JP2013236754A - 生体情報検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出位置への生体部位の位置合わせの制約を軽減してユーザの操作上の負担を減らし、かつ受光素子の飽和を防止したうえで構成の簡単小型化、低消費電力化を図る。
【解決手段】第１及び第２の光学部材１，２を、その一方の側面同士が接触しかつ上面１ｂ，２ｂが同一面を形成するように水平方向に並べて配置し、かつ第１の光学部材１の入射面１ａに対向して発光素子３を配置し、この発光素子３により発光されたセンサ光５を第１の光学部材１内にその入射面１ａから入射して全反射させるようにしている。そして、これらの光学部材１，２の上面１ｂ，２ｂに同時に生体部位７を接触させたとき、第１の光学部材１から漏洩して生体部位７に照射された照射光６のうち、生体部位７内で発生した散乱光成分６ａを第２の光学部材２にその上面２ｂから取り込んで出射面２ｂから出射させ、受光素子４で受光させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばユーザの健康状態の診断やユーザ本人の属性判定のために、当該ユーザの生体情報を検出する生体情報検出装置に関する。

生体情報には脈拍、脈波、血流、血圧等があるが、このうち末梢動脈の容積変化を示す波形である容積脈波が注目されている。容積脈波は、人間に関する様々な有益な情報が得られる可能性があることから、動脈の硬化度合や精神的ストレスの検出等といった医学診断分野に留まらず、それ以外にも種々の分野への適用が検討されている。

例えば、テレビジョン装置やビデオ機器、ＳＴＢ（Set Top Box）のリモートコントローラに代表される操作端末をユーザが操作した際に、当該ユーザの容積脈波からユーザの属性を判定し、その判定結果に基づいて当該ユーザに適したコンテンツ等を選択し配信するシステムが提案されている。

容積脈波を取得するための手法としては、指先や耳朶といった末梢動脈が存在する生体部位の近辺に受光素子を配置し、自然光や発光素子により生体部位に照射した光のうち、生体部位内部の末梢動脈中に存在するヘモグロビンに吸収されず生体部位外に散乱する光量の変化を受光素子により計測することにより、末梢動脈中の容積変化を計測する手法が一般的である（例えば、特許文献１を参照。）。
ところが、このような特許文献１に記載された手法では、受光素子の設置位置に指先等の生体部位を意識的に置くというような明示的な位置合わせを行う必要があるため、ユーザの本来の行動を妨げてしまうことになり、操作上のユーザビリティを低下させ好ましくない。

一方、このような明示的な位置合わせの必要性を緩和するための手法も幾つか提案されている。
例えば、その一つの手法は、ユーザの生体部位が接触する可能性がある位置に多数の受光素子を配置するものである（例えば、特許文献２を参照。）。また他の手法として、発光素子と受光素子を使用する従来の一般的な末梢動脈中の容積変化計測装置に発光板と受光板という２枚の光学部材を追加することで、生体部位が接触する位置に依らない赤外光の照射と散乱光の受光を実現する手法も提案されている（例えば、非特許文献１を参照。）。

特開２００７−２５９９１２号公報 特開２００９−０３９５６８号公報

千明裕、前田篤彦、小林稔："脈波を取得可能な面センシング技術の実装と評価"、情報処理学会 インタラクション２０１１、2011/03/03

このうち、特許文献２に記載された手法によれば、受光素子が設置された検出位置に対する生体部位の位置合わせの制約が減るため、ユーザの操作上の負担は軽減される。しかしながら、検出位置に多数の受光素子を配置しなければならないため、装置の部品点数や回路のチャネル数が増加し、その結果装置構成の複雑化や大型化、消費電力の増加が避けられない。

一方、非特許文献１に記載された手法には大きく三つの解決すべき課題がある。
すなわち、一つ目の課題は受光素子の飽和である。この手法は、発光板と受光板とを上下に重ねた構成となっているため、発光板から面発光された光のうち、受光板を透過して生体部位に照射される光以外に、受光板内部で内部全反射を繰り返してそのまま受光素子で受光される直接光が発生する。このような直接光の光量が大きい場合には、受光素子を飽和させてしまう。

