DE102018220879A1

DE102018220879A1 - Pulssensor zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens

Info

Publication number: DE102018220879A1
Application number: DE102018220879.4A
Authority: DE
Inventors: Tobias Schmidt
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-04
Also published as: US12478274B2; WO2020114960A1; US20220047176A1

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird bereitgestellt ein Pulssensor (20) zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens, mit: mindestens einer Lichtquelle (22), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulssensors (20) Licht in Richtung eines durchbluteten Gewebes (30) des Lebewesens abstrahlt, wobei das durchblutete Gewebe (30) das Licht streut und wobei das gestreute Licht in Abhängigkeit des Pulses des Lebewesens moduliert ist; mindestens einem Lichtdetektor (24), der zumindest einen Teil des von dem Gewebe (30) gestreuten Lichts detektiert; und einem optischen Konzentrator (50) zum Konzentrieren des gestreuten Lichts, der im Lichtpfad (42, 44) des gestreuten Lichts zwischen dem Gewebe (30) und dem Lichtdetektor (24) angeordnet ist, der eine erste Eintrittsfläche (52) hat, durch die das gestreute Licht in den optischen Konzentrator (50) eintritt, der eine erste Austrittsfläche (54) hat, durch die das konzentrierte gestreute Licht aus dem optischen Konzentrator (50) hin zu dem Lichtdetektor (24) austritt und die kleiner als die erste Eintrittsfläche (52) ist, und der transparent für das gestreute Licht ist, wobei die erste Eintrittsfläche (52) des optischen Konzentrators (50) größer als die erste Austrittsfläche (54) des optischen Konzentrators (50) und größer als die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors (24) ist und wobei der optische Konzentrator (50) über die erste Austrittsfläche (54) in optischem Kontakt mit dem Lichtdetektor (24) ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pulssensor zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens.
In den letzten Jahren sind Pulssensoren, in anderen Worten Pulsmesser, immer populärer geworden. Insbesondere gibt es einen ungebrochenen Boom von sogenannten Fitnesstrackern, die in der Regel eine digitale Armbanduhr mit eingebautem Pulsmesser sind.
Bei diesen Pulssensoren wird Licht, das in der Regel mittels einer oder mehreren LEDs erzeugt wird, über die Oberfläche der Haut in das Gewebe eines Menschen eingekoppelt, wobei in dieser Patentanmeldung die Haut als Teil des Gewebes zu verstehen ist. Das Licht wird von dem Gewebe gestreut und erfährt eine Modulation, die zu dem Puls des entsprechenden Menschen korrespondiert. Der Ursprung dieser Modulation ist bis heute noch nicht endgültig geklärt, jedoch wird vermutet, dass die Modulation in einer sich aufgrund des Pulsschlages verändernden Dichte des Gewebes rund um ein Blutgefäß und/oder in der abhängig vom Pulsschlag innerhalb eines bestimmten Gewebes variierenden Menge an Blut begründet ist. Zumindest ein Teil des gestreuten und entsprechend modulierten Lichts wird mittels eines Lichtdetektors erfasst und der Puls des entsprechenden Menschen wird anhand der Modulation des Lichts ermittelt.
Ein Problem dieser Pulssensoren ist, dass nur ein kleiner Bruchteil des erzeugten Lichts am Lichtdetektor ankommt. Der Rest des Lichts tritt entweder gar nicht in das Gewebe ein oder wird von dem Gewebe nicht in Richtung hin zu dem Lichtdetektor gestreut. Somit ist das Verhältnis aus dem Licht, das erfasst wird, zu dem Licht, das erzeugt wird, gering. Dieses Verhältnis wird auch als Effizienz des Pulssensors ausgedrückt. Somit ist die Effizienz herkömmlicher Pulssensoren gering.
Ein weiteres Problem ist, dass nur ein Teil des Lichts, das beim Lichtdetektor ankommt, derart gestreut wurde, dass es die mit dem Puls korrespondierende Modulation aufweist. Dieser Teil des Lichts wird beispielsweise in einem Blutgefäß des Gewebes oder nahe einem Blutgefäß des Gewebes gestreut. Der Rest des Lichts wird in Bereichen des Gewebes gestreut, die nicht in Übereinstimmung mit dem Puls modulierend auf das Licht wirken. Dieser Teil des Lichts wird beispielsweise entfernt von dem Blutgefäß gestreut. Beispielsweise liegen Blutgefäße in der Regel mindestens 1 mm bis 2 mm, teilweise bis zu 5 mm oder mehr unter der Hautoberfläche, weshalb Licht, das bereits in oberen Hautschichten gestreut wird, keine auswertbare Modulation aufgrund des Pulses erfährt. Somit ist das Verhältnis aus moduliertem Licht, das erfasst wird, zu nicht moduliertem Licht, das erfasst wird, ebenfalls gering. Dieses Verhältnis kann als Verhältnis R ausgedrückt werden. Somit ist bei den herkömmlichen Pulssensoren das Verhältnis R gering.
Die geringe Effizienz und das geringe Verhältnis R führen dazu, dass das mittels des Lichtdetektors erzeugte Signal relativ schwach ist und ein relativ schlechtes Signal/RauschVerhältnis hat.
Die Effizienz und das Verhältnis R können durch einfache Maßnahmen beeinflusst werden, die jedoch zumindest teilweise gegenläufig sind. D.h., es gibt Maßnahmen, die die Effizienz verbessern und gleichzeitig das Verhältnis R verschlechtern und andersherum. Falls man beispielsweise den Abstand zwischen den LEDs und dem Lichtdetektor vergrößert und/oder Trennwände zwischen den LEDs und dem Lichtdetektor verbreitert, wird der Weg, den das Licht von den LEDs zu dem Lichtdetektor zurücklegen muss, länger. Dies führt dazu, dass das Licht öfter gestreut wird und die Effizienz sinkt. Gleichzeitig steigt jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass das Licht tiefer in das Gewebe eindringt. Dies führt dazu, dass ein größerer Anteil des gestreuten Lichts bei der Streuung die gewünschte Modulation erfährt, was das Verhältnis R vergrößert. Zu diesen Effekten gegenteilige Effekte treten ein, wenn der Abstand zwischen den LEDs und dem Lichtdetektor verkleinert wird.
Darüber hinaus ist es für die meisten Anwendungen, beispielsweise für Armbanduhren, erforderlich, dass der entsprechende Pulssensor besonders dünn ist.
1 zeigt einen herkömmlichen Pulssensor 10. Der herkömmliche Pulssensor 10 weist mindestens eine Lichtquelle 22, im gezeigten Beispiel zwei Lichtquellen 22 und mindestens einen Lichtdetektor 24 auf. Die Lichtquellen 22 und der Lichtdetektor 24 sind in einem Gehäuse des herkömmlichen Pulssensors 10 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses sind die Lichtquellen 22 durch Trennwände 26 von dem Lichtdetektor 24 abgetrennt, so dass kein mittels der Lichtquellen 22 erzeugtes Licht auf direktem Weg zu dem Lichtdetektor 24 gelangen kann. Das Gehäuse und die Trennwände 26 bilden drei Kavitäten, in denen die beiden Lichtquellen 22 und der Lichtdetektor 24 entsprechend angeordnet sind. Die Kavitäten können auch als Kammern bezeichnet werden. Die Kavitäten sind in 1 nach unten geöffnet, so dass das erzeugte Licht den Pulssensor 10 verlassen kann und dass zu erfassendes Licht den Lichtdetektor 24 erreichen kann. Häufig sind die Kavitäten mit einem transparenten Material, beispielsweise mit Silikon, gefüllt.
