(57)【要約】【課題】脈波測定センサによる生体信号測定装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明の生体信号測定装置は、測定対象に向かって第１の光及び第２の光を放射する光源部と、第１の光を透過させて第２の光を反射させる挿入層と、測定対象によって反射された第１の光又は測定対象を透過した第１の光を検出して挿入層によって反射された第２の光を検出する光検出器と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に向かって第１の光及び第２の光を放射する光源部と、
前記第１の光を透過させて前記第２の光を反射させる挿入層と、
前記測定対象によって反射された第１の光又は前記測定対象を透過した第１の光を検出して前記挿入層によって反射された第２の光を検出する光検出器と、を備えることを特徴とする生体信号測定装置。
【請求項２】
前記第１の光の波長は、前記第２の光の波長より長いことを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定装置。
【請求項３】
前記第１の光は、第１の角度で偏光された光であり、
前記第２の光は、前記第１の角度と異なる第２の角度で偏光された光であり、
前記挿入層は、前記第１の角度で偏光された光を透過させて前記第２の角度で偏光された光を反射させることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体信号測定装置。
【請求項４】
前記測定対象によって反射された第１の光は、
前記測定対象内の血流量の変化に基づいて反射する光特性が変わることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項５】
前記挿入層によって反射された第２の光は、
前記測定対象の表面変位の変化又は前記測定対象の表面における接触力の変化に基づいて反射する光特性が変わることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項６】
前記挿入層は、外部の力によって物理的に外形が変形されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項７】
前記挿入層は、前記測定対象の表面に付着されるステッカー及びタトゥーのうちいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項８】
前記光検出器に入力される信号のうちの少なくとも１つに基づいて生体信号情報を抽出する信号処理器を更に含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項９】
前記生体信号測定装置は、モバイル装置又はウェアラブル装置に含まれて動作することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項１０】
前記光検出器に外部光が流入することを防止するためのシールドを更に含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項１１】
前記光源部は、
前記シールドの一側に位置して前記測定対象に向かって前記第１の光を放射する第１の光源と、
前記シールドの他側に位置して前記測定対象に向かって前記第２の光を放射する第２の光源と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の生体信号測定装置。
【請求項１２】
前記光検出器は、
前記シールドの一側に位置して前記測定対象を透過した第１の光を検出する第１の光検出器と、
前記シールドの他側に位置して前記挿入層によって反射された第２の光を検出する第２の光検出器と、を含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の生体信号測定装置。
【請求項１３】
前記挿入層は、該挿入層に入射した光の波長に基づいて前記第１の光を透過させて前記第２の光を反射させることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項１４】
測定対象に向かって光を放射する光源と、
前記光を透過させる挿入層と、
前記測定対象によって反射された反射光又は前記測定対象を透過した透過光を検出する光検出器と、
前記測定対象の表面における変位の変化及び接触力の変化のうちの少なくとも１つを検出する変位／力検出器と、を備えることを特徴とする生体信号測定装置。
【請求項１５】
前記変位／力検出器は、前記挿入層に単層又は多層構造で形成されることを特徴とする請求項１４に記載の生体信号測定装置。
【請求項１６】
前記変位／力検出器は、圧電素子又は圧電抵抗素子を用いて前記変位の変化及び前記接触力の変化のうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の生体信号測定装置。
【請求項１７】
前記変位／力検出器は、
前記挿入層上に形成された第１電極と、
前記第１電極と離隔して位置する第２電極と、を含むことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項１８】
