(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光路を進む第１の光及び第２の光路を進む第２の光を生成する第１の光放射器であって、前記第１の光路は前記第２の光路とは異なる方向を向いている、第１の光放射器と、
前記第１の光放射器を覆う第１のウインドウと、
第３の光路を進む第３の光及び第４の光路を進む第４の光を生成する第２の光放射器であって、前記第３の光路は前記第４の光路とは異なる方向を向いている、第２の光放射器と、
前記第２の光放射器を覆う第２のウインドウであって、前記第１のウインドウから横方向に隔置された第２のウインドウと、
前記第１の光放射器から第１の分離距離に、前記第２の光放射器から第２の分離距離に配置された第１の光センサであって、前記第１の分離距離は前記第２の分離距離とは異なり、前記第１の光センサは前記第１の光を検出し、前記検出された第１の光を表す第１の信号を生成し、前記第１の光センサは更に、前記第４の光を検出し、前記検出された第４の光を表す第４の信号を生成する、第１の光センサと、
前記第１の光センサを覆う第３のウインドウと、
前記第１の光放射器から前記第２の分離距離に、前記第２の光放射器から前記第１の分離距離に配置された第２の光センサであって、当該第２の光センサは前記第２の光を検出し、前記検出された第２の光を表す第２の信号を生成し、前記第２の光センサは更に前記第３の光を検出し、前記検出された第３の光を表す第３の信号を生成する、第２の光センサと、
前記第２の光センサを覆う第４のウインドウであって、前記第３のウインドウの横方向に隔置された第４のウインドウと、
前記第１の光センサ及び前記第２の光センサに接続され、少なくとも前記第１の信号及び前記第３の信号から生理学的信号を決定するプロセッサと、
を備えた電子装置。
【請求項２】
前記プロセッサは更に、前記第１の信号及び前記第３の信号からフォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号を生成する、請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記プロセッサは更に、前記第１の信号及び前記第３の信号におけるノイズを減少させるために前記第２の信号及び前記第４の信号を使用する、請求項１に記載の電子装置。
【請求項４】
フレネルレンズレンズ又は画像変位膜（ＩＤＦ）であるレンズを更に備える、
請求項１に記載の電子装置。
【請求項５】
前記第１の光放射器から前記第１の光と実質的に同じ位置に配置された光学的中央部を含むレンズを更に備える、請求項１に記載の電子装置。
【請求項６】
前記第１のウインドウと前記第１の光放射器との間に配置されたレンズを更に備え、当該レンズは画像変位膜（ＩＤＦ）、輝度向上膜又はフレネルレンズである、請求項１に記載の電子装置。
【請求項７】
前記第１の光放射器と前記第１の光センサとの間に配置された光学的隔離部と、
前記光学的隔離部に配置された反射器と、
を備える、請求項１に記載の電子装置。
【請求項８】
前記第１の光センサは複数の感知領域に区画される、請求項１に記載の電子装置。
【請求項９】
前記第１の光放射器及び前記第２の光放射器は異なる波長で光を放射する、請求項１に記載の電子装置。
【請求項１０】
前記第１の光放射器は緑の発光ダイオードであり、前記第２の光放射器は赤外線発光ダイオードである、請求項１に記載の電子装置。
【請求項１１】
前記第１の光放射器をカバーする拡散材を更に備える、請求項１に記載の電子装置。
【請求項１２】
前記拡散材は白のＴｉＯ2から作られる、請求項１１に記載の電子装置。
【請求項１３】
電子装置からの生理学的信号を決定するための方法であって、前記電子装置は第１の光放射器、第２の光放射器、第１の光センサ、第２の光センサ、第１のウインドウ、第２のウインドウ及びプロセッサを備え、前記方法は、
第１のウインドウを介して第１の光放射器から第１の光を放射することであって、前記第１の光は第１の光路を進み、前記第１のウインドウは前記第１の光放射器を覆う、第１の光を放射することと、 
前記第１のウインドウを介して前記第１の光放射器から第２の光を放射し、前記第２の光は第２の光路を進み、前記第１の光路は前記第２の光路とは異なる方向を向いている、第２の光を放射することと、
前記第２のウインドウを介して第２の光放射器から第３の光を放射することであって、前記第３の光は第３の光路を進み、前記第２のウインドウは前記第２の光放射器を覆い、前記第２のウインドウは前記第１のウインドウから横方向に隔置される、第３の光を放射することと、
前記第２のウインドウを介して前記第２の光放射器から第４の光を放射することであって、前記第４の光は第４の光路を進み、前記第３の光路は前記第４の光路とは異なる方向を向いている、第４の光を放射することと、
前記第１の光センサを覆う第３のウインドウを介した第１の光を第１の光センサを用いて検出し、前記検出された第１の光を表す第１の信号を生成することと、
前記第３のウインドウを介した第４の光を前記第１の光センサを用いて検出し、前記検出された第４の光を表す第４の信号を生成することと、
前記第２の光センサを覆い、前記第３のウインドウから横方向に隔置された第４のウインドウを介した第２の光を前記第２の光センサを用いて検出し、前記検出された第２の光を表す第２の信号を生成し、
前記第２の光センサを用いて前記第４のウインドウを介した第３の光を検出し、前記検出された第３の光を表す第３の信号を生成することと、
前記第１の信号及び前記第３の信号の少なくとも２つから生理学的信号を決定することと、
を備え、
前記第１の光センサは前記第１の光放射器から第１の分離距離で、前記第２の光放射器から第２の分離距離で配置され、前記第１の分離距離は前記第２の分離距離とは異なり、
前記第２の光センサは前記第１の光放射器から前記第２の分離距離に、前記第２の光放射器から前記第１の分離距離に配置される、
方法。
【請求項１４】
前記生理学的信号の決定に含まれるように前記第２の信号、第４の信号又は両方を動的に選択することを更に含み、前記動的な選択はユーザ特性及び使用状態の少なくとも１つに基づく、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の信号及び前記第３の信号からのノイズを打ち消し又は減少させることを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の信号から第１の生理学的信号を決定することと、
前記第２の信号から第２の生理学的信号を決定することと、
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の生理学的信号は第１の関連パフュージョンインデックスを伴う第１のフォトプレチスモグラフ信号を示し、前記第２の生理学的信号は第２の関連パフュージョンインデックスを伴う第２のフォトプレチスモグラフ信号を表す、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の光放射器を動的にアクチベートすることと、
前記第２の光放射器を動的にデアクチベートすることと、
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記プロセッサは更に、前記第２の信号及び第４の信号からパフュージョンインデックス信号を生成する、請求項１に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、フォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号を測定する装置に関するもので、より詳細には、ＰＰＧ信号及びパーフュージョンインデックス最適化のための複数光路アーキテクチャー及び覆い隠し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号は、それに対応する生理学的信号（例えば、パルス繰り返し数）を導出するためにＰＰＧシステムにより測定することができる。基本的な形態において、ＰＰＧシステムは、ユーザの組織に光を注入する光源又は光放射器と、組織で反射及び／又は散乱し及び組織を出る光を受け取るための光検出器とを使用する。受け取られる光は、拍動血液流の結果として変調される振幅をもつ光（即ち、「信号」）と、変調可能な（即ち、「ノイズ」又は「アーティファクト」）及び／又は非変調（即ち、ＤＣ）の振幅をもつ寄生的非信号光とを含む。例えば、ユーザの組織、毛髪及び／又は動きに対して装置を傾斜し及び／又は引っ張ることで、ノイズが導入される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
