WO2005092181A1 - 生体情報計測装置 - Google Patents

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WO2005092181A1
WO2005092181A1 PCT/JP2005/002020 JP2005002020W WO2005092181A1 WO 2005092181 A1 WO2005092181 A1 WO 2005092181A1 JP 2005002020 W JP2005002020 W JP 2005002020W WO 2005092181 A1 WO2005092181 A1 WO 2005092181A1
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WO
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light
biological information
main body
measuring device
information measuring
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/002020
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takashi Nakamura
Kazuya Maegawa
Shinichiro Miyahara
Koichi Moriya
Original Assignee
Seiko Instruments Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc. filed Critical Seiko Instruments Inc.
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A61B5/681—Wristwatch-type devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence

Definitions

  • the present invention relates to a biological information measuring device capable of measuring biological information such as a pulse rate while being worn on a wrist (arm).
  • this type of biological information measuring device for example, one that calculates a pulse rate irradiates light toward a living body while being attached to a wrist, and measures blood pressure in a blood vessel by a pulse sensor or the like.
  • the backscattered light is received, the backscattered light power pulse signal is extracted, and the pulse rate is calculated.
  • the pulse rate can be easily measured while worn on the wrist, so that it is easily used by users.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-78973 (Paragraph No. 0011-0031, FIGS. 1 to 7)
  • the biological information measuring device irradiates a living body with light from a light irradiating unit such as an LED (Light Emitting Diode), and transmits light from the living body to a light receiving unit such as a PD (Photo Diode).
  • a light irradiating unit such as an LED (Light Emitting Diode)
  • a light receiving unit such as a PD (Photo Diode).
  • the backscattered light is received, and biological information such as pulse is detected based on the amount of the backscattered light received.
  • the PD when receiving the backscattered light from the living body, the PD may directly receive a part of the light irradiated by the LED. Since this directly incident light does not contain any information from the living body, noise (noise) increases, causing a decrease in the S / N ratio and saturation of the detection voltage. For this reason, there was a possibility that biological information could not be detected accurately.
  • the biological information measuring device Even if the biological information measuring device is securely attached to the wrist, even under strong sunlight such as outdoors, the living body information measuring device may be placed between the lower surface of the body where the LEDs and PDs are arranged and the surface of the living body. There was a possibility that the external light propagating through the tissue would enter the PD without being sufficiently attenuated. This extraneous light, as described above, caused a decrease in the SZN ratio.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to directly enter a light receiving unit from a light irradiation unit or to apply external light propagating through a living tissue to light.
  • An object of the present invention is to provide a biological information measuring device capable of minimizing incident light to a light receiving section and improving an SZN ratio.
  • the present invention provides the following means in order to solve the above problems.
  • the biological information measuring device of the present invention includes a main body, fixing means for fixing the main body to an arm with the lower surface of the main body facing the living body surface side, and a living body in contact with the living body surface.
  • a light emitting unit that emits light toward the light emitting unit, and a light receiving unit that receives backscattered light from a living body in the light emitted by the light emitting unit and generates a biological information signal according to the amount of received light.
  • a biological sensor provided on the lower surface of the main body, and a biological information calculator provided on the main body and calculating biological information based on the biological information signal.
  • a light shielding unit is provided between the light receiving unit and the light receiving unit to prevent light emitted from the light emitting unit from directly entering the light receiving unit.
  • the main body is attached to the wrist (arm) with the lower surface of the main body facing the living body side by the fixing means, and then the light is emitted from the light emitting section toward the living body. Irradiate.
  • the irradiated light is absorbed and scattered by tissues and blood such as fat and muscle in a living body, and a part of the irradiated light is detected by the light receiving unit as backscattered light.
  • the detected light fluctuates as the blood volume changes due to pulsation.
  • the light receiving unit receives the backscattered light and generates a pulse signal (biological information signal) according to a change in the amount of received light.
  • the biological information calculating section can perform predetermined processing on the biological information signal to detect biological information such as a pulse rate.
  • the light shielding unit is provided between the light emitting unit and the light receiving unit, the light emitted from the light emitting unit is directly incident on the light receiving unit. Sure enough to do It is actually irradiated toward the living body. Therefore, the light receiving section can collectively collect the backscattered light from the living body. Therefore, the SZN can be improved, and more accurate detection of biological information can be performed.
  • the biological sensor unit in the biological information measuring device of the present invention, is disposed substantially at the center of the lower surface of the main body.
  • a reflection groove for reflecting external light propagating through the living tissue from the center of the lower surface toward the outer edge of the lower surface is formed! Puru.
  • the biological information measuring device when the main body is attached to a wrist (arm) to detect biological information, the device is exposed to strong sunlight such as outdoors. Even if the external light propagating through the living tissue becomes large, the external light is reflected again by the reflection groove toward the outer edge portion on the incident side. Therefore, it is possible to prevent external light from being directly incident on the biological sensor unit as much as possible. In other words, the light receiving unit can intensively receive the backscattered light of the biological force without being affected by external light. Therefore, the SZN can be improved, and biological information can be detected more accurately.
  • the biological information measuring device of the present invention is the biological information measuring device of the present invention, wherein the reflection groove is formed by a reflection inclined from a center of the lower surface of the main body toward an outer edge of the lower surface. Surface.
  • the reflecting surface is formed in a circular shape centering on the biological sensor portion, and the reflecting groove is formed in the biological sensor.
  • a plurality of the reflecting surfaces are provided in the radial direction with the portion as the center.
  • the incidence of external light can be more reliably prevented. That is, light incident on the outer edge portion is reflected by the reflection surface formed closest to the outer edge portion. Then, the light is reflected to the outer edge side, and the light intensity decreases. The light that has passed through this reflecting surface is similarly reflected by the next reflecting surface to the outer edge side, and the light intensity further decreases. As described above, since the light intensity of the external light gradually decreases toward the center of the main body, it is possible to more reliably prevent the external light from being incident on the living body sensor.
