JP2010124935A - 生体情報検出装置、生体情報検出方法、生体情報検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】指紋検出手段と脈拍検出手段とを別々に設けることなく指紋と脈拍の両方を検出することが可能な生体情報検出装置、生体情報検出方法、生体情報検出プログラムを提供することを目的とする。
【解決手段】複数の受光素子により画像を検出する生体情報検出装置において、複数の受光素子から出力される画素データを所定周波数でサンプリングするサンプリング手段と、サンプリング手段によりサンプリングされた画素データを用いて人体の脈拍を検出する脈拍検出手段と、有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、発光素子と受光素子とを有する生体情報検出装置、生体情報検出方法、生体情報検出プログラムに関する。

従来の携帯端末には、指紋を検出して個人認証を行うための指紋センサが搭載されているものがある。従来の携帯端末に搭載される指紋センサとして、例えばライン状に受光素子を配置したラインセンサを用いた指紋センサが知られている。ラインセンサを用いた指紋センサでは、ラインセンサ上を指がスイープする際にＬＥＤ（Light Emitting Diode）等により指に光を照射し、反射光をラインセンサで受光して指紋のライン画像を取得する。指紋センサは、取得したライン画像を合成して指紋画像を読み取る。

ところで近年では、様々な個人情報が携帯端末により一元管理される傾向にある。また、個人情報には、個人の健康状態を示す健康状態情報等が含まれることが望まれつつある。このような背景から、近年では、脈拍を測定する生体情報検出装置を搭載し、測定した脈拍を健康状態情報として管理する携帯端末等が考案されている。

特許文献１には、指紋データを検出する指紋検出センサと脈拍データを検出する脈拍検出部とを有する個人認証装置が記載されている。
特開２００５−６８２４号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明では、指紋データと脈拍データとを検出するために、指紋データ検出する指紋センサと脈拍データを検出する脈拍検出部とを別々に設けなければならい。

本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、指紋検出手段と脈拍検出手段とを別々に設けることなく指紋と脈拍の両方を検出することが可能な生体情報検出装置、生体情報検出方法、生体情報検出プログラムを提供することを目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の如き構成を採用した。

本発明の生体情報検出装置は、発光素子（１１０）と、
前記発光素子（１１０）から照射された光（１１１）が人体の指先（１５０）の内部で散乱して前記指先の表面からでた指内散乱光（１１３）を受光して画像を検出する複数の受光素子（１２２）と、
前記複数の受光素子（１２２）から出力される画素データを所定周期毎にサンプリングするサンプリング手段（２１２）と、
前記画素データを用いて前記人体の脈拍を検出する脈拍検出手段（２２２）と、を有する構成とした。

また本発明において、前記サンプリング手段（２１２）は、前記画素データのオーバーサンプリングを行い、
前記脈拍検出手段（２２２）は、
前記オーバーサンプリングされた画素データが、前記脈拍の二倍以上の所定周期となるように前記画素データを加算する加算手段（２２４）を有する構成としても良い。

また本発明において、前記脈拍検出手段（２２２）は、
前記画素データを加算した結果の信号の高域成分を除去するフィルタ手段（２２５）を有する構成としても良い。

また本発明において、前記脈拍検出手段（２２２）は、
前記フィルタ手段（２２５）から出力された波形に対して微分処理を施す微分演算手段（２２６）を有する構成としても良い。

また本発明において、前記複数の受光素子（１２２）により検出される画像は、ライン画像である構成としても良い。

本発明は、発光素子（１１０）と、
前記発光素子（１１０）から照射された光（１１１）が人体の指先（１５０）の内部で散乱して前記指先（１５０）の表面からでた指内散乱光（１１３）を受光して画像を検出する複数の受光素子（１２２）と、を有する生体情報検出装置（１００）による生体情報検出方法であって、
前記複数の受光素子（１２２）から出力される画素データを所定周期毎にサンプリングするサンプリング手順（ステップＳ６０４）と、
前記画素データを用いて前記人体の脈拍を検出する脈拍検出手順（ステップＳ６１０）と、を有する方法とした。

