JP2021159151A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサにバイタル信号を安定的に検出させることが可能な検出装置を提供する。【解決手段】検出装置１００は、人体の一部からバイタル信号を検出する振動センサ２１を含む第１部材１０１と、第１部材１０１と対向する第２部材１０２と、第１部材１０１の一端と第２部材１０２の一端とを連結する連結部材１０３と、を備え、第１部材１０１および第２部材１０２の間に連結部材１０３が連結されることにより、バンド２を着脱可能に挟持する凹部１０４を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、検出装置に関する。

近年、人体の脈波を検出する圧電素子を有する振動センサ及び該振動センサを指又は手首に巻き付けるバンドに取り付けた脈波検出装置が知られている。この振動センサは、基板と、基板上に配置された圧電素子と、当該圧電素子を囲むように基板上に配置され、人体に直接押し当てられる筒状部材又は導電性スペーサとを備えている（例えば、特許文献１、２参照）。

国際公開第２０１３／１４５３５２号 国際公開第２０１７／１８７７１０号

脈波検出装置のバンドを手首に巻き付ける場合には、手首とバンドとの間には隙間が生じやすい。このため、振動センサが手首の橈骨動脈の脈波信号を安定的に検出できないおそれがある。また、時計やアクセサリなどの対象物を手首に装着している場合に、脈波検出を行いたい要望がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、センサにバイタル信号を安定的に検出させることが可能な検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、人体の一部からバイタル信号を検出するセンサを含む第１部材と、前記第１部材と対向する第２部材と、前記第１部材の一端と前記第２部材の一端とを連結する連結部材と、を備え、前記第１部材および前記第２部材の間に前記連結部材が連結されることにより、対象物を着脱可能に挟持する凹部を有する検出装置である。

上記構成において、前記第２部材は、前記バイタル信号を無線で外部装置に通信する通信部と、前記センサ及び前記通信部に電力を供給する電源部とを含み、前記連結部材は、前記センサと前記電源部及び前記通信部の少なくとも一方とを接続する配線を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記第１部材の他端と前記第２部材の他端とを係合する係合部を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記連結部材は、前記第２部材に対して前記第１部材を開閉可能な部材である構成とすることができる。

上記構成において、前記連結部材は、伸縮可能な弾性部材である構成とすることができる。

上記構成において、前記第１部材は、前記凹部が前記対象物を挟んだときに前記対象物と対向する第１面を有し、前記第２部材は、前記凹部が前記対象物を挟んだときに前記対象物と対向する第２面を有し、前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方は、前記対象物を係止する係止部を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記第１部材は、前記凹部が前記対象物を挟んだときに前記対象物と対向する第１面と、当該第１面の反対側にある第３面とを有し、前記センサは、第４面と当該第４面の反対側にある第５面とを有する基板と、前記基板の略中央で、前記第４面に固定され、前記第３面から前記第１部材の外側に露出されると共に前記人体の一部と接触可能な凸状部材と、前記凸状部材が固定された前記第４面上の第１領域に対向する前記第５面の第２領域内に固定された圧電素子と、を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記第１部材は前記第２部材よりも大きな厚みを有し、前記センサでバイタル信号を検出しない場合には、前記第２部材が前記人体の一部と前記対象物の間に配置され、前記センサでバイタル信号を検出する場合には、前記第１部材が前記人体の一部と前記対象物の間に配置される構成とすることができる。

上記構成において、前記対象物は、手首、腕、足首、首、又は胴体のいずれかに装着される部材である構成とすることができる。

本発明によれば、センサにバイタル信号を安定的に検出させることができる。

図１（ａ）は、本実施の形態にかかる検出装置を取り付けた時計バンドが巻き付けられた左の手首の断面図である。図１（ｂ）は、検出装置を示す斜視図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線の検出装置の断面図である。 図２（ａ）は、振動センサの構成を示す断面図である。図２（ｂ）は、振動センサの基板のおもて面及び裏面の領域を示す図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）の＋Ｚ方向から見た場合の振動センサの構成を示す透過図である。 図３（ａ）は、振動センサの構成を示す平面図である。図３（ｂ）は振動センサが備えるケースの例を示す図である。 図４は、振動センサ、信号処理・通信部及び電源部の構成を示すブロック図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、検出装置の変形例を示す図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、検出装置の変形例を示す図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、検出装置の変形例を示す図である。

以下、図面を参照し本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施例で述べる検出装置は、脈波だけでなく、呼吸、血圧、心拍などのバイタルサインと呼ばれるバイタル信号も検出可能である。従って、以下の説明では、脈波信号はバイタル信号の一例である。

図１（ａ）は、本実施の形態にかかる検出装置を取り付けた時計バンドが巻き付けられた左の手首の断面図である。図１（ｂ）は、検出装置を示す斜視図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線の検出装置の断面図である。図１（ａ）では、指先側から見た状態が示されている。図１（ｂ）及び図１（ｃ）において、図の上側（凸状部材３８と触れる部分）が手首側である。

