JP6252682B2 - 生体情報センサ - Google Patents

Description

本発明は、被測定者の生体情報を計測する生体情報センサに関する。

一般に、心電図信号、脈波信号等のような各種の生体情報を計測するセンサが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１には、被測定者から反射された高周波信号を用いて、被測定者の心拍数を計測するシステムが記載されている。また、特許文献２には、第１及び第２の入力電極に右手，左手の指を接触させ、これらの電位差に基づいて、心電図の波形や心拍数等の心電情報を得る生体認証カードが記載されている。また、特許文献３には、被測定者の指の内部で拡散した光を受光することによって、被測定者の脈拍を測定するチップカードが記載されている。

特表２０１０−５０８１２８号公報 特開２０１２−１５０６９６号公報 特表２００６−５１８２３５号公報

ところで、生体情報として脈波伝搬時間が知られており、この脈波伝搬時間は、心電図信号のＲ波から脈波信号の最小値までの間の時間差を示すものである。これに対し、特許文献１〜３に記載されたセンサでは、被測定者から検出した各種の信号を用いて、心拍、心電、脈拍等を算出しているが、脈波伝搬時間を算出するものではない。また、脈波伝搬時間を算出するためには、心電図信号と脈波信号を同時に計測する必要がある。このため、被測定者には、心電図信号を計測するための電極と、脈波信号を検出するための発光素子および受光素子とを、一緒に取り付ける必要があり、これらによって被測定者が拘束されてしまい利便性が低いという問題がある。

本発明は前述の問題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、利便性を高めつつ脈波伝搬時間を算出することができる生体情報センサを提供することにある。

（１）．上記課題を解決するために、本発明による生体情報センサは、被測定者の心拍信号を検出する心拍信号検出器と、前記心拍信号を処理する信号処理部と、を備えた生体情報センサであって、前記信号処理部は、前記被測定者の心電図信号を検出する心電図信号検出器と、前記被測定者の脈波信号を検出する脈波検出器とに接続可能に構成され、前記信号処理部は、前記心拍信号検出器による前記心拍信号と前記心電図信号検出器による前記心電図信号とに基づいて、前記心拍信号から前記心電図信号のＲ波を推定した心電ピーク推定値を算出する心電ピーク推定部と、前記心電ピーク推定部による前記心電ピーク推定値と前記脈波検出器による前記脈波信号とに基づいて、前記心電図信号のＲ波から前記脈波信号の最小値までの間の脈波伝搬時間を推定する脈波伝搬時間推定部とを備えている。

本発明によれば、生体情報センサは、心拍信号検出器と、信号処理部とを備えている。また、信号処理部は、心電図信号検出器と、脈波検出器とに接続可能に構成されている。このため、生体情報センサにより、被測定者の生体情報である、心拍信号、心電図信号、脈波信号を同時に測定することができる。

また、信号処理部は、心拍信号から心電図信号のＲ波を推定する心電ピーク推定部を備えている。これにより、心電図信号と心拍信号との関係性に基づいて、心拍信号から間接的に心電ピークを推定することができる。この結果、一度、心電図信号と心拍信号との関係性が求められれば、心電図信号検出器を用いずに、心拍信号検出器によって心電ピーク推定値を算出することができる。

また、信号処理部は、心電ピーク推定値と脈波信号とに基づいて脈波伝搬時間を推定する脈波伝搬時間推定部を備えている。この結果、脈波伝搬時間を算出するときには心拍信号検出器を用いることができるから、心電図信号検出器を用いた場合に比べて、被測定者に対する拘束を低減して利便性を高めることができる。また、簡易に脈波伝搬時間を推定することができる。

（２）．本発明は、前記心拍信号検出器と前記信号処理部とは、フレキシブル基板に設けられ、前記フレキシブル基板には、前記被測定者の体表に貼付可能な貼着部を設けていることにある。

本発明によれば、フレキシブル基板と貼着部とを用いて、被測定者の体表に心拍信号検出器と信号処理部とを貼り付けることができる。これにより、生体情報センサを被測定者のうち心臓付近の体表に貼り付けることができるので、心拍信号の検出精度を高めることができる。

（３）．本発明は、前記心電図信号検出器と前記脈波検出器とは、前記フレキシブル基板に設けられていることにある。

本発明によれば、フレキシブル基板と貼着部とを用いて、被測定者の体表に心拍信号検出器と信号処理部と心電図信号検出器とを貼り付けることができる。これにより、被測定者の体表に貼り付けられた心拍信号検出器と心電図信号検出器とを用いて、心拍信号と心電図信号とを同時に検出することができる。この結果、心電ピーク推定部によって心電ピーク推定値を算出することができる。

また、脈波検出器をフレキシブル基板に設けているので、生体情報センサを被測定者の体表に貼り付けた状態で、簡易に被測定者の脈波信号を検出することができる。

（４）．本発明は、前記心拍信号検出器と前記信号処理部とは、カード筐体に設けられていることにある。

本発明によれば、カード筐体に心拍信号検出器と信号処理部とを設けている。これにより、小型で携帯性に優れるカード型の生体情報センサにより、簡易に被測定者の心拍信号を検出することができる。

（５）．本発明は、前記心電図信号検出器は、前記カード筐体に設けられていることにある。

本発明によれば、カード筐体に、心拍信号検出器と信号処理部と心電図信号検出器とを設けている。これにより、カード筐体に設けられた心拍信号検出器と心電図信号検出器とを用いて、心拍信号と心電図信号とを同時に検出することができ、心電ピーク推定部によって心電ピーク推定値を算出することができる。

（６）．本発明は、前記信号処理部と前記脈波検出器とは有線接続されることにある。

本発明によれば、信号処理部と脈波検出器とは有線接続されている。これにより、信号処理部は、心拍信号検出器からの心拍信号と、脈波検出器からの脈波信号との間で時間遅延が生じることなく、一緒に測定することができる。このため、これらの心拍信号と脈波信号とに基づいて、脈波伝搬時間を推定することができる。

（７）．本発明は、脈波センサ装置は、前記脈波検出器と前記信号処理部に前記脈波信号を送信する送信部とを備え、前記脈波センサ装置は、前記信号処理部に接続され前記脈波信号を受信する受信部と前記送信部とを通じて、前記信号処理部と無線接続されることにある。

本発明によれば、脈波センサ装置と信号処理部との間は無線接続されている。これにより、脈波センサ装置と信号処理部との間を有線により接続した場合に比べて、測定時の配線が無くなり、利便性を高めることができる。

（８）．本発明は、基準信号を出力する基準信号出力部は、前記信号処理部に接続され、前記受信部は、前記脈波センサ装置から前記基準信号に基づく応答信号を受信し、前記信号処理部は、前記応答信号に基づいて前記脈波センサ装置との間の信号遅延を補正することにある。

本発明によれば、基準信号出力部を信号処理部に接続しているので、信号処理部は、基準信号に応じた応答信号に基づいて脈波センサ装置との間の信号遅延を補正することができる。これにより、脈波センサ装置と信号処理部とを無線接続するのに伴って、これらの間で信号伝搬の遅延が発生する場合でも、信号処理部は信号遅延を考慮して脈波伝搬時間を推定することができる。この結果、脈波伝搬時間の推定精度を高めることができる。

本発明の第１の実施の形態による生体情報センサを示す斜視図である。 生体情報センサを図１中の矢示II−II方向から示す底面図である。 生体情報センサの内部構成を示す概略図である。 心拍信号検出器と、心電図信号検出器と、脈波検出器と、信号処理部との電気的構成を示すブロック図である。 被測定者が生体情報センサを用いて、心拍信号と心電図信号とを検出している状態を示す概略図である。 被測定者が生体情報センサを用いて、心拍信号と脈波信号とを検出している状態を示す概略図である。 第１の実施の形態による補正値算出処理を示す流れ図である。 第１の実施の形態による生体情報推定処理を示す流れ図である。 心電図信号と、心拍信号と、脈波信号との時間変化を示す特性線図である。 本発明の第２の実施の形態による生体情報センサを示す斜視図である。 第２の実施の形態の生体情報センサの内部構成を示す概略図である。 被測定者が第２の実施の形態の生体情報センサを用いて、心拍信号と心電図信号とを検出している状態を示す概略図である。 被測定者が第２の実施の形態の生体情報センサを用いて、心拍信号と脈波信号とを検出している状態を示す概略図である。 本発明の第３の実施の形態による生体情報センサの内部構成を示す概略図である。 本発明の第４の実施の形態による生体情報センサの内部構成を示す概略図である。 第４の実施の形態による、心電図信号と、脈波信号と、基準信号に基づく応答信号との時間変化を示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態による生体情報センサについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、図１ないし図９に本発明の第１の実施の形態を示す。第１の実施の形態による生体情報センサ１は、フレキシブル基板２、貼着部３、心拍信号検出器４、心電図信号検出器７、脈波検出器１０、信号処理部１４等を備えている。

