WO2023274856A1

WO2023274856A1 - Optoelektronische sensorvorrichtung

Info

Publication number: WO2023274856A1
Application number: PCT/EP2022/067284
Authority: WO
Inventors: Stefan HECKELMANN; Gerd Plechinger
Original assignee: Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2022-06-23
Publication date: 2023-01-05
Also published as: DE102021116814A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensorvorrichtung (1) zur Bestimmung eines oder mehrere Vitalparameter einer Per son, die einen Körperteil auf einer Oberfläche (2) der optoelektronische Sensorvorrichtung platziert, umfassend wenigstens ein erstes lichtemittierendes Bauelement (3), das dazu ausgebildet ist Licht einer ersten Wellenlänge zu emittieren, wenigstens ein zweites lichtemittierendes Bauelement (4), das dazu ausgebildet ist Licht einer zweiten Wellenlänge zu emittieren, und wenigstens einen Detektor (5), der dazu ausgebildet ist, das von dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten lichtemittierenden Bauelement (3, 4) emittierte und an dem Körperteil der Person reflektierte Licht zu detektieren. Die zweite Wellenlänge ist dabei länger als die erste Wellenlänge und das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bauelement (4) ist mit dem wenigstens einen ersten lichtemittierende Bauelement (3) optisch gekoppelt. Ferner ist während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes (3) das zweite lichtemittierende Bauelement (4) kurzgeschlossen oder in Sperrrichtung geschaltet.

Description

OPTOELEKTRONISCHE SENSORVORRICHTUNG

Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Anmeldung DE 102021 116 814.7 vom 30. Juni 2021 in Anspruch, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch vollständigen Rückbezug aufgenommen wird.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einer optoelekt ronischen Sensorvorrichtungen, insbesondere einer kompakten Sensorvorrichtung zur Bestimmung eines oder mehrere Vitalpara meter einer Person oder eines Lebewesens.

HINTERGRUND Bei Biofy-Anwendungen, also Anwendungen mittels derer ein oder mehrere Vitalparameter einer Person oder eines Lebewesens Be stimmt werden können, wird moduliertes Licht einer Multi-Chip- LED oder einer anderen Lichtquelle innerhalb einer optoelekt ronischen Sensorvorrichtung auf die Haut einer Person oder eines anderen Lebewesens gerichtet. Das modulierte Licht wird teil weise von der Haut absorbiert und teilweise reflektiert. Der reflektierte Anteil wird dann von einem separaten Photodetektor oder einem Photodetektor im Inneren der optoelektronischen Sen sorvorrichtung erfasst. Unterschiedliche Wellenlängen unter- schiedlicher lichtemittierender Chips werden dabei durch ein geeignetes Timing der Einschaltzeiten der Chips getrennt. Diese Trennung muss sehr genau vorgenommen werden, da in der Regel jeweils nur sehr kleine reflektierte Signale detektiert werden und Rauschen oder Störsignale somit einen großen Einfluss auf die Messgenauigkeit haben.

Zur Rauschunterdrückung erfolgt in der Regel eine Filterung von Umgebungslicht über eine Signalmodulation des von den unter schiedlichen lichtemittierenden Chips emittierten Lichts unter- schiedlicher Wellenlängen. Durch das geeignete Timing der Ein schaltzeiten der unterschiedlichen lichtemittierenden Chips kann zusätzlich dazu das zu unterschiedlichen Zeiten von dem Photodetektor detektierte Signal unterscheiden werden. Dadurch lassen sich trotz jeweils nur sehr kleinen detektierten Signalen ein oder mehrere Vitalparameter einer Person oder eines Lebe- wesens bestimmen.

Ein Problem, dass bei gegenwärtig vorhandenen optoelektroni schen Sensorvorrichtungen, insbesondere kompakten Sensorvor richtungen, zur Bestimmung eines oder mehrere Vitalparameter einer Person auftritt ist, dass beim Betrieb eines beispiels- weise grünen LED-Dies innerhalb einer Multi-Chip-LED für Biofy- Anwendungen (der grüne und ein roter Chip im Inneren der LED), oder eines Biofy-Sensors, bei dem sich der grüne und ein roter Chip entweder im selben Hohlraum befinden oder keine optische Trennung zwischen den beiden Chips vorhanden ist, nicht nur grünes Licht, sondern auch ein geringer Anteil an rotem Licht emittiert wird.

