指纹传感器芯片320数量足够时，指纹识别区域还可以扩展到半个显示区域甚至整个显示区域，从而实现半屏或者全屏指纹检测。或者，该多个指纹传感器芯片320可以离散地设置在背光模组34的下方。

可选地，多个指纹传感器芯片320中的每个指纹传感器芯片采集的光信号都可以用于进行用户的多种生物特征信息的检测。如此可以提高生物特征信息检测的精确率。例如，多个指纹传感器芯片320包括指纹传感器芯片1、指纹传感器芯片2和指纹传感器芯片3，这3个指纹传感器芯片都包括第一区域，都可以用于采集第一光信号和第二光信号，指纹传感器芯片1采集的第一光信号和第二光信号编号为1，指纹传感器芯片2采集的第一光信号和第二光信号编号为2，指纹传感器芯片3采集的第一光信号和第二光信号编号为3，基于编号为1的第一光信号和第二光信号检测的用户的血氧为A，基于编号为2的第一光信号和第二光信号检测的用户的血氧为B，基于编号为3的第一光信号和第二光信号检测的用户的血氧为C，则可以将A、B和C的平均值作为该用户的血氧。

或者，该多个指纹传感器芯片320中的每个指纹传感器芯片320采集的第一光信号和/或第二光信号用于一个生物特征信息的检测。仍以上述例子为例，编号为1的第一光信号用于指纹识别，编号为2的第一光信号用于检测用户的心率，编号为3的第一光信号和第二光信号用于检测用户的血氧。

在这种情况下，不同指纹传感器芯片320上方的滤光片可能不同。继续以上述例子为例，用于指纹识别的指纹传感器芯片320上方的第一滤光片350可以用于过滤掉可见光波长，如用于图像显示的可见光等。例如，第一滤光片350可以为红光滤波片。用于血氧检测的指纹传感器芯片320上方的第一滤光片350可以用于透过第一光信号和第二光信号，过滤掉除第一光信号所在波段和第二光信号所在波段之外的光信号。例如，第一滤光片可以为双通滤光片。用于血压检测、心率检测和HRV检测的指纹传感器芯片320上方的第一滤光片350可以用于过滤掉可见光波长。例如，第一滤光片350可以为红光滤波片。

除了用于检测血氧的指纹传感器芯片320对应的第一光源311和第二光源312之外，其他的指纹传感器芯片320对应的第一光源311都可以持续向用户的手指发射光信号。

在另一种可能的实施例中，感光组件320可以包括指纹传感器芯片321和生物特征传感器芯片，其中，生物特征传感器芯片独立于指纹传感器芯片321设置。

指纹传感器芯片321用于采集第一光信号，以进行指纹识别。指纹传感器芯片321上方设置有第七滤光片353，该第七滤光片353用于透过第一光信号且滤掉除第一光信号之外的光信号。

生物特征传感器芯片用于采集第一光信号和第二光信号，且用于将第一光信号转换为第一PPG信号，将第二光信号转换为第二PPG信号。如图8所示，生物特征传感器芯片可以包括第一PD 322，用于分时接收第一光信号和第二光信号。在该情况下，第一光源311和第二光源312可以交替向用户的手指发射光信号。

可选地，检测装置还可以包括第四滤光片360，设置在第一PD 322上方，用于透过第一光信号和第二光信号，且滤掉除第一光信号和第二光信号之外的其他光信号。

或者，如图9所示，生物特征传感器芯片可以包括第二PD 323和第四PD 324，第二PD 323用于接收第一光信号，第三PD 324用于接收第二光信号。

可选地，检测装置还可以包括第五滤光片354和第六滤光片355，其中，第五滤光片354设置在第二PD 323上方，用于透过第一光信号，且用于滤掉除第一光信号之外的光信号；第六滤光片355设置在第三PD 324上方，用于透过第二光信号且用于滤掉除第二光信号之外的光信号。

