特開 2022-9738 センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022009738

(43)【公開日】2022-01-14

(54)【発明の名称】センサ装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/02 20060101AFI20220106BHJP

   A61B 5/0245 20060101ALI20220106BHJP

   A61B 5/1455 20060101ALI20220106BHJP

【ＦＩ】

A61B5/02 310B

A61B5/0245 100B

A61B5/1455

【審査請求】有

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021177515

(22)【出願日】2021-10-29

(62)【分割の表示】P 2018557844の分割

【原出願日】2017-05-23

(31)【優先権主張番号】102016109694.6

(32)【優先日】2016-05-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】599133716

【氏名又は名称】オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ－９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】特許業務法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ボシュケ ティム

(72)【発明者】

【氏名】ハスルベック シュテファン

【テーマコード（参考）】

4C017

4C038

【Ｆターム（参考）】

4C017AA02

4C017AA09

4C017AA12

4C017AC26

4C017FF17

4C038KK01

4C038KL05

4C038KL07

4C038KY10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】反射型の光電式容積脈波記録法に従って心拍数および／または動脈血酸素飽和度を測定するセンサ装置を提供する。
【解決手段】第１のスペクトル領域の波長を有する光を放出するように設計されている第１の発光デバイス１１０と、第２のスペクトル領域の波長を有する光を放出するように設計されている第２の発光デバイス１２０と、第１のスペクトル領域の波長を有する光を検出する一方、第２のスペクトル領域の波長を有する光に感応しないように設計されている第１の光検出器２１０と、第１のスペクトル領域の波長を有する光および第２のスペクトル領域の波長を有する光を検出するように設計されている第２の光検出器２２０と、を備えているセンサ装置に関する。第１の発光デバイス１１０と第１の光検出器２１０との間の距離は、第２の発光デバイス１２０と第２の光検出器２２０との間の距離より短い。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサ装置（１０，２０）であって、
第１の室（４１０）と、第２の室（４２０）と、第３の室（４３０）とに分割されているハウジング（４００）であって、前記第２の室（４２０）は、前記第１の室（４１０）と前記第３の室（４３０）との間に配置されており、前記第１の室（４１０）と、前記第２の室（４２０）と、前記第３の室（４３０）とは、光不透過性の壁によって互いに区切られている、ハウジング（４００）と、
第１のスペクトル領域の波長を有する光を放出する第１の発光素子（１１０）と、
第２のスペクトル領域の波長を有する光を放出する第２の発光素子（１２０）と、
前記第１のスペクトル領域の波長を有する光を検出する一方、前記第２のスペクトル領域の波長を有する光には感応しないように構成されている第１の光検出器（２１０）と、
前記第１のスペクトル領域の波長を有する光と、前記第２のスペクトル領域の波長を有する光とを検出するように構成されている第２の光検出器（２２０）と、
を備えており、
前記第１の発光素子（１１０）と、前記第２の発光素子（１２０）とは、前記ハウジング（４００）の前記第１の室（４１０）に配置されており、前記第１の光検出器（２１０）は、前記ハウジング（４００）の前記第２の室（４２０）に配置されており、前記第２の光検出器（２２０）は、前記ハウジング（４００）の前記第３の室（４３０）に配置されており、
前記第１の発光素子（１１０）と前記第１の光検出器（２１０）との間の距離（３１０）は、前記第２の発光素子（１２０）と前記第２の光検出器（２２０）との間の距離（３２０）より短い、
センサ装置（１０，２０）。

【請求項2】

前記センサ装置（１０，２０）は、第３のスペクトル領域の波長を有する光を放出する第３の発光素子（１３０）を備え、
前記第１の光検出器（２１０）は、前記第３のスペクトル領域の波長を有する光に感応しないように構成されており、
前記第２の光検出器（２２０）は、前記第３のスペクトル領域の波長を有する光を検出するように構成されている、
請求項１に記載のセンサ装置（１０，２０）。

【請求項3】

前記第３のスペクトル領域は、赤外スペクトル領域である、
請求項２に記載のセンサ装置（１０，２０）。

【請求項4】

前記第１のスペクトル領域は、５２０ｎｍから５７０ｎｍまでの波長範囲である、
請求項１～３のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０，２０）。

