WO2020094581A1 - Am körper tragbares elektronisches gerät sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2020094581A1
WO2020094581A1 PCT/EP2019/080121 EP2019080121W WO2020094581A1 WO 2020094581 A1 WO2020094581 A1 WO 2020094581A1 EP 2019080121 W EP2019080121 W EP 2019080121W WO 2020094581 A1 WO2020094581 A1 WO 2020094581A1
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glass
window
electronic device
wearable
glass ceramic
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PCT/EP2019/080121
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Robert Hettler
Wee Kiat CHAI
Rainer Graf
Helena Blümel
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Schott Ag
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    • G02B6/08—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images with fibre bundle in form of plate

Definitions

  • the invention relates to an electronic device that can be worn on or brought into the body and to a method for its production.
  • the invention relates to a pulse watch and / or smart watch and / or probe and / or implant with a photoplethysmographic measuring device.
  • pulse watches are known, i.e. electronic devices that have a
  • Modern heart rate monitors are generally multifunctional and not only have a pulse measuring device, but components for a number of other functions.
  • such clocks can include a display, a GPS module, etc.
  • Such watches are also referred to as “smart watches”.
  • the first measuring devices on the market designed as heart rate monitors worked according to the electrocardiographic measuring principle. This measuring principle has the advantage that it enables a very precise measurement.
  • a disadvantage of the electrocardiographic measuring principle is its generally high energy consumption.
  • the provision of an electrocardiographic measuring device in a smart watch is also complex.
  • the photoplethysmographic measuring method has established itself as a common measuring principle.
  • a pulse watch that works according to this measuring principle is shown, for example, in the published patent application WO 2015/102589 A1.
  • the photoplethysmographic measuring principle can be integrated inexpensively and using little space, for example in the back of a heart rate monitor.
  • the measuring principle uses the fact that the absorption of light, especially the absorption of certain wavelengths, depends on the hemoglobin concentration in the blood.
  • the absorption increases with increasing hemoglobin concentration.
  • the pulse can be determined on the basis of the course of the absorption of light.
  • photoplethysmographic measuring devices use a transmitting diode, in particular an LED, and a receiving diode, that is to say in particular a photodiode, via which the back-reflected light is measured.
  • Wavelengths of 510 to 920 nm are usually used.
  • Green light is particularly suitable for a photoplethysmographic measuring system.
  • Some systems also use light in the IR wavelength range or measure with both infrared and visible light.
  • the problem is that only a small proportion of the light emitted by the transmitter diode is scattered back.
  • the ambient light, artifacts during movements of the user and a varying distance between the skin and the skin Measuring device generates a strong optical noise, which makes it difficult to measure the pulse using a photoplethysmographic measuring method.
  • the optical quality of the window through which the light leaves the pulse watch and / or smartwatch and through which the receiver diode measures the intensity of the reflected light plays a major role.
  • the risk of injury to the user if the window is damaged or destroyed should be kept as low as possible.
  • the invention has for its object to meet the above requirements in the most optimal way.
  • the requirements applicable to the pulse watch and / or smart watch can also be advantageously transferred to probes and / or implants that can be inserted into the human or animal body, in particular also temporarily inserted probes that pass through the body.
  • a pulse watch and / or smart watch and / or an implant are to be provided, in which the window for the transmitter and / or receiver diode is hermetically sealed and in which the optical noise caused by the window is reduced compared to measuring devices known from the prior art and if the window breaks, the risk of injury to the user is reduced.
  • the object of the invention is already achieved by an electronic device which can be worn on the body or can be inserted therein according to one of the independent claims.
  • the invention relates to an electronic device that can be worn on the body or that can be inserted therein, which device is designed in particular as a pulse watch and / or smart watch and / or probe and / or implant.
  • Such an electronic device comprises a housing with a top and a bottom.
  • the underside is designed such that it rests on the user's skin when worn.
  • this window is designed as an optical fiber plate.
  • An optical fiber plate consists of a large number of individual fibers which run across, in particular perpendicular, to the top and bottom and which are surrounded by a covering material (also referred to as “cladding”).
  • the light is coupled into the fibers on one side and emerges from the same fiber on the other side of the optical fiber plate.
  • Optical crosstalk due to volume scatter within the window can thus be largely avoided.
  • optical fiber plate also has the advantage that the optical noise does not increase or only increases with the thickness of the window, since there is practically no optical crosstalk within the fiber plate.
  • the optical fiber plate can therefore be made thicker and therefore more stable than in the prior art.
  • the window consisting of an optical fiber plate is preferably designed as a pressure glazing.
  • the inorganic carrier preferably comprises at least one of the materials metal, glass ceramic and / or opaque glass (at least for the wavelength of the light emitted by the transmitter diode).
  • the carrier consists at least partially of ceramic, or comprises ceramic.
  • the electronic device that can be worn on or brought into the body only has a window designed as an optical fiber plate, under which there is both a transmitter diode and a receiver diode.
  • the formation of the window as an optical fiber plate makes this possible, since the use of an optical fiber plate prevents the light emitted by the transmitter diode from being reflected back to the receiver diode, thereby increasing the optical noise.
  • two windows must be arranged in the carrier in order to achieve reduced optical noise, one of which is arranged above the transmitter diode and the other above the receiver diode.
  • the invention is based on the finding that a melted-in glass window, in which there is a cohesive connection directly between the material of the support and glass, a robust, hermetically sealed connection with a high optical quality of the window can be provided.
  • the window is preferably made of glass and / or glass ceramic as pressure glazing.
  • Such pressure glazing is provided by using a support with a higher coefficient of thermal expansion a than the glass for the window.
  • the window inserted into an opening is heated together with the support to a temperature above the softening temperature of the glass.
  • the material of the support contracts more than the material of the window when it cools down, the glass is put under pressure.
  • the window itself is also more stable.
  • a window can be provided which is designed in such a way that craters occur in the event of damage, in particular in the ball drop test. Crater-like flaking occurs at the damaged area. The material flakes off in particulate form, especially in the form of powder, and thus separates from the window.
  • the ball drop test can be carried out in particular by dropping a steel ball with a defined mass from a defined height under the influence of gravity on the window.
  • a steel ball with a defined mass In the case of windows with a straight or flat surface, in particular a ball with a mass of 7 g can be used, with convex or concave surfaces in particular a ball with a mass of 12 g.
  • the drop height for testing the breaking behavior of the window is 50 cm. In addition to a more robust design, ie a higher force, in which the damage to the window occurs in the first place, this also minimizes the risk of injury to the user.
  • the inventors have recognized that the fracture behavior which is favorable for the user in the form of the material separated in powder form from the window can be achieved particularly advantageously by the window having a minimum degree of surface inaccuracies such as roughness, microdefects and / or shape deviations.
  • a minimum degree of surface inaccuracies such as roughness, microdefects and / or shape deviations.
  • surface structures which are manifested in an average roughness Rq and / or a number of microdefects within a measuring distance and / or a shape deviation. These shape deviations are in particular micro or nanostructures. It is assumed that these surface structures act as starting points for the breaking behavior if the maximum load capacity of the window is exceeded.
  • the specified values provide sufficient surface structures to achieve the powdered separated window material that reduces the risk of injury.
  • the square mean roughness value Rq is a measure of the preferred surface structures. It is known to the person skilled in the art and is calculated from the root mean square of all ordinate values within a measuring section. The measurement and the value are described in DIN EN ISO 4287 (version 2010-07).
  • Rq values of 2 nm or more are preferred, particularly preferably 12 nm or more and in particular 60 nm or more. All of these values can be combined as an upper or lower limit. Such Rq values can be achieved by mechanically polishing the glazed window. This is particularly advantageous in the case of windows which have a straight or flat surface, in particular a surface which is plane-parallel or convex on the side facing the user to the surface of the housing.
  • the number of microdefects within a measuring section can be specified as a measure for the surface structures. Windows made of glass and / or glass ceramic with 3 to less than 16 microdefects in one are preferred.
  • Measuring section of 10 mm in length preferably from 16 to less than 80 microdefects or from 80 to less than 400 microdefects within this measurement range. This information is particularly useful for the aforementioned windows with a straight or flat surface, but can also be used for windows with a curved surface.
  • Another option for processing the windows and for creating the specified surface structures is fire polishing the windows. These preferably have a fire-polished surface. However, the fire polishing is only carried out locally, especially in the surface of the windows, so that the pressure glazing is retained. In particular, this makes it possible for the windows to have surface structures in the form of a waviness, which is preferably in the range from 100 nm to 5 nm.
  • Fire polishing is advantageous for curved surfaces of the windows, for example concave or convex windows.
  • windows with such preferably existing surface structures are able to carry out the necessary optical requirements for the optical measurement functions of the electronic device, but in cooperation with the pressure glazing they ensure a reduced risk of injury to the user.
  • a carrier material is used, the thermal
  • Coefficient of linear expansion a (at 20 ° C) is at least 2, preferably at least 5 ppm / K greater than the thermal coefficient of linear expansion of the glass or glass ceramic.
  • the window is made of glass and / or
  • Glass ceramic connected to the carrier by means of a glass solder can also be used to provide windows which are adapted with regard to the coefficient of expansion.
  • a combination of support and window with high thermal resistance can be provided.
  • At least two windows made of glass and / or glass ceramic are melted into the carrier.
  • One or both windows can also be designed as an optical fiber plate.
  • a transmitter diode is located under a first window made of glass and / or glass ceramic, and there is one under a second window made of glass and / or glass ceramic
  • the inorganic carrier is preferably at least opaque for the radiation emitted by the transmitter diode.
  • the direct crosstalk from the transmitter diode to the receiver diode is minimized.