フレキシブル基板２は、例えば絶縁性を有する樹脂材料を用いて、変形可能な平板状に形成されている。このフレキシブル基板２には、心拍信号検出器４、心電図信号検出器７、脈波検出器１０、信号処理部１４、バッテリ１６等が実装されている。フレキシブル基板２の裏面（下面）は、被測定者Ｏの体表（体表面）と対向する対向面となっている。このため、フレキシブル基板２の裏面には、後述の貼着部３が設けられている。一方、フレキシブル基板２の表面（上面）は、後述の、心電図信号検出器７の検出電極８Ａ，８Ｂが実装される実装面となっている。この場合、フレキシブル基板２の表面には、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂材料からなる封止樹脂層２Ａが設けられ、検出電極８Ａ，８Ｂをフレキシブル基板２の表面に実装している。

貼着部３は、フレキシブル基板２の裏面に設けられて、例えば、被測定者Ｏの体表に長時間貼付可能なシール部材により構成されている。図２に示すように、貼着部３の略中央には、脈波検出器１０と被測定者Ｏの体表との間で光を透光させるための透光部３Ａが設けられている。この透光部３Ａは、例えば透明樹脂等の透明材料を用いて形成されている。なお、貼着部３には透明材料からなる透光部３Ａを設ける構成としたが、貼着部３全体を透明材料により形成したり、貼着部３に貫通孔を設けて光を透光させてもよい。

心拍信号検出器４は、フレキシブル基板２に設けられ、送信用アンテナ５Ａ、受信用アンテナ５Ｂ、心拍検出用ＩＣチップ６等を含んで構成されている。この心拍信号検出器４は、被測定者Ｏの心拍信号ＨＢＲを検出するものである。

送信用アンテナ５Ａは、心拍検出用ＩＣチップ６に接続され、例えばパッチアンテナ、スロットアンテナ等のような各種のアンテナによって構成されている。送信用アンテナ５Ａは、心拍検出用ＩＣチップ６で生成された所定の周波数の送信信号を被測定者Ｏのうち心臓付近の部位に向けて出力する。このとき、送信信号は、被測定者Ｏの体内に進入し、被測定者Ｏの心臓によって反射される。

受信用アンテナ５Ｂも、送信用アンテナ５Ａと同様に、心拍検出用ＩＣチップ６に接続され、例えばパッチアンテナ、スロットアンテナ等のような各種のアンテナによって構成されている。受信用アンテナ５Ｂは、被測定者Ｏが送信信号を反射したときの信号を受信信号として受信する。このとき、受信信号は、被測定者Ｏの心臓によって反射された反射波であるから、心臓の拍動に応じてその強度が変化する。このため、受信信号は、送信信号の周波数に被測定者Ｏの心拍等によるドップラー周波数が加算された信号となる。なお、心拍信号検出器４は、送信用アンテナ５Ａと受信用アンテナ５Ｂとを別個に設けたが、例えば、送信と受信を共用する送受信アンテナを用いてもよい。

心拍検出用ＩＣチップ６は、はんだ等を用いてフレキシブル基板２に実装されている。心拍検出用ＩＣチップ６は、バッテリ１６から供給される電力によって駆動し、送信用アンテナ５Ａ、受信用アンテナ５Ｂ、後述の信号処理部１４に接続されている。

心拍検出用ＩＣチップ６は、図４に示すように、送信信号を生成する発振器６Ａと、送信信号を分配する方向性結合器６Ｂと、受信信号と送信信号を混合するミキサ６Ｃと、混合信号に基づいて心拍信号ＨＢＲを検出する検出回路６Ｄとを含んで構成されている。これにより、心拍検出用ＩＣチップ６は、受信用アンテナ５Ｂにより受信した受信信号に基づいて、図９の破線で示す心拍信号ＨＢＲを信号処理部１４に出力する。

発振器６Ａは、入力側が信号処理部１４に接続され、出力側が方向性結合器６Ｂを介して送信用アンテナ５Ａに接続されている。この発振器６Ａは、信号処理部１４から出力される例えばクロック信号等のような基準信号に基づいて、マイクロ波、ミリ波等の高周波信号からなる送信信号を生成し、送信用アンテナ５Ａに向けて出力する。なお、発振器６Ａは、信号処理部１４から入力される基準信号に基づいて送信信号を生成するものとしたが、基準信号を用いずに送信信号を生成してもよい。

方向性結合器６Ｂは、発振器６Ａと送信用アンテナ５Ａとの間に設けられている。方向性結合器６Ｂの入力側は発振器６Ａに接続され、方向性結合器６Ｂの出力側は送信用アンテナ５Ａとミキサ６Ｃとに接続されている。方向性結合器６Ｂは、発振器６Ａで生成された送信信号を、送信用アンテナ５Ａとミキサ６Ｃとに分配する。これにより、方向性結合器６Ｂは、発振器６Ａから送信用アンテナ５Ａに向けて送信信号を伝送すると共に、発振器６Ａからミキサ６Ｃに向けて送信信号を同期信号として伝送する。

ミキサ６Ｃは、受信用アンテナ５Ｂと発振器６Ａとの間に設けられている。ミキサ６Ｃは、発振器６Ａによる同期信号と受信用アンテナ５Ｂにより受信した受信信号とを混合して混合信号を生成し、この混合信号を検出回路６Ｄに向けて出力する。

検出回路６Ｄの入力側はミキサ６Ｃに接続され、検出回路６Ｄの出力側は信号処理部１４に接続されている。この検出回路６Ｄは、各種の検波回路によって構成され、混合信号から心拍信号ＨＢＲを検出する。このとき、心拍信号ＨＢＲは、例えば、送信信号が被測定者Ｏを反射したときに生じたドップラー周波数の信号である。検出回路６Ｄは、心拍信号ＨＢＲを信号処理部１４に向けて出力する。

心電図信号検出器７は、フレキシブル基板２に設けられ、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂ、心電図検出用ＩＣチップ９等を含んで構成されている。この心電図信号検出器７は、被測定者Ｏの心電図信号ＥＣＧを検出するものである。心電図信号検出器７は、後述の信号処理部１４に接続可能に構成されている。

第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂは、例えば導電性金属材料、または導電性樹脂材料からなる導電性膜を用いて形成されている。第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂは、矩形状をなすフレキシブル基板２の対角線の両端側位置に配置されている。この場合、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂは、被測定者Ｏが生体情報センサ１を胸等の体表に取り付けた状態で、例えば両手の人差し指を第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂに対応する部位に容易に接触させることができるような位置に設けられている。即ち、図１に示すように、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂは、フレキシブル基板２の右上，左下にそれぞれ設けられる。第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂは、被測定者Ｏの体表（例えば、指先の皮膚）の電位に応じたアナログ信号をそれぞれ検出し、心電図検出用ＩＣチップ９に検出したアナログ信号を出力する。

心電図検出用ＩＣチップ９は、はんだ等を用いてフレキシブル基板２に実装されている。心電図検出用ＩＣチップ９は、バッテリ１６から供給される電力によって駆動する。心電図検出用ＩＣチップ９の入力側は第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂに接続され、心電図検出用ＩＣチップ９の出力側は後述の信号処理部１４に接続されている。

心電図検出用ＩＣチップ９は、図４に示すように、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂにより検出したアナログ信号のノイズを除去するフィルタ９Ａと、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂにより検出したアナログ信号を差動増幅して心電図信号ＥＣＧを出力するオペアンプ９Ｂとを含んで構成されている。これにより、心電図検出用ＩＣチップ９は、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂにより検出したアナログ信号に基づいて、図９中に実線で示す心電図信号ＥＣＧを信号処理部１４に出力する。

フィルタ９Ａは、入力側が第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂにそれぞれ接続され、出力側がオペアンプ９Ｂに接続されている。このフィルタ９Ａは、例えばローパスフィルタによって構成され、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂで検出したアナログ信号から、不要な高周波成分を除去する。

オペアンプ９Ｂは、入力側が第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂに接続され、出力側が信号処理部１４に接続されている。このオペアンプ９Ｂは、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂで検出したアナログ信号の電位差に対して、その差分を増幅する差動増幅回路を構成する。オペアンプ９Ｂにより差動増幅された信号は、差動増幅信号からなる心電図信号ＥＣＧとして信号処理部１４に出力される。なお、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂで検出したアナログ信号の電位差を増幅するものであれば、オペアンプ以外の差動増幅回路を用いてもよい。

