WO2020114960A1 - Pulssensor zum erfassen des pulses eines lebewesens - Google Patents

Pulssensor zum erfassen des pulses eines lebewesens Download PDF

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WO2020114960A1
WO2020114960A1 PCT/EP2019/083295 EP2019083295W WO2020114960A1 WO 2020114960 A1 WO2020114960 A1 WO 2020114960A1 EP 2019083295 W EP2019083295 W EP 2019083295W WO 2020114960 A1 WO2020114960 A1 WO 2020114960A1
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WO
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light
optical
pulse sensor
optical concentrator
pulse
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PCT/EP2019/083295
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English (en)
French (fr)
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Tobias Schmidt
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
    • A61B5/024—Measuring pulse rate or heart rate
    • A61B5/02416—Measuring pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
    • A61B5/02427—Details of sensor
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    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
    • A61B5/024—Measuring pulse rate or heart rate
    • A61B5/02438—Measuring pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A61B5/681—Wristwatch-type devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/14—Coupling media or elements to improve sensor contact with skin or tissue
    • A61B2562/146—Coupling media or elements to improve sensor contact with skin or tissue for optical coupling

Definitions

  • the invention relates to a pulse sensor for detecting the pulse of a living being.
  • Heart rate sensors in other words heart rate monitors, have become increasingly popular in recent years.
  • fitness trackers which usually have a built-in digital wristwatch
  • modulated light is detected by means of a light detector and the pulse of the person concerned is determined on the basis of the modulation of the light.
  • a problem with these pulse sensors is that only a small fraction of the light generated arrives at the light detector. The rest of the light either does not enter the tissue at all or is not directed towards the tissue
  • Another problem is that only part of the light that arrives at the light detector has been scattered in such a way that it has the modulation corresponding to the pulse.
  • This part of the light is scattered, for example, in a blood vessel of the tissue or near a blood vessel of the tissue.
  • the rest of the light is scattered in areas of the tissue that do not modulate the light in accordance with the pulse.
  • This part of the light is scattered away from the blood vessel, for example.
  • blood vessels are usually at least 1 mm to 2 mm, sometimes up to 5 mm or more below the skin surface, which is why
  • the ratio of modulated light that is sensed to unmodulated light that is sensed is also low. This ratio can be expressed as the ratio R.
  • the ratio R is therefore low in the case of conventional pulse sensors.
  • the low efficiency and the low ratio R mean that the signal generated by the light detector is relatively weak and has a relatively poor signal / noise ratio.
  • the efficiency and the ratio R can be influenced by simple measures, which are, however, at least partially in opposite directions. That is, there are measures that improve efficiency while degrading the ratio R and vice versa. For example, if you have the distance
  • the path that the light has to travel from the LEDs to the light detector becomes longer. This means that the light is scattered more often and the efficiency drops.
  • the corresponding pulse sensor must be particularly thin.
  • Figure 1 shows a conventional pulse sensor 10.
  • Conventional pulse sensor 10 has at least one light source 22, in the example shown two light sources 22 and at least one light detector 24.
  • the light sources 22 and the light detector 24 have at least one light source 22 and the light detector 24.
  • Light detectors 24 are arranged in a housing of the conventional pulse sensor 10. Within the housing, the light sources 22 are separated from the light detector 24 by partition walls 26, so that none is generated by means of the light sources 22
  • the housing and the partition walls 26 form three cavities in which the two light sources 22 and
  • Light detector 24 are arranged accordingly.
  • the cavities can also be called chambers.
  • the cavities are opened downwards in FIG. 1, so that the light generated can leave the pulse sensor 10 and that light to be detected can reach the light detector 24.
  • the cavities are often filled with a transparent material, for example with silicone.
  • the conventional pulse sensor 10 is used to detect a
  • the living being can be, for example, a human or an animal.
  • the living being has a tissue 30 in which a blood vessel 32, for example a vein, an artery or a vein, runs.
  • the light generated by the light sources 22 can, for example, be along a first light path 40 spread.
  • Spreads out light path 40 strikes the blood vessel 32, is scattered by the blood vessel 32 and experiences one
  • the modulated scattered light can, for example, propagate along a second light path 42 and thus strikes the light detector 24, which detects the modulated scattered light.
  • the light detector 24 generates an electrical one
  • Output signal that is representative of the detected light, its modulation and in particular representative of the pulse of the living being.
  • An evaluation unit can receive and evaluate the output signal of the light detector 24. In particular, the evaluation unit can determine the pulse of the living being on the basis of the modulation of the light.
  • the conventional pulse sensor 10 only a small proportion of the light generated reaches the light detector 24.
  • the light scattered on the blood vessel 32 can propagate along a third light path 44 and thus hits one of the partitions 26 and not the one
  • Another problem with the conventional pulse sensor 10 is that only a small proportion of the generated light 46 is scattered by a part of the tissue 30 that modulates the light. In other words, much of the
  • the generated light can propagate along a fourth light path 46, can then be scattered in the tissue 30 far from the blood vessel 32 and can strike the light detector 24 along a fifth light path 48. This part of the light is indeed by means of the
  • Light detector 24 detects, however, has no modulation corresponding to the pulse of the living being and is therefore not representative of the pulse of the living being.
  • the ratio R is therefore also low. Since both the efficiency and the ratio R are low in the conventional pulse sensor 10, the
  • conventional pulse sensor 10 modulated only a very small proportion of the light generated corresponding to the pulse of the living being and detected by the light detector 24.
  • An object of the invention is to provide a pulse sensor
  • a pulse sensor for detecting the pulse of a living being with: at least one light source which is designed and arranged in such a way that, when the pulse sensor is used as intended, it emits light in the direction of a blood-circulating tissue of the living being, the blood-circulating tissue the light scatters and the scattered light depending on the pulse of the
  • Living being is modulated; at least one light detector, which has a light-sensitive surface, by means of which at least part of the light scattered by the tissue is detected; and an optical concentrator for concentrating the scattered light, which is arranged in the light path of the scattered light between the tissue and the photosensitive surface of the light detector, and which has a first entrance surface through which the scattered light enters the optical
  • Concentrator enters, which has a first exit surface through which the concentrated scattered light exits the optical concentrator to the light detector and which is transparent to the scattered light, the first entry surface of the optical concentrator being larger than the first exit surface of the optical concentrator and is larger than the light-sensitive area of the light detector and the optical concentrator is above the first
  • Exit surface is in optical contact with the light detector.
  • the optical concentrator serves to collect the light scattered in the tissue and to guide it to the light detector. Since the first entry surface of the optical
  • the concentrator is larger than the first exit surface of the optical concentrator and larger than the light-sensitive surface of the light detector, which causes the optical
  • the optical concentrator collects a relatively large amount of light via its relatively large first entrance surface and directs this onto the relatively small one
  • the optical concentrator acts as an optical one
  • Ratio R of the heart rate monitor are particularly large.
  • such an optical concentrator can be made relatively thin, so that the corresponding pulse meter can also be made particularly thin.
  • the light source can be an LED, for example.
  • the pulse monitor can have one, two or more further light sources.
  • the light detector is, for example, a photodiode or has, for example, a photodiode. In addition to the photodiode, the
  • Light detector have one, two or more other photodiodes.
  • the heart rate monitor can be a housing
  • Light detector arranged in the housing such that the light generated by the light source is not direct, that is without hitting the tissue that the light detector reaches.
  • the light source and the light detector can each be arranged in a cavity or chamber of the housing, the one cavity being separated from the other cavity by an opaque partition.
  • the first exit surface of the optical concentrator can, for example, have the same shape and / or the same size as the light-sensitive surface of the
  • the fact that the optical concentrator is in optical contact with the light-sensitive surface of the light detector means that the light scattered in the tissue can pass through the optical concentrator to the light-sensitive surface of the light detector and that between the optical concentrator and the light-sensitive surface of the
  • Light detector is no area with a refractive index less than 1.3.
  • the optical concentrator is made in one piece. This helps the
  • optical concentrator easy to manufacture and simple
  • the optical concentrator has at least one first side wall, which is the first
  • Entry surface connects with the first exit surface.
  • Light detector can be at least partially internal
  • the first side wall forms an angle greater than zero with a normal on a detector surface of the light detector. This can contribute to the first entry area of the optical concentrator being larger than the first exit area of the optical concentrator.
  • the optical concentrator is in the form of a bar. This can contribute to the fact that the first entry area of the optical concentrator is larger than the first exit area of the optical concentrator, that the light is transmitted within the optical concentrator by means of total internal reflection and / or that the optical concentrator is easy to manufacture.
  • the fact that the optical concentrator is in the form of a bar means that the first entry surface and the first exit surface are parallel to one another and that a cut surface of the optical concentrator is perpendicular to the first
  • Entry surface and the first exit surface is trapezoidal.
  • an outer surface of the first side wall is optically smooth. This helps to ensure that a particularly high proportion of the light passes over the first
  • Entry surface enters the optical concentrator, exits from the first exit surface of the optical concentrator to the light-sensitive surface of the light detector.
  • the fact that the outer surface is optically smooth means that a roughness depth of the outer surface is small compared to the wavelength of the light scattered in the tissue.
  • an outside of the first entry surface is designed to be anti-reflective. This helps to ensure that a particularly high proportion of the light that is scattered by the tissue in the direction of the optical concentrator enters the optical concentrator.
  • the optical concentrator is attached to the light detector by means of adhesive, the adhesive being transparent to the scattered light and having the same or a higher refractive index than the optical concentrator. This causes losses when
  • Transition from the optical concentrator to the light detector are particularly small.
  • the optical concentrator has synthetic resin, silicone, glass and / or polycarbonate or is formed therefrom. It is also particularly advantageous if the material used has a high refractive index. When using glass in particular, it can therefore be advantageous to use glass that has a high refractive index.
  • polycarbonate basically has one for one
  • the pulse sensor has a diffusely reflecting surface that is outside the optical one
  • Is arranged concentrator which is at least partially spaced from the optical concentrator, wherein a distance of the diffusely reflecting surface to the optical concentrator near the light detector is smaller than a distance from the diffusely reflecting surface to the optical concentrator far from the light detector and wherein the refractive index between the diffusely reflecting surface and the optical concentrator is approximately one or exactly one. Since the diffusely reflecting surface far away from the light detector is at a greater distance from the optical concentrator than near the light detector, the diffusely reflecting surface serves to collect light which, without the diffusely reflecting surface, neither on the optical concentrator nor on the
  • the diffusely reflecting surface can inadvertently emit light from the optical
  • Concentrator emerges towards the diffusely reflecting surface, back into the optical concentrator reflect. This contributes to the fact that the ratio R and the efficiency of the pulse sensor are particularly large.
  • the pulse sensor can have one, two or more corresponding diffusely reflecting surfaces.
