DE102013019660A1 - Sensor system for optical measurement of biometric parameters of animal or plant or human, has first transmitter, second transmitter and receiver, where first transmitter is operated with first feed signal of signal generator - Google Patents

Sensor system for optical measurement of biometric parameters of animal or plant or human, has first transmitter, second transmitter and receiver, where first transmitter is operated with first feed signal of signal generator Download PDF

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Abstract

The sensor system has a first transmitter (H1), a second transmitter and a receiver (D1). The first transmitter is operated with a first feed signal of a signal generator (G1). The second transmitter is operated with a second feed signal. A course of intermediate signal (S4) is evaluated such that the biometric parameter of the signal is extracted.

Description

Einleitungintroduction

Die puls-oxymetrische Messung von biometrischen Parametern ist eine seit langem bekannte Methodik, die Herzfrequenz von Patienten und den Sauerstoffgehalt des Blutes sowie weitere Parameter, die spektroskopisch über die Haut erkennbar sind, zu vermessen.The pulse-oximetric measurement of biometric parameters is a well-known method to measure the heart rate of patients and the oxygen content of the blood as well as other parameters that can be detected by the skin spectroscopy.

Die Methode basiert auf der Messung der Lichtabsorption bzw. der Lichtremission bei einer perkutanen Durchleuchtung der Haut bei verschiedenen spektralen Wellenlängen zur Erfassung verschiedener Parameter.The method is based on the measurement of light absorption or light remission in a percutaneous transillumination of the skin at different spectral wavelengths to capture various parameters.

1935 beschrieb K. Matthes eine solche Messung am menschlichen Ohrläppchen ohne den Status der Anwendbarkeit zu erreichen. Takuo Aoyagi realisierte die erste nutzbare Vorrichtung und Methode. Unter der Bezeichnung Fotoplethysmographie wurde die Methode erstmals von Christian-Peter Bernhardt 1978 veröffentlicht.In 1935 K. Matthes described such a measurement on the human earlobe without reaching the status of applicability. Takuo Aoyagi realized the first usable device and method. The method was first published by Christian-Peter Bernhardt in 1978 under the name of photoplethysmography.

Nach diesem Stand der Technik wird mit einem Sättigungsaufnehmer (Clip oder Klebesensor) an einem leicht zugänglichen Körperteil, vorzugsweise an einem Finger, Zeh, am Ohrläppchen oder bei frühgeborenen Säuglingen auch am Fußballen oder Handgelenk gemessen.According to this prior art is measured with a saturation (clip or adhesive sensor) on an easily accessible body part, preferably on a finger, toe, on the earlobe or in premature infants also on the ball of the foot or wrist.

Die Methode nutzt eine Vorrichtung, die zwei in einem definierten (Infra-)Rot-Bereich (s. u.) leuchtende Sender auf der einen Seite des Messobjekts, typischerweise die besagten Finger, Ohrläppchen etc., und auf der anderen Seite des Messobjekts einen Empfänger, typischerweise eine Fotodiode aufweist. Das Hämoglobin weist ein je nach Sauerstoffsättigungsgrad unterschiedliches Absorptionsspektrum auf. Durch dieses vom Sauerstoffsättigungsgrad abhängige Spektrum ändert sich die relative Absorption der beiden Frequenzbänder, die durch die beiden besagten LEDs abgestrahlt werden. Gleichzeitig hängt die Absorption aber auch von der Durchblutung des durchstrahlten Gewebes ab. Über den Clip oder Klebesensor wird neben der Sättigung daher auch der Puls in den kleinsten Blutgefäßen (Kapillaren) erfasst.The method uses a device, the two in a defined (infrared) red area (see below) glowing transmitter on one side of the DUT, typically the said fingers, earlobes, etc., and on the other side of the DUT a receiver, typically having a photodiode. The hemoglobin has a different absorption spectrum depending on the degree of oxygen saturation. This oxygen saturation dependent spectrum changes the relative absorption of the two frequency bands radiated by the two said LEDs. At the same time, the absorption also depends on the perfusion of the irradiated tissue. In addition to saturation, the pulse in the smallest blood vessels (capillaries) is therefore recorded via the clip or adhesive sensor.

Typischerweise wird die Absorption des Lichts mit einer LED bei 660 nm, einer zweiten LED bei 940 nm gemessen. Daneben wird die Lichteinstrahlung durch das Umgebungslicht gemessen und abgezogen.Typically, the absorption of the light is measured with one LED at 660 nm, a second LED at 940 nm. In addition, the light radiation is measured and subtracted by the ambient light.

Eine mögliche Anwendung ist die Nutzung dieser Technik als Fahrerzustandsmonitor in Automobilen. Auch im Bereich des Höhenbergsteigens werden immer öfter Pulsoxymeter verwendet, um frühzeitig Hinweise auf eine drohende Höhenkrankheit zu erhalten.One possible application is the use of this technique as a driver condition monitor in automobiles. Even in the field of mountain climbing, pulse oximeters are being used more and more frequently in order to obtain early indications of an impending altitude sickness.

Bekannte MessfehlerKnown measuring errors

Bei lackierten Fingernägeln wird Licht durch den Lack absorbiert und erreicht die Fotozelle nur abgeschwächt.With painted fingernails, light is absorbed by the paint and reaches the photocell only attenuated.

Künstliche Fingernägel aus Acryl führen in Abhängigkeit vom Pulsoxymeter ebenfalls zu Messfehlern.Artificial fingernails made of acrylic also lead to measurement errors depending on the pulse oximeter.

Bei Patienten mit verringerter peripherer Kapillardurchblutung (beispielsweise bei Schock und Hypothermie) kann es passieren, dass falsche Werte angezeigt werden bzw. dass eine Pulsoxymetrie nicht möglich ist.In patients with reduced peripheral capillary blood flow (for example, shock and hypothermia), false readings may be displayed or pulse oximetry may not be possible.

Bei mechanischem Stoß, z. B. bei einer Fahrt über unebenes Gelände, treten Fehler durch Veränderung der Messanordnung und Änderung des Umgebungslichts auf.In mechanical shock, z. B. when driving over uneven terrain, errors occur by changing the measuring arrangement and change the ambient light.

Dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung behoben.This problem is solved by the device according to the invention.

Offenbarter Stand der TechnikDisclosed prior art

Ein solches System wurde beispielsweise in der DE3135802A1 offenbart.Such a system was used for example in the DE3135802A1 disclosed.

Die DE3135802A1 beansprucht ein Pulsüberwachungssystem zum Ermitteln und Anzeigen der Blutdruckimpulse, die durch die Herzschläge entstehen, gekennzeichnet durch eine Sensoreinrichtung, die in Kontakt mit Körpergewebe positioniert werden kann, um auf Änderungen des Blutvolumens zu reagieren, wobei die Sensoreinrichtung eine Detektoreinrichtung, sowie wenigstens zwei Lichtemitter einschließt, wovon einer ein Lichttransmissions-Emitter ist, der derart angeordnet ist, dass er Licht durch das Körpergewebe zur Detektoreinrichtung strahlt, und der andere ein Licht-Reflexions-Emitter ist, der so angeordnet ist, dass er Licht von diesem zu der Detektoreinrichtung hin reflektiert, wobei diese Detektoreinrichtung Änderungen des durchtretenden und des reflektierten Lichtes feststellt, die aus Änderungen der Gewebedurchblutung resultieren und ein elektrisches Signal entsprechend diesen Änderungen erzeugt, und durch eine Signalbearbeitungseinrichtung zur Wandlung dieser elektrischen Signale in die Pulszahl. Ein wesentlicher Punkt ist, dass die Sensoreinrichtung in Kontakt mit dem Gewebe stehen muss, da das Streulicht ansonsten ein zu geringes Signal zu Rauschverhältnis hervorrufen würde. Sie ist damit umgebungslichtabhängig.The DE3135802A1 claims a pulse monitoring system for detecting and displaying the blood pressure pulses produced by the heartbeats, characterized by a sensor device that can be positioned in contact with body tissue to respond to changes in blood volume, the sensor device including a detector device and at least two light emitters, one of which is a light transmission emitter arranged to radiate light through the body tissue to the detection means, and the other is a light reflection emitter arranged to reflect light therefrom to the detection means, said detector means detecting changes in the transmitted and reflected light resulting from changes in tissue perfusion and producing an electrical signal in response to said changes, and signal processing means for converting said electrical signals into the pulse rate l. An important point is that the sensor device must be in contact with the tissue, since the scattered light would otherwise cause too low a signal to noise ratio. It is thus ambient light dependent.

Die DE3405444A1 beansprucht einen Pulssensor mit einem optoelektronischen Pulsaufnehmer, der eine Lichtquelle sowie ein fotoempfindliches Bauelement enthält, die über einen Strahlengang optisch miteinander gekoppelt sind, in dem ein ausreichend lichtdurchlässiger, durchbluteter Körperteil angeordnet werden kann, so dass das fotoempfindliche Bauelement ein Ausgangssignal liefert, das von seiner Bestrahlungsstärke und damit von durch Lichtdurchlässigkeit des Körperteiles abhängt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lichtquelle, das fotoempfindliche Bauelement und der sie koppelnde Strahlengang in einen Regelkreis liegen, der die Beleuchtungsstärke des fotoempfindlichen Bauelements konstant zu halten strebt, jedoch eine so große Zeitkonstante hat, dass er Änderungen der Beleuchtungsstärke, die durch pulsbedingte Durchblutungsschwankungen des Körperteiles verursacht werden, nicht auszuregeln vermag.The DE3405444A1 claims a pulse sensor with an optoelectronic pulse pickup, containing a light source and a photosensitive device, which are optically coupled together via a beam path in which a sufficiently translucent, perfused body part can be arranged, so that the photosensitive device provides an output signal of its irradiance and thus by light transmission of the body part Is characterized in that the light source, the photosensitive device and the optical path coupling them are in a control loop, which strives to keep the illuminance of the photosensitive device constant, but has such a large time constant that it changes the illuminance caused by Pulse-related circulatory fluctuations of the body part are caused, not able to correct.

Ein wesentlicher Punkt auch dieses Systems ist, dass die Sensoreinrichtung in Kontakt mit dem Gewebe stehen muss, da das Streulicht ansonsten ein zu geringes Signal zu Rauschverhältnis hervorrufen würde. Im Gegensatz zum vorherbesprochenen System, wird hier jedoch die Beleuchtungsstärke nachgeregelt. Diese Nachregelung findet elektronisch statt. Eine Sensor-Drift oder Sensor-Verschmutzung kann nicht ausgeglichen werden.An essential point of this system is that the sensor device must be in contact with the tissue, since the scattered light would otherwise cause too low a signal to noise ratio. In contrast to the previously discussed system, however, the illuminance is readjusted here. This readjustment takes place electronically. Sensor drift or sensor contamination can not be compensated.

Die Offenbarung DE69113785T2 beansprucht ein Überwachungsgerät mit einem optischen Sensor zum Bestimmen der Pulsfrequenz durch Fotoplethysmographische Messung (PPG-Messung) der Blutzirkulation eines Subjektes, wie beispielsweise eines Körperteils eines Menschen oder eines Tieres, mit einer Lichtquelle, vorzugsweise einer Laserdiode oder einer Licht emittierenden Diode (LED), einer Detektoreinheit, die den Wechselstrom-Anteil oder AC-Anteil, eines generierten PPG-Signals ermittelt, um die Herzfrequenz des Subjektes zu bestimmen, einer elektronischen Verstärkereinheit, einer Präsentationseinheit, beispielsweise einen Oszilloskop, einer Anzeige-Einheit oder einen Drucker, wobei durch ein Mittel zum Trennen einer Signalkomponente von dem ermittelten PPG-Signal, die Atemfrequenz des Subjektes indiziert.The revelation DE69113785T2 claims a monitor having an optical sensor for determining the pulse rate by photoplethysmographic (PPG) measurement of the blood circulation of a subject, such as a human or animal body part, with a light source, preferably a laser diode or a light emitting diode (LED), a detector unit, which determines the AC component or AC component, of a generated PPG signal to determine the heart rate of the subject, an electronic amplifier unit, a presentation unit, for example an oscilloscope, a display unit or a printer, by a Means for separating a signal component from the determined PPG signal indicating the respiratory rate of the subject.

Auch dieses System erfordert, dass die Sensoreinrichtung in Kontakt mit dem Gewebe stehen muss, da das Streulicht ansonsten ein zu geringes Signal zu Rauschverhältnis hervorrufen würde.This system also requires that the sensor device must be in contact with the tissue, since the scattered light would otherwise cause too low a signal to noise ratio.

Die Druckschrift DE69122637T2 beschreibt unter Zuhilfenahme der 2b dieser Druckschrift DE69122637T2 auf deren Seite 6 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Puls-Oximeters. Der Finger eines Patienten ist auf der besagten Figur von einer Fingermanschette umgeben, die eine rote LED und eine Nahe-Infrarot-LED (NIR LED) und einen Detektor aufweist. Die LEDs und der Detektor sind durch Leitungen mit einer Verarbeitungs- und Steuerschaltung gekoppelt, die den Blutdruck basierend auf dem Betrag der roten und der NIR-Strahlung, die durch den Detektor erfasst wird, misst.The publication DE69122637T2 describes with the help of the 2 B this document DE69122637T2 on their page 6 is a schematic representation of a conventional pulse oximeter. The finger of a patient is surrounded on said figure by a finger cuff comprising a red LED and a near infrared LED (NIR LED) and a detector. The LEDs and the detector are coupled by lines to a processing and control circuit that measures blood pressure based on the amount of red and NIR radiation detected by the detector.

Dieses System ist somit sehr ähnlich der Ursprungsoffenbarung DE3135802A1 und weist alle deren wesentlichen Nachteile auf.This system is thus very similar to the origin disclosure DE3135802A1 and has all its major drawbacks.

Die Schrift DE102008022920A1 beansprucht eine Vorrichtung zur Erkennung von Leblosigkeit einer Person auf Basis von Pulsmessung und/oder Bewegung, wobei zumindest ein optischer Sensor bestehend aus einem Emitter zum Aussenden von Licht auf ein Hautgewebe und aus einem Detektor zum Empfangen des vom Hautgewebe remittieren Lichtes sowie eine Auswerteeinheit vorgesehen sind wobei vom Emitter des optischen Sensors Licht mit einer Wellenlänge aus einem vorgegebenen Bereich von 520 nm bis 600 nm ausgesendet wird und wobei als Emitter eine Leuchtdiode mit einer dominanten Wellenlänge aus dem vorgegebenen Bereich und als Detektor eine Fotodiode oder ein Fototransistor vorgesehen sind und wobei der Emitter und der Detektor unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.The font DE102008022920A1 claims a device for detecting lifelessness of a person on the basis of pulse measurement and / or movement, wherein at least one optical sensor consisting of an emitter for emitting light to a skin tissue and a detector for receiving the remit of the skin tissue light and an evaluation unit are provided wherein light emitted by the emitter of the optical sensor with a wavelength from a predetermined range of 520 nm to 600 nm and wherein a light emitting diode with a dominant wavelength from the predetermined range and as a detector, a photodiode or a phototransistor are provided as emitter and wherein the emitter and the detector are arranged directly next to each other.

Auch dieses System ist somit sehr ähnlich der Ursprungsoffenbarung DE3135802A1 und weist alle deren wesentlichen Nachteile auf. Allerdings bezieht es sich im Gegensatz zu den vorhergehenden Systemen auf eine Messung des reflektierten Lichtes.Also, this system is very similar to the origin disclosure DE3135802A1 and has all its major drawbacks. However, in contrast to the previous systems, it refers to a measurement of the reflected light.

Die US amerikanische Schrift US4,258,719 beansprucht ein Pulsfrequenz-Messsystem dass während der Messpulsintervalle ein gepulstes Fotostromsignal empfängt, das einen Umgebungslichtanteil induzierten Signalanteil enthält und den gepulsten Fotostromanteil eines Trägersignals, dessen Amplitude durch das Herz-Blutdruck-Signal moduliert wurde, um das besagte Herz-Blutdrucksignal über eine Ausgabeeinheit bereitzustellen, wobei das Pulsfrequenz-Messsystem einen Sensor mit einer gepulsten Lichtquelle und einer Fotodiode mit einer Anode und einer Kathode umfasst, wobei die Kathode mit einem ersten Referenzpotenzial gekoppelt ist und die Anode den besagten gepulsten Fotostrom liefert und ein Löschsignal zur Eliminierung des Umgebungslichtsignals innerhalb des gepulsten Fotostroms direkt in die Anode währen der Pulsintervalle eingekoppelt wird und einen ersten Integrator aufweist, der an die besagte Umgebungslichtkompensation gekoppelt ist und den gepulsten Fotostrom während der Messpulsintervalle empfängt, integriert und speichert, und eine Rückkopplungsschleife aufweist, die zwischen dem Ausgang des besagten Integrators und der Anode der Fotodiode liegt. (Text gekürzt)The US American font US4,258,719 claims a pulse rate measuring system that, during the measuring pulse intervals, receives a pulsed photocurrent signal containing an ambient light-induced signal component and the pulsed photocurrent portion of a carrier signal whose amplitude has been modulated by the cardiac blood pressure signal to provide said cardiac blood pressure signal via an output unit; wherein the pulse rate measurement system comprises a sensor having a pulsed light source and a photodiode having an anode and a cathode, the cathode coupled to a first reference potential and the anode providing said pulsed photocurrent and a cancellation signal for eliminating the ambient light signal within the pulsed photocurrent directly into the anode during which the pulse interval is coupled and has a first integrator coupled to said ambient light compensation and receiving and integrating the pulsed photocurrent during the measurement pulse intervals chert, and has a feedback loop which lies between the output of said integrator and the anode of the photodiode. (Text shortened)

Im Gegensatz zu den vorhergehenden Schriften wird hier also das Umgebungslicht berücksichtigt. Die Kompensation erfolgt elektronisch direkt an der Anode der Fotodiode durch ein elektronisch generiertes Signal. Eine Driftkompensation des Sensors findet nicht statt.In contrast to the previous writings, the ambient light is taken into account here. The compensation is done electronically directly at the anode of the photodiode by an electronic generated signal. A drift compensation of the sensor does not take place.

Die Druckschrift US4,260,951 beansprucht ein Pulsratenmesssystem zum Empfang eines gepulsten Fotostromes während eines Messpulsintervalls. Dabei enthält der gepulste Fotostrom ein Umgebungslichtsignal und ein reflektiertes Lichtsignal. Das reflektierte Lichtsignal ist durch den Herz-Blutdruck amplitudenmoduliert. Das Pulsratenmesssystem umfasst eine Signalverarbeitungseinheit, die das besagte Fotostromsignal verarbeitet und eine Rückkopplungsschleife zweiter Ordung enthält. Diese Rückkopplungsschleife enthält einen ersten Differenzierer. Dieser besitzt eine Transferfunktion, die einen Hochpass-Pol bei einer ersten Frequenz besitzt. Dabei wird eine Auslöschung erzeugt, indem eine Null bei besagter erster Frequenz erzeugt wird, um den Hochpass-Pol der besagten Transferfunktion auszulöschen. Die Rückkopplungsschleife enthält darüber hinaus einen zweiten Differenzierer, der an die besagte Auslöschung gekoppelt ist indem ein Hochpass-Pol bei einer zweiten Frequenz ausgebildet wird. Darüber hinaus weist das Messratensystem eine zusätzliche Pulsformung und Ausgabe eines gepulsten Fotostromsignals durch Kopplung an den besagten zweiten Differenzierer mittels der Messpulsintervalle auf.The publication US4,260,951 claims a pulse rate measurement system for receiving a pulsed photocurrent during a measurement pulse interval. The pulsed photocurrent contains an ambient light signal and a reflected light signal. The reflected light signal is amplitude modulated by the cardiac blood pressure. The pulse rate measurement system includes a signal processing unit that processes the said photocurrent signal and includes a second order feedback loop. This feedback loop contains a first differentiator. This has a transfer function which has a high pass pole at a first frequency. An erasure is generated by generating a zero at said first frequency to cancel the high-pass pole of said transfer function. The feedback loop further includes a second differentiator coupled to said cancellation by forming a high pass pole at a second frequency. In addition, the measuring rate system has an additional pulse shaping and output of a pulsed photocurrent signal by coupling to the said second differentiator by means of the measuring pulse intervals.

Diese Schrift beschreibt im Wesentlichen wieder ein System entsprechend DE3135802A1 mit allen wesentlichen NachteilenEssentially, this document again describes a system accordingly DE3135802A1 with all the major disadvantages

Allen Systemen ist gemeinsam, dass sie gegenüber Fremdlicht empfindlich sind. Einzige Ausnahme ist die US4,258,719 . Diese verfügt jedoch über eine elektronische Kompensation, die die Drift des Sensors durch Verschmutzung, Alterung, Feuchtigkeit und Temperatur nicht unterdrückt.All systems have in common that they are sensitive to extraneous light. The only exception is the US4,258,719 , However, it has an electronic compensation that does not suppress the drift of the sensor due to soiling, aging, humidity and temperature.

