(57)【要約】【課題】検出精度を向上させた生体センサを提供する。【解決手段】生体センサ１は、生体Ｈにおける表面に沿って配設される曲率を有するプレート２０と、プレート２０における生体Ｈ側の面に設けられた脈波センサ１０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲率を有するプレートと、
前記プレートの凹面に配置されたシートセンサと、
を備えることを特徴とする生体センサ。
【請求項２】
前記プレートは、前記シートセンサの外側端部よりも突出している請求項１に記載の生体センサ。
【請求項３】
前記プレートは、アーチ形状またはドーム形状を備える請求項１または２に記載の生体センサ。
【請求項４】
前記シートセンサにおける前記プレート側の面と反対側の面に設けられた内部プレートをさらに備える請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の生体センサ。
【請求項５】
生体における表面に沿って配設され、前記プレートよりも生体側の面に設けられた前記シートセンサによって、生体から発せられる生体振動を検出する請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の生体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の生体信号を検出するセンサとして、圧電センサと、圧電センサの一面に積層一本化された発泡シートとを備えるシート状の生体センサがある（例えば、特許文献１参照）。この生体センサを、例えば、生体の橈骨動脈（手首）に対応する位置に取り付けることにより、生体の脈拍を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４７５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
生体センサを生体に取り付けるにあたり、測定対象となる橈骨動脈の領域は非常に狭いため、生体センサの取付位置を定めるのが難しい。この場合、生体センサの検出面を橈骨動脈の径方向の幅よりも広くすることが考えられる。これにより、橈骨動脈の位置を正確に把握できていなくても、橈骨動脈があると思われる領域に生体センサを設ければ、生体センサのいずれかの領域が橈骨動脈に重なるので、生体センサを橈骨動脈の位置に容易に取り付けることができる。
【０００５】
しかし、生体センサの検出面のうち、橈骨動脈に対応する領域に当接していない部位については、脈拍による生体からの振動を受けないため、浮遊容量となる。すなわち、生体センサを手首に巻くように取り付けた場合において、橈骨動脈の一点のみが隆起すると、そこに対応する生体センサの部位が生体センサの厚み方向において押し上げられつつ収縮し、一方で、隆起された箇所の周囲の部位は、生体の隆起に伴う押し上げる力を受けない状態となり、かつ、収縮した部位が押し上げられることにより厚み方向に、膨張（厚さの寸法が大きくなる）してしまう。
【０００６】
そうすると、センサ全体としては、収縮した領域と膨張した領域とのそれぞれからの検出成分が含まれることになり、生体からの振動による成分の他に、振動以外の変化成分（厚さ方向に膨張したことによる検出成分）も検出結果に含まれることになる。その結果、生体からの振動を正確に測定することができなくなり、検出精度が低くなることがあった。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、検出精度を向上させた生体センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、生体における生体信号を検出する生体センサであって、前記生体における表面に沿って配設される曲率を有するプレートと、前記プレートにおける前記生体側の面に設けられたシートセンサと、を備えることを特徴とする生体センサである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る生体センサによれば、検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】生体センサの断面図である。
【図２】生体センサの平面図である。
【図３】生体センサの斜視図である。
【図４】生体センサの他の例の断面図である。
