JP2013063203A - Pulse wave sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脈波センサに関するものである。 The present invention relates to a pulse wave sensor.
従来の脈波センサは、被験者の指先などに光を照射する発光部と、生体内を透過した光の強度を検出する受光部と、を用いて脈波の測定を行う構成とされていた。 A conventional pulse wave sensor is configured to measure a pulse wave using a light emitting unit that irradiates light on a fingertip of a subject and a light receiving unit that detects the intensity of light transmitted through the living body.
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１や特許文献２を挙げることができる。 In addition, Patent Document 1 and Patent Document 2 can be cited as examples of related art related to the above.
しかしながら、従来の脈波センサは、基本的に被験者の安静時における脈波を測定するものであり、被験者の運動時における脈波を精度良く測定することは困難であった。 However, the conventional pulse wave sensor basically measures the pulse wave when the subject is at rest, and it is difficult to accurately measure the pulse wave when the subject is exercising.
本発明は、本願の発明者らによって見い出された上記の問題点に鑑み、被験者の脈波を精度良く測定することのできる脈波センサを提供することを目的とする。 In view of the above-described problems found by the inventors of the present application, an object of the present invention is to provide a pulse wave sensor that can accurately measure the pulse wave of a subject.
上記の目的を達成するために、本明細書中に開示された脈波センサは、発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部を備えた脈波センサであって、前記光センサ部は、枡形状のケースと、前記ケースを前記発光部が載置される第１領域と前記受光部が載置される第２領域に分割する遮光壁と、を有する構成（第１−１の構成）とされている。 In order to achieve the above object, a pulse wave sensor disclosed in the present specification irradiates light to a living body from a light emitting unit, and detects the intensity of light transmitted through the living body with a light receiving unit. A pulse wave sensor including an optical sensor unit for acquiring wave data, wherein the optical sensor unit includes a bowl-shaped case, a first region on which the light emitting unit is mounted, and the light receiving unit. It is set as the structure (1-1 structure) which has the light-shielding wall divided | segmented into the 2nd area | region set | placed.
なお、上記第１−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記遮光壁の高さＨ１と前記発光部の高さＨ２との間には、Ｈ１＞Ｈ２という関係が成立している構成（第１−２の構成）にするとよい。 In the pulse wave sensor having the above-described configuration 1-1, a relationship of H1> H2 is established between the light shielding wall height H1 and the light emitting portion height H2 (first 1-2).
また、上記第１−２の構成から成る脈波センサにおいて、前記遮光壁の高さＨ１から前記発光部の高さＨ２を差し引いたオフセット距離ΔＨ（＝Ｈ１−Ｈ２）は、０ｍｍ＜ΔＨ＜２ｍｍである構成（第１−３の構成）にするとよい。 In the pulse wave sensor having the above-described configuration 1-2, the offset distance ΔH (= H1−H2) obtained by subtracting the height H2 of the light emitting portion from the height H1 of the light shielding wall is 0 mm <ΔH <2 mm. (1-3 configuration).
また、上記第１−２または第１−３の構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の高さＨ２と前記受光部の高さＨ３との間には、Ｈ２＞Ｈ３という関係が成立している構成（第１−４の構成）にするとよい。 In the pulse wave sensor having the above-described configuration 1-2 or 1-3, a relationship of H2> H3 is established between the height H2 of the light emitting unit and the height H3 of the light receiving unit. (1-4 configuration).
また、上記第１−１〜第１−４いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部と前記受光部との素子間距離Ｗ１は、０．２ｍｍ≦Ｗ１≦０．８ｍｍである構成（第１−５の構成）にするとよい。 In the pulse wave sensor having any one of the first to first to fourth configurations, the inter-element distance W1 between the light emitting portion and the light receiving portion is 0.2 mm ≦ W1 ≦ 0.8 mm. (Structure 1-5) may be used.
また、上記第１−１〜第１−５いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記光センサ部は前記発光部の上部に集光レンズを有する構成（第１−６の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having any one of the first to first to first-5 configurations, the optical sensor unit is configured to have a condensing lens above the light emitting unit (configuration 1-6). Good.
また、上記第１−１〜第１−６いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記第１領域は、前記発光部の発光領域よりも小さい第１開口部を備えた第１蓋部材によって被覆されている構成（第１−７の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having any one of the first to first to sixth configurations, the first region is formed by a first lid member having a first opening smaller than the light emitting region of the light emitting unit. It is good to make it the structure (1-7 structure) covered.
また、上記第１−１〜第１−７いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記第２領域は、前記受光部の受光領域よりも大きい第２開口部を備えた第２蓋部材によって被覆されている構成（第１−８の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having any one of the first to first to seventh configurations, the second area is formed by a second lid member having a second opening larger than the light receiving area of the light receiving section. It is good to make it the structure (1-8 structure) which is coat | covered.
また、上記第１−１〜第１−８いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部及び前記受光部の少なくとも一方は、所定の波長成分のみを選択的に通過させるカラーフィルタを有する構成（第１−９の構成）にするとよい。 In the pulse wave sensor having any one of the first to first to eighth configurations, at least one of the light emitting unit and the light receiving unit includes a color filter that selectively allows only a predetermined wavelength component to pass therethrough. It is good to have a configuration (1-9 configuration).
また、上記第１−１〜第１−９いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部及び前記受光部は、それぞれ、基板と、前記基板上に載置された発光チップ及び受光チップと、前記発光チップ及び受光チップを封止する封止体と、を有する構成（第１−１０の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having any one of the first to first to ninth configurations, the light emitting unit and the light receiving unit are a substrate and a light emitting chip and a light receiving chip mounted on the substrate, respectively. And a sealing body that seals the light-emitting chip and the light-receiving chip (first to tenth configurations).
また、上記第１−１〜第１−１０いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記ケースは、前記光センサ部を担持する本体部から突出する形で前記本体部に埋設されている構成（第１−１１の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having any one of the first to first to tenth configurations, the case is embedded in the main body portion so as to protrude from the main body portion that carries the optical sensor portion. (Configuration 1-11) may be used.
また、上記第１−１〜第１−１１いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の出力波長はおよそ６００ｎｍ以下の可視光領域に属する構成（第１−１２の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having any one of the first to first to eleventh configurations, the output wavelength of the light emitting unit is configured to belong to a visible light region of approximately 600 nm or less (first to twelfth configuration). Good.
また、上記の目的を達成するために、本明細書中に開示された脈波センサは、発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部と、前記光センサ部を担持する本体部と、を有する脈波センサであって、前記本体部は、前記生体への装着時に前記生体側への押圧力が与えられる部材であり、前記光センサ部は、前記本体部の表面上において、前記生体側への押圧力が最大となる着力点の近傍に設けられている構成（第２−１の構成）とされている。 In order to achieve the above object, the pulse wave sensor disclosed in the present specification detects the intensity of light transmitted through the living body by irradiating the living body with light from the light emitting section. A pulse wave sensor having an optical sensor unit for acquiring pulse wave data and a main body unit carrying the optical sensor unit, wherein the main body unit is pressed against the living body when attached to the living body. The optical sensor section is provided on the surface of the main body section in the vicinity of the point of application where the pressing force toward the living body is maximized (2-1 configuration). It is said that.
なお、上記第２−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記本体部は、両端にベルトが接続されるものであり、前記光センサ部は、前記本体部と前記ベルトとの接続点から１０ｍｍ以内に設けられている構成（第２−２の構成）にするとよい。 In the pulse wave sensor having the above-described configuration 2-1, the main body portion is connected to a belt at both ends, and the optical sensor portion is 10 mm from a connection point between the main body portion and the belt. It is good to make it the structure (2-2 structure) provided within.
また、上記第２−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記本体部は、第１端にバネ蝶番が接続されて第２端が開放端とされるものであり、前記光センサ部は、前記本体部の第２端から１０ｍｍ以内に設けられている構成（第２−３の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having the above-described configuration of (2-1), the main body is configured such that a spring hinge is connected to the first end and the second end is an open end. It is good to set it as the structure (2-3 structure) provided within 10 mm from the 2nd end of the said main-body part.
また、上記第２−１〜第２−３いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記光センサ部は、前記本体部の表面上において、前記生体側への押圧力が最大となる着力点の近傍領域内に複数設けられている構成（第２−４の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having any one of the above-described configurations of 2-1 to 2-3, the optical sensor unit is an application point where the pressing force to the living body side is maximum on the surface of the main body unit. It is good to make it the structure (2-4 structure) provided with two or more in the vicinity area | region.
また、上記第２−１〜第２−４いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の出力波長は、およそ６００ｎｍ以下の可視光領域に属する構成（第２−５の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having any one of the above configurations 2-1 to 2-4, the output wavelength of the light emitting unit has a configuration (second configuration 5-5) belonging to a visible light region of about 600 nm or less. Good.
また、上記の目的を達成するために、本明細書中に開示された脈波センサは、発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部と、前記光センサ部の出力信号にフィルタ処理を施すフィルタ部と、を有する脈波センサであって、前記フィルタ部は、前記光センサ部の出力信号に重畳した低周波成分を除去するハイパスフィルタ回路と、前記ハイパスフィルタ回路の出力信号を後段に伝達するボルテージフォロワ回路と、前記ボルテージフォロワ回路の出力信号に重畳した高周波成分を除去するローパスフィルタ回路と、前記ローパスフィルタ回路の出力信号を増幅する第１増幅回路と、前記第１増幅回路の出力信号に重畳した低周波成分と高周波成分を除去するバンドパスフィルタ回路と、前記バンドパスフィルタ回路の出力信号を増幅する第２増幅回路と、を有する構成（第３−１の構成）とされている。 In order to achieve the above object, the pulse wave sensor disclosed in the present specification detects the intensity of light transmitted through the living body by irradiating the living body with light from the light emitting section. A pulse sensor having an optical sensor unit for acquiring pulse wave data and a filter unit for filtering the output signal of the optical sensor unit, wherein the filter unit outputs an output signal of the optical sensor unit to the output signal of the optical sensor unit. A high-pass filter circuit that removes the superimposed low-frequency component, a voltage follower circuit that transmits the output signal of the high-pass filter circuit to a subsequent stage, a low-pass filter circuit that removes the high-frequency component superimposed on the output signal of the voltage follower circuit, A first amplifying circuit for amplifying the output signal of the low-pass filter circuit; and a buffer for removing a low-frequency component and a high-frequency component superimposed on the output signal of the first amplifying circuit. And de-pass filter circuit is a second amplifier circuit for amplifying an output signal of the band-pass filter circuit, a structure having a (3-1 configuration).
なお、上記第３−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記ハイパスフィルタ回路は０．６６Ｈｚのカットオフ周波数を持つ１次のＣＲハイパスフィルタ回路である構成（第３−２の構成）にするとよい。 In the pulse wave sensor having the above-described configuration 3-1, the high-pass filter circuit is a primary CR high-pass filter circuit having a cutoff frequency of 0.66 Hz (configuration 3-2). Good.
