CN108289626A - 光电体积描记设备 - Google Patents

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Abstract

一种光电体积描记设备，包括：光源，其被配置为将源光引导到外部对象；光传感器，其被布置和配置为提供传感器信号，所述传感器信号指示已经被所述外部对象散射的第一源光部分的强度；壳体，其用于容纳所述光源和所述光传感器，并具有对于所述源光是透明的盖板，以及要面向外部对象的外表面；以及光学阻挡装置，其在所述壳体中在所述至少一个光源与所述盖板的外表面之间，并且被配置为在第二源光部分的从所述光源延伸到所述盖板的所述外表面并从所述盖板的所述外表面延伸到光传感器而不离开所述壳体的传播路径上阻挡所述第二源光部分。

Description

光电体积描记设备
技术领域
本发明涉及光电体积描记设备。
背景技术
光电体积描记(PPG)设备采用光学测量技术来检测外部对象的体积变化。在医学应用中，该技术可用于检测对象的器官或其他身体部位中的血液量的变化。在PPG的医学应用中可以检测到的其他信息涉及血氧饱和度、呼吸率、脉搏率或血压。换句话说，PPG可以用于监视对象的生命体征信息。
US 2011/0130638 A1描述了一种用于在脉搏血氧定量测量中提供生命体征信息的绑缚式PPG设备。光源和光传感器被设置在传感器主体的组织接触表面上。光传感器被设置有表面特征，用于减少冲击光传感器而没有首先通过组织的分流光的量。表面特征通过将这样的光引导离开传感器的检测元件来影响来自不需要的光源的光的路径。
US 2015/0057511 A1公开了一种光学近距离传感器组件，其包括：具有红外(IR)发光二极管(LED)的光学近距离传感器，所述LED发射具有红外波长的光；对红外波长敏感的IR光电检测器；光学屏障，其阻挡从LED直接到IR光电检测器的光线，并允许反射光线到达至少一个光电检测器；以及具有用于放大由光电检测器检测到的信号的放大器的电子集成电路；模数转换器；LED驱动器；降噪和环境光消除电路；以及用于与微控制器通信的数字接口。光学近距离传感器容纳在可穿戴的承载体上。单个传感器可以包括多个相同或不同的LED、多个光电二极管或两者。而且，可以将多个传感器沿着血管路径放置在人的皮肤上，以获得与血流和动脉硬度有关的数据。
US 2014/0163342 A1公开了一种生物传感器，其包括：设置在布线板的主表面上的发光元件和光接收元件；光屏蔽部分，其被设置在发光元件密封部分和光接收元件密封部分之间；具有透光性的基底介质，其与所述布线板并行布置并且在它们之间具有光屏蔽部分；具有透光性的粘附层，所述粘附层将所述基底介质与发光元件密封部分、光接收元件密封部分以及光屏蔽部分粘合；以及附接到基底介质的主表面的第一心电图电极。粘附层的两个端部和基底介质的两个端部被设置成使得当从垂直于布线板的主表面的方向观看时，它们既不与光接收元件密封部分重叠也不与发光元件密封部分重叠。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种PPG设备，其改善PPG设备的鲁棒性和寿命，同时消除或减少由不想要的信号分量引起的对期望生命体征信息的扰动。
根据本发明，提供了一种光电体积描记设备，在下文中称为PPG设备。所述PPG设备包括：
-至少一个光源，其被配置为生成要被引导到外部对象的源光的射束；
-至少一个光传感器，其被布置和配置为提供传感器信号，所述传感器信号指示已经被所述外部对象散射并被所述光传感器检测到的第一源光部分的强度；
-壳体，其容纳所述至少一个光源和所述至少一个光传感器，所述壳体具有对于所述源光是透明的盖板，并且所述壳体具有要面向外部对象的外表面；以及
-光学阻挡装置，其被布置在所述壳体中在至少一个光源与所述盖板的所述外表面之间，并且被配置为在第二源光部分的从所述光源延伸到所述盖板的所述外表面并从所述盖板的所述外表面延伸到所述光传感器而不离开所述壳体的传播路径上阻挡所述第二源光部分。