【請求項5】

前記第２のスペクトル領域は、赤色スペクトル領域である、
請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０，２０）。

【請求項6】

前記第１の光検出器（２１０）は、前記第１の発光素子（１１０）と前記第２の光検出器（２２０）との間に配置されている、
請求項１～５のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。

【請求項7】

前記第１の光検出器（２１０）は、前記第２の発光素子（１２０）と前記第２の光検出器（２２０）との間に配置されている、
請求項１～６のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。

【請求項8】

前記センサ装置（１０）は、前記第１のスペクトル領域の波長を有する光を放出する第４の発光素子（１４０）を備えている、
請求項１～７のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。

【請求項9】

前記第１の光検出器（２１０）は、前記第１の発光素子（１１０）と前記第４の発光素子（１４０）との間に配置されている、
請求項８に記載のセンサ装置（１０）。

【請求項10】

前記第１の光検出器（２１０）は、フィルタ（２１５）を備え、
前記フィルタ（２１５）は、前記第２のスペクトル領域の波長を有する光を除去するように構成されている、
請求項１～９のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０，２０）。

【請求項11】

前記第１の発光素子（１１０）および／または前記第２の発光素子（１２０）は、発光ダイオードチップとして構成されている、
請求項１～１０のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０，２０）。

【請求項12】

前記第１の光検出器（２１０）および／または前記第２の光検出器（２２０）は、受光素子として、特にフォトダイオードとして構成されている、
請求項１～１１のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０，２０）。

【請求項13】

前記センサ装置（１０，２０）は、反射型の光電式容積脈波記録法に従って心拍数を測定するように構成されている、
請求項１～１２のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０，２０）。

【請求項14】

前記センサ装置（１０，２０）は、患者の血液中の酸素飽和度を測定するように構成されている、
請求項１～１３のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０，２０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

人の使用者の健康およびフィットネスに関連するデータを取得するためのセンサ装置が、従来技術から公知である。このようなセンサ装置は、一例として、心拍数および／または動脈血酸素飽和度を求めることができる。使用者の皮膚を通過するときの光の吸収を測定することによって、このようなパラメータを光学的に取得する方法が知られている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、センサ装置を提供することにある。この目的は、請求項１の特徴を有するセンサ装置によって達成される。従属請求項は、さまざまな発展形態を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

センサ装置は、第１のスペクトル領域の波長を有する光を放出する第１の発光素子と、第２のスペクトル領域の波長を有する光を放出する第２の発光素子と、第１のスペクトル領域の波長を有する光を検出する一方、第２のスペクトル領域の波長を有する光には感応しないように構成されている第１の光検出器と、第１のスペクトル領域の波長を有する光と、第２のスペクトル領域の波長を有する光とを検出するように構成されている第２の光検出器とを備えている。この場合、第１の発光素子と第１の光検出器との間の距離は、第２の発光素子と第２の光検出器との間の距離より短い。

【0005】

本センサ装置の発光素子によって放出される光を、本センサ装置の使用者の皮膚の上皮層に照射することができる。使用者の皮膚の表面または内部で反射された光を、本センサ装置の光検出器によって捕捉することができる。この場合、第１の光検出器は、第１の発光素子の光のみを捕捉する一方、第２の光検出器は、第１の発光素子の光と第２の発光素子の光を捕捉することができる。

【0006】

本センサ装置における第２の発光素子と、関連付けられる第２の光検出器との間の距離は、第１の発光素子と、関連付けられる第１の光検出器との間の距離より大きく、これは有利である。結果として、第２の発光素子によって放出された光が第２の光検出器によってこの光が検出される前にセンサ装置の使用者の皮膚の中を進む距離は、第１の発光素子によって放出された光が第１の光検出器によってこの光が検出される前に使用者の皮膚の中を進むよりも、長い。この結果として、使用者の皮膚における光の反射および吸収の程度（放出される光の波長に依存する）の違いを考慮に入れることができる。これによりセンサ装置の高い測定精度を得ることができ、これは有利である。

