CN107205673A - 光体积描记装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光体积描记(PPG)装置(100)，包括：至少一个光源(110)，其被配置为生成具有源射束角度(118)的源光射束(114)；以及至少一个可控制射束角度适配器(120)，其被配置为接收指示要被设置的经修改的射束角度(124)的射束角度控制信号(170)，所述射束角度适配器(120)还被配置为将具有经修改的射束角度(124)的源光射束(114)提供到外部对象(130)。PPG装置(100)包括：至少一个PPG传感器(140)，其被配置为提供指示由外部对象(130)散射的源光(150)的传感器信号(145)；以及PPG评价和控制单元(160)，其被配置为接收传感器信号(145)，提供射束角度控制信号(170)并且在其输出(180)处提供传感器信号(145)的AC信号分量。
Description
技术领域
本发明涉及光体积描记装置，用于操作光体积描记装置的方法，以及用于操作光体积描记装置的计算机程序。
背景技术
光体积描记(PPG)装置以光学方式测量外部对象的体积的改变。在医学应用中，体积的这些改变通常是受检体的器官或其他身体部分中的血液或空气的量的改变，并且因此能够被用于监测受检体的生命体征信息。受检体的生命体征信息包括例如关于人的呼吸率、脉搏率、血压或血氧饱和度的信息。
在WO 2014/136027A1(也在US 2014/0253709A1下出版)中，公开了用于确定受检体的生命体征信息的系统和方法。利用辐射照射受检体，并且接收从所述受检体反射的辐射。在第一阶段中，定位感兴趣区域。在第二阶段中，照明被控制以局部地对被定位的感兴趣区域进行照射。最后，根据从感兴趣区域反射并且在所述第二阶段中检测到的辐射确定受检体的生命体征信息。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种光体积描记装置，在下文中称为PPG装置，所述光体积描记装置包括：
-至少一个光源，其被配置为生成源光(source light)射束，所述源光射束具有指向外部对象的源射束角度；
-至少一个可控制射束角度适配器，其被布置在所述光源与所述外部对象之间，并且被配置为接收指示要被设置的经修改的射束角度的射束角度控制信号，所述经修改的射束角度不同于所述源射束角度，所述射束角度适配器还被配置为接收具有所述源射束角度的所述源光射束并且将具有所述经修改的射束角度的所述源光射束提供到所述外部对象；
-至少一个PPG传感器，其被布置并且被配置为提供指示散射的源光的传感器信号，所述散射的源光已经由所述外部对象散射，并且由所述PPC传感器检测到；以及
-PPG评价和控制单元，其被配置为：接收传感器信号，提供射束角度控制信号并且确定并在其输出处选择性地提供传感器信号的AC信号分量，其中，PPG评价和控制单元还被配置为依据传感器信号的DC信号分量或传感器信号的AC信号分量或依据两者确定并提供射束角度控制信号。
本发明的PPG装置基于光源的源射束角度的修改能够引起传感器信号的显著改进的认识。在本发明的PPG装置中，能够由至少一个射束角度适配器修改由光源发射的射束的源射束角度。由提供射束角度控制信号的PPG评价和控制单元提供射束角度调整的控制。启用源射束角度的修改允许响应于在研究中的具体外部对象的光学特性，并且响应于PPG测量的具体状态而改进传感器信号。因此提供源射束角度的这样的修改能力不仅改进给定外部对象的信号和PPG测量的情况，而且延伸PPG装置的应用情况的领域。例如，如下面将更详细解释的，PPG装置能够被用于提供针对特定宽范围情况下的特定宽范围的外部对象的高质量的PPG信号，延伸到在外部对象与PPG装置之间的相对运动下的测量等。因此，PPG装置能够被调整到不同外部对象或不同环境。
由于能够在小范围中提供PPG装置的所有部件，因此PPG装置自身也能够具有小尺寸。
应指出，为了清楚，外部对象不形成请求保护的PPG装置的部分。外部对象是要由PPG装置研究的对象，并且因此能够任意改变。外部对象的非限制范例是弹性管、动物和人类。
传感器信号的AC(幅度改变)信号分量包括关于作为时间的函数的检测到的散射的源光强度的改变的信息。该改变至少部分由外部对象的体积或表面的改变引起。
在下文将描述PPG装置的实施例。
在PPG装置的一个实施例中，射束角度适配器包括液晶元件，具体地具有可调节焦距的液晶透镜。在该实施例的变型中，射束角度适配器还包括驱动器电路，所述驱动器电路用于响应于射束角度控制信号而设置液晶透镜的焦距。在又一实施例中，射束角度适配器包括液体元件，具体地液体透镜。在液体透镜中，例如通过响应于射束角度控制信号由驱动电路对液体透镜的表面张力的改变来实现由射束角度适配器对源射束角度的修改。