与根据US 2011/0130638 A1已知的PPG设备相比，根据本发明的PPG设备因此通过允许光源和光传感器布置在具有半透明盖板的保护壳体中，而没有通过使用盖板引起的光传感器信号劣化，从而提供了改善。所述壳体保护光源和光传感器免受例如通过与运动中的外部对象接触而产生的物理损伤，以及抵抗与环境直接接触的其他不希望的影响，例如化学反应。因此，提供了具有小的干扰的携带生命体征信息的光传感器信号的有用分量，虽然使用了盖板，但消除或至少减少不需要的第二源光部分的强度，所述第二源光部分未到达外部对象但在没有光学阻挡装置的情况下将会在不离开壳体的情况下到达至少一个光传感器，特别是在壳体的盖板的外表面处反射之后。该消除或至少减少检测到的信号中第二源光部分的强度增加了有用的第一源光部分的相对量，该第一源光部分已被外部对象散射，并因此在其被至少一个光传感器检测到时包含期望的生命体征信息。这又允许以高的精度提取和评估生命体征信息。
因此，本发明的PPG设备组合了鲁棒性和寿命以及消除或减少了由于所描述的不希望的PPG信号分量的不期望的对生命体征信息的扰动。
注意要澄清的是，外部对象并不形成要求保护的PPG设备的一部分。外部对象是PPG设备要研究的对象。外部对象的非限制性例子是弹性管、动物和人或其部分。
以下将描述PPG设备的实施例。
由于其鲁棒性和寿命，PPG设备特别适合终端消费者的私人使用。它可以被提供为移动使用的独立设备，使用一个或多个电池插入壳体以提供能量。
在一个实施例中，壳体被提供有类似手表的构造。适当地，壳体因此可以设置有用于固定表带等的安装元件。
在其他实施例中，所述壳体具有适合佩戴在用户的手臂或手指上的延伸的环。
在另一实施例中，所述壳体被集成到传感器中以佩戴于用户的耳内或在用户的耳朵外部上。该实施例的传感器例如是耳塞或耳机的一部分。
在其他实施例中，所述PPG设备被提供为用于集成到便携式电子计算设备(例如智能手表或智能电话)中的模块，该便携式电子计算设备还提供用于实现诸如测量时间、距离、速度或加速度或提供通信或计算能力的应用的其他功能。在这样的电子应用设备中，光源和检测器要被布置在底侧上，盖板的外表面面向用户的手臂或手腕。能量供应可以与这种便携式电子计算设备的其他电子部件共享。
PPG设备的实施例因此包括PPG处理单元。PPG处理单元优选地被配置为接收和处理光传感器信号从而提供期望的生命信号信息，所述光传感器信号指示由至少一个光传感器检测到的光量。由这样的PPG处理单元实现的处理要求和合适的处理方法是已知的，并且在当前情况下不需要详述。
在一些实施例中，PPG处理单元不是作为PPG设备的一体的部分提供，而是作为经由通信链路接收光传感器信号的外部单元提供。这样的实施例的PPG处理单元例如可以通过由计算机的处理器执行的可执行软件代码来实现。为了监视日常生活和运动中的应用，诸如智能电话的便携式计算机是特别合适的。在PPG设备和计算机之间的合适的通信链路是有线通信链路，并且甚至更多的是无线通信链路，例如蓝牙链路或WLAN(Wi-Fi)链路。
PPG设备的光学阻挡装置被布置在上述第二源光部分的传播路径中。阻挡可以在第二源光部分的传播路径的任何合适的点处实现。传播路径的合适点允许仅阻挡第二源光部分，而不减少已被外部对象散射并因此承载生命体征信息的第一源光部分的量。
光学阻挡装置在其被布置和配置用于避免由光传感器检测在盖板和壳体外部的光学上较薄的环境介质(即，盖板的外表面)之间的界面处经受全反射的源光的实施例中是特别有利的。这在具有折射率nCP大于壳体外部的环境光学介质的典型折射率nSE(例如空气(具有大约1.0的折射率)或水(大约1.3))的盖板的优选实施例中是特别有用的。在这样的实施例中，盖板的外表面形成与壳体外部的环境光学介质的界面，并且将使得源光在该界面上在大于的所有入射角处产生源光的全反射。以玻璃制成的盖板(nCP＝1.5)和由空气形成的环境光学介质(nSE＝1)作为非限制性示例，源光在该界面上任何大于41.8°的阈值角的入射角都会导致全反射。如公知的菲涅尔定律所决定的，具有小的入射角的源光以相当小的程度在盖板外表面上部分地反射。