【0007】

第１の光検出器が、第１のスペクトル領域の波長を有する光にのみ感応し、第２のスペクトル領域の波長を有する光には感応しないように構成されている結果として、第１の光検出器を、第１のスペクトル領域の波長を有する光を特に高い精度で検出できるようにすることができる。この目的のため、一例として、第１の光検出器は、第２のスペクトル領域の波長を有する光を除去する一方、第１のスペクトル領域の波長を有する光を通過させるフィルタを備えていることができる。

【0008】

本センサ装置の実施形態においては、本センサ装置は、第３のスペクトル領域の波長を有する光を放出する第３の発光素子を備えている。この場合、第１の光検出器は、第３のスペクトル領域の波長を有する光に感応しないように構成されている。第２の光検出器は、第３のスペクトル領域の波長を有する光を検出するように構成されている。したがって本センサ装置においては、第３の発光素子によって放出されて本センサ装置の使用者の皮膚の表面または内部で反射された光は、第２の光検出器によって検出されるが、第１の光検出器によっては検出されない。第３の発光素子によって放出される光は、本センサ装置のさらなる測定機能を実施する役割を果たすことができる。しかしながらこの光は、例えば、第２の発光素子によって放出される光によって行われる測定を支援することもできる。第３の発光素子と第２の光検出器との間の距離も、第１の発光素子と第１の光検出器との間の距離より長くすることができる。第３のスペクトル領域の波長を有する光に第１の光検出器が感応しない結果として、第１の光検出器を、第１のスペクトル領域の波長を有する光を特に高い精度で検出するように実施することができる。

【0009】

本センサ装置の実施形態においては、第３のスペクトル領域は、赤外スペクトル領域である。結果として、第３の発光素子によって放出される光は、例えば、本センサ装置の使用者の血液中の動脈血酸素飽和度を本センサ装置によって求めるのに適する。

【0010】

本センサ装置の実施形態においては、第１のスペクトル領域は、５２０ｎｍ～５７０ｎｍの波長範囲である。結果として、第１の発光素子によって放出される第１のスペクトル領域の波長を有する光は、例えば、本センサ装置の使用者の心拍数を求めるのに適する。

【0011】

本センサ装置の実施形態においては、第２のスペクトル領域は、赤色スペクトル領域である。結果として、第２の発光素子によって放出される第２のスペクトル領域の波長を有する光は、例えば、本センサ装置の使用者の血液中の動脈血酸素飽和度を求めるのに適する。

【0012】

本センサ装置の実施形態においては、第１の光検出器は、第１の発光素子と第２の光検出器との間に配置されている。この配置によって有利に達成される点として、第１の発光素子と第１の光検出器との間の距離が、第２の発光素子と第２の光検出器との間の距離より短い。この場合、センサ装置の構成要素の省スペースな配置が得られ、これにより本センサ装置をコンパクトな形状に構成することが可能になる。

【0013】

本センサ装置の実施形態においては、第１の光検出器は、第２の発光素子と第２の光検出器との間に配置されている。この配置によって同様に有利に達成される点として、第１の発光素子と第１の光検出器との間の距離が、第２の発光素子と第２の光検出器との間の距離より小さい。この場合、センサ装置の構成要素の省スペースな配置が得られ、これにより本センサ装置をコンパクトな形状に構成することが可能になる。

【0014】

本センサ装置の実施形態においては、本センサ装置は、第１のスペクトル領域の波長を有する光を放出する第４の発光素子を備えている。この場合、第４の発光素子は、例えば第１の発光素子に類似して構成することができる。これにより、本センサ装置によって放出される、第１のスペクトル領域の波長を有する光の合計の明るさを増大させることができ、これは有利である。さらに、第１の発光素子によって放出される第１のスペクトル領域の波長を有する光の成分と、第４の発光素子によって放出される第１のスペクトル領域の波長を有する光の成分が、異なる空間方向から本センサ装置の使用者の皮膚に当たるように、第１の発光素子と第４の発光素子を配置することができ、結果として、特に信頼性が高く正確な測定を促進することができる。

【0015】

本センサ装置の実施形態においては、第１の光検出器は、第１の発光素子と第４の発光素子との間に配置されている。この結果として、第１の発光素子によって放出される第１のスペクトル領域の波長を有する光の成分と、第４の発光素子によって放出される第１のスペクトル領域の波長を有する光の成分が、第１の光検出器によってこれらが検出される前に、本センサ装置の使用者の皮膚の異なる部分を通過し、この結果として、本センサ装置によって行われる測定を、特に信頼性が高く正確なものにすることができ、これは有利である。

