(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタと検出器とを有する生理学的センサのためのライトガイドシステムであって、一対の光チャネルを備え、前記光チャネルの各々は、生体適合性の弾性プラスチックで形成され、かつ、着用者の皮膚と接触するように構成され、光チャネルの１つがエミッタと光学的に連通しており、他の光チャネルが検出器と光学的に連通しており、前記生体適合性の弾性プラスチックは、エミッタの光エネルギーを透過し、かつ、周囲光を実質的に遮断する光透過スペクトルを有することを特徴とするライトガイドシステム。
【請求項２】
前記光透過スペクトルが、ロングパス光学フィルタを画定し、前記エミッタの光スペクトルの最短波長が前記ロングパス光学フィルタの遷移波長よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のライトガイドシステム。
【請求項３】
前記ロングパス光学フィルタの遷移波長が、８８０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項２に記載のライトガイドシステム。
【請求項４】
前記生体適合性の弾性プラスチックが、染色されたシリコーンであることを特徴とする請求項１に記載のライトガイドシステム。
【請求項５】
前記エミッタ及び前記検出器が、イヤホン内に配置されることを特徴とする請求項１に記載のライトガイドシステム。
【請求項６】
前記光チャネルが、イヤホン用のイヤーチップに配置されることを特徴とする請求項１に記載のライトガイドシステム。
【請求項７】
前記光チャネル及び前記イヤーチップが、一体成型体として形成されていることを特徴とする請求項６に記載のライトガイドシステム。
【請求項８】
前記光チャネル及び前記イヤーチップが、同じ生体適合性の弾性プラスチックで形成されることを特徴とする請求項６に記載のライトガイドシステム。
【請求項９】
前記光チャネルが、染色されたシリコーンを含み、前記イヤーチップが染色されていない同じシリコーンを含むことを特徴とする請求項８に記載のライトガイドシステム。
【請求項１０】
前記光チャネルは、前記イヤーチップの開口部に配置されたプラグとして形成されることを特徴とする請求項６に記載のライトガイドシステム。
【請求項１１】
前記光チャネルそれぞれの一端の間に延在し、前記生体適合性の弾性プラスチックから形成されるブリッジ部分をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のライトガイドシステム。
【請求項１２】
前記光チャネルは、イヤホン本体に埋め込まれ、前記光チャネルの各々は、前記エミッタ及び前記検出器の各々の一方から延在し、前記ブリッジ部分は、前記イヤホン本体の表面に沿って配置されることを特徴とする請求項１１に記載のライトガイドシステム。
【請求項１３】
少なくとも１つの追加の光チャネル及び少なくとも１つの追加のエミッタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のライトガイドシステム。
【請求項１４】
前記光チャネルが、腕時計、リストバンド、指バンド、チェストストラップ、アームバンド及びネックレスのうちの１つに配置されることを特徴とする請求項１に記載のライトガイドシステム。
【請求項１５】
センサ本体と、
前記センサ本体に配置され、着用者の皮膚に光ビームを照射するように構成されたエミッタと、
前記センサ本体に配置され、前記着用者の照射された皮膚から光エネルギーを受け取り、受け取った光エネルギーに応答して電気信号を生成するように構成された検出器と、
前記電気信号に応答して前記着用者の生理学的データを決定するように構成されたプロセッサと、
生体適合性プラスチックで形成され、かつ、前記着用者の皮膚と接触するようにそれぞれ構成された一対の光チャネルであって、前記光チャネルの１つが前記エミッタと光学的に連通しており、他の前記光チャネルが前記検出器と光学的に連通しており、前記生体適合性プラスチックは、エミッタの光エネルギーを透過し、周囲光を実質的に遮断する光透過スペクトルを有する、一対の光チャネルと、
を備えることを特徴とする生理学的センサ。