尚、上記参照符号は、あくまでも参考であり、これによって、本願発明が図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、指紋検出手段と脈拍検出手段とを別々に設けることなく指紋と脈拍の両方を検出することができる。

本発明では、指紋データの読み取りに用いられる画素データを用いて脈拍データを検出する。
（第一の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の生体情報検出装置の概要を説明する図である。

本実施形態の生体情報検出装置１００は、指内散乱光を利用する方式である。本実施形態の生体情報検出装置１００は、生体情報の一つである指紋の他に脈拍を検出することができる。

生体情報検出装置１００は、発光素子であるＬＥＤ１１０、受光素子であるラインセンサ１２０、ラインセンサ１２０による受光をガイドするイメージガイド１３０が筐体１３２内に収納されている。ＬＥＤ１１０により発光した光１１１は、人体の指先１５０に照射される。光１１１は、人体の体内で反射され、反射光１１２として再び指先１５０の外へ戻ってくる。反射光１１２は、イメージガイド１３０を介してラインセンサ１２０に受光される。

本実施形態のＬＥＤ１１０は、赤外線を発光する赤外ＬＥＤであることが好ましい。本実施形態では、血液内のヘモグロビンが赤外線を吸収する性質を利用して、人体の脈拍を検出する。

例えば指先１５０に血液が多く流れている場合、赤外線がヘモグロビンに吸収されるため、反射光１１２は弱くなる。また指先１５０に血液の量が少なければ、ヘモグロビンも少なく吸収される光量が少ないため反射光１１２は強くなる。ラインセンサ１２０は、例えばフォトダイオード等の受光素子がライン状に配列されており、光エネルギーを電気に変換する。よってラインセンサ１２０は、反射光１１２の強度に対応した電圧を出力する。

本実施形態の生体情報検出装置１００では、例えば指先１５０等に一定時間赤外線を照射し、反射光１１２をラインセンサ１２０で受光した際のラインセンサ１２０の出力の変動により脈拍を検出する。具体的には本実施形態の生体情報検出装置１００では、ラインセンサ１２０から出力される電圧の変動を脈拍の波形（以下、脈拍波形）として検出する本実施形態では、脈拍波形を用いて脈拍を検出することができる。

尚本実施形態の生体情報検出装置１００において指先１５０の指紋を検出する場合には、指先１５０をスライドさせてラインセンサ１２０により指紋のライン画像を取得し、取得したライン画像を合成して指紋を検出する。

以下に、本実施形態の生体情報検出装置１００の構造についてさらに説明する。

図２は、第一の実施形態の生体情報検出装置１００の斜視図である。図２（Ａ）は生体情報検出装置１００の全体斜視図であり、図２（Ｂ）は生体情報検出装置１００のラインセンサ１２０とイメージガイド１３０とを説明するための図である。

本実施形態の生体情報検出装置１００は、指内散乱光を利用する方式である。本実施形態の生体情報検出装置１００では、上述した脈拍波形以外にも、指先１５０の指紋を読み取ることができる。本実施形態の生体情報検出装置１００により指先１５０の指紋を読み取らせる場合には、指先１５０をスライドさせて指紋を採取する。

本実施形態の生体情報検出装置１００は、インターポーザ１３５を有する。インターポーザ１３５上には、ＬＥＤ１１０が搭載されたＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃ、ラインセンサ１２０、コンデンサチップ１５５、抵抗素子、トランジスタ等が実装されている。ラインセンサ１２０上には、イメージガイド１３０が実装されており、ＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃに照明ガイド１６０が実装されている。ＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃ、ラインセンサ１２０、コンデンサチップ１５５、抵抗素子、トランジスタ、イメージガイド１３０、照明ガイド１６０は、合成樹脂モールド部１７０によって覆われて且つ囲まれて一体化されている。本実施形態の生体情報検出装置１００の寸法は、例えば長さＬ１が約１７ｍｍ、幅Ｗ１が約５ｍｍ、高さＨ１が約３ｍｍである。

