CN114245721A - 在检测光电容积描记时用于光学放大的掺铒玻璃 - Google Patents

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Abstract

一种用于监测用户的诸如心率或血氧水平的身体状况的用户设备包括掺铒玻璃成分和光源。所述光源被配置为生成等于所述掺铒玻璃的激发频率的光。所述掺铒玻璃成分被配置为通过光致发光生成与可以用于监测用户的身体状况的波长相对应的更高强度光的一个或多个峰值。所放大的光被发送给所述用户并且在光电检测器处被接收回来，所述光电检测器然后可以在算法上确定用户的身体状况。

Description

在检测光电容积描记时用于光学放大的掺铒玻璃
背景技术
光电容积描记(PPG)是测量组织体积的变化并且需要光源和光电检测器的光学测量方法。通常放置在皮肤表面处或靠近皮肤表面的光电检测器检测从血管组织透射或反射到光电检测器的光。该光对应于测量血液循环体积的变化，该变化用于监测心率。由脉搏或心动周期引起的体积变化可以被测量为光强度的峰值或谷值。该技术还可以用于测量与血流相关的其他方面，诸如血液的氧饱和度水平。PPG技术用于诸如例如智能电话或智能手表的个人消费者设备中，以测量消费者的心跳。
PPG技术的可靠性和功效取决于使用适合于穿透皮肤和血管组织的光的波长。并非在血液中相等地吸收所有光的波长。例如，对应于绿光的波长在血液中示出最强的吸收，并给出对应于心跳的最高搏动信号强度。在PPG的实际实施方式中，使用了与各种光的波长相对应的LED。绿色LED用于检测心跳。红外(IR)LED用于检测睡眠期间的心跳，并且红色LED用于检测氧饱和度水平。每个LED在消耗功率方面有不同的效率。绿色LED消耗较高的功率量来输出一定亮度的光，而IR led消耗功率的一部分以输出相同的亮度。
发明内容
本公开提供了一种用于光电容积描记的光学放大的掺铒玻璃。
本公开的一个方面提供了一种设备，包括：被配置为生成具有第一波长和第一强度的光的第一光源；放大层，所述放大层还包括掺杂的稀土金属并且具有第一侧和第二侧，该放大层被配置为接收第一波长和第一强度的光并且透射具有第二强度的第二波长的光；从用户接收第二波长的光的光电检测器；处理器，所述处理器被配置为至少基于从光电检测器接收的信号来确定用户的身体状况。第一波长可以是放大层的激发频率，并且第二强度可以高于第一强度。
本公开的附加方面提供了一种设备，包括：被配置为生成具有第一波长和第一强度的光的第一光源；放大层，所述放大层还包括掺杂的稀土金属并且具有第一侧和第二侧，该放大层被配置为接收第一波长和第一强度的光并且透射具有第二强度的第二波长的光；从用户接收第二波长的光的光电检测器；处理器，所述处理器被配置为至少基于从光电检测器接收的信号来确定用户的身体状况。第一波长可以是放大层的激发频率，并且第二强度可以高于第一强度。放大层还可以透射第三波长的光，并且光电检测器可以接收第三波长的光。处理器可以被配置为基于第二波长的光来监测血氧水平和/或处理器还可以被配置为基于第三波长的光来监测心脏状况。光电检测器可以响应于它接收的光来生成电信号。该设备可以包括电耦合至光电检测器的处理器。处理器可以被配置为基于接收到的第二波长的光子来评估用户的健康状态。该设备还可以包括阻挡可见光光谱的涂料。涂料可以在放大层的第一侧或第二侧上。第一波长可以在红外光谱内。第一放大层可以由掺铒磷酸盐玻璃制成。第一放大层可以是铒在0.4摩尔百分比与0.6摩尔百分比之间的掺铒磷酸盐玻璃。第二波长可以来自550至750nm波长范围。
本公开的附加方面提供了监测用户的身体参数，包括：提供放大层，该放大层被配置为具有第一激发波长并且生成第二激发波长；由第一波长的光源光生成与第一激发波长相对应的第一波长；在放大层处接收第一波长的光；响应于接收到的第一波长的光在放大层处生成第二波长的光；将第二波长的光从放大层透射到用户；在光电检测器处从用户接收第二波长的光；以及由处理器至少基于在光电检测器处接收的第二波长的光来评估第一用户的健康状况。
