JP5078721B2 - 光学式生体情報測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子及び受光素子間に介在させた生体の情報、例えば脈拍、血圧、酸素飽和度等を測定する光学式生体情報測定装置に関する。

図１３は、従来の光学式生体情報測定装置を示す模式図、図１４は、従来の光学式生体情報測定装置を手首Ａに装着した状態を模式的に示す縦断面図である。従来の光学式生体情報測定装置は、例えば手首Ａに装着される帯体１０に配設された一対の発光素子１１及び受光素子１２を備えている。光学式生体情報測定装置は、図１４に示すように発光素子１１及び受光素子１２の間に血管Ｂ、例えば尺骨動脈が位置するように帯体１０を手首Ａに巻き付けて使用する。光学式生体情報測定装置の発光素子１１は血管Ｂに対して光を照射し、受光素子１２は血管Ｂで反射された光を光電変換する。そして、光学式生体情報測定装置は、受光素子１２から血管Ｂの拍動に応じた脈波信号を取得し、脈拍、血液、酸素飽和度等の生体情報を測定する。

一方、個人差によって血管の深さが異なる場合であっても生体情報を測定することができる光学式生体情報測定装置が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に係る光学式生体情報測定装置は、一つの受光素子と、複数の発光素子とを手首の周方向に並設してなり、各発光素子を順次発光させ、受光素子で得られる脈波信号の振幅が最大になる発光素子を選択するように構成されている。生体情報を効果的に測定することができる血管の深さは、発光素子及び受光素子の離隔距離の半分の深さであることが一般に知られている。特許文献１によれば、発光素子と受光素子との距離を調整することができるため、個人差によって血管の深さが異なる場合であっても生体情報を測定することができる。

また、ノイズの原因となる外乱光の受光を抑え、精度良く生体情報を測定することができる光学式生体情報測定装置が提案されている（例えば、特許文献２）。特許文献２に係る光学式生体情報測定装置は、一つの発光素子と、二次元的に配された複数の小型受光素子とを備えている。小型受光素子の血管の太さ方向の寸法は、約１ｍｍ〜２ｍｍである。光学式生体情報測定装置は、外乱光の影響が大きい小型受光素子を停止させ、外乱光の影響が小さい小型受光素子のみを駆動させることによって、ノイズの原因となる外乱光の受光を抑えている。
特開平１１−３１８８４０号公報 特開２００６−３２５７６６号公報

しかしながら、図１３及び図１４に示した従来の光学式生体情報測定装置においては、発光素子１１及び受光素子１２を一対のみ備える構成であるため、発光素子１１及び受光素子１２の間に血管Ｂが位置するよう、正確に帯体１０を装着する必要がある。このため、光学式生体情報測定装置の使用者は、血管Ｂの位置を探り当てて発光素子１１及び受光素子１２を位置決めする必要があり、光学式生体情報測定装置の装着には専門的熟練を要していた。
また、光学式生体情報測定装置を装着できたとしても、体動、その他の原因により発光素子１１及び受光素子１２が位置ずれした場合、血管Ｂに対する発光素子１１及び受光素子１２の位置を定期的に再調整する必要があり、生体情報の測定に過大な手間と時間を要していた。

一方、特許文献１においては、発光素子及び受光素子間の複数ある発光素子のいずれか一つを選択する構成であるため、発光素子及び受光素子の位置決めが不要にも思えるが、一つの受光素子のみで血管からの反射光を受光する構成であるため、生体情報の測定に使用する発光素子によって発光素子及び受光素子間の距離が変化し、測定可能な血管の深さも変化する。従って、同一人の血管から生体情報を測定することができる発光素子及び受光素子の対は結局のところ一対だけである。このため、体動によって発光素子及び受光素子が手首の周方向に位置ずれした場合、生体情報を測定することができなくなる。

また、特許文献２は、ノイズを軽減することを目的として血管の太さよりも小寸法の小型受光素子を二次元的に配しているため、体動によって発光素子及び小型受光素子が手首の周方向に大きくずれた場合、当該位置ずれに対応することができず生体情報を測定することができないという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、光学式生体情報測定装置の装着時に
おける発光素子及び受光素子の位置決めが不要で簡単に光学式生体情報測定装置を装着す
ることができ、また、体動によって発光素子及び受光素子が位置ずれした場合であっても
、手動で発光素子及び受光素子の位置補正を行う必要が無く、継続して生体情報を測定す
ることができる光学式生体情報測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学式生体情報測定装置は、光を照射する発光素子と、該発光素子に対して離隔配置されており、該発光素子からの光を受光する受光素子とを備え、前記発光素子及び受光素子間に介在させた生体の情報を前記受光素子から得られる信号に基づいて測定する光学式生体情報測定装置において、前記発光素子及び前記受光素子間の光路上に配されており、前記発光素子からの光を遮断する遮光面及び該光を透過させる透光部を形成する遮光部材と、前記受光素子から得られる信号の強度に基づいて、前記発光素子又は前記受光素子に対する前記透光部の位置を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る光学式生体情報測定装置は、前記受光素子は前記発光素子に比べて大寸法の受光面を有しており、前記遮光部材は、前記受光素子の前記受光面を覆う液晶シャッタであることを特徴とする。