  • the expansion of the light beams on the way from the transmitter diode and / or to the receiver diode is also reduced.
  • the inorganic carrier preferably consists of metal, ceramic, glass ceramic and / or an opaque glass (at least for the wavelength of the light emitted by the transmitter diode).
  • Metals with a thermal come in particular as metals for the carrier
  • Coefficient of linear expansion a from 3 to 25 ppm / K (at 20 ° C).
  • the metals used are preferably essentially nickel-free, in particular the material meets the requirements of DIN EN 1811 (version 2015-10) and / or DIN EN 12472 (version 2009-9).
  • Suitable materials are in particular stainless steel, titanium, aluminum and precious metals and their alloys. Furthermore, a nickel-containing material can also be used, which is provided with a coating that prevents diffusion of nickel, for example a gold coating.
  • Stainless steel can also be used as the housing material for the carrier, in particular austenitic nickel-containing stainless steel. This material forms a chrome oxide layer that prevents nickel diffusion. io
  • Ceramics can also be used. These are usually already optically opaque. Melted glass forms a mechanically stable and tight connection with ceramic.
  • aluminum oxide, zirconium oxide, aluminum nitride or porcelain can be used as ceramics.
  • the carrier can consist of a glass, in particular a glass which is colored in such a way that it is opaque at least in the wavelength range of the radiation emitted by the transmitter diode.
  • a glass doped with an oxide can be used, for example with cobalt oxide, magnesium oxide or iron oxide.
  • Borosilicate glasses aluminum borosilicate glasses or sodium silicate glasses, for example, can be used as window glasses.
  • the window preferably has a transmission of more than 80%, particularly preferably of more than 90%, at least for the radiation emitted by the transmitter diode.
  • the window can include an anti-reflective coating. This can further improve the transmission.
  • the high transmission reduces optical crosstalk.
  • the glass can be provided with an anti-reflective layer.
  • an infrared-transmissive glass can also be used.
  • sapphire glass or, in particular when the window is designed as
  • Pressure glazing also a borosilicate or soda-lime glass.
  • glass and / or glass ceramic materials can be used which are biocompatible and / or bioactive, particularly advantageously those which are cell compatible and particularly advantageously even suppress the growth of cells on the window.
  • the carrier comprises a protrusion in the region of the at least one window made of glass or glass ceramic.
  • a supernatant is understood in particular to mean a plateau which results from the
  • the invention further relates to an electronic device that can be worn on the body, in particular with one or more features described above.
  • the wearable electronic device includes a case with a top and a bottom.
  • the underside is designed so that when worn with the doldrums of the
  • a window made of glass or glass ceramic is arranged on the underside, which according to the invention comprises an optical fiber, in particular a window, which serves as an optical
  • Fiberboard is formed.
  • An optical fiber plate consists of a large number of individual fibers which run across, in particular perpendicular, to the top and bottom and which are surrounded by a covering material (also referred to as “cladding”).
  • the light is coupled into the fibers on one side and emerges from the same fiber on the other side of the optical fiber plate.
  • optical crosstalk due to volume scatter within the window can thus be largely avoided.
  • the use of an optical fiber plate also has the advantage that the optical noise does not increase or only increases with the thickness of the window, since there is practically no optical crosstalk within the fiber plate.
  • the optical fiber plate can therefore be made thicker and therefore more stable than in the prior art.
  • the window consisting of an optical fiber plate is preferably designed as a pressure glazing.
  • the at least one window made of glass or glass ceramic is designed as a filter for a receiver and / or transmitter diode.
  • the window (s) in such a way that they have a higher transmission for the wavelength of the transmitting diode than for others
  • the invention further relates to the improvement of the dimensioning of a pulse watch and / or smart watch, which comprises a rear of the device with at least two windows.
  • the first window made of glass and / or glass ceramic, under which the transmitter diode is arranged, is spaced on the edge side by the distance s from the second window made of glass and / or glass ceramic, under which the receiver diode is arranged.
  • the first and / or the second window has the diameter d.
  • the optical signal on the receiving diode is optimized via a ratio s / h between 2 and 7, preferably between 3 and 5. Furthermore, the first window and / or the second window is assigned a flea h which corresponds to the thickness of the window.
  • S / d is preferably 1 to 3, very particularly preferably 1.5 to 2.5.
  • At least one electrical feedthrough is embedded in the glass window.
  • the at least one electrical feedthrough is preferably embedded in a separate window made of glass or glass ceramic.
  • Electrical feedthroughs can be made available via the window, in particular by pressure glazing.
  • the electrical feedthroughs can be used, for example, for a power supply for recharging.
  • a sensor surface can be provided via an electrical feedthrough or a sensor surface can be contacted.
  • a temperature measurement or moisture measurement of the doldrums and / or of the media surrounding the probe and / or the implant is provided, for example of blood and / or gastric fluid etc.
  • a conductivity measurement of the doldrums and / or of the media surrounding the implant can also be carried out using electrical feedthroughs.
  • the wearer's physical condition can also be deduced.
  • An electronic interface can also be used via electrical feedthroughs
  • the pulse watch is a
  • the invention further relates to a carrier with a window made of glass and / or
  • the invention further relates to a method for producing a wearable electronic device as described above.
  • a window made of glass and / or glass ceramic is melted into an inorganic carrier.
  • the inorganic carrier is then connected to the housing of the wearable electronic device.
  • Fig. 1 is a schematic view of the front and Fig. 2 is a schematic view of the back of an electronic device designed as a pulse watch for wearing on the body.
  • Fig. 1 1 and Fig. 12 show different ways of connecting the window to the carrier.
  • FIG. 13 schematically shows a photoplethysmographic measuring device which comprises a single window designed as pressure glazing.
  • FIG. 14 shows a photoplethysmographic measuring device with a fiberboard as a window.
  • FIG. 15 is a schematic sectional view
  • FIG. 16 is a contour map based on a simulation in which the sensor signal is dependent on the thickness and the distance between the windows is plotted.
  • FIG. 18 shows a further embodiment with a ceramic carrier.
  • FIG. 1 and 2 show a schematic representation of an electronic device designed as a pulse watch 1 and wearable on the body.
  • the pulse watch 1 comprises a housing 3 with a bracelet 2, by means of which the pulse watch 1 can be attached to the arm of the user.
  • the user can read the pulse via a display 5 which is arranged on the front of the housing 3.
  • the pulse watch 1 further comprises an operating device 4, for example in the form of buttons.
  • the display 5 can also be designed as a touch display for operation.
  • the pulse watch 1 is preferably designed as a so-called “smart watch” and can thus operate a large number of further functions.
  • the housing 3 of the heart rate monitor rests on the slack of the user when worn.
  • the carrier 7 made of metal comprises a plateau-shaped projection 8, in which the glass windows 9a, 9b are inserted at a distance from one another.
  • One or both windows 9a, 9b can be designed as optical fiber plates.
  • the windows 9a, 9b are designed as pressure glazing. Under the window 9a there is a receiver diode 11 and under the window 9b there is a transmitter diode 10, in particular an LED.
  • Transmitting diode 10 and receiver diode 1 1 are part of a photoplethysmographic
  • Measuring device by means of which the user's pulse is measured.
  • the intensity curve of the light of the transmitter diode 10, which returns due to volume scatter in the tissue of the user, is measured via the receiver diode 11.
  • the pulse can be calculated on the basis of the hemoglobin concentration fluctuating periodically with the pulse.
  • the protrusion 8 of the carrier 7 ensures an improved contact of the windows 9a, 9b with the skin surface of the user.
  • the carrier 7 comprises a further window 9d made of glass and / or glass ceramic, which comprises a plurality of electrical feedthroughs 13.
  • electrical feedthroughs 13 are used to form contacts for an electronic interface, via which the pulse watch 1 can be charged and via which data can be exchanged, in particular in order to load software.
  • the carrier 7 made of metal can be connected, for example, to the rest of the housing, in particular a rear side 6 of the housing.
  • the housing of the pulse watch 1 is preferably made of metal.
  • the carrier 7 can in particular also be designed as a rear housing half.
  • a carrier 7 which consists, for example, of metal, ceramic or an opaque glass.
  • the windows 9a and 9b are made of a material with a high transmission for the light emitted by the transmitter diode and can be optical fiber plates.
  • the carrier 7, can act as an optical barrier in order to suppress a direct transition of light from the transmitter diode to the receiver diode via the windows 9a, 9b even more than is the case when only one window designed as an optical fiber plate is used.
  • the windows 9a and 9b are preferably designed as pressure glazing.
  • a housing with a helium leak rate of less than 10 8 mbar xl / s can be provided.
  • at least two windows 9b are provided, under each of which a transmitting diode is arranged.
  • the windows 9b for the transmitter diode are preferably located on both sides next to the window 9a for the receiver diode.
  • the window 9a for the receiver diode is larger than the window 9b for the transmitter diodes.
  • the carrier 7 preferably has a thickness of 0.3 to 2 mm, particularly preferably 0.5 to 1 mm, adjacent to the windows.
  • the windows 9a, 9b preferably occupy the entire fleas of the support 7 in the area of the windows 9a, 9b.
  • the carrier 7 stands on the edge over the at least one window 9a, 9b made of glass and / or glass ceramic.
  • the side with the overhang preferably forms the inside of the carrier 7.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment, in which (as also shown in FIGS. 1 and 2) the carrier 7 has an overhang 8.
  • the windows 9a, 9b lie in the area of the overhang 8.
  • the protrusion improves the contact of the windows 9a, 9b with the slack of the user.
  • 5 shows an alternative embodiment of the invention, in which a single window 9 made of glass or glass ceramic is inserted in the support 7, under which both the transmitter diode and the receiver diode are arranged.