具有不同的选项来确定经修改的射束角度。实施例的第一组不依赖于用户输入。
在实施例的该第一组的一个实施例中，所述PPG评价和控制单元还被配置为依据传感器信号的DC信号分量确定并提供射束角度控制信号。由于传感器信号的DC信号分量包括由PPG传感器接收的没有进一步与外部对象相互作用的反射或透射的源光的强度，因此这能够被用作控制量度以便确定足够量的散射的源光是否到达PPG传感器。另一选项是使用DC分量来基于已知AC与DC信号分量的比率对DC信号分量的量的已知依赖性优化AC分量。基于由传感器信号的DC信号分量提供的这样的信息，射束角度控制信号能够适于调节源光射束的射束角度。
在第一组的另一实施例中，PPG评价和控制单元被配置为依据传感器信号的AC信号分量确定并提供射束角度控制信号。例如，当检测到弱的AC信号分量时，该实施例实现射束角度适配器被控制以调整经修改的射束角度直到检测到足够量的AC信号分量。
在第一组的又一实施例中，PPG评价和控制单元被配置为依据AC信号分量并且额外依据传感器信号的DC信号分量确定并提供射束角度控制信号。在该实施例的一个变型中，射束角度控制信号取决于传感器信号的AC信号分量与DC信号分量的比率。
在第一组的另一实施例中，PPG评价和控制单元被配置为确定传感器信号的AC信号分量和传感器信号的DC信号分量的比率与其预定参考比率之间的比率差，并且依据比率差提供射束角度控制信号。在该实施例中，PPG装置改变源射束角度以设置经修改的射束角度，直到比率差消失或小于预定比率差阈值，这意味着AC信号分量与DC信号分量的比率接近预定参考比率。
在第一组的又一实施例中，PPG装置包括距离传感器，所述距离传感器被配置为提供指示光源与外部对象之间的距离的距离信号。在该实施例中，PPG评价和控制单元优选地被配置为接收距离信号，并且依据接收到的距离信号确定并提供射束角度控制信号。作为范例，在该实施例的一个变型中，光源与外部对象之间更大的检测到的距离引起对应于射束角度适配器的输出处的更小射束角度的射束角度控制信号。可以以本身已知的许多不同方式之一提供距离传感器。在一个变型中，距离传感器被配置为通过针对由距离传感器提供并且由外部对象背散射的电磁辐射的脉冲的飞行时间测量结果(TOA、TDOA)来确定距离。可以在备选变型中通过机械模块，例如通过使用具有触碰外部对象的尖端的弹簧测量延伸或力，来测量距离。
如前所述，实施例的该组的优点是PPG装置能够设置经修改的射束角度以实现经优化的传感器信号，而没有在测量的时间处的任何用户输入。
在另一实施例中，PPG装置包括压力传感器，所述压力传感器被配置为提供指示由PPG装置施加在外部对象上的压力的压力信号；其中，PPG评价和控制单元被配置为接收压力信号并且依据接收到的压力信号确定并提供射束角度控制信号。在该实施例的变型中，压力传感器包括提供压力相关电压的压电电路。在该实施例的变型中，由PPG装置施加在外部对象上的增加的压力引起减小的经修改射束角度以及对应的射束角度控制信号。在该实施例的又一变型中，PPG装置被安装到手表的套，并且由手表在用户的手臂上施加压力，同时用户是外部对象。
在PPG装置的实施例的第二组中，PPG评价和控制单元还被配置为经由PPG装置的用户输入接口接收射束角度控制信息作为用户输入，并且依据射束角度控制信息确定并提供射束角度控制信号。在该实施例的一个变型中，由用户提供的射束角度控制信息是被用于确定射束角度控制信号的仅信息，这意味着用户控制经修改的射束角度。在该实施例的又一变型中，由用户提供的射束角度控制信息包括关于外部对象的参数值，所述参数值允许依据提供的参数值设置经修改的射束角度。
可以经由用户输入接口提供任何用户输入，在不同示范性和非限制变型中所述任何用户输入由固定计算机、移动电话、笔记本计算机、计算机手表设备或可转换或平板计算机形成。
在PPG装置的又一实施例中，PPG评价和控制单元被配置为控制通过PPG装置的校准测量的执行，以提供PPG装置的校准。所述校准通过外部对象的预定对象类型分类提供以下项到对象类型的分配：所述传感器信号的所述DC信号分量，或所述传感器信号的所述AC信号分量与所述传感器信号的所述DC信号分量的信号分量比率。所述对象类型分类将不同量的DC信号分量或信号分量比率分配到不同对象类型。
在形成该实施例的变型(其可以彼此组合以形成另外的变型)的应用情况下，对象类型分类在不同皮肤颜色、皮肤年龄的不同阶段、不同皮肤温度或皮肤湿润的不同程度之间进行区分。在该实施例的变型中，可利用校准测量实现的PPG装置的校准提供DC信号分量和经修改的射束角度到对象类型分类的分配，同时对象类型分类还将不同量的DC信号分量和不同的经修改的射束角度分配到不同对象类型。