図１（ａ）に示すように、左の手首１０（人体の一部）には、時計４のバンド２（対象物）が巻き付けられている。バンド２の一端にはピンバックル３が設けれており、バンド２の他端にはピンバックル３のピンが挿入可能な不図示の貫通孔が形成されている。なお、ピンバックル３以外のバックルが使用されてもよいし、バックルを係止する係止部材として貫通孔以外の金具が使用されてもよい。なお、係止部としての機能を持てば良いので、前述の係止部はバックルでなくても良い。

バンド２は、金属、革、ゴム、もしくはウレタン又はシリコンなどの樹脂で形成されている。

手首１０は、橈骨１１、尺骨１２、橈骨動脈１３、長掌筋１４、及び総指伸筋１５を備えている。図１（ａ）の上側が手の甲側又は手首１０の背側であり、図１（ａ）の下側が手のひら側又は手首１０の腹側である。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態にかかる検出装置１００は、手首１０に装着されるバンド２に着脱可能に取り付けられている。検出装置１００は、手首１０の橈骨動脈１３に対向する位置に配置され、橈骨動脈１３の脈波信号を検出する。検出装置１００は、手首１０の外周（Ｐ方向）に沿ってバンド２に対してスライド可能である。本実施の形態では、検出装置１００が取り付けられるバンド２は時計バンドであるが、バンド２は、手首、腕、足首、首、又は胴体のいずれかに装着される部材であればよい。例えば、バンド２は、時計バンド、ブレスレット、アンクレット、ネックレス又はシートベルトなどである。

図１（ｂ）に示すように、検出装置１００は、第１部材１０１と、第１部材１０１と対向する第２部材１０２と、第１部材１０１の一端と第２部材１０２の一端とを連結する連結部材１０３とを備えている。また、第１部材１０１、連結部材１０３および第２部材１０２により、バンド２を着脱可能に挟持する凹部１０４が形成されている。

第１部材１０１、第２部材１０２及び連結部材１０３は、ゴム、もしくはＡＢＳ、ウレタン又はシリコンなどの樹脂で形成されており、これらの弾性率は、例えば５０〜３０００Ｍｐａである。第１部材１０１、第２部材１０２及び連結部材１０３は、一体形成されていてもよいし、それぞれ別体で形成され、接着又は熱溶着などにより連結されていてもよい。

検出装置１００のＸ方向の長さＬ１は、例えば５〜７０ｍｍであり、Ｙ方向の長さＬ２は、例えば５〜７０ｍｍである。また、第１部材１０１の厚みＴ１は、第２部材１０２の厚みＴ２と略同一であり、例えば１〜３０ｍｍである。凹部１０４の鉛直方向の幅Ｔ３は、バンド２の厚みと同じ又は若干大きく、例えば２〜３ｍｍである。

図１（ｃ）に示すように、検出装置１００の断面は、例えば、Ｕ字状である。第１部材１０１は、橈骨動脈１３から脈波信号を検出する振動センサ２１を備えている。第２部材１０２は、脈波信号に対し信号処理を施し、コンピュータ又はスマホなどの外部装置に信号処理された脈波信号を送信する信号処理・通信部２２と、振動センサ２１及び信号処理・通信部２２に電力を供給する電源部２３とを備えている。振動センサ２１と信号処理・通信部２２との間には、信号線、電力線及びグランド（ＧＮＤ）線を含む配線としてのフレキシブルケーブル７４が接続されている。信号処理・通信部２２と電源部２３との間には、電力線及びグランド（ＧＮＤ）線を含む配線としてのフレキシブルケーブル７４が接続されている。従って、フレキシブルケーブル７４は連結部材１０３内にも配置されている。

よって、検出装置１００がＵ字状を有していることにより、第１部材１０１、連結部材１０３および第２部材１０２より形成される凹部１０４がバンド２に引っかかることで、凸状部材３８が橈骨動脈１３と対向する位置からずれるのを防止できる。また、検出装置１００を挿入する方向は、指先側からでも良いし、手前側（腕側）からでも良い。

なお、Ｕ字状の断面をもつものを例に、検出装置１００の構造を説明したが、検出装置１００はＵ字状に限られないため、振動センサ２１および信号処理・通信部２２に電力を供給する電源部２３が直線上に並ぶよう配置させた板状の装置でも良い。検出装置１００が板状の場合、凸状部材３８のある振動センサ２１の配置されていない方を持ち、スライドさせる（押し込む）ことができるため、バンド２と人体の一部との間に挿入しやすくなる。

