本申請(qǐng)案涉及光學(xué)生物參數(shù)傳感器中的光場(chǎng)管理。

背景技術(shù)：

個(gè)人健身及健康監(jiān)視裝置(本文中稱作生物計(jì)量監(jiān)視裝置)可包含用于提供關(guān)于人的各種生理特征的反饋的各種不同傳感器。此些傳感器可包含但不限于光學(xué)生物參數(shù)傳感器。光學(xué)生物參數(shù)傳感器通常通過(guò)用來(lái)自光源的光照射人的皮膚的部分來(lái)操作；這種光的一些接著從人的皮膚往回漫反射。通過(guò)測(cè)量漫反射光的特征，光學(xué)生物參數(shù)傳感器可提供關(guān)于一或逗哥生物參數(shù)的數(shù)據(jù)。

一種常見(jiàn)光學(xué)生物參數(shù)傳感器為光體積描記(PPG)心率傳感器。光體積描記圖為器官的體積的光學(xué)獲得測(cè)量值。在PPG心率傳感器的狀況下，所討論的體積為在PPG心率傳感器附近的血管的局部體積—在血管隨著每次心跳舒張及收縮時(shí)，那些血管的提及將對(duì)應(yīng)地波動(dòng)。此體積波動(dòng)致使從人的皮膚漫反射的光量與人的心率同步波動(dòng)。通過(guò)隨時(shí)間測(cè)量漫反射光的強(qiáng)度，PPG心率傳感器可確定人的心率。

光學(xué)生物參數(shù)傳感器的另一實(shí)例為血氧傳感器，其可通過(guò)用各種波長(zhǎng)的光(例如紅光及紅外光)照射人的皮膚來(lái)測(cè)量人的血液的氧飽和度。在紅光及紅外光的狀況下，測(cè)量由人的血液吸收的此紅光及紅外光的相對(duì)量(如以此光從人的皮膚往回漫反射的相對(duì)量反映)允許光學(xué)生物參數(shù)傳感器確定人的血液中的氧飽和度的量(氧合血及脫氧血取決于光的顏色吸收不同)。

在一些例子中，單個(gè)光學(xué)生物參數(shù)傳感器可確定多個(gè)生物參數(shù)。例如，PPG心率傳感器不僅可以確定心率，而且還可以確定血氧傳感器飽和度是否經(jīng)恰當(dāng)配置。雖然光學(xué)生物參數(shù)傳感器最初主要用于醫(yī)院，但它們?cè)絹?lái)越多地用于便攜式健身監(jiān)視裝置中，例如用于FITBIT CHARGE HR^TM及FITBIT SURGE^TM腕戴式健身追蹤器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在所附圖式及以下說(shuō)明中陳述本說(shuō)明書(shū)中所描述的標(biāo)的物的一或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。根據(jù)實(shí)施方式、圖式及權(quán)利要求書(shū)將明了其它特征、方面及優(yōu)點(diǎn)。注意，除非具體指示為按比例繪制的圖式，否則以下圖的相對(duì)尺寸可能未按比例繪制。

在一些實(shí)施方案中，可提供一種設(shè)備，其包含準(zhǔn)直光源組合件、一或多個(gè)第一光檢測(cè)器，及第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器。所述準(zhǔn)直光源組合件可經(jīng)配置以發(fā)射具有第一角分布的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光，所述第一角分布具有界定第一角方向的第一角形心，且所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器可經(jīng)定位以便接收由所述準(zhǔn)直光源組合件發(fā)射的所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光的至少一些。所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器還可經(jīng)配置以重定向所述所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光使得所述經(jīng)重定向所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光具有第二角分布，所述第二角分布具有界定第二角方向之第二角形心，所述第二角方向具有以比所述第一角方向的對(duì)應(yīng)方向分量大的程度朝向所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器延伸的方向分量。

在一些此些實(shí)施方案中，所述設(shè)備還可包含第一光勢(shì)壘，所述第一光勢(shì)壘經(jīng)插置在所述準(zhǔn)直光源組合件與所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器之間。

在一些此些實(shí)施方案中，所述第一光勢(shì)壘可具有面朝向所述準(zhǔn)直光源組合件的第一表面及面朝向所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器的第二表面，且所述第一表面及所述第二表面可在其之間界定在與所述第一角方向平行的±10°內(nèi)的中平面。

在一些其它或替代此些實(shí)施方案中，所述第一光勢(shì)壘可具有面朝向所述準(zhǔn)直光源組合件的第一表面及面朝向所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器的第二表面，且所述第一角方向可在與由所述第一表面及所述第二表面所界定的平均法向矢量平行的±10°內(nèi)。

在一些額外或替代此些實(shí)施方案中，所述設(shè)備可進(jìn)一步包含具有一或多個(gè)透明部分的窗口。在一些此些實(shí)施方案中，所述第一光勢(shì)壘可與所述窗口介接使得來(lái)自所述準(zhǔn)直光源組合件的光不具有從所述第一光勢(shì)壘的面朝向所述準(zhǔn)直光源組合件的側(cè)到所述第一光勢(shì)壘的面朝向所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器的側(cè)的直接光學(xué)路徑。此外，一或多個(gè)透明部分中的一者可在所述準(zhǔn)直光源組合件上方延伸且所述一或多個(gè)透明部分中的另一者可在所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器上方延伸。在此些實(shí)施方案中，所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器可是由經(jīng)模制到所述窗口中在所述準(zhǔn)直光源組合件上方延伸的所述透明部分中的光學(xué)光轉(zhuǎn)向特征提供。

在一些其它或替代此些實(shí)施方案中，與所述第一角方向相關(guān)聯(lián)的所述第二角分布中的所述光強(qiáng)度可小于與所述第一角方向相關(guān)聯(lián)的所述第一角分布中的所述光強(qiáng)度。

在一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備可進(jìn)一步包含控制邏輯，所述控制邏輯包含存儲(chǔ)器及一或多個(gè)處理器。所述存儲(chǔ)器、所述一或多個(gè)處理器、所述準(zhǔn)直光源組合件及所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器可以操作方式連接，且所述存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)用于控制所述一或多個(gè)處理器進(jìn)行以下操作的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令：致使所述準(zhǔn)直光源組合件發(fā)射光，從與來(lái)自所述準(zhǔn)直光源組合件的光的所述發(fā)射相關(guān)聯(lián)的所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器獲得所檢測(cè)光測(cè)量值，及至少部分地基于所述所檢測(cè)光測(cè)量值而確定生物參數(shù)。

在一些此些實(shí)施方案中，所述存儲(chǔ)器可進(jìn)一步存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令用于控制所述一或多個(gè)處理器從所述所檢測(cè)光測(cè)量值獲得光體積描記圖及從所述光體積描記圖確定所述生物參數(shù)。

在設(shè)備之一些實(shí)施方案中，所述生物參數(shù)可為心率、血氧飽和度(SpO₂)、呼吸率、血液灌注、水合作用水平、組織血氧飽和度(StO₂)、組織代謝率、黑色素成分、組織纖維(例如，肌肉及膠原蛋白)的結(jié)構(gòu)定向、體細(xì)胞大小、體細(xì)胞密度、細(xì)胞外基質(zhì)大小、細(xì)胞外基質(zhì)密度，或其組合。

在設(shè)備之一些實(shí)施方案中，所述第一角方向及所述第二角方向可在其之間形成介于5°與50°之間的夾角。

在設(shè)備之一些實(shí)施方案中，所述準(zhǔn)直光源組合件可包含光源及經(jīng)插置在所述光源與所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器之間的菲涅爾透鏡。在此些實(shí)施方案中，所述菲涅爾透鏡可經(jīng)配置以部分或全部地準(zhǔn)直來(lái)自所述光源的光并將所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光引導(dǎo)朝向所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器。

在設(shè)備之一些其它實(shí)施方案中，所述準(zhǔn)直光源組合件可包含一或多個(gè)光源及一或多個(gè)光反射器。在此些實(shí)施方案中，每一光反射器可具有對(duì)應(yīng)光源且所述一或多個(gè)光反射器可經(jīng)配置以反射來(lái)自所述對(duì)應(yīng)光源的光以產(chǎn)生具有所述第一角分布的所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光。

在設(shè)備之一些其它實(shí)施方案中，所述準(zhǔn)直光源組合件可包含光源及經(jīng)插置在所述光源與所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器之間的衍射光學(xué)器件。在此些實(shí)施方案中，所述衍射光學(xué)器件可經(jīng)配置以部分或全部地準(zhǔn)直來(lái)自所述光源的光并將所述經(jīng)準(zhǔn)直的光引導(dǎo)朝向所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器。

在設(shè)備之一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備可進(jìn)一步包含具有一或多個(gè)透明部分的窗口。一或多個(gè)透明部分中的一者可在所述準(zhǔn)直光源組合件上方延伸且所述一或多個(gè)透明部分中的另一者可在所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器上方延伸。在一些此些實(shí)施方案中，所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器可是由經(jīng)模制到所述窗口中在所述準(zhǔn)直光源組合件上方延伸的所述透明部分中的光學(xué)光轉(zhuǎn)向特征提供。

在設(shè)備之一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備可進(jìn)一步包含一或多個(gè)光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件，所述一或多個(gè)光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件經(jīng)定位以便接收沿著具有與所述第一角方向相對(duì)的分量的第一方向行進(jìn)的樣品調(diào)制光。在此些實(shí)施方案中，所述所接收樣品調(diào)制光可具有第三角分布，第三角分布具有界定第三角方向的第三角形心，且所述一或多個(gè)光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件可經(jīng)配置以重定向所述所接收樣品調(diào)制光使得所述經(jīng)重定向所接收樣品調(diào)制光具有第四角分布，所述第四角分布具有界定第四角方向的第四角形心，所述第四角方向以比第三角方向小的程度從一或多個(gè)第一光檢測(cè)器傾斜遠(yuǎn)離。