  • This one window 9 can be designed as an optical fiber plate.
  • the window 9 is not designed as pressure glazing, but is connected to the carrier 7 by means of a glass solder 12.
  • the glass solder 12 is arranged in an internal groove of the carrier 7.
  • the window 9 itself forms an overhang 8.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment in which an electrical feedthrough 13, for example in the form of a pin, is arranged in a window 9a.
  • the carrier 7 with the windows 9a, 9b corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 3.
  • Additional functionalities can be provided via glazed electrical bushings 13.
  • the electrical feedthrough 13 can serve as a sensor surface for an additional electrocardiographic measuring device of the pulse watch.
  • FIG 7 shows an embodiment of a window 9 in which the window 9 is designed as an optical fiber plate.
  • fibers 14 in particular from glass fibers, which are embedded in a covering material 15, which preferably also consists of glass.
  • the cladding material 15 has a lower refractive index than the material of the light-conducting fibers 14. Total reflections thus occur at the interface and the light is transmitted from one side to the other side within the light-guiding fibers 14.
  • optical fiber plate has the advantage that there is little or no volume scatter within the window 9 thus formed, which results in a direct transmission of light to the receiver diode.
  • the thickness of the optical fiber plate has only a minor influence on the optical noise.
  • the optical fiber plate can comprise colored fibers, in particular colored fibers, which are distributed statistically.
  • the optical fiber plate is also preferably designed as pressure glazing.
  • Fig. 8 shows a further embodiment in which an optical fiber plate 16 is used, which is inserted into a carrier.
  • optical fiber plate 16 is connected to partition walls 19.
  • the walls 19 form internally formed chambers 17 in which, for example, a transmitting diode and / or a photodiode are arranged.
  • the fiberboard 16 can be provided with a mask 20 around the transparent regions 18 thus formed, which is opaque at least for the wavelength of the transmitter diode.
  • a mask 20 around the transparent regions 18 thus formed, which is opaque at least for the wavelength of the transmitter diode.
  • Fiberboard 16 consists of a plurality of light-conducting fibers 14, which are embedded in a covering material 15.
  • Fig. 1 1 shows an embodiment of how the optical fiber plate 16 is connected to the carrier 7, which is preferably made of metal.
  • the optical fiber plate 16 is designed as pressure glazing.
  • the optical fiber plate 16 thus has a lower thermal
  • the optical fiber plate 16 is heated such that at least the
  • Softening temperature of the wrapping material 15 is reached.
  • the carrier 7 contracts more than the optical fiber plate 16, so that a compressive stress is generated in the optical fiber plate 16.
  • FIG. 12 shows an alternative embodiment in which the optical fiber plate 16 is attached to one side of the carrier 7.
  • connection can be made, for example, by means of a glass solder or by means of anionic bonding.
  • the partition walls 19 are formed by the carrier 7, that is to say they are level with the carrier.
  • the partition walls 19 can be formed, for example, by punching out a carrier 7 from metal.
  • the pulse watch comprises a rear side of the housing with a carrier 7, into which a window 9 made of glass or glass ceramic is inserted. Light is radiated through the window 9 onto the skin surface 22 of the wearer via the transmitter diodes 10 located on a circuit board 21 arranged inside the housing.
  • volume scattering occurs in the tissue surrounding the skin surface 22 and a small proportion of the light striking the skin surface 22 is scattered back to the receiver diode 11. This portion can be reduced by designing the window 9 as an optical fiber plate.
  • the pulse can be inferred based on the change in intensity dependent on the hemoglobin concentration.
  • the window 9 can be designed as a color filter, for example, which preferably transmits light in the wavelength range of the transmitter diode 10.
  • volume scattering can also occur within the window 9 due to inhomogeneities, which amplify the optical noise. These depend, among other things, on the optical quality of the window 9 and on the thickness of the window 9.
  • an optical fiber plate 16 can be used as a window instead of a conventional window.
  • the light remains after coupling into the optical fibers within the individual light-conducting fibers, so that it does not, or at least much less, backscatter light within the optical fiber plate 16
  • Receiver diode 1 1 can come.
  • the refractive index of the fibers and the cladding can be selected appropriately
  • Acceptance angles can be optimized to reduce optical noise.
  • a photoplethysmographic measuring device which comprises the transmitter diodes 10 and the receiver diode 11, which are arranged on a printed circuit board 21.
  • the windows 9b for the transmitter diodes and the window 9a for the receiver diode 11 are inserted in the carrier 7 of the pulse watch.
  • the window 9a of the receiver diode 11 has a diameter dE and the window 9b of the transmitter diode has a diameter ds.
  • the diameter is understood to mean the width of one window in the direction of the other window (see “d” in FIG. 10).
  • the one or more windows of the transmitter diode 9b is or are the edge of the window 9a
  • Receiver diode spaced by the distance s.
  • the windows have a height h, which corresponds to the thickness of the respective window.
  • 16 is a contour map of a simulation of the optical signal applied to the receiver diode. The darker the area, the better the optical signal.
  • the distance s of the LED or photodiode is divided by the horizontal axis
  • the distance s of the LED or photodiode divided by the window thickness h is plotted on the vertical axis.
  • - s divided by dE or ds is between 3 and 5.
  • - s divided by h is between 1, 5 and 2.5.
  • FIG. 17 shows photos of a ball drop test of a pressure glazing for a pulse watch according to the invention.
  • the material bursts essentially in powder form, i.e. the glass and / or glass ceramic material separated from the window is in powder form. This reduces the risk of injury to the user.
  • the pressure glazing reduces the risk of cracking and complete breakage of the window.
  • the invention was able to improve both the optical noise in a photoplethysmographic measuring device and the stability of a pulse watch.
  • 18 shows a further preferred embodiment of the invention.
  • a window 9 designed as an optical fiber plate 16 is inserted into a support 7, 70 made of ceramic.
  • the window 9 is attached without compression by means of a glass solder 12.
  • the connection between the ceramic carrier 7 and the window 9 can be pressure glazing or, as shown, a connection via a glass solder 12.
  • the inner part 71 can be a ceramic element.
  • the inner part 71 is an opaque glass.
  • the outer, annular part 72 is preferably metallic.
  • a carrier 7 is provided with two parts 71, 72, an outer metallic part 72 surrounding an inner part 71 made of ceramic or opaque glass, the inner part 71 being the with the window 9 closed opening 27 is arranged.

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Abstract

Am Körper tragbares oder in den Körper implantierbares elektronisches Gerät, welches insbesondere als Pulsuhr und/oder Smartwatch und oder Implantat ausgebildet ist. Das elektronische Gerät umfasst eine photoplethysmographische Messeinrichtung. Sendediode und Empfängerdiode sind unter einem Fenster aus Glas oder Glaskeramik angeordnet. Das Fenster ist als Druckeinglasung und/oder optische Faserplatte ausgebildet.

Description

Am Körper tragbares elektronisches Gerät sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein am Körper tragbares oder in diesen einbringbares elektronisches Gerät sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Pulsuhr und/oder Smartwatch und/oder Sonde und/oder Implantat mit einer photoplethysmographischen Messeinrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Am Körper tragbare elektronische Geräte, bei welchen die Rückseite des Gerätes auf der Haut des Benutzers aufliegt, sind bekannt.
Insbesondere bekannt sind sogenannte Pulsuhren, also elektronische Geräte, die eine
Messeinrichtung für den Puls aufweisen. Moderne Pulsuhren sind in der Regel multifunktional und weisen nicht nur eine Pulsmesseinrichtung, sondern Komponenten für eine Reihe von anderen Funktionen auf. Insbesondere können derartige Uhren ein Display, ein GPS-Modul etc. umfassen. Solche Uhren werden auch als„smart watch“ bezeichnet.
Die ersten auf dem Markt verfügbaren als Pulsuhren ausgebildeten Messeinrichtungen arbeiteten nach dem elektrokardiografischen Messprinzip. Dieses Messprinzip hat den Vorteil, dass es eine recht genaue Messung ermöglicht.
Nachteilig an dem elektrokardiografischen Messprinzip ist allerdings dessen in der Regel hoher Energieverbrauch. Auch ist die Bereitstellung einer elektrokardiografischen Messeinrichtung in einer smart watch aufwendig. Insbesondere bei smart watches hat sich daher als gängiges Messprinzip die photoplethysmographische Messmethode etabliert.
Eine Pulsuhr, die nach diesem Messprinzip arbeitet, ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift WO 2015/102589 A1 gezeigt.
Das photoplethysmographische Messprinzip lässt sich preiswert und unter Verwendung von wenig Bauraum, beispielsweise in der Rückseite einer Pulsuhr, integrieren.
Das Messprinzip nutzt die Tatsache, dass die Absorption von Licht, insbesondere die Absorption bestimmter Wellenlängen von der Hämoglobinkonzentration im Blut abhängig ist.
Die Absorption steigt mit steigender Hämoglobinkonzentration. So kann anhand des Verlaufs der Absorption von Licht der Puls bestimmt werden.
Photoplethysmographische Messeinrichtungen verwenden hierfür eine Sendediode, insbesondere eine LED, sowie eine Empfangsdiode, also insbesondere eine Fotodiode, über die das zurückreflektierte Licht gemessen wird. Üblicherweise werden Wellenlängen von 510 bis 920 nm verwendet. Insbesondere eignet sich grünes Licht für ein photoplethysmographisches Messsystem. Manche Systeme nutzen auch Licht im IR-Wellenlängenbereich oder messen sowohl mit Infrarot als auch mit sichtbarem Licht.