また、上記第３−１または第３−２の構成から成る脈波センサにおいて、前記ローパスフィルタ回路は、０．２６Ｈｚのカットオフ周波数を持つ２次のＣＲローパスフィルタ回路である構成（第３−３の構成）にするとよい。 In the pulse wave sensor having the above-described configuration 3-1 or 3-2, the low-pass filter circuit is a second-order CR low-pass filter circuit having a cutoff frequency of 0.26 Hz (third-third 3).
また、上記第３−１〜第３−３いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記バンドパスフィルタ回路は、０．８０〜２．９５Ｈｚの通過周波数帯域を持つ６次のバンドフィルタ回路である構成（第３−４の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having any one of the above-described configurations of 3-1 to 3-3, the band-pass filter circuit is a sixth-order band filter circuit having a pass frequency band of 0.80 to 2.95 Hz. A certain configuration (configuration 3-4) may be used.
また、上記第３−１〜第３−４いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記フィルタ部は、電源電圧を分圧して中間電圧を生成する中間電圧生成回路を有し、前記ハイパスフィルタ回路、前記ローパスフィルタ回路、前記第１増幅回路、前記バンドパスフィルタ回路、及び、前記第２増幅回路は、いずれも、前記中間電圧を基準電圧として動作する構成（第３−５の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having any one of the above configurations 3-1 to 3-4, the filter unit includes an intermediate voltage generation circuit that divides a power supply voltage to generate an intermediate voltage, and the high-pass filter The circuit, the low-pass filter circuit, the first amplifier circuit, the band-pass filter circuit, and the second amplifier circuit are all configured to operate using the intermediate voltage as a reference voltage (configuration 3-5). Good.
また、上記第３−１〜第３−５いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の出力波長は、およそ６００ｎｍ以下の可視光領域に属する構成（第３−６の構成）にするとよい。 Further, in the pulse wave sensor having any one of the first to third to third to fifth configurations, the output wavelength of the light emitting unit is configured to belong to a visible light region of about 600 nm or less (third to sixth configuration). Good.
本発明によれば、被験者の安静時における脈波はもちろん、被験者の運動時における脈波についても、これを精度良く測定することのできる脈波センサを提供することが可能となるので、脈波センサの利用シーンを広げることができる。 According to the present invention, it is possible to provide a pulse wave sensor that can accurately measure not only the pulse wave when the subject is at rest but also the pulse wave when the subject is exercising. The sensor usage scene can be expanded.
＜脈波測定の原理＞
図１は、脈波測定の原理を説明するための模式図であり、図２は、生体内における光の減衰量（吸光度）が時間的に変化する様子を示す波形図である。
<Principle of pulse wave measurement>
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the principle of pulse wave measurement, and FIG. 2 is a waveform diagram showing how the attenuation (absorbance) of light in a living body changes with time.
容積脈波法による脈波測定では、例えば、図１に示したように、測定窓に押し当てられた生体の一部（図１では手首）に向けて発光部（ＬＥＤ［Light Emitting Diode］など）から光が照射され、体内を透過して体外に出てくる光の強度が受光部（フォトダイオードやフォトトランジスタなど）で検出される。ここで、図２に示したように、生体組織や静脈血（脱酸素化ヘモグロビンＨｂ）による光の減衰量（吸光度）は一定であるが、動脈血（酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２）による光の減衰量（吸光度）は拍動によって時間的に変動する。従って、可視領域から近赤外領域にある「生体の窓」（光が生体を透過しやすい波長領域）を利用して、末梢動脈の吸光度変化を測定することにより、容積脈波を測定することができる。 In the pulse wave measurement by the volume pulse wave method, for example, as shown in FIG. 1, a light emitting unit (LED [Light Emitting Diode] or the like) is directed toward a part of a living body (wrist in FIG. 1) pressed against a measurement window. ), And the intensity of the light transmitted through the body and coming out of the body is detected by a light receiving unit (a photodiode, a phototransistor, or the like). Here, as shown in FIG. 2, the attenuation (absorbance) of light due to living tissue and venous blood (deoxygenated hemoglobin Hb) is constant, but the attenuation of light due to arterial blood (oxygenated hemoglobin HbO 2 ). (Absorbance) varies with time due to pulsation. Therefore, the volume pulse wave is measured by measuring the change in the absorbance of the peripheral artery using the “biological window” (wavelength range in which light is easily transmitted through the living body) from the visible region to the near infrared region. Can do.
なお、図１では、図示の便宜上、脈波センサ（発光部と受光部）を手首の腹側に装着した様子が描写されているが、脈波センサの装着位置についてはこれに限定されるものではなく、手首の背側であってもよいし、他の部位（指先、指の第３関節、額、眉間、鼻先、頬、眼下、こめかみ、耳たぶなど）であってもよい。 In FIG. 1, for convenience of illustration, a state in which the pulse wave sensor (light emitting unit and light receiving unit) is mounted on the ventral side of the wrist is depicted, but the mounting position of the pulse wave sensor is limited to this. Instead, it may be on the back side of the wrist, or may be another part (fingertip, third joint of the finger, forehead, between eyebrows, nose tip, cheek, under eye, temple, earlobe, etc.).
＜脈波から分かること＞
なお、心臓及び自立神経の支配を受けている脈波は、常に一定の挙動を示すものではなく、被験者の状態によって様々な変化（揺らぎ）を生じるものである。従って、脈波の変化（揺らぎ）を解析することにより、被験者の様々な身体情報を得ることができる。例えば、心拍数からは、被験者の運動能力や緊張度などを知ることができ、心拍変動からは、被験者の疲労度、快眠度、及び、ストレスの大きさなどを知ることができる。また、脈波を時間軸で２回微分することにより得られる加速度脈波からは、被験者の血管年齢や動脈硬化度などを知ることができる。
<What you can understand from the pulse wave>
Note that the pulse wave under the control of the heart and the independent nerve does not always exhibit a constant behavior, but causes various changes (fluctuations) depending on the condition of the subject. Accordingly, various body information of the subject can be obtained by analyzing the change (fluctuation) of the pulse wave. For example, from the heart rate, it is possible to know the exercise ability, the degree of tension, and the like of the subject, and from the heart rate variability, it is possible to know the fatigue level, the degree of sleep, the magnitude of stress, and the like. Further, from the acceleration pulse wave obtained by differentiating the pulse wave twice with respect to the time axis, the blood vessel age, arteriosclerosis degree, etc. of the subject can be known.
＜脈波センサ＞
図３は、本発明に係る脈波センサの一構成例を模式的に示す断面図である。本構成例の脈波センサ１は、本体ユニット１０と、本体ユニット１０の両端部に取り付けられて生体２（具体的には手首）に巻き回されるベルト２０とを備えた腕輪構造（腕時計型構造）とされている。ベルト２０の素材としては、皮革、金属、樹脂などを用いることができる。
<Pulse wave sensor>
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of the pulse wave sensor according to the present invention. The pulse wave sensor 1 of this configuration example has a bracelet structure (watch type) including a main unit 10 and a belt 20 that is attached to both ends of the main unit 10 and is wound around a living body 2 (specifically, a wrist). Structure). As a material of the belt 20, leather, metal, resin, or the like can be used.
本体ユニット１０は、光センサ部１１と、フィルタ部１２と、制御部１３と、表示部１４と、通信部１５と、電源部１６と、を含む。 The main unit 10 includes an optical sensor unit 11, a filter unit 12, a control unit 13, a display unit 14, a communication unit 15, and a power supply unit 16.
光センサ部１１は、本体ユニット１０の裏面（生体２と対向する側の面）に設けられており、発光部から生体２に光を照射して、生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより、脈波データを取得する。本構成例の脈波センサ１において、光センサ部１１は、発光部と受光部が生体２を挟んで互いに反対側に設けられた構成（いわゆる透過型、図１の破線矢印を参照）ではなく、発光部と受光部が生体２に対していずれも同じ側に設けられた構成（いわゆる反射型、図１の実線矢印を参照）とされている。なお、本願の発明者らは、手首での脈波測定について、指先での脈波測定に比べればやや感度は低いものの、十分に脈波の測定が可能であることを実際に実験で確認済みである。光センサ部１１の具体的な構造については、後ほど詳細に説明する。 The optical sensor unit 11 is provided on the back surface (surface on the side facing the living body 2) of the main unit 10, and irradiates the living body 2 with light from the light emitting unit, and determines the intensity of light transmitted through the living body. By detecting the pulse wave data, the pulse wave data is acquired. In the pulse wave sensor 1 of this configuration example, the optical sensor unit 11 is not a configuration in which the light emitting unit and the light receiving unit are provided on opposite sides of the living body 2 (so-called transmission type, see the broken line arrow in FIG. 1). The light-emitting unit and the light-receiving unit are both provided on the same side with respect to the living body 2 (so-called reflection type, see solid line arrow in FIG. 1). The inventors of the present application have actually confirmed through experiments that the pulse wave measurement at the wrist is sufficiently low compared with the pulse wave measurement at the fingertip, but the pulse wave measurement is sufficiently possible. It is. The specific structure of the optical sensor unit 11 will be described in detail later.
フィルタ部１２は、光センサ部１１の出力信号（受光部の検出信号）にフィルタ処理、増幅処理、及び、アナログ／デジタル変換処理を施して制御部１３に伝達する。なお、フィルタ部１２の具体的な回路構成については、後ほど詳細に説明する。 The filter unit 12 performs filter processing, amplification processing, and analog / digital conversion processing on the output signal (detection signal of the light receiving unit) of the optical sensor unit 11 and transmits the result to the control unit 13. A specific circuit configuration of the filter unit 12 will be described later in detail.
制御部１３は、脈波センサ１全体の動作を統括的に制御するほか、フィルタ部１２の出力信号に各種の信号処理を施すことにより、脈波に関する種々の情報（脈波の揺らぎ、心拍数、心拍変動、及び、加速度脈波など）を取得する。なお、制御部１３としては、ＣＰＵ［Central Processing Unit］などを好適に用いることができる。 The control unit 13 controls the overall operation of the pulse wave sensor 1 as well as performing various signal processing on the output signal of the filter unit 12 to thereby provide various information on the pulse wave (pulse wave fluctuation, heart rate). , Heart rate variability, acceleration pulse wave, etc.). As the control unit 13, a CPU [Central Processing Unit] or the like can be preferably used.
表示部１４は、本体ユニット１０の表面（生体２と対向しない側の面）に設けられており、表示情報（日付や時間に関する情報のほか、脈波の測定結果なども含まれる）を出力する。すなわち、表示部１４は、腕時計の文字盤面に相当する。なお、表示部１４としては、液晶表示パネルなどを好適に用いることができる。 The display unit 14 is provided on the surface of the main unit 10 (the surface on the side not facing the living body 2), and outputs display information (including information on date and time as well as pulse wave measurement results). . That is, the display unit 14 corresponds to a dial face of a wristwatch. In addition, as the display part 14, a liquid crystal display panel etc. can be used suitably.