【請求項１６】
前記センサ本体が、イヤホンであることを特徴とする請求項１５に記載の生理学的センサ。
【請求項１７】
前記エミッタが、発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする請求項１５に記載の生理学的センサ。
【請求項１８】
前記イヤホンに取り付け可能なイヤーチップをさらに備え、前記一対の光チャネルが前記イヤーチップに配置されることを特徴とする請求項１６に記載の生理学的センサ。
【請求項１９】
前記センサ本体が、腕時計、リストバンド、指バンド、胸部ストラップ、腕バンド及びネックレスのうちの１つの一部であることを特徴とする請求項１５に記載の生理学的センサ。
【請求項２０】
前記生理学的データが心拍数データであることを特徴とする請求項１５に記載の生理学的センサ。
【請求項２１】
生理学的センサのためのライトガイドシステムであって、
着用者の皮膚に光ビームを照射するように構成されたエミッタと、
着用者の照射された皮膚から光エネルギーを受け取り、受け取った光エネルギーに応じて電気信号を生成するように構成された検出器と、
イヤーチップ本体と、イヤーチップボウルに一体成形された一対の光チャネルと、を有するイヤーチップであって、前記光チャネルそれぞれは生体適合性プラスチックで形成され、かつ、着用者の皮膚と接触するように構成され、前記光チャネルの１つは、前記エミッタと光学的に連通しており、他方の前記光チャネルは、前記検出器と光学的に連通しており、前記生体適合性プラスチックは、前記エミッタの光エネルギーを透過し、かつ、周囲光を実質的に遮断する光透過スペクトルを有する、イヤーチップと、
を備えることを特徴とするライトガイドシステム。
【請求項２２】
前記光透過スペクトルが、ロングパス光学フィルタを画定し、前記エミッタの光学スペクトルの最短波長が前記ロングパス光学フィルタの遷移波長よりも大きいことを特徴とする請求項２１に記載のライトガイドシステム。
【請求項２３】
前記生体適合性プラスチックが、染色されたシリコーンであることを特徴とする請求項２１に記載のライトガイドシステム。
【請求項２４】
前記電気信号が、着用者の心拍数を示すことを特徴とする請求項２１に記載のライトガイドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１つまたは複数のエミッタ及び検出器に基づく心拍数センサなどの生理学的センサが、健康及び運動の監視に使用するために開発されている。これらのセンサは、着用者の皮膚に近接して、または着用者の皮膚に対して位置決めするためのイヤホンまたは他の着用可能な形態に統合されることがある。このような装置は、移動中または運動中に着用者に不快感を生じさせることが多く、周囲光のために性能が低下する可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
一態様では、エミッタ及び検出器を有する生理学的センサのためのライトガイドシステムは、一対の光チャネルを含む。光チャネルの各々は、生体適合性の弾性プラスチックで形成され、着用者の皮膚と接触するように構成される。光チャネルの１つはエミッタと光通信し、もう１つの光チャネルは検出器と光通信する。生体適合性の弾性プラスチックは、エミッタの光エネルギーを透過させ、周囲光を実質的に遮断する光透過スペクトルを有する。
【０００３】
ライトガイドシステムの実施形態は、以下の特徴の１つ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。光透過スペクトルは、エミッタの光スペクトルの最短波長がロングパス光学フィルタの遷移波長よりも大きいロングパス光学フィルタを画定し得る。生体適合性弾性プラスチックは、染色されたシリコーンであり得る。光チャネルは、リストバンド、指バンド、腕時計、チェストストラップ、アームバンド、ネックレスまたはイヤホン用のイヤーチップなどの異なる構造にすることができる。
【０００４】