第１部材１０１は、凹部１０４がバンド２を挟んだときにバンド２と対向する第１面１０１ａと、第１面１０１ａの反対側にあり、凸状部材３８のある面である第２面１０１ｂとを有する。第２部材１０２は、凹部１０４がバンド２を挟んだときにバンド２と対向する第２面１０２ａと、第２面１０２ａの反対側であり、バンド２と接触しない第１面１０２ｂとを有する。第２面１０１ｂは第１面１０２ｂと区別するために第３面と称されることもある。

振動センサ２１の凸状部材３８は第１部材１０１の第２面１０１ｂから突出し且つ露出されているが、振動センサ２１の他の部品は第１部材１０１の内部に埋め込まれている。なお、脈波を検出できる限り、凸状部材３８は第１部材１０１の内部に埋め込まれていてもよい。信号処理・通信部２２及び電源部２３は第２部材１０２の内部に埋め込まれている。

図１（ｃ）に示すように、手首１０と接触する第１部材１０１に、振動センサ２１を配置し、手首１０と接触しない第２部材１０２は平坦であるため、信号処理・通信部２２及び電源部２３を配置し、バンド２によって検出装置１００が手首１０に固定された場合でも、手首１０から信号処理・通信部２２及び電源部２３に外力がかかることなく、信号処理・通信部２２及び電源部２３の破損を回避することができる。

図２（ａ）は、振動センサ２１の構成を示す断面図である。図２（ｂ）は、振動センサの基板のおもて面及び裏面の領域を示す図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）の＋Ｚ方向から見た場合の振動センサの構成を示す透過図である。図３（ａ）は、振動センサ２１の構成を示す平面図である。図３（ｂ）は振動センサ２１が備えるケースの例を示す図である。図２（ａ）において、基板の表面に垂直な方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な面内で互いに直交する２方向をＸ方向（第１方向）及びＹ方向（第２方向）とする。

図２（ａ）において、振動センサ２１は、基板３０、圧電素子３３、素子３７、凸状部材３８及びケース４０を有する。基板３０及びケース４０で囲まれる空間が空間５０になる。基板３０は、略平板状であり、おもて面３０ｂ（第４面）と、おもて面３０ｂの反対側の裏面３０ａ（第５面）とを有する。基板３０は、ＸＹ平面視において、略矩形又は略正方形である。尚、基板３０のＸ方向の両端部３１が、Ｙ方向に長さを持ち、圧電素子３３または凸状部材３８を挟んで対向位置に配置され、この基板３０がケース４０によって支持される両端部３１を有するのであれば、基板３０は矩形以外の形状でもよい。例えば、楕円、円または多角形などの両端がカットされて、Ｙ方向に支持可能な直線部がある形状の基板であれば、その基板を基板３０として適用可能である。

基板３０は、例えば、１５ｍｍ（ｘ）×１５ｍｍ（ｙ）×０．８ｍｍ（ｚ）のサイズを有している。図３（ａ）では、基板３０は、対向する一対の支持側辺３０ｃ及び支持側辺３０ｃと交差する一対の非接触側辺３０ｄを有する。基板３０のＸ方向の両端部３１は一対の支持側辺３０ｃ又はその近傍に設けられている。
基板３０は、絶縁性を有する材料で形成されており、例えば、ガラスエポキシなどの絶縁性樹脂で形成されている。尚、基板３０は、絶縁性セラミック（例えば、アルミナ）で形成されてもよいし、若しくは少なくとも裏面３０ａが樹脂膜で絶縁処理された金属板または合金板で形成されてもよい。この樹脂膜の上に導電パターン３２が形成される。

例えば、基板３０の少なくとも裏面３０ａには、不図示のパッド電極と接続される導電パターン３２が設けられている。そして圧電素子３３、この圧電素子３３と回路を構成する素子３７（電気部品）は、パッド電極と半田を介して電気的に接続されている。ここで、基板３０は、裏面３０ａに一層メタルで形成されているが、両面二層以上で構成されても良い。尚、後述するが振動センサ１が取り付けられるケース４０の内壁にシールドメタルとしての導電膜４１が設けられるため、基板３０の両端部３１には、ＧＮＤ接地用の電極が設けられても良い。また、基板３０は、例えば、２０ＧＰａ以上の弾性率を有し、バンド２、凸状部材３８及びケース４０の弾性率よりも高い。

本実施形態においては、基板３０の両端部３１がケース４０に支持されている。この場合、基板３０を効率よく撓ませるために、基板３０のおもて面３０ｂの中心部分に凸状部材３８を設けるので、圧電素子３３は基板３０の裏面３０ａの中心付近に配置されるのが好ましい。そして、圧電素子３３は不図示のパッド電極に半田を介して実装されている。圧電素子３３は、例えば、３．２ｍｍ（ｘ）×１．６ｍｍ（ｙ）×０．８ｍｍ（ｚ）のサイズを有した直方体である。図３（ａ）に示すように、＋Ｚ方向から観た場合に、圧電素子３３は、凸状部材３８が固定されている領域の内側に位置する。すなわち、後述する図２（ｂ）で説明するが、第１領域２０１に凸状部材を配置し、その裏面である第２領域２０２の略中央に圧電素子３３を配置するのが好ましい。

