传感器装置的制作方法

本发明涉及传感器装置。

本专利申请要求德国专利申请de102016109694.6的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术：

从现有技术中已知用于捕获与人类用户的健康和健身相关的数据的传感器装置。举例来说，这样的传感器装置可以建立心率和/或动脉血氧饱和度。用于通过在照射穿过用户的皮肤时测量光吸收来光学地捕获这样的参数的方法是已知的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种传感器装置。该目的通过具有权利要求1的特征的传感器装置来实现。从属权利要求说明了各种发展。

一种传感器装置包括：用于发射具有来自第一光谱范围的波长的光的第一光发射器；用于发射具有来自第二光谱范围的波长的光的第二光发射器；第一光检测器，其被配置为检测具有来自第一光谱范围的波长的光但不响应具有来自第二光谱范围的波长的光；以及第二光检测器，其被配置为检测具有来自第一光谱范围的波长的光和具有来自第二光谱范围的波长的光。在这里，第一光发射器和第一光检测器之间的距离小于第二光发射器和第二光检测器之间的距离。

由该传感器装置的光发射器发射的光可以被辐射到该传感器装置的用户的皮肤的上皮层中。借助于该传感器装置的光检测器可以捕获在用户皮肤处或皮肤中反射的光。在这里，第一光检测器仅捕获第一光发射器的光，而第二光检测器能够捕获第一光发射器的光和第二光发射器的光。

有利地，该传感器装置中的第二光发射器和相关联的第二光检测器之间的距离大于第一光发射器和相关联的第一光检测器之间的距离。结果，由第二光发射器发射的光在第二光检测器检测到所述光之前比由第一光发射器发射的光在第一光检测器检测到所述光之前在传感器装置的用户的皮肤中行进得更远。其结果是，可以考虑用户的皮肤中的光的反射和吸收程度的差异，所述差异取决于发射光的波长。有利地，可以由此增加传感器装置的测量精确度。

由于第一光检测器被配置为仅响应具有来自第一光谱范围的波长的光但不响应具有来自第二光谱范围的波长的光，第一光检测器可以能够以特别高的精确度检测具有来自第一光谱范围的波长的光。举例来说，为此，第一光检测器可以包括滤光器，该滤光器滤除具有来自第二光谱范围的波长的光，但是让具有来自第一光谱范围的波长的光通过。

在传感器装置的实施例中，该传感器装置包括第三光发射器，用于发射具有来自第三光谱范围的波长的光。这里，第一光检测器被配置为不响应具有来自第三光谱范围的波长的光。第二光检测器被配置为检测具有来自第三光谱范围的波长的光。在该传感器装置中，由第三光发射器发射并在传感器装置的用户的皮肤处或皮肤中反射的光因此由第二光检测器检测而不是由第一光检测器检测。由第三光发射器发射的光可以用于实现传感器装置的附加测量功能性；然而，例如，它还可以辅助借助于由第二光发射器发射的光所执行的测量。第三光发射器和第二光检测器之间的距离同样可以大于第一光发射器和第一光检测器之间的距离。由于第一光检测器不响应具有来自第三光谱范围的波长的光，所以第一光检测器可以被体现为以特别高的精确度检测具有来自第一光谱范围的波长的光。

在传感器装置的实施例中，第三光谱范围是红外光谱范围。结果，由第三光发射器发射的光可以例如适合用于借助于传感器装置确定传感器装置的用户的血液中的动脉血氧饱和度。

在传感器装置的实施例中，第一光谱范围是520nm至570nm的波长范围。结果，由第一光发射器发射的具有来自第一光谱范围的波长的光可以例如适合用于建立传感器装置的用户的心率。

在传感器装置的实施例中，第二光谱范围是红色光谱范围。结果，由第二光发射器发射的具有来自第二光谱范围的波长的光可以例如适合用于在传感器装置的用户的血液中建立动脉血氧饱和度。

在传感器装置的实施例中，将第一光检测器布置在第一光发射器和第二光检测器之间。这有利地实现的是：第一光发射器和第一光检测器之间的距离小于第二光发射器和第二光检测器之间的距离。这里出现的是传感器装置的组件的节省空间的布置，这使得可以以紧凑的形式配置传感器装置。

