CN105379306B - 光导装置和包含光导装置的监测装置 - Google Patents

Abstract

一种配置为附连到人耳上的监测装置包括底座、从底座向外延伸的耳塞外壳、以及包围耳塞外壳的盖，耳塞外壳配置为定位在受体的耳中。底座包括扬声器、光发射器和光检测器。盖包括透光材料，其与光发射器和光检测器处于光学连通，并且用作光导向器，以便在一个或多个预定位置将光从光发射器传送至佩带该装置的受体的耳道中，并收集耳塞外壳之外的光，并将收集的光传送至光检测器。

Description

光导装置和包含光导装置的监测装置

相关申请

本申请是于2010年1月21日提交的美国专利申请第No.12/691, 388号的延续部分，其要求享有于02/25/2009提交的美国临时专利申请No.61/208,567、于02/25/2009提交的美国临时专利申请No.61/208, 574、于4/13/2009提交的美国临时专利申请No.61/212,444、以及于8/14/2009提交的美国临时专利申请No.61/274,191的权益和优先权，其公开通过引用而结合在本文中，就如其整体所述。

技术领域

本发明总地涉及头戴式受话器，更具体地说涉及头戴式受话器耳塞。

背景技术

对于个人健康和环境监测存在不断增长的市场需求，例如在锻炼、运动型训练、饮食、日常生活活动、疾病和物理疗法期间用于测量整体健康和代谢。然而，传统的健康监测器和环境监测器可为庞大、坚硬且不舒服的，通常不适合于日常身体活动期间使用。在产生和比较普通公众和特定人口统计群体的健康和环境统计数据方面也存在日益增长的兴趣。例如，汇集的统计数据可使健康护理行业和医疗社区将健康护理资源引导至它们最具有价值的地方。然而，收集这些统计数据的方法可为昂贵且费力的，时常在多个位置利用基于人力的记录/分析步骤。

因此，需要改进的收集、储存和分析生理信息的途径。另外，在每天生活活动期间，尤其在期间高活动水平下从人身上无缝地提取生理信息的改进的途径对于增强适应性训练和健康护理的质量，促进和利于预防，并减少健康护理成本是很重要的。

发明内容

应该懂得，提供的这个概述用于以简化的形式引入一组概念，这些概念将在下面详细说明中进行进一步地描述。本概述并不想确定本公开的关键特征或本质特征，其也不会限制本发明的范围。

根据本发明的某些实施例，一种配置为附连到人耳上的头戴式受话器包括底座、从底座向外延伸的耳塞(earbud)外壳、以及包围耳塞外壳的盖，耳塞外壳配置为定位在受体的耳中。底座包括扬声器、光发射器和光检测器。盖包括透光材料，其与光发射器和光检测器处于光学连通，并且用作光导向器，以便在一个或多个预定位置将光从光发射器传送至佩带头戴式受话器的受体的耳道中，并收集耳塞外壳之外的光，并将收集的光传送至光检测器。光发射器通过光导盖将光能引导向耳的特定区域，并且光检测器检测从耳区域发出的次级光能。在某些实施例中，光检测器可包括滤光器，其配置为使处于选择性的波长的次级光能通过。在某些实施例中，盖的透光材料可通过例如使用包层材料和/或反光材料来配置，使得盖用作平行地联接在光发射器和传感器上的光导向器。在某些实施例中，盖的透光材料可通过例如使用包层材料和/或反光材料来配置，使得盖用作垂直地联接在光发射器和传感器上的光导向器。

在某些实施例中，头戴式受话器可包括固定在底座上的各种电子构件。例如，头戴式受话器可包括一个或多个环境传感器，其配置为检测和/或测量头戴式受话器附近的环境条件。头戴式受话器可包括信号处理器，其配置为接收和处理光检测器所产生的信号。例如，在某些实施例中，信号处理器可配置为提取次级光能，并除去光学噪声或环境噪声。头戴式受话器可包括信号处理器，其配置为接收和处理一个或多个环境传感器所产生的信号。另外，头戴式受话器可包括发送器，其配置为将信号处理器所处理的信号实时发送至远程装置。根据本发明实施例的头戴式受话器可利用例如蓝牙®、Wi-Fi、ZigBee或其它无线发送器。

在某些实施例中，外壳固定在并覆盖在底座上，从而封闭和保护扬声器、光发射器和光检测器，以及其它固定在底座上的电子构件(例如传感器、处理器、发送器等等)。

耳塞外壳与扬声器处于声连通，并且具有至少一个可供来自扬声器的声音穿过的孔。包围耳塞外壳的光导盖还包括至少一个可供来自扬声器的声音穿过的孔。盖可由柔软的弹性材料，例如硅形成，其在插入受体的耳道中时发生变形。在某些实施例中，盖包括对准部件，其有利于耳塞外壳在受体的耳道中对准。

根据本发明的实施例，从光发射器被引导到受体的耳中的光和后续在光检测器上收集的光可用于检测和/或测量尤其体温、表皮温度、血液气体水平、肌肉张力、心率、血流量、心肺功能等等。

在本发明的某些实施例中，光导盖可包括透镜，其与光发射器和/或光检测器处于光学连通。透镜可配置为使光发射器所发射的光聚焦，从而使收集的光聚焦于光检测器的方向。在某些实施例中，在光导盖中可包含多个透镜。

在某些实施例中，光导盖可包括与透光材料处于光学连通的光扩散区域，其使光检测器所发射的光扩散。

在某些实施例中，光导盖可包括发光区域，例如荧光体容纳区域，其与透光材料处于光学连通。发光区域可内置于光导盖中和/或光导盖的表面上。发光区域配置为接收光发射器所发射的光，并将至少一部分接收的光转换成具有与接收的光不同波长的光。

在某些实施例中，光导盖包括一个或多个成形于里面的槽。各个槽配置为将外部的光引导至光检测器上。

在某些实施例中，光导盖的透光材料配置为将来自光发射器的光引导到盖的外表面上的多个位置，从而传送到受体的耳道中。

在某些实施例中，光导盖的透光材料是透明材料，或者在选择的位置包括透明材料。

在某些实施例中，反光材料至少位于光导盖的内表面和外表面的其中一个或这两者的一部分上。

根据本发明的某些实施例，用于头戴式受话器的光导耳塞包括透光材料，其与头戴式受话器相关联的光发射器和光检测器处于光学连通。透光材料配置为在一个或多个预定位置将来自光发射器的光传送到受体的耳道中，并收集耳塞外壳之外的光，并将收集的光传送至光检测器。在某些实施例中，光发射器和光检测器可与耳塞集成一体。例如，在某些实施例中，柔性光发射器包含在耳塞中，并与透光材料处于光学连通。

在某些实施例中，耳塞包括至少一个与透光材料处于光学连通的透镜。各个透镜可配置为将来自光发射器的光聚焦到受体耳中的一个或多个预定位置，并且/或者将收集的外部光聚焦到光检测器上。

在本发明的某些实施例中，耳塞可包括发光材料。荧光通过光发射器而从发光材料的光激励中产生。

在本发明的某些实施例中，耳塞可集成传感器模块，其包含多个用于测量生理信息的传感器元件和至少一个用于测量噪声信息的噪声源。这里使用的“噪声源”指传感器，例如光学传感器、惯性传感器、电传导传感器、电容传感器、电感传感器等等，并且其名称源自于其是滤波器的输入源，例如下面所述的自适应滤波器。

传感器模块的生理传感器可产生信号，其包括生理信息加噪声信息。通过电子过滤方法，例如信号处理技术将来自传感器模块的生理信息和噪声信息与来自传感器模块的噪声源的噪声信息组合起来，从而可除去噪声。这种信号处理技术的具体示例包括FIR(有限脉冲响应)、IIR(无限脉冲响应)、信息学、机器学习和自适应滤波器方法。自适应滤波器的输出可为生理信号，其是完全或部分没有噪声的。在某些实施例中，由于受体活动例如奔跑而引起的运动相关的噪声可从光体积描记术(PPG)传感器所产生的生理加噪声信号中除去，以便测量血液成分水平或血液流动性，例如血液氧气水平、VO₂或心律。

在本发明的某些实施例中，自适应滤波器的噪声源输入可包括光能的“受阻通道”、惯性传感器或环境能量。在某些实施例中，环境能量可为不需要的周围光学噪声。

在本发明的某些实施例中，处理器/多路复用器处理生理信号和噪声信号，转换成数据串。这种数据串可包含生理信息相关的信息和运动相关的信息。处理方法可包括信号处理技术，例如预自适应的信号调节、自适应滤波和参数提取。

在某些实施例中，耳塞包括一个或多个传感器模块，其包括一个或多个用于感测生理信息和环境信息，例如噪声的传感器。因此，耳塞可用作生理监测以及环境监测的功能。在某些实施例中，耳塞可包括微处理器，其与传感器模块保持电连通。例如，包含在耳塞中的微处理器可配置为执行自适应滤波算法，以便从耳塞的传感器模块所产生的至少一个信号中除去噪声。微处理器还可配置为处理来自一个或多个传感器的信息，以便产生数字输出串，其中数字输出串包括多个生理和运动相关的信息。

根据本发明的某些实施例，可并入到头戴式受话器和/或耳塞中的生理传感器，其可配置为检测和/或测量一种或多种以下类型的生理信息：心率、脉搏率、呼吸率、血流量、VO₂、VO₂max、心跳信号、心肺健康、器官健康、代谢、电解质类型和/或浓度、体力活动、热量摄入、热量代谢、血液代谢物水平或比率、血液pH值、物理和/或心理压力水平和/或应力水平指标、药物剂量和/或剂量、生理反应的药物、药物化学、生物化学、位置和/或平衡、体应变、神经功能、大脑活动、脑电波、血压、颅内压、水化水平、听诊信息、与妊娠相关的听诊信号、对感染的生理反应、皮肤和/或核心体温、眼部肌肉的运动、血液量、吸入和呼出气体体积、物理、呼出的物理和/或化学成分、病毒和/或细菌的存在和/或身份和/或浓度、身体中的外来物质、内部毒素、身体中的重金属、焦虑、生育、排卵、性激素、心理情绪、睡眠模式、饥饿和/或渴、激素类型和/或浓度、胆固醇、血脂、血面板、骨密度、器官和/或身体的重量、反射反应、性唤起、精神和/或身体警觉性、嗜睡、听诊信息、对外界刺激的响应、吞咽体积、吞咽率、疾病、语音特征、语音声调、语音音高、音量、生命指征、头部俯仰角、过敏反应、炎症反应、自动免疫反应、致突变反应、DNA、蛋白质、在血液中的蛋白水平、血液的水含量、信息素、内部身体的声音、消化系统功能、细胞再生反应、愈合反应、干细胞再生反应等等。

根据本发明的某些实施例，可并入到头戴式受话器和/或耳塞中的环境传感器，其可配置为检测和/或测量一种或多种以下类型的环境信息：气候、湿度、温度、压力、大气压力、烟尘密度、空气携带的粒子密度、空气携带的粒子大小、空气携带的颗粒形状、空气携带的粒子身份、挥发性有机化学品（VOC）、碳氢化合物、多环芳烃（PAH）、致癌物质、毒素、电磁能量、光辐射、X射线、γ射线、微波辐射、太赫兹辐射、紫外线辐射、红外辐射、无线电波、原子能量α粒子、原子能量β粒子、重力、光强度、光频率、光闪烁、光相、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、氧化亚氮、硫化物、空气携带的污染、空气中的外来物质、病毒、细菌、来自化学武器的信号、风、空气湍流、音声能量、超声波能量、噪声污染、人类的声音、动物的声音、来自他人的疾病、他人呼出的气息和/或成分、来自他人的毒素、来自他人的信息素、工业和/或运输的声音、过敏原、动物毛发、花粉、来自发动机的废气、蒸气和/或烟雾、燃料、矿藏和/或石油矿藏的信号、雪、雨、热能、热表面、热气体、太阳能、冰雹、冰、振动、交通、某人附近的人数、来自某人附近的人的咳嗽和/或打喷嚏的声音、来自某人附近的人的响度和/或音调。

根据本发明的某些实施例，用于头戴式受话器的耳塞可包括芯片组，其具有至少一个传感器元件、噪声源元件、信号处理器、输入/输出线路、数字控制和功率调节器。

根据本发明的各种实施例，光导耳塞可利用单声道受话器(即，头戴式受话器具有一个耳塞)以及立体声头戴式受话器(即，头戴式受话器具有两个耳塞)。另外，根据本发明的实施例，耳塞的光导区域不仅可集成到耳塞盖和耳塞外壳中，而且还可集成到耳塞的各个或所有构件中。此外，根据本发明的各种实施例的光导耳塞可用于助听器、身体珠宝或任何其它附件，其可放置靠近头部区域，例如眼镜或眼罩、头带、帽子、面罩、护目镜等等。

根据本发明的某些实施例，监测装置包括能够环绕受体手指的圆形带以及底座，底座具有附连在圆形带上的光发射器和光检测器。圆形带包括与光发射器和光检测器处于光学连通的透光材料，其配置为将来自光发射器的光传送给受体手指的一个或多个部分，并从受体手指的一个或多个部分收集光，并将收集的光传送给光检测器。在某些实施例中，圆形带包括第一和第二同心体部分。

在某些实施例中，圆形带包括与光发射器处于光学连通的透镜区域，其使光发射器所发射的光聚焦，并且/或者收集从手指反射的光。在某些实施例中，圆形带包括与透光材料处于光学连通荧光体容纳区域，其中荧光体容纳区域接收光发射器所发射的光，并将至少一部分所接收的光转变成具有与所接收的光不同波长的光。

在某些实施例中，圆形带的透光材料具有外表面和内表面，并且至少在内表面和外表面的其中一个表面或这两个表面的一部分上(或其附近)具有包层材料，例如反光材料。

在某些实施例中，底座包括以下一个或多个：信号处理器、发送器，信号处理器配置为接收和处理光检测器所产生的信号，发送器配置为将信号处理器所处理的信号传送给远程装置。

根据本发明的某些实施例，配置为附连在受体身体上的监测装置包括底座和附连在底座上的透光材料，底座具有光发射器和光检测器。透光材料与光发射器和光检测器处于光学连通，并且配置为将来自光发射器的光传送给受体身体的一个或多个部分，并从受体身体的一个或多个部分收集光，并将收集的光传送给光检测器。透光材料可在一个或多个位置包括粘合剂材料，其配置为将装置粘合地固定在受体的身体上。

