(57)【要約】  光電式容積脈波記録装置が、光源光を外部対象に向けるように構成された光源と；前記外部対象により散乱された第１光源光部分の強度を示すセンサ信号を供給するように配置及び構成された光センサと；前記光源及び光センサを収容すると共に、前記光源光に対して透明で且つ前記外部対象に面すべき外面を備えたカバープレートを有するケースと；該ケース内において少なくとも１つの光源と前記カバープレートの外面との間に設けられると共に、前記光源から前記カバープレートの外面へ及び前記ケースを離脱することなく該カバープレートの外面から前記光センサへと延びる伝搬経路上の第２光源光部分を阻止するように構成された遮光装置と；を有する。
2018536521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電式容積脈波記録装置（以下、ＰＰＧ装置）であって、
外部対象に向けられるべき光源光のビームを発生する少なくとも１つの光源と、
第１光源光部分の強度を示すセンサ信号を供給する少なくとも１つの光センサであって、前記第１光源光部分は前記外部対象により散乱され且つ当該光センサにより検出されたものである光センサと、
前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの光センサを収容すると共に、前記光源光に対して透明で且つ前記外部対象に面すべき外面を備えたカバープレートを有するケースと、
前記ケース内において前記少なくとも１つの光源と前記カバープレートの外面との間に配置されると共に、前記光源から前記カバープレートの外面へ及び前記ケースを離脱することなく該カバープレートの外面から前記光センサへと延びる伝搬経路上の第２光源光部分を阻止する遮光装置と、
有する、ＰＰＧ装置。
【請求項２】
前記遮光装置が、前記カバープレートの外面から前記光センサへ伝搬する前記第２光源光部分の伝搬経路を遮断する、請求項１に記載のＰＰＧ装置。
【請求項３】
前記遮光装置が、前記カバープレートにおける前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの光センサに面する内面上に少なくとも１つの吸収エレメントを有する、請求項１に記載のＰＰＧ装置。
【請求項４】
前記遮光装置が前記カバープレートの一体部分を形成する、請求項１に記載のＰＰＧ装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの吸収エレメントは前記光源から前記光センサを指す方向に横方向の広がりを有し、該横方向広がりが前記カバープレートの厚さに等しい、請求項３又は請求項４に記載のＰＰＧ装置。
【請求項６】
前記光源は第１偏光を持つ前記光源光を供給し、前記遮光装置は前記カバープレートと前記少なくとも１つの光センサとの間における前記第２光源光部分の伝搬経路に偏光フィルタを有し、該偏光フィルタが前記第１偏光の光の伝搬を阻止する、請求項１に記載のＰＰＧ装置。
【請求項７】
前記光源は偏光されていない光を放出する発光体及び前記光源光に前記第１偏光を付与する第１偏光フィルタを有し、前記遮光装置の偏光フィルタは第２偏光を有する光源光の透過を排他的に可能にする第２偏光フィルタを形成し、前記第１及び第２偏光が互いに直角である、請求項６に記載のＰＰＧ装置。
【請求項８】
前記第２偏光フィルタが、前記第２光源光部分の伝搬経路に関して前記光センサの前側に配置される、請求項７に記載のＰＰＧ装置。
【請求項９】
分離壁が前記光源と前記光センサとの間に配置されて、前記光源から前記光センサに直接的に伝搬する第３光源光部分を阻止する、請求項１ないし８の何れか一項に記載のＰＰＧ装置。
【請求項１０】
前記光源光に対して透明であると共にベースプレート上に配置され、且つ、前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの光センサにおける前記ベースプレートに取り付けられていない面を包囲するシリコン樹脂層を更に有する、請求項９に記載のＰＰＧ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電式容積脈波測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電式容積脈波測定（ＰＰＧ）装置は、外部対象の容積の変化を検出するために光学的測定技術を利用する。医療的応用において、この技術は、被検者の臓器又は他の身体部分における血液量の変化を検出するために使用することができる。ＰＰＧの医療的応用において検出することができる他の情報は、血中酸素の飽和レベル、呼吸数、脈拍数又は血圧に関するものである。言い換えると、ＰＰＧは被検者のバイタルサイン情報を監視するために使用することができる。
【０００３】
米国特許出願公開第2011/0130638号は、パルスオキシメータ測定値の形でバイタルサイン情報を提供するための包帯型ＰＰＧ装置を記載している。光源及び光センサは、センサ本体の組織接触面上に配置されている。光センサには、最初に組織を通過することなく光センサに入射する分路された光の量を低減するための表面凹凸構造が設けられている。該表面凹凸構造は、望ましくない光源からの光の経路に、斯様な光をセンサの検出素子から逸らすことにより影響を与える。
【０００４】
