JP2000083914A - 生体情報計測装置および脈波計測装置 - Google Patents
生体情報計測装置および脈波計測装置Info
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- JP2000083914A JP2000083914A JP11302775A JP30277599A JP2000083914A JP 2000083914 A JP2000083914 A JP 2000083914A JP 11302775 A JP11302775 A JP 11302775A JP 30277599 A JP30277599 A JP 30277599A JP 2000083914 A JP2000083914 A JP 2000083914A
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 大掛かりな遮光構造がなくても使用条件に対
する制約を緩和可能な光学式の人体情報検出装置および
脈波計測装置を提供すること。 【解決手段】 脈波計測装置1では、装置本体10をリ
ストバンド12で腕に装着する一方、検出装置30をセ
ンサ固定用バンド40によって指に装着する。この状態
で、LED31から指に向けて光を照射すると、この光
が血管に届いて反射する。反射してきた光は、フォトト
ランジスタ32によって受光され、その受光量は、血液
の脈波によって生じる血量変化に対応する。ここで、L
ED31は、青色LEDを用いてあり、その発光波長ピ
ークは、450nmである。フォトトランジタ32の受
光波長領域は、300nmから600nmまでの波長領
域にある。
する制約を緩和可能な光学式の人体情報検出装置および
脈波計測装置を提供すること。 【解決手段】 脈波計測装置1では、装置本体10をリ
ストバンド12で腕に装着する一方、検出装置30をセ
ンサ固定用バンド40によって指に装着する。この状態
で、LED31から指に向けて光を照射すると、この光
が血管に届いて反射する。反射してきた光は、フォトト
ランジスタ32によって受光され、その受光量は、血液
の脈波によって生じる血量変化に対応する。ここで、L
ED31は、青色LEDを用いてあり、その発光波長ピ
ークは、450nmである。フォトトランジタ32の受
光波長領域は、300nmから600nmまでの波長領
域にある。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、脈波計測装置など
の生体情報計測装置に関し、更に詳しくは、生体に向け
て光を照射し、生体からの反射光を検出して脈波などの
生体情報を計測する装置に関するものである。
の生体情報計測装置に関し、更に詳しくは、生体に向け
て光を照射し、生体からの反射光を検出して脈波などの
生体情報を計測する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】脈波などの生体情報を計測する装置に
は、血液の量の変化を光学的に検出し、その検出結果に
基づいて生体情報を表示する電子機器がある。かかる光
学式の脈波計測装置(生体情報計測装置)では、LED
(発光ダイオード)などの発光素子から指先などに光を
照射し、生体(血管)からの反射光をフォトトランジス
タなどの受光素子で受光することにより、血液の脈波に
よって生じる血量変化を受光量の変化として検出し、こ
れにより得られる脈波信号に基づいて脈拍数や脈波の変
化を表示するようになっており、発光素子から照射され
る光としては、従来、赤外光が用いられている。ここ
で、受光素子に外光(太陽光)が射し込むと、外光の入
射量の変動に伴い、受光量が変動してしまうため、従来
の脈波計測装置では、指先などの検出部分を遮光カバー
で覆うことによって外光の影響を抑えている。
は、血液の量の変化を光学的に検出し、その検出結果に
基づいて生体情報を表示する電子機器がある。かかる光
学式の脈波計測装置(生体情報計測装置)では、LED
(発光ダイオード)などの発光素子から指先などに光を
照射し、生体(血管)からの反射光をフォトトランジス
タなどの受光素子で受光することにより、血液の脈波に
よって生じる血量変化を受光量の変化として検出し、こ
れにより得られる脈波信号に基づいて脈拍数や脈波の変
化を表示するようになっており、発光素子から照射され
る光としては、従来、赤外光が用いられている。ここ
で、受光素子に外光(太陽光)が射し込むと、外光の入
射量の変動に伴い、受光量が変動してしまうため、従来
の脈波計測装置では、指先などの検出部分を遮光カバー
で覆うことによって外光の影響を抑えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
脈波計測装置では、外光に対する遮光カバーをいくら大
掛かりにしても、屋外といった外光があたる場所で使用
すると、外光の一部が指自身を通って受光素子に届いて
しまい、外光の照度が変動することに起因して脈波の誤
検出が発生しやすいという欠点がある。従って、従来の
脈波計測装置には、外光があたらない場所、または外光
の照度が一定した場所でしか使用できないという制約が
あり、かかる制約を緩和するには、さらに大掛かりな遮
光構造が必要になって、脈波計測装置を小型化できな
い。かかる問題点を解消するために、実開昭57−74
009号公報には、脈波の検出装置に加えて外光を検出
する外光検出素子を設け、外光検出素子による外光の検
出結果に基づいて、その影響を補償する脈波センサが開
示されている。しかし、脈波センサに外光検出素子およ
び補償回路を設けることは、その小型化や低価格化を妨
げてしまうなど、これまで案出されてきた外光への対策
は、いずれも実用性に乏しい。
脈波計測装置では、外光に対する遮光カバーをいくら大
掛かりにしても、屋外といった外光があたる場所で使用
すると、外光の一部が指自身を通って受光素子に届いて
しまい、外光の照度が変動することに起因して脈波の誤
検出が発生しやすいという欠点がある。従って、従来の
脈波計測装置には、外光があたらない場所、または外光
の照度が一定した場所でしか使用できないという制約が
あり、かかる制約を緩和するには、さらに大掛かりな遮
光構造が必要になって、脈波計測装置を小型化できな
い。かかる問題点を解消するために、実開昭57−74
009号公報には、脈波の検出装置に加えて外光を検出
する外光検出素子を設け、外光検出素子による外光の検
出結果に基づいて、その影響を補償する脈波センサが開
示されている。しかし、脈波センサに外光検出素子およ
び補償回路を設けることは、その小型化や低価格化を妨
げてしまうなど、これまで案出されてきた外光への対策
は、いずれも実用性に乏しい。
【0004】このような問題点に鑑みて、本願発明者
は、外光の照度が変動することに起因して脈波の誤検出
が発生する理由を種々検討した結果、従来の脈波計測装
置においてその検出系に用いている赤外光は、生体にお
ける透過率が大きすぎるため、遮光カバーを付けても外
光が生体自身を透過して受光素子に届きやすいからであ
り、かかる問題点を解消すれば、実用的な外光対策が可
能であるという結論に到達した。
は、外光の照度が変動することに起因して脈波の誤検出
が発生する理由を種々検討した結果、従来の脈波計測装
置においてその検出系に用いている赤外光は、生体にお
ける透過率が大きすぎるため、遮光カバーを付けても外
光が生体自身を透過して受光素子に届きやすいからであ
り、かかる問題点を解消すれば、実用的な外光対策が可
能であるという結論に到達した。
【0005】そこで、本発明の課題は、外光の影響を受
けにくい光学系を用いることによって、大掛かりな遮光
構造がなくても使用条件に対する制約を緩和可能な生体
情報検出装置および脈波計測装置を提供することにあ
る。
けにくい光学系を用いることによって、大掛かりな遮光
構造がなくても使用条件に対する制約を緩和可能な生体
情報検出装置および脈波計測装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、生体の一部に向けて光を照射する発
光部、およびこの発光部が発した光を生体を介して受光
する受光部、すなわち、生体からの反射光を受光する受
光部を備える検出手段と、この検出手段の検出結果に基
づいて生体情報を表示する生体情報表示手段とを有する
