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Patent Searching and Data


Title:
OPTICAL HEART RATE SENSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/177800
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an optical heart rate sensor comprising at least one light source and at least one photodetector. The light source used is a blue diode with a conversion phosphor which converts blue light to green-yellow light. Advantageous absorption properties of the hemoglobin can thus be utilized.

Inventors:
BOESCKE TIM (DE)
RUEGHEIMER TILMAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/060037
Publication Date:
November 10, 2016
Filing Date:
May 04, 2016
Export Citation:
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Assignee:
OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH (DE)
International Classes:
A61B5/024; F21V9/40; H05B33/00; H05B33/14
Foreign References:
US20150094550A12015-04-02
US20090247885A12009-10-01
US20120150052A12012-06-14
EP1471775A22004-10-27
DE10349038A12004-05-13
Other References:
ANONYMOUS: "Cranking Up The Efficacy Of Green LEDs", COMPOUND SEMICONDUCTOR, 21 October 2013 (2013-10-21), XP002759906, ISSN: 2042-7328, Retrieved from the Internet [retrieved on 20160714]
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWALTSKANZLEI WILHELM & BECK (DE)
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Claims:
PATENTA S PRÜCHE

1. Optischer Herzfrequenzsensor (100), bestehend aus mindestens einer Lichtquelle und mindestens einem Photode¬ tektor (130), dadurch gekennzeichnet, dass als Licht¬ quelle eine blaue Leuchtdiode (110) mit einem Konversi¬ onsleuchtstoff (111), der das blaue Licht in grün-gelbes Licht umwandelt, verwendet wird.

Optischer Herzfrequenzsensor (100) nach Anspruch 1, wobei mindestens 25% des konvertierten Lichts eine Wellen¬ länge zwischen 540 nm und 585 nm aufweist und maximal 25% des konvertierten Lichts eine Wellenlänge aufweist, die größer als 600 nm ist.

Optischer Herzfrequenzsensor (100) nach einem der vor- hergehenden Ansprüche, wobei die blaue Leuchtdiode (110) eine InGaN-LED ist.

4. Optischer Herzfrequenzsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die blaue Leuchtdiode (110) eine Wellenlänge mit einer maximalen Intensität auf¬ weist, die zwischen 400 nm und 470 nm liegt.

Optischer Herzfrequenzsensor (100) nach Anspruch 3, bei die InGaN-LED (110) einen Gesamtwirkungsgrad von mindestens 40% aufweist.

6. Optischer Herzfrequenzsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Konversionsleuchtstoff (111) mit Cer dotiertes Lutetium-Aluminium-Granat auf¬ weist.

Optischer Herzfrequenzsensor (100) nach Anspruch 6, wobei die Cer-Konzentration im Lutetium-Aluminium-Granat 1% beträgt.

Optischer Herzfrequenzsensor (100) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der Konversionsleuchtstoff pul- verförmig in einem anderen Material vorliegt, wobei das andere Material, ein Epoxidharz, ein Silikon, ein Kunststoff oder eine Keramik sein kann.

9. Optischer Herzfrequenzsensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Konversionsleuchtstoff (111) Quantenpunkte mit einem Durchmesser zwischen 2 und 6 nm aufweist .

10. Optischer Herzfrequenzsensor (100) nach Anspruch 9, wobei die Quantenpunkte Quecksilbersulfid, Bleisulfid, Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Indiumarsenid oder Indi- umphosphid aufweisen.

11. Optischer Herzfrequenzsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle oder der Photodetektor (130) einen Filter (113, 131) aufweist, der für einen Teil des konvertierten Lichts durchlässig ist .

12. Optischer Herzfrequenzsensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Filter (113, 131) im Wellenlängenbereich von 540 nm bis 585 nm durchlässig ist .

