JP2020018430A - 生体情報測定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】生体情報の検出精度を高めることができる生体情報測定装置を提供する。【解決手段】生体情報測定装置は、第1光を出射する第1発光部と、第2光を出射する第2発光部と、皮膚の表皮、真皮及び皮下層で反射された第1光、並びに、皮膚の表皮及び真皮で反射された第2光を受光する受光部と、受光部が受光した第1光に基づいて出力された第1検出信号から、受光部が受光した第2光に基づいて出力された第2検出信号を用いてノイズを除去して生体情報を算出する処理部と、を備える。【選択図】図3

Description

本発明は、生体情報測定装置に関する。
従来、被験者の手首に装着されて、被検者の脈波を測定する生体情報処理装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の生体情報処理装置は、被検者の脈波を検出する脈波センサーと、被験者の体動を検出する加速度センサーと、体動ノイズ除去部と、脈拍数算出部と、を備える。脈波センサーは、発光素子及び受光素子を有する。
生体に光が照射された場合、血液中のヘモグロビンの吸光作用によって血液量の変化を反映して反射光強度が変動する。このため、脈波センサーは、発光素子によって被験者の手首に光を照射し、反射光を受光素子によって受光することにより、皮下組織の血流量の変化を示す信号を生体信号として出力する。
加速度センサーは、生体情報処理装置に作用する3軸の加速度を検出し、検出された加速度を示す信号を体動信号として出力する。
体動ノイズ除去部は、脈波センサーから出力される生体信号と、加速度センサーから出力される体動信号とを入力として、生体信号に含まれる脈波成分と体動ノイズ成分とを分離するフィルター回路である。フィルター回路は、適応フィルターを用いて体動信号から推定体動ノイズ成分を算出し、生体信号から推定体動ノイズ成分を減衰することで、推定脈波成分を出力信号として出力する。脈拍数算出部は、体動ノイズ除去部により出力された推定脈波成分から脈拍数を算出する。
これにより、体動に起因するノイズ成分が、抽出された推定脈波成分に残留することを抑制することができるため、例えば運動中など体動ノイズが大きい状況下でも脈拍数を算出することができる。
特開2015−16188号公報
高精度な生体情報を検出するためには、脈波センサーからの生体信号に含まれるノイズ成分を可能な限り低減することが必要である。特許文献1の方法では、加速度センサーを使って体動ノイズを抑制するが、これでは不十分な場合があった。
本発明の第1態様に係る生体情報測定装置は、第1光を出射する第1発光部と、第2光を出射する第2発光部と、皮膚の表皮、真皮及び皮下層で反射された前記第1光、並びに、前記皮膚の表皮及び真皮で反射された前記第2光を受光する受光部と、前記受光部が受光した前記第1光に基づいて出力された第1検出信号から、前記受光部が受光した前記第2光に基づいて出力された第2検出信号を用いてノイズを除去して生体情報を算出する処理部と、を備えることを特徴とする。
上記第1態様では、前記第1発光部及び前記第2発光部は、ユーザーの体における前記第2光の経路が、前記ユーザーの体における前記第1光の経路に含まれる位置に配置されることが好ましい。
上記第1態様では、前記第1光の波長は、500nm以上、600nm未満であり、前記第2光の波長は、600nm以上であることが好ましい。
上記第1態様では、前記第2発光部と前記受光部との間の距離は、2.0mm未満であることが好ましい。
本発明の第2態様に係る生体情報測定装置は、第1光を出射する第1発光部と、第2光を出射する第2発光部と、前記第1発光部及び前記第2発光部からの光を受光し、第1検出信号及び第2検出信号を出力する受光部と、前記第1検出信号及び前記第2検出信号に基づいて生体情報を決定する処理部と、を備え、前記第2発光部と前記受光部との間の距離は、2.0mm未満であることを特徴とする。
上記第2態様では、前記第2発光部と前記受光部との間の距離は、前記第2発光部の発光中心と前記受光部の受光中心との間の距離であることが好ましい。
上記第2態様では、前記第2発光部の発光中心は、平面視での前記第2発光部の中心であり、前記受光部の受光中心は、平面視での前記受光部における受光面の中心であることが好ましい。
上記第2態様では、前記第1光の波長は、500nm以上、600nm未満であり、前記第2光の波長は、600nm以上であることが好ましい。
上記第2態様では、前記第1発光部から前記受光部に向かう方向における前記第1発光部と前記受光部との間の距離は、前記第2発光部から前記受光部に向かう方向における前記第2発光部と前記受光部との間の距離以上であることが好ましい。
上記第2態様では、前記第2発光部から前記受光部に向かう方向における前記第2発光部と前記受光部との間の距離は、0.5mm以上、2.0mm未満であることが好ましい。
上記第2態様では、前記受光部において、前記第2発光部との間の距離が2.0mm未満の領域は、前記第2発光部との間の距離が2.0mm以上の領域よりも大きいことが好ましい。
上記第2態様では、前記第2発光部は、前記第1発光部と前記受光部との間に配置されていることが好ましい。
上記第2態様では、前記第2発光部は、平面視で前記受光部を挟んで複数設けられ、前記第1発光部は、平面視で複数の前記第2発光部及び前記受光部を挟んで複数設けられていることが好ましい。
上記第2態様では、前記受光部は、前記第1発光部と前記第2発光部との間に位置していることが好ましい。
本発明の第1実施形態に係る生体情報測定装置を示す正面図。 上記第1実施形態における生体情報測定装置の構成を示すブロック図。 上記第1実施形態におけるハウジングの背面部を示す平面図。 上記第1実施形態における生体センサーモジュールを示す断面図。 上記第1実施形態における生体センサーモジュールを示す平面図。 上記第1実施形態におけるユーザーの被装着部位を示す断面図。 上記第1実施形態における第2発光部の発光中心と受光部の受光中心との間の距離と、第2検出信号の品質と、第2発光部及び受光部の配置の実現性との関係を示す図。 上記第1実施形態における第2発光部と受光部との間隔を示す平面図。 上記第1実施形態における第1検出信号及び第2検出信号のFFT解析結果の一例を示すグラフ。 上記第1実施形態における生体センサーモジュールの変形を示す平面図。 上記第1実施形態における生体センサーモジュールの変形を示す平面図。 上記第1実施形態における生体センサーモジュールの変形を示す平面図。 上記第1実施形態における生体センサーモジュールの変形を示す平面図。 上記第1実施形態における生体センサーモジュールの変形を示す断面図。 本発明の第2実施形態に係る生体情報測定装置が備える生体センサーモジュールを示す平面図。 上記第2実施形態における生体センサーモジュールの変形を示す平面図。 本発明の第3実施形態に係る生体情報測定装置が備える生体センサーモジュールを示す平面図。 本発明の第4実施形態に係る生体情報測定装置が備える生体センサーモジュールを示す平面図。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を、図面に基づいて説明する。
[生体情報測定装置の概略構成]
図1は、本実施形態に係る生体情報測定装置1を示す正面図である。
本実施形態に係る生体情報測定装置1は、生体であるユーザーの体に装着されて利用され、ユーザーの生体情報を測定するウェアラブル機器である。具体的に、生体情報測定装置1は、ユーザーの手首等の被装着部位に装着され、生体情報の1つである脈波を検出し、同じく生体情報の1つである脈拍数を測定する機器である。
生体情報測定装置1は、図1に示すように、ハウジング2と、ハウジング2に設けられるバンドBN1,BN2と、を備える。ハウジング2は、表示部51に表示された生体情報をユーザーによって視認可能にする表示窓211を有する正面部21と、生体情報測定装置1が装着されたときにユーザーの体と接触する背面部22(図3参照)とを備える。
[バンドの構成]
バンドBN1は、正面部21に対向する位置から見て、ハウジング2における一方の端部から延出し、バンドBN2は、ハウジング2における他方の端部から延出している。すなわち、バンドBN1,BN2は、ハウジング2において互いに反対側となる端部から、それぞれ互いに離間する方向に延出している。ハウジング2は、バンドBN1,BN2が中留(図示省略)によって互いに連結されることによって、被装着部位に装着される。なお、バンドBN1,BN2は、ハウジング2と一体的に形成されていてもよい。
以下の説明では、正面部21から背面部22に向かう方向を+Z方向とする。+Z方向に直交し、かつ、互いに直交する方向を、+X方向及び+Y方向とする。図示を省略するが、−Z方向、−X方向及び−Y方向を、それぞれ+Z方向、+X方向及び+Y方向の反対方向とする。
本実施形態では、−Z方向側から見て、バンドBN1の延出方向を+Y方向とする。また、+X方向を、+Y方向が上方となるように生体情報測定装置1を−Z方向側から見て、右側から左側に向かう方向とする。
これらのうち、+Z方向は、後述する第1発光部81及び第2発光部82(図3参照)が第1光及び第2光を主に出射する方向でもあり、後述する受光部83における受光面831の法線に沿う方向でもある。更には、+Z方向は、後述する基板85の法線に沿う方向でもある。
以下、+Z方向側から対象を見ることを「平面視」という。
[ハウジングの構成]
ハウジング2は、上記した正面部21及び背面部22(図3参照)を有する他、側面部23を有する。
正面部21の表示窓211は、透光性カバー212によって閉塞されている。
側面部23は、+Z方向を中心とする周方向に沿って形成された環状部であり、正面部21と背面部22とを接続する。側面部23における−X方向側の領域には、操作部3を構成するボタン31,32が配置され、+X方向側の領域には、同じく操作部3を構成するボタン33,34が配置されている。
なお、背面部22の構成については、後に詳述する。
[生体情報測定装置の内部構成]
図2は、生体情報測定装置1の構成を示すブロック図である。
生体情報測定装置1は、図2に示すように、ハウジング2にそれぞれ設けられる操作部3、計測部4、報知部5、通信部6及び処理部7を更に有する。
操作部3は、ボタン31〜34を有し、ボタン31〜34の入力に応じた操作信号を処理部7に出力する。
計測部4は、各種情報を計測し、計測結果を処理部7に出力する。計測部4は、生体情報である脈波を検出する生体センサーモジュール8Aと、生体情報測定装置1に作用する加速度を検出する加速度センサー41と、を有する。なお、生体センサーモジュール8Aの構成については、後に詳述する。
報知部5は、処理部7による制御の下、各種情報をユーザーに報知する。報知部5は、表示部51、音声出力部52及び振動部53を有する。
表示部51は、液晶や電子ペーパー等の各種表示パネルを有し、処理部7から入力される情報、例えばユーザーの生体情報の1つである脈拍数を表示する。
音声出力部52は、処理部7から入力される音声信号に応じた音声を出力する。
振動部53は、処理部7により動作が制御されるモーターを有し、モーターの駆動によって発生する振動によって、例えば警告をユーザーに報知する。
通信部6は、検出及び解析された生体情報を外部機器に送信する他、外部機器から受信される情報を処理部7に出力する通信モジュールである。本実施形態では、通信部6は、近距離無線通信方式により外部機器と無線で通信するが、クレードル等の中継装置やケーブルを介して外部機器と通信してもよい。更に、通信部6は、ネットワークを介して外部機器と通信してもよい。