  • the corresponding diffusely reflecting surfaces can be arranged together like an outer optical funnel around the inner optical funnel, namely the optical concentrator, and light which without the diffusely reflecting surfaces cannot enter the
  • optical concentrator would be coupled into the optical concentrator. This contributes to the fact that the ratio R and the efficiency of the pulse sensor are particularly large. As already explained at the beginning, the
  • Efficiency and the ratio R can be further influenced by simple measures, for example by varying the distance between the light sources and the light detector, such measures being opposite to each other
  • the diffusely reflecting surfaces can be designed as partitions, replace them and the
  • the reflective surface has plastic, Ti0 2 , Al 2 O 3 and / or barium sulfate or is formed therefrom.
  • the pulse sensor has one
  • optical coupling-out body for coupling out the light generated by the light source from the pulse sensor, the optical coupling-out body: in the light path between the
  • Light source and the tissue is arranged; a second
  • the optical decoupling body serves to decouple a particularly large amount of the light generated by the light source from the pulse sensor in the direction of the tissue.
  • the decoupling body corresponds
  • Difference to the optical concentrator is arranged on the light source and not on the light detector.
  • the decoupling body can be made in one piece
  • the coupling-out body can have at least one second side wall, which is the second
  • the decoupling body can have one, two or more second side walls.
  • Light conduction within the decoupling body can take place at least partially via total internal reflection on the one or more second side walls of the decoupling body.
  • the second side wall can with a normal on one
  • the decoupling body can be in the form of bars
  • the coupling-out body can be attached to the corresponding light source by means of adhesive, the adhesive being transparent to the emitted light and having the same or a higher refractive index than the coupling-out body.
  • the coupling-out body can have synthetic resin, silicone, glass and / or polycarbonate or be formed therefrom. It is also particularly advantageous if the material used has a high refractive index. When using glass in particular, it can therefore be advantageous to use glass that has a high refractive index.
  • polycarbonate basically has one for one
  • the decoupling body is in optical contact with the light source. This means that the light generated by the light source passes through the second
  • Entry surface can get into the decoupling body and that there is no area with a refractive index less than 1.3 between the coupling-out body and the light source.
  • a pulse sensor for detecting the pulse of a living being, with: at least one light source which is designed and arranged in such a way that, when the pulse sensor is used as intended, it emits light in the direction of a blood-circulating tissue of the living being, the blood-circulating tissue the light scatters and the scattered light is modulated depending on the pulse of the living being; at least one light detector that detects at least part of the light scattered by the tissue; and an optical decoupling body for
  • Light path is arranged between the light source and the tissue, has a second entry surface through which the generated light enters the optical decoupling body, has a second exit surface through which the light is decoupled from the optical decoupling body and which is larger than the second entry surface, is transparent to the light generated and is in optical contact with the light source.
  • the optical decoupling body serves to decouple a particularly large amount of the light generated by the light source from the pulse sensor in the direction of the tissue. This means that the efficiency of the heart rate monitor is particularly high. In addition, such
  • Decoupling body can be made relatively thin, so that the corresponding pulse meter can also be made particularly thin.
  • the optical decoupling body is formed in one piece. This helps the
  • Decoupling body is easy to manufacture and easy to assemble and that no losses within the optical
  • the optical decoupling body has at least one second side wall, which is the second
  • Entry surface connects with the second exit surface and which is optically smooth.
  • the second side wall closes with a normal on a light-emitting surface of the
  • the optical decoupling body is in the form of a bar. This can help make the second one
  • the entry area of the outcoupling body is smaller than the second exit area of the outcoupling body, that the light is transmitted within the outcoupling body by means of total internal reflection and / or that the outcoupling body is easy to manufacture.
  • Figure 1 is a side sectional view of a
  • Figure 2 is a bottom view of the conventional pulse sensor
  • Figure 3 is a side sectional view of a
  • Embodiment of a pulse sensor on a tissue of a living being Embodiment of a pulse sensor on a tissue of a living being
  • Figure 4 is a side sectional view of a
  • Figure 5 is a plan view of the optical concentrator
  • FIG. 6 shows a bottom view of the exemplary embodiment of the pulse sensor according to FIG. 3;
  • Figure 7 is a side sectional view of a
  • Embodiment of a pulse sensor on a tissue of a living being Embodiment of a pulse sensor on a tissue of a living being
  • Figure 8 is a bottom view of an embodiment of the
  • Figure 9 is a side sectional view of a
  • Embodiment of a pulse sensor on a tissue of a living being Embodiment of a pulse sensor on a tissue of a living being
  • Figure 10 is a bottom view of an embodiment of the
  • Figure 11 is a side sectional view of a
  • Embodiment of a pulse sensor on a tissue of a living being Embodiment of a pulse sensor on a tissue of a living being.
  • Orientations can be positioned, the
  • Fig. 1 shows a sectional side view of a
  • the conventional pulse sensor 10 has at least one, in the exemplary embodiment shown two light sources 22 and a light detector 24.
  • the light sources 22 and the light detector 24 are arranged in a housing of the conventional pulse sensor 10.
  • the housing of the conventional pulse sensor 10 has two partitions 26 which divide the interior of the housing into three chambers.
  • the chambers can also be referred to as cavities.
  • the light detector 24 is arranged in the middle chamber and in the outer one
  • the light sources 22 are arranged in chambers.
  • the partition walls 26 serve to prevent light that is generated by the light sources 22 from reaching the light detector 24 directly without first striking the tissue 30.
  • the tissue 30 has a blood vessel 32 which passes through the
  • the blood vessel 32 can be, for example, a vein, a vein or an artery.
  • the heart of the heart is a very important organ that causes a heart.
  • the light generated by means of the light sources 22 propagates along a first light path 40, for example.
  • the light that propagates along the first light path 40 strikes the blood vessel 32 and is scattered by the blood vessel 32.
  • the light experiences a modulation that corresponds to the pulse of the living being.
  • the light scattered by the blood vessel 32 thus has a modulation, can draw conclusions about the pulse of the living being.
  • the scattered light does not necessarily have to be scattered by the blood vessel 32 itself.
  • the light can also be scattered within the blood vessel or in the vicinity of the blood vessel 32 and nevertheless has the modulation that results in the pulse of the living being
  • the modulated scattered light can, for example, propagate along a second light path 42.
  • the control device can in the conventional
  • Pulse sensor 10 or outside of the conventional pulse sensor 10 may be arranged.
  • the modulated scattered light can also propagate along a third light path 44.
  • the modulated scattered light that propagates along the third light path 44 hits one of the partition walls 26 and is absorbed by it. This portion of the modulated scattered light is therefore not detected by the light detector 24.
  • the light generated by the light source 22 can be any light generated by the light source 22.
  • a fourth light path 46 As an alternative to the first light path, spread along a fourth light path 46.
  • the light that propagates along the fourth light path 46 is scattered in the tissue far from the blood vessel 32. This is experienced due to the distance of the corresponding scattering center from the blood vessel 32 light scattered there has no or only a usable modulation, so that based on this proportion of light no conclusions can be drawn about the pulse of the living being. For example, if the non-modulated scattered light is along a fifth light path 48
  • Output signal of the light detector 24 no conclusion can be drawn about the pulse of the living being.
  • FIG. 2 shows a bottom view of the conventional pulse sensor according to FIG. 1. It can be seen from FIG. 2 that the
  • Light sources 22 and the light detector 24 are each arranged in separate chambers of the conventional pulse sensor 10 and that the chambers are open at the bottom so that the generated light can leave the conventional pulse sensor 10 in the direction of the tissue 30 and that the scattered light to the light detector 24 can reach.
  • Fig. 3 shows a side sectional view of a
  • Embodiment of a pulse sensor 20 on a tissue 30 of a living being The tissue 30 has the blood vessel 32 and corresponds to the tissue 30 explained above.
  • the pulse sensor 20 largely corresponds to the pulse sensor 20 explained above.
  • the pulse sensor 20 also has at least one, in the case shown
  • Light detector 24 on.
  • the light sources 22 and the light detector are also in chambers of a housing of the
  • Pulse sensor 20 arranged and shaded by the partition walls 26 from each other.
  • the pulse sensor 20 additionally has an optical one
  • the optical concentrator 50 is arranged along the second light path 42 between the tissue 30 and the light detector 24.
  • the optical concentrator 50 is in optical contact with the light detector 24.
  • the optical concentrator 50 can be in indirect or direct Be in contact with the light detector 24.
  • the optical concentrator 50 can be attached to the light-sensitive surface of the light detector 24 by means of an adhesive.
  • the optical concentrator 50 is transparent to the scattered light.
  • the optical concentrator 50 has a first entrance surface, which faces the tissue 30 and through which the light that propagates along the first light path 42 is coupled into the optical concentrator 50.
  • the optical concentrator 50 has a first one
  • the first entry area is larger than the first exit area.
  • the first exit surface preferably corresponds to the light-sensitive surface of the light detector 24.
  • the first exit surface and the light-sensitive surface of the light detector 24 can be approximately the same size, preferably exactly the same size.
  • the optical concentrator has at least one, preferably several, first side walls 56, which are the first
  • the optical concentrator 50 can be designed, for example, as a bar.
  • the optical concentrator can have, for example, synthetic resin, silicone, glass and / or polycarbonate or be formed therefrom.
  • the material used is preferably high
  • polycarbonate generally has a very high refractive index for a plastic.
  • the first side walls 56 of the optical concentrator 50 border on air or another medium with a low refractive index, for example a refractive index of approximately one or exactly one, so that the inner one
  • Total reflection occurs on the first side walls 56.
  • the optical concentrator 50 acts like an optical one
  • Light detector 24 conducts. Since the first entry area is larger than the first exit area, more light is captured by means of the optical concentrator 50 and to the
  • Light detector 24 directed than without the optical
  • Concentrator 50 would get to the light detector 24.
  • the modulated scattered light that propagates along the third light path 44 is internally totally reflected from one of the first side walls 56 of the optical concentrator 50 toward the photosensitive surface of the light detector 24.
  • This proportion of the modulated scattered light can now be recorded and used to determine the pulse of the living being.
  • more scattered light reaches the by means of the optical concentrator 50
  • Fig. 4 shows a side sectional view of a
  • FIG. 5 shows a top view of the optical concentrator according to FIG. 4. It can be seen from FIG. 5 that the optical concentrator 50 used in this exemplary embodiment is in the form of a bar.
  • Fig. 6 shows a bottom view of the exemplary embodiment of the pulse sensor according to FIG. 3. It can be seen from FIG. 6 that the light sources 22 and the light detector 24 are each arranged in separate chambers of the pulse sensor 20 and that the chambers are opened downwards, so that the light generated Pulse sensor 20 can leave in the direction of the tissue 30 and that the scattered light can reach the light detector 24.