通信部１５は、脈波センサ１の測定データを外部機器（パーソナルコンピュータや携帯電話機など）に無線または有線で送信する。特に、脈波センサ１の測定データを外部機器に無線で送信する構成であれば、脈波センサ１と外部機器とを有線で接続する必要がなくなるので、例えば、被験者の行動を制約せずに測定データのリアルタイム送信を行うことが可能となる。また、脈波センサ１を防水構造とする際には、外部端子を完全に排除するという観点から、測定データの外部送信方式として無線送信方式を採用することが望ましい。なお、無線送信方式を採用する場合、通信部１５としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）無線通信モジュールＩＣなどを好適に用いることができる。 The communication unit 15 transmits the measurement data of the pulse wave sensor 1 to an external device (such as a personal computer or a mobile phone) wirelessly or by wire. In particular, if the measurement data of the pulse wave sensor 1 is wirelessly transmitted to an external device, it is not necessary to connect the pulse wave sensor 1 and the external device by wire, so that, for example, without restricting the behavior of the subject Measurement data can be transmitted in real time. In addition, when the pulse wave sensor 1 has a waterproof structure, it is desirable to adopt a wireless transmission method as an external transmission method of measurement data from the viewpoint of completely eliminating external terminals. Note that when the wireless transmission method is employed, a Bluetooth (registered trademark) wireless communication module IC or the like can be suitably used as the communication unit 15.
電源部１６は、バッテリとＤＣ／ＤＣコンバータを含み、バッテリからの入力電圧を所望の出力電圧に変換して脈波センサ１の各部に供給する。このように、バッテリ駆動方式の脈波センサ１であれば、脈波の測定時に外部からの給電ケーブルを接続する必要がないので、被験者の行動を制約せずに脈波の測定を行うことが可能となる。なお、上記のバッテリとしては、繰り返して充電を行うことが可能な二次電池（リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなど）を用いることが望ましい。このように、バッテリとして二次電池を用いる構成であれば、煩わしい電池交換作業が不要となるので、脈波センサ１の利便性を高めることができる。また、バッテリ充電時における外部からの電力供給方式としては、ＵＳＢ［Universal Serial Bus］ケーブルなどを用いる接触給電方式であってもよいし、或いは、電磁誘導方式、電界結合方式、及び、磁界共鳴方式などの非接触給電方式であってもよい。ただし、脈波センサ１を防水構造とする際には、外部端子を完全に排除するという観点から、外部からの電力供給方式として非接触給電方式を採用することが望ましい。 The power supply unit 16 includes a battery and a DC / DC converter, converts an input voltage from the battery into a desired output voltage, and supplies it to each part of the pulse wave sensor 1. Thus, with the battery-driven pulse wave sensor 1, it is not necessary to connect an external power supply cable when measuring the pulse wave, and thus the pulse wave can be measured without restricting the behavior of the subject. It becomes possible. In addition, as said battery, it is desirable to use the secondary battery (A lithium ion secondary battery, an electric double layer capacitor, etc.) which can be charged repeatedly. Thus, if it is the structure using a secondary battery as a battery, since the troublesome battery replacement | work operation | work will become unnecessary, the convenience of the pulse wave sensor 1 can be improved. Further, as a power supply method from the outside during battery charging, a contact power supply method using a USB [Universal Serial Bus] cable or the like may be used, or an electromagnetic induction method, an electric field coupling method, and a magnetic field resonance method. For example, a non-contact power feeding method may be used. However, when the pulse wave sensor 1 has a waterproof structure, it is desirable to employ a non-contact power feeding method as an external power supply method from the viewpoint of completely eliminating external terminals.
上記のように、腕輪構造を有する脈波センサ１であれば、被験者が意図的に脈波センサ１を手首から外さない限り、脈波の測定中に脈波センサ１が手首から脱落してしまうおそれは殆どないので、被験者の行動を制約せずに脈波の測定を行うことが可能となる。 As described above, if the pulse wave sensor 1 has a bracelet structure, the pulse wave sensor 1 falls off the wrist during measurement of the pulse wave unless the subject intentionally removes the pulse wave sensor 1 from the wrist. Since there is almost no fear, the pulse wave can be measured without restricting the behavior of the subject.
また、腕輪構造を有する脈波センサ１であれば、被験者に対して脈波センサ１を装着していることをあまり意識させずに済むので、長期間（数日〜数ヶ月）に亘る継続的な脈波測定を行う場合であっても、被験者に過度のストレスを与えずに済む。 Further, if the pulse wave sensor 1 has a bracelet structure, it is not necessary to make the subject wear the pulse wave sensor 1 so much, so that it is continuous over a long period (several days to several months). Even when a simple pulse wave measurement is performed, it is not necessary to apply excessive stress to the subject.
特に、脈波の測定結果だけでなく、日時情報なども表示することのできる表示部１４を備えた脈波センサ１（すなわち、腕時計構造の脈波センサ１）であれば、被験者は脈波センサ１を腕時計として日常的に装着することができるので、脈波センサ１の装着に対する抵抗感をさらに払拭することが可能となり、延いては、新規ユーザ層の開拓に寄与することが可能となる。 In particular, if the pulse wave sensor 1 is equipped with the display unit 14 (that is, the pulse wave sensor 1 having a wrist watch structure) that can display not only the measurement result of the pulse wave but also date and time information, the subject is the pulse wave sensor. Since 1 can be worn daily as a wristwatch, it is possible to further wipe away the resistance to wearing of the pulse wave sensor 1 and, in turn, contribute to the development of new user groups.
また、脈波センサ１は、防水構造としておくことが望ましい。このような構成とすることにより、水（雨）や汗などに濡れても故障せずに脈波を測定することが可能となる。また、脈波センサ１を多人数で共用する場合（例えばスポーツジムでの貸し出し用として使用する場合）には、脈波センサ１を丸ごと水洗いすることにより、脈波センサ１を清潔に保つことが可能となる。 The pulse wave sensor 1 is preferably a waterproof structure. With such a configuration, it is possible to measure a pulse wave without failure even when wet with water (rain) or sweat. Further, when the pulse wave sensor 1 is shared by a large number of people (for example, when used for lending in a gym), the pulse wave sensor 1 can be kept clean by washing the whole pulse wave sensor 1 with water. It becomes possible.
＜光センサ部（構造）＞
図４は、光センサ部１１の第１構成例を模式的に示す断面図である。第１構成例の光センサ部１１は、ケース１１ａと、遮光壁１１ｂと、透光板１１ｚと、発光部Ａと、受光部Ｂと、を有する。
<Optical sensor part (structure)>
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a first configuration example of the optical sensor unit 11. The optical sensor unit 11 of the first configuration example includes a case 11a, a light shielding wall 11b, a light transmitting plate 11z, a light emitting unit A, and a light receiving unit B.
ケース１１ａは、発光部Ａと受光部Ｂを収納する枡形状の部材である。なお、ケース１１ａは、その開口面を塞ぐ透光板１１ｚが本体ユニット１０の表面（生体２と対向する側の面）と面一になるように、本体ユニット１０に埋設されている。 The case 11a is a bowl-shaped member that houses the light emitting unit A and the light receiving unit B. The case 11a is embedded in the main unit 10 so that the transparent plate 11z that closes the opening surface is flush with the surface of the main unit 10 (the surface on the side facing the living body 2).
遮光壁１１ｂは、ケース１１ａを発光部Ａが載置される第１領域と受光部Ｂが載置される第２領域に分割する部材である。遮光壁１１ｂを設けることにより、発光部Ａから受光部Ｂへ直接的に入射される光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。なお、ケース１１ａと遮光壁１１ｂは、一体成形することが望ましい。 The light shielding wall 11b is a member that divides the case 11a into a first area where the light emitting part A is placed and a second area where the light receiving part B is placed. By providing the light shielding wall 11b, the light directly incident on the light receiving part B from the light emitting part A can be shielded, so that the detection accuracy of the pulse wave data can be increased. The case 11a and the light shielding wall 11b are preferably formed integrally.
透光板１１ｚは、ケース１１ａの開口面を塞ぐ透光性の部材である。透光板１１ｚを設けることにより、発光部Ａ及び受光部Ｂの汚損（埃などの付着）を防止することができるので、発光部Ａ及び受光部Ｂとして、樹脂などで封止されていないベアチップ（発光チップ及び受光チップ）を用いることが可能となる。 The translucent plate 11z is a translucent member that closes the opening surface of the case 11a. By providing the translucent plate 11z, it is possible to prevent the light emitting part A and the light receiving part B from being soiled (attachment of dust and the like). Therefore, the light emitting part A and the light receiving part B are not sealed with a resin or the like. (Light emitting chip and light receiving chip) can be used.
第１構成例の光センサ部１１であれば、発光部Ａから生体２に光を照射した後、生体２内を透過した光の強度を受光部１２で検出することによって、被験者の脈波データを取得することが可能である。 In the case of the optical sensor unit 11 of the first configuration example, the pulse wave data of the subject is detected by detecting the intensity of light transmitted through the living body 2 with the light receiving unit 12 after irradiating the living body 2 with light from the light emitting unit A. Is possible to get.
しかしながら、第１構成例の光センサ部１１では、生体２と発光部Ａ及び受光部Ｂとの間に透光板１１ｚが存在するので、生体２を介することなく透光板１１ｚを介して発光部Ａから受光部Ｂへ直接的に光が入射されるおそれがある。また、第１構成例の光センサ部１１では、光センサ部１１と生体２との密着性が損なわれたときに、外光が受光部Ｂに漏れ入るおそれもある。生体２を透過していない光が受光部Ｂに入射されると、脈波データの検出精度（Ｓ／Ｎ）が低下するので、脈波データの検出精度を向上させるためには、上記の問題を解消しておくことが重要となる。 However, in the optical sensor unit 11 of the first configuration example, since the translucent plate 11z exists between the living body 2, the light emitting unit A, and the light receiving unit B, light is emitted through the translucent plate 11z without passing through the living body 2. There is a possibility that the light is directly incident on the light receiving part B from the part A. Moreover, in the optical sensor unit 11 of the first configuration example, external light may leak into the light receiving unit B when the adhesion between the optical sensor unit 11 and the living body 2 is impaired. When light that does not pass through the living body 2 is incident on the light receiving unit B, the detection accuracy (S / N) of pulse wave data is lowered. Therefore, in order to improve the detection accuracy of pulse wave data, the above problem It is important to eliminate the problem.
図５は、光センサ部１１の第２構成例を模式的に示す断面図である。第２構成例の光センサ部１１は、ケース１１ａと、遮光壁１１ｂと、発光部Ｘと、受光部Ｙと、を有する。すなわち、第２構成例の光センサ部１１では、先述の透光板１１ｚが除外されている。 FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a second configuration example of the optical sensor unit 11. The optical sensor unit 11 of the second configuration example includes a case 11a, a light shielding wall 11b, a light emitting unit X, and a light receiving unit Y. That is, in the optical sensor unit 11 of the second configuration example, the above-described translucent plate 11z is excluded.