  • the reflection surface is formed in a spiral shape around the biological sensor unit.
  • the reflection surface is formed in a spiral shape around the biological sensor portion, light incident on the outer edge is formed closest to the outer edge. The light is reflected to the outer edge side by the reflection surface, and the light intensity is reduced. The light passing through this reflecting surface is similarly reflected by the next reflecting surface to the outer edge side, and the light intensity further decreases.
  • the light intensity of the external light is reduced stepwise toward the center of the main body, it is possible to more reliably prevent the external light from being incident on the biological sensor unit.
  • it is spiral it is easy to form a reflection surface.
  • the lower surface of the main body reflects external light propagating through the biological tissue. It is formed of a black member that reflects at a rate of 10% or less.
  • the external light propagating through the living tissue toward the living body sensor unit that is, the living tissue from the outer edge of the main body toward the center is removed.
  • the propagating light is repeatedly reflected between the lower surface of the main body and the surface of the living body, and the light intensity decreases each time the light is reflected on the lower surface of the main body. Therefore, it is possible to reliably prevent the incidence of external light.
  • the biological information measuring device of the present invention when detecting biological information, since the light shielding portion is provided between the light emitting portion and the light receiving portion, the light is emitted from the light emitting portion. The emitted light is surely applied to the living body without directly entering the light receiving unit. Therefore, since the light receiving unit can collect the backscattered light of the vitality in a concentrated manner, the SZN can be improved, and the biological information can be detected more accurately.
  • FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a biological information measuring device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a rear view of the biological information measuring device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a side view showing a state where the biological information measuring device shown in FIG. 1 is mounted on a wrist.
  • FIG. 4 is a side view showing a state in which the biological information measuring device shown in FIG. 1 is mounted on a wrist, viewed from a direction opposite to the direction shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line CC of the biological information measuring device shown in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along the line DD of the biological information measuring device shown in FIG. 1.
  • FIG. 7 is an enlarged sectional view of a reflection groove formed in the biological information measuring device shown in FIG. 1.
  • B surface of living body
  • 1 biological information measuring device
  • 2a lower surface of main body
  • 2c outer edge
  • 3... fixing means 4-LED (light emitting section)
  • 5 ⁇ ⁇ ⁇ Light receiving unit
  • 6 ⁇ biological sensor unit
  • 7 ⁇ data processing unit biological information calculation unit
  • 27 ⁇ ⁇ ⁇ light shielding unit 35 ⁇ ⁇ ⁇ reflective groove, 36 ⁇ ⁇ reflective surface
  • the biological information measuring device 1 of the present embodiment is of a wristwatch type, and calculates a pulse rate, which is biological information, when worn on a wrist (arm). It is.
  • the biological information measuring device 1 has a housing in which various electric components and electronic components are built.
  • an LED Light Emitting Diode
  • light emitting portion for irradiating light toward the living body while being in contact with the living body surface B side, and a light radiated by the LED 4
  • a PD Photo Diode
  • light receiving unit that receives backscattered light from the living body and generates a pulse signal (biological information signal) according to the amount of received light.
  • the living body sensor section 6 is disposed substantially at the center of the lower surface 2a of the housing 2.
  • a data processing unit (biological information calculation unit) 7 for calculating a pulse rate based on the generated pulse signal is provided.
  • the housing 2 is made of a metal material such as plastic or aluminum. It has a predetermined thickness and is formed, for example, in a substantially rectangular shape when viewed from above.
  • a substantially square cover glass 10 is fitted into the center of the upper surface 2b of the housing 2, and a display for displaying the calculated pulse rate and other various information is provided inside the cover glass 10.
  • Part 11 is arranged.
  • a main board 12 is provided in the housing 2, and the data processing section 7, the display section 11, and the charging section are provided on the main board 12.
  • a possible rechargeable battery 13, a memory 14 for recording a pulse rate, a sub-board 15, and other various electronic components are electrically connected by mounting or wiring.
  • the data processing unit 7 includes an IC component such as a CPU, and once amplifies the pulse signal generated by the PD 5 with an amplifier or the like, performs predetermined processing such as fast Fourier transform processing (FFT processing). It has a function to calculate the pulse rate by analyzing the processing result. In addition, the data processing unit 7 records the calculated pulse rate in the memory 14 and displays the calculated pulse rate on the display unit 11 based on the input from each button 20 described later! . Further, the data processing unit 7 has a function of comprehensively controlling other components.
  • FFT processing fast Fourier transform processing
  • the display unit 11 is, for example, a liquid crystal display such as an LCD (Liquid Crystal Display), and has a time display function of displaying a time counted by a crystal oscillator (not shown), for example, in addition to the pulse rate described above. And a function for displaying various other information. For example, time, date, day of the week, remaining power of the rechargeable battery 13 and the like can be displayed.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • the housing 2 includes a plurality of buttons 20, for example, three buttons 20 and a housing 20 arranged on the upper surface 2b of the housing 2 and below the display unit 11.
  • One button 20 is provided on the side of 2!
  • various operations can be performed. For example, it is possible to perform operations such as starting and stopping the measurement of the pulse rate, switching the display between the pulse rate and the time, and transmitting the pulse rate data recorded in the memory 14 to an external device.
  • an external connection terminal (charging means) 21 is provided on a side surface of the housing 2 for supplying power to the rechargeable battery 13 from outside such as a charger to charge the battery.
  • a cover or the like may be attached so as to cover the external connection terminal 21 to protect the external connection terminal 21. By doing so, it becomes possible to protect the external connection terminal 21 from water drops, dust, and the like, which is more preferable. It is.
  • not only the external connection terminal 21 but also a transformer and the like for supplying power in the charger and the housing 2 may be provided to charge the rechargeable battery 13 in a non-contact state. .
  • a through hole 22 is formed at the center of the lower surface 2 a of the housing 2 so as to penetrate the outside and the inside of the housing 2, and a cover glass is formed so as to close the through hole 22.
