(57)【要約】【課題】  皮膚に照射された観測光の散乱光を効率良く正確に受光して、脈波などの生体情報を正確かつ容易に検出できる生体情報検出装置を提供する。【解決手段】  人体の皮膚組織を光学的に観測するために発光素子６から発光された特定波長帯域の観測光を環状の導光部材７に導いて皮膚Ｈに環状に拡散照射し、この照射された環状の照射領域Ｅ内の中央部に位置する観測光採込部８で皮膚Ｈから取り込んだ散乱光を受光素子９で受光する。従って、発光素子６からの観測光を皮膚Ｈに対して環状に広い範囲で均一に拡散照射させ、皮膚Ｈから取り込んだ散乱光のみを受光素子９で効率良く正確に受光することができ、この受光された散乱光に基づいて、生体情報を正確かつ容易に検出することができる。【選択図】        図４
2011147746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光素子と、
この発光素子が発光した前記観測光を導いて皮膚に向かって、環状に拡散照射する環状の導光部材と、
この環状の導光部材から環状に拡散照射された環状の照射領域で囲まれた中央部位置に対応する位置に配置され、前記皮膚内で散乱した散乱光を受光する受光素子と、
を備えていることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項２】
人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光素子と、
この発光素子が発光した前記観測光を導いて皮膚に向かって、環状に拡散照射する環状の導光部材と、
この環状の導光部材から環状に拡散照射された環状の照射領域で囲まれた中央部位置で、前記皮膚に接触して配置され、前記皮膚内で散乱した散乱光を採り込むための観測光採込部と、
この観測光採込部における前記皮膚と反対側の位置に配置されて前記観測光採込部で採り込んだ前記散乱光を受光する受光素子と、
を備えていることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項３】
前記環状の導光部材は、
前記発光素子からの前記観測光を入射面から採り込んで環状に導き、且つこの環状に導いた前記観測光を出射面から環状に放出する環状の導光リング部と、
この環状の導光リング部における前記出射面から放出された前記観測光を入射面から採り込んで、前記皮膚に接触する出射面から拡散させて前記皮膚内に環状に照射させる環状の拡散照射リング部と
を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体情報検出装置。
【請求項４】
前記環状の導光部材は、
前記発光素子からの前記観測光を側面に形成された入射面から採り込んで、中央部に設けられた円形孔に向けて導き、且つこの導いた前記観測光を前記円形孔の内周面である出射面から放出する環状の導光リング部と、
この環状の導光リング部における前記円形孔内に配置され、且つ前記環状の導光リング部における前記出射面から放出された前記観測光を外周面に形成された入射面から採り込み、この採り込んだ前記観測光を環状に導きながら下面に形成された出射面から前記皮膚に向けて環状に放出する環状の拡散反射リング部と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
【請求項５】
前記発光素子、前記環状の導光リング部、前記環状の拡散反射リング部、および前記受光素子は、これら全体が同じ厚み内に平面的に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の生体情報検出装置。
【請求項６】
前記環状の拡散反射リング部における前記出射面に対応して配置され、且つ前記出射面から放出された前記観測光を上面から採り込んで下面から前記皮膚に環状に拡散照射する環状の拡散照射リング部と、
この環状の拡散照射リング部の内周側中央部の位置に前記受光素子と対応して配置され、前記皮膚内で散乱した散乱光を採り込んで前記受光素子に照射させる観測光採込部と、
を更に備えていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の生体情報検出装置。
【請求項７】
前記発光素子は、第１、第２の各発光素子を有し、前記環状の導光部材は、環状の第１、第２の各導光部材を有し、
前記第１、第２の各発光素子と前記環状の第１、第２の各導光部材との間に、前記第１の発光素子からの観測光を前記環状の第１の導光部材によって前記皮膚に環状に照射するための外周照射光路と、前記第２の発光素子からの観測光を前記環状の第２の導光部材によって前記皮膚に環状に照射するための内周照射光路とが形成されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項８】
前記第２の内周照射光路は、前記観測光採込部の外周に沿って前記観測光を前記皮膚に環状に照射する照射光路であり、
前記第１の外周照射光路は、前記第２の内周照射光路によって照射された前記観測光の照射領域の外周に沿って前記観測光を前記皮膚に環状に照射する照射光路であることを特徴とする請求項７に記載の生体情報検出装置。
【請求項９】
前記発光素子は、前記皮膚内に含まれているメラニン色素の吸光度が低い８００ｎｍ以上の赤外線帯域の光を前記観測光として発光することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項１０】
前記環状の導光部材は、前記発光素子からの観測光を反射させる反射層を備えており、
この反射層は、
前記発光素子からの観測光を前記環状の導光部材によって前記皮膚に環状に照射するための照射光路と、前記皮膚からの散乱光を採り込んで前記受光素子に受光させるための受光光路とを、光学的に遮断させることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項１１】
前記受光素子と前記観測光採込部との間には、８００ｎｍ以上の特定波長帯域の光を透過する光学フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項１２】
前記受光素子は、前記観測光の波長の特定波長帯域の光に反応する分光感度特性を有していることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項１３】
人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光素子と、この発光素子からの前記観測光を導いて皮膚に向かって、環状に拡散照射する環状の導光部材と、この環状の導光部材によって環状に照射された環状の照射領域に囲まれた中央部位置で、前記皮膚に接触して配置され、前記皮膚内で散乱した散乱光を採り込むための観測光採込部と、この観測光採込部における前記皮膚と反対側の位置に配置されて前記観測光採込部で採り込んだ前記散乱光を受光する受光素子とを備えた生体情報検出装置に用いられる生体情報検出方法であって、
前記発光素子を発光させる発光ステップと、
この発光ステップにより発光した前記観測光を前記導光部材によって前記皮膚に向かって環状に照射させる照射ステップと、
この照射ステップにより照射された前記観測光が前記皮膚内で散乱し、この散乱光を前記環状の照射領域内の中央部に位置する前記観測光採込部で採り込み、この採り込んだ前記散乱光を前記受光素子で受光する受光ステップと、
この受光ステップにより受光された散乱光に基づいて、生体情報を検出する生体情報検出ステップと、
を備えていることを特徴とする生体情報検出方法。
【請求項１４】
人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する第１および第２の各発光素子と、この発光素子からの前記観測光を導いて皮膚に向かって、環状に拡散照射する環状の第１および第２の各導光部材と、この環状の第１および第２の各導光部材によって環状に照射された環状の照射領域に囲まれた中央部位置で、前記皮膚に接触して配置され、前記皮膚内で散乱した散乱光を採り込むための観測光採込部と、この観測光採込部における前記皮膚と反対側の位置に配置されて前記観測光採込部で採り込んだ前記散乱光を受光する受光素子とを備え、
前記皮膚に前記観測光を環状に照射する照射光路として、前記第１の発光素子からの観測光を第１の導光部材によって前記観測光採込部の外周から離れた箇所の前記皮膚に環状に照射する外周照射光路と、前記第２の発光素子で発光した観測光を前記第２の導光部材によって前記観測光採込部の外周と前記外周照射光路による前記観測光の照射領域との間に位置する箇所の前記皮膚に環状に照射する内周照射光路とを備えた生体情報検出装置に用いられる生体情報検出方法であって、
前記第１、第２の各発光素子を同時に発光させて、前記外周照射光路と前記内周照射光路とによって前記皮膚に観測光をそれぞれ照射し、この照射された前記観測光の前記皮膚内での散乱光を前記観測光採込部で採り込んで前記受光素子で受光し、この受光された散乱光に基づいて、第１の生体情報を検出する第１の測定ステップと、
前記第１の発光素子のみを発光させて、前記外周照射光路によって前記皮膚に観測光を照射し、この照射された前記観測光の前記皮膚内での散乱光を前記観測光採込部で採り込んで前記受光素子で受光し、この受光された散乱光に基づいて、第２の生体情報を検出する第２の測定ステップと、
前記第１の測定ステップで検出された前記第１の生体情報と前記第２の測定ステップで検出された前記第２の生体情報とを演算処理して、測定者固有の生体情報を算出する演算処理ステップと、
を有することを特徴とする生体情報検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人体の脈波などの生体情報を光学的に検出する生体情報検出装置および生体情報検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の腕時計型の生体情報検出装置は、特許文献１に記載されているように、腕時計の裏蓋に所定波長の観測光を発光する発光素子と、この発光素子で発光されて生体組織で散乱された観測光の散乱光を受光する受光素子とを備え、発光素子を間欠的に一定周期で一定時間発光させ、この発光素子のパルス発光に応じた生体組織からの散乱光を受光素子で受光して光電変換し、所定時間連続的に観測して得られた信号を周波数解析して脈波などの生体情報を推定するようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５３１３３号公報
【０００４】
このような生体情報検出装置の動作原理の概要は、上述した通りであるが、その動作原理は、血液中のヘモグロビンが光を吸収する吸光度が６００ナノメートル（以下、ｎｍと称する）付近を境にして大きく変化し、６００ｎｍより短い波長では６００ｎｍ以上の波長より著しく吸光度が高いため、発光素子で発光する観測光として、６００ｎｍよりも短い波長の光を用いていることが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の生体情報検出装置は、皮膚の表面側内部における毛細血管を含む真皮と、その表面側のメラニン色素を含む表皮とを脈波の観測対象とするが、この表皮にメラニン色素が多く含まれていると、メラニン色素によって観測光が吸収されてしまうため、脈波などの生体情報を正確に検出することができない。
【０００６】
すなわち、メラニン色素は、紫外線から可視光線の間の波長帯域で非常に高い吸光度を有しており、表皮内にメラニン色素が多く含まれている場合、（例えば肌の色が濃い人では）、６００ｎｍ以下の観測光を皮膚に照射しても、毛細血管を含む真皮まで届いて真皮組織中で散乱・吸収を繰り返して再び表皮を通過し受光素子に到達する観測光は微弱光で、十分に受光することができないため、脈波などの生体情報を検出することができない。
【０００７】
また、このような従来の生体情報検出装置では、発光素子と受光素子とが観測光採込板の上方に平面的に並んで配置され、発光素子の光が、皮膚の表面と対向する観測光採込板を通して皮膚に照射され、その散乱光が再び観測光採込板により採り込まれ、当該観測光採込板を通して受光素子に受光される構成であるから、発光素子の光が観測光採込板から皮膚に入射する際に一部が観測光採込板内面で反射して、その観測光採込板の内面で反射された反射光が光ノイズとして受光素子で受光されてしまい、皮膚からの散乱光のみを正確に検出することができないという問題がある。
【０００８】
この発明が解決しようとする課題は、皮膚に照射された観測光のうち、当該皮膚から戻る散乱光を効率良く安定的に受光して、脈波などの生体情報を正確かつ容易に検出することができる生体情報検出装置および生体情報検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、上記課題を解決するために、次のような構成要素を備えている。
請求項１に記載の発明は、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光素子と、この発光素子が発光した前記観測光を導いて皮膚に向かって、環状に拡散照射する環状の導光部材と、この環状の導光部材から環状に拡散照射された環状の照射領域で囲まれた中央部位置に対応する位置に配置され、前記皮膚内で散乱した散乱光を受光する受光素子と、を備えていることを特徴とする生体情報検出装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光素子と、この発光素子が発光した前記観測光を導いて皮膚に向かって、環状に拡散照射する環状の導光部材と、この環状の導光部材から環状に拡散照射された環状の照射領域で囲まれた中央部位置で、前記皮膚に接触して配置され、前記皮膚内で散乱した散乱光を採り込むための観測光採込部と、この観測光採込部における前記皮膚と反対側の位置に配置されて前記観測光採込部で採り込んだ前記散乱光を受光する受光素子と、を備えていることを特徴とする生体情報検出装置である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記環状の導光部材が、前記発光素子からの前記観測光を入射面から採り込んで環状に導き、且つこの環状に導いた前記観測光を出射面から環状に放出する環状の導光リング部と、この環状の導光リング部における前記出射面から放出された前記観測光を入射面から採り込んで、前記皮膚に接触する出射面から拡散させて前記皮膚内に環状に照射させる環状の拡散照射リング部とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体情報検出装置である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記環状の導光部材が、前記発光素子からの前記観測光を側面に形成された入射面から採り込んで、中央部に設けられた円形孔に向けて導き、且つこの導いた前記観測光を前記円形孔の内周面である出射面から放出する環状の導光リング部と、この環状の導光リング部における前記円形孔内に配置され、且つ前記環状の導光リング部における前記出射面から放出された前記観測光を外周面に形成された入射面から採り込み、この採り込んだ前記観測光を環状に導きながら下面に形成された出射面から前記皮膚に向けて環状に放出する環状の拡散反射リング部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記発光素子、前記環状の導光リング部、前記環状の拡散反射リング部、および前記受光素子の全体が同じ厚み内に平面的に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の生体情報検出装置である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記環状の拡散反射リング部における前記出射面に対応して配置され、且つ前記出射面から放出された前記観測光を上面から採り込んで下面から前記皮膚に環状に拡散照射する環状の拡散照射リング部と、この環状の拡散照射リング部の内周側中央部の位置に前記受光素子と対応して配置され、前記皮膚内で散乱した散乱光を採り込んで前記受光素子に照射させる観測光採込部と、を更に備えていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の生体情報検出装置である。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記発光素子が、第１、第２の各発光素子を有し、前記環状の導光部材は、環状の第１、第２の各導光部材を有し、前記第１、第２の各発光素子と前記環状の第１、第２の各導光部材との間に、前記第１の発光素子からの観測光を前記環状の第１の導光部材によって前記皮膚に環状に照射するための外周照射光路と、前記第２の発光素子からの観測光を前記環状の第２の導光部材によって前記皮膚に環状に照射するための内周照射光路とが形成されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の生体情報検出装置である。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、前記第２の内周照射光路が、前記観測光採込部の外周に沿って前記観測光を前記皮膚に環状に照射する照射光路であり、前記第１の外周照射光路は、前記第２の内周照射光路によって照射された前記観測光の照射領域の外周に沿って前記観測光を前記皮膚に環状に照射する照射光路であることを特徴とする請求項７に記載の生体情報検出装置である。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、前記発光素子が、前記皮膚内に含まれているメラニン色素の吸光度が低い８００ｎｍ以上の赤外線帯域の光を前記観測光として発光することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の生体情報検出装置である。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、前記環状の導光部材が、前記発光素子からの観測光を反射させる反射層を備えており、この反射層は、前記発光素子からの観測光を前記環状の導光部材によって前記皮膚に環状に照射するための照射光路と、前記皮膚からの散乱光を採り込んで前記受光素子に受光させるための受光光路とを、光学的に遮断させることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の生体情報検出装置である。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、前記受光素子と前記観測光採込部との間に、８００ｎｍ以上の特定波長帯域の光を透過する光学フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の生体情報検出装置である。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、前記受光素子が、前記観測光の波長の特定波長帯域の光に反応する分光感度特性を有していることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の生体情報検出装置である。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光素子と、この発光素子からの前記観測光を導いて皮膚に向かって、環状に拡散照射する環状の導光部材と、この環状の導光部材によって環状に照射された環状の照射領域に囲まれた中央部位置で、前記皮膚に接触して配置され、前記皮膚内で散乱した散乱光を採り込むための観測光採込部と、この観測光採込部における前記皮膚と反対側の位置に配置されて前記観測光採込部で採り込んだ前記散乱光を受光する受光素子とを備えた生体情報検出装置に用いられる生体情報検出方法であって、