【0016】

本センサ装置の実施形態においては、第１の発光素子は、第１の光検出器と第２の光検出器との間に配置されている。この配置構成も、センサ装置の構成要素の省スペースな配置を表しており、第１の発光素子と第１の光検出器との間の距離が、第２の発光素子と第２の光検出器との間の距離より短く、これは有利である。これにより、センサ装置のコンパクトな構造が促進され、これは有利である。

【0017】

本センサ装置の実施形態においては、第１の発光素子は、第２の発光素子と第２の光検出器との間に配置されている。この配置構成も、センサ装置の構成要素の省スペースな配置を表しており、第１の発光素子と第１の光検出器との間の距離が、第２の発光素子と第２の光検出器との間の距離より短く、これは有利である。これにより、コンパクトな外形寸法を有するセンサ装置を形成することが容易になり、これは有利である。

【0018】

本センサ装置の実施形態においては、本センサ装置は、第３の光検出器を備えており、この第３の光検出器は、第１のスペクトル領域の波長を有する光を検出する一方、第２のスペクトル領域の波長を有する光には感応しないように構成されている。したがって、本センサ装置における第３の光検出器も、第１の発光素子によって放出される第１のスペクトル領域の波長を有する光を検出するために設けられている。第３の光検出器は、第２のスペクトル領域の波長を有する光に感応しない結果として、第１のスペクトル領域の波長を有する光を特に高い精度で検出することが可能である。この目的のため、一例として、第３の光検出器は、第２のスペクトル領域の波長を有する光を除去する一方、第１のスペクトル領域の波長を有する光は除去しないフィルタを備えていることができる。このセンサ装置において、第１の発光素子によって放出されて第１の光検出器によって検出される光と、第１の発光素子によって放出されて第３の光検出器によって検出される光が、センサ装置の使用者の皮膚の相異なる部分を通過するように、第１の光検出器および第３の光検出器を配置することができる。これにより本センサ装置は、第１の発光素子によって放出される光を使用して行われる測定を特に高い信頼性および精度で実行することができ、これは有利である。

【0019】

本センサ装置の実施形態においては、第１の発光素子は、第１の光検出器と第３の光検出器との間に配置されている。結果として、第１の発光素子によって放出される第１のスペクトル領域の波長を有する光が、第１の光検出器によって検出される前と、第３の光検出器によって検出される前とで、本センサ装置の使用者の皮膚の異なる部分を通過する。さらにこの場合、第１の発光素子によって放出される光は、異なる空間方向からセンサ装置の使用者の皮膚に当たる。これにより本センサ装置は、第１の発光素子によって放出される光を使用して行われる測定を特に高い信頼性および精度で実行することができ、これは有利である。

【0020】

本センサ装置の実施形態においては、第１の光検出器は、第２のスペクトル領域の波長を有する光を除去するように構成されているフィルタを備えている。これにより第１の光検出器は、第２のスペクトル領域の波長を有する光（第１の光検出器に当たって測定信号を乱すことがある）なしに、第１のスペクトル領域の波長を有する光を特に高い精度で検出することができ、これは有利である。

【0021】

本センサ装置の実施形態においては、第１の発光素子は、発光ダイオードチップとして構成されている。これに代えて、またはこれに加えて、第２の発光素子を発光ダイオードチップとして構成することができる。これにより、センサ装置の発光素子を高い費用効果でかつコンパクトに実施することが容易になり、これは有利である。さらに、発光ダイオードチップとして構成されている発光素子は、極めて正確に設定された波長の光を放出するように構成することができる。

【0022】

本センサ装置の実施形態においては、第１の光検出器は、受光素子（photodetector）として（特に、フォトダイオードとして）構成されている。これに代えて、またはこれに加えて、第２の光検出器を、受光素子として（特に、フォトダイオードとして）構成することができる。この結果として、センサ装置の光検出器をコンパクトに構成することができ、かつ高い費用効果で取得可能とすることができ、また、高い精度での光の検出を容易にすることができ、これは有利である。

