-
Die Erfindung betrifft ein Ohrstück mit einer integrierten optischen Sensorik, wobei das Ohrstück ein Gehäuse, wenigstens eine in das Gehäuse integrierte erste Lichtquelle, und wenigstens einen in das Gehäuse integrierten Lichtsensor umfasst, wobei das an einer Stirnseite eine Schallaustrittsöffnung aufweist, und wobei der erste Lichtsensor dazu eingerichtet ist, Licht in einem Wellenlängenbereich der Lichtquelle zu registrieren.
-
Hörinstrumente wie z.B. Kopfhörer (insbesondere in „Ohrstöpsel“-Form) und insbesondere Hörgeräte im engeren Sinn (also Hörinstrumente, welche zur Korrektur einer Hörschwäche eines Benutzers eingerichtet sind) werden zunehmend mit weiteren sensorischen Funktionen ausgerüstet, um z.B. mittels eines integrierten Thermometers bzw. eines Beschleunigungssensors die Körpertemperatur des Benutzers zu messen bzw. eine körperliche Aktivität des Benutzers zu ermitteln. Auch wird ein Hörinstrument oftmals mit einer optischen Sensorik versehen, mittels derer, bspw. über Photoplethysmographie (PPG), eine kardiovaskuläre Kenngröße des Benutzers wie Pulsfrequenz oder Blutdruck gemessen wird. Einerseits werden derartige Informationen häufig in Hörinstrumenten verwendet, die vorrangig als Kopfhörer dienen und/oder als Unterhaltungselektronik im weiteren Sinn aufzufassen sind. In diesem Fall werden die Kopfhörer um eine Fitness-Tracking-Funktion erweitert. Andererseits erlauben derartige Informationen auch allgemeine Rückschlusse über ein Wohlbefinden oder einen Gesundheitszustand des Benutzers, weswegen auch Hörgeräte im engeren Sinn für ein besseres Gesundheits-Monitoring mit den genannten und/oder ähnlichen Sensoren ausgestattet werden.
-
Eine PPG-Sensorik umfasst meist mindestens eine Lichtquelle, üblicherweise in Form einer LED im roten und/oder infraroten Spektralbereich (bisweilen auch im grünen Spektralbereich), und einen Lichtsensor, üblicherweise eine Photodiode (PD), die Licht im Spektralbereich der Lichtquelle registriert. Die Lichtquelle emittiert Lichtpulse in angrenzendes Körpergewebe, durch welches das Licht teilweise transmittiert und u.a. entlang der Blutgefäße transportiert wird. Der Lichtsensor detektiert das Licht, welches bzgl. der Lichtquelle an gleicher Stelle (sog. Reflexionsmessung) oder an leicht veränderter Stelle (sog. Transmissionsmessung) aus dem Gewebe austritt, wobei das detektierte Licht auf spektrale Modulationen hin untersucht wird, welche durch die Reflexion an bzw. Transmission durch den pulsierenden Blutfluss bedingt sind. Durch diese spektralen Modulationen können die o.g. kardiovaskulären Kenngrößen ermittelt werden.
-
Ein Problem bei PPG-Messungen gerade mittels eines Hörinstruments im Gehörgang ist es, ein ausreichend gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis („Signal-to-Noise-Ratio“, SNR) zu erzielen, da einerseits durch den Lichtsensor oftmals viele störende Lichteinflüsse wie äußeres Streulicht oder auch direkte Lichteinstrahlung aus der Lichtquelle (ohne ein Eindringen in das Gewebe) aufgezeichnet werden, welche den Rauschabstand verringern. Andererseits kann durch Bewegung des Benutzers (also sowohl durch körperliche Betätigung, als auch durch Kieferbewegungen wie Sprechen oder Kauen) der Sitz eines Hörinstruments und damit seiner PPG-Sensorik im Gehörgang verändert werden, wodurch sog. Bewegungsartefakte in aufgezeichneten Daten entstehen können.
-
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ohrstück für ein Hörinstrument anzugeben, welches eine integrierte optische Sensorik für eine verbesserte Messung biometrischer und insbesondere kardiovaskulärer Kenngrößen aufweist.