在传感器装置的实施例中，将第一光检测器布置在第二光发射器和第二光检测器之间。这也有利地实现的是：第一光发射器和第一光检测器之间的距离小于第二光发射器和第二光检测器之间的距离。这里出现的是传感器装置的组件的节省空间的布置，这使得可以以紧凑的形式配置传感器装置。

在传感器装置的实施例中，传感器装置包括第四光发射器，用于发射具有来自第一光谱范围的波长的光。这里，第四光发射器可以被配置为例如像第一光发射器。有利地，这可以增加由传感器装置发射的具有第一光谱范围的波长的光的总亮度。此外，第一光发射器和第四光发射器可以以这样的方式布置：使得由第一光发射器和第四光发射器发射的具有来自第一光谱范围的波长的光的分量从不同的空间方向照射传感器装置的用户的皮肤，其结果是可以促进特别可靠和精确的测量。

在传感器装置的实施例中，将第一光检测器布置在第一光发射器和第四光发射器之间。有利地，作为其结果，由第一光发射器和第四光发射器发射的具有来自第一光谱范围的波长的光的分量在由第一光检测器检测到它们之前照射传感器装置的用户的皮肤的不同部分，作为其结果，由传感器装置执行的测量可以特别可靠和精确。

在传感器装置的实施例中，将第一光发射器布置在第一光检测器和第二光检测器之间。有利地，这还表示了传感器装置的组件的节省空间的布置，其中第一光发射器和第一光检测器之间的距离小于第二光发射器和第二光检测器之间的距离。这有利地促进了传感器装置的紧凑配置。

在传感器装置的实施例中，将第一光发射器布置在第二光发射器和第二光检测器之间。有利地，这还表示了传感器装置的组件的节省空间的布置，其中第一光发射器和第一光检测器之间的距离小于第二光发射器和第二光检测器之间的距离。由此有利地促进了配置具有紧凑外部尺寸的传感器装置。

在传感器装置的实施例中，传感器装置包括第三光检测器，其被配置为检测具有来自第一光谱范围的波长的光但不响应具有来自第二光谱范围的波长的光。因此，在该传感器装置中的第三光检测器同样被提供用于检测由第一光发射器发射的具有来自第一光谱范围的波长的光。由于第三光检测器不响应具有来自第二光谱范围的波长的光，所以允许第三光检测器以特别高的精确度检测具有来自第一光谱范围的波长的光。举例来说，为此，第三光检测器可以包括滤光器，该滤光器滤除具有来自第二光谱范围的波长的光，但是不滤除具有来自第一光谱范围的波长的光。第一光检测器和第三光检测器可以以这种方式被布置在该传感器装置中：使得由第一光检测器检测到的由第一光发射器发射的光与由第三光检测器检测到的第一光发射器发射的光通过传感器装置的用户的皮肤的不同部分。这有利地允许传感器装置以特别高的可靠性和精确度执行使用由第一光发射器发射的光所执行的测量。

在传感器装置的实施例中，将第一光发射器布置在第一光检测器和第三光检测器之间。结果，由第一光发射器发射的具有来自第一光谱范围的波长的光在其被第一光检测器检测之前与在其被第三光检测器检测之前通过传感器装置的用户的皮肤的不同部分。这里，由第一光发射器发射的光也从不同的空间方向照射传感器装置的用户的皮肤。这有利地允许传感器装置以特别高的可靠性和精确度执行使用由第一光发射器发射的光所执行的测量。

在传感器装置的实施例中，第一光检测器包括滤光器，该滤光器被配置为滤除具有来自第二光谱范围的波长的光。有利地，这允许第一光检测器以特别高的精确度检测具有来自第一光谱范围的波长的光，而不是具有来自第二光谱范围的波长的光，具有来自第二光谱范围的波长的光可以照射第一光检测器，导致测量信号中的干扰。

在传感器装置的实施例中，第一光发射器被配置为发光二极管芯片。作为其替代或作为其补充，第二光发射器可以被配置为发光二极管芯片。有利地，这促进了传感器装置的光发射器的成本有效且紧凑的实施例。此外，被配置为发光二极管芯片的光发射器可以被配置为发射具有非常精确设定的波长的光。