別の態様において、生理学的センサは、センサ本体、エミッタ、検出器、プロセッサ、及び一対の光チャネルを含む。エミッタは、センサ本体内に配置され、着用者の皮膚に光ビームを照射するように構成される。検出器は、センサ本体内に配置され、着用者の照射された皮膚から光エネルギーを受け取り、受け取った光エネルギーに応じて電気信号を生成するように構成される。プロセッサは、検出器と通信し、電気信号に応答して着用者の生理学的データを決定するように構成される。各光チャネルは、生体適合性の適合可能なプラスチックで形成され、着用者の皮膚と接触するように構成される。光チャネルの１つはエミッタと光通信し、もう１つの光チャネルは検出器と光通信する。生体適合性の適合性プラスチックは、エミッタの光エネルギーを透過し、周囲光を実質的に遮断する光透過スペクトルを有する。
【０００５】
生理学的センサの実施形態は、上記及び／または以下の特徴のうちの１つ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。エミッタは、発光ダイオードであり得る。生理学的センサは、イヤホンに取り付け可能であり、一対の光チャネルが配置されているイヤーチップをさらに含むことができる。センサ本体は、リストバンド、指バンド、腕時計、チェストストラップ、アームバンド、ネックレスまたはイヤホンであり得る。
【０００６】
別の態様では、生理学的センサのためのライトガイドシステムは、エミッタ、検出器及びイヤーチップを含む。エミッタは、着用者の皮膚に光ビームを照射するように構成される。検出器は、着用者の照射された皮膚から光エネルギーを受け取り、受け取った光エネルギーに応じて電気信号を生成するように構成される。イヤーチップは、イヤーチップ本体と、イヤーチップ本体に一体成形された一対の光チャネルと、を有する。各光チャネルは、生体適合性の弾性プラスチックで形成され、着用者の皮膚と接触するように構成される。光チャネルの１つはエミッタと光通信し、もう１つの光チャネルは検出器と光通信する。生体適合性の弾性プラスチックは、エミッタの光エネルギーを透過させ、周囲光を実質的に遮断する光透過スペクトルを有する。
【０００７】
生理学的センサのためのライトガイドシステムの実施形態は、上記及び／または以下の特徴の１つ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。光透過スペクトルは、エミッタの光スペクトルの最短波長がロングパス光学フィルタの遷移波長よりも長いロングパス光学フィルタを画定することができる。生体適合性弾性プラスチックは、染色されたシリコーンであり得る。
【０００８】
以下の説明では、添付の図面を参照する。図面において、同様の参照符号は、様々な図における同様の要素及び特徴を示す。明確にするために、すべての要素がすべての図においてラベルされるわけではない。図面は特定の原則を説明することに重点を置いており、必ずしも一定の縮尺ではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】厚さ１．７２ｍｍ及び厚さ３．３５ｍｍの透光性シリコーンのサンプルの波長の関数としての光透過率のグラフである。
【図２】シリコーンと２％の顔料濃度でのＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｂｌａｃｋ  ４２８０顔料とのブレンドについての波長の関数としての光透過率のグラフである。
【図３】イヤホン本体内に配置された光心拍数センサのための左イヤーチップの一例の斜視図である。
【図４】イヤホン本体内の光心拍数センサ用の左イヤーチップの一例の斜視図である。
【図５】イヤホン本体内の光心拍数センサ用の右イヤーチップの一例の斜視図である。
【図６】イヤホン本体内の光心拍数センサ用の右イヤーチップの別の例の斜視図である。
【図７】位置及び保持構造が切り取り図として示されているイヤホン本体内の光心拍数センサ用の右イヤーチップの別の例の斜視図である。
【図８】イヤホン本体内の光心拍数センサ用の右イヤーチップの別の例の斜視図である。
【図９Ａ】生理学的センサの様々な実施において使用され得るライトガイドシステムのための多数の光チャネル構成の端面図である。
【図９Ｂ】生理学的センサの様々な実施において使用され得るライトガイドシステムのための多数の光チャネル構成の端面図である。
【図９Ｃ】生理学的センサの様々な実施において使用され得るライトガイドシステムのための多数の光チャネル構成の端面図である。
