JPH08584A - 生体信号検出方法及び生体信号検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非拘束ながらも体動や呼吸、心拍といった生
体信号を感度よく検出することができる。 【構成】 発光部からの光を受光部へと導く光ファイバ
ーを、生体の荷重がかかる方向において所要の曲率を持
つ状態で屈曲させる。この屈曲部は、生体から加わる荷
重の変動に伴う撓みで受光部に至る光量を大きく変化さ
せる。このために心拍によるところのわずかな荷重変化
も感度よく捕らえることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は生体の心拍や呼吸や体動
等を非拘束で検出する生体信号検出方法及び生体信号検
出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種の生体信号を検出するにあたり、生
体にセンサー部を装着するタイプのものは、生体の動き
を拘束する上に、この拘束が生体にストレスを与えてし
まうためにリラックス状態での生体信号の検出が困難で
あり、特に電極を皮膚に貼り付けたりするものでは、皮
膚が荒れたり炎症を起こしたりすることがあるために、
非拘束タイプのものが望まれている。

【０００３】そして、非拘束タイプとして、圧電素子や
静電容量センサーを用いたものが提案されている。これ
らは生体を受けるベッドのような生体支持部に圧電素子
や静電容量センサーを配置して、これらによって生体支
持部にかかる生体荷重が生体の体動や呼吸に伴ってわず
かに変化することを検知して生体信号を検出するもので
あるが、体動や呼吸について検出することができても、
心拍まで検出することができるだけの感度を有していな
い。また、非拘束では生体支持部のどこに生体荷重がか
かるかを特定できないために、圧電素子や静電容量セン
サーを生体支持部の広い部分にわたって配置しなくては
ならないが、この点に対応することは感度のこともあっ
て困難である上に、生体への刺激が無いように配置する
ことも困難である。

【０００４】ここにおいて、上記圧電素子や静電容量セ
ンサーに代えて、一端が発光部に、他端が受光部に接続
された柔軟性を有する光ファイバーを用いて、生体を受
ける生体支持部にその生体支持面に添って光ファイバー
を配置したものが特開平６−３０９１４号公報に示され
ている。光ファイバーによって発光部から受光部へと導
かれる光の量を、生体荷重の変動に伴う光ファイバーの
撓みによって変化させることで、荷重変動を捕らえ、こ
こから生体信号を検出しようというものである。

【０００５】この場合、配置面積を広くすることに困難
がない上に、柔軟な光ファイバーを用いることで生体に
刺激のないものとすることができ、更に電磁気的な影響
を生体に与えてしまうこともないといった利点を有して
いる。また、生体信号のうち、心拍も検出することがで
きる感度を期待することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、心拍を
捕らえる場合を考えると、十分なＳ／Ｎ比を確保するこ
とができるだけの感度を得られておらず、検出精度の点
で不満があるのが実状であり、更に感度の高いものが求
められている。本発明はこのような点に鑑み為されたも
のであり、その目的とするところは非拘束ながらも体動
や呼吸、心拍といった生体信号を感度よく検出すること
ができる生体信号検出方法及び生体信号検出装置を提供
するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】しかして本発明に係る生
体信号検出方法は、生体９を受ける生体支持部２に配設
されるとともに発光部からの光を受光部へと導く光ファ
イバー１を、生体９の荷重がかかる方向において所要の
曲率を持つ状態で屈曲させて、この屈曲した光ファイバ
ー１を生体支持部２にかかる生体荷重の変化によって撓
ませてその屈曲部の曲率を変化させることで受光部に至
る光量を変化させ、この時の受光部出力から生体信号を
検出することに特徴を有しており、また本発明に係る生
体信号検出装置は、生体９を受ける生体支持部２に配設
されるとともに発光部からの光を受光部へと導く光ファ
イバー１と、上記受光部出力から生体信号を検出する検
出部３２とを備えている生体信号検出装置において、光
ファイバー１は生体９の荷重がかかる方向において所要
の曲率を持つ状態で屈曲していることに主たる特徴を有
している。

【０００８】

【作用】本発明によれば、生体９の荷重がかかる方向に
おいて所要の曲率を持つように光ファイバー１を屈曲さ
せているために、光ファイバー１における屈曲部は、生
体９から加わる荷重（圧力）の変動に伴って、受光部に
到達する光量を大きく変化させることになる曲率域にお
いて曲率を変化させるものであり、従って心拍によると
ころのわずかな荷重変化も感度よく捕らえることができ
る。

