JP6786832B2 - 生体情報計測装置および電子機器 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(脈波計測装置)…図1〜図6
1つの発光素子と3つの受光素子を設けた例
2.第2の実施の形態(脈波計測装置)…図7〜図10
3つの発光素子と1つの受光素子を設けた例
3.第3の実施の形態(脈波計測装置)…図11,図12
1つの発光素子と1つのラインセンサを設けた例
4.第4の実施の形態(脈波計測装置)…図13,図14
1つの発光素子と1つのイメージセンサを設けた例
5.第5の実施の形態(脈波計測装置)…図15〜図17
波長の異なる3つの発光素子と1つの受光素子を設けた例
6.第1および第2の実施の形態の変形例(脈波計測装置)
変形例A:1つの発光素子と4つ以上の受光素子を設けた例…図18
変形例B:4つ以上の発光素子と1つの受光素子を設けた例…図19
7.適用例(電子機器)…図20
上記各実施の形態およびそれらの変形例の脈波計測装置を
腕時計などの電子機器に適用した例
[構成]
図1は、本開示の第1の実施の形態の脈波計測装置1(生体情報計測装置)の平面構成の一例を表したものである。図2は、図1の脈波計測装置1の、線分LNでの断面構成の一例を表したものである。図3は、図1の脈波計測装置1の使用例を表したものである。図4は、図1の脈波計測装置1の機能ブロックの一例を表したものである。
図5は、脈波計測装置1の検出原理の一例を表したものである。図5に示したように、被検体100の内部は、生体表面から、表皮、真皮、皮下組織の順に並んで構成されている。発光素子11から発せられた光L1は、生体表面から被検体100の内部に入射し、表皮、真皮、皮下組織の各層で散乱され、その散乱光が3つの受光素子12,13,14で受光される。
次に、脈波計測装置1の効果について説明する。近年、ウェアラブルデバイスの進化や常時無線接続の普及とともに、脈拍センサを搭載した時計型もしくはリストバンド型のデバイスが上市されている。それらのデバイスにおける脈拍センサには、光電容積脈波方式(photoplethysmography;PPG)が広く採用されている。光電容積脈波方式では、様々なノイズによる信号変動が発生するので、より精度の高いノイズ除去が求められる。また、脈拍以外の生体情報において、光電容積脈波方式と同様の方式が用いられている場合にも、より精度の高いノイズ除去が求められる。しかし、従来の方法では、ノイズの除去について改善の余地があった。
次に、本開示の第2の実施の形態に係る脈波計測装置2(生体情報計測装置)について説明する。図7は、本実施の形態の脈波計測装置2の平面構成の一例を表したものである。図8は、図7の脈波計測装置2の機能ブロックの一例を表したものである。
次に、脈波計測装置2の効果について説明する。本実施の形態の脈波計測装置2では、受光素子24からの距離が互いに異なる3つの発光素子21,22,23が設けられている。これにより、例えば、発光素子21が発光しているときに被検体100の表皮で生じるノイズを多く含む検出信号d4(t1)が得られる。また、例えば、発光素子23が発光しているときに被検体100の皮下組織で生じるノイズを多く含む検出信号d4(t3)が得られる。また、例えば、発光素子22が発光しているときに被検体100の生体情報15Bに関する信号成分と、被検体100の表皮および皮下組織で生じるノイズとを含む検出信号d4(t2)が得られる。従って、これら3つの検出信号d4(t1),d4(t2),d4(t3)に基づく演算を行うことにより、ノイズ成分の影響が低減された検出信号15Aを導出することができる。従って、より精度の高いノイズ除去を行うことができる。
次に、本開示の第3の実施の形態に係る脈波計測装置3(生体情報計測装置)について説明する。図11は、本実施の形態の脈波計測装置3の平面構成の一例を表したものである。図12は、図11の脈波計測装置3の機能ブロックの一例を表したものである。
次に、本開示の第4の実施の形態に係る脈波計測装置4(生体情報計測装置)について説明する。図13は、本実施の形態の脈波計測装置4の平面構成の一例を表したものである。図14は、図13の脈波計測装置4の機能ブロックの一例を表したものである。
次に、本開示の第5の実施の形態に係る脈波計測装置5(生体情報計測装置)について説明する。図15は、本実施の形態の脈波計測装置5の平面構成の一例を表したものである。図16は、図15の脈波計測装置5の機能ブロックの一例を表したものである。
