具有光学心率监视器的电子设备的制作方法

具有光学心率监视器的电子设备
1.(相关申请)
2.本专利申请根据《美国法典》第35编第119(e)条要求于2019年3月18日提交且发明名称为“improved optical cardiac monitor”的美国临时专利申请序列no.62/819992作为优先权，在这里通过引用并入其全部内容。


背景技术：

3.电子健身设备可以提供设备的用户的光学心脏监视。用户可以佩戴电子设备，使得电子设备的外壳被定位为与用户的皮肤接触－通常佩戴在用户的手腕上。心脏监视可以包括生理指标和信息，诸如用户的心率和脉搏血氧饱和度。电子健身设备可以包括光学设备，诸如将光学信号发射到用户皮肤中的光学传送器和接收来自皮肤的光学信号的传送或反射并产生对应于接收的光学信号的强度的光容积图(ppg)信号的光学接收器。电子健身设备处理ppg信号，以确定用户的心率和脉搏血氧饱和度。偶尔，当用户进行活动或锻炼时，电子健身设备可能移出正常位置并变得在用户的手腕上倾斜。在这种情况下，光学传送器和/或光学接收器可能变得与用户皮肤分离－导致较低的光学信号电平和ppg信号的信噪比降低。在这些情况下，电子健身设备可能不能准确确定用户的心率和脉搏血氧饱和度。


技术实现要素：

4.本技术的实施例提供了具有更鲁棒的操作的电子健身设备，它能够在该设备在用户的手腕上变得倾斜时准确地确定用户的心率和脉搏血氧饱和度。电子健身设备宽泛地包括外壳、第一光学传送器阵列、第一光学接收器和第二光学接收器。外壳包括被配置为接触用户手腕的底壁。第一光学传送器阵列位于底壁上的第一位置并且可操作为输出通过用户皮肤的多个光学信号，各光学信号具有独特的波长。第一光学接收器位于底壁上的第二位置并且可操作为接收来自第一光学传送器阵列的光学信号使得光学信号沿着第一信号路径和第一距离从第一光学传送器阵列行进到第一光学接收器。第二光学接收器位于底壁上的第三位置并且可操作为接收来自第一光学传送器阵列的光学信号使得光学信号沿着第二信号路径和第二距离从第一光学传送器阵列行进到第二光学接收器，其中，第二信号路径大致与第一信号路径正交，并且第二距离与第一距离不同。
5.本技术的另一实施例提供包括外壳、第一光学传送器阵列、第二光学传送器、第一光学接收器、第二光学接收器、第三光学接收器和第四光学接收器的电子健身设备。外壳包括被配置为接触用户手腕的底壁。第一光学传送器阵列位于底壁上的第一位置，并且包括第一光学传送器、第二光学传送器和知光学传送器，使得各光学传送器可操作为输出通过用户皮肤的第一光学信号。各第一光学信号具有独特的波长。第二光学传送器阵列位于底壁上的第二位置并且包括第一光学传送器、第二光学传送器和第三光学传送器，使得各光学传送器可操作为输出通过用户皮肤的第二光学信号。各第二光学信号具有等于第一光学传送器阵列的相应第一光学信号的波长的波长。第一光学接收器与第三光学接收器隔开，使得第一光学传送器阵列和第二光学传送器阵列位于第一光学接收器与第三光学接收器
之间。第二光学接收器与第四光学接收器隔开，使得第一光学传送器阵列和第二光学传送器阵列位于第二光学接收器与第四光学接收器之间。各光学接收器可操作为接收第一光学信号和第二光学信号。第一光学信号沿着从第一光学传送器阵列到光学接收器中的每一个的不同信号路径行进，并且，第二光学信号沿着从第二光学传送器阵列到光学接收器中的每一个的不同信号路径行进。
6.本技术的另一实施例提供包括外壳、存储器元件、第一光学传送器阵列、第二光学传送器、第一光学接收器、第二光学接收器、第三光学接收器和第四光学接收器的电子健身设备。外壳包括被配置为接触用户手腕的底壁。存储器元件被配置为存储信噪比阈值。第一光学传送器阵列位于底壁上的第一位置并且可操作为输出通过用户皮肤的多个第一光学信号。各第一光学信号具有独特的波长。第二光学传送器阵列位于底壁上的第二位置并且可操作为输出通过用户皮肤的多个第二光学信号。各第二光学信号具有等于对应的第一光学信号的波长的波长。各光学接收器位于第一光学传送器阵列和第二光学传送器阵列附近。各光学接收器可操作为接收第一光学信号和第二光学信号，并且可操作为产生对应于第一光学信号的第一电子信号和对应于第二光学信号的第二电子信号。处理元件与存储器元件和光学接收器中的每一个耦合。处理元件被配置为：从光学接收器中的每一个接收第一电子信号和第二电子信号，确定第一电子信号和第二电子信号中的每一个的信噪比，以及如果第一电子信号和第二电子信号的信噪比高于信噪比阈值，则处理第一电子信号和第二电子信号。
7.提供本发明内容是为了以简化的形式介绍概念的选择，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。通过以下对实施例和附图的详细描述，本技术的其它方面和优点将是清楚的。
附图说明
8.下面参考附图详细描述本技术的实施例，其中：
