JP5798977B2 - Biological information detection device - Google Patents
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Description
この発明は、例えばユーザの健康状態の診断やユーザ本人の属性判定のために、当該ユーザの生体情報を検出する生体情報検出装置に関する。 The present invention relates to a biological information detection apparatus that detects biological information of a user, for example, for diagnosis of a user's health condition and attribute determination of the user.
生体情報には脈拍、脈波、血流、血圧等があるが、このうち末梢動脈の容積変化を示す波形である容積脈波が注目されている。容積脈波は、人間に関する様々な有益な情報が得られる可能性があることから、動脈の硬化度合や精神的ストレスの検出等といった医学診断分野に留まらず、それ以外にも種々の分野への適用が検討されている。 Biological information includes a pulse, a pulse wave, a blood flow, a blood pressure, and the like. Among these, a volume pulse wave, which is a waveform indicating a volume change of a peripheral artery, has attracted attention. Since plethysmogram may provide various useful information about human beings, it is not limited to medical diagnostic fields such as arteriosclerosis and detection of mental stress. Application is under consideration.
例えば、テレビジョン装置やビデオ機器、STB(Set Top Box)のリモートコントローラに代表される操作端末をユーザが操作した際に、当該ユーザの容積脈波からユーザの属性を判定し、その判定結果に基づいて当該ユーザに適したコンテンツ等を選択し配信するシステムが提案されている。 For example, when a user operates an operation terminal typified by a television device, a video device, or a remote controller of an STB (Set Top Box), the user attribute is determined from the volume pulse wave of the user, and the determination result is Based on this, a system for selecting and distributing content suitable for the user has been proposed.
容積脈波を取得するための手法としては、指先や耳朶といった末梢動脈が存在する生体部位の近辺に受光素子を配置し、自然光や発光素子により生体部位に照射した光のうち、生体部位内部の末梢動脈中に存在するヘモグロビンに吸収されず生体部位外に散乱する光量の変化を受光素子により計測することにより、末梢動脈中の容積変化を計測する手法が一般的である(例えば、特許文献1を参照。)。
ところが、このような特許文献1に記載された手法では、受光素子の設置位置に指先等の生体部位を意識的に置くというような明示的な位置合わせを行う必要があるため、ユーザの本来の行動を妨げてしまうことになり、操作上のユーザビリティを低下させ好ましくない。
As a method for acquiring the volume pulse wave, a light receiving element is arranged in the vicinity of a living body part where a peripheral artery such as a fingertip or an earlobe exists, and among natural light or light emitted to the living body part by a light emitting element, A technique for measuring a volume change in a peripheral artery by measuring a change in the amount of light that is not absorbed by hemoglobin present in the peripheral artery but scattered outside the living body by a light receiving element is common (for example, Patent Document 1). See).
However, in the method described in
一方、このような明示的な位置合わせの必要性を緩和するための手法も幾つか提案されている。
例えば、その一つの手法は、ユーザの生体部位が接触する可能性がある位置に多数の受光素子を配置するものである(例えば、特許文献2を参照。)。また他の手法として、発光素子と受光素子を使用する従来の一般的な末梢動脈中の容積変化計測装置に発光板と受光板という2枚の光学部材を追加することで、生体部位が接触する位置に依らない赤外光の照射と散乱光の受光を実現する手法も提案されている(例えば、非特許文献1を参照。)。
On the other hand, several methods for alleviating the need for such explicit alignment have been proposed.
For example, one of the methods is to arrange a large number of light receiving elements at positions where the living body part of the user may come into contact (see, for example, Patent Document 2). As another method, a living body part comes into contact by adding two optical members, a light emitting plate and a light receiving plate, to a conventional volume change measuring device in a peripheral artery using a light emitting device and a light receiving device. A method for realizing irradiation of infrared light and reception of scattered light independent of position has also been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).
このうち、特許文献2に記載された手法によれば、受光素子が設置された検出位置に対する生体部位の位置合わせの制約が減るため、ユーザの操作上の負担は軽減される。しかしながら、検出位置に多数の受光素子を配置しなければならないため、装置の部品点数や回路のチャネル数が増加し、その結果装置構成の複雑化や大型化、消費電力の増加が避けられない。
Among these, according to the technique described in
一方、非特許文献1に記載された手法には大きく三つの解決すべき課題がある。
すなわち、一つ目の課題は受光素子の飽和である。この手法は、発光板と受光板とを上下に重ねた構成となっているため、発光板から面発光された光のうち、受光板を透過して生体部位に照射される光以外に、受光板内部で内部全反射を繰り返してそのまま受光素子で受光される直接光が発生する。このような直接光の光量が大きい場合には、受光素子を飽和させてしまう。
On the other hand, the method described in Non-Patent
That is, the first problem is saturation of the light receiving element. Since this method has a configuration in which a light emitting plate and a light receiving plate are stacked one above the other, light other than the light emitted from the light emitting plate through the light receiving plate and irradiated on the living body part is received. Direct light that is received by the light receiving element as it is is generated by repeating total internal reflection inside the plate. When the amount of such direct light is large, the light receiving element is saturated.
