TWI584786B

TWI584786B - 生理特徵的感測方法

Info

Publication number: TWI584786B
Application number: TW104132412A
Authority: TW
Inventors: 吳通明
Original assignee: 緯創資通股份有限公司
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2017-06-01
Also published as: CN106560153A; US20170095186A1; CN106560153B; TW201713274A; US10390741B2

Description

生理特徵的感測方法

本發明是有關於一種生理特徵的感測方法，且特別是有關於一種利用光源照射的生理特徵的感測方法。

近年來，隨著科技的發展，可攜式電子產品愈來愈普及用於一般生活中，且其提供的功能亦越來越多樣化。由於感測器越來越小型化，因此可配置在可攜式電子產品上，以檢測所檢測目標的生理特徵。目前市面上的血氧含量感測器等生理特徵感測器都為夾式設備。然而，這種夾式設備在使用上會有限制，僅能夠使用在手指、耳垂等處，造上使用上的限制與不方便。

本發明提供一種生理特徵的感測方法，可提高感測範圍的便利性並且提高感測結果的精準度。

本發明的生理特徵的感測方法，包括：提供感測裝置來感測生理特徵。感測裝置包括發光單元、感光元件以及控制器。發光單元包括紅色光源、綠色光源以及藍色光源，且發光單元與感光元件位於受測者的待測部位的同一側。透過發光單元向待測部位發射第一白光，以照射第一白光至待測部位的真皮層，其中第一白光是由紅色光源、綠色光源以及藍色光源分別所發出的光而形成。由感光元件感測第一反射光，並基於第一反射光的第一顏色波長，透過控制器執行生理特徵的測量動作。

在本發明的一實施例中，上述生理特徵為血氧含量。而生理特徵的感測方法更包括：在透過發光單元發射第一白光之前，向待測部位發射第二白光，以照射第二白光至待測部位的表皮層，其中第二白光的功率小於第一白光的功率，且第二白光是由紅色光源、綠色光源以及藍色光源分別所發出的光而形成；由感光元件感測第二反射光；以及透過控制器判斷第二反射光的第二顏色波長是否位於指定膚色範圍內。

在本發明的一實施例中，上述感測裝置內建有正常血氧含量表，以及對應於指定膚色範圍的校正血氧含量表。而生理特徵的感測方法更包括：若判定第二顏色波長位於指定膚色範圍內，則在發射第一白光，而獲得第一反射光對應的第一顏色波長之後，透過控制器基於第一顏色波長在校正血氧含量表中進行查詢；以及若判定第二顏色波長未位於指定膚色範圍內，則在發射第一白光，而獲得第一反射光對應的第一顏色波長之後，透過控制器基於第一顏色波長在正常血氧含量表中進行查詢。

在本發明的一實施例中，上述感測裝置內建有正常血氧含量表。生理特徵的感測方法更包括：若判定第二顏色波長位於指定膚色範圍內，則在發射第一白光，而獲得第一反射光對應的第一顏色波長之後，透過控制器基於第二顏色波長來過濾第一顏色波長，而以過濾後的第一顏色波長在正常血氧含量表中進行查詢。

在本發明的一實施例中，上述生理特徵的感測方法更包括：透過控制器監測在設定時間區段所獲得的多筆血氧含量；若判定這些血氧含量的變化階數超過預設值，透過控制器調整發光單元向待測部位發射第三白光，並且發出警告訊息，其中第三白光的功率不同於第一白光的功率。

在本發明的一實施例中，上述在由感光元件感測第一反射光之後，當第一反射光的第一顏色波長異常時，透過發光單元向待測部位發射一有色光，以透過有色光的反射光顏色來判斷是否照射到非血液的物體。

本發明的生理特徵的感測方法，包括：提供感測裝置來感測生理特徵，其中感測裝置包括發光單元、感光元件以及控制器，發光單元包括紅色光源、綠色光源以及藍色光源，且發光單元與感光元件位於受測者的待測部位的同一側；透過發光單元向待測部位發射白光，以照射白光至待測部位的真皮層，其中白光是由紅色光源、綠色光源以及藍色光源分別所發出的光而形成；執行光源驗證程序，以調整發光單元所發射的光源顏色；透過發光單元向待測部位發射調整後光線；由感光元件感測調整後光線的反射光；以及基於反射光的顏色波長，執行生理特徵的測量動作。