Description:
OPTISCHER HERZ FREQUENZ SENSOR

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen optischen Herzfrequenzsensor.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 106 995.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Optische Herzfrequenzsensoren können realisiert werden, indem das Licht einer Leuchtdiode auf die Haut eingestrahlt wird. Dabei wird das Licht vom Gewebe unterhalb der Haut gestreut, die Intensität des gestreuten Lichts kann mit einem Photode ¬ tektor gemessen werden. Außerdem wird ein Teil des eingestrahlten Lichts durch die Hämoglobinmoleküle im Blut absor ¬ biert. Angetrieben durch das Herz wird das Blut durch die Adern gepumpt, wobei die Menge des Blutes in einer Ader nicht konstant ist, sondern mit derselben Frequenz wie die Herzfre ¬ quenz pulsiert. Dadurch schwankt die Menge des Blutes in der Ader mit der Herzfrequenz, ebenso schwankt die Menge des zur Verfügung stehenden Hämoglobins. Je nachdem ob viel oder wenig Hämoglobin in der Ader ist, wird mehr oder weniger des Lichts der Leuchtdiode vom Hämoglobin absorbiert. Die Inten ¬ sität des gestreuten Lichts ändert sich dadurch ebenfalls mit der Herzfrequenz. Diese sich ändernde Intensität kann mit dem Photodetektor detektiert werden. Aus der Änderung des Photostromes des Photodetektors kann dadurch auf die Herzfre ¬ quenz zurückgeschlossen werden. Ein solcher optischer Herzfrequenzsensor ist aus der DE 10 2008 022 920 B4 bekannt. Dieser optische Herzfrequenzsensor verwendet eine Leuchtdiode mit 590 nm Wellenlänge. Das für die optische Bestimmung der Herzfrequenz besonders gut geeignete Oxyhämoglobin hat ein Absorptionsmaximum im Bereich von 570 nm. Oxyhämoglobin ist das sauerstoffhaltige Hämoglobin, das insbesondere in den Ar ¬ terien vorkommt. Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten optischen Herzfrequenzsensor bereitzustellen, bei dem eine auf die Absorptionseigenschaften des Hämoglobins abgestimmte Lichtquelle verwendet wird. Diese Aufgabe wird mit einem op ¬ tischen Herzfrequenzsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Wei ¬ terbildungen angegeben.

Ein optischer Herzfrequenzsensor umfasst mindestens eine Lichtquelle und mindestens einen Photodetektor, wobei als Lichtquelle eine blaue Leuchtdiode mit einem Konversions ¬ leuchtstoff verwendet wird. Dieser Konversionsleuchtstoff ist so ausgebildet, dass er das blaue Licht der Leuchtdiode zu ¬ mindest teilweise in grün-gelbes Licht umwandelt, wobei das grün-gelbe Licht eine Wellenlänge zwischen 540 und 585 nm aufweist. Hämoglobin hat ein Absorptionsmaximum für grüngelbes Licht im Bereich von 570 nm. Dadurch ist es vorteil ¬ haft, grün-gelbes Licht für einen optischen Herzfrequenzsensor zu verwenden. Konventionelle grün-gelbe Leuchtdioden bieten jedoch nicht genug Leistung für die Verwendung in einem optischen Herzfrequenzsensor. Deshalb ist es vorteilhaft, Licht einer Leuchtdiode mit einer niedrigeren Wellenlänge mittels Konversionsleuchtstoff in grün-gelbes Licht umzuwan ¬ deln. Insbesondere die Kombination aus einer blauen Leuchtdi ¬ ode mit einem Konversionsleuchtstoff, der das blaue Licht vollständig in grün-gelbes Licht umwandelt, eignet sich als Lichtquelle für einen optischen Herzfrequenzsensor.

In einer Ausführungsform weist mindestens 25 % des konvertierten Lichts eine Wellenlänge zwischen 540 nm und 585 nm auf, bevorzugt mindestens 40 %, insbesondere bevorzugt min ¬ destens 60%. Das Absorptionsmaximum des Hämoglobins befindet sich bei 570 nm. Dadurch wird mit grün-gelbem Licht der Wellenlänge zwischen 540 nm und 585 nm dieses Absorptionsmaximum besonders gut getroffen. Maximal 25 %, bevorzugt maximal 15 %, insbesondere bevorzugt 8 % des konvertierten Lichts weist eine Wellenlänge größer als 600 nm auf. In Wellenlän ¬ genbereich oberhalb von 600 nm findet eine geringe Absorption durch die Hämoglobin-Moleküle statt, was zu einer Reduktion des pulsierenden Anteils im Messsignal führt. Deshalb sollte der Anteil des Lichts im Wellenlängenbereich oberhalb von 600 nm möglichst klein sein, damit das Signal-zu-Rausch- Verhältnis möglichst groß wird. Dadurch eignet sich das ge ¬ nannte konvertierte Licht besonders gut als Lichtquelle für einen optischen Herzfrequenzsensor.