二つ目の課題は、発光板と受光板を上下に重ねることによる厚みの増加である。発光板及び受光板の厚みは一般的に普及している発光素子及び受光素子のサイズに合わせて設計する必要がある。例えば、発光素子及び受光素子のサイズが1〜2mmであったとすれば、発光板及び受光板の厚みはこの値を2倍した2〜4mm程度となるように設計される。この発光板及び受光板の厚みは、STBのリモートコントローラ等のような小型電子機器にその構成を大きく変えることなく搭載しようとした場合に、当該小型電子機器の大型化を招く。 The second problem is an increase in thickness by stacking the light emitting plate and the light receiving plate vertically. The thickness of the light emitting plate and the light receiving plate needs to be designed according to the size of the light emitting element and the light receiving element which are generally spread. For example, if the size of the light emitting element and the light receiving element is 1 to 2 mm, the thickness of the light emitting plate and the light receiving plate is designed to be about 2 to 4 mm, which is twice this value. The thickness of the light emitting plate and the light receiving plate causes an increase in the size of the small electronic device when it is intended to be mounted on a small electronic device such as an STB remote controller without greatly changing its configuration.
三つ目の問題としては、発光板から面発光された光が受光板を透過する際に生じる減衰である。この減衰は、例えばアクリル樹脂では透過率が90%であるため10%にもなる。生体部位中の血流量を安定的に計測するためには十分な光量が必要である。したがって、減衰分の光量を補うためには発光素子に対してより大きな電流を流す必要があり、その結果消費電力の増加を招く。 The third problem is attenuation that occurs when light emitted from the light emitting plate is transmitted through the light receiving plate. This attenuation is as high as 10% because, for example, acrylic resin has a transmittance of 90%. A sufficient amount of light is required to stably measure the blood flow in the body part. Therefore, in order to compensate for the amount of attenuation, it is necessary to flow a larger current to the light emitting element, resulting in an increase in power consumption.
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、検出位置への生体部位の位置合わせの制約を軽減してユーザの操作上の負担を減らし、かつ受光素子の飽和を防止したうえで、構成の簡単小型化と消費電力の低減を図った生体情報検出装置を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and the object of the present invention is to reduce restrictions on the alignment of the living body part to the detection position, reduce the operational burden on the user, and saturate the light receiving element. It is another object of the present invention to provide a living body information detecting apparatus that is easy to downsize and reduces power consumption.
上記目的を達成するためにこの発明の第1の観点は、生体部位から容積脈波に関する情報を検出する生体情報検出装置において、第1及び第2の光学部材と、発光素子と、受光素子と、信号処理部とを具備する。第1及び第2の光学部材は何れも板状又は柱状をなし、このうち第1の光学部材はその側端面から入射した光を上記生体部位の接触面となる上面と下面との間で全反射させる。第2の光学部材は、上記第1の光学部材の側面に隣接しかつ受光用の上面が第1の光学部材の面発光用の上面と共に同一平面を形成するように配置される。発光素子は、上記第1の光学部材内に、その側端面から上記全反射を生じさせるべく光を入射する。そして、第1及び第2の光学部材の上面に生体部位が接触したとき、上記第1の光学部材の当該接触位置から漏洩した上記発光素子の光の上記生体部位による散乱光成分を、上記第2の光学部材にその上面から取り込んだのち側端面に導いて出射する。受光素子は、上記第2の光学部材の側端面から出射された光を受光し、その受光量に応じた受光信号を出力する。信号処理部は、上記受光素子から出力された受光信号をもとに、上記第1及び第2の光学部材の上面に生体部位が接触したときに発生する上記受光量の変化を検出し、この検出された受光量の変化を表す情報を上記生体部位の容積脈波を表す情報として出力する。さらに、上記第1の光学部材および上記第2の光学部材の各上面はいずれも平面からなり、かつ上記発光素子および上記受光素子はそれぞれ上記第1の光学部材および上記第2の光学部材の同一側の側端面に配置されている。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a biological information detecting apparatus for detecting information related to a volume pulse wave from a biological part, wherein the first and second optical members, a light emitting element, a light receiving element, And a signal processing unit. Each of the first and second optical members has a plate shape or a column shape, and among these, the first optical member completely transmits light incident from the side end surface between the upper surface and the lower surface serving as a contact surface of the living body part. Reflect. The second optical member are arranged to form a top surface and both coplanar for surface emission of the first adjacent side of the optical member and the upper surface of the light-receiving the first optical member. The light emitting element makes light incident on the first optical member so as to cause the total reflection from the side end face thereof. Then, when the living body part comes into contact with the upper surfaces of the first and second optical members, the scattered light component by the living body part of the light of the light emitting element leaked from the contact position of the first optical member is changed to the first part. After being taken into the second optical member from its upper surface, it is guided to the side end face and emitted. The light receiving element receives light emitted from the side end face of the second optical member and outputs a light reception signal corresponding to the amount of light received. The signal processing unit detects a change in the amount of received light that occurs when a living body part contacts the upper surfaces of the first and second optical members based on the light reception signal output from the light receiving element. Information representing the detected change in the amount of received light is output as information representing the volume pulse wave of the living body part. Further, any upper surfaces of the upper Symbol first optical member and the second optical member is made flat, and the light emitting element and the light receiving element of each of the first optical member and the second optical member It is arranged on the side end face on the same side.