生体情報計測装置において、生体情報を、検出手段の約
300nmから約700nmまでの波長領域における検
出結果に基づいて表示することに特徴を有する。
めに、本発明では、生体の一部に向けて光を照射する発
光部、およびこの発光部が発した光を生体を介して受光
する受光部、すなわち、生体からの反射光を受光する受
光部を備える検出手段と、この検出手段の検出結果に基
づいて生体情報を表示する生体情報表示手段とを有する
生体情報計測装置において、生体情報を、検出手段の約
300nmから約700nmまでの波長領域における検
出結果に基づいて表示することに特徴を有する。
【0007】かかる波長領域での検出を行なうにあたっ
て、たとえば、発光部の発光波長領域を少なくとも約3
00nmから約700nmまでの範囲とし、受光部の受
光波長領域をλnmとしたときに、受光波長領域を以下
の式 0 < λ ≦ 700 で表される範囲のみとする。
て、たとえば、発光部の発光波長領域を少なくとも約3
00nmから約700nmまでの範囲とし、受光部の受
光波長領域をλnmとしたときに、受光波長領域を以下
の式 0 < λ ≦ 700 で表される範囲のみとする。
【0008】このような生体情報計測装置は、たとえ
ば、検出手段の検出結果に基づいて生体情報としての脈
波情報を表示する脈波計測装置を構成できる。
ば、検出手段の検出結果に基づいて生体情報としての脈
波情報を表示する脈波計測装置を構成できる。
【0009】
【作用】本発明に係る脈波計測装置(生体情報計測装
置)において、LEDなどの発光部から指や手首などに
光を照射し、血管からの反射光をフォトトランジスタな
どの受光部で検知することにより、血液の脈波によって
生じる血量変化を受光量の変化として検出し、これによ
り得られる脈波信号に基づいて脈拍数や脈波の変化を表
示する。本発明では、生体情報は、検出手段の300n
mから700nmまでの波長領域における検出結果に基
づいて表示する。かかる波長領域での検出を行なうにあ
たって、たとえば、発光部の波長領域が少なくとも30
0nmから700nmまでの範囲とし、受光波長領域を
700nm以下とすれば、外光に含まれる光のうち、波
長領域が700nm以下の光は、指を導光体として受光
部にまで到達しない一方、300nmより低波長領域の
光は、皮膚表面でほとんど吸収される。従って、検出結
果は、外光の影響を受けることなく、発光部の光のみに
基づく300nmから700nmまでの波長領域の検出
結果から生体情報を計測することができる。それ故、検
出部分に外光が直接射し込まない限り、外光に起因する
脈波の誤検出が発生しないので、大掛かりな遮光構造を
設けなくても使用条件に対する制約を緩和できる。
置)において、LEDなどの発光部から指や手首などに
光を照射し、血管からの反射光をフォトトランジスタな
どの受光部で検知することにより、血液の脈波によって
生じる血量変化を受光量の変化として検出し、これによ
り得られる脈波信号に基づいて脈拍数や脈波の変化を表
示する。本発明では、生体情報は、検出手段の300n
mから700nmまでの波長領域における検出結果に基
づいて表示する。かかる波長領域での検出を行なうにあ
たって、たとえば、発光部の波長領域が少なくとも30
0nmから700nmまでの範囲とし、受光波長領域を
700nm以下とすれば、外光に含まれる光のうち、波
長領域が700nm以下の光は、指を導光体として受光
部にまで到達しない一方、300nmより低波長領域の
光は、皮膚表面でほとんど吸収される。従って、検出結
果は、外光の影響を受けることなく、発光部の光のみに
基づく300nmから700nmまでの波長領域の検出
結果から生体情報を計測することができる。それ故、検
出部分に外光が直接射し込まない限り、外光に起因する
脈波の誤検出が発生しないので、大掛かりな遮光構造を
設けなくても使用条件に対する制約を緩和できる。
【0010】また、血液中のヘモグロビンは、波長領域
が300nmから700nmまでの範囲にある光に対す
る吸光係数が赤外光に対する吸光係数よりも著しく大き
い。
が300nmから700nmまでの範囲にある光に対す
る吸光係数が赤外光に対する吸光係数よりも著しく大き
い。
【0011】かかるヘモグロビンの吸光特性に合わせ
て、波長領域が300nmから700nmまでの範囲に
ある光を生体に向けて照射すると、生体(血管)から反
射してくる光の強度は、血量変化に追従して大きく変化
する。それ故、脈波信号のS/N比が向上する。
て、波長領域が300nmから700nmまでの範囲に
ある光を生体に向けて照射すると、生体(血管)から反
射してくる光の強度は、血量変化に追従して大きく変化
する。それ故、脈波信号のS/N比が向上する。
【0012】
【実施例】図面に基づいて、本発明の一実施例を説明す
る。
る。
【0013】(全体構成)図1は、実施例に係る脈波計
測装置の使用状態を示す説明図、図2(a)、(b)、
(c)は、脈波計測装置の検出装置を装着した指と光学
素子との位置関係を模式的に示す断面図、図3は、指に
装着された検出装置の動作を示す説明図である。
測装置の使用状態を示す説明図、図2(a)、(b)、
(c)は、脈波計測装置の検出装置を装着した指と光学
素子との位置関係を模式的に示す断面図、図3は、指に
装着された検出装置の動作を示す説明図である。
【0014】図1において、本例の脈波計測装置1(生
体情報計測装置)では、腕時計構造を有する装置本体1
0と、この装置本体10から引き出されたケーブル20
と、このケーブル20の先端側に設けられた検出装置3
0と、この検出装置30を指や手首などに装着するため
のゴム製などのセンサ固定用バンド40とから大略構成
されている。
体情報計測装置)では、腕時計構造を有する装置本体1
0と、この装置本体10から引き出されたケーブル20
と、このケーブル20の先端側に設けられた検出装置3
0と、この検出装置30を指や手首などに装着するため
のゴム製などのセンサ固定用バンド40とから大略構成
されている。
【0015】装置本体10は、計時機能が内蔵された時
計ケース11、およびこの時計ケース11を腕に装着す
るためのリストバンド12から構成されている。時計ケ
ース11の表面側には、現在時刻や日付に加えて、検出
装置30での検出結果に基づく脈波情報(生体情報)な
ども表示する液晶表示装置13が構成されている。ま
た、時計ケース11の内部には、検出装置30による検
出結果に基づいて脈拍数の変化などを表示するために、
検出信号に対する信号処理などを行なうデータ処理回路
50も内蔵され、このデータ処理回路50および液晶表
示装置13によって、生体情報表示手段60が構成され
ている。なお、時計ケース11の外側面には、時刻合わ
せや表示モードの切り換えなどを行なうためのボタンス
イッチ111、112が設けられている。
計ケース11、およびこの時計ケース11を腕に装着す
るためのリストバンド12から構成されている。時計ケ
ース11の表面側には、現在時刻や日付に加えて、検出
装置30での検出結果に基づく脈波情報(生体情報)な
ども表示する液晶表示装置13が構成されている。ま
た、時計ケース11の内部には、検出装置30による検
出結果に基づいて脈拍数の変化などを表示するために、
検出信号に対する信号処理などを行なうデータ処理回路
50も内蔵され、このデータ処理回路50および液晶表
示装置13によって、生体情報表示手段60が構成され
ている。なお、時計ケース11の外側面には、時刻合わ
せや表示モードの切り換えなどを行なうためのボタンス
イッチ111、112が設けられている。
【0016】脈波計測装置1の電源は、時計ケース11
に内蔵されている電池であり、ケーブル20は、電池か
ら検出装置30に電力を供給するとともに、検出装置3
0の検出結果を時計ケース11内のデータ処理回路50
に入力可能である。
に内蔵されている電池であり、ケーブル20は、電池か
ら検出装置30に電力を供給するとともに、検出装置3
0の検出結果を時計ケース11内のデータ処理回路50
に入力可能である。
【0017】本例では、センサ固定用バンド40には、
マジックテープが張られており、図1に実線で示すよう
に、センサ固定用バンド40は、検出装置30を指の根
元に密着した状態で取り付け可能である。また、図1に
点線で示すように、検出装置30を指先に密着した状態
