【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光电子生物传感器以及一种用于制造所述光电子生物传感器的方法。
技术介绍
1、使用光学生物传感器，以便借助于传感器测量由组织放射或反射的光。根据应用，于是可以根据光分量向回推断出不同的生理参数。因此，例如可以借助于生物传感器执行光电体积描记术(photoplethysmographie)，其中由传感器输出的光与人体组织相互作用。在此也出现光通过更深处的组织层中的血红蛋白吸收。吸收过程引起返回的光与心跳一致的缓慢的调制。生物传感器中的对应的光探测器可以在具有反射回的分量的光信号中探测到所述调制。
2、然而，所述调制是相当弱的，因为由生物传感器输出的光的最大部分由于强烈散射已经在表面上或通过非供血的组织层和其他影响被反射回，不会产生调制。因此未调制的光也到达探测器中，并且在那里引起dc信号，所述dc信号对用于测量心率的信息可能没有任何贡献。所述dc分量使信噪比变差。
3、对应地存在如下需求，改进信噪比并且减少对测量没有贡献或仅作出非常少贡献的光分量。
技术实现思路
1、所述要求通过独立专利权利要求的主题来考虑。设计方案和其他措施是从属权利要求的主题。
2、专利技术人已经认识到，在这种上文提及的测量中，由于光与人体组织的相互作用，光被散射或吸收和再吸收。光中的仅一部分在与组织相互作用之后向回传播，并由生物传感器的光电探测器装置检测。由于光在最上部的且非供血的组织层处的强烈的散射，由生物传感器的光电探测器装置检测到的信号的未调制的分量相对
3、因此，在后续的信号处理中，必须采取特别措施来减少信号的所述dc分量，以便获得足够的信噪比snr。信号的dc分量在此由从生物传感器的光源直接到生物传感器的探测器装置的光的内部串扰、光在靠近表面的组织层上的散射和光在更深处的组织层中的散射组成，然而不与血液或血红蛋白或其他产生期望的相互作用的组织相互作用。当前，利用所提出的原理可以减少由于最上部的组织层处的直接串扰或散射引起的信号分量。
4、为此，专利技术人提出一种光电子生物传感器，所述光电子生物传感器包括具有透明的支承面的壳体。在光电子生物传感器的应用中，透明的支承面用于与皮肤或其他组织接触。同样可以提出透明的保护盘。例如，在具有透明的支承面的应用中，光电子生物传感器施加到皮肤上，用于检测组织层内部的心率。
5、光电子生物传感器还包括在生物传感器的壳体的第一区域中的发射器装置，其中发射器装置构成用于产生光并且将所述光朝向支承面输出。在壳体的第二区域中设有探测器装置。根据本专利技术，第一光学光导元件设置在探测器装置与支承面之间。所述第一光学光导元件设计成，以相对于对支承面的垂直线比预设角度小的角度将光朝向探测器装置引导。预设角度在此至少取决于光学光导元件与包围光学光导元件的材料之间的边界面处的折射指数的不同。
6、在根据所提出的原理的生物传感器中，专利技术人利用：射到支承面上的光由于与不同的皮肤面的相互作用是角度相关的。在此已确定，以相对陡峭的角度、即关于垂直线小的角度射到支承面上的光主要来自更深的组织层。所述光分量尤其包含特别高份额的与血红蛋白或血液相互作用的光。
7、相反，来自非供血的、靠近表面的组织层的光以相对于垂直线特别大的角度射到相应的支承面上。当前通过对应设置的光学光导元件实现，高于临界角度的光分量再次离开光学光导元件，尤其在光学光导元件与包围光导元件的材料之间的边界面上不向回反射，而是折射出去。
8、换言之，以比预设角度更小的角度射到支承面上的光分量主要在光学光导元件与包围的材料之间的边界面处被反射，从而到达探测器设备中。如果角度大于预设角度，根据所提出的原理，光分量由光学探测器设备引导离开。在此已经确定，主要通过散射光引起的这种光分量来自靠近表面的组织层。通过减少所述dc信号分量可以改进信噪比。在此和在下文中，术语“预设角度”或“临界角度”同义使用。
9、与传统产品相反，在所述传统产品中，光发射单元以及光电探测器必须以相对大的间距彼此放置，以便减少这种散射光，在所描述的方案中，即使在发射器与探测器之间的间距相对小的情况下，也可以有效抑制由于直接串扰引起的dc信号分量。这能够实现其特征在于小的尺寸的应用，并且允许在探测器与发射器之间的间距为2mm至3mm的范围内的相对小的空间上实现这种生物传感器。在一些方面，总面积也可以在2mm2至4mm2的范围内。这种生物传感器的厚度也可以通过设置在探测器装置上的光学光导元件来减小。因此，这种生物传感器允许例如在手指的指尖、指节处测量，但是也可以在耳道或耳朵或其他需要小尺寸的生物传感器来容易到达的身体区域中测量。
10、为了产生合适的光引导，第一光学光导元件的材料包括比包围第一光学光导元件的材料更大的折射指数。由于如所标明的不同的折射指数，耦合输入到第一光学光导元件中的光低于预设角度或临界角度在射到边界面上时被向回反射到光波导中，从而进入到探测器设备中。在所述上下文中，术语“折射指数”和“折射率”同义地使用。
11、预设角度在此取决于第一光学光导元件的材料以及包围光学光导元件的材料之间的不同的折射指数。一般来说，所述折射率突变越大，则接收角度越小或临界角度也越大或者允许接收角度越小或临界角度也越大。对应地，因此可以通过包围光导元件的材料和光导元件的不同的材料来设定信噪比，所述信噪比又是预设角度的函数。在一个方面，预设角度与这两个分别经平方的折射指数的差的平方根的反正弦成比例。
12、在另一方面，至少第二区域、即设置有探测器装置的区域，填充有包围第一光学光导元件的材料，直至支承面的高度。所述材料同样如第一光学光导元件的材料那样对耦合输入到支承面中的光是透明的。例如，具有n>1.6的折射指数的硅树脂或者还有聚碳酸酯适合作为用于第一光学光导元件的可行的透明材料。然而，具有较低的折射指数例如n<＝1.5的其他塑料或环氧树脂可以用作为用于包围光学光导元件的材料的材料。在一些方面，同样具有高的折射指数的特别的玻璃也可以用于光学光导元件。
13、为了防止从光学光导元件射出的光分量又通过壳体壁到达探测器元件中并在那里导致不可用的信号分量，在一些方面提出，壳体的朝向第二区域的表面以对于由发射器装置发出的光是吸收性的方式实施。这可以尤其是壳体壁，但是也可以是壳体底部。例如，吸收可以通过壳体上的附加层引起，但是也可以通过由壳体使用的材料引起。在此主要考虑吸收性的颗粒，如炭黑、碳等。
14、在本专利技术的一个设计方案中提供，也利用透明的材料包围发射器单元，使得所述发射器单元受保护免受外部环境影响。包围发射器装置的材料可以是与包围第一光学光导元件的材料相同的材料。在使用相同的材料的情况下，可以降低用于制造这种生物传感器的耗费。例如可行的是，将第一光学光导元件粘贴或以其他方式紧固到探测器装置上，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光电子生物传感器，所述光电子生物传感器包括：
2.根据权利要求1所述的光电子生物传感器，其中所述第一光学光导元件(5)的材料(15)具有比包围所述第一光学光导元件的材料(16)更高的折射指数(n1)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述预设角度与这两个分别经平方的折射指数的差的平方根的反正弦成比例。