  • Fig. 7 shows a sectional side view of a
  • the fabric 30 corresponds to the
  • the pulse sensor 20 largely corresponds to that in
  • Pulse sensor 20 explained above.
  • pulse sensor 20 has at least one, preferably two or more, diffusely reflecting surfaces 60.
  • the diffusely reflecting surfaces 60 are arranged outside the optical concentrator 50 such that a
  • the distance between the diffusely reflecting surfaces 60 and the optical concentrator 50 near the light detector 24 is smaller than far from the light detector 24.
  • the diffusely reflecting surfaces 60 can, for example, extend from the undersides of the partition walls 26 shown in FIG. 7 to the underside of the light detector 24 extend. In FIG. 7, the is preferably in the horizontal direction
  • the diffusely reflecting surfaces 60 can have, for example, plastic, TiO 2 , Al 2 O 3 and / or barium sulfate or be formed therefrom.
  • the diffusely reflecting surfaces 60 act as if
  • reflecting surfaces 60 would not strike the light detector 24, and reflect this light towards the optical concentrator 50, which then directs this light towards the light-sensitive surface of the light detector 24. If, for example, the third light path 44 does not open into the optical concentrator 50, but runs towards one of the diffusely reflecting surfaces 60, then the
  • Concentrator 50 reflects.
  • the optical concentrator 50 can then direct this portion of the light directly or indirectly, for example by means of internal total reflection, to the light-sensitive surface of the light detector 24.
  • the diffusely reflecting surfaces 60 and the partition walls 26 are elements of the pulse sensor 20 that are separate from one another. In an alternative embodiment, they can be diffuse
  • reflecting surfaces 60 form the partition walls 26, in which case it is then possible to dispense with separate partition walls 26.
  • Fig. 8 shows a bottom view of an exemplary embodiment of a pulse sensor 20.
  • the pulse sensor 20 can, for example, be the pulse sensor 20 explained with reference to FIG.
  • the pulse sensor 20 has four of the diffusely reflecting surfaces 60.
  • the four diffusely reflecting surfaces 60 are shown in FIG. 8 arranged on the right, left, above or below the light detector 24.
  • Fig. 9 shows a side sectional view of a
  • Embodiment of a pulse sensor 20 on a tissue 30 of a living being can for example largely correspond to the pulse sensor 20 explained with reference to FIG. 7.
  • the pulse sensor 20 has at least one, preferably a plurality of decoupling bodies 70, in particular exactly one decoupling body 70 for each of the light sources 22.
  • the decoupling bodies 70 are arranged in the beam path between the corresponding light sources 22 and the tissue 30.
  • the decoupling bodies 70 are transparent to the light generated by the light sources 22.
  • the decoupling bodies 70 each have a second one
  • Entry surfaces preferably correspond to the
  • the second entrance surfaces and the light-emitting surfaces of the light sources can each have the same shape.
  • the second entrance surfaces and the light-emitting surfaces of the light sources can each have the same shape.
  • the light generated by means of the light sources 22 is coupled into the corresponding decoupling body 70 via the corresponding second entry surfaces.
  • Outcoupling body 70 the light is directed towards a second exit surface of the corresponding outcoupling body 70 and is coupled out via the corresponding second exit surface to the tissue 30.
  • the light conduction within the coupling-out body 70 can be at least partially via total internal reflection on the one or more second ones
  • the second exit areas are larger than the corresponding second entry areas.
  • the outcoupling bodies 70 can, for example, be in the form of bars. He can clearly speak
  • Decoupling body 70 correspond in terms of its shape and the material used to the optical concentrator 50, the decoupling body 70 being different from the optical one
  • the decoupling body 70 can also be formed in one piece.
  • the coupling-out body 70 can have at least one second side wall, which connects the second entry surface to the second exit surface.
  • the coupling-out body 70 can have one, two or more second side walls.
  • the second side wall can enclose an angle greater than zero with a normal on an emission surface of the light source. Outer surfaces of the second side walls can be optically smooth.
  • the outcoupling bodies 70 can have the same materials or can be formed from the same materials as the optical concentrator 50.
  • the outcoupling bodies 70 can have synthetic resin, silicone, glass and / or polycarbonate or can be formed therefrom. It is also particularly advantageous if the material used has a high refractive index.
  • polycarbonate basically has one for one
  • the decoupling body 70 can, for example, by means of
  • Adhesive to be attached to the corresponding light sources 20 The adhesive is transparent to the light generated and has the same or a higher refractive index than the corresponding decoupling body 70.
  • the second sidewalls of the decoupling bodies 70 border on air or another medium with a low one
  • Refractive index for example a refractive index of approximately one or exactly one
  • the outcoupling bodies 70 are used to guide light generated by the light sources 22, which would not strike the tissue without the outcoupling bodies 70, to the tissue, for example by means of total internal reflection.
  • light that propagates along a sixth light path 72 first hits an inside of one of the second side walls of one of the decoupling bodies 70. This portion of the light generated is then scattered by the blood vessel 32 or from the vicinity of the blood vessel 32 and thereby
  • FIG. 10 shows a bottom view of an exemplary embodiment of the pulse sensor 20 according to FIG. 9. It can be seen from FIG. 10 that four of the diffuse in this exemplary embodiment
  • reflective surfaces 60 are arranged. Alternatively, however, the reflecting surfaces 60 can also be used
  • reflecting surface 60 or more than two, for example four, diffusely reflecting surfaces 60, as explained with reference to FIG. 8, can be formed.
  • Fig. 11 shows a side sectional view of a
  • the fabric 30 corresponds to the
  • the pulse sensor 20 can, for example, largely correspond to that with reference to FIG. 10
  • This pulse sensor 20 thus has compared to the conventional pulse sensor 10 additionally
  • Embodiments limited.
  • the exemplary embodiments explained above can be combined with one another.
  • all of the exemplary embodiments shown can be one, two or more of the diffuse
  • all of the exemplary embodiments shown can have reflective surfaces 60. Furthermore, all of the exemplary embodiments shown can have only one light source 22 or more than two light sources 22 and / or corresponding decoupling bodies 70. Furthermore, all of the exemplary embodiments shown can have two or more light detectors 24 and / or corresponding optical concentrators 50. Furthermore, each of the pulse sensors 20 explained can be one
  • Control device for controlling the light sources 22 and / or for evaluating the output signal of the light detector 24
  • control device can be arranged outside the pulse sensor 20.

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Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird bereitgestellt ein Pulssensor (20) zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens, mit: mindestens einer Lichtquelle (22), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulssensors (20) Licht in Richtung eines durchbluteten Gewebes (30) des Lebewesens abstrahlt, wobei das durchblutete Gewebe (30) das Licht streut und wobei das gestreute Licht in Abhängigkeit des Pulses des Lebewesens moduliert ist; mindestens einem Lichtdetektor (24), der zumindest einen Teil des von dem Gewebe (30) gestreuten Lichtsdetektiert; und einem optischen Konzentrator (50)zum Konzentrieren des gestreuten Lichts, der im Lichtpfad (42, 44) des gestreuten Lichts zwischen dem Gewebe (30)und dem Lichtdetektor (24) angeordnet ist, der eine erste Eintrittsfläche (52) hat, durch die das gestreute Licht in den optischen Konzentrator (50) eintritt, der eine erste Austrittsfläche (54) hat, durch die das konzentrierte gestreute Licht aus dem optischen Konzentrator (50) hin zu dem Lichtdetektor (24) austritt und die kleiner als die erste Eintrittsfläche (52) ist, und der transparent für das gestreute Licht ist, wobei die erste Eintrittsfläche (52) des optischen Konzentrators (50) größer als die erste Austrittsfläche (54) des optischen Konzentrators (50) und größer als die lichtempfindliche Flächedes Lichtdetektors (24) ist und wobei der optische Konzentrator (50) über die erste Austrittsfläche (54) in optischem Kontakt mit dem Lichtdetektor (24) ist.

Description

PULSSENSOR ZUM ERFASSEN DES PULSES EINES LEBEWESENS
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Pulssensor zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens.
In den letzten Jahren sind Pulssensoren, in anderen Worten Pulsmesser, immer populärer geworden. Insbesondere gibt es einen ungebrochenen Boom von sogenannten Fitnesstrackern, die in der Regel eine digitale Armbanduhr mit eingebautem
Pulsmesser sind.
Bei diesen Pulssensoren wird Licht, das in der Regel mittels einer oder mehreren LEDs erzeugt wird, über die Oberfläche der Haut in das Gewebe eines Menschen eingekoppelt, wobei in dieser Patentanmeldung die Haut als Teil des Gewebes zu verstehen ist. Das Licht wird von dem Gewebe gestreut und erfährt eine Modulation, die zu dem Puls des entsprechenden Menschen korrespondiert. Der Ursprung dieser Modulation ist bis heute noch nicht endgültig geklärt, jedoch wird vermutet, dass die Modulation in einer sich aufgrund des Pulsschlages verändernden Dichte des Gewebes rund um ein Blutgefäß
und/oder in der abhängig vom Pulsschlag innerhalb eines bestimmten Gewebes variierenden Menge an Blut begründet ist. Zumindest ein Teil des gestreuten und entsprechend
modulierten Lichts wird mittels eines Lichtdetektors erfasst und der Puls des entsprechenden Menschen wird anhand der Modulation des Lichts ermittelt.
Ein Problem dieser Pulssensoren ist, dass nur ein kleiner Bruchteil des erzeugten Lichts am Lichtdetektor ankommt. Der Rest des Lichts tritt entweder gar nicht in das Gewebe ein oder wird von dem Gewebe nicht in Richtung hin zu dem
Lichtdetektor gestreut. Somit ist das Verhältnis aus dem Licht, das erfasst wird, zu dem Licht, das erzeugt wird, gering. Dieses Verhältnis wird auch als Effizienz des Pulssensors ausgedrückt. Somit ist die Effizienz herkömmlicher Pulssensoren gering.
Ein weiteres Problem ist, dass nur ein Teil des Lichts, das beim Lichtdetektor ankommt, derart gestreut wurde, dass es die mit dem Puls korrespondierende Modulation aufweist.
Dieser Teil des Lichts wird beispielsweise in einem Blutgefäß des Gewebes oder nahe einem Blutgefäß des Gewebes gestreut. Der Rest des Lichts wird in Bereichen des Gewebes gestreut, die nicht in Übereinstimmung mit dem Puls modulierend auf das Licht wirken. Dieser Teil des Lichts wird beispielsweise entfernt von dem Blutgefäß gestreut. Beispielsweise liegen Blutgefäße in der Regel mindestens 1 mm bis 2 mm, teilweise bis zu 5 mm oder mehr unter der Hautoberfläche, weshalb
Licht, das bereits in oberen Hautschichten gestreut wird, keine auswertbare Modulation aufgrund des Pulses erfährt. Somit ist das Verhältnis aus moduliertem Licht, das erfasst wird, zu nicht moduliertem Licht, das erfasst wird, ebenfalls gering. Dieses Verhältnis kann als Verhältnis R ausgedrückt werden. Somit ist bei den herkömmlichen Pulssensoren das Verhältnis R gering.