Schließlich ist noch zu nennen die US5,774,213 . Diese beschreibt in 4 der US5,774,213 ein kompensiertes System. Damit werden viele der Problem der vorhergehenden Systeme gelöst. Dies geschieht jedoch nur unvollkommen. Es handelt sich insbesondere nicht um ein lineares System mit entsprechenden Konsequenzen. Das System der US5,774,213 funktioniert nur, weil ein Bandpass in den Rückkoppelzweig eingefügt ist. Dieser reduziert die Signalanteile des Empfängersignals auf die Frequenzanteile, die bezüglich ihrer Frequenz der Frequenz des Sendesignals entsprechen. Anschließend erfolgt eine Mischung mit dem Sendesignal, bei der, wie richtig von den Autoren angemerkt, ein Gleichwert, aber, und das ist in der Anmeldung nicht angemerkt und offenbart aber ganz wesentlich, eben typischerweise auch die doppelte Frequenz der Sendesignalfrequenz im Mischerausgangssignal entsteht. Dieser parasitäre Anteil doppelter Frequenz wird in einem Verstärker ebenso wie der Gleichanteil verstärkt und dann dem Sendesignal folgerichtig aufmultipliziert. Somit enthält das an die Sendedioden geleitete Signal Anteile mit Sendesignalfrequenz, die proportional zum Gleichwert des Mischerausgangssignals sind, und parasitäre Anteile, ebenfalls mit Sendesignalfrequenz, die proportional zum halben Wert der Anteile des Mischerausgangssignals sind und die die doppelte Sendefrequenz aufweisen. Darüber hinaus enthält dieses Signal Anteile mit dem dreifachen der Sendesignalfrequenz. Dieser letzte Punkt ist allerdings ohne Belang, da das Bandpassfilter diesen Signalanteil eliminiert. Ohne das Bandpassfilter, würde dieser Anteil zu beliebigen Problemen führen, was zur vollständigen Unbrauchbarkeit führen würde. Die parasitären Anteile mit Sendesignalfrequenz in dem den Sendedioden zugeleiteten Signal führen zu Störungen des Messergebnisses. Der eingefügte Bandpass ist somit letztlich nur ein Notbehelf. Im Rahmen der Konzeption des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde daher erkannt, wie ein korrekt funktionsfähiges System im Gegensatz zu dem System der US5,774,213 strukturiert sein muss. Dies ist weiter unten beschrieben.Finally, to call the US5,774,213 , This describes in 4 of the US5,774,213 a compensated system. This solves many of the problems of the previous systems. However, this happens only imperfectly. In particular, it is not a linear system with corresponding consequences. The system of US5,774,213 works only because a bandpass is inserted in the feedback branch. This reduces the signal components of the receiver signal to the frequency components which correspond in frequency to the frequency of the transmitted signal. This is followed by a mix with the transmit signal, at which, as the authors rightly noted, an equal value, but, and this is not noted in the application and discloses quite essential, just typically also twice the frequency of the transmit signal frequency in the mixer output signal arises. This parasitic component of double frequency is amplified in an amplifier as well as the DC component and then logically multiplied the transmission signal. Thus, the signal routed to the transmit diodes includes transmit signal frequency portions which are proportional to the mixer output signal balance, and parasitic portions, also at transmit signal frequency, which are proportional to half the value of the mixer output signal portions and which are twice the transmit frequency. In addition, this signal contains shares at three times the transmission signal frequency. This last point is irrelevant because the bandpass filter eliminates this signal component. Without the bandpass filter, this proportion would lead to any problems, leading to complete uselessness. The parasitic components with transmission signal frequency in the signal fed to the transmitting diode lead to disturbances of the measurement result. The inserted bandpass is thus ultimately only a stopgap. In the context of the conception of the method according to the invention, it was therefore recognized how a correctly functioning system, in contrast to the system of the US5,774,213 must be structured. This is described below.

Diese parasitären Anteile mit Sendesignalfrequenz stellen das wesentliche Problem der US5,774,213 dar, das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung jedoch gelöst wird.These parasitic components with transmission signal frequency represent the essential problem of US5,774,213 which is, however, solved by the device according to the invention.

Die durch die Vorrichtung der US5,774,213 realisierte Verknüpfung zwischen Sendesignal und Empfangssignal ist eben keine Linearform sondern entspricht einem kubischen Polynom. Die Basissignale der US5,774,213 bilden somit keine orthogonale Basis. Eine Überlagerung verschiedener Kanäle ist daher auch bei unterschiedlichen Frequenzen nicht ohne gegenseitige Beeinflussung möglich. Daher ist auch eine technische Lösung entsprechend der US5,774,213 gegenüber einem Gleichsignal (Fremdlicht) empfindlich, wenn auch in geringerem Maße.The through the device of US5,774,213 Realized link between transmit signal and received signal is just not a linear form but corresponds to a cubic polynomial. The basic signals of US5,774,213 thus do not form an orthogonal basis. A superposition of different channels is therefore not possible even at different frequencies without mutual interference. Therefore, a technical solution according to the US5,774,213 sensitive to a DC signal (extraneous light), albeit to a lesser extent.

Aufgrund der Fremdlichtempfindlichkeit verfügen alle Systeme über mechanische Vorrichtungen, die dieses Fremdlicht abschirmen sollen und für einen direkten mechanischen Kontakt zwischen Messsystem und einem Körperteil, typischerweise einem Finger, sorgen.Due to the external light sensitivity, all systems have mechanical devices which are intended to shield this extraneous light and provide for direct mechanical contact between the measuring system and a body part, typically a finger.

Für viele Anwendungszwecke ist es jedoch vorteilhaft, wenn eine solche Abschirmung des Fremdlichts nicht erforderlich wäre. Die Gehäuseformen wären dann frei wählbar. Ein solcher Sensor könnte dann beispielsweise in ein Mobiltelefon oder ein anderes elektronische Gerät eingebaut werden.For many applications, however, it is advantageous if such shielding of the extraneous light would not be required. The housing shapes would then be freely selectable. Such a sensor could then be installed, for example, in a mobile phone or other electronic device.

Auch ist die Verwendung in Form flacher Messköpfe nicht ohne weiteres möglich, die an anderen Stellen als dem menschlichen Finger eingesetzt werden könnten.Also, the use in the form of flat measuring heads is not readily possible, which could be used in places other than the human finger.

Die nicht vorhandene Fremdlichtrobustheit bestimmt somit als wesentliche Form des mechanischen Aufbaus für Vorrichtungen des Stands der Technik, den einer Röhre oder zumindest den zweier mehr oder weniger halbschalenförmiger Klammern. Die Sensoren sind nach innen strahlend auf dem sich beim Schließen der Klammer ergebenden röhrenförmigen Objekt innen angeordnet. Für einige Anwendungen wäre es jedoch auch sinnvoll, die Sensoren nach außen strahlend anbringen zu können. Dies ist aufgrund der fehlenden Fremdlichtrobustheit nicht möglich. The absence of extraneous light robustness thus determines as an essential form of the mechanical construction for devices of the prior art, that of a tube or at least the two more or less half-shell-shaped clamps. The sensors are arranged radiating inwardly on the resulting during closing of the clip tubular object inside. For some applications, however, it would also be useful to be able to attach the sensors radiating outward. This is not possible due to the lack of extraneous light robustness.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit wenigstens einem Sender und einem Empfänger zur Vermessung der Übertragungseigenschaften einer Übertragungsstrecke zwischen einem Sender und dem Empfänger zur Ermittlung wenigstens eines biometrischen Parameters. Der Sender sendet ein Sendesignal in die Übertragungsstrecke, das nach Durchgang durch mindestens einen Teil der ersten Übertragungsstrecke von dem Empfänger detektiert wird. Der Empfänger empfängt das Sendesignal und bildet daraus insbesondere durch Bildung einer Linearform ein Empfängerausgangssignal, das in einer Verarbeitungseinheit weiterverarbeitet wird. Aus dem Empfängerausgangssignal werden Informationen über die Eigenschaften der ersten Übertragungsstrecke und damit über biometrische Parameter eines Messobjektes gewonnen. Beispielsweise kann die Anwesenheit eines Objekts oder bestimmte, insbesondere biometrische Eigenschaften eines Objekts erkannt werden.The present invention relates to a sensor system having at least one transmitter and one receiver for measuring the transmission properties of a transmission path between a transmitter and the receiver for determining at least one biometric parameter. The transmitter sends a transmission signal in the transmission path, which is detected after passing through at least a part of the first transmission path from the receiver. The receiver receives the transmission signal and, in particular by forming a linear form, forms a receiver output signal which is processed further in a processing unit. Information about the properties of the first transmission path and thus about biometric parameters of a measurement object is obtained from the receiver output signal. For example, the presence of an object or certain, in particular biometric properties of an object can be detected.

Derartige optisches Sensorsysteme können durch Störstrahler, wie beispielsweise Leuchtstoffröhren oder die Sonne gestört werden. Diese schmalbandigen Störer können die Messergebnisse verfälschen, wenn ihre Störstrahlung im Bereich des Sendesignals liegt. Wenn der Störer und seine Störstrahlung bekannt sind, kann versucht werden, die Arbeitsfrequenz des Sendesignals außerhalb des Bereichs der Störer zu legen. Ist dies nicht möglich, weil der Störer nicht bekannt oder nur sporadisch auftaucht, wird in so kann versucht werden, durch ein sogenanntes Frequenz-Hopping eine Arbeitsfrequenz zu suchen, bei der ein ungestörter Betrieb des Sensorsystems möglich ist. Diese Verfahren sind für manche Anwendungsgebiete jedoch nicht oder nur unzureichend geeignet.Such optical sensor systems can be disturbed by interference radiators, such as fluorescent tubes or the sun. These narrowband interferers can falsify the measurement results if their interference is in the range of the transmission signal. If the interferer and its interfering radiation are known, an attempt can be made to place the operating frequency of the transmission signal outside the range of the interferers. If this is not possible because the interferer is not known or appears only sporadically, it will be possible to try to search for a working frequency by means of so-called frequency hopping, in which undisturbed operation of the sensor system is possible. However, these methods are not or only insufficiently suitable for some fields of application.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Fremdlicht unabhängige Messung der Herzfrequenz und anderer biometrischer Parameter, wie beispielsweise des Blutsauerstoffgehaltes durch die Vermessung spektraler Eigenschaften mittels Durchstrahlung oder Reflektion zu ermöglich ohne dass ein Körperkontakt zwischen Messinstrument und Körper erforderlich ist und gleichzeitig eine größere Variabilität des Gehäuses zu ermöglichen und eine Sensor-Drift oder -Verschmutzung auszugleichen. Gleichzeitig soll die erfindungsgemäße Vorrichtung eine möglichst hohe Linearität aufweisen und Störungen optimal, insbesondere besser als die in der US5,774,213 beschriebene Kompensation, unterdrücken.It is the object of the invention to enable an external light-independent measurement of the heart rate and other biometric parameters, such as the blood oxygen content by measuring spectral properties by means of radiation or reflection without body contact between the measuring instrument and the body is required and at the same time a greater variability of the housing enable and compensate for sensor drift or contamination. At the same time, the device according to the invention should have the highest possible linearity and disturbances optimally, in particular better than those in the US5,774,213 Suppress compensation described.

Dies wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 erreicht.This is achieved with a device according to claim 1 or 2.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Durch die Verwendung zweier Kompensationssender wird der Empfänger, typischerweise eine Fotodiode, durch zwei Regelungen, die eine Linearform nutzen, in ihrem Arbeitspunkt gehalten. Weiter ist es sinnvoll, eine Übersteuerung des Empfängers zu verhindern. Dies kann beispielsweise durch einen Gyrator geschehen.Through the use of two compensation transmitters, the receiver, typically a photodiode, is held in its operating point by two regulators which use a linear form. Furthermore, it makes sense to prevent an override of the recipient. This can be done for example by a gyrator.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass zur Vermessung der Übertragungseigenschaften einer Übertragungsstrecke bisher in der Regel ein moduliertes Signal verwendet wird. Das modulierte Signal umfasst eine in der Regel optische Trägerwelle mit zwei Trägerfrequenzen, die undefiniert, jedoch jedenfalls breitbandig sind. Auf diese optischen Trägersignale wird nun ein Speisesignal eines oder mehrerer Sender aufmoduliert. Dabei bildet das Speisesignal die Einhüllende der jeweiligen modulierten Sendesignale. Es wurde erkannt, dass im Stand der Technik hierzu ausschließlich Speisesignale verwendet werden, die schmalbandig oder monofrequent sind. Somit ergibt sich die Einhüllende des übertragenden Signals durch das schmalbandige oder monofrequente Speisesignal. Die Modulationsfrequenz ist folglich ebenfalls schmalbandig oder monofrequent.In the context of the invention, it has been recognized that, to date, a modulated signal has generally been used to measure the transmission characteristics of a transmission path. The modulated signal comprises a generally optical carrier wave with two carrier frequencies which are undefined, but in any case broadband. A feed signal of one or more transmitters is then modulated onto these optical carrier signals. The feed signal forms the envelope of the respective modulated transmit signals. It has been recognized that in the prior art exclusively feed signals are used which are narrow-band or monofrequent. Thus, the envelope of the transmitted signal results from the narrowband or monofrequent feed signal. The modulation frequency is therefore also narrowband or monofrequent.

Das erfindungsgemäße Sensorsystem wählt einen vollständig anderen Ansatz. Ein Sender gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sendet wenigstens einen Teil eines Spektrums elektromagnetischer Strahlung in wenigstens zwei vorgegebenen Wellenlängen-Teilbereichen aus. Die Aussendung der elektromagnetischen Strahlung erfolgt jeweils als Trägerwelle. Dabei ist die Aussende-intensität der mindestens zwei Wellenlängen-Teilbereiche mittels eines Signals geregelt. Die Aussendeintensitäten der Wellenlängen-Teilbereiche werden gegenläufig derart geregelt, dass mindestens Strahlung eines der mindestens zwei Wellenlängen-Teilbereiche ausgesendet werden kann. Insbesondere wird vorwiegend jeweils Strahlung in nur einem der mindestens zwei Wellenlängen-Teilbereiche ausgesendet. Es erfolgt also bevorzugt ein Umschalten zwischen den beiden Wellenlängen-Teilbereichen. Besonders bevorzugt entsprechen die Wellenlängen-Teilbereiche je einem spektralen Bereich, insbesondere einer Farbe, die bevorzugt im optisch sichtbaren Bereich oder im nicht sichtbaren Bereich z. B. im infraroten oder UV Bereich liegt. Es wird also mit wenigstens zwei unterschiedlichen Trägersignalen gesendet, die jeweils einen unterschiedlichen Wellenlängen-Teilbereich aufweisen. Wenn im Folgenden und hier von einer Farbe die Rede ist, ist damit ein einzelner spektraler Schwerpunkt gemeint. Dieser kann auch außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches liegen.The sensor system according to the invention selects a completely different approach. A transmitter according to the preamble of claim 1 emits at least a portion of a spectrum of electromagnetic radiation in at least two predetermined wavelength subregions. The emission of the electromagnetic radiation takes place in each case as a carrier wave. In this case, the emission intensity of the at least two wavelength subregions is regulated by means of a signal. The emission intensities of the wavelength subregions are controlled in opposite directions such that at least radiation of one of the at least two wavelength subregions can be emitted. In particular, predominantly radiation is emitted in each case in only one of the at least two wavelength subregions. It is therefore preferable to switch between the two wavelength subregions. Particularly preferably, the wavelength subregions each correspond to a spectral region, in particular a color, preferably in the optically visible range or in the non-visible range z. B. in the infrared or UV range. It is thus transmitted with at least two different carrier signals, each having a different wavelength subrange. If we speak of a color in the following and here, it means a single spectral emphasis. This can also be outside the visible spectral range.

Der Empfänger des erfindungsgemäßen Sensorsystems ist derart sensitiv, dass er die Intensität der elektromagnetischen Strahlung in wenigstens den mindestens zwei interessierenden Wellenlängen-Teilbereichen empfangen kann. Die Verarbeitungseinheit verarbeitet die auf den wenigstens zwei Wellenlängen-Teilbereichen beruhenden Empfängerausgangssignale weiter und gewinnt daraus eine Information über die Übertragungseigenschaften.The receiver of the sensor system according to the invention is so sensitive that it can receive the intensity of the electromagnetic radiation in at least the at least two wavelength subregions of interest. The processing unit further processes the receiver output signals based on the at least two wavelength subregions and derives therefrom information about the transmission characteristics.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es auch, ein Frequenzhopping durchzuführen. Hierbei erfolgt das Frequenzhopping jedoch nicht in Bezug auf die Modulationsfrequenz, sondern auf die Trägerfrequenz. Dies bedeutet im konkreten Beispiel, dass zwischen den beiden unterschiedlichen Wellenlängen-Teilbereichen kann hin- und hergeregelt oder -geschaltet werden. Somit wird die optische Trägerfrequenz des ausgesandten Signals verändert.The present invention also makes it possible to perform frequency hopping. However, the frequency hopping does not take place in relation to the modulation frequency, but to the carrier frequency. In the concrete example, this means that it is possible to switch back and forth between the two different wavelength subareas. Thus, the optical carrier frequency of the transmitted signal is changed.

In einer bevorzugten Ausführungsform sendet der Sender elektromagnetische Strahlung in genau zwei Wellenlängen-Teilbereichen aus. Beispielsweise kann hier zwischen zwei unterschiedlichen Farben umgeschaltet werden. Die ausgesandte elektromagnetische Strahlung hat also zwei unterschiedliche Trägerwellenlängen, die beispielsweise als rotes oder grünes Licht sichtbar sein können. Auf diese Lichtsignale können Speisesignale aufmoduliert sein.In a preferred embodiment, the transmitter emits electromagnetic radiation in exactly two wavelength subregions. For example, you can switch between two different colors here. The emitted electromagnetic radiation thus has two different carrier wavelengths, which may be visible, for example, as red or green light. Supply signals can be modulated onto these light signals.

Besonders bevorzugt können auch mehr als zwei Wellenlängen-Teilbereiche ausgesandt werden, beispielsweise vier, sechs oder acht. Bevorzugt erfolgt die Aussendung der elektromagnetischen Strahlung in den Wellenlängen-Teilbereichen mit Wellenlängen-Teilbereichs spezifisch steuerbarer Intensität.More preferably, more than two wavelength subregions can be emitted, for example four, six or eight. The emission of the electromagnetic radiation preferably takes place in the wavelength subregions having a wavelength subrange of specifically controllable intensity.

Wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt eignen sich zur Pulsoxymetrie beispielsweise zwei LEDs mit 660 nm und 940 nm Abstrahlschwerpunkt.As already known from the prior art, for example, two LEDs with 660 nm and 940 nm emission center are suitable for pulse oximetry.

In einer ebenso bevorzugten Ausführungsform entsprechen die Wellenlängen-Teilbereiche jeweils einer Farbe. Es ist nämlich auch von Interesse die Hautfarbe in verschiedenen Wellenlängenbereichen messtechnisch zu erfassen. So ist es beispielsweise für einen Arzt von Interesse, die Farbe des unter der Haut liegenden Gewebes unabhängig von der individuellen Pigmentierung erfassen zu können. Hierdurch können beispielsweise Muttermale von Melanomen unterschieden werden. Dies ist in gewissem Maße durch Verwendung unterschiedlicher Farben oder spektralen Schwerpunkten der Sender möglich. Der Sender sendet dann zwei separate Farbsignale (spektral unterschiedliche Signale) aus, wobei mittels eines Umschalters zwischen den beiden Farbsignalen umgeschaltet wird, so dass beispielsweise zu jedem Zeitpunkt lediglich ein Farbsignal ausgesendet wird. Der Empfänger ist in diesem Fall genau für die Erfassung der Intensität der beiden Farbsignale ausgebildet. Die Verarbeitungseinheit verarbeitet dann die auf den beiden Farbsignalen beruhenden Empfängerausgangssignale weiter und gewinnt daraus Informationen über die Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke bzw. des zu vermessenden Objekts.In an equally preferred embodiment, the wavelength subregions each correspond to one color. It is also of interest to measure the color of the skin in different wavelength ranges. For example, it is of interest to a physician to be able to detect the color of the tissue under the skin independently of the individual pigmentation. As a result, for example, moles of melanoma can be distinguished. This is possible to some extent by using different colors or spectral focuses of the transmitters. The transmitter then emits two separate color signals (spectrally different signals), wherein by means of a switch between the two color signals is switched, so that, for example, only one color signal is emitted at any time. The receiver is designed in this case exactly for the detection of the intensity of the two color signals. The processing unit then processes the receiver output signals based on the two color signals and obtains information about the transmission properties of the transmission path or of the object to be measured.

