JPWO2017018114A1 - センサモジュールおよび生体関連情報表示システム - Google Patents

Abstract

被検体に装着する際に生体関連情報を取得可能な位置への位置合わせが容易にできるセンサモジュールおよびこのセンサモジュールを備えた生体関連情報表示システムとして、発光部１１が、互いに間隔をあけて配置された発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１を有し、受光部１２が、近赤外光に感度を有する１つの受光素子１２−１を有している。そして、１つの受光素子１２−１が、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１が発した光を受光するように配置され、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１が、同一の中心波長λ１の近赤外光を発するセンサモジュール１０を備える生体関連情報表示システム１が提供される。

Description

本発明は、近赤外光を含む光を被検体に向けて発するとともに当該被検体を経由した光を受光し、この受光した光に含まれる近赤外光に応じた信号を生成する生体関連情報推定用のセンサモジュール、およびこのセンサモジュールを備えた生体関連情報表示システムに関する。

特許文献１に開示されている脈派センサは、被検体の手首に当接される透明板の裏面側に配置された一対の発光素子および受光素子を有するセンサ部を備えている。発光素子から手首方向へ照射された近赤外光は手首の動脈を流れる赤血球により反射され、この反射光を受光素子で検出して被検体の脈波を検出する。

特開２００４−２７５３０７号公報

しかしながら、動脈に対して適切な位置に発光素子および受光素子を配置することで実用的な検出感度が得られるが、このような適切な位置となる範囲が狭いため、位置合わせが難しいという問題があった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、被検体に装着する際に生体関連情報を取得可能な位置への位置合わせが容易にできるセンサモジュールおよびこのセンサモジュールを備えた生体関連情報表示システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様においては、近赤外光を含む光を被検体に向けて発する発光部と、前記被検体を経由した前記光を受光する受光部と、を有し、前記受光部が受光した光に含まれる近赤外光に応じた信号を生成する生体関連情報推定用のセンサモジュールであって、前記発光部が、互いに間隔をあけて配置された複数の発光素子を有し、前記受光部が、近赤外光に感度を有する１つまたは複数の受光素子を有し、前記１つまたは複数の受光素子が、前記複数の発光素子のそれぞれが発した前記光を受光するように配置され、前記複数の発光素子のそれぞれが、同一の中心波長の近赤外光を発するセンサモジュールを提供する。

前記受光素子が、前記複数の発光素子に含まれる２つの発光素子の間に挟まれて配置されていてもよい。前記受光素子が、前記複数の発光素子と４ｍｍ〜１１ｍｍの間隔をあけて配置されてもよい。前記発光部が、前記複数の発光素子が発する近赤外光の前記中心波長とは異なりかつ互いに同一の他の中心波長の近赤外光を発する複数の他の発光素子をさらに有していてもよい。前記複数の発光素子のそれぞれが、前記中心波長の近赤外光および前記中心波長とは異なる同一の他の中心波長の近赤外光を発してもよい。前記中心波長が８０５ｎｍより短く、かつ、前記他の中心波長が８０５ｎｍより長くてもよい。前記中心波長が７６０ｎｍであり、かつ、前記他の中心波長が８５０ｎｍであってもよい。前記発光部が、前記複数の発光素子が発する近赤外光の前記中心波長とは異なりかつ互いに同一の他の中心波長の光を発する複数の他の発光素子をさらに有し、前記他の中心波長が６４０ｎｍであり、かつ、前記中心波長が９４０ｎｍであってもよい。前記１つまたは複数の受光素子における受光感度が最大となる光の波長が、前記中心波長であってもよい。前記受光部が、近赤外光に感度を有する１つまたは複数の他の受光素子をさらに有し、前記１つまたは複数の他の受光素子が、前記複数の他の発光素子のそれぞれが発した前記光を受光するように配置され、前記１つまたは複数の受光素子における受光感度が最大となる光の波長が、前記中心波長であり、前記１つまたは複数の他の受光素子における受信感度が最大となる光の波長が、前記他の中心波長であってもよい。

