TWI808900B

TWI808900B - 偵測裝置和偵測方法

Info

Publication number: TWI808900B
Application number: TW111137038A
Authority: TW
Inventors: 吳俊熠; 浦大鈞; 郭彥良; 張維志
Original assignee: 宏達國際電子股份有限公司
Priority date: 2022-09-29
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2023-07-11

Abstract

一種偵測裝置，用於偵測一眼球，並包括：一框架元件、一收發器，以及一隱形眼鏡元件。收發器係設置於框架元件上，並可傳送一第一射頻信號。隱形眼鏡元件包括一諧振器，其中諧振器可將第一射頻信號轉換為一第一超聲波信號，而第一超聲波信號可傳送至眼球。諧振器更可將來自眼球之一第二超聲波信號轉換為一第二射頻信號，而收發器更可接收第二射頻信號。

Description

偵測裝置和偵測方法

本發明係關於一種偵測裝置，特別係關於一種偵測裝置和偵測方法。

在傳統設計中，可藉由分析心率變異率(Heart Rate Variability，HRV)來得知使用者之壓力程度(Stress Level)。然而，由於心率變異率之分析通常須基於200至500筆連續之心跳信號，其延遲時間(Delay Time)(例如：約3至8分鐘)將會讓使用者難以取得即時之生物資訊之回饋報告。有鑑於此，勢必要提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之困境。

在較佳實施例中，本發明提出一種偵測裝置，用於偵測一眼球，並包括：一框架元件；一收發器，設置於該框架元件上，並傳送一第一射頻信號；以及一隱形眼鏡元件，包括一諧振器，其中該諧振器將該第一射頻信號轉換為一第一超聲波信號，而該第一超聲波信號係傳送至該眼球；其中該諧振器更將來自該眼球之一第二超聲波信號轉換為一第二射頻信號，而該收發器更接收該第二射頻信號。

在一些實施例中，該偵測裝置更包括：一處理器，耦接至該收發器，其中該處理器係藉由分析該第二射頻信號來推估該眼球之一目前狀態。

在一些實施例中，該眼球之該目前狀態包括一瞳孔直徑。

在一些實施例中，該框架元件為一延展實境眼鏡鏡框。

在一些實施例中，該第一射頻信號和該第二射頻信號皆操作於一WLAN(Wireless Local Area Network)頻帶、一Bluetooth頻帶，或一NFC(Near Field Communication)頻帶。

在一些實施例中，該諧振器係由一薄膜體聲波諧振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)來實施。

在一些實施例中，該諧振器係由一高調體聲波諧振器(High-overtone Bulk Acoustic Resonator，HBAR)來實施。

在一些實施例中，該諧振器包括：一天線元件，包括一第一輻射金屬部和一第二輻射金屬部；以及一壓電層(Piezoelectric Layer)，設置於該第一輻射金屬部和該第二輻射金屬部之間。

在一些實施例中，該諧振器更包括：一水凝膠層(Hydrogel Layer)，鄰近於該天線元件和該壓電層。

在一些實施例中，該天線元件為一偶極天線。

在一些實施例中，該壓電層之厚度係大致等於該第一超聲波信號或該第二超聲波信號之0.5倍波長。

在一些實施例中，該壓電層之厚度係介於1μm至3μm之間。

在一些實施例中，該第一超聲波信號係垂直地進入該眼球，使得該眼球產生該第二超聲波信號。

在另一較佳實施例中，本發明提出一種偵測方法，包括下列步驟：藉由一收發器，傳送一第一射頻信號；藉由一隱形眼鏡元件之一諧振器，將該第一射頻信號轉換為一第一超聲波信號，其中該第一超聲波信號係傳送至一眼球；藉由該隱形眼鏡元件之該諧振器，將來自該眼球之一第二超聲波信號轉換為一第二射頻信號；以及藉由該收發器，接收該第二射頻信號。

在一些實施例中，該偵測方法更包括：藉由分析該第二射頻信號來推估該眼球之一目前狀態。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號或(且)標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例或(且)結構之間有特定的關係。