  • 23 is fixed to the housing 2.
  • the LED 4 and PD 5 are arranged adjacent to each other in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the housing 2 so as to be in contact with the inside of the cover glass 23.
  • the LED 4 and the PD 5 are mounted on one end side of the flexible board 24 electrically connected to the sub-board 15 and are electrically connected to the sub-board 15.
  • the pulse signal generated by the PD 5 is sent to the data processing unit 7 via the flexible board 24, the sub board 15, and the main board 12.
  • a light shielding plate for preventing light emitted from the LED 4 from directly entering the PD. 27 are provided.
  • the light shielding plate 27 is formed in a plate shape from a metal such as plastic or aluminum, and is provided on the flexible substrate 24 so as to be in contact with the cover glass 23.
  • the light shielding plate 27 may be provided on the inner surface of the cover glass 23 so as to be in contact with the flexible substrate 24.
  • the living body sensor unit 6 of the present embodiment has a contact detection for detecting whether the LED 4 and the PD 5 are in contact with the body surface B or not. Means 30 are provided.
  • the contact detecting means 30 has a pair of electrodes 30a, 30b, and the pair of electrodes 30a, 30b is arranged on the lower surface 2a of the housing 2 with the LED 4 and the PD 5 interposed therebetween. . That is, the pair of electrodes 30a and 30b, the LED 4 and the PD 5 are arranged so as to be aligned in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the housing 2.
  • the pair of electrodes 30a and 30b are provided so that the tips thereof slightly protrude from the lower surface 2a of the housing 2, and are provided such that the base ends are electrically connected to the sub-board 15. .
  • the pair of electrodes 30a and 30b contact the living body surface B based on the potential difference between the electrodes. It has a function to detect the presence or absence of a force.
  • the data processing unit 7 is set to control the operation of the LED 4 so as to irradiate the LED 4 with light, for example, when it is detected that the LED 4 is in contact with the biological surface B.
  • the present invention is not limited to this case. For example, it may be set so that the FFT processing is not performed when it is detected that the FFT process is not in contact with the living body surface B.
  • the lower surface 2a of the housing 2 A reflection groove 35 is formed to reflect external light incident between the outer edge portion 2c and the central force of the lower surface 2a.
  • the reflection groove 35 is formed in a circular shape with the biological sensor unit 6 as a center, and is formed by radially extending a reflection surface 36 formed so that the surface is inclined from the lower surface 2a of the housing 2 toward the outer edge 2c. There are a plurality of them.
  • the fixing means 3 has a first band 40 and a second band 41 each having a proximal end attached to the housing 2 and capable of being attached to the wrist A.
  • the first band 40 and the second band 41 are provided in the longitudinal direction of the housing 2 so as to face each other with the housing 2 interposed therebetween.
  • the first band 40 has a buckle 40a and a tundler 40b attached to the tips.
  • a plurality of insertion holes 4la into which the above tundas 40b are inserted are formed along the longitudinal direction of the second band 41.
  • the lengths of the first band 40 and the second band 41 can be adjusted according to the thickness of the wrist A of the user.
  • both bands 40 and 41 are wound around the wrist A of the user, and the tundler 40b of the first band 40 is wound according to the size of the wrist A. Insert the second band 41 into the insertion hole 41a, and attach the housing 2 to the wrist A. When the housing 2 is mounted on the wrist A, the surface of the living body B and the lower surface 2a of the housing 2 come into close contact with each other.
  • the pair of electrodes 30a and 30b comes into contact with the living body surface B.
  • the pair of electrodes 30a and 30b project slightly from the lower surface 2a of the housing 2. Since it is arranged so that it comes out, it is easy to come into contact with the biological surface B.
  • the data processing unit 7 detects that the pair of electrodes 30a and 30b is surely in contact with the living body surface B. That is, it is detected that the living body sensor section 6 including the LEDs D4 and PD5 is securely in contact with the living body surface B.
  • the data processing unit 7 When detecting that the LED 4 and the PD 5 are in contact with the living body surface B, the data processing unit 7 irradiates light from the LED 4 toward the living body. At this time, since the shielding plate 27 is provided between the LED 4 and the PD 5, a part of the irradiated light does not enter the PD 5. In other words, the emitted light is reliably emitted toward the living body.
  • the irradiated light is absorbed and scattered by tissues and blood such as fat and muscle in a living body, and a part of the irradiated light is detected by PD5 as backscattered light.
  • the detected light fluctuates with a change in blood volume due to pulsation.
  • the PD 5 receives the backscattered light, generates a pulse signal (biological information signal) corresponding to a change in the amount of received light, and outputs the pulse signal to the data processing unit 7.
  • the amount of backscattered light of the light emitted from the LED 4 fluctuates according to the blood flow fluctuation in the arteries and arterioles inside the wrist A (living body). It is possible to receive the backscattered light according to the wave. This allows the PD 5 to generate a pulse signal.
  • the PD 5 concentrates the backscattered light of the biological force. Focus light. Therefore, noise and the like can be suppressed, and the S / N ratio can be improved.
  • the data processing section 7 After amplifying the transmitted pulse signal, the data processing section 7 performs predetermined processing such as FFT processing, and then performs analysis to calculate the pulse rate. As described above, since the calculated pulse rate is calculated based on the pulse signal in which the influence of noise or the like is reduced, the calculated pulse rate becomes a more accurate value. Then, the data processing unit 7 records the calculated pulse rate in the memory 14 and displays the calculated pulse rate on the display unit 11 based on the operation of each button 20.
  • predetermined processing such as FFT processing
  • buttons 20 When necessary to display the easily calculated pulse rate. Since it can be displayed on the display unit 11 for confirmation, it is simple to use. In addition, the user can operate the buttons 20 to check other information other than the pulse rate, such as the time and the remaining power of the rechargeable battery 13, on the display unit 11. ,.
  • the light that has propagated through the living tissue and is incident on the outer edge 2c is first reflected again by the reflection surface 36 formed on the outer edge 2c side toward the outer edge 2c.
