JP6741147B2 - 生体センサ - Google Patents

Description

本発明は、生体信号を取得する生体センサに関する。

近年、健康の管理や維持・増進に対する人々の関心が高まっており、人々がより簡単に脈拍や心電などの生体情報を得られることが望まれている。ところで、従来から、血中のヘモグロビンが可視光〜赤外光を吸収する特性を利用して、指等の生体を透過、又は生体に反射した光の強度変化を光電脈波信号として取得する生体センサが知られている。

ここで、特許文献１には、腕輪型のセンサノードが開示されている。このセンサノードでは、脈拍センサを構成する一対の赤外線発光ダイオードとフォトトランジスタとが直線的に基板上に配置されている。これらの赤外線発光ダイオード及びフォトトランジスタは、ケースに設けられた開口部から皮膚と対向するように設置され、基板はマザーボードの背面に支持されている。

特許文献２には、ユーザのＰＰＧ信号を測定する複数光路を生成するための１つ以上の光放射器及び１つ以上の光センサを備えたフォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）装置が開示されている。このフォトプレチスモグラフ装置では、光放射器と光センサとが、コンポーネントマウント平面にマウントされている。また、光放射器と光センサとの間には、光学的隔離部が配置されている。光学的隔離部は、例えば、寄生ＤＣ光を減少させるための不透明材料により形成されている。

特開２００６−２８８６１９号公報 特開２０１６−５２５０３号公報

上述した特許文献１のセンサノードでは、生体を通らずに、赤外線発光ダイオードからフォトトランジスタへ直接入射してしまう迷光をケースで遮光する構成としているが、ケースと基板との間にわずかでも隙間ができると迷光が発生してしまい、光センサが機能しなくなるおそれがある。

一方、特許文献２に記載のフォトプレチスモグラフ装置の構造では、光学的隔離部が光放射器と光センサとの間に配置されているため、上述した特許文献１に係るセンサノードのように、ケースと基板との隙間から迷光が生じることはない。しかしながら、例えば、測定時などに、筺体に外側から押圧がかかった場合、光学的隔離部の剛性が十分でないと、押圧により変形してしまうおそれがある。その場合、押圧が光学的隔離部を介してコンポーネントマウント平面にかかるため、コンポーネントマウント平面が押圧で歪み、実装部品の接続不良等が生じるおそれがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、測定時に配線基板に作用する押力を抑制して、配線基板に実装されている実装部品の接続不良等を防止しつつ、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能な生体センサを提供することを目的とする。

本発明に係る生体センサは、配線基板と、配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、配線基板が取付けられ、発光素子及び受光素子それぞれに対応付けて一対の開口部が形成されるとともに、少なくとも当該一対の開口部の間に設けられた遮光部を有する筐体とを備え、筐体の配線基板と対向する面に設けられ、遮光性及び可撓性を有し、配線基板が筐体に取り付けられたときに配線基板と当接して変形する遮光部材を遮光部が含むことを特徴とする。

本発明に係る生体センサによれば、配線基板が取付けられ、発光素子及び受光素子それぞれに対応付けて一対の開口部が形成されるとともに、少なくとも当該一対の開口部の間に設けられた遮光部を有する筐体を備え、筐体の配線基板と対向する面に設けられ、遮光性及び可撓性を有し、配線基板が筐体に取り付けられたときに、配線基板と当接して変形する遮光部材を遮光部が含んでいる。そのため、この可撓性を有する遮光部材が配線基板に接触して変形することにより、遮光部と配線基板との間に隙間が生じることを防止でき、発光素子から受光素子に直接入射する迷光を確実に遮断することができる。また、遮光部材が可撓性を有するため、配線基板に付与される押圧を十分小さくすることができる。よって、配線基板上に実装されている電子部品の接続不良等の不具合が生じることを防止できる。その結果、測定時に配線基板に作用する押力を抑制して、配線基板に実装されている実装部品の接続不良等を防止しつつ、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。

本発明によれば、光電脈波信号を取得する生体センサにおいて、測定時に配線基板に作用する押力を抑制して、配線基板に実装されている実装部品の接続不良等を防止しつつ、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。

実施形態に係る生体センサが適用された把持型脈波測定装置の外観、及び当該把持型脈波測定装置を手で把持した状態を示す正面図並びに左右側面図である。 実施形態に係る生体センサが適用された把持型脈波測定装置の本体部表面に形成された窪みを拡大して示した断面図である。 実施形態に係る生体センサの縦断面図である。 実施形態に係る生体センサの平面図である。 実施形態に係る生体センサが適用された把持型脈波測定装置の機能構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。なお、ここでは、本発明に係る生体センサを把持型の脈波測定装置に適用した場合を例にして説明する。

