DE102015216341A1

DE102015216341A1 - Tragbare biometrische vorrichtung und verfahren zum durchführen biometrischer messungen

Info

Publication number: DE102015216341A1
Application number: DE102015216341.5A
Authority: DE
Inventors: Horst Knoedgen; Thomas Altebäumer
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Renesas Design Uk Ltd Gb
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2035-08-27
Also published as: US10172557B2; US20170055907A1; DE102015216341B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine tragbare biometrische Vorrichtung, aufweisend ein biometrisches Sensorsystem, das eingerichtet ist, eine vorbestimmte physiologische Eigenschaft des Körpers eines Benutzers an zwei oder mehreren unterschiedlichen Stellen an der Körperoberfläche zu messen und für jede solche Stelle ein zugeordnetes, die gemessene physiologische Eigenschaft anzeigendes primäres Signal bereitzustellen, und ein Detektorsystem, das eingerichtet ist, ein Kopplungsniveau des biometrischen Sensorsystems mit dem Körper an jeder der Stellen zu erfassen und für jede der Stellen ein zugeordnetes, das erfasste Kopplungsniveau anzeigendes sekundäres Signal bereitzustellen, und eine Signalverarbeitungseinheit, die eingerichtet ist, die primären Signale und die zugeordneten sekundären Signale zu empfangen und ein die physiologische Eigenschaft anzeigendes Ausgangssignal als Funktion der empfangenen primären und sekundären Signale zu erzeugen, so dass die funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals von einem ersten der primären Signale geringer ist als seine Abhängigkeit von einem zweiten der primären Signale, wenn das dem ersten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal ein niedrigeres Kopplungsniveau anzeigt als das dem zweiten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der tragbaren elektronischen Vorrichtungen mit Sensoren zum Messen biometrischer Eigenschaften des menschlichen Körpers, insbesondere Eigenschaften der Zusammensetzung des Blutes und seines Flusses durch den Körper. Im Besonderen ist die Erfindung auf eine tragbare biometrische Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen biometrischer Messungen an einer solchen Vorrichtung gerichtet.
HINTERGRUND
Mit der fortschreitenden Miniaturisierung elektrischer Komponenten und tragbarer elektronischer Vorrichtungen in den vergangenen Jahren ist eine neue Produktkategorie von sogenannten ”Wearables” entstanden, welche tragbare, drahtlose elektronische Vorrichtungen mit Sensoren zum Messen biometrischer Eigenschaften einer Person, die eine solche Vorrichtung trägt, aufweist. Beispiele solcher Wearables mit biometrischen Sensoren sind Fitnessbänder (z. B. Fitnessbänder von fitbit Inc. aus San Francisco, Kalifornien), elektronische Uhren (z. B. die Apple Watch von Apple Inc. aus Cupertino, Kalifornien) und tragbare, drahtlose medizinische Vorrichtungen.
Insbesondere sind einige dieser bekannten Vorrichtungen mit einem oder mehreren Sensoren zur Messung der Zusammensetzung und/oder des Flusses des Blutes im Körper der Person, die die Vorrichtung trägt, ausgestattet. Beispielsweise könnte sich die Messung der Zusammensetzung des Bluts auf eine Messung der Anteile von Sauerstoff, von Nährstoffen oder von Stoffwechselabbauprodukten im Blut beziehen. Messungen des Blutflusses könnten sich z. B. auf den Puls, mit dem das Blut vom Herz durch den Körper gepumpt wird, beziehen. Eine Möglichkeit, solche Messungen durchzuführen, ist die Verwendung optischer Mittel, die in der tragbaren Vorrichtung vorgesehen sind, wobei eine Lichtquelle (wie etwa eine LED) zum Emittieren eines Strahlenbündels, insbesondere Licht im sichtbaren oder Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums, auf und unter die Haut der Person verwendet wird. Ein optischer Sensor (wie etwa eine Fotodiode) wird dann verwendet, um die vom Körper reflektierte Strahlung zu erfassen, insbesondere von Blut, das in den Blutgefäßen unter der Haut fließt. Die spektrale Antwort der erfassten, reflektierten Strahlung kann analysiert werden, um die biochemische Zusammensetzung des Blutes herzuleiten, da die verschiedenen Molekülarten, die sich in der Blutzusammensetzung detektieren lassen, spezifische eigene spektrale Antworten auf die durch die Lichtquelle emittierte Strahlung aufweisen. Deshalb muss der optische Sensor verschiedene Wellenlängen des Spektrums unterscheiden können. Um dies zu erreichen, können Filter, insbesondere schmale Filter mit einer Bandbreite von etwa 50 nm oder weniger, verwendet werden. Um den Fluss des Bluts, insbesondere seines Pulses, zu erfassen, können zeitliche Variationen der pulsabhängigen Intensität der erfassten Antworten gemessen werden. Insbesondere ist die Intensität abhängig von dem Sauerstoffniveau im Blut und dient daher als ein guter Indikator für den Puls, da der Sauerstoffgehalt des Bluts an einer bestimmten Blutgefäßstelle gewöhnlich, zumindest ungefähr mit dem Rhythmus des Pulses variiert.
Viele tragbare Vorrichtungen mit biometrischen Sensoren, insbesondere, wenn diese als Uhren oder Fitnessbänder ausgestaltet sind, werden an einer Extremität des Körpers, meist am Handgelenk, getragen und können ein Armband haben, um sie dort zu befestigen. Während ein festes Anziehen des Armbands eine höhere Messqualität ermöglicht, da dann die laterale Position oder die Distanz des Sensors oder beides sich relativ zu der Haut mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit ändert, wenn sich der Körper bewegt, wird dies oft als sehr unangenehm für die die Vorrichtung tragende Person angesehen. Somit werden trotz ihrer vorgesehenen biometrischen Funktionalität solche tragbaren Vorrichtungen oft ziemlich lose getragen, wodurch die Messqualität reduziert wird oder sogar aussagekräftige Messungen verhindert werden. Dies wiederum könnte zu einer reduzierten Akzeptanz solcher Vorrichtungen durch die Benutzer führen und letztendlich zu einer verringerten Benutzungsrate oder sogar zum Beenden der Benutzung. Ähnliche Probleme können auch auftreten, wenn die tragbare Vorrichtung nicht am Handgelenk getragen wird, sondern dazu vorgesehen ist, auf eine andere Weise an den Körper gekoppelt zu werden, z. B. an anderen Teilen der Extremitäten oder um den Brustkorb herum (z. B. mittels eines Brustgurts).
Auf dem Gebiet der drahtgebundenen medizinischen Vorrichtungen, insbesondere bei Oximetern, ist bekannt, mehrere Sensoren zu verwenden und zwischen ihnen manuell oder automatisch umzuschalten und sogar dynamisch nur einen der verschiedenen gemessenen Sensorausgaben als Eingangssignal für die medizinische Vorrichtung auszuwählen.
Eine solche Lösung ist bekannt aus der US 6,510,331 von Williams et al., welche eine Schaltvorrichtung offenbart, die zwischen ein konventionelles Oximeter und eine Mehrzahl von konventionellen Fotosensoren eingefügt wird. Fotosensoren sind an verschiedenen Extremitäten des Körpers angeordnet. Die Schaltvorrichtung kann in einem manuellen Modus oder in einem automatischen Modus betrieben werden. Im manuellen Modus kann jeder verschiedene Fotosensor einzeln ausgewählt werden, um das Eingangssignal für das Oximeter zu liefern. Im automatischen Modus sucht die Schaltvorrichtung die eingehenden Signale der verschiedenen Fotosensoren ab und leitet das beste, stärkste oder am wenigsten gestörte Signal zu dem Oximeter weiter. Die Vorrichtung verhindert den Verlust von Oximeterinformation aufgrund eines unterbrochenen Blutflusses in einem bestimmten Teil des Körpers oder aufgrund des Ausfalls eines Sensors.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lösung zur Messung von biometrischen Eigenschaften des menschlichen Körpers an oder nahe der Körperoberfläche, insbesondere von Eigenschaften der Zusammensetzung des Blutes und seines Flusses durch den Körper, mittels einer tragbaren biometrischen Vorrichtung bereitzustellen.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche, speziell durch eine tragbare biometrische Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Durchführen biometrischer Messungen mit einer tragbaren biometrischen Vorrichtung gemäß Anspruch 20, bereitgestellt.
Verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch die Lehren der abhängigen Ansprüche bereitgestellt.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist auf eine tragbare biometrische Vorrichtung gerichtet. Die Vorrichtung weist ein biometrisches Sensorsystem auf, das eingerichtet ist, eine vorbestimmte physiologische Eigenschaft des Körpers eines Benutzers in Bezug auf zwei oder mehrere verschiedene Stellen an der Körperoberfläche zu messen und für jede solche Stelle ein zugeordnetes primäres Signal bereitzustellen, das die gemessene physiologische Eigenschaft anzeigt. Des Weiteren weist die Vorrichtung ein Detektorsystem auf, das eingerichtet ist, ein Kopplungsniveau des biometrischen Sensorsystems mit dem Körper an jeder der Stellen zu erfassen und für jede solche Stelle ein zugeordnetes sekundäres Signal bereitzustellen, das das erfasste Kopplungsniveau anzeigt. Zusätzlich weist die Vorrichtung eine Signalverarbeitungseinheit auf, welche eingerichtet ist, die primären Signale und die zugeordneten sekundären Signale zu empfangen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die physiologische Eigenschaft als eine Funktion der empfangenen primären und sekundären Signale anzeigt, so dass die funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals von einem ersten der primären Signale geringer ist als seine funktionale Abhängigkeit von einem zweiten der primären Signale, wenn das dem ersten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal ein niedrigeres Kopplungsniveau anzeigt als das dem zweiten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal.
Der Begriff ”tragbare biometrische Vorrichtung” im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine tragbare elektronische Vorrichtung mit Sensoren zur Messung biometrischer Eigenschaften einer Person, die eine solche Vorrichtung trägt. Insbesondere kann die Vorrichtung mit Mitteln zum Anbringen oder zum anderweitigen Befestigen am Körper der Person ausgestattet sein. Solche Mittel können insbesondere einen oder mehrere Riemen, Bänder, Armbänder, Klebebänder, Velcro^®-Klettbänder etc. aufweisen. Speziell kann in manchen Ausführungsformen die Vorrichtung den Formfaktor eines Armbandes, einer Uhr oder eines Brustgurts haben.
Der Begriff ”biometrisches Sensorsystem” im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein System, das zwei oder mehr biometrische Sensoren zur Messung einer oder mehrerer spezifischer physiologischer Eigenschaften des Körpers eines Benutzers aufweist. Die biometrischen Sensoren sind bezüglich zweier oder mehrerer verschiedener Stellen an der Körperoberfläche so angeordnet, dass der Sensor eine jeweilige physiologische Eigenschaft des Körpers des Benutzers messen kann, wie sie an einer solchen entsprechenden Stelle erfassbar ist. Ohne Einschränkung kann ein biometrischer Sensor direkt am und im Kontakt mit dem Körper des Benutzers an einer jeweiligen Stelle angeordnet sein oder er kann mit einem Abstand davon angeordnet sein und Messungen über eine oder mehrere physikalische Entitäten, die den biometrischen Sensor mit der Stelle verbinden, vornehmen, z. B. elektromagnetische Strahlung (wie etwa sichtbares oder infrarotes Licht), Luft (Druck, Feuchtigkeit, akustische Welle) etc. Während üblicherweise der Benutzer eine menschliche Person sein wird, ist es ebenso möglich, dass der Benutzer ein Tier, insbesondere ein Säugetier ist, welches eine solche physiologische Eigenschaft aufzeigt. Die Sensoren sind so angeordnet, dass sie an zwei verschiedenen, getrennten Positionen des Körpers des Benutzers, insbesondere seiner Haut, angeordnet werden können, um einzeln Messungen der spezifischen einen oder mehreren physiologischen Eigenschaften durchzuführen. Jeder der Sensoren kann ein primäres Signal bereitstellen, das die eine oder die mehreren physiologischen Eigenschaften, wie sie von diesem Sensor gemessen werden, anzeigt. Speziell wenn die biometrische Eigenschaft der Puls des Blutes ist, so kann sich das primäre Signal auf die Pulsrate beziehen, die durch den Sensor an seiner Stelle erfasst wird, oder von dieser hergeleitet sein.