在传感器装置的实施例中，第一光检测器被配置为光电检测器，特别是光电二极管。作为其替代或作为其补充，第二光检测器可以被配置为光电检测器，特别是光电二极管。有利地，作为其结果，传感器装置的光检测器可以被配置为是紧凑的，可以以成本有效的方式获得并且可以促进以高精确度检测光。

在传感器装置的实施例中，传感器装置被配置为根据反射光电容积描记法的方法测量心率。有利地，传感器装置由此促进心率的光学测量，而传感器装置的用户不必为此另外施加电极等。

在传感器装置的实施例中，传感器装置被配置为测量患者的血液中的氧饱和度。有利地，传感器装置在此促进氧饱和度的光学和非侵入性测量。

附图说明

结合以下结合附图更详细地解释的示例性实施例的描述，本发明的上述属性、特征和优点以及实现它们的方式将变得更加清楚并且更容易理解。在附图中，在示意图示中分别地：

图1示出了第一传感器装置的平面图；和

图2示出了第二传感器装置的平面图。

具体实施方式

图1示出了根据第一实施例的示意性图示出的传感器装置10的平面图。传感器装置10被提供用于建立与传感器装置10的用户的健康或健身相关的数据。举例来说，传感器装置10可以被提供用于测量传感器装置10的用户的血液中的动脉血氧饱和度。另外，传感器装置10可以被提供用于根据反射光电容积描记法的方法建立传感器装置10的用户的心率（脉搏频率）。由传感器装置10进行的测量在这里通过光学方法执行。

传感器装置10包括壳体400，该壳体仅在图1中示意性地图示出。图1示出了壳体400的上侧的平面图。壳体400可以包括在其上侧上的盖子（图1中未示出）。如果存在这样的盖子，则该盖子对于可以由传感器装置10发射的光至少部分地透明。举例来说，可以将传感器装置10集成到便携式设施中，例如特别是手表中。

为了执行测量的目的，传感器装置10的壳体400必须以这样的方式被布置在传感器装置10的用户的皮肤处：使得壳体400的上侧面向用户的皮肤。

传感器装置10包括第一光发射器110。第一光发射器110被配置为发射具有来自第一光谱范围的波长的光。举例来说，第一光谱范围可以是520nm至570nm的波长范围。在这种情况下，可以由第一光发射器110发射的光具有绿色。

此外，传感器装置10包括第二光发射器120。第二光发射器120被配置为发射具有来自第二光谱范围的波长的光。举例来说，第二光谱范围可以是红色光谱范围。举例来说，由第二光发射器120发射的光可以包括660nm的波长。

另外，传感器装置10包括第三光发射器130。第三光发射器130被配置为发射具有来自第三光谱范围的波长的光。举例来说，第三光谱范围可以是红外光谱范围。举例来说，由第三光发射器130发射的光可以包括940nm的波长。

传感器装置10还包括第四光发射器140。第四光发射器140被配置为发射具有来自第一光谱范围的波长的光。第四光发射器140可以被配置为发射具有与第一光发射器110相同或相似波长的光。

第一光发射器110、第二光发射器120、第三光发射器130和第四光发射器140均可以被配置为发光二极管芯片（led芯片）。

此外，传感器装置10包括第一光检测器210。第一光检测器210被配置为检测照射第一光检测器210的具有来自第一光谱范围的波长的光。此外，第一光检测器210被配置为不响应照射第一光检测器210的具有来自第二光谱范围的波长的光。第一光检测器210也不响应照射第一光检测器210的具有来自第三光谱范围的波长的光。为此，第一光检测器210可以包括第一滤光器215，其被配置为滤除具有来自第二光谱范围的波长的光和具有来自第三光谱范围的波长的光，但是让具有来自第一光谱范围的波长的光通过。举例来说，第一滤光器215可以被配置为干涉滤光器，特别是例如布拉格镜。

除了第一光检测器210之外，传感器装置10还包括第二光检测器220。第二光检测器220被配置为检测具有来自第一光谱范围的波长的光、具有来自第二光谱范围的波长的光和具有来自第三光谱范围的波长的光。举例来说，第二光检测器220可以被配置为检测具有来自宽波长范围的任何波长的光，该宽波长范围包括第一光谱范围、第二光谱范围和第三光谱范围。