本発明に係る光学式生体情報測定装置は、前記制御手段は、前記受光素子から得られる信号の強度に基づいて、前記透光部の大きさを制御する手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る光学式生体情報測定装置は、前記制御手段は、前記受光素子から得られる信号の強度に基づいて、前記透光部の数又は形状を制御する手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る光学式生体情報測定装置は、加速度を検出する加速度検出手段を備え、前記制御手段は、前記加速度検出手段が加速度を検出した場合、前記透光部の位置を制御するようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る光学式生体情報測定装置は、計時手段を備え、前記制御手段は、前記計時手段が所定時間を計時する都度、前記透光部の位置を制御するようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る光学式生体情報測定装置は、前記制御手段は、前記透光部の位置を変更する手段と、前記透光部が異なる位置に形成された場合に前記受光素子から得られる信号の強度夫々を比較する比較手段と、該比較手段の比較結果に応じて前記透光部の位置を選択する手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る光学式生体情報測定装置は、前記制御手段は、前記受光素子から得られる信号の強度及び所定強度を比較する比較手段と、前記受光素子から得られる信号の強度が所定強度未満である場合、前記透光部の位置を変更する手段とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、発光素子及び受光素子に配された遮光部材、例えば液晶シャッタが遮光面及び透光部を形成し、制御手段が透光部の位置を制御することによって、発光素子及び受光素子間の相対位置及び距離を実質的に変動させることができる。このため、光学式生体情報測定装置を大凡の位置に装着した場合であっても、透光部の位置を制御することにより、発光素子から透光部を通じて受光素子に至る光路上に被検生体部分、例えば血管を位置させることができる。また、被検生体部分に沿って透光部の位置を移動させることにより、発光素子及び受光素子間の距離を変動させることもできる。
更に、体動によって光路上から被検生体部分が位置ずれした場合であっても、透光部の位置を制御することにより、発光素子から透光部を通じて受光素子に至る光路上に被検生体部分を位置させることができる。
従って、従来の光学式生体情報測定装置に比べて、光学式生体情報測定装置の装着が容易である。また、体動によって光路上から被検生体部分が位置ずれした場合であっても、発光素子及び受光素子の位置調整は不要である。
なお、本発明に係る光学式生体情報測定装置には、被検生体部分から反射された光を受光する反射型のみならず、被検生体部分を透過した光を受光する透過型も含まれる。また、遮光部材は、液晶シャッタに限定されず、透光部を形成することができる構成であれば、機械式のシャッタのような構成であっても良い。

本発明にあっては、遮光部材が発光素子より大寸法の受光面を覆っているため、受光素子の受光面領域に被検生体部位が位置するように光学式生体情報測定装置が装着された場合、制御手段は透光部の位置を制御することにより、実質的に受光素子の位置を自由に変動させることができ、発光素子から透光部を通じて受光素子に至る光路上に被検生体部分を位置させることができる。また、発光素子及び受光素子間の距離も調整することができる。

本発明にあっては、制御手段は、受光素子から得られる信号の強度に基づいて透光部の大きさを制御するため、生体情報の測定に使用する光量を調整することができる。

本発明にあっては、制御手段は、受光素子から得られる信号の強度に基づいて透光部の数又は形状を制御するため、被検生体部分の個人差に応じた最適形状の透光部を選択することができ、生体情報をより精度良く測定することができる。

本発明にあっては、加速度検出手段が加速度を検出した場合、つまり体動を検出した場合、制御手段は測定に適した透光部の位置を再制御、つまり透光部の位置を再調整する。

本発明にあっては、体動が無いような場合であっても、計時手段が所定時間を計時する都度、制御手段は測定に適した透光部の位置を再度制御、つまり透光部の位置を再調整する。

本発明にあっては、制御手段は、透光部の位置を変更し、透光部が異なる位置に形成された場合に受光素子から得られる信号の強度夫々を比較し、その比較結果に応じて前記透光部の位置を選択する。例えば、受光素子から得られる信号の強度が最大になるように透光部の位置を選択する。従って、制御手段は測定に適した透光部位置を選択することができる。