処理部7は、演算処理回路やフラッシュメモリーを有する回路基板によって構成され、操作部3、計測部4、報知部5及び通信部6と電気的に接続されている。処理部7は、自律的に、或いは、操作部3から入力される操作信号に応じて、生体情報測定装置1全体の動作を制御する。この他、処理部7は、生体センサーモジュール8A及び加速度センサー41を制御して、生体センサーモジュール8A及び加速度センサー41から入力される検出信号を解析する。
処理部7は、上記フラッシュメモリーによって構成される記憶部71と、記憶部71に記憶されたプログラムを実行する上記演算処理回路によって構成される計測制御部72及び解析部73と、を有する。
記憶部71は、生体情報測定装置1の動作に必要な各種プログラム及びデータを記憶している。記憶部71は、計測部4から入力される検出信号や、解析部73による解析結果を記憶する。
計測制御部72は、生体センサーモジュール8Aの動作を制御する。
解析部73は、計測部4から入力される検出信号を解析して、脈拍数等の生体情報を算出する。解析部73により実行される脈拍数の算出処理は、既知の手法を採用できる。
[ハウジングの背面部の構成]
図3は、ハウジング2の背面部22を示す平面図である。なお、図3においては、ボタン31〜34の図示を省略している。
背面部22は、平面視での略中央に略円形状の接触部221を有する。接触部221は、平面視での中央に向かうに従って+Z方向側に突出する凸形状に形成されており、生体情報測定装置1がユーザーの体に装着された場合に、ハウジング2においてユーザーの体と接触する部位である。接触部221の中央には、平面視円形状の開口部222が形成されている。
開口部222内には、後述する生体センサーモジュール8Aの第1発光部81、第2発光部82、受光部83及び遮光部84が配置されている。開口部222には、透光性部材223が設けられ、これにより、開口部222は閉塞されている。
背面部22における−X方向の部位には、図示しないクレードルと接続される接続部224が設けられている。
[生体センサーモジュールの構成]
図4は、XZ平面に沿う生体センサーモジュール8Aの断面を示す図である。
生体センサーモジュール8Aは、生体情報の1つである脈波を検出する。生体センサーモジュール8Aは、図3及び図4に示すように、第1発光部81、第2発光部82、受光部83及び遮光部84と、これらが設けられる基板85と、を備える。
基板85は、ハウジング2内に設けられ、+Z方向側の面851にて、第1発光部81、第2発光部82、受光部83及び遮光部84を支持する。基板85は、第1発光部81及び第2発光部82に電力を供給するとともに、受光光量に応じて受光部83から出力される検出信号を図示しないコネクターを介して処理部7に出力する。なお、基板85は、リジッド基板であってもよく、FPC(Flexible printed circuits)であってもよい。
第1発光部81は、生体であるユーザーの体に照射される第1光を出射し、第2発光部82は、ユーザーの体に照射される第2光を出射する。
具体的に、第1発光部81は、500nm以上、600nm未満の波長の光を第1光として出射し、第2発光部82は、600nm以上の波長の光を第2光として出射する。詳述すると、第2光は、600nm以上、940nm以下の波長の光である。なお、本実施形態では、第1光は、脈波を検出可能な500nm以上、570nm以下の波長の光である緑色光であり、第2光は、上記被装着部位の皮膚の動きを検出可能な600nm以上、650nm以下の波長の光である赤色光である。
第1発光部81は、図4に示すように、LED(Light Emitting Diode)等の発光素子811と、発光素子811を封止する封止樹脂812と、発光素子811から出射された光を集光するレンズ813と、を有するLEDチップである。第2発光部82も同様に、発光素子821、封止樹脂822及びレンズ823を有するLEDチップである。しかしながら、これに限らず、第1発光部81及び第2発光部82のうち少なくともいずれかは、発光素子が封止樹脂によって封止されていないベアチップであってもよい。
第1発光部81及び第2発光部82は、図3及び図4に示すように、平面視で+X方向に並んで配置され、第2発光部82は、第1発光部81と受光部83との間に配置される。換言すると、第1発光部81、第2発光部82及び受光部83は、平面視で−X方向に向かって、第1発光部81、第2発光部82及び受光部83の順に並んで配置されている。すなわち、第1発光部81は、第2発光部82に対して受光部83とは反対側に位置している。
なお、以下の説明にて、第1発光部の発光中心と言う場合には、第1発光部における発光素子の平面視での中心を指す。同様に、第2発光部の発光中心と言う場合には、第2発光部における発光素子の平面視での中心を指す。本実施形態では、第1発光部81の発光中心C1は、第1発光部81の平面視での中心と一致し、第2発光部82の発光中心C2は、第2発光部82の平面視での中心と一致する。
受光部83は、ユーザーの体にてそれぞれ反射された第1光及び第2光を受光する。詳しくは後述するが、受光部83は、ユーザーの表皮、真皮及び皮下層にて反射された第1光を受光する他、ユーザーの表皮及び真皮にて反射された第2光を受光する。そして、受光部83は、第1光の受光光量を示す第1検出信号、及び、第2光の受光光量を示す第2検出信号を出力する。なお、第1検出信号は、受光部83が受光した第1光に基づいて出力した信号であり、第2検出信号は、受光部83が受光した第2光に基づいて出力した信号である。
受光部83は、詳しい図示を省略するが、PD(Photodiode)である受光素子が封止樹脂によって封止されたPDチップである。しかしながら、これに限らず、受光部83は、受光素子が樹脂によって封止されていないベアチップであってもよい。
なお、受光素子は、例えばシリコン基板側のn型半導体領域と、受光面側のp型半導体領域とを有し、p型半導体領域に十分に大きなエネルギーを持つ光が入射されると、光起電力効果によって電流を検出信号として出力する。受光部83におけるアクティブエリアである受光面831は、平面視でp型半導体領域が位置する部位である。
以下の説明にて、受光部の受光中心と言う場合には、受光部における受光面の平面視での中心を指す。本実施形態では、受光部83の受光中心CAは、受光部83の平面視での中心と一致する。
このような受光部83は、図示を省略するが、第1光の波長及び第2光の波長が含まれる波長帯の光を透過し、当該波長帯以外の光の透過を規制して、受光面831に入射される光の波長を制限する波長制限フィルターを有する。
この他、受光部83は、受光面831の法線に対する光の入射角が所定角度未満であれば当該光を透過させ、所定角度以上であれば当該光の透過を規制する角度制限フィルターを有していてもよい。
遮光部84は、第2発光部82と受光部83との間に配置されて、第1発光部81から受光部83に直接向かう第1光、及び、第2発光部82から受光部83に直接向かう第2光を遮蔽して、第1光及び第2光が、ユーザーの体を介さずに受光部83に直接入射されてしまうことを抑制する。
なお、本実施形態では、遮光部84は、面851から起立する壁のような板状体によって構成されている。しかしながら、これに限らず、平面視での受光部83の四方を囲む枠状に構成されていてもよい。
[第1発光部、第2発光部及び受光部の配置]
図5は、生体センサーモジュール8Aを示す平面図である。なお、図5においては、基板85の図示を省略している。
上記のように、受光部83は、第2発光部82に対して第1発光部81とは反対側に配置されている。また、図5に示すように、第2発光部82の発光中心C2、及び、第1発光部81の発光中心C1は、+X方向と平行で受光部83の受光中心CAを通る仮想線VLx上に位置する。
ここで、図4及び図5に示すように、受光部83と第2発光部82とが並ぶ+X方向において受光中心CAと発光中心C2との間の距離L2は、受光部83と第1発光部81とが並ぶ+X方向において受光中心CAと発光中心C1との間の距離L1より短い。具体的に、距離L1は、2.0mmを超え、5.0mm以下の範囲内の値であるのに対し、距離L2は、2.0mm未満の範囲内の値である。
詳述すると、距離L2は、0.5mm以上、2.0mm未満の範囲内の値に設定されている。好ましくは、距離L2は、0.8mm以上、2.0mm未満の範囲内の値であり、より好ましくは、0.8mm以上、1.5mm以下の範囲内の値である。
このように距離L1,L2が設定されるのは、以下の理由による。
[第1発光部、第2発光部及び受光部の配置の理由]
図6は、生体情報測定装置1が装着されるユーザーの体の被装着部位の一例として、ユーザーの手首を示す断面図である。詳述すると、図6は、ユーザーの手首のYZ平面に沿う断面を示す図である。
生体情報測定装置1が装着される手首は、図6に示すように、皮膚SKと、皮膚SKによって覆われた筋層MEとを含む。
皮膚SKは、大きく分けて3層の層構造を有する。具体的に、皮膚SKは、最上層を構成する表皮EPと、表皮EPによって覆われる真皮DEと、最下層を構成し、真皮DEによって覆われる皮下層STと、により構成されている。
表皮EPは、厚さが0.06mm以上、0.2mm以下の領域であり、表皮EPには、神経が到達している。
真皮DEは、厚さ0.2mm以上、2.2mm以下の領域であり、真皮DEには、毛細血管が存在する。
皮下層STは、真皮DEの下部に位置する層であり、皮下脂肪及び皮下組織が含まれる。具体的に、皮下層STは、真皮DEと骨及び筋層との間にある結合組織であり、真皮DEによって覆われている。皮下脂肪は、主に脂肪細胞からなり、皮下組織には、動脈及び静脈を含む血管と、神経とが位置する。
筋層MEは、筋肉が位置する部位であり、手首の筋層MEには、総指伸筋が位置する。総指伸筋は、親指を除く4本の手指を伸展及び屈曲させる筋肉である。手指を動かす場合、例えば手を握る動作と開く動作とを繰り返すグーパー運動や、キーボードを打鍵するタッピング運動を実行する場合には、総指伸筋が収縮及び伸長するので、総指伸筋の動きによって、皮膚SKが変位する。
ここで、生体に照射された第1光及び第2光は、生体内を進行し、生体内にて反射及び散乱されて、生体外に出射される。
そして、緑色光である第1光は、血液に吸収されやすい光である。このため、生体に入射された第1光は、毛細血管内を流通する血液の流量、すなわち、血管の脈動によって変化することから、受光部83による第1光の受光光量も同様に変化する。
しかしながら、生体内での光の散乱の度合いは、皮膚SKの変位によって変化する。すなわち、総指伸筋の動き等によって皮膚SKが変位すると、生体内での光の散乱が多方向に生じ、血管の脈動に応じた変化ではない要素によって受光光量が変化する。このように、皮膚SKが変位すると、受光部83から出力される第1検出信号に、皮膚SKの変位に伴うノイズ成分が含まれやすくなる。
一方、赤色光である第2光は、血液に吸収されにくい光である。このため、生体に入射された第2光は、血管の脈動に応じた吸収の影響を受けにくい一方で、第1光と同様に生体内にて散乱される。すなわち、第2光の受光光量の変化は、皮膚SKの動きによる変化と捉えることができる。このような第2光の受光光量に応じた第2検出信号をノイズ成分の参照信号として利用し、第1光の受光光量に応じた第1検出信号に適応フィルター処理を施して第1検出信号からノイズ成分を除去することによって、脈動成分を抽出できる。
なお、図4に示すように、生体に入射されて生体から出射される光が、皮膚SKの表面からどの程度の深さを通過した光であるのかは、生体の一部である表皮EPの表面に対する光の照射位置と、表皮EPの表面からの光の出射位置との間の距離によって推察できる。