【図９Ｄ】生理学的センサの様々な実施において使用され得るライトガイドシステムのための多数の光チャネル構成の端面図である。
【図９Ｅ】生理学的センサの様々な実施において使用され得るライトガイドシステムのための多数の光チャネル構成の端面図である。
【図９Ｆ】生理学的センサの様々な実施において使用され得るライトガイドシステムのための多数の光チャネル構成の端面図である。
【図１０】腕時計ケース内に配置された生理学的センサとともに使用するための２つの光チャネルを有するシリコーン底層上に配置された腕時計ケースの一例を示す図である。
【図１１】バンド本体と、バンド本体の中または上に配置された生理学的センサと共に使用するための２つの光チャネルを有するシリコーン底層と、を有するリストバンドの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で使用される用語は、特定の例及び実施形態を説明するためのものであり、限定することを意図するものではない。本明細書中で使用される全ての用語は、本明細書中で他に定義されない限り、当業者により一般的に理解されるものと同じ意味を有する。
【００１１】
「生理学的」という用語は、ヒトまたは動物の身体の機能の特徴を指す。本明細書で使用される「皮膚」という用語は、一般にヒトまたは動物の皮膚を指し、耳の内部及び外部の特徴部の表面を含む。「生体適合性」材料とは、皮膚と接触したときに実質的に悪影響を示さない任意の材料を意味する。例えば、生体適合性材料は、皮膚に対して毒性がなく、研磨性もなく、皮膚に対して化学的に不活性であり、非アレルギー性であり、ヒトまたは動物に不快感を引き起こさない。
【００１２】
本明細書で使用される「センサ」という用語は、エネルギー（例えば、熱、光、音等）を検出または感知し、パラメータ（例えば、温度、強度、音圧、及び圧力等）に応答する信号を生成する装置を指す。例えば、光センサは、光エネルギーを検出し、センサに入射する光のパラメータ（例えば、強度）に応答する信号を生成することができる。以下に説明されるいくつかの例では、センサは、光エネルギーを生成するためのエミッタと、光エネルギーを検出するための検出器と、を含むコンポーネントの組み合わせを含む。
【００１３】
本明細書で使用される「モニタ」は、検出されたパラメータを監視または観察するための装置を指す。以下に説明されるいくつかの実施形態及び実施例では、モニタはセンサを含み、センサによって生成された信号に基づいて、観察または聞くことができるディスプレイまたはオーディオ信号などの出力を生成する。
【００１４】
「本体」という用語は、通常、物体または構造体を指す。本体は、１つ以上のコンポーネントが身体の内部に配置される（例えば、身体内に埋め込まれるか、体腔に配置される）、身体の表面上に配置される、または、締結具またはコネクタを使用して、または複数の介在構造を介して身体に取り付けられることを可能にする特徴部を含み得る。
【００１５】
「イヤホン」という用語は、少なくとも部分的に耳に挿入可能なイヤホンを指す。イヤホンには、キャナルホーンや同様の装置も含まれる。「イヤーチップ」という用語は、「イヤホンチップ」という用語と同義語であり、イヤホンの本体に取り付けることができる取り外し可能で交換可能なコンポーネントを指す。イヤーチップは外耳道を周囲の音から密封するために使用される。
【００１６】
一般の人々のための生理学的モニタは近年普及している。これらのモニタは、リストバンドのようなウェアラブルフィットネストラッキング装置の形態であることが多く、または追加の機能を提供する装置に統合され得る。生理学的モニタのためのセンサは、手首、胸部、指、腕及び首を含む体の様々な場所のいずれかに装着され得る。具体的な例には、着用者が心拍数を監視しながら、オーディオ出力または着用者に時間表示を行うという主要機能を果たすことを可能にする心拍数センサを有するイヤホン及び腕時計が含まれる。
【００１７】