本発明にあっては、制御手段は、受光素子から得られる信号の強度及び所定強度を比較し、受光素子から得られる信号の強度が所定強度未満である場合、透光部の位置を変更する。つまり、制御手段は、受光素子から得られる信号の強度が所定強度以上になるように透光部の位置を制御する。受光素子から得られる信号の強度が所定強度以上である場合、透光部を通じた光路上に被検生体部位が位置していると予想されるため、制御手段は測定に適した透光部位置を選択することができる。
また、受光素子から得られる信号の強度が最大になる透光部の位置を選択する場合に比して、より少ない処理手順で測定に適した透光部の位置を特定することができる。

本発明によれば、発光素子及び受光素子間の光路上に配された液晶シャッタのような遮光部材と、該遮光部材上に形成可能な透光部の位置を、受光素子から得られる信号の強度に基づいて制御する制御手段とを備えることにより、光学式生体情報測定装置の装着時における発光素子及び受光素子の位置決めが不要となり、簡単に光学式生体情報測定装置を装着することができる。
また、体動によって発光素子及び受光素子が位置ずれした場合であっても、手動で発光素子及び受光素子の位置補正を行う必要が無く、継続して生体情報を測定することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明の実施の形態に係る生体情報測定用発受光器１を示す模式図、図２は、生体情報測定用発受光器１を用いてなる光学式生体情報測定装置の構成を示すブロック図、図３及び図４は、光学式生体情報測定装置を手首Ａに装着した状態を概念的に示す説明図である。特に、図４（ａ）は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図４（ｂ）は、手首Ａの外側から見た生体情報測定用発受光器１を後述の帯体１０を省略して図示している。本発明の実施の形態に係る光学式生体情報測定装置は、例えば腕時計型の脈拍計、血圧計、酸素飽和度計であり、生体情報測定用発受光器１及び制御装置２を備える。

生体情報測定用発受光器１は、手首Ａに巻き付けられるべき帯体１０と、帯体１０の装着面側、血管の走行方向に対して略直角方向、即ち帯体１０が巻回される周方向に適宜長離隔して並設された発光素子１１及び受光素子１２を備えている。帯体１０は、例えば合成樹脂又は布製であり、図示しない留め具を備えている。発光素子１１は例えば発光ダイオードであり、受光素子１２は、発光素子１１の発光面に比べて大寸法の受光面を有するフォトダイオードである。なお、血管は、尺骨Ｃに沿って走行する血管Ｂであり、図中Ｄは橈骨Ｄを示している。また、図１及び図３においては、発光素子１１及び受光素子１２は帯体１０の紙面裏側に配設されているが、作図及び説明の便宜上、実線で図示している。

受光素子１２の受光面側には、該受光面を覆うように液晶シャッタ１３（遮光部材）が配設されている。液晶シャッタ１３は、図１（ｃ）に示すように、発光素子１１からの光を遮断する遮光面１３ａと、発光素子１１からの光を透過させる透光部１３ｂとを形成することができる素子であり、制御装置２の制御に従って透光部１３ｂを形成する。図１中、ハッチングを付した部分は遮光面１３ａの部分を示しており、白抜き部分は透光部１３ｂを示している。

制御装置２は、生体情報測定用発受光器１を用いて生体情報を測定する処理及び測定結果の出力処理を行うＣＰＵ２０を備えている。ＣＰＵ２０には、バス２９を介してＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、計時部２３、表示部２４、発受光素子駆動部２５、操作部２６、液晶シャッタ駆動部２７、加速度センサ２８が接続されている。
ＲＯＭ２１は、生体情報の測定に適した透光部１３ｂの位置、大きさ、形状の制御、並びに生体情報の測定に必要なコンピュータプログラムを記憶した不揮発性のメモリであり、ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２０による演算に伴って発生する一時的な情報を記憶する揮発性メモリである。ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２１から前記コンピュータプログラムを読み出して実行することにより、透光部１３ｂに係る制御処理、生体情報の測定等の処理を実行する。計時部２３は、体動、その他の生体の状態変化による透光部１３ｂの位置補正を行うタイミングを図るべく時間を計時し、所定周期を計時する都度、所定周期が到来したことを示す信号をＣＰＵ２０に与える。表示部２４は、生体情報の測定結果を表示する液晶パネルである。操作部２６は、生体情報の測定開始、測定停止等の各種指示を制御装置２に与えるための操作ボタン、タッチパネル等である。発受光素子駆動部２５は、ＣＰＵ２０の制御に応じて発光素子１１を発光させ、受光素子１２が受光して得た信号をＡＤ変換し、ＡＤ変換して得たデータをＣＰＵ２０に与える。液晶シャッタ駆動部２７は、ＣＰＵ２０の制御に応じた制御信号を液晶シャッタ１３に与えることによって、液晶シャッタ１３の特定位置に特定の大きさ、特定形状の透光部１３ｂを形成させる。