まず、図１〜図５を併せて用いて、実施形態に係る生体センサ２、及び生体センサ２が適用された把持型脈波測定装置１の構成について説明する。ここで、図１は、生体センサ２が適用された把持型脈波測定装置１の外観、及び当該把持型脈波測定装置１を手で把持した状態を示す正面図並びに左右側面図である。図２は、把持型脈波測定装置１の本体部表面に形成された窪み１７を拡大して示した断面図である。図３は、図４のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った生体センサ２の縦断面図である。なお、上段は、本体部１０に配線基板３０を組み付ける前の状態を示した断面図であり、下段は、本体部１０に配線基板３０を組み付けた後の状態を示した断面図である。また、図４は、生体センサ２の平面図である。図５は、生体センサ２が適用された把持型脈波測定装置１の機能構成を示すブロック図である。

把持型脈波測定装置１は、使用者が片手で把持することで、親指の指先から光電脈波を取得し、脈拍数などを測定することができる把持型の脈波測定装置である。

把持型脈波測定装置１は、測定時に、使用者が右手又は左手の親指と他の４本の指で握る略回転楕円体状に形成された本体部１０（請求の範囲に記載の筐体に相当、以下、筐体ともいう）を有している。本体部１０には、使用者が該本体部１０を片手で把持する際に、親指の中節・基節の側面に当たることにより、該親指の位置を規制するストッパ部１１が、本体部１０の軸方向に沿って凸設されている。なお、本体部１０は、例えば不透明樹脂などによって形成されることが好ましい。また、「略回転楕円体状」とは、幾何学で定義される厳密な意味での回転楕円体に限定されない意である。

本体部１０には、ストッパ部１１側から見て、背面側の中央よりも先端部寄りの位置に、本体部１０を把持する際に、人差し指を適切な把持位置に誘導するための段差部１２が形成されている。すなわち、人差し指をこの段差部１２に沿わせて握ることにより、各指の位置が略一定に定まり、親指の指先の縦方向位置のばらつき、すなわち、後述する光電脈波センサ２に対する位置のばらつきが抑えられる。

また、本体部１０には、遮光機能を有し、測定時に、後述する光電脈波センサ２に外乱光が入射しないように遮光する遮光カバー１３が取り付けられている。遮光カバー１３は、後述する光電脈波センサ２の上方を覆うように、すなわち、測定時には使用者の親指を覆うことができるように、略半円筒状に形成されている。

本体部１０の、ストッパ部１１から本体部１０の周方向に沿ってオフセットした位置には、光電脈波センサ２（請求の範囲に記載の生体センサに相当）が配設されている。光電脈波センサ２は、発光素子２１及び受光素子２２を有し、ストッパ部１１によって規制された親指の指先から光電脈波信号を取得する。光電脈波センサ２は、血中ヘモグロビンの吸光特性を利用して、光電脈波信号を光学的に検出する生体センサである。

なお、ここで、本体部１０では、発光素子２１及び受光素子２２を有する光電脈波センサ２の配設されている領域が、例えば略楕円状に、周囲の面よりも窪ませてある。すなわち、光電脈波センサ２は、本体部１０に形成された窪み１７の中心部に配設される。そのため、使用者は、親指の腹部を窪み１７に当てることにより、目視することなく、親指の指先を確実に光電脈波センサ２上に合わせることができる。より詳細には、図２に示されるように、窪み１７は、本体部１０の表面から２〜５ｍｍ程度凹んでいることが好ましい。

次に、光電脈波センサ２の構成について詳細に説明する。配線基板３０は、例えば、矩形の薄板状に形成されたプリント基板である。より具体的には、配線基板３０は、例えば、ＦＲ４（Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ ４）の板を基材として、これに銅箔等からなる配線パターンを形成したガラスエポキシ基板である。

矩形に形成された配線基板３０の主面３０ａには、発光素子２１と受光素子２２とが所定の間隔を空けて実装されている。発光素子２１と受光素子２２との間の距離は、例えば４〜２０ｍｍ程度に設定される。なお、配線基板３０上の発光素子２１と受光素子２２との間には大型の電子部品は配置しないことが望ましい。

発光素子２１としては、ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）、又は共振器型ＬＥＤ等を用いることができる。一方、受光素子２２としては、フォトダイオード又はフォトトランジスタ等が好適に用いられる。