前記変位／力検出器は、前記第１電極と前記第２電極との間の距離変化による容量の変化に基づいて前記変位の変化及び前記接触力の変化のうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１７に記載の生体信号測定装置。
【請求項１９】
前記光検出器に入力される信号及び前記変位／力検出器に入力される信号のうちの少なくとも１つに基づいて前記測定対象の生体信号情報を取得する信号処理器を更に含むことを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項２０】
挿入層を含む生体信号測定センサを用いて生体信号を測定する生体信号測定方法であって、
測定対象に向かって第１の光を放射するステップと、
前記測定対象によって反射された第１の光及び前記測定対象を透過した第１の光のうちのいずれか１つを検出するステップと、
前記測定対象に向かって第２の光を放射するステップと、
前記挿入層によって反射された前記第２の光を検出するステップと、
前記検出された第１の光及び前記検出された第２の光のうちの少なくとも１つに基づいて前記測定対象の生体信号情報を取得するステップと、を有することを特徴とする生体信号測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体信号を測定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンをはじめとする個人化された電子装置が普遍化するにつれ、個人の生体信号を測定した情報を健康管理、ウエルネス、エンターテイメント、ヒューマンマシンインタフェースなどの様々な領域で活用しようとする研究が広く試みられている。心拍は、ユーザのストレス状態と運動状態をはじめとする様々な情報を提供することができ、比較的手軽に測定することができるため、様々な領域における応用に好まれる生体信号のうちの１つである。心拍を測定するために、光電式容積脈波記録法（Ｐｈｏｔｏ−Ｐｌｅｔｈｙｓｍｏ−Ｇｒａｐｈｙ：ＰＰＧ）又は心電図を測定する方法が広く用いられている。ＰＰＧは、心電図とは違い手首又は指先などの身体の先端において容易に測定することができる。ＰＰＧを用いて心拍を測定する方法は、皮下に光を放射して、身体組織によって反射された反射光又は身体組織を透過して出てきた透過光を測定することによって、当該身体組織を貫通して通過する血液の脈波を復元する方法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、脈波測定センサによる生体信号測定装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するためになされた一態様による生体信号測定装置は、測定対象に向かって第１の光及び第２の光を放射する光源部と、前記第１の光を透過させて前記第２の光を反射させる挿入層と、前記測定対象によって反射された第１の光又は前記測定対象を透過した第１の光を検出して前記挿入層によって反射された第２の光を検出する光検出器と、を備える。
【０００５】
前記第１の光の波長は、前記第２の光の波長より長くあり得る。
前記第１の光は、第１の角度で偏光された光であり、前記第２の光は、前記第１の角度と異なる第２の角度で偏光された光であり、前記挿入層は、前記第１の角度で偏光された光を透過させて前記第２の角度で偏光された光を反射させ得る。
前記測定対象によって反射された第１の光は、前記測定対象内の血流量の変化に基づいて反射する光特性が変わり得る。
前記挿入層によって反射された第２の光は、前記測定対象の表面変位の変化又は前記測定対象の表面における接触力の変化に基づいて反射する光特性が変わり得る。
前記挿入層は、外部の力によって物理的に外形が変形され得る。
前記挿入層は、前記測定対象の表面に付着されるステッカー及びタトゥーのうちのいずれか１つであり得る。
前記生体信号測定装置は、前記光検出器に入力される信号のうちの少なくとも１つに基づいて生体信号情報を抽出する信号処理器を更に含むことができる。
前記生体信号測定装置は、モバイル装置又はウェアラブル装置に含まれて動作し得る。
前記生体信号測定装置は、前記光検出器に外部光が流入することを防止するためのシールドを更に含むことができる。
前記光源部は、前記シールドの一側に位置して前記測定対象に向かって前記第１の光を放射する第１の光源と、前記シールドの他側に位置して前記測定対象に向かって前記第２の光を放射する第２の光源と、を含み得る。
前記光検出器は、前記シールドの一側に位置して前記測定対象を透過した第１の光を検出する第１の光検出器と、前記シールドの他側に位置して前記挿入層によって反射された第２の光を検出する第２の光検出器と、を含み得る。
前記挿入層は、該挿入層に入射した光の波長に基づいて前記第１の光を透過させて前記第２の光を反射させ得る。
【０００６】
上記目的を達成するためになされた他の態様による生体信号測定装置は、測定対象に向かって光を放射する光源と、前記光を透過させる挿入層と、前記測定対象によって反射された反射光又は前記測定対象を透過した透過光を検出する光検出器と、前記測定対象の表面における変位の変化及び接触力の変化のうちの少なくとも１つを検出する変位／力検出器と、を備える。
【０００７】