とすることも可能である。
マジックテープが張られており、図1に実線で示すよう
に、センサ固定用バンド40は、検出装置30を指の根
元に密着した状態で取り付け可能である。また、図1に
点線で示すように、検出装置30を指先に密着した状態
とすることも可能である。
【0018】センサ固定用バンド40の内面には、検出
装置30が箱型の光学ユニット300として固定されて
おり、それには、図2(a)、(b)、(c)に模式的
に示すように、LED31およびフォトトランジスタ3
2が指に向けられている。ここで、図2(a)には、指
の根元に検出装置30を密着した状態で取り付けたとき
に、指の長さ方向にLED31およびフォトトランジス
タ32が並んだ状態を示してある。図2(b)には、指
先に検出装置30を密着した状態で取り付けたときに、
指の長さ方向にLED31およびフォトトランジスタ3
2が並んだ状態を示してある。図2(c)には、指に検
出装置30を密着した状態で取り付けたときに、指の周
り方向にLED31およびフォトトランジスタ32が並
んだ構造を示してある。
装置30が箱型の光学ユニット300として固定されて
おり、それには、図2(a)、(b)、(c)に模式的
に示すように、LED31およびフォトトランジスタ3
2が指に向けられている。ここで、図2(a)には、指
の根元に検出装置30を密着した状態で取り付けたとき
に、指の長さ方向にLED31およびフォトトランジス
タ32が並んだ状態を示してある。図2(b)には、指
先に検出装置30を密着した状態で取り付けたときに、
指の長さ方向にLED31およびフォトトランジスタ3
2が並んだ状態を示してある。図2(c)には、指に検
出装置30を密着した状態で取り付けたときに、指の周
り方向にLED31およびフォトトランジスタ32が並
んだ構造を示してある。
【0019】本例では、図3に示すように、LED31
から指に向けて光を照射し、生体(血管)から反射して
きた光をフォトトランジスタ32で受光して生体(血
管)から脈波を検出するようになっている。
から指に向けて光を照射し、生体(血管)から反射して
きた光をフォトトランジスタ32で受光して生体(血
管)から脈波を検出するようになっている。
【0020】かかる脈波の検出にあたって、本例では、
赤外光ではなく、300nmから700nmまでの波長
領域における検出結果に基づいて生体情報を表示するよ
うになっている。すなわち、検出装置30では、発光波
長領域が300nmから700nmまでの範囲にあるL
ED31と、受光波長領域が700nm以下のフォトト
ランジスタ32とを用いてあり、その重なり領域である
300nmから700nmまでの波長領域における検出
結果に基づいて生体情報を表示する。かかる検出装置3
0を用いれば、後述するとおり、外光に含まれる光のう
ち、波長領域が700nm以下の光は、指を導光体とし
てフォトトランジスタ32(受光部)にまで到達しない
一方、300nm以下の光は、皮膚表面でほとんど吸収
される。
赤外光ではなく、300nmから700nmまでの波長
領域における検出結果に基づいて生体情報を表示するよ
うになっている。すなわち、検出装置30では、発光波
長領域が300nmから700nmまでの範囲にあるL
ED31と、受光波長領域が700nm以下のフォトト
ランジスタ32とを用いてあり、その重なり領域である
300nmから700nmまでの波長領域における検出
結果に基づいて生体情報を表示する。かかる検出装置3
0を用いれば、後述するとおり、外光に含まれる光のう
ち、波長領域が700nm以下の光は、指を導光体とし
てフォトトランジスタ32(受光部)にまで到達しない
一方、300nm以下の光は、皮膚表面でほとんど吸収
される。
【0021】従って、検出結果は、外光の影響を受ける
ことなく、発光部の光のみに基づく300nmから70
0nmまでの波長領域の検出結果から生体情報を計測す
ることができるからである。
ことなく、発光部の光のみに基づく300nmから70
0nmまでの波長領域の検出結果から生体情報を計測す
ることができるからである。
【0022】ここで、LED31から発せられた光は、
その一部が矢印Cで示すように指を通って血管にまで到
達し、血液中のヘモグロビンからの反射光が矢印Dで示
すようにフォトトランジスタ32に届く。この経路で受
光された光量が生体反射量である。また、LED31か
ら発せられた光は、その一部が矢印Eで示すように指表
面で反射してフォトトランジスタ32に届く。この経路
で受光された光量が皮膚反射量である。さらに、LED
31から発せられた光、および血管から反射した光の一
部は、矢印F、Gで示すように、指内で吸収、または分
散して、フォトトランジスタ32に届かない。
その一部が矢印Cで示すように指を通って血管にまで到
達し、血液中のヘモグロビンからの反射光が矢印Dで示
すようにフォトトランジスタ32に届く。この経路で受
光された光量が生体反射量である。また、LED31か
ら発せられた光は、その一部が矢印Eで示すように指表
面で反射してフォトトランジスタ32に届く。この経路
で受光された光量が皮膚反射量である。さらに、LED
31から発せられた光、および血管から反射した光の一
部は、矢印F、Gで示すように、指内で吸収、または分
散して、フォトトランジスタ32に届かない。
【0023】かかるLED31として、本例では、In
GaN系(インジウム−ガリウム−窒素系)の青色LE
Dを用いてあり、その発光スペクトルは、図4に示すよ
うに、450nmに発光ピークを有し、その発光波長領
域は、350nmから600nmまでの範囲にある。か
かる発光特性を有するLED31に対応させて、本例で
は、フォトトランジスタ32として、GaAsP系(ガ
リウム−砒素−リン系)のフォトトランジスタを用いて
あり、その素子自身の受光波長領域は、図5に示すよう
に、主要感度領域が300nmから600nmまでの範
囲にあって、300nm以下にも感度領域がある。ここ
で、フォトトランジスタ32として、素子にフィルタを
付加したセンサユニットを用いることもあり、このよう
なセンサユニットの受光波長領域の一例は、図6に示す
ように、主要感度領域が400nmから550nmまで
の範囲にある。これらのLED31およびフォトトラン
ジスタ32は、消費電力が比較的小さいので、本例の脈
波計測装置1のように、計時機能と脈波計測機能を1つ
の小型電池で駆動する場合でも、連続稼働時間が長い。
GaN系(インジウム−ガリウム−窒素系)の青色LE
Dを用いてあり、その発光スペクトルは、図4に示すよ
うに、450nmに発光ピークを有し、その発光波長領
域は、350nmから600nmまでの範囲にある。か
かる発光特性を有するLED31に対応させて、本例で
は、フォトトランジスタ32として、GaAsP系(ガ
リウム−砒素−リン系)のフォトトランジスタを用いて
あり、その素子自身の受光波長領域は、図5に示すよう
に、主要感度領域が300nmから600nmまでの範
囲にあって、300nm以下にも感度領域がある。ここ
で、フォトトランジスタ32として、素子にフィルタを
付加したセンサユニットを用いることもあり、このよう
なセンサユニットの受光波長領域の一例は、図6に示す
ように、主要感度領域が400nmから550nmまで
の範囲にある。これらのLED31およびフォトトラン
ジスタ32は、消費電力が比較的小さいので、本例の脈
波計測装置1のように、計時機能と脈波計測機能を1つ
の小型電池で駆動する場合でも、連続稼働時間が長い。
【0024】(検出装置の構成)図7〜図10を参照し
て、光学ユニットの構成を詳述する。図7は、光学ユニ
ットの平面図、図8は、図7のA−A′線における断面
図、図9は、図7のB−B′線における断面図、図10
は、図7のC−C′線における断面図である。
て、光学ユニットの構成を詳述する。図7は、光学ユニ
ットの平面図、図8は、図7のA−A′線における断面
図、図9は、図7のB−B′線における断面図、図10
は、図7のC−C′線における断面図である。
【0025】これらの図において、光学ユニット300
では、そのケース体としてのセンサ枠301に裏蓋30
2が被されてその内部が部品収納空間になっている。セ
ンサ枠301に対する裏蓋302の固定は、3本の裏蓋
止めねじ303で行なわれている。また、裏蓋止めねじ
303は、裏蓋302の下面にセンサ固定用バンド40