Der herkömmliche Pulssensor 10 dient zum Erfassen eines Pulses eines Lebewesens. Das Lebewesen kann beispielsweise ein Mensch oder ein Tier sein. Das Lebewesen weist ein Gewebe 30 auf, in dem ein Blutgefäß 32, beispielsweise eine Ader, eine Arterie oder eine Vene verläuft.
Das mittels der Lichtquellen 22 erzeugte Licht kann sich beispielsweise entlang eines ersten Lichtpfades 40 ausbreiten. Das Licht, das sich entlang des ersten Lichtpfades 40 ausbreitet, trifft auf das Blutgefäß 32, wird von dem Blutgefäß 32 gestreut und erfährt dabei eine Modulation, die repräsentativ für den Puls des Lebewesens ist. Das modulierte gestreute Licht kann sich beispielsweise entlang eines zweiten Lichtpfades 42 ausbreiten und trifft so auf den Lichtdetektor 24, der das modulierte gestreute Licht erfasst. Der Lichtdetektor 24 erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das repräsentativ für das erfasste Licht, dessen Modulation und insbesondere repräsentativ für den Puls des Lebewesens ist. Eine nicht dargestellte Auswerteeinheit kann das Ausgangssignal des Lichtdetektors 24 empfangen und auswerten. Insbesondere kann die Auswerteeinheit anhand der Modulation des Lichts den Puls des Lebewesens ermitteln.
Bei dem herkömmlichen Pulssensor 10 erreicht lediglich ein geringer Anteil des erzeugten Lichts den Lichtdetektor 24. Beispielsweise kann sich das an dem Blutgefäß 32 gestreute Licht entlang eines dritten Lichtpfades 44 ausbreiten und trifft so auf eine der Trennwände 26 und nicht auf den Lichtdetektor 24. Somit ist die Effizienz des herkömmlichen Pulssensors 10 gering.
Weiter problematisch bei dem herkömmlichen Pulssensor 10 ist, dass lediglich ein geringer Anteil des erzeugten Lichts 46 von einem Teil des Gewebes 30 gestreut wird, der das Licht moduliert. In anderen Worten wird ein großer Teil des erzeugten Lichts in Bereichen des Gewebes 30 gestreut, in denen es keine Modulation aufgrund des Pulses des Lebewesens erfährt. Beispielsweise kann sich das erzeugte Licht entlang eines vierten Lichtpfades 46 ausbreiten, kann dann in dem Gewebe 30 fern von dem Blutgefäß 32 gestreut werden und kann entlang eines fünften Lichtpfades 48 auf den Lichtdetektor 24 treffen. Dieser Teil des Lichts wird zwar mittels des Lichtdetektors 24 erfasst, weist jedoch keine Modulation korrespondierend zu dem Puls des Lebewesens auf und ist damit nicht repräsentativ für den Puls des Lebewesens. Somit ist auch das Verhältnis R gering.
Da bei dem herkömmlichen Pulssensor 10 sowohl die Effizienz als auch das Verhältnisse R gering sind, wird bei dem herkömmlichen Pulssensor 10 insgesamt lediglich ein sehr geringer Anteil des erzeugten Lichts korrespondierend zu dem Puls des Lebewesens moduliert und von dem Lichtdetektor 24 erfasst.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Pulssensor zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens bereitzustellen, der eine hohe Effizienz hat, dessen Verhältnis R groß ist und der dünn ist.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Pulssensor zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens, mit: mindestens einer Lichtquelle, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulssensors Licht in Richtung eines durchbluteten Gewebes des Lebewesens abstrahlt, wobei das durchblutete Gewebe das Licht streut und wobei das gestreute Licht in Abhängigkeit des Pulses des Lebewesens moduliert ist; mindestens einem Lichtdetektor, der eine lichtempfindliche Fläche aufweist, mittels der zumindest ein Teil des von dem Gewebe gestreuten Lichts erfasst wird; und einem optischen Konzentrator zum Konzentrieren des gestreuten Lichts, der im Lichtpfad des gestreuten Lichts zwischen dem Gewebe und der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors angeordnet ist, der eine erste Eintrittsfläche hat, durch die das gestreute Licht in den optischen Konzentrator eintritt, der eine erste Austrittsfläche hat, durch die das konzentrierte gestreute Licht aus dem optischen Konzentrator hin zu dem Lichtdetektor austritt, und der transparent für das gestreute Licht ist, wobei die erste Eintrittsfläche des optischen Konzentrators größer als die erste Austrittsfläche des optischen Konzentrators und größer als die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors ist und wobei der optische Konzentrator über die erste Austrittsfläche in optischem Kontakt mit dem Lichtdetektor ist.
Der optische Konzentrator dient dazu, das in dem Gewebe gestreute Licht zu sammeln und hin zu dem Lichtdetektor zu leiten. Da die erste Eintrittsfläche des optischen Konzentrators größer als die erste Austrittsfläche des optischen Konzentrators und größer als die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors ist, bewirkt der optische Konzentrator, dass ein größerer Anteil des gestreuten Lichts auf die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors trifft als ohne den optischen Konzentrator. Anschaulich gesprochen sammelt der optische Konzentrator über seine relativ große erste Eintrittsfläche eine relativ große Menge an Licht und leitet diese auf die demgegenüber relativ kleine lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors. In anderen Worten wirkt der optische Konzentrator als optischer Trichter, der Licht innerhalb einer großen Fläche, nämlich der ersten Eintrittsfläche des optischen Konzentrators, sammelt und auf eine kleine Fläche, nämlich der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors, weiterleitet, insbesondere konzentriert.
Dies bewirkt, dass sowohl die Effizienz als auch das Verhältnis R des Pulsmessers besonders groß sind. Darüber hinaus kann ein derartiger optischer Konzentrator relativ dünn ausgebildet sein, so dass der entsprechende Pulsmesser ebenfalls besonders dünn ausgebildet sein kann.
Die Lichtquelle kann beispielsweise eine LED sein. Zusätzlich zu der einen Lichtquelle kann der Pulsmesser eine, zwei oder mehr weitere Lichtquellen aufweisen. Der Lichtdetektor ist beispielsweise eine Fotodiode oder weist beispielsweise eine Fotodiode auf. Zusätzlich zu der Fotodiode kann der Lichtdetektor eine, zwei oder mehr weitere Fotodioden aufweisen. Außerdem kann der Pulsmesser ein Gehäuse aufweisen, in dem die Lichtquelle und der Lichtdetektor angeordnet sind. Dabei sind die Lichtquelle und der Lichtdetektor derart in dem Gehäuse angeordnet, dass das mittels der Lichtquelle erzeugte Licht nicht direkt, also ohne auf das Gewebe zu treffen, zu dem Lichtdetektor gelangt. Zu diesem Zweck können die Lichtquelle und der Lichtdetektor in je einer Kavität bzw. Kammer des Gehäuses angeordnet sein, wobei die eine Kavität von der anderen Kavität durch eine opake Trennwand abgetrennt ist.