9.图1是根据本技术的各种实施例构造的佩戴在用户手腕上的电子健身设备的俯视图；
10.图2是电子健身设备的各种电子组件的示意性框图；
11.图3是电子健身设备的底视图，示出多个光学传送器阵列和多个光学接收器；
12.图4a是光学传送器阵列和光学接收器的第一实施例的示意性框图；
13.图4b是光学传送器阵列和光学接收器的第二实施例的示意性框图；
14.图5a是第一光学传送器阵列和光学接收器的示意性框图，示出多个光学信号的信号路径；
15.图5b是第二光学传送器阵列和光学接收器的示意性框图，示出多个光学信号的信号路径；
16.图5c是第三光学传送器阵列和光学接收器的示意性框图，示出多个光学信号的信号路径；
17.图6是光学传送器阵列和光学接收器的第三实施例的示意性框图；
18.图7是电子健身设备在紧贴用户手腕佩戴时的示意性截面图；以及
19.图8是电子健身设备在佩戴在用户手腕上并且在用户手腕上倾斜时的示意性截面图。
20.附图不将本技术限于本文公开和描述的具体实施例。虽然附图未必提供示出的组件或结构的精确尺寸或公差，但是附图要作为某些实施例的示例关于附图中所示结构的组件之间的关系进行缩放。
具体实施方式
21.该技术的以下的详细描述参考示出可以实施该技术的具体实施例的附图。实施例旨在足够详细地描述该技术的各个方面，以使得本领域技术人员能够实践该技术。在不脱离本技术的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以提出变化。因此，不是在限制的意义上进行以下的详细描述。本技术的范围仅由所附权利要求以及这些权利要求涵盖的等同物的全部范围限定。
22.在本说明书中，提到“一个实施例”、“实施例”或“多个实施例”意味着所提到的特征或多个特征包括在该技术的至少一个实施例中。在本说明书中单独地提到“一个实施例”、“实施例”或“多个实施例”不一定指同一实施例并且也不是相互排斥的，除非如此说明和/或除非本领域技术人员从说明书中容易看出。例如，在一个实施例中描述的特征、结构、动作等也可以包括在其它实施例中，但不一定包括。因此，本技术可以包括本文描述的实施例的各种组合和/或集成。
23.本技术的实施例提供可以佩戴在用户手腕上并通过产生和利用光容积图(ppg)信号提供光学心脏监护的电子健身设备，诸如图1所示的电子健身设备。ppg信号用于光学心脏监视，诸如测量用户的脉搏或心率、脉搏血氧饱和度(“pulse ox”)水平(也称为血氧饱和度水平，或sp02)、估计压力水平或最大耗氧率(vo2 max)等。电子健身设备包括第一光学传送器阵列和第二光学传送器阵列，所述第一光学传送器阵列和第二光学传送器阵列中的每一个被配置为输出具有多个波长的光学信号。光学信号穿过用户皮肤，并且一旦它们离开用户皮肤就被多个光学接收器接收。各光学接收器为接收的各光学信号产生电子ppg信号。ppg信号被传送到处理元件，该处理元件处理ppg信号以确定用户的心率或脉搏血氧饱和度。
24.在示例性实施例中，电子健身设备包括四个光学接收器，所述四个光学接收器位于电子健身设备的底壁上并且定向为形成四边形而在四边形的中心具有空间。第一光学传送器阵列位于与光学接收器中的两个相邻或接近的空间中。第二光学传送器阵列位于与其它两个光学接收器相邻或接近的空间中。因此，第一光学传送器阵列沿第一和第二正交轴与第二光学传送器阵列隔开。光学传送器阵列和光学接收器的该配置为从光学传送器阵列到光学接收器穿过用户皮肤的光学信号提供信号多样性。信号多样性包括使光学信号在通过用户皮肤时以不同的距离、通过不同角度、在不同的方向上并且沿不同的路径行进。信号多样性是有益的，因为它允许更准确地确定用户的心率和脉搏血氧饱和度。
25.当电子健身设备变得在用户手腕上倾斜时(在用户运动或锻炼时可能是如此)，光学传送器阵列和光学接收器的该配置也提供改进的性能。现有技术的电子健身设备可以仅具有一个光学传送器。当电子健身设备变得在用户手腕上倾斜时，光学传送器变得与用户皮肤分离。光学传送器与用户皮肤的分离导致光学信号被光学接收器接收时的光学信号电
平大大降低，这又产生具有相对低信噪比(snr)的ppg信号。因此，处理元件可能不能从具有低snr的ppg信号确定心脏信息。具有本技术的配置，第一和第二光学传送器阵列沿第一和第二正交轴彼此间隔开，结果，如果当电子健身设备倾斜时光学传送器阵列中的一个与用户皮肤分离，则另一光学传送器阵列与用户皮肤接触良好。并且，伴随良好的皮肤接触，光学信号电平将相对地高，这导致光学接收器产生具有相对高信噪比的ppg信号。给定具有高信噪比的ppg信号，处理元件能够确定用户的心脏信息。