继续参考图9，假设第一光源311为红外光源，第二光源312为LCD屏发出的红色光线，则第五滤光片354可以只用于透过波长为940nm的红外光信号，第六滤光片355可以只用于透过波长为650nm的红光信号。

在该情况下，第一光源311和第二光源312可以持续向用户的手指发射光信号，从而可以提高用户的生物特征信息的检测速率。

需要说明的是，在本申请实施例中，“第一”和“第二”仅仅为了区分不同的对象，但并不对本申请实施例的范围构成限制。

还需要说明的是，上述第一PD 322、第二PD 323以及第三PD 324分别可以包括一个PD，也可以包括多个PD，本申请实施例不作具体限定。

应理解，如图10所示，本申请实施例的检测装置也可以不包括第二光源312，该检测装置可以用于指纹识别、检测心率、血压、HRV。在这种情况下，反射膜344可以只需透过第一光源311发出的经由用户的手指反射或透射的光信号即可。

上述内容详细描述了本申请实施例的检测装置，下面介绍该检测装置进行生物特征信息检测的详细过程。

在基于第一光信号进行指纹识别时，具体而言，当用户的手指触摸、按压或者接近(为便于描述，在本申请中统称为按压)在电子设备的指纹识别区域时，第一光源331向指纹识别区域上方的手指发出一束光，这一束光在手指的表面发生反射或者经过手指的内部透射后形成第一光信号。由于指纹的嵴(ridge)与峪(vally)对于光信号的反射能力不同，因此，来自指纹嵴的反射光和来自指纹峪的第一光信号具有不同的光强，第一光信号穿过背光模组34后，被感光组件320所接收并转换为相应的电信号，即指纹识别信号；基于该指纹是被信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在电子设备实现光学指纹识别功能。

在除指纹识别之外的其他生物特征信息检测之前，示例性地，指纹识别成功后，用户可以自主选择是否要启动其他生物特征信息检测功能，若用户选择启动其他生物特征信息检测功能，则用户可以重新按压到指纹识别区域以开始检测用户的其他生物特征信息。或者，在用户按压电子设备的指纹识别区域时，其他生物特征信息检测功能可以与指纹指纹识别同时开启。

在检测用户的心率的过程中，一般将用户的心跳的间隔计算出来，即可得到心率。因此，感光组件320采集第一光信号的采样率可以不需要太大。可选地，感光组件320采集第一光信号的采样率可以大于10HZ。

举例说明，在开启心率检测功能后，第一光源311向LCD屏上方的用户的手指发射光信号，感光组件320以大于10HZ以上的采样率连接采集感光组件320的全部区域或部分区域的第一光信号。当采集第一光信号的帧数达到一定数量时，感光组件320停止采集第一光信号并将第一光信号转换为电信号，在电信号中提取交流分量以得到第一PPG信号。

考虑到第一PPG信号可能夹杂着大量的干扰，这样的话得到的用户的心率值可能不太准确。因此，可以对第一PPG信号进行滤波，得到滤波后的第一PPG信号，该滤波后的第一PPG信号可以用于检测用户的心率。

可选地，在本申请实施例中，检测装置还可以包括处理单元，用于对第一PPG信号进行滤波。例如，处理单元可以采用均值滤波、高斯滤波或滑动滤波等方式对第一PPG信号进行滤波。在滤波完成之后，处理单元还用于将滤波后的第一PPG信号求和并计算用户的心率。

检测装置包括处理单元，这样可以避免将第一PPG信号上传到电子设备时产生的大量时延。

或者，电子设备可以包括处理单元，用于在检测装置将第一PPG信号上传到电子设备后对第一PPG信号进行滤波并基于滤波后的第一PPG信号计算用户的心率。

其中，该处理单元可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

在处理单元得到用户的心率之后，处理单元可以提示用户检测完成，以使用户不再按压电子设备。并且，电子设备可以输出该用户的心率。例如，电子设备可以在LCD屏上显示出用户的心率，进一步地，考虑到部分用户对心率的正常值范围不清楚，电子设备还可以提示用户的心率是否正常。比如，若用户的心率为67次/分钟，LCD屏可以显示“正常”两字或者显示笑脸的表情或者显示竖起大拇指的动画。或者，电子设备可以语音播报用户的心率，并语音播报用户的心率是否正常，比如播报“您的心率正常”。再或者，电子设备既可以在LCD屏上显示用户的心率也可以语音播报用户的心率。