-
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ohrstück mit einer integrierten optischen Sensorik für ein Hörinstrument, wobei das Ohrstück umfasst: Ein Gehäuse, welches an einer Stirnseite eine Schallaustrittsöffnung aufweist, wenigstens eine in das Gehäuse integrierte erste Lichtquelle, und wenigstens einen in das Gehäuse integrierten Lichtsensor, welcher dazu eingerichtet ist, Licht in einem Wellenlängenbereich der ersten Lichtquelle zu registrieren. Hierbei ist vorgesehen, dass das Ohrstück eine vor dem Lichtsensor angeordnete Linse aufweist, welche derart eingerichtet ist, dass wenigstens ein Lichtstrahl einer außerhalb des Gehäuses befindlichen Lichtquelle auf den Lichtsensor gebrochen wird, welcher in Abwesenheit der Linse den Lichtsensor verfehlen würde. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
-
Unter einem Hörinstrument ist generell jedwedes Gerät umfasst, welches dazu vorgesehen und eingerichtet ist, aus einem elektrischen Ausgangssignal mittels eines elektroakustischen Ausgangswandlers einen entsprechenden Ausgangsschall zu erzeugen, und diesen einem Gehör eines Benutzers zuzuführen. Als ein solcher Ausgangswandler kann hierbei insbesondere ein Lautsprecher verwendet werden, jedoch können bspw. auch thermoakustische Wandler verwendet werden. Ein Hörinstrument kann dabei einerseits lediglich auf die Erzeugung des Ausgangsschalls anhand von Audiodaten ausgelegt sein, also beispielsweise in der Form eines drahtlosen, insbesondere Ohrstöpsel-förmigen Kopfhörers. In diesem Fall wird ein Ausgangsschall anhand von Audiodaten erzeugt, welche beispielsweise durch Musik gegeben sein können, und welche vorab gespeichert wurden, oder auch über eine entsprechende Antenne zum Hörinstrument übertragen werden (per Stream).
-
Ein Hörinstrument kann aber durch ein Hörgerät („im engeren Sinn“) gegeben sein, welches dazu eingerichtet ist, eine Hörschwäche eines Benutzers zu korrigieren bzw. wenigstens teilweise auszugleichen, indem beispielsweise mittels wenigstens eines elektroakustischen Eingangswandlers wie z.B. einem Mikrofon (oder mehreren Mikrofonen) ein Umgebungsschall in ein entsprechendes elektrisches Eingangssignal umgewandelt wird, welches im Hörgerät gemäß der audiologischen Anforderungen des Benutzers verarbeitet und dabei insbesondere frequenzbandweise verstärkt wird, sodass das verarbeitete Eingangssignal über den elektroakustischen Ausgangswandler dem Gehör des Benutzers als Ausgangsschall zugeführt wird.
-
Das Ohrstück ist insbesondere zur Verwendung in einem Gehörgang vorgesehen und eingerichtet. Das Ohrstück ist insbesondere zur Ankopplung an das Hörinstrument und zur Verwendung in Verbindung mit diesem vorgesehen und eingerichtet, und/oder derart ausgestaltet, dass es als ein Teilbestandteil des Hörinstruments verwendet wird.
-
Das Ohrstück kann dabei z.B. einen Lautsprecher aufweisen und für ein sog. RIC-Hörgerät eingerichtet sein, wobei der Lautsprecher bevorzugt im Gehäuse nahe der Schallaustrittsöffnung angeordnet ist. Das Ohrstück kann auch für ein sog. BTE-Hörgerät eingerichtet sein, wobei die Schallaustrittsöffnung mit einem Schallleiter des Ohrstücks verbunden ist. Das Ohrstück kann weiter als ohrseitiger Teil eines Gehäuses eines ITE-Gerätes oder als eines Kopfhörers ausgestaltet sein. Durch die Schallaustrittsöffnung an der einen Stirnseite des Gehäuses kann hierbei ein im Ohrstück erzeugter Schall (z.B. im Fall eines Ohrstücks für ein RIC-Hörgerät oder eines Gehäuses eines ITE-Geräts) oder ein in das Gehäuse übertragener Schall (im Fall eines Ohrstücks für ein BTE-Hörgerät) aus dem Gehäuse austreten und bei bestimmungsgemäßer Verwendung in einen Gehörgang des Benutzers ausgegeben werden.
-
Unter einer integrierten optischen Sensorik ist hierbei insbesondere umfasst, dass zumindest die optischen Elemente eines Sensors, welche mindestens eine Lichtquelle und einen Lichtsensor umfassen, in das Ohrstück integriert sind. Die optische Sensorik kann dabei derart ausgestaltet sein, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb des Ohrstücks in Verbindung mit dem Hörinstrument vom Lichtsensor aus eine bevorzugt drahtgebundene (oder aber auch drahtlose) zu einer Signalverarbeitungseinrichtung des Hörinstruments herstellbar ist, sodass vom Lichtsensor erhobene Messdaten über besagte Verbindung an die Signalverarbeitungseinrichtung übertragen und dort zur Auswertung verarbeitet werden können. Bevorzugt ist in diesem Fall auch zwischen der ersten Lichtquelle und der Signalverarbeitungseinrichtung eine entsprechende Verbindung herstellbar, über welche z.B. Informationen hinsichtlich der durch die erste Lichtquelle ausgesandten Lichtsignale an die Signalverarbeitungseinrichtung übertragbar sind, und/oder über welche die erste Lichtquelle von der Signalverarbeitungseinrichtung ansteuerbar ist.
