JP2016202733A

JP2016202733A - 携帯端末

Info

Publication number: JP2016202733A
Application number: JP2015090205A
Authority: JP
Inventors: 弘治齊藤; Hiroharu Saito; 祥嗣上平; Yoshitsugu Kamihira
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2015-04-27
Publication date: 2016-12-08

Abstract

【課題】製造コストが低い、生体に関する情報を測定することができる携帯端末を提供する。
【解決手段】この発明に係る携帯端末は、カメラと、発光部と、受光部と、制御部とを備える。発光部は、カメラによる撮影を補助するための光を出射する。受光部は、入射した光の強度に応じたレベルの信号を出力する。制御部は、受光部から出力される信号を受けて生体に関連する情報を生成する。受光部および発光部は、携帯端末が生体に装着された状態において発光部から出射された光が、当該生体で反射して受光部へ入射するように配置されている。制御部は、発光部から出射された光を用いて生体に関する情報を生成する。
【選択図】図２

Description

この発明は携帯端末に関し、特に生体に関連する情報を測定することができる携帯端末に関する。

生体に関する情報を測定することができる携帯端末が知られている。特開２０１４−８３１２２号公報（特許文献１）には、血圧を測定することができるスマートフォンが開示されている。

特開２０１４−８３１２２号公報

特開２０１４−８３１２２号公報（特許文献１）に記載のスマートフォンは、人体へ赤外線を照射し、その反射光から血圧を算出する。当該スマートフォンは、赤外線を照射する血圧測定専用の発光素子を備える。

カメラを備える携帯端末には、暗闇でのカメラによる撮影を補助するための光を出射する光源（たとえば白色ＬＥＤ）を含む発光部を備えるものがある。当該発光部から出射される光は、生体に関する情報（たとえば心拍数）を測定するために必要な光を含む場合がある。そのため、当該発光部を用いれば生体に関する情報を測定するための専用光源は不要とすることができる。

この発明の主たる目的は、製造コストが低い、生体に関する情報を測定することができる携帯端末を提供することである。

この発明に係る携帯端末は、カメラと、発光部と、受光部と、制御部とを備える。発光部は、カメラによる撮影を補助するための光を出射する。受光部は、入射した光の強度に応じたレベルの信号を生成する。制御部は、受光部から出力される信号を受けて生体に関連する情報を生成する。受光部および発光部は、携帯端末が生体に装着された状態において発光部から出射された光が、当該生体で反射して受光部へ入射するように配置されている。制御部は、発光部から出射された光を用いて生体に関する情報を生成する。

好ましくは、携帯端末が生体に装着された場合に当該生体の表面と密着する携帯端末の主表面には出射孔と入射孔とが設けられている。発光部は、出射孔を通して光を外部へと出射する。受光部は、入射孔を通して入射した光を受光する。出射孔および入射孔は、携帯端末が生体に装着された状態において生体の表面によって塞がれるように配置されている。

好ましくは、発光部は、第１の光と第２の光とを含む光を出射する。受光部は、第１の光センサと第２の光センサとを含む。第１の光センサは、入射した第１の光の強度に応じたレベルの第１の信号を生成する。第２の光センサは、入射した第２の光の強度に応じたレベルの第２の信号を生成する。制御部は、第１の信号と第２の信号とに基づいて生体に関する情報を生成する。

好ましくは、制御部は、第１の信号のレベルと第２の信号のレベルとの差に基づいて生体に関する情報を生成する。

好ましくは、第１の光は、緑色光である。第２の光は、赤色光である。
好ましくは、発光部は、白色光を出射する発光ダイオードを含む。

好ましくは、生体に関する情報は、心拍数である。

この発明に係る携帯端末によれば、カメラ撮影用の発光部を生体に関連する情報を測定するために利用することにより、生体に関する情報を測定するための専用の発光部が不要となり、その結果、携帯端末の製造コストを低減することができる。

実施の形態に従う携帯端末であるスマートフォンを右手上腕部に装着してランニングをしているユーザの様子を示す図である。図１のスマートフォンの正面図（ａ）と背面図（ｂ）である。図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図１のスマートフォンの機能を説明するための機能ブロック図である。制御部の動作を例示するタイムチャートである。