在設(shè)備之一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備可進(jìn)一步包含光學(xué)透鏡，所述光學(xué)透鏡經(jīng)定位以便接收沿著具有與第一角方向相對(duì)的方向分量且具有第一半高寬度的第三角分布的第一方向行進(jìn)的樣品調(diào)制光。在此些實(shí)施方案中，所述光學(xué)透鏡可經(jīng)配置使得所述樣品調(diào)制光在穿過(guò)所述光學(xué)透鏡之后具有第四角分布，所述第四角分布具有小于所述第一半高寬度的第二半高寬度。

在設(shè)備之一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備可進(jìn)一步包含一或多個(gè)第二光檢測(cè)器及第二光學(xué)光場(chǎng)重定向器，所述第二光學(xué)光場(chǎng)重定向器經(jīng)重新定向以便接收由所述準(zhǔn)直光源組合件所反射的所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光中的至少一些。所述第二光學(xué)光場(chǎng)重定向器可經(jīng)配置以重定向所述所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光使得所述經(jīng)重定向所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光具有第三角分布，所述第三角分布具有界定第三角方向之第三角形心，所述第三角方向具有以比所述第一角方向的對(duì)應(yīng)方向分量大的程度朝向所述一或多個(gè)第二光檢測(cè)器延伸的方向分量。

在一些此些實(shí)施方案中，所述設(shè)備還可包含至少一或多個(gè)額外光檢測(cè)器及至少一或多個(gè)額外光學(xué)光場(chǎng)重定向器。在此些實(shí)施方案中，所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器、所述一或多個(gè)第二光檢測(cè)器，及所述至少一或多個(gè)額外光檢測(cè)器可位于以所述準(zhǔn)直光源組合件為中心的環(huán)形區(qū)內(nèi)，且一或多個(gè)額外光學(xué)光場(chǎng)重定向器中的每一者可經(jīng)定位以便接收由所述準(zhǔn)直光源組合件發(fā)射的所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光中的至少一些。所述一或多個(gè)額外光學(xué)光場(chǎng)重定向器中的每一者還可經(jīng)配置以重定向所述所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光使得所述經(jīng)重定向所接收的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光具有角光分布，所述角光分布具有界定角方向的角形心，所述角方向具有以比所述第一角方向的對(duì)應(yīng)方向分量大的程度延伸朝向所述至少一或多個(gè)額外光檢測(cè)器中的對(duì)應(yīng)者的方向分量。

在一些此些實(shí)施方案中，所述設(shè)備可進(jìn)一步包含第一光勢(shì)壘，其插置在所述準(zhǔn)直光源組合件與所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器之間；及第二光勢(shì)壘，其插置在所述準(zhǔn)直光源組合件與所述一或多個(gè)第二光檢測(cè)器之間。

在一些實(shí)施方案中，可提供包含準(zhǔn)直光源組合件及一或多個(gè)第一光檢測(cè)器的設(shè)備。所述準(zhǔn)直光源組合件可經(jīng)配置以發(fā)射具有第一角分布的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光，所述第一角分布具有界定第一角方向的第一角形心，及一或多個(gè)第一光檢測(cè)器可總體來(lái)說(shuō)界定基本上平面光敏表面。在此些實(shí)施方案中，所述第一角方向可相對(duì)于基本上平面光敏表面的法向矢量成介于5°與50°之間的角度且可包含經(jīng)引導(dǎo)朝向所述第一光檢測(cè)器的方向分量。

在一些此些實(shí)施方案中，所述設(shè)備可進(jìn)一步包含第一光勢(shì)壘，所述第一光勢(shì)壘經(jīng)插置在所述準(zhǔn)直光源組合件與所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器之間。

在一些其它或替代此些實(shí)施方案中，所述準(zhǔn)直光源組合件可為表面發(fā)射激光二極管，所述表面發(fā)射激光二極管經(jīng)安裝在印刷電路上且可經(jīng)配置以在與所述表面發(fā)射激光二極管對(duì)應(yīng)的位置處沿著相對(duì)于所述印刷電路的表面垂直于所述印刷電路的方向發(fā)射激光，且所述印刷電路可經(jīng)定位在與所述第一光檢測(cè)器有關(guān)的空間中使得所述印刷電路的主屏平面相對(duì)于所述基本上平面光敏表面成介于5°與50°之間的角度。

在設(shè)備之一些進(jìn)一步或替代此些實(shí)施方案中，所述準(zhǔn)直光源組合件可包含一或多個(gè)光源及一或多個(gè)光反射器。在此些實(shí)施方案中，每一光反射器可具有對(duì)應(yīng)光源且所述一或多個(gè)光反射器可經(jīng)配置以反射來(lái)自所述對(duì)應(yīng)光源的光以產(chǎn)生具有所述第一角分布的所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光。

在一些此些實(shí)施方案中，所述一或多個(gè)光源可經(jīng)布置成基本上平行于所述基本上平面光敏表面的陣列。在一些其它此些實(shí)施方案中，所述一或多個(gè)光源可經(jīng)布置成在與所述基本上平面光敏表面基本上平行5°到50°內(nèi)的陣列。

附圖說(shuō)明

通過(guò)舉例方式而非通過(guò)限制方式在所附圖式的圖中說(shuō)明本文中所揭示的各種實(shí)施方案，其中相同參考編號(hào)可指類似元件。

圖1描繪根據(jù)本文中所論述的概念的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。

圖2描繪根據(jù)本文中所論述的概念的雙光檢測(cè)器光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。

圖3描繪具有包含菲涅爾透鏡的準(zhǔn)直光源組合件的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。

圖4描繪具有包含菲涅爾透鏡的準(zhǔn)直光源組合件的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的另一實(shí)例。

圖5描繪類似于圖3的光學(xué)生物傳感器的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。

圖6描繪展示在穿過(guò)透鏡之前及之后的光的實(shí)例角分布的實(shí)例分布圖。

圖7描繪將衍射光柵用于一些光學(xué)組件的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。

圖8描繪利用與光引導(dǎo)準(zhǔn)直器特征耦接的光源陣列的光學(xué)生物參數(shù)傳感器。

圖9描繪具有傾斜的準(zhǔn)直光源組合件的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。

圖10描繪其中相干光源用作準(zhǔn)直光源組合件的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。

圖11描繪展示用于帶有具有拋物面反射器的準(zhǔn)直光源及具有菲涅爾透鏡的光學(xué)光場(chǎng)重定向器的光源的射線追蹤的模擬結(jié)果。

圖12為具有PPG傳感器的實(shí)例生物計(jì)量監(jiān)視裝置的圖片，所述PPG傳感器具有經(jīng)插置在配備有拋物面反射器及菲涅爾透鏡布置(如圖11中所模擬)的左光源與不包含此光引導(dǎo)特征的右光源之間的平方光檢測(cè)器。

圖12'為圖12的實(shí)例生物計(jì)量監(jiān)視裝置的所拍攝照片，其中光源經(jīng)激活同時(shí)保持白投射表面垂直于光檢測(cè)器且大體與光源相符以便展示由每一光源產(chǎn)生的光束散布圖。

圖13描繪來(lái)自模擬及測(cè)試測(cè)量的數(shù)據(jù)，其展示隨光入射角而變的AC信號(hào)強(qiáng)度。

圖14描繪來(lái)自模擬及測(cè)試測(cè)量的數(shù)據(jù)，其展示隨光入射角而變的DC信號(hào)強(qiáng)度。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及光學(xué)生物參數(shù)傳感器的光引導(dǎo)或光整形光學(xué)配置。此些光學(xué)生物參數(shù)傳感器可用于生物計(jì)量監(jiān)視裝置(在本文中也被稱作“生物計(jì)量追蹤裝置”、“生物計(jì)量追蹤模塊”、“可穿戴健身監(jiān)視器”或其類似者)中，且可包含但不限于測(cè)量以下各項(xiàng)中的一或多者的光學(xué)生物參數(shù)傳感器：心率、血氧飽和度、外圍毛細(xì)血管血氧飽和度(SpO₂)、呼吸率、血液灌注、水合作用水平、組織血氧飽和度(StO₂)、組織代謝率、黑色素成分、組織纖維(例如，肌肉及膠原蛋白)的結(jié)構(gòu)定向、體細(xì)胞大小、體細(xì)胞密度、細(xì)胞外基質(zhì)大小及細(xì)胞外基質(zhì)密度。

例如，可以與可以PPG信號(hào)反射人的心率相同的方式從此一信號(hào)明了人的呼吸率，例如，可存在在PPG信號(hào)中明顯的指示呼吸率的較低頻率周期性信號(hào)。在另一實(shí)例中，可使用相干光源(例如，激光)來(lái)照射人的皮膚以產(chǎn)生散斑圖案，所述散斑圖案可在時(shí)間域及/或空間域中進(jìn)行分析以便確定組織中的散射粒子(即，血細(xì)胞)的速度且借此確定血液灌注的度量—此些傳感器可利用激光多普勒血流儀(LDF)及激光散斑成像(LSI)技術(shù)來(lái)獲得此些測(cè)量值。

在光學(xué)生物參數(shù)傳感器的另一實(shí)例中，可將紅外光發(fā)射到人的皮膚中；這是因?yàn)樗疄榧t外光的強(qiáng)吸收體，測(cè)量紅外光的衰減量可提供組織中的水量的度量及因此提供組織的水合作用的水平。