26.现在将参考附图更详细地描述该技术的实施例。首先参照图1～8，示出电子健身设备10。示例性电子健身设备10可以通过通常佩戴在用户手腕上的智能手表或健身带实现，但也可通过佩戴在用户手臂、腿、头或躯干上的带或腰带实现。电子健身设备10的其它示例可以包括包含可操作为保持光学设备的表面的智能电话或个人数据助理等，该表面可以压靠用户皮肤。电子健身设备10可以大致包括外壳12、腕带14、显示器16、用户界面18、通信元件20、位置确定元件22、第一光学传送器阵列24、第二光学传送器阵列26、第三光学传送器阵列27、第一光学接收器28a、第二光学接收器28b、第三光学接收器28c、第四光学接收器28d、第五光学接收器28e、第六光学接收器28f、第七光学接收器28g、第八光学接收器28h、多个透镜30、存储器元件32和处理元件34。
27.外壳12通常容纳或保持电子健身设备10的其它组件，并可以包括或耦合至腕带14。如图3所示，外壳12可以包括界定内腔(图中未显示)的底壁36、上表面38和至少一个侧壁40。底壁36包括在用户佩戴电子健身设备10时接触用户手腕的较低外表面。底壁36可以基本上平坦，具有使底壁36能够接触用户手腕大部分的轻微弯曲。上表面38与底壁36相对。在各种实施例中，上表面38还可以包括从上表面延伸至内腔的开口。在诸如图中所示的示例性实施例的一些实施例中，外壳12的底壁36可以呈现具有单个圆周侧壁40的圆形、环形或椭圆形。在其它实施例中，底壁36可以是诸如正方形或矩形的四边形或其它多边形，使得外壳12包括四个或更多个侧壁。底壁36可以包括放置、安置或定位光学传送器阵列24、26和光学接收器28的一个或更多个开口。底壁36内的一个或更多个开口可以被可透射和接收光学信号的一个或更多个透镜30覆盖。
28.显示器16通常呈现上述信息，诸如一天中的时间和当前位置等。显示器16可以采用以下技术中的一种实现：发光二极管(led)、有机led(oled)、发光聚合物(lep)或聚合物led(pled)、液晶显示器(lcd)、薄膜晶体管(tft)lcd、led侧照或背光lcd等或其组合。在一些实施例中，显示器16可以具有圆形、环形或椭圆形。在其它实施例中，显示器16可以具有可任意地在横向或纵向方向上观看的正方形或矩形纵横比。
29.用户界面18通常允许用户直接与电子健身设备10交互，并且可以包括按钮或旋转旋钮等。在各种实施例中，显示器16还可以包括占据整个显示器16或其一部分的触摸屏，使得显示器16至少作为用户界面18的一部分发挥作用。触摸屏可以允许用户通过在显示器16的区域上物理触摸、挥击或做手势与电子健身设备10交互。
30.通信元件20通常允许与外部系统或设备通信。通信元件20可以包括信号和/或数据发送和接收电路，诸如天线、放大器、滤波器、混频器、振荡器和数字信号处理器(dsp)等。通信元件20可以通过利用射频(rf)信号和/或数据建立无线通信，该射频(rf)信号和/或数据符合通信标准，诸如蜂窝2g、3g、4g、lte或5g、电气和电子工程师协会(ieee)802.11标准诸如wi
‑
fi、ieee 802.16标准诸如wimax、bluetooth
tm
或其组合。此外，通信元件20可以利用
诸如ant、ant 、bluetooth
tm
低能(ble)或2.4吉赫(ghz)的工业、科学和医学(ism)波段等的通信标准。作为替代，或者另外，通信元件20可以通过接收可以与诸如以太网的联网技术兼容的金属导线或线缆的连接器或耦合器建立通信。在某些实施例中，通信元件20还可以与光纤线缆耦合。通信元件20可以与存储器元件32和处理元件34进行电子通信。
31.位置确定元件22通常确定电子健身设备10的当前地理位置，并可接收和处理来自多群集全球导航卫星系统(gnss)(诸如在美国使用的全球定位系统(gps)、在欧洲使用的galileo系统或在俄罗斯使用的glonass系统等)的射频(rf)信号。位置确定元件22可以伴随或包括天线以协助接收卫星信号。天线可以是贴片天线、线性天线或可与定位或导航设备一起使用的任何其它类型的天线。位置确定元件22可以包括卫星导航接收器、处理器、控制器、其它计算设备或其组合以及存储器。位置确定元件22可以处理来自一个或更多个卫星的信号(这里称为“位置信号”)，该信号包括从中导出诸如当前地理位置的地理信息的数据。当前地理位置可以包括电子健身设备10的当前位置的坐标，诸如纬度和经度。位置确定元件22可以将当前地理位置传送给处理元件34、存储器元件32或两者。
32.虽然位置确定元件22的实施例可以包括卫星导航接收器，但应理解，可以使用其它位置确定技术。例如，可以使用蜂窝塔或任何定制的传送射频塔代替卫星，以通过接收来自至少三个传送位置的数据并然后执行基本三角测量计算以确定设备关于传送位置的相对位置来确定电子健身设备10的位置。通过这种配置，可以使用任何标准几何三角测量算法以确定电子健身设备10的位置。位置确定元件22还可以包括计步器、加速计、指南针或允许其确定设备10的位置的其它航位推算组件或者与其耦合。位置确定元件22可以通过通信网络(诸如通过使用辅助gps(a