在某些实施例中，外部身体部分附连在底座和透光材料上。外部身体部分可在一个或多个位置包括粘合剂材料，其配置为将装置粘合地固定在受体的身体上。

在某些实施例中，透光材料包括透镜区域，其与光发射器处于光学连通，并使光发射器所发射的光聚焦，并且/或者收集从手指反射的光。在某些实施例中，透光材料包括荧光体容纳区域，其接收光发射器所发射的光，并将至少一部分所接收的光转变成具有与所接收的光不同波长的光。在某些实施例中，透光材料具有外表面和内表面，并且至少在内表面和外表面的其中一个表面或这两个表面的一部分上或其附近设置了反光材料。

在某些实施例中，底座包括以下一个或多个：信号处理器、发送器，信号处理器配置为接收和处理光检测器所产生的信号，发送器配置为将信号处理器所处理的信号传送给远程装置。

根据本发明的某些实施例，头戴式受话器包括外壳、光发射器、光检测器和至少一个与外壳相关联的光导向器，外壳配置为定位在受体的耳中。头戴式受话器可包括设置在外壳中的扬声器，并且外壳可包括至少一个可供来自扬声器的声音穿过的孔。头戴式受话器还可包括信号处理器，其配置为接收和处理光检测器所产生的信号。

所述至少一个光导向器包括远端，其配置为与受体耳的一部分相接合(或定位在其附近)。所述至少一个光导向器的相对端与光发射器或光检测器处于光学连通。因此，所述至少一个光导向器配置为将来自光发射器的光通过远端传送到受体的耳区域中，或者通过远端收集来自受体的耳区域的光，或者将所收集的光传送给光检测器。在某些实施例中，光发射器和光检测器均可具有一个或多个与之处于光学连通的相应的光导向器。

在某些实施例中，所述至少一个光导向器具有远端部分，其从外壳向外延伸。在其它实施例中，所述至少一个光导向器具有远端部分，其与外壳基本齐平，或者凹陷于外壳中。

在本发明的某些实施例中，光发射器和光检测器附连在外壳上，例如耳塞本身的外壳上。在其它实施例中，光发射器和/或光检测器定位在远离外壳的位置。例如，光发射器和/或光检测器可定位在头带、背杆、背带、耳钩或任何其它结构上，它们是头戴式受话器的一部分。此外，光发射器和光检测器可定位在头戴式受话器上任何地方的不同的相应的位置。所述至少一个光导向器从定位在远处的光发射器和/或光检测器延伸至外壳，使得其远端可与受体耳的一部分相接合(或定位在其附近)。

所述至少一个光导向器可由各种类型的透光材料形成，透光材料通常具有至少为一(1)的折射率，并且可具有各种形状和配置。例如，在某些实施例中，所述至少一个光导向器具有伸长的大体圆柱形的配置。在某些实施例中，所述至少一个光导向器包括弹性透光材料。在其它实施例中，所述至少一个光导向器包括基本刚性的透光材料。在某些实施例中，所述至少一个光导向器可被包层材料包围或部分地包围，包层材料配置为至少部分地将光限制于光导向器中，和/或阻止来自外部来源的光进入所述至少一个光导向器中。包层材料可为阻光材料和/或反光材料，例如位于所述至少一个光导向器的表面的一个或多个部分上的黑色或银色涂层。

在某些实施例中，阻光材料定位在光发射器和检测器之间，使得光发射器和检测器彼此并不处于直接光学连通。

在某些实施例中，在光发射器上应用光耦合材料，并且所述至少一个光导向器通过光耦合材料而与光发射器处于光学连通。

在某些实施例中，在光检测器上应用光耦合材料，并且所述至少一个光导向器通过光耦合材料而与光检测器处于光学连通。

在某些实施例中，利用了多个光导向器，光导向器各具有远端，其与相应的受体耳的不同部分相接合。

在某些实施例中，头戴式受话器包括多个光发射器和多个光导向器。所述多个光导向器与所述多个光发射器处于光学连通，并且配置为将来自所述多个光发射器的光传送至受体的耳区域。

在某些实施例中，头戴式受话器包括多个光检测器和多个光导向器。所述多个光导向器与所述多个光检测器处于光学连通，并且配置为收集来自受体的耳区域的光，并将收集的光传送给所述多个光检测器。

根据本发明的其它实施例，头戴式受话器包括外壳、光发射器、光检测器以及与外壳相关联的第一和第二光导向器，外壳配置为定位在受体的耳中。头戴式受话器可包括设置在外壳中的扬声器，并且外壳可包括至少一个可供来自扬声器的声音穿过的孔。头戴式受话器还可包括信号处理器，其配置为接收和处理光检测器所产生的信号。

第一和第二光导向器均包括远端，其配置为与受体耳的相应的部分相接合(或定位在其附近)。第一光导向器与光发射器处于光学连通，并配置为通过第一光导向器远端而将来自光发射器的光传送到受体的耳区域中。第二光导向器与光检测器处于光学连通，并且配置为通过第二光导向器远端而收集来自受体的耳区域的光，并将收集的光传送给光检测器。

在某些实施例中，第一和/或第二光导向器的远端从外壳向外延伸。在其它实施例中，第一和/或第二光导向器的远端基本上与外壳齐平，或者凹陷于外壳中。

在本发明的某些实施例中，光发射器和光检测器附连在外壳上。在其它实施例中，光发射器和/或光检测器定位在远离外壳的位置。例如，光发射器和光检测器可定位在头带或其它结构上，它们是头戴式受话器的一部分。第一和第二光导向器从定位在远处的光发射器和/或光检测器延伸至外壳，使得各个远端可与受体耳的相应部分相接合(或定位在其附近)。

第一和第二光导向器可由各种类型的透光材料形成，透光材料通常具有至少为一(1)的折射率，并且可具有各种形状和配置。例如，在某些实施例中，第一和第二光导向器的其中一个或这两者均具有伸长的大体圆柱形的配置。在某些实施例中，第一和第二光导向器的其中一个或这两者均可包括弹性透光材料。在其它实施例中，第一和第二光导向器的其中一个或这两者均可包括基本刚性的透光材料。合适的柔软的或弹性材料的示例可包括，但不局限于硅、橡胶、基于聚合物的材料、乳胶、较低硬度的塑料等等。合适的刚性材料的示例可包括，但不局限于聚氨基甲酸脂、基于聚合物的材料、树脂、较高硬度的塑料、聚碳酸酯、丙烯等等。

在某些实施例中，第一和第二光导向器的其中一个或这两者均可被包层材料包围或部分地包围，包层材料配置为阻挡来自外部来源的光，并且/或者至少部分地将光限制于中第一和第二光导向器的其中一个或这两者中。包层材料可为阻光材料和/或反光材料。在某些实施例中，包层材料可为位于第一和第二光导向器表面的一个或多个部分上的涂层，例如黑色、聚酯薄膜、金色或银色涂层，或者是织纹表面。在某些实施例中，包层可为织纹状或特别处理的光导向器本身表面，例如微米或纳米结构化表面，或者电化学或化学处理的表面。表面织纹可用于使内部光散射回光导向器中，或者使外部光散射而远离光导向器。

在某些实施例中，光导向器还可为以及/或者包括滤光器。这可提供一种结构，其提供了所需波长的光导作用和不合适宜的波长的光阻作用。例如，光导向器可包括具有滤光染料的材料或天然过滤一个或多个光波长的材料。例如，吸光染料许多是众所周知的，其可集成在聚碳酸酯或聚丙烯薄片中，或涂布在其顶部。类似地，吸光染料可集成在树脂中，树脂然后可模制到一个或多个光导向器中。天然过滤材料的一些非限制性的示例包括青玉或玻璃，青玉吸收某些红外线(IR)波长，玻璃吸收某些紫外(UV)波长。然而，可不受限制地利用各种类型的过滤材料。

根据本发明的其它实施例，头戴式受话器包括外壳、光发射器、光检测器以及与外壳相关联的光导向器，外壳配置为定位在受体的耳中。头戴式受话器可包括设置在外壳中的扬声器，并且外壳可包括至少一个可供来自扬声器的声音穿过的孔。头戴式受话器还可包括信号处理器，其配置为接收和处理光检测器所产生的信号。

光导向器包括远端，其配置为与受体耳的一部分相接合(或定位在其附近)。光导向器的相对端与光发射器和光检测器处于光学连通。因此，光导向器配置为将来自光发射器的光通过光导向器远端传送到受体的耳区域中，并且通过光导向器远端收集来自受体的耳区域的光，并将所收集的光传送给光检测器。

在某些实施例中，光导向器具有远端部分，其从外壳向外延伸。在其它实施例中，光导向器具有远端部分，其与外壳基本齐平，或者凹陷于外壳中。

在本发明的某些实施例中，光发射器和光检测器附连在外壳上。在其它实施例中，光发射器和/或光检测器定位在远离外壳的位置。例如，光发射器和/或光检测器可定位在头带或是头戴式受话器的一部分的任何其它结构上。此外，光发射器和光检测器可定位在头戴式受话器上任何地方的不同的相应的位置。光导向器从定位在远处的光发射器和光检测器延伸至外壳，使得其远端可与受体耳的一部分相接合(或定位在其附近)。

光导向器可由各种类型的透光材料形成，透光材料通常具有至少为一(1)的折射率，并且可具有各种形状和配置。例如，在某些实施例中，光导向器具有伸长的大体圆柱形的配置。在某些实施例中，光导向器包括弹性透光材料。在其它实施例中，光导向器包括基本刚性的透光材料。在某些实施例中，光导向器可被包层材料包围或部分地包围，包层材料配置为阻止来自外部来源的光进入所述至少一个光导向器中和/或至少部分地将光限制于光导向器中。包层材料可为阻光材料和/或反光材料，例如位于光导向器的表面的一个或多个部分上的黑色或银色涂层。

根据本发明的其它实施例，可佩带的传感器模块包括配置为可被受体佩带的外壳、光发射器、光检测器和至少一个从外壳向外延伸的光导向器。所述至少一个光导向器包括远端，其配置为与受体的皮肤区域相接合(或定位在其附近)。所述至少一个光导向器的相对端与光发射器或光检测器处于光学连通。因此，所述至少一个光导向器配置为将来自光发射器的光通过远端传送到受体的皮肤区域中，或者通过远端收集来自受体的皮肤区域的光，并将所收集的光传送给光检测器。在某些实施例中，光发射器和光检测器均可具有一个或多个与之处于光学连通的相应的光导向器。

在本发明的某些实施例中，光发射器和光检测器附连在外壳上。在其它实施例中，光发射器和/或光检测器定位在远离外壳的位置。

所述至少一个光导向器可由各种类型的透光材料形成，透光材料通常具有至少为一(1)的折射率，并且可具有各种形状和配置。例如，在某些实施例中，所述至少一个光导向器具有伸长的大体圆柱形的配置。在某些实施例中，所述至少一个光导向器包括弹性透光材料。在其它实施例中，所述至少一个光导向器包括基本刚性的透光材料。在某些实施例中，所述至少一个光导向器可被包层材料包围或部分地包围，包层材料配置为阻止来自外部来源的光进入所述至少一个光导向器中和/或至少部分地将光限制于所述至少一个光导向器中。

在某些实施例中，阻光材料定位在光发射器和检测器之间，使得光发射器和检测器彼此并不处于直接光学连通。

在某些实施例中，在光发射器上应用光耦合材料，并且所述至少一个光导向器通过光耦合材料而与光发射器处于光学连通。

在某些实施例中，在光检测器上应用光耦合材料，并且所述至少一个光导向器通过光耦合材料而与光检测器处于光学连通。

注意，本发明的关于一个实施例所述的方面可合并到不同的实施例中，虽然没有对其进行特别的描述。也就是说，所有实施例和/或任何实施例的特征可以任何方式和/或组合方式进行组合。因此本申请人保留改变任何初始提交的权利要求或提交任何新的权利要求的权利，包括能够修改任何初始提交的权利要求，从而延伸和/或合并任何其它权利要求的任何特征的权利，虽然最初不是以那种方式申明权利要求的。下面将详细地描述本发明的这些和其它目的和/或方面。

