可佩戴心率监视器的制造方法【专利摘要】一些实施例提供一种包含运动传感器及光电容积PPG传感器的可佩戴健身监视装置。所述PPG传感器包含：（i)周期性光源；（ii)光检测器；以及（iii)从所述光检测器的输出确定用户的心率的电路。一些实施例提供用于操作可佩戴健身监视装置的心率监视器以测量心跳波形的一或多个特性的方法。一些实施例提供用于在所述可佩戴健身监视装置确定所述装置未被用户佩戴时在低功率状态中操作所述装置的方法。一些实施例提供用于在所述可佩戴健身监视装置确定所述装置由用户佩戴时在正常功率状态中操作所述装置的方法。【专利说明】可佩戴心率监视器【
技术领域：
】【
背景技术：
】[0001]对个人健康的新近消费者关注已导致在市场上提供多种个人健康监视装置。直到近来，此些装置往往使用起来复杂且通常经设计用于一个活动，例如自行车旅行计算机。[0002]传感器、电子器件及电源小型化之新近进展已允许个人健康监视装置（在本文中还称为"生物计量跟踪"或"生物计量监视"装置）的大小以先前不切实际的极小大小来提供。举例来说，FitbitUltra为约2英寸长、0.75英寸宽及0.5英寸深的生物计量监视装置；其具有封装在此小容积内的像素化显示器、电池、传感器、无线通信能力、电源及接口按钮，以及用于将所述装置附接到口袋或衣服的其它部分的集成夹片。[0003]本发明提供用于以具能量效益的方式基于用户运动及皮肤接近度激活HR监视器的方法及装置。本发明还提供操作心率监视器的LED及光检测器以获得针对例如肤色等不同用户特性而制订的心率的准确读取的方法。【
发明内容】[0004]在附图及下文描述中阐述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面及优点将自所述描述、图式及权利要求书而变得显而易见。注意，下图的相对尺寸可能并非按比例绘制，除非明确指示为按比例缩放的图式。[0005]本发明的一些实施例提供一种操作可佩戴健身监视装置的心率监视器的方法，所述可佩戴健身监视装置具有包含所述心率监视器的多个传感器。所述方法涉及：(a)在第一模式中操作所述心率监视器，同时还在经配置以检测所述可佩戴健身监视装置到用户的皮肤的紧密接近度的第二模式中操作，其中所述第一模式经配置以确定当所述可佩戴健身监视装置紧密接近于所述用户时用户的心跳波形的一或多个特性；(b)从所述第二模式中收集的信息，确定所述心率监视器不接近于所述用户的皮肤；以及（c)响应于确定所述心率监视器不接近于所述用户的皮肤，结束所述心率监视器在所述第一模式中的操作。在一些实施例中，所述心率监视器为光学心率监视器。在一些实施例中，所述心率监视器包含光电容积传感器。在一些实施例中，所述用户的心跳波形的所述一或多个特性包含所述用户的心率。[0006]在一些实施例中，上文操作（a)涉及周期性地在所述第二模式中操作所述心率监视器，同时持续地在所述第一模式中操作所述心率监视器。在一些实施例中，操作（a)涉及在所述第二模式中操作所述心率监视器的出现时间不超过约50%。[0007]在一些实施例中，在所述第二模式中操作所述心率监视器涉及使所述心率监视器中的光源以第二模式频率脉动，且以所述所述第二模式频率检测来自所述光源的光；且在所述第一模式中操作所述心率监视器涉及使所述心率监视器中的光源以第一模式频率脉动，且以所述所述第一模式频率检测来自所述光源的光。在一些实施例中，所述第二模式频率大于所述第一模式频率。[0008]在一些实施例中，在所述第二模式中操作所述心率监视器涉及使所述心脏监视器中的光源以第二频率脉动；以所述第二频率检测来自所述光源的光；以及确定以所述第二频率检测的所述光是否具有指示来自所述光源的所述光已与所述用户的皮肤交互的强度及/或模式。在一些实施例中，所述使所述第二模式源中的所述光脉动涉及发出一连串光脉冲，一些具有可变强度，且其它具有恒定强度。[0009]在一些实施例中，在所述第二模式中操作所述心率监视器涉及：发出具有可变强度的一连串光脉冲；以及确定对应于所述连串光脉冲的所检测光是否具有对应于所述光脉冲的所述可变强度的可变响应。[0010]在一些实施例中，所揭示的用于操作所述心率监视器的方法进一步涉及以皮肤表征模式操作所述心率监视器，所述皮肤表征模式经配置以确定用于在所述第一模式中操作所述心率监视器的至少一个设定。在所述皮肤表征模式中操作涉及：（i)通过发出具有可变强度的一连串光脉冲而使所述心脏监视器中的光源脉动；（ii)检测在所述脉动光已与所述用户的皮肤交互之后的光的强度、强度变化及/或强度模式；以及（iii)从（ii)中检测到的所述强度、强度变化及/或强度模式确定所述用户的皮肤的响应特性。在一些实施例中，所述方法进一步涉及使用所述用户的皮肤的所述响应特性调整所述心率监视器的增益及/或发光强度用于在所述第一模式中操作。在一些实施例中，所述响应特性取决于所述用户的皮肤的不透明度。在一些实施例中，来自（i)的具有可变强度的所发出的所述连串光脉冲用于所述第二模式以及所述皮肤表征模式中。在一些实施例中，在所述皮肤表征模式中操作所述心率监视器涉及周期性地在所述皮肤表征模式中操作所述心率监视器，同时持续地在所述第一模式中操作所述心率监视器。