二つ目の課題は、発光板と受光板を上下に重ねることによる厚みの増加である。発光板及び受光板の厚みは一般的に普及している発光素子及び受光素子のサイズに合わせて設計する必要がある。例えば、発光素子及び受光素子のサイズが１〜２mmであったとすれば、発光板及び受光板の厚みはこの値を２倍した２〜４mm程度となるように設計される。この発光板及び受光板の厚みは、ＳＴＢのリモートコントローラ等のような小型電子機器にその構成を大きく変えることなく搭載しようとした場合に、当該小型電子機器の大型化を招く。

三つ目の問題としては、発光板から面発光された光が受光板を透過する際に生じる減衰である。この減衰は、例えばアクリル樹脂では透過率が９０％であるため１０％にもなる。生体部位中の血流量を安定的に計測するためには十分な光量が必要である。したがって、減衰分の光量を補うためには発光素子に対してより大きな電流を流す必要があり、その結果消費電力の増加を招く。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、検出位置への生体部位の位置合わせの制約を軽減してユーザの操作上の負担を減らし、かつ受光素子の飽和を防止したうえで、構成の簡単小型化と消費電力の低減を図った生体情報検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の第１の観点は、生体部位から容積脈波に関する情報を検出する生体情報検出装置において、第１及び第２の光学部材と、受光素子と、信号処理部とを具備する。第１及び第２の光学部材は何れも板状又は柱状をなし、このうち第１の光学部材はその側端面から入射した光を上記生体部位の接触面となる上面と下面との間で全反射させる。第２の光学部材は、上記第１の光学部材の側面に隣接しかつ受光用の上面が第１の光学部材の面発光用の上面とほぼ同一平面を形成するように配置される。そして、第１及び第２の光学部材の上面に生体部位が接触したとき、上記第１の光学部材の当該接触位置から漏洩した光の上記生体部位による散乱光成分を、上記第２の光学部材にその上面から取り込んだのち側端面に導いて出射する。受光素子は、上記第２の光学部材の側端面から出射された光を受光し、その受光量に応じた受光信号を出力する。信号処理部は、上記受光素子から出力された受光信号をもとに、上記第１及び第２の光学部材の上面に生体部位が接触したときに発生する上記受光量の変化を検出し、この検出された受光量の変化を表す情報を上記生体部位の容積脈波を表す情報として出力する。

したがって、この発明の１つの観点によれば次のような効果が奏せられる。
すなわち、第１及び第２の光学部材は水平方向に並べて配置される。このため、これらの光学部材を上下に重ねて配置する場合のように第１の光学部材の上面から漏洩した光が第２の光学部材に直接入射して受光素子に導かれることはなくなり、これにより受光素子が飽和する不具合を防止することができる。また、第１の光学部材及び第２の光学部材は水平方向に並べて配置されるので、装置の厚みを小さくすることができる。

また、生体部位は第１光学部材の上面に直接接触する。このため、第１の光学部材の上面から漏洩した光は減衰することなく生体部位に直接照射されることになり、これにより生体部位に対し血流量を安定的に計測する上で十分な光量を照射することが可能となって、計測精度を高めることが可能となる。

さらに、第１の光学部材の構成を、定常状態においては第１の光学部材内で入射光を全反射させ、第１の光学部材の上面に生体部位が接触したときこのときの臨界角の変化を利用して第１の光学部材の上面から光を漏洩させて生体部位に照射するようにしている。このため、第１の光学部材に光をその上面から強制的に面発光させるためのバックライト構造等を設ける必要がなくなり、これにより第１の光学部材の構成を簡単かつ安価なものにすることができる。

また、この発明の第１の観点は以下のような態様を備えることも特徴とする。
第１の態様は、上記第１の光学部材内にその側端面から上記全反射を生じさせるべく光を入射する発光素子をさらに具備するようにしたものである。このようにすると、自然光や室内光では十分な受光量が得られない場合でも、常に高精度で安定した測定を行うことができる。