Alternativ zu einem Umschalter, der die Teilbereiche hin- und herschaltet, kann auch ein Regler oder eine Regelschaltung eingesetzt werden. Diese ermöglicht zusätzlich oder alternativ die Einstellung der Intensität in den einzelnen Wellenlängen-Teilbereichen. Die Regelschaltung kann in den Sender integriert sein, z. B. in einem ASIC oder der Platine für die Sendersteuerung und/oder -versorgung. Die Regelschaltung kann aber auch eine separate Einheit sein oder in einen Generator integriert sein.As an alternative to a changeover switch, which switches the sections back and forth, a controller or a control circuit can also be used. This additionally or alternatively allows the adjustment of the intensity in the individual wavelength subregions. The control circuit may be integrated in the transmitter, z. B. in an ASIC or the board for the transmitter control and / or supply. The control circuit can also be a separate unit or integrated into a generator.

Bevorzugt umfasst der Sender wenigstens zwei Sendeelemente, die je ein Signal mit jeweils spezifischer Wellenlänge aussenden. Besonders bevorzugt ist das ausgesendete Trägersignal ein Farbsignal, dessen Wellenlänge im optisch sichtbaren, infrarotem oder UV-Bereich liegt. Die beiden Sendeelemente sind typischer Weise abwechselnd aktiv, wobei die Sendeelemente beispielsweise lichtimitierende Dioden (LED) sein können.Preferably, the transmitter comprises at least two transmitting elements, each of which emits a signal with a specific wavelength. The emitted carrier signal is particularly preferably a color signal whose wavelength lies in the optically visible, infrared or UV range. The two transmission elements are typically alternately active, wherein the transmission elements can be, for example, light-emitting diodes (LED).

In einer bevorzugten Ausführungsform senden die Sendelemente des Senders für jeden Wellenlängenbereich, bevorzugt für jedes Farbsignal, einen in Summe konstanten Lichtstrom aus. Die Aussendung erfolgt derart, dass die imitierte Energiemenge der Summe der Strahlung aller Sendeelemente im Wesentlichen gleich ist oder dass die Summe der Empfängersignalamplituden, die auf den jeweiligen Sendeelementen beruhen, im Wesentlichen gleich ist. Somit können die Signalanteile in jedem Wellenlängen-Teilbereich derart geregelt werden, dass sich im Empfänger ein konstantes Empfängersignal ergibt, bevorzugt das Empfängersignal zu Null oder auf einen konstanten Pegel geregelt werden kann, insbesondere wenn die Signalanteile in einem der beiden Wellenlängen-Teilbereiche invertiert zu dem anderen Signalanteil sind.In a preferred embodiment, the transmitting elements of the transmitter for each wavelength range, preferably for each color signal, send out a total of constant luminous flux. The emission takes place in such a way that the imitated energy quantity is substantially equal to the sum of the radiation of all the transmission elements or that the sum of the receiver signal amplitudes which are based on the respective transmission elements is essentially the same. Thus, the signal components in each wavelength sub-range can be controlled so that the receiver results in a constant receiver signal, preferably the receiver signal can be controlled to zero or to a constant level, especially if the signal components in one of the two wavelength subregions inverted to the other signal component are.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform senden Sendeelemente unterschiedlicher Sendewellenlänge, die gemeinsam den Sender bilden, für jeden Wellenlängenbereich, bevorzugt für jedes Farbsignal, einen mit einem ersten Speisesignal modulierten Lichtstrom aus. Die Aussendung erfolgt derart, dass die emittierte Energiemenge der Summe der Strahlung aller dieser Sendeelemente im Wesentlichen mit dem besagten ersten Speisesignal moduliert wird. Das Verhältnis der durch diese Sendeelemente emittierten Energiemengen zueinander wird durch ein zweites Speisesignal bestimmt. Somit können die Signalanteile in jedem Wellenlängen-Teilbereich derart geregelt werden, dass sich in einem für alle Wellenlängen gleich sensiblen Empfänger ein mit dem ersten Speisesignal moduliertes Empfängersignal ergibt. Durch einen ebenfalls aus Kompensations-Sendeelementen korrespondierender Sendewellenlängen bestehenden Kompensationssender kann mm bevorzugt das Empfängersignal zu Null geregelt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Kompensationssignalanteile des Kompensationssenders in einem der beiden Wellenlängen-Teilbereiche invertiert zu dem korrespondierenden anderen Signalanteil des Senders sind.In a further preferred embodiment, transmitting elements transmit different Transmission wavelength, which together form the transmitter, for each wavelength range, preferably for each color signal, a modulated with a first feed signal luminous flux. The emission takes place in such a way that the emitted energy quantity of the sum of the radiation of all these transmission elements is essentially modulated with the said first supply signal. The ratio of the amounts of energy emitted by these transmitting elements to each other is determined by a second feed signal. Thus, the signal components in each wavelength subregion can be controlled such that a receiver signal modulated with the first supply signal results in a receiver which is equally sensitive to all wavelengths. By means of a compensation transmitter which likewise comprises compensation transmission elements corresponding to transmission wavelengths, the receiver signal can preferably be regulated to zero. This is the case in particular when the compensation signal components of the compensation transmitter in one of the two wavelength subregions are inverted to the corresponding other signal component of the transmitter.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Sender eine Multiwellenlängen-LED, die elektromagnetische Strahlungen in wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen-Teilbereichen aussendet. Bevorzugt ist die Multiwellenlängen-LED steuerbar, insbesondere so steuerbar, dass die einzelnen Wellenlängen-Teilbereiche separat angesteuert werden können und dass bevorzugt deren Intensität geregelt werden kann.In a preferred embodiment, the transmitter comprises a multi-wavelength LED which emits electromagnetic radiation in at least two different wavelength subregions. Preferably, the multi-wavelength LED is controllable, in particular controllable so that the individual wavelength subregions can be controlled separately and that preferably their intensity can be controlled.

Das erfindungsgemäße Sensorsystem führt also quasi eine zweidimensionale Spektralanalyse durch, die es erlaubt, das Sensorsystem von den umgebenden Störstrahlern zu trennen. Wird die Spektralanalyse durch eine Puls-Code-Modulation erweitert, erfolgt eine signifikant gute Trennung von umgebenden Störstrahlern. Dies haben Untersuchungen im Rahmen der Erfindung deutlich gemacht.Thus, the sensor system according to the invention performs, as it were, a two-dimensional spectral analysis, which makes it possible to separate the sensor system from the surrounding interference radiators. If the spectral analysis is extended by a pulse-code modulation, there is a significantly good separation of surrounding interference radiators. This has been made clear in the context of the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorsystems umfasst der Empfänger wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens vier Empfangselemente, von denen wenigstens zwei, bevorzugt eine Vielzahl jeweils ein anderes spektrales Sensitivitätsprofil aufweisen. Die Empfangselemente sind also für einen bestimmten spektralen Bereich, folglich für einen bestimmten Wellenlängen-Teilbereich sensitiv. Bevorzugt sind die Empfangselemente Fotodioden oder andere Dioden. Besonders bevorzugt sind sie Empfangselemente spektral verschieden empfindliche Fotodioden.In a preferred embodiment of the sensor system according to the invention, the receiver comprises at least two, preferably at least four receiving elements, of which at least two, preferably a plurality, each have a different spectral sensitivity profile. The receiving elements are therefore sensitive to a particular spectral range, thus for a particular wavelength subrange. Preferably, the receiving elements are photodiodes or other diodes. They are particularly preferably receiving elements spectrally different sensitive photodiodes.

Die Empfangselemente des Empfängers können beispielsweise auch ein Empfangselement-Array bilden, beispielsweise ein Empfangsspektrometer. Möglich ist es auch, ein auf einer CMOS-Technologie beruhendes Spektrometer zu verwenden. Dabei werden die Empfangselemente in CMOS-Technik ausgebildet. Dies geschieht beispielsweise durch ein metalloptisches Filter.The receiver elements of the receiver can, for example, also form a receiver element array, for example a receiver spectrometer. It is also possible to use a spectrometer based on a CMOS technology. In this case, the receiving elements are formed in CMOS technology. This is done for example by a metalloptic filter.

Besonders bevorzugt ist der Empfänger bzw. sind seine Empfangselemente, der aus Silizium zusammen mit einem Auswerteschaltkreis beispielsweise in CMOS Technologie gefertigt wird.Particularly preferred is the receiver or its receiving elements, which is made of silicon together with an evaluation circuit, for example in CMOS technology.

Daher ist ein Empfänger bevorzugt, der im Bereich von sichtbarer und/oder infraroter Strahlung und/oder UV Strahlung sensitiv ist. Die bevorzugten Wellenlängen-Teilbereiche liegen in diesem Fall zwischen einer Wellenlänge λ etwa von 300 nm bis 790 nm und/oder bis 1.100 nm und/oder von 100 nm an. Bevorzugt entspricht jeder der Wellenlängen-Teilbereiche dabei einer Farbe, einschließlich Infrarot und UV.Therefore, a receiver is preferred which is sensitive in the range of visible and / or infrared radiation and / or UV radiation. The preferred wavelength subregions in this case are between a wavelength λ of approximately 300 nm to 790 nm and / or up to 1100 nm and / or of 100 nm. Each of the wavelength subregions preferably corresponds to one color, including infrared and UV.

Sollen andere Wellenlängenbereiche genutzt werden, so muss typischerweise ein anderes Material als Silizium für die Empfänger verwendet werden. Auch die Nutzung anderer Wellenlängenbereiche ist daher möglich. Solche Materialien können III/V Verbindungen und II/VI Verbindungen oder andere Materialien der 4. Hauptgruppe sein.If other wavelength ranges are to be used, a material other than silicon must typically be used for the receivers. The use of other wavelength ranges is therefore possible. Such materials may be III / V compounds and II / VI compounds or other materials of the 4th main group.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Sensorsystem als kompensierendes Messsystem ausgebildet sein, bei dem das eigentliche Übertragungssignal mit einem kompensierenden Signal am Empfänger so überlagert wird, dass der Sensor bzw. Empfänger ein nahezu konstantes Signal in Summe empfängt. Bevorzugt umfasst das Sensorsystem ein Kompensationselement, z. B. einen Kompensationssender, der ein Kompensationssignal in eine zweite Übertragungsstrecke hineinsendet, das von dem Empfänger nach Durchgang durch die zweite Übertragungsstrecke detektiert wird. Das Kompensationssendeelement kann bevorzugt eines der Sendeelemente des Senders sein. Das Kompensationssendeelement kann beispielsweise eine LED sein und wird dann als Kompensations-LED oder Kompensator bezeichnet.In a preferred embodiment, the sensor system can be designed as a compensating measuring system in which the actual transmission signal is superimposed on a compensating signal at the receiver so that the sensor or receiver receives a nearly constant signal in total. Preferably, the sensor system comprises a compensation element, for. B. a compensation transmitter, which transmits a compensation signal in a second transmission link, which is detected by the receiver after passing through the second transmission link. The compensation transmission element may preferably be one of the transmission elements of the transmitter. The compensation transmission element may be, for example, an LED and is then referred to as a compensation LED or compensator.

Der Empfänger empfängt das Sendesignal des Senders und das Kompensationssignal und überlagert diese, bevorzugt linear und/oder summierend. Daraus wird das Empfängerausgangssignal gebildet, das in der Verarbeitungseinheit zu einem Kompensatorspeisesignal weiterverarbeitet wird. Das Kompensatorspeisesignal wird dem Kompensationssender zur rückkoppelnden Regelungen des Empfängerausgangssignals zugeführt, um so Informationen über die Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke zu übermitteln.The receiver receives the transmit signal of the transmitter and the compensation signal and superimposed on them, preferably linear and / or summing. From this, the receiver output signal is formed, which is further processed in the processing unit to a Kompensatorspeisesignal. The compensator feed signal is supplied to the compensation transmitter for feedback control of the receiver output signal so as to convey information about the transmission characteristics of the transmission path.

Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die zweite Übertragungsstrecke, in die der Kompensationssender das Kompensationssignal sendet, der ersten Übertragungsstrecke entspricht. Somit sind die erste und die zweite Übertragungsstrecke gleich.Of course, it is also possible that the second transmission link, in which the Compensation transmitter sends the compensation signal corresponding to the first transmission path. Thus, the first and second transmission paths are the same.

Ein wesentliches Unterscheidungskriterium der vorliegenden Erfindung zu den im Stand der Technik bekannten optischen Messverfahren liegt darin, dass die optische Trägerfrequenz der Trägerwelle vorzugsweise schmalbandig ist. Gegebenenfalls ist sie aus mehreren schmalbandigen Frequenzen zusammengesetzt. Die Modulationsfrequenz kann beliebig sein; sie ist bevorzugt schmalbandig. Sie kann aber auch breitbandig sein.An essential distinguishing criterion of the present invention with respect to the optical measuring methods known in the prior art is that the optical carrier frequency of the carrier wave is preferably narrowband. Optionally, it is composed of several narrowband frequencies. The modulation frequency can be arbitrary; it is preferably narrowband. But it can also be broadband.

Daraus ergeben sich unterschiedliche Konfigurationen zwischen Sender und Empfänger. Beispielsweise kann die Modulationsfrequenz des modulierten Signals des Senders breitbandig sein. Der Empfänger kann in diesem Fall schmalbandig ausgebildet werden, so dass er auf bestimmten, schmalbandigen Wellenlängen-Teilbereichen empfängt. Der Empfänger ist folglich in einem schmalbandigen Bereich der Trägerwelle sensitiv, beispielsweise genau für eine bestimmte Farbe, z. B. für Grün.This results in different configurations between transmitter and receiver. For example, the modulation frequency of the modulated signal of the transmitter may be broadband. In this case, the receiver can be made narrowband so that it receives on certain, narrowband wavelength subregions. The receiver is thus sensitive in a narrowband region of the carrier wave, for example, precisely for a particular color, e.g. B. for green.

Darüber hinaus kann die Modulationsfrequenz des Senders schmalbandig sein, genauso wie die optische Trägerfrequenz. Der Empfänger kann dann ebenfalls schmalbandig sensitiv sein. Alternativ ist es möglich, dass der Empfänger breitbandig sensitiv ist. Die schmalbandige und breitbandige Sensitivität bezieht sich dabei stets auf die Trägerwelle des ausgesandten Signals, auf die das Speisesignal des Senders aufmoduliert ist.In addition, the modulation frequency of the transmitter may be narrowband, as well as the optical carrier frequency. The receiver can then also be narrow-band sensitive. Alternatively, it is possible that the receiver is broadband sensitive. The narrowband and broadband sensitivity always refers to the carrier wave of the transmitted signal, to which the feed signal of the transmitter is modulated.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das ausgesandte Signal, auf das das Sendesignal aufmoduliert ist, im optisch sichtbaren Bereich. Die Trägerlichtwellenlänge liegt somit dann etwa zwischen 380 nm und 790 nm. Dies entspricht einer optischen Trägerfrequenz im Bereich von 3,8 × 1014 Hz bis ca. 8 × 1014 Hz. Bei der Verwendung von infraroter Strahlung erweitert sich der Frequenzbereich auf ca. 3 × 1014 Hz. Bei UV Strahlung erweitert sich der Frequenzbereich auf 3 × 1015 HzIn a preferred embodiment, the transmitted signal, to which the transmission signal is modulated, is in the optically visible range. The carrier light wavelength is then approximately between 380 nm and 790 nm. This corresponds to an optical carrier frequency in the range of 3.8 × 10 14 Hz to about 8 × 10 14 Hz. When using infrared radiation, the frequency range expands to approx. 3 × 10 14 Hz. With UV radiation, the frequency range expands to 3 × 10 15 Hz

Ein wesentlicher Unterschied zum Stand der Technik, in dem immer nur ein Messwert ermittelt wird, ist es, dass im erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei dem in der erfindungsgemäßen Vorrichtung implementierten Verfahren Amplitude und Farbwinkel gesondert erfasst und geregelt werden können. Demgegenüber sind die Vorrichtungen im Stand der Technik auf die Einhaltung eines wohldefinierten Abstands und einer vorgegebenen Geometrie angewiesen, da diese hierzu nicht in der Lage sind. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann eine Vorrichtung, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung Ampitude und Farbwinkel somit getrennt ausregeln und messen. Bei einer mechanischen Störung, wie sie beispielsweise beim Transport von Patienten durch Stoß vorkommen kann, wird daher die Amplitude nachgeregelt, nicht aber der Farbwinkel. Das Farbwinkelsignal bleibt typischer Weise störungsfrei. Auch kann dadurch die Vorrichtung in Mobiltelefonen ohne definierten Abstand zum Objekt eingesetzt werden. Es bedarf nicht mehr zwingend eines mechanischen Clips zur stabilen Befestigung der Messvorrichtung beispielsweise an einem Finger. Vorrichtungen aus dem Stand der Technik sind für den Einsatz in mobilen Systemen, wie Mobiltelefonen, daher nicht eben geeignet.An essential difference from the prior art, in which only one measured value is always determined, is that in the method according to the invention or in the method implemented in the device according to the invention, amplitude and color angle can be detected and regulated separately. In contrast, the devices in the prior art rely on the maintenance of a well-defined distance and a given geometry, as they are not able to do so. In contrast to the prior art, a device such as the device according to the invention can thus regulate and measure amplitude and color angle separately. In a mechanical disorder, as may occur, for example, in the transport of patients by impact, therefore, the amplitude is readjusted, but not the color angle. The color angle signal typically remains trouble-free. Also, the device can be used in mobile phones without a defined distance to the object. It no longer necessarily requires a mechanical clip for stable attachment of the measuring device, for example on a finger. Prior art devices are therefore not suitable for use in mobile systems such as mobile phones.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Methode zur Vermessung der Übertragungseigenschaften einer ersten Übertragungsstrecke eines auf einer rückgekoppelten Kompensation beruhenden Messsystems oder Sensorsystems zwischen wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger zur Ermittlung eines biometrischen Parameters hat einen Sender, der ein Signal in die Übertragungsstrecke hineinsendet, das nach Durchgang durch mindestens einen Teil der ersten Übertragungsstrecke von dem Empfänger detektiert wird. Ein Kompensationssender sendet ein Kompensationssignal in eine zweite Übertragungsstrecke hinein, das von dem Empfänger nach Durchgang durch die zweite Übertragungsstrecke detektiert wird. In dem Empfänger überlagern sich das Sendesignal und das Kompensationssignal linear, insbesondere summierend. Hieraus wird ein Empfängerausgangssignal gebildet, das zu einem Kompensatorspeisesignal zum Speisen des Kompensationssenders weiterverarbeitet wird. Das Kompensatorspeisesignal wird dem Kompensationsender zur rückkoppelnden Regelung des Empfängerausgangssignals zugeführt.The method according to the invention is a method for measuring the transmission characteristics of a first transmission path of a feedback system based on a compensation system or sensor system between at least one transmitter and at least one receiver for determining a biometric parameter has a transmitter, which transmits a signal in the transmission path after passage is detected by at least a part of the first transmission path from the receiver. A compensation transmitter sends a compensation signal into a second transmission path which is detected by the receiver after passing through the second transmission link. In the receiver, the transmission signal and the compensation signal overlap linearly, in particular summing. From this, a receiver output signal is formed, which is further processed to a Kompensatorspeisesignal for feeding the compensation transmitter. The compensator feed signal is supplied to the compensation transmitter for feedback control of the receiver output signal.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zunächst wird wenigstens ein Teil des Spektrums elektromagnetischer Strahlung in wenigstens zwei vorgegebenen Wellenlängen-Teilbereichen mittels des Senders ausgesendet. Gemäß einem Verfahrensschritt wird die Sendeintensität in den wenigstens zwei Wellenlängen-Teilbereichen mithilfe mindestens eines Signals (Regelsignal) derart geregelt, dass insbesondere auch gegenläufig geregelt werden kann. Auf diese Weise kann Strahlung eines der mindestens zwei Wellenlängen-Teilbereiche ausgesendet werden. Die Teilbereiche können z. B. einzelne Farben sein. Es kann dann mittels eines Reglers oder eines Schalters zwischen den Teilbereichen hin- und hergeschaltet werden. Ein weiterer Verfahrensschritt umfasst das Empfangen wenigstens der Intensität der elektromagnetischen Strahlung in den wenigstens zwei interessierenden Wellenlängen-Teilbereichen. Dies erfolgt bevorzugt mittels des Empfängers, der wenigstens für die zwei interessierenden Wellenlängen-Teilbereiche sensitiv ist. Des Weiteren werden Empfängerausgangssignale gebildet, die auf den wenigstens zwei Wellenlängen-Teilbereichen beruhen. Die Empfängerausgangssignale werden zu einem Kompensatorspeisesignal in einem nächsten Verfahrensschritt unter Verwendung einer Linearform weiterverarbeitet und aus den Empfängerausgangssignalen eine Information über die Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke insbesondere ein biometrischer Parameter gewonnen.The method according to the invention comprises the following steps: First, at least part of the spectrum of electromagnetic radiation is emitted in at least two predetermined wavelength subregions by means of the transmitter. In accordance with a method step, the transmission intensity in the at least two wavelength subareas is regulated by means of at least one signal (control signal) in such a way that, in particular, it is also possible to control in opposite directions. In this way, radiation of one of the at least two wavelength subregions can be emitted. The subareas can z. B. be individual colors. It can then be switched back and forth between the subregions by means of a regulator or a switch. A further method step comprises receiving at least the intensity of the electromagnetic radiation in the at least two wavelength subregions of interest. This is preferably done by means of the receiver, which is sensitive at least for the two wavelength subregions of interest. Furthermore, receiver output signals are formed which are applied to the at least two wavelength subregions are based. The receiver output signals are further processed to a Kompensatorspeisesignal in a next step using a linear form and obtained from the receiver output signals information about the transmission characteristics of the transmission path in particular a biometric parameter.