【０００９】すなわち、光ファイバー１は、コアとこの
コアを囲むクラッドより構成され、発光部からの光はコ
アとクラッドとの境界面における全反射によって受光部
へと導くものであり、光ファイバー１に撓みが生じた
時、境界面ですべての光が全反射せずに一部の光がクラ
ッドを透過してしまうのであるが、屈曲の曲率がわずか
であるために殆どの光に対して全反射角を保つことがで
きる曲率域においては、光ファイバー１が撓んでも受光
部に到達する光の量の変化はわずかである。しかし、微
小な撓みを起こしただけでも多くの光に対して全反射角
を保つことができなくなるような曲率域においては、撓
みに伴って受光部に到達する光の量が大きく変化するも
のであり、しかも光ファイバー１が生体９の荷重がかか
る方向において上記曲率を持つ時、微小な荷重変動に対
しても光ファイバー１の撓みが確実に生じるために、受
光部に到達する光の量が確実に大きく変化することにな
り、このために高い感度を得ることができるものであ
る。

【００１０】従って、光ファイバー１の屈曲部の荷重が
かかる方向における曲率は、その光ファイバー１におけ
るコアとクラッドの材質によって決定される全反射角と
の関係で、荷重変化に伴うわずかな曲率半径の変化によ
ってコアから漏れる光量が大きく変化するように設定す
る。また光ファイバー１のコアとクラッドの材質や径
は、荷重変動に伴う曲率変化が大きいばね性が発揮され
るように設定することが好ましい。弾性を有する芯材５
の周囲に光ファイバー１を巻き付ける場合のように、ば
ね性として他の部材の弾性も利用することができる場合
には、この他の部材の弾性を考慮して光ファイバー１の
ばね性を設定する。また、屈曲させた部分をあまり多く
とると、受光部に達する光量が少なくなり過ぎて、受光
部における光量変化の検出が困難となることから、受光
部の特性も含めたこの点も考慮して光ファイバー１の屈
曲部を設定することが望ましい。

【００１１】光ファイバー１の上記屈曲状態は、保持材
４によってその状態が保たれているようにすることが好
ましく、屈曲状態としては、たとえばコイル状や波状と
したものを用いることができる。コイル状とする場合
は、芯材５の回りに巻回したものであってもよく、この
時の芯材５としては、柔軟性を有するものを用いる時、
その断面形状を問わないが、棒状、特に断面円形の棒状
やチューブ状のものを好適に使用することができる。ま
た、コイル状とする場合、光ファイバー１の直径よりも
大きいピッチで巻回したものとすることが、つまりはコ
イル部分において光ファイバー１同士が接触していない
状態とすることが、光ファイバー１の撓みが自身によっ
て制限されてしまうことがなくなる点で好ましい。光フ
ァイバー１を屈曲状態に保持する保持材４内に埋め込ん
でしまった時には、光ファイバー１の損傷を防ぐことが
できるものとなる。

【００１２】生体荷重が加わっていない時にはほぼ直線
状を保ち、生体荷重がかかった時にのみ、屈曲して上記
曲率を持つものとなるようにすることを妨げない。これ
は生体荷重によって光ファイバー１を屈曲させる凹凸面
上もしくは凹凸面下に光ファイバー１を配置することに
よって実現することができ、この場合、凹凸面を光ファ
イバー１の長手方向において複数の凹凸部７０を有する
ものとすることで、必要とする屈曲部の数を確保するこ
とができる。

【００１３】また、上記凹凸面に光ファイバー１を配置
する際に、光ファイバー１が屈曲点からずれてしまい、
十分な屈曲量が得られず、検出できない場合が考えられ
るため、凸部７０ａの先端側に光ファイバー１を固定す
るための溝１０を設けるのが好ましい。また、凸部７０
ａの押圧力で光ファイバー１が損傷するのを防止するた
めに、凸部７０ａの端部７０ｃを光ファイバー１の屈曲
方向に沿って円弧状に曲成するのが好ましい。また、光
ファイバー１が破壊するほど大きく撓まないようにする
ために、光ファイバー１の屈曲量を制限するストッパ１
１を設けるのが好ましい。また、光ファイバー１を折り
返して使用する場合、光ファイバー１の折り返し部１２
の中を通過する光の量が損失しないようにするために、
一本の光ファイバー１を凹凸面と平行な面上でループ状
に複数回巻回し、各ループの折り返し部１２を凹凸面の
外側に夫々配設し、各ループの中間部１３を同一の凹凸
面上もしくは凹凸面下に並べて配設するのが好ましい。
また、凹凸面の外側に配される光ファイバー１の折り返
し部１２の屈曲による振動等を防止するために、光ファ
イバー１の折り返し部１２を曲率の大きい円弧状の保護
チューブ１４で保持するのが好ましい。