传感器装置10的第一光检测器210和第二光检测器220可以被实施为例如光电检测器，特别是例如光电二极管。

第一光发射器110、第四光发射器140和第一光检测器210可以用于借助反射光电容积描记法的方法光学地确定传感器装置10的用户的心率。为此，由第一光发射器110和第四光发射器140发射的具有来自第一光谱范围的波长的光被辐射到传感器装置10的用户的皮肤的上皮层中。在用户的皮肤中部分地吸收并部分地反射具有来自第一光谱范围的波长的光。在用户皮肤处或皮肤中反射的具有来自第一光谱范围的波长的光可以到达第一光检测器210，并且所述光由第一光检测器210检测。血液中包含的血红蛋白在传感器装置10的用户的皮肤中形成强吸收体。由于在用户的皮肤中的血管容积发生依赖于心跳的变化，所以具有来自第一光谱范围的波长的光以依赖于心跳的方式在用户的皮肤中被反射到第一光检测器210的量也发生变化。这由第一光检测器210检测，以便建立传感器装置10的用户的心率。

由第一光发射器110发射的具有来自第一光谱范围的波长的光和由来自第四光发射器140发射的具有来自第一光谱范围的波长的光从不同的空间方向照射传感器装置10的用户的皮肤并且在它们通向第一光检测器210的路径上穿过皮肤的不同部分。结果，可以以特别高的精确度且以特别低的误差易感性执行传感器装置10进行的测量。这里，如图1中所图示的，如果将第一光检测器210布置在第一光发射器110和第四光发射器140之间将是有利的。然而，在简化的实施例中，也可以省去第一光发射器110或第四光发射器140。

由第一光检测器210进行的对在传感器装置10的用户的皮肤处或皮肤中反射的由第一光发射器110和由第四光发射器140发射的具有来自第一光谱范围的波长的光的检测，有利地不受由第二光发射器120发射的具有来自第二光谱范围的波长的光或由第三光发射器130发射的来自具有来自第三光谱范围的波长的光的干扰，因为这样的具有来自第二光谱范围或来自第三光谱范围的波长的光被第一光检测器210的第一滤光器215滤除。

传感器装置10的第二光发射器120、第三光发射器130和第二光检测器220可以用于测量传感器装置10的用户的动脉血氧饱和度。为此，由第二光发射器120发射的具有来自第二光谱范围的波长的光和由第三光发射器130发射的具有第三光谱范围的波长的光被辐射到传感器装置10的用户的皮肤的上皮层中，并且在那里所述光以依赖于波长的方式被吸收和反射。具有来自第二光谱范围的波长的一些光和具有来自第三光谱范围的波长的一些光返回到传感器装置10并且照射第二光检测器220，在那里检测到所述光。可以从到达第二光检测器220的具有来自第二光谱范围的波长的光的量和到达第二光检测器220的具有来自第三光谱范围的波长的光的量推导出传感器装置10的用户的血液中的动脉血氧饱和度。

由于具有来自第二光谱范围的波长的光和具有来自第三光谱范围的波长的光在人类皮肤中的散射和吸收可能小于具有来自第一光谱范围的波长的光的散射和吸收，因此如果由第一光发射器110和第四光发射器140发射的具有来自第一光谱范围的波长的光在传感器装置10的用户的皮肤中行进的距离小于由第二光发射器120发射的具有来自第二光谱范围的波长的光和由第三光发射器130发射的具有来自第三光谱范围的波的光，则有利于获得良好的测量结果的目的。在传感器装置10中，这通过第一光发射器110和第一光检测器210之间的第一距离310小于第二光发射器120和第二光检测器220之间的第二距离320来实现。第四光发射器140和第一光检测器210之间的距离基本对应于第一光发射器110和第一光检测器210之间的第一距离310。因此，第三光发射器130和第二光检测器220之间的距离也基本上对应于第二光发射器120和第二光检测器220之间的第二距离320。

为了用传感器装置10的组件的节省空间的布置实现在光发射器110、120、130、140和光检测器210、220之间期望的距离310、320，将第一光检测器210布置在第一光发射器110和第二光检测器220之间。此外，将第一光检测器210布置在第二光发射器120和第二光检测器220之间。

将传感器装置10的壳体400细分为第一腔室410、第二腔室420和第三腔室430。这里，将第二腔室420布置在第一腔室410和第三腔室430之间。腔室410、420、430由不透光的壁彼此界定。