次に、光学式生体情報測定装置の使用方法を説明する。まず、光学式生体情報測定装置の使用者は、受光素子１２の下方に血管が位置するように大凡の位置合わせを行い、光学式生体情報測定装置の帯体１０を手首Ａに巻き付ける。次いで、使用者は、操作部２６を操作することで、生体情報の測定を開始させる。操作部２６にて測定開始を受け付けた場合、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂの位置を制御することで、透光部１３ｂを通じて発光素子１１から受光素子１２に至る光路上に血管が位置するように光路を調整して、生体情報を測定し、測定結果を表示部２４にて表示する。使用者は、表示部２４から生体情報の測定結果を知ることができる。

図５は、生体情報の測定手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ２０は、発光量の初期値をＲＯＭ２１からＲＡＭ２２に読み出すことで、発光量の初期設定を行う（ステップＳ１１）。また、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂの初期位置、透光部１３ｂの初期の大きさをＲＯＭ２１からＲＡＭ２２に読み出すことで、透光部１３ｂの位置及び面積の初期設定を行う（ステップＳ１２）。そして、ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２１から初期脈波レベルを読み出し、ＲＡＭ２２に一時記憶させる（ステップＳ１３）。

次いで、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂの位置選択に係るサブルーチンを読み出し、透光部１３ｂの位置を選択する（ステップＳ１４）。そして、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂの面積選択に係るサブルーチンを読み出し、透光部１３ｂの面積を選択する（ステップＳ１５）。次いで、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂの形状選択に係るサブルーチンを読み出し、透光部１３ｂの形状を選択する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１４乃至１６の処理を終えた場合、ＣＰＵ２０は、受光素子１２から得られる信号のＡＣ成分として脈波レベルを取得し、該脈波レベルに基づいて生体情報を測定する（ステップＳ１７）。次いで、ＣＰＵ２０は、加速度センサ２８から出力される信号を監視することで、加速度を検出したか否かを判定する（ステップＳ１８）。加速度を検出したと判定した場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、処理をステップＳ１３に戻す。

加速度を検出していないと判定した場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、計時部２３から出力される信号を監視することで、所定周期を計時したか否かを判定する（ステップＳ１９）。所定周期を計時したと判定した場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、処理をステップＳ１３に戻す。所定周期を計時していないと判定した場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、操作部２６からの信号を監視することで、測定終了を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ２０）。測定終了を受け付けていないと判定した場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、処理をステップＳ１７に戻す。測定終了を受け付けたと判定した場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、生体情報の測定処理を終える。

図６及び図７は、透光部１３ｂの位置選択に係るサブルーチンの処理手順を示すフローチャート、図８は透光部１３ｂの位置選択方法を説明するための説明図である。サブルーチンが呼び出された場合、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂを初期位置から帯体１０の周方向一端側、例えば図８中左側へ移動させる（ステップＳ３１）。
図８（ａ）左図は、初期位置に透光部１３ｂが形成された生体情報測定用発受光器１の模式図、図８（ａ）右図は、初期位置に透光部１３ｂが形成されている場合に、受光素子１２から得られる脈波レベルを示している。
図８（ｂ）左図は、透光部１３ｂを初期位置から帯体１０の周方向に移動させた状態を示す模式図である。白矢印は、透光部１３ｂの移動方向を示している。図８（ｂ）右図の（ア）は、透光部１３ｂが周方向一端側に位置しているときの脈波レベル、（イ）は、透光部１３ｂが周方向略中央部に位置しているときの脈波レベル、（ウ）は、透光部１３ｂが周方向他端側に位置しているときの脈波レベルである。

ステップＳ３１の処理を終えた場合、ＣＰＵ２０は、発光素子１１を発光させて受光素子１２から脈波レベルを取得し、取得した脈波レベルが、ＲＡＭ２２に一時記憶させている脈波レベル中、最大の脈波レベルであるか否かを判定する（ステップＳ３２）。ここでは、初期脈波レベル以上であるか否かを判定する。最大の脈波レベルであると判定した場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は透光部１３ｂの周方向位置及び脈波レベルを記憶する（ステップＳ３３）。