In einer Ausführungsform ist die blaue Leuchtdiode eine Indi ¬ um-Gallium-Nitrid-LED (InGaN-LED) . InGaN-LEDs weisen eine hohe Ausgangsleistung des blauen Lichtes auf. Durch die Kombination einer blauen InGaN-LED mit einer Konversionsschicht kann ein grün-gelbes Licht mit einer höheren Intensität, ver ¬ glichen mit einer konventionellen grün-gelben Leuchtdiode, bereitgestellt werden. Dadurch wird die Ausnutzung des Ab ¬ sorptionsmaximums des Hämoglobins bei 570 nm ermöglicht. Mit konventionellen grün-gelben Leuchtdioden kann dieses Absorptionsmaximum nicht ausgenutzt werden, da die Ausgangsleistung der grün-gelben Leuchtdiode nicht groß genug wäre.

In einer Ausführungsform weist die blaue Leuchtdiode eine Wellenlänge zwischen 400 nm und 450 nm auf. Diese Wellenlän ¬ gen sind typische Wellenlängen für blaue InGaN-LEDs.

In einer Ausführungsform weist die InGaN-LED einen Gesamtwirkungsgrad von mindestens 40 % auf. Mit einem Gesamtwirkungs ¬ grad von mindestens 40 % wird eine Lichtausbeute der blauen Leuchtdiode erreicht, die für die Anwendung in einem opti ¬ schen Herzfrequenzsensor optimal ist.

In einer Ausführungsform weist der Konversionsleuchtstoff mit Cer dotiertes Lutetium-Aluminium-Granat (LuAG) auf. Lutetium- Aluminium-Granat ist ein farbloses Material, das im ultravio ¬ letten und blauen Spektralbereich transparent ist. Durch die Dotierung mit Cer entsteht ein Konversionsleuchtstoff, der blaues Licht absorbiert und grün-gelbes Licht emittiert.

Dadurch wird das blaue Licht in grün-gelbes Licht umgewan ¬ delt. Im Vergleich zu anderen Leuchtstoffen, wie beispiels- weise mit Cer dotiertem Ytterbium-Aluminium-Granat, weist mit Cer dotiertes Lutetium-Aluminium-Granat eine Wellenlänge auf, die den grün-gelben Spektralbereich, und insbesondere das Absorptionsmaximum des Hämoglobins, besser abdeckt. Das mittels Cer dotiertem Lutetium-Aluminium-Granat konvertierte Licht weist insbesondere nur einen geringen Anteil an konvertiertem Licht mit einer Wellenlänge auf, die größer als 600 nm ist. Dies ist vorteilhaft, da bei einer Wellenlänge größer 600 nm ein großer Anteil des Lichts durch das Gewebe gestreut wird, während nur eine geringe Absorption des Lichts in den Hämo ¬ globin-Molekülen auftritt. Dadurch erreicht viel Streulicht den Photodetektor, während nur wenig Absorption durch das pulsierende arterielle Blut vorliegt. Dadurch sinkt das Sig- nal-zu-Rausch-Verhältnis .

In einer Ausführungsform beträgt die Cer-Konzentration im Lutetium-Aluminium-Granat 1%. Eine l%ige Konzentration von Cer in Lutetium-Aluminium-Granat deckt den Wellenlängenbereich von 500 nm bis 570 nm sehr gut ab, und ist deshalb besonders gut für einen optischen Herzfrequenzsensor geeignet. Mit einer Cer-Konzentration von 1% im Lutetium-Aluminium-Granat wird außerdem erreicht, dass wenig Licht mit einer Wellenlänge von über 600 nm bei der Konversion entsteht.

