阅读说明：本技术 生物传感器以及电子设备 (Biosensor and electronic device ) 是由 陈昱文 郭京霖 邹腾锋 于 2019-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种生物传感器以及电子设备。生物传感器包括至少两个光发射体和和至少一个光检测器。至少两个光发射体包括第一光发射体和第二光发射体,其中至少一个光发射体发射波长大于1000nm的光。至少一个光检测器用于接收人体反射的光,以产生多个生理信号,其中多个生理信号被设置为获得人体的至少一个生理特征。通过本发明可以有效和准确地测量人体的一个或多个特定层,获得人体的至少一个生理特征。(The invention provides a biosensor and an electronic device. The biosensor includes at least two light emitters and at least one light detector. The at least two light emitters include a first light emitter and a second light emitter, wherein at least one light emitter emits light having a wavelength greater than 1000 nm. The at least one photodetector is used for receiving the light reflected by the human body to generate a plurality of physiological signals, wherein the plurality of physiological signals are set to obtain at least one physiological characteristic of the human body. The invention can effectively and accurately measure one or more specific layers of the human body and obtain at least one physiological characteristic of the human body.)

生物传感器以及电子设备

技术领域

本发明涉及生物传感器，更具体地，涉及用于向用户提供足够信息的生物传感器和电子设备。

背景技术

近来，人体生物传感器(biosensor)变得流行，其用于提供生理信息(physiological information)供用户参考。然而，生物传感器的当前设计可能无法向用户提供足够的信息。

发明内容

因此，本发明的目的是提供生物传感器的光机械(Opto-mechanical)设计，其能够有效且准确地测量人体的一个或多个特定层，以解决上述问题。

根据本发明的一个实施例，公开了一种生物传感器。生物传感器包括至少两个光发射体和和至少一个光检测器。所述至少两个光发射体包括第一光发射体和第二光发射体，并且其中至少一个光发射体发射波长大于1000nm的光。所述至少一个光检测器用于接收人体反射的光，以产生多个生理信号，其中所述多个生理信号被设置为获得所述人体的至少一个生理特征。

根据本发明的另一个实施例，公开了一种包括生物传感器和处理电路的电子设备。生物传感器包括至少两个光发射体和至少一个光检测器。所述至少两个光发射体包括第一光发射体和第二光发射体，并且其中至少一个光发射体发射波长大于1000nm的光。所述至少一个光检测器用于接收人体反射的光，以产生多个生理信号。所述处理电路用于分析所述多个生理信号以获得所述人体的至少一个生理特征。

根据本发明的生物传感器以及包含该生物传感器的电子设备，可以有效和准确地测量人体皮肤的一个或多个特定层，获得人体的至少一个生理特征。

在阅读了在附图中示出的优选实施例的以下详细描述之后，本领域技术人员无疑能够清楚了解本发明的目的。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的电子设备的示意图。

图2示出了人体皮肤的三个层。

图3是示出根据本发明的第一实施例的生物传感器的示意图。

图4是示出根据本发明的第二实施例的生物传感器的示意图。

图5是示出根据本发明的第三实施例的生物传感器的示意图。

具体实施方式

在说明书及后续的权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域一般技术人员应可理解，电子设备制造商可以会用不同的名词来称呼同一组件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区别组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区别的基准。在通篇说明书及后续的权利要求书中所提及的“包含”是开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置电性连接于第二装置，则代表该第一装置可直接连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地连接至该第二装置。

图1是示出根据本发明的一个实施例的电子设备100的示意图。如图1所示，电子设备100包括生物传感器110、处理电路120和显示模块130，其中生物传感器110包括多个光发射体(light emitter)112_1～112_N以及至少一个光检测器(photo detector)114。在该实施例中，电子设备100可以是智能手机、平板电脑、手表、配饰或可穿戴设备。

