WO2016092750A1 - センサーユニット、生体情報検出装置、電子機器及び生体情報検出方法 - Google Patents

センサーユニット、生体情報検出装置、電子機器及び生体情報検出方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a sensor unit, a biological information detection device, an electronic device, a biological information detection method, and the like.
  • the photoelectric pulse wave sensor can measure the pulse wave by capturing the change in the blood volume at the site to be measured.
  • the volume of blood in the portion to be measured varies depending on the movement of the human body (hereinafter referred to as body movement) in addition to the heartbeat (ie, pulse wave). Therefore, when measuring a pulse wave with a photoelectric pulse wave sensor, noise due to body movement may be included in the wave in the process of propagating from the heart to the site to be measured. That is, since blood is a fluid and blood vessels have elasticity, the blood flow caused by body movement may cause a change in blood volume and may be measured as a pseudo pulsation.
  • Patent Document 1 describes a method of irradiating light of different wavelengths, measuring the reflected light at the same time, and extracting a pulsating component from the measured value. This technique utilizes the fact that oxyhemoglobin dominant in arterial blood and reduced hemoglobin dominant in venous blood have different light absorption characteristics.
  • the irradiation light with different wavelengths used in the sensor for detecting the reflected light and measuring the pulse wave has different penetration depth of light into the living body. Therefore, in the technique disclosed in Patent Document 1, the difference in absorbance that occurs between a plurality of sensors includes the influence of the difference in penetration depth of light having different wavelengths, and it is difficult to reduce noise due to body movement. It is.
  • a sensor unit a biological information detection device, an electronic device, a biological information detection method, and the like that detect a plurality of signals having different characteristics while having a certain degree of correlation.
  • a sensor unit a biological information detection device, and an electronic device that acquire highly accurate pulse wave information based on signals having different characteristics acquired by light from a plurality of light emitting units.
  • a device, a biological information detection method, and the like can be provided.
  • One embodiment of the present invention includes a first light emitting unit that emits light to a subject, a second light emitting unit that emits light to the subject, and a light receiving unit that receives light from the subject.
  • the height of the contact position or contact area with the subject in a position or region corresponding to the first light emitting unit, and a position or region corresponding to the second light emitting unit.
  • the sensor unit is H1> H2.
  • a difference is provided in height at a position or region corresponding to each light emitting unit (specifically, a height at a portion in contact with a subject). .
  • a difference occurs in the pressure applied to the subject at the contact position or the contact area, so that the signal reception is based on the light reception result based on the light from the first light emission unit and the light reception result based on the light from the second light emission unit. It is possible to make a difference in characteristics.
  • H1 is a contact position or a height of the contact region with the subject in the arrangement region of the first light emitting unit
  • H2 is an arrangement of the second light emitting unit. It may be the contact position with the subject in the region or the height of the contact region.
  • the light emitting unit on the basis of the position or region corresponding to the light emitting unit.
  • the height of the first light emitting unit to the subject side surface is HA1
  • the height of the second light emitting unit to the subject side surface is HA2.
  • H1> H2 may be satisfied because the relationship of HA1> HA2 is established.
  • the second light emitting unit and the light receiving unit may be provided on a substrate, and a height adjusting member may be provided between the first light emitting unit and the substrate. Good.
  • the height adjusting member is a second substrate, and the external connection terminal of the first light emitting unit is provided on the substrate through a through hole of the second substrate.
  • the connection terminal may be connected.
  • the external connection terminal of the first light emitting unit may be connected to a connection terminal provided on the substrate via a wire.
  • the first light emitting unit and the substrate (main substrate) can be connected using a wire, and therefore, a member that cannot be electrically connected by itself (for example, an insulator) is used as the height adjusting member. It becomes possible.
  • the length of the first light emitting unit in the first direction is long.
  • the length of the second light emitting unit in the first direction is LH2
  • the relationship of LH1> LH2 may be satisfied, so that H1> H2.
  • the subject is provided at a position closer to the subject than the first light emitting unit, transmits light from the subject, and is used when measuring biological information of the subject.
  • the height of the translucent member in the position or region corresponding to the first light emitting unit is HD1
  • the relationship of HD1> H2 is satisfied.
  • H1> H2 may be satisfied.
  • a translucent member is provided at least on the subject side of the first light emitting unit, and by increasing the height of the translucent member, it is possible to make a difference in the contact position or the height to the contact area. become.
  • the translucent member is provided at a position closer to the subject than the second light emitting unit, transmits light from the subject, and biological information of the subject
  • a pressure is applied in contact with the subject and the height of the translucent member in the position or region corresponding to the second light emitting unit is HD2
  • the relationship HD1> HD2 is established.
  • the translucent member can be provided also on the subject side of the second light emitting unit, and the height of the translucent member in the first light emitting unit and the height of the translucent member in the second light emitting unit.
  • the light receiving unit is applied to the light from the subject when the pressure applied to the measurement site of the subject is the first press, and to the measurement site of the subject. You may receive the light from the said object in case the said press is a 2nd press smaller than the said 1st press.
  • the height of the contact area with the subject may be an average height of heights at each point included in the contact area.
  • Another aspect of the present invention relates to a biological information detection apparatus including the above sensor unit.
  • the first light receiving result which is the light receiving result of the light from the subject corresponding to the light from the first light emitting unit, and the light from the second light emitting unit.
  • a processing unit that performs detection processing of biological information based on the second light reception result that is the light reception result of the light from the subject may be included.
  • At least one light emitting unit that emits light to the subject
  • at least one light receiving unit that receives light from the subject
  • detection output from the light receiving unit A processing unit that performs a detection process of biological information based on the signal, and the processing unit is the first detection signal when the press applied to the measurement site of the subject is the first press.
  • the second detection signal that is the detection signal when the press applied to the measurement site of the subject is a second press that is smaller than the first press
  • the present invention relates to a biometric information detection apparatus that performs biometric information detection processing.
  • biological information is detected based on the first detection signal acquired in the state of the first press and the second detection signal acquired in the state of the second press. . Since the characteristics of the light reception result (detection signal) are different due to the different pressing states, it is possible to detect biological information with high accuracy by using a plurality of signals having different characteristics.
  • the processing unit includes the first detection signal of the light receiving unit at a first timing and the light receiving unit at a second timing different from the first timing.
  • the biological information may be detected based on the second detection signal.
  • the light emitting unit includes a first light emitting unit and a second light emitting unit
  • the processing unit is at the first timing based on light emission of the first light emitting unit. Detection of the biological information based on the first detection signal of the light receiving unit and the second detection signal of the light receiving unit at the second timing based on light emission of the second light emitting unit Processing may be performed.
  • the second timing is a timing after the first timing
  • the third timing is a timing after the second timing
  • a fourth timing Is the timing after the third timing
  • the processing unit acquires the first detection signal of the light receiving unit at the first timing and the third timing, and The second detection signal of the light receiving unit at the timing 2 and the fourth timing may be acquired.
  • the first detection signal and the second detection signal are alternately acquired by the light receiving unit, and two detection signals having different characteristics are acquired at timings close in time. Etc. becomes possible.
  • the processing unit includes the first detection signal of the light receiving unit at a first timing and the second detection signal of the light receiving unit at the first timing.
  • the biological information detection process may be performed based on the above.
  • the processing unit performs a correction process on the first detection signal based on the second detection signal, and the biological body based on the corrected first detection signal.
  • Information detection processing may be performed.
  • the processing unit performs a correction process on the second detection signal based on the first detection signal, and the biological body based on the corrected second detection signal.
  • Information detection processing may be performed.
  • the first detection signal can be used for the correction processing of the second detection signal.
  • the processing unit may perform body motion noise reduction processing for reducing body motion noise included in the detection signal as the correction processing.
  • body movement noise reduction processing can be performed as the correction processing, and it becomes possible to detect biological information with high accuracy while suppressing the influence of body motion noise.
  • Another aspect of the present invention relates to an electronic device including the above sensor unit.
  • Another aspect of the present invention relates to an electronic device including the above biological information detection device.
  • a living body in a biological information detection apparatus includes at least one light emitting unit that emits light to a subject and at least one light receiving unit that receives light from the subject.
  • the first detection signal that is a detection signal when the press applied to the measurement site of the subject is the first press, and the press applied to the measurement site of the test subject are the present invention.
  • the present invention relates to a biometric information detection method that performs biometric information detection processing based on the second detection signal that is the detection signal in the case of a second press that is smaller than the first press.
  • 1A to 1C are configuration examples of the sensor unit according to the present embodiment.
  • 2A and 2B are external views of the biological information detection apparatus of this embodiment.
  • FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining the improvement degree of the MN ratio (SN ratio) by the noise reduction processing when the pressure difference is not provided and when the pressure difference is provided.
  • FIG. 6 is a relationship diagram between a cuff press and a DC component and an AC component detected by a light receiving unit.
  • 12A to 12C are other configuration examples of the sensor unit according to this embodiment.
  • FIGS. 13A and 13B are explanatory diagrams of positions or regions corresponding to the first and second light emitting units.
  • 14A and 14B are a plan view and a cross-sectional view illustrating an arrangement example of the frame portion.
  • 15A and 15B are plan views illustrating other arrangement examples of the frame portion.
  • FIGS. 21A and 21B are diagrams for explaining body movement noise reduction processing using the second detection signal.
  • the body movement noise is noise caused by the body movement of the subject.
  • Physical noise caused by changes in speed, acceleration, movement, posture, etc. associated with the movement of the subject, It includes optical noise caused by changes in the measurement environment of the photoelectric sensor, such as incident external light and measurement position deviation, caused by changes in the wearing state due to operation, and means at least one of these.
  • the component corresponding to the pulse signal is maintained as much as possible in the detection signal of the photoelectric sensor, and the component corresponding to the body motion noise is reduced (removed in a narrow sense). That is, in the body motion noise reduction process, it is necessary to know what the signal component corresponding to the body motion noise is.
  • the motion sensor is a sensor that detects the movement of the user (the wearer of the biological information detection device), a signal corresponding to body movement, that is, a signal corresponding to body movement noise can be acquired by using the motion sensor. It is.
  • the motion sensor here, for example, an acceleration sensor, a gyro sensor, an atmospheric pressure sensor, or the like can be considered.
  • a technique for reducing body movement noise using the motion sensor it is not impeded to use a technique for reducing body movement noise using the motion sensor, but the present applicant proposes another body movement noise reduction technique. Specifically, a signal containing a lot of body motion noise is acquired using a second light emitting unit different from the first light emitting unit that emits light for detecting a pulse signal.
  • body motion noise is included in the detection signal of the photoelectric sensor.
  • the detection signal mainly containing body motion noise is acquired by setting the signal corresponding to the second light emitting unit so that the sensitivity of the pulse signal is low and the sensitivity of the body motion noise is high. Is possible.
  • the detection signal (first detection signal) based on the light from the first light emitting unit can be used.
  • the detection signal (second detection signal) By removing (reducing) the component corresponding to the detection signal based on light (second detection signal), it is possible to reduce body movement noise.
  • the pulse component included in the first detection signal is not excessively reduced.
  • the characteristics (for example, frequency characteristics) of body motion noise included in each signal match or close enough between the first detection signal and the second detection signal. Need to be. That is, the first detection signal mainly includes a pulse signal, and the second detection signal mainly includes body motion noise. Must be kept high.
  • Patent Document 1 a plurality of light receiving units are provided to acquire signals having different characteristics, but the frequency bands of light to be detected are greatly different in each light receiving unit. Therefore, even if it is possible to vary the characteristics of the detection signal in each light receiving unit, it is difficult to have a certain degree of correlation. This is because if the wavelength of light is different, the penetration depth into the living body is also different, and the structure of blood vessels or bones to be detected is originally different.
  • the wavelength band of light used is the same for a plurality of detection signals.
  • the light of the same wavelength band does not mean that the wavelength with the maximum intensity is completely the same, but the wavelength with the maximum intensity is within a predetermined range (for example, the same color range). It means being.
  • the light output from the first light emitting unit and the second light emitting unit is, for example, light in a wavelength band included in the range of 470 nm to 610 nm. More specifically, the light output from the first light emitting unit and the second light emitting unit is light in a wavelength band included in the range of 520 nm to 570 nm. Light in this wavelength band is more easily reflected by hemoglobin in blood vessels than other wavelengths. Specifically, for example, it is green (500 nm to 570 nm).
  • the pressure applied to the subject can be adjusted by the height of the member that contacts the subject at a position or region corresponding to the light emitting unit.
  • the member in contact with the subject may be the surface of the light emitting unit itself as described later with reference to FIGS. 1A to 1C, or FIGS.
  • the light transmitting member 50 may be provided on the subject side with respect to the light emitting unit.
  • the body movement noise reduction processing can be realized by providing the pressing difference, and a detailed structure for providing the pressing difference will be described.
  • the method of setting the height of the contact position (region) with the subject at the position (region) corresponding to the light emitting unit and the distance between the light emitting unit and the light receiving unit, and the method is set appropriately.
  • a specific configuration of the sensor unit having a height and a distance and the biological information detection device will be described.
  • the biological information detection apparatus includes at least one light emitting unit that emits light to the subject, at least one light receiving unit that receives light from the subject, and the light receiving unit.
  • a processing unit 200 that performs biometric information detection processing based on the output detection signal (light reception result from the light receiving unit) is included.
  • the biological information detection device 400 may have a configuration described later with reference to FIG. Then, the processing unit 200 determines that the first detection signal, which is a detection signal when the pressure applied to the measurement site of the subject is the first pressure P1, and the pressure applied to the measurement site of the subject are the first. Based on the second detection signal that is a detection signal in the case of the second pressure P2 that is smaller than the pressure P1, biometric information detection processing is performed.
  • the structure shown in FIGS. 1A to 1C can be considered.
  • the sensor unit 40 of FIG. A first light emitting unit 150 that emits light to the subject; a second light emitting unit 151 that emits light to the subject; and a light receiving unit 140 that receives light from the subject.
  • the height of the contact position or contact area with the subject in the position or area corresponding to the light emitting unit 150 is H1, and the contact position or contact with the subject in the position or area corresponding to the second light emitting section 151.
  • a given reference plane is set, and the distance to the reference plane (specifically, the reference plane is the starting point and is perpendicular to the reference plane).
  • the length to the target position in the direction may be the height.
  • the given reference plane is a plane having a uniform distance from the subject when the biological information detection apparatus 400 is mounted. If the subject is a plane, it is parallel to the plane. It becomes a flat plane.
  • the biological information detection apparatus 400 when the biological information detection apparatus 400 is mounted, it is not meaningful to mount a device in which the sensor unit 40 is inclined with respect to the subject. Therefore, a reference surface of the sensor unit 40, such as a light emitting unit (LED) or The substrate (main substrate) 160 on which the light receiving unit (PD) is mounted is expected to be parallel to or close to the subject surface.
  • the subject is not an ideal plane, and the wearing state of the biological information detection apparatus 400 also varies depending on the user's movement state, etc., but the element of the sensor unit 40 is the above-mentioned “given reference plane”.
  • the given reference plane in this embodiment may be a plane of the substrate 160 or a plane parallel to the plane, for example.
  • the given reference plane here is not limited to a physical plane on which a certain member is provided, and may be a virtual plane.
  • the position or region corresponding to the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 may be the center position of each light emitting unit, or the arrangement region of each light emitting unit, An area including the arrangement area of each light emitting unit may be used, and a specific example will be described later.
  • the contact position or contact area is a position or area where the biological information detecting device 400 (sensor unit 40) contacts the subject. It is assumed that the biological information detection apparatus 400 and the subject are in contact with the subject at a plurality of positions or areas of a certain extent. Here, the first light emitting unit 150 and the second light emission among them are assumed. The one in the position or area corresponding to the portion 151 will be considered. In a narrow sense, an intersection between a straight line in a direction perpendicular to the reference plane and the subject may be considered from positions or regions corresponding to the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151.
  • the contact position or the contact region in the position or region corresponding to the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 and the height thereof will be described later.
  • the contact position is basically described, but the following contact position can be extended to the contact area.
  • FIGS. 12A to 12C schematically show the configuration of the biological information detection apparatus according to the present embodiment for the sake of simplicity, and the dimensions and ratios in the drawings are actual. Different. This also applies to FIGS. 12A to 12C and the like.
  • the first light reception result (first detection signal) that is the light reception result corresponding to the light emitted from the first light emitting unit 150 and the light emitted from the second light emitting unit 151 are used.
  • the pressed state can be made different from the second light reception result (second detection signal) which is the corresponding light reception result.
  • the first detection signal corresponds to the first pressure P1
  • the second detection signal corresponds to the second pressure P2 that satisfies P2 ⁇ P1.
  • the sensor unit 40 is illustrated when the distance between the first light emitting unit 150 and the light receiving unit 140 is L1, and the distance between the second light emitting unit 151 and the light receiving unit 140 is L2. As shown in FIG. 19A, L1 ⁇ L2. Details will be described later with reference to FIGS. 17 and 18.
  • a difference can be provided in at least one of the height of the contact position with the subject in the position or region corresponding to each light emitting unit and the distance between the light receiving unit and each light emitting unit, as described above. It becomes possible to mainly detect the pulse signal based on the light from the first light emitting unit 150 and mainly detect the body movement noise based on the light from the second light emitting unit 151. Therefore, body motion noise reduction processing using the second detection signal is performed on the first detection signal, or accurate biological information is obtained from the first detection signal after the body motion noise reduction processing. Etc. becomes possible.
  • the distance between the light emitting unit and the light receiving unit 140 may be equal using two sets of photoelectric sensors. That is, the structure which provides a difference in the distance between the light emitting unit and the light receiving unit 140 is not essential, and may be used as necessary.
  • FIGS. 2A, 2B, and 3 show the biological information detection device 400 (biological information measurement device) of this embodiment. An external view is shown.
  • 2A is a diagram of the biological information detection apparatus 400 viewed from the front direction side
  • FIG. 2B is a diagram viewed from the upper direction side
  • FIG. 3 is a diagram viewed from the side direction side. .
  • the biological information detection apparatus 400 includes a band unit 10, a case unit 30, and a sensor unit 40.
  • the case part 30 is attached to the band part 10.
  • the sensor unit 40 is provided in the case unit 30.
  • the biological information detection apparatus 400 includes a processing unit 200 as shown in FIG.
  • the processing unit 200 is provided in the case unit 30 and detects biological information based on a detection signal from the sensor unit 40.
  • the biological information detection apparatus 400 of the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIGS. 2A to 3, and some of the components are omitted, replaced with other components, or other components Various modifications, such as adding, are possible.
  • the band unit 10 is for wrapping around the user's wrist and mounting the biological information detection device 400.
  • the band part 10 has a band hole 12 and a buckle part 14.
  • the buckle portion 14 has a band insertion portion 15 and a projection portion 16.
  • the user inserts one end side of the band unit 10 into the band insertion unit 15 of the buckle unit 14, and inserts the protrusion 16 of the buckle unit 14 into the band hole 12 of the band unit 10, whereby the biological information detection device 400 is configured. Wear on your wrist. In this case, the magnitude of the pressing of the sensor unit 40 (pressing on the wrist surface), which will be described later, is adjusted according to which band hole 12 the projection 16 is inserted into.
  • the band part 10 is good also as a structure which has a buckle instead of the buckle part 14. FIG.
  • the case part 30 corresponds to the main body part of the biological information detection device 400.
  • Various components of the biological information detection apparatus 400 such as the sensor unit 40 and the processing unit 200 are provided inside the case unit 30. That is, the case part 30 is a housing for housing these components.
  • the case portion 30 includes, for example, a top case 34 and a bottom case 36. The case portion 30 may not be separated from the top case 34 and the bottom case 36.
  • the case part 30 is provided with a light emitting window part 32.
  • the light emitting window 32 is formed of a light transmissive member.
  • the case unit 30 is provided with a light emitting unit (LED, a light emitting unit for notification different from the light emitting unit 150 of the light detection unit) mounted on the flexible substrate, and light from the light emitting unit is transmitted to the light emitting window. The light is emitted to the outside of the case part 30 through the part 32.
  • LED light emitting unit
  • the case portion 30 is provided with a terminal portion 35.
  • the terminal part of the cradle and the terminal part 35 of the case part 30 are electrically connected.
  • the secondary battery (battery) provided in the case part 30 can be charged.
  • the biological information detection apparatus 400 may be provided with a terminal such as microUSB and charged using a microUSB cable.
  • the sensor unit 40 detects biological information such as a pulse wave of the subject.