Besonders bevorzugt umfasst die Weiterverarbeitung des Empfängerausgangssignals zu dem Kompensatorspeisesignal mittels einer Linearform das Multiplizieren des Empfängerausgangssignals mit dem Speisesignal und Bilden eines Detektionssignals, das in einem weiteren Schritt in einem Filter gefiltert wird, so dass ein Projektionsbildsignal als gefiltertes Filterausgangssignal erzeugt wird. Hierbei wird das Signal in ein neues Signal in einen Hilbert-Raum transformiert (Hintransformation). Die Schritte Bilden eines auf dem Projektionsbildsignal basierenden Ausgangssignals und Durchführen einer zumindest teilweisen Rücktransformation des Ausgangssignals mit dem Speisesignal derart, dass ein Vorsignal gebildet wird, schließen sich an. Die Rücktransformation wird dabei bevorzugt als Multiplikation mit dem Speisesignal ausgeführt. Aus dem Vorsignal wird dann das Kompensatorspeisesignal erzeugt, mit dem der Kompensationssender zur rückkoppelnden Regelung gespeist wird.Particularly preferably, the further processing of the receiver output signal to the compensator supply signal by means of a linear form comprises multiplying the receiver output signal by the feed signal and forming a detection signal, which is filtered in a further step in a filter, so that a projection image signal is generated as a filtered filter output signal. Here, the signal is transformed into a new signal in a Hilbert space (forward transformation). The steps of forming an output signal based on the projection image signal and performing at least partial inverse transformation of the output signal with the feed signal such that a pre-signal is formed, follow. The inverse transformation is preferably carried out as a multiplication with the feed signal. From the presignal, the compensator supply signal is then generated, with which the compensation transmitter is fed for feedback control.

Bevorzugt wird auch hier elektromagnetische Strahlung in genau zwei, besonders bevorzugt in mehr als zwei unterschiedlichen Wellenlängen-Teilbereichen ausgesendet, welche eine spezifisch steuerbare Intensität aufweisen können. Die Wellenlängen-Teilbereiche entsprechen vorzugsweise einer Farbe, wobei bevorzugt zwei separate Farbsignale ausgesendet werden. Das Regeln der Aussendeintensität der beiden Wellenlängen-Teilbereiche stellt ein Umschalten zwischen den beiden Farbsignalen dar, das bevorzugt mittels eines Umschalters erfolgt. Zu jenem Zeitpunkt wird dann bevorzugt lediglich ein Farbsignal ausgesendet. Die Intensität der beiden Farbsignale wird im Empfänger erfasst und die den Farbsignalen beruhenden Empfängerausgangssignale werden weiter verarbeitet.In this case too, electromagnetic radiation is preferably emitted in exactly two, more preferably in more than two different wavelength subareas, which may have a specific controllable intensity. The wavelength subregions preferably correspond to one color, wherein preferably two separate color signals are emitted. The regulation of the transmission intensity of the two wavelength subregions represents a switching between the two color signals, which preferably takes place by means of a changeover switch. At that time, preferably only one color signal is emitted. The intensity of the two color signals is detected in the receiver and the color signals based receiver output signals are further processed.

Vorzugsweise wird das Verfahren mittels Multiwellenlängen-LEDs oder mittels zweier Sendeelemente eines Senders durchgeführt, wobei die Sendeelemente je ein Farbsignal aussenden und abwechselnd aktiv sind. Die Sendeelemente sind bevorzugt lichtimitierende Dioden. Selbstverständlich ist es auch möglich, eines der Sendeelemente als Kompensator auszubilden, insbesondere wenn die Sendeelemente LEDs sind. Die Kompensation-LED kann eines der Sendeelemente sein, während die Sende-LED bzw. die Sende-LEDs die andere bzw. die anderen Sendeelemente sind. Es können auch hier unter-schiedliche Farben zur Aussendung verwendet werden.Preferably, the method is carried out by means of multi-wavelength LEDs or by means of two transmitting elements of a transmitter, wherein the transmitting elements each emit a color signal and are alternately active. The transmitting elements are preferably light-emitting diodes. Of course, it is also possible to form one of the transmitting elements as a compensator, in particular if the transmitting elements are LEDs. The compensation LED may be one of the transmission elements, while the transmission LED or the transmission LEDs are the other or the other transmission elements. Different colors can also be used for transmission here.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren schematisch dargestellten besonderen Ausführungsformen näher erläutert. Die dort dargestellten Besonderheiten können einzeln oder in Kombination verwendet werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Die beschriebenen Ausführungen stellen keine Einschränkung der durch die Ansprüche in ihrer Allgemeinheit definierten Erfindung dar. Die Figuren sind schematisch nur soweit ausgeführt, dass ein Fachmann den Grundgedanken erfassen kann.The invention will be explained in more detail with reference to specific embodiments shown schematically in the figures. The peculiarities illustrated therein may be used alone or in combination to provide preferred embodiments of the invention. The described embodiments do not limit the invention defined by the claims in their generality. The figures are only schematically executed so far that a person skilled in the art can grasp the basic idea.

Es zeigen:Show it:

1 das Blockschaltbild eines einzelenen Kanals zur Erläuterung der Regelung; 1 the block diagram of a single channel to explain the scheme;

2 Teile des Systems aus 1 und den Regler CT mit seinen typischen Komponenten zur Erläuterung des Regelalgorithmusses bei Reflektionsmessung am Objekt; 2 Parts of the system 1 and the controller CT with its typical components to explain the control algorithm in reflection measurement on the object;

3 eine alternative Ausführungsform eines Sensorsystems wie in 2 nun aber mit einer Durchstrahlung des Objekts; 3 an alternative embodiment of a sensor system as in 2 but now with a radiation of the object;

4 Das Gesamtsystem bestehend aus Messkopf 1, Generator G1, Regler CT und Auswertung 2 Der Messwert A wird ausgegeben. 4 The complete system consisting of measuring head 1 , Generator G1, controller CT and evaluation 2 The measured value A is output.

5 Ein beispielhaftes Gehäuse 5 An exemplary case

6 ein beispielhaftes Gehäuse von oben 6 an exemplary housing from above

7 ein beispielhaftes Gehäuse von der Seite 7 an exemplary housing from the side

8 beispielhafte Signale, hier für eine Herzfrequenzmessung 8th exemplary signals, here for a heart rate measurement

9 einkanaliges System wobei das Objekt auch durch den Kompensationsstrahl S23 passiert wird (im Gegensatz zu 3) 9 single-channel system whereby the object is also passed through the compensation beam S23 (as opposed to 3 )

10 erfindungsgemäßes System als Beispiel dafür wie einzelne Kanäle zu einem erfindungsgemäßen System kombiniert werden. Hier einem System mit einem Sender (200) bestehend aus mehreren Sub-Sendern (201, 202) 10 Inventive system as an example of how individual channels are combined to form a system according to the invention. Here a system with a transmitter ( 200 ) consisting of several sub-stations ( 201 . 202 )

11 Erfindungsgemäßes System mit zwei Sendern H1 und H2 auf unterschiedlichen Wellenlängen und zwei Fotoempfängern D1, D2, ebenfalls auf unterschiedlichen Wellenlängen und zwei zugehörigen Kompensationssendern K1, K2, wobei durch eine Koordinatenhin und -rücktransformation Amplitude und Farbwinkel getrennt geregelt und gemessen werden können. 11 Inventive system with two transmitters H1 and H2 at different wavelengths and two photoreceivers D1, D2, also at different wavelengths and two associated compensation transmitters K1, K2, wherein by a Koordinatenhin and -rücktransformation Amplitude and color angle can be controlled separately and measured.

1 zeigt die einfachste beispielhafte Ausprägung des Systems eines einzelnen Kanals. Die Zeichnung dient der Veranschaulichung des Grundprinzips. Für ein erfindungsgemäßes System sind mindestens zwei Kanäle erforderlich. Dies ist später genauer beschrieben. Ein Generator G1 erzeugt ein Speisesignal S5. Mit diesem wird ein Sender H1, typischerweise eine LED, angesteuert. Dieser strahlt in eine erste Übertragungsstrecke I1 ein. Am Ende dieser Übertragungsstrecke I1 befindet sich das Objekt T1. Dabei handelt es sich typischerweise um eine freiliegende Hautpartie des Patienten. Diese reflektiert das vom Sender H1 kommende Licht über eine zweite Übertragungsstrecke I2 zum Empfänger D1. Dieser wandelt das durch die beiden Übertragungsstrecken (I1, I2) und das Objekt (T1) modifizierte Signal in das Empfängerausgangssignal S0. Typischerweise entspricht dieses Signal der über eine Fotodiode abfallenden Spannung. Das Empfängerausgangssignal S0 wird durch einen Regler CT in das Kompensatorspeisesignal S3 und das Ausgangssignal S4 transformiert. Mit dem Kompensatorspeisesignal S3 wird der Kompensationssender K1 gespeist, der über eine definierte und typischerweise nicht veränderbare, also stabile, dritte Übertragungsstrecke I3 ebenfalls in den Empfänger D1 einstrahlt. Dabei überlagert sich der Strahlungsanteil des Senders H1 und des Kompensationssenders K1 im Empfänger D1 vorzugsweise linear. Der Sender H1 strahlt möglichst ausschließlich indirekt in den Empfänger D1 ein, während der Kompensationssender K1 möglichst direkt einstrahlt und möglichst nicht mit dem Objekt O1 wechselwirkt. Der Regler CT1 wird dabei so konfiguriert, dass eine Schwankung des auf den Senders H1 zurückzuführenden Strahlungsanteils, der den Empfänger D1 trifft, durch eine entgegengerichtete Schwankung des Strahlungsanteils des Kompensationssenders K1 ausgeglichen wird. Der Empfänger D1 empfängt daher bei einem dermaßen geschlossenen Regelkreis typischerweise im Wesentlichen nur ein Gleichsignal. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zur US5,774,213 , die wie oben beschrieben, eben nicht nur ein Gleichsignal als Regelsignal generiert, sondern eben auch Regelsignalanteile mit doppelter Sendefrequenz generiert. 1 shows the simplest exemplary embodiment of the system of a single channel. The drawing serves to illustrate the basic principle. For a system according to the invention, at least two channels are required. This will be described later in more detail. A generator G1 generates a feed signal S5. With this a transmitter H1, typically an LED, is controlled. This radiates into a first transmission link I1. At the end of this transmission link I1 is the object T1. This is typically an exposed skin area of the patient. This reflects the light coming from the transmitter H1 via a second transmission path I2 to the receiver D1. This converts the signal modified by the two transmission links (I1, I2) and the object (T1) into the receiver output signal S0. Typically, this signal corresponds to the voltage dropped across a photodiode. The receiver output signal S0 is transformed by a controller CT into the compensator feed signal S3 and the output signal S4. With the Kompensatorspeisesignal S3, the compensation transmitter K1 is fed, which also radiates over a defined and typically unchangeable, so stable, third transmission path I3 in the receiver D1. In this case, the radiation component of the transmitter H1 and the compensation transmitter K1 in the receiver D1 preferably superimposed linearly. The transmitter H1 radiates as exclusively indirectly as possible into the receiver D1, while the compensation transmitter K1 radiates as directly as possible and as far as possible does not interact with the object O1. The controller CT1 is in this case configured so that a fluctuation of the radiation component attributable to the transmitter H1, which strikes the receiver D1, is compensated by an opposite variation of the radiation component of the compensation transmitter K1. The receiver D1 therefore typically receives only a DC signal at such a closed loop. This is a significant difference to US5,774,213 , which, as described above, just not only generates a DC signal as a control signal, but also generates control signal components with a double transmission frequency.

Abweichungen ergeben sich beim erfindungsgemäßen System im Gegensatz dazu nur durch das Systemrauschen und etwaige Regelfehler. Das interne Regelsignal S4 stellt dabei ein Zwischensignal dar, aus dem ein biometrischer Parameter, beispielsweise die Pulsfrequenz, gewonnen werden kann.Deviations arise in the system according to the invention in contrast only by the system noise and any control errors. The internal control signal S4 represents an intermediate signal, from which a biometric parameter, for example the pulse frequency, can be obtained.

2 zeigt eine typische und beispielhafte Ausgestaltung eines Reglers CT. Dieser ist gestrichelt eingezeichnet. Das Empfängerausgangssignal S0 wird zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 optional verstärkt. Die Verstärkung kann hier also auch 1 sein. Das Signal S1 wird mit dem Speisesignal S5 multipliziert. Hierdurch werden alle DC-Störsignale im Frequenzspektrum durch Addition der S5-Signalfrequenz auf die S5-Signalfrequenz verschoben. 2 shows a typical and exemplary embodiment of a controller CT. This is shown in dashed lines. The receiver output signal S0 is optionally amplified to the amplified receiver output signal S1. The gain can therefore be 1 here. The signal S1 is multiplied by the feed signal S5. As a result, all DC interfering signals in the frequency spectrum are shifted to the S5 signal frequency by adding the S5 signal frequency.

Die Signalanteile des verstärkten Empfängerausgangssignals S1, die mit dem Speisesignal S5 korrelieren, werden auf f = 0 Hz verschoben. Sie finden sich allerdings auch bei der doppelten S5-Signalfrequenz. Durch anschließende Tiefpassfilterung werden alle höheren Frequenzanteile, insbesondere aber die Sendefrequenz selbst und das Doppelte der Sendefrequenz, entfernt. Besonders günstig, aber nicht zwingend erforderlich, ist es, wenn das Filtersignal alle Frequenzen unterhalb der halben Speisesignalfrequenz passieren lässt und alle darüber liegenden sperrt. Andere Grenzfrequenzen sind denkbar.The signal components of the amplified receiver output signal S1, which correlate with the feed signal S5, are shifted to f = 0 Hz. However, they are also found at the double S5 signal frequency. Subsequent low-pass filtering removes all higher frequency components, but in particular the transmission frequency itself and twice the transmission frequency. It is particularly favorable, but not absolutely necessary, when the filter signal allows all frequencies below half the feed signal frequency to pass through and blocks all overlying signals. Other cut-off frequencies are conceivable.

Dies ist der wesentliche strukturelle Unterschied zur US5,774,213 , die statt dieses Tiefpasses einen Bandpass an einer anderen Stelle im Regelkreis aufweist und wie besprochen deshalb eine geringere System-Performance aufweist. Dieser Mangel wurde im Laufe der Konzeptentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erkannt.This is the main structural difference to US5,774,213 , which instead of this low-pass has a bandpass at another point in the control loop and as discussed therefore has a lower system performance. This deficiency was recognized in the course of concept development of the device according to the invention.

Mathematisch entspricht die erfindungsgemäße Signalverarbeitung einer Linearform und zwar konkret einem Skalar-Produkt zwischen dem Signal S5 und dem verstärkten Empfängerausganssignal S1 und damit dem Empfängerausgangssignal S0. Andere Linearformen sind ebenfalls möglich.Mathematically, the signal processing according to the invention corresponds to a linear form, specifically a scalar product between the signal S5 and the amplified receiver output signal S1 and thus the receiver output signal S0. Other linear forms are also possible.

Durch diese Operation, einer sogenannten Hilbert-Projektion des verstärkten Empfängerausgangssignals S1 auf das Speisesignal S5 mittels einer Linearform und zwar im Besonderen mittels eines Skalar-Produkts durch Signalmultiplikation zum Detektionssignal S10 und Tiefpassfilterung zum Signal S9, wird quasi der Fourierkoeffizient des Speisesignals S5 im verstärkten Empfängerausgangssignal S1 bestimmt. Es handelt sich somit um eine Transformation eines Teils des Empfängerausgangssignals S0 in den Speisesignal-Raum oder S5-Raum. Andere Filter sind möglich. Wichtig ist, dass das verwendete Filter linear ist und die Sendefrequenzen sowie deren Verdoppelungen nicht durchlässt.By this operation, a so-called Hilbert projection of the amplified receiver output signal S1 to the feed signal S5 by means of a linear form and in particular by means of a scalar product by signal multiplication to the detection signal S10 and low-pass filtering to the signal S9, quasi the Fourier coefficient of the feed signal S5 in the amplified receiver output signal S1 determines. It is thus a transformation of a part of the receiver output signal S0 into the feed signal space or S5 space. Other filters are possible. It is important that the filter used is linear and does not let through the transmission frequencies and their doublings.

Dieses Filterausgangssignal S9 wird sodann durch den Verstärker V1 zum Ausgangssignal S4 verstärkt. Typischerweise wird die Verstärkung v des Verstärkers V1 relativ hoch gewählt. Das Vorzeichen der Verstärkung v wird dabei so gewählt, dass der Regelkreis später stabil ist. Das Ausgangssignal stellt gleichzeitig das Zwischensignal S4 dar, das beispielsweise für die Ermittlung der Herzfrequenz oder anderer biometrischer Parameter ausgewertet wird.This filter output signal S9 is then amplified by the amplifier V1 to the output signal S4. Typically, the gain v of the amplifier V1 is chosen to be relatively high. The sign of the gain v is chosen so that the control loop is stable later. The output signal simultaneously represents the intermediate signal S4, the for example, for the determination of the heart rate or other biometric parameters is evaluated.

Das so erhaltene Verstärkerausgangssignal oder Zwischensignal S4 wird durch Multiplikation mit dem S5 Speisesignal in den Ursprungsraum zurücktransformiert. Das Ergebnis ist das Vorsignal S6. Dieses wird ggf. mit einem optionalen Offset B1 durch Addition versehen zum Kompensatorspeisesignal S3. Dieses speist den Kompensationssender K1, der wie bereits beschrieben, aufgrund der Parametrisierung dieser Regelschleife Schwankungen des Strahlungsanteils des Senders H1 beim Empfang durch den Empfänger D1 ausgleicht.The thus obtained amplifier output signal or intermediate signal S4 is transformed back into the original space by multiplication with the S5 supply signal. The result is the advance signal S6. This is optionally provided with an optional offset B1 by addition to Kompensatorspeisesignal S3. This feeds the compensation transmitter K1, which, as already described, due to the parameterization of this control loop compensates for fluctuations in the radiation component of the transmitter H1 when it is received by the receiver D1.

Durch diese Methodik unter Zuhilfenahme einer Linearform wird eine erhöhte Fremdlichtrobustheit erreicht. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu allen Dokumenten aus dem Stand der Technik. Diese Fremdlichtrobustheit wird im Falle einer Fotodiode durch Verwendung eines Gyrators zur Arbeitspunkteinstellung der Fotodiode weiter verbessert.By means of this method, with the aid of a linear form, increased extraneous light robustness is achieved. This is a significant difference to all prior art documents. This extraneous light robustness is further improved in the case of a photodiode by using a gyrator for operating point adjustment of the photodiode.

3 zeigt eine andere beispielhafte Ausführungsform eines Kanals der Erfindung. Im Gegensatz zu 1 wird das Objekt, beispielsweise ein Finger, jetzt durchstrahlt. 3 shows another exemplary embodiment of a channel of the invention. In contrast to 1 the object, for example a finger, is now irradiated.