具体的に、照射位置と出射位置との距離をd(mm)とすると、照射位置に照射された光は、表皮EPの表面から深さ略d/2(mm)の部位に到達した後、出射位置から出射される。例えば、照射位置と出射位置との距離が2mmである場合、照射位置に照射された光は、表皮EPの表面から深さ1mmの部位、すなわち、表皮EP及び真皮DEに到達し、これらにて反射された後に出射される。
このため、赤色光である第2光の照射位置及び出射位置、すなわち、第2光を+Z方向に出射する第2発光部82の発光中心C2と受光部83の受光中心CAとを、受光部83による受光光量において、表皮EP及び真皮DE近傍で反射して受光部83にて受光される第2光の受光光量が占める割合が優勢になる位置に設定することにより、受光部83から出力される第2検出信号を、総指伸筋の動きによる皮膚SKの変位に応じたノイズを示す信号とすることができる。
図7は、第2発光部82の発光中心C2と受光部83の受光中心CAとの間の+X方向における距離L(mm)と、第2検出信号の品質と、第2発光部82及び受光部83の配置の実現性との関係を示す図である。図7において、信号品質及び実現性について、「優」である場合にはA又はaを、「良」である場合にはB又はbを、「可」である場合にはC又はcを、「不可」である場合にはD又はdを付している。
なお、信号品質が「優(A)」である場合とは、第2検出信号の波形に皮膚SKの動きに応じた明確なピークが現れていることを示し、信号品質が「良(B)」である場合とは、第2検出信号の波形に皮膚SKの動きに応じたピークが現れていることを示す。また、信号品質が「可(C)」である場合とは、第2検出信号の波形に皮膚SKの動きに応じた波形が含まれていることを示し、信号品質が「不可(D)」である場合とは、第2検出信号の波形に皮膚SKの動きに応じた波形が含まれていないことを示す。
一方、実現性が「優(a)」である場合とは、第2発光部82及び受光部83の基板85への配置を容易に実施できることを示し、実現性が「良(b)」である場合とは、当該配置を容易ではないものの実施できることを示す。また、実現性が「可(c)」である場合とは、第2発光部82及び受光部83の基板85への配置が不可能ではないものの可能であることを示し、実現性が「不可(d)」である場合とは、素子の大きさ等の問題から、第2発光部82及び受光部83の配置が困難であることを示す。
図7に示すように、距離Lが2.0mm未満の範囲内では、ノイズ信号の信号品質が「良」以上であった。
詳述すると、距離Lが0.3mm以上、2.0mm未満の範囲内の値である場合には、第2検出信号の信号強度が「良」以上であることから、第2検出信号を用いて、第1検出信号から皮膚SKの動きに伴うノイズ成分を効果的に除去可能である。
距離Lが0.5mm以上、2.0mm未満の範囲内の値である場合には、第2検出信号の信号強度が「良」以上であり、かつ、実現性が「良」以上であることから、第2検出信号を用いて第1検出信号から皮膚SKの動きに伴うノイズ成分を効果的に除去可能であるとともに、第2発光部82及び受光部83の配置を実現できる。
距離Lが0.8mm以上、2.0mm未満の範囲内の値である場合には、上記ノイズ成分を効果的に除去可能であり、また、第2発光部82及び受光部83の配置を容易に実施できる。
距離Lが0.8mm以上、1.5mm以下の範囲内の値である場合には、信号強度及び実現性がそれぞれ「優」であることから、上記ノイズ成分をより効果的に除去できるとともに、第2発光部82及び受光部83の配置を容易に実施できる。
上記の結果から、第2検出信号の信号品質を高めるためには、受光部83に対して第2発光部82が並ぶ方向である+X方向において、第2発光部82の発光中心C2と受光部83の受光中心CAとの間の距離L2が2mm未満の範囲の値となるように、第2発光部82が受光部83に対して配置されることが好ましい。
そして、実現性を考慮した場合には、距離L2は、0.3mm以上、2.0mm未満の範囲内の値であることが好ましく、0.8mm以上、2.0mm未満の範囲内の値であることがより好ましい。更に言えば、距離L2は、0.8mm以上、1.5mm以下の範囲内の値であることが好ましい。
一方、距離L1が距離L2より長いと、第1発光部81から出射された第1光は、ユーザーの体の奥深くに進行して、血液による吸光量が大きくなり、脈動に応じた受光光量の変化が大きくなる。そして、距離L1が2.0mm以上であれば、表皮EPを通過して真皮DE又は皮下層STに位置する血管に第1光が到達しやすくなって、血液による吸光の影響が大きくなる。一方、距離L1が2.0mm未満であると、第1光が毛細血管に届きにくくなり、また、5.0mmを超えると、第1光が筋層MEに到達し、第1光の散乱度合が高くなって受光光量の変化に占める脈動成分の割合が低くなり、脈動成分を取得しにくくなる。このため、距離L1は、上記のように設定されており、この場合、受光部83によって受光される第1光は、表皮EP、真皮DE及び皮下層STにて反射された第1光である。しかしながら、距離L1は、適宜変更可能である。
[第2発光部と受光部との間隔]
以上示した第2発光部82の発光中心C2と受光部83の受光中心CAとの距離を前提として、第2発光部82から出射されてユーザーの体にて反射された第2光を効果的に受光部83に入射させるには、第2発光部82における受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82側の端部との間の+X方向における距離LAは、以下のように設定される。
図8は、第2発光部82と受光部83との間隔を示す平面図である。なお、図8においては、第1発光部81及び遮光部84の図示を省略している。
まず、図8に示すように、第2発光部82と受光部83とが並ぶ+X方向に直交する+Y方向と平行で、かつ、発光中心C2を通る仮想線を仮想線VL1とする。また、仮想線VL1と平行で、かつ、仮想線VL1に対して受光部83側に2mm離れた仮想線を仮想線VL2とする。そして、仮想線VL2によって、受光部83の受光面831を、第2発光部82側の領域である第1領域83aと、第2発光部82とは反対側の領域である第2領域83bとに、平面視で仮想的に分割する。すなわち、第1領域83aは、仮想線VL1から2mm未満の領域であり、第2領域83bは、仮想線VL1から2mm以上の領域である。
このように受光面831を分割したときに、第1領域83aの平面視での面積が第2領域83bの平面視での面積以上であれば、第2発光部82から出射されて主に真皮DEにて反射された第2光を受光部83が受光しやすくなる。
そして、第2発光部82における受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82側の端部との間の+X方向における距離LAを、0.01mm以上、1.00mm以下の範囲内の値とすることによって、第1領域83aの平面視での面積を第2領域83bの平面視での面積以上とすることができる。これにより、真皮DEにて反射された第2光を受光部83に受光させやすくすることができる。従って、第2検出信号の信号強度及び信号品質を高めることができ、第1検出信号からノイズ成分を除去しやすくすることができる。
[第1検出信号及び第2検出信号のFFT解析結果]
図9は、第1検出信号及び第2検出信号に対するFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)による解析結果の一例を示すグラフである。図9における点線は、第1検出信号のFFT解析結果を示し、実線は、第2検出信号のFFT解析結果を示す。
上記距離L2が1.0mmとなる位置に、第2発光部82が配置され、上記距離L1が2.0mmとなる位置に、第1発光部81が配置されている場合の第1検出信号及び第2検出信号のFFT解析結果を図9に示す。なお、受光部83による第1光及び第2光の受光時には、上記グーパー運動を0.8Hzの周期で実施していた。
図9に実線にて示されるように、第2検出信号のFFT解析結果では、0.8Hz及び1.6Hz近傍の位置にピークが現れる。これらのうち、0.8Hzのピークは、グーパー運動に応じたピークであり、1.6Hzのピークは、グーパー運動の周波数を基本波とした場合の第2高調波である。
一方、図9に点線にて示されるように、第1検出信号のFFT解析結果では、0.8Hz、1.25Hz及び1.6Hz近傍に位置にピークが現れる。0.8Hz及び1.6Hzの各ピークは、第2検出信号での場合と同様にグーパー運動に応じたピークである。これに対し、1.25Hzのピークは、脈動に応じたピークである。
この結果から、第2検出信号には、脈動成分が含まれていないことが分かる。
このような第2検出信号を、第1検出信号から皮膚SKの動きに伴うノイズ成分を除去するための参照信号として用いて、処理部7が、第1検出信号に対して適応フィルター処理を施した場合には、脈動以外の成分、例えばグーパー運動に由来するノイズ成分を第1検出信号から除去でき、脈動成分を効果的に取得できることが分かる。そして、ノイズ成分が除去された第1検出信号を処理部7が解析することによって、正確な脈拍数を算出できる。
なお、上記のように、腕を振る等の慣性運動によっても静脈血の流動は影響を受ける。すなわち、第1検出信号には、皮膚SKの動き以外にも体動によるノイズ成分が含まれる。このようなノイズ成分は、加速度センサー41によって検出される加速度信号を、ノイズ除去用の参照信号とすることによって除去できる。
このような加速度信号を用いた第1検出信号からのノイズ成分の除去は、公知の技術を適用できる。
[第1実施形態の効果]
以上説明した本実施形態に係る生体情報測定装置1によれば、以下の効果を奏することができる。
ここで、生体にて反射された第1光を受光した受光部から出力される検出信号には、ユーザーにおいて生体情報測定装置の被装着部位の動きに起因するノイズ成分だけでなく、被装着部位の組織の動きに起因するノイズ成分も含まれる。例えば、生体情報測定装置がユーザーの手首に装着されている場合、第1検出信号には、手首や腕、身体全体の動きに応じたノイズ成分が含まれるだけでなく、指の動きに伴う皮膚等の組織の動きに応じたノイズ成分も含まれる。このため、指の動きが生じる生体情報処理装置の使用態様においては、皮膚等の組織の動きに伴うノイズ成分を除去することによって、より正確な生体情報を測定できることが新たに判明した。しかしながら、加速度センサーや圧力センサーは、皮膚等の組織の動きに伴うノイズ成分の取得に向いていない。
これに対し、生体情報測定装置1は、第1光を出射する第1発光部81と、第2光を出射する第2発光部82と、ユーザーの表皮EP、真皮DE及び皮下層STにて反射された第1光、並びに、ユーザーの表皮EP及び真皮DEにて反射された第2光を受光する受光部83と、受光部83が受光した第1光に基づいて出力された第1検出信号から、受光部83が受光した第2光に基づいて出力された第2検出信号を用いてノイズ成分を除去して生体情報の1つである脈拍数を算出する処理部7と、を備える。
これによれば、第2発光部82から出射される第2光は、皮膚SKの動きを検出しやすい波長の光であるので、第2光の受光光量に応じた第2検出信号は、皮膚SKの動きに応じたノイズ成分を含む検出信号ということができる。そして、処理部7が、第2検出信号を用いて第1検出信号からノイズ成分を除去することによって、皮膚SKの動きに応じたノイズ成分を、第1検出信号から効果的に除去できる。従って、生体情報に関係する成分、例えば脈波成分を効率よく取得できる。
一方、皮膚SKの動きを加速度センサーや圧力センサーによって検出しようとすると、皮膚SKの動きは、加速度信号や圧力信号によって示されることとなる。これら信号によって示される物理量は、第1検出信号により示される物理量である受光光量とは異なる。このため、加速度信号や圧力信号は、第1検出信号から皮膚SKの動きに起因するノイズ成分を除去する際に参照される参照信号には向いていない。
