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Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung einer Herzfrequenz und/oder eines Blutsauerstoffgehalts. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Sensors.
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Sensoren zur Erfassung einer Herzfrequenz und/oder eines Blutsauerstoffgehalts können mittels zweier Strahlungsquellen und eines Photodetektors aufgebaut sein. Eine Strahlungsquelle kann zur Erfassung der Herzfrequenz dienen, während eine zweite Strahlungsquelle zur Erfassung des Blutsauerstoffgehalts dienen kann. Ein solcher Sensor kann beispielsweise zwei Leuchtdioden mit unterschiedlicher Wellenlänge aufweisen. Die Leuchtdioden sind dabei beabstandet angeordnet, so dass die von den Leuchtdioden emittierte Strahlung auf verschiedene Bereiche eines Blutgefäßes während der Erfassung der Herzfrequenz und/oder des Blutsauerstoffgehalts einwirkt.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Sensor zur Erfassung einer Herzfrequenz und/oder eines Blutsauerstoffgehalts sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen verbesserten Sensors bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mit dem Sensor und dem Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Ein Sensor zur Erfassung einer Herzfrequenz und/oder eines Blutsauerstoffgehalts weist eine Strahlungsquelle und einen Photodetektor auf. Die Strahlungsquelle weist ein Leuchtdioden-Array auf, welches mehrere Emissionsbereiche aufweist. Die Emissionsbereiche weisen jeweils eine erste Leuchtdiode und eine zweite Leuchtdiode auf. Die erste Leuchtdiode weist eine erste Wellenlänge auf, ist also eingerichtet, elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Wellenlänge zu emittieren. Die zweite Leuchtdiode weist eine zweite Wellenlänge auf, ist also eingerichtet, elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge zu emittieren. Innerhalb der Emissionsbereiche beträgt der Abstand der ersten Leuchtdiode zur zweiten Leuchtdiode 100 Mikrometer oder weniger.
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Durch den Abstand von maximal 100 Mikrometern wird die elektromagnetische Strahlung mit der ersten und der zweiten Wellenlänge von der Strahlungsquelle räumlich nahe beieinander emittiert. Damit ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass das innerhalb eines Emissionsbereichs von der ersten und der zweiten Leuchtdiode emittierte Licht auf einem ähnlichen Weg in ein zu messendes Gewebe eindringt und dort Absorptionen an identischen Molekülen innerhalb eines Blutgefäßes stattfinden. Dadurch wird die Messgenauigkeit des Sensors zur Erfassung einer Herzfrequenz und/oder eines Blutsauerstoffgehalts verbessert.
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In einer Ausführungsform ist die erste Wellenlänge im Bereich 550 bis 590 Nanometer. In einer Ausführungsform ist die zweite Wellenlänge größer als 800 Nanometer. Dadurch emittieren die ersten Leuchtdioden grünes Licht, welches sich zur Erfassung einer Herzfrequenz eignet. Die zweiten Leuchtdioden emittieren Infrarotstrahlung, welche zur Bestimmung eines Blutsauerstoffgehalts geeignet ist.
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In einer Ausführungsform weist die erste Leuchtdiode ein erstes Konversionselement auf. In einer Ausführungsform weist die zweite Leuchtdiode ein zweites Konversionselement auf. Dadurch kann Licht mit einer geringeren Wellenlänge als die erste Wellenlänge vom ersten Konversionselement in Licht der ersten Wellenlänge umgewandelt werden. Ebenso kann Licht mit einer geringeren Wellenlänge als die zweite Wellenlänge vom zweiten Konversionselement in Licht der zweiten Wellenlänge umgewandelt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass erste und zweite Leuchtdioden identische Leuchtdiodenchips und verschiedene Konversionselemente aufweisen. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass erste und zweite Leuchtdioden unterschiedliche Leuchtdiodenchips und identische oder verschiedene Konversionselemente aufweisen.
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In einer Ausführungsform weist das erste Konversionselement Quantenpunkte auf. In einer Ausführungsform weist das zweite Konversionselement Quantenpunkte auf.
