(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と受光素子を有する反射型の脈波センサにおいて、
前記発光素子と受光素子の上部に光を透過できる透光板を有し、この透光板の表面を人体の皮膚表面に密着させて使用する脈波センサであり、
前記透光板に対し前記受光素子を０．５〜２ｍｍだけ下げた位置に配置し、
前記透光板の表面に光を遮断できる遮断膜を設け、
前記遮断膜の中央部かつ前記受光素子の上部に、入射角が±３０°以上の入射光をカットする窓を設けていることを特徴とする脈波センサ。
【請求項２】
請求項１に記載した脈波センサにおいて、
前記受光素子より前記発光素子を前記透光板に近接して配置したことを特徴とする脈波センサ。
【請求項３】
請求項１及び２に記載した脈波センサにおいて、
前記窓は、少なくとも脈波センサを固定する固定用ベルトの周方向に対して直交する方向から入射する光であって、入射角が±３０°以上の入射光をカットすることを特徴とする脈波センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と受光素子を有する反射型の脈波センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光学式の脈波計測装置として、例えば図１０に示すように、発光素子１００と受光素子１１０を並べて配置した反射型の脈波センサが公知である。この脈波センサは、発光素子１００と受光素子１１０の上部に透光板１２０（例えばガラス板）が設けられ、この透光板１２０の表面を人体の皮膚表面に密着させて使用するもので、発光素子１００から人体に向けて光を照射し、反射してきた光を受光素子１１０で受光して、その受光量の変化により人体の脈波を計測している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、反射型の脈波センサは、発光素子１００と受光素子１１０とを並べて配置しているため、図１０に破線矢印で示すように、人体の皮膚表面と透光板１２０の表面との界面で反射した光がノイズ光として受光素子１１０に入り込んでしまう。この場合、人体の動き等によって皮膚と透光板１２０との密着度が変わると、皮膚表面における反射率が変化して、受光素子１１０に入る受光量が変動することにより、人体の脈波を正常に計測できなくなるという問題があった。
また、外部からの光（例えば太陽光や螢光燈の光）がノイズ光として受光素子１１０に入ると、その入射量の変動に伴って受光量が変動するため、外部からの光を極力遮断する必要がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ノイズ光を低減でき、検出確率の高い脈波センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
本発明の脈波センサは、透光板に対し受光素子を０．５〜２ｍｍだけ下げた位置に配置したことを特徴とする。
例えば脈波センサを人体の指に取り付けて使用する場合、太陽光や螢光燈などの光（外乱光と呼ぶ）は、指を導光体として受光素子に入射することがある。この外乱光は、指の皮膚を導光してくると思われることから、受光素子には大きな入射角度で入射してくると考えられる。そこで、透光板に受光素子を近接して配置した場合より、透光板に対し受光素子を０．５〜２ｍｍだけ下げた位置に配置した方が、透光板を透過して受光素子に入り込む光の入射角が小さくなるため、受光素子に入る外乱光を低減することが可能である。その結果、外乱光の影響による誤検出を低減でき、検出確率を向上できる。
さらに、本発明の脈波センサは、透光板の表面に光を遮断できる遮断膜を設け、遮断膜の中央部かつ受光素子の上部に入射角が±３０°以上の入射光をカットする窓を設けている。この場合、窓の開口幅を適宜に選択することで、受光素子に入射する光の入射角度を制限できるため、入射角度の大きい外乱光を効果的に遮断できる。
【０００９】
（請求項２の手段）
請求項１に記載した脈波センサにおいて、発光素子を受光素子より透光板に近接して配置している。この場合、発光素子を透光板に近接させることで、発光素子から人体までの光路長をより短くできるので、発光素子から照射された光を有効に人体に投光でき、検出感度が向上する。
【００１０】
（請求項３の手段）
請求項１及び２に記載した脈波センサにおいて、窓は、少なくとも脈波センサを固定する固定用ベルトの周方向に対して直交する方向から入射する光であって、入射角が±３０°以上の入射光をカットすることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
（第１参考例）
図１は人体の指と脈波センサの断面図である。
本参考例の脈波センサ１は、図１に示すように、上面に開口部を有するパッケージ２、このパッケージ２に収納される発光素子３と受光素子４、パッケージ２の開口部に取り付けられる透光板５、及び発光素子３と受光素子４との間に配される遮光部材６等より構成され、図２に示すように、固定用ベルト７によって人体の指Ｆに装着して使用される。
【００１６】
パッケージ２の内部には、図示しない回路基板が固定され、この回路基板に電子部品である発光素子３（例えばＬＥＤ）と受光素子４（例えばＰＤ）とが並んで実装されている。