ケース１１ａは、発光部Ｘと受光部Ｙを収納する枡形状の部材である。ケース１１ａの外形寸法（高さＨ０、幅Ｗ０、奥行Ｄ０）は、例えば、Ｈ０＝１．５ｍｍ、Ｗ０＝４．５ｍｍ、Ｄ０＝３．０ｍｍに設計されている。なお、ケース１１ａは、本体ユニット１０から所定寸法Ｈ４（例えばＨ４＝０．３ｍｍ）だけ突出する形で本体ユニット１０に埋設されている。このような構成であれば、ケース１１ａの突出部分によって受光部Ｙに漏れ入る外光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を向上することが可能となる。 The case 11a is a bowl-shaped member that houses the light emitting unit X and the light receiving unit Y. The outer dimensions (height H0, width W0, depth D0) of the case 11a are designed to be, for example, H0 = 1.5 mm, W0 = 4.5 mm, and D0 = 3.0 mm. The case 11a is embedded in the main unit 10 so as to protrude from the main unit 10 by a predetermined dimension H4 (for example, H4 = 0.3 mm). With such a configuration, it is possible to block outside light leaking into the light receiving unit Y by the protruding portion of the case 11a, so that it is possible to improve the detection accuracy of the pulse wave data.
遮光壁１１ｂは、ケース１１ａを発光部Ｘが載置される第１領域と受光部Ｙが載置される第２領域に分割する部材である。先述の第１実施形態と同じく、遮光壁１１ｂを設けることにより、発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に入射される光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。なお、ケース１１ａと遮光壁１１ｂは、一体成形することが望ましい。 The light shielding wall 11b is a member that divides the case 11a into a first area where the light emitting part X is placed and a second area where the light receiving part Y is placed. Similar to the first embodiment described above, by providing the light blocking wall 11b, it is possible to block the light that is directly incident on the light receiving unit Y from the light emitting unit X, so that it is possible to improve the detection accuracy of the pulse wave data. It becomes. The case 11a and the light shielding wall 11b are preferably formed integrally.
発光部Ｘは、基板Ｘ１と、発光チップＸ２と、封止体Ｘ３と、ワイヤＸ４と、導電体Ｘ５と、を有する。基板Ｘ１は、その表面上に発光チップＸ２が載置される部材である。発光チップＸ２は、所定波長の光を出力する発光素子（例えば、緑色ＬＥＤのベアチップ）である。封止体Ｘ３は、発光チップＸ２を封止する透光性の部材である。ワイヤＸ４は、発光チップＸ２と導電体Ｘ５とを電気的に接続する部材である。導電体Ｘ５は、基板Ｘ１の上面から下面にわたって形成された導電性の部材であり、ケース１１ａの底面に形成された配線パターンと半田付けされる。 The light emitting unit X includes a substrate X1, a light emitting chip X2, a sealing body X3, a wire X4, and a conductor X5. The substrate X1 is a member on which the light emitting chip X2 is placed. The light emitting chip X2 is a light emitting element (for example, a green LED bare chip) that outputs light of a predetermined wavelength. The sealing body X3 is a translucent member that seals the light emitting chip X2. The wire X4 is a member that electrically connects the light emitting chip X2 and the conductor X5. The conductor X5 is a conductive member formed from the upper surface to the lower surface of the substrate X1, and is soldered to the wiring pattern formed on the bottom surface of the case 11a.
受光部Ｙは、基板Ｙ１と、受光チップＹ２と、封止体Ｙ３と、ワイヤＹ４と、導電体Ｙ５と、を有する。基板Ｙ１は、その表面上に受光チップＹ２が載置される部材である。受光チップＹ２は、所定の波長領域に属する光を電気信号に変換する光電変換素子（例えば近赤外領域〜可視領域の光感受性を持つフォトトランジスタのベアチップ）である。封止体Ｙ３は、受光チップＹ２を封止する透光性の部材である。ワイヤＹ４は、受光チップＹ２と導電体Ｙ５とを電気的に接続する部材である。導電体Ｙ５は、基板Ｙ１の上面から下面にわたって形成された導電性の部材であり、ケース１１ａの底面に形成された配線パターンと半田付けされる。 The light receiving unit Y includes a substrate Y1, a light receiving chip Y2, a sealing body Y3, a wire Y4, and a conductor Y5. The substrate Y1 is a member on which the light receiving chip Y2 is placed. The light receiving chip Y2 is a photoelectric conversion element (for example, a bare chip of a phototransistor having photosensitivity in the near infrared region to the visible region) that converts light belonging to a predetermined wavelength region into an electric signal. The sealing body Y3 is a translucent member that seals the light receiving chip Y2. The wire Y4 is a member that electrically connects the light receiving chip Y2 and the conductor Y5. The conductor Y5 is a conductive member formed from the upper surface to the lower surface of the substrate Y1, and is soldered to the wiring pattern formed on the bottom surface of the case 11a.
このように、第２構成例の光センサ部１１では、発光部Ｘ及び受光部Ｙとして、ベアチップではなくパッケージ型の半導体装置が用いられている。従って、ケース１１ａの開口面を透光板で被覆する必要がなくなるので、透光板を介して発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に光が入射される懸念を払拭することが可能となり、延いては、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。 As described above, in the optical sensor unit 11 of the second configuration example, a package type semiconductor device is used as the light emitting unit X and the light receiving unit Y instead of a bare chip. Therefore, since it is not necessary to cover the opening surface of the case 11a with a translucent plate, it is possible to eliminate the concern that light is directly incident on the light receiving unit Y from the light emitting unit X through the translucent plate. As a result, the detection accuracy of pulse wave data can be increased.
また、第２構成例の光センサ部１１において、遮光壁１１ｂの高さＨ１と発光部Ｘの高さＨ２との間には、Ｈ１＞Ｈ２という関係が成立している。なお、遮光壁１１ｂの高さＨ１は、ケース１１ａの底面から遮光壁１１ｂの上端部までの距離（例えば、Ｈ１＝１．４ｍｍ）を指している。また、発光部Ｘの高さＨ２は、ケース１１ａの底面から発光チップＸ２の発光面までの距離（例えば、Ｈ２＝０．５ｍｍ）を指している。ただし、発光チップＸ２が基板Ｘ１に比べて非常に薄いことを鑑みると、基板Ｘ１の厚みを発光部Ｘの高さＨ２として取り扱うこともできる。 Further, in the optical sensor unit 11 of the second configuration example, a relationship of H1> H2 is established between the height H1 of the light shielding wall 11b and the height H2 of the light emitting unit X. The height H1 of the light shielding wall 11b indicates the distance (for example, H1 = 1.4 mm) from the bottom surface of the case 11a to the upper end of the light shielding wall 11b. Further, the height H2 of the light emitting portion X indicates the distance (for example, H2 = 0.5 mm) from the bottom surface of the case 11a to the light emitting surface of the light emitting chip X2. However, considering that the light emitting chip X2 is very thin compared to the substrate X1, the thickness of the substrate X1 can be handled as the height H2 of the light emitting portion X.
上記の関係式を満たした寸法設計を行えば、発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に入射される光を遮光壁１１ｂで効果的に遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。 If the dimensional design satisfying the above relational expression is performed, the light directly incident on the light receiving part Y from the light emitting part X can be effectively blocked by the light shielding wall 11b, so that the detection accuracy of the pulse wave data is improved. It becomes possible.
ただし、遮光壁１１ｂの高さＨ１に比べて、発光部Ｘの高さＨ２を小さく設計し過ぎると、発光部Ｘから出射された光が生体２に到達するまでに散乱ないし減衰してしまい、受光部Ｙで検出される光の強度が小さくなって脈波データの検出精度が低下する。従って、遮光壁１１ｂの高さＨ１から発光部Ｘの高さＨ２を差し引いたオフセット距離ΔＨ（＝Ｈ１−Ｈ２）には、最適な設計範囲が存在する。 However, if the height H2 of the light emitting portion X is designed to be too small compared to the height H1 of the light shielding wall 11b, the light emitted from the light emitting portion X is scattered or attenuated before reaching the living body 2, The intensity of the light detected by the light receiving unit Y decreases, and the detection accuracy of the pulse wave data decreases. Therefore, an optimum design range exists for the offset distance ΔH (= H1−H2) obtained by subtracting the height H2 of the light emitting portion X from the height H1 of the light shielding wall 11b.
図６は、オフセット距離ΔＨと信号強度（受光信号のピークトゥピーク値）との相関関係を示す波形図であり、上から順に、ΔＨ＝０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．９ｍｍ、１．１ｍｍ、及び、２．１ｍｍであるときの受光波形が描写されている。図６から、オフセット距離ΔＨが０．９ｍｍであるときに信号強度が最大となることが分かる。この実験結果を鑑みると、オフセット距離ΔＨは、０ｍｍ＜ΔＨ＜２ｍｍ（より好ましくは、０．６ｍｍ≦ΔＨ≦１．４ｍｍ）の設計範囲に収めることが望ましいと言える。 FIG. 6 is a waveform diagram showing the correlation between the offset distance ΔH and the signal intensity (peak-to-peak value of the received light signal). In order from the top, ΔH = 0.6 mm, 0.7 mm, 0.9 mm, 1. The received light waveforms when 1 mm and 2.1 mm are depicted. FIG. 6 shows that the signal intensity becomes maximum when the offset distance ΔH is 0.9 mm. In view of this experimental result, it can be said that the offset distance ΔH is desirably within the design range of 0 mm <ΔH <2 mm (more preferably, 0.6 mm ≦ ΔH ≦ 1.4 mm).
例えば、厚み０．６ｍｍの封止体Ｘ３を備えた発光部Ｘを用いて、オフセット距離ΔＨを０．９ｍｍに設計する場合には、封止体Ｘ３の上面が遮光壁１１ｂの上端部から０．３ｍｍだけ奥まった高さ位置となるように、基板Ｘ１の厚みを設計すればよい。 For example, when the light emitting part X including the sealing body X3 having a thickness of 0.6 mm is used and the offset distance ΔH is designed to be 0.9 mm, the upper surface of the sealing body X3 is 0 from the upper end of the light shielding wall 11b. The thickness of the substrate X1 may be designed so that the height position is recessed by 3 mm.
また、第２構成例の光センサ部１１において、発光部Ｘの高さＨ２と受光部Ｙの高さＨ３との間には、Ｈ２＞Ｈ３という関係が成立している。なお、受光部Ｙの高さＨ３は、ケース１１ａの底面から受光チップＹ２の受光面までの距離（例えば、Ｈ３＝０．３ｍｍ）を指している。ただし、受光チップＹ２が基板Ｙ１に比べて非常に薄いことを鑑みると、基板Ｙ１の厚みを受光部Ｙの高さＨ３として取り扱うこともできる。 Further, in the optical sensor unit 11 of the second configuration example, a relationship of H2> H3 is established between the height H2 of the light emitting unit X and the height H3 of the light receiving unit Y. The height H3 of the light receiving unit Y indicates the distance (for example, H3 = 0.3 mm) from the bottom surface of the case 11a to the light receiving surface of the light receiving chip Y2. However, in view of the fact that the light receiving chip Y2 is very thin compared to the substrate Y1, the thickness of the substrate Y1 can be handled as the height H3 of the light receiving portion Y.
上記の関係式を満たした寸法設計を行えば、外光が受光部Ｙに届き難くなるので、脈波データの検出精度を向上することが可能となる。 If the dimensional design satisfying the above relational expression is performed, it becomes difficult for external light to reach the light receiving unit Y, so that the detection accuracy of the pulse wave data can be improved.