第２の態様は、第２の光学部材の側端面と受光素子との間に集光光学系を配置し、第２の光学部材の側端面から出射する光を集光光学系により集光して受光素子に受光させるようにしたものである。このようにすると、第２の光学部材から出射される光を効率良く受光することができ、これにより測定精度を高めることが可能となる。

すなわちこの発明によれば、検出位置への生体部位の位置合わせの制約を大幅に軽減してユーザの操作上の負担を減らし、しかも受光素子の飽和を防止したうえで、回路構成の簡単小型化と消費電力の低減を図った生体情報検出装置を提供することができる。

この発明の第１の実施形態に係わる生体情報検出装置の構成を示す図。 図１に示した生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの平面図。 図１に示した生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの第１の光学部材の動作説明に使用するための図で、（ａ）は第１の光学部材に生体部位を接触させていない状態を示す図、（ｂ）は第１の光学部材に生体部位を接触させた状態を示す図。 図１に示した生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの第２の光学部材の動作説明に使用するための図。 この発明の第２の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの構成を示す図。 この発明の第３の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの構成を示す図。 この発明の第４の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの構成を示す図。 この発明の第５の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの構成を示す図。 この発明の第６の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの構成を示す図。 この発明の第７の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの構成を示す図。 この発明の第８の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの要部構成を示す図。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
（構成）
図１は、この発明の第１の実施形態に係わる生体情報検出装置の構成を示す図である。この生体情報検出装置は、光検出ユニット１００と、信号処理ユニット２００とから構成される。

光検出ユニット１００は、短冊状をなす長方形に成形された第１の光学部材１と、同様に短冊状をなす長方形に成形された第２の光学部材２とを備える。これら第１及び第２の光学部材１，２は、その一方の側面同士が接触しかつ上面１ｂ，２ｂが同一面を形成するように配置される。すなわち、第１及び第２の光学部材１，２は水平方向に並べられた状態で配置され、その各上面１ｂ，２ｂが検出対象物である生体部位７を接触させるセンサ面として機能する。

第１及び第２の光学部材１，２は、後述する発光素子３から発光されるセンサ光５に対して透明で、空気よりも高い屈折率を持つことが望ましく、一例としてはアクリル樹脂（屈折率１．４９）を素材とするものが用いられる。なお、第１及び第２の光学部材１，２の側面同士は必ずしも接触させる必要はなく、一定間隔を隔てて離間させるようにしてもよい。また、素材及び屈折率についても、上記した素材及び値に限定されるものではない。

上記第１の光学部材１の入射面として機能する第１の側端面（以後入射面と呼称する）１ａには、発光素子３が対向配置されている。発光素子３は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなり、上記第１の光学部材内に上記入射面１ａからセンサ光５を入射する。このとき上記第１の光学部材１の入射面１ａに対する発光素子３の配置位置及び配置角度等の配置条件は、上記入射面１ａから第１の光学部材１内に入射したセンサ光５の少なくとも一部が、例えば図３（ａ）に示すように第１の光学部材１内の上面１ｂと下面との間で全反射を繰り返すように設定される。

また、センサ光５としては、例えば０．７〜２．５μｍの波長を持つ近赤外光が用いられる。その理由は、血液中のヘモグロビンがこの波長を持つ近赤外光を特に良好に吸収する特性を持つからである。しかし、センサ光５としては必ずしもこの波長に限定されるものではなく、他の波長であってもよい。

一方、第２の光学部材２の出射面として機能する第１の側端面（以後出射面と呼称する）２ａには、受光素子４が対向配置されている。受光素子４は、フォトダイオードやフォトトランジスタ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary MOS）といった、光量を検出可能なセンサからなり、上記第２の光学部材２の出射面２ａから出射された生体部位７による散乱光成分６ａを受光してその受光信号を信号処理ユニット２００に入力する。

信号処理ユニット２００は、増幅部２１と、アナログ／ディジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）２２と、波形処理・出力部２３を備えている。増幅部２１は、上記受光素子３から入力されたアナログの受光信号を、いわゆるオペアンプ等を用いた公知の増幅回路により増幅して出力する。Ａ／Ｄ変換部２２は、上記増幅部２１から出力されたアナログの受光信号をディジタル信号に変換して出力する。

