JP2016189924A

JP2016189924A - 生体情報センサ

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Publication number: JP2016189924A
Application number: JP2015071722A
Authority: JP
Inventors: 武志相良; Takeshi Sagara; 弘治齊藤; Hiroharu Saito
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-11-10
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP6478766B2

Abstract

【課題】消費電力を抑えることができる生体情報センサを提供する。【解決手段】生体情報センサは、生体に装着することができる。発光部は、生体に光を出射する。受光部は、発光部が生体へ出射した光のうちの生体からの反射光を受け、当該反射光の強度に応じた信号を出力する。制御装置は、受光部からの信号に基づいて生体に関する情報を生成する。制御装置は、発光部が点灯および消灯を交互に繰り返すように発光部を制御する。制御装置は、生体に装着されている場合の所定の時間間隔Ｔ０における発光部の点灯時間Ｌ０の合計が、生体に装着されていない場合の所定の時間間隔における発光部の点灯時間の合計よりも小さくなるように設定する。【選択図】図７

Description

本発明は生体情報センサに関し、特にウェアラブルな生体情報センサに関する。

従来からウェアラブルな生体情報センサが知られている。例えば、特開２０１２−１４３３１６（特許文献１）には、ウェアラブルな生体情報センサが開示されている。当該生体情報センサは、第１および第２の光センサと演算回路とを備える。第１の光センサは、第１の発光強度の光を生体に出射する第１の発光部と、第１の発光部の出射光が生体内で反射した光を受けて第１の受光信号を生成する第１の受光部とを含む。第２の光センサは、第１の発光強度よりも弱い第２の発光強度の光を生体に出射する第２の発光部と、第２の発光部の出射光が生体内で反射した光を受けて第２の受光信号を生成する第２の受光部とを含む。演算回路は、第１の受光信号から第２の受光信号を差し引いて脈波データを取得する。

特開２０１２−１４３３１６号公報

生体情報センサの消費電力を抑えるために、発光部が点灯と消灯とを交互に繰り返すように制御される場合がある。しかしながら、発光部が点灯と消灯とを繰り返していることに使用者が気づく程度の点灯間隔だと、発光部がちらついているように見えてしまい、当該ちらつきが使用者に不快感を与えてしまう可能性がある。

一方で、使用者に不快感を与えない程度に短い点灯周期で発光部を点灯させると、生体情報センサの消費電力を十分に抑えることができない可能性がある。

それゆえに、本発明の主たる目的は、消費電力を抑えることができる生体情報センサを提供することである。

本発明に係る生体情報センサは、生体に装着することができる。発光部は、生体に光を出射する。受光部は、発光部が生体へ出射した光のうちの生体からの反射光を受け、当該反射光の強度に応じた信号を出力する。制御装置は、受光部からの信号に基づいて生体に関する情報を生成する。制御装置は、発光部が点灯および消灯を交互に繰り返すように発光部を制御する。制御装置は、生体に装着されている場合の所定の時間間隔における発光部の点灯時間の合計が、生体に装着されていない場合の所定の時間間隔における発光部の点灯時間の合計よりも小さくなるように設定する。

「点灯時間」は、消灯していた発光部が点灯した時刻から、当該時刻以降に発光部が最初に消灯する時刻までの時間間隔である。

このような構成により、生体情報センサが生体に装着されていない場合に電流が発光部を流れる時間の合計は、生体情報センサが生体に装着されていない場合に電流が発光部を流れる時間の合計よりも小さくなる。その結果、生体に装着されている場合の生体情報センサの消費電力は、生体に装着されていない場合よりも小さくなる。すなわち、本発明に係る生体情報センサによれば、消費電力を抑えることができる。

好ましくは、制御装置は、生体情報センサが生体に装着されている場合の発光部の点灯間隔が、生体情報センサが生体に装着されていない場合の発光部の点灯間隔よりも長くなるように設定する。

「点灯間隔」は、点灯している発光部が消灯した時刻から、当該時刻以降に当該発光部が最初に点灯する時刻までの時間間隔である。

好ましくは、制御装置は、発光部が点灯した状態における受光部からの第１の信号および発光部が消灯した状態における受光部からの第２の信号に基づいて発光部の点灯間隔を設定する。