Problematisch ist, dass nur ein kleiner Anteil des von der Sendediode ausgestrahlten Lichtes zurückgestreut wird.
Weiter ist auch die Schwankung der Absorption aufgrund der sich ständig ändernden
Hämoglobinkonzentration gering.
Weiter wird bei aus der Praxis bekannten Messeinrichtungen durch das Umgebungslicht, durch Artefakte bei Bewegungen des Benutzers sowie einen variierenden Abstand der Haut von der Messeinrichtung ein starkes optisches Rauschen erzeugt, was die Messung des Pulses über eine photoplethysmographische Messmethode erschwert.
In diesem Zusammenhang spielt die optische Güte des Fensters, durch die das Licht die Pulsuhr und/oder Smartwatch verlässt sowie durch das die Empfängerdiode die Intensität des rückgestrahlten Lichtes misst, eine große Rolle.
Neben der hohen optischen Güte besteht gleichzeitig die Anforderung, das Fenster möglichst robust und fluiddicht auszugestalten.
Gleichzeitig soll noch das Risiko von Verletzungen des Benutzers, wenn das Fenster beschädigt oder zerstört wird, möglichst geringgehalten werden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorstehend genannte Anforderungen in möglichst optimaler Weise zu erfüllen.
Die für die Pulsuhr und/oder Smartwatch anwendbaren Anforderungen sind vorteilhaft auch auf in den menschlichen oder tierischen Körper einbringbare Sonden und/oder Implantate übertragbar, insbesondere auch temporär eingebrachte und den Körper durchlaufende Sonden.
Insbesondere soll eine Pulsuhr und/oder Smartwatch und/oder ein Implantat bereitgestellt werden, bei welcher das Fenster für die Sende- und/oder Empfängerdiode hermetisch abgedichtet ist und bei welcher das durch das Fenster verursachte optische Rauschen gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Messeinrichtungen reduziert ist und im Falle eines Bruchs des Fensters die Verletzungsgefahr des Nutzers reduziert wird. Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch ein am Körper tragbares oder in diesen einbringbares elektronisches Gerät nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind dem Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft ein am Körper tragbares elektronisches oder in diesen einbringbares Gerät, welches insbesondere als Pulsuhr und/oder Smartwatch und/oder Sonde und/oder Implantat ausgebildet ist.
Ein solches elektronisches Gerät umfasst ein Gehäuse mit einer Oberseite und einer Unterseite.
Die Unterseite ist derart ausgebildet, dass sie im getragenen Zustand auf der Haut des Benutzers aufliegt.
Gemäß der Erfindung ist auf der Unterseite zumindest ein Fenster aus Glas und/oder
Glaskeramik angeordnet, welches in einem anorganischen Träger eingeschmolzen ist.
Dieses Fenster ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als optische Faserplatte ausgebildet.
Eine optische Faserplatte besteht aus einer Vielzahl von Einzelfasern, welche quer, insbesondere senkrecht, zur Ober- bzw. Unterseite verlaufen und welche von einem Hüllmaterial (auch als „Cladding“ bezeichnet) umgeben sind.
Aufgrund der niedrigeren Brechzahl des Hüllmaterials gegenüber dem Material der Fasern kommt es zur Totalreflexion, so dass einzelne Lichtleiter ausgebildet werden.
So wird das Licht auf einer Seite in die Fasern eingekoppelt und tritt auf der anderen Seite der optischen Faserplatte jeweils aus derselben Faser wieder heraus. Optisches Übersprechen durch Volumenstreuung innerhalb des Fensters kann so weitgehend vermieden werden.
Die Verwendung einer optischen Faserplatte hat zugleich den Vorteil, dass das optische Rauschen mit zunehmender Dicke des Fensters nicht oder nur kaum zunimmt, da es innerhalb der Faserplatte so gut wie gar nicht zu einem optischen Übersprechen kommt.
Die optische Faserplatte kann daher gegenüber dem Stand der Technik dicker und damit stabiler ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist das aus einer optischen Faserplatte bestehende Fenster, wie vorstehend ausgeführt, als Druckeinglasung ausgebildet.
Bevorzugt umfasst der anorganische Träger zumindest eines der Materialien Metall, Glaskeramik und/oder opakes Glas (zumindest für die Wellenlänge des von der Sendediode emittierten Lichtes).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Träger zumindest teilweise aus Keramik, beziehungsweise umfasst Keramik.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das am Körper tragbare oder in diesen einbringbare elektronische Gerät lediglich ein als optische Faserplatte ausgebildetes Fenster auf, unter dem sich sowohl eine Sendediode als auch eine Empfängerdiode befinden. Die Ausbildung des Fensters als optische Faserplatte ermöglicht dies, da aufgrund der Verwendung einer optischen Faserplatte verhindert wird, dass von der Sendediode emittiertes Licht zurück zur Empfänerdiode reflektiert wird und dadadurch das optische Rauschen erhöht wird. Ohne Verwendung eines als optische Faserplatte ausgebildeten Fensters müssen zur Erreichung eines reduzierten optischen Rauschens zwei Fenster im Träger angeordnet werden, von denen eines über der Sendediode und das andere über der Empfängerdiode angeordnet ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein eingeschmolzenes Glasfenster, bei dem eine stoffschlüssige Verbindung unmittelbar zwischen dem Material des Trägers und Glas vorliegt, eine robuste hermetisch dichte Verbindung mit gleichzeitig hoher optischer Güte des Fensters bereitgestellt werden kann.
Vorzugsweise ist das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik als Druckeinglasung ausgebildet.
Eine derartige Druckeinglasung wird dadurch bereitgestellt, dass ein Träger mit höherem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten a als das Glas für das Fenster verwendet wird.
Zum Ausbilden einer Druckeinglasung wird das in eine Öffnung eingesetzte Fenster zusammen mit dem Träger auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Glases erwärmt. Da sich beim Erkalten das Material des Trägers stärker zusammenzieht als das Material des Fensters, wird das Glas unter Druckspannung gesetzt.
Aufgrund der so vorhandenen Vorspannung liegt eine besonders dichte Verbindung vor.
Gleichzeitig ist auch das Fenster selbst stabiler.
Es hat sich weiter herausgestellt, dass durch Bereitstellen einer Druckeinglasung ein Fenster bereitgestellt werden kann, welches derart ausgebildet ist, dass bei Beschädigungen, insbesondere im Kugelfalltest, Krater entstehen. An der beschädigten Stelle kommt es zu kraterförmigen Abplatzungen. Das Material platzt partikelförmig, insbesondere in Form von Pulver, ab und separiert sich damit vom Fenster.
Der Kugelfalltest kann insbesondere durchgeführt werden, indem eine Stahlkugel mit einer definierten Masse aus einer definierten Höhe unter Einwirken der Schwerkraft auf das Fenster fallen gelassen wird. Im Fall von Fenstern mit gerader bzw. ebener Oberfläche kann insbesondere eine Kugel mit einer Masse von 7g verwendet werden, bei konvexen oder konkaven Oberflächen insbesondere eine Kugel mit einer Masse von 12g. Die Fallhöhe beträgt für den Test des Bruchverhaltens des Fensters 50 cm. Neben einer robusteren Ausgestaltung, d.h. einer höheren Krafteinwirkung, bei welcher die Schädigung des Fensters überhaupt erst auftritt, wird hierdurch gleichzeitig die Verletzungsgefahr für den Benutzer minimiert.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich das für den Benutzer günstige Bruchverhalten in Form des pulverförmig vom Fenster separierten Materials besonders vorteilhaft dadurch erreichen lässt, dass das Fenster ein Mindestmaß von Oberflächenungenauigkeiten wie beispielsweise Rauheit, Mikrodefekten und/der Formabweichungen aufweist. Es besteht ein Zusammenwirken der Druckeinglasung und dem Vorhandensein von Oberflächenstrukturen, die sich in einer mittleren Rauheit Rq und/oder einer Anzahl von Mikrodefekten innerhalb einer Messtrecke und/oder einer Formabweichung manifestieren. Diese Formabweichungen sind insbesondere Mikro- oder Nanostrukturen. Es wird vermutet, dass diese Oberflächenstrukturen im Fall einer Überschreitung der maximalen Belastbarkeit des Fensters als Startpunkte für das Bruchverhalten wirken. Durch die angegebenen Werte sind ausreichend Oberflächenstrukturen vorhanden, um das das Verletzungsrisiko vermindernde pulverförmige separierte Fenstermaterial zu erzielen.
Ein Maß für die bevorzugten Oberflächenstrukturen ist der quadratische Mittenrauwert Rq. Er ist dem Fachmann bekannt und aus dem quadratischen Mittelwerten aller Ordinatenwerte innerhalb einer Messstrecke berechnet. Die Messung und der Wert sind in der DIN EN ISO 4287 (Version 2010-07) beschrieben.
Bevorzugt sind Rq Werte von 2 nm oder mehr, besonders bevorzugt 12 nm oder mehr und insbesondere 60 nm oder mehr. Sämtliche dieser Werte sind als Ober- oder Untergrenze miteinander kombinierbar. Solche Rq Werte sind erzielbar, indem das eingeglaste Fenster mechanisch poliert wird. Dies ist insbesondere bei Fenstern vorteilhaft, die eine gerade oder ebene Oberfläche aufweisen, insbesondere eine Oberfläche, die auf der dem Benutzer zugewandten Seite planparallel oder konvex ausgeformt zur Oberfläche des Gehäuses ist.