次に、図７を参照しながら、発光部Ｘと受光部Ｙとの素子間距離Ｗ１に応じて信号強度がどのように変化するかを考察する。図７は、素子間距離Ｗ１と信号強度との相関関係を示す波形図であり、上から順に、Ｗ１＝０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、３．０ｍｍ、及び、５．０ｍｍであるときの受光波形が描写されている。図７から、素子間距離Ｗ１が０．５ｍｍであるときに信号強度が最大となることが分かる。この実験結果を鑑みると、素子間距離Ｗ１は、０．１ｍｍ≦Ｗ１≦３．０ｍｍ（より好ましくは、０．２ｍｍ≦Ｗ２≦０．８ｍｍ）の設計範囲に収めることが望ましいと言える。 Next, how the signal intensity changes according to the inter-element distance W1 between the light emitting unit X and the light receiving unit Y will be considered with reference to FIG. FIG. 7 is a waveform diagram showing the correlation between the inter-element distance W1 and the signal intensity. From the top, W1 = 0.1 mm, 0.5 mm, 1.0 mm, 3.0 mm, and 5.0 mm. The received light waveform at a certain time is depicted. FIG. 7 shows that the signal intensity is maximized when the inter-element distance W1 is 0.5 mm. In view of this experimental result, it can be said that the inter-element distance W1 is preferably within the design range of 0.1 mm ≦ W1 ≦ 3.0 mm (more preferably 0.2 mm ≦ W2 ≦ 0.8 mm).
次に、図８Ａ〜図８Ｄを参照しながら、光センサ部１１の変形例について説明する。図８Ａ〜図８Ｄは、それぞれ、光センサ部１１の第３構成例〜第６構成例を模式的に示す断面図である。なお、第３構成例〜第６構成例は、先出の第２構成例とほぼ同様の構成であり、脈波データの検出精度をさらに向上するために種々の構成要素が追加されている。 Next, a modification of the optical sensor unit 11 will be described with reference to FIGS. 8A to 8D. 8A to 8D are cross-sectional views schematically showing third to sixth configuration examples of the optical sensor unit 11, respectively. The third configuration example to the sixth configuration example are substantially the same as the above-described second configuration example, and various components are added in order to further improve the detection accuracy of the pulse wave data.
例えば、第３構成例（図８Ａ）の光センサ部１１は、発光部Ｘの上部に集光レンズ１１ｃを有する。集光レンズ１１ｃを設けることにより、発光部Ｘから出射される光を生体２に集めて照射することができるので、受光部Ｙで検出される光の強度を高めて脈波データの検出精度を向上することが可能となる。 For example, the optical sensor unit 11 of the third configuration example (FIG. 8A) has a condenser lens 11 c on the light emitting unit X. By providing the condensing lens 11c, the light emitted from the light emitting part X can be collected and irradiated on the living body 2, so that the intensity of the light detected by the light receiving part Y is increased and the detection accuracy of the pulse wave data is increased. It becomes possible to improve.
また、第４構成例（図８Ｂ）の光センサ部１１において、発光部Ｘが載置される第１領域は、発光部Ｘの発光領域よりも小さい開口部ｄ１を備えた蓋部材１１ｄによって被覆されている。例えば、発光部Ｘの発光領域が０．７ｍｍ四方の矩形領域である場合、開口部ｄ１は、直径０．５ｍｍの円形状や０．５ｍｍ四方の矩形状に形成すればよい。蓋部材１１ｄを設けることにより、発光部Ｘから出射される光の拡散を防止して、発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に入射される光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。 Further, in the optical sensor unit 11 of the fourth configuration example (FIG. 8B), the first region where the light emitting unit X is placed is covered with a lid member 11d having an opening d1 smaller than the light emitting region of the light emitting unit X. Has been. For example, when the light emitting area of the light emitting part X is a 0.7 mm square rectangular area, the opening d1 may be formed in a circular shape with a diameter of 0.5 mm or a rectangular shape with a 0.5 mm square. By providing the lid member 11d, it is possible to prevent the light emitted from the light emitting part X from diffusing and to block the light directly incident on the light receiving part Y from the light emitting part X. The accuracy can be increased.
また、第５構成例（図８Ｃ）の光センサ部１１において、受光部Ｙが載置される第２領域は、受光部Ｙの受光領域よりも大きい開口部ｄ２を備えた蓋部材１１ｅによって被覆されている。例えば、受光部Ｙの発光領域が０．７ｍｍ四方の矩形領域である場合、開口部ｄ２は、直径１．０ｍｍの円形状や１．０ｍｍ四方の矩形状に形成すればよい。蓋部材１１ｅを設けることにより、受光部Ｙに漏れ入る外光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。 Further, in the optical sensor unit 11 of the fifth configuration example (FIG. 8C), the second region where the light receiving unit Y is placed is covered with a lid member 11e having an opening d2 larger than the light receiving region of the light receiving unit Y. Has been. For example, when the light emitting area of the light receiving portion Y is a rectangular area of 0.7 mm square, the opening d <b> 2 may be formed in a circular shape with a diameter of 1.0 mm or a rectangular shape of 1.0 mm square. By providing the lid member 11e, it is possible to block external light that leaks into the light receiving unit Y, and thus it is possible to improve the detection accuracy of pulse wave data.
また、第６構成例（図８Ｄ）の光センサ部１１において、発光部Ｘ及び受光部Ｙの少なくとも一方は、所定の波長成分のみ（発光部Ｘの出力ピーク波長近傍）を選択的に通過させるカラーフィルタＸ６及びＹ６を有する。カラーフィルタＸ６及びＹ６を設けることにより、不要な波長成分を除去することができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。 In the optical sensor unit 11 of the sixth configuration example (FIG. 8D), at least one of the light emitting unit X and the light receiving unit Y selectively allows only a predetermined wavelength component (near the output peak wavelength of the light emitting unit X) to pass therethrough. Color filters X6 and Y6 are included. By providing the color filters X6 and Y6, unnecessary wavelength components can be removed, so that the detection accuracy of pulse wave data can be increased.
なお、上記の第３構成例（図８Ａ）〜第６構成例（図８Ｄ）で各々追加された構成要素については、各々を単独で適用してもよいし、任意に組み合わせて適用してもよい。 In addition, about each component added in said 3rd structural example (FIG. 8A)-6th structural example (FIG. 8D), you may apply each independently, and may apply it combining arbitrarily. Good.
＜光センサ部（配置）＞
図９は、腕時計型の脈波センサ１における光センサ部１１の配置レイアウト図である。腕時計型の脈波センサ１において、光センサ部１１を担持する本体ユニット１０（例えば直径２８ｍｍ）は、その両端にベルト２０が接続されるものであり、生体２（手首）への装着時には、ベルト２０の締め付けによって生体２側への押圧力（図９中の太い矢印を参照）が与えられる部材である。
<Optical sensor section (arrangement)>
FIG. 9 is an arrangement layout diagram of the optical sensor unit 11 in the wristwatch-type pulse wave sensor 1. In the wristwatch-type pulse wave sensor 1, the body unit 10 (for example, 28 mm in diameter) that carries the optical sensor unit 11 is connected to the belt 20 at both ends, and when worn on the living body 2 (wrist), the belt 20 This is a member to which a pressing force (see a thick arrow in FIG. 9) to the living body 2 side is given by tightening 20.
このような腕時計構造の脈波センサ１について、本願の発明者らは、本体ユニット１０に与えられる生体２側への押圧力が所定の分布を有しており、光センサ部１１の配設位置に応じて、光センサ部１１と生体２との密着性（延いては受光信号の信号強度）が異なるという知見を得た。 Regarding the pulse wave sensor 1 having such a wrist watch structure, the inventors of the present application have a predetermined distribution of the pressing force applied to the main body unit 10 toward the living body 2, and the position where the optical sensor unit 11 is disposed. According to the above, it was found that the adhesion between the optical sensor unit 11 and the living body 2 (and hence the signal intensity of the received light signal) is different.
そして、本願の発明者らは、鋭意研究の末、生体２側への押圧力が最大となる着力点の近傍、より具体的には、本体ユニット１０とベルト２０との接続点から光センサ部１１の配設位置（光センサ部１１の中心位置）までの距離をＤとしたときに、Ｄ≦１０ｍｍという関係が成立する領域内（図９のハッチング領域内）に光センサ部１１を配置すれば、受光信号の信号強度を向上し得ることを見出した。 The inventors of the present application have studied the optical sensor unit from the vicinity of the applied point where the pressing force to the living body 2 side becomes maximum, more specifically, from the connection point between the main unit 10 and the belt 20 after intensive research. When the distance to the arrangement position 11 (the center position of the optical sensor unit 11) is D, the optical sensor unit 11 is arranged in an area where the relationship of D ≦ 10 mm is established (hatched area in FIG. 9). It has been found that the signal intensity of the received light signal can be improved.
図１０は、光センサ部１１の配置と信号強度との相関関係を示す波形図であり、上段には、本体ユニット１０の端部（図９のハッチング領域内）に配置された光センサ部１１の受光波形が示されており、下段には、本体ユニット１０の中央部（図９のハッチング領域外）に配置された光センサ部１１’の受光波形が示されている。両波形を比較すれば分かるように、本体ユニット１０の端部に配置された光センサ部１１は、生体２との密着性が向上した結果、被験者の安静時における脈波はもちろん、被験者の運動時における脈波についても、これを精度良く測定することが可能である。 FIG. 10 is a waveform diagram showing the correlation between the arrangement of the optical sensor unit 11 and the signal intensity, and in the upper stage, the optical sensor unit 11 arranged at the end of the main unit 10 (in the hatched area in FIG. 9). In the lower part, the received light waveform of the optical sensor unit 11 ′ arranged in the central part of the main unit 10 (outside the hatched area in FIG. 9) is shown. As can be seen by comparing the two waveforms, the optical sensor unit 11 disposed at the end of the main unit 10 has improved adhesion to the living body 2, and as a result, the subject's movements as well as the pulse wave when the subject is at rest. It is possible to measure the pulse wave at the time with high accuracy.
なお、上記で得られた知見は、腕時計型の脈波センサ１のみならず、図１１で示すように、イヤリング型の脈波センサ１にも適用が可能である。 Note that the knowledge obtained above can be applied not only to the wristwatch-type pulse wave sensor 1 but also to the earring-type pulse wave sensor 1 as shown in FIG.
図１１は、イヤリング型の脈波センサ１における光センサ部１１の配置レイアウト図である。イヤリング型の脈波センサ１において、光センサ部１１を担持する本体ユニット１０（例えば第１端から第２端までの全長が２４ｍｍ）は、第１端にバネ蝶番３０が接続されて第２端が開放端とされるものであり、生体２（耳朶）への装着時には、バネ蝶番３０によって生体２側への押圧力（図１１中の太い矢印を参照）が与えられる部材である。 FIG. 11 is an arrangement layout diagram of the optical sensor unit 11 in the earring-type pulse wave sensor 1. In the earring-type pulse wave sensor 1, the main body unit 10 (for example, the total length from the first end to the second end is 24 mm) that carries the optical sensor unit 11 is connected to the spring hinge 30 at the first end and the second end. Is a member to which a pressing force (see a thick arrow in FIG. 11) to the living body 2 side is given by the spring hinge 30 when the living body 2 (earlobe) is mounted.
