光学感测装置及其测量方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种感测装置及其测量方法，且特别涉及一种光学感测装置及其测量方法。
【背景技术】
[0002]随着人文与科技发达，健康生理照护的装置设备不再只是局限于医疗院所使用，许多医疗、生理检测装置渐渐地深入家庭、运动场所中。其中，穿戴式设备更是近年来极为重视的研究主题。由于以反射式光学检测方式进行生理信号检测的穿戴式腕表容易因腕部动作影响造成原来的测量点偏移，大大地影响在运动过程中信号的判读准确度，因此目前市售产品仅适合进行如心率测量等较为简单的生理信号检测功能。
[0003]以血氧浓度检测为例，市售非侵入式血氧浓度计以外挂指夹式探头的穿透式血氧计为主，在长时间使用时容易对手指压迫造成血液循环不良，对使用者来说极不舒适。此夕卜，目前市售的反射式血氧浓度计以配戴在头部或是鼻贴式为主，不仅周边设备庞大不利携带，较适于卧床时使用。相较之下腕部穿戴式生理检测装置会是在日常生活中进行生理监测较佳的方案，具有携带方便的优点，适合长时间配戴。
[0004]然而，穿戴式腕表容易因腕部动作影响造成原来的测量点偏移，大大地影响在运动过程中信号的判读准确度。
【发明内容】
[0005]本公开提供一种光学感测装置，具光源调控功能，可动态且连续式监控人体组织。
[0006]本公开提供一种光学感测装置的测量方法，具光源调控功能，可动态且连续式监控人体组织。
[0007]本公开的一种光学感测装置包括至少一光传感器、多个发光元件以及一控制器。光传感器设置在一基板上。光传感器用以在光学感测装置的一感测范围内感测一光反射信号。发光元件设置在基板上，围绕光传感器。发光元件用以提供一光学信号发射入一人体组织。光学信号在人体组织内反射以产生光反射信号。控制器电性连接至光传感器及发光元件。控制器用以判断人体组织在感测范围内的一所在位置是否有改变。如测量条件偏离合适范围导致无法进行生理信号测量，控制器会自动调整发光元件组合及光源强度以重新追踪感测位置。控制器依据人体组织在感测范围内的所在位置驱动发光元件当中的至少一个发光元件并调整该至少一个发光元件的发光强度来提供光学信号。
[0008]在本公开的一实施例中，在一第一方向上，上述的光传感器位于发光元件当中的两个发光元件之间。在一第二方向上，光传感器位于发光元件当中的另两个发光元件之间。
[0009]在本公开的一实施例中，上述的光传感器的一表面与基板的一表面的一垂直距离等于各发光元件的一表面与基板的表面的一垂直距离。
[0010]在本公开的一实施例中，上述的光传感器的一表面与基板的一表面的一垂直距离大于各发光元件的一表面与基板的表面的一垂直距离。
[0011]在本公开的一实施例中，上述的光学感测装置还包括至少一光隔离结构。光隔离结构设置在基板上光传感器和各发光元件之间。光隔离结构用以隔离光学信号入射至光传感器。
[0012]在本公开的一实施例中，上述的光传感器和发光元件设置在基板的一第一表面上。光隔离结构更设置在基板上相对于第一表面的一第二表面。光隔离结构包覆第二表面。
[0013]在本公开的一实施例中，上述的控制器是依据光反射信号及一动作感测信号两者至少其中之一来判断人体组织在感测范围内的所在位置是否有改变。
[0014]在本公开的一实施例中，上述的光学感测装置还包括一动作感测元件。动作感测元件设置在基板上，用以感测人体组织在感测范围内的所在位置是否有改变，并且据此产生动作感测信号。
[0015]在本公开的一实施例中，上述的光反射信号及动作感测信号各自对应一趋势线。若各趋势线为一连续曲线，控制器依据光反射信号及动作感测信号两者至少其中之一来判断人体组织在感测范围内的所在位置未改变。