Der Begriff ”Detektorsystem” im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein System, das einen oder mehrere Detektorvorrichtungen aufweist, die eingerichtet sind, ein Kopplungsniveau des biometrischen Sensorsystems mit dem Körper an zwei oder mehreren Stellen, speziell an den Stellen der biometrischen Sensoren des biometrischen Sensorsystems, zu erfassen. Das Detektorsystem ist eingerichtet, für jede der Stellen ein zugeordnetes sekundäres Signal bereitzustellen, das das erfasste Kopplungsniveau anzeigt.
Der Begriff ”Kopplungsniveau” im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Parameter, der die Qualität der Kopplung des Detektorsystems mit dem Körper eines Benutzers definiert. Somit kann es einen Hinweis für die Qualität der Messung liefern, welche mit dem biometrischen Sensor erreicht werden kann, der an oder in unmittelbarer Nähe von einer der Stellen positioniert ist. Das Kopplungsniveau kann sich insbesondere auf eine räumliche Distanz, bevorzugt die kürzeste Distanz, zwischen dem Detektorsystem und dem Körper beziehen oder auf die Stärke eines durch das Detektorsystem erfassten Signals. Die Stärke des Signals kann absolut oder relativ zu einem Kalibrierungssignal, z. B. einem vorbestimmten Signal, das mit einer Messung unter idealen Kopplungsbedingungen korrespondiert, definiert werden.
Der Begriff ”Signalverarbeitungseinheit” im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Einheit, welche eines oder mehrere Eingangssignale, z. B. analoge oder digitale Signale in elektronischer oder optischer oder jeglicher anderer geeigneter Form empfangen und diese verarbeiten kann, z. B. durch Anwendung von einem oder mehreren Algorithmen oder von Filterung oder jeglichem anderem Verfahren, um eines oder mehrere Ausgangssignale zu erzeugen. Die Signalverarbeitungseinheit kann als Hardware oder als Software oder als eine Kombination von beiden implementiert sein. Speziell sind sowohl festverdrahtete elektronische Signalverarbeitungsschaltkreise mit fest vorgegebener Funktionalität als auch programmierbare Mikroprozessoren, wie etwa digitale Signalprozessoren (DSP), deren Funktion von ihrer Programmierung abhängt, Signalverarbeitungseinheiten im Sinne der vorliegenden Erfindung. Insbesondere kann eine Signalverarbeitungseinheit einen oder mehrere Prozessorkerne aufweisen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ”zeigt das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit die physiologische Eigenschaft als Funktion der empfangenen primären und sekundären Signale an”, wenn das Ausgangssignal eines der primären Signale ist oder davon oder von mehreren primären Signalen abgeleitet ist, wobei die Auswahl oder Herleitung des Ausgangssignals von den primären Signalen auf dem empfangenen einen oder auf den empfangenen mehreren sekundären Signalen basiert. Somit bestimmt eines der oder bestimmen mehrere der sekundären Signale, wie das Ausgangssignal ausgewählt oder aus der Menge der zwei oder mehr primären Signale hergeleitet wird.
Der Begriff ”funktionale Abhängigkeit” im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Beziehung zwischen einer vorbestimmten Größe, die dem Ausgangssignal zugeordnet ist und einer vorbestimmten Größe, die einem bestimmten der primären Signale zugeordnet ist. Insbesondere kann die einem Signal zugeordnete Größe seine Amplitude, seine Frequenz, seine Phase oder eine andere physikalische Eigenschaft des Signals oder eine durch das Signal als Daten übertragende Größe sein. Die funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals von einem primären Signal quantifiziert die Änderung der Größe, die dem Ausgangssignal zugeordnet ist, welche durch eine spezifische Änderung der Größe, die dem spezifischen primären Signal zugeordnet ist, verursacht wird. Dementsprechend ist die funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals von einem ersten der primären Signale geringer als seine Abhängigkeit von einem zweiten der primären Signale, wenn die Änderung der Größe, die dem Ausgangssignal für eine gegebene Änderung der Größe zugeordnet ist, welche dem ersten der primären Signale an einem gegebenen Startpunkt zugeordnet ist, z. B. für eine gegebene Menge an Werten an allen primären Signalen, kleiner ist als die Änderung des Wertes des Ausgangssignals für die gleiche Änderung der entsprechenden Größe, die dem zweiten der primären Signale zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die funktionale Abhängigkeit der Ausgabe oder zumindest die Validität ihrer Ungleichheit (”kleiner als”) unabhängig von einem bestimmten Startpunkt. Speziell für differenzierbare funktionale Beziehungen (Abhängigkeiten) kann die funktionale Abhängigkeit als eine Ableitung der Größe, die dem Ausgangssignal zugeordnet ist, bezüglich der Größe, die einem entsprechenden der primären Signale zugeordnet ist, definiert sein.
Dementsprechend kann das die physiologische Eigenschaft anzeigende Ausgangssignal aus den primären Signalen basierend auf den erfassten sekundären Signalen und somit abhängig von dem Niveau der Kopplung verschiedenen Sensoren an den Körper erzeugt werden, welches wiederum die Qualität der Messung an den einzelnen Sensoren anzeigt. Auf diese Art wird die Zuverlässigkeit des Ausgangssignals verbessert und das oben zugrundeliegende Problem gelöst. Des Weiteren muss das Sensorsystem nicht so fest an dem Körper befestigt sein wie konventionelle Systeme, um eine ausreichende Gesamtmessqualität zu erreichen. Folglich wird der Tragekomfort einer solchen tragbaren biometrischen Vorrichtung signifikant erhöht, während ihre Fähigkeit, verlässliche biometrische Messergebnisse bereitzustellen, beibehalten wird.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der tragbaren biometrischen Vorrichtung beschrieben, welche beliebig miteinander oder mit anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung kombiniert werden können, sofern eine solche Kombination nicht explizit ausgeschlossen oder technisch unmöglich ist.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der Energieverbrauch des Detektorsystems je Stelle in einem aktiven Modus niedriger als derjenige des biometrischen Sensorsystems und die Signalverarbeitungseinheit ist des Weiteren eingerichtet, das biometrische Sensorsystem selektiv so zu aktivieren, dass die Erzeugung eines jeweiligen primären Signals nur für eine oder mehrere ausgewählte Stellen aktiviert wird, welche ein Kopplungsniveau, wie durch die zugeordneten sekundären Signale angezeigt, oberhalb einer festgelegten Schwelle aufweisen. Somit wird es anstelle eines ”immer aktiven” Betriebs des biometrischen Sensorsystems möglich, nur das Detektorsystem durchgehend zu betreiben, während das biometrische Sensorsystem, z. B. seine individuellen biometrischen Sensoren, lediglich selektiv aktiviert ist, wenn und wo es tatsächlich benötigt wird. Auf diese Weise kann der Gesamtenergieverbrauch reduziert werden, da der Energieverbrauch des Detektorsystems je Stelle geringer ist. Auch ist es insbesondere möglich, nur einen einzelnen der biometrischen Sensoren zu einem Zeitpunkt zu aktivieren, insbesondere denjenigen mit der besten Kopplung, wie es durch sein korrespondierendes sekundäres Signal angezeigt wird, so dass der Energieverbrauch minimiert werden kann unter Beibehaltung einer akzeptablen oder sogar optimierten Messqualität. Ein weiterer Vorteil könnte sich hinsichtlich der Messgeschwindigkeit erzielen lassen, weil schwache Kopplungsniveaus der biometrischen Sensoren zum Körper üblicherweise aufgrund von Signalverzerrungen oder -verlusten und somit Unterbrechungen der Messungen reduzierte Messgeschwindigkeiten, d. h. Verzögerungen, verursachen, bevor ein zuverlässiger Messwert erfasst werden kann. Wenn jedoch nur einer oder mehrere biometrische Sensoren mit ausreichend guter Kopplung, wie durch die zugehörigen sekundären Signale angezeigt, aktiviert werden, können solche Geschwindigkeitsbegrenzungen bzw. -verzögerungen effektiv vermieden und die primären Signale und letztendlich das Ausgangssignal schneller bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren, verwandten bevorzugten Ausführungsform, welche insbesondere mit der vorhergehenden kombiniert werden kann, ist die Signalverarbeitungseinheit des Weiteren konfiguriert, einen Übergang des biometrischen Sensorsystems in einen Energiesparmodus einzuleiten, welcher bevorzugt das Deaktivieren der biometrischen Messung beinhaltet, wenn über eine vorbestimmte Zeitdauer keine sekundären Signale empfangen worden sind, die ein ausreichend gutes Kopplungsniveau anzeigen. Auf diese Weise kann Leistung für die Messung eingespart werden, wenn keine aussagekräftigen Messungen möglich sind. Insbesondere geht gemäß einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform, in welcher das biometrische Sensorsystem wenigstens eine Strahlungsquelle aufweist, die angeordnet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, der Übergang in den Energiesparmodus mit einer Reduzierung der Intensität oder Zeitdauer der Emission einer solchen Strahlung oder, bevorzugt, dem Deaktivieren einer solchen Emission einher. Zusätzlich zu dem Vorteil des Energiesparens können der Übergang in den Energiesparmodus und die Reduktion oder Deaktivierung der Strahlung, wenn das Kopplungsniveau unzureichend ist, wie beispielsweise wenn das Gerät nicht mehr von dem Benutzer getragen wird, die Anwendungssicherheit der tragbaren biometrischen Vorrichtung erhöhen, falls die durch die Strahlungsquelle emittierte Strahlung potenziell schädlich für andere Körperteile des Benutzers (wie etwa seine Augen) oder für seine Umgebung ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das biometrische Sensorsystem in verschiedenen Betriebsmodi betreibbar, einschließlich eines ersten Modus, in dem es konfiguriert ist, die primären Signale bereitzustellen, und eines zweiten Modus, in dem es konfiguriert ist, wenigstens eine Untermenge der sekundären Signale bereitzustellen. Somit kann das Detektorsystem, zumindest teilweise, so ausgebildet sein, dass dabei das biometrischen Sensorsystem so erneut verwendet wird, dass die Anzahl von gesonderten Detektoren zur Erzeugung der sekundären Signale reduziert werden kann oder solche Detektoren sogar überflüssig werden. Insbesondere könnten die biometrische Sensoren in einem Zeitmultiplexmodus betreibbar sein, in welchem Phasen des Betriebs des biometrischen Sensorsystems oder eines oder mehrerer einzelner seiner biometrischen Sensoren im ersten Modus mit Phasen des Betriebs des biometrischen Sensorsystems bzw. des einen oder der mehreren einzelnen seiner biometrischen Sensoren im zweiten Betriebsmodus alternieren. Dies kann auch gruppenweise durchgeführt werden, so dass zu einem gegebenen Zeitpunkt eine oder mehrere Untermengen der biometrischen Sensoren in dem ersten Betriebsmodus betreibbar sind, während zur gleichen Zeit eine oder mehrere andere Untermengen der biometrischen Sensoren in dem zweiten Betriebsmodus betreibbar sind. Insbesondere kann im zweiten Betriebsmodus wenigstens einer der biometrische Sensoren betreibbar sein, um das sekundäre Signal basierend auf dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis und/oder einer anderen kopplungsabhängigen Eigenschaft des primären Signals zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Signalverarbeitungseinheit des Weiteren eingerichtet, selektiv die primären Signale, die sekundären Signale oder beide als Funktion der Zeit oder der zugeordneten Stellen oder von beiden zu empfangen. Somit könnte z. B. ein getakteter Empfang realisiert werden, wobei das Messen und somit ein dadurch bedingter Energieverbrauch temporär pausiert wird, insbesondere periodisch, bevor es fortgesetzt wird. Die Signalverarbeitungseinheit kann auch konfiguriert sein, wenigstens temporär (z. B. in einem Energiesparmodus) nur primäre und sekundäre Signale von aus allen Stellen ausgewählten Stellen zu empfangen und zu verarbeiten, um die Anzahl der zu empfangenden und zu verarbeitenden Signale und somit den damit verbundenen Energieverbrauch zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Funktion der empfangenen primären und sekundären Signale, welche von der Signalverarbeitungseinheit zur Erzeugung des Ausgangssignal zu verwenden ist, das Bilden einer gewichteten Summe der empfangenen primären Signale, wobei das Gewicht eines ersten der primären Signale kleiner ist als das Gewicht eines zweiten der primären Signale, wenn das dem ersten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal ein niedrigeres Kopplungsniveau anzeigt als das dem zweiten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal.