本発明の第２の態様においては、上記したセンサモジュールと、前記受光部が生成した信号に基づいて生体関連情報を推定する生体関連情報推定部と、前記生体関連情報推定部によって推定された前記生体関連情報を表示する表示部と、を備えた生体関連情報表示システムを提供する。前記生体関連情報推定部が、生体関連情報として血中ヘモグロビン変化、血中酸素比率変化および脈拍数から選択された少なくとも１つを推定するものであってもよい。

本発明によれば、被検体に装着する際に、生体関連情報を取得可能な位置への位置合わせが容易にできる。

本発明の一実施形態にかかる生体関連情報表示システムの斜視図である。 図１の生体関連情報表示システムの機能ブロック図である。 図１の生体関連情報システムが備えるセンサモジュールの斜視図である。 図３のセンサモジュールが有する基板体の平面図である。 対をなす２つの発光素子を備えた構成と１つの発光素子のみ備えた構成とにおける反応部材との相対距離と検出感度との関係を示すグラフである。 発光素子と受光素子との間隔を２．５ｍｍとした構成における反応部材との相対距離と検出感度との関係を示すグラフである。 発光素子と受光素子との間隔を４ｍｍとした構成における反応部材との相対距離と検出感度との関係を示すグラフである。 発光素子と受光素子との間隔を７ｍｍとした構成における反応部材との相対距離と検出感度との関係を示すグラフである。 発光素子と受光素子との間隔を１０ｍｍとした構成における反応部材との相対距離と検出感度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。また、「上下」を示す記載は各部材間の相対的な位置関係を説明するために便宜的に用いているものであり、絶対的な位置関係を示すものではない。

図１は、本発明の一実施形態にかかる生体関連情報表示システムの斜視図である。図２は、図１の生体関連情報表示システムの機能ブロック図である。図３は、図１の生体関連情報システムが備えるセンサモジュールの斜視図である。図４は、図３のセンサモジュールが有する基板体の平面図である。

図１に示す本実施形態の生体関連情報表示システム１は、ゴムバンドなどにより人の生体である被検体の腕や胸等に直接接するように装着され、被検体の生体関連情報を推定するとともに推定した生体関連情報を無線通信により送信する携帯型のセンサモジュール１０と、センサモジュール１０から送信される生体関連情報を表示する表示装置２０と、を有している。

図２〜図４に示すように、センサモジュール１０は、発光部１１、受光部１２、制御部１３、無線通信部１４およびこれらが実装される基板１５を有する基板体１６と、基板体１６を収容するケース１８と、を有している。また、センサモジュール１０は、電池動作を実現する図示しない電源回路を有している。

発光部１１は、発光素子パッケージ１１ａと、発光素子パッケージ１１ｂと、ドライブ回路１１ｃとを有している。発光素子パッケージ１１ａは、近赤外光を含む光を発する発光ダイオード素子やレーザー素子などからなる発光素子１１ａ１および発光素子１１ａ２を１つのパッケージ内に有している。発光素子パッケージ１１ｂも、同様に、近赤外光を含む光を発する発光ダイオード素子やレーザー素子などからなる発光素子１１ｂ１および発光素子１１ｂ２を１つのパッケージ内に有している。ドライブ回路１１ｃは、発光素子パッケージ１１ａが有する発光素子１１ａ１および発光素子１１ａ２、ならびに、発光素子パッケージ１１ｂが有する発光素子１１ｂ１および発光素子１１ｂ２を駆動する。