4 zeigt schematisch das beispielhafte Gesamtsystem der Erfindung. Der beispielhafte Messkopf (1) enthält die besagten Fotodioden (D1) und die LEDs (H1). Durch ein optisches Fenster kann die Strahlung ein- und austreten. Der Regler CT erzeugt aus dem Speisesignal S5 des Generators G1 das Zwischensignal S4. Dieses wird in der Verarbeitungseinheit (2) zu einem Messwert A beispielsweise der Herzfrequenz oder eines anderen boiometrischen Parameters verarbeitet. Eine Möglichkeit der Verarbeitung beispielsweise zur Ermittlung der Herzfrequenz ist dabei, dass die Einheit (2) einen Schneidepegel in das Signal S4 legt und die Zeit zwischen zwei Pulsen des so ermittelten Signals misst und digital oder analog – diskret oder kontinuierlich ausgibt. 4 schematically shows the exemplary overall system of the invention. The exemplary measuring head ( 1 ) contains the said photodiodes (D1) and the LEDs (H1). Through an optical window, the radiation can enter and exit. The controller CT generates the intermediate signal S4 from the supply signal S5 of the generator G1. This is stored in the processing unit ( 2 ) to a measured value A, for example, of the heart rate or another boiometric parameter. One way of processing, for example, to determine the heart rate is that the unit ( 2 ) sets a cutting level in the signal S4 and measures the time between two pulses of the signal thus determined and outputs digitally or analogously - discretely or continuously.

5 zeigt eine geeignete beispielhafte mechanische Ausführungsform eines Messkopfs der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 5 shows a suitable exemplary mechanical embodiment of a measuring head of the device according to the invention.

In einer unteren Gehäuseschale (11) ist ein PCB (14) eingebracht. Auf diesem PCB befinden sich in diesem Beispiel vier LEDs (9, 12, 15, 17), die symmetrisch um die beispielhafte Fotodiode (13) herum angebracht sind. Die LEDs (9, 12, 15, 17) arbeiten als Sender (H1) Die LEDs können gleichzeitig – synchron oder im Frequenzmultiplex – oder sequentiell betrieben werden. Eine fünfte LED (8) ist über einen Lichtwellenleiter (10) mit der Fotodiode (13) gekoppelt. Diese Fotodiode (13), die den Empfänger (D1) bildet, befindet sich im Zentrum bzw. Symmetriepunkt der LED Positionen (9, 12, 15, 17). Die fünfte LED (8) dient als Kompensationssender (K1). Das PCB ist mit einer Lippe (16) versehen, an dem ein Flachbandkabel zur Verbindung mit dem Controller (CT) mittels eines geeigneten Steckers und freiliegender Leitungen auf dem PCB angeschlossen werden kann. Auf das PCB ist ein strukturierter Lichtschutz (19) aufgesetzt. Dieser besitzt einen inneren Ring (20) der die Fotodiode (13) optisch von den LEDs (9, 12, 15, 17) entkoppelt. Der Ring (20) verhindert eine direkte Einstrahlung der LEDs (9, 12, 15, 17) in die Fotodiode (13). Im Gegensatz hierzu weist der Ring (20) eine Aussparung (7) für den Lichtleiter (10) auf, der die fünfte LED (8) mit der Fotodiode (13) direkt optisch koppelt. Demgegenüber sind die anderen vier LEDs (9, 12, 15, 17) indirekt über das Objekt (O) mit dem Empfänger, der Fotodiode (13) gekoppelt.In a lower housing shell ( 11 ) is a PCB ( 14 ) brought in. There are four LEDs on this PCB in this example ( 9 . 12 . 15 . 17 ) symmetrical about the exemplary photodiode ( 13 ) are mounted around. The LEDs ( 9 . 12 . 15 . 17 ) operate as a transmitter (H1) The LEDs can be operated simultaneously - synchronously or in frequency multiplexing - or sequentially. A fifth LED ( 8th ) is via an optical waveguide ( 10 ) with the photodiode ( 13 ) coupled. This photodiode ( 13 ), which forms the receiver (D1), is located in the center or symmetry point of the LED positions ( 9 . 12 . 15 . 17 ). The fifth LED ( 8th ) serves as compensation transmitter (K1). The PCB is with a lip ( 16 ) to which a ribbon cable for connection to the controller (CT) can be connected by means of a suitable plug and exposed lines on the PCB. On the PCB is a structured sunscreen ( 19 ). This has an inner ring ( 20 ) of the photodiode ( 13 ) optically from the LEDs ( 9 . 12 . 15 . 17 ) decoupled. The ring ( 20 ) prevents direct irradiation of the LEDs ( 9 . 12 . 15 . 17 ) into the photodiode ( 13 ). In contrast, the ring ( 20 ) a recess ( 7 ) for the light guide ( 10 ), which is the fifth LED ( 8th ) with the photodiode ( 13 ) optically coupled. In contrast, the other four LEDs ( 9 . 12 . 15 . 17 ) indirectly via the object (O) with the receiver, the photodiode ( 13 ) coupled.

Zwischen diesem inneren Ring (20) und dem äußeren Ring des Lichtschutzes (19) sind Stege (18) angebracht, die eine direkte optische Kopplung zwischen den LEDs (9, 12, 15, 17) durch Überstrahlung zu verhindern. Die Stege (18) sind dabei gleichzeitig so geformt, dass sie eine optische Kopplung mit dem zu vermessenden Objekt nicht behindern. Das Ganze wird mit einem optischen Fenster (5) abgedeckt, das in seinem Randbereich (6) so geformt ist, dass es lichtdicht auf dem Ring aufliegt. Vorzugsweise ist das optische Fenster (5) auf der Innenseite zu den LEDs hin entspiegelt, um die Kopplung zu minimieren. Die Innenfläche des Fensters (5) ist so geformt, dass das Licht der Sende LEDs (9, 12, 15, 17) wenn überhaupt, dann möglichst nicht zum Empfänger (13) gestreut wird. Das Fenster (5) wird dabei jedoch so gewählt, dass es im interessierenden Spektralbereich für die elektromagnetische Strahlung der LEDs (9, 12, 15, 17) durchlässig ist. Durch einen Fixierring (4), der eine umlaufende Lippe (3) aufweist, werden optisches Fenster (5), Lichtschutz (19), PCB (14) mit den Bauteilen und die Gehäuseunterschale (11) zusammengehalten. Die mechanische Verbindung kann dabei beispielsweise über einen Schnappverschluss erfolgen. Die Lippe (3) liegt dabei auf der Kontaktfläche (5) lichtdicht auf.Between this inner ring ( 20 ) and the outer ring of the sunscreen ( 19 ) are webs ( 18 ), which provides a direct optical coupling between the LEDs ( 9 . 12 . 15 . 17 ) to prevent over-radiation. The bridges ( 18 ) are simultaneously shaped so that they do not hinder optical coupling with the object to be measured. The whole thing comes with an optical window ( 5 ), which in its peripheral area ( 6 ) is shaped so that it rests light-tight on the ring. Preferably, the optical window ( 5 ) on the inside towards the LEDs to minimize the coupling. The inner surface of the window ( 5 ) is shaped so that the light of the transmitting LEDs ( 9 . 12 . 15 . 17 ) if at all possible then not to the recipient ( 13 ) is scattered. The window ( 5 ) is chosen so that it is in the spectral region of interest for the electromagnetic radiation of the LEDs ( 9 . 12 . 15 . 17 ) is permeable. Through a fixing ring ( 4 ), which has a circumferential lip ( 3 ), optical windows ( 5 ), Sunscreen ( 19 ), PCB ( 14 ) with the components and the housing lower shell ( 11 ) held together. The mechanical connection can be done for example via a snap closure. The lip ( 3 ) lies on the contact surface ( 5 ) light-tight.

6 zeigt die beispielhafte Anordnung bei abgenommenem Deckel (4, 5) von oben. Zwischen Lichtschutz (19) und der Wand des Gehäuseunterteils (11) befindet sich typischerweise noch ein Freiraum (21). 6 shows the exemplary arrangement with the cover removed ( 4 . 5 ) from above. Between sunscreen ( 19 ) and the wall of the housing lower part ( 11 ) there is typically still a free space ( 21 ).

7 zeigt einen beispielhaften Querschnitt durch den beispielhaften Messkopf. Ein Auflegen eines Fingers (22) erzeugt eine veränderte Reflektion, hier von der LED 9 zur Fotodiode. Damit die Fotodiode die gesamte Fläche des optischen Fensters (5) „sieht” ist der Lichtschutz (19) nicht bis zum optischen Fenster hochgezogen. Es verbleibt ein Spalt zwischen optischem Fenster (5) und Lichtschutz (19), der so groß ist, dass Licht vom Rande des optischen Fensters (5) die Fotodiode erreichen kann. Erst hierdurch wird die erfindungsgemäße Anordnung entsprechend 1 möglich. 7 shows an exemplary cross section through the exemplary measuring head. A laying on of a finger ( 22 ) produces a changed reflection, here from the LED 9 to the photodiode. So that the photodiode covers the entire surface of the optical window ( 5 ) "Sees" is the sunscreen ( 19 ) is not pulled up to the optical window. This leaves a gap between the optical window ( 5 ) and sunscreen ( 19 ), which is so large that light from the edge of the optical window ( 5 ) can reach the photodiode. First As a result, the arrangement according to the invention is corresponding 1 possible.

8 zeigt ein beispielhaftes S4-Signal (23) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es zeigt die Herzfrequenz. Dieses Signal wird durch die Verarbeitungseinheit (2) in ein Schaltsignal (25) umgewandelt. Hierzu wird das S4-Signal (23) mit einem Schneidepegel (24) verglichen. Diese Umwandlung findet typischerweise in der Verarbeitungseinheit (2, 2) statt. Eine andere Wandlung als die hier beschriebene 1-Bit-ADC-Wandlung ist selbstverständlich je nach Anwendungsfall möglich. Die Verarbeitungseinheit misst dann die Periodendauer und ermittelt daraus die Herzfrequenz. 8th shows an exemplary S4 signal ( 23 ) of a device according to the invention. It shows the heart rate. This signal is sent by the processing unit ( 2 ) into a switching signal ( 25 ) transformed. For this, the S4 signal ( 23 ) with a cutting level ( 24 ) compared. This conversion typically takes place in the processing unit ( 2 . 2 ) instead of. A different transformation than the 1-bit ADC conversion described here is of course possible depending on the application. The processing unit then measures the period and determines the heart rate.

Selbstverständlich kann der Regler (CT) und die Verarbeitungseinrichtung (2) auch durch eine DSP Vorrichtung mit ADCs und DACs oder PWMs realisiert werden. Das Kompensatorspeisesignal S3 kann insbesondere auch ein PWM moduliertes Signal sein, wobei unterschiedliche Amplituden durch unterschiedliche Tatverhältnisse realisiert werden. Die Trägheit der LED und parasitäre Kapazitäten sorgen bei geeigneter Auslegung für eine Glättung. Die Frequenz des S5-Speisesignals sollte dabei wesentlich niedriger als die PWM Frequenz liegen, um eine sichere Ausfilterung der PWM Frequenz durch die Tiefpassfilter F zu ermöglichen.Of course, the controller (CT) and the processing device ( 2 ) can also be realized by a DSP device with ADCs and DACs or PWMs. The compensator supply signal S3 can in particular also be a PWM-modulated signal, wherein different amplitudes are realized by different fact ratios. The inertia of the LED and parasitic capacitances, if properly designed, provide for smoothing. The frequency of the S5 supply signal should be much lower than the PWM frequency to allow safe filtering of the PWM frequency by the low-pass filter F.

Im Rahmen der Erfindung wurde, wie erwähnt, erkannt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl eine Transmissionsmessung als auch eine Reflektionsmessung durchgeführt werden kann. Diese können beispielsweise auch in der Absorptionsspektroskopie eingesetzt werden. In unterschiedlichen Anwendungen, beispielsweise der chemischen Analytik, wird diese Art der Spektroskopie verwendet. Durch die Vorrichtungen können solche Verfahren in der Diagnostik, im Pflanzenanbau und in der Viehhaltung eingesetzt werden.In the context of the invention, as mentioned, it has been recognized that both a transmission measurement and a reflection measurement can be carried out with the method according to the invention. These can also be used, for example, in absorption spectroscopy. In various applications, such as chemical analysis, this type of spectroscopy is used. By the devices, such methods can be used in diagnostics, in crop cultivation and livestock.

Beispielsweise trifft dies auf die Gasanalytik, die Festkörperanalytik und die Fluidanalytik zu. Dabei wird das Transmissionsspektrum im Vergleich zu dem auf eine Probe angestrahlten Spektrum vermessen. Alternativ wird das reflektierte Spektrum im Vergleich zu denselben erfasst. Es ist selbstverständlich denkbar, Absorptionsmessungen und Transmissionsmessungen parallel durchzuführen. Die Transmissionsmessung liefert ein Absorptionsspektrum, das charakteristisch für die physikalischchemischen Verhältnisse beispielsweise in einem Gewebe oder Material ist. Die Reflexionsmessung ermöglicht beispielsweise Aussagen über das Spektrum der oberflächennahen Haut- und Gewebeschichten eines Menschen oder Tieres.For example, this applies to gas analysis, solid-state analysis and fluid analysis. In this case, the transmission spectrum is measured in comparison to the spectrum irradiated on a sample. Alternatively, the reflected spectrum is detected in comparison to them. It is of course conceivable to perform absorption measurements and transmission measurements in parallel. The transmission measurement provides an absorption spectrum which is characteristic of the physico-chemical conditions, for example in a tissue or material. The reflection measurement allows, for example, statements about the spectrum of near-surface skin and tissue layers of a human or animal.

Es wurde, wie erwähnt, erkannt, dass das erfindungsgemäße Sensorsystem auch für Transmissionsmessungen angewendet werden kann. Der Sender, der bevorzugt eine LED mit ”scharfer” Wellenlänge ist, also schmalbandig, erzeugt ein Signal, das von einem Objekt in der Übertragungsstrecke, typischer Weise dem Patienten, im Strahlengang des Senders modifiziert wird. Typischerweise wird die Wellenlänge, also die optische Trägerfrequenz des Senders so gewählt, dass eine optimale Interaktion zwischen dem Objekt oder der zu bestimmenden Komponente in dem Objekt in der Übertragungsstrecke und dem Sendesignal stattfindet.It was, as mentioned, recognized that the sensor system according to the invention can also be used for transmission measurements. The transmitter, which is preferably a "sharp" wavelength LED, ie narrowband, generates a signal which is modified by an object in the transmission link, typically the patient, in the beam path of the transmitter. Typically, the wavelength, ie the optical carrier frequency of the transmitter is selected so that an optimal interaction between the object or the component to be determined takes place in the object in the transmission path and the transmission signal.

9 zeigt eine Messschaltung, mit der sich beispielsweise die Konzentration eines Gases – z. B. Atemluft –, eines Fluids (z. B. Blut) oder eines Feststoffes (z. B. eines Fingers) in einem vorgegebenen Messraum ermitteln lässt. Der Messraum mit Objekt entspricht der Übertragungsstrecke T1 zwischen dem Sender H1 und dem Empfänger D1 gemäß 1. 9 shows a measuring circuit with which, for example, the concentration of a gas -. B. Breathing air -, a fluid (eg., Blood) or a solid (eg., A finger) can be determined in a given measuring space. The measuring space with object corresponds to the transmission path T1 between the transmitter H1 and the receiver D1 according to FIG 1 ,

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie bereits erwähnt, eine Transmissionsmessung durchgeführt werden kann. Beispielsweise lässt sich die Konzentration eines Gases, eines Fluids oder eines Feststoffes in einem vorgegebenen Messraum ermitteln. Der Messraum mit Probe entspricht der Übertragungsstrecke T1 zwischen dem Sender H1 und dem Empfänger D1 gemäß 1.In the context of the invention it has been recognized that, as already mentioned, a transmission measurement can be carried out with the method according to the invention. For example, the concentration of a gas, a fluid or a solid in a given measuring space can be determined. The measuring space with sample corresponds to the transmission path T1 between the transmitter H1 and the receiver D1 according to FIG 1 ,

Erfindungsgemäß wird der Sender 200 oder das Sendeelement 201 typischerweise als Sendediode 203, beispielsweise Sende-LED, mit scharfer Wellenlänge ausgebildet. Die Sendediode 203 erzeugt ein Signal, das von einem Objekt T1 im Strahlengang der Sendediode modifiziert wird. Typischerweise wird die Wellenlänge, also die optische Trägerfrequenz des Signals, das der Sender 200 aussendet, so gewählt, dass eine optimale Interaktion zwischen dem Objekt T1 und dem Sendesignal S25 erfolgt. Eine derartige Ausführungsform eines einkanaligen Gassensors oder Diodenspektrometers ist in 9 gezeigt. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung erfordert mindestens zwei Kanäle.According to the invention, the transmitter 200 or the transmitting element 201 typically as a transmitting diode 203 , For example, transmission LED, formed with sharp wavelength. The transmitting diode 203 generates a signal which is modified by an object T1 in the beam path of the transmitting diode. Typically, the wavelength, ie the optical carrier frequency of the signal that the transmitter 200 emits, so chosen that an optimal interaction between the object T1 and the transmission signal S25 takes place. Such an embodiment of a single-channel gas sensor or diode spectrometer is in 9 shown. A device according to the invention requires at least two channels.

Soll beispielsweise die Konzentration von CO2-Gas in der Atemluft detektiert werden, so muss die Träger-Wellenlänge der Sendediode 203 einer Absorptionslinie des CO2-Moleküls in dem Trägermedium (z. B. Luft im Messraum) entsprechen. In diesem Fall würde der mit der Gasprobe gefüllte Messraum T1 das Licht der Sendediode 203 in Abhängigkeit von der CO2-Konzentration dämpfen. Das besondere Problem einer derartigen Messung besteht in der Regel darin, dass sehr kleine Dämpfungen und nur sehr kleine Konzentrationen zu bestimmen sind.If, for example, the concentration of CO2 gas in the respiratory air is to be detected, the carrier wavelength of the transmitting diode must be 203 an absorption line of the CO2 molecule in the carrier medium (eg, air in the measuring chamber) correspond. In this case, the measuring space T1 filled with the gas sample would be the light of the transmitting diode 203 depending on the CO2 concentration. The particular problem of such a measurement is usually that very small attenuations and only very small concentrations are to be determined.

Der Empfänger (Empfangsdiode 204) 204 wandelt dann das empfangene Lichtsignal nach Transmission durch die Probenstrecke, die der Übertragungsstrecke, also dem Messraum T1 entspricht, wieder in ein elektrisches Signal um. Ein Sensorsystem mit einer kompensierenden Regelstrecke steuert nun ein zweites Sendeelement, das die Kompensationsdiode ist, derartig, dass dessen Licht ebenfalls von der Empfangsdiode 204 empfangen wird und das Empfängerausgangssignal S1 des Empfängers so nachregelt, dass dieses im Wesentlichen einen Konstantwert ergibt.The receiver (receiver diode 204 ) 204 then converts the received light signal Transmission through the sample path, which corresponds to the transmission path, ie the measuring space T1, again into an electrical signal. A sensor system with a compensating controlled system now controls a second transmission element, which is the compensation diode, in such a way that its light is also received by the receiving diode 204 is received and the receiver output signal S1 of the receiver readjusted so that this results in a substantially constant value.

Es ist aber nun wesentlich, dass dieser Kompensationssender (Kompensationsdiode 205) auf einer anderen Trägerwellenlänge als die Sendediode 203 betrieben wird.However, it is essential that this compensation transmitter (compensation diode 205 ) on a different carrier wavelength than the transmitting diode 203 is operated.

Erfindungsgemäß wird die Trägerwellenlänge des Sendesignals S23 der Kompensationsdiode 205 so gewählt, dass durch die Übertragungsstrecke allein, also ohne zu untersuchende Probe, keine Beeinträchtigung erfolgt, die wesentlich anders ist als die Beeinträchtigung, die das von der Sendediode 203 ausgesandte Sendesignal S25 ebenfalls durch die Übertragungsstrecke allein, also ohne zu untersuchende Probe, erfährt. Zu den Beeinträchtigungen durch die Übertragungsstrecke zählen das Trägermedium selbst, beispielsweise Luft, oder optische Vorrichtungen im Strahlengang zwischen der Kompensationsdiode 205 und der Empfangsdiode 204 wie beispielsweise Linsen, Glasfaserleitungen, Spiegel oder optische Fenster zur Strahlenlenkung. Die einzige Ausnahme ist die Beeinträchtigung des zu messenden Objekts oder des zu messenden Stoffes, wie im oben genannten Beispiel etwa des CO2-Gases. Die Trägerwellenlänge des Kompensatorspeisesignals S23 ist so gewählt, dass mit der Probe möglichst keine Interaktion oder jedenfalls eine wesentlich geringere Interaktion stattfinden darf. Das von der Kompensationsdiode 205 ausgesandte Signal S23 erfährt also eine deutlich geringere Dämpfung oder stärkere Modifikation als das Sendesignal S25.According to the invention, the carrier wavelength of the transmission signal S23 of the compensation diode 205 chosen so that by the transmission path alone, so no sample to be examined, no impairment takes place, which is substantially different than the impairment, that of the transmitter diode 203 emitted transmission signal S25 also through the transmission path alone, so without a sample to be examined learns. The impairments due to the transmission path include the carrier medium itself, for example air, or optical devices in the beam path between the compensation diode 205 and the receiving diode 204 such as lenses, fiber optic cables, mirrors or optical windows for beam steering. The only exception is the impairment of the object to be measured or the substance to be measured, as in the above example of the CO2 gas. The carrier wavelength of Kompensatorspeisesignals S23 is selected so that the sample as possible no interaction or at least a much lower interaction may take place. That of the compensation diode 205 emitted signal S23 thus experiences a significantly lower attenuation or stronger modification than the transmission signal S25.