Insbesondere könnte die Funktion und somit die funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals von den primären Signalen als ein gewichteter Durchschnitt gegeben sein, wobei die Größe S₀, die dem Ausgangssignal zugeordnet ist, als eine gewichtete Summe der Größen Sp_i definiert ist, die den N jeweiligen primären Signalen zugeordnet sind, und wobei das jeweilige dem i-ten primären Signal zugeordnete Gewicht w_i, proportional zu oder gleich dem Kopplungsniveau ist, welches durch das korrespondierende sekundäre Signal angezeigt wird. Insbesondere kann S₀ wie folgt gegeben sein:
Somit tragen die einzelnen primären Signale zum Ausgangssignal nur gemäß ihrem Gewicht bei, welches wiederum von dem jeweiligen Kopplungsniveau abhängt. Folglich werden Störungen des Ausgangssignals durch unzureichende oder schwache Kopplungsniveaus reduziert, während eine robuste Bestimmung des Ausgangssignals basierend auf mehreren verschiedenen primären Signalen aufrecht erhalten wird, so dass Messfehler bezüglich einzelner biometrischer Sensoren ausgemittelt werden können. Des Weiteren könnten die Gewichte w_i so gewählt werden, dass nur eine Untermenge der einen oder mehreren der Gewichte einen von Null verschiedenen Wert hat. Bevorzugt korrespondieren dieses eine bzw. die mehreren Gewichte mit sekundären Signalen, die ein überdurchschnittliches Kopplungsniveau anzeigen. Insbesondere ist nur das Gewicht bzw. sind nur die Gewichte einer Untermenge des einen oder der mehreren primären Signale mit korrespondierenden sekundären Signalen, die die höchsten relativen Kopplungsniveaus unter allen sekundären Signalen anzeigen, von Null verschieden. Somit tragen nur die primären Signale, die mit Sensoren korrespondieren, welche das relativ (d. h. nicht notwendigerweise absolute) beste Kopplungsniveau zeigen, zur Bestimmung des Ausgangssignals bei.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Detektorsystem einen oder mehrere Abstandssensoren auf, die konfiguriert sind, die jeweiligen Abstände zwischen jeder von wenigstens zwei der Stellen an dem Körper des Benutzers und des biometrischen Sensorsystems zu messen. Somit kann das Kopplungsniveau basierend auf einer einfachen Abstandsmessung leicht bestimmt werden. Im einfachsten Fall ist die Abstandsmessung eine schlichte, binäre Kontaktmessung, welche feststellt, ob das Detektorsystem an der jeweiligen Stelle in Kontakt mit dem Körper steht oder nicht. Über die Einfachheit hinaus liegt ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Abstandsmessung zur Bestimmung des Kopplungsniveaus in dem Umstand, dass der Abstand häufig ein entscheidender Einflussfaktor für die Qualität einer biometrischen Messung ist, welche durch einen benachbart angeordneten biometrischen Sensor des biometrischen Sensorsystems durchzuführen ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Detektorsystem wenigstens eine Lichtquelle auf, die eingerichtet ist, ein vorbestimmtes Kalibrierungslichtsignal (vorzugsweise im sichtbaren oder im Infrarotbereich des Spektrums) in Richtung des Körpers des Benutzers zu emittieren, wenn die Vorrichtung von dem Benutzer getragen wird. Des Weiteren weist das Detektorsystem wenigstens einen Lichtdetektor auf, der eingerichtet ist, das Lichtsignal zu empfangen, nachdem es an einer Stelle auf dem Körper des Benutzers reflektiert worden ist, und basierend auf einem Vergleich des empfangenen, reflektierten Signals mit dem vorbestimmten Kalibrierungssignal ein sekundäres Signal zu erzeugen, das mit dem Kopplungsniveau an der Stelle korrespondiert. Somit wird eine wirksame Erfassung des Kopplungsniveaus ermöglicht, welche nicht von einem physischen Kontakt des Detektors mit dem Körper, d. h. der Haut, abhängt. Tatsächlich funktioniert diese Erfassung auch, wenn zwischen dem Detektor und der Haut an der Stelle ein Spalt vorhanden ist. Gemäß einer bevorzugten Variante ist das Detektorsystem in einem Modus betreibbar, in dem der Lichtdetektor empfangenes Licht erfasst, während die Lichtquelle nicht aktiv ist, um ein Grundsignal bezüglich des aus der Umgebung empfangenen Lichts zu bestimmen und darauf basierend das Kalibrierungssignal zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das biometrische Sensorsystem wenigstens eine Strahlungsquelle, wie etwa eine LED, auf. Die Quelle ist angeordnet, elektromagnetische Strahlung, zumindest teilweise, auf eine oder mehrere der Stellen auf dem Körper des Benutzers zu emittieren, wenn die biometrische Vorrichtung von dem Benutzer getragen wird. Insbesondere kann die Strahlung Licht im sichtbaren oder Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums sein. Das biometrische Sensorsystem weist des Weiteren wenigstens einen korrespondierenden Strahlungssensor auf, der eingerichtet ist, die Strahlung, zumindest teilweise, zu empfangen, nachdem sie den Körper durchlaufen hat oder von diesem reflektiert worden ist. Des Weiteren weist das biometrische Sensorsystem einen oder mehrere Wellenleiter zum Leiten der Strahlung von der wenigstens einen Strahlungsquelle zu einer oder mehreren der Stellen oder von dort zu dem wenigstens einen korrespondierenden Strahlungssensor oder für beides auf. Somit können die Positionen der Strahlungsquelle und/oder der einen oder der mehreren Strahlungssensoren räumlich entkoppelt von den Stellen auf dem Körper sein, an welchen die Messungen gemacht werden. Des Weiteren ist es möglich, die Wellenleiter so zu formen, dass die Strahlung so aufgeteilt wird, dass sie sich entlang zweier oder mehrerer verschiedener Strahlungspfade zugleich ausbreitet, so dass die Anzahl an Strahlungsquellen bzw. Strahlungssensoren geringer sein kann als die Anzahl an Stellen. Dies bietet insbesondere eine effiziente Möglichkeit, die Anzahl an Strahlungsquellen und/oder Strahlungssensoren auf jeweils nur eine davon zu begrenzen. Auch erlaubt die Verwendung von Wellenleitern die Übertragung der Signale innerhalb des biometrischen Sensorsystems ohne elektromagnetische Störungen hinzuzufügen. Bevorzugt sind die Wellenleiter aus Glas oder aus Kunststoff hergestellt, das bzw. der zumindest in dem für die Messungen verwendeten Wellenlängenbereich für die Strahlung transparent ist, die durch die wenigstens eine Strahlungsquelle emittiert wird. Wenigstens einer der Wellenleiter kann als Faser ausgebildet sein, d. h. er kann eine Lichtwellenleiterfaser sein.
Gemäß einer ersten bevorzugten Variante dieser Ausführungsform weist das biometrische Sensorsystem des Weiteren einen optischen Schalter auf, der eingerichtet ist, selektiv die durch die wenigstens eine Strahlungsquelle emittierte Strahlung zu einer Untermenge der einen oder mehreren Stellen zu leiten. Insbesondere kann der optische Schalter eine oder mehrere Spiegel aufweisen. Bevorzugt können die einzelnen Spiegel so positioniert, insbesondere gekippt, werden, dass die von dem Spiegel reflektierte Strahlung in einen oder mehrere, bestimmte, gewählte Strahlungspfade geleitet wird, die durch den einen oder die mehreren Wellenleiter bestimmt sind und zu korrespondierenden Stellen führen. Somit ist es möglich, Strahlung nur zu einer Untermenge der einen oder mehreren ausgewählten Stellen zu leiten, bei welchen eine Messung durchzuführen ist. Bevorzugt sind dies Stellen, für welche das durch die jeweiligen sekundären Signale angezeigte Kopplungsniveau höher ist als für die nicht ausgewählten Stellen. Infolgedessen kann die Strahlungsleistung der einen oder der mehreren Strahlungsquellen verringert werden, weil es nicht erforderlich ist, die Strahlung zu allen Stellen zu leiten. Wenn z. B. nur zwei von acht Stellen ausgewählt sind, so muss für die sechs nicht ausgewählten Stellen keine Strahlung erzeugt und zu diesen geleitet werden und folglich kann die Strahlungsleistung verringert werden, z. B. auf etwa ein Viertel der Leistung, die notwendig ist, um ein geeignetes Strahlungsniveau an sämtliche der acht Stellen zu liefern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante dieser Ausführungsform, welche auch mit der ersten, oben genannten Variante kombiniert werden kann, weist das biometrische Sensorsystem des Weiteren ein Verschlusssystem zum selektiven Blockieren eines oder mehrerer der in dem einen oder den mehreren Wellenleitern vorgesehenen Strahlungspfade auf, wobei die Pfade die Stellen mit den korrespondierenden einen oder mehreren Strahlungssensoren verbinden. Das Verschlusssystem kann insbesondere ein oder mehrere Flüssigkristallanzeigeelemente (LCD) aufweisen, die betreibbar sind, zwischen wenigstens zwei Modi mit für die Strahlung verschiedener Transparenz umzuschalten, und die z. B. durch Anlegen einer entsprechenden Spannung gesteuert sind. Das Verschlusssystem erlaubt eine Auswahl an Strahlungspfaden zwischen den verschiedenen Stellen und dem einen oder den mehreren Strahlungssensoren, so dass nur Strahlung, die sich entlang eines solchen ausgewählten Pfades ausbreitet, den einen oder die mehreren Strahlungssensoren erreicht, um dort erfasst zu werden. Insbesondere, wenn das Verschlusssystem in Verbindung mit dem optischen Schalter der ersten Variante verwendet wird, gibt es effektiv zwei unabhängige Auswahlmittel in dem biometrischen Sensorsystem. Dann kann der optische Schalter insbesondere als ein erster Wahlschalter benutzt werden, um Strahlung nur zu jenen Stellen zu liefern, an denen, bevorzugt gemäß dem Kopplungsniveau wie es durch die jeweiligen sekundären Signale angezeigt wird, Messungen gemacht werden sollen. Das Verschlusssystem kann dann verwendet werden, um jene ausgewählten Stellen zu scannen, z. B. seriell ähnlich einem Zeitmultiplex-Schema, um einen Strahlungspfad zwischen einer oder mehreren gerade gescannten Stellen einerseits und einem oder mehreren Strahlungssensoren andererseits zu öffnen. Somit kann die Anzahl an Stellen höher sein als die Anzahl an Strahlungssensoren, während separate Messungen bezüglich der verschiedenen biometrischen Sensoren noch möglich bleiben. Dies kann vorteilhaft sein, da es erlaubt, eine verringerte Anzahl an biometrischen Sensoren zu verwenden, was wiederum die räumlichen Anforderungen, d. h. Größe, Kosten, Gewicht und/oder Komplexität des biometrischen Sensorsystems und der tragbaren biometrischen Vorrichtung in ihrer Gesamtheit, verringern kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist die wenigstens eine Strahlungsquelle eingerichtet, selektiv Strahlung mit verschiedenen vorbestimmten Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen zu emittieren, die auf die spektralen Antworten der betreffenden verschiedenen chemischen Substanzen, die im Körper des Benutzers detektiert werden sollen, abgestimmt sind. Somit ist es möglich, die durch das biometrische Sensorsystem gemachten Messungen gezielt auf spezifische auswählbare chemische Stoffe zu begrenzen. Dies auf kann auf verschiedene Arten eingesetzt werden, insbesondere zur Optimierung der Verlässlichkeit und/oder Genauigkeit des Systems, falls spezifische chemische Stoffe bessere Indikatoren für beim Körper zu messende Größen sind, oder zum selektiven Messen spezifischer biometrischer Eigenschaften, die spezifisch mit jenen ausgewählten chemischen Stoffen in Bezug stehen, wie beispielsweise Stoffwechselabbauprodukte.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, welche insbesondere anstatt oder zusätzlich zu der selektiven Emission von Strahlung der unmittelbar vorausgegangenen Ausführungsform verwendet werden kann, weist das biometrische Sensorsystem wenigstens eine Strahlungsquelle auf, die angeordnet ist, elektromagnetische Strahlung, zumindest teilweise, auf eine oder mehrere der Stellen an dem Körper des Benutzers zu emittieren, wenn die biometrische Vorrichtung von dem Benutzer getragen wird. Des Weiteren weist das System wenigstens einen korrespondierenden Strahlungssensor zum zumindest teilweisen Empfangen der Strahlung auf, nachdem sie den Körper durchlaufen hat oder von dem Körper reflektiert worden ist, sowie eine Filteranordnung. Die Filteranordnung weist einen oder mehrere Strahlungsfilter auf, die zwischen einer oder mehreren der Strahlungsquellen einerseits und einem oder mehreren korrespondierenden Strahlungssensoren andererseits angeordnet sind. Sie ist konfiguriert, Strahlung in einem oder in mehreren Passbandbereichen des durch die eine oder durch die mehreren Strahlungsquellen emittierten Wellenlängenspektrums selektiv durchzulassen, wobei die Passbandbereiche zu den Wellenlängenbereichen der spektralen Antworten der vorausgewählten, zu detektierenden chemischen Stoffe korrespondieren. Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante ist wenigstens einer der Strahlungsfilter an einem entsprechenden Strahlungssensor angeordnet. Insbesondere kann er als Teil des entsprechenden Strahlungssensors ausgebildet sein. Bevorzugt beträgt die Bandbreite von wenigstens einen Passbandbereich 15 nm oder sogar weniger, um eine präzise Identifikation von Stoffen zu ermöglichen, die eine charakteristische schmale Emissionsspitze in ihrem Spektrum zeigen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das biometrische Sensorsystem, wie in der vorherigen Ausführungsform, wenigstens eine Strahlungsquelle auf, die angeordnet ist, elektromagnetische Strahlung, zumindest teilweise, auf eine oder mehrere der Stellen an dem Körper des Benutzers zu emittieren, wenn die biometrische Vorrichtung von dem Benutzer getragen wird, und wenigstens einen korrespondierenden Strahlungssensor zum, zumindest teilweisen, Empfangen der Strahlung, nachdem sie den Körper durchlaufen hat oder von dem Körper reflektiert worden ist. Wenigstens einer der Strahlungssensoren weist zwei oder mehr Fotodioden auf, die in verschiedenen Schichten eines Stapels angeordnet sind. Der Stapel weist eine zum Empfang der zu detektierenden Strahlung konfigurierte Oberseite auf, und jede Fotodiode weist einen oder mehrere spezifische Empfindlichkeitswellenlängenbereiche auf, in denen sie Strahlung detektieren kann. Eine oder mehrere der Fotodioden sind organische Fotodioden, die wenigstens teilweise transparent für Strahlung mit einer Wellenlänge außerhalb ihrer jeweiligen einen oder mehreren Empfindlichkeitswellenlängenbereiche sind, und eine erste der einen oder mehreren organischen Fotodioden ist in einer ersten Schicht angeordnet, die näher an der Oberseite des Stapels liegt als eine zweite Schicht, die eine zweite der Fotodioden aufweist, so dass zumindest ein Teil der einfallenden, zu detektierenden Strahlung zuerst die erste organische Fotodiode erreicht, bevor sie die zweite Fotodiode erreicht. Bevorzugt gemäß einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform sind eine oder mehrere der Schichten nur für Strahlungskomponenten außerhalb des Empfindlichkeitswellenlängenbereichs ihrer jeweiligen einen oder mehreren Fotodioden transparent. Somit können die Schichten auch als Wellenlängenfilter dienen. Insbesondere kann das korrespondierende Absorptionsspektrum – korrespondierend zu der einen oder zu den mehreren Empfindlichkeitswellenlängenbereichen – einer ersten Schicht, die näher an der Oberseite des Stapels liegt als eine zweite Schicht, schmaler sein als das Absorptionsspektrum der zweiten Schicht. Insbesondere sind die Schichten vorzugsweise von der Oberseite zur Unterseite des Stapels gemäß der Breite des Absorptionsspektrums von schmal hin zu breit angeordnet. Bevorzugt überlappen sich die Absorptionsspektren der verschiedenen Schichten nicht.
Zusätzlich zu der einen oder den mehreren organischen Fotodioden kann der Strahlungssensor eine oder mehrere anorganische Fotodioden, wie etwa Si-basierte Fotodioden, aufweisen. Jede anorganische Fotodiode ist dann üblicherweise in einer Schicht des Stapels angeordnet, die unter einer oder mehreren organischen Fotodioden innerhalb des Stapels liegt, so dass die einfallende, zu erfassende Strahlung erst durch die eine oder die mehreren organischen Fotodiodenschichten dringt, bevor sie die anorganische Fotodiode erreicht. Insbesondere können die Si-basierten Fotodioden den gesamten oder einen Teil eines integrierten Schaltkreises bilden, wie etwa einen CMOS-Schaltkreis. Falls es mehr als eine anorganische Fotodiode gibt, können diese speziell seitlich nebeneinander innerhalb derselben Schicht des Stapels angeordnet sein.
Vorteile dieser Ausführungsform können umfassen, dass die Raumeffizienz der Strahlensensoranordnung erhöht werden kann, da verschiedene Fotodioden für verschiedene Wellenlängenbereiche aufeinander auf der gleichen Grundfläche angeordnet werden können. Jede der organischen Fotodioden absorbiert im Wesentlichen selektiv nur solche Photonen der Strahlung, welche zu den jeweiligen Wellenlängen bzw. Photonenenergien gehören, für die der jeweilige Strahlungssensor empfindlich ist, während Photonen anderer Wellenlängen innerhalb eines jeweiligen Passbandes zu der nächsten Schicht des Stapels passieren können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das biometrische Sensorsystem eine oder mehrere der folgenden Sensorarten auf: Oximeter, Temperatursensor, Feuchtigkeitssensor, Beschleunigungssensor, Strahlungssensor. Insbesondere kann ein Oximeter verwendet werden, um die Sauerstoffkonzentration im Blut zu erfassen, welche zusammen mit dem Puls variieren kann, und somit kann das Oximeter auch dazu verwendet werden, den Puls zu erfassen. Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren erlauben die Erfassung der Körpertemperatur bzw. der Feuchtigkeit auf der Haut des Körpers, die wiederum als Indikatoren für verschiedene Gesundheits- oder Fitnessaspekte, wie etwa zu Erfassung des aktuellen Aktivitätsniveaus der Person oder zur Erfassung von Fieber, verwendet werden könnten. Vorzugsweise kann dies in Verbindung mit der Messung anderer Größen, wie etwa Puls, erfolgen. Ein Beschleunigungssensor kann verwendet werden, um Bewegungen oder Besonderheiten davon zu erfassen. Bevorzugte Verwendungen von Strahlungssensoren, wie etwa von optischen Sensoren, sind bereits vorausgehend diskutiert worden. Gemäß einer bevorzugten Variante weist das biometrische Sensorsystem biometrische Sensoren verschiedener Arten auf, die eingerichtet sind, verschiedene physiologische Eigenschaften zu messen und entsprechende primäre Signale zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die tragbare biometrische Vorrichtung des Weiteren einen ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstand auf, der an einer ersten Position auf der Kontaktfläche der tragbaren biometrischen Vorrichtung angeordnet ist, wobei die Kontaktfläche konfiguriert ist, mit der Oberfläche des Körpers des Benutzers an einer ersten mit der ersten Position korrespondierenden Stelle in Kontakt zu treten, wenn die tragbare biometrische Vorrichtung von dem Benutzer getragen wird. Das Detektorsystem kann so betrieben werden, dass es einen temporären Stromfluss durch den ersten Widerstand bewirkt, der zu einem Temperaturanstieg am Widerstand führt, um basierend auf einer physikalischen Größe, die durch eine aufgrund des Temperaturanstiegs verursachte Widerstandsänderung des ersten Widerstands beeinflusst wird, ein Kopplungsniveau des biometrischen Sensorsystems mit dem Körper zu bestimmen und ein zugeordnetes sekundäres Signal bereitzustellen, welches das ermittelte Kopplungsniveau anzeigt. Insbesondere kann die physikalische Größe ein Spannungsabfall über den Widerstand sein.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein ”temperaturempfindlicher Widerstand” eine elektrische Komponente, welche wenigstens einen Betriebszustand hat, in welchem sie Elektrizität leitet und einen elektrischen Widerstand hat, der temperaturabhängig ist. Die Abhängigkeit kann positiv sein, d. h. der Widerstand erhöht sich, wenn sich die Temperatur erhöht, oder negativ sein, d. h. der Widerstand verringert sich, wenn sich die Temperatur erhöht. Insbesondere sind Ohmsche Widerstände, Transistoren und Dioden temperaturempfindliche Widerstände im Sinne der Anmeldung. Vorzugsweise hat der temperaturempfindliche Widerstand einen linearen Temperaturkoeffizienten α mit einem Absolutbetrag |α| von wenigstens 1·10^–3 K^–1 bei 20°C, woraus sich eine starke Temperaturabhängigkeit des Widerstands ergibt, welche einfach erfasst werden kann.
Wenn also der erste Widerstand mit dem Körper in Kontakt kommt und somit mit ihm thermisch gekoppelt wird, wird der durch den temporären Strom verursachte Temperaturanstieg geringer sein als wenn der Widerstand nicht mit dem Körper im Kontakt steht, weil ein signifikanter Teil der durch den Strom im Widerstand erzeugten Hitze über den Körper abgeführt werden kann, wenn er mit dem Widerstand in Kontakt steht, während sich die umgebende Luft im Wesentlichen als thermischer Isolator verhält. Des Weiteren hängt die thermische Kopplung von dem Kopplungsniveau zwischen dem Widerstand und somit der Vorrichtungsoberfläche und dem Körper ab. Dementsprechend liefert das Messen der physikalischen Größe, beispielsweise des Spannungsabfalls über den Widerstand während oder kurz nach dem Temperaturanstieg, ein Maß für das Kopplungsniveau zwischen dem Körper und einem biometrischen Sensor, der an gleicher Stelle oder zumindest in der Nachbarschaft des Widerstands auf der Oberfläche der Vorrichtung angeordnet ist. Zu weiteren Vorteile gehört, dass solche Widerstände mit niedrigen Kosten und mit einem sehr geringen Flächenbedarf realisiert werden können, so dass eine Vielzahl von ihnen auf einer Kontaktfläche der biometrischen Vorrichtung zusätzlich zu den biometrischen Sensoren angebracht werden können, sogar wenn die Vorrichtungsgröße ziemlich beschränkt ist, beispielsweise wenn die Größe der Kontaktfläche nur wenige Quadratzentimeter beträgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante dieser Ausführungsform weist die tragbare biometrische Vorrichtung des Weiteren einen zweiten elektrischen Widerstand auf, der auf der Kontaktfläche der tragbaren biometrischen Vorrichtung an einer zweiten Position angeordnet ist, die von der ersten Position verschieden ist, wobei die Kontaktfläche des Weiteren konfiguriert ist, mit der Oberfläche des Körpers des Benutzers an einer zweiten zu der zweiten Position korrespondierenden Stelle in Kontakt zu treten, wenn die tragbare biometrische Vorrichtung von dem Benutzer getragen wird. Das biometrische Sensorsystem ist betreibbar, eine Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand anzulegen, um eine physiologische Eigenschaft des Körpers zu messen, die den Widerstand eines Strompfads beeinflusst, der sich zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle über den Körper ausbildet, wenn beide Widerstände in Kontakt mit dem Körper stehen und die Spannung zwischen den zwei Widerständen angelegt wird, indem eine von dem Widerstand des Strompfads abhängige physikalischen Größe gemessen wird, und ein der ersten Stelle oder der zweiten Stelle zugeordnetes primäres Signal bereitzustellen, welches von der gemessenen Größe hergeleitet ist. Somit können die Widerstände verschiedenen Zwecken dienen. Einerseits können sie als Abstandssensoren zur Bestimmung eines Kopplungsniveaus an der entsprechenden ersten und zweiten Stelle betrieben werden, wie es basierend darauf durch die korrespondierenden Signale angezeigt wird. Andererseits können sie als Sensoren für physiologische Eigenschaften des Körpers betrieben werden, wie etwa von Feuchtigkeit auf der Haut, die den Widerstand des Strompfads zwischen den beiden Stellen beeinflussen, wie durch die darauf basierenden korrespondierenden primären Signale angezeigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das biometrische Sensorsystem, das Detektorsystem oder beide als feste Anordnungen einzelner Sensoren bzw. Detektoren strukturiert und die Signalverarbeitungseinheit ist des Weiteren eingerichtet, von den primären oder sekundären Signalen oder von beiden einerseits und den Positionen der Sensoren bzw. Detektoren in der Anordnung andererseits eine Position der tragbaren biometrischen Vorrichtung relativ zum Körper des Benutzer mittels Anwendung eines Mustererkennungsalgorithmus auf die Signale herzuleiten. Die Signalverarbeitungseinheit ist des Weiteren eingerichtet, die Funktion der empfangenen primären und sekundären Signale zum Erzeugen des Ausgangssignals basierend auf einem oder mehreren durch die Anwendung des Mustererkennungsalgorithmus am Körper des Benutzers erkannten Mustern zu bestimmen.