[0011]在一些实施例中，所述装置的所述多个传感器包含运动检测传感器。在一些实施例中，所述运动检测传感器包含加速度计、磁力计、高度计、GPS检测器，或这些传感器中的任一者的组合。在一些实施例中，用于操作心率监视器的所揭示方法涉及：从所述运动检测传感器所输出的信息确定所述可佩戴健身监视装置已安静达至少所界定周期；以及响应于检测到所述可佩戴健身监视装置已安静达至少所界定周期，执行上文所描述的操作（c)。[0012]在一些实施例中，所述用于操作心率监视器的方法进一步涉及在（a)之前在所述第一模式不操作时：（i)使用运动检测传感器检测所述可佩戴健身监视装置的运动及/或通过在第三模式中操作所述心率监视器而检测所述心率监视器到所述用户的皮肤的接近度；以及（ii)当确定所述可佩戴健身监视装置紧密接近于所述用户时，起始所述心率监视器的所述第一模式的操作。[0013]上述实施例涉及在未佩戴状态中检测所述装置，而随后实施例涉及在佩戴状态中检测所述装置。[0014]一些实施例提供一种操作可佩戴健身监视装置的心率监视器的方法，所述可佩戴健身监视装置具有包含所述心率监视器及运动检测传感器的多个传感器。所述方法涉及：(a)使用所述运动检测传感器检测所述可佩戴健身监视装置的运动；(b)响应于在（a)中检测到所述运动，在经配置以检测所述可佩戴健身监视装置到用户的皮肤的紧密接近度的佩戴检测模式中操作所述心率监视器；以及（c)在经由所述佩戴检测模式确定所述可佩戴健身监视装置接近于所述用户的皮肤之后，即刻在经配置以确定所述用户的心跳波形的一或多个特性的第一模式中操作所述心率监视器。在一些实施例中，所述佩戴检测模式的出现时间不超过约50%。在一些实施例中，当所述心率监视器不操作或在低功率模式中操作时，执行（a)。在一些实施例中，操作（a)涉及检测来自所述运动检测传感器的输出，其中所述输出超过所界定阈值。[0015]在一些实施例中，所述方法进一步包含在（a)之前：（i)在所述第一模式中操作所述心率监视器，同时还在经配置以检测所述可佩戴健身监视装置到用户的皮肤的紧密接近度的第二模式中操作；（ii)从所述第二模式中收集的信息，确定所述心率监视器不接近于所述用户的皮肤；以及（iii)响应于确定所述心率监视器不接近于所述用户的皮肤，结束所述心率监视器在所述第一模式中的操作。[0016]在一些实施例中，在所述佩戴检测模式中操作所述心率监视器涉及使所述心率监视器中的光源以佩戴检测模式频率脉动，以及以所述佩戴检测模式频率检测来自所述光源的光。在一些实施例中，在所述第一模式中操作所述心率监视器涉及使所述心率监视器中的所述光源以第一模式频率脉动，以及以所述第一模式频率检测来自所述光源的光。在一些实施例中，所述佩戴检测模式频率大于所述第一模式频率。[0017]在一些实施例中，在所述佩戴检测模式中操作所述心率监视器涉及：从具有第二频率及/或阶段的所述心率监视器中的光源发出光脉冲；检测来自处于所述第二频率及/或阶段的所述光源的光；以及确定在所述第二频率及/或阶段下检测到的所述光是否具有指示来自所述光源的所述光已与所述用户的皮肤交互的强度及/或模式。在一些实施例中，从所述光源发出光脉冲涉及发出具有可变强度的一连串光脉冲。在一些实施例中，所述连串光脉冲中的第一者具有比所述连串光脉冲中的第二者大至少5倍的强度。在一些实施例中，所述连串光脉冲包含具有在与浅色皮肤交互时提供可变响应的强度的第一组脉冲，且所述连串光脉冲还包含在与深色皮肤交互时提供可变响应的强度的第二组脉冲。在一些实施例中，在所述佩戴检测模式中操作所述心率监视器涉及：发出具有可变强度的一连串光脉冲；以及确定对应于所述连串光脉冲的所检测光是否具有对应于所述光脉冲的所述可变强度的可变响应。[0018]在一些实施例中，所述操作可佩戴健身监视装置的心率监视器的方法进一步涉及：从所述运动检测传感器所输出的信息确定所述可佩戴健身监视装置已安静达至少所界定周期；以及响应于检测到所述可佩戴健身监视装置已安静达至少所界定周期，对所述装置断电。[0019]本发明的一些实施例提供用于确定佩戴健身监视装置的用户的皮肤特性的方法。一些实施例提供用于调整所述健身监视装置的心率监视器的操作的方法。一些实施例提供一种操作可佩戴健身监视装置的心率监视器以调整操作所述心率监视器的至少一个设定的方法。所述心率监视器的操作涉及：(a)在皮肤表征模式中通过发出一连串光脉冲而使所述心脏监视器中的光源脉动，所述光脉冲至少一些具有相对于彼此的可变强度；(b)检测在所述光已与所述用户的皮肤交互之后来自在所述皮肤表征模式中发出的所述光脉冲的光的强度变化；（c)从（b)中检测到的光的所述强度变化确定所述用户的皮肤的响应特性；以及（d)使用所述用户的皮肤的所述响应特性调整在用于检测所述用户的心跳波形的一或多个特性的第一模式中操作的所述心率监视器的增益及/或光发射强度。[0020]在所述方法的一些实施例中，所述响应特性取决于所述用户的皮肤的不透明度。在一些实施例中，在所述第一模式中操作及在所述皮肤表征模式中操作是同时执行。