Die erste Austrittsfläche des optischen Konzentrators kann beispielsweise die gleiche Form und/oder die gleiche Größe aufweisen wie die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors. Dass der optische Konzentrator in optischem Kontakt mit der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors ist, bedeutet, dass das im Gewebe gestreute Licht durch den optischen Konzentrator zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors gelangen kann und dass zwischen dem optischen Konzentrator und der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors kein Bereich mit einem Brechungsindex kleiner als 1,3 ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist der optische Konzentrator einstückig ausgebildet. Dies trägt dazu bei, dass der optische Konzentrator einfach herstellbar und einfach montierbar ist und dass keine Verluste innerhalb des optischen Konzentrators aufgrund von Grenzflächen unterschiedlicher Elemente des optischen Konzentrators auftreten.
Gemäß einer Weiterbildung weist der optische Konzentrator mindestens eine erste Seitenwand auf, die die erste Eintrittsfläche mit der ersten Austrittsfläche verbindet. Zusätzlich zu der ersten Seitenwand kann der optische Konzentrator eine, zwei oder mehr erste Seitenwände aufweisen. Die Lichtleitung innerhalb des optischen Konzentrators hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors kann zumindest teilweise über innere Totalreflexion an der einen oder den mehreren Seitenwänden des optischen Konzentrators erfolgen.
Gemäß einer Weiterbildung schließt die erste Seitenwand mit einer Normalen auf einer Detektorfläche des Lichtdetektors einen Winkel größer Null ein. Dies kann dazu beitragen, dass die erste Eintrittsfläche des optischen Konzentrators größer als die erste Austrittsfläche des optischen Konzentrators ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist der optische Konzentrator barrenförmig ausgebildet. Dies kann dazu beitragen, dass die erste Eintrittsfläche des optischen Konzentrators größer als die erste Austrittsfläche des optischen Konzentrators ist, dass das Licht innerhalb des optischen Konzentrators mittels innerer Totalreflexion weitergeleitet wird und/oder dass der optische Konzentrator einfach herstellbar ist. Dass der optische Konzentrator barrenförmig ausgebildet ist, bedeutet, dass die erste Eintrittsfläche und die erste Austrittsfläche parallel zueinander sind und dass eine Schnittfläche des optischen Konzentrators senkrecht zu der ersten Eintrittsfläche und der ersten Austrittsfläche trapezförmig ausgebildet ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Außenfläche der ersten Seitenwand optisch glatt. Dies trägt dazu bei, dass ein besonders hoher Anteil des Lichts, das über die erste Eintrittsfläche in den optischen Konzentrator eintritt, aus der ersten Austrittsfläche des optischen Konzentrators hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors austritt. Dass die Außenfläche optisch glatt ist, bedeutet, dass eine Rautiefe der Außenfläche klein gegenüber der Wellenlänge des im Gewebe gestreuten Lichts ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Außenseite der ersten Eintrittsfläche antireflektierend ausgebildet. Dies trägt dazu bei, dass ein besonders hoher Anteil des Lichts, das vom Gewebe in Richtung hin zu dem optischen Konzentrator gestreut wird, in den optischen Konzentrator eintritt.
Gemäß einer Weiterbildung ist der optische Konzentrator mittels Klebstoff an dem Lichtdetektor befestigt, wobei der Klebstoff für das gestreute Licht transparent ist und den gleichen oder einen höheren Brechungsindex aufweist als der optische Konzentrator. Dies bewirkt, dass Verluste beim Übergang von dem optischen Konzentrator zu dem Lichtdetektor besonders gering sind.
Gemäß einer Weiterbildung weist der optische Konzentrator Kunstharz, Silikon, Glas und/oder Polycarbonat auf oder ist daraus gebildet. Außerdem ist es besonders günstig, wenn das verwendete Material einen hohen Brechungsindex hat. Gerade bei der Verwendung von Glas kann es daher günstig sein, Glas zu verwenden, das einen hohen Brechungsindex hat. Polycarbonat hingegen hat grundsätzlich einen für einen Kunststoff sehr hohen Brechungsindex.
Gemäß einer Weiterbildung weist der Pulssensor eine diffus reflektierende Fläche auf, die außerhalb des optischen Konzentrators angeordnet ist, die zumindest teilweise von dem optischen Konzentrator beabstandet ist, wobei ein Abstand der diffus reflektierenden Fläche zu dem optischen Konzentrator nahe dem Lichtdetektor kleiner ist als ein Abstand der diffus reflektierenden Fläche zu dem optischen Konzentrator fern von dem Lichtdetektor und wobei der Brechungsindex zwischen der diffus reflektierenden Fläche und dem optischen Konzentrator näherungsweise eins oder genau eins ist. Da die diffus reflektierende Fläche fern von dem Lichtdetektor einen größeren Abstand zu dem optischen Konzentrator hat als nahe dem Lichtdetektor, dient die diffus reflektierende Fläche zum Sammeln von Licht, das ohne die diffus reflektierende Fläche weder auf den optischen Konzentrator noch auf den Lichtdetektor treffen würde, und zum Einkoppeln des entsprechenden Lichts in den optischen Konzentrator über die erste Seitenwand. Außerdem kann die diffus reflektierende Fläche Licht, das unbeabsichtigt aus dem optischen Konzentrator in Richtung hin zu der diffus reflektierenden Fläche austritt, zurück in den optischen Konzentrator reflektieren. Dies trägt dazu bei, dass das Verhältnis R und die Effizienz des Pulssensors besonders groß sind.
Zusätzlich zu der einen diffus reflektierenden Fläche kann der Pulssensor eine, zwei oder mehr entsprechende diffus reflektierende Flächen aufweisen. Die entsprechenden diffus reflektierenden Flächen können gemeinsam wie ein äußerer optischer Trichter um den inneren optischen Trichter, nämlich den optischen Konzentrator, angeordnet sein und Licht, das ohne die diffus reflektierenden Flächen nicht in den optischen Konzentrator eingekoppelt werden würde, in den optischen Konzentrator einkoppeln. Dies trägt dazu bei, dass das Verhältnis R und die Effizienz des Pulssensors besonders groß sind. Wie eingangs bereits erläutert, können die Effizienz und das Verhältnis R durch einfache Maßnahmen weiter beeinflusst werden, beispielsweise durch Variation des Abstands zwischen den Lichtquellen und dem Lichtdetektor, wobei derartige Maßnahmen einander entgegengesetzte Auswirkungen auf die Effizienz und das Verhältnis R haben können. Optional können die diffus reflektierenden Flächen als Trennwände ausgebildet sein, diese ersetzen und die Kammer, in der der Lichtdetektor angeordnet ist, begrenzen.
