CN117979894A - 生命传感器和用于运行生命传感器的方法 - Google Patents

生命传感器和用于运行生命传感器的方法 Download PDF

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Abstract

一种生命传感器、尤其脉搏传感器(1)，所述生命传感器包括至少一个像素化的发射器阵列(3)，所述像素化的发射器阵列具有第一像素(3.1)和至少一个第二像素(3.2)，所述第一像素和所述第二像素分别构成用于朝向投影面(11)发射波长范围的光。此外，生命传感器包括至少一个光学元件(5)，所述光学元件设置在至少一个像素化的发射器阵列(3)与投影面(11)之间，并且所述光学元件构成用于将第一像素(3.1)的光偏转到投影面的第一区域(11.1)上，以及将至少一个第二像素(3.2)的光偏转到投影面的与第一区域不同的第二区域(11.2)上。至少一个光电探测器(2)构成用于探测由像素(3.1，3.2)发射的并且在投影面(11)处反射的光，以及评估单元(4)构成用于脉冲式地和时间上顺序地操控第一像素(3.1)和至少一个第二像素(3.2)，以用于确定第一参考值。

Description

生命传感器和用于运行生命传感器的方法
技术领域
本申请要求2021年9月27日的德国专利申请Nr.10 2021 124 942.2的优先权，其公开内容借此并入本申请中。
提出一种生命传感器、尤其脉搏传感器。此外，提出一种用于运行生命传感器、尤其脉搏传感器的方法。
背景技术
出版物WO 2018/206391 A1涉及一种用于脉搏血氧测定的传感器模块。
生命机能(VSM：vital sign monitoring，生命征监测)如心率、心率变异性或血液中的含氧量的测量例如可以根据PPG(Photoplethysmogramm，光电容积描记图)执行。光电容积描记图是光学获得的体积描记图，借助所述体积描记图可以检测微脉管组织床中的血液体积变化。PPG通常借助脉搏血氧仪获得，所述脉搏血氧仪照射皮肤并且基于由皮肤反射回的光测量光吸收的变化。如在图1中示例性地所示，由光电二极管在时间t中探测到的、反射回的信号在此由组织或皮肤的光反射T、静脉中的尤其贫氧的血液的光反射V和动脉中的尤其富氧的血液的光反射A构成。然而，对于例如心率的测量，仅在脉搏测量周期Z内的由动脉血液反射回的光的组成部分或动脉血液的反射的变化是令人感兴趣的，即尤其所测量信号的脉动份额(AC信号)是令人感兴趣的。然而，探测到的信号的所测量的脉动份额(AC信号)与所测量的直流份额(DC信号)相比在此通常仅为％之几(<10％)。然而，AC份额的良好的信号幅度对于生命机能的可靠测量和尤其高的测量精度是重要的。
除此之外，生命传感器的使用、例如在可携带设备如智能手机、用于健身追踪器的胸带、智能手表中或在健身腕带中的使用需要低的能耗，以便提高设备的电池使用寿命。
发明内容
待实现的目的在于提出一种可靠地工作的、具有高的测量精度以及其能耗小的生命传感器、尤其脉搏传感器。
所述目的尤其通过具有独立权利要求的特征的生命传感器、尤其脉搏传感器来实现。优选的改进方案是其余的权利要求的主题。
根据至少一个第一实施方式，生命传感器、尤其脉搏传感器包括至少一个像素化的发射器阵列，所述像素化的发射器阵列具有第一像素和至少一个第二像素，所述第一像素和第二像素分别构成用于朝向投影面发射波长范围的光。投射面在此尤其可以为皮肤，例如生命传感器的人类佩戴者的手腕、指尖或耳朵处的皮肤。
此外，生命传感器包括至少一个光学元件，所述光学元件设置在至少一个像素化的发射器阵列与投影面之间，并且所述光学元件构成用于将第一像素的光偏转到投影面的第一区域上，以及将至少一个第二像素的光偏转到与投影面的第一区域不同的第二区域上。至少一个光学元件在此尤其构成为，使得由至少一个像素化的发射器阵列发出的光或分别由像素化的发射器阵列的像素发出的光分别投影或偏转到投影面的不同区域上，即像素化地投影或偏转到投影面上。
此外，生命传感器包括：至少一个光电探测器，所述光电探测器构成用于探测由像素发射的并且在投影面处反射的光；以及评估单元，所述评估单元构成用于脉冲式地和时间上顺序地操控第一像素和至少一个第二像素，以用于确定第一参考值，尤其单独地对于每个像素。
至少一个实施方式的核心思想是，基本上仅照射投影面的或生命传感器的人类佩戴者的皮肤的如下区域以测量佩戴者的生命参数：所述区域具有高的动脉密度或靠近皮肤表面的动脉，以便获得良好的AC/DC信号比。为了测量生命机能，优选地不照射皮肤的具有中等的或低的动脉密度的区域。由此可行的是，一方面改进所测量的信号的AC/DC信号比，并且另一方面节约能量。
如果观察动脉的分布，例如在生命传感器的人类佩戴者的手腕处的动脉的分布(例如，参见图2)，则确定，手部和其他身体部位的动脉不仅是非常广泛且细的，并且尤其是分支非常多的。然而，手部的动脉的密度根据区域不同。在手腕上的例如手表在其上与皮肤接触的区域内，存在具有低的、中等的和高的动脉密度的部位。如果现在借助于参考测量、尤其基于第一参考值来辨识在其中存在高的动脉密度的区域，则可行的是，仅照射所述区域以测量生命机能，以便一方面改进所测量的信号的AC/DC信号比，并且另一方面节约能量。
根据至少一个实施方式，评估单元可以对应地构成用于基于第一参考值来操控第一像素和至少一个第二像素中的至少一个像素，以测量人类佩戴者的生命参数、尤其脉搏率。
为此，第一参考值例如对于每个像素可以具有用于由至少一个光电探测器测量的AC-DC比值的值，所述AC-DC比值在对投影面的区域进行辐照之后针对所述像素测量。如果第一参考值大于或等于预先限定的阈值，即具有“好的”AC-DC比值，则所述像素用于随后测量人类佩戴者的生命参数。然而，如果第一参考值小于预先限定的阈值，即具有“差的”AC-DC比值，则对应的像素不用于测量生命参数。因此，对于测量生命参数，仅为测量生命参数提供“好的”AC-DC比值的像素可以被使用或通电。第一参考值对于每个像素例如可以具有在至少一个光电探测器中测量的流经的单位横截面积A的电流强度I，即电流密度。在此，“好的”AC-DC比值的特征可以在于，对于像素的电流密度处于100A/cm2和500A/cm2之间。相对于此附加地或替选地，适配于测量的算法也可以用于数据评估。所述算法可以包含“机器学习(machine learning)”进程，由此传感器自动地适配于其佩戴者，从而在第一次推导中对测量数据进行预处理。
根据至少一个实施方式，评估单元可以对应地构成用于，在第一步骤中顺序地操控所有像素，以便基于由至少一个光电探测器顺序地探测到的信号，为至少一个像素化的发射器阵列的每个像素确定第一参考值。评估单元还可以构成用于，在第二步骤中基于所求取的第一参考值尤其同时地操控如下像素以测量生命传感器的人类佩戴者的生命参数：对于所述像素，第一参考值超过预先限定的阈值。