を固定し、センサ固定用バンド40は、光学ユニット3
00から両側に延びている。かかるセンサ固定用バンド
40に対して直角をなす方向に向けて、センサ枠301
の内部からはケーブル20が引き出されている。センサ
枠301の上面部分には、ガラス板304(フィルタ)
で光透過窓が形成され、このガラス板304に対向する
ように回路基板305がセンサ枠301の内部に固定さ
れている。回路基板305には、LED31、フォトト
ランジスタ32(フィルタ付きのセンサユニット)、お
よびトランジスタ309が実装されており、LED31
およびフォトトランジスタ32は、それぞれ発光面およ
び受光面をガラス板304の方に向けている。なお、回
路基板305は、センサ枠301の上面から嵌め込まれ
た2本のピン306に基板止めねじ307が止められて
センサ枠301に固定されている。また、ピン306に
よってアース板308も固定されている。
では、そのケース体としてのセンサ枠301に裏蓋30
2が被されてその内部が部品収納空間になっている。セ
ンサ枠301に対する裏蓋302の固定は、3本の裏蓋
止めねじ303で行なわれている。また、裏蓋止めねじ
303は、裏蓋302の下面にセンサ固定用バンド40
を固定し、センサ固定用バンド40は、光学ユニット3
00から両側に延びている。かかるセンサ固定用バンド
40に対して直角をなす方向に向けて、センサ枠301
の内部からはケーブル20が引き出されている。センサ
枠301の上面部分には、ガラス板304(フィルタ)
で光透過窓が形成され、このガラス板304に対向する
ように回路基板305がセンサ枠301の内部に固定さ
れている。回路基板305には、LED31、フォトト
ランジスタ32(フィルタ付きのセンサユニット)、お
よびトランジスタ309が実装されており、LED31
およびフォトトランジスタ32は、それぞれ発光面およ
び受光面をガラス板304の方に向けている。なお、回
路基板305は、センサ枠301の上面から嵌め込まれ
た2本のピン306に基板止めねじ307が止められて
センサ枠301に固定されている。また、ピン306に
よってアース板308も固定されている。
【0026】(データ処理回路の構成)図11を参照し
て、時計ケース11の内部に構成されたデータ処理回路
50の構成を説明する。図11は、データ処理回路50
の構成を示すブロック図である。
て、時計ケース11の内部に構成されたデータ処理回路
50の構成を説明する。図11は、データ処理回路50
の構成を示すブロック図である。
【0027】データ処理回路50において、脈波信号変
換部51は、検出装置30からケーブル20を介して入
力された信号をデジタル信号に変換して脈波信号記憶部
52に出力するようになっている。脈波信号記憶部52
は、デジタル信号に変換された脈波データを記憶してお
くRAMである。脈波信号演算部53は、脈波信号記憶
部52に記憶されている信号を読み出してそれに周波数
分析を行ない、その結果を脈波成分抽出部54に入力す
るようになっている。脈波成分抽出部54は、脈波信号
演算部53からの入力信号から脈波成分を抽出して脈拍
数演算部55に出力し、この脈拍数演算部55は、入力
された脈波の周波数成分により脈拍数を演算し、その結
果を液晶表示装置13に出力するようになっている。
換部51は、検出装置30からケーブル20を介して入
力された信号をデジタル信号に変換して脈波信号記憶部
52に出力するようになっている。脈波信号記憶部52
は、デジタル信号に変換された脈波データを記憶してお
くRAMである。脈波信号演算部53は、脈波信号記憶
部52に記憶されている信号を読み出してそれに周波数
分析を行ない、その結果を脈波成分抽出部54に入力す
るようになっている。脈波成分抽出部54は、脈波信号
演算部53からの入力信号から脈波成分を抽出して脈拍
数演算部55に出力し、この脈拍数演算部55は、入力
された脈波の周波数成分により脈拍数を演算し、その結
果を液晶表示装置13に出力するようになっている。
【0028】(動作)このように構成した脈波計測装置
1の動作を、図1、図3および11を参照して簡単に説
明する。まず、図1に示すように、装置本体10をリス
トバンド12で腕に装着する一方、検出装置30(光学
ユニット300のガラス板304)をセンサ固定用バン
ド40によって指に密着させる。この状態で、図3に模
式的に示すように、LED31から指に向けて光を照射
すると、この光が血管に届いて血液中のヘモグロビンに
よって一部が吸収され、一部が反射する。生体(血管)
から反射してきた光は、フォトトランジスタ32によっ
て受光され、その受光量変化は、血液の脈波によって生
じる血量変化に対応する。すなわち、血量が多いときに
は、反射光が弱くなる一方、血量が少なくなると、反射
光が強くなるので、反射光強度の変化をフォトトランジ
スタ32で監視すれば、脈拍などを検出できる。かかる
検出を行なうために、図11に示すデータ処理回路50
では、フォトトランジスタ32(検出装置30)から入
力された信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信
号に周波数分析などを行なって脈拍数を演算する。そし
て、演算により求めた脈拍数を液晶表示装置13に表示
させる。すなわち、脈波計測装置1は、脈拍計として機
能する。
1の動作を、図1、図3および11を参照して簡単に説
明する。まず、図1に示すように、装置本体10をリス
トバンド12で腕に装着する一方、検出装置30(光学
ユニット300のガラス板304)をセンサ固定用バン
ド40によって指に密着させる。この状態で、図3に模
式的に示すように、LED31から指に向けて光を照射
すると、この光が血管に届いて血液中のヘモグロビンに
よって一部が吸収され、一部が反射する。生体(血管)
から反射してきた光は、フォトトランジスタ32によっ
て受光され、その受光量変化は、血液の脈波によって生
じる血量変化に対応する。すなわち、血量が多いときに
は、反射光が弱くなる一方、血量が少なくなると、反射
光が強くなるので、反射光強度の変化をフォトトランジ
スタ32で監視すれば、脈拍などを検出できる。かかる
検出を行なうために、図11に示すデータ処理回路50
では、フォトトランジスタ32(検出装置30)から入
力された信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信
号に周波数分析などを行なって脈拍数を演算する。そし
て、演算により求めた脈拍数を液晶表示装置13に表示
させる。すなわち、脈波計測装置1は、脈拍計として機
能する。
【0029】(実施例の効果)本例では、LED31の
発光波長領域は、350nmから600nmまでの範囲
にあり、フォトトランジスタ32の受光波長領域は、主
要感度領域が300nmから600nmまでの範囲にあ
る。また、フォトトランジスタ32として、素子とフィ
ルタとを組み合わせたユニットを用いたときの受光波長
領域は、400nmから550nmまでの範囲にある。
従って、図1に示す簡単な遮光状態で脈波を計測して
も、外光に含まれる光のうち、波長領域が700nm以
下の光は、指を導光体としてフォトトランジスタ32
(受光部)にまで到達せず、検出には影響を与えない波
長領域の光だけが、指を導光体として通ってくることか
ら、本例では、指の露出部分に外光があたっても、脈波
の検出結果には外光の影響が及ばない。また、本例で
は、血量変化に基づく脈波信号のS/N比が高い。かか
る理由を以下に説明する。
発光波長領域は、350nmから600nmまでの範囲
にあり、フォトトランジスタ32の受光波長領域は、主
要感度領域が300nmから600nmまでの範囲にあ
る。また、フォトトランジスタ32として、素子とフィ
ルタとを組み合わせたユニットを用いたときの受光波長
領域は、400nmから550nmまでの範囲にある。
従って、図1に示す簡単な遮光状態で脈波を計測して
も、外光に含まれる光のうち、波長領域が700nm以
下の光は、指を導光体としてフォトトランジスタ32
(受光部)にまで到達せず、検出には影響を与えない波
長領域の光だけが、指を導光体として通ってくることか
ら、本例では、指の露出部分に外光があたっても、脈波
の検出結果には外光の影響が及ばない。また、本例で
は、血量変化に基づく脈波信号のS/N比が高い。かか
