JP2016189893A - 脈波検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体の指に光を照射して脈波を検出する場合、発光部からの発光光量を増加させることなく、指の血管が最も多い部分に照射される光の光量を増加させ、脈波の検出感度を上げることのできる脈波検出装置を提供する。【解決手段】少なくとも２つの発光部の発光により拡散層９１から出射した観測光の光量を足し合わせた光量が、拡散層の出射面側で、少なくとも２つの発光部から同距離の位置で、１つの発光部が発光する観測光の光量が最大となる位置での光量以上の光量であるように拡散層のヘイズ値を設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、人体の脈波を光学的に検出する脈波検出装置に関する。

人体の脈波を検出する装置として、特許文献１に記載の生体情報検出装置が知られている。特許文献１に記載の生体情報検出装置は、観測光を発光する発光素子と、観測光が生体組織で散乱された散乱光を受光する受光素子と、受光した散乱光に基づいて脈波等の生体情報を算出する演算処理手段と、を備える。生体情報検出装置は、人体の皮膚等に装着された状態で、発光素子を発光させる。生体情報検出装置は、受光素子に散乱光を受光させる。生体情報検出装置の演算処理手段は、受光した散乱光に基づいて脈波を算出する。
特許文献１に記載の生体情報検出装置は、観測光を人体に向かって導き、環状に拡散させる環状の導光部材を備える。導光部材によって、観測光が拡散されるので、人体の広い面積に均一に観測光が照射される。

特開２０１１−１４７７４６号公報

観測光は、血管中のヘモグロビンにより一部吸収される。観測光がヘモグロビンに吸収された分、散乱光の強度が低くなる。血管脈動により、血流量が変化することから、ヘモグロビンの数は時間的に変化するので、一定期間、散乱光の強度が測定されることにより、脈波が測定される。測定された脈波の形状に基づいて、血圧が推定される。

観測光が照射される血管の数が増大するにつれて、観測光が照射され得るヘモグロビンの数が増え、吸収される光量は増加する。特に、脈動のタイミングの内、ヘモグロビンの数が多いタイミングにおいては、観測光が照射される血管の数が増大するにつれて、観測光の強度は低下する。一方、脈動のタイミングの内、ヘモグロビンの数が少ないタイミングにおいても、観測光が照射される血管の数が増大するにつれて、観測光の強度は低下する。しかし、ヘモグロビンの数が少ないタイミングにおいては、元々ヘモグロビンの数が少ないので、低下する観測光の強度はわずかである。従って、観測光が照射される血管の数が増大するにつれて、脈波の形状における極大値と極小値との差が大きくなる。言い換えると、観測光が照射される血管の数が増大するにつれて、脈波の検出感度が大きくなる。
ところで、上述したような従来の生体情報検出装置は、腕時計の腕時計ケースの裏蓋に設けられる。腕時計が腕に取り付けられると、腕時計ケースの裏蓋が腕に接触し、生体情報検出装置は、腕に向けて観測光を照射する。

ここで、上述したような従来の生体情報検出装置を、人体の指に観測光を照射する装置として採用したとすると、下記のような問題が発生する。

上述したような従来の生体情報検出装置では、生体情報検出装置の中心部分に受光素子が配置され、受光素子の周囲に発光素子及び導光部材が配置される。一般に、出射される光の光量は、光源の中心の法線方向でもっとも大きくなり、中心から法線と直交する方向に離れるほど小さくなる。したがって、上述したような従来の生体情報検出装置の中心部分は、発光素子及び導光部材の中心部分から離間しているので、生体情報検出装置の中心部分の光量は、光源の中心の法線方向の光量よりも小さくなる。

一般に、人体の指において、指の幅方向の中心部分は、指の幅方向の外側部分と比べて、血管の密度が高くなっている。

上述したような従来の生体情報検出装置が指に装着される場合、上述したような従来の生体情報検出装置は、指の中心部分に配置されることが想定される。上述したような従来の生体情報検出装置では、指の血管の最も多い部分と、観測光が照射される光量が最も多い指の部分とが異なっている。生体情報検出装置の中心部分に照射される光量は小さくなるので、指の中心部分に照射される光量は小さくなる。一方、生体情報検出装置の中心部分から離間した外側部分に照射される光量は大きくなる。指の血管の数が多い指の中心部分に対しては、観測光が照射される光量が小さいので、脈波の検出感度が低下してしまう。また、指の血管の数が少ない指の外側部分は、指の中心部分に比べ、脈波の検出感度が小さい部分であるが、この指の外側部分に多くの光量が照射される問題がある。

本提案は、上記の問題を解決するものであり、血管の数が部位により大きく異なる人体の指などの被検体に光を照射して脈波を検出する場合、発光部からの発光光量を増加させることなく、被検体の血管が多い部分に照射される光の光量を増加させ、脈波の検出感度を向上させることを目的とする。

本発明の一実施の態様によれば、脈波検出装置は、筐体と、筐体に保持され、脈波を検出する脈波検出ユニットと、を備える脈波検出装置であって、前記脈波検出ユニットは、観測光を発光する少なくとも２つの発光部と、少なくとも２つの前記発光部の間に配置され、前記観測光が人体で散乱した散乱光を受光する受光部と、を備え、前記脈波検出装置は、前記観測光が入射され、入射した観測光を拡散させて人体に向けて出射する拡散層を、さらに備え、前記少なくとも２つの発光部の発光により前記拡散層から出射した前記観測光の光量を足し合わせた光量が、前記拡散層の出射面側で、前記少なくとも２つの発光部から同距離の位置で、１つの発光部が発光する観測光の光量が最大となる位置での光量以上の光量となるように拡散層のヘイズ値が設定されていることを特徴とする。

脈波検出装置は、観測光が入射され、入射した観測光を拡散させて人体に向けて出射する拡散層を備える。これにより、観測光が拡散されて、広い面積に観測光が照射される。広い面積に観測光が照射されるので、観測光が照射される血管の数が増加し、脈波検出の感度が向上する。

