Sensorvorrichtung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein ringförmiges Computergerät zum Tragen am menschlichen Körper, insbesondere an einem Finger, sowie eine Sensorvorrichtung zur Aufnahme von Vitalparametern und/oder bioaktiven Markern am menschlichen Körper.

Hintergrund

Aus dem Stand der Technik (z.B. aus US 2016/0213267 Al oder US 2015/0220109 Al) sind tragbare Computergeräte bekannt, welche Vitalparameter und/oder Biomarker eines Trägers kontinuierlich an einem Finger sammeln und dem Nutzer über verbundene Geräte zur Verfügung stellen. Die tragbaren Computergeräte nutzen hierbei verschiedene Sensoren, um den psychischen und physiologischen Zustand des Trägers zu erfassen. Insbesondere nutzen die Geräte unter anderem optische Sensoren zu Herzschlagmessung, Beschleunigungs Sensoren und Gyroskope zur zeitabhängigen Positionsbestimmung des Computergerätes im Raum, mindestens einen Temperatur sensor sowie mindestens einen Sensor zur Messung des emotionalen und physiologischen Zustandes des Trägers über die elektrischen Eigenschaften der Haut des Trägers.

Wenn ein optischer Sensor zur Herzschlagmessung verwendet wird, setzt dies eine störungsfreie optische Messstrecke zwischen dem Sensor und der Haut des Trägers, zumindest im Wellenlängenbereit des vom Sensor emittierten Lichtes, voraus. Im aktuellen Stand der Technik wird diese Messstrecke über eine Öffnung in der Oberfläche des tragbaren Computergerätes ausgeführt. Diese Öffnung ist zumindest für den Wellenlängenbereich des von dem optischen Sensor emittierten Lichtes transparent ausgeführt. Diese Lösung erhöht die Komplexität der Herstellung des Gerätes und kann außerdem dazu führen, dass die Öffnung nicht lüft- und wasserdicht abgeschlossen werden kann. Weitere Ausführungsformen des Stands der Technik sind so gestaltet, dass zumindest der zum Körper des Trägers zeigende Teil des Gehäuses des tragbaren Computergerätes als optisch transparentes Bauteil ausgeführt ist. Um neben einem optischen Sensor auch einen Sensor zur Erfassung von elektrodermalen Aktivitäten zu integrieren, werden vom Stand der Technik ebenfalls weitere Öffnungen in der Gehäuseoberfläche des Gerätes vorgeschlagen, um elektrisch leitfähige Kontakte in die Oberfläche einzubringen. Dies führt erneut zu höherer Bauteilkomplexität sowie zu potenzieller Luft- und Wasserdurchlässigkeit.

Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, diese Nachteile zumindest abzumildern .

Kurzbeschreibung der Erfindung

Dies Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß geschaffen ist ein ringförmiges Computergerät zum Tragen am menschlichen Körper, insbesondere an einem Finger, welches dazu eingerichtet ist Vitalparameter und/oder bioaktive Marker eines Trägers kontinuierlich zu sammeln und einem verbundenen Gerät zur Verfügung zu stellen, umfassend einen ringförmigen Grundkörper mit einer zumindest teilweise optisch transparenten Innenfläche, die einer Haut des Trägers zugewandt ist, einen ersten Sensor zur optischen Erfassung von Vitalparametern, insbesondere einer Herzfrequenz, über die Haut des Trägers, wobei der erste Sensor durch zumindest einen optisch transparenten Erfassungsbereich der Innenfläche von der Haut des Trägers getrennt ist; und einen zweiten Sensor zur Bestimmung elektrischer Eigenschaften der Haut des Trägers mittels elektrischer Kontakte, wobei die elektrischen Kontakte auf die zumindest teilweise optisch transparente Innenfläche des Grundkörpers aufgebracht sind.