前記変位／力検出器は、前記挿入層に単層又は多層構造で形成され得る。
前記変位／力検出器は、圧電素子又は圧電抵抗素子を用いて前記変位の変化及び前記接触力の変化のうちの少なくとも１つを検出し得る。
前記変位／力検出器は、前記挿入層上に形成された第１電極と、前記第１電極と離隔して位置する第２電極と、を含み得る。
前記変位／力検出器は、前記第１電極と前記第２電極との間の距離変化による容量の変化に基づいて前記変位の変化及び前記接触力の変化のうちの少なくとも１つを検出し得る。
前記生体信号測定装置は、前記光検出器に入力される信号及び前記変位／力検出器に入力される信号のうちの少なくとも１つに基づいて前記測定対象の生体信号情報を取得する信号処理器を更に含むことができる。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた一態様による生体信号測定方法は、挿入層を含む生体信号測定センサを用いて生体信号を測定する生体信号測定方法であって、測定対象に向かって第１の光を放射するステップと、前記測定対象によって反射された第１の光及び前記測定対象を透過した第１の光のうちのいずれか１つを検出するステップと、前記測定対象に向かって第２の光を放射するステップと、挿入層によって反射された前記第２の光を検出するステップと、前記検出された第１の光及び前記検出された第２の光のうちの少なくとも１つに基づいて前記測定対象の生体信号情報を取得するステップと、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の生体信号測定装置及び方法によれば、脈波測定センサにより、光を用いて測定した脈波情報のみならず、接触力によって測定した脈波情報を取得することができる。
また、脈波測定センサにより、皮膚表面波と深部波とを区分して測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による生体信号測定装置の動作を説明するための図である。
【図２】一実施形態による信号測定部の動作を説明するための図である。
【図３】他の実施形態による生体信号測定装置の動作を説明するための図である。
【図４】一実施形態による第２信号測定部の動作を説明するための図である。
【図５】一実施形態による反射型構造の生体信号測定センサを示す図である。
【図６】他の実施形態による反射型構造の生体信号測定センサを示す図である。
【図７】更に他の実施形態による反射型構造の生体信号測定センサを示す図である。
【図８】一実施形態による透過型構造の生体信号測定センサを示す図である。
【図９】他の実施形態による透過型構造の生体信号測定センサを示す図である。
【図１０】更に他の実施形態による透過型構造の生体信号測定センサを示す図である。
【図１１】一実施形態による測定対象の表面変位又は接触力を検出するための挿入層の構造を説明するための図である。
【図１２】他の実施形態による測定対象の表面変位又は接触力を検出するための挿入層の構造を説明するための図である。
【図１３】一実施形態による生体信号測定方法の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。下記の特定の構造的ないし機能的説明は、単に実施形態を説明するための目的で例示したものであって、本実施形態の範囲が本明細書で説明した内容に限定されるものと解釈してはならない。関連技術分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から様々な修正及び変形が可能である。本明細書における「一実施形態」又は「実施形態」に関する言及は、その実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、又は特性が少なくとも一つの実施形態に含まれるということを意味し、「一実施形態」又は「実施形態」に関する言及が必ずしも全て同一の実施形態を指し示すものと理解してはならない。各図面に示した同一の参照符号は同一の部材を示し、公知の機能及び構造は省略する。
【００１２】
図１は、一実施形態による生体信号測定装置の動作を説明するための図であり、図２は、一実施形態による信号測定部の動作を説明するための図である。生体信号測定装置１００は測定対象から生体信号を測定する。例えば、生体信号測定装置１００は、ユーザの手首、耳、指、又は足の指などの測定部位からＰＰＧ信号を測定し、測定されたＰＰＧ信号から心拍、血中酸素飽和度、血圧、又は血管の弾力性などに関する情報を抽出する。また、生体信号測定装置１００は、測定部位の表面における変位の変化又は接触力の変化を測定し、測定された表面変位又は接触力に基づいて生体信号情報を抽出する。生体信号測定装置１００は、診断機器だけでなくモバイル装置又はユーザが着用するウェアラブル装置に含まれて動作し得る。
【００１３】
図１を参照すると、生体信号測定装置１００は生体信号測定センサ１１０及び信号処理器１５０を含む。生体信号測定センサ１１０は、光源部１２０、光検出器１３０、及び挿入層１４０を含み、信号処理器１５０は、光源駆動部１５５、信号測定部１６０、制御部１６５、処理部１７０、及び通信部１７５を含む。
【００１４】