本実施形態のラインセンサ１２０は、図２（Ｂ）に示すように、細長い例えばシリコン材料からなる基板１２１上に、複数の受光素子１２２が基板１２１の長手方向に沿って一列に配列された構成である。本実施形態の受光素子１２２は、例えば約４０μｍ角のサイズであり、例えば４３μｍのピッチで並んでおり、例えば６００ｄｏｔ／ｉｎｃｈであっても良い。また本実施形態のラインセンサ１２０は、発光素子１２２が１２６個並べられた構成であっても良い。

本実施形態のイメージガイド１３０は、図２（Ｂ）に示すように、無数の光ファイバ片１３１が密集して整列している光ファイバ片１３１の束である。イメージガイド１３０は、全体としては、Ｘ１−Ｘ２方向に長い直方体形状を有しており、長さＬ２が約１５ｍｍ、幅Ｗ２が約１ｍｍ、高さＨ２が約２ｍｍの寸法を有する。本実施形態では、光ファイバ片１３１は、Ｚ軸に対してＸ２方向に角度θ１傾斜しており、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向に密に並んでいる。光ファイバ片１３１はＺ軸に対してＸ１方向に傾斜していてもよい。

以下に、図３、図４を参照して本実施形態の生体情報検出装置１００により指紋を検出する場合について説明する。

図３は、第一の実施形態の生体情報検出装置１００による指紋の検出を説明するための図である。

本実施形態の生体情報検出装置１００において指紋を採取する場合には、指先１５０を生体情報検出装置１００の上面１００ａに押し当てて、Ｙ２方向にスライドさせる。生体情報検出装置１００は、指先１５０に光１１１が照射されるようにＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃを発光させる。光１１１は、照明ガイド１６０を透過し、生体情報検出装置１００の上面１００ａより出て指先１５０内に入り、指先１５０内の組織によって散乱される。指先１５０は、指先１５０内で散乱された指内散乱光１１３となる。

図４を参照して指先１５０が生体情報検出装置１００の上面１００ａに接触した状態をさらに説明する。図４は、指先１５０が生体情報検出装置１００の上面１００ａに接触した状態を説明するための図である。

図４に示すように、本実施形態では、指先１５０を生体情報検出装置１００の上面１００ａに接触させたとき、指紋を形成する表面の凹凸のうち、凸の部分１５１ａはイメージガイド１３０の上面に密着し、凹の部分１５１ｂはイメージガイド１３０の上面に密着しない。よって部分１５１ｂでは、指先１５０とイメージガイド１３０の上面との間に空気層１５２が形成される。指内散乱光１１３のうち、凹の部分１５１ｂから出た光１１３ｂは、イメージガイド１３０内で全反射されずに吸収されてラインセンサ１２０の受光素子１２２には届かない。また指内散乱光１１３のうち、凸の部分１５１ａから出た光１１３ａは、イメージガイド１３０内で全反射されてラインセンサ１２０の受光素子１２２に届く。

よってイメージガイド１３０の出射面側から見た場合に、指先１５０の表面のうち凸の部分１５１ａだけが明るく見え、凹の部分１５１ｂは暗く見えるようになる。本実施形態では、指先１５０をスライドさせたときにラインセンサ１２０からの電気信号を処理することによって指の指紋を検出する構成である。ラインセンサ１２０から取得する電気信号とは、複数の受光素子１２２から出力される複数の画素データにより形成されるライン画像である。本実施形態の生体情報検出装置１００は、画素データにより形成されるライン画像を合成する画像処理を行い、指先１５０の指紋を検出する。

さらに本実施形態の生体情報検出装置１００では、上述のラインセンサ１２０から取得された画素データを用いて脈拍波形を検出することにより、指紋検出手段と脈拍検出手段とを別々に設けずに指紋と脈拍との両方を検出することができる。

