TWI843515B - 光學式生理感測器及應用其的健康狀況監測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種光學式生理感測器及應用其的健康狀況監測裝置，光學式生理感測器包括一模組基板、一發光模組以及一偵測模組。模組基板包括一基板、一電極組及一導電路徑，基板具有一發射區域、一接收區域及一位於發射區域與接收區域之間的生物體接觸區域，電極組設置於生物體接觸區域，且包括一第一感測電極、一第二感測電極及一接地電極，導電路徑經設置以使第一感測電極與第二感測電極之間形成導通。發光模組設置於發射區域，且包括至少一發光單元及一覆蓋發光單元的第一封裝層。偵測模組設置於接收區域，且包括至少一偵測單元及一覆蓋偵測單元的第二封裝層。

Description

光學式生理感測器及應用其的健康狀況監測裝置

本發明涉及一種感測器及應用其的電子裝置，特別是涉及一種光學式生理感測器及應用其的健康狀況監測裝置。

近年來，人們越來越重視健康管理，加上在新冠肺炎疫情期間密切監控健康狀況的需求上升，進而帶動了生理參數監測裝置的發展，其能以非侵入方式隨時記錄待測者的重要生理參數，包括體溫、血氧濃度、心率及心電圖等，以及對可能的健康狀況異變加以提醒或預防。生理參數監測裝置除了有可穿戴於待測者身上的類型，也有可用於車載裝置(例如座椅)及長照裝置(例如輪椅或床墊)的類型。

在生理參數監測裝置內部通常配置有模組化的光發射器與光感測器來進行生理信號監測；光發射器與光感測器可被封裝在同一個基板上，並且在兩者之間設置有擋牆以防止訊號干擾；或者，光發射器與光感測器各自可被獨立封裝在一基板上，並且在光發射器的四周設置有擋牆。然而，穿戴式的生理參數監測裝置普遍具有多功能、小型化和集成化的設計需求，現有的光發射器與光感測器的模組化設計難以滿足全部的需求，缺乏實用價值。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種光學式生理感測器，其有利於小型化和集成化設計。並且，提供一種應用此光學式生理感測器的健康狀況監測裝置。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種光學式生理感測器，其包括一模組基板、一發光模組以及一偵測模組。該模組基板包括一基板、一電極組及一導電路徑；該基板具有一發射區域、一接收區域及一位於該發射區域與該接收區域之間的生物體接觸區域；該電極組設置於該生物體接觸區域，且包括一第一感測電極、一第二感測電極及一接地電極；該導電路徑經設置以使該第一感測電極與該第二感測電極之間形成導通。該發光模組設置於該發射區域，且包括至少一發光單元及一覆蓋該至少一發光單元的第一封裝層。該偵測模組設置於該接收區域，且包括至少一偵測單元及一覆蓋該至少一偵測單元的第二封裝層。

在本發明的實施例中，該基板具有一第一表面及一與該第一表面相對的第二表面，該模組基板包括一凸台，其設置於該生物體接觸區域的該第一表面上，且該凸台的高度高於該第一封裝層與該第二封裝層的高度。該第一感測電極設置於該凸台遠離該第一表面的一表面上，該第二感測電極與該接地電極設置於該生物體接觸區域的該第二表面上，且該導電路徑經過該基板的該生物體接觸區域與該凸台。

在本發明的實施例中，該模組基板包括一導通孔，其貫穿該基板的該生物體接觸區域與該凸台，且位於該第一感測電極與該第二感測電極之間以構成該導電路徑。

在本發明的實施例中，該基板具有一第一表面及一與該第一表面相對的第二表面，該第一感測電極設置於該生物體接觸區域的該第一表面 上，該第二感測電極與該接地電極設置於該生物體接觸區域的該第二表面上，且該導電路徑經過該基板的該生物體接觸區域。