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Bei einer Erzeugung von konvertiertem Licht mit den genannten Wellenlängen mittels Quantenpunkten sind z. B. die im Folgenden erläuterten Materialien denkbar. Für grünes Licht der ersten Wellenlänge um 570 Nanometer können dabei Cadmiumselenid-Quantenpunkte mit einem Durchmesser zwischen 3,0 und 3,5 Nanometer verwendet werden. Alternativ ist die Verwendung von Indiumphosphid-Quantenpunkte mit einem Durchmesser zwischen 1,8 und 2,2 Nanometer für das grüne Licht möglich.
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Für die Infrarotstrahlung der zweiten Wellenlänge größer 800 Nanometer sind Indiumarsenid-Quantenpunkte mit einem Durchmesser zwischen 3,0 und 6,0 Nanometer möglich. Alternativ können für die Infrarotstrahlung Bleiselenid-Quantenpunkte mit einem Durchmesser größer als 5,0 Nanometer verwendet werden. Eine weitere Alternative für die Infrarotstrahlung ist die Verwendung von Kupferindiumphosphid-Quantenpunkten mit einem Durchmesser zwischen 2,5 und 5,8 Nanometer.
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In einer Ausführungsform sind die ersten Leuchtdioden und die zweiten Leuchtdioden unabhängig voneinander kontaktiert, so dass jede Leuchtdiode des Leuchtdioden-Arrays individuell ansteuerbar ist. Ferner weist der Sensor eine Steuerung auf, die eingerichtet ist, die ersten und die zweiten Leuchtdioden unabhängig voneinander zu betreiben. Dies ermöglicht, durch individuelles Ansteuern der Leuchtdioden Signale der Leuchtdioden voneinander zu trennen.
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In einer Ausführungsform weisen die Emissionsbereiche eine dritte Leuchtdiode auf, wobei die dritte Leuchtdiode eine dritte Wellenlänge aufweist. In einer Ausführungsform liegt die dritte Wellenlänge im Bereich 640 bis 680 Nanometer. Die dritten Leuchtdioden emittieren also rotes Licht. Dadurch wird eine verbesserte Messung des Blutsauerstoffgehalts ermöglicht.
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In einer Ausführungsform weist die dritte Leuchtdiode ein drittes Konversionselement auf. In einer Ausführungsform weist das dritte Konversionselement Quantenpunkte auf.
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Für das rote Licht des zweiten Wellenlängenbereichs mit einer Wellenlänge um 660 Nanometer können dabei Cadmiumselenid-Quantenpunkte mit einem Durchmesser zwischen 7,5 und 8,5 Nanometer verwendet werden. Alternativ ist die Verwendung von Indiumphosphid-Quantenpunkte mit einem Durchmesser zwischen 2,8 und 3,2 Nanometer für das rote Licht möglich.
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In einer Ausführungsform sind der Photodetektor und die Strahlungsquelle innerhalb eines Gehäuses angeordnet.
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In einer Ausführungsform weist das Gehäuse eine Ausnehmung auf, wobei die Ausnehmung eingerichtet ist, ein Körperteil aufzunehmen. Die Strahlungsquelle und der Photodetektor sind auf verschiedenen Seiten der Ausnehmung angeordnet. Die Ausnehmung kann dabei beispielsweise eingerichtet sein, einen Finger aufzunehmen. Dadurch, dass Strahlungsquelle und Photodetektor auf verschiedenen Seiten der Ausnehmung angeordnet sind, kann von der Strahlungsquelle emittiertes Licht durch das sich innerhalb der Ausnehmung befindende Körperteil hindurch zum Photodetektor gelangen, wobei für die Messung relevante Absorptionen der Strahlung im Körperteil stattfinden und das durch das Körperteil transmittierte Licht mittels des Photodetektors ausgewertet wird. Dadurch kann ein Sensor mit einer guten Messgenauigkeit, insbesondere für stationäre Anwendungen, erreicht werden.
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In einer Ausführungsform weist das Gehäuse eine Ausnehmung auf, wobei die Strahlungsquelle und der Photodetektor innerhalb der Ausnehmung angeordnet sind. Das Gehäuse ist eingerichtet, derart auf einem Körperteil angeordnet zu werden, dass die Ausnehmung in Richtung des Körperteils zeigt. Dadurch kann eine flache Bauweise des Sensors, insbesondere für mobile Anwendungen, erreicht werden.