在执行校准测量中，PPG装置优选地被配置为额外地测量光源与外部对象之间的距离。在该实施例的另一变型中，PPG装置被配置为额外地测量由PPG装置施加在外部对象上的压力(例如使用集成压力传感器)，作为用于校准测量(包括压力相关对象类型分类)的校准压力。因此，根据通过在对象类型与适当的射束角度之间的预定分配方案的对象类型到适当的射束角度的分配由PPG评价和控制单元确定适当的经修改射束角度。
在PPG装置的一个实施例中，PPG评价和控制单元被配置为基于传感器信号和校准来确定对象类型，并且依据在校准中确定的对象类型确定射束角度控制信号。因此，PPG评价和控制单元执行校准测量，以这种方式确定外部对象的对象类型，并且因此能够提供射束角度控制信号，所述射束角度控制信号指示相对于确定的对象类型的源光射束的适当的经修改的射束角度。因此，PPG评价和控制单元被配置为将射束角度控制信号适应到外部对象，而没有任何用户输入。
在PPG装置的另一实施例中，PPG评价和控制单元还被配置为确定指示所述外部对象作为整体相对于所述光源的运动的至少一个运动参数，并且依据所述运动参数确定所述射束角度控制信号。在该实施例中，源光射束角度适于外部对象的运动，这帮助减少在PPG传感器的传感器信号中的不期望的运动伪影。在该实施例的变型中，基于在不同时间点处由距离传感器确定的两个距离信号来确定运动参数。要被估计的运动可以是外部对象沿着源光射束的传播方向相对于PPG装置的光源的运动。基于运动参数调整经修改的射束角度例如能够包括响应于增加光源与外部对象之间的距离的确定的运动而减少源射束角度。类似地，根据运动参数减少光源与外部对象之间的距离可以引起由对应的射束角度控制信号控制的，与源射束角度比较的增加的经修改射束角度。
在包括运动评估的该实施例的又一变型中，PPG装置额外地被配置为被附接到外部对象，并且包括用于检测在至少一个方向上的加速度的线性加速度传感器，所述线性加速度传感器被配置为提供指示PPG装置和外部对象的公共运动或加速度的加速度信号。这允许通过适当地控制经修改的射束角度进一步减少传感器信号中的运动伪影。
在又一实施例中，PPG装置包括用户输出接口，所述用户输出接口被配置为提供指示以下项的输出：传感器信号的AC信号分量或传感器信号的DC信号分量或射束角度控制信号，或可从这样的信号分量或信号导出的任何信息。在PPG装置的该实施例的变型中，输出是在输出接口的显示上的图形信号。在该实施例的其他变型中，输出是声学信号或单个LED信号。
在本发明的第一方面的又一实施例中，PPG装置包括被配置为保存射束角度控制信号的存储器单元。在该实施例的变型中，当确定当前的射束角度控制信号时，考虑被保存在存储器单元中的先前射束角度控制信号。
在又一实施例中，PPG装置包括距离调整设备，所述距离调整设备配置为接收距离控制信号并且依据距离控制信号修改光源与外部对象之间的距离。这样的距离调整设备能够在PPG测量之前设置光源与外部对象之间的预定距离，以便使得PPG评价和控制单元能够基于该已知距离值，尤其是参考针对该距离值提供的PPG装置的校准来确定射束角度控制信号。优选地，该实施例的PPG评价和控制单元还被配置为接收当前距离值作为距离控制信息，并且基于该距离控制信息来确定距离控制信号。在该实施例的一个变型中，距离调整设备是用于例如使用螺纹或齿轮或压电定位元件来改变光源的位置的机构。
一个实施例的PPG装置被配置用于操作的背散射模式中的光源的检测。在另一实施例中，PPG装置被配置用于操作的透射模式中的光源的检测。
PPG装置的又一实施例包括被布置为围绕至少光源、PPG评价和控制单元、射束角度适配器和PPG传感器的套，因此提供用于PPG装置的承载设备。在该实施例的变型中，承载设备是抓手，或腕带，或表带或夹子。
在PPG装置的一个实施例中，光源是发光二极管(LED)。在该实施例的变型中，例如由镜头对由LED发射的源光射束进行准直。在另一实施例中，光源是激光源，尤其是激光二极管。
通常，LED或激光源具有被用于PPG测量的特征波长。在PPG装置的一个变型中，光源包括具有彼此不同的第一和第二特征波长的两个LED或两个激光源。这些特征波长使得PPG评价和控制单元能够接收第一和第二传感器信号，并且根据外部对象的可能不同的吸收特性，通过确定第一传感器信号的第一AC信号分量与第二传感器信号的第二AC信号分量之间的AC信号比率，来对两者进行比较。
PPG传感器通常是光电二极管，但也能够是任何其他的光敏检测器设备，包括CCD传感器或摄像机。