【００１４】更に、光ファイバー１は、生体支持部２に
おける生体９の躯体部及び頭部を受ける部分に配するこ
とが、生体９の呼吸や心臓の動きの検出にとって好まし
く、殊に生体９の脇下よりも頭部側を受ける部分に配し
た場合、呼吸による変動が少なくなるために、心拍を的
確に検出することができるものとなる。枕に配設した時
には、ベッドそのものに光ファイバー１を配設する場合
よりも配設面積を小さくすることができる。

【００１５】

【実施例】以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述す
ると、本発明においては、一端に発光ダイオードのよう
な発光素子３ａが、他端に受光素子３ｂが接続された光
ファイバー１を生体９を受ける生体支持部２（図１に示
す場合は椅子の背もたれ）に配置するにあたり、生体９
の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つように光
ファイバー１を屈曲させておく。受光素子３ｂにはその
電流出力を電圧に変換する変換部３０と増幅部３１とを
介して、ローパスフィルターやコンパレータ等からなる
弁別部３３を有して体動や呼吸、あるいは心拍等の生体
信号を検出する検出部３２を接続してある。

【００１６】そして、光ファイバー１を上記方向に曲率
を持つ屈曲状態とするにあたっては、図２に示すように
光ファイバー１をコイル状に巻回したものを用いて、コ
イル軸の方向が生体支持部２における生体支持面と平行
となるように生体支持部２に配設している。コイル状と
しているのは、光ファイバー１に所要の曲率を持たせて
おくことが容易となるためである。また、光ファイバー
１がコイル状態を保つように、図２（ａ）では接着剤か
らなる保持材４でコイル部の一部同士を連結している。
光ファイバー１にかかる荷重変動に伴う撓みを阻害しな
いのであれば、コイル部全体に対して保持材４を使用す
ることで、過度の圧力に対する形状保持や折損防止を図
ることができる。

【００１７】図２（ｂ）に示すように、コイルの軸方向
に添う細幅の帯板状のアクリル樹脂等からなる保持材４
をコイル部に接着固定することで形状保持を図ってもよ
い。この場合、コイル部の一部にかかる荷重を、コイル
軸方向に並ぶ他の部分にも保持材４で伝えることができ
るものとなるために、つまりコイル部全体に荷重変動が
伝わるために、安定した生体信号の検出を行うことがで
きるものとなる。このものにおいても、前述の理由で接
着剤はコイル部全体に対して使用してもよい。

【００１８】コイル形状の維持は、図３や図４に示すよ
うに、芯材５の周囲に光ファイバー１を巻き付けること
で行ってもよい。芯材５が柔軟性を有しないものである
場合には、芯材５の角を光ファイバー１に傷を付けない
程度の面取りを施すだけとし、屈曲部での光ファイバー
１の撓み変形を阻害しないように、芯材５が光ファイバ
ー１の屈曲部の内側に当たらないようにしておく。芯材
５が発泡ポリウレタンや発泡ポリエステル、エアーセル
等の柔軟性を有するものからなる場合には、芯材５が光
ファイバー１の屈曲部の内側に当たっていてもよく、ま
た柔軟性を持つ芯材５は、生体９が感じる違和感を抑え
ることになる。いずれにしても、芯材５の周囲に光ファ
イバー１を巻回することで光ファイバー１をコイル状と
する時には、光ファイバー１に所要の曲率を持たせるこ
とが更に容易となるとなる上に、過度の荷重が光ファイ
バー１に加わっても、芯材５の厚みが光ファイバー１の
異常変形による破損を防止する。

【００１９】芯材５の形状は、生体支持部２への配設位
置等にもよるが、図３に示すような板状のものよりも、
図４に示すような細い棒状のものの方が、荷重変動に対
する光ファイバー１の屈強部の撓み部分が多くなるため
に、感度を高くすることができる。また、芯材５を図５
に示すような形状に変形させることも可能となるため
に、生体支持部２への設置が容易となる。図６に示す例
は、ゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム等からなるチュー
ブ状の芯材５を用い、この芯材５の外周に光ファイバー
１を巻き付けてコイル状とした場合を示している。芯材
５を断面円形の棒状やチューブ状とした場合、光ファイ
バー１を一定曲率で螺旋を描くものとすることができる
ために、生体支持部２に配設するにあたって方向性が問
題となることがなくなるとともに、角がある場合のよう
な生体９が感じる違和感を低減することができる。