波形処理・出力部２３は、Ａ／Ｄ変換器から出力されたディジタルの受光信号を取り込み、容積脈波の波形解析を行う。解析処理の内容としては、ディジタル受光信号の時間変化を時系列データとして取得し、この取得された時系列データを平滑化してノイズ成分を除去する処理と、このノイズ成分が除去された時系列データを２階微分することで容積脈波の波形の詳細な変化を検出する処理と、この検出された容積脈波の波形の変化に基づいて容積脈波の特徴を検出する処理がある。

なお、容積脈波の特徴を検出する処理としては、例えば医学診断分野であれば生体の血管の硬化度合いを検出することや、時系列データのピークを検出してこの検出されたピークの間隔から脈拍間隔を検出すること、時系列データの周期性を検出してこの検出された周期性から生体が安静状態であるかどうかを判定すること等が考えられる。また、テレビジョン装置等のリモートコントローラを使用した情報入力の技術分野であれば、容積脈波の波形データから特徴量ベクトルを抽出し、この抽出した特徴量ベクトルが確率分布に従うものとしてとらえてクラスタリング処理を行う。そして、このクラスタリング処理の結果をもとにユーザを認識する処理等が考えられる。なお、容積脈波の特徴を検出する処理の用途は、これらのみに限定されるものでなくその他の用途でもよい。

（動作）
次に、以上のように構成された生体情報検出装置の動作を説明する。
第１の光学部材１に対しその入射面１ａから入射した発光素子３のセンサ光５は、例えば図３（ａ）に示すように第１の光学部材１内でその上面と下面との間で全反射を繰り返す。

このとき、センサ光５が第１の光学部材１内の上面１ｂと下面との間で全反射を繰り返すための条件は、以下のように定義される。すなわち、上面１ｂから外部の空気層へセンサ光５が出射する際の臨界角θは、第１の光学部材１の屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ２とすると、反射の法則を用いて以下の式で計算される。
θ＝arcsin（ｎ２／ｎ１） …（１）
そして、第１の光学部材１として先に述べた屈折率ｎ１＝１．４９のアクリル樹脂を用いたとすれば、空気の屈折率ｎ２＝１であるから、上記（１）よりθ＝４２．１５５°と算出される。すなわち、第１の光学部材１の内部でその上面１ｂに対しこのθ＝４２．１５５°より大きい角度でセンサ光５が入射するよう、第１の光学部材１の内部にセンサ光５を入射すれば、入射されたセンサ光５は外部へ漏出することなく上面１ｂと下面との間で全反射を繰り返し、例えば入射面１ａと対向する第２の側端面まで伝達されることになる。

なお、発光素子３から第１の光学部材１に入射されるセンサ光５の全てを上記θ＝４２．１５５°より大きい角度となるように設定する必要はなく、発光素子３から第１の光学部材１に入射されるセンサ光５の少なくとも一部に上記θ＝４２．１５５°より大きい角度となる成分が含まれていればよい。

さて、この状態で例えば図３（ｂ）に示すように、被検査者であるユーザが生体部位７としての自身の指先を、センサ面を構成する第１の光学部材１の上面１ｂと第２の光学部材２の上面２ｂに対し同時に接触するように接触させたとする。このとき、第１の光学部材１の上面１ｂに対する生体部位７の接触位置Ｐにおける臨界角θ′は、生体部位７（皮膚）の屈折率ｎ３を１．３５とすると、
θ′＝arcsin（ｎ３／ｎ１） …（２）
より、θ′＝６４．９６４°と算出される。なお、生体部位７の皮膚の屈折率が１．３５であるということは、例えば上田豊甫、「経皮導入機器を用いた皮膚透過性の研究」、２００７年、明星大学研究成果報告会に詳しく記載されている。