在本發明的一實施例中，上述執行光源驗證程序的步驟包括：獲得感光元件所感測到的白光的反射光的第一顏色；分別發射第一指定光、第二指定光以及第三指定光，其中第一指定光為第一顏色，且第二指定光及第三指定光為照射至第一顏色所獲得的反射光為黑色的光；分別檢查感光元件所感測到的第一指定光的反射光是否為第一顏色，以及檢查第二指定光以及第三指定光各自對應的反射光是否為黑色。若第一指定光的反射光不是第一顏色、或第二指定光以及第三指定光其中一個的反射光不是黑色，則重新向待測部位發射白光並執行光源驗證程序。若第一指定光的反射光為第一顏色，且第二指定光以及第三指定光各自對應的反射光皆為黑色，則透過發光單元向待測部位發射第一指定光。接著，若感光元件所感測到的第一指定光的反射光不是第一顏色，則重新向待測部位發射白光並執行光源驗證程序；反之，若感光元件所感測到的第一指定光的反射光為第一顏色，則結束光源驗證程序，而透過發光單元向待測部位發射調整後光線，其中調整後光線為第一指定光。

在本發明的一實施例中，上述生理特徵為血氧含量或心跳。

基於上述，本發明透過配置在待測部位同一側的發光單元與感光元件來感測生理特徵，使得感測裝置的感測範圍擴及至人體的各個部位。並且，利用紅色光源、綠色光源以及藍色光源來產生右光，之後可依據所接收到的反射光顏色來調整後續發射光源的色彩，藉以降低將其他人體組織誤判為血液的機率。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧待測部位

11‧‧‧表皮層

12‧‧‧真皮層

13‧‧‧皮下組織

100‧‧‧感測裝置

110‧‧‧發光單元

120‧‧‧感光元件

130‧‧‧控制器

LS‧‧‧光源

FLS‧‧‧反射光

S205~S215‧‧‧第一實施例的生理特徵的感測方法各步驟

S305~S320‧‧‧第二實施例的生理特徵的感測方法各步驟

S405~S425‧‧‧第三實施例的生理特徵的感測方法各步驟

S510~S535‧‧‧第三實施例的光源驗證程序各步驟

圖1是依照本發明第一實施例的利用感測裝置來感測受測者的生理特徵的示意圖。

圖2是依照本發明第一實施例的生理特徵的感測方法流程圖。

圖3是依照本發明第二實施例的生理特徵的感測方法流程圖。

圖4是依照本發明第三實施例的生理特徵的感測方法流程圖。

圖5是依照本發明第三實施例的光源驗證程序的流程圖。

第一實施例

圖1是依照本發明第一實施例的利用感測裝置來感測受測者的生理特徵的示意圖。請參照圖1，感測裝置100包括發光單元110、感光元件120以及控制器130。控制器130耦接至發光單元110及感光元件120。發光單元110包括紅色光源、綠色光源以及藍色光源。並且，如圖1所示，發光單元110與感光元件120位於受測者的待測部位10的同一側。在此，待測部位10為人體一部分的最外層，即，皮膚。而皮膚大致可分為表皮層11、真皮層12及皮下組織13，而血管是分佈在真皮層11及皮下組織13。

發光單元110用以發射光源LS至待測部位10。而感光元件120用以接收來自待測部位10的反射光FLS。控制器130耦接至發光單元110以及感光元件120。控制器130可控制發光單元110所發射的光線強度、光線顏色，並且自感光元件12接收反射光的感測信號，藉以得知反射光的顏色波長。

圖2是依照本發明第一實施例的生理特徵的感測方法流程圖。請同時參照圖1及圖2，在步驟S205中，透過發光單元110向待測部位10發射白光的光源LS，使得白光照射至待測部位10的真皮層12。在此，白光是由紅色光源、綠色光源以及藍色光源分別所發出的光而形成。

接著，在步驟S210中，由感光元件120來感測反射光FLS。感光元件120可依據所接收的反射光FLS來產生感測信號。然後，在步驟S215中，控制器130基於反射光FLS的顏色波長，執行生理特徵的測量動作。

在此，生理特徵例如為血氧含量或心跳。以測量血氧含量而言，紅血球的含氧量越高，則顏色會較為鮮紅，反之，含氧量越低，則顏色較為暗紅。因此，利用反射光的顏色波長搭配查表，便能夠得知血氧含量。以測量心跳而言，利用光的反射來計算反射週期，進而算出心率頻率。並且，利用光反射所計算的反射週期亦能夠用來偵測血壓變化。例如，偵測到血壓基底的平均反射時間點，再事先建立對照表於感測裝置100中，控制器130便能夠利用光的反射週期來推算血壓是否急速上升或急速下降。