これに対し、第2検出信号は、第1検出信号と同様に、受光部83による受光光量に応じた信号であるので、第1検出信号と第2検出信号とによって示される物理量は同じである。このため、加速度信号や圧力信号を用いてノイズ成分を除去する場合に比べて、第2検出信号を用いることにより、第1検出信号からノイズ成分を効果的に除去できる。
従って、生体情報測定装置1による生体情報の測定精度を高めることができる。
第1発光部81及び第2発光部82は、ユーザーの体における第2光の経路が、ユーザーの体における第1光の経路に含まれる位置に配置される。具体的に、受光部83の受光中心CAを通る仮想線VLx上に、第1発光部81の発光中心C1及び第2発光部82の発光中心C2が位置し、第2発光部82は、第1発光部81と受光部83との間に位置している。このため、第2発光部82から出射されてユーザーの表皮EP及び真皮DEにて反射されて、受光部83に入射される第2光の経路は、第1発光部81から出射されてユーザーの表皮EP、真皮DE及び皮下層STにて反射されて、受光部83に入射される第1光の経路に含まれる。
これによれば、ユーザーの体において第1光が到達する部位の皮膚SKの動きに起因するノイズ成分を、第2検出信号によって表すことができる。このため、第2検出信号を用いて第1検出信号から皮膚SKの動きに起因するノイズ成分を効果的に除去できる。従って、生体情報測定装置1による生体情報の測定精度をより高めることができる。
第1光の波長は、500nm以上、600nm未満であり、第2光の波長は、600nm以上である。これによれば、第1光を、脈波を検出しやすい波長の光とすることができ、第2光を、皮膚SKの動きを検出しやすい波長の光とすることができる。従って、第2検出信号を用いて、第1検出信号から皮膚SKの動きに起因するノイズ成分を効果的に除去でき、生体情報測定装置1による生体情報の1つである脈波の検出精度及び測定精度を一層高めることができる。
第2発光部82と受光部83との間の距離は、2.0mm未満である。すなわち、生体情報測定装置1は、第1光を出射する第1発光部81と、第2光を出射する第2発光部82と、第1発光部81及び第2発光部82からの光を受光し、第1検出信号及び第2検出信号を出力する受光部83と、第1検出信号及び第2検出信号に基づいて生体情報の1つである脈拍数を決定する処理部7と、を備え、第2発光部82と受光部83との間の距離は、2mm未満である。
これによれば、第2発光部82から基板85の法線方向に沿って出射された第2光の生体への照射位置と、照射位置から生体内に入射されて、表皮EPの表面から深さ1.0mm未満の領域に位置する表皮EP及び真皮DEにて反射されて受光部83に入射される光の表皮EP表面からの出射位置との間の距離を、2.0mm未満とすることができる。このため、受光部83での光の受光光量において、生体の表皮EP及び真皮DEにて反射されて受光部83によって受光される第2光の受光光量の割合を高めることができる。これにより、第2光の受光光量に応じて受光部83から出力される第2検出信号によって、ユーザーの皮膚SKの動きを効果的に検出できる。従って、第2検出信号を用いることにより、第1検出信号から皮膚SKの動きに起因するノイズ成分を効果的に除去できる。
また、上記のように、第1検出信号と第2検出信号とによって示される物理量は同じである。このため、第2検出信号を用いることによって、加速度信号や圧力信号を用いてノイズ成分を除去する場合に比べて、第1検出信号からノイズ成分を効果的に除去できる。
従って、生体情報の検出精度を向上させることができる。
第2発光部82と受光部83との間の距離は、第2発光部82の発光中心C2と受光部83の受光中心CAとの間の距離である。これによれば、第2発光部82と受光部83との位置関係をより明確に設定できる。この他、受光部83が、ユーザーの表皮EP及び真皮DEにて反射された第2光を受光しやすくすることができる。
第2発光部82の発光中心C2は、平面視での第2発光部82の中心であり、受光部83の受光中心CAは、平面視での受光部83における受光面831の中心である。これによれば、上記距離L2が上記範囲内の値となるように、第2発光部82及び受光部83を配置する際に、第2発光部82及び受光部83の配置を実施しやすくすることができる。従って、生体センサーモジュール8Aを製造しやすくすることができる。
第1発光部81から受光部83に向かう−X方向において、第1発光部81の発光中心C1と受光部83の受光中心CAとの間の距離L1は、第2発光部82の発光中心C2と受光部83の受光中心CAとの間の距離L2以上である。これによれば、受光部83によって受光される第1光は、ユーザーの体において受光部に受光される第2光の到達部位より深い部位に到達した第1光となる。このため、生体情報がより反映された第1光を、受光部83によって受光させることができる。例えば、第1光が、500nm以上、600nm未満の波長の光である場合には、より多くの血管に到達した第1光が受光部によって受光されるので、脈動に応じて吸光された第1光を受光部83に受光させることができる。従って、生体情報をより正確に検出できる。
上記距離L2は、0.5mm以上、2.0mm未満である。これによれば、第2検出信号の波形に含まれるノイズ成分のピークが明確になる他、第2発光部82及び受光部83を配置しやすくすることができる。従って、生体情報の検出精度を高めることができる生体センサーモジュール8Aを製造しやすくすることができる。
なお、上記距離L2が0.8mm以上、2.0mm未満であれば、皮膚SKの動きに起因するノイズ成分を第1検出信号からより効果的に除去できるとともに、受光部83に対して第2発光部82を容易に配置できる。更に、上記距離L2が0.8mm以上、1.5mm以下であれば、これらの効果を一層効果的に奏することができる。
受光部83において、第2発光部82との間の距離が2.0mm未満の領域である第1領域83aは、第2発光部82との間の距離が2.0mm以上の領域である第2領域83bよりも大きい。すなわち、第1領域83aの平面視での面積は、第2領域83bの平面視での面積より大きい。これによれば、第2発光部82から出射されて、ユーザーの表皮EP及び真皮DEにて反射された第2光を、受光部83が受光しやすくすることができる。従って、第2検出信号の信号強度を高めることができ、第1検出信号からノイズ成分を除去しやすくすることができる。
また、第2発光部82における受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82側の端部との間の距離LAは、0.01mm以上、1.00mm以内である。これによれば、上記距離L2が2.0mm未満の範囲の値としつつ、第1領域83aの平面視での面積を、第2領域83bの平面視での面積より大きくできる。従って、上記効果を好適に奏することができる。
第1発光部81、第2発光部82及び受光部83は、平面視で所定の方向である−X方向に沿って、第1発光部81、第2発光部82及び受光部83の順に並んで配置されている。換言すると、第2発光部82は、第1発光部81と受光部83との間に位置する。これによれば、上記のように、第2発光部82から出射されてユーザーの体にて反射される第2光の経路を、第1発光部81から出射されてユーザーの体にて反射される第1光の経路に含めることができる。従って、第1光の経路における皮膚SKの動きを、第2光を受光した受光部83から出力される第2検出信号によって表すことができるので、第1検出信号からノイズ成分を効果的に除去できる。
[第1実施形態の変形]
上記生体情報測定装置1に採用された生体センサーモジュール8Aでは、+X方向に沿って受光部83、第2発光部82及び第1発光部81が並んでいた。しかしながら、受光部83、第2発光部82及び第1発光部81のそれぞれの中心間距離や、受光部83及び第2発光部82の間隔が、生体センサーモジュール8Aでの中心間距離及び間隔と同様であれば、受光部83、第2発光部82及び第1発光部81のレイアウトは、適宜変更可能である。例えば、受光部83、第2発光部82及び第1発光部81が、+Y方向に沿って並んでいてもよい。
以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
[第1実施形態の第1変形例]
図10は、生体センサーモジュール8Aの変形である生体センサーモジュール8Bを示す平面図である。なお、図10においては、基板85の図示を省略している。
例えば、図10に示す生体センサーモジュール8Bを、生体センサーモジュール8Aに代えて生体情報測定装置1に採用してもよい。
生体センサーモジュール8Bは、受光部83に対する第1発光部81及び第2発光部82の配置が異なる他は、生体センサーモジュール8Aと同様の構成及び機能を有する。すなわち、生体センサーモジュール8Bは、第1発光部81、第2発光部82、受光部83及び遮光部84と、これらを支持する図示しない基板85と、備える。
生体センサーモジュール8Bでは、第1発光部81及び第2発光部82は、受光部83に対して、受光部83の短辺方向に沿う一方向である+X方向にそれぞれ位置している。また、第2発光部82は、第1発光部81に対して+Y方向に位置している。
第2発光部82の発光中心C2と受光部83の受光中心CAとの間の+X方向における距離L2は、生体センサーモジュール8Aの場合と同様に、2.0mm未満の範囲内の値に設定されている。
第2発光部82における受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82側の端部との間の+X方向における距離LAは、上記生体センサーモジュール8Aの場合と同様に、0.01mm以上、1.00mm以下の範囲内の値に設定されている。
なお、生体センサーモジュール8Bにおいて、第1発光部81の発光中心C1と第2発光部82の発光中心C2とを結ぶ方向は、受光部83から第1発光部81又は第2発光部82に向かう+X方向に直交する+Y方向と平行である。そして、第1発光部81及び第2発光部82は、+X方向と平行で受光中心CAを通る仮想線VLxに対して線対称に配置されている。このため、第1発光部81の発光中心C1と受光中心CAとの間の+X方向における距離L1は、距離L2と同じである。しかしながら、これに限らず、距離L1と距離L2とは異なっていてもよい。すなわち、第1発光部81は、+X方向において受光部83に対して第2発光部82よりも離れていてもよい。具体的に、距離L1は、2.0mmを超え、5.0mm以下の範囲内の値が望ましい。
また、遮光部84は、受光部83と第1発光部81及び第2発光部82との間に配置されている。
このような生体センサーモジュール8Bが、生体センサーモジュール8Aに代えて生体情報測定装置1に採用された場合でも、上記と同様の効果を奏することができる。この他、基板85において、第1発光部81、第2発光部82及び受光部83が配置される領域の+X方向における寸法を小さくできる。従って、生体センサーモジュール8Bを小型化できる。
[第1実施形態の第2変形例]
図11は、生体センサーモジュール8Aの変形である生体センサーモジュール8Cを示す平面図である。なお、図11においては、基板85の図示を省略している。
また例えば、図11に示す生体センサーモジュール8Cを、生体センサーモジュール8Aに代えて生体情報測定装置1に採用してもよい。
生体センサーモジュール8Cは、第1発光部81及び第2発光部82を含む発光部86を有する他は、生体センサーモジュール8Bと同様の構成及び機能を有する。
発光部86は、受光部83に対して、受光部83の短辺方向に沿う一方向である+X方向に位置している。発光部86は、発光部86において−Y方向側に位置する第1発光部81と、+Y方向側に位置する第2発光部82と、第1発光部81及び第2発光部82が設けられる基板861と、を有する。