在一些实施例中，同时在所述第一模式中操作及在所述皮肤表征模式中操作涉及周期性地确定所述用户的皮肤的响应特性，同时持续地在所述第一模式中操作。在一些实施例中，所述皮肤表征模式的出现时间不超过约50%。[0021]在一些实施例中，在所述第一模式中操作涉及使所述心率监视器中的所述光源以第一频率脉动，以及在所述光已与所述用户的皮肤交互之后以所述第一频率检测来自所述光源的光。在一些实施例中，在所述皮肤表征模式中操作涉及使所述心率监视器中的所述光源以第二频率脉动，以及以所述第二频率检测来自所述光源的光。在一些实施例中，所述第二频率大于所述第一频率。[0022]在一些实施例中，确定所述用户的皮肤的所述响应特性的操作涉及确定以所述第二频率检测到的两个或两个以上光脉冲的强度水平及/或模式。在一些实施例中，所述连串光脉冲包含具有可变强度的一些光脉冲及具有恒定强度的其它光脉冲。[0023]在一些实施例中，所述连串光脉冲包含具有可变强度的至少两个光脉冲。在一些实施例中，所述连串光脉冲包含具有可变强度的至少四个光脉冲。在一些实施例中，在所述皮肤表征模式中发出的所述连串光脉冲包含具有可变强度的至少两个光脉冲。在（c)中确定所述用户的皮肤的响应特性的所述操作涉及确定来自在（b)中检测到的所述光脉冲的光的强度变化的函数或特性。所述强度变化的函数或特性为用以调整在第一模式中操作的所述心率监视器的增益及/或光发射强度的所述用户的皮肤的所述响应特性。[0024]在一些实施例中，确定所述函数或特性涉及从（b)中检测到的所述光脉冲确定光的强度变化的斜率。[0025]在一些实施例中，调整所述心率监视器的增益及/或光发射强度用于在所述第一模式中操作涉及减小发射强度。[0026]在一些实施例中，所述可佩戴健身监视装置包含运动检测传感器。在一些实施例中，所述运动检测传感器包含加速度计、磁力计、高度计、GPS检测器、陀螺仪，或这些传感器中的任一者的组合。[0027]-些实施例提供一种操作可佩戴健身监视装置的心率监视器的方法，所述心率监视器具有光源及光检测器。所述方法涉及基于用户的皮肤特性调整所述心率监视器的操作以改善性能。所述方法涉及：(a)在第一模式中操作所述心率监视器同时还在用于确定用户的皮肤的特性的皮肤表征模式中操作。所述第一模式经配置以确定所述用户的心跳波形的一或多个特性。所述皮肤表征模式操作涉及产生表示来自所述光源的发射强度及来自所述光检测器的对应检测水平的数据点。所述方法进一步涉及：(b)将所述皮肤表征模式的所述数据点拟合到使光源发射强度与光检测器检测水平相关的数学关系；（c)使用所述数学关系确定提供识别为提供良好心率监视器性能的预定光检测器检测水平的光源发射强度设定；以及（d)将所述光源发射强度调整到（c)中所确定的所述设定用于在所述第一模式中操作。[0028]在一些实施例中，所述数学关系为线性的。在一些实施例中，所述预定光检测器检测水平先前确定为具有高信噪比。在一些实施例中，所述方法进一步涉及在（b)之前，确定拟合表示来自所述光源的发射强度及来自所述光检测器的对应检测水平的所述数据点的线的斜率；以及基于所述所确定的斜率及发射强度水平的预设值而设定用于在所述第一模式中操作的所述光源发射强度。[0029]在一些实施例中，所述第一模式与所述皮肤表征模式同时执行。在一些实施例中，同时在所述第一模式中操作及在所述皮肤表征模式中操作涉及周期性地确定所述用户的皮肤的响应特性，同时持续地在所述第一模式中操作。在一些实施例中，所述皮肤表征模式的出现时间不超过约50%。[0030]在一些实施例中，在所述第一模式中操作涉及使所述心率监视器中的所述光源以第一频率脉动，以及在所述光已与所述用户的皮肤交互之后以所述第一频率检测来自所述光源的光。在一些实施例中，在所述皮肤表征模式中操作涉及使所述心率监视器中的所述光源以第二频率脉动，以及在所述光已与所述用户的皮肤交互之后以所述第二频率检测来自所述光源的光。在一些实施例中，所述第二频率大于所述第一频率。[0031]在一些实施例中，在所述皮肤表征模式中操作进一步涉及在所述光已与所述用户的皮肤交互之后确定以所述第二频率检测的两个或两个以上光脉冲的强度水平及/或模式。[0032]在一些实施例中，在所述皮肤表征模式中操作所述心率监视器涉及发出一连串光脉冲，且其中所述光脉冲中的一些具有可变强度，且其它光脉冲具有与彼此相比恒定的强度。[0033]在一些实施例中，在所述皮肤表征模式中操作所述心率监视器涉及发出一连串光脉冲。在一些实施例中，所述光脉冲中的至少两者具有与彼此相比可变的强度。在一些实施例中，所述光脉冲中的至少四者具有与彼此相比可变的强度。[0034]本发明的一些实施例提供一种具有运动传感器的可佩戴健身监视装置，所述运动传感器经配置以提供对应于佩戴所述健身监视装置及光电容积（PPG)传感器的用户的运动的输出。所述PPG传感器包含：（i)周期性光源；（ii)光检测器，其经定位以接收由所述周期性光源与用户的皮肤交互之后发出的周期性光；以及（iii)从所述光检测器的输出确定用户的心率的电路。在一些实施例中，所述周期性光源包含骑跨所述光检测器的两个周期性光源。