根据至少一个实施方式，生命传感器构成用于在测量生命参数期间确定第二参考值，以及评估单元构成用于基于第二参考值，脉冲式地和时间上顺序地操控第一像素和至少一个第二像素。第二参考值例如可以具有用于由至少一个光电探测器测量的AC-DC比值的值，所述AC-DC比值在辐照投影面期间针对在测量生命参数期间激活的像素测量。如果在测量生命参数期间第二参考值例如由于生命传感器在皮肤上滑动或倾斜发生变化，或如果第二参考值尤其具有比预先限定的阈值更小的值，即具有“差的”AC-DC比值，则生命传感器构成用于针对至少一个像素化的发射器阵列的每个像素执行新的参考测量，以确定第一参考值。基于所述重新测量的第一参考值，评估单元又构成用于同时操控用于测量生命参数的像素，以便对生命参数执行新的测量。
根据至少一个实施方式，至少一个光学元件包括如下中的至少一个：折射透镜，尤其球状透镜；菲涅尔阶梯透镜(Fresnelschen Stufenlinse)；衍射光学元件，尤其衍射透镜；以及由超材料构成的透镜。至少一个光学元件在此尤其可以构成用于使由像素化的发射器阵列的各个像素发射的光偏转并且照射皮肤上的彼此分离的或最多略微重叠的区域。在此，至少一个光学元件应具有尽可能小的结构高度。
根据至少一个实施方式，像素化的发射器阵列的每个像素前方设置有光圈，所述光圈构成用于限界由像素发射的光的横截面，尤其将其限界于光点。由此可行的是，由像素化的发射器阵列的各个像素发射的光聚焦于至少一个光学元件的区域，使得由像素化的发射器阵列的各个像素发射的光可以借助于光学元件单独地转向。
根据至少一个实施方式，至少一个光学元件包括至少一个球状透镜。至少一个球状透镜例如可以构成用于使至少一个像素化的发射器阵列的至少一个像素的光转向到投影面的区域上。
根据至少一个实施方式，至少一个光学元件包括多个球状透镜。然而，相对于此替选地或附加地，至少一个光学元件也可以包括至少一个厚透镜和/或至少一个菲涅尔阶梯透镜和/或至少一个衍射透镜。
根据至少一个实施方式，至少一个球状透镜与像素化的发射器阵列的至少两个像素相关联，其中至少一个球状透镜构成用于使至少两个像素的光转向或投影到投影面的不同区域上。然而，也可设想，至少一个球状透镜与像素化的发射器阵列的多个像素相关联，其中至少一个球状透镜构成用于使多个像素的光转向或投影到投影面的不同区域上。
根据至少一个实施方式，至少一个光学元件包括与像素化的发射器阵列的像素的数量一致数量的球状透镜，其中像素化的发射器阵列的每个像素与一个球状透镜相关联。在此，球状透镜构成用于将分别相关联的像素的光转向或投影到投影面的不同区域上。
根据至少一个实施方式，沿像素化的发射器阵列的发射方向观察，至少一个球状透镜相对于第一像素和至少一个第二像素中的至少一个像素偏心地设置。通过球状透镜在像素上方的偏心设置，可能的是，产生不同的偏转角，以便确保由像素发射的光分别转向到投影面的不同区域上，即“像素化”地转向到投影面上。
根据至少一个实施方式，第一像素和至少一个第二像素分别通过垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)形成，或包括这种垂直腔面发射激光器。VCSEL例如可以由III-V族半导体构成，所述III-V族半导体包括以下材料系统中的一种材料系统：InGaAlP、AlGaAs和InGaN。然而，第一像素和至少一个第二像素也可以分别通过LED形成，或包括这种LED。尤其地，第一像素和至少一个第二像素配置用于发射辐射，尤其用于发射可见光和/或近红外辐射。
根据至少一个实施方式，由至少一个像素化的发射器阵列产生至少两个不同波长范围的辐射。像素化的发射器阵列的各个像素在此优选地仅发射波长范围中的一个波长范围的辐射，使得对于每个波长范围存在至少一个自身的像素。波长范围可以部分地重叠。
根据至少一个实施方式，第一像素构成用于发射第一波长的光，以及第二像素构成用于发射与第一波长不同的第二波长的光。
根据至少一个实施方式，在像素化的发射器阵列的至少一个像素上设置有转换器层，所述转换器层构成用于将由像素发射的光至少部分地转换成另一波长的光，尤其转换成宽带的光。在这种情况下，可以优选的是，在至少一个光电探测器上游附加地设置有至少一个光学滤波器，以便探测由像素化的发射器阵列发射的并且在投影面处反射的光的确定的波长。
根据至少一个实施方式，生命传感器包括第一像素化的发射器阵列和至少一个第二像素化的发射器阵列，其中第一像素化的发射器阵列的像素构成用于发射第一波长的光，以及至少一个第二像素化的发射器阵列的像素构成用于发射与第一波长不同的第二波长的光。
根据至少一个实施方式，生命传感器包括至少两个、尤其4个或更多个光电探测器，所述光电探测器围绕至少一个像素化的发射器阵列对称地、尤其沿着圆形的虚拟线设置。
根据至少一个实施方式，评估单元构成用于为了测量生命参数、尤其脉搏率对第一像素和至少一个第二像素中的至少一个像素基于第一参考值加载与用于确定参考值不同的电流、尤其更高的电流。例如，用于测量生命参数、即提供“好的”AC-DC比值的像素由此可以更高地通电，以测量生命参数。由此可以进一步提高测量精度，并且与所有像素都通电相比仍可以降低能耗。
此外，提出一种用于测量生命传感器的、尤其脉搏传感器的人类佩戴者的生命参数、尤其脉搏率的方法，所述方法包括如下步骤：
-借助于像素化的发射器阵列的第一像素和至少一个第二像素朝向人类佩戴者的皮肤顺序地发出波长范围的脉冲光，其中由第一像素产生的光脉冲偏转到人类佩戴者的皮肤的第一区域上，以及由第二像素产生的光脉冲偏转到人类佩戴者的皮肤的与第一区域不同的第二区域上；
-借助于至少一个光电探测器探测由像素发射的并且在人类佩戴者的皮肤处反射的光；以及
-确定用于每个像素的第一参考值，基于所述第一参考值操控第一像素和至少一个第二像素中的至少一个像素，以用于测量生命参数。
根据至少一个实施方式，所述方法还包括在测量生命参数期间确定第二参考值，其中，对于每个像素，如果第二参考值低于预先限定的阈值，则重新确定第一参考值。确定第二参考值可以以与确定用于求取脉搏率的测量数据相同的方式进行。
根据至少一个实施方式，为了测量生命参数仅操控如下像素：对于所述像素，第一参考值大于或等于预先限定的阈值。
根据至少一个实施方式，为了测量生命参数对如下像素更高地通电：对于所述像素，第一参考值超过预先限定的阈值。
根据至少一个实施方式，至少一个光学元件设置在至少一个像素化的发射器阵列与人类佩戴者的皮肤之间，并且构成用于将由第一像素产生的光脉冲偏转到人类佩戴者的皮肤的第一区域上，以及将由第二像素产生的光脉冲偏转到人类佩戴者的皮肤的第二区域上。
根据至少一个第二实施方式，生命传感器包括一个或多个光电探测器。至少一个光电探测器优选地是半导体探测器，例如硅光电二极管。
根据至少一个实施方式，生命传感器通过脉搏传感器形成，所述脉搏传感器构成用于确定生命传感器的人类佩戴者的生命参数、尤其脉搏率。
根据至少一个实施方式，生命传感器包括至少两个半导体光源。半导体光源优选地是发光二极管、简称LED，或激光二极管，以及配置用于发射辐射，尤其用于发射可见光和/或近红外辐射。总体上，由半导体光源优选地产生至少两个不同波长范围的辐射。半导体光源中的每个半导体光源在此优选地仅发射波长范围中的一个波长范围的辐射，使得对于每个波长范围存在至少一个自身的半导体光源。波长范围可以部分地重叠。