在一些实施例中，PPG评价和控制单元被分离为评价部分和控制部分，并且评价部分和控制部分在PPG装置内被空间地分离。在其他实施例中，PPG评价和控制单元是单个硬件单元，其例如可以由可编程微控制器或微处理器实施。
根据本发明的第二方面，一种用于操作PPG装置的方法，包括：
-提供至少一个源光射束，其具有指向外部对象的源射束角度；
-确定并提供指示要被设置的经修改的射束角度的射束角度控制信号，所述经修改的射束角度不同于所述至少一个源光射束的所述源射束角度；
-依据所述射束角度控制信号调整所述至少一个源光射束，以借助于至少一个射束角度适配器来设置所述经修改的射束角度；
-提供指示散射的源光的传感器信号，所述散射的源光已经由所述外部对象散射；并且
-确定并选择性地提供所述传感器信号的AC信号分量；
其中，
-确定并提供所述射束角度控制信号是依据所述传感器信号的DC信号分量或所述传感器信号的AC信号分量或依据两者来执行的。
本发明的第二方面的方法共享第一方面的PPG装置的背景下描述的优点。
方法的一些实施例还包括提供指示光源与外部对象之间的距离的距离信号，或者提供指示由PPG装置施加在外部对象上的压力的压力信号。此外，所述实施例可以额外地包括接收距离信号或压力信号，并且依据接收到的距离信号或压力信号确定并提供射束角度控制信号。
在根据本发明的第二方面的又一实施例中，用于操作PPG装置的方法还包括，作为第一步骤，通过外部对象的预定对象类型分类提供以下项到对象类型的分配：所述传感器信号的所述DC信号分量，或所述传感器信号的所述AC信号分量与所述传感器信号的所述DC信号分量的信号分量比率。所述对象类型分类将不同量的DC信号分量或信号分量比率分配到不同对象类型。作为第二步骤，该方法包括依据通过所述分配确定的所述对象类型确定所述射束角度控制信号。在该实施例的变型中，PPG评价和控制单元根据对象类型分类确定对象类型作为校准测量的结果，并且还通过使用对象类型到适当的经修改的射束角度的第二分配来确定适当的经修改的射束角度，并且提供对应的射束角度控制信号。
用于操作PPG装置的方法的又一实施例包括根据在不同时间点处采取的至少两个传感器信号的序列确定至少一个运动参数。因此，至少一个运动参数指示外部对象作为整体相对于光源的运动。这允许依据运动参数确定射束角度控制信号。
根据本发明的第三方面，一种用于操作PPG装置的计算机程序包括用于令计算机执行根据本发明的第二方面的方法的程序代码模块。
包括计算机程序的计算机例如可以形成计算机手表设备的集成部分，并且被实施为微控制器或微处理器。在另一实施例中，计算机形成医院计算机系统的集成部分。在又一实施例中，计算机被集成到医学设备中，并且计算机程序包括程序代码模块，以用于根据PPG装置的传感器信号确定生命体征信息，诸如呼吸率、脉搏率、血压、血容量分数和氧饱和度。
应当理解，本发明的第一方面的PPG装置(也在权利要求1中定义)、第二方面的用于操作PPG装置的方法(也在权利要求11中定义)、以及用于操作PPG装置的计算机程序(也在权利要求15中定义)，具有相似和/或相同的实施例。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得到阐述。
附图说明
在下图中：
图1示出了PPG装置的实施例的方框图；
图2示出了具有用户输入接口的PPG装置的实施例的方框图；
图3示出了具有距离传感器的PPG装置的实施例的方框图；
图4示出了具有用户输出接口的PPG装置的实施例的方框图；
图5是在运动手表的套内提供的PPG装置的实施例的示意性图示；
图6是PPG装置的实施例的对象类型分类的图示；
图7是图示用于操作PPG装置的方法的实施例的流程图；
图8是图示用于操作PPG装置的方法的实施例的流程图；
图9是图示用于操作PPG装置的方法的实施例的流程图；
图10是图示用于操作PPG装置的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出了PPG装置100的实施例的简化方框图。PPG装置100包括光源110，光源110提供具有源射束角度118的源光射束114。源光射束114具有光的圆锥的形式，并且因此包括所述光的所述圆锥的张角(opening angle)。源射束角度118是在光源110与PPG射束角度适配器120之间的源光射束114的张角。
可控制射束角度适配器120被布置在光源110与外部对象130之间，并且被配置为接收具有源射束角度118的源光射束114，并且提供具有针对外部对象130的经修改的射束角度124的源光射束114。经修改的射束角度124是PPG射束角度适配器120与外部对象130之间的源光射束114的张角。