ステップＳ３３の処理を終えた場合、又は最大の脈波レベルでないと判定した場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂが周方向の一端に位置しているか否かを判定する（ステップＳ３４）。透光部１３ｂが周方向の一端に位置していないと判定した場合（ステップＳ３４：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、処理をステップＳ３１に戻す。

透光部１３ｂが周方向の一端に位置していると判定した場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂを初期位置から周方向他端側、例えば図８中右側へ移動させる（ステップＳ３５）。そして、ＣＰＵ２０は、受光素子１２から脈波レベルを取得し、取得した脈波レベルが最大の脈波レベルであるか否かを判定する（ステップＳ３６）。脈波レベルが最大であると判定した場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は透光部１３ｂの周方向位置及び脈波レベルを記憶する（ステップＳ３７）。

ステップＳ３７の処理を終えた場合、又は最大の脈波レベルでないと判定した場合（ステップＳ３６：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂが周方向の他端に位置しているか否かを判定する（ステップＳ３８）。透光部１３ｂが周方向の他端に位置していないと判定した場合（ステップＳ３８：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、処理をステップＳ３５に戻す。

透光部１３ｂが周方向の他端に位置していると判定した場合（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、図８（ｃ）に示すように、透光部１３ｂを初期位置から帯体１０の巻回軸方向一端側、例えば図８中上側へ移動させる（ステップＳ３９）。
図８（ｃ）左図は、透光部１３ｂを初期位置から帯体１０の巻回軸方向に移動させた状態を示す模式図である。図８（ｃ）右図の（エ）は、透光部１３ｂが巻回軸方向一端側に位置しているときの脈波レベル、（オ）は、透光部１３ｂが巻回軸方向略中央部に位置しているときの脈波レベル、（カ）は、透光部１３ｂが巻回軸方向他端側に位置しているときの脈波レベルである。

ステップＳ３９の処理を終えた場合、ＣＰＵ２０は、受光素子１２から脈波レベルを取得し、取得した脈波レベルが最大の脈波レベルであるか否かを判定する（ステップＳ４０）。脈波レベルが最大であると判定した場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は透光部１３ｂの巻回軸方向位置及び脈波レベルを記憶する（ステップＳ４１）。

ステップＳ４１の処理を終えた場合、又は最大の脈波レベルでないと判定した場合（ステップＳ４０：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂが巻回軸方向の一端に位置しているか否かを判定する（ステップＳ４２）。透光部１３ｂが巻回軸方向の一端に位置していないと判定した場合（ステップＳ４２：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、処理をステップＳ３９に戻す。

透光部１３ｂが巻回軸方向の一端に位置していると判定した場合（ステップＳ４２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂを初期位置から巻回軸方向他端側、例えば図８中下側へ移動させる（ステップＳ４３）。そして、ＣＰＵ２０は、受光素子１２から脈波レベルを取得し、取得した脈波レベルが最大の脈波レベルであるか否かを判定する（ステップＳ４４）。脈波レベルが最大であると判定した場合（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は透光部１３ｂの巻回軸方向位置及び脈波レベルを記憶する（ステップＳ４５）。

ステップＳ４５の処理を終えた場合、又は最大の脈波レベルでないと判定した場合（ステップＳ４４：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂが巻回軸方向の他端に位置しているか否かを判定する（ステップＳ４６）。透光部１３ｂが巻回軸方向の他端に位置していないと判定した場合（ステップＳ４６：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、処理をステップＳ４３に戻す。透光部１３ｂが巻回軸方向の他端に位置していると判定した場合（ステップＳ４６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、脈波レベルが最大になる透光部１３ｂの位置を記憶して（ステップＳ４７）、透光部１３ｂの位置制御に係るサブルーチンの処理を終える。

図８に示した例では、透光部１３ｂが周方向及び巻回軸方向略中央に位置している場合、脈波レベルが最大になるため、ＣＰＵ２０は該位置を記憶する。

図９は、透光部１３ｂの面積選択に係るサブルーチンの処理手順を示すフローチャート、図１０は、透光部１３ｂの面積選択方法を説明するための説明図である。サブルーチンが呼び出された場合、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂの面積を拡大させる（ステップＳ５１）。
図１０（ａ）左図は、初期開口面積を有する透光部１３ｂが形成された生体情報測定用発受光器１の模式図、図１０（ａ）右図は、透光部１３ｂが初期開口面積を有する場合に、受光素子１２から得られる脈波レベルを示している。
図１０（ｂ）左図は、透光部１３ｂを初期開口面積より拡大させた状態を示す模式図である。図１０（ｂ）右図は、透光部１３ｂが拡大したときの脈波レベルである。