米国特許出願公開第2015/0057511号は光近接センサアセンブリを開示しており、該アセンブリは、赤外波長を持つ光を放出する赤外（ＩＲ）発光ダイオード（ＬＥＤ）、該赤外波長に対して感受的なＩＲ光検出器、及び前記ＬＥＤから前記ＩＲ光検出器への直接光線を阻止すると共に反射された光線が前記少なくとも１つの光検出器に到達することを可能にする光バリアを備えた光近接センサと、前記光検出器により検出された信号を増幅する増幅器、アナログ／デジタル変換器、ＬＥＤドライバ、ノイズ低減及び周囲光相殺回路並びにマイクロコントローラと通信するためのデジタルインターフェースを備えた電子集積回路とを含む。上記光近接センサは装着可能な担体に収容されている。単一のセンサは、複数の同一の若しくは異なるＬＥＤ、複数のフォトダイオード、又は両方を含むことができる。また、血流及び動脈壁硬化に関するデータを取得するために、幾つかのセンサを人の皮膚上に血管経路に沿って配置することができる。
【０００５】
米国特許出願公開第2014/0163342号は、配線基板の主面上に配置された発光素子及び受光素子と、発光素子密封部と受光素子密封部との間に配置された遮光部と、前記遮光部を挟んで前記配線基板と平行に配置された透光特性を持つ基板媒体と、該基板媒体を前記発光素子密封部、前記受光素子密封部及び前記遮光部と接着させる透光特性を持つ接着層と、前記基板媒体の主面に取り付けられた第１心電図電極とを含むバイオセンサを開示している。前記接着層の両端部及び前記基板媒体の両端部は、前記配線基板の主面に垂直な方向から見た場合に前記受光素子密封部又は前記発光素子密封部の何れとも重なり合わないように配置される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、頑丈さ及び寿命を改善する一方、望ましくない信号成分による所望のバイタルサイン情報の乱れを除去又は低減するＰＰＧ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、以下ＰＰＧ装置と称する光電式容積脈波測定装置が提供される。該ＰＰＧ装置は、
−  外部対象に向けられるべき光源光のビームを発生するように構成された少なくとも１つの光源と、
−  第１光源光部分の強度を示すセンサ信号を供給するように配置及び構成された少なくとも１つの光センサであって、前記第１光源光部分は前記外部対象により散乱され且つ当該光センサにより検出されたものである光センサと、
−  前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの光センサを収容すると共に、前記光源光に対して透明で且つ前記外部対象に面すべき外面を備えたカバープレートを有するケースと、
−  前記ケース内において前記少なくとも１つの光源と前記カバープレートの外面との間に配置されると共に、前記光源から前記カバープレートの外面へ及び前記ケースを離脱することなく該カバープレートの外面から前記光センサへと延びる伝搬経路上の第２光源光部分を阻止するように構成された遮光装置と、
有する。
【０００８】
米国特許出願公開第2011/0130638号から既知のＰＰＧ装置と比較して、本発明によるＰＰＧ装置は、透光性カバープレートを備える保護ケース内に光源及び光センサが、該カバープレートの使用により光センサ信号を悪化させることなく配置されることを可能にすることにより改善を提供するものである。上記ケースは当該光源及び光センサを、例えば動いている外部対象との接触により発生し得る物理的損傷から、及び化学反応等の環境との直接的接触の望ましくない影響から保護する。このように、バイタルサイン情報を伝達する光センサ信号の有用成分には、前記遮光装置が無いとしたら、当該外部対象に到達しないでケースから離脱することなく（特に、該ケースのカバープレートの外面における反射後に）前記少なくとも１つの光センサに到達したであろう望ましくない第２光源光部分の強度を無くし又は少なくとも低減することにより、カバープレートの使用にも拘わらず僅かな乱れしかもたらされない。検出される信号における該第２光源光部分の強度の除去又は少なくとも低減は、当該外部対象により散乱され、従って前記少なくとも１つの光センサにより検出された場合に所望のバイタルサイン情報を含む有用な第１光源光部分の相対量を増加させる。このことは、バイタルサイン情報を高い精度で抽出及び評価することを可能にする。
【０００９】
このように、本発明のＰＰＧ装置は、頑丈さ及び長寿命を、所望のバイタルサイン情報の前述した望ましくないＰＰＧ信号成分による乱れの除去又は低減と結合させる。
【００１０】
明瞭化のために、前記外部対象は請求項に記載のＰＰＧ装置の一部を形成するものではないことを注記する。該外部対象は、当該ＰＰＧ装置により調べられるべき対象である。外部対象の限定するものでない例は、弾性チューブ、動物及び人又は人の一部である。
【００１１】
以下においては、当該ＰＰＧ装置の実施態様が説明される。
【００１２】
頑丈さ及び長寿命により、当該ＰＰＧ装置は最終顧客による私的使用に特に適している。該ＰＰＧ装置は、エネルギ供給のために当該ケース内に挿入されるべき１以上の電池を用いた携帯使用のための独立型装置として設けることができる。
【００１３】
一実施態様において、前記ケースは、腕時計のものに類似した構造で設けられる。好適には、このように該ケースには腕時計バンド等を固定するための取付エレメントが設けられる。
【００１４】
他の実施態様において、該ケースはユーザの腕又は指に装着するのに適した長さの輪の形状を有する。
【００１５】