【0023】

本センサ装置の実施形態においては、本センサ装置は、反射型の光電式容積脈波記録法（reflective photoplethysmography）に従って心拍数を測定するように構成されている。したがって本センサ装置によって、センサ装置の使用者がこの目的のためにさらなる電極などを取り付ける必要なしに心拍数の光学的な測定が容易になり、これは有利である。

【0024】

本センサ装置の実施形態においては、本センサ装置は、患者の血液中の酸素飽和度を測定するように構成されている。この場合、本センサ装置によって、酸素飽和度の光学的な非侵襲的測定が容易になり、これは有利である。

【0025】

本発明の上述した特性、特徴、および利点と、これらを達成する方法は、以下に図面を参照しながらさらに詳しく説明する例示的な実施形態の記述に関連して、さらに明確かつ容易に理解されるであろう。各図には以下を概略図で示してある。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】第１のセンサ装置の平面図を示している。

【図2】第２のセンサ装置の平面図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0027】

図１は、第１の実施形態に係る、概略的に図解したセンサ装置１０の平面図を示している。センサ装置１０は、センサ装置１０の使用者の健康またはフィットネスに関連するデータを求める目的で提供される。一例として、センサ装置１０の使用者の血液中の動脈血酸素飽和度を測定する目的で、センサ装置１０を提供することができる。これに加えて、センサ装置１０の使用者の心拍数（脈拍周波数）を反射型の光電式容積脈波記録法に従って求める目的で、センサ装置１０を提供することができる。この場合、センサ装置１０によって行われる測定は、光学的方法によって実行される。

【0028】

センサ装置１０は、ハウジング４００を備えている（図１には概略的にのみ示してある）。図１は、ハウジング４００の上側の平面図を示している。ハウジング４００は、その上側にカバー（図１には示していない）を備えていることができる。そのようなカバーが存在する場合、カバーの少なくとも一部は、センサ装置１０によって放出することのできる光に対して透明である。センサ装置１０は、一例として携帯機器（特に、例えば腕時計）に組み込むことができる。

【0029】

測定を行う目的のため、センサ装置１０のハウジング４００は、ハウジング４００の上側がセンサ装置１０の使用者の皮膚に面するように、使用者の皮膚に配置されなければならない。

【0030】

センサ装置１０は、第１の発光素子１１０を備えている。第１の発光素子１１０は、第１のスペクトル領域の波長を有する光を放出するように構成されている。第１の波長領域は、一例として、５２０ｎｍ～５７０ｎｍの波長範囲とすることができる。この場合、第１の発光素子１１０によって放出することのできる光は、緑色を有する。

【0031】

さらに、センサ装置１０は、第２の発光素子１２０を備えている。第２の発光素子１２０は、第２のスペクトル領域の波長を有する光を放出するように構成されている。第２のスペクトル領域は、一例として、赤色スペクトル領域とすることができる。一例として、第２の発光素子１２０によって放出される光は、６６０ｎｍの波長を有することができる。

【0032】

これに加えて、センサ装置１０は、第３の発光素子１３０を備えている。第３の発光素子１３０は、第３のスペクトル領域の波長を有する光を放出するように構成されている。第３のスペクトル領域は、一例として、赤外スペクトル領域とすることができる。一例として、第３の発光素子１３０によって放出される光は、９４０ｎｍの波長を有することができる。

【0033】

センサ装置１０は、第４の発光素子１４０をさらに備えている。第４の発光素子１４０は、第１のスペクトル領域の波長を有する光を放出するように構成されている。第４の発光素子１４０は、第１の発光素子１１０と同じかまたはほぼ同じ波長の光を放出するように構成することができる。

【0034】

第１の発光素子１１０、第２の発光素子１２０、第３の発光素子１３０および第４の発光素子１４０は、それぞれ発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）として構成することができる。