在本發明的實施例中，該模組基板包括一導通孔，其貫穿該基板的該生物體接觸區域，且位於該第一感測電極與該第二感測電極之間以構成該導電路徑。

在本發明的實施例中，該發光模組包括一擋牆，其設置於該至少一發光單元與該凸台之間。該至少一發光單元經設置以發出工作光，且該擋牆對該工作光的穿透率小於5%。

在本發明的實施例中，該擋牆嵌設於該第一封裝層中。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種健康狀況監測裝置，其包括一功能模組以及具有上述構造的光學式生理感測器。該功能模組電連接於該光學式生理感測器，且該光學式生理感測器在該第一感測電極與該第二感測電極之間形成導通時產生一喚醒訊號以啟動該功能模組。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的光學式生理感測器，其能通過包括“該基板具有一發射區域、一接收區域及一位於該發射區域與該接收區域之間的生物體接觸區域”及“該電極組設置於該生物體接觸區域，且包括一第一感測電極、一第二感測電極及一接地電極”及“該導電路徑經設置以使該第一感測電極與該第二感測電極之間形成導通”及“該發光模組設置於該發射區域，且該偵測模組設置於該接收區域”的技術方案，以將光學感測與接觸感測/接觸喚醒功能結合在同一模組，又具備占據空間小、布置靈活性高等應用上的優勢。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並 非用來對本發明加以限制。

Z:健康狀況監測裝置

S:光學式生理感測器

1:模組基板

11:基板

11a:發射區域

11b:接收區域

11c:生物體接觸區域

111:第一表面

112:第二表面

12:電極組

121:第一感測電極

122:第二感測電極

123:接地電極

13:凸台

14:導通孔

15:黏著層

2:發光模組

21:發光單元

22:第一封裝層

23:擋牆

3:偵測模組

31:偵測單元

32:第二封裝層

M:功能模組

U1:血氧單元

U2:心率單元

U3:心電單元

圖1為本發明第一實施例的光學式生理感測器的其中一立體示意圖。

圖2為圖1的II-II剖面的剖面示意圖。

圖3為本發明第一實施例的光學式生理感測器的另外一立體示意圖。

圖4為圖3的IV-IV剖面的剖面示意圖。

圖5為本發明第二實施例的光學式生理感測器的立體示意圖。

圖6為圖5的VI-VI剖面的剖面示意圖。

圖7為本發明的健康狀況監測裝置的示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“光學式生理感測器及應用其的健康狀況監測裝置”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

在沒有另行定義的情況下，本文中所使用的術語具有與本領域 技術人員的通常理解相同的含義。各實施例中所涉及的材料，如無特別說明則為市售或根據現有技術製得的材料。各實施例中所涉及的工藝方法，如無特別說明則為本領域慣常使用的工藝方法。

[第一實施例]

參閱圖1及圖2所示，本發明第一實施例提供一種光學式生理感測器S，其包括一模組基板1、一發光模組2以及一偵測模組3。發光模組2與偵測模組3位於模組基板1上，發光模組2經設置以向一被測生物體發出檢測光線，偵測模組3經設置以接收生物體反射的光線，被接收的光訊號可經計算或處理以轉換成相應的生理訊號，從而得知被測生物體的生理變化，例如血氧濃度變化、心率變化。值得一提的是，模組基板1上整合有接觸感測/接觸喚醒功能，通過直接接觸皮膚的方式就可以取得被測生物體接的心電訊號或者喚醒其他功能模組，使用範圍更廣，實用性更高。

在本發明中，模組基板1包括一基板11、一電極組12及一導電路徑。基板11具有一發射區域11a、一接收區域11b及一位於發射區域11a與接收區域11b之間的生物體接觸區域11c，電極組12設置於基板11的生物體接觸區域11c，且包括一第一感測電極121、一第二感測電極122及一接地電極123，導電路徑經設置以使第一感測電極121與第二感測電極122之間形成導通。發光模組2設置於發射區域11a，且包括至少一發光單元21及一覆蓋發光單元21的第一封裝層22。偵測模組3設置於接收區域11b，且包括至少一偵測單元31及一覆蓋偵測單元31的第二封裝層32。