Dies liegt daran, dass im Falle von Multi-Chip-LEDs oder Sen soren ohne optische Trennung zwischen den einzelnen Dies bzw. Chips das grüne Licht Elektronen-Loch-Paare im aktiven Bereich des roten Die bzw. Chips erzeugt. Die entstehenden Ladungsträger werden zum Teil durch das innere elektrische Feld getrennt und können aber auch unter erneuter Emission von diesmal rotem Licht wieder rekombinieren. Die unbeabsichtigte Emission von rotem Licht bzw. rote Lumineszenz behindert eine Emission der Licht quelle von rein grünem Licht. Zusätzlich dazu wird der rote Die bzw. Chip in gleicher Weise moduliert „betrieben" wie der ur sprünglich betriebene grüne Die bzw. Chip. Das parasitäre rote Licht ist also in gleicher Weise moduliert wie das grüne Licht. Entsprechend kann das rote Licht nicht durch die vorhandenen Rauschunterdrückungsmechanismen aufgrund der verwendeten Modu lationsfrequenz für das grüne Licht herausgefiltert werden.

Dieses Phänomen ist exemplarisch auch in Figur 4 dargestellt. Die Kurve #1 zeigt das Emissionsspektrum der optoelektronischen Sensorvorrichtung während des Betriebs des grünen LED-Dies. In der Figur ist die normierte und logarithmisch dargestellte In tensität das emittierten Lichtspektrums über die Wellenlänge dargestellt. Es ist zu erkennen, im Bereich von grünem Licht, also einer Wellenlänge von ca. 530 nm, ein Peak des von der optoelektronischen Sensorvorrichtung emittierten Lichts vorhan den ist, jedoch ist auch zu erkennen, dass trotz inaktivem roten LED-Die ein geringerer Peak bei einer Wellenlänge von ca. 660 nm, also rotem Licht, vorhanden ist. Für Biofy-Anwendungen kann diese parasitäre rote Lumineszenz Probleme verursachen. Da nur sehr kleine Reflexionssignale de- tektiert werden und die rote parasitäre Lumineszenz auf die gleiche Weise moduliert wird wie das ursprüngliche grüne Signal, wird eine Mischung aus grünem und rotem Reflexionssignal detek- tiert und dadurch das Messergebnis und die Interpretation des Messergebnisses verfälscht.

Es ist derzeit keine Lösung ohne eine Trennwand und somit eine optische Trennung zwischen den unterschiedlichen lichtemittie- renden Chips bekannt, um für kompakten Sensorvorrichtungen oben genannte Effekte zu verhindern.