所与の光放射器及び光検出器では、ＰＰＧ拍動信号（即ち、拍動血液流により変調される検出光）は、光放射器と光検出器との間の分離距離が増加するにつれて低下する。他方、パーフュージョンインデックス（即ち、拍動信号振幅とＤＣ光振幅との比）は、光放射器と光検出器との間の分離距離が増加するにつれて増加する。パーフュージョンインデックスが高いほど、動きによるノイズの除去（即ち、動きアーティファクトの除去）が良好になる傾向がある。それ故、光放射器と光検出器の間の短い分離距離は、高いＰＰＧ信号強度に有利であるが、長い分離距離は、高いパーフュージョンインデックス（例えば、動き性能）に有利である。即ち、トレードオフが存在し、特定のユーザ皮膚／組織形式及び使用条件に対して分離距離を最適化することを困難にする。
【０００４】
更に、ＰＰＧシステムは、多数の光放射器、光検出器、コンポーネント及びそれに関連した配線を備え、それらは、ユーザの目に見え、ＰＰＧシステムを審美的に魅力のないものにしている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、複数光路に適したアーキテクチャーで構成されたＰＰＧ装置に関する。このアーキテクチャーは、ユーザのＰＰＧ信号及びパーフュージョンインデックスを測定する複数光路を生成するため１つ以上の光放射器及び１つ以上の光センサを含む。複数光路（即ち、各対の光放射器と光検出器との間に形成される光学路）は、種々のユーザ及び種々の使用条件を受け容れるように正確なＰＰＧ信号及びパーフュージョンインデックス値の両方を発生するため異なる位置及び／又は放射器対検出器分離距離を含む。ある実施例では、複数光路は、異なる経路位置を含むが、各経路に沿った分離距離は同じである。他の実施例では、複数光路は、重畳する共線状経路（即ち、同じ線に沿った）を含むが、各経路に沿った放射器対検出器の分離距離は異なる。他の実施例では、複数光路は、各経路に沿った異なる経路位置及び異なる放射器対検出器分離距離を含む。そのような実施例では、複数光路の特定の構成は、例えば、装置の傾斜及び／又は引っ張り、ユーザの毛髪、ユーザの皮膚の色素及び／又は動きにより生じるアーティファクトによるノイズを打ち消すために最適化することができる。ＰＰＧ装置は、更に、信号強度を増加し、及び／又は光放射器、光センサ及びその関連配線がユーザの目に見えないよう覆い隠すため、１つ以上のレンズ及び／又は反射器も備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】本開示の実施例が具現化されるシステムを示す。
【図１Ｂ】本開示の実施例が具現化されるシステムを示す。
【図１Ｃ】本開示の実施例が具現化されるシステムを示す。
【図２】規範的なＰＰＧ信号を示す。
【図３Ａ】脈拍数信号を決定するための光センサ及び光放射器を含む規範的電子装置の上面図である。
【図３Ｂ】脈拍数信号を決定するための光センサ及び光放射器を含む規範的電子装置の断面図である。
【図３Ｃ】測定されたＰＰＧ信号からノイズを打ち消すか又は減少するためのフローチャートである。
【図４Ａ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための２つの光路をもつ規範的装置の上面図である。
【図４Ｂ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための２つの光路をもつ規範的装置の断面図である。
【図５Ａ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を示す。
【図５Ｂ】本開示の実施例により異なる分離距離をもつ複数光路に対するＰＰＧ信号強度及びパーフュージョンインデックス値のグラフである。
【図６Ａ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するために複数光路を使用する規範的電子装置の上面図である。
【図６Ｂ】本開示の実施例により複数光路を使用する規範的電子装置に対する規範的な経路長さ、相対的ＰＰＧ信号レベル、及び相対的パーフュージョンインデックス値のテーブルである。
【図６Ｃ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
【図６Ｄ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
【図６Ｅ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
【図６Ｆ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
【図７Ａ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための８つの光路をもつ規範的電子装置の上面図である。
【図７Ｂ】本開示の実施例により８つの光路及び４つの分離距離をもつ規範的電子装置のための光放射器／センサ経路及び分離距離のテーブルである。
【図７Ｃ】本開示の実施例により８つの光路及び４つの分離距離をもつ規範的アーキテクチャーのためのＰＰＧ信号強度及びパーフュージョンインデックス値のグラフである。
【図７Ｄ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための１つ以上の光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
【図７Ｅ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための１つ以上の光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
【図７Ｆ】本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための１つ以上の光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
【図８】本開示の実施例によりＰＰＧ信号を測定するための光放射器及び光センサを備えたコンピューティングシステムの規範的ブロック図である。
【図９】本開示の実施例により装置がホストに接続される規範的構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施例の以下の説明において、具現化できる特定の実施例が説明上示された添付図面を参照する。他の実施例も使用でき、そして種々の実施例の範囲から逸脱せず構造上の変化をなし得ることを理解されたい。
【０００８】
添付図面に示された実施例を参照して種々の技術及びプロセスフローステップを詳細に説明する。以下の説明では、ここに述べる１つ以上の態様及び／又は特徴を完全に理解するために多数の特定の細部について述べる。しかしながら、当業者であれば、ここに述べる１つ以上の態様及び／又は特徴は、これら特定細部の幾つか又は全部がなくても具現化できることが明らかであろう。他の点について、ここに述べる態様及び／又は特徴の幾つかを不明瞭にしないため、良く知られたプロセスステップ及び／又は構造は、詳細に説明しない。
【０００９】
更に、プロセスステップ又は方法ステップは、順次に説明するが、そのようなプロセス及び方法は、適当な順序で実行するように構成できる。換言すれば、本開示で述べるステップのシーケンス又は順序は、それ自体、ステップをその順序で遂行する必要性を示すものではない。更に、幾つかのステップは、（例えば、あるステップが他のステップの後に述べられるので）非同時発生で説明され又は暗示されるが、同時に遂行されてもよい。更に、図面に描くことによるプロセスの表示は、その示されたプロセスが他の変更や修正を相容れないことを意味するものでもなく、その示されたプロセス又はそのステップが１つ以上の実施例に必要であることを意味するものでもなく、そしてその示されたプロセスが好ましいことを意味するものでもない。
【００１０】
フォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）信号は、ＰＰＧシステムにより測定されて、それに対応する生理学的信号（例えば、パルス繰り返し数）を導出する。そのようなＰＰＧシステムは、ユーザの血管構造体に含まれる血液又は血液中酸素の量の変動から生じるユーザ組織の血液の変化を感知するように設計される。基本的な形態において、ＰＰＧシステムは、ユーザの組織へ光を注入する光源又は光放射器と、組織で反射及び／又は散乱し及び組織を出る光を受け取る光検出器とを使用する。ＰＰＧ信号は、反射及び／又は散乱光の振幅であり、組織内の血液量の量的変化で変調される。しかしながら、ＰＰＧ信号は、アーティファクトによるノイズによって危いものとなる。ユーザの組織、毛髪、及び／又は動きに対する装置の傾斜及び／又は引張りから生じるアーティファクトは、信号にノイズを導入する。例えば、反射光の振幅は、ユーザの毛髪の動きで変調を生じる。その結果、毛髪の動きで生じる反射光の振幅変調は、拍動性血液流の結果であると誤って解釈され得る。
【００１１】
本開示は、ＰＰＧ信号及びパーフュージョンインデックス最適化のための複数光路アーキテクチャー及び覆い隠し方法に関する。このアーキテクチャーは、ユーザのＰＰＧ信号及びパーフュージョンインデックスを測定する複数光路を生成するために１つ以上の光放射器及び１つ以上の光センサを備えている。複数光路は、種々のユーザ及び種々の使用条件を受け容れるように正確なＰＰＧ信号及びパーフュージョンインデックス値の両方を発生するため異なる位置及び／又は光放射器対光検出器分離距離を含む。ある例では、複数光路は、異なる経路位置を含むが、各経路に沿った放射器対検出器の分離距離は同じである。ある例では、複数光路は、重畳する共線状経路（即ち、同じ線に沿った）を含むが、各経路に沿った放射器対検出器の分離距離は異なる。ある例では、複数光路は、各経路に沿った異なる経路位置及び異なる放射器対検出器分離距離を含む。そのような例では、複数光路の特定の構成は、例えば、装置の傾斜及び／又は引っ張り、ユーザの毛髪、ユーザの皮膚の色素及び／又は動きにより生じるアーティファクトによるノイズを打ち消すために最適化することができる。ある例では、装置は、信号強度を増加し、及び／又は光放射器、光センサ及びその関連配線がユーザの目に見えないよう覆い隠すために、１つ以上のレンズ及び／又は反射器を備えている。
【００１２】
本開示による方法及び装置の代表的な応用についてこの章で説明する。これらの実施例は、状況を追加し且つここに述べる例の理解を助けるために設けられたものに過ぎない。従って、当業者であれば、ここに述べる実施例は、特定の細部の幾つか又は全部を伴わずに具現化できることが明らかであろう。他の実施例では、ここに述べる実施例を不必要に分かり難くするのを回避するため、良く知られたプロセスステップは詳細に説明しない。他の応用も考えられ、以下の例は、これに限定されるものではない。
【００１３】
図１Ａ−１Ｃは、本開示の実施例を具現化できるシステムを示す。図１Ａは、タッチスクリーン１２４を含む規範的な携帯電話１３６を示す。図１Ｂは、タッチスクリーン１２６を含む規範的なメディアプレーヤ１４０を示す。図１Ｃは、タッチスクリーン１２８を含み、ストラップ１４６を使用してユーザに取り付けることのできる規範的なウェアラブル装置１４４を示す。図１Ａ−１Ｃのシステムは、ここに開示する複数光路アーキテクチャー及び覆い隠し方法を使用することができる。
【００１４】
図２は、規範的なＰＰＧ信号を示す。アーティファクトのないユーザＰＰＧ信号が信号２１０として示されている。しかしながら、ユーザの身体が動くと、皮膚及び血管が膨張及び収縮し、信号にノイズを導入する。更に、ユーザの頭髪及び／又は組織は、反射光の振幅及び吸収光の振幅を変化させる。アーティファクトを伴うユーザＰＰＧ信号が、信号２２０として示されている。ノイズを抽出しないと、信号２２０は、誤って解釈されることがある。
【００１５】
信号２１０は、拍動性血液流の結果として変調される振幅の光情報（即ち、「信号」）と、寄生的、非変調、非信号の光（即ち、ＤＣ）とを含む。測定されたＰＰＧ信号２１０からパーフュージョンインデックスを決定することができる。このパーフュージョンインデックスは、受け取った変調光（ＭＬ）と、非変調光（ＵＭＬ）との比（即ち、血液流変調信号と静的寄生ＤＣ信号との比）であり、ユーザの生理学的状態に関する特別情報を与える。変調光（ＭＬ）は、信号２１０の山−谷値であり、そして非変調光（ＵＭＬ）は、信号２１０のゼロ−平均（平均２１２を使用）値である。図２に示すように、パーフュージョンインデックスは、ＭＬとＵＭＬとの比に等しい。
【００１６】
ＰＰＧ信号及びパーフュージョンインデックスは、両方とも、脈拍数のような生理学的信号の正確な測定値に関連している。しかしながら、ＰＰＧ信号は、例えば、ユーザの組織及び／又はＰＰＧ装置の動きから生じる変調光からのノイズを含む。パーフュージョンインデックスが高いほど（例えば、拍動信号が高く及び／又は寄生ＤＣが低いほど）そのような動きノイズの除去が良好となる。更に、パーフュージョンインデックスに対するＰＰＧ信号の強度は、異なるユーザで変化する。あるユーザは、自然に高いＰＰＧ信号を有するが、パーフュージョンインデックスが弱く、又、その逆のことも言える。従って、ＰＰＧ信号とパーフュージョンインデックスとの組み合わせを使用して、種々のユーザ及び種々の使用条件に対して生理学的信号を決定することができる。
【００１７】
図３Ａは、脈拍数信号を決定するための光センサ及び光放射器を備えた規範的電子装置の上面図であり、そして図３Ｂは、その断面図である。光センサ３０４は、光放射器３０６と共に装置３００の表面に配置される。更に、別の光センサ３１４が装置３００の表面に光放射器３１６と共に配置され又はそれと対にされる。装置３００は、光センサ３０４及び３１６並びに光放射器３０６及び３１６がユーザの皮膚３２０に隣接するように置かれる。例えば、装置３００は、他の可能性の中でも、ユーザの手に持たれるか、又はユーザの手首に固定される。
【００１８】
光放射器３０６は、光３２２を発生する。光３２２は、皮膚３２０に入射し、そして反射されて光センサ３０４により検出される。光３２２の一部分は、皮膚３２０、血管及び／又は血液により吸収され、そして光の一部分（即ち、光３３２）は、光放射器３０６と対にされるか又はそれと共に配置された光センサ３０４へ反射して戻される。同様に、光放射器３１６は、光３２４を発生する。光３２４は、皮膚３２０に入射し、そして反射して、光センサ３１４により検出される。光３２４の一部分は、皮膚３２０、血管及び／又は血液により吸収され、そして光の一部分（即ち、光３３４）は、光放射器３１６と共に配置された光センサ３１４へ反射して戻される。光３３２及び３３４は、血液パルス波３２６による脈拍数信号（即ち、ＰＰＧ信号）のような情報又は信号を含む。血液パルス波３２６の方向に沿った光センサ３０４と３１４との間の距離のため、信号３３２は、脈拍数信号を含み、一方、信号３３４は、時間シフトされた脈拍数信号を含む。信号３３２と信号３３４との間の差は、光センサ３０４と３１４との間の距離及び血液パルス波３２６の速度に依存する。
【００１９】
信号３３２及び３３４は、例えば、皮膚３２０、ユーザの毛髪及び／又はユーザの動きに対する装置３００の傾斜及び／又は引っ張りから生じるアーティファクトによるノイズ３１２を含む。ノイズ３１２を考慮する１つの方法は、信号３３２及び３３４のノイズに相関しないほど充分離れているが、信号３３２及び３３４にＰＰＧ信号が相関するほど互いに接近して光センサ３０４及び３１４を配置することである。ノイズは、信号３３２及び３３４をスケーリング、乗算、除算、加算及び／又は減算することにより軽減することができる。
【００２０】
図３Ｃは、測定されたＰＰＧ信号からノイズを打ち消し又は減少するためのフローチャートである。プロセス３５０は、装置３００の表面に配置された１つ以上の光放射器３０６及び３１６から光を放射することを含む（ステップ３５２）。光情報３３２が光センサ３０４により受け取られ（ステップ３５４）、そして光情報３３４が光センサ３１４により受け取られる（ステップ３５６）。ある実施例では、光情報３３２及び３３４は、光放射器３０６及び３１６から放射されて、ユーザの皮膚３２０、血液及び／又は血管により反射され及び／又は散乱された光の量を示す。ある実施例では、光情報３３２及び３３４は、ユーザの皮膚３２０、血液及び／又は血管により吸収された光の量を示す。
【００２１】
光情報３３２及び光情報３３４に基づいて、アーティファクトによるノイズを打ち消すことにより脈拍数信号を計算することができる（ステップ３５８）。例えば、光情報３３４は、倍率係数で乗算され、そして光情報３３２に加算されて、脈拍数信号を得る。ある実施例では、光情報３３２から光情報３３４を単に減算し又は除算することで脈拍数信号を計算することができる。
【００２２】