4.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中至少所述第二区域以包围所述第一光学光导元件(16)的材料填充，直至所述支承面的高度。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中，包围所述第一光学光导元件的材料(16)透明地实施。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述壳体的朝向所述第二区域的表面(141)以对于由所述发射器装置(10)发出的光是吸收性的方式实施。
7.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中，包围所述第一光学光导元件的材料(16)包括以下材料中的至少一种材料：
8.根据上述权利要求中任一项所述的光
9.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述第一光学光导元件(5)和/或所述第二光学光导元件(6)包括以下材料中的至少一种材料：
10.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述第一光学光导元件(5)和/或所述第二光学光导元件(6)具有朝向所述支承面(17)渐缩的横截面。
11.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述第一光学光导元件(5)和/或所述第二光学光导元件(6)具有朝向所述支承面增大的横截面。
12.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述壳体的所述第一区域与所述壳体的所述第二区域通过从所述壳体的底部延伸直至所述支承面的吸收性的区域(130)分开。
13.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述支承面(17)在所述第一区域和/或所述第二区域(175，176，177)中是结构化的。
14.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，所述光电子生物传感器还包括：
15.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，所述光电子生物传感器还包括：
16.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述发射器装置(10)通过以下元件中的至少一个元件形成：
17.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述发射器单元(10)实施用于产生和发出不同波长的光。
18.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，所述光电子生物传感器还包括控制电路(30)，所述控制电路设置在所述壳体的第二区域中，并且所述探测器设备(11)可选地放置在所述控制电路上。
19.一种用于制造生物传感器的方法，所述方法包括以下步骤：
20.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
21.根据权利要求19至20中任一项所述的方法，其中所述第一光学光导元件和所述第二光学光导元件包括相同的材料；和/或所述第一区域和所述第二区域的灌封材料是相同的灌封材料。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中所述第一光学光导元件和/或所述第二光学光导元件(6)具有朝向所述支承面(17)渐缩的横截面。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其中所述第一光学光导元件(5)和/或所述第二光学光导元件(6)具有朝向所述支承面增大的横截面。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种光电子生物传感器，所述光电子生物传感器包括：
2.根据权利要求1所述的光电子生物传感器，其中所述第一光学光导元件(5)的材料(15)具有比包围所述第一光学光导元件的材料(16)更高的折射指数(n1)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述预设角度与这两个分别经平方的折射指数的差的平方根的反正弦成比例。
4.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中至少所述第二区域以包围所述第一光学光导元件(16)的材料填充，直至所述支承面的高度。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中，包围所述第一光学光导元件的材料(16)透明地实施。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述壳体的朝向所述第二区域的表面(141)以对于由所述发射器装置(10)发出的光是吸收性的方式实施。
7.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中，包围所述第一光学光导元件的材料(16)包括以下材料中的至少一种材料：
8.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，所述光电子生物传感器还包括：
9.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述第一光学光导元件(5)和/或所述第二光学光导元件(6)包括以下材料中的至少一种材料：
10.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述第一光学光导元件(5)和/或所述第二光学光导元件(6)具有朝向所述支承面(17)渐缩的横截面。
11.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述第一光学光导元件(5)和/或所述第二光学光导元件(6)具有朝向所述支承面增大的横截面。
12.根据上述权利要求中任一项所述的光电子生物传感器，其中所述壳体的所述第一区域与所述壳体的所述第二区域通过从所述壳体的底部延伸直...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢尔盖·库达耶夫，延斯·里克特，克劳斯·弗勒克，
申请(专利权)人：艾迈斯欧司朗国际有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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