したがって、第１の光学部材１の上面１ｂの任意の位置Ｐに生体部位７が接触すると、第１の光学部材１内のセンサ光５のうち上記接触位置Ｐに対し６４．９６４°〜９０°の入射角で入射する光成分については、生体部位７が接触していないときと同様に第１の光学部材１内で全反射するが、第１の光学部材１内で４２．１５５°〜６４．９６４°の角度で上記接触位置Ｐに入射する光成分は、全反射せずに図３（ｂ）の６に示すように第１の光学部材１の上面１ｂから外部へ漏出して生体部位７に照射される。

上記生体部位７内に入射した照射光６の光量は、血液中のヘモグロビン量に応じて変化する。これは、血液中のヘモグロビンが赤外光を吸収する性質があるため、生体部位７の内部に存在する末梢血管の容積変化に応じて、生体部位７の外部へ散乱する光量と吸収される光量の割合が変化するためである。

上記生体部位７内に入射した照射光６のうち、上記散乱により発生した散乱光成分６ａの一部は、図４に示すように第２の光学部材２にその上面２ｂから入射される。そして、この第２の光学部材２内に入射した散乱光成分６ａのうち、先に（１）式で定義した臨界角θ＝４２．１５５°よりも大きな入射角で第２の光学部材２に入射された成分は、第２の光学部材２の上面２ｂと下面との間で全反射を繰り返しながら出射面２ａから出射され、受光素子４により受光される。

この受光素子４で受光された散乱光成分６ａは、増幅部２１で所定の信号レベルに増幅されたのち、Ａ／Ｄ変換部２２によりディジタル信号に変換され、波形処理・出力部２３に取り込まれる。波形処理・出力部２３では、先ず上記取り込まれたディジタル受光信号の時間変化が時系列データとして抽出され、この抽出された時系列データが平滑化されてノイズ成分が除去される。次に、このノイズ成分が除去された時系列データが２階微分され、容積脈波の波形の詳細な変化が検出される。そして、この検出された容積脈波の波形の変化に基づいて、図示しない情報処理ユニットにおいて生体部位７の種々の特徴が抽出される。

すなわち、受光素子４から出力される受光信号の信号レベルは、生体部位７内における末梢血管の血液容積の変化が反映された値となる。ここで、生体部位７内の末梢血管の血液容積は心臓の拍動によって時間的に変化する。このため、上記受光信号の信号レベルの時間変化は容積脈波の波形を表すものとなり、この波形から生体部位７の末梢血管の硬化度合いや脈拍間隔、その周期性等を判定することが可能となり、また容積脈波の波形データの特徴からユーザを認識することが可能になる。

（作用効果）
以上詳述したように第１の実施形態では、第１及び第２の光学部材１，２を、その一方の側面同士が接触しかつ上面１ｂ，２ｂが同一面を形成するように水平方向に並べて配置し、かつ第１の光学部材１の入射面１ａに対向して発光素子３を配置し、この発光素子３により発光されたセンサ光５を第１の光学部材１内にその入射面１ａから入射するようにしている。このとき、第１の光学部材１の入射面１ａに対する発光素子３の配置条件は、発光素子３から第１の光学部材１内に入射したセンサ光５の少なくとも一部が、第１の光学部材１内の上面１ａと下面との間で全反射するように設定する。そして、上記第１及び第２の光学部材１，２の上面１ｂ，２ｂに同時に生体部位７を接触させたとき、上記第１の光学部材１から漏洩して生体部位７に照射された照射光６のうち、生体部位７内で発生した散乱光成分６ａを第２の光学部材２にその上面２ｂから取り込んで出射面２ｂから出射させ、受光素子４で受光させる。そして、この受光素子４で受光された散乱光成分６ａの受光信号を信号処理ユニット２００に入力し、生体部位７の容積脈波の波形の変化を検出して生体部位７の特徴を抽出するようにしている。