Alternativ zur Rauigkeit und dem Rq Wert können als Maß für die Oberflächenstrukturen die Anzahl der Mikrodefekte innerhalb einer Messstrecke angegeben werden. Bevorzugt sind Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik mit 3 bis weniger als 16 Mikrodefekte in einer
Messtrecke von 10 mm Länge, bevorzugt von 16 bis weniger als 80 Mikrodefekte oder von 80 bis weniger 400 Mikrodefekte innerhalb dieser Messtrecke. Diese Angabe ist besonders zweckmäßig bei den vorgenannten Fenstern mit gerader oder ebener Oberfläche, kann aber auch bei Fenstern mit gewölbter Oberfläche verwendet werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Bearbeitung der Fenster und zum Fierstellen der angegebenen Oberflächenstrukturen ist das Feuerpolieren der Fenster. Diese weisen bevorzugt eine feuerpolierte Oberfläche auf. Die Feuerpolitur wird aber nur so lokal ausgeführt, insbesondere in der Oberfläche der Fenster, dass die Druckeinglasung erhalten bleibt. Insbesondere ist es dadurch möglich, dass die Fenster Oberflächenstrukturen in Form einer Waviness aufweisen, die bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 5 miti liegt.
Die Feuerpolitur ist vorteilhaft bei gewölbten Oberflächen der Fenster, beispielsweise konkaven oder konvexen Fenstern.
Fenster mit solchen bevorzugt vorhandenen Oberflächenstrukturen sind bzgl. ihrer optischen Eigenschaften in der Lage, die erforderlichen optischen Anforderungen für die optischen Messungsfunktionen des elektronischen Geräts auszuführen, sorgen aber im Zusammenwirkung mit der Druckeinglasung für ein vermindertes Verletzungsrisiko des Benutzers.
Vorzugsweise wird ein Trägermaterial verwendet, dessen thermischer
Längenausdehnungskoeffizient a (bei 20 °C) mindestens 2, vorzugsweise mindestens 5 ppm/K größer ist, als der thermische Längenausdehnungskoeffizient des Glases bzw. der Glaskeramik.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Fenster aus Glas und/oder
Glaskeramik mittels eines Glaslots mit dem Träger verbunden. Über diese Ausführungsform der Erfindung lassen sich je nach Anwendung auch hinsichtlich des Ausdehnungskoeffizienten angepasste Fenster bereitstellen. Insbesondere kann so ein Verbund von Träger und Fenster mit hoher thermischer Beständigkeit bereitgestellt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind in den Träger zumindest zwei Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik eingeschmolzen. Dabei können eines oder beide Fenster auch als optische Faserplatte ausgebildet sein. Unter einem ersten Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik befindet sich dabei eine Sendediode und unter einem zweiten Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik befindet sich eine
Empfängerdiode.
Vorzugsweise ist der anorganische Träger zumindest opak für die von der Sendediode emittierte Strahlung.
Durch die Verwendung von zwei Fenstern in Verbindung mit einem anorganischen Träger wird das direkte Übersprechen von der Sendediode zur Empfängerdiode minimiert. Mit Verwendung einer oder mehrerer Faserplatten wird überdies die Aufweitung der Lichtstrahlen auf dem Weg von der Sendediode und/oder zur Empfängerdiode reduziert.
Der anorganische Träger besteht vorzugsweise aus Metall, Keramik, Glaskeramik und/oder einem opaken Glas (zumindest für die Wellenlänge des von der Sendediode emittierten Lichtes).
Als Metalle für den Träger kommen insbesondere Metalle mit einem thermischen
Längenausdehnungskoeffizienten a von 3 bis 25 ppm/K (bei 20 °C) in Betracht.
Die verwendeten Metalle sind vorzugsweise im Wesentlichen nickelfrei, insbesondere erfüllt das Material die Anforderungen gemäß DIN EN 1811 (Version 2015-10) und/oder DIN EN 12472 (Version 2009-9).
Geeignete Materialien sind insbesondere Edelstahl, Titan, Aluminium sowie Edelmetalle sowie deren Legierungen. Weiter kann auch ein nickelhaltiges Material verwendet werden, welches mit einer Beschichtung versehen ist, die eine Diffusion von Nickel verhindert, beispielsweise einer Goldbeschichtung.
Weiter kann als Gehäusematerial für den Träger Edelstahl verwendet werden, insbesondere austenitischer Nickel-haltiger Edelstahl. Dieses Material bildet eine Chromoxid-Schicht, die eine Nickeldiffusion verhindert. io
Weiter können Keramiken verwendet werden. Diese sind in der Regel bereits optisch opak. Eingeschmolzenes Glas geht mit Keramik eine mechanisch stabile und dichte Verbindung ein.
Als Keramiken können insbesondere Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumnitrid oder Porzellan verwendet werden.
Weiter kann der Träger aus einem Glas bestehen, insbesondere einem Glas, welches derart eingefärbt ist, dass es zumindest im Wellenlängenbereich der von der Sendediode emittierten Strahlung opak ist. Insbesondere kann ein mit einem Oxid dotiertes Glas verwendet werden, beispielsweise mit Kobaltoxid, Magnesiumoxid oder Eisenoxid.
Als Fenstergläser können beispielsweise Borosilikatgläser, Alumo-Borosilikatgläser oder Natriumsilikatgläser verwendet werden.
Das Fenster hat vorzugsweise zumindest für die von der Sendediode emittierte Strahlung eine Transmission von mehr als 80%, besonders bevorzugt von mehr als 90%.
Das Fenster kann eine Antireflex-Beschichtung umfassen. Dadurch kann die Transmission weiter verbessert werden.
Die hohe Transmission reduziert optisches Übersprechen.
Weiter kann das Glas mit einer Antireflexschicht versehen sein.
Für bestimmte Anwendungen, insbesondere für Messeinrichtungen zur Überwachung der Glukosekonzentration oder der Sauerstoffsättigung, bei welcher beispielsweise Infrarotlicht verwendet wird, kann auch ein Infrarot-durchlässiges Glas verwendet werden. Hierzu kommt insbesondere Saphirglas, oder, insbesondere bei einer Ausgestaltung des Fensters als
Druckeinglasung, auch ein Borosilkat- oder Kalknatronglas in Betracht. Insbesondere können Glas- und/oder Glaskeramikmaterialien verwendet werden, die biokompatibel und/oder bioaktiv sind, besonders vorteilhaft solche, die zellverträglich sind und besonders vorteilhaft sogar das Anwachstum von Zellen auf das Fenster unterdrücken. Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Träger im Bereich des zumindest einen Fensters aus Glas oder Glaskeramik einen Überstand.
Unter einem Überstand wird insbesondere ein Plateau verstanden, welches aus der
angrenzenden Unterseite herausragt. Durch einen derartigen Überstand kann der Kontakt des Fensters mit der Flaut des Benutzers verbessert werden. Dies verbessert ebenfalls die
Messgenauigkeit.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein am Körper tragbares elektronisches Gerät, insbesondere mit einem oder mehreren vorstehend beschriebenen Merkmalen.
Das am Körper tragbare elektronische Gerät umfasst ein Gehäuse mit einer Oberseite und einer Unterseite. Die Unterseite ist derart ausgebildet, dass sie beim Tragen mit der Flaut des
Benutzers in Kontakt steht.
Auf der Unterseite ist ein Fenster aus Glas oder Glaskeramik angeordnet, welches gemäß der Erfindung eine optische Faser umfasst, insbesondere ein Fenster, welches als optische
Faserplatte ausgebildet ist.
Eine optische Faserplatte besteht aus einer Vielzahl von Einzelfasern, welche quer, insbesondere senkrecht, zur Ober- bzw. Unterseite verlaufen und welche von einem Hüllmaterial (auch als „Cladding“ bezeichnet) umgeben sind.
Aufgrund der niedrigeren Brechzahl des Hüllmaterials gegenüber dem Material der Fasern kommt es zur Totalreflexion, so dass einzelne Lichtleiter ausgebildet werden.
So wird das Licht auf einer Seite in die Fasern eingekoppelt und tritt auf der anderen Seite der optischen Faserplatte jeweils aus derselben Faser wieder heraus.
Optisches Übersprechen durch Volumenstreuung innerhalb des Fensters kann so weitgehend vermieden werden. Die Verwendung einer optischen Faserplatte hat zugleich den Vorteil, dass das optische Rauschen mit zunehmender Dicke des Fensters nicht oder nur kaum zunimmt, da es innerhalb der Faserplatte so gut wie gar nicht zu einem optischen Übersprechen kommt.
Die optische Faserplatte kann daher gegenüber dem Stand der Technik dicker und damit stabiler ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist das aus einer optischen Faserplatte bestehende Fenster, wie vorstehend ausgeführt, als Druckeinglasung ausgebildet.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das zumindest eine Fenster aus Glas oder Glaskeramik als Filter für eine Empfänger- und/oder Sendediode ausgebildet.
Es ist insbesondere vorgesehen, das oder die Fenster derart einzufärben, dass dieses/diese für die Wellenlänge der Sendediode eine höhere Transmission hat/haben als für andere
Wellenlängen.
So kann das durch Umgebungslicht verursachte optische Rauschen auf einfache Weise reduziert werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verbesserung der Dimensionierung einer Pulsuhr und/oder Smartwatch, welche eine Geräterückseite mit zumindest zwei Fenstern umfasst.
Das erste Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik, unter welchem die Sendediode angeordnet ist, ist randseitig um die Strecke s von dem zweiten Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik, unter welchem die Empfängerdiode angeordnet ist, beabstandet.
Das erste und/oder das zweite Fenster hat den Durchmesser d.
Es hat sich herausgestellt, dass über ein Verhältnis s/h zwischen 2 und 7, bevorzugt zwischen 3 und 5, das optische Signal auf der Empfangsdiode optimiert ist. Weiter ist dem ersten Fenster und/oder dem zweiten Fenster eine Flöhe h zugeordnet, welche der Dicke des Fensters entspricht.