好ましくは、制御装置は、第１の信号のレベルから第２の信号のレベルを引いた差を演算する。制御装置は、当該差が所定の閾値よりも小さい場合には点灯間隔を第１の点灯間隔に設定する。制御装置は、当該差が所定の閾値より大きい場合には点灯間隔を第１の点灯間隔よりも長い第２の点灯間隔に設定する。

好ましくは、制御装置は、記発光部を所定の点灯周期で点灯および消灯を交互に繰り返すように制御する。制御装置は、生体情報センサが生体に装着されている場合の点灯周期に対する発光部の点灯時間の比が、生体情報センサが生体に装着されていない場合の点灯周期に対する発光部の点灯時間の比よりも小さくなるように設定する。

「点灯周期」は、消灯している発光部が点灯した時刻から、当該発光部が一旦消灯し、その後最初に当該発光部が点灯する時刻までの時間間隔である。また、「点灯周期に対する点灯周期において発光部が点灯している時間の比」を、以下では単に「点灯デューティ比」ともいう。

好ましくは、生体情報センサは、基板と、第１の遮光壁と、第２の遮光壁とをさらに備える。基板は、発光部、受光部および制御装置が形成されている。第１の遮光壁は、基板の外周に沿って、発光部を囲むように配置されている。第２の遮光壁は、基板と第１の遮光壁とによって形成された空間を、発光部がある側の空間と受光部がある側の空間とに仕切っている。

本発明に係る生体情報センサによれば、生体に装着されている場合の所定の時間間隔における発光部の点灯時間の合計を、生体に装着されていない場合の所定の時間間隔における発光部の点灯時間の合計よりも小さくすることにより、消費電力を抑えることができる。

実施の形態に従う生体情報センサの構成を示す断面図である。図１の生体情報センサの機能構成図である。図２における制御装置の機能構成図である。図３における演算部の詳細を説明するための機能構成図である。制御部が行なう発光部の点灯間隔の設定処理を示すフローチャートである。生体情報センサが人体に装着されていない状態の図である。生体情報センサを流れる電流が周期的に変化する様子を示すタイムチャートである。心拍抽出処理部の動作を示す周波数スペクトラム図である。生体情報センサを搭載した腕時計が手首に装着されている様子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、実施の形態に従う生体情報センサ１の構成を示す断面図である。以下では、生体情報センサ１を用いて人体に関する情報として心拍数を測定する場合について説明する。

図１を参照して、生体情報センサ１は、白色ＬＥＤである発光部１０と、受光部１１と、遮光壁１３，１４と、レンズ１５，１６と、透明板１７と、基板１８と、制御装置２００とを備える。

基板１８の表面には発光部１０と受光部１１と制御装置２００とが形成されている。受光部１１は、シリコン基板１２と、シリコン基板１２に形成されたＧセンサ１１１およびＲセンサ１１２とを含む。制御装置２００は、シリコン基板１２に形成されていても構わない。

基板１８の表面の縁には、外部光が受光部１１に入射するのを防止するための遮光壁１４が、発光部１０および受光部１１を囲むようにして形成されている。基板１８の表面の中央には、発光部１０から出射された白色光が受光部１１に直接入射するのを防止するための遮光壁１３が形成されている。つまり、遮光壁１４によって形成された空間が遮光壁１３によって発光部１０がある側の空間と受光部１１がある側の空間とに仕切られている。

発光部１０の出射方向にレンズ１５が設けられ、受光部１１の受光方向にレンズ１６が設けられている。遮光壁１３，１４の開口部は透明板１７によって閉じられている。心拍数を検出する場合は、透明板１７の表面が人体５０の表面に密着するように生体情報センサ１が配置される。

発光部１０から出射された白色光は、レンズ１５および透明板１７を通って人体５０に照射される。当該白色光のうち体内で反射した光αは、透明板１７およびレンズ１５を通って受光部１１に入射する。Ｇセンサ１１１は、光αのうちの緑色光を受け、当該緑色光の強度に応じた信号を制御装置２００に出力する。Ｇセンサ１１１は、光αのうちの赤色光を受け、当該赤色光の強度に応じた信号を制御装置２００に出力する。制御装置２００は、Ｇセンサ１１１からの信号とＲセンサ１１２からの信号とに基づいて心拍数を演算し、心拍数を示す信号を生成する。