図２（ｂ）に示すように、凸状部材３８は基板３０のおもて面３０ｂの略中央に位置する第１領域２０１（図２（ｃ）及び図３（ａ）の点線領域に対応する）に固定され、圧電素子３３は、基板３０の裏面３０ａの第２領域２０２に固定されている。第２領域２０２の面積は第１領域２０１の面積と同じであり、第２領域２０２は第１領域２０１の反対に位置する。裏面３０ａには、第２領域２０２の外側に第３領域２０３が形成されている。第２領域２０２は、凸状部材３８が固定される第１領域２０１の反対にあり、比較的平坦を維持することから、圧電素子３３の半田クラックなどを抑止し、信頼性の点で好ましい領域である。

図２（ａ）に示す圧電素子３３の外形は、チップコンデンサの様に、直方体の形状を成す。そして、圧電素子３３は、圧電体３４、端子電極３５、端子電極３６および分極端子を有する。圧電体３４は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とする圧電材料で形成される。圧電体３４は、予め＋Ｚ方向側及び−Ｚ方向側で圧電体３４を上下で挟む様に分極端子（不図示）が用意され、Ｚ方向及び−Ｚ方向から所定の電圧をかけて分極処理が行われ、圧電体３４の分極方向をＺ方向にしている。なお、この分極処理に必要である分極端子は削除されても良いし、残しておいても良い。

端子電極３５及び端子電極３６は、チップコンデンサのような直方体であり、圧電体３４の左右両端に配置される。端子電極３５は、圧電体３４の−Ｘ側の端部、端子電極３６は、圧電体３４の＋Ｘ側の端部に配置される。圧電体３４がＺ方向及び−Ｚ方向に力を受けて変位すると、電荷が発生し、その結果、端子電極３５、３６の間には、その力に応じた電気信号が発生する。

尚、本実施形態において、凸状部材３８を通じて外力が加わることにより、巨視的に見ると基板３０が上下に撓み、微視的に見ると、基板３０の裏面３０ａは水平方向に伸びたり縮んだりしている。その結果、基板３０の上に載せられた圧電素子３３も伸びたり縮んだりするので、端子電極３５と３６の間に電気信号が発生する。ここでは、圧電素子３３の分極方向は基板３０の垂直方向に整列されたものである。

素子３７は、例えば、圧電素子３３で発生した信号に対して増幅処理を施すＦＥＴ（Field Effect Transistor）やダイオードなどの半導体素子、またはチップコンデンサなどの受動素子である。またアンプを構成するＩＣでも良い。この素子３７は、基板３０の裏面３０ａに設けられたパッド電極に、半田で固定されている。素子３７は、不図示の配線を介して圧電素子３３に電気的に接続されている。尚、基板のおもて面３０ｂに不図示のシールドメタルが設けられても良い。この場合、シールドメタルは裏面３０ａに設けられたＧＮＤ用の配線や電極とビアを介して接続される。

凸状部材３８は、基板３０のおもて面３０ｂの略中央に樹脂製の接着剤、半田などのロウ材又は導電ペーストなどで固定されており、基板３０のおもて面３０ｂから−Ｚ方向、に突出している。圧電素子３３の配置と同様に、基板３０の変形のし易さを考えると、凸状部材３８の配置も基板３０の中央又はその近傍が好ましい。

凸状部材３８は、例えば、径９．５ｍｍ、高さ７．４ｍｍのサイズを有している。図２（ｂ）に示すように、凸状部材３８は第１領域２０１に配置され、第１領域２０１と反対に位置する第２領域２０２内に圧電素子３３が配置される。

凸状部材３８は、シリコン、ポリカーボネート又はＡＢＳなどの樹脂、又は鉄やニッケルなどの金属で形成されている。この場合、凸状部材３８が樹脂で成る場合、樹脂製接着剤で基板３０に固定され、金属の場合、樹脂製の接着剤、ロウ材または導電ペーストで基板３０に固定される。また、おもて面３０ｂが金属膜、例えば銅などで全面被覆されて、シールドされている場合は、凸状部材３８はロウ材や導電ペーストで固定するのが適切である。この場合、金属膜は、シールドと凸状部材の固着部材として機能する。

また凸状部材３８が樹脂である場合、凸状部材３８の弾性率は、例えば５０〜３０００Ｍｐａである。凸状部材３８が金属である場合、凸状部材３８の弾性率はＧｐａオーダーである。なお、凸状部材３８は上述した弾性率を有する限り、エアーチューブのような中空形状でもよい。