透光板５は、光を透過できる例えばガラス板であり、遮光部材６によって発光素子３側と受光素子４側とに分離されている。
遮光部材６は、光を透過できない構成で、図１に示すように、所定の厚みを有する板状に設けられて、発光素子３と受光素子４との間に介在され、透光板５及びパッケージ２の内部を発光素子３側と受光素子４側とに分離している。
【００１７】
固定用ベルト７は、受光素子４に外乱光が入り込むのを防止するために、例えば脈波センサ１の周囲を半径８mmの範囲で覆うことができるだけのベルト幅を有している。なお、固定用ベルト７には、図示しない信号線を介して脈波センサ１の回路基板に接続される回路部８が取り付けられている（図２参照）。この回路部８には、増幅回路と送信回路とが形成され、脈波センサ１から信号線を通じて送られた検出信号を増幅して別体の受信機に送信することができる。
【００１８】
次に、本参考例の作動及び効果を説明する。
発光素子３から照射された光は、その一部が指Ｆの内部を通る毛細動脈９に当たって毛細動脈９を流れる血液中のヘモグロビンに吸収され、残りの光が毛細動脈９で反射して散乱し、一部が受光素子４に入射する。
ここで、血液の脈動により、毛細動脈９にあるヘモグロビンの量が波動的に変化するので、ヘモグロビンに吸収される光も波動的に変化する。その結果、毛細動脈９で反射して受光素子４に入射する光も変化し、その変化量が脈波となる。
【００１９】
但し、発光素子３から照射された光の一部が、透光板５の表面と指Ｆの皮膚表面との界面で反射し、再び透光板５に戻ってしまう場合がある。この場合、前記界面での反射光が受光素子４に入ると、正常に脈波を計測することが困難である。これに対し、本実施例の脈波センサ１では、遮光部材６によって透光板５を発光素子３側と受光素子４側とに分離し、更に発光素子３と受光素子４との間にまで遮光部材６を配置しているので、発光素子３から照射された光のうち、前記界面で反射した光が遮光部材６より受光素子４側へ入り込むことを阻止できる。その結果、図１に示すように、前記界面で反射した光が直接受光素子４に入射することはなく、脈波の計測において反射光の影響を排除できるため、検出確率を向上できる。
【００２０】
（第１参考例の変形例）
上記の遮光部材６は、少なくとも受光素子４側の表面を黒色にすると良い。この場合、受光素子４側の遮光部材６の表面で反射する光を低減できるので、受光素子４にノイズ光が入り込む確率を小さくできる。
また、遮光部材６は、発光素子３側の表面を鏡面としても良い。この場合、前記界面での反射光を遮断できるだけでなく、発光素子３から照射された光を鏡面によって有効に人体に投光できるため、検出感度を向上できる効果も生じる。
更に、上記の参考例では、固定用ベルト７に回路部８を設けて、回路部８から受信機へ送信する構成であるが、例えばマイクロコンピュータを内蔵する腕時計型の脈波計測装置を設け、この計測装置と脈波センサ１とを直接リード線で接続しても良い。
【００２１】
（第１実施例）
本実施例の脈波センサ１は、指Ｆを導光体として受光素子４に入射する外乱光を低減するために、透光板５に対し受光素子４を下げて配置した一例である。つまり、図３に示すように、透光板５から受光素子４を離して配置し、透光板５の表面と受光素子４の受光面との間に所定の距離ｓ（例えば０．５〜２mm）を設けている。
太陽光や螢光燈等の光（外乱光）が受光素子４に入射する場合、指Ｆの皮膚を導光して受光素子４まで到達するものと考えられる。
【００２２】
そこで、受光素子４を透光板５に対し下げて配置すると、透光板５を透過して受光素子４まで到達できる光の入射角θが小さくなるため、指Ｆの皮膚を導光してくる様な入射角θの大きな外乱光を阻止することが可能である。その結果、外乱光の影響による誤検出を低減でき、検出確率を向上できる。
但し、本実施例の場合、透光板５に対し受光素子４を下げて配置しているだけで、発光素子３は出来るだけ透光板５に近接して配置した方が望ましい。透光板５に対し発光素子３を近接させた方が、発光素子３から指Ｆの毛細動脈９までの光路長をより短くできるため、発光素子３から照射された光を有効に人体に投光でき、検出感度が向上する。
なお、図１に示したように、本実施例と第１参考例とを組み合わせて構成することにより、それぞれに記載した効果を合わせて得ることができることは言うまでもない。
【００２３】
（第２参考例）
本参考例の脈波センサ１は、図４に示すように、受光素子４の上部にライトコントロールフィルム１０を配置した一例である。
指Ｆの皮膚を導光してくる外乱光は、受光素子４に対し大きな入射角度で入射していると考えられる。何故なら、図５に示す特性（入射角θが３５度以上の光を透過させない）を持ったフィルムを受光素子４の上部に設けて外乱光の影響を調べたところ、図６に示すように、外乱光の揺らぎの影響が小さくなる結果が得られた。従って、受光素子４の上部にライトコントロールフィルム１０を配置することで、入射角が所定値（例えば３５度）以上の外乱光をカットできるため、外乱光の影響による誤検出を低減でき、検出確率を向上できる。