脈波検出器１０は、フレキシブル基板２に設けられ、信号処理部１４と接続されている。この脈波検出器１０は、駆動部１１、発光器１２Ａ、受光器１２Ｂ、増幅部１３等を含んで構成され、被測定者Ｏの脈波信号としての光電脈波信号ＰＰＧを検出する。なお、脈波検出器１０は、脈波信号として光電脈波信号ＰＰＧを検出する構成としたが、例えば、筋ポンプ脈波法、空気脈波法、超音波ドップラー法等を用いて脈波信号を検出してもよい。また、脈波検出器１０は、バッテリ１６から供給される電力に基づいて駆動してもよく、バッテリ１６とは別個に駆動電源となるバッテリ（図示せず）を備える構成としてもよい。

駆動部１１は、入力側が信号処理部１４に接続され、出力側が発光器１２Ａに接続されている。この駆動部１１は、信号処理部１４から入力される例えばパルス信号のような駆動信号に基づいて、発光器１２Ａを発光させるための駆動電流を、発光器１２Ａに供給する。

発光器１２Ａは、入力側が駆動部１１に接続され、駆動部１１からの駆動電流に従って、所定のパルス周期でパルス発光する。これにより、発光器１２Ａは、例えば被測定者Ｏの体表に所定波長の光（例えば可視光又は赤外光）を照射する。このとき、パルス周期は、光電脈波信号ＰＰＧの周期に比べて、十分に小さい値に設定される。発光器１２Ａは、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を透明樹脂で封止することによって形成されている。なお、発光器１２Ａは、発光素子として面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又は共振器型ＬＥＤを用いて形成してもよい。また、発光器１２Ａは、パルス発光に限らず、時間的に連続して発光してもよい。

受光器１２Ｂは、例えば被測定者Ｏの胸部の体表が発光器１２Ａからの光を反射したときに、この反射光を受光する。この受光器１２Ｂは、出力側が増幅部１３に接続され、反射光に応じた光検出信号を増幅部１３に出力する。受光器１２Ｂは、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を透明樹脂で封止することによって形成されている。なお、受光器１２Ｂは、受光素子として、例えばフォトトランジスタを用いて形成してもよい。また、受光器１２Ｂは、被測定者Ｏの体表等で反射した反射光を受光するものとしたが、被測定者Ｏの体表等を透過した透過光を受光するものとしてもよい。さらに、発光器１２Ａは、被測定者Ｏの胸部に限らず、手、指、腕等の他の部位に光を照射してもよく、このときの反射光や透過光を受光器１２Ｂが受光してもよい。

増幅部１３は、入力側が受光器１２Ｂに接続され、出力側が信号処理部１４に接続されている。この増幅部１３は、受光器１２Ｂから供給された光検出信号に対して電流−電圧変換を行い、電流−電圧変換された光検出信号を増幅し、図９中に一点鎖線で示す光電脈波信号ＰＰＧとして信号処理部１４に出力する。

信号処理部１４は、フレキシブル基板２に設けられ、バッテリ１６から供給される電力によって駆動する。信号処理部１４の入力側は、心拍信号検出器４、心電図信号検出器７、脈波検出器１０等に接続されている。信号処理部１４の出力側は、心拍信号検出器４、脈波検出器１０、後述のＴＡＧ用ＩＣチップ１５に接続されている。

信号処理部１４は、例えばＭＣＵ（Micro Control Unit）等により構成され、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）１４Ａと演算部１４Ｂとを備えている。この信号処理部１４は、心拍信号検出器４、心電図信号検出器７、脈波検出器１０から検出した心拍信号ＨＢＲ、心電図信号ＥＣＧ、光電脈波信号ＰＰＧに基づいて、各信号を処理するものである。また、信号処理部１４は、各種のプログラムに従って、心拍信号検出器４、脈波検出器１０、後述のＴＡＧ用ＩＣチップ１５の動作をそれぞれ制御する。

ＡＤＣ１４Ａは、入力側が心拍信号検出器４、心電図信号検出器７、脈波検出器１０に接続され、出力側が演算部１４Ｂに接続されている。このＡＤＣ１４Ａは、心拍信号検出器４、心電図信号検出器７、脈波検出器１０から入力されるアナログ信号からなる心拍信号ＨＢＲ、心電図信号ＥＣＧ、光電脈波信号ＰＰＧをディジタル信号にそれぞれ変換し、演算部１４Ｂに出力する。このとき、ＡＤＣ１４Ａは、心拍信号ＨＢＲ、心電図信号ＥＣＧ、光電脈波信号ＰＰＧの信号周期に比べて十分に短いサンプリング周期でアナログ−ディジタル変換を行う。また、ＡＤＣ１４Ａは、心拍信号ＨＢＲ、心電図信号ＥＣＧ、光電脈波信号ＰＰＧに共用され、これらのアナログ信号を異なるタイミングで逐次的にディジタル信号に変換する。従って、心拍信号ＨＢＲ、心電図信号ＥＣＧ、光電脈波信号ＰＰＧは、互いに同程度のダイナミックレンジとなるように、それぞれの信号強度や振幅が調整されている。

演算部１４Ｂは、ＡＤＣ１４Ａから入力された、心拍信号ＨＢＲ、心電図信号ＥＣＧ、光電脈波信号ＰＰＧに基づいて、図７に示す補正値算出処理、または、図８に示す生体情報推定処理を実行する。この演算部１４Ｂは、補正値算出処理によって算出した補正値ＴＦと、生体情報推定処理によって算出した脈波伝搬時間ＰＴＴ、心拍ピークの時間間隔Ｒ−ＲＩ′（心拍間隔Ｒ−ＲＩ′）とをメモリ（図示せず）内に格納する。心拍信号検出器４を動作させるときには、演算部１４Ｂは、発振器６Ａに基準信号を出力する。脈波検出器１０を動作させるときには、演算部１４Ｂは、駆動部１１に駆動信号を出力する。

演算部１４Ｂには、補正値算出処理と生体情報推定処理とのうちいずれか一方を選択する選択スイッチ（図示せず）が接続されている。このため、演算部１４Ｂは、選択スイッチによって選択された処理を実行する。

ＴＡＧ用ＩＣチップ１５は、フレキシブル基板２に設けられ、メモリ、マイクロプロセッサ等を含んで構成されると共に、コイル１７に接続されている。ＴＡＧ用ＩＣチップ１５のメモリ内には、例えば被測定者Ｏの個人情報等が格納されている。メモリ内に格納された各種の情報は、コイル１７を用いることによって、外部の読取り装置（図示せず）によって読取ることができる。

例えば、生体情報センサ１を読取り装置に重ねると、コイル１７に電磁誘導が生じ、ＴＡＧ用ＩＣチップ１５に電力が供給される。このとき、ＴＡＧ用ＩＣチップ１５は、読取り装置による電磁波の一部を反射すると共に、メモリ内の情報等を反射波に変調する。これにより、読取り装置は、反射波に基づいて、被測定者Ｏの個人情報等を受信することができる。

また、ＴＡＧ用ＩＣチップ１５は、信号処理部１４に接続されている。このため、ＴＡＧ用ＩＣチップ１５は、自己のメモリに格納された情報を読取り装置に出力するのに併せて、信号処理部１４のメモリに格納された補正値ＴＦ、脈波伝搬時間ＰＴＴ及び心拍間隔Ｒ−ＲＩ′を読取り装置に出力する。読取り装置に、例えばモニタ、プリンタ等の出力装置を接続すれば、被測定者Ｏは、出力装置による出力結果によって、脈波伝搬時間ＰＴＴや心拍間隔Ｒ−ＲＩ′を確認することができる。

なお、演算部１４Ｂによって算出した補正値ＴＦ、脈波伝搬時間ＰＴＴ及び心拍間隔Ｒ−ＲＩ′は、演算部１４Ｂのメモリに限らず、ＴＡＧ用ＩＣチップ１５のメモリに格納し、個人情報等と一緒に読取り装置に出力してもよい。また、ＴＡＧ用ＩＣチップ１５は、読取り装置からの電力供給によって駆動する受動タイプに限らず、バッテリ１６からの電力供給によって駆動する能動タイプでもよい。また、脈波伝搬時間ＰＴＴ及び心拍間隔Ｒ−ＲＩ′は、メモリに格納せずに、外部の装置に逐次出力する構成としてもよい。この場合、脈波伝搬時間ＰＴＴ及び心拍間隔Ｒ−ＲＩ′は、ＴＡＧ用ＩＣチップ１５、コイル１７等を用いて外部に出力してもよく、ＴＡＧ用ＩＣチップ１５、コイル１７等とは別個の無線装置を用いて外部に出力してもよい。

バッテリ１６は、心拍検出用ＩＣチップ６、心電図検出用ＩＣチップ９、信号処理部１４等に電力を供給する。また、バッテリ１６は、コイル１７の両端に結合され、コイル１７からの電力供給によって充電される。なお、バッテリ１６は、コイル１７とは別個の電力供給線を通じて充電される構成としてもよい。また、バッテリ１６は、フレキシブル基板２に交換可能に取付けてもよい。