[0016]在本公开的一实施例中，上述的光反射信号及动作感测信号各自对应一趋势线。若各趋势线包括一转折点，控制器依据光反射信号及动作感测信号两者至少其中之一来判断人体组织在感测范围内的所在位置已改变。
[0017]在本公开的一实施例中，上述的所在位置包括一第一位置及一第二位置。当人体组织在感测范围内的从第一位置移动到第二位置时，各趋势线中对应产生转折点。
[0018]在本公开的一实施例中，若人体组织位于第一位置，上述的控制器驱动发光元件当中的至少一第一发光元件并调整此第一发光元件的发光强度来提供光学信号。若人体组织位于第二位置，控制器驱动发光元件当中的至少一第二发光元件并调整此第二发光元件的发光强度来提供光学信号。
[0019]在本公开的一实施例中，上述的至少一第二发光元件的数量大于至少一第一发光元件的数量。
[0020]在本公开的一实施例中，当上述的控制器驱动发光元件当中的至少一个发光元件并调整该至少一发光元件的发光强度来提供光学信号时，控制器降低发光元件当中未提供光学信号的其余发光元件的发光强度。
[0021]在本公开的一实施例中，上述的光学信号在人体组织内反射所产生的光反射信号的一信号振幅在一预设范围内。
[0022]在本公开的一实施例中，上述的控制器驱动发光元件当中的一组合并调整此组合的发光强度来提供光学信号入射到人体组织，并且利用光传感器来感测光学信号在人体组织内反射所产生的光反射信号。控制器判断人体组织在感测范围内的所在位置是否有改变。若人体组织在感测范围内的所在位置已改变，控制器调整发光元件当中的组合的组成元件及此组合的发光强度来提供光学信号入射到人体组织，并且利用光传感器来感测人体组织内反射光学信号所产生的光反射信号。控制器判断光反射信号的一信号振幅是否在一预设范围内。若光反射信号的信号振幅在预设范围内，控制器驱动调整后的发光元件当中的组合的组成元件并调整组合的发光强度来提供光学信号，并且计算信号振幅在预设范围内的光反射信号的一生理信号。
[0023]本公开的一种光学感测装置的测量方法包括如下步骤。驱动发光元件当中的一第一组合并调整此第一组合的发光强度来提供一第一光学信号入射到一人体组织，并且感测第一光学信号在人体组织内反射所产生的一第一光反射信号。判断人体组织在一感测范围内的一所在位置的生理感测环境是否有改变。若人体组织在感测范围内的所在位置的生理感测环境已改变，选择发光元件当中的一第二组合并调整此第二组合的发光强度来提供一第二光学信号入射到人体组织，并且感测第二光学信号在人体组织内反射所产生的一第二光反射信号。判断第二光反射信号的一信号振幅是否在一预设范围内。若第二光反射信号的信号振幅在预设范围内，驱动发光元件当中的第二组合并调整此第二组合的发光强度来提供第二光学信号，并且计算信号振幅在预设范围内的第二光反射信号的一生理信号。
[0024]在本公开的一实施例中，上述判断第二光反射信号的信号振幅是否在预设范围内的步骤包括如下步骤。判断第二光反射信号的信号振幅的一波峰值是否小于预设范围的一上限值。判断第二光反射信号的信号振幅的一波谷值是否大于预设范围的一下限值。
[0025]在本公开的一实施例中，上述的选择发光元件当中的第二组合及调整此第二组合的发光强度的步骤包括如下步骤。若第二光反射信号的信号振幅的波峰值大于预设范围的上限值，调整发光元件当中的第二组合的组成元件及调整此第二组合的发光强度，以降低第二光反射信号的信号振幅的波峰值。若第二光反射信号的信号振幅的波谷值小于预设范围的下限值，调整发光元件当中的第二组合的组成元件及调整此第二组合的发光强度，以提高第二光反射信号的信号振幅的波谷值。
[0026]在本公开的一实施例中，上述的测量方法还包括如下步骤。若第二光反射信号的信号振幅不在预设范围内，重复执行选择发光元件当中的第二组合及调整此第二组合的发光强度的步骤，直到选择过的发光元件当中的第二组合包括发光元件当中的一至多个发光元件的所有组合。