因此，可以在PPG设备的设计过程中确定第二源光部分的传播路径，并且可以将光学阻挡装置适当地定位在壳体内以阻挡传播路径。在第一替代实施例中，光学阻挡装置因此被布置为在盖板的外表面处发生全反射之前阻挡从壳体内部入射到盖板的外表面上的光。也就是说，阻挡了由具有大于全反射阈值角的入射角的源光形成的第二源光部分。在第二替代实施例中，光学阻挡装置被布置为阻挡由在盖板的外表面经历全反射的一部分源光形成的第二源光部分。在两个替代实施例中，通过光源、光传感器和光学阻挡装置的适当相互定位，还考虑到壳体的几何设计，适当地避免第一源光部分的不希望的减少。
光学阻挡装置可以以不同的方式实现。在一个实施例中，光学阻挡装置包括在盖板的面向至少一个光源和至少一个光传感器的内表面上的至少一个吸收元件。吸收元件由适于吸收入射源光的材料制成，并且具有适当地不呈现源光反射或至少对源光具有低反射系数的黯面(dull surface)。吸收元件例如可以由印刷或以其他方式施加到盖板的内表面的一个或多个条带形成。该变型的吸收元件可以例如通过机械印刷工艺来制造。在另一变型中，通过胶合工艺来将吸收元件施加到盖板的内表面。在另一变型中，吸收元件由盖板的面向至少一个光传感器和至少一个光源的内表面的黯部分形成。此外，如果应用于盖板的内表面，则吸收元件可以防止检测到源光部分，所述源光部分在没有吸收元件的情况下将在内表面上反射。可以在盖板的内表面上以任何期望的空间分布提供吸收元件。
在其他实施例中，光学阻挡装置形成盖板的一体的部分。在一些变型中，其由浸入另外透明的盖板中的一个或多个吸收条带或无光材料部分形成，所述透明盖板例如由玻璃材料或至少对于源光的波长是透明的另一适合的材料制成。
关于吸收元件的几何形状，在另一实施例中，吸收元件在从光源指向光传感器的方向上具有横向延伸，其中横向延伸等于盖板的厚度。吸收元件的该延伸关于阻挡第二源光部分表现出特别好的结果，并且避免了第一源光部分的不希望的阻挡。
在一些实施例中，提供多个光源以增加期望的第一源光部分的总体强度。光源优选与对应数量的光传感器成对布置，使得每个光源被分配给相应的光传感器。然后可以使用对应数量的吸收元件，每个吸收元件在从相应的光源指向与盖板的厚度相对应的所分配的光传感器的方向上具有相应的延伸。因此，对于由光源和分配的光传感器形成的相应对，吸收元件被有利地优化。
第一源光部分和第二源光部分的传播路径的完全分离不是必要的，即使当然有利且优选的是提供尽可能多的对第一源光部分的检测。在一些实施例中，光学阻挡装置伴随对第二源光部分的期望阻挡而阻挡第一源光部分的一部分。然而，其他实施例通过光源、盖板和光传感器的适当的几何设计和布置来减少对第一源光部分的这种部分阻挡。PPG设备的其他实施例利用光的偏振特性和生物组织散射的去偏振作用来阻挡第二源光部分的传播。具体地，由生物组织引起的对入射偏振光的散射对光进行去偏振，并且因此检测到的后向散射光基本上是非偏振的。另一方面，由用于盖板的无机材料反向散射或反射的偏振源光不会失去其高度的偏振。
因此，在PPG设备的实施例中，光源被配置成为源光提供第一偏振。光学阻挡装置包括处于盖板和至少一个光传感器之间的第二源光部分的传播路径中的偏振滤光器，即在源光被盖板朝向光传感器散射或反射之后。偏振滤光器被配置为阻挡第一偏振的源光的传播，这意味着其同时被配置为允许传输不同于第一偏振的偏振的源光。通过在外部对象处散射而去偏振的源光至少包括具有不同于第一偏振的偏振的光部分。
第一偏振在该实施例的不同变型中是源光的线性、圆形或椭圆偏振。光源在一些变型中被配置为发射偏振光。