ステップＳ５１の処理を終えた場合、ＣＰＵ２０は、発光素子１１を発光させて受光素子１２から脈波レベルを取得し、取得した脈波レベルが、ＲＡＭ２２に一時記憶させている脈波レベル中、最大の脈波レベルであるか否かを判定する（ステップＳ５２）。脈波レベルが最大であると判定した場合（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は透光部１３ｂの面積及び脈波レベルを記憶する（ステップＳ５３）。

ステップＳ５３の処理を終えた場合、又は最大の脈波レベルでないと判定した場合（ステップＳ５２：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂの面積が最大であるか否かを判定する（ステップＳ５４）。透光部１３ｂの面積が最大でないと判定した場合（ステップＳ５４：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、処理をステップＳ５１に戻す。

透光部１３ｂの面積が最大であると判定した場合（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、図１０（ｃ）に示すように透光部１３ｂの面積を縮小する（ステップＳ５５）。そして、ＣＰＵ２０は、受光素子１２から脈波レベルを取得し、取得した脈波レベルが最大の脈波レベルであるか否かを判定する（ステップＳ５６）。脈波レベルが最大であると判定した場合（ステップＳ５６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は透光部１３ｂの面積及び脈波レベルを記憶する（ステップＳ５７）。

ステップＳ５７の処理を終えた場合、又は最大の脈波レベルでないと判定した場合（ステップＳ５６：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、透光部１３ｂの面積が最小であるか否かを判定する（ステップＳ５８）。透光部１３ｂの面積が最小でないと判定した場合（ステップＳ５８：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、処理をステップＳ５５に戻す。

透光部１３ｂの面積が最小であると判定した場合（ステップＳ５８：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、脈波レベルが最大になる透光部１３ｂの面積及び脈波レベルを記憶し（ステップＳ５９）、処理を終える。

図１１は、透光部１３ｂの形状選択に係るサブルーチンの処理手順を示すフローチャート、図１２は、透光部１３ｂの形状選択方法を説明するための説明図である。サブルーチンが呼び出された場合、ＣＰＵ２０は、未選択の透光部１３ｂ形状を選択する（ステップＳ７１）。
図１２（ａ）は、三角形の矢印形状の透光部１３ｂが形成された生体情報測定用発受光器１の模式図、図１２（ｂ）は、星形状の透光部１３ｂ、図１２（ｃ）は円形状の透光部１３ｂが形成された生体情報測定用発受光器１の模式図である。なお、原因は定かではないが、測定に適した透光部１３ｂの形状は個人によって異なるため、ＣＰＵ２０は透光部１３ｂの最適な形状を選択するように構成した場合、より精度良く生体情報を測定することが可能になる。

ステップＳ７１の処理を終えた場合、ＣＰＵ２０は、発光素子１１を発光させて受光素子１２から脈波レベルを取得し、取得した脈波レベルが最大の脈波レベルであるか否かを判定する（ステップＳ７２）。脈波レベルが最大であると判定した場合（ステップＳ７２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０はステップＳ７１で選択された透光部１３ｂの形状及び脈波レベルを記憶する（ステップＳ７３）。

ステップＳ７３の処理を終えた場合、又は最大の脈波レベルでないと判定した場合（ステップＳ７２：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、未選択の形状があるか否かを判定する（ステップＳ７４）。未選択の形状があると判定した場合（ステップＳ７４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、処理をステップＳ７１に戻す。未選択の形状が無いと判定した場合（ステップＳ７４：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、脈波レベルが最大になる透光部１３ｂの形状及び脈波レベルを記憶し（ステップＳ７５）、透光部１３ｂの形状選択に係るサブルーチンの処理を終える。

このように構成された実施の形態に係る光学式生体情報測定装置及び生体情報測定用発受光器１にあっては、制御装置２が透光部１３ｂの位置を制御することによって、発光素子１１及び受光素子１２間の相対位置及び相対距離を実質的に変動させることができる。従って、光学式生体情報測定装置の装着時における発光素子１１及び受光素子１２の位置決め、装着のやり直しなどが不要であり、簡単に光学式生体情報測定装置を装着することができる。

また、血管に沿って透光部１３ｂの位置を移動させた場合、発光素子１１及び受光素子１２間の距離が変動する。一般に発光素子１１及び受光素子１２の離隔距離に応じて、生体の情報を測定することができる血管の深さが異なるため、本発明によれば、体動、その他の原因によって発光素子１１又は受光素子１２に対する血管の深さが変化した場合であっても、血管の深さと位置に応じた透光部１３ｂの位置を自動的に選択することができ、継続的に生体情報を測定することができる。