In einer Ausführungsform ist der Konversionsleuchtstoff, der aus mit Cer dotiertem Lutetium-Aluminium-Granat besteht, pul- verförmig in ein anderes Material eingebracht. Dabei ist die Korngröße des Pulvers im Mikrometerbereich. Das andere Mate ¬ rial kann dabei Epoxidharz, Silikon, ein Kunststoff oder eine Keramik sein. Dadurch kann ein Konversionselement erzeugt werden, das relativ kostengünstig ist. Durch das Einbringen des mit Cer dotierten Lutetium-Aluminium-Granats in Pulver ¬ form müssen keine perfekten Lutetium-Aluminium-Granat- Kristalle erzeugt werden. Dadurch wird der Herstellungspro- zess des mit Cer dotierten Lutetium-Aluminium-Granats deut ¬ lich vereinfacht, wodurch eine Kosteneinsparung ermöglicht wird . In einer Ausführungsform weist der Konversionsleuchtstoff Quantenpunkte auf. Quantenpunkte sind nanoskopische Material ¬ strukturen, in denen Ladungsträger (Elektronen und/oder Löcher) in ihrer Bewegung in allen drei Raumrichtungen soweit eingeschränkt sind, dass ihre Energie nicht mehr kontinuier ¬ liche, sondern nur noch diskrete Werte annehmen kann. Quantenpunkte verhalten sich also ähnlich zu Atomen innerhalb ei ¬ nes Festkörpers. Deshalb eignen sich Quantenpunkte ebenfalls gut für die Konversion von blauem Licht in grün-gelbes Licht mit einem Wellenlängenbereich von 540 nm bis 585 nm. Quantenpunkte haben ein relativ schmalbandiges Emissionsspektrum. Durch die Wahl von Quantenpunkten als Konversionsmaterial wird grün-gelbes Licht mit einer schmalbandigen Wellenlängenverteilung im Bereich des Absorptionsmaximums des Hämoglobins erzeugt. Die Quantenpunkte weisen dabei einen Durchmesser zwischen 2 und 6 nm auf.

In einer Ausführungsform weisen die Quantenpunkte Quecksilbersulfid, Bleisulfid, Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Indi- umarsenid oder Indiumphosphid auf. Mit Quantenpunkten aus den genannten Materialien kann eine Konversionswellenlänge von 570 nm erzielt werden. Das konvertierte Licht weist eine Ver ¬ teilung um diese Wellenlänge von 570 nm auf, die ±15 nm be ¬ trägt. In anderen Worten bedeutet dies, dass mit Quantenpunkten mit einem Durchmesser zwischen 2 und 6 mm ein grün-gelbes konvertiertes Licht mit einer Wellenlänge zwischen 555 nm und 585 nm erzeugt wird. Dieses Licht eignet sich gut für die Verwendung in einem optischen Herzfrequenzsensor.

In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Lichtquelle oder der Photodetektor einen Filter aufweist, der für einen Teil des konvertierten grün-gelben Lichts durchlässig ist. Dadurch können Anteile des konvertierten Lichts, die nicht im idealen Spektralbereich liegen, ausgefiltert werden. Dadurch treffen diese Wellenlängen nicht mehr als Streulicht auf den Photodetektor, wodurch ein saubereres Signal erzeugt wird. Insbesondere kann so im Photodetektor der Anteil des grün-gelben Lichts erhöht werden, wodurch ein verbessert Sig- nal-zu-Rausch-Verhältnis die Bestimmung der Herzfrequenz erleichtert .