PPG设备中合适的光源通常是发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。对于利用偏振来阻挡第二源光部分的实施例，可以使用发射偏振光的LED或LD。然而，在其他实施例中，光源具有发射非偏振源光的光发射器。为了在使用偏振光的实施例的光源中使用这样的非偏振光发射器，发射的源光在发射之后，通过光经过布置在光发射器和盖板之间的偏振滤光器而被偏振。因此，在这种变型中，优选地使用两个相互不同地偏振的偏振滤光器，第一偏振滤光器用于偏振源光，第二偏振滤光器用于选择性地阻挡第二源光部分并允许传输携带生命信号信息的第一源光部分的至少一部分。
第一和第二偏振滤光器的有向偏振在一些实施例中是相互正交的线性方向的偏振。通过在外部对象处散射而去偏振的第一源光部分可以部分地穿过光传感器前面的第二偏振滤光器。注意，在盖板外表面处的第二源光部分的全反射可影响第二源光部分的偏振方向。这可以通过使用阻挡最大量的第二源光部分的偏振滤光器来处理。
可以组合使用吸收元件和偏振滤光器以进一步改善对第二源光部分的检测的抑制。因此，一些实施例具有光学阻挡装置，所述光学阻挡装置包括偏振滤光器并且还包括至少一个如前所述的例如在盖板的内表面上的吸收元件。
第一和第二偏振滤光器的相应偏振滤光器分别适当地布置在PPG设备的光源前方和光传感器前方。这样，第一偏振滤光器对由光源发射的所有光进行过滤，并且第二偏振滤光器对向光传感器传播的所有光进行过滤。更具体地，第二偏振滤光器相对于第二源光部分的传播路径布置在光传感器的前面。当然，在使用多于一个光源和/或多于一个光传感器的情况下，采用额外的第一偏振滤光器来提供具有第一偏振的所有源光，并且使用附加的第二偏振滤光器来完全阻挡第二源光部分。
在另外的实施例中，分隔壁布置在光源和光传感器之间并且阻挡从光源直接传播到光传感器的第三源光部分。本实施例的至少一个分隔壁可以帮助防止未预期地检测到没有离开PPG设备的壳体的源光的另一分量，并且因此不会对由光传感器检测到的有用信号有贡献。
在另一实施例中，对于源光是透明的保护层被用于将至少一个光源和/或至少一个光传感器嵌入在其上附接有光源和光传感器的基板上方。保护层优选由可弹性变形的材料制成，例如硅树脂材料。它有助于保护至少一个光源和至少一个PPG传感器免受物理冲击，例如当在手臂上佩戴PPG设备(例如手表)的人正在跑步或进行其他类型的运动时发生的。还可以防止接触液体，如汗水或水。因此，PPG设备的实施例也可以在水下使用，同时在设计光学阻挡装置的定位时必须注意由于光在水中传播而改变的光学特性。
至少一个光传感器适当地是在光源的光谱范围内敏感的光电二极管。然而，可以使用任何其他光敏检测器设备，包括CCD传感器或摄像机。
应该理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或以上实施例与独立权利要求的任意组合。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并将进一步得以阐述。
附图说明
在以下附图中：
图1示出了PPG设备的实施例的示意图；
图2示出了PPG设备的另一实施例的示意图，该PPG设备具有包括吸收条带的光学阻挡装置；
图3示出了图示针对PPG设备的实施例的在盖板处反射后直接到达光传感器的不需要的源光的功率之间的依赖关系的图解；
图4示出了PPG设备的实施例的示意图，该PPG设备具有包括多个偏振滤光器的光学阻挡装置；
图5示出了布置在手表中的PPG设备的第一实施例的图示。
具体实施方式
图1示出了光电体积描记(PPG)设备100的实施例的示意图。该图不是按比例绘制的，并且个体结构元件的延伸不旨在表示不同结构元件的延伸之间的实际延伸和关系。附图也是示意性的，因为省略了在本实施例的上下文中阐述特征时不需要的部件。具体地，未图示电互连。
PPG设备100包括壳体102。在壳体102中布置有诸如安装有的电子部件的电路板的基板104。作为电子部件之一，光源106被提供于基板104上。光源106是发光二极管(LED)，其在操作中生成通常在标签108下被引用的源光，其至少部分地指向外部对象110，外部对象110例如是用户的手指或手臂。示出了标记为108a、108b、108c和108d的多个箭头以图示源光的不同部分，并且将在下面进一步解释。源光的波长适于进入外部对象110，并且特别地通过外部对象110的血管内的血液散射。