PPG装置100还包括PPG传感器140，PPG传感器140被布置并且被配置为提供指示散射的源光150的传感器信号145，散射的源光150已经由外部对象130散射并且由PPC传感器140检测到。PPG评价和控制单元160被配置为接收传感器信号145，提供射束角度控制信号170并且确定并在其输出180处选择性地提供传感器信号145的AC信号分量。
射束角度控制信号170指示要被设置的经修改的射束角度并且由射束角度适配器120接收，射束角度适配器120根据射束角度控制信号170设置经修改的射束角度124。经修改的射束角度124被改变以便改进对传感器信号145的评价。因此，射束角度调整的控制由PPG评价和控制单元160提供，并且因此PPG装置100能够适于不同外部对象130或不同环境。
在该实施例中，PPG装置100的输出180是传感器信号145的AC信号分量。传感器信号145的AC信号分量给出了由于外部对象130的体积或表面的改变的在传感器信号145内的光强的变化率和绝对改变的量度。因此，PPG装置100提供外部对象130的体积或表面的改变的无创测量并且因此提供能够指示外部对象130(例如人类)的生命体征信息(诸如呼吸率、脉搏率和血压)的输出180。
在该实施例中，光源110是LED。在PPG装置100的其他未示出的实施例中，光源是激光源，尤其激光二极管。
在PPG装置100的该实施例中的射束角度适配器120是液晶透镜。
在该实施例中，PPG传感器140是光电二极管。在PPG装置100的其他未示出的实施例中，PPG传感器是摄像机。
在PPG装置100的另外的未示出的实施例中，使用具有不同特征波长的至少两个光源，其使得PPG装置100的用户能够测量外部对象130的氧饱和度，这是因为含氧和去氧血红蛋白的不同吸收特性。
外部对象130不形成请求保护的PPG装置100的部件。外部对象130是要通过PPG装置研究的对象，并且因此能够任意改变。外部对象130的非限制范例是弹性管、动物和人类或其部分。
在另外的未示出的实施例中，PPG装置100以这样的方式被布置：使得外部对象130在射束角度适配器120与PPG传感器140之间。因此，在该实施例中，散射的源光150已经通过穿过外部对象130的部分而被散射。
传感器信号的AC信号分量指示散射的源光的量在时间中的改变，并且因此允许确定外部对象的体积或表面或两者的改变。因此，在非限制应用中，PPG装置能够输出指示外部对象(例如人类)的生命体征信息(诸如呼吸率、脉搏率和血压)的传感器信号的AC信号分量。由于含氧和去氧血红蛋白的不同吸收特性，也能够利用PPG装置来测量氧饱和度。
图2示出了具有用户输入接口290的PPG装置200的实施例的简化方框图。
尽管PPG装置200的所有其他部件以与在图1中图示的PPG装置100内相同的方式被布置和被配置，但是PPG评价和控制单元260还被配置为经由PPG装置200的用户输入接口290接收射束角度控制信息250作为用户输入295，并且依据射束角度控制信息250确定并提供射束角度控制信号270。
在PPG装置200的该实施例中，用户输入295指示外部对象230的参数。
在该实施例中，用户输入接口290是固定计算机。在其他未示出的实施例中，用户输入接口是移动电话、笔记本计算机、计算机手表设备或可转换或平板计算机。
图3示出了具有距离传感器390的PPG装置300的实施例的简化方框图。
PPG装置300用作图1中图示的PPG装置100，具有仅以下差异：距离传感器390被配置为提供指示在光源310和外部对象330之间的距离的距离信号395。此外，PPG评价和控制单元360被配置为接收距离信号395，并且依据接收到的距离信号395确定并提供射束角度控制信号370。
在PPG装置300的该实施例中，距离传感器390通过由距离传感器390提供的关于光射束398的飞行时间测量结果确定距离。此外，光源310与外部对象330之间的增加的距离引起减小的经修改的射束角度324和对应的射束角度控制信号370。类似地，光源310与外部对象330之间的减小的距离引起增加的经修改的射束角度324。
图4示出了具有用户输出接口490的PPG装置400的实施例的简化方框图。
尽管所有其他部件以与图1中图示的PPG装置100中相同的方式被布置和配置，但是PPG装置400包括输出接口490，输出接口490被配置为提供指示传感器信号445的AC信号分量或传感器信号445的DC信号分量或射束角度控制信号470的输出495。在PPG装置400的该实施例中，输出495是在输出接口490的显示器498上的图形信号。
在PPG装置的另一未示出的实施例中，输出是声学信号。
图5是在计算机手表设备的套505内提供的PPG装置500的实施例的示意性图示。