凸状部材３８に外力が加わると、第１領域２０１の外周を境界にして、第１領域２０１の内側はやや平坦で、第１領域２０１の外側は変形する。つまり微視的に判断すると、第１領域２０１の内側と外側の境界及び第２領域２０２と第３領域２０３との境界には、平坦な部分と湾曲部分との境界、すなわち変曲ラインが存在すると推察される。よって、図２（ｂ）では、素子３７が第２領域２０２と第３領域２０３との境界上に配置されているため、半田クラックなどを考えると好ましくない。圧電素子３３は、第２領域２０２の内部に配置されるのが好ましい。また素子３７は、第２領域２０２の内部か、あるいは、第２領域２０２と第３領域２０３との境界を避けて、第３領域２０３の内部に設けることで、半田クラックなどの機械的不良を防止できる。

ケース４０は、シリコン、ポリカーボネート又はＡＢＳなどの樹脂で形成されている。ケース４０の弾性率は、例えば、５０〜３０００Ｍｐａであり、基板３０の弾性率よりも低い。

図２（ｃ）に示すように、ケース４０の段差４４が、基板３０の両端部３１と固着し、両端部３１を支持する。バンド２は基板３０の両端部３１と交差する一対の内側面２ａ（非接触側辺）を有する。一対の内側面２ａと基板３０のＸ方向（長手方向）に平行な一対の対向する非接触側辺３０ｄとの間には、隙間９が形成されている。隙間９により、基板３０の非接触側辺３０ｄが内側面２ａと接触することがなく、基板３０の振動が抑制するのを回避できる。また隙間９は図２（ｃ）のようなものでも良いし、後述する図３（ｂ）のように、基板３０と底部４３との間に形成される隙間でもよい。要は、基板３０の全ての辺が固定されてしまうと効率良く撓ませることが出来ないため、隙間は必要である。

図２（ａ）に示すように、基板３０のＸ方向の両端部３１は、ケース４０の段差４４に両持ち梁状に固定されている。つまり、基板３０のＸ方向の両端部３１は、基板３０の振動の固定端として機能する。検出装置１００が装着されたバンド２が手首１０に巻かれ、凸状部材３８が手首１０から脈波の振動による力を受けると、その力が凸状部材３８から基板３０へ伝達され、基板３０が＋Ｚ方向または−Ｚ方向に撓む。なお、基板３０が＋Ｚ方向に撓んだ場合でも、圧電素子３３及び素子３７は、ケース４０に接触しない。凸状部材３８のＸ方向の長さが基板３０のＸ方向の長さよりも小さいので、凸状部材３８が基板３０を効率的に撓ませることができる。また、凸状部材３８が基板３０の裏面３０ａの圧電素子３３に対応した位置に配置されているので、基板３０のおもて面３０ｂにおける圧電素子３３付近の領域を効率的に撓ませることができる。これにより、圧電素子３３内の圧電体３４を効率的に変位させることができ、圧電素子３３が脈波の振動による力を感度よく検知することができる。

図２（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ケース４０は、基板３０のＸ方向の両端部３１を支持する段差４４を有する一対の第１壁部４２と、一対の第１壁部４２を連結し基板３０の裏面３０ａを覆う底部４３とを備える。底部４３はＸＹ平面と平行に形成され、一対の第１壁部４２は底部４３のＸ方向の両端に設けられ、ＹＺ平面と平行に配置されている。また、図３（ｂ）に示すように、第１壁部４２の一つには、基板３０から配線を外部に引き出すための凹部４５が形成されている。例えば、図１（ｃ）の信号処理・通信部２２から延びるフレキシブルケーブル７４が凹部４５を介して空間５０内に挿入され、基板３０の裏面３０ａの導電パターン３２と電気的に接続される。尚、図３（ｂ）に示すように、第１壁部４２は、斜め右上と斜め左下の二側辺の位置に設けられ、斜め左上と斜め右下の二側辺の位置（ＸＺ面側）には壁がなく、開口部として開放されている。

図２（ａ）に示すように、ケース４０の内壁（空間５０に接する複数の第１壁部４２及び底部４３の面）を覆うように導電材としての導電膜４１が形成されている。導電膜４１は、ケース４０の外壁を覆うように形成されてもよいし、ケース４０の内部に形成されてもよい。絶縁性を有する材料で形成されている基板３０を導電膜４１に絶縁性接着材で固定することで、基板３０、複数の第１壁部４２及び底部４３で空間５０を封止し、外部からの電磁波を遮断している。尚、基板３０のおもて面３０ｂの全域に、シールド膜が設けられればさらに良い。