附图说明

附图显示了本发明的各种实施例，附图形成了本说明书的一部分。附图和描述一起用于完整地解释本发明的实施例。

图1是根据本发明的某些实施例的具有光导耳塞的头戴式受话器的分解透视图。

图2是根据本发明的某些实施例的包含光导耳塞的立体声头戴式受话器的透视图。

图3是根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器的光导耳塞的侧视截面图。

图4A-4D是根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器的光导耳塞的侧视截面图。

图5是根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器的光导耳塞的侧视截面图。

图6是根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器的光导耳塞的侧视截面图。

图7A是根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器的光导耳塞的侧视截面图。

图7B是根据本发明的某些实施例的用于图7A中的耳塞的柔性光发射器的透视图。

图8A是根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器的光导耳塞的侧视截面图。

图8B是沿着线8B-8B看去的图8A的耳塞的横截面图。

图8C是根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器的光导耳塞的侧视截面图。

图8D是根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器的光导耳塞的侧视截面图。

图9A是根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器的光导耳塞的侧视截面图。

图9B是沿着线9B-9B看去的图9A的耳塞的横截面图。

图9C显示了根据本发明的某些实施例的图9A-9B的耳塞盖中的荧光粒子。

图9D是根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器的光导耳塞的侧视截面图。

图9E是沿着线9E-9E看去的图9D的耳塞的横截面图。

图10显示了人耳的各种解剖结构。

图11A是根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器的光导耳塞的侧视截面图。

图11B是沿着线11B-11B看去的图11A的耳塞的横截面图。

图12A-12B显示了根据本发明的某些实施例的传感器模块的相应的对边，传感器模块可定位在耳塞周边附近。

图13显示了根据本发明的某些实施例的用于从带噪声的生理信号中除去噪声的自适应滤波器和噪声源。

图14A-14D是根据本发明的某些实施例的从人佩带的光导耳塞中所收集的与时间相关的数据的相对应的图表。

图15是根据本发明的某些实施例的处理来自头戴式受话器的生理信号数据的图表，头戴式受话器具有一个或多个光导耳塞。

图16是根据本发明的某些实施例的用于从头戴式受话器传感器信号中提取生理信息的操作的流程图。

图17是方框图，其显示了根据本发明的某些实施例的处理成数字数据串的传感器信号，数字数据串包括活动数据和生理数据。

图18显示了根据本发明的某些实施例的数字数据串。

图19显示了在图12A-12B的传感器模块和受体的皮肤之间的光学相互作用。

图20显示了根据本发明的某些实施例的用于头戴式受话器中的芯片组。

图21显示了根据本发明的某些实施例的用于立体声头戴式受话器中的芯片组。

图22A是根据本发明的某些实施例的监测装置的俯视平面图，其配置为附连在受体的手指上。

图22B是沿着线22B-22B看去的图22A的监测装置的横截面图。

图23是根据本发明的某些实施例的监测装置的侧视图，其配置为附连在受体的身体上。

图24A和24B是根据本发明的某些实施例的头戴式受话器的透视图，其具有从其外壳延伸出来的光导向器，并且光导向器与光发射器和光检测器处于光学连通。

图25A和25B是根据本发明的某些实施例的头戴式受话器的透视图，其具有从其外壳延伸出来的光导向器，并且光导向器与光发射器和光检测器处于光学连通。

图26-29显示了根据本发明的某些实施例的可用于头戴式受话器和传感器模块中的各种光导向器配置。

图30是根据本发明的某些实施例的光导向器的放大的横截面图，其具有一层包围光导向器的包层材料。

图31显示了根据本发明的某些实施例的可用于头戴式受话器和传感器模块的伸长的光导向器，使得光发射器和/或光检测器可定位在远离头戴式受话器或传感器模块的外壳的位置。

图32是根据本发明的某些实施例的立体声头戴式受话器的透视图，其中光发射器和光检测器定位在远离耳塞的位置，并且光导向器从光发射器和光检测器延伸至耳塞。

图33是图32的头戴式受话器的耳塞的放大的透视图，并且显示了图32的光导向器的暴露的远端。

图34是根据本发明的某些实施例的具有光导向器的头戴式受话器的透视图，其中光导向器与光发射器和光检测器处于光学连通。

图35是根据本发明的某些实施例的头戴式受话器的分解透视图，其中耳塞外壳具有多个与之相关联的光导向器。

图36是根据本发明的某些实施例的头戴式受话器的透视图，其中耳塞外壳具有与之相关联的光导向器。

图37是沿着线A-A看去的图36的头戴式受话器的横截面图。

图38是图37的头戴式受话器的局部放大图。

图39是根据本发明的某些实施例的头戴式受话器的透视图，其中耳塞外壳具有与之相关联的光导向器。

图40是图39的头戴式受话器的分解透视图。

具体实施方式

现在将在后文中参照附图更完整地描述本发明，在附图中显示了本发明的实施例。然而，本发明可以许多不同的形式来体现，并且不应该被理解为只局限于这里陈述的实施例。全篇相似的标号表示相似的元件。在附图中，某些层、构件或特征可出于清晰起见而被放大，并且虚线显示了除非另外规定的可选特征或操作。另外，除非特别指出，否则操作(或步骤)的顺序并不局限于附图和/或权利要求中所展示的顺序。参照一个附图或实施例所述的特征可能与另一实施例或附图相关联，但没有特别描述或进行同样显示。

应该懂得当特征或元件被称为“位于”另一特征或元件“之上”时，其可直接位于其它特征或元件之上，或者还可能存在介于中间的特征和/或元件。相反，当特征或元件被称为“直接位于”另一特征或元件“之上”时，就不存在介于中间的特征或元件。还应该懂得，当特征或元件被称为“连接”、“附连”或“联接”在另一特征或元件上时，其可直接连接、附连或联接在其它特征或元件上，或者可能存在介于中间的特征或元件。相反，当特征或元件被称为“直接连接”、“直接附连”或“直接联接”在另一特征或元件上时，就不存在介于中间的特征或元件。虽然相对于一个实施例做了描述或显示，但是如此描述或显示的特征和元件可应用于其它实施例。本领域中的技术人员还应该懂得，与另一特征“相邻”设置的一种结构或特征可具有重叠在相邻特征的上面或下面的部分。

这里所使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，并不意图要限制本发明。除非上下文中明确另外指出，否则如这里所用单数形式“一”、“一个”和“这个”意图包括复数形式。还应该懂得词语“包括”当在本说明书中使用时，其指所述特征、步骤、操作、构件和/或部件的存在，而不排除存在或增加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、构件和/或其群组。如这里所用词语“和/或”包括一个或多个相关联的所列出的事物的任何和所有组合。

空间相关的词语，例如“下”、“下面”、“以下”、“上”、“上面”等在这里可用于简化描述，以描述如图中所示的一个元件或特征相对于另一元件或特征的关系。应该懂得空间相关的词语意图包括除了图中所示的定向以外，装置在使用或操作时的不同定向。例如，如果将图中的装置倒转，那么所述位于其它元件或特征“下”或“下面”的元件将定向在其它元件或特征的“上面”。因而，示例性的词语“下”可包括“上”和“下”的定向。该装置还可进行其它定向(旋转90度或位于其它定向上)，并相应地理解这里所使用的空间相关的描述符。类似地，除非特别指出，否则词语“向上地”、“向下地”、“垂直的”、“水平的”等等在这里只是用于解释性的目的。

应该懂得，虽然词语第一和第二在这里用于描述各种特征或元件，但是这些特征/元件不应受到这些词语的限制。这些词语只用于将一种特征/元件与另一种特征/元件区别开。因而，在不脱离本发明的教义的条件下，下面论述的第一特征/元件可被称为第二特征/元件，并且类似地，下面论述的第二特征/元件可被称为第一特征/元件。全篇相似的标号表示相似的元件。

除非作了限定，否则这里所使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有与这些本发明所属领域中的普通技术人员所领悟的相同的涵义。还应该懂得，除非在这里做了明确限定，否则词语，例如通用词典中所限定的那些词语应该被理解为具有和其在本说明书以及相关技术的上下文中的意思相一致的涵义，而不应该在理想化的或过度正式意义上进行理解。出于简洁和清晰的目的，可能没有详细地描述众所周知的功能或结构。

这里使用的术语“头戴式受话器”意图包括任何类型的装置或耳机，其可附连在用户的耳上或附近，并且可不受限制地具有各种配置。这里所述包含光导耳塞以及光导向器的头戴式受话器可包括单声道头戴式受话器(即装置只有一个耳塞、一个耳机等等)和立体声头戴式受话器(即装置具有两个耳塞、两个耳机等等)、耳塞、助听器、耳饰、面具、头带等等。在某些实施例中，术语“头戴式受话器”可广泛地包括并不定位在头部，但与头戴式受话器相关联的头戴式受话器元件。例如，在“圆形徽章”型式的无线头戴式受话器中，圆形徽章包括无线电子器件，并且听筒插入或连线到圆形徽章中，可佩带的圆形徽章应被认为是头戴式受话器整体的一部分。类似地，在某些情况下，如果移动式电话或其它移动装置与插入式听筒紧密相关联，那么术语“头戴式受话器”可指听筒-移动装置的组合。

术语“实时”用于描述在某一时帧中感测、处理或发送信息的一种过程，该时帧等于或短于需要该信息的最小时标。例如，脉冲率的实时监测可导致每分钟单个平均脉冲率测量，平均30秒，因为瞬时脉冲率对于最终用户时常是无用的。通常，平均的生理信息和环境信息比瞬时变化更为合适。因而，在本发明的情况下，信号有时可在几秒或甚至几分钟内进行处理，从而产生“实时”响应。

术语“监测”指测量、定量、评估质量、估算、感测、计算、内插、外插、推理、推导等动作或这些动作的任何组合。更一般地，“监测”指通过一个或多个传感元件获得信息的方式。例如，“血液健康监测”包括监测血液气体水平、血液水合和代谢物/电解质水平。

术语“生理”指生物体(例如人、动物等等)或来自生物体的材料或能量。在本发明的实施例中，术语“生理”意图得到广泛地利用，覆盖了生物体或来自生物体的身体和心理材料和能量。然而，在某些情况下，术语“心理”被单独提到，以强调与意识或潜意识的大脑活动而非其它器官、组织或细胞的活动更紧密关联的生理学方面。

术语“身体”指受体(人或动物)的身体，其可佩带根据本发明实施例的包含一个或多个光导耳塞的头戴式受话器。

在以下附图中，将显示和描述用于附连到人体耳上的各种头戴式受话器和用于头戴式受话器的光导耳塞。然而，应该懂得，本发明的实施例并不局限于由人佩带的那些。

耳是用于可佩带的健康和环境监测器的理想位置。耳是相对不能移动的平台，其不会阻碍人的运动或视力。定位在耳上的头戴式受话器具有通道，例如通向内耳道和鼓膜(用于测量核心体温)、肌肉组织(用于监测肌肉张力)、耳郭和耳垂(用于监测血液气体水平)、耳后区域(用于测量皮肤温度和皮肤电反应)、以及内部颈动脉(用于测量心肺功能)等等。耳还位于或靠近暴露于可呼吸的环境毒剂、挥发性的有机化合物、污染、耳经历的噪声污染以及针对眼睛的照明条件等等位置。此外，因为耳道被自然地设计为用于传递声音能量，所以耳提供了用于监测内部声音，例如心跳、呼吸率和口部运动的良好位置。

根据本发明的某些实施例，无线头戴式受话器、实现蓝牙®的头戴式受话器和/或其它个人通信头戴式受话器可配置为包含生理和/或环境传感器。作为一个特定的示例，蓝牙®头戴式受话器通常是重量轻的不显眼的装置，其在社会上已经得到广泛地接受。此外，蓝牙®头戴式受话器是高效、易于使用的，并且时常被用户在他们大多数醒着的时间佩带着，同时注意或等待电话。根据本发明的实施例而配置的蓝牙®头戴式受话器是有利的，因为它们为用户提供了健康监测之外的功能，例如个人通信和多媒体应用，从而鼓励了用户的适应性。可并入到蓝牙®或其它类型的头戴式受话器中的典型的生理和环境传感器包括，但不局限于加速计、听诊传感器、压力传感器、湿度传感器、颜色传感器、光强度传感器、压力传感器等等。

根据本发明的实施例，包含不显眼的传感器以及其它电子器件的头戴式受话器，单声道(单个耳塞)和立体声(双耳塞)均提供了一种用于在社会上可接受的可佩带装置中执行近实时个人健康和环境监测的平台。在结合改进的用户适应性的条件下，不显眼地监测个人生理和/或环境的能力预计对未来有计划的健康和环境暴露研究具有显著的影响。这对于那些试图寻求将环境压力与个人压力水平指标联系起来的人们尤其如此。这种廉价装置的大规模商业可用性可使有效的大规模研究成为可能。监测数据通过GPS数据与用户位置的组合可使正在进行的地理学研究成为可能，包括在很大的地理区域内的传染病跟踪。所提出的平台的商业应用鼓励个人驱使的健康维护，并通过恰当的热摄取和锻炼而促进更健康的生活方式。

因此，本发明的某些实施例将个人通信头戴式受话器装置与一个或多个生理传感器和/或环境传感器组合起来。其它实施例可将生理传感器和/或环境传感器组合到头戴式受话器装置中。

耳血管中的光耦合可能因人而异。这里使用的术语“耦合”指进入区域的激励光和区域本身之间的相互作用或通信。例如，一种光耦合形式可为在光导耳塞中所产生的激励光和耳血管之间的相互作用。在一个实施例中，这种相互作用可包括激励光进入耳区域中并从耳血管中散射，使得散射光的强度与血管中的血流量成正比。另一种形式的光耦合可为在耳塞中的光发射器所产生的激励光和耳塞的光导区域之间的相互作用。因而，集成光导能力的耳塞可确保每个佩带耳塞的个人将产生与流过血管的血流量相关的光学信号，其中光可沿着耳塞被引导至多个区域和/或选择的区域。光至一个人的特定耳区域的光耦合可能不会为每个人产生光体积描记术信号。因此，多个区域的耦合光可确保将为每个佩带光导耳塞的人检查至少一个血管丰富的区域。耳的多个区域与光的耦合还可通过从耳塞中的光源扩散光来完成。

本发明的实施例并不局限于无线通信的头戴式受话器。在本发明的某些实施例中，配置为监测个人生理和/或环境的头戴式受话器可连线到储存和/或处理数据的装置上。在某些实施例中，这种信息可储存在头戴式受话器本身上。此外，本发明的实施例并不局限于耳塞。在某些实施例中，光导结构可模制在身体的另一部分周围，例如手指、指、脚趾、四肢，围绕鼻子或耳垂等等周围。在其它实施例中，光导结构可集成到补片中，例如黏结在人身体上的绷带。

参照图1，其显示了根据本发明的某些实施例的头戴式受话器10。所示的头戴式受话器10包括底座12、头戴式受话器外壳14、耳塞外壳16和包围耳塞外壳16的盖18。底座12包括主电路板20，其支撑和/或连接在各种电子构件上。在所示的实施例中，扬声器22、光发射器24、光检测器26和热电堆28(如下面所述)安装在辅助电路板32上，辅助电路板固定在主电路板20上。耳塞外壳包围扬声器22、光发射器24、光检测器26和热电堆28。定位在所示头戴式受话器10的耳塞外壳16中的耳塞外壳16、盖18和各种电子构件(例如扬声器22、光发射器24、光检测器26、热电堆28)可被总称为耳塞30。头戴式受话器外壳14固定在底座12上，并且配置为封装和保护安装在底座上的各种电子构件(例如主电路板20和固定在它上面的构件等等)免于环境干扰(空气、湿度、微粒、电磁干扰等等)。