他の実施態様において、該ケースは、ユーザの耳の内部又はユーザの耳の外部に装着されるべきセンサに組み込まれる。この実施態様のセンサは、例えば、イヤホン又はヘッドフォンの一部である。
【００１６】
他の実施態様において、当該ＰＰＧ装置は、時間、距離、速度若しくは加速度の測定等のアプリケーションを実施する又は通信若しくは計算能力を提供するための他の機能も提供するようなスマートウォッチ又はスマートフォン等の携帯型電子計算装置に組み込むためのモジュールとして提供される。このような電子応用装置において、前記光源及び検出器は底面側、即ちユーザの腕又は手首に面すべき前記カバープレートの外面に配置されるべきである。エネルギ供給は、このような携帯型電子計算装置の他の電子部品と共用することができる。
【００１７】
当該ＰＰＧ装置の実施態様はＰＰＧ処理ユニットを有する。該ＰＰＧ処理ユニットは、好ましくは、前記少なくとも１つの光センサにより検出された光量を示す光センサ信号を受信及び処理して、所望のバイタルサイン情報を提供するように構成される。このようなＰＰＧ処理ユニットにより実施される適切な処理方法及び処理要件は、既知であり、本前後関係では詳述されることを要さないであろう。
【００１８】
幾つかの実施態様において、上記ＰＰＧ処理ユニットは当該ＰＰＧ装置の一体部分としては設けられず、通信リンクを介して前記光センサ信号を受信する外部ユニットとして設けられる。このような実施態様のＰＰＧ処理ユニットは、例えば、コンピュータのプロセッサにより実行するための実行可能なソフトウェアコードとして実施化することができる。日常生活における及びスポーツにおける監視応用例の場合、スマートフォン等の携帯型コンピュータが得に好適である。当該ＰＰＧ装置とコンピュータとの間の好適な通信リンクは、有線通信リンクであり、更に一層好適なものは、ブルートゥース（登録商標）リンク又はＷＬＡＮ（Wi-Fi（登録商標））リンク等の無線通信リンクである。
【００１９】
当該ＰＰＧ装置の遮光装置は、前述した第２光源光部分の伝搬経路に配置される。遮光は、第２光源光部分の伝搬経路の如何なる好適な位置において実施することもできる。当該伝搬経路の好適な位置は、前記外部対象により散乱され、従ってバイタルサイン情報を帯びた前記第１光源光部分の量を減少させることなく、第２光源光部分のみを阻止することを可能にする。
【００２０】
当該遮光装置は、該遮光装置が前記カバープレートと前記ケースの外側の光学的に一層薄い周囲媒体（即ち、前記カバープレートの外面）との間の界面における全反射を受けた光源光の光センサによる検出を防止するように配置及び構成された実施態様において特に有利である。このことは、空気（約１.０の屈折率を有する）又は水（約１.３）等の当該ケースの外側の周囲光学媒体の典型的な屈折率ｎSEより大きな屈折率ｎCPを有するカバープレートを備える好ましい実施態様において特に有効である。このような実施態様において、当該カバープレートの外面は当該ケースの外側の周囲光学媒体との界面を形成し、この界面に対する光源光のarcsin(nSE/nCP)より大きな入射角において該光源光の全反射を引き起こし得る。ガラス（ｎCP＝１.５）から形成されるカバープレート及び空気（ｎSE＝１）により形成される周囲光学媒体を限定するものでない例として挙げると、この界面に対する４１.８°の閾角より大きな光源光の如何なる入射角も、全反射となり得る。より小さな入射角の光源光は、良く知られたフレネルの式に従って、当該カバープレートの外面において僅かな程度に部分的に反射される。
【００２１】
このように、第２光源光部分の伝搬経路は当該ＰＰＧ装置の設計過程において決定することができ、該伝搬経路を遮断すべく当該遮光装置をケース内に適切に配置することができる。第１の代替実施態様において、当該遮光装置は、当該ケースの内側からカバープレートの外面に入射する光を、該カバープレートの外面において全反射が発生し得る前に阻止するよう配置される。即ち、該遮光装置は、全反射の閾角より大きな入射角を有する光源光により形成される第２光源光部分を阻止する。第２の代替実施態様において、当該遮光装置は、光源光のうちのカバープレートの外面において全反射を受けた部分により形成される第２光源光部分を阻止するように配置される。両代替実施態様において、前記第１光源光部分の望ましくない減少は、ケースの幾何学的設計も考慮に入れながら、光源、光センサ及び遮光装置の適切な相互配置により適切に防止される。
【００２２】
当該遮光装置は、種々の方法で実施化することができる。一実施態様において、該遮光装置は、前記カバープレートにおける前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの光センサに面する内面上に少なくとも１つの吸収エレメントを有する。該吸収エレメントは、入射する光源光を吸収するのに適した材料から形成されると共に、光源光の反射を好適に呈さないか又は該光源光に対して低い反射係数を有するようなつや消し面を有する。該吸収エレメントは、例えば、前記カバープレートの内面に印刷又は被着された１以上の条片（stripe）により形成することができる。この変形例の吸収エレメントは、機械的印刷工程により作製することができる。他の変形例において、該吸収エレメントは前記カバープレートの内面に接着処理により被着させることができる。更なる変形例において、該吸収エレメントは、前記カバープレートの内面における前記少なくとも１つの光センサ及び少なくとも１つの光源に面するつや消し区域により形成される。更に、カバープレートの内面に被着された場合、該吸収エレメントは、該吸収エレメントが無い場合に上記内面上で反射されたであろう光源光部分の検出を防止することができる。吸収エレメントは、カバープレートの内面上に如何なる所望の空間的分布で設けることもできる。