【0035】

さらに、センサ装置１０は、第１の光検出器２１０を備えている。第１の光検出器２１０は、第１の光検出器２１０に当たる第１のスペクトル領域の波長を有する光を検出するように構成されている。さらに、第１の光検出器２１０は、第１の光検出器２１０に当たる第２のスペクトル領域の波長を有する光には感応しないように構成されている。第１の光検出器２１０は、第１の光検出器２１０に当たる第３のスペクトル領域の波長を有する光にも感応しない。この目的のため、第１の光検出器２１０は第１のフィルタ２１５を備えていることができ、第１のフィルタ２１５は、第２のスペクトル領域の波長を有する光と、第３のスペクトル領域の波長を有する光とを除去する一方、第１のスペクトル領域の波長を有する光を通過させるように構成されている。第１のフィルタ２１５は、一例として、干渉フィルタとして（特に、例えばブラッグミラーとして）構成することができる。

【0036】

センサ装置１０は、第１の光検出器２１０に加えて、第２の光検出器２２０を備えている。第２の光検出器２２０は、第１のスペクトル領域の波長を有する光と、第２のスペクトル領域の波長を有する光と、第３のスペクトル領域の波長を有する光とを検出するように構成されている。第２の光検出器２２０は、一例として、広い波長領域（第１のスペクトル領域、第２のスペクトル領域および第３のスペクトル領域を含む）からの任意の波長の光を検出するように構成することができる。

【0037】

センサ装置１０の第１の光検出器２１０および第２の光検出器２２０は、例えば受光素子として（特に、例えばフォトダイオードとして）実施することができる。

【0038】

第１の発光素子１１０、第４の発光素子１４０および第１の光検出器２１０は、センサ装置１０の使用者の心拍数を、反射型の光電式容積脈波記録法によって光学的に求める役割を果たすことができる。この目的のため、第１の発光素子１１０および第４の発光素子１４０によって放出される第１のスペクトル領域の波長を有する光は、センサ装置１０の使用者の皮膚の上皮層に照射される。第１のスペクトル領域の波長を有する光は、使用者の皮膚において一部が吸収され、一部が反射される。使用者の皮膚の表面または内部で反射された第１のスペクトル領域の波長を有する光は、第１の光検出器２１０に達することができ、この光が第１の光検出器２１０によって検出される。血液に含まれるヘモグロビンは、センサ装置１０の使用者の皮膚における強い吸収体を形成する。使用者の皮膚における血管の体積が心臓の鼓動に応じて変化する結果として、使用者の皮膚において第１の光検出器２１０の方に反射される第１のスペクトル領域の波長を有する光の量も、心臓の鼓動に応じて変化する。センサ装置１０の使用者の心拍数を求める目的で、この変化が第１の光検出器２１０によって検出される。

【0039】

第１の発光素子１１０によって放出された第１のスペクトル領域の波長を有する光と、第４の発光素子１４０によって放出された第１のスペクトル領域の波長を有する光は、異なる空間方向からセンサ装置１０の使用者の皮膚に当たり、第１の光検出器２１０への経路において皮膚の異なる部分を通過する。結果として、センサ装置１０によって行われる測定を、特に高い精度かつ特に低い誤り発生率（susceptibility to errors）で実行することができる。この場合、図１に示したように第１の光検出器２１０が第１の発光素子１１０と第４の発光素子１４０との間に配置されているならば、有利である。しかしながら、簡略化された実施形態においては、第１の発光素子１１０または第４の発光素子１４０のいずれかを省くこともできる。

【0040】

第１の発光素子１１０および第４の発光素子１４０によって放出されてセンサ装置１０の使用者の皮膚の表面または内部で反射された第１のスペクトル領域の波長を有する光の、第１の光検出器２１０によって行われる検出は、第２の発光素子１２０によって放出される第２のスペクトル領域の波長を有する光によって、または第３の発光素子１３０によって放出される第３のスペクトル領域の波長を有する光によって妨げられない。なぜなら第２のスペクトル領域または第３のスペクトル領域の波長のこのような光は、第１の光検出器２１０の第１のフィルタ２１５によって除去されるためであり、これは有利である。