在一些实施例中，所述光电容积传感器进一步包含具有凹部的外壳，所述光检测器安置在所述凹部中。在一些实施例中，所述光电容积传感器的所述外壳进一步包含第二凹座，所述周期性光源安置在所述第二凹座中。在一些实施例中，所述光电容积传感器的所述外壳突出于所述可佩戴健身监视装置的底表面之上至少约1mm且经配置以在佩戴时压抵所述用户的皮肤。[0035]在一些实施例中，所述光电容积传感器进一步包含经配置以在所述突出外壳压抵所述用户的皮肤时抵抗压缩的弹簧。在一些实施例中，所述光电容积传感器进一步包含在所述光检测器及所述周期性光源之上的頂L膜。在一些实施例中，其中所述PPG传感器的所述周期性光源为LED。[0036]本发明的一些实施例提供一种可佩戴健身监视装置，其具有运动传感器、PPG传感器及控制逻辑。所述PPG传感器包含：（i)周期性光源；（ii)光检测器，其经定位以在与用户的皮肤交互之后接收由所述周期性光源发出的周期性光；以及（iii)从所述光检测器的输出确定用户的心率的电路。所述控制逻辑经配置以：(a)在第一模式中操作所述心率监视器，同时还在经配置以检测所述可佩戴健身监视装置到用户的皮肤的紧密接近度的第二模式中操作，其中所述第一模式经配置以确定当所述可佩戴健身监视装置紧密接近于所述用户时用户的心跳波形的一或多个特性；(b)从所述第二模式中收集的信息，确定所述心率监视器不接近于所述用户的皮肤；以及（C)响应于确定所述心率监视器不接近于所述用户的皮肤，结束所述心率监视器在所述第一模式中的操作。在一些实施例中，在所述第二模式中操作所述心率监视器涉及使所述心率监视器中的光源以第二模式频率脉动，以及以所述第二模式频率检测来自所述光源的光。在一些实施例中，在所述第一模式中操作所述心率监视器涉及使所述心率监视器中的所述光源以第一模式频率脉动，以及以所述第一模式频率检测来自所述光源的光。[0037]在一些实施例中，所述可佩戴健身监视装置的所述控制逻辑经配置以：(a)使用所述运动检测传感器检测所述可佩戴健身监视装置的运动；(b)响应于在（a)中检测到所述运动，在经配置以检测所述可佩戴健身监视装置到用户的皮肤的紧密接近度的佩戴检测模式中操作所述心率监视器；以及（c)在经由所述佩戴检测模式确定所述可佩戴健身监视装置接近于所述用户的皮肤之后，即刻在经配置以确定所述用户的心跳波形的一或多个特性的第一模式中操作所述心率监视器。[0038]在其它实施例中，所述可佩戴健身监视装置的所述控制逻辑经配置以：(a)在皮肤表征模式中通过发出一连串光脉冲而使所述心脏监视器中的光源脉动，所述光脉冲至少一些具有相对于彼此的可变强度；(b)检测在所述光已与所述用户的皮肤交互之后来自在所述皮肤表征模式中发出的所述光脉冲的光的强度变化；(c)从（b)中检测到的光的所述强度变化确定所述用户的皮肤的响应特性；以及（d)使用所述用户的皮肤的所述响应特性调整在用于检测所述用户的心跳波形的一或多个特性的第一模式中操作的所述心率监视器的增益及/或光发射强度。[0039]在另外的实施例中，所述可佩戴健身监视装置的控制逻辑经配置以：（a)在第一模式中操作所述心率监视器，同时还在用于确定用户的皮肤的特性的皮肤表征模式中操作。所述第一模式经配置以确定所述用户的心跳波形的一或多个特性，且所述皮肤表征模式涉及产生表示来自所述光源的发射强度及来自所述光检测器的对应检测水平。所述控制逻辑进一步经配置以：(b)将所述皮肤表征模式的所述数据点拟合到使光源发射强度与光检测器检测水平相关的数学关系；（c)使用所述数学关系确定提供识别为提供良好心率监视器性能的预定光检测器检测水平的光源发射强度设定；以及（d)将所述光源发射强度调整到（c)中所确定的所述设定用于在所述第一模式中操作。【专利附图】【附图说明】[0040]本文所揭示的各种实施方案在附图的图中作为实例而非限制来加以说明，在附图中，相似参考数字可指代类似元件。[0041]图1说明实现经由用户接口的用户交互的实例便携式监视装置。[0042]图2A说明可经由使用带子而紧固到用户的实例便携式监视装置。[0043]图2B提供图2A的实例便携式监视装置的视图，其展示所述装置的面向皮肤的部分。[0044]图2C提供图2A的便携式监视装置的横截面图。[0045]图3A提供实例便携式监视装置的传感器突起的横截面图。[0046]图3B描绘实例便携式监视装置的传感器突起的横截面图；此突起类似于图3A中所呈现的突起，只是光源及光电检测器放置在平坦及/或硬质的PCB上。[0047]图3C提供实例PPG传感器实施方案的另一横截面图。[0048]图4A说明一个潜在PPG光源及光电检测器几何形状的实例。[0049]图4B及4C说明具有光电检测器及两个LED光源的PPG传感器的实例。[0050]图5说明具有突起的经优化PPG检测器的实例，所述突起具有弯曲侧面以免使用户感到不适。[0051]图6A说明具有带子的便携式监视装置的实例；光学传感器及光发射器可放置在所述带子上。[0052]图6B说明具有显示器及腕带的便携式生物计量监视装置的实例。此外，光学PPG(例如，心率）检测传感器及/或发射器可位于生物计量监视装置的侧面上。在一个实施例中，这些各者可位于侧面安装式按钮中。