用于听力设备的具有集成光学传感器系统的听筒的制作方法

本技术涉及一种具有集成光学传感器系统的听筒，其中，该听筒包括壳体、集成在壳体中的至少一个第一光源以及集成在壳体中的至少一个光传感器，其中，该听筒在端面上具有声音出口开口，并且其中，第一光传感器被设置为记录光源的波长范围内的光。

背景技术：

1、听力设备，例如耳机(特别是“耳塞”形式的耳机)，特别是狭义上的助听器(即被设置为用于校正用户的听力缺陷的听力设备)，越来越多地配备有另外的感知功能，以便例如借助集成的温度计或加速度传感器测量用户的体温或确定用户的身体活动。此外，听力设备经常配备有光学传感器系统，借助光学传感器系统，例如通过光电容积描记术(ppg)，来测量用户的心血管特征参量、例如脉搏率或血压。一方面，这种信息经常在主要用作耳机和/或广义上可以理解为消费电子产品的听力设备中使用。在这种情况下，为耳机扩展健身跟踪功能。另一方面，这种信息还允许对用户的舒适程度或健康状况作出一般性结论，因此为了进行更好的健康监测，狭义上的助听器也配备了所提到的和/或类似的传感器。

2、ppg传感器系统通常包括至少一个光源(通常具有红光和/或红外线光谱范围内(有时也是绿光的光谱范围内)的led的形式)以及光传感器(通常是光电二极管(pd))，其记录光源的光谱范围内的光。光源将光脉冲发射到邻近的身体组织中，光部分地透射通过该身体组织，尤其是沿着血管传输。光传感器检测相对于光源在相同位置处(所谓的反射测量)或在略微改变的位置处(所谓的透射测量)从组织射出的光，其中，在光谱调制方面对检测到的光进行检查，光谱调制由脉动的血流的反射或透射引起。通过这些光谱调制，可以确定上面提到的心血管特征参量。

3、尤其是借助耳道中的听力设备进行ppg测量时的一个问题是获得足够好的信噪比(“signal-to-noise-ratio”，snr)，因为一方面，光传感器经常记录许多干扰性光影响，例如外部散射光，或来自光源的直接光照射(在不进入组织的情况下)，其使信噪比(rauschabstand)降低。另一方面，用户的运动(即不仅身体活动，而且下颌运动，例如说话或咀嚼)可能改变听力设备的姿态，因此改变其ppg传感器系统在耳道中的姿态，由此在所记录的数据中可能形成所谓的运动伪影。

技术实现思路

1、因此，本实用新型要解决的技术问题是，给出一种用于听力设备的听筒，该听筒具有集成光学传感器系统，用于以改善的方式测量生物测量特征参量、特别是心血管特征参量。

2、根据本实用新型，上述技术问题通过用于听力设备的具有集成光学传感器系统的听筒来解决，其中，听筒包括：在一个端面具有声音出口开口的壳体；集成在壳体中的至少一个第一光源；以及集成在壳体中的至少一个光传感器，光传感器被设置为用于记录第一光源的波长范围内的光。在此设置为，听筒具有布置在光传感器前面的透镜，透镜被设置为，使得位于壳体外部的光源的至少一个光束被折射到光传感器上，光束在不存在透镜的情况下将会错过光传感器。部分本身被视为具有创造性的有利的设计方案是下面的描述的主题。

3、听力设备通常包括如下设备，其被配置和设置为用于，借助电声输出转换器根据电输出信号产生相应的输出声音，并将其提供给用户的听觉器官。在此，作为这种输出转换器，特别是可以使用扬声器，但是例如也可以使用热声转换器。在此，听力设备一方面可以仅被设计为根据音频数据产生输出声音，即例如被设计为无线的、特别是耳塞形式的耳机的形式。在这种情况下，根据如下音频数据产生输出声音，这些音频数据例如可以通过音乐给出，并且预先进行了存储，或者也可以通过相应的天线(通过流媒体(stream))传输到听力设备。

4、然而，听力设备(“在狭义上”)可以通过助听器给出，其被设置为用于校正或至少部分地补偿用户的听力缺陷，方式是，例如借助至少一个电声输入转换器、例如麦克风(或多个麦克风)，将环境声音转换为相应的电输入信号，在助听器中根据用户的听力需求对该电输入信号进行处理，在此特别是逐频带地进行放大，从而将处理后的输入信号作为输出声音通过电声输出转换器馈送给用户的听觉器官。

5、听筒特别是被配置和设置为用于在耳道中使用。特别是，听筒被配置和设置为用于耦合到听力设备并与听力设备结合使用，和/或被设计为用作听力设备的部分组成部分。

6、在此，听筒例如可以具有扬声器，并且被设置为用于所谓的ric助听器，其中，扬声器优选布置在壳体中靠近声音出口开口。听筒也可以被设置为用于所谓的bte助听器，其中，声音出口开口与听筒的声音传导器连接。听筒还可以被设计为ite设备的壳体的耳朵侧的部件或被设计为耳机。在此，在听筒中产生的声音(例如在用于ric助听器的听筒或ite设备的壳体的情况下)或传输到壳体中的声音(在用于bte助听器的听筒的情况下)可以通过壳体的一个端面处的声音出口开口从壳体逸出，并在常规使用中输出到用户的耳道中。