以下に本実施形態の生体情報検出装置１００における脈拍の検出について説明する。図５は、第一の実施形態の生体情報検出装置１００の機能構成を説明する図である。本実施形態の生体情報検出装置１００は、演算処理装置と記憶装置とを有しており、記憶装置に記憶されたプログラムを演算処理装置が読み出して実行することで以下に説明する各部の機能を実現する。尚図５は、脈拍を検出する際に必要とされる機能のみを示した図である。本実施形態の生体情報検出装置１００は、図５に図示しない指紋の検出に必要な機能も有する。

本実施形態の生体情報検出装置１００は、センサ制御部２１０と、演算部２２０とを有する。

センサ制御部２１０は、ＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃの点灯、消灯の制御と、ラインセンサ１２０による受光とを制御する。演算部２２０は、センサ制御部２１０から出力された画素データに基づき脈拍波形を検出する演算を行う。

センサ制御部２１０は、ＬＥＤ制御部２１１と、サンプリング部２１２と、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換部２１３と、デジタルデータ出力部２１４と、設定部２１５とを有する。

ＬＥＤ制御部２１１は、ＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃの点灯と消灯のタイミングを制御する。例えばセンサ制御部２１０は、生体情報検出装置１００が搭載される携帯端末等から脈拍の検出指示を受けるとＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃを点灯して発光させる。またＬＥＤ制御部２１１は、後述する設定部２１５により予め設定された時間が経過するとＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃを消灯する。予め設定された時間とは、例えば脈拍を検出するのに必要とされる時間である。

サンプリング部２１２は、予め設定された所定のサンプリング周波数でラインセンサ１２０から画素データをサンプリングする。本実施形態では、予め設定された所定のサンプリング周波数は、６Ｈｚとした。例えば脈拍の最大値を１８０拍／分とした場合、脈拍波形の周波数は３Ｈｚとなる。よって本実施形態では、サンプリング定理に基づきサンプリング周波数例えば６Ｈｚとして画素データ（電圧値）をサンプリングする。サンプリング周波数を、検出したい脈拍波形の最大周波数の２倍の周波数とすれば、サンプリングされた信号を低域通過（ローパス）フィルタで高域成分を除去することによって原信号である脈拍波形を復元することができる。

尚本実施形態では、６Ｈｚのサンプリング周期で１サンプル取得することができれば脈拍波形を検出することができるが、サンプリング部２１２によりオーバーサンプリングを行い、より細かい周期で画素データを取得しても良い。細かい周期で取得された画素データは、６Ｈｚのサンプリング周期で１サンプルとなるように処理を施されても良い。

本実施形態では、サンプリング部２１２は、ラインセンサ１２０の各発光素子１２２から出力される画素データにより形成されるライン画像を１フレームとし、２００μｓｅｃ毎に１フレームをサンプリングする。例えば本実施形態のラインセンサ１２０が１２６個の発光素子１２２を並べた構成であった場合、１フレームは１２６の画素データにより形成される。本実施形態では、１フレームを形成する画素データを後述する演算部２２０により加算した値を用いて脈拍波形を検出する。画素データの加算の詳細は後述する。

尚本実施形態の生体情報検出装置１００では、サンプリング部２１２により２００μｓｅｃ毎にサンプリングされるフレームを合成する画像処理を行うと、指紋を検出することができる。本実施形態では、指紋の検出に用いるデータと同様のデータを用いて脈拍を検出することにより、指紋検出手段と脈拍検出手段とを別々に設けることなく指紋と脈拍との両方を検出することができる。

Ａ／Ｄ変換部２１３は、サンプリング部２１２によりサンプリングされた画素データをデジタル値へ変換する。本実施形態のＡ／Ｄ変換部２１３は、例えばサンプリング部２１２によりサンプリングされた１フレームに含まれる１２６の画素データをデジタルデータに変換する。