本公开的附加方面提供了监测用户的身体参数，包括：提供放大层，该放大层被配置为具有第一激发波长并且生成第二激发波长；由第一波长的光源光生成与第一激发波长相对应的第一波长；在放大层处接收第一波长的光；响应于接收到的第一波长的光在放大层处生成第二波长的光；将第二波长的光从放大层透射到用户；在光电检测器处从用户接收第二波长的光；以及由处理器至少基于在光电检测器处接收的第二波长的光来评估第一用户的健康状况。身体参数可以是用户的心率。身体参数可以是用户的血氧水平。放大层可以被配置为生成第三波长的光。第二波长可以对应于红光，并且第三波长可以对应于绿光。由处理器进行的评估可以包括执行机器学习算法以评估用户的附加潜在健康状况。
本公开的附加方面提供了一种设备，包括外壳、第一光源、放大层、光电检测器和处理器。该外壳可以包括适用于与用户皮肤相邻放置的后部，并且后部可以至少部分地包括玻璃，并且玻璃可以掺杂有稀土金属。第一光源可以被配置为生成具有第一波长和第一强度的光。放大层可以掺杂有稀土金属。放大层可以包含第一侧和第二侧，并且被配置为接收第一波长和第一强度的光并透射第二波长和第二强度的光。光电检测器可以从用户接收第二波长的光。处理器可以被配置为至少基于从光电检测器接收的信号来确定用户的身体状况。第一波长可以是放大层的激发频率，并且第二强度可以高于第一强度。稀土金属可以是铒。玻璃可以至少部分地涂有油墨以阻挡可见光光谱。
附图说明
附图不旨在按比例绘制。在各个附图中，相同的附图标记和名称指示相同的元件。为了清晰起见，可以不在每个附图中标记每个组件。在附图中：
图1是根据本公开的各个方面的示例掺铒玻璃板的波长和强度的曲线图。
图2是根据本公开的各个方面的示例掺铒玻璃板的波长和强度的曲线图。
图3A是根据本公开的各个方面的用户设备的图。
图3B是根据本公开的各个方面的用户界面的图。
图3C是根据本公开的各个方面的用户界面的图。
图4A是根据本公开的各个方面的具有掺铒玻璃板的设备的图。
图4B是根据本公开的各个方面的具有掺铒玻璃板的设备的图。
图5是根据本公开的各个方面的示例方法的流程图。
具体实施方式
本公开大体上涉及使用掺铒玻璃作为光学放大器和波长移位器的方法、系统和装置。具体地，稀土金属展现出光致发光。光致发光是光被材料以一波长吸收并以另一波长重新发射的现象。具体地，掺杂材料的使用可以下转换和放大适合于诸如光电容积描记(PPG)的特定最佳目的的光的波长。使用诸如掺铒玻璃的掺杂材料可以放大光，并提高设备的功耗效率或特性。针对掺铒玻璃可以存在各种掺杂水平，其可以通过材料的重量、重量百分比、体积百分比或摩尔百分比来测量。摩尔百分比是特定成分的总摩尔的百分比，并且可以注释为“摩尔％”。要理解的是，本公开中使用的铒是指铒和铒化合物，诸如氧化铒Er2O3。
光致发光是在吸收光子、光或电磁辐射之后从任何形式的物质重新发射光。在诸如稀土离子和掺有稀土离子的玻璃的某些材料中，由光致发光材料发射的光的强度或流明高于被吸收的强度。
掺铒玻璃可以是一类磺基磷酸钠玻璃。已发现展现出强光致发光效果的掺杂玻璃和其他材料。这种材料的光谱分析显示，特别是在977nm激发下，NPbPEr-0.5玻璃发射增强的绿光发射。其他掺杂玻璃也可以展现出类似的行为。
图1图示了当暴露于标记为λexc的特定波长的光时从掺铒玻璃发射的光的波长和强度或发光强度的曲线图100。激发波长可以是光的紫外、可见或红外波长。将材料暴露于这种波长的光并重新发射不同波长的光的身体现象称为光致发光。掺铒玻璃吸收它所暴露于的光，并发射不同波长和强度的光。水平轴105指示以纳米(nm)为单位测量的正被发射的光的波长。垂直轴110指示以任意单位的发射的光的强度。在曲线图100上还示出了多个峰值121至123。这些是在不同波长处的强度峰值，诸如在大约400nm附近的峰值121、在475nm附近的峰值122和在大约540nm附近的峰值123。可以在曲线图100上看到未标记的其他较小峰值。通过光致发光过程，所发射的光的幅度具有比在特定波长下激发掺铒玻璃的光的幅度大的幅度或强度。峰值对应于特定的激发和发射，所述发射在电子被某个波长的光子激发以在两个电子轨道态之间跳跃，并且然后回落到不同的轨道态，从而释放不同波长的光子时发生。