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In einer Ausführungsform weist das Leuchtdioden-Array einen Träger auf, wobei die Leuchtdioden in mindestens vier Spalten und vier Reihen auf dem Träger angeordnet sind. Eine erste Spalte weist erste Leuchtdioden auf, eine zweite Spalte weist zweite Leuchtdioden auf. In jeder Reihe sind zwei Emissionsbereiche vorgesehen. Dadurch kann eine platzsparende Anordnung der Leuchtdioden beziehungsweise des Leuchtdioden-Arrays erreicht werden.
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In einer Ausführungsform sind in einer dritten Spalte dritte Leuchtdioden vorgesehen, wobei die Leuchtdioden in mindestens sechs Spalten und mindestens vier Reihen angeordnet sind. Dadurch sind in jeder Reihe sechs Leuchtdioden angeordnet, wovon jeweils drei innerhalb eines Emissionsbereichs liegen.
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Ein Sensor zur Erfassung einer Herzfrequenz und/oder eines Blutsauerstoffgehalts mit einer Strahlungsquelle und einem Photodetektor, wobei die Strahlungsquelle ein Leuchtdioden-Array aufweist, das mehrere Emissionsbereiche aufweist, wobei die Emissionsbereiche jeweils eine erste Leuchtdiode und eine zweite Leuchtdiode aufweisen, wobei die erste Leuchtdiode eine Quelle für grünes Licht aufweist, wobei die zweite Leuchtdiode eine Infrarotquelle aufweist, und wobei der Abstand der ersten Leuchtdiode und der zweiten Leuchtdiode innerhalb der Emissionsbereiche weniger als 100 Mikrometer beträgt, wobei der Sensor eine Steuerung aufweist, wird derart betrieben, dass die ersten Leuchtdioden und die zweiten Leuchtdioden unabhängig voneinander jeweils mit einer zwischen Null Volt und einer Betriebsspannung oszillierenden veränderlichen Spannung betrieben werden. Die oszillierende veränderliche Spannung jeder Leuchtdiode weist dabei eine eigene Frequenz auf. Das Signal des Photodetektors wird anhand der eigenen Frequenzen in einzelne Bestandteile aufgeteilt, wobei die einzelnen Bestandteile anhand der eigenen Frequenzen den Leuchtdioden zugeordnet werden.
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Dadurch können die Leuchtdioden gleichzeitig betrieben und ausgewertet werden.
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In einer Ausführungsform weisen die Emissionsbereiche dritte Leuchtdioden auf, die ebenfalls mit einer zwischen Null Volt und einer Betriebsspannung oszillierenden veränderlichen weiteren Spannung betrieben werden, wobei die weitere Spannung der dritten Leuchtdioden wiederum eine eigene Frequenz aufweist.
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In einer Ausführungsform erfolgt das Aufteilen des Signals mittels Fourier-Analyse. Dadurch kann eine große Anzahl von Leuchtdioden des Leuchtdioden-Arrays gleichzeitig betrieben und ausgewertet werden.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
- 1 eine Draufsicht auf einen ersten Sensor mit einem ersten Leuchtdioden-Array;
- 2 einen Querschnitt durch den ersten Sensor;
- 3 eine Draufsicht auf einen zweiten Sensor mit dem ersten Leuchtdioden-Array;
- 4 eine Draufsicht auf einen dritten Sensor mit einem zweiten Leuchtdioden-Array;
- 5 einen Querschnitt durch den dritten Sensor;
- 6 einen Querschnitt durch einen vierten Sensor;
- 7 einen Querschnitt durch einen fünften Sensor;
- 8 einen Querschnitt durch einen sechsten Sensor;
- 9 eine Draufsicht auf ein drittes Leuchtdioden-Array;
- 10 eine Draufsicht auf ein viertes Leuchtdioden-Array;
- 11 eine Draufsicht auf ein fünftes Leuchtdioden-Array; und
- 12 eine Draufsicht auf ein sechstes Leuchtdioden-Array.
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1 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensor 100. Auf einem Träger 101 sind eine Strahlungsquelle 110 und ein Photodetektor 140 angeordnet. Die Strahlungsquelle 110 weist ein Leuchtdioden-Array 120 auf. Das Leuchtdioden-Array 120 ist in einen ersten Emissionsbereich 121 und einen zweiten Emissionsbereich 122 unterteilt, wobei die Emissionsbereiche jeweils eine erste Leuchtdiode 131 und eine zweite Leuchtdiode 132 aufweisen. Das Leuchtdioden-Array 120 besteht also aus vier Leuchtdioden 131, 132 in zwei Emissionsbereichen 121, 122. Es können auch mehr als zwei Emissionsbereiche 121, 122 mit jeweils einer ersten Leuchtdiode 131 und einer zweiten Leuchtdiode 132 vorgesehen sein.