「発光素子」としての発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１は対をなし、これら発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１のそれぞれは、８０５ｎｍよりも短い同一の波長を「中心波長」としての中心波長λ１とする近赤外光を発することが可能なものを用いている。また、「他の発光素子」としての発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２は対をなし、これら発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２のそれぞれは、８０５ｎｍより長い同一の波長を「他の中心波長」としての中心波長λ２とする近赤外光を発することが可能なものを用いている。なお、８０５ｎｍは被検体としての生体の多くを占める水による吸収影響の少ない波長であり、この前後の波長を使用して、体内ヘモグロビンの吸光度の差を観察することで生体関連情報を精度よく推定できる。ところで本明細書において、近赤外光の中心波長とは、発光素子が発する近赤外光の波長範囲の中でもっとも光の強度（光のエネルギー）が高い波長のことをいう。

本実施形態において、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１は、７６０ｎｍを中心波長λ１とする近赤外光を発光可能であり、発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２は、８５０ｎｍを中心波長λ２とする近赤外光を発光可能である。但し、これに限定されるものではなく、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１が発する近赤外光の中心波長λ１が８０５ｎｍより短く、かつ、発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２が発する近赤外光の中心波長λ２が８０５ｎｍより長いことが好ましい。例えば、中心波長λ１を７８０ｎｍとし、中心波長λ２を８３０ｎｍとするものであってもよい。更には他方の発光素子を赤色光などの近赤外線以外の光を発光するようにしても良く、中心波長λ１を６４０ｎｍとし、中心波長λ２を９４０ｎｍとするものであってもよい。発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１が発する近赤外光の波長範囲は７６０±５０ｎｍであり、発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２が発する近赤外光の波長範囲は８５０±５０ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１が発する近赤外光の波長範囲が７６０±２０ｎｍであり、発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２が発する近赤外光の波長範囲が８５０±２０ｎｍであり、このような構成であると、受光部１２の出力がより大きくなり、Ｓ／Ｎ比を高くできる。なお、例えば、発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２を省略して、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１のそれぞれが、中心波長λ１の近赤外光および中心波長λ２の近赤外光の両方を別々に発するようにしてもよい。なお、「省略」とは、物理的に取り除く場合、および、単に素子としての機能を発揮させない（つまり、使用しない）場合を含む。

受光部１２は、受光素子パッケージ１２ａと、増幅回路１２ｂとを有している。受光素子パッケージ１２ａは、受光した近赤外光に応じた信号（受光信号）を出力する受光素子１２−１および受光素子１２−２を１つのパッケージ内に有している。増幅回路１２ｂは、受光素子パッケージ１２ａが有する受光素子１２−１および受光素子１２−２が出力する受光信号を増幅する。

「受光素子」としての受光素子１２−１は、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１が発する近赤外光の中心波長λ１において受信感度が最大となり、中心波長λ１近傍の波長の近赤外光に感度を有する。また、「他の受光素子」としての受光素子１２−２は、発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２が発する近赤外光の中心波長λ２において受信感度が最大となり、中心波長λ２近傍の波長の近赤外光に感度を有する。本実施形態において、受光素子１２−１は、７６０ｎｍの波長において受信感度が最大となり、７６０±５０ｎｍの範囲の波長の近赤外光を受光可能である。また、受光素子１２−２は、８５０ｎｍの波長において受信感度が最大となり、８５０±５０ｎｍの範囲の波長の近赤外光を受光可能である。受光素子は、発光素子が発する中心波長に応じて受信感度が最大となるものを選定することが好ましい。なお、例えば、受光素子１２−２を省略して、受光素子１２−１が、中心波長λ１近傍の近赤外光および中心波長λ２近傍の近赤外光の両方に感度を有するようにしてもよい。

受光素子１２−１は、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１が発した光を受光するように、後述する基板１５の上面１５ａにおいて発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１の間に挟まれて配置されている。受光素子１２−２も同様に、発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２が発した光を受光するように、後述する基板１５の上面１５ａにおいて発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２の間に挟まれて配置されている。