Hierdurch kann der Referenzstrahl des zweiten Senders, also der Kompensationsdiode 106 205 den gleichen Signalweg zurücklegen und wird erst dann in dem Empfänger, hier der Empfangsdiode 204, empfangen.As a result, the reference beam of the second transmitter, so the compensation diode 106 205 travel the same signal and only then in the receiver, here the receiving diode 204 , received.

Wesentlich bei diesem Verfahren ist, dass der Empfänger 204 empfindlich für beide Trägerwellenlängen ist, also zum einen empfindlich für die Trägerwellenlänge der Sendediode 203 als auch für die zweite Trägerwellenlänge der Kompensationsdiode 205.Essential in this procedure is that the receiver 204 is sensitive to both carrier wavelengths, so for a sensitive to the carrier wavelength of the transmitting diode 203 as well as for the second carrier wavelength of the compensation diode 205 ,

Eines der wesentlichen Merkmale dieser Ausprägung der Erfindung ist es folglich, dass das Kompensatorspeisesignal der Kompensationsdiode 205 in seinen Eigenschaften so gewählt ist, dass dessen Wechselwirkung mit den zu messenden Eigenschaften der Übertragungsstrecke T1 minimiert wird. Es wird folglich die Wechselwirkung mit der zu messenden Probe, beispielsweise dem CO2-Gas, möglichst gering. Die Wechselwirkungen mit den übrigen Eigenschaften der Übertragungsstrecke T1, also des Messraums, Spiegels, der Linsen oder der sonstigen Vorrichtungen im Strahlengang sind möglichst identisch denen der eigentlichen Messstrecke. Darüber hinaus muss eine Kompensationswirkung an der Empfangsdiode 204 möglich sein, was in der Regel gegeben ist.One of the essential features of this embodiment of the invention is therefore that the Kompensatorspeisesignal the compensation diode 205 in its properties is chosen so that its interaction with the measured properties of the transmission path T1 is minimized. Consequently, the interaction with the sample to be measured, for example the CO2 gas, becomes as small as possible. The interactions with the other properties of the transmission path T1, so the measuring space, mirror, the lenses or other devices in the beam path are as identical as possible to those of the actual measuring section. In addition, a compensation effect must be at the receiving diode 204 be possible, which is usually given.

Die Weiterverarbeitung des Empfängerausgangssignals S1 erfolgt in der Verarbeitungseinheit 120 in der bekannten Weise. Die Verarbeitungseinheit 120 umfasst dazu bevorzugt wieder einen optionalen Verstärker 107, ein Multiplizierglied 208, einen Filter 209 und einen weiteren Verstärker 211, an dessen Ausgang das Signal S4 anliegt. Dieses Signal liegt bevorzugt auch am Ausgang der Verarbeitungseinheit 300. In dem Multiplizierglied 212 wird das Ausgangssignal S4 typischerweise mit dem Speisesignal S5 multipliziert und so ein Vorsignal 56 gebildet, dass in einem Summierer mit einem Biaswert addiert, der bevorzugt von einem Biasgenerator B1 erzeugt wird. Daraus wird das Kompensatorspeisesignal S3 gebildet, das dem Kompensationssender 205 zugeführt wird.The further processing of the receiver output signal S1 takes place in the processing unit 120 in the known manner. The processing unit 120 For this purpose, preferably again includes an optional amplifier 107 , a multiplier 208 , a filter 209 and another amplifier 211 , at whose output the signal S4 is applied. This signal is preferably also at the output of the processing unit 300 , In the multiplier 212 For example, the output signal S4 is typically multiplied by the supply signal S5, thus providing an advance signal 56 is formed that adds in a summer with a bias value, which is preferably generated by a bias generator B1. From this, the compensator supply signal S3 is formed, which is the compensation transmitter 205 is supplied.

Selbstverständlich lässt sich dieses Verfahren auch mit anderen Konzepten kombinieren. Beispielsweise ist die Möglichkeit eines schmalbandigen Speisesignals derart gegeben, bei dem zusätzlich das Modulationssignal schmalbandig ist, also die Modulationsfrequenz in einem schmalbandigen Bereich liegt und Spread-Spectra-Verfahren basierende Regelung möglich oder eine optische ”Time-Off-Flight-Messung”. Eine solche optische Time-of-Flight-Messung kann beispielsweise durch Verzögerung des Kompensationssignals in Abhängigkeit von einem Vorsignal erreicht werden. Insbesondere müssen die Speisesignale nicht monofrequent sein. Wichtig ist nur, dass zwei beliebige verschiedene Speisesignale bezüglich des Skalar-Produkts orthogonal sind. Das bedeutet, dass die Filterung des Produkts zweier dieser Speisesignale durch das Filter F Null ergeben muss.Of course, this method can also be combined with other concepts. For example, the possibility of a narrow-band feed signal is given in such a way, in addition, the modulation signal is narrowband, so the modulation frequency is in a narrow band range and spread-Spectra method-based control possible or an optical "time-off-flight measurement". Such an optical time-of-flight measurement can be achieved, for example, by delaying the compensation signal as a function of a presignal. In particular, the feed signals need not be monofrequent. What is important is that any two different feed signals are orthogonal with respect to the scalar product. This means that the filtering of the product of two of these feed signals by the filter F must be zero.

Neben der Pulsoxymetrie, der Herzfrequenzmessung, CO2 Gehaltsmessung in der Atemluft oder einer anderen Gasanalyse lässt sich das System in vielen Bereichen einsetzen. Beispielsweise ist es möglich, in einem Gewächshaus das Wachstum der Pflanzen zu monitoren Auch ist es möglich, die Konzentration fluoreszierender Medikamente in Haut- und Gewebeschichten zu messen.In addition to the pulse oximetry, the heart rate measurement, CO2 content measurement in the breath or other gas analysis, the system can be used in many areas. For example, it is possible to monitor the growth of plants in a greenhouse. It is also possible to measure the concentration of fluorescent drugs in skin and tissue layers.

Tumorgewebe kann von harmlosen Hautunreinheiten unterschieden werden. Aus US5306144 ist bekannt, dass eine Identifikation kariöser Stellen an Zähnen mittels einer spektralen Analyse möglich ist. Hier wäre die Verwendung der Wellenlängen 550 nm, 636 nm, 673 nm und ggf. 770 nm oder naheliegender Wellenlängen sinnvoll. Die weiteren Anwendungsmöglichkeiten sind so mannigfaltig, dass sie hier nicht umfassen aufgeführt werden können. Es sei hier auf die Literatur der Lebenswissenschaften (insbesondere Biologie, Medizin und Medizintechnik) im Zusammenhang mit spektraler Eigenschaften lebender Stoffe und Systeme verwiesen.Tumor tissue can be distinguished from harmless blemishes. Out US5306144 is known to be an identification of carious sites on teeth by means of a spectral analysis is possible. Here, the use of the wavelengths 550 nm, 636 nm, 673 nm and possibly 770 nm or nearby wavelengths would make sense. The other applications are so varied that they can not be listed here. Reference should be made here to the literature of the life sciences (in particular biology, medicine and medical technology) in connection with the spectral properties of living substances and systems.

Während die 9 einen Gassensor bzw. Pulssensor durch Transmission zeigt, der als ein-kanaliges Diodenspektrometer ausgebildet ist (eine erfindungsgemäße Vorrichtung erfordert zwei Kanäle) und bei dem der Sender sowohl eine Sendediode 203 als auch eine Kompensationsdiode 205 umfasst, stellt 10 einen zweikanaligen biometrischen Sensor dar. Bei diesem Diodenspektrometer umfasst der Sender 200 eine erste Sendediode 201 und eine zweite Sendediode 202. Die beiden Sendedioden 201, 202 sind vorzugsweise als Laserdioden ausgebildet, die mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen-Teilbereichen arbeiten, wobei die beiden Wellenlängen-Teilbereiche vorwiegend schmalbandig sind. In einer besonderen Ausführungsform umfassen sie genau die Wellenlängen λ1 und λ2. Diese beiden Wellenlängen entsprechen den Absorptionswellenlängen der Komponenten, die in einem Medium (z. B. Gas) oder beispielsweise im Hämoglobin eines durchstrahlten Fingers (T1) gemessen werden sollen. Dabei ist es möglich, gleichzeitig zwei Komponenten zu ermitteln.While the 9 shows a gas sensor or pulse sensor by transmission, which is designed as a single-channel diode spectrometer (a device according to the invention requires two channels) and in which the transmitter both a transmitting diode 203 as well as a compensation diode 205 includes 10 a dual-channel biometric sensor. In this diode spectrometer the transmitter comprises 200 a first transmitting diode 201 and a second transmitting diode 202 , The two transmitting diodes 201 . 202 are preferably formed as laser diodes, which operate with two different wavelength subregions, wherein the two wavelength subregions are predominantly narrowband. In a particular embodiment, they comprise exactly the wavelengths λ 1 and λ 2 . These two wavelengths correspond to the absorption wavelengths of the components to be measured in a medium (eg gas) or, for example, in the hemoglobin of a screened finger (T1). It is possible to determine two components at the same time.

Das von dem Sender 200 ausgesandte Sendesignal S200, das sich aus den Sendesignalen S201 und S202 der Sendeelemente 201, 202 zusammensetzt, durchläuft eine Messstrecke oder Übertragungsstrecke T1, die beispielsweise durch einen Messraum 210 gebildet sein kann. In dem Messraum 210 ist das zu untersuchende Objekt enthalten. Das Sendesignal S200 wird dann von einem Empfänger, der eine Empfangsdiode 204 ist, empfangen, der auf den beiden Wellenlängen λ1 und λ2 sensitiv ist. Die Empfangsdiode 204 kann entweder so konzipiert sein, dass er recht schmalbandig auf genau den interessierenden Wellenlängen λ1, λ2 empfindlich ist. Sie kann jedoch auch in einem breitbandigeren Wellenlängenbereich empfindlich sein, so dass jedenfalls die beiden Wellenlängen λ1, λ2 umfasst sind.That from the transmitter 200 emitted transmission signal S200, which consists of the transmission signals S201 and S202 of the transmission elements 201 . 202 composed, passes through a measuring path or transmission path T1, for example, through a measuring space 210 can be formed. In the measuring room 210 is the object to be examined. The transmission signal S200 is then received by a receiver, which is a receiving diode 204 is, which is sensitive to the two wavelengths λ 1 and λ 2 . The receiving diode 204 either can be designed to be quite narrow-band sensitive to precisely the wavelengths of interest λ 1 , λ 2 . However, it can also be sensitive in a broadband range of wavelengths, so that in any case the two wavelengths λ 1 , λ 2 are included.

Die Kompensationsdiode 205 kann entweder ein selbständiger Kompensationssender 106 oder Teil des Senders 200, z. B. ein Sendeelement, sein. Die Ausführungsform, in der die Kompensationsdiode 205 ein Sendeelement des Senders 200 ist, ist in 10 gestrichelt dargestellt. Dies ist eine bevorzugte Variante, da nur ein Sender 200 vorhanden sein muss. Der Sender 200 kann selbstverständlich auch als eine einzige Multiwellenlängendiode bzw. -LED ausgeführt sein, die die Funktionen der Sendeelemente 201, 202 bzw. der Sendediode 203 und Kompensationsdiode 205 umfasst. Die abgestrahlte Trägerwellenlänge der Kompensationsdiode 205 ist jedenfalls so gewählt, dass sie neben den beiden Absorptionswellenlängen λ1 und λ2 liegt. Es gibt folglich keinen überlappenden Bereich zwischen der Kompensationsträgerwellenlänge λk und den beiden Senderwellenlängen λ1, λ2.The compensation diode 205 can either be an independent compensation transmitter 106 or part of the sender 200 , z. B. a transmitting element, be. The embodiment in which the compensation diode 205 a transmitting element of the transmitter 200 is, is in 10 shown in dashed lines. This is a preferred variant as only one transmitter 200 must be present. The transmitter 200 can of course also be designed as a single multi-wavelength diode or LED, the functions of the transmitting elements 201 . 202 or the transmitting diode 203 and compensation diode 205 includes. The radiated carrier wavelength of the compensation diode 205 In any case, it is chosen such that it lies next to the two absorption wavelengths λ 1 and λ 2 . Consequently, there is no overlapping region between the compensation carrier wavelength λ k and the two transmitter wavelengths λ 1 , λ 2 .

Die Verarbeitungsstrecke hinter der Empfangsdiode 204 entspricht den bekannten Signalverarbeitungssträngen, wobei diese doppelt ausgeführt sind. In den Demodulatoren 208a, 208b werden jeweils das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 mit den jeweiligen Speisesignalen S5a bzw. S5b multipliziert. Die anschließende Verarbeitung erfolgt analog zu dem einkanaligen Pulssensor (9). Am Ausgang der Verstärker 211a und 211b stehen die Signale S4a und S4b an, die ausgegeben werden können (Ausgang 300a, 300b), um in einer weiteren Verarbeitungseinheit weiterverarbeitet und aus-gewertet werden zu können.The processing path behind the receiving diode 204 corresponds to the known signal processing lines, which are carried out in duplicate. In the demodulators 208a . 208b In each case, the amplified receiver output signal S1 multiplied by the respective supply signals S5a and S5b. The subsequent processing is analogous to the single-channel pulse sensor ( 9 ). At the output of the amplifier 211 and 211b are the signals S4a and S4b, which can be output (output 300a . 300b ) in order to be further processed and evaluated in another processing unit.

Die Ausgangssignale S4a und S4b werden jeweils in einem weiteren Multiplizierer 212a bzw. 212b mit den Speisesignalen S5a bzw. S5b multipliziert, wodurch die Vorsignale S6a und S6b gebildet werden. Diese Signale werden summiert und als Summenvorsignal S6 mit einem Biaswert b1 aus einem Biasgenerator B1 addiert, bevor das Additionssignal als Kompensatorspeisesignal S3 dem Kompensationssender, einer Kopensationsdiode 205, zugeführt wird.The output signals S4a and S4b are each in a further multiplier 212a respectively. 212b multiplied by the feed signals S5a and S5b, respectively, whereby the pre-signals S6a and S6b are formed. These signals are summed and added as a sum bias signal S6 with a bias value b1 from a bias generator B1 before the addition signal as Kompensatorspeisesignal S3 the compensation transmitter, a Kopensationsdiode 205 , is supplied.

Die Speisesignale S5a und S5b werden, wie oben bereits angesprochen, bevorzugt orthogonal gewählt. Das bedeutet, dass die auf das Speisesignal S5a zurückzuführenden Signalanteile auf die Signalanteile des Speisesignals S5b projiziert werden und Null ergebenThe feed signals S5a and S5b are, as already mentioned above, preferably chosen orthogonal. This means that the signal components attributable to the supply signal S5a are projected onto the signal components of the supply signal S5b and result in zero

Zur Speisung der beiden Sendeelemente 201 und 202 des Senders 200 können ein oder mehrere Signalgeneratoren G1 und/oder G2 verwendet werden. In der gezeigten Ausführungsform werden die beiden Sendeelemente 201, 202 des Senders 200 mit jeweils einem eigenen Generator gespeist. Selbstverständlich ist es auch möglich, nur einen Generator zu verwenden. Jedenfalls wird in dem Sender 200 zwischen den beiden Wellenlängen-Teilbereichen auf die Sendeelemente 201 und 202 umgeschaltet. Einzig die Orthogonalität der beiden Speisesignale S5a und S5b muss erreicht werden. Auch sollten die Speisesignale bandbegrenzt sein, um eine Filterung zu ermöglichen.To feed the two transmission elements 201 and 202 the transmitter 200 For example, one or more signal generators G1 and / or G2 may be used. In the embodiment shown, the two transmitting elements 201 . 202 the transmitter 200 each fed with its own generator. Of course it is also possible to use only one generator. Anyway, in the transmitter 200 between the two wavelength subregions on the transmitting elements 201 and 202 switched. Only the orthogonality of the two feed signals S5a and S5b must be achieved. Also, the feed signals should be band limited to allow for filtering.

11 zeigt eine alternative Ausführungsform mit einem farb- und amplitudenmodulierten Sender, einem farb- und amplitudenmodulierten Kompensationssender und zwei spektral unterschiedlich sensitiven Empfängern. Dieses System ist der allgemeinere Fall des Systems, das in 1 als Spezialfall für einen Kanal dargestellt ist. 11 shows an alternative embodiment with a color and amplitude modulated transmitter, a color and amplitude modulated Compensation transmitter and two spectrally different sensitive receivers. This system is the more general case of the system used in 1 is shown as a special case for a channel.

Der Sender besteht aus zwei Sendeelementen H1 und H2. Dem Sendeelement H1 ist die Wellenlänge λ1 zugeordnet, was beispielsweise der Farbe rot entsprechen kann. Dem Sendeelement H2 ist die Wellenlänge λ2 zugeordnet, was beispielsweise der Farbe blau entsprechen kann. Selbstverständlich sind analoge Systeme mit mehr als zwei Sendeelementen und/oder Wellenlängen denkbar. Das hier dargestellte Beispiel reicht jedoch zum Verständnis vollständig aus.The transmitter consists of two transmission elements H1 and H2. The transmitting element H1 is assigned the wavelength λ 1 , which may correspond to the color red, for example. The transmission element H2 is associated with the wavelength λ 2 , which may correspond, for example, to the color blue. Of course, analog systems with more than two transmitting elements and / or wavelengths are conceivable. However, the example shown here is completely sufficient for understanding.

Jedes der Sendeelemente H1 und H2 besitzt sein eigenes Speisesignal S51 und S52, d. h. wird mit einem eigenen Speisesignal S51 bzw. S52 gespeist. Diese Speisesignale werden durch zwei Signal-Generatoren G1 und G2 gespeist, die die Speisesignale S5φ und S5a generieren. Typischerweise werden die Speisesignale orthogonal zueinander gewählt, wie oben beschrieben. Mit dem Speisesignal S5a soll die gemeinsame Amplitude der Signale S51 und S52 moduliert werden, mit dem Speisesignal S5φ das Intensitätsverhältnis der beiden Signale S51 und S51 zueinander. Es ergeben sich somit die folgenden Verhältnisse: S51 = S5a + S5φ S52 = S5a – S5φ S51 + S52 = S5a Each of the transmission elements H1 and H2 has its own supply signal S51 and S52, ie it is supplied with its own supply signal S51 or S52. These feed signals are fed by two signal generators G1 and G2, which generate the feed signals S5φ and S5a. Typically, the feed signals are selected orthogonal to each other as described above. With the feed signal S5a, the common amplitude of the signals S51 and S52 is to be modulated, with the feed signal S5φ the intensity ratio of the two signals S51 and S51 to each other. This results in the following relationships: S51 = S5a + S5φ S52 = S5a - S5φ S51 + S52 = S5a

Sind S5a und S5φ zueinander orthogonal, so sind es auch S51 und S52. Aus diesem Grund ist eine Koordinatentransformation zwischen den beiden Signalen S5φ und S5a im, im Folgenden als ”φ-a-Koordinatensystem” bezeichneten, Koordinatensystem in die Signale S51 und S52 im, im Folgenden als ”1-2-Koordinatensystem” bezeichneten, Koordinatensystem notwendig.If S5a and S5φ are mutually orthogonal, so are S51 and S52. For this reason, a coordinate transformation between the two signals S5φ and S5a in the coordinate system referred to below as "φ-a coordinate system" is required in the signals S51 and S52 in the coordinate system, hereinafter referred to as the "1-2 coordinate system" ,

Hier geschieht dies durch eine Matrixmultiplikation mit der Matrix M1.Here, this is done by a matrix multiplication with the matrix M1.

Figure DE102013019660A1_0002
Figure DE102013019660A1_0002

Es handelt sich also um eine Drehstreckung.So it's a twist.

Vor der Aussendung ist es in der Regel notwendig, durch Addition von Bias-Werten B21 und B22 den Arbeitspunkt der Sender H1 und H2 zu optimieren.Before transmission, it is usually necessary to optimize the operating point of transmitters H1 and H2 by adding bias values B21 and B22.