【図５】生体センサの他の例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した生体センサの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、共通する要素、部材等について、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化することがある。また、各構成要素の厚さや寸法の比率は適宜調整されている。
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る生体センサの断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る生体センサ１は、生体である人体の一部に取り付けられて使用される。生体センサ１を構成する脈波センサ１０は、平坦状をなしており、例えば人体の手首における橈骨動脈に対応する位置に取り付けられる。このとき、橈骨動脈の振動（生体から発せられる生体振動）を生体信号として脈波センサ１０が検出する。
【００１３】
生体センサ１は、脈波センサ１０と、プレート２０と、を備えている。脈波センサ１０は、脈波等の振動（圧力）を電圧に変換する圧電センサである。脈波センサ１０の形状は、任意であってもよいが、本実施形態ではフィルム状又はシート状に形成されている。脈波センサ１０は可撓性を有することが好ましい。脈波センサ１０に用いる材料は、例えばチタン酸ジルコン酸亜鉛等の無機材料であってもよいが、無機材料を用いる場合はプレート２０に沿って配置ができるように分割されたものを用いてもよい。本実施形態において脈波センサ３に用いる圧電材料は、可撓性を有する高分子材料である。脈波センサ１０に用いる高分子材料は、たとえばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）など任意であってよい。脈波センサ１０は、例えば人体の手首の周囲の長さの約１／５程度の幅寸法に設定することができる。
【００１４】
脈波センサ１０としては、一例としてエレクトレットセンサが用いられる。脈波センサ１０としてのエレクトレットセンサは、シート状のベース材１１の両面にベース材を広く覆う一対の電極１２を備え、帯電されているものである。エレクトレットセンサは、その厚さ寸法が小さくなる（収縮する）と電荷が増加（発生）し、その厚さ寸法が大きくなる（膨張する）と電荷が減少（消滅）する性質を有している。脈波センサ１０は、その厚さ方向（収縮方向）の変位を検出する。脈波センサ１０は面方向の伸び縮みをしない。エレクトレットセンサは、扁平な気孔を多数含む多孔質をなしていることで厚み方向の圧力を検出する。
【００１５】
プレート２０は、例えば樹脂製であり、脈波センサ１０よりも硬質の可塑性材料で構成されており、脈波センサ１０よりも硬く、弾性率が大きくされている。なお、プレート２０は、金属や非金属など、他の材料で構成されていてもよい。プレート２０は、図２に示すように、平面して略長方形状をなしている。プレート２０は、図１に示すように、人体の手首の表面に沿って配設される曲率を有する凹部を備えており、例えば、中空であり均一な肉厚の円柱の一部をその軸方向に沿った面で切断した形状であって、奥行き方向に弓状または弧状の形状が変化しないトンネル状の形状（以下「アーチ形状」という）をなしている。なお、プレート２０の曲率は、生体における表面の曲率と一致していてもよいが、一致している必要はなく、生体における表面の曲率に近い曲率であればよい。
【００１６】
また、プレート２０は、例えば、脈波センサ１０の幅寸法よりも広い幅寸法を有している。プレート２０は、図３に示すように、粘着シート４０によって生体Ｈの手首に押し付けられた状態で装着されている。このため、プレート２０におけるアーチ形状の両外側端部は、それぞれ人体の手首における橈骨動脈に対応する位置の側方に配置されて手首に押し付けられる。なお、プレート２０は、例えば、絆創膏などの粘着シートによって製造されるか、カフ、バンド等によってプレート２０のアーチ形状の外側端部が生体Ｈの手首に押し付けられた状態で装着されていてもよい。
【００１７】
脈波センサ１０は、プレート２０の凹面に配置され、人体の手首における橈骨動脈に対応する位置を含むようにして配置される。脈波センサ１０の幅寸法は、プレート２０の幅寸法よりも短い、すなわち、プレート２０の外側端部どうしの距離よりも短い寸法に設定され、図１及び図２に示すように、プレート２０は、平面方向において脈波センサ１０の端部よりも外側に突出している。なお、脈波センサ１０の幅寸法幅は、プレート２０幅寸法と同一とし、脈波センサ１０の両端部と、プレート２０の外側端部のそれぞれとが一致するようにして配置されてもよい。