  • Light intensity decreases.
  • the light that has passed through the first reflecting surface 36 is similarly reflected by the next reflecting surface 36 toward the outer edge 2c.
  • the plurality of reflecting surfaces 36 are formed around the biological sensor unit 6, the light intensity of the external light decreases stepwise from the outer edge 2c toward the center. Therefore, it is possible to prevent external light from being directly incident on the biological sensor unit 6 as much as possible. That is, it is possible to prevent external light from directly entering the PD 5 as much as possible.
  • the charging can be performed by connecting a charging cord or the like connected to a charger to the external connection terminal 21. Need not be provided separately. Accordingly, maintenance costs can be reduced.
  • An audio output means such as a buzzer for outputting an audio is provided in the housing 2, and when the charged amount of the rechargeable battery 13 decreases to near "0", an audio is output to charge the battery (charging time). ) May be configured to be notified.
  • the light shielding plate 27 is provided between the LED 4 and the PD 5, so that the light is emitted from the LED 4.
  • the emitted light is directed toward the living body without being directly incident on PD5. Therefore, since the PD 5 can collectively receive the backscattered light of the biological force, the SZN can be improved, and the pulse rate can be calculated more accurately.
  • the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the reflection groove is configured to have a plurality of reflection surfaces formed in a circular shape around the biological sensor unit in the radial direction, but may be one instead of a plurality.
  • the reflection surface is formed in a circular shape with the biosensor portion as the center, but is not limited to a circular shape.
  • the reflecting surface may be formed spirally around the biological sensor. In this case, in addition to providing the same operation and effect as in the above embodiment, it is easy to form a reflection groove on the lower surface of the housing.
  • the lower surface of the housing may be formed of a black member that reflects external light incident between the lower surface and the surface of the living body at a reflectance of 10% or less.
  • the light intensity decreases every time the external light is reflected on the lower surface of the housing, so that the combination with the reflection groove can more reliably prevent the external light from directly entering the biological sensor. Is preferred.
  • the pulse rate is described as an example of the biological information, but the present invention is not limited to the pulse rate, and may be any biological information.
  • a function such as a wireless communication unit capable of wirelessly communicating with another electronic device may be added to the housing.
  • the pulse rate recorded in the memory can be transmitted to an external electronic device by wireless communication such as Bluetooth, or various information can be obtained in the memory.