また、脈波検出装置は、２つの発光部から同距離の位置で、１つの発光部が発光する観測光の最大の光量以上の光量を出力する。２つの発光部から同距離の位置に、人体の血管の多い検出対象箇所が配置されるように、脈波検出装置が配置されることにより、検出対象箇所の血管が多い部分に照射される光量が増加し、脈波検出の感度が向上する。

本態様において、脈波検出装置は、前記拡散層の表面に、指を配置する面が形成されていてもよい。

これにより、指を配置する面に指を設置することで、照射領域に指が配置される。したがって、指の広い面積に観測光が照射されるので、観測光が照射される血管の数が増加し、脈波検出の感度が向上する。

本態様において、脈波検出装置では、前記拡散層のヘイズ値が２０パーセントから８０パーセントまでの範囲内で設定されていてもよい。

光の拡散が大きくなると、拡散層での透過光量が低下し、指などの検出対象箇所への照射光量が低下するため、脈波検出の感度が低下するが、本発明の脈波検出装置は、拡散層のヘイズ値が２０パーセントから８０パーセントであるので、光量の低下を抑制しながら、照射領域を広くすることができる。したがって、広い面積に観測光が照射されるので、観測光が照射される血管の数が増加し、脈波検出の感度が向上する。

本態様において、脈波検出装置では、前記拡散層の表面に凹凸が形成されていてもよい。

凹凸があることにより、拡散層に入射した光は拡散される。したがって、広い面積に観測光が照射されるので、観測光が照射される血管の数が増加し、脈波検出の感度が向上する。

本態様における脈波検出装置では、前記拡散層は、前記脈波検出ユニットを保持する部材に設けられていてもよい。

拡散層と、脈波検出ユニットを保持する部材とを別部材で構成する場合、拡散層と脈波検出ユニットとの間に組み付け誤差が生まれる。組み付け誤差が存在すると、照射領域が変わり、測定誤差が発生する。しかしながら、本態様の脈波検出装置においては、拡散層は、脈波検出ユニットを保持する部材に設けられている。よって、組み付け誤差が存在せず、測定誤差が発生しない。測定誤差が発生しないので、脈波検出の感度が向上する。

本態様における脈波検出装置では、前記筐体は、上筐体と、前記上筐体に対して回動自在に接続する下筐体と、を備え、前記上筐体は、前記脈波検出ユニットを保持し、前記下筐体には指を配置するための溝が形成されており、溝の中心が前記２つの発光部から同距離の位置にあってもよい。

これにより、指が下筐体に設置された状態で、上筐体が、指の上部から下筐体へ向かう方向に、指を押圧することができる。これにより、指に対して脈波検出ユニットが安定的に保持され、脈波検出の感度が向上する。

また、脈波検出装置においては、下筐体には指を配置するための溝が形成されており、溝の中心が２つの発光部から同距離の位置にある。溝に指を配置することにより、指の中心を２つの発光部から同距離の位置に一致させることができる。よって、検出対象箇所の血管が最も多い箇所に照射される光の光量が増加し、脈波検出の感度を向上させることができる。

脈波検出装置１の要部の断面図である。 図１の一点鎖線Ａ−Ａ矢視方向で見た、脈波検出装置１の要部の断面図である。 拡散層９１を示す図である。 脈波検出装置１の電気構成を示すブロック図である。 脈波出力値から血圧を算出することを説明するためのグラフである。 被検体の位置による毛細血管の分布と、照射強度の分布とを示すグラフである。 照射強度の分布を示すグラフである。（ａ）は、拡散層９１のヘイズ値が０パーセントの場合照射強度の分布を示す。（ｂ）は、拡散層９１のヘイズ値が５０パーセントの場合照射強度の分布を示す。（ｃ）は、拡散層９１のヘイズ値が９０パーセントの場合照射強度の分布を示す。 各ヘイズ値における、被検体から検出される脈波出力値を示すグラフである。 ヘイズ値と受光感度との関係を示すグラフである。 脈波検出装置１の光センサユニット７の変更形態１を下からみた図である。（ａ）は、指を配置していない状態を示す。（ｂ）は、指を配置した状態を示す。

（全体構成の説明）
以下、本発明に係る脈波検出装置について具体化した第１実施形態に係る脈波検出装置１の概略構成について図１乃至９に基づいて説明する。

図１〜図３を参照し、脈波検出装置１の構造について説明する。以下の説明では、図１の上側、下側、右側、左側、表面側、裏面側を、それぞれ、脈波検出装置１の上側、下側、前側、後側、左側、右側とする。

図１、図２、図３、図４に示すように、脈波検出装置１は、被検体Ｈ（例えば人の指）に照射した光の反射光を受光し、強度の検出結果に基づいて脈波を検出する装置である。脈波検出装置１は、クリップ型の筐体２内に、光センサユニット６を収容する。脈波検出装置１の筐体２は、下筐体３、上筐体４、連結部５を備える。

（下筐体３）
図１、図２に示すように、下筐体３は、樹脂製で前後方向に延びる略直方体形状の箱体である。下筐体３は、後端部に、指を設置するための指設置部３１を備える。指設置部３１は、下筐体３の左右方向における中央部に配置される。指設置部３１は、上部と後部とが開放された略矩形状の穴として形成される。指設置部３１の底面は、前側の第１底部３１１と、後側の第２底部３１２と、から構成される。第１底部３１１は、全体が一定の深さに形成される。第２底部３１２は、前側から後側に向かうにつれて深さが浅くなるように傾斜して形成される。下筐体３は、前端部に、連結部５を設置するための連結用凹部３２を備える。連結用凹部３２は、下筐体３の上面に、略矩形の穴として設けられる。