【００２０】なお、光ファイバー１をコイル状とするに
あたっては、図６からも明らかなように、光ファイバー
１の直径よりもコイルのピッチを大きくして、コイル部
分において光ファイバー１同士が接触しない状態として
おくことが望ましい。つまり、隣接する光ファイバー１
同士が接触する状態では光ファイバー１の撓みが光ファ
イバー１自体の隣接部によって制限されてしまうが、こ
のようなことが無くなり、感度を高く保つことができる
からである。

【００２１】光ファイバー１は、光ファイバー１を屈曲
状態に保つ保持材（芯材５を含む）４の中に埋め込んで
しまってもよい。図７は一体成形によってチューブ状の
芯材５内に光ファイバー１を埋め込んだ場合を示してい
る。このように光ファイバー１を埋め込めば、光ファイ
バー１の損傷をより確実に防ぐことができる。光ファイ
バー１を波状に屈曲させる場合には、図８に示すような
格子材６の格子間に光ファイバー１を上下に交互に通せ
ばよい。これによって光ファイバー１を波状に屈曲した
状態に保つことができる。この場合、格子材６の格子ピ
ッチは、光ファイバー１の屈曲部に与えたい曲率に応じ
て設定しておく。格子材６が柔軟性を持つことを妨げな
いが、光ファイバー１を屈曲させておくことができない
ものであってはならない。

【００２２】図９に示すものは、通常時は光ファイバー
１が直線状を保つものの、荷重がかかった時に所要の曲
率を持つようにしたもので、上面に凹凸部７０を備えた
部材７ａと、下面が凹凸部７０を備えた部材７ｂとの間
に光ファイバー１を通すとともに、部材７ｂを部材７ａ
から浮かしておき、生体９の荷重がかかって部材７ｂが
下降した時、凹凸部７０，７０によって光ファイバー１
が屈曲状態となるようにしている。この場合の光ファイ
バー１の屈曲部の数と曲率は、図１０に示すように、光
ファイバー１の長手方向に複数の凹凸部７０を設けるこ
とと、凹凸部７０の間隔ｄや高さｈ等によって設定する
ことができる。

【００２３】ところで、上記凹凸部７０に光ファイバー
１を配置する際に、光ファイバー１が屈曲点からずれて
しまい、十分な屈曲量が得られず、検出できない場合も
予想される。図１１及び図１２（ａ）に示すものは、各
凸部７０ａの先端側に光ファイバー１を固定するための
溝１０を夫々設けるようにしたもので、光ファイバー１
の長手方向から見て部材７ａ側の各溝１０は逆Ｕ字状に
形成され、部材７ｂ側の各溝１０はＵ字状に形成され、
夫々の溝１０は光ファイバー１の外径よりもやや大きい
巾と深さとを有している。このように、光ファイバー１
を凹凸面に対して固定するためのガイドとなる溝１０を
設けることによって、光ファイバー１が屈曲点からずれ
たり、十分な屈曲量が得られなかったりする現象を防ぐ
ことができ、従って、体振動を確実に屈曲量の変動に変
換することができ、検出の精度及び再現性を向上させる
ことができるという利点がある。尚、上記溝１０はすべ
ての凸部７０に夫々設けられてもよいが、一部の凸部７
０のみに設けられてもよい。

【００２４】また、上記ガイドとなる溝１０を形成する
場合において、図１２（ａ）のように各凸部７０ａの端
部が角を持つように加工すると、光ファイバー１に対し
てせん断力が生じ、光ファイバー１を損傷させてしま
い、検出不良を起こす可能性が考えられる。図１２
（ｂ）は、各凸部７０ａの端部７０ｃを光ファイバー１
の屈曲方向に沿って円弧状となるように夫々加工するよ
うにしたもので、光ファイバー１の屈曲時において、円
弧状となった端部７０ｃに沿って光ファイバー１が屈曲
できるので、光ファイバー１に対して上記せん断力が生
じなくなり、光ファイバー１を保護して、実際の使用上
でのセンサーとしての耐久性を向上させることができる
ものである。