また、空間５０には、ケース４０の弾性率よりも低い弾性率を有する素材が充填されるのが好ましい。空間５０に充填される素材の弾性率がケース４０の弾性率よりも高い場合には、基板３０の振動が抑制されてしまう。このため、空間５０に充填される素材の弾性率はケース４０の弾性率の５分の１以下に設定されるのが好ましい。空間５０に充填される素材は、例えば、空気・ガスなどの気体、ゲル、ゴム、又は樹脂などである。空間５０に充填される素材の弾性率は、例えば０〜１０Ｍｐａである。なお、尚、前述したように、図３（ｂ）に於いて、ケース４０の斜め左上と斜め右下の位置には開口部がある。この開口部を塞ぐようにテープなどのフィルムが貼りあわされることで、空間５０内には空気が含まれる。

図４は、振動センサ２１、信号処理・通信部２２及び電源部２３の構成を示すブロック図である。信号線７１、電力線７２及びグランド（ＧＮＤ）線７３を含むフレキシブルケーブル７４が振動センサ２１と信号処理・通信部２２との間に接続されている。また、電力線７２及びグランド（ＧＮＤ）線７３を含むフレキシブルケーブル７４が信号処理・通信部２２と電源部２３との間に接続されている。振動センサ２１は、圧電素子３３と、素子３７としてのアンプ３７１とを備えている。ここで、アンプ３７１は、例えば、インスツルメンテーションアンプやチャージアンプである。３７１は、圧電素子３３で発生した信号（脈波信号）を増幅し、信号線７１を介して信号処理・通信部２２に出力する。

信号処理・通信部２２は、プログラマブルアンプ２２１と、Ａ／Ｄ変換器２２２と、通信モジュール２２３と、マイコン２２４とを備えている。プログラマブルアンプ２２１はアンプ３７１から受信した脈波信号をさらに増幅する。Ａ／Ｄ変換器２２２は、プログラマブルアンプ２２１によって増幅された脈波信号をデジタル信号に変換する。マイコン２２４はＡ／Ｄ変換器２２２で変換されたデジタル信号を通信可能なデジタルデータに変換する。また、マイコン２２４は通信モジュール２２３の通信タイミングなども制御する。マイコン２２４はＡ／Ｄ変換器２２２で変換されたデジタル信号からノイズ成分を除去してもよい。通信モジュール２２３は、例えば、ＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）又は無線ＬＡＮなどの無線通信を行い、脈波信号を示すデジタルデータを不図示の外部装置（例えばコンピュータやスマートフォンなど）に送信する。

電源部２３は、ボタン電池又は充電可能なリチウムイオン電池のようなバッテリ２３１を備えている。バッテリ２３１は、電力線７２を介して信号処理・通信部２２及び振動センサ２１に含まれる各構成要素に電力を供給する。図４では、振動センサ２１は信号処理・通信部２２を介して電源部２３に接続されているが、振動センサ２１は電源部２３を介して信号処理・通信部２２に接続されてもよい。この場合、振動センサ２１と信号処理・通信部２２との間に電源部２３が設けられ、振動センサ２１及び信号処理・通信部２２がフレキシブルケーブル７４を介して電源部２３に接続される。

尚、本実施の形態では、橈骨動脈１３の脈波を検出するセンサとして、振動センサ２１が使用されているが、振動センサ２１の代わりにＬＥＤ（Light Emitting Diode）センサが使用されてもよい。通常本願のようなウェアラブルウォッチには、光電式の脈波センサを搭載しており、少なくとも１対以上の発光素子（例えば、ＬＥＤ）と受光素子（例えば、ＰＤ（Photodiode））を搭載している。この測定メカニズムは、ＬＥＤを測定対象物（例えば、橈骨動脈）に照射し、その測定対象物から跳ね返ってきた光を前記受光素子で受けている。例えば、脈拍を測定する場合、発光素子は血液の赤色に吸収される緑色発光ダイオードを使用する。この時、動脈は脈拍を打つごとに、膨張と収縮を繰り返し、緑色発光ダイオードが照射される血液の容積も変化する。この容積の変化に応じて、緑色発光ダイオードの跳ね返り量も変化するため、つまり緑色の光の変化を捉えることで、脈拍を計測することができる。

図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ）（ｂ）及び図７（ａ）（ｂ）は、検出装置の変形例を示す図である。

図５（ａ）に示すように、突起１０６が連結部材１０３の反対にある第２部材１０２の他端に設けられ、突起１０６と係合するフック部１０５が連結部材１０３の反対にある第１部材１０１の他端に設けられている。これにより、検出装置１００がバンド２から脱落することを防止できる。なお、突起１０６が第１部材１０１の他端に設けられ、フック部１０５が第２部材１０２の他端に設けられてもよい。突起１０６及びフック部１０５は、ゴム、又はシリコン、ポリカーボネート若しくはＡＢＳなどの樹脂で形成されている。突起１０６及びフック部１０５の弾性率は、例えば、５０〜３０００Ｍｐａである。また、突起１０６及びフック部１０５の形状や構造は、図５（ａ）の例に限定されるものではない。例えば、突起１０６がリング状であり、フック部１０５が突起１０６の中心の穴に係合する爪を有していてもよい。突起１０６及びフック部１０５は係合部として機能する。