Es besteht daher das Bedürfnis, den vorgenannten Problemen ent gegenzuwirken und eine verbesserte optoelektronische Sensorvor- richtung zur Bestimmung eines oder mehrere Vitalparameter einer Person oder eines Lebewesens anzugeben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Diesem und anderen Bedürfnissen wird durch eine optoelektroni sche Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 und einem Verfahren zur Bestimmung eines oder mehrere Vitalparame ter einer Person mit den Merkmalen des Anspruch 9 Rechnung getragen. Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine erfindungsgemäße optoelektronische Sensorvorrichtung zur Bestimmung eines oder mehrere Vitalparameter einer Person, die ein Körperteil auf einer Oberfläche der optoelektronische Sen sorvorrichtung platziert, umfasst wenigstens ein erstes lichtemittierendes Bauelement, das dazu ausgebildet ist Licht einer ersten Wellenlänge zu emittieren, wenigstens ein zweites lichtemittierendes Bauelement, das dazu ausgebildet ist Licht einer zweiten Wellenlänge zu emittieren, und wenigstens einen Detektor, der dazu ausgebildet ist, das von dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten lichtemittierenden Bau element emittierte und an dem Körperteil der Person reflektierte Licht zu detektieren. Die zweite Wellenlänge ist dabei länger als die erste Wellenlänge und das wenigstens eine zweite licht emittierende Bauelement ist mit dem wenigstens einen ersten lichtemittierende Bauelement optisch gekoppelt. Ferner ist wäh rend des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes das zweite lichtemittierende Bauelement kurzgeschlossen oder in Sperrrichtung geschaltet. Um die vorgenannten Probleme zu lösen, wird vorgeschlagen, das zweite lichtemittierende Bauelement, beispielsweise eine rote LED, während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauele mentes, beispielsweise eine grünen LED, kurz zu schließen. Auf diese Weise ist die Trennung der Elektronen-Loch-Paare, die durch das Licht mit der ersten Wellenlänge in dem zweiten licht emittierenden Bauelement erzeugt werden, nicht in der Lage, wieder zu kombinieren, da sie durch das innere Feld effektiv getrennt werden. Eine kontinuierliche Trennung der erzeugten Elektronen-Loch-Paare reduziert daher das von dem zweiten licht- emittierenden Bauelement emittierte Licht der zweiten Wellen länge während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bau elementes deutlich. Durch Anlegen einer Spannung in umgekehrter Richtung bzw. Schalten des zweiten lichtemittierenden Bauele ments in Sperrrichtung kann der Effekt noch verstärkt werden, um die parasitäre Emission von Licht der zweiten Wellenlänge weiter zu unterdrücken. Die parasitäre Emission von Licht der zweiten Wellenlänge kann somit effizient unterdrückt werden, und ein Gehäuse für die optoelektronische Sensorvorrichtung kann klein dimensioniert werden, da weder getrennte Kavitäten für die einzelnen licht emittierenden Bauelemente noch eine optische Trennung zwischen den lichtemittierenden Bauelementen mittels optischen Trennwän den nötig ist. Messungen zur Bestimmung eines oder mehrere Vitalparameter ei ner Person können daher auch für eine sehr klein ausgeführte optoelektronische Sensorvorrichtung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, da die Messungen mit Licht unterschiedli cher Wellenlängen isoliert erfolgen kann, ohne, dass die detek- tierten Signale ein Mischsignal umfassen.

In einigen Ausführungsformen ist das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bauelement mit dem wenigstens einen ersten lichtemittierende Bauelement derart optisch gekoppelt, dass von dem wenigstens einen ersten lichtemittierende Bauelement emit tiertes Licht im Betrieb des ersten lichtemittierenden Bauele mentes zu einer aktiven Zone des wenigstens einen zweiten licht emittierenden Bauelements gelangt. Insbesondere sind das we nigstens eine erste lichtemittierende Bauelement und das we- nigstens eine zweite lichtemittierende Bauelement benachbart zueinander, insbesondere sehr nahe zueinander, angeordnet und optisch miteinander gekoppelt. Zwischen dem wenigstens einen ersten lichtemittierenden Bauelement und dem wenigstens einen zweiten lichtemittierenden Bauelement ist also keine optische Trennwand vorhanden und die beiden Bauelemente sind nicht von einander optisch getrennt.

In einigen Ausführungsformen liegt die erste Wellenlänge, ins besondere die Peakwellenlänge des wenigstens einen ersten licht- emittierenden Bauelements, in einem Bereich von 500 nm bis 570 nm und die zweite Wellenlänge, insbesondere die Peakwellenlänge des wenigstens einen zweiten lichtemittierenden Bauelements, in einem Bereich von 600 nm bis 770 nm. Insbesondere liegt die erste Wellenlänge, insbesondere die Peakwellenlänge des wenigs tens einen ersten lichtemittierenden Bauelements, im Bereich von grünem Licht und die zweite Wellenlänge, insbesondere die Peakwellenlänge des wenigstens einen zweiten lichtemittierenden Bauelements, im Bereich von rotem oder infraroten Licht. Jedoch können die erste und die zweite Wellenlänge auch in anderen Bereichen liegen, solange die erste Wellenlänge länger als die zweite Wellenlänge ist. Die Bereiche der ersten und der zweiten Wellenlänge können sich dabei jedoch auch überlappen, sodass insbesondere zumindest die die Peakwellenlänge des wenigstens einen ersten lichtemittierenden Bauelements länger als die Peak wellenlänge des wenigstens einen zweiten lichtemittierenden Bauelements ist. Die Peakwellenlänge kann insbesondere die Wel lenlänge sein, die bei der spektralen Verteilung des von den lichtemittierenden Bauelementen emittierten Lichts den höchsten Punkt bzw. die größte Intensität erreicht. Diese Wellenlänge (engl. Centroid Wavelength) gibt an, wo der Schwerpunkt der spektralen Verteilung des von den lichtemittierenden Bauelemen ten emittierten Lichts liegt.