配線基板３０の主面３０ａ上には、発光素子２１を封止する発光素子封止部２３、及び受光素子２２を封止する受光素子封止部２４が形成されている。発光素子封止部２３は、例えば、透光性樹脂によって柱状に形成され、発光素子２１を封止している。同様に、受光素子封止部２４は、例えば、透光性樹脂によって柱状に形成され、受光素子２２を封止している。発光素子封止部２３及び受光素子封止部２４を形成する透光性樹脂としては、例えば、透明なエポキシ樹脂等が用いられる。なお、発光素子封止部２３及び受光素子封止部２４は直方体状に形成されていてもよい。

発光素子封止部２３により封止された発光素子２１、及び受光素子封止部２４により封止された受光素子２２が実装された配線基板３０は、例えば、板状の基板押さえ３１に形成された矩形の凹部３１ａに嵌め込まれている。基板押さえ３１は、不透明樹脂などからなる筐体１０に、例えば内側からネジ止めにより固定される。なお、筺体１０の開口部１０４，１０５に対して配線基板３０上に実装された発光素子２１及び受光素子２２の実装位置がずれてしまうとセンサ特性に影響するため、位置ずれが小さくなるように固定する必要がある。位置ずれの許容値は、発光素子サイズ、受光素子サイズ、開口径、開口部１０４，１０５の筺体厚、発光素子特性、受光素子特性等によって定められる。

例えば、発光素子２１がＬＥＤの場合には、横方向の位置ずれよりも上下方向の位置ずれの影響が大きく、筺体１０と配線基板３０との間に後述する遮光部材１０２が挟まれないように設計する必要がある。横方向の位置ずれを抑制するためには、配線基板３０の外形形状を利用することが望ましい。より具体的には、例えば、本実施形態では、基板押さえ３１に形成された、配線基板３０が嵌め込まれる矩形の凹部３１ａの内周及び底部に位置決め用の複数の突起３１ｂが設けられ、該複数の突起３１ｂで筐体１０に対する配線基板３０の位置決めがなされる。なお、例えば、配線基板３０に位置決め用の貫通穴を形成し、筺体１０もしくは基板押さえ３１に形成したピンを配線基板３０の位置決め用穴に挿入することで位置決めしてもよい。

なお、基板押さえ３１は筺体１０にネジ止め等で固定することが望ましいが、上記固定方法に代えて、例えばテープや接着剤などで固定してもよい。また、配線基板３０に貫通穴をあけるとともに筺体１０にネジ穴をあけ、配線基板３０を直接ネジ止めしてもよいし、筺体１０に配線基板３０を嵌合させる形状を形成して配線基板３０を嵌合させて固定してもよい。さらに、テープや接着剤などで固定してもよい。ただし、配線基板３０を直接ネジ止めする場合は、配線基板３０のネジ止め部に応力がかかりやすく配線基板３０が歪みやすいので注意が必要である。なお、図３に示される構成を筺体１０から着脱可能とし、配線基板３０を基板押さえ３１と上記開口部１０４，１０５の周辺部とで固定した後に、筺体１０に組み付ける構造としてもよい。光電脈波センサ２の測定性能は筺体１０の開口部１０４，１０５に対する組み込み誤差の影響を受けるが、略回転楕円体状の筺体１０に組み込んだ後では性能評価を行い難いため、筺体１０の開口部１０４，１０５の周辺部のみを着脱できる構造とすることにより性能評価を行い易くできる。また、いずれの方法を採用するとしても、振動等が加えられた場合にも配線基板３０が筺体１０に対して動かないように固定することが必要である。配線基板３０が筺体１０に対して動くと、受光光量が変化し、ノイズとなって測定に悪影響が出るためである。また、固定箇所が多い場合や、固定面積が広い場合には、筺体１０が歪んでいると、固定した際に配線基板３０がねじれてしまい配線基板３０上の実装部品の接続不良等の問題が生じるおそれがあるため設計の際に留意する必要がある。

筐体１０には、上述したように配線基板３０が取付けられたときに、発光素子２１の軸線と開口部１０４の軸線とが一致するように開口部１０４が形成されている。同様に、受光素子２２の軸線と開口部１０５の軸線とが一致するように開口部１０５が形成されている。すなわち、筐体１０には、発光素子２１及び受光素子２２それぞれに対応付けて一対の開口部１０４，１０５が形成されている。そのため、配線基板３０は、発光素子２１及び受光素子２２がある側を筺体１０の外側に向けて筺体１０に固定される。そして、発光素子２１及び受光素子２２それぞれに対応した筺体１０の開口部１０４，１０５を通して、筺体１０の外部に発光素子２１からの光が出射され、散乱／反射されて戻ってきた光が受光素子２２で受光される。