生体情報センサ１は、心拍信号検出器４の送信用アンテナ５Ａによって被測定者Ｏの心臓に向けて送信信号を送信し、心臓からの反射波を受信信号として受信用アンテナ５Ｂによって受信する。このため、図５に示すように、生体情報センサ１は、貼着部３によって被測定者Ｏの体表に貼付けられ、被測定者Ｏの心臓付近（左側胸部）に配置される。

次に、図５ないし図９を用いて、本実施の形態による生体情報センサ１の動作について説明する。

まず、図５及び図７を用いて、被測定者Ｏの心拍信号ＨＢＲと心電図信号ＥＣＧとを検出し、補正値ＴＦを算出する補正値算出処理について説明する。

まず、被測定者Ｏは、選択スイッチによって補正値算出処理を選択する。次に、図５に示すように、被測定者Ｏは、生体情報センサ１を胸部の体表に貼り付けた状態で、心電図信号検出器７の第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂに両手の指先をそれぞれ接触させる。この状態で、生体情報センサ１を起動すると、心拍信号検出器４と心電図信号検出器７とが一緒に動作する。

心拍信号検出器４は、被測定者Ｏの心拍に応じた心拍信号ＨＢＲを検出する。具体的に説明すると、発振器６Ａは、例えばマイクロ波、ミリ波等の送信信号を送信用アンテナ５Ａに向けて出力する。送信用アンテナ５Ａは、発振器６Ａから入力された送信信号を被測定者Ｏの心臓に向けて照射する。そして、被測定者Ｏに反射した送信信号は、受信信号として受信用アンテナ５Ｂに受信される。このとき、受信信号は、送信信号の周波数に被測定者Ｏの心拍等によるドップラー周波数が加算された信号となる。

受信用アンテナ５Ｂに受信された受信信号は、ミキサ６Ｃによって送信信号が混合され、混合信号となって検出回路６Ｄに入力される。検出回路６Ｄは、混合信号から心拍等によるドップラー周波数に応じた心拍信号ＨＢＲを検出し、信号処理部１４に出力する。

一方、心電図信号検出器７は、被測定者Ｏの心臓の活動に応じて変動する心電図信号ＥＣＧを検出する。具体的に説明すると、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂは、両手の人差し指の電位をそれぞれ検出し、これらの電位に応じたアナログ信号をフィルタ９Ａに出力する。

フィルタ９Ａは、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂによって検出されたアナログ信号から不要な高周波成分であるノイズを除去し、オペアンプ９Ｂに出力する。オペアンプ９Ｂは、フィルタ９Ａから入力される２つのアナログ信号を差動増幅して、両手の人差し指の電位差に応じた心電図信号ＥＣＧを出力する。オペアンプ９Ｂは、心電図信号ＥＣＧを信号処理部１４に出力する。

信号処理部１４は、心拍信号検出器４による心拍信号ＨＢＲと、心電図信号検出器７による心電図信号ＥＣＧとが入力されると、ＡＤＣ１４Ａにおいて、心拍信号ＨＢＲと心電図信号ＥＣＧとをアナログ−ディジタル変換を行う。またこの場合、信号処理部１４は、演算部１４Ｂにおいて、図７に示す補正値算出処理を実行する。

補正値算出処理では、ステップ１で、心電図信号ＥＣＧの心電ピークであるＲ波のピーク（最大値）を検出すると共に、心拍信号ＨＢＲの心拍ピーク（心拍信号ＨＢＲの最大値）を検出する。

続くステップ２では、心電図信号ＥＣＧの心電ピークと心拍信号ＨＢＲの心拍ピークとに基づいて、補正値ＴＦを算出する。ここで、心電図信号ＥＣＧと心拍信号ＨＢＲとでは、鼓動を表す心拍信号ＨＢＲの方が、電気信号である心電図信号ＥＣＧよりも位相が遅れる。この場合、補正値ＴＦは、例えば図９に示すように、同一周期における、心電図信号ＥＣＧの心電ピークと心拍信号ＨＢＲの心拍ピークとの時間差（位相差）を求めることにより算出する。算出された補正値ＴＦは、演算部１４Ｂのメモリに格納される。

なお、補正値ＴＦは、複数周期において心電ピークと心拍ピークとの時間差を求めて、これら複数周期分の時間差の平均値によって算出してもよい。また、補正値ＴＦは、心電図信号ＥＣＧの心電ピークと心拍信号ＨＢＲの最小値との時間差を求めることにより算出してもよいし、心電図信号ＥＣＧの心電ピークと心拍信号ＨＢＲの他の箇所との時間差を求めることにより算出してもよい。

次に、図６及び図８を用いて、被測定者Ｏの心拍信号ＨＢＲと光電脈波信号ＰＰＧを検出し、脈波伝搬時間ＰＴＴおよび心拍間隔Ｒ−ＲＩを推定する生体情報推定処理について説明する。

まず、被測定者Ｏは、選択スイッチによって生体情報推定処理を選択する。次に、図６に示すように、被測定者Ｏが生体情報センサ１を胸部に貼付けた状態で生体情報センサ１を起動すると、心拍信号検出器４と脈波検出器１０とが一緒に動作する。

このとき、心拍信号検出器４は、前述した補正値算出処理と同様に動作し、被測定者Ｏの心拍に応じた心拍信号ＨＢＲを信号処理部１４に出力する。一方、脈波検出器１０は、被測定者Ｏの心臓の活動に応じて変動する光電脈波信号ＰＰＧを検出する。この場合、駆動部１１は、信号処理部１４からの駆動信号に従い、発光器１２Ａを発光させるための駆動電流を、発光器１２Ａに供給する。

そして、発光器１２Ａは、駆動部１１からの駆動電流に従い、例えば被測定者Ｏの胸部に所定波長の光（例えば可視光又は赤外光）を照射する。受光器１２Ｂは、発光器１２Ａが被測定者Ｏの胸部に光を照射したときに、胸部で反射した反射光を受光して光検出信号に変換し、この光検出信号を増幅部１３に出力する。受光器１２Ｂから供給された光検出信号は、増幅部１３により電流−電圧変換され、電流−電圧変換された光検出信号は増幅され、光電脈波信号ＰＰＧとして信号処理部１４に出力される。

信号処理部１４は、光電脈波信号ＰＰＧと心拍信号ＨＢＲとが入力されると、ＡＤＣ１４Ａにおいて、光電脈波信号ＰＰＧと心拍信号ＨＢＲとをアナログ−ディジタル変換を行う。またこの場合、信号処理部１４は、演算部１４Ｂにおいて、図８に示す生体情報推定処理を実行する。

生体情報推定処理では、ステップ３で、ステップ２で求めた補正値ＴＦに基づいて、心拍信号ＨＢＲから心電ピーク推定値を算出する。即ち、心拍信号検出器４による心拍信号ＨＢＲと心電図信号検出器７による心電図信号ＥＣＧとから求めた補正値ＴＦに基づいて、心拍信号ＨＢＲから心電図信号ＥＣＧのＲ波のピークを推定した心電ピーク推定値を算出する。具体的には、心拍信号ＨＢＲの方が心電図信号ＥＣＧよりも位相が遅れるので、心拍信号ＨＢＲの心拍ピークの時点よりも補正値ＴＦだけ以前の時点に心電ピークが発生すると考えられる。このため、心拍ピークの発生時刻から補正値ＴＦを減算することにより、心電ピークの発生時刻に応じた心電ピーク推定値を算出する。この場合、ステップ３は心電ピーク推定部を構成する。

続くステップ４では、ステップ３で求めた心電ピーク推定値と光電脈波信号ＰＰＧとから脈波伝搬時間ＰＴＴを推定する。即ち、心電ピーク推定部による心電ピーク推定値と脈波検出器１０による光電脈波信号ＰＰＧとに基づいて、心電図信号ＥＣＧのＲ波のピークから光電脈波信号ＰＰＧの最小値までの間の脈波伝搬時間ＰＴＴを推定する。具体的には、脈波検出器１０による光電脈波信号ＰＰＧの最小値を検出して、光電脈波信号ＰＰＧの最小値が発生する時点と、心電ピークが発生する時点の推定値である心電ピーク推定値との時間差を求める。この時間差が、脈波伝搬時間ＰＴＴの推定値になる。演算部１４Ｂは、推定した脈波伝搬時間ＰＴＴをメモリに格納する。この場合、ステップ４は脈波伝搬時間推定部を構成する。