生体信号測定センサ１１０は測定対象に取付けて生体信号を測定する。例えば、生体信号測定センサ１１０は、光が測定対象内の血管によって反射されるか又は血管を透過した光を測定して測定対象内の血管の拡張及び収縮による血管容積の変化を測定する。
【００１５】
光源駆動部１５５は光源部１２０を駆動するための駆動信号を出力する。光源部１２０は、光源駆動部１５５から受信した駆動信号に基づいて、測定対象に向かって互いに異なる波長の光を選択的に放射する。光源部１２０は、例えば、長波長の光を放射するための光源と短波長の光を放射するための光源とを含む。光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やレーザダイオードなどが用いられる。制御部１６５は、光源駆動部１５５を制御して、光源部１２０から放射される光のタイプ及び光が放射される時間区間を制御する。
【００１６】
挿入層１４０は、光源部１２０から放射された光を選択的に透過又は反射させる。例えば、挿入層１４０は、光源部１２０から放射された長波長の光を透過させ、短波長の光を反射させる。このような波長の選択性を有する挿入層１４０によって、生体信号測定センサ１１０は深部反射波（ｄｅｅｐ  ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ  ｗａｖｅ）と表面反射波とを区分して測定する。挿入層１４０は、例えば、薄いフレキシブルフィルムの形態で提供され、外部の力によって変形される薄くてフレキシブルな薄膜の形態を有する。挿入層１４０は、例えばシリコン系の物質のような弾性物質を含み、１つ以上の層で構成される。
【００１７】
本実施形態によると、生体信号測定センサ１１０は、生体信号の測定方式によって反射型構造と透過型構造とに区分される。反射型構造の生体信号測定センサでは、測定対象に光を放射した後、測定対象によって反射された反射光の量を測定し、透過型構造の生体信号測定センサでは、測定対象に光を放射した後、測定対象によって吸収されずに透過した透過光の量を測定する。
【００１８】
生体信号測定センサ１１０が反射型構造の場合、光源部１２０から放射された後、挿入層１４０を透過した光は測定対象の深部（ｄｅｅｐ）で反射され、深部で反射された反射光は光検出器１３０によって検出される。このように検出された深部反射波は、測定対象内の血管の拡張及び収縮による血管容積の変化に関する情報を含む。挿入層１４０によって反射された反射光は光検出器１３０によって検出され、このように検出された表面反射波は、血管の拡張及び収縮による表面変位の変化又は接触力の変化に関する情報を含む。光検出器１３０として、フォトダイオード、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）、又はフォトトランジスタが用いられる。
【００１９】
生体信号測定センサ１１０が透過型構造の場合、光源部１２０から放射された後、挿入層１４０を透過した光のうちの一部は測定対象を透過し、測定対象を透過した透過光は光検出器１３０によって検出される。このように検出された深部透過波は、測定対象内の血液量の変化による光透過量に関する情報を含む。例えば、血管が拡張して血液量が増加する場合には測定対象を透過する光量が減り、血管が縮小して血液量が減少する場合には測定対象を透過する光量が増加する。
【００２０】
光検出器１３０によって検出された信号は信号測定部１６０に伝達される。信号測定部１６０は、検出された信号を増幅、フィルタリング処理、デジタル信号に変換などの信号処理を行う。本実施形態によると、信号測定部１６０は、図２に示すように、光検出器１３０から伝達された信号を増幅する増幅部２１０、増幅された信号をサンプル＆ホールドするサンプル＆ホールド部２２０、サンプル＆ホールドされた信号が提供されるバッファ２３０、バッファ２３０から提供された信号をフィルタリング処理するフィルタ２４０、及びフィルタリング処理された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）変換器２５０を含む。フィルタリング処理によって、取得しようとする周波数成分以外の周波数成分が除去され、また信号に含まれるノイズが除去される。
【００２１】
信号測定部１６０は、制御部１６５の制御下で、光源部１２０が活性化された時間区間で検出された光信号と光源部１２０が不活性化された時間区間で検出された光信号を区分して測定する。例えば、制御部１６５は、サンプル＆ホールド部２２０のサンプリングタイミングとホールドタイミングを調節して光源部１２０が活性化された時間区間で検出された光信号を抽出する。再び図１に戻ると、処理部１７０は、信号測定部１６０から出力された信号から生体信号情報を抽出する。処理部１７０は制御部１６５によって制御される。
【００２２】
深部反射波又は深部透過波のような深部情報及び表面反射波のような表面情報の信号品質は、測定対象及び測定環境などによって変わる。処理部１７０は、深部情報及び表面情報のうちの信号品質がより良好なものに基づいて生体信号情報を抽出するか、又は深部情報及び表面情報を組合せて生体信号情報を抽出する。処理部１７０は、アプリケーションによって、深部情報及び表面情報から心拍、血中酸素飽和度、血圧、血管の弾力性などに関する情報を取得する。
【００２３】