Die geringe Effizienz und das geringe Verhältnis R führen dazu, dass das mittels des Lichtdetektors erzeugte Signal relativ schwach ist und ein relativ schlechtes Signal/Rausch- Verhältnis hat.
Die Effizienz und das Verhältnis R können durch einfache Maßnahmen beeinflusst werden, die jedoch zumindest teilweise gegenläufig sind. D.h., es gibt Maßnahmen, die die Effizienz verbessern und gleichzeitig das Verhältnis R verschlechtern und andersherum. Falls man beispielsweise den Abstand
zwischen den LEDs und dem Lichtdetektor vergrößert und/oder Trennwände zwischen den LEDs und dem Lichtdetektor
verbreitert, wird der Weg, den das Licht von den LEDs zu dem Lichtdetektor zurücklegen muss, länger. Dies führt dazu, dass das Licht öfter gestreut wird und die Effizienz sinkt.
Gleichzeitig steigt jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass das Licht tiefer in das Gewebe eindringt. Dies führt dazu, dass ein größerer Anteil des gestreuten Lichts bei der Streuung die gewünschte Modulation erfährt, was das Verhältnis R vergrößert. Zu diesen Effekten gegenteilige Effekte treten ein, wenn der Abstand zwischen den LEDs und dem Lichtdetektor verkleinert wird.
Darüber hinaus ist es für die meisten Anwendungen,
beispielsweise für Armbanduhren, erforderlich, dass der entsprechende Pulssensor besonders dünn ist.
Figur 1 zeigt einen herkömmlichen Pulssensor 10. Der
herkömmliche Pulssensor 10 weist mindestens eine Lichtquelle 22, im gezeigten Beispiel zwei Lichtquellen 22 und mindestens einen Lichtdetektor 24 auf. Die Lichtquellen 22 und der
Lichtdetektor 24 sind in einem Gehäuse des herkömmlichen Pulssensors 10 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses sind die Lichtquellen 22 durch Trennwände 26 von dem Lichtdetektor 24 abgetrennt, so dass kein mittels der Lichtquellen 22
erzeugtes Licht auf direktem Weg zu dem Lichtdetektor 24 gelangen kann. Das Gehäuse und die Trennwände 26 bilden drei Kavitäten, in denen die beiden Lichtquellen 22 und der
Lichtdetektor 24 entsprechend angeordnet sind. Die Kavitäten können auch als Kammern bezeichnet werden. Die Kavitäten sind in Figur 1 nach unten geöffnet, so dass das erzeugte Licht den Pulssensor 10 verlassen kann und dass zu erfassendes Licht den Lichtdetektor 24 erreichen kann. Häufig sind die Kavitäten mit einem transparenten Material, beispielsweise mit Silikon, gefüllt.
Der herkömmliche Pulssensor 10 dient zum Erfassen eines
Pulses eines Lebewesens. Das Lebewesen kann beispielsweise ein Mensch oder ein Tier sein. Das Lebewesen weist ein Gewebe 30 auf, in dem ein Blutgefäß 32, beispielsweise eine Ader, eine Arterie oder eine Vene verläuft.
Das mittels der Lichtquellen 22 erzeugte Licht kann sich beispielsweise entlang eines ersten Lichtpfades 40 ausbreiten. Das Licht, das sich entlang des ersten
Lichtpfades 40 ausbreitet, trifft auf das Blutgefäß 32, wird von dem Blutgefäß 32 gestreut und erfährt dabei eine
Modulation, die repräsentativ für den Puls des Lebewesens ist. Das modulierte gestreute Licht kann sich beispielsweise entlang eines zweiten Lichtpfades 42 ausbreiten und trifft so auf den Lichtdetektor 24, der das modulierte gestreute Licht erfasst. Der Lichtdetektor 24 erzeugt ein elektrisches
Ausgangssignal, das repräsentativ für das erfasste Licht, dessen Modulation und insbesondere repräsentativ für den Puls des Lebewesens ist. Eine nicht dargestellte Auswerteeinheit kann das Ausgangssignal des Lichtdetektors 24 empfangen und auswerten. Insbesondere kann die Auswerteeinheit anhand der Modulation des Lichts den Puls des Lebewesens ermitteln.
Bei dem herkömmlichen Pulssensor 10 erreicht lediglich ein geringer Anteil des erzeugten Lichts den Lichtdetektor 24. Beispielsweise kann sich das an dem Blutgefäß 32 gestreute Licht entlang eines dritten Lichtpfades 44 ausbreiten und trifft so auf eine der Trennwände 26 und nicht auf den
Lichtdetektor 24. Somit ist die Effizienz des herkömmlichen Pulssensors 10 gering.
Weiter problematisch bei dem herkömmlichen Pulssensor 10 ist, dass lediglich ein geringer Anteil des erzeugten Lichts 46 von einem Teil des Gewebes 30 gestreut wird, der das Licht moduliert. In anderen Worten wird ein großer Teil des
erzeugten Lichts in Bereichen des Gewebes 30 gestreut, in denen es keine Modulation aufgrund des Pulses des Lebewesens erfährt. Beispielsweise kann sich das erzeugte Licht entlang eines vierten Lichtpfades 46 ausbreiten, kann dann in dem Gewebe 30 fern von dem Blutgefäß 32 gestreut werden und kann entlang eines fünften Lichtpfades 48 auf den Lichtdetektor 24 treffen. Dieser Teil des Lichts wird zwar mittels des
Lichtdetektors 24 erfasst, weist jedoch keine Modulation korrespondierend zu dem Puls des Lebewesens auf und ist damit nicht repräsentativ für den Puls des Lebewesens. Somit ist auch das Verhältnis R gering. Da bei dem herkömmlichen Pulssensor 10 sowohl die Effizienz als auch das Verhältnisse R gering sind, wird bei dem
herkömmlichen Pulssensor 10 insgesamt lediglich ein sehr geringer Anteil des erzeugten Lichts korrespondierend zu dem Puls des Lebewesens moduliert und von dem Lichtdetektor 24 erfasst .
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Pulssensor zum
Erfassen des Pulses eines Lebewesens bereitzustellen, der eine hohe Effizienz hat, dessen Verhältnis R groß ist und der dünn ist.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Pulssensor zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens, mit: mindestens einer Lichtquelle, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulssensors Licht in Richtung eines durchbluteten Gewebes des Lebewesens abstrahlt, wobei das durchblutete Gewebe das Licht streut und wobei das gestreute Licht in Abhängigkeit des Pulses des
Lebewesens moduliert ist; mindestens einem Lichtdetektor, der eine lichtempfindliche Fläche aufweist, mittels der zumindest ein Teil des von dem Gewebe gestreuten Lichts erfasst wird; und einem optischen Konzentrator zum Konzentrieren des gestreuten Lichts, der im Lichtpfad des gestreuten Lichts zwischen dem Gewebe und der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors angeordnet ist, der eine erste Eintrittsfläche hat, durch die das gestreute Licht in den optischen
Konzentrator eintritt, der eine erste Austrittsfläche hat, durch die das konzentrierte gestreute Licht aus dem optischen Konzentrator hin zu dem Lichtdetektor austritt, und der transparent für das gestreute Licht ist, wobei die erste Eintrittsfläche des optischen Konzentrators größer als die erste Austrittsfläche des optischen Konzentrators und größer als die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors ist und wobei der optische Konzentrator über die erste
Austrittsfläche in optischem Kontakt mit dem Lichtdetektor ist . Der optische Konzentrator dient dazu, das in dem Gewebe gestreute Licht zu sammeln und hin zu dem Lichtdetektor zu leiten. Da die erste Eintrittsfläche des optischen
Konzentrators größer als die erste Austrittsfläche des optischen Konzentrators und größer als die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors ist, bewirkt der optische
Konzentrator, dass ein größerer Anteil des gestreuten Lichts auf die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors trifft als ohne den optischen Konzentrator. Anschaulich gesprochen sammelt der optische Konzentrator über seine relativ große erste Eintrittsfläche eine relativ große Menge an Licht und leitet diese auf die demgegenüber relativ kleine
lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors. In anderen Worten wirkt der optische Konzentrator als optischer
Trichter, der Licht innerhalb einer großen Fläche, nämlich der ersten Eintrittsfläche des optischen Konzentrators, sammelt und auf eine kleine Fläche, nämlich der
lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors, weiterleitet, insbesondere konzentriert.
Dies bewirkt, dass sowohl die Effizienz als auch das
Verhältnis R des Pulsmessers besonders groß sind. Darüber hinaus kann ein derartiger optischer Konzentrator relativ dünn ausgebildet sein, so dass der entsprechende Pulsmesser ebenfalls besonders dünn ausgebildet sein kann.
Die Lichtquelle kann beispielsweise eine LED sein. Zusätzlich zu der einen Lichtquelle kann der Pulsmesser eine, zwei oder mehr weitere Lichtquellen aufweisen. Der Lichtdetektor ist beispielsweise eine Fotodiode oder weist beispielsweise eine Fotodiode auf. Zusätzlich zu der Fotodiode kann der
Lichtdetektor eine, zwei oder mehr weitere Fotodioden aufweisen. Außerdem kann der Pulsmesser ein Gehäuse
aufweisen, in dem die Lichtquelle und der Lichtdetektor angeordnet sind. Dabei sind die Lichtquelle und der
Lichtdetektor derart in dem Gehäuse angeordnet, dass das mittels der Lichtquelle erzeugte Licht nicht direkt, also ohne auf das Gewebe zu treffen, zu dem Lichtdetektor gelangt. Zu diesem Zweck können die Lichtquelle und der Lichtdetektor in je einer Kavität bzw. Kammer des Gehäuses angeordnet sein, wobei die eine Kavität von der anderen Kavität durch eine opake Trennwand abgetrennt ist.
Die erste Austrittsfläche des optischen Konzentrators kann beispielsweise die gleiche Form und/oder die gleiche Größe aufweisen wie die lichtempfindliche Fläche des
Lichtdetektors. Dass der optische Konzentrator in optischem Kontakt mit der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors ist, bedeutet, dass das im Gewebe gestreute Licht durch den optischen Konzentrator zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors gelangen kann und dass zwischen dem optischen Konzentrator und der lichtempfindlichen Fläche des
Lichtdetektors kein Bereich mit einem Brechungsindex kleiner als 1,3 ist .