制御部１３は、マイクロコンピュータで構成されている。制御部１３は、発光部１１のドライブ回路１１ｃにタイミング信号を送信して、発光部１１の発光素子パッケージ１１ａおよび発光素子パッケージ１１ｂから近赤外光を発するように制御する。具体的には、発光素子パッケージ１１ａの発光素子１１ａ１および発光素子パッケージ１１ｂの発光素子１１ｂ１から同時に近赤外光を発光させるとともに所定時間後に発光を停止し、次いで、発光素子パッケージ１１ａの発光素子１１ａ２および発光素子パッケージ１１ｂの発光素子１１ｂ２から同時に近赤外光を発光させるとともに所定時間後に発光を停止して、中心波長λ１の近赤外光および中心波長λ２の近赤外光を間欠的かつ交互に発光させる。

また、制御部１３は、内蔵のアナログ−デジタル変換回路を用いて、受光部１２の増幅回路１２ｂから出力された増幅後の受光信号を処理可能なデジタル形式の信号情報（信号出力値）に変換し、この変換した信号情報に基づいて、血中ヘモグロビン変化、血中酸素比率変化および脈拍数の各生体関連情報を推定する。制御部１３は、生体関連情報推定部として機能する。

無線通信部１４は、無線通信ＩＣで構成されている。制御部１３で推定した生体関連情報を、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信規格を用いた通信により後述する表示装置２０に送信する。なお、センサモジュール１０は、生体関連情報ではなく、生体関連情報の推定に用いる上記信号情報を無線通信により表示装置２０に送信して、表示装置２０において上記信号情報に基づき生体関連情報を推定する構成としてもよい。

基板１５は、ガラスエポキシ基板に銅箔で配線パターンが形成されたプリント基板である。図４に示すように、基板１５の上面１５ａには、発光素子１１ａ１および発光素子１１ａ２を有する発光素子パッケージ１１ａ、発光素子１１ｂ１および発光素子１１ｂ２を有する発光素子パッケージ１１ｂ、ならびに、受光素子１２−１および受光素子１２−２を有する受光素子パッケージ１２ａが実装される。上面１５ａにおいて、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１が互いに間隔をあけて配置され、これら発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１の中間位置に受光素子１２−１が配置されており、発光素子１１ａ１、発光素子１１ｂ１および受光素子１２−１が一直線上に並べられている。本実施形態において、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との間隔Ｌ１、および発光素子１１ｂ１と受光素子１２−１との間隔Ｌ２は、それぞれ４ｍｍとされている。これら間隔Ｌ１および間隔Ｌ２は、４〜１１ｍｍであることが好ましい。また、間隔Ｌ１と間隔Ｌ１とが同一であることが好ましい。発光素子１１ａ２、発光素子１１ｂ２および受光素子１２−２についても、上記と同様に配置されている。基板１５の下面（図示なし）には、発光部１１のドライブ回路１１ｃ、受光部１２の増幅回路１２ｂ、制御部１３を構成するマイクロコンピュータ、および無線通信部１４を構成する無線通信ＩＣが実装される。

ケース１８は、図３に示すように、中空箱状に形成されており、ケース１８の上壁１８ａは透光性を有しかつ上壁１８ａ以外の部分は遮光性を有する材料で構成されている。ケース１８には、上壁１８ａに基板１５の上面１５ａが対向するように基板体１６が収容されている。ケース１８は、上壁１８ａが被検体の表面（人の肌）に接するようにして被検体に装着される。これにより、発光素子パッケージ１１ａの発光素子１１ａ１および発光素子１１ａ２、発光素子パッケージ１１ｂの発光素子１１ｂ１および発光素子１１ｂ２、ならびに受光素子パッケージ１２ａの受光素子１２−１および受光素子１２−２が、上壁１８ａを介して被検体の表面と対向するように位置づけられる。

表示装置２０は、タブレット端末であって、あらかじめインストールされたアプリケーションプログラム（以下、単に「アプリ」という。）や、インターネットなどからダウンロードしたアプリなどの様々な種類のアプリを実行可能であり、目的に応じたアプリを実行することにより、各種装置として機能する。本実施形態は、表示装置２０において、生体関連情報を表示するためのアプリを実行することにより、表示装置２０は生体関連情報表示システム１の一部を構成する装置として機能する。