更に、透光部１３ｂの面積を調整することで生体情報を測定するための光量を調整することができ、適切な光量にて生体情報を精度良く測定することができる。

更にまた、制御装置２は、受光素子１２から得られる信号の強度に基づいて透光部１３ｂの形状を制御するため、被検生体部分の個人差に応じた最適形状の透光部１３ｂを選択することができ、生体情報をより精度良く測定することができる。

更にまた、生体情報測定時の体動、例えば腕の曲げ伸ばしによる発光素子１１及び受光素子１２の位置ずれが考えられるが、体動を加速度センサ２８にて検出した場合、脈波レベルが最大になるように透光部１３ｂの位置、面積及び形状を再選択し、生体情報を測定するように構成されているため、体動が発生し、発光素子１１及び受光素子１２が位置ずれした場合であっても、手動で発光素子１１及び受光素子１２の位置補正を行う必要はなく、継続して生体情報を測定することができる。

更に、生体に関する種々の要因によって、体動が発生していない場合であっても最適な発受光部の位置が変動することがあるが、本発明によれば、体動の有無に拘わらず、計時部２３が所定周期を計時する都度、脈波レベルが最大になるように透光部１３ｂの位置及び面積を再調整し、形状を再選択し、生体情報を測定するように構成されているため、より安定的に生体情報を測定することができる。

更にまた、液晶シャッタ１３にて透光部１３ｂの位置を自由に制御する構成であるため、一対の発光素子１１及び受光素子１２のみで発光素子１１及び受光素子１２間の相対位置を自由に制御することができる。従って、多数の発光素子１１及び受光素子１２を備え、測定用の発光素子１１及び受光素子１２を選択する光学式生体情報測定装置に比べて、発光素子１１及び受光素子１２の相対位置の調整自由度が高く、しかも低コストで構成することができる。

なお、実施の形態にあっては、脈波レベルが最大になる透光部の位置、大きさ及び形状を選択するように構成してあるが、脈波レベルが所定値以上になる透光部の位置、大きさ及び形状を選択するように構成しても良い。具体的には、ステップＳ１４のサブルーチンで脈波レベルが所定レベル以上になる透光部の位置を選択するように構成し、脈波レベルが所定レベル以上になる透光部の位置を選択できた場合、ステップＳ１５，１６の処理を実行せずに生体情報の測定を開始し、脈波レベルが所定レベル以上になる透光部の位置を選択できなかった場合、ステップＳ１５の処理を実行するように構成する。同様に、ステップＳ１５のサブルーチンで脈波レベルが所定レベル以上になる透光部の面積を選択するように構成し、脈波レベルが所定レベル以上になる透光部の面積を選択できた場合、ステップＳ１６の処理を実行せずに生体情報の測定を開始し、脈波レベルが所定レベル以上になる透光部の面積を選択できなかった場合、ステップＳ１６の処理を実行するように構成する。また、ステップＳ１６のサブルーチンでは脈波レベルが所定レベル以上になる透光部の形状を選択するように構成する。
この場合、脈波レベルが所定レベル以上になった段階で生体情報の測定を開始することができるため、より速やかに安定した生体情報の測定を開始し、また体動による第１乃至第４発受光部の位置ずれに対応することができる。

また、本実施の形態にあっては、一つの透光部の位置、面積、形状を制御する例を説明したが、更に複数の透光部を形成し、受光素子から得られる脈波レベルに基づいて透光部の数を選択するように構成しても良い。原因は定かではないが、透光部の面積は同じであっても、測定に適した透光部の数は個人によって異なるため、ＣＰＵは透光部の最適な数を選択するように構成した場合、より精度良く生体情報を測定することが可能になる。個人差によって、測定に適した透光部の形状が異なるのと同じ理由である。

更に、検索時間を短縮するため、生体情報の測定開始前に脈波レベルが最大になる透光部の位置、面積及び形状を選択しておき、生体情報の測定開始する際、調整済みの透光部にて生体情報の測定するように構成しても良い。
更にまた、生体情報の測定開始前にある一定レベル以上の脈波レベルを得ることができる透光部の位置、面積及び形状を選択しておき、生体情報の測定を開始する際、選択済みの透光部を用いて生体情報を測定するように構成しても良い。