Gemäß einer Weiterbildung ist der optische Konzentrator einstückig ausgebildet. Dies trägt dazu bei, dass der
optische Konzentrator einfach herstellbar und einfach
montierbar ist und dass keine Verluste innerhalb des
optischen Konzentrators aufgrund von Grenzflächen
unterschiedlicher Elemente des optischen Konzentrators auftreten.
Gemäß einer Weiterbildung weist der optische Konzentrator mindestens eine erste Seitenwand auf, die die erste
Eintrittsfläche mit der ersten Austrittsfläche verbindet. Zusätzlich zu der ersten Seitenwand kann der optische
Konzentrator eine, zwei oder mehr erste Seitenwände
aufweisen. Die Lichtleitung innerhalb des optischen
Konzentrators hin zu der lichtempfindlichen Fläche des
Lichtdetektors kann zumindest teilweise über innere
Totalreflexion an der einen oder den mehreren Seitenwänden des optischen Konzentrators erfolgen. Gemäß einer Weiterbildung schließt die erste Seitenwand mit einer Normalen auf einer Detektorfläche des Lichtdetektors einen Winkel größer Null ein. Dies kann dazu beitragen, dass die erste Eintrittsfläche des optischen Konzentrators größer als die erste Austrittsfläche des optischen Konzentrators ist .
Gemäß einer Weiterbildung ist der optische Konzentrator barrenförmig ausgebildet. Dies kann dazu beitragen, dass die erste Eintrittsfläche des optischen Konzentrators größer als die erste Austrittsfläche des optischen Konzentrators ist, dass das Licht innerhalb des optischen Konzentrators mittels innerer Totalreflexion weitergeleitet wird und/oder dass der optische Konzentrator einfach herstellbar ist. Dass der optische Konzentrator barrenförmig ausgebildet ist, bedeutet, dass die erste Eintrittsfläche und die erste Austrittsfläche parallel zueinander sind und dass eine Schnittfläche des optischen Konzentrators senkrecht zu der ersten
Eintrittsfläche und der ersten Austrittsfläche trapezförmig ausgebildet ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Außenfläche der ersten Seitenwand optisch glatt. Dies trägt dazu bei, dass ein besonders hoher Anteil des Lichts, das über die erste
Eintrittsfläche in den optischen Konzentrator eintritt, aus der ersten Austrittsfläche des optischen Konzentrators hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors austritt. Dass die Außenfläche optisch glatt ist, bedeutet, dass eine Rautiefe der Außenfläche klein gegenüber der Wellenlänge des im Gewebe gestreuten Lichts ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Außenseite der ersten Eintrittsfläche antireflektierend ausgebildet. Dies trägt dazu bei, dass ein besonders hoher Anteil des Lichts, das vom Gewebe in Richtung hin zu dem optischen Konzentrator gestreut wird, in den optischen Konzentrator eintritt. Gemäß einer Weiterbildung ist der optische Konzentrator mittels Klebstoff an dem Lichtdetektor befestigt, wobei der Klebstoff für das gestreute Licht transparent ist und den gleichen oder einen höheren Brechungsindex aufweist als der optische Konzentrator. Dies bewirkt, dass Verluste beim
Übergang von dem optischen Konzentrator zu dem Lichtdetektor besonders gering sind.
Gemäß einer Weiterbildung weist der optische Konzentrator Kunstharz, Silikon, Glas und/oder Polycarbonat auf oder ist daraus gebildet. Außerdem ist es besonders günstig, wenn das verwendete Material einen hohen Brechungsindex hat. Gerade bei der Verwendung von Glas kann es daher günstig sein, Glas zu verwenden, das einen hohen Brechungsindex hat.
Polycarbonat hingegen hat grundsätzlich einen für einen
Kunststoff sehr hohen Brechungsindex.
Gemäß einer Weiterbildung weist der Pulssensor eine diffus reflektierende Fläche auf, die außerhalb des optischen
Konzentrators angeordnet ist, die zumindest teilweise von dem optischen Konzentrator beabstandet ist, wobei ein Abstand der diffus reflektierenden Fläche zu dem optischen Konzentrator nahe dem Lichtdetektor kleiner ist als ein Abstand der diffus reflektierenden Fläche zu dem optischen Konzentrator fern von dem Lichtdetektor und wobei der Brechungsindex zwischen der diffus reflektierenden Fläche und dem optischen Konzentrator näherungsweise eins oder genau eins ist. Da die diffus reflektierende Fläche fern von dem Lichtdetektor einen größeren Abstand zu dem optischen Konzentrator hat als nahe dem Lichtdetektor, dient die diffus reflektierende Fläche zum Sammeln von Licht, das ohne die diffus reflektierende Fläche weder auf den optischen Konzentrator noch auf den
Lichtdetektor treffen würde, und zum Einkoppeln des
entsprechenden Lichts in den optischen Konzentrator über die erste Seitenwand. Außerdem kann die diffus reflektierende Fläche Licht, das unbeabsichtigt aus dem optischen
Konzentrator in Richtung hin zu der diffus reflektierenden Fläche austritt, zurück in den optischen Konzentrator reflektieren. Dies trägt dazu bei, dass das Verhältnis R und die Effizienz des Pulssensors besonders groß sind.
Zusätzlich zu der einen diffus reflektierenden Fläche kann der Pulssensor eine, zwei oder mehr entsprechende diffus reflektierende Flächen aufweisen. Die entsprechenden diffus reflektierenden Flächen können gemeinsam wie ein äußerer optischer Trichter um den inneren optischen Trichter, nämlich den optischen Konzentrator, angeordnet sein und Licht, das ohne die diffus reflektierenden Flächen nicht in den
optischen Konzentrator eingekoppelt werden würde, in den optischen Konzentrator einkoppeln. Dies trägt dazu bei, dass das Verhältnis R und die Effizienz des Pulssensors besonders groß sind. Wie eingangs bereits erläutert, können die
Effizienz und das Verhältnis R durch einfache Maßnahmen weiter beeinflusst werden, beispielsweise durch Variation des Abstands zwischen den Lichtquellen und dem Lichtdetektor, wobei derartige Maßnahmen einander entgegengesetzte
Auswirkungen auf die Effizienz und das Verhältnis R haben können. Optional können die diffus reflektierenden Flächen als Trennwände ausgebildet sein, diese ersetzen und die
Kammer, in der der Lichtdetektor angeordnet ist, begrenzen.
Gemäß einer Weiterbildung weist die reflektierende Fläche Kunststoff, Ti02, AI2O3 und/oder Bariumsulfat auf oder ist daraus gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung weist der Pulssensor einen
optischen Auskoppelkörper zum Auskoppeln des mittels der Lichtquelle erzeugten Lichts aus dem Pulssensor auf, wobei der optische Auskoppelkörper: im Lichtpfad zwischen der
Lichtquelle und dem Gewebe angeordnet ist; eine zweite
Eintrittsfläche hat, durch die das erzeugte Licht in den optischen Auskoppelkörper eintritt; eine zweite
Austrittsfläche hat, durch die das Licht aus dem optischen Auskoppelkörper ausgekoppelt wird und die größer als die zweite Eintrittsfläche ist; transparent für das erzeugte Licht ist; und über die zweite Eintrittsfläche in optischem Kontakt mit der Lichtquelle ist. Der optische Auskoppelkörper dient dazu, dass eine besonders große Menge des mittels der Lichtquelle erzeugten Lichts aus dem Pulssensor in Richtung hin zu dem Gewebe ausgekoppelt wird.
Anschaulich gesprochen entspricht der Auskoppelkörper
bezüglich seiner Form und des verwendeten Materials dem optischen Konzentrator, wobei der Auskoppelkörper im
Unterschied zu dem optischen Konzentrator an der Lichtquelle und nicht an dem Lichtdetektor angeordnet ist.
Dementsprechend kann der Auskoppelkörper einstückig
ausgebildet sein. Ferner kann der Auskoppelkörper mindestens eine zweite Seitenwand aufweisen, die die zweite
Eintrittsfläche mit der zweiten Austrittsfläche verbindet. Zusätzlich zu der zweiten Seitenwand kann der Auskoppelkörper eine, zwei oder mehr zweite Seitenwände aufweisen. Die
Lichtleitung innerhalb des Auskoppelkörpers kann zumindest teilweise über innere Totalreflexion an der einen oder den mehreren zweiten Seitenwänden des Auskoppelkörpers erfolgen. Die zweite Seitenwand kann mit einer Normalen auf einer
Emissionsfläche der Lichtquelle einen Winkel größer Null einschließen. Der Auskoppelkörper kann barrenförmig
ausgebildet sein. Eine Außenfläche der zweiten Seitenwand kann optisch glatt sein. Der Auskoppelkörper kann mittels Klebstoff an der entsprechenden Lichtquelle befestigt sein, wobei der Klebstoff für das emittierte Licht transparent ist und den gleichen oder einen höheren Brechungsindex aufweist als der Auskoppelkörper. Der Auskoppelkörper kann Kunstharz, Silikon, Glas und/oder Polycarbonat aufweisen oder daraus gebildet sein. Außerdem ist es besonders günstig, wenn das verwendete Material einen hohen Brechungsindex hat. Gerade bei der Verwendung von Glas kann es daher günstig sein, Glas zu verwenden, das einen hohen Brechungsindex hat.
Polycarbonat hingegen hat grundsätzlich einen für einen
Kunststoff sehr hohen Brechungsindex. Der Auskoppelkörper ist in optischem Kontakt mit der Lichtquelle. Das bedeutet, dass das von der Lichtquelle erzeugte Licht über die zweite
Eintrittsfläche in den Auskoppelkörper gelangen kann und dass zwischen dem Auskoppelkörper und der Lichtquelle kein Bereich mit einem Brechungsindex kleiner als 1,3 ist.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Pulssensor zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens, mit: mindestens einer Lichtquelle, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulssensors Licht in Richtung eines durchbluteten Gewebes des Lebewesens abstrahlt, wobei das durchblutete Gewebe das Licht streut und wobei das gestreute Licht in Abhängigkeit des Pulses des Lebewesens moduliert ist; mindestens einem Lichtdetektor, der zumindest einen Teil des von dem Gewebe gestreuten Lichts detektiert; und einem optischen Auskoppelkörper zum
Auskoppeln des mittels der Lichtquelle erzeugten Lichts aus dem Pulssensor, wobei der optische Auskoppelkörper im
Lichtpfad zwischen der Lichtquelle und dem Gewebe angeordnet ist, eine zweite Eintrittsfläche hat, durch die das erzeugte Licht in den optischen Auskoppelkörper eintritt, eine zweite Austrittsfläche hat, durch die das Licht aus dem optischen Auskoppelkörper ausgekoppelt wird und die größer als die zweite Eintrittsfläche ist, transparent für das erzeugte Licht ist und in optischem Kontakt mit der Lichtquelle ist.