Gemäß einer Weiterbildung weist die reflektierende Fläche Kunststoff, TiO₂, Al₂O₃ und/oder Bariumsulfat auf oder ist daraus gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung weist der Pulssensor einen optischen Auskoppelkörper zum Auskoppeln des mittels der Lichtquelle erzeugten Lichts aus dem Pulssensor auf, wobei der optische Auskoppelkörper: im Lichtpfad zwischen der Lichtquelle und dem Gewebe angeordnet ist; eine zweite Eintrittsfläche hat, durch die das erzeugte Licht in den optischen Auskoppelkörper eintritt; eine zweite Austrittsfläche hat, durch die das Licht aus dem optischen Auskoppelkörper ausgekoppelt wird und die größer als die zweite Eintrittsfläche ist; transparent für das erzeugte Licht ist; und über die zweite Eintrittsfläche in optischem Kontakt mit der Lichtquelle ist. Der optische Auskoppelkörper dient dazu, dass eine besonders große Menge des mittels der Lichtquelle erzeugten Lichts aus dem Pulssensor in Richtung hin zu dem Gewebe ausgekoppelt wird.
Anschaulich gesprochen entspricht der Auskoppelkörper bezüglich seiner Form und des verwendeten Materials dem optischen Konzentrator, wobei der Auskoppelkörper im Unterschied zu dem optischen Konzentrator an der Lichtquelle und nicht an dem Lichtdetektor angeordnet ist. Dementsprechend kann der Auskoppelkörper einstückig ausgebildet sein. Ferner kann der Auskoppelkörper mindestens eine zweite Seitenwand aufweisen, die die zweite Eintrittsfläche mit der zweiten Austrittsfläche verbindet. Zusätzlich zu der zweiten Seitenwand kann der Auskoppelkörper eine, zwei oder mehr zweite Seitenwände aufweisen. Die Lichtleitung innerhalb des Auskoppelkörpers kann zumindest teilweise über innere Totalreflexion an der einen oder den mehreren zweiten Seitenwänden des Auskoppelkörpers erfolgen. Die zweite Seitenwand kann mit einer Normalen auf einer Emissionsfläche der Lichtquelle einen Winkel größer Null einschließen. Der Auskoppelkörper kann barrenförmig ausgebildet sein. Eine Außenfläche der zweiten Seitenwand kann optisch glatt sein. Der Auskoppelkörper kann mittels Klebstoff an der entsprechenden Lichtquelle befestigt sein, wobei der Klebstoff für das emittierte Licht transparent ist und den gleichen oder einen höheren Brechungsindex aufweist als der Auskoppelkörper. Der Auskoppelkörper kann Kunstharz, Silikon, Glas und/oder Polycarbonat aufweisen oder daraus gebildet sein. Außerdem ist es besonders günstig, wenn das verwendete Material einen hohen Brechungsindex hat. Gerade bei der Verwendung von Glas kann es daher günstig sein, Glas zu verwenden, das einen hohen Brechungsindex hat. Polycarbonat hingegen hat grundsätzlich einen für einen Kunststoff sehr hohen Brechungsindex. Der Auskoppelkörper ist in optischem Kontakt mit der Lichtquelle. Das bedeutet, dass das von der Lichtquelle erzeugte Licht über die zweite Eintrittsfläche in den Auskoppelkörper gelangen kann und dass zwischen dem Auskoppelkörper und der Lichtquelle kein Bereich mit einem Brechungsindex kleiner als 1,3 ist.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Pulssensor zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens, mit: mindestens einer Lichtquelle, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulssensors Licht in Richtung eines durchbluteten Gewebes des Lebewesens abstrahlt, wobei das durchblutete Gewebe das Licht streut und wobei das gestreute Licht in Abhängigkeit des Pulses des Lebewesens moduliert ist; mindestens einem Lichtdetektor, der zumindest einen Teil des von dem Gewebe gestreuten Lichts detektiert; und einem optischen Auskoppelkörper zum Auskoppeln des mittels der Lichtquelle erzeugten Lichts aus dem Pulssensor, wobei der optische Auskoppelkörper im Lichtpfad zwischen der Lichtquelle und dem Gewebe angeordnet ist, eine zweite Eintrittsfläche hat, durch die das erzeugte Licht in den optischen Auskoppelkörper eintritt, eine zweite Austrittsfläche hat, durch die das Licht aus dem optischen Auskoppelkörper ausgekoppelt wird und die größer als die zweite Eintrittsfläche ist, transparent für das erzeugte Licht ist und in optischem Kontakt mit der Lichtquelle ist.
Der optische Auskoppelkörper dient dazu, dass eine besonders große Menge des mittels der Lichtquelle erzeugten Lichts aus dem Pulssensor in Richtung hin zu dem Gewebe ausgekoppelt wird. Dies bewirkt, dass die Effizienz des Pulsmessers besonders groß ist. Darüber hinaus kann ein derartiger Auskoppelkörper relativ dünn ausgebildet sein, so dass der entsprechende Pulsmesser ebenfalls besonders dünn ausgebildet sein kann.
Gemäß einer Weiterbildung ist der optische Auskoppelkörper einstückig ausgebildet. Dies trägt dazu bei, dass der Auskoppelkörper einfach herstellbar und einfach montierbar ist und dass keine Verluste innerhalb des optischen Auskoppelkörpers aufgrund von Grenzflächen unterschiedlicher Elemente des Auskoppelkörpers auftreten.
Gemäß einer Weiterbildung weist der optische Auskoppelkörper mindestens eine zweite Seitenwand auf, die die zweite Eintrittsfläche mit der zweiten Austrittsfläche verbindet und die optisch glatt ist.
Gemäß einer Weiterbildung schließt die zweite Seitenwand mit einer Normalen auf einer lichtemittierenden Fläche der Lichtquelle einen Winkel größer Null ein. Alternativ oder zusätzlich ist der optische Auskoppelkörper barrenförmig ausgebildet. Dies kann dazu beitragen, dass die zweite Eintrittsfläche des Auskoppelkörpers kleiner als die zweite Austrittsfläche des Auskoppelkörpers ist, dass das Licht innerhalb des Auskoppelkörpers mittels innerer Totalreflexion weitergeleitet wird und/oder dass der Auskoppelkörper einfach herstellbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine seitliche Schnittdarstellung eines herkömmlichen Pulssensors auf einem Gewebe eines Lebewesens;
2 eine Unteransicht des herkömmlichen Pulssensors gemäß 1;
3 eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Pulssensors auf einem Gewebe eines Lebewesens;
4 eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines optischen Konzentrators;
5 eine Draufsicht auf den optischen Konzentrator gemäß 4;
6 eine Unteransicht des Ausführungsbeispiels des Pulssensors gemäß 3;
7 eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Pulssensors auf einem Gewebe eines Lebewesens;
8 eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels des Pulssensors gemäß 7;
9 eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Pulssensors auf einem Gewebe eines Lebewesens;
10 eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels des Pulssensors gemäß 9;
11 eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Pulssensors auf einem Gewebe eines Lebewesens.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
1 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines herkömmlichen Pulssensors 10 auf einem Gewebe 30 eines Lebewesens. Der herkömmliche Pulssensor 10 weist mindestens eine, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Lichtquellen 22 und einen Lichtdetektor 24 auf. Die Lichtquellen 22 und der Lichtdetektor 24 sind in einem Gehäuse des herkömmlichen Pulssensors 10 angeordnet. Das Gehäuse des herkömmlichen Pulssensors 10 weist zwei Trennwände 26 auf, die das Innere des Gehäuses in drei Kammern aufteilen. Die Kammern können auch als Kavitäten bezeichnet werden. In der mittleren Kammer ist der Lichtdetektor 24 angeordnet und in den äußeren Kammern sind die Lichtquellen 22 angeordnet. Die Trennwände 26 dienen dazu, zu verhindern, dass Licht, das mittels der Lichtquellen 22 erzeugt wird, direkt zu dem Lichtdetektor 24 gelangt, ohne vorher auf das Gewebe 30 zu treffen.