在电子设备100的操作中，生物传感器110用于接触诸如手指的人体，光发射体112_1～112_N将光发射到人体，光检测器114从人体接收反射光以产生多个生理信号至处理电路120。然后，处理电路120分析生理信号以获得一个或多个生理特征，并将生理特征显示在显示模块130的屏幕，供用户参考。

关于生物传感器110，光发射体112_1～112_N具有不同的波长，并且光检测器114与每个光发射体112_1～112_N之间的距离被设计为使得光检测器114能够接收从人体的一个特定层反射的光。图2示出了人体皮肤的三个层。以图2为例，人体的第一层是表皮(epidermis)和真皮(dermis)层，第一层包括皮肤、***下层(subpapillary)和真皮中层(mid-dermal)(主要的静脉丛(venous plexus))；人体的第二层是皮下组织(subcutaneoustissue)，第二层包括真皮下(subdermal)、皮下(subcutaneous)和筋膜前(prefascial)；人体的第三层是肌肉/骨骼(muscle/bone)层，第三层包括筋膜下(subfascial)、肌肉、内部动脉(internal artery)和骨骼。生物传感器110被设计为使光检测器114能够接收从所需层反射的光，以有效且准确地确定人体的生理特征。

关于图2中所示的第一层，诸如112_1的光发射体可以发射波长范围为350nm～600nm的光，光发射体112_1和光检测器114之间的距离范围为0.1mm～10mm，使得光检测器114可以接收从第一层反射的光。光发射体112_1可以发射波长范围为600nm～1100nm的光，光发射体112_1和光检测器114之间的距离范围为0.1mm～5mm，使得光检测器114可以接收从第一层反射的光。另外，光发射体112_1可以发射波长范围为1100nm～2000nm的光，光发射体112_1和光检测器114之间的距离范围为0.1mm～10mm，使得光检测器114可以接收从第一层反射的光。

关于图2中所示的第二层，诸如112_1的光发射体可以发射波长范围为350nm～600nm的光，并且光发射体112_1和光检测器114之间的距离范围为0.1mm～10mm，使得光检测器114可以接收从第二层反射的光。光发射体112_1可以发射波长范围为600nm～1100nm的光，并且光发射体112_1和光检测器114之间的距离范围为5mm～15mm，使得光检测器114可以接收从第二层反射的光。另外，光发射体112_1可以发射波长范围为1100nm～2000nm的光，并且光发射体112_1和光检测器114之间的距离范围为5mm～20mm，使得光检测器114可以接收从第二层反射的光。

关于图2中所示的第三层，诸如112_1的光发射体可以发射波长范围为350nm～600nm的光，并且光发射体112_1和光检测器114之间的距离范围为0.1mm～10mm，使得光检测器114可以接收从第三层反射的光。光发射体112_1可以发射波长范围为600nm～1100nm的光，并且光发射体112_1和光检测器114之间的距离范围为10mm～35mm，使得光检测器114可以接收从第三层反射的光。另外，光发射体112_1可以发射波长范围为1100nm～2000nm的光，光发射体112_1和光检测器114之间的距离范围为15mm～50mm，使得光检测器114可以接收从第三层反射的光。

图3是示出根据本发明的第一实施例的生物传感器的示意图。在一个实施例中，生物传感器110包括两个光发射体112_1和112_2，如图3所示，光发射体112_1和112_2分别是光波长为1500nm和1750nm的发光二极管，并且光检测器114与光发射体112_1和112_2之间的距离约为20mm(即,D1约20mm和D2约20mm)。通过使用图3中所示的光机械设计，因为通过使用具有不同波长的两个不同光发射体来测量第三层，所以光检测器114可以接收从第三层反射的光,以产生两个生理信号，并且处理电路120可以使用这两个生理信号来准确地获得生理特征,包括神经元(neuron)、蛋白质(protein)、葡萄糖(glucose)、胆固醇(cholesterol)、胆红素(bilirubin)、尿酸(uric acid)、脂质(lipid)、水、肌肉中的乳酸含量(lactate content)、肌肉含量、肌肉密度、骨含量或骨密度。