デジタルデータ出力部２１３は、Ａ／Ｄ変換部２１３によりデジタルデータに変換された画素データを演算部２２０に出力する。

設定部２１５は、生体情報検出装置１００における各種設定を行う。本実施形態の設定部２１５は、例えばＬＥＤ制御部２１１によりＬＥＤを発光させる時間を設定しても良い。また本実施形態の設定部２１５は、サンプリング部２１５におけるサンプリング周波数を設定しても良い。

演算部２２０は、デジタルデータ取得部２２１、脈拍波形検出部２２２、脈拍波形出力部２２３を有する。

デジタルデータ取得部２２１は、センサ制御部２１０から出力されるデジタルデータを取得する。

脈拍波形検出部２２２は、デジタルデータ取得部２２１が取得したデジタルデータを用いて脈拍波形を検出するための演算を行う。脈拍波形検出部２２２は、データ加算部２２４、ローパスフィルタ部２２５を有する。

データ加算部２２４は、デジタルデータ取得部２２１が取得したデジタルデータを６Ｈｚのサンプリング周期で１サンプルとなるように加算する。本実施形態では２００μｓｅｃ毎に１フレームがサンプリングされる。このためデータ加算部２２４では、８３３フレームで１サンプルとなるように画素データの加算を行う。例えば１フレームに１２６の画素データが含まれる場合、データ加算部２２４は、８３３フレームに含まれるデジタルデータに変換された画素データを全て加算する。データ加算部２２４により加算された結果の値は電圧値である。

本実施形態では、６Ｈｚのサンプリング周期となるように加算された電圧値の変動（以下、サンプリング信号）を血液内のヘモグロビンが赤外線を吸収する量の変動、すなわち脈拍波形として検出する。

ローパスフィルタ部２２５は、ローパスフィルタであり、検出された脈拍波形の高域成分を除去する。

脈拍波形出力部２２３は、脈拍波形検出部２２２により検出されたサンプリング信号を生体情報検出装置１００が実装される本体装置等に出力する。

以下に、図６を参照して生体情報検出装置１００の動作を示す。図６は、第一の実施形態の生体情報検出装置１００による脈拍の検出を説明するフローチャートである。

本実施形態の生体情報検出装置１００は、脈拍波形の検出指示を受けると（ステップＳ６０１）、指先１５０がラインセンサ１２０上に置かれたか否かを検出する（ステップＳ６０２）。以下に指先１５０が置かれたか否かを判定する方法を説明する。

本実施形態の生体情報検出装置１００は、ＬＥＤ制御部２１１によりＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃを点灯させてラインセンサ１２０から１フレームを取得する。またＬＥＤ制御部２１１はＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃを消灯してラインセンサ１２０から１フレームを取得する。そして生体情報検出装置１００は、ＬＥＤ点灯時に取得した１フレームに含まれる画素データの最大値と、ＬＥＤ消灯時に取得した１フレームに含まれる画素データの最大値とを比較し、規定値以上の差がある場合にラインセンサ１２０上に指が置かれたものと判断する。

ラインセンサ１２０上に指先１５０が置かれると、設定部２１５は、ＬＥＤ制御部２１１に対してＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃの点灯時間を設定する（ステップＳ６０３）。ＬＥＤチップ１４０ａ〜１４０ｃが点灯すると、サンプリング部２１２は、所定のサンプリング周期でラインセンサ１２０からフレームを取得する（ステップＳ６０４）。本実施形態では、２００μｓｅｃ毎に１フレームを取得する。

フレームを取得すると、Ａ／Ｄ変換部２１３は、取得したフレームに含まれる画素データをデジタルデータへ変換する（ステップＳ６０５）。Ａ／Ｄ変換部２１３は、例えば１フレームが１２６の画素データで形成される場合には１２６の画素データ全てをデジタルデータへ変換する。