生体情報センサ１の機能構成について説明する。図２は、生体情報センサ１の機能構成図である。制御装置２００は、使用者からの測定開始指示に応じて発光部１０に制御信号Ｓ０を出力する。発光部１０は、制御信号Ｓ０が所定のレベルとなったことに応答して発光し、白色光を人体に出射する。発光部１０から出射された白色光は人体内で反射されてその反射光がＧセンサ１１１およびＲセンサ１１２に入射する。このとき白色光の一部は皮膚、血液などに吸収されるため、反射光の強度は人体の脈波および体動に応じて変動する。具体的には、反射光に含まれる緑色光の強度は、人体の脈波および体動に応じて変動する。反射光に含まれる赤色光の強度は、人体の体動に応じて変動するが人体の脈動に応じてはほとんど変動しない。

Ｇセンサ１１１は、発光部１０から出射され、人体内で反射した光を受け、そのうちの緑色光の強度に応じた信号Ｓ１を生成する。信号Ｓ１のレベル（たとえば電圧）は、入射した緑色光の光強度が強くなるにつれて増大する。上述したように、信号Ｓ１のレベルは、人体の脈動および体動に応じて変化する。

Ｒセンサ１１２は、発光部１０から出射され、人体内で反射した光を受け、そのうちの赤色光の強度に応じた信号Ｓ２を生成する。信号Ｓ２のレベル（たとえば電圧）は、入射した赤色光の光強度が強くなるにつれて増大する。上述したように、信号Ｓ２は、人体の体動に応じて変化するが、人体の脈動に応じてほとんど変化しない。

制御装置２００は、信号Ｓ１，Ｓ２のうちの同じ周期で変動する体動成分の振幅が略同じになるように信号Ｓ１，Ｓ２のうちの少なくともいずれか一方の信号を増幅してもよい。制御装置２００は、信号Ｓ１と、信号Ｓ２とのレベル差を示す信号を求める。制御装置２００は、当該レベル差を示す信号に基づいて人体の脈波を示す信号Ｓ４を生成し、信号Ｓ４を例えば腕時計タイプのウェアラブル機器のモニタ（表示部４００）に出力する。表示部４００は、制御装置２００からの信号Ｓ４に従って心拍数を示す文字、画像などを表示する。制御装置２００と表示部４００との通信は有線で行なってもよいし、無線で行なってもよい。

生体情報センサ１の消費電力を抑えるために、発光部１０が点灯と消灯とを繰り返すように制御される場合がある。一方で、生体情報センサ１の発光部１０の点灯間隔が長いと、発光部１０がちらついているように見えてしまい、使用者が不快に感じる可能性がある。

ここで、生体情報センサ１を人体に装着する場合、生体情報センサ１は発光部１０が人体の方を向いた状態で当該人体に密着するため、使用者からは発光部１０の点灯が見えないのが通常である。すなわち、生体情報センサ１を生体に装着する場合には、発光部１０のちらつきを抑える必要がなく、心拍数の測定に関して問題とならない範囲で発光部１０の点灯間隔を長くすることが可能である。発光部１０の点灯間隔を長くすると、所定の時間間隔において電流が発光部を流れる時間の合計が小さくなるため、生体情報センサの消費電力を抑えることができる。

そこで、この実施の形態においては、生体情報センサ１が人体に装着されている場合の所定の時間間隔における発光部１０の点灯時間の合計が、人体に装着されていない場合の所定の時間間隔における発光部１０の点灯時間の合計よりも小さくなるように発光部１０の点灯を制御することで、生体情報センサ１の消費電力を抑える構成について説明する。

以下ではまず制御装置２００の機能構成について説明する。当該説明の中で、この実施の形態において特徴的な発光部１０の点灯間隔の切換えについて説明する。

図３は、制御装置２００の機能構成図である。図３を参照して、制御装置２００は、アンプ２１１，２２１、ＡＤ（Analog-to-Digital）コンバータ２１２，２２２、高域通過フィルタ（ＨＰＦ：High-pass filter）２１３，２２３、演算部３０、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部２１４，２２４、心拍抽出処理部２２、および制御部２１０を含む。

制御部２１０は、脈波の周波数よりも十分に高い周波数で制御信号Ｓ０を交互に「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルにさせて発光部１０を所定の周期で点灯および消灯させるとともに、制御信号Ｓ０に同期して制御装置２００全体を制御する。