  • the sensor unit 40 includes a light receiving unit 140, a first light emitting unit 150, and a second light emitting unit 151 as shown in FIG.
  • the sensor unit 40 may include a light-transmissive member 50 as will be described later with reference to FIGS. 12 (A) to 12 (C).
  • the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 emit light while being pressed at the contact position with the subject, and the light is reflected by the subject (blood vessel).
  • the unit 140 receives light, and the light reception result is output to the processing unit 200 as a first detection signal and a second detection signal.
  • the processing unit 200 performs noise reduction processing of the first detection signal based on the second detection signal from the sensor unit 40, and biological information such as a pulse wave based on the first detection signal after the noise reduction processing. Is detected.
  • biological information to be detected by the biological information detection apparatus 400 of the present embodiment is not limited to the pulse wave (pulse rate), and the biological information detection apparatus 400 uses biological information other than the pulse wave (for example, oxygen in blood) (Saturation degree, body temperature, heart rate, etc.) may be detected.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram regarding the wearing of the biological information detecting device 400 and the communication with the terminal device 420.
  • the user who is the subject wears the biological information detecting device 400 on the wrist 410 like a watch.
  • a sensor unit 40 is provided on the surface of the case portion 30 on the subject side. Therefore, when the biological information detection device 400 is attached, the sensor unit 40 contacts and applies pressure to the skin surface of the wrist 410, and in this state, the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 of the sensor unit 40 are applied. Emits light and the light receiving unit 140 receives the reflected light, so that biological information such as a pulse wave is detected.
  • the wearing part may be an ankle, a finger, an upper arm or the like.
  • the biological information detecting device 400 and the terminal device 420 are connected for communication so that data can be exchanged.
  • the terminal device 420 is a portable communication terminal such as a smartphone, a mobile phone, or a feature phone.
  • the terminal device 420 may be an information processing terminal such as a tablet computer.
  • As a communication connection between the biological information detection device 400 and the terminal device 420 for example, proximity wireless communication (NFC) such as Bluetooth (Bluetooth) can be employed.
  • NFC proximity wireless communication
  • Bluetooth Bluetooth
  • the biological information detection device 400 and the terminal device 420 are communicatively connected, so that various information such as the pulse rate and calorie consumption can be displayed on the display unit 430 (LCD or the like) of the terminal device 420.
  • various information obtained based on the detection signal of the sensor unit 40 can be displayed.
  • the calculation processing of information such as the pulse rate and calorie consumption may be executed by the biological information detection device 400, or at least a part thereof may be executed by the terminal device 420.
  • the living body information detecting device 400 is provided with a light emitting window 32, and notifies various kinds of information to the user by light emission (lighting and blinking) of the light emitting unit for notification. For example, when entering the fat combustion zone or exiting from the fat combustion zone, this is notified by the light emission of the light emitting part through the light emission window part 32.
  • the terminal device 420 receives a mail or the like, the terminal device 420 notifies the biological information detection device 400 of it. Then, the light emitting unit of the biological information detecting device 400 emits light, so that the user is notified of reception of e-mail or the like.
  • the biological information detection apparatus 400 is not provided with a display unit such as an LCD, and information that needs to be notified by characters, numbers, or the like is stored in the terminal device 420. It is displayed on the display unit 430.
  • the living body information detection apparatus 400 is miniaturized by notifying a user of necessary minimum information by light emission of the light emitting unit without providing a display unit such as an LCD.
  • the display unit is not provided in the biological information detection apparatus 400, the appearance of the biological information detection apparatus 400 can be improved.
  • the living body information detection apparatus 400 can be modified to include a display unit such as an LCD or an organic EL display.
  • the method of the present embodiment is not limited to that applied to the biological information detection apparatus 400, and may be applied to the sensor unit 40.
  • the detailed configuration of the sensor unit 40 will be described later. Further, the method of the present embodiment can be applied to an electronic device including the sensor unit 40 or an electronic device including the biological information detection apparatus 400.
  • a living body in a biological information detection apparatus includes at least one light emitting unit that emits light to a subject and at least one light receiving unit that receives light from the subject.
  • the first detection signal that is a detection signal when the press applied to the measurement site of the subject is the first press, and the press applied to the measurement site of the test subject are the Biological information detection method for performing detection processing of biological information based on the second detection signal that is the detection signal in the case of a second pressure that is smaller than the first pressure (operation method of the biological information detection device) ) Is also possible.
  • FIG. 5 shows a functional block diagram of the biological information detection apparatus 400 of this embodiment.
  • the biological information detection apparatus 400 includes a sensor unit 40, a motion sensor unit 170, a vibration generation unit 175, a processing unit 200, a storage unit 240, a communication unit 250, an antenna 252, and a notification unit 260.
  • the biological information detection apparatus 400 according to the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 5, and various components such as omitting some of the components, replacing them with other components, and adding other components. Variations are possible.
  • the sensor unit 40 detects biological information such as a pulse wave, and includes a light receiving unit 140, a first light emitting unit 150, and a second light emitting unit 151.
  • the sensor unit 40 may have three or more light emitting units.
  • FIGS. 1A to 1C and the like an example in which the light receiving unit 140 is shared by a plurality of light emitting units is shown, but the light receiving unit side is not limited to one. You may have two or more light-receiving parts.
  • the pulse wave sensor (photoelectric sensor) is realized by the light receiving unit 140, the first light emitting unit 150, the second light emitting unit 151, and the like.
  • the first pulse wave sensor is realized by the light receiving unit 140 and the first light emitting unit 150
  • the second pulse wave sensor is realized by the light receiving unit 140 and the second light emitting unit 151.
  • the sensor unit 40 outputs signals detected by the plurality of pulse wave sensors as detection signals (pulse wave detection signals).
  • the motion sensor unit 170 outputs a body motion detection signal that is a signal that changes according to body motion based on sensor information of various motion sensors.
  • the motion sensor unit 170 includes, for example, an acceleration sensor 172 as a motion sensor.
  • the motion sensor unit 170 may include a pressure sensor, a gyro sensor, a position sensor such as a GPS receiver, or the like as a motion sensor.
  • the processing unit 200 performs various signal processing and control processing using, for example, the storage unit 240 as a work area, and can be realized by a processor such as a CPU or a logic circuit such as an ASIC.
  • the processing unit 200 includes a signal processing unit 210, a pulsation information calculation unit 220, and a notification control unit 230.
  • the signal processing unit 210 performs various types of signal processing (filter processing or the like), and performs signal processing on, for example, a pulse wave detection signal from the sensor unit 40 or a body motion detection signal from the motion sensor unit 170. .
  • the signal processing unit 210 includes a body movement noise reduction unit 212 and a second body movement noise reduction unit 214.
  • the body motion noise reduction unit 212 reduces body motion noise, which is body noise caused by body motion, from the first detection signal based on the second detection signal of the pulse wave detection signal.
  • the second body motion noise reduction unit 214 performs a second body motion noise reduction process for reducing body motion noise from the first detection signal based on the body motion detection signal from the motion sensor unit 170.
  • the body motion noise reduction process in the body motion noise reduction unit 212 uses a spectrum subtraction method
  • the second body motion noise reduction process in the second body motion noise reduction unit 214 uses an adaptive filter or the like. Use it.
  • FIG. 5 shows a configuration in which the second body motion noise reduction process in the second body motion noise reduction unit 214 is performed after the body motion noise reduction process in the body motion noise reduction unit 212.
  • Various modifications such as reverse rotation, omission, etc. are possible.
  • the pulsation information calculation unit 220 performs pulsation information calculation processing based on the signal from the signal processing unit 210 and the like.
  • the pulsation information is information such as the pulse rate.
  • the pulsation information calculation unit 220 performs frequency analysis processing such as FFT on the pulse wave detection signal after the noise reduction processing in the body motion noise reduction unit 212 and the second body motion noise reduction unit 214.
  • the spectrum is obtained, and processing is performed in which the representative frequency in the obtained spectrum is the heartbeat frequency.
  • a value obtained by multiplying the obtained frequency by 60 is a commonly used pulse rate (heart rate).
  • the pulsation information is not limited to the pulse rate itself, and may be, for example, other various types of information (for example, the frequency and cycle of the heartbeat and their fluctuations) representing the pulse rate. Moreover, the information which represents the state of pulsation may be sufficient, for example, it is good also considering the value showing the blood volume itself as pulsation information.
  • the notification control unit 230 controls the notification unit 260.
  • the notification unit 260 (notification device) notifies the user of various types of information under the control of the notification control unit 230.
  • a notification light emitting unit can be used as the notification unit 260.
  • the notification control unit 230 controls lighting, blinking, and the like of the light emitting unit by controlling the current flowing through the LED.
  • the notification unit 260 may be a display unit such as an LCD, a buzzer, or the like.
  • the vibration generating unit 175 notifies various information to the user by vibration.
  • the vibration generator 175 can be realized by, for example, a vibration motor (vibrator).
  • the vibration motor generates vibration by rotating an eccentric weight.
  • eccentric weights are attached to both ends of the drive shaft (rotor shaft) so that the motor itself swings.
  • the vibration of the vibration generator 175 is controlled by the notification controller 230.
  • the vibration generating unit 175 is not limited to such a vibration motor, and various modifications can be made.
  • the vibration generating unit 175 may be realized by a piezo element or the like.
  • a start-up notification when the power is turned on for example, a start-up notification when the power is turned on, a notification of the success of the first pulse wave detection, a warning when a pulse wave cannot be detected for a certain period of time, and the movement of the fat burning zone Notification, a warning when the battery voltage is low, a wake-up alarm notification, or a mail or telephone notification from a terminal device such as a smartphone.
  • These pieces of information may be notified by a notification light emitting unit, or may be notified by both the vibration generating unit 175 and the light emitting unit.
  • the communication unit 250 performs communication processing with the external terminal device 420 as described in FIG. For example, a wireless communication process is performed according to a standard such as Bluetooth (registered trademark). Specifically, the communication unit 250 performs a signal reception process from the antenna 252 and a signal transmission process to the antenna 252.
  • the function of the communication unit 250 can be realized by a logic circuit such as a communication processor or ASIC.
  • the biological information detection apparatus and the like may include a processor and a memory.
  • the processor here may be, for example, a CPU (Central Processing Unit). However, the processor is not limited to the CPU, and various processors such as a GPU (GraphicsGProcessing Unit) or a DSP (Digital Signal Processor) can be used.
  • the processor may be a hardware circuit based on ASIC (application specific integrated circuit).
  • the memory stores instructions that can be read by a computer. When the instructions are executed by the processor, each unit of the biological information detecting apparatus according to the present embodiment is realized.
  • the memory here may be a semiconductor memory such as SRAM or DRAM, or a register or a hard disk.
  • the instruction here may be an instruction of an instruction set constituting the program, or an instruction for instructing an operation to the hardware circuit of the processor.
  • FIGS. 1A to 1C, and FIGS. 6 and 7 show detailed configuration examples of the sensor unit 40.
  • FIG. 6 is a perspective view of the sensor unit 40
  • FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views of the sensor unit 40
  • FIG. 7 is a light receiving unit 140 on the substrate 160
  • FIG. 6 is a plan view illustrating an arrangement of second light emitting units 151.
  • FIG. 7 shows a case where the direction from the subject to the biological information detecting device in the mounted state in FIG. 1A or the like (the direction opposite to DR1 from the starting point set on the DR1 side with respect to the sensor unit 40) is observed. Corresponds to planar view.
  • the light receiving unit 140, the first light emitting unit 150, and the second light emitting unit 151 are mounted on a substrate 160 (sensor substrate). However, as described later, the first light emitting unit 150 may be mounted on the substrate 160 via another member.
  • the light receiving unit 140 receives light (reflected light, transmitted light, etc.) from the subject.
  • the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 emit light to the subject. For example, when the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 emit light to the subject and the light is reflected by the subject (blood vessel), the light receiving unit 140 receives the reflected light and detects it. To do.
  • the light receiving unit 140 can be realized by a light receiving element such as a photodiode.
  • the 1st light emission part 150 and the 2nd light emission part 151 are realizable with light emitting elements, such as LED, for example.
  • the light receiving unit 140 can be realized by a PN junction diode element or the like formed on a semiconductor substrate.
  • an angle limiting filter for narrowing the light receiving angle and a wavelength limiting filter for limiting the wavelength of light incident on the light receiving element may be formed on the diode element.
  • the light from the light emitting part travels inside the subject and diffuses or scatters in the epidermis, dermis, subcutaneous tissue, and the like. Thereafter, this light reaches the blood vessel (detected site) and is reflected. At this time, part of the light is absorbed by the blood vessels. Then, the light absorption rate in the blood vessel changes due to the influence of the pulse, and the amount of reflected light also changes. Therefore, the light receiving unit 140 receives this reflected light and detects the change in the amount of light, thereby detecting biological information. It becomes possible to detect the pulse rate and the like.
  • a light shielding member (light shielding wall) (not shown) may be provided between the first light emitting unit 150, the second light emitting unit 151, and the light receiving unit 140. This light blocking member blocks, for example, light from the first light emitting unit 150 or the second light emitting unit 151 from being directly incident on the light receiving unit 140.
  • the sensor unit 40 may be provided with a not-shown diaphragm.
  • the diaphragm unit squeezes light from the subject in the optical path between the subject and the sensor unit 40, or squeezes light that directly enters the light receiving unit from the light emitting unit.
  • the light shielding member 70 and the diaphragm portion may be integrally formed by, for example, processing a metal sheet metal.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the change in absorbance with respect to the press.
  • the horizontal axis indicates the pressure, and the vertical axis indicates the absorbance.
  • the blood vessels that are most susceptible, i.e., affected by the lowest pressure are capillaries.
  • the amount of change in absorbance increases when the pressure exceeds p ⁇ b> 1, which means that the capillary has begun to collapse due to the pressure.
  • the change in absorbance becomes gentle, which means that the capillaries are almost completely collapsed (closed). It is the artery that is affected next to the capillaries.
  • the second detection signal detects a signal corresponding to a capillary vessel to increase the body motion noise ratio
  • the first detection signal measures a signal (pulse signal) corresponding to an artery. Increase the pulse signal ratio. Therefore, the pressure P2 at the contact position corresponding to the second light emitting unit 151 is within the range from p1 to p2, and the pressure P1 at the contact position corresponding to the first light emitting unit 150 is within the range from p3 to p4. Designed.
  • the difference in pressure between the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 is desirably 2.0 kPa or more and 8.0 kPa or less, for example.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a change in body motion noise sensitivity with respect to pressing.
  • FIG. 9 shows an example in which the distance L from the light emitting unit to the light receiving unit is 2 mm and 6 mm.
  • the tendency is that the lower the pressure is, the higher the noise sensitivity is, and the higher the pressure is, the lower the noise sensitivity is. This is presumably because the blood flowing through the capillaries tends to move due to body movement, so that the light reflected by the capillaries existing at a relatively shallow position in the living tissue is likely to receive noise due to body movement.
  • FIG. 10A shows body movement noise in the case where the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 do not have a difference in pressing, but only the distances L1 and L2 from the light receiving unit 140 are provided. It shows the change of the MN ratio (SN ratio) of the first detection signal before and after the reduction process.
  • the user's movements that cause body movement noise include changing the hydrocephalic pressure (height relationship between the heart and the measurement site) and opening and closing the hands, and the body corresponding to each movement. The degree of reduction of dynamic noise was measured.
  • the movement for changing the hydrocephalic pressure is, for example, a movement for changing the height of the measurement position, and can be realized specifically by an operation of raising or lowering the arm.
  • the opening and closing of the hand can be realized by alternately performing a state where all fingers are bent and the fist is grasped and a state where the fingers are firmly extended and the hand is opened.
  • FIG. 10 (A) the effect of reducing body motion noise can be confirmed simply by providing a difference in distance.
  • FIG. 10B shows a case in which a difference is provided in the distances L1 and L2 from the light receiving unit 140, and a difference is also provided in pressing between the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151. It shows the change in the MN ratio of the first detection signal before and after the dynamic noise reduction processing.
  • FIG. 10A and FIG. 10B it was found that the effect of reducing body motion noise is improved by providing a difference in pressing. Therefore, here, an embodiment in which a difference in pressing is mainly provided will be described.
  • the position or region corresponding to the second light emitting unit 151 is set to P1 at the position or region corresponding to the first light emitting unit 150 at the contact position with the subject.
  • the cuff pressing pressure by the band unit 10 in the case of the biological information detection device 400 in FIG. 2A
  • the vertical axis represents the DC and AC components of the detection signal.
  • the DC signal shown in the upper part of FIG. 11 in the first detection signal in which the pressure is relatively high, a certain amount of pressure is applied and the DC component is suppressed even when the cuff pressure is relatively low.
  • the pressing force with the second detection signal is relatively low, the degree of suppression of the DC component is smaller than that of the first detection signal in a given cuff pressure state. Therefore, in the range of “optimal cuff press” shown in FIG.
  • the press corresponding to the first light emitting unit 150 is within the range of p3 to p4, so noise is suppressed and the signal level of the pulse signal is increased.
  • the pressure in the second light emitting unit 151 is within the range from p1 to p2, the noise is not sufficiently suppressed, and the body motion noise ratio increases.
  • the first detection signal has a high AC component signal level
  • the second detection signal is the AC component signal.
  • the level is low.
  • the pulse signal appears in the change of the detection signal, that is, the AC component, in FIG. 11, the pulse signal is sufficiently detected by the first detection signal, whereas the second detection signal is It shows that the ratio of body motion noise is relatively high.
  • the difference in pressure may be realized by the difference in height at the position in contact with the subject. As described above, the pressure is higher at the contact position corresponding to the first light emitting unit 150 that mainly detects the pulse signal, and the pressure is higher than the first light emitting unit 150 at the contact position corresponding to the second light emitting unit 151. Lower.
  • the above-described H1 that is, “the position of contact with the subject or the height of the contact region at the position or region corresponding to the first light emitting unit 150” refers to the object in the arrangement region of the first light emitting unit 150. It may be the contact position with the specimen or the height of the contact area. Similarly, H2 may be the contact position with the subject or the height of the contact area in the arrangement region of the second light emitting unit 151. In other words, the position or region corresponding to the first light emitting unit 150 (second light emitting unit 151) may be an arrangement region of the first light emitting unit 150 (second light emitting unit 151).
  • the arrangement region is a region where elements are arranged in the sensor unit 40, and the elements are mounted on the substrate 160 (or a height adjusting member provided on the substrate 160) as shown in FIG. In this case, it may be a region of the element itself in a plan view viewed from a direction orthogonal to the substrate 160.
  • the “element” may refer only to the LED, but is not limited thereto, and may refer to the entire package having the LED. For example, when an LED, a lens for light irradiation, a sealing resin, and the like are packaged together, the entire package is regarded as an “element” (for example, the first light emitting unit 150).
  • an optical filter configured as one package may be considered as the light receiving unit 140.
  • the contact position is a certain region (narrowly defined). Is assumed to be the entire surface of the first light emitting unit 150 on the subject side. In this case, the contact position with the subject may be an arbitrary point in the arrangement region, an area having a certain area, or the entire arrangement region. When the contact position is an area, the height may be different depending on the position. In that case, an average height or the like may be used as the height at the contact position.
  • each element of the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 is in contact with the subject.
  • HA1> By satisfying the relationship of HA2, H1> H2 may be satisfied. That is, the height at the contact position of each light emitting unit may be the height of the surface of the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 on the subject side.
  • each of the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 has a rectangular parallelepiped shape
  • the height of one surface on the subject side of the six surfaces of the rectangular parallelepiped is in contact. The height at the position.
  • the height in the contact region is the entire region. It is constant at.
  • the height with respect to the reference surface changes depending on the position in the contact area. . Therefore, in this embodiment, for example, the height of the contact area with the subject may be the average height of the heights at each point included in the contact area. In this way, even when a contact region having a certain area is targeted, the height can be appropriately defined.
  • the second light-emitting portion 151 and the light-receiving portion 140 are provided on the substrate 160, and the first light-emitting portion 150, Height adjusting members (161, 162) may be provided between the substrate 160 and the substrate 160.
  • the resin 60 is used for fixing the first light emitting unit 150, the second light emitting unit 151, the light receiving unit 140, and the like. In FIGS. 1A to 1C, the resin 60 does not contribute to the height at the contact position.
  • the height adjusting member by using the height adjusting member, it is possible to make a difference between the height in the arrangement region of the first light emitting unit 150 and the height in the arrangement region of the second light emitting unit 151. .