各个光检测器26可为光电二极管、光检测器、光电晶体管、硅控整流可控硅、固态装置、光学芯片组等等。光发射器24可为发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、紧凑的白炽灯泡、微等离子体发射器、IR黑体源等等。扬声器22可为紧凑的扬声器，例如电感扬声器、压电扬声器、静电扬声器等等。在头戴式受话器外壳或耳塞外壳中还可定位一个或多个传声器，例如驻极体、MEMS、声能转换器等等，以便拾取说话的声音、生理声音和/或环境声音。

主电路板20和辅助电路板32还可支撑一个或多个传感器模块(未显示)，其包含各种生理传感器和/或环境传感器。举例来说，传感器模块，例如图12A-12B中所示的传感器模块70可附连在电路板20,32上。电路板20,32还可包括至少一个信号处理器(未显示)、至少一个用于与远程装置通信的无线模块(未显示)以及/或者至少一个存储器装置(未显示)。典型的无线模块可包括无线芯片、天线或RFID标签。在某些实施例中，无线模块可包括低范围的无线芯片或芯片组，例如蓝牙®或ZigBee芯片。这些电子构件可定位在主电路板20或附连在主电路板上的另一电路板，例如辅助电路板32上。

辅助电路板32还可包括温度传感器，例如安装在它上面的热电堆28。热电堆28经过定向，从而分别通过耳塞外壳16和盖18的声孔34a,34b而指向佩带头戴式受话器10的受体耳中的鼓膜。辅助电路板32可通过焊接、连接器、布线等等而与主电路板20保持电接触。蓄电池36，例如锂聚合蓄电池或其它便携式蓄电池可安装在主电路板20上，并可通过USB充电端口38而进行充电。虽然图1中未显示，耳钩可附连在底座12或外壳14上，以帮助稳定受体所佩带的耳塞30和头戴式受话器10，使得耳塞30始终放置在受体耳道中的相同位置上。

在所示的实施例中，耳塞外壳16与扬声器22处于声连通，并包括可供来自扬声器22的声音穿过的孔34a。然而，还可利用额外的孔。盖18还包括至少一个可供来自扬声器22的声音穿过的孔34b。热电堆28用作热传感器并通过声孔34a，34b测量来自受体耳的热辐射。额外的或其它传感器可位于热电堆28的位置，向鼓膜对准，从而感测来自鼓膜区域的其它形式的能量，例如声能、机械能、化学能、光能或核能。例如，光检测器可替换热电堆28以测量从鼓膜散射出的光。

盖18在其一部分19中包括透光材料，其被称为光导区域。光导区域19中的透光材料与光发射器24和传感器26处于光学连通。光导区域19中的透光材料配置为在一个或多个预定位置将来自光发射器24的光传送到受体的耳道中，并收集耳塞30之外的光，并将收集的光传送至光检测器26。因此，所示的头戴式受话器10的耳塞30被称为“光导”耳塞30。

在某些实施例中，光导区域19中的透光材料可包括透镜(例如图6中所示的透镜18L)。透镜18L与光发射器24和光检测器26处于光学连通。例如，透镜18L可配置为使光发射器24所发射的光聚焦到耳的一个或多个部分上，并且/或者收集的光聚焦到光检测器26上。下面参照图5-6描述透镜。

在某些实施例中，耳塞盖18可能集成了透明的光导层，其中空气被用作包层。例如，耳塞盖18可包括光学透明的硅模制层，并且可除去耳塞外壳16，使得包层是空气。在某些实施例中，耳塞外壳16可为关闭的，并且光导区域19可集成在盖18中，位于外壳16和盖18之间。

图1所示的盖18包括对准部件40(也被称为稳定臂)，其促进了耳塞30在受体耳道中的定位。对准部件40可促进来自耳区域的散射光的稳定测量，这对于PPG测量和鼓膜温度测量可为很重要的。

在某些实施例中，光导盖18可由柔软的弹性材料，例如硅形成，其在插入受体的耳道中时发生变形。然而根据本发明的实施例，对于光导盖18可利用各种材料，并且依赖于具体使用情况所需要的耳塞类型而用作光导向器。例如，在某些实施例中，光导盖18可由基本刚性材料形成，使得光导耳塞30是基本刚性的。例如，对于奔跑使用情况，奔跑者可能希望具有牢固但柔软的耳塞，使得耳塞在插入到耳中时可发生一定程度的变形。在这种情况下，光导区域可为硅或其它柔软的材料，并且外部包层可为空气、聚合物、塑料或具有比硅更低折射率的柔软材料。

图2显示了根据本发明的某些实施例的立体声头戴式受话器100，其利用两个光导耳塞130。头戴式受话器100还包括定位在立体声头戴式受话器100的若干个区域中的各种传感器元件132。立体声头戴式受话器100的好处可为测量耳区域的传感器的总数可为两倍；或者各个耳塞中的传感器可能半等分。立体声头戴式受话器的另一好处是其可在活动期间可实现立体音乐。立体声头戴式受话器的另一好处是可通过实时测量用户的两边而检测用户中的非对称的生理差异。例如，可检测在用户的左边和右边之间的血流量的差异，其指示了右/左大脑活动的变化、中风的发作、局部炎症等等。

现在将参照图3,4A-4D，5,6,7A-7B，8A-8D，9A-9B和11A-11B来描述根据本发明的各种实施例的光导耳塞。最初参照图3-4，光导耳塞30包括底座50、耳塞外壳16和盖18，耳塞外壳16从底座50向外延伸，底座50配置为定位在受体的耳E中，并且盖18包围耳塞外壳16。耳塞外壳16与扬声器22处于声连通，并且包括至少一个可供来自扬声器22的声音穿过的孔34a。盖18包括至少一个可供来自扬声器22的声音穿过的孔34b，并且包括与光发射器24和传感器26处于光学连通的透光材料。

如图所示，盖18包括位于其内表面18b和其外表面18a上的包层材料21。盖外表面18a的末端部分18f不具有包层材料。因此，盖18用作光导向器，其在一个或多个预定位置将来自光发射器24的光通过末端部分18f传送到受体的耳道C中，并且收集耳塞外壳16之外的光，并且将收集的光传送给光检测器26。在这里所述的各种实施例中，词语光导向器和盖意图是可互换的。然而，应该注意，在其它实施例中，耳塞外壳16还可用作光导向器，而无需盖18。这里所述的所有耳塞实施例(图3,4A-4D，5,6,7A-7B，8A-8D，9A-9B，11A-11B，24A-24B，25A-25B，26-29,31和34)中的底座50可包括用于头戴式受话器的印刷电路板、电连接器和外壳构件的任何组合。例如，图3-6,7A-7B，8A-8D，9A-9B，11A-11B，24A-24B，25A-25B，26-29,31和34中的底座50可包括例如图1的头戴式受话器10的底座12、图1的头戴式受话器10的主电路板20、图1的头戴式受话器10的外壳14，或者可为图1的头戴式受话器10的底座12、主电路板20和/或外壳14的组合。

光发射器24产生检查光111，并且光导向器18的光导区域19使检查光111定向至耳区域。这种光被称为检查光，因为其检查耳的表面，穿透耳的皮肤，并产生散射光响应110，散射光响应110可有效地检查耳区域中的血管。光检测器26检测来自耳区域的散射光110，并且光导向器18的光导区域19使光穿过光导区域19而引导至光检测器26上，如图所示。

在图3的实施例中，光导耳塞30配置为光耦合，其平行于光导向器(即，盖18)。光检测器26和光发射器24配置为检测和产生与光导向器18的光导区域19基本平行的光。例如，光导向器18限定了轴向方向A₁。光发射器24和光检测器26均经过定向，使得它们相应的主发射平面和检测平面P₁，P₂均面向与方向A₁基本平行的相应的方向A₃，A₂。

在图3所示的实施例中，光导向器18的光导区域19被包层材料21限定，包层材料21有助于将光限制在光导区域19中。在某些实施例中，包层材料21可为反射材料。在其它实施例中，包层材料可为光学透明或大部分透明的，具有比盖18的透光材料更低的折射率。包层21可为一层应用于光导向器18的内表面和/或外表面18a，18b的一个或多个部分上的材料。在某些实施例中，耳塞外壳16的外表面16a可用作包层，其将光限制于光导区域19中。在某些实施例中，光导向器18的透光材料可由具有比包层材料21更高折射率的材料组成。在某些实施例中，空气可用作包层。

在图4A的实施例中，光导耳塞30配置为光耦合，其基本垂直于光导向器(即，盖18)。光检测器26和光发射器24配置为检测和产生与光导向器18的光导区域19基本垂直的光。例如，光导向器18限定了轴向方向A₁。光发射器24和光检测器26均经过定向，使得它们相应的主发射平面和检测平面P₁，P₂均面向与方向A₁基本垂直的相应的方向A₃，A₂。图4A中的光发射器24和光检测器26的定向可为出于便于制造的目的，其中侧面发射的LED和侧面检测的光检测器可直接联接到光导区域19上，以便产生光111和检测光110。这可放松对于耳塞30的尺寸限制，因为光导区域19的尺寸可不依赖于光发射器24和光检测器26。

图4B显示了改进的图4A的光导耳塞30，使得耳塞盖18和包层材料21伸长而达到受体的耳道C中更深处，并更靠近例如鼓膜。在图4B所示的实施例中，在外壳16或盖18中没有孔。来自/去向扬声器/传声器的声能44穿过盖18和外壳16的材料。所示伸长的配置用作光学光导区域和声波导向区域。

图4C显示了改进的图4A的光导耳塞30，使得耳塞盖18和包层材料21伸长而达到受体的耳道C中更深处，并更靠近例如鼓膜。在图4C所示的实施例中，在外壳16和盖18中提供了孔34a，34b。因此，光学光导区域19和声波导向区域54是彼此隔离的。光导区域19可为透光材料，例如电介质材料，并且声波导向区域54可为空气或另一材料，并且在这些区域之间的间隔可至少被包层材料21的一部分所限定。本发明的实施例在外壳16和盖18中可包括多个开口34a，34b。在光导区域19和声波导向区域54之间的间隔可通过由各种可能材料组成的其它结构来限定。这些材料的特定示例包括塑料模制件、金属、聚合物结构、复合结构等等。

图4D显示了改进的图4A的光导耳塞30，使得耳塞盖18和包层材料21伸长而达到受体的耳道C中更深处，并更靠近例如鼓膜。在图4D所示的实施例中，外壳16中的区域可为空气、硅、塑料或任何能够传声的材料。因此，在开口34b处，在光导区域19的材料和外壳16中的材料之间存在接口。在某些实施例中，光导区域19和外壳16中的区域可为空气。在其它实施例中，光导区域19和外壳16中的区域可由相同或不同的材料形成。在某些实施例中，外壳16中的区域可由与光导区域19中的材料相同或相似的光波导向材料来形成。

在图4B-4D的实施例中，来自耳的光能110可包括由于黑体辐射而从鼓膜发射出的光波长，例如IR波长。如果光检测器26配置为测量这种黑体辐射，那么耳塞可用于测量耳塞佩带者的鼓膜温度、血液分析物水平、神经活动、电活动或代谢活动。

参照图5，光导耳塞30配置为用于光耦合，其如同图3的实施例一样平行于光导向器(即，盖18)。然而，图5的实施例不包括单独的耳塞外壳。相反，光导向器18起到耳塞外壳的作用。另外，光导向器18包括多个窗口18w，其成形于盖外表面18a上的包层材料21中，并且通过所述多个窗口可使光发射器24所发射的光111穿过，并通过所述多个窗口18w使散射光110传送到光导向器18中，以便定向到光检测器26上。这些开口18w可环向围绕光导向器18延伸，或者可部分地环向围绕光导向器18的部分而延伸。在本发明的某些实施例中，耳塞外壳和光导向器18可为分开的，如其它图中所示。

另外，图5所示的光导向器18被透光材料层29包围。一个或多个透镜29L成形于这个层29中，并与光导向器18中相应的窗口18w处于光学连通。在所示的实施例中，透镜29L与相应的窗口18w处于光学连通，该窗口可供发射光111穿过，并且相应的窗口18w可供散射光110穿过。

透镜29L配置为使检查光111聚焦到耳的特定区域上。透镜29L配置为帮助收集散射光110，并将散射光110定向到光导区域19中。在某些实施例中，这些透镜29L可为模制的光导向器18的一部分。图5中的透镜29L的所示位置是非限制性的，并且透镜29L可定位在耳塞和耳之间需要光耦合的任何地方。虽然在图5中显示了凸透镜实施例，但这不意味着限制了本发明的实施例。依赖于所需的耳塞对耳的光耦合和配置，各种透镜类型和形状可能都是有用的，例如凸起的、正或负弯曲面的、平凸的、平凹的、双凸的、双凹的、收敛的、发散的等等。

现在参照图6，根据本发明的某些实施例，光导耳塞30包括底座50、耳塞外壳16和透光材料的盖18，耳塞外壳从底座50向外延伸，底座50配置为定位在受体的耳E中，并且盖包围耳塞外壳16，耳塞外壳16形成了光导区域19。耳塞外壳16与扬声器22处于声连通，并且包括至少一个可供来自扬声器22的声音穿过的孔34a。如图所示，耳塞外壳16封装了扬声器22、光发射器24和光检测器26。额外的光检测器26定位在底座50中，但不被耳塞外壳16包围。

耳塞外壳16由包层材料形成。在某些实施例中，包层材料可为反射材料。在其它实施例中，包层材料可为光学透明或大部分透明的，具有比盖18的透光材料更低的折射率。在某些实施例中，耳塞外壳16可被空气替换，使得包层区域是空气。空气可能具有比盖18更小的折射率，支持沿着盖18的光透射。在其它实施例中，包层区域存在于耳塞外壳16和光导区域19之间。在另一实施例中，存在包层区域覆盖光导区域19的外面，除了包围透镜区域18L的区域之外。