Gemäß der Erfindung kann die nichtleitende transparente Innenfläche des Computergerätes zum Tragen von elektrischen Sensorkontakten eines EDA Sensors genutzt werden. Die Innenfläche des Computergerätes kann zumindest einen optisch transparenten Bereich aufweisen, der zur Erfassung der Herzfrequenz durch den optischen Sensor dient. Die elektrischen Kontakte können auf der Innenseite der ringförmigen Computervorrichtung direkt auf den zumindest teilweise transpatenten Bereich aufgebracht sein, der zumindest auch teilweise von einem optischen Sensor genutzt werden kann. Die elektrischen Kontakte können so angeordnet oder ausgestaltet sein, dass sie die Messstrecke des optischen Sensors nicht behindern. Die Innenfläche des ringförmigen Sensors bietet genügend Platz, um darauf elektrische Kontakte anzuordnen, die die Haut des Trägers sicher kontaktieren können. Der optisch transparente Grundkörper stellt in dieser Ausführungsform ein Bauteil dar, welches zumindest einen Teil des Außengehäuses des tragbares Computergeräts bildet. Dieser Grundkörper ist so ausgeführt, dass er zumindest für elektromagnetische Strahlung der Wellenlängen weitestgehend transparent ist, welche für das Messprinzip des Herzschlagsensors (PPG) nötig ist. Um eine Messung der elekt rodermalen Aktivität (EDA) bzw. der (psycho- ) galvanischen Hautreaktion des Trägers zu ermöglichen, werden auf der Oberfläche dieses Grundkörpers zwei galvanisch voneinander getrennte elektrische Kontakte aufgebracht. Dadurch ist es möglich die Oberfläche bzw. einen Teil der Oberfläche des Gerätes als transparentes Bauteil auszuführen, und gleichzeitig die Messung von elektrodermalen Aktivitäten des Trägers zu ermöglichen. Dabei sind keine größeren Öffnungen der Oberfläche nötig und das Computergerät kann hermetisch verschlossen sein .

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrischen Kontakte dazu ausgebildet, mit der Haut des Trägers in Kontakt zu stehen, und das Computergerät umfasst ferner innenliegende Bauteile wie eine Leiterplatte zur Aufnahme der Sensoren und einer Datenschnittstelle, einen Prozessor und mindestens zwei Batteriemodule, zur Energieversorgung der Leiterplatte und des Prozessors, die zu einer Gesamtbatterie zusammengeschaltet sind. Die elektrischen Kontakte können Teil des EDA Sensors sein, der weitere Komponenten aufweist, die zusammen mit weiteren Komponenten im Inneren des Computergerätes angeordnet sind. Beispielsweise und nicht abschließend, kann das Computergerät eine Leiterplatte umfassen, auf der der optische Sensor und/oder zumindest ein Teil des EDA Sensors angeordnet sind. Weiterhin können ein Prozessor und eine Datenschnittstelle mit der Leiterplatte verbunden oder auf dieser angeordnet sein. Die Leiterplatte kann flexibel ausgeführt sein, um sich der ringförmigen Form des Computergerätes anzupassen. Der Prozessor kann die Rohdaten der Sensoren empfangen, verarbeiten und über die Datenschnittstelle (z.B. Bluetooth®) zu einem verbundenen Gerät wie z.B. einem Smartphone und/oder einem Server weiterleiten. Die Computervorrichtung kann ferner ein oder mehrere Batteriemodule zur Stromversorgung der elektrischen Bauteile umfassen. Mehrere Batteriemodule können zu einer Gesamtbatterie zusammengeschaltet sein. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrischen Kontakte durch eine elektrisch leitfähige Dünnschicht gebildet, und/oder der Grundkörper ist optisch transparent und die elektrischen Kontakte sind auf dem optisch transparenten Grundkörper aufgebracht. Der optisch transparente Grundkörper stellt in dieser Ausführungsform ein Bauteil dar, welches zumindest einen Teil des Außengehäuses des tragbares Computergeräts bildet. Die elektrischen Kontakte sind auf eine Oberfläche des Grundkörpers mittels Dünnschichttechnik aufgebracht sind. Diese Aufbringung der elektrisch leitfähigen Schichten, welche die Kontakte bilden, kann beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung oder galvanische Verfahren, sowie durch eine Kombination dieser oder weiterer Verfahren erfolgen. Dadurch ist es möglich, die Oberfläche bzw. einen Teil der Oberfläche des Gerätes als transparentes Bauteil auszuführen, und gleichzeitig die Messung von elekt rodermalen Aktivitäten des Trägers zu ermöglichen .