図２に示すように、表示装置２０は、液晶ディスプレイからなる表示部２１と、液晶ディスプレイの表面に重ねられたタッチパネル２２と、マイクロコンピュータを有する制御部２３と、作業用メモリおよび情報保存用メモリを有する記憶部２４と、無線通信モジュールからなる無線通信部２５と、を有している。

表示部２１は、制御部２３から出力された表示制御情報に応じて文書や画像などの各種画面を表示するとともに当該各種画面内でボタンやテキスト入力エリア、キーボード、テンキーなどの操作アイテムを表示する。

タッチパネル２２は、上記操作アイテムに対応する箇所に利用者によって接触操作が入力される。タッチパネル２２は、入力された接触操作に応じた信号を制御部２３に出力する。

制御部２３は、例えば、タッチパネル２２対して利用者が入力した接触操作に関する情報が入力され、当該入力された情報に基づいて、表示部２１に対して所定の画像を表示するための表示制御情報を出力する。また、制御部２３は、記憶部２４との間で各種情報が取り交わされ、記憶部２４から所定の情報を読み出し、かつ、記憶部２４に所定の情報を記憶させる。無線通信部２５は、センサモジュール１０から送信された生体関連情報を受信し、制御部２３は、無線通信部２５が受信した生体関連情報を取り込む。

本実施形態において、表示装置２０は、センサモジュール１０から送信された生体関連情報を表示する生体関連情報表示プログラムとしての生体関連情報表示アプリケーションプログラム（以下、単に「生体アプリ」という。）を実行することができる。

生体関連情報表示システム１において、センサモジュール１０は、図示しない電源スイッチが操作されて電源が投入されると生体関連情報推定動作を開始する。センサモジュール１０は、生体関連情報推定動作として、発光部１１から近赤外光を発するとともに受光部１２で被検体を経由した近赤外光を受光し、受光した近赤外光に基づき血中ヘモグロビン変化、血中酸素比率変化および脈拍数の各生体関連情報を推定して、これら生体関連情報を無線通信により表示装置２０に逐次送信する。表示装置２０は、制御部２３により生体アプリを実行して、センサモジュール１０から送信された生体関連情報を表示部２１に表示する。

生体関連情報の推定は、具体的には、次のように行う。制御部１３からの制御信号を受けて、ドライブ回路１１ｃが、中心波長λ１が７６０ｎｍの近赤外光を発する発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１と、中心波長λ２が８５０ｎｍの近赤外光を発する発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２と、を所定のタイミングで被検体に向けて交互発光させる。そして、被検体により反射される微弱な反射光を受光素子１２−１および受光素子１２−２でそれぞれ受光する。受光素子１２−１および受光素子１２−２は受光した反射光に応じた信号を出力し、この信号は増幅回路１２ｂで増幅されて制御部１３に入力される。制御部１３は、入力された信号をアナログ−デジタル変換し、波長毎（７６０ｎｍと８５０ｎｍ）の信号出力をそれぞれ求める。制御部１３には、これら信号出力値と生体関連情報の値との関係を示す計算式やテーブルがメモリ等に予め格納されており、これを参照することで信号出力値に応じた各生体関連情報が得られる。

次に、本発明の効果について、図５〜図９を参照して説明する。図５は、対をなす２つの発光素子を備えた構成と１つの発光素子のみ備えた構成とにおける反応部材との相対距離と検出感度との関係を示すグラフである。