したがって、この発明の1つの観点によれば次のような効果が奏せられる。
すなわち、第1及び第2の光学部材は水平方向に並べて配置される。このため、これらの光学部材を上下に重ねて配置する場合のように第1の光学部材の上面から漏洩した光が第2の光学部材に直接入射して受光素子に導かれることはなくなり、これにより受光素子が飽和する不具合を防止することができる。また、第1の光学部材及び第2の光学部材は水平方向に並べて配置されるので、装置の厚みを小さくすることができる。
Therefore, according to one aspect of the present invention, the following effects can be obtained.
That is, the first and second optical members are arranged side by side in the horizontal direction. For this reason, the light leaked from the upper surface of the first optical member is not directly incident on the second optical member and guided to the light receiving element as in the case where these optical members are arranged one above the other. This can prevent the light receiving element from being saturated. Further, since the first optical member and the second optical member are arranged side by side in the horizontal direction, the thickness of the apparatus can be reduced.
また、生体部位は第1光学部材の上面に直接接触する。このため、第1の光学部材の上面から漏洩した光は減衰することなく生体部位に直接照射されることになり、これにより生体部位に対し血流量を安定的に計測する上で十分な光量を照射することが可能となって、計測精度を高めることが可能となる。 The living body part directly contacts the upper surface of the first optical member. For this reason, the light leaked from the upper surface of the first optical member is directly applied to the living body part without being attenuated, thereby providing a sufficient amount of light for stably measuring the blood flow with respect to the living body part. Irradiation is possible, and measurement accuracy can be improved.
さらに、第1の光学部材の構成を、定常状態においては第1の光学部材内で入射光を全反射させ、第1の光学部材の上面に生体部位が接触したときこのときの臨界角の変化を利用して第1の光学部材の上面から光を漏洩させて生体部位に照射するようにしている。このため、第1の光学部材に光をその上面から強制的に面発光させるためのバックライト構造等を設ける必要がなくなり、これにより第1の光学部材の構成を簡単かつ安価なものにすることができる。 Further, in the configuration of the first optical member, in a steady state, when the incident light is totally reflected in the first optical member and the living body part contacts the upper surface of the first optical member, the change of the critical angle at this time Is used to leak light from the upper surface of the first optical member and irradiate the living body part. For this reason, it is not necessary to provide a backlight structure or the like for forcibly emitting light from the upper surface of the first optical member, thereby making the configuration of the first optical member simple and inexpensive. Can do.
また、この発明の第1の観点は、上記第1の光学部材内にその側端面から上記全反射を生じさせるべく光を入射する発光素子をさらに具備している。このようにすると、自然光や室内光では十分な受光量が得られない場合でも、常に高精度で安定した測定を行うことができる。 The first aspect of the invention is further comprising a light emitting element incident light to cause the total reflection from the side end face on Symbol in the first optical member. In this way, even when natural light or room light cannot provide a sufficient amount of received light, it is possible to always perform highly accurate and stable measurement.
この発明の第1の観点は、その1つの態様として以下の構成を備えている。すなわち、この態様は、第2の光学部材の側端面と受光素子との間に集光光学系を配置し、第2の光学部材の側端面から出射する光を集光光学系により集光して受光素子に受光させるようにしたものである。このようにすると、第2の光学部材から出射される光を効率良く受光することができ、これにより測定精度を高めることが可能となる。 The 1st viewpoint of this invention is equipped with the following structures as the one aspect. That is, in this aspect, a condensing optical system is disposed between the side end face of the second optical member and the light receiving element, and light emitted from the side end face of the second optical member is condensed by the condensing optical system. The light receiving element receives light. If it does in this way, the light radiate | emitted from a 2nd optical member can be received efficiently, and it will become possible to improve a measurement precision by this.
すなわちこの発明によれば、検出位置への生体部位の位置合わせの制約を大幅に軽減してユーザの操作上の負担を減らし、しかも受光素子の飽和を防止したうえで、回路構成の簡単小型化と消費電力の低減を図った生体情報検出装置を提供することができる。 That is, according to the present invention, the restriction on the alignment of the living body part to the detection position is greatly reduced, the burden on the user is reduced, and the light receiving element is prevented from being saturated. In addition, a biological information detection apparatus that reduces power consumption can be provided.