ある実施例では、光情報３３２及び３３４は、信号強度が低いため決定することが困難である。信号強度又は信号の強さを増加するため、光が最短距離を進むように光センサと光放射器との間の距離を減少し又は最小にすることができる。一般的に、所与の光放射器及び光センサの対では、信号強度は、光放射器と光センサとの間の分離距離の増加と共に減少する。他方、パーフュージョンインデックスは、一般的に、光放射器と光センサとの間の分離距離の増加と共に増加する。高いパーフュージョンインデックスは、例えば、動きにより生じるアーティファクトの良好な除去に相関している。それ故、光放射器と光センサとの間の短い分離距離は、高いＰＰＧ信号強度に有利であり、一方、長い分離距離は、高いパーフュージョンインデックス（例えば、動き性能）に有利である。即ち、トレードオフが存在して、特定のユーザ皮膚／組織形式及び使用条件に対して分離距離を最適化することを困難にする。
【００２３】
信号強度とパーフュージョンインデックスとの間のトレードオフの問題を緩和するために、光放射器（１つ又は複数）と光センサ（１つ又は複数）との間に種々の距離をもつ複数光路を使用することができる。図４Ａは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための２つの光路をもつ規範的装置の上面図であり、そして図４Ｂは、その断面図である。装置４００は、光放射器４０６及び４１６と、光センサ４０４を備えている。光放射器４０６は、光センサ４０４から分離距離４１１を有し、そして光放射器４１６は、光センサ４０４から分離距離４１３を有する。
【００２４】
光放射器４０６からの光４２２は、皮膚４２０に入射し、そして光４３２として反射して戻されて、光センサ４０４により検出される。同様に、光放射器４１６からの光４２４は、皮膚４２０に入射し、そして光４３４として反射して戻されて、光センサ４０４により検出される。分離距離４１１は、分離距離４１３に比して短く、その結果、光情報４３２は、光情報４３４より高いＰＰＧ信号強度を有する。光情報４３２は、高いＰＰＧ信号強度を要求する用途に使用される。分離距離４１３は、分離距離４１１に比して長く、その結果、光情報４３４は、光情報４３２より高いパーフュージョンインデックスを有する。光情報４３４は、高いパーフュージョンインデックス（例えば、動き性能）を要求する用途に使用される。分離距離４１１及び４１３が異なるために、光情報４３２及び４３４は、装置が特定ユーザの皮膚形式及び使用条件（例えば、着座、能動的な運動、等）に対して光情報を動的に選択できるようにＰＰＧ信号及びパーフュージョンインデックス値の種々の組み合わせを与えることができる。
【００２５】
図５Ａは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を示す。測定解像度の向上のために、３つ以上の光路を使用することができる。複数光路は、光放射器５０６と、複数の光センサ、例えば、光センサ５０４、５１４、５２４、５３４及び５４４から形成される。光センサ５０４は、光放射器５０６から分離距離５１１を有する。光センサ５１４は、光放射器５０６から分離距離５１３を有する。光センサ５２４は、光放射器５０６から分離距離５１５を有する。光センサ５３４は、光放射器５０６から分離距離５１７を有する。光センサ５４４は、光放射器５０６から分離距離５１９を有する。分離距離５１１、５１３、５１５、５１７及び５１９は、異なる値である。
【００２６】
図５Ｂは、光放射器５０６及び光センサ５０４、５１４、５２４、５３４及び５４４に対するＰＰＧ信号強度及びパーフュージョンインデックス値のグラフである。図示されたように、ＰＰＧ信号の強度又は信号の強さは、光放射器と光センサとの間の分離距離（即ち、分離距離５１１、５１３、５１５、５１７及び５１９）が増加するにつれて減少する。他方、パーフュージョンインデックス値は、光放射器と光センサとの間の分離距離が増加するにつれて増加する。
【００２７】
複数光路から得られる情報は、高いＰＰＧ信号強度を要求する用途及び高いパーフュージョンインデックス値を要求する用途の両方に使用できる。ある実施例では、全ての光路から発生される情報が使用される。ある実施例では、全部ではなく、幾つかの光路から発生される情報が使用される。ある実施例では、「アクティブ」な光路が、用途、入手可能な電力、ユーザ形式、及び／又は測定解像度に基づいて動的に変更される。
【００２８】
図６Ａは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するために複数光路を使用する規範的電子装置の上面図であり、そして図６Ｃは、その断面図である。装置６００は、装置６００の表面に配置された光放射器６０６及び６１６並びに光センサ６０４及び６１４を備えている。光センサ６０４及び６１４は、対称的に配置されるが、光放射器６０６及び６１６は、非対称的に配置される。光放射器６０６及び６１６と、光検出器６０４及び６１４との間には、光学的隔離部６４４が配置される。ある実施例において、光学的隔離部６４４は、例えば、寄生ＤＣ光を減少するための不透明材料である。
【００２９】
光放射器６０６及び６１６と光センサ６０４及び６１４は、コンポーネントマウント平面６４８にマウントされるか、又はそこにタッチする。ある実施例では、コンポーネントマウント平面６４８は、不透明な材料（例えば、可撓性）で作られる。ある実施例では、コンポーネントマウント平面６４８は、光学的隔離部６４４と同じ材料で作られる。
【００３０】
装置６００は、光放射器６０６及び６１６と、光センサ６０４及び６１４を保護するためのウインドウ６０１を備えている。光放射器６０６及び６１６、光検出器６０４及び６１４、光学的隔離部６４４、コンポーネントマウント平面６４８、及びウインドウ６０１は、ハウジング６１０の開口６０３内に配置される。ある実施例では、装置６００は、腕時計のようなウェアラブル装置であり、そしてハウジング６１０は、リストストラップ６４６に結合される。
【００３１】
光放射器６０６及び６１６と、光検出器６０４及び６１４は、４つの異なる分離距離をもつ４つの光路が出来るように配列される。光路６２１は、光放射器６０６及び光センサ６０４に結合される。光路６２３は、光放射器６０６及び光センサ６１４に結合される。光路６２５は、光放射器６１６及び光センサ６１４に結合される。光路６２７は、光放射器６１６及び光センサ６０４に結合される。
【００３２】
図６Ｂは、本開示の実施例により装置６００の光路６２１、６２３、６２５及び６２７に対する規範的な経路長さ、相対的ＰＰＧ信号レベル、及び相対的パーフュージョンインデックス値のテーブルである。図示されたように、相対的ＰＰＧ信号レベルは、短い経路長さに対して高い値を有する。例えば、光路６２５は、経路長さが短いために、０．３１のＰＰＧ信号をもつ光路６２７より、１．１１の高いＰＰＧ信号を有する（即ち、光路６２５の経路長さは、４．９４４ｍｍであるが、光路６２７の経路長さは、６．５４３ｍｍである）。高いＰＰＧ信号レベルを要求する用途では、装置６００は、光路６２５又は光路６２１からの情報を利用することができる。しかしながら、相対的なパーフュージョンインデックス値は、長い経路長さに対して高い値となる。例えば、光路６２３は、経路長さが長いために、１．１０のパーフュージョンインデックス値をもつ光路６２１より、１．２３の高いパーフュージョンインデックス値を有する（例えば、光路６２３の経路長さは、５．９１５ｍｍであるが、光路６２１の経路長さは、５．４４４ｍｍである）。高いパーフュージョンインデックス値を要求する用途では、装置６００は、光路６２１からの情報より光路６２３からの情報を好む。図６Ｂは、経路長さ６２１、６２３，６２５及び６２７に対する規範的な値を、規範的なＰＰＧ信号レベル及びパーフュージョンインデックス値と共に示すが、本開示の実施例は、これらの値に限定されない。
【００３３】
図６Ｄ−６Ｆは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を使用する規範的電子装置の断面図である。図６Ｄに示すように、光学的隔離部６５４は、ウインドウ６０１が載せられ及び／又は接着するための（図６Ｃの光学的隔離部６４４より）広い表面積を与えることにより装置６００の機械的安定性を改善するように設計される。光学的隔離部６５４は、ウインドウ６０１のための広い表面積を与えるが、光は、皮膚６２０を通して長い距離を進まねばならず、その結果、信号強度が低下する。信号の質が犠牲となるか、又は装置６００は、光放射器６０６から放射される光のパワーを増加する（即ち、バッテリ電力の消費）ことにより補償することができる。低い信号強度又は高いバッテリ電力消費は、ユーザの経験を落としめる。
【００３４】