（連結部５）
図１に示すように、連結部５は、弾性を有するばね体として構成される。連結部５は、左右方向に延びる軸を周方向に取り巻くつる巻き状のばね体を備える。ばね体の一端５１は、下筐体３の連結用凹部３２の内に配置され、連結用凹部３２内で前方向に延びる。ばね体の一端５１は、下筐体３に固定される。ばね体の他端５２は、上筐体４の後述する連結用凹部内４２に配置され、連結用凹部４２内で前方向に延びる。ばね体の他端５２は、上筐体３に固定される。

（上筐体４）
図１、図２に示すように、上筐体４は、樹脂製で前後方向に延びる略直方体形状の箱体である。上筐体４は、前端部に、連結部５を設置するための連結用凹部４２を備える。連結用凹部４２は、上筐体４の下面に、略矩形の穴として設けられる。前述したように、連結用凹部４２内に連結部５の他端５２が配置され、上筐体４は連結部５の他端５２と連結する。したがって、上筐体４は、連結部５を介して、下筐体３と回動自在に連結される。上筐体４は、下筐体３に対して、上下に対向して配置される。上筐体４は、後端部に、光センサユニット６を収容する収容部４１を備える。収容部４１は、上筐体４の下面に設けられ、例えば矩形状に開口する凹部として形成される。収容部４１は、上筐体４の左右方向における中央部に配置される。収容部４１は、上筐体４と下筐体３とを連結したときに、下筐体３の指設置部３１の上に位置するように、上筐体４に形成される。上筐体４は、収容部４１の左側に、第１軸取付穴４３を有する。第１軸取付穴４３は、収容部４１の左側に、収容部４１から左方向に凹んで形成される。上筐体４は、収容部４１の右側に、第２軸取付穴４４を有する。第２軸取付穴４４は、収容部４１の右側に、収容部４１から右方向に凹んで形成される。第１軸取付穴４３及び第２軸取付穴４４は、左右方向に延びて形成される。第１軸取付穴４３及び第２軸取付穴４４は、第１軸取付穴４３の延びる方向と第２軸取付穴４３の延びる方向とが一直線上になるように、形成される。第１軸取付穴４３及び第２軸取付穴４４は、後述する光センサユニット６を上筐体４に取り付けるために設けられる。上筐体４は、後端部に、収容部４１を取り囲むように、固定板４５を備える。固定板４５はロの字形状の平板であり、第１軸取付穴４３及び第２軸取付穴４４と上下方向に重なるように配置される。固定板４５は、筐体の下面に対して、ねじ止めされて固定される。固定板４５は、後述する光センサユニット６を上筐体４に取り付けるために設けられる。

（光センサユニット６）
図１、図２に示すように、光センサユニット６は、脈波検出ユニット７と、回転軸８と、保持部材９とを備える。

（保持部材９）
図１、図２に示すように、保持部材９は、左右方向に延びる略直方体形状の箱体であり、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂のような透明な樹脂で一体成型される。保持部材９の前後方向の長さは、収容部４１の前後方向の長さより短い。保持部材９の左右方向の長さは、収容４１部の左右方向の長さより短い。保持部材９は、内部に、脈波検出ユニット７が保持されるための空間を有する。

（回転軸８）
図２に示すように、回転軸８は、保持部材９から左右方向に突出して延びるように形成される。回転軸８は、保持部材９の左端から左方向に突出して形成される第１回転軸８１と、保持部材９の右端から右方向に突出して形成される第２回転軸８２と、から構成される。第１回転軸８１及び第２回転軸８２は、左右方向に延びて形成される。本実施形態では、回転軸８１，８２は保持部材９と同材料であり、回転軸８１，８２は保持部材９と一体成型される。第１回転軸８１は、第１軸取付穴４３の内径より小さい外径で形成される。第２回転軸８２は、第２軸取付穴４４の内径より小さい大きさの外径で形成される。第１回転軸８１は第１軸取付穴４３に挿入され、第２回転軸８２は第２軸取付穴４４に挿入される。つまり、第１回転軸８１及び第２回転軸８２は、第１軸取付穴４３と固定板４５によって規定される空間及び第２軸取付穴４４固定板４５によって規定される空間に挿入される。したがって、保持部９と、上筐体４とは、固定板４５、第１回転軸８１及び第２回転軸８２を介して、回動自在に連結される。

（脈波検出ユニット７）
図１、図２に示すように、脈波検出ユニット７は、保持部９の内部に設けられた空間に配置され、第１発光素子７１、第２発光素子７２、受光素子７３、基板７４を備える。なお、第１発光素子７１と第２発光素子７２とをまとめて、発光素子７１、７２と表現する場合がある。

（第１発光素子７１）
図１、図２に示すように、第１発光素子７１は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。第１発光素子７１は、血液中のヘモグロビンが強い吸収スペクトルを示す波長帯の光を出射する。第１発光素子７１は、保持部材９に対して、保持部材９の前後方向の中心位置であって、保持部材９の左右方向の左側位置に配置される。第１発光素子７１は、下向きに光を出射するように、保持部材９に配置される。なお、第１発光素子７１の位置は、前後方向の中心位置に限らない。

（第２発光素子７２）
図１、図２に示すように、第２発光素子７２は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。第２発光素子７２は、血液中のヘモグロビンが強い吸収スペクトルを示す波長帯の光を出射する。第２発光素子７２は、保持部材９に対して、保持部材９の前後方向の中心位置であって、保持部材９の左右方向の右側位置に配置される。第２発光素子７２は、下向きに光を出射するように、保持部材９に配置される。第２発光素子７２は、第１発光素子７１が出射する光の強度と同等の強度の光を出射する。なお、第２発光素子７２の位置は、前後方向の中心位置に限らない。