Insbesondere kann dies vorteilhaft zur selektiven Aktivierung nur solcher Sensoren des biometrischen Sensorsystems verwendet werden, die gemäß dem erkannten Muster am besten relativ zum Körper angeordnet sind, um ihre Messungen durchzuführen oder um zumindest solchen primären Signalen eine größere funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals zuzuweisen als primären Signalen an anderen, weniger bevorzugten Stellen. In bevorzugten Varianten ist der Mustererkennungsalgorithmus konfiguriert, Blutgefäße (z. B. für Pulsmessungen) oder einen Hautbereich mit einer geringen Dichte an Haaren oder Schmutz oder anderen Objekten, welche die Zuverlässigkeit der Messung negativ beeinflussen könnten (z. B. für Feuchtigkeitsmessungen), zu erkennen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das Detektorsystem oder die Signalverarbeitungseinheit konfiguriert, ein Signal, z. B. ein visuelles, akustisches oder haptisches Signal, zu erzeugen, wenn über eine vorbestimmte Zeitdauer, z. B. über wenige Sekunden oder Minuten, wie z. B. 5 bis 60 Sekunden, das Kopplungsniveau des biometrischen Sensorsystems unter einem vorbestimmten Schwellwertniveau bei allen der Stellen gelegen hat, wobei das Schwellwertniveau ein Mindestniveau für aussagekräftige Messungen der jeweiligen physiologischen Eigenschaft bestimmt. In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform kann die Zeitdauer an ein zuvor erfasstes Aktivitätsniveau angepasst sein, wie es z. B. durch einen erfassten Blutpuls angezeigt wird. Insbesondere kann die Zeitdauer während Phasen erfasster Aktivität kürzer sein, z. B. höhere Pulse als in Ruhephasen, z. B. wenn ein niedrigerer Puls erfasst wurde. Somit kann die Erfassung an das Aktivitätsniveau des Benutzers angepasst werden und die Energie (zum Erzeugen eines Alarms) kann während Ruhephasen oder niedriger Aktivität, z. B. während Schlafphasen, eingespart werden. Des Weiteren könnten während solchen Phasen mit niedriger Aktivität, insbesondere Schlafphasen, Alarmsignale als störend betrachtet werden. Dementsprechend kann die Erzeugung eines Alarms auch automatisch abgeschaltet sein, wenn über eine definierte Zeitdauer hinweg das erfasste Aktivitätslevel unter einem bestimmten vorgegebenen Schwellenwert, z. B. ein Pulsschwellenwert, liegt.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zum Durchführen biometrischer Messungen an einer tragbaren biometrischen Vorrichtung gerichtet. Das Verfahren umfasst:
Messen, mit einem biometrischen Sensorsystem, einer vorbestimmten physiologischen Eigenschaft des Körpers eines Benutzers in Bezug auf zwei oder mehrere verschiedene Stellen an dem Körper und Erzeugen eines zugeordneten primären Signals, das die gemessene physiologische Eigenschaft anzeigt, für jede solche Stelle;
Erfassen, mit einem Detektorsystem, eines Kopplungsniveaus des biometrischen Sensorsystems mit dem Körper an jeder der Stellen und Bereitstellen eines zugeordneten sekundären Signals, das das erfasste Kopplungsniveau anzeigt, für jede der Stellen;
Erzeugen eines Ausgangssignals, das die physiologische Eigenschaft als Funktion der primären und sekundären Signale anzeigt, so dass die funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals von einem ersten der primären Signale geringer ist als die Abhängigkeit von einem zweiten der primären Signale, wenn das dem ersten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal ein niedrigeres Kopplungsniveau anzeigt als das dem zweiten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal.
Dieses Verfahren entspricht dem Betrieb der tragbaren biometrischen Vorrichtungen, wie sie bereits oben detailliert im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind. Insbesondere kann dieses Verfahren auch in Verbindung mit den oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen und Varianten der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt verwendet werden und entsprechende Verfahrensschritte, die zu den hierin im Detail beschrieben Funktionalitäten der tragbaren biometrischen Vorrichtung korrespondieren, können hinzugefügt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile, Merkmale, und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden, detaillierten Beschreibung und den anliegenden Figuren gegeben, wobei:
1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch eine tragbare biometrische Vorrichtung mit in einem Gehäuse angeordneten Sensoren illustriert;
2 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch eine tragbare biometrische Vorrichtung mit Sensoren illustriert, die sowohl in einem Gehäuse als auch an einem Armband angeordnet sind;
3 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch einen einzelnen kombinierten Sensor illustriert, der einen biometrischen Sensor und einen Abstandsdetektor aufweist;
4 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch einen einzelnen kombinierten Sensor illustriert, der einen biometrischen Sensor mit einem Wellenleiter und einen Abstandsdetektor aufweist;
5 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch eine bevorzugte Variante des biometrischen Sensorsystems mit einer Strahlungsquelle, Wellenleitern, einem optischen Schalter, einem Verschlusssystem und einem Strahlungssensor illustriert;
6 gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schematisch einen Strahlungssensor illustriert, der einen Stapel aus zwei organischen Fotodioden und einer Si-basierten Fotodiode aufweist;
7 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Schaltungsdiagramm für eine Anordnung von Sensoren illustriert, die betreibbar sind, um sowohl Abstand als auch eine physiologische Eigenschaft des Körpers eines Benutzers, insbesondere Feuchtigkeit, zu messen; und
8 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Durchführen biometrischer Messungen an einer tragbaren biometrischen Vorrichtung illustriert;
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 illustriert eine tragbare biometrische Vorrichtung 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die als Armbanduhr ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 ist von ihrer Rückseite gezeigt und weist ein Gehäuse 6 auf, das mit einem Armband 6a zum Befestigen der Uhr am Handgelenk eines Benutzers verbunden ist. Die Oberflächenabschnitte der Vorrichtung 1, die ausgebildet sind, in Kontakt mit der Haut des Körpers des Benutzers, d. h. am Handgelenk, zu treten, definieren eine Kontaktfläche mit einem ersten Kontaktabschnitt 5a auf der Rückseite des Armbands 6a und einen zweiten Kontaktflächenabschnitt 5b an der Rückseite des Gehäuses 6.
Der zweite Kontaktflächenabschnitt 5b des Gehäuses 6 weist ein biometrisches Sensorsystem 2 und ein Detektorsystem 3 auf, welche so angeordnet sind, dass, wenn der zweite Kontaktflächenabschnitt 5b in Kontakt mit der Haut des Benutzers gebracht wird, auch das biometrische Sensorsystem 2 zumindest an einer Stelle in Kontakt damit tritt und es somit in der Lage ist, an der Stelle Messungen einer oder mehrerer physiologischer Eigenschaften des Körpers des Benutzers durchzuführen und für jede solche Stelle ein zugeordnetes primäres Signal bereitzustellen, das die gemessene physiologische Eigenschaft anzeigt.
Das Detektorsystem 3 ist eingerichtet, das Kopplungsniveau zwischen dem zweiten Kontaktflächenabschnitt 5b und dem Körper des Benutzers zu messen. Insbesondere ist das Detektorsystem eingerichtet, das Kopplungsniveau des biometrischen Sensorsystems mit dem Körper an jeder der Stellen zu erfassen und für jede der Stellen ein zugeordnetes sekundäres Signal bereitzustellen, welches das erfasste Kopplungsniveau anzeigt.
Zu diesem Zweck kann das Detektorsystem 3 insbesondere einen oder mehrere Abstandssensoren zum Erfassen eines Abstands zwischen dem zweiten Kontaktflächenabschnitt 5b, insbesondere eines Sensors des biometrischen Sensorsystems 2, und dem Körper an einer oder mehreren Stellen aufweisen.
Sowohl das biometrische Sensorsystem 2 als auch das Detektorsystem 3 sind mit einer Signalverarbeitungseinheit 4 verbunden, die innerhalb des Gehäuses 6 vorgesehen ist. Die Signalverarbeitungseinheit 4 ist eingerichtet, die primären Signale und die zugeordneten sekundäre Signale zu empfangen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die physiologische Eigenschaft als eine Funktion der empfangenen primären und sekundären Signale anzeigt. Die funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals von einem ersten der primären Signale ist geringer als seine funktionale Abhängigkeit von einem zweiten der primären Signale, wenn das dem ersten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal ein niedrigeres Kopplungsniveau anzeigt als das dem zweiten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal.
2 illustriert eine tragbare biometrische Vorrichtung 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die als Armbanduhr ausgebildet ist. Diese Ausführungsform ist identisch mit der Ausführungsform von 1, außer dass das biometrische Sensorsystem 2 und das Detektorsystem 3 nun auf die Kontaktflächenabschnitte 5a und 5b über sowohl das Gehäuse 6 als auch das Armband 6a verteilt sind. Insbesondere weisen gemäß dieser Ausführungsform sowohl das biometrische Sensorsystem 2 als auch das Detektorsystem 3 verschiedene Sensoren bzw. Detektoren auf, die an unterschiedlichen Positionen der Kontaktfläche angeordnet sind. Speziell sind die einzelnen Sensoren des biometrischen Sensorsystems und die einzelnen Detektoren des Detektorsystems gepaart, so dass an jeder der Positionen ein kombinierter Sensor 2a bis 2i vorliegt, der einen biometrischen Sensor und einen Detektor aufweist. Diese kombinierten Sensoren 2a bis 2i sind in einer regulären Anordnung angeordnet, die sich wenigstens über Teile der Rückseite des Armbands 6a, d. h. des Kontaktflächenabschnitts 5a, und der Rückseite des Gehäuses 6, d. h. des Kontaktflächenabschnitts 5b, erstreckt. Es ist ein Vorteil dieser Ausführungsform, dass die effektive Größe der Kontaktfläche über die rückseitige Fläche des Gehäuses 6 hinaus ausgedehnt ist. Somit kann die Wahrscheinlichkeit, dass wenigstens einer der kombinierten Sensoren 2a bis 2i ein ausreichendes Kopplungsniveau mit dem Körper zum Durchführen von zuverlässigen Messungen der jeweiligen physiologischen Eigenschaft hat, signifikant erhöht werden.
