一种生理参数传感器及穿戴设备的制作方法

本技术涉及穿戴设备，尤其涉及一种生理参数传感器及穿戴设备。

背景技术：

1、光电容积描计法(photoplethysmograph，ppg)传感器是穿戴设备中重要的传感器。ppg传感器是穿戴设备中运动、健康特性的基础传感器，可以用来对人体进行持续无感的测量，持续的收集心率、血氧等运动健康数据，提供运动和健康分析依据。

2、ppg传感器的工作原理是：被测组织的微血管中的血液量随心脏的搏动发生变化，即血液容积会随心脏的搏动发生变化。ppg传感器向被测组织照射光信号，透射或反射的光信号会随血液容积变化，ppg传感器通过检测反应血液容积变化的光信号，来检测心率、血氧及碳氧等人体生理参数。用户佩戴穿戴设备且保持静态时，由于用户的皮肤与ppg传感器的相对位置基本不变，ppg传感器能够提供较好的心率等生理参数的检测，但用户佩戴穿戴设备运动时，由于用户的皮肤与ppg传感器的相位位置变化较大，而引入运动噪声或干扰，造成检测困难，导致ppg传感器的检测性能较差。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种生理参数传感器及穿戴设备，用以解决ppg传感器在运动场景下的检测性能较差的问题。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种生理参数传感器，该生理参数传感器可以包括：基板、至少一个光源、至少一个光探测器、偏光片以及相位延迟片，各光源和各光探测器位于基板同一侧的表面。生理参数传感器还可以包括：至少一个光信号发射区和至少一个光信号接收区。每一个光信号发射区对应至少一个光源，即至少一个光源出射的光信号可以在光信号发射区出射。每一个光信号接收区对应至少一个光探测器，即在光信号接收区入射的光信号可以射向至少一个光探测器。在具体实施时，可以根据光路的实际需求，设置光信号发射区和光信号接收区的位置和数量。偏光片位于光信号接收区对应的区域，相位延迟片位于光信号接收区对应的区域，偏光片位于各光探测器背离基板的一侧，相位延迟片位于偏光片背离基板的一侧。

3、每一个光源可以出射用于检测生理参数的第一光信号，相位延迟片可以用于对接收到的第二光信号进行相位延迟。偏光片可以使与该偏光片的偏振方向一致的光信号穿过。也就是说，偏光片可以根据自身的偏振方向选择光信号的偏振态，决定光信号中的哪个偏振态的光信号能够透过该偏光片。光探测器用以接收穿过偏光片的第二光信号，生理参数传感器可以根据光探测器检测到的光信号，来确定心率、血氧及碳氧等人体生理参数。

4、本技术实施例提供的生理参数传感器中，通过设置偏光片和相位延迟片，可以减少或阻止生理参数传感器内部其他部件的串光和反射、皮肤表面反射、浅层皮肤反射和/或浅层皮肤内部散射，即可以减小生理参数传感器的dc信号。由于用户佩戴穿戴设备运动时，运动噪声主要与穿戴设备偏转、移动等引起的dc信号变化有关，因而，本技术实施例中的生理参数传感器可以减小或滤除运动噪声。生理参数传感器的灌注率与dc信号呈反比，且生理参数传感器的电信号中dc信号的占比较高，因而，本技术实施例通过减小dc信号，可以提高生理参数传感器的灌注率，从而提高生理参数传感器的检测性能。

5、在本技术实施例中，偏光片和相位延迟片可以具有多种实现方式，以下对偏光片和相位延迟片的实现方式进行详细说明。

6、实现方式一：

7、偏光片还可以位于各光信号发射区对应的区域，即偏光片可以位于光信号发射区和光信号接收区对应的区域。相位延迟片还可以位于各光信号发射区对应的区域，即相位延迟片可以位于光信号发射区和光信号接收区对应的区域。偏光片位于各光源背离基板的一侧，相位延迟片位于偏光片背离基板的一侧。