以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
[第1の実施形態]
(構成)
図1は、この発明の第1の実施形態に係わる生体情報検出装置の構成を示す図である。この生体情報検出装置は、光検出ユニット100と、信号処理ユニット200とから構成される。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
(Constitution)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a biological information detection apparatus according to the first embodiment of the present invention. This biological information detection apparatus includes a
光検出ユニット100は、短冊状をなす長方形に成形された第1の光学部材1と、同様に短冊状をなす長方形に成形された第2の光学部材2とを備える。これら第1及び第2の光学部材1,2は、その一方の側面同士が接触しかつ上面1b,2bが同一面を形成するように配置される。すなわち、第1及び第2の光学部材1,2は水平方向に並べられた状態で配置され、その各上面1b,2bが検出対象物である生体部位7を接触させるセンサ面として機能する。
The
第1及び第2の光学部材1,2は、後述する発光素子3から発光されるセンサ光5に対して透明で、空気よりも高い屈折率を持つことが望ましく、一例としてはアクリル樹脂(屈折率1.49)を素材とするものが用いられる。なお、第1及び第2の光学部材1,2の側面同士は必ずしも接触させる必要はなく、一定間隔を隔てて離間させるようにしてもよい。また、素材及び屈折率についても、上記した素材及び値に限定されるものではない。
The first and second
上記第1の光学部材1の入射面として機能する第1の側端面(以後入射面と呼称する)1aには、発光素子3が対向配置されている。発光素子3は、例えばLED(Light Emitting Diode)からなり、上記第1の光学部材内に上記入射面1aからセンサ光5を入射する。このとき上記第1の光学部材1の入射面1aに対する発光素子3の配置位置及び配置角度等の配置条件は、上記入射面1aから第1の光学部材1内に入射したセンサ光5の少なくとも一部が、例えば図3(a)に示すように第1の光学部材1内の上面1bと下面との間で全反射を繰り返すように設定される。
A
また、センサ光5としては、例えば0.7〜2.5μmの波長を持つ近赤外光が用いられる。その理由は、血液中のヘモグロビンがこの波長を持つ近赤外光を特に良好に吸収する特性を持つからである。しかし、センサ光5としては必ずしもこの波長に限定されるものではなく、他の波長であってもよい。
As the
一方、第2の光学部材2の出射面として機能する第1の側端面(以後出射面と呼称する)2aには、受光素子4が対向配置されている。受光素子4は、フォトダイオードやフォトトランジスタ、CCD(Charge Coupled Device)又はCMOS(Complementary MOS)といった、光量を検出可能なセンサからなり、上記第2の光学部材2の出射面2aから出射された生体部位7による散乱光成分6aを受光してその受光信号を信号処理ユニット200に入力する。
On the other hand, a
信号処理ユニット200は、増幅部21と、アナログ/ディジタル変換部(A/D変換部)22と、波形処理・出力部23を備えている。増幅部21は、上記受光素子3から入力されたアナログの受光信号を、いわゆるオペアンプ等を用いた公知の増幅回路により増幅して出力する。A/D変換部22は、上記増幅部21から出力されたアナログの受光信号をディジタル信号に変換して出力する。
The
波形処理・出力部23は、A/D変換器から出力されたディジタルの受光信号を取り込み、容積脈波の波形解析を行う。解析処理の内容としては、ディジタル受光信号の時間変化を時系列データとして取得し、この取得された時系列データを平滑化してノイズ成分を除去する処理と、このノイズ成分が除去された時系列データを2階微分することで容積脈波の波形の詳細な変化を検出する処理と、この検出された容積脈波の波形の変化に基づいて容積脈波の特徴を検出する処理がある。
The waveform processing /
なお、容積脈波の特徴を検出する処理としては、例えば医学診断分野であれば生体の血管の硬化度合いを検出することや、時系列データのピークを検出してこの検出されたピークの間隔から脈拍間隔を検出すること、時系列データの周期性を検出してこの検出された周期性から生体が安静状態であるかどうかを判定すること等が考えられる。また、テレビジョン装置等のリモートコントローラを使用した情報入力の技術分野であれば、容積脈波の波形データから特徴量ベクトルを抽出し、この抽出した特徴量ベクトルが確率分布に従うものとしてとらえてクラスタリング処理を行う。そして、このクラスタリング処理の結果をもとにユーザを認識する処理等が考えられる。なお、容積脈波の特徴を検出する処理の用途は、これらのみに限定されるものでなくその他の用途でもよい。 For example, in the medical diagnostic field, the processing for detecting the feature of the volume pulse wave is to detect the degree of hardening of the blood vessel of the living body, or to detect the peak of the time series data and detect the interval between the detected peaks. It is conceivable to detect the pulse interval, to detect the periodicity of the time series data, and to determine whether or not the living body is in a resting state from the detected periodicity. Also, in the technical field of information input using a remote controller such as a television device, a feature vector is extracted from volume pulse wave waveform data, and the extracted feature vector is regarded as following a probability distribution and clustering is performed. Process. A process for recognizing a user based on the result of the clustering process can be considered. In addition, the use of the process which detects the characteristic of a volume pulse wave is not limited only to these, Other uses may be sufficient.
(動作)
次に、以上のように構成された生体情報検出装置の動作を説明する。
第1の光学部材1に対しその入射面1aから入射した発光素子3のセンサ光5は、例えば図3(a)に示すように第1の光学部材1内でその上面と下面との間で全反射を繰り返す。
(Operation)
Next, the operation of the biological information detection apparatus configured as described above will be described.