（受光素子７３）
図１、図２に示すように、受光素子７３は、例えば、フォトダイオードである。受光素子７３としては、発光素子７１，７２が出射する光の波長帯に対する感度が高いことが望ましい。受光素子７３は、保持部材９に対して、保持部材９に対して、保持部材９の前後方向の中心位置であって、保持部材９の左右方向の中心位置に配置される。受光素子７３は、下筐体３の指設置部３１の中央部分の上に配置される。受光素子７３は、第１発光素子７１と第２発光素子７２とを結ぶ直線状に配置され、第１発光素子７１と第２発光素子７２との間に配置される。受光素子７３は、被検体Ｈにより反射された上向きの光を受光するように、保持部材９に配置される。なお、第２発光素子７３の位置は、前後方向の中心位置に限らない。

（基板７４）
図１、図２に示すように、基板７４は電子回路基板であり、下面に第１発光素子７１と第２発光素子７２と受光素子７３とを実装する。基板７４は、保持部材９に配置される。
（第１発光素子７１、第２発光素子７２、受光素子７３の位置関係について）

ここで、第１発光素子７１、第２発光素子７２、及び、受光素子７３の位置関係について、詳述する。第１発光素子７１、第２発光素子７２、及び、受光素子７３は、左右方向に、一直線上に並んで配置される。受光素子７３は、第１発光素子７１と第２発光素子７２との間に配置されており、受光素子７３から第１発光素子７１までの距離と、受光素子７３から第２発光素子７２までの距離と、は等しい。本実施形態では、受光素子７３から第１発光素子７１までの左右方向の距離は、５．０ｍｍである。本実施形態では、受光素子７３から第２発光素子７２までの左右方向の距離は、５．０ｍｍである。第１発光素子７１及び第２発光素子７２は、上下方向について同じ位置に各素子の下端が配置されるように、配置されている。言い換えると、第１発光素子７１の下端から保持部材９の下端までの距離と、第２発光素子７２の下端から保持部材９の下端までの距離とは、等しい。受光素子７３は、第１発光素子７１の下端及び第２発光素子７２の下端より、上下方向について上方の位置に受光素子７３の下端が配置されるように、配置されている。本実施形態では、第１発光素子７１の下端から保持部材９の下端までの距離は、１．１ｍｍである。本実施形態では、第２発光素子７２の下端から保持部材９の下端までの距離は、１．１ｍｍである。本実施形態では、受光素子７３の下端から保持部材９の下端までの距離は、１．２ｍｍである。

（拡散層９１）
図３に示すように、保持部材９の下面は、不規則な凹凸が形成された拡散層９１として形成されている。本実施形態では、凹凸の大きさは数ミクロンである。拡散層９１は、拡散層９１に入射した光が出射するときに、拡散するように構成される。保持部材９の下面には不規則な凹凸が形成されているので、不規則な凹凸で乱反射が起こる。乱反射が起こることにより、出射する光は拡散される。不規則な凹凸により拡散層９１のヘイズ値（Ｈａｚｅ値）は、２０〜８０パーセントであるのが望ましい。ヘイズ値とは、光の拡散の度合いを示す値であり、ヘイズ値が大きいほど拡散の度合いが大きいことを表す。例えばガラスのような透明な材料のヘイズ値は略０パーセントである。本実施形態において、拡散層９１は、保持部材９の下面に微細な粒子を衝突させることにより、保持部材９の下面に凹凸を生じさせて形成される。つまり、拡散層９１と保持部材９とは、同一の材料から構成されている。本実施形態では、拡散層９１として、不規則な凹凸を用いたが、拡散層９１の構造はこれに限らない。例えば、凹レンズを並べたものを保持部９の下面に配置し、拡散層とすることもできる。凹レンズは、光の屈折により、入射した光を拡散して出射する。ただし、凹レンズを並べた場合、出射された光の強度に周期的なムラができる。周期的なムラが存在すると、脈波検出感度にばらつきがうまれ、血圧検出精度が悪化する。一方、本実施形態のように、拡散層９１として、不規則な凹凸を用いた場合、出射される光ＯＢはランダム位相となるので、出力分布の周期的なムラがなくなり、ブロードな出射特性となる。ブロードな出射特性となるので、脈波検出感度にばらつきが小さくなり、血圧検出精度が向上する。

（電気的構成）
図４を参照し、脈波検出装置１の電気的構成について説明する。脈波検出装置１は、筐体２内に、ＣＰＵ１０、ＲＯＭ１１、及び、ＲＡＭ１２を備える。ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ１１、ＲＡＭ１２、ディスプレイ１３、操作部１４、及び、発光素子７１，７２のそれぞれと電気的に接続する。ＣＰＵ１０は、脈波検出装置１の制御を行う。ＲＯＭ１１は、脈波検出のための制御プログラム等を記憶する。ＲＡＭ１２は、各種データを一時的に記憶する。ディスプレイ１３は、ＣＰＵ１０から出力される画像信号に基づく画像および演算結果を表示する。操作部１４は、脈波検出装置１に対する操作の入力を受け付け、操作内容に応じた信号をＣＰＵ１０に出力する。操作部１４は、脈波検出装置１の電源をオンオフする電源スイッチ（図示略）を含む。

脈波検出装置１は、筐体２内に、電流電圧変換回路１５、増幅回路１６、及び、Ａ／Ｄ変換回路１７をさらに備える。脈波検出ユニット７の受光素子７３は、電流電圧変換回路１５と電気的に接続する。電流電圧変換回路１５は、増幅回路１６と電気的に接続する。増幅回路１６は、Ａ／Ｄ変換回路１７と電気的に接続する。Ａ／Ｄ変換回路１７は、ＣＰＵ１０と電気的に接続する。電流電圧変換回路１５は、受光素子７３から入力される電流を電圧へ変換して出力する回路である。増幅回路１６は、電流電圧変換回路１５から入力される電圧を増幅して出力する回路である。Ａ／Ｄ変換回路１７は、増幅回路１６から入力される電圧をデジタル変換してＣＰＵ１０に出力する回路である。