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Der Abstand der ersten Leuchtdiode 131 von der zweiten Leuchtdiode 132 innerhalb eines Emissionsbereichs 121, 122 beträgt dabei 100 Mikrometer oder weniger. Die ersten Leuchtdioden 131 weisen eine erste Wellenlänge auf, während die zweiten Leuchtdioden eine von der ersten Wellenlänge unterschiedliche zweite Wellenlänge aufweisen.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die erste Wellenlänge der ersten Leuchtdioden 131 im Bereich zwischen 550 und 590 Nanometer. Licht mit der ersten Wellenlänge wird vom im menschlichen Blut vorkommenden Hämoglobin absorbiert. Durch eine Schwankung der Absorption in Abhängigkeit von einer Blutmenge in einem Blutgefäß kann mittels der ersten Wellenlänge der ersten Leuchtdioden 131 eine Herzfrequenz ermittelt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Wellenlänge der zweiten Leuchtdioden 132 größer als 800 Nanometer. Die Infrarot-Strahlung der zweiten Wellenlänge der zweiten Leuchtdioden 132 wird von Hämoglobin-Molekülen mit angelagertem Sauerstoff stärker absorbiert als von Hämoglobin-Molekülen ohne angelagertem Sauerstoff. Dadurch kann mittels der InfrarotStrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs der zweiten Leuchtdioden 132 ein Blutsauerstoffgehalt gemessen werden.
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2 zeigt einen Querschnitt durch einen Sensor 100, der im Wesentlichen dem Sensor 100 der 1 entspricht. Der Querschnitt verläuft dabei durch den ersten Emissionsbereich 121 der 1. Die erste Leuchtdiode 131 weist dabei ein einen ersten Leuchtdioden-Chip 134 und erstes Konversionselement 137 auf, wobei die erste Wellenlänge dadurch erzeugt wird, dass Licht mit einer kleineren Wellenlänge vom ersten Leuchtdioden-Chip 134 emittiert wird, welches dann vom ersten Konversionselement 137 in Licht mit der ersten Wellenlänge konvertiert wird. Die zweite Leuchtdiode 132 weist einen zweiten Leuchtdioden-Chip 135 und ein zweites Konversionselement 138 auf, wobei die zweite Wellenlänge dadurch erzeugt wird, dass Licht mit einer kleineren Wellenlänge vom zweiten Leuchtdioden-Chip 135 emittiert wird, welches dann vom zweiten Konversionselement 138 in Strahlung mit der ersten Wellenlänge konvertiert wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass dabei nur die ersten Leuchtdioden 131 ein erstes Konversionselement 137 aufweisen und die zweiten Leuchtdioden 132 nur aus den zweiten Leuchtdioden-Chips 135 ohne zweites Konversionselement 138 bestehen und die zweite Wellenlänge emittieren. Alternativ können nur die zweiten Leuchtdioden 132 ein zweites Konversionselement 138 aufweisen, während die ersten Leuchtdioden 131 nur aus den ersten Leuchtdioden-Chips 134 ohne erstes Konversionselement 137 bestehen und die zweite Wellenlänge emittieren. Ferner können sich erste Leuchtdioden-Chips 134 und zweite Leuchtdioden-Chips 135 voneinander unterscheiden oder identisch sein.
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Beispielsweise wäre es möglich, dass die ersten Leuchtdioden-Chips 134 blaues Licht mit einer Wellenlänge von 405 Nanometern emittieren und das erste Konversionselement 137 das blaue Licht in grünes Licht mit einer Wellenlänge von 570 Nanometern konvertiert. Die zweiten Leuchtdioden-Chips 135 könnten dann beispielsweise rotes Licht mit einer Wellenlänge von 670 Nanometern emittieren und das zweite Konversionselement 138 das rote Licht in Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 950 Nanometern konvertieren.