在耳塞外壳16中的所选择的位置形成了多个窗口16w，以允许光发射器24所发射的光穿过它。在某些实施例中，耳塞外壳16可具有半透明或透明材料，其起到一个或多个窗口16w的作用。盖18包括多个透镜18L，其与耳塞外壳16中相应的窗口16w处于光学连通。这些透镜18L配置为使穿过相应窗口16w的光111聚焦到受体耳的特定区域上，并帮助收集散射光110，并且使散射光110朝着光检测器26定向到耳塞外壳16中。

通过窗口16w的位置，图6的耳塞30产生各向同性的光耦合，使得光发射器24所产生的光在所有方向上相对于耳塞外壳16都是大致相同的。由光发射器24产生的检查光111通过窗口16w各向同性地传送到光导区域19中。

图6的光导耳塞30的好处是制造过程可能不需要光导区域19相对于光发射器24和传感器26的对准。这可为部分地因为光发射器/传感器所产生/检测的光学能量密度在耳塞外壳16中可为相同的或相对均匀的，而不管光导向器18相对于耳塞外壳16的对准如何，或者不管在光发射器/传感器和耳塞外壳16之间的对准如何。这种效应可能类似于通常用于对光源的流明输出进行定量的“积分球”中所观测到的效应。即，因为来自光发射器24的光可为基本各向同性的，而非聚焦的，所以在耳塞外壳和耳塞盖相对于光发射器24或光检测器26的对准方面具有较少的限制。

现在参照图7A-7B，根据本发明的某些实施例，光导耳塞30包括底座50和从底座50向外延伸的耳塞外壳16，其配置为定位在受体的耳E中。耳塞外壳16由半透明材料形成，使得光可穿过它，并形成光导区域19。耳塞外壳16与扬声器22处于声连通，并且包括至少一个可供来自扬声器22的声音穿过的孔34a。如图所示，一对光检测器26固定在底座50上，但不被耳塞外壳16包围。

如图所示，耳塞外壳16包括整体地成形于外壳16中的柔性光发射器24。光发射器24是柔性的，使其可以耳塞形状因素定位在耳塞周围。柔性光发射器24配置为可符合耳塞的形状和配置。柔性光发射器24可位于、靠近或者是耳塞外壳16、包层材料21或外壳16的一部分。在某些实施例中，柔性光发射器24可为插入到耳塞30中的柔性光学电路的一部分。

定位在图7A-7B的耳塞30的耳塞外壳16外部的光检测器26收集来自耳的散射光，其起源于柔性光发射器24所产生的检查光111。柔性光发射器24可通过一个或多个电连接器24a而安装在耳塞底座50上。在某些实施例中，这些可为焊接的、连线的或可拆卸的连接器。在某些实施例中，柔性光发射器24可包括柔性光检测器。在某些实施例中，柔性光发射器24可能柔性光学电路的一部分，其包括图7A-7B中所示的24的形状因素，其中柔性光学电路可包括一个或多个光发射器和传感器以及放大器、微处理器、无线电路和信号调节电子器件。在某些实施例中，柔性光学电路可包括完整的芯片组，其用于生理和环境检测以及用于有线/无线数据传送至远程位置。例如，这些柔性装置可包括有机LED(OLED)和有机光检测器电路。这个实施例可用于产生朝向耳区域的扩散光束，并用于检测来自耳区域的扩散光学散射响应。在某些实施例中，位于柔性光发射器24上的发射器和传感器可为集成在柔性印刷电路板上的传统的发光二极管(LED)和光检测器(PD)。在其它实施例中，可使用透明固态光发射器、传感器或开关。例如，电子控制的液晶矩阵可嵌入在耳塞中，从而覆盖柔性光发射器24。这可容许对来自/去向耳塞(去向/离开耳)的选择区域的光流量进行局部控制。另外，这可容许对选择区域的光波长进行局部控制。

现在参照图8A-8B，根据本发明的某些实施例，光导耳塞30包括底座50、耳塞外壳16和盖18，耳塞外壳从底座50向外延伸，底座50配置为定位在受体的耳中，盖包围耳塞外壳。耳塞外壳16与扬声器22处于声连通，并且包括至少一个可供来自扬声器22的声音穿过的孔34a。盖18包括至少一个可供来自扬声器22的声音穿过的孔34b。如图所示，盖18包括位于其外表面18a上的包层材料21，除了末端部分18f之外。在所示的实施例中，在盖内表面18b上没有包层材料。外壳16与盖内表面18b相接触，并用作包层，以限定光导区域19。具有所示包层材料18c的盖18用作光导向器，其将来自光发射器24的光通过盖末端部分18f而传送到受体的耳道中。盖18还通过末端部分18f收集光，并将收集的光传送给光检测器26。根据本发明的实施例可利用各种光发射器和传感器的配置和布置。

在图8A-8B所示的实施例中，为了减少检查光111检查与浸透光检测器26的风险，耳塞外壳16的底部部分16a包括阻光区域，其阻止光穿过它。这种阻光区域16a可为涂黑的区域、不透光区域或阻止光透射的材料或结构。所示耳塞外壳16和底部部分16a的配置可帮助将光发射器24所产生的检查光111限制在光导层(即19)中，从而通过耳塞30的末端部分18f引导这种光朝向耳区域。

在某些实施例中，如图8C中所示，耳塞外壳16可为至少部分反射的，从而使光在耳塞外壳16所限定的空腔中散射。在这种情况下，光能111可通过外壳16和盖18中的孔34a，34b而离开耳塞30。这种配置的优点是光111可聚焦于耳的特定区域，在此处可定位特定的生理活动。另外，这种配置可减少来自与所述生理活动无关的区域的不需要的光学信号。虽然图8C显示了孔34a，34b定位在朝向鼓膜的位置，但是孔34a，34b可定位在一个或多个围绕耳塞30的其它位置。例如，孔可成形于外壳16和盖18中，位于耳塞30与耳的对耳屏相接触的位置，从而容许光能111检查耳的对耳屏区域。

在某些实施例中，如图8D中所示，耳塞外壳16可包含反射一个或多个光波长和传送一个或多个光波长的材料。例如，耳塞外壳16可包括聚合物、塑料、玻璃、复合材料或树脂，其反射可见光波长并传送IR波长。典型的材料包括颜色吸收材料，例如胶片中所发现的有机染料。或者，耳塞外壳16可包括滤光器区域，例如布拉格滤波器或其它沉积在外壳区域的一个或多个侧面上的滤光器层。如果光检测器26'配置为仅用于测量可见光波长，那么光检测器26'所检测的光能可能主要由耳塞外壳16散射出的光能组成，并且光检测器26所检测的光能可能由耳区域散射出的光能组成。这种配置可为有用的，因为来自光检测器26'的信号可代表运动噪声，其可从源于光检测器26的信号中除去，该信号可包含生理信息和运动噪声。

现在参照图9A-9B，根据本发明的某些实施例，光导耳塞30包括底座50、耳塞外壳16和盖18，耳塞外壳从底座50向外延伸，底座50配置为定位在受体的耳中，盖包围耳塞外壳。耳塞外壳16与扬声器22处于声连通，并且包括至少一个可供来自扬声器22的声音穿过的孔34a。盖18包括至少一个可供来自扬声器22的声音穿过的孔34b。如图所示，一对光发射器24固定在底座50上，并且不被耳塞外壳16包围。如图所示，光检测器26固定在底座50上，并且不被耳塞外壳16包围。盖18用作光导向器，其将来自光发射器24的光传送到受体的耳道中。

盖18的光导区域19经过设计，以便扩散光和/或产生荧光。在这个实施例中，光导区域19包括至少一个光散射区域或荧光区域。光散射区域或荧光区域可定位在耳塞中的光发射器24的光路径中的任何地方，但优选定位在包层本身中或其周围。当光发射器24所产生的检查光111或由光散射区域进行散射时，这种光可形成更扩散的光束111a，其在耳塞30上比光发射器24所产生的检查光111更为均匀。这种扩散光束具有相对耳的运动不太灵敏的强度分布，其可用于减轻来自耳的散射光的运动假象，使得由光检测器26所测量的来自耳的散射光更能指示血管中的血流量变化，并且较少指示口部运动和身体运动。在光导区域19中的光散射区域可能至少部分地包括光导区域中的杂质或形态差异。这种杂质的一个示例可包括点缺陷、容积缺陷、固有缺陷、金属粒子、聚合物、微球体、荧光粒子、材料粒子、气窝、粒子、颗粒材料等等。形态差异的一个示例可包括密度变化、粗糙度、气窝、化学计量变化等等。作为一个特定的示例，光导区域19可包括透明材料，例如玻璃、聚合物或硅，并且在光导区域中可能包含荧光杂质，例如荧光体或荧光聚合物或分子。这种配置可能在光导区域19中产生荧光，以响应来自光发射器24的光激励。在其它实施例中，纳米级波动或杂质可用于扩散或操纵穿过耳塞的光。纳米级波动或杂质的示例可包括量子点、杆、导线、饼圈状物等等。

图9C显示了根据本发明的某些实施例的荧光粒子44，例如荧光体的典型的均匀分布，其埋置在耳塞盖18中。图9D-9E显示了根据本发明的某些实施例的荧光粒子44，例如荧光体的典型分布，其中粒子分布在耳塞盖18的一个或多个表面附近。

在另一实施例中，光散射区域或荧光区域可至少部分地定位在与光导区域19分开的区域中，例如涂层，其可能与光导区域19保持物理接触。

在另一实施例中，光散射区域或荧光区域可包括多层光导材料，其具有至少一个不同的光学特性，例如不同的折射率、透明度、反射率等等。在另一实施例中，光散射区域可包括一个或多个图案区域，其具有至少一个不同的光学特性。

在另一实施例中，光散射区域或荧光区域可分布在所选择的遍及耳塞的位置。

图10显示了人耳E的相关的解剖学。血管是跨耳定位的，但已经发现光体积描记术(PPG)信号在对耳屏、耳屏、小叶以及声道和耳道的部分附近是最强的。对耳屏对于光体积描记术是特别有吸引力的位置，因为凭借与奔跑和口部运动相关联的最小的运动假象可得出强的PPG信号。

现在参照图11A-11B，根据本发明的某些实施例，光导耳塞30包括底座50、耳塞外壳16和盖18，耳塞外壳从底座50向外延伸，底座50配置为定位在受体的耳中，盖包围耳塞外壳。耳塞外壳16与扬声器22处于声连通，并且包括至少一个可供来自扬声器22的声音穿过的孔34a。盖18包括至少一个可供来自扬声器22的声音穿过的孔34b。盖18用作光导向器，用于使光定向到受体的耳中，并限定了光导区域19。所示的耳塞30配置为使光聚焦到人耳的对耳屏上。在所示的实施例中，在盖18的外表面18a或内表面18b上没有包层材料。空气用作外表面18a上的包层，并且外壳16用作内表面18b上的包层。由于在空气和光导层之间的折射率差异，空气可用作充分的包层。即，光导层19的折射率可能比空气更大。

如图所示，传感器模块70定位在耳塞周边附近。在图12a-12B中更详细显示并在下面描述了这种传感器模块70。将传感器模块70定位在光导耳塞30的周边附近的三个好处是：1)靠近对耳屏的PPG信号比耳其它血管丰富区域中的PPG信号更少受到运动假象的中断；2)传感器模块70可在一定程度上独立于耳塞30之外进行设计，通过PPG信号最大化释放最大化的耳塞舒适感；和3)因为可释放设计约束，所以传感器不需要定位在声腔中(即，定位在耳塞外壳16中)，从而容许声音在最小的干扰下穿过声孔34a，34b。在这个实施例中，在盖18中包含透镜可为有利的，其类似于图6的透镜18L。使盖18的光导区域19延伸到某个位置附近可为有利的，在该位置，耳塞30搁置在对耳屏附近。这种光导扩展部分19a用作额外的光耦合区域，并可改善从光导区域19至耳区域的光耦合，并且/或者改善从耳区域至光导区域19的光耦合，包括对耳屏和声道的部分。这是因为这种扩展的光导区域19a可在光导层19和皮肤之间提供皮肤接触，提供更好的光学机械稳定性和光耦合。在这个实施例中，光可从光发射器24耦合到扩展的光导区域19a中，并耦合到耳区域中。类似地，光可从耳区域耦合到扩展的光导区域19a和光检测器26上。这种扩展的光导区域19a可能看起来似乎是靠近耳塞盖18的底部的灯泡或透镜。

图12A-12B显示了根据本发明的某些实施例的传感器模块70的相应的对边，传感器模块可定位在耳塞30的周边附近，如图11A-11B中所示。传感器模块70可包括许多能够将各种形式的能量转换成电信号并使信号数字化的电子构件。例如，传感器模块70可包括发光二极管、光学传感器、加速计、电容传感器、惯性传感器、机械传感器、电磁传感器、热传感器、核辐射传感器、生物传感器等等。在某些实施例中，本发明的光发射器可为侧面发射、边缘发射或表面发射的发光二极管(LED)或激光二极管(LD)的组合。在图12A-12B所示的实施例中，传感器模块70包括两组光发射器24a，24b。第一组光发射器24a可为侧面发射器(或边缘发射器)，其定位在模块70的顶部，并将光定向到耳塞顶端(例如图8A的盖末端部分18f)和声道和/或耳道方向上。第二组光发射器24b可定位在模块70的中间附近，并且可将光定向到光束中，光束大部分垂直于侧面发射器24a。在这个特定的实施例中，显示了单个光发射器24b安装在电路板70c上，使得这个光发射器24b将光定向到对耳屏上，其大部分定位在垂直于声道的方向上。

由这些光发射器24a，24b产生的光能可通过耳中的血管进行散射。这种散射的光可至少部分地被光检测器26捕获。这种光可通过光检测器26本身或借助传感器模块电路板70c上的其它电路而进行数字化。前述光导耳塞30的光导设计可将光定向到各个这些传感器26上。例如，这可通过光导耳塞30来完成，其中透镜(例如图6的18L)有利于检查光从光发射器24耦合到耳区域中，并有利于散射光从耳区域耦合到光检测器26上。额外的传感器构件27a，27b可用于测量正交的能量分量，有利于传感器分析，并因而有助于产生生理评估报告。例如，传感器构件27a，27b可为热传感器，其用于测量相对于外耳(利用远离耳区域的热传感器27b)的内耳温度(利用面向耳区域的热传感器27a)。通过来自这两个传感器27a，27b的两个测量的数字化温度相减，可产生来自耳的热流量指标。这个温差可能在算术上与代谢率相关。例如，这个温差可能与代谢率成正比。这些温度传感器可包括热敏电阻、热电堆、热电偶、固态传感器等等。它们可设计为用于测量热传导、对流、辐射或这些温度分量的组合。