前記発光素子を発光させる発光ステップと、この発光ステップにより発光した前記観測光を前記導光部材によって前記皮膚に向かって環状に照射させる照射ステップと、この照射ステップにより照射された前記観測光が前記皮膚内で散乱し、この散乱光を前記環状の照射領域内の中央部に位置する前記観測光採込部で採り込み、この採り込んだ前記散乱光を前記受光素子で受光する受光ステップと、この受光ステップにより受光された散乱光に基づいて、生体情報を検出する生体情報検出ステップと、を備えていることを特徴とする生体情報検出方法である。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する第１および第２の各発光素子と、この発光素子からの前記観測光を導いて皮膚に向かって、環状に拡散照射する環状の第１および第２の各導光部材と、この環状の第１および第２の各導光部材によって環状に照射された環状の照射領域に囲まれた中央部位置で、前記皮膚に接触して配置され、前記皮膚内で散乱した散乱光を採り込むための観測光採込部と、この観測光採込部における前記皮膚と反対側の位置に配置されて前記観測光採込部で採り込んだ前記散乱光を受光する受光素子とを備え、
前記皮膚に前記観測光を環状に照射する照射光路として、前記第１の発光素子からの観測光を第１の導光部材によって前記観測光採込部の外周から離れた箇所の前記皮膚に環状に照射する外周照射光路と、前記第２の発光素子で発光した観測光を前記第２の導光部材によって前記観測光採込部の外周と前記外周照射光路による前記観測光の照射領域との間に位置する箇所の前記皮膚に環状に照射する内周照射光路とを備えた生体情報検出装置に用いられる生体情報検出方法であって、
前記第１、第２の各発光素子を同時に発光させて、前記外周照射光路と前記内周照射光路とによって前記皮膚に観測光をそれぞれ照射し、この照射された前記観測光の前記皮膚内での散乱光を前記観測光採込部で採り込んで前記受光素子で受光し、この受光された散乱光に基づいて、第１の生体情報を検出する第１の測定ステップと、前記第１の発光素子のみを発光させて、前記外周照射光路によって前記皮膚に観測光を照射し、この照射された前記観測光の前記皮膚内での散乱光を前記観測光採込部で採り込んで前記受光素子で受光し、この受光された散乱光に基づいて、第２の生体情報を検出する第２の測定ステップと、前記第１の測定ステップで検出された前記第１の生体情報と前記第２の測定ステップで検出された前記第２の生体情報とを演算処理して、測定者固有の生体情報を算出する演算処理ステップと、を有することを特徴とする生体情報検出方法である。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、発光素子によって特定波長帯域の観測光を発光させると、その観測光を導光部材によって皮膚に環状に拡散させて照射させることができるので、観測光を皮膚の広い面積に均一に照射させることができる。そればかりでなく、この拡散照射された環状の照射領域内の中央部から皮膚内で散乱された観測光の散乱光を採り込むことができ、この採り込んだ観測光の散乱光を環状の照射領域内の中央部に位置する受光素子で効率良く受光することができるので、観測光の散乱光を効率良く安定して受光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の生体情報検出装置を適用した腕時計の実施形態１を示した拡大断面図である。
【図２】図１の腕時計の裏蓋を示した要部の拡大底面図である。
【図３】図２のIII−III矢視における拡大断面図である。
【図４】図１の腕時計の裏蓋を腕の皮膚に接触させて、脈波などの生体情報を検出する状態を示した拡大断面図である。
【図５】図４に示した皮膚部分の一部を拡大して概略的に示した要部の断面図である。
【図６】図５に示した皮膚における散乱特性と生体組織の主な吸光物質の吸光特性との関係を示した図である。
【図７】図４に示した発光素子が発光する赤外線帯域における相対放射強度特性を示した図である。
【図８】図４に示した光学フィルタの透過率分光特性を示した図である。
【図９】図４に示した受光素子が反応する分光感度特性を示した図である。
【図１０】この発明に係る実施形態１の生体情報検出装置の回路構成を示したブロック図である。
【図１１】この発明を適用した腕時計の実施形態２を示した拡大断面図である。
【図１２】図１１の腕時計の裏蓋を示した要部の拡大平面図である。
【図１３】図１２のXIII−XIII矢視における拡大断面図である。
【図１４】図１３に示した腕時計の裏蓋を腕の皮膚に接触させて、脈波などの生体組織を光学的に測定する状態を示した拡大断面図である。
【図１５】この発明を適用した腕時計の実施形態３を示した拡大断面図である。
【図１６】図１５に示した腕時計の裏蓋を腕の皮膚に接触させて、脈波などの生体組織を光学的に測定する状態を示した拡大断面図である。
【図１７】この発明を適用した腕時計の実施形態４を示した拡大断面図である。
【図１８】図１７に示した腕時計の裏蓋を示した拡大平面図である。
【図１９】図１８のXIX―XIX矢視における拡大断面図である。
【図２０】図１８において外周照射光路のみを示した拡大平面図である。
【図２１】図２０のIIXI―IIXI矢視における拡大断面図である。
【図２２】図１８において内周照射光路のみを示した拡大平面図である。
【図２３】図２２のIIXIII―IIXIII矢視における拡大断面図である。
【図２４】図１９に示した腕時計の裏蓋を腕の皮膚に接触させて、第１、第２の各発光素子の両方を同時に発光させた際における観測光の照射状態（照射領域Ｅ１）を示した拡大断面図である。
【図２５】図２４に示した観測光の照射状態（照射領域Ｅ１）の後に、第１の発光素子のみを発光させた際における観測光の照射状態（照射領域Ｅ２）を示した拡大断面図である。
【図２６】図２５に示した観測光の照射状態（照射領域Ｅ２）の後に、脈波などの生体組織を光学的に測定した際における観測光の推定の照射状態（照射領域Ｅ３）を示した拡大断面図である。
【図２７】この発明の実施形態４に係る生体情報検出装置の回路構成を示したブロック図である。
【図２８】図２７の生体情報検出装置において外周照射光路と内周照射光路との発光条件を表で示した図である。
【図２９】図２７の生体情報検出装置による脈波などの生体組織の測定状態を示し、（ａ）は図２４において第１、第２の各発光素子の両方を同時に発光させた際における脈波信号を示した図、（ｂ）は図２５において第１の発光素子のみを発光させた際における脈波信号を示した図、（ｃ）は図２６において脈波などの生体組織を光学的に測定した際における推定の脈波信号を示した図である。
【図３０】この発明の実施形態に係る第１の生体情報検出方法について説明するための図である。
【図３１】この発明の実施形態に係る第２の生体情報検出方法について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施形態１）
以下、図１〜図１０、および図３０を参照して、この発明を腕時計に適用した実施形態１について説明する。
この腕時計は、図１に示すように、腕時計ケース１を備えている。この腕時計ケース１の上部開口部には、時計ガラス２がパッキン２ａを介して取り付けられており、この腕時計ケース１の下部には、裏蓋３が防水リング３ａを介して取り付けられている。この腕時計ケース１の内部には、時計機能に必要な各種の部品を有する時計モジュール４が配置されている。
【００２６】
また、この腕時計ケース１の裏蓋３の中央部には、図１〜図３に示すように、生体情報検出装置５が設けられている。この場合、裏蓋３は、ステンレスなどの金属からなり、図３および図４に示すように、その下面が中央部に向けて緩やかに湾曲しながら下側に突出しており、この突出した中央部には、生体情報検出装置５を取り付けるための取付孔３ｂが上下に貫通して設けられている。
【００２７】
生体情報検出装置５は、図３および図４に示すように、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光素子６と、この発光素子６が発光した観測光を導いて皮膚Ｈに環状に拡散照射する環状の導光部材７と、この環状の導光部材７によって照射された環状の照射領域Ｅ内の中央部に位置する皮膚Ｈに接触する観測光採込部８と、この観測光採込部８における皮膚Ｈと反対側に位置する箇所に配置されて観測光採込部８で採り込んだ観測光の散乱光を受光する受光素子９とを備えている。
【００２８】
この場合、発光素子６と受光素子９とは、図１〜図４に示すように、測定用の回路基板１０の下面に設けられている。この回路基板１０は、導光部材７の上部に位置して腕時計ケース１内に配置されている。導光部材７は、その下部側が裏蓋３の取付孔３ｂ内に嵌め込まれ、その上部側が裏蓋３の内面（図１では上面）に配置され、この状態で裏蓋３に取り付けられている。
【００２９】
ところで、発光素子６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）からなり、皮膚Ｈ内に含まれているメラニン色素が光を吸収する吸光度の低いλｐ＝９４０ｎｍの赤外線光を観測光として発光するように構成されている。この発光素子６は、図３および図４に示すように、導光部材７に対応する回路基板１０の下面における３時側と９時側との２箇所にそれぞれ設けられている。
【００３０】
導光部材７は、図３および図４に示すように、導光リング部１１と拡散照射リング部１２とを備えている。導光リング部１１は、光透過性の高い透明な樹脂または透明なガラスなどの材料からなり、全体がほぼリング形状に形成されている。この導光リング部１１は、平坦状のリング部１１ａと、このリング部１１ａの内周面からその中心側に向けて斜め下側に傾斜した傾斜リング部１１ｂとが一体に形成された構成になっている。平坦状のリング部１１ａにおける上面の３時側と９時側との箇所には、発光素子６がそれぞれ配置される凹部１１ｃが設けられている。
【００３１】
これにより、導光リング部１１は、図４に示すように、平坦状のリング部１１ａにおける各凹部１１ｃの内面が入射面１１ｄに形成され、この入射面１１ｄから発光素子６で発光した観測光を平坦状のリング部１１ａの内部に採り込み、この採り込んだ観測光を平坦状のリング部１１ａで環状に導きながら、傾斜リング部１１ｂの下部先端に形成された出射面１１ｅから放出するように構成されている。
【００３２】
この場合、導光リング部１１の外表面には、図３および図４に示すように、平坦状のリング部１１ａの入射面１１ｄおよび傾斜リング部１１ｂの出射面１１ｅを除いて、導光リング部１１の内部に入射した観測光が導光リング部１１の外部に漏れるのを防ぐための第１反射層１３が金属蒸着などによって設けられている。
【００３３】
また、拡散照射リング部１２は、図３および図４に示すように、光拡散性を有する白濁または乳白色の樹脂からなり、全体がほぼリング形状に形成されている。この拡散照射リング部１２は、導入リング部１１の傾斜リング部１１ｂの出射面１１ｅに対応する傾斜リング部１２ａと、この傾斜リング部１２ａの下部に設けられて下面が平坦に形成されたほぼ平坦状のリング部１２ｂとが一体に形成された構成になっている。
【００３４】
これにより、拡散照射リング部１２は、導光リング部１１の傾斜リング部１１ｂの出射面１１ｅから放出された観測光を傾斜リング部１２ａの入射面１２ｃからその内部に採り込み、この採り込んだ観測光を傾斜リング部１２ａで拡散しながら環状に導き、平坦状のリング部１２ｂにおける下面の出射面１２ｄから拡散させて放出することにより、観測光を皮膚Ｈにリング状の広い面積に均一に拡散照射するように構成されている。
【００３５】
この場合、拡散照射リング部１２は、図３および図４に示すように、その平坦状のリング部１２ｂが裏蓋３の中央部に設けられた取付孔３ｂ内に第１防水パッキン１４を介して嵌め込まれた状態で取り付けられている。この場合、拡散照射リング部１２は、図４に示すように、裏蓋３の取付孔３ｂに設けられた突起部３ｃに当接して腕時計ケース１内に押し込まれないように位置規制されている。
【００３６】
これにより、拡散照射リング部１２の下面、つまり平坦状のリング部１２ｂにおける下面の出射面１２ｄは、図３および図４に示すように、裏蓋３の下面における最下部と同じ高さで配置され、裏蓋３の下面と共に皮膚Ｈに接触するようになっている。また、この拡散照射リング部１２の外表面には、図３および図４に示すように、傾斜リング部１２ａの入射面１２ｃおよび平坦状のリング部１２ｂの出射面１２ｄを除いて、拡散照射リング部１２の内部に入射した観測光が拡散照射リング部１２の外部に漏れるのを防ぐための第２反射層１５が金属蒸着などによって設けられている。
【００３７】
この拡散照射リング部１２の内側には、図３および図４に示すように、皮膚Ｈ内に照射された観測光の散乱光を採り込むための観測光採込部８が設けられている。この観測光採込部８は、高屈折率の透明な樹脂または透明なガラスなどの材料から形成されている。また、この観測光採込部８は、皮膚Ｈ内に入射して散乱して観測光採込部８に戻ってきた観測光の散乱光を皮膚Ｈと反対側に設置した受光素子９の観測光採込部８の外周部の受光感度を上げる凹レンズ形状に形成されている。さらに、この観測光採込部８は、その下面が導光部材７によって照射されたリング状の照射領域Ｅ内の中央部に位置する皮膚Ｈに接触するように構成されている。
【００３８】
この場合、観測光採込部８は、図４に示すように、導光部材７の拡散照射リング部１２における内周面に設けられた突起部１２ｅに当接して腕時計ケース１内に押し込まれないように位置規制されている。これにより、観測光採込部８は、図３および図４に示すように、皮膚Ｈに接触する下面が平坦面な平凹レンズ形状に形成されている。この観測光採込部８の下面の平坦面は、導光部材７の拡散照射リング部１２の下面と同一平面をなし、この状態で第２防水パッキン１６を介して導光部材７の拡散照射リング部１２の内周面に取り付けられている。
【００３９】
この観測光採込部８の外周面と導光部材７の拡散照射リング部１２の内周面との間は、図３に示すように、拡散照射リング部１２の内周面に形成された第２反射層１５によって光学的に分離されている。
【００４０】
一方、受光素子９は、観測光採込部８で採り込んだ観測光の散乱光を受光して光電変換するものであり、シリコンフォトダイオードからなり、図３および図４に示すように、観測光採込部８における皮膚Ｈと反対側（図３では上方）に位置する箇所、つまり観測光採込部８の光軸上における焦点位置付近に配置されていることが望ましい。
【００４１】
この受光素子９は、図９に示すように、λ＝９４０ｎｍ程度の特定波長帯域の光に最も強く反応する分光感度特性を有している。すなわち、この受光素子９は、９４０ｎｍ以下の波長帯域の光に対してはその波長が短くなるに伴って徐々に受光感度が低下し、逆に９４０ｎｍ程度以上の波長帯域の光に対しては急激に受光感度が低下し、９４０ｎｍの波長の光に対して最も受光感度が高くなるように構成されている。
【００４２】
この受光素子９と観測光採込部８との間には、図３および図４に示すように、光学フィルタ１７が、受光素子９を囲う遮光枠１８の下部に取り付けられた状態で配置されている。この光学フィルタ１７は、図８に示すように、９００ｎｍ以上の特定波長帯域の光を透過し、９００ｎｍ以下の波長帯域の光を遮断することにより、受光素子９が太陽光などの外来光による測定変動の影響を軽減するように構成されている。
【００４３】
これにより、受光素子９は、皮膚Ｈ内の毛細血管を含む真皮Ｈ１に到達して散乱された観測光が表皮Ｈ２を透過して観測光採込部８によって集光される際に、９００ｎｍ未満の波長帯域の光を光学フィルタ１７が遮断し、９００ｎｍ以上の波長帯域の光を光学フィルタ１７が透過させることにより、外来光による測定変動の影響を軽減して、光学フィルタ１７を透過した特定波長帯域の光のみを受光して光電変換するように構成されている。
【００４４】
次に、図１０に示されたブロック図を参照して、この生体情報検出装置５の回路構成について説明する。
この生体情報検出装置５の回路構成は、装置の全体的な制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）２０と、発光素子６および受光素子９を有する光電信号検出部２６と、この光電信号検出部２６の発光素子６を駆動する発光素子駆動回路２１と、光電信号検出部２６の受光素子９から出力された電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路２２と、脈波などの生体情報の測定結果を表示する表示部２３、各部に電源電圧を供給する電源部２４と、ユーザによって入力操作されるスイッチ部２５とを備えている。
【００４５】
ＣＰＵ２０は、ＬＳＩ（大規模集積回路）である。光電信号検出部２６は、特定波長帯域の観測光を発光する発光素子６、および、この発光素子６で発光された観測光が皮膚Ｈに照射されて皮膚Ｈ内で散乱された際に、その観測光の散乱光を受光し、その受光量に応じて電流信号を出力する受光素子９などを有している。電源部２４は、ＣＰＵ２０、発光素子駆動回路２１、およびＩ／Ｖ変換回路２２に電源を供給し、ＣＰＵ２０以外の回路ブックへの電源供給は、ＣＰＵ２０により制御されている。また、３時側と９時側との２箇所に配置された２つの発光素子６は、直列に接続されている。
【００４６】
このＣＰＵ２０は、スイッチ部２５からの操作信号がＫＩｘポートから入力されると、発光素子駆動回路２１に駆動信号をＯＵＴ１ポートから出力して、発光素子６を一定周期で一定時間連続的に定電圧パルスにて駆動制御し、発光素子６を一定の光強度で発光させる。受光素子９は、発光素子６で発光した観測光が皮膚Ｈに照射され、その散乱光を受光すると、その受光量に応じた電流信号を出力する。Ｉ／Ｖ変換回路２２は、受光素子９から出力された電流信号を電圧信号に変換して、ＣＰＵ２０のＡ／Ｄ１ポートに入力する。
【００４７】
ＣＰＵ２０は、定電流パルスの駆動期間における所定のタイミングで、Ａ／Ｄ１ポートに入力された電圧信号を内蔵のＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換して内蔵メモリに時系列データとして格納する。また、このＣＰＵ２０は、時系列データを周波数解析して脈波などの生体情報として表示部２３に出力して表示させるように制御する。