る理由を以下に説明する。
【0030】まず、外光の影響を受けにくい理由を、図
12(a)を参照して説明する。図12(a)には、光
の波長と、皮膚の光透過度との関係を示してある。ここ
で、折れ線aは、波長が200nmの光における透過特
性、折れ線bは、波長が300nmの光における透過特
性、折れ線cは、波長が500nmの光における透過特
性、折れ線dは、波長が700nmの光における透過特
性、折れ線eは、波長が1μmの光における透過特性を
示す。この図から明らかなように、外光に含まれる光の
うち、波長領域が700nm以下の光は、指を透過しに
くい傾向にあるため、外光がセンサ固定用バンド40で
覆われていない指の部分に照射されても、図3に点線X
で示すように、指を通ってフォトトランジスタ32まで
届かない。それ故、本例のように、700nm以下の光
を検出光として用いれば、指を大掛かりに覆わなくても
必要最小限の範囲を覆うだけで、外光の影響を抑えるこ
とができるので、本例の脈波計測装置1は、屋外での使
用が可能である。なお、300nmより低波長領域の光
は、皮膚表面でほとんど吸収されるので、受光波長領域
を700nm以下としても、実質的な受光波長領域は、
300nm〜700nmとなる。
12(a)を参照して説明する。図12(a)には、光
の波長と、皮膚の光透過度との関係を示してある。ここ
で、折れ線aは、波長が200nmの光における透過特
性、折れ線bは、波長が300nmの光における透過特
性、折れ線cは、波長が500nmの光における透過特
性、折れ線dは、波長が700nmの光における透過特
性、折れ線eは、波長が1μmの光における透過特性を
示す。この図から明らかなように、外光に含まれる光の
うち、波長領域が700nm以下の光は、指を透過しに
くい傾向にあるため、外光がセンサ固定用バンド40で
覆われていない指の部分に照射されても、図3に点線X
で示すように、指を通ってフォトトランジスタ32まで
届かない。それ故、本例のように、700nm以下の光
を検出光として用いれば、指を大掛かりに覆わなくても
必要最小限の範囲を覆うだけで、外光の影響を抑えるこ
とができるので、本例の脈波計測装置1は、屋外での使
用が可能である。なお、300nmより低波長領域の光
は、皮膚表面でほとんど吸収されるので、受光波長領域
を700nm以下としても、実質的な受光波長領域は、
300nm〜700nmとなる。
【0031】これに対し、従来のように、880nm付
近に発光ピークを有するLEDを用い、シリコン系のフ
ォトトランジスタを用いると、その受光波長範囲は、図
13に示すように、350nmから1200nmまでの
範囲に及ぶ。従って、従来の光学系(検出装置)では、
外光のうち、図3に矢印Yで示すように、指を導光体と
して受光部にまで容易に届いてしまう1μmの波長の
光、すなわち、図12(a)の折れ線eで示す光による
検出結果に基づいて脈波を検出しているので、外光の変
動に起因する誤検出が起こりやすい。
近に発光ピークを有するLEDを用い、シリコン系のフ
ォトトランジスタを用いると、その受光波長範囲は、図
13に示すように、350nmから1200nmまでの
範囲に及ぶ。従って、従来の光学系(検出装置)では、
外光のうち、図3に矢印Yで示すように、指を導光体と
して受光部にまで容易に届いてしまう1μmの波長の
光、すなわち、図12(a)の折れ線eで示す光による
検出結果に基づいて脈波を検出しているので、外光の変
動に起因する誤検出が起こりやすい。
【0032】次に、本例の脈波計測装置1では、脈波信
号のS/N比が高い理由を、図12(b)を参照して説
明する。図12(b)は、光の波長と各種のヘモグロビ
ンの吸光特性との関係を示す説明図である。
号のS/N比が高い理由を、図12(b)を参照して説
明する。図12(b)は、光の波長と各種のヘモグロビ
ンの吸光特性との関係を示す説明図である。
【0033】図12(b)には、酸素と未結合のヘモグ
ロビンの吸光特性を曲線Hbで示してあり、酸素と結合
しているヘモグロビンの吸光特性を曲線HbO2 で示し
てある。これらの曲線が示すように、血液中のヘモグロ
ビンは、波長が300nmから700nmまでの光に対
する吸光係数が大きく、従来の検出光である波長が88
0nmの光に対する吸光係数に比して数倍〜約100倍
以上大きい。従って、本例のように、ヘモグロビンの吸
光特性に合わせて、吸光係数が大きい波長領域(300
nmから700nm)の光を検出光として用いると、そ
の検出値は、血量変化に感度よく変化するので、血量変
化に基づく脈波の検出率(S/N比)が高い。
ロビンの吸光特性を曲線Hbで示してあり、酸素と結合
しているヘモグロビンの吸光特性を曲線HbO2 で示し
てある。これらの曲線が示すように、血液中のヘモグロ
ビンは、波長が300nmから700nmまでの光に対
する吸光係数が大きく、従来の検出光である波長が88
0nmの光に対する吸光係数に比して数倍〜約100倍
以上大きい。従って、本例のように、ヘモグロビンの吸
光特性に合わせて、吸光係数が大きい波長領域(300
nmから700nm)の光を検出光として用いると、そ
の検出値は、血量変化に感度よく変化するので、血量変
化に基づく脈波の検出率(S/N比)が高い。
【0034】(各遮光条件における外光の侵入量)本例
の脈波計測装置1を評価するにあたり、図14(a)〜
(e)で示すように、指に対する遮光範囲を条件1から
条件5まで変えながら外光の侵入量のみを従来の脈波計
測装置(比較例)と比較して計測した。ここで、本例の
脈波計測装置1としては、受光感度が400nmから6
00nmのフォトトランジスタ32を用いた試料1と、
受光感度が300nmから700nmのフォトトランジ
スタ32を用いた試料2とを評価に供した。一方、比較
例としては、受光感度が300nmから700nmまで
の範囲からずれた試料3、4、5を評価に供した。な
お、条件1は、図14(a)に示すように、人差し指の
根元を遮光カバーで10mmの幅で覆った状態、条件2
は、図14(b)に示すように、人差し指の根元を遮光
カバーで20mmの幅で覆った状態、条件3は、図14
(c)に示すように、人差し指の根元を遮光カバーで4
0mmの幅で覆った状態、条件4は、図14(d)に示
すように、人差し指の根元を遮光カバーで70mmの幅
で覆った状態、条件5は、図14(e)に示すように、
人差し指の全体、親指の根元、中指の根元、および各指
の付け根付近を遮光カバーで覆った状態である。
の脈波計測装置1を評価するにあたり、図14(a)〜
(e)で示すように、指に対する遮光範囲を条件1から
条件5まで変えながら外光の侵入量のみを従来の脈波計
測装置(比較例)と比較して計測した。ここで、本例の
脈波計測装置1としては、受光感度が400nmから6
00nmのフォトトランジスタ32を用いた試料1と、
受光感度が300nmから700nmのフォトトランジ
スタ32を用いた試料2とを評価に供した。一方、比較
例としては、受光感度が300nmから700nmまで
の範囲からずれた試料3、4、5を評価に供した。な
お、条件1は、図14(a)に示すように、人差し指の
根元を遮光カバーで10mmの幅で覆った状態、条件2
は、図14(b)に示すように、人差し指の根元を遮光
カバーで20mmの幅で覆った状態、条件3は、図14
(c)に示すように、人差し指の根元を遮光カバーで4
0mmの幅で覆った状態、条件4は、図14(d)に示
すように、人差し指の根元を遮光カバーで70mmの幅
で覆った状態、条件5は、図14(e)に示すように、
人差し指の全体、親指の根元、中指の根元、および各指
の付け根付近を遮光カバーで覆った状態である。
【0035】このような各条件下における外光の侵入量
の計測結果を表1に示す。なお、外光の侵入量は、フォ
トトランジスタの出力電流(単位μA)で表してある。
の計測結果を表1に示す。なお、外光の侵入量は、フォ
トトランジスタの出力電流(単位μA)で表してある。
【0036】
【表1】
【0037】表1に示すように、本例の脈波計測装置1
(試料1、2)によれば、300nmから700nmま
での波長領域にある光を受光しているので、今回行なっ
たいずれの条件でも、外光の影響を無視できる。外光に
含まれる光のうち、波長領域が700nm以下の光は、
指を導光体としてフォトトランジスタ32(受光部)に