Insbesondere ist der Grundkörper so ausgeführt, dass er für elektromagnetische Strahlung der Wellenlängen transparent ist, welche für das Messprinzip des Herzfrequenzsensors, insbesondere eines Photoplethysmogrammes (PPG) , nötig sind.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrischen Kontakte großflächig über die gesamte Innenfläche des Grundkörpers verteilt angeordnet, und der Erfassungsbereich des ersten Sensors ist von den elektrischen Kontakten ausgespart. Insbesondere können die elektrischen Kontakte sehr großflächig ausgeführt werden, d.h. mit Ausnahme des Erfassungsbereiches (d.h. der minimal erforderlichen freien optischen Messtrecke des optischen Sensors) die gesamte Innenfläche der Computervorrichtung belegen. Dies führt zu einer verbesserten Kontaktierung zwischen der Haut des Trägers und den EDA-Kontakten . Dies gilt besonders dann, wenn der Träger des Rings in Bewegung ist und temporär nur Teile der inneren Gehäuseoberfläche, d.h. Innenfläche des Gerätes in Kontakt mit der Haut des Trägers sind.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrischen Kontakte schlangenförmig auf der transparenten Innenfläche des Grundkörpers ausgebildet, und/oder die Computervorrichtung umfasst zwei Gruppen elektrischer Kontakte, die über die Innenfläche verteilt angeordnet sind .

Die Kontakte können schlangen- oder serpentinenförmig auf der Innenfläche ausgebildet sein. Dadurch wird sichergestellt, dass die Haut des Trägers sicher kontaktiert wird, d.h. genügend große Kontaktmöglichkeiten bestehen, es kann jedoch im Vergleich zu einem als Fläche ausgebildeten Kontakt Material eingespart werden. Ferner könne die elektrischen Kontakte jeweils mehrere Gruppen von Unterkontakten umfassen, wobei die Unterkontakte jeder Gruppe elektrisch miteinander verbunden sind und wobei die Gruppen galvanisch voneinander getrennt sind. Die Unterkontakte jeder Gruppe können dabei mit den Unterkontakten der jeweils anderen Gruppe intermittierend angeordnet sein. Auch ist es möglich durch eine gehäufte Anordnung von Unterkontakten einer Gruppe „Kontakt Schwerpunkte" zu bilden. Dies kann dabei helfen, den Kontakt zur Haut bei spezifischen Sportarten zu verbessern, bei denen z.B. einseitige Belastungen auf die Computervorrichtung wirken und daher ein Hautkontakt auf der jeweils gegenüberliegenden Seite eingeschränkt ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Computervorrichtung eine Durchkontaktierung in der Innenfläche des Grundkörpers zur Kontaktierung der innenliegenden Elektronik, insbesondere der Leiterplatte. Die Durchkontaktierung kann nur eine kleinste Bohrung durch die Innenseite des Grundkörpers sein. Wenn diese die Kontakte in das Innere des Grundkörpers führt, ist diese jedoch z.B. durch Galvanisieren vollständig geschlossen. Dadurch können größere Öffnungen vermieden werden, wodurch das Innere des Grundkörpers hermetisch geschlossen bleibt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Computervorrichtung eine Führung der Kontaktanschlüsse über eine Stirnfläche des Grundkörpers in das Innere des Grundkörpers zur Kontaktierung der innenliegenden Elektronik, insbesondere der Leiterplatte, durch die elektrischen Kontakte. Die Kontaktanschlüsse können auch zunächst von der Innenfläche weg auf eine Stirnfläche des Grundkörpers geführt werden. Dadurch werden Bohrungen auf der Innenseite vermieden und die Dichtigkeit weiter verbessert .