【0041】

センサ装置１０の第２の発光素子１２０、第３の発光素子１３０および第２の光検出器２２０は、センサ装置１０の使用者の動脈血酸素飽和度を測定する役割を果たすことができる。この目的のため、第２の発光素子１２０によって放出される第２のスペクトル領域の波長を有する光と、第３の発光素子１２０によって放出される第３のスペクトル領域の波長を有する光とが、センサ装置１０の使用者の皮膚の上皮層に照射され、これらの光は上皮層において波長に応じて吸収および反射される。第２のスペクトル領域の波長を有する光の一部と、第３のスペクトル領域の波長を有する光の一部とは、センサ装置１０に戻って第２の光検出器２２０に当たり、第２の光検出器２２０においてこれらの光が検出される。第２の光検出器２２０に達する第２のスペクトル領域の波長を有する光の量と、第２の光検出器２２０に達する第３のスペクトル領域の波長を有する光の量とから、センサ装置１０の使用者の血液中の動脈血酸素飽和度を推定することができる。

【0042】

第２のスペクトル領域の波長を有する光と、第３のスペクトル領域の波長を有する光との、人の皮膚における散乱および吸収は、第１のスペクトル領域の波長を有する光の散乱および吸収より少ないため、良好な測定結果を得る目的のためには、第１の発光素子１１０および第４の発光素子１４０によって放出される第１のスペクトル領域の波長を有する光が、第２の発光素子１２０によって放出される第２のスペクトル領域の波長を有する光、および第３の発光素子１３０によって放出される第３のスペクトル領域の波長を有する光よりも、センサ装置１０の使用者の皮膚の中を短い距離だけ進むならば、有利である。このことは、センサ装置１０において、第１の発光素子１１０と第１の光検出器２１０との間の第１の距離３１０が、第２の発光素子１２０と第２の光検出器２２０との間の第２の距離３２０より短いことによって達成される。第４の発光素子１４０と第１の光検出器２１０との間の距離は、第１の発光素子１１０と第１の光検出器２１０との間の第１の距離３１０に実質的に一致する。同様に、第３の発光素子１３０と第２の光検出器２２０との間の距離も、第２の発光素子１２０と第２の光検出器２２０との間の第２の距離３２０に実質的に一致する。

【0043】

発光素子１１０，１２０，１３０，１４０と光検出器２１０，２２０との間の所望の距離３１０，３２０を、センサ装置１０の構成要素の省スペースな配置によって達成する目的で、第１の光検出器２１０は、第１の発光素子１１０と第２の光検出器２２０との間に配置されている。さらに、第１の光検出器２１０は、第２の発光素子１２０と第２の光検出器２２０との間に配置されている。

【0044】

センサ装置１０のハウジング４００は、第１の室４１０と、第２の室４２０と、第３の室４３０とに分割されている。この場合、第２の室４２０は、第１の室４１０と第３の室４３０との間に配置されている。室４１０，４２０，４３０は、光不透過性の壁によって互いに区切られている。

【0045】

第１の発光素子１１０、第２の発光素子１２０および第３の発光素子１３０は、ハウジング４００の第１の室４１０に配置されている。第１の光検出器２１０は、ハウジング４００の第２の室４２０に配置されている。第４の発光素子１４０および第２の光検出器２２０は、ハウジング４００の第３の室４３０に配置されている。光を透過させないように互いに密閉されている、センサ装置１０のハウジング４００の個別の室４１０，４２０，４３０に、発光素子１１０，１２０，１３０，１４０および光検出器２１０，２２０を配置することによって、発光素子１１０，１２０，１３０，１４０によって放出される光が、センサ装置１０の使用者の皮膚の表面または内部で事前に反射されることなく直接的な経路に沿って光検出器２１０，２２０に達することが防止される。しかしながら、ハウジング４００を個別の室４１０，４２０，４３０に分割することを省くこともできる。

【0046】

図２は、第２の実施形態に係るセンサ装置２０の平面図を示している。センサ装置２０は、大部分がセンサ装置１０に対応している。図２において、センサ装置１０に存在する構成要素に対応するセンサ装置２０の構成要素には、図１と同じ参照符号を付してある。以下では、センサ装置２０とセンサ装置１０との相違点のみを説明する。それ以外に関しては、図１のセンサ装置１０について上で行った説明が、図２のセンサ装置２０にもあてはまる。

【0047】

センサ装置２０は、第１のスペクトル領域の波長を有する光を放出する目的には、第１の発光素子１１０を備えているのみである。センサ装置２０には、第４の発光素子１４０が存在しない。