Die Sender H1 und H2 senden nun in eine erste Übertragungsstrecke I1. Dabei wird das Licht dieser Sender, wie bekannt, durch die Eigenschaften der Übertragungsstrecke T1 modifiziert. Diese Modifikation kann wiederum durch das Übertragungsmedium selbst oder Objekte in der Übertragungsstrecke oder die innere Struktur der Übertragungsstrecke erfolgen.The transmitters H1 and H2 now transmit in a first transmission path I1. As is known, the light of these transmitters is modified by the properties of the transmission path T1. This modification can in turn be effected by the transmission medium itself or objects in the transmission path or the internal structure of the transmission path.

Das Sendesignal der Sender H1 und H2 wird durch spektral unterschiedlich empfindliche Empfänger D1 und D2 nach Durchgang durch die zweite Übertragungsstrecke I2 empfangen. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zum Stand der Technik. Dabei soll D1 beispielsweise für die Wellenlänge λ1 empfindlicher sein als für die Wellenlänge λ2 und D2 beispielsweise für die Wellenlänge λ2 empfindlicher sein als für die Wellenlänge λ1. Durch geeignete Verarbeitung (beispielsweise Verstärkung und Vorfilterung) erhält man die beiden verstärkten Empfängerausgangssignale S11 und S12. Im vorliegenden beispielhaften Fall erfolgt nun bevorzugt eine Koordinatenrücktransformation der verstärkten Empfängerausgangssignale S11 und S12 vom ”1-2-Koordinatensystem” in das ”φ-a-Koordinatensystem” mit den korrespondierenden verstärkten Empfängerausgangssignalen S1a und S1φ. Dies geschieht im vorliegenden Beispiel durch eine erneute Matrixmultiplikation mit der Matrix M2.The transmission signal of the transmitters H1 and H2 is received by spectrally different sensitive receivers D1 and D2 after passing through the second transmission link I2. This is a significant difference from the prior art. In this case, for example, D1 should be more sensitive to the wavelength λ 1 than to be more sensitive to the wavelength λ 2 and D 2 for the wavelength λ 2 than to the wavelength λ 1 . By suitable processing (for example amplification and prefiltering) one obtains the two amplified receiver output signals S11 and S12. In the present exemplary case, preference is now given to a coordinate inverse transformation of the amplified receiver output signals S11 and S12 from the "1-2 coordinate system" into the "φ-a coordinate system" with the corresponding amplified receiver output signals S1a and S1φ. This is done in the present example by a renewed matrix multiplication with the matrix M2.

Figure DE102013019660A1_0003
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Diese Matrix ist also die Transponierte zu M1 (M2 = M1T). Die dabei auftretende Multiplikation aller Amplituden mit dem Faktor 2 ist in der Praxis nicht relevant, da später ohnehin eine Verstärkung um einen Faktor v erfolgt.So this matrix is the transpose to M1 (M2 = M1 T ). The multiplication of all amplitudes with the factor 2 occurring in this case is not relevant in practice, because later on an amplification by a factor v takes place anyway.

Im Folgenden wird durch Bildung eines Skalar-Produkts, wie oben beschrieben, wieder der Anteil des Speisesignals S5a im rücktransformierten verstärkten Empfängerausgangssignal S1a bestimmt. Hierzu wird beispielsweise dieses Signal S1a zunächst mit dem Speisesignal S5a zum Detektionssignal S10a multipliziert und sodann zum Projektionsbildsignal S9a = Fa[S10a] gefiltert, wobei das Filter F beispielsweise wieder ein lineares Tiefpassfilter ist, dass nur die nahe der Modulationsfrequenz f = 0 Hz liegenden Signalanteile durchlässt. Das so gewonnene Projektionsbildsignal S9a = Fa[S10a] wird zum Amplitudenausgangssignal S4a verstärkt. Dieses Amplitudenausgangssignal S4a ist einer der Messwerte des Systems und spiegelt die Wellenlängen unabhängige Dämpfung der Gesamtamplitude im Übertragungskanal T1 wieder. Es wird aus der Summe der Übertragungsparameter (Dämpfung) t11 und t12 (der Matrix M1) gebildet und liegt bevorzugt am Ausgang 300a an.Hereinafter, by forming a scalar product as described above, the proportion of the feed signal S5a in the retransformed amplified receiver output signal S1a is again determined. For this purpose, for example, this signal S1a is first multiplied by the feed signal S5a to the detection signal S10a and then filtered to the projection image signal S9a = F a [S10a], wherein the filter F, for example, again a linear low-pass filter, that only those close to the modulation frequency f = 0 Hz Lets through signal components. The thus obtained projection image signal S9a = F a [S10a] is amplified to the amplitude output signal S4a. This amplitude output signal S4a is one of the measured values of the system and reflects the wavelength independent attenuation of the total amplitude in the transmission channel T1. It is formed from the sum of the transmission parameters (attenuation) t 11 and t 12 (matrix M1) and is preferably at the output 300a at.

Durch Bildung eines Skalar-Produktes wird ebenfalls der Anteil des Signals S5φ im rücktransformierten Empfängerausgangssignal S1φ bestimmt. Hierzu wird beispielsweise analog zur zuvor beschriebenen Behandlung des Signals S1a dieses Signal S1φ zunächst mit dem zugehörigen Speisesignal S5φ zum Signal S10φ multipliziert und sodann zum Signal Fφ[S10φ] gefiltert, wobei das Filter wiederum beispielsweise ein lineares Tiefpassfilter ist, dass nur die nahe der Modulationsfrequenz f = 0 Hz liegenden Signalanteile durchlässt. Das so gewonnene Filterausgangssignal Fφ[S10φ] wird zum Signal S4φ verstärkt. Im Gegensatz zum Amplitudenausgangssignal S4a ist hier jedoch das Filterausgangssignal vor der Verstärkung der zweite Messwert des Systems und spiegelt die relative, Wellenlängen abhängige Dämpfung im Übertragungskanal wider. Auch dies ist ein wesentlicher Unterschied zum Stand der Technik, wo die offenbarten Vorrichtungen und Verfahren nur typischer Weise zwei Amplituden messen können. Das Signal wird aus der Differenz der Übertragungsparameter (Dämpfung) t11 und t12 (der Matrix M2) gebildet (= t11 – t12). Es liegt bevorzugt an einem Ausgang 300c an. By forming a scalar product, the proportion of the signal S5φ in the retransformed receiver output signal S1φ is likewise determined. For this purpose, analogously to the above-described treatment of the signal S1a, this signal S1φ is first multiplied by the associated supply signal S5φ to the signal S10φ and then filtered to the signal Fφ [S10φ], the filter again being a linear low-pass filter, for example, only that close to the modulation frequency f = 0 Hz passes signal components. The thus obtained filter output signal Fφ [S10φ] is amplified to the signal S4φ. However, in contrast to the amplitude output signal S4a, here the filter output before amplification is the second measurement of the system and reflects the relative wavelength dependent attenuation in the transmission channel. Again, this is a significant difference from the prior art, where the disclosed devices and methods are typically only capable of measuring two amplitudes. The signal is formed from the difference of the transmission parameters (attenuation) t 11 and t 12 (of the matrix M2) (= t11 - t12). It is preferably located at an exit 300c at.

Die Verwendung anderer Skalar-Produkte ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Anwendungssystem aufgrund besonderer Anforderungen die Verwendung anderer Filter F erzwingt. Dem Fachmann wird es nicht schwerfallen, durch Änderung der Definition des Skalar-Produktes zweier Signale, andere Anwendungen zu erschließen. An dieser Stelle sei auf die sehr umfangreiche signal- und regelungstechnische Literatur verwiesen.The use of other scalar products is particularly useful if the application system enforces the use of other filters F due to special requirements. It will not be difficult for a person skilled in the art to open up other applications by changing the definition of the scalar product of two signals. At this point, reference is made to the very extensive signal and control technical literature.

Würde es sich bei den Speisesignalen S5a und S5φ um Sinus und/oder Cosinus-Signale handeln, so würden die Signale S4a und S4φ den zugehörigen Fourier-Koeffizienten bei geschlossenem Regelkreis entsprechen. Die hier beschrieben Methodik liefert also eine Transformation in den dualen Raum der S5x Signale, wobei x in diesem Bei-spiel für a und φ steht. Zum besseren Verständnis sprechen wir hier für diese Transformation von einer „Fourier-Transformation” und setzen diese in Anführungsstriche, um darzustellen, dass es sich nicht um dieselbe sondern nur um ein Analogon handelt.If the supply signals S5a and S5φ were sinusoidal and / or cosine signals, the signals S4a and S4φ would correspond to the associated closed-loop Fourier coefficients. The methodology described here thus provides a transformation into the dual space of the S5x signals, where x stands for a and φ in this example. For a better understanding, we speak here of this transformation of a "Fourier transformation" and put it in quotation marks to show that it is not the same but only an analogue.

Es folgt nun die „Fourier-Rücktransformation” und die Koordinatenrücktransformation in das ”1-2-Koordinatensystem”.Now follows the "Fourier inverse transformation" and the coordinate inverse transformation into the "1-2-coordinate system".

Zur „Fourier-Rücktransformation” werden die derartig ermittelten Amplituden- und Phasensignale S4a und S4φ mit ihren korrespondierenden Speisesignalen S5a und S5φ zu den Vorsignalen S6a und S6φ multipliziert. Zur Rücktransformation in das ”1-2-Koordinatensystem” werden die beiden Signale mit der gleichen Transformation wie die Speisesignale S5a und S5φ versehen. Das bedeutet im konkreten Beispiel, dass sie mit der Matrix M1

Figure DE102013019660A1_0004
multipliziert werden. Es gilt dabei die folgende Zuordnung: S61 = S6a + S6φ S62 = S6a – S6φ S61 + S62 = S6a For the "Fourier inverse transformation", the thus determined amplitude and phase signals S4a and S4φ are multiplied by their corresponding supply signals S5a and S5φ to the presignal S6a and S6φ. For inverse transformation into the "1-2 coordinate system", the two signals are provided with the same transformation as the feed signals S5a and S5φ. This means in the concrete example that they are compatible with the matrix M1
Figure DE102013019660A1_0004
be multiplied. The following assignment applies: S61 = S6a + S6φ S62 = S6a - S6φ S61 + S62 = S6a

Die so erhaltenen rücktransformierten Vorsignale S61 und S62 werden mit Bias-Werten B11, B12 zur Einstellung des Arbeitspunktes der Kompensations-Sendeelemente K1 und K2 versehen. Die zugehörigen Kompensatorspeisesignale sind mit S31 und S32 bezeichnet.The back-transformed forward signals S61 and S62 thus obtained are provided with bias values B11, B12 for setting the operating point of the compensation transmission elements K1 and K2. The associated compensator feed signals are designated S31 and S32.

In dem vorliegenden Beispiel soll das Kompensations-Sendeelement K1 vorwiegend die Wellenlänge λ1 korrespondierend zum Sendeelement H1 aussenden und das Kompensations-Sendeelemente K2 vorwiegend die Wellenlänge λ2 korrespondierend zum Sendeelement H2 aussenden.In the present example, the compensation transmission element K1 is intended to transmit predominantly the wavelength λ 1 corresponding to the transmission element H1 and the compensation transmission element K2 to emit predominantly the wavelength λ 2 corresponding to the transmission element H2.

Das Signal der Kompensations-Sendeelemente K1 und K2 wird in den Empfängerelementen D1 und D2 typischerweise jeweils summierend linear überlagert. Die Kompensations-Sendeelemente K1 und K2 senden dabei in eine zweite Übertragungsstrecke hinein, die deren Signal entweder nicht oder in einer vorbestimmten Weise beeinflusst bevor es auf die Empfangselemente D1 und D2 trifft.The signal of the compensation transmission elements K1 and K2 is typically linearly superimposed in the receiver elements D1 and D2 in each case summing. The compensation transmission elements K1 and K2 in this case transmit into a second transmission path which either does not influence their signal or in a predetermined manner before it strikes the reception elements D1 and D2.

Es lässt sich zeigen, dass für das oben beschriebene Beispiel bei geeigneter Wahl der Verstärkungen, der Filter und der Signaleigenschaften der Signale S5a und S5φ die Dämpfung t11 im ersten Übertragungskanal bei der Wellenlänge λ1 und die Dämpfung t12 im ersten Übertragungskanal bei der Wellenlänge λ2 in folgendem Zusammenhang mit den Ausgangswerten S9φ = Fφ[S10φ] und S4a des Systems stehen:

Figure DE102013019660A1_0005
It can be shown that for the example described above, with a suitable choice of the gains, the filters and the signal properties of the signals S5a and S5φ, the attenuation t 11 in the first transmission channel at the wavelength λ 1 and the attenuation t 12 in the first transmission channel at the wavelength λ 2 in the following relationship with the output values S9φ = Fφ [S10φ] and S4a of the system are:
Figure DE102013019660A1_0005

Es ist somit möglich, die Amplitudenänderung t11 von der Farbänderung zu trennen. Dies ist wesentlicher Unterschied zum Stand der Technik. Erst diese Transformation ermöglicht die Integration in mobile Geräte wie z. B. Mobiltelefone, da Abstandsschwankungen durch das manuelle Handhaben des Mobilfunkgerätes ausgeglichen werden. Das Signal S4a gibt die Amplitudenänderung beim Durchgang durch das Medium T1 wieder; das Signal S9φ = Fφ [S10φ] gibt die Änderung der Zusammensetzung des Signals (insbesondere des Lichts) nach λ1 und λ2 wieder. Beispielsweise ist das System als Haut-Farbsensor in einer gestörten Umgebung geeignet. Die Einzeldämpfungen lassen sich ebenso bestimmen, z. B. durch Koordinatentransformation.It is thus possible to separate the amplitude change t 11 from the color change. This is a significant difference from the prior art. Only this transformation enables integration into mobile devices such. As mobile phones, since distance fluctuations are compensated by the manual handling of the mobile device. The signal S4a represents the change in amplitude as it passes through the medium T1; the signal S9φ = Fφ [S10φ] is the change in the composition of the signal (in particular of the light) by λ 1 and λ 2 again. For example, the system is suitable as a skin color sensor in a disturbed environment. The individual losses can also be determined, for. B. by coordinate transformation.

12 zeigt eine andere Ausprägung des erfindungsgemäßen Systems. 12 shows another form of the system according to the invention.

Ein erster Generator Ga erzeugt ein Speisesignal S5a, mit dem die Amplitude der n Speisesignale S5v1 bis S5vn durch Multiplikation zu den Signalen S51 bis S5n durch Amplitudenmodulation umgeformt wird. Diese werden typischerweise mit einem Offset b1 bis bn versehen. Ebenso sind diese Offsets typischerweise identisch. Die Offsets b1 bis bn dienen dazu, die Ansteuerung von LEDs als Sender H1 bis Hn zu ermöglichen. Die Sender H1 bis Hn senden nun jeweils ein Signal S51 bis S5n mit besagtem Offset versehen in die Übertragungsstrecke hinein. Typischer Weise sind die spektralen Schwerpunkte der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung der Sender H1 bis Hn unterschiedlich. In der Übertragungsstrecke liegt beispielsweise das zu vermessende Objekt O. Dieses wird in diesem Beispiel durchstrahlt. Die derartig bei der Durchstrahlung des Objektes modifizierte Strahlung wird duch einen Detektor D1 aufgefangen und in das Empfänger Ausgangssignal S0 gewandelt. Typischerweise ist der Detektor für alle von den verschiedenen Sendern H1 bis Hn abgestrahlten elektromagnetischen Wellen empfindlich.A first generator Ga generates a feed signal S5a, with which the amplitude of the n feed signals S5v1 to S5vn is multiplied by amplitude modulation by multiplication with the signals S51 to S5n. These are typically provided with an offset b1 to bn. Likewise, these offsets are typically identical. The offsets b1 to bn serve to enable the control of LEDs as transmitters H1 to Hn. The transmitters H1 to Hn now each transmit a signal S51 to S5n with said offset into the transmission path. Typically, the spectral focuses of the radiated electromagnetic radiation of the transmitters H1 to Hn are different. In the transmission path is, for example, the object to be measured O. This is irradiated in this example. The radiation thus modified when the object is irradiated is picked up by a detector D1 and converted into the receiver output signal S0. Typically, the detector is sensitive to all electromagnetic waves radiated from the various transmitters H1 to Hn.

Dieses Empfängerausgangssignal S0 wird zum verstärkten Empfängerausgangssignal S1 verstärkt. Die Verstärkung kann dabei 1 betragen oder komplex sein und/oder mit einem Frequenzgang versehen sein.This receiver output signal S0 is amplified to the amplified receiver output signal S1. The gain can be 1 or complex and / or be provided with a frequency response.

Das so aufbereitete Empfängerausgangssignal wird nun auf n + 1 Regler verteilt.The thus prepared receiver output signal is now distributed to n + 1 controller.

Jeder Regler k des k-ten Kanals besteht wieder aus einer Multiplikationseinheit, in dem das verstärkte Empfängerausgangssignal S1 mit einem Basissignal S5k zum Signal S10k multipliziert wird, gefolgt von einem Tiefpass F, der die Basissignalfrequenzen und darüber liegende Frequenzen zuverlässig unterdrückt, gefolgt von einer Versstärkung des so erzeugten Gleichsignals S9k um einen Faktor v, wobei v so gewählt ist, dass der sich später ergebende Regelkreis stabil ist. Das so erzeugte Verstärkerausgangssignal S4k wird in einer weiteren Multiplikation mit dem zugehörigen Basissignal S5k zum spezifischen Kompensatorvorsignal S6vk gewandelt.Each k-th channel controller k is again composed of a multiplier unit in which the amplified receiver output signal S1 is multiplied by a base signal S5k to the signal S10k, followed by a low pass F which reliably suppresses the base signal frequencies and overlying frequencies, followed by boosting of the thus generated DC signal S9k by a factor v, where v is chosen so that the resulting later control loop is stable. The thus generated amplifier output signal S4k is converted in a further multiplication with the associated base signal S5k to the specific Kompensatorvorsignal S6vk.

Gleichzeitig wird die Amplitude gemessen. Hierzu wird eine analoge Reglerstruktur verwendet. Statt des jeweiligen Basissignals S5k wird nun jedoch das Amplitudenmodulationssignal S5a verwendet.At the same time the amplitude is measured. For this purpose, an analog controller structure is used. Instead of the respective base signal S5k, however, the amplitude modulation signal S5a is now used.

Die n S6k Kompensatorvorsignale werden zusammensummiert und diese Summe mit dem Ausgang S6a des Reglers für die Amplitudenmessung multipliziert. Es ergibt sich das Kompensatorvorsignal S6.The n S6k compensator biases are summed together and this sum multiplied by the output S6a of the amplitude measurement regulator. The result is the compensator bias signal S6.

Dieses wird durch Addition eines Offsets B11, der auch Null sein kann, zum Kompensatorspeisesignal S3 gewandelt. Dieses Speist den Kompensator, der ebenfalls in den Empfänger D1, typischerweise linear überlagernd, einstrahlt.This is converted to the compensator supply signal S3 by adding an offset B11, which may also be zero. This feeds the compensator, which also radiates into the receiver D1, typically linearly superimposed.

Die n einzelnen Ausgangssignale S4k (mit 0 < k < n + 1) stellen hierbei die Messwerte der einzelnen zugeordneten Sender/Dioden Paare dar.The n individual output signals S4k (where 0 <k <n + 1) represent the measured values of the individual assigned transmitter / diode pairs.

Das Signal S4a stellt einen Messwert für die Amplitude dar.The signal S4a represents a measured value for the amplitude.

Die k Generator-Signale S5v1 bis S5vn sollen dabei bezüglich der durch die Multiplikatoren und Filter dargestellten Skalar-Produkte orthogonal sein.The k generator signals S5v1 to S5vn are intended to be orthogonal with respect to the Skalar products represented by the multipliers and filters.

Der besondere Vorzug dieses Systems ist, dass aus den S41 bis S4n Signalen durch eine Hauptachsentransformation ein Spektrum gewonnen werden kann, dass vom Abstand zwischen Messsystem und Objekt nicht abhängig ist, so lange sich das Objekt im Messbereich des Systems befindet.The particular advantage of this system is that a spectrum can be obtained from the S41 to S4n signals by a main axis transformation that does not depend on the distance between the measuring system and the object as long as the object is within the measuring range of the system.