【００４８】
次に、図３０を参照して、このような生体情報検出装置５における生体情報検出方法について説明する。
この生体情報検出方法は、ＣＰＵ２０が発光素子６を発光させる発光ステップＳ３１と、この発光ステップＳ３１により発光した観測光を導光部材７によって皮膚Ｈに向かって環状に照射させる照射ステップＳ３２と、この照射ステップＳ３２により照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を観測光採込部８で採り込み、この採り込んだ散乱光を受光素子９で受光する受光ステップＳ３３と、この受光ステップＳ３３により受光された散乱光に基づいて、ＣＰＵ２０が生体情報を検出する生体情報検出ステップＳ３４とを有している。
【００４９】
次に、この生体情報検出装置５の作用について説明する。
予め、腕時計ケース１を腕に取り付けて、図４に示すように、裏蓋３の下面を腕の皮膚Ｈに接触させる。このときには、裏蓋３の下面が緩やかに湾曲して突出しているが、生体情報検出装置５における導光部材７の拡散照射リング部１２と観測光採込部８との各下面が平坦面に形成され、その両者の平坦面が同一平面に配置されているので、拡散照射リング部１２と観測光採込部８との各平坦面が腕の皮膚Ｈの表面に均等に接触する。
【００５０】
この状態、スイッチ部２５がスイッチ操作されて測定を開始する指令がＣＰＵ２０に与えられると、ＣＰＵ２０が発光素子駆動回路２１に駆動信号を出力し、この発光素子駆動回路２１が一定周期で一定時間連続的に定電流パルスを発光素子６に出力して発光素子６を駆動制御する。この駆動制御されている間、発光素子６は一定の光強度で安定して観測光を発光する。
【００５１】
このとき、発光素子６は、発光素子駆動回路２１によって駆動されると、λｐ＝９４０ｎｍの赤外線帯域の光を観測光として発光する。この発光した観測光は、図４に示すように、導光部材７の導光リング部１１の入射面１１ｄから導光リング部１１内に採り込まれ、この採り込まれた観測光が導光リング部１１で環状に導かれながら、導光リング部１１の出射面１１ｅから環状に放出される。
【００５２】
この放出された観測光が導光部材７の拡散照射リング部１２に入射面１２ｃから入射して拡散されながら、皮膚Ｈに接触している拡散照射リング部１２の出射面１２ｄから環状に拡散されて放出され、この放出された観測光が腕の皮膚Ｈにリング状の広い範囲に均一に照射される。この照射された観測光は、図４に示すように、皮膚Ｈの表皮Ｈ２および真皮Ｈ１に入射する。
【００５３】
このとき、表皮Ｈ２がメラニン色素を多く含んでいても、観測光がλｐ＝９４０ｎｍの赤外線帯域の光であることから、メラニン色素による吸収は少なく、確実に真皮Ｈ１内に入射する。また、表皮Ｈ２は真皮Ｈ１に比べて層厚が薄く、約０.１〜０.２ｍｍであるから、照射された観測光は、そのほとんどが表皮Ｈ２を透過して、層厚が約２ｍｍの真皮Ｈ１内に入射する。
【００５４】
この真皮Ｈ１内に入射した観測光は、スポット的に一部分に照射される場合に比べて、リング状の広い面積に均一に照射され、照射領域における真皮Ｈ１中の吸光物質であるヘモグロビンの量が多くなるので、この真皮Ｈ１中で観測光の多くが吸収されることなり、真皮Ｈ１の内側（図５では下側）の皮下組織に到達する観測光の量は少なくなる。
【００５５】
そして、真皮Ｈ１に入射した観測光がその真皮Ｈ１の生体組織によって吸収、散乱され、その散乱光の一部が再び表皮Ｈ２を透過して表皮Ｈ２の表面から放出される。このときにも、散乱光はメラニン色素による吸収は少ないので、確実に表皮Ｈ２を透過して観測光採込部８に照射される。
【００５６】
この真皮Ｈ１内の生体組織で散乱された散乱光のうち、観測光採込部８に採り込まれた散乱光は、観測光採込部８が屈折率の高い材料からなり、且つ凹レンズ形状に形成されていることにより、観測光採込部８の外周部から採り込まれた散乱光も皮膚Ｈと反対側に設置された受光素子９に正面方向から入射させることができる。この散乱光は、光学フィルタ１７によって９００ｎｍ以上の特定波長帯域の光が選択され、この選択された特定波長帯域の光が光学フィルタ１７を透過し、この透過した特定波長帯域の光が受光素子９で受光されて光電変換される。
【００５７】
この受光素子９で光電変換された電流信号は、Ｉ／Ｖ変換回路２２によって電圧信号に変換されてＣＰＵ２０のＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。この変換されたデジタル信号は、ＣＰＵ２０によって時系列データとして内蔵メモリに格納されると共に、この時系列データに基づいてＣＰＵ２０が周波数解析をして脈拍などの生体情報として推定して表示部２３に表示する。
【００５８】
このように、この生体情報検出装置５によれば、発光素子６によってλｐ＝９４０ｎｍの特定波長帯域の観測光を発光させると、その観測光を導光部材７によって皮膚Ｈに環状に拡散させて照射させることができるので、観測光を皮膚Ｈの広い範囲に均一に照射させることができ、この照射された環状の照射領域Ｅ内の中央部に位置する観測光採込部８によって皮膚Ｈ内で散乱された観測光の散乱光を採り込んで受光素子９で受光することができるので、観測光の散乱光を効率良く安定して受光素子９で受光することができる。
【００５９】
このため、発光素子６からの観測光を皮膚Ｈの広い範囲に均一に照射させることができると共に、発光素子６からの観測光を皮膚Ｈに照射する照射光路と、皮膚Ｈで散乱された観測光の散乱光を受光する受光光路とを完全に分離させることができるので、皮膚Ｈに拡散照射された観測光の散乱光を受光素子９で効率良く安定して受光することができ、これにより脈波などの生体情報を正確に検出することができる。
【００６０】
この場合、発光素子６は、皮膚Ｈの表皮Ｈ２内に含まれているメラニン色素の吸光度が低いλｐ＝９４０ｎｍの赤外線光を観測光として発光するので、表皮Ｈ２がメラニン色素を多く含んでいても、皮膚Ｈに照射された観測光がメラニン色素で吸収されずに、確実に観測光を真皮Ｈ１に入射させることができる。また、表皮Ｈ２は真皮Ｈ１に比べて層厚が薄いので、皮膚Ｈに照射された観測光のほとんどが表皮Ｈ２を透過するので、皮膚Ｈに照射された観測光のほとんどを真皮Ｈ１内に確実に入射させることができる。
【００６１】
また、導光部材７は、発光素子６からの観測光を入射面１１ｄから採り込んで環状に導き、且つこの環状に導いた観測光を出射面１１ｅから環状に放出する導光リング部１１と、この導光リング部１１の出射面１１ｅから放出された観測光を入射面１２ｃから採り込んで、皮膚Ｈに接触している出射面１２ｄから拡散させて皮膚Ｈに環状に照射させる拡散照射リング部１２とを備えていることにより、発光素子６からの観測光を効率良く確実に皮膚Ｈに環状に拡散照射させることができ、これにより観測光を皮膚Ｈの広い面積に均一に照射させることができる。
【００６２】
この場合、導光リング部１１は、光透過性の高い材料で形成されているので、発光素子６からの観測光を良好に採り込んで効率良く環状に導くことができると共に、導光リング部１１の出射面１１ｅから環状に放出することができる。また、この導光リング部１１の外表面には、導光リング部１１の入射面１１ｄおよび出射面１１ｅを除いて、第１反射層１３が設けられているので、発光素子６からの観測光を採り込んで環状に導く際に、観測光を導光リング部１１の外部に漏らすことなく、確実に導光リング部１１の出射面１１ｅから環状に放出することができる。
【００６３】
また、拡散照射リング部１２は、導光リング部１１の出射面１１ｅから放出された観測光を採り込んで拡散する拡散性を有する材料で形成されているので、採り込んだ観測光を効率良く拡散しながら環状に導くことができると共に、拡散照射リング部１２の出射面１２ｄから均一な照射光として皮膚Ｈに環状に拡散させて照射させることができる。
【００６４】
この場合にも、拡散照射リング部１２の外表面には、拡散照射リング部１２の入射面１２ｃおよび出射面１２ｄを除いて、第２反射層１５が設けられているので、拡散照射リング部１２で採り込んだ観測光を拡散照射リング部１２の外部に漏らすことなく、確実に効率良く拡散照射リング部１２の出射面１２ｄから均一な照射光として皮膚Ｈに環状に拡散させて照射させることができる。
【００６５】
このように、真皮Ｈ１内に入射した観測光は、スポット的に一部分に照射される場合に比べて、リング状の広い面積に均一に照射されるので、観測光が照射される真皮Ｈ１中の吸光物質であるヘモグロビンの量を多くすることができ、これにより真皮Ｈ１中の生体組織のヘモグロビンの量の変動を正確に検出することができる。
【００６６】
すなわち、真皮Ｈ１中の吸光物質であるヘモグロビンの量が多くなると、真皮Ｈ１中で観測光の多くが吸収されることなり、真皮Ｈ１の下側の皮下組織に到達する観測光の量が少なくなり、皮下組織からの観測光の散乱光が少なくなることにより、真皮Ｈ１中の生体組織で生じるヘモグロビンの量の変動を正確に検出することができる。
【００６７】
また、観測光採込部８は、屈折率の高い材料からなり、皮膚Ｈ内の生体組織で散乱された観測光の散乱光を皮膚Ｈと反対側に設置された受光素子９で受光させるために、観測光採込部８の外周部の受光感度を上げる凹レンズ形状に形成されているので、皮膚Ｈ内の生体組織で散乱されて観測光採込部８に向かう観測光の散乱光のほぼ全てを効率良く確実に採り込んで受光素子９に照射させることができ、これにより受光素子９による人体の脈波の検出精度を高めることができる。
【００６８】
また、受光素子９と観測光採込部８との間には、９００ｎｍ以上の特定波長帯域の光を透過する光学フィルタ１７が設けられているので、この光学フィルタ１７によって外来光などの不要な光が受光素子９に照射されるのを軽減することができる。これにより、発光素子６で発光されて皮膚Ｈ内で散乱された観測光の散乱光のみを確実に受光素子９で受光させることができるので、これによっても正確に人体の脈波を検出することができ、人体の脈波の検出精度を高めることができる。
【００６９】
また、受光素子９は、光学フィルタ１７が透過する９００ｎｍ程度の特定波長帯域の光に反応する分光感度特性を有しているので、光学フィルタ１７を透過した特定波長帯域の光のみを正確に受光して光電変換することができる。このときには、太陽光などの外来光に含まれている不要な光が光学フィルタ１７によって遮断され、外来光によって受光素子９が変動するのを軽減することができるので、これによっても正確に人体の脈波を検出することができ、人体の脈波の検出精度を高めることができる。
【００７０】
さらに、導光部材７の拡散照射リング部１２は裏蓋３の取付孔３ｂに第１防水パッキン１４を介して取り付けられており、観測光採込部８は拡散照射リング部１２に第２防水パッキン１６を介して取り付けられていることにより、腕に装着して使用する際に、汗などの分泌物質を含んだ水分が腕の表面に発生しても、その水分が生体情報検出装置５内に侵入するのを確実に防ぐことができる。
【００７１】
また、この生体情報検出方法によれば、発光素子６を発光させ、この発光した観測光を導光部材７の導光リング部１１と拡散照射リング部１２とによって皮膚Ｈに環状に照射させ、この照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を環状の照射領域Ｅ内の中央部に位置する観測光採込部８で採り込み、この採り込んだ散乱光を受光素子９で受光することにより、生体情報を検出するので、皮膚Ｈに照射された観測光のうち、この皮膚Ｈから戻る散乱光を効率良く安定的に受光して、脈波などの生体情報を正確に検出することができる。
【００７２】
すなわち、この生体情報検出方法を実行する第１の生体情報検出装置５は、図１〜図１０に示すように、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光素子６と、この発光素子６からの観測光を導いて皮膚Ｈに向かって、環状に拡散照射する環状の導光部材７と、この環状の導光部材７によって環状に照射された環状の照射領域Ｅに囲まれた中央部位置で、皮膚Ｈに接触して配置され、この皮膚Ｈ内で散乱した散乱光を採り込むための観測光採込部８と、この観測光採込部８における皮膚Ｈと反対側の位置に配置されて観測光採込部８で採り込んだ散乱光を受光する受光素子９とを備えている。
【００７３】
このような構成の生体情報検出装置５において、この実施の形態にかかる生体情報検出方法は、図３０に示すように、発光素子６を発光させる発光ステップＳ３１と、この発光ステップＳ３１により発光した観測光を導光部材７によって皮膚Ｈに向かって環状に照射させる照射ステップＳ３２と、この照射ステップＳ３２により照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を観測光採込部８で採り込み、この採り込んだ散乱光を受光素子９で受光する受光ステップＳ３３と、この受光ステップＳ３３により受光された散乱光に基づいて、生体情報を検出する生体情報検出ステップＳ３４とを備えている。
【００７４】
このような構成を備えている生体情報検出方法によれば、発光素子６を発光させ、この発光した観測光を導光部材７によって皮膚Ｈに向かって環状に照射させ、この照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を観測光採込部８で採り込み、この採り込んだ散乱光を受光素子９で受光し、この受光された散乱光に基づいて、生体情報を正確かつ容易に検出することができる。
【００７５】
なお、前述した実施形態１では、導光リング部１１に対応する回路基板１０の下面における３時側と９時側との２箇所に発光素子６をそれぞれ設けた場合について述べたが、これに限らず、導光リング部１１に対応する回路基板１０の下面における３箇所以上に発光素子６をそれぞれ設けた構成でも良く、また導光リング部１１に対応する回路基板１０の下面における１箇所のみに発光素子６を設けた構成でも良い。
【００７６】
また、前記実施形態１およびその変形例では、観測光採込部８における皮膚Ｈと反対側に位置する箇所に１つの受光素子９を設けた場合について述べたが、これに限らず、複数の受光素子９を観測光採込部８における皮膚Ｈと反対側に位置する箇所に平面的に配置した構成でも良い。この場合には、観測光採込部８の光軸を中心とする同一の円周上に配置することが望ましい。
【００７７】
また、前記実施形態１およびその変形例では、観測光採込部８が皮膚Ｈに接触する下面を平坦面の平凹レンズ形状に形成されている場合について述べたが、これに限らず、平板窓部形状に形成されていても良い。この場合にも、皮膚Ｈで散乱された観測光が窓中央付近の受光素子９の感度領域で得られるように配置されていれば良い。
【００７８】
（実施形態２）
次に、図１１〜図１４、および図３０を参照して、この発明を腕時計に適用した実施形態２について説明する。なお、図１〜図１０に示された実施形態１と同一部分には同一符号を付して説明する。
この腕時計は、図１１に示すように、腕時計ケース１の裏蓋３の中央部に設けられた生体情報検出装置３０が実施形態１と異なる構成であり、これ以外は実施形態１とほぼ同じ構成になっている。
【００７９】
生体情報検出装置３０は、図１１〜図１３に示すように、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光部３１と、この発光部３１が発光した観測光を導いて皮膚Ｈに環状に拡散照射する環状の導光部材３２と、この環状の導光部材３２によって照射された環状の照射領域Ｅ内の中央部に位置する皮膚Ｈに接触する観測光採込部８と、この観測光採込部８における皮膚Ｈと反対側に位置する箇所に配置されて観測光採込部８で採り込んだ観測光の散乱光を受光する受光部３３とを備えている。
【００８０】
この場合、発光部３１と受光部３３とは、実施形態１と同様、測定用の回路基板１０の下面に設けられている。この回路基板１０は、導光部材３１の上部に位置して腕時計ケース１内に配置されている。導光部材３２は、その下部が裏蓋３の取付孔３ｂ内に嵌め込まれ、その上部が腕時計ケース１内の回路基板１０の下面に配置されている。
【００８１】
ところで、発光部３１は、側面発光タイプのものであり、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子３１ａを素子基板３１ｂの側面に設けた構成になっている。この発光素子３１ａは、皮膚Ｈ内に含まれているメラニン色素が光を吸収する吸光度の低いλｐ＝９４０ｎｍの赤外線光を観測光として発光するように構成されている。この発光部３１は、図１３および図１４に示すように、導光部材３２の外周に対応する回路基板１０の下面における１２時、３時、６時、および９時の４方向に対応する４箇所にそれぞれ設けられている。
【００８２】
導光部材３２は、図１３および図１４に示すように、導光リング部３４、拡散反射リング部３５、拡散リング部３６、および拡散照射リング部３７を備えている。導光リング部３４は、光透過性の高い透明な樹脂または透明なガラスなどの材料からなり、全体がほぼ正方形の平板状に形成されている。この導光リング部３４は、その中央部に円形孔３４ａが形成されていると共に、各角部にそれぞれ発光部３１が対応して配置される入射面３４ｂが形成された構成になっている。
【００８３】
この場合、導光リング部３４は、各角部の入射面３４ｂが１２時、３時、６時、および９時の４方向に対応するように回路基板１０の下面に配置されている。すなわち、導光リング部３４の入射面３４ｂは、図１２に示すように、導光リング部３４の各角部に半円形状に食い込んで形成された切欠凹部であり、この半円形状の切欠凹部内に発光部３１の発光素子３１ａが挿入された状態で配置されている。これにより、導光リング部３４は、発光素子３１ａで発光した観測光が導光リング部３４の４つの角部から中央部の円形孔３４ａに向けて４方向から放射状に入射するように構成されている。
【００８４】
また、この導光リング部３４は、中央部の円形孔３４ａの内周面が出射面３４ｃに形成されている。これにより、導光リング部３４は、図１４に示すように、発光部３１で発光した観測光を４方向の各角部の入射面３４ｂから内部に採り込み、この採り込んだ観測光を４方向から中央部の円形孔３４ａに向けて導き、この導かれた観測光を円形孔３４ａの内周面である出射面３４ｃから放出するように構成されている。
【００８５】
この場合、導光リング部３４の外表面には、図１３および図１４に示すように、各角部の入射面３４ｂおよび円形孔３４ａの内周面である出射面３４ｃを除いて、導光リング部３４の内部に入射した観測光が導光リング部３４の外部に漏れるのを防ぐための第１反射層３８がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【００８６】