PPG装置500类似于图4中示出的PPG装置400。光源510被布置在射束角度适配器520后面。相邻的PPG传感器540被连接到PPG评价和控制单元560，PPG评价和控制单元560继而被连接到射束角度适配器520以及用户输出接口590，用户输出接口590有其显示器。
在使用的情况下，用户将利用其套505将计算机手表设备佩戴在腕部处。由光源510提供的源光射束将通过射束角度适配器520，并且因此源射束角度将被修改。具有经修改的射束角度的得到的源光射束将在用户的手臂处被散射，并且PPG传感器540将被提供具有散射的源光。PPG传感器540将提供将由PPG评价和控制单元560接收的传感器信号。此处，输出将被确定并提供以由用户输出接口590接收。
PPG评价和控制单元560与射束角度适配器520之间的连接被用于提供射束角度控制信号以用于改变经修改的射束角度。在该实施例中，由PPG评价和控制单元560通过确定传感器信号的AC信号分量与传感器信号的DC信号分量的比率与其预定参考比率之间的比率差，来确定射束角度控制信号。该确定以以下方式来实施：
-比率差被确定，并且经修改的射束角度增加特定角度改变；
-比率差被确定，并且如果比率差大于之前，则射束角度减少大于特定角度改变的角度。
这些步骤由PPG装置500重复，直到比率差小于预定限制。因此，能够在没有用户的任何输入的情况下达到靠近参考比率的传感器信号的AC信号分量与传感器信号的DC信号分量的比率。
在PPG装置500的该实施例的另外的未示出变型中，PPG装置包括压力传感器，所述压力传感器被配置为提供指示用户的腕部上的由PPG装置500施加的压力的压力信号。在PPG装置500的该变型中，PPG评价和控制单元560还被配置为接收压力信号，并且依据接收到的压力信号确定并提供射束角度控制信号。
在PPG装置500的该实施例的另外的未示出的变型中，触摸屏(未示出)或按钮595，此处采取卷绕器的形状，被集成在计算机手表设备的套505中，并且被配置为提供由PPG评价和控制单元560接收的用户输入信号。在该变型中，PPG评价和控制单元560被配置为依据用户输入信号确定并提供射束角度控制信号。
图6是PPG装置的实施例的对象类型分类600的图示。
对象类型分类600依据PPG装置的经修改的射束角度(以角度在x轴处给出)分配传感器信号的DC信号分量的不同量，其在y轴处被给出为由光源发射的DC功率与由PPG传感器接收到的DC功率之间的比率。
在该实施例中，校准测量包括针对特定经修改的射束角度的传感器信号的DC信号分量的确定。对象类型分类600内的确定的点定义外部对象是否具有对象类型620、对象类型640或对象类型660，其在该实施例中是不同的皮肤颜色，尽管外部对象是人类。对象类型660表示比对象类型640更亮的皮肤颜色，并且对象类型640表示比对象类型620更亮的皮肤颜色。由于传感器信号的DC信号分量包括由PPG传感器接收的源光强度，传感器信号的DC信号分量能够被用作控制量度以便确定足够量的散射的源光是否到达PPG传感器。
在PPG装置的另外的实施例中，关于确定的对象类型的信息由PPG评价和控制单元使用以依据确定的对象类型确定并提供射束角度控制信号。
在另一未示出的实施例中，传感器信号的AC信号分量和传感器信号的DC信号分量的信号分量比率到对象类型的分配被用于对象类型分类。
图7是图示用于操作PPG装置的方法的实施例的流程图。
在方法中，提供具有指向外部对象的源射束角度的至少一个源光射束(步骤710)。
PPG装置提供指示要被设置的经修改的射束角度的射束角度控制信号，所述经修改的射束角度不同于至少一个源光射束的源射束角度(步骤720)。
依据射束角度控制信号调整至少一个源光射束以借助于至少一个射束角度适配器设置经修改的射束角度(步骤730)。
在随后步骤740中，提供指示散射的源光的传感器信号，所述散射的源光已经由外部对象散射。
在这之后，确定并且选择性提供传感器信号的AC信号分量(步骤750)。
图8是图示用于操作PPG装置的方法的实施例的流程图。
所述方法包括提供指示光源与外部对象之间的距离的距离信号，或提供指示外部对象上的由PPG装置施加的压力的压力信号(步骤820)。
在以下步骤840中，接收距离信号或压力信号，并且依据接收到的距离信号或压力信号确定并提供射束角度控制信号。
该实施例的变型包括接收距离信号和距离控制信号，并且之后依据距离控制信号和距离信号修改光源与外部对象之间的距离。
图9是图示用于操作PPG装置的方法的实施例的流程图。