-
Die integrierte optische Sensorik kann jedoch auch eine native Auswertungseinheit im Ohrstück selbst umfassen, durch welche die empfangenen Lichtsignale ausgewertet werden können. In diesem Fall ist besagte Auswertungseinheit über eine Verbindung mit der Signalverarbeitungseinrichtung des Hörinstruments verbindbar.
-
Insbesondere ist die integrierte optische Sensorik für eine PPG-Messung ausgelegt, also vorgesehen und eingerichtet (bei entsprechender Auswertung der gemessenen Lichtsignale durch die Signalverarbeitungseinrichtung des Hörinstruments oder der Auswertungseinheit des Ohrstücks).
-
Eine PPG-Messung basiert üblicherweise auf dem Umstand, dass mit O2 beladenes Hämoglobin im Blut (sog. oxygeniertes Hämoglobin) einen deutlich anderes Absorptionsspektrum aufweist als Hämoglobin ohne O2 (sog. desoxygeniertes Hämoglobin). Durch ein Messen einer Modulation der Absorptionsraten (also ihrer periodischen Variationen) von Licht im roten und/oder infraroten und/oder grünen Bereich lässt sich auf die Pulsfrequenz sowie (z.B. anhand eines Quotienten zweier Modulationstiefen bei verschiedenen Wellenlängen) auf die Sauerstoffsättigung schließen. Diese Auswertung kann, wie bereits erwähnt, im Hörinstrument erfolgen (nach einer entsprechenden Übertragung der Messdaten vom Lichtsensor des Ohrstücks), oder in einer eigenen Auswertungseinheit des Ohrstücks. Für ein Erfassen eines Pulsschlages bzw. einer Pulsänderung kann dabei insbesondere eine Messung einer Kontraständerung bzw. Intensität bei einer Wellenlänge (z.B. im infraroten Bereich) mittels des Lichtsensors ausreichend sein, wobei für eine Erhöhung der Genauigkeit die Wellenlänge auch variiert werden kann.
-
Die erste Lichtquelle, welche bevorzugt durch wenigstens eine LED gegeben ist, ist dabei dazu eingerichtet, gepulste und/oder kontinuierliche Lichtsignale insbesondere im roten und/oder infraroten und/oder grünen Bereich zu emittieren, und ist dabei ihrer Anordnung nach derart in das Gehäuse integriert, dass die erste Lichtquelle an dessen Oberfläche angeordnet ist, oder unterhalb einer Lichtaustrittsöffnung im Gehäuse. Bevorzugt ist die erste Lichtquelle dabei so angeordnet, dass die emittierten Lichtsignale mit einer erheblichen Normalkomponente bzgl. der Oberfläche des Gehäuses emittiert werden (um entsprechend in ein das Ohrstück beim Tragen des Hörinstruments umgebendes Gewebe eindringen zu können.
-
Bevorzugt ist der Lichtsensor seiner Anordnung nach derart in das Gehäuse integriert, dass der Lichtsensor an dessen Oberfläche angeordnet ist, oder unterhalb einer Lichteintrittsöffnung im Gehäuse. Der Lichtsensor ist dazu eingerichtet, Licht in einem Wellenlängenbereich der ersten Lichtquelle zu registrieren, also insbesondere ein entsprechendes Messsignal zu generieren, wenn ein Lichtsignal im spektralen Bereich der ersten Lichtquelle auf den Lichtsensor trifft. Dieser ist bevorzugt als eine PD ausgestaltet, welche insbesondere wenigstens im roten und/oder infraroten und/oder grünen Bereich sensitiv ist.
-
Unter einer vor dem Lichtsensor angeordneten Linse ist insbesondere umfasst, dass die Linse bzgl. eines Strahlengangs, welcher von außerhalb des Gehäuses (insbesondere von einem das Gehäuse des Ohrstücks umgebenden Gewebe beim bestimmungsgemäßen Tragen des Ohrstücks) zum Lichtsensor hinführt, vor der Linse liegt, sodass mit anderen Worten ein Lichtstrahl bei einem solchen Strahlengang die Linse passiert, um auf dem Lichtsensor aufzutreffen.