（脈波検出の作用）
脈波検出装置１が被検体Ｈの脈波を検出するとき、被検体Ｈが、指設置部３１に配置される。被検体Ｈが指配置部３１に配置されると、被検体Ｈは、脈波検出ユニット７の下面と向き合う位置に配置される。ＣＰＵ１０は、電源スイッチがオンされると、制御信号を出力して発光素子７１，７２を発光させる。発光素子７１，７２が発する観測光ＯＢは、拡散層９１を介して出射され、図１に示す被検体Ｈの血管に到達する。観測光ＯＢは、血液中のヘモグロビンに一部が吸収され、一部が反射または透過する。血管内を流れる血流の量は、脈拍に合わせて変化する。血液中のヘモグロビンの量は、血流量に応じて変化する。よって、観測光ＯＢが血管に反射される反射光ＲＢの強度は、ヘモグロビンの量に応じて変化する。受光素子７３は、反射光ＲＢを受光する。受光素子７３を流れる電流は、反射光ＲＢの強度に応じて変化する。電流電圧変換回路１５は、入力電流を電圧に変換し、受光素子７３を流れる電流の大きさの変化を電圧の大きさの変化として出力する。増幅回路１６は、電流電圧変換回路１５から入力される電圧を増幅して出力する。Ａ／Ｄ変換回路１７は、増幅回路１６から入力される電圧を、アナログ信号からデジタル信号へ変換し、ＣＰＵ１０に出力する。ＣＰＵ１０は、Ａ／Ｄ変換回路１７から入力されるデジタル信号に基づき、受光素子７３が受光した反射光ＲＢの強度を検出する。すなわち、受光素子７３が受光する反射光ＲＢの強度は、被検体Ｈの血管を流れる血液の脈波に応じて変化する。故に、ＣＰＵ１０は、Ａ／Ｄ変換回路１７から入力され、反射光ＲＢの強度を示すデジタル信号に基づき、脈波を検出することができる。

図５は、脈波検出装置１によって検出された脈波の形状の例を示す図である。図５の横軸は時間を示し、縦軸は脈波出力値を示す。脈波出力値は、脈波検出装置１によって検出された反射光ＲＢの強度を示す。図５に示された実線が、検出された脈波を示す。図５においては、０秒における脈波出力値を０．０とし、脈波出力値の最高値を１．０として、脈波出力値を表示している。ＣＰＵ１０は、検出した脈波の形状に基づいて、特徴量を算出し、血圧を推定する。より具体的に言えば、ＣＰＵ１０は、検出した脈波を一回微分、二回微分し、微分された形状に基づいて特徴量を算出する。特徴量は、例えば、微分された形状における、極値の波高又はピークの間隔である。ＣＰＵ１０は、特徴量に基づいて、血圧を推定する。図５に示された破線が、脈波検出装置１によって検出された脈波を一回微分した一次微分値を示す。図５に示された一点鎖線が、脈波検出装置１によって検出された脈波を二回微分した二次微分値を示す。微分が行われるとき、ノイズの影響を受けやすい。特に、脈波の振幅が小さい場合、振幅の大きさに対するノイズの大きさの比が大きくなるので、ノイズの影響をより受けやすい。逆に言えば、脈波の振幅を大きくすれば、ノイズの影響を小さくして、血圧推定をより正確に行うことができる。ここで、脈波の振幅とは、検出した脈波の強度の最高値と最低値との差である。図５においては、０秒の時の脈波出力値が最低値となっており、約０．２秒の時の脈波出力値が最高値となっている。従って、図５においては、振幅は、０秒の時の脈波出力値と約０．２秒の時の脈波出力値との差によって示される。また、脈波の振幅が大きいとは、脈波検出の感度が良いということである。

（脈波検出感度向上の原理の説明）
次に、図６、図７（ａ）、図７（ｂ）、及び、図７（ｃ）を参照し、脈波検出装置１が脈波検出の感度を向上させる原理について説明する。なお、脈波検出時、被検体Ｈは下筐体３と上筐体４とに挟まれて脈波検出ユニット７に対する被検体Ｈの位置が固定され、被検体Ｈは拡散層９１に接触状態であるものとする。

図６に示すように、一般に、被検体Ｈである人体の指の毛細血管の密度は、指の幅方向に関して、中央部分に近い程、高い。反対に、指の毛細血管の密度は、指の幅方向に関して、端部分に近い程、低い。

一方、発光素子７１，７２であるＬＥＤには、指向特性がある。本発明とは異なるが、拡散層９１を設けない場合（ヘイズ値が０パーセントの場合）の、発光素子７１，７２から発光された観測光ＯＢの強度の分布を、図６に示す。図６において、横軸は受光素子７３からの左右方向の距離を示し、縦軸は、指における観測光照射強度を示す。発光素子７１，７２の直上の位置で、観測光照射強度は最も大きくなり、図６では、最も大きくなった強度を１００として規格化している。発光素子７１，７２は、第１発光素子７１と第２発光素子７２との、２つの発光素子が配置されており、第１発光素子７１と第２発光素子７２とは、第１発光素子７１の中心と第２発光素子７２の中心との距離が１０．０ｍｍの距離となるような間隔で配置されている。第１発光素子７１と第２発光素子７２とは、同一の強度の光を発光する。各発光素子７１，７２において、発光素子７１，７２の直上の位置では、観測光照射強度が最も大きくなっている。一方、発光素子７１，７２の直上からの左右方向の距離が大きくなるに従って、観測光照射強度が小さくなる。なお、例えば２つの発光素子７１，７２に挟まれた位置では、第１発光素子７１から照射される観測光ＯＢと第２発光素子７２から照射される観測光ＯＢとの両方が、脈波検出に利用される。したがって、脈波検出装置１が脈波検出に利用する観測光ＯＢの強度は、第１発光素子７１から照射される観測光ＯＢの観測光照射強度と、第２発光素子７２から照射される観測光ＯＢの観測光照射強度とを足し合わせた強度である。以上より、観測光ＯＢの強度は、第１発光素子７１と第２発光素子７２との直上の位置である２つの位置で極大となり、他の位置では、観測光ＯＢの強度は、極大値よりも小さい強度となっている。特に、第１発光素子７１と第２発光素子７２との間で、第１発光素子７１と第２発光素子７２とから等距離にある位置では、観測光ＯＢの強度は極小となっている。第１発光素子７１と第２発光素子７２とから等距離の位置では、第１発光素子７１からの観測光照射強度が２０であり、第２発光素子７２からの観測光照射強度が２０である。したがって、第１発光素子７１と第２発光素子７２とから等距離の位置では、観測光照射強度が４０である。