在光學(xué)生物參數(shù)傳感器的其它實(shí)例中，可使用紅光及紅外光來(lái)照射人的皮膚且可使用源自其的漫反射光的測(cè)量值來(lái)獲得各種氧化測(cè)量值。例如，可通過(guò)比較所檢測(cè)光信號(hào)(紅光及紅外光)的“AC”特性來(lái)測(cè)量SpO₂水平，且可通過(guò)比較此些光信號(hào)的“DC”特征來(lái)測(cè)量StO₂水平。如較早所述，從人的皮膚漫反射出的光量在時(shí)間上隨人的脈搏或心率變化；此信號(hào)的時(shí)變方面被稱作“AC”分量，且此信號(hào)的“恒定”部分被稱作“DC”分量。因此，DC分量可視為由從背景或組織發(fā)射的光引起的PPG強(qiáng)度信號(hào)的分量，而AC分量可視為由從脈動(dòng)特征(例如，從血量的變化)發(fā)射的光引起的PPG強(qiáng)度信號(hào)的分量。

在光學(xué)生物參數(shù)傳感器的另一實(shí)例中，可基于以數(shù)個(gè)不同波長(zhǎng)測(cè)量的光衰減量來(lái)估計(jì)黑色素成分。由于光的黑色素吸收遵循隨波長(zhǎng)而變的冪律狀衰退，因此可能使在多個(gè)波長(zhǎng)下所檢測(cè)到的光衰減適于估計(jì)黑色素吸收以便確定黑色素含量(這是因?yàn)楹谏氐牧繉⒖毓芪樟?。

在其它實(shí)例中，組織代謝率可與血液灌注(氧輸送)及動(dòng)脈與靜脈之間的氧飽和度的差(其可分別經(jīng)由SpO2及StO2獲得)有關(guān)。因此，還可使用可獲得這些特征的測(cè)量值的光學(xué)生物參數(shù)傳感器來(lái)提供對(duì)組織代謝率的估計(jì)。

在其它實(shí)例中，可通過(guò)取得隨距光源的距離而變的數(shù)個(gè)測(cè)量值(例如，通過(guò)將多個(gè)光檢測(cè)器定位在距光源不同距離處)來(lái)確定光散射。通過(guò)表征這些多個(gè)位置處的多個(gè)波長(zhǎng)下的光散射系數(shù)，減少的散射系數(shù)對(duì)波長(zhǎng)可適于冪律模型。所得曲線的振幅及斜率可分別對(duì)應(yīng)于平均散射粒子密度及大小且可用于確定細(xì)胞/細(xì)胞外基質(zhì)大小及密度。

這些只是可從本文中所論述的光管理概念獲益的不同類型的光學(xué)生物參數(shù)傳感器中的一些；這些光管理概念也可適用于其它類型的光學(xué)生物參數(shù)傳感器，包含尚未研發(fā)但分析下文所概述的相同一般特性的傳感器。

一般來(lái)說(shuō)，光學(xué)生物參數(shù)傳感器將包含至少兩個(gè)組件—光源及光檢測(cè)器或傳感器。典型光學(xué)生物參數(shù)傳感器的光源為表面安裝發(fā)光二極管(LED)，或一或多對(duì)此些LED。典型光學(xué)生物參數(shù)傳感器的光檢測(cè)器—在本文中也被稱作光檢測(cè)器通常為單元件光檢測(cè)器元件。光源及光檢測(cè)器通常經(jīng)定位彼此接近使得經(jīng)傳輸?shù)饺说钠つw中且漫反射的來(lái)自光源的光在到達(dá)光檢測(cè)器之前未因行進(jìn)穿過(guò)人的皮膚而完全衰減。

大多數(shù)典型光學(xué)生物參數(shù)傳感器包含插置在光源與光檢測(cè)器之間的某一種類的光學(xué)不透明勢(shì)壘；此勢(shì)壘限制來(lái)自光源的光直接到達(dá)光檢測(cè)器，此可使光檢測(cè)器飽和且影響來(lái)自人的皮膚的漫反射光的測(cè)量準(zhǔn)確度。通過(guò)在光源與光檢測(cè)器之間引入勢(shì)壘，到達(dá)光檢測(cè)器的來(lái)自光源的光必須首先出射光學(xué)生物參數(shù)傳感器且接著被一些外部對(duì)象往回反射到光檢測(cè)器，例如通過(guò)來(lái)自人的皮膚的漫反射。

本發(fā)明者已確定，可通過(guò)在用從光源發(fā)射的光照射人的皮膚之前整形并引導(dǎo)所述光以便增加由光源發(fā)射的到達(dá)人的皮膚的光的百分比來(lái)實(shí)現(xiàn)更高效光學(xué)生物參數(shù)傳感器。例如，本發(fā)明者確定，由用于光學(xué)生物計(jì)量參數(shù)傳感器中的光源發(fā)射的光可經(jīng)完全或部分地準(zhǔn)直以便具有較窄角分布的光，例如，在中心軸的±20°內(nèi)發(fā)射其光的90％的光源可經(jīng)準(zhǔn)直使得所發(fā)射的光的90％在中心軸的±3°內(nèi)。在優(yōu)選準(zhǔn)直中，所發(fā)射的所有光將平行且角分布將折疊成單角。然而，在實(shí)際實(shí)踐中，經(jīng)完全地準(zhǔn)直的光(即，其中所有光沿著平行方向發(fā)射)難以或不能實(shí)現(xiàn)，且應(yīng)理解，“經(jīng)準(zhǔn)直”光，作為在本文中使用的術(shù)語(yǔ)，在本文中用于指代經(jīng)全部地準(zhǔn)直的光或經(jīng)部分地準(zhǔn)直的光，即，其中沿著參考軸的±10°范圍內(nèi)的方向發(fā)射光能的至少90％。準(zhǔn)直光源組合件，作為本文中所使用的術(shù)語(yǔ)，指代發(fā)射經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光的光源組合件。準(zhǔn)直光源組合件可為無(wú)需任何光學(xué)準(zhǔn)直裝置而發(fā)射經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光的光源(例如，激光)，或發(fā)射發(fā)散光的光源(例如，LED)，所述發(fā)散光可接著通過(guò)一些類型的光學(xué)準(zhǔn)直器(例如，透鏡或衍射光柵)來(lái)經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直。在后者狀況下，準(zhǔn)直光源組合件可被認(rèn)為包含光源及光學(xué)準(zhǔn)直器兩者。

來(lái)自光源的光可具有指示貫穿角范圍(例如，貫穿±90°角范圍)沿著每一角方向發(fā)射的光的量(且因此光的強(qiáng)度)的第一角分布。在許多光源(例如，LED)中，從光源發(fā)射的大部分光將是沿著成接近于光源的中心軸的角度的方向發(fā)射，且所發(fā)射的光的強(qiáng)度將接著隨著距所述中心軸的角距離增加而逐漸減少。

光源的角分布—無(wú)論其是否為準(zhǔn)直光源組合件—可被認(rèn)為具有角形心。角形心表示在其處在角分布曲線下區(qū)域的50％位于角形心的一側(cè)且在角分布曲線下區(qū)域的另一50％位于角形心的另一側(cè)的角度或方向。因此，例如，如果光源以軸對(duì)稱方式發(fā)射光，那么角形心將界定與軸對(duì)稱的軸共線的方向。在許多但非全部狀況下，角光分布的角形心可界定峰值光強(qiáng)度的方向。然而，應(yīng)理解，角分布可有時(shí)在性質(zhì)上為多模式，且在此些狀況下的角形心可沿著除發(fā)生此些峰值的角方向外的角方向。

來(lái)自準(zhǔn)直光源組合件的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光可具有第一角分布，所述第一角分布具有界定第一角方向的第一角形心。可接著使用某一形式的光學(xué)光場(chǎng)重定向其來(lái)重定向此經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光使得經(jīng)重定向的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光可具有第二角分布，所述第二角分布具有界定第二角方向的第二角形心。根據(jù)本文中所揭示的各種實(shí)施方案，第二角方向可具有經(jīng)定向朝向光檢測(cè)器的方向分量，所述方向分量大于第一角方向的對(duì)應(yīng)方向分量，即，第二角方向可以大于第一角方向的程度傾斜朝向光檢測(cè)器。術(shù)語(yǔ)光場(chǎng)如本文中所使用指代來(lái)自光源的光傳播的角度及強(qiáng)度。例如，理論上的點(diǎn)光源可發(fā)射具有球面光場(chǎng)的光，這是因?yàn)楣馐峭瑫r(shí)沿所有方向發(fā)射，然而理論上的經(jīng)準(zhǔn)直光源可發(fā)射具有大體線性或二維光場(chǎng)的光，這是因?yàn)榇斯馐茄貎H一個(gè)方向發(fā)射。光場(chǎng)可使用光學(xué)組件整形及/或重定向。例如，球面光場(chǎng)的部分可在穿過(guò)透鏡且經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直之后經(jīng)整形成柱狀光場(chǎng)；在此狀況下，所述透鏡可被視為光學(xué)光場(chǎng)重定向器。

本發(fā)明者確定，如果光學(xué)生物參數(shù)傳感器經(jīng)實(shí)施使得存在后續(xù)接著所得經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光朝向光檢測(cè)器的角傾斜或與其組合的來(lái)自光源的光的準(zhǔn)直，此些實(shí)施方案可與常規(guī)光學(xué)生物參數(shù)傳感器設(shè)計(jì)相比提供優(yōu)越性能。例如，準(zhǔn)直效應(yīng)可“改造”可能原本入射光學(xué)生物參數(shù)傳感器內(nèi)的不透明表面且丟失的光。此經(jīng)改造的光可替代地經(jīng)重定向使得其入射于人的皮膚，其中其可有助于可由光檢測(cè)器測(cè)量的來(lái)自光學(xué)生物參數(shù)傳感器的漫反射光。經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光的角度傾斜可致使經(jīng)引入到人的皮膚中的光遭受較少在到光檢測(cè)器的途中隨穿過(guò)組織的變更光路徑而變的衰減。因此，由光源產(chǎn)生的光的大部分可最終由光檢測(cè)器通過(guò)漫反射接收，此增加與特定功率電平的光源相關(guān)聯(lián)的信號(hào)強(qiáng)度或允許光源使用較低功率電平(如與不包含此些特征的光學(xué)生物參數(shù)傳感器相比)來(lái)提供所要水平的信號(hào)強(qiáng)度。

