专利名称：检测晒伤的便携式测量装置以及测量方法
技术领域：
本发明关于一种便携式测量装置，特别是有关于用来检测一使用者的晒伤状况的
一种便携式测量装置。
背景技术：
受到都市热岛效应以及由大气臭氧层破坏所引起的地表暖化的影响，存在于生活 环境中的紫外线辐射对人类的皮肤健康所造成的�：嶂鸾ピ黾�。 根据科学研究，过量的紫外线会造成人类皮肤以及视力上的伤害。举例来说，在 受到强烈的紫外线照射之后，表皮会生成化学介质，并释放扩散到真皮，而引起局部血管扩 张，因而皮肤会出现红斑(Erythema)。从医学研究中发现，紫外线所造成的红斑是不同于灼 伤形成的红斑。紫外线辐射所造成的红斑会消失得很慢，而且长期下来，除了会引起黑斑之 外，甚至会诱发皮肤癌变。此外，强烈的紫外线辐射会损伤眼睛组织、导致结膜炎与角膜炎、 以及损害水晶体，其为白内障的主要诱因。 此外，虽然强烈的紫外线通常是出现在晴天，然而人们亦可能在阴天或是在室内 遭受到过多紫外线的照射。再者，某些灯光亦可能发射紫外线辐射。因此，紫外线对人们的 照射是无所不在的。 目前，已知人类暴露于紫外线的辐射量以及形成皮肤癌变的可能性有直接关系。 为了预防由晒伤所引起的皮肤伤害，人类在特定时间间隔内所接触到的紫外线辐射量必须 不能过量。医学上可接受的紫外线辐射量被称为最小红斑量(Minimal Erythemal Dose， MED)，其表示皮肤接受紫外线照射下在24小时后所产生发红的最小剂量。最小红斑量的值 是由人类的肤色种类而决定。 因此，需要可直接检测由紫外线辐射所引起的晒伤的一种便携式测量装置。
发明内容
本发明提供一种便携式测量装置，用以检测一使用者的晒伤状况。上述便携式测 量装置包括一显示�？椋ㄒ环⒐庠⑸浜旃�、绿光及蓝光以照射上述使用者的 皮肤；以及， 一传感元件，对应于所发射的上述红光、上述绿光及上述蓝光分别接收及测量 来自于上述使用者的皮肤的反射红光、反射绿光及反射蓝光；以及， 一处理元件，耦接到上 述显示�？椋萆鲜龇瓷浜旃�、上述反射绿光及上述反射蓝光分别得到红色反射系数、绿 色反射系数及蓝色反射系数、根据上述红色反射系数、上述绿色反射系数及上述蓝色反射 系数产生一晒伤指数，以及将上述晒伤指数显示在上述显示�？樯希渲猩鲜錾股酥甘� 示上述使用者的晒伤状况。 再者，本发明提供一种测量方法，用以借由一便携式装置来检测一使用者的晒伤 状况，其中上述便携式装置具有一显示�？橐约耙淮碓Ｉ鲜霾饬糠椒òň缮鲜� 显示�？椋⑸浜旃�、绿光及蓝光以照射上述使用者的皮肤；经由上述显示模块，对应于所 发射的上述红光、上述绿光及上述蓝光分别接收来自于被照射的上述使用者的皮肤的反射
4红光、反射绿光及反射蓝光；根据上述反射红光、上述反射绿光及上述反射蓝光，分别得到 红色反射系数、绿色反射系数及蓝色反射系数；以及，根据上述红色反射系数、上述绿色反 射系数及上述蓝色反射系数，得到一晒伤指数，并借由上述处理元件将上述晒伤指数显示 在上述显示�？樯希员阒甘旧鲜鍪褂谜叩纳股俗纯�。
图1为显示人类皮肤在紫外线照射之前以及照射之后的不同反射系数的分布图；
图2为显示根据本发明一实施例所述的用以检测一使用者的晒伤状况的便携式 测量装置； 图3为显示根据本发明一实施例所述的用以检测一使用者的晒伤状况的便携式 测量装置的一示范例；以及 图4为显示根据图2实施例中所测量到的人类皮肤的反射系数分布图。
主要元件符号说明 200 便携式测量装置； 210 显示�？椋�
220 处理元件； 230 发光元件；
240 传感元件； 310 手机；
320 键盘；
330 有源矩阵液晶显示面板； 340 传感元件； 350 光检测器；以及 G1-G4、R1-R4、S1-S4 曲线。
具体实施例方式
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施 例，并配合附图，作详细说明如下