続くステップ５では、心拍信号ＨＢＲに含まれる複数の心拍ピークを検出し、隣合う心拍ピークの時間間隔Ｒ−ＲＩ′を求める。このとき、心電図信号ＥＣＧと心拍信号ＨＢＲとは同期しているから、心電図信号ＥＣＧの隣合うＲ波の時間間隔である心拍間隔Ｒ−ＲＩは、心拍信号ＨＢＲの心拍ピークの時間間隔Ｒ−ＲＩ′とほぼ同じ値であると考えられる。このため、心拍信号ＨＢＲの時間間隔Ｒ−ＲＩ′によって、心電図信号ＥＣＧの心拍間隔Ｒ−ＲＩを推定する。演算部１４Ｂは、推定した心拍間隔Ｒ−ＲＩをメモリに格納する。

かくして、第１の実施の形態によれば、生体情報センサ１は、心拍信号検出器４と、信号処理部１４とを備えている。また、信号処理部１４は、心電図信号検出器７と、脈波検出器１０とに接続可能に構成されている。このため、生体情報センサ１により、被測定者Ｏの生体情報である、心拍信号ＨＢＲ、心電図信号ＥＣＧ、光電脈波信号ＰＰＧを同時に測定することができる。

また、信号処理部１４は、心拍信号ＨＢＲと心電図信号ＥＣＧとの関係から予め補正値ＴＦを算出し、この補正値ＴＦによって心拍信号ＨＢＲから心電図信号ＥＣＧのＲ波を推定する。これにより、心拍信号ＨＢＲに基づいて、心電図信号ＥＣＧの心電ピークを間接的に推定することができる。この結果、一度、心電図信号ＥＣＧと心拍信号ＨＢＲとの関係性が求められれば、心電図信号検出器７を用いずに、心拍信号検出器４によって心電ピーク推定値を算出することができる。

また、信号処理部１４は、心電ピーク推定値と光電脈波信号ＰＰＧとに基づいて脈波伝搬時間ＰＴＴを推定する。これにより、脈波伝搬時間ＰＴＴを算出するときには、心拍信号検出器４を用いることができる。例えば、心電図信号検出器７を用いた場合には、心臓と距離が異なる部位に複数の電極を取り付ける必要がある。これに比べて、心拍信号検出器４を用いた場合には、被測定者に対する拘束を低減できる。この結果、利便性を高めることができ、簡易に脈波伝搬時間ＰＴＴを推定することができる。

また、生体情報センサ１にフレキシブル基板２を用いているので、生体情報センサ１を被測定者Ｏの体表に密着させて取付けることができる。これにより、被測定者Ｏが動いた場合でも、生体情報センサ１の位置ずれを抑制することができ、被測定者Ｏの生体情報を精度よく検出することができる。

また、フレキシブル基板２と貼着部３とを用いて、被測定者Ｏのうち心臓付近の体表に生体情報センサ１を貼り付けている。これにより、検出精度を高めつつ、簡易に被測定者Ｏの生体情報を検出することができる。

具体的には、フレキシブル基板２と貼着部３とを用いて、被測定者Ｏの体表に心拍信号検出器４と心電図信号検出器７と信号処理部１４とを貼り付けている。これにより、心拍信号検出器４と心電図信号検出器７とを用いて、心拍信号ＨＢＲと心電図信号ＥＣＧとを同時に検出することができる。また、心拍信号ＨＢＲと心電図信号ＥＣＧとに基づいて、心拍信号ＨＢＲから心電ピークを推定するための補正値ＴＦを算出することができる。さらに、脈波検出器１０をフレキシブル基板２に設けているので、生体情報センサ１を被測定者Ｏの体表に貼り付けた状態で、簡易に被測定者Ｏの光電脈波信号ＰＰＧを検出することができる。

また、信号処理部１４には、互いに時間変化が同程度となった心拍信号ＨＢＲ、心電図信号ＥＣＧ、光電脈波信号ＰＰＧからなる３種類のアナログ信号が入力されるから、これらを単一のＡＤＣ１４Ａによってディジタル信号に変換することができる。このため、３種類のアナログ信号に対してＡＤＣ１４Ａを共用することができ、信号毎にそれぞれ別個のＡＤＣを設けた場合に比べて、製造コストを低減することができる。

次に、図１０ないし図１３に、本発明の第２の実施の形態を示す。第２の実施の形態の特徴は、生体情報センサをカード型とし、カード筐体とは別個に設けた脈波検出器とカード筐体に内蔵した信号処理部とを有線接続することにある。なお、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２の実施の形態による生体情報センサ２１は、第１の実施の形態による生体情報センサ１とほぼ同様に、心拍信号検出器４、心電図信号検出器７、信号処理部１４等を備えている。但し、生体情報センサ２１は、カード筐体２２に心拍信号検出器４、心電図信号検出器７、信号処理部１４等を備え、信号処理部１４と脈波検出器２３とを有線接続している。この点で、第２の実施の形態による生体情報センサ２１は、第１の実施の形態による生体情報センサ１とは異なっている。

カード筐体２２は、生体情報センサ２１の外殻を形成する。カード筐体２２は、略四角形状の薄板からなり、例えば、ガラスエポキシ等からなるシートを用いた基板により形成されている。図１１に示すように、このカード筐体２２には、心拍信号検出器４、心電図信号検出器７、信号処理部１４、ＴＡＧ用ＩＣチップ１５、バッテリ１６、コイル１７等が実装されている。

脈波検出器２３は、カード筐体２２とは別個に設けられ、カード筐体２２に設けられた信号処理部１４とはコネクタ２６を介して有線により接続可能に構成されている。この脈波検出器２３は、第１の実施の形態の脈波検出器１０と同様に、駆動部２４、発光器２４Ａ、受光器２４Ｂ、増幅部２５等を含んで構成され、被測定者Ｏの脈波信号としての光電脈波信号ＰＰＧを検出するものである。

駆動部２４は、入力側が信号処理部１４に接続され、出力側が発光器２４Ａに接続されている。この駆動部２４は、信号処理部１４から入力される例えばパルス信号のような駆動信号に基づいて、発光器２４Ａを発光させるための駆動電流を、発光器２４Ａに供給する。

発光器２４Ａは、入力側が駆動部２４に接続され、駆動部２４からの駆動電流に従って、所定のパルス周期でパルス発光する。これにより、発光器２４Ａは、例えば被測定者Ｏの手や指に所定波長の光を照射する。このとき、パルス周期は、光電脈波信号ＰＰＧの周期に比べて、十分に小さい値に設定される。

受光器２４Ｂは、例えば被測定者Ｏの指や手が発光器２４Ａからの光を反射したときに、この反射光を受光する。この受光器２４Ｂは、出力側が増幅部２５に接続され、反射光に応じた光検出信号を増幅部２５に出力する。

増幅部２５は、入力側が受光器２４Ｂに接続され、出力側が信号処理部１４に接続されている。この増幅部２５は、受光器２４Ｂから供給された光検出信号に対して電流−電圧変換を行い、電流−電圧変換された光検出信号を増幅し、光電脈波信号ＰＰＧとして信号処理部１４に出力する。

コネクタ２６は、例えばカード筐体２２の下方部位に設けられ、脈波検出器２３のケーブルが取外し可能な状態で接続される。光電脈波信号ＰＰＧを計測するときには、脈波検出器２３のケーブルは、コネクタ２６に接続される。このコネクタ２６によって、脈波検出器２３と信号処理部１４との間が有線接続される。一方、光電脈波信号ＰＰＧを計測しないときには、脈波検出器２３のケーブルはコネクタ２６から取外される。この場合、コネクタ２６と脈波検出器２３とが非接続状態なときには、演算部１４Ｂは補正値算出処理を実行し、コネクタ２６と脈波検出器２３とが接続状態なときには、演算部１４Ｂは生体情報推定処理を実行してもよい。

生体情報センサ２１は、心拍信号検出器４の送信用アンテナ５Ａによって被測定者Ｏの心臓に向けて送信信号を送信し、心臓からの反射波を受信信号として受信用アンテナ５Ｂによって受信する。このため、図１２、図１３に示すように、生体情報センサ２１は、取付け部材としてのクリップ２７によって被測定者Ｏの衣服に取付けられ、被測定者Ｏの心臓付近（左側胸部）に配置される。

次に、図１２、図１３を用いて、本実施の形態による生体情報センサ２１の動作について説明する。

まず、被測定者Ｏは、選択スイッチによって補正値算出処理を選択する。図１２に示すように、被測定者Ｏが心電図信号検出器７の第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂを両手で把持した状態で、生体情報センサ２１を起動すると、心拍信号検出器４と心電図信号検出器７とが一緒に動作する。これにより、被測定者Ｏの心拍信号ＨＢＲと心電図信号ＥＣＧとを検出し、補正値ＴＦを算出する。なお、この場合、補正値算出処理は第１の実施の形態で説明したものと同様であるので、その説明は省略する。