為了提高感測的精準度，可在執行生理特徵的測量動作之前，先照射較小功率的光源來獲得皮膚反射的顏色波長，以獲得待測部位的膚色。另外，也可先執行光源驗證程序，來調整發光單元110所發射的光源顏色。底下再各舉一例說明。

第二實施例

圖3是依照本發明第二實施例的生理特徵的感測方法流程圖。在此，第二實施例為第一實施例的進一步說明，底下搭配第一實施例的感測裝置100來進行說明。

在步驟S305中，透過感測裝置100先行檢測膚色。具體而言，控制器130控制發光單元110發射較低功率的白光(第二白光)，使得白光僅照射至待測部位10的表皮層11。接著，由感測元件120感測反射光(第二反射光，來自表皮層11)，並且透過控制器130判斷第二反射光的顏色波長是否位於指定膚色範圍內。在此，指定膚色範圍的上、下限波長數值可根據經由統計所獲得的各種膚色來決定。並且，還可進一步依據多個有色人種膚色來分別設定多個指定膚色範圍。

在獲得待測部位10的膚色之後，在步驟S310中，控制器130控制發光單元110發射出較強功率的白光(第一白光)，使得白光能夠照射至待測部位10的真皮層11。也就是說，步驟S310所發射的第一白光的功率高於步驟S305中所發射的白光的功率。

接著，在步驟S315中，由感測元件120感測反射光(第一反射光，來自真皮層12)。並且，在步驟S320中，控制器130基於第一反射光的顏色波長以及待測部位10的膚色，執行生理特徵的測量動作。舉例來說，在測量血氧含量時，血氧含量越高，則所獲得的反射光的顏色會越偏向鮮紅色；血氧含量越低，則所獲得的反射光的顏色會越偏向暗紅色。因此，在測量血氧含量時，不同的膚色會造成結果上的誤差。據此，在測量血氧含量時，將不同的膚色考慮進來，以避免誤差。

在本實施例中，於感測裝置100中內建正常血氧含量表以及對應於指定膚色範圍的校正血氧含量表。若判定步驟S305所獲得的第二顏色波長位於指定膚色範圍內，則在步驟S320中，控制器130基於步驟S315所獲得的第一顏色波長在校正血氧含量表中進行查詢。若判定第二顏色波長未位於指定膚色範圍內，則在步驟S320中，控制器130基於第一顏色波長在正常血氧含量表中進行查詢。

另外，感測裝置100中亦可只內建正常血氧含量表。若判定第二顏色波長位於指定膚色範圍內，則在步驟S320中，控制器130基於第二顏色波長來過濾第一顏色波長，而以過濾後的第一顏色波長在正常血氧含量表中進行查詢。

並且，還可透過控制器130來監測在設定時間區段所獲得的多筆血氧含量。若判定在設定時間區段內的這些血氧含量的變化階數(change level)超過預設值，透過控制器130調整發光單元110向待測部位10發射第三白光，以重新感測血氧含量，並且發出警告訊息。例如，“level 1”表示有1個位階變化量。在此，第三白光的功率不同於步驟S310所發射的第一白光的功率。

另外，在步驟S315所獲得的第一反射光的第一顏色波長為異常時(例如第一顏色波長不屬於紅色系列的範圍)，透過發光單元110向待測部位發射一有色光(例如為紅光、綠光或藍光)，以透過有色光的反射光顏色來判斷是否照射到非血液的物體。

基於上述，在第二實施例中，先以較小功率的白光來獲得受測者的膚色，藉此能更準確地判斷血氧含量。

第三實施例

圖4是依照本發明第三實施例的生理特徵的感測方法流程圖。在此，第三實施例為第一實施例的進一步說明，底下搭配第一實施例的感測裝置100來進行說明。

在步驟S405中，發光單元110向待測部位10發射為白光的光源LS，以照射白光至待測部位10的真皮層12。在此，白光是由紅色光源、綠色光源以及藍色光源分別所發出的光而形成。

接著，在步驟S410中，控制器130執行光源驗證程序，以調整發光單元110所發射的光源顏色。底下再舉例來詳細說明光源驗證程序。

圖5是依照本發明第三實施例的光源驗證程序的流程圖。請參照圖1及圖5，在步驟S510中，控制器130基於感光元件120的感測信號來獲得反射光對應的第一顏色。

接著，在步驟S515中，分別發射第一指定光、第二指定光以及第三指定光。在此，第一指定光為第一顏色，且第二指定光及第三指定光為照射至第一顏色所獲得的反射光為黑色的光。並且，在步驟S520中，分別檢查感光元件130所感測到的第一指定光的反射光是否為第一顏色，以及檢查第二指定光以及第三指定光各自對應的反射光是否為黑色。