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Alternativ könnten sowohl die ersten Leuchtdioden-Chips 134 als auch die zweiten Leuchtdioden-Chips 135 grünes Licht mit einer Wellenlänge von 570 Nanometern emittieren. Das Licht der zweiten Leuchtdioden-Chips 135 könnte dann vom zweiten Konversionselement 138 in Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 950 Nanometern konvertiert werden, während die ersten Leuchtdioden 131 kein erstes Konversionselement 137 aufweisen.
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In einem Ausführungsbeispiel enthält das erste Konversionselement 137 Quantenpunkte. In einem Ausführungsbeispiel enthält das zweite Konversionselement 138 Quantenpunkte.
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Für grünes Licht der ersten Wellenlänge um 570 Nanometer können dabei Cadmiumselenid-Quantenpunkte mit einem Durchmesser zwischen 3,0 und 3,5 Nanometer verwendet werden. Alternativ ist die Verwendung von Indiumphosphid-Quantenpunkte mit einem Durchmesser zwischen 1,8 und 2,2 Nanometer für das grüne Licht möglich.
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Für die Infrarotstrahlung der zweiten Wellenlänge größer 800 Nanometer sind Indiumarsenid-Quantenpunkte mit einem Durchmesser zwischen 3,0 und 6,0 Nanometer möglich. Alternativ können für die Infrarotstrahlung Bleiselenid-Quantenpunkte mit einem Durchmesser größer als 5,0 Nanometer verwendet werden. Eine weitere Alternative für die Infrarotstrahlung ist die Verwendung von Kupferindiumphosphid-Quantenpunkten mit einem Durchmesser zwischen 2,5 und 5,8 Nanometer.
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3 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensor 100 der im Wesentlichen dem Sensor 100 der 1 entspricht. Die Strahlungsquelle 110 und der Photodetektor 140 sind analog zur 1 aufgebaut. Ferner weist der Träger 101 eine Steuerung 150 auf. Die ersten Leuchtdioden 131 und die zweiten Leuchtdioden 132 sind jeweils unabhängig voneinander kontaktiert, so dass jede Leuchtdiode 131, 132 individuell ansteuerbar ist. Die Steuerung 150 ist eingerichtet, die Leuchtdioden individuell anzusteuern und zu betreiben. Ferner kann die Steuerung 150 eingerichtet sein, ein Signal des Photodetektors 140 auszuwerten.
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Der Sensor 100 kann derart betrieben werden, dass die ersten Leuchtdioden 131 und die zweiten Leuchtdioden 132 unabhängig voneinander jeweils mit einer zwischen Null Volt und einer Betriebsspannung oszillierenden veränderlichen Spannung betrieben werden. Die oszillierende veränderliche Spannung jeder Leuchtdiode 131, 132 weist dabei eine eigene Frequenz auf. Das Signal des Photodetektors 140 wird anhand der eigenen Frequenzen der Leuchtdioden 131, 132 in einzelne Bestandteile aufgeteilt, wobei die einzelnen Bestandteile anhand der eigenen Frequenzen den Leuchtdioden 131, 132 zugeordnet werden. Dadurch können die Leuchtdioden 131, 132 gleichzeitig betrieben und ausgewertet werden.
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Die Aufteilung der Signale kann dabei mittels Fourier-Analyse erfolgen.
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4 zeigt eine Draufsicht auf einen weiteren Sensor 100, der im Wesentlichen dem Sensor 100 der 1 entspricht. Das Leuchtdioden-Array 120 der Strahlungsquelle 110 weist in jedem Emissionsbereich 121, 122 eine dritte Leuchtdiode 133 mit einer dritten Wellenlänge auf.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die dritte Wellenlänge im Bereich zwischen 640 und 680 Nanometer. Rotes Licht der dritten Wellenlänge der dritten Leuchtdioden 133 wird von Hämoglobin-Molekülen mit angelagertem Sauerstoff weniger stark absorbiert als von Hämoglobin-Molekülen ohne angelagertem Sauerstoff. Dadurch kann mittels des roten Lichts des dritten Wellenlängenbereichs der dritten Leuchtdioden 133 die Messung des Blutsauerstoffgehalts verbessert werden.