根据至少一个实施方式，半导体光源围绕至少一个光电探测器设置。在此，半导体光源可以全部都具有距至少一个光电探测器相同的间距，或在半导体光源与至少一个光电探测器之间存在不同的间距。尤其在所述配置中，可以存在多个光电探测器。光电探测器可以居中地位于半导体光源之间。半导体光源可以处于光电探测器的不同侧处，或也可以全部处于光电探测器的相同侧处。
根据至少一个实施方式，生命传感器包括一个或多个电子评估单元。至少一个评估单元配置用于脉冲式地运行半导体光源。借助于评估单元，半导体光源暂时顺序地运行。这意味着，半导体光源至少暂时地在时间上相继地并且不是同步地发射。同样可行的是，半导体光源持久地顺序地进而在时间上相继地运行，使得在任何时刻都不进行两个半导体光源的同时发射。
根据至少一个实施方式，评估单元配置用于对至少一个光电探测器对半导体光源的反射的光的探测信号不同地加权，以便例如确定生命传感器的人类佩戴者的脉搏率。这意味着，半导体光源中的至少一个半导体光源的辐射用于脉搏测量。因此，用于脉搏测量的至少一个半导体光源脉冲式地辐照佩戴者的皮肤和位于皮肤下方的内皮肤层(具有较高血管密度的层)，辐射随后至少部分地在皮肤处和在内皮肤层处反射并且到达光电探测器。然而，仅仅在内皮肤层中反射的并且由光电探测器接收的辐射引起探测信号并且携带关于生命传感器的人类佩戴者的心率的信息。相反，在皮肤处反射的辐射引起干扰信号。
不同地加权意味着，从特定的半导体光源的辐射中得出的探测信号在不同时刻以不同程度影响脉搏测量。在此，基于干扰信息与脉搏信息的比值确定权重。如果干扰信息与脉搏信息的比值超过预先限定的阈值，尤其地，如果干扰信息的份额相对于脉搏信息过重，则例如从特定的半导体光源的辐射中得出的探测信号在特定的时间段内不可用于脉搏测量；因此，所述探测信号由评估单元丢弃。不同地加权包括，其探测信号会被评估单元丢弃的半导体光源在所涉及的时间段内完全不运行或以减小的平均电流运行。
在至少一个实施方式中，生命传感器包括至少一个光电探测器、配置用于在不同的波长范围中发射和/或以不同间距设置在光电探测器周围的至少两个半导体光源，以及至少一个电子评估单元。半导体光源配置用于借助于评估单元脉冲式地和至少暂时顺序地运行。此外，评估单元配置用于对光电探测器对半导体光源的反射的光的探测信号不同地加权，以便确定生命传感器的人类佩戴者的脉搏率。
具有光学心跳传感器的可携带设备，如脉搏监测器、入耳式耳机或智能手机通常错误地和不可复现地测量心率。有错误的测量尤其通过如下产生：传统的传感器通常具有仅几个LED、通常仅一个或两个LED，并且仅一个光电二极管(英文：photo diode，PD)，借助所述LED和光电二极管进行测量。
由此，测量相对于不同皮肤类型、尤其相对于毛发生长、皮肤表面上的油脂、皮肤厚度和肤色是非常敏感的。此外，传感器的位置变化对测量有强烈的影响。因此，传感器移动几毫米就已经相对于前面的测量有很大差异。
在基于光学的脉搏传感器的情况下，借助于通过LED耦合输入到皮肤中的光的反射来测量心跳。反射的光与由血液吸收的光的比值与上方和/或内部的皮肤层中的当前的血量有关。半导体光源的辐射到皮肤中的进入深度在此优选地为至少1mm。通过皮肤中的所述吸收变化求取脉搏。
在传统传感器中，用于脉搏测量的LED全部都发射相同波长的辐射，其中其他波长虽然可以用于血氧测量，然而通常不用于脉搏确定。此外，在传统传感器中，所有LED顺序地相继地同时地接通和关断，这使这种类型的刚性测量非常容易出错，因为始终有不由血液反射、而是由皮肤反射或由上方的皮肤层散射回的相对大的光量到达PD。
由血液吸收的光的份额，或由于血液量变化而改变并且由PD测量的信号通常仅在总测量信号的0.5％至10％的范围内，尤其仅为大约1％。
测量优选地以明显比脉搏持续时间更短的时间间隔执行，以便节省能量。
因为测量数据由于在传统传感器中的少的LED和刚性的电流编程是非常容易受到干扰的，所以在此处所描述的传感器中，针对较小的干扰敏感性和自校准改变和/或灵活地设计这两个参数。为此，多个LED或LED组放置在一个或多个PD周围。可以使用具有唯一的发射波长的LED，但是也可以使用具有不同的发射波长的LED。
从具有带有不同波长的多于一个LED的LED组中可以驱动地发射特定的光色。此外，驱动器一起集成到评估单元中从而一起集成到心跳传感器中，使得可以借助通过校准确定的特定电流来驱动每个单独的LED。
例如，校准如下执行：单独地或分组地操控LED或LED组。评估PD上的对应于相应的LED或LED组的信号调制。对于随后测量脉搏，将具有最大信号调制的LED或LED组更高地评估和/或以更高的电流运行。
在一定数量的脉搏测量周期之后，例如在至少10个周期和/或至多100个周期或至多300个周期或至多1000个周期之后，评估单元操控驱动器，进而又操控半导体光源，以用于新的校准测量。所述校准测量然后又用于下一脉搏测量周期。在校准时，检测最佳光谱以及引起最佳探测信号的LED或LED组。因此，减少尤其由于生命传感器的位置和取向引起的干扰影响。
数据可以借助神经网络来评估。然后，不同测量数据的评估可以建立在先前的测量值的基础上。因此，传感器然后自动地适配于变化的测量情形。
通过相应的校准，从不同皮肤类型中得出的改变的干扰影响强烈地减少，因为后续测量始终再次适配于当前的皮肤表面，例如适配于分别当前部位处的毛发生长、油脂层、厚度、肤色以及汗液。
此外，在校准时，传感器优选地求取LED和PD相对于皮肤表面的当前位置。因此，在校准时，在所涉及的时间段内远离皮肤表面并且其光据此差地耦合输入到更深的皮肤层中的LED或LED组的份额可以保持为非常小。优选地，仅运行其辐射高效地耦合输入到皮肤中的LED或LED组。由此，尽可能少的干扰光射到PD上。到达更深的皮肤层的光份额相对于总光量更大。
根据至少一个实施方式，半导体光源和/或半导体光源组彼此光学分离。这意味着，在半导体光源和/或半导体光源组之间不形成直接的视觉连接。
根据至少一个实施方式，半导体光源通过微型LED形成。由此能够实现更大的波长差异，这意味着可以存在更大数量的不同波长范围。
根据至少一个实施方式，使用不同的光电探测器。光电探测器优选地具有距LED或LED组的不同间距。
借助在500nm至600nm、其中包含边界值的光谱范围内、尤其在绿色光谱范围内的不同波长，能够高效地求取脉搏。借助其他波长、尤其在红色和近红外光谱范围内的波长，可以附加地求取参数如血压、血氧饱和度、血红蛋白和/或皮肤湿度。
例如，在出版物WO 2018/206391 A1中描述脉搏血氧测定，尤其参见图15和第21页最后一段至第22页第三段。所述公开内容通过参引并入本文。
根据至少一个实施方式，生命传感器包括至少四个所述半导体光源，所述半导体光源具有彼此不同的发射波长，优选地具有在500nm至600nm的范围内的发射波长，其中包含边界值。
根据至少一个实施方式，半导体光源围绕至少一个单通道光电探测器对称地设置。替选地，存在非对称的设置。