光电二极管形式的光传感器112布置在基板104上。它被定位为与光源106具有一横向距离。光传感器112在源光108的光谱范围内敏感，并因此允许在其输出114处提供电子传感器信号，所述电子传感器信号表示第一源光部分108a的强度，所述第一源光部分108a已经在外部对象110内朝向光传感器112散射，然后被光传感器112检测到。散射源光的第一部分通过受到外部对象110内部的单个(108a)或多个(108d)散射事件的源光108a和108d而朝向光传感器112重定向，如箭头108a和108d以非常简单的方式所示。
容纳光源106和光传感器112的壳体102具有盖板116，该盖板116对于源光108透明并且具有面对光源106和光传感器112的内表面116i，以及面对外部对象110的外表面116o。盖板116引起源光散射，特别是以源光的反射的形式。一小部分源光在内表面116i反射。源光的不可忽略部分(在此被称为第二源光部分108b)在盖板116的外表面116o与壳体102外部的环境空气之间的界面处被反射，并且被重定向为朝向光传感器112而不离开壳体102。
光学阻挡装置118被布置在盖板116的内表面116i之间壳体102内。它在第二源光部分118b从盖板116的外表面116o处反射之后，在离开光源106光传感器112的路上阻挡第二源光部分118b的传播路径。本实施例的光学阻挡装置118是施加到盖板116的内表面116i上的吸收条带。在盖板116的内表面116i处反射的至少一部分源光可以通过适当设计该实施例的光学阻挡装置120的宽度而被所述光学阻挡装置阻挡。为此，除了提供具有源光的特别高吸收的材料之外，吸收条带由具有特别低的反射率的材料制成。
分隔壁120用于阻挡源光的部分108c，其在本文中也被称为第三源光部分，并且在没有分隔壁的情况下直接从光源106传播到光传感器112。可以通过为光源提供发射的源光的足够小的光束孔径来避免使用分隔壁，这例如可以用作为光学准直元件的透镜来实现。该透镜可以作为整体部件并入光源中。
由对源光108透明的硅树脂制成的保护层122覆盖光源和光电检测器。
因此，在由硅树脂层122支撑的壳体102保护光源106和光传感器112免受物理损坏的同时，虽然使用了盖板，但仍以特别小的扰动提供了光传感器信号的对应于承载了生命体征信息的第一源光部分108a、108d的有用分量。这消除了或至少减少了不需要的第二源光部分108b的强度，所述需要的第二源光部分108b不到达外部对象但是-在没有光学阻挡装置118的情况下-将在不离开壳体102的情况下到达光传感器112，特别是在壳体102的盖板116的外表面116o处反射之后。在检测到的信号中消除或至少减少该第二源光部分108b的强度增加了有用的第一源光部分108a、108d的相对量，所述第一源光部分108a、108d被外部对象110散射并因此当传感器112检测到时包含期望的生命体征信息。这允许以高精确度提取和评估生命体征信息。
考虑到光源106和光传感器112的几何结构和布置以及壳体102内部的光传播，包括在从盖板到壳体102内部的相邻空气空间124以及壳体102外部的环境空气的过渡处发生多次反射的盖板内部的光传播，光学阻挡装置118的最合适的位置和形状可以通过在设计过程期间模拟光路来确定。
PPG处理单元(未示出)可以被提供在壳体内部或外部，并且接收来自光传感器112的输出114的检测信号，用于处理和确定生命体征信息。
图2示出了PPG设备200的第二实施例的示意图。
以下描述集中在图1和2的实施例之间的差异。仅在第一位不同的附图标记用于指示也在图1的PPG设备100的实施例中包括的PPG设备200的部件。因此，针对这样的特征额外地参考图1的描述，除非在下面解释了不同之处。