上記センサモジュール１０において、発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２ならびに受光素子１２−２を省略して、受光素子１２−１を間に挟んで配置された対をなす２つの発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１を設けた構成を実施例１として作製した。この実施例１の構成において一方の発光素子１１ｂ１を省略して１つの発光素子１１ａ１と１つの受光素子とを設けた構成を比較例１として作製した。そして、これら実施例１および比較例１のそれぞれについて、発光素子１１ａ１を所定のタイミングで疑似被検体に向けて発光させる（実施例１においては発光素子１１ｂ１も同時に発光させる）とともに、動脈を模した部材（以下、「反応部材」という。）が埋め込まれた疑似被検体の表面を発光素子１１ａ１および受光素子１２−１の配列方向にずらしながら受光素子１２−１が出力する信号を計測した。実施例１および比較例１において、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との間隔は４ｍｍとしている。さらに実施例１においては発光素子１１ｂ１と受光素子１２−１との間隔も４ｍｍとしている。発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１は、７６０ｎｍを中心波長λ１とする近赤外光および８５０ｎｍを中心波長λ２とする近赤外光の２種類の近赤外光を別々かつ交互に発するものを用いた。受光素子１２−１は、中心波長λ１近傍の近赤外光および中心波長λ２近傍の近赤外光の両方に感度を有するものを用いた。図５に、計測した値をプロットしたグラフに示す。図５において、横軸は反応部材と受光素子との相対的な平面距離［ｍｍ］を示し、縦軸は増幅回路１２ｂが出力する信号をアナログ−デジタル変換して得た信号出力値（任意単位）を示している。この信号出力値は発光素子の駆動電流で正規化している。この信号出力値が大きいほど検出感度が高いことを示す。また、図５において、実線が実施例１を示し、破線が比較例１を示す。

図５に示すように、比較例１では、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との中間位置（相対的な平面距離が−２ｍｍとなる位置）に反応部材が在るときに検出感度が最大となり、この中間位置から外れると検出感度が低下する。一方、実施例１では、反応部材との相対的な平面距離が−２ｍｍ〜４ｍｍの範囲で概ね検出感度が一定でかつ比較例１より高い検出感度となり、この範囲から外れると検出感度が低下する。

即ち、発光素子を２つ設けた構成の実施例１は、発光素子を１つのみ設けた構成の比較例１に比べて、平面方向により広い範囲でより高い検出感度を得られることがわかる。また、高い検出感度を得られることによって、より被検体の動脈がより深い場所に在る場合でも生体関連情報を得られることがわかる。

上記実施例１のグラフは、２つある発光素子のそれぞれについて個別に計測した検出感度のグラフを合成したものと同等である。このことから、発光素子を１つのみ設けた構成において検出感度を計測することで、発光素子を２つ設けた構成の検出感度について予測することができる。

このことを踏まえて、上記センサモジュール１０において、発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２ならびに受光素子１２−２を省略するとともに対をなす２つの発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１のうちの一方の発光素子１１ｂ１を省略して、１つの発光素子１１ａ１と１つの受光素子１２−１とを設けた構成を用いて、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との間隔と、深さ方向の検出感度との関係について計測した。計測結果を図６〜図９に示す。

図６〜図９は、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との間隔を２．５ｍｍ、４ｍｍ、７ｍｍおよび１０ｍｍとした構成における反応部材との相対距離と検出感度との関係を示すグラフである。

図６は、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との間隔を２．５ｍｍとし、駆動電流０．４ｍＡをとして発光素子１１ａ１を所定のタイミングで疑似被検体に向けて発光させるとともに、反応部材が埋め込まれた疑似被検体の表面を発光素子１１ａ１および受光素子１２−１の配列方向にずらしながら受光素子１２−１が出力する信号を計測した。発光素子１１ａ１は、７６０ｎｍを中心波長λ１とする近赤外光および８５０ｎｍを中心波長λ２とする近赤外光の２種類の近赤外光を別々かつ交互に発するものを用いた。受光素子１２−１は、中心波長λ１近傍の近赤外光および中心波長λ２近傍の近赤外光の両方に感度を有するものを用いた。疑似被検体は、その表面から深さ２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍの位置に反応部材が埋め込まれたものを用意した。図６において、横軸は反応部材と受光素子との相対的な平面距離［ｍｍ］を示し、縦軸は増幅回路１２ｂが出力する信号をアナログ−デジタル変換して得た信号出力値（任意単位）を示している。この信号出力値は発光素子の駆動電流で正規化している。この信号出力値が大きいほど検出感度が高いことを示す。また、図６において、菱形（◆）、四角（■）および三角（▲）で示すグラフが、それぞれ反応体の深さが２ｍｍ、４ｍｍおよび６ｍｍのときの計測結果を示す。