低い信号強度及び高い電力消費に伴う問題を克服する１つの方法が、図６Ｅに示されている。装置６００は、光放射器６０６に結合されたレンズ６０３、及び／又は光センサ６０４に結合されたレンズ６０５を備えている。レンズ６０３は、光学的隔離部６４４にわたって光を操向するフレネルレンズ又は画像変位膜（ＩＤＦ）のようなタイプのレンズである。レンズ６０５は、光センサ６０４の光学的受光エリアへ光をシフトするＩＤＦ又は輝度向上膜（ＢＥＦ）のようなタイプのレンズである。レンズ６０３は、光放射器６０６から放射された光をレンズ６０５の付近へ導き、そしてレンズ６０５は、光を光センサ６０４の付近へ導く。レンズ６０３及び／又は６０５を使用することにより、光は、皮膚６２０を通して長い距離を進まなくてよくなり、その結果、信号強度を回復することができる。
【００３５】
ある実施例では、装置６００は、図６Ｆに示すように、レンズ６０３及び６０５に加えて又はそれとは別に、反射器６０７を備えている。この反射器６０７は、ミラー又は白色面のような反射材料から形成される。光放射器６０６から放射された光は、皮膚６２０の表面から反射し、そして反射器６０７へ返送される。図６Ｄ−６Ｅに示すアーキテクチャーにおけるそのような光は、光学的隔離部６５４により吸収されるか又は失われる。しかしながら、図６Ｆに示すアーキテクチャーでは、反射器６０７は、光を皮膚６２０へ反射して戻すことにより光が失われるのを防止し、次いで、光は、光センサ６０４へ反射される。ある実施例では、光学的隔離部６５４がいかなる数の反射器６０７を含んでもよい。又、ある実施例では、１つ以上のウインドウ６０１がいかなる数の反射器６０７を含んでもよい。
【００３６】
図７Ａは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数の光路をもつ規範的電子装置の上面図である。装置７００は、装置７００の表面に配置された複数の光放射器７０６及び７１６と、複数の光センサ７０４、７１４、７２４及び７３４を備えている。光の混合を防止するために光放射器７０６及び７１６と光センサ７０４、７１４、７２４及び７３４との間には光学的隔離部７４４が配置される。光放射器７０６及び７１６と、光センサ７０４、７１４、７２４及び７３４との後方には、コンポーネントマウント平面７４８がマウントされる。光放射器７０６及び７１６と、光センサ７０４、７１４、７２４及び７３４との前方には、保護のために、ウインドウ７０１のようなウインドウが配置される。複数の光放射器７０６及び７１６、複数の光検出器７０４、７１４、７２４及び７３４、光学的隔離部７４４、コンポー面とマウント平面７４８、及びウインドウ７０１は、ハウジング７１０の開口７０３内に配置される。ある実施例では、装置７００は、腕時計のようなウェアラブル装置であり、そしてハウジング７１０は、リストストラップ７４６に結合される。
【００３７】
図７Ａは、２つの光放射器及び４つの光センサを示すが、いかなる数の光放射器及び光センサが使用されてもよい。ある実施例では、光センサ７０４及び７２４は、２つ以上の個別の感知領域へ区画される単一の光センサである。同様に、光センサ７１４及び７３４も、２つ以上の個別の感知領域へ区画される単一の光センサである。ある実施例では、光学的隔離部７４４及び／又はコンポーネントマウント平面７４８は、不透明な材料である。ある実施例では、光学的隔離部７４４、コンポーネントマウント平面７４８及びハウジング７１０の１つ以上が同じ材料である。
【００３８】
光放射器７０６及び７１６と、光センサ７０４、７１４、７２４及び７３４は、４つの異なる経路長さ又は分離距離をもつ８つの光路が出来るように配列される。光路７２１は、光放射器７０６及び光センサ７０４に結合される。光路７２３は、光放射器７０６及び光センサ７３４に結合される。光路７２５は、光放射器７０６及び光センサ７１４に結合される。光路７２７は、光放射器７１６及び光センサ７３４に結合される。光路７２９は、光放射器７１６及び光センサ７１４に結合される。光路７３１は、光放射器７１６及び光センサ７２４に結合される。光路７３３は、光放射器７１６及び光センサ７０４に結合される。光路７３５は、光放射器７０６及び光センサ７２４に結合される。
【００３９】
光放射器７０６及び７１６と、光センサ７０４、７１４、７２４及び７３４は、光路７２１及び７２９の分離距離（即ち、分離距離ｄ１）が同じであり、光路７２７及び７３５の分離距離（即ち、分離距離ｄ２）が同じであり、光路７２３及び７３１の分離距離（即ち、分離距離ｄ３）が同じであり、そして光路７２５及び７３３の分離距離（即ち、分離距離ｄ４）が同じであるように、配置される。ある実施例では、２つ以上の光路が、重畳する光路である。ある実施例では、２つ以上の光路が、非重畳光路である。ある実施例では、２つ以上の光路が同一位置の光路である。ある実施例では、２つ以上の光路が非同一位置の光路である。
【００４０】
図７Ａに示した複数光路アーキテクチャーの効果は、信号の最適化である。非重畳光路が存在し、１つの光路に信号ロスが生じた場合、他の光路を信号冗長のために使用できる。即ち、装置は、広い全エリアに全体的に及ぶ光路をもつことにより信号の存在を保証することができる。このアーキテクチャーは、信号が非常に低いか又は不存在である場合に１つの光路しかないというおそれを軽減することができる。非常に低いか又は不存在の信号は、例えば、「静寂な」無信号（又は低信号）スポットが存在するユーザの特定の生理学的状態のために光路を無効にさせる。例えば、光路７２１に信号ロスがあるときには光路７２９を信号冗長のために使用できる。
【００４１】
図７Ｂは、本開示の実施例により８つの光路及び４つの分離距離をもつ規範的電子装置のための光放射器／センサ経路及び分離距離のテーブルである。図７Ｃは、本開示の実施例により８つの光路及び４つの分離距離をもつ規範的アーキテクチャーのためのＰＰＧ信号強度及びパーフュージョンインデックス値のグラフである。図示されたように、ＰＰＧ信号の強度は、光放射器と光センサとの間の分離距離（即ち、分離距離ｄ１、ｄ３、ｄ３及びｄ４）が増加するときに減少する。他方、パーフュージョンインデックス値は、光放射器と光センサとの間の分離距離が増加するときに増加する。
【００４２】
複数光路が同じ分離距離を有するように光センサ及び光放射器を構成することにより、動き、ユーザの毛髪及びユーザの皮膚のようなアーティファクトによるノイズを打ち消し又は減少することができる。例えば、光路７２１及び光路７２９は、同じ分離距離ｄ１をもつ２つの異なる光路である。両光路に対して分離距離が同じであるために、ＰＰＧ信号は、同じでなければならない。しかしながら、光路７２１は、光路７２９とは異なるユーザ皮膚エリア、血管及び血液から反射する。人間の皮膚、血管及び血液の非対称性のために、光路７２１からの光情報は、光路７２９からの光情報とは異なる。例えば、光路７２１におけるユーザ皮膚の色素は、光路７２９におけるユーザの皮膚の色素とは異なり、光路７２１及び光路７２９で異なる信号を招く。光情報のそのような相違は、ノイズを打ち消し又は減少し及び／又は拍動信号の質を向上させて、正確なＰＰＧ信号を決定するのに使用される。
【００４３】
ある実施例では、光放射器７０６及び７１６は、異なる光源である。規範的な光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、白熱電灯、及び蛍光灯を含むが、これに限定されない。ある実施例では、光放射器７０６及び７１６は、放射波長が異なる。例えば、光放射器７０６は、緑のＬＥＤであり、そして光放射器７１６は、赤外線（ＩＲ）ＬＥＤである。ユーザの血液は、緑の光源からの光を効果的に吸収し、従って、最短の分離距離で光放射器７０６に結合された光路（即ち、光路７２１）は、例えば、ユーザが座っているときに高いＰＰＧ信号のために使用される。ＩＲ光源は、他の光源よりもユーザの皮膚を通して更なる距離を効果的に進み、その結果、消費電力が低い。光放射器７１６に結合された光路（即ち、光路７２７、７２９、７３１及び７３３）は、装置７００が、例えば、低電力モードで動作するときに使用される。ある実施例では、光放射器７０６及び７１６は、異なる放射強度を有する。
【００４４】