  • the difference in height is adjusted by the height adjusting member, the height of the first light emitting unit 150 itself (the length of the first light emitting unit 150 in the DR1 direction, which will be described later, LH1) and the first It is possible to loosen the restriction on the height (LH2) of the second light emitting unit 151 itself.
  • LH1 LH2
  • the height adjustment member having a sufficient height can be used.
  • the height with respect to a given reference plane can be increased for the first light emitting unit 150 (HA1> HA2).
  • the height adjusting member may be the second substrate 161 as shown in FIG.
  • the external connection terminal of the first light emitting unit 150 is connected to the connection terminal provided on the substrate 160 through the through hole of the second substrate 161.
  • the electrical connection between the first light-emitting portion 150 and the substrate 160 is not limited to this, and the external connection terminal of the first light-emitting portion 150 is connected via the wire WI as shown in FIG. A connection terminal provided on the substrate 160 may be connected.
  • the height adjusting member does not need to have a structure for electrical connection, and is realized by, for example, an insulator. Can do.
  • the height adjustment member may not be provided, and a difference may be provided in the height of the light emitting unit 150 itself.
  • the length of the first light emitting unit 150 in the first direction DR1 is LHB1, and the length of the second light emitting unit 151 in the first direction DR1.
  • LHB1 the length of the first light emitting unit 150 in the first direction DR1
  • LH2 the length of the second light emitting unit 151 in the first direction DR1.
  • the relationship of LHB1> LH2 may be established, so that H1> H2.
  • DR1 is a direction from the sensor unit 40 toward the subject when detecting biological information, as shown in FIG.
  • the direction DR1 is a direction perpendicular to the substrate 160 toward the subject.
  • the direction is perpendicular to the upper surface of the first light emitting unit 150, the upper surface of the second light emitting unit 151, or the upper surface of the light receiving unit 140, and the direction toward the subject.
  • the height difference between the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 may be provided by changing the height of the resin sealing case of the light emitting unit 150.
  • the sensor unit according to the present embodiment is not limited to a structure in which each element of the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 is in contact with the subject.
  • the sensor unit 40 is provided at a position closer to the subject than the first light emitting unit 150, transmits light from the subject, and transmits biological information of the subject.
  • a translucent member 50 that contacts and presses the subject at the time of measurement may be included.
  • the height of the translucent member 50 at the position or region corresponding to the first light emitting unit 150 is HD1
  • the relationship of HD1> H2 is established, so that H1> H2. That is, the height at the position or region corresponding to the first light emitting unit 150 may be the height of the translucent member 50 at the position or region corresponding to the first light emitting unit 150.
  • H2 may specifically be the height HA2 up to the subject side surface of the second light emitting unit 151, or the length LH2 of DR2 of the second light emitting unit 151.
  • it may be the height HD2 of the translucent member 50 provided on the subject side of the second light emitting unit 151 as will be described later.
  • the translucent member 50 is provided on the surface of the biological information detecting device 400 that comes into contact with the subject, and transmits light from the subject.
  • the translucent member 50 contacts the subject when measuring the biological information of the subject.
  • the convex portion 52 of the translucent member 50 may be in contact with the subject.
  • the surface shape of the convex portion 52 is desirably a curved surface shape (spherical shape), but is not limited to this, and various shapes can be adopted.
  • the translucent member 50 should just be transparent with respect to the wavelength of the light from a subject, and may use a transparent material and may use a colored material. By using a colored material, the translucent member 50 can function as a band-pass filter that blocks light other than the detection target wavelength band.
  • the height of the translucent member 50 For example, from the given reference plane (for example, the surface of the substrate 160 as in the above example). The distance may be the height.
  • the shape of the translucent member 50 can be variously modified as shown in FIGS. 12 (B) and 12 (C).
  • the translucent member 50 may be provided not only at the position or region corresponding to the first light emitting unit 150 but also at the position or region corresponding to the second light emitting unit 151.
  • the translucent member 50 is provided at a position closer to the subject than the second light emitting unit 151, transmits light from the subject, and the subject.
  • the relationship of HD1> HD2 is established when the height of the translucent member 50 at the position or region corresponding to the second light emitting unit 151 is set to HD2 when the subject is pressed while measuring the biological information.
  • H1> H2 may be satisfied.
  • a plurality of convex portions 52 may be provided.
  • a convex portion 52-1 is provided for the first photoelectric sensor realized by the first light emitting unit 150 and the light receiving unit 140, and the second light emitting unit 151 and the light receiving unit are provided.
  • a convex portion 52-2 is provided for the second photoelectric sensor realized by 140.
  • the height HD1 is the height of the translucent member 50 at the representative position of the first light emitting unit 150
  • the height HD2 is the height of the translucent member 50 at the representative position of the second light emitting unit 151. It may be.
  • the representative position here, for example, the center position of each light emitting unit may be used.
  • the center position of the first light emitting unit 150 is A1 in FIG. 13A
  • the center position of the second light emitting unit 151 is A2 in FIG. 13B
  • the height of the translucent member 50 at the center position A1 of the first light emitting unit 150 is from A1 to the DR1 direction (the direction perpendicular to the substrate 160 and toward the subject side as shown in FIG. 12A).
  • An intersection point between the extended straight line and the surface of the translucent member 50 (a surface that contacts the subject at the time of mounting) may be defined, and the height HD1 of the translucent member 50 at the intersection point may be used.
  • the region including the first light emitting unit 150 and the light receiving unit 140 in the plan view viewed from the subject side is defined as the first region
  • the region including the second light emitting unit 151 and the light receiving unit 140 is defined as the second region.
  • the height HD1 may be an average height of the light transmitting member 50 in the first region
  • the height HD2 may be an average height of the light transmitting member 50 in the second region.
  • the plan view viewed from the subject side refers to DR2 (FIG. 12A) from the viewpoint set on the subject side (DR1 side) with respect to the first light emitting unit 150 and the like in FIG.
  • DR2 FIG. 12A
  • the direction of the opposite direction of DR1 is observed, and specifically, the states of FIGS. 13A and 13B are shown.
  • Various regions including the light emitting unit and the light receiving unit are conceivable.
  • a rectangular region including the light emitting unit and the light receiving unit and having a minimum area may be considered.
  • the region (first region) corresponding to the first light emitting unit 150 is R1 in FIG. 13A
  • the region (second region) corresponding to the second light emitting unit 151 is FIG. ) R2.
  • the height of the translucent member in the region corresponding to the first light emitting unit 150 defines the intersection of the straight line extending in the DR1 direction from each point included in R1 and the surface of the translucent member 50, and What is necessary is just to obtain
  • the average value of the height of the translucent member 50 in the range shown in FIG. may be averaged also in the depth direction in FIG.
  • the average height at R2 may be HD2.
  • the shape of the translucent member 50 at the position or region corresponding to the light receiving unit 140 can be variously modified.
  • the translucent member 50 is also provided on the subject side of the light receiving unit 140.
  • the translucent member 50 is not provided on the subject side of the light receiving unit 140.
  • the first light emitting unit 150 itself or a member other than the translucent member 50 may contact the subject.
  • the sensor unit 40 includes at least a first member 181 provided between the first light emitting unit 150 and the light receiving unit 140, and at least a second member provided between the second light emitting unit 151 and the light receiving unit 140.
  • Member 182 may be included.
  • the height of the first member 181 is HC1 and the height of the second member 182 is HC2
  • the relationship of HC1> HC2 is established, so that H1> H2. That is, the height at the position or region corresponding to the first light emitting unit 150 is the height of the first member 181, and the height at the position or region corresponding to the second light emitting unit 151 is the second member.
  • the height may be 182.
  • first member 181 and the second member 182 may have a structure that realizes a difference in pressing, and may stabilize the contact state between the sensor unit 40 and the subject.
  • the first member 181 and the second member 182 may be two different members, but are not limited to this, and various modifications can be made.
  • the first member 181 and the second member 182 may be a part of the frame portion 180.
  • the frame part 180 is provided around the light receiving part 140 as shown in FIG.
  • FIG. 14A is a plan view from a direction perpendicular to the substrate 160, as in FIG.
  • the rectangular frame portion 180 surrounding the light receiving portion 140 and the like is shown.
  • the shape is not limited to this, and a circular shape or other polygonal shapes may be used.
  • the frame portion 180 does not need to be realized by a continuous shape, and the frame portion 180 having a gap (for example, constituted by a plurality of arcs that do not contact each other) may be used.
  • FIG. 14A the first member 181 corresponds to one side of the frame portion 180 on the first light emitting portion 150 side, and the second member 182 is the second light emitting portion of the frame portion 180. This corresponds to one side of the 151 side.
  • FIG. 14B shows the height of the first member 181 and the second member 182 in this case.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view seen from the direction along the substrate in the same manner as FIG. 1A and the like, and specifically is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.
  • a frame unit 180 includes a first frame unit 180-1 provided around the first light emitting unit 150 and a second frame provided around the second light emitting unit 151. 2 frame portions 180-2.
  • the first member 181 corresponds to one side of the first frame unit 180-1 on the light receiving unit 140 side
  • the second member 182 includes the second frame unit 180-2. , Corresponding to one side of the light receiving unit 140 side.
  • the frame portion 180 is provided around the first frame portion 180-1 provided around the first light emitting portion 150 and the second light emitting portion 151.
  • the second frame unit 180-2 and the third frame unit 180-3 provided around the light receiving unit 140 may be used.
  • the first member 181 includes one side of the first frame unit 180-1 on the light receiving unit 140 side and one side of the third frame unit 180-3 on the first light emitting unit 150 side.
  • the second member 182 includes one side of the second frame unit 180-2 on the light receiving unit 140 side and one side of the third frame unit 180-3 on the second light emitting unit 151 side. Corresponds to at least one.
  • the height of the contact position with the subject in the position or region corresponding to the light receiving unit 140 is the same as the height of the contact position with the subject in the position or region corresponding to the first light emitting unit 150. Good.
  • the height in the arrangement region of the light receiving portion 140, and in FIGS. 12A and 12C, the light transmission is achieved.
  • the average height of the member 50 is the average height of the member 50.
  • the light receiving unit 140 may be provided between the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 in the present embodiment.
  • the pressure corresponding to the first detection signal is mainly applied to the light receiving unit 140.
  • the pressure corresponding to the second detection signal is mainly due to the height of the light receiving unit 140. That is, even if a difference is provided between the heights of the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151, the pressing difference between the first detection signal and the second detection signal is reduced, and the processing accuracy is reduced. There is a risk.
  • the light receiving unit 140 receives the light from the subject when the pressure applied to the measurement site of the subject is the first press and the pressure applied to the measurement site of the subject. Light from the subject in the case of the second pressure P2 that is smaller than the first pressure is received. Thereby, noise (body motion noise) included in the detection signal is appropriately reduced, and accurate calculation processing of pulse wave information becomes possible.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the influence of the distance between the light emitting unit and the light receiving unit on the penetration depth of light.
  • the first light emitting unit 150 and the light receiving unit 140, and the second light emitting unit 151 and the light receiving unit 140 are in contact with the skin surface Sf of the user's wrist.
  • the light receiving unit 140 is shared by the two light emitting units.
  • the translucent member 50 is actually in contact with the subject.
  • the translucent member is used to simplify the explanation. 50 is omitted.
  • the first light emitting unit 150 is suitable for measuring a pulse wave in a blood vessel located at a relatively shallower position than the second light emitting unit 151.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the distance LD between the light emitting unit and the light receiving unit 140 and the signal intensity.
  • the distance LD between the light emitting unit and the light receiving unit 140 is, for example, the distance between the center position (representative position) of the light emitting unit and the light receiving unit.
  • the position of the light receiving unit 140 is the center position of the rectangular shape.
  • the position of the light emitting unit 150 is, for example, the center position of the lens unit (the position of the LED chip).
  • the distance between the light receiving unit 140 and the first light emitting unit 150 is LD ⁇ 3 mm.
  • the characteristic curve G1 is saturated in the range where LD ⁇ 3 mm.
  • the signal intensity greatly increases as the distance LD becomes shorter. Therefore, in this sense, it is desirable that LD ⁇ 3 mm.
  • FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a state in which light emitted from the light emitting unit is reflected and scattered in the living body, and a part of the light is received by the light receiving unit.
  • the light from the light emitting unit diffuses or scatters in the blood vessel or the like of the subject, and the light enters the light receiving unit 140 to detect a pulse wave.
  • the distance LB is, for example, 100 ⁇ m to 150 ⁇ m
  • the pulse wave detection signal is expected to be extremely small. That is, as the distance LD becomes shorter, the measurement distance LB in the depth direction also becomes smaller accordingly, and if there is no detection target in the range of the distance LB, the detection signal becomes extremely small.
  • L1 ⁇ 1.0 mm is set. That is, it is desirable that 1.0 mm ⁇ L1 ⁇ 3.0 mm.
  • the distance L2 between the second light emitting unit 151 and the light receiving unit 140 is set so that the sensitivity to the pulse signal is lower than that of the first light emitting unit 150 and the sensitivity to body motion noise is increased. do it.
  • L2 ⁇ 1.0 mm or 3.0 mm ⁇ L2
  • the degree of the pulse signal is lower than the first light emitting unit 150 where 1.0 mm ⁇ L1 ⁇ 3.0 mm, and the degree of body movement noise Will increase (MN ratio will decrease).
  • the MN ratio of the detection signal based on the light from the second light emitting unit 151 (M represents a pulse signal, N represents noise, and the MN ratio is a ratio of the pulse signal to noise (general SN ratio)).
  • M represents a pulse signal
  • N represents noise
  • the MN ratio is a ratio of the pulse signal to noise (general SN ratio)
  • the MN ratio of the detection signal based on the light from the first light emitting unit 150 is sufficiently small. That is, rather than setting the distance as an absolute value of L2 ⁇ 1.0 mm or 3.0 mm ⁇ L2, the noise is reduced to some extent between the first and second detection signals (for example, noise reduction by a spectrum subtraction method described later).
  • the point of changing the value of L2 with respect to L1 may be emphasized so that a difference in the degree of processing) is possible.
  • the second detection signal based on the light from the second light emitting unit 151 does not prevent the pulse component from being included to some extent, as long as the MN ratio is small compared to the first detection signal.
  • L2 may be within a range of 1.0 mm ⁇ L2 ⁇ 3.0 mm.
  • the relationship between L1 and L2 for causing a difference between the first and second detection signals may be, for example, L2> 2 ⁇ L1.
  • L1 1.0 mm
  • the condition that the MN ratio of the second detection signal is smaller than the first detection signal for which is set can be satisfied.
  • L2 may be set to a very small value as described above. That is, L2 ⁇ L1, and for example, the distance between the light receiving unit 140 and each light emitting unit may be determined based on the relationship L2 ⁇ L1 / 2.
  • L1 and L2 extremely small values.
  • L1 1.0 mm
  • L2 it is necessary to satisfy L2 ⁇ 0.5 mm and the like, and it may be difficult to arrange the components due to space.
  • L1 may be 1 mm ⁇ L1 ⁇ 3 mm
  • L2 may be 2 mm ⁇ L2.
  • the condition of L2 must satisfy not only 2 mm ⁇ L2 but also the relative relationship.
  • the conditions may be made more strict so that L2> 2 ⁇ L1 and L2 ⁇ 2 mm.
  • the arrangement of the light receiving unit 140 and the plurality of light emitting units is not limited to this.
  • the light receiving unit 140, the first light emitting unit 150, and the second light emitting unit 151 may be mounted side by side along a given direction.
  • the distance between the light emitting portion and the light receiving portion is naturally different, and specifically, L1 ⁇ L2 as shown in FIG. In a narrower sense, L2> 2 ⁇ L1 may be satisfied.
  • the height H1 of the contact position with the subject in the position or region corresponding to the first light emitting unit 150 is the position corresponding to the second light emitting unit 151 or What is necessary is just to make it higher than the height H2 of the contact position with the subject in the region.
  • any of the structures described above such as FIGS. 1A to 1C may be used.
  • the optical path from the first light emitting part 150 to the light receiving part 140 and the second light emitting part do not overlap. Therefore, in the embodiment in which the translucent member 50 is provided as shown in FIG. 12C, the convex portions 52-1 and the convex portions 52-2 are less likely to interfere with each other, and a difference in height between HD1 and HD2 may be provided. There is an advantage that it is easy.
  • the opposing arrangement is closer to the first light emitting unit 150 than the arrangement of FIG.
  • An overlapping portion between the corresponding region R1 and the region R2 corresponding to the second light emitting unit 151 is reduced. Therefore, when obtaining the average of the heights, the overlapping portion is smaller than in the example of FIG. 19 and it is easy to provide a difference in height.
  • each detection signal has a certain degree of correlation while having different characteristics. That is, if importance is attached to the correlation between the first and second detection signals, it may be advantageous to use the arrangement described above with reference to FIG.
  • the biological information detection apparatus 400 includes two photoelectric sensors, that is, an example including at least one light receiving unit and two light emitting units.
  • the above photoelectric sensor may be included.
  • one light-receiving unit may be shared by all the light-emitting units, or a light-receiving unit paired with each light-emitting unit may be provided, or they may be combined.
  • the biological information detection apparatus may include first to N (N is an integer equal to or greater than 3) light emitting units and first to kth (k is an integer satisfying 1 ⁇ k ⁇ N) light receiving units. .
  • Timing Control As described above, in the present embodiment, it is assumed that one light receiving unit 140 is shared by a plurality of light emitting units. In this case, if light from a plurality of light emitting units is incident on the light receiving unit 140 at the same time, it is difficult for the light receiving unit 140 to separate and process the light. As a result, even if two signals having different characteristics are obtained by providing a difference in pressing, they are mixed and cannot be appropriately processed.
  • the processing unit 200 receives the first light reception result (first detection signal) of the light receiving unit 140 at the first timing and the light receiving unit at the second timing different from the first timing. Based on 140 second light reception results (second detection signals), biological information detection processing is performed.
  • the first detection signal when the press is the first press P1 and the second detection signal when the press is the second press P2 are acquired at different timings (exclusive Can be acquired at the timing). That is, it is possible to prevent the first detection signal and the second detection signal from being mixed in the light receiving unit 140.
  • Such processing can be realized by appropriately controlling the light emission timings of the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 and the light receiving timing of the light receiving unit 140. That is, as described above, the biological information detection apparatus 400 (sensor unit 40) according to the present embodiment includes the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 as the light emitting units, and the processing unit 200 includes: The first detection signal of the light receiving unit 140 at the first timing based on the light emission of the first light emitting unit 150 and the second detection signal of the light receiving unit 140 at the second timing based on the light emission of the second light emitting unit 151. Biological information detection processing is performed based on the detection signal.
  • the problem here is not the detection signal acquisition timing of the processing unit 200 but the light reception timing of the light receiving unit 140 (or the light emission timings of the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151). .
  • the timing when the light based on the first light emitting unit 150 is received by the light receiving unit 140 and the timing when the light based on the second light emitting unit 151 is received by the light receiving unit 140 are different timings.
  • the light emission timing and the light reception timing are strictly different considering that the light is irradiated by the light emitting unit and then reflected by the subject and the reflected light is received by the light receiving unit 140. is there.
  • considering the speed of light and the short optical path length there is no need to consider the time difference between the light emission timing and the light reception timing.
  • the light emission timing may be controlled so that the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 emit light exclusively.
  • light reception may be performed at a predetermined timing (for example, timing corresponding to a given clock signal).
  • the detection analog circuit performs processing on the first detection signal and processing on the second detection signal. The process needs to be clearly distinguished.
  • a first analog circuit for the first detection signal and a second analog circuit for the second detection signal are prepared, and the first light emission unit 150 emits light at the first light emission timing.
  • One analog circuit may be operated, and the second analog circuit may be operated at the light emission timing of the second light emitting unit 151.
  • the first detection signal and the second detection signal have a certain degree of correlation. That is, when noise reduction processing is performed on the first detection signal, it is not preferable that the second detection signal to be used is a signal acquired at a timing that is significantly different from the first detection signal. This is because if the acquisition timing (light reception timing) of the first detection signal and the acquisition timing of the second detection signal are significantly different, the user's state may have changed, and the correlation between the two signals is very high. This is because it can be low.
  • the processing unit 200 acquires the first detection signal of the light receiving unit 140 at the first timing and the third timing, and the second light receiving unit at the second timing and the fourth timing. What is necessary is just to acquire the detection signal.
  • the detection signal acquired from the first detection signal to the second detection signal is at least after the first timing and until the second timing (including the second timing itself). Change.