次に、図１３を用いて、被測定者Ｏの心拍信号ＨＢＲと光電脈波信号ＰＰＧを検出し、脈波伝搬時間ＰＴＴおよび心拍間隔Ｒ−ＲＩを推定する生体情報推定処理について説明する。

まず、被測定者Ｏは、選択スイッチによって生体情報推定処理を選択する。図１３に示すように、被測定者Ｏが脈波検出器２３を指に装着した状態で生体情報センサ２１を起動すると、心拍信号検出器４と脈波検出器２３とが一緒に動作する。

このとき、心拍信号検出器４は、前述した補正値算出処理と同様に動作し、被測定者Ｏの心拍に応じた心拍信号ＨＢＲを信号処理部１４に出力する。一方、脈波検出器２３は、被測定者Ｏの心臓の活動に応じて変動する光電脈波信号ＰＰＧを検出する。この場合、駆動部２４は、信号処理部１４からの駆動信号に従い、発光器２４Ａを発光させるための駆動電流を、発光器２４Ａに供給する。

そして、発光器２４Ａは、駆動部２４からの駆動電流に従い、例えば被測定者Ｏの指に所定波長の光を照射する。受光器２４Ｂは、発光器２４Ａが被測定者Ｏの指に光を照射したときに、指で反射した反射光を受光して光検出信号に変換し、この光検出信号を増幅部２５に出力する。受光器２４Ｂから供給された光検出信号は、増幅部２５により電流−電圧変換され、電流−電圧変換された光検出信号は増幅され、光電脈波信号ＰＰＧとして信号処理部１４に出力される。

信号処理部１４は、光電脈波信号ＰＰＧと心拍信号ＨＢＲとが入力されると、ＡＤＣ１４Ａにおいて、光電脈波信号ＰＰＧと心拍信号ＨＢＲとをアナログ−ディジタル変換を行い、演算部１４Ｂにおいて、生体情報推定処理を実行する。なお、この場合、生体情報推定処理は第１の実施の形態で説明したものと同様であるので、その説明は省略する。

かくして、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。第２の実施の形態の生体情報センサ２１は、カード筐体２２を用いて構成されている。これにより、小型で携帯性に優れるカード型の生体情報センサにより、利便性を高めて、簡易に被測定者Ｏの生体情報を検出することができる。

具体的には、カード筐体２２に、心拍信号検出器４と心電図信号検出器７と信号処理部１４とを設けている。これにより、カード筐体２２に設けられた心拍信号検出器４と心電図信号検出器７とを用いて、心拍信号ＨＢＲと心電図信号ＥＣＧとを同時に検出することができ、心電ピーク推定部によって心電ピーク推定値を算出することができる。

また、信号処理部１４は、心電ピーク推定値と光電脈波信号ＰＰＧとに基づいて脈波伝搬時間ＰＴＴを推定する脈波伝搬時間推定部を備えている。これにより、脈波伝搬時間ＰＴＴを算出するときには、被測定者Ｏに非接触な状態で計測が可能な心拍信号検出器４を用いることができる。この結果、被測定者Ｏに検出電極８Ａ，８Ｂを接触させる必要がある心電図信号検出器７を用いた場合に比べて、利便性を高めて、簡易に脈波伝搬時間ＰＴＴを推定することができる。

また、信号処理部１４と脈波検出器２３とは有線接続されている。これにより、信号処理部１４は、心拍信号検出器４からの心拍信号ＨＢＲと、脈波検出器２３からの光電脈波信号ＰＰＧとの間で時間遅延が生じることなく、一緒に測定することができる。このため、これらの心拍信号ＨＢＲと光電脈波信号ＰＰＧとに基づいて、脈波伝搬時間ＰＴＴを推定することができる。これに加えて、信号処理部１４と脈波検出器２３との間を確実に接続することができ、接続信頼性を高めることができる。

次に、図１４に、本発明の第３の実施の形態を示す。第３の実施の形態の特徴は、脈波センサ装置をカード筐体とは別個に設け、脈波センサ装置と信号処理部とを無線接続することにある。なお、第３の実施の形態では、前述した第１、第２の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。

第３の実施の形態による生体情報センサ３１は、第２の実施の形態による生体情報センサ２１とほぼ同様に、カード筐体２２、心拍信号検出器４、心電図信号検出器７、信号処理部１４等を備えている。但し、生体情報センサ３１は、カード筐体２２とは別個に脈波センサ装置３２を設け、カード筐体２２に設けた受信部３９を介して、信号処理部１４と脈波センサ装置３２とを無線接続している。この点で、第３の実施の形態による生体情報センサ３１は、第１、第２の実施の形態による生体情報センサ１，２１とは異なっている。

脈波センサ装置３２は、カード筐体２２とは別個に設けられ、カード筐体２２に設けられた信号処理部１４とは、後述の、送信部３４と受信部３９とを通じて無線接続されている。この脈波センサ装置３２は、脈波検出器１０、脈波信号処理部３３、送信部３４を含んで構成されている。脈波センサ装置３２は、被測定者Ｏの脈波信号としての光電脈波信号ＰＰＧを検出し、該光電脈波信号ＰＰＧを、送信部３４を介して信号処理部１４に送信するものである。

脈波信号処理部３３は、入力側は増幅部１３に接続され、出力側は駆動部１１及び送信部３４に接続されている。脈波信号処理部３３は、ＭＣＵ等により構成され、脈波検出器１０の駆動部１１に発光器１２Ａを駆動させる駆動信号を出力する。また、脈波信号処理部３３は、脈波検出器１０が検出した光電脈波信号ＰＰＧを、信号処理部１４に送信するため送信部３４に出力する。

送信部３４は、脈波信号処理部３３に接続され、脈波検出器１０が検出した光電脈波信号ＰＰＧを、後述の受信部３９に向けて送信する。この送信部３４は、送信信号を生成する送信回路３４Ａと送信信号を出力する送信用アンテナ３４Ｂとを含んで構成されている。

送信回路３４Ａは、入力側が脈波信号処理部３３に接続され、出力側が送信用アンテナ３４Ｂに接続されている。送信回路３４Ａは、例えば心拍信号検出器４の送信信号や受信信号とは異なる周波数帯の搬送波を出力する発振器（図示せず）を備えると共に、この搬送波に脈波検出器１０が検出した光電脈波信号ＰＰＧを変調して脈波用送信信号を出力する。送信用アンテナ３４Ｂは、送信回路３４Ａに接続され、例えばパッチアンテナ、スロットアンテナ等のような各種のアンテナによって構成されている。送信用アンテナ３４Ｂは、送信回路３４Ａによって生成された脈波送信信号を、受信部３９に向けて送信する。

脳波センサ装置３５は、カード筐体２２とは別個に設けられ、カード筐体２２に設けられた信号処理部１４とは、後述の、送信部３８と受信部３９とを通じて無線接続されている。この脳波センサ装置３５は、脳波検出用ＩＣチップ３６、脳波信号処理部３７、送信部３８等を含んで構成されている。脳波検出用ＩＣチップ３６は、電極３６Ａを介して被測定者Ｏの脳波信号を検出し、脳波信号処理部３７に入力する。脳波信号処理部３７は、ＭＣＵ等により構成され、脳波検出用ＩＣチップ３６から入力された脳波信号を、信号処理部１４に送信するため送信部３８に出力する。送信部３８は、脈波センサ装置３２の送信部３４とほぼ同様に構成され、送信回路３８Ａによって搬送波に脳波信号を変調して脳波送信信号を生成し、送信用アンテナ３８Ｂによって脳波送信信号を受信部３９に向けて送信する。

受信部３９は、カード筐体２２に設けられ、信号処理部１４に接続されている。受信部３９は、例えば生体情報センサ３１に無線接続されるセンサ装置３２，３５に応じて２個設けられ（１個のみ図示）、送信信号を受信する受信用アンテナ３９Ａと受信信号を処理する受信回路３９Ｂとを含んで構成されている。受信用アンテナ３９Ａは、受信回路３９Ｂに接続され、例えばパッチアンテナ、スロットアンテナ等のような各種のアンテナによって構成されている。受信回路３９Ｂは、入力側が受信用アンテナ３９Ａに接続され、出力側が信号処理部１４のＡＤＣ１４Ａに接続されている。

脈波センサ装置３２用の受信部３９では、受信用アンテナ３９Ａは、脈波センサ装置３２から送信された脈波送信信号を受信する。受信回路３９Ｂは、脈波送信信号から光電脈波信号ＰＰＧを復調し、光電脈波信号ＰＰＧをＡＤＣ１４Ａに向けて出力する。