下文論述并入這些及相關(guān)概念的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的各種具體實(shí)例實(shí)施方案。

圖1描繪根據(jù)本文中所論述的概念的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。在圖1中，描繪光學(xué)生物參數(shù)傳感器100；光學(xué)生物參數(shù)傳感器100包含準(zhǔn)直光源組合件102及第一光檢測(cè)器118，以及經(jīng)插置在準(zhǔn)直光源組合件102與第一光檢測(cè)器118之間的第一光勢(shì)壘128。

在光學(xué)生物參數(shù)傳感器100中，第一光檢測(cè)器118及準(zhǔn)直光源組合件102經(jīng)安裝到襯底124且與由處理器152及存儲(chǔ)器154提供的控制邏輯以操作方式連接。控制邏輯可存儲(chǔ)指令，所述指令用于控制準(zhǔn)直光源組合件102發(fā)射經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光，及用于結(jié)合或關(guān)聯(lián)此光發(fā)射從第一光檢測(cè)器118獲得信號(hào)或數(shù)據(jù)，例如，指示所檢測(cè)光測(cè)量值的數(shù)據(jù)。控制邏輯可包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令用于基于所發(fā)射的光的特性(例如，時(shí)序、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間，及/或波長(zhǎng))及從第一光檢測(cè)器118接收的數(shù)據(jù)而計(jì)算或確定生物參數(shù)。在一些實(shí)施方案中，控制邏輯可經(jīng)配置以從所檢測(cè)到光數(shù)據(jù)獲得光體積描記圖，所述光數(shù)據(jù)是從用于確定一或多個(gè)生物參數(shù)的第一光檢測(cè)器(及額外光檢測(cè)器，如果使用)獲得。

應(yīng)理解，本文中所論述的實(shí)施方案中的任何者的光源及光檢測(cè)器可類似地與類似控制邏輯或其它適合控制元件以操作方式連接以便控制光源及光檢測(cè)器的操作及基于與光源及光檢測(cè)器相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)而計(jì)算生物參數(shù)，盡管此些控制邏輯組件在剩余圖中未明確地展示。

準(zhǔn)直光源組合件102可發(fā)射具有第一角分布160的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光。第一角分布160可具有界定第一角方向164的第一角形心162。在此實(shí)例中，第一角方向164已被指派0°值，但此為任意指定。如可看到，由于來(lái)自準(zhǔn)直光源組合件102的光的準(zhǔn)直，第一角分布相當(dāng)窄，且由準(zhǔn)直光源組合件102發(fā)射的光的大部分是沿著在0°標(biāo)記的大約±10°范圍內(nèi)的方向發(fā)射。在具有光勢(shì)壘的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的許多實(shí)施方案中，第一角方向164可在光勢(shì)壘的面朝向準(zhǔn)直光源組合件102及第一光檢測(cè)器118的側(cè)的平均法向矢量的±10°內(nèi)。換句話說(shuō)，第一角方向164可在定位在光勢(shì)壘128的面朝向準(zhǔn)直光源組合件102及第一光檢測(cè)器118的側(cè)之間的中平面的±10°內(nèi)。

由準(zhǔn)直光源組合件102發(fā)射的經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光可由第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器138接收，所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器可為致使所接收經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光的大部分或全部經(jīng)重定向使得其具有第二角分布168的光學(xué)組件。第二角分布168可具有界定第二角方向172的第二角形心170。第二角分布168的角參考系與第一角分布160的相同。如可看到，第二角形心170(且因此第二角方向172)相對(duì)于此參考系移位大約20°到30°到第一角形心162(且因此第一角方向164)的右側(cè)。因此，沿著第一角方向發(fā)射的光的強(qiáng)度可在光已通過(guò)第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器138之后減少。

經(jīng)重定向的所接收經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光可在由第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器138重定向之后穿過(guò)窗口142，所述窗口可為在具有光學(xué)生物參數(shù)傳感器100的裝置被人穿戴時(shí)依靠人的皮膚的光學(xué)透明勢(shì)壘。窗口142可防止水分、灰塵、油或其它污染物到達(dá)光學(xué)生物參數(shù)傳感器100的組件。經(jīng)重定向的所接收經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光可接著進(jìn)入人的皮膚且穿入到人的真皮148，其中其可遇到血管150。此經(jīng)重定向的所接收經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光可自血管150以及自周圍組織漫反射；此漫反射可調(diào)制漫反射光的各種特性。漫反射光的部分可接著出射真皮148，往回穿過(guò)窗口142，入射第一光檢測(cè)器118。到達(dá)第一光檢測(cè)器118的漫反射光可被稱作“樣品調(diào)制”光，這是因?yàn)楣獾囊换蚨鄠€(gè)特性已借助與人的真皮(及其中的血管)或人的皮膚(“樣品”)交互來(lái)進(jìn)行調(diào)制。此樣品調(diào)制光可通過(guò)第一光檢測(cè)器118測(cè)量，且此數(shù)據(jù)可被提供到控制邏輯供用于計(jì)算一或多個(gè)生物參數(shù)。

在一些實(shí)施方案中，多個(gè)光檢測(cè)器可與單個(gè)、共用準(zhǔn)直光源組合件一起使用。圖2描繪根據(jù)本文中所論述的概念的雙光檢測(cè)器光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。在圖2中，描繪光學(xué)生物參數(shù)傳感器200。光學(xué)生物參數(shù)傳感器200可包含準(zhǔn)直光源組合件202、第一光檢測(cè)器218，及經(jīng)安裝到共用襯底224的第二光檢測(cè)器220。第一光勢(shì)壘228可經(jīng)插置在準(zhǔn)直光源組合件202與第一光檢測(cè)器218之間；對(duì)應(yīng)第二光勢(shì)壘230可經(jīng)插置在準(zhǔn)直光源組合件202與第二光檢測(cè)器220之間。光勢(shì)壘228及230可防止來(lái)自準(zhǔn)直光源組合件202的光在首先穿過(guò)窗口242之前到達(dá)光檢測(cè)器218及220。

光學(xué)生物參數(shù)傳感器200還包含第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器238及第二光學(xué)光場(chǎng)重定向器240；這兩個(gè)光學(xué)光場(chǎng)重定向器可為單獨(dú)組件，或可由共用組件的不同區(qū)提供。在一些狀況下，這些光學(xué)光場(chǎng)重定向器可為相同光學(xué)結(jié)構(gòu)的不同部分，例如，環(huán)形光學(xué)光場(chǎng)重定向器可以第一準(zhǔn)直光源為中心，且環(huán)形光學(xué)光場(chǎng)重定向器的第一部分可充當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)光場(chǎng)重定向器，且環(huán)形光學(xué)光場(chǎng)重定向器的第二部分可充當(dāng)?shù)诙鈱W(xué)光場(chǎng)重定向器。

來(lái)自準(zhǔn)直光源組合件202的經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光可具有第一角分布260，所述第一角分布具有界定第一角方向264的第一角形心262。如在圖1中，第一角方向264已相對(duì)于參考系與0°角相關(guān)。由于由準(zhǔn)直光源組合件202提供的準(zhǔn)直，大部分經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光可沿著在以第一角方向264為中心的小角范圍內(nèi)的方向發(fā)射。

由第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器238接收的來(lái)自的準(zhǔn)直光源組合件202的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光可由于穿過(guò)第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器238而經(jīng)重定向以便具有第二角分布268(實(shí)線)，所述第二角分布具有界定第二角方向272的第二角形心270。對(duì)應(yīng)地，由第二光學(xué)光場(chǎng)重定向器240接收的來(lái)自準(zhǔn)直光源組合件202的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光可由于穿過(guò)第二光學(xué)光場(chǎng)重定向器240而經(jīng)重定向以便具有第三角分布269(虛線)，所述第三角分布具有界定第三角方向276的第三角形心274。為便利起見(jiàn)，第二角分布268及第三角分布269經(jīng)展示相對(duì)于相同參考系(即，用于展示第一角分布260的參考系)且在組合標(biāo)繪圖中。

如可看到，第二角方向272以大于第一角方向264的程度定向朝向第一光檢測(cè)器218，即，第二角方向272在面朝向第一光檢測(cè)器218的方向上具有絕對(duì)量值大于第一角方向264的對(duì)應(yīng)方向分量的絕對(duì)振幅的方向分量。類似地，第三角方向276也以大于第一角方向264的程度定向朝向第二光檢測(cè)器218，即，第三角方向272在面朝向第二光檢測(cè)器220的方向上具有絕對(duì)量值大于第一角方向264的對(duì)應(yīng)方向分量的絕對(duì)量值的方向分量。應(yīng)理解，可采用多個(gè)光學(xué)光場(chǎng)重定向器來(lái)產(chǎn)生可具有類似于上文所論述的第二及第三角分布的那些特性的特性的其它角分布。

可使由第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器238及第二光學(xué)光場(chǎng)重定向器240重定向的經(jīng)重定向的所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光傳輸穿過(guò)窗口242且到人的真皮248，其中所述光可由真皮248、表皮及/或真皮248內(nèi)的血管250漫反射。漫反射光(即，樣品調(diào)制光)可接著從真皮往回反射且到第一光檢測(cè)器218及第二光檢測(cè)器220。