  • the biological information measuring device when detecting biological information, the light emitted from the light emitting unit is provided because the light shielding unit is provided between the light emitting unit and the light receiving unit. Is reliably directed toward the living body without directly entering the light receiving unit. Therefore, since the light receiving section can collect the centrally scattered back light of the biological force, the SZN can be improved and the biological information can be detected more accurately.

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Abstract

　この生体情報計測装置は、本体と、該本体の下面を生体表面側に向けた状態で該本体を腕に固定する固定手段と、前記生体表面に接触した状態で生体に向けて光を照射する光発光部と、該光発光部により照射された光のうち生体からの後方散乱光を受光すると共に受光量に応じた生体情報信号を生成する光受光部とを有して前記本体の下面に設けられた生体センサ部と、前記本体に設けられ、前記生体情報信号に基づいて生体情報を演算する生体情報演算部とを備え、前記光発光部と前記光受光部との間には光発光部から照射された光が直接光受光部に入射することを防止する光遮蔽部が設けられている。  

Description

明 細 書
生体情報計測装置
技術分野
[0001] 本発明は、手首 (腕)に装着した状態で脈拍数等の生体情報を測定することができ る生体情報計測装置に関するものである。
本願 ίま、 2004年 3月 26日【こ出願された特願 2004— 091944号【こつ!ヽて優先権を 主張し、その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 近年の健康管理への関心の高まりにより、手首 (腕)等に装着したまま脈拍数等の 様々な生体情報を計測することができる生体情報計測装置が各種提供されて 、る ( 例えば、特許文献 1参照)。
[0003] この種の生体情報計測装置のうち、例えば、脈拍数を算出するものは、手首に装着 した状態で、生体に向けて光を照射すると共に、脈拍センサ等により血管中の血液 力 の後方散乱光を受信して、該後方散乱光力 脈拍信号を抽出して脈拍数を算出 している。特に、手首に装着したまま容易に脈拍数の測定が行えるので、使用者に 簡便に使用されている。
特許文献 1 :特開 2001— 78973号公報（段落番号 0011-0031、図 1—図 7) 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 上記生体情報計測装置は、例えば、 LED (Light Emitting Diode)等の光照射部か ら生体に向けて光を照射すると共に、 PD (Photo Diode)等の光受光部にて生体から の後方散乱光を受光し、この後方散乱光の受光量に基づ 、て脈拍等の生体情報の 検出を行っている。
[0005] ところが、 PDは、生体からの後方散乱光を受光する際に、 LED力 照射された光 の一部を直接受光する可能性があった。この直接入射した光は、生体からの情報が 何ら含まれていないので、ノイズ (雑音）が増し S/N比の低下および検出電圧の飽 和を招くものであった。このため、生体情報を正確に検出できない恐れがあった。 [0006] また、生体情報計測装置を手首に確実に装着したとしても、屋外などの強い太陽光 のもとでは、 LEDや PDが配されている本体の下面と生体表面との間に、生体組織を 伝搬してくる外光が十分に減衰されない状態で PDに入射する可能性があった。この 外光は、上述したと同様に、 SZN比の低下を招くものであった。
[0007] 本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、光照射部から 光受光部に直接的に入射すること、又は生体組織を伝搬してきた外光が光受光部に 入射することを極力低下させ、 SZN比の向上を図ることができる生体情報計測装置 を提供することである。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
[0009] 本発明の生体情報計測装置は、本体と、該本体の下面を生体表面側に向けた状 態で該本体を腕に固定する固定手段と、前記生体表面に接触した状態で生体に向 けて光を照射する光発光部と、該光発光部により照射された光のうち生体からの後 方散乱光を受光すると共に受光量に応じた生体情報信号を生成する光受光部とを 有して前記本体の下面に設けられた生体センサ部と、前記本体に設けられ、前記生 体情報信号に基づ 、て生体情報を演算する生体情報演算部とを備え、前記光発光 部と前記光受光部との間には光発光部から照射された光が直接光受光部に入射す ることを防止する光遮蔽部が設けられて 、る。
[0010] この発明に係る生体情報計測装置においては、固定手段により、本体の下面を生 体表面側に向けて該本体を手首 (腕)に装着した後、光発光部から生体に向けて光を 照射する。照射された光は、生体内で脂肪や筋といった組織や血液により吸収およ び散乱され、照射された光の一部が後方散乱光として光受光部で検出される。検出 される光は、脈動による血液量の変化に伴い変動する。光受光部は、この後方散乱 光を受光すると共に受光量の変化に応じた脈拍信号 (生体情報信号)を生成する。 そして、生体情報演算部により、生体情報信号を所定処理して脈拍数等の生体情報 の検出を行える。
[0011] この生体情報の検出の際、光発光部と光受光部との間には、光遮蔽部が設けられ ているので、光発光部から照射された光は、光受光部に直接入射することがなぐ確 実に生体に向けて照射される。従って、光受光部は、生体からの後方散乱光を集中 的に集光できる。従って、 SZNの向上が図れ、より正確に生体情報の検出を行うこと ができる。
[0012] また、本発明の生体情報計測装置は、上記本発明の生体情報計測装置において 、前記生体センサ部は、前記本体の下面の略中心に配されており、前記本体の下面 には、前記生体組織中を伝搬してくる外光を、下面の中心から下面の外縁部に向け て反射させる反射溝が形成されて！ヽる。
[0013] この発明に係る生体情報計測装置にお!、ては、本体を手首 (腕)に装着して生体情 報の検出を行っている際に、屋外などの強い太陽光のもとで生体組織中を伝搬して くる外光が大きくなつたとしても、反射溝によって再び入射側である外縁部に向けて 反射される。従って、生体センサ部に直接的に外光が入射することを極力防止するこ とができる。つまり、光受光部は、外光の影響がない状態で集中的に生体力 の後方 散乱光を受光できる。よって、 SZNの向上が図れ、より正確に生体情報の検出を行 うことができる。