掺铒玻璃可以通过熔融淬火(快速冷却)方法形成或合成。在为玻璃选择特定的摩尔组成后，诸如(20-x)Na2S04–20PbO–60P2O5-xEr2O3(x＝0.1,0.3,0.5,0.7,1.0mol％)的组成，可以将材料熔化并倒入模具中，进行退火，并且逐渐变为环境温度。X是可以取决于Er2O3的摩尔浓度在现有组成中调整的变量。
图2图示了当暴露于特定波长λexc的光时两个掺铒玻璃的波长和强度的曲线图200。类似于以上图1的示例，激发波长可以是光的紫外、可见或红外波长。图示了两个激发曲线，曲线220和曲线230。曲线220对应于掺铒玻璃，其中铒占玻璃的0.5摩尔％。曲线230对应于掺铒玻璃，其中铒占玻璃的0.1摩尔％。曲线220和曲线230通常共享特性，诸如峰值的位置，但是曲线图反映了由光致发光效应生成的光的不同幅度。铒或其他所使用的掺杂材料的“掺杂百分比”或数量会导致不同掺杂材料水平的不同曲线。在一些示例中，玻璃可以被掺杂到使曲线图200所图示的各种激发峰值的高度最优的程度。在其他示例中，玻璃可以被掺杂为使得由光致发光效应生成的光具有特定的波长。尽管已经针对特定的摩尔百分比图示了两个曲线图，但是要理解的是，可以针对其他摩尔百分比根据经验得出其他曲线，并且选择最适合于特定应用的曲线。从图2可以看出，“Er-0.5”在对应于绿光的大约550nm范围和对应于红光的大约640至680nm范围内提供最强的效果。从图2可以看出，掺杂玻璃生成的绿光是用于激发掺杂玻璃的红外信号幅度大小的100至1000倍。
图3图示了可以由诸如用户399的用户使用的用户设备300。该用户设备可以包括外壳301和带条302。外壳301可以具有诸如后部等组件，其将与用户399的皮肤接触。后部可以包含玻璃部，其将允许光穿过后部。例如，可以从外壳301内所包含的诸如光源的其他组件生成光。用户设备300和外壳301还可以具有允许用户399交互并查看来自用户设备300的信息的用户界面。用户界面可以是触摸屏或其他设备的一部分。下面参照图4A和4B进一步描述可以包括在用户设备300或外壳301中的附加组件。外壳还可以具有适当厚度，以包括图4A和4B中描述的组件。带条302可以是将用户设备保持在用户上的带条，诸如由金属、皮革、布料或其他材料制成的一个带条。例如，用户设备300可以是智能手表、健康传感器、耳饰、耳塞、包耳式耳机、入耳式耳机或其他可穿戴设备、戒指、脚链、项链或其他珠宝。
图3B和图3C图示了在显示器303上显示关于用户的身体状况的信息的各种示例格式。显示器303可以类似于下面描述的显示器495。例如，图3A以图形格式图示了通过诸如方法500的本公开的各个方面获得的信息。图3B图示了诸如设备400的设备的用户的当前心率的曲线图。该图形视图可以被实时更新以显示该用户的心跳的追踪秒数。在一些示例中，可以通过视觉或听觉方法将信息传递给用户。图3C图示了以文本格式显示关于用户的身体状况的信息。例如，图3B图示了以每分钟心跳次数(BPM)为单位的当前心率、当前的血氧饱和度水平以及可能对用户有价值的任何其他状况，诸如心律不齐。尽管所给出的示例是针对心血管疾病的，但可以监测心脏的其他方面。图3C还图示了其他选项，诸如将信息同步到诸如智能电话的另一用户设备或将信息保存到诸如互联网的另一存储单元或云的能力。
图4A图示了可以用于执行PPG的设备，设备400。设备400可以包括诸如光源410的光源、诸如光电检测器420A和420B的能够检测光的一个或多个光传感器、诸如层433的能够允许透射红外光的涂墨层、诸如放大层432的用于放大从光源410接收的光的玻璃层和诸如后玻璃431的玻璃保护层，和电子器件499。电子器件499可以是下面参照图4B描述的电子器件499的一些或全部特征。在图4中，光用未标记的实心箭头图示，箭头指示光的传播方向。光可以入射在诸如皮肤450等真皮上。尽管示出了皮肤450，但是该设备有可能被应用于人体的其他部分，诸如例如指甲或软组织。层431至433可以分别具有第一侧和第二侧，并且可以相对于光源以不同的排列布置。