この場合、生体２側への押圧力が最大となる着力点は、本体ユニット１０の第２端（開放端）となる。従って、本体ユニット１０の第２端（開放端）から光センサ部１１の配設位置（光センサ部１１の中心位置）までの距離をＤとしたときに、Ｄ≦１０ｍｍという関係が成立する領域内に光センサ部１１を配置すれば、光センサ部１１と生体２との密着性を高めて、受光信号の信号強度を向上することができる。 In this case, the application point at which the pressing force toward the living body 2 is maximized is the second end (open end) of the main unit 10. Therefore, when the distance from the second end (open end) of the main unit 10 to the position where the optical sensor unit 11 is disposed (the center position of the optical sensor unit 11) is D, a region where the relationship of D ≦ 10 mm is established. If the optical sensor part 11 is arrange | positioned in the inside, the adhesiveness of the optical sensor part 11 and the biological body 2 can be improved, and the signal strength of a received light signal can be improved.
なお、図９及び図１１では、本体ユニット１０の表面上に光センサ部１１を一つだけ設けた構成を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、生体２側への押圧力が最大となる着力点の近傍領域内に、光センサ部１１を複数設けても構わない。 In FIGS. 9 and 11, the configuration in which only one optical sensor unit 11 is provided on the surface of the main unit 10 is described as an example. However, the configuration of the present invention is not limited to this, and the living body 2 A plurality of optical sensor units 11 may be provided in the vicinity of the force point where the pressing force to the side is maximum.
＜フィルタ部＞
図１２は、フィルタ部１２の第１構成例を示す回路図である。第１構成例のフィルタ部１２は、電流／電圧変換回路１００と、１次ＣＲハイパスフィルタ回路１１０（以下、ＨＰＦ［high pass filter］回路１１０と呼ぶ）と、増幅回路１２０と、１次ＣＲローパスフィルタ回路１３０（以下、ＬＰＦ［low pass filter］回路１３０と呼ぶ）と、増幅回路１４０と、を有する。
<Filter section>
FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a first configuration example of the filter unit 12. The filter unit 12 of the first configuration example includes a current / voltage conversion circuit 100, a first-order CR high-pass filter circuit 110 (hereinafter referred to as an HPF [high pass filter] circuit 110), an amplifier circuit 120, and a first-order CR low-pass. A filter circuit 130 (hereinafter referred to as an LPF [low pass filter] circuit 130) and an amplifier circuit 140 are included.
電流／電圧変換回路１００は、光センサ部１１から出力される電流信号を電圧信号に変換する回路であり、抵抗Ｒ１（例えば２００ｋΩ）を含む。光センサ部１１を形成する発光ダイオードのアノードは、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記発光ダイオードのカソードは、接地端に接続されている。光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタは、抵抗Ｒ１を介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記フォトトランジスタのエミッタは、接地端に接続されている。 The current / voltage conversion circuit 100 is a circuit that converts a current signal output from the optical sensor unit 11 into a voltage signal, and includes a resistor R1 (for example, 200 kΩ). The anode of the light emitting diode that forms the optical sensor unit 11 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD. The cathode of the light emitting diode is connected to the ground terminal. The collector of the phototransistor forming the optical sensor unit 11 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD via the resistor R1. The emitter of the phototransistor is connected to the ground terminal.
ＨＰＦ回路１１０は、電流／電圧変換回路１００の出力信号に重畳した低周波成分を除去する回路であり、キャパシタＣ１（例えば０．１μＦ）と、抵抗Ｒ２（例えば４．７ＭΩ）とを含む。キャパシタＣ１の第１端は、光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタに接続されている。キャパシタＣ１の第２端は、抵抗Ｒ２を介して接地端に接続されている。なお、上記構成から成るＨＰＦ回路１１０のカットオフ周波数は、０．３４Ｈｚに設計されている。 The HPF circuit 110 is a circuit that removes a low-frequency component superimposed on the output signal of the current / voltage conversion circuit 100, and includes a capacitor C1 (for example, 0.1 μF) and a resistor R2 (for example, 4.7 MΩ). The first end of the capacitor C1 is connected to the collector of the phototransistor that forms the optical sensor unit 11. The second terminal of the capacitor C1 is connected to the ground terminal via the resistor R2. Note that the cut-off frequency of the HPF circuit 110 configured as described above is designed to be 0.34 Hz.
増幅回路１２０は、ＨＰＦ回路１１０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ３（例えば１００ｋΩ）と、抵抗Ｒ４（例えば１０ｋΩ）と、キャパシタＣ２（例えば０．０１μＦ）と、キャパシタＣ３（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ１の非反転入力端（＋）は、キャパシタＣ１の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ１の反転入力端（−）は、抵抗Ｒ３を介してオペアンプＯＰ１の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ４を介して接地端にも接続されている。オペアンプＯＰ１の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ１の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ２は、抵抗Ｒ３と並列に接続されている。キャパシタＣ３は、オペアンプＯＰ１の第１電源端と接地端との間に接続されている。 The amplifier circuit 120 is a circuit that amplifies the output signal of the HPF circuit 110, and includes an operational amplifier OP1, a resistor R3 (for example, 100 kΩ), a resistor R4 (for example, 10 kΩ), a capacitor C2 (for example, 0.01 μF), and a capacitor C3. (For example, 0.1 μF). The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP1 is connected to the second terminal of the capacitor C1. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier OP1 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP1 through the resistor R3, and is also connected to the ground terminal through the resistor R4. The first power supply terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD. The second power supply terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the ground terminal. The capacitor C2 is connected in parallel with the resistor R3. The capacitor C3 is connected between the first power supply terminal of the operational amplifier OP1 and the ground terminal.
ＬＰＦ回路１３０は、増幅回路１２０の出力信号に重畳した高周波成分を除去する回路であり、抵抗Ｒ５（例えば１００ｋΩ）と、キャパシタＣ４（例えば１．０μＦ）と、を含む。抵抗Ｒ５の第１端は、オペアンプＯＰ１の出力端に接続されている。抵抗Ｒ５の第２端は、キャパシタＣ４を介して接地端に接続されている。なお、上記構成から成るＬＰＦ回路１３０のカットオフ周波数は、１．６Ｈｚに設定されている。 The LPF circuit 130 is a circuit that removes a high-frequency component superimposed on the output signal of the amplifier circuit 120, and includes a resistor R5 (for example, 100 kΩ) and a capacitor C4 (for example, 1.0 μF). The first end of the resistor R5 is connected to the output end of the operational amplifier OP1. A second terminal of the resistor R5 is connected to the ground terminal via the capacitor C4. Note that the cut-off frequency of the LPF circuit 130 configured as described above is set to 1.6 Hz.
増幅回路１４０は、ＬＰＦ回路１３０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ２と、可変抵抗Ｒ６（例えば５００ｋΩ）と、抵抗Ｒ７（例えば１０ｋΩ）と、キャパシタＣ５（例えば０．０１μＦ）と、キャパシタＣ６（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ２の非反転入力端（＋）は、抵抗Ｒ５の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ２の反転入力端（−）は、可変抵抗Ｒ６を介してオペアンプＯＰ２の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ７を介して接地端にも接続されている。オペアンプＯＰ２の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ２の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ５は、可変抵抗Ｒ６と並列に接続されている。キャパシタＣ６は、オペアンプＯＰ２の第１電源端と接地端との間に接続されている。 The amplifier circuit 140 is a circuit that amplifies the output signal of the LPF circuit 130, and includes an operational amplifier OP2, a variable resistor R6 (for example, 500 kΩ), a resistor R7 (for example, 10 kΩ), a capacitor C5 (for example, 0.01 μF), and a capacitor. C6 (for example, 0.1 μF). The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP2 is connected to the second terminal of the resistor R5. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier OP2 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP2 through the variable resistor R6, and is also connected to the ground terminal through the resistor R7. The first power supply terminal of the operational amplifier OP2 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD. The second power supply terminal of the operational amplifier OP2 is connected to the ground terminal. The capacitor C5 is connected in parallel with the variable resistor R6. The capacitor C6 is connected between the first power supply terminal and the ground terminal of the operational amplifier OP2.
第１構成例のフィルタ部１２であれば、簡易な回路構成により、光センサ部１１の出力信号に重畳するノイズ成分を除去して、脈波データの検出精度を高めることができる。 With the filter unit 12 of the first configuration example, the noise component superimposed on the output signal of the optical sensor unit 11 can be removed with a simple circuit configuration, and the detection accuracy of the pulse wave data can be increased.
ただし、第１構成例のフィルタ部１２では、被験者の体動ノイズ（運動によって生じる６．０Ｈｚ程度のノイズ成分）を十分に除去し切れない場合があり、被験者の運動時における脈波を高精度に検出するためには、さらなる改善の余地を残していた（図１４の下段を参照）。 However, in the filter unit 12 of the first configuration example, the subject's body movement noise (noise component of about 6.0 Hz generated by exercise) may not be sufficiently removed, and the pulse wave during exercise of the subject is highly accurate. Therefore, there was room for further improvement (see the lower part of FIG. 14).
図１３は、フィルタ部１２の第２構成例を示す回路図である。第２構成例のフィルタ部１２は、電流／電圧変換回路２００と、１次ＣＲハイパスフィルタ回路２１０（以下、ＨＰＦ回路２１０と呼ぶ）と、ボルテージフォロワ回路２２０と、２次ＣＲローパスフィルタ回路２３０（以下、ＬＰＦ回路２３０と呼ぶ）と、増幅回路２４０と、６次バンドパスフィルタ回路２５０（以下、ＢＰＦ［band pass filter］回路２５０と呼ぶ）と、増幅回路２６０と、中間電圧生成回路２７０と、を有する。 FIG. 13 is a circuit diagram illustrating a second configuration example of the filter unit 12. The filter unit 12 of the second configuration example includes a current / voltage conversion circuit 200, a primary CR high-pass filter circuit 210 (hereinafter referred to as an HPF circuit 210), a voltage follower circuit 220, and a secondary CR low-pass filter circuit 230 ( (Hereinafter referred to as LPF circuit 230), amplifier circuit 240, sixth-order band pass filter circuit 250 (hereinafter referred to as BPF [band pass filter] circuit 250), amplifier circuit 260, intermediate voltage generation circuit 270, Have
電流／電圧変換回路２００は、光センサ部１１から出力される電流信号を電圧信号に変換する回路であり、抵抗Ｒ８（例えば２００ｋΩ）と、抵抗Ｒ９（例えば４３０Ω）と、を含む。光センサ部１１を形成する発光ダイオードのアノードは、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記発光ダイオードのカソードは、抵抗Ｒ９を介して接地端に接続されている。光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタは、抵抗Ｒ８を介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記フォトトランジスタのエミッタは、接地端に接続されている。 The current / voltage conversion circuit 200 is a circuit that converts a current signal output from the optical sensor unit 11 into a voltage signal, and includes a resistor R8 (for example, 200 kΩ) and a resistor R9 (for example, 430Ω). The anode of the light emitting diode that forms the optical sensor unit 11 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD. The cathode of the light emitting diode is connected to the ground terminal via a resistor R9. The collector of the phototransistor forming the photosensor unit 11 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD via the resistor R8. The emitter of the phototransistor is connected to the ground terminal.