生体センサーモジュール8Cでは、第2発光部82の発光中心C2と受光部83の受光中心CAとの間の+X方向における距離L2は、生体センサーモジュール8Aの場合と同様の範囲内の値に設定されている。また、第2発光部82における受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82側の端部との間の+X方向における距離LAも、生体センサーモジュール8Aの場合と同様の範囲内の値に設定されている。
なお、生体センサーモジュール8Cでは、生体センサーモジュール8Bと同様に、第1発光部81の発光中心C1と、第2発光部82の発光中心C2とを結ぶ方向は、受光部83の長手方向である+Y方向と平行である。また、発光中心C1,C2は、受光部83の受光中心CAを通り、+X方向と平行な仮想線VLxに対して線対称に位置している。このため、発光中心C1と受光中心CAとの間の+X方向における距離L1は、距離L2と同じである。しかしながら、これに限らず、距離L1と距離L2とは異なっていてもよい。すなわち、生体センサーモジュール8Cにおいても、第1発光部81は、+X方向において受光部83に対して第2発光部82よりも離れていてもよい。具体的に、距離L1は、2.0mmを超え、5.0mm以下の範囲内の値が望ましい。
また、遮光部84は、受光部83と発光部86との間に配置されている。
このような生体センサーモジュール8Cが、生体センサーモジュール8Aに代えて生体情報測定装置1に採用された場合でも、上記と同様の効果を奏することができる。
この他、発光部86は、第1発光部81及び第2発光部82が基板861に設けられた1つのユニットとして構成されているので、生体センサーモジュール8Cを構成する部品点数を減らすことができ、生体センサーモジュール8Cの組立及び製造の工程を簡略化できる。
[第1実施形態の第3変形例]
図12は、生体センサーモジュール8Aの変形である生体センサーモジュール8Dを示す平面図である。なお、図12においては、基板85の図示を省略している。
また例えば、図12に示す生体センサーモジュール8Dを、生体センサーモジュール8Aに代えて生体情報測定装置1に採用してもよい。
生体センサーモジュール8Dは、生体センサーモジュール8Aと同様の構成及び機能を有するが、第1発光部81及び第2発光部82の配置位置が、生体センサーモジュール8Aと異なる。
具体的に、生体センサーモジュール8Dでは、第2発光部82は、平面視で受光部83を挟んで第1発光部81とは反対側に配置される。詳述すると、第1発光部81は、受光部83に対して−X方向に位置し、第2発光部82は、受光部83に対して+X方向に位置している。そして、第1発光部81の発光中心C1及び第2発光部82の発光中心C2は、+X方向と平行で受光中心CAを通る仮想線VLx上に位置する。
生体センサーモジュール8Dでも、第2発光部82の発光中心C2と受光中心CAとの間の+X方向における距離L2は、生体センサーモジュール8Aでの場合と同様の範囲内の値に設定されている。また、第2発光部82における受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82側の端部との間の+X方向における距離LAは、上記生体センサーモジュール8Aでの場合と同様の範囲内の値に設定されている。
なお、生体センサーモジュール8Dでは、第1発光部81の発光中心C1と受光中心CAとの間の+X方向における距離L1は、上記距離L2より長い。
具体的に、距離L1は、上記生体センサーモジュール8Aでの場合と同様に、2.0mmを超え、5.0mm以下の値に設定されている。これは、上記のように、距離L1が長いと、第1発光部81から出射された第1光は、ユーザーの体の奥深くに進行して、血液による吸光量が大きくなり、脈動に応じた受光光量の変化が大きくなるためである。しかしながら、これに限らず、生体センサーモジュール8Dでの距離L1は、適宜変更可能である。
また、生体センサーモジュール8Dでは、受光部83に対して−X方向に位置する第1発光部81から受光部83に直接向かう第1光、及び、+X方向に位置する第2発光部82から受光部83に直接向かう第2光を遮蔽するために、遮光部84は、平面視で受光部83を囲む枠状に形成されている。
このような生体センサーモジュール8Dが、生体センサーモジュール8Aに代えて採用された生体情報測定装置1によっても、上記と同様の効果を奏することができる。
また、第1発光部81、第2発光部82及び受光部83は、平面視で所定の方向である+X方向に沿って配置され、受光部83は、平面視で第1発光部81と第2発光部82との間に位置している。これによれば、受光部83を中心として第1発光部81及び第2発光部82を配置しやすくすることができる。更に、受光部83が、背面部22に設けられた開口部222の平面視での中央に配置されていれば、透光性部材223によって押圧された部位にて反射された第1光及び第2光を受光部83によって受光できるので、より正確な第1検出信号を出力できる。
なお、生体センサーモジュール8Dでは、第1発光部81は、受光部83に対して−X方向に位置し、第2発光部82は、受光部83に対して+X方向に位置するとした。しかしながら、これに限らず、第1発光部81及び第2発光部82が、受光部83を挟む位置に配置されていれば、受光部83に対する第1発光部81及び第2発光部82のそれぞれの位置は、適宜変更可能である。
[第1実施形態の第4変形例]
図13は、生体センサーモジュール8Aの変形である生体センサーモジュール8Eを示す平面図である。なお、図13においては、基板85の図示を省略している他、見易さを考慮して、第1発光部81E、第2発光部82E、受光部83及び遮光部84を、それぞれ異なるハッチによって示している。
また例えば、図13に示す生体センサーモジュール8Eを、生体センサーモジュール8Aに代えて生体情報測定装置1に採用してもよい。
生体センサーモジュール8Eは、生体センサーモジュール8Aと同様に、第1発光部81E、第2発光部82E、受光部83及び遮光部84と、これらを支持する図示しない基板85と、を備え、生体センサーモジュール8Aと同様に機能する。そして、生体センサーモジュール8Eでは、第1発光部81E及び第2発光部82Eは、受光部83の受光中心CAを中心とする同心円状に設けられている。
生体センサーモジュール8Eでは、受光部83は、平面視で略円形状に形成されている。受光部83の受光中心CAは、上記のように、アクティブエリアである受光面831の平面視での中心である。そして、受光中心CAは、接触部221の平面視での中心に位置している。
生体センサーモジュール8Eでは、遮光部84は、平面視で受光部83を囲む略円形の枠状に形成されている。
第1発光部81Eは、受光中心CAを中心とする同心円状に、受光部83及び遮光部84を平面視で囲むように設けられ、第1発光部81と同様に、500nm以上、600nm未満の波長の光を第1光として出射する。すなわち、第1発光部81Eは、中心が受光中心CAと一致する円環状に構成されている。このような第1発光部81Eは、有機EL素子により構成される円環状の発光領域を有する構成を例示できる。
第1発光部81Eは、受光中心CAから距離L1E離れた位置に、第1発光部81Eの外径と内径との中間を結ぶ環であり、発光領域が位置する中心環C81Eを有する。すなわち、受光中心CAと第1発光部81Eの径方向における中心である中心環C81Eとの間の距離は、距離L1Eである。距離L1Eは、上記距離L1と同様の範囲内の値に設定されている。
第2発光部82Eは、第1発光部81Eと同様に、受光中心CAを中心とする同心円状に設けられ、受光部83及び遮光部84と第1発光部81Eとの間に位置する。すなわち、第2発光部82Eは、中心が受光中心CAと一致する円環状に構成され、受光部83を囲む遮光部84と第1発光部81Eとの間に位置する。換言すると、第1発光部81E、第2発光部82E及び受光部83は、これらの径方向内側に向かって、第1発光部81E、第2発光部82E及び受光部83の順に並んで配置されている。
第2発光部82Eは、第2発光部82と同様に、600nm以上、940nm以下の波長の光を第2光として出射する。このような第2発光部82Eは、第1発光部81Eと同様に、有機EL素子により構成される発光領域が円環状に設けられた構成を例示できる。
第2発光部82Eは、受光中心CAから距離L2E離れた位置に、第2発光部82Eの外径と内径との中間を結ぶ環であり、発光領域が位置する中心環C82Eを有する。すなわち、受光中心CAと第2発光部82Eの径方向における中心である中心環C82Eとの間の距離は、距離L2Eである。距離L2Eは、上記距離L2と同様の範囲内の値に設定されている。
そして、図示を省略するが、第2発光部82Eにおける受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82E側の端部との間の径方向における距離LAは、生体センサーモジュール8Aにおける距離LAと同様の範囲内の値に設定されている。
このような生体センサーモジュール8Eが、生体センサーモジュール8Aに代えて採用された生体情報測定装置1によっても、上記と同様の効果を奏することができる。
また、受光部83は、第1発光部81E及び第2発光部82Eによって囲まれている。これにより、受光部83が第1光及び第2光を受光しやすくすることができる。更に、第1発光部81E、第2発光部82E、受光部83及び遮光部84を密に配置できるので、小型の生体センサーモジュール8Eを構成できる他、円形状の開口部222の開口面積を小さくできる。
[第1実施形態の第5変形例]
図14は、生体センサーモジュール8Aの変形である生体センサーモジュール8FのXZ平面に沿う断面を示す図である。
また例えば、図14に示す生体センサーモジュール8Fを、生体センサーモジュール8Aに代えて生体情報測定装置1に採用してもよい。
生体センサーモジュール8Fは、生体センサーモジュール8Aと同様に、第1発光部81、第2発光部82、受光部83及び遮光部84と、これらを支持する図示しない基板85と、を備え、生体センサーモジュール8Aと同様に機能する。生体センサーモジュール8Fでは、生体センサーモジュール8Aと同様に、+X方向と平行で受光部83の受光中心CAを通る仮想線上に、第1発光部81の発光中心C1及び第2発光部82の発光中心C2が位置し、かつ、第2発光部82が、第1発光部81と受光部83との間に配置されている。なお、第2発光部82の発光中心C2と受光部83の受光中心CAとの間の+X方向における距離L2は、上記した範囲内の値に設定されている。また、図示を省略するが、第2発光部82における受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82側の端部との間の+X方向における距離LAは、上記した範囲内の値に設定されている。
ここで、生体センサーモジュール8Fにおいては、第2発光部82は、出射された第2光の主光線の進行方向が、基板85の法線方向である+Z方向と平行になるように配置されている。
一方、第1発光部81は、出射された第1光の主光線の進行方向が+Z方向に対して交差するように配置されている。詳述すると、第1発光部81は、出射された第1光の主光線が+Z方向に対して受光部83側に傾斜した方向に進行するように配置されている。これにより、第1発光部81を受光部83に近づけることなく、ユーザーの表皮EP(図6参照)に対する第1光の照射位置を、受光部83に近づけることができる。換言すると、表皮EPの表面において第1発光部81からの第1光の照射位置と、表皮EP、真皮DE及び皮下層STにて反射された第1光が受光部83に入射されるときの表皮EPの表面における第1光の出射位置との間の距離fを、距離dと同様に2.0mm未満の値としつつ、受光部83及び第2発光部82から離れた位置に、第1発光部81を配置できる。