１つのタイプの心拍数センサは、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような１つ以上の光学エミッタからの光が着用者の皮膚を照射する光学技術に基づいている。光の一部は照射された皮膚から反射され、一方、光の一部は皮膚の表面の下に通過して静脈、動脈、毛細血管などの血管構造を含む組織の中に到達する。皮膚表面の下から後方散乱される光の大部分は、典型的には時間不変である。しかしながら、血液からの後方散乱光の強度は、典型的には時間とともに変化する。この時間変動は、各パルスの酸素化変動による血液の光吸収スペクトルの変化によって引き起こされる。強度変動はまた、各パルスの間に光に露出する血液量の変化に基づき得る。光検出器は、後方散乱光の一部を受け取り、一定（ＤＣレベル）成分及び時間変動（ＡＣレベル）成分を有する信号を生成する。信号は、まず、前処理のためにアナログフロントエンド（ＡＦＥ）に供給されるか、または、信号の時間変動成分の優勢な周波数から着用者の心拍数を決定するプロセッサに直接供給される。
【００１８】
心拍数センサは、信号の時間変動成分が重要である体の位置に装着され得る。心拍数センサは、通常、少なくとも１つのＬＥＤエミッタと、１つ以上の光検出器とを有する。エミッタ及び検出器は、典型的には、センサ本体の内部または上に配置される。例えば、センサ本体はイヤホンであり得る。エミッタからセンサ本体の表面に延在する第１の領域と、検出器からセンサ本体の表面に延在する第２の領域とは、典型的には、ポリカーボネートのような硬質プラスチックで形成され、赤外（ＮＩＲ）スペクトル及び可視スペクトルの少なくとも一部を含む。通常、２つの領域は、２つの領域間の光の直接通過を防止する不透明領域によって互いに分離される。いくつかの例では、硬質プラスチックはセンサ本体の表面を越えて延在し、皮膚と直接接触するように構成される。プロセッサは、典型的には、センサ本体の遠隔に配置され、１つ以上のワイヤを有するケーブルを介してセンサと電気通信している。
【００１９】
イヤホン内の心拍数センサは、耳の照射された皮膚からオフセットされ得、これにより、エミッタからの光エネルギーの多くが、エアギャップ内の減衰を介して、かつ、耳組織と空気との界面、及び、硬質プラスチックと空気の界面の屈折率不連続部での反射によって失われる。信号のＡＣレベル成分、すなわち検出器に入射する変調された光エネルギーの信号対雑音比（ＳＮＲ）は、光エネルギーの損失の増加に従って低下する。心拍数モニタ及び皮膚の光照射に基づく他の生理学的モニタ及び後方散乱及び反射光の検出は、運動または他の身体活動中にさらに悪影響を受ける可能性がある。より具体的には、着用者が動いているとき、皮膚に対するエミッタ及び検出器の位置が変化し得る。例えば、着用者の耳内のイヤホンの位置は、走行中または他の形態の運動中に頻繁にシフトし得る。
【００２０】
空気を通る光の透過による光損失は、センサの皮膚からの許容可能な分離を制限し、一般的に、屈折率不連続部における光損失が実質的に一定のままであるにもかかわらず、分離が増加するにつれてより多くの光出力を必要とする。さらに、エアギャップの存在は、周辺光が検出器に到達し、それによってＳＮＲを低下させる手段をもたらす。イヤホン本体は、エアギャップをなくすためにサイズを大きくされ得る。しかし、硬質な本体と耳との接触は、長期使用後の痛みまたは痛みを含む着用者に不快感を引き起こし得る。検出された光信号のＳＮＲは、光エネルギーを増加させることによって改善することができる。エミッタの光パワーを増加させると、装置のバッテリ寿命が短くなる可能性があり、さらに、センサがイヤホン本体の凹部にある場合、時間の経過と共に塵が集まり、汗から耳の蝋または塩分が凹部に集積する可能性がある。その結果、光信号伝送が減少し得る。
【００２１】
イヤーチップは、周囲環境から外耳道を密閉し、耳に対してイヤホンの位置を安定させるためにイヤホンと共に使用されることがある。イヤーチップの開口部は音響エネルギーを内耳に通し、一方、イヤーチップと外耳道との間の接触シールは、着用者が聞こえる背景音響ノイズの低減または除去に役立つ。イヤーチップは、通常、複雑な耳の形状及び外耳道に適合し得るシリコーンなどの軟質ポリマーを含む、快適に着用できる材料から形成される。
【００２２】