Das Gewebe 30 weist ein Blutgefäß 32 auf, das durch das Gewebe 30 verläuft. Das Blutgefäß 32 kann beispielsweise eine Vene, eine Ader oder eine Arterie sein. Das Herz des Lebewesens pumpt pulsartig Blut durch das Blutgefäß 32. Dadurch variiert dazu korrespondierend pulsartig das Volumen des Blutes in dem Blutgefäß 32. Dies führt zu einer pulsartigen Komprimierung des Gewebes 30 in der Nähe des Blutgefäßes 32.
Das mittels der Lichtquellen 22 erzeugte Licht breitet sich beispielsweise entlang eines ersten Lichtpfades 40 aus. Das Licht, das sich entlang des ersten Lichtpfades 40 ausbreitet, trifft auf das Blutgefäß 32 und wird von dem Blutgefäß 32 gestreut. Das Licht erfährt bei der Streuung eine Modulation, die zu dem Puls des Lebewesens korrespondiert. Das von dem Blutgefäß 32 gestreute Licht weist somit eine Modulation auf, anhand der Rückschlüsse auf den Puls des Lebewesens gezogen werden können.
Damit das gestreute Licht die Modulation aufweist, die zu dem Puls des Lebewesens korrespondiert, muss das Licht nicht unbedingt von dem Blutgefäß 32 selbst gestreut werden. Das Licht kann auch innerhalb des Blutgefäßes oder in der Nähe des Blutgefäßes 32 gestreut werden und weist gleichwohl die Modulation auf, die zu dem Puls des Lebewesens korrespondiert.
Das modulierte gestreute Licht kann sich beispielsweise entlang eines zweiten Lichtpfades 42 ausbreiten. Das modulierte gestreute Licht, das sich entlang des zweiten Lichtpfades 42 ausbreitet, trifft auf eine lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors 24. Der Lichtdetektor 24 erfasst das auf ihn treffende modulierte gestreute Licht und erzeugt ein Ausgangssignal, das repräsentativ für die Modulation und damit für den Puls des Lebewesens ist. Das Ausgangssignal wird an ein nicht dargestelltes Steuergerät übertragen, welches den Puls des Lebewesens anhand des Ausgangssignals ermittelt. Das Steuergerät kann in dem herkömmlichen Pulssensor 10 oder außerhalb des herkömmlichen Pulssensors 10 angeordnet sein.
Das modulierte gestreute Licht kann sich jedoch auch entlang eines dritten Lichtpfades 44 ausbreiten. Das modulierte gestreute Licht, das sich entlang des dritten Lichtpfades 44 ausbreitet, trifft auf eine der Trennwände 26 und wird von dieser absorbiert. Dieser Anteil des modulierten gestreuten Lichts wird somit nicht von dem Lichtdetektor 24 erfasst.
Das von der Lichtquelle 22 erzeugte Licht kann sich alternativ zu dem ersten Lichtpfad entlang eines vierten Lichtpfades 46 ausbreiten. Das Licht, das sich entlang des vierten Lichtpfades 46 ausbreitet, wird in dem Gewebe fern von dem Blutgefäß 32 gestreut. Aufgrund der Entfernung des entsprechenden Streuzentrums von dem Blutgefäß 32 erfährt das dort gestreute Licht gar keine oder lediglich eine nicht verwertbare Modulation, sodass anhand dieses Anteils des Lichts kein Rückschluss auf den Puls des Lebewesens gezogen werden kann. Falls sich beispielsweise das nicht modulierte gestreute Licht entlang eines fünften Lichtpfades 48 ausbreitet, so trifft dieser Anteil des Lichts zwar auf den Lichtdetektor 24, jedoch kann anhand des entsprechenden Ausgangssignals des Lichtdetektors 24 kein Rückschluss auf den Puls des Lebewesens gezogen werden.
2 zeigt eine Unteransicht des herkömmlichen Pulssensors gemäß 1. Aus 2 ist ersichtlich, dass die Lichtquellen 22 und der Lichtdetektor 24 jeweils in separaten Kammern des herkömmlichen Pulssensors 10 angeordnet sind und dass die Kammern nach unten geöffnet sind, so dass das erzeugte Licht den herkömmlichen Pulssensor 10 in Richtung des Gewebes 30 verlassen kann und dass das gestreute Licht zu dem Lichtdetektor 24 gelangen kann.
3 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Pulssensors 20 auf einem Gewebe 30 eines Lebewesens. Das Gewebe 30 weist das Blutgefäß 32 auf und entspricht dem im vorstehenden erläuterten Gewebe 30. Der Pulssensor 20 entspricht weitgehend dem im Vorhergehenden erläuterten Pulssensor 20. Beispielsweise weist auch der Pulssensor 20 mindestens eine, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Lichtquellen 22 und einen Lichtdetektor 24 auf. Außerdem sind die Lichtquellen 22 und der Lichtdetektor ebenso in Kammern eines Gehäuses des Pulssensors 20 angeordnet und durch die Trennwände 26 voneinander abgeschattet.
Der Pulssensor 20 weist zusätzlich einen optischen Konzentrator 50 auf. Der optische Konzentrator 50 ist entlang des zweiten Lichtpfades 42 zwischen dem Gewebe 30 und dem Lichtdetektor 24 angeordnet. Der optische Konzentrator 50 ist in optischem Kontakt mit dem Lichtdetektor 24. Der optische Konzentrator 50 kann in mittelbarem oder unmittelbarem Kontakt mit dem Lichtdetektor 24 sein. Beispielsweise kann der optische Konzentrator 50 mittels eines Klebstoffs an der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 befestigt sein.
Der optische Konzentrator 50 ist für das gestreute Licht transparent. Der optische Konzentrator 50 weist eine erste Eintrittsfläche auf, die dem Gewebe 30 zugewandt ist und durch die das Licht, das sich entlang des ersten Lichtpfades 42 ausbreitet, in den optischen Konzentrator 50 eingekoppelt wird. Der optische Konzentrator 50 weist eine erste Austrittsfläche auf, die dem Lichtdetektor 24 zugewandt ist und aus der in den optischen Konzentrator 50 eingekoppeltes Licht hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 austritt. Die erste Eintrittsfläche ist größer als die erste Austrittsfläche.
Die erste Austrittsfläche korrespondiert vorzugsweise zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24. Beispielsweise können die erste Austrittsfläche und die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors 24 näherungsweise gleich groß, bevorzugt genau gleich groß sein.