このように、第1発光部81からの第1光の出射方向を調整することによって、第1発光部81の発光中心C1と受光部83の受光中心CAとの間の+X方向における距離L1Fが、上記距離L1と同様の範囲の値でなくても、表皮EPの表面に対する第1光の照射位置を調整できる。そして、これにより、ユーザーの体にて反射されて受光部83に受光される第1光のユーザーの体における経路を調整できる。
このような生体センサーモジュール8Fが、生体センサーモジュール8Aに代えて採用された生体情報測定装置1によっても、上記と同様の効果を奏することができる。
この他、ユーザーの表皮EPに対する第1光の照射位置を調整できるので、受光部83から上記距離L1の範囲内に第1発光部81を必ずしも配置する必要がない。このため、第1発光部81の配置自由度を高めることできる。
なお、生体センサーモジュール8Fでは、第1発光部81自体が基板85の面851に対して傾斜するように設けられていることによって、第1光は+Z方向に対して交差する方向に進行するとした。しかしながら、これに限らず、第1発光部81が、+Z方向と平行に出射された第1光の進行方向を+Z方向に対して傾かせる光路調整部材を備えていてもよい。このような光路調整部材として、プリズムを例示できる。
また、第1発光部81は、出射された第1光が+Z方向に対して受光部83側に傾斜した方向に進行するように配置されるとしたが、これに限らず、出射された第1光が+Z方向に対して受光部83とは反対側に傾斜した方向に進行するように配置されてもよい。
更に、第1発光部81に代えて、或いは、加えて、出射された第2光が+Z方向に対して交差する方向に進行するように、第2発光部82を配置、或いは、構成してもよい。この場合、ユーザーの表皮EPにおいて第2光の照射位置を調整できる。そして、この場合、第2発光部82自体を受光部83に近づけることなく、ユーザーの表皮EPに対する第2光の照射位置を受光部83に応じた位置に近づけることができる。換言すると、第2発光部82の発光中心C2と受光部83の受光中心CAとの間の距離が2.0mm未満でなくても、第2発光部82から出射された第2光の生体への照射位置と、照射位置から生体内に入射されて、表皮EPの表面から深さ1.0mm以下の領域に位置する表皮EP及び真皮DEにて反射されて受光部83に入射される光の生体からの出射位置との間の距離を、2.0mm未満とすることができる。このため、第1実施形態での場合と同様に、受光部83での受光光量のうち、生体の表皮EP及び真皮DEにて反射されて受光部83によって受光される第2光の受光光量の割合を高めることができる。従って、このような場合には、上記生体センサーモジュール8Aと同様に、第1検出信号から皮膚SKの動きに起因するノイズ成分を効果的に除去できる他、第2発光部82の配置自由度を高めることができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態に係る生体情報測定装置は、第1実施形態にて示した生体情報測定装置1と同様の構成を備えるが、第1発光部及び第2発光部がそれぞれ複数設けられている点で、生体情報測定装置1と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
図15は、本実施形態に係る生体情報測定装置が備える生体センサーモジュール8Gを示す平面図である。なお、図15においては、基板85の図示を省略している。
本実施形態に係る生体情報測定装置は、生体センサーモジュール8Aに代えて生体センサーモジュール8Gを有する他は、生体情報測定装置1と同様の構成及び機能を有する。また、生体センサーモジュール8Gは、図15に示すように、2つの第1発光部81A,81B、2つの第2発光部82A,82B、1つの受光部83、及び、1つの遮光部84と、これらを支持する図示しない基板85と、を備え、生体センサーモジュール8Aと同様に機能する。
第1発光部81A,81Bは、それぞれ第1発光部81と同様の構成を備えており、500nm以上、600nm未満の波長の光を第1光として出射する。第1発光部81A,81Bは、第2発光部82A,82B及び受光部83を+X方向において挟む位置に設けられている。そして、第1発光部81Aの発光中心C1A及び第1発光部81Bの発光中心C1Bは、+X方向と平行で受光中心CAを通る仮想線VLx上に位置する。
第1発光部81Aは、受光部83に対して+X方向に配置されている。第1発光部81Aの発光中心C1Aと受光中心CAとの間の+X方向における距離L1Aは、上記距離L1に対して設定された範囲内の値である。
第1発光部81Bは、受光部83に対して−X方向に配置されている。第1発光部81Bの発光中心C1Bと受光中心CAとの間の+X方向における距離L1Bも、上記距離L1に対して設定された範囲内の値である。
なお、距離L1Aと距離L1Bとは、異なっていてもよい。
第2発光部82A,82Bは、それぞれ第2発光部82と同様の構成を備えており、それぞれ600nm以上の波長の光を第2光として出射する。第2発光部82A,82Bは、受光部83を+X方向において挟む位置に設けられている。換言すると、第2発光部82A,82Bは、+X方向において第1発光部81A,81Bに挟まれる位置に設けられ、第2発光部82Aは、受光部83と第1発光部81Aとの間に位置し、第2発光部82Bは、受光部83と第1発光部81Bとの間に位置する。そして、第2発光部82Aは、受光部83に対する+X方向に位置し、第2発光部82Bは、受光部83に対する−X方向に位置する。
なお、第2発光部82Aの発光中心C2Aと、第2発光部82Bの発光中心C2Bとは、上記した仮想線VLx上に位置する。
第2発光部82Aの発光中心C2Aと受光中心CAとの間の+X方向における距離L2Aは、上記距離L2と同様の範囲内の値に設定されている。また、第2発光部82Aにおける受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82A側の端部との間の+X方向における距離LAAは、上記距離LAと同様の範囲内の値に設定されている。
第2発光部82Bの発光中心C2Bと受光中心CAとの間の+X方向における距離L2Bは、上記距離L2と同様の範囲内の値に設定されている。また、第2発光部82Bにおける受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82B側の端部との間の+X方向における距離LABは、上記距離LAと同様の範囲内の値に設定されている。
なお、距離L2A,L2Bは異なっていてもよい。同様に、距離LAA,LABは異なっていてもよい。
[第2実施形態の効果]
以上説明した本実施形態に係る生体センサーモジュール8Gを備える生体情報測定装置は、上記第1実施形態にて示した生体センサーモジュール8Aを備える生体情報測定装置1と同様の効果を奏することができる。
この他、生体センサーモジュール8Gでは、2つの第2発光部82A,82Bは、平面視で受光部83を挟み、2つの第1発光部81A,81Bは、平面視で第2発光部82A,82B及び受光部83を挟む。これにより、以下の効果を奏することができる。
すなわち、生体センサーモジュール8Gでは、生体情報の1つである脈波を検出する場合には、第1発光部81A,81Bのうち少なくとも一方が点灯される。第1発光部81A,81Bのそれぞれが点灯される場合には、受光部83によって受光される第1光の受光光量を多くすることができる。また、第1発光部81A,81Bを個別に点灯させ、第1発光部81Aの点灯時に受光部83から出力される第1検出信号、及び、第1発光部81Bの点灯時に受光部83から出力される第1検出信号のそれぞれの波形に基づいて、第1発光部81A,81Bのうち脈波の検出に適した第1発光部を用いることもできる。
同様に、第2発光部82A,82Bのそれぞれが点灯される場合には、受光部83によって受光される第2光の受光光量を多くすることができる。また、第2発光部82A,82Bを個別に点灯させ、第2発光部82Aの点灯時に受光部83から出力される第2検出信号、及び、第2発光部82Bの点灯時に受光部83から出力される第2検出信号のそれぞれの波形に基づいて、第2発光部82A,82Bのうちノイズ成分の検出に適した第2発光部を用いることもできる。
[第2実施形態の変形]
生体センサーモジュール8Gは、+X方向において受光部83を挟む第2発光部82A,82Bと、+X方向において第2発光部82A,82B及び受光部83を挟む第1発光部81A,81Bと、を有するとした。しかしながら、これに限らず、第2発光部82A,82Bは、+Y方向において受光部83を挟む位置に配置され、第1発光部81A,81Bは、+Y方向において第2発光部82A,82B及び受光部83を挟む位置に配置されてもよい。すなわち、受光中心CAを通り、かつ、発光中心C1A,C2A,C2B,C1Bと交差する仮想線の延出方向は、+X方向と平行な方向に限らず、他の方向でもよい。
図16は、生体センサーモジュール8Gの変形である生体センサーモジュール8Hを示す平面図である。なお、図16においては、基板85の図示を省略している。
例えば、図16に示す生体センサーモジュール8Hを、生体センサーモジュール8Gに代えて採用してもよい。
生体センサーモジュール8Hは、3つの第1発光部81A,81B,81C、3つの第2発光部82A,82B,82C、1つの受光部83、及び、1つの遮光部84と、これらを支持する図示しない基板85と、を備え、生体センサーモジュール8Gと同様に機能する。なお、受光部83及び遮光部84は、生体センサーモジュール8Gと同様に配置されている。例えば、受光部83の受光中心CAは、接触部221の平面視での中心に位置している。
3つの第1発光部81A,81B,81Cは、それぞれ第1発光部81と同様の構成を備えており、それぞれ500nm以上、600nm未満の波長の光を第1光として出射する。第1発光部81A,81B,81Cは、第2発光部82A,82B,82C、受光部83及び遮光部84の外側に設けられている。
具体的に、第1発光部81A,81Bは、第2発光部82A,82B、受光部83及び遮光部84を+Y方向において挟む位置に配置されている。第1発光部81Cは、+X方向において受光部83との間に第2発光部82Cを挟む位置に配置されている。すなわち、第1発光部81Aの発光中心C1A及び第1発光部81Bの発光中心C1Bは、+Y方向と平行で受光中心CAを通る仮想線VLy上に位置し、第1発光部81Cの発光中心C1Cは、+X方向と平行で受光中心CAを通る仮想線VLx上に位置する。
第1発光部81Aは、受光部83に対して+Y方向に配置され、第1発光部81Bは、受光部83に対して−Y方向に配置され、第1発光部81Cは、受光部83に対して+X方向に配置されている。そして、第1発光部81Aの発光中心C1Aと受光中心CAの間の+Y方向における距離L1A、第1発光部81Bの発光中心C2Bと受光中心CAの間の+Y方向における距離L1B、及び、第1発光部81Cの発光中心C1Cと受光中心CAの間の+X方向における距離L1Cは、それぞれ、上記距離L1に対して設定された範囲内の値である。
なお、距離L1A,L1B,L1Cは、上記範囲内の値であれば互いに異なる値でもよい。
3つの第2発光部82A,82B,82Cは、それぞれ第2発光部82と同様の構成を備えており、それぞれ600nm以上の波長の光を第2光として出射する。第2発光部82A,82B,82Cは、受光部83及び遮光部84を囲み、かつ、第1発光部81A,81B,81Cによって囲まれる位置に配置されている。