In einigen Ausführungsformen sind das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bauelement in ei- ner gemeinsamen Kavität benachbart zueinander angeordnet. Ins besondere kann die optoelektronische Sensorvorrichtung einen Träger aufweisen, in dem wenigstens eine erste Kavität und we nigstens eine zweite Kavität ausgebildet ist. In der wenigstens einen ersten Kavität können das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bauelement benachbart zueinander angeordnet sein, und in der wenigstens einen zweiten Kavität kann der wenigstens eine Detektor angeordnet sein.

Das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite licht- emittierende Bauelement können insbesondere optisch von dem we nigstens einen Detektor getrennt sein, sodass ein direkter Strahlengang zwischen dem wenigstens einen Detektor und dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten licht emittierende Bauelement unterbrochen oder zumindest stark re duziert ist. Somit kann in bevorzugter Weise lediglich Licht, welches an dem Körperteil der Person reflektiert wird von dem Detektor detektiert werden. Direktes Licht, welches von dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten licht emittierenden Bauelement emittiert wird kann entsprechend daran gehindert werden auf direktem Weg in Richtung des Detektors zu gelangen.

In einigen Ausführungsformen sind das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bauelement jeweils durch einen ungehausten Halbleiterchip gebildet. Ungehaust be- deutet, dass der Chip kein Gehäuse um seine Halbleiterschichten herum aufweist, wie z.B. ein „chip die". In einigen Ausfüh rungsformen kann ungehaust bedeuten, dass der Chip frei von jeglichem organischen Material ist. Somit enthält das ungehauste Bauelement keine organischen Verbindungen, die Kohlenstoff in kovalenter Bindung enthalten.

In einigen Ausführungsformen sind das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bauelement Be standteil einer multi-chip LED, oder eines pixelierten LED- Chips. Eine multi-chip LED kann beispielsweise mehrere LED- Chips sowie InfraRot-LED-Chips umfassen, die sich in einem klei nen SMD-Gehäuse befinden. Ein pixelierter LED-Chip kann hinge gen ein LED-Chip sein, der mehrere Bereiche aufweist, die je weils dazu ausgebildet sind Licht mit unterschiedlichen Wellen- längen zu emittieren.

In einigen Ausführungsformen ist jeweils ein erster elektrischer Anschluss des wenigstens einen ersten und des wenigstens einen zweiten lichtemittierende Bauelements während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes an dasselbe Potential angeschlossen. Zusätzlich dazu ist ein zweiter elektrischer An schluss des wenigstens einen ersten und des wenigstens einen zweiten lichtemittierende Bauelements während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes jeweils an unterschied liche Potentiale angeschlossen ist. Solch eine Anordnung bzw. Kontaktierung kann auch als common Anode oder common Kathode bezeichnet werden.

Eine erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung eines oder meh rere Vitalparameter einer Person umfasst die Schritte: Emittieren von Licht einer ersten Wellenlänge in Richtung eines Körperteils der Person mittels wenigstens einem ersten licht emittierenden Bauelement;

Zum Schritt des Emittierens des Licht mit der ersten Wellenlänge zeitlich versetztes Emittieren von Licht einer zweiten Wellen länge in Richtung des Körperteils der Person mittels wenigstens einem zweiten lichtemittierenden Bauelement, wobei die zweite Wellenlänge länger als die erste Wellenlänge ist; und Detektieren, insbesondere zeitlich versetztes Detektieren, des von dem an dem Körperteil der Person reflektierten Lichts der ersten und der zweiten Wellenlänge.

Das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bauelement ist da bei mit dem wenigstens einen ersten lichtemittierende Bauele ment optisch gekoppelt und während des Schrittes des Emittierens des Licht mit der ersten Wellenlänge ist das zweite lichtemit tierende Bauelement kurzgeschlossen oder in Sperrrichtung ge schaltet.