3 zeigt eine bevorzugte erste Ausführungsform eines einzelnen kombinierten Sensors 2a, der einen einzelnen biometrischen Sensor als Teil des biometrischen Sensorsystems 2 und einen Abstandsdetektor 3a aufweist. Der biometrische Sensor weist eine Strahlungsquelle 7 und einen Strahlungssensor 8 auf, die zueinander benachbart an der Kontaktfläche angeordnet sind, so dass sie Licht in die Umgebung der Kontaktfläche emittieren bzw. davon Licht empfangen können. Insbesondere ist die Strahlungsquelle 7 konfiguriert, sichtbares oder infrarotes Licht von der Kontaktfläche zum Körper des Benutzers 10 zu emittieren, wenn die tragbare biometrische Vorrichtung 1 von dem Benutzer getragen wird. In 3 ist das Licht durch Pfeile gekennzeichnet. Wenn das Licht am Körper 10, insbesondere durch Blut in einem Blutgefäß 12, das sich unter dem Hautabschnitt neben der Kontaktfläche befindet, reflektiert wird, wird das reflektierte Licht durch den Strahlungssensor 8 erfasst und es wird ein korrespondierendes primäres Signal erzeugt und der Signalverarbeitungseinheit 4 bereitgestellt. Zugleich ist der Abstandsdetektor 3a betreibbar, den Abstand zwischen ihm und der Körperfläche unter ihm, d. h. der Haut, zu erfassen. Insbesondere kann der Abstandsdetektor 3a auch dafür empfindlich sein, ein Ausmaß für die Anwesenheit von Objekten oder Substanzen zwischen ihm und der Haut, wie etwa von Haaren 11, Schmutz, Schweiß, Wasser bzw. Feuchtigkeit etc. zu erfassen, welche die Übertragung von Licht zwischen dem biometrischen Sensor und dem Körper beeinflussen könnten. Der Abstandsdetektor 3a ist des Weiteren betreibbar, ein sekundäres Signal zu erzeugen, das ein Kopplungsniveau zwischen dem kombinierten Sensor 2a und dem Körper 10 anzeigt, und es der Signalverarbeitungseinheit 4 bereitzustellen. Das Kopplungsniveau basiert auf dem erfassten Abstand zwischen dem Abstandsdetektor 3a und dem Körper 10 und gegebenenfalls auch auf dem erfassten Ausmaß der Anwesenheit von Objekten oder Substanzen zwischen ihnen.
4 illustriert eine alternative, zweite bevorzugte Ausführungsform eines einzelnen kombinierten Sensors 2a. Dieser kombinierte Sensor 2a ist identisch zu demjenigen aus 3, außer dass anstelle einer Strahlungsquelle 7 ein Wellenleiter 13 vorgesehen ist, durch den Licht, das an einer an einem anderen Abschnitt des biometrischen Sensorsystems 2 angeordneten Strahlungsquelle erzeugt wird, zu der Kontaktfläche geleitet werden kann und Licht in Richtung des Körpers 10 emittieren kann. Dies hat als Vorteil, dass die Strahlungsquelle nicht mehr benachbart zu dem Strahlungssensor 8 und dem Abstandsdetektor 3a sein muss. Des Weiteren kann durch Verwendung einer entsprechenden Mehrzahl an Wellenleitern oder eines entsprechenden Multipfad-Wellenleiters, welcher zu verschiedenen kombinierten Sensoren 2a–2i führen, die Anzahl an Strahlungsquellen 7 geringer sein als die Anzahl an kombinierten Sensoren 2a–2i, welche durch jene Strahlungsquellen 7 versorgt werden. Insbesondere kann eine einzelne Strahlungsquelle eine Mehrzahl an kombinierten Sensoren 2a–2i mit Licht versorgen. Dies gilt auch für andere Ausführungsformen, bei denen keine kombinierten Sensoren verwendet werden, sondern stattdessen die einzelnen biometrischen Sensoren des biometrischen Sensorsystems 2 und die einzelnen Detektoren des Detektorsystems 3 getrennt ausgebildet sind.
5 illustriert schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des biometrischen Sensorsystems 1, bei der eine einzelne Strahlungsquelle 7 und ein einzelner Strahlungssensor 8 verwendet werden, während die Anzahl der Stellen 16 und 17, an denen Messungen vorgenommen werden, größer als 1 ist, insbesondere im vereinfachten Beispiel von 5 gleich 2 ist. Die Strahlungsquelle 7 ist konfiguriert, Licht im sichtbaren oder im infraroten Spektrum in einen Wellenleiter 13a zu emittieren, welcher vorzugsweise als Faser aus für die Strahlung transparentem Glas oder Kunststoffmaterialausgebildet ist. Der Wellenleiter 13a verbindet die Strahlungsquelle 7 mit einem optischen Schalter 14, welcher eingerichtet ist, selektiv die empfangene Strahlung in einen oder mehrere weitere Wellenleiter 13b und 13c zu leiten, die zu verschiedenen Stellen 16 und 17 an der Kontaktfläche 5a, 5b der tragbaren biometrischen Vorrichtung 1 führen (diese weiteren Wellenleiter 13b und 13c korrespondieren zu Wellenleiter 13 in 4). Zusätzlich sind weitere Wellenleiter 13d und 13e angeordnet, um einen Lichtpfad von den Stellen 16 bzw. 17 zurück zu einem Verschlusssystem 15 bereitzustellen. Ein weiterer Wellenleiter 13f verbindet das Verschlusssystem 15 mit dem Strahlungssensor 8.
Somit kann der optische Schalter 14 verwendet werden, um seriell verschiedene Stellen 16 und 17 so zu scannen, dass das von der Strahlungsquelle 7 kommende Licht nacheinander zu verschiedenen Stellen 16 und 17 geführt wird, bevorzugt periodisch wie in einem Zeitmultiplexsystem. Gemäß einer alternativen bevorzugten Variante kann der Schalter auch betreibbar sein, um den empfangenen Lichtstrahl aufzuteilen und die resultierenden Teilstrahlen zu mehreren Wellenleitern 13b, 13c gleichzeitig zu leiten, die zu allen oder einer Untermenge der verschiedenen Stellen führen. Das Verschlusssystem 15 kann verwendet werden, selektiv das reflektierte Licht, das von den Stellen 16 und 17 kommt und das Verschlusssystem 15 durch die Wellenleiter 13d und 13e erreicht, abzublocken. Insbesondere kann das selektive Blockieren des reflektierten Lichts am Verschlusssystem 15 basierend auf den den jeweiligen Stellen zugeordneten sekundären Signalen gesteuert werden, so dass Licht, das von Stellen kommt, deren zugeordnetes sekundäres Signal ein niedriges Kopplungsniveau anzeigt, blockiert wird, während Licht, das von Stellen kommt, deren zugeordnetes sekundäres Signal ein (verglichen mit einem vorbestimmten Schwellwertniveau, das sich auf ein minimales Kopplungsniveau bezieht, welches notwendig ist, um eine aussagekräftige Messung an den Stellen durchzuführen) ausreichend hohes Kopplungsniveau anzeigt, durch das Verschlusssystem 15 und durch den Wellenleiter 13f zu dem Lichtsensor 8 hindurch gelassen wird. Alternativ oder in Kombination kann der optische Schalter 14 durch die sekundären Signale so gesteuert werden, dass das Licht, das von dem optischen Schalter 14 über den Wellenleiter 13c empfangen wird, nur selektiv zu jenen Stellen 16 bzw. 17 geführt wird, deren zugeordnetes sekundäres Signal ein ausreichend hohes Kopplungsniveau anzeigt. Auf diese Weise kann die Anzahl an Strahlungsquellen und Strahlungssensoren niedriger gehalten werden als die Anzahl der Stellen oder sogar auf jeweils eine begrenzt werden und dementsprechend können diesbezügliche Raum- und Kostenanforderungen niedrig gehalten werden, während mittels der Anordnung der spezifischen Wellenleiter 13b bis 13e eine Mehrzahl an Stellen 16, 17 zum Durchführen von Messungen am menschlichen Körper 10 bestimmt werden können.
6 illustriert schematisch einen beispielhaften Strahlungssensor des biometrischen Sensorsystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Strahlungssensor weist einen Stapel aus mehreren Schichten auf. Eine Grundschicht 18, welche insbesondere aus einem Silizium-(Si)-Substrat ausgebildet sein kann, weist eine oder mehrere Fotodioden (PD) auf. Auf der Grundschicht 18 ist eine zweite Schicht 19 ausgebildet, welche als optischer Filter mit einem Passband für Wellenlängen wirkt, die durch die Fotodioden in der Grundschicht erfassen werden können. Eine dritte Schicht 20, die auf der zweiten Schicht ausgebildet ist, weist eine oder mehrere organische Fotodioden auf, und ist im Allgemeinen durchlässig für Licht verschiedener Wellenlängen, insbesondere für Wellenlängen, für die ihre organischen Fotodioden nur eine geringe oder keine Empfindlichkeit haben. Optional kann zum Zwecke des Fokussierens des einfallenden Lichts auf die lichtsensitiven Bereiche des Stapels, d. h. Bereiche die seine Fotodioden beinhalten, eine optische Linse 21 auf der dritten Schicht angeordnet sein. Nur zum Zwecke der Illustration ist ein einfaches Beispiel in 6 dargestellt, bei welchem das einfallende Licht eine blaue Komponente B, eine grüne Komponente G und eine rote Komponente R enthält. Nach Durchlaufen der Linse 21 erreichen alle drei Komponenten die dritte Schicht 20, welche organische Fotodioden PD-G enthält, die empfindlich für grünes Licht sind. Somit wird die Komponente G zumindest teilweise absorbiert und erfasst durch die organischen Fotodioden in der dritten Schicht 20, während die Komponenten B und R zu der zweiten Schicht 19 hindurchlaufen können. Schicht 19 ist ein Rotfilter F-R, d. h. sie hat ein Passband im roten Teil des Spektrums, während sie andere Farben herausfiltert. Dementsprechend werden die Komponenten B und G (d. h. der Rest davon) in Schicht 19 herausgefiltert und nur Komponente R kann zu der Grundschicht 18 hindurchlaufen, wo sie durch die Si-Fotodioden PD-R erfasst wird. Zusammengefasst können innerhalb der gleichen Sensorgrundfläche zwei verschiedene Wellenlängenkomponenten gleichzeitig gemessen werden, die sich auf verschiedene physiologische Eigenschaften des Körpers des Benutzers beziehen können – welche insbesondere verschiedene Blutkomponenten sein können. Weitere Schichten, die organische Fotodioden und/oder Filter aufweisen, können zum Stapel hinzugefügt werden, um eine sogar noch stärker selektive Erfassung von verschiedenen Strahlungskomponenten zu liefern.
7 zeigt ein Schaltungsdiagramm für eine Anordnung der Sensoren der tragbaren biometrischen Vorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung weist wenigstens zwei elektrische, temperaturempfindliche Widerstände R1 und R2 auf, welche an einer Kontaktfläche 5a, 5b angeordnet sind, die konfiguriert ist, mit dem Körper des Benutzers in Kontakt zu treten, wenn die tragbare biometrische Vorrichtung von dem Benutzer getragen wird (vgl. 2). Jeder der Widerstände korrespondiert mit und definiert eine Stelle zur Messung eines Kopplungsniveaus zwischen der tragbaren biometrischen Vorrichtung und dem Körper 10 eines Benutzers. Die Widerstände R1 und R2 sind jeweils über einen jeweiligen Schalter S1 oder S2 mit einer jeweiligen Stromquelle I1 oder I2 verbindbar. Insbesondere können die Widerstände R1 und R2 Ohmsche Widerstände, Transistoren oder jede andere Komponente, die zumindest in einem Betriebsmodus einen elektrischen Widerstand aufzeigt oder jegliche Kombination davon sein. Jeder der Widerstände R1 und R2 kann auch aus mehreren einzelnen Widerstandselementen ausgebildet sein und es kann mehr als zwei Widerstände geben, während das vorliegende Beispiel nur zwei (R1, R2) zeigt. Weitere Schalter S3 und S4 sind vorgesehen, durch welche der jeweilige elektrische Schaltkreis durch den Widerstand R1 bzw. R2 geschlossen oder geöffnet werden kann.