可使用各種不同技術(shù)中的任一者提供上文所論述的準(zhǔn)直光源組合件及光學(xué)光場(chǎng)重定向器。下文進(jìn)一步論述各種具體實(shí)施方案，但應(yīng)理解，本文中所論述的概念并不限于僅這些實(shí)例實(shí)施方案。

圖3描繪具有包含菲涅爾透鏡的準(zhǔn)直光源組合件的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。在圖3中，展示光學(xué)生物參數(shù)傳感器300，其包含以組合方式充當(dāng)準(zhǔn)直光源組合件的光源306及菲涅爾透鏡308。在出射菲涅爾透鏡308時(shí)，經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光可具有第一角分布360，第一角分布具有界定第一角方向364的第一角形心362。經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光可接著從菲涅爾透鏡308行進(jìn)朝向第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器338，所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器在此狀況下是由跨越第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器338陣列化的多個(gè)棱鏡反射/折射元件提供。這些棱鏡反射/折射元件(也被稱作為光轉(zhuǎn)向特征)可致使沿著通常平行于第一角方向364的方向接收的光經(jīng)重定向使得經(jīng)重定向光具有第二角分布368，所述第二角分布具有界定第二角方向372的第二角形心370。第二角方向372與第一角方向364之間的角度可為斜角。例如，在5°到50°或10°到50范圍中。此角范圍也可適用于本文中所論述的其中經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光的其它實(shí)施方案。

在此實(shí)例實(shí)施方案中，第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器338為窗口342的整體部分，例如，窗口342可形成有光轉(zhuǎn)向特征，所述光轉(zhuǎn)向特征可在一個(gè)操作中(例如，通過(guò)注射成型)重定向光，或可通過(guò)單獨(dú)過(guò)程(例如，通過(guò)熱成形或沖壓)將此些特征賦予到窗口342。因此，例如，窗口342可具有：第一透明部分，其與準(zhǔn)直光源組合件302重疊或在其上方延伸且包含第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器338；及第二透明部分，其與第一光檢測(cè)器318重疊或在其上方延伸且包含一或多個(gè)光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件340。在一些實(shí)施方案中，透明部分可簡(jiǎn)單地為較大連續(xù)透明部分的子區(qū)，而在一些其它實(shí)施方案中，透明部分可為不連續(xù)部分，例如，由窗口342的不透明部分分離。一或多個(gè)光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件340可由可經(jīng)配置以將從人的皮膚漫反射的光重定向及/或聚焦到第一光檢測(cè)器的光敏區(qū)域上的一或多個(gè)光學(xué)元件(例如，透鏡、衍射光學(xué)器件、棱鏡結(jié)構(gòu)等)提供。

當(dāng)光學(xué)生物參數(shù)傳感器300經(jīng)放置依靠人的皮膚時(shí)，經(jīng)重定向的所接收經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光可在其出射第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器338之后被傳輸?shù)饺说恼嫫?48。在進(jìn)入真皮348時(shí)，光可從真皮348及(例如)血管350漫反射。接著從真皮348往回漫反射(即，樣品調(diào)制光378)且穿過(guò)窗口342的光可具有第三角分布380，所述角分布具有界定第三角方向384的第三角形心382。如可看到，第三角分布380比第一角分布360或第二角分布368寬得多；這是因?yàn)闃悠氛{(diào)制光378的漫反射已致使大部分光沿著距第三角方向384較遠(yuǎn)的方向(如與第一角分布360或第二角分布368的光相比)行進(jìn)。樣品調(diào)制光可被認(rèn)為沿著具有與第一角方向相對(duì)的方向分量的方向行進(jìn)。

樣品調(diào)制光378可穿過(guò)一或多個(gè)光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件340，所述光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件可正如第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器338為窗口342的整體部分或?yàn)閱为?dú)組件。一或多個(gè)光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件340可收集及/或重定向樣品調(diào)制光378使得其具有第四角分布390，所述第四角分布具有界定第四角方向394的第四角形心392。在此實(shí)例中，光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件340可為一系列棱鏡光轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，其可用于重定向可仍具有強(qiáng)方向分量的漫反射光，例如，與在其中光在經(jīng)間隔較遠(yuǎn)的位置處進(jìn)入并出射皮膚的光的情況中可發(fā)生的狀況相比，當(dāng)光在經(jīng)間隔較密在一起的位置處進(jìn)入并出射皮膚時(shí)，情況可能如此。因此造成較低量的漫發(fā)射。因此，光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件340可主要重定向此光而無(wú)需集中所述光。第四角方向394可相對(duì)于第三角方向384成角度，使得經(jīng)重定向樣品調(diào)制光378比未經(jīng)重定向樣品調(diào)制光378經(jīng)定向更朝向第一光檢測(cè)器318。此布置可增加最終耦合到真皮348的來(lái)自光源306的光的量，同時(shí)也增加到達(dá)第一光檢測(cè)器318的漫反射樣品調(diào)制光378的量，借此增加光學(xué)生物參數(shù)傳感器300的效率及性能。

光學(xué)生物參數(shù)傳感器300還包含在第一光勢(shì)壘328上的特征，所述特征可與窗口342上的互補(bǔ)特征(例如，光勢(shì)壘328的經(jīng)接合到窗口342或以其它方式成為其部分的互補(bǔ)部分)機(jī)械介接。此些特征更全面地描述在美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案第62/233,220號(hào)，所述美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案借此以全文引用的方式并入本文中；62/233,220申請(qǐng)案中所描述的連鎖或互相咬合特征中的任何者可用于代替所描述特征。在此實(shí)例中，特征為第一光勢(shì)壘328中的與從窗口342凸出的三角脊部介接的三角凹部。此特征可有助于通過(guò)移除可能存在于第一光勢(shì)壘328處與窗口342之間的可能間隙中的任何可能直接光學(xué)路徑來(lái)防止第一光勢(shì)壘328與窗口342之間的光泄露。因此，來(lái)自準(zhǔn)直光源組合件302的光可不具有從第一光勢(shì)壘328的面向準(zhǔn)直光源組合件302的側(cè)到第一光勢(shì)壘328的面向第一光檢測(cè)器318的側(cè)的直接光學(xué)路徑。此互補(bǔ)接口特征可以類似方式實(shí)施于本文中所論述的其它實(shí)施方案中，但僅在圖3中加以說(shuō)明。

圖4描繪具有包含菲涅爾透鏡的準(zhǔn)直光源組合件的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的另一實(shí)例。圖4在許多方面類似于圖3，且相同組件由共享相同最后兩個(gè)數(shù)字的編號(hào)指示。圖3中所展示的組件的上文論述適用于圖4的對(duì)應(yīng)組件(除光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件440外)，且為了簡(jiǎn)潔此處不重述。

光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件440在此實(shí)例中經(jīng)布置以除了可能提供一些光重定向功能外還提供透鏡效應(yīng)且因此將從真皮448射出的漫反射、樣品調(diào)制光集中在第一光檢測(cè)器418上。此配置可充分適于光學(xué)生物參數(shù)傳感器，其中光在更寬間隔的位置處進(jìn)入并出射皮膚，此可允許增加漫反射及出射真皮448樣品調(diào)制光的方向性的降低。

圖5描繪類似于圖3的光學(xué)生物傳感器的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。在圖5中，描繪光學(xué)生物參數(shù)傳感器500。光學(xué)生物參數(shù)傳感器500中的許多元件類似于圖3的光學(xué)生物參數(shù)傳感器300的元件。為了簡(jiǎn)潔，除(例如)表明此些組件不同的方面外，本文中可不描述由分享相同最后兩個(gè)數(shù)字的編號(hào)指示的此些類似元件。關(guān)于圖3對(duì)對(duì)應(yīng)組件的論述可被稱作此些組件可如何在圖5的背景中操作的解釋，

在圖5中，一或多個(gè)光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件540是通過(guò)第二菲涅爾透鏡508B(第一菲涅爾透鏡，其是準(zhǔn)直光源組合件的部分，是由編號(hào)508A指示)提供。第二菲涅爾透鏡508B可不僅用于重定向樣品調(diào)制光578，而且還將所述樣品調(diào)制光聚焦于較小區(qū)域，例如，將其集中于第一光檢測(cè)器518上。此可進(jìn)一步增加第一光檢測(cè)器518收集樣品調(diào)制光578的能力的效率。

透鏡(例如第二菲涅爾透鏡508B)可與光學(xué)光場(chǎng)重定向器的不同之處在于光學(xué)光場(chǎng)重定向器可通常重定向光而無(wú)需致使光的分散/聚合明顯地改變，而透鏡可以致使光的聚合或分散改變的方式重定向光。例如，透鏡可允許穿過(guò)透鏡的中心的光穿過(guò)透鏡而方向幾乎沒(méi)有改變，但可致使在其它位置處穿過(guò)透鏡的光改變方向使得其會(huì)聚在透鏡的焦點(diǎn)上。因此，例如，在穿過(guò)透鏡之前的光的角分布的半高寬度通常大于在穿過(guò)透鏡之后的光的角分布的半高寬度。

圖6描繪展示在穿過(guò)透鏡之前及之后的光的實(shí)例角分布的實(shí)例分布圖。角光分布678是以虛線展示，且表示(例如)在穿過(guò)透鏡之前的光。角光分布678可經(jīng)描述為具有鐘形曲線形狀分布，且具有半高寬度686。角光分布688也使用實(shí)線展示，且表示在穿過(guò)透鏡之后的相同光。如可看到，角光分布688的半高寬度696小于角光分布678的半高寬度686。此歸因于透鏡的聚焦效應(yīng)，其增加沿著透鏡的聚焦軸(在此狀況下，分布的中心)的光的強(qiáng)度，同時(shí)減少在分布的外邊緣處的光的強(qiáng)度。