In einer Ausführungsform kann die Lichtquelle oder der Photodetektor einen Filter aufweisen, der für den Wellenlängenbereich von 540 nm bis 585 nm durchlässig ist. Auch in diesem Fall wird durch den Filter erreicht, dass störendes Streu ¬ licht in Wellenlängenbereichen, die für die Absorption des Lichts im Hämoglobin nicht relevant sind, ausgefiltert wird. Dadurch werden ein besseres Signal, und insbesondere ein bes ¬ seres Signal-zu-Rausch-Verhältnis, erzeugt.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung

Figur 1 einen Querschnitt durch einen optischen Herzfrequenzsensor;

Figur 2 eine Draufsicht auf einen runden optischen Herzfrequenzsensor;

Figur 3 eine Draufsicht auf einen länglichen optischen Herzfrequenzsensor;

Figur 4 einen Querschnitt durch einen auf die Haut aufgesetzten optischen Herzfrequenzsensor;

Figur 5 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbei ¬ spiel eines optischen Herzfrequenzsensors;

Figur 6 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbei ¬ spiel eines optischen Herzfrequenzsensors; Figur 7 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbei ¬ spiel eines optischen Herzfrequenzsensors; und

Figur 8 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbei ¬ spiel eines optischen Herzfrequenzsensors.

Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen optischen Herzfrequenzsensor 100. Dieser optische Herzfrequenzsensor besteht aus einem Gehäuse 101 mit Auflageflächen 102. Die Auflageflächen 102 sind dafür vorgesehen, den optischen Herzfrequenzsensor 100 auf die Haut aufzulegen. Darüber hinaus weist das Gehäuse 101 eine Ausnehmung 103 und eine Datenver ¬ bindung 104 auf. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Datenverbindung 104 mit einem Kabel realisiert. Es ist aber ebenso denkbar, die Datenverbindung 104 mit einem Funkmodul zu realisieren. Innerhalb der Ausnehmung 103 des Gehäu ¬ ses 101 befindet sich eine blaue Leuchtdiode 110 mit einem Konversionsleuchtstoff 111. Außerdem befindet sich in der Ausnehmung 103 ein Photodetektor 130. Das blaue Licht der Leuchtdiode 110 wird im Konversionsleuchtstoff 111 zu grün ¬ gelbem Licht umgewandelt. Der Photodetektor 130 ist einge ¬ richtet, Schwankungen der Lichtintensität zu detektieren.

Die Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf einen runden, optischen Herzfrequenzsensor 100. Dabei ist die Blickrichtung so gewählt, dass die Auflagefläche 102 des Gehäuses 101, sowie die Ausnehmung 103 des Gehäuses 101 sichtbar sind. Innerhalb der Ausnehmung 103 befindet sich die blaue Leuchtdiode 110, die mit dem Konversionsleuchtstoff 111 bedeckt ist. Der Konversi ¬ onsleuchtstoff 111 wandelt das blaue Licht der Leuchtdiode 110 in grün-gelbes Licht um. Des Weiteren befindet sich in der Ausnehmung 103 ein Photodetektor 130. Innerhalb der Ausnehmung 103 können auch mehrere Leuchtdioden 110 mit Konversionsleuchtstoff 111 und mehrere Photodetektoren 130 vorgese ¬ hen sein.

Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf einen länglichen opti ¬ schen Herzfrequenzsensor 100. Dieser besteht aus einem Gehäu- se 101 mit einer Auflagefläche 102, und mehreren Ausnehmungen 103, wobei die Ausnehmungen 103 rechteckig sind. In jeder Ausnehmung 103 befindet sich eine blaue Leuchtdiode 110 mit einem Konversionsleuchtstoff 111. Ebenso befindet sich in je ¬ der Ausnehmung 103 ein Photodetektor 130. Es kann auch vorgesehen sein, in einer Ausnehmung 103 mehr als eine Leuchtdiode 110 mit Konversionsleuchtstoff 111 und/oder mehr als einen Photodetektor 130 anzubringen. Der optische Herzfrequenzsensor 100 dieses Ausführungsbeispieles kann auch als Armband ausgeführt sein, wobei dann der Sensor beispielsweise kom ¬ plett um das Handgelenk geführt werden kann.