实施例 图1为显示人类皮肤在紫外线照射之前以及照射之后的不同反射系数 (reflectance)的分布图。在图1中，曲线Sl是表示皮肤未暴露在紫外线照射下的反射 系数频谱、曲线S2是表示皮肤适度暴露在紫外线照射下的反射系数频谱、曲线S3是表示 皮肤严重暴露在紫外线照射下的反射系数频谱、以及曲线S4是表示皮肤接受紫外线照射 下于24小时后的反射系数频谱。人类眼睛所能观察到的反射系数频谱开始于420纳米 (nanometer, nm)，其被眼睛视为蓝色的色度(shade)，而人类眼睛所能观察到的反射系数频 谱可到达700纳米，其范围超过绿色的色度并且被眼睛视为红色的色度。值得注意的是，在 图1中，对红色波长而言，四个曲线之间反射系数的差异很�。岳渡ǔぜ奥躺ǔざ� 言，四个曲线之间的反射系数具有较明显的差异。 图2为显示根据本发明一实施例所述的用以检测一使用者的晒伤状况的便携式 测量装置200。便携式测量装置200包括显示�？�210以及处理元件220，其中显示�？�210 包括发光元件230以及传感元件240。发光元件230可以是具有红色像素、绿色像素及蓝 色像素的显示面板，例如发光二极管显示器(Light Emitting Diode， LED)�？�、液晶显示 器(Liquid Crystal Display,LCD)�？�、有机发光二极管�？�(Organic Light Emitting
5Diode， 0LED)等等。传感元件240包括多个光检测器，其中多个光检测器被设置在相邻于 发光元件230、被设置在发光元件230的显示区域的周围或是被整合在发光元件230的像 素内。发光元件230作为可分别发射红光、绿光及蓝光至使用者皮肤的照明源使用，然后对 应于所发射的红光、绿光及蓝光，传感元件240会分别测量来自于使用者的皮肤的反射红 光、反射绿光及反射蓝光。举例来说，在使用者的皮肤被发光元件230内对应于红色的像素 所提供的红光照射之后，可使用具有对应于红色的光学滤波器的光检测器来测量反射红光 (即对应于所发射的红光的反射光)。接着，使用者的皮肤依序被绿光及蓝光照射，而来自 于使用者的皮肤的反射绿光及反射蓝光会相继被测量。接着，处理元件220会接收来自于 传感元件240的测量结果，以计算出红色反射系数、绿色反射系数及蓝色反射系数。然后， 处理元件220可根据红色反射系数、绿色反射系数及蓝色反射系数得到用来指示使用者的 晒伤状况的一晒伤指数(sunburn index)。在一实施例中，为了减少便携式测量装置200的 面积以及成本，光检测器可以是不具有光学滤波器的单一光电二极管。因此，当使用者皮肤 依序被红光、绿光及蓝光照射时，来自于使用者的皮肤的反射红光、反射绿光及反射蓝光会 依序被单一光电二极管所测量。在另一实施例中，发光元件230可发射白光来照射使用者 的皮肤，其中白光为至少由红色、绿色及蓝色所组成并且可由白光发光二极管所提供。由于 使用者的皮肤同时被具有三原色的白光所照射，因此可使用具有对应于红色、绿色及蓝色 的光学滤波器的光检测器来分别测量反射红光、反射绿光及反射蓝光。
再者，晒伤指数可以是红斑生成指数(Erythema Index, EI)。红斑生成指数是用 来指示晒伤程度，并且可借由对绿色反射系数与红色反射系数的比率取对数(logarithm) 而得到，即1ogl0(绿色反射系数/红色反射系数)。此外，晒伤指数可以是色素沉淀指数 (Melanin Index, MI)，并且在显示�？�210内加入红外线(Infrared Ray， IR)来源以及红 外线光检测器，以发射红外线波长并测量红外线反射系数，其中入红外线来源以及红外线 光检测器可以是显示�？�210内的分离元件。如此，可借由对红外线反射系数与红色反射 系数的比率取对数而得到色素沉淀指数，即1ogl0(红外线反射系数/红色反射系数)。在 得到晒伤指数之后，处理元件220可将晒伤指数显示在显示模块210的显示区域内，以供使 用者查看。在图2中，便携式测量装置200为具有显示面板的便携式电子装置，例如手机、 个人数位助理(PersonalDigital Assistant, PDA)、全球定位系统(Global Positioning System, GPS)、笔记本电脑等等。 对传感元件240而言，其内部的光传感器可以是显示�？