图2的PPG设备200具有两个光源206.1和206.2，在当前情况下它们的物理特性相同，特别是其发射波长相同。这增加了散射光源的光强度，从而提高了要确定的生命体征信息的准确性。然而，不要求只使用具有相同物理特性的光源。例如，可以使用不同波长的源光来获得不同类型的生命体征信息，例如脉搏率和血氧饱和度。
第一和第二光源206.1和206.2被布置在基板204上的光传感器212的左侧和右侧。分隔壁220.1和220.2分别被提供在第一和第二光源206.1和206.2与光传感器212之间。
光学阻挡装置包括吸收条带形式的吸收元件218.1、218.2。吸收元件218.1和218.2被印刷在盖板216的内表面216i上并且具有黑色和黯表面。
第一吸收元件218.1以基本位于第一光源206.1与光传感器212之间的中间的横向位置印刷在内表面216i上。第二吸收元件218.2以基本位于第二光源206.2与光传感器212之间的中间的横向位置印刷在内表面216i上。位置被选择为使得吸收元件218.1和218.2阻挡所描述的第二源光部分从盖板160的外表面216o传播到光传感器212。同时，吸收元件218.1和218.2避免在盖板216的内表面216i处反射源光。
两个吸收条带在平行于盖板内表面的方向上以及在图2的纸面中具有延伸E，其基本上等于盖板216的厚度T。盖板160的厚度T通常在0.3mm与1.5mm之间。在硅树脂层222和盖板116之间的气隙224具有高度H，在一些实施例中在0.02mm和0.15mm之间。
基于在下面的图3的上下文中讨论的模拟结果适当地确定吸收元件218.1和218.2的延伸E。
图3示出了图300，其图示了对于基本对应于图2所示的构造的PPG设备的实施例在到达光传感器212的不需要的第二源光部分的相对量I与条带宽度E之间的依赖性。
到达光传感器130的不需要的第二源光部分的相对强度量以总发射源光强度的百分比为单位绘制在纵坐标上。吸收元件218.1和218.2的延伸E以毫米的线性单位绘制在横坐标上。模拟下的盖板216的厚度T为0.5mm，气隙224的高度H为0.1mm。在光源和光传感器之间的横向距离约为1.5mm。两个不同的场景由两条模拟曲线302和304表示。曲线302下面的场景是参考场景，其中在盖板的外表面和用户的皮肤之间没有空间(并因此没有空气)(形成权利要求的语言中的外部对象)。曲线304下方的场景在盖板的外表面与用户的皮肤之间具有气隙。假设用户具有白色皮肤来计算模拟。
吸收元件在垂直于纸面的方向上的延伸被假定为相同的，并且足以阻挡沿着纸面中的延伸E到达横向位置的任何光。
如通过模拟确定并且在图3中根据曲线304可见的，由光传感器130检测到的不需要的光(第二源光部分)的相对量可以通过使用具有0.5mm的条带宽度E的吸收条带212、214而以至少约为3的因子减少，而参考方案仅表现出以约为2的因子的减少。
注意，使用相同场景对黑皮肤进行的模拟示出：在不使用吸收条带212、214时，接收到的第二源光部分(也可以被称为“捷径光”)实际上等于由第一源光部分形成的有用信号。换句话说，在这种情况下，对于条带宽度E＝0mm，曲线304将开始于I＝50％处。仍然在这种情况下，对于0.5mm的条带宽度，“捷径光”的相对强度可以降低到10％。因此，根据经验法则，优选地选择与盖板的厚度相等的条带宽度。通常，对于给定的传感器，在适于实现10％的“捷径光”的相对强度I的条带宽度和盖板的厚度T之间观察到比例。盖板(通常是玻璃板)越厚，条带宽度E需要越宽。
用于实现I＝10％的合适的条带宽度E也取决于在光源和光传感器之间的横向距离。作为经验法则，与上面给出的模拟数据相比，横向距离增加因子F导致与上述模拟所呈现的值相比同样增加了因子F的合适的条带宽度E。作为例子，如果与图3的例子相比横向距离增加了因子F＝3，则合适的优选地在E＝3T。
图4示出了PPG设备400的另一实施例的示意图。以下描述集中于本实施例与图1和图2的实施例之间的差异。仅在第一位与图1和2中使用的不同附图标记用于指示也由图1的PPG设备100或图2的PPG设备200的实施例所包含的PPG设备400的部件。因此，针对这种特征额外地参考图1和图2的描述，除非在下面解释不同之处。
