JP2018121955A - 脈拍測定装置、ウェアラブル装置及び脈拍測定方法 - Google Patents

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雅弘 鈴木
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Abstract

【課題】人体への装着状態に拘らず、精度良く脈拍を測定できる脈拍測定装置を提供する。
【解決手段】脈拍測定装置は、第１偏波面の光を照射する発光手段と、前記発光手段が照射した前記光の正反射光の偏波面とは異なる偏波面の光を透過させて受光する受光手段と、前記受光手段の受光強度に基づき脈拍を判定する判定手段と、を備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、光による脈拍測定技術に関する。
特許文献１は、光電式の脈拍測定装置を開示している。光電式の脈拍測定装置は、光を人体に照射し、血液の脈動による吸光度の差を利用することで脈拍を測定している。この様な、光電式の脈拍測定装置は、現在、スマートウォッチ等のウェアラブル装置で広く利用されている。
特開平９−１２２０９０号公報
光電式の脈拍測定装置を有するウェアラブル装置は、その装着時、光を照射する発光部が人体に密着する様に構成される。しかしながら、ウェアラブル装置を装着している人の動き等により、光を照射する発光部が人体に密着しなくなると、脈拍の読み取りが不安定になり得る。
本発明は、人体への装着状態に拘らず、精度良く脈拍を測定できる脈拍測定装置、ウェアラブル装置及び脈拍測定方法を提供するものである。
本発明の一態様によると、脈拍測定装置は、第１偏波面の光を照射する発光手段と、前記発光手段が照射した前記光の正反射光の偏波面とは異なる偏波面の光を透過させて受光する受光手段と、前記受光手段の受光強度に基づき脈拍を判定する判定手段と、を備えていることを特徴とする。
本発明の一態様によると、脈拍測定方法は、第１偏波面の光を照射することと、前記第１偏波面の前記光の正反射光の偏波面とは異なる偏波面の光を透過させて受光し、受光強度に応じた信号を出力することと、前記受光強度に応じた信号に基づき脈拍を判定することと、を含むことを特徴とする。
本発明によると、人体への装着状態に拘らず、精度良く脈拍を測定できる。
脈拍測定装置を人体に密着させている状態を示す図。 血中ヘモグロビンの吸光度を示すグラフ。 人体の皮膚の特性の説明図。 脈拍測定装置が人体に密着していない状態を示す図。 一実施形態による脈拍測定装置の構成図。 一実施形態による深部反射光の説明図。
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。
図１は、脈拍測定装置を人体１に人体に密着させている状態を示している。発光部２は、光を照射し、受光部３は、発光部２が照射した光の反射光を受光し、受光強度に応じた信号を出力する。図１において図示しない判定部は、受光部３の出力信号に基づき脈拍を判定する。なお、図１においては、受光部３と発光部２をそれぞれ１つとしているが、それぞれ複数であっても良い。図２は、血中ヘモグロビンの吸光度を示すグラフである。動脈内において、ヘモグロビン（Ｈｂ）は、酸素と結合したオキシヘモグロビン（ＨｂＯ２）として存在しており、波長６５０〜８５０ｎｍつまり、赤外光の吸光度が大きい。動脈は、心臓鼓動によって流れる血液量が変化するため、吸光の量も脈拍に応じ変化する。脈拍測定装置の発光部３は、ＨｂＯ２の吸光度が高い、例えば、赤外光を照射し、受光部３は、人体の内部での反射光を検出する。脈動による吸光の変動により、受光部３が受光する人体内部からの反射光の強度は脈動に応じて変化し、よって、判定部は、受光部３の出力信号のレベルの変動に基づき脈拍を判定することができる。
ここで人体の皮膚表面は、赤外領域において全反射に近い性質を持っていることが、出願人による研究で明らかとなった。図３は、赤外線を照射し赤外カメラで取得した人体の手の部分の写真であり、全反射により手が真っ白となっている。ここで、脈拍の測定に重要なのは、人体内部の動脈で散乱反射された、所謂、深部反射光のみである。しかしながら、図４に示す様に、脈拍測定装置が人体に密着していないと、受光部３は、主に、皮膚表面での正反射光を受光することになる。図６は、脈拍測定装置が人体に密着していない場合の深部反射光及び皮膚表面での正反射光を示している。図６に示す様に発光部２が照射した光５１の内、大部分は、皮膚表面で正反射し、正反射光５２となって受光部３により受光される。また、光５１の内の一部が人体の内部に透過する透過光５３となり、さらにその一部が動脈で散乱反射され、深部反射光５４として受光部３により受光される。この場合、受光部３で受光される深部反射光５４のレベルが皮膚表面での正反射光５２のレベルよりもかなり小さくなるため脈拍の検出が困難になる。
皮膚表面での正反射光を抑えるためには、少なくとも発光部２を人体に密着させる必要がある。しかしながら、体動や、脈拍測定装置又はそれを備えたウェアラブル端末の構造により、発光部２と人体との間に隙間が生じることが有り、この場合、皮膚表面での全反射光により脈拍の測定が困難になる。
この問題を解決する本実施形態による脈拍測定装置１０の構成を図５に示す。発光部２は、発光素子２１と、第１偏光フィルタ２２と、を備えている。発光素子２１は、例えば、赤外光を照射する。発光素子２１が照射した光は、第１偏光フィルタ２２を介して、人体を照射する。一方、受光部３は、受光素子３１と、第２偏光フィルタ３２と、を備えている。人体を照射した光の反射光は、第２偏光フィルタ３２を介して、受光素子３１により受光される。受光素子３１は、受光強度に応じたレベルの信号を出力する。判定部４は、受光素子３１の出力信号のレベルの変動に基づき脈拍を判定する。
第１偏光フィルタ２２と第２偏光フィルタ３２は、人体の皮膚表面での正反射光を透過させない、所謂、クロスニコル状態となる様に設けられる。つまり、第１偏光フィルタ２２は、第１偏波面の光のみを透過させる様に配置される。よって、発光素子２１が照射した光の内の第１偏波面の光のみが発光部２から射出される。一方、第２偏光フィルタ３２は、第１偏波面の光の皮膚表面での正反射光を透過させない様に設けられる。例えば、第２偏光フィルタ３２が透過させる光の偏波面が、第１偏波面の光の正反射光の偏波面とは直交する様に第２偏光フィルタ３２を設ける。深部反射光は、散乱反射光であるため、その偏波面は、様々であり、よって、深部反射光の総ての成分が第２偏光フィルタ３２によりカットされることはなく、少なくとも一部の成分は、第２偏光フィルタ３２を透過して受光素子３１により受光される。つまり、脈拍定装置の人体への取り付け状態に拘らず、受光部３は、主に深部反射光のみを受光し、これにより、脈拍測定装置の人体への取り付け状態に拘らず精度良く脈拍を測定することができる。
なお、図５の脈拍測定装置１０は、発光部２及び受光部３をそれぞれ１つずつ有するものであるが、１つの発光部２と複数の受光部３を設ける構成であっても、複数の発光部２と１つの受光部３を設ける構成であっても、複数の発光部２と複数の受光部３を設ける構成であっても良い。また、第２偏光フィルタ３２を、第１偏波面の光の正反射光の偏波面とは直交する偏波面の光のみを透過させる様に設けることで、第１偏波面の光の皮膚表面での正反射光をカットすることができるが、本発明はその様な構成に限定されない。つまり、第２偏光フィルタ３２が透過させる光の偏波面が、第１偏波面の光の正反射光の偏波面とは異なれば良く、この構成により、少なくとも第１偏波面の光の皮膚表面での正反射光を弱めることができ、脈拍の測定精度を改良することができる。また、発光素子２１として、所定の偏波面の光のみを射出する、例えばレーザダイオードを使用することで第１偏光フィルタ２２を省略することもできる。
また、脈拍測定装置１０は、例えば、スマートウォッチ等、人体に装着するウェアラブル装置に設ける構成とすることができる。また、本発明は、脈拍測定方法として実現することもできる。
２：発光部、３：受光部、４：判定部