制御部２１０は、受光部１１からの信号に基づいて発光部１０の点灯間隔を設定する。制御部２１０が行なう当該設定処理については後に詳細な説明を行なう。

Ｇセンサ１１１は、発光部１０から出射されて人体内で反射した光と、体動に応じて外部から漏れ込んだ光とを受け、受けた光のうちの緑色光の光強度に応じたレベルの信号Ｓ１を出力する。Ｒセンサ１１２は、発光部１０から出射されて人体内で反射した光と、体動に応じて外部から漏れ込んだ光とを受け、受けた光のうちの赤色光の光強度に応じたレベルの信号Ｓ２を出力する。

アンプ２１１は、Ｇセンサ１１１から出力された信号Ｓ１を増幅する。ＡＤコンバータ２１２は、アンプ２１１の出力信号をデジタル信号に変換する。高域通過フィルタ２１３は、ＡＤコンバータ２１２の出力信号のうちの直流成分を除去する。高域通過フィルタ２１３を通過した信号は、デジタル信号Ｄ１として演算部３０に出力される。

アンプ２２１は、Ｒセンサ１１２から出力された信号Ｓ２を増幅する。ＡＤコンバータ２２２は、アンプ２２１の出力信号をデジタル信号に変換する。高域通過フィルタ２２３は、ＡＤコンバータ２２２の出力信号のうちの直流成分を除去する。高域通過フィルタ２２３を通過した信号は、デジタル信号Ｄ２として演算部３０に出力される。

演算部３０は、図４に示すように、メモリ３１０，３２０、減算器３１１，３２１，３２３、およびアンプ３２２を含む。メモリ３１０は、制御信号Ｓ０が「Ｌ」レベルである時間帯（すなわち発光部１０が消灯している時間帯）におけるデジタル信号Ｄ１をデジタル信号Ｄ１Ｄとして一旦記憶し、制御信号Ｓ０が「Ｈ」レベルである時間帯（すなわち発光部１０が点灯している時間帯）におけるデジタル信号Ｄ１をデジタル信号Ｄ１Ｌとして一旦記憶した後、デジタル信号Ｄ１Ｄ，Ｄ１Ｌを減算器３１１に出力する。

デジタル信号Ｄ１Ｄは、発光部１０が消灯している時間帯に外部からＧセンサ１１１に漏れ込んだ光などに起因するノイズ成分を含む。このノイズ成分はデジタル信号Ｄ１Ｌにも含まれている。減算器３１１は、デジタル信号Ｄ１Ｌからデジタル信号Ｄ１Ｄを減算してデジタル信号ＤＧを出力する。したがって、デジタル信号ＤＧは、デジタル信号Ｄ１Ｌからノイズ成分を除去した信号となる。

同様に、メモリ３２０は、制御信号Ｓ０が「Ｌ」レベルである時間帯（すなわち発光部１０が消灯している時間帯）におけるデジタル信号Ｄ２をデジタル信号Ｄ２Ｄとして一旦記憶し、制御信号Ｓ０が「Ｈ」レベルである時間帯（すなわち発光部１０が点灯している時間帯）におけるデジタル信号Ｄ２をデジタル信号Ｄ２Ｌとして一旦記憶した後、デジタル信号Ｄ２Ｄ，Ｄ２Ｌを減算器３２１に出力する。

デジタル信号Ｄ２Ｄは、発光部１０が消灯している時間帯に外部からＲセンサ１１２に漏れ込んだ光などに起因するノイズ成分を含む。このノイズ成分はデジタル信号Ｄ２Ｌにも含まれている。減算器３２１は、デジタル信号Ｄ２Ｌからデジタル信号Ｄ２Ｄを減算してデジタル信号ＤＲを出力する。したがって、デジタル信号ＤＲは、デジタル信号Ｄ２Ｌからノイズ成分を除去した信号となる。

デジタル信号ＤＧは体動成分と脈波成分とを主に含み、デジタル信号ＤＲは体動成分を主に含む。アンプ３２２は、デジタル信号ＤＧに含まれる体動成分のレベルとデジタル信号ＤＲに含まれる体動成分のレベルとが同程度になるようにデジタル信号ＤＲを増幅する。減算器３２３は、デジタル信号ＤＧからデジタル信号ＤＲを減算してデジタル信号ＤＧＲを出力する。デジタル信号ＤＧＲは、体動成分と脈波成分とを含むデジタル信号ＤＧから体動成分を含むデジタル信号ＤＲを差し引いた信号であるから、脈波成分を主に含む信号といえる。