図７は、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との間隔を４ｍｍとし、発光素子１１ａ１の駆動電流を１ｍＡとした以外は、図６の計測方法と同じにして計測した。図８は、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との間隔を７ｍｍとし、発光素子１１ａ１の駆動電流を３ｍＡとした以外は、図６の計測方法と同じにして計測した。図９は、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との間隔を１０ｍｍとし、発光素子１１ａ１の駆動電流を１０ｍＡとした以外は、図６の計測方法と同じにして計測した。

図６〜図９では、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との間隔を２．５ｍｍ〜１０ｍｍまで順に大きくしている。そして、最も深い位置（深さ６ｍｍ）にある反応部材に対する検出感度のグラフに着目すると、最も間隔の小さい図６のグラフでは、ノイズが大きく反応部材を検出できていないが、一方、間隔の比較的大きい図７〜図９のグラフでは、反応部材に応じたグラフ形状となり、反応部材を検出可能となっている。特に、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との間隔が７ｍｍの構成において、比較的高い検出感度が得られ、これより間隔を小さくすると、又は間隔を大きくすると検出感度が低下することが明らかとなった。

即ち、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との間隔が概ね４ｍｍ〜１１ｍｍ程度の構成において、深い位置にある反応部材を検出できることがわかる。

したがって、発光素子を複数設けるとともに、発光素子と受光素子との間隔を適切な距離とすることで、被検体の表面方向および深さ方向に広い範囲にある動脈などの被検部を検出することができる。例えば、人の手首などに装着した場合に、手首にある橈骨(とうこつ)動脈等の比較的深い箇所に在りかつ位置について個体差の大きい被検部を計測するような場合等に、特に大きな効果が得られる。

このことから、本実施形態のセンサモジュール１０およびこのセンサモジュール１０を備えた生体関連情報表示システム１によれば、被検体に装着する際に、生体関連情報を取得可能な位置への位置合わせが容易にできる。

上述した実施形態では、センサモジュール１０が、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１ならびに受光素子１２−１と、発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２ならびに受光素子１２−２と、を有する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、図４に示す発光素子１１ａ２および発光素子１１ｂ２ならびに受光素子１２−２を省略して、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１ならびに受光素子１２−１のみ設ける構成としてもよい。この構成において、発光素子１１ａ１および発光素子１１ｂ１が同一の中心波長λ１の近赤外光のみを発するものとしてもよく、または、中心波長λ１の近赤外光および中心波長λ２の近赤外光の両方を別々に発するものとしてもよい。

また、図４に示すように、発光素子１１ａ１と受光素子１２−１との距離および発光素子１１ａ２と受光素子１２−２との距離が同一になるように発光素子１１ａ１と発光素子１１ａ２とを上下方向に並べて配置していたが、これ以外にも、発光素子１１ａ１と発光素子１１ａ２とを図４の左右方向に並べて一直線上に配置してもよく、発光素子１１ｂ１と発光素子１１ｂ２とについても同様に一直線上に配置してもよい。

また、上述した実施形態では、受光素子の受光感度が最大となる波長を当該受光素子に対応する発光素子が発する近赤外光の中心波長に合わせた構成であったが、発光素子が発する近赤外光を検出可能であれば、受光素子の受光感度が最大となる波長が発光素子の上記中心波長から多少ずれていてもよい。また、１つの受光素子で中心波長が異なる複数種類の近赤外光を受光する構成としてもよい。さらには、１つの発光素子で、中心波長が異なる複数種類の近赤外光を発する構成としてもよい。

