CN116236169B - 光电探测器、ppg传感器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及生物感测，旨在解决现有的应用于电子设备中以感测用户生理特征的PPG传感器存在信噪比低的问题。本申请实施例提供光电探测器、PPG传感器及电子设备。其中，光电探测器包括光电二极管，用于感测第一波段、第二波段和第三波段的光；至少一个第一滤光部，位于光电二极管上，用于透过第一波段和第二波段的光，并阻挡第三波段的光；以及至少一个第二滤光部，位于光电二极管上，用于透过第三波段的光，并阻挡第一波段和第二波段的光。本申请实施例的有益效果包括提高PPG传感器的信噪比。

Description

光电探测器、PPG传感器及电子设备

技术领域

本申请涉及生物感测领域，具体而言，涉及光电探测器、光电容积脉搏波描记(photoplethysmo graph，PPG)传感器及电子设备。

背景技术

现有的应用于电子设备中以感测用户生理特征的PPG传感器，存在信噪比低的问题。

发明内容

本申请第一方面提供一种光电探测器，其包括：

光电二极管，用于感测第一波段、第二波段和第三波段的光；

至少一个第一滤光部，位于光电二极管上，用于透过第一波段和第二波段的光，并阻挡第三波段的光；以及

至少一个第二滤光部，位于光电二极管上，用于透过第三波段的光，并阻挡第一波段和第二波段的光。

该光电探测器，通过设置第一滤光部和第二滤光部，可使光电二极管对第一波段和第二波段的光的检测与对第三波段的光的检测相对解耦。即，光电探测器可利用光电二极管设置有第一滤光部的区域，检测第一波段和第二波段的光；利用光电二极管设置有第二滤光部的区域，检测第三波段的光。此外，在光电探测器检测第一波段和第二波段的光时，由于第三波段的光会被第一滤光部阻挡而无法入射到光电二极管，因此，可避免第三波段的光的影响，降低检测第一波段和第二波段的光的噪声，进而提高检测第一波段和第二波段的光的信噪比。同理，在光电探测器检测第三波段的光时，由于第一波段和第二波段的光会被第二滤光部阻挡而无法入射到光电二极管，因此，可避免第一波段和第二波段的光的影响，降低检测第三波段的光的噪声，进而提高检测第三波段的光的信噪比。

在一些实施例中，第一波段在红光光谱之内，第二波段在红外光谱之内，第三波段在绿光光谱之内。即，红光、红外光和绿光均能被光电二极管感测。第一滤光部可选择性地透过红光和红外光并阻挡绿光。第二滤光部可选择性地透过绿光并阻挡红光和红外光。因此，光电二极管被第一滤光部覆盖的区域可接收红光和红外光，但不接收绿光；光电二极管被第二滤光部覆盖的区域可接收绿光，但不接收红光和红外光。

在一些实施例中，沿光电二极管的厚度方向上，所述至少一个第一滤光部在光电二极管上的投影的面积与所述至少一个第二滤光部在光电二极管上的投影的面积之比为1：(1.6～1.3)。光电二极管为全光谱敏感的光电二极管，该光电二极管对红光和红外光的敏感性和该光电二极管对绿光的敏感性不同。具体地，该光电二极管对红光和红外光的敏感性和该光电二极管对绿光的敏感性比例大致为(1.6～1.3)：1。也就是说，同一颗光电二极管接收1mW/cm²光辐射照度的红光及红外光，和绿光照射，产生的光生电流比为(1.6～1.3)：1。因此，一些实施例中，所有的第一滤光部在光电二极管上的投影的总面积与所有的第二滤光部在光电二极管上的投影的总面积之比为1：(1.6～1.3)，以使得光电探测器对收1mW/cm²光辐射照度的红光及红外光照射产生的光生电流与光电探测器对收1mW/cm²光辐射照度的绿光照射产生的光生电流大致相当。

在一些实施例中，第一滤光部与第二滤光部的数量相同，沿光电二极管的厚度方向上，每一第一滤光部在光电二极管上的投影的面积与每一第二滤光部在光电二极管上的投影的面积之比为1：(1.6～1.3)。在另一些实施例中，沿光电二极管的厚度方向上，每一第一滤光部在光电二极管上的投影的面积与每一第二滤光部在光电二极管上的投影的面积相同，第一滤光部与第二滤光部的数量之比为1：(1.6～1.3)。即，可通过调整第一滤光部与第二滤光部的数量、或者每一个第一滤光部与第二滤光部的面积的大小，来调整所有的第一滤光部的总面积与所有的第二滤光部的总面积之比。

在一些实施例中，多个第一滤光部和多个第二滤光部呈矩阵排布为多行多列；多行多列中，每一行为一个第一滤光部和一个第二滤光部交替周期性重复排布，每一列为一个第一滤光部和一个第二滤光部交替周期性重复排布。