なお、図４に示した演算部３０では、アンプ３２２によってデジタル信号ＤＲを増幅したが、これに限るものではなく、デジタル信号ＤＧ，ＤＲに含まれる体動成分のレベルが同程度になるようにデジタル信号ＤＧ，ＤＲのうちの少なくともいずれか一方を増幅または減衰させてもよい。

再び図３を参照して、ＦＦＴ部２１４は、デジタル信号ＤＧに高速フーリエ変換を施し、デジタル信号ＤＧの周波数スペクトルを生成して心拍抽出処理部２２に出力する。ＦＦＴ部２２４は、デジタル信号ＤＧＲに高速フーリエ変換を施し、デジタル信号ＤＧＲの周波数スペクトルを生成して心拍抽出処理部２２に出力する。心拍抽出処理部２２は、ＦＦＴ部２１４，２２４から出力された周波数スペクトルに基づいて人体の心拍数を演算し、得られた心拍数を示す信号Ｓ４を表示部４００に出力する。心拍抽出処理部２２が行なう処理の詳細については後述する。

図５を用いて制御部２１０が行なう発光部１０の点灯間隔の設定処理の流れについて説明する。図５を参照して、使用者の測定開始指示により生体情報センサ１による心拍数の測定が開始されると、制御部２１０はステップＳ２１１において発光部１０を点灯させて処理をステップＳ２１２に進める。制御部２１０はステップＳ２１２において発光部１０が点灯している状態におけるＤＧ値（Ｄａｔａ＿ｏｎ）を記憶し処理をステップＳ２１３に進める。制御部２１０はステップＳ２１３において発光部１０を消灯させて処理をステップＳ２１４に進める。制御部２１０はステップＳ２１４において発光部１０が消灯している状態におけるＤＧ値（Ｄａｔａ＿ｏｆｆ）を記憶し処理をステップＳ２１５に進める。

制御部２１０はステップＳ２１５においてＤａｔａ＿ｏｎからＤａｔａ＿ｏｆｆを引いた値が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。当該判定は、生体情報センサ１が人体に装着されているか否かの判定に相当する。

生体情報センサ１が人体に装着されている場合（図１参照）、発光部１０が点灯した状態では、人体５０へ白色光が出射され、人体５０の内部で反射した光αが受光部１１に入射する。光αに含まれる赤色光の強度に応じてデジタル信号ＤＧの値（Ｄａｔａ＿ｏｎ）が決まる。逆に発光部１０が消灯した状態では、受光部１１への光αの入射はないから、デジタル信号ＤＧの値（Ｄａｔａ＿ｏｆｆ）はＤａｔａ＿ｏｎに比べて小さい値となる。

生体情報センサが人体に装着されていない場合（図６参照）、発光部１０が点灯して状態では、発光部１０から出射された光が人体の内部で反射して受光部１１に入射するということはない。発光部１０が消灯した状態でも同様である。すなわち、生体情報センサ１が人体に装着されていない場合、Ｄａｔａ＿ｏｎとＤａｔａ＿ｏｆｆとはほとんど変わらない。

したがって、Ｄａｔａ＿ｏｎとＤａｔａ＿ｏｆｆとを比較した結果、両者の値に相当程度の差があれば生体情報センサ１は人体に装着していると判定し、両者の値がほとんど同じ場合には生体情報センサ１が人体に装着されていないと判定することができる。

なお、この実施の形態においては、Ｄａｔａ＿ｏｎとＤａｔａ＿ｏｆｆとの差を用いて生体情報センサ１が人体に装着されているか否かを判定したが、Ｄａｔａ＿ｏｎとＤａｔａ＿ｏｆｆとの比を用いて生体情報センサ１が人体に装着されているか否かを判定してもよい。

Ｄａｔａ＿ｏｎからＤａｔａ＿ｏｆｆを引いた値が所定の閾値以下の場合（Ｓ２１５にてＮＯ）、制御部２１０は処理をステップＳ２１６に進める。制御部２１０はステップＳ２１６において発光部１０の点灯間隔を点灯間隔Ｌ１に設定し処理をステップＳ２１８に進める。Ｄａｔａ＿ｏｎからＤａｔａ＿ｏｆｆを引いた値が所定の閾値よりも大きい場合（Ｓ２１５にてＹＥＳ）、制御部２１０は処理をステップＳ２１７に進める。制御部２１０はステップＳ２１７において発光部１０の点灯間隔を点灯間隔Ｌ１よりも長い点灯間隔Ｌ２に設定し処理をステップＳ２１８に進める。