【００２５】図１３（ｂ）は、同（ａ）に示す凹凸部７
０を有する部材７ａに、光ファイバー１の屈曲量を制限
するためのストッパ１１を凹凸部７０とは別に設けたも
のを示している。このストッパ１１は光ファイバー１の
撓み時に光ファイバー１が破壊してしまう撓み量以上撓
まないようにするためのもので、光ファイバー１がある
程度撓むことができる範囲内で凹凸部７０による押圧を
制限できる高さで部材７ａ（部材７ｂであってもよい）
の下面から突設している。このストッパ１１によって光
ファイバー１を破壊から保護でき、信号検出を安定させ
ることができるので、実際の使用上でのセンサーとして
の耐久性の向上を図ることができる。

【００２６】また図１３（ｃ）は、同（ｂ）に示すスト
ッパ１１に代えて、ガイドとなる溝１０の深さを調整す
ることで、溝１０にストッパとしての役割を持たせるよ
うにしたものであり、光ファイバー１を固定するための
溝１０を利用して光ファイバー１が破壊してしまう撓み
量以上撓まないようにすることができ、光ファイバー１
を破壊から保護して、信号検出を安定させることができ
るものである。

【００２７】図１４（ａ）は同一の凹凸面に光ファイバ
ー１を波形に折り返して設置する際の一般的な配置を示
しており、また図１４（ｂ）は一本の光ファイバー１を
凹凸面と平行な面上でループ状に複数回（本実施例では
３回）巻回し、各ループの折り返し部１２を凹凸面の外
側に夫々配設し、各ループの中間部１３を同一の凹凸面
上もしくは凹凸面下に並べて配設した場合を示してい
る。ここで、図１４（ａ）のように同一の凹凸面に対し
て一本の光ファイバー１を複数回設置する場合、光ファ
イバー１を波型に折り返すと、折り返し部１２の曲率が
小さくなり、光ファイバー１内を通過する光を損失して
しまうことがある。そこで、図１４（ｂ）のように、一
本の光ファイバー１を図１４（ｂ）の実線矢印Ａで示す
円弧状に折り返して１つ目のループを形成し、さらに破
線矢印Ｂで示す円弧状に折り返して２つ目のループを形
成し、さらに一点鎖線矢印Ｃで示す円弧状に折り返して
３つ目のループ状を形成し、これらループが折り返し部
１２のみで重なるように配置すると共に、各ループの中
間部１３を凹凸面に間隔をあけて配置することにより、
折り返し部１２の曲率ができる限り大きくなるように一
本の光ファイバー１を設置できるようになり、図１４
（ａ）の場合と比較して、各折り返し部１２の曲率が夫
々大きくなって光の損失を最小に抑えることができるよ
うになる。従って、光ファイバー１内を通過する光の量
ができる限り多くなるように保たれるので、検出回路に
おけるＳ／Ｎ比を向上させることができ、信号検出能力
を高めることが可能となる。

【００２８】図１５は凹凸面の外側に光ファイバー１の
折り返し部１２を配し、この折り返し部１２を曲率の大
きい円弧状の保護チューブ１４で保持したものを示して
おり、保護チューブ１４は例えば樹脂から成り、折り返
し部１２の曲率の固定や、雑音（雑振動）からの保護を
可能とし、安定した検出を行う役割を果たすものであ
り、また保護チューブ１４を最大曲率の円弧状に形成す
ることで、光ファイバー１の折り返し部１０もまた最大
曲率で保持されるようになり、生体信号を含まない振動
による屈曲を防ぐことができ、この結果、光ファイバー
１内を通過する光の量ができる限り多くなるように保た
れ、検出回路におけるＳ／Ｎ比を向上させることがで
き、信号検出能力を高めることができるものである。
尚、図１５の実施例では一本の光ファイバー１を１回円
弧状に折り返した場合を示しているが、これに限定され
るものではなく、例えば図１４（ｂ）のような複数の折
り返し部１２をこの保護チューブ１４を用いて各々別々
に保持することもできる。

【００２９】さて、生体の荷重がかかる方向において所
要の曲率を持つ光ファイバー１からなるセンサー部Ｓ
は、図１では椅子の背もたれである生体支持部２に配し
たが、図１６に示すように、椅子の座面に配してもよ
い。また背もたれ内や座部内に配するほか、背もたれ面
や座面に配するクッション内に配してもよい。生体支持
部２が図１７に示すようにベッドであったり、図１８に
示すように布団であったりしてもよい。これらの場合に
おいても、生体９の微小な荷重変動を検出することがで
きる位置であれば、その配置位置を問うものではない。
図１９に示すように、生体支持部２が浴槽であってもよ
い。また、生体支持部２が浴槽である場合、浴槽自体が
生体の振動をよく伝えることから、浴槽の外面にセンサ
ー部Ｓを接触させて配置することも可能である。水回り
において、光センサー１であるセンサー部Ｓを用いるこ
とは、電気的安全性の確保が容易であるという利点もあ
る。