所述方法包括，作为第一步骤920，通过外部对象的预定对象类型分类提供传感器信号的DC信号分量或传感器信号的AC信号分量与传感器信号的DC信号分量的信号分量比率到对象类型的分配。对象类型分类将不同量的DC信号分量或信号分量比率分配到不同对象类型。
第二步骤940包括依据由分配确定的对象类型确定射束角度控制信号。
图10是图示用于操作PPG装置的方法的实施例的流程图。
所述方法包括根据在不同先前时间点处采取的至少两个射束角度控制信号的序列确定指示外部对象作为整体相对于光源的运动的至少一个运动参数(步骤1020)。
之后，依据运动参数确定射束角度控制信号(步骤1040)。
在该实施例的变型中，至少两个射束角度控制信号指示不同先前时间点处的光源与外部对象之间的距离。因此，在该变型中，估计外部对象在源光射束的方向上的运动。
在该实施例的又一变型中，至少两个射束角度控制信号指示不同先前时间点处的PPG装置的加速度。
总之，本发明涉及光体积描记(PPG)装置，包括：至少一个光源，其被配置为生成具有源射束角度的源光射束；以及至少一个可控制射束角度适配器，其被布置在光源与外部对象之间，并且被配置为接收指示要被设置的经修改的射束角度的射束角度控制信号，所述射束角度适配器还被配置为接收具有源射束角度的源光射束并且将具有经修改的射束角度的源光射束提供到外部对象。PPG装置还包括：至少一个PPG传感器，其被布置并且被配置为提供指示散射的源光的传感器信号，所述散射的源光已经由外部对象散射并由PPG传感器检测到；以及PPG评价和控制单元，其被配置为接收传感器信号，提供射束角度控制信号并且确定并在其输出处选择性地提供传感器信号的AC信号分量。
尽管已经在附图和前述描述中详细图示并描述了本发明，但是这样的图示和描述要被认为是说明性或范例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域技术人员在实践请求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开实施例的其他变型。
具体而言，本发明不限于液晶透镜或单色光源的使用。此外，本发明不限于医学应用。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
单个步骤或其他单元可以履行权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
在权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。
Claims (14)
1.一种光体积描记装置(100)，其在下文中称为PPG装置，包括：
-至少一个光源(110)，其被配置为生成源光射束(114)，所述源光射束具有指向外部对象(130)的源射束角度(118)；
-至少一个可控制射束角度适配器(120)，其被布置在所述光源(110)与所述外部对象(130)之间，并且被配置为接收指示要被设置的经修改的射束角度(124)的射束角度控制信号(170)，所述经修改的射束角度不同于所述源射束角度(118)，所述射束角度适配器(120)还被配置为接收具有所述源射束角度(118)的所述源光射束(114)，并且将具有所述经修改的射束角度(124)的所述源光射束(114)提供到所述外部对象(130)；
-至少一个PPG传感器(140)，其被布置并且被配置为提供指示散射的源光(150)的传感器信号(145)，所述散射的源光已经由所述外部对象(130)散射并且由所述PPC传感器(140)检测到；以及
-PPG评价和控制单元(160)，其被配置为：接收所述传感器信号(145)；依据所述传感器信号(145)的DC信号分量或所述传感器信号(145)的AC信号分量或依据两者确定并提供所述射束角度控制信号(170)；并且确定并在其输出(180)处选择性地提供所述传感器信号(145)的AC信号分量。
2.根据权利要求1所述的PPG装置(100)，其中，所述射束角度适配器(120)包括具有可调整焦距的液晶透镜。
3.根据权利要求1所述的PPG装置(100)，其中，所述PPG评价和控制单元(160)被配置为确定所述传感器信号(145)的所述AC信号分量与所述传感器信号(145)的所述DC信号分量的比率与其预定参考比率之间的比率差，并且依据所述比率差来提供所述射束角度控制信号(170)。
4.根据权利要求1所述的PPG装置(100)，还包括距离传感器(390)，所述距离传感器被配置为提供指示所述光源(110)与所述外部对象(130)之间的距离的距离信号(395)，其中，所述PPG评价和控制单元(160)被配置为接收所述距离信号(395)并且依据接收到的距离信号来确定并提供所述射束角度控制信号(170)。