此外，其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置100之示意圖。偵測裝置100可套用於一頭戴式裝置(Head Mounted Device)或是一行動裝置當中，例如：一擴增實境眼鏡(AR Glasses)、一智慧型手機(Smart Phone)、一平板電腦(Tablet Computer)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)，但亦不僅限於此。在第1圖之實施例中，偵測裝置100至少包括：一框架元件(Frame Element)110、一收發器(Transceiver)120，以及一隱形眼鏡元件(Contact Lens Element)130。必須理解的是，雖然未顯示於第1圖中，但偵測裝置100更可包括其他元件，例如：一外殼(Housing)、一揚聲器(Speaker)，或(且)一供電模組(Power Supply Module)。

在一些實施例中，偵測裝置100可用於偵測一眼球(Eyeball)190。必須注意的是，眼球190並不屬於偵測裝置100之任何一部份。在另一些實施例中，偵測裝置100亦可用於偵測人體之其他部份。

框架元件110之形狀和種類於本發明中並不特別作限制。在一些實施例中，框架元件110可為一延展實境(Extended Reality，XR)眼鏡鏡框。例如，前述之延展實境可包括虛擬實境(Virtual Reality，VR)、混合實境(Mixed Reality，MR)，或(且)擴增實境(Augmented Reality，AR)。

例如，收發器120可為一雷達模組(Radar Module)。收發器120係設置於框架元件110上，其中收發器120可傳送一第一射頻(Radio Frequency，RF)信號SF1。隱形眼鏡元件130包括一諧振器(Resonator)140。諧振器140可將第一射頻信號SF1轉換為一第一超聲波信號(Ultrasonic Signal)SU1，其中第一超聲波信號SU1可再傳送至眼球190。接著，諧振器140更可將來自眼球190之一第二超聲波信號SU2轉換為一第二射頻信號SF2，而收發器120更可再接收第二射頻信號SF2。在一些實施例中，第一射頻信號SF1和第二射頻信號SF2皆可操作於一WLAN(Wireless Local Area Network)頻帶、一Bluetooth頻帶，或是一NFC(Near Field Communication)頻帶，但亦不僅限於此。

大致而言，第二超聲波信號SU2可記錄眼球190之相關資訊，而第二超聲波信號SU2可再被轉換為第二射頻信號SF2，使得偵測裝置100能根據第二射頻信號SF2來取得前述之相關資訊。在本發明之設計下，所提之偵測裝置100可針對使用者之眼球190執行即時且動態之一偵測程序，從而可最小化整體之延遲時間(Delay Time)。

以下實施例將介紹偵測裝置100各種不同組態及細部結構特徵。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明。

在一些實施例中，偵測裝置100更包括一處理器(Processor)150。處理器150係耦接至收發器120，其中處理器150可藉由分析第二射頻信號SF2來推估眼球190之一目前狀態。例如，眼球190之目前狀態可包括一瞳孔直徑(Pupil Diameter)，但亦不僅限於此。在一些實施例中，處理器150還可根據眼球190之目前狀態來判斷使用者之壓力程度(Stress Level)。必須理解的是，處理器150僅為一選用元件(Optional Element)，在其他實施例中亦可移除之。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之隱形眼鏡元件130和眼球190之立體圖。在第2圖之實施例中，隱形眼鏡元件130係鄰近於眼球190而設置。必須注意的是，本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如：10mm或更短)，亦可包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即，前述間距縮短至0)。

如前所述，隱形眼鏡元件130之諧振器140可將第一射頻信號SF1轉換為第一超聲波信號SU1。然後，第一超聲波信號SU1可垂直地進入眼球190，並可與眼球190之內部結構發生交互作用。作為對第一超聲波信號SU1之回應，眼球190將可產生第二超聲波信號SU2，其可被視為一反射超聲波信號，並能記錄眼球190之相關資訊。接著，隱形眼鏡元件130之諧振器140更可將第二超聲波信號SU2轉換為第二射頻信號SF2，以利後續之分析。在一些實施例中，第一超聲波信號SU1和第二超聲波信號SU2之傳播方向皆可與眼球190之表面大致互相垂直。亦即，第一超聲波信號SU1和第二超聲波信號SU2皆非屬於眼球190之相關表面波(Surface Wave)。