The
このとき、センサ光5が第1の光学部材1内の上面1bと下面との間で全反射を繰り返すための条件は、以下のように定義される。すなわち、上面1bから外部の空気層へセンサ光5が出射する際の臨界角θは、第1の光学部材1の屈折率をn1、空気の屈折率をn2とすると、反射の法則を用いて以下の式で計算される。
θ=arcsin(n2/n1) …(1)
そして、第1の光学部材1として先に述べた屈折率n1=1.49のアクリル樹脂を用いたとすれば、空気の屈折率n2=1であるから、上記(1)よりθ=42.155°と算出される。すなわち、第1の光学部材1の内部でその上面1bに対しこのθ=42.155°より大きい角度でセンサ光5が入射するよう、第1の光学部材1の内部にセンサ光5を入射すれば、入射されたセンサ光5は外部へ漏出することなく上面1bと下面との間で全反射を繰り返し、例えば入射面1aと対向する第2の側端面まで伝達されることになる。
At this time, the conditions for the
θ = arcsin (n2 / n1) (1)
If the acrylic resin having the refractive index n1 = 1.49 described above is used as the first
なお、発光素子3から第1の光学部材1に入射されるセンサ光5の全てを上記θ=42.155°より大きい角度となるように設定する必要はなく、発光素子3から第1の光学部材1に入射されるセンサ光5の少なくとも一部に上記θ=42.155°より大きい角度となる成分が含まれていればよい。
Note that it is not necessary to set all of the
さて、この状態で例えば図3(b)に示すように、被検査者であるユーザが生体部位7としての自身の指先を、センサ面を構成する第1の光学部材1の上面1bと第2の光学部材2の上面2bに対し同時に接触するように接触させたとする。このとき、第1の光学部材1の上面1bに対する生体部位7の接触位置Pにおける臨界角θ′は、生体部位7(皮膚)の屈折率n3を1.35とすると、
θ′=arcsin(n3/n1) …(2)
より、θ′=64.964°と算出される。なお、生体部位7の皮膚の屈折率が1.35であるということは、例えば上田豊甫、「経皮導入機器を用いた皮膚透過性の研究」、2007年、明星大学研究成果報告会に詳しく記載されている。
In this state, for example, as shown in FIG. 3B, the user as the subject to be inspected uses his / her fingertip as the living
θ ′ = arcsin (n3 / n1) (2)
Thus, θ ′ = 64.964 ° is calculated. In addition, the refractive index of the skin of the living
したがって、第1の光学部材1の上面1bの任意の位置Pに生体部位7が接触すると、第1の光学部材1内のセンサ光5のうち上記接触位置Pに対し64.964°〜90°の入射角で入射する光成分については、生体部位7が接触していないときと同様に第1の光学部材1内で全反射するが、第1の光学部材1内で42.155°〜64.964°の角度で上記接触位置Pに入射する光成分は、全反射せずに図3(b)の6に示すように第1の光学部材1の上面1bから外部へ漏出して生体部位7に照射される。
Accordingly, when the living
上記生体部位7内に入射した照射光6の光量は、血液中のヘモグロビン量に応じて変化する。これは、血液中のヘモグロビンが赤外光を吸収する性質があるため、生体部位7の内部に存在する末梢血管の容積変化に応じて、生体部位7の外部へ散乱する光量と吸収される光量の割合が変化するためである。
The light quantity of the
上記生体部位7内に入射した照射光6のうち、上記散乱により発生した散乱光成分6aの一部は、図4に示すように第2の光学部材2にその上面2bから入射される。そして、この第2の光学部材2内に入射した散乱光成分6aのうち、先に(1)式で定義した臨界角θ=42.155°よりも大きな入射角で第2の光学部材2に入射された成分は、第2の光学部材2の上面2bと下面との間で全反射を繰り返しながら出射面2aから出射され、受光素子4により受光される。
A part of the scattered
この受光素子4で受光された散乱光成分6aは、増幅部21で所定の信号レベルに増幅されたのち、A/D変換部22によりディジタル信号に変換され、波形処理・出力部23に取り込まれる。波形処理・出力部23では、先ず上記取り込まれたディジタル受光信号の時間変化が時系列データとして抽出され、この抽出された時系列データが平滑化されてノイズ成分が除去される。次に、このノイズ成分が除去された時系列データが2階微分され、容積脈波の波形の詳細な変化が検出される。そして、この検出された容積脈波の波形の変化に基づいて、図示しない情報処理ユニットにおいて生体部位7の種々の特徴が抽出される。
The scattered
すなわち、受光素子4から出力される受光信号の信号レベルは、生体部位7内における末梢血管の血液容積の変化が反映された値となる。ここで、生体部位7内の末梢血管の血液容積は心臓の拍動によって時間的に変化する。このため、上記受光信号の信号レベルの時間変化は容積脈波の波形を表すものとなり、この波形から生体部位7の末梢血管の硬化度合いや脈拍間隔、その周期性等を判定することが可能となり、また容積脈波の波形データの特徴からユーザを認識することが可能になる。
That is, the signal level of the light reception signal output from the
(作用効果)
以上詳述したように第1の実施形態では、第1及び第2の光学部材1,2を、その一方の側面同士が接触しかつ上面1b,2bが同一面を形成するように水平方向に並べて配置し、かつ第1の光学部材1の入射面1aに対向して発光素子3を配置し、この発光素子3により発光されたセンサ光5を第1の光学部材1内にその入射面1aから入射するようにしている。このとき、第1の光学部材1の入射面1aに対する発光素子3の配置条件は、発光素子3から第1の光学部材1内に入射したセンサ光5の少なくとも一部が、第1の光学部材1内の上面1aと下面との間で全反射するように設定する。そして、上記第1及び第2の光学部材1,2の上面1b,2bに同時に生体部位7を接触させたとき、上記第1の光学部材1から漏洩して生体部位7に照射された照射光6のうち、生体部位7内で発生した散乱光成分6aを第2の光学部材2にその上面2bから取り込んで出射面2bから出射させ、受光素子4で受光させる。そして、この受光素子4で受光された散乱光成分6aの受光信号を信号処理ユニット200に入力し、生体部位7の容積脈波の波形の変化を検出して生体部位7の特徴を抽出するようにしている。
(Function and effect)
As described above in detail, in the first embodiment, the first and second