图4A图示了光源410。光源的一个示例是发光二极管(LED)。LED是半导体光源，其响应于电力流过它而发射光。半导体中的电子与电子空穴重组，从而以光子的形式释放能量。LED可以被设计或选择来以特定波长或波长范围发射光。在其他示例中，光源410可以由任何可商购的光源制成，诸如特别设计的半导体、白炽灯、无电极灯或卤素灯。在其他示例中，光源310还可以由被配置为生成不同波长的光的一个或多个光源制成，所述一个或多个光源诸如被配置为生成接近660nm波长的红光的LED、被配置为生成接近530nm波长的绿光的LED。在执行PPG时，可以选择这些不同的光源来测量心血管系统的不同方面。例如，由于这些颜色在心血管系统内的相对吸收和反射，绿光可以提供关于心跳的信息，而红光可以提供关于血氧饱和度的信息。光源410可以被配置或选择为生成与放大层432的激发波长相对应的光。例如，可以选择977nm的红外光。与生成其他更高频率/更低波长的光相比，使用红外光具有更高的能源效率。这是因为可以使用较少的电力生成红外光，并且可以从单个源生成红外光，同时仍然通过光致发光生成多于一个波长的光。如下面进一步解释的，光源可以在到达皮肤450之前被放大层432放大。
诸如光电检测器420A或420B的光电检测器可以是将光转换为电流的半导体设备。光电检测器可以生成与击中表面的光子数目成比例的电流。由于在光电检测器中吸收光子时生成电力，因此光电检测器可以充当光的传感器。光电检测器可以是能够感测光的强度和/或波长的任何设备。光电检测器420A和420B可以是光电二极管或光电传感器。在一些示例中，可以将光电检测器420A和420B选择为对光的特定波长更敏感。在一些示例中，可以将光电检测器420A选择或配置为对绿光更敏感或仅对绿光敏感，而可以将光电检测器420B配置为对红光更敏感或仅对红光敏感。光电检测器420A和420B也可以由光电检测器的阵列制成。可以将附加电路系统、校准或电子器件并入光电检测器或电子器件499中，以确保更好的信噪比并减少环境光的影响。
在图4A中还图示了具有皮下层451、真皮层452和表皮层453的皮肤450。表皮层453是皮肤的较薄层并且可以允许光穿过它。皮肤包含静脉和动脉，诸如静脉460和动脉470。从光源410生成的光可以从设备400发射到皮肤450。所发射的光可以传播通过表皮层453、真皮层452，并且从皮肤内的诸如静脉460或动脉470的静脉和动脉反射，然后被反射回光电检测器420A或420B。击中皮肤450的光取决于光的入射角度从皮肤内的各个层反射。以浅角度击中皮肤的光从顶层或表皮层453反射。该反射光包含很少或没有心跳信息，因为它不与动脉相互作用。以较陡的角度击中皮肤的光会穿透皮肤的顶层以进入其他层，诸如皮下层451或真皮层452，这些层包含携带血液的强浓度的静脉和动脉，诸如静脉460和动脉470。从这些层反射的光携带心跳信号，并用于PPG目的。可以形成诸如本文描述的放大层的各种组件以改善光入射到皮肤450的角度，以改善接收到的信息或信号。透射到光电检测器的光的变化可以用于确定心血管系统的各种方面，诸如心率、脉搏、血液中的氧饱和度或其他与健康相关的信息。在一些示例中，可以从由光电检测器420A接收的光的连续或接近连续的监测中得出波形。光源410以及光电检测器420A和420B可以与电子器件499连接，以控制光的发射并且监测和分析从皮肤450接收的光。
玻璃层431可以是允许光穿过并且包围设备400的其他组件的玻璃层。玻璃层431可以由诸如钠钙玻璃、铅玻璃、铝硅玻璃的硅酸盐玻璃形成，或者由诸如非晶态金属或聚合物玻璃的无硅玻璃形成。分子液体或熔融盐也可以用于构成玻璃层431。玻璃层431可以被硬化或回火以提供附加的耐用性和对刮擦、破裂或破碎的抵抗。在其他示例中，可以使用已经化学强化的可商购玻璃，诸如碱金属铝硅酸盐。