Die Figur 4 zeigt die Funktionsweise des optischen Herzfre ¬ quenzsensors 100 aus der Figur 1. Der optische Herzfrequenz ¬ sensor 100 liegt mit seinen Auflageflächen 102 auf der Haut 150 auf. Ein erster Lichtstrahl 121 wird von der blauen

Leuchtdiode 110 emittiert, in der Konversionsschicht 111 zu grün-gelbem Licht umgewandelt, und trifft dann innerhalb ei ¬ ner Ader 160 auf ein Hämoglobinmolekül 161. Der erste Licht ¬ strahl 121 wird von dem Hämoglobinmolekül 161 absorbiert. Ein zweiter Lichtstrahl 122 wird ebenfalls von der blauen Leuchtdiode 110 emittiert, und in der Konversionsschicht 111 zu grün-gelbem Licht umgewandelt. Dieser zweite Lichtstrahl 122 passiert die Ader 160 und trifft auf einen Gewebepartikel 151. Der zweite Lichtstrahl 122 wird am Gewebepartikel 151 gestreut. Der gestreute Lichtstrahl 123 trifft auf den Pho ¬ todetektor 130. Durch den Puls, bzw. den Herzschlag, verändert sich die Anzahl der Hämoglobinmoleküle 161 in der Ader 160. Dadurch verändert sich der Anteil an Lichtstrahlen, die von Hämoglobinmolekülen 161 absorbiert werden, im Vergleich zur Anzahl der Lichtstrahlen, die von Gewebepartikeln 151 gestreut werden. Durch die Änderung dieses Verhältnisses ändert sich auch die Intensität des im Photodetektor 130 detektier- ten Lichts. Diese Intensitätsänderung ist proportional zur Herzfrequenz, bzw. zum Puls. Dadurch kann aus der Änderung der Intensität im Photodetektor 130 auf die Herzfrequenz, bzw. den Puls geschlossen werden. In einem Ausführungsbeispiel weist das grün-gelbe Licht, das durch die Konversion des blauen Lichts der Leuchtdiode 110 im Konversionsleuchtstoff 111 entsteht, einen Anteil von mindes ¬ tens 25 % im Wellenlängenbereich von 540 bis 585 nm auf, während maximal 25% des Lichts eine Wellenlänge größer als 600 nm aufweist.

In einem Ausführungsbeispiel ist die blaue Leuchtdiode 110 eine InGaN-LED.

In einem Ausführungsbeispiel weist die blaue Leuchtdiode 110 eine Wellenlänge mit einer Maximalen Intensität auf, die zwi ¬ schen 400 nm und 450 nm liegt.

In einem Ausführungsbeispiel weist die InGaN-LED einen Ge ¬ samtwirkungsgrad von mindestens 40% auf. Das bedeutet, dass mindestens 40% der für die Leuchtdiode aufgewandten Energie, in blaues Licht der Leuchtdiode umgewandelt wird.

In einem Ausführungsbeispiel weist der Konversionsleuchtstoff

111 mit Cer dotiertes Lutetium-Aluminium-Granat auf.

In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Cer-Konzentration im Lutetium-Aluminium-Granat 1%.

Die Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Aus ¬ führungsbeispiel des optischen Herzfrequenzsensors 100. Der Aufbau entspricht im Wesentlichen dem optischen Herzfrequenzsensor der Figur 1. Als Konversionsleuchtstoff ist in diesem Fall mit Cer dotiertes Lutetium-Aluminium-Granat vorgesehen, das in Pulverform in ein Epoxidharz 112 eingegossen ist. Das Pulver des mit Cer dotierten Lutetium-Aluminium-Granats ist dabei in der Figur 5 mit Punkten innerhalb des Epoxidharzes

112 angedeutet. Die Korngröße des mit Cer dotierten Lutetium- Aluminium-Granat-Pulvers beträgt dabei einige Mikrometer. Au ¬ ßerdem weist der optische Herzfrequenzsensor 100 in der Figur 5 einen Deckel 105 auf. Dieser Deckel 105 verschließt die Ausnehmung 103, sodass sowohl die blaue Leuchtdiode 110 und der Konversionsleuchtstoff, der sich im Epoxidharz 112 befindet, als auch der Photodetektor 130 von Umwelteinflüssen geschützt sind. Der Deckel 105 besteht dabei aus einem Materi ¬ al, das für das grün-gelbe Licht, das im Konversionsleucht ¬ stoff entsteht, durchlässig ist. Es kann zusätzlich vorgese ¬ hen sein, dass die Ausnehmung 103 mit einem Material 106 ge ¬ füllt ist, das ebenfalls für das grün-gelbe Licht durchlässig ist .

