用于光学传感器的光学光导制造技术

本公开涉及用于光学传感器的光学光导。本文档公开了一种用于光学生物特征测量的解决方案。根据一方面，传感器设备包括：被配置为面向人体的皮肤的传感器头，该传感器头包括被配置为朝着皮肤的方向发射光的至少一个光学发射器和被配置为感测从皮肤的方向发射的光的至少一个光检测器；以及平行光导元件的阵列，其被布置为形成多条平行光路，将光从所述至少光学发射器引导至所述至少一个光检测器，每个光导元件在所述光导元件的第一端和第二端之间包括光学透明的芯和围绕芯的光学屏障，芯与光学屏障一起在端部之间沿着芯聚焦光。光学屏障一起在端部之间沿着芯聚焦光。光学屏障一起在端部之间沿着芯聚焦光。

【技术实现步骤摘要】
用于光学传感器的光学光导


[0001]本专利技术涉及生理或生物特征测量领域，并且尤其涉及光学测量和光学光导在光学传感器设备中的使用。

技术介绍

[0002]光电容积脉搏波(PPG)传感器是心脏活动传感器的示例。PPG传感器通常包括至少一个光源(诸如发光二极管(LED))，以及至少一个光检测器(诸如光电二极管)。由(一个或多个)LED发射的光被引导至穿戴PPG传感器的用户的皮肤上，并且光经由皮肤被递送到(一个或多个)光电二极管。对于准确的PPG测量，重要的是将来自(一个或多个)LED的光经由皮肤递送到(一个或多个)光电二极管。任何直接从(一个或多个)LED递送到(一个或多个)光电二极管的光都是干扰。其它光学生物特征传感器会遇到类似的干扰。