【００３０】センサー部Ｓによって生体９のどの部分の
荷重変動を検出するかという点については、生体９の呼
吸や心拍に伴う荷重変動の検出には、図２０に示すよう
に、生体支持部２における生体９の躯体部及び頭部を受
ける部分に配置することが好ましい。特に心拍の検出を
主目的とする場合には、図２１に示すように、生体支持
部２における生体９の脇下よりも頭部側を受ける部分、
例えば枕にセンサー部Ｓを配置することが好ましい。

【００３１】実験結果からわかったことであるが、この
位置にセンサー部Ｓを配置すると、呼吸の影響を受けに
くく、結果的に心拍波形を感度よく検出することができ
るものとなる。枕にセンサー部Ｓを配置することは、枕
によって荷重変動が吸収されてしまって感度が落ちたり
することがないという点で利点を有するほかに、センサ
ー部Ｓの配設範囲を限定して配設面積を小さくすること
ができるという利点がある。なお、枕にセンサー部Ｓを
配置する場合は、枕が上下逆に使用されることもあるた
めに、両面にセンサー部Ｓを設けることが好ましい。

【００３２】参考までにセンサー部Ｓの配置位置によっ
てセンサー部Ｓの（受光素子３ｂの）出力がどのように
異なってくるかを図２２に示す。図２２（ａ）は生体９
の頭部の荷重変動を検出した時、図２２（ｂ）は首から
肩にかけての部分の荷重変動を検出した時、図２２
（ｃ）は胸部の荷重変動を検出した時、図２２（ｄ）は
腹部の荷重変動を検出した時である。頭部付近の荷重変
動に心拍が明瞭に現れていることがわかる。

【００３３】更に、図２３は、直径１８mmのシリコンチ
ューブである芯材に光ファイバー１を巻き付けたものを
用いて検出した生体信号を示しており、図２４はシリコ
ン製の角柱である芯材に光ファイバー１を巻き付けると
ともに、アクリル樹脂製の保持材を光ファイバー１のコ
イル部の外面に貼り付けたものを用いて検出した生体信
号を示している。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明では、生体の荷重が
かかる方向において所要の曲率を持つように光ファイバ
ーを屈曲させているために、光ファイバーは心拍に伴う
ような微小な荷重変動に対してもその曲率を変化させる
ことで受光部へと導く光の量を大きく変化させるもので
あり、このために心拍も高感度で捕らえることができ
て、良好な検出精度を得られるものである。

【００３５】光ファイバーの上記屈曲状態は、保持材に
よってその状態が保たれているようにしておくと、生体
信号検出の安定化を図ることができる。そして、屈曲状
態としてコイル状とした場合には所要の曲率を持つ屈曲
部を容易に多く作り出すことができるために、感度向上
と安定化とを図ることができ、コイル状とする場合は、
芯材の回りに巻回することが、上記安定化の点で好まし
いものとなる。さらに芯材に柔軟性を持つものを用いる
時は、生体に違和感を与えることがないものとなり、こ
の点は棒状、特に断面円形の棒状やチューブ状のものを
用いる時、生体支持部への配設の自由度も高くなる。

【００３６】また、コイル状とする場合、光ファイバー
の直径よりも大きいピッチで巻回したものとすると、光
ファイバーの撓みが自身によって制限されてしまうこと
による感度低下を招くことがないものとなる。光ファイ
バーを屈曲状態に保持する保持材内に埋め込んでしまっ
た時には、光ファイバーの損傷を防ぐことができるもの
となる。

【００３７】生体荷重がかかった時にのみ、屈曲して上
記曲率を持つものとなるようにしても、所要の目的は達
成することができる。また、複数の凹凸部のうち、各凸
部の先端側に光ファイバーを固定するための溝を設けた
場合には、光ファイバーが屈曲点からずれたり、十分な
屈曲量が得られなかったりする事態を防止でき、結果と
して、体振動を確実に屈曲量の変動に変換することがで
き、光ファイバーの検出の精度及び再現性を向上させる
ことができる。

【００３８】また、各凸部の端部を光ファイバーの屈曲
方向に沿って円弧状に曲成した場合には、光ファイバー
に対してせん断力が生じなくなり、各凸部の端部で光フ
ァイバーが損傷するのを防止でき、検出不良を無くして
実際の使用上でのセンサーとしての耐久性を向上させる
ことができる。また、光ファイバーの屈曲量を制限する
ストッパを設けた場合には、光ファイバーが破壊してし
まう撓み量以上撓まないように、光ファイバーを破壊か
ら保護して、信号検出を安定させることができるので、
実際の使用上でのセンサーとしての耐久性を向上させる
ことができる。