-
Die Linse, die bevorzugt aus einem Material gefertigt ist, welches im Spektralbereich der ersten Lichtquelle eine möglichst geringe Absorption aufweist, ist dabei infolge ihrer Ausgestaltung und/oder Anordnung bzgl. des Lichtsensors derart eingerichtet, dass wenigstens ein Lichtstrahl und bevorzugt ein Strahlenbündel, welcher (bzw. welches) in Abwesenheit der Linse den ersten Lichtsensor verfehlen würde, durch die Line auf den Lichtsensor gebrochen wird. Hierbei ist besagter Lichtstrahl bzw. besagtes Strahlenbündel insbesondere als abstrakte Konstruktion zu verstehen: Ausgestaltung der Linse und/oder ihre Anordnung relativ zum Lichtsensor bewirken, dass erst durch die Brechung an der Linse für einen Lichtstrahl außerhalb des Gehäuses ein bestimmter Strahlengang hergestellt wird, welcher auf dem Lichtsensor auftrifft. Insbesondere existiert eine Vielzahl solcher Lichtstrahlen bzw. Strahlenbündel, und bevorzugt treffen einzelne Lichtstrahlen, welche erst durch die Linse auf den Lichtsensor gebrochen werden, aus unterschiedlichen Richtungen bzgl. einer Symmetrieebene der Linse auf diese auf.
-
Durch das beschriebene Vorgehen kann erreicht werden, dass infolge der Linse der Lichteinfall auf den Lichtsensor erhöht wird. Gerade bei der vorliegenden Integration der optischen Sensorik in ein Ohrstück für ein Hörinstrument ist, wie eingangs beschrieben, das SNR ein Problem bei der Messung kardiovaskulärer Grö-ßen. Infolge der Bündelung von aus dem Gewebe wieder austretenden Lichtstrahlen, welche durch Lichtsignale der ersten Lichtquelle erzeugt wurden, zum Lichtsensor hin mittels der Linse kann erreicht werden, dass deutlich mehr Licht zum Lichtsensor geführt wird, welches das Gewebe passiert hat, und somit die erforderliche Modulation durch das Blut des Gewebes erfahren hat. Besagtes Licht tritt, wenn stimuliert durch ein erstes Lichtsignal in das Gewebe des Gehörgangs, an mehreren Stellen des Gewebes in den Gehörgang ein. Die Linse erlaubt somit, dieses räumlich verteilte Licht im Gehörgang durch die Linse zu bündeln und auf den Lichtsensor zu brechen.
-
Hierbei sind insbesondere die Abmessungen der ersten Lichtquelle und des Lichtsensors relevant: Um einen zu großen Eintrag von Direktlicht (also Licht, welches nicht in das Gewebe eindringt) der ersten Lichtquelle in den Lichtsensor zu vermeiden, sind die beiden optischen Komponenten meist auf unterschiedlichen Seiten des Gehäuses, und bevorzugt in einem Winkel von wenigstens 45° und meist 90° und/oder 180° zueinander angeordnet. In axialer Richtung können die beiden optischen Komponenten auf gleicher Höhe oder bevorzugt weniger als 5mm voneinander beabstandet liegen. Diese Anordnung reicht jedoch bereits aus, dass bei einer Propagation des Lichtsignals von der ersten Lichtquelle durch das Gewebe bis hin in den Bereich des Lichtsensors bereits eine merkliche axiale Streuung auftritt, und zudem auch in polarer Richtung das vom Gewebe modulierte Lichtsignal an verschiedenen Orten wieder in den Gehörgang eintritt. Das Lichtsignal tritt dabei ungerichtet und diffus aus dem Gewebe aus. Die Linse erlaubt es dann, einen deutlich größeren Anteil dieses diffusen Lichts auf den Lichtsensor „einzufangen“, als dies ohne Linse möglich wäre.
-
Bevorzugt weist dabei die Linse eine konvexe äußere Grenzfläche auf. Insbesondere ergibt sich durch diese konvexe äußere Grenzfläche, welche also die Linse auf der im Strahlengang dem Lichtsensor abgewandten Seite nach außen (also beim Tragen zum Gewebe hin) begrenzt, der Effekt einer Sammellinse, wodurch Lichtstrahlen, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch vom Gewebe austreten, und ansonsten den Lichtsensor verfehlen würden, besonders wirksam auf diesen hin gebrochen werden können. Durch eine konvexe äußere Grenzfläche wird also die Vorgabe, einen Lichtstrahl auf den Lichtsensor zu brechen, welcher ohne die Linse den Lichtsensor sonst verfehlt hätte, in besonderem Maße und für eine Vielzahl an Lichtstrahlen bzw. Strahlenbündeln umgesetzt.
-
Günstigerweise ist eine Brennweite der Linse größer, bevorzugt wesentlich grö-ßer, als der Abstand der bzw. eine äußeren Grenzfläche der Linse zum Lichtsensor. Die äußere Grenzfläche der Linse hat somit einen Brennpunkt - bei einer sphärischen Linse - oder eine Brennlinie - bei einer Zylinderlinse - welche hinter der Ebene, bevorzugt weit hinter der Ebene, des Lichtsensors liegt. Dadurch werden Lichtstrahlen, welche durch die Linse zum Lichtsensor hin gebrochen werden, weitgehend parallelisiert, wodurch eine gleichmäßige Ausleuchtung des Lichtsensors erreicht werden kann. Dadurch kann verhindert werden, dass die Linse die einfallenden Lichtstrahlen zu stark auf einen abgegrenzten Bereich des Lichtsensors konzentriert, und in diesem bspw. die optoelektonischen Elemente in Sättigung gehen, und dadurch das Verhalten nicht mehr linear wäre.