放大层432可以由稀土金属掺杂的玻璃制成。在一些示例中，稀土金属可以是铒。放大层432接收特定激发波长和强度的光，并且通过光致发光的过程以其他波长重新发射较高强度的光。例如，再次参照图2，可以选择已经被掺杂到最大化发射光的幅度的玻璃以构成放大层432。在其他示例中，放大层432可以由已经被掺杂的一个或多个光学玻璃纤维制成。在其他示例中，放大层432可能由多于一种类型的掺杂玻璃制成，这将在允许工程设备或需要多于一个强发射峰值的应用中具有更大的灵活性。由于掺铒玻璃可以以任何形状或配置形成，因此放大层的形状也可以匹配任何用例。在一些示例中，玻璃可以更弯曲以确保光更好地入射到皮肤450上。在一些中，掺铒玻璃可以形成为光纤。在一些示例中，放大层可以在一些侧面上涂覆有反射表面，以进一步引导光仅从一部分发射。在其他示例中，光纤可以被嵌入到放大层432中以将光引导至皮肤450。在其他示例中，放大层432的几何形状可以确保所放大的光以均匀通量更多地散布在放大层的表面处。
层433可以是选择性地允许某些波长的光穿过而同时阻挡其他波长的光的层。在一些示例中，层433允许红外光穿过，但是防止其他波长的光被透射。例如，层433可以由玻璃制成，其中玻璃用红外透明油墨涂墨。层433可以沿着放大层432或玻璃层431的长度延伸。在其他示例中，层433可以仅在玻璃层431的光源410或光电检测器420A可以可见的部分上方延伸。因此，当并入到用户设备中时，内部组件可以在不影响设备400的可用性的情况下对用户不可见。红外透明油墨可以从可商购的涂料中选择，或者由阻挡除红外光以外的光的材料专门制造。
尽管层431至433被图示为连续的、矩形的和相邻的层，但是要理解的是，层的放置、尺寸、几何形状、连续性的变化是可能的。例如，层可以弯曲以使它们能够装配到智能手表或诸如设备300的其他设备中。在一些示例中，层可以遵循人类手腕或其他身体部分的曲率，以更好地使层能够并入到模仿手腕的设备或外壳中。在其他示例中，层可以形成为装配在诸如智能电话的相机镜头等模制件周围。在一些示例中，可以在层内或层间插入附加层以提供附加的结构刚度、放大、散热或韧性。在其他示例中，在层之间可以存在真空以增加层之间的粘合力或允许附加的空间用于热膨胀和收缩。在一些示例中，可以使用多层，其可以以从设备400的一端到设备的另一端的不同排列来布置。附加地，可以在层周围或在层之间包括其他组件，诸如滤光器。在一些示例中，滤光器可以对应于不用于监测用户的身体状况的光。
要理解的是，尽管以特定配置图示了设备400，但是这些组件的其他布置也在本公开的范围内。例如，在一些示例中，这些组件可以布置在用户设备中，诸如机械表、智能手表、智能指环、电话、耳塞、耳机、臂环或膝上型计算机。在其他示例中，设备400可以集成到珠宝中，所述珠宝诸如吊坠、项链、手镯、耳环、臂环、戒指、脚链或其他珠宝。在其他示例中，设备400和/或其组件可以集成到诸如基于泵的血压机的医疗设备中。
图4B图示了电子器件499的附加方面。电子器件499可以包含电源490、处理器491、存储器492、数据493、用户界面494、显示器495、通信接口497和指令498。电源可以是用于生成电力的任何适合的电源，诸如电池、化学电池、电容器、太阳能电池板或感应式充电器。处理器491可以是任何常规处理器，诸如可商购的微处理器或专用集成电路(ASIC)；可以存储由处理器可访问的信息(包括可以由处理器执行的指令和数据)的存储器。存储器492可以是可操作以存储由处理器可访问的信息的存储器的类型，包括非暂时性计算机可读介质或者是存储可以借助电子设备(诸如硬盘驱动器、存储卡、只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、光盘以及其他可写和只读存储器)读取的数据的其他介质。