【００３９】一本の光ファイバーを凹凸面と平行な面上
でループ状に複数回巻回し、各ループの折り返し部を凹
凸面の外側に夫々配設し、各ループの中間部を同一の凹
凸面上もしくは凹凸面下に並べて配設した場合には、折
り返し部の曲率が大きくなって光の損失を最小に抑える
ことができ、光ファイバー内を通過する光の量ができる
限り多くなるように保たれ、検出回路におけるＳ／Ｎ比
を向上させて、信号検出能力を高めることが可能とな
る。

【００４０】また、凹凸面の外側に光ファイバーの折り
返し部を配し、この折り返し部を曲率の大きい円弧状の
保護チューブで保持することにより、光ファイバーの折
り返し部の曲率の固定や、雑音（雑振動）からの保護が
可能となり、従って、光ファイバー内を通過する光の量
ができる限り多くなるように保たれ、検出回路における
Ｓ／Ｎ比を向上させて、信号検出能力を高めることが可
能となる。

【００４１】光ファイバーは、生体支持部における生体
の躯体部及び頭部を受ける部分に配することが、生体の
呼吸や心臓の動きの検出にとって好ましい。心拍の検出
を主目的とする場合には、生体の脇下よりも頭部側を受
ける部分に配すると、呼吸による変動が少なくなるため
に、心拍波形の検出感度の向上に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブロック回路図である。

【図２】（ａ）（ｂ）は共に光ファイバーの形状の一例
を示す正面図である。

【図３】芯材を用いた場合の一例を示す斜視図である。

【図４】芯材を用いた場合の他例を示す斜視図である。

【図５】芯材を用いた場合の更に他例を示す斜視図であ
る。

【図６】芯材を用いた場合の別の例を示す斜視図であ
る。

【図７】芯材を用いた場合の更に別の例を示す斜視図で
ある。

【図８】（ａ）（ｂ）は共に格子材を用いて光ファイバ
ーを波状に屈曲させた場合の例を示す斜視図である。

【図９】凹凸面を有する部材を用いた場合を示してお
り、（ａ）は無負荷時の断面図、（ｂ）は荷重を加えた
時の断面図である。

【図１０】凹凸面を有する部材を用いた場合の他例を示
しており、（ａ）は無負荷時の断面図、（ｂ）は荷重を
加えた時の断面図である。

【図１１】各凸部の先端に光ファイバーをガイドする溝
を設けた場合を示す斜視図である。

【図１２】（ａ）は各凸部の端部に角度を付けた場合を
示す断面図、（ｂ）は各凸部の端部を円弧状に加工した
場合を示す断面図である。

【図１３】凹凸面を有する部材を用いた場合の他例を示
しており、（ａ）はストッパが設けられていない場合の
側面図、（ｂ）はストッパが設けられている場合の側面
図、（ｃ）は溝の深さを調整してストッパとして機能を
持たせた場合の側面図である。

【図１４】一本の光ファイバーの配置例を示しており、
（ａ）は光ファイバーを波形に折り返した場合の配置
図、（ｂ）は光ファイバーをループ状に折り返した場合
の配置図である。

【図１５】光ファイバーの折り返し部を保護チューブで
保持した場合の平面図である。

【図１６】光ファイバーからなるセンサー部の配置例を
示す説明図である。

【図１７】センサー部の他の配置例を示す説明図であ
る。

【図１８】センサー部の更に他の配置例を示す説明図で
ある。

【図１９】センサー部の別の配置例を示す説明図であ
る。

【図２０】センサー部の配置位置の一例を示す平面図で
ある。

【図２１】センサー部の配置位置の他例を示す平面図で
ある。

【図２２】（ａ）〜（ｄ）は夫々頭部、首部、胸部、腹
部での検出信号波形図である。

【図２３】他の検出信号波形図である。

【図２４】別の検出信号波形図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバー ２ 生体支持部 ３ａ 発光素子 ３ｂ 受光素子 １０ 溝 １１ ストッパ １２ 折り返し部 １３ 中間部 １４ 保護チューブ ３２ 検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 6/00 Ｇ０２Ｂ 6/00 Ｂ