图4的PPG设备400具有两个光源406.1和406.2，在当前情况下其具有相同的物理特性，特别是它们的发射波长，并且在它们提供了非偏振光的事实上。第一和第二光源406.1和406.2布置在基板404上的光传感器412的左侧和右侧。分隔壁420.1和420.2分别设置在第一和第二光源406.1和406.2以及光传感器412之间。
两个偏振滤光器407.1和407.2分别设置在硅树脂层422和光源406.1和406.2的顶部上。这也被称为第一偏振滤光器，并用于提供偏振源光。在本例中，两个偏振滤光器407.1和407.2都允许以图4中仅示意性示出的第一方向传输线性偏振光。众所周知，光波的偏振矢量处于垂直于光波传播的方向。因此，设置在偏振滤光器407.1和407.2后面的源光的实际偏振方向指向垂直于图4纸面的方向。光学阻挡装置418包括另一个偏振滤光器，该偏振滤光器在上文被称为第二偏振滤光器。偏振滤光器418被布置在光传感器412和硅树脂层422的顶部上。它仅允许传输在图4的纸面中具有偏振矢量且平行于盖板416的线性偏振光。特别地，第二偏振滤光器407.2的允许偏振方向与第一偏振滤光器407.1的允许偏振方向正交。
PPG设备400利用生物组织散射的去偏振效应来阻挡第二偏振滤光器418对第二源光部分的传播。具体地，由于生物组织对入射偏振光的散射使光去偏振，并且因此检测到的后向散射光基本上是非偏振的，用于盖板的无机材料后向散射或反射的偏振源光可以被第二偏振滤光器418滤除，因为它没有失去其由第一偏振滤光器407.1和407.2实现的高偏振度。通过在第二源光部分在盖板416和光传感器412之间的传播路径中提供呈偏振滤光器418形式的光学阻挡装置，即，在通过盖板416朝向光传感器散射或反射源光之后，实现了对由偏振滤光器407.1和407.2引起的偏振的源光传播的阻挡。在另一方面，通过在外部对象处散射而去偏振的源光至少包括其强度的大约50％的光部分，该部分不具有由偏振滤光器407.1和407.2引起的偏振。该部分还包含期望的信号，并且因此包含生命信号信息。
在未示出的替代实施例中，偏振滤光器允许相应的第一和第二相互排斥的圆偏振的或椭圆偏振的源光通过。
图5示出了布置在手表510中的PPG设备500的第一实施例的图示。如图2所示，在PPG设备500和具有吸收元件218.1、218.2的PPG设备200之间的唯一区别是PPG设备500布置在手表510中并与处理单元520连接。
处理单元520被配置和布置为接收传感器信号530并且处理传感器信号530，以便提供表示PPG特性的PPG信息信号540，PPG信息信号540可以在手表510的用户相应激活PPG设备时由手表510显示。
PPG设备500的盖板160保护PPG设备500免受与用户的物理接触损害，以及免受用户的手臂或手腕的湿气损害。
总之，本发明涉及一种光电体积描记设备，其包括：光源，其被配置为将源光引导至外部对象；光传感器，其被布置和配置为提供传感器信号，所述传感器信号指示已经被所述外部对象散射的第一源光部分的强度；壳体，其用于容纳所述光源和所述光传感器，并且具有对源光透明的盖板和面向外部对象的外表面；以及光学阻挡装置，其在所述壳体中在至少一个光源与盖所述板的外表面之间，并且被配置为在第二源光部分从所述光源延伸到所述盖板的所述外表面以及从所述盖板的所述外表面延伸到所述光传感器而不离开所述壳体的传播路径上阻挡所述第二源光部分。
虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述将被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容和所附权利要求，在实践要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。