In einem ersten Betriebsmodus ist das Detektorsystem 3 betreibbar, um einen temporären Stromfluss, wie etwa einen Strompuls mit einer vorbestimmten Stromstärke und -länge durch den Widerstand R1 oder den Widerstand R2 oder durch beide hindurch durch Schließen der jeweiligen Schalter S1 und S3 für R1 bzw. S2 und S4 für R2 zu bewirken. Weil die Widerstände R1 und R2 temperaturempfindlich sind, hängt ihr Widerstand von der Temperatur ab, welche wiederum von dem Grad der Kopplung des jeweiligen Widerstands mit dem Körper 10 beeinflusst wird. Mit anderen Worten, wenn ein Widerstand R1, R2 ein hohes Kopplungsniveau mit dem Körper 10 aufweist, wird die im Widerstand R1, R2 beim Fließen eines Strompulses durch ihn erzeugte Hitze zumindest teilweise über den Körper 10 abgeführt. Somit ist in diesem Fall der Temperaturanstieg des Widerstands R1, R2 geringer als er es wäre, wenn der jeweilige Widerstand nicht an den Körper angekoppelt wäre und vollständig von Luft, umgeben wäre (welche ein sehr guter thermischer Isolator ist). Dementsprechend hängt der temperaturabhängige Widerstand des jeweiligen Widerstands R1, R2 und daher auch ein Spannungsabfall über den jeweiligen Widerstand von dem Kopplungsniveau dieses Widerstands zum Körper 10 ab. Der Spannungsabfall kann dann durch das Detektorsystem in ein jeweiliges sekundäres Signal überführt werden, das das aktuelle Kopplungsniveau des jeweiligen Widerstands R1 oder R2 mit dem Körper 10 anzeigt.
Indessen ist einem zweiten Betriebsmodus das biometrische Sensorsystem 2 betreibbar, um eine Spannung zwischen dem ersten Widerstand R1 und dem zweiten Widerstand R2 anzulegen. Insbesondere wird dies erreicht, wenn die Schalter S1 und S4 geschlossen und die Schalter S2 und S3 offen sind. Dann kann ein Strom von der Stromquelle I1 durch Schalter S1 zum Widerstand R1 und über einen Widerstand R3, der durch den Körper, speziell auf seiner Haut, ausgebildet ist, zum Widerstand R2 und durch Schalter S4 fließen. Alternativ sind die Schalter S2 und S3 geschlossen und die Schalter S1 und S4 offen, so dass ein Strom von der Stromquelle I2 durch den Schalter S2 zum Widerstand R2 und über den Widerstand R3, der durch den Körper ausgebildet ist, zum Widerstand R1 und durch Schalter S3 fließen. Bei einer weiteren Alternative sind S3 und S4 beide zugleich geschlossen, so dass es zwei parallele Strompfade gibt, d. h. falls S1 geschlossen und S2 offen ist, einen Pfad von I1 durch R1 und S3 und einen anderen Pfad von I1 durch R1, R3, R2 und S4.
In jedem der Fälle gibt der Spannungsabfall über R3 einen Hinweis auf den Widerstand von R3, welcher wiederum von einem oder mehreren physiologischen Parametern der Haut zwischen R1 und R3, wie etwa ihre Feuchtigkeit, abhängt. Der Spannungsabfall über R3 kann dann durch das biometrische Sensorsystem in ein jeweiliges primäres Signal überführt werden, das die physiologische Eigenschaft an der Stelle von R1 oder R2 oder von beiden anzeigt. Auch ist es möglich, R3 eine bestimmte Stelle zuzuweisen. Demgemäß kann diese Anordnung in unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden, um alternativ ein Kopplungsniveau oder eine physiologische Eigenschaft, insbesondere Feuchtigkeit, des Körpers eines Benutzers zu messen.
8 illustriert ein Verfahren zum Durchführen biometrischer Messungen an einer tragbaren biometrischen Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere kann die tragbare biometrische Vorrichtung eine wie in den 1 oder 2 illustrierte Vorrichtung sein, speziell kann sie auch gemäß irgendeiner oder mehrerer der Ausführungsformen, die in Verbindung mit den 3 bis 7 beschrieben worden sind, ausgebildet sein. Die Vorrichtung 1 weist, wie oben beschrieben, ein biometrisches Sensorsystem 2, ein Detektorsystem 3 und eine Signalverarbeitungseinheit 4 auf.
Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt S1 des Erfassens, mit einem Detektorsystem 3, des Kopplungsniveaus des biometrischen Sensorsystems 2 mit einem Körper 10 des Benutzers an zwei oder mehr Stellen, wenn die Vorrichtung 1 von dem Benutzer getragen wird. Des Weiteren wird pro Stelle ein sekundäres Signal erzeugt, wobei das sekundäre Signal das erfasste Kopplungsniveau an der jeweiligen Stelle anzeigt. Das Verfahren umfasst des Weiteren einen zweiten Schritt des Messens, durch das biometrische Sensorsystem, einer physiologischen Eigenschaft an den zwei oder mehreren Stellen und des Erzeugens pro Stelle eines korrespondierenden primären Signals, das die an der jeweiligen Stelle gemessene physiologische Eigenschaft anzeigt. Der zweite Schritt kann vor, nach oder zur gleichen Zeit wie der erste Schritt durchgeführt werden. Gemäß einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird er nach dem ersten Schritt durchgeführt, wie in 8 illustriert. Dies erlaubt das Auslassen von Messungen an solchen Stellen, an welchen das zuvor erfasste Kopplungsniveau, wie es durch das jeweilige primäre Signal angezeigt wird, unterhalb einer Schwelle liegt, welche als ein zur Durchführung aussagekräftiger Messungen der physiologischen Eigenschaft erforderliches Mindestniveau bestimmt ist. Dementsprechend wird Schritt S2 dann für eine Untermenge von N Stellen durchgeführt und liefert N primäre Signale, während die Gesamtanzahl M an Stellen, an welchen prinzipiell das biometrische Sensorsystem fähig ist, die physiologische Eigenschaft zu messen, größer sein kann (M > N). Das Verfahren umfasst des Weiteren einen dritten Schritt S3 zum Bestimmen von Gewichten w_i, die dem jeweiligen i-ten der N primären Signale Sp_i zugeordnet sind, mit i = 1, ..., N, basierend auf korrespondierenden sekundären Signalen. Hierdurch ist ein Gewicht w_i umso höher, je höher das korrespondierende Kopplungsniveau, das durch das jeweilige sekundäre Signal angezeigt wird, ist. Demgemäß wird für jedes primäre Signal, das während des zweiten Schritts erzeugt wird, ein zugeordnetes Gewicht w_i bestimmt und primäre Signale sp_i, die ein korrespondierendes höheres Kopplungsniveau haben, erhalten ein größeres Gewicht als primäre Signale, die ein niedrigeres korrespondierendes Kopplungsniveau haben. Alternativ kann der Gewichtsbestimmungsschritt S3 auch vor oder zur gleichen Zeit mit dem Messschritt S2 durchgeführt werden.
Das Verfahren umfasst des Weiteren einen vierten Schritt S4, in dem ein Ausgangssignal S_O erzeugt wird, das die physiologische Eigenschaft als eine gewichtete Summe aus den primären Signalen Sp_i mit den jeweiligen Gewichten w_i anzeigt. Insbesondere kann diese Summe als gewichteter Durchschnitt gebildet werden, d. h. wie folgt:
Nach Schritt S4 kann der Prozess durch Rückkehr zu Schritt S1 wiederholt werden, womit eine kontinuierliche Messung über die Zeit ermöglicht wird.
Während oben wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist anzumerken, dass eine große Anzahl an Variationen dazu besteht. Des Weiteren ist es offensichtlich, dass die beschriebenen beispielhafte Ausführungsformen lediglich nicht einschränkende Beispiele dafür veranschaulichen, wie die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann, und dass es nicht beabsichtigt ist, den Rahmen, die Anwendungsmöglichkeiten oder die Konfigurationsmöglichkeiten der hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr bietet die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann Konstruktionen zur Ausführung wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wobei es sich versteht, dass verschiedene Änderungen der Funktionalität und der Anordnung der Elemente der beispielhaften Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne vom Gegenstand, der durch die beigefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente bestimmt wird, abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: tragbare biometrische Vorrichtung
2: biometrisches Sensorsystem
2a–i: kombinierte Sensoren
3: Detektorsystem
3a: Abstandssensor
4: Signalverarbeitungseinheit
5a–b: Abschnitte der Kontaktfläche
6: Gehäuse
6a: Armband
7: Strahlungsquelle des biometrischen Sensorsystems
8: Strahlungssensor des biometrischen Sensorsystems
9: Abstandssensor des Detektorsystems
10: Körper des Benutzers
11: Haar
12: Blutgefäße
13: Wellenleiter
13a–f: Wellenleiter
14: optischer Schalter
15: Verschlusssystem
16: erste Stelle
17: zweite Stelle
18: Grundschicht (insb. Si-Substrat mit Fotodioden) des Strahlungssensors
19: zweite Schicht (insb. Filter) des Strahlungssensors
20: dritte Schicht (mit organischen Fotodioden) des Strahlungssensors
R1, R2: temperaturempfindliche Widerstände
R3: Widerstand des Strompfads durch den Körper
S1–S4: elektrische Schalter
I1, I2: Stromquellen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6510331 [0006]

Claims

Tragbare biometrische Vorrichtung (1), aufweisend: ein biometrisches Sensorsystem (2), welches eingerichtet ist, eine vorbestimmte physiologische Eigenschaft des Körpers eines Benutzers (10) in Bezug auf zwei oder mehrere verschiedene Stellen (16, 17) an der Körperoberfläche zu messen und für jede solche Stelle (16, 17) ein zugeordnetes primäres Signal, das die gemessene physiologische Eigenschaft anzeigt, bereitzustellen; ein Detektorsystem (3), welches eingerichtet ist, ein Kopplungsniveau des biometrischen Sensorsystems (2) mit dem Körper (10) an jeder der Stellen (16, 17) zu detektieren und für jede solche Stelle (16, 17) ein zugeordnetes sekundäres Signal, das das detektierte Kopplungsniveau anzeigt, bereitzustellen; eine Signalverarbeitungseinheit (4), welche eingerichtet ist, die primären Signale und die zugeordneten sekundären Signale zu empfangen und ein Ausgangssignal (S_O), das die physiologische Eigenschaft als eine Funktion der empfangenen primären und sekundären Signale anzeigt, zu erzeugen, so dass die funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals von einem ersten der primären Signale geringer ist als seine funktionale Abhängigkeit von einem zweiten der primären Signale, wenn das dem ersten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal ein niedrigeres Kopplungsniveau anzeigt als das dem zweiten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei: in einem aktiven Modus der Energieverbrauch des Detektorsystems (3) je Stelle (16, 17) niedriger ist als derjenige des biometrischen Sensorsystems (2); und die Signalverarbeitungseinheit (4) des Weiteren eingerichtet ist, das biometrisches Sensorsystem (2) selektiv so zu aktivieren, dass die Erzeugung eines jeweiligen primären Signals nur für eine oder mehrere ausgewählte Stellen (16, 17) aktiviert wird, welche ein Kopplungsniveau, wie durch die zugeordneten sekundären Signale angezeigt, oberhalb einer festgelegten Schwelle aufweisen.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalverarbeitungseinheit (4) des Weiteren konfiguriert ist, einen Übergang des biometrischen Sensorsystems (2) in einen Energiesparmodus einzuleiten, wenn über eine vorbestimmte Zeitdauer keine sekundären Signale empfangen worden sind, die ein ausreichend gutes Kopplungsniveau anzeigen.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das biometrisches Sensorsystem (2) in verschiedenen Betriebsmodi betreibbar ist, einschließlich eines ersten Modus, in dem es konfiguriert ist, die primären Signale bereitzustellen, und eines zweiten Modus, in welchem es konfiguriert ist, wenigstens eine Untermenge der sekundären Signale bereitzustellen.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalverarbeitungseinheit (4) des Weiteren eingerichtet ist, selektiv die primären Signale, die sekundären Signale oder beide als Funktion der Zeit oder der zugeordneten Stellen (16, 17) oder von beidem zu empfangen.