在一些实施例中，沿光电二极管的厚度方向上，第一滤光部在光电二极管上的投影为矩形，第二滤光部在光电二极管上的投影为矩形。在其他实施例中，第一滤光部和第二滤光部的形状及排布规则不限于此。

在一些实施例中，第一滤光部与第二滤光部的数量相同，沿光电二极管的厚度方向上，第一滤光部在光电二极管上的投影所形成的矩形的宽度与第二滤光部在光电二极管上的投影所形成的矩形的宽度相同，第一滤光部在光电二极管上的投影所形成的矩形的长度与第二滤光部在光电二极管上的投影所形成的矩形的长度之比为1：(1.6～1.3)。

在一些实施例中，光电探测器还包括电路基板，光电二极管电性连接电路基板。电路基板例如为印刷电路板，光电二极管通过引线电性连接电路基板，引线例如为金线，但不限于此。

在一些实施例中，光电探测器还包括封装层，封装层包覆光电二极管、第一滤光部及第二滤光部。封装层的材料例如为环氧树脂，但不限于此。

本申请第二方面提供一种PPG传感器，其包括：

第一方面的光电探测器；

第一光源，用于发出第一光信号，第一光信号经用户的皮肤/组织反射的光至少部分位于第一波段；

第二光源，用于发出第二光信号，第二光信号经用户的皮肤/组织反射回的光至少部分位于第二波段；以及

第三光源，用于发出第三光信号，第三光信号经用户的皮肤/组织反射回的光至少部分位于第三波段；

其中，光电探测器用于接收第一波段的光并生成第一PPG信号、接收第二波段的光并生成第二PPG信号以及接收第三波段的光并生成第三PPG信号，第一PPG信号、第二PPG信号和第三PPG信号用于检测用户的生理特征。

该PPG传感器包括第一方面的光电探测器，由于光电探测器设置有第一滤光部和第二滤光部，可使光电二极管对第一波段和第二波段的光的检测与对第三波段的光的检测相对解耦。即，光电探测器可利用光电二极管设置有第一滤光部的区域，检测第一波段和第二波段的光；利用光电二极管设置有第二滤光部的区域，检测第三波段的光。此外，在光电探测器检测第一波段和第二波段的光时，由于第三波段的光会被第一滤光部阻挡而无法入射到光电二极管，因此，可避免第三波段的光的影响，降低检测第一波段和第二波段的光的噪声，进而提高检测第一波段和第二波段的光的信噪比，使得第一PPG信号和第二PPG信号的检测更准确。同理，在光电探测器检测第三波段的光时，由于第一波段和第二波段的光会被第二滤光部阻挡而无法入射到光电二极管，因此，可避免第一波段和第二波段的光的影响，降低检测第三波段的光的噪声，进而提高检测第三波段的光的信噪比，使得第三PPG信号的检测更准确。如此，根据第一PPG信号、第二PPG信号和第三PPG信号检测的用户的生理特征的数据更准确。

在一些实施例中，PPG传感器包括光源组，光源组包括第一光源、第二光源和第三光源，多个光电探测器环绕光源组间隔设置。将多个光电探测器环绕光源组设置来检测PPG信号的方式，一方面，能够得到多个位置方向上的PPG信号，从而能够避免用户生物组织或佩戴习惯差异导致检测结果不准确的问题；另一方面，由于能够从多个位置方向上的PPG信号中选取信号质量较好的PPG信号，从而能够提高用户生物信息检测的准确性。

在一些实施例中，PPG传感器包括间隔设置的多个光源组。多个光源组的设置，使得光电探测器能够检测来自不同光源组的光，从而能够避免用户生物组织或佩戴习惯差异导致检测结果不准确的问题，从而能够提高用户生物信息检测的准确性。

在一些实施例中，生理特征包括血氧饱和度和心率，第一光信号为红光，第二光信号为红外光，第一PPG信号和第二PPG信号用于检测用户的血氧饱和度，第三光信号为绿光，第三PPG信号用于检测用户的心率。其中，心率的检测主要利用绿光，是因为绿光测到的PPG信噪比高，对于检测及信号调理的要求比较低，即便有一些干扰(例如运动)也比较容易剔除。而血氧饱和度的检测主要利用红光和红外光，是原因血液中血红蛋白和氧合血红蛋白对红光与红外光的吸收率不同，氧合血红蛋白吸收近红外光(900nm左右)较多，而血红蛋白吸收红光(650nm左右)较多，利用这种对红光、红外光吸收的差异性就可以测量出血氧饱和度的值。因此，可以利用红光和接近红外光的光分别检测人体部位的氧合血红蛋白和血红蛋白的PPG信号，然后通过PPG信号得到氧合血红蛋白和血红蛋白相应的比值，这样就得到了人体部位的血氧饱和度。