传感器模块70的面向耳塞的侧面(图12B)可包括传感器，其不需要定位在传感器模块的面向对耳屏的侧面上。例如，一个或多个惯性传感器27c可定位在传感器模块70的面向耳塞的侧面上(图12B)。在一个特定的实施例中，惯性传感器27c可为3-轴加速计，并且因为这种传感器不需要与耳区域的光耦合，所以更好的传感器用途可为将这个传感器定位在传感器模块70的面向耳塞的侧面上。额外的光发射器24a，24b可定位在面向耳塞的侧面上，从而有利于光学噪声的参照。也就是说，当佩带耳塞模块30的人在周围移动时，由光发射器24a，24b产生的检查光可从耳塞散射出来，并被光检测器27d检测到。这种散射光强度、相位和/或频率由于身体运动而可能与来自耳区域的散射光强度的运动相关的分量成正比。运动相关的分量是由于耳的身体运动所引起的分量，而非与血流量相关的分量。因而，由检测器27d收集的光散射信号可为自适应滤波器提供合适的噪声参照，以除去来自耳区域的散射光的运动假象，产生输出信号，其主要与血流量相关(其可为想要的信号)。按照相同的象征，到达光检测器27d的散射光可用于产生活动的测量值。这种散射光的强度、相位和频率可能与身体活动相关。心律波形的正弦曲线变化可通过识别波形中的顶峰和峰值和进行计算而进行数字化计数，从而产生有效的阶梯计数。然而，本发明的实施例并不局限于传感器模块70中的构件的所示位置。构件的各种类型和定向都可不受限制地加以利用。

图19显示了在图12A-12B的传感器模块70和受体的皮肤之间的光学相互作用。图中显示传感器模块70处于反射脉冲测氧法装置80中，在该装置中是测量反射波长110，这与测量所透射的波长相反。用于脉冲测氧法和光体积描记术的光发射器和光检测器波长可包括紫外线、可见光和红外线波长。在所示的实施例中，光源-检测器组件71集成到传感器模块70中，以产生光波长111，并监测所产生的散射光能110。光源-检测器组件71包含一个或多个光源以发射一个或多个光波长，以及一个或多个光检测器以检测一个或多个光波长。

在图19中出于参照目的显示了皮肤组织的表皮层90、真皮层91和皮下层92。散射光能110在强度上可通过血管中的血流量的变化、身体运动变化、呼吸、心律以及其它生理变化而进行调节。在某些情况下，散射光能可为来自皮肤、血液、血液分析物、药物或身体中的其它材料的荧光能量。

如之前所述，由检测器27d收集的光散射信号可为自适应滤波器提供合适的噪声参照，以除去来自耳区域的散射光的运动假象，产生输出信号，其主要与血流量相关(其可为想要的信号)。这是因为这些检测器所检测的光来自没有被生理区域散射的光，而是从可随着耳移动的耳机相关联的区域散射出来的光。因而，到达光检测器27d的散射光可用于产生活动的测量值。

图13显示了用于从噪声中提取生理信号的自适应消噪机制200的基本配置。词语“通道A”和“通道B”代表了两种类型的传感器输入。通道A指收集生理信息加噪声信息的传感器的输入，并且通道B指主要(或基本上)收集噪声信息的传感器的输入。通道B信息穿过电子滤波器203，电子滤波器203的特性自适应地且动态地进行更新。滤波器203的特性被更新，从而最大限度地减小在通道A和后处理通道B之间的差异，以B-A来表示。这样，从通道A中除去了噪声，并且通道C主要包含生理信息，从中可计算出例如血流量、心律、血液分析物水平、呼吸率或体积、血液含氧量等等参数。重要的是要注意，通道A的信息仍然是可用的，尽管存在噪声，并且噪声信息仍可被用于相关参数的计算。例如，通道A中残留的噪声信息可通过参数估计器201来提取，并且通道D中的输出可为一个或多个活动评估值等等。类似地，原噪声通道，通道B可通过参数估计器205进行后处理，以便为通道E提取活动评估值。活动评估值可包括用力、活动水平、移动的距离、速度、步伐计数、步长、肢体运动、姿势、活动的表现、咀嚼速率、强度或体积等等。消噪机制200可集成到微处理器的固件等等中。

虽然已经针对耳塞配置展现了用于消除运动噪声的图13的实施例，但这并不使本发明局限于耳塞。利用光学噪声源消除运动噪声的自适应消噪机制200的要素可为配置光检测器(例如27d)，使其不接收来自生理区域的散射光，而检测器同时接收来自与生理区域同步移动的区域的散射光。甚至通道B的光学噪声基准中存在的最轻的生理信号也可能防止自适应滤波器正确工作，使得生理信号可能无意中被滤波器203完全除去。此外，虽然噪声源通道B被描述为一种光学噪声源，但是在本发明中可使用其它形式的能量。即，任何惯性传感器输入可组成用于通道B的输入。更具体地说，用于沿着耳塞测量相对于耳的电容变化的传感器可提供惯性噪声基准，而同样没有测量生理信息。类似地，加速计可提供惯性噪声基准，同样没有测量生理信息。感应传感器还可提供惯性噪声基准，同样没有测量生理信息。对于各种噪声源，限定要素可为噪声源可配置为只(或主要)测量身体运动，而非生理信息(例如血流量、血氧量、血压等等)。光学噪声源的效用是因为光学信号通道A和光学噪声信道B具有相同的线性响应，自适应滤波器机制200可能比信号通道和噪声信道通过不同形式的感测能量进行操作的情形更为有效。例如，加速计传感器对惯性变化响应的线性特征可能不同于光传感器的响应线性特性。

利用光源(尤其红外线发光二极管)消除运动噪声的自适应消噪机制200已经在实验室中由佩带光导耳塞的人在休息、慢跑和以及在跑步机上奔跑时进行了论证，并且在图14A-14D中展现了各种数据汇总300a-300d。该数据被埋置于耳塞30中的芯片和存储器卡所记录，芯片和存储器卡与耳塞30中的传感器模块70具有电连接。低速运动300a中的原信号和高速运动300c中的原信号可能与图13的通道A的信号相等。类似地，低速运动300b中的“受阻通道”和高速运动300d中的“受阻通道”可能与图13的通道B相等。在这个实验中，“受阻通道”由光学噪声源组成，其中光学噪声源包含光发射器-检测器模块，例如图12A-12B的70。然而，除了暴露于耳下之外，光发射器-检测器模块可被一层透明硅覆盖，透明硅然后被黑胶带覆盖，以防止来自发射器(例如24a和24b)的光到达耳。因而，来自黑胶带的散射光通过硅被散射回发射器-检测器模块，并作为运动噪声而被检测器(例如26和27d)感测到。在某种意义上，对于这种配置，人耳的光学通道被“阻挡”，因此被称为“受阻通道”。黑胶带下面的透明硅的目的是：1)为IR光提供无障碍的透明的光散射路径，和2)提供与人的皮肤相似的运动灵敏度，因为硅具有可能与人的皮肤相似的振动响应。

图14A-14D显示了低速运动300a中的原信号象征着血流量脉冲，其可被转变为心律。这是因为每个血流量脉冲代表一个心跳。然而，高速运动300c中的原信号象征着主要测量的身体活动。这是很明显的，其事实在于，高速运动信号300c与相对应的受阻通道信号300d相匹配，并且高速运动300d中的受阻通道被发现具有与测量的奔跑者的每秒步数基本相同的心跳轮廓。

图15是根据本发明的某些实施例的处理来自头戴式受话器的生理信号数据的图表，头戴式受话器具有一个或多个光导耳塞30。具体地说，图15显示了图14A-14D中所展现的血流量(Y轴)对时间(X轴)的数据汇总300a-300d的分析结果400，其经过了两个数据处理序列，以提取心律。一个序列包含图13的自适应滤波过程200以及心跳探寻器处理步骤。第二序列包含心跳探寻器处理步骤，而没有图13的自适应滤波过程200。心跳探寻器过程通过监测各个脉冲的波峰和波谷而对各个心跳进行计数，例如图14A的图表300a中所示的波峰和波谷。如图15中所示，心跳探寻器在休息和慢跑期间测量心律是有效的。然而，单独心跳探寻器是不足以监测奔跑期间的心律。这是因为在高速运动时，与脚步相关联的信号300d(图14D)是足够强的，足以压倒与心律相关联的小的信号，所以与运动相关联的因素控制了整个信号300d。因而，心跳探寻器不能将心跳与脚步区分开。在心跳探寻器过程之前通过利用自适应滤波过程200(图13)，奔跑期间的脚步运动假象被有效地从传感器信号(图13的通道A)中除去，使得输出信号(图13的通道C)包含血流量信息及最小的运动假象。因而，这种输出信号包含流流量脉冲信号，其然后可被心跳探寻器“进行计数”，从而产生精确的心律评估值。

在图15的特定分析结果400中，在图13的自适应滤波器过程200之后采用了心跳探寻器来对心跳计数。用于从传感器信号中提取噪声之中的生理信息的更一般的方法500如图16中所示。第一图框(图框510)代表预适应信号调节阶段。这个过程可利用滤波器的组合来除去所关心的范围之外的频带。例如，可使用带通滤波器、低通滤波器和/或高通滤波器(例如数字滤波器)的组合。第二图框(图框520)代表自适应滤波过程，例如图13中所述的过程200。这个过程可利用来自图框510的预调节信号作为自适应滤波器的输入，其减少主数据通道中的运动或环境假象和噪声。第三图框(图框530)代表参数提取阶段。除了波峰探寻(例如心跳探寻)算法之外，这个过程可利用信号调节滤波器的组合来计算所关心的特性(例如心律、血流量、心律变异性、呼吸率、血液气体/分析物水平等等)。图16的方法500可在微处理器的固件(或相似的电子器件)中进行编码，以促进生理信息的实时处理。

图17是方框图，其显示了根据本发明的某些实施例的利用图16的方法500处理成数字数据串的传感器信号，其包括活动数据和生理数据。光检测器26和光发射器24可包括数字化电路，使得它们可串联地连接在数字总线600上。来自检测器26的数据可通过处理器/多路复用器602进行处理，以便在处理器602的输出606处产生多个串行格式的数据输出604。在某些实施例中，处理方法可包括图13,14A-14D，15和16中所述的一个或多个方法。多个数据输出604可通过时分多路等等由处理器/多路复用器602来产生。处理器602可执行一个或多个串行处理方法，其中多个处理步骤的输出可提供信息，其被输送到多路复用的数据输出604中。

多路复用的数据输出604可为特别分析出的活动信息和生理信息700的串行数据串(图18)，使得应用专用接口(API)可根据特定应用的需要而利用这些数据。应用可使用该数据来产生高水平的评估值，例如整体适合度或整体健康度。此外，数据串的单个数据元素可用于促进数据串的其它单独的数据元素得到更好的评估。作为特定的示例，血流量数据串可能包含信息各个血脉冲的一次和二次导数。这种信息可通过使自适应滤波器心律信号经过斜坡查找算法(例如微分电路)而从PPG信号中进行处理。在另一示例中，经过滤波的PPG信号可贯穿积分电路，以评估在各个血脉冲上的血量。这种信息然后可用于比直接测量血压或血液含氧量更精确地评估血压和血液含氧量。

在本发明的某些实施例中，启用了产生生理评估算法的新的方法。这些新的方法可在耳塞用户还佩带一个或多个基准传感器的同时通过实时测量数据输出串604的各个数据输出来实现。种量分析、多重线性回归或其它统计或机器学习技术然后可用于产生在被基准传感器同时测量的数据输出604和高水平评估之间的统计关系。这些基准传感器可测量需氧适合度水平、VO₂max、血压、血液分析物水平等等。在耳塞传感器和基准传感器读数之间的关系可被转变为埋置于耳塞中的算法，其中各个算法为耳塞用户产生至少一个评估值。在某些情况下，源自耳塞评估值对基准值的布兰德-阿特曼曲线可用于判断算法的有效性，并且该信息可反馈，以改进源自耳塞的评估算法。这些评估的示例可包括需氧适合度水平、VO₂max、血压、血液分析物水平(例如血糖、氧气、一氧化碳)等等。

在某些情况下，从光导耳塞30的生理信号中除去周围光学噪声的影响可为很重要的。在这种情况下，一个或多个光检测器26可配置为测量户外光照度或周围光照度，并且这个信息可输送回处理器602中(图17)，以便从生理信号中提取外部光学噪声。例如，某些光检测器可配置为测量来自耳的光，而其它光检测器可配置为测量来自周围环境的光，例如日光、室内光、车头灯光等等。这可通过引导光检测器分别朝向和远离耳来实现。在一个特定的示例中，到达光检测器26的周围光线可能在光检测器上产生不合适宜的正弦曲线响应，光检测器配置为测量来自耳的光。这种不合适宜的正弦曲线型噪声响应可能随着耳塞用户在奔跑时左右移动其头部而产生。因而，自适应滤波器200(图13)的通道A可包括生理信息加不合适宜的周围光学噪声信息。为了从最终的输出通道C中除去这种噪声，配置为测量周围光学噪声的光检测器的输出可为自适应滤波器200的输入(图13的通道B)。这样，来自通道A的周围噪声可被除去，以便在通道C中主要产生生理信号。

光检测器26和发射器24可具有多个波长，达到为各个波长提供专门的生理信息的目的。参照图19，例如紫色或紫外线可用于测量与运动相关的耳方面，因为紫色和紫外线可能不会极大地穿透耳的皮肤。绿色、红色和IR波长可能具有更深的穿透性，并且提供有关血管和血液分析物水平的信息。蓝色波长对于测量血管尺寸上的变化可为特别有用的。