若第一指定光的反射光不是第一顏色、或第二指定光的反射光不是黑色、或第三指定光的反射光不是黑色，則返回步驟S405，重新向待測部位10發射白光，以執行光源驗證程序。

若第一指定光的反射光為第一顏色，且第二指定光以及第三指定光各自對應的反射光皆為黑色，則在步驟S525中，透過發光單元110向待測部位10發射第一指定光。

接著，在步驟S530中，判斷步驟S525的第一指定光的反射光是否為第一顏色。若感光元件120所感測到的第一指定光的反射光不是第一顏色，則返回步驟S405重新向待測部位10發射白光，以執行光源驗證程序。若感光元件120所感測到的第一指定光的反射光為第一顏色，則如步驟S535所示結束光源驗證程序，進而透過發光單元110向待測部位10發射調整後光線，即，第一指定光。

例如，假設在步驟S510中所獲得的第一顏色為紅色，則以紅光作為第一指定光。而第二指定光與第三指定光例如分別為綠光及藍光。即，綠光與藍光在照射至紅色所獲得的反射光為黑色。接著，判斷紅光、綠光及藍光各自的反射光是否分別為紅色、黑色及黑色。若其中一個不符合，則重新發射白光進行檢測。若上述三者皆符合，則再發送一次紅光，若接收到的反射光仍為紅色，則表示所檢測到的為血管，而非其他物體。

另外，假設在步驟S510中所獲得的第一顏色為綠色，則以綠光作為第一指定光。而第二指定光與第三指定光例如分別為紅色及藍色。若綠光、紅光及藍光各自的反射光分別為綠色、黑色及黑色，則再發送一次綠光，若接收到的反射光仍為綠色，則結束光源驗證程序。

又，假設在步驟S510中所獲得的第一顏色為藍色，則以藍光作為第一指定光。而第二指定光與第三指定光例如分別為綠光及紅光。若藍光、綠光及紅光各自的反射光分別為藍色、黑色及黑色，則再發送一次藍光，若接收到的反射光仍為藍色，則結束光源驗證程序。然，以上所述在步驟S510中所獲得的第一顏色為綠色、藍色僅為舉例說明，並不表示血液為綠色或藍色。例如，若在步驟S510中所接收到的反射光的第一顏色為暗紅色，則第一指定光則為暗紅色。

返回圖4，在結束光源驗證程序之後，在步驟S415中，控制器130控制發光單元110向待測部位10發射調整後光線。例如，假設在步驟S510~S530中所獲得的第一指定光為暗紅色，則向待測部位10照設暗紅色光。

之後，在步驟S420中，由感測元件120感測反射光。然後，在步驟S425中，控制器130基於反射光的顏色波長，執行生理特徵的測量動作。

綜上所述，在上述實施例中，透過配置在待測部位同一側的發光單元與感光元件來感測生理特徵，使得感測裝置的感測範圍擴及至人體的各個部位。另外，藉由感測反射光顏色並同時考慮受測者的膚色，藉以進一步地來判斷血氧含量的變化。此外，利用紅色光源、綠色光源以及藍色光源來產生白光，之後可依據所接收到的反射光顏色來調整後續發射光源的色彩，藉以降低將其他人體組織誤判為血液的機率。據此，在提高血液辨識的精準度情況下，所進行的血氧含量、心跳或血壓變化等生理特徵的量測的可信度亦會大幅提高。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S205~S215：第一實施例的生理特徵的感測方法各步驟