したがって第1の実施形態によれば、以下のような効果が奏せられる。
(1) 第1及び第2の光学部材1,2は水平方向に並べて配置されるため、これらの光学部材1,2を上下に重ねて配置する場合のように第1の光学部材1の上面1bから漏洩した照射光6が第2の光学部材2に直接入射して受光素子4に導かれることはなくなり、これにより受光素子4が飽和する不具合を防止することができる。また、上記したように第1の光学部材1及び第2の光学部材2は水平方向に並べて配置されるので、光検出ユニット100の厚みを小さくすることができる。この結果、光検出ユニット100をリモートコントローラ等の小型電子機器に組み込んだ場合に、その厚み方向のサイズの増加を防止することができる。
Therefore, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the first and second
(2) 生体部位7は第1光学部材1の上面1bに直接接触する。このため、第1の光学部材1の上面1bから漏洩した光は減衰することなく生体部位7に直接照射されることになり、これにより発光素子3の駆動電流を増加させることなく生体部位7に対し血流量を安定的に計測する上で十分な光量を照射することが可能となって、計測精度を高めることが可能となる。
(2) The living
(3) 光検出ユニット100の構成を、定常状態においては第1の光学部材1内でセンサ光5を全反射させ、第1の光学部材1の上面1bに生体部位7を接触させたときこのときの臨界角の変化を利用して第1の光学部材1の上面1bから照射光6を漏洩させて生体部位7に照射するようにしている。このため、第1の光学部材1に照射光6をその上面1bから強制的に面発光させるためのバックライト構造等を設ける必要がなくなり、これにより光検出ユニット100の構成を簡単かつ安価なものにすることができる。
(3) The configuration of the
[参考例1]
図5は、参考例1としての生体情報検出装置の光検出ユニットの構成を示す斜視図であり、図中110が光検出ユニットを示している。なお、同図において前記図1と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
[ Reference Example 1 ]
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the light detection unit of the biological information detection apparatus as Reference Example 1 , in which 110 denotes the light detection unit. In the figure, the same parts as those in FIG.
第1及び第2の光学部材1,2は、その一方の側面同士が接触しかつ上面1b,2bが同一平面からなるセンサ面を形成するように、水平方向に並べられた状態で配置されている。第1の光学部材1の第2の側端面1a′には発光素子3が対向配置され、また第2の光学部材2の第1の側端面2aには受光素子4が対向配置されている。すなわち、発光素子3及び受光素子4が第1及び第2の光学部材1,2の互いに反対側となる側端面1a′,2aに対向配置された構成となっている。
The first and second
このように構成すると、例えばリモートコントローラ等の小型電子機器に光検出ユニット110を実装する際に、第1及び第2の光学部材1,2の同一の側端面1a,2aに発光素子3及び受光素子4を並べて配置する実装スペースを確保できない場合でも、光検出ユニット110の性能を維持したまま実装が可能となる。
With this configuration, when the
[参考例2]
図6は、参考例2としての生体情報検出装置の光検出ユニットの構成を示す斜視図であり、図中120が光検出ユニットを示している。なお、同図においても前記図1と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
[Reference Example 2]
FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the light detection unit of the biological information detection apparatus as Reference Example 2 , in which 120 denotes the light detection unit. In the figure, the same parts as those in FIG.
前記第1の実施形態と同様に、第1及び第2の光学部材1,2はその一方の側面同士が接触しかつ上面1b,2bが同一平面からなるセンサ面を形成するように、水平方向に並べられた状態で配置される。第1の光学部材1の第1及び第2の側端面1a,1a′にはそれぞれ発光素子31,32が対向配置され、また第2の光学部材2の第1及び第2の側端面2a,2a′にはそれぞれ受光素子41,42が対向配置されている。すなわち、第1及び第2の光学部材1,2の両方の側端面にそれぞれ発光素子31,32及び受光素子41,42が対向配置された構成となっている。上記受光素子41,42の受光信号は合成されたのち信号処理ユニット200に入力される。
As in the first embodiment, the first and second
このように構成すると、第1の光学部材1にはその両方の側端面1a,1a′から発光素子31,32によるセンサ光5,5が入射することになり、これにより第1の光学部材1の上面1bのどの位置に生体部位7を接触させても、当該第1の光学部材1の上面1bから漏洩する照射光6の光量をほぼ均一にすることができる。また、第2の光学部材2においても、その両方の側端面2a,2a′から出射される散乱光成分6a,6aがそれぞれ受光素子41,42で受光される。このため、第2の光学部材2の上面2bのどの位置に生体部位7が接触しても、常にS/Nの高い受光信号を信号処理ユニット200に入力することができ、この結果より安定性の高い検出を行うことが可能となる。
If comprised in this way, the
[参考例3]
図7は、参考例3としての生体情報検出装置の光検出ユニットの構成を示す斜視図であり、図中130が光検出ユニットを示している。なお、同図において前記図6と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
[ Reference Example 3 ]
FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the light detection unit of the biological information detection apparatus as Reference Example 3 , in which 130 indicates the light detection unit. In the figure, the same parts as those in FIG.