‑
gps))或从另一电子设备(诸如健身设备或移动设备(例如，智能电话))确定当前地理位置。位置确定元件22甚至可以直接从用户接收位置数据。
33.第一光学传送器阵列24输出、传送或发射要通过或穿过用户皮肤并在被光学接收器28接收之前离开的多个光学信号。第一光学传送器阵列24包括多个光学传送器42(在图4a、图4b、图5a和图6中用“tx a”前缀表示的各光学传送器42)。在一些实施例中，各光学传送器42可以包括光子发生器，诸如发光二极管(led)、调制器、顶部发射器或边缘发射器等。光子发生器接收来自处理元件34的电输入信号，该电输入信号可以是诸如模拟或数字的电压或电流的控制信号或者数据，该控制信号或者数据中的任一个指示激活或激励光学传送器42以输出具有期望振幅、频率和持续时间的光学信号。各光学传送器42的光子发生器传送或输出在通常在约400纳米(nm)到700纳米之间的可见光光谱中或在通常在约700nm到1毫米(mm)之间的红外光谱中具有特定波长(光学信号)的电磁辐射。然而，在一些实施例中，光子发生器传送波长范围为1000nm到1500nm的电磁辐射。光学信号的波长通常由形成各光学传送器42的光子发生器的材料确定或根据该材料而变化。光学信号可以包括脉冲序列、周期或非周期波形、给定时间段的恒定电平等或其组合。在其它实施例中，各光学传送器42可以包括驱动器电路，该驱动器电路具有电耦合到光子发生器的电子电路，诸如放大器和可选滤波器。驱动器电路可以从处理元件34接收电输入信号(控制信号)，并且驱动器电路可以向光子发生器产生电压或电流，该光子发生器反过来输出光学信号。
34.示例性第一光学传送器阵列24包括被配置或可操作为输出具有第一波长(λ1)的光学信号的第一光学传送器42a1、被配置或可操作为输出具有第二波长(λ2)的光学信号的第二光学传送器42a2和被配置或可操作为输出具有第三波长(λ3)的光学信号的第三光学
传送器42a3。在其它实施例中，第一光学传送器阵列24可以包括更多数量的光学传送器42或更少数量的光学传送器42。第一波长λ1可以在约540nm至约580nm的范围内。第二波长λ2可以在约620nm至约700nm的范围内。第三波长λ3可以在约850nm至约950nm的范围内。第一波长λ1可以被用于确定用户的心率。第二波长λ2和第三波长λ3可以被组合利用以确定用户的脉搏血氧饱和度。
35.第一光学传送器阵列24的光学传送器42可以以任何布置相对于彼此定位。例如，在一些实施例中(如图所示)，光学传送器42位于第一光学传送器阵列24内，使得它们的中心以等边三角形的形式彼此等距分布。在其它实施例中，光学传送器42的定位可以使得它们的中心沿线性轴(诸如沿水平轴或沿垂直轴)对齐，或者采用光学传送器42充分间隔开的任何布置。
36.第二光学传送器阵列26包括一个或更多个光学传送器44(在图4a、图4b、图5b和图6中用“tx b”前缀表示的各光学传送器44)，并且在结构、功能和操作上与第一光学传送器阵列24相似，并且传送或发射要通过或穿过用户皮肤并在被光学接收器28接收之前离开的多个光学信号。示例性的第二光学传送器阵列26包括被配置或可操作为输出具有第一波长λ1的光学信号的第一光学传送器44b1、被配置或可操作为输出具有第二波长λ2的光学信号的第二光学传送器44b2和被配置或可操作为输出具有第三波长λ3的光学信号的第三光学传送器44b3。与第一光学传送器阵列24一样，由第二光学传送器阵列26输出的波长可以被用于执行特定功能。即，第一波长λ1可以被用于确定用户的心率，而第二波长λ2和第三波长λ3可以被组合利用以确定用户的脉搏血氧饱和度。
37.如图3和图4a所示，第一光学传送器阵列24位于外壳12的底壁36上的第一位置或第一开口处，第二光学传送器阵列26位于底壁36上的第二位置或第二开口处。第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26在底壁36上沿第一轴46和与第一轴46正交的第二轴48彼此隔开。如图4a所示，当将底壁36视为xy平面时，第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26沿第一轴46(例如x轴)以及沿第二轴48(例如y轴)彼此隔开。因此，第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26可以被视为彼此对角定位。在一些实施例中，可以在外壳12的底壁36中包括额外的传送器阵列(导致总共四个或更多个传送器阵列)。例如，额外的传送器阵列可以被定位为靠近传送器阵列24和26。