[0014] また、本発明の生体情報計測装置は、上記本発明の生体情報計測装置にお!、て 、前記反射溝は、前記本体の下面の中心から下面の外縁部に向けて傾いた反射面 を有している。
[0015] この発明に係る生体情報計測装置にお!、ては、本体下面と生体表面まで生体組 織中を伝搬してきた外光は、本体の外縁部から中心に向けて本体下面と生体表面と の間で反射を繰り返しながら、反射面によって再度外縁部に向けて確実に反射され る。従って、光受光部に外光が直接的に入射することをより確実に防止することがで きる。
[0016] また、本発明の生体情報計測装置は、上記本発明の生体情報計測装置において 、前記反射面は、前記生体センサ部を中心とする円形に形成され、前記反射溝は、 前記生体センサ部を中心として前記反射面を半径方向に複数有している。
[0017] この発明に係る生体情報計測装置においては、生体センサ部を中心として、円形 の反射面が半径方向に複数形成されて ヽるので、より確実に外光の入射を防止する ことができる。即ち、外縁部に入射した光は、最も外縁部側に形成された反射面によ つて外縁部側に反射されて、光強度が低下する。この反射面を通過した光は、次の 反射面によって同様に外縁部側に反射されて、さらに光強度が低下する。このように 、本体の中心に向かうに従って、段階的に外光の光強度を低下させるので、生体セ ンサ部に対してより確実に外光の入射を防止することができる。
[0018] また、本発明の生体情報計測装置は、上記本発明の生体情報計測装置において 、前記反射面は、前記生体センサ部を中心として螺旋状に形成されている。
[0019] この発明に係る生体情報計測装置においては、生体センサ部を中心として、反射 面が螺旋状に形成されているので、外縁部に入射した光は、最も外縁部側に形成さ れた反射面によって外縁部側に反射されて、光強度が低下する。この反射面を通過 した光は、次の反射面によって同様に外縁部側に反射されて、さらに光強度が低下 する。このように、本体の中心に向かうに従って、段階的に外光の光強度を低下させ るので、生体センサ部に対してより確実に外光の入射を防止することができる。また、 螺旋状であるので、反射面を形成し易い。
[0020] また、本発明の生体情報計測装置は、上記本発明のいずれか 1つに記載の生体 情報計測装置において、前記本体の下面は、前記生体組織中を伝搬してくる外光を 反射率 10%以下で反射させる黒色部材で形成されている。
[0021] この発明に係る生体情報計測装置にお!、ては、生体センサ部に向けて生体糸且織を 伝搬してくる外光、即ち、本体の外縁部から中心に向けて生体組織を伝搬してきた 光は、本体下面と生体表面との間で反射を繰り返し、本体下面で反射する毎に光強 度が低下する。従って、確実に外光の入射の防止を図ることができる。
発明の効果
[0022] 本発明に係る生体情報計測装置によれば、生体情報の検出の際、光発光部と光 受光部との間には、光遮蔽部が設けられているので、光発光部から照射された光は 、光受光部に直接入射することがなぐ確実に生体に向けて照射される。従って、光 受光部は、生体力もの後方散乱光を集中的に集光できるので、 SZNの向上が図れ 、より正確に生体情報の検出を行うことができる。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1]本発明に係る生体情報計測装置の一実施形態を示す正面図である。 [図 2]図 1に示す生体情報計測装置の背面図である。
[図 3]図 1に示す生体情報計測装置を手首に装着した状態を示す側面図である。
[図 4]図 1に示す生体情報計測装置を手首に装着した状態を示す側面図であり、図 3 に示す方向とは逆方向から見た図である。
[図 5]図 3に示す生体情報計測装置の断面矢視 C - C図である。
[図 6]図 1に示す生体情報計測装置の断面矢視 D - D図である。
[図 7]図 1に示す生体情報計測装置に形成された反射溝の拡大断面図である。
符号の説明
[0024] B…生体表面、 1…生体情報計測装置、 2· ··ハウジング (本体)、 2a…本体の下面、 2c…外縁部、 3…固定手段、 4—LED (光発光部）、 5· ··Ρϋ (光受光部）、 6…生体セ ンサ部、 7…データ処理部 (生体情報演算部）、 27· ··光遮蔽部、 35· ··反射溝、 36· ·· 反射面
発明を実施するための最良の形態
[0025] 以下、本発明に係る生体情報計測装置の一実施形態を、図 1から図 7を参照して 説明する。
[0026] 本実施形態の生体情報計測装置 1は、図 1から図 7に示すように、腕時計型であつ て手首 (腕) Αに装着した状態で、生体情報である脈拍数を算出するものである。
[0027] この生体情報計測装置 1は、各種の電気部品及び電子部品を内蔵したハウジング
(本体） 2と、ハウジング 2の下面 2aを生体表面 B側に向けた状態でノ、ウジング 2を手 首 Aに装着する固定手段 3とを備えている。
[0028] このハウジング 2の下面 2aには、生体表面 B側に接触した状態で生体に向けて光 を照射する LED (Light Emitting Diode) (光発光部） 4と、該 LED4により照射された 光のうち生体からの後方散乱光を受光すると共に受光量に応じた脈拍信号 (生体情 報信号)を生成する PD (Photo Diode) (光受光部） 5とを有する生体センサ部 6が配さ れている。この生体センサ部 6は、ハウジング 2の下面 2aの略中心に配されている。
[0029] また、ハウジング 2内には、生成された脈拍信号に基づいて脈拍数を算出するデー タ処理部 (生体情報演算部） 7が設けられて 、る。
[0030] 上記ハウジング 2は、図 1に示すように、プラスチックやアルミニウム等の金属材料か らなり、所定の厚みをもって、例えば、上面視略長方形状に形成されている。ハウジ ング 2の上面 2bの中央部分には、略正方形状のカバーガラス 10が嵌め込まれており 、該カバーガラス 10の内側には、算出された上記脈拍数やその他各種の情報を表 示する表示部 11が配されて 、る。
[0031] また、ノ、ウジング 2内には、図 5及び図 6に示すように、メイン基板 12が設けられてお り、該メイン基板 12に上記データ処理部 7、上記表示部 11、充電可能な充電池 13、 脈拍数を記録するメモリ 14、サブ基板 15及びその他各種の電子部品が実装又は配 線等により電気的に接続されている。
[0032] 上記データ処理部 7は、 CPU等の IC部品を含むものであり、 PD5により生成された 脈拍信号を一旦アンプ等により増幅した後に、高速フーリエ変換処理 (FFT処理)等 の所定処理を行い、その処理結果を解析することにより脈拍数を算出する機能を有 している。また、データ処理部 7は、算出した脈拍数をメモリ 14に記録すると共に、後 述する各ボタン 20からの入力に基づ!/、て表示部 11に表示させるようになって!/、る。 更に、データ処理部 7は、他の構成品を総合的に制御する機能も有している。
[0033] 上記表示部 11は、例えば、 LCD (Liquid Crystal Display)等の液晶表示器であり、 上述した脈拍数以外に、例えば、図示しない水晶振動子によりカウントされた時刻を 表示する時刻表示機能やその他の各種情報を表示する機能を有して 、る。例えば、 時刻、 日付、曜日や充電池 13の残電力量等を表示できるようになつている。