本文公开的主题可以包括前述的不同组合，借以将指令和数据的不同部分存储在不同类型的介质上。根据指令498，可以通过处理器检索、存储或者修改电子器件499的数据493。例如，尽管本公开不受特定数据结构的限制，但是数据493可以存储在计算寄存器中，存储在关系数据库中作为具有多个不同字段以及记录、XML文档或者平面文件的表格。数据493也可以以计算机可读格式来格式化，诸如但不限于二进制值、ASCII或统一码。而且，数据493可以包括足以标识相关信息的信息，诸如数字、描述性文本、专有代码、指针、对存储在其他存储器中的数据(包括其他网络位置)的引用或者由功能用于计算相关数据的信息。
指令498可以控制设备400的各种组件和功能。例如，可以执行指令498以选择性地激活光源410或处理由光电检测器420获得的信息。在一些示例中，算法可以被包括为电子器件499中所包括的指令498的子集或以其他方式一部分。指令498可以包括算法，以解释或处理接收到的信息，诸如通过光电检测器接收的信息或通过分析在光电检测器处接收到的射线而生成的信息或存储在存储器中的信息。例如，可以通过算法提取或分析用户的身体参数。无限制地，算法可以使用关于波形的任何或所有信息(诸如波的形状、频率或周期)、信号的傅立叶分析、谐波分析、脉冲宽度、脉冲面积、峰到峰间隔、脉冲间隔、由光电检测器接收的光强度或光量、由光电检测器420A或420B生成或接收的信号的波长位移、一次或二次导数。可以包括其他算法来计算氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白中的氧气吸收、心律不齐、心率、心室早发性收缩、脉搏短绌、收缩和舒张峰值、大动脉僵硬指数。在其他示例中，人工学习或机器学习算法可以以确定性和非确定性方式使用来提取与用户的身体状况相关的信息，诸如血压和压力水平(来自心率变异性)。PPG还可以用于通过计算相隔一定距离的皮肤上两点之间的脉搏波速度来测量血压。脉搏波速度与血压成正比，并且该关系可以用于计算血压。在一些示例中，可以修改算法或使用用户输入到电子器件499的存储器中的信息，诸如用户的体重、身高、年龄、胆固醇、遗传信息、体脂百分比或其他身体参数。在其他示例中，基于由光电检测器和/或处理器生成的信息，机器学习算法可以用于检测和监测已知或未检测到的健康状况，诸如心律不齐。
用户界面494可以是诸如触摸屏或按钮的允许用户与设备400交互的屏幕。显示器495可以是LCD、LED、移动电话显示器、电子油墨或其他显示器，以显示关于设备400的信息。用户界面494可以允许来自用户的输入和到用户的输出。通信接口497可以包括硬件和软件，以使得能够通过诸如Wi-Fi、蓝牙、红外、无线电波和/或其他模拟和数字通信标准的标准进行数据通信。通信接口497允许电子器件499被更新并且由设备400生成的信息被共享给其他设备。在一些示例中，通信接口497可以将存储在存储器492中的历史信息发送给另一用户设备以进行显示、存储或进一步分析。在其他示例中，通信接口497可以实时或之后将由光电检测器生成的信号发送给另一用户设备以在该设备上显示。
图5图示了监测用户的身体参数的示例方法500的流程图。
在框505中，光源可以生成光，诸如光束或光子。例如，光源可以是光源410。所生成的光可以具有第一激发波长，该第一激发波长可以对应于稀土金属的已知激发波长。所生成的光可以入射到诸如放大层432的放大层的一个表面上。由于生成光的过程是能量密集型的，因此产生高强度的光将需要更多的能量——导致诸如设备400等设备更庞大以容纳更大的电源或在需要充电之前具有更短的功能时间。进一步地，由于无法在单个光源中严格控制光的波长，因此将生成通过较大波长光谱的光，或者将需要对应于红光和绿光的专用光源。如下面进一步解释的，使用设计有对激发波长的特定响应的掺杂玻璃板可以产生绿光和红光，所述绿光和红光继而可以用于监测用户的身体参数。
在框510中，在框505中生成的光可以被诸如图1至2中引用的放大层432或掺铒玻璃板的光致发光材料吸收。由光致发光材料接收的光可以被放大层432放大。在该过程期间，可以由放大层432生成具有强度和波长光谱的光。放大可以是多倍。