指の中心部分に受光素子７３を配置した場合を考える。指の中心部分では、発光素子７１，７２からの観測光照射強度が低くなっている。指の中心部分は血管密度が大きいが、観測光照射強度が小さいので、脈波検出の感度は悪くなってしまう。

一方、本実施形態では、脈波検出装置１の保持部材９に拡散層９１が形成されている。保持部材９に拡散層９１が形成されている場合の、観測光照射強度の分布を、図７に示す。図７において、横軸は受光素子７３からの左右方向の距離を示し、縦軸は、指における観測光ＯＢの照射強度を示す。図７においては、図６と同様に、拡散層９１のヘイズ値が０パーセントの場合における、発光素子７１，７２の直上の位置での観測光照射強度を１００として規格化している。本実施形態では、受光素子７３から左方向に５ｍｍの位置に発光素子７１が配置され、受光素子７３から右方向に５ｍｍの位置に発光素子７２が配置される。図７（ｃ）に、拡散層９１のヘイズ値が９０パーセントの場合、図７（ｂ）に、拡散層９１のヘイズ値が４６パーセントの場合を示す。また、本発明とは異なるが、比較のために、図７（ａ）に、拡散層９１のヘイズ値が０パーセントの場合を示す。図７（ａ）〜（ｂ）において、発光素子７１又は発光素子７２から発光された観測光の照射強度の分布を点線で示す。図７（ａ）〜（ｂ）において、発光素子７１又は発光素子７２から発光された観測光の照射強度を足し合わせた照射強度の分布を実線で示す。

拡散層９１のヘイズ値がいずれの場合においても、発光素子７１又は発光素子７２からの観測光照射強度は、発光素子７１又は発光素子７２の直上で最も観測光照射強度が大きくなり、発光素子７１，７２の直上からの左右方向の距離が大きくなるに従って、観測光照射強度が小さくなる。また、拡散層９１のヘイズ値が大きくなるに従って、発光素子７１，７２の直上の観測光照射強度は小さくなる。拡散層９１のヘイズ値が４６パーセントの場合、発光素子７１，７２の直上の観測光照射強度は、約８５である。拡散層９１のヘイズ値が９０パーセントの場合、発光素子７１，７２の直上の観測光照射強度は、約７８である。また、拡散層９１のヘイズ値が大きくなるに従って、発光素子７１，７２の直上からの左右方向の距離に応じた観測光照射強度の低下は、緩やかになる。拡散層９１のヘイズ値が４６パーセントの場合、第１発光素子７１と第２発光素子７２とから等距離の位置では、第１発光素子７１からの観測光照射強度が約５２であり、第２発光素子７２からの観測光照射強度が約５２である。したがって、第１発光素子７１と第２発光素子７２とから等距離の位置では、観測光照射強度が約１０４である。拡散層９１のヘイズ値が９０パーセントの場合、第１発光素子７１と第２発光素子７２とから等距離の位置では、第１発光素子７１からの観測光照射強度が約５０であり、第２発光素子７２からの観測光照射強度が約５０である。したがって、第１発光素子７１と第２発光素子７２とから等距離の位置では、観測光照射強度が約１００である。

脈波検出装置１の保持部材９に拡散層９１が形成されている場合、拡散層９１が形成されていない場合に比較して、脈波検出装置１の中央部での観測光照射強度が上がる。脈波検出装置１の保持部材９に拡散層９１が形成されている場合、脈波検出装置１の中央部での観測光照射強度は、発光素子７１，７２の直上の観測光照射強度以上の強度となっている。したがって、脈波検出装置１の中央部を指の中心部に合わせて、脈波検出装置１を配置した場合、血管に照射される観測光ＯＢの強度が上がるので、脈波検出感度が向上する。
図８に、拡散層９１のヘイズ値を４６パーセントとした場合の、脈波の実測値を示す。拡散層９１のヘイズ値を４６パーセントとした場合の脈波の実測値は破線で示される。また、本発明とは異なるが、比較の為、拡散層９１のヘイズ値を０パーセントとした場合の、脈波の実測値を図８に示す。拡散層９１のヘイズ値を０パーセントとした場合の脈波の実測値は実線で示される。拡散層９１のヘイズ値を０パーセントとした場合の脈波の振幅は２８２である。一方、拡散層９１のヘイズ値を４６パーセントとした場合の脈波の振幅は３６５である。ヘイズ値が４６パーセントの場合の振幅は、ヘイズ値が０パーセントの場合の振幅に比べて、２２パーセント大きくなっている。

拡散層９１のヘイズ値を０パーセントとした場合の脈波の実測値と比較して、拡散層９１のヘイズ値を４６パーセントとした場合の脈波の実測値は、出力値が小さくなっている。しかし、拡散層９１のヘイズ値を０パーセントとした場合の脈波の実測値と比較して、拡散層９１のヘイズ値を４６パーセントとした場合の脈波の実測値では、振幅が、大きくなっている。したがって、脈波検出の感度が向上している。