また、拡散反射リング部３５は、図１３および図１４に示すように、光拡散性を有する白濁または乳白色のアクリル樹脂などの合成樹脂からなり、全体がほぼ円形のリング形状に形成されている。この拡散反射リング部３５は、その厚みが導入リング部３４とほぼ同じ厚みに形成され、導光リング部３４の円形孔３４ａ内に配置されている。この場合、拡散反射リング部３５は、その外周面が入射面３５ａに形成され、この入射面３５ａが導光リング部３４の円形孔３４ａの内周面である出射面３４ｃに密着して配置されるように構成されている。
【００８７】
また、この拡散反射リング部３５の下面は、図１３および図１４に示すように、その外周面の入射面３５ａから採り込んだ観測光を皮膚Ｈに向けて放出する出射面３５ｂに形成されている。さらに、この拡散反射リング部３５の内周部には、その外周面の入射面３５ａから採り込んだ観測光を下面の出射面３５ｂに向けて反射する反射面３５ｃが環状に連続して形成されている。この反射面３５ｃは、逆円錐面の一部つまり下側に向けて先細になる逆円錐面の一部に形成されている。
【００８８】
さらに、この拡散反射リング部３５の外表面には、図１３および図１４に示すように、外周面の入射面３５ａおよび下面の出射面３５ｂを除いて、拡散反射リング部３５の内部に入射した観測光が拡散反射リング部３５の外部に漏れるのを防ぐと共に、後述する受光部３３とを光学的に分離するための第２反射層３９がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【００８９】
これにより、拡散反射リング部３５は、導光リング部３４の内周面である出射面３４ｃから放出された観測光を外周面の入射面３５ａから内部に採り込み、この採り込んだ観測光を拡散反射リング部３５の環状に沿って導きながら拡散すると共に、内周部に設けられた反射面３５ｃによって下面の出射面３５ｂに向けて反射し、この拡散反射された観測光を下面の出射面３５ｂから下側に放出するように構成されている。
【００９０】
拡散リング部３６は、図１３および図１４に示すように、光拡散性を有する合成樹脂からなり、全体がほぼ円形のリング状に形成されている。この拡散リング部３６は、その厚みが薄いシート状に形成され、拡散反射リング部３５の下面の出射面３５ｂに密着して配置されている。この拡散リング部３６の外周面および内周面の各周面にも、拡散反射リング部３５と同様、入射した観測光が拡散リング部３６の外部に漏れるのを防ぐと共に、後述する受光部３３とを光学的に分離するための第２反射層３９がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【００９１】
これにより、拡散リング部３６は、図１３および図１４に示すように、拡散反射リング部３５の出射面３５ｂから放出された観測光を上面から内部に採り込み、この採り込んだ観測光を拡散リング部３６の環状に沿って導きながら均一になるように十分に拡散し、この拡散された観測光を下面から皮膚Ｈに向けて斑なく均等に放出するように構成されている。
【００９２】
拡散照射リング部３７は、図１３および図１４に示すように、拡散性を有するアクリル樹脂などの合成樹脂からなり、全体がほぼ円形のリング形状に形成されている。この拡散照射リング部３７は、拡散反射リング部３５の下側に拡散リング部３６を介して配置され、裏蓋３の取付孔３ｂ内に第１防水パッキン４０を介して嵌め込まれている。この場合、拡散照射リング部３７は、その外周が拡散反射リング部３５の外周よりも少し大きく、内周が拡散反射リング部３５の内周よりも少し小さく形成されている。
【００９３】
これにより、拡散照射リング部３７は、拡散反射リング部３５から放出されて拡散リング部３６で斑なく環状に拡散された観測光を上面から採り込み、この採り込んだ観測光を更に拡散し、この拡散された観測光を下面から環状に放出させることにより、観測光を皮膚Ｈにリング状の広い面積に均一に拡散照射するように構成されている。
【００９４】
この場合にも、拡散照射リング部３７の外周面および内周面には、図１３および図１４に示すように、その上面および下面を除いて、拡散照射リング部３７の内部に入射した観測光が拡散照射リング部３７の外部に漏れるのを防ぐと共に、後述する受光部３３とを光学的に分離するための第３反射層４１がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【００９５】
また、この拡散照射リング部３７は、裏蓋３の取付孔３ｂに設けられた突起部３ｃに当接して腕時計ケース１内に押し込まれないように位置規制されている。この場合、拡散照射リング部３７は、図１３および図１４に示すように、その下面が裏蓋３の下面における最下部と同じ高さで配置され、これにより拡散照射リング部３７の下面と裏蓋３の下面とが段差を生じることなく、裏蓋３の下面と共に皮膚Ｈに接触するように構成されている。
【００９６】
この拡散照射リング部３７の内側には、図１３および図１４に示すように、皮膚Ｈ内に照射された観測光の散乱光を採り込むための観測光採込部８が設けられている。この観測光採込部８も、実施形態１と同様、高屈折率の透明な樹脂または透明なガラスなどの材料からなり、全体が円形の平板状に形成されている。この場合、観測光採込部８は、その厚みが拡散照射リング部３７とほぼ同じ厚みに形成されている。これにより、観測光採込部８と拡散照射リング部３７とは、その各上面および各下面がそれぞれほぼ同一平面上に配置されている。
【００９７】
また、この観測光採込部８は、図１３および図１４に示すように、その外周面と拡散照射リング部３７の内周面との間に第２防水パッキン４２を介して拡散照射リング部３７内に取り付けられている。この観測光採込部８は、その下面が拡散照射リング部３７によって照射されたリング状の照射領域Ｅ内の中央部に位置する皮膚Ｈに接触するように構成されている。これにより、観測光採込部８は、皮膚Ｈ内に照射された観測光の散乱光を下面から採り込み、この採り込んだ散乱光を上面から受光部３３に向けて照射させるように構成されている。
【００９８】
受光部３３は、実施形態１と同様、観測光採込部８で採り込んだ観測光の散乱光を受光して光電変換するものであり、シリコンフォトダイオードなどの受光素子３３ａを素子基板３３ｂの下面に下向きに設けた構成になっている。この受光部３３は、図１３および図１４に示すように、受光素子３３ａがホルダ部４３内に収納された状態で、観測光採込部８における皮膚Ｈと反対側（図１３では上方）に位置する箇所、つまり観測光採込部８の光軸上における焦点位置付近に位置する箇所の回路基板１０の下面に設けられている。
【００９９】
この受光部３３の受光素子３３ａは、実施形態１と同様、λ＝９４０ｎｍ程度の特定波長帯域の光に最も強く反応する分光感度特性を有している。すなわち、この受光素子３３ａは、９４０ｎｍ以下の波長帯域の光に対してはその波長が短くなるに伴って徐々に受光感度が低下し、逆に９４０ｎｍ程度以上の波長帯域の光に対しては急激に受光感度が低下し、９４０ｎｍの波長の光に対して最も受光感度が高くなるように構成されている。
【０１００】
この受光素子３３ａの下側、つまり受光素子３３ａと観測光採込部８との間には、図１３および図１４に示すように、光学フィルタ１７が、受光素子３３ａの下側に位置するホルダ部４３内に配置されている。この光学フィルタ１７は、実施形態１と同様、９００ｎｍ以上の特定波長帯域の光を透過し、９００ｎｍ以下の波長帯域の光を遮断することにより、受光素子３３ａが太陽光などの外来光による測定変動の影響を軽減するように構成されている。
【０１０１】
この場合、受光部３３のホルダ部４３は、アルミなどの遮光性を有する金属からなり、その表面に反射機能を有するアルマイト処理が施され、これにより受光素子３３ａを光学的に保護するように構成されている。このホルダ部４３は、図１３および図１４に示すように、発光部６の厚み（上下方向の長さ）と同じ厚みで形成され、拡散反射リング部３５の中央部内に配置されている。
【０１０２】
これにより、発光部３１、導光リング部３４、拡散反射リング部３５、および受光部３３は、これらの厚みが発光部３１の厚み（上下方向の長さ）内に形成され、これら各上下面がほぼ同一平面上に配置され、この状態で全体が約１ｍｍの厚みで平面的に配置されている。また、光学フィルタ１７は、その厚みが拡散リング部３６とほぼ同じ厚みで形成され、拡散リング部３６と共に裏蓋３の内面（図１３では上面）とほぼ同一平面上に配置されるように構成されている。
【０１０３】
なお、生体情報検出装置３０の回路構成は、実施形態１と同様、装置の全体的な制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）２０と、発光部３１および受光部３３を有する光電信号検出部２６と、この光電信号検出部２６の発光部３１を駆動する発光部駆動回路２１と、光電信号検出部２６の受光部３３から出力された電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路２２と、脈波などの生体組織の測定結果を生体情報として表示する表示部２３、各部に電源電圧を供給する電源部２４と、ユーザによって入力操作されるスイッチ部２５とを備えている。
【０１０４】
このような生体情報検出装置３０の生体情報検出方法は、図３０に示すように、ＣＰＵ２０が発光素子３１ａを発光させる発光ステップＳ３１と、この発光ステップＳ３１により発光した観測光を導光部材３２によって皮膚Ｈに向かって環状に照射させる照射ステップＳ３２と、この照射ステップＳ３２により照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を観測光採込部８で採り込み、この採り込んだ散乱光を受光素子３３ａで受光する受光ステップＳ３３と、この受光ステップＳ３３により受光された散乱光に基づいて、ＣＰＵ２０が生体情報を検出する生体情報検出ステップＳ３４と、を有している。
【０１０５】
次に、この生体情報検出装置３０の作用について説明する。
予め、腕時計ケース１を腕に取り付けて、図１４に示すように、裏蓋３の下面を腕の皮膚Ｈに接触させる。このときには、裏蓋３の下面が緩やかに湾曲して突出しているが、生体情報検出装置３０における導光部材３２の拡散照射リング部３７と観測光採込部８との各下面が平坦面に形成され、その両者の平坦面が段差のない同一平面で配置されていることにより、拡散照射リング部３７と観測光採込部８との各平坦面が腕の皮膚Ｈの表面に均等に接触する。
【０１０６】
この状態、スイッチ部２５がスイッチ操作されて測定を開始する指令がＣＰＵ２０に与えられると、ＣＰＵ２０が発光部駆動回路２１に駆動信号を出力し、この発光部駆動回路２１が一定周期で一定時間連続的に定電流パルスを複数の発光部３１に出力して複数の発光部３１を同時に駆動制御する。この駆動制御されている間、複数の発光部３１は一定の光強度で安定して観測光を発光する。
【０１０７】
このとき、複数の発光部３１は、発光部駆動回路２１によってそれぞれ駆動されると、発光素子３１ａがλｐ＝９４０ｎｍの赤外線帯域の光を観測光として発光する。この発光した観測光は、図１４に示すように、導光部材３２の導光リング部３４における４方向の入射面３４ｂから導光リング部３４内に採り込まれる。この採り込まれた観測光は、導光リング部３４によって中央部の円形孔３４ａに向けて導かれ、導光リング部３４の円形孔３４ａの内周面である出射面３４ｃから環状に放出される。
【０１０８】
この導光リング部３４から放出された観測光は、導光リング部３４の円形孔３４ａ内に配置された拡散反射リング部３５の外周面である入射面３５ａから入射する。この入射した観測光は、拡散反射リング部３５で拡散されながら、拡散反射リング部３５に沿って環状に導かれると共に、拡散反射リング部３５の内周部に設けられた反射面３５ｃによって拡散反射リング部３５の下面の出射面３５ｂに向けて反射される。この環状に導かれて反射された観測光は、拡散反射リング部３５の下面の出射面３５ｂから皮膚Ｈに向けて下側に放出される。
【０１０９】
この拡散反射リング部３５から放出された観測光は、拡散反射リング部３５の下側に配置された拡散リング部３６に入射する。この入射した観測光は、拡散リング部３６によって環状に導かれながら、均一になるように十分に拡散されて下側に放出される。この拡散リング部３６から均一に放出された観測光は、拡散リング部３６の下側に配置された拡散照射リング部３７に入射する。
【０１１０】
この拡散照射リング部３７に入射した観測光は、拡散照射リング部３７によって更に拡散され、皮膚Ｈに接触している拡散照射リング部３７の下面から均一な観測光として環状に放出される。この放出された観測光は、腕の皮膚Ｈにリング状の広い範囲に均一に照射される。この照射された観測光は、図１４に示すように、皮膚Ｈの表皮Ｈ２および真皮Ｈ１に入射する。
【０１１１】
このとき、表皮Ｈ２がメラニン色素を多く含んでいても、観測光がλｐ＝９４０ｎｍの赤外線帯域の光であることから、メラニン色素によって吸収される量は少なく、確実に真皮Ｈ１内に入射する。また、表皮Ｈ２は真皮Ｈ１に比べて層厚が薄く、約０.１〜０.２ｍｍであるから、照射された観測光は、そのほとんどが表皮Ｈ２を透過して、層厚が約２ｍｍの真皮Ｈ１内に入射する。
【０１１２】
この真皮Ｈ１内に入射した観測光は、スポット的に一部分に照射される場合に比べて、リング状の広い面積に均一に照射される。このため、照射領域における真皮Ｈ１中の吸光物質であるヘモグロビンの量が多くなるので、この真皮Ｈ１中で観測光の多くが吸収されることなり、真皮Ｈ１の内側（図１４では下側）の皮下組織に到達する観測光の量は少なくなる。
【０１１３】
そして、真皮Ｈ１に入射した観測光は、その真皮Ｈ１の生体組織によって吸収、散乱され、その散乱光の一部が再び表皮Ｈ２を透過して表皮Ｈ２の表面から放出される。このときにも、散乱光はメラニン色素によって吸収される量は少ないので、確実に表皮Ｈ２を透過して観測光採込部８に採り込まれる。
【０１１４】
この真皮Ｈ１内の生体組織で散乱された散乱光のうち、観測光採込部８に採り込まれた散乱光は、観測光採込部８が屈折率の高い材料からなることにより、観測光採込部８の外周部から採り込まれた散乱光も皮膚Ｈと反対側に設置された受光部３３に正面方向から入射させることができる。この観測光採込部８を透過した散乱光は、光学フィルタ１７によって９００ｎｍ以上の特定波長帯域の光が選択され、この選択された特定波長帯域の光が光学フィルタ１７を透過し、この透過した特定波長帯域の光が受光部３３の受光素子３３ａで受光されて光電変換される。
【０１１５】
この受光素子３３ａで光電変換された電流信号は、Ｉ／Ｖ変換回路２２によって電圧信号に変換されてＣＰＵ２０のＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。この変換されたデジタル信号は、ＣＰＵ２０によって時系列データとして内蔵メモリに格納されると共に、この時系列データに基づいてＣＰＵ２０が周波数解析をして脈拍などの生体情報として推定して表示部２３に表示する。
【０１１６】
ところで、このような生体情報検出装置３０の動作原理の概要は、上述した通りであるが、その動作原理は、血液中のヘモグロビンが光を吸収する吸光度が６００ｎｍ付近を境にして大きく変化し、６００ｎｍより短い波長では６００ｎｍ以上の波長より著しく吸光度が高い。これは、皮膚Ｈの表面側内部が脈波の観測対象である毛細血管を含む真皮Ｈ１と、その表面側のメラニン色素を含む表皮Ｈ２とからなり、この表皮Ｈ２にメラニン色素が多く含まれていると、メラニン色素によって観測光が吸収されてしまうためである。
【０１１７】
すなわち、メラニン色素は、紫外線から可視光線の間の波長帯域で非常に高い吸光度を有しており、表皮Ｈ２内にメラニン色素が多く含まれている場合、（例えば肌の色が濃い人では）、６００ｎｍ以下の観測光を皮膚に照射しても、毛細血管を含む真皮Ｈ１まで届いて真皮Ｈ１組織中で散乱・吸収を繰り返して再び表皮Ｈ２を通過し受光素子３３ａに到達する観測光は微弱光で、十分に受光することができない。このため、発光素子３１ａによって９４０ｎｍの赤外線帯域の光を観測として発光させることにより、表皮Ｈ２に含まれているメラニン色素によって観測光が吸収されるのを少なく抑えて、脈波などの生体組織を正確に測定することができる。
【０１１８】
このように、この生体情報検出装置３０によれば、発光部３１によってλｐ＝９４０ｎｍの特定波長帯域の観測光を発光させると、その観測光を導光部材３２によって皮膚Ｈに環状に拡散させて照射させることができるので、観測光を皮膚Ｈの広い範囲に均一に照射させることができ、この照射された環状の照射領域Ｅ内の中央部に対応して配置された受光部３３によって皮膚Ｈ内で散乱された観測光の散乱光を受光することができるので、観測光の散乱光を効率良く安定して受光部３３で受光することができる。
【０１１９】
このため、発光部３１からの観測光を皮膚Ｈの広い範囲に均一に照射させることができると共に、発光部３１からの観測光を皮膚Ｈに照射する照射光路と、皮膚Ｈで散乱された観測光の散乱光を受光する受光光路とを、完全に分離させることができるので、皮膚Ｈに拡散照射された観測光の散乱光を受光部３３で効率良く安定して受光することができ、これにより脈波などの生体組織を正確に測定することができる。
【０１２０】
この場合、発光部３１の発光素子３１ａは、皮膚Ｈの表皮Ｈ２内に含まれているメラニン色素の吸光度が低いλｐ＝９４０ｎｍの赤外線光を観測光として発光するので、表皮Ｈ２がメラニン色素を多く含んでいても、皮膚Ｈに照射された観測光がメラニン色素で吸収されずに、確実に観測光を真皮Ｈ１に入射させることができる。また、表皮Ｈ２は真皮Ｈ１に比べて層厚が薄いので、皮膚Ｈに照射された観測光のほとんどが表皮Ｈ２を透過するので、皮膚Ｈに照射された観測光のほとんどを真皮Ｈ１内に確実に入射させることができる。
【０１２１】
このように、真皮Ｈ１内に入射した観測光は、スポット的に一部分に照射される場合に比べて、リング状の広い面積に均一に照射されるので、観測光が照射される真皮Ｈ１中の吸光物質であるヘモグロビンの量を多くすることができ、これにより真皮Ｈ１中の生体組織のヘモグロビンの量の変動を正確に測定することができる。
【０１２２】
すなわち、真皮Ｈ１中の吸光物質であるヘモグロビンの量が多くなると、真皮Ｈ１中で観測光の多くが吸収されることなり、真皮Ｈ１の下側の皮下組織に到達する観測光の量が少なくなり、皮下組織からの観測光の散乱光が少なくなることにより、真皮Ｈ１中の生体組織で生じるヘモグロビンの量の変動を正確に測定することができる。
【０１２３】
また、導光部材３２は、発光部３１からの観測光を側面の入射面３４ｂから採り込んで中央部の円形孔３４ａに向けて導き、且つこの導いた観測光を円形孔３４ａの内周面である出射面３４ｃから放出する導光リング部３４と、この導光リング部３４の円形孔３４ａ内に配置され、且つこの導光リング部３４の出射面３４ｃから放出された観測光を外周面の入射面３５ａから採り込んで、環状に導きながら拡散反射して下面の出射面３５ｂから下側に放出する拡散反射リング部３５とを備えていることにより、発光部３１らの観測光を効率良く確実に皮膚Ｈに向けて環状に拡散照射させることができると共に、生体情報検出装置３０全体の薄型化を図ることができる。
【０１２４】