【0048】

代わりに、センサ装置２０は、第１の光検出器２１０および第２の光検出器２２０に加えて、第３の光検出器２３０を備えている。第３の光検出器２３０は、第１のスペクトル領域の波長を有する光を検出する一方、第２のスペクトル領域の波長を有する光と、第３のスペクトル領域の波長を有する光には感応しないように構成されている。この目的のため、第３の光検出器２３０は、さらなるフィルタ２３５を備えていることができ、さらなるフィルタ２３５は、第２のスペクトル領域の波長を有する光と、第３のスペクトル領域の波長を有する光を除去する一方、第１のスペクトル領域の波長を有する光を通過させるように構成されている。第３の光検出器２３０は、第１の光検出器２１０に類似して構成することができる。第３の光検出器２３０のさらなるフィルタ２３５は、第１の光検出器２１０の第１のフィルタ２１５に類似して構成することができる。

【0049】

センサ装置２０の第１の発光素子１１０、第１の光検出器２１０および第３の光検出器２３０は、センサ装置２０の使用者の心拍数を測定する役割を果たすことができる。この目的のため、第１の光検出器２１０および第３の光検出器２３０の両方が、第１の発光素子１１０によって放出される第１のスペクトル領域の波長を有する光を検出し、この光は、センサ装置２０の使用者の皮膚の表面または内部で反射されたものである。この場合、第１の光検出器２１０によって検出される第１のスペクトル領域の波長を有する光と、第３の光検出器２３０によって検出される第１のスペクトル領域の波長を有する光は、センサ装置２０の使用者の皮膚の相異なる部分を通過する。さらに、第１の光検出器２１０によって検出される光は、第３の光検出器２３０によって検出される第１のスペクトル領域の波長を有する光とは異なる空間方向から、センサ装置の使用者の皮膚に当たったものである。この結果として、センサ装置２０においても、心拍数を高い精度かつ低い誤り発生率で測定することができる。

【0050】

図２に示した例のように、第１の発光素子１１０が第１の光検出器２１０と第３の光検出器２３０との間に配置されているならば有利である。これに付随して、図２に示したように、第１の発光素子１１０が第１の光検出器２１０と第２の光検出器２２０との間に配置されており、第１の発光素子１１０がさらに第２の発光素子１２０と第２の光検出器２２０との間に配置されているならば、センサ装置２０の構成要素の省スペースな配置が得られる。このことは、第１の発光素子１１０がハウジング４００の第２の室４２０に配置されており、第２の発光素子１２０、第３の発光素子１３０および第１の光検出器２１０がハウジング４００の第１の室４１０に配置されており、第２の光検出器２２０および第３の光検出器２３０がハウジング４００の第３の室４３０に配置されていることによって、達成することができる。

【0051】

この配置では、センサ装置２０において、第１の発光素子１１０と第１の光検出器２１０との間の第１の距離３１０が、第２の発光素子１２０と第２の光検出器２２０との間の第２の距離３２０より短いことも確保される。第３の発光素子１３０と第２の光検出器２２０との間の距離は、この場合にも、第２の発光素子１２０と第２の光検出器２２０との間の第２の距離３２０にほぼ一致する。第１の発光素子１１０と第３の光検出器２３０との間の距離は、第１の発光素子１１０と第１の光検出器２１０との間の第１の距離３１０にほぼ一致する。

【0052】

ここまで本発明について、好ましい例示的な実施形態に基づいてさらに詳しく説明および図解してきた。しかしながら本発明は、開示されている例に限定されない。むしろ当業者には、本発明の保護範囲から逸脱することなく、これらの例から別の変形形態を導くことができるであろう。

【0053】

本特許出願は、独国特許出願第１０２０１６１０９６９４．６号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照により本明細書に組み込まれている。

【符号の説明】

【0054】

１０ センサ装置
２０ センサ装置
１１０ 第１の発光素子
１２０ 第２の発光素子
１３０ 第３の発光素子
１４０ 第４の発光素子
２１０ 第１の光検出器
２１５ 第１のフィルタ
２２０ 第２の光検出器
２３０ 第３の光検出器
２３５ さらなるフィルタ
３１０ 第１の距離
３２０ 第２の距離
４００ ハウジング
４１０ 第１の室
４２０ 第２の室
４３０ 第３の室

【図1】

【図2】