次に、脈波計測装置5の効果について説明する。本実施の形態の脈波計測装置5では、各々の発光波長の互いに異なる発光素子51,52,53が設けられている。これにより、例えば、発光素子51が発光しているときに被検体100の表皮で生じるノイズを多く含む検出信号d7(t1)が得られる。また、例えば、発光素子53が発光しているときに被検体100の皮下組織で生じるノイズを多く含む検出信号d7(t3)が得られる。また、例えば、発光素子52が発光しているときに被検体100の生体情報15Bに関する信号成分と、被検体100の表皮および皮下組織で生じるノイズとを含む検出信号d7(t2)が得られる。従って、これら3つの検出信号d7(t1),d7(t2),d7(t3)に基づく演算を行うことにより、ノイズ成分の影響が低減された検出信号15Aを導出することができる。従って、より精度の高いノイズ除去を行うことができる。
次に、第1および第2の実施の形態の変形例について説明する。図18は、図1の脈波計測装置1の平面構成の一変形例を表したものである。図19は、図7の脈波計測装置2の平面構成の一変形例を表したものである。
次に、上記各実施の形態およびそれらの変形例の脈波計測装置1,2,3,4,5を腕時計などの電子機器に適用した例について説明する。図20は、上記各実施の形態およびそれらの変形例の脈波計測装置1,2,3,4,5を腕時計などの電子機器6に適用した例を表したものである。
(1)
配線基板上に配置され、被検体に対して光を発する発光素子と、
前記配線基板上の、前記発光素子から所定の方向において、前記発光素子からの距離がそれぞれ異なる少なくとも3か所に配置され、前記被検体からの光を受光する3つ以上の受光素子と、
3つ以上の前記受光素子のうち相対的に前記発光素子寄りの第1受光素子で検出された第1検出信号と、3つ以上の前記受光素子のうち相対的に前記発光素子から離れた第2受光素子で検出された第2検出信号と、3つ以上の前記受光素子のうち前記第1受光素子と前記第2受光素子との間にある第3受光素子で検出された第3検出信号とに基づく演算により、ノイズ成分の影響が低減された第4検出信号を導出したのち、前記第4検出信号に基づいて、前記第4検出信号と相関を有する前記被検体の生体情報を導出する信号処理部と
を備えた
生体情報計測装置。
(2)
前記信号処理部は、前記第1検出信号および前記第2検出信号に基づいて、前記第3検出信号から前記ノイズ成分を減じることにより、前記第4検出信号を導出する
(1)に記載の生体情報計測装置。
(3)
前記生体情報は、前記被検体の脈拍に関する情報である
(1)に記載の生体情報計測装置。
(4)
各前記受光素子は、フォトダイオードである
(1)ないし(3)のいずれか1つに記載の生体情報計測装置。
(5)
前記第1受光素子、前記第2受光素子および前記第3受光素子は、それぞれ、一列に並んだ複数の受光部によって構成された共通のラインセンサにおける一部の前記受光部によって構成されている
(1)ないし(3)のいずれか1つに記載の生体情報計測装置。
(6)
前記信号処理部は、前記ラインセンサに含まれる複数の前記受光部のうち、前記ラインセンサで得られた1ライン分の検出信号における信号ピーク値に対応する第1受光部、または、前記第1受光部を含む複数の前記受光部を、前記第2受光素子として割り当てる
(5)に記載の生体情報計測装置。
(7)
前記第1受光素子、前記第2受光素子および前記第3受光素子は、それぞれ、行列状に並んだ複数の受光部によって構成された共通のイメージセンサにおける一部の前記受光部によって構成されている
(5)ないし(3)のいずれか1つに記載の生体情報計測装置。
(8)
前記信号処理部は、前記イメージセンサに含まれる複数の前記受光部のうち、前記イメージセンサで得られた1枚分の検出信号における信号ピーク値に対応する第1受光部、または、前記第1受光部を含む複数の前記受光部を、前記第2受光素子として割り当てる
(7)に記載の生体情報計測装置。
(9)
配線基板上に配置され、被検体からの光を受光する受光素子と、
前記配線基板上の、前記受光素子から所定の方向において、前記受光素子からの距離がそれぞれ異なる少なくとも3か所に配置され、被検体に対して光を発する3つ以上の発光素子と、
各前記発光素子を順次発光させるとともに、3つ以上の前記発光素子のうち相対的に前記受光素子寄りの第1発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第1検出信号と、3つ以上の前記発光素子のうち相対的に前記受光素子から離れた第2発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第2検出信号と、3つ以上の前記発光素子のうち前記第1発光素子と前記第2発光素子との間にある第3発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第3検出信号とに基づく演算により、ノイズ成分の影響が低減された第4検出信号を導出したのち、前記第4検出信号に基づいて、前記第4検出信号と相関を有する前記被検体の生体情報を導出する信号処理部と