Durch das Kurzschließen oder in Sperrrichtung Schalten (Anlegen einer zusätzlichen Spannung in Sperrrichtung) des zweiten licht emittierenden Bauelements, beispielsweise eine rote LED, wäh rend des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes, beispielsweise eine grüne LED, wird der Aufbau einer Photovol- taik-Spannung durch Trennung der Elektronen-Loch-Paare, die durch das Licht mit der ersten Wellenlänge in dem zweiten licht emittierenden Bauelement erzeugt werden, verhindert bzw. nur in geringem Maße zugelassen. Die erzeugten und durch den Photovol- taik-Effekt getrennten Ladungsträger können an den kurzge schlossenen oder in Sperrrichtung geschalteten Kontakten ab fließen. Zwar findet in dem zweiten lichtemittierenden Bauele- ment auch für den Fall, dass das zweite lichtemittierende Bau element kurzgeschlossen oder in Sperrrichtung geschalten ist, eine strahlende Rekombination der getrennten Ladungsträger bzw. Lichtemission statt, jedoch findet dies in einem deutlich ge ringeren Maße statt, wie im Vergleich zu dem Fall, dass das zweite lichtemittierende Bauelement nicht kurzgeschlossen oder in Sperrrichtung geschalten ist. Vielmehr stellt sich im CW- Betrieb ein Gleichgewicht ein, bei dem die nichtstrahlende Re kombination und die Ladungsträger Trennung gegenüber der strah lenden Rekombination überwiegt. Die parasitäre Emission von Licht der zweiten Wellenlänge während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes kann somit effizient unter drückt werden. Messungen zur Bestimmung eines oder mehrere Vi talparameter einer Person können so auch für eine sehr klein ausgeführte optoelektronische Sensorvorrichtung mit hoher Ge- nauigkeit durchgeführt werden, da die Messungen mit Licht un terschiedlicher Wellenlängen isoliert erfolgen kann ohne dass die Detektierten Signale ein Mischsignal umfassen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch, Fig. 1 eine optoelektronische Sensorvorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;

Fig. 2 eine weitere optoelektronische Sensorvor richtung nach einigen Aspekten des vorge schlagenen Prinzips; Fig. 3A bis 3D Schaltungsanordnungen einer optoelektroni schen Sensorvorrichtung nach einigen Aspek ten des vorgeschlagenen Prinzips; und Fig. 4 Detektionsspektrum eines Detektors einer optoelektronischen Sensorvorrichtung wäh rend des Betriebs eines ersten lichtemit tierenden Bauelementes. Detaillierte Beschreibung

Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschie dene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte her vorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausfüh rungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten kön nen, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.

Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Pro portionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grund sätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden her- vorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie "oben", "oberhalb", "unten", "unterhalb", "größer", "klei ner" und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Be ziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzu- leiten. Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer optoelektronischen Sen sorvorrichtung 1 nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prin zips. Die Sensorvorrichtung umfasst ein im wesentlichen trans parentes Trägersubstrat 9 mit einer Oberfläche 2 auf der ein Körperteil einer Person oder eines Lebewesens platziert werden kann, um einen oder mehrere Vitalparameter der Person oder des Lebewesens zu bestimmen.

Auf einer der Oberfläche 2 abgewandten Seite des Trägersubstrats 9 ist ein erstes und ein zweites lichtemittierendes Bauelement

3, 4 in Form eines pixelierten LED-Chips 10, und benachbart zu dem pixelierten LED-Chip ein Detektor 5 angeordnet.

Das erste lichtemittierende Bauelement 3 ist dazu ausgebildet Licht einer ersten Wellenlänge in Richtung des Trägersubstrats 9 zu emittieren, und das zweite lichtemittierende Bauelement 4 ist dazu ausgebildet Licht einer zweiten Wellenlänge in Richtung des Trägersubstrats 9 zu emittieren. Die zweite Wellenlänge ist dabei länger als die erste Wellenlänge.

Der Detektor 5 ist dazu ausgebildet, das von dem ersten und dem zweiten lichtemittierenden Bauelement 3, 4 emittierte und an dem Körperteil der Person reflektierte Licht zu detektieren. Das zweite lichtemittierende Bauelement 4 ist ferner mit dem ersten lichtemittierenden Bauelement 3 optisch gekoppelt, so- dass während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauele ments 3 von dem ersten lichtemittierenden Bauelement 3 emit tiertes Licht zu einer aktiven Zone des zweiten lichtemittie- renden Bauelements 4 gelangt.