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Sensorvorrichtung zur Aufnahme von Vitalparametern und/oder bioaktiven Markern am menschlichen Körper geschaffen, umfassend einen ersten Sensor zur optischen Erfassung von Vitalparametern, insbesondere einer Herzfrequenz, umfassend zumindest einen optisch transparenten Erfassungsbereich; und einen zweiten Sensor zur Bestimmung elektrischer Eigenschaften der Haut des Trägers mittels elektrischer Kontakte, wobei die elektrischen Kontakte zumindest teilweise auf den optisch transparenten Erfassungsbereich des ersten Sensors aufgebracht sind.

Alle Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Computervorrichtung sind auch auf den zweiten Aspekt der Erfindung übertragbar .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Anhand der beiliegenden Zeichnungen sind nachfolgend beispielhafte

Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt die Figur 1 eine beispielhafte Ausgestaltung einer Computervorrichtung mit innenliegenden elektrischen Kontakten gemäß der Erfindung; die Figuren 2a und 2b Ausschnittszeichnungen verschiedener beispielhafter Sensoranordnungen auf der Innenfläche der Computervorrichtung gemäß der Erfindung; die Figur 3 eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung; die Figur 4 eine Ausschnittszeichnung zu einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung; die Figuren 5a bis 5c beispielhafte Sensoranordnungen auf der Innenfläche der Computervorrichtung gemäß der Erfindung.

Figurenbeschreibung

Figur 1 zeigt ein Computergerät 1 in Form eines Fingerrings gemäß der Erfindung. Das Computergerät 1 umfasst einen Grundkörper 2 mit einer Innenfläche 3 und einer Stirnfläche 4. Die Innenfläche 3 ist einstückig und zumindest teilweise optisch transparent ausgebildet. Die Innenfläche 3 umfasst einen Erfassungsbereich 5, der zumindest im Bereich der Wellenlängen für die optische Erfassung einer Herzfrequenz des Trägers durch ein Photoplethysmogramm, PPG, erforderlich sind. In einem Innenraum 6 der Computervorrichtung 1 ist eine Sensorbaugruppe 7 angeordnet, die einen PPG Sensor und zumindest Teile eines EDA-Sensors umfasst. Die Sensorbaugruppe 7 ist unterhalb des Erfassungsbereiches 5 angeordnet, um dem PPG Sensor die Erfassung der Herzfrequenz über eine Messstrecke 8 zu ermöglichen. Auf die Innenfläche 3 sind elektrische Kontakte 9 aufgebracht, die galvanisch voneinander beabstandet sind. In dem gezeigten Beispiel sind die elektrischen Kontakte 9 als dünne, elektrisch leitfähige Schichten ausgeführt. Ein erster elektrischer Kontakt 10 ist auf einer ersten Hälfte der inneren Umfangsfläche (Innenfläche 3) aufgebracht und ein zweiter elektrischer Kontakt 11 ist auf einer zweiten Hälfte der Innenfläche 3 aufgebracht. Die Kontakte 10, 11 sind im Bereich des Erfassungsbereiches 5, sowie in einem Bereich 12 der dem Erfassungsbereich 5 gegenüberliegt räumlich und galvanisch voneinander beabstandet und elektrisch getrennt. Die elektrischen Kontakte 10, 11 sind durch eine Dünnschicht gebildet und großflächig über die jeweiligen Hälften der Innenfläche 3 verteilt. Der Erfassungsbereich 5 ist nicht von den Kontakten 10,11 bedeckt. Wenn Kontakte 10, 11 verwendet werden die nicht flächig, sondern spurförmig, insbesondere schlangenförmig sind, kann auch der Erfassungsbereich mit Kontakten versehen werden, bzw. kann auf ein Minimum reduziert werden, welches notwendig ist, um die Messstrecke 8 zu erhalten.