值得注意的是，本實施例是藉由一凸台13將電極組12與導電路徑建立在模組基板1上同時隔絕發光單元21的側光干擾。進一步地說，基板11具有一第一表面111(例如上表面)及一與第一表面111相對的第二表面112(例如下表面)，凸台13設置於生物體接觸區域11c的第一表面111上，且凸台13的 高度高於第一封裝層22與第二封裝層32的高度。第一感測電極121設置於凸台13遠離第一表面111的一表面上，第二感測電極122與接地電極123設置於生物體接觸區域11c的該第二表面112上，且導電路徑經過基板11的生物體接觸區域11c與凸台13。

實際應用時，基板11可為一電路板，其具有預定的線路布局，可依據設計上的需求而加以調整，且在第一表面111與第二表面112可設有多個用於進行電連接的連接墊(圖中未顯示)。基板11與凸台13可由BT樹脂(bismaleimide-triazine resin,BT)構成，且凸台13可通過一黏著層15結合於基板11上，但本發明不受限於此。另外，模組基板1包括一導通孔14，其貫穿基板11的生物體接觸區域11c與凸台13，且位於第一感測電極121與第二感測電極122之間以構成該導電路徑。然而，以上所述只是可行的實施方式，而非用以限制本發明。

發光單元21可採用可見光發光二極體及/或不可見光發光二極體，但也可採用其他類型的發光元件；偵測單元31可採用與發光單元21適配之光感測單元，例如光電二極體、光電晶體。然而，本發明不以上述所舉的例子為限。第一封裝層22與第二封裝層32設置為允許來自發光單元21的光穿透，且各自可保護發光單元21與偵測單元31免受物理損傷並降低周圍環境因素造成的負面影響。

在本實施例中，第一封裝層22與第二封裝層32可由環氧樹脂系統或矽氧烷樹脂(silicone)系統之透明封裝材料形成，但不限於此。第一封裝層22與第二封裝層32可通過壓模方式成型，而凸台13可以在壓模製程中對模具提供有效的支撐。

配合圖3及圖4所示，為了更有效地防止發光單元21發射的光以非預期方式傳遞至偵測單元31，例如非經由被測生物體反射回來，發光模組2 可包括一設置於發光單元21與凸台13之間的擋牆23。擋牆23可嵌設於第一封裝層22中，且可包含黑色吸光材料以達到基本上不透光，即擋牆23對發光單元21發射的光的穿透率小於5%。

[第二實施例]

參閱圖5及圖6所示，本發明第二實施例提供一種光學式生理感測器S，其包括一模組基板1、一發光模組2以及一偵測模組3。模組基板1包括一基板11、一電極組12及一導電路徑。基板11具有一發射區域11a、一接收區域11b及一位於發射區域11a與接收區域11b之間的生物體接觸區域11c，電極組12設置於基板11的生物體接觸區域11c，且包括一第一感測電極121、一第二感測電極122及一接地電極123，導電路徑經設置以使第一感測電極121與第二感測電極122之間形成導通。發光模組2設置於發射區域11a，且包括至少一發光單元21及一覆蓋發光單元21的第一封裝層22。偵測模組3設置於接收區域11b，且包括至少一偵測單元31及一覆蓋偵測單元31的第二封裝層32。

不同於第一實施例的是，本實施例將電極組12與導電路徑直接建立在模組基板1上，且發光模組2包括一設置於發光單元21與電極組12之間的擋牆23，以防止發光單元21發射的光以非預期方式傳遞至偵測單元31，例如非經由被測生物體反射回來。進一步地說，第一感測電極121設置於生物體接觸區域11c的第一表面111上，第二感測電極122與接地電極123設置於生物體接觸區域11c的第二表面112上，且導電路徑經過生物體接觸區域11c。實際應用時，模組基板1包括一導通孔14，其貫穿基板11的生物體接觸區域11c，且位於第一感測電極121與第二感測電極122之間以構成該導電路徑。另外，擋牆23可嵌設於第一封裝層22中，且可包含黑色吸光材料以達到基本上不透光，即擋牆23對發光單元21發射的光的穿透率小於5%。