Der Detektor 5 ist hingegen optisch von dem ersten und dem zweiten lichtemittierenden Bauelement 3, 4 entkoppelt, sodass von dem ersten und dem zweiten lichtemittierenden Bauelement 3, 4 emittiertes Licht nicht auf Direktem Weg zu dem Detektor 5 gelangen kann, sondern lediglich an dem Körperteil reflektier tes Licht. Figur 2 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren optoelektro nischen Sensorvorrichtung 1 nach einigen Aspekten des vorge schlagenen Prinzips. Die Sensorvorrichtung umfasst ein Trä- gersubstrat 9 mit einer Oberfläche 2 auf der ein Körperteil einer Person oder eines Lebewesens platziert werden kann, um einen oder mehrere Vitalparameter der Person oder des Lebewesens zu bestimmen. Das Trägersubstrat weist ferner eine erste Kavität 6 auf, in der ein erstes und ein zweites lichtemittierendes Bauelement 3, 4 benachbart zueinander angeordnet sind, sowie eine zweite, zur ersten benachbarte, Kavität 11, in der ein Detektor 5 angeordnet ist.

Wie für die vorangegangene Figur beschrieben, ist das erste lichtemittierende Bauelement 3 dazu ausgebildet Licht einer ersten Wellenlänge in Richtung der Oberfläche 2 zu emittieren, und das zweite lichtemittierende Bauelement 4 ist dazu ausge- bildet Licht einer zweiten Wellenlänge in Richtung der Oberflä che 2 zu emittieren. Die zweite Wellenlänge ist dabei länger als die erste Wellenlänge.

Der Detektor 5 ist dazu ausgebildet, das von dem ersten und dem zweiten lichtemittierenden Bauelement 3, 4 emittierte und an dem Körperteil der Person reflektierte Licht zu detektieren.

Dadurch, dass das erste und das zweite lichtemittierende Bau element 3, 4 und der Detektor 5 in unterschiedlichen Kavitäten 6, 11 angeordnet sind, ist der Detektor 5 optisch von dem ersten und dem zweiten lichtemittierenden Bauelement 3, 4 entkoppelt, sodass von dem ersten und dem zweiten lichtemittierenden Bau element 3, 4 emittiertes Licht nicht auf Direktem Weg zu dem

Detektor 5 gelangen kann, sondern lediglich an dem Körperteil reflektiertes Licht. Dadurch, dass das erste und das zweite lichtemittierende Bau element 3, 4 hingegen in derselben Kavität 6 benachbart zuei nander angeordnet sind ist das zweite lichtemittierende Bauele ment 4 mit dem ersten lichtemittierenden Bauelement 3 optisch gekoppelt, sodass während des Betriebs des ersten lichtemittie renden Bauelements 3 von dem ersten lichtemittierenden Bauele ment 3 emittiertes Licht zu einer aktiven Zone des zweiten lichtemittierenden Bauelements 4 gelangt.

Während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes 3 ist in beiden Fällen, also bei der optoelektronischen Sensor vorrichtung 1 der Figur 1 und der Figur 2, das zweite licht emittierende Bauelement 4 kurzgeschlossen oder in Sperrrichtung geschaltet.