Der optische Konzentrator weist mindestens eine, vorzugsweise mehrere, erste Seitenwände 56 auf, die die erste Eintrittsfläche mit der ersten Austrittsfläche verbinden. Die ersten Seitenwände 56 des optischen Konzentrators sind bezüglich einer Normalen 51 auf der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 geneigt. Der optische Konzentrator 50 kann beispielsweise barrenförmig ausgebildet sein. Der optische Konzentrator kann beispielsweise Kunstharz, Silikon, Glas und/oder Polycarbonat aufweisen oder daraus gebildet sein. Das verwendete Material hat bevorzugt einen hohen Brechungsindex. Gerade bei der Verwendung von Glas für den optischen Konzentrator 50 ist es vorteilhaft, Glas zu verwenden, das einen hohen Brechungsindex hat. Polycarbonat hingegen hat grundsätzlich einen für einen Kunststoff sehr hohen Brechungsindex.
Die ersten Seitenwände 56 des optischen Konzentrators 50 grenzen an Luft oder ein anderes Medium mit einem niedrigen Brechungsindex, beispielsweise einem Brechungsindex von näherungsweise eins oder genau eins, damit die innere Totalreflexion an den ersten Seitenwänden 56 auftritt. In anderen Worten befindet sich zwischen den Trennwänden 26 und dem optischen Konzentrator 56 Luft oder ein anderes Material mit einem niedrigen Brechungsindex.
Der optische Konzentrator 50 wirkt wie ein optischer Trichter, der das auf ihn treffende Licht hin zu dem Lichtdetektor 24 leitet. Da die erste Eintrittsfläche größer als die erste Austrittsfläche ist, wird mehr Licht mittels des optischen Konzentrators 50 eingefangen und zu dem Lichtdetektor 24 geleitet, als ohne den optischen Konzentrator 50 zu dem Lichtdetektor 24 gelangen würde. Beispielsweise wird das modulierte gestreute Licht, das sich entlang des dritten Lichtpfades 44 ausbreitet, von einer der ersten Seitenwände 56 des optischen Konzentrators 50 hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 intern totalreflektiert. Dieser Anteil des modulierten gestreuten Lichts kann nun erfasst werden und zur Ermittlung des Pulses des Lebewesens herangezogen werden. Somit gelangt mittels des optischen Konzentrators 50 mehr gestreutes Licht zu dem Lichtdetektor 24 als ohne den optischen Konzentrator 50. Dies bewirkt, dass die Effizienz des Pulssensors 20 besonders groß ist.
4 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines optischen Konzentrators 50. Der optische Konzentrator 50 kann beispielsweise dem mit Bezug zu 3 erläuterten optischen Konzentrator 50 entsprechen.
5 zeigt eine Draufsicht auf den optischen Konzentrator gemäß 4. Aus 5 ist ersichtlich, dass der bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete optische Konzentrator 50 barrenförmig ausgebildet ist.
6 zeigt eine Unteransicht des Ausführungsbeispiels des Pulssensors gemäß 3. Aus 6 ist ersichtlich, dass die Lichtquellen 22 und der Lichtdetektor 24 jeweils in separaten Kammern des Pulssensors 20 angeordnet sind und dass die Kammern nach unten geöffnet sind, so dass das erzeugte Licht den Pulssensor 20 in Richtung des Gewebes 30 verlassen kann und dass das gestreute Licht zu dem Lichtdetektor 24 gelangen kann.
7 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Pulssensors 20 auf einem Gewebe 30 eines Lebewesens. Das Gewebe 30 entspricht dem im vorstehenden erläuterten Gewebe 30 und weist das Blutgefäß 32 auf. Der Pulssensor 20 entspricht weitgehend dem im Vorhergehenden erläuterten Pulssensor 20. Zusätzlich weist der Pulssensor 20 mindestens eine, bevorzugt zwei oder mehr diffus reflektierende Flächen 60 auf.
Die diffus reflektierenden Flächen 60 sind außerhalb des optischen Konzentrators 50 derart angeordnet, dass ein Abstand zwischen den diffus reflektierenden Flächen 60 und dem optischen Konzentrator 50 nahe dem Lichtdetektor 24 kleiner ist als fern von dem Lichtdetektor 24. Die diffus reflektierenden Flächen 60 können sich beispielsweise von den in 7 gezeigten Unterseiten der Trennwände 26 hin zu der Unterseite des Lichtdetektors 24 erstrecken. Vorzugsweise liegt in 7 in horizontaler Richtung die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors 24 zwischen den diffus reflektierenden Flächen 60. Zwischen dem optischen Konzentrator 50 und den diffus reflektierenden Flächen 60 befindet sich ein Luftspalt oder ein anderes Material mit einem niedrigen Brechungsindex, also mit einem Brechungsindex von ungefähr eins oder genau eins. Die diffus reflektierenden Flächen 60 können beispielsweise Kunststoff, TiO₂, Al₂O₃ und/oder Bariumsulfat aufweisen oder daraus gebildet sein.
Die diffus reflektierenden Flächen 60 wirken wie ein optischer Trichter, der Licht einfängt, das ohne die reflektierenden Flächen 60 nicht auf den Lichtdetektor 24 treffen würde, und reflektieren dieses Licht hin zu dem optischen Konzentrator 50, der dann dieses Licht hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 leitet. Falls beispielsweise der dritte Lichtpfad 44 nicht in den optischen Konzentrator 50 mündet, jedoch hin zu einer der diffus reflektierenden Flächen 60 verläuft, so wird der entsprechende Anteil des Lichts hin zu dem optischen Konzentrator 50 reflektiert. Der optische Konzentrator 50 kann dann diesen Anteil des Lichts direkt oder indirekt, beispielsweise mittels interner Totalreflexion, zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 leiten.
Außerdem kann Licht, das über eine der Seitenwände 56 des optischen Konzentrators 50 aus dem optischen Konzentrator 50 austritt, zurück in den optischen Konzentrator 50 reflektiert werden. Dies bewirkt, dass ein größerer Anteil des in dem Gewebe 30 gestreuten Lichts hin zu dem Lichtdetektor 24 gelangt als ohne die diffus reflektierenden Flächen 60. Dies trägt dazu bei, dass der Pulssensor 20 eine besonders hohe Effizienz hat.
Bei dem mit Bezug zu 7 erläuterten Ausführungsbeispiel sind die diffus reflektierenden Flächen 60 und die Trennwände 26 voneinander getrennte Elemente des Pulssensors 20. Bei einer alternativen Ausführungsform können die diffus reflektierenden Flächen 60 die Trennwände 26 bilden, wobei dann auf separate Trennwände 26 verzichtet werden kann.
8 zeigt eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels eines Pulssensors 20. Der Pulssensor 20 kann beispielsweise dem mit Bezug zu 7 erläuterten Pulssensor 20 entsprechen. Aus 8 ist ersichtlich, dass der Pulssensor 20 vier der diffus reflektierenden Flächen 60 aufweist. Die vier diffus reflektierenden Flächen 60 sind in 8 rechts, links, oberhalb bzw. unterhalb des Lichtdetektors 24 angeordnet.