In einem Ausführungsbeispiel ist das für das grün-gelbe Licht durchlässige Material ein Silikon, ein Kunststoff oder eine Keramik .

In einem Ausführungsbeispiel weist der Konversionsleuchtstoff 111 Quantenpunkte auf mit einem Durchmesser zwischen 2 und 6 nm auf.

In einem Ausführungsbeispiel weisen die Quantenpunkte Queck ¬ silbersulfid, Bleisulfid, Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, In- diumarsenid oder Indiumphosphid auf.

Figur 6 zeigt einen weiteren Querschnitt durch einen optischen Herzfrequenzsensor 100, der aus einem Gehäuse 101 mit einer blauen Leuchtdiode 110 und einem Photodetektor 130 besteht. Das Gehäuse 101 weist eine Auflagefläche 102 und eine Ausnehmung auf, wobei die blaue Leuchtdiode 110 und der Pho ¬ todetektor 130 innerhalb der Ausnehmung angeordnet sind. Ein lichtundurchlässiger Steg 107 ist zwischen der blauen Leuchtdiode 110 und dem Photodetektor 130 angeordnet, wodurch die Ausnehmung in zwei Bereiche unterteilt ist. Im Bereich der blauen Leuchtdiode 110 ist die Ausnehmung mit einem Epoxid ¬ harz, das ein Pulver aus mit Cer dotiertem Lutetium- Aluminium-Granat enthält, gefüllt. Im Bereich des Photodetek ¬ tors 130 ist die Ausnehmung mit einem Material 106 gefüllt, das für das grün-gelbe Licht durchlässig ist. Durch diese Bauform lassen sich besonders flache optische Herzfrequenzsensoren realisieren. Die Figur 7 zeigt einen weiteren Querschnitt durch einen optischen Herzfrequenzsensor 100, der im Wesentlichen dem optischen Herzfrequenzsensor der Figur 1 entspricht. Die blaue Leuchtdiode 110 weist neben dem Konversionsleuchtstoff 111 einen Filter 113 auf. Dieser Filter ist so eingerichtet, dass er für das grün-gelbe Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 540 nm und 585 nm durchlässig ist. Dadurch kann bei ¬ spielsweise sichergestellt werden, dass kein blaues Licht, das nicht in der Konversionsschicht 111 konvertiert wurde, die Lichtquelle verlässt. Dadurch wird Streulicht minimiert, wodurch eine bessere Bestimmung der Herzfrequenz möglich wird .

Die Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines op ¬ tischen Herzfrequenzsensors 100, wobei der optische Herzfre ¬ quenzsensor 100 im Wesentlichen dem optischen Herzfrequenzsensor der Figur 1 entspricht. Der Photodetektor 130 weist einen Filter 131 auf, der für grün-gelbes Licht im Wellenlängenbereich zwischen 540 nm und 585 nm durchlässig ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird Streulicht, das für die De- tektion der Herzfrequenz unerwünscht ist, vor dem Photodetektor ausgefiltert. Auch in diesem Fall lässt sich das Signal- zu-Rausch-Verhältnis dadurch verbessern. Der optische Herz ¬ frequenzsensor 100 weist in diesem Ausführungsbeispiel eben ¬ falls einen Deckel 105 auf, der sowohl die Lichtquelle als auch den Photodetektor vor Umwelteinflüssen schützen soll.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Filter, der für das grün-gelbe Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 540 nm und 585 nm durchlässig ist, in den Deckel 105 inte ¬ griert .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge ¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . BEZUGSZEICHENLISTE Optischer Herzfrequenzsensor

Gehäuse

Auflagefläche

Ausnehmung

Datenverbindung

Deckel

Material

Steg

Blaue Leuchtdiode

Konversionsleuchtstoff

Epoxidharz mit Konversionsleuchtstoff Filter

Erster Lichtstrahl

Zweiter Lichtstrahl

Gestreuter Lichtstrahl

Photodetektor

Filter

Haut

Gewebepartikel

Ader

Hämoglobin-Molekül




 
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