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Der Sensor 100 kann derart betrieben werden, dass zusätzlich zu den ersten Leuchtdioden 131 und den zweiten Leuchtdioden 132 auch die dritten Leuchtdioden 133 unabhängig voneinander jeweils mit einer zwischen Null Volt und einer Betriebsspannung oszillierenden veränderlichen Spannung betrieben werden. Die oszillierende veränderliche Spannung jeder Leuchtdiode 131, 132, 133 weist dabei eine eigene Frequenz auf. Das Signal des Photodetektors 140 wird anhand der eigenen Frequenzen der Leuchtdioden 131, 132, 133 in einzelne Bestandteile aufgeteilt, wobei die einzelnen Bestandteile anhand der eigenen Frequenzen den Leuchtdioden 131, 132, 133 zugeordnet werden. Dadurch können die Leuchtdioden 131, 132, 133 gleichzeitig betrieben und ausgewertet werden.
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Die Aufteilung der Signale kann dabei mittels Fourier-Analyse erfolgen.
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5 zeigt einen Querschnitt durch den Sensor 100 der 4. Die erste Leuchtdiode 131 weist dabei ein einen ersten Leuchtdioden-Chip 134 und erstes Konversionselement 137 auf, wobei die erste Wellenlänge dadurch erzeugt wird, dass Licht mit einer kleineren Wellenlänge vom ersten Leuchtdioden-Chip 134 emittiert wird, welches dann vom ersten Konversionselement 137 in Licht mit der ersten Wellenlänge konvertiert wird. Die zweite Leuchtdiode 132 weist einen zweiten Leuchtdioden-Chip 135 und ein zweites Konversionselement 138 auf, wobei die zweite Wellenlänge dadurch erzeugt wird, dass Licht mit einer kleineren Wellenlänge vom zweiten Leuchtdioden-Chip 135 emittiert wird, welches dann vom zweiten Konversionselement 138 in Strahlung mit der ersten Wellenlänge konvertiert wird. Die dritte Leuchtdiode 133 weist dabei ein einen dritten Leuchtdioden-Chip 136 und drittes Konversionselement 139 auf, wobei die dritte Wellenlänge dadurch erzeugt wird, dass Licht mit einer kleineren Wellenlänge vom dritten Leuchtdioden-Chip 137 emittiert wird, welches dann vom dritten Konversionselement 139 in Licht mit der dritten Wellenlänge konvertiert wird.
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Dabei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die dritten Leuchtdioden-Chips 136 blaues Licht mit einer Wellenlänge von 405 Nanometern emittieren, welches vom dritten Konversionselement 139 in rotes Licht des dritten Wellenlängenbereichs umgewandelt wird.
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6 zeigt einen Querschnitt durch einen weiteren Sensor 100. Der Sensor 100 weist zusätzlich ein Gehäuse 102 mit einer Ausnehmung 103 auf, wobei Strahlungsquelle 110 und Photodetektor 140 innerhalb der Ausnehmung 103 auf einem Träger 101 angeordnet sind. Ebenso ist eine Anordnung von Strahlungsquelle 110 und Photodetektor 140 innerhalb der Ausnehmung 103 ohne Träger 101 denkbar.
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Das Gehäuse 102 weist Auflageflächen 104 auf, wobei das Gehäuse 102 derart auf einem Körperteil angeordnet werden kann, dass das Gehäuse 102 mit den Auflageflächen 104 in Richtung des Körperteils zeigt. Von der Strahlungsquelle 101 emittiertes Licht kann dann im Körperteil gestreut und teilweise absorbiert werden, wobei das auf den Photodetektor 140 gestreute Licht ausgewertet werden kann.
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Mittels einer gestrichelten Linie ist eine obere Grenzebene der Ausnehmung 103 angedeutet, die sich in einer Ebene mit den Auflageflächen 104 befindet. Die Ausnehmung 103 kann bis zur oberen Grenzebene mit einem transparenten Material gefüllt oder mit einem transparenten Deckel verschlossen sein.
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Analog zur 2 kann es ebenso vorgesehen sein, dass ein oder zwei der Konversionselemente 137, 138, 139 nicht vorhanden sind und die korrespondierenden Leuchtdioden-Chips 134, 135, 136 das entsprechende Licht emittieren.