5.根据权利要求1所述的PPG装置(100)，还包括压力传感器，所述压力传感器被配置为提供指示由所述PPG装置(100)施加在所述外部对象(130)上的压力的压力信号，其中，所述PPG评价和控制单元(160)被配置为接收所述压力信号并且依据接收到的压力信号来确定并提供所述射束角度控制信号(170)。
6.根据权利要求1所述的PPG装置(100)，其中，所述PPG评价和控制单元(160)还被配置为经由所述PPG装置(100)的用户输入接口(290)接收射束角度控制信息(250)作为用户输入(295)，并且依据所述射束角度控制信息(250)来确定并提供所述射束角度控制信号(170)。
7.根据权利要求1所述的PPG装置(100)，其中，所述PPG评价和控制单元(160)被配置为控制通过所述PPG装置(100)的校准测量的执行，以提供所述PPG装置(100)的校准，
所述校准通过外部对象(130)的预定对象类型分类来提供以下各项到对象类型的分配：
a)所述传感器信号(145)的所述DC信号分量，或
b)所述传感器信号(145)的所述AC信号分量与所述传感器信号(145)的所述DC信号分量的信号分量比率，
所述对象类型分类将不同量的所述DC信号分量或所述信号分量比率分配到不同对象类型。
8.根据权利要求7所述的PPG装置(100)，其中，所述PPG评价和控制单元(160)被配置为基于所述传感器信号(145)和所述校准来确定对象类型，并且依据在所述校准中确定的所述对象类型来确定所述射束角度控制信号(170)。
9.根据权利要求1所述的PPG装置(100)，其中，所述PPG评价和控制单元(160)还被配置为确定指示所述外部对象(130)作为整体相对于所述光源(110)的运动的至少一个运动参数，并且依据所述运动参数来确定所述射束角度控制信号(170)。
10.一种用于操作光体积描记装置(100)的方法，所述光体积描记装置在下文中称为PPG装置，所述方法包括：
-提供至少一个源光射束(114)，所述至少一个源光射束具有指向外部对象(130)的源射束角度(118)；
-确定并提供指示要被设置的经修改的射束角度(124)的射束角度控制信号(170)，所述经修改的射束角度不同于所述至少一个源光射束(114)的所述源射束角度(118)；
-依据所述射束角度控制信号(170)来调整所述至少一个源光射束(114)，以借助于至少一个射束角度适配器(120)来设置所述经修改的射束角度(124)；
-提供指示散射的源光(150)的传感器信号(145)，所述散射的源光已经由所述外部对象(130)散射；并且
-确定并选择性地提供所述传感器信号(145)的AC信号分量；其中，
-确定并提供所述射束角度控制信号(170)是依据所述传感器信号(145)的DC信号分量或所述传感器信号(145)的所述AC信号分量或依据两者来执行的。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
-提供指示光源(110)与所述外部对象(130)之间的距离的距离信号(395)或者指示由所述PPG装置(100)施加在所述外部对象(130)上的压力的压力信号；
-接收所述距离信号(395)或所述压力信号，并且依据接收到的距离信号(395)或压力信号来确定并提供所述射束角度控制信号(170)。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括：
通过外部对象(130)的预定对象类型分类来提供以下各项到对象类型的分配：
a)所述传感器信号(145)的所述DC信号分量，或
b)所述传感器信号(145)的所述AC信号分量与所述传感器信号(145)的所述DC信号分量的信号分量比率，
所述对象类型分类将不同量的所述DC信号分量或所述信号分量比率分配到不同对象类型；并且
依据通过所述分配确定的所述对象类型来确定所述射束角度控制信号(170)。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：
-根据在不同先前时间点处采取的至少两个射束角度控制信号的序列来确定指示所述外部对象(130)作为整体相对于所述光源(110)的运动的至少一个运动参数；并且
-依据所述运动参数确定所述射束角度控制信号(170)。
14.一种用于操作光体积描记装置(100)的计算机程序，包括用于令计算机执行根据权利要求10所述的方法的程序代码模块。
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2016
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