圖7描繪將衍射光柵用于一些光學(xué)組件的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。在圖7中，描繪包含由光源706及第一衍射光學(xué)器件714A提供的準(zhǔn)直光源組合件702的光學(xué)生物參數(shù)傳感器700。第一衍射光學(xué)器件714A可在其中具有裂縫圖案，所述裂縫由隨距光源706的中心的距離增加而減少的距離彼此間隔開(kāi)；同時(shí)，每一裂縫的寬度還可隨距光源706的距離增加而減少。此第一衍射光學(xué)器件714A可對(duì)從光源706發(fā)射的光具有準(zhǔn)直效應(yīng)。

在出射第一衍射光學(xué)器件714A之后，經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光可進(jìn)入第二衍射光學(xué)器件714B，所述第二衍射光學(xué)器件以具有恒定間隔及恒定寬度的裂縫的圖案為特征；第二衍射光學(xué)器件714B可用作第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器738且使經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光的平均方向移位以便具有定向朝向第一光檢測(cè)器718的較大方向分量。此經(jīng)重定向經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光可穿過(guò)窗口742，接著進(jìn)入人的皮膚及真皮748，其中其可從真皮748及從(例如)血管750漫反射且作為樣品調(diào)制光778從人的皮膚射出。樣品調(diào)制光778可接著往回穿過(guò)窗口742及菲涅爾透鏡708，所述菲涅爾透鏡可將樣品調(diào)制光778集中在第一光檢測(cè)器718上。

圖8描繪利用與光引導(dǎo)準(zhǔn)直器特征耦接的光源陣列的光學(xué)生物參數(shù)傳感器。圖8描繪包含準(zhǔn)直光源組合件802的光學(xué)生物參數(shù)傳感器800。準(zhǔn)直光源組合件802在此實(shí)施方案中是由準(zhǔn)直光源像素802'陣列812提供。每一準(zhǔn)直光源像素802'可包含光源806(例如，LED)及反射表面898，所述反射表面可經(jīng)配置以反射由光源806發(fā)射的光線使得光出射光源像素802作為經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光且沿著具有定向朝向第一光檢測(cè)器818的方向分量的平均方向。例如，陣列812可發(fā)射具有第一角分布860的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光，第一角分布860具有界定第一角方向864的第一角形心862(相對(duì)于垂直于第一光檢測(cè)器818的基本上平面表面822的軸)；第一角方向864可界定上文所論述的平均方向。在此實(shí)施方案中，先前所論述的實(shí)施方案中由單獨(dú)光學(xué)系統(tǒng)提供的準(zhǔn)直及光引導(dǎo)功能是由單個(gè)光學(xué)系統(tǒng)提供。

由準(zhǔn)直光源組合件802發(fā)射的經(jīng)準(zhǔn)直且經(jīng)引導(dǎo)光可穿過(guò)窗口842且經(jīng)引導(dǎo)到人的真皮848，其中所述經(jīng)準(zhǔn)直且經(jīng)引導(dǎo)光可從真皮848及真皮848中的血管850漫反射。漫反射光可重新進(jìn)入窗口842，且(例如)由菲涅爾透鏡(所圖示)或其它光學(xué)特征集中于第一光檢測(cè)器818上。

在光學(xué)生物參數(shù)傳感器之先前實(shí)例中，光檢測(cè)器及光源通常已經(jīng)安裝到相同襯底且因此通常已具有彼此平行的作用表面。隨著許多準(zhǔn)直光源組合件可主要沿著垂直于光源經(jīng)安裝在其上的襯底的方向發(fā)射光，可需要使本文中較早論述的光學(xué)光場(chǎng)重定向器以使經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光傾斜朝向第一光檢測(cè)器。然而，經(jīng)全部或部分地準(zhǔn)直的光的傾斜也可通過(guò)使準(zhǔn)直光源組合件自身傾斜替代在經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光由準(zhǔn)直光源組合件發(fā)射之后重定向所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光來(lái)完成。

圖9描繪具有傾斜的準(zhǔn)直光源組合件的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。圖9中展示光學(xué)生物參數(shù)傳感器900；光學(xué)生物參數(shù)傳感器900可包含具有第一光檢測(cè)器918及準(zhǔn)直光源組合件902的襯底924，所述準(zhǔn)直光源組合件在此實(shí)例中是由準(zhǔn)直光源像素902'的陣列912提供，所述準(zhǔn)直光源像素(例如)通過(guò)楔形件999或其它結(jié)構(gòu)經(jīng)定位以便為相對(duì)于襯底924成斜角。第一光檢測(cè)器918楔形件999可包含將陣列912中的準(zhǔn)直光源像素902'與襯底924中的電路電連接的電路(未展示)。替代地，準(zhǔn)直光源像素902'的陣列912可經(jīng)安裝到柔性襯底(例如，柔性印刷電路)，所述柔性襯底是由楔形件999支撐且與襯底924中的電路跡線或與允許將功率及控制信號(hào)發(fā)送到準(zhǔn)直光源像素的其它機(jī)構(gòu)電連接。替代地，準(zhǔn)直光源像素902'可經(jīng)安裝到小剛性基板(例如，印刷電路板)，小剛性基板由楔形件999支撐且與襯底或用于通過(guò)電纜或柔性印刷電路板提供數(shù)據(jù)及/或功率信號(hào)的及其它機(jī)構(gòu)電連接。

如在準(zhǔn)直光源像素902'中的一者的詳圖(圖的左下角)中可看到，每一準(zhǔn)直光源像素902'可包含光源906，所述光源定位在具有反射表面998的拋物面或其它弧形反射器內(nèi)。由光源906發(fā)射的分散光可從反射表面998發(fā)射使得由準(zhǔn)直光源組合件像素902發(fā)射的分散光經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直(在此實(shí)例中，光將僅經(jīng)部分地準(zhǔn)直，這是因?yàn)榉稚⒐庵械囊恍┛沙錾錅?zhǔn)直光源像素902'而無(wú)需從反射表面998反射；其它類型的反射器可提供更多準(zhǔn)直)。因此，由陣列912發(fā)射的光可經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直，且借助陣列912的成角度定位，與經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光的角分布的角形心相關(guān)聯(lián)的角方向可具有無(wú)需使用單獨(dú)光學(xué)光場(chǎng)重定向器經(jīng)定向朝向第一光檢測(cè)器918的方向分量。例如，經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光可相對(duì)于襯底924的法向矢量或第一光檢測(cè)器918的基本上平面光敏表面具有第一角分布960，具有界定第一角方向964的第一角形心962。第一角方向964可(例如)在此法向矢量的5°及50°內(nèi)。

圖10描繪其中相干光源用作準(zhǔn)直光源組合件的光學(xué)生物參數(shù)傳感器的實(shí)例。圖10描繪襯底1024，所述襯底支撐第一光檢測(cè)器1018及可用于支撐與(例如)表面發(fā)射激光二極管1004介接的印刷電路1026(剛性或柔性)的楔形件1099或其它結(jié)構(gòu)。楔形件1099或其它結(jié)構(gòu)可使由表面發(fā)射激光二極管1004發(fā)射的光束傾斜使得光束遵循相對(duì)于襯底1024的法向矢量或第一光檢測(cè)器1018的光敏區(qū)域形成大約5°到50°的角的方向。此類似于圖9的實(shí)施方案中采取的方法，且具有類似效應(yīng)。在一些實(shí)施方案中，支撐表面發(fā)射激光二極管1004的楔形件1099或其它結(jié)構(gòu)可是通過(guò)(例如)柔性印刷電路或已經(jīng)折疊成的其它電布線組件提供以便將表面安裝激光二極管1004定位成所要角度。表面發(fā)射激光為沿大體垂直于表面發(fā)射激光經(jīng)安裝到其的襯底的方向發(fā)射光的激光組件。

表面安裝激光二極管可在經(jīng)供電時(shí)提供經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光，例如，相干光。經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光可在進(jìn)入人的真皮1048之前穿過(guò)窗口1042，其中所述光可在往回穿過(guò)窗口1042且到達(dá)第一光檢測(cè)器1018之前由真皮1048及/或血管1050漫反射。窗口1042可視情況包含可用于將此漫反射光聚焦或重定向到第一光檢測(cè)器1018上的光學(xué)元件(例如，所描繪菲涅爾透鏡)。在此實(shí)例中，展示可經(jīng)插置在表面安裝激光二極管1004與第一光檢測(cè)器1018之間的第一光勢(shì)壘1028，但如下文進(jìn)一步所論述，此勢(shì)壘在一些實(shí)施方案中可非必需的。

應(yīng)注意，雖然本文中所論述的實(shí)例中的許多者已涉及單個(gè)光源及單個(gè)光檢測(cè)器，但此些特征還可由群集、陣列或多個(gè)此些特征的其它實(shí)例提供。例如，替代單個(gè)光檢測(cè)器元件，可使用光檢測(cè)器元件的像素化陣列。此陣列可為矩形，或可(例如)由圓形，例如圍繞光源布置的光檢測(cè)器元件的圓形陣列。類似地，光源可如同本文中提供的實(shí)例實(shí)施方案中的一些一樣是由多個(gè)光源的陣列(例如，LED陣列)提供。

也應(yīng)理解，在一些實(shí)施方案中可省略本文中實(shí)例中所描繪的光勢(shì)壘。例如，如果準(zhǔn)直光源組合件及光學(xué)光場(chǎng)重定向器經(jīng)配置使得幾乎不存在來(lái)自準(zhǔn)直光源組合件的光在穿過(guò)人的皮膚且借此轉(zhuǎn)向成樣品調(diào)制光之前到達(dá)光檢測(cè)器的風(fēng)險(xiǎn)，于是光勢(shì)壘的使用可為冗余的。在此些狀況下，可視需要簡(jiǎn)單地省略光勢(shì)壘。