第4の実施形態における光検出ユニット130は、第3の実施形態で述べたように両方の側端部に発光素子31,32を対向配置した第1の光学部材1と、両方の側端部に受光素子41,42を対向配置した第2の光学部材2を複数個並べて配置した構成となっている。
このような構成であるから、接触位置による検出精度のばらつきを低く抑えた上で広いセンサ面を形成することが可能となる。
As described in the third embodiment, the
With such a configuration, it is possible to form a wide sensor surface while keeping the variation in detection accuracy due to the contact position low.
[参考例4]
図8は、参考例4としての生体情報検出装置の光検出ユニットの構成を示す斜視図であり、図中140が光検出ユニットを示している。なお、同図において前記図5と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
[ Reference Example 4 ]
FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the light detection unit of the biological information detection apparatus as Reference Example 4 , in which 140 indicates the light detection unit. In the figure, the same parts as those in FIG.
参考例4における光検出ユニット140は、櫛歯状に形成された第1の光学部材11と、同じく櫛歯状に形成された第2の光学部材21を備え、これらの第1及び第2の光学部材11,21をその突出片111,112と突出片211,212,213とが交互にかみ合うように配置したものとなっている。
The
また、上記第1の光学部材11の基端辺部には複数個の発光素子(図では2個の場合を例示)3,3が所定の間隔を隔てて配置され、これらの発光素子3,3により上記第1の光学部材11内にその基端辺部からセンサ光を入射して上記突出片111,112内で全反射させている。さらに、第2の光学部材21の基端辺部には複数個の受光素子(図では3個の場合を例示)4,4,…が一定の間隔を隔てて配置されている。これらの受光素子4,4,…は、上記突出片211,212,213の基端辺部から出射される散乱光成分をそれぞれ受光して信号処理ユニット200に入力する。
このような構成であるから、光検出ユニット140を簡単かつ高精度に組み立てることが可能となり、また構造的により安定したセンサ面を形成することが可能となる。
In addition, a plurality of light emitting elements (two cases are illustrated in the figure) 3 and 3 are arranged at a predetermined interval on the base end side portion of the first
With this configuration, the
[参考例5]
図9は、参考例5としての生体情報検出装置の光検出ユニットの構成を示す斜視図であり、図中150が光検出ユニットを示している。なお、同図において前記図5と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
[ Reference Example 5 ]
FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of the light detection unit of the biological information detection apparatus as Reference Example 5 , in which 150 indicates the light detection unit. In the figure, the same parts as those in FIG.
参考例5における光検出ユニット150は、第1の光学部材12及び第2の光学部材22をその厚み方向に湾曲形成し、これらの第1及び第2の光学部材12,22の互いに反対側となる側端面にそれぞれ発光素子3及び受光素子4を対向配置したものである。
The
このように構成すると、例えば生体部位7の形状に応じて最適な形状のセンサ面を形成することができ、これによりセンサ面に対する生体部位7の接触面積を増やして容積脈波の検出精度を高めることができる。また、それだけでなく、光検出ユニット150はリモートコントローラや携帯端末、自動車のハンドルなど、光検出ユニット150が搭載される対象となる機器が曲面形状をもっていたとしても、それら機器の形状に合わせて設計し、設置することが可能になる。
If comprised in this way, the sensor surface of an optimal shape can be formed, for example according to the shape of the
[第2の実施形態]
第1の光学部材1へのセンサ光5の入射角は、第1の光学部材1内に入射したセンサ光5が第1の光学部材1内においてセンサ面1bのできる限り広い領域で全反射するように設定することが望ましい。このため、発光素子3の配置及び構成として、例えば図10(a)〜(d)に示すものが考えられる。
Second Embodiment
The incident angle of the
先ず図10(a)に示すものは、発光素子3として指向角が比較的広いものを用いることで第1の光学部材1のセンサ面1bに対し入射角を大きく設定したものである。次に図10(b)に示すものは発光素子3を第1の光学部材1のセンサ面1bに対して角度を持たせて配置したものであり、図10(c)に示すものは第1の光学部材1′の入射面1a′をセンサ面1bに対して垂直ではない角度に設定したものである。また、図10(d)に示すものは、発光素子3と第1の光学部材1″の入射面1a″との間に光を拡散させる機能を持ったフィルタ8を配置したものである。要するに、第1の光学部材1″内に入射されたセンサ光5がセンサ面1b上で位置によらず全反射するように、発光素子3の配置や構成を決定すればよい。
First, what is shown in FIG. 10A is one in which the incident angle is set large with respect to the
また、発光素子3として使用される発光ダイオード(LED)には指向角が8°〜15°程度のものが考えられるが、これより指向角度が狭いものでも、また広いものであってもよく、この数値で指定した範囲に限定されるものではない。
In addition, a light emitting diode (LED) used as the
[第3の実施形態]
図11は、この発明の第3の実施形態に係る生体情報検出装置における光検出ユニットの要部構成を示すものである。この第8の実施形態における光検出ユニットは、第2の光学部材2の出射面2aと受光素子4との間に集光レンズ9を配置したものである。
このように構成すると、第2の光学部材2の出射面2aから出射された散乱光成分6aを集合レンズ9により集光して受光素子4に受光させることができ、これにより受光素子4の受光感度が低い場合でも高精度の検出を行うことができる。
[ Third Embodiment]
FIG. 11 shows a main configuration of a light detection unit in a biological information detection apparatus according to the third embodiment of the present invention. The light detection unit according to the eighth embodiment is one in which a condensing
With this configuration, the scattered
[その他の実施形態]
前記各実施形態では、発光素子3を設け、この発光素子3が発光したセンサ光5を第1の光学部材1に入射するようにした。しかし、十分な光量の自然光又は室内光が得られる環境下で使用する場合には、上記自然光又は室内光をセンサ光5として使用するようにしてもよい。このようにすると、発光素子3を不要にすることができ、その分部品点数を削減して装置の簡単小型化、低価格化及び消費電力の低減を図ることが可能となる。
[Other Embodiments]
In each of the embodiments described above, the