筐体１０は、配線基板３０に垂直な方向から見た場合に、一対の開口部１０４，１０５ぞれぞれの周囲及び一対の開口部１０４，１０５の間に設けられた遮光部１０１を有している。すなわち、配線基板３０が組み込まれた状態では、発光素子２１及び受光素子２２それぞれの周囲及び発光素子２１及び受光素子２２の間に遮光部１０１が配置される。なお、遮光部は、一対の開口部１０４，１０５の間のみ、すなわち、発光素子２１と受光素子２２との間のみに設ける構成としてもよい。遮光部１０１には、例えば、カーボンブラック等の遮光性のある粉末を含有するエポキシ樹脂等が好適に用いられる。

遮光部１０１には、配線基板３０と対向する面の、少なくとも発光素子２１と受光素子２２との間に凹部１０３が形成されている。特に、遮光部１０１に形成された凹部１０３は、その開口部から底部にかけて、２段の段付き形状に形成されている。すなわち、まず、遮光部１０１に、浅く広い１段目の凹部１０３ａが形成され、その内部により深く狭い２段目の凹部１０３ｂが形成されている。

そして、２段目の凹部１０３ｂに、可撓性又は弾性を有する遮光部材１０２が設けられている。なお、例えば、２段目の凹部１０３ｂは階段状ではなく、テーパ状としてもよい。２段目の凹部１０３ｂは、遮光部材１０２の設置位置のずれを考慮して遮光部材１０２のサイズよりも大きくされ、遮光部材１０２が確実に２段目の凹部１０３ｂの内部に配置されるように形成される。

また、遮光部１０１の周縁部、すなわち１段目の凹部１０３ａの外縁部は、筐体１０に配線基板３０が取り付けられたときに、配線基板３０と接しないように構成されている。例えば、遮光部１０１の周縁部が配線基板３０に接触すると、配線基板３０に応力がかかり、配線基板３０上に実装されている電子部品の接続不良等の不具合が生じるおそれがあるので、このような不具合を防止するためである。

遮光部１０１、すなわち２段目の凹部１０３ｂの底部には、遮光性及び可撓性を有し、配線基板３０が筐体に取り付けられたときに、配線基板３０と当接して変形する（すなわち配線基板３０と遮光部１０１との隙間をふさいで遮光する）遮光部材１０２の端部が取り付けられている。なお、遮光部１０１と遮光部材１０２とは、一体として形成されていても、別体から構成されていてもよい。また、凹部１０３及び遮光部材１０２は、発光素子２１と受光素子２２との間に加えて、発光素子２１及び／又は受光素子２２の周囲にも設ける構成としてもよい。

遮光部材１０２の素材としては、例えば、発泡プラスチック、ゴム、樹脂、バネ性を有する金属等を用いることができる。また、遮光部材１０２の形状としては、例えば、四角柱が望ましいが、発光素子２１からの直接光が受光素子２２に届かないように遮光できれば他の形状でもよく、例えば中空チューブや袋状等の形状であってもよい。遮光部材１０２は、外力が加えられないときに、凹部１０３の深さ方向の寸法が、凹部１０３の深さよりも若干大きく設定されている。そして、上述したように、遮光部材１０２は、発光素子２１と受光素子２２とが実装されている配線基板３０が筺体１０に固定された時に、配線基板３０の表面に接触して変形するように構成（設計）される。ただし、可撓性が低い素材を使用したり、配線基板３０を固定した際の変形量が大きい構成にした場合には、遮光部材１０２によって配線基板３０にかかる応力が大きくなり、配線基板３０上の実装部品の接続不良等の問題が生じるおそれがある。そのため、そのような場合には、可撓性の比較的大きな素材を使用するか、変形量が小さい構成にすることが好ましい。２段目の凹部１０３ｂへの遮光部材１０２の取り付けは、例えば、両面テープで貼り付けてもよいし、接着剤で固定してもよい。また、筺体１０に嵌合させてもよい。