図１は、イヤーチップに使用することができる厚さ１．７２ｍｍ及び厚さ３．３５ｍｍのサンプル（それぞれプロット１０及び１２）の半透明シリコーンの波長に対する光透過率を示す。可視スペクトル全体にわたり、及び約１１５０ｎｍまでの近赤外（ＮＩＲ）スペクトルにわたって、有意な変動のない高い透過率が観察される。シリコーンは、人間の組織との接触やイヤホンの使用者にとっての快適性のために安全性が認められている。しかし、可視スペクトル及びエミッタのスペクトルより下のＮＩＲ波長を含む広い透過スペクトルは、周辺光が検出器に到達し、心拍数センサのＳＮＲを劣化させる。
【００２３】
本明細書に記載の生理学的センサのためのライトガイドシステムの特定の例では、システムは、エミッタと光通信する光チャネルと、検出器と光通信する光チャネルと、を含む。光チャネルは、着色剤と混合された生体適合性の弾性プラスチック、例えばシリコーンで形成される。各光チャネルは、エミッタスペクトル帯域を通過させ、より短い波長でほとんどの光エネルギーを拒絶する光透過スペクトルを有する。着色剤は、液体中の懸濁液として提供される顔料であってもよい。あるいは、着色剤は、液体の形態で提供される染料であってもよい。いくつかの実施形態では、着色剤は、顔料の混合物、染料の混合物、または、少なくとも１つの染料及び少なくとも１つの顔料を有する混合物である。
【００２４】
実際、光透過スペクトルは、エミッタの光スペクトルの最短波長がロングパス光学フィルタの遷移波長よりも長いロングパス光学フィルタを規定する。本明細書で使用される「遷移波長」は、透過率が最大透過率の５０％である広い透過率領域の最短波長を意味する。各光チャネルは、皮膚と接触するように構成され、それにより、空気を通す透過による光損失を低減または排除する。
【００２５】
別の例では、エミッタは、レーザダイオードなどの狭帯域光源であってもよい。上述したように、光チャネルは、エミッタスペクトル帯域を通過させ、より短い波長でほとんどの光エネルギーを排除する光透過スペクトルを有することができる。あるいは、光チャネルは、狭いレーザダイオードスペクトル帯域を通過させ、エミッタのスペクトル帯域の下及び上の波長で光エネルギーの大部分を排除する狭帯域光透過スペクトルを有し得る。
【００２６】
ロングパス光学フィルタ特性を有する光チャネルのための特定の非限定的な例として、図２は、シリコーンと２％の顔料濃度のＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）Ｂｌａｃｋ  ４２８０顔料（ノースカロライナ州シャーロットのＢＡＳＦ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）との混合材の光透過特性を示す。混合された材料は、各光チャネルのための適切な材料として使用あれ得る。プロット２０，２２，２４及び２６は、それぞれ０．４５ｍｍ、０．８５ｍｍ、１．６６ｍｍ及び３．３１ｍｍの厚さの混合シリコーンサンプルを表す。全ての厚さについて、対応する遷移波長は、光学的に基づく心拍数モニタ用の典型的なエミッタのスペクトル帯域の最短波長よりも小さい。例えば、ＬＥＤエミッタは、約９００ｎｍの中心波長と、約４０ｎｍの全幅半値（ＦＷＨＭ）スペクトル帯域幅とを有し得る。この例では、８８０ｎｍに近いが８８０ｎｍ未満の遷移波長を有する光透過スペクトルが周囲光の最大の排除に好ましい。
【００２７】
１つの技術において、着色剤は、液体シリコーンゴム（ＬＳＲ）とゲル形態で混合された液体として提供される。混合物を金型に注入して、所望の形状を有する弾力性のあるシリコーン体を形成する。得られた光チャネルは、イヤホン用のイヤーチップのようなより大きな一体成型体に成形され得る。生理学的センサのためのライトガイドシステムの他の実施態様では、プラスチック材料の光透過スペクトルがエミッタの光エネルギーを通過し、周囲光を実質的に遮断する限り、他の生体適合性の弾性プラスチックが光チャネルに使用される。従って、種々の顔料及び染料を種々のプラスチック材料と混合して所望の光透過スペクトルを達成し得る。
【００２８】
様々な実施形態において、生理学的センサは、イヤホンの内部または上に配置された心拍数センサである。より具体的には、イヤホンの本体はセンサ本体として機能し、センサはエミッタ及び検出器を含む。
【００２９】