本申请第三方面提供一种电子设备，其包括第二方面的PPG传感器。电子设备可以为腕式可穿戴设备(如，智能手表、智能手环)、头戴式设备(如，智能头盔)、服装型设备(如，智能服装、智能手套、臂带)等。电子设备也可以为具有健康检测功能的设备，如血氧测量仪、心率检测仪等。

附图说明

图1为一现有技术中光电探测器的灵敏度和波长的关系示意图。

图2为另一现有技术中PPG传感器在电子设备中的分布示意图。

图3为本申请一实施例的电子设备的结构示意图。

图4为本申请一实施例的PPG传感器在电子设备中的分布示意图。

图5为图4中光电探测器的剖面示意图。

图6为图5中光电二极管安装至电路基板上的结构示意图。

图7为图5中第一滤光部和第二滤光部的排布示意图。

图8为本申请另一实施例的第一滤光部和第二滤光部的排布示意图。

图9为图4中光电探测器的灵敏度和波长的关系示意图。

主要元件符号说明：

电子设备 100

表带 12

表体 14

PPG传感器 20

光源组 22

第一光源 221

第二光源 222

第三光源 223

光电探测器 24

电路基板 241

光电二极管 242

第一滤光部 243

第二滤光部 244

引线 245

封装层 246

具体实施方式

脉搏波是心脏发送血液时产生的血管的体积变化波形。光电容积脉搏波(photoplethysmograph，PPG)描记法是通过测量经过人体血液和组织反射、吸收后的衰减光，描记出对应的PPG信号，并根据PPG信号计算出用户的例如心率或血氧饱和度等生理特征信息的方法。利用PPG描记法检测心脏发送血液时产生的血管的体积变化的传感器称为PPG传感器。

PPG传感器可应用于腕式可穿戴设备(如，智能手表、智能手环)中，用户佩戴该智能手表后，PPG传感器环绕用户的手腕，并位于手表的表体靠近用户皮肤的一侧，以检测用户的生理特征。生理特征例如包括心率和血氧饱和度。PPG传感器也可环绕用户的其他身体部位(如，脚踝或手指)，以应用于其他的可穿戴装置中。其他的可穿戴装置例如，为头戴式设备(如，智能头盔)、服装型设备(如，智能服装、智能手套、臂带)等。

具体地，当光照射到人体部位例如手腕或手指时，各种组织成分都会吸收光使得照射后的光强减弱。其中，皮肤、肌肉、骨骼、静脉是没有搏动的组织成分，对光的吸收基本是不变的例如光程保持不变；而动脉是存在搏动的，其血容积随着心脏的搏动而周期性地发生变化，当心脏收缩时，心脏射血，血液容积增大；而当心脏舒张时，心脏回血，血液容积减小。因此，由于有血液容积变化，动脉搏动部分对光的吸收会所变化，光强的大小不同例如存在光程偏差。正是由于动脉对光的吸收有变化而其他组织对光的吸收基本不变，因此，当光束照射到人体部位例如手腕或手指时，反射光跟随动脉搏动而发生周期性的强弱变化，可以得到光电容积脉搏波信号即PPG信号，通过PPG信号能够检测用户的生物信息例如心率或血氧饱和度等。

以心率为例，通过对原始的PPG信号进行滤波处理，得到一定时间内的波峰个数，根据波峰个数就能够算出用户的心率值。

以血氧饱和度为例，血氧饱和度是指人体血液中氧合血红蛋白HbO₂占全部可结合的血红蛋白(Hb)的百分比，即血液中血氧的浓度，可以通过公式SaO₂＝HbO₂/(HbO₂+Hb)确定血氧饱和度。其中，SaO₂为血氧饱和度，HbO₂为氧合血红蛋白，Hb为血红蛋白。

另外，现有的PPG法通常采用绿光测量心率，采用红光与红外光测量血氧饱和度。也就是说，现有的PPG法测量心率和测量血氧饱和度所使用的光学波长是不同的。

具体地，心率的检测主要利用绿光，是因为绿光测到的PPG信噪比高，对于检测及信号调理的要求比较低，即便有一些干扰(例如运动)也比较容易剔除。而血氧饱和度的检测主要利用红光和红外光，是原因血液中血红蛋白和氧合血红蛋白对红光与红外光的吸收率不同，氧合血红蛋白吸收近红外光(900nm左右)较多，而血红蛋白吸收红光(650nm左右)较多，利用这种对红光、红外光吸收的差异性就可以测量出血氧饱和度的值。因此，可以利用红光和接近红外光的光分别检测人体部位的氧合血红蛋白和血红蛋白的PPG信号，然后通过PPG信号得到氧合血红蛋白和血红蛋白相应的比值，这样就得到了人体部位的血氧饱和度。举例而言，设人体部位为手腕或手指部位，使用两种不同峰值波长的光束如峰值波长为650nm的红光以及峰值波长为940nm的红外光进行检测，当红光、红外光穿过手腕或手指时，由于两种光的氧合血红蛋白和血红蛋白的吸收不同，得到对应的氧合血红蛋白和血红蛋白的PPG信号，通过PPG信号得到氧合血红蛋白和血红蛋白相应的比值，根据该比值得到手腕或手指的血氧饱和度。