更にまた、加速度を検出した場合、又は計時部が所定周期を計時する都度、透光部の位置、面積及び形状を再選択するように構成してあるが、他のタイミングで透光部の位置、面積及び形状の再選択を行うように構成しても良い。例えば、透光部の位置、面積及び形状選択の時間を短縮するために、脈波レベルを監視しておき、脈波レベルが一定レベル以下に低下した場合のみ、透光部の位置、面積及び形状を再選択するように構成しても良い。

更にまた、生体情報測定用発受光器及び制御装置を一体的に構成した光学式生体情報測定装置を説明したが、生体情報測定用発受光器及び制御装置を別体で構成し、生体情報の測定に必要な情報の送受信を有線又は無線通信にて行うように構成しても良い。具体的には、生体情報測定用発受光器に、受光素子から得た信号を送信する送信部を備え、制御装置に、送信部から送信された信号を受信する受信部を備えると良い。
更にまた、腕時計型の光学式生体情報測定装置を説明したが、発光素子及び受光素子にて生体情報を測定する構成であれば、生体情報測定用発受光器の形態はこれに限定されない。例えば、指輪型、腕若しくは足に装着するバンド型の生体情報測定用発受光器であっても良いし、足の指、首に装着するように構成しても良い。

更にまた、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。本発明の範囲は、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及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

本発明の実施の形態に係る生体情報測定用発受光器を示す模式図である。 生体情報測定用発受光器を用いてなる光学式生体情報測定装置の構成を示すブロック図である。 光学式生体情報測定装置を手首に装着した状態を概念的に示す説明図である。 光学式生体情報測定装置を手首に装着した状態を概念的に示す説明図である。 生体情報の測定手順を示すフローチャートである。 透光部の位置選択に係るサブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。 透光部の位置選択に係るサブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。 透光部の位置選択方法を説明するための説明図である。 透光部の面積選択に係るサブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。 透光部の面積選択方法を説明するための説明図である。 透光部の形状選択に係るサブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。 透光部の形状選択方法を説明するための説明図である。 従来の光学式生体情報測定装置を示す模式図である。 従来の光学式生体情報測定装置を手首に装着した状態を模式的に示す縦断面図である。

符号の説明

１ 生体情報測定用発受光器
２ 制御装置
１１ 発光素子
１２ 受光素子
１３ 遮光部材（液晶シャッタ）
１３ａ 遮光面
１３ｂ 透光部
２０ ＣＰＵ
２１ ＲＯＭ
２２ ＲＡＭ
２３ 計時部
２４ 表示部
２５ 発受光素子駆動部
２６ 操作部
２７ 液晶シャッタ駆動部
２８ 加速度センサ
２９ バス
Ａ 手首
Ｂ 血管

Claims (8)

1. 光を照射する発光素子と、該発光素子に対して離隔配置されており、該発光素子からの光を受光する受光素子とを備え、前記発光素子及び受光素子間に介在させた生体の情報を前記受光素子から得られる信号に基づいて測定する光学式生体情報測定装置において、
   前記発光素子及び前記受光素子間の光路上に配されており、前記発光素子からの光を遮断する遮光面及び該光を透過させる透光部を形成する遮光部材と、
   前記受光素子から得られる信号の強度に基づいて、前記発光素子又は前記受光素子に対する前記透光部の位置を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする光学式生体情報測定装置。
2. 前記受光素子は前記発光素子に比べて大寸法の受光面を有しており、
   前記遮光部材は、
   前記受光素子の前記受光面を覆う液晶シャッタである
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学式生体情報測定装置。
3. 前記制御手段は、
   前記受光素子から得られる信号の強度に基づいて、前記透光部の大きさを制御する手段を備える
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学式生体情報測定装置。
4. 前記制御手段は、
   前記受光素子から得られる信号の強度に基づいて、前記透光部の数又は形状を制御する手段を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光学式生体情報測定装置。
5. 加速度を検出する加速度検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記加速度検出手段が加速度を検出した場合、前記透光部の位置を制御するようにしてある
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光学式生体情報測定装置。
6. 計時手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記計時手段が所定時間を計時する都度、前記透光部の位置を制御するようにしてある
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光学式生体情報測定装置。
7. 前記制御手段は、
   前記透光部の位置を変更する手段と、
   前記透光部が異なる位置に形成された場合に前記受光素子から得られる信号の強度夫々を比較する比較手段と、
   該比較手段の比較結果に応じて前記透光部の位置を選択する手段と
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の光学式生体情報測定装置。
8. 前記制御手段は、
   前記受光素子から得られる信号の強度及び所定強度を比較する比較手段と、
   前記受光素子から得られる信号の強度が所定強度未満である場合、前記透光部の位置を変更する手段と
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光学式生体情報測定装置。

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