Durch das Kurzschließen oder in Sperrrichtung Schalten des zwei ten lichtemittierenden Bauelements während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes wird der Aufbau einer Photovoltaik-Spannung durch eine Trennung der Elektronen-Loch- Paare, die durch das Licht mit der ersten Wellenlänge in dem zweiten lichtemittierenden Bauelement erzeugt werden, verhin dert bzw. nur in geringem Maße zugelassen. Die erzeugten und durch den Photovoltaik-Effekt getrennten Ladungsträger können an den kurzgeschlossenen oder in Sperrrichtung geschalteten Kontakten abfließen. Innerhalb des zweiten lichtemittierende Bauelement überwiegt dadurch die nichtstrahlende Rekombination sowie die Ladungsträger Trennung, sodass das zweite lichtemit tierende Bauelement selbst kaum bzw. nur in sehr geringem Maße Licht emittiert. Eine parasitäre Emission von Licht der zweiten Wellenlänge während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes kann somit effizient unterdrückt werden. Messungen zur Bestimmung eines oder mehrere Vitalparameter einer Person können so auch für eine sehr klein ausgeführte optoelektronische Sensorvorrichtung, bei der das zweite lichtemittierende Bauele ment 4 mit dem ersten lichtemittierenden Bauelement 3 optisch gekoppelt ist, mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, da die Messungen mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen isoliert erfolgen kann ohne dass die detektierten Signale ein Mischsignal umfassen. Figuren 3A bis 3D zeigen mögliche Schaltungsanordnungen einer optoelektronischen Sensorvorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips. Die Schaltungsanordnungen betreffen jeweils ein erstes und ein zweites lichtemittierendes Bauele ment 3, 4 deren elektrische Anschlüsse, also Anode und Kathode, auf unterschiedliche Weise angeschlossen werden können, um die Funktionalität der optoelektronische Sensorvorrichtung wie vor geschlagen bereitzustellen. Es sei jedoch angemerkt, dass die dargestellten Schaltungsanordnungen rein exemplarischer Natur sein sollen, und jedwede weitere Art der Verschaltung des ersten und des zweiten lichtemittierenden Bauelements 3, 4, die dem

Zwecke der Erfüllung des vorgeschlagenen Prinzips dient, denk bar ist.

Wie in Figur 3A dargestellt ist jeweils ein erster elektrischer Anschluss 7, beispielsweise der Anodenanschluss des ersten und des zweiten lichtemittierende Bauelements 3, 4 miteinander elektrisch verbunden, sodass die beiden elektrischen ersten An schlüsse an dasselbe Potential angeschlossen sind. Während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes 3 sind so- mit das erste und das zweite lichtemittierende Bauelement 3, 4 jeweils an deren erstem elektrischen Anschluss 7 an dasselbe Potential angeschlossen. Ein zweiter elektrischer Anschluss 8, beispielsweise der Kathodenanschluss des ersten und des zweiten lichtemittierende Bauelements 3, 4 ist hingegen nicht elektrisch miteinander verbunden. Während des Betriebs des ersten licht emittierenden Bauelementes 3 kann an dem jeweiligen zweiten elektrischen Anschluss 8 somit jeweils ein unterschiedliches Potential angeschlossen sein, sodass das zweite lichtemittie rende Bauelement 4 während dem Betrieb des ersten lichtemittie- rende Bauelement 3 beispielsweise kurzgeschlossen ist wenn an dem zweiten elektrischen Anschluss 8 des zweiten lichtemittie renden Bauelements 4 dasselbe Potential angeschlossen wird wie an dessen ersten elektrischen Anschluss 7. Bei der in Figur 3B dargestellten Schaltungsanordnung sind im Vergleich zu der in Figur 3A dargestellten Schaltungsanordnung lediglich die beiden lichtemittierenden Bauelemente 3, 4 jeweils in entgegengesetzte Durchflussrichtung in der Schaltungsanord nung angeordnet. Die im obigen beschriebene Funktionalität bzw. Möglichkeit, dadurch das zweite lichtemittierende Bauelement 4 während dem Betrieb des ersten lichtemittierenden Bauelements 3 kurz schließen zu können ist jedoch identisch.

Figuren 3C und 3D zeigen im Vergleich zu den Figuren 3A und 3B eine Ausführungsform, bei der jeweils nur das zweite lichtemit tierende Bauelement 4 in entgegengesetzter Durchflussrichtung in der Schaltungsanordnung angeordnet ist. Bei entsprechender Wahl des an die elektrischen Anschlüsse angelegtem Potentials kann so während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bau- elementes 3 das zweite lichtemittierende Bauelement 4 in Sperr richtung geschaltet sein.