-
Bevorzugt lässt sich die Linse als eine Aneinanderreihung mehrerer Teillinsen beschreiben, welche jeweils ein nicht-triviales Brechungsverhalten aufweisen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die beiden Grenzflächen der Linse jeweils für sich als Teillinsen ein nicht-triviales Brechungsverhalten aufweisen, und zusammen das Brechungsverhalten der Linse beschreiben.
-
Vorteilhafterweise ist die Linse als ein Kollimator ausgestaltet. Ein Kollimator dient zur Erzeugung von Licht mit annähernd parallelem Strahlengang aus einer divergenten Quelle. Insbesondere kann dies dadurch erzielt werden, dass die in einem Strahlengang, welcher von außerhalb des Ohrstücks zum Lichtsensor hinführt, dem Lichtsensor zugewandte innere Grenzfläche konvex ausgestaltet ist, und bevorzugt eine durch diese innere Grenzfläche gebildete Teillinse eine geringere Brennweite aufweist, als eine durch die äußere Grenzfläche gebildete Teillinse, und somit auch stärker gekrümmt ist, als diese. Insbesondere wird hierbei durch eine konvexe Wölbung der äußeren Grenzfläche eine möglichst großes Strahlenbündel gesammelt, und durch die innere Grenzfläche derart kollimiert, dass der Lichtsensor über seine Fläche vom durch die Linse „eingefangenen“ Licht möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Hieraus ergeben sich insbesondere Anforderungen an die Brennweiten der Teillinsen, welche dann zusätzlich von der Fläche des Lichtsensors und/oder dem Abstand des Lichtsensors zur Linse (sowie ggf. vom vorhandenen Platz) abhängen können. Die Linse kann dabei insbesondere auch bikonvex oder auch konvex-konkav ausgestaltet sein.
-
Günstigerweise ist die Linse als eine sphärische Linse ausgestaltet, von welcher wenigstens ein Segment, bevorzugt zwei und besonders bevorzugt vier Segmente, entfernt sind. Dies bedeutet insbesondere, dass von einer sphärischen Linse - welche also bzgl. der optischen Achse rotationssymmetrisch ist - durch Zuschnitt o.ä. wenigstens ein Segment entfernt wird, dass der Querschnitt der Linse entsprechend ein um das Segment verringerter Kreis ist. Besonders bevorzugt werden dabei zwei parallele Segmente bzw. vier Segmente entfernt, um einen Querschnitt mit wenigstens zwei parallelen Kanten, insbesondere einen rechteckigen Querschnitt zu erzielen, und so eine Anpassung der Linse an den meist rechteckigen Lichtsensor zu vereinfachen.
-
In einer vorteilhaften alternativen Variante ist die Linse als eine insbesondere plan-konvexe Zylinderlinse ausgestaltet. Eine Zylinderlinse hat von sich aus einen rechteckigen Querschnitt, was das Anpassen auf den meist rechteckigen Lichtsensor vereinfacht. Ist die Zylinderlinse dabei plan-konvex, d.h., ist die äu-ßere Grenzfläche der Linse zylindrisch konvex, und die innere Grenzfläche eben, so lässt sich die Linse einerseits besonders kostengünstig fertigen, und ist andererseits besonders einfach auf dem Lichtsensor zu platzieren. Zudem kann bei einer geeigneten Wahl der Brennlinie der Linse hinter der Ebene des Lichtsensors eine gleichmäßige Ausleuchtung des Lichtsensors, also eine besonders gleichmäßige Verteilung des durch die Linse auf den Lichtsensor gebrochenen Lichts erreicht werden.
-
Zweckmäßigerweise ist die optische Achse der Linse gegen die Normalrichtung des ersten Lichtsensors in Richtung der Schallaustrittsöffnung geneigt. Dies bedeutet insbesondere, dass bei einem bestimmungsgemäßen Tragen des Ohrstücks die optische Achse der Linse nicht senkrecht zur Gehäusewand steht, sondern etwas stärker zum Trommelfell hin zeigt. Hierdurch lässt sich der Eintrag von Störlicht verringern, welches aus der Umgebung des Ohres in den Gehörgang gelangt, und dadurch zu einer Verschlechterung des SNR führen würde.