将第一光发射器110、第二光发射器120和第三光发射器130布置在壳体400的第一腔室410中。将第一光检测器210布置在壳体400的第二腔室420中。将第四光发射器140和第二光检测器220布置在壳体400的第三腔室430中。将光发射器110、120、130、140和光检测器210、220布置在传感器装置10的壳体400的以不透光的方式彼此密封的单独腔室410、420、430中防止了由光发射器110、120、130、140发射的光沿直接路径到达光检测器210、220而无需在传感器装置10的用户的皮肤处或皮肤中进行预先反射。然而，也可以省去将壳体400细分为单独的腔室410、420、430。

图2示出了根据第二实施例的传感器装置20的平面图。传感器装置20在很大程度上与传感器装置10相对应。传感器装置20的与传感器装置10中存在的组件相对应的组件在图2中具有与图1中相同的附图标记。下面仅描述传感器装置20和传感器装置10之间的差异。否则，以上针对图1的传感器装置10所提供的描述也适用于图2的传感器装置20。

传感器装置20仅包括第一光发射器110，用于发射具有来自第一光谱范围的波长的光。传感器装置20没有第四光发射器140。

相反，除了第一光检测器210和第二光检测器220之外，传感器装置20还包括第三光检测器230。第三光检测器230被配置为检测具有来自第一光谱范围的波长的光，但不响应具有来自第二光谱范围的波长的光和具有来自第三光谱范围的波长的光。为此，第三光检测器230可以包括另外的滤光器235，其被配置为滤除具有来自第二光谱范围的波长的光和具有来自第三光谱范围的波长的光，但是让具有来自第一光谱范围的波长的光通过。第三光检测器230可以被配置为像第一光检测器210。第三光检测器230的另外的滤光器235可以被配置为像第一光检测器210的第一滤光器215。

传感器装置20的第一光发射器110、第一光检测器210和第三光检测器230可以用于测量传感器装置10的用户的心率。为此，第一光检测器210和第三光检测器230都检测由第一光发射器110发射的具有来自第一光谱范围的波长的光，所述光已经在传感器装置10的用户的皮肤处或皮肤中被反射。在这种情况下，由第一光检测器210检测到的具有来自第一光谱范围的波长的光与由第三光检测器230检测到的具有来自第一光谱范围的波长的光通过传感器装置10的用户的皮肤的不同部分。由第一光检测器210检测到的光还从与由第三光检测器230检测到的具有第一光谱范围的波长的光不同的空间方向照射传感器装置的用户的皮肤。作为其结果，在传感器装置20中也可以以高精确度且低误差易感性来测量心率。

如果将第一光发射器110布置在第一光检测器210和第三光检测器230之间将是有利的，如图2中所示的示例中的情况。顺便提及，如果将第一光发射器110布置在第一光检测器210和第二光检测器220之间并且此外还将第一光发射器110布置在第二光发射器120和第二光检测器220之间，则产生传感器装置20的组件的节省空间的布置，如图2中所示。这可以通过将第一光发射器110布置在壳体400的第二腔室420中、将第二光发射器120、第三光发射器130和第一光检测器210布置在壳体400的第一腔室410中、以及将第二光检测器220和第三光检测器230布置在壳体400的第三腔室430中来实现。

该布置还确保：在传感器装置20中，第一光发射器110和第一光检测器210之间的第一距离310小于第二光发射器120和第二光检测器220之间的第二距离320。第三光发射器130和第二光检测器220之间的距离又大致对应于第二光发射器120和第二光检测器220之间的第二距离320。第一光发射器110和第三光检测器230之间的距离大致对应于第一光发射器110和第一光检测器210之间的第一距离310。

基于优选的示例性实施例更详细地描述和说明了本发明。然而，本发明不限于所公开的示例。相反，在不脱离本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员可以从中得出其他变型。

附图标记列表

10传感器装置

20传感器装置

110第一光发射器

120第二光发射器

130第三光发射器

140第四光发射器

210第一光检测器

215第一滤光器

220第二光检测器

230第三光检测器

235另外的滤光器

310第一距离

320第二距离

400壳体

410第一腔室

420第二腔室

430第三腔室。