14 zeigt das beispielhafte Spektrum eines gesunden Zahns (A) und eines kariösen Zahns (B) 14 shows the exemplary spectrum of a healthy tooth (A) and a carious tooth (B)

Eine Detektion eines Kariösen Zahnes kann also beispielsweise mit Hilfe eines Systems entsprechend 12 erfolgen. Dabei wird das Spektrum des Zahnes segmentiert in verschiedene spektrale Segmente entsprechend der Anzahl n der Sender H1 bis Hn festgestellt.A detection of a carious tooth can thus, for example, by means of a system accordingly 12 respectively. The spectrum of the tooth is segmented into different spectral segments corresponding to the number n of transmitters H1 to Hn.

Im Gengensatz zur US5306144 , bei der keine Kompensation durch einen Kompensationssender K1 (siehe 12) stattfindet, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch den Kompensationsender K1 wesentlich robuster gegenüber Fremdlicht und in der Lage, das relative Spektrum unabhängig von der Amplitude und damit vom Abstand Messinstrument <–> Zahn festzustellen.In the Gengensatz to US5306144 , in which no compensation by a compensation transmitter K1 (see 12 ) takes place, the device according to the invention by the compensation K1 is much more robust against extraneous light and able to determine the relative spectrum regardless of the amplitude and thus the distance measuring instrument <-> tooth.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3135802 A1 [0013, 0014, 0020, 0022, 0026] DE 3135802 A1 [0013, 0014, 0020, 0022, 0026]
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  • US 4260951 [0025] US 4260951 [0025]
  • US 4258719 [0027] US 4258719 [0027]
  • US 5774213 [0028, 0028, 0028, 0028, 0029, 0030, 0030, 0030, 0037, 0085, 0089] US 5774213 [0028, 0028, 0028, 0028, 0029, 0030, 0030, 0030, 0037, 0085, 0089]
  • US 5306144 [0120, 0163] US 5306144 [0120, 0163]

Claims (13)

Sensorsystem zur optischen Messung biometrischer Parameter eines Tieres oder einer Pflanze oder eines Menschen umfassend mindestens einen ersten Sender (H1) und wenigstens einem zweiten Sender (H2) und mindestens einen Empfänger (D1), – wobei die Vorrichtung mindestens einen weiteren Sender (K1) aufweist und – wobei mindestens ein erster Sender (H1) mit einem Speisesignal (S5a) eines Signalgenerators (G1) betrieben wird und – wobei mindestens ein zweiter Sender (H2) mit einem Speisesignal (S5b) betrieben wird und – wobei die von dem ersten Sender (H1) und die vom zweiten Sender (H2) ausgesendeten elektromagnetischen Strahlungen auf das Messobjekt T1 fallen und von diesem auf mindestens einen Empfänger (D1) reflektiert werden und/oder das Messobjekt (T1) durchdringen und auf mindestens einen Empfänger (D1) fallen und – wobei mindestens ein Regelkreis (CT) mindestens ein Kompensatorspeisesignal (S3) aus mindestens einem Empfängerausgangssignal (S0) eines der besagten Empfänger (D1) erzeugt und – wobei der besagte Regelkreis (CT) durch je eine Linearform das Empfängerausgangssignal (S0) mindestens mit einem Speisesignal (S5a) und mit mindestens einem weiteren Speisesignal (S5b) verknüpft und – wobei das Kompensatorspeisesignal (S3), abgesehen von einem optimalen Offset, linear proportional zur Summe der jeweils verstärkten Ergebnisse dieser Linearformen ist, wobei der Betrag der Verstärkung 1 sein kann, und – wobei mit mindestens einem Kompensatorspeisesignal (S3) ein Kompensationssender (K1) gespeist wird und – wobei der besagte Regler (CT) das Kompensatorspeisesignal (S3) so ausregelt, dass das besagte Empfängerausgangssignal (S0) bis auf Regelfehler und Systemrauschen keine Anteile der Sendesignale (S5a) und (S5b) mehr aufweist und – wobei der Regler (CT) mindestens ein internes Regelsignal (S4) als Zwischensignal ausgibt und – wobei der Verlauf dieses Zwischensignals (S4) so ausgewertet wird, dass mindestens ein biometrischer Parameter diesem Signal extrahiert wird.Sensor system for the optical measurement of biometric parameters of an animal or a plant or a human comprising at least a first transmitter (H1) and at least one second transmitter (H2) and at least one receiver (D1), - wherein the device has at least one further transmitter (K1) and - wherein at least one first transmitter (H1) is operated with a supply signal (S5a) of a signal generator (G1) and - wherein at least one second transmitter (H2) is operated with a supply signal (S5b) and - whereby the output from the first transmitter ( H1) and the electromagnetic radiation emitted by the second transmitter (H2) fall onto the measurement object T1 and are reflected by it onto at least one receiver (D1) and / or penetrate the measurement object (T1) and fall on at least one receiver (D1), and wherein at least one control circuit (CT) at least one Kompensatorspeisesignal (S3) from at least one receiver output signal (S0) of one of said Empfä (D1) generated and - wherein said control circuit (CT) by a respective linear form the receiver output signal (S0) at least one feed signal (S5a) and at least one other feed signal (S5b) linked and - the Kompensatorspeisesignal (S3), apart from an optimal offset, linearly proportional to the sum of the respective amplified results of these linear forms, the magnitude of the gain 1 and - wherein at least one Kompensatorspeisesignal (S3) a compensation transmitter (K1) is fed and - said controller (CT) the Kompensatorspeisesignal (S3) corrects so that the said receiver output signal (S0) except for control error and system noise no Share of the transmission signals (S5a) and (S5b) more and - wherein the controller (CT) at least one internal control signal (S4) outputs as an intermediate signal and - the course of this intermediate signal (S4) is evaluated so that at least one biometric parameter that Signal is extracted. Sensorsystem zur optischen Messung biometrischer Parameter eines Tieres, einer Pflanze oder eines Menschen umfassend mindestens einen ersten Sender (H1) und mindestens zwei Empfänger (D1) und (D2), – wobei die Vorrichtung pro Empfänger (D1, D2) mindestens je einen weiteren Sender (K1, K2) aufweist und – wobei mindestens ein erster Sender (H1) mit einem Speisesignal (S5) eines Signalgenerators (G1) betrieben wird und – wobei zumindest die von einem ersten Sender (H1) ausgesendete elektromagnetische Strahlung auf das Messobjekt T1 fällt und von diesem auf mindestens zwei Empfänger (D1, D2) reflektiert wird und/oder das Messobjekt (T1) durchdringt und auf mindestens zwei Empfänger (D1, D2) fällt und – wobei mindestens ein Regelkreis (CT) mindestens zwei Kompensatorspeisesignale (S31, S32) aus mindestens zwei Empfängerausgangssignalen (S01, S02) der besagten Empfänger (D1, D2) erzeugt und – wobei besagte Regelkreis (CT) durch je eine Linearform die Empfängerausgangssignale (S01, S02) mindestens mit einem Speisesignal (S5) verknüpft und – wobei die Kompensatorspeisesignale (S31, S32), abgesehen von einem optimalen Offset, linear proportional zu den Ergebnissen dieser Linearformen sind und – wobei mit mindestens je einem Kompensatorspeisesignal (S31, S32) je einer der Kompensationssender (K1, K2) gespeist wird und – wobei der besagte Regler (CT) die Kompensatorspeisesignale (S31, S32) so ausregelt, dass die besagten Empfängerausgangssignale (S01, S02) bis auf Regelfehler und Systemrauschen jedes für sich keinen Anteil des Speisesignales (S5) mehr aufweist und – wobei der Regler (CT) mindestens zwei interne Regelsignale, insbesondere (S4a, S9φ), als Zwischensignale ausgibt und – wobei der Verlauf mindestens eines dieser Zwischensignale, insbesondere (S4a, S9φ), so ausgewertet wird, dass mindestens ein biometrischer Parameter zumindest aus diesem Signal extrahiert wird.Sensor system for the optical measurement of biometric parameters of an animal, a plant or a human, comprising at least one first transmitter (H1) and at least two receivers (D1) and (D2), - Wherein the device per receiver (D1, D2) has at least one each further transmitter (K1, K2) and - Wherein at least a first transmitter (H1) with a feed signal (S5) of a signal generator (G1) is operated and Wherein at least the electromagnetic radiation emitted by a first transmitter (H1) is incident on the measuring object T1 and is reflected by it onto at least two receivers (D1, D2) and / or passes through the measuring object (T1) and is transmitted to at least two receivers (D1, D1). D2) falls and - wherein at least one control circuit (CT) generates at least two compensator supply signals (S31, S32) from at least two receiver output signals (S01, S02) of said receivers (D1, D2) and - Wherein said control circuit (CT) by a respective linear form the receiver output signals (S01, S02) at least with a feed signal (S5) linked and - wherein the Kompensatorspeisesignale (S31, S32), apart from an optimal offset, are linearly proportional to the results of these linear forms and - Wherein at least one Kompensatorspeisesignal (S31, S32) each one of the compensation transmitter (K1, K2) is fed and - said controller (CT) compensating the compensator feed signals (S31, S32) such that said receiver output signals (S01, S02) each have no part of the supply signal (S5), except for control errors and system noise - Wherein the controller (CT) at least two internal control signals, in particular (S4a, S9φ), outputs as intermediate signals and - Wherein the course of at least one of these intermediate signals, in particular (S4a, S9φ), is evaluated so that at least one biometric parameter is extracted at least from this signal. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei es sich bei dem biometrischen Parameter um die Herzfrequenz oder den Blutsauerstoffanteil oder den Chlorophyllgehalt von Pflanzen oder die Konzentration eines Medikaments in einem Gewebe oder den CO2 Anteil in der Ausatemluft handelt.Device according to one of the preceding claims, - wherein the biometric parameter is the heart rate or the blood oxygen content or the chlorophyll content of plants or the concentration of a drug in a tissue or the CO 2 content in the exhaled air. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, – wobei mindestens ein Sender eine LED (H1, H2, ... Hn, 9, 12, 15, 17) ist oder mindestens ein Empfänger eine Fotodiode, ein Fotowiderstand oder ein Fototransistor ist.Device according to one or more of the preceding claims, - at least one transmitter having an LED (H1, H2, ... Hn, 9 . 12 . 15 . 17 ) or at least one receiver is a photodiode, a photoresistor or a phototransistor. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, – wobei mindestens ein Regler (CT) als Linearform ein Skalar-Produkt zwischen mindestens einem Speisesignal (S5a, S5b, S5, S5φ) und mindestens einem Empfängerausgangssignal (S0, S01, S02), insbesondere durch Multiplikation und anschließende Tiefpassfilterung, zu einem Projektionsbildsignal (S9, S9a, S9b, S9φ) umformt und ein so gebildetes Projektionsbildsignal (S9, S9a, S9b, S9φ) mit mindestens einem Speisesssignal (S5a, S5b, S5, S5φ), insbesondere nach einer optionalen Verstärkung zu einem Vorsignal (S6, S61, S62) multipliziert – und ein so gebildetes Vorsignal (S6, S61, S62) mit einem optionalen Bias-Wert durch Addition versieht und so ein Kompensatorspeisesignal (S3, S31, S32) bildet – ein so gebildetes Kompensatorspeisesignal (S3, S31, S32) einen Kompensationssender (K1, K2, 8, 205) speist.Device according to one or more of the preceding claims, - wherein at least one controller (CT) as linear form a scalar product between at least one feed signal (S5a, S5b, S5, S5φ) and at least one receiver output signal (S0, S01, S02), in particular by Multiplication and subsequent low-pass filtering, to a projection image signal (S9, S9a, S9b, S9φ) and transforms a thus formed projection image signal (S9, S9a, S9b, S9φ) with at least one Speisesssignal (S5a, S5b, S5, S5φ), in particular multiplied by an optional amplification to a presignal (S6, S61, S62) - and thus adding a preliminary signal formed (S6, S61, S62) with an optional bias value and so on a Kompensatorspeisesignal (S3, S31, S32) forms - a Kompensatorspeisesignal (S3, S31, S32) thus formed a compensation transmitter (K1, K2, 8th . 205 ) feeds. Sensorsystem zur optischen Messung biometrischer Parameter eines Tieres, einer Pflanze oder eines Menschen mit wenigstens einem Sender (200, H1) und einem Empfänger (204, D1) zur Vermessung der Übertragungseigenschaften einer ersten Übertragungsstrecke zwischen einem Sender (200, H1) und dem Empfänger (204, D1), wobei – der Sender (200, H1) ausgebildet und eingerichtet ist, um ein Sendesignal (S25) in die erste Übertragungsstrecke hinein zu senden, das nach Durchgang durch mindestens einen Teil der ersten Übertragungsstrecke von dem Empfänger (204, D1) detektiert wird, – der Empfänger (204, D1) ausgebildet und eingerichtet ist, um das Sendesignal (S25) zu empfangen und daraus ein Empfängerausgangssignal (S0) und zu bilden, – eine Verarbeitungseinheit (120, CT) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, um das Empfängerausgangssignal (S0) weiterzuverarbeiten und eine Information der Eigenschaften der ersten Übertragungsstrecke zu gewinnen, wie bspw. die Anwesenheit oder Eigenschaften eines Objektes zu erkennen; dadurch gekennzeichnet, dass – der Sender (200, H) wenigstens einen Teil des Spektrums elektromagnetischer Strahlung in wenigstens zwei vorgegebenen Wellenlängen-Teilbereichen, insbesondere mit wenigstens zwei Farben, aussenden kann, wobei die Aussendeintensität der mindestens zwei Wellenlängenbereiche mit Hilfe mindestens eines Signals insbesondere gegen-läufig geregelt werden kann, so dass die Strahlung eines der mindestens zwei Wellenlängen-Teilbereiche in einem durch die Regelung vorgegeben Verhältnis ausgesendet werden kann und – der Empfänger (204, D1) derart sensitiv ist, dass er die Intensität von elektromagnetischer Strahlung wenigstens in den zwei interessierenden Wellenlängenbereichen empfangen kann und – die Verarbeitungseinheit (120, CT) die auf den wenigstens zwei Wellenlängenbereichen beruhenden Empfängerausgangssignale (S0) weiterverarbeitet und daraus eine Information über die Übertragungseigenschaften gewinnt.Sensor system for the optical measurement of biometric parameters of an animal, a plant or a human with at least one transmitter ( 200 , H1) and a receiver ( 204 , D1) for measuring the transmission characteristics of a first transmission path between a transmitter ( 200 , H1) and the receiver ( 204 , D1), where - the transmitter ( 200 , H1) is designed and set up to send a transmission signal (S25) into the first transmission path which, after passing through at least part of the first transmission path, is transmitted from the receiver (S25). 204 , D1) is detected, - the receiver ( 204 , D1) is designed and configured to receive the transmission signal (S25) and to form therefrom a receiver output signal (S0) and, - a processing unit ( 120 , CT) adapted and arranged to further process the receiver output signal (S0) and obtain information of the characteristics of the first transmission link, such as detecting the presence or characteristics of an object; characterized in that - the transmitter ( 200 , H) can emit at least a part of the spectrum of electromagnetic radiation in at least two predetermined wavelength subregions, in particular with at least two colors, wherein the emission intensity of the at least two wavelength ranges can be regulated in particular in opposite directions with the aid of at least one signal, so that the Radiation of one of the at least two wavelength sub-ranges can be emitted in a predetermined by the regulation ratio and - the receiver ( 204 , D1) is sensitive enough to receive the intensity of electromagnetic radiation at least in the two wavelength ranges of interest, and - the processing unit ( 120 , CT) further processes the receiver output signals (S0) based on the at least two wavelength ranges and obtains therefrom information about the transmission characteristics. Sensorsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, – dass mindestens ein Sender (202, 200, H1) wenigstens einen Teil des Spektrums elektromagnetischer Strahlung in wenigstens zwei vorgegebenen Wellenlängen-Teilbereichen, insbesondere mit wenigstens zwei Farben, aussenden kann, – wobei bevorzugt die Aussendeintensität der mindestens zwei Wellenlängenbereiche mit Hilfe mindestens eines weiteren Signals insbesondere gleichläufig geregelt werden kann, so dass die Strahlung der mindestens zwei Wellenlängen-Teilbereiche mit einer durch die Regelung vorgegeben Gesamtintensität ausgesendet werden kann.Sensor system according to one or more of the preceding claims, characterized in that - at least one transmitter ( 202 . 200 , H1) can emit at least a part of the spectrum of electromagnetic radiation in at least two predetermined wavelength subregions, in particular with at least two colors, wherein preferably the emission intensity of the at least two wavelength ranges can be regulated with the aid of at least one further signal, in particular in the same direction, so that the radiation of the at least two wavelength subregions can be emitted with an overall intensity predetermined by the regulation. Sensorsystem nach dem einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sender (202, 200, H1) elektromagnetische Strahlung in genau zwei oder bevorzugt in mehr als zwei Wellenlängen-Teilbereichen aussendet.Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one transmitter ( 202 . 200 , H1) emits electromagnetic radiation in exactly two or preferably in more than two wavelength subregions. Sensorsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sender (202, 200, H1) elektromagnetische Strahlung mit wellenlängenbereichsspezifisch steuerbarer Intensität aussendet.Sensor system according to claim 8, characterized in that at least one transmitter ( 202 . 200 , H1) emits electromagnetic radiation with wavelength range-specific controllable intensity. Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (200) wenigstens zwei Sendeelemente (201, 202, H1, H2) umfasst, die je ein Signal (S201, S202) mit jeweils spezifischer Wellenlänge, insbesondere ein Farbsignal, aussenden und die abwechselnd aktiv sind, wobei die Sendeelemente (201, 202, H1, H2) bevorzugt lichtemittierende Dioden (LED) sind.Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitter ( 200 ) at least two transmitting elements ( 201 . 202 , H1, H2) which each emit a signal (S201, S202) each having a specific wavelength, in particular a color signal, and which are alternately active, the transmitting elements ( 201 . 202 , H1, H2) are preferably light-emitting diodes (LED). Sensorsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeelemente (201, 202, H1, H2) des Senders (200) für jeden Wellenlängenbereich, insbesondere jedes Farbsignal, einen konstanten Lichtstrom derart aussendet, dass die emittierte Energiemenge der Summe der Strahlung aller Sendeelemente im Wesentlichen gleich oder dass die Summe der Empfängersignalamplituden im Wesentlichen gleich ist.Sensor system according to the preceding claim, characterized in that the transmitting elements ( 201 . 202 , H1, H2) of the transmitter ( 200 ) emits a constant luminous flux for each wavelength range, in particular each color signal, such that the amount of energy emitted is substantially equal to the sum of the radiation of all the transmission elements or that the sum of the receiver signal amplitudes is substantially the same. Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (204) wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens vier Empfangselemente umfasst, die jeweils ein anderes spektrales Sensitivitätsprofil aufweisen, wobei die Empfangselemente bevorzugt spektral verschieden empfindlich sind.Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that the receiver ( 204 ) comprises at least two, preferably at least four receiving elements, each having a different spectral sensitivity profile, wherein the receiving elements are preferably spectrally different sensitive. Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Kompensationssender (205, K1, K2) ein Kompensationssignal (S23) in eine zweite Übertragungsstrecke hinein sendet, das von dem Empfänger (204, D1, D2) nach Durchgang durch die zweite Übertragungsstrecke detektiert wird, – der Empfänger (204, D1, D2) das Sendesignal (S25) und das Kompensationssignal (S23) empfängt, überlagert, insbesondere linear und/oder summierend, und daraus mindestens ein Empfängerausgangssignal (S0) und/oder ein verstärktes Empfängerausgangssignal (S1) bildet, – die Verarbeitungseinheit (CT, 120) das Empfängerausgangssignal (S0) oder das verstärkte Empfängerausgangssignal (S1) zu einen Kompensatorspeisesignal (S3) weiterverarbeitet, und es dem Kompensationssender (205, K1, K2) zur rückkoppelnden Regelung des Empfängerausgangssignals (S0) oder des verstärkten Empfängerausgangssignals S1 zuführt, um so Informationen über die Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke und mindestens einen biometrischen Parameter zu ermitteln.Sensor system according to one of the preceding claims, characterized in that - a compensation transmitter ( 205 , K1, K2) sends a compensation signal (S23) into a second transmission path which is transmitted by the receiver ( 204 , D1, D2) is detected after passing through the second transmission path, - the recipient ( 204 , D1, D2) receives the transmission signal (S25) and the compensation signal (S23) superimposed, in particular linearly and / or summing, and from this at least one receiver output signal (S0) and / or an amplified receiver output signal (S1) is formed, - the processing unit ( CT, 120 ) the receiver output signal (S0) or the amplified receiver output signal (S1) is further processed into a compensator supply signal (S3), and the compensating transmitter (S) ( 205 , K1, K2) for feedback control of the receiver output signal (S0) or the amplified receiver output signal S1, so as to obtain information about the transmission characteristics of the transmission path and at least one biometric parameter.
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