すなわち、複数の発光部３１、導光リング部３４、拡散反射リング部３５、および受光部３３は、これらの厚みがほぼ同じで、これらの上下面が平行でそれぞれほぼ同一平面上に配置されていることにより、これらのうちで厚みが最も厚い発光部３１の厚み内に導光リング部３４、拡散反射リング部３５、および受光部３３を平面的に同じ位置に配置することができ、これにより複数の発光素子３１ａ、導光リング部３４、拡散反射リング部３５、および受光素子３３ａの全てを同じ厚み内に平面的に配置することができる。
【０１２５】
このため、例えば発光部３１の厚みが約１ｍｍである場合には、複数の発光部３１、導光リング部３４、拡散反射リング部３５、および受光部３３の全体の厚みを約１ｍｍに形成することができるので、生体情報検出装置３０全体の薄型化を図ることができると共に、共通の回路基板１０の下面に複数の発光部３１、導光リング部３４、拡散反射リング部３５、および受光部３３を平面的に取り付けることができるので、腕時計ケース１内にコンパクトに且つ容易に組み込むことができる。
【０１２６】
また、複数の発光部３１は、導光リング部３４の外周面の複数個所、例えば１２時、３時、６時、９時の４方向に位置する各角部にそれぞれ配置されていることにより、十分に光量の多い観測光を導光リング部３４の円形孔３４ａの内周面である出射面３４ｃから放出することができると共に、拡散反射リング部３５の出射面３５ｂから光量の多い観測光を皮膚Ｈに向けて放出することができる。
【０１２７】
この場合、導光リング部３４は、正方形の平板状に形成され、その中央部に円形孔３４ａが設けられていると共に、各角部にそれぞれ発光部３１が対応して配置される入射面３４ｂが設けられた構成であることにより、例えば１２時、３時、６時、９時の４方向から発光部３１で発光した観測光を均等に導光リング部３４内に採り込むことができ、これにより導光リング部３４の円形孔３４ａの内周面である出射面３４ｃから観測光をほぼ均一に放出することができる。
【０１２８】
また、拡散反射リング部３５の内周部には、その外周面である入射面３５ａから採り込んだ観測光を拡散反射リング部３５の下面の出射面３５ｂに向けて反射する反射面３５ｃが環状に連続して設けられていることにより、導光リング部３４の出射面３４ｃから放出されて拡散反射リング部３５の入射面３５ａから採り込んだ観測光を、拡散反射リング部３５によって拡散しながら環状に導く際に、反射面３５ｃによって観測光を拡散反射リング部３５の下面の出射面３５ｂに向けて効率よく反射させることができ、これにより観測光を効率よく環状に放出させることができる。
【０１２９】
また、導光リング部３４および拡散反射リング部３５の各外表面には、各入射面３４ｂ、３５ａおよび各出射面３４ｃ、３５ｂを除いて、観測光の漏れを防ぐと共に受光部３３に対して光学的に分離するための第１、第２の各反射膜３８、３９が設けられていることにより、発光部３１で発光された観測光を確実に導光リング部３４内に採り込み、この採り込んだ観測光を外部に漏らすことなく、拡散反射リング部３５の出射面３５ｂから効率よく十分に放出することができる。
【０１３０】
また、拡散反射リング部３５の出射面３５ｂには、その出射面３５ｂから放出された観測光を採り込んで環状に沿って導きながら均一に拡散する拡散リング部３６が設けられていることにより、拡散反射リング部３５によって拡散反射された観測光を拡散リング部３６で採り込み、この採り込んだ観測光を下面から放出する際に、観測光を環状に沿って斑なく均一な状態で放出することができる。
【０１３１】
また、受光部３３の入射面である下面には、特定波長帯域の光を透過する光学フィルタ１７が設けられていることにより、この光学フィルタ１７によって外来光などの不要な光が受光部３３に照射されるのを軽減することができる。これにより、発光部３１で発光されて皮膚Ｈ内で散乱された観測光の散乱光のみを確実に受光部３３で受光させることができるので、これによっても正確に生体組織を測定することができ、人体の脈波の測定精度を高めることができる。
【０１３２】
この場合、受光部３３は、光学フィルタ１７が透過する９００ｎｍ程度の特定波長帯域の光に反応する分光感度特性を有しているので、光学フィルタ１７を透過した特定波長帯域の光のみを正確に受光して光電変換することができる。このときには、太陽光などの外来光に含まれている不要な光が光学フィルタ１７によって遮断され、外来光によって受光部３３が変動するのを軽減することができるので、これによっても正確に生体組織を測定することができ、人体の脈波の測定精度を高めることができる。
【０１３３】
また、この生体情報検出装置３０によれば、拡散反射リング部３５の出射面３５ｂに対応して配置され、且つこの出射面３５ｂから放出された観測光を上面から採り込んで下面から皮膚Ｈに環状に拡散照射する拡散照射リング部３７と、この拡散照射リング部３７の内周側に位置する中央部に受光部３３と対応して配置され、且つ拡散照射リング部３７によって皮膚Ｈ内に照射された観測光の散乱光を採り込んで受光部３３に照射させる観測光採込部８とを備えていることにより、観測光を皮膚Ｈの広い範囲に均一に照射させることができると共に、皮膚Ｈ内で散乱された観測光の散乱光を観測光採込部８によって採り込んで受光部３３で受光させることができるので、観測光の散乱光を効率良く安定して受光部３３で受光することができる。
【０１３４】
この場合、拡散照射リング部３７および観測光採込部８は、これらの厚みがほぼ同じで、その上面と下面とが、平行な状態で、それぞれほぼ同一平面上に配置されているので、拡散照射リング部３７内に観測光採込部８を嵌め込んだ際に、これらが平面的に配置され、その下面に段差が生じることなく組み付けることができると共に、この状態で拡散照射リング部３７および観測光採込部８を裏蓋３の取付孔３ｂに嵌め込むことができるので、これによっても装置全体の薄型化を図ることができる。
【０１３５】
また、拡散照射リング部３７および観測光採込部８は、その下面が裏蓋３の下面と同一平面上に配置されていることにより、拡散照射リング部３７および観測光採込部８の各下面を裏蓋３の下面と共に皮膚Ｈに段差が生じることなく平坦な状態で接触させることができ、これによっても正確に生体組織を測定することができる。
【０１３６】
この場合にも、拡散照射リング部３７と観測光採込部８との間には、その両者を光学的に分離するための第３反射膜４１が形成されていることにより、発光部３１で発光された観測光が導光リング部３４、拡散反射リング部３５、および拡散リング部３６を経て拡散照射リング部３７に採り込まれ、この採り込まれた観測光を皮膚Ｈに照射する際に、観測光が観測光採込部８に直接入射するのを防ぐことができ、これによっても脈波を精度良く測定することができる。
【０１３７】
さらに、導光部材３２の拡散リング部３５は裏蓋３の取付孔３ｂに第１防水パッキン４０を介して取り付けられており、観測光採込部８は拡散リング部３５に第２防水パッキン４２を介して取り付けられていることにより、腕に装着して使用する際に、汗などの分泌物質を含んだ水分が腕の表面に発生しても、その水分が生体情報検出装置３０内に侵入するのを確実に防ぐことができる。
【０１３８】
また、この腕時計では、腕時計ケース１内における裏蓋３に生体情報検出装置３０を設けた構成であるから、腕時計ケース１を腕に取り付けて使用することができる。すなわち、腕時計ケース１を腕に取り付けると、裏蓋３が腕の皮膚Ｈに接触するので、この接触した裏蓋３の取付孔３ｂから露出した生体情報検出装置３０の一部を皮膚Ｈに接触させることができる。このため、腕時計ケース１を腕に取り付けた状態で、何時でも何処でも容易に且つ簡単に生体組織を測定することができる。
【０１３９】
さらに、この生体情報検出方法によれば、発光部３１の発光素子３１ａを発光させ、この発光した観測光を導光部材３２である導光リング部３４、拡散反射リング部３５、拡散リング部３６、および拡散照射リング部３７によって皮膚Ｈに環状に照射させ、この照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を環状の照射領域Ｅ内の中央部に位置する観測光採込部８で採り込み、この採り込んだ散乱光を受光部３３の受光素子３３ａで受光することにより、生体情報を検出するので、皮膚Ｈに照射された観測光のうち、この皮膚Ｈから戻る散乱光を効率良く安定的に受光して、脈波などの生体情報を正確に検出することができる。
【０１４０】
すなわち、この生体情報検出方法を実行する生体情報検出装置３０は、図１１〜図１４に示すように、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光素子３１ａと、この発光素子３１ａからの観測光を導いて皮膚Ｈに向かって、環状に拡散照射する環状の導光部材３２と、この環状の導光部材３２によって環状に照射された環状の照射領域Ｅに囲まれた中央部位置で、皮膚Ｈに接触して配置され、この皮膚Ｈ内で散乱した散乱光を採り込むための観測光採込部８と、この観測光採込部８における皮膚Ｈと反対側の位置に配置されて観測光採込部８で採り込んだ散乱光を受光する受光素子３３ａとを備えている。
【０１４１】
このような構成の生体情報検出装置３０において、この実施の形態にかかわる生体情報検出方法は、図３０に示すように、発光素子３１ａを発光させる発光ステップＳ３１と、この発光ステップＳ３１により発光した観測光を導光部材３２によって皮膚Ｈに向かって環状に照射させる照射ステップＳ３２と、この照射ステップＳ３２により照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を観測光採込部８で採り込み、この採り込んだ散乱光を受光素子３３ａで受光する受光ステップＳ３３と、この受光ステップＳ３３により受光された散乱光に基づいて、生体情報を検出する生体情報検出ステップＳ３４とを備えている。
【０１４２】
このような構成を備えている生体情報検出方法によれば、発光素子３１ａを発光させ、この発光した観測光を導光部材３２によって皮膚Ｈに向かって環状に照射させ、この照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を観測光採込部８で採り込み、この採り込んだ散乱光を受光素子３３ａで受光し、この受光された散乱光に基づいて、生体情報を正確かつ容易に検出することができる。
【０１４３】
（実施形態３）
次に、図１５、図１６、および図３０を参照して、この発明を腕時計に適用した実施形態３について説明する。この場合には、図１１〜図１４に示された実施形態２と同一部分に同一符号を付して説明する。
この腕時計は、図１５および図１６に示すように、裏蓋３に設けられた取付孔３ｂ内に生体情報検出装置４５を設けた構成であり、これ以外は実施形態２とほぼ同じ構成になっている。
【０１４４】
すなわち、この生体情報検出装置４５は、図１５および図１６に示すように、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光部３１と、この発光部３１が発光した観測光を導いて皮膚Ｈに環状に拡散照射する導光部材４６と、この導光部材４６によって照射された環状の照射領域Ｅ内の中央部に位置する皮膚Ｈに対応する箇所に配置されて皮膚Ｈ内に照射された観測光が散乱された散乱光を受光する受光部３３とを備えている。
【０１４５】
この場合、発光部３１および受光部３３は、実施形態１と同じ構成になっている。導光部材４６は、裏蓋３の取付孔３ｂ内に嵌め込まれ、この状態で皮膚Ｈに接触するように構成されている。すなわち、この導光部材４６は、図１５および図１６に示すように、導光リング部３４、拡散反射リング部３５、および拡散リング部３６のみを備えている。
【０１４６】
導光リング部３４は、実施形態２と同様、光透過性の高い透明な樹脂または透明なガラスなどの材料からなり、全体がほぼ正方形の平板状に形成されている。この導光リング部３４は、その中央部に円形孔３４ａが形成されていると共に、４方向の各角部にそれぞれ発光部３１が対応して配置される入射面３４ｂが形成された構成になっている。
【０１４７】
また、この導光リング部３４は、中央部の円形孔３４ａの内周面が出射面３４ｃに形成されている。これにより、導光リング部３４は、図１６に示すように、発光部３１で発光した観測光を４方向の各角部の入射面３４ｂから内部に採り込み、この採り込んだ観測光を中央部の円形孔３４ａに向けて導き、この導かれた観測光を円形孔３４ａの内周面である出射面３４ｃから放出するように構成されている。
【０１４８】
この場合にも、導光リング部３４の外表面には、図１６に示すように、各角部の入射面３４ｂおよび円形孔３４ａの内周面における出射面３４ｃを除いて、導光リング部３４の内部に入射した観測光が導光リング部３４の外部に漏れるのを防ぐための第１反射層３８がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【０１４９】
また、拡散反射リング部３５も、実施形態２と同様、光拡散性を有する白濁または乳白色のアクリル樹脂などの合成樹脂からなり、全体がほぼ円形のリング形状に形成されている。この拡散反射リング部３５は、その厚みが導入リング部３４と同じ厚みに形成され、導光リング部３４の円形孔３４ａ内に配置されている。この場合、拡散反射リング部３５は、その外周面が入射面３５ａに形成され、この入射面３５ａが導光リング部３４の円形孔３４ａの内周面である出射面３４ｃに密着して配置されるように構成されている。
【０１５０】
また、この拡散反射リング部３５の下面は、図１５および図１６に示すように、外周の入射面３５ａから採り込んだ観測光を皮膚Ｈに向けて放出する出射面３５ｂに形成されている。さらに、この拡散反射リング部３５の内周部には、外周の入射面３５ａから採り込んだ観測光を出射面３５ｂに向けて反射する反射面３５ｃが環状に連続して形成されている。この反射面３５ｃも、逆円錐面の一部つまり下側に向けて先細の逆円錐面の一部に形成されている。
【０１５１】
さらに、この拡散反射リング部３５の外表面にも、図１６に示すように、外周面の入射面３５ａおよび下面の出射面３５ｂを除いて、拡散反射リング部３５の内部に入射した観測光が拡散反射リング部３５の外部に漏れるのを防ぐと共に、受光部３３とを光学的に分離するための第２反射層３９がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【０１５２】
これにより、拡散反射リング部３５は、導光リング部３４の出射面３４ｃから放出された観測光を外周の入射面３５ａから内部に採り込み、この採り込んだ観測光を拡散反射リング部３５の環状に沿って導きながら拡散すると共に、内周部に設けられた反射面３５ｃによって下面の出射面３５ｂに向けて反射し、この拡散反射された観測光を下面の出射面３５ｂから下側に放出するように構成されている。
【０１５３】
拡散リング部３６も、実施形態２と同様、光拡散性を有する合成樹脂からなり、全体がほぼ円形のリング状に形成されている。この拡散リング部３６は、その厚みが薄いシート状に形成され、拡散反射リング部３５の下面の出射面３５ｂに密着して配置されている。この拡散リング部３６の外周面および内周面の各周面にも、拡散反射リング部３５と同様、入射した観測光が拡散リング部３６の外部に漏れるのを防ぐと共に、後述する受光部３３とを光学的に分離するための第２反射層３９がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【０１５４】
これにより、拡散リング部３６は、図１５に示すように、拡散反射リング部３５の出射面３５ｂから放出された観測光を上面から内部に採り込み、この採り込んだ観測光を拡散リング部３６の環状に沿って導きながら均一になるように十分に拡散し、この拡散された観測光を下面から放出させることにより、観測光を皮膚Ｈにリング状の広い面積に均一に拡散照射するように構成されている。
【０１５５】
受光部３３は、図１６に示すように、受光素子３３ａおよび素子基板３３ｂをホルダ部４３に収納した状態で、拡散反射リング部３５の内周側に位置する中央部に配置されている。この受光部３３の下面には、光学フィルタ１７が配置されている。この光学フィルタ１７も、実施形態１、２と同様、９００ｎｍ以上の特定波長帯域の光を透過し、９００ｎｍ以下の波長帯域の光を遮断することにより、受光素子３３ａが太陽光などの外来光による測定変動の影響を軽減するように構成されている。
【０１５６】
この場合にも、受光部３３のホルダ部４３は、アルミなどの遮光性を有する金属からなり、その表面に反射機能を有するアルマイト処理が施され、これにより受光素子３３ａを光学的に保護するように構成されている。このホルダ部４３も、図１６に示すように、発光部３１の厚み（上下方向の長さ）と同じ厚みで形成され、拡散反射リング部３５の中央部内に配置されている。
【０１５７】
これにより、発光部３１、導光部材４６、および受光部３３は、これらの厚みが発光部３１の厚み（上下方向の長さ）内に形成され、これら各上下面がほぼ同一平面上に配置され、この状態で全体が約１ｍｍの厚みで平面的に配置されている。また、光学フィルタ１７は、その厚みが導光部材４６の拡散リング部３６とほぼ同じ厚みで形成され、この拡散リング部３６と共に裏蓋３の内面とほぼ同一平面上に配置されるように構成されている。
【０１５８】
なお、生体情報検出装置４５の回路構成も、実施形態２と同様、装置の全体的な制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）２０と、発光部３１および受光部３３を有する光電信号検出部２６と、この光電信号検出部２６の発光部３１を駆動する発光部駆動回路２１と、光電信号検出部２６の受光部３３から出力された電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路２２と、脈波などの生体組織の測定結果を生体情報として表示する表示部２３、各部に電源電圧を供給する電源部２４と、ユーザによって入力操作されるスイッチ部２５とを備えている。
【０１５９】
このような生体情報検出装置４５における生体情報検出方法は、図３０に示すように、ＣＰＵ２０が発光素子３１ａを発光させる発光ステップＳ３１と、この発光ステップＳ３１により発光した観測光を導光部材４６によって皮膚Ｈに向かって環状に照射させる照射ステップＳ３２と、この照射ステップＳ３２により照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を受光素子３３ａで受光する受光ステップＳ３３と、この受光ステップＳ３３により受光された散乱光に基づいて、ＣＰＵ２０が生体情報を検出する生体情報検出ステップＳ３４とを有している。
【０１６０】
このような生体情報検出装置４５によれば、実施形態２と同様、発光部３１によってλｐ＝９４０ｎｍの特定波長帯域の観測光を発光させると、その観測光を導光部材４６によって皮膚Ｈに環状に拡散させて照射させることができるので、観測光を皮膚Ｈの広い範囲に均一に照射させることができ、この照射された環状の照射領域Ｅ内の中央部に位置する受光部３３によって皮膚Ｈ内で散乱された観測光の散乱光を受光することができるので、観測光の散乱光を効率良く安定して受光部３３で受光することができる。