【００２３】
他の実施態様において、前記遮光装置は前記カバープレートの一体部分を形成する。幾つかの変形例において、該遮光装置は、例えばガラス材料又は少なくとも光源光の波長に対して透明な他の好適な材料から形成される、それ以外では透明なカバープレートに嵌め込まれた１以上のつや消し区域又は吸収条片により形成される。
【００２４】
前記吸収エレメントの幾何学的構造に関しては、他の実施態様において該吸収エレメントは、前記光源から前記光センサを指す方向の横方向の広がりを有し、該横方向の広がりは前記カバープレートの厚さに等しい。この吸収エレメントの広がりは、前記第２光源光部分の阻止に関して特に良好な結果を示すと共に、前記第１光源光部分の望ましくない阻止を回避する。
【００２５】
幾つかの実施態様において、望ましい第１光源光部分の全体的強度を増加させるために複数の光源が設けられる。これら光源は、好ましくは、各光源が対応する光センサに割り当てられるように、対応する数の光センサと対で配設される。この場合、対応する数の吸収エレメントを用いることができ、各吸収エレメントは、カバープレートの厚さに対応させて、各光源から割り当てられた光センサを指す方向において対応する広がりを有する。このように、これら吸収エレメントは、光源及び割り当てられた光センサにより形成される各対に関して都合良く最適化される。
【００２６】
第１光源光部分の可能な限り多くの検出をもたらすためには、勿論、有利且つ好ましいものであるとしても、第１光源光部分及び第２光源光分の伝搬経路の完全な分離は必要ではない。幾つかの実施態様において、前記遮光装置は前記第２光源光部分の所望の遮断と一緒に、第１光源光部分の一部も遮断する。しかしながら、他の実施態様は第１光源光部分の斯様な部分的遮断を、当該光源、カバープレート及び光センサの適切な幾何学的設計及び配置により低減する。当該ＰＰＧ装置の他の実施態様は、第２光源光部分の伝搬を阻止するために、光の偏光特性及び生物組織による散乱の減偏光効果（depolarizing effect）を利用する。即ち、入射する偏光光の生物組織による散乱は、該光を偏光解除し、従って、検出される後方散乱光は実質的に非偏光のものとなる。一方、当該カバープレートのために使用される無機材料により後方散乱又は反射された偏光光源光は、その高度の偏光を失うことはない。
【００２７】
従って、当該ＰＰＧ装置の一実施態様において、前記光源は第１偏光を持つ光源光を供給するように構成される。前記遮光装置は、前記カバープレートと前記少なくとも１つの光センサとの間における（即ち、前記カバープレートによる前記光源光の前記光センサに向かっての散乱又は反射後の）前記第２光源光部分の伝搬経路に偏光フィルタを有する。該偏光フィルタは前記第１偏光の光源光の伝搬を阻止するように構成され、このことは、同時に第１偏光以外の偏光の光源光の透過を可能にするように構成されていることを意味する。前記外部対象における散乱により偏光解除された光源光は、少なくとも第１偏光以外の偏光を持つ光部分を含む。
【００２８】
上記第１偏光は、この実施態様の別の変形例では、光源光の直線、円又は楕円偏光である。前記光源は、幾つかの変形例では、偏光された光（偏光光）を放出するように構成される。
【００２９】
当該ＰＰＧ装置における好適な光源は、通常、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオード（ＬＤ）である。前記第２光源光部分を阻止するために偏光を利用する実施態様の場合、偏光光を放出するＬＥＤ又はＬＤを使用することができる。しかしながら、他の実施態様において、当該光源は偏光されていない（非偏光）光源光を放出する発光体を有する。このような非偏光光発光体を、偏光光を使用する実施態様の光源において利用するために、放出される光源光は、上記発光体による放出の後に該発光体と前記カバープレートとの間に配置される偏光フィルタを通過させることにより偏光される。このような変形例では、従って、互いに排他的な偏光の２つの偏光フィルタが好ましくは使用され、この場合において、第１の偏光フィルタは光源光を偏光するためのものであり、第２の偏光フィルタは前記第２光源光部分を選択的に阻止すると共のバイタルサイン情報を帯びる前記第１光源光部分の少なくとも一部の透過を可能にするためのものである。
【００３０】
第１及び第２偏光フィルタの偏光方向は、幾つかの実施態様では、互いに直交する直線偏光方向である。外部対象における散乱により偏光解除された前記第１光源光部分は、光センサの前の第２偏光フィルタを部分的に通過することができる。前記カバープレートの外面における第２光源光部分の全反射は該第２光源光部分の偏光方向に影響を与え得ることに注意されたい。このことは、第２光源光部分の最大量を阻止する偏光フィルタを用いることにより、対処することができる。
【００３１】
第２光源光部分の検出の抑圧を更に改善するために、吸収エレメント及び偏光フィルタの使用を組み合わせることができる。このように、幾つかの実施態様は、偏光フィルタを有すると共に、例えば前記カバープレートの内面上に前述したような少なくとも１つの吸収エレメントを更に有する遮光装置を備える。