38.在各种实施例中，电子健身设备10包括包含多个光学传送器45(在图4b、图5c和图6中用“tx c”前缀表示的各光学传送器45)的第三光学传送器阵列27。第三光学传送器阵列27在结构、功能和操作上与第一光学传送器阵列24相似，并且传送或发射要通过或穿过用户皮肤并在被光学接收器28接收之前离开的多个光学信号。示例性的第三光学传送器阵列27包括被配置或可操作为输出具有第一波长λ1的光学信号的第一光学传送器45c1、被配置或可操作为输出具有第二波长λ2的光学信号的第二光学传送器45c2和被配置或可操作为输出具有第三波长λ3的光学信号的第三光学传送器45c3。
39.参考图4b，第三光学传送器阵列27在第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26之间位于外壳12的底壁36上的第三位置或第三开口处，使得各阵列24、26、27的中心位于对角线上。因此，第三光学传送器阵列27沿第一轴46和沿第二轴48与第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26隔开。第三光学传送器阵列27可以沿第一轴46和沿第二轴48位于第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26之间的大致中途。在一些实施例中，
第三光学传送器阵列27可大致位于底壁36的中心。
40.第一光学接收器28a、第二光学接收器28b、第三光学接收器28c和第四光学接收器28d(在图4a、图4b、图5a、图5b和图5c中用“rx”前缀表示)分别接收通过或穿过用户皮肤的光学信号。在一些实施例中，各光学接收器28可以包括光电检测器，诸如光电二极管、光电晶体管、光敏电阻或光电管等。光电检测器接收具有多个波长(通常是由光子发生器产生的任何波长)的电磁辐射，并且，作为响应，产生包括电流、电压或其它电参数的电子ppg信号，该电子ppg信号对应于由光学传送器42中的一个传送并从用户皮肤反射(在经过或穿过用户皮肤之后)的调制光学信号的振幅和频率的强度。假设光学接收器28可以接收分别具有特定波长的多个光学信号，则由任何光学接收器28产生的各ppg信号可以是特定波长相关的ppg信号，原因是它包括源自由第一或第二光学传送器阵列24、26的光学传送器42输出的光学信号的特定波长或与其相关的特性或成分。在其它实施例中，各光学接收器28可以包括电耦合到后跟模拟数字转换器(adc)的放大器电路的光电检测器。光电检测器可以接收具有多个波长的电磁辐射，并且，作为响应，可以产生包括电流、电压或其它电参数的输出信号，该输出信号对应于由光学传送器42传送并从用户皮肤反射的调制光学信号的振幅和频率的强度。放大器电路可以接收来自光电检测器的输出信号，并将其放大以产生模拟并传送至adc的放大输出信号。adc可以对放大输出信号进行采样并输出ppg信号，该ppg信号被转换为相应的数字数据流。
41.各光学接收器28可以具有矩形形状，该矩形形状具有各光学接收器28的长度远大于各光学接收器28的宽度的细长纵横比。或者，各光学接收器28可以具有方形、圆形和椭圆形或多个其它几何形状中的任何一个。在实施例中，接收器28围绕传送器阵列24和26形成圆形、环形或多边形，使得环形被分割成4个或更多个单独的接收器28。
42.参考图3、图5a、图5b和图5c，第一光学接收器28a位于外壳12的底壁36上的第三位置或第三开口中。第二光学接收器28b位于底壁36上的第四位置或第四开口中。第三光学接收器28c位于底壁36上的第五位置或第五开口中。第四光学接收器28d位于底壁36上的第六位置或第六开口中。如果在电子健身设备10中包括第三光学传送器阵列27，则第一光学接收器28a位于第四位置或第四开口中、第二光学接收器28b位于第五位置或第五开口中、第三光学接收器28c位于第六位置或第六开口中且第四光学接收器28d位于第七位置或第七开口中。第一光学接收器28a沿底壁36的第一轴46与第三光学接收器28c对齐并隔开。第二光学接收器28b沿第二轴48与第四光学接收器28d对齐并隔开。光学接收器28的定位和定向可以使得在它们之间形成大致以底壁36的中心为中心的四边形(大致正方形)区域，其中，第一光学接收器28a可以相对于底壁36的中心以180度角定向，第二光学接收器28b可以以90度角定向，第三光学接收器28c可以以0度角定向，第四光学接收器28d可以以270度角定向。然而，应当理解，在至少图3中描绘的布置可以旋转90度以形成菱形图案，其中，第一光学传送器阵列24位于第二光学传送器阵列26上方，并且第一光学接收器28a被定位在从来自延伸至底壁36顶部的轴的中心点旋转约45度的位置，第二光学接收器28b被定位在从所述点旋转约135度的位置，第三光学接收器28c被定位在从所述点旋转约225度的位置，第四光学接收器28d被定位在从所述点旋转约315度的位置。并且，光学接收器28被定位，使得它们围绕第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26。即，第一光学接收器28a面对第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26的第一侧。第二光学接收器28b面对第一光学