を備えた
生体情報計測装置。
(10)
前記信号処理部は、前記第1検出信号および前記第2検出信号に基づいて、前記第3検出信号から前記ノイズ成分を減じることにより、前記第4検出信号を導出する
(9)に記載の生体情報計測装置。
(11)
前記生体情報は、前記被検体の脈拍に関する情報である
(10)に記載の生体情報計測装置。
(12)
配線基板上に配置され、被検体からの光を受光する受光素子と、
前記配線基板上の、前記受光素子から所定の方向において、前記受光素子からの距離が互いに等しいか、もしくは互いにほぼ等しい少なくとも3か所に配置され、各々の発光波長が互いに異なるとともに、被検体に対して光を発する3つ以上の発光素子と、
各前記発光素子を順次発光させるとともに、3つ以上の前記発光素子のうち相対的に発光波長の短い第1発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第1検出信号と、3つ以上の前記発光素子のうち相対的に発光波長の長い第2発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第2検出信号と、3つ以上の前記発光素子のうち前記第1発光素子の発光波長と前記第2発光素子の発光波長との間の発光波長の第3発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第3検出信号とに基づく演算により、ノイズ成分の影響が低減された第4検出信号を導出したのち、前記第4検出信号に基づいて、前記第4検出信号と相関を有する前記被検体の生体情報を導出する信号処理部と
を備えた
生体情報計測装置。
(13)
前記信号処理部は、前記第1検出信号および前記第2検出信号に基づいて、前記第3検出信号から前記ノイズ成分を減じることにより、前記第4検出信号を導出する
(12)に記載の生体情報計測装置。
(14)
前記生体情報は、前記被検体の脈拍に関する情報である
(12)に記載の生体情報計測装置。
(15)
生体情報計測装置を備え、
前記生体情報計測装置は、
配線基板上に配置され、被検体に対して光を発する発光素子と、
前記配線基板上の、前記発光素子から所定の方向において、前記発光素子からの距離がそれぞれ異なる少なくとも3か所に配置され、前記被検体からの光を受光する3つ以上の受光素子と、
3つ以上の前記受光素子のうち相対的に前記発光素子寄りの第1受光素子で検出された第1検出信号と、3つ以上の前記受光素子のうち相対的に前記発光素子から離れた第2受光素子で検出された第2検出信号と、3つ以上の前記受光素子のうち前記第1受光素子と前記第2受光素子との間にある第3受光素子で検出された第3検出信号とに基づく演算により、ノイズ成分の影響が低減された第4検出信号を導出したのち、前記第4検出信号に基づいて、前記第4検出信号と相関を有する前記被検体の生体情報を導出する信号処理部と
を有する
電子機器。
(16)
生体情報計測装置を備え、
前記生体情報計測装置は、
配線基板上に配置され、被検体からの光を受光する受光素子と、
前記配線基板上の、前記受光素子から所定の方向において、前記受光素子からの距離がそれぞれ異なる少なくとも3か所に配置され、被検体に対して光を発する3つ以上の発光素子と、
各前記発光素子を順次発光させるとともに、3つ以上の前記発光素子のうち相対的に前記受光素子寄りの第1発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第1検出信号と、3つ以上の前記発光素子のうち相対的に前記受光素子から離れた第2発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第2検出信号と、3つ以上の前記発光素子のうち前記第1発光素子と前記第2発光素子との間にある第3発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第3検出信号とに基づく演算により、ノイズ成分の影響が低減された第4検出信号を導出したのち、前記第4検出信号に基づいて、前記第4検出信号と相関を有する前記被検体の生体情報を導出する信号処理部と
を有する
電子機器。
(17)
生体情報計測装置を備え、