【００３２】
前記第１及び第２偏光フィルタにおける各偏光フィルタは、当該ＰＰＧ装置の前記光源の前側及び前記光センサの前側に、各々、適宜配置される。このようにして、第１偏光フィルタは前記光源により放出される全ての光をフィルタする一方、第２偏光フィルタは前記光センサに向かって伝搬する全ての光をフィルタする。更に詳細には、前記第２偏光フィルタは、前記第２光源光部分の伝搬経路に関して前記光センサの前側に配置される。勿論、２以上の光源及び／又は２以上の光センサが使用される場合、全ての光源光に第１偏光を付与するために追加の第１偏光フィルタが使用され、第２光源光部分を完全に遮断するために追加の第２偏光フィルタが使用される。
【００３３】
更なる実施態様においては、分離壁が前記光源と前記光センサとの間に配置されて、前記光源から前記光センサに直接的に伝搬する第３光源光部分を阻止する。この実施態様の少なくとも１つの分離壁は、光源光における当該ＰＰＧ装置のケースを離脱せず、従って前記光センサにより検出されるべき有用な信号に貢献しない他の成分の望ましくない検出を防止する助けとなり得る。
【００３４】
更なる実施態様においては、前記光源光に対して透明である保護層が、前記少なくとも１つの光源及び／又は前記少なくとも１つの光センサを、該光源及び光センサが取り付けられるベースプレート上で埋め込むために使用される。該保護層は、好ましくは、例えばシリコン樹脂材料等の弾性変形可能な材料から形成される。該保護層は、前記少なくとも１つの光源及び少なくとも１つのＰＰＧセンサを、例えば当該ＰＰＧ装置を腕時計のように腕に装着している人が走っている又は他の種類のスポーツを行っている際に発生する物理的衝撃から保護する助けとなる。該保護層は、汗又は水等の液体との接触からも保護する。従って、該ＰＰＧ装置の実施態様は、当該遮光装置の配置を設計する際に水中での光の伝搬による光学特性の変化に注意を払わねばならないことを留意すれば、水中で使用することもできる。
【００３５】
前記少なくとも１つの光センサは、好適には、前記光源のスペクトル範囲内で感応的なフォトダイオードである。しかしながら、ＣＣＤセンサ又はビデオカメラを含む、如何なる他の光感知性検出器装置を使用することもできる。
【００３６】
本発明の好ましい実施態様は、従属請求項又は上記実施態様と、対応する独立請求項との如何なる組み合わせとすることもできると理解されるべきである。
【００３７】
本発明の上記及び他の態様は、後述する実施態様から明らかとなり、斯かる実施態様を参照して更に解説されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、ＰＰＧ装置の一実施態様の概略図を示す。
【図２】図２は、吸収条片を有する遮光装置を備えたＰＰＧ装置の他の実施態様の概略図を示す。
【図３】図３は、ＰＰＧ装置の一実施態様に関し、カバープレートでの反射後に光センサに直接到達する望ましくない光源光のパワーの間の依存性を表したグラフを示す。
【図４】図４は、複数の偏光フィルタを備えた遮光装置を有するＰＰＧ装置の一実施態様の概略図を示す。
【図５】図５は、腕時計内に配設されたＰＰＧ装置の第１実施態様の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、光電式容積脈波測定（ＰＰＧ）装置１００の一実施態様の概略図を示す。当該図面は、実寸通りではなく、個々の構成要素の寸法は実際の寸法及び異なる構成要素の寸法の間の関係を示そうとするものではない。また、当該図面は、本発明の前後関係におけるフィーチャを説明するために必要とされない構成要素が省略されているという点で概略的なものである。特に、電気的相互接続は図示されていない。
【００４０】
ＰＰＧ装置１００はケース１０２を有している。ケース１０２内には、電子部品が実装された回路基板等のベースプレート１０４が配置されている。上記電子部品の１つとして、ベースプレート１０４上には光源１０６が設けられている。光源１０６は発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、該発光ダイオードは動作時において全体として符号１０８が付された光源光を発生し、該光源光は少なくとも部分的に外部対象１１０（例えば、ユーザの指又は腕である）に向けられる。該光源光の異なる機能を表すために１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ及び１０８ｄと符号が付された複数の矢印が示され、これらは後に更に説明する。当該光源光の波長は、外部対象１１０に侵入すると共に該外部対象１１０における特に血管内の血液により散乱されるのに適したものである。
【００４１】
フォトダイオードの形態の光センサ１１２が、ベースプレート１０４上に配置されている。該光センサは、前記光源１０６から或る横方向距離で配置されている。光センサ１１２は、光源１０８のスペクトル範囲内において敏感であり、従って、外部対象１１０内で当該光センサ１１２に向かって散乱され、次いで該光センサ１１２により検出された第１光源光部分１０８ａの強度を示す電子センサ信号を出力端１１４に供給することができる。散乱された光源光の上記第１部分は、非常に簡略化された態様で矢印１０８ａ及び１０８ｄにより示されているように、光源光１０８ａ及び１０８ｄが外部対象１１０内で単一（１０８ａ）又は複数の（１０８ｄ）散乱イベントを受けることにより光センサ１１２方向に向け直される。