  • the characteristic of the detection signal changes after the second timing until the third timing, and after the third timing until the fourth timing. Therefore, for example, when processing is performed by combining the second detection signal at the second timing and the first detection signal at the given timing, the first detection signal is at least the first timing. Since it is acquired at the third timing, the time difference between the two detection signals can be prevented from becoming extremely large, that is, the correlation between the two signals can be prevented from becoming extremely low.
  • the second detection signal used for noise reduction processing of the first detection signal is acquired at a timing adjacent to the first detection signal. It is good also as what to do.
  • the second timing is the timing next to the first timing
  • the third timing is the timing next to the second timing
  • the fourth timing is the timing of the third timing.
  • the processing unit 200 acquires the first detection signal of the light receiving unit 140 at the first timing and the third timing, and the light receiving unit at the second timing and the fourth timing. 140 second detection signals may be acquired.
  • the light emission intensity of the light emitting unit may be changed at adjacent timings such as the first timing and the second timing, the second timing and the third timing, or the third timing and the fourth timing.
  • the SN ratio of the first detection signal is improved, so that an appropriate pulse rate can be calculated.
  • the SN ratio of the second detection signal is improved, so that noise reduction in the noise reduction processing can be performed more accurately.
  • FIG. 20 An example of control in this case is shown in FIG.
  • the horizontal axis in FIG. 20 represents time.
  • the first light emitting unit 150 and the second light emitting unit 151 emit light alternately according to the light receiving timing at the light receiving unit 140. Note that control may be performed so that the amplitudes of the control signal of the first light emitting unit and the control signal of the second light emitting unit are different.
  • the above timing control is based on the premise that one light receiving unit 140 is shared by a plurality of light emitting units. On the other hand, as long as one light receiving unit receives light from one light emitting unit as in the case where the sensor unit 40 includes a plurality of light receiving units, each light emitting unit of the plurality of light emitting units is excluded. It is not necessary to emit light.
  • the processing unit 200 is based on the first detection signal of the light receiving unit at the first timing and the second detection signal of the light receiving unit (second light receiving unit in a narrow sense) at the first timing. Thus, the biometric information detection process may be performed.
  • the processing unit 200 of the biological information detection apparatus performs the correction process on the first detection signal based on the second detection signal, and the corrected first first signal.
  • Biological information detection processing is performed based on the detection signal.
  • the process part 200 performs the body movement noise reduction process which reduces the body movement noise contained in a detection signal as the said correction process. Thereby, it becomes possible to obtain the biological information with high accuracy while suppressing the influence of body motion noise.
  • the body movement noise reduction process performed in the processing unit 200 will be described. Specifically, the spectral subtraction method performed based on the second detection signal and the adaptive filter processing performed based on the signal from the motion sensor will be described.
  • FIGS. 21A and 21B are diagrams illustrating noise reduction processing of the first detection signal based on the second detection signal using the spectrum subtraction method.
  • a spectrum is obtained by performing frequency conversion processing on each of the first and second detection signals. Then, a noise spectrum is estimated from the spectrum of the second detection signal, and a process of subtracting the estimated noise spectrum from the spectrum of the first detection signal is performed.
  • FIG. 21A shows the spectrum of the first detection signal and the spectrum of the second detection signal actually obtained.
  • the spectrum of the second detection signal is mainly a spectrum corresponding to the noise component. That is, it can be estimated that the frequency at which a large peak stands in the spectrum of the second detection signal is a frequency corresponding to body motion noise.
  • the peak of the spectrum of the second detection signal may be subtracted, but the present invention is not limited to this.
  • the entire spectrum of the second detection signal is subtracted from the entire spectrum of the first detection signal.
  • the processing to be performed may be performed.
  • one of the first detection signal and the second detection signal is multiplied by a coefficient so as to cancel out noise.
  • This coefficient is obtained from the signal intensity of a predetermined frequency, for example.
  • the noise and the signal may be separated by a technique such as clustering, and the coefficient may be calculated so that the noise of the first detection signal and the noise of the second detection signal have the same intensity.
  • FIG. 21B shows an example of the first detection signal before and after the body motion noise reduction processing by the spectrum subtraction method.
  • body motion noises appearing at 0.7 to 0.8 Hz (42 to 48 in terms of pulse rate) and 1.5 Hz (pulse rate of 90) were reduced by the body motion noise reduction processing. It is possible to suppress the possibility of erroneous determination that these are pulse signals.
  • the signal level of the spectrum corresponding to the pulse signal appearing around 1.1 Hz (pulse rate 66) can be maintained without being reduced.
  • the spectrum subtraction method is realized by frequency conversion processing such as FFT (Fast Fourier Transform) and subtraction processing on the spectrum, and thus has an advantage that the algorithm is simple and the calculation amount is small. Moreover, since there is no learning element like the adaptive filter process mentioned later, there exists a characteristic that instantaneous responsiveness is high.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • body motion noise reduction processing (second body motion noise reduction processing) based on detection signals from the motion sensor using adaptive filter processing
  • a specific example of noise reduction processing using an adaptive filter is shown in FIG. Specifically, since the detection signal of the motion sensor corresponds to body movement noise, a process for removing the noise component specified from the detection signal from the first detection signal is performed. Same as the law.
  • the estimated body motion noise component is calculated by performing filter processing in which the filter coefficient is adaptively determined for the body motion detection signal, and the difference between the pulse wave detection signal and the estimated body motion noise component is calculated. To do. Since the filter coefficient is determined adaptively (by learning), it is possible to improve the accuracy of noise reduction processing, but it is necessary to consider the processing load and output delay in determining the filter coefficient . Note that adaptive filter processing is a widely known technique, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the biological information detection apparatus includes a motion sensor (acceleration sensor 172) as illustrated in FIG. 5, and the processing unit 200 detects the first detection signal based on the detection signal from the motion sensor.
  • a second body motion noise reduction process for reducing body motion noise is performed.
  • the processing unit 200 performs body motion noise reduction processing on the first detection signal based on the second detection signal, and based on the detection signal from the motion sensor on the signal after the body motion noise reduction processing. Then, the second body motion noise reduction process may be performed.
  • FIG. 23 shows the flow of each signal in this case.
  • a pulse signal and a noise signal can be detected from a living body, but each detection signal of a plurality of detection signals includes both of them.
  • the ratio differs for each detection signal, the first detection signal has a relatively large pulse signal, and the second detection signal has a lower pulse signal ratio than the first detection signal (body motion). High noise ratio).
  • the pulse signal and the body motion signal are separated using these two detection signals. This process is realized by the spectrum subtraction method described above.
  • a second body motion noise reduction process using a motion sensor detection signal acceleration signal in FIG. 23
  • the pulse rate and the like are estimated from the result.
  • the first detection signal mainly including the pulse wave component is acquired by the first press P1 having a high pressure
  • the second detection mainly including the body movement noise is acquired by the second press P2 having a relatively low pressure.
  • the signal was to be acquired.
  • the method of this embodiment is not limited to this.
  • the pulse wave component is reduced and the ratio of the body motion noise component is relatively increased.
  • the side with relatively high pressure is not a pulse wave component and the side with relatively low pressure is a body motion noise component, but the side with relatively high pressure is the body motion noise component and the pressure is relatively Variations in which the lower side is a pulse wave component are possible. For example, in the example of FIG.
  • the processing unit 200 performs correction processing of the second detection signal based on the first detection signal, and performs detection processing of the biological information based on the corrected second detection signal.

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Abstract

 複数の特性の異なる信号に基づいて、高精度な脈波情報を取得するセンサーユニット、生体情報検出装置、電子機器及び生体情報検出方法等を提供すること。 センサーユニット40は、被検体に対して光を出射する第1の発光部150と、被検体に対して光を出射する第2の発光部151と、被検体からの光を受光する受光部140を含み、第1の発光部150に対応する位置又は領域における、被検体との接触位置又は接触領域の高さをH1とし、第2の発光部151に対応する位置又は領域における、被検体との接触位置又は接触領域の高さをH2とした場合に、H1>H2である。

Description

センサーユニット、生体情報検出装置、電子機器及び生体情報検出方法
 本発明は、センサーユニット、生体情報検出装置、電子機器及び生体情報検出方法等に関する。
 脈波は血液の容積の変化として現れるため、光電脈波センサーは、測定対象となる部位の血量の変化を捉えることによって脈波を測定することができる。しかし、測定される部分の血液の容積は、心臓の拍動(すなわち、脈波)のほか、人体の動き(以下、体動という)によっても変化する。そのため、光電脈波センサーにより脈波を測定する際には、心臓から測定される部位まで伝搬する過程で、体動によるノイズが波動に含まれる場合がある。つまり、血液は流体であり、血管には弾性があるため、体動によって生じた血液の流れが血液量の変化を生み、偽脈動として測定されてしまう場合がある。
 このような体動によるノイズ成分を除去するための演算処理を行う脈波測定装置が開発されている。例えば、特許文献1は、異なる波長の光をそれぞれ照射して、それらの反射光を同時に測定し、測定値から脈動成分を抽出する手法が記載されている。この手法は、動脈血で支配的な酸化ヘモグロビンと静脈血で支配的な還元ヘモグロビンとで、異なる吸光特性があることを利用している。