上述したように、１段目の凹部１０３ａの内側のサイズは、配線基板３０を固定する際に遮光部材１０２が変形して横方向に、すなわち基板面に沿って拡がる可能性のある領域よりも大きくしておくことが好ましい。すなわち、例えば、遮光部材１０２としてスポンジを用いる場合には、押圧方向によってはスポンジが斜めに潰れる可能性があるため、遮光部１０１の周縁部、すなわち１段目の凹部１０３ａの外縁部と配線基板３０との間に潰れたスポンジの端部が挟まれないように１段目の凹部１０３ａの内側のサイズが設定される。

筐体１０の外表面、すなわち遮光部１０１の上面には、開口部１０４，１０５を覆うように透光性を有するカバー４０が取り付けられている。すなわち、遮光部１０１を介して配線基板３０と平行にカバー４０が設けられている。カバー４０は、例えば、透光性を有するアクリルやポリカーボネート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）等で形成された、厚みが０．１〜２ｍｍ程度の平板状の部材である。なお、カバー４０は筐体１０と一体的に形成されていてもよい。また、発光素子２１の開口部１０４と受光素子２２の開口部１０５をそれぞれ別の透光性カバーで覆う構成としてもよい。ただし、発光素子２１の開口部１０４と受光素子２２の開口部１０５との間の距離は短い場合が多いので、それぞれ別の透光性カバーで覆うことは設計上もしくは製造上困難な場合がある。

カバー４０は、開口部１０４，１０５の外側から設置することが望ましい。カバー４０は、例えば、筺体１０の外側に形成した凹部１０ａに嵌合、貼付、接着などによって固定される。このように固定されることにより、外部からの押圧に対して強い構造とすることができる。すなわち、外側から押圧がかかってもカバー４０が開口部１０４，１０５から外れたり、内部に押し込まれたりすることを防止することができる。

カバー４０は、筐体１０に形成された２つの開口部１０４，１０５を覆っている。これは、例えば水分や汗、ほこり等が開口部１０４，１０５から内部に入り、センサの不具合を引き起こすことを防止するためである。

カバー４０の発光素子２１側の端部は、開口部１０４より外側に位置している。すなわち、カバー４０の端部は、配線基板３０の主面３０ａの法線方向から見た場合に、開口部１０４と重ならないように配置されている。特に、カバー４０は、その端部の側面が、発光素子２１の発光領域の全周縁部と筺体１０の開口部１０４の全周縁部とを通る全仮想線Ｌ１５と交わらないように、開口部１０４より広い領域を覆うように配置されている。換言すると、発光素子２１の発光部の発光領域と、発光素子２１の周囲に設けられた筐体１０の開口部１０４の開口端の全内周縁部とを通るすべての仮想線Ｌ１５が、カバー４０の端部の側面と交わらないよう開口部１０４が形成されている。

同様に、カバー４０の受光素子２２側の端部は、開口部１０５より外側に位置している。すなわち、カバー４０の端部は、配線基板３０の主面３０ａの法線方向から見た場合に、開口部１０５と重ならないように配置されている。特に、カバー４０は、その端部の側面が、受光素子２２の受光領域の全周縁部と筺体１０の開口部１０５の全周縁部とを通る全仮想線Ｌ１６と交わらないように、開口部１０５より広い領域を覆うように配置されている。換言すると、受光素子２２の受光部の受光領域と、受光素子２２の周囲に設けられた筐体１０の開口部１０５の開口端の全内周縁部とを通るすべての仮想線Ｌ１６が、カバー４０の端部の側面と交わらないように開口部１０５が形成されている。

上述した構成を有する光電脈波センサ２による光電脈波の検出は、生体の部位、例えば、被検者の右手の親指の指先を光電脈波センサ２に接触させることにより行われる。

光電脈波を検出する際には、発光素子２１から出射された光が、発光素子封止部２３を透過して、開口部１０４からカバー４０に入射され、該カバー４０を通って指先へ入射する。

指先に入射され、該指先を透過した光は、カバー４０を通って開口部１０５に入射される。そして、受光素子封止部２４を透過し、受光素子２２によって受光される。これにより、指先を透過した光の強度変化が光電脈波信号として取得される。

より詳細には、図５に示されるように、発光素子２１は、後述する信号処理部３１０の駆動部３５０から出力されるパルス状の駆動信号に応じて発光する。なお、駆動部３５０は、発光素子２１を駆動するパルス状の駆動信号を生成して出力する。

受光素子２２は、発光素子２１から照射され、親指を透過して、又は親指に反射して入射される光の強さに応じた検出信号を出力する。

受光素子２２は、信号処理部３１０に接続されており、受光素子２２で得られた光電脈波信号は信号処理部３１０に出力される。信号処理部３１０は、入力された光電脈波信号を処理して、脈拍数や脈拍間隔などを計測する。