図７Ｄ−７Ｆは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための１つ以上の光路を使用する規範的電子装置の断面図である。装置７００は、図７Ｄの光放射器７０６及び図７Ｅの光センサ７０４のようなコンポーネントの前方に配置されたウインドウ７０１を備えている。このウインドウ７０１は、透明であり、その結果、装置７００の内部コンポーネントがユーザに見える。装置７００は、多数のコンポーネント及びそれに関連した配線を含むので、それらコンポーネントを覆い隠しそして内部コンポーネントがユーザの目に見えないようにすることが望ましい。内部コンポーネントを覆い隠すのに加えて、光放射器７０６から放射される光がその光学的パワー、収集効率、ビーム形状及び収集面積を保持して、光の強度に影響がないようにすることが望ましい。
【００４５】
内部コンポーネントを覆い隠すために、図７Ｄに示すように、フレネルレンズ７０７のようなレンズをウインドウ７０１と光放射器７０６との間に配置することができる。フレネルレンズ７０７は、２つの領域、即ち光学的中央部７０９及び化粧ゾーン７１１を有する。光学的中央部７０９は、放射光をより小さいビームサイズへコリメートするために光放射器７０６と実質的に同じエリア又は位置に配置される。化粧ゾーン７１１は、光学的中央部７０９の外側のエリアに配置される。化粧ゾーン７０９の隆起部は、その下に横たわる内部コンポーネントを覆い隠すように働く。
【００４６】
光センサ７０４を覆い隠すために、図７Ｅに示すように、ウインドウ７０１と光センサ７０４との間にフレネルレンズ７１３のようなレンズが配置される。光センサ７０４は、大面積のホトダイオードであるから、光フィールドの形状は必要でなく、従って、フレネルレンズ７１３は、光学的な中央部を必要としない。むしろ、フレネルレンズ７１３は、化粧ゾーンとして構成された隆起部を含む１つの領域を有する。
【００４７】
フレネルレンズ７０７及び７１３の隆起部の形状は、特に、化粧ゾーンにおいて覆い隠し性を改善するように変更できる。例えば、高い覆い隠し性が要望される場合には、深くて先鋭な鋸歯パターンが使用される。他の形式の隆起形状は、丸み付けされた円筒状の隆起、非対称的形状、及び波状（即ち、出たり入ったりするように動く隆起）を含む。
【００４８】
ある実施例では、図７Ｄに示すフレネルレンズ７０７は、それに加えて又はそれとは別に、光のコリメートに使用される。光をコリメートすることにより、光学的信号の効率を改善することができる。レンズ又は同様のコリメート光学素子がないと、放射器の光は、光センサから離れる角度に向けられて、失われることがある。それに加えて又はそれとは別に、光センサにある角度で光が向けられるが、その角度が浅くなることがある。浅い角度は、光が皮膚の信号層に到達するに充分な深さに貫通するのを妨げる。この光は、寄生的な非信号の光に貢献するだけである。フレネルレンズ７０７は、失われるか又は浅い角度で組織に入る方向に対して光を向け直すことができる。このような向け直された光は、失われるのではなく収集され、及び／又は寄生的な非信号の光を軽減し、光学的信号効率を改善する。
【００４９】
ある実施例では、拡散材が使用される。拡散材７１９は、光放射器７０６の１つ以上のコンポーネントを取り巻き、タッチし及び／又はカバーする。ある実施例では、拡散材７１９は、ダイ又はコンポーネント及び／又はワイヤボンドをカプセル化する樹脂又はエポキシである。拡散材７１９は、光放射器７０６から放射される光の角度の調整に使用される。例えば、拡散材を伴わずに光放射器から放射される光の角度は、拡散材７１９によりカプセル化された光放射器７０６から放射される光の角度より５°広い。放射される光のビームを狭めることで、より多くの光をレンズ及び／又はウインドウによって収集でき、光センサにより検出される光の量が増加する。
【００５０】
ある実施例では、拡散材７１９は、光放射器７０６から放射される光の波長又は色に対して高い反射率を有する。例えば、光放射器７０６が緑の光を放射する場合には、拡散材７１９は、皮膚に向けて反射される緑の光の量を増加するために白のＴｉＯ2材料で作られる。このように、さもなければ失われる光を再生しそして光検出器で検出することができる。
【００５１】
図８は、本開示の実施例によりＰＰＧ信号を測定するための光放射器及び光センサを備えたコンピューティングシステムの規範的なブロック図である。このコンピューティングシステム８００は、図１Ａ−１Ｃに示されたコンピューティング装置のいずれかに対応する。コンピューティングシステム８００は、インストラクションを実行すると共に、コンピューティングシステム８００に関連した動作を実施するように構成されたプロセッサ８１０を備えている。例えば、メモリから検索したインストラクションを使用して、プロセッサ８１０は、コンピューティングシステム８００のコンポーネント間での入力及び出力データの受け取り及び操作を制御することができる。プロセッサ８１０は、単一チップのプロセッサであるか、又は多数のコンポーネントで実施される。
【００５２】
ある実施例では、プロセッサ８１０は、オペレーティングシステムと共に、コンピュータコードを実行しそしてデータを発生し及び使用することができる。コンピュータコード及びデータは、プロセッサ８１０に作動的に結合できるプログラムストレージブロック８０２内に存在する。プログラムストレージブロック８０２は、一般的に、コンピューティングシステム８００により使用されるデータを保持する場所をなす。プログラムストレージブロック８０２は、非一時的コンピュータ読み取り可能なストレージ媒体であり、例えば、光センサ８０４のような１つ以上の光センサにより測定されたＰＰＧ信号及びパーフュージョンインデックス値に関する履歴及び／又はパターンデータを記憶することができる。例えば、プログラムストレージブロック８０２は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）８１８、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８２２、ハードディスクドライブ８０８、等を含む。又、コンピュータコード及びデータは、除去可能なストレージ媒体に存在し、必要なときにコンピューティングシステム８００へロード又はインストールされる。除去可能なストレージ媒体は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、セキュアデジタル（ＳＤ）、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣＦ）、メモリスティック、マルチメディアカード（ＭＭＣ）、及びネットワークコンポーネントを含む。
【００５３】
又、コンピューティングシステム８００は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ８１２も備え、これは、プロセッサ８１０に作動的に結合されるか、或いは図示されたように個別のコンポーネントでもよい。Ｉ／Ｏコントローラ８１２は、１つ以上のＩ／Ｏ装置との相互作用を制御するように構成される。Ｉ／Ｏコントローラ８１２は、プロセッサ８１０と、プロセッサ８１０との通信を希望するＩ／Ｏ装置との間でデータを交換することにより動作する。Ｉ／Ｏ装置及びＩ／Ｏコントローラ８１２は、データリンクを通して通信する。データリンクは、一方向リンクでもよいし、両方向リンクでもよい。ある場合には、Ｉ／Ｏ装置は、ワイヤレス接続を経てＩ／Ｏコントローラ８１２へ接続される。一例として、データリンクは、ＰＳ／２、ＵＳＢ、Ｆｉｒｅｗｉｒｅ、ＩＲ、ＲＦ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、等に対応する。
【００５４】
コンピューティングシステム８００は、プロセッサ８１０に作動的に結合されるディスプレイ装置８２４を備えている。このディスプレイ装置８２４は、個別のコンポーネント（周辺装置）であるか、又はプロセッサ８１０及びプログラムストレージブロック８０２と一体化されて、デスクトップコンピュータ（オール・イン・ワン・マシン）、ラップトップ、ハンドヘルド又はタブレットコンピューティング装置、等を形成する。ディスプレイ装置８２４は、おそらく、ポインタ又はカーソル、及びユーザへの他の情報を含むグラフィックユーザインターフェイス（ＧＵＩ）を表示するように構成される。一例として、ディスプレイ装置８２４は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセントディスプレイ（ＥＬＤ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ）、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）、等を含む任意のタイプのディスプレイである。
【００５５】