制御部２１０はステップＳ２１８において、使用者の測定終了指示により心拍数の測定が終了しているか否かを判定する。心拍数の測定が終了している場合（Ｓ２１８にてＹＥＳ）、制御部２１０は処理を終了する。心拍数の測定が終了していない場合（Ｓ２１８にてＮＯ）、制御部２１０は処理をステップＳ２１１に戻す。

生体情報センサ１が人体に装着されたときに即時に心拍数の測定を開始するために、制御部２１０は生体情報センサ１が人体に装着されていない場合であってもステップＳ２１１ないしステップＳ２１８の処理は繰り返し行なう。

図７は、制御部２１０が行なう上記の処理によって生じる、生体情報センサ１が人体に装着されていない場合と人体に装着されている場合との、消費電力に関する差異について説明する図であり、発光部１０を流れる電流が周期的に変化する様子を示すタイムチャートである。発光部１０は、電流値Ｃ０の電流が流れると点灯し、電流値が０のときに消灯する。発光部１０には、点灯周期において電流値Ｃ０で点灯時間Ｌ０だけ電流が流れる。すなわち発光部１０は、点灯周期において点灯時間Ｌ０の間点灯し続け、流れる電流の周期的な変化に応じて周期的に点灯および消灯を繰り返す。電流値Ｃ０および点灯時間Ｌ０は、生体情報センサ１が人体に装着されているか否かによらずほぼ一定に設定される。

図７（ａ）は生体情報センサ１が人体に装着されていない場合の図である。この場合、制御部２１０は発光部１０の点灯間隔を点灯間隔Ｌ１に設定し、その結果、点灯周期は点灯周期Ｔ１（例えば８ｍｓ程度）となる。

図７（ｂ）は生体情報センサ１が人体に装着されている場合の図である。この場合、制御部２１０は発光部１０の点灯間隔を点灯間隔Ｌ１よりも長い点灯間隔Ｌ２に設定する。その結果、点灯時間Ｌ０はほぼ一定であるから、点灯周期Ｔ２は点灯周期Ｔ１よりも長くなる。点灯周期Ｔ２は例えば５０ｍｓから１００ｍｓ程度である。

図７（ａ）を参照して、生体情報センサ１が人体に装着されていない場合、発光部１０は時間間隔Ｔ０において６回点灯しており、この場合の点灯時間の合計は６ＬＴである。一方、図７（ｂ）を参照して、生体情報センサ１が人体に装着されている場合、発光部１０は時間間隔Ｔ０において点灯しないから、この場合の点灯時間の合計は０である。すなわち、生体情報センサ１が人体に装着されている場合に電流が発光部１０を流れる時間の合計は、生体情報センサ１が人体に装着されていない場合に電流が発光部１０を流れる時間の合計よりも小さい。したがって、人体に装着されている場合の生体情報センサ１の消費電力は、人体に装着されていない場合の消費電力よりも小さくなる。

なお、発光部１０は、図７（ａ）においては時間間隔Ｔ０の間に６回点灯し、図７（ｂ）においては時間間隔Ｔ０の間に点灯していないが、これはあくまで説明ための例示であって、所定の時間間隔における発光部１０の点灯回数は６回あるいは０回に限られるものではない。

点灯デューティ比について着目すると、生体情報センサ１が人体に装着されていない場合の点灯デューティ比Ｒ１はＬ０／Ｔ１である。生体情報センサ１が人体に装着されている場合の点灯デューティ比Ｒ２はＬ０／Ｔ２である。点灯周期Ｔ２は点灯周期Ｔ１より大きいから、点灯デューティ比Ｒ２は点灯デューティ比Ｒ１より小さい。すなわち、制御部２１０は、人体に装着されていない場合の点灯デューティ比Ｒ１よりも人体に装着されている場合の点灯デューティ比Ｒ２が小さくなるように、発光部１０の点灯間隔を設定しているといえる。その結果、生体情報センサ１が人体に装着されている場合の平均電流値Ｃ２は、人体に装着されている場合の平均電流値Ｃ１よりも小さくなる。したがって、人体に装着されている場合の生体情報センサ１の消費電力は、人体に装着されていない場合の消費電力よりも小さくできる。