【００４２】
光源１０６及び光センサ１１２を収容するケース１０２はカバープレート１１６を有し、該カバープレートは光源光１０８に対して透明であると共に、光源１０６及び光センサ１１２に面する内面１１６ｉ並びに外部対象１１０に面する外面１１６ｏを有する。カバープレート１１６は、特に光源光の反射の形で光源光の散乱を生じさせる。光源光の小さな割合は内面１１６ｉにおいて反射される。ここでは第２光源光部分１０８ｂと称される光源光のうちの無視できない部分は、カバープレート１１６の外面１１６ｏとケース１０２の外側の周囲空気との間の界面で反射され、ケース１０２を離脱することなく光センサ１１２の方向に向け直される。
【００４３】
遮光装置１１８が、ケース１０２内においてカバープレート１１６の内面１１６ｉに配置される。該遮光装置は、光源１０６から光センサ１１２への第２光源光部分１０８ｂの伝搬経路を、カバープレート１１６の外面１１６ｏでの反射の後に遮断する。本実施態様の遮光装置１１８は、カバープレート１１６の内面１１６ｉに被着された吸収条片である。カバープレート１１６の内面１１６ｉにおいて反射される光源光の少なくとも一部は、この実施態様の遮光装置１１８により該遮光装置の幅の適切な設計によって阻止することができる。この目的のために、光源光の特に高い吸収度を持つ材料を設けることに加えて、上記吸収条片は特に低い反射率の材料から形成される。
【００４４】
分離壁１２０は光源光の部分１０８ｃを阻止するように働き、該部分１０８ｃは第３光源光部分とも称されるもので、上記分離壁が無い場合、光源１０６から光センサ１１２に直接伝搬するものである。分離壁の使用は、放出される光源光の十分に小さなビーム開口を持つ光源（例えば、集光エレメントとしてのレンズにより達成することができる）を設けることにより回避することができる。上記レンズは当該光源に一体部分として組み込むことができる。
【００４５】
光源光１０８に対して透明なシリコン樹脂からなる保護層１２２が、当該光源及び光検出器を被覆する。
【００４６】
このように、シリコン樹脂層１２２により支持されたケース１０２が光源１０６及び光センサ１１２を物理的な損傷から保護しているが、第１光源光部分１０８ａ，１０８ｄに対応する光信号の有用成分（バイタルサイン情報を帯びる）は、カバープレートの使用にも拘わらず、極僅かな乱れしか呈さない。このことは、前記遮光装置１１８が無いとしたら、当該外部対象に到達しないでケース１０２から離脱することなく（特に、ケース１０２のカバープレート１１６の外面１１６ｏにおける反射後に）光センサ１１２に到達したであろう望ましくない第２光源光部分１０８ｂの強度を無くし又は少なくとも低減する。検出された信号における該第２光源光部分１０８ｂの強度の除去又は少なくとも低減は、外部対象１１０により散乱され、従ってセンサ１１２により検出された場合に所望のバイタルサイン情報を含む有用な第１光源光部分１０８ａ，１０８ｄの相対量を増加させる。このことは、バイタルサイン情報を高い精度で抽出及び評価することを可能にする。
【００４７】
遮光装置１１８の最適な位置及び形状は、設計過程において、カバープレートからケース１０２内の隣接する空間１２４及びケース１０２の外側の周囲空気への移行部における多重反射を受ける該カバープレート内での光伝搬を含む、当該ケース１０２の内部における光の伝搬並びに光源１０６及び光センサ１１２の幾何学構造及び配置を考慮に入れて当該光学経路のシミュレーションにより決定することができる。
【００４８】
ＰＰＧ処理ユニット（図示略）は、上記ケースの内部又は外部に設けることができ、前記バイタルサイン情報を処理及び判定するために光センサ１１２の出力端１１４から検出信号を受信する。
【００４９】
図２は、ＰＰＧ装置の第２実施態様２００の概略図を示す。
【００５０】
以下の説明は、図１及び図２の実施態様の間の差について焦点を合わせる。最初の桁のみ異なる符号が、当該ＰＰＧ装置２００のうちの図１のＰＰＧ装置１００の実施態様にも含まれる構成部品を示すために使用されている。従って、このようなフィーチャに関しては、以下で差異が説明されない限り、図１の説明が追加として参照される。
【００５１】
図２のＰＰＧ装置２００は２つの光源２０６.１及び２０６.２を有し、これら光源は本例では物理的特性（特に、発光波長）が同一である。このことは、散乱光源光強度を増加させ、従って決定されるべきバイタルサイン情報の精度を向上させる。しかしながら、同一の物理的特性を持つ光源のみが使用されることは要件ではない。例えば、異なる波長の光源を、脈拍数及び血中酸素飽和度等の異なるタイプのバイタルサイン情報を得るために使用することもできる。
【００５２】
第１及び第２光源２０６.１及び２０６.２は、ベースプレート２０４上において光センサ２１２の左右に配置される。分離壁２２０.１及び２２０.２は、第１光源２０６.１と光センサ２１２との間及び第２光源２０６.２と光センサ２１２との間に、各々、配置されている。
【００５３】
遮光装置は、吸収条片の形の吸収エレメント２１８.１，２１８.２を有している。吸収エレメント２１８.１及び２１８.２は、カバープレート２１６の内面２１６ｉ上に印刷された、黒色、且つ、つや消しのものである。
【００５４】