具体的に、第2発光部82A,82Bは、受光部83及び遮光部84を+Y方向において挟むとともに、第1発光部81A,81Bによって挟まれる位置に配置されている。第2発光部82Cは、受光部83及び遮光部84に対して+X方向に配置され、受光部83を囲む遮光部84と第1発光部81Cとによって挟まれる位置に配置されている。すなわち、第2発光部82Aの発光中心C2A及び第2発光部82Bの発光中心C2Bは、仮想線VLy上に位置し、第2発光部82Cの発光中心C2Cは、仮想線VLx上に位置する。
第2発光部82Aの発光中心C2Aと受光中心CAとの間の+Y方向における距離L2A、第2発光部82Bの発光中心C2Bと受光中心CAとの間の+Y方向における距離L2B、及び、第2発光部82Cの発光中心C2Cと受光中心CAとの間の+X方向における距離L2Cは、それぞれ、上記距離L2に対して設定された範囲内の値に設定されている。
第2発光部82Aにおける受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82A側の端部との間の+Y方向における距離LAA、第2発光部82Bにおける受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82B側の端部との間の+Y方向における距離LAB、及び、第2発光部82Cにおける受光部83側の端部と、受光部83における第2発光部82C側の端部との間の+X方向における距離LACは、それぞれ、上記距離LAに対して設定された範囲内の値に設定されている。
なお、距離L2A,L2B,L2Cは、上記範囲内の値であれば、互いに異なる値でもよい。同様に、距離LAA,LAB,LACは、上記範囲内の値であれば、互いに異なる値でもよい。
このような生体センサーモジュール8Hを備える生体情報測定装置によっても、生体センサーモジュール8Gを備える生体情報測定装置と同様の効果を奏することができる。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態に係る生体情報測定装置は、生体情報測定装置1と同様の構成を有するが、受光部が複数設けられている点において、生体情報測定装置1と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
図17は、本実施形態に係る生体情報測定装置が備える生体センサーモジュール8Iを示す平面図である。なお、図17においては、基板85の図示を省略している。
本実施形態に係る生体情報測定装置は、生体センサーモジュール8Aに代えて生体センサーモジュール8Iを有する他は、生体情報測定装置1と同様の構成及び機能を有する。生体センサーモジュール8Iは、図17に示すように、1つの第1発光部81、3つの第2発光部82A,82B,82C、3つの受光部83A,83B,83C及び3つの遮光部84A,84B,84Cと、これらを支持する図示しない基板85と、を備え、生体センサーモジュール8Aと同様に機能する。
第1発光部81は、上記のように、500nm以上、600nm未満の波長の光を第1光として出射する。生体センサーモジュール8Iにおいて、第1発光部81は、平面視で第2発光部82A,82B,82C、受光部83A,83B,83C及び遮光部84A,84B,84Cが配置される領域の略中央に位置する。
なお、生体センサーモジュール8Iにおいては、第1発光部81の発光中心C1は、接触部221の平面視での中心に位置している。また、第1発光部81は、平面視略正方形状であるが、これに限らず、例えば平面視略円形状であってもよく、平面視長方形状であってもよい。
第2発光部82A,82B,82Cは、第1発光部81に対して+Y方向、−Y方向及び+X方向にそれぞれ位置する。換言すると、第2発光部82Aは、+Y方向において第1発光部81と受光部83Aとの間に配置され、第2発光部82Bは、+Y方向において第1発光部81と受光部83Bとの間に配置され、第2発光部82Cは、+X方向において第1発光部81と受光部83Cとの間に配置されている。
第2発光部82A,82B,82Cのそれぞれは、第2発光部82と同様の構成を備えており、600nm以上の波長の光を第2光として出射する。
受光部83A,83B,83Cは、それぞれ受光部83と同様の構成を備えている。受光部83Aは、第2発光部82Aに対して+Y方向に位置し、受光部83Bは、第2発光部82Bに対して−Y方向に位置し、受光部83Cは、第2発光部82Cに対して+X方向に位置する。すなわち、受光部83A,83Bは、+Y方向において第1発光部81及び第2発光部82A,82Bを挟む位置に配置されている。詳述すると、受光部83Aは、+Y方向において第1発光部81との間に第2発光部82Aを挟む位置に配置され、受光部83Bは、+Y方向において第1発光部81との間に第2発光部82Bを挟む位置に配置されている。受光部83Cは、+X方向において第1発光部81との間に第2発光部82Cを挟む位置に配置されている。
そして、受光部83A,83B,83Cは、第1発光部81から出射されてユーザーの表皮EP、真皮DE及び皮下層STにて反射された第1光をそれぞれ受光する。また、受光部83Aは、第2発光部82Aから出射されてユーザーの表皮EP及び真皮DEにて反射された第2光を受光する。同様に、受光部83Bは、第2発光部82Bから出射されてユーザーの表皮EP及び真皮DEにて反射された第2光を受光し、受光部83Cは、第2発光部82Cから出射されてユーザーの表皮EP及び真皮DEにて反射された第2光を受光する。
遮光部84A,84B,84Cは、受光部83A,83B,83Cのうち、対応する受光部に応じて設けられている。具体的に、遮光部84Aは、受光部83Aを平面視で囲む枠状に設けられている。すなわち、遮光部84Aは、第1発光部81及び第2発光部82Aと、受光部83Aとの間に設けられている。受光部83Bに応じて枠状に設けられる遮光部84B、及び、受光部83Cに応じて枠状に設けられる遮光部84Cも同様である。
ここで、受光部83Aの受光中心CAA、第2発光部82Aの発光中心C2A、第1発光部81の発光中心C1、第2発光部82Bの発光中心C2B、及び、受光部83Bの受光中心CABは、それぞれ、+Y方向と平行な仮想線VLy上に位置している。
また、第1発光部81の発光中心C1、第2発光部82Cの発光中心C2C、及び、受光部83Cの受光中心CACは、それぞれ、+X方向と平行な仮想線VLx上に位置している。
なお、仮想線VLyと仮想線VLxとは、発光中心C1にて交差している。
発光中心C1と受光中心CAAとの間の+Y方向における距離L1A、発光中心C1と受光中心CABとの間の+Y方向における距離L1B、及び、発光中心C1と受光中心CACとの間の+X方向における距離L1Cは、それぞれ、上記距離L1に応じて設定された範囲内の値に設定されている。
なお、距離L1A,L1B,L1Cは、上記範囲内の値であれば、互いに異なる値でもよい。
発光中心C2Aと受光中心CAAとの間の+Y方向における距離L2A、発光中心C2Bと受光中心CABとの間の+Y方向における距離L2B、及び、発光中心C2Cと受光中心CACとの間の+X方向における距離L2Cは、それぞれ、距離L2に応じて設定された範囲内の値に設定されている。
また、第2発光部82Aにおける受光部83A側の端部と受光部83Aにおける第2発光部82A側の端部との間の+Y方向における距離LAA、第2発光部82Bにおける受光部83B側の端部と受光部83Bにおける第2発光部82B側の端部との間の+Y方向における距離LAB、及び、第2発光部82Cにおける受光部83C側の端部と受光部83Cにおける第2発光部82C側の端部との間の+X方向における距離LACは、それぞれ、距離LAに応じて設定された範囲内の値に設定されている。
なお、距離L2A,L2B,L2Cは、上記範囲内の値であれば、互いに異なる値でもよい。同様に、距離LAA,LAB,LACは、上記範囲内の値であれば、互いに異なる値でもよい。
このような生体センサーモジュール8Iを備える生体情報測定装置は、上記生体センサーモジュール8Aを備える生体情報測定装置1と同様の効果を奏することができる。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
本実施形態に係る生体情報測定装置は、第3実施形態にて示した生体情報測定装置と同様の構成を備える。しかしながら、本実施形態に係る生体情報測定装置は、第1発光部が第1光を出射する発光素子の他に、第1光及び第2光とは異なる波長の光を出射する発光素子を備える点で、第3実施形態にて示した生体情報測定装置と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
図18は、本実施形態に係る生体情報測定装置が備える生体センサーモジュール8Jを示す平面図である。なお、図18においては、基板85の図示を省略している。
本実施形態に係る生体情報測定装置は、生体センサーモジュール8Iに代えて生体センサーモジュール8Jを有する他は、第3実施形態にて示した生体情報測定装置と同様の構成及び機能を有する。
生体センサーモジュール8Jは、図18に示すように、第1発光部81に代えて第1発光部87を有する一方で、第2発光部82Cを有しない他は、生体センサーモジュール8Iと同様の構成及び機能を有する。すなわち、生体センサーモジュール8Jは、第1発光部87、第2発光部82A,82B、受光部83A,83B,83C及び遮光部84A,84B,84Cと、これらを支持する図示しない基板85と、を備える。
なお、第2発光部82Aは、+Y方向において第1発光部87と受光部83Aとの間に配置され、第2発光部82Bは、+Y方向において第1発光部87と受光部83Bとの間に配置されている。
第1発光部87は、500nm以上、600nm未満の波長の光を第1光として出射する発光素子811と、第1光及び第2光とは異なる波長の光を出射する2つの発光素子871,872と、を有する。発光素子811は、第1発光部87の平面視での中心C87に対する−X方向側に位置し、発光素子871,872は、中心C87に対して+X方向側に位置している。
発光素子811の発光中心C1、すなわち、第1発光部87において第1光の発光中心C1は、+X方向と平行な仮想線VLx上に位置している。また、発光中心C1と受光中心CAAとの間の+Y方向における距離L1A、及び、発光中心C1と受光中心CABとの間の+Y方向における距離L1Bは、上記距離L1に対して設定された範囲内の値に設定されている。
発光素子811から出射されてユーザーの体にて反射された第1光は、受光部83A,83Bにて受光される。なお、発光素子811の発光中心C1は、仮想線VLyから−X方向側にずれているが、これに限らず、発光中心C1は、仮想線VLy上に位置していてもよい。この場合には、発光素子811から出射されユーザーの体にて反射されて受光部83A,83Bに入射される第1光の経路に、第2発光部82A,82Bから出射されてユーザーの皮膚SKにて反射されて受光部83A,83Bに入射される第2光の経路を含めることができる。
発光素子871,872は、第1光の受光光量に応じた第1検出信号に基づいて検出及び測定される生体情報とは異なる生体情報を検出及び測定する際に利用される。発光素子871,872は、それぞれ第1光及び第2光とは波長の異なり、かつ、互いに波長が異なる第3光及び第4光を出射する。
本実施形態では、発光素子871,872は、生体情報の1つであるSpO2(経皮的動脈血酸素飽和度)を検出する際に利用される。発光素子871,872のうち一方は、805nm未満の波長の光を第3光として出射し、他方は、805nm以上の波長の光を第4光として出射する。例えば、発光素子871は、665nmの光を第3光として出射し、発光素子872は、880nmの光を第4光として出射する。
発光素子871,872から出射されてユーザーの体を通過した第3光及び第4光は、受光部83Cによって受光される。受光部83Cは、第3光の受光光量に応じた第3検出信号、及び、第4光の受光光量に応じた第4検出信号を出力する。そして、処理部7は、第3検出信号をノイズ除去用の参照信号とし、第3検出信号を用いてノイズ成分を除去した第4検出信号に基づいて、SpO2を算出する。