传送器阵列24和第二光学传送器阵列26的第二侧。第三光学接收器28c面对第一光学传送器阵列传送器阵列24和第二光学传送器阵列26的第三侧。第四光学接收器28d面对第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26的第四侧。
43.参考图6，在各种实施例中，电子健身设备10包括在功能和操作上与上述光学接收器28a～28d类似的第五光学接收器28e、第六光学接收器28f、第七光学接收器28g和第八光学接收器28h(指示为“rx5”、“rx6”、“rx7”和“rx8”)。在这种实施例中，光学接收器28a～28d从以上描述并在图4a、图4b、图5a、图5b和图5c中表示的位置重新定位。光学接收器28a～28h以约45度的角间隔沿着圆形结构的圆周位于底壁36上的开口或位置上。光学传送器阵列24、26、27位于由光学接收器28界定的底壁36上的区域内。各光学接收器28具有大致环形的扇形形状，该扇形形状具有呈弧形或形状类似于两个圆中的一个的圆周的一部分的侧壁和形状大致类似于光学接收器28的圆形形成的半径的一部分的端壁。各接收器28还被配置为从光学传送器阵列24、26、27中的每一个接收光学信号并产生相应的ppg信号。
44.图4a、图4b、图5a、图5b和图5c所示的透镜30通常为光学传送器阵列24、26和光学接收器28提供盖子。另外，透镜30可以被配置、可操作、成形或形成为提供聚焦、准直、折射和衍射等。并且，诸如覆盖光学传送器阵列24、26的透镜30的一些透镜30可以提供一些功能，而诸如覆盖光学接收器28的透镜30的其它透镜30可以提供其它功能。覆盖光学传送器阵列24、26的透镜30可以将由光学传送器42、44发送的光学信号引导至用户的皮肤。覆盖光学接收器28的透镜30可以将从皮肤发出的光学信号引导到光学接收器28。
45.存储器元件32可以由一般存储数据并且特别是存储数字或二进制数据的设备或组件实现，并且可以包括示例性电子硬件数据存储设备或组件，诸如只读存储器(rom)、可编程rom、可擦除可编程rom、诸如静态ram(sram)或动态ram(dram)的随机存取存储器(ram)、高速缓存、硬盘、软盘、光盘、快擦写存储器、拇指驱动器、通用串行总线(usb)驱动器等或其组合。在一些实施例中，存储器元件32可以被嵌入处理元件34中或被封装在与处理元件34相同的封装中。存储器元件32可以包括或者可以构成非暂时性“计算机可读介质”。存储器元件32可以存储由处理元件34执行的指令、代码、代码语句、代码段、软件、固件、程序、应用、app、服务和守护进程等。存储器元件32还可以存储由处理元件34或实现处理元件34的设备接收的数据。处理元件34可进一步存储在处理、计算和/或算计期间产生的数据或中间结果以及处理、计算和/或算计之后的数据或最终结果。另外，存储器元件32可以存储设置、数据、文档、声音文件、照片、电影、图像和数据库等。在各种实施例中，存储器元件32可以存储在电子健身设备10的操作期间检索的诸如阈值等的参数。
46.处理元件34可以包括一个或更多个处理器。处理元件34可以包括电子硬件组件，诸如微处理器(单核或多核)、微控制器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、模拟和/或数字专用集成电路(asic)等或其组合。处理元件34通常可以执行、处理或运行指令、代码、代码段、代码语句、软件、固件、程序、应用、app、进程、服务和守护进程等。处理元件34还可以包括硬件组件，诸如寄存器、有限状态机、顺序和组合逻辑以及可以执行本发明的操作所必需的功能的其它电子电路。在某些实施例中，处理元件34可以包括单独封装但作为单个单元工作的多个计算组件和功能块。处理元件34可以通过包括通用总线、地址总线、数据总线和控制线等的串行或并行链路与其它电子组件进行电子通信。
47.处理元件34可以可操作、配置或编程为通过使用硬件、软件、固件或其组合执行以
下功能。处理元件34产生可以包括恒定或可变、模拟或数字的电压或电流的电输入信号或控制信号或者数据作为单个数量或数量流，并在正常操作模式下将信号传送到任意的第一光学传送器阵列24或第二光学传送器阵列26中的一个。然而，在其它操作模式(诸如测试模式)中，处理元件34可操作为在不同时间单独地将电输入信号或控制信号传送给各光学传送器42、44，同时传送给一组或更多组的光学传送器42、44，或同时传送给所有光学传送器42，44。因此，处理元件34可以产生并传送六个电输入信号或控制信号，每个光学传送器42、44一个。