因此，兼具检测心率和血氧饱和度功能的PPG传感器通常包括发绿光的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、发红光的LED、发红外光的LED和光电探测器。光电探测器例如为光电二极管(photo diode，PD)。

以下结合图1和图2说明现有的PPG传感器主要存在的问题。

如图1所示，在现有技术中，接收衰减光的光电探测器(如，PD)为全光谱接收的器件，其对绿光、红光及红外光均具有一定的灵敏度。其中，对940nm波段的红外光最灵敏，但是对检测心率功能的530nm波段的绿光灵敏度只有50％左右，极大的影响了对绿光的感应信号值。而且，光电探测器在使用绿光进行心率测量时，还会受到人体发射出来的红外信号和外界环境红外信号的干扰，降低了心率检测的信噪比。此外，光电探测器在使用红光和红外光进行血氧饱和度测量时，还会受到绿光信号的干扰，降低了血氧饱和度检测的信噪比。

如图2所示，另一现有技术中，PPG传感器采用两种不同敏感波长的光电二极管(PD1和PD2)。其中，PD1对红光谱段和红外光谱段敏感，PD2对绿光谱段敏感。然而，该种方案存在有效感测面积低的问题。例如，绿光、红光和红外光经过人体血液和组织反射、吸收后，在PPG传感器上的投影为图2中的虚线所示。其中，在使用绿光进行心率测量，只有被虚线所覆盖的PD2用于检测，而被虚线所覆盖的两个PD1不能感测绿光，导致PPG传感器获得的绿光的感应信号值较弱，降低了心率检测的信噪比。同样，在使用红光和红外光进行血氧饱和度测量时，只有被虚线所覆盖的两个PD1用于检测，而被虚线所覆盖的PD2不能感测红光和红外光，导致PPG传感器获得的红光和红外光的感应信号值较弱，降低了血氧饱和度检测的信噪比。

为此，本申请实施例中提供一种光电探测器、应用该光电探测器的PPG传感器及应用该PPG传感器的电子设备，以解决现有的PPG传感器存在的信噪比低的问题。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

图3为本申请一实施例的电子设备的结构示意图。图3中，电子设备100为智能手表，其包括表体14和连接表体14的表带12。表体14中设置有PPG传感器20(示出在图4中)。用户佩戴该智能手表后，PPG传感器20环绕用户的手腕，并位于表体14靠近用户皮肤的一侧，以检测用户的生理特征。其中，“靠近”可以为略微分开或者直接接触。生理特征例如包括心率和血氧饱和度。

需要说明的是，虽然以心率和血氧饱和度为例进行了说明，但是本领域普通技术人员应该理解的是，本申请实施例还能够用于检测其他通过PPG信号得到的生物信息例如血糖或血压等信息，这同样在本申请的保护范围内。

图4为本申请一实施例的PPG传感器在电子设备中的分布示意图。如图4所示，PPG传感器20包括间隔设置的多个光源组22以及环绕该多个光源组22设置的多个光电探测器24。每一光源组22包括一个第一光源221、一个第二光源222和一个第三光源223。图4中，PPG传感器20的轮廓大致呈圆形。两个光源组22位于圆形的中间区域，八个光电探测器24环绕光源组22等间距地间隔设置。

将多个光电探测器24环绕光源组22设置来检测PPG信号的方式，一方面，能够检测来自不同光源组22的光，以得到多个位置方向上的PPG信号，从而能够避免用户生物组织或佩戴习惯差异导致检测结果不准确的问题；另一方面，由于能够从多个位置方向上的PPG信号中选取信号质量较好的PPG信号，从而能够提高用户生物信息检测的准确性。

其他实施例中，PPG传感器20的轮廓形状、光源组22的数量、光电探测器24的数量、及光源组22和光电探测器24的排布不限于此。例如，PPG传感器20的轮廓还可以为椭圆形、长条形等。光源组22可只包括一组，或多于两组。光电探测器24可以为分别位于光源组22的上下左右四侧的四个。