Die Figur 2a zeigt eine mögliche Anordnung der elektrischen Kontakte 9 auf der Innenfläche 3 der Computervorrichtung 1. Die elektrischen Kontakte 10 und 11 sind als schlangenförmige Spuren auf die Innenfläche 3 des Grundkörpers 2 aufgebracht und galvanisch getrennt. Die Kontakte 10, 11 sind mittels Durchkontaktierungen 13 in das Innere 6 des Grundkörpers 2 geführt. Die Durchkontaktierungen 13 befinden sich in einer Umgebung der Sensorbaugruppe 7 und können auch innerhalb des optisch transparenten Erfassungsbereiches 5 des optischen Sensors 14 liegen. Die Durchkontaktierungen 13 sind mit zumindest einem zweiten Sensor 15 (EDA-Sensor) verbunden (nicht dargestellt) .

Die Figur 2b zeigt eine weitere mögliche Anordnung der elektrischen

Kontakte 9 auf der Innenfläche 3 der Computervorrichtung 1. Die Kontakte 10, 11 sind über eine Führung 16 an die Stirnfläche 4 des Grundkörpers 2 geführt.

Die Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung. Die Computervorrichtung 1 umfasst neben den elektrischen Kontakten 10,11 und der Sensorbaugruppe 7 (durch gestrichelte Linie umrandet) eine Leiterplatte 17. Die Leiterplatte 17 ist mit der Sensorbaugruppe 7 verbunden. Ein Prozessor 18 und eine Datenschnittstelle 19 sind auf der Leiterplatte 17 angeordnet. Die Sensorbaugruppe 7 umfasst den optischen Sensor 14 und den EDA Sensor 15. Im Inneren 6 des Grundkörpers 2 sind ferner mindestens zwei Batteriemodule 20 angeordnet, die zu einer Gesamtbatterie zusammengeschaltet sind.

Die Figur 4 zeigt eine weitere mögliche Anordnung der elektrischen Kontakte 9 auf der Innenfläche 3 der Computervorrichtung 1. Die als flächige, dünne Schicht ausgebildeten Kontakte 10, 11 sind über die Führung 16 an die Stirnfläche 4 des Grundkörpers 2 geführt und dort mittels Durchkontaktierungen 13 ins Innere 6 des Grundkörpers 2 geführt und mit der Sensorbaugruppe 7, insbesondere mit dem EDA- Sensor 15 verbunden.

Die Figuren 5a bis 5c zeigen weitere beispielhafte Anordnungen der elektrischen Kontakte 9 auf der Innenfläche 3 der Computervorrichtung 1. Die ersten und zweiten Kontakte 10,11 sind abwechselnd entlang der inneren Umfangsfläche angeordnet.

Figur 5b zeigt eine Ausführungsform, in der die Kontakte 9 schlangenförmig ausgebildet sind und als Spuren nebeneinander auf der Innenfläche 3 verlaufen. Die ersten und zweiten Kontakte 10,11 haben dabei jeweils serpentinenförmige Abschnitte 21, die versetzt angeordnet sind. Figur 5b zeigt eine Ausführungsform, in der die Kontakte 9 Gruppen erster und zweiter Kontakte 10,11 umfassen. Die Gruppen erster und zweiter Kontakte 10, 11 können als zusammengeschaltete Flächen oder serpentinenförmige Abschnitte 21 (nicht dargestellt) ausgebildet sein. Die Gruppe erster Kontakte 10 umfasst beispielsweise je drei zusammengeschaltete Flächenkontakte, während die Gruppe zweiter Kontakte 11 zwei zusammengeschaltete Flächenkontakte umfasst.

Bezugszeichenliste

1 Computergerät

2 Grundkörper

3 Innenfläche

4 Stirnfläche

5 Erfassungsbereich

6 Innenraum/ Inneres des Grundkörpers

7 Sensorbaugruppe

8 Messstrecke

9 elektrische Kontakte

10 erster Kontakt

11 zweiter Kontakt

12 gegenüberliegender Bereich

13 Durchkontaktierungen

14 optischer Sensor

15 EDA-Sensor

16 Führung

17 Leiterplatte

18 Prozessor

19 Datenschnittstelle

20 Batteriemodule

21 serpentinenförmige Abschnitte