以下、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、実施の形態に従う携帯端末であるスマートフォン１を右手上腕部に装着してランニングをしているユーザの様子を示す図である。スマートフォン１は脈波を検出して心拍数を測定する機能を有している。図１（ａ），（ｂ）を参照して、ユーザがランニングをするために腕を振ったとき、上腕部は手首と比較して振れ幅が小さい。そのため、脈波を検出するにあたって体動による誤差が少なく、上腕部はランニングをしながら心拍数を測定するのに適した部位といえる。図１（ｃ）は、スマートフォン１を右手上腕部に装着してランニングしているユーザを上から見た図である。図１（ｃ）を参照して、スマートフォン１は、背面において背面の長手方向と直交する方向（以下では「幅方向」ともいう。）の中央部分でユーザの右手上腕部と密着している。

図２は、スマートフォン１の正面図（ａ）と背面図（ｂ）である。図２（ａ）を参照して、スマートフォン１の正面には、長手方向の上部にスピーカ６１と、長手方向の下部にマイク６２と、中央部に表示部４０と入力部５０とが設けられている。表示部４０には心拍数と心拍数の時間変化を示すグラフとが表示されている。図２（ｂ）を参照して、スマートフォン１の背面には、カメラ９０と、心拍数を測定するのに必要な光が出射される出射孔２５と、当該光の人体からの反射光が入射する入射孔１７とが設けられている。出射孔２５と入射孔１７とは、スマートフォン１の背面の幅方向の中央から幅方向に距離ｄだけ離れた位置までの領域Ｒ０（以下では「中央領域」ともいう。）に各々配置されている。距離ｄとスマートフォン１の背面の幅Ｗとの比は４分の１程度である。距離ｄをこのような値とすることで、出射孔２５および入射孔１７は、スマートフォン１が人体に装着された状態において皮膚表面によってより塞がれ易くなる。

心拍数を測定するためには、人体に光を出射し、その反射光から脈波を検出する必要があるため、スマートフォン１は心拍数測定用の光源が必要になる。カメラを備えるスマートフォン１は、暗闇でのカメラによる撮影を補助するための光を出射する白色ＬＥＤを含む発光部を備える。白色ＬＥＤから出射される白色光は、心拍数を測定するために必要な緑色光と赤色光とを含む。そのため、当該発光部を心拍数測定用の光源として用いることで、心拍数を測定するための専用光源は不要とすることができる。

この実施の形態においては、カメラの撮影を補助する発光部を利用して人体の脈波を検出し、心拍数を測定する。

図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図３を参照して、スマートフォン１は、筐体１０２の内部に受光部１０と、発光部２０と、電子回路基板１０１とを備える。電子回路基板１０１には受光部１０と発光部２０とが設けられている。

受光部１０は、シリコン基板１３と、Ｇセンサ１１と、Ｒセンサ１２と、遮光壁１４と、レンズ１５と、透明板１６とを含む。シリコン基板１３は電子回路基板１０１に設けられている。Ｇセンサ１１およびＲセンサ１２はシリコン基板１３に形成されている。遮光壁１４はＧセンサ１１およびＲセンサ１２を囲み、入射孔１７以外からの光が受光部１０に入射するのを防止している。レンズ１５は、受光部１０の受光方向に設けられている。透明板１６は入射孔１７に固定されている。

発光部２０は、白色ＬＥＤ２１と、遮光壁２２と、レンズ２３と、透明板２４とを含む。白色ＬＥＤ２１は電子回路基板１０１に設けられている。遮光壁２２は白色ＬＥＤ２１を囲み、白色ＬＥＤ２１から出射された光が受光部１０に直接入射するのを防止している。レンズ２３は白色ＬＥＤ２１の出射方向に設けられている。透明板２４は出射孔２５に固定されている。

心拍数の測定は、透明板１６，２４の表面が人体５００の表面に密着した状態で行なわれる。この状態で白色ＬＥＤ２１から出射された白色光は、レンズ２３および透明板２４（出射孔２５）を通過して人体５００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１６（入射孔１７）およびレンズ１５を通過してＧセンサ１１およびＲセンサ１２に入射する。光αのうちの緑色光の強度に応じたレベルの信号がＧセンサ１１によって生成される。光αのうちの赤色光の強度に応じたレベルの信号がＲセンサ１２によって生成される。制御部３０は、Ｇセンサ１１からの信号とＲセンサ１２からの信号とに基づいて心拍数の情報を含む信号を生成する。