图4是示出根据本发明的第二实施例的生物传感器的示意图。在另一个实施例中，生物传感器110包括三个光发射体112_1～112_3，如图4所示，光发射体112_1～112_3分别是光波长为1550nm、1050nm和950nm的发光二极管，光检测器114和光发射体112_1之间的距离约为20mm(即D1～20mm)，光检测器114和光发射体112_2之间的距离约为15mm(即D2～15mm)，光检测器114和光发射体112_3之间的距离约为9mm(即D3～9mm)。通过使用图4中所示的光机械设计，由于通过使用具有不同波长的不同光发射体来测量第二层，因而光检测器114可以接收从第二层反射的光以产生多个生理信号，并且处理电路120可以使用对应于第二层的生理信号，来准确地获得生理特征，如体内水分、脂肪含量(fatcontent)、脂肪密度、神经元(neuron)、蛋白质或血液相关含量(如葡萄糖、胆固醇、胆红素、尿酸或酒精)。

图5是示出根据本发明的第三实施例的生物传感器的示意图。在另一个实施例中，生物传感器110包括多个光发射体112_11～112_14、112_21～112_24和112_31～112_34以及两个光检测器114_1和114_2，如图5所示。光发射体112_11～112_14是光波长为1550nm的发光二极管，并且光发射体112_11～112_14被布置为圆形，光检测器114_1/114_2与光发射体112_11～112_14之间的距离约为6mm。光发射体112_21～112_24是光波长为970nm的发光二极管，光发射体112_21～112_24被布置为圆形，并且光检测器114_1/114_2与光发射体112_21～112_24之间的距离约为4mm。光发射体112_31～112_34是光波长为860nm的发光二极管，光发射体112_31～112_34被布置为圆形，并且光检测器114_1/114_2与光发射体112_31～112_34之间的距离是大约2mm。通过使用图5中所示的光机械设计，因为通过使用具有不同波长的不同光发射体来测量第一层，因而光检测器114_1和114_2可以接收从第一层反射的光以产生多个生理信号，并且处理电路120可以使用对应于第一层的这些生理信号，准确获取生理特征，例如皮肤质量(例如，水、胶原蛋白、黑色素、弹性纤维)、神经元、蛋白质或血液相关含量(如葡萄糖、胆固醇、胆红素、尿酸或酒精)等。

应注意，上述实施例仅是说明性的，并不是对本发明的限制。只要光检测器可以接收从所需层反射的光以产生生理信号，光发射体的数量、光检测器的数量以及光发射体的波长都可以根据设计者的需要而改变。

在一个实施例中，生物传感器110可以组合图3至图5中所示的实施例的至少一部分，获得人体的两个层或三个层的生理特征。例如，生物传感器110可以组合图3和图4中所示的实施例，使得光检测器114可以接收从第三层和第二层反射的光，以产生对应于第三层和第二层的生理信号；生物传感器110可以组合图3和图5中所示的实施例，使得光检测器114可以接收从第三层和第一层反射的光，以产生对应于第三层和第一层的生理信号；生物传感器110可以组合图4和图5中所示的实施例，光检测器114可以接收从第二层和第一层反射的光，以产生对应于第二层和第一层的生理信号；生物传感器110可以组合图3、图4和图5所示的实施例，使得光检测器114可以接收从第三层、第二层和第一层反射的光，以产生对应于第三层、第二层和第一层的生理信号。这些替代设计应属于本发明的范围。

总体上，在本发明的生物传感器的光机械设计中，通过使用具有特定波长的光发射体(例如，其中一个光发射体发射波长大于1000nm的光)以及每个光检测器和每个光发射体之间的距离，生物传感器可以有效和准确地测量人体的一个或多个特定层。

本领域技术人员将容易地认识到，可以在保留本发明的教导的同时对装置和方法进行多种修改和更改。因此，上述公开内容应被解释为仅受所附权利要求的范围和界限的限制。