根据至少一个实施方式，至少一个光电探测器与半导体光源之间的平均间距为至少0.5mm或1mm或2mm。替选地或附加地，所述间距为至多6mm或5mm或4mm。
根据至少一个实施方式，存在半导体光源距至少一个光电探测器的中心的不同间距。这尤其在光电探测器的探测面的俯视图中适用。
此外，提出一种用于测量生命参数、尤其脉搏率的方法。所述方法借助如结合上述实施方式中的一个或多个实施方式描述的生命传感器来执行。因此，生命传感器的特征也对于所述方法公开并且反之亦然。
在至少一个实施方式中，所述方法包括以下步骤，优选地以所给出的顺序：
-将生命传感器安置在佩戴者上，
-脉冲式地和至少暂时顺序地运行半导体光源，以及
-确定佩戴者的脉搏率，
其中在确定脉搏率时，对光电探测器处的探测器信号不同地加权，以及探测器信号的权重随时间改变，其中探测器信号从半导体光源的在佩戴者的皮肤中反射的光中得出。
根据至少一个实施方式，半导体光源以至少20Hz或30Hz或50Hz的频率脉冲式地运行。替选地或附加地，所述频率为至多500Hz或300Hz或150Hz。优选地，所述频率为100Hz左右，例如在80Hz和120Hz之间。
根据至少一个实施方式，由半导体光源发射的辐射的脉冲持续时间为至少1μs或5μs或30μs。替选地或附加地，脉冲持续时间为至多2ms或0.3ms或0.15ms。
根据至少一个实施方式，探测器信号的权重的检查和/或改变以在0.3Hz和50Hz之间或在0.5Hz和30Hz之间或在2Hz和20Hz之间的重复率进行，其中包含边界值。
替选地，权重的检查和/或改变比脉搏率频率更低地进行。例如，跨越至少两个脉搏周期执行权重的检查。在这种情况下，重复率例如在0.01Hz和0.5Hz之间，其中包含边界值。然后，检查的持续时间尤其在0.4s和4s之间，其中包含边界值。
根据至少一个实施方式，根据佩戴者的皮肤类型，对半导体光源的一个子组持久地进行比其余半导体光源更强的加权。例如，半导体光源在此分组成相同发射波长的组。为了所述目的，评估单元尤其可以包括存储单元。
根据至少一个实施方式，生命传感器已经借助于神经学习训练，或生命传感器借助于神经学习训练。这意味着，可以根据持续测量持续地改进生命传感器的精确性。例如，与其他脉搏测量设备、如在跑步机或自行车处的脉搏测量设备比较，这是可行的。
附图说明
在下文中，参照附图根据实施例详细阐述在此描述的光电子生命传感器和在此描述的方法。相同的附图标记在此说明各个图中的相同元件。然而，在此没有示出符合比例的关系，更确切地说，为了更好的理解，个别元件可以夸大地示出。
附图示出：
图1示出在测量人类生物的脉搏率期间由光电探测器探测到的光电流的示意图；
图2示出人类生物的手腕处的动脉的分布的示意图；
图3示出根据所提出的原理的一些方面的生命传感器的剖视图；
图4A和图4B分别示出根据所提出的原理的一些方面的像素化的发射器阵列的俯视图；
图5A和图5B分别示出根据所提出的原理的一些方面的像素化的发射器阵列的示意性的电路图；
图6A至图6C分别示出根据所提出的原理的一些方面的生命传感器的俯视图；
图7示出根据所提出的原理的一些方面的生命传感器的剖视图；
图8A至图8C分别示出根据所提出的原理的一些方面的像素化的发射器阵列连同设置在其上方的光学元件的剖视图，
图9A和9B分别示出根据所提出的原理的一些方面的光学元件的示意性的剖视图；
图10A至图10C示出根据所提出的原理的一些方面的光学元件的实施例；
图11A和图11B分别示出根据所提出的原理的一些方面的光学元件连同设置在其下方的像素的俯视图；
图11C示出根据所提出的原理的一些方面的光学元件连同设置在其下方的像素的剖视图；
图12示出根据所提出的原理的一些方面的对于用于测量生命参数的像素化的发射器阵列的示例性计算的示意图；
图13示出在此描述的生命传感器在佩戴者的皮肤处的实施例的示意性的剖视图；以及
图14至图19示出在此描述的生命传感器的实施例的示意性的俯视图。
具体实施方式
图2示出人类生物的手腕处的动脉的分布的示意图。从图中可得知，手中的动脉可以是非常广泛且细的，但是尤其是分支多的。手腕的不同区域中的动脉的密度是不同的。绘图大致示出手表12的位置。在所述区域12内存在具有低动脉密度的部位12.1、具有中等动脉密度的部位12.2和具有高动脉密度的部位12.3。
图3示出根据所提出的原理的一些方面的生命传感器1的第一实施例的剖视图。生命传感器包括具有第一像素3.1和至少一个第二像素3.2的像素化的发射器阵列3。在示出的情况下，像素化的发射器阵列3包括在剖视图中可看到的至少五个由VCSEL发射器构成的像素，然而，像素化的发射器阵列3还可以垂直于绘图平面具有其他像素。像素化的发射器阵列3设置在具有有源矩阵控制电子装置(IC)4或评估单元的衬底13、例如硅衬底上。控制电子装置或评估单元构成用于，脉冲式地和时间上顺序地操控第一像素3.1和至少一个第二像素3.2，尤其用于确定第一参考值，或同时操控第一像素和至少一个第二像素中的至少一个像素，用于确定第二参考值。每个发射器对应于一个像素并且可以经由控制电子装置单独操控。在各个发射器上方分别设置有光圈8，所述光圈构成用于限界由像素发射的光的横截面，尤其限界于光点。IC或VCSEL发射器的电流或数据供给经由焊盘15进行。
控制电子装置与VCSEL发射器的连接例如可以经由电和机械“互连(Interconnect)”进行。互连可以借助于晶片到晶片、芯片到晶片或芯片到芯片进行。衬底上的像素化的发射器阵列(成像器芯片，Imager-Chip)位于没有进一步说明的发射器壳体16中。发射器壳体的功能是电和热联接到电路板等(如作为SMT构件：QFN、预成型、陶瓷、PCB、......)上。此外，所述发射器壳体保护成像器芯片免受环境影响(灌封料，如环氧化物、硅树脂)，并且确保高效的光耦合输出(例如借助TiO2反射器)。然而，发射器壳体是可选的。成像器芯片也可以直接安装到电路板等上(板载芯片，Chip onBoard，CoB)。
由像素发射的、尤其略微发散的激光经由光学元件5、在所示出的情况下经由呈凹状光学构件的形式的光学元件5偏转并且照射彼此分离的区域中的投影面、尤其生命传感器的人类佩戴者的皮肤。具体地，分别地，由第一像素3.1发射的并且通过光圈8聚焦的光通过光学元件转向皮肤的第一区域11.1并且照射所述第一区域，以及由第二像素3.2发射的并且通过光圈8聚焦的光通过光学元件转向皮肤的与第一区域不同的第二区域11.2并且照射所述第二区域。激光在相应的区域中进入到皮肤中并且在那里反射。所反射的光由光电探测器2接收，所述光电探测器位于像素化的发射器阵列3旁边或稍上方或下方。
光电探测器2位于没有进一步说明的探测器壳体17中。探测器壳体的功能是电和热联接到电路板等(如作为SMT构件：QFN、预成型、陶瓷、PCB、......)上。此外，所述探测器壳体保护光电探测器2免受环境影响(灌封料，如环氧化物、硅树脂)，并且确保高效的光耦合输入(例如借助TiO2反射器)。然而，探测器壳体是可选的。光电探测器2也可以直接安装到电路板等上(板载芯片，Chip onBoard，CoB)。探测器壳体17和发射器壳体16也可以是系统壳体。