図７は、サンプリング部２１２により２００μｓｅｃ毎にサンプリングされた１フレームがデジタルデータに変換された例を示す図である。図７（Ａ）は、サンプリング部２１２によりサンプリングされた１フレームのデータであり、図７（Ｂ）は、Ａ／Ｄ変換部２１３によりデジタルデータに変換された１フレームのデータを示す。

サンプリング部２１２によりアナログ値としてサンプリングされたデータは、図７（Ｂ）に示すように、デジタルデータに変換されて画素番号毎の電圧値として出力される。画素番号とは、ラインセンサ１２０を構成する１２６個の受光素子１２２と対応した番号であり、画素番号毎に電圧値とは各受光素子１２２から出力される電圧値である。

図６に戻って、デジタルデータ出力部２１４は、画素番号毎の電圧値を演算部２２０へ出力する（ステップＳ６０６）。

演算部２２０は、デジタルデータ取得部２２１によりデジタルデータを取得する（ステップＳ６０７）。演算部２２０は、データ加算部２２４により、デジタルデータ取得部２２１が６Ｈｚのサンプリング周期となるように、デジタルデータを加算する（ステップＳ６０８）。

本実施形態では、サンプリング周期が６Ｈｚとなるように、８３３フレームを１サンプルとする。よって本実施形態のデータ加算部２２４は、デジタルデータ取得部２２１により取得される画素番号毎の電圧値を８３３フレーム分加算した値を１サンプルとする。

例えば１フレームの画素番号毎の電圧値を加算する場合、１２６の各受光素子１２２から出力される電圧値を取得し、取得した１２６の電圧値を加算すれば良い。本実施形態のデータ加算部２２４は、１フレーム毎に電圧値を加算しておき、８３３フレーム分の電圧値を算出した後に、８３３の電圧値の合計を求めて１サンプルとしても良い。また本実施形態のデータ加算部２２４は、デジタルデータ取得部２２１により取得される電圧値を順次加算し、１２６×８３３個の電圧値を加算したときに、その値を１サンプルとしても良い。本実施形態のデータ加算部２２４は、サンプリング部２１２が８３３フレームサンプリングする毎に積分した値を１サンプルとすれば良い。

センサ制御部２１０と演算部２２０は、測定が終了するまでステップＳ６０４からステップＳ６０８までの処理を繰り返す（ステップＳ６０９）。尚本実施形態では、脈拍波形の検出に十分な時間が測定時間として予め設定されていることが好ましい。例えば測定時間が１０秒間と設定されていた場合には、ステップＳ６０４からステップＳ６０８までの処理を１０秒間繰り返す。よってデータ加算部２２４は、６０サンプルの値を得ることになる。この６０サンプルの値がサンプリング信号となる。

測定が終了すると、脈拍波形検出部２２２は、ローパスフィルタ部２２５によりサンプリング信号の高域成分を除去することによって脈拍波形を検出する（ステップＳ６１０）。脈拍波形を検出すると、脈拍波形出力部２２３は検出した脈拍波形を生体情報検出装置１００が搭載されている装置本体等に出力する（ステップＳ６１１）。

尚図６では、予め設定された測定時間が経過した後に脈拍波形を出力する例として説明したが、これに限定されない。例えば本実施形態では、測定を行いながら脈拍波形を出力し、装置本体等で脈拍値が検出されたとき、測定を終了しても良い。

図８は、第一の実施形態の生体情報検出装置１００により検出された脈拍波形の一例を示す図である。

本実施形態では、指先１５０の乾燥状態の変化の影響により受光素子１２２が受光する光の量が変化するため、脈拍波形の検出するに当たり１０秒程度の測定時間が必要となる。本実施形態の生体情報検出装置１００では、指先１５０が湿っている方が、指先１５０が乾燥しているときよりも光が入りやすい。指先１５０は、始めにラインセンサ１２０上に置かれたときは乾燥している場合が多く、次第に湿ってくる。このため受光素子１２２からの出力は、指先１５０が湿ってくるにつれて大きな値となる。