なお、上記に本実施形態およびその適用例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の各実施形態またはその適用例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１…生体関連情報表示システム、１０…センサモジュール、１１…発光部、１１ａ、１１ｂ…発光素子パッケージ、１１ａ１、１１ａ２、１１ｂ１、１１ｂ２…発光素子、１１ｃ…ドライブ回路、１２…受光部、１２ａ…受光素子パッケージ、１２−１、１２−２…受光素子、１２ｂ…増幅回路、１３…制御部、１４…無線通信部、１５…基板、１５ａ…（基板の）上面、１６…基板体、１８…ケース、１８ａ…（ケースの）上壁、２０…表示装置、２１…表示部、２２…タッチパネル、２３…制御部、２４…記憶部、２５…無線通信部。

Claims (12)

1. 近赤外光を含む光を被検体に向けて発する発光部と、前記被検体を経由した前記光を受光する受光部と、を有し、前記受光部が受光した光に含まれる近赤外光に応じた信号を生成する生体関連情報推定用のセンサモジュールであって、
   前記発光部が、互いに間隔をあけて配置された複数の発光素子を有し、
   前記受光部が、近赤外光に感度を有する１つまたは複数の受光素子を有し、
   前記１つまたは複数の受光素子が、前記複数の発光素子のそれぞれが発した前記光を受光するように配置され、
   前記複数の発光素子のそれぞれが、同一の中心波長の近赤外光を発する
   センサモジュール。
2. 前記受光素子が、前記複数の発光素子に含まれる２つの発光素子の間に挟まれて配置されている
   請求項１に記載のセンサモジュール。
3. 前記受光素子が、前記複数の発光素子と４ｍｍ〜１１ｍｍの間隔をあけて配置されている
   請求項１または請求項２に記載のセンサモジュール。
4. 前記発光部が、前記複数の発光素子が発する近赤外光の前記中心波長とは異なりかつ互いに同一の他の中心波長の近赤外光を発する複数の他の発光素子をさらに有する
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載のセンサモジュール。
5. 前記複数の発光素子のそれぞれが、前記中心波長の近赤外光および前記中心波長とは異なる同一の他の中心波長の近赤外光を発する
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載のセンサモジュール。
6. 前記中心波長が８０５ｎｍより短く、かつ、前記他の中心波長が８０５ｎｍより長い
   請求項４または請求項５に記載のセンサモジュール。
7. 前記中心波長が７６０ｎｍであり、かつ、前記他の中心波長が８５０ｎｍである
   請求項６に記載のセンサモジュール。
8. 前記発光部が、前記複数の発光素子が発する近赤外光の前記中心波長とは異なりかつ互いに同一の他の中心波長の光を発する複数の他の発光素子をさらに有し、
   前記他の中心波長が６４０ｎｍであり、かつ、前記中心波長が９４０ｎｍである
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載のセンサモジュール。
9. 前記１つまたは複数の受光素子における受光感度が最大となる光の波長が、前記中心波長である
   請求項１から請求項８の何れか一項に記載のセンサモジュール。
10. 前記受光部が、近赤外光に感度を有する１つまたは複数の他の受光素子をさらに有し、
    前記１つまたは複数の他の受光素子が、前記複数の他の発光素子のそれぞれが発した前記光を受光するように配置され、
    前記１つまたは複数の受光素子における受光感度が最大となる光の波長が、前記中心波長であり、
    前記１つまたは複数の他の受光素子における受信感度が最大となる光の波長が、前記他の中心波長である
    請求項４から請求項７の何れか一項に記載のセンサモジュール。
11. 請求項１から請求項１０の何れか一項に記載のセンサモジュールと、前記受光部が生成した信号に基づいて生体関連情報を推定する生体関連情報推定部と、前記生体関連情報推定部によって推定された前記生体関連情報を表示する表示部と、を備えた
    生体関連情報表示システム。
12. 前記生体関連情報推定部が、生体関連情報として血中ヘモグロビン変化、血中酸素比率変化および脈拍数から選択された少なくとも１つを推定する
    請求項１１に記載の生体関連情報表示システム。