本发明的实施例可更普遍地应用于非光学或混合-光学配置。例如，一个或多个检测器26和发射器24可为机械的、声学的、电学的、重量测定的或核检测器和发射器，其全部提供生理信息给处理器602(图17)。例如，加速计或电容器可用作检测器26，用于处理器602上实时运行的自适应滤波器的噪声基准(通道B)输入。

参照图20，根据本发明的某些实施例，用于光导耳塞30中的芯片组800可包括光发射器、光检测器、机械的、声学的、电的、重量测定的、核检测器、辅助传感器、信号处理、功率调节、数字控制和输入/输出线路。芯片组800可包括用于信号提取和用于从源自传感器和噪声源的信息中产生生理评估值的固件。芯片组配置的一个好处是芯片组800可完全或部分地集成，并因此是紧凑，且可扩展至很广范围的产品。为了与光导耳塞30集成，芯片组800可进行对准，使得传感器区域具有暴露受体耳的窗口。例如，芯片组800可附连在耳塞底座50或耳塞传感器模块70上，并且在视线上通过耳塞的声孔和/或耳塞30的透明末端部分(例如通过图8A-8B的耳塞30的末端部分18f或图4&5的18w)进行对准。

在图21中显示了根据本发明的某些实施例的用于立体声头戴式受话器的芯片组800的一个特定实施例。这种立体声芯片组800可集成到电子模块上，电子模块可附连在印刷电路板上。在另一配置中，这种立体声芯片组800可集成到3个模块中，其中左右耳塞传感器包括两个分开的模块，分别埋置在左右耳塞中，并且剩余的电路元件包括主模块。

根据本发明的其它实施例，具有光导区域的监测装置可配置为附连在耳垂、手指、脚趾、其它指头等等上。例如，根据本发明的某些实施例，图22A-22B显示了监测装置70，其配置为装配在手指F上，例如，作为戒指。所示的监测装置70包括能够包围受体手指F的大致圆形带，其中圆柱形的外体部分72和大致圆柱形的内体部分74以同心的关系而固定在一起。外体部分实际上可由任何类型的材料形成，并且可具有装饰性配置。在某些实施例中，外体部分72可包括柔性电路，其包含各种电子构件，例如微处理器、数字模拟转换器、功率源、功率调节器等等。然而，在某些实施例中，外体部分72可能不是必需的，并且监测装置70的圆形带只包括固定在底座50上的内体部分74(如下面所述)。

底座50固定在所示实施例的内体部分和外体部分74,72上，并且可能类似于上面参照图3,4A-4D，5,6,7A-7B，8A-8D，9A-9B和11A-11B所述的底座50。底座50为一个或多个传感器提供支撑。在所示的实施例中，底座50支撑光发射器24、光检测器26和光学噪声检测器26'。

内体部分74包括与上面参照图3,4A-4D，5,6,7A-7B，8A-8D，9A-9B和11A-11B所述的盖18相似的透光材料。在某些实施例中，内体部分74由柔软的弹性材料，例如硅形成，其在受体的手指插入时发生变形。然而，可不受限制地利用各种类型的透光材料。

如图所示，一层包层材料21应用于内体部分74的外表面74a上(或其附近)，并且一层包层材料21应用于内体部分74的内表面74b上(或其附近)，从而限定光导区域19。因此，内体部分74用作光导向器，其在一个或多个预定位置将来自光发射器24的光传送给受体的手指F，并且收集来自手指F的光，并将收集的光传送给光检测器26,26'。在某些实施例中，包层材料21可埋置在内体部分74中，与外表面74a和内表面74b相邻。在某些实施例中，外体部分72可用作与内体部分外表面74a相邻的包层。

在所示的实施例中，窗口74w成形于包层材料21中，并用作手指F的光导接口。这里可能存在任意数量的窗口，其可为充分的光耦合所需要的，并且窗口74w可包括例如上面所述的透镜(例如图6中所示的透镜18L)，从而使光发射器24所发射的光聚焦到手指F的一个或多个部分上，并且/或者使收集的光聚焦到光检测器26,26'上。类似地，窗口74w可包括滤光器，以便选择性地使一个或多个光波长通过，并且反射和/或吸收其它光波长。

在所示的实施例中，光导区域19包括阻光部件80，其将光发射器24和光检测器26彼此隔离开。在某些实施例中，可能只利用单个阻光部件80。例如，单个阻光部件80可定位在光发射器24和光检测器26之间。通过添加额外的阻挡部件80，如图所示，只有到达光检测器26的光可为至少穿过手指一部分的光。

在某些实施例中，可利用多个光发射器24。例如，可利用不同波长的光发射器。在某些实施例中，可利用多个光检测器，其配置为在不同波长下测量光(例如光检测器26和26'可配置为测量不同波长下的光)。这样，任一光检测器可配置为测量主要由于运动(例如手指运动)而引起的光，或者测量主要由于生理过程和运动而引起的光。例如，如果窗口74w包含IR-通过滤波器，那么可见光将不会穿过窗口74w，并且光将散射至光检测器26和26'上。或者，如果两个所示的阻挡区域80就位，并且如果光检测器26'配置为仅仅测量可见光，且光检测器26配置为仅仅测量IR光，那么只有光检测器26'将检测散射的可见光。因为这种可见的散射光不能到达手指，所以由光检测器26'测量到的散射强度可能象征着运动而非生理活动。

现在参照图23，根据本发明的某些实施例，监测装置70'可配置为附连在受体的身体上，作为绷带或“医用绑带”。，所示的监测装置70'包括外层或外体部分72和内层或内体部分74，其如图所示固定在一起。外本体部分实际上可由任何类型的材料形成，并且可具有装饰性配置。在某些实施例中，外本体部分72可包括柔性电路，其包含各种电子构件，例如微处理器、数字模拟转换器、功率源、功率调节器等等。然而，在某些实施例中，外体部分72可能不是必需的，并且监测装置70'只包括固定在底座50上的内体部分74(如下面所述)。

底座50固定在内体部分和外体部分74,72上，并且可能类似于上面参照图3,4A-4D，5,6,7A-7B，8A-8D，9A-9B和11A-11B所述的底座50。底座50为一个或多个传感器提供支撑。在所示的实施例中，底座50支撑光发射器24、光检测器26和光学噪声检测器26'。

内体部分74由透光材料形成，其与上面参照图3,4A-4D，5,6,7A-7B，8A-8D，9A-9B和11A-11B所述的盖18是相似的。在某些实施例中，内体部分74由柔软的弹性材料，例如硅形成，其在装置附连到受体的身体上时发生变形。然而，可不受限制地利用各种类型的透光材料。

如图所示，一层包层材料21应用于内体部分74的外表面74a上(或其附近)，并且一层包层材料21应用于内体部分74的内表面74b上(或其附近)，从而限定光导区域19。因此，内体部分74用作光导向器，其在一个或多个预定位置将来自光发射器24的光传送给受体的身体，并且收集来自身体的光，并将收集的光传送给光检测器26,26'。在在某些实施例中，包层材料21可埋置在内体部分74中，与外表面74a和内表面74b相邻。在某些实施例中，外体部分72可用作与内体部分外表面74a相邻的包层。

在所示的实施例中，窗口74w成形于包层材料21中，并且用作受体身体的光导接口。这里可能存在任意数量的这些窗口，其可为充分光耦合所需要的，并且窗口74w可包括例如上面所述的透镜(例如图6中所示的透镜18L)，从而使光发射器24所发射的光聚焦到受体身体的一个或多个部分上，并且/或者使收集的光聚焦到光检测器26,26'上。类似地，窗口74w可包括滤光器，以便选择性地使一个或多个光波长通过，并且反射和/或吸收其它光波长。

在所示的实施例中，光导区域19包括阻光部件80，其将光发射器24和光检测器26彼此隔离开。在某些实施例中，可利用多个光发射器24。例如，可利用不同波长的光发射器。在某些实施例中，可利用多个光检测器，其配置为在不同波长下测量光(例如光检测器26和26'可配置为测量不同波长下的光)。

所示的监测装置70'可通过装置70'的一个或多个部分上的粘合剂而活动地附连在受体的身体上。在某些实施例中，粘合剂可能位于内体部分74上。在利用外体部分的实施例中，粘合剂可能位于外体部分74上。在某些实施例中，所示的装置70'可通过胶带或其它已知装置而活动地附连在受体的身体上。

现在参照图24A-24B，25A-25B和34-40，其显示了根据本发明的各种实施例的头戴式受话器10，其利用了与一个或多个光发射器和/或光检测器保持光耦合(即处于光学连通)的一个或多个光导向器119。各个所示的头戴式受话器10包括外壳14，其配置为支撑在人耳中，并且如上所述还可封装和保护各种安装在底座50上的电子构件(图26-29)。例如，如上所述，底座50可包括一个或多个印刷电路板、电连接器、处理器、扬声器、光发射器和光检测器的任何配置和组合。因此，图24A-24B，25A-25B和34-40的各个所示的头戴式受话器10可包括设置在外壳14中的至少一个光发射器24和至少一个光检测器26。然而，如下面所述，一个或多个光发射器和/或一个或多个光检测器可定位在远离外壳14的位置。如上所述，各个光检测器26可为光电二极管、光检测器、光电晶体管、硅控整流可控硅、固态装置、光学芯片组等等。光发射器24可为发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、紧凑的白炽灯泡、微等离子体发射器、IR黑体源等等。

在图24A-24B和25A-25B的实施例中，各个光导向器119的远端部分119a从外壳14向外延伸。然而，在本发明的其它实施例中，一个或两个光导向器119的远端部分119a可基本上与外壳14齐平，或者可甚至凹陷于外壳14中。各个光导向器119的远端119a具有裸露的端面119c，其配置为与受体耳的一部分相接合(或定位在其附近)。

在图24A-24B中显示裸露的表面119c具有平坦的平面，并且在图31中为弯曲的或圆形的表面，从而论证了根据本发明实施例的光导向器可以各种方式定制形状，从而使光来回地耦合到身体上。例如，圆形的表面可改善来自更宽角度的光的收集，并且平坦的平面可能使光导向器的视野变得狭窄。在某些情况下，更宽的视野对于沿着身体测量来自更广范围的更多的光可为很重要的，但在其它情况下，更狭窄的视野对于将视野聚焦到身体的特定区域可为很重要的。例如，在图24A-24B的耳塞10中具有平坦表面119c的光导向器119可使视野聚焦到对耳屏和外耳之间的区域上。本申请人已经发现耳的这个区域包含对于光体积描记术(PPG)足够的血流量信号，同时还是较少由于咀嚼、谈话、步行、奔跑或锻炼而发生运动假象的区域。较少的运动假象可导致较少的运动光学散射，并因此在传感器26的光学信号中导致较少的噪声。较少噪声的光学信号可在光学信号的模拟滤波或数字滤波时导致更干净的PPG信号。相反，光导向器的圆形远端如同图31的表面119c一样可能捕获更大的PPG信号，但具有甚至更大数量的运动假象相关联的光学散射。在共有的待审的美国专利申请出版物No.2012/0197093和共有的待审的PCT申请No。PCT/US12/48079中公开了由光检测器26过滤光学信号的详细的新颖的方法，其通过引用而完整地结合在本文中。

这里使用的术语“接合”意味着远端表面119c可接触人的皮肤，或者可紧密地接近人的皮肤，例如在离人一百微米至3毫米或更多毫米内。

各个光导向器119的相反的近端119b与相应的光发射器24和光检测器26处于光学连通。因此，相应的光导向器119配置为将来自光发射器24的光通过远端裸露的表面119c而传送到受体的耳区域中，并且相应的光导向器119配置为通过远端裸露的表面119c而收集来自受体的耳区域的光，并将收集的光传送给光检测器26。

在图34所示的实施例中，各个光导向器119的远端119a不从外壳14中延伸出来。相反，各个光导向器119的远端119a基本上与外壳14齐平。在某些实施例中，图34的光导向器119的一个或两个远端119a可凹陷于外壳14中。光导向器凹陷的一个好处可为使视野进一步狭窄，或者改善佩带在耳中的头戴式受话器10的舒适性，其对于某些应用可为必需的。

在图24A-24B所示的实施例中，光导向器119具有伸长的大体圆柱形的配置。在图25A-25B所示的实施例中，光导向器119具有非圆柱形的通常锥形的配置。在图34的实施例中，光导向器119具有通常椭圆形的横截面配置。然而，本发明的实施例并不局限于图24A-24B，25A-25B和34-40所示的光导向器119的配置或形状。根据本发明实施例的光导向器119可具有不受限制的各种形状、配置、长度等等。非圆柱形的或方形的光导向器的一个好处是其可促进更紧凑的头戴式受话器设计。

这里所示和所述的各种实施例中的各个光导向器119可由各种类型的透光材料形成，透光材料通常具有至少为一(1)的折射率。在某些实施例中，光导向器119可由弹性透光材料形成。在其它实施例中，光导向器119可由基本刚性的透光材料形成。在头戴式受话器或监测装置包括多个光导向器119的本发明的实施例中，某些光导向器可由弹性透光材料形成，并且某些可由基本刚性的透光材料形成。根据本发明的某些实施例的光导向器可包括一个或多个光纤。典型的光导向器材料包括，但不局限于聚碳酸酯、丙烯、硅和聚氨基甲酸脂。

根据本发明的某些实施例，光导向器119还可包括光学过滤材料例如，光导向器可包括具有滤光染料的材料或天然过滤一个或多个光波长的材料。例如，吸光染料许多是众所周知的，其可集成在聚碳酸酯或聚丙烯薄片中，或涂布在其顶部。类似地，吸光染料可集成在树脂中，树脂然后可模制到一个或多个光导向器中。天然过滤材料的一些非限制性的示例包括青玉或玻璃，青玉吸收某些红外线(IR)波长，玻璃吸收某些紫外(UV)波长。然而，可不受限制地利用各种类型的过滤材料。

在某些实施例中，光导向器119可被包层材料121(图30)包围或部分地包围，包层材料121配置为阻止来自外部来源的光进入光导向器119中和/或至少部分地将光限制于光导向器119中。包层材料121可为阻光材料和/或反光材料。例如，包层材料121可为暗色(例如黑色等等)或银色(或其它反光颜色)涂层，或织纹状光-散射材料，其位于光导向器119的表面的一个或多个部分上。