ディスプレイ装置８２４は、ディスプレイコントローラ８２６に結合され、このコントローラは、プロセッサ８１０に結合される。プロセッサ８１０は、ディスプレイコントローラ８２６へローデータを送信し、そしてディスプレイコントローラ８２６は、ディスプレイ装置８２４へ信号を送信する。データは、画像を投影するためのディスプレイ装置８２４内の複数のピクセルに対する電圧レベルを含む。ある実施例では、プロセッサ８１０は、ローデータを処理するように構成される。
【００５６】
又、コンピューティングシステム８００は、プロセッサ８１０に作動的に結合されるタッチスクリーン８３０も備えている。このタッチスクリーン８３０は、感知装置８３２とディスプレイ装置８２４の組み合わせであり、感知装置８３２は、ディスプレイ装置８２４の前方に位置されるか又はディスプレイ装置８２４と一体化された透明パネルである。ある場合に、タッチスクリーン８３０は、その表面におけるタッチと、タッチの位置及び大きさとを認識する。タッチスクリーン８３０は、タッチをプロセッサ８１０に報告し、そしてプロセッサ８１０は、タッチをそのプログラミングに基づいて解釈することができる。例えば、プロセッサ８１０は、タップ及びイベントジェスチャーパーシングを遂行し、そして装置のウェイクを開始するか又は特定のタッチに基づいて１つ以上のコンポーネントをパワーオンする。
【００５７】
タッチスクリーン８３０は、タッチコントローラ８４０に結合され、これは、タッチスクリーン８３０からデータを取得しそしてその取得したデータをプロセッサ８１０へ供給する。あるケースでは、タッチコントローラ８４０は、プロセッサ８１０にローデータを送信するように構成され、そしてプロセッサ８１０は、そのローデータを処理する。例えば、プロセッサ８１０は、タッチコントローラ８４０からデータを受け取り、そしてデータをどのように解釈するか決定する。データは、タッチ座標及び作用圧力を含む。ある実施例では、タッチコントローラ８４０は、ローデータそれ自体を処理するように構成される。即ち、タッチコントローラ８４０は、感知装置８３２に位置する感知ポイント８３４から信号を読み取り、そしてそれを、プロセッサ８１０が理解できるデータへ変換する。
【００５８】
タッチコントローラ８４０は、マイクロコントローラ８４２のような１つ以上のマイクロコントローラを備え、その各々は、１つ以上の感知ポイント８３４を監視する。マイクロコントローラ８４２は、例えば、ファームウェアと共に機能して、感知装置８３２からの信号を監視し、監視信号を処理し、そしてその情報をプロセッサ８１０へ報告する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に対応する。
【００５９】
ディスプレイコントローラ８２６及びタッチコントローラ８４０の一方又は両方は、フィルタリング及び／又は変換プロセスを遂行する。フィルタリングプロセスは、プロセッサ８１０が冗長データ又は非本質的データで過負荷になるのを防止するためビジーデータストリームを減少するように実施される。変換プロセスは、ローデータをプロセッサ８１０へ送信し又は報告する前にそれを調整するように実施される。
【００６０】
ある実施例では、感知装置８３２は、キャパシタンスに基づく。２つの導電性部材が、実際上タッチせずに、互いに接近するとき、それらの電界が相互作用してキャパシタンスを形成する。第１の導電性部材は、１つ以上の感知ポイント８３４であり、そして第２の導電性部材は、指のような物体８９０である。物体８９０がタッチスクリーン８３０の表面に接近するとき、物体８９０と物体８９０に接近する１つ以上の感知ポイント８３４との間にキャパシタンスが形成される。各感知ポイント８３４におけるキャパシタンス変化を検出し、そして感知ポイント８３４の位置に注目することにより、タッチコントローラ８４０は、複数の物体を認識し、そしてタッチスクリーン８３０を横切って物体８９０が移動するときにその位置、圧力、方向、速度及び加速度を決定する。例えば、タッチコントローラ８４０は、感知されたタッチが指であるか、タップであるか、又は表面を覆う物体であるか決定することができる。
【００６１】
感知装置８３２は、自己キャパシタンス又は相互キャパシタンスに基づく。自己キャパシタンスでは、感知ポイント８３４の各々が、個々に荷電された電極により形成される。物体８９０がタッチスクリーン８３０の表面に接近するにつれて、物体８９０は、その近くにある電極に容量性結合され、それら電極から電荷を盗む。各電極の電荷量は、タッチコントローラ８４０により測定され、１つ以上の物体がタッチスクリーン８３０にタッチするか又はその上に留まるときにそれらの位置を決定する。相互キャパシタンスでは、感知装置８３２は、空間的に分離した線又はワイヤの２層グリッドを含むが、他の構成も考えられる。上層は、行の線を含み、一方、下層は、列の線（例えば、直交）を含む。感知ポイント８３４は、行及び列の交点に設けられる。動作中に、行は荷電され、そして電荷は、行から列へ容量性結合される。物体８９０がタッチスクリーン８３０の表面に接近するにつれて、物体８９０は、物体８９０の付近の行に容量性結合され、それにより、行と列との間の電荷結合を減少させる。各列の電荷の量は、タッチコントローラ８４０により測定され、複数の物体がタッチスクリーン８３０にタッチするときにそれらの位置を決定する。
【００６２】
コンピューティングシステム８００は、光放射器８０６及び８１６のような１つ以上の光放射器、及びユーザの皮膚８２０に接近する光センサ８０４のような１つ以上の光センサも備えている。光放射器８０６及び８１６は、光を発生するように構成され、そして光センサ８０４は、ユーザの皮膚８２０、血管及び／又は血液により反射され又は吸収される光を測定するように構成される。光センサ８０４は、測定されたローデータをプロセッサ８１０へ送信し、そしてプロセッサ８１０は、ノイズ打消しを行って、ＰＰＧ信号及び／又はパーフュージョンインデックスを決定する。プロセッサ８１０は、用途、ユーザの皮膚のタイプ、及び使用条件に基づいて、光放射器及び／又は光センサを動的にアクチベートする。ある実施例では、幾つかの光放射器及び／又は光センサがアクチベートされるが、他の光放射器及び／又は光センサは、例えば、電力節約のためにデアクチベートされる。ある実施例では、プロセッサ８１０は、ローデータ及び／又は処理済情報を、歴史的追跡のため又は将来の診断目的のためにＲＯＭ８１８又はＲＡＭ８２２に記憶する。
【００６３】
ある実施形態では、光センサ（１つ又は複数）は、光情報を測定し、そしてプロセッサは、反射、散乱又は吸収された光からＰＰＧ信号及び／又はパーフュージョンインデックスを決定する。光情報の処理は、装置でも行うことができる。ある実施例では、光情報の処理は、装置自身で行う必要はない。図９は、本開示の実施例により装置がホストに接続される規範的構成を示す。ホスト９１０は、装置９００の外部の装置で、図１Ａ−１Ｃに示したいずれかのシステム又はサーバーを含むが、これに限定されない。装置９００は、通信リンク９２０を通してホスト９１０に接続される。通信リンク９２０は、任意の接続でよく、ワイヤレス接続及びワイヤード接続を含むが、これに限定されない。規範的なワイヤレス接続は、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｄｉｒｅｃｔ、及び赤外線を含む。規範的なワイヤード接続は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ＦｉｒｅＷｉｒｅ、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔ、又は物理的ケーブルを要求する任意の接続を含む。
【００６４】
動作中に、装置９００自体において光センサからの光情報を処理するのではなく、装置９００は、光センサから測定されたローデータ９３０を、通信リンク９２０を経てホスト９１０へ送信する。ホスト９１０は、ローデータ９３０を受け取り、そしてホスト９１０は、光情報を処理する。光情報の処理は、アーティファクトによるノイズを打ち消し又は減少し、そしてユーザの脈拍数のような生理学的信号を決定することを含む。ホスト９１０は、ＰＰＧ信号及びパーフュージョンインデックスに影響するユーザの特性の差を考慮するためのアルゴリズム又は校正手順を含む。更に、ホスト９１０は、診断目的でＰＰＧ信号及びパーフュージョンインデックス履歴を追跡するためのストレージ又はメモリを備えている。ホスト９１０は、処理結果９４０又は関連情報を装置９００へ返送する。処理結果９４０に基づいて、装置９００は、ユーザに通知するか、又はその動作を適宜に調整する。光情報の処理及び／又はストレージの負荷軽減により、装置９００は、処理ロジックに要求されるスペースを装置において解放できるので、装置９００をイネーブルするスペース及び電力を節約して、小型携帯性を維持することができる。