Vorzugsweise gilt für s/d gleich 1 bis 3, ganz besonders bevorzugt 1 ,5 bis 2,5.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist in das Fenster aus Glas zumindest eine elektrische Durchführung eingebettet.
Vorzugsweise ist die zumindest eine elektrische Durchführung in ein separates Fenster aus Glas oder Glaskeramik eingebettet.
Insbesondere durch eine Druckeinglasung lassen sich elektrische Durchführungen über das Fenster bereitstellen.
Die elektrischen Durchführungen können zum einen beispielsweise einer Stromversorgung zum Wiederaufladen dienen.
Weiter kann über eine elektrische Durchführung eine Sensorfläche bereitgestellt oder eine Sensorfläche kontaktiert werden.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Sensorfläche für eine nach der
elektrokardiographischen Messmethode arbeitende Messeinrichtung, eine Temperaturmessung oder Feuchtemessung der Flaut und/oder von die Sonde und/oder das Implantat umgebenden Medien vorgesehen ist, beispielsweise von Blut und/oder Magenflüssigkeit usw..
Auch eine Leitfähigkeitsmessung der Flaut und/oder von das Implantat umgebenden Medien kann über elektrische Durchführungen erfolgen. So kann insbesondere auch auf den körperlichen Zustand des Trägers rückgeschlossen werden.
Über elektrische Durchführungen kann des Weiteren eine elektronische Schnittstelle
bereitgestellt werden. So ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Pulsuhr eine
photoplethysmographische als auch eine elektrokardiographische Messeinrichtung umfasst.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Träger mit einem Fenster aus Glas und/oder
Glaskeramik für die Unterseite des Gehäuses eines vorstehend beschriebenen, am Körper tragbaren Geräts.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines am Körper tragbaren elektronischen Geräts, wie vorstehend beschrieben.
Dabei wird ein Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik in einen anorganischen Träger eingeschmolzen. Sodann wird der anorganische Träger mit dem Gehäuse des am Körper tragbaren elektronischen Geräts verbunden.
Insbesondere wird durch Verwendung eines Trägers mit höherem thermischen
Längenausdehnungskoeffizienten als das Glas für das Fenster eine Druckeinglasung
bereitgestellt.
Kurzbeschreibunq der Zeichnungen
Der Gegenstand der Erfindung soll im Folgenden bezugnehmend auf schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 19 näher erläutert werden.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht der Vorderseite und Fig. 2 eine schematische Ansicht der Rückseite eines als Pulsuhr ausgebildeten elektronischen Geräts zum Tragen am Körper.
Bezugnehmend auf Fig. 3 bis Fig. 6 werden verschiedene Ausführungsformen eines mit zumindest einem Fenster versehenen Trägers erläutert, welcher zumindest einen Teil der Unterseite der Pulsuhr ausbildet.
Bezugnehmend auf Fig. 8 bis Fig. 10 soll die Ausgestaltung des Fensters als Faserplatte erläutert werden. Fig. 1 1 und Fig. 12 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Verbindung des Fensters mit dem Träger.
Fig. 13 zeigt schematisch eine photoplethysmographische Messeinrichtung, welche ein einziges, als Druckeinglasung ausgebildetes Fenster umfasst.
Fig. 14 zeigt eine photoplethysmographische Messeinrichtung mit einer Faserplatte als Fenster.
Bezugnehmend auf Fig. 15 und Fig. 16 soll die Dimensionierung der Fensterdicke sowie des Fensterabstands näher erläutert werden, wobei Fig. 15 eine schematische Schnittansicht ist und Fig. 16 eine Konturkarte basierend auf einer Simulation ist, in welcher das Sensorsignal in Abhängigkeit der Dicke und des Abstands der Fenster aufgetragen ist.
Fig. 17 zeigt Fotos der durch einen Kugelfalltest verursachten Beschädigungen eines als Druckeinglasung ausgebildeten Fensters.
Fig. 18 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem keramischen Träger.
Fig. 19 zeigt einen Träger in Aufsicht.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen in einer schematischen Darstellung ein als Pulsuhr 1 ausgebildetes, am Körper tragbares elektronisches Gerät.
Wie in Fig. 1 dargestellt, umfasst die Pulsuhr 1 ein Gehäuse 3 mit einem Armband 2, mittels dessen die Pulsuhr 1 am Arm des Benutzers befestigt werden kann.
Über ein Display 5, welches an der Vorderseite des Gehäuses 3 angeordnet ist, kann der Benutzer den Puls ablesen. Die Pulsuhr 1 umfasst des Weiteren eine Bedieneinrichtung 4, beispielsweise in Form von Knöpfen. Das Display 5 kann zur Bedienung auch als Touch-Display ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die Pulsuhr 1 als sogenannte„smart watch“ ausgebildet, und kann so eine Vielzahl von weiteren Funktionen bedienen.
Fig. 2 zeigt die Gehäuserückseite 6 der Pulsuhr 1 . Mit der Rückseite liegt das Gehäuse 3 der Pulsuhr im getragenen Zustand auf der Flaut des Benutzers an.
In diesem Ausführungsbeispiel ist in die Gehäuserückseite 6 aus Kunststoff ein Träger 7 aus Metall, beispielsweise aus Edelstahl, eingesetzt.
Der Träger 7 aus Metall umfasst einen plateauförmigen Überstand 8, in welchem voneinander beabstandet die Fenster aus Glas 9a, 9b eingesetzt sind. Eines oder beide Fenster 9a, 9b können als optische Faserplatten ausgebildet sein.
Die Fenster 9a, 9b sind als Druckeinglasungen ausgeführt. Unter dem Fenster 9a befindet sich eine Empfängerdiode 1 1 und unter dem Fenster 9b befindet sich eine Sendediode 10, also insbesondere eine LED.
Sendediode 10 und Empfängerdiode 1 1 sind Teil einer photoplethysmographischen
Messeinrichtung, über die der Puls des Benutzers gemessen wird.
Über die Empfängerdiode 1 1 wird der Intensitätsverlauf des durch Volumenstreuung im Gewebe des Benutzers zurückkommenden Lichtes der Sendediode 10 gemessen.
Aufgrund der periodisch mit dem Puls schwankenden Hämoglobinkonzentration kann der Puls berechnet werden. Der Überstand 8 des Trägers 7 sorgt für einen verbesserten Kontakt der Fenster 9a, 9b mit der Hautoberfläche des Benutzers.
Der Träger 7 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein weiteres Fenster 9d aus Glas und/oder Glaskeramik, welches eine Mehrzahl von elektrischen Durchführungen 13 umfasst. Die elektrischen Durchführungen 13 dienen in diesem Ausführungsbeispiel der Ausbildung von Kontakten für eine elektronische Schnittstelle, über die die Pulsuhr 1 aufgeladen werden kann und über die Daten ausgetauscht werden können, insbesondere um eine Software aufzuspielen.
Der aus Metall bestehende Träger 7 kann beispielsweise mit dem restlichen Gehäuse, insbesondere einer Gehäuserückseite 6 verbunden sein.
Vorzugsweise besteht das Gehäuse der Pulsuhr 1 aus Metall. Der Träger 7 kann insbesondere auch als eine hintere Gehäusehälfte ausgestaltet sein.
Bezugnehmend auf Fig. 3 bis Fig. 6 werden verschiedene Ausführungsformen eines Trägers mit zumindest einem Fenster 9, wie er für ein erfindungsgemäßes elektronisches Gerät verwendet werden kann, erläutert.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist ein Träger 7 vorgesehen, welcher beispielsweise aus Metall, Keramik oder einem opaken Glas besteht.
Die Fenster 9a und 9b bestehen aus einem Material mit einer hohen Transmission für das von der Sendediode abgestrahlte Licht und können optische Faserplatten sein.
Der Träger 7 kann dagegen als optische Barriere wirken, um einen direkten Übergang von Licht von der Sendediode zur Empfängerdiode über die Fenster 9a, 9b noch stärker zu unterdrücken, als dies im Falle der Verwendung nur eines als optische Faserplatte ausgebildeten Fensters der Fall ist.
Denkbar ist es, um die optische Güte zu erhöhen, die Fenster 9a, 9b zu polieren.
Die Fenster 9a und 9b sind vorzugsweise als Druckeinglasungen ausgebildet.
Durch die Ausgestaltung als Druckeinglasung kann ein Gehäuse mit einer Heliumleckrate von weniger als 10 8 mbar x l/s bereitgestellt werden. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei Fenster 9b vorgesehen, unter denen jeweils eine Sendediode angeordnet ist.
Vorzugsweise liegen die Fenster 9b für die Sendediode beidseitig neben dem Fenster 9a für die Empfängerdiode.
Das Fenster 9a für die Empfängerdiode ist in diesem Ausführungsbeispiel größer ausgebildet als die Fenster 9b für die Sendedioden.
Der Träger 7 hat vorzugsweise angrenzend an die Fenster eine Dicke von 0,3 bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,5 bis 1 mm.
Die Fenster 9a, 9b nehmen vorzugsweise die gesamte Flöhe des Trägers 7 im Bereich der Fenster 9a, 9b ein.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3a steht der Träger 7 randseitig über das zumindest eine Fenster 9a, 9b aus Glas und/oder Glaskeramik.
Dies erleichtert die Fierstellung bei einer Ausgestaltung als Druckeinglasung. Durch den randseitigen Überstand des Trägers 7 und den damit verbundenen Rückstand des Fensters 9a, 9b können insbesondere Volumenschwankungen des Glasmaterials des Fensters 9a, 9b kompensiert werden.