ＨＰＦ回路２１０は、電流／電圧変換回路２００の出力信号に重畳した低周波成分を除去する回路であり、キャパシタＣ７（例えば１．０μＦ）と、抵抗Ｒ１０（例えば２４０ｋΩ）と、を含む。キャパシタＣ７の第１端は、光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタに接続されている。キャパシタＣ７の第２端は、抵抗Ｒ１０を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。なお、上記構成から成るＨＰＦ回路２１０のカットオフ周波数は、０．６６Ｈｚに設計されている。 The HPF circuit 210 is a circuit that removes a low-frequency component superimposed on the output signal of the current / voltage conversion circuit 200, and includes a capacitor C7 (for example, 1.0 μF) and a resistor R10 (for example, 240 kΩ). The first end of the capacitor C7 is connected to the collector of the phototransistor that forms the optical sensor unit 11. The second end of the capacitor C7 is connected to the application end of the intermediate voltage VM via the resistor R10. The cutoff frequency of the HPF circuit 210 having the above configuration is designed to be 0.66 Hz.
ボルテージフォロワ回路２２０は、ＨＰＦ回路１１０の出力信号を後段に伝達する回路であり、オペアンプＯＰ３と、キャパシタＣ８（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ３の非反転入力端（＋）は、キャパシタＣ７の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ３の反転入力端（−）は、オペアンプＯＰ３の出力端に接続されている。オペアンプＯＰ３の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ３の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ８は、オペアンプＯＰ３の第１電源端と接地端との間に接続されている。 The voltage follower circuit 220 is a circuit that transmits the output signal of the HPF circuit 110 to the subsequent stage, and includes an operational amplifier OP3 and a capacitor C8 (for example, 0.1 μF). The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP3 is connected to the second terminal of the capacitor C7. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier OP3 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP3. The first power supply terminal of the operational amplifier OP3 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD. The second power supply terminal of the operational amplifier OP3 is connected to the ground terminal. The capacitor C8 is connected between the first power supply terminal and the ground terminal of the operational amplifier OP3.
ＬＰＦ回路２３０は、ボルテージフォロワ回路２２０の出力信号に重畳した高周波成分を除去する回路であり、抵抗Ｒ１１（例えば６２０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１２（例えば６２０ｋΩ）と、キャパシタＣ９（例えば１．０μＦ）と、キャパシタＣ１０（例えば１．０μＦ）と、を含む。抵抗Ｒ１１の第１端は、オペアンプＯＰ３の出力端に接続されている。抵抗Ｒ１１の第２端は、抵抗Ｒ１２の第１端に接続される一方、キャパシタＣ９を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。抵抗Ｒ１２の第２端は、キャパシタＣ１０を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。なお、上記構成から成るＬＰＦ回路２３０のカットオフ周波数は、０．２６Ｈｚに設定されている。 The LPF circuit 230 is a circuit that removes a high frequency component superimposed on the output signal of the voltage follower circuit 220, and includes a resistor R11 (eg, 620 kΩ), a resistor R12 (eg, 620 kΩ), a capacitor C9 (eg, 1.0 μF), Capacitor C10 (for example, 1.0 μF). The first end of the resistor R11 is connected to the output end of the operational amplifier OP3. The second end of the resistor R11 is connected to the first end of the resistor R12, and is connected to the application end of the intermediate voltage VM via the capacitor C9. The second end of the resistor R12 is connected to the application end of the intermediate voltage VM via the capacitor C10. Note that the cut-off frequency of the LPF circuit 230 configured as described above is set to 0.26 Hz.
増幅回路２４０は、ＬＰＦ回路２３０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ４と、抵抗Ｒ１３（例えば１０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１４（例えば１ｋΩ）と、キャパシタＣ１１（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ４の非反転入力端（＋）は、抵抗Ｒ１２の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ４の反転入力端（−）は、抵抗Ｒ１３を介してオペアンプＯＰ４の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ１４を介して中間電圧ＶＭの印加端にも接続されている。オペアンプＯＰ４の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ４の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１１は、オペアンプＯＰ４の第１電源端と接地端との間に接続されている。 The amplifier circuit 240 is a circuit that amplifies the output signal of the LPF circuit 230, and includes an operational amplifier OP4, a resistor R13 (for example, 10 kΩ), a resistor R14 (for example, 1 kΩ), and a capacitor C11 (for example, 0.1 μF). . The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP4 is connected to the second terminal of the resistor R12. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier OP4 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP4 through the resistor R13, and is also connected to the application terminal of the intermediate voltage VM through the resistor R14. The first power supply terminal of the operational amplifier OP4 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD. The second power supply terminal of the operational amplifier OP4 is connected to the ground terminal. The capacitor C11 is connected between the first power supply terminal of the operational amplifier OP4 and the ground terminal.
ＢＰＦ回路２５０は、増幅回路２４０の出力信号に重畳した低周波成分と高周波成分を除去する回路であり、オペアンプＯＰ５〜ＯＰ７と、抵抗Ｒ１５（例えば７５ｋΩ）と、抵抗Ｒ１６（例えば２ＭΩ）と、抵抗Ｒ１７（例えば１５０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１８（例えば１３０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１９（例えば９１ｋΩ）と、抵抗Ｒ２０（例えば６２０ｋΩ）と、抵抗Ｒ２１（例えば４３ｋΩ）と、抵抗Ｒ２２（例えば３０ｋΩ）と、抵抗Ｒ２３（例えば２００ｋΩ）と、キャパシタＣ１２（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１３（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１４（例えば０．１μＦ）と、キャパシタＣ１５（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１６（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１７（例えば０．１μＦ）と、キャパシタＣ１８（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１９（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ２０（例えば０．１μＦ）と、を含む。 The BPF circuit 250 is a circuit that removes low-frequency components and high-frequency components superimposed on the output signal of the amplifier circuit 240, and includes operational amplifiers OP5 to OP7, a resistor R15 (for example, 75 kΩ), a resistor R16 (for example, 2 MΩ), and a resistor. R17 (for example, 150 kΩ), resistor R18 (for example, 130 kΩ), resistor R19 (for example, 91 kΩ), resistor R20 (for example, 620 kΩ), resistor R21 (for example, 43 kΩ), resistor R22 (for example, 30 kΩ), and resistor R23 (for example) For example, 200 kΩ), capacitor C12 (for example, 1 μF), capacitor C13 (for example, 1 μF), capacitor C14 (for example, 0.1 μF), capacitor C15 (for example, 1 μF), capacitor C16 (for example, 1 μF), and capacitor C17 (for example) For example, 0.1 μF) and capacitor C18 (for example, 1 μF) Includes a capacitor C19 (e.g. 1 .mu.F), capacitor C20 (e.g. 0.1ĩF), the.
抵抗Ｒ１５の第１端は、オペアンプＯＰ４の出力端に接続されている。抵抗Ｒ１５の第２端は、抵抗Ｒ１６を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ５の非反転入力端（＋）は、中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ５の反転入力端（−）は、キャパシタＣ１２を介して抵抗Ｒ１５の第２端に接続される一方、抵抗Ｒ１７を介してオペアンプＯＰ５の出力端にも接続されている。オペアンプＯＰ５の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ５の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１３は、抵抗Ｒ１５の第２端とオペアンプＯＰ５の出力端との間に接続されている。キャパシタＣ１４は、オペアンプＯＰ５の第１電源端と接地端との間に接続されている。 The first end of the resistor R15 is connected to the output end of the operational amplifier OP4. The 2nd end of resistance R15 is connected to the application end of intermediate voltage VM via resistance R16. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP5 is connected to the application terminal for the intermediate voltage VM. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier OP5 is connected to the second terminal of the resistor R15 through the capacitor C12, and is also connected to the output terminal of the operational amplifier OP5 through the resistor R17. The first power supply terminal of the operational amplifier OP5 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD. The second power supply terminal of the operational amplifier OP5 is connected to the ground terminal. The capacitor C13 is connected between the second end of the resistor R15 and the output end of the operational amplifier OP5. The capacitor C14 is connected between the first power supply terminal and the ground terminal of the operational amplifier OP5.
抵抗Ｒ１８の第１端は、オペアンプＯＰ５の出力端に接続されている。抵抗Ｒ１８の第２端は、抵抗Ｒ１９を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ６の非反転入力端（＋）は、中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ６の反転入力端（−）は、キャパシタＣ１５を介して抵抗Ｒ１８の第２端に接続される一方、抵抗Ｒ２０を介してオペアンプＯＰ６の出力端にも接続されている。オペアンプＯＰ６の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ６の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１６は、抵抗Ｒ１８の第２端とオペアンプＯＰ６の出力端との間に接続されている。キャパシタＣ１７は、オペアンプＯＰ６の第１電源端と接地端との間に接続されている。 The first end of the resistor R18 is connected to the output end of the operational amplifier OP5. The 2nd end of resistance R18 is connected to the application end of intermediate voltage VM via resistance R19. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP6 is connected to the application terminal for the intermediate voltage VM. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier OP6 is connected to the second terminal of the resistor R18 via the capacitor C15, and is also connected to the output terminal of the operational amplifier OP6 via the resistor R20. The first power supply terminal of the operational amplifier OP6 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD. The second power supply terminal of the operational amplifier OP6 is connected to the ground terminal. The capacitor C16 is connected between the second end of the resistor R18 and the output end of the operational amplifier OP6. The capacitor C17 is connected between the first power supply terminal of the operational amplifier OP6 and the ground terminal.
抵抗Ｒ２１の第１端は、オペアンプＯＰ６の出力端に接続されている。抵抗Ｒ２１の第２端は、抵抗Ｒ２２を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ７の非反転入力端（＋）は、中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ７の反転入力端（−）は、キャパシタＣ１８を介して抵抗Ｒ２１の第２端に接続される一方、抵抗Ｒ２３を介してオペアンプＯＰ７の出力端にも接続されている。オペアンプＯＰ７の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ７の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１９は、抵抗Ｒ２１の第２端とオペアンプＯＰ７の出力端との間に接続されている。キャパシタＣ２０は、オペアンプＯＰ７の第１電源端と接地端との間に接続されている。 The first end of the resistor R21 is connected to the output end of the operational amplifier OP6. The 2nd end of resistance R21 is connected to the application end of intermediate voltage VM via resistance R22. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP7 is connected to the application terminal for the intermediate voltage VM. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier OP7 is connected to the second terminal of the resistor R21 via the capacitor C18, and is also connected to the output terminal of the operational amplifier OP7 via the resistor R23. The first power supply terminal of the operational amplifier OP7 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD. The second power supply terminal of the operational amplifier OP7 is connected to the ground terminal. The capacitor C19 is connected between the second end of the resistor R21 and the output end of the operational amplifier OP7. The capacitor C20 is connected between the first power supply terminal and the ground terminal of the operational amplifier OP7.
なお、上記構成から成るＢＰＦ回路２５０は、０．８０〜２．９５Ｈｚの通過周波数帯域を持つ。 The BPF circuit 250 having the above configuration has a pass frequency band of 0.80 to 2.95 Hz.