様々な例において、光チャネルは、イヤホン本体に取り付けられ、イヤホン本体から取り外されることができるイヤーチップの一部品として形成される。イヤーチップが取り付けられると、光チャネルの１つはエミッタ上に位置し、もう１つの光チャネルは検出器上に位置する。各光チャネルの断面積は、エミッタ及び検出器の活性領域の寸法に応じて選択され得る。以下に説明されるいくつかの例では、１つ以上のエミッタから光を伝搬するために２つ以上の光チャネルが使用され、及び／または１つ以上の検出器に光を提供するために１つ以上の光チャネルが使用される。
【００３０】
図３は、イヤホン本体に配置された光心拍数センサのための左イヤーチップ５０の側面図である。イヤーチップ本体３３は、可視及び近赤外線スペクトルにおいて不透明になるように修正されたシリコーンなどの弾性プラスチックで形成される。イヤーチップ本体３３から延在する位置決め保持構造３４は、外耳道に対して静止位置にあるイヤーチップ本体３３に取り付けられたイヤホンを維持する手段を形成する。位置決め保持構造３４は、硬質プラスチックから形成され得、または、イヤーチップ本体３３と同じ弾性プラスチックで形成されてもよく、透明であっても不透明であってもよい。イヤーチップ本体３３を貫通する開口３６は、取り付けられたイヤホンによって生成された音響信号が外耳道に伝播する手段を形成する。１対の光チャネル３８及び４０が、イヤーチップ３０の上部に配置されている。光チャネル３８及び４０は、光透過スペクトルを有する弾性プラスチックで形成され、エミッタからの光エネルギーがイヤーチップ３０を通過して、耳の照射された領域から後方散乱された光エネルギーが、イヤーチップ５０を通過して検出器に到達することを可能にする。イヤーチップ５０の本体３３がイヤホンに取り付けられると、一方の光チャネル３８の後端部（図示せず）は、エミッタ上に配置された保護透明カバーと接触するように構成される。同様に、他方の光チャネル４０の後端部は、検出器の上に配置された保護カバーと接触するように構成される。図示されているように、イヤーチップ本体３３の部分４６は、２つの光チャネル３８及び４０との間に位置する。この不透明部分４６は、エミッタからの光が検出器への直接光路を有することを防止する。
【００３１】
図４及び図５は、イヤホン本体内の光心拍数センサのための左イヤーチップ６０及び右イヤーチップ７０の例の斜視図である。イヤーチップ６０及び７０は、図１に示す左のイヤーチップ５０と同様の形状であるが、光チャネル３８及び４０は、それぞれ、イヤーチップ本体３３及び３２上の異なる位置にある。特に、図４は、位置決め保持構造３４に対して音響開口３６の反対側に位置する光チャネル３８及び４０を示す。図５は、垂直に分離され、音響開口３６と位置決め保持構造３４との間に位置する光チャネル３８及び４０を示す。図示した両方の例では、２つの光チャネル３８及び４０の露出端部は、ヒトの耳の近傍の構造との接触のために構成される。
【００３２】
図６は、右イヤーチップ３０の別の例の斜視図である。２つの光チャネル３８及び４０は、イヤーチップ本体３２の底部に配置され、イヤーチップ本体３２の部分４６によって分離される。
【００３３】
図７は、光チャネル３８及び４０が位置決め及び保持構造３４内にどのように配置されているかを示すために、位置決め及び保持構造３４が切り取り図として示されている右イヤーチップ８０の別の例の斜視図である。エミッタ及び検出器（図示せず）は、それぞれ、光チャネル３８及び４０の各々の１つの端部４２または４４にほぼ隣接して配置される。光チャネル３８及び４０は、エミッタからの光が耳の対輪の一部を照射するように配置される。
【００３４】
図８は、右イヤーチップ９０の別の例の斜視図である。この例では、位置決め保持構造４８は、イヤホン本体５２に取り付けられた別個の要素である。位置決め及び保持構造の取り外し可能な形態は、上述のいずれの例でも使用され得る。図の第３の要素は、イヤホン本体５２に取り付けられた傘型のイヤーチップ５４であり、これは上述のいずれの例でも使用され得る。この例では、光チャネル３８及び４０は、イヤホン本体５２内に配置され、本体表面までまたはそれを超えて延在し得る。製造のために、光チャネル３８及び４０は、個々のプラグとして形成することができ、各プラグは、イヤホン本体５２の開口部に挿入される。代替の例では、２つの光チャネル５６及び５８は、ブリッジ部分６２によって単一の要素内において一端で共に結合される。好ましくは、ブリッジ部分６２は、エミッタの光スペクトルに対して不透明になる顔料または染料で選択的に形成され、これにより、エミッタから検出器への直接光路を排除する。