[0034] また、ノ、ウジング 2には、図 1に示すように、複数のボタン 20、例えば、ハウジング 2 の上面 2bであって表示部 11の下側に配された 3つのボタン 20及びハウジング 2の側 面に配された 1つのボタン 20が設けられて!/、る。これら各ボタン 20を押下することで、 各種操作ができるようになつている。例えば、脈拍数の計測開始、計測停止や、脈拍 数と時刻との表示切替や、メモリ 14内に記録されている脈拍数データを外部の機器 にデータ送信する等の操作ができるようになって 、る。
[0035] 更に、ハウジング 2の側面には、上記充電池 13に充電器等の外部から電力を供給 して充電させる外部接続端子 (充電手段） 21が設けられている。なお、外部接続端子 21を覆うようにカバー等を取り付けて、外部接続端子 21を保護しても構わない。こう することで、外部接続端子 21を水滴や埃等力も保護することが可能となり、より好適 である。また、外部接続端子 21に限らず、充電器及びハウジング 2内にそれぞれ電 力を供給するためのトランス等を設け、非接触状態で充電池 13の充電を行うように構 成しても構わない。
[0036] また、ハウジング 2の下面 2aの中心には、図 6に示すように、外部とハウジング 2の 内部を貫通させる貫通孔 22が形成されており、該貫通孔 22を塞ぐようにカバーガラ ス 23がハウジング 2に固定されている。そして、カバーガラス 23の内側に接するよう に、上記 LED4及び PD5がハウジング 2の長手方向に直交する方向に、互いに隣接 するように配されている。この際、 LED4及び PD5は、上記サブ基板 15に電気的に 接続されたフレキシブル基板 24の一端側に実装されており、サブ基板 15と電気的に 接続されている。また、 PD5により生成された脈拍信号は、フレキシブル基板 24、サ ブ基板 15及びメイン基板 12を介して、上記データ処理部 7に送られるようになつてい る。
[0037] また、上記 LED4と PD5との間には、図 2及び図 6に示すように、 LED4から照射さ れた光が直接 PDに入射することを防止する光遮蔽板 (光遮蔽部） 27が設けられてい る。この光遮蔽板 27は、プラスチックやアルミ等の金属により板状に形成され、カバ 一ガラス 23に接するようにフレキシブル基板 24上に設けられている。なお、光遮蔽 板 27は、フレキシブル基板 24に接するようにカバーガラス 23の内面に設けられても 構わない。
[0038] また、本実施形態の生体センサ部 6は、図 2、図 5及び図 6に示すように、上記 LED 4及び PD5が生体表面 Bに接触している力否かを検出する接触検出手段 30を備え ている。
[0039] この接触検出手段 30は、一対の電極 30a、 30bを有しており、該一対の電極 30a、 30bは LED4及び PD5を間に挟んだ状態でハウジング 2の下面 2aに配されている。 即ち、一対の電極 30a、 30b、 LED4及び PD5は、ハウジング 2の長手方向に直交す る方向に一列に並ぶように配されている。また、一対の電極 30a、 30bは、その先端 がハウジング 2の下面 2aから若干突出するように設けられていると共に、基端側がサ ブ基板 15に電気的に接続するように設けられて 、る。
[0040] この一対の電極 30a、 30bは、電極間の電位差に基づいて生体表面 Bに接触して いる力否かを検出する機能を有している。データ処理部 7は、この検出結果を受けて 、例えば、生体表面 Bに接触していると検出されたときに、 LED4力 光を照射するよ うに LED4の作動を制御するように設定されている。なお、この場合だけに限らず、例 えば、生体表面 Bに接触していないことが検出されたときに、 FFT処理を行なわない ように設定しても構わない。
[0041] また、上記ハウジング 2の下面 2aには、図 2、図 5、図 6及び図 7に示すように、ハウ ジング 2を手首 Aに装着したときに、該下面 2aと生体表面 Bとの間に入射してくる外光 を、下面 2aの中心力も外縁部 2cに向けて反射させる反射溝 35が形成されている。こ の反射溝 35は、生体センサ部 6を中心とする円形に形成されると共に、ハウジング 2 の下面 2aから外縁部 2cに向けて面が傾くように形成された反射面 36を、半径方向 に向けて複数有している。
[0042] 上記固定手段 3は、図 1に示すように、ハウジング 2に基端側が取り付けられて手首 Aに装着可能な第 1のバンド 40及び第 2のバンド 41を有して 、る。第 1のバンド 40及 び第 2のバンド 41は、ハウジング 2の長手方向に、該ハウジング 2を挟んで対向するよ うに設けられている。
[0043] 上記第 1のバンド 40には、先端にバックル 40a及びタンダ 40bが取り付けられてい る。また、第 2のバンド 41には、上記タンダ 40bが挿入される揷入孔 4 laが該第 2のバ ンド 41の長手方向に沿って複数形成されている。これにより、使用者の手首 Aの太さ に応じて第 1のバンド 40及び第 2のバンド 41の長さを調整することができるようになつ ている。
[0044] このように構成された生体情報計測装置 1により、手首 Aに装着した状態で脈拍数 を算出する場合について説明する。
[0045] まず、図 3及び図 4に示すように、使用者の手首 Aを卷回するよう両バンド 40、 41を 巻き、手首 Aの大きさに応じて第 1のバンド 40のタンダ 40bを第 2のバンド 41の挿入 孔 41aに挿入し、ハウジング 2を手首 Aに装着する。ハウジング 2が手首 Aに装着され ると、生体表面 Bとハウジング 2の下面 2aとが密着した状態となる。
[0046] 生体表面 Bがハウジング 2の下面 2aに接触すると、一対の電極 30a、 30bが生体表 面 Bに接触する。特に、一対の電極 30a、 30bは、ハウジング 2の下面 2aよりも若干突 出するように配されているので、生体表面 Bに接触し易い。一対の電極 30a、 30bが、 生体表面 Bに接触すると、生体表面 Bを通して放電が行なわれ両電極間の電圧が低 下する。この電圧低下 (例えば、ある閾値より低下）を受けて、データ処理部 7は、一 対の電極 30a、 30bが確実に生体表面 Bに接触していることの検出を行う。即ち、 LE D4及び PD5を含む生体センサ部 6が、確実に生体表面 Bに接触していることを検出 する。
[0047] LED4及び PD5が生体表面 Bに接触していることを検出すると、データ処理部 7は 、 LED4から生体に向けて光を照射させる。この際、 LED4と PD5との間には遮蔽板 27が配されているので、照射された光の一部が PD5に入射することはない。つまり、 照射された光は、生体に向けて確実に照射される。
[0048] 照射された光は、生体内で脂肪や筋といった組織や血液により吸収および散乱さ れ、照射された光の一部が後方散乱光として PD5で検出される。検出される光は、 脈動による血液量の変化に伴い変動する。 PD5は、この後方散乱光を受光すると共 に受光量の変化に応じた脈拍信号 (生体情報信号)を生成して、データ処理部 7に 出力する。つまり、手首 A (生体）内部の動脈及び細動脈内の血流変動に応じて、 L ED4から照射された光の後方散乱光の光量が変動するので、 PD5は、動脈の脈動 、即ち、脈波に応じた後方散乱光の受光が行える。これにより、 PD5は、脈拍信号の 生成が行える。