第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之眼球190之前視圖。在第3A圖之實施例中，眼球190係對應於相對適中之一瞳孔直徑D1。第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之眼球190之前視圖。在第3B圖之實施例中，眼球190係對應於相對較小之一瞳孔直徑D2。第3C圖係顯示根據本發明一實施例所述之眼球190之前視圖。在第3C圖之實施例中，眼球190係對應於相對較大之一瞳孔直徑D3。因此，藉由分析第二超聲波信號SU2，偵測裝置100將可得知眼球190之目前狀態，例如：眼球190之瞳孔直徑可接近於第3A、3B、3C圖其中之任何一者。如此，經由統計瞳孔直徑變化的時間序列，即可以獲得生物資訊之回饋報告。

在一些實施例中，隱形眼鏡元件130之諧振器140係由一薄膜體聲波諧振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)來實施。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，隱形眼鏡元件130之諧振器140亦可由一高調體聲波諧振器(High-overtone Bulk Acoustic Resonator，HBAR)來實施。另外，隱形眼鏡元件130之諧振器140還可包括具有生物相容之一薄膜壓電基板，例如：ZnO (Zinc Oxide)、AlN (Aluminum Nitride)等(未顯示)。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之諧振器440之剖面圖。諧振器440可套用至前述之偵測裝置100。在第4圖之實施例中，諧振器440可由一多層介質基板(Multilayer Dielectric Substrate)所實施，並可至少包括一天線元件(Antenna Element)460和一壓電層(Piezoelectric Layer)470。詳細而言，天線元件460包括一第一輻射金屬部(Radiation Metal Element)461和一第二輻射金屬部462，其中壓電層470係設置於第一輻射金屬部461和第二輻射金屬部462之間。例如，若天線元件460為一偶極天線(Dipole Antenna)，則第一輻射金屬部461可為此偶極天線之一正極輻射體(Positive Radiator)，而第二輻射金屬部462可為此偶極天線之一負極輻射體(Negative Radiator)，但亦不僅限於此。

天線元件460和壓電層470可共同形成一三明治結構(Sandwich Structure)475，其可適用於射頻信號和超聲波信號之間之互相轉換。為滿足此三明治結構475之共振條件，壓電層470之厚度H1可大致等於第一超聲波信號SU1或第二超聲波信號SU2之0.5倍波長(λ/2)。例如，壓電層470之厚度H1可介於1μm至3μm之間，但亦不僅限於此，其主要將與壓電材料特性與操作頻率呈現相關性。在一些實施例中，諧振器440更包括一水凝膠層(Hydrogel Layer)480，其可鄰近於天線元件460和壓電層470而設置。水凝膠層480可視為隱形眼鏡元件130之一透明部份。

必須理解的是，天線元件460之形狀和種類於本發明中並不特別限制。在另一些實施例中，天線元件460亦可改為一單極天線(Monopole Antenna)、一迴圈天線(Loop Antenna)、一螺旋天線(Helical Antenna)、一補釘天線(Patch Antenna)、一平面倒F字形天線(Planar Inverted F Antenna)，或是一晶片天線(Chip Antenna)。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測方法之流程圖。首先，在步驟S510，藉由一收發器，傳送一第一射頻信號。在步驟S520，藉由一隱形眼鏡元件之一諧振器，將第一射頻信號轉換為一第一超聲波信號，其中第一超聲波信號係傳送至一眼球。在步驟S530，藉由隱形眼鏡元件之諧振器，將來自眼球之一第二超聲波信號轉換為一第二射頻信號。最後，在步驟S540，藉由收發器，接收第二射頻信號。必須理解的是，以上步驟無須依次序執行，而第1-4圖之實施例之每一特徵均可套用至第5圖之偵測方法當中。

本發明提出一種新穎之偵測裝置和偵測方法。與傳統設計相比，本發明至少具有可快速取得生物資訊、可微縮整體裝置尺寸，以及可降低整體製造成本等優勢，故其很適合應用於各種各式之裝置當中。

值得注意的是，以上所述之元件參數並非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之偵測裝置和偵測方法並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之偵測裝置和偵測方法當中。