再进一步地，电子设备也可以在LCD屏上显示用户的心率曲线。

需要说明的是，用于检测心率的光源除了可以是红外光源之外，也可以是红光光源或绿光光源等。利用红外光源检测用户的心率，可以复用用于指纹识别的光源，不仅可以减小检测装置的尺寸还可以减小检测装置的生产成本。

在检测用户的HRV的过程中，由于检测HRV需要连续采集一段时间内的第一光信号，以提取出第一PPG信号。因此，感光组件320采集第一光信号的采样率大于检测心率时的采样率。进一步地，目前检测HRV的时间精度一般为1ms和10ms。因此，本申请实施例中感光组件320采集第一光信号的采样率可以大于500HZ。

可选地，处理单元可以用于计算第一PPG信号在时域上的相邻波峰间隔或相邻波谷间隔的标准差，以得到用户的HRV。图11示出了第一PPG信号的幅度-时间示意图。如图9所示，第一PPG信号中的相邻波峰间隔可以用t_i表示，相邻波谷间隔可以用t_i’表示(i＝1,2,3……)，其中，相邻波峰间隔(t₁，t₂，t₃……)构成第一集合，相邻波谷间隔(t₁’，t₂’，t₃’……)构成第二集合，通过计算第一集合或第二集合内元素的标准差，得到用户的HRV。

或者，也可以由第一PPG信号的相邻波峰间隔和相邻波谷间隔共同构成第三集合，通过计算第三集合内元素的标准差得到用户的HRV。需要说明的是，本申请实施例并不限于第一PPG信号的相邻波峰间隔或相邻波谷间隔，也可以是其他相邻特定点之间的间隔，例如，相邻次波峰间隔或相邻次波谷间隔。

在检测血氧的过程中，感光组件320采集第一光信号和采集第二光信号的采样率可以为25HZ以上。

以感光组件320为指纹传感器芯片且指纹传感器芯片320包括第一区域为例进行说明。在开启血氧检测功能后，第一光源311和第二光源312交替向LCD屏上方的手指发射光信号，指纹传感器芯片320以大于50HZ的采样率分时采集第一区域的第一光信号和第二光信号。当采集第一光信号和第二光信号的帧数达到一定数量(如帧数大于2N，N为正整数)时，指纹传感器芯片320停止采集第一光信号和第二光信号，并将第一光信号转换为第一PPG信号以及将第二光信号转换为第二PPG信号。之后，处理单元可以用于根据第一PPG信号和第二PPG信号检测用户的血氧。

以感光组件320包括指纹传感器芯片和生物特征传感器芯片，且生物特征传感器芯片包括第二PD和第三PD为例进行说明。在开启血氧检测功能后，用户按压指纹识别区域，第一光源311和第二光源312持续向LCD屏上方的手指发射光信号，第二PD以大于25HZ的采样率采集第一光信号且第三PD以大于25HZ的采样率采集第二光信号。当采集第一光信号和第二光信号的帧数达到一定数量(如帧数大于N)时，第二PD停止采集第一光信号且将第一光信号转换为第一PPG信号，第三PD停止采集第二光信号且将第二光信号转换为第二PPG信号。之后，处理单元可以用于根据第一PPG信号和第二PPG信号检测用户的血氧。