-
Als weite vorteilhaft erweist es sich, wenn die Linse auf einem aus dem Gehäuse vom Lichtsensor aus protrudierenden Lichtwellenleiter aufsitzt, und/oder aus einem flexiblen Material gefertigt ist. Bevorzugt ist auch im erstgenannten Fall der Lichtwellenleiter aus einem flexiblen Material gefertigt. Bevorzugt wird dabei ein Material mit einer Shor-Härte kleiner als 50 und besonders bevorzugt zwischen 20 und 30 verwendet. Der insbesondere aus flexiblem Material gefertigte Lichtwellenleiter bzw. die aus flexiblem Material gefertigte Linse erlauben einerseits eine weiter verbesserte Einkopplung des Lichts in die Linse, da der beim bestimmungsgemäßen Tragen bestehende Abstand zwischen dem Gewebe des Gehörgangs und der Linse verringert wird, und dabei auch die Passfestigkeit verbessert wird, und verringern andererseits das Auftreten von Bewegungsartefakten.
-
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist das Ohrstück weiter einen elektroakustischen Schallerzeuger auf, welcher im inneren des Gehäuses angeordnet ist, welcher mit der Schallaustrittsöffnung strömungstechnisch verbunden ist, und welcher insbesondere dazu eingerichtet ist, aus einem elektrischen Eingangssignal ein Ausgangsschallsignal zu erzeugen. Insbesondere ist der Schallerzeuger dabei ein Receiver eines RIC-Ohrstücks.
-
Die Erfindung nennt weiter ein Hörinstrument mit einem vorbeschriebenen Ohrstück. Das erfindungsgemäße Hörinstrument teilt die Vorzüge des erfindungsgemäßen Ohrstücks. Die für das Ohrstück und für seine Weiterbildungen angegebenen Vorteile können dabei sinngemäß auf das Hörinstrument übertragen werden.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 in einer Längsschnittdarstellung ein Hörgerät und ein zugehöriges Ohrstück mit einer optischen Sensorik und einer Linse am Lichtsensor,
- 2 in einer Längsschnittdarstellung das Ohrstück nach 1 mit einem Kollimator als Linse,
- 3 in einer Längsschnittdarstellung eine alternative Ausgestaltung des Ohrstücks nach 2, wobei der Kollimator gekippt ist, und
- 4 in einer Schrägansicht eine plan-konvexe Zylinderlinse.
-
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist schematisch in einer Längsschnittdarstellung ein Hörinstrument 1 gezeigt, welches vorliegend als ein Hörgerät 2 der RIC-Bauform ausgestaltet ist. Das Hörgerät 2 weist dabei einen Korpus 4 auf, welcher im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Hörgerätes 2 von einem Benutzer hinter einem Ohr zu tragen ist. Weiter weist das Hörgerät 2 ein Verbindungskabel 6 auf, welches den Korpus 4 mit einem Ohrstück 10 verbindet. Das Ohrstück 10 ist dabei trennbar mit dem Verbindungskabel 6 verbunden, d. h., insbesondere kann das Ohrstück 10 durch ein anderes Ohrstück ausgetauscht und hierdurch individuell auf den Benutzer abgestimmt bzw. für einen entsprechenden Betrieb ausgewählt werden.
-
Im Korpus 4 ist wenigstens ein erstes Mikrofon 12 angeordnet, welches dazu eingerichtet ist, aus einem nicht näher dargestellten Schallsignal der Umgebung ein elektrisches Eingangssignal zu erzeugen, welches an eine mit dem ersten Mikrofon 12 verbundene Signalverarbeitungseinrichtung 14 ausgegeben wird. In der Signalverarbeitungseinrichtung 14 wird besagtes Eingangssignal in Abhängigkeit der audiologischen Bedürfnisse des Benutzers des Hörgerätes 2 verarbeitet (und hierbei insbesondere frequenzbandweise verstärkt und/oder komprimiert), wobei ein Ausgangssignal (nicht näher dargestellt) erzeugt wird. Das Ausgangssignal wird über eine drahtgebundene Verbindung 16, welche durch das Verbindungskabel 6 geführt ist, an einen als Lautsprecher 18 („Receiver“) ausgestalteten elektroakustischen Schallerzeuger 19 ausgegeben, welcher im Ohrstück 10 angeordnet ist. Der Lautsprecher 18 erzeugt aus dem besagten Ausgangssignal ein nicht näher dargestelltes Ausgangsschallsignal, welches in einen Schallkanal 20 des Ohrstücks 10 ausgegeben wird, und durch eine Schallaustrittsöffnung 22 den Schallkanal 20 und somit das Ohrstück 10 verlässt. Das Ohrstück 10 ist dabei im bestimmungsgemäßen Betrieb wenigstens teilweise in den äußeren Gehörgang eines Ohres des Benutzers eingeführt.