【００１８】
本実施形態に係る生体センサ１では、橈骨動脈における振動によって生じる橈骨動脈の振動を脈波センサ１０によって検出する。例えば、橈骨動脈における脈波によって、図１に点線で示すように、体の皮膚Ｓが盛り上がると、脈波センサ１０が押圧されて盛り上がりながら収縮する。脈波センサ１０では、収縮と膨張に基づく体積の変化によって橈骨動脈の振動が検出されるので、脈波センサ１０が収縮または膨張することによって橈骨動脈の振動が検出される。
【００１９】
ここで、脈波センサ１０がプレート２０を設けることなく単に皮膚Ｓの上に装着された状態であると、脈波センサ１０における橈骨動脈の振動によって盛り上がりながら収縮した部位の周囲では、逆に膨張が発生してしまう。その結果、脈波センサ１０においては、収縮した部位と膨張した部位が発生し、橈骨動脈の振動以外の成分も検出成分に含まれることになり、脈波センサ１０による検出精度が低下する。
【００２０】
これに対し、本実施形態に係る生体センサ１では、脈波センサ１０が、生体Ｈにおける表面に沿って配設される曲率を有するプレート２０において、生体Ｈ側の面に設けられている。このプレート２０は、生体Ｈにおける表面に沿って配設される曲率を有しており、可塑性材料で構成されて、アーチ形状の外側端部のそれぞれが人体の手首における橈骨動脈に対応する位置の側方に配置されて手首に押し付けられている。
【００２１】
このため、生体センサ１における脈波センサ１０は、皮膚Ｓの盛り上がりによって生体Ｈ側から圧力を受けた場合でも、プレート２０によって盛り上がりが抑制されながら収縮する。脈波センサ１０の盛り上がりがプレート２０によって抑制されることから、脈波センサ１０における収縮した部位の周囲における膨張が抑制される。その結果、脈波センサ１０は、生体の振動以外の成分が検出されてしまうことを抑制することができるため、生体からの振動の検出精度を向上することができる。
【００２２】
さらには、プレート２０が設けられていることにより、生体センサ１が、その厚さ方向に全体的に移動して（厚みが変わらないが生体表面から離れるように生体センサ１全体が浮いて）しまうことを抑えることができる。したがって、生体センサ１による振動の検出精度の向上に寄与することができる。
【００２３】
また、プレート２０が設けられており、プレート２０におけるアーチ形状の両端部が生体Ｈの手首に押し付けられていることにより、生体の外部環境から加えられる厚み方向への力、例えば、カフで加圧される際の圧力や何らかの物体がプレート２０の外側から生体センサ１側に向かって当たったとしても、プレート２０の外側端部が両端とも生体に当接しており、プレート２０についても変形が生じないため、プレート２０の外部側からの力が内部側に伝達されない。これにより、生体センサ１の外部環境からの影響（外部からの力）を受けない状態で生体の振動を検出することができる。
【００２４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係る生体センサの断面図である。図４に示すように、本実施形態に係る生体センサ２は、上記第１実施形態に係る生体センサ１における脈波センサ１０及びプレート２０を備えている。また、脈波センサ１０における生体Ｈ側には、内部プレート３０が設けられている。
【００２５】
内部プレート３０は、プレート２０と同じ材料で構成されている。このため、内部プレート３０は、脈拍の振動を受けても変形しないようにされている。また、内部プレート３０は平坦状をなしており、内部プレート３０の幅寸法は、プレート２０の幅寸法よりも小さくされている。このため、内部プレート３０は、プレート２０におけるアーチ形状の両端部の間に挟まれる位置に配置されている。内部プレート３０は、橈骨動脈に対応する位置に配置されている。このため内部プレート３０は、橈骨動脈の振動によって内部プレート３０を近づく方向及び内部プレート３０から遠ざかる方向に移動する。
【００２６】
こうして、プレート２０と内部プレート３０によって脈波センサ１０を挟まれた生体センサ２が生体Ｈに取り付けられている。その際、プレート２０の外側端部は、絆創膏などの粘着剤やカフ、バンド等によって生体Ｈの手首に押し付けられる。内部プレート３０は、プレート２０よりも密度の小さな材料で構成されていてもよい。