前記生体情報計測装置は、
配線基板上に配置され、被検体からの光を受光する受光素子と、
前記配線基板上の、前記受光素子から所定の方向において、前記受光素子からの距離が互いに等しいか、もしくは互いにほぼ等しい少なくとも3か所に配置され、各々の発光波長が互いに異なるとともに、被検体に対して光を発する3つ以上の発光素子と、
各前記発光素子を順次発光させるとともに、3つ以上の前記発光素子のうち相対的に発光波長の短い第1発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第1検出信号と、3つ以上の前記発光素子のうち相対的に発光波長の長い第2発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第2検出信号と、3つ以上の前記発光素子のうち前記第1発光素子の発光波長と前記第2発光素子の発光波長との間の発光波長の第3発光素子が発光しているときに前記受光素子で検出された第3検出信号とに基づく演算により、ノイズ成分の影響が低減された第4検出信号を導出したのち、前記第4検出信号に基づいて、前記第4検出信号と相関を有する前記被検体の生体情報を導出する信号処理部と
を有する
電子機器。
Claims (8)
- 配線基板上に配置され、被検体に対して光を発する発光素子と、
前記配線基板上の、前記発光素子から所定の方向において、前記発光素子からの距離がそれぞれ異なる少なくとも3か所に配置され、前記被検体からの光を受光する3つ以上の受光素子と、
3つ以上の前記受光素子のうち相対的に前記発光素子寄りの第1受光素子で検出された第1検出信号と、3つ以上の前記受光素子のうち相対的に前記発光素子から離れた第2受光素子で検出された第2検出信号とに基づいて、3つ以上の前記受光素子のうち前記第1受光素子と前記第2受光素子との間にある第3受光素子で検出された第3検出信号から、前記被検体の体表ノイズおよび体内ノイズの成分を減じることにより、第4検出信号を導出したのち、前記第4検出信号に基づいて、前記第4検出信号と相関を有する前記被検体の生体情報を導出する信号処理部と
を備えた
生体情報計測装置。 - 前記生体情報は、前記被検体の脈拍に関する情報である
請求項1に記載の生体情報計測装置。 - 各前記受光素子は、フォトダイオードである
請求項1または請求項2に記載の生体情報計測装置。 - 前記第1受光素子、前記第2受光素子および前記第3受光素子は、それぞれ、一列に並んだ複数の受光部によって構成された共通のラインセンサにおける一部の前記受光部によって構成されている
請求項1または請求項2に記載の生体情報計測装置。 - 前記信号処理部は、前記ラインセンサに含まれる複数の前記受光部のうち、前記ラインセンサで得られた1ライン分の検出信号における信号ピーク値に対応する第1受光部、または、前記第1受光部を含む複数の前記受光部を、前記第2受光素子として割り当てる
請求項4に記載の生体情報計測装置。 - 前記第1受光素子、前記第2受光素子および前記第3受光素子は、それぞれ、行列状に並んだ複数の受光部によって構成された共通のイメージセンサにおける一部の前記受光部によって構成されている
請求項1または請求項2に記載の生体情報計測装置。 - 前記信号処理部は、前記イメージセンサに含まれる複数の前記受光部のうち、前記イメージセンサで得られた1枚分の検出信号における信号ピーク値に対応する第1受光部、または、前記第1受光部を含む複数の前記受光部を、前記第2受光素子として割り当てる
請求項6に記載の生体情報計測装置。 - 生体情報計測装置を備え、
前記生体情報計測装置は、
配線基板上に配置され、被検体に対して光を発する発光素子と、
前記配線基板上の、前記発光素子から所定の方向において、前記発光素子からの距離がそれぞれ異なる少なくとも3か所に配置され、前記被検体からの光を受光する3つ以上の受光素子と、
3つ以上の前記受光素子のうち相対的に前記発光素子寄りの第1受光素子で検出された第1検出信号と、3つ以上の前記受光素子のうち相対的に前記発光素子から離れた第2受光素子で検出された第2検出信号とに基づいて、3つ以上の前記受光素子のうち前記第1受光素子と前記第2受光素子との間にある第3受光素子で検出された第3検出信号から、前記被検体の体表ノイズおよび体内ノイズの成分を減じることにより、第4検出信号を導出したのち、前記第4検出信号に基づいて、前記第4検出信号と相関を有する前記被検体の生体情報を導出する信号処理部と
を有する
電子機器。
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