まで到達しないからである。従って、本例の脈波計測装
置1によれば、検出装置30自身、またはセンサ固定用
バンド40(遮光カバー)で指を10mmの幅で覆えば
充分である。これに対して、比較例の脈波計測装置(試
料3、4、5)では、人差し指の全体、親指の根元、中
指の根元、および各指の付け根付近まで広い範囲にわた
って覆った状態(条件5)でのみ外光の影響を無視で
き、大掛かりな遮光構造が必要である。
(試料1、2)によれば、300nmから700nmま
での波長領域にある光を受光しているので、今回行なっ
たいずれの条件でも、外光の影響を無視できる。外光に
含まれる光のうち、波長領域が700nm以下の光は、
指を導光体としてフォトトランジスタ32(受光部)に
まで到達しないからである。従って、本例の脈波計測装
置1によれば、検出装置30自身、またはセンサ固定用
バンド40(遮光カバー)で指を10mmの幅で覆えば
充分である。これに対して、比較例の脈波計測装置(試
料3、4、5)では、人差し指の全体、親指の根元、中
指の根元、および各指の付け根付近まで広い範囲にわた
って覆った状態(条件5)でのみ外光の影響を無視で
き、大掛かりな遮光構造が必要である。
【0038】(各環境下における外光の影響)また、発
光波長ピークが450nmのLED31(青色光源)を
用い、受光波長領域が300nmから600nmまでの
GaAsP系のフォトトランジスタ32を用いた本例の
脈波計測装置1と、発光波長ピークが880nmのLE
Dを用い、受光波長領域が350nmから1200nm
までのフォトトランジスタを用いた脈波計測装置(比較
例)とに関して、外光の影響の度合いを比較、検討した
結果を図15、図16に示す。なお、図に示すデータ
は、脈波の検出結果に周波数解析を行なった結果を示
し、多数のピークのうち、矢印を付したピークが脈波の
周波数に相当する。
光波長ピークが450nmのLED31(青色光源)を
用い、受光波長領域が300nmから600nmまでの
GaAsP系のフォトトランジスタ32を用いた本例の
脈波計測装置1と、発光波長ピークが880nmのLE
Dを用い、受光波長領域が350nmから1200nm
までのフォトトランジスタを用いた脈波計測装置(比較
例)とに関して、外光の影響の度合いを比較、検討した
結果を図15、図16に示す。なお、図に示すデータ
は、脈波の検出結果に周波数解析を行なった結果を示
し、多数のピークのうち、矢印を付したピークが脈波の
周波数に相当する。
【0039】図15(a)には、本例の脈波計測装置を
腕に装着したまま、暗室環境下を走行したときの脈波の
計測結果を示してある。図15(b)には、本例の脈波
計測装置を腕に装着したまま、太陽光に向かって一方向
に走行したときの脈波の計測結果を示してある。図15
(c)には、本例の脈波計測装置を腕に装着したまま、
太陽光の相対的な向きが変動するように回りながら走行
したときの脈波の計測結果を示してある。これらの図に
示すいずれの条件においても、矢印を付した脈波のピー
クは、他のピークに比して明確であり、本例の脈波計測
装置1は、外光の影響を受けにくいことがわかる。
腕に装着したまま、暗室環境下を走行したときの脈波の
計測結果を示してある。図15(b)には、本例の脈波
計測装置を腕に装着したまま、太陽光に向かって一方向
に走行したときの脈波の計測結果を示してある。図15
(c)には、本例の脈波計測装置を腕に装着したまま、
太陽光の相対的な向きが変動するように回りながら走行
したときの脈波の計測結果を示してある。これらの図に
示すいずれの条件においても、矢印を付した脈波のピー
クは、他のピークに比して明確であり、本例の脈波計測
装置1は、外光の影響を受けにくいことがわかる。
【0040】図16(a)には、従来の脈波計測装置を
腕に装着したまま、暗室環境下を走行したときの脈波の
計測結果を示してある。図16(b)には、本例の脈波
計測装置を腕に装着したまま、太陽光に向かって一方向
に走行したときの脈波の計測結果を示してある。図16
(c)には、本例の脈波計測装置を腕に装着したまま、
太陽光の相対的な向きが変動するように回りながら走行
したときの脈波の計測結果を示してある。これらの図に
示すように、従来の脈波計測装置は、暗室環境下でのみ
脈波の計測が可能であって、外光があたる条件下では、
計測不可能であることがわかる。
腕に装着したまま、暗室環境下を走行したときの脈波の
計測結果を示してある。図16(b)には、本例の脈波
計測装置を腕に装着したまま、太陽光に向かって一方向
に走行したときの脈波の計測結果を示してある。図16
(c)には、本例の脈波計測装置を腕に装着したまま、
太陽光の相対的な向きが変動するように回りながら走行
したときの脈波の計測結果を示してある。これらの図に
示すように、従来の脈波計測装置は、暗室環境下でのみ
脈波の計測が可能であって、外光があたる条件下では、
計測不可能であることがわかる。
【0041】(脈波信号の相対感度)次に、本例の脈波
計測装置1、および従来の脈波計測装置(比較例)にお
いて、脈波を計測したときの脈波信号レベル(μA)、
反射光の全体レベル(μA)、反射光に含まれる脈波信
号の比を比較、検討した結果を表2に示す。ここで、本
例の脈波計測装置1としては、発光波長領域が420n
mから480nmのLED31(発光色が青色)を用い
た試料6に加えて、発光波長領域が540nmから57
0nmのLED31(発光色が緑色)を用いた試料7も
評価に供した。
計測装置1、および従来の脈波計測装置(比較例)にお
いて、脈波を計測したときの脈波信号レベル(μA)、
反射光の全体レベル(μA)、反射光に含まれる脈波信
号の比を比較、検討した結果を表2に示す。ここで、本
例の脈波計測装置1としては、発光波長領域が420n
mから480nmのLED31(発光色が青色)を用い
た試料6に加えて、発光波長領域が540nmから57
0nmのLED31(発光色が緑色)を用いた試料7も
評価に供した。
【0042】試料7では、発光色が緑色のLED31と
してGaP系のものを用いてあり、このGaP系のLE
D31は、その発光スペクトル分布を図17に示すよう
に、540nmから570nmまでの範囲に主要発光領
域を有し、発光領域は、520nmから600nmまで
の範囲にまで及ぶ。かかるGaP系のLED31を用い
た試料7では、その発光特性に対応させて、GaP系の
フォトトランジスタ32を用いてあり、このGaP系の
フォトトランジスタ32は、その受光感度特性を図18
に示すように、200nmから700nm近くまでの範
囲に感度領域を有する。
してGaP系のものを用いてあり、このGaP系のLE
D31は、その発光スペクトル分布を図17に示すよう
に、540nmから570nmまでの範囲に主要発光領
域を有し、発光領域は、520nmから600nmまで
の範囲にまで及ぶ。かかるGaP系のLED31を用い
た試料7では、その発光特性に対応させて、GaP系の
フォトトランジスタ32を用いてあり、このGaP系の
フォトトランジスタ32は、その受光感度特性を図18
に示すように、200nmから700nm近くまでの範
囲に感度領域を有する。
【0043】なお、比較例としては、発光波長領域が3
00nmから700nmまでの範囲からずれた試料8、
9、10を評価に供した。
00nmから700nmまでの範囲からずれた試料8、
9、10を評価に供した。
【0044】表2には、この評価結果を示してある。
【0045】
【表2】
【0046】表2に示すように、本例の脈波計測装置1
(試料6、7)によれば、血液中のヘモグロビンの吸光
係数が大きい波長領域に合わせて、発光波長領域が30
0nmから700nmまでの範囲内のある光を用いてい
るので、反射光に含まれる脈波信号の比が0.019、
0.013と大きく、感度が高い。これに対して、比較
例の脈波計測装置(試料8、9、10)では、反射光に
含まれる脈波信号の比が0.002以下と非常に小さ
く、感度が低い。すなわち、本例の脈波計測装置1の感
度は、従来のものに比して脈波信号のS/N比で約10
倍近く飛躍的に向上する。
(試料6、7)によれば、血液中のヘモグロビンの吸光
係数が大きい波長領域に合わせて、発光波長領域が30
0nmから700nmまでの範囲内のある光を用いてい
るので、反射光に含まれる脈波信号の比が0.019、