この実施の形態においては、発光部１０の点灯間隔を長くすることにより、人体に装着されている場合の点灯デューティ比を人体に装着されていない場合の点灯デューティ比よりも小さくしたが、点灯デューティ比を小さくする方法は発光部１０の点灯間隔を長くすることに限られない。例えば、人体に装着された場合に発光部１０の点灯周期における点灯時間を短くしてもよい。また、人体に装着された場合に発光部１０の点灯間隔を長くするとともに発光部１０の点灯周期における点灯時間を短くしてもよい。

以上から、実施の形態に従う生体情報センサ１によれば、人体に装着されている場合の所定の時間間隔における発光部１０の点灯時間の合計が、人体に装着されていない場合の所定の時間間隔における発光部１０の点灯時間の合計よりも小さくなるように発光部１０の点灯を制御することにより、消費電力を抑えることができる。

図８を用いて心拍抽出処理部２２の動作について説明する。図８（ａ）はＦＦＴ部２１４（図３参照）で生成されたデジタル信号ＤＧの周波数スペクトルであり、図８（ｂ）はＦＦＴ部２２４（図３参照）で生成されたデジタル信号ＤＧＲの周波数スペクトルである。スペクトル強度が予め定められた閾値ＳＴＨ以上の範囲に存在するピークの周波数が脈波の周波数の候補となる。

体動が無視できない程度に生じる場合（たとえば使用者がジョギングしている場合）は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、デジタル信号ＤＧ，ＤＧＲの周波数スペクトルはともに２つのピークＰ１，Ｐ２を持つ山型の曲線となることが多い。先に説明したように、デジタル信号ＤＧは体動成分と脈波成分とを主に含み、デジタル信号ＤＧＲは脈波成分を主に含んだ信号である。すなわち、デジタル信号ＤＧＲはデジタル信号ＤＧに比べて体動成分が減少しているといえる。そこで、心拍抽出処理部２２は、デジタル信号ＤＧの周波数スペクトルのピークＰ１，Ｐ２の高さと比較してデジタル信号のＤＧＲの周波数スペクトルのピークＰ１，Ｐ２の高さが減少した割合（減少率）を求める。心拍抽出処理部２２は、減少率が大きい方のピーク（この場合はＰ２）の周波数ｆ２を体動の周波数と判定し、減少率が小さい方のピーク（この場合はＰ１）の周波数ｆ１を脈波の周波数と判定する。心拍抽出処理部２２は、周波数ｆ１に基づいて心拍数[回／分]を算出し、その心拍数[回／分]を示す信号Ｓ４を表示部４００へ出力する。

図９は、生体情報センサ１を搭載した腕時計４０が手首に装着されている様子を示す図である。図９（ａ）を参照して、腕時計４０は、表示部４００と、腕時計ケース４０１と、腕時計バンド４０２，４０３とを備える。表示部４００は、時刻とともに心拍数を表示する。図９（ｂ）は腕時計４０が搭載する生体情報センサ１を示す図である。図９（ｂ）を参照して、腕時計４０は、腕時計ケース４０１の内部に生体情報センサ１を備える。生体情報センサ１は、腕時計４０の底面部に配置されている。腕時計４０が手首に装着されると、生体情報センサ１は皮膚表面に密着して使用者の心拍数を測定し、心拍数を示す信号を表示部４００に出力する。

生体情報センサ１を搭載可能な機器は腕時計に限られない。生体情報センサ１を搭載可能な機器としては、例えば眼鏡、イヤホン、あるいはスマートフォンを挙げることができる。

上記した実施の形態においては、受光部１１からの信号に基づいて生体情報センサ１が人体に装着されているか否かを判定したが、生体情報センサ１が人体に装着されているか否かを判定する方法は当該方法に限られない。例えば、圧力センサまたは温度センサのような生体情報センサ１と人体との接触を検知することができるセンサからの信号に基づいて当該判定を行なってもよいし、マイクロスイッチのような機械的機構を用いて当該判定を行なってもよい。