應(yīng)進(jìn)一步理解，本文中所論述的各種實(shí)施方案中所展示的光傳輸結(jié)構(gòu)(即，在真皮/上皮的“上游”的結(jié)構(gòu))及光接收結(jié)構(gòu)(即，在真皮/上皮的“下游”的結(jié)構(gòu))可用于除所展示的具體組合外的組合中。例如，本文中所論述的準(zhǔn)直光源組合件中的任何者以及其它準(zhǔn)直光源組合件可用于替代本文中所描繪的實(shí)施方案中的任一者的任何具體事例準(zhǔn)直光源組合件。通過(guò)其它實(shí)例，可使用表面安裝激光光源來(lái)替代LED光源及衍射光學(xué)器件以提供準(zhǔn)直光源組合件，且接著可使用光學(xué)光場(chǎng)重定向器重定向來(lái)自其的光。

本文中所論述的光源可為廣頻的，例如，白光，或可經(jīng)設(shè)計(jì)以提供經(jīng)集中在某些光譜帶內(nèi)的光，例如，紅光、紅外光、黃光，及/或綠光。所使用特定波長(zhǎng)可是基于待確定的光學(xué)生物參數(shù)而選擇。例如，主要發(fā)射綠波長(zhǎng)光的光源可充分適于測(cè)量心率，但紅光及紅外光源可更充分適于測(cè)量血氧水平。

使用光引導(dǎo)特征的效應(yīng)可對(duì)PPG信號(hào)的強(qiáng)度具有巨大影響。此在以下圖及論述中加以說(shuō)明。

圖11描繪展示用于帶有具有拋物面反射器的準(zhǔn)直光源及具有菲涅爾透鏡的光學(xué)光場(chǎng)重定向器的光源的射線追蹤的模擬結(jié)果。在圖11中，展示準(zhǔn)直光源1102；準(zhǔn)直光源可包含可發(fā)射由位于拋物面反射器的底部處的光源1106引起的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光1158的拋物面反射器(描繪其側(cè)壁)。經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光1158可接著穿過(guò)第一光學(xué)波前重定向器1138，其在此狀況下為菲涅爾透鏡/棱鏡。如可看到，雖然由第一光學(xué)波前重定向器1138接收的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光1158中的一些經(jīng)定向到左側(cè)作為經(jīng)重定向的所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光1166，但由第一光學(xué)波前重定向器1138接收的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光1158的大部分經(jīng)定向到右側(cè)作為經(jīng)重定向的所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光1166(如由圖11的右側(cè)上的增強(qiáng)的光線強(qiáng)度所示，如與左側(cè)相比)。

圖12為具有PPG傳感器的實(shí)例生物計(jì)量監(jiān)視裝置的圖片，所述PPG傳感器具有經(jīng)插置在配備有拋物面反射器及菲涅爾透鏡布置(如圖11中所模擬)的左光源與不包含菲涅爾透鏡布置的右光源(但其確實(shí)包含相同拋物面反射器)之間的平方光檢測(cè)器。此光引導(dǎo)特征沿著底部邊緣的四個(gè)圓形為用于充電用途的電觸點(diǎn)且并非光學(xué)特征。圖12'為圖12的實(shí)例生物計(jì)量監(jiān)視裝置的所拍攝照片，其中光源經(jīng)激活同時(shí)保持白投射表面垂直于光檢測(cè)器且大體與光源相符以便展示由每一光源產(chǎn)生的光束散布圖。圖12'的照片已經(jīng)后處理(原件的負(fù)像在左上角以灰度展示—所使用光源為綠色發(fā)光二極管)以更清楚地展示不同光強(qiáng)度帶的輪廓(帶越暗，光強(qiáng)度越大)，且已用展示兩個(gè)光電發(fā)射體(PE)、光檢測(cè)器(PD)及依靠在生物計(jì)量監(jiān)視裝置上的投射表面的邊緣(短劃-點(diǎn)-短劃線)的注解來(lái)擴(kuò)充。圖12'還包含三個(gè)白箭頭，其中中間的白箭頭指示光檢測(cè)器作用區(qū)域的法線，其中左側(cè)的白箭頭強(qiáng)調(diào)從左光源發(fā)射的光的最大強(qiáng)度的方向，且其中右側(cè)的白箭頭強(qiáng)調(diào)從右光源發(fā)射的光的最大強(qiáng)度的方向。顯而易見(jiàn)，在左光源中使用如本文中所論述的光引導(dǎo)特征致使所發(fā)射光朝向光檢測(cè)器的明顯偏置，此將在光檢測(cè)器處造成更強(qiáng)PPG信號(hào)。相比之下，右光源具有較低強(qiáng)度且不朝向光檢測(cè)器偏置。

圖13描繪來(lái)自模擬及測(cè)試測(cè)量的數(shù)據(jù)，其展示隨光入射角而變的AC信號(hào)強(qiáng)度。圖14描繪來(lái)自模擬及測(cè)試測(cè)量的數(shù)據(jù)，其展示隨光入射角而變的DC信號(hào)強(qiáng)度。在圖13及14兩者中，類似于圖11及12中所展示的PPG傳感器的光檢測(cè)器處的信號(hào)強(qiáng)度的百分比增益經(jīng)展示為隨與垂直于光檢測(cè)器作用表面區(qū)域的矢量的增加角度(例如，最大光強(qiáng)度的角度與由圖12'中的中間白箭頭指示的矢量之間的角度)而變。此角度在這些圖中稱作“中心角”。通過(guò)以下步驟確定百分比增益：比較中心軸在中心角處的預(yù)定義錐角內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度與中心軸實(shí)質(zhì)上垂直于襯底/光源發(fā)射平面(未引導(dǎo)—類似于圖12'中的右光源)的相同預(yù)定義錐角內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度。百分比增益經(jīng)展示與無(wú)光引導(dǎo)實(shí)施方案(例如，0°的中心角)的信號(hào)有關(guān)。每一圖中展示三個(gè)數(shù)據(jù)集—一個(gè)數(shù)據(jù)集(圓形)展示蒙特卡洛(Monte Carlo)光輸送模擬的結(jié)果，另一數(shù)據(jù)集(三角形)展示使用允許沿著四個(gè)不同角定向光(誤差條展示這些測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)誤差)的工作臺(tái)測(cè)試設(shè)置跨越5個(gè)用戶求平均的測(cè)量值，且第三數(shù)據(jù)集(正方形)展示用圖12中所展示的測(cè)試中之中的光源取得的測(cè)量值(每一光源是個(gè)別地激活)。“X”標(biāo)記展示具有致使光具有高達(dá)偏心50°的中心角的光引導(dǎo)特征的可穿戴裝置的預(yù)期增益。如可看到，使用如本文中所論述的光引導(dǎo)特征可造成在30％到50％鄰域中比無(wú)光引導(dǎo)實(shí)施方案高的信號(hào)強(qiáng)度，此為顯著性能增益。

應(yīng)理解，上述概念已側(cè)重于重定向光學(xué)生物參數(shù)傳感器的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光使得其稍微“傾斜”朝向光學(xué)生物參數(shù)傳感器的光檢測(cè)器以便增加接著從人的皮膚漫射處且可由光檢測(cè)器檢測(cè)的光的量。此可用于增加信號(hào)強(qiáng)度。