また、図５（ｂ）に示すように、凹部１０４がバンド２を挟んだときにバンド２と対向する第１面１０１ａ及び第２面１０２ａの少なくとも一方に、バンド２を係止する突起１０７（係止部）を備えていてもよい。突起１０７により、検出装置１００をバンド２の所望の位置で固定することができる。なお、突起１０７は、ゴム、又はシリコン、ポリカーボネート若しくはＡＢＳなどの樹脂で形成されている。突起１０７の弾性率は、例えば、５０〜３０００Ｍｐａである。突起１０７の形状は、直方体でも半球状でもよい。

突起１０７は変形しなくてもよい。例えば、バンド２の幅方向に沿ってバンド２に予め溝が形成されている場合、検出装置１００の突起１０７をバンド２の溝に沿って嵌めることで、検出装置１００をバンド２に固定することができる。また、突起１０７は、検出装置１００をバンド２上でスライドできるように、エアーチューブのように弾性変形可能であってもよい。この場合、突起１０７はバンド２と接触しバンド２を係止するが、検出装置１００をバンド２の外周方向に沿って押すと、突起１０７が変形し、検出装置１００をバンド２上でスライドできる。

また、図５（ｃ）に示すように、第１部材１０１の第１面１０１ａが突起１０７を収容する凹部１０１ｃを有し、第２部材１０２の第２面１０２ａが突起１０７を収容する凹部１０２ｃを有し、凹部１０１ｃと突起１０７との間及び凹部１０２ｃと突起１０７との間にバネ１０８が設けられてもよい。この場合、突起１０７は変形しない。第１部材１０１と第２部材１０２にそれぞれ固定された突起１０７の間にバンド２を挿入すると、突起１０７は上下に動き、検出装置１００をバンド２に固定することができる。例えば、対向する２つの突起１０７間の距離より厚く且つ厚みＴ３以下の厚みを有するバンドが挿入されると、突起１０７はバンドの厚さに合わせて、凹部１０１ｃ及び１０２ｃの中に引っ込み、バンド２に押されて第１部材１０１及び第２部材１０２内に収まった状態になる。さらに、突起１０７のバンド２が触れる部分に、滑り止めのための樹脂を塗布しても良い。この場合、突起１０７の材質は、例えば、第１部材１０１や第２部材１０２と同様の弾性率を有したものが良い。

一方、突起１０７が変形する場合、前述のように突起１０７の間にバンド２を挿入すると、バンド２の形状（厚み）に合わせて突起１０７はそれぞれ変形する。突起１０７の材質は、例えば、第１部材１０１や第２部材１０２よりも弾性率の低いゲル等である。

また、図６（ａ）に示すように、第１部材１０１の厚みＴ１は、第２部材１０２の厚みＴ２よりも大きくしてもよく、好ましくは、厚みＴ２の２倍以上にしてもよい。

例えば、振動センサ２１で脈波を検出しない期間は、第２部材１０２をバンド２と手首１０との間に配置すると、第２部材１０２の厚みＴ２は第１部材１０１の厚みＴ１よりも小さいので、検出装置１００をバンド２に装着しても被装着者に違和感を与えることがない。一方、振動センサ２１で脈波を検出する場合には、被測定者が検出装置１００をバンド２から一旦取り外して、第１部材１０１がバンド２と手首１０との間に配置されるように、検出装置１００をバンド２に再装着する。第２部材１０２よりも厚みの大きな第１部材１０１がバンド２と手首１０との間に配置されるので、振動センサ２１を手首１０に押し当てる力を増加させることができ、振動センサ２１が橈骨動脈１３に対向する位置からずれることを防止できる。その結果、振動センサ２１は手首１０の橈骨動脈１３の脈波信号を安定的に検出することができる。

図６（ｂ）に示すように、第１部材１０１の一端と第２部材１０２の一端とを連結する連結部材１０３は、伸縮可能な筒状の弾性部材１０３ａであってもよい。弾性部材１０３ａは、例えば、ゴム又はバネであり、弾性部材１０３ａの内部空間にフレキシブルケーブル７４が配置される。なお、弾性部材１０３ａの内部空間のフレキシブルケーブル７４は、弾性部材１０３ａの伸縮に対応できるように、凹部１０４の鉛直方向の幅Ｔ３よりも長く、例えば、幅Ｔ３の２倍以上であることが好ましい。これにより、バンド２の厚みが凹部１０４の鉛直方向の幅Ｔ３よりも大きい場合でも、検出装置１００をバンド２に取り付けることができる。