血压是指血液在血管内流动时对血管壁的侧压力，包括收缩压和舒张压，其中收缩压指心脏收缩时动脉血压所达到的最高数值，舒张压指心脏舒张时动脉血压下降到的最低数值。

图12示出了一种PPG信号的波形特征图。如图12所示，一个完整的PPG信号的波形包括起射点b、主波c、潮波e以及重博波g等相对位置，c点是主动脉压力最高点，反映动脉内压力与容积的最大值。cf段为脉搏波形的下降支的前段，是由于在心室射血的后面阶段，射血速度开始降低，造成主动脉流向周围的血量大于流进主动脉的血量，动脉由扩张变成回缩，动脉血压逐步变低这个过程造成的。e点是左心室射血停止点，是反射波的波峰点，反映动脉血管的张力、顺应性和外周阻力的大小。f点是潮波波谷点，即心脏收缩与舒张的分界点。

在检测用户的血压的过程中，由于一般情况下血压的检测需要利用第一PPG信号的上述起射点b、主波c、潮波e以及重博波g等细节信息，PPG信号的细节信息越多，检测得到的血压值越精确。因此，本申请实施例中感光组件320采集第一光信号的采样率较大，可选地，感光组件采集第一光信号的采样率可以为200HZ-500HZ。

具体而言，检测血压一般有两个步骤，分别为校准和训练。校准过程主要是设置标定，比如，处理单元可以在离线状态下利用传统的袖带血压计测量大量的样本用户在某个时刻的血压，如某个样本用户的血压为80毫米汞柱(mmHG)，然后测量该样本对象在血压为80mmHG时PPG信号的波形，再将80mmHG对应的PPG信号的波形存储在检测设备中。

接下来为训练过程，处理单元通过机器学习或深度学习等算法对大量的样本用户的血压和对应的PPG信号的波形进行训练，以得到血压模型。

在感应组件320采集到该用户的第一PPG信号后，处理单元可以基于该用户的第一PPG信号和训练得到的血压模型确定用户的血压。

应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围。

还应理解，以上虽然分别描述了心率、HRV、血氧和血压的检测过程，但是这并不意味着心率、HRV、血氧和血压的检测过程是独立的，在不矛盾的情况下，各个生物特征信息检测的方法可以相互参考。比如，在描述心率检测的过程中的滤波过程和检测完成后电子设备显示用户的心率的描述可以适用于HRV、血氧和血压的检测过程。

本申请实施例，在电子设备的显示屏为LCD屏时，通过复用用于指纹识别的光源，在进行指纹识别的同时有效实现了用户的血氧检测，即有效实现了用户的多种生物特征信息的检测，提升了用户体验。进一步地，血氧检测是通过复用用于指纹识别的光源来实现的，不仅节省了生物特征信息的检测装置的尺寸和成本，还节省了电子设备的内部空间。

需要说明的是，为便于说明，在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。

本申请实施例还提供了一种电子设备，如图13所示，该电子设备400可以包括液晶显示屏410和生物特征信息的检测装置420。该液晶显示屏410可以为前述实施例中的LCD屏，该生物特征信息的检测装置420可以为前述实施例中的生物特征信息的检测装置。

作为示例而非限定，本申请实施例中的电子设备可以为终端设备、手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机电脑、游戏设备、车载电子设备或穿戴式智能设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(Automated Teller Machine，ATM)等其他电子设备。该穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或部分的功能，例如：智能手表或智能眼镜等，以及只专注于某一类应用功能，需要和其它设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等设备。

需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。

应理解，在本申请实施例和所附权利要求书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。例如，在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“上述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本申请实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种生物特征信息的检测装置，其特征在于，适用于具有液晶显示屏的电子设备，所述液晶显示屏包括背光模组，所述背光模组包括远离所述液晶显示屏的反射膜，所述检测装置包括：

至少两种光源，包括第一光源和第二光源，所述第一光源为外置红外光源，所述第二光源为红光光源；

感光组件，设置在所述背光模组下方，用于接收所述第一光源发出的经由所述液晶显示屏上方的用户的手指反射或透射并穿过所述反射膜的第一光信号，以及用于接收所述第二光源发出的经由所述手指反射或透射并穿过所述反射膜的第二光信号，所述感光组件还用于将所述第一光信号转换为第一PPG信号且将所述第二光信号转换为第二PPG信号；