[0027]在本公开的一实施例中，上述的测量方法更括如下步骤。若第二光反射信号的信号振幅不在预设范围内，重复执行选择发光元件当中的第二组合及调整此第二组合的发光强度的步骤，直到选择后的发光元件当中的第二组合所对应的第二光反射信号的信号振幅落在预设范围内。
[0028]在本公开的一实施例中，上述在判断人体组织在感测范围内的所在位置是否有改变的步骤中，是依据第一光反射信号及一动作感测信号两者至少其中之一，来判断人体组织在感测范围内的所在位置是否有改变。
[0029]在本公开的一实施例中，上述的第一光反射信号及动作感测信号各自对应一趋势线。在判断人体组织在感测范围内的所在位置是否有改变的步骤中，若各趋势线为一连续曲线，代表感测位置稳定，判断人体组织在感测范围内的感测位置未改变。
[0030]在本公开的一实施例中，上述的第一光反射信号及动作感测信号各自对应一趋势线。在判断人体组织在感测范围内的所在位置是否有改变的步骤中，若各趋势线包括一转折点，判断人体组织在感测范围内的所在位置已改变。
[0031]在本公开的一实施例中，上述的所在位置包括一第一位置及一第二位置。当人体组织在感测范围内的从第一位置移动到第二位置时，各趋势线中对应产生转折点。
[0032]在本公开的一实施例中，上述的测量方法还包括如下步骤。降低发光元件当中未提供第一光学信号或第二光学信号的其余发光元件的发光强度。
[0033]在本公开的一实施例中，上述的测量方法还包括如下步骤。判断第一光反射信号的一信号振幅是否在预设范围内。若第一光反射信号的信号振幅在预设范围内，计算信号振幅在预设范围内的第一光反射信号的一生理信号。
[0034]在本公开的一实施例中，上述的测量方法还包括如下步骤。若第一光反射信号的信号振幅不在预设范围内，执行判断人体组织在感测范围内的所在位置是否有改变的步骤。
[0035]在本公开的一实施例中，上述的测量方法还包括如下步骤。若人体组织在感测范围内的所在位置未改变，调整提供第一光学信号的发光元件当中的组合的一驱动电流或一电压增益，控制发光元件亮度，使第一光反射信号的信号振幅回到预设范围内。
[0036]基于上述，本公开提供的光学感测装置及其测量方法，可根据人体组织在感测范围内的所在位置是否改变来调整提供光学信号的发光元件的组合及此组合的发光亮度。
[0037]为让本公开的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
【附图说明】
[0038]图1绘示本公开一范例实施例的光学感测装置的概要示意图。
[0039]图2A及图2B分别绘示图1的光学模块的不同视角的概要示意图。
[0040]图3绘示图1的光学感测装置的光学模块测量人体组织的概要示意图。
[0041]图4绘示本公开另一范例实施例的光学感测装置的光学模块的剖面示意图。
[0042]图5绘示图4的光学感测装置的光学模块测量人体组织的概要示意图。
[0043]图6绘示本公开另一范例实施例的光学感测装置的光学模块的剖面示意图。
[0044]图7A绘示本公开另一范例实施例的光学感测装置的光学模块的俯视示意图。
[0045]图7B绘示本公开另一范例实施例的光学感测装置的光学模块的俯视示意图。
[0046]图8绘示本公开一范例实施例的光学感测装置的测量方法的步骤流程图。
[0047]图9绘示本公开一范例实施例的光学感测装置的信号预处理操作的步骤流程图。
[0048]图10及图11分别绘不本公开一范例实施例的第一光反射信号的波形不意图。
[0049]图12绘示本公开一范例实施例的光学感测装置的光源调控操作的步骤流程图。
[0050]图13绘示本公开一范例实施例的光反射信号在光源调控操作的过程中的波形示意图。
[0051]图14绘示图13的光反射信号在第四阶段的部分波形的放大示意图。
[0052]图15绘示本公开另一范例实施例的光学感测装置的测量方法的步