図９は、ヘイズ値に応じて受光感度が変化することを示す。図９に示されるように、ヘイズ値が０パーセントの場合に比べて、ヘイズ値を大きくすると、感度が向上する。指の中心部分での観測光照射強度が向上するからである。一方、ヘイズ値が大きくなりすぎると感度は低下する。ヘイズ値が大きすぎると、観測光照射強度の極大値が小さくなるからである。したがって、ヘイズ値は２０〜８０パーセントの場合が、最も脈波検出感度が良い。ヘイズ値を５０パーセントとしたとき、最も脈波検出感度が良くなった。

脈波検出装置１は、観測光ＯＢが入射され、入射した観測光ＯＢを拡散させて出射する拡散層９１を備える。これにより、観測光ＯＢが拡散されて、広い面積に観測光ＯＢが照射される。広い面積に観測光ＯＢが照射されるので、観測光ＯＢが照射される血管の数が増加し、脈波検出の感度が向上する。

また、脈波検出装置１は、２つの発光素子７１，７２から同距離の位置で、発光素子７１又は発光素子７２が発光する観測光の最大の光量以上の光量を出力する。２つの発光素子から同距離の位置に、指等の被検体Ｈの血管の多い部分が配置されるように、脈波検出装置が配置されることにより、被検体Ｈの血管が最も多い部分に照射される観測光ＯＢの光量が増加し、脈波検出の感度が向上する。

また、脈波検出装置１では、拡散層９１の表面に、指を設置する面である指設置部３１が形成されている。これにより、指設置部３１に指を設置することで、指が照射領域に確実に配置される。したがって、指の広い面積に観測光ＯＢが照射されるので、観測光ＯＢが照射される血管の数が増加し、脈波検出の感度が向上する。

また、脈波検出装置１では、拡散層９１のヘイズ値が２０パーセントから８０パーセントである。光の拡散が大きくなると、光量が低下し、脈波検出感度が低下するが、本発明の脈波検出装置１は、拡散層９１のヘイズ値が２０パーセントから８０パーセントであるので、光量の低下を抑制しながら、照射領域を広くすることができる。したがって、広い面積に観測光ＯＢが照射されるので、観測光ＯＢが照射される血管の数が増加し、脈波検出の感度が向上する。

また、脈波検出装置１では、拡散層９１の表面に不規則な凹凸が形成されている。不規則な凹凸があることにより、拡散層９１に入射した光は拡散される。したがって、広い面積に観測光ＯＢが照射されるので、観測光ＯＢが照射される血管の数が増加し、脈波検出の感度が向上する。

また、不規則な凹凸があることにより、指等の被検体Ｈと凹凸との間に摩擦力が生まれる。摩擦が生まれるため、被検体Ｈが拡散層９１に対して動き難くなる。したがって、被検体Ｈに対して脈波検出ユニット７が安定的に保持され、脈波検出の感度が向上する。

また、脈波検出装置１においては、拡散層９１は、脈波検出ユニット７を保持する部材である保持部材９に設けられている。本実施形態とは異なり、拡散層９１と、保持部材９とを別部材で構成する場合、拡散層９１と脈波検出ユニット７との間に組み付け誤差が生まれる。組み付け誤差が存在すると、照射領域が変わり、測定誤差が発生する。しかしながら、本実施形態の脈波検出装置１においては、拡散層９１は、脈波検出ユニット７を保持する保持部材９に設けられている。よって、組み付け誤差が存在せず、測定誤差が発生しない。測定誤差が発生しないので、脈波検出の感度が向上する。

また、脈波検出装置１においては、筐体２は、上筐体４と、上筐体に対して回動自在に接続する下筐体３と、を備える。指が下筐体３に設置された状態で、上筐体４が、指の上部から下筐体３へ向かう方向に、指を押圧することができる。これにより、指に対して脈波検出ユニット７が安定的に保持され、脈波検出の感度が向上する。

また、脈波検出装置１においては、下筐体３には指を配置するための溝である指設置部３１が形成されており、指設置部３１の中心が２つの発光部７１，７２から同距離の位置にある。指設置部３１に指を配置することにより、指の中心を２つの発光部７１，７２から同距離の位置に一致させることができる。よって、指の血管が最も多い箇所に照射される光の光量を増加させることができ、脈波検出の感度を向上させることができる。

（変形例１）
次に、図１０（ａ）、（ｂ）を参照して、本発明の変形例１について説明する。図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の変形例１の脈波検出装置１の光センサユニット６及び上筐体４を下方からみた図である。図１０（ａ）は、脈波検出装置１に指が配置されていない状態を示し、図１０（ｂ）は、脈波検出装置１に指が配置された状態を示す。上述した実施形態の脈波検出装置１は、一直線上に発光素子７１及び発光素子７２の２つの発光素子を備えていた。これに対して、本変形例１の脈波検出装置は、４つの発光素子を備える。４つの発光素子を、それぞれ、第３発光素子７４、第４発光素子７５、第５発光素子７６、第６発光素子７７、とする。

（第３発光素子７４）
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、第３発光素子７４は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。第３発光素子７４は、血液中のヘモグロビンが強い吸収スペクトルを示す波長帯の光を出射する。第３発光素子７４は、保持部材９に対して、保持部材９の前後方向の中心位置より前側であって、保持部材９の左右方向の左側位置に配置される。第３発光素子７１は、下向きに光を出射するように、保持部材９に配置される。

（第４発光素子７５）
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、第４発光素子７５は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。第４発光素子７５は、血液中のヘモグロビンが強い吸収スペクトルを示す波長帯の光を出射する。第４発光素子７５は、保持部材９に対して、保持部材９の前後方向の中心位置より後側であって、保持部材９の左右方向の左側位置に配置される。第４発光素子７５は、下向きに光を出射するように、保持部材９に配置される。第４発光素子７５は、第３発光素子７４が出射する光の強度と同等の強度の光を出射する。