具体地，本发明不限于使用包含PPG处理单元的整个医疗设备或单色光源。此外，本发明不限于医疗应用。
在权利要求中，“包括”一词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实现权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在相互不同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (10)

1.一种光电体积描记设备(100)，在下文中称为PPG设备，包括：
-至少一个光源(106)，其被配置为生成要被引导向外部对象(110)的源光(108)的射束；
-至少一个光传感器(112)，其被布置和配置为提供传感器信号，所述传感器信号指示已经被所述外部对象(110)散射并被所述光传感器(112)检测到的第一源光部分(108a)的强度；
-壳体(102)，其容纳所述至少一个光源(106)和所述至少一个光传感器(112)，所述壳体具有对于所述源光透明的盖板(116)，并且所述壳体具有要面向所述外部对象(110)的外表面(116o)；以及
-光学阻挡装置(118)，其被布置在所述壳体中在至少一个光源(106)与所述盖板(116)的所述外表面(116o)之间，并且被配置为在第二源光部分(108b)的从所述光源(106)延伸到所述盖板(116)的所述外表面(116o)并且从所述盖板的所述外表面延伸到所述光传感器(112)而不离开所述壳体(102)的传播路径上阻挡所述第二源光部分。
2.根据权利要求1所述的PPG设备，其中，所述光学阻挡装置(118)被布置为阻挡所述第二源光部分(108b)的从所述盖板(116)的所述外表面(116o)传播到所述光传感器(106)的所述传播路径。
3.根据权利要求1所述的PPG设备，其中，所述光学阻挡装置包括至少一个吸收元件(118)，所述至少一个吸收元件在所述盖板(116)的面向所述至少一个光源和所述至少一个光传感器的内表面(116i)上。
4.根据权利要求1所述的PPG设备，其中，所述光学阻挡装置形成所述盖板的一体的部分。
5.根据权利要求3或4所述的PPG设备，其中，所述至少一个吸收元件(218.1)在从所述光源(206.1)指向所述光传感器(212)的方向上具有横向延伸(E)，并且其中，所述横向延伸等于所述盖板(216)的厚度(T)。
6.根据权利要求1所述的PPG设备(400)，其中，所述光源(406.1、407.1)被配置为提供具有第一偏振的所述源光，并且其中，所述光学阻挡装置包括偏振滤光器(418)，所述偏振滤光器在所述第二源光部分的在所述盖板(416)与所述至少一个光传感器(412)之间的所述传播路径中，所述偏振滤光器(418)被配置为阻挡所述第一偏振的光的传播。
7.根据权利要求6所述的PPG设备，其中，所述光源包括被配置为发射非偏振光的光发射器(406.1)以及被配置为向所述源光提供所述第一偏振的第一偏振滤光器(407.1)，并且其中，所述光学阻挡装置的所述偏振滤光器(418)形成专门允许传输具有第二偏振的源光的第二偏振滤光器，所述第一偏振和所述第二偏振相互正交。
8.根据权利要求7所述的PPG设备，其中，所述第二偏振滤光器(418)相对于所述第二源光部分的所述传播路径被布置在所述光传感器(412)的前方。
9.根据前述权利要求中的至少一项所述的PPG设备，其中，分隔壁(120)被布置在所述光源(106)与所述光传感器(112)之间，并且阻挡从所述光源(106)直接传播到所述光传感器(112)的第三源光部分(108c)。
10.根据权利要求9所述的PPG设备，还包括硅树脂层(122)，所述硅树脂层对于所述源光(108)透明且被布置在基板(104)上，并且所述硅树脂层围绕所述至少一个光源(106)的和所述至少一个光传感器(112)的未附接到所述基板(104)上的那些侧边。
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