其中，所述第一光信号用于指纹识别，所述第一PPG信号和所述第二PPG信号用于检测所述用户的血氧。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述红光光源为外部光源，且设置在所述背光模组下方。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述红光光源为所述液晶显示屏的背光源。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述反射膜的红光透过率大于或等于10％。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述感光组件包括指纹传感器芯片。

6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述指纹传感器芯片包括第一区域，所述第一区域用于分时接收所述第一光信号和所述第二光信号。

7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，还包括：

第一滤光片，设置在所述第一区域上方，用于透过所述第一光信号和所述第二光信号，且用于滤掉除所述第一光信号和所述第二光信号之外的光信号。

8.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述指纹传感器芯片包括第二区域和第三区域，所述第二区域用于接收所述第一光信号，所述第二区域接收的所述第一光信号用于指纹识别，所述第三区域用于分时接收所述第一光信号和所述第二光信号，所述第三区域对应的所述指纹传感器芯片用于将所述第一光信号和所述第二光信号转换为所述第一PPG信号和所述第二PPG信号。

9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，还包括：

第二滤光片，设置在所述指纹传感器芯片的第二区域上方，用于透过所述第一光信号，且用于滤掉除所述第一光信号之外的光信号；

第三滤光片，设置在所述指纹传感器芯片的第三区域上方，用于透过所述第一光信号和所述第二光信号，且用于滤掉除所述第一光信号和所述第二光信号之外的光信号。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述感光组件包括指纹传感器芯片和独立于所述指纹传感器芯片设置的生物特征传感器芯片；

其中，所述指纹传感器芯片用于接收所述第一光信号，所述生物特征传感器芯片用于接收所述第一光信号和所述第二光信号且用于将所述第一光信号和所述第二光信号分别转换为所述第一PPG信号和所述第二PPG信号。

11.根据权利要求10所述的检测装置，其特征在于，所述生物特征传感器芯片包括第一光探测器，所述第一光探测器用于分时接收所述第一光信号和所述第二光信号。

12.根据权利要求11所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：

第四滤光片，设置在所述第一光探测器上方，用于透过所述第一光信号和所述第二光信号，且用于滤掉除所述第一光信号和所述第二光信号之外的光信号。

13.根据权利要求10所述的检测装置，其特征在于，所述生物特征传感器芯片包括第二光探测器和第三光探测器，所述第二光探测器用于接收所述第一光信号，所述第三光探测器用于接收所述第二光信号。

14.根据权利要求13所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：

第五滤光片，设置在所述第二光探测器上方，用于透过所述第一光信号，且用于滤掉除所述第一光信号之外的光信号；

第六滤光片，设置在第三光探测器上方，用于透过所述第二光信号，且用于滤掉除所述第二光信号之外的光信号。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述背光模组还包括钢板，设置在所述反射膜下方，所述钢板上形成有开孔，所述感光组件设置在所述开孔的下方，所述感光组件用于接收所述第一光源发出的经由所述用户的手指反射或透射并穿过所述反射膜和所述开孔的所述第一光信号，以及用于接收所述第二光源发出的经由所述手指反射或透射并穿过所述反射膜和所述开孔的所述第二光信号。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述红外光源设置在所述背光模组下方；或者

所述红外光源设置在所述电子设备的保护盖板下方的边缘区域。

17.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述感光组件采集所述第一光信号和所述第二光信号的采样率大于25HZ。

18.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述第一PPG信号还用于检测所述用户的心率，所述感光组件采集所述第一光信号的采样率大于10HZ。

19.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述第一PPG信号在时域上的相邻波峰间隔或相邻波谷间隔的标准差还用于检测所述用户的HRV，所述感光组件采集所述第一光信号的采样率大于500HZ。

20.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述第一PPG信号还用于检测所述用户的血压，所述感光组件采集所述第一光信号的采样率为200HZ-500HZ。

21.一种电子设备，其特征在于，包括：

液晶显示屏；

根据权利要求1至20中任一项所述的生物特征信息的检测装置，设置在所述液晶显示屏下方。

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