Es versteht sich, dass die Seite mit dem Überstand vorzugsweise die Innenseite des Trägers 7 bildet.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei welcher (wie auch in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt) der Träger 7 einen Überstand 8 aufweist. Die Fenster 9a, 9b liegen im Bereich des Überstandes 8.
Durch den Überstand wird der Kontakt der Fenster 9a, 9b mit der Flaut des Benutzers verbessert. Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei welcher in den Träger 7 ein einziges Fenster 9 aus Glas oder Glaskeramik eingesetzt ist, unter welchem sowohl Sendediode als auch Empfängerdiode angeordnet sind. Dieses eine Fenster 9 kann als optische Faserplatte ausgebildet sein.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Fenster 9 nicht als Druckeinglasung ausgebildet, sondern mittels eines Glaslots 12 mit dem Träger 7 verbunden.
Das Glaslot 12 ist in einer innenliegenden Nut des Trägers 7 angeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel bildet das Fenster 9 selbst einen Überstand 8.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem in einem Fenster 9a eine elektrische Durchführung 13, beispielsweise in Form eines Stiftes, angeordnet ist.
Ansonsten entspricht der Träger 7 mit den Fenstern 9a, 9b dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3.
Über eingeglaste elektrische Durchführungen 13 können weitere Funktionalitäten bereitgestellt werden.
Beispielsweise kann die elektrische Durchführung 13 als Sensorfläche für eine zusätzlich vorhandene elektrokardiographische Messeinrichtung der Pulsuhr dienen.
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines Fensters 9 dargestellt, in welchem das Fenster 9 als optische Faserplatte ausgebildet ist.
Anstelle einem homogenen Glasmaterial besteht eine optische Faserplatte, wie in der
Detaildarstellung rechts zu erkennen, aus Fasern 14, insbesondere aus Glasfasern, welche in einem Hüllmaterial 15, welches vorzugsweise ebenfalls aus Glas besteht, eingebettet sind.
Das Hüllmaterial 15 hat eine geringere Brechzahl als das Material der lichtleitenden Fasern 14. So kommt es an der Grenzfläche zu Totalreflektionen und das Licht wird innerhalb der lichtleitenden Fasern 14 von einer Seite auf die andere Seite übertragen.
Die Verwendung einer optischen Faserplatte hat den Vorteil, dass es innerhalb des so gebildeten Fensters 9 nicht oder nur kaum zu Volumenstreuungen kommt, durch die ein direkter Übertrag von Licht zur Empfängerdiode erfolgt.
Vielmehr bleibt das Licht innerhalb der einzelnen Fasern 14.
Die Dicke der optischen Faserplatte hat auf das optische Rauschen nur einen geringfügigen Einfluss.
Um das optische Rauschen weiter zu reduzieren, insbesondere um Moire-Effekte zu reduzieren, kann die optische Faserplatte eingefärbte Fasern umfassen, insbesondere eingefärbte Fasern, die statistisch verteilt sind.
Auch die optische Faserplatte ist vorzugsweise als Druckeinglasung ausgebildet.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem eine optische Faserplatte 16 verwendet wird, die in einen Träger eingesetzt wird.
In der Schnittansicht gemäß Fig. 8 ist zu erkennen, dass die optische Faserplatte 16 mit Trennwänden 19 verbunden ist.
Durch die Wände 19 werden im zusammengebauten Zustand innenseitig ausgebildete Kammern 17 gebildet, in denen beispielsweise Sendediode und/oder Fotodiode angeordnet sind.
Wie in der Draufsicht gemäß Fig. 10 dargestellt, kann die Faserplatte 16 um die so gebildeten transparenten Bereiche 18 mit einer Maskierung 20 versehen sein, welche zumindest für die Wellenlänge der Sendediode opak ist. In der Detaildarstellung des Bereichs A gemäß Fig. 8 ist zu erkennen, dass die optische
Faserplatte 16 aus einer Vielzahl lichtleitender Fasern 14 besteht, die in einem Hüllmaterial 15 eingebettet sind.
Fig. 1 1 zeigt einem Ausführungsbeispiel, wie die optische Faserplatte 16 mit dem vorzugsweise aus Metall bestehenden Träger 7 verbunden ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die optische Faserplatte 16 als Druckeinglasung ausgebildet. Die optische Faserplatte 16 hat also einen geringeren thermischen
Längenausdehnungskoeffizienten a als der Träger 7.
Bei der Herstellung wird die optische Faserplatte 16 derart erwärmt, dass zumindest die
Erweichungstemperatur des Hüllmaterials 15 erreicht wird. Beim Abkühlen zieht sich der Träger 7 stärker zusammen als die optische Faserplatte 16, so dass eine Druckspannung in der optischen Faserplatte 16 erzeugt wird.
Fig. 12 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei welcher die optische Faserplatte 16 auf einer Seite des Trägers 7 angebracht ist.
Die Verbindung kann beispielsweise mittels eines Glaslots oder mittels anionischem Bonden erfolgen.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die Trennwände 19 durch den Träger 7 ausgebildet, liegen also auf einer Höhe mit dem Träger. Die Trennwände 19 können beispielsweise durch Ausstanzungen eines Trägers 7 aus Metall gebildet werden.
Bezugnehmend auf Fig. 13 soll erläutert werden, die wie photoplethysmographische
Messeinrichtung funktioniert.
In diesem Ausführungsbeispiel ohne Ausführung des Fensters 9 als optische Faserplatte umfasst die Pulsuhr eine Gehäuserückseite mit einem Träger 7, in den ein Fenster 9 aus Glas oder Glaskeramik eingesetzt ist. Über die auf einer im Gehäuseinneren angeordneten Leiterplatte 21 sitzenden Sendedioden 10 wird Licht durch das Fenster 9 auf die Hautoberfläche 22 des Trägers gestrahlt.
Im die Hautoberfläche 22 umgebenden Gewebe kommt es zu Volumenstreuungen und ein geringer Anteil des auf die Hautoberfläche 22 treffenden Lichtes wird zur Empfängerdiode 1 1 zurückgestreut. Mit einer Ausbildung des Fensters 9 als optische Faserplatte kann dieser Anteil reduziert werden.
Aufgrund der von der Hämoglobinkonzentration abhängigen Intensitätsänderung kann auf den Puls rückgeschlossen werden.
Bei derartigen Messeinrichtungen besteht ein großer Anteil des an der Empfängerdiode 1 1 anliegenden Signals aus optischem Rauschen.
Zur Reduzierung des optischen Rauschens kann beispielsweise das Fenster 9 als Farbfilter ausgebildet sein, der bevorzugt Licht im Wellenlängenbereich der Sendediode 10 durchlässt.
Es versteht sich aber, dass es beispielsweise auch innerhalb des Fensters 9 aufgrund von Inhomogenitäten im Glas zu Volumenstreuungen kommen kann, welche das optische Rauschen verstärken. Diese hängen unter anderem von der optischen Güte des Fensters 9 sowie von der Dicke des Fensters 9 ab.
Fig. 14 zeigt, dass anstelle eines herkömmlichen Fensters als Fenster eine optische Faserplatte 16 verwendet werden kann.
Bei Verwendung einer optischen Faserplatte 16 bleibt das Licht nach Einkoppeln in die optischen Fasern innerhalb der einzelnen lichtleitenden Fasern, so dass es nicht oder zumindest viel weniger zu Rückstreuungen von Licht innerhalb der optischen Faserplatte 16 auf die
Empfängerdiode 1 1 kommen kann. Durch geeignete Auswahl der Brechzahl der Fasern sowie des Claddings kann der
Akzeptanzwinkel optimiert werden, um optisches Rauschen zu reduzieren.
Bezugnehmend auf Fig. 15 soll der Einfluss der Geometrie von Fenster und Träger erläutert werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ebenfalls eine photoplethysmographische Messeinrichtung dargestellt, welche die Sendedioden 10 sowie die Empfängerdiode 11 umfasst, die auf einer Leiterplatte 21 angeordnet sind.
In den Träger 7 der Pulsuhr sind die Fenster 9b für die Sendedioden sowie das Fenster 9a für die Empfängerdiode 1 1 eingesetzt.
Bei der rechts dargestellten Sendediode ist ein beispielhafter Lichtstrahl eingezeichnet, der das Fenster 9b trifft.
Ein Teil des durch das Fenster 9b emittierten Lichtes wird durch Volumenstreuung im Gewebe des Trägers der Pulsuhr zurückgestreut und trifft durch das Fenster 9a auf die Empfängerdiode 11
Das Fenster 9a der Empfängerdiode 1 1 hat einen Durchmesser dE und das Fenster 9b der Sendediode hat einen Durchmesser ds.
Bei Fenstern mit nicht kreisförmigem Querschnitt wird im Sinne der Erfindung unter dem Durchmesser die Breite eines Fensters in Richtung des anderen Fensters verstanden (siehe dazu„d“ in Fig. 10).
Das oder die Fenster der Sendediode 9b ist bzw. sind randseitig vom Fenster 9a der
Empfängerdiode um die Strecke s beabstandet.
Die Fenster haben eine Höhe h, welche der Dicke des jeweiligen Fensters entspricht. Fig. 16 ist eine Konturkarte einer Simulation des an der Empfängerdiode anliegenden optischen Signals. Je dunkler die Fläche ist, desto besser ist das optische Signal.
Auf der horizontalen Achse ist der Abstand s der LED oder Fotodiode geteilt durch den
Fensterdurchmesser d (de oder ds) aufgetragen.
Auf der vertikalen Achse ist der Abstand s der LED oder Fotodiode geteilt durch die Fensterdicke h aufgetragen.