一方、脳波センサ装置３５用の受信部３９では、受信用アンテナ３９Ａは、脳波センサ装置３５から送信された脳波送信信号を受信する。受信回路３９Ｂは、脳波送信信号から脳波信号を復調し、脳波信号をＡＤＣ１４Ａに向けて出力する。

受信回路３９Ｂから出力された光電脈波信号ＰＰＧ及び脳波信号は、ＡＤＣ１４Ａによってディジタル信号に変化され、信号処理部１４の演算部１４Ｂに入力される。ここで、センサ装置３２，３５によって検出した光電脈波信号ＰＰＧ及び脳波信号が、演算部１４Ｂに入力されるまでには、無線信号となる脈波送信信号や脳波送信信号の変調や復調が行われるため、これらの信号処理に伴って遅延時間が生じる。このため、第３の実施の形態による演算部１４Ｂは、この遅延時間を事前の実験結果等に基づいて予め把握し、心拍信号ＨＢＲに対する時間（位相差）の補正を行う。これにより、第３の実施の形態による信号処理部１４でも、第１の実施の形態による信号処理部１４と同様に、脈波伝搬時間ＰＴＴを推定することができる。

かくして、第３の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。生体情報センサ３１において、脈波センサ装置３２はカード筐体２２とは別個に設けられ、脈波センサ装置３２と信号処理部１４との間は無線接続されている。これにより、脈波センサ装置３２と信号処理部１４との間を有線により接続した場合に比べて、測定時の配線が無くなり、被測定者Ｏに対する生体情報センサ３１の装着性を高めることができる。この結果、一度、心電図信号ＥＣＧから心電ピーク推定値を算出すれば、心電図信号検出器７は被測定者Ｏから取外すことが可能となる。このため、脈波伝搬時間ＰＴＴを測定する際には、被測定者Ｏの行動の自由度を高めることができ、利便性を高めることができる。

また、信号処理部１４は、無線接続に伴い信号の遅延時間を予め把握しておくことによって、無線接続された各センサ装置３２，３５からの光電脈波信号ＰＰＧ、脳波信号と、カード筐体２２に設けられた心拍信号検出器４からの心拍信号ＨＢＲや心電図信号検出器７からの心電図信号ＥＣＧとを一緒に計測することができる。即ち、無線接続に伴う信号の遅延を、光電脈波信号ＰＰＧ、脳波信号を所定の遅延時間分だけ位相を進めることによって、アナログ回路遅延として補正することができる。これにより、光電脈波信号ＰＰＧ、脳波信号と心拍信号ＨＢＲ、心電図信号ＥＣＧとを同じ基準時間で比較可能なデータとして採取することができる。その結果、第１の実施の形態と同様に、ＭＣＵからなる信号処理部１４がピーク時間の判定処理を実行することで、脈波伝搬時間ＰＴＴや心拍間隔Ｒ−ＲＩを推定することができる。

なお、第３の実施の形態では、受信部３９は、無線接続されるセンサ装置３２，３５の個数（例えば２個）をカード筐体２２に設けるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、カード筐体２２に単一の受信部３９を設け、複数のセンサ装置３２，３５のうちいずれか１つに無線接続される構成としてもよい。また、複数のセンサ装置３２，３５は、光電脈波信号ＰＰＧと脳波信号のように異なる種類の信号を計測するものとしたが、異なる部位で計測した同じ種類の信号（例えば光電脈波信号ＰＰＧ）の信号を計測するものでもよい。

次に、図１５、図１６に、本発明の第４の実施の形態を示す。第４の実施の形態の特徴は、カード筐体に基準信号を出力する基準信号出力部を設けることにある。なお、第４の実施の形態では、前述した第１、第２、第３の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。

第４の実施の形態による生体情報センサ４１は、第３の実施の形態による生体情報センサ３１とほぼ同様に、カード筐体２２、心拍信号検出器４、心電図信号検出器７、信号処理部１４、脈波センサ装置３２等を備えている。但し、生体情報センサ４１は、カード筐体２２に基準信号出力部４２を設けている。この点で、第４の実施の形態による生体情報センサ４１は、第１、第２、第３の実施の形態による生体情報センサ１，２１，３１とは異なっている。

基準信号出力部４２は、カード筐体２２に設けられ、信号処理部１４に接続されている。この基準信号出力部４２は、基準信号Ｓ_Ｂを出力する、光信号出力器４２Ａと電気信号出力器４２Ｂとを含んで構成されている。基準信号出力部４２は、信号処理部１４の動作指令に基づいて、基準信号Ｓ_Ｂを心電図信号検出器７、脈波センサ装置３２、脳波センサ装置３５にそれぞれ出力する。このとき、基準信号Ｓ_Ｂは、例えば数十ｍｓ以上数百ｍｓ以下程度の一定周期でパルス信号を出力するビーコン信号によって構成されている。

光信号出力器４２Ａは、入力側が信号処理部１４に接続されると共に、例えば発光ダイオード等の発光素子により構成されている。この光信号出力器４２Ａは、基準信号Ｓ_Ｂを光信号に変換して出力する。即ち、光信号出力器４２Ａは、基準信号Ｓ_Ｂに応じてパルス発光する。光信号出力器４２Ａは、基準信号Ｓ_Ｂに応じた光信号を、脈波センサ装置３２の受光器１２Ｂに向けて出力する。

電気信号出力器４２Ｂは、入力側が信号処理部１４に接続されると共に、出力側に例えば導電性金属からなる出力端子（図示せず）が接続されている。この電気信号出力器４２Ｂは、基準信号Ｓ_Ｂに応じた電圧信号を出力する。電気信号出力器４２Ｂの出力端子は、例えば接続ケーブル等を用いて、心電図信号検出器７の第２の検出電極８Ｂや脳波センサ装置３５の電極３６Ａに接続される。これにより、電気信号出力器４２Ｂは、基準信号Ｓ_Ｂを心電図信号検出器７や脳波センサ装置３５に出力する。なお、基準信号Ｓ_Ｂは、心電図信号検出器７の検出電極８Ａ，８Ｂのうちいずれか一方に入力されればよく、第１の検出電極８Ａに入力されてもよい。

第４の実施の形態による信号処理部１４は、センサ装置３２，３５との間で生じる遅延時間Ｄを基準信号出力部４２によって計測し、この計測した遅延時間Ｄに基づいて光電脈波信号ＰＰＧや脳波信号を補正する。この点で、遅延時間Ｄが予め設定されている第３の実施の形態とは異なる。

そこで、次に、図１６を用いて、第４の実施の形態による生体情報センサ４１による遅延時間の計測処理について説明する。なお、ここでは脈波センサ装置３２の遅延時間Ｄを計測する場合を例に挙げて説明するが、脳波センサ装置３５の遅延時間を計測する場合も同様である。

まず、基準信号出力部４２の電気信号出力器４２Ｂの出力端子を、心電図信号検出器７の検出電極８Ａ，８Ｂに接続する。また、基準信号出力部４２の光信号出力器４２Ａの発光部分を、脈波センサ装置３２の受光器１２Ｂに対向させる。

この状態で、例えば初期設定スイッチ（図示せず）によって遅延時間の計測処理が選択されると、基準信号出力部４２の電気信号出力器４２Ｂは、基準信号Ｓ_Ｂに応じた電圧信号を出力すると共に、基準信号出力部４２の光信号出力器４２Ａは、基準信号Ｓ_Ｂに応じた光信号を出力する。これにより、基準信号Ｓ_Ｂは、心電図信号検出器７、脈波センサ装置３２にそれぞれ入力される。

このとき、心電図信号検出器７は、基準信号Ｓ_Ｂに基づいて第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂとの間に電位差が生じるから、この電位差に基づく応答信号Ｓ_Ｒ１を生成する。この応答信号Ｓ_Ｒ１は、信号処理部１４に入力される。また、脈波センサ装置３２は、基準信号Ｓ_Ｂに基づく光信号を光電変換して応答信号Ｓ_Ｒ２を生成し、この応答信号Ｓ_Ｒ２を、送信部３４を介して受信部３９に向けて送信する。応答信号Ｓ_Ｒ２は、受信部３９を介して信号処理部１４に入力される。

信号処理部１４は、応答信号Ｓ_Ｒ１，Ｓ_Ｒ２に基づいて脈波センサ装置３２との間で生じる遅延時間Ｄを計測する。例えば、第２の実施の形態のように、脈波検出器１０が信号処理部１４に有線接続された場合には、図１６の破線で示すように、心電図信号ＥＣＧに対して光電脈波信号ＰＰＧが遅延せずに入力される。これに対し、第４の実施の形態では、脈波センサ装置３２が信号処理部１４に無線接続されているから、図１６の一点鎖線で示すように、心電図信号ＥＣＧに対して光電脈波信号ＰＰＧは遅延し、遅延時間Ｄが生じる。このとき、心電図信号検出器７による応答信号Ｓ_Ｒ１と脈波センサ装置３２による応答信号Ｓ_Ｒ２との間でも、同様に遅延時間Ｄが生じるから、信号処理部１４は、この遅延時間Ｄを計測してメモリ（図示せず）に格納する。