第１吸収エレメント２１８.１は、内面２１６ｉ上の、第１光源２０６.１と光センサ２１２との間の実質的に中間となる横方向位置に印刷されている。第２吸収エレメント２１８.２は、内面２１６ｉ上の、第２光源２０６.２と光センサ２１２との間の実質的に中間となる横方向位置に印刷されている。これらの位置は、吸収エレメント２１８.１及び２１８.２がカバープレート２１６の外面２１６ｏから光センサ２１２への前記第２光源光部分の伝搬を阻止するように選択される。同時に、吸収エレメント２１８.１及び２１８.２は、カバープレート２１６の内面２１６ｉにおける光源光の反射も防止する。
【００５５】
両吸収条片は、図２の紙面において、前記カバープレートの内面に平行な方向に広がりＥを有する。カバープレート２１６の厚さＴは、典型的に、０.３ｍｍ〜１.５ｍｍの間である。シリコン樹脂層２２２とカバープレート２１６との間の空隙２２４は高さＨを有し、該高さＨは幾つかの実施態様では０.０２ｍｍ〜０.１５ｍｍの間である。
【００５６】
吸収エレメント２１８.１及び２１８.２の広がりＥは、後の図３の前後関係で説明されるシミュレーション結果に基づいて適宜決定される。
【００５７】
図３は、光センサ２１２に到達する前記望ましくない第２光源光部分の相対量Ｉと、図２に示したものと実質的に構成が対応するＰＰＧ装置の実施態様に対する条片幅Ｅとの間の依存性を図示したグラフ３００を示す。
【００５８】
光センサ２１２に到達する望ましくない第２光源光部分の相対強度量が、縦軸に全放出光源光強度の％の単位でプロットされている。吸収エレメント２１８.１及び２１８.２の広がりＥが、横軸に、ミリメートルなる線形単位でプロットされている。当該シミュレーションの基となるカバープレート２１６の厚さＴは０.５ｍｍであり、空隙２２５の高さＨは０.１ｍｍである。当該光源と光センサとの間の横方向距離は、約１.５ｍｍである。２つの異なるシナリオが、シミュレーション曲線３０２及び３０４により表されている。曲線３０２の基となるシナリオは基準シナリオであり、該基準シナリオにおいてカバープレートの外面とユーザの皮膚（請求項の文言では外部対象を形成する）との間には空間（従って空気）が存在しない。曲線３０４の基となるシナリオは、カバープレートの外面とユーザの皮膚との間に空隙を有する。当該シミュレーションは白い皮膚を持つユーザを仮定して計算された。
【００５９】
吸着エレメントの紙面に対して垂直な方向の広がりは、同一であり、紙面において前記広がりに沿った横方向位置に到達する如何なる光も阻止するのに十分であると仮定される。
【００６０】
当該シミュレーションにより決定され、且つ、図３において曲線３０４から明らかなように、光センサ２１２により検出される望ましくない光（第２光源光部分）の相対量は、０.５ｍｍなる条片幅Ｅを持つ吸収条片２１８.１及び２１８.２を用いることにより少なくとも約３倍低減することができる一方、基準シナリオは約２倍の低減しか示さない。
【００６１】
同じシナリオを用いて暗色皮膚に対して実施されたシミュレーションは、吸収条片２１８.１及び２１８.２が使用されない場合、受光される第２光源光部分（“短絡光”と呼ぶこともできる）が実際に第１光源光部分により形成される有用信号に等しいことを示すことに注意されたい。言い換えると、この場合、曲線３０４は条片幅Ｅ＝０ｍｍに対してＩ＝５０％で開始する。更に、この場合、０.５ｍｍなる条片幅に対して、“短絡光”の相対強度は１０％に低減され得る。従って、おおざっぱに言うと、条片幅は好ましくはカバープレートの厚さに等しく選択される。一般的に、所与のセンサに関して、１０％なる“短絡光”の相対強度Ｉを達成するのに適した条片幅とカバープレートの厚さＴとの間に比例性が見られる。カバープレート（典型的には、ガラスプレート）が厚いほど、条片幅Ｅは広くなければならない。
【００６２】
Ｉ＝１０％を達成するために適した条片幅Ｅは、当該光源と光センサとの間の横方向距離にも依存する。大まかに言うと、上述したシミュレーションデータと比較した場合、横方向距離のＦ倍の増加は、上記シミュレーションに関して提示された値と比較して等しくＦ倍増加された好適な条片幅Ｅという結果となる。一例として、当該横方向距離が図３の例と比較して３倍増加された場合、適切なものは好ましくはＥ＝３Ｔとなる。
【００６３】
図４は、ＰＰＧ装置の他の実施態様４００の概略図を示す。以下の説明は、本実施態様と図１及び図２の実施態様との間の差について焦点を合わせる。最初の桁のみ図１及び図２に使用されたものと異なる符号が、当該ＰＰＧ装置４００のうちの図１のＰＰＧ装置１００又は図２のＰＰＧ装置２００の実施態様にも含まれる構成部品を示すために使用されている。従って、このようなフィーチャに関しては、以下で差異が説明されない限り、図１及び図２の説明が追加として参照される。
【００６４】
図４のＰＰＧ装置４００は２つの光源４０６.１及び４０６.２を有し、これら光源は本例では物理的特性（特に、発光波長）の点及び非偏光光を供給するという点で同一である。第１及び第２光源４０６.１及び４０６.２は、ベースプレート４０４上において光センサ４１２の左右に配置される。分離壁４２０.１及び４２０.２が、第１光源４０６.１と光センサ４１２との間及び第２光源４０６.２と光センサ４１２との間に、各々、配置されている。
【００６５】