特開昭55-120858号公報
 しかし、反射光を検知して脈波を測定するセンサーにおいて用いられる波長の異なる照射光は、生体内部への光の浸透深度も異なる。そのため、特許文献1に開示された技術では、複数のセンサー間で生じる吸光度の差が、波長が異なる光の浸透深度の差による影響をも含むこととなり、体動によるノイズを低減することが困難である。
 本発明の幾つかの態様によれば、ある程度の相関を有しつつ、特性の異なる複数の信号を検出するセンサーユニット、生体情報検出装置、電子機器及び生体情報検出方法等を提供することができる。
 また、本発明の幾つかの態様によれば、複数の発光部からの光により取得される特性の異なる信号に基づいて、高精度な脈波情報を取得するセンサーユニット、生体情報検出装置、電子機器及び生体情報検出方法等を提供することができる。
 本発明の一態様は、被検体に対して光を出射する第1の発光部と、前記被検体に対して光を出射する第2の発光部と、前記被検体からの光を受光する受光部と、を含み、前記第1の発光部に対応する位置又は領域における、前記被検体との接触位置又は接触領域の高さをH1とし、前記第2の発光部に対応する位置又は領域における、前記被検体との接触位置又は接触領域の高さをH2とした場合に、H1>H2であるセンサーユニットに関係する。
 本発明の一態様では、複数の発光部を有するセンサーユニットにおいて、各発光部に対応する位置又は領域での高さ(具体的には被検体と接触する部分での高さ)に差を設ける。そのため、接触位置又は接触領域で被検体に加わる押圧に差が生じるため、第1の発光部からの光に基づく受光結果と、第2の発光部からの光に基づく受光結果とで、信号の特性に差を付けること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、H1は、前記第1の発光部の配置領域における、前記被検体との接触位置又は接触領域の高さであり、H2は、前記第2の発光部の配置領域における、前記被検体との接触位置又は接触領域の高さであってもよい。
 これにより、発光部に対応する位置又は領域を基準として、当該発光部を配置することが可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記第1の発光部の前記被検体側の面までの高さをHA1とし、前記第2の発光部の前記被検体側の面までの高さをHA2とした場合に、HA1>HA2の関係が成り立つことで、H1>H2となってもよい。
 これにより、発光部の被検体側の面までの高さに差を設けることで、接触位置又は接触領域までの高さに差を付けること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記第2の発光部と、前記受光部は、基板に設けられ、前記第1の発光部と、前記基板との間に高さ調整部材が設けられてもよい。
 これにより、高さ調整部材を用いて高さの差を実現することが可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記高さ調整部材は第2の基板であり、前記第1の発光部の外部接続端子は、前記第2の基板のスルーホールを介して、前記基板に設けられた接続端子と接続されてもよい。
 これにより、高さ調整部材として第2の基板を用いることが可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記第1の発光部の外部接続端子は、ワイヤーを介して前記基板に設けられた接続端子と接続されてもよい。
 これにより、ワイヤーを用いて第1の発光部と基板(メイン基板)との接続が可能になるため、高さ調整部材として、それ自体で電気的な接続ができない部材(例えば絶縁体)を用いること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、生体情報の検出時において前記センサーユニットから前記被検体へ向かう方向を第1の方向とした場合に、前記第1の発光部の前記第1の方向での長さをLH1とし、前記第2の発光部の前記第1の方向での長さをLH2とした場合に、LH1>LH2の関係が成り立つことで、H1>H2となってもよい。
 これにより、発光部自体の長さ(高さ、厚み)を異ならせることで、接触位置又は接触領域までの高さに差を付けること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、少なくとも前記第1の発光部と前記受光部との間に設けられる第1の部材と、少なくとも前記第2の発光部と前記受光部との間に設けられる第2の部材と、を含み、前記第1の部材の高さをHC1とし、前記第2の部材の高さをHC2とした場合に、HC1>HC2の関係が成り立つことで、H1>H2となってもよい。
 これにより、第1の発光部に対応する所与の部材と、第2の発光部に対応する他の部材を設け、当該部材の高さに差を設けることで、接触位置又は接触領域までの高さに差を付けること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記第1の発光部よりも前記被検体側の位置に設けられ、前記被検体からの光を透過し、且つ前記被検体の生体情報の測定時に前記被検体に接触して押圧を与える透光部材を含み、前記第1の発光部に対応する位置又は領域における前記透光部材の高さをHD1とした場合に、HD1>H2の関係が成り立つことで、H1>H2となってもよい。
 これにより、少なくとも第1の発光部の被検体側に透光部材を設け、当該透光部材の高さを高くすることで、接触位置又は接触領域までの高さに差を付けること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記透光部材は、前記第2の発光部よりも前記被検体側の位置に設けられ、前記被検体からの光を透過し、且つ前記被検体の生体情報の測定時に前記被検体に接触して押圧を与え、前記第2の発光部に対応する位置又は領域における前記透光部材の高さをHD2とした場合に、HD1>HD2の関係が成り立つことで、H1>H2となってもよい。
 これにより、第2の発光部の被検体側にも透光部材を設けることができ、第1の発光部での透光部材の高さと、第2の発光部での透光部材の高さに差を設けることで、接触位置又は接触領域までの高さに差を付けること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記受光部に対応する位置又は領域における、前記被検体との接触位置又は接触領域の高さをH3とした場合に、H1≧H3≧H2(ただしH1=H3=H2の場合を除く)であってもよい。
 これにより、第1の発光部と第2の発光部に対応する高さだけでなく、受光部に対応する高さまで考慮した構造を用いること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記受光部は、前記被検体の測定部位に与えられる押圧が第1の押圧である場合の前記被検体からの光と、前記被検体の測定部位に与えられる前記押圧が前記第1の押圧に比べて小さい第2の押圧である場合の前記被検体からの光を受光してもよい。
 これにより、受光部において押圧の状態が異なる複数の光を受光すること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記被検体との前記接触領域の高さとは、前記接触領域に含まれる各点での高さの平均高さであってもよい。
 これにより、「領域の高さ」として、具体的に当該領域での平均高さを用いることが可能になる。
 また、本発明の他の態様は、上記のセンサーユニットを含む生体情報検出装置に関係する。
 本発明の他の態様では、前記第1の発光部からの光に対応する前記被検体からの光の受光結果である第1の受光結果と、前記第2の発光部からの光に対応する前記被検体からの光の前記受光結果である第2の受光結果とに基づいて、生体情報の検出処理を行う処理部を含んでもよい。
 これにより、各発光部からの光に基づく受光結果を用いて生体情報を検出すること等が可能になる。
 また、本発明の他の態様は、被検体に対して光を出射する少なくとも1つの発光部と、前記被検体からの光を受光する少なくとも1つの受光部と、前記受光部から出力される検出信号に基づいて、生体情報の検出処理を行う処理部と、を含み、前記処理部は、前記被検体の測定部位に与えられる押圧が第1の押圧である場合の前記検出信号である第1の検出信号と、前記被検体の測定部位に与えられる前記押圧が前記第1の押圧に比べて小さい第2の押圧である場合の前記検出信号である第2の検出信号とに基づいて、前記生体情報の検出処理を行う生体情報検出装置に関係する。
 本発明の一態様では、第1の押圧となる状態で取得された第1の検出信号と、第2の押圧となる状態で取得された第2の検出信号とに基づいて生体情報を検出する。押圧の状態が異なることで、受光結果(検出信号)の特性が異なるため、特性の異なる複数の信号を用いることで、生体情報を精度よく検出すること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記処理部は、第1のタイミングでの前記受光部の前記第1の検出信号と、前記第1のタイミングとは異なる第2のタイミングでの前記受光部の前記第2の検出信号とに基づいて、前記生体情報の検出処理を行ってもよい。
 これにより、第1の検出信号と第2の検出信号とで、それぞれ受光部での受光タイミングを異ならせることが可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記発光部として、第1の発光部と第2の発光部を有し、前記処理部は、前記第1の発光部の発光に基づく前記第1のタイミングでの前記受光部の前記第1の検出信号と、前記第2の発光部の発光に基づく前記第2のタイミングでの前記受光部の前記第2の検出信号とに基づいて、前記生体情報の検出処理を行ってもよい。
 これにより、2つの発光部を用い、各発光部に起因する光の受光部での受光タイミングを制御することで、適切なタイミングで検出信号を取得すること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記第2のタイミングは、前記第1のタイミングのあとのタイミングであり、第3のタイミングは、前記第2のタイミングのあとのタイミングであり、第4のタイミングは、前記第3のタイミングのあとのタイミングである場合に、前記処理部は、前記第1のタイミング及び前記第3のタイミングでの前記受光部の前記第1の検出信号を取得し、前記第2のタイミング及び前記第4のタイミングでの前記受光部の前記第2の検出信号を取得してもよい。
 これにより、少なくとも4つのタイミングにおいて、第1の検出信号と第2の検出信号が受光部において交互に取得されることになり、特性の異なる2つの検出信号を時間的に近いタイミングで取得すること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記処理部は、第1のタイミングでの前記受光部の前記第1の検出信号と、前記第1のタイミングでの前記受光部の前記第2の検出信号とに基づいて、前記生体情報の検出処理を行ってもよい。
 これにより、測定条件(押圧)の異なる検出信号に基づいて生体情報の検出処理を行うことができるので、生体情報を精度よく検出することが可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記第2の検出信号に基づいて、前記第1の検出信号の補正処理を行い、補正後の前記第1の検出信号に基づいて前記生体情報の検出処理を行ってもよい。
 これにより、第2の検出信号を第1の検出信号の補正処理に用いること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記第1の検出信号に基づいて、前記第2の検出信号の補正処理を行い、補正後の前記第2の検出信号に基づいて前記生体情報の検出処理を行ってもよい。
 これにより、第1の検出信号を第2の検出信号の補正処理に用いること等が可能になる。
 また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記補正処理として、前記検出信号に含まれる体動ノイズを低減する体動ノイズ低減処理を行ってもよい。
 これにより、上記補正処理として体動ノイズ低減処理を行うことができ、体動ノイズの影響を抑止して高精度で生体情報を検出すること等が可能になる。
 また、本発明の他の態様は、上記のセンサーユニットを含む電子機器に関係する。
 また、本発明の他の態様は、上記の生体情報検出装置を含む電子機器に関係する。
 また、本発明の他の態様は、被検体に対して光を出射する少なくとも1つの発光部と、前記被検体からの光を受光する少なくとも1つの受光部と、を含む生体情報検出装置における生体情報検出方法であって、前記被検体の測定部位に与えられる押圧が第1の押圧である場合の検出信号である第1の検出信号と、前記被検体の測定部位に与えられる前記押圧が前記第1の押圧に比べて小さい第2の押圧である場合の前記検出信号である第2の検出信号とに基づいて、生体情報の検出処理を行う生体情報検出方法に関係する。
図1(A)~図1(C)は本実施形態に係るセンサーユニットの構成例。 図2(A)、図2(B)は本実施形態の生体情報検出装置の外観図。 本実施形態の生体情報検出装置の外観図。 生体情報検出装置の装着及び端末装置との通信についての説明図。 生体情報検出装置の機能ブロック図。 センサーユニットの外観を表す斜視図。 受光部と第1,第2の発光部の配置例を表す平面図。 押圧に対する吸光度の変化を例示する図。 押圧に対する体動ノイズ感度の変化を例示する図。 図10(A)、図10(B)は押圧差を設けない場合と設けた場合での、ノイズ低減処理によるMN比(SN比)の改善度合いを説明する図。 カフ押圧と受光部で検出されるDC成分、AC成分の関係図。 図12(A)~図12(C)は本実施形態に係るセンサーユニットの他の構成例。 図13(A)、図13(B)は第1、第2の発光部に対応する位置又は領域の説明図。 図14(A)、図14(B)はフレーム部の配置例を表す平面図及び断面図。 図15(A)、図15(B)はフレーム部の他の配置例を表す平面図。 発光部と受光部の距離が光の浸透深度に与える影響を説明する図。 発光部と受光部の距離と検出信号の信号強度の関係を示す図。 発光部と受光部の距離と深さ方向での測定距離の関係についての説明図。 図19(A)、図19(B)は発光部と受光部の間の距離に差を設ける場合の説明図。 各発光部の発光タイミング及び受光部の受光タイミングの例。 図21(A)、図21(B)は第2の検出信号を用いた体動ノイズ低減処理を説明する図。 適応フィルター処理を説明する図。 信号処理の流れを説明する図。
 以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
 1.本実施形態の手法
 まず本実施形態の手法について説明する。上述したように、光電センサーを用いて脈波情報等の生体情報を検出する場合、体動によるノイズが問題となる。そのため、精度よく生体情報を検出するには、何らかの手法により体動ノイズを低減する必要がある。ここで、体動ノイズとは、被験者の体動に起因するノイズのことであり、被検体の動作に伴う速度、加速度、動作、姿勢などの変化に起因する物理的なノイズと、被検体の動作による装着状態の変化によって生じる、外光の入射や測定位置のズレなど、光電センサーの測定環境の変化に起因する光学的なノイズとを含み、これらのうち少なくともいずれかを意味する。
 体動ノイズを低減する際には、光電センサーの検出信号のうち、脈信号に対応する成分をできるだけ維持し、体動ノイズに対応する成分を低減(狭義には除去)する。つまり、体動ノイズの低減処理では、体動ノイズに対応する信号成分がどのようなものであるかを知る必要がある。
 これに対して、モーションセンサーを用いることで、体動ノイズを低減する手法が知られている。モーションセンサーは、ユーザー(生体情報検出装置の装着者)の動きを検出するセンサーであるため、当該モーションセンサーを用いることで、体動に対応する信号、即ち体動ノイズに対応する信号が取得可能である。ここでのモーションセンサーは、例えば加速度センサーやジャイロセンサー、気圧センサー等が考えられる。
 本実施形態においても、上記モーションセンサーを用いて体動ノイズを低減する手法を併用することは妨げられないが、本出願人は他の体動ノイズ低減手法を提案する。具体的には、脈信号を検出するための光を射出する第1の発光部とは異なる第2の発光部を用いて、体動ノイズが多く含まれる信号を取得する。
 上述したように、光電センサーでの検出信号には体動ノイズが含まれてしまうものである。この点を利用し、第2の発光部に対応する信号を、敢えて脈信号の感度が低く、体動ノイズの感度が高くなるように設定することで、主として体動ノイズを含む検出信号を取得可能である。
 第2の発光部からの光に基づいて体動ノイズに対応する信号を検出できれば、第1の発光部からの光に基づく検出信号(第1の検出信号)から、第2の発光部からの光に基づく検出信号(第2の検出信号)に対応する成分を除去(低減)することで、体動ノイズの低減が可能となる。この際、第2の検出信号では脈信号の感度が低いため、第1の検出信号に含まれる脈成分まで過剰に低減してしまうことはない。
 ただし、このような処理を可能にするためには、第1の検出信号と第2の検出信号とで、各信号に含まれる体動ノイズの特性(例えば周波数特性)が一致する、或いは十分近くなる必要がある。つまり、第1の検出信号は主として脈信号を含むものであり、第2の検出信号は主として体動ノイズを含むものであるように、信号特性に差を持たせつつも、2つの検出信号の相関は高く保たなくてはならない。
 特許文献1の手法では、複数の受光部を設けて特性の異なる信号を取得しているが、各受光部では、それぞれ検出する光の周波数帯が大きく異なる。そのため、各受光部での検出信号の特性を異ならせることは可能であっても、ある程度の相関関係を持たせることは困難である。なぜなら、光の波長が異なれば生体内への浸透深度も異なり、検出対象となる血管或いは骨等の構造がそもそも異なってしまうためである。
 そのため、本実施形態においては、用いる光の波長帯は複数の検出信号で同じものとする。なお、同じ波長帯の光とは、強度が最大となる波長が完全同一であることを意味するのではなく、強度が最大となる波長が所定の範囲(例えば、同一色の範囲)に収まっていることをいう。第1の発光部と第2の発光部が出力する光は、例えば、ともに470nm以上610nm以下の範囲に含まれる波長帯の光である。より具体的には、第1の発光部、第2の発光部が出力する光は、520nm以上570nm以下の範囲に含まれる波長帯の光である。この波長帯の光は、他の波長に比べて血管中のヘモグロビンに反射されやすい。具体的には、たとえば緑(500nm~570nm)である。
 以下本明細書では、上述したように、各検出信号にある程度の相関関係を持たせつつ、且つ特性が異なるという要件を満たすような、センサーユニット及び生体情報検出装置の具体的な構成について説明する。図8、図9、図17等を用いて後述するように、脈信号に対する感度や体動ノイズに対する感度は、被検体に対して付加される押圧、或いは発光部と受光部間の距離に応じて変化することがわかっている。そして、被検体に対して付加される押圧は、発光部に対応する位置又は領域において被検体に接触する部材の高さにより調整が可能である。なお、被検体に接触する部材とは、図1(A)~図1(C)を用いて後述するように発光部自体の面であってもよいし、図12(A)~図12(C)を用いて後述するように発光部よりも被検体側に設けられる透光部材50であってもよい。
 以下では、押圧差を設けることにより体動ノイズ低減処理が実現できることを説明し、当該押圧差を設けるための詳細な構造を説明する。具体的には、発光部に対応する位置(領域)における被検体との接触位置(領域)の高さ、及び、発光部と受光部間の距離の設定手法や、当該手法により適切に設定された高さ及び距離を有するセンサーユニット、生体情報検出装置の具体的な構成について説明することになる。
 以上のように、本実施形態に係る生体情報検出装置は、被検体に対して光を出射する少なくとも1つの発光部と、被検体からの光を受光する少なくとも1つの受光部と、受光部から出力される検出信号(受光部からの受光結果)に基づいて、生体情報の検出処理を行う処理部200を含む。生体情報検出装置400は、例えば図5を用いて後述する構成であってもよい。そして、処理部200は、被検体の測定部位に与えられる押圧が第1の押圧P1である場合の検出信号である第1の検出信号と、被検体の測定部位に与えられる押圧が第1の押圧P1に比べて小さい第2の押圧P2である場合の検出信号である第2の検出信号とに基づいて、生体情報の検出処理を行う。
 押圧差を実現するためのセンサーユニット40の具体的な構成としては、図1(A)~図1(C)に示した構造等が考えられ、例えば図1(A)のセンサーユニット40は、被検体に対して光を出射する第1の発光部150と、被検体に対して光を出射する第2の発光部151と、被検体からの光を受光する受光部140を含み、第1の発光部150に対応する位置又は領域における、被検体との接触位置又は接触領域の高さをH1とし、第2の発光部151に対応する位置又は領域における、被検体との接触位置又は接触領域の高さをH2とした場合に、H1>H2である。
 ここで、高さをどのように定義するかは種々考えられるが、例えば所与の基準面を設定し、当該基準面に対する距離(具体的には基準面を起点として、当該基準面に垂直な方向での対象位置までの長さ)を高さとしてもよい。ここで、所与の部分において大きな押圧を与えるためには、当該部分は生体情報検出装置400(狭義にはセンサーユニット40)の他の部分よりも相対的に被検体側に突出する必要がある。その点を考慮すれば、所与の基準面とは、生体情報検出装置400の装着時において、被検体との距離が均一となる面であり、仮に被検体が平面であれば当該平面に平行な平面となる。なお、生体情報検出装置400の装着時に、センサーユニット40が被検体に対して傾くような機器の実装を行う意義が小さいことから、センサーユニット40の基準となる面、例えば発光部(LED)や受光部(PD)が実装される基板(メイン基板)160は被検体面に平行、或いはそれに近い状態となることが期待される。実際には、被検体は理想的な平面ではなく、生体情報検出装置400の装着状態もユーザーの運動状態等により変動することになるが、上記「所与の基準面」としてセンサーユニット40の素子が実装される基板面を考慮することに大きな問題はない。よって、本実施形態における所与の基準面とは、例えば基板160の面、或いはそれに平行な面を考えればよい。また、ここでの所与の基準面は、何らかの部材が設けられる物理的な面を考慮するものに限定されず、仮想的な面であってもよい。
 また、第1の発光部150、第2の発光部151に対応する位置又は領域とは、各発光部の中心位置であってもよいし、各発光部の配置領域であってもよいし、各発光部の配置領域を含む領域であってもよく、具体例については後述する。
 また、接触位置又は接触領域とは、生体情報検出装置400(センサーユニット40)が被検体と接触する位置又は領域のことである。なお、生体情報検出装置400と被検体は複数の位置、或いはある程度の広さの領域において被検体と接触することが想定されるが、ここではそのうちの第1の発光部150、第2の発光部151に対応する位置又は領域におけるものを考慮することになる。狭義には、第1の発光部150、第2の発光部151に対応する位置又は領域から、基準面に垂直な方向の直線と被検体との交点を考えればよい。第1の発光部150、第2の発光部151に対応する位置又は領域における接触位置又は接触領域、及びその高さの具体例については後述する。なお、以下の本明細書では簡略化のため、基本的に接触位置について説明を行うが、以下における接触位置は接触領域に拡張して考えることが可能である。
 なお、図1(A)~図1(C)では簡単のために本実施形態に係る生体情報検出装置の構成を模式的に図示しており、図中の寸法や比率は実際のものとは異なる。また、この点は図12(A)~図12(C)等においても同様である。
 このようにすれば、第1の発光部150から射出された光に対応する受光結果である第1の受光結果(第1の検出信号)と、第2の発光部151から射出された光に対応する受光結果である第2の受光結果(第2の検出信号)とでは、押圧の状態を異ならせることが可能になる。具体的には、第1の検出信号は第1の押圧P1に対応し、第2の検出信号はP2<P1となる第2の押圧P2に対応する。
 また、本実施形態に係るセンサーユニット40は、第1の発光部150と受光部140との距離をL1とし、第2の発光部151と受光部140との距離をL2とした場合に、図19(A)に示すようにL1<L2であってもよい。詳細については図17や図18を用いて後述する。
 このようにすれば、各発光部に対応する位置又は領域における被検体との接触位置の高さと、受光部と各発光部間の距離の少なくとも一方に差を設けることができ、上述したように第1の発光部150からの光に基づいて主として脈信号を検出し、第2の発光部151からの光に基づいて主として体動ノイズを検出することが可能になる。そのため、第1の検出信号に対して、第2の検出信号を用いた体動ノイズ低減処理を行うことや、体動ノイズ低減処理後の第1の検出信号から精度のよい生体情報を求めること等が可能になる。