[0053]图7描绘用户按压便携式生物计量监视装置的侧面以从侧面安装式光学心率检测传感器进行心率测量。生物计量监视装置的显示器可展示是否已检测到心率及/或显示用户的心率。[0054]图8说明实例生物计量监视装置智能报警特征的功能性。[0055]图9说明基于生物计量监视装置所经历的移动程度而改变其检测用户心率的方式的便携式生物计量监视装置的实例。[0056]图10说明其上具有自行车应用程序的便携式生物计量监视装置的实例，所述自行车应用程序可显示自行车速度及/或踩踏板的步调以及其它度量。[0057]图11A说明PPG传感器的实例框图，所述PPG传感器具有光源、光检测器、ADC、处理器、DAC/GPI0,及光源强度及开/关控件。[0058]图11B说明类似于图11A的PPG传感器的PPG传感器的实例框图，所述PPG传感器额外使用取样及保持电路以及模拟信号调节。[0059]图11C说明类似于图11A的PPG传感器的PPG传感器的实例框图，所述PPG传感器额外使用取样及保持电路。[0060]图11D说明具有多个可切换光源及检测器、光源强度/开关控件以及信号调节电路的PPG传感器的实例框图。[0061]图11E说明使用同步检测的PPG传感器的实例框图。为执行此类型的PPG检测，其具有解调器。[0062]图11F说明PPG传感器的实例框图，所述PPG传感器除图11A中说明的传感器的特征之外还具有差分放大器。[0063]图11G说明PPG传感器的实例框图，所述PPG传感器具有图11A到KKF中所示的PPG传感器的特征。[0064]图12A说明具有心率或PPG传感器、运动传感器、显示器、振动马达及连接到处理器的通信电路的便携式生物计量监视装置的实例。[0065]图12B说明具有心率或PPG传感器、运动传感器、显示器、振动马达、位置传感器、海拔高度传感器、皮肤电导率/湿度传感器及连接到处理器的通信电路的便携式生物计量监视装置的实例。[0066]图12C说明具有生理传感器、环境传感器及连接到处理器的位置传感器的便携式生物计量监视装置的实例。[0067]图13A说明使用运动信号及光学PPG信号来测量心率的实例。[0068]图13B说明使用运动信号及光学PPG信号来测量心率的另一实例。[0069]图14A说明具有到传感器处理器的模拟连接的传感器的实例。[0070]图14B说明具有到传感器处理器的模拟连接的传感器的实例，所述传感器处理器又具有到应用程序处理器的数字连接。[0071]图14C说明具有连接到应用程序处理器的一个或多个传感器的传感器装置的实例。[0072]图14D说明具有连接到传感器处理器的一个或多个传感器的传感器装置的实例，所述传感器处理器又连接到应用程序处理器。[0073]图15A说明使用顺序算法流程的游泳检测算法的实例。[0074]图15B说明使用并行算法流程的游泳检测算法的实例。[0075]图15C说明使用顺序与并行算法流程的混合的游泳检测算法的实例。[0076]图15D说明使用顺序与并行算法流程的混合的游泳检测算法的实例。[0077]图16A说明可用于PPG感测的取样及保持电路以及差分/仪表放大器的实例示意图。[0078]图16B说明用于PPG传感器的使用受控电流源来在跨阻抗放大器之前补偿"偏置"电流的电路的实例不意图。[0079]图16C说明用于PPG传感器的使用取样及保持电路用于施加到光电二极管（在跨阻抗放大器之前）的电流反馈的电路的实例示意图。[0080]图16D说明用于PPG传感器的使用具有环境光消除功能性的差分/仪表放大器的电路的实例不意图。[0081]图16E说明用于PPG传感器的使用光电二极管补偿由DAC动态地产生的电流的电路的实例不意图。[0082]图16F说明用于PPG传感器的使用光电二极管补偿由受控电压源动态地产生的电流的电路的实例不意图。[0083]图16G说明用于PPG传感器的包含使用"开关电容器"方法的环境光移除功能性的电路的实例示意图。[0084]图16H说明用于PPG传感器的使用光电二极管补偿由恒定电流源产生的电流（此还可使用恒定电压源及电阻器来完成）的电路的实例示意图。[0085]图161说明用于PPG传感器的包含环境光移除功能性及连续样本之间的差分化的电路的实例不意图。[0086]图16J说明用于环境光移除及连续样本之间的差分化的电路的实例示意图。[0087]图17A展示使用光探测机构确定心率监视器被佩戴（"腕上"）还是未被佩戴（"腕外"）的过程的示意图。[0088]图17B展示使用单独光探测机构用于腕外检测（以退出PPG心率监视）及腕上检测（以进入PPG心率监视）的过程的示意图。[0089]图18A展示根据一些实施例的用于具有心率监视器的可佩戴健身监视装置以具能量效益的方式在不同模式中操作的处理流程图。[0090]图18B展示根据一些实施例的用于操作具有心率监视器的可佩戴健身监视装置的另一处理流程图，其以用于检测心脏信号的第一模式及用于检测未佩戴状态的第二模式的同时操作开始。[0091]图18C展示在一些实施例中用以提供心率对用于探测用户身体的接近度的光脉冲的数据的光脉冲的草图。