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体を受ける生体支持部に配設されると
   ともに発光部からの光を受光部へと導く光ファイバー
   を、生体の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つ
   状態で屈曲させて、この屈曲した光ファイバーを生体支
   持部にかかる生体荷重の変化によって撓ませてその屈曲
   部の曲率を変化させることで受光部に至る光量を変化さ
   せ、この時の受光部出力から生体信号を検出することを
   特徴とする生体信号検出方法。
2. 【請求項２】 生体を受ける生体支持部に配設されると
   ともに発光部からの光を受光部へと導く光ファイバー
   と、上記受光部出力から生体信号を検出する検出部とを
   備えている生体信号検出装置において、光ファイバーは
   生体の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つ状態
   で屈曲していることを特徴とする生体信号検出装置。
3. 【請求項３】 光ファイバーを屈曲状態に保持する保持
   材を備えていることを特徴とする請求項２記載の生体信
   号検出装置。
4. 【請求項４】 光ファイバーはコイル状に巻回されてい
   ることを特徴とする請求項２または３記載の生体信号検
   出装置。
5. 【請求項５】 光ファイバーはコイル状に巻回されてい
   るとともにコイルの軸方向に添う保持材で屈曲状態に保
   持されていることを特徴とする請求項３または４記載の
   生体信号検出装置。
6. 【請求項６】 光ファイバーは、芯材の回りに巻回され
   ていることを特徴とする請求項４記載の生体信号検出装
   置。
7. 【請求項７】 芯材は柔軟性を有するものであることを
   特徴とする請求項６記載の生体信号検出装置。
8. 【請求項８】 芯材は柔軟性を有する棒状であることを
   特徴とする請求項６記載の生体信号検出装置。
9. 【請求項９】 芯材は柔軟性を有する断面円形の棒状で
   あることを特徴とする請求項６記載の生体信号検出装
   置。
10. 【請求項１０】 芯材は柔軟性を有するチューブ状のも
    のであることを特徴とする請求項６記載の生体信号検出
    装置。
11. 【請求項１１】 光ファイバーはその直径よりも大きい
    ピッチで巻回されていることを特徴とする請求項４記載
    の生体信号検出装置。
12. 【請求項１２】 光ファイバーは波状に屈曲されている
    ことを特徴とする請求項２または３記載の生体信号検出
    装置。
13. 【請求項１３】 光ファイバーは光ファイバーを屈曲状
    態に保持する保持材内に埋め込まれていることを特徴と
    する請求項３または４または１２記載の生体信号検出装
    置。
14. 【請求項１４】 光ファイバーは生体荷重によって光フ
    ァイバーを屈曲させる凹凸面上もしくは凹凸面下に配さ
    れていることを特徴とする請求項２記載の生体信号検出
    装置。
15. 【請求項１５】 凹凸面が光ファイバーの長手方向にお
    いて複数の凹凸部を有していることを特徴とする請求項
    １４記載の生体信号検出装置。
16. 【請求項１６】 凸部の先端側に光ファイバーを固定す
    るための溝が設けられていることを特徴とする請求項１
    ５記載の生体信号検出装置。
17. 【請求項１７】 凸部の端部が光ファイバーの屈曲方向
    に沿って円弧状に曲成されていることを特徴とする請求
    項１６記載の生体信号検出装置。
18. 【請求項１８】 光ファイバーの屈曲量を制限するスト
    ッパが設けられていることを特徴とする請求項２または
    １４記載の生体信号検出装置。
19. 【請求項１９】 一本の光ファイバーを凹凸面と平行な
    面上でループ状に複数回巻回し、各ループの折り返し部
    を凹凸面の外側に夫々配設し、各ループの中間部を同一
    の凹凸面上もしくは凹凸面下に並べて配設したことを特
    徴とする請求項１４または１５記載の生体信号検出装
    置。
20. 【請求項２０】 凹凸面の外側に光ファイバーの折り返
    し部を配し、この折り返し部を曲率の大きい円弧状の保
    護チューブで保持したことを特徴とする請求項１４また
    は１９記載の生体信号検出装置。
21. 【請求項２１】 光ファイバーは、生体支持部における
    生体の躯体部及び頭部を受ける部分に配されていること
    を特徴とする請求項２記載の生体信号検出装置。
22. 【請求項２２】 光ファイバーは、生体支持部における
    生体の脇下よりも頭部側を受ける部分に配されているこ
    とを特徴とする請求項２記載の生体信号検出装置。
23. 【請求項２３】 光ファイバーは、生体支持部である枕
    に配設されていることを特徴とする請求項２記載の生体
    信号検出装置。