本發明之方法，或特定型態或其部份，可以以程式碼的型態存在。程式碼可以包含於實體媒體，如軟碟、光碟片、硬碟、或是任何其他機器可讀取(如電腦可讀取)儲存媒體，亦或不限於外在形式之電腦程式產品，其中，當程式碼被機器，如電腦載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。程式碼也可以透過一些傳送媒體，如電線或電纜、光纖、或是任何傳輸型態進行傳送，其中，當程式碼被機器，如電腦接收、載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。當在一般用途處理單元實作時，程式碼結合處理單元提供一操作類似於應用特定邏輯電路之獨特裝置。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:偵測裝置 110:框架元件 120:收發器 130:隱形眼鏡元件 140,440:諧振器 150:處理器 190:眼球 460:天線元件 461:第一輻射金屬部 462:第二輻射金屬部 470:壓電層 475:三明治結構 480:水凝膠層 D1,D2,D3:瞳孔直徑 H1:厚度 S510,S520,S530,S540:步驟 SF1:第一射頻信號 SF2:第二射頻信號 SU1:第一超聲波信號 SU2:第二超聲波信號

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置之示意圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之隱形眼鏡元件和眼球之立體圖。第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之眼球之前視圖。第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之眼球之前視圖。第3C圖係顯示根據本發明一實施例所述之眼球之前視圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之諧振器之剖面圖。第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測方法之流程圖。

100:偵測裝置

110:框架元件

120:收發器

130:隱形眼鏡元件

140:諧振器

150:處理器

190:眼球

SF1:第一射頻信號

SF2:第二射頻信號

SU1:第一超聲波信號

SU2:第二超聲波信號

Claims

一種偵測裝置，用於偵測一眼球，並包括：一框架元件；一收發器，設置於該框架元件上，並傳送一第一射頻信號；以及一隱形眼鏡元件，包括一諧振器，其中該諧振器將該第一射頻信號轉換為一第一超聲波信號，而該第一超聲波信號係傳送至該眼球；其中該諧振器更將來自該眼球之一第二超聲波信號轉換為一第二射頻信號，而該收發器更接收該第二射頻信號。
如請求項1所述之偵測裝置，更包括：一處理器，耦接至該收發器，其中該處理器係藉由分析該第二射頻信號來推估該眼球之一目前狀態。
如請求項2所述之偵測裝置，其中該眼球之該目前狀態包括一瞳孔直徑。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該框架元件為一延展實境眼鏡鏡框。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該第一射頻信號和該第二射頻信號皆操作於一WLAN(Wireless Local Area Network)頻帶、一Bluetooth頻帶，或一NFC(Near Field Communication)頻帶。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該諧振器係由一薄膜體聲波諧振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)來實施。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該諧振器係由一高調體聲波諧振器(High-overtone Bulk Acoustic Resonator，HBAR)來實施。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該諧振器包括：一天線元件，包括一第一輻射金屬部和一第二輻射金屬部；以及一壓電層(Piezoelectric Layer)，設置於該第一輻射金屬部和該第二輻射金屬部之間。
如請求項8所述之偵測裝置，其中該諧振器更包括：一水凝膠層(Hydrogel Layer)，鄰近於該天線元件和該壓電層。
如請求項8所述之偵測裝置，其中該天線元件為一偶極天線。
如請求項8所述之偵測裝置，其中該壓電層之厚度係大致等於該第一超聲波信號或該第二超聲波信號之0.5倍波長。
如請求項8所述之偵測裝置，其中該壓電層之厚度係介於1μm至3μm之間。
如請求項1所述之偵測裝置，其中該第一超聲波信號係垂直地進入該眼球，使得該眼球產生該第二超聲波信號。
一種偵測方法，包括下列步驟：藉由一收發器，傳送一第一射頻信號；藉由一隱形眼鏡元件之一諧振器，將該第一射頻信號轉換為一第一超聲波信號，其中該第一超聲波信號係傳送至一眼球；藉由該隱形眼鏡元件之該諧振器，將來自該眼球之一第二超聲波信號轉換為一第二射頻信號；以及藉由該收發器，接收該第二射頻信號。
如請求項14所述之偵測方法，更包括：藉由分析該第二射頻信號來推估該眼球之一目前狀態。
如請求項15所述之偵測方法，其中該眼球之該目前狀態包括一瞳孔直徑。
如請求項14所述之偵測方法，其中該第一射頻信號和該第二射頻信號皆操作於一WLAN頻帶、一Bluetooth頻帶，或一NFC(Near Field Communication)頻帶。
如請求項14所述之偵測方法，其中該諧振器係由一薄膜體聲波諧振器來實施。
如請求項14所述之偵測方法，其中該諧振器係由一高調體聲波諧振器來實施。
如請求項14所述之偵測方法，其中該第一超聲波信號係垂直地進入該眼球，使得該眼球產生該第二超聲波信號。