[0092]图18D展示在一些实施例中可用以提供心率对用于探测用户身体的接近度的光脉冲的数据的光脉冲的另一草图。[0093]图19A展示由心率监视器的光源发出的光强度与由心率监视器的光电检测器检测的信号之间的两个关系。[0094]图19B描绘TIA信号的由心脏跳动引起的时间调制。[0095]图19C展示用于通过调整心率监视器的光发射功率及/或光检测增益而操作可佩戴健身监视装置的心率监视器的过程的流程图。[0096]图19D展示可用以调节心率监视器的光源强度及/或光检测增益的光脉冲信号模式。[0097]图19E及19F分别展示针对不同皮肤特性的发射强度与检测强度之间的线性及非线性的数学关系。【具体实施方式】[0098]本发明是针对生物计量监视装置（其在本文以及以引用的方式并入的任何参考案中还可称为"生物计量跟踪装置"、"个人健康监视装置"、"便携式监视装置"、"便携式生物计量监视装置"、"生物计量监视装置"，等等），其通常可描述为可佩戴装置，通常具有小的大小，经设计以由人们相对连续地佩戴。在佩戴时，此些生物计量监视装置搜集关于穿戴者所执行的活动或佩戴者的生理状态的数据。此数据可包含表示佩戴者周围的周围环境或佩戴者与环境的交互的数据，例如，关于佩戴者的移动的运动数据、环境光、环境噪声、空气质量，等，以及通过测量佩戴者的各种生理特性而获得的生理数据，例如心率、排汗水平，等。[0099]如上文所提及，生物计量监视装置在大小上通常为小的以使佩戴者不引人注目。Fitbit提供全部都非常小且非常轻的若干种生物计量监视装置，例如，FitbitFlex为一种腕带，其具有可插入式生物计量监视装置，其约〇.5英寸宽乘1.3英寸长乘0.25英寸厚。生物计量监视装置通常经设计以能够在没有不适感的情况下佩戴长时间周期，且不干扰正常的日常活动。[0100]在一些情况下，生物计量监视装置可利用在生物计量监视装置外部的其它装置，例如，呈胸带上的EKG传感器形式的外部心率监视器可用以获得心率数据，或智能电话中的GPS接收器可用以获得位置数据。在此些情况下，生物计量监视装置可使用有线或无线通信连接与这些外部装置通信。本文中所揭示及论述的概念可应用于独立生物计量监视装置以及利用提供于外部装置中的传感器或功能性（例如，外部传感器、由智能电话提供的传感器或功能性，等）的生物计量监视装置两者。[0101]一般来说，本文中论述的概念可实施于独立生物计量监视装置以及（在适当时）利用外部装置的生物计量监视装置中。[0102]应理解，尽管本文中所包含的概念及论述是在生物计量监视装置的上下文中呈现，但如果适当硬件可用，那么这些概念还可同样应用于其它上下文中。举例来说，许多现代智能电话包含通常包含于生物计量监视装置中的例如加速度计等运动传感器，且如果适当硬件可用于装置中，那么本文中论述的概念可实施于该装置中。在效果上，此可看作将智能电话转变为某一形式的生物计量监视装置（但为大于典型生物计量监视装置且可能不以相同方式佩戴的生物计量监视装置）。此些实施方案也应理解为处于本发明的范围内。[0103]本文中论述的功能性可使用数种不同方法来提供。举例来说，在一些实施方案中，处理器可由存储在存储器中的计算机可执行指令控制以便提供如本文所述的功能性。在其它实施方案中，此功能性可以电路的形式来提供。在又其它实施方案中，此功能性可由受存储在与一或多个专门设计的电路耦合的存储器中的计算机可执行指令控制的一或多个处理器来提供。可用以实施本文中概述的概念的硬件的各种实例包含但不限于专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列（FPGA)，及与存储用于控制通用微处理器的可执行指令的存储器耦合的通用微处理器。[0104]独立生物计量监视装置可以数个形状因数来提供，且可经设计而以多种方式佩戴。在一些实施方案中，生物计量监视装置可经设计以可插入到一可佩戴壳体中或可插入到多个不同的可佩戴壳体中，例如，腕带壳体、带夹壳体（belt-clipcase)、挂件壳体、经配置以附接到例如自行车等一件锻炼设备的壳体，等。此些实施方案更详细地描述于例如2013年9月17日申请的第14/029,764号美国专利申请案中，所述美国专利申请案为此目的特此以引用的方式并入。在其它实施方案中，生物计量监视装置可经设计以仅按一种方式佩戴，例如，以不可移除方式集成到腕带中的生物计量监视装置可既定仅佩戴在人的手腕（或可能脚踝）上。[0105]根据本文所述的实施例及实施方案的便携式生物计量监视装置可具有适于耦合至IJ(例如，紧固到、佩戴、被支承，等）用户的身体或衣服的形状及大小。便携式生物计量监视装置的实例展示于图1中；所述实例便携式监视装置可具有用户接口、处理器、生物计量传感器、存储器、环境传感器及/或可与客户端及/或服务器通信的无线收发器。手腕佩戴型便携式生物计量监视装置的实例展示于图2A到2C中。此装置可具有显示器、按钮、电子器件封装，及/或附接带。附接带可经由使用钩环（例如，Velcro)、卡扣及/或具有为其形状的存储器的带子（例如，经由使用弹簧金属带）而紧固到用户。在图2B中，可看到用于配合充电器及/或数据发射缆线的传感器突起及凹部。