また、前記各実施形態ではいずれも短冊状の長方形板からなる第1の光学部材1及び第2の光学部材2を用いた場合を例にとって説明したが、正方形、長方形、円形、楕円形又は多角形の柱状帯又は板状体からなる光学部材を使用してもよい。その他、第1及び第2の光学部材の形状や材料、信号処理ユニットの構成とその処理内容、容積脈波の検出情報の用途等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。
In each of the above embodiments, the case where the first
要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 In short, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in each embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
1,1′,1″,11,12…第1の光学部材、2,21,22…第2の光学部材、1a,1a′,1a″…入射面、1b,2b…センサ面、2a…出射面、3…発光素子、4…受光素子、5…センサ光、6…照射光、6a…散乱光成分、7…生体部位、8…フィルタ、9…集光レンズ、21…増幅部、22…A/D変換部、23…波形処理・出力部、111,112…第1の光学部材の突出片、211,212,213…第2の光学部材の突出片、100,110,120,130,140,150…光検出ユニット、200…信号処理ユニット。 1, 1 ', 1 ", 11, 12 ... first optical member, 2, 21, 22 ... second optical member, 1a, 1a', 1a" ... incident surface, 1b, 2b ... sensor surface, 2a ... Emitting surface, 3 ... Light emitting element, 4 ... Light receiving element, 5 ... Sensor light, 6 ... Irradiation light, 6a ... Scattered light component, 7 ... Living body part, 8 ... Filter, 9 ... Condensing lens, 21 ... Amplifying unit, 22 ... A / D conversion unit, 23 ... waveform processing / output unit, 111,112 ... projection piece of first optical member, 211,212,213 ... projection piece of second optical member, 100,110,120,130 , 140, 150 ... light detection unit, 200 ... signal processing unit.
Claims (2)
板状又は柱状をなし、その側端面から入射した光を前記生体部位の接触面となる上面と下面との間で全反射させる第1の光学部材と、
板状又は柱状をなし、前記第1の光学部材の側面に隣接しかつ前記生体部位の接触面となる上面が前記第1の光学部材の上面とほぼ同一平面を形成する状態に配置され、前記第1の光学部材の上面に生体部位が接触したとき、前記第1の光学部材の当該接触位置から漏洩した光の前記生体部位による散乱光成分を上面から取り込み、側端面に導いて出射する第2の光学部材と、
前記第1の光学部材内に、その側端面から前記全反射を生じさせるべく光を入射する発光素子と、
前記第2の光学部材の側端面から出射された光を受光し、その受光量に応じた受光信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力された受光信号をもとに、前記第1及び第2の光学部材の上面に生体部位が接触したときに発生する前記受光量の変化を検出し、この検出された受光量の変化を表す情報を前記生体部位の容積脈波を表す情報として出力する信号処理部と
を具備し、
前記第1の光学部材および前記第2の光学部材の各上面はいずれも平面からなり、
前記発光素子および前記受光素子は、それぞれ前記第1の光学部材および前記第2の光学部材の同一側の側端面に配置される
することを特徴とする生体情報検出装置。 In a biological information detection apparatus for detecting information related to volume pulse waves from a biological part,
A first optical member that has a plate shape or a column shape, and totally reflects light incident from the side end surface between an upper surface and a lower surface serving as a contact surface of the living body part;
It is plate-shaped or columnar, and is disposed in a state where an upper surface adjacent to a side surface of the first optical member and serving as a contact surface of the living body part forms substantially the same plane as the upper surface of the first optical member, When a living body part comes into contact with the upper surface of the first optical member, the scattered light component by the living body part of the light leaked from the contact position of the first optical member is taken from the upper surface, and guided to the side end face to be emitted. Two optical members;
A light emitting element that makes light incident on the first optical member so as to cause the total reflection from a side end surface thereof;
A light receiving element that receives light emitted from the side end face of the second optical member and outputs a light reception signal corresponding to the amount of light received;
Based on the light reception signal output from the light receiving element, a change in the amount of received light that occurs when a living body part contacts the upper surfaces of the first and second optical members is detected, and the detected amount of received light A signal processing unit that outputs information representing the change in volume as information representing the volume pulse wave of the living body part ,
Each upper surface of the first optical member and the second optical member is a flat surface,
The biological information detection apparatus , wherein the light emitting element and the light receiving element are disposed on the same side end surfaces of the first optical member and the second optical member, respectively .
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