ここで、本体部１０の内部には、信号処理部３１０、及び計測した光電脈波信号や脈拍数などの生体情報を外部の機器に送信する無線通信モジュール６０が収納されている。また、本体部１０の内部には、光電脈波センサ２や、信号処理部３１０、無線通信モジュール６０などに電力を供給するバッテリが収納されている。

信号処理部３１０は、増幅部３２１、信号処理部３２０、ピーク検出部３２６、ピーク補正部３２８、及び脈拍数等計測部３３０を有している。また、上記信号処理部３２０は、アナログフィルタ３２２、Ａ／Ｄコンバータ３２３、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５を有している。

ここで、上述した各部の内、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５、ピーク検出部３２６、ピーク補正部３２８、脈拍数等計測部３３０は、演算処理を行うＣＰＵ、該ＣＰＵに各処理を実行させるためのプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、及び演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ等により構成されている。すなわち、ＲＯＭに記憶されているプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、上記各部の機能が実現される。

増幅部３２１は、例えばオペアンプ等を用いた増幅器により構成され、光電脈波センサ２により検出された光電脈波信号を増幅する。増幅部３２１で増幅された光電脈波信号は、信号処理部３２０に出力される。

信号処理部３２０は、上述したように、アナログフィルタ３２２、Ａ／Ｄコンバータ３２３、ディジタルフィルタ３２４、２階微分処理部３２５を有しており、増幅部３２１で増幅された光電脈波信号に対して、フィルタリング処理及び２階微分処理を施すことにより拍動成分を抽出する。

アナログフィルタ３２２、及び、ディジタルフィルタ３２４は、光電脈波信号を特徴づける周波数以外の成分、すなわちノイズを除去し、Ｓ／Ｎを向上するためのフィルタリングを行う。より詳細には、光電脈波信号は０．１〜数十Ｈｚ付近の周波数成分が支配的であるため、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ等のアナログフィルタ３２２、及びディジタルフィルタ３２４を用いてフィルタリング処理を施し、上記周波数範囲の信号のみを選択的に通過させることによりＳ／Ｎを向上する。

なお、拍動成分の抽出のみを目的とする場合、すなわち、波形等を取得する必要がない場合には、ノイズ耐性を向上するために通過周波数範囲をより狭くして拍動成分以外の成分を遮断してもよい。また、アナログフィルタ３２２とディジタルフィルタ３２４は必ずしも両方備える必要はなく、アナログフィルタ３２２とディジタルフィルタ３２４のいずれか一方のみを設ける構成としてもよい。なお、アナログフィルタ３２２、ディジタルフィルタ３２４によりフィルタリング処理が施された光電脈波信号は、２階微分処理部３２５へ出力される。

２階微分処理部３２５は、光電脈波信号を２階微分することにより、２階微分脈波（以下「加速度脈波」という）を取得する。取得された加速度脈波は、ピーク検出部３２６へ出力される。なお、光電脈波の立ち上がり点は変化が明確でなく検出しにくいことがあるため、加速度脈波に変換してピーク検出を行うことが好ましいが、２階微分処理部３２５を設けることは必須ではなく、省略した構成としてもよい。

ピーク検出部３２６は、信号処理部３２０によりフィルタリング処理が施された光電脈波信号（加速度脈波）のピークを検出する。なお、ピーク検出部３２６は、脈拍間隔の正常範囲内においてピーク検出を行い、検出したすべてのピークについて、ピーク時間、ピーク振幅等の情報をＲＡＭ等に保存する。

ピーク補正部３２８は、信号処理部３２０における光電脈波信号の遅延時間を求める。ピーク補正部３２８は、求めた光電脈波信号の遅延時間に基づいて、ピーク検出部３２６により検出された光電脈波信号（加速度脈波）のピークを補正する。補正後の加速度脈波のピークは、脈拍数等計測部３３０に出力される。

脈拍数等計測部３３０は、ピーク補正部３２８により補正された加速度脈波のピークの間隔から脈拍数を求める。また、脈拍数等計測部３３０は、脈拍間隔や、脈拍間隔変化率なども算出する。

なお、取得された脈拍数や、脈拍間隔、脈拍間隔変化率などの計測データは、無線通信モジュール６０を介して、例えば、ＰＣや、ディスプレイを有する携帯型音楽プレーヤ、又はスマートフォン等に送信される。なお、その場合には、計測結果や検出結果に加えて、計測日時等のデータも送信することが好ましい。