このとき、心拍信号検出器４と心電図信号検出器７とは、いずれも信号処理部１４に直接的に接続されているから、心拍信号ＨＢＲと心電図信号ＥＣＧとの間では遅延は生じない。このため、心拍信号ＨＢＲと光電脈波信号ＰＰＧとの間でも、心電図信号ＥＣＧと光電脈波信号ＰＰＧとの間と同じ遅延時間Ｄが発生する。そこで、脈波伝搬時間ＰＴＴを推定するときには、信号処理部１４は、遅延時間Ｄを用いて、心電ピーク推定値と光電脈波信号ＰＰＧの最小値との間の時間間隔ＰＴＴ′を補正する。

具体的には、心電図信号ＥＣＧの応答信号Ｓ_Ｒ１に対して遅延時間Ｄだけ遅れている場合、心電ピーク推定値と遅延のある光電脈波信号ＰＰＧの最小値までの時間間隔ＰＴＴ′は、脈波伝搬時間ＰＴＴに遅延時間Ｄを加えた時間（ＰＴＴ′＝ＰＴＴ＋Ｄ）となる。そこで、信号処理部１４は、心拍信号ＨＢＲに基づく心電ピーク推定値と光電脈波信号ＰＰＧの最小値までの時間間隔ＰＴＴ′から遅延時間Ｄを減算することにより、心電ピーク推定値と遅延のない光電脈波信号ＰＰＧの最小値までの間の脈波伝搬時間ＰＴＴを推定する。

かくして、第４の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。生体情報センサ４１は、カード筐体２２に基準信号出力部４２を設けているので、信号処理部１４は基準信号Ｓ_Ｂに基づいて脈波センサ装置３２との間の遅延時間Ｄを計測することができる。このため、無線接続されるセンサ装置３２，３５毎に遅延時間Ｄが異なる場合でも、このときの遅延時間Ｄを計測して補正することができ、計測した遅延時間Ｄに基づいて脈波伝搬時間ＰＴＴを推定することができる。これにより、脈波センサ装置３２と信号処理部１４との間に信号伝搬の遅延が発生する場合でも、信号処理部１４は信号遅延を考慮して、正確な脈波伝搬時間ＰＴＴを推定することができる。

なお、前記第１の実施の形態では、心拍信号検出器４の検出回路６Ｄにおいて、受信信号からドップラー周波数を検出して被測定者Ｏの心拍信号ＨＢＲを算出する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、検出回路において、送信信号と受信信号との位相差または振幅差を検出して被測定者Ｏの心拍信号ＨＢＲを算出する構成としてもよい。このことは、第２，第３，第４の実施の形態についても同様である。

また、前記第１の実施の形態では、心電図信号検出器７の第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂを、フレキシブル基板２の右上，左下に配置する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、検出電極に接触させる被測定者Ｏの部位に応じて、検出電極の個数又は配置位置を適宜設定してもよい。

また、前記第１の実施の形態では、心電図信号検出器７と脈波検出器１０とをフレキシブル基板２に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、フレキシブル基板とは別個に心電図信号検出器と脈波検出器とを設け、信号処理部に対して有線または無線で接続可能にしてもよい。即ち、第１の実施の形態に、第２，第３，第４の実施の形態を組み合わせてもよい。

また、前記第１の実施の形態では、第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂに接触させる被測定者Ｏの部位は人差し指とした。しかし、本発明はこれに限らず、検出電極に接触させる部位は、親指、中指等又は掌でもよい。このことは、第２，第３，第４の実施の形態についても同様である。

また、前記第１の実施の形態では、脈波検出器１０において単一の発光器１２Ａを用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば互いに波長範囲の異なる照射光を発光する複数個の発光器を設ける構成としてもよい。このことは、第２，第３，第４の実施の形態についても同様である。

また、前記第１の実施の形態では、生体情報センサ１に変形可能なフレキシブル基板２を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、生体情報センサは変形不能な基板を用いる構成としてもよい。

また、前記第２の実施の形態では、心電図信号検出器７の第１，第２の検出電極８Ａ，８Ｂを、カード筐体２２の右上，左下に配置する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、検出電極に接触させる被測定者Ｏの部位に応じて、検出電極の個数又は配置位置を適宜設定してもよく、カード筐体（心電図検出用ＩＣチップ）に接続されたケーブルの先端に検出電極を設けてもよい。このことは、第３，第４の実施の形態についても同様である。

また、前記第２の実施の形態では、心電図信号検出器７をカード筐体２２に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば脈波検出器と同様に、カード筐体とは別個に心電図信号検出器を設け、信号処理部に対して有線または無線で接続可能にしてもよい。このことは、第３，第４の実施の形態についても同様である。

また、前記第３の実施の形態では、脈波センサ装置３２及び脳波センサ装置３５をカード筐体２２とは別個に設け、脈波センサ装置３２及び脳波センサ装置３５と信号処理部１４とを受信部３９を通じて無線接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば温度センサ装置をカード筐体２２とは別個に設け、温度センサ装置と信号処理部１４とをコイル１７を用いた近距離無線通信（ＮＦＣ）によって無線接続する構成としてもよい。これにより、光電脈波信号ＰＰＧ及び脳波信号に加えて、被測定者Ｏの体温等の温度情報を信号処理部に送信することができる。同様に、脈波センサ装置３２や脳波センサ装置３５は、コイル１７を用いたＮＦＣによって無線接続してもよい。これらの構成は、第４の実施の形態についても同様に適用することができる。

また、前記第４の実施の形態では、信号処理部１４は、心電図信号検出器７による応答信号Ｓ_Ｒ１と脈波センサ装置３２による応答信号Ｓ_Ｒ２とに基づいて遅延時間Ｄを計測する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば信号処理部は、基準信号出力部から基準信号が出力された時間と脈波センサ装置による応答信号とに基づいて遅延時間を計測する構成としてもよい。

１，２１，３１，４１ 生体情報センサ
２ フレキシブル基板
３ 貼着部
４ 心拍信号検出器
７ 心電図信号検出器
１０，２３ 脈波検出器
１４ 信号処理部
２２ カード筐体
３２ 脈波センサ装置
３４ 送信部
３９ 受信部
４２ 基準信号出力部

Claims (8)

1. 被測定者の心拍信号を検出する心拍信号検出器と、
   前記心拍信号を処理する信号処理部と、を備えた生体情報センサであって、
   前記信号処理部は、前記被測定者の心電図信号を検出する心電図信号検出器と、前記被測定者の脈波信号を検出する脈波検出器とに接続可能に構成され、
   前記信号処理部は、
   前記心拍信号検出器による前記心拍信号と前記心電図信号検出器による前記心電図信号とに基づいて、前記心拍信号から前記心電図信号のＲ波を推定した心電ピーク推定値を算出する心電ピーク推定部と、
   前記心電ピーク推定部による前記心電ピーク推定値と前記脈波検出器による前記脈波信号とに基づいて、前記心電図信号のＲ波から前記脈波信号の最小値までの間の脈波伝搬時間を推定する脈波伝搬時間推定部とを備えた生体情報センサ。
2. 前記心拍信号検出器と前記信号処理部とは、フレキシブル基板に設けられ、
   前記フレキシブル基板には、前記被測定者の体表に貼付可能な貼着部を設けている請求項１に記載の生体情報センサ。
3. 前記心電図信号検出器と前記脈波検出器とは、前記フレキシブル基板に設けられている請求項２に記載の生体情報センサ。
4. 前記心拍信号検出器と前記信号処理部とは、カード筐体に設けられている請求項１に記載の生体情報センサ。
5. 前記心電図信号検出器は、前記カード筐体に設けられている請求項４に記載の生体情報センサ。
6. 前記信号処理部と前記脈波検出器とは有線接続される請求項１，２，４または５に記載の生体情報センサ。
7. 脈波センサ装置は、前記脈波検出器と前記信号処理部に前記脈波信号を送信する送信部とを備え、
   前記脈波センサ装置は、前記信号処理部に接続され前記脈波信号を受信する受信部と前記送信部とを通じて、前記信号処理部と無線接続される請求項１，２または４に記載の生体情報センサ。
8. 基準信号を出力する基準信号出力部は、前記信号処理部に接続され、
   前記受信部は、前記脈波センサ装置から前記基準信号に基づく応答信号を受信し、
   前記信号処理部は、前記応答信号に基づいて前記脈波センサ装置との間の信号遅延を補正する請求項７に記載の生体情報センサ。

Images