[0049] この際、上述したように、 LED4から照射された光は、 PD5に直接入射することはな ぐ確実に生体に向けて照射されているので、 PD5は生体力 の後方散乱光を集中 的に集光する。よって、ノイズ等を抑えることができ、 S/N比の向上を図ることができ る。
[0050] データ処理部 7は、送られてきた脈拍信号を増幅した後に、 FFT処理等の所定処 理をした後、解析を行なって脈拍数を算出する。この算出された脈拍数は、上述した ように、ノイズ等の影響が低下した脈拍信号に基づいて算出されているので、より正 確な値となる。そして、データ処理部 7は、算出した脈拍数をメモリ 14に記録すると共 に各ボタン 20の操作に基づ 、て表示部 11に表示させる。
[0051] 使用者は、必要時に各ボタン 20を押下することで、容易に算出された脈拍数を表 示部 11に表示させて確認が行えるので、使用に関して簡便である。また、使用者は 、各ボタン 20の操作により、脈拍数以外のその他の情報、例えば、時刻や充電池 13 の残電力等にっ ヽても表示部 11により確認することができるので使 ヽ易 、。
[0052] また、屋外などで使用し、生体表面に強い直射日光を浴びている場合には、手首 Aの皮膚表面や生体組織中の伝搬だけでは十分な減衰量を得ることが出来ないまま 生体組織中を生体センサ部 6に向力つて行くが、図 7に示すように、ハウジング 2の下 面 2bに形成された反射溝 35によって外光が生体センサ部 6に入射することを防止す ることがでさる。
[0053] 即ち、生体組織中を伝搬して外縁部 2cカゝら入射した光は、まず、最も外縁部 2c側 に形成された反射面 36によって再び外縁部 2cに向けて反射されるので、光強度が 低下する。この最初の反射面 36を通過した光は、次の反射面 36にて同様に外縁部 2c側に向けて反射される。このように、反射面 36が生体センサ部 6を中心として複数 形成されているので、外縁部 2cから中心に向力つて段階的に外光の光強度が低下 する。従って、生体センサ部 6に外光が直接的に入射することを極力防止することが できる。つまり、 PD5に外光が直接的に入射することを極力防止することができる。
[0054] 従って、外光の影響をなくし、 SZN比の向上を図ることができ、脈拍数を精度良く 算出することができる。
[0055] また、充電池 13に電力を充電する場合には、例えば、充電器に接続されている充 電コード等を外部接続端子 21に接続することで充電を行うことができ、通常の電池を 別個に用意する必要はない。従って、維持経費の削減を図ることができる。なお、ハ ウジング 2内に音声を出力するブザー等の音声出力手段を設けて、充電池 13の充 電量が" 0"に近くなるまで減少した場合に、音声を出力させて充電時期（充電タイミ ング)を知らせるように構成しても構わな 、。
[0056] 以上説明したように、本実施形態の生体情報計測装置 1によれば、脈拍数の算出 の際、 LED4と PD5との間に光遮蔽板 27が設けられているので、 LED4から照射さ れた光は、 PD5に直接入射することがなぐ確実に生体に向けて照射される。従って 、 PD5は、生体力 の後方散乱光を集中的に受光できるので、 SZNの向上が図れ 、より正確に脈拍数の算出を行うことができる。 [0057] なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなぐ本発明の 趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
[0058] 例えば、上記実施形態では、反射溝は、生体センサ部を中心として円形に形成さ れた反射面を半径方向に複数有するように構成したが、複数ではなく 1つでも構わな い。また、反射面は、生体センサ部を中心とする円形に形成されたが、円形に限られ るものではない。例えば、生体センサ部を中心として螺旋状に反射面を形成しても構 わない。この場合には、上記実施形態と同様に作用効果を奏することに加え、ハウジ ングの下面に反射溝を形成し易い。
[0059] また、ハウジングの下面を、該下面と生体表面との間に入射してくる外光を反射率 1 0%以下で反射させる黒色部材で形成しても構わない。この場合には、外光がハウジ ングの下面で反射する毎に、光強度が低下するので、反射溝と組み合わせることで より確実に外光が生体センサ部に直接的に入射することを防止でき、好適である。
[0060] また、上記実施形態においては、生体情報として脈拍数を例にして説明したが、脈 拍数に限らず、生体情報であれば構わない。
[0061] また、ハウジングに、他の電子機器との間で無線通信可能な無線通信手段等の機 能を付加しても良い。こうすることで、 Bluetooth等の無線通信により、メモリに記録し た脈拍数を外部の電子機器にデータ送信したり、各種情報をメモリに入手させたりす ることがでさる。
産業上の利用可能性
[0062] 本発明に係る生体情報計測装置は、生体情報の検出の際、光発光部と光受光部 との間に、光遮蔽部が設けられているので、光発光部から照射された光は、光受光 部に直接入射することがなぐ確実に生体に向けて照射される。従って、光受光部は 、生体力 の後方散乱光^^中的に集光できるので、 SZNの向上が図れ、より正確 に生体情報の検出を行うことができる。

Claims

請求の範囲
[1] 本体と；
該本体の下面を生体表面側に向けた状態で該本体を腕に固定する固定手段と； 前記生体表面に接触した状態で生体に向けて光を照射する光発光部と、該光発 光部により照射された光のうち生体からの後方散乱光を受光すると共に受光量に応 じた生体情報信号を生成する光受光部とを有して前記本体の下面に設けられた生 体センサ部と；
前記本体に設けられ、前記生体情報信号に基づ!/、て生体情報を演算する生体情 報演算部と;を備え、
前記光発光部と前記光受光部との間には光発光部から照射された光が直接光受 光部に入射することを防止する光遮蔽部が設けられている生体情報計測装置。
[2] 請求項 1に記載の生体情報計測装置であって、
前記生体センサ部は、前記本体の下面の略中心に配されており、
前記本体の下面には、生体組織を伝搬してくる外光を、下面の中心から下面の外 縁部に向けて反射させる反射溝が形成されて ヽる。
[3] 請求項 2に記載の生体情報計測装置であって、
前記反射溝は、前記本体の下面の中心から下面の外縁部に向けて傾いた反射面 を有している。
[4] 請求項 3に記載の生体情報計測装置であって、
前記反射面は、前記生体センサ部を中心とする円形に形成され、
前記反射溝は、前記生体センサ部を中心として前記反射面を半径方向に複数有し ている。
[5] 請求項 3に記載の生体情報計測装置であって、
前記反射面は、前記生体センサ部を中心として螺旋状に形成されている。
[6] 請求項 1から 5の 、ずれか 1項に記載の生体情報計測装置であって、
前記本体の下面は、前記生体組織を伝搬してくる外光を反射率 10%以下で反射 させる黒色部材で形成されて ヽる。
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