図４は、図１のスマートフォン１の機能を説明するための機能ブロック図である。図４を参照して、スマートフォン１は、受光部１０と、カメラ９０と、カメラ９０の撮影を補助する発光部２０と、制御部３０と、表示部４０と、入力部５０と、音声処理部６０と、スピーカ６１と、マイク６２と、通信部７０と、記憶部８０とを備える。

制御部３０は、図示はしないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、および記憶素子としてＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）またはＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）を含み、スマートフォン１を統合的に制御することができる。制御部３０が行なう心拍数の測定に関する構成については後に説明する。

記憶部８０は、制御部３０によって読み出されて実行されるＯＳ（Operating System）、各種ソフトウェアのプログラム（たとえば健康管理ソフトウェア）、および当該プログラムによって使用される各種データ（たとえば心拍数の時系列データ）を保存することができる。記憶部８０は、たとえば、不揮発性の半導体メモリであるＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ、または記憶装置であるＨＤＤ（Hard Disk Drive）を含んでもよい。

入力部５０は、ユーザからの入力を受け付け、制御部３０にその入力に基づく信号を送信することができる。入力部５０は、たとえばボタンまたはタッチパネルから構成されてもよい。

表示部４０は、制御部３０から受信した信号に基づいて表示を行なうことができる。表示部４０は、たとえば液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、または有機ＥＬディスプレイから構成されてもよい。

通信部７０は、いずれも図示しないがアンテナスイッチ、デュプレクサ、電力増幅器、低雑音増幅器、および帯域通過フィルタを含む。通信部７０は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）またはＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）の方式に従い、通信事業者の通信網において通信を行なうことができる。通信部７０は、アンテナで受信した信号を処理して、当該信号を制御部３０に送信することができる。また、制御部３０は、通信部７０へ信号を送信し、通信部７０において信号処理された信号を送信することができる。通信部７０は、図示はしないが無線ＬＡＮ回路および無線ＬＡＮアンテナを含み、ＷｉＦｉ（登録商標）に基づいて、たとえばＷｉＦｉアクセスポイントのようなＷｉＦｉ対応機器と通信を行なうことができる。

音声処理部６０は、マイク６２に入力された音声信号を処理して制御部３０に送信することができる。音声処理部６０は、制御部３０から受信した信号に基づいて、スピーカ６１に音声信号を出力することができる。

制御部３０は、いずれも図示しないがアンプ、ＡＤ（Analog-to-Digital）コンバータ、および高域通過フィルタを含む。制御部３０は、Ｇセンサ１１からの信号Ｓ１およびＲセンサ１２からの信号Ｓ２をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号に基づいて心拍数の情報を含む信号Ｓ４を生成する。

制御部３０は、使用者の操作によって入力部５０から入力された測定開始指示に応じて発光部２０に制御信号Ｓ０を出力する。発光部２０は、制御信号Ｓ０に応答して発光し、白色光を人体に出射する。発光部２０から出射された白色光は、人体で反射されてＧセンサ１１およびＲセンサ１２に入射する。このとき白色光は皮膚、血液などに吸収され、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。なお、制御部３０は、脈波の周期よりも十分に短い周期で制御信号Ｓ０を交互に「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルに変化させて発光部２０を所定の周期で点灯および消灯させることが望ましい。発光部２０を断続的に発光させることにより、発光部２０の消費電力を抑制することができる。

Ｇセンサ１１は、発光部２０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レベルの信号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に応じて増大する。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１２は、発光部２０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レベルの信号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に応じて増大する。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。

制御部３０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。制御部３０は、信号Ｓ１と、信号Ｓ２を増幅した信号とのレベルの差を示す信号を生成し、当該レベル差を示す信号に基づいて人体の脈波を得る。

図５（ａ）（ｂ）は、制御部３０の動作を例示するタイムチャートである。図５（ａ）は信号Ｓ１，Ｓ２の波形を例示し、図５（ｂ）は信号Ｓ１と信号Ｓ２とのレベルの差を示す信号Ｓ１２の波形を例示している。図５（ａ）（ｂ）において、信号Ｓ１は比較的長い周期および大きな振幅で変動する体動成分と、比較的短い周期および小さな振幅で変動する脈波成分とを含み、信号Ｓ２は信号Ｓ１と略同じ体動成分を含む。信号Ｓ１２は脈波成分のみを含む。