然而，應(yīng)理解，在一些情景中，可期望相反方法。例如，在當(dāng)前光學(xué)生物參數(shù)傳感器中，包裝及組合考慮事項(xiàng)可能實(shí)際上限制光源與光檢測(cè)器之間的間隔使得此些組件之間可能存在至少1mm或更多的間隙。然而，此些組件的持續(xù)小型化，以及此些組件的新的包裝布置可致使此間隙距離進(jìn)一步減少。如果此間隙減少過(guò)多，即，光檢測(cè)器與光源經(jīng)定位過(guò)于接近，那么漫反射光的DC分量可能足夠高使得光檢測(cè)器可由于來(lái)自DC分量的飽和度而不能夠可靠地檢測(cè)漫反射光的AC分量。在此些狀況下，可期望使經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光實(shí)際上沿相反方向傾斜，即，遠(yuǎn)離光檢測(cè)器，以便增加穿過(guò)樣品中的脈動(dòng)組織的光學(xué)路徑長(zhǎng)度，因此增加信號(hào)的AC調(diào)制的量及增加樣品調(diào)制光的AC/DC比率以允許光檢測(cè)器更可靠地檢測(cè)樣品調(diào)制光的AC分量。因此，應(yīng)理解，也可實(shí)踐上文關(guān)于所描繪實(shí)施例所論述的所有概念以便實(shí)際上在相對(duì)于第一角方向或相對(duì)于垂直于光檢測(cè)器作用區(qū)域的矢量進(jìn)行評(píng)估時(shí)顛倒經(jīng)重定向光的傾斜角。如上文所述，此些其它實(shí)施方案可有益于其中光檢測(cè)器與光源是非常接近間隔(例如，相距小于1mm)的情景。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，可提供一種設(shè)備，其包含：準(zhǔn)直光源組合件，所述準(zhǔn)直光源組合件經(jīng)配置以發(fā)射具有第一角分布的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光，所述第一角分布具有界定第一角方向的第一角形心；一或多個(gè)第一光檢測(cè)器；及第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器，其經(jīng)定位以便接收由所述準(zhǔn)直光源組合件發(fā)射的所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光中的至少一些且經(jīng)配置以重定向所述所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光使得所述經(jīng)重定向的所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光具有第二角分布，所述第二角分布具有界定第二角方向的第二角形心，所述第二角方向具有以比所述第一角方向的對(duì)應(yīng)方向分量大的程度朝向所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器延伸的方向分量。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括第一光勢(shì)壘，所述第一光勢(shì)壘經(jīng)插置在所述準(zhǔn)直光源組合件與所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器之間。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述第一光勢(shì)壘具有面朝向所述準(zhǔn)直光源組合件的第一表面及面朝向所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器的第二表面，其中所述第一表面及所述第二表面在其之間界定在與所述第一角方向平行的±10°內(nèi)的中平面。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述第一光勢(shì)壘具有面朝向所述準(zhǔn)直光源組合件的第一表面及面朝向所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器的第二表面，其中所述第一角方向在與由所述第一表面及所述第二表面所界定的平均法向矢量平行的±10°內(nèi)。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括具有一或多個(gè)透明部分的窗口，其中所述第一光勢(shì)壘與所述窗口介接使得來(lái)自所述準(zhǔn)直光源組合件的光不具有從所述第一光勢(shì)壘的面朝向所述準(zhǔn)直光源組合件的側(cè)到所述第一光勢(shì)壘的面朝向所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器的側(cè)的直接光學(xué)路徑，所述一或多個(gè)透明部分中的一者在所述準(zhǔn)直光源組合件上方延伸，所述一或多個(gè)透明部分中的一者在所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器上方延伸，且所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器是由經(jīng)模制到所述窗口中在于所述準(zhǔn)直光源組合件上方延伸的所述透明部分中的光學(xué)光轉(zhuǎn)向特征提供。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，與所述第一角方向相關(guān)聯(lián)的所述第二角分布中的光強(qiáng)度小于與所述第一角方向相關(guān)聯(lián)的所述第一角分布中的所述光強(qiáng)度。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括控制邏輯，所述控制邏輯包含存儲(chǔ)器及一或多個(gè)處理器，其中所述存儲(chǔ)器、所述一或多個(gè)處理器、所述準(zhǔn)直光源組合件及所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器是以操作方式連接，且所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令用于控制所述一或多個(gè)處理器致使所述準(zhǔn)直光源組合發(fā)射光，從與來(lái)自所述準(zhǔn)直光源組合的光的所述發(fā)射相關(guān)聯(lián)的所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器獲得所檢測(cè)的光測(cè)量值，及至少部分地基于所述所檢測(cè)光測(cè)量值而確定生物參數(shù)。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令用于控制所述一或多個(gè)處理器從所述所檢測(cè)光測(cè)量值獲得光體積描記圖及從所述光體積描記圖確定所述生物參數(shù)。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述生物參數(shù)是選自由以下組成的群組：心率、血氧飽和度(SpO₂)、呼吸率、血液灌注、水合水平、組織血氧飽和度(StO₂)、組織代謝率、黑色素成分、膠原組織纖維的結(jié)構(gòu)定向、肌肉纖維的結(jié)構(gòu)定向、體細(xì)胞大小、體細(xì)胞密度、細(xì)胞外基質(zhì)大小，及細(xì)胞外基質(zhì)密度。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述第一角方向及所述第二角方向在其之間形成介于5°與50°之間的夾角。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述準(zhǔn)直光源組合件包含：光源；及菲涅爾透鏡，其經(jīng)插置在所述光源與所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器之間，其中所述菲涅爾透鏡經(jīng)配置以部分或全部地準(zhǔn)直來(lái)自所述光源的光且將所述經(jīng)部分或全部準(zhǔn)直的光定向朝向所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述準(zhǔn)直光源組合件包含一或多個(gè)光源；及一或多個(gè)光反射器，其中每一光反射器具有對(duì)應(yīng)光源，且所述一或多個(gè)光反射器經(jīng)配置以發(fā)射來(lái)自所述對(duì)應(yīng)光源的光以產(chǎn)生具有所述第一角分布的所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述準(zhǔn)直光源組合件包含：光源；及衍射光學(xué)器件，其經(jīng)插置在所述光源與所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器之間，其中所述衍射光學(xué)器件經(jīng)配置以部分或全部地準(zhǔn)直來(lái)自所述光源的光且將所述經(jīng)準(zhǔn)直的光定向朝向所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括具有一或多個(gè)透明部分的窗口，其中所述一或多個(gè)透明部分中的一者在所述準(zhǔn)直光源組合件上方延伸，所述一或多個(gè)透明部分中的一者在所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器上方延伸，且所述第一光學(xué)光場(chǎng)重定向器是由經(jīng)模制到所述窗口中在于所述準(zhǔn)直光源組合件上方延伸的所述透明部分中的光學(xué)光轉(zhuǎn)向特征提供。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括一或多個(gè)光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件，其經(jīng)定位以便接收沿著具有與所述第一角方向相反的分量的第一方向行進(jìn)的樣品調(diào)制光，其中所述所接收樣品調(diào)制光具有第三角分布，所述第三角分布具有界定第三角方向的第三角形心，且所述一或多個(gè)光學(xué)光場(chǎng)收集光學(xué)器件經(jīng)配置以重定向所述所接收樣品調(diào)制光使得所述經(jīng)重定向所接收樣品調(diào)制光具有第四角分布，所述第四角分布具有界定第四角方向的第四角形心，所述第四角方向以比第三角方向小的程度從一或多個(gè)第一光檢測(cè)器傾斜遠(yuǎn)離。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括光學(xué)透鏡，其經(jīng)定位以便接收沿著第一方向行進(jìn)的樣品調(diào)制光，所述第一方向具有與所述第一角方向相反的方向分量且具有具有第一半高寬度的第三角分布，其中所述光學(xué)透鏡經(jīng)配置使得所述樣品調(diào)制光在穿過(guò)所述光學(xué)透鏡之后具有第四角分布，所述第四角分布具有小于所述第一半高寬度的第二半高寬度。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括一或多個(gè)第二光檢測(cè)器；及第二光學(xué)光場(chǎng)重定向器，其經(jīng)定位以便接收由所述準(zhǔn)直光源組合件發(fā)射的所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光中的至少一些且經(jīng)配置以重定向所述所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光使得所述經(jīng)重定向的所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光具有第三角分布，所述第三角分布具有界定第三角方向的第三角形心，所述第三角方向具有以比所述第一角方向的對(duì)應(yīng)方向分量大的程度朝向所述一或多個(gè)第二光檢測(cè)器延伸的方向分量。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括至少一或多個(gè)額外光檢測(cè)器；及至少一或多個(gè)額外光學(xué)光場(chǎng)重定向器，其中所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器、所述一或多個(gè)第二光檢測(cè)器及所述至少一或多個(gè)額外光檢測(cè)器經(jīng)定位在以所述準(zhǔn)直光源組合件為中心的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，且所述一或多個(gè)額外光學(xué)光場(chǎng)重定向器中的每一者經(jīng)定位以便接收由所述準(zhǔn)直光源組合件發(fā)射的所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光中的至少一者且經(jīng)配置以重定向所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光使得所述經(jīng)重定向的所接收經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光具有角光分布，所述角光分布具有界定角方向的角形心，所述角方向具有以比所述第一角方向的對(duì)應(yīng)方向分量大的程度朝向所述至少一或多個(gè)額外光檢測(cè)器中的對(duì)應(yīng)者延伸的方向分量。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備進(jìn)一步包含第一光勢(shì)壘，其插置在所述準(zhǔn)直光源組合件與所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器之間；及第二光勢(shì)壘，其插置在所述準(zhǔn)直光源組合件與所述一或多個(gè)第二光檢測(cè)器之間。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，設(shè)備包括準(zhǔn)直光源組合件，所述準(zhǔn)直光源組合件經(jīng)配置以發(fā)射具有第一角分布的經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光，所述第一角分布具有界定第一角方向的第一角形心；且一或多個(gè)第一光檢測(cè)器總體來(lái)說(shuō)界定基本上平面光敏表面，其中所述第一角方向?yàn)橄鄬?duì)于所述基本上平面光敏表面的法向矢量成介于5°與50°之間的角度且包含經(jīng)定向朝向所述第一光檢測(cè)器的方向分量。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括第一光勢(shì)壘，所述第一光勢(shì)壘經(jīng)插置在所述準(zhǔn)直光源組合件與所述一或多個(gè)第一光檢測(cè)器之間。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述準(zhǔn)直光源組合件為表面安裝激光二極管，所述表面安裝激光二極管經(jīng)表面安裝在印刷電路上且經(jīng)配置以在與所述表面安裝激光二極管對(duì)應(yīng)的位置處沿著相對(duì)于所述印刷電路的表面垂直于所述印刷電路的方向發(fā)射激光，且所述印刷電路經(jīng)定位在與所述第一光檢測(cè)器有關(guān)的空間中使得所述印刷電路的主平面相對(duì)于所述基本上平面光敏表面成介于5°與50°之間的角度。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述準(zhǔn)直光源組合件包含一或多個(gè)光源；及一或多個(gè)光反射器，其中每一光反射器具有對(duì)應(yīng)光源，且所述一或多個(gè)光反射器經(jīng)配置以發(fā)射來(lái)自所述對(duì)應(yīng)光源的光以產(chǎn)生具有所述第一角分布的所述經(jīng)部分或全部地準(zhǔn)直的光。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述一或多個(gè)光源經(jīng)布置成基本上平行于所述基本上平面光敏表面的陣列。

在本申請(qǐng)案的一些實(shí)施方案中，所述一或多個(gè)光源經(jīng)布置成在與所述基本上平面光敏表面基本上平行5°到50°內(nèi)的陣列。

重要地是，本文中所論述的概念既不限于本文中所論述的任何單個(gè)方面或?qū)嵤┓桨福膊幌抻诖诵┓矫婕?或?qū)嵤┓桨傅娜魏谓M合及/或排列。此外，本發(fā)明及/或其實(shí)施方案的方面中的每一者可單獨(dú)采用或以與其它方面及/或其實(shí)施方案中的一或多者組合的形式采用。為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，將不論述及/或在本文中單獨(dú)說(shuō)明那些排列及組合中的許多排列及組合。