Der optische Auskoppelkörper dient dazu, dass eine besonders große Menge des mittels der Lichtquelle erzeugten Lichts aus dem Pulssensor in Richtung hin zu dem Gewebe ausgekoppelt wird. Dies bewirkt, dass die Effizienz des Pulsmessers besonders groß ist. Darüber hinaus kann ein derartiger
Auskoppelkörper relativ dünn ausgebildet sein, so dass der entsprechende Pulsmesser ebenfalls besonders dünn ausgebildet sein kann.
Gemäß einer Weiterbildung ist der optische Auskoppelkörper einstückig ausgebildet. Dies trägt dazu bei, dass der
Auskoppelkörper einfach herstellbar und einfach montierbar ist und dass keine Verluste innerhalb des optischen
Auskoppelkörpers aufgrund von Grenzflächen unterschiedlicher Elemente des Auskoppelkörpers auftreten. Gemäß einer Weiterbildung weist der optische Auskoppelkörper mindestens eine zweite Seitenwand auf, die die zweite
Eintrittsfläche mit der zweiten Austrittsfläche verbindet und die optisch glatt ist.
Gemäß einer Weiterbildung schließt die zweite Seitenwand mit einer Normalen auf einer lichtemittierenden Fläche der
Lichtquelle einen Winkel größer Null ein. Alternativ oder zusätzlich ist der optische Auskoppelkörper barrenförmig ausgebildet. Dies kann dazu beitragen, dass die zweite
Eintrittsfläche des Auskoppelkörpers kleiner als die zweite Austrittsfläche des Auskoppelkörpers ist, dass das Licht innerhalb des Auskoppelkörpers mittels innerer Totalreflexion weitergeleitet wird und/oder dass der Auskoppelkörper einfach herstellbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine seitliche Schnittdarstellung eines
herkömmlichen Pulssensors auf einem Gewebe eines Lebewesens ;
Figur 2 eine Unteransicht des herkömmlichen Pulssensors
gemäß Figur 1; Figur 3 eine seitliche Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines Pulssensors auf einem Gewebe eines Lebewesens;
Figur 4 eine seitliche Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines optischen Konzentrators;
Figur 5 eine Draufsicht auf den optischen Konzentrator
gemäß Figur 4; Figur 6 eine Unteransicht des Ausführungsbeispiels des Pulssensors gemäß Figur 3; Figur 7 eine seitliche Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines Pulssensors auf einem Gewebe eines Lebewesens;
Figur 8 eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels des
Pulssensors gemäß Figur 7;
Figur 9 eine seitliche Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines Pulssensors auf einem Gewebe eines Lebewesens;
Figur 10 eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels des
Pulssensors gemäß Figur 9;
Figur 11 eine seitliche Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines Pulssensors auf einem Gewebe eines Lebewesens.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von
Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener
Orientierungen positioniert werden können, dient die
Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. In den Figuren sind identische oder ähnliche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Fig . 1 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines
herkömmlichen Pulssensors 10 auf einem Gewebe 30 eines
Lebewesens. Der herkömmliche Pulssensor 10 weist mindestens eine, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Lichtquellen 22 und einen Lichtdetektor 24 auf. Die Lichtquellen 22 und der Lichtdetektor 24 sind in einem Gehäuse des herkömmlichen Pulssensors 10 angeordnet. Das Gehäuse des herkömmlichen Pulssensors 10 weist zwei Trennwände 26 auf, die das Innere des Gehäuses in drei Kammern aufteilen. Die Kammern können auch als Kavitäten bezeichnet werden. In der mittleren Kammer ist der Lichtdetektor 24 angeordnet und in den äußeren
Kammern sind die Lichtquellen 22 angeordnet. Die Trennwände 26 dienen dazu, zu verhindern, dass Licht, das mittels der Lichtquellen 22 erzeugt wird, direkt zu dem Lichtdetektor 24 gelangt, ohne vorher auf das Gewebe 30 zu treffen.
Das Gewebe 30 weist ein Blutgefäß 32 auf, das durch das
Gewebe 30 verläuft. Das Blutgefäß 32 kann beispielsweise eine Vene, eine Ader oder eine Arterie sein. Das Herz des
Lebewesens pumpt pulsartig Blut durch das Blutgefäß 32.
Dadurch variiert dazu korrespondierend pulsartig das Volumen des Blutes in dem Blutgefäß 32. Dies führt zu einer
pulsartigen Komprimierung des Gewebes 30 in der Nähe des Blutgefäßes 32.
Das mittels der Lichtquellen 22 erzeugte Licht breitet sich beispielsweise entlang eines ersten Lichtpfades 40 aus. Das Licht, das sich entlang des ersten Lichtpfades 40 ausbreitet, trifft auf das Blutgefäß 32 und wird von dem Blutgefäß 32 gestreut. Das Licht erfährt bei der Streuung eine Modulation, die zu dem Puls des Lebewesens korrespondiert. Das von dem Blutgefäß 32 gestreute Licht weist somit eine Modulation auf, anhand der Rückschlüsse auf den Puls des Lebewesens gezogen werden können.
Damit das gestreute Licht die Modulation aufweist, die zu dem Puls des Lebewesens korrespondiert, muss das Licht nicht unbedingt von dem Blutgefäß 32 selbst gestreut werden. Das Licht kann auch innerhalb des Blutgefäßes oder in der Nähe des Blutgefäßes 32 gestreut werden und weist gleichwohl die Modulation auf, die zu dem Puls des Lebewesens
korrespondiert .
Das modulierte gestreute Licht kann sich beispielsweise entlang eines zweiten Lichtpfades 42 ausbreiten. Das
modulierte gestreute Licht, das sich entlang des zweiten Lichtpfades 42 ausbreitet, trifft auf eine lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors 24. Der Lichtdetektor 24 erfasst das auf ihn treffende modulierte gestreute Licht und erzeugt ein Ausgangssignal, das repräsentativ für die Modulation und damit für den Puls des Lebewesens ist. Das Ausgangssignal wird an ein nicht dargestelltes Steuergerät übertragen, welches den Puls des Lebewesens anhand des Ausgangssignals ermittelt. Das Steuergerät kann in dem herkömmlichen
Pulssensor 10 oder außerhalb des herkömmlichen Pulssensors 10 angeordnet sein.
Das modulierte gestreute Licht kann sich jedoch auch entlang eines dritten Lichtpfades 44 ausbreiten. Das modulierte gestreute Licht, das sich entlang des dritten Lichtpfades 44 ausbreitet, trifft auf eine der Trennwände 26 und wird von dieser absorbiert. Dieser Anteil des modulierten gestreuten Lichts wird somit nicht von dem Lichtdetektor 24 erfasst.
Das von der Lichtquelle 22 erzeugte Licht kann sich
alternativ zu dem ersten Lichtpfad entlang eines vierten Lichtpfades 46 ausbreiten. Das Licht, das sich entlang des vierten Lichtpfades 46 ausbreitet, wird in dem Gewebe fern von dem Blutgefäß 32 gestreut. Aufgrund der Entfernung des entsprechenden Streuzentrums von dem Blutgefäß 32 erfährt das dort gestreute Licht gar keine oder lediglich eine nicht verwertbare Modulation, sodass anhand dieses Anteils des Lichts kein Rückschluss auf den Puls des Lebewesens gezogen werden kann. Falls sich beispielsweise das nicht modulierte gestreute Licht entlang eines fünften Lichtpfades 48
ausbreitet, so trifft dieser Anteil des Lichts zwar auf den Lichtdetektor 24, jedoch kann anhand des entsprechenden
Ausgangssignals des Lichtdetektors 24 kein Rückschluss auf den Puls des Lebewesens gezogen werden.
Fig. 2 zeigt eine Unteransicht des herkömmlichen Pulssensors gemäß Figur 1. Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass die
Lichtquellen 22 und der Lichtdetektor 24 jeweils in separaten Kammern des herkömmlichen Pulssensors 10 angeordnet sind und dass die Kammern nach unten geöffnet sind, so dass das erzeugte Licht den herkömmlichen Pulssensor 10 in Richtung des Gewebes 30 verlassen kann und dass das gestreute Licht zu dem Lichtdetektor 24 gelangen kann.
Fig. 3 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines Pulssensors 20 auf einem Gewebe 30 eines Lebewesens. Das Gewebe 30 weist das Blutgefäß 32 auf und entspricht dem im vorstehenden erläuterten Gewebe 30. Der Pulssensor 20 entspricht weitgehend dem im Vorhergehenden erläuterten Pulssensor 20. Beispielsweise weist auch der Pulssensor 20 mindestens eine, bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel zwei Lichtquellen 22 und einen
Lichtdetektor 24 auf. Außerdem sind die Lichtquellen 22 und der Lichtdetektor ebenso in Kammern eines Gehäuses des
Pulssensors 20 angeordnet und durch die Trennwände 26 voneinander abgeschattet.
Der Pulssensor 20 weist zusätzlich einen optischen
Konzentrator 50 auf. Der optische Konzentrator 50 ist entlang des zweiten Lichtpfades 42 zwischen dem Gewebe 30 und dem Lichtdetektor 24 angeordnet. Der optische Konzentrator 50 ist in optischem Kontakt mit dem Lichtdetektor 24. Der optische Konzentrator 50 kann in mittelbarem oder unmittelbarem Kontakt mit dem Lichtdetektor 24 sein. Beispielsweise kann der optische Konzentrator 50 mittels eines Klebstoffs an der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 befestigt sein .
Der optische Konzentrator 50 ist für das gestreute Licht transparent. Der optische Konzentrator 50 weist eine erste Eintrittsfläche auf, die dem Gewebe 30 zugewandt ist und durch die das Licht, das sich entlang des ersten Lichtpfades 42 ausbreitet, in den optischen Konzentrator 50 eingekoppelt wird. Der optische Konzentrator 50 weist eine erste
Austrittsfläche auf, die dem Lichtdetektor 24 zugewandt ist und aus der in den optischen Konzentrator 50 eingekoppeltes Licht hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 austritt. Die erste Eintrittsfläche ist größer als die erste Austrittsfläche.
Die erste Austrittsfläche korrespondiert vorzugsweise zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24.
Beispielsweise können die erste Austrittsfläche und die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors 24 näherungsweise gleich groß, bevorzugt genau gleich groß sein.