48.处理元件34根据或取决于由光学接收器28产生的ppg信号的信噪比(snr)产生电输入信号或控制信号并将其传送至第一光学传送器阵列24或第二光学传送器阵列26。各光学接收器28产生源自从任意的第一光学传送器阵列24或第二光学传送器阵列26接收光学信号的ppg信号。并且，ppg信号具有snr，该snr根据许多因素(诸如底壁36和用户皮肤之间的距离)而变化。snr通常与底壁36和用户皮肤之间的距离成反比。例如，底壁36和用户皮肤之间的更大距离或分离导致更低的snr。如果来自第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26两者的ppg信号的snr高于snr阈值，则处理元件34默认可以产生电输入信号或控制信号并将其传送到第一光学传送器阵列24。如果第一光学传送器阵列24或第二光学传送器阵列26中的一个的ppg信号的snr高于snr阈值且另一个的ppg信号的snr不高于snr阈值，则处理元件34可以产生电输入信号或控制信号并将其传送给ppg信号的snr高于snr阈值的光学传送器阵列42、44。如果第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26的ppg信号的snr均不高于snr阈值(可能是由于没有佩戴电子健身设备10)，则处理元件34可以不产生电输入信号或控制信号以及将其传送到任意的光学传送器阵列42、44。
49.处理元件34根据或基于请求执行的功能或操作，产生电输入信号或控制信号，并将其传送至第一光学传送器阵列24或第二光学传送器阵列26内的特定传送器。如果请求心率确定，则处理元件34根据上述条件对于第一时间段产生电输入信号或控制信号并将其传送到第一光学传送器阵列24的第一光学传送器42a1或第二光学传送器阵列26的第一光学传送器44b1。处理元件34对于第二时间段可以暂停。然后，处理元件34可以在暂停之后重复电输入信号或控制信号的产生和传送。
50.如果请求脉搏血氧饱和度确定，则处理元件34对于第一时间段产生电输入信号或控制信号，并将其传送给第一光学传送器阵列24的第二光学传送器42a2或第二光学传送器阵列26的第二光学传送器44b2。处理元件34对于第二时间段可以暂停。然后，处理元件34对于第三时间段产生电输入信号或控制信号，并将其传送给第一光学传送器阵列24的第三光学传送器42a3或第二光学传送器阵列26的第三光学传送器44b3。处理元件34对于第四时间段可以暂停。然后，处理元件34可以以时分复用(tdm)方式重复产生电输入信号或控制信号并将其传送至第二光学传送器42a2、44b2，暂停，产生电输入信号或控制信号并将其传送至第三光学传送器42a3、44b3，以及暂停的序列。
51.处理元件34从光学接收器28中的每一个接收ppg信号。如图5a、图5b、图5c和图7所示，各光学传送器42、44全方位地输出、产生、传送或发射电磁辐射，即光学信号。或者，聚焦的光学信号被用户的皮肤全方位散射。因此，假设底壁36与用户皮肤良好接触并且光学信号通过用户皮肤，每当任何单个光学传送器42、44输出光学信号时，光学接收器28中的每一个就接收光学信号。因此，每当任何光学传送器42、44输出光学信号时，各光学接收器28生
成并传送ppg信号。结果，处理元件34接收来自第一光学接收器28a的第一ppg信号、来自第二光学接收器28b的第二ppg信号、来自第三光学接收器28c的第三ppg信号和来自第四光学接收器28d的第四ppg信号。在包括第五到第八光学接收器28e～28h的实施例中，处理元件34接收来自第五光学接收器28e的第五ppg信号、来自第六光学接收器28f的第六ppg信号、来自第七光学接收器28g的第七ppg信号和来自第八光学接收器28h的第八ppg信号。
52.处理元件34可以通过执行诸如放大、滤波或平均等的动作或其组合调节ppg信号。然后，处理元件34可以从ppg信号提取数据，并根据请求哪个心脏监视值来确定或计算用户的心率或脉搏血氧饱和度。并且，处理元件34可以单独地确定各ppg信号的snr，或者可以确定两个或多个ppg信号的平均值的snr。为了确定将电输入信号或控制信号传送到哪个光学传送器阵列24、26，处理元件34可以将snr与snr阈值进行比较。
53.在包括第三光学传送器阵列27的实施例中，如果源自第一光学传送器阵列24或第二光学传送器阵列26的来自光学接收器28的ppg信号的snr低于snr阈值，则处理元件34可以生成电输入信号或控制信号并将其传送到第三光学传送器阵列27。另外，或者可选地，作为以tdm方式生成和传送电输入信号或控制信号的序列的一部分或基于其它标准，处理元件34可以生成电输入信号或控制信号并将其传送给第三光学传送器阵列27。