-
Das Ohrstück 10, welches wie beschrieben reversibel mit dem Verbindungskabel 6 verbunden ist (beispielsweise über eine entsprechende Steckverbindung oder ähnliche Kontaktierung) und für die Verwendung in Verbindung mit dem Hörgerät 2 entsprechend austauschbar ist, weist weiter wenigstens eine erste Lichtquelle 30 auf, welche vorliegend als eine LED 32 ausgestaltet ist. Die LED 32 ist dabei auf eine nicht näher dargestellte Leiterplatte montiert und unterhalb einer Lichtaustrittsöffnung 36 eines Gehäuses 38 des Ohrstücks 10 angeordnet. Die Lichtaustrittsöffnung 36 kann dabei von einer transparenten Schutzabdeckung 35 überdeckt sein, welche ein Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit in das Gehäuse verhindert. Weiter weist das Ohrstück 10 einen Lichtsensor 40 auf, welcher vorliegend als eine PD 42 ausgestaltet ist. Bezüglich des Gehäuses 38 ist der Lichtsensor 40, welcher ebenfalls auf der Leiterplatte angebracht ist, unterhalb einer Lichteintrittsöffnung 46 angeordnet.
-
Die LED 32 und die PD 42 sind dabei Teile einer optischen Sensorik, welche bspw. für eine PPG-Messung im Gehörgang des Benutzers eingerichtet ist. Für eine solche Messung kann das Ohrstück 10 eine eigenständige Auswerte- und/oder Steuereinheit (nicht dargestellt) aufweisen, welche die Messignale der PD 42 auswertet und hieraus entsprechende kardiovaskuläre oder andere biometrische Größen ermittelt (und bevorzugt zusätzlich die LED 32 ansteuert). In diesem Fall ist der PPG-Sensor vollständig im Ohrstück 10 integriert. Es werden dann über eine zur Verbindung 16 parallel verlaufende Datenverbindung (nicht dargestellt) lediglich die ermittelten kardiovaskulären oder anderen biometrische Größen an die Signalverarbeitungseinrichtung 14 des Hörgerätes 2 übertragen, um dort weiterverwendet zu werden (z.B. für eine zusätzliche Monitoring-Funktion, und/oder um vom Hörgerät 2 aus ein Anzeigesignal an eine Smartwatch o.ä. auszusenden). Über eine solche Datenverbindung können aber die Messsignale der PD 42 auch an die Signalverarbeitungseinrichtung 14 übertragen werden, sowie die LED 32 durch die Signalverarbeitungseinrichtung 14 angesteuert werden. Das Ermitteln der kardiovaskulären oder anderen biometrische Größen erfolgt dann in der Signalverarbeitungseinrichtung 14 (ggf. in einem eigenständig hierfür reservierten Bereich wie z.B. einer ASIC o.ä.).
-
Im Fall einer PPG-Messung beim bestimmungsgemäßen Tragen des Hörgerätes 2 wird nun durch die LED 32 ein in 1 nicht näher dargestelltes Lichtsignal erzeugt, welches durch die in der Lichtaustrittsöffnung 36 angebrachte Schutzabdeckung 35 in das Gewebe des Gehörgangs eindringt, der das Ohrstück 10 umgibt. Das Lichtsignal wird dort durch den Blutfluss im Gewebe moduliert, und tritt an verschiedenen Stellen wieder aus dem Gewebe in den Gehörgang aus. Das so modulierte Lichtsignal ist dabei also relativ diffus hinsichtlich seiner Quelle(n) und ungerichtet hinsichtlich der Propagation. Aus diesem Grund ist es schwierig, mit dem Lichtsensor 40 ein stabiles, rauscharmes Messsignal zu erhalten, in welches ein hinreichend hoher Anteil des modulierten Lichtsignals eingeht. Um diesen Anteil zu erhöhen, ist in der Lichteintrittsöffnung eine Linse 45 eingesetzt (schraffiert gezeichnet), welche derart ausgestaltet ist, dass sie infolge einer konvexen Krümmung ihrer äußeren Grenzfläche 48 den Effekt einer Sammellinse hat, also auch Lichtstrahlen auf den Lichtsensor 40 bricht, welche diesen ohne die Linse 45 verfehlen würden.
-
Dieser Sachverhalt ist nochmals in 2 verdeutlicht, welche in einer schematischen Längsschnittdarstellung das Ohrstück 10 und die daran angebrachte Linse 45 zeigt. Hierbei sind gegenüber der 1 die PD 42 und die LED 32 (welche nur schemenhaft eingezeichnet ist) in ihrer Anordnung vertauscht.
-
Im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Linse 45 als ein Kollimator 50 ausgestaltet, dessen Brennpunkt (nicht dargestellt) deutlich hinter der Ebene 52 der PD 42 liegt. Der Kollimator 50 lässt sich dabei als eine Aneinanderreihung zweier Teillinsen 45a, 45b darstellen, wobei eine erste Teillinse 45a durch die äu-ßere Grenzfläche 48 des Kollimators 50 gegeben ist, welch also der PD 42 abgewandt ist, und eine zweite Teillinse 45b durch eine innere Grenzfläche 54 des Kollimators 50 gegeben ist, welche der PD 42 zugewandt ist.