次に、把持型脈波測定装置１の使用方法について説明する。この把持型脈波測定装置１を用いて光電脈波信号を検出し、脈拍数などを計測する際には、図１に示されるように、把持型脈波測定装置１を右手の親指と他の４本の指で握る。

また、使用者が、本体部１０を把持する際に、親指をストッパ部１１に当たるまで、すなわち図１の例では右側から左側へ動かして、窪み１７に親指の腹部を当てることにより、親指の指先を光電脈波センサ２に接触させる。

そうすることにより、光電脈波センサ２によって親指の指先から光電脈波信号が取得される。そして、信号処理部３１０により脈拍数等が測定される。なお、脈拍数等の測定方法については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

このようにして、使用者は、把持型脈波測定装置１を把持するだけで、光電脈波信号や脈拍数などを検出・計測することができる。なお、検出・計測された光電脈波信号や脈拍数などの情報は、無線通信モジュール６０によって外部の機器に送信される。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、配線基板３０が取付けられ、発光素子２１及び受光素子２２それぞれに対応付けて一対の開口部１０４，１０５が形成されるとともに、少なくとも当該一対の開口部１０４，１０５の間に設けられた遮光部１０１を有する筐体１０を備えている。そして、遮光部１０１は、筐体１０の配線基板３０と対向する面に設けられ、遮光性及び可撓性を有し、配線基板３０が筐体１０に取り付けられたときに、配線基板３０と当接して変形する遮光部材１０２を含んでいる。そのため、この可撓性を有する遮光部材１０２が配線基板３０に接触して変形することにより、遮光部１０１と配線基板３０との間に隙間が生じることを防止でき、発光素子２１から受光素子２２に直接入射する迷光を確実に遮断することができる。また、遮光部材１０２が可撓性を有するため、配線基板３０に付与される押圧を十分小さくすることができる。よって、配線基板３０上に実装されている電子部品の接続不良等の不具合が生じることを防止できる。その結果、測定時に配線基板に作用する押力を抑制して、配線基板３０に実装されている実装部品の接続不良等を防止しつつ、生体を透過せずに受光される迷光を低減することが可能となる。また、比較的簡便かつ安価に遮光構造を実現することができる。

本実施形態によれば、遮光部１０１の配線基板３０と対向する面の、少なくとも発光素子２１と受光素子２２との間に凹部１０３が形成され、遮光部材１０２が、筐体１０に形成された凹部１０３の底部に設けられており、凹部１０３の周縁部が、筐体１０に配線基板３０が取り付けられたときに、配線基板３０と接しないように構成されている。そのため、可撓性を有する遮光部材１０２が配線基板３０に接触して変形する際に、例えば、当該遮光部材１０２の一部が筐体１０と配線基板３０との間に挟まれることにより、筐体１０と配線基板３０との間に隙間が生じ、高さ方向の寸法が変化することを防止でき、高さ方向の寸法が変化することに起因する測定精度の悪化を防止することが可能となる。また、比較的大きな外力が加えられた場合には、凹部１０３の周縁部が配線基板３０に接触することにより、それ以上の遮光部１０１等の変形が抑制され、センサ２の破損を防止することができる。

また、本実施形態によれば、遮光部１０１に形成された凹部１０３が、開口部から底部にかけて、２段の段付き形状に形成されているため、可撓性を有する遮光部材１０２が配線基板３０に接触して変形する際に、例えば、当該遮光部材１０２の一部が筐体１０と配線基板３０との間に挟まれることをより確実に防止することができる。よって、遮光部材１０２の一部が筐体１０と配線基板３０との間に挟まれることにより、筐体１０と配線基板３０との間に隙間が生じ、高さ方向の寸法が変化することを防止でき、高さ方向の寸法が変化することに起因する測定精度の悪化をより確実に防止することが可能となる。

本実施形態によれば、筐体１０の開口部１０４，１０５を覆うように設けられた透光性を有するカバー４０を備えている。このように、筺体１０の開口部１０４，１０５が透光性を有するカバー４０によって塞がれるため、比較的簡便に筺体１０内部に水分やほこりなどが侵入して不具合を起こすことを防止することが可能となる。また、外部からの押圧に対して強い構造とすることが可能となる。