 なお、図1(A)~図1(C)等に示したように、2組の光電センサーで発光部と受光部140の間の距離が等しいものとしてもよい。つまり、発光部と受光部140の間の距離に差を設ける構造は必須ではなく、必要に応じて用いればよい。
 2.生体情報検出装置等の構成例
 2.1 生体情報検出装置の全体構成例
 図2(A)、図2(B)、図3に本実施形態の生体情報検出装置400(生体情報測定装置)の外観図を示す。図2(A)は生体情報検出装置400を正面方向側から見た図であり、図2(B)は上方向側から見た図であり、図3は側面方向側から見た図である。
 図2(A)~図3に示すように本実施形態の生体情報検出装置400はバンド部10とケース部30とセンサーユニット40を有する。ケース部30はバンド部10に取り付けられる。センサーユニット40は、ケース部30に設けられる。また生体情報検出装置400は後述する図5に示すように処理部200を有する。処理部200は、ケース部30に設けられ、センサーユニット40からの検出信号に基づいて生体情報を検出する。なお、本実施形態の生体情報検出装置400は図2(A)~図3の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
 バンド部10はユーザーの手首に巻き付けて生体情報検出装置400を装着するためのものである。バンド部10はバンド穴12、バックル部14を有する。バックル部14はバンド挿入部15と突起部16を有する。ユーザーは、バンド部10の一端側を、バックル部14のバンド挿入部15に挿入し、バンド部10のバンド穴12にバックル部14の突起部16を挿入することで、生体情報検出装置400を手首に装着する。この場合、どのバンド穴12に突起部16を挿入するかに応じて、後述するセンサーユニット40の押圧(手首表面に対する押圧)の大きさが調整される。なお、バンド部10は、バックル部14の代わりに尾錠を有する構成としても良い。
 ケース部30は、生体情報検出装置400の本体部に相当するものである。ケース部30の内部には、センサーユニット40、処理部200等の生体情報検出装置400の種々の構成部品が設けられる。即ち、ケース部30は、これらの構成部品を収納する筐体である。このケース部30は例えばトップケース34とボトムケース36を有する。なおケース部30は、トップケース34とボトムケース36に分離される態様のものでなくてもよい。
 ケース部30には発光窓部32が設けられている。発光窓部32は透光部材により形成されている。そしてケース部30には、フレキシブル基板に実装された発光部(LED、光検出ユニットの発光部150とは異なる報知用の発光部)が設けられており、この発光部からの光が、発光窓部32を介してケース部30の外部に出射される。
 図3に示すようにケース部30には端子部35が設けられている。生体情報検出装置400を図示しないクレードルに装着すると、クレードルの端子部とケース部30の端子部35とが電気的に接続される。これによりケース部30に設けられる二次電池(バッテリー)の充電が可能になる。なお、生体情報検出装置400にmicroUSBなどの端子を設け、microUSBケーブルを使って充電するように構成しても良い。
 センサーユニット40は被検体の脈波等の生体情報を検出するものである。例えばセンサーユニット40は、図1(A)等に示すように受光部140と、第1の発光部150と、第2の発光部151を有する。またセンサーユニット40は、図12(A)~図12(C)を用いて後述するように透光部材50を有してもよい。そして、被検体との接触位置において押圧を与えた状態で、第1の発光部150、第2の発光部151が光を出射し、その光が被検体(血管)により反射された光を受光部140が受光し、その受光結果が第1の検出信号、第2の検出信号として処理部200に出力される。
 そして処理部200は、センサーユニット40からの第2の検出信号に基づいて第1の検出信号のノイズ低減処理を行い、ノイズ低減処理後の第1の検出信号に基づいて脈波等の生体情報を検出する。なお本実施形態の生体情報検出装置400の検出対象となる生体情報は、脈波(脈拍数)には限定されず、生体情報検出装置400は、脈波以外の生体情報(例えば血液中の酸素飽和度、体温、心拍等)を検出する装置であってもよい。
 図4は生体情報検出装置400の装着及び端末装置420との通信についての説明図である。図4に示すように被検体であるユーザーは手首410に生体情報検出装置400を時計のように装着する。図3に示すように、ケース部30の被検体側の面にはセンサーユニット40が設けられている。従って、生体情報検出装置400が装着されると、センサーユニット40が手首410の皮膚表面に接触して押圧を与え、その状態でセンサーユニット40の第1の発光部150、第2の発光部151が光を発光し、受光部140が反射光を受光することで、脈波等の生体情報が検出される。なお、装着部位は足首、指、上腕などでも良い。
 生体情報検出装置400と端末装置420は通信接続されて、データのやり取りが可能になっている。端末装置420は、例えばスマートフォン、携帯電話機、フィーチャーフォン等の携帯型通信端末である。或いは端末装置420は、タブレット型コンピュータ等の情報処理端末であってもよい。生体情報検出装置400と端末装置420の通信接続としては、例えばブルートゥース(Bluetooth(登録商標))等の近接無線通信(NFC)を採用できる。このように生体情報検出装置400と端末装置420が通信接続されることで、端末装置420の表示部430(LCD等)に、脈拍数や消費カロリーなどの各種の情報を表示できる。即ち、センサーユニット40の検出信号に基づき求められた各種の情報を表示できる。なお脈拍数や消費カロリーなどの情報の演算処理は、生体情報検出装置400において実行してもよいし、その少なくとも一部を端末装置420において実行してもよい。
 生体情報検出装置400には、発光窓部32が設けられており、報知用の発光部の発光(点灯、点滅)により、各種の情報をユーザーに報知する。例えば脂肪燃焼ゾーンに入った場合や脂肪燃焼ゾーンから出た場合に、これを発光窓部32を介した発光部の発光により報知する。また端末装置420においてメール等が受信されると、それが端末装置420から生体情報検出装置400に通知される。そして生体情報検出装置400の発光部が発光することで、メール等の受信がユーザーに通知される。
 図2(A)~図4に示した例では、生体情報検出装置400にはLCD等の表示部が設けられておらず、文字や数字等で報知する必要がある情報は、端末装置420の表示部430に表示される。このように図4では、LCD等の表示部を設けずに、必要最小限の情報を発光部の発光によりユーザーに報知することで、生体情報検出装置400の小型化を実現している。また生体情報検出装置400に表示部を設けないことで、生体情報検出装置400の美観についても向上できる。ただし、生体情報検出装置400がLCDや有機ELディスプレイなどの表示部を有する変形実施も可能である。
 なお、本実施形態の手法は、生体情報検出装置400に適用されるものに限定されず、センサーユニット40に適用されてもよい。センサーユニット40の詳細な構成については後述する。また、本実施形態の手法はセンサーユニット40を含む電子機器、或いは生体情報検出装置400を含む電子機器にも適用できる。
 また、本発明の他の態様は、被検体に対して光を出射する少なくとも1つの発光部と、前記被検体からの光を受光する少なくとも1つの受光部と、を含む生体情報検出装置における生体情報検出方法であって、前記被検体の測定部位に与えられる押圧が第1の押圧である場合の検出信号である第1の検出信号と、前記被検体の測定部位に与えられる前記押圧が前記第1の押圧に比べて小さい第2の押圧である場合の前記検出信号である第2の検出信号とに基づいて、生体情報の検出処理を行う生体情報検出方法(生体情報検出装置の作動方法)に適用することも可能である。
 2.2 機能ブロック図
 図5に本実施形態の生体情報検出装置400の機能ブロック図を示す。図5では生体情報検出装置400は、センサーユニット40、モーションセンサー部170、振動発生部175、処理部200、記憶部240、通信部250、アンテナ252、報知部260を含む。なお本実施形態の生体情報検出装置400は図5の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
 センサーユニット40は、脈波等の生体情報を検出するものであり、受光部140、第1の発光部150、第2の発光部151を含む。ただし、センサーユニット40が3つ以上の発光部を有してもよい。また、ここでは図1(A)~図1(C)等に示すように受光部140が複数の発光部で共有される例を示したが、受光部側についても、1つに限定されず2つ以上の受光部を有してもよい。
 これらの受光部140、第1の発光部150、第2の発光部151等により脈波センサー(光電センサー)が実現される。図5の場合であれば、受光部140と第1の発光部150により第1の脈波センサーが実現され、受光部140と第2の発光部151により第2の脈波センサーが実現される。センサーユニット40は、複数の脈波センサーにより検出された信号を、検出信号(脈波検出信号)として出力する。
 モーションセンサー部170は、種々のモーションセンサーのセンサー情報に基づいて、体動に応じて変化する信号である体動検出信号を出力する。モーションセンサー部170は、モーションセンサーとして例えば加速度センサー172を含む。なお、モーションセンサー部170は、モーションセンサーとして圧力センサーやジャイロセンサー、GPS受信機などの位置センサーなどを有していてもよい。
 処理部200は、例えば記憶部240をワーク領域として、各種の信号処理や制御処理を行うものであり、例えばCPU等のプロセッサー或いはASICなどの論理回路により実現できる。処理部200は、信号処理部210、拍動情報演算部220、報知制御部230を含む。
 信号処理部210は各種の信号処理(フィルター処理等)を行うものであり、例えば、センサーユニット40からの脈波検出信号やモーションセンサー部170からの体動検出信号などに対して信号処理を行う。
 例えば信号処理部210は体動ノイズ低減部212と、第2の体動ノイズ低減部214を含む。体動ノイズ低減部212は、脈波検出信号のうち、第2の検出信号に基づいて第1の検出信号から体動に起因したノイズである体動ノイズを低減(除去)する体動ノイズ低減処理を行う。また第2の体動ノイズ低減部214は、モーションセンサー部170からの体動検出信号に基づいて、第1の検出信号から、体動ノイズを低減する第2の体動ノイズ低減処理を行う。具体的には、体動ノイズ低減部212での体動ノイズ低減処理は、スペクトラム減算法を用い、第2の体動ノイズ低減部214での第2の体動ノイズ低減処理は適応フィルターなどを用いればよい。体動ノイズ低減部212、第2の体動ノイズ低減部214での処理の詳細は後述する。なお、図5では体動ノイズ低減部212での体動ノイズ低減処理後に、第2の体動ノイズ低減部214での第2の体動ノイズ低減処理が行われる構成を示したが、処理順序の逆転、省略等、種々の変形実施が可能である。
 拍動情報演算部220は、信号処理部210からの信号等に基づいて、拍動情報の演算処理を行う。拍動情報は例えば脈拍数などの情報である。具体的には、拍動情報演算部220は、体動ノイズ低減部212、第2の体動ノイズ低減部214でのノイズ低減処理後の脈波検出信号に対してFFT等の周波数解析処理を行って、スペクトルを求め、求めたスペクトルにおいて代表的な周波数を心拍の周波数とする処理を行う。求めた周波数を60倍にした値が、一般的に用いられる脈拍数(心拍数)となる。なお、拍動情報は脈拍数そのものには限定されず、例えば脈拍数を表す他の種々の情報(例えば心拍の周波数や周期、およびそれらの変動等)であってもよい。また、拍動の状態を表す情報であってもよく、例えば血液量そのものを表す値を拍動情報としてもよい。
 報知制御部230は報知部260を制御する。報知部260(報知デバイス)は、報知制御部230の制御により、ユーザーに各種の情報を報知する。報知部260としては例えば報知用の発光部を用いることができる。この場合には報知制御部230はLEDに流れる電流を制御することで、発光部の点灯、点滅等を制御する。なお報知部260は、LCD等の表示部やブザー等であってもよい。
 また報知制御部230は振動発生部175の制御を行う。振動発生部175は、振動により各種の情報をユーザーに報知するものである。振動発生部175は例えば振動モーター(バイブレーター)により実現できる。振動モーターは、例えば、偏芯した錘を回転させることで振動を発生する。具体的には駆動軸(ローター軸)の両端に偏心した錘を取り付けてモーター自体が揺れるようにする。振動発生部175の振動は報知制御部230により制御される。なお振動発生部175はこのような振動モーターには限定されず、種々の変形実施が可能である。例えばピエゾ素子などにより振動発生部175を実現してもよい。
 振動発生部175が発生させる振動により、例えば電源オン時のスタートアップの報知、初回の脈波検出の成功の報知、脈波が検出できない状態が一定時間続いた時の警告、脂肪燃焼ゾーンの移動時の報知、電池電圧低下時の警告、起床アラームの通知、或いはスマートフォン等の端末装置からのメールや電話等の通知などが可能になる。なお、これらの情報は、報知用の発光部により報知してもよいし、振動発生部175、発光部の両者で報知してもよい。
 通信部250は、図4で説明したように外部の端末装置420との通信処理を行う。例えばブルートゥース(Bluetooth(登録商標))などの規格にしたがった無線通信の処理を行う。具体的には通信部250は、アンテナ252からの信号の受信処理や、アンテナ252への信号の送信処理を行う。この通信部250の機能は通信用のプロセッサー或いはASICなどの論理回路により実現できる。
 また、本実施形態の生体情報検出装置等は、プロセッサーとメモリーを含んでもよい。ここでのプロセッサーは、例えばCPU(Central Processing Unit)であってもよい。ただしプロセッサーはCPUに限定されるものではなく、GPU(Graphics Processing Unit)、或いはDSP(Digital Signal Processor)等、各種のプロセッサーを用いることが可能である。またプロセッサーはASIC(application specific integrated circuit)によるハードウェア回路でもよい。また、メモリーはコンピューターにより読み取り可能な命令を格納するものであり、当該命令がプロセッサーにより実行されることで、本実施形態に係る生体情報検出装置等の各部が実現されることになる。ここでのメモリーは、SRAM、DRAMなどの半導体メモリーであってもよいし、レジスターやハードディスク等でもよい。また、ここでの命令は、プログラムを構成する命令セットの命令でもよいし、プロセッサーのハードウェア回路に対して動作を指示する命令であってもよい。
 2.3 センサー部の構成例
 2.3.1 センサー部の全体構成例
 図1(A)~図1(C)、及び図6、図7にセンサーユニット40の詳細な構成例を示す。図6がセンサーユニット40の斜視図であり、図1(A)~図1(C)がセンサーユニット40の断面図、図7が基板160上での受光部140、第1の発光部150、第2の発光部151の配置を表す平面図である。図7は、図1(A)等において装着状態での被検体から生体情報検出装置への方向(センサーユニット40よりもDR1側に設定された始点からDR1とは反対方向)を観察した場合の平面視に対応する。
 受光部140、第1の発光部150、第2の発光部151は、基板160(センサー基板)に実装されている。ただし、後述するように第1の発光部150は他の部材を介して基板160に実装される場合もある。受光部140は、被検体からの光(反射光、透過光等)を受光する。第1の発光部150、第2の発光部151は、被検体に対して光を出射する。例えば第1の発光部150、第2の発光部151が光を被検体に出射し、その光が被検体(血管)により反射されると、受光部140が、その反射光を受光して検出する。
 受光部140は、例えばフォトダイオード等の受光素子により実現できる。第1の発光部150、第2の発光部151は、例えばLED等の発光素子により実現できる。例えば受光部140は、半導体の基板に形成されたPN接合のダイオード素子などにより実現できる。この場合に、受光角度を絞るための角度制限フィルターや受光素子に入射する光の波長を制限する波長制限フィルターを、このダイオード素子上に形成してもよい。
 脈拍計を例にとると、発光部からの光は、被検体の内部を進み、表皮、真皮及び皮下組織等で拡散又は散乱する。その後、この光は、血管(被検出部位)に到達し、反射される。この際に、光の一部は血管により吸収される。そして、脈拍の影響により血管での光の吸収率が変化し、反射光の光量も変化するため、受光部140がこの反射光を受光して、その光量の変化を検出することで、生体情報である脈拍数等を検出できるようになる。
 第1の発光部150、第2の発光部151と受光部140との間には、不図示の遮光用部材(遮光壁)が設けられてもよい。この遮光用部材は、例えば第1の発光部150或いは第2の発光部151からの光が受光部140に直接入射されるのを遮光する。
 またセンサーユニット40には不図示の絞り部が設けられてもよい。絞り部は、被検体とセンサーユニット40の間の光路において、被検体からの光を絞ったり、発光部から受光部に直接入射する光を絞る。また遮光用部材70と絞り部を、例えば金属を板金加工することで一体形成してもよい。
 2.3.2 押圧と検出信号の関係
 図8は、押圧に対する吸光度の変化を例示する図である。横軸は押圧を、縦軸は吸光度を示している。押圧が変化すると、影響を受ける血管が変化する。最も影響を受けやすい、すなわち最も低い押圧で影響を受ける血管は毛細血管である。図8の例では、押圧がp1を超えたところで吸光度の変化量が大きくなっているが、これは押圧で毛細血管がつぶれ始めたことを意味する。押圧がp2を超えると吸光度の変化がなだらかになっているが、これは毛細血管がほぼ完全につぶれている(閉じている)ことを意味する。毛細血管の次に影響を受けるのは動脈である。さらに押圧が増してp3を超えると吸光度の変化量が再び大きくなっているが、これは押圧で動脈がつぶれ始めたことを意味する。押圧がp4を超えると吸光度の変化がなだらかになっているが、これは動脈がほぼ完全につぶれている(閉じている)ことを意味する。
 本実施形態では、第2の検出信号は毛細血管に対応する信号を検出することで体動ノイズの比率を高くし、第1の検出信号は動脈に対応する信号(脈信号)を測定することで脈信号の比率を高くする。そのため、第2の発光部151に対応する接触位置での押圧P2はp1からp2の範囲に、第1の発光部150に対応する接触位置での押圧P1はp3からp4の範囲に収まるように設計される。第1の発光部150と第2の発光部151との押圧の差は、例えば2.0kPa以上8.0kPa以下であることが望ましい。
 図9は、押圧に対する体動ノイズ感度の変化を例示する図である。図9では、発光部から受光部までの距離Lが2mmの例および6mmの例を併せて示している。距離Lが2mmおよび6mmのいずれの例でも、傾向としては、押圧が低いほどノイズ感度が高く、押圧が高いほどノイズ感度が低い。これは、毛細血管を流れる血液は、体動によって動きやすいため、生体組織内において比較的浅い位置に存在する毛細血管で反射する光には体動によるノイズが乗りやすいためであると考えられる。
 また、図10(A)は第1の発光部150と第2の発光部151で押圧の差を設けず、受光部140との距離L1とL2にのみ差を設けた場合の、体動ノイズ低減処理前後の第1の検出信号のMN比(SN比)の変化を表したものである。ここでは、体動ノイズの発生要因となるユーザーの動きとして、水頭圧(心臓と測定部位との高さ関係)を変化させるものと、手を開閉させる動作を行い、それぞれの動作に対応する体動ノイズの低減度合いを測定した。なお、水頭圧を変化させる動きとは、例えば測定位置の高さを変化させる動きであり、具体的には腕を上げたりおろしたりする動作で実現できる。手の開閉とは、指を全て曲げて拳を握りしめた状態と、指をしっかり伸ばして手を開いた状態とを交互に行う動作により実現できる。
 図10(A)からわかるように、距離に差を設けるだけでも、体動ノイズの低減効果は確認できる。それに対して、図10(B)は受光部140との距離L1とL2に差を設け、さらに第1の発光部150と第2の発光部151で押圧にも差を設けた場合の、体動ノイズ低減処理前後の第1の検出信号のMN比の変化を表したものである。図10(A)と図10(B)の比較から明らかなように、押圧の差も設けることで、体動ノイズの低減効果が向上することがわかった。よってここでは、主として押圧の差を設ける実施形態について説明を行う。
 つまり、被検体の生体情報の測定時において、第1の発光部150に対応する位置又は領域における被検体との接触位置での押圧をP1とし、第2の発光部151に対応する位置又は領域における被検体との接触位置での押圧をP2とした場合に、P1>P2である。このようにすれば、上述したように第1の検出信号と第2の検出信号とで、特性に差を持たせることが可能になる。
 図11の横軸がカフ押圧(図2(A)の生体情報検出装置400であればバンド部10による圧力)を表し、縦軸が検出信号のDC,AC成分である。図11の上部に示したDC信号からわかるように、押圧が比較的高くなる第1の検出信号では、カフ押圧が比較的低い状態でもある程度の押圧が付加されDC成分が抑制されていく。それに対して、第2の検出信号での押圧は比較的低いため、所与のカフ圧の状態ではDC成分の抑制具合が第1の検出信号に比べて小さい。そのため、図11に示した「最適カフ押圧」の範囲では、第1の発光部150に対応する押圧はp3からp4の範囲に収まるため、ノイズが抑制されて脈信号の信号レベルが大きくなる。一方、第2の発光部151における押圧はp1からp2の範囲に収まるため、ノイズの抑制が不十分であり体動ノイズの比率が高くなる。
 これは図11の下部に示したAC成分の比較からも明らかであり、最適カフ押圧の範囲では、第1の検出信号はAC成分の信号レベルが高く、第2の検出信号はAC成分の信号レベルが低い。上述したように脈信号は検出信号の変化、即ちAC成分に現れるものであるから、図11は第1の検出信号は脈信号が十分検出できているのに対して、第2の検出信号は相対的に体動ノイズの比率が高いことを示している。
 2.3.3 発光部に対応する位置又は領域における被検体との接触位置の高さ
 押圧の差は、具体的には被検体と接触する位置での高さの差により実現すればよい。上述したように、主として脈信号を検出する第1の発光部150に対応する接触位置では押圧を高くし、第2の発光部151に対応する接触位置では第1の発光部150に比べて押圧を低くする。
 なぜなら、ここでは高さが高いほど、被検体側に突出することになるため、所与のカフ圧で生体情報検出装置400を手首等に固定した際に、高さが高い第1の発光部150に対応する押圧を、高さが低い第2の発光部151に対応する押圧に比べて強くできるためである。これを図示したものが上述した図11である。以下、高さの差を設けるための具体的な構造について説明する。
 まず、上述したH1、すなわち「第1の発光部150に対応する位置又は領域における、被検体との接触位置又は接触領域の高さ」とは、第1の発光部150の配置領域における、被検体との接触位置又は接触領域の高さであってもよい。同様にH2は、第2の発光部151の配置領域における、被検体との接触位置又は接触領域の高さであってもよい。言い換えれば、第1の発光部150(第2の発光部151)に対応する位置又は領域とは、第1の発光部150(第2の発光部151)の配置領域であってもよい。
 ここで、配置領域とは、センサーユニット40において素子が配置される領域であり、図1(A)等のように素子が基板160(或いは基板160に設けられる高さ調整部材)上に実装される場合、基板160に直交する方向からみた平面視における、素子自体の領域であってもよい。なお、ここでの「素子」とはLEDのみを指すものであってもよいがこれに限定されず、当該LEDを有するパッケージ全体を指すものであってもよい。例えば、LED、光照射用のレンズ、封止用樹脂等が組となってパッケージ化されている場合、当該パッケージ全体を「素子」(例えば第1の発光部150)と捉える。受光部140についても同様であり、PN接合により形成されたPDのみを受光部140とするのではなく、例えば1パッケージとして構成される光学フィルター等まで含んで受光部140と捉えてもよい。
 また、配置領域における被検体との接触位置の高さも種々考えられる。仮に第1の発光部150が配置領域において一点で被検体と接触するのであれば、当該点が第1の発光部150の配置領域における被検体との接触位置となる。しかし上述してきたように、脈波情報の測定においては被検体に対してある程度の押圧を加えることが必要であるため、第1の発光部150の配置領域において、接触位置はある程度の領域(狭義には第1の発光部150の被検体側の面の全面で)となることが想定される。その場合、被検体との接触位置とは、配置領域における任意の一点であってもよいし、ある程度の面積を有する領域であってもよいし、配置領域全体であってもよい。なお、接触位置を領域とする場合、高さは位置に応じて異なる可能性がある。その場合、接触位置における高さとして、平均高さ等を用いてもよい。