8、至少一个光源可以用于将第一光信号射向偏光片，偏光片可以使与该偏光片的偏振方向一致的光线穿过。也就是说，偏光片可以根据自身的偏振方向选择第一光信号的偏振态，决定第一光信号中哪个偏振态的光信号能够透过偏光片，继续朝向皮肤的方向传输。

9、穿过偏光片的第一光信号经相位延迟片后，相位发生延迟，相位延迟后的第一光信号射向皮肤。

10、在一种可能的实现方式中，基板可以为陶瓷基板或印刷电路板(printed circuitboard，pcb)等具有支撑作用的基板。每一个光源可以包括发光二极管(light emittingdiode，led)或激光器。示例性地，该激光器可以为垂直腔面发射激光器(vertical cavitysurface emitting laser，vcsel)。在本技术实施例中，光源出射的第一光信号可以为自然光、线偏振光(该线偏振光的偏振方向与偏光片的偏振方向互不垂直)、圆偏振光或椭圆偏振光等各种偏振态的光信号，只要光源出射的第一光信号至少具有与偏光片的偏振方向一致的分量，使第一光信号中的至少部分光信号能够透过偏光片即可。优选地，光源可以采用线偏振光的光源或近似线偏振光的光源，且光源出射的光信号的偏振态与偏光片的偏振方向基本一致。每一个光探测器可以包括光电二极管(photo diode，pd)。示例性地，该光电二极管可以为pin型光电二极管(pin pd)或雪崩光电二极管(avalanche photon diode，apd)。光探测器可以接收经皮肤传输后的光信号，生理参数传感器可以根据光探测器检测到的光信号，来确定心率、血氧及碳氧等人体生理参数。

11、在本技术的一些实施例中，偏光片可以为线性偏振片，线性偏振片可以使与该线性偏振片的偏振方向一致的偏振光通过。相位延迟片可以为四分之一波片，四分之一波片可以使光信号产生π/2奇数倍的相位延迟。这样，可以阻止生理参数传感器内部其他部件的串光和反射、皮肤表面反射、浅层皮肤反射和/或浅层皮肤内部散射，从而大幅减小生理参数传感器的dc信号，有效滤除运动噪声，提高生理参数传感器的检测性能。在本技术的另一些实施例中，相位延迟片也可以为其他具有相位延迟功能的光学元件，基于类似的原理，也可以减少生理参数传感器内部其他部件的串光和反射、皮肤表面反射、浅层皮肤反射和/或浅层皮肤内部散射，即可以减小生理参数传感器的dc信号，也可以提高生理参数传感器的检测性能。

12、在一种可能的实现方式中，位于各光信号发射区的偏光片与位于各光信号接收区的偏光片为同一偏光片，即偏光片为一体结构。位于各光信号发射区的相位延迟片与位于各光信号接收区的相位延迟片为同一相位延迟片，即相位延迟片为一体结构。在另一种可能的实现方式中，偏光片可以包括：分立设置的多个偏光部，每一个偏光部对应一个光信号发射区或一个光信号接收区。相位延迟片可以包括：分立设置的多个相位延迟部，每一个相位延迟部对应一个光信号发射区或一个光信号接收区。

13、实现方式二：

14、与上述实现方式一不同的是：在实现方式二中，各光源出射的第一光信号为线偏振光，例如，光源可以包括：分布式反馈激光器(distributed feedback laser，dfb)。偏光片可以设置于各光信号接收区对应的区域。相位延迟片还设置于各光信号发射区对应的区域，即相位延迟片设置于光信号发射区和光信号接收区对应的区域。光源出射的第一光信号穿过相位延迟片后，相位发生延迟，相位延迟后的第一光信号射向皮肤。

15、在一种可能的实现方式中，光信号发射区对应位置处的相位延迟片的光轴方向可以与光源出射的第一光信号的偏振方向呈±45度，以使经过相位延迟片后的第一光信号为圆偏振光。光信号接收区对应位置处的偏光片的偏振方向可以与光源出射的第一光信号的偏振方向平行，光信号接收区对应位置处的相位延迟片的光轴可以与光源出射的第一光信号的偏振方向呈±45度。