なお、脈波センサ１を固定用ベルト７で指Ｆに装着した場合、脈波センサ１に対し指Ｆの周方向は固定用ベルト７で覆われているため、外乱光は指Ｆの長さ方向から導光される。従って、ライトコントロールフィルム１０は、指Ｆの長さ方向にフィルム１０の角度依存性を持たせて使用する必要がある。
【００２４】
本参考例の場合、ライトコントロールフィルム１０を透光板５として使用することもできる。例えば、透光板５にライトコントロールフィルム１０を重ねて使用した場合、両者の屈折率が異なるために、透光板５とフィルム１０との界面で反射が生じる。そこで、ライトコントロールフィルム１０を透光板５として用いれば、界面での反射を無くすことができる。
また、透光板５にライトコントロールフィルム１０を重ねて使用する場合は、当然ながら部品点数が増加し、且つ両者の屈折率を調整液等によって調整する必要が生じるため、コストが高くなってしまう。これに対し、ライトコントロールフィルム１０を透光板５として用いれば、部品点数が増えることはなく、且つ屈折率の調整も不要であるため、コストを低く抑えることが可能である。
【００２５】
（第３参考例）
本発明の脈波センサ１は、図７に示すように、受光素子４の上部にＩＲカットフィルタ１１を配置した一例である。
外乱光が指Ｆを導光体として受光素子４に入射する場合、波長が７００ｎｍ以下の光は、指Ｆを導光体として受光素子４まで到達できないため、波長が７００ｎｍ以上の光だけを遮断できれば良い。そこで、波長が７００ｎｍ以上の光を遮断できるＩＲカットフィルタ１１を受光素子４の上部に設けることで、指Ｆを導光体として入り込む外乱光をカットすることができ、外乱光の影響による誤検出を低減できるので、検出確率を向上できる。
【００２６】
本参考例の場合、ＩＲカットフィルタ１１を透光板５として使用することもできる。例えば、透光板５にＩＲカットフィルタ１１を重ねて使用した場合、両者の屈折率が異なるために、透光板５とフィルタ１１との界面で反射が生じる。そこで、ＩＲカットフィルタ１１を透光板５として用いれば、界面での反射を無くすことができる。
また、透光板５にＩＲカットフィルタ１１を重ねて使用する場合は、当然ながら部品点数が増加し、且つ両者の屈折率を調整液等によって調整する必要が生じるため、コストが高くなってしまう。これに対し、ＩＲカットフィルタ１１を透光板５として用いれば、部品点数が増えることはなく、且つ屈折率の調整も不要であるため、コストを低く抑えることが可能である。
【００２７】
（第２実施例）
本実施例は、図８に示すように、受光素子４の上部に光の入射角度を制限するための窓１２を設けた一例である。
受光素子４の窓１２は、例えば透光板５の表面に光を遮断できる遮断膜１３を設け、この遮断膜１３の中央部を所定の大きさに開けて形成される。
受光素子４の上部に窓１２を設けることにより、例えば図８に示すように、透光板５と皮膚表面との界面より１mm下に受光素子４を配置した場合、窓幅ｄ＝０．５mmにすると、図９（ｂ）に示すように、入射角θ＝±３０°以上の光をカットすることができる。
【００２８】
これに対し、窓幅ｄ＝４mmにすると、受光素子４に対して入射角θ＝±６０°以上の光しか遮断できないため、図９（ａ）に示すように、外乱光の影響によって脈波センサ１の検出結果（電圧値）に揺らぎが生じていることが分かる。
上記の第２参考例でも説明したように、指Ｆの皮膚を導光してくる外乱光は、受光素子４に対し大きな入射角度（θ≧３０°）で入射していると考えられることから、上記のように、窓幅ｄを制限することで効果的に外乱光をカットすることができ、外乱光の影響による誤検出を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  指と脈波センサの断面図である（第１参考例）
【図２】脈波センサの使用状態を示す図面である。
【図３】  透光板に対し受光素子を下げた場合の一例を示す図面である（第１実施例）。
【図４】  ライトコントロールフィルムを使用した場合の一例を示す図面である（第２参考例）。
【図５】ライトコントロールフィルムの特性図である。
【図６】ライトコントロールフィルムの効果を示すグラフである。
【図７】  ＩＲカットフィルタを使用した場合の一例を示す図面である（第３参考例）。
【図８】  受光素子の上部に窓を設けた場合の一例を示す図面である（第２実施例）。
【図９】窓による外乱光の影響を測定したグラフである。
【図１０】従来の脈波センサの使用状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  脈波センサ
３  発光素子
４  受光素子
５  透光板
６  遮光部材
１０  ライトコントロールフィルム
１１  ＩＲカットフィルタ
１２  窓
【図１】
0003997666.tif 000002
【図２】
0003997666.tif 000003
【図３】
0003997666.tif 000004
【図４】
0003997666.tif 000005
【図５】
0003997666.tif 000006
【図６】
0003997666.tif 000007
【図７】
0003997666.tif 000008
【図８】
0003997666.tif 000009
【図９】
0003997666.tif 000010
【図１０】
0003997666.tif 000011