技术实现思路

[0003]本专利技术由独立权利要求的主题定义。
[0004]实施例在从属权利要求中定义。
附图说明
[0005]下面将参考附图借助于优选实施例更详细地描述本专利技术，其中
[0006]图1图示了可以对其应用本专利技术的实施例的系统；
[0007]图2图示了光学生物特征测量；
[0008]图3和4图示了根据一些实施例的用于光学生物特征测量的传感器头。
[0009]图5图示了光导元件的实施例；
[0010]图6图示了根据实施例的传感器头在腕式设备中的实施方式；
[0011]图7和8图示了根据一些实施例的传感器头的分层结构；
[0012]图9图示了根据实施例的传感器设备的结构的框图；
[0013]图10和11图示了在光学生物特征测量中采用有源像素传感器阵列的处理的一些实施例；以及
[0014]图12图示了在光学生物特征测量期间动态配置发射器和光检测器的处理。
具体实施方式
[0015]以下实施例是示例性的。虽然本说明书可能在文本的多个位置提及“一”、“一个”或“一些”实施例，但这并不一定意味着每次引用都涉及相同的(一个或多个)实施例，或者特定特征仅适用于单个实施例。不同实施例的单个特征也可以组合以提供其它实施例。
[0016]图1图示了可以对其应用本专利技术的实施例的系统。所述系统可以包括用于监视用户100的体育训练、活动和/或不活动的训练计算机。该系统可以被配置为在一个或多个体育锻炼期间测量用户100和/或在白天和/或夜间(例如，一天24小时)期间监视用户100的身
体活动和/或不活动。通过使用关于图1并在以下实施例中描述的一个或多个设备，这会是可能的。
[0017]参考图1，用户100可以穿戴可穿戴设备，诸如腕式设备102、头部传感器单元104C、躯干传感器104B和/或腿部传感器104A。在另一个示例中，可穿戴设备可以是和/或被包括在眼镜中。在另一个示例中，可穿戴设备被包括或配置为与一件或多件衣服(或服装)耦合。此类衣服的示例可以包括(一个或多个)胸罩、游泳服装(诸如泳衣或泳帽)、(一个或多个)手套、背带、衬衫、带子或背心。衣服或服装可以由用户穿着。在一些实施例中，可穿戴设备被集成为衣服或服装的一部分。
[0018]这种被配置为测量用户的可穿戴设备的典型实施例是腕式设备102。腕式设备102可以是例如智能手表、智能设备、运动手表和/或活动跟踪装置(例如，手镯、臂带、腕带)。腕式设备102可以被用于通过使用来自腕式设备102中包括的(一个或多个)内部传感器的数据、来自(一个或多个)外部传感器设备104A
‑
C的数据和/或来自外部服务(例如，训练数据库112)的数据来监视用户100的身体活动。有可能从网络110接收身体活动相关的信息，因为网络可以包括例如用户100和/或一些(一个或多个)其他用户的身体活动相关的信息。因此，腕式设备102可以被用于监视用户100和/或(一个或多个)其他用户的身体活动相关的信息。网络110可以将腕式设备连接到训练数据库112和/或服务器114。服务器114可以被配置为启用训练数据库112和一些外部设备(诸如腕式设备和/或其它可穿戴设备)之间的数据传送。可穿戴设备的其它示例包括图1中所示和上文所述的设备。
[0019]可穿戴设备102可以包括被配置为测量用户的光学生物特征传感器。例如，生物特征传感器可以是光电容积脉搏波(PPG)传感器，其被配置为确定用户100的心脏活动，诸如心率、心跳间隔(HBI)和/或心率变异性(HRV)。PPG传感器还可以(或可替代地)用于测量氧饱和度(SpO2)或脉搏血氧。
[0020]图2图示了光学生物特征传感器的传感器头的示例，包括多个光学发射器(诸如发光二极管(LED)210、212)和光检测器(诸如光电二极管214)。光学测量可以包括LED 210、212朝着用户100的身体组织208发射光200、202并通过使用光检测器214测量来自用户100的身体组织的反弹的、反射的、衍射的、散射的和/或发射的光204。发射的光在穿过用户100的静脉时被调制，并且该调制可以由光学心脏活动传感器单元检测。通过使用由(一个或多个)光检测器转换成电测量信号的检测到的光学测量数据，可以检测用户的各种特点(诸如心率、氧饱和度、血压和睡眠质量)。
[0021]还需要注意的是，传感器头可以产生所测量的生物特征特点的原始测量数据和/或它可以将测量数据处理成生物特征数据(诸如心率)。在后面的实施例中，传感器头可以包括数据处理能力。而且，腕式设备102和/或一些其它可穿戴设备可以包括处理电路系统，该处理电路系统被配置为从心脏活动电路系统获得心脏活动测量数据并将所述数据处理成心脏活动信息(诸如表征用户100的心脏活动的心脏活动度量)。例如，光学心脏活动传感器单元的测量数据可以被处理电路系统用来确定用户100的心率、HRV和/或HBI。另外，原始测量数据和/或经处理的信息可以由腕式设备102或一些其它可穿戴设备处理，和/或传输到外部设备(诸如便携式电子设备106)。
[0022]腕式设备102(或更广泛地，可穿戴设备)可以包括(一个或多个)其它类型的传感器。(一个或多个)此类传感器可以包括基于激光多普勒的血流传感器、磁血流传感器、机电
膜(EMFi)脉搏传感器、温度传感器、压力传感器、心电图(ECG)传感器和/或极化血流传感器。
[0023]用光学心脏活动传感器单元(简称为OHR)测量用户的心脏活动会受到运动伪影的影响。即，运动伪影会对测得的心脏活动信号造成影响。该影响会造成由信号携带的信息是错误的和/或不完整的。下面描述的一些实施例提供了减少运动伪影对使用OHR测得的心脏活动信号的影响的解决方案。该解决方案可以使用户能够接收更准确的心脏活动信息以例如在体育训练期间帮助他们或计划他们未来的训练课程。
[0024]除了诸如腕式设备102或头部传感器104C之类的可穿戴设备之外，光学生物特征测量能力还可以在不特定于穿戴的传感器设备中提供。例如，诸如健身设备105之类的一些训练设备可以配备能够例如通过采用PPG来执行光学生物特征测量的传感器头。这种传感器头可以设置在诸如跑步机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光学生物特征测量的传感器设备，包括：传感器头，被配置为面向人体的皮肤，该传感器头包括：被配置为朝着皮肤的方向发射光的至少一个光学发射器，以及被配置为感测从皮肤的方向发射的光并将感测到的光转换成测量信号的至少一个光检测器；平行光导元件的阵列，被布置为形成将光从至少光学发射器引导至所述至少一个光检测器的多条平行光路，每个光导元件在所述光导元件的第一端和第二端之间包括光学透明材料的实心芯和围绕芯的光学屏障，芯与光学屏障一起在端部之间沿着芯聚焦光；以及处理电路系统，被配置为基于测量信号计算生物特征参数。2.如权利要求1所述的传感器设备，其中每个光导元件沿着从第一端到第二端的路径是细长的，并且每个光导元件从第一端到第二端的长度大于光导元件的直径。3.如权利要求1或2所述的传感器设备，其中光导元件的阵列的第一端被布置为面向皮肤，以及其中阵列的光导元件的第一子集的第二端被布置为面向所述至少一个光学发射器并且阵列的光导元件的第二子集被布置为面向所述至少一个光检测器。4.如权利要求3所述的传感器设备，其中由阵列的第一端形成的表面是弯曲的，使得光导元件的长度遵循弯曲。5.如权利要求1或2所述的传感器设备，其中每个光导元件的直径小于所述至少一个光检测器中的光检测器的直径，并且其中多个光导元件部署在所述光检测器上以引导光至所述光检测器。6.如权利要求1或2所述的传感器设备，其中光导元件的阵列由渐变折射率光纤的阵列形成。7.如权利要求1或2所述的传感器设备，其中所述至少一个光检测器形成检测器层并且光导元件的阵列形成部署在检测器层和皮肤之间的光纤板层。8.如权利要求7所述的传感器设备，其中所述至少一个光学发射器形成部署在光纤板层和检测器层之间的发射器层，以及其中发射器层包括通过所述发射器层的多条光路。9.如权利要求7所述的传感器设备，其中所述至少一个光学发射器形成发射器...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：博能电子公司，
类型：发明
国别省市：