16、在具体实施时，偏光片可以包括：至少一个偏光部，每一个偏光部对应一个光信号接收区。相位延迟片可以包括：分立设置的多个相位延迟部，每一个相位延迟部对应一个光信号发射区或一个光信号接收区。在一些情况下，位于各光信号发射区的相位延迟片与位于各光信号接收区的相位延迟片也可以为同一相位延迟片。

17、相比于实现方式一的方案，实现方式二中的光源出射的第一光信号为线偏振光，因而，可以省去光信号发射区对应位置处的偏光片。实现方式二中的其他具体实现方式与实现方式一类似，可以参照上述实现方式一的实施方式实现，重复之处不再赘述。

18、实现方式三：

19、与上述实现方式一不同的是：在实现方式三中，偏光片可以包括：至少一个偏光部，每一个偏光部对应一个光信号接收区，即偏光片可以设置于各光信号接收区对应的区域。相位延迟片可以包括：至少一个相位延迟部，每一个相位延迟部对应一个光信号接收区，即相位延迟片可以设置于各光信号接收区对应的区域。

20、在一种可能的实现方式中，各光源出射的第一光信号可以为圆偏振光，该圆偏振光可以为左旋或右旋圆偏振光。相位延迟片的光轴方向可以与偏光片的偏振方向呈±45度，当光源出射的第一光信号为右旋圆偏振光时，相位延迟片的光轴方向可以与偏光片的偏振方向呈+45度，当光源出射的第一光信号为左旋圆偏振光时，相位延迟片的光轴方向可以与偏光片的偏振方向呈﹣45度。

21、相比于实现方式一的方案，实现方式三中可以省去光信号发射区对应位置处的偏光片和相位延迟片，仅在光信号接收区对应位置处设置偏光片和相位延迟片，光源出射的第一光信号可以为圆偏振光，同样可以起到滤除生理参数传感器内部其他部件的串光和反射、皮肤表面反射、浅层皮肤反射和/或浅层皮肤内部散射的作用。实现方式三中的其他具体实现方式与实现方式一类似，可以参照上述实现方式三的实施方式实现，重复之处不再赘述。

22、综上，在上述实现方式一至实现方式三中，根据光源出射的光信号的偏振态不同，各光信号发射区对应区域设置的偏光片和相位延迟片的具体设置不同，而各光信号接收区对应区域设置的偏光片和相位延迟片的具体设置相同。

23、在用户佩戴穿戴设备的场景中，由于用户的自身生理因素或环境因素等影响，生理参数传感器的灌注率可能不同。例如，因自身生理因素影响，一些用户的皮肤对应的灌注率本身较低，又如，在低温环境下，皮肤表面的毛细血管闭塞，导致生理参数传感器的灌注率比常温下要低很多。在这些情况下，由于生理参数传感器检测到的ac信号比较弱，导致人体生理参数不容易被检测。本技术实施例中，通过设置偏光片和相位延迟片，可以减小生理参数传感器的dc信号，提高生理参数传感器的灌注率，从而提高生理参数传感器在静态场景下的检测性能，例如，可以提高因生理因素或环境因素导致的低灌注率场景的检测性能。

24、在一种可能的实现方式中，本技术实施例中的生理参数传感器还可以包括：位于基板表面的支架，支架与多个光源位于基板同一侧的表面，光源与光探测器可以通过支架隔开，支架可以对光源和光探测器进行隔离，防止或减少光源出射的光信号未经皮肤传输直接射向光探测器，减小光源出射的光信号对光探测器接收的光信号的串光(或串扰)。偏光片和相位延迟片位于支架背离基板的一侧，支架可以支撑偏光片和相位延迟片。在具体实施时，支架的形状可以构成多个区域，任意一个光源与任意一个光探测器位于不同的区域中，从而实现光源与光探测器之间隔离。