したがって第１の実施形態によれば、以下のような効果が奏せられる。
(1) 第１及び第２の光学部材１，２は水平方向に並べて配置されるため、これらの光学部材１，２を上下に重ねて配置する場合のように第１の光学部材１の上面１ｂから漏洩した照射光６が第２の光学部材２に直接入射して受光素子４に導かれることはなくなり、これにより受光素子４が飽和する不具合を防止することができる。また、上記したように第１の光学部材１及び第２の光学部材２は水平方向に並べて配置されるので、光検出ユニット１００の厚みを小さくすることができる。この結果、光検出ユニット１００をリモートコントローラ等の小型電子機器に組み込んだ場合に、その厚み方向のサイズの増加を防止することができる。

(2) 生体部位７は第１光学部材１の上面１ｂに直接接触する。このため、第１の光学部材１の上面１ｂから漏洩した光は減衰することなく生体部位７に直接照射されることになり、これにより発光素子３の駆動電流を増加させることなく生体部位７に対し血流量を安定的に計測する上で十分な光量を照射することが可能となって、計測精度を高めることが可能となる。

(3) 光検出ユニット１００の構成を、定常状態においては第１の光学部材１内でセンサ光５を全反射させ、第１の光学部材１の上面１ｂに生体部位７を接触させたときこのときの臨界角の変化を利用して第１の光学部材１の上面１ｂから照射光６を漏洩させて生体部位７に照射するようにしている。このため、第１の光学部材１に照射光６をその上面１ｂから強制的に面発光させるためのバックライト構造等を設ける必要がなくなり、これにより光検出ユニット１００の構成を簡単かつ安価なものにすることができる。

［第２の実施形態］
図５は、この発明の第２の実施形態に係わる生体情報検出装置の光検出ユニットの構成を示す斜視図であり、図中１１０が光検出ユニットを示している。なお、同図において前記図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

第１及び第２の光学部材１，２は、その一方の側面同士が接触しかつ上面１ｂ，２ｂが同一平面からなるセンサ面を形成するように、水平方向に並べられた状態で配置されている。第１の光学部材１の第２の側端面１ａ′には発光素子３が対向配置され、また第２の光学部材２の第１の側端面２ａには受光素子４が対向配置されている。すなわち、発光素子３及び受光素子４が第１及び第２の光学部材１，２の互いに反対側となる側端面１ａ′，２ａに対向配置された構成となっている。

このように構成すると、例えばリモートコントローラ等の小型電子機器に光検出ユニット１１０を実装する際に、第１及び第２の光学部材１，２の同一の側端面１ａ，２ａに発光素子３及び受光素子４を並べて配置する実装スペースを確保できない場合でも、光検出ユニット１１０の性能を維持したまま実装が可能となる。

［第３の実施形態］
図６は、この発明の第３の実施形態に係わる生体情報検出装置の光検出ユニットの構成を示す斜視図であり、図中１２０が光検出ユニットを示している。なお、同図においても前記図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

前記第１及び第２の実施形態と同様に、第１及び第２の光学部材１，２はその一方の側面同士が接触しかつ上面１ｂ，２ｂが同一平面からなるセンサ面を形成するように、水平方向に並べられた状態で配置される。第１の光学部材１の第１及び第２の側端面１ａ，１ａ′にはそれぞれ発光素子３１，３２が対向配置され、また第２の光学部材２の第１及び第２の側端面２ａ，２ａ′にはそれぞれ受光素子４１，４２が対向配置されている。すなわち、第１及び第２の光学部材１，２の両方の側端面にそれぞれ発光素子３１，３２及び受光素子４１，４２が対向配置された構成となっている。上記受光素子４１，４２の受光信号は合成されたのち信号処理ユニット２００に入力される。

このように構成すると、第１の光学部材１にはその両方の側端面１ａ，１ａ′から発光素子３１，３２によるセンサ光５，５が入射することになり、これにより第１の光学部材１の上面１ｂのどの位置に生体部位７を接触させても、当該第１の光学部材１の上面１ｂから漏洩する照射光６の光量をほぼ均一にすることができる。また、第２の光学部材２においても、その両方の側端面２ａ，２ａ′から出射される散乱光成分６ａ，６ａがそれぞれ受光素子４１，４２で受光される。このため、第２の光学部材２の上面２ｂのどの位置に生体部位７が接触しても、常にＳ／Ｎの高い受光信号を信号処理ユニット２００に入力することができ、この結果より安定性の高い検出を行うことが可能となる。