本実施形態によれば、発光素子２１の発光領域の全周縁部と、発光素子２１の周囲に設けられた筐体１０の開口部１０４の全周縁部とを通るすべての仮想線Ｌ１５が、カバー４０の端部の側面と交わらないように、かつ、受光素子２２の受光領域の全周縁部と、受光素子２２の周囲に設けられた筐体１０の開口部１０５の全周縁部とを通るすべての仮想線Ｌ１６が、カバー４０の端部の側面と交わらないように、開口部１０４，１０５が形成されている。そのため、発光素子２１から出射された光がカバー０４の端部に入射し難くなる。また、カバー４０の端部で反射された迷光が受光素子２２に入射し難くなる。よって、生体を透過せずに、カバー４０の中を通って伝達され、受光される迷光をより効果的に低減することが可能となる。

本実施形態によれば、筐体１０の発光素子２１及び受光素子２２が配設されている領域が周囲の面よりも窪んでいる。そのため、例えば指先の腹部を窪みに当てることにより、目視することなく、指先を確実に光電脈波センサ２上に合わせることができる。特に、指先を置く位置が触覚で分かるため、指先の横方向及び縦方向の位置ばらつきを抑えることができ、安定した測定を行うことが可能となる。さらに、例えば親指の指先で測定する場合、親指の第一関節を伸ばした状態で長時間保持すると疲れてくるが、光電脈波センサ２が周囲の面よりも窪んでいるために、親指が適度に曲げられた状態となり疲れ難くなる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、生体センサとして光電脈波センサを例に挙げたが、光電脈波センサに限られることなく、例えば、近接センサや酸素飽和度センサ、血流センサ、分光センサなどであってもよい。

上記実施形態では、遮光部１０１に形成された凹部１０３が、開口部から底部にかけて、２段の段付き形状に形成されていたが、その段数は２段には限られることなく、１段でも、３段以上であってもよい。

上記実施形態では、遮光部材１０２を発光素子２１と受光素子２２との間に配設したが、遮光部材１０２を発光素子２１及び／又は受光素子２２の周囲に配設する構成としてもよい。

上述した実施形態では、遮光カバー１３が固定されていたが、遮光カバー１３は揺動可能としてもよい。

１ 把持型脈波測定装置
２ 光電脈波センサ
１０ 本体部
１０１ 遮光部
１０２ 遮光部材
１０３，１０３ａ，１０３ｂ 凹部
１０４，１０５ 開口部
１１ ストッパ部
１２ 段差部
１３ 遮光カバー
１７ 窪み
２１ 発光素子
２２ 受光素子
２３ 発光素子封止部
２４ 受光素子封止部
３０ 配線基板
３１ 基板押さえ
３１ｂ 突起
４０ カバー
６０ 無線通信モジュール
Ｌ１１４，Ｌ１１５ 仮想線

Claims (7)

1. 配線基板と、
   前記配線基板の主面に、所定の間隔を空けて配置される発光素子及び受光素子と、
   前記配線基板が取付けられ、前記発光素子及び受光素子それぞれに対応付けて一対の開口部が形成されるとともに、少なくとも当該一対の開口部の間に設けられた遮光部を有する筐体と、を備え、
   前記遮光部は、遮光性及び可撓性を有し、前記配線基板が前記筐体に取り付けられたときに前記配線基板と当接して変形する遮光部材を含む、ことを特徴とする生体センサ。
2. 前記遮光部は、前記配線基板と対向する面の、少なくとも前記発光素子と前記受光素子との間に形成された凹部を有し、
   前記遮光部材は、前記筐体に形成された凹部の底部に設けられており、
   前記凹部の周縁部は、前記筐体に前記配線基板が取り付けられたときに、前記配線基板と接しないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の生体センサ。
3. 前記遮光部に形成された前記凹部は、該凹部の開口部から底部にかけて、複数段の段付き形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の生体センサ。
4. 前記筐体に形成された一対の開口部を覆うように設けられ、透光性を有する部材を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体センサ。
5. 前記透光性を有する部材は、板状に形成され、前記遮光部を介して前記配線基板と平行に設けられるカバーであることを特徴とする請求項４に記載の生体センサ。
6. 前記受光素子の受光領域の全周縁部と、前記受光素子の周囲に設けられた前記筐体の開口部の全周縁部とを通るすべての仮想線が、前記カバーの端部の側面と交わらないように、かつ、前記発光素子の発光領域の全周縁部と、前記発光素子の周囲に設けられた前記筐体の開口部の全周縁部とを通るすべての仮想線が、前記カバーの端部の側面と交わらないように、前記筐体が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の生体センサ。
7. 前記筐体は、前記発光素子及び前記受光素子が配設されている領域が周囲の領域よりも窪んでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体センサ。

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