具体地，第一光源221、第二光源222、第三光源223分别用于发出第一光信号、第二光信号、第三光信号。第一光信号经用户的皮肤/组织反射的光至少部分位于第一波段，第二光信号经用户的皮肤/组织反射回的光至少部分位于第二波段，第三光信号经用户的皮肤/组织反射回的光至少部分位于第三波段。光电探测器24用于接收第一光信号经用户的皮肤/组织反射的位于第一波段的光并生成第一PPG信号、接收第二光信号经用户的血液和组织反射回的位于第二波段的光并生成第二PPG信号以及接收第三光信号经用户的皮肤/组织反射回的位于第三波段的光并生成第三PPG信号。第一PPG信号、第二PPG信号和第三PPG信号用于检测用户的生理特征。

在一些实施例中，第一PPG信号和第二PPG信号用于检测用户的血氧饱和度。第一光信号为红光，第二光信号为红外光。第一光源221、第二光源222分别为发红光的发光二极管(light emitting diode，LED)、发红外光的LED。第三PPG信号用于检测用户的心率。第三光信号为绿光，第三光源223为发绿光的LED，其中，发红光的LED、发红外光的LED及发绿光的LED可以共同设置在单个封装或单个管芯中，也可以分别设置在分开的封装或管芯中。即，在单个封装或管芯中，可以包括一个光源，也可以包括两个以上发不同颜色光的光源。示例性地，在单个封装或管芯中，包括一个发红光的LED、一个发绿光的LED和一个发红外光的LED。

在一些实施例中，发红光的LED可以发射具有650nm的峰值波长的光，发绿光的LED可以发射具有530nm的峰值波长的光，发红外光的LED可以发射具有940nm的峰值波长的光，但不限于此。

可以理解，电子设备100还包括与PPG传感器20电性连接的处理器(图未示)以及存储有可由处理器执行的指令的存储器(图未示)。处理器可以对PPG传感器20生成的PPG信号进行处理。例如处理器通过处理至少一个光电探测器24生成的第一PPG信号和第二PPG信号以检测用户的血氧饱和度(例如，根据第一PPG信号和第二PPG信号确定氧合血红蛋白和血红蛋白的比值，进而得到用户的目标部位的血氧饱和度)。或，处理器通过处理至少一个光电探测器24生成的第三PPG信号检测用户的心率(例如，根据第三PPG信号中的波峰的个数确定待检测用户的心率)。此外，处理器还可以对在电子设备100内执行的指令进行处理，指令包括存储在存储器中的指令或外部输入/输出装置上输入的指令。存储器作为一种非暂时计算机可读存储介质，可用于存储非暂时软件程序、非暂时计算机可执行程序以及模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂时软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。

图5为图4中光电探测器的剖面示意图。如图5所示，光电探测器24包括电路基板241、位于电路基板241上的光电二极管242、位于光电二极管242上的第一滤光部243和第二滤光部244以及封装层246。第一滤光部243和第二滤光部244位于光电二极管242远离电路基板241的一侧。光电二极管242通过引线245电性连接电路基板241。封装层246包覆光电二极管242、第一滤光部243、第二滤光部244和引线245。电路基板241例如为印刷电路板，引线245例如为金线，封装层246的材料例如为环氧树脂，但不限于此。

图6为图5中光电二极管安装至电路基板上的结构示意图。如图6所示，光电二极管242通过引线245电性连接电路基板241。光电二极管242的光接收面大致呈矩形。

图7为图5中第一滤光部和第二滤光部的排布示意图。如图7所示，多个第一滤光部243和多个第二滤光部244呈矩阵排布为多行多列。其中，多行多列中，每一行为一个第一滤光部243和一个第二滤光部244交替周期性重复排布，每一列为一个第一滤光部243和一个第二滤光部244交替周期性重复排布。沿光电二极管242的厚度方向上，第一滤光部243在光电二极管242上的投影为矩形，第二滤光部244在光电二极管242上的投影为矩形。第一滤光部243和第二滤光部244等大。在其他实施例中，第一滤光部243和第二滤光部244的形状及排布规则不限于此。

光电二极管242用于感测第一波段、第二波段和第三波段的光。第一滤光部243用于选择性地透过第一波段、第二波段的光，并选择性地阻挡第三波段的光。第二滤光部244用于选择性地透过第三波段的光，并选择性地阻挡第一波段、第二波段的光。

一些实施例中，第一波段在红光光谱(620nm～780nm)之内，第二波段在红外光谱(780nm～1mm)之内，第三波段在绿光光谱(490nm～560nm)之内。即，红光、红外光和绿光均能被光电二极管242感测。其中，第一滤光部243可选择性地透过红光和红外光并阻挡绿光。第二滤光部244可选择性地透过绿光并阻挡红光和红外光。因此，光电二极管242被第一滤光部243覆盖的区域可接收红光和红外光，但不接收绿光；光电二极管242被第二滤光部244覆盖的区域可接收绿光，但不接收红光和红外光。