Der optische Konzentrator weist mindestens eine, vorzugsweise mehrere, erste Seitenwände 56 auf, die die erste
Eintrittsfläche mit der ersten Austrittsfläche verbinden. Die ersten Seitenwände 56 des optischen Konzentrators sind bezüglich einer Normalen 51 auf der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 geneigt. Der optische Konzentrator 50 kann beispielsweise barrenförmig ausgebildet sein. Der optische Konzentrator kann beispielsweise Kunstharz, Silikon, Glas und/oder Polycarbonat aufweisen oder daraus gebildet sein. Das verwendete Material hat bevorzugt einen hohen
Brechungsindex. Gerade bei der Verwendung von Glas für den optischen Konzentrator 50 ist es vorteilhaft, Glas zu
verwenden, das einen hohen Brechungsindex hat. Polycarbonat hingegen hat grundsätzlich einen für einen Kunststoff sehr hohen Brechungsindex. Die ersten Seitenwände 56 des optischen Konzentrators 50 grenzen an Luft oder ein anderes Medium mit einem niedrigen Brechungsindex, beispielsweise einem Brechungsindex von näherungsweise eins oder genau eins, damit die innere
Totalreflexion an den ersten Seitenwänden 56 auftritt. In anderen Worten befindet sich zwischen den Trennwänden 26 und dem optischen Konzentrator 56 Luft oder ein anderes Material mit einem niedrigen Brechungsindex.
Der optische Konzentrator 50 wirkt wie ein optischer
Trichter, der das auf ihn treffende Licht hin zu dem
Lichtdetektor 24 leitet. Da die erste Eintrittsfläche größer als die erste Austrittsfläche ist, wird mehr Licht mittels des optischen Konzentrators 50 eingefangen und zu dem
Lichtdetektor 24 geleitet, als ohne den optischen
Konzentrator 50 zu dem Lichtdetektor 24 gelangen würde.
Beispielsweise wird das modulierte gestreute Licht, das sich entlang des dritten Lichtpfades 44 ausbreitet, von einer der ersten Seitenwände 56 des optischen Konzentrators 50 hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 intern totalreflektiert. Dieser Anteil des modulierten gestreuten Lichts kann nun erfasst werden und zur Ermittlung des Pulses des Lebewesens herangezogen werden. Somit gelangt mittels des optischen Konzentrators 50 mehr gestreutes Licht zu dem
Lichtdetektor 24 als ohne den optischen Konzentrator 50. Dies bewirkt, dass die Effizienz des Pulssensors 20 besonders groß ist . Fig. 4 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines optischen Konzentrators 50. Der optische Konzentrator 50 kann beispielsweise dem mit Bezug zu Figur 3 erläuterten optischen Konzentrator 50 entsprechen. Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf den optischen Konzentrator gemäß Figur 4. Aus Figur 5 ist ersichtlich, dass der bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete optische Konzentrator 50 barrenförmig ausgebildet ist. Fig . 6 zeigt eine Unteransicht des Ausführungsbeispiels des Pulssensors gemäß Figur 3. Aus Figur 6 ist ersichtlich, dass die Lichtquellen 22 und der Lichtdetektor 24 jeweils in separaten Kammern des Pulssensors 20 angeordnet sind und dass die Kammern nach unten geöffnet sind, so dass das erzeugte Licht den Pulssensor 20 in Richtung des Gewebes 30 verlassen kann und dass das gestreute Licht zu dem Lichtdetektor 24 gelangen kann.
Fig . 7 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines Pulssensors 20 auf einem Gewebe 30 eines Lebewesens. Das Gewebe 30 entspricht dem im
vorstehenden erläuterten Gewebe 30 und weist das Blutgefäß 32 auf. Der Pulssensor 20 entspricht weitgehend dem im
Vorhergehenden erläuterten Pulssensor 20. Zusätzlich weist der Pulssensor 20 mindestens eine, bevorzugt zwei oder mehr diffus reflektierende Flächen 60 auf. Die diffus reflektierenden Flächen 60 sind außerhalb des optischen Konzentrators 50 derart angeordnet, dass ein
Abstand zwischen den diffus reflektierenden Flächen 60 und dem optischen Konzentrator 50 nahe dem Lichtdetektor 24 kleiner ist als fern von dem Lichtdetektor 24. Die diffus reflektierenden Flächen 60 können sich beispielsweise von den in Figur 7 gezeigten Unterseiten der Trennwände 26 hin zu der Unterseite des Lichtdetektors 24 erstrecken. Vorzugsweise liegt in Figur 7 in horizontaler Richtung die
lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors 24 zwischen den diffus reflektierenden Flächen 60. Zwischen dem optischen Konzentrator 50 und den diffus reflektierenden Flächen 60 befindet sich ein Luftspalt oder ein anderes Material mit einem niedrigen Brechungsindex, also mit einem Brechungsindex von ungefähr eins oder genau eins. Die diffus reflektierenden Flächen 60 können beispielsweise Kunststoff, Ti02, AI2O3 und/oder Bariumsulfat aufweisen oder daraus gebildet sein. Die diffus reflektierenden Flächen 60 wirken wie ein
optischer Trichter, der Licht einfängt, das ohne die
reflektierenden Flächen 60 nicht auf den Lichtdetektor 24 treffen würde, und reflektieren dieses Licht hin zu dem optischen Konzentrator 50, der dann dieses Licht hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 leitet. Falls beispielsweise der dritte Lichtpfad 44 nicht in den optischen Konzentrator 50 mündet, jedoch hin zu einer der diffus reflektierenden Flächen 60 verläuft, so wird der
entsprechende Anteil des Lichts hin zu dem optischen
Konzentrator 50 reflektiert. Der optische Konzentrator 50 kann dann diesen Anteil des Lichts direkt oder indirekt, beispielsweise mittels interner Totalreflexion, zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 leiten.
Außerdem kann Licht, das über eine der Seitenwände 56 des optischen Konzentrators 50 aus dem optischen Konzentrator 50 austritt, zurück in den optischen Konzentrator 50 reflektiert werden. Dies bewirkt, dass ein größerer Anteil des in dem Gewebe 30 gestreuten Lichts hin zu dem Lichtdetektor 24 gelangt als ohne die diffus reflektierenden Flächen 60. Dies trägt dazu bei, dass der Pulssensor 20 eine besonders hohe Effizienz hat.
Bei dem mit Bezug zu Figur 7 erläuterten Ausführungsbeispiel sind die diffus reflektierenden Flächen 60 und die Trennwände 26 voneinander getrennte Elemente des Pulssensors 20. Bei einer alternativen Ausführungsform können die diffus
reflektierenden Flächen 60 die Trennwände 26 bilden, wobei dann auf separate Trennwände 26 verzichtet werden kann.
Fig . 8 zeigt eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels eines Pulssensors 20. Der Pulssensor 20 kann beispielsweise dem mit Bezug zu Figur 7 erläuterten Pulssensor 20
entsprechen. Aus Figur 8 ist ersichtlich, dass der Pulssensor 20 vier der diffus reflektierenden Flächen 60 aufweist. Die vier diffus reflektierenden Flächen 60 sind in Figur 8 rechts, links, oberhalb bzw. unterhalb des Lichtdetektors 24 angeordnet .
Fig. 9 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines Pulssensors 20 auf einem Gewebe 30 eines Lebewesens. Der Pulssensor 20 kann beispielsweise weitgehend dem mit Bezug zu Figur 7 erläuterten Pulssensor 20 entsprechen. Zusätzlich weist der Pulssensor 20 mindestens einen, bevorzugt mehrere Auskoppelkörper 70 auf, insbesondere für jede der Lichtquellen 22 genau einen Auskoppelkörper 70. Die Auskoppelkörper 70 sind im Strahlengang zwischen den entsprechenden Lichtquellen 22 und dem Gewebe 30 angeordnet. Die Auskoppelkörper 70 sind transparent für das mittels der Lichtquellen 22 erzeugte Licht.
Die Auskoppelkörper 70 weisen jeweils eine zweite
Eintrittsfläche auf, die der entsprechenden Lichtquelle 22 zugewandt ist und die in optischem Kontakt mit der
entsprechenden Lichtquelle 22 ist. Die zweiten
Eintrittsflächen korrespondieren vorzugsweise zu den
lichtemittierenden Flächen der Lichtquellen 22.
Beispielsweise können die zweiten Eintrittsflächen und die lichtemittierenden Flächen der Lichtquellen jeweils
näherungsweise gleich groß, bevorzugt genau gleich groß sein.
Das mittels der Lichtquellen 22 erzeugte Licht wird über die entsprechenden zweiten Eintrittsflächen in die entsprechenden Auskoppelkörper 70 eingekoppelt. Innerhalb der
Auskoppelkörper 70 wird das Licht hin zu je einer zweiten Austrittsfläche des entsprechenden Auskoppelkörpers 70 geleitet und über die entsprechende zweite Austrittsfläche hin zu dem Gewebe 30 ausgekoppelt. Die Lichtleitung innerhalb des Auskoppelkörpers 70 kann zumindest teilweise über interne Totalreflexion an der einen oder den mehreren zweiten
Seitenwänden des Auskoppelkörpers 70 erfolgen. Die zweiten Austrittsflächen sind größer als die entsprechenden zweiten Eintrittsflächen . Die Auskoppelkörper 70 können beispielsweise barrenförmig ausgebildet sein. Anschaulich gesprochen kann der
Auskoppelkörper 70 bezüglich seiner Form und des verwendeten Materials dem optischen Konzentrator 50 entsprechen, wobei der Auskoppelkörper 70 im Unterschied zu dem optischen
Konzentrator 50 an den Lichtquellen 22 und nicht an dem
Lichtdetektor 24 angeordnet ist. Dementsprechend kann auch der Auskoppelkörper 70 einstückig ausgebildet sein.
Ferner kann der Auskoppelkörper 70 mindestens eine zweite Seitenwand aufweisen, die die zweite Eintrittsfläche mit der zweiten Austrittsfläche verbindet. Zusätzlich zu der zweiten Seitenwand kann der Auskoppelkörper 70 eine, zwei oder mehr zweite Seitenwände aufweisen. Die zweite Seitenwand kann mit einer Normalen auf einer Emissionsfläche der Lichtquelle einen Winkel größer Null einschließen. Außenflächen der zweiten Seitenwände können optisch glatt sein.
Die Auskoppelkörper 70 können die gleichen Materialien aufweisen oder aus den gleichen Materialien gebildet sein wie der optische Konzentrator 50. Die Auskoppelkörper 70 können Kunstharz, Silikon, Glas und/oder Polycarbonat aufweisen oder daraus gebildet sein. Außerdem ist es besonders günstig, wenn das verwendete Material einen hohen Brechungsindex hat.
Gerade bei der Verwendung von Glas kann es daher günstig sein, Glas zu verwenden, das einen hohen Brechungsindex hat. Polycarbonat hingegen hat grundsätzlich einen für einen
Kunststoff sehr hohen Brechungsindex.