54.电子健身设备10可以操作如下。用户可能希望确定其心脏信息，诸如心率或脉搏血氧饱和度。他可以利用用户界面18以指示处理元件34开始确定心率和/或脉搏血氧饱和度的过程。作为替代，或者另外，处理元件34可以具有当发生预定事件时(例如，心率变异性超过预定阈值、体温超过预定阈值等)或定期(例如，每秒、每分钟、每小时、每天等)自动发起确定心率或脉搏血氧饱和度的过程的操作模式。
55.处理元件34生成电输入信号或控制信号，并将其传送至光学传送器阵列24、26中的一个中的光学传送器42、44中的一个。特定光学传送器42、44和特定光学传送器阵列24、26根据或取决于请求哪个心脏参数以及源自来自光学传送器阵列24、26中的每一个的光学信号的ppg信号的snr值而改变。当底壁36如图7所示的那样均匀地与用户皮肤齐平时，尽管默认可以选择第一光学传送器阵列24，但处理元件34可以产生电输入信号或控制信号并将其传送到任意的光学传送器阵列24、26中的光学传送器42、44中的一个。光学传送器42输出通过或穿过用户皮肤并离开的光学信号。在离开时，光学信号由光学接收器28中的每一个接收，并且各光学接收器28产生ppg信号并将其传送给处理元件34。处理元件34接收ppg信号并且对它们进行调节和处理以确定请求的心脏参数。
56.使光学信号在被光学接收器28接收之前在不同方向上、以不同角度、沿不同路径和在不同距离上通过用户皮肤并行进有助于满足提供光信号的信号多样性的目标－这反过来导致更准确地确定用户的心率和脉搏血氧饱和度。在示例性实施例中，由各光学传送器42、44输出的光学信号在被光学接收器28接收之前在四个不同的方向上、以四个不同的角度、沿四条不同的路径以及在四个不同的距离上通过用户皮肤行进。
57.如图8所示，在锻炼过程中，或从用户手臂的正常活动和移动，外壳12的底壁36可能变得在用户手腕上倾斜，使得它不再齐平。在这种情况下，光学传送器阵列24、26中的一个和/或光学接收器28中的一个或更多个可能变得与用户皮肤至少分离某个小距离。在这种情况下，分离的光接收器28可能接收以相对低得多的信号电平或光学强度通过皮肤的光学信号。也许更重要的是，由分离的光学传送器阵列24、26输出的光学信号没有适当地发射
到皮肤中，并且，光学信号中的一些可能被用户皮肤的表面反射－妨碍光学信号适当地穿透到用户皮肤中。因此，源自来自分离的光学传送器阵列24的光学信号的由光学接收器28产生的ppg信号可能具有非常低的snr。处理元件34接收ppg信号并确定snr是否高于snr阈值。如果ppg信号的snr不高于snr阈值，则处理元件34产生电输入信号或控制信号并仅将其传送到未与用户皮肤分离的光学传送器阵列24、26。
58.使第一光学传送器阵列24和第二光学传送器阵列26沿第一和第二正交轴沿外壳12的底壁36彼此分离，导致光学传送器阵列24、26中的至少一个在电子健身设备10在用户手腕上变得倾斜时与用户皮肤进行良好接触。无论电子健身设备10是沿着第一轴(诸如在用户手腕上侧向)变得倾斜还是沿着第二轴(诸如在用户手腕上纵向)变得倾斜，光学传送器阵列24、26中的一个都将与用户皮肤进行良好接触。并且，使光学接收器28被定位为使得光学传送器阵列24、26中的每一个与两个光接收器28相邻和/或接近，导致与用户皮肤良好接触的光学传送器阵列24、26能够与光学接收器28中的至少两个通信。光学传送器阵列24、26和光学接收器28的这种配置即使在电子健身设备10在用户手腕上倾斜时也确保信号多样性，并且在剧烈体力活动期间提供电子健身设备10的鲁棒操作。
59.在包括第三光学传送器阵列27的实施例中，除了如果其它两个光学传送器阵列24，26未与用户皮肤良好接触或者另外如果源自其它两个光学传送器阵列24、26的ppg信号的snr低于snr阈值可以利用第三光学传送器27以外，电子健身设备10可以以如上所述的类似方式操作。另外，或者可选地，作为以tdm方式利用光学传送器阵列24、26、27中的每一个的序列的一部分或者作为其它方案的一部分，可以利用第三光学传送器阵列27。
60.在包括八个光学接收器28的实施例中，各光学接收器28被配置为从光学传送器阵列24、26、27中的每一个接收光学信号，并产生相应的ppg信号。在光学传送器阵列24、26、27周围以45度增量以圆形形式定位八个光学接收器28提供了从源到目的地穿过用户皮肤的光学信号的更大的多样性。因此，光学信号有可能在八个不同方向上、以八个不同角度、沿八条不同路径以及在八个不同距离上穿过用户皮肤。
61.尽管已经参考附图中所示的实施例描述了该技术，但是需要注意的是，在不脱离权利要求书中所述的技术范围的情况下，可以使用等同物并进行替换。
62.在描述了该技术的各种实施例之后，被称为新的并希望受到专利保护的权利包括所附权利要求。