图4A和图4B分别示出根据所提出的原理的一些方面的像素化的发射器阵列的俯视图。在俯视图中可看出与每个像素相关联的光圈8，通过所述光圈将由像素发射的光的横截面限界于光点。由于所述设置，下文中也可以称为所谓的VCSEL眼18，像素通过所述设置发射光。为了电接触像素化的发射器阵列，在控制电子装置或评估单元4上存在用于电压供给(VCC，GND)以及用于数据(DIN，DOUT，CLK，SYNC)的端子或焊盘15。
像素化的发射器阵列3或像素化的发射器阵列的像素可以如图4A中所示构成用于发射相同波长的光，然而像素化的发射器阵列3也可以如图4B中所示具有发射不同波长的光的像素。在图4B中所示的示例中，像素化的发射器阵列3可以具有例如分别发射绿光g、红光r和黄光y的像素。除此之外，像素化的发射器阵列3可以具有发射红外光IR的像素。绿光、红光和红外光尤其是现今常见的用于确定生命参数的颜色，除此之外可以使用黄光，以便还可以获得更多的信息。
图5A和图5B分别示出根据所提出的原理的一些方面的像素化的发射器阵列的示意性的电路图。控制电子装置中的驱动器电子装置可以如图5A所示以菊花链编程的形式实现，或如图5B所示作为交叉矩阵编程实现。在菊花链的情况下，用于操控像素化的发射器阵列的像素的数据连续地提供给控制电子装置，并且在经过整个像素链之后存储在每个像素中。相反，在交叉矩阵的情况下，用于操控像素化的发射器阵列的像素的数据逐行地编程并且存储在像素中。两种类型的操控在此确保可以从外部确定哪些像素应通电和哪些像素不应通电。
图6A至图6C示出根据所提出的原理的一些方面的生命传感器的实施例的俯视图。如在图6A所示，多个光电探测器2可以以围绕像素化的发射器阵列3的环设置。在所示出的情况下，八个光电探测器2围绕像素化的发射器阵列3设置，然而不仅少于八个、而且多于八个光电探测器2可以围绕像素化的发射器阵列3设置。然而，光电探测器在此应对称地并且尤其分别以距像素化的发射器阵列3相同的间距围绕像素化的发射器阵列3设置。
相反，如在图6B中所示，在光电探测器2的环内也还可以设置有多个像素化的发射器阵列3.a、3.b、3.c。在多个像素化的发射器阵列的情况下，每个像素化的发射器阵列例如构成用于分别发射不同波长的光，而在仅一个像素化的发射器阵列的情况下，所述像素化的发射器阵列可以构成用于发射不同波长的光。同样可设想，如在图6C中所示，一个像素化的发射器阵列3仅与一个光电探测器2相关联。
然而，尤其可以提出，在光电探测器与像素化的发射器阵列的发射器或像素之间设有光阱或光学分离部，以便避免在没有测量信息的情况下的直接辐射，即所谓的串扰或串音(crosstalk)。
图7示出与图3类似的生命传感器的实施方式的侧视图。光学元件5在此通过折射光学装置或面状光学装置形成，然而发射器阵列的像素分别通过LED形成。由于LED的朗伯放射表现(lambert‘schen Abstrahlverhalten)，在此与VCSEL相比由LED发射的光像素化地借助折射光学装置或面状光学装置成像到皮肤上明显更困难。根据示例计算，关于此确定哪个透镜半径对于给出的像素化的发射器阵列是所需的，以便可以实现各个光点在皮肤上的像素化的成像。如果考虑以放大比例10:1(发光面像素：皮肤上的被照射的面)将透镜定律用于将像素化的发射器阵列成像到皮肤上，则在物距19为0.3mm(在透镜与发射器阵列之间的间距)的情况下，获得约为0.15mm的透镜半径。所述透镜半径必须安置在0.3mm的物距上，并且同时对整个芯片面进行成像。虽然这借助折射光学装置仅难以实现，然而是一定可行的。
图8A至图8C分别示出根据所提出的原理的一些方面的像素化的发射器阵列3连同设置在其上方的光学元件5的剖视图。图8A示出设置在发射器阵列上的折射透镜。图8B示出设置在发射器阵列上的菲涅尔阶梯透镜(Fresnelsche Stufenlinse)，以及图8C示出设置在发射器阵列上的衍射透镜或由超材料构成的透镜，其中所述透镜的结构化在图中未示出。光学元件5的目标是具有尽可能小的结构高度。对于具有VCSEL的发射器阵列，折射的凹透镜很好地满足所述要求。而由于其结构高度，使光学元件5实施为菲涅尔阶梯透镜或实施为衍射透镜或实施为由超材料构成的透镜也可以是有意义的。
图9A和9B分别示出根据所提出的原理的一些方面的一个或多个光学元件5的示意性的剖视图。光学元件5在此分别设计成，使得所述光学元件包括分别设置在发射器阵列3的一个或多个像素3.1、3.2上方的一个或多个球状透镜5.1、5.2、5.3。
根据先前的示例计算确定(多个)球状透镜必须如何设置在发射器阵列3的一个或多个像素上方，以便可以实现像素化地在皮肤上成像各个光点，并且同时可以实现小的结构高度。所计算的0.15mm的透镜半径在此能够借助于具有0.3mm的直径D的球状透镜很好地实现。然而，在像素的大的放射角结合相对小的球状透镜的情况下，在此在不损失透镜旁边的大量光的情况下，在每透镜可以成像不多于2×2个像素。为了实现皮肤上的期望的射束偏转，在图9A中示出的每个球状透镜5.1的两个像素3.1、3.2设置在球的光轴之外。成像比例又以约10:1选择，这在50μm的像素的发光面的情况下引起皮肤上的0.5mm大的光斑。为了能够以多于2×2个像素照射皮肤，可以如图9A中所示并排地放置多个球状透镜。
为了可以进一步改进成像，如在图9B所示，每个像素与一个球状透镜相关联。为了获得到皮肤的期望的偏转，除了中心发射器之外，在球的光轴之外设置有发射器。在这种情况下也可以提出，不存在其中所有发射器都位于共同的驱动器IC上的像素化的发射器阵列，而是发射器可以相对于彼此间隔开地设置在衬底上并且可以单独地操控，从而形成发射器阵列。
为了可以减小构造的厚度，代替球，可以使用在图10a至图10C中示出的透镜形状，例如厚透镜(图10A)、菲涅尔阶梯透镜(图10B)或衍射透镜(图10C)，并且在各一个像素上方使用。
图11A和图11B分别示出根据所提出的原理的一些方面的光学元件连同设置在其下方的像素的俯视图。在图11A中的所示的示例中，在此，2×2个像素、即四个像素设置在四个球状透镜的下方，即每个像素一个球状透镜。但是，同样也可设想，2×3、3×3、4×4、3×4、2×4等个像素设置在对应数量的球状透镜的下方。发射面与相应的球状透镜的光轴以何种强度远离在此与在发射器与光学元件之间的距离、在光学元件与投影面之间的距离、光圈、球半径相关，然而也与期望的光学设计相关。
如在图11B中所示，在一个球状透镜下方也可以设置有多个发射器，尤其以不同颜色发射的发射器。在当前情况下，分别设置有发射红光r的像素或发射器、发射绿光g的像素或发射器和发射红外光IR的像素或发射器。