9 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Pulssensors 20 auf einem Gewebe 30 eines Lebewesens. Der Pulssensor 20 kann beispielsweise weitgehend dem mit Bezug zu 7 erläuterten Pulssensor 20 entsprechen. Zusätzlich weist der Pulssensor 20 mindestens einen, bevorzugt mehrere Auskoppelkörper 70 auf, insbesondere für jede der Lichtquellen 22 genau einen Auskoppelkörper 70. Die Auskoppelkörper 70 sind im Strahlengang zwischen den entsprechenden Lichtquellen 22 und dem Gewebe 30 angeordnet. Die Auskoppelkörper 70 sind transparent für das mittels der Lichtquellen 22 erzeugte Licht.
Die Auskoppelkörper 70 weisen jeweils eine zweite Eintrittsfläche auf, die der entsprechenden Lichtquelle 22 zugewandt ist und die in optischem Kontakt mit der entsprechenden Lichtquelle 22 ist. Die zweiten Eintrittsflächen korrespondieren vorzugsweise zu den lichtemittierenden Flächen der Lichtquellen 22. Beispielsweise können die zweiten Eintrittsflächen und die lichtemittierenden Flächen der Lichtquellen jeweils näherungsweise gleich groß, bevorzugt genau gleich groß sein.
Das mittels der Lichtquellen 22 erzeugte Licht wird über die entsprechenden zweiten Eintrittsflächen in die entsprechenden Auskoppelkörper 70 eingekoppelt. Innerhalb der Auskoppelkörper 70 wird das Licht hin zu je einer zweiten Austrittsfläche des entsprechenden Auskoppelkörpers 70 geleitet und über die entsprechende zweite Austrittsfläche hin zu dem Gewebe 30 ausgekoppelt. Die Lichtleitung innerhalb des Auskoppelkörpers 70 kann zumindest teilweise über interne Totalreflexion an der einen oder den mehreren zweiten Seitenwänden des Auskoppelkörpers 70 erfolgen. Die zweiten Austrittsflächen sind größer als die entsprechenden zweiten Eintrittsflächen.
Die Auskoppelkörper 70 können beispielsweise barrenförmig ausgebildet sein. Anschaulich gesprochen kann der Auskoppelkörper 70 bezüglich seiner Form und des verwendeten Materials dem optischen Konzentrator 50 entsprechen, wobei der Auskoppelkörper 70 im Unterschied zu dem optischen Konzentrator 50 an den Lichtquellen 22 und nicht an dem Lichtdetektor 24 angeordnet ist. Dementsprechend kann auch der Auskoppelkörper 70 einstückig ausgebildet sein.
Ferner kann der Auskoppelkörper 70 mindestens eine zweite Seitenwand aufweisen, die die zweite Eintrittsfläche mit der zweiten Austrittsfläche verbindet. Zusätzlich zu der zweiten Seitenwand kann der Auskoppelkörper 70 eine, zwei oder mehr zweite Seitenwände aufweisen. Die zweite Seitenwand kann mit einer Normalen auf einer Emissionsfläche der Lichtquelle einen Winkel größer Null einschließen. Außenflächen der zweiten Seitenwände können optisch glatt sein.
Die Auskoppelkörper 70 können die gleichen Materialien aufweisen oder aus den gleichen Materialien gebildet sein wie der optische Konzentrator 50. Die Auskoppelkörper 70 können Kunstharz, Silikon, Glas und/oder Polycarbonat aufweisen oder daraus gebildet sein. Außerdem ist es besonders günstig, wenn das verwendete Material einen hohen Brechungsindex hat. Gerade bei der Verwendung von Glas kann es daher günstig sein, Glas zu verwenden, das einen hohen Brechungsindex hat. Polycarbonat hingegen hat grundsätzlich einen für einen Kunststoff sehr hohen Brechungsindex.
Die Auskoppelkörper 70 können beispielsweise mittels Klebstoff an den entsprechenden Lichtquellen 20 befestigt sein. Der Klebstoff ist für das erzeugte Licht transparent und weist den gleichen oder einen höheren Brechungsindex auf als der entsprechende Auskoppelkörper 70.
Die zweiten Seitenwände der Auskoppelkörper 70 grenzen an Luft oder ein anderes Medium mit einem niedrigen Brechungsindex, beispielsweise einem Brechungsindex von näherungsweise eins oder genau eins, damit die innere Totalreflexion an den zweiten Seitenwänden auftritt. In anderen Worten befindet sich zwischen den Auskoppelkörpern 70 und den diesen benachbarten Trennwänden 26 Luft oder ein anderes Material mit einem niedrigen Brechungsindex.
Die Auskoppelkörper 70 dienen dazu, mittels der Lichtquellen 22 erzeugtes Licht, das ohne die Auskoppelkörper 70 nicht auf das Gewebe treffen würde, hin zu dem Gewebe zu leiten, beispielsweise mittels innerer Totalreflexion. Beispielsweise trifft Licht, das sich entlang eines sechsten Lichtpfades 72 ausbreitet, zuerst auf eine Innenseite einer der zweiten Seitenwände eines der Auskoppelkörper 70. Dieser Anteil des erzeugten Lichts wird dann von dem Blutgefäß 32 oder von der nahen Umgebung des Blutgefäßes 32 gestreut und dabei moduliert, so dass sich dann das modulierte gestreute Licht entlang des zweiten Lichtpfades 42 hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors 24 ausbreiten kann.
10 zeigt eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels des Pulssensors 20 gemäß 9. Aus 10 geht hervor, dass bei diesem Ausführungsbeispiel vier der diffus reflektierenden Flächen 60 angeordnet sind. Alternativ dazu kann jedoch auch auf die reflektierenden Flächen 60 verzichtet werden, es kann lediglich eine diffus reflektierende Fläche 60 oder es können mehr als zwei, beispielsweise vier diffus reflektierende Flächen 60, wie mit Bezug zu 8 erläutert, ausgebildet sein.