Claims

一種生理特徵的感測方法，包括：提供一感測裝置來感測一生理特徵，其中該感測裝置包括一發光單元、一感光元件以及一控制器，該發光單元包括一紅色光源、一綠色光源以及一藍色光源，且該發光單元與該感光元件位於一受測者的待測部位的同一側；透過該發光單元向該待測部位發射一第二白光，以照射該第二白光至該待測部位的一表皮層，藉此來檢測該待測部位的膚色，其中該第二白光是由該紅色光源、該綠色光源以及該藍色光源分別所發出的光而形成；透過該發光單元向該待測部位發射一第一白光，以照射該第一白光至該待測部位的真皮層，其中該第一白光是由該紅色光源、該綠色光源以及該藍色光源分別所發出的光而形成，該第二白光的功率小於該第一白光的功率；由該感光元件感測一第一反射光；以及基於該第一反射光的第一顏色波長以及該待測部位的膚色，透過該控制器執行一生理特徵的測量動作。
如申請專利範圍第1項所述的生理特徵的感測方法，其中該生理特徵為一血氧含量，而該生理特徵的感測方法更包括：在透過該發光單元發射該第一白光之前，向該待測部位發射該第二白光；由該感光元件感測一第二反射光；以及透過該控制器判斷該第二反射光的一第二顏色波長是否位於一指定膚色範圍內。
如申請專利範圍第2項所述的生理特徵的感測方法，其中該感測裝置內建有一正常血氧含量表，以及對應於該指定膚色範圍的一校正血氧含量表，而該生理特徵的感測方法更包括：若判定該第二顏色波長位於該指定膚色範圍內，則在發射該第一白光，而獲得該第一反射光對應的該第一顏色波長之後，透過該控制器基於該第一顏色波長在該校正血氧含量表中進行查詢；以及若判定該第二顏色波長未位於該指定膚色範圍內，則在發射該第一白光，而獲得該第一反射光對應的該第一顏色波長之後，透過該控制器基於該第一顏色波長在該正常血氧含量表中進行查詢。
如申請專利範圍第2項所述的生理特徵的感測方法，其中該感測裝置內建有一正常血氧含量表，而該生理特徵的感測方法更包括：若判定該第二顏色波長位於該指定膚色範圍內，則在發射該第一白光，而獲得該第一反射光對應的該第一顏色波長之後，透過該控制器基於該第二顏色波長來過濾該第一顏色波長，而以過濾後的該第一顏色波長在該正常血氧含量表中進行查詢。
如申請專利範圍第2項所述的生理特徵的感測方法，更包括：透過該控制器監測在一設定時間區段所獲得的多筆血氧含量；以及若判定該些血氧含量的變化階數超過一預設值，透過該控制器調整該發光單元向該待測部位發射一第三白光，並且發出一警告訊息，其中該第三白光的功率不同於該第一白光的功率。
如申請專利範圍第2項所述的生理特徵的感測方法，其中在由該感光元件感測該第一反射光的步驟之後，更包括：當該第一反射光的該第一顏色波長異常時，透過該發光單元向該待測部位發射一有色光，以透過該有色光的反射光顏色來判斷是否照射到非血液的物體。
一種生理特徵的感測方法，包括：提供一感測裝置來感測一生理特徵，其中該感測裝置包括一發光單元、一感光元件以及一控制器，該發光單元包括一紅色光源、一綠色光源以及一藍色光源，且該發光單元與該感光元件位於一受測者的待測部位的同一側；透過該發光單元向該待測部位發射一第二白光，以照射該第二白光至該待測部位的一表皮層，藉此來檢測該待測部位的膚色，其中該第二白光是由該紅色光源、該綠色光源以及該藍色光源分別所發出的光而形成；透過該發光單元向該待測部位發射一第一白光，以照射該第一白光至該待測部位的真皮層，其中該第一白光是由該紅色光源、該綠色光源以及該藍色光源分別所發出的光而形成，該第二白光的功率小於該第一白光的功率；執行一光源驗證程序，以調整該發光單元所發射的光源顏色；透過該發光單元向該待測部位發射一調整後光線；由該感光元件感測該調整後光線的反射光；以及基於該反射光的顏色波長以及該待測部位的膚色，執行一生理特徵的測量動作。
如申請專利範圍第7項所述的生理特徵的感測方法，其中執行該光源驗證程序的步驟包括：獲得該感光元件所感測到的該第一白光的反射光的第一顏色；分別發射一第一指定光、一第二指定光以及一第三指定光，其中該第一指定光為該第一顏色，且該第二指定光及該第三指定光為照射至該第一顏色所獲得的反射光為黑色的光；分別檢查該感光元件所感測到的該第一指定光的反射光是否為該第一顏色，以及檢查該第二指定光以及該第三指定光各自對應的反射光是否為黑色；若該第一指定光的反射光不是該第一顏色、或該第二指定光以及該第三指定光其中一個的反射光不是黑色，則重新向該待測部位發射該第一白光並執行該光源驗證程序；若該第一指定光的反射光為該第一顏色，且該第二指定光以及該第三指定光各自對應的反射光皆為黑色，則透過該發光單元向該待測部位發射該第一指定光；若該感光元件所感測到的該第一指定光的反射光不是該第一顏色，則重新向該待測部位發射該第一白光並執行該光源驗證程序；以及若該感光元件所感測到的該第一指定光的反射光為該第一顏色，則結束該光源驗證程序，而透過該發光單元向該待測部位發射該調整後光線，其中該調整後光線為該第一指定光。
如申請專利範圍第7項所述的生理特徵的感測方法，其中該生理特徵為一血氧含量或一心跳。