【００２７】
内部プレート３０の重量が大きいと、脈拍による生体表面の振動を止めるように内部プレート３０が作用してしまう可能性があることから、内部プレート３０は、軽量であることが望ましい。また、内部プレート３０は、傾きを維持したまま動いてもよいし、ある方向に傾くようにして動いてもよい。
【００２８】
第２実施形態に係る生体センサ２では、内部プレート３０が設けられていることにより、橈骨動脈の振動によって皮膚Ｓが盛り上がり、脈波センサ１０が生体Ｈ側から圧力を受けた場合でも、内部プレート３０が移動するので、脈波センサ１０の下側の面に対して広い範囲で圧力をかけることができる。したがって、広い面積範囲で脈波センサ１０を収縮させることができる。このとき、脈波センサ１０における生体Ｈの反対側には、生体Ｈにおける表面に沿って配設される曲率を有するプレート２０が設けられていることにより、脈波センサ１０は、盛り上がりが抑制されながら収縮する。脈波センサ１０の盛り上がりがプレート２０によって抑制されることから、脈波センサ１０によって、内部プレート３０からの圧力を効率よく検出することができる。その結果、脈波センサ１０は、プレート２０と内部プレート３０とで挟まれることによって、生体センサ１による検出精度の向上に寄与することができる。
【００２９】
また、内部プレート３０が設けられていることにより、脈拍によって生体Ｈの表面が振動すると、内部プレート３０とプレート２０の距離が狭くなり、生体センサ１の厚さ方向に変位する部分の面積は、内部プレート３０が設けられていない場合に比較して広くなる。したがって、皮膚Ｓの盛り上がりによる変位が広く平均化されることで、脈波センサ１０内に均一な圧力分布を形成することができ、検出精度を高めることができる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００３１】
例えば、上記の各実施形態では、生体センサ１、２を設ける位置を人体における手首以外の位置であっても、生体の振動を検出する対象の部位であればいずれの部位に取り付けられてもよく、例えば、人体の頭部、腕部、足首、脚部等の位置としてもよい。また、生体センサ１、２は、手首に１つのみ設けているが、生体センサ１、２を手首に複数本取り付けて使用してもよい。この場合、例えば複数の生体センサ１、２を橈骨動脈の血流方向に沿って複数設置することで、例えば、脈波伝搬速度を測定することができ、血管年齢を把握することが可能となる。また、脈波センサ１０によって脈波だけでなく、心拍や血流音等の生体振動を検出してもよい。
【００３２】
また、上記の各実施形態では、生体センサ１、２は、奥行き方向に弓状または弧状の形状が変化しないトンネル状の形状（アーチ形状）であるが、他の形状でもよい。例えば、図５に示すように、他の形状の生体センサは、ドーム形状を有するプレート５０と、脈波センサ１０によって構成されている。プレート５０は、平板部５１と、平面方向における平板部５１の中央側に設けられ、中央部が盛り上がるように曲面状に湾曲するドーム形状のドーム部５２と、を備えている。平板部５１及びドーム部５２の厚さ方向の寸法はいずれも均一であり、ドーム部５２では、中央部が盛り上がっている分、一方の面は凸面となっており、反対側の面（底面）は凹面となっている。この凹面となっている部分に収まるように脈波センサ１０が配置されている。このようなプレート５０を有するシートセンサであってもよい。
【００３３】
また、脈波センサ１０のシート部は、紙で構成されているが、紙以外の材料であってもよい。また、脈波センサ１０は、平坦状をなしているが、平坦状以外の形状でもよく、例えば、湾曲形状であってもよい。また、脈波センサ１０は、エレクトレットセンサであるが、他のセンサ、例えば他の圧力センサなどでもよい。また、上記第２実施形態では、内部プレート３０は、プレート２０よりも小さくされているが、内部プレート３０は、プレート２０と同じ大きさであってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１、２…生体センサ、１０…脈波センサ、２０…プレート、３０…内部プレート、Ｈ…生体、Ｓ…皮膚
【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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