Es hat sich gezeigt, dass ein optimales Signal bei folgenden Bedingungen erreicht werden kann:
- s geteilt durch dE oder ds liegt zwischen 3 und 5.
- s geteilt durch h liegt zwischen 1 ,5 und 2,5.
Fig. 17 zeigt Fotos eines Kugelfalltests einer Druckeinglasung für eine erfindungsgemäße Pulsuhr.
In allen drei Fotos ist zu erkennen, dass es bei Beschädigung des Fensters zu kraterförmigen Abplatzungen kommt. Aufgrund der Druckeinglasung platzt das Material im Wesentlichen pulverförmig weg, d.h. das vom Fenster separierte Glas- und/oder Glaskeramikmaterial ist pulverförmig. Hierdurch wird die Gefahr von Verletzungen für den Benutzer reduziert. Gleichzeitig wird durch die Druckeinglasung die Gefahr von Rissbildung und komplettem Zerbrechen des Fensters reduziert. Dies bedeutet insbesondere, dass die Erfindung den Vorteil hat, dass die mechanische Stabilität der Fenster verbessert wird, wodurch es erst bei größeren Belastungen überhaupt zu Schädigungen kommt, und dass im Fall einer solchen Schädigung das
Verletzungsrisiko für den Benutzer minimiert wird.
Durch die Erfindung konnte sowohl das optische Rauschen bei einer photoplethysmographischen Messeinrichtung verbessert als auch die Stabilität einer Pulsuhr erhöht werden. Fig. 18 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist ein als optische Faserplatte 16 ausgebildetes Fenster 9 in einen aus Keramik bestehenden Träger 7, 70 eingesetzt. Die kompressionsfreie Befestigung des Fensters 9 erfolgt mittels eines Glaslots 12. Gemäß einer Ausführungsform ist dazu demgemäß allgemein vorgesehen, dass das Fenster, vorzugsweise in Gestalt einer optischen Faserplatte, mit einem keramischen Träger 7 verbunden wird. Die Verbindung zwischen dem keramischen Träger 7 und dem Fenster 9 kann eine Druckeinglasung, oder auch wie dargestellt eine Verbindung über ein Glaslot 12sein.
Fig. 19 zeigt ein Beispiel eines Trägers 7 mit zwei Teilen 71 , 72, wobei in einem der Teile 71 die eine Öffnung 27 mit dem Fenster 9 angeordnet ist und dieses Teil 71 in ein weiteres Teil 72 eingesetzt ist, so dass das weitere Teil 72 das Teil 71 , welches die Öffnung 27 aufweist, ringförmig umgibt. Wie bei dem Beispiel der Fig. 18 kann das innere Teil 71 ein keramisches Element sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das innere Teil 71 ein opakes Glas. Das äußere, ringförmig umschließende Teil 72 ist bevorzugt metallisch. Ohne Beschränkung auf das spezielle Beispiel ist dazu in einer Ausführungsform vorgesehen, dass ein Träger 7 mit zwei Teilen 71 , 72 vorgesehen ist, wobei ein äußeres metallisches Teil 72 ein inneres Teil 71 aus Keramik oder opakem Glas ringförmig umgibt, wobei im inneren Teil 71 die mit dem Fenster 9 verschlossene Öffnung 27 angeordnet ist. Diese Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung mit der Nummer 10 2018 127 619.2 in Anspruch, deren Inhalt vollumfänglich auch zum Gegenstand dieser Offenbarung gemacht wird.
Bezuqszeichenliste
1 Pulsuhr
2 Armband
3 Gehäuse
4 Bedieneinrichtung
5 Display
6 Gehäuserückseite
7 Träger
8 Überstand
9,9a,9b,9d Fenster aus Glas oder Glaskeramik
10 Sendediode
11 Empfängerdiode
12 Glaslot
13 elektrische Durchführung
14 lichtleitendes Fenster
15 Hüllmaterial
16 optische Faserplatte
17 Kammer
18 transparenter Bereich
19 Trennwand
20 Maskierung
21 Leiterplatte
22 Hauptoberfläche
27 Öffnung in 7
70 Träger 7 bestehend aus Keramik
71 , 72 Teile von 7

Claims

Ansprüche:
1 . Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät,
insbesondere Pulsuhr und/oder Smartwatch und/oder Sonde und/oder Implantat, umfassend ein Gehäuse mit einer Oberseite und einer Unterseite, wobei auf der Unterseite zumindest ein Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik angeordnet ist, wobei das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik in einem anorganischen Träger eingeschmolzen ist.
2. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät gemäß Anspruch 1 , insbesondere Pulsuhr und/oder Smartwatch und/oder Sonde und/oder Implantat, wobei der anorganische Träger eines der Materialien Metall, Glaskeramik und/oder opakes Glas umfasst.
3. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach
Anspruch 1 oder 2, insbesondere Pulsuhr und/oder Smartwatch und/oder Sonde und/oder Implantat, wobei der anorganische Träger Keramik umfasst.
4. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik als Druckeinglasung ausgebildet ist.
5. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik mittels eines Glaslots mit dem Träger verbunden ist.
6. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik in dem anorganischen Träger eingeschmolzen sind, wobei sich unter einem ersten Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik eine Sendediode und unter einem zweiten Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik eine Empfängerdiode befindet.
7. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ein Fenster aufweist, unter dem sich eine Sendediode und eine Empfängerdiode befinden, so dass die Empfängerdiode durch das gleiche Fenster Licht empfängt, durch das die
Sendediode Licht ausstrahlt.
8. Am Körper tragbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der anorganische Träger ein weiteres Fenster mit zumindest einer elektrischen Durchführung aufweist.
9. Am Körper tragbares elektronisches Gerät nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Durchführung als Messelektrode dient oder mit einer Messelektrode verbunden ist.
10. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger im Bereich des zumindest einen Fensters aus Glas und/oder Glaskeramik einen Überstand aufweist.
1 1 . Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät,
insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Gehäuse mit einer Oberseite und einer Unterseite, wobei auf der Unterseite zumindest ein Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik als optische Faserplatte ausgebildet ist.
12. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik eine Druckeinglasung ist, die derart ausgebildet ist, dass bei Beschädigungen, insbesondere im Kugelfalltest, Krater entstehen.
13. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik eine Druckeinglasung ist, die derart ausgebildet ist, dass bei Beschädigungen, insbesondere im Kugelfalltest, vom Fenster separiertes Glas- und/oder Glaskeramikmaterial pulverförmig ist.
14. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik eine Druckeinglasung ist und einen quadratischen Mittenrauwert Rq von 2 nm oder mehr aufweist, bevorzugt von mehr als 12 nm, insbesondere mehr als 60 nm, besonders bevorzugt von 2 nm bis 12 nm oder von 2 nm bist 60 nm; bevorzugt dass das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik auf der dem Gehäuse abgewandten Seite eine gerade Oberfläche aufweist, insbesondere eine zur Gehäuseunterseite planparallele Oberfläche.
15. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik eine Druckeinglasung ist, die 3 bis <16 Mikrodefekte in einer Messtrecke von 10 mm Länge aufweist, bevorzugt von 16 bis <80 Mikrodefekte oder von 80 bis <400 Mikrodefekte; dass bevorzugt das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik auf der dem Gehäuse abgewandten Seite eine gerade Oberfläche aufweist, insbesondere eine zur Gehäuseunterseite planparallele Oberfläche.
16. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:
- das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik ist eine Druckeinglasung und weist auf der dem Gehäuse abgewandten Seite eine feuerpolierte Oberfläche auf; bevorzugt deren Waviness einen Wert von mehr als 100 nm und weniger als 5 miti aufweist; besonders bevorzugt wobei dass das Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik auf der dem Gehäuse abgewandten Seite eine konkave oder konvexe Oberfläche aufweist
- das zumindest eine Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik ist als Filter für eine Empfänger- und/oder Sendediode ausgebildet ist.
17. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach
Anspruch 6, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:
- das erste Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik ist randseitig von dem zweiten Fenster aus Glas und/oder um die Strecke s beabstandet, wobei das erste Fenster und/oder das zweite Fenster den Durchmesser d aufweist,
wobei gilt: s/d = 2 bis 7, bevorzugt 3 bis 5,
- das erste Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik ist randseitig von dem zweiten Fenster aus Glas und/oder um die Strecke s beabstandet, wobei das erste Fenster und/oder das zweite Fenster die Flöhe h aufweist,
wobei gilt: s/h = 1 bis 3, bevorzugt 1 ,5 bis 2,5..
18. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (7) mit zwei Teilen (71 , 72) vorgesehen ist, wobei ein äußeres metallisches Teil (72) ein inneres Teil (71) aus Keramik oder opakem Glas ringförmig umgibt, wobei im inneren Teil (71 ) eine mit dem Fenster (9) verschlossene Öffnung (27) angeordnet ist.
19. Am Körper tragbares oder in den Körper einbringbares elektronisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das am Körper tragbare elektronische Gerät als Pulsuhr mit einer nach dem Prinzip der Photoplethysmographie arbeitenden Messeinrichtung ist.
20. Träger mit einem Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik für die Unterseite des
Gehäuses eines am Körper tragbaren oder in den Körper einbringbaren Geräts nach einem der vorstehenden Ansprüche.
21 . Verfahren zur Fierstellung eines am Körper tragbaren oder in den Körper einbringbaren elektronisches Geräts nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Fenster aus Glas und/oder Glaskeramik in einen anorganischen Träger eingeschmolzen wird und der anorganische Träger mit dem Gehäuse des am Körper tragbaren elektronischen Geräts verbunden wird.
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