在图2C中，展示穿过电子器件封装的横截面。值得注意的是传感器突起、主PCB板，及显示器。[0106]便携式生物计量监视装置可从嵌入式传感器及/或外部装置收集一或多个类型的生理及/或环境数据，且将此信息传达或中继到其它装置（包含能够充当可接入因特网的数据源的装置），因而准许例如使用网络浏览器或基于网络的应用程序来检视所收集的数据。举例来说，当用户佩戴着生物计量监视装置时，生物计量监视装置可使用一或多个生物计量传感器计算并存储用户的步数。生物计量监视装置可接着将表示用户的步数的数据发射到网络服务（例如，WWW.fitbit.com)上的账户、计算机、移动电话，或其中可存储、处理且由用户观测数据的保健站。实际上，生物计量监视装置除用户的步数之外或代替用户的步数还可测量或计算多个其它生理度量。这些生理度量包含但不限于能量消耗，例如，卡路里燃烧值、爬上及/或爬下的楼层数、心率、心率变化、心率恢复、位置及/或走向（例如经由GPS、GL0NASS或类似系统）、上升、走动速度及/或行进距离、游泳单程计数、泳姿类型及检测到的计数、自行车距离及/或速度、血压、血糖、皮肤传导、皮肤及/或身体温度、经由肌电描记术测量的肌肉状态、通过脑电图描记术测量的大脑活动、体重、身体脂肪、卡路里摄入、从食物的营养摄入、药物摄入、睡眠周期，例如时钟时间、睡眠阶段、睡眠质量及/或持续时间、pH值水平、水合作用水平、呼吸速率，及其它生理度量。生物计量监视装置还可以测量或计算与用户周围的环境有关的度量，例如大气压力、天气条件（例如，温度、湿度、花粉计数、空气质量、雨/雪条件、风速）、光暴露（例如，环境光、UV光暴露、在黑暗中花费的时间及/或持续时间）、噪音暴露、辐射暴露，及磁场。此外，从生物计量监视装置收集数据流的生物计量监视装置或系统可计算从此数据导出的度量。举例来说，装置或系统可经由心率变化、皮肤传导、噪音污染及睡眠质量的组合来计算用户的紧张及/或放松水平。在另一实例中，装置或系统可经由药物摄入、睡眠数据及/或活动数据的组合来确定医疗干预（例如药物）的功效。在又一实例中，生物计量监视装置或系统可经由花粉数据、药物摄入、睡眠及/或活动数据的组合来确定过敏药物的功效。提供这些实例仅为了说明，且并不希望为限制性的或详尽的。传感器装置的进一步实施例及实施方案可见于2011年6月8日申请的标题为"便携式生物计量监视装置及其操作方法（PortableBiometricMonitoringDevicesandMethodsofOperatingSame)"的美国专利申请案13/156,304及2012年8月6日申请的标题为"Fitbit跟踪器（FitbitTracker)"的美国专利申请案61/680,230中，所述美国专利申请案两者的全文特此以引用的方式并入本文中。[0107]生理传感器[0108]本文中论述的生物计量监视装置可使用一个、一些或所有以下传感器来获取生理数据，包含但不限于下表中概述的生理数据。生理传感器及/或生理数据的所有组合及排列既定落入本发明的范围内。生物计量监视装置可包含但不限于以下指定用于获取对应生理数据的一个、一些或所有传感器的类型；实际上，还可或替代地使用其它类型的传感器来获取对应生理数据，且此些其它类型的传感器也既定落入本发明的范围内。此外，生物计量监视装置可从对应传感器输出数据导出生理数据，包含但不限于其可从所述传感器导出的生理数据的数目或类型。[0109]【权利要求】1.一种操作可佩戴健身监视装置的心率监视器的方法，所述可佩戴健身监视装置包括包含所述心率监视器的多个传感器，所述方法包括：(a)在第一模式中操作所述心率监视器，同时还在经配置以检测所述可佩戴健身监视装置与用户的皮肤的紧密接近度的第二模式中操作，其中所述第一模式经配置以确定当所述可佩戴健身监视装置紧密接近于所述用户时用户的心跳波形的一或多个特性；(b)从所述第二模式中收集的信息，确定所述心率监视器不接近于所述用户的皮肤；以及(c)响应于确定所述心率监视器不接近于所述用户的皮肤，结束所述心率监视器在所述第一模式中的操作。2.-种操作可佩戴健身监视装置的心率监视器的方法，所述可佩戴健身监视装置包括包含所述心率监视器及运动检测传感器的多个传感器，所述方法包括：(a)使用所述运动检测传感器检测所述可佩戴健身监视装置的运动；(b)响应于在（a)中检测到所述运动，在经配置以检测所述可佩戴健身监视装置与用户的皮肤的紧密接近度的佩戴检测模式中操作所述心率监视器；以及(c)在经由所述佩戴检测模式确定所述可佩戴健身监视装置接近于所述用户的皮肤之后，即刻在经配置以确定所述用户的心跳波形的一或多个特性的第一模式中操作所述心率监视器。3.-种操作可佩戴健身监视装置的心率监视器以调整操作所述心率监视器的至少一个设定的方法，其中操作所述心率监视器包括：(a)在皮肤表征模式中通过发出一连串光脉冲而使所述心脏监视器中的光源脉动，所述光脉冲至少一些具有相对于彼此的可变强度；(b)检测在所述光已与所述用户的皮肤交互之后来自在所述皮肤表征模式中发出的所述光脉冲的光的强度变化；(c)从（b)中检测到的光的所述强度变化确定所述用户的皮肤的响应特性；以及(d)使用所述用户的皮肤的所述响应特性调整在用于检测所述用户的心跳波形的一或多个特性的第一模式中操作的所述心率监视器的增益及/或光发射强度。