BEZUGSZEICHENLISTE optoelektronische Sensorvorrichtung Oberfläche erstes lichtemittierendes Bauelement zweites lichtemittierendes Bauelement Detektor Kavität erster elektrischer Anschluss zweiter elektrischer Anschluss Trägersubstrat pixelierter LED-Chip zweite Kavität

Claims

PATENTANS PRÜCHE

1. Optoelektronische Sensorvorrichtung (1) zur Bestimmung ei nes oder mehrere Vitalparameter einer Person, die einen Körperteil auf einer Oberfläche (2) der optoelektronische Sensorvorrichtung platziert, umfassend: wenigstens ein erstes lichtemittierendes Bauelement (3), das dazu ausgebildet ist Licht einer ersten Wellenlänge zu emittieren; wenigstens ein zweites lichtemittierendes Bauelement (4), das dazu ausgebildet ist Licht einer zweiten Wellenlänge zu emittieren, wobei die zweite Wellenlänge länger als die erste Wellenlänge ist; und wenigstens einen Detektor (5), der dazu ausgebildet ist, das von dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten lichtemittierenden Bauelement (3, 4) emit tierte und an dem Körperteil der Person reflektierte Licht zu detektieren; wobei das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bau element (4) mit dem wenigstens einen ersten lichtemittie rende Bauelement (3) optisch gekoppelt ist; und wobei während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes (3) das zweite lichtemittierende Bauelement (4) kurzgeschlossen ist.

2. Optoelektronische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bauelement (4) mit dem wenigstens einen ersten lichtemittierende Bau element (3) derart optisch gekoppelt, dass von dem wenigs tens einen ersten lichtemittierende Bauelement (3) emit tiertes Licht im Betrieb des ersten lichtemittierenden Bauelementes (3) zu einer aktiven Zone des wenigstens ei nen zweiten lichtemittierenden Bauelements (4) gelangt.

3. Optoelektronische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder

2, wobei die erste Wellenlänge in einem Bereich von 500 nm bis 570 nm und die zweite Wellenlänge in einem Bereich von 600 nm bis 770 nm liegt.

4. Optoelektronische Sensorvorrichtung nach einem der vo rangegangen Ansprüche, wobei das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bauele ment (3, 4) in einer gemeinsamen Kavität (6) benachbart zueinander angeordnet sind.

5. Optoelektronische Sensorvorrichtung nach einem der vo rangegangen Ansprüche, wobei das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bauele ment (3, 4) jeweils durch einen ungehausten Halbleiter chip gebildet sind.

6. Optoelektronische Sensorvorrichtung nach einem der vo rangegangen Ansprüche, wobei das wenigstens eine erste und das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bauele ment (3, 4) Bestandteil einer multi-chip LED, oder eines pixelierten LED-Chips sind.

7. Optoelektronische Sensorvorrichtung nach einem der vo rangegangen Ansprüche, wobei ein direkter Strahlengang zwischen dem wenigstens einen Detektor (5) und dem we nigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten lichtemittierende Bauelement (3, 4) unterbrochen ist.

8. Optoelektronische Sensorvorrichtung nach einem der vo rangegangen Ansprüche, wobei jeweils ein erster elektri- scher Anschluss (7)des wenigstens einen ersten und des wenigstens einen zweiten lichtemittierende Bauelements (3, 4) während des Betriebs des ersten lichtemittierenden Bauelementes (3) an dasselbe Potential angeschlossen ist, und ein zweiter elektrischer Anschluss (8) des wenigstens einen ersten und des wenigstens einen zweiten lichtemit- tierende Bauelements (3, 4) während des Betriebs des ers ten lichtemittierenden Bauelementes (3) jeweils an un terschiedliche Potentiale angeschlossen ist.

9. Verfahren zur Bestimmung eines oder mehrere Vitalparameter einer Person umfassend die Schritte:

Emittieren von Licht einer ersten Wellenlänge in Rich tung eines Körperteils der Person mittels wenigstens einem ersten lichtemittierenden Bauelement (3); Zum Schritt des Emittierens des Licht mit der ersten

Wellenlänge zeitlich versetztes Emittieren von Licht einer zweiten Wellenlänge in Richtung des Körperteils der Person mittels wenigstens einem zweiten lichtemittierenden Bau element (4), wobei die zweite Wellenlänge länger als die erste Wellenlänge ist; und

Detektieren des von dem an dem Körperteil der Person reflektierten Lichts der ersten und der zweiten Wellen länge; wobei das wenigstens eine zweite lichtemittierende Bau- element (4) mit dem wenigstens einen ersten lichtemittie rende Bauelement (3) optisch gekoppelt ist; und wobei während des Schrittes des Emittierens des Licht mit der ersten Wellenlänge das zweite lichtemittierende Bau element (4) kurzgeschlossen oder in Sperrrichtung geschal tet ist.