-
Die Wirkung des Kollimators 50 lässt sich anhand der Krümmung zeigen, die dieser bei Lichtstrahlen 56 bewirkt. Die Lichtstrahlen 56, welche hier divergent von einer Punktquelle 58 ausgehen (die z.B. durch einen Punkt an der Oberfläche der Haut im Gehörgang gegeben sein kann), werden durch den Kollimator 50 im Wesentlichen parallelisiert, und leuchten somit die PD 42 weitgehend homogen aus. hierdurch kann verhindert werden, dass durch die Bündelungswirkung der Linse 45 einzelne Bereiche auf der PD 42 in Sättigung gehen, und dadurch ein Teil des dort auftreffenden modulierten Lichtsignals kein entsprechendes Messsignal mehr erzeugen kann. Zudem werden Lichtstrahlen 56a, 56b, welche in Abwesenheit des Kollimators 50 die PD 42 verfehlen würden (jeweils gestrichelter Strahlengang), überhaupt erst durch den Kollimator 50 auf die PD 42 gebrochen.
-
Im Gehörgang liegt eine kontinuierliche Schar an Punktquellen 58 vor, von welchen aus jeweils ein eigener Anteil des modulierten Lichtsignals divergent ausgesandt wird. Diese kontinuierliche Schar an Punktquellen 58 verläuft dabei entlang der Haut im Gehörgang, wobei mit zunehmenden Abstand von der LED 32 die zurückgesandte Intensität gemeinhin abnimmt. Für solche Punktquellen, welche nicht auf der optischen Achse 60 der Linse 45 liegen, werden die von der jeweiligen Punktquelle 58 ausgesandten Lichtstrahlen nicht mehr ideal parallelisiert. Jedoch findet immer noch eine Bündelung dahingehend statt, dass eine weitgehend homogene Verteilung der Lichtstrahlen über die PD 42 erreicht wird.
-
In 3 ist schematisch in einer Längsschnittdarstellung eine alternative Ausgestaltung der Anordnung des Kollimators 50 nach 2 gezeigt. Im Ausführungsbeispiel nach 3 ist der Kollimator 50 nicht mit seiner optischen Achse 60 senkrecht über der PD42 angeordnet (sodass also die Hauptebenen parallel zur PD 42 verlaufen würden). Die optische Achse 60 ist vielmehr gegen die Normalrichtung 62 der PD 42 in Richtung der Schallaustrittsöffnung 22 des Gehäuses 38 gekippt, also im bestimmungsgemäßen Betrieb des Ohrstücks 10 zum Trommelfell des Benutzers hin geneigt. Hierdurch kann der Eintrag an Streulicht, welches von außen in den Gehörgang eindringt, in den Kollimator 50 und somit auf die PD 42 verringert werden, wodurch das SNR weiter verbessert werden kann.
-
4 zeigt in einer schematischen Schrägansicht eine plan-konvexe Zylinderlinse 45c, welche als Linse 45 im Ohrstück des Hörgerätes 2 nach 1 als eine Alternative zum in 2 gezeigten Kollimator 50 verwendet werden kann. Die äu-ßere Grenzfläche 48 ist hierbei konvex gekrümmt, um den bereits beschriebenen Krümmungseffekt auf Lichtstrahlen ausüben zu können, welche ohne jegliche Linse die PD 42 des Ohrstücks 10 verfehlen würden. Die innere Grenzfläche 52 ist eben, und kann dadurch direkt auf die PD 42 angebracht werden.
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so 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.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hörinstrument
- 2
- Hörgerät
- 4
- Korpus
- 6
- Verbindungskabel
- 10
- Ohrstück
- 12
- erstes Mikrofon
- 14
- Signalverarbeitungseinrichtung
- 16
- Verbindung
- 18
- Lautsprecher
- 19
- elektro-akustischer Schallerzeuger
- 20
- Schallkanal
- 22
- Schallaustrittsöffnung
- 30
- erste Lichtquelle
- 32
- LED
- 35
- Schutzabdeckung
- 36
- Lichtaustrittsöffnung
- 38
- Gehäuse
- 40
- Lichtsensor
- 42
- PD
- 45
- Linse
- 45a/b
- Teillinse
- 45c
- Zylinderlinse
- 46
- Lichteintrittsöffnung
- 48
- äußere Grenzfläche
- 50
- Kollimator
- 52
- Ebene (der Photodiode)
- 54
- innere Grenzfläche
- 56, 56a/b
- Lichtstrahlen
- 58
- Punktquelle
- 60
- optische Achse
- 62
- Normalrichtung (der Photodiode)