Claims (7)

  1. 第１偏波面の光を照射する発光手段と、
    前記発光手段が照射した前記光の正反射光の偏波面とは異なる偏波面の光を透過させて受光する受光手段と、
    前記受光手段の受光強度に基づき脈拍を判定する判定手段と、
    を備えていることを特徴とする脈拍測定装置。
  2. 前記発光手段は、光を照射する発光素子と、前記第１偏波面の光を透過させる偏光フィルタと、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の脈拍測定装置。
  3. 前記受光手段は、光を受光する受光素子と、前記発光手段が照射した前記光の正反射光の偏波面とは異なる偏波面の光を透過させる偏光フィルタと、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の脈拍測定装置。
  4. 前記受光手段は、光を受光する受光素子と、前記発光手段が照射した前記光の正反射光の偏波面とは直交する偏波面の光を透過させる偏光フィルタと、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の脈拍測定装置。
  5. 前記発光手段が照射する前記光は赤外光であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の脈拍測定装置。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の脈拍測定装置を備えていることを特徴とするウェアラブル装置。
  7. 第１偏波面の光を照射することと、
    前記第１偏波面の前記光の正反射光の偏波面とは異なる偏波面の光を透過させて受光し、受光強度に応じた信号を出力することと、
    前記受光強度に応じた信号に基づき脈拍を判定することと、
    を含むことを特徴とする脈拍測定方法。
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