 このような場合の一例として、第1の発光部150、第2の発光部151の各素子自体が被検体と接触する構造が考えられる。具体的には、第1の発光部150の被検体側の面までの高さをHA1とし、第2の発光部151の被検体側の面までの高さをHA2とした場合に、HA1>HA2の関係が成り立つことで、H1>H2となってもよい。つまり、各発光部の接触位置での高さとは、第1の発光部150、第2の発光部151の被検体側の面の高さを考えればよい。
 例えば、図6等に示すように第1の発光部150、第2の発光部151がそれぞれ直方体形状である場合、当該直方体の6面のうちの、被検体側の1面の高さが接触位置での高さとなる。
 なお、図6等の例では第1の発光部150の被検体側の面が、所与の基準面と平行な面となることを想定しているため、接触領域における高さは当該領域全体で一定である。しかし、第1の発光部150の被検体側の面が曲面形状等、所与の基準面と平行でない場合には、接触領域中の位置に応じて基準面に対する高さが変化することになる。よって本実施形態では、例えば被検体との接触領域の高さとは、接触領域に含まれる各点での高さの平均高さであってもよい。このようにすれば、ある程度の面積を有する接触領域を対象とした場合でも適切にその高さを定義することが可能になる。
 さらに具体的には、図1(A)、図1(B)に示したように、第2の発光部151と、受光部140は、基板160に設けられ、第1の発光部150と、基板160との間に高さ調整部材(161,162)が設けられてもよい。なお、図1(A)~図1(C)では、第1の発光部150、第2の発光部151、受光部140の固定等のため、樹脂60を用いている。図1(A)~図1(C)では樹脂60は接触位置における高さに寄与するものではない。
 このようにすれば、高さ調整部材を用いることで、第1の発光部150の配置領域における高さと、第2の発光部151の配置領域における高さに差を持たせることが可能になる。この場合、高さの差が高さ調整部材により調整されるため、第1の発光部150自体の高さ(第1の発光部150のDR1方向での長さであり後述するLH1)と第2の発光部151自体の高さ(LH2)の制約を緩くすることが可能である。例えば、第1の発光部150と第2の発光部151として同じ構造の発光部を用いる(LH1=LH2)ことが可能であるため、素子の調達や調整等の負担を軽減することができる。或いは、何らかの理由で素子自体の高さは第2の発光部151の方が高くなってしまった(LH1<LH2)場合であっても、十分な高さの高さ調整部材を用いることで所与の基準面に対する高さは第1の発光部150の方を高くする(HA1>HA2)ことも可能である。
 ここで、高さ調整部材は図1(A)に示したように第2の基板161であってもよい。この場合、第1の発光部150の外部接続端子は、第2の基板161のスルーホールを介して、基板160に設けられた接続端子と接続される。
 図1(A)等の構成の場合、各素子に対する電源供給や、信号の入出力は基板160(メイン基板)を介して行われることが想定される。つまり、高さ調整部材を設けた場合であっても、第1の発光部150は基板160と電気的に接続されなくてはならない。その点、高さ調整部材として第2の基板161を用いる場合、高さ調整部材自体が配線を有するため、第1の発光部150と基板160との接続が容易である。具体的には第2の基板161のスルーホールを用いればよい。
 ただし、第1の発光部150と基板160の電気的な接続はこれに限定されず、図1(B)に示したように第1の発光部150の外部接続端子は、ワイヤーWIを介して基板160に設けられた接続端子と接続されてもよい。
 この場合、第1の発光部150と基板160の接続はワイヤーWIにより実現されるため、高さ調整部材が電気的な接続のための構造を有する必要がなく、例えば絶縁体等により実現することができる。
 また、高さ調整部材を設けず、発光部150自体の高さに差を設けてもよい。具体的には、図1(C)に示したように、第1の発光部150の第1の方向DR1での長さをLHB1とし、第2の発光部151の第1の方向DR1での長さをLH2とした場合に、LHB1>LH2の関係が成り立つことで、H1>H2となってもよい。ここでDR1は図1(A)に示したように、生体情報の検出時においてセンサーユニット40から被検体へ向かう方向である。ここで方向DR1は、基板160に垂直で被検体側に向かう方向である。あるいは、第1の発光部150の上面、第2の発光部151の上面、または受光部140の上面に対して垂直で、被検体に向かう方向である。また、発光部150の樹脂封止ケースの高さを変えることで、第1の発光部150と第2の発光部151との高さの差を設けても良い。
 このようにすれば、図1(A)や図1(B)のように高さ調整部材を設ける必要がないため、部品点数の削減等が可能になる。
 また、本実施形態に係るセンサーユニットは、第1の発光部150、第2の発光部151の各素子自体が被検体と接触する構造に限定されない。例えば図12(A)に示したように、センサーユニット40は、第1の発光部150よりも被検体側の位置に設けられ、被検体からの光を透過し、且つ被検体の生体情報の測定時に被検体に接触して押圧を与える透光部材50を含んでもよい。この場合、第1の発光部150に対応する位置又は領域における透光部材50の高さをHD1とした場合に、HD1>H2の関係が成り立つことで、H1>H2となる。すなわち、第1の発光部150に対応する位置又は領域における高さとは、第1の発光部150に対応する位置又は領域における透光部材50の高さであってもよい。
 ここで、H2とは具体的には、第2の発光部151の被検体側の面までの高さHA2であってもよいし、第2の発光部151のDR1での長さLH2であってもよいし、後述するように第2の発光部151の被検体側に設けられる透光部材50の高さHD2であってもよい。
 透光部材50は、生体情報検出装置400の被検体に接触する側の面に設けられ、被検体からの光を透過する。また透光部材50は、被検体の生体情報の測定時に、被検体に接触する。例えば図12(A)に示したように、透光部材50の凸部52が被検体に接触するものであってもよい。なお凸部52の表面形状は、曲面形状(球面形状)であることが望ましいが、これに限定されるものではなく、種々の形状を採用できる。また、透光部材50は被検体からの光の波長に対して透明であればよく、透明な材料を用いてもよいし、有色の材料を用いてもよい。有色の材料を用いることで、透光部材50を、検出対象波長帯域以外の光を遮断するバンドパスフィルターとしても機能させることができる。
 なお、透光部材50の高さをどのように定義するかは種々の変形実施が可能であるが、例えば、所与の基準面(例えば上述した例と同様に、基板160の面)からの距離を高さとしてもよい。
 また、高さの差ができればよいため、図12(B)、図12(C)に示したように透光部材50の形状は種々の変形実施が可能である。例えば、透光部材50は第1の発光部150に対応する位置又は領域だけでなく、第2の発光部151に対応する位置又は領域に設けられてもよい。具体的には図12(C)に示したように、透光部材50は、第2の発光部151よりも被検体側の位置に設けられ、被検体からの光を透過し、且つ被検体の生体情報の測定時に被検体に接触して押圧を与え、第2の発光部151に対応する位置又は領域における透光部材50の高さをHD2とした場合に、HD1>HD2の関係が成り立つことで、H1>H2となってもよい。
 この場合、凸部52も複数(例えば光電センサーの数に対応する数)設けられてもよい。図12(C)の例では、第1の発光部150と受光部140により実現される第1の光電センサーに対して、凸部52-1が設けられ、第2の発光部151と受光部140により実現される第2の光電センサーに対して、凸部52-2が設けられている。
 また、各発光部に対応する位置又は領域の定義も種々考えられる。例えば、高さHD1は、第1の発光部150の代表位置での透光部材50の高さであり、高さHD2は、第2の発光部151の代表位置での透光部材50の高さであってもよい。ここでの代表位置は、例えば各発光部の中心位置等を用いればよい。
 この場合、第1の発光部150の中心位置は図13(A)のA1であり、第2の発光部151の中心位置は図13(B)のA2となる。そして、第1の発光部150の中心位置A1における透光部材50の高さとは、A1からDR1方向(図12(A)に示したように基板160に垂直で被検体側に向かう方向)に伸ばした直線と透光部材50の表面(装着時に被検体と接触する面)との交点を定義し、当該交点における透光部材50の高さHD1を用いればよい。第2の発光部151の中心位置A2における透光部材50の高さHD2も同様である。
 或いは、被検体側から見た平面視において第1の発光部150及び受光部140を内包する領域を第1の領域とし、第2の発光部151及び受光部140を内包する領域を第2の領域とした場合に、高さHD1は、第1の領域における透光部材50の平均高さであり、高さHD2は、第2の領域における透光部材50の平均高さであってもよい。
 ここで、被検体側から見た平面視とは、図12(A)において第1の発光部150等よりも被検体側(DR1側)に設定された視点からDR2(図12(A)に示したようにDR1の反対方向)の方向を観察した状態となり、具体的には図13(A)、図13(B)の状態を表す。また、発光部と受光部を内包する領域も種々考えられるが、一例としては発光部と受光部を内包し、且つ面積が最小となる長方形の領域を考えればよい。この場合、第1の発光部150に対応する領域(第1の領域)は図13(A)のR1となり、第2の発光部151に対応する領域(第2の領域)は図13(B)のR2となる。
 そして、第1の発光部150に対応する領域における透光部材の高さとは、R1に含まれる各点からDR1方向に伸ばした直線と、透光部材50の表面との交点を定義し、当該交点における透光部材50の高さを平均化して求めればよい。例えば、図12(A)に示した範囲での透光部材50の高さの平均値がHD1となる。なお図12(A)では1つの断面のみを示したが、図12(A)における奥行き方向においても高さの平均化を行ってもよい。第2の発光部151についても同様にR2での平均高さをHD2としてもよい。
 なお、受光部140に対応する位置又は領域での透光部材50の形状も種々の変形実施が可能である。図12(A)や図12(C)では受光部140の被検体側にも透光部材50が設けられている。一方、図12(B)では受光部140の被検体側には透光部材50は設けられない。
 また、第1の発光部150自体、或いは透光部材50以外の部材が被検体に接触してもよい。例えば、センサーユニット40は少なくとも第1の発光部150と受光部140との間に設けられる第1の部材181と、少なくとも第2の発光部151と受光部140との間に設けられる第2の部材182を含んでもよい。そして、第1の部材181の高さをHC1とし、第2の部材182の高さをHC2とした場合に、HC1>HC2の関係が成り立つことで、H1>H2となる。すなわち、第1の発光部150に対応する位置又は領域における高さとは、第1の部材181の高さであり、第2の発光部151に対応する位置又は領域における高さとは第2の部材182の高さであってもよい。
 ここでの第1の部材181及び第2の部材182は、押圧の差を実現する構造であるとともに、センサーユニット40と被検体との接触状態を安定させるものであってもよい。なお、第1の部材181と第2の部材182は異なる2つの部材であってもよいがこれには限定されず、種々の変形実施が可能である。
 例えば、第1の部材181と第2の部材182は、フレーム部180の一部であってもよい。フレーム部180は、例えば図14(A)に示したように受光部140の周囲に設けられる。図14(A)は図7等と同様に、基板160に垂直な方向からの平面視である。図14(A)の例では受光部140等を囲む四角形状のフレーム部180を示したが、これに限定されるものではなく、円形状や他の多角形等の形状でもよい。或いは、連続する形状によりフレーム部180が実現される必要はなく、隙間を有する(例えば互いに接触しない複数の円弧により構成される)フレーム部180を用いてもよい。
 図14(A)の場合、第1の部材181はフレーム部180のうち、第1の発光部150側の一辺に対応し、第2の部材182はフレーム部180のうち、第2の発光部151側の一辺に対応する。この場合の第1の部材181と第2の部材182の高さを図14(B)に示す。図14(B)は図1(A)等と同様に基板に沿った方向からみた断面図であり、具体的には図14(A)のA-A’断面図である。
 また図15(A)に示したように、フレーム部180が、第1の発光部150の周囲に設けられる第1のフレーム部180-1と、第2の発光部151の周囲に設けられる第2のフレーム部180-2とから構成されてもよい。この場合、第1の部材181は、第1のフレーム部180-1のうちの、受光部140側の一辺に対応し、第2の部材182は、第2のフレーム部180-2のうちの、受光部140側の一辺に対応する。
 或いは、図15(B)に示したように、フレーム部180が、第1の発光部150の周囲に設けられる第1のフレーム部180-1と、第2の発光部151の周囲に設けられる第2のフレーム部180-2と、受光部140の周囲に設けられる第3のフレーム部180-3から構成されてもよい。この場合、第1の部材181は、第1のフレーム部180-1のうちの受光部140側の一辺、及び、第3のフレーム部180-3のうちの第1の発光部150側の一辺の少なくとも一方に対応する。また、第2の部材182は、第2のフレーム部180-2のうちの受光部140側の一辺、及び、第3のフレーム部180-3のうちの第2の発光部151側の一辺の少なくとも一方に対応する。
 また、受光部140に対応する位置又は領域における被検体との接触位置の高さをH3とした場合に、H1≧H3≧H2(ただしH1=H3=H2の場合を除く)であってもよい。
 なお、受光部140に対応する位置又は領域における被検体との接触位置の高さについては、第1の発光部150に対応する位置又は領域における被検体との接触位置の高さと同様に考えればよい。図1(A)~図1(C)、或いは図12(B)であれば受光部140の配置領域における高さであるし、図12(A)、図12(C)であれば透光部材50の平均高さ等である。
 図7等に示したように、本実施形態では第1の発光部150と第2の発光部151の間に受光部140が設けられる場合がある。その場合、受光部140が第1の発光部150及び第2の発光部151に対して極端に高い場合(H3>H1>H2)、第1の検出信号に対応する押圧が主として受光部140の高さによるものとなり、第2の検出信号に対応する押圧についても主として受光部140の高さによるものとなる。つまり、第1の発光部150と第2の発光部151の高さに差を設けたとしても、第1の検出信号と第2の検出信号の押圧差が小さくなってしまい、処理精度が低下するおそれがある。よって、押圧差を明確にするためにも、受光部140を含めた高さ関係を規定しておくとよく、例えばH1≧H3≧H2(ただしH1=H3=H2の場合を除く)であるとよい。なお、H1>H2>H3等の変形実施も可能であるが、被検体からの反射光は光強度が弱まっているため、被検体と受光部140との距離は小さいことが好ましい。すなわちH3がある程度の大きさとなることが好ましく、H1≧H3≧H2はこの点も考慮したものである。
 以上に示した構成を用いることで、受光部140は、被検体の測定部位に与えられる押圧が第1の押圧である場合の被検体からの光と、被検体の測定部位に与えられる押圧が第1の押圧に比べて小さい第2の押圧P2である場合の被検体からの光を受光することになる。それにより、検出信号に含まれるノイズ(体動ノイズ)を適切に低減し、精度のよい脈波情報の算出処理が可能になる。
 2.3.4 発光部と受光部の間の距離
 次に、第1の発光部150と受光部140の間の距離L1と、第2の発光部151と受光部140との間の距離L2について説明する。図16は、発光部と受光部との距離が光の浸透深度に与える影響を説明するための図である。利用者の手首の皮膚面Sfには、第1の発光部150及び受光部140、並びに第2の発光部151及び受光部140が接触している。ここでは上述したように受光部140を2つの発光部で共有している。また、図12(A)~図12(C)等の実施形態であれば、実際には透光部材50が被検体と接触するが、図16では説明を簡略化するために、透光部材50を省略している。
 発光部と受光部との距離が短いほど、生体内の深い部分に対する感度が浅い部分に対する感度に比べて相対的に低下することが分かっている。すなわち、第1の発光部150から照射された光が、生体組織内の深度D1の位置で反射して受光部140に届く光の強度は、深度D1よりも深い深度D2の位置で反射して受光部140に届く光の強度に比べて強い。一方、第2の発光部151から照射された光が、深度D1の位置で反射して受光部140に届く光の強度は、深度D2の位置で反射して受光部140に届く光の強度に比べて強いが、第1の発光部150において生じるほどの違いはない。そのため、第1の発光部150は、第2の発光部151よりも相対的に浅い位置にある血管における脈波の測定に適している。
 図17は、発光部と受光部140の間の距離LDと信号強度の関係を示す図である。発光部と受光部140の間の距離LDは、例えば発光部、受光部の中心位置(代表位置)の間の距離である。例えば受光部140が矩形形状(略矩形形状)である場合には、受光部140の位置は、この矩形形状の中心位置である。また発光部が不図示のレンズ部を有する場合には、発光部150の位置は、例えばレンズ部の中心位置(LEDチップの位置)である。
 図17から明らかなように発光部と受光部140の距離LDが近いほど、検出信号の信号強度が高くなり、感度等の検出性能が向上する。従って、主として脈信号を検出する第1の検出用の第1の発光部150については、受光部140との距離LDは近ければ近いほど望ましい。
 この場合に図17に示すように、受光部140と第1の発光部150の間の距離はLD<3mmであることが望ましい。例えば図17の特性曲線G1における、距離が大きい側の接線G2から明らかなように、LD≧3mmとなる範囲では、特性曲線G1が飽和している。これに対して、LD<3mmの範囲では、距離LDが短くなるにつれて、信号強度が大きく増加している。従って、この意味においてLD<3mmであることが望ましい。例えば第1の発光部150と受光部140との距離L1はL1=1.0~3.0mm程度を用いる。
 また距離LDについては下限値も存在し、距離LDを近づけすぎることも望ましくない。図18は、発光部から発光された光が、生体内で反射、散乱し、その一部が受光部により受光される様子を表す模式図である。この場合には、発光部からの光は、被検体の血管等で拡散又は散乱し、その光が受光部140に入射されて、脈波が検出される。そして図18において、発光部と受光部140の間の距離LDと、深さ方向での測定距離LBとの間には、LD=2×LBの関係が一般的に成り立つ。例えば距離LDだけ離れた発光部と受光部140からなる光検出ユニットによる測定限界距離は、LB=LD/2程度となる。そして距離LBが例えば100μm~150μmとなる範囲には、脈波の検出対象物となる血管は存在しない。従って、距離LDが、LD≦2×LB=2×100μm~2×150μm)=0.2mm~0.3mmになると、脈波の検出信号が極めて小さくなることが予想される。即ち、距離LDが近くなると、それに伴い深さ方向での測定距離LBも小さくなり、その距離LBの範囲に検出対象物が存在しないと、検出信号が極めて小さくなってしまう。つまり、距離LDは近いほどが検出性能は向上するが、それにも限界があり、下限値が存在する。本実施形態では、第1の発光部150の光からは脈信号を十分な強度で検出する必要があることから、L1≧1.0mm程度に設定している。即ち、1.0mm≦L1≦3.0mmであることが望ましい。
 これに対して、第2の発光部151と受光部140との間の距離L2は、第1の発光部150に比べて脈信号に対する感度が低く、体動ノイズに対する感度が高くなるように設定すればよい。例えば、L2<1.0mm、或いは3.0mm<L2とすれば、1.0mm≦L1≦3.0mmとなる第1の発光部150に比べて脈信号の度合いが下がり、体動ノイズの度合いが上がる(MN比が下がる)ことになる。
 ただし、第2の発光部151からの光に基づく検出信号のMN比(Mが脈信号、Nがノイズを表し、MN比は脈信号とノイズとの比率(一般的なSN比)である)が、第1の発光部150からの光に基づく検出信号のMN比に比べて十分小さくなればよい。つまり、L2<1.0mm、或いは3.0mm<L2という絶対値としての距離を設定するという点よりは、第1,第2の検出信号の間である程度(例えば後述するスペクトラム減算法によるノイズ低減処理が可能な程度)の差ができるように、L1に対するL2の値を変化させる点を重視してもよい。
 つまり、第2の発光部151からの光に基づく第2の検出信号では、MN比が第1の検出信号に比べて小さければ十分である以上、脈成分がある程度含まれることは妨げられず、言い換えればL2は、1.0mm≦L2≦3.0mmの範囲内であってもよい。
 ここで、第1,第2の検出信号に差を生じさせるためのL1,L2の関係としては、例えばL2>2×L1等であってもよい。この場合、L1=1.0mmであれば、L2>2.0mmであるため、L2=2.5mm等であってもよく、脈信号をある程度の強度で検出することになるが、より短いL1が設定される第1の検出信号に比べて、第2の検出信号のMN比が小さいという条件を満足できる。
 なお、第2の検出信号で体動ノイズを相対的に増加させるのであれば、上述したようにL2を非常に小さい値としてもよい。つまり、L2<L1であり、例えばL2<L1/2との関係により、受光部140と各発光部との距離を決定してもよい。ただし、各発光部から受光部140への直接光を遮蔽するために遮光壁等を設ける場合があることを考慮すれば、L1やL2を極端に小さい値とすることが困難な場合もあり得る。例えばL1=1.0mmの場合、L2<0.5mm等を満たす必要があり、各部品の配置がスペース上困難となり得る。この点を考慮した場合、L2>L1であることが望ましいことになるが、状況に応じてはL2<L1とすることは妨げられない。
 また、具体的な数値を用いる場合、L1は、1mm≦L1≦3mmであり、L2は、2mm≦L2であってもよい。ただし上述したように、L1との相対関係を重視するのであれば、L2の条件は2mm≦L2のみではなく、当該相対関係も満たす必要がある。一例としては、L2>L1且つL2≧2mmとなる。或いは、より条件を厳しくして、L2>2×L1且つL2≧2mmとしてもよい。
 2.3.5 発光部と受光部の配置の変形例
 次に、発光部と受光部の基板160上での配置の変形例について説明する。図1(A)~図1(C)等では、受光部140は、第1の発光部150と第2の発光部151との間に配置された。
 しかし受光部140と複数の発光部の配置はこれに限定されない。例えば、図19(A)に示すように、所与の方向にそって、受光部140、第1の発光部150、第2の発光部151の順で並んで実装されてもよい。
 この場合、自然と発光部と受光部の間の距離に差が付くことになり、具体的には図19(A)に示したようにL1<L2となる。さらに狭義にはL2>2×L1とすればよい。
 また、図19(A)の配置の場合にも、第1の発光部150に対応する位置又は領域における被検体との接触位置の高さH1を、第2の発光部151に対応する位置又は領域における被検体との接触位置の高さH2よりも高くすればよい。高さの差を設ける構造は、図1(A)~図1(C)等、上述したいずれの構造を用いてもよい。
 なお図7の配置(以下、受光部140を基準として複数の発光部が対向するため対向配置とも表記する)では、第1の発光部150から受光部140への光路と、第2の発光部151から受光部140への光路が重複しない。そのため、図12(C)等のように透光部材50を設ける実施形態の場合、凸部52-1と凸部52-2も干渉しにくく、HD1とHD2の高さの差を設けることが容易であるという利点がある。
 具体的には、図13(A)、図13(B)と図19(B)を比較すればわかるように、対向配置は図19(A)の配置に比べて第1の発光部150に対応する領域R1と第2の発光部151に対応する領域R2との重複部分が小さくなる。そのため、高さの平均を求める際にも図19の例に比べて重複部分が小さく、高さの差を設けやすい。
 一方、図19(A)で示した変形例の場合、それぞれの光路が重複するために、第1の検出信号と第2の検出信号の相関度合いをより高くできる利点がある。上述したように、ノイズ低減処理の効果を高めるためには、各検出信号は特性は異なりつつもある程度の相関を有することが好ましい。つまり、第1,第2の検出信号の相関を重視するのであれば、図19(A)を用いて上述した配置を用いた方が有利になると考えられる。