7、在此，集成光学传感器系统特别是包括：至少传感器的光学元件，其至少包括光源和光传感器，集成到听筒中。光学传感器系统在此可以被设计为，在结合听力设备的听筒的常规运行中，可以建立从光传感器到听力设备的信号处理装置的优选有线(但是也可以是无线的)连接，从而可以将光传感器收集的测量数据通过所述连接传输到信号处理装置并在那里进行处理，以进行评估。在这种情况下，优选也可以在第一光源和信号处理装置之间建立相应的连接，通过该连接，例如关于由第一光源发出的光信号的信息可以传输到信号处理装置，和/或通过该连接，可以由信号处理装置控制第一光源。

8、然而，集成光学传感器系统还可以包括听筒本身中的本地评估单元，通过该本地评估单元可以评估接收到的光信号。在这种情况下，所述评估单元可以通过连接与听力设备的信号处理装置进行连接。

9、特别是，集成光学传感器系统被设计为、即配置和设置为用于进行ppg测量(在所测量的光信号由听力设备的信号处理装置或听筒的评估单元进行对应的评估时)。

10、ppg测量通常基于以下事实，即，含有o2的血液中的血红蛋白(所谓的含氧血红蛋白)与不含o2的血红蛋白(所谓的脱氧血红蛋白)相比具有明显不同的吸收光谱。通过测量对红光和/或红外线(和/或绿光)范围内的光的吸收率的调制(即它们的周期性变化)，可以推断出脉搏率以及(例如根据不同波长下两个调制深度的商)推断出氧饱和度。如已经提到的，这种评估可以在听力设备中进行(在相应地传输听筒的光传感器的测量数据之后)，或者在听筒自己的评估单元中进行。在此，对于脉搏跳动或脉搏变化的采集来说，特别是借助光传感器测量(例如红外线范围内的)一个波长处的对比度变化或强度可能就足够了，其中，为了提高精度，也可以改变波长。

11、优选通过至少一个led给出的第一光源在此被设置为，特别是在红光和/或红外线和/或绿光范围内发射脉冲式的和/或连续的光信号，并且在此根据其布置以如下方式集成到壳体中，即，第一光源布置在其表面上或壳体中的光出口开口下方。在此，优选第一光源被布置为，所发射的光信号以关于壳体表面的显著的法线分量发射(以便能够相应地进入佩戴听力设备时听筒周围的组织中)。

12、优选光传感器根据其布置以如下方式集成到壳体中，即，光传感器被布置在其表面上或壳体中的光入口开口下方。光传感器被设置为用于记录第一光源的波长范围内的光，即特别是，当在第一光源的光谱范围内的光信号命中光传感器时，生成相应的测量信号。优选其被设计为特别是至少在红光和/或红外线和/或绿光范围内敏感的pd。

13、布置在光传感器前面的透镜特别是包括，透镜关于从壳体外部(特别是在常规佩戴听筒时从包围听筒的壳体的组织)引导到光传感器的光路位于光传感器前面，从而换言之，光线在这种光路中通过透镜，以命中光传感器。

14、优选由在第一光源的光谱范围内具有尽可能低的吸收的材料制成透镜，该透镜在此由于其关于光传感器的设计和/或布置而被设置为，使得在没有透镜的情况下将错过第一光传感器的至少一个光线、优选光束被透镜折射到光传感器上。在此，所述光线或光束应特别是应当理解为抽象的结构：透镜的设计和/或其相对于光传感器的布置使得，对于壳体外部的光线，只有通过在透镜处折射才产生特定的光路，该光路命中光传感器。特别是存在多个这样的光线或光束，并且优选通过透镜才折射到光传感器上的各个光线关于透镜的对称平面从不同的方向命中透镜。

15、通过所描述的方法可以实现，由于透镜，使到光传感器上的光入射增加。如前面所描述的，尤其是在这里光学传感器系统集成在用于听力设备的听筒中的情况下，信噪比是测量心血管参量时的一个问题。由于借助透镜将由第一光源的光信号产生的、再次从组织逸出的光线汇集到光传感器，可以实现明显更多的光被引导到光传感器，光穿过组织，因此经历了组织的血液的必要的调制。当通过第一光信号刺激而进入耳道的组织时，所述光在组织的多个位置处进入耳道。因此，透镜允许通过透镜将在耳道中的这种空间分布的光汇集，并折射到光传感器上。

16、在此，特别是第一光源和光传感器的尺寸是相关的：为了避免第一光源的直射光(即不进入组织的光)过多地进入光传感器，两个光学部件通常布置在壳体的不同侧，并且优选以至少45°、通常90°和/或180°的角度相对于彼此布置。在轴向方向上，两个光学部件可以位于相同的高度，或者优选彼此之间的距离小于5mm。然而，这种布置对于如下情况已经足够了，即，在光信号从第一光源通过组织传播到光传感器的区域中的情况下，已经发生了明显的轴向散射，并且在极性方向上，由组织调制的光信号也在不同的位置再次进入耳道。在此，光信号无方向地和漫射地从组织逸出。透镜于是允许在光传感器上“捕获”比没有透镜时明显更大比例的这种漫射光。