0.013と大きく、感度が高い。これに対して、比較
例の脈波計測装置(試料8、9、10)では、反射光に
含まれる脈波信号の比が0.002以下と非常に小さ
く、感度が低い。すなわち、本例の脈波計測装置1の感
度は、従来のものに比して脈波信号のS/N比で約10
倍近く飛躍的に向上する。
【0047】(肌の色の影響)次に、本例の脈波計測装
置1の感度が高いという利点は、肌の色に影響されない
ことを検討した結果を表3に示す。この評価では、皮膚
の表面で反射しにくい450nmの発光波長ピークを有
するLED(青色光源)を用いた本例の脈波計測装置1
(試料11)と、皮膚の表面で反射しやすい880nm
の発光波長ピークを有するLEDを用いた従来の脈波計
測装置(比較例、試料12)とに関して、黄色人種、白
人、および黒人の脈波を計測し、そのときに検出される
皮膚反射量、生体反射量(血管からの反射量)、脈波成
分をそれぞれ算出した。
置1の感度が高いという利点は、肌の色に影響されない
ことを検討した結果を表3に示す。この評価では、皮膚
の表面で反射しにくい450nmの発光波長ピークを有
するLED(青色光源)を用いた本例の脈波計測装置1
(試料11)と、皮膚の表面で反射しやすい880nm
の発光波長ピークを有するLEDを用いた従来の脈波計
測装置(比較例、試料12)とに関して、黄色人種、白
人、および黒人の脈波を計測し、そのときに検出される
皮膚反射量、生体反射量(血管からの反射量)、脈波成
分をそれぞれ算出した。
【0048】
【表3】
【0049】その結果、表3に示すように、黄色人種、
白人、および黒人のいずれの人種を対象にしても、全受
光量に占める脈波成分の比率が高いこと、すなわち、生
体情報に対する計測感度が高いことが実証された。
白人、および黒人のいずれの人種を対象にしても、全受
光量に占める脈波成分の比率が高いこと、すなわち、生
体情報に対する計測感度が高いことが実証された。
【0050】(その他の実施例)なお、血液中のヘモグ
ロビンの吸光特性は、図12(b)に示したように、酸
素と未結合のヘモグロビンと、酸素と結合しているヘモ
グロビンとの間で異なるので、300nmから700n
mまでの波長をもつ光、たとえば約470nmの波長を
もつ光を検出光として用いれば、その強度から、各種の
ヘモグロビンの量、およびヘモグロビンの総量などを生
体情報として計測することができる。また、皮膚と水分
の吸光特性の差から、たとえば、皮膚に含まれる水分を
生体情報として計測することもできる。
ロビンの吸光特性は、図12(b)に示したように、酸
素と未結合のヘモグロビンと、酸素と結合しているヘモ
グロビンとの間で異なるので、300nmから700n
mまでの波長をもつ光、たとえば約470nmの波長を
もつ光を検出光として用いれば、その強度から、各種の
ヘモグロビンの量、およびヘモグロビンの総量などを生
体情報として計測することができる。また、皮膚と水分
の吸光特性の差から、たとえば、皮膚に含まれる水分を
生体情報として計測することもできる。
【0051】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る脈波
計測装置(生体情報計測装置)においては、LEDなど
の発光部から指先などに光を照射し、血液などからの反
射光をフォトトランジスタなどの受光部で検知するとと
もに、かかる検出手段の300nmから700nmまで
の波長領域における検出結果に基づいて生体情報を計測
することに特徴を有する。かかる波長領域での検出を行
なうにあたって、たとえば、発光部の波長領域が少なく
とも300nmから700nmまでの範囲とし、受光波
長領域を700nm以下とすれば、外光に含まれる光の
うち、波長領域が700nm以下の光は、指を導光体と
して受光部にまで到達しない一方、300nmより低波
長領域の光は、皮膚表面でほとんど吸収される。従っ
て、検出結果は、外光の影響を受けることなく、発光部
の光のみに基づく300nmから700nmまでの波長
領域の検出結果から生体情報を計測することができる。
それ故、検出部分に外光が直接射し込まない限り、外光
に起因する脈波の誤検出が発生しないので、大掛かりな
遮光構造を設けなくても使用条件に対する制約を緩和で
きる。
計測装置(生体情報計測装置)においては、LEDなど
の発光部から指先などに光を照射し、血液などからの反
射光をフォトトランジスタなどの受光部で検知するとと
もに、かかる検出手段の300nmから700nmまで
の波長領域における検出結果に基づいて生体情報を計測
することに特徴を有する。かかる波長領域での検出を行
なうにあたって、たとえば、発光部の波長領域が少なく
とも300nmから700nmまでの範囲とし、受光波
長領域を700nm以下とすれば、外光に含まれる光の
うち、波長領域が700nm以下の光は、指を導光体と
して受光部にまで到達しない一方、300nmより低波
長領域の光は、皮膚表面でほとんど吸収される。従っ
て、検出結果は、外光の影響を受けることなく、発光部
の光のみに基づく300nmから700nmまでの波長
領域の検出結果から生体情報を計測することができる。
それ故、検出部分に外光が直接射し込まない限り、外光
に起因する脈波の誤検出が発生しないので、大掛かりな
遮光構造を設けなくても使用条件に対する制約を緩和で
きる。
【0052】また、血液中のヘモグロビンは、波長領域
が300nmから700nmまでの範囲にある光に対す
る吸光係数が赤外光に対する吸光係数よりも著しく大き
い。
が300nmから700nmまでの範囲にある光に対す
る吸光係数が赤外光に対する吸光係数よりも著しく大き
い。
【0053】かかるヘモグロビンの吸光特性に合わせ
て、波長領域が300nmから700nmまでの範囲に
ある光を生体に向けて照射すると、生体(血管)から反
射してくる光の強度は、血量変化に追従して大きく変化
する。それ故、脈波信号のS/N比が向上するので、本
発明に係る脈波計測装置では、脈波の計測感度が高いと
いう効果も奏する。
て、波長領域が300nmから700nmまでの範囲に
ある光を生体に向けて照射すると、生体(血管)から反
射してくる光の強度は、血量変化に追従して大きく変化
する。それ故、脈波信号のS/N比が向上するので、本
発明に係る脈波計測装置では、脈波の計測感度が高いと
いう効果も奏する。
【図1】本発明の一実施例に係る脈波計測装置の使用状
態を示す説明図である。
態を示す説明図である。
【図2】(a)〜(c)は、図1に示す脈波計測装置に
おいて、検出装置と指との位置関係を模式的に示す断面
図である。
おいて、検出装置と指との位置関係を模式的に示す断面
図である。
【図3】図1に示す脈波計測装置において、指に装着さ
れた検出装置の動作を示す説明図である。
れた検出装置の動作を示す説明図である。
【図4】図1に示す脈波計測装置に用いたInGaN系
青色LEDの発光スペクトルを示す説明図である。
青色LEDの発光スペクトルを示す説明図である。
【図5】図1に示す脈波計測装置に用いたInGaP系
フォトトランジスタの受光特性を示す説明図である。
フォトトランジスタの受光特性を示す説明図である。
【図6】図1に示す脈波計測装置に用いたフィルタ付き
のフォトトランジスタユニットの受光特性を示す説明図
である。
のフォトトランジスタユニットの受光特性を示す説明図
である。
【図7】図1に示す脈波計測装置の検出装置(光学ユニ
ット)の構成を示す平面図である。
ット)の構成を示す平面図である。
【図8】図7のA−A′線における断面図である。
【図9】図7のB−B′線における断面図である。
【図10】図7のC−C′線における断面図である。
【図11】図1に示す脈波計測装置のデータ処理回路の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図12】(a)は、光の波長と皮膚の光透過度との関
係を示すグラフ図、(b)は、光の波長と各種のヘモグ
ロビンの吸光特性との関係を示す説明図である。
係を示すグラフ図、(b)は、光の波長と各種のヘモグ
ロビンの吸光特性との関係を示す説明図である。
【図13】従来の脈波計測装置に用いたシリコン系のフ
ォトトランジスタの受光特性を示す説明図である。
ォトトランジスタの受光特性を示す説明図である。
【図14】本例の脈波計測装置における外光の侵入度合
いを評価するにあたり、指への遮光範囲を変えた各実験