上記した実施の形態においては、生体に関する情報として心拍数を測定したが、生体に関する情報は心拍数に限られず、生体に関する情報は例えば血中酸素飽和濃度であってもよい。

上記した実施の形態では、白色光を出射する発光部１０を使用したが、白色光のうち緑色光および赤色光のみを使用するので、発光部１０に換えて緑色光を出射する緑色ＬＥＤと赤色光を出射する赤色ＬＥＤとを設けてもよい。

上記した実施の形態においては、１個の発光部１０と１個の受光部１１とを使用したが、複数の発光部１０と１個の受光部１１とを使用し、複数の発光部１０の中央に１個の受光部１１を設けてもよい。

実施の形態に従う生体情報センサによれば、人体に限らず、人間および動物を含む生体の心拍数を検出可能であることはいうまでもない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１生体情報センサ、１０発光部、１１受光部、１２シリコン基板、１３，１４遮光壁、１５，１６レンズ、１７透明板、１８基板、２２心拍抽出処理部、３０演算部、４０腕時計、５０人体、１１１，１１２センサ、２００制御装置、２１０制御部、２１１，２２１，３２２アンプ、２１２，２２２コンバータ、２１３，２２３高域通過フィルタ、２１４，２２４ＦＦＴ部、３１０，３２０メモリ、３１１，３２１，３２３減算器、４００表示部、４０１腕時計ケース、４０２，４０３腕時計バンド、Ｃ０電流値、Ｃ１，Ｃ２平均電流値、Ｄ１Ｌ，Ｄ１Ｄ，Ｄ１，Ｄ２Ｄ，Ｄ２，Ｄ２Ｌ，ＤＧ，ＤＧＲ，ＤＲデジタル信号、Ｌ０点灯時間、Ｌ１，Ｌ２点灯間隔、Ｐ１，Ｐ２ピーク、Ｒ１，Ｒ２点灯デューティ比、Ｓ０制御信号、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４信号、ＳＴＨ閾値、Ｔ０時間間隔、Ｔ１，Ｔ２点灯周期、ｆ１，ｆ２周波数。

Claims

生体に装着することができる生体情報センサであって、
前記生体に光を出射する発光部と、
前記発光部が前記生体へ出射した光のうちの前記生体からの反射光を受け、当該反射光の強度に応じた信号を出力する受光部と、
前記受光部からの信号に基づいて前記生体に関する情報を生成する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記発光部が点灯および消灯を交互に繰り返すように前記発光部を制御し、
前記生体に装着されている場合の所定の時間間隔における前記発光部の点灯時間の合計が、前記生体に装着されていない場合の前記所定の時間間隔における前記発光部の点灯時間の合計よりも小さくなるように設定する、生体情報センサ。
前記制御装置は、前記生体情報センサが生体に装着されている場合の前記発光部の点灯間隔が、前記生体情報センサが生体に装着されていない場合の前記発光部の点灯間隔よりも長くなるように設定する、請求項１に記載の生体情報センサ。
前記制御装置は、前記発光部が点灯した状態における前記受光部からの第１の信号および前記発光部が消灯した状態における前記受光部からの第２の信号に基づいて前記点灯間隔を設定する、請求項２に記載の生体情報センサ。
前記制御装置は、前記第１の信号のレベルから前記第２の信号のレベルを引いた差を演算し、前記差が所定の閾値よりも小さい場合には前記点灯間隔を第１の点灯間隔に設定し、前記閾値より大きい場合には前記点灯間隔を前記第１の点灯間隔よりも長い第２の点灯間隔に設定する、請求項３に記載の生体情報センサ。
前記制御装置は、
前記発光部を所定の点灯周期で点灯および消灯を交互に繰り返すように制御し、
前記生体情報センサが生体に装着されている場合の前記点灯周期に対する前記発光部の点灯時間の比が、前記生体情報センサが生体に装着されていない場合の前記点灯周期に対する前記発光部の点灯時間の比よりも小さくなるように設定する、請求項１に記載の生体情報センサ。
前記発光部、前記受光部および前記制御装置が形成された基板と、
前記基板の外周に沿って、前記発光部を囲むように配置された第１の遮光壁と、
前記基板と前記第１の遮光壁とによって形成された空間を、前記発光部がある側の空間と前記受光部がある側の空間とに仕切る第２の遮光壁とをさらに備える、請求項１に記載の生体情報センサ。