［第４の実施形態］
図７は、この発明の第４の実施形態に係わる生体情報検出装置の光検出ユニットの構成を示す斜視図であり、図中１３０が光検出ユニットを示している。なお、同図において前記図６と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

第４の実施形態における光検出ユニット１３０は、第３の実施形態で述べたように両方の側端部に発光素子３１，３２を対向配置した第１の光学部材１と、両方の側端部に受光素子４１，４２を対向配置した第２の光学部材２を複数個並べて配置した構成となっている。
このような構成であるから、接触位置による検出精度のばらつきを低く抑えた上で広いセンサ面を形成することが可能となる。

［第５の実施形態］
図８は、この発明の第５の実施形態に係わる生体情報検出装置の光検出ユニットの構成を示す斜視図であり、図中１４０が光検出ユニットを示している。なお、同図において前記図５と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

第５の実施形態における光検出ユニット１４０は、櫛歯状に形成された第１の光学部材１１と、同じく櫛歯状に形成された第２の光学部材２１を備え、これらの第１及び第２の光学部材１１，２１をその突出片１１１，１１２と突出片２１１，２１２，２１３とが交互にかみ合うように配置したものとなっている。

また、上記第１の光学部材１１の基端辺部には複数個の発光素子（図では２個の場合を例示）３，３が所定の間隔を隔てて配置され、これらの発光素子３，３により上記第１の光学部材１１内にその基端辺部からセンサ光を入射して上記突出片１１１，１１２内で全反射させている。さらに、第２の光学部材２１の基端辺部には複数個の受光素子（図では３個の場合を例示）４，４，…が一定の間隔を隔てて配置されている。これらの受光素子４，４，…は、上記突出片２１１，２１２，２１３の基端辺部から出射される散乱光成分をそれぞれ受光して信号処理ユニット２００に入力する。
このような構成であるから、光検出ユニット１４０を簡単かつ高精度に組み立てることが可能となり、また構造的により安定したセンサ面を形成することが可能となる。

［第６の実施形態］
図９は、この発明の第６の実施形態に係わる生体情報検出装置の光検出ユニットの構成を示す斜視図であり、図中１５０が光検出ユニットを示している。なお、同図において前記図５と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

第６の実施形態における光検出ユニット１５０は、第１の光学部材１２及び第２の光学部材２２をその厚み方向に湾曲形成し、これらの第１及び第２の光学部材１２，２２の互いに反対側となる側端面にそれぞれ発光素子３及び受光素子４を対向配置したものである。

このように構成すると、例えば生体部位７の形状に応じて最適な形状のセンサ面を形成することができ、これによりセンサ面に対する生体部位７の接触面積を増やして容積脈波の検出精度を高めることができる。また、それだけでなく、光検出ユニット１５０はリモートコントローラや携帯端末、自動車のハンドルなど、光検出ユニット１５０が搭載される対象となる機器が曲面形状をもっていたとしても、それら機器の形状に合わせて設計し、設置することが可能になる。

［第７の実施形態］
第１の光学部材１へのセンサ光５の入射角は、第１の光学部材１内に入射したセンサ光５が第１の光学部材１内においてセンサ面１ｂのできる限り広い領域で全反射するように設定することが望ましい。このため、発光素子３の配置及び構成として、例えば図１０（ａ）〜（ｄ）に示すものが考えられる。

先ず図１０（ａ）に示すものは、発光素子３として指向角が比較的広いものを用いることで第１の光学部材１のセンサ面１ｂに対し入射角を大きく設定したものである。次に図１０（ｂ）に示すものは発光素子３を第１の光学部材１のセンサ面１ｂに対して角度を持たせて配置したものであり、図１０（ｃ）に示すものは第１の光学部材１′の入射面１ａ′をセンサ面１ｂに対して垂直ではない角度に設定したものである。また、図１０（ｄ）に示すものは、発光素子３と第１の光学部材１″の入射面１ａ″との間に光を拡散させる機能を持ったフィルタ８を配置したものである。要するに、第１の光学部材１″内に入射されたセンサ光５がセンサ面１ｂ上で位置によらず全反射するように、発光素子３の配置や構成を決定すればよい。