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7 zeigt einen Querschnitt durch einen weiteren Sensor 100 mit einem Gehäuse 102 und einer Ausnehmung 103 des Gehäuses 102. Die Strahlungsquelle 110 und der Photodetektor 140 sind auf verschiedenen Seiten der Ausnehmung 103 angeordnet, derart, dass ein Körperteil von der Ausnehmung 103 aufgenommen werden kann. Von der Strahlungsquelle 110 emittiertes Licht kann dann durch den Körperteil transmittieren und im Körperteil teilweise absorbiert werden. Das transmittierte Licht trifft dann auf den Photodetektor 140 und kann ausgewertet werden. Die Strahlungsquelle 110 besteht dabei aus einem Leuchtdioden-Array 120 mit ersten Leuchtdioden 131 und zweiten Leuchtdioden 132. Die ersten Leuchtdioden 131 weisen einen ersten Leuchtdioden-Chip 134 mit einem ersten Konversionselement 137 auf. Die zweiten Leuchtdioden 132 weisen einen zweiten Leuchtdioden-Chip 135 mit einem zweiten Konversionselement 138 auf.
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8 zeigt einen Querschnitt durch einen weiteren Sensor 100, der im Wesentlichen dem Sensor 100 der 7 entspricht. Innerhalb der Ausnehmung 103 ist zusätzlich ein transparentes Material 105 angeordnet, das die Strahlungsquelle 110 und den Photodetektor 140 umgibt und somit vor Umwelteinflüssen schützt. Die Strahlungsquelle 110 besteht dabei aus einem Leuchtdioden-Array 120 mit ersten Leuchtdioden 131, zweiten Leuchtdioden 132 und dritten Leuchtdioden 133. Die ersten Leuchtdioden 131 weisen einen ersten Leuchtdioden-Chip 134 mit einem ersten Konversionselement 137 auf. Die zweiten Leuchtdioden 132 weisen einen zweiten Leuchtdioden-Chip 135 mit einem zweiten Konversionselement 138 auf. Die dritten Leuchtdioden 133 weisen einen dritten Leuchtdioden-Chip 136 mit einem dritten Konversionselement 139 auf.
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Anstelle der Leuchtdioden-Arrays 120 der 7 und 8 können auch Leuchtdioden-Chips 134, 135, 136 ohne korrespondierendes Konversionselement 137, 138, 139 vorgesehen sein oder die Leuchtdioden-Chips 134, 135, 136 nur teilweise Konversionselemente 137, 138, 139 aufweisen.
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Durch den geringen Abstand der ersten Leuchtdiode 131 von der zweiten Leuchtdiode 132 innerhalb eines Emissionsbereichs 121, 122 weist das von den ersten Leuchtdioden 131 eines Emissionsbereichs 121, 122 emittierte Licht einen ähnlichen Weg durch den Körperteil auf, wie das von zweiten Leuchtdioden 132 eines Emissionsbereichs 121, 122 emittierte Licht. Dadurch trifft das Licht eines Emissionsbereichs 121, 122 in den meisten Fällen auf dieselben Hämoglobin-Moleküle, so dass die Messung von Herzfrequenz und Blutsauerstoffgehalt ortsaufgelöst erfolgen kann.
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9 bis 12 zeigen jeweils eine Draufsicht auf ein Leuchtdioden-Array 120, welche ebenfalls in den bisher beschriebenen Sensoren 100 verwendet werden können.
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In 9 weist das Leuchtdioden-Array 120 acht Emissionsbereiche 121, 122 auf. Das Leuchtdioden-Array besteht aus sechzehn Leuchtdioden 131, 132 in vier Spalten 161, 162, 163, 164 und vier Reihen 167. In jeder Reihe 167 sind jeweils ein erster Emissionsbereich 121 und ein zweiter Emissionsbereich 122 mit jeweils einer ersten Leuchtdiode 131 und einer zweiten Leuchtdiode 132 angeordnet. Innerhalb einer ersten Spalte 161 sind dabei erste Leuchtdioden 131 angeordnet, während in einer zweiten Spalte 162 zweite Leuchtdioden 132 angeordnet sind. Diese Leuchtdioden 131, 132 bilden jeweils die ersten Emissionsbereiche 121. Innerhalb einer dritten Spalte 163 sind erste Leuchtdioden 131 angeordnet, während in einer vierten Spalte 164 wiederum zweite Leuchtdioden 132 angeordnet sind. Diese Leuchtdioden 131, 132 bilden jeweils die zweiten Emissionsbereiche 122.