17、在此，优选透镜具有凸的外界面。特别是，通过这种凸的外界面，即透镜在光路中背向光传感器的一侧向外(即在佩戴的情况下向组织)限定这种凸的外界面，得到聚光透镜的效果，由此在常规使用中从组织逸出并且在其它情况下将错过光传感器的光线可以特别有效地被折射到光传感器上。也就是说，通过凸的外界面，特别是并且对于大量的光线或光束，实现了将如下光线折射到光传感器上的作用，即，在没有透镜的情况下，该光线将错过光传感器。

18、有利地，透镜的焦距大于、优选显著大于透镜的外界面到光传感器的距离。因此，透镜的外界面具有一个焦点(在球面透镜的情况下)或一个焦线(在柱面透镜的情况下)，该焦线位于光传感器的平面后面、优选远远地在该平面的后面。由此，被透镜折射到光传感器的光线在很大程度上被平行化，由此可以实现光传感器的均匀照亮。由此可以防止透镜将入射的光线过度集中在光传感器的有限的区域上，并且在该有限的区域中例如光电子元件进入饱和，由此特性将不再是线性的。

19、优选透镜可以描述为多个子透镜的串接，子透镜分别具有非平凡的(nicht-triviales)折射特性。换言之，这意味着透镜的两个界面本身分别作为子透镜具有非平凡的折射特性，并且共同描述透镜的折射特性。

20、有利地，透镜被设计为准直器。准直器用于产生来自发散的源的具有近似平行的光路的光。特别是，这可以通过如下方式来实现，即，在从听筒外部引导到光传感器的光路中面向光传感器的内界面被设计为是凸的，并且优选通过该内界面形成的子透镜与通过外界面形成的子透镜相比具有更小的焦距，因此也比通过外界面形成的子透镜具有更剧烈的弯曲。特别是，在此，通过外界面的凸拱形，收集尽可能大的光束，并通过内界面进行准直，使得光传感器在其表面上被透镜“捕获”的光尽可能均匀地照亮。由此特别是产生对子透镜的焦距的要求，这些焦距于是可以附加地取决于光传感器的面积和/或光传感器到透镜的距离(以及必要时取决于存在的空间)。在此，透镜特别是也可以被设计为双凸或者凸凹的。

21、有利地，透镜被设计为球面透镜，从球面透镜中去除了至少一个片段、优选两个片段、特别优选四个片段。这特别是意味着，球面透镜(即其关于光轴是旋转对称的)通过切割或类似的方式去除了至少一个片段，使得透镜的横截面相应地是减小了该片段的圆。在此，特别优选去除两个平行的片段或四个片段，以获得具有至少两个平行边的横截面、特别是矩形的横截面，因此简化透镜与大多数矩形光传感器的匹配。

22、在一个有利的替换变形方案中，透镜被设计为特别是平凸的柱面透镜。柱面透镜本身具有矩形横截面，这简化了与通常为矩形的光传感器的匹配。在此，如果柱面透镜是平凸的，即透镜的外界面是柱面凸的并且内界面是平的，则一方面透镜可以特别低成本地制造，另一方面可以特别容易地将其放置在光传感器上。此外，如果在光传感器的平面后面适当地选择透镜的焦线，则可以实现光传感器的均匀照亮，即通过透镜折射到光传感器上的光的特别均匀的分布。

23、适宜地，透镜的光轴在声音出口开口的方向上相对于第一光传感器的法线方向倾斜。这特别是意味着，在常规佩戴听筒的情况下，透镜的光轴不垂直于壳体壁，而是更强烈地指向耳膜。由此可以减少干扰光的进入，干扰光从耳朵周围进入耳道，由此将导致信噪比变差。

24、进一步被证明有利的是，透镜位于从光传感器出发从壳体伸出的光波导上和/或由柔性材料制成。在前一种情况下，光波导也优选由柔性材料制成。在此，优选使用具有小于50、特别优选20至30之间的肖氏硬度的材料。特别是由柔性材料制成的光波导或由柔性材料制成的透镜一方面允许进一步改善的光到透镜中的耦合，因为在常规佩戴时在耳道的组织与透镜之间存在的距离减小，并且在此也提高了配合强度，另一方面减少了运动伪影的发生。

25、在一个适宜的设计方案中，听筒还具有电声声音产生器，该电声声音产生器布置在壳体内部，通过流技术与声音出口开口连接，并且特别是被设置为用于根据电输入信号产生输出声音信号。特别是，声音产生器在此是ric听筒的接收器。

26、本实用新型还提到了一种具有前面描述的听筒的听力设备。根据本实用新型的听力设备共享根据本实用新型的听筒的优点。在此，针对听筒以及针对其扩展方案给出的优点同样可以转用于听力设备。