图11C示出根据所提出的原理的一些方面的光学元件连同设置在其下方的像素的剖视图。在像素上设置有转换器层9，所述转换器层构成用于将由像素发射的光至少部分地转换成另一波长的光，尤其转换成宽带的光。在这种情况下，可以优选的是，在至少一个光电探测器上游附加地设置有至少一个光学滤波器，以便探测由像素化的发射器阵列发射的并且在投影面处反射的光的确定的波长。这尤其可以适用于如下情况：波长复用不经由发射器或像素的顺序的运行进行，而是经由在探测器(例如，光谱仪或具有不同光谱敏感区域的光电探测器)处的复用进行。在例如蓝色LED上，为此例如可以存在经由不同磷光体从蓝光中产生绿光、黄光、红光以及近红外光和远红外光的光转换器。
图12示出用于像素化的发射器阵列的示例性计算的示意图，以用于基于针对每个像素测量的第一参考值来测量生命参数。初始点是具有4×4个像素的像素化的发射器阵列，借助于所述像素化的发射器阵列照射人的手腕处的皮肤。在左边的列中，由于出自4×4个像素中的每个像素在皮肤处反射的光，假定在光电探测器处测量的信号的DC份额分别为100％。除此之外(如也在图1中描述的)，中间栏中的AC信号叠加DC份额。在所述示例中，任意假定根据动脉密度在皮肤上的不同区域中测量的区域具有直至30％AC份额。
在示例1(上方的行)中，假设所有发射器像素100％在测量期间发光。因此，为此所需的能量E计算为1600％。根据表格，在光电探测器处探测的信号为1600％(DC信号)+100％(AC信号)。为此计算出的AC-DC比值为100％/(1600％+100％)≈5.9％。
在示例2(第二行)中，仅照射皮肤上的包含AC信号的区域。在光电探测器处探测的信号从1700％显著下降到仅还900％(DC信号)+100％(AC信号)。然而，为此计算出的AC-DC比值明显上升到100％/(900％+100％)＝10％，以及能耗E从1600％显著下降到900％，因为与16个像素相比，仅发射器阵列的九个像素必须100％通电。
在示例3(第三行)中，现在仅照射皮肤上的具有最高AC信号的区域。示例2中的趋势明显继续。在光电探测器处探测的信号从900％下降到仅还300％(DC信号)+70％(AC信号)。然而，为此计算出的AC-DC比值明显上升到70％/(300％+70％)≈18.9％，以及能耗E从900％显著下降到300％，因为与九个像素相比，仅发射器阵列的三个像素必须100％通电。
在示例4(最后一行)中，在示例3中下降到70％的AC信号又提升(到140％)。这通过更多的照明强度转向到具有最高信号份额的区域来实现。例如，这可以通过对应的像素的更高的通电、例如两倍高的通电来实现。由此信噪比或AC/DC信号比可以至少相对于示例1和2改进，以及相对于示例3至少保持在同一水平。借此，绝对AC信号甚至可以相对于所有三个示例改进，以及能耗可以相对于示例1还有也相对于示例2明显改进。
在图13中示出生命传感器、尤其脉搏传感器1的一个实施例，以及详细阐述其工作方式。脉搏传感器1包括多个半导体光源31、32、33、34，所述半导体光源与光电探测器2一起集成在衬底6上。此外，为了操控半导体光源31、32、33、34和光电探测器2以及为了信号评估，在衬底6上包含有评估单元4。
评估单元4是IC、尤其是ASIC。光电探测器2例如为Si光电二极管，简称PD。半导体光源31、32、33、34优选地是显示出最大发射强度的彼此不同波长的LED。最大发射强度的波长优选地处于500nm到600nm的波长范围内。
可行的是，半导体光源31、32、33、34仅用于脉搏测量。替选地，半导体光源31、32、33、34也可以用于测量其他生物识别变量。
脉搏传感器1例如集成在脉搏监测器或智能手表中。借此，脉搏传感器1平放在人类佩戴者10的皮肤表面11处。
由于振动或位置变化，例如当佩戴者10行走时，和/或由于皮肤表面11处的毛发或局部颜色变化以及由于沉积物、如油脂或汗水，半导体光源31、32、33、34辐射到皮肤中的光耦合输入的质量发生变化，并且借此光电探测器2处的信号质量发生变化，所述光电探测器探测由皮肤散射回的光以及尤其用于脉搏测量。这意味着，通过并非平坦地平放在皮肤表面11上的脉搏传感器1，光直接从皮肤表面11反射，这引起PD2上的相对多的干扰光。
用于校准脉搏传感器1的校准频率优选地明显低于脉搏率。例如，校准持续脉搏、即心跳的至少2个周期和/或至多10个周期，以便选择最佳的半导体光源31、32、33、34，然后借助所述半导体光源确定脉搏。这优选地也适用于所有其他实施例。
在校准时，半导体光源31、32、33、34顺序地和脉冲式地运行，例如以脉冲持续时间约为100μs的一个或多个脉冲运行。经由光电探测器2求取哪些半导体光源31、32、33、34多大地贡献于信号。直至下一次校准，对也在脉搏测量期间顺序地发射的半导体光源31、32、33、34在光电探测器2处的信号贡献对应地加权。如果特定的半导体光源31、32、33、34不能提供有意义的信号，则也可以关断所述半导体光源31、32、33、34，直至下一次校准。
因此，通过评估单元4中的评估，特定的LED 31、32、33、34的信息份额被评估为非常低。在图13中，这也适合于LED 34，所述LED由于在皮肤表面11与衬底6之间的临时倾角α距佩戴者10相对远。为此，靠近皮肤表面11的LED 31的光份额被评估为高。因此，在校准时，检测半导体光源31、32、33、34的当前位置并且考虑用于脉搏测量。
在图14中示出另一实施例。在中央光电探测器2周围安置有四个组30，所述组分别具有线性设置的七个半导体光源31、32、33、34、35、36、37。半导体光源31、32、33、34、35、36、37是光谱半值宽度优选地在10nm和30nm之间的LED。
最大强度的发射波长分别处于500nm和600nm之间。半导体光源31、32、33、34、35、36、37的最大强度的发射波长成对地优选相差至少5nm和/或至多25nm。例如，组30中的最大强度的发射波长从半导体光源31朝向半导体光源37增加。
优选地，在组30与光电探测器2之间以及朝向脉搏传感器1的环境分别存在光学阻挡部7。阻挡部7例如框架形地或环形地成形。通过这种阻挡部7能够减少外部干扰光。此外，在光电探测器2与半导体光源31、32、33、34、35、36、37之间不形成直接的视觉连接。
阻挡部7可以通过衬底6处的隆起部形成，和/或通过半导体光源31、32、33、34、35、36、37和光电探测器2在衬底6中下沉来形成，如在图13中所示。阻挡部7和/或衬底6例如由金属、塑料如印刷电路板材料FR4、尤其彩色玻璃和/或陶瓷构成。
除了如结合图13所阐述的位置调节之外，此外在图14的脉搏传感器1中，可以针对光谱特性进行校准。因此，其发射光谱在光电探测器2处提供最佳信号的半导体光源31、32、33、34、35、36、37可以用于脉搏测量。
这意味着，可以在半导体光源31、32、33、34、35、36、37的位置和发射光谱方面进行校准。通过对发射光谱进行校准，尤其能够实现针对皮肤表面11的颜色的优化。
半导体光源31、32、33、34、35、36、37可以通过微型LED形成。半导体光源31、32、33、34、35、36、37的尺寸那么在俯视图中观察优选地最高为0.2×0.2mm2。如果不使用微型LED，则半导体光源31、32、33、34、35、36、37的尺寸例如为0.5×0.5mm2。半导体光源31、32、33、34、35、36、37可以直接从半导体层序列中产生期望的发射光谱。替选地，可以使用滤色器和/或发光材料，以便从半导体层序列的光中获得期望的发射光谱。