（第５発光素子７６）
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、第５発光素子７６は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。第第５発光素子７６は、血液中のヘモグロビンが強い吸収スペクトルを示す波長帯の光を出射する。第５発光素子７６は、保持部材９に対して、保持部材９の前後方向の中心位置より前側であって、保持部材９の左右方向の右側位置に配置される。第５発光素子７６は、下向きに光を出射するように、保持部材９に配置される。第５発光素子７６は、第３発光素子７４が出射する光の強度と同等の強度の光を出射する。

（第６発光素子７７）
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、第６発光素子７７は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。第６発光素子７７は、血液中のヘモグロビンが強い吸収スペクトルを示す波長帯の光を出射する。第６発光素子７７は、保持部材９に対して、保持部材９の前後方向の中心位置より後側であって、保持部材９の左右方向の右側位置に配置される。第６発光素子７７は、下向きに光を出射するように、保持部材９に配置される。第６発光素子７７は、第３発光素子７４が出射する光の強度と同等の強度の光を出射する。

（受光素子７８）
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、受光素子７８は、例えば、フォトダイオードである。受光素子７８としては、発光素子７４，７５，７６，７７が出射する光の波長帯に対する感度が高いことが望ましい。受光素子７８は、保持部材９の左右方向の中心位置に配置される。受光素子７８は、下筐体３の指設置部３１の中央部分の上に配置される。受光素子７８は、第３発光素子７４と第６発光素子７７とを結ぶ直線状に配置され、第３発光素子７４と第６発光素子７７との間に配置される。受光素子７８は、第４発光素子７５と第５発光素子７６とを結ぶ直線状に配置され、第４発光素子７５と第５発光素子７６との間に配置される。受光素子７３は、被検体Ｈにより反射された上向きの光を受光するように、保持部材９に配置される。

第３発光素子７４と、第５発光素子７６とは、左右方向に、一直線上に並んで配置される。第４発光素子７５と、第５発光素子７６とは、左右方向に、一直線上に並んで配置される。第３発光素子７４と、第４発光素子７５とは、前後方向に、一直線上に並んで配置される。第５発光素子７６と、第６発光素子７７とは、前後方向に、一直線上に並んで配置される。受光素子７３は、第３発光素子７４と第６発光素子７７との間に配置されており、受光素子７３から第３発光素子７４までの距離と、受光素子７３から第６発光素子７７までの距離と、は等しい。受光素子７８は、第４発光素子７５と第５発光素子７６との間に配置されており、受光素子７８から第４発光素子７５までの距離と、受光素子７８から第５発光素子７６までの距離と、は等しい。 このような各素子の配置構成においても、拡散層のヘイズ値を適切な値にすることにより、受光素子７８の配置位置での照射光量を向上させることができる。

（溝）
また、図１０（ａ）、（ｂ）の脈波検出装置は、拡散層９１の下面に溝９１１が形成されている。溝９１１は、拡散層９１の左右方向の中央部分に、前後方向に延びる穴として形成される。溝９１１の後側は、拡散層の後側の端部まで達している。つまり、溝９１１の後側は外部に開口している。溝の左右方向の幅は、前方向に向かうにつれて、短くなっている。溝９１１の左右方向の幅は１５〜３０ｍｍであり、一般的な指の太さよりも大きく形成されている。

したがって、溝９１１の内部に被検体Ｈである指が配置される。溝９１１に指が配置されることで、発光素子７４、７５、７６、７７に対して指が位置決めされ、照射領域に指が配置される。したがって、指の広い面積に確実に観測光が照射されるので、観測光が照射される血管の数が増加し、脈波検出の感度が向上する。

１ 脈波検出装置
２ 筐体
３ 下筐体
３１ 指設置部
４ 上筐体
６ 光センサユニット
７ 脈波検出ユニット
７１ 第１発光素子
７２ 第２発光素子
７３ 受光素子
９ 保持部材
９１ 拡散層
７４ 第３発光素子
７５ 第４発光素子
７６ 第５発光素子
７７ 第６発光素子
７８ 受光素子
９１１ 溝
ＯＢ 観測光
ＲＢ 反射光
Ｈ 被検体（指）

Claims (6)

1. 筐体と、
   前記筐体に保持され、脈波を検出する脈波検出ユニットと、を備える脈波検出装置であって、
   前記脈波検出ユニットは、
   観測光を発光する少なくとも２つの発光部と、
   少なくとも２つの前記発光部の間に配置され、前記観測光が人体で散乱した散乱光を受光する受光部と、を備え、
   前記脈波検出装置は、前記観測光が入射され、入射した観測光を拡散させて人体に向けて出射する拡散層を、さらに備え、
   前記拡散層は、前記少なくとも２つの発光部の発光により前記拡散層から出射した前記観測光の光量を足し合わせた光量が、前記拡散層の出射面側で、前記少なくとも２つの発光部から同距離の位置で、１つの発光部が発光する観測光の光量が最大となる位置での光量以上の光量となるように拡散層のヘイズ値が設定されている、
   ことを特徴とする脈波検出装置。
2. 前記拡散層の表面に、指を配置する面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の脈波検出装置。
3. 前記拡散層の表面に、前記拡散層が前記ヘイズ値に設定されるように凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の脈波検出装置。
4. 前記拡散層のヘイズ値が２０パーセントから８０パーセントまでの範囲内で設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の脈波検出装置。
5. 前記拡散層は、前記脈波検出ユニットを前記筐体に保持する部材に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の脈波検出装置。
6. 前記筐体は、
   上筐体と、
   前記上筐体に対して回動自在に接続する下筐体と、を備え、
   前記上筐体は、前記脈波検出ユニットを保持し、
   前記下筐体には指を配置するための溝が形成されており、前記溝の中心線が前記２つの発光部から同距離の位置にあることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の脈波検出装置。