25、在具体设置支架的结构时，支架远离基板一侧的表面可以具有凹向基板的凹陷，偏光片和相位延迟片嵌设于凹陷中。这样，偏光片和相位延迟片不会增加生理参数传感器的厚度，使生理参数传感器的结构更紧凑，更容易实现小型化。并且，支架可以限制偏光片和相位延迟片的位置，使生理参数传感器的可靠性较好。当然，在一些情况下，支架也可以不设置凹陷，可以将偏光片和相位延迟片直接贴附在支架背离基板一侧的表面。

26、在一种可能的实现方式中，各光信号发射区对应区域的偏光片与光信号接收区对应区域的偏光片为同一偏光片，各光信号发射区对应区域的相位延迟片与光信号接收区对应区域的相位延迟片为同一相位延迟片时，可以在支架远离基板一侧的表面设置一个凹陷，将偏光片和相位延迟片嵌设于同一凹陷中。或者，也可以不设置凹陷，将偏光片和相位延迟片直接贴附在支架背离基板一侧的表面。在另一种可能的实现方式，偏光部包括分立设置的多个偏光部，相位延迟片包括分立设置的多个相位延迟部时，可以在支架远离基板一侧的表面可以设置多个凹陷，可以将不同的偏光部嵌设于不同的凹陷内，将不同的相位延迟部嵌设于不同的凹陷内，同一光信号发射区(或同一光信号接收区)对应位置处的偏光部和相位延迟部可以嵌设于同一凹陷内。或者，也可以不设置凹陷，将各偏光部和各相位延迟部直接贴附在支架背离基板一侧的表面。

27、在一种可能的实现方式中，支架与基板可以为一体结构，可以采用一体成型工艺直接制作具有支架的基板，例如，可以采用在基板的一侧挖孔的方式，实现承载光源和光探测器的承载作用，以及光源和光探测器之间的光隔离作用(即支架的作用)。或者，支架与基板可以分立设置，可以采用胶水或双面胶等具有粘性的物质将支架贴在的表面。

28、在本技术的一些实施例中，支架可以包括：第一支架和第二支架，第一支架可以为环状，各光源位于第一支架围成的区域中，第二支架可以为环状，第二支架围绕第一支架，各光探测器可以位于第一支架与第二支架围成的区域中。通过设置第一支架可以隔开光源和光探测器，防止光源出射的光信号对光探测器接收的光信号的串扰。并且，通过设置第二支架可以防止外界光线射向各光探测器，避免外界光线对光探测器产生干扰。第一支架和第二支架也可以对偏光片和相位延迟片起到支撑作用。此外，各光源设置在第一支架围绕的区域内部，第一支架围绕的区域可以作为光信号发射区，各光探测器设置在第一支架与第二支架之间，第一支架与第二支架之间的区域可以作为光信号接收区，这样的结构设置更符合光信号的传输路径，使光信号发射区出射的光信号，经皮肤传输后可以射向光信号接收区，使生理参数传感器接收到的返回光信号的强度较大，从而提升生理参数传感器的检测精度。

29、在本技术的另一些实施例中，除了包括第一支架和第二支架外，支架还可以包括：连接于第一支架与第二支架之间的多个隔离部，相邻的两个光探测器通过隔离部隔开。这样，可以将各个光探测器均隔离开，从而降低各个光探测器接收的光信号之间的串扰。

30、在具体实施时，本技术实施例中的生理参数传感器还可以包括：位于相位延迟片背离基板一侧的透光部。在一种可能的实现方式中，可以在穿戴设备的底壳设置通孔，可以将透光部设置在通孔的位置处或嵌设在通孔内部，以使透光部可以作为穿戴设备与皮肤接触的检测窗口，光源出射的光信号可以穿过透光部后射向皮肤，皮肤返回的光信号也可以通过透光部后射向光探测器。

31、在具体实施时，生理参数传感器的形状可以为圆形、方形、矩形、椭圆形或多边形等，此处不做限定。

32、第二方面，本技术实施例还提供了一种穿戴设备，该穿戴设备可以包括：上述任一生理参数传感器，以及壳体，生理参数传感器位于壳体内部。该穿戴设备可以为智能手表、智能手环、虚拟现实(virtual reality，vr)眼镜等设备，当然，该穿戴设备也可以为其他具有生理参数检测功能的设备，此处不做限定。由于本技术实施例中的生理参数传感器的检测性能较好，因而，包括该生理参数传感器的穿戴设备的检测性能也较好。