在图15中，存在两个光电探测器2，在这两个光电探测器周围和其之间设置有半导体光源31、32、33、34、35、36、37。对每光电探测器2又存在四边形的几何形状，其中半导体光源37处于两个光电探测器2之间。在制造公差的范围内，半导体光源31、32、33、34、35、36、37全部都发射相同的波长光谱。通过校准来确定，半导体光源31、32、33、34、35、36、37中的哪个半导体光源最适合于脉搏测量。这意味着，在这种情况下，校准的目的在于半导体光源31、32、33、34、35、36、37的位置，而不在于波长范围。
图15的配置可以与根据发射光谱的校准相结合，根据所述配置，半导体光源31、32、33、34、35、36、37的位置对于校准是决定性的。因此，例如图14和图15的配置可以相互结合。同样内容适用于其余实施例。
根据图16，两个组30设置在光电探测器2的两侧。半导体光源31、32、33、34的最大强度的发射波长在图16中一起给出。所述发射波长优选地也在所有其他实施例中适用。
在图17中图解说明，存在其他光源51、52。其他光源51、52优选地同样是LED。例如，其他光源51、52发射近红外辐射或红光，以便附加地可以实现脉搏血氧测定。
例如，半导体光源31、32发射绿光，半导体光源33、34发射黄光，半导体光源35、36发射红光，以及其他光源51、52发射近红外辐射。
在图18的实施例中，光源31、32、51、52十字形地设置在光电探测器2周围。例如，半导体光源31、32产生蓝光和绿光，以及其他光源51、52产生橙光和红光。
阻挡部7X形和框架形地设计，使得阻挡部7也在相邻的光源31、32、51、52之间延伸。这种配置在所有其他实施例中也是可行的。
根据图19，组30如图18中的光源31、32、51、52那样设置。组30在此与像点类似地构造。例如，组30是RGB单元，所述RGB单元各自具有发射红色的半导体光源33、发射绿色的半导体光源32和发射蓝色的半导体光源31。
借助不同波长可以在校准期间对于脉搏传感器1的佩戴者的皮肤类型求取最佳的发射光谱，同时可以精确地设定和/或存储以用于后续测量。
在此所描述的发明并不限于根据实施例的描述。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含权利要求中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组合自身没有详细地在权利要求或实施例中说明时也如此。
在下文中，脉搏传感器的实施例以及用于运行脉搏传感器的方法作为主题再次示例性地实施。以下主题代表所提出的原理和概念的可以以不同方式组合的不同方面和实施方案。这些组合不限于在下文中给出的：
1.一种生命传感器、尤其脉搏传感器(1)，所述生命传感器具有：
-至少一个光电探测器(2)，
-至少两个半导体光源(31...37)，所述半导体光源配置用于在不同波长范围内发射，和/或所述半导体光源以不同间距设置在所述光电探测器(2)周围，
-至少一个电子评估单元(4)，
其中
-所述半导体光源(31...37)配置用于借助于所述评估单元(4)脉冲式地和至少暂时顺序地运行，
-所述评估单元(4)配置用于对所述光电探测器(2)对所述半导体光源(31...37)的反射的光的探测信号不同地加权，以便确定所述生命传感器(1)的人类佩戴者(10)的生命参数、尤其脉搏率。
2.根据上述主题所述的生命传感器(1)，
所述生命传感器包括至少四个所述半导体光源(31...37)，所述半导体光源具有在500nm至600nm的范围内的彼此不同的发射波长，其中包含边界值，
其中所述半导体光源(31...37)围绕所述至少一个单通道的光电探测器(2)对称地设置。
3.根据主题1所述的生命传感器(1)，
其中所有半导体光源(31...37)具有相同的发射波长，
其中至少两个所述半导体光源(31...37)具有距所述至少一个光电探测器(2)彼此不同的间距。
4.根据上述主题中任一项所述的生命传感器(1)，
所述生命传感器包括至少两个所述光电探测器(2)，
其中在任何一个所述光电探测器(2)与任何一个所述半导体光源(31...37)之间都不形成直接的视觉连接。
5.根据上述主题中任一项所述的生命传感器(1)，
所述生命传感器包括具有另一发射波长范围的至少一个另外的光源(51，52)，所述至少一个另外的光源配置用于确定所述佩戴者(10)的血氧含量。
6.根据上述主题中任一项所述的生命传感器(1)，
其中所述至少一个光电探测器(2)与所述半导体光源(31...37)之间的平均间距在1mm和5mm之间，其中包含边界值，
其中存在所述半导体光源(31...37)距所述至少一个光电探测器(2)的中心的不同间距。
7.一种方法，借助所述方法运行根据上述主题中任一项所述的生命传感器(1)，所述方法具有如下步骤：
-将所述生命传感器(1)安置在所述佩戴者(10)处，
-脉冲式地和至少暂时顺序地运行所述半导体光源(31...37)，以及
-确定所述佩戴者(10)的生命参数，
其中在确定所述生命参数时，对所述光电探测器(2)处的探测器信号不同地加权，以及所述探测器信号从所述半导体光源(31...37)的在所述佩戴者(10)的皮肤中反射的光中得出，并且
其中所述探测器信号的权重随时间改变。
8.根据上一项主题所述的方法，
其中所述半导体光源(31...37)以30Hz和300Hz之间的频率脉冲式地运行，其中包含边界值，
其中脉冲持续时间分别处于5μs和0.3ms之间，其中包含边界值，并且
其中所述探测器信号的权重的检查和/或改变以0.01Hz和0.5Hz之间的重复率进行，其中包含边界值。
9.根据上两项主题中任一项所述的方法，
其中与所述佩戴者(10)的皮肤类型相关地，对所述半导体光源(31...37)的一个子组比其余半导体光源(31...37)持久地更强地加权。
10.根据上三项主题中任一项所述的方法，
其中所述生命传感器(1)已经借助于神经学习训练，或所述生命传感器(1)借助于神经学习训练。
附图标记列表：
1 生命传感器、脉搏传感器
10 脉搏传感器的佩戴者
11 投影面、皮肤表面
11.1 第一区域
11.2 第二区域
2 光电探测器
3 像素化的发射器阵列
3.1 第一像素
3.2 第二像素
3.a 第一发射器阵列
3.b 第二发射器阵列
3.c 第三发射器阵列
30 半导体光源组
31...37 半导体光源
4 电子评估单元、控制电子装置
5 光学元件
5.1 球状透镜
5.2 球状透镜
5.3 球状透镜
51、52 其他光源
6 衬底
7 光学阻挡部
8 光圈
9 转换层
12 手表的位置
12.1 低动脉密度区域
12.2 中等动脉密度区域
12.3 高动脉密度区域
13 衬底
15 焊盘
16 发射器壳体