このような生体センサーモジュール8Jにおいても、発光中心C2Aと受光中心CAAとの間の+Y方向における距離L2A、及び、発光中心C2Bと受光中心CABとの間の+Y方向における距離L2Bは、上記距離L2に対して設定された範囲内の値に設定されている。また、第2発光部82Aにおける受光部83A側の端部と受光部83Aにおける第2発光部82A側の端部との間の+Y方向における距離LAA、及び、第2発光部82Bにおける受光部83B側の端部と受光部83Bにおける第2発光部82B側の端部との間の+Y方向における距離LABは、上記距離LAに対して設定された範囲内の値に設定されている。
なお、距離L2A,L2Bは、上記範囲内の値であれば互いに異なる値でもよく、距離LAA,LABも、上記範囲内の値であれば互いに異なる値でもよい。
このような生体センサーモジュール8Jを備える生体情報測定装置は、上記生体センサーモジュール8Iを備える生体情報測定装置と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
第1発光部87は、第1光を出射する発光素子811の他、第3光及び第4光を出射する発光素子871,872を有する。ユーザーの体を通過した第3光及び第4光は、受光部83Cによってそれぞれ受光され、受光部83Cから、第3光の受光光量に応じた第3検出信号、及び、第4光の受光光量に応じた第4検出信号が出力される。そして、処理部7は、第3検出信号を用いてノイズ成分を除去した第4検出信号に基づいて、例えばSpO2を算出する。これによれば、第1検出信号及び第2検出信号に基づいて検出及び測定される生体情報の他に、異なる生体情報を検出及び測定できる。従って、生体センサーモジュール8J、ひいては、生体情報測定装置の汎用性を高めることができる。
[実施形態の変形]
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、生体であるユーザーの体にて反射されて出射位置から出射されて受光部に受光される第1光及び第2光のうち、第1光を主に表皮EP、真皮DE及び皮下層STにて反射された光とし、第2光を主に表皮EP及び真皮DEにて反射された光とするために、出射位置に対する第1光及び第2光の照射位置を調整した。そして、第1光及び第2光のそれぞれの照射位置を調整するために、受光中心との距離が上記範囲内の値となるように第1発光部を配置し、受光中心との距離が上記範囲内の値となるように第2発光部を配置した。
しかしながら、これに限らず、図14に示した生体センサーモジュール8Fのように、生体であるユーザーの体に対する第2光の照射位置と、表皮EPの表面からの光の出射位置との間の距離が、上記距離L2に対して設定された範囲内の値となれば、第2発光部と受光部とが平面視で並ぶ方向において、第2発光部の発光中心と受光部の受光中心との間の距離が、上記距離L2に対して設定された範囲内の値となる必要は必ずしもない。
上記各実施形態では、第1光は、500nm以上、600nm未満の波長の光であり、第2光は、600nm以上の波長の光であるとした。しかしながら、これに限らず、第1光及び第2光の波長は、検出される生体情報の種類に応じて、適宜変更可能である。例えば、ユーザーの体における反射部位に応じて第1光と第2光とを区別できれば、第1光の波長域と第2光の波長域との少なくとも一部が一致していてもよい。
上記各実施形態では、第1発光部の発光中心は、第1発光部の平面視での中心と一致し、第2発光部の発光中心は、第2発光部の平面視での中心と一致するとした。しかしながら、これに限らず、第1発光部及び第2発光部の構成によっては、必ずしも、発光中心が発光部の平面視での中心と一致しなくてもよい。また、第1発光部と受光部との間の距離、及び、第2発光部と受光部との間の距離は、必ずしも中心間距離でなくてもよい。また、第1発光部及び第2発光部の中心は発光中心でなくてもよく、受光部の中心も受光中心でなくてもよい。
上記各実施形態では、受光部において第2発光部側の第1領域は、第2領域より平面視の面積が大きいとした。しかしながら、これに限らず、受光部が、第2発光部から出射されてユーザーの体にて反射された第2光を受光できれば、第1領域の平面視での面積は、第2領域の平面視での面積より大きくなくてもよい。
また、第2発光部と受光部とが並ぶ方向において、第2発光部における受光部側の端部と、受光部における第2発光部側の端部との間の距離も、上記範囲内の値に限定されず、適宜変更してよい。
上記各実施形態では、第1発光部及び第2発光部は、LED及び有機EL素子等の発光素子を有し、受光部は、フォトダイオードを有するとした。しかしながら、これに限らず、第1発光部、第2発光部及び受光部は、それぞれの機能を実現できれば、構成は問わない。
上記各実施形態では、計測部4は、生体センサーモジュール8A〜8Jに加えて、生体情報測定装置に作用する加速度を検出する加速度センサー41を有するとした。しかしながら、これに限らず、加速度センサー41は無くてもよい。また、生体情報測定装置は、位置情報を計測可能な位置センサー(例えばGPS受信機)等の他のセンサーを備えていてもよい。
上記各実施形態では、生体センサーモジュール8A〜8Hは、生体情報の1つである脈波を検出するものとし、処理部7は、生体センサーモジュール8A〜8Hから出力された検出信号に基づいて、生体情報の他の1つである脈拍数を決定するものとした。すなわち、上記した生体情報測定装置は、脈波及び脈拍数を生体情報として測定するものとした。また、生体センサーモジュール8Jを備える生体情報測定装置は、脈波及び脈拍数の他、SpO2を測定可能なものとした。しかしながら、これに限らず、本発明の生体情報測定装置が検出及び測定可能な生体情報は、脈波、脈拍数及びSpO2に限定されない。例えば、HRV(Heart Rate Variability)、RRI(R-R Interval:脈拍間隔)、血圧、血糖値、活動量や消費カロリー、最大酸素摂取量(VO2max)等、種々の生体情報を測定する生体情報測定装置に、本発明を適用してもよい。
上記各実施形態では、ユーザーの手首に装着される生体情報測定装置に、生体センサーモジュール8A〜8Jを適用した例を挙げた。しかしながら、これに限らず、生体情報測定装置が装着される被装着部位は、ユーザーの上腕、前腕を含む上肢、大腿、下腿を含む下肢、体幹、頸部、足首等、腱や筋肉の動きにより皮膚が変位するような部位であれば他の部位であってもよい。
1…生体情報測定装置、2…ハウジング、22…背面部、221…接触部、222…開口部、223…透光性部材、224…接続部、23…側面部、7…処理部、8A,8B,8C,8D,8E,8F,8G,8H,8I,8J…生体センサーモジュール、81,81A,81B,81C,81E,87…第1発光部、82,82A,82B,82C,82E…第2発光部、83,83A,83B,83C…受光部、83a…第1領域(2.0mm未満の領域)、83b…第2領域(2.0mm以上の領域)、84,84A,84B,84C…遮光部、C1,C1A,C1B,C1C…(第1発光部の)発光中心、C2,C2A,C2B,C2C…(第2発光部の)発光中心、CA,CAA,CAB,CAC…受光中心、DE…真皮、EP…表皮、SK…皮膚、ST…皮下層。

Claims (14)

  1. 第1光を出射する第1発光部と、
    第2光を出射する第2発光部と、
    皮膚の表皮、真皮及び皮下層で反射された前記第1光、並びに、前記皮膚の表皮及び真皮で反射された前記第2光を受光する受光部と、
    前記受光部が受光した前記第1光に基づいて出力された第1検出信号から、前記受光部が受光した前記第2光に基づいて出力された第2検出信号を用いてノイズを除去して生体情報を算出する処理部と、を備えることを特徴とする生体情報測定装置。
  2. 請求項1に記載の生体情報測定装置において、
    前記第1発光部及び前記第2発光部は、ユーザーの体における前記第2光の経路が、前記ユーザーの体における前記第1光の経路に含まれる位置に配置されることを特徴とする生体情報測定装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の生体情報測定装置において、
    前記第1光の波長は、500nm以上、600nm未満であり、
    前記第2光の波長は、600nm以上であることを特徴とする生体情報測定装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の生体情報測定装置において、
    前記第2発光部と前記受光部との間の距離は、2.0mm未満であることを特徴とする生体情報測定装置。
  5. 第1光を出射する第1発光部と、
    第2光を出射する第2発光部と、
    前記第1発光部及び前記第2発光部からの光を受光し、第1検出信号及び第2検出信号を出力する受光部と、
    前記第1検出信号及び前記第2検出信号に基づいて生体情報を決定する処理部と、を備え、
    前記第2発光部と前記受光部との間の距離は、2.0mm未満であることを特徴とする生体情報測定装置。
  6. 請求項5に記載の生体情報測定装置において、
    前記第2発光部と前記受光部との間の距離は、前記第2発光部の発光中心と前記受光部の受光中心との間の距離であることを特徴とする生体情報測定装置。
  7. 請求項6に記載の生体情報測定装置において、
    前記第2発光部の発光中心は、平面視での前記第2発光部の中心であり、
    前記受光部の受光中心は、平面視での前記受光部における受光面の中心であることを特徴とする生体情報測定装置。
  8. 請求項5から請求項7のいずれか一項に記載の生体情報測定装置において、
    前記第1光の波長は、500nm以上、600nm未満であり、
    前記第2光の波長は、600nm以上であることを特徴とする生体情報測定装置。
  9. 請求項5から請求項8のいずれか一項に記載の生体情報測定装置において、
    前記第1発光部から前記受光部に向かう方向における前記第1発光部と前記受光部との間の距離は、前記第2発光部から前記受光部に向かう方向における前記第2発光部と前記受光部との間の距離以上であることを特徴とする生体情報測定装置。
  10. 請求項5から請求項9のいずれか一項に記載の生体情報測定装置において、
    前記第2発光部から前記受光部に向かう方向における前記第2発光部と前記受光部との間の距離は、0.5mm以上、2.0mm未満であることを特徴とする生体情報測定装置。
  11. 請求項5から請求項10のいずれか一項に記載の生体情報測定装置において、
    前記受光部において、前記第2発光部との間の距離が2.0mm未満の領域は、前記第2発光部との間の距離が2.0mm以上の領域よりも大きいことを特徴とする生体情報測定装置。
  12. 請求項5から請求項11のいずれか一項に記載の生体情報測定装置において、
    前記第2発光部は、前記第1発光部と前記受光部との間に配置されていることを特徴とする生体情報測定装置。
  13. 請求項12に記載の生体情報測定装置において、
    前記第2発光部は、平面視で前記受光部を挟んで複数設けられ、
    前記第1発光部は、平面視で複数の前記第2発光部及び前記受光部を挟んで複数設けられていることを特徴とする生体情報測定装置。
  14. 請求項5から請求項11のいずれか一項に記載の生体情報測定装置において、
    前記受光部は、前記第1発光部と前記第2発光部との間に位置していることを特徴とする生体情報測定装置。
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