増幅回路２６０は、ＢＰＦ回路２５０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ８と、可変抵抗Ｒ２４（例えば１ＭΩ）と、抵抗Ｒ２５（例えば１ｋΩ）と、キャパシタＣ２１（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ８の非反転入力端（＋）は、オペアンプＯＰ７の出力端に接続されている。オペアンプＯＰ８の反転入力端（−）は、可変抵抗Ｒ２４を介してオペアンプＯＰ８の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ２５を介して中間電圧ＶＭの印加端にも接続されている。オペアンプＯＰ８の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ８の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ２１は、オペアンプＯＰ８の第１電源端と接地端との間に接続されている。 The amplifier circuit 260 is a circuit that amplifies the output signal of the BPF circuit 250, and includes an operational amplifier OP8, a variable resistor R24 (for example, 1 MΩ), a resistor R25 (for example, 1 kΩ), and a capacitor C21 (for example, 0.1 μF). Including. The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP8 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP7. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier OP8 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP8 through the variable resistor R24, and is also connected to the application terminal of the intermediate voltage VM through the resistor R25. The first power supply terminal of the operational amplifier OP8 is connected to the application terminal of the power supply voltage VDD. The second power supply terminal of the operational amplifier OP8 is connected to the ground terminal. The capacitor C21 is connected between the first power supply terminal and the ground terminal of the operational amplifier OP8.
中間電圧生成回路２６０は、電源電圧ＶＤＤを１／２に分圧して中間電圧ＶＭ（＝ＶＤＤ／２）を生成する回路であり、抵抗Ｒ２６（例えば１ｋΩ）と、抵抗Ｒ２７（例えば１ｋΩ）と、キャパシタＣ２２（０．１μＦ）と、を含む。抵抗Ｒ２６の第１端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。抵抗Ｒ２６の第２端と抵抗Ｒ２７の第１端は、いずれも中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。抵抗Ｒ２７の第２端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ２２は、抵抗Ｒ２７に対して並列に接続されている。 The intermediate voltage generation circuit 260 is a circuit that divides the power supply voltage VDD by half to generate an intermediate voltage VM (= VDD / 2), and includes a resistor R26 (for example, 1 kΩ), a resistor R27 (for example, 1 kΩ), Capacitor C22 (0.1 μF). A first end of the resistor R26 is connected to an application end of the power supply voltage VDD. The second end of the resistor R26 and the first end of the resistor R27 are both connected to the application end of the intermediate voltage VM. A second end of the resistor R27 is connected to the ground end. The capacitor C22 is connected in parallel with the resistor R27.
第２構成例のフィルタ部１２であれば、被験者の体動ノイズを適切に除去することができるので、被験者の安静時における脈波はもちろん、被験者の運動時（例えば歩行時）における脈波についても高精度に検出することが可能となる（図１４の上段を参照）。 With the filter unit 12 of the second configuration example, the body motion noise of the subject can be appropriately removed, so that not only the pulse wave when the subject is at rest but also the pulse wave when the subject is exercising (for example, walking) Can be detected with high accuracy (see the upper part of FIG. 14).
また、第２構成例のフィルタ部１２において、ＨＰＦ回路２１０、ＬＰＦフィルタ回路２３０、増幅回路２４０、ＢＰＦ回路２５０、及び、増幅回路２６０は、いずれも中間電圧ＶＭ（＝ＶＤＤ／２）を基準電圧として動作するので、フィルタ部１２の出力信号は、中間電圧ＶＭに対して上下に振幅変動する波形となる。従って、第２構成例のフィルタ部１２であれば、出力信号の飽和（電源電圧ＶＤＤや接地電圧への張り付き）を防止して、脈波データを正しく検出することが可能となる。 In the filter unit 12 of the second configuration example, the HPF circuit 210, the LPF filter circuit 230, the amplifier circuit 240, the BPF circuit 250, and the amplifier circuit 260 all use the intermediate voltage VM (= VDD / 2) as the reference voltage. Therefore, the output signal of the filter unit 12 has a waveform whose amplitude fluctuates up and down with respect to the intermediate voltage VM. Therefore, with the filter unit 12 of the second configuration example, saturation of the output signal (sticking to the power supply voltage VDD or the ground voltage) can be prevented and pulse wave data can be detected correctly.
＜出力波長についての考察＞
実験では、いわゆる反射型の脈波センサ１において、発光部の出力波長をλ１（赤外：９４０ｎｍ）、λ２（緑：６３０ｎｍ）、及び、λ３（青：４６８ｎｍ）とし、発光部の出力強度（駆動電流値）を１ｍＡ、５ｍＡ、１０ｍＡに変化させたときの挙動を各々調査した。その結果、およそ波長６００ｎｍ以下の可視光領域において、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２の吸収係数が大きくなり、測定される脈波のピーク強度が大きくなるため、脈波の波形を比較的取得しやすいことが分かった。
<Consideration on output wavelength>
In the experiment, in the so-called reflection type pulse wave sensor 1, the output wavelength of the light emitting part is set to λ1 (infrared: 940 nm), λ2 (green: 630 nm), and λ3 (blue: 468 nm), and the output intensity of the light emitting part ( The behavior when the drive current value was changed to 1 mA, 5 mA, and 10 mA was investigated. As a result, in the visible light region having a wavelength of about 600 nm or less, the absorption coefficient of oxygenated hemoglobin HbO 2 is increased, and the peak intensity of the measured pulse wave is increased. Therefore, it is relatively easy to acquire the waveform of the pulse wave. I understood.
なお、動脈血の酸素飽和度を検出するパルスオキシメータでは、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２の吸収係数（実線）と脱酸素化ヘモグロビンＨｂの吸収係数（破線）との差違が最大となる近赤外領域の波長（７００ｎｍ前後）が発光部の出力波長として広く一般的に用いられているが、脈波センサ（特に、いわゆる反射型の脈波センサ）としての利用を考えた場合には、上記の実験結果で示したように、波長６００ｎｍ以下の可視光領域を発光部の出力波長として用いることが望ましいと言える。 In the pulse oximeter for detecting the oxygen saturation of arterial blood, the difference between the absorption coefficient (solid line) of oxygenated hemoglobin HbO 2 and the absorption coefficient (broken line) of deoxygenated hemoglobin Hb is maximized. Although the wavelength (around 700 nm) is widely used as the output wavelength of the light emitting unit, the above experimental results are obtained when considering use as a pulse wave sensor (particularly a so-called reflection type pulse wave sensor). It can be said that it is desirable to use a visible light region having a wavelength of 600 nm or less as the output wavelength of the light emitting unit as shown in FIG.
＜その他の変形例＞
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variations>
The configuration of the present invention can be variously modified in addition to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention. That is, the above-described embodiment is an example in all respects and should not be considered as limiting, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-described embodiment, but the claims. It should be understood that all modifications that come within the meaning and range of equivalents of the claims are included.
本発明は、脈波センサの利便性を高めるための技術として利用することが可能であり、ヘルスケアサポート機器、ゲーム機器、音楽機器、ペットコミュニケーションツール、車両の運転手の居眠り防止機器など、様々な分野への応用が可能であると考えられる。 The present invention can be used as a technology for enhancing the convenience of a pulse wave sensor, and includes various devices such as healthcare support devices, game devices, music devices, pet communication tools, and driver's sleep control devices. It can be applied to various fields.
１ 脈波センサ
２ 生体（手首、耳朶）
１０ 本体ユニット
１１ 光センサ部
１１ａ ケース
１１ｂ 遮光壁
１１ｃ 集光レンズ
１１ｄ、１１ｅ 蓋部材
１１ｚ 透光板
１２ フィルタ部
１３ 制御部
１４ 表示部
１５ 通信部
１６ 電源部
２０ ベルト
３０ バネ蝶番
Ａ 発光部（発光チップ）
Ｂ 受光部（受光チップ）
Ｘ 発光部
Ｘ１ 基板
Ｘ２ 発光チップ
Ｘ３ 封止体
Ｘ４ ワイヤ
Ｘ５ 導電体
Ｘ６ カラーフィルタ
Ｙ 受光部
Ｙ１ 基板
Ｙ２ 受光チップ
Ｙ３ 封止体
Ｙ４ ワイヤ
Ｙ５ 導電体
Ｙ６ カラーフィルタ
１００ 電流／電圧変換回路
１１０ １次ＣＲハイパスフィルタ回路
１２０ 増幅回路
１３０ １次ＣＲローパスフィルタ回路
１４０ 増幅回路
２００ 電流／電圧変換回路
２１０ １次ＣＲハイパスフィルタ回路
２２０ ボルテージフォロワ回路
２３０ ２次ＣＲローパスフィルタ回路
２４０ 増幅回路
２５０ ６次バンドパスフィルタ回路
２６０ 増幅回路
２７０ 中間電圧生成回路
Ｒ１〜Ｒ２７ 抵抗
Ｃ１〜Ｃ２２ キャパシタ
ＯＰ１〜ＯＰ８ オペアンプ
1 Pulse wave sensor 2 Living body (wrist, earlobe)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Main body unit 11 Optical sensor part 11a Case 11b Light-shielding wall 11c Condensing lens 11d, 11e Cover member 11z Translucent plate 12 Filter part 13 Control part 14 Display part 15 Communication part 16 Power supply part 20 Belt 30 Spring hinge A Light emission part (light emission) Chip)
B Light receiving part (light receiving chip)
X light emitting part X1 substrate X2 light emitting chip X3 sealing body X4 wire X5 conductor X6 color filter Y light receiving part Y1 substrate Y2 light receiving chip Y3 sealing body Y4 wire Y5 conductor Y6 color filter 100 current / voltage conversion circuit 110 primary CR High-pass filter circuit 120 Amplifier circuit 130 Primary CR low-pass filter circuit 140 Amplifier circuit 200 Current / voltage conversion circuit 210 Primary CR high-pass filter circuit 220 Voltage follower circuit 230 Secondary CR low-pass filter circuit 240 Amplifier circuit 250 Sixth-order band-pass filter circuit 260 Amplifier circuit 270 Intermediate voltage generation circuit R1-R27 Resistor C1-C22 Capacitor OP1-OP8 Operational amplifier
Claims (12)
前記光センサ部は、枡形状のケースと、前記ケースを前記発光部が載置される第１領域と前記受光部が載置される第２領域に分割する遮光壁と、を有することを特徴とする脈波センサ。 A pulse wave sensor comprising an optical sensor unit for acquiring pulse wave data by irradiating light to a living body from a light emitting unit and detecting the intensity of light transmitted through the living body by a light receiving unit,
The optical sensor unit includes a bowl-shaped case, and a light shielding wall that divides the case into a first region on which the light emitting unit is placed and a second region on which the light receiving unit is placed. Pulse wave sensor.
基板と、
前記基板上に載置された発光チップ及び受光チップと、
前記発光チップ及び受光チップを封止する封止体と、
を有することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の脈波センサ。 The light emitting unit and the light receiving unit are respectively
A substrate,
A light emitting chip and a light receiving chip placed on the substrate;
A sealing body for sealing the light emitting chip and the light receiving chip;
The pulse wave sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the pulse wave sensor is provided.
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