17 探测器壳体
18 VCSEL眼
19 物距
A 动脉
V 静脉
T 皮肤
Z 脉搏测量周期
R 红色
G 绿色
IR 红外线
Y 黄色
α 倾角

Claims (21)

1.一种生命传感器、尤其脉搏传感器(1)，所述生命传感器包括：
-至少一个像素化的发射器阵列(3)，所述像素化的发射器阵列具有第一像素(3.1)和至少一个第二像素(3.2)，所述第一像素和所述第二像素分别构成用于朝向投影面(11)发射波长范围的光；
-至少一个光学元件(5)，所述光学元件设置在所述至少一个像素化的发射器阵列(3)与所述投影面(11)之间，并且所述光学元件构成用于将所述第一像素(3.1)的光偏转到所述投影面的第一区域(11.1)上，以及将所述至少一个第二像素(3.2)的光偏转到所述投影面的与所述第一区域不同的第二区域(11.2)上；
-至少一个光电探测器(2)，所述光电探测器构成用于探测由所述像素(3.1，3.2)发射的并且在所述投影面(11)处反射的光；以及
-评估单元(4)，所述评估单元构成用于脉冲式地和在时间上顺序地操控所述第一像素(3.1)和所述至少一个第二像素(3.2)，以用于确定第一参考值。
2.根据权利要求1所述的生命传感器，
其中所述投影面(11)通过所述生命传感器(1)的人类佩戴者(10)的皮肤形成。
3.根据权利要求2所述的生命传感器，
其中所述评估单元(4)构成用于基于所述第一参考值操控所述第一像素(3.1)和所述至少一个第二像素(3.2)中的至少一个像素，以用于测量所述人类佩戴者(10)的生命参数、尤其脉搏率。
4.根据权利要求3所述的生命传感器，
其中所述评估单元构成为
在所述生命参数的测量期间确定第二参考值，以及
基于所述第二参考值脉冲式地和在时间上顺序地操控所述第一像素(3.1)和所述至少一个第二像素(3.2)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的生命传感器，
其中所述至少一个光学元件(5)包括以下中的至少一个：
折射透镜、尤其球状透镜，
菲涅尔阶梯透镜，
衍射光学元件，尤其衍射透镜；以及
由超材料构成的透镜。
6.根据上述权利要求中任一项所述的生命传感器，
其中在所述像素化的发射器阵列(3)的每个像素前方设置有光圈(8)，所述光圈构成用于限界由所述像素发射的光的横截面，尤其将其限界于光点。
7.根据上述权利要求中任一项所述的生命传感器，
其中所述至少一个光学元件(5)包括至少一个球状透镜(5.1)。
8.根据权利要求7所述的生命传感器，
其中所述至少一个球状透镜(5.1)与所述像素化的发射器阵列(3)的至少两个像素相关联。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的生命传感器，
其中所述至少一个光学元件(5)包括与所述像素化的发射器阵列(3)的像素的数量一致的数量的球状透镜，其中所述像素化的发射器阵列(3)的每个像素与一个球状透镜相关联。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的生命传感器，
其中沿所述像素化的发射器阵列(3)的发射方向观察，至少一个球状透镜(5.1)相对于所述第一像素(3.1)和所述至少一个第二像素(3.2)中的至少一个像素偏心地设置。
11.根据上述权利要求中任一项所述的生命传感器，
其中所述第一像素(3.1)和所述至少一个第二像素(3.2)分别通过垂直腔面发射激光器(VCSEL)形成。
12.根据上述权利要求中任一项所述的生命传感器，
其中在所述像素化的发射器阵列(3)的至少一个像素上设置有转换器层(9)，所述转换器层构成用于将由所述像素发射的光至少部分地转换成另一波长的光，尤其转换成宽带的光。
13.根据上述权利要求中任一项所述的生命传感器，
其中所述第一像素(3.1)构成用于发射第一波长的光，以及所述第二像素(3.2)构成用于发射与所述第一波长不同的第二波长的光。
14.根据上述权利要求中任一项所述的生命传感器，
所述生命传感器包括第一像素化的发射器阵列和至少一个第二像素化的发射器阵列(3.a，3.b)，其中所述第一像素化的发射器阵列(3.a)的像素构成用于发射第一波长的光，以及所述至少一个第二像素化的发射器阵列(3.b)的像素构成用于发射与所述第一波长不同的第二波长的光。
15.根据上述权利要求中任一项所述的生命传感器，
所述生命传感器包括至少两个光电探测器(2)，所述光电探测器围绕所述至少一个像素化的发射器阵列(3)对称地、尤其沿着圆形虚拟线设置。
16.根据权利要求2至15中任一项所述的生命传感器，
其中所述评估单元(4)构成用于对所述第一像素(3.1)和所述至少一个第二像素(3.2)中的至少一个像素加载从所述第一参考值中推导出的电流，以测量生命参数、尤其脉搏率，其中所述电流尤其大于用于确定所述第一参考值的电流。
17.一种用于测量生命传感器、尤其脉搏传感器(1)的人类佩戴者(10)的生命参数、尤其脉搏率的方法，所述方法包括如下步骤：
-借助于像素化的发射器阵列(3)的第一像素(3.1)和至少一个第二像素(3.2)朝向所述人类佩戴者(10)的皮肤顺序地发出波长范围的脉冲光，其中由所述第一像素(3.1)产生的光脉冲偏转到所述人类佩戴者(10)的皮肤的第一区域(11.1)上，以及由所述第二像素(3.2)产生的光脉冲偏转到所述人类佩戴者(10)的皮肤的与所述第一区域不同的第二区域(11.2)上；
-借助于至少一个光电探测器(2)探测由所述像素发射的并且在所述人类佩戴者(10)的皮肤处反射的光；以及
-确定用于每个像素的第一参考值，基于所述第一参考值操控所述第一像素(3.1)和所述至少一个第二像素(3.2)中的至少一个像素，以用于测量所述生命参数。
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括在所述生命参数的测量期间确定第二参考值，其中如果所述第二参考值低于预先限定的阈值，则对于每个像素重新确定所述第一参考值。
19.根据权利要求17或18所述的方法，
其中为了测量所述生命参数仅操控如下像素：对于所述像素，所述第一参考值超过预先限定的阈值。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，
其中为了测量所述生命参数对如下像素更高地通电：对于所述像素，所述第一参考值超过预先限定的阈值。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，
其中至少一个光学元件(5)设置在所述至少一个像素化的发射器阵列(3)与所述人类佩戴者(10)的皮肤(11)之间，并且构成用于将由所述第一像素(3.1)产生的光脉冲偏转到所述人类佩戴者(10)的皮肤的所述第一区域(11.1)上，以及将由所述第二像素(3.2)产生的光脉冲偏转到所述人类佩戴者(10)的皮肤的所述第二区域(11.2)上。
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