第一實施例中提到的相關技術細節在本實施例中依然有效，為 了減少重複，這裡不再贅述。相應地，本實施例中提到的相關技術細節也可應用在第一實施例中。

參閱圖7並配合圖2、圖4及圖6所示，本發明還提供一種健康狀況監測裝置Z，其主要包括一功能模組M及第一或第二實施例所述的光學式生理感測器S，且光學式生理感測器S電連接於功能模組M。功能模組M可設置為在預定狀態下處於睡眠模式，當需要功能模組M完成某項任務時，可將光學式生理感測器S的第一感測電極121與第二感測電極122與人體接觸，例如，利用一根手指接觸第一感測電極121，並利用另一根手指接觸第二感測電極122，以使第一感測電極121與第二感測電極122之間形成導通，從而產生一喚醒訊號以啟動功能模組M。

實際應用時，健康狀況監測裝置Z還可包括電連接於光學式生理感測器S的血氧單元U1、心率單元U2及心電單元U3。血氧單元U1可將偵測單元31測得的光訊號轉換成相應的血氧濃度資訊，心率單元U2可將偵測單元31測得的光訊號轉換成相應的心跳資訊，心電單元U3可通過電極組12取得人體心電訊號。

[實施例的有益效果]

本發明所提供的光學式生理感測器，其能通過包括“該基板具有一發射區域、一接收區域及一位於該發射區域與該接收區域之間的生物體接觸區域”及“該電極組設置於該生物體接觸區域，且包括一第一感測電極、一第二感測電極及一接地電極”及“該導電路徑經設置以使該第一感測電極與該第二感測電極之間形成導通”及“該發光模組設置於該發射區域，且該偵測模組設置於該接收區域”的技術方案，以將光學感測與接觸感測/接觸喚醒功能結合在同一模組，又具備占據空間小、布置靈活性高等應用上的優勢。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

S:光學式生理感測器

1:模組基板

121:第一感測電極

13:凸台

2:發光模組

21:發光單元

22:第一封裝層

3:偵測模組

31:偵測單元

32:第二封裝層

Claims (5)

1. 一種光學式生理感測器，其包括：一模組基板，其包括：一基板，包括一發射區域、一接收區域及一位於該發射區域與該接收區域之間的生物體接觸區域；一凸台，設置於該生物體接觸區域的該第一表面上；一電極組，包括一第一感測電極、一第二感測電極及一接地電極，其中該第一感測電極設置於該凸台遠離該第一表面的一表面上，且該第二感測電極與該接地電極設置於該生物體接觸區域的該第二表面上；及一導電路徑，設置為經過該基板的該生物體接觸區域與該凸台，以使該第一感測電極與該第二感測電極之間形成導通；一發光模組，設置於該發射區域，且包括至少一發光單元及一覆蓋該至少一發光單元的第一封裝層，其中該凸台的高度高於該第一封裝層的高度；以及一偵測模組，設置於該接收區域，且包括至少一偵測單元及一覆蓋該至少一偵測單元的第二封裝層，其中該凸台的高度高於該第二封裝層的高度。
2. 如請求項1所述的光學式生理感測器，其中，該模組基板包括一導通孔，其貫穿該基板的該生物體接觸區域與該凸台，且位於該第一感測電極與該第二感測電極之間以構成該導電路徑。
3. 如請求項1或2所述的光學式生理感測器，其中，該發光模組包括一擋牆，其設置於該至少一發光單元與該凸台之間； 該至少一發光單元經設置以發出工作光，且該擋牆對該工作光的穿透率小於5%。
4. 如請求項3所述的光學式生理感測器，其中，該擋牆嵌設於該第一封裝層中。
5. 一種健康狀況監測裝置，其包括一功能模組以及如請求項1所述的光學式生理感測器，該功能模組電連接於該光學式生理感測器，其中該光學式生理感測器在該第一感測電極與該第二感測電極之間形成導通時產生一喚醒訊號以啟動該功能模組。

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