【０１６１】
このため、実施形態２と同様、発光部３１らの観測光を皮膚Ｈの広い範囲に均一に照射させることができると共に、発光部３１からの観測光を皮膚Ｈに照射する照射光路と、皮膚Ｈで散乱された観測光の散乱光を受光する受光光路とを、第１、第２の各反射層３８、３９によって完全に分離させることができるので、皮膚Ｈに拡散照射された観測光の散乱光を受光部３３で効率良く安定して受光することができ、これにより脈波などの生体組織を正確に測定することができる。
【０１６２】
この場合、導光部材４６は、発光部６からの観測光を側面の入射面３４ｂから採り込んで中央部の円形孔３４ａに向けて導く導光リング部３４と、この導光リング部３４の円形孔３４ａ内に配置されて導光リング部３４の出射面３４ｃから放出された観測光を外周面の入射面３５ａから採り込んで拡散反射する拡散反射リング部３５とを備えているので、実施形態２と同様、発光部３１らの観測光を効率良く確実に皮膚Ｈに向けて環状に拡散照射させることができるほか、実施形態２よりも、生体情報検出装置４５全体の薄型化を図ることができる。
【０１６３】
すなわち、複数の発光部３１、導光部材４６、および受光部３３は、これらの厚みがほぼ同じで、これらの上下面が平行で、それぞれほぼ同一平面上に配置された状態で、平面的に配置され、この状態でこれら全体の厚みが裏蓋３とほぼ同じ厚みに構成されているので、裏蓋３の取付孔３ｂ内に嵌め込むことができ、これにより複数の発光素子３１ａ、導光部材４６、および受光素子３３ａの全てを同じ厚み内に平面的に配置することができるので、生体情報検出装置４５全体のより一層の薄型化を図ることができると共に、腕時計ケース１全体のコンパクト化をも図ることができる。
【０１６４】
また、この生体情報検出装置４５においても、拡散反射リング部３５の出射面３５ｂに、この出射面３５ｂから放出された観測光を採り込んで環状に沿って均一になるように拡散する拡散リング部３６が設けられていることにより、拡散反射リング部３５によって拡散反射された観測光を拡散リング部３６で採り込み、この採り込んだ観測光を下面から放出する際に、観測光を皮膚Ｈに対して環状に沿って斑なく均一に照射させることができる。
【０１６５】
さら、この生体情報検出方法においても、発光部３１の発光素子３１ａを発光させ、この発光した観測光を導光部材４６である導光リング部３４、拡散反射リング部３５、および拡散リング部３６によって皮膚Ｈに環状に照射させ、この照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を環状の照射領域Ｅ内の中央部に位置する観測光採込部８で採り込み、この採り込んだ散乱光を受光部３３の受光素子３３ａで受光することにより、生体情報を検出するので、皮膚Ｈに照射された観測光のうち、この皮膚Ｈから戻る散乱光を効率良く安定的に受光して、脈波などの生体情報を正確に検出することができる。
【０１６６】
すなわち、この生体情報検出方法を実行する生体情報検出装置４５は、図１５および図１６に示すように、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する発光素子３１ａと、この発光素子３１ａからの観測光を導いて皮膚Ｈに向かって、環状に拡散照射する環状の導光部材４６と、この環状の導光部材４６によって環状に照射された環状の照射領域Ｅに囲まれた中央部位置で、皮膚Ｈに接触して配置され、この皮膚Ｈ内で散乱した散乱光を受光する受光素子３３ａとを備えている。
【０１６７】
このような構成の生体情報検出装置４５において、この実施の形態にかかる生体情報検出方法は、図３０に示すように、発光素子３１ａを発光させる発光ステップＳ３１と、この発光ステップＳ３１により発光した観測光を導光部材４６によって皮膚Ｈに向かって環状に照射させる照射ステップＳ３２と、この照射ステップＳ３２により照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を受光素子３３ａで受光する受光ステップＳ３３と、この受光ステップＳ３３により受光された散乱光に基づいて、生体情報を検出する生体情報検出ステップＳ３４とを備えている。
【０１６８】
このような構成を備えている生体情報検出方法によれば、発光素子３１ａを発光させ、この発光した観測光を導光部材４６によって皮膚Ｈに向かって環状に照射させ、この照射された観測光が皮膚Ｈ内で散乱し、この散乱光を受光素子３３ａで受光し、この受光された散乱光に基づいて、生体情報を正確かつ容易に検出することできる。
【０１６９】
なお、前述した実施形態２、３では、導光リング部３４が正方形の平板状に形成され、その中央部に円形孔３４ａが設けられ、４方向の各角部に入射面３４ｂが設けられた構成である場合について述べたが、これに限らず、正三角形、正五角形、正六角形などの正多角形の平板状に形成し、その中央部に円形孔を設けると共に、各角部にそれぞれ入射面を設け、この入射面に対応させて発光部３１それぞれ配置した構成にしても良い。
【０１７０】
また、これに限らず、導光リング部３４は、円形、楕円形などの平板状に形成され、その中部に円形孔が設けられ、その外周面の複数個所に発光部３１が対応する入射面が設けられた構成であっても良い。
【０１７１】
（実施形態４）
次に、図１７〜図２９、および図３１を参照して、この発明を腕時計に適用した実施形態４について説明する。この場合にも、図１１〜図１４に示された実施形態２と同一部分に同一符号を付して説明する。
この腕時計は、図１７に示すように、腕時計ケース１の裏蓋３の中央部に設けられた生体情報検出装置５０が実施形態２と異なる構成であり、これ以外は実施形態２とほぼ同じ構成になっている。
【０１７２】
生体情報検出装置５０は、図１７〜図１９に示すように、観測光を皮膚Ｈに照射する外周照射光路５１と、観測光を皮膚Ｈに照射す内周照射光路５２と、外周照射光路５１および内周照射光路５２の両方または一方によって照射された環状の照射領域Ｅ１内の中央部に位置する皮膚Ｈに接触する観測光採込部８と、この観測光採込部８における皮膚Ｈと反対側に位置する箇所に配置されて観測光採込部８で採り込んだ観測光の散乱光を受光する受光部３３とを備えている。
【０１７３】
外周照射光路５１は、図１９〜図２１に示すように、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する第１の発光部５３と、この第１の発光部５３が発光した観測光を導いて皮膚Ｈにそれぞれ環状に拡散照射する第１の導光部材５４とを備えている。内周照射光路５２は、図１９、図２２、図２３に示すように、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する第２の発光部５５と、この第２の発光部５５が発光した観測光を導いて第１の導光部材５４によって照射される照射領域の内周側に位置する皮膚Ｈにそれぞれ環状に拡散照射する第２の導光部材５６とを備えている。
【０１７４】
この場合、第１の発光部５３と受光部３３とは、図１９に示すように、測定用の回路基板５７の下面に設けられている。第２の発光部５５は、回路基板５７の下面にリング状に形成された凹部５７ａ内に配置されている。この回路基板５７は、多層配線基板であり、その上下面およびリング状の凹部５７ａ内に配線パターンが設けられた状態で、腕時計ケース１内に配置されている。また、第１、第２の各導光部材５４、５６は、その各下部が裏蓋３の取付孔３ｂ内に嵌め込まれ、第１の導光部材５４の上部が腕時計ケース１内の回路基板１０の下面に配置され、第２の導光部材５６の上部が腕時計ケース１内の回路基板１０におけるリング状の凹部５７ａ内に配置されている。
【０１７５】
ところで、第１、第２の各発光部５３、５５は、実施形態２と同様、それぞれ側面発光タイプのものであり、図１９に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａを第１、第２の各素子基板５３ｂ、５５ｂの各側面にそれぞれ設けた構成になっている。この第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａは、皮膚Ｈ内に含まれているメラニン色素が光を吸収する吸光度の低いλｐ＝９４０ｎｍの赤外線光を観測光としてそれぞれ発光するように構成されている。
【０１７６】
この場合、外周照射光路５１の第１の発光部５３は、図１９〜図２１に示すように、第１の導光部材５４の外周に対応する回路基板５７の下面における１２時、３時、６時、および９時の４方向に対応する４箇所にそれぞれ設けられている。第１の導光部材５４は、図１９〜図２１に示すように、第１の導光リング部６０、第１の拡散反射リング部６１、第１の拡散リング部６２、および第１の拡散照射リング部６３を備えている。
【０１７７】
第１の導光リング部６０は、実施形態２と同様、光透過性の高い透明な樹脂または透明なガラスなどの材料からなり、全体がほぼ正方形の平板状に形成されている。この第１の導光リング部６０は、その中央部に円形孔６０ａが形成されていると共に、各角部にそれぞれ第１の発光部５３が対応して配置される入射面６０ｂが形成された構成になっている。この場合、第１の導光リング部６０は、各角部の入射面６０ｂが１２時、３時、６時、および９時の４方向に対応するように回路基板５７の下面に配置されている。
【０１７８】
すなわち、第１の導光リング部６０の入射面６０ｂは、図１８に示すように、第１の導光リング部６０の各角部に半円形状に食い込んで形成された切欠凹部であり、この半円形状の切欠凹部内に第１の発光部５３の第１の発光素子５３ａが挿入された状態で配置されている。これにより、第１の導光リング部６０は、第１の発光素子５３ａで発光した観測光が第１の導光リング部６０の４つの角部から中央部の円形孔６０ａに向けて４方向から放射状に入射するように構成されている。
【０１７９】
また、この第１の導光リング部６０は、図１９および図２１に示すように、その中央部の円形孔６０ａの内周面が出射面６０ｃに形成されている。これにより、第１の導光リング部６０は、図１９および図２１に示すように、第１の発光部５３で発光した観測光を４方向の各角部の入射面６０ｂから内部に採り込み、この採り込んだ観測光を４方向から中央部の円形孔６０ａに向けて導き、この導かれた観測光を円形孔６０ａの内周面である出射面６０ｃから放出するように構成されている。
【０１８０】
この場合、第１の導光リング部６０の外表面には、図１９および図２１に示すように、各角部の入射面６０ｂおよび円形孔６０ａの内周面である出射面６０ｃを除いて、第１の導光リング部６０の内部に入射した観測光が第１の導光リング部６０の外部に漏れるのを防ぐための第１反射層６４がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【０１８１】
また、第１の拡散反射リング部６１は、光拡散性を有する白濁または乳白色のアクリル樹脂などの合成樹脂からなり、図１９〜図２１に示すように、全体がほぼ円形のリング形状に形成されている。この第１の拡散反射リング部６１は、その厚みが第１の導入リング部６０とほぼ同じ厚みに形成され、第１の導光リング部６０の円形孔６０ａ内に配置されている。この場合、第１の拡散反射リング部６１は、その外周面が入射面６１ａに形成され、この入射面６１ａが第１の導光リング部６０の円形孔６０ａの内周面である出射面６０ｃに密着して配置されるように構成されている。
【０１８２】
また、この第１の拡散反射リング部６１の下面は、図１８〜図２２に示すように、その外周面の入射面６１ａから採り込んだ観測光を皮膚Ｈに向けて放出する出射面６１ｂに形成されている。また、この第１の拡散反射リング部６１の内周部には、図２１に示すように、その外周面の入射面６１ａから採り込んだ観測光を下面の出射面６１ｂに向けて反射する反射面６１ｃが環状に連続して形成されている。この反射面６１ｃは、逆円錐面の一部つまり下側に向けて先細になる逆円錐面の一部に形成されている。
【０１８３】
さらに、この第１の拡散反射リング部６１の外表面には、図１９および図２１に示すように、外周面の入射面６１ａおよび下面の出射面６１ｂを除いて、第１の拡散反射リング部６１の内部に入射した観測光が第１の拡散反射リング部６１の外部に漏れるのを防ぐと共に、後述する受光部３３とを光学的に分離するための第２反射層６５がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【０１８４】
これにより、第１の拡散反射リング部６１は、図１９および図２１に示すように、第１の導光リング部６０の内周面である出射面６０ｃから放出された観測光を外周面の入射面６１ａから内部に採り込み、この採り込んだ観測光を第１の拡散反射リング部６１の環状に沿って導きながら拡散すると共に、内周部に設けられた反射面６１ｃによって下面の出射面６１ｂに向けて反射し、この拡散反射された観測光を下面の出射面６１ｂから下側に放出するように構成されている。
【０１８５】
第１の拡散リング部６２は、光拡散性を有する合成樹脂からなり、図１９および図２１に示すように、全体がほぼ円形のリング状に形成されている。この第１の拡散リング部６２は、その厚みが薄いシート状に形成され、第１の拡散反射リング部６１の下面の出射面６１ｂに密着して配置されている。この第１の拡散リング部６２の外周面および内周面の各周面にも、第１の拡散反射リング部６１と同様、入射した観測光が第１の拡散リング部６２の外部に漏れるのを防ぐと共に、後述する受光部３３とを光学的に分離するための第２反射層６５がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【０１８６】
これにより、第１の拡散リング部６２は、図１９および図２１に示すように、第１の拡散反射リング部６１の出射面６１ｂから放出された観測光を上面から内部に採り込み、この採り込んだ観測光を第１の拡散リング部６２の環状に沿って導きながら均一になるように十分に拡散し、この拡散された観測光を下面から皮膚Ｈに向けて斑なく均等に放出するように構成されている。
【０１８７】
第１の拡散照射リング部６３は、拡散性を有するアクリル樹脂などの合成樹脂からなり、図１９および図２１に示すように、全体がほぼ円形のリング形状に形成されている。この第１の拡散照射リング部６３は、第１の拡散反射リング部６１の下側に第１の拡散リング部６２を介して配置され、裏蓋３の取付孔３ｂ内に第１防水パッキン６７を介して嵌め込まれている。この場合、第１の拡散照射リング部６３は、その外周が第１の拡散反射リング部６１の外周よりも少し大きく、内周が第１の拡散反射リング部６１の内周とほぼ同じ大きさに形成されている。
【０１８８】
これにより、第１の拡散照射リング部６３は、第１の拡散反射リング部６１から放出されて第１の拡散リング部６２で斑なく環状に拡散された観測光を上面から採り込み、この採り込んだ観測光を更に拡散し、この拡散された観測光を下面から環状に放出させることにより、観測光を控除欝する観測光採込部８の外周から少し離れた箇所の皮膚Ｈにリング状の広い面積に均一に拡散照射するように構成されている。
【０１８９】
この場合にも、第１の拡散照射リング部６３の外周面および内周面には、図１９および図２１に示すように、その上面および下面を除いて、第１の拡散照射リング部６３の内部に入射した観測光が第１の拡散照射リング部６３の外部に漏れるのを防ぐと共に、後述する受光部３３とを光学的に分離するための第３反射層６６がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【０１９０】
また、この第１の拡散照射リング部６３は、裏蓋３の取付孔３ｂに設けられた突起部３ｃに当接して腕時計ケース１内に押し込まれないように位置規制されている。この場合、第１の拡散照射リング部６３は、図１９および図２１に示すように、その下面が裏蓋３の下面における最下部と同じ高さで配置され、これにより第１の拡散照射リング部６３の下面と裏蓋３の下面とが段差を生じることなく、裏蓋３の下面と共に皮膚Ｈに接触するように構成されている。
【０１９１】
一方、外周照射光路５１の内周側に配置された内周照射光路５２における第２の発光部５５は、図１９、図２２、および図２３に示すように、第２の導光部材５６の外周に対応する回路基板５７の下面にリング状に設けられた凹部５７ａ内における１２時、３時、６時、および９時の４方向に対応する４箇所にそれぞれ設けられている。第２の導光部材５６は、図１９、図２２、および図２３に示すように、第２の導光リング部７０、第２の拡散反射リング部７１、第２の拡散リング部７２、および第２の拡散照射リング部７３を備えている。
【０１９２】
第２の導光リング部７０は、第１の導光リング部６０と同様、光透過性の高い透明な樹脂または透明なガラスなどの材料からなり、全体が第１の導光リング部６０よりも小さいほぼ正方形の平板状に形成されている。この第２の導光リング部７０は、その中央部に円形孔７０ａが形成されていると共に、各角部にそれぞれ第２の発光部５５が対応して配置される入射面７０ｂが形成された構成になっている。この場合、第２の導光リング部７０は、各角部の入射面７０ｂが１２時、３時、６時、および９時の４方向に対応するように、第１の拡散反射リング６１上に位置した状態で回路基板５７の凹部５７ａ内に配置されている。
【０１９３】
すなわち、第２の導光リング部７０の入射面７０ｂは、図１８および図２２に示すように、第２の導光リング部７０の各角部に半円形状に食い込んで形成された切欠凹部であり、この半円形状の切欠凹部内に第２の発光部５５の第２の発光素子５５ａが挿入された状態で配置されている。これにより、第２の導光リング部７０は、第２の発光素子５５ａで発光した観測光が第２の導光リング部７０の４つの角部から中央部の円形孔７０ａに向けて４方向から放射状に入射するように構成されている。
【０１９４】
また、この第２の導光リング部７０における中央部の円形孔７０ａの内周面には、その外周面の入射面７０ｂから採り込んだ観測光を放出する出射面７０ｃが形成されている。これにより、第２の導光リング部７０は、図２１および図２２に示すように、第２の発光部５５で発光した観測光を４方向の各角部の入射面７０ｂから内部に採り込み、この採り込んだ観測光を４方向から中央部の円形孔７０ａに向けて導き、この導かれた観測光を円形孔７０ａの内周面である出射面７０ｃから放出するように構成されている。
【０１９５】
この場合、第２の導光リング部７０の外表面には、図１９および図２３に示すように、各角部の入射面７０ｂおよび下面の出射面７０ｃを除いて、第２の導光リング部７０の内部に入射した観測光が第２の導光リング部７０の外部に漏れるのを防ぐための第４反射層７４がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【０１９６】
第２の拡散反射リング部７１は、光拡散性を有する白濁または乳白色のアクリル樹脂などの合成樹脂からなり、図１９、図２２、および図２３に示すように、全体がほぼ円形のリング形状に形成されている。この第２の拡散反射リング部７１は、その厚みが第１の導入リング部６０および第１の拡散反射リング部６１を重ね合わせた厚みとほぼ同じ厚みに形成され、その外周面の上部が第２の導光リング部７０の出射面７０ｃに対応した状態で第１の拡散反射リング部６１の内周に配置されている。