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Das Leuchtdioden-Array 120 der 10 ist ähnlich zum Leuchtdioden-Array 120 der 9 aufgebaut. In 10 ist jedoch die Reihenfolge der ersten Leuchtdioden 131 und der zweiten Leuchtdioden 132 in jeder zweiten der Reihen 167 vertauscht, so dass sich insgesamt eine schachbrettartige Anordnung der Leuchtdioden 131, 132 ergibt.
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In 11 weist das Leuchtdioden-Array 120 acht Emissionsbereiche 121, 122 auf. Das Leuchtdioden-Array besteht aus vierundzwanzig Leuchtdioden 131, 132, 133 in sechs Spalten 161, 162, 163, 164, 165, 166 und vier Reihen 167. In jeder Reihe 167 sind jeweils ein erster Emissionsbereich 121 und ein zweiter Emissionsbereich 122 mit jeweils einer ersten Leuchtdiode 131, einer zweiten Leuchtdiode 132 und einer dritten Leuchtdiode angeordnet. Innerhalb einer ersten Spalte 161 sind dabei erste Leuchtdioden 131 angeordnet, während in einer zweiten Spalte 162 zweite Leuchtdioden 132 angeordnet sind. In einer dritten Spalte 163 sind dritte Leuchtdioden 133 angeordnet. Diese Leuchtdioden 131, 132, 133 bilden jeweils die ersten Emissionsbereiche 121. Innerhalb einer vierten Spalte 164 sind erste Leuchtdioden 131 angeordnet, während in einer fünften Spalte 165 wiederum zweite Leuchtdioden 132 angeordnet sind. In einer sechsten Spalte 166 sind dritte Leuchtdioden 133 angeordnet. Diese Leuchtdioden 131, 132, 133 bilden jeweils die zweiten Emissionsbereiche 122.
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Das Leuchtdioden-Array 120 der 12 ist ähnlich zum Leuchtdioden-Array 120 der 11 aufgebaut. Innerhalb der ersten Spalte 161 sind dabei eine erste Leuchtdiode 131, eine zweite Leuchtdiode 132, eine dritte Leuchtdiode 133 und abschließend wieder eine erste Leuchtdiode 131 angeordnet. Innerhalb der zweiten Spalte 162 sind dabei eine zweite Leuchtdiode 132, eine dritte Leuchtdiode 133, eine erste Leuchtdiode 131 und abschließend wieder eine zweite Leuchtdiode 132 angeordnet. Innerhalb der dritten Spalte 163 sind dabei eine dritte Leuchtdiode 133, eine erste Leuchtdiode 131, eine zweite Leuchtdiode 132 und abschließend wieder eine dritte Leuchtdiode 133 angeordnet. Die vierte Spalte 164 entspricht der ersten Spalte 161, die fünfte Spalte 165 entspricht der zweiten Spalte 162 und die sechste Spalte 166 entspricht der dritten Spalte 163.
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Die Leuchtdioden 131, 132, 133 der 9 bis 12 können analog zu den in den 1 bis 8 beschriebenen Ausführungsbeispielen wieder aus Leuchtdioden-Chips 134, 135, 136 mit oder ohne korrespondierendem Konversionselement 137, 138, 139 aufgebaut sein. Ferner können die Leuchtdioden-Arrays 120 der 9 bis 12 auch eine größere Anzahl von Leuchtdioden 131, 132, 133 mit einer analogen Anordnung aufweisen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Sensor
- 101
- Träger
- 102
- Gehäuse
- 103
- Ausnehmung
- 104
- Auflagefläche
- 105
- transparentes Vergussmaterial
- 110
- Strahlungsquelle
- 120
- Leuchtdioden-Array
- 121
- erster Emissionsbereich
- 122
- zweiter Emissionsbereich
- 131
- erste Leuchtdiode
- 132
- zweite Leuchtdiode
- 133
- dritte Leuchtdiode
- 134
- erster Leuchtdioden-Chip
- 135
- zweiter Leuchtdioden-Chip
- 136
- dritter Leuchtdioden-Chip
- 137
- erstes Konversionselement
- 138
- zweites Konversionselement
- 139
- drittes Konversionselement
- 140
- Photodetektor
- 150
- Steuerung
- 161
- erste Spalte
- 162
- zweite Spalte
- 163
- dritte Spalte
- 164
- vierte Spalte
- 165
- fünfte Spalte
- 166
- sechste Spalte
- 167
- Reihe