上記した指先１５０の乾燥状態の変化による影響を回避し、より短時間で脈拍波形を検出できるようにしたのが以下に説明する本発明の第二の実施形態である。

尚本実施形態では、サンプリング部２１２は生体情報検出装置１００のセンサ制御部２１０に設けられたものとしたが、これに限定されない。サンプリング部２１２は、例えばラインセンサ１２０内に設けられていても良い。サンプリング部２１２を有するラインセンサ１２０では、サンプル信号に同期して全ての画素データをサンプリングし、クロック信号に同期して１画素データずつ順番に出力しても良い。

尚本実施形態では、ラインセンサ１２０は１２６の受光素子１２２で構成されるものとしたが、これに限定されない。本実施形態のラインセンサ１２０は任意の数の受光素子１２２で構成されていても良い。本実施形態では、ラインセンサ１２０を構成する受光素子１２２全てが光を受光するものとしたが、これに限定されない。ラインセンサ１２０は、例えば１２６の受光素子１２２のうち、予め設定された数の受光素子１２２のみが受光する構成であっても良い。またラインセンサ１２０は、指先１５０と密着する可能性が高い中央部分に配列された受光素子１２２のみで受光しても良い。

また本実施形態では、脈拍波形の測定時間が予め設定されているものとしたが、これに限定されない。本実施形態のセンサ制御部２１０は、例えばラインセンサ１２０から指先１５０が離れたことを検出したとき測定を終了しても良い。また本実施形態のセンサ制御部２１０は、例えば演算部２２０の脈拍波形出力部２２３から脈拍波形が出力されたとき、脈拍波形の検出が完了したものとして測定を終了しても良い。

また本実施形態では、サンプリング部２１２によるサンプリング周波数は６Ｈｚとしたが、これに限定されない。例えばサンプリング周波数を６Ｈｚよりも高く設定すれば、１８０拍／分よりも早い脈拍を検出することができる。また１８０拍／分よりも遅い脈拍を検出する場合は、サンプリング周波数を低く設定すれば良い。

また本実施形態では、８３３フレームを１サンプルとするものとしたが、これに限定されない。１サンプルとするフレーム数は、任意に設定することができる。例えば１サンプルとするフレーム数を多くすれば脈拍波形の検出精度を向上させることができる。

また本実施形態では、ラインセンサ１２０によりフレームを取得するものとしたが、センサの種類はラインセンサに限定されない。本実施形態は、例えば所定領域内に受光素子が配置されたエリアセンサ等を用いても実現できる。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態では、脈拍波形を微分する微分演算部を有する点が第一の実施形態と相違する。よって以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図９は、第二の実施形態の生体情報検出装置１００Ａの機能構成を説明する図である。本実施形態の生体情報検出装置１００Ａの演算部２２０Ａは、脈拍波形検出部２２２Ａを有する。

脈拍波形検出部２２２Ａは、データ加算部２２４、ローパスフィルタ部２２５、微分演算部２２６を有する。微分演算部２２６は、ローパスフィルタ部２２５によりサンプリング信号の高域成分を除去して検出された脈拍波形を微分する演算を行う。本実施形態の微分演算部２２６は、脈拍波形を２階微分する。本実施形態では、脈拍波形を２階微分することにより、測定を開始した際の指先１５０の乾燥状態による電圧値の変動を回避することができる。

図１０は、第二の実施形態の生体情報検出装置１００Ａの動作を説明するフローチャートである。

図１０のステップＳ１００１からステップＳ１０１０までの処理は、図６のステップＳ６０１からステップＳ６１０までの処理と同様であるから説明を省略する。

ステップＳ１０１０において脈拍波形が検出されると、本実施形態の脈拍波形検出部２２２Ａは、微分演算部２２６により検出された脈拍波形を２階微分する（ステップＳ１０１１）。脈拍波形の微分演算が完了すると、脈拍波形出力部２２３は、微分後の波形を脈拍波形として出力する（ステップＳ１０１２）。