在框515中，可以发射由放大层432生成的光。光可以透射通过放大层的一个或多个侧。在一些示例中，可以形成放大层，使得光仅穿过放大层的一个表面。
在框520中，光可以透射到真皮，诸如真皮450。在框520中，光还可以从表皮内的诸如静脉460、动脉470或其他毛细血管的系统和器官反射。所放大的光将入射到真皮上，并且一部分光将从真皮反射回或反射通过真皮。
在框525中，可以由诸如光电检测器420A和420B的光电检测器检测光。接收到的光可以通过光电检测器转换为数字或模拟电信号，然后传送到电子器件，诸如电子器件499。
在框530中，可以由诸如电子器件499的电子器件来分析接收到的信号以及继而从光电检测器接收到的光。参照上面的图4B，电子器件499可以包含算法，所述算法可以从通过在框525中接收的光收集的信息分析用户的身体参数的方面。
尽管下面以特定顺序描述方法500，但是要理解的是，可以以不同顺序或同时执行操作。而且，可以添加或省略操作。
如上面参照本公开所描述的，掺杂的光致发光材料的使用可以增加从用户接收的信号并降低用于监测用户的身体状况的设备的能量要求。如本公开内所使用的，并且由于光的粒子/波二象性——光束、光线、光子或光——旨在传达具有波长和幅度的光量子，并且可以互换使用。
虽然本公开包含了许多具体实施细节，但是不应该将这些细节视为对可能被要求保护的内容的范围的限制，而是作为特定于特定实施方式的特征的描述。在本说明书中在单独实施方式的上下文中描述的某些特征还可以组合地实施在单个实施方式中。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或者按照任何合适的子组合实施在多个实施方式中。而且，虽然上面可能将特征描述为以某些组合来起作用甚至最初这样进行要求，但是在一些情况下可以从组合中切除来自所要求保护的组合的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以指向子组合或者子组合的变型。
类似地，虽然在附图中按照特定顺序描绘了操作，但是不应该将其理解为需要按照所示的特定顺序或者按照相继顺序来执行这种操作，或者执行所有图示的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可能是有利的。
对“或者”的引用可以被解释为包括性的，使得使用“或者”描述的任何术语可以指示单个术语、多于一个术语和所有描述的术语中的任何一个。标签“第一”、“第二”、“第三”等不一定打算指示顺序，并且通常仅用于区分相同或类似的项目或元素。
对本公开中描述的实施方式的各种修改对于本领域技术人员来说可能是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施方式。因此，权利要求不旨在限于本文所示的实施方式，而是应该符合与本文公开的本公开、原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
第一光源，所述第一光源被配置为生成具有第一波长和第一强度的光；
放大层，所述放大层进一步包括掺杂的稀土金属并且具有第一侧和第二侧，所述放大层被配置为接收所述第一波长和所述第一强度的光并且透射具有第二强度的第二波长的光；
光电检测器，所述光电检测器从用户接收所述第二波长的光；以及
处理器，所述处理器被配置为至少基于从所述光电检测器接收的信号来确定用户的身体状况；
其中，所述第一波长是所述放大层的激发频率，并且第二强度高于所述第一强度。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述放大层进一步透射第三波长的光，并且所述光电检测器接收所述第三波长的光。