当红光和红外光照射到光电探测器24时，第一滤光部243可选择性地使红光和红外光透过，第二滤光部244可选择性地阻挡红光和红外光。因此，光电二极管242被第一滤光部243覆盖的区域为感测红光和红外光的最敏感的区域。在利用红光和红外光进行血氧饱和度测试时，光电探测器24的设置有第一滤光部243的区域为主要感测红光和红外光的区域。

同理，当绿光照射到光电探测器24时，第二滤光部244可选择性地使绿光透过，第一滤光部243可选择性地阻挡绿光。因此，光电二极管242被第二滤光部244覆盖的区域为感测绿光最敏感的区域。在利用绿光进行心率测试时，光电探测器24的设置有第二滤光部244的区域为主要感测绿光的区域。

因此，本申请实施例的PGG传感器，在利用发绿光的LED进行心率测试时，光电探测器主要利用设置有第二滤光部的区域(即，对绿光最敏感的区域)进行感测；而在利用发红光的LED和红外光的LED进行血氧饱和度测试时，光电探测器主要利用设置有第一滤光部的区域(即，对红光和红外光最敏感的区域)进行感测。如此，光电探测器对心率的测量和对血氧饱和度的测量相对解耦，能够实现高信噪比，提高测量精度。

具体地，当该PPG传感器20利用发红光的LED和发红外光的LED进行血氧饱和度测量时，红光和红外光经人体的血液和组织反射、吸收后形成衰减光，该衰减光透过第一滤光部243被光电二极管242接收。光电二极管242将接收到的衰减光转换为电信号。该电信号经放大、滤波等信号处理后得到第一PPG信号和第二PPG信号。处理器根据第一PPG信号和第二PPG信号可确定氧合血红蛋白和血红蛋白的比值，进而计算出用户的目标部位的血氧饱和度。由于在利用红光和红外光进行血氧饱和度测量时，绿光会被第一滤光部243阻挡。因此，可减少血氧饱和度检测时的噪声，进而提升血氧饱和度检测的信噪比。

同理，当该PPG传感器20利用发绿光的LED进行心率测试时，绿光经人体的血液和组织反射、吸收后形成衰减光，该衰减光透过第二滤光部244被光电二极管242接收。光电二极管242将接收到的衰减光转换为电信号。该电信号经放大、滤波等信号处理后得到第三PPG信号。处理器根据第三PPG信号确定待检测用户的心率。由于在利用绿光进行心率检测时，部分人体发射出来的红外信号和外界环境红外信号被第二滤光部244阻挡。因此，可减小心率检测的噪声，进而提升心率检测的信噪比。

需要说明的是，第一滤光部243和第二滤光部244可通过镀膜的方式形成在光电二极管242的特定区域。第一滤光部243可通过吸收或反射的方式阻挡绿光。第二滤光部244可通过吸收或反射的方式阻挡红光和红外光。一些实施例中，光电二极管242为全光谱敏感的光电二极管，但是该光电二极管242对红光和红外光的敏感性和该光电二极管242对绿光的敏感性不同。具体地，该光电二极管242对红光和红外光的敏感性和该光电二极管242对绿光的敏感性比例大致为(1.6～1.3)：1。也就是说，同一颗光电二极管242接收1mW/cm²光辐射照度的红光及红外光，和绿光照射，产生的光生电流比为(1.6～1.3)：1。因此，一些实施例中，沿光电二极管242的厚度方向上，所有的第一滤光部243在光电二极管242上的投影的总面积与所有的第二滤光部244在光电二极管242上的投影的总面积之比为1：(1.6～1.3)，以使得光电探测器24对收1mW/cm²光辐射照度的红光及红外光照射产生的光生电流与光电探测器24对收1mW/cm²光辐射照度的绿光照射产生的光生电流大致相当。如图9所示，光电探测器24对520nm左右的绿光的敏感度和其对860nm左右的红外光的敏感度大致相当。

在一些实施例中，所有的第二滤光部244在光电二极管242上的投影的总面积与所有的第一滤光部243在光电二极管242上的投影的总面积之比例如为(1.6：1)、(1.5:1)、(1.4:1)、(1.3：1)等。其中，当该比例为1.5:1时，光电探测器对520nm左右的绿光的敏感度和其对860nm左右的红外光的敏感度最为接近。具体地，通过使第一滤光部243在光电二极管242上的投影的总面积小于第二滤光部244在光电二极管242上的投影的总面积，使得当该PPG传感器20利用发绿光的LED进行心率测试时，即使部分人体发射出来的红外信号和外界环境红外信号入射至第一滤光部243被光电二极管242感测到，由于所有的第一滤光部243在光电二极管242上的投影的总面积与所有的第二滤光部244在光电二极管242上的投影的总面积相比较小，光电二极管242接收该人体发射出来的红外信号和外界环境红外信号后，对应该人体发射出来的红外信号和外界环境红外信号能够产生的光电流较小，如此，可减小心率检测的噪声，进而提升心率检测的信噪比。