4.一种操作可佩戴健身监视装置的心率监视器的方法，其中所述心率监视器包括光源及光检测器，所述方法包括：(a)在第一模式中操作所述心率监视器同时还在用于确定用户的皮肤的特性的皮肤表征模式中操作，其中所述第一模式经配置以确定所述用户的心跳波形的一或多个特性，且其中所述皮肤表征模式包括产生表示来自所述光源的发射强度及来自所述光检测器的对应检测水平的数据点；(b)将所述皮肤表征模式的所述数据点拟合到使光源发射强度与光检测器检测水平相关的数学关系；(c)使用所述数学关系确定提供识别为提供良好心率监视器性能的预定光检测器检测水平的光源发射强度设定；以及(d)将所述光源发射强度调整到（c)中所确定的所述设定用于在所述第一模式中操作。5.-种可佩戴健身监视装置，其包括：运动传感器，其经配置以提供对应于佩戴所述健身监视装置的用户所进行的运动的输出；以及光电容积传感器，其包括：（i)周期性光源；（ii)光检测器，其经定位以接收由所述周期性光源与用户的皮肤交互之后发出的周期性光；以及（iii)从所述光检测器的输出确定用户的心率的电路。6.-种可佩戴健身监视装置，其包括：运动传感器，其经配置以提供对应于佩戴所述健身监视装置的用户所进行的运动的输出；光电容积传感器，其包括：（i)周期性光源；（ii)光检测器，其经定位以接收由所述周期性光源与用户的皮肤交互之后发出的周期性光；以及（iii)从所述光检测器的输出确定用户的心率的电路；以及控制逻辑，其经配置以：(a)在第一模式中操作所述心率监视器，同时还在经配置以检测所述可佩戴健身监视装置与用户的皮肤的紧密接近度的第二模式中操作，其中所述第一模式经配置以确定当所述可佩戴健身监视装置紧密接近于所述用户时用户的心跳波形的一或多个特性；(b)从所述第二模式中收集的信息，确定所述心率监视器不接近于所述用户的皮肤；以及(c)响应于确定所述心率监视器不接近于所述用户的皮肤，结束所述心率监视器在所述第一模式中的操作。7.-种可佩戴健身监视装置，其包括：运动传感器，其经配置以提供对应于佩戴所述健身监视装置的用户所进行的运动的输出；光电容积传感器，其包括：（i)周期性光源；（ii)光检测器，其经定位以接收由所述周期性光源与用户的皮肤交互之后发出的周期性光；以及（iii)从所述光检测器的输出确定用户的心率的电路；以及控制逻辑，其经配置以：(a)使用所述运动检测传感器检测所述可佩戴健身监视装置的运动；(b)响应于在（a)中检测到所述运动，在经配置以检测所述可佩戴健身监视装置与用户的皮肤的紧密接近度的佩戴检测模式中操作所述心率监视器；以及(c)在经由所述佩戴检测模式确定所述可佩戴健身监视装置接近于所述用户的皮肤之后，即刻在经配置以确定所述用户的心跳波形的一或多个特性的第一模式中操作所述心率监视器。8.-种可佩戴健身监视装置，其包括：运动传感器，其经配置以提供对应于佩戴所述健身监视装置的用户所进行的运动的输出；光电容积传感器，其包括：（i)周期性光源；（ii)光检测器，其经定位以接收由所述周期性光源与用户的皮肤交互之后发出的周期性光；以及（iii)从所述光检测器的输出确定用户的心率的电路；以及控制逻辑，其经配置以：(a)在皮肤表征模式中通过发出一连串光脉冲而使所述心脏监视器中的光源脉动，所述光脉冲至少一些具有相对于彼此的可变强度；(b)检测在所述光已与所述用户的皮肤交互之后来自在所述皮肤表征模式中发出的所述光脉冲的光的强度变化；(c)从（b)中检测到的光的所述强度变化确定所述用户的皮肤的响应特性；以及(d)使用所述用户的皮肤的所述响应特性调整在用于检测所述用户的心跳波形的一或多个特性的第一模式中操作的所述心率监视器的增益及/或光发射强度。9.一种可佩戴健身监视装置，其包括：运动传感器，其经配置以提供对应于佩戴所述健身监视装置的用户所进行的运动的输出；光电容积传感器，其包括：（i)周期性光源；（ii)光检测器，其经定位以接收由所述周期性光源与用户的皮肤交互之后发出的周期性光；以及（iii)从所述光检测器的输出确定用户的心率的电路；以及控制逻辑，其经配置以：(a)在第一模式中操作所述心率监视器同时还在用于确定用户的皮肤的特性的皮肤表征模式中操作，其中所述第一模式经配置以确定所述用户的心跳波形的一或多个特性，且其中所述皮肤表征模式包括产生表示来自所述光源的发射强度及来自所述光检测器的对应检测水平的数据点；(b)将所述皮肤表征模式的所述数据点拟合到使光源发射强度与光检测器检测水平相关的数学关系；(c)使用所述数学关系确定提供识别为提供良好心率监视器性能的预定光检测器检测水平的光源发射强度设定；以及(d)将所述光源发射强度调整到（c)中所确定的所述设定用于在所述第一模式中操作。【文档编号】A61B5/0205GK104207755SQ201410243169【公开日】2014年12月17日申请日期:2014年6月3日优先权日:2013年6月3日【发明者】谢尔顿·杰骄·袁,洪廷旭申请人:飞比特公司