3.根据权利要求2所述的设备，进一步其中，所述处理器被配置为基于所述第二波长的光来监测血氧水平，并且所述处理器被配置为基于第三波长的光来监测心脏状况。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光电检测器响应于所接收的光而生成电信号。
5.根据权利要求4所述的设备，进一步包括电耦合至所述光电检测器的处理器。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述处理器被配置为基于所接收的所述第二波长的光子来评估用户的健康状态。
7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括涂料，所述涂料在所述放大层的所述第一侧或所述第二侧上阻挡可见光光谱。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一波长在红外光谱内。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一放大层是掺铒磷酸盐玻璃。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第一放大层是具有在0.4摩尔百分比与0.6摩尔百分比之间的铒的掺铒磷酸盐玻璃。
11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第二波长来自550至750nm波长的范围。
12.一种监测用户的身体参数的方法，包括：
提供放大层，所述放大层被配置为具有第一激发波长并且生成第二激发波长；
由第一波长的光源光生成与所述第一激发波长相对应的所述第一波长；
在所述放大层处接收所述第一波长的光；
响应于所接收的第一波长的光，在所述放大层处生成第二波长的光；
将所述第二波长的光从所述放大层透射到所述用户；
在光电检测器处从所述用户接收所述第二波长的光；以及
由处理器至少基于在所述光电检测器处所接收的第二波长的光来评估第一用户的健康状况。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步其中，所述身体参数是所述用户的心率。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述身体参数是所述用户的血氧水平。
15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在所述放大层处生成第三波长的光。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括其中所述第二波长对应于红光，并且所述第三波长对应于绿光。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，由处理器进行的评估包括：执行机器学习算法以评估用户的附加潜在健康状况。
18.一种设备，包括：
外壳，所述外壳包括适用于与用户的皮肤相邻放置的后部，所述后部至少部分地包括玻璃，并且所述玻璃掺杂有稀土金属；
第一光源，所述第一光源被配置为生成具有第一波长和第一强度的光；
放大层，所述放大层进一步包括掺杂的稀土金属并且具有第一侧和第二侧，所述放大层被配置为接收所述第一波长和所述第一强度的光并且透射具有第二强度的第二波长的光；
光电检测器，所述光电检测器从所述用户接收所述第二波长的光；以及
处理器，所述处理器被配置为至少基于从所述光电检测器接收的信号来确定用户的身体状况；
其中，所述第一波长是所述放大层的激发频率，并且第二强度高于所述第一强度。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述稀土金属是铒。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述玻璃至少部分地涂有油墨以阻挡可见光光谱。
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