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funktion, welche von der Signalverarbeitungseinheit (4) zur Erzeugung des Ausgangssignals zu verwenden ist, das Bilden einer gewichteten Summe der empfangenen primären Signale umfasst, wobei das Gewicht (w₁) eines ersten der primären Signale kleiner ist als das Gewicht (w₂) eines zweiten der primären Signale, wenn das dem ersten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal ein niedrigeres Kopplungsniveau anzeigt als das dem zweiten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Detektorsystem (3) einen oder mehrere Abstandssensoren (3a) aufweist, die konfiguriert sind, die jeweiligen Abstände zwischen jeder von wenigstens zwei der Stellen (16, 17) an dem Körper des Benutzers (10) und des biometrischen Sensorsystems (2) zu messen.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Detektorsystem (3) des Weiteren aufweist: wenigstens eine Lichtquelle, die eingerichtet ist, ein vorbestimmtes Kalibrierungslichtsignal in die Richtung des Körpers des Benutzers (10) zu emittieren, wenn die Vorrichtung von dem Benutzer getragen wird; und wenigstens einen Lichtdetektor, der eingerichtet ist, das Lichtsignal zu empfangen, nachdem es an einer Stelle auf dem Körper des Benutzers reflektiert worden ist und basierend auf einem Vergleich des empfangenen, reflektierten Signals mit dem vorbestimmten Kalibrierungssignal ein sekundäres Signal, zu erzeugen, das mit dem Kopplungsniveau an der Stelle korrespondiert.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das biometrische Sensorsystem (2) aufweist: wenigstens eine Strahlungsquelle (7), die angeordnet ist, elektromagnetische Strahlung, zumindest teilweise, auf eine oder mehrere der Stellen (16, 17) auf dem Körper des Benutzers (10) zu emittieren, wenn die biometrische Vorrichtung (1) von dem Benutzer getragen wird; und wenigstens einen korrespondierenden Strahlungssensor (8), der eingerichtet ist, die Strahlung, zumindest teilweise, zu empfangen, nachdem sie den Körper (10) durchlaufen hat oder von diesem reflektiert worden ist; wobei das biometrische Sensorsystem (2) einen oder mehrere Wellenleiter (13; 13a–f) zum Leiten der Strahlung von der wenigstens einen Strahlungsquelle (7) zu einer oder mehreren der Stellen (16; 17) oder von dort zu dem wenigstens einen korrespondierenden Strahlungssensor (8) oder für beides aufweist.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 9, wobei das biometrische Sensorsystem (2) des Weiteren einen optischen Schalter (14) aufweist, der eingerichtet ist, selektiv die durch die wenigstens eine Strahlungsquelle (7) emittierte Strahlung zu einer Untermenge der einen oder mehreren Stellen (16, 17) zu leiten.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das biometrische Sensorsystem (2) des Weiteren ein Verschlusssystem (15) zum selektiven Blockieren eines oder mehrerer der in dem einen oder den mehreren Wellenleitern vorgesehenen Strahlungspfade auf, wobei die Pfade die Stellen (16, 17) mit den korrespondierenden Strahlungssensoren (8) verbinden.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die wenigstens eine Strahlungsquelle (7) eingerichtet ist, selektiv Strahlung mit verschiedenen vorbestimmten Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen zu emittieren, die auf die spektralen Antworten korrespondierender verschiedener chemischer Substanzen, die im Körper des Benutzers (10) detektiert werden sollen, abgestimmt sind.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das biometrische Sensorsystem (2) aufweist: wenigstens eine Strahlungsquelle (7), die angeordnet ist, elektromagnetische Strahlung, zumindest teilweise, auf eine oder mehrere der Stellen (16, 17) an dem Körper des Benutzers (10) zu emittieren, wenn die biometrische Vorrichtung (1) von dem Benutzer getragen wird; wenigstens einen korrespondierenden Strahlungssensor (8) zum zumindest teilweisen Empfangen der Strahlung, nachdem sie den Körper (10) durchlaufen hat oder von dem Körper (10) reflektiert worden ist; und eine Filteranordnung aufweisend einen oder mehrere Strahlungsfilter, die zwischen einer oder mehreren der Strahlungsquellen einerseits und einen oder mehreren korrespondierenden Strahlungssensoren andererseits angeordnet sind, wobei die Filteranordnung konfiguriert ist, Strahlung in einem oder mehreren Passbandbereichen des durch die eine oder durch die mehreren Strahlungsquellen (7) emittierten Wellenlängenspektrums selektiv durchzulassen, wobei die Passbandbereiche mit den Wellenlängenbereichen der spektralen Antworten der vorausgewählten, zu detektierenden chemischen Substanzen korrespondieren.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das biometrische Sensorsystem (2) aufweist: wenigstens eine Strahlungsquelle (7), die angeordnet ist, elektromagnetische Strahlung, zumindest teilweise, auf eine oder mehrere der Stellen (16, 17) an dem Körper des Benutzers (10) zu emittieren, wenn die biometrische Vorrichtung (1) von dem Benutzer getragen wird; wenigstens einen korrespondierenden Strahlungssensor (8) zum zumindest teilweisen Empfangen der Strahlung, nachdem sie den Körper 10 durchlaufen hat oder durch den Körper (10) reflektiert worden ist; wobei: wenigstens einer der Strahlungssensoren (8) zwei oder mehr in verschiedenen Schichten eines Stapels angeordnete Fotodioden aufweist, wobei der Stapel eine zum Empfang der zu detektierenden Strahlung konfigurierte Oberseite aufweist, wobei jede Fotodiode einen oder mehrere spezifische Empfindlichkeitswellenlängenbereiche aufweist, in welchen sie Strahlung detektieren kann; eine oder mehrere der Fotodioden organische Fotodioden sind, die für Strahlung mit einer Wellenlänge außerhalb ihrer jeweiligen einen oder mehreren Empfindlichkeitswellenlängenbereichen zumindest teilweise transparent sind; und eine erste der einen oder mehreren organischen Fotodioden in einer ersten Schicht angeordnet ist, welche näher an der Oberseite des Stapels ist als eine zweite Schicht, die eine zweite der Fotodioden aufweist, so dass zumindest ein Teil der einfallenden, zu detektierenden Strahlung zuerst die erste organische Fotodiode erreicht, bevor sie die zweite Fotodiode erreicht.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das biometrische Sensorsystem (2) eine oder mehrere der folgenden Sensorarten aufweist: – Oximeter; – Temperatursensor; – Feuchtigkeitssensor; – Beschleunigungssensor; – Strahlungssensor.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend: einen ersten temperaturempfindlichen elektrischen Widerstand (R1), der an einer ersten Position auf einer Kontaktfläche (5a, 5b) der tragbaren biometrischen Vorrichtung (1) angeordnet ist, wobei die Kontaktfläche (5a, 5b) konfiguriert ist, mit der Oberfläche des Körpers des Benutzers (10) an einer ersten mit der ersten Position korrespondierenden Stelle (16) in Kontakt zu treten, wenn die tragbare biometrische Vorrichtung (1) von dem Benutzer getragen wird; wobei das Detektorsystem (3) so betreibbar ist, dass es: einen temporären Stromfluss durch den ersten Widerstand (R1) bewirkt, der zu einem Temperaturanstieg am Widerstand (R1) führt; ein Kopplungsniveau des biometrischen Sensorsystems (2) mit dem Körper (10) basierend auf einer physikalischen Größe ermittelt, die durch eine von dem Temperaturanstieg verursachte Änderung des Widerstands des ersten elektrischen Widerstands (R1) beeinflusst wird; und ein zugeordnetes sekundäres Signal bereitstellt, welches das ermittelte Kopplungsniveau anzeigt.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 16, des Weiteren aufweisend: einen zweiten elektrischen Widerstand (R2), der auf der Kontaktfläche (5a, 5b) der tragbaren biometrischen Vorrichtung (1) an einer zweiten Position angeordnet ist, die von der ersten Position verschieden ist, wobei die Kontaktfläche (5a, 5b) des Weiteren konfiguriert ist, mit der Oberfläche des Körpers des Benutzers (10) an einer zweiten zu der zweiten Position korrespondierenden Stelle (16) in Kontakt zu treten, wenn die tragbare biometrische Vorrichtung (10) von dem Benutzer getragen wird; wobei das biometrische Sensorsystem (2) betreibbar ist, um: eine Spannung zwischen dem ersten (R1) und dem zweiten Widerstand (R2) anzulegen; eine physiologische Eigenschaft des Körpers (10) zu messen, die den Widerstand (R3) eines Strompfads beeinflusst, der sich zwischen der ersten Stelle (16) und der zweiten Stelle (17) über den Körper (10) hinweg ausbildet, wenn beide Widerstände (R1, R2) in Kontakt mit dem Körper (10) stehen und die Spannung zwischen den zwei Widerständen (R1, R2) angelegt wird, indem eine von dem Widerstand (R3) des Strompfads abhängige, physikalische Größe gemessen wird; und ein der ersten Stelle (16) oder der zweiten Stelle (17) zugeordnetes primäres Signal, welches von der gemessenen Größe abgeleitet ist, bereitzustellen.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: das biometrische Sensorsystem (2), das Detektorsystem (3) oder beide als feste Anordnung einzelner Sensoren bzw. Detektoren (2a–2i) strukturiert sind; und die Signalverarbeitungseinheit (4) des Weiteren eingerichtet ist: von den primären oder sekundären Signalen oder von beiden einerseits und von den Positionen der Sensoren bzw. Detektoren (2a–2i) in der Anordnung andererseits eine Position der biometrischen Vorrichtung (1) relativ zum Körper des Benutzers (10) mittels Anwendung eines Mustererkennungsalgorithmus auf die Signale herzuleiten; und die Funktion der empfangenen primären und sekundären Signale zum Erzeugen des Ausgangssignals basierend auf einem oder mehreren durch die Anwendung des Mustererkennungsalgorithmus am Körper des Benutzers erkannten Mustern zu bestimmen.
Tragbare biometrische Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Detektorsystem (3) oder die Signalverarbeitungseinheit (4) konfiguriert sind, ein Signal zu erzeugen, wenn über eine vorbestimmte Zeitdauer das Kopplungsniveau des biometrischen Sensorsystems (2) unter einem vorbestimmten Schwellwertniveau bei allen der Stellen (16, 17) gelegen hat, wobei das Schwellwertniveau ein Mindestniveau für aussagekräftige Messungen der jeweiligen physiologischen Eigenschaft bestimmt.
Verfahren zum Durchführen biometrischer Messungen an einer tragbaren biometrischen Vorrichtung (1), aufweisend: Messen, mit einem biometrischen Sensorsystem (2), einer vorbestimmten physiologischen Eigenschaft des Körpers eines Benutzers (10) in Bezug auf zwei oder mehrere verschiedene Stellen (16, 17) an dem Körper (10) und Erzeugen eines zugeordneten primären Signals, das die gemessene physiologische Eigenschaft anzeigt, für jede solche Stelle; Erfassen, mit einem Detektorsystem (3), eines Kopplungsniveaus des biometrischen Sensorsystems (2) mit dem Körper (10) an jeder der Stellen (16, 17) und Bereitstellen eines zugeordneten sekundären Signals, das das erfasste Kopplungsniveau anzeigt, für jede der Stellen (16, 17); Erzeugen eines Ausgangssignals (S₀), das die physiologische Eigenschaft als Funktion der primären und sekundären Signale anzeigt, so dass die funktionale Abhängigkeit des Ausgangssignals von einem ersten der primären Signale geringer ist als die Abhängigkeit von einem zweiten der primären Signale, wenn das dem ersten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal ein niedrigeres Kopplungsniveau anzeigt als das dem zweiten der primären Signale zugeordnete sekundäre Signal.