２つの偏光フィルタ４０７.１及び４０７.２が、シリコン樹脂層４２２及び光源４０６.１並びにシリコン樹脂層４２２及び光源４０６.２上に、各々、設けられている。これらは、第１偏光フィルタとも称されたもので、偏光された光源光を供給するように機能する。本例において、両偏光フィルタ４０７.１及び４０７.２は、図４に概念的にのみ示された第１方向に線形に偏光された光の透過を可能にする。良く知られているように、光波の偏光ベクトルは該光波の伝搬方向に垂直な面内にある。従って、偏光フィルタ４０７.１及び４０７.２の背後に供給される光源光の偏光の実際の方向は、図４の紙面に垂直な方向を指す。遮光装置４１８は、先に第２偏光フィルタと称された他の偏光フィルタを有している。該偏光フィルタ４１８は、光センサ４１２及びシリコン樹脂層４２２上に配置される。該偏光フィルタは、図４の紙面内にあり且つカバープレート４１６に平行な偏光ベクトルを有する線形に偏光された光のみの透過を可能にする。特に、第２偏光フィルタ４１８により可能にされる偏光方向は、第１偏光フィルタ４０７.１により可能にされる偏光方向に対して直角である。
【００６６】
ＰＰＧ装置４００は、第２偏光フィルタ４１８により前記第２光源光部分の伝搬を阻止するために、生物組織による散乱の減偏光効果を利用する。即ち、生物組織による入射偏光光の散乱は該光を減偏光させ、従って、検出される後方散乱光は実質的に偏光解除されているので、カバープレートのために使用される無機材料により後方散乱又は反射された偏光光源光は、第２偏光フィルタ４１８によりフィルタ除去することができる（該偏光光源光は、第１偏光フィルタ４０７.１及び４０７.２により達成された高度の変更を失っていないからである）。偏光フィルタ４１８の形態の遮光装置を、カバープレート４１６と光センサ４１２との間の（即ち、当該光源光のカバープレート４１６による光センサの方向への散乱又は反射後の）第２光源光部分の伝搬経路に設けることにより、偏光フィルタ４０７.１及び４０７.２により誘起された偏光を持つ光源光の伝搬の阻止が達成される。一方、外部対象における散乱により偏光解除された光源光は、偏光フィルタ４０７.１及び４０７.２により誘起される偏光を有しないものの強度の少なくとも大凡５０％の光部分を含む。この部分は、所望の信号、従ってバイタルサイン情報も含む。
【００６７】
図示せぬ代替実施態様において、当該偏光フィルタは第１及び第２の互いに排他的な円又は楕円偏光の光源光の通過を可能にする。
【００６８】
図５は、腕時計５１０内に配設されたＰＰＧ装置の第１実施態様５００の概要図を示す。該ＰＰＧ装置５００と図２に示された吸収エレメント２１８.１，２１８.２を備えたＰＰＧ装置２００との間の唯一の相違は、ＰＰＧ装置５００が腕時計５１０内に配設され、処理ユニット５２０に接続されていることである。
【００６９】
処理ユニット５２０は、センサ信号５３０を受信すると共に、該センサ信号５３０を処理してＰＰＧ特性を示すＰＰＧ情報信号を供給するように構成及び配置され、当該ＰＰＧ情報は腕時計５１０のユーザによるＰＰＧ装置５００の対応する駆動に際し該腕時計５１０により表示することができる。
【００７０】
ＰＰＧ装置５００のカバープレート１６０は、該ＰＰＧ装置５００をユーザとの物理的接触及びユーザの腕又は手首の水分から保護する。
【００７１】
要約すると、本発明は光電式容積脈波記録装置に関するもので、該光電式容積脈波記録装置は、光源光を外部対象に向けるように構成された光源と；前記外部対象により散乱された第１光源光部分の強度を示すセンサ信号を供給するように配置及び構成された光センサと；前記光源及び光センサを収容すると共に、前記光源光に対して透明で且つ前記外部対象に面すべき外面を備えたカバープレートを有するケースと；該ケース内において少なくとも１つの光源と前記カバープレートの外面との間に設けられると共に、前記光源から前記カバープレートの外面へ及び前記ケースを離脱することなく該カバープレートの外面から前記光センサへと延びる伝搬経路上の第２光源光部分を阻止するように構成された遮光装置と；を有する。
【００７２】
以上、本発明を図面及び上記記載において詳細に図示及び説明したが、このような図示及び説明は解説的又は例示的であり限定するものではないと見なされるべきである。即ち、本発明は開示された実施態様に限定されるものではない。開示された実施態様に対する他の変形例は、当業者によれば、請求項に記載された本発明を実施するに際して図面、本開示及び添付請求項の精査から理解し、実施することができるものである。
【００７３】
特に、本発明はＰＰＧ処理装置を含む全医療用装置の使用又は単色光源に限定されるものではない。更に、本発明は医療用途に限定されるものではない。
【００７４】
尚、請求項において“有する”なる文言は他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。
【００７５】
また、単一のステップ又は他のユニットは、請求項に記載された幾つかの項目の機能を満たすことができる。また、特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。
【００７６】
また、請求項における如何なる符号も、当該範囲を限定するものと見なしてはならない。
【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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【国際調査報告】
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2018536521.tif 000009
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