再び図４を参照して、制御部３０は、信号Ｓ１２から１分間あたりのパルス数をカウントすることにより心拍数を算出し、当該心拍数に関する情報を含む信号Ｓ４を、表示部４０に出力する。表示部４０は、制御部３０からの信号Ｓ４に従って心拍数を示す文字、画像、グラフなどを表示する。

スマートフォン１によれば、カメラの撮影を補助する発光部２０からの光を用いることにより心拍数を測定することができる。したがって、心拍数を測定するための専用光源が不要となり、携帯端末の製造コストを低減することができる。

スマートフォン１においては、発光部２０の光が出射される出射孔２５と、人体からの反射光が入射する入射孔１７が、スマートフォン１を人体に装着した場合に人体の皮膚表面と密着する面の中央領域に配置されている。そのため、スマートフォンをたとえば上腕部に装着した場合、出射孔および入射孔は皮膚表面で塞がれるため、白色ＬＥＤから出射された光が外部に漏れることを抑制することができる共に、人体からの反射光以外の光が受光部に入射することを抑制することができる。その結果、当該スマートフォンは、高い精度で心拍数を測定することができる。

スマートフォンのような高機能な携帯端末は、高性能なＣＰＵおよび大容量の記憶領域を備えており、複雑な処理を行なうソフトウェアを高速に実行することができる。実施の形態に従う携帯端末は、測定した人体に関連するデータを保存し、当該データに基づいてさまざまな処理を行なうソフトウェアを高速に実行することができる。その結果、当該携帯端末のユーザは自己の健康管理を容易に行なうことができる。

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、たとえば血中酸素飽和濃度であってもよい。

実施の形態に従う携帯端末であるスマートフォンによれば、人体に限らず、人間および動物を含む生体に関連する情報を測定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スマートフォン、１０受光部、１１Ｇセンサ、１２Ｒセンサ、１３シリコン基板、１４，２２遮光壁、１５，２３レンズ、１６，２４透明板、１７入射孔、２０発光部、２５出射孔、３０制御部、４０表示部、５０入力部、６０音声処理部、６１スピーカ、６２マイク、７０通信部、８０記憶部、９０カメラ、１０１電子回路基板、１０２筐体、５００人体、２１白色ＬＥＤ、Ｒ０領域、Ｓ０制御信号、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ１２信号、Ｗ幅、ｄ距離。

Claims

カメラと、当該カメラによる撮影を補助するための光を出射する発光部とを備える携帯端末であって、
入射した光の強度に応じたレベルの信号を生成する受光部と、
前記受光部から出力される信号を受けて生体に関連する情報を生成する制御部とをさらに備え、
前記受光部および前記発光部は、前記携帯端末が生体に装着された状態において前記発光部から出射された光が、当該生体で反射して前記受光部へ入射するように配置され、
前記制御部は、前記発光部から出射された光を用いて生体に関する情報を生成する、携帯端末。
前記携帯端末が生体に装着された場合に当該生体の表面と密着する前記携帯端末の主表面には出射孔と入射孔とが設けられており、
前記発光部は、前記出射孔を通して光を外部へと出射し、
前記受光部は、前記入射孔を通して入射した光を受光し、
前記出射孔および前記入射孔は、前記携帯端末が生体に装着された状態において前記生体の表面によって塞がれるように配置されている、請求項１に記載の携帯端末。
前記発光部は、第１の光と第２の光とを含む光を出射し、
前記受光部は、第１の光センサと第２の光センサとを含み、
前記第１の光センサは、入射した前記第１の光の強度に応じたレベルの第１の信号を生成し、
前記第２の光センサは、入射した前記第２の光の強度に応じたレベルの第２の信号を生成し、
前記制御部は、前記第１の信号と前記第２の信号とに基づいて前記生体に関する情報を生成する、請求項１に記載の携帯端末。
前記制御部は、前記第１の信号のレベルと前記第２の信号のレベルとの差に基づいて前記生体に関する情報を生成する、請求項３に記載の携帯端末。
前記第１の光は、緑色光であり、
前記第２の光は、赤色光である、請求項３に記載の携帯端末。
前記発光部は、白色光を出射する発光ダイオードを含む、請求項５に記載の携帯端末。
前記生体に関する情報は、心拍数である、請求項３に記載の携帯端末。