【０１９７】
また、この第２の拡散反射リング部７１は、図１９および図２３に示すように、その外周面の上部が入射面７１ａに形成され、その下面が出射面７１ｂに形成され、入射面７１ａから採り込んだ観測光を皮膚Ｈに向けて放出するように構成されている。また、この第２の拡散反射リング部７１の内周部には、図２３に示すように、その外周面の入射面７１ａから採り込んだ観測光を下面の出射面６１ｂに向けて反射する反射面７１ｃが環状に連続して形成されている。この反射面７１ｃは、逆円錐面の一部つまり下側に向けて先細になる逆円錐面の一部に形成されている。
【０１９８】
さらに、この第２の拡散反射リング部７１の外表面には、図１９および図２３に示すように、上面の入射面７１ａおよび下面の出射面７１ｂを除いて、第２の拡散反射リング部７１の内部に入射した観測光が第２の拡散反射リング部７１の外部に漏れるのを防ぐと共に、後述する受光部３３とを光学的に分離するための第５反射層７５がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【０１９９】
第２の拡散リング部７２は、図１９および図２３に示すように、光拡散性を有する合成樹脂からなり、全体がほぼ円形のリング状に形成されている。この第２の拡散リング部７２は、その厚みが薄いシート状に形成され、第２の拡散反射リング部７１の下面の出射面７１ｂに密着して配置されている。この第２の拡散リング部７２の外周面および内周面の各周面にも、第２の拡散反射リング部７１と同様、入射した観測光が第２の拡散リング部７２の外部に漏れるのを防ぐと共に、後述する受光部３３とを光学的に分離するための第５反射層７５がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【０２００】
これにより、第２の拡散リング部７２は、図１９および図２３に示すように、第２の拡散反射リング部７１の出射面７１ｂから放出された観測光を上面から内部に採り込み、この採り込んだ観測光を第２の拡散リング部７２の環状に沿って導きながら均一になるように十分に拡散し、この拡散された観測光を下面から皮膚Ｈに向けて斑なく均等に放出するように構成されている。
【０２０１】
第２の拡散照射リング部７３は、図１９および図２３に示すように、拡散性を有するアクリル樹脂などの合成樹脂からなり、全体がほぼ円形のリング形状に形成されている。この第２の拡散照射リング部７３は、第２の拡散反射リング部７１の下側に第２の拡散リング部７２を介して位置した状態で、第２の拡散照射リング部７３の外周面が第１の拡散照射リング部６３の内周面に密着して配置されている。この場合、第２の拡散照射リング部７３は、その外周の下部が第１の拡散照射リング部６３の内周の下部よりも少し大きく形成されている。
【０２０２】
これにより、第３の拡散照射リング部７３は、第２の拡散反射リング部７１から放出されて第２の拡散リング部７２で斑なく環状に拡散された観測光を上面から採り込み、この採り込んだ観測光を更に拡散し、この拡散された観測光を下面から環状に放出させることにより、観測光を後述する観測光採込部８の外周と第１の拡散照射リング部６３の内周との間に位置する箇所の皮膚Ｈにリング状の広い面積に均一に拡散照射するように構成されている。
【０２０３】
この場合にも、第２の拡散照射リング部７３の外周面および内周面には、図１９および図２３に示すように、その上面および下面を除いて、第２の拡散照射リング部７３の内部に入射した観測光が第２の拡散照射リング部７３の外部に漏れるのを防ぐと共に、後述する受光部３３とを光学的に分離するための第６反射層７６がアルミなどの金属蒸着やめっきによって設けられている。
【０２０４】
また、この第２の拡散照射リング部７３は、裏蓋３の取付孔３ｂに設けられた突起部３ｃに当接した第１の拡散照射リング部６３の内周部における下部の凹部に、第２の拡散照射リング部７３の外周部における上部の凸部が当接することにより、腕時計ケース１内に押し込まれないように位置規制されている。この場合、第２の拡散照射リング部７３は、図１９および図２３に示すように、その下面が裏蓋３の下面における最下部と同じ高さで配置され、これにより第２の拡散照射リング部７３の下面と裏蓋３の下面とが段差を生じることなく、裏蓋３の下面と共に皮膚Ｈに接触するように構成されている。
【０２０５】
この第２の拡散照射リング部７３の内側には、図１９、図２４〜図２６に示すように、皮膚Ｈ内に照射された観測光の散乱光を採り込むための観測光採込部８が設けられている。この観測光採込部８も、実施形態２と同様、高屈折率の透明な樹脂または透明なガラスなどの材料からなり、全体が円形の平板状に形成されている。この場合、観測光採込部８は、その厚みが第２の拡散照射リング部７３とほぼ同じ厚みに形成されている。これにより、観測光採込部８と第１、第２の各拡散照射リング部６３、７３とは、その各上面および各下面がそれぞれほぼ同一平面上に配置されている。
【０２０６】
また、この観測光採込部８は、図１９、図２４〜図２６に示すように、その外周面と第２の拡散照射リング部７３の内周面との間に第２防水パッキン７７を介して第２の拡散照射リング部７３内に取り付けられている。この観測光採込部８は、その下面が第１、第２の各拡散照射リング部６３、７３によって照射されたリング状の照射領域Ｅ１内の中央部に位置する皮膚Ｈに接触するように構成されている。これにより、観測光採込部８は、皮膚Ｈ内に照射された観測光の散乱光を下面から採り込み、この採り込んだ散乱光を上面から受光部３３に向けて照射させるように構成されている。
【０２０７】
受光部３３は、実施形態２と同様、観測光採込部８で採り込んだ観測光の散乱光を受光して光電変換するものであり、シリコンフォトダイオードなどの受光素子３３ａを素子基板３３ｂの下面に下向きに設けた構成になっている。この受光部３３は、図１９、図２４〜図２６に示すように、受光素子３３ａがホルダ部４３内に収納された状態で、観測光採込部８における皮膚Ｈと反対側（図１９では上方）に位置する箇所、つまり観測光採込部８の光軸上における焦点位置付近に位置する箇所の回路基板５７の下面に設けられている。
【０２０８】
この受光部３３の受光素子３３ａは、実施形態２と同様、λ＝９４０ｎｍ程度の特定波長帯域の光に最も強く反応する分光感度特性を有している。すなわち、この受光素子３３ａは、９４０ｎｍ以下の波長帯域の光に対してはその波長が短くなるに伴って徐々に受光感度が低下し、逆に９４０ｎｍ程度以上の波長帯域の光に対しては急激に受光感度が低下し、９４０ｎｍの波長の光に対して最も受光感度が高くなるように構成されている。
【０２０９】
この受光素子３３ａの下側、つまり受光素子３３ａと観測光採込部８との間には、図１９、図２４〜図２６に示すように、光学フィルタ１７が、受光素子３３ａの下側に位置するホルダ部４３内に配置されている。この光学フィルタ１７は、実施形態２と同様、９００ｎｍ以上の特定波長帯域の光を透過し、９００ｎｍ以下の波長帯域の光を遮断することにより、受光素子３３ａが太陽光などの外来光による測定変動の影響を軽減するように構成されている。
【０２１０】
この場合、受光部３３のホルダ部４３は、アルミなどの遮光性を有する金属からなり、その表面に反射機能を有するアルマイト処理が施され、これにより受光素子３３ａを光学的に保護するように構成されている。このホルダ部４３は、図１９、図２４〜図２６に示すように、第１の発光部５３の厚み（上下方向の長さ）と同じ厚みで形成され、第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１の中央部内に配置されている。
【０２１１】
次に、図２７に示されたブロック図を参照して、この生体情報検出装置５０の回路構成について説明する。
この生体情報検出装置５０の回路構成は、実施形態１と同様、装置の全体的な制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）８０と、第１、第２の各発光部５３、５５および受光部３３を有する光電信号検出部８１とを備えている。
【０２１２】
また、この生体情報検出装置５０の回路構成は、光電信号検出部８１の第１の発光部５３における第１の発光素子５３ａを駆動する第１の発光部駆動回路８２と、光電信号検出部８１の第２の発光部５５における第２の発光素子５５ａを駆動する第２の発光部駆動回路８３と、光電信号検出部８１の受光部３３における受光素子３３ａから出力された電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路２２と、脈波などの生体組織の測定結果を生体情報として表示する表示部２３、各部に電源電圧を供給する電源部２４と、ユーザによって入力操作されるスイッチ部２５と、を更に備えている。
【０２１３】
ＣＰＵ８０は、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）８４およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）８５を備えている。光電信号検出部８１は、特定波長帯域の観測光を発光する第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａ、および、この第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａで発光された観測光が皮膚Ｈに照射されて皮膚Ｈ内で散乱された際に、その観測光の散乱光を受光し、その受光量に応じて電流信号を出力する受光素子３３ａなどを有している。
【０２１４】
電源部２４は、ＣＰＵ８０、および第１、第２の各発光素子駆動回路８２、８３に電源を供給し、ＣＰＵ８０以外の回路ブックへの電源供給は、ＣＰＵ８０により制御されている。また、１２時、３時、６時、および９時の４箇所に配置された４つの第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａは、それぞれ直列に接続されている。
【０２１５】
また、ＣＰＵ８０は、スイッチ部２５からの操作信号がＫＩｘポートから入力されると、第１、第２の各発光素子駆動回路８２、８３に選択的に駆動信号をＯＵＴ１、ＯＵＴ２ポートから出力して、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａを一定周期で一定時間連続的に定電圧パルスにて駆動制御し、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａを一定の光強度で発光させる。
【０２１６】
すなわち、このＣＰＵ８０は、まず、第１、第２の各発光素子駆動回路８２、８３の両方に駆動信号を同時に出力して、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａの両方を一定周期で一定時間連続的に定電圧パルスにて駆動制御し、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａの両方を同時に一定の光強度で発光させた後、第１の発光素子駆動回路８２のみに駆動信号を出力して、第１の発光素子５３ａのみを一定周期で一定時間連続的に定電圧パルスにて駆動制御し、第１の発光素子５３ａのみを一定の光強度で発光させる。
【０２１７】
受光素子３３ａは、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａで発光した観測光が皮膚Ｈに照射され、その散乱光を受光すると、その受光量に応じた電流信号を出力する。Ｉ／Ｖ変換回路２２は、受光素子３３ａから出力された電流信号を電圧信号に変換して、ＣＰＵ８０のＡ／Ｄ１ポートに入力する。ＣＰＵ８０は、定電流パルスの駆動期間における所定のタイミングで、Ａ／Ｄ１ポートに入力された電圧信号を内蔵のＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換してＲＡＭ８５に時系列データとして格納する。
【０２１８】
すなわち、ＣＰＵ８０は、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａの両方を発光させた際に、受光素子３３ａが観測光の散乱光を受光して、Ｉ／Ｖ変換回路２２で変換された電圧信号をＲＡＭ８５に第１の時系列データとして格納すると共に、第１の発光素子５３ａのみを発光させた際に、受光素子３３ａが観測光の散乱光を受光して、Ｉ／Ｖ変換回路２２で変換された電圧信号をＲＡＭ８５に第２の時系列データとして格納する。
【０２１９】
さらに、このＣＰＵ２０は、第１、第２の各時系列データを周波数解析して演算処理し、図２６に示す照射領域Ｅ３に対応する第３の時系列データに相当するデータを算出することにより、脈波などの生体情報としてＲＡＭ８５に格納すると共に、表示部２３に出力して表示させるように制御する。
【０２２０】
次に、図３１を参照して、この生体情報検出装置５０における生体情報検出方法について説明する。
この生体情報方法は、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａを同時に発光させて、外周照射光路５１と内周照射光路５２とによって皮膚Ｈに観測光をそれぞれ照射し、この照射された観測光の皮膚Ｈ内での散乱光を観測光採込部８で採り込んで受光素子３３ａで受光し、この受光された散乱光に基づいて、第１の生体情報を検出する第１の測定ステップＳ４１を有している。
【０２２１】
また、この生体情報方法は、第１の発光素子５３ａのみを発光させて、外周照射光路５１によって皮膚Ｈに観測光を照射し、この照射された観測光の皮膚Ｈ内での散乱光を観測光採込部８で採り込んで受光素子３３ａで受光し、この受光された散乱光に基づいて、第２の生体情報を検出する第２の測定ステップＳ４２と、第１の測定ステップＳ４１で検出された第１の生体情報と第２の測定ステップＳ２で検出された第２の生体情報とを演算処理して、測定者固有の生体情報を算出する演算処理ステップ４３とを更に有している。
【０２２２】
次に、この生体情報検出装置５０の作用について説明する。
予め、腕時計ケース１を腕に取り付けて、図１７に示すように、裏蓋３の下面を腕の皮膚Ｈに接触させる。このときには、裏蓋３の下面が緩やかに湾曲して突出しているが、生体情報検出装置５０における外周照射光路５１の第１の拡散照射リング部６３、内周照射光路５２の第２の拡散照射リング部７３、および観測光採込部８の各下面が平坦面に形成され、これらの各平坦面が段差のない同一平面で配置されていることにより、第１、第２の各拡散照射リング部６３、７３および観測光採込部８の各平坦面が腕の皮膚Ｈの表面に均等に接触する。
【０２２３】
この状態、スイッチ部２５がスイッチ操作されて測定を開始する指令がＣＰＵ８０に与えられると、ＣＰＵ８０は、まず、第１、第２の各発光部駆動回路８２、８３にそれぞれ駆動信号を出力し、この第１、第２の各発光部駆動回路８２、８３が一定周期で一定時間連続的に定電流パルスを第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａに出力して第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａを同時に駆動制御する。
【０２２４】
また、このＣＰＵ８０は、第１、第２の各発光素子部５３ａ、５５ａを同時に駆動制御した後、第１の発光部駆動回路８２のみに駆動信号を出力し、この第１の発光部駆動回路８２のみが一定周期で一定時間連続的に定電流パルスを第１の発光素子５３ａに出力して第１の発光素子５３ａのみを駆動制御する。
【０２２５】
このように駆動制御されている間、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａは一定の光強度で安定して観測光を発光する。このとき、第１、第２の各発光素子部５３ａ、５５ａは、第１、第２の各発光部駆動回路８２、８３によってそれぞれ駆動されると、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａがλｐ＝９４０ｎｍの赤外線帯域の光を観測光として発光する。
【０２２６】
このように発光した観測光は、図２１および図２４に示すように、第１、第２の各導光部材５４、５６の第１、第２の各導光リング部６０、７０における各４方向の入射面６０ｂ、７０ｂから第１、第２の各導光リング部６０、７０内に採り込まれる。この採り込まれた観測光は、第１、第２の各導光リング部６０、７０によって中央部の各円形孔６０ａ、７０ａに向けて導かれ、第１、第２の各導光リング部６０、７０の各出射面６０ｃ、７０ｃから環状に放出される。
【０２２７】
この第１、第２の各導光リング部６０、７０から放出された観測光は、第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１の各入射面６１ａ、７１ａから入射する。この入射した観測光は、第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１で拡散されながら、第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１に沿って環状に導かれると共に、第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１の各内周部に設けられた各反射面６１ｃ、７１ｃによって第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１の各出射面６１ｂ、７１ｂに向けて反射される。
【０２２８】
この反射された観測光は、第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１の各出射面６１ｂ、７１ｂから皮膚Ｈに向けて下側に放出される。この第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１から放出された観測光は、第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１の下側に配置された第１、第２の各拡散リング部６２、７２に入射する。
【０２２９】
この入射した観測光は、第１、第２の各拡散リング部６２、７２によって環状に導かれながら、均一になるように十分に拡散されて下側に放出される。この第１、第２の各拡散リング部６２、７２から均一に放出された観測光は、第１、第２の各拡散リング部６２、７２の下側に配置された第１、第２の各拡散照射リング部６３、７３に入射する。
【０２３０】
この第１、第２の各拡散照射リング部６３、７３に入射した観測光は、第１、第２の各拡散照射リング部６３、７３によって更に拡散され、皮膚Ｈに接触している第１、第２の各拡散照射リング部６３、７３の下面から均一な観測光として環状に放出される。この放出された観測光は、腕の皮膚Ｈにリング状の広い範囲に均一に照射される。この照射された観測光は、図２４に示すように、皮膚Ｈの照射領域Ｅ１における表皮Ｈ２および真皮Ｈ１に入射する。