11 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Pulssensors 20 auf einem Gewebe 30 eines Lebewesens. Das Gewebe 30 entspricht dem im Vorhergehenden erläuterten Gewebe 30. Der Pulssensor 20 kann beispielsweise weitgehend dem mit Bezug zu 10 erläuterten Pulssensor 20 entsprechen, wobei auf den optischen Konzentrator 50 und die diffus reflektierenden Flächen 60 verzichtet wurde. Somit weist dieser Pulssensor 20 gegenüber dem herkömmlichen Pulssensor 10 zusätzlich lediglich die Auskoppelkörper 70 auf.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die im Vorhergehenden erläuterten Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können alle der gezeigten Ausführungsbeispiele eine, zwei oder mehr der diffus reflektierenden Flächen 60 aufweisen. Ferner können alle gezeigten Ausführungsbeispiele lediglich eine Lichtquelle 22 oder mehr als zwei Lichtquellen 22 und/oder entsprechende Auskoppelkörper 70 aufweisen. Ferner können alle gezeigten Ausführungsbeispiele zwei oder mehr Lichtdetektoren 24 und/oder entsprechende optische Konzentratoren 50 aufweisen. Ferner kann jeder der erläuterten Pulssensoren 20 ein Steuergerät zum Ansteuern der Lichtquellen 22 und/oder zum Auswerten des Ausgangssignals des Lichtdetektors 24 aufweisen. Alternativ dazu kann das Steuergerät außerhalb des Pulssensors 20 angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

10: herkömmlicher Pulssensor
20: Pulssensor
22: Lichtquelle
24: Lichtdetektor
26: Trennwand
30: Gewebe
32: Blutgefäß
40: erster Lichtpfad
42: zweiter Lichtpfad
44: dritter Lichtpfad
46: vierter Lichtpfad
48: fünfter Lichtpfad
50: optischer Konzentrator
51: Normale
52: erste Eintrittsfläche
54: erste Austrittsfläche
56: erste Seitenwand
60: reflektierende Fläche
70: Auskoppelkörper
72: sechster Lichtpfad

Claims

Pulssensor (20) zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens, mit mindestens einer Lichtquelle (22), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulssensors (20) Licht in Richtung eines durchbluteten Gewebes (30) des Lebewesens abstrahlt, wobei das durchblutete Gewebe (30) das Licht streut und wobei das gestreute Licht in Abhängigkeit des Pulses des Lebewesens moduliert ist, mindestens einem Lichtdetektor (24), der eine lichtempfindliche Fläche aufweist, mittels der zumindest ein Teil des von dem Gewebe (30) gestreuten Lichts erfasst wird, und einem optischen Konzentrator (50) zum Konzentrieren des gestreuten Lichts, der im Lichtpfad (42, 44) des gestreuten Lichts zwischen dem Gewebe (30) und der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors (24) angeordnet ist, der eine erste Eintrittsfläche (52) hat, durch die das gestreute Licht in den optischen Konzentrator (50) eintritt, der eine erste Austrittsfläche (54) hat, durch die das konzentrierte gestreute Licht aus dem optischen Konzentrator (50) hin zu der lichtempfindlichen Fläche des Lichtdetektors (24) austritt, und der transparent für das gestreute Licht ist, wobei die erste Eintrittsfläche (52) des optischen Konzentrators (50) größer als die erste Austrittsfläche (54) des optischen Konzentrators (50) und größer als die lichtempfindliche Fläche des Lichtdetektors (24) ist und wobei der optische Konzentrator (50) über die erste Austrittsfläche (54) in optischem Kontakt mit dem Lichtdetektor (24) ist.
Pulssensor (20) nach Anspruch 1, bei dem der optische Konzentrator (50) einstückig ausgebildet ist.
Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der optische Konzentrator (50) mindestens eine erste Seitenwand (56) aufweist, die die erste Eintrittsfläche (52) mit der ersten Austrittsfläche (54) verbindet.
Pulssensor (20) nach Anspruch 3, bei dem die erste Seitenwand (56) mit einer Normalen (51) auf einer Detektorfläche des Lichtdetektors (24) einen Winkel größer Null einschließt.
Pulssensor (20) nach Anspruch 4, bei dem der optische Konzentrator (50) barrenförmig ausgebildet ist.
Pulssensor (20) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem eine Außenfläche der ersten Seitenwand (56) optisch glatt ist.
Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Außenseite der ersten Eintrittsfläche (52) antireflektierend ausgebildet ist.
Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der optische Konzentrator (50) mittels Klebstoff an dem Lichtdetektor (24) befestigt ist, wobei der Klebstoff für das gestreute Licht transparent ist und den gleichen oder einen höheren Brechungsindex aufweist als der optische Konzentrator (50) .
Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der optische Konzentrator (50) Kunstharz, Silikon, Glas und/oder Polycarbonat aufweist oder daraus gebildet ist.
Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der mindestens eine diffus reflektierende Fläche (60) zum Reflektieren des gestreuten Lichts hin zu dem optischen Konzentrator (50) aufweist, die außerhalb des optischen Konzentrators (50) angeordnet ist, die zumindest teilweise von dem optischen Konzentrator (50) beabstandet ist, wobei ein Abstand der diffus reflektierenden Fläche (60) zu dem optischen Konzentrator (50) nahe dem Lichtdetektor (24) kleiner ist als ein Abstand der diffus reflektierenden Fläche (60) zu dem optischen Konzentrator (50) fern von dem Lichtdetektor (24) und wobei der Brechungsindex zwischen der diffus reflektierenden Fläche (60) und dem optischen Konzentrator (50) näherungsweise eins oder genau eins ist.
Pulssensor (20) nach Anspruch 10, bei dem die diffus reflektierende Fläche (60) Kunststoff, TiO₂, Al₂O₃, und/oder Bariumsulfat aufweist oder daraus gebildet ist.
Pulssensor (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem optischen Auskoppelkörper (70) zum Auskoppeln des mittels der Lichtquelle (22) erzeugten Lichts aus dem Pulssensor (20), wobei der optische Auskoppelkörper (70) im Lichtpfad (42, 44) zwischen der Lichtquelle (22) und dem Gewebe (30) angeordnet ist, eine zweite Eintrittsfläche hat, durch die das erzeugte Licht in den optischen Auskoppelkörper (70) eintritt, eine zweite Austrittsfläche hat, durch die das Licht aus dem optischen Auskoppelkörper (70) ausgekoppelt wird und die größer als die zweite Eintrittsfläche ist, transparent für das erzeugte Licht ist, und über die zweite Eintrittsfläche in optischem Kontakt mit der Lichtquelle (22) ist.
Pulssensor (20) zum Erfassen des Pulses eines Lebewesens, mit mindestens einer Lichtquelle (22), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Pulssensors (20) Licht in Richtung eines durchbluteten Gewebes (30) des Lebewesens abstrahlt, wobei das durchblutete Gewebe (30) das Licht streut und wobei das gestreute Licht in Abhängigkeit des Pulses des Lebewesens moduliert ist; mindestens einem Lichtdetektor (24), der zumindest einen Teil des von dem Gewebe (30) gestreuten Lichts detektiert; und einem optischen Auskoppelkörper (70) zum Auskoppeln des mittels der Lichtquelle (22) erzeugten Lichts aus dem Pulssensor (20); wobei der optische Auskoppelkörper (70) im Lichtpfad (42, 44) zwischen der Lichtquelle (22) und dem Gewebe (30) angeordnet ist, eine zweite Eintrittsfläche hat, durch die das erzeugte Licht in den optischen Auskoppelkörper (70) eintritt, eine zweite Austrittsfläche hat, durch die das Licht aus dem optischen Auskoppelkörper (70) ausgekoppelt wird und die größer als die zweite Eintrittsfläche ist, transparent für das erzeugte Licht ist, und über die zweite Eintrittsfläche in optischem Kontakt mit der Lichtquelle (22) ist.
Pulssensor (20) nach Anspruch 13, bei dem der optische Auskoppelkörper (70) einstückig ausgebildet ist.
Pulssensor (20) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem der optische Auskoppelkörper (70) mindestens eine zweite Seitenwand aufweist, die die zweite Eintrittsfläche mit der zweiten Austrittsfläche verbindet und die optisch glatt ist.
Pulssensor (20) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die zweite Seitenwand mit einer Normalen (51) auf einer lichtemittierenden Fläche der Lichtquelle (24) einen Winkel größer Null einschließt und/oder bei dem der optische Auskoppelkörper (70) barrenförmig ausgebildet ist.