また、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、連結部材１０３は、第２部材１０２に対して第１部材１０１を開閉可能な部材１０３ｂであってもよい。部材１０３ｂは、例えば、フレキシブルケーブル７４を内蔵可能なヒンジである。この場合、第１部材１０１をバンド２と手首１０との間に差し込みやすいので、検出装置１００をバンド２に取り付けやすくなる。部材１０３ｂは、ゴム、又はシリコン、ポリカーボネート若しくはＡＢＳなどの樹脂で形成されている。

尚、図５（ａ）の突起１０６及びフック部１０５、図５（ｂ）の突起１０７、図５（ｃ）の突起１０７及びバネ１０８、図６（ａ）の第１部材１０１を第２部材１０２よりも厚くすること、図６（ｂ）の弾性部材１０３ａ及び図７（ａ）、（ｂ）の部材１０３ｂのうち少なくとも２つが、検出装置１００に同時に適用されてもよい。例えば、図７（ａ）、（ｂ）検出装置１００が部材１０３ｂに加えて、図５（ａ）の突起１０６及びフック部１０５を備えていてもよい。また、第１部材１０１が突起１０７を備え、同時に連結部材１０３が弾性部材１０３ａで構成されてもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、第１部材１０１に含まれる振動センサ２１がバンド２によって手首に押し付けられるので、振動センサ２１は手首１０の橈骨動脈１３の脈波信号を安定的に検出することができる。また、第１部材１０１の一端と第２部材１０２の一端とが連結部材１０３によって連結され、第１部材１０１の他端と第２部材１０２の他端は開放されており、第１部材１０１及び第２部材１０２がバンド２を挟み込むので、検出装置１００は手首１０に装着されるバンド２に着脱可能である。

さらに、手首１０と接触しない第２部材１０２に、信号処理・通信部２２及び電源部２３を配置しているので、バンド２によって検出装置１００が手首１０に固定された場合でも、手首１０から信号処理・通信部２２及び電源部２３に外力がかかることなく、信号処理・通信部２２及び電源部２３の破損を回避することができる。また、信号処理・通信部２２が第２部材１０２に配置され、第１部材１０１に配置された振動センサ２１から引き離されるので、信号処理・通信部２２からの電波が振動センサ２１の脈波信号の検出に干渉することを回避でき、脈波信号の検出精度及び通信性能を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

２ バンド
２１ 振動センサ
２２ 信号処理・通信部
２３ 電源部
７４ フレキシブルケーブル
１００ 検出装置
１０１ 第１部材
１０２ 第２部材
１０３ 連結部材
１０３ａ 弾性部材
１０３ｂ 部材
１０４ 凹部
１０５ フック部
１０６、１０７ 突起

Claims (9)

1. 人体の一部からバイタル信号を検出するセンサを含む第１部材と、
   前記第１部材と対向する第２部材と、
   前記第１部材の一端と前記第２部材の一端とを連結する連結部材と、
   を備え、
   前記第１部材および前記第２部材の間に前記連結部材が連結されることにより、対象物を着脱可能に挟持する凹部を有することを特徴とする検出装置。
2. 前記第２部材は、前記バイタル信号を無線で外部装置に通信する通信部と、前記センサ及び前記通信部に電力を供給する電源部とを含み、
   前記連結部材は、前記センサと前記電源部及び前記通信部の少なくとも一方とを接続する配線を含むことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記第１部材の他端と前記第２部材の他端とを係合する係合部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 前記連結部材は、前記第２部材に対して前記第１部材を開閉可能な部材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検出装置。
5. 前記連結部材は、伸縮可能な弾性部材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検出装置。
6. 前記第１部材は、前記凹部が前記対象物を挟んだときに前記対象物と対向する第１面を有し、
   前記第２部材は、前記凹部が前記対象物を挟んだときに前記対象物と対向する第２面を有し、
   前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方は、前記対象物を係止する係止部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の検出装置。
7. 前記第１部材は、前記凹部が前記対象物を挟んだときに前記対象物と対向する第１面と、当該第１面の反対側にある第３面とを有し、
   前記センサは、
   第４面と当該第４面の反対側にある第５面とを有する基板と、
   前記基板の略中央で、前記第４面に固定され、前記第３面から前記第１部材の外側に露出されると共に前記人体の一部と接触可能な凸状部材と、
   前記凸状部材が固定された前記第４面上の第１領域に対向する前記第５面の第２領域内に固定された圧電素子と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検出装置。
8. 前記第１部材は前記第２部材よりも大きな厚みを有し、
   前記センサでバイタル信号を検出しない場合には、前記第２部材が前記人体の一部と前記対象物の間に配置され、
   前記センサでバイタル信号を検出する場合には、前記第１部材が前記人体の一部と前記対象物の間に配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の検出装置。
9. 前記対象物は、手首、腕、足首、首、又は胴体のいずれかに装着される部材であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の検出装置。

Images