图26-29显示了根据本发明的某些实施例的可用于头戴式受话器中的各种光导向器配置以及可佩带的传感器模块(例如传感器模块可附连在耳垂、手指、手腕、踝、脚趾、其它指头、其它皮肤区域等等上)。例如，当结合本申请人的信号提取技术使用时，这些传感器模块可在埋置于腕带、手表、脚铐、臂章、胸带和其它可使传感器模块与皮肤相接合的形状物中时很好地起作用。虽然在图26,27和29中显示光导向器119具有相同的长度，但是应该懂得，本发明的实施例并不局限于具有相同长度的光导向器119。

在图26中，光发射器24和光检测器26附连在底座50上，并且阻光材料21定位在光发射器24和检测器26之间，使得光发射器24和检测器26彼此不处于直接光学连通。在某些实施例中，阻光材料21可完全阻止来自光发射器的光直接到达光检测器26。在其它实施例中，阻光材料21可部分地阻止来自光发射器的光直接到达光检测器26。

如图26中所示，相应的光导向器119与光发射器24和光检测器26处于光学连通。然而，在其它实施例中，多个光导向器119可与光发射器24和/或光检测器26处于光学连通。应该注意，光导向器119的自由端119c可分出两个或多个“脚部”，其可用于将身体的许多不同部分，例如耳的多个部分联接起来。如共有的待审的美国专利申请出版物No.2010/0217098中所述，监测耳的多个区域可为有利的，其通过引用而完整地结合在本文中。

如图27中所示，头戴式受话器或传感器模块可包括多个光发射器24和/或光检测器26，其中相应的光导向器与之处于光学连通。应该注意的是，光导向器119可用于将身体的许多不同部分，例如耳的多个部分联接起来。

如图28中所示，单个光导向器119可与光发射器24和光检测器26处于光学连通。

如图29中所示，光耦合材料120可应用于头戴式受话器一个或两个光发射器24和光检测器26上，或应用于传感器模块的上。光导向器119通过光耦合材料120而与光发射器24和光检测器26处于光学连通。光耦合材料120可包括有效地将来自光发射器24的光耦合到光导向器119上，或者将来自光导向器119的光耦合到光检测器26上的材料。合适的材料的示例包括，但不局限于胶水、胶带、树脂、凝胶、填充材料、模制材料等等。模制材料的一些非限制性的示例可包括，但不局限于硅、塑料、聚合物或聚氨基甲酸脂部件，其形状适合于与光导向器和发射器和/或传感器配合地相接合。模制的形状适合的光耦合的好处是其可由于非永久性的接口而进行常规地附连/分离。这对于光导向器119可能需要从发射器24和/或传感器26上进行常规地附连/分离的情况可为有用的。合适的光耦合材料的两个有吸引力的特性可包括：1)折射率与发射器、传感器或光导向器相匹配或紧密匹配的材料；和2)在耦合元件之间提供固体接口，其之间没有空隙。

在本发明的某些实施例中，例如图24A-24B和25A-25B中所示，光发射器24和光检测器26附连在或设置在外壳14中。然而，在本发明的其它实施例中，光发射器24和/或光检测器26可定位在远离外壳14的位置。例如，如图32中所示，光发射器24和光检测器26可定位在头带或是头戴式受话器的一部分的其它结构上。在图32所示的实施例中，头戴式受话器100是具有一对耳塞30的立体声头戴式受话器。光发射器24和光检测器26定位在头戴式受话器100的头带100h上。在带有线听筒的某些实施例中，发射器和/或传感器可定位在“圆形徽章”或移动装置(例如智能电话)本身上，其中相关联的光导向器在听筒和圆形徽章或移动装置之间运行。

例如图31中所示，一对伸长的光导向器119通过近端部分119b与光发射器24和光检测器26处于光学连通，并从光发射器24和光检测器26延伸至耳塞30。耳塞30包括穿过它而成形的一对孔30a。各个光导向器远端定位在相应的耳塞孔30a中，使其裸露的端面119c配置为与受体耳的一部分相接合(或定位在其附近)。因此，与光发射器24处于光学连通的光导向器119可将来自光发射器24的光传送到受体的耳区域中，并且与光检测器26处于光学连通的光导向器119可收集来自受体的耳区域的光，并将收集的光传送给光检测器26。应该注意的是，光导向器119的自由的远端表面119c如之前论述的那样可包括各种形状，而非图33中所示的示例。

光发射器24和光检测器26可埋置在头带100h中(也被称为“背带”，因为这通常可佩带在头部后面)，或者可定位在头带100h之外。另外，与光发射器24和光检测器26连通的伸长的光导向器119可埋置在头带100h中。然而，在本发明的某些实施例中，伸长的光导向器119可位于或至少部分地位于头带110h的外部。

虽然这里的许多附图只显示了一个耳塞中的发射器和传感器，但是应该懂得，发射器和传感器可能位于多个耳塞中，左边和右边，以用于生物统计监测。某些好处可通过将光导向器从头带并入耳塞中来实现。例如，在多个耳塞中具有发射器和传感器可实现在头部的左边和右边测量血液脉冲之间的切换时间的能力，并且这种测量可用于评估人的血压。例如，从头部右边的颈动脉移动至头部左边的血液可部分地通过血压进行调制，并因而通过测量左右血液脉冲之间的时差，并通过将这种测量值合并到与脉冲切换时间和血压的公式中，潜在地还包括动脉硬度的关系，从而可执行确定血压的方法。另外，在脉动的血流量信号强度之间的差异，即在头部左边和右边之间的AC血流量脉冲幅度上的差异可能与佩带头戴式受话器的人的血压成正比例。配置为提供这种功能类型的合适的立体声头戴式受话器可包括如图27中所示的光导方法，及多个发射器和传感器。

图35显示了根据本发明的某些实施例的图1的头戴式受话器10，其具有位于耳塞外壳盖18中的光导向器119。各个光导向器119配置为与相应的光发射器24和光检测器26的其中一个处于光学连通。在这个实施例中，耳塞外壳盖18可为基本不透明的。因此，唯一的光透射路径是通过光导向器119。然而，图35所示的本发明的实施例并不要求外壳盖18是不透明的。

图36-40显示了根据本发明其它实施例的包含光导向器119的头戴式受话器10。头戴式受话器外壳14包括不透明的前外壳部分14a(图40)和不透明的后外壳部分14b(图40)。活动的盖18配置为附连在前外壳部分14a上，并与之配合地相接合。盖18可以各种尺寸来提供，其均适合于受体耳的形状和尺寸。例如，盖18可具有大、中、小尺寸等等。盖18可由柔软的或弹性材料形成。合适的柔软的或弹性材料的示例可包括，但不局限于硅、橡胶、基于聚合物的材料、乳胶、较低硬度的塑料等等。

前外壳部分14包括一部分14c，其具有一对与之集成的滤光透镜140。盖18具有相对应的部分18a，其如图所示包括一对与之集成的光导向器119。在所示的实施例中，光导向器119基本上与部分18a的端面18b齐平。当盖18安装在前外壳部分14a上时，如图38中所示，光导向器119与滤光透镜140对准(即，光连通)。

前面是本发明的举例说明，而不应该认为是本发明的限制。虽然已经描述了本发明的一些示例性的实施例，但是本领域中的技术人员应该懂得，在不脱离本发明的知识和优势的条件下，可在示例性的实施例中进行许多修改。因此，所有这些修改都被意图包含在如权利要求所限定的本发明范围内。本发明由以下权利要求来限定，使权利要求的等效物包含在以下权利要求中。

Claims (30)

1.一种头戴式受话器，包括：

外壳，其配置为定位在受体的耳中，所述耳具有耳道；

光发射器和光检测器；和

至少一个与所述外壳相关联的光导向器，其中所述至少一个光导向器包括远端，其在所述外壳定位在所述耳中时，与所述耳的部分相接合，其中所述至少一个光导向器与所述光发射器或所述光检测器处于光学连通，并且其中所述至少一个光导向器配置为将来自所述光发射器的光通过所述远端传送到所述受体的在所述耳的对耳屏和外耳之间的耳区域中，或者通过所述远端收集来自所述受体的在对耳屏和外耳之间的耳区域的光，并将收集的光传送至所述光检测器。

2.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，所述至少一个光导向器的远端的至少一部分从所述外壳向外延伸。

3.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，所述至少一个光导向器包括光学过滤材料。

4.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，所述至少一个光导向器包括弹性透光材料。

5.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，所述至少一个光导向器包括基本刚性的透光材料。

6.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，还包括阻光材料，其定位在所述光发射器和所述检测器之间，使得所述光发射器和所述检测器彼此并不处于直接光学连通。

7.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，所述光发射器包括光耦合材料，并且其中所述至少一个光导向器通过所述光耦合材料而与所述光发射器处于光学连通。

8.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，所述光检测器包括光耦合材料，并且其中所述至少一个光导向器通过所述光耦合材料而与所述光检测器处于光学连通。

9.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，所述至少一个光导向器包括包层材料，其至少部分地将光限制在所述光导向器中，并且/或者阻止来自外部来源的光进入所述至少一个光导向器中。

10.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，所述至少一个光导向器包括多个光导向器，其各具有远端，所述远端在所述外壳定位在所述耳中时，与所述耳的相应的不同部分相接合。

11.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，还包括多个光发射器，其中所述至少一个光导向器包括多个光导向器，并且其中所述多个光导向器与所述多个光发射器处于光学连通，并且配置为将来自所述多个光发射器的光传送给所述受体的耳区域。

12.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，还包括多个光检测器，其中所述至少一个光导向器包括多个光导向器，并且其中所述多个光导向器与所述多个光检测器处于光学连通，并配置为收集来自所述受体的耳区域的光，并将收集的光传送给所述多个光检测器。

13.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，还包括信号处理器，其配置为接收和处理所述光检测器所产生的信号。

14.根据权利要求1所述的头戴式受话器，其特征在于，所述光发射器和所述光检测器附连在所述外壳上。

15.一种头戴式受话器，包括：

外壳，其配置为定位在受体的耳中，所述耳具有耳道；

光发射器和光检测器；和

与所述外壳相关联的第一光导向器和第二光导向器，其中所述第一光导向器和所述第二光导向器均包括远端，其在所述外壳定位在所述耳中时，与所述耳的相应的部分相接合，其中所述第一光导向器与所述光发射器处于光学连通，并且配置为通过所述第一光导向器的远端将来自所述光发射器的光传送到所述受体的在所述耳的对耳屏和外耳之间的耳区域中，并且其中所述第二光导向器与所述光检测器处于光学连通，并配置为通过所述第二光导向器的远端而收集来自所述受体的在对耳屏和外耳之间的耳区域的光，并将收集的光传送给所述光检测器。

16.根据权利要求15所述的头戴式受话器，其特征在于，所述第一光导向器和所述第二光导向器的其中一个或两者的远端的至少一部分从所述外壳向外延伸。

17.根据权利要求15所述的头戴式受话器，其特征在于，所述第一光导向器和所述第二光导向器的其中一个或两者包括光学过滤材料。

18.根据权利要求15所述的头戴式受话器，其特征在于，所述第一光导向器和所述第二光导向器均包括透光材料，其具有至少为一(1)的折射率。

19.根据权利要求15所述的头戴式受话器，其特征在于，还包括信号处理器，其配置为接收和处理所述光检测器所产生的信号。

20.根据权利要求15所述的头戴式受话器，其特征在于，所述光发射器和所述光检测器附连在所述外壳上。

21.一种头戴式受话器，包括：

外壳，其配置为定位在受体的耳中，所述耳具有耳道；

光发射器和光检测器；和

与所述外壳相关联的光导向器，其中所述光导向器包括远端，其在所述外壳定位在所述耳中时，与所述耳的部分相接合，其中所述光导向器与所述光发射器处于光学连通，并且配置为通过所述光导向器的远端将来自所述光发射器的光传送到所述受体的在所述耳的对耳屏和外耳之间的耳区域中，并且其中所述光导向器与所述光检测器处于光学连通，并配置为通过所述光导向器的远端而收集来自所述受体的在对耳屏和外耳之间的耳区域的光，并将收集的光传送给所述光检测器。

22.根据权利要求21所述的头戴式受话器，其特征在于，所述光发射器和所述光检测器附连在所述外壳上。

23.根据权利要求21所述的头戴式受话器，其特征在于，所述光导向器的远端的至少一部分从所述外壳向外延伸。

24.根据权利要求21所述的头戴式受话器，其特征在于，所述光导向器包括光学过滤材料。

25.一种头戴式受话器，包括：

成对的耳塞，其各自配置为定位在受体的相应的耳中，各个耳具有耳道；

连接所述成对的耳塞的带；

附连到所述带上的光发射器和光检测器；和

至少一个光导向器，其沿着所述带延伸且包括相对的近端和远端，其中所述近端与所述光发射器或光检测器处于光学连通，其中所述远端终止于所述耳塞中的一个处且配置为与耳的部分相接合，并且其中所述至少一个光导向器配置为将来自所述光发射器的光通过所述远端传送到所述受体的在所述耳的对耳屏和外耳之间的耳区域中，或者通过所述远端收集来自所述受体的在对耳屏和外耳之间的耳区域的光，并将收集的光传送至所述光检测器。

26.根据权利要求25所述的头戴式受话器，其特征在于，所述至少一个光导向器的远端的至少一部分从所述耳塞向外延伸。

27.根据权利要求25所述的头戴式受话器，其特征在于，所述至少一个光导向器包括光学过滤材料。

28.根据权利要求25所述的头戴式受话器，其特征在于，还包括阻光材料，其定位在所述光发射器和所述检测器之间，使得所述光发射器和所述检测器彼此并不处于直接光学连通。

29.根据权利要求25所述的头戴式受话器，其特征在于，所述至少一个光导向器包括包层材料，其阻止来自外部来源的光进入所述至少一个光导向器中。

30.根据权利要求25所述的头戴式受话器，其特征在于，所述光发射器和所述光检测器嵌在所述带内。

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