図１１は、第二の実施形態の生体情報検出装置１００Ａにより検出された脈拍波形の例を示す図である。

本実施形態では、脈拍波形の検出を開始した際の指先１５０の乾燥状態の影響をなくすことができるため、図１１に示すように約３〜５秒程度で脈拍波形を検出することができる。図１１に示される脈拍波形は、図８の期間Ｔで出力された波形から抽出された波形である。

図８の期間Ｔで出力される波形は、期間Ｔ以降に検出される脈拍波形が、指先１５０の乾燥状態の影響による電圧値の変動に重畳された波形である。よって期間Ｔで出力される波形では、脈拍波形が電圧値の変動に吸収され、脈拍波形のみを検出することができない。本実施形態では、図８に示す波形を２階微分することにより、期間Ｔで出力された波形に重畳された脈拍波形を抽出することができる。

よって本実施形態によれば、指先１５０の乾燥状態の変化による影響を回避し、脈拍波形の検出速度を向上させることができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

生体情報検出装置の概要を説明する図である。 第一の実施形態の生体情報検出装置１００の斜視図である。 第一の実施形態の生体情報検出装置１００による指紋の検出を説明するための図である。 指先１５０が生体情報検出装置１００の上面１００ａに接触した状態を説明するための図である。 第一の実施形態の生体情報検出装置１００の機能構成を説明する図である。 第一の実施形態の生体情報検出装置１００による脈拍の検出を説明するフローチャートである。 サンプリング部２１２により２００μｓｅｃ毎にサンプリングされた１フレームがデジタルデータに変換された例を示す図である。 第一の実施形態の生体情報検出装置１００により検出された脈拍波形の一例を示す図である。 第二の実施形態の生体情報検出装置１００Ａの機能構成を説明する図である。 第二の実施形態の生体情報検出装置１００Ａの動作を説明するフローチャートである。 第二の実施形態の生体情報検出装置１００Ａにより検出された脈拍波形の例を示す図である。

符号の説明

１００、１００Ａ 生体情報検出装置
１１０ ＬＥＤ
１２０ ラインセンサ
１２２ 受光素子
１３０ イメージガイド
１４０ａ〜１４０ｃ ＬＥＤチップ
１５０ 指先
２１０ センサ制御部
２２０、２２０Ａ 演算部

Claims (6)

1. 発光素子と、
   前記発光素子から照射された光が人体の指先の内部で散乱して前記指先の表面からでた指内散乱光を受光して画像を検出する複数の受光素子と、
   前記複数の受光素子から出力される画素データを所定周期毎にサンプリングするサンプリング手段と、
   前記画素データを用いて前記人体の脈拍を検出する脈拍検出手段と、を有する生体情報検出装置。
2. 前記サンプリング手段は、前記画素データのオーバーサンプリングを行い、
   前記脈拍検出手段は、
   前記オーバーサンプリングされた画素データが、前記脈拍の二倍以上の所定周期となるように前記画素データを加算する加算手段を有する請求項１記載の生体情報検出装置。
3. 前記脈拍検出手段は、
   前記画素データを加算した結果の信号の高域成分を除去するフィルタ手段を有する請求項２記載の生体情報検出装置。
4. 前記脈拍検出手段は、
   前記フィルタ手段から出力された波形に対して微分処理を施す微分演算手段を有する請求項３記載の生体情報検出装置。
5. 前記複数の受光素子により検出される画像は、ライン画像である請求項１ないし４の何れか一項に記載の生体情報検出装置。
6. 発光素子と、
   前記発光素子から照射された光が人体の指先の内部で散乱して前記指先の表面からでた指内散乱光を受光して画像を検出する複数の受光素子と、を有する生体情報検出装置による生体情報検出方法であって、
   前記複数の受光素子から出力される画素データを所定周期毎にサンプリングするサンプリング手順と、
   前記画素データを用いて前記人体の脈拍を検出する脈拍波形検出手順と、を有する生体情報検出方法。

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