【００６５】
ある実施形態では、電子装置が開示される。電子装置は、複数の光路を生成するように構成された１つ以上の光放射器であって、複数の光路の少なくとも２つが所定の関係をもつ分離距離を有するものである光放射器と；その所定の関係をもつ少なくとも２つの光路を検出するように構成された１つ以上の光センサと；その１つ以上の光センサに結合され且つ少なくとも２つの経路から生理学的信号を検出するように構成されたロジックと；を備えている。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、所定の関係は、同じ分離距離である。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記ロジックは、更に、検出された生理学的信号からＰＰＧ信号及びパーフュージョン信号を発生するように構成される。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記所定の関係は、異なる分離距離である。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記所定の関係は、重畳する光路である。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記所定の関係は、非重畳光路である。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記所定の関係は、同一位置の光路である。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記所定の関係は、非同一位置の光路である。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記ロジックは、更に、複数の光路におけるノイズを減少するよう構成される。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記電子装置は、更に、１つ以上の光放射器に配置された１つ以上の第１レンズを備えている。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記１つ以上の第１レンズの少なくとも１つは、フレネルレンズ又は画像変位膜である。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記１つ以上の第１レンズの少なくとも１つは、前記１つ以上の光放射器から放射される光と実質的に同じ位置に配置された光学的中央部を含む。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記電子装置は、更に、前記１つ以上の光センサに配置された１つ以上の第２レンズを備えている。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記１つ以上の第２レンズの少なくとも１つは、画像変位膜、輝度向上膜又はフレネルレンズを含む。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記電子装置は、更に、１つ以上の光放射器と１つ以上の光センサとの間に配置された光学的隔離部と；少なくとも１つの光学的隔離部に配置された反射器と；１つ以上の光放射器に配置されたウインドウと；１つ以上の光センサに配置されたウインドウと；を備えている。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、少なくとも１つの光センサは、複数の感知領域へと区画される。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記１つ以上の光放射器の少なくとも２つは、異なる波長の光を放射する。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、少なくとも１つの光放射器は、緑の発光ダイオードであり、そして少なくとも１つの光放射器は、赤外線発光ダイオードである。
【００６６】
ある実施例では、１つ以上の光放射器及び１つ以上の光センサを含む電子装置を形成する方法が開示される。この方法は、１つ以上の光放射器から光を放出して、複数の光路を生成し、それら複数の光路の少なくとも２つは、所定の関係をもつ分離距離を有するものであり；１つ以上の光センサから光を受け取り；及びその受け取った光から生理学的信号を決定する；ことを含む。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記方法は、更に、ユーザの特性及び使用条件の少なくとも１つに基づいて１つ以上の光路を動的に選択することを含む。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記複数の光路の少なくとも２つは、同じ分離距離を有し、前記方法は、更に、その同じ分離距離をもつ前記複数の光路の少なくとも２つからのノイズを打ち消し又は減少することを含む。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記複数の光路の少なくとも２つは、第１の光路及び第２の光路を含み、第１の光路は、第１の分離距離を有し、そして第２の光路は、第２の分離距離を有し、第１の分離距離は、第２の分離距離より短く、そして前記方法は、第１の光路から第１の生理学的信号を決定し、及び第２の光路から第２の生理学的信号を決定することを更に含む。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、第１の生理学的信号は、フォトプレチスモグラフ信号を表し、そして第２の生理学的信号は、パーフュージョンインデックスを表す。以上に開示された１つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、１つ以上の光放射器は、第１組の光放射器及び第２組の光放射器を含み、前記方法は、更に、その第１組の光放射器を動的にアクチベートし、及び第２組の光放射器を動的にデアクチベートする、ことを含む。
【００６７】
ここに開示した実施例は、添付図面を参照して完全に説明したが、当業者には、種々の変更や修正が明らかであることに注意されたい。そのような変更や修正は、請求の範囲に規定されたここに開示の実施例の範囲内に包含されるものと理解されたい。
【符号の説明】
【００６８】
１２４、１２６、１２８：タッチスクリーン
１３６：携帯電話
１４０：メディアプレーヤ
１４４：ウェアラブル装置
１４６：ストラップ
３００：装置
３０４、３１４：光センサ
３０６、３１６：光放射器
３１２：ノイズ
３２０：皮膚
３２６：パルス波
４００：装置
４０４：光センサ
４０６、４１６：光放射器
４２０：皮膚
６００：装置
６０１：ウインドウ
６０３：開口
６０４、６１４：光センサ
６０６、６１６：光放射器
６０７：反射器
６１０：ハウジング
６２０：皮膚
６２１、６２３、６２５、６２７：光路
６４４：光学的隔離部
６４６：ストラップ
６４８：コンポーネントマウント平面
６５４：光学的隔離部
７００：装置
７０１：ウインドウ
７０３：開口
７０４、７１４、７２４、７３４：：光センサ
７０６、７１６：光放射器
７１０：ハウジング
７２１、７２３、７２５、７２７、７２９、７３１、７３３、７３５：光路
７４４：光学的隔離部
７４６：ストラップ
７４８：コンポーネントマウント平面
８００：コンピューティングシステム
８０２：プログラムストレージブロック
８０４：光センサ
８０６、８１６：光放射器
８０８：ハードディスクドライブ
８１０：プロセッサ
８１２：Ｉ／Ｏコントローラ
８２０：皮膚
８２４：ディスプレイ装置
８２６：ディスプレイコントローラ
８３０：タッチスクリーン
８３２：感知装置
８３４：感知ポイント
８４０：タッチコントローラ
８４２：マイクロコントローラ
８９０：物体
９００：装置
９１０：ホスト
９３０：ローデータ
９２０：通信リンク
９４０：処理結果
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８】
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【図９】
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