Die Auskoppelkörper 70 können beispielsweise mittels
Klebstoff an den entsprechenden Lichtquellen 20 befestigt sein. Der Klebstoff ist für das erzeugte Licht transparent und weist den gleichen oder einen höheren Brechungsindex auf als der entsprechende Auskoppelkörper 70.
Die zweiten Seitenwände der Auskoppelkörper 70 grenzen an Luft oder ein anderes Medium mit einem niedrigen
Brechungsindex, beispielsweise einem Brechungsindex von näherungsweise eins oder genau eins, damit die innere
Totalreflexion an den zweiten Seitenwänden auftritt. In anderen Worten befindet sich zwischen den Auskoppelkörpern 70 und den diesen benachbarten Trennwänden 26 Luft oder ein anderes Material mit einem niedrigen Brechungsindex.
Die Auskoppelkörper 70 dienen dazu, mittels der Lichtquellen 22 erzeugtes Licht, das ohne die Auskoppelkörper 70 nicht auf das Gewebe treffen würde, hin zu dem Gewebe zu leiten, beispielsweise mittels innerer Totalreflexion. Beispielsweise trifft Licht, das sich entlang eines sechsten Lichtpfades 72 ausbreitet, zuerst auf eine Innenseite einer der zweiten Seitenwände eines der Auskoppelkörper 70. Dieser Anteil des erzeugten Lichts wird dann von dem Blutgefäß 32 oder von der nahen Umgebung des Blutgefäßes 32 gestreut und dabei
moduliert, so dass sich dann das modulierte gestreute Licht entlang des zweiten Lichtpfades 42 hin zu der
lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 ausbreiten kann .
Fig. 10 zeigt eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels des Pulssensors 20 gemäß Figur 9. Aus Figur 10 geht hervor, dass bei diesem Ausführungsbeispiel vier der diffus
reflektierenden Flächen 60 angeordnet sind. Alternativ dazu kann jedoch auch auf die reflektierenden Flächen 60
verzichtet werden, es kann lediglich eine diffus
reflektierende Fläche 60 oder es können mehr als zwei, beispielsweise vier diffus reflektierende Flächen 60, wie mit Bezug zu Figur 8 erläutert, ausgebildet sein.
Fig. 11 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines Pulssensors 20 auf einem Gewebe 30 eines Lebewesens. Das Gewebe 30 entspricht dem im
Vorhergehenden erläuterten Gewebe 30. Der Pulssensor 20 kann beispielsweise weitgehend dem mit Bezug zu Figur 10
erläuterten Pulssensor 20 entsprechen, wobei auf den
optischen Konzentrator 50 und die diffus reflektierenden Flächen 60 verzichtet wurde. Somit weist dieser Pulssensor 20 gegenüber dem herkömmlichen Pulssensor 10 zusätzlich
lediglich die Auskoppelkörper 70 auf.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die im Vorhergehenden erläuterten Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können alle der gezeigten Ausführungsbeispiele eine, zwei oder mehr der diffus
reflektierenden Flächen 60 aufweisen. Ferner können alle gezeigten Ausführungsbeispiele lediglich eine Lichtquelle 22 oder mehr als zwei Lichtquellen 22 und/oder entsprechende Auskoppelkörper 70 aufweisen. Ferner können alle gezeigten Ausführungsbeispiele zwei oder mehr Lichtdetektoren 24 und/oder entsprechende optische Konzentratoren 50 aufweisen. Ferner kann jeder der erläuterten Pulssensoren 20 ein
Steuergerät zum Ansteuern der Lichtquellen 22 und/oder zum Auswerten des Ausgangssignals des Lichtdetektors 24
aufweisen. Alternativ dazu kann das Steuergerät außerhalb des Pulssensors 20 angeordnet sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 herkömmlicher Pulssensor
20 Pulssensor
22 Lichtquelle
24 Lichtdetektor
2 6 Trennwand
30 Gewebe
32 Blutgefäß
4 0 erster Lichtpfad
42 zweiter Lichtpfad
44 dritter Lichtpfad
4 6 vierter Lichtpfad
4 8 fünfter Lichtpfad
50 optischer Konzentrator
51 Normale
52 erste Eintrittsfläche
54 erste Austrittsfläche
5 6 erste Seitenwand
60 reflektierende Fläche
7 0 Auskoppelkörper
72 sechster Lichtpfad

Claims

PATENTANS PRÜCHE
1. Pulssensor (20) zum Erfassen des Pulses eines
Lebewesens, mit
mindestens einer Lichtquelle (22), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulssensors (20) Licht in Richtung eines durchbluteten Gewebes (30) des Lebewesens abstrahlt, wobei das durchblutete Gewebe (30) das Licht streut und wobei das gestreute Licht in Abhängigkeit des Pulses des Lebewesens moduliert ist,
mindestens einem Lichtdetektor (24), der eine
lichtempfindliche Fläche aufweist, mittels der zumindest ein Teil des von dem Gewebe (30) gestreuten Lichts erfasst wird, und
einem optischen Konzentrator (50) zum Konzentrieren des gestreuten Lichts, der im Lichtpfad (42, 44) des gestreuten Lichts zwischen dem Gewebe (30) und der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors (24) angeordnet ist, der eine erste Eintrittsfläche (52) hat, durch die das gestreute Licht in den optischen Konzentrator (50) eintritt, der eine erste Austrittsfläche (54) hat, durch die das konzentrierte
gestreute Licht aus dem optischen Konzentrator (50) hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors (24) austritt, und der transparent für das gestreute Licht ist, wobei die erste Eintrittsfläche (52) des optischen
Konzentrators (50) größer als die erste Austrittsfläche (54) des optischen Konzentrators (50) und größer als die
lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors (24) ist und wobei der optische Konzentrator (50) über die erste
Austrittsfläche (54) in optischem Kontakt mit dem
Lichtdetektor (24) ist.
2. Pulssensor (20) nach Anspruch 1, bei dem der optische Konzentrator (50) einstückig ausgebildet ist.
3. Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der optische Konzentrator (50) mindestens eine erste Seitenwand (56) aufweist, die die erste Eintrittsfläche (52) mit der ersten Austrittsfläche (54) verbindet.
4. Pulssensor (20) nach Anspruch 3, bei dem die erste
Seitenwand (56) mit einer Normalen (51) auf einer
Detektorfläche des Lichtdetektors (24) einen Winkel größer Null einschließt.
5. Pulssensor (20) nach Anspruch 4, bei dem der optische Konzentrator (50) barrenförmig ausgebildet ist.
6. Pulssensor (20) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem eine Außenfläche der ersten Seitenwand (56) optisch glatt ist .
7. Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Außenseite der ersten Eintrittsfläche (52)
antireflektierend ausgebildet ist.
8. Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der optische Konzentrator (50) mittels Klebstoff an dem Lichtdetektor (24) befestigt ist, wobei der Klebstoff für das gestreute Licht transparent ist und den gleichen oder einen höheren Brechungsindex aufweist als der optische Konzentrator (50) .
9. Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der optische Konzentrator (50) Kunstharz, Silikon, Glas und/oder Polycarbonat aufweist oder daraus gebildet ist.
10. Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der mindestens eine diffus reflektierende Fläche (60) zum Reflektieren des gestreuten Lichts hin zu dem optischen
Konzentrator (50) aufweist, die außerhalb des optischen
Konzentrators (50) angeordnet ist, die zumindest teilweise von dem optischen Konzentrator (50) beabstandet ist, wobei ein Abstand der diffus reflektierenden Fläche (60) zu dem optischen Konzentrator (50) nahe dem Lichtdetektor (24) kleiner ist als ein Abstand der diffus reflektierenden Fläche (60) zu dem optischen Konzentrator (50) fern von dem
Lichtdetektor (24) und wobei der Brechungsindex zwischen der diffus reflektierenden Fläche (60) und dem optischen
Konzentrator (50) näherungsweise eins oder genau eins ist.
11. Pulssensor (20) nach Anspruch 10, bei dem die diffus reflektierende Fläche (60) Kunststoff, TiCg, AI2O3, und/oder Bariumsulfat aufweist oder daraus gebildet ist.
12. Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem optischen Auskoppelkörper (70) zum Auskoppeln des mittels der Lichtquelle (22) erzeugten Lichts aus dem
Pulssensor (20), wobei der optische Auskoppelkörper (70)
im Lichtpfad (42, 44) zwischen der Lichtquelle (22) und dem Gewebe (30) angeordnet ist,
eine zweite Eintrittsfläche hat, durch die das erzeugte Licht in den optischen Auskoppelkörper (70) eintritt,
eine zweite Austrittsfläche hat, durch die das Licht aus dem optischen Auskoppelkörper (70) ausgekoppelt wird und die größer als die zweite Eintrittsfläche ist,
transparent für das erzeugte Licht ist, und
über die zweite Eintrittsfläche in optischem Kontakt mit der Lichtquelle (22) ist.
13. Pulssensor (20) zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens, mit
mindestens einer Lichtquelle (22), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulssensors (20) Licht in Richtung eines durchbluteten Gewebes (30) des Lebewesens abstrahlt, wobei das durchblutete Gewebe (30) das Licht streut und wobei das gestreute Licht in Abhängigkeit des Pulses des Lebewesens moduliert ist;
mindestens einem Lichtdetektor (24), der zumindest einen Teil des von dem Gewebe (30) gestreuten Lichts detektiert; und einem optischen Auskoppelkörper (70) zum Auskoppeln des mittels der Lichtquelle (22) erzeugten Lichts aus dem
Pulssensor (20) ;
wobei der optische Auskoppelkörper (70)
im Lichtpfad (42, 44) zwischen der Lichtquelle (22) und dem Gewebe (30) angeordnet ist,
eine zweite Eintrittsfläche hat, durch die das erzeugte Licht in den optischen Auskoppelkörper (70) eintritt,
eine zweite Austrittsfläche hat, durch die das Licht aus dem optischen Auskoppelkörper (70) ausgekoppelt wird und die größer als die zweite Eintrittsfläche ist,
transparent für das erzeugte Licht ist, und
über die zweite Eintrittsfläche in optischem Kontakt mit der Lichtquelle (22) ist.
14. Pulssensor (20) nach Anspruch 13, bei dem der optische Auskoppelkörper (70) einstückig ausgebildet ist.
15. Pulssensor (20) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem der optische Auskoppelkörper (70) mindestens eine zweite Seitenwand aufweist, die die zweite Eintrittsfläche mit der zweiten Austrittsfläche verbindet und die optisch glatt ist.
16. Pulssensor (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die zweite Seitenwand mit einer Normalen (51) auf einer lichtemittierenden Fläche der Lichtquelle (24) einen Winkel größer Null einschließt und/oder bei dem der optische
Auskoppelkörper (70) barrenförmig ausgebildet ist.
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