在一些实施例中，每一个第一滤光部243在光电二极管242上的投影的面积与每一个第二滤光部244在光电二极管242上的投影的面积相同，通过调整第一滤光部243和第二滤光部244的数量的比例，使所有的第一滤光部243在光电二极管242上的投影的总面积与所有的第二滤光部244在光电二极管242上的投影的总面积之比为1：(1.6～1.3)。

另一些实施例中，第一滤光部243和第二滤光部244的数量相同，可通过调整每一个第一滤光部243在光电二极管242上的投影的面积与每一个第二滤光部244在光电二极管242上的投影的面积的比值，使所有的第一滤光部243在光电二极管242上的投影的总面积与所有的第二滤光部244在光电二极管242上的投影的总面积之比为1：(1.6～1.3)。

具体地，如图8所示，多个第一滤光部243和多个第二滤光部244呈矩阵排布为多行多列。其中，多行多列中，每一行为一个第一滤光部243和一个第二滤光部244交替周期性重复排布，每一列为一个第一滤光部243和一个第二滤光部244交替周期性重复排布。第一滤光部243和第二滤光部244的数量相同。第一滤光部243在光电二极管242上的投影和第二滤光部244在光电二极管242上的投影均为矩形，且第一滤光部243的宽度和第二滤光部244的宽度相同。因此，可通过调整第一滤光部243的长度和第二滤光部244的长度的比值为1：(1.6～1.3)，使所有的第一滤光部243在光电二极管242上的投影的总面积与所有的第二滤光部244在光电二极管242上的投影的总面积之比为1：(1.6～1.3)。

在其他实施例中，第一滤光部243和第二滤光部244的形状及排布规则不限于此。例如，第一滤光部243和第二滤光部244的数量不同，每一个第一滤光部243的面积和第二滤光部244的面积也不同，但所有的第一滤光部243在光电二极管242上的投影的总面积与所有的第二滤光部244在光电二极管242上的投影的总面积之比为1：(1.6～1.3)。

本申请实施例的PPG传感器，光电二极管对多波段(红光波段、绿光波段、红外光波段)敏感，通过设置第一滤光部选择性地透过红光和红外光，设置第二滤光部选择性地透过绿光，相较于图1所示的现有技术，本申请实施例的PPG传感器，光电探测器对心率的测量和对血氧饱和度的测量相对解耦，能够实现高信噪比，提高测量精度。此外，相较于图2所示的现有技术，相同的占板面积情况下，本申请实施例的PPG传感器在利用绿光测量心率和利用红灯、红外测量血氧饱和度时，有效感测面积更大，信噪比更高。例如，在使用绿光进行心率测试时，图2所示的PPG传感器中只有被虚线所覆盖的PD2用于检测，而被虚线所覆盖的两个PD1不能感测绿光，PPG传感器的有效感测绿光的面积为PD2的总体感光面积(设为A)；而本申请实施例的PPG传感器中，如图4所示，被虚线所覆盖的三个光电探测器24均能够感测绿光，假如每个光电探测器24中，有效感测绿光的面积与有效感测红光和红外光的面积相同，那么本申请实施例中，PPG传感器20的有效感测绿光的面积为A×50％×3＝1.5A，如此增强了PPG传感器20感测的绿光的感应信号值，提升了心率检测的信噪比。

其他实施例中，PPG传感器包括的多个光电探测器中，针对不同的光电探测器，第一滤光部在光电二极管上的投影的总面积与所有的第二滤光部在光电二极管上的投影的总面积之比可不同。电子设备的处理器可处理一个或多个光电探测器生成的PPG信号。例如，部分光电探测器中，所有的第一滤光部的总面积大于或等于所有的第二滤光部的总面积，该部分光电探测器(为描述方便，定义该部分光电探测器为第一光电探测器)对红光和红外光的感测比对绿光的感测更灵敏；而另一些光电探测器中，所有的第一滤光部的总面积小于所有的第二滤光部的总面积，该另一些光电探测器(为描述方便，定义该另一些光电探测器为第二光电探测器)对绿光的感测比对红光和红外光的感测更灵敏。

具体地，针对用户使用电子装置测量血氧饱和度的场景，电子装置的处理器可选择开启对红光和红外光的感测更灵敏的第一光电探测器，而关闭第二光电探测器，通过使用对红光和红外光的感测更灵敏的第一光电探测器，提高对血氧饱和度测量的准确度。同理，针对用户使用电子装置测量心率的场景，电子装置的处理器可选择开启对心率感测更灵敏的第二光电探测器，而关闭第一光电探测器，通过使用对心率感测更灵敏的第二光电探测器，提高对心率测量的准确度。可以理解，针对用户使用电子装置测量心率(或血氧饱和度)的场景，电子装置的处理器也可同时开启第一光电探测器和第二光电探测器，通过对多个第一光电探测器和多个第二光电探测器生成的PPG信号进行处理运算，来测量心率(或血氧饱和度)。