�210内的离散元件 或是有源矩阵(Active Matrix, AM)阵列面板(即发光元件230)，例如垂直氢化非晶硅 (a-Si:H)N型-本质-P型(n-type-intrinsic-p-type，NIP) 二极管、横向低温多晶硅(Low Temperature Poly Silicon, LTPS) 二极管或是薄膜晶体管等，其已被整合到面板内，以作 为环境光线控制。在一实施例中，每一光传感器可包括具有对应于三原色的个别光学滤波 器的三个子元件，以便增强测量。举例来说，标准显示红色、绿色及蓝色滤波器可构成有源 矩阵液晶显示器(AMLCD)内的三种颜色的像素。有时，光传感器需要对来自背光的直接照 射进行光屏蔽，使得来自背光的干扰可以被减少。再者，假如光检测器被整合到显示�？� 210内的像素时，显示�？�210的全部显示区域可被使用来执行晒伤的详细测量。当一光检 测器被整合到对应于三原色之一者的一像素时，该光检测器可包括具有一特定波长频谱的 光学滤波器，其中该特定波长频谱对应于三原色的该者。
图3为显示根据本发明一实施例所述的用以检测一使用者的晒伤状况的便携式 测量装置的一示范例。在图3中，便携式测量装置为手机310。键盘320以及有源矩阵液晶 显示面板330设置在手机310的表面。此外，设置在手机310内的传感元件340包括多个 围绕在有源矩阵液晶显示面板330周围的光检测器350。在此实施例中，处理元件(未显 示)为设置在手机310内部，例如有源矩阵液晶显示面板330或是键盘320的下方。借由 将手机310的有源矩阵液晶显示面板330朝向使用者的皮肤，即可检测出使用者皮肤的晒 伤程度。举例来说，首先，处理元件会控制有源矩阵液晶显示面板330来发射红光以照射使 用者的皮肤，然后处理元件会控制光检测器350来接收并测量来自于使用者皮肤的反射红 光，其中反射红光对应于所发射的红光。接着，处理元件会控制有源矩阵液晶显示面板330 来发射绿光以照射使用者的皮肤，并控制光检测器350来接收并测量来自于使用者皮肤且 对应于所发射的绿光的反射绿光。最后，处理元件会控制有源矩阵液晶显示面板330来发 射蓝光以照射使用者的皮肤，并控制光检测器350来接收并测量来自于使用者皮肤且对应 于所发射的蓝光的反射蓝光。每一光传感器可执行区域测量，而测量结果可用来表示使用 者的皮肤变化或是在排除极端的测量结果之后所得到的平均结果，其中极端的测量结果可 能是由皮肤上的伤疤或是环境光路径所弓I起的测量干扰所造成。 图4为显示根据图2实施例中所测量到的人类皮肤的反射系数分布图，其表示 使用具有红色滤波器与绿色滤波器的光检测器的背光频谱以及皮肤的反射系数的巻积 (convolution)运算。在图4中，曲线Rl、 R2、 R3与R4为分别表示皮肤未暴露在紫外线照 射下、皮肤适度暴露在紫外线照射下、皮肤严重暴露在紫外线照射下以及皮肤接受紫外线 照射下在24小时后使用具有红色滤波器的反射系数频谱。曲线G1、G2、G3与G4为分别表 示皮肤未暴露在紫外线照射下、皮肤适度暴露在紫外线照射下、皮肤严重暴露在紫外线照 射下以及皮肤接受紫外线照射下于24小时后使用具有绿色滤波器的反射系数频谱。如先 前所描述，对红色波长而言，不同曝晒条件下的反射系数差异很小，因此处理元件可使用反 射红光来验证测量结果。由于外部因子(例如使用者所弄脏的皮肤或是显示面板表面上的 水或油脂)会造成整体光路径的改变，因此对测量结果进行验证是必要的。在验证之后，图 2中的处理元件220可根据绿色反射系数对红色反射系数的比率而得到红斑生成指数。再 者，图2中的处理元件220可根据蓝色反射系数对红色反射系数的比率对红斑生成指数进 行验证。举例来说，假如蓝色反射系数以及绿色反射系数不是以相似的程度进行变化的话 (如图1所预期)，红斑生成指数的数值会被判定为错误的值，而图2中的处理元件220会 重新测量反射系数。 虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术 领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此 本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