また、発光素子３として使用される発光ダイオード（ＬＥＤ）には指向角が８°〜１５°程度のものが考えられるが、これより指向角度が狭いものでも、また広いものであってもよく、この数値で指定した範囲に限定されるものではない。

［第８の実施形態］
図１１は、この発明の第８の実施形態に係る生体情報検出装置における光検出ユニットの要部構成を示すものである。この第８の実施形態における光検出ユニットは、第２の光学部材２の出射面２ａと受光素子４との間に集光レンズ９を配置したものである。
このように構成すると、第２の光学部材２の出射面２ａから出射された散乱光成分６ａを集合レンズ９により集光して受光素子４に受光させることができ、これにより受光素子４の受光感度が低い場合でも高精度の検出を行うことができる。

［その他の実施形態］
前記各実施形態では、発光素子３を設け、この発光素子３が発光したセンサ光５を第１の光学部材１に入射するようにした。しかし、十分な光量の自然光又は室内光が得られる環境下で使用する場合には、上記自然光又は室内光をセンサ光５として使用するようにしてもよい。このようにすると、発光素子３を不要にすることができ、その分部品点数を削減して装置の簡単小型化、低価格化及び消費電力の低減を図ることが可能となる。

また、前記各実施形態ではいずれも短冊状の長方形板からなる第１の光学部材１及び第２の光学部材２を用いた場合を例にとって説明したが、正方形、長方形、円形、楕円形又は多角形の柱状帯又は板状体からなる光学部材を使用してもよい。その他、第１及び第２の光学部材の形状や材料、信号処理ユニットの構成とその処理内容、容積脈波の検出情報の用途等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。

要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１，１′，１″，１１，１２…第１の光学部材、２，２１，２２…第２の光学部材、１ａ，１ａ′，１ａ″…入射面、１ｂ，２ｂ…センサ面、２ａ…出射面、３…発光素子、４…受光素子、５…センサ光、６…照射光、６ａ…散乱光成分、７…生体部位、８…フィルタ、９…集光レンズ、２１…増幅部、２２…Ａ／Ｄ変換部、２３…波形処理・出力部、１１１，１１２…第１の光学部材の突出片、２１１，２１２，２１３…第２の光学部材の突出片、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０…光検出ユニット、２００…信号処理ユニット。

Claims (3)

1. 生体部位から容積脈波に関する情報を検出する生体情報検出装置において、
   板状又は柱状をなし、その側端面から入射した光を前記生体部位の接触面となる上面と下面との間で全反射させる第１の光学部材と、
   板状又は柱状をなし、前記第１の光学部材の側面に隣接しかつ前記生体部位の接触面となる上面が前記第１の光学部材の上面とほぼ同一平面を形成する状態に配置され、前記第１の光学部材の上面に生体部位が接触したとき、前記第１の光学部材の当該接触位置から漏洩した光の前記生体部位による散乱光成分を上面から取り込み、側端面に導いて出射する第２の光学部材と、
   前記第２の光学部材の側端面から出射された光を受光し、その受光量に応じた受光信号を出力する受光素子と、
   前記受光素子から出力された受光信号をもとに、前記第１及び第２の光学部材の上面に生体部位が接触したときに発生する前記受光量の変化を検出し、この検出された受光量の変化を表す情報を前記生体部位の容積脈波を表す情報として出力する信号処理部と
   を具備することを特徴とする生体情報検出装置。
2. 前記第１の光学部材内に、その側端面から前記全反射を生じさせるべく光を入射する発光素子を、さらに具備することを特徴とする請求項１記載の生体情報検出装置。
3. 前記第２の光学部材の側端面と前記受光素子との間に配置され、前記第２の光学部材の側端面から出射する光を集光して前記受光素子に受光させる集光光学系を、さらに具備することを特徴とする請求項１又は２記載の生体情報検出装置。

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