此外，需要说明的是，PPG传感器不限于为应用于智能手表中，例如，PPG传感器还可应用于智能手环中；或者，PPG传感器也可环绕用户的其他身体部位(如，头部、脚踝或手指)，应用于其他可穿戴装置中。其他可穿戴装置例如为头戴式设备(如，智能头盔)、服装型设备(如，智能服装、智能手套、臂带)等。

更具体地，PPG传感器可附着或集成到用户的鞋、袜子、领带、衬衫的袖子或领子、裤子或裙子的腰带上等。进一步地，PPG传感器还可从用户的鞋或服装上拆卸下来。例如，当利用PPG传感器检测用户的生理特征时，可将PPG传感器附着到用户的鞋或服装上，当检测完毕后，可将PPG传感器从用户的鞋或服装上拆卸下来。如此，可针对不同的用户、和/或针对同一用户不同的身体部位，来选择PPG传感器需要贴附的位置，使得PPG传感器的应用场景多样且灵活。

此外，PPG传感器也可应用到具有健康检测功能的设备中，如血氧测量仪、心率检测仪等，但不限于此。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种光电探测器，其特征在于，包括：

光电二极管，用于感测第一波段、第二波段和第三波段的光；

至少一个第一滤光部，位于所述光电二极管上，用于透过所述第一波段和所述第二波段的光，并阻挡所述第三波段的光，所述第一波段在红光光谱之内，所述第二波段在红外光谱之内，所述光电探测器用于接收所述第一波段的光并生成第一PPG信号以及接收所述第二波段的光并生成第二PPG信号，所述第一PPG信号和所述第二PPG信号用于检测用户的血氧饱和度；以及

至少一个第二滤光部，与所述至少一个第一滤光部位于同一所述光电二极管上，所述至少一个第二滤光部用于透过所述第三波段的光，并阻挡所述第一波段和所述第二波段的光，所述第三波段在绿光光谱之内，所述光电探测器用于接收所述第三波段的光并生成第三PPG信号，所述第三PPG信号用于检测用户的心率；

其中，所述第一滤光部与所述第二滤光部的数量相同，沿所述光电二极管的厚度方向上，每一所述第一滤光部在所述光电二极管上的投影的面积与每一所述第二滤光部在所述光电二极管上的投影的面积之比为1：（1.6~1.3）；或，沿所述光电二极管的厚度方向上，每一所述第一滤光部在所述光电二极管上的投影的面积与每一所述第二滤光部在所述光电二极管上的投影的面积相同，所述第一滤光部与所述第二滤光部的数量之比为1：（1.6~1.3）。

2.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，多个所述第一滤光部和多个所述第二滤光部呈矩阵排布为多行多列；所述多行多列中，每一行为一个所述第一滤光部和一个所述第二滤光部交替周期性重复排布，每一列为一个所述第一滤光部和一个所述第二滤光部交替周期性重复排布。

3.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，沿所述光电二极管的厚度方向上，所述第一滤光部在所述光电二极管上的投影为矩形，所述第二滤光部在所述光电二极管上的投影为矩形。

4.如权利要求3所述的光电探测器，其特征在于，沿所述光电二极管的厚度方向上，所述第一滤光部在所述光电二极管上的投影所形成的矩形的宽度与所述第二滤光部在所述光电二极管上的投影所形成的矩形的宽度相同。

5.一种PPG传感器，其特征在于，包括：

如权利要求1至4中任意一项所述的光电探测器；

第一光源，用于发出第一光信号，所述第一光信号经用户的皮肤/组织反射的光至少部分位于所述第一波段；

第二光源，用于发出第二光信号，所述第二光信号经用户的皮肤/组织反射的光至少部分位于所述第二波段；以及

第三光源，用于发出第三光信号，所述第三光信号经用户的皮肤/组织反射的光至少部分位于所述第三波段。

6.如权利要求5所述的PPG传感器，其特征在于，所述PPG传感器包括光源组，所述光源组包括所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源，多个所述光电探测器环绕所述光源组间隔设置。

7.如权利要求6所述的PPG传感器，其特征在于，所述PPG传感器包括间隔设置的多个所述光源组。

8.如权利要求5至7中任意一项所述的PPG传感器，其特征在于，所述第一光信号为红光，所述第二光信号为红外光，所述第三光信号为绿光。

9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求5至8中任意一项所述的PPG传感器。