一种便携式测量装置，用以检测一使用者的晒伤状况，包括一显示�？椋ㄒ环⒐庠⑸浜旃�、绿光及蓝光以照射上述使用者的皮肤；以及一传感元件，对应于所发射的上述红光、上述绿光及上述蓝光分别接收及测量来自于上述使用者的皮肤的反射红光、反射绿光及反射蓝光；以及一处理元件，耦接到上述显示�？椋萆鲜龇瓷浜旃�、上述反射绿光及上述反射蓝光分别得到红色反射系数、绿色反射系数及蓝色反射系数、根据上述红色反射系数、上述绿色反射系数及上述蓝色反射系数产生一晒伤指数，以及将上述晒伤指数显示在上述显示�？樯希渲猩鲜錾股酥甘甘旧鲜鍪褂谜叩纳股俗纯�。
2. 根据权利要求1所述的便携式测量装置，其中上述发光元件为一显示面板，其中上 述显示面板具有用以分别发射上述红光、上述绿光及上述蓝光的红色像素、绿色像素及蓝 色像素，以及上述传感元件包括多个光检测器用以测量上述反射红光、上述反射绿光及上 述反射蓝光，以便分别得到上述红色反射系数、上述绿色反射系数及上述蓝色反射系数。
3. 根据权利要求2所述的便携式测量装置，其中上述光检测器配置在上述显示面板的 一显示区域的周围、或是整合在上述显示面板的上述红色像素、上述绿色像素及上述蓝色 像素内。
4. 根据权利要求2所述的便携式测量装置，其中每一上述光检测器包括至少一光学滤 波器，其中上述光学滤波器具有对应于三原色之一的一特定波长频宽。
5. 根据权利要求1所述的便携式测量装置，其中上述显示�？槲环⒐舛苣？椤� 一液晶显示器�？榛蚴且挥谢⒐舛苣？�。
6. —种测量方法，用以借由一便携式装置来检测一使用者的晒伤状况，其中上述便携 式装置具有一显示�？橐约耙淮碓鲜霾饬糠椒òň缮鲜鱿允灸？椋⑸浜旃狻⒙坦饧袄豆庖哉丈渖鲜鍪褂谜叩钠し簦痪缮鲜鱿允灸？椋杂τ谒⑸涞纳鲜龊旃�、上述绿光及上述蓝光分别接收来自于 被照射的上述使用者的皮肤的反射红光、反射绿光及反射蓝光；根据上述反射红光、上述反射绿光及上述反射蓝光，分别得到红色反射系数、绿色反射 系数及蓝色反射系数；以及根据上述红色反射系数、上述绿色反射系数及上述蓝色反射系数，得到一晒伤指数，并 借由上述处理元件将上述晒伤指数显示在上述显示�？樯希员阒甘旧鲜鍪褂谜叩纳股俗� 况。
7. 根据权利要求6所述的测量方法，还包括经由上述显示�？榈囊幌允久姘宓暮焐袼�、绿色像素及蓝色像素发射上述红光、上 述绿光及上述蓝光；以及经由上述显示�？榈亩喔龉饧觳馄鹘邮丈鲜龇瓷浜旃�、上述反射绿光及上述反射蓝光。
8. 根据权利要求7所述的测量方法，还包括配置上述光检测器在上述显示面板的一显 示区域的周围，或是整合上述光检测器在上述显示面板的上述红色像素、上述绿色像素及 上述蓝色像素内。
9. 根据权利要求6所述的测量方法，其中上述晒伤指数为一红斑生成指数，以及上述红斑生成指数是根据上述绿色反射系数对上述红色反射系数的比率而得到。
10.根据权利要求9所述的测量方法，其中上述处理元件根据上述蓝色反射系数对上述红色反射系数的比率对上述红斑生成指数进行验证。
全文摘要
一种便携式测量装置，用以检测一使用者的晒伤状况。上述便携式测量装置包括一显示�？橐约榜罱拥缴鲜鱿允灸？榈囊淮碓�。上述显示�？榘ㄒ环⒐庠靡苑⑸浜旃�、绿光及蓝光以照射使用者的皮肤，以及一传感元件用以对应于所发射的红光、绿光及蓝光分别接收与测量反射红光、反射绿光及反射蓝光。上述处理元件根据反射红光、反射绿光及反射蓝光分别得到红色反射系数、绿色反射系数及蓝色反射系数、根据红、绿及蓝色反射系数产生一晒伤指数、以及将上述晒伤指数显示在上述显示�？樯希渲猩鲜錾股酥甘甘臼褂谜叩纳股俗纯�。
文档编号G01N21/47GK101793824SQ20101010322
公开日2010年8月4日 申请日期2010年2月1日 优先权日2009年2月2日
发明者奈格尔·D·杨格, 彼得·费尔利, 赫尔曼·C·瑞休斯 申请人:统宝光电股份有限公司
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