33、第三方面，本技术实施例还提供了一种穿戴设备，该穿戴设备可以包括：生理参数传感器、相位延迟片，以及壳体，生理参数传感器位于壳体内部。

34、生理参数传感器可以包括：基板，至少一个光源、至少一个光探测器以及偏光片。各光源和各光探测器位于基板同一侧的表面，偏光片位于各光源和各光探测器背离基板的一侧，偏光片使得至少一个光源发出的光信号中与偏光片的偏振方向一致的光信号穿过，以及使得射向至少一个光探测器的光信号中与偏光片的偏振方向一致的光信号穿过。

35、上述壳体可以包括底壳，相位延迟片可以设置于底壳靠近生理参数传感器的一侧，即相位延迟片可以贴装于底壳的内表面。或者，相位延迟片也可以设置于底壳远离生理参数传感器的一侧，即相位延迟片也可以贴装于底壳的外表面。相位延迟片可以对从偏光片射向底壳的光信号进行相位延迟，以及对从穿戴设备外射向底壳的光信号进行相位延迟。

36、本技术实施例中，通过在穿戴设备中设置偏光片和相位延迟片，可以减少或阻止生理参数传感器内部其他部件的串光和反射、皮肤表面反射、浅层皮肤反射和/或浅层皮肤内部散射，即可以减小生理参数传感器的dc信号。由于用户佩戴穿戴设备运动时，运动噪声主要与穿戴设备偏转、移动等引起的dc信号变化有关，因而，本技术实施例中的生理参数传感器可以减小或滤除运动噪声，从而提高生理参数传感器的检测性能。

37、第三方面中穿戴设备的具体实施方式，可以参照第二方面中穿戴设备的具体实施方式实施，重复之处不再赘述。

38、第四方面，本技术实施例还提供了一种穿戴设备，该穿戴设备可以包括：生理参数传感器、偏光片、相位延迟片，以及壳体，生理参数传感器位于壳体内部。生理参数传感器可以包括：基板，至少一个光源以及至少一个光探测器。各光源和各光探测器位于基板同一侧的表面。上述壳体可以包括底壳，偏光片和相位延迟片设置于底壳上。其中，偏光片位于各光源和各光探测器背离基板的一侧，相位延迟片位于偏光片背离基板的一侧。

39、本技术实施例中，通过在穿戴设备中设置偏光片和相位延迟片，可以减少或阻止生理参数传感器内部其他部件的串光和反射、皮肤表面反射、浅层皮肤反射和/或浅层皮肤内部散射，即可以减小生理参数传感器的dc信号。由于用户佩戴穿戴设备运动时，运动噪声主要与穿戴设备偏转、移动等引起的dc信号变化有关，因而，本技术实施例中的生理参数传感器可以减小或滤除运动噪声，从而提高生理参数传感器的检测性能。

40、在一种可能的实现方式中，偏光片和相位延迟片可以叠设于底壳靠近生理传感器的一侧，即偏光片和相位延迟片可以设置于底壳的内表面，其中，相位延迟片位于底壳靠近生理参数传感器的一侧，偏光片位于相位延迟片靠近生理参数传感器的一侧。

41、在另一种可能的实现方式中，偏光片可以位于底壳靠近生理参数传感器的一侧，即偏光片可以贴装于底壳的内表面。相位延迟片可以位于底壳远离生理参数传感器的一侧，即相位延迟片可以贴装于底壳的外表面。

42、在另一种可能的实现方式中，偏光片和相位延迟片可以叠设于底壳远离生理传感器的一侧，即偏光片和相位延迟片可以设置于底壳的外表面。其中，偏光片可以位于底壳远离生理参数传感器的一侧，相位延迟片可以位于偏光片远离生理参数传感器的一侧。

43、第四方面中穿戴设备的具体实施方式，可以参照第二方面中穿戴设备的具体实施方式实施，重复之处不再赘述。