 また、以上では生体情報検出装置400に含まれる光電センサーが2つ、すなわち少なくとも1つの受光部と、2つの発光部を含む例について説明したがこれに限定されず、生体情報検出装置は3つ以上の光電センサーを含んでもよい。この場合、1つの受光部を全ての発光部で共有してもよいし、各発光部と組となる受光部を設けてもよいし、それらを組み合わせてもよい。つまり、生体情報検出装置は、第1~N(Nは3以上の整数)の発光部と、第1~第k(kは1≦k≦Nを満たす整数)の受光部とを含んでもよい。
 3.タイミング制御
 上述してきたように、本実施形態では1つの受光部140を複数の発光部で共有することを想定している。その場合、複数の発光部からの光が同時に受光部140に入射してしまうと、受光部140ではそれらの光を分離して処理することが難しい。結果として、押圧に差を設けることで特性の異なる2つの信号を取得しようとしても、それらが混ざり合ってしまい適切な処理ができない。
 そこで本実施形態では、処理部200は、第1のタイミングでの受光部140の第1の受光結果(第1の検出信号)と、第1のタイミングとは異なる第2のタイミングでの受光部140の第2の受光結果(第2の検出信号)とに基づいて、生体情報の検出処理を行う。
 このようにすれば、押圧が第1の押圧P1である場合の第1の検出信号と、押圧が第2の押圧P2である場合の第2の検出信号を異なるタイミングで取得する(排他的なタイミングで取得する)ことが可能になる。つまり、受光部140において第1の検出信号と第2の検出信号が混ざり合ってしまうことを抑止できる。
 このような処理は、第1の発光部150と第2の発光部151の発光タイミング、及び受光部140での受光タイミングを適切に制御することで実現できる。つまり上述してきたように、本実施形態に係る生体情報検出装置400(センサーユニット40)では、発光部として、第1の発光部150と第2の発光部151を有し、処理部200は、第1の発光部150の発光に基づく第1のタイミングでの受光部140の第1の検出信号と、第2の発光部151の発光に基づく第2のタイミングでの受光部140の第2の検出信号とに基づいて、生体情報の検出処理を行う。
 なお、検出信号をA/D変換した後のデジタル信号については、第1の検出信号と第2の検出信号を異なるタイミングで処理する必要はない。つまり、ここで問題としているのは、処理部200の検出信号の取得タイミングではなく、受光部140での受光タイミング(或いは第1の発光部150、第2の発光部151の発光タイミング)である。
 具体的には、第1の発光部150に基づく光が受光部140で受光されるタイミングと、第2の発光部151に基づく光が受光部140で受光されるタイミングとを異なるタイミングとすればよい。ここで、発光部で光が照射された後、当該光が被検体により反射され、反射光が受光部140で受光されることを考慮すれば、発光タイミングと受光タイミングは厳密には異なるものである。しかし光の速さや光路長の短さを考慮すれば、発光タイミングと受光タイミングとの間の時間差はさほど考慮する必要はない。
 つまり、第1の発光部150と第2の発光部151が排他的に発光するように発光タイミングを制御すればよい。また、受光部140では受光は所定のタイミング(例えば所与のクロック信号に対応するタイミング)で行えばよいが、検出用のアナログ回路は第1の検出信号に対する処理と、第2の検出信号に対する処理を明確に区別する必要がある。一例としては、第1の検出信号用の第1のアナログ回路と、第2の検出信号用の第2のアナログ回路の2つを用意しておき、第1の発光部150の発光タイミングでは第1のアナログ回路を動作させ、第2の発光部151の発光タイミングでは第2のアナログ回路を動作させてもよい。
 また、第1の発光部150と第2の発光部151を排他的に発光させることで、第1の検出信号と第2の検出信号とを区別して処理することは可能になる。ただし、上述したように体動ノイズの適切な低減処理では、第1の検出信号と第2の検出信号がある程度の相関を有していることが重要である。つまり、第1の検出信号に対してノイズ低減処理を行う場合、用いる第2の検出信号が第1の検出信号に対して時間的に大きく異なるタイミングで取得された信号であることは好ましくない。なぜなら、第1の検出信号の取得タイミング(受光タイミング)と第2の検出信号の取得タイミングが大きく異なれば、ユーザーの状態等が変化している可能性があり、2つの信号の相関が非常に低いこともありえるためである。
 そのため、第1の検出信号の取得する状態と、第2の検出信号の取得する状態とを高い頻度で変更することが好ましい。例えば、第2のタイミングは、第1のタイミングのあとのタイミングであり、第3のタイミングは、第2のタイミングのあとのタイミングであり、第4のタイミングは、第3のタイミングのあとのタイミングである場合に、処理部200は、第1のタイミング及び第3のタイミングでの受光部140の第1の検出信号を取得し、第2のタイミング及び第4のタイミングでの受光部の第2の検出信号を取得すればよい。
 このようにすれば、少なくとも第1のタイミングのあと、第2のタイミングまで(第2のタイミング自体を含む)の間に、取得される検出信号が第1の検出信号から第2の検出信号に変化する。同様に、第2のタイミングのあと、第3のタイミングまでの間、第3のタイミングのあと、第4のタイミングまでの間にも検出信号の特性が変化する。よって、例えば第2のタイミングでの第2の検出信号と、所与のタイミングでの第1の検出信号を組にして処理を行おうとした場合、第1の検出信号は、少なくとも第1のタイミング及び第3のタイミングで取得されているため、2つの検出信号の間の時間差が極端に大きくなることを抑止できる、すなわち2つの信号の相関が非常に低くなることを抑止できる。
 また、2つの検出信号の取得タイミングの差を小さくするという観点から考えれば、第1の検出信号のノイズ低減処理に用いる第2の検出信号を、当該第1の検出信号に隣接するタイミングで取得するものとしてもよい。具体的には、第2のタイミングは、第1のタイミングの次のタイミングであり、第3のタイミングは、第2のタイミングの次のタイミングであり、第4のタイミングは、第3のタイミングの次のタイミングである場合に、処理部200は、第1のタイミング及び第3のタイミングでの受光部140の第1の検出信号を取得し、第2のタイミング及び第4のタイミングでの受光部140の第2の検出信号を取得してもよい。また、第1のタイミングと第2のタイミング、第2のタイミングと第3のタイミング、あるいは第3のタイミングと第4のタイミングのように隣接するタイミングにおいて発光部の発光強度を変えても良い。この場合、第1の検出信号に対応するタイミングでの発光を強くすることで、第1の検出信号のSN比が向上するため、適切な脈拍数を算出することができる。また、第2の検出信号に対応するタイミングでの発光を強くすることで、第2の検出信号のSN比が向上するめ、ノイズ低減処理におけるノイズ低減をより正確に行うことができる。
 ここでは隣接4タイミングでの第1の検出信号、第2の検出信号の取得タイミングを説明したが、その他のタイミングにおいても、第1の検出信号と第2の検出信号を交互に取得するものであってもよい。この場合の制御例を図20に示す。図20の横軸は時間を表す。図20の制御では、第1の発光部150と第2の発光部151が、受光部140での受光タイミングに合わせて交互に発光する。なお、第1の発光部の制御信号と、第2の発光部の制御信号の振幅が異なるように制御しても良い。
 なお、以上のタイミング制御は1つの受光部140が複数の発光部で共有されることを前提としている。それに対して、センサーユニット40に複数の受光部が含まれる場合のように、1つの受光部が1つの発光部からの光を受光する構成であれば、複数の発光部の各発光部を排他的に発光させなくてもよい。例えば、処理部200は、第1のタイミングでの受光部の第1の検出信号と、第1のタイミングでの受光部(狭義には第2の受光部)の第2の検出信号とに基づいて、生体情報の検出処理を行ってもよい。
 4.ノイズ低減処理
 上述してきたように、本実施形態に係る生体情報検出装置の処理部200は、第2の検出信号に基づいて、第1の検出信号の補正処理を行い、補正後の第1の検出信号に基づいて生体情報の検出処理を行う。そして、処理部200は、当該補正処理として、検出信号に含まれる体動ノイズを低減する体動ノイズ低減処理を行う。これにより、体動ノイズの影響を抑止して、精度よく生体情報を求めることが可能になる。
 以下、処理部200において行われる体動ノイズ低減処理について説明する。具体的には、第2の検出信号に基づいて行われるスペクトラム減算法と、モーションセンサーからの信号に基づいて行われる適応フィルター処理について説明する。
 4.1 スペクトラム減算法
 図21(A)、図21(B)は、スペクトラム減算法を用いた、第2の検出信号に基づく第1の検出信号のノイズ低減処理を説明する図である。スペクトラム減算法では、第1,第2の検出信号に対してそれぞれ周波数変換処理を行ってスペクトルを求める。そして、第2の検出信号のスペクトルからノイズスペクトルを推定し、推定されたノイズスペクトルを、第1の検出信号のスペクトルから引き去る処理を行う。
 図21(A)に、実際に求められた第1の検出信号のスペクトルと、第2の検出信号のスペクトルを示す。上述してきたように、本実施形態に係る生体情報検出装置400を用いることで、第2の検出信号のスペクトルは主としてノイズ成分に対応するスペクトルとなる。つまり、第2の検出信号のスペクトルにおいて大きなピークが立っている周波数が、体動ノイズに対応する周波数であると推定できる。実際には、第2の検出信号のスペクトルのうち、ピークだけを減算してもよいがこれに限定されず、例えば第1の検出信号のスペクトル全体から、第2の検出信号のスペクトル全体を減算する処理を行えばよい。
 減算に際しては、ノイズを相殺するように、例えば、第1の検出信号および第2の検出信号の一方に係数が乗算される。この係数は、例えば所定の周波数の信号強度から求められる。或いは、例えばクラスター化等の手法によりノイズと信号とを分離し、第1の検出信号のノイズと第2の検出信号のノイズとを同じ強度にするように係数が算出されてもよい。
 スペクトラム減算法による体動ノイズ低減処理の前後の第1の検出信号の例を図21(B)に示す。図21(B)からわかるように、体動ノイズ低減処理により、0.7~0.8Hz(脈拍数でいう42~48)及び1.5Hz(脈拍数90)に現れていた体動ノイズが小さく抑えられ、これらを脈信号であると誤判定する可能性を抑止できる。一方、1.1Hz(脈拍数66)前後に現れていた脈信号に対応するスペクトルについては、低減することなく信号レベルを維持することが可能である。
 スペクトラム減算法は、FFT(Fast Fourier Transform)等の周波数変換処理と、スペクトルでの減算処理により実現されるため、アルゴリズムがシンプルであり計算量が少ないという利点がある。また、後述する適応フィルター処理のような学習要素がないため、瞬時応答性が高いという特性がある。
 4.2 適応フィルター処理
 次に、適応フィルター処理を用いた、モーションセンサーからの検出信号に基づく体動ノイズ低減処理(第2の体動ノイズ低減処理)を説明する。適応フィルターを用いたノイズ低減処理の具体例を図22に示す。具体的には、モーションセンサーの検出信号は体動ノイズに対応するため、当該検出信号から特定されるノイズ成分を第1の検出信号から引き去る処理を行うものであり、考え方の大筋はスペクトラム減算法と同様である。
 ただし、脈波検出信号中の体動ノイズと、体動センサーからの体動検出信号は、ともに同一の体動に起因する信号であったとしてもその信号レベルまで同一であるとは限らない。よって、体動検出信号に対して適応的にフィルター係数が決定されるフィルター処理を行うことで、推定体動ノイズ成分を算出し、脈波検出信号と推定体動ノイズ成分の差分をとるものとする。フィルター係数が適応的に(学習を行って)決定されるため、ノイズ低減処理の精度を向上させることが可能であるが、フィルター係数の決定における処理負荷や、出力のディレイを考慮する必要がある。なお、適応フィルター処理については広く知られた手法であるため、詳細な説明については省略する。
 本実施形態においては、生体情報検出装置は図5に示したようにモーションセンサー(加速度センサー172)を有し、処理部200は、モーションセンサーからの検出信号に基づいて、第1の検出信号の体動ノイズを低減する第2の体動ノイズ低減処理を行う。
 すなわち、本実施形態では第2の検出信号を用いた体動ノイズ低減処理を行うことを前提としているが、モーションセンサーを用いた体動ノイズ低減処理を併用することは妨げられない。このようにすれば、第2の検出信号を用いた体動ノイズ低減処理のみを行う場合に比べて、より精度よく体動ノイズを低減することが可能になる。例えば図21(B)では、0.7~0.8Hz、或いは2.3~2.4Hzにおけるノイズを低減し切れていないが、モーションセンサーからの検出信号を用いた処理を併用することで、それらのノイズを低減することも可能である。
 また、処理部200は、第2の検出信号に基づいて、第1の検出信号に対する体動ノイズ低減処理を行い、体動ノイズ低減処理後の信号に対して、モーションセンサーからの検出信号に基づいて、第2の体動ノイズ低減処理を行ってもよい。
 これにより、所定の順序で複数の体動ノイズ低減処理を行うことが可能になる。ここでは、図5の機能ブロック図にも示したように、まず第2の検出信号を用いた体動ノイズ低減処理を行い、その後、第2の体動ノイズ低減処理を行うものとした。この場合の、各信号の流れを示したものが図23である。
 図23に示したように、生体からは脈信号とノイズ信号が検出可能であるが、複数の検出信号の各検出信号にはその両方が含まれることになる。ただし本実施形態ではその比率は検出信号毎に異なり、第1の検出信号は比較的脈信号が多く、第2の検出信号は第1の検出信号に比べて脈信号の比率が低い(体動ノイズの比率が高い)。そして、この2つの検出信号を用いて脈信号と体動信号(体動ノイズ)を分離する。この処理は、上述したスペクトラム減算法により実現される。そして、分離された脈信号(体動ノイズ低減処理後の第1の検出信号)に対して、モーションセンサーの検出信号(図23では加速度信号)を用いた第2の体動ノイズ低減処理が行われ、その結果から脈拍数等が推定される。
 なお、以上では押圧が高い第1の押圧P1で主として脈波成分を含む第1の検出信号を取得し、押圧が相対的に低い第2の押圧P2で主として体動ノイズを含む第2の検出信号を取得するものとした。しかし、本実施形態の手法はこれに限定されない。図8を用いて上述したように、押圧が過剰に大きい場合にも脈波成分は少なくなり相対的に体動ノイズ成分の比率が高くなる。つまり、押圧が相対的に高い側を脈波成分、押圧が相対的に低い側を体動ノイズ成分とするのではなく、押圧が相対的に高い側を体動ノイズ成分、押圧が相対的に低い側を脈波成分とする変形実施が可能である。例えば図8の例であれば、押圧が高い第1の押圧P1として、P1>p4を用い、押圧が低い第2の押圧P2としてp3<P2<p4を、あるいはp2<P2<p3を用いればよい。
 この場合、処理部200は、第1の検出信号に基づいて、第2の検出信号の補正処理を行い、補正後の第2の検出信号に基づいて生体情報の検出処理を行うことになる。
 なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また生体情報検出装置等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
 Sf 皮膚面、WI ワイヤー、10 バンド部、12 バンド穴、14 バックル部、15 バンド挿入部、16 突起部、30 ケース部、32 発光窓部、34 トップケース、35 端子部、36 ボトムケース、40 センサーユニット、50 透光部材、52 凸部、60 樹脂、70 遮光用部材、140 受光部、150 第1の発光部、151 第2の発光部、160 基板、161 第2の基板、162 高さ調整部材、170 モーションセンサー部、172 加速度センサー、175 振動発生部、180 フレーム部、181 第1の部材、182 第2の部材、200 処理部、210 信号処理部、212 体動ノイズ低減部、214 第2の体動ノイズ低減部、220 拍動情報演算部、230 報知制御部、240 記憶部、250 通信部、252 アンテナ、260 報知部、400 生体情報検出装置、410 手首、420 端末装置、430 表示部。

Claims (26)

  1.  被検体に対して光を出射する第1の発光部と、
     前記被検体に対して光を出射する第2の発光部と、
     前記被検体からの光を受光する受光部と、
     を含み、
     前記第1の発光部に対応する位置又は領域における、前記被検体との接触位置又は接触領域の高さをH1とし、前記第2の発光部に対応する位置又は領域における、前記被検体との接触位置又は接触領域の高さをH2とした場合に、H1>H2であることを特徴とするセンサーユニット。
  2.  請求項1において、
     H1は、前記第1の発光部の配置領域における、前記被検体との接触位置又は接触領域の高さであり、
     H2は、前記第2の発光部の配置領域における、前記被検体との接触位置又は接触領域の高さであることを特徴とするセンサーユニット。
  3.  請求項2において、
     前記第1の発光部の前記被検体側の面までの高さをHA1とし、前記第2の発光部の前記被検体側の面までの高さをHA2とした場合に、HA1>HA2の関係が成り立つことで、H1>H2となることを特徴とするセンサーユニット。
  4.  請求項3において、
     前記第2の発光部と、前記受光部は、基板に設けられ、
     前記第1の発光部と、前記基板との間に高さ調整部材が設けられることを特徴とするセンサーユニット。
  5.  請求項4において、
     前記高さ調整部材は第2の基板であり、
     前記第1の発光部の外部接続端子は、前記第2の基板のスルーホールを介して、前記基板に設けられた接続端子と接続されることを特徴とするセンサーユニット。
  6.  請求項4において、
     前記第1の発光部の外部接続端子は、ワイヤーを介して前記基板に設けられた接続端子と接続されることを特徴とするセンサーユニット。
  7.  請求項2において、
     生体情報の検出時において前記センサーユニットから前記被検体へ向かう方向を第1の方向とした場合に、前記第1の発光部の前記第1の方向での長さをLH1とし、前記第2の発光部の前記第1の方向での長さをLH2とした場合に、LH1>LH2の関係が成り立つことで、H1>H2となることを特徴とするセンサーユニット。
  8.  請求項1乃至7のいずれかにおいて、
     少なくとも前記第1の発光部と前記受光部との間に設けられる第1の部材と、
     少なくとも前記第2の発光部と前記受光部との間に設けられる第2の部材と、
     を含み、
     前記第1の部材の高さをHC1とし、前記第2の部材の高さをHC2とした場合に、HC1>HC2の関係が成り立つことで、H1>H2となることを特徴とするセンサーユニット。
  9.  請求項1又は2において、
     前記第1の発光部よりも前記被検体側の位置に設けられ、前記被検体からの光を透過し、且つ前記被検体の生体情報の測定時に前記被検体に接触して押圧を与える透光部材を含み、
     前記第1の発光部に対応する位置又は領域における前記透光部材の高さをHD1とした場合に、HD1>H2の関係が成り立つことで、H1>H2となることを特徴とするセンサーユニット。
  10.  請求項9において、
     前記透光部材は、
     前記第2の発光部よりも前記被検体側の位置に設けられ、前記被検体からの光を透過し、且つ前記被検体の生体情報の測定時に前記被検体に接触して押圧を与え、
     前記第2の発光部に対応する位置又は領域における前記透光部材の高さをHD2とした場合に、HD1>HD2の関係が成り立つことで、H1>H2となることを特徴とするセンサーユニット。
  11.  請求項1乃至10のいずれかにおいて、
     前記受光部に対応する位置又は領域における、前記被検体との接触位置又は接触領域の高さをH3とした場合に、H1≧H3≧H2(ただしH1=H3=H2の場合を除く)であることを特徴とするセンサーユニット。
  12.  請求項1乃至11のいずれかにおいて、
     前記受光部は、
     前記被検体の測定部位に与えられる押圧が第1の押圧である場合の前記被検体からの光と、前記被検体の測定部位に与えられる前記押圧が前記第1の押圧に比べて小さい第2の押圧である場合の前記被検体からの光を受光することを特徴とするセンサーユニット。
  13.  請求項1乃至12のいずれかにおいて、
     前記被検体との前記接触領域の高さとは、前記接触領域に含まれる各点での高さの平均高さであることを特徴とするセンサーユニット。
  14.  請求項1乃至13のいずれかに記載のセンサーユニットを含むことを特徴とする生体情報検出装置。
  15.  請求項14において、
     前記第1の発光部からの光に対応する前記被検体からの光の受光結果である第1の受光結果と、前記第2の発光部からの光に対応する前記被検体からの光の前記受光結果である第2の受光結果とに基づいて、生体情報の検出処理を行う処理部を含むことを特徴とする生体情報検出装置。
  16.  被検体に対して光を出射する少なくとも1つの発光部と、
     前記被検体からの光を受光する少なくとも1つの受光部と、
     前記受光部から出力される検出信号に基づいて、生体情報の検出処理を行う処理部と、
     を含み、
     前記処理部は、
     前記被検体の測定部位に与えられる押圧が第1の押圧である場合の前記検出信号である第1の検出信号と、前記被検体の測定部位に与えられる前記押圧が前記第1の押圧に比べて小さい第2の押圧である場合の前記検出信号である第2の検出信号とに基づいて、前記生体情報の検出処理を行うことを特徴とする生体情報検出装置。
  17.  請求項16において、
     前記処理部は、
     第1のタイミングでの前記受光部の前記第1の検出信号と、
     前記第1のタイミングとは異なる第2のタイミングでの前記受光部の前記第2の検出信号とに基づいて、前記生体情報の検出処理を行うことを特徴とする生体情報検出装置。
  18.  請求項17において、
     前記発光部として、第1の発光部と第2の発光部を有し、
     前記処理部は、
     前記第1の発光部の発光に基づく前記第1のタイミングでの前記受光部の前記第1の検出信号と、前記第2の発光部の発光に基づく前記第2のタイミングでの前記受光部の前記第2の検出信号とに基づいて、前記生体情報の検出処理を行うことを特徴とする生体情報検出装置。
  19.  請求項17又は18において、
     前記第2のタイミングは、前記第1のタイミングのあとのタイミングであり、
     第3のタイミングは、前記第2のタイミングのあとのタイミングであり、
     第4のタイミングは、前記第3のタイミングのあとのタイミングである場合に、
     前記処理部は、
     前記第1のタイミング及び前記第3のタイミングでの前記受光部の前記第1の検出信号を取得し、前記第2のタイミング及び前記第4のタイミングでの前記受光部の前記第2の検出信号を取得することを特徴とする生体情報検出装置。
  20.  請求項16において、
     前記処理部は、
     第1のタイミングでの前記受光部の前記第1の検出信号と、前記第1のタイミングでの前記受光部の前記第2の検出信号とに基づいて、前記生体情報の検出処理を行うことを特徴とする生体情報検出装置。
  21.  請求項16乃至20のいずれかにおいて、
     前記処理部は、
     前記第2の検出信号に基づいて、前記第1の検出信号の補正処理を行い、補正後の前記第1の検出信号に基づいて前記生体情報の検出処理を行うことを特徴とする生体情報検出装置。
  22.  請求項16乃至20のいずれかにおいて、
     前記処理部は、
     前記第1の検出信号に基づいて、前記第2の検出信号の補正処理を行い、補正後の前記第2の検出信号に基づいて前記生体情報の検出処理を行うことを特徴とする生体情報検出装置。
  23.  請求項21又は22において、
     前記処理部は、
     前記補正処理として、前記検出信号に含まれる体動ノイズを低減する体動ノイズ低減処理を行うことを特徴とする生体情報検出装置。
  24.  請求項1乃至13のいずれかに記載のセンサーユニットを含むことを特徴とする電子機器。
  25.  請求項14乃至23のいずれかに記載の生体情報検出装置を含むことを特徴とする電子機器。
  26.  被検体に対して光を出射する少なくとも1つの発光部と、前記被検体からの光を受光する少なくとも1つの受光部と、を含む生体情報検出装置における生体情報検出方法であって、
     前記被検体の測定部位に与えられる押圧が第1の押圧である場合の検出信号である第1の検出信号と、前記被検体の測定部位に与えられる前記押圧が前記第1の押圧に比べて小さい第2の押圧である場合の前記検出信号である第2の検出信号とに基づいて、生体情報の検出処理を行うことを特徴とする生体情報検出方法。
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