【０２３１】
このとき、表皮Ｈ２がメラニン色素を多く含んでいても、観測光がλｐ＝９４０ｎｍの赤外線帯域の光であることから、メラニン色素によって吸収される量は少なく、確実に真皮Ｈ１内に入射する。また、表皮Ｈ２は真皮Ｈ１に比べて層厚が薄く、約０.１〜０.２ｍｍであるから、照射された観測光は、そのほとんどが表皮Ｈ２を透過して、層厚が約２ｍｍの真皮Ｈ１内に入射する。
【０２３２】
この真皮Ｈ１内に入射した観測光は、スポット的に一部分に照射される場合に比べて、リング状の広い面積に均一に照射される。このため、照射領域Ｅ１における真皮Ｈ１中の吸光物質であるヘモグロビンの量が多くなるので、この真皮Ｈ１中で観測光の多くが吸収されることなり、真皮Ｈ１の内側（図２４では下側）の皮下組織に到達する観測光の量は少なくなる。
【０２３３】
そして、真皮Ｈ１に入射した観測光は、その真皮Ｈ１の生体組織によって吸収、散乱され、その散乱光の一部が再び表皮Ｈ２を透過して表皮Ｈ２の表面から放出される。このときにも、散乱光はメラニン色素によって吸収される量は少ないので、確実に表皮Ｈ２を透過して観測光採込部８に採り込まれる。
【０２３４】
この真皮Ｈ１内の生体組織で散乱された散乱光のうち、観測光採込部８に採り込まれた散乱光は、観測光採込部８が屈折率の高い材料からなることにより、観測光採込部８の外周部から採り込まれた散乱光も皮膚Ｈと反対側に設置された受光部３３に正面方向から入射させることができる。この観測光採込部８を透過した散乱光は、光学フィルタ１７によって９００ｎｍ以上の特定波長帯域の光が選択され、この選択された特定波長帯域の光が光学フィルタ１７を透過し、この透過した特定波長帯域の光が受光部３３の受光素子３３ａで受光されて光電変換される。
【０２３５】
また、第１の発光部５３のみが第１の発光部駆動回路８２によって駆動されて第１の発光素子５３ａのみが発光した際には、第１の拡散照射リング部６３の下面から観測光として環状に放出されて腕の皮膚Ｈの照射領域Ｅ２に照射される。この照射された観測光は、図２５に示すように、皮膚Ｈの照射領域Ｅ２における表皮Ｈ２および真皮Ｈ１内で散乱されて観測光採込部８に採り込まれて受光部３３の受光素子３３ａで受光されて光電変換される。
【０２３６】
この受光素子３３ａで光電変換された電流信号のうち、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａの両方が発光した際における電気信号と、第１の発光素子５３ａのみが発光した際における電気信号とは、Ｉ／Ｖ変換回路２２によってそれぞれ電圧信号に変換されてＣＰＵ８０のＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。
【０２３７】
この変換されたデジタル信号のうち、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａの両方が発光した際における電気信号は、ＣＰＵ８０によって図２９（ａ）に示すような第１の時系列データとしてＲＡＭ８５に格納され、第１の発光素子５３ａのみが発光した際における電気信号は、ＣＰＵ８０によって図２９（ｂ）に示すような第２の時系列データとしてＲＡＭ８５に格納される。
【０２３８】
そして、ＣＰＵ８０は、第１、第２の各時系列データをそれぞれ周波数解析し、この周波数解析された第１、第２の各時系列データを演算処理して、図２６に示す照射領域Ｅ３に対応する第３の時系列データに相当するデータを算出し、この算出された図２９（ｃ）に示すような第３の時系列データに相当するデータを脈波などの生体情報として推定し、この推定したデータをＲＡＭ８５に格納すると共に、表示部２３に表示する。
【０２３９】
ところで、このような生体情報検出装置５０の動作原理の概要は、上述した通りであるが、その動作原理は、血液中のヘモグロビンが光を吸収する吸光度が６００ｎｍ付近を境にして大きく変化し、６００ｎｍより短い波長では６００ｎｍ以上の波長より著しく吸光度が高い。これは、皮膚Ｈの表面側内部が脈波の観測対象である毛細血管を含む真皮Ｈ１と、その表面側のメラニン色素を含む表皮Ｈ２とからなり、この表皮Ｈ２にメラニン色素が多く含まれていると、メラニン色素によって観測光が吸収されてしまうためである。
【０２４０】
すなわち、メラニン色素は、紫外線から可視光線の間の波長帯域で非常に高い吸光度を有しており、表皮Ｈ２内にメラニン色素が多く含まれている場合、（例えば肌の色が濃い人では）、６００ｎｍ以下の観測光を皮膚に照射しても、毛細血管を含む真皮Ｈ１まで届いて真皮Ｈ１組織中で散乱・吸収を繰り返して再び表皮Ｈ２を通過し受光素子３３ａに到達する観測光は微弱光で、十分に受光することができない。
【０２４１】
このため、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａによって９４０ｎｍの赤外線帯域の光を観測として発光させることにより、表皮Ｈ２に含まれているメラニン色素によって観測光が吸収されるのを少なく抑えて、脈波などの生体組織を正確に測定することができる。このときに、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａの両方によって観測光を発光させた際における受光素子３３ａの受光量と、第１の発光素子５３ａのみによって観測光を発光させた際における受光素子３３ａの受光量とを測定し、その両者の受光量の差を算出することにより、本来測定が困難な領域である照射領域Ｅ３における受光量を推定することができる。これにより、より一層、脈波などの生体組織を正確に測定することができる。
【０２４２】
このように、この生体情報検出装置５０によれば、実施形態２と同様の作用効果があるほか、第１、第２の発光素子５３ａ、５５ａを有すると共に、第１、第２の導光部材５４、５６を有し、第１の発光素子５３ａで発光した観測光を第１の導光部材５４によって皮膚Ｈに環状に照射する外周照射光路５１と、第２の発光素子５５ａで発光した観測光を第２の導光部材５６によって皮膚Ｈに環状に照射する内周照射光路５２とが構成されていることにより、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａの両方によって観測光を発光させた際における受光素子３３ａの受光量と、第１の発光素子５３ａのみによって観測光を発光させた際における受光素子３３ａの受光量と、を測定することができる。
【０２４３】
このため、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａの両方によって観測光を発光させた際における受光素子３３ａの受光量と、第１の発光素子５３ａのみによって観測光を発光させた際における受光素子３３ａの受光量との両者の差を演算処理することにより、本来測定が困難な領域である照射領域Ｅ３における受光量を推定することができ、これにより、より一層、脈波などの生体組織を正確に測定することができる。
【０２４４】
すなわち、本来測定したい領域は、図２６に示すように、第２の発光素子５５ａのみを発光させ、その発光した観測光を皮膚Ｈに照射させ、この照射されて皮膚Ｈで散乱した散乱光を受光素子３３ａで受光すれば良いのであるが、第２の発光素子５５ａのみによって観測光を発光させた際における受光素子３３ａの受光量を測定しただけでは、表皮Ｈ２に含まれているメラニン色素や外来光の影響による誤差が大きく、脈波などの生体組織を正確に測定することができないためである。
【０２４５】
この場合、第２の内周照射光路５２は、観測光採込部８の外周に沿って観測光を皮膚Ｈに環状に照射し、第１の外周照射光路５１は、第２の内周照射光路５２によって照射された観測光の照射領域Ｅ２の外周に沿って観測光を皮膚Ｈに環状に照射するので、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａの両方によって観測光を発光させて皮膚Ｈに照射させた際における環状の照射領域Ｅ１を観測光採込部８の外周に沿って十分に広くすることができ、また第１の発光素子５３ａのみによって観測光を発光させて皮膚Ｈに照射させた際における環状の照射領域Ｅ２を観測光採込部８の外周から離すことができる。
【０２４６】
このため、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａの両方によって観測光を発光させた際における受光素子３３ａの受光量と、第１の発光素子５３ａのみによって観測光を発光させた際における受光素子３３ａの受光量とをそれぞれ測定し、その測定された両者の差を演算処理することにより、本来測定が困難な領域である照射領域Ｅ３における受光量を正確に推定することができるので、脈波などの生体組織を正確に測定することができる。
【０２４７】
この場合にも、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａによってλｐ＝９４０ｎｍの特定波長帯域の観測光を発光させると、その観測光を第１、第２の各導光部材５４、５６によって皮膚Ｈに環状に拡散させて照射させることができるので、観測光を皮膚Ｈの広い範囲に均一に照射させることができ、この照射された環状の照射領域Ｅ１、Ｅ２内の中央部に対応して配置された受光部３３の受光素子３３ａによって皮膚Ｈ内で散乱された観測光の散乱光を受光することができるので、観測光の散乱光を効率良く安定して受光素子３３ａで受光することができる。
【０２４８】
このため、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａからの観測光を皮膚Ｈの広い範囲に均一に照射させることができると共に、第１、第２の各発光素子５ａ３、５５ａからの観測光を皮膚Ｈに照射する外周照射光路５１および内周照射光路５２と、皮膚Ｈで散乱された観測光の散乱光を受光する受光光路とを、第１〜第６の各反射膜６４〜６６、７４〜７６およびホルダ部４３によって光学的に完全に分離させることができるので、皮膚Ｈに拡散照射された観測光の散乱光を受光素子３３ａで効率良く安定して受光することができ、これにより脈波などの生体組織を正確に測定することができる。
【０２４９】
また、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａは、第１、第２の各導光リング部５４、５６の各外周面の複数個所、例えば１２時、３時、６時、９時の４方向に位置する各角部にそれぞれ配置されていることにより、十分に光量の多い観測光を第１、第２の各導光リング部６０、７０の各出射面６０ｃ、７０ｃからそれぞれ放出することができると共に、第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１の各出射面６１ｂ、７１ｂから光量の多い観測光を皮膚Ｈに向けて放出することができる。
【０２５０】
また、第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１の各出射面６１ｂ、７１ｂには、その各出射面６１ｂ、７１ｂから放出された観測光を採り込んで環状に沿って導きながら均一に拡散する第１、第２の各拡散リング部６２、７２が設けられていることにより、第１、第２の各拡散反射リング部６１、７１によって拡散反射された観測光を第１、第２の各拡散リング部６２、７２で採り込み、この採り込んだ観測光を下面から放出する際に、観測光を環状に沿って斑なく均一な状態で放出することができる。
【０２５１】
また、受光素子３３ａの入射面である下面には、特定波長帯域の光を透過する光学フィルタ１７が設けられていることにより、この光学フィルタ１７によって外来光などの不要な光が受光素子３３ａに照射されるのを軽減することができる。これにより、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａで発光されて皮膚Ｈ内で散乱された観測光の散乱光のみを確実に受光素子３３ａで受光させることができるので、これによっても正確に生体組織を測定することができ、人体の脈波の測定精度を高めることができる。
【０２５２】
この場合、受光素子３３ａは、光学フィルタ１７が透過する９００ｎｍ程度の特定波長帯域の光に反応する分光感度特性を有しているので、光学フィルタ１７を透過した特定波長帯域の光のみを正確に受光して光電変換することができる。このときには、太陽光などの外来光に含まれている不要な光が光学フィルタ１７によって遮断され、外来光によって受光素子３３ａが変動するのを軽減することができるので、これによっても正確に生体組織を測定することができ、人体の脈波の測定精度を高めることができる。
【０２５３】
また、この腕時計では、腕時計ケース１内における裏蓋３に生体情報検出装置５０を設けた構成であるから、腕時計ケース１を腕に取り付けて使用することができる。すなわち、腕時計ケース１を腕に取り付けると、裏蓋３が腕の皮膚Ｈに接触するので、この接触した裏蓋３の取付孔３ｂから露出した生体情報検出装置５０の一部を皮膚Ｈに接触させることができる。このため、腕時計ケース１を腕に取り付けた状態で、何時でも何処でも容易に且つ簡単に生体組織を測定することができる。
【０２５４】
さらに、この生体情報検出方法によれば、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａを同時に発光させて、外周照射光路５１と内周照射光路５２とによって皮膚Ｈに観測光をそれぞれ照射し、この照射された観測光の皮膚Ｈ内での散乱光を観測光採込部８で採り込んで受光素子３３ａで受光することにより、第１の生体情報を検出し、この後、第１の発光素子５３ａのみを発光させて、外周照射光路５１によって皮膚Ｈに観測光を照射し、この照射された観測光の皮膚Ｈ内での散乱光を観測光採込部８で採り込んで受光素子３３ａで受光し、第２の生体情報を検出し、この第１、第２の各生体情報を演算処理して、測定者固有の生体情報を算出することにより、本来測定が困難な領域である照射領域Ｅ３における受光量を推定することができ、これにより、より一層、測定者固有の脈波などの生体組織を正確に測定することができる。
【０２５５】
すなわち、この第２の生体情報検出方法を実行する第１の生体情報検出装置５０は、図１７〜図２９に示すように、人体の皮膚組織を光学的に観測するために特定波長帯域の観測光を発光する第１および第２の各発光素子５３ａ、５５ａと、この発光素子５３ａ、５５ａからの観測光を導いて皮膚Ｈに向かって、環状に拡散照射する環状の第１および第２の各導光部材５４、５６と、この環状の第１および第２の各導光部材５４、５６によって環状に照射された環状の照射領域Ｅ１、Ｅ２に囲まれた中央部位置で、皮膚Ｈに接触して配置され、この皮膚Ｈ内で散乱した散乱光を採り込むための観測光採込部８と、この観測光採込部８における皮膚Ｈと反対側の位置に配置されて観測光採込部８で採り込んだ散乱光を受光する受光素子３３ａとを備えている。
【０２５６】
このような構成の生体情報検出装置５０において、この実施の形態にかかる生体情報検出方法は、皮膚Ｈに観測光を環状に照射する照射光路として、第１の発光素子５３ａからの観測光を第１の導光部材５４によって観測光採込部８の外周から離れた箇所の皮膚に環状に照射する外周照射光路５１と、第２の発光素子５５ａで発光した観測光を第２の導光部材５６によって観測光採込部の外周と外周照射光路による観測光の照射領域との間に位置する箇所の皮膚に環状に照射する内周照射光路５２とを備えている。
【０２５７】
さらに、この実施の形態にかかる生体情報検出方法は、図３１に示すように、第１、第２の各発光素子５３ａ、５５ａを同時に発光させて、外周照射光路５１と内周照射光路５２とによって皮膚Ｈに観測光をそれぞれ照射し、この照射された観測光の皮膚Ｈ内での散乱光を観測光採込部８で採り込んで受光素子３３ａで受光し、この受光された散乱光に基づいて、第１の生体情報を検出する第１の測定ステップＳ４１と、第１の発光素子５３ａのみを発光させて、外周照射光路５１によって皮膚Ｈに観測光を照射し、この照射された観測光の皮膚Ｈ内での散乱光を観測光採込部８で採り込んで受光素子３３ａで受光し、この受光された散乱光に基づいて、第２の生体情報を検出する第２の測定ステップＳ４２と、第１の測定ステップＳ４１で検出された第１の生体情報と第２の測定ステップＳ２で検出された第２の生体情報とを演算処理して、測定者固有の生体情報を算出する演算処理ステップ４３とを有することを特徴とする。このような構成を備えている生体情報検出方法によれば、前述の生体情報検出方法の場合と同様に、受光された散乱光に基づいて、生体情報を正確かつ容易に検出することができる。
【０２５８】
なお、前述した実施形態４では、第１、第２の各導光部材５４、５６が、第１、第２の導光リング部６０、７０、第１、第２の拡散反射リング部６１、７１、第１、第２の拡散リング部６２、７２、および第１、第２の拡散照射リング部６３、７３を備えた場合について述べたが、これに限らず、実施形態３で述べたように、第１、第２の各導光部材５４、５６を、第１、第２の導光リング部６０、７０および第１、第２の拡散反射リング部６１、７１のみで構成しても良い。この場合には、必ずしも観測光採込部８を設ける必要はない。このように構成しても、実施形態４と同様の作用効果があるほか、実施形態４よりも、装置全体の薄型化を図ることができる。
【符号の説明】
【０２５９】
１  腕時計ケース
３  裏蓋
４  時計モジュール
５、３０、４５、５０  生体情報検出装置
６  発光素子
７、３２、４６  導光部材
８  観測光採込部
９  受光素子
１０  回路基板
１１、３４  導光リング部
１１ｄ、３４ｂ  入射面
１１ｅ、３４ｃ  出射面
１２、３７  拡散照射リング部
１２ｃ  入射面
１２ｄ  出射面
１３、３８、６４  第１反射層
１４、４０、６７  第１防水パッキン
１５、３９、６５  第２反射層
１６、４２、７７  第２防水パッキン
１７  光学フィルタ
２０、８０  ＣＰＵ
３１  発光部
３１ａ  発光素子
３３  受光部
３３ａ  受光素子
３５  拡散反射リング部
３５ａ  入射面
３５ｂ  出射面
３６  拡散リング部
４１、６６  第３反射層
５１  外周照射光路
５２  内周照射光路
５３  第１の発光部
５３ａ  第１の発光素子
５４  第１の導光部材
５５  第２の発光部
５５ａ  第２の発光素子
５６  第２の導光部材
６０  第１の導光リング部
６１  第１の拡散反射リング部
６２  第１の拡散リング部
６３  第１の拡散照射リング部
７０  第２の導光リング部
７１  第２の拡散反射リング部
７２  第２の拡散リング部
７３  第２の拡散照射リング部
７４  第４の反射層
７５  第５の反射層
７６  第６の反射層
Ｈ  皮膚
Ｈ１  真皮
Ｈ２  表皮
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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