条件を示す説明図である。
いを評価するにあたり、指への遮光範囲を変えた各実験
条件を示す説明図である。
【図15】本例の脈波計測装置における外光の影響を評
価するにあたり、本例の脈波計測装置による脈波の検出
結果に周波数解析を行なったデータを示す説明図であ
る。
価するにあたり、本例の脈波計測装置による脈波の検出
結果に周波数解析を行なったデータを示す説明図であ
る。
【図16】本例の脈波計測装置における外光の影響を評
価するにあたり、その比較例に係る脈波計測装置による
脈波の検出結果に周波数解析を行なったデータを示す説
明図である。
価するにあたり、その比較例に係る脈波計測装置による
脈波の検出結果に周波数解析を行なったデータを示す説
明図である。
【図17】図1に示す脈波計測装置に用いたGaP系の
LEDの発光スペクトルを示す説明図である。
LEDの発光スペクトルを示す説明図である。
【図18】図1に示す脈波計測装置に用いたGaAsP
系フォトトランジスタの受光特性を示す説明図である。
系フォトトランジスタの受光特性を示す説明図である。
1・・・脈波計測装置(生体情報計測装置) 10・・・装置本体 11・・・時計ケース 12・・・リストバンド 13・・・液晶表示装置 20・・・ケーブル 30・・・検出装置 31・・・LED(発光部) 32・・・フォトトランジスタ(受光部) 40、40A・・・センサ固定用バンド 50・・・データ処理回路 51・・・脈波信号変換部 52・・・脈波信号記憶部 53・・・脈波信号演算部 54・・・脈波成分抽出部 55・・・脈拍数演算部 60・・・生体情報表示手段 300・・・光学ユニット 301・・・センサ枠 305・・・回路基板 304・・・ガラス板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 克行 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 河田 正幸 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内
Claims (3)
- 【請求項1】 生体の一部に向けて光を照射する発光
部、およびこの発光部が発した光を生体を介して受光す
る受光部を備える検出手段と、この検出手段の検出結果
に基づいて生体情報を表示する生体情報表示手段とを有
する生体情報計測装置において、前記生体情報は、前記
検出手段の約300nmから約700nmまでの波長領
域における検出結果に基づいて表示されることを特徴と
する生体情報計測装置。 - 【請求項2】 請求項1において、前記発光部の発光波
長領域が少なくとも約300nmから約700nmまで
の範囲にあり、前記受光部の受光波長領域をλnmとし
たときに、 受光波長領域は、以下の式 0 < λ ≦ 700 を満たす範囲のみにあることを特徴する生体情報計測装
置。 - 【請求項3】 請求項1または2に規定する生体情報計
測装置からなる脈波計測装置であって、前記検出手段の
検出結果に基づいて前記生体情報としての脈波情報を表
示することを特徴とする脈波計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11302775A JP2000083914A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 生体情報計測装置および脈波計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11302775A JP2000083914A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 生体情報計測装置および脈波計測装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6220371A Division JPH0880288A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 生体情報計測装置および脈波計測装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004364064A Division JP2005125106A (ja) | 2004-12-16 | 2004-12-16 | 生体情報計測装置および脈波計測装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000083914A true JP2000083914A (ja) | 2000-03-28 |
Family
ID=17912986
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11302775A Withdrawn JP2000083914A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 生体情報計測装置および脈波計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000083914A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004006769A1 (ja) * | 2002-07-12 | 2004-01-22 | Seiko Epson Corporation | 血液中水分量検出装置及び血液透析時期判定装置 |
JP2006087516A (ja) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Nippon Seimitsu Sokki Kk | 脈拍測定装置、脈拍センサ取付用バンド、及び、脈拍測定装置用ホルダ |
US10098555B2 (en) | 2013-08-29 | 2018-10-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Biological information measurement apparatus |
-
1999
- 1999-10-25 JP JP11302775A patent/JP2000083914A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004006769A1 (ja) * | 2002-07-12 | 2004-01-22 | Seiko Epson Corporation | 血液中水分量検出装置及び血液透析時期判定装置 |
JPWO2004006769A1 (ja) * | 2002-07-12 | 2005-11-10 | セイコーエプソン株式会社 | 血液中水分量検出装置及び血液透析時期判定装置 |
US7566309B2 (en) | 2002-07-12 | 2009-07-28 | Seiko Epson Corporation | Blood water content detection device and hemodialysis timing determination device |
JP2006087516A (ja) * | 2004-09-21 | 2006-04-06 | Nippon Seimitsu Sokki Kk | 脈拍測定装置、脈拍センサ取付用バンド、及び、脈拍測定装置用ホルダ |
US10098555B2 (en) | 2013-08-29 | 2018-10-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Biological information measurement apparatus |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040302 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040430 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041116 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20050509 |