【００３５】
図９Ａ〜９Ｆは、様々な実施形態に従って使用され得る多数の光チャネル構成の端面図を示す。
【００３６】
図９Ａは、エミッタと検出器との間のクロストークが重要でない場合に使用され得る単一の光チャネル６４を示す。好ましくは、エミッタと検出器との間の分離は、クロストークを低減するために他の実施形態と比較して増加される。このバリエーションの延長線上で、イヤーチップ全体は製造を用意にするためにロングパスシリコーンで作られる。別の変形例では、単一の光チャネルの中央部分を不透明で作られ、これにより、単一の部分が２つの独立した光チャネルとして機能し得る。あるいは、イヤーチップ全体がロングパス染色シリコーンで作られている場合、エミッタ及び検出器の光路を分離する領域を不透明にして、クロストークを低減または排除することができる。
【００３７】
図９Ｂは、様々な実施例について上述したように、２つの光チャネル３８及び４０の分離を示す。
【００３８】
図９Ｃ、図９Ｄ及び図９Ｅは、中央光チャネル６６を囲む複数の光チャネル６８を有するエミッタとの光通信に適合し、１つまたは複数の検出器との光通信に適合した中央光チャネル６６を示す。
【００３９】
図９Ｆは、複数のエミッタと光通信するように構成された光チャネル６６の群７２と、複数の検出器と光通信するように構成された光チャネル６８の第２の群７４と、を示す。光チャネル６６の図示された群は、複雑な形状を有するイヤーチップへの実施に有利であり得る。いくつかの実施形態では、染料や顔料がより少ない材料が使用される。他の実施形態では、グループ化により、情報の平均化または取得され平均化される複数の測定を可能にする。
【００４０】
上述の様々な例は、イヤホンのためのイヤーチップに関する。図１０は、シリコーン底層８４上に腕時計ケース本体８２が配置された腕時計ケース８０の一例を示している。上述した例の光チャネルと同様の通過特性を有する２つの光チャネル８６及び８８は、層８４を含み、腕時計ケース本体８２内に配置された心拍数モニタのような光学生理学的センサと組み合わせて使用される。
【００４１】
図１１は、シリコーン底層９４を備えたバンド本体９２を含むリストバンド９０（例えば、腕時計バンド）の例を示す。図２の腕時計ケース８０に示されたものと同様の２つの光チャネル８６及び８８。図１０に示されているように、バンド本体９２内またはバンド本体９２上に配置された光学式生理学的センサから放出された光学的エネルギーの通過を可能にする。
【００４２】
一般に、本明細書に記載の原理による生理学的センサのためのライトガイドシステムは、改善された性能を可能にし、着用者の快適性を提供する。いくつかの実施例及び例が説明されてきた。それにもかかわらず、本明細書に記載された原理から逸脱することなく、追加の改変がなされ得ることが理解されるであろう。例えば、光チャネルのサイズ、位置及び数は、様々な実装形態において上述したものとは異なり得る。
【符号の説明】
【００４３】
３０  イヤーチップ
３２  イヤーチップ本体
３３  イヤーチップ本体
３４  保持構造
３６  音響開口
３８  光チャネル
４０  光チャネル
４２  端部
４４  端部
４６  不透明部分
４８  保持構造
５０  左イヤーチップ
５２  イヤホン本体
５４  イヤーチップ
５６  光チャネル
５８  光チャネル
６０  左イヤーチップ
６２  ブリッジ部分
６４  光チャネル
６６  光チャネル
６８  光チャネル
７０  右イヤーチップ
７２  群
７４  第２の群
８０  腕時計ケース
８２  腕時計ケース本体
８４  シリコーン底層
８６  光チャネル
８８  光チャネル
９０  リストバンド
９２  バンド本体
９４  シリコーン底層
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図１０】
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【図１１】
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