他の実施形態によると、挿入層１４０によって反射された反射光による表面情報は、モーションアーチファクトを推定するために用いられる。例えば、処理部１７０は、測定表面情報に基づいて、深部情報に含まれるモーションアーチファクトを推定し、推定されたモーションアーチファクトと深部情報とを適応フィルタリングして深部情報からモーションアーチファクトを除去する。処理部１７０は、モーションアーチファクトが除去された深部情報から生体信号情報を抽出する。
【００２４】
通信部１７５は、制御部１６５の制御下で、処理部１７０によって抽出された生体信号情報を信号処理器１５０の外部に送信する。
【００２５】
図３は、他の実施形態による生体信号測定装置の動作を説明するための図であり、図４は、一実施形態による第２信号測定部の動作を説明するための図である。図３を参照すると、生体信号測定装置３００は生体信号測定センサ３１０及び信号処理器３５５を含む。生体信号測定センサ３１０は、光源部３２０、光検出器３３０、挿入層３４０、及び変位／力検出器３５０を含み、信号処理器３５５は、光源駆動部３６０、信号測定部３６５、制御部３７０、処理部３７５、及び通信部３８０を含む。
【００２６】
生体信号測定センサ３１０は、光を用いて血管容積の変化による測定対象の深部情報だけでなく、測定対象の表面における変位又は接触力の変化による表面情報を測定する。測定対象内の血管の拡張及び収縮は、測定対象の表面に力を加えて表面の変位又は接触力を発生させ、生体信号測定センサ３１０は、このような表面の変位又は接触力を測定する。例えば、生体信号測定センサ３１０は、同一の測定部位において、光を用いた脈波情報と皮膚の変位又は接触力を用いた脈波情報を同時に測定する。
【００２７】
光源駆動部３６０は、制御部３７０の制御下で、光源部３２０を駆動するための駆動信号を出力し、光源部３２０は、駆動信号に基づいて少なくとも１つの光を測定対象に向かって放射する。挿入層３４０は、光源部３２０から放射された光を透過させる。光検出器３３０は、光源部３２０から放射された光が測定対象の深部で反射された反射光を検出するか、又は光源部３２０から放射された光が測定対象を透過した透過光を検出する。
【００２８】
変位／力検出器３５０は、測定対象内の血流量の変化による表面変位の変化又は接触力の変化を検出する。或いは、変位／力検出器３５０は、表面変位又は接触力の変化による圧力の変化を測定する。本実施形態によると、変位／力検出器３５０は、挿入層３４０に単層又は多層構造で形成されて測定対象の脈波の振動による皮膚の変位又は接触力を検出する。変位／力検出器３５０は、血流量の変化による表面変位又は接触力の変化を電気信号の変化として出力する圧電素子又は圧電抵抗素子を含む。信号処理器３５５は、光検出器３３０によって取得された信号及び変位／力検出器３５０によって取得された信号を選択的に用いるか、又は２つの信号を組合せて生体信号情報を取得する。
【００２９】
光検出器３３０によって検出された信号及び変位／力検出器３５０によって検出された信号は、信号測定部３６５に伝達される。本実施形態によると、信号測定部３６５は、光検出器３３０によって検出された信号を処理するための第１信号測定部（図示せず）と変位／力検出器３５０によって検出された信号を処理するための第２信号測定部４１０を含む。第１信号測定部は、図２の信号測定部１６０に含まれた増幅部２１０、サンプル＆ホールド部２２０、バッファ２３０、フィルタ２４０、Ａ／Ｄ変換器２５０を含む。
【００３０】
本実施形態によると、第２信号測定部４１０は、図４に示すように、変位／力検出器３５０が表面変位又は接触力を測定するために用いられる電気信号を供給する信号供給部４２０、変位／力検出器３５０から伝達された信号を増幅する増幅部４３０、増幅された信号をフィルタリング処理するフィルタ４４０、フィルタリング処理された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４５０を含む。再び、図３に戻ると、処理部３７５は、信号測定部３６５から出力された信号から生体信号情報を抽出する。抽出された生体信号情報は、通信部３８０によって外部に送信される。制御部３７０は、光源駆動部３６０、信号測定部３６５、処理部３７５、及び通信部３８０の動作を制御する。
【００３１】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、一実施形態による反射型構造の生体信号測定センサを示す図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照すると、生体信号測定センサ５００は、光源部５１０、挿入層５２０、光検出器５３０、及びシールド５４０を含む。光源部５１０は、測定対象５５０に向かって第１の光及び第２の光を選択的に放射する。例えば、第１の光は赤外線又は赤色光のような長波長の光であり、第２の光は青色光のような短波長の光である。
【００３２】
挿入層５２０は、第１の光を透過させ、第２の光を反射させる。挿入層５２０は、図５（ａ）のように生体信号測定センサ５００に結合されるか、又は図５（ｂ）のように生体信号測定センサ５００と分離して測定対象５５０の表面（例えば、皮膚）に付着されるステッカー又は一時的に付着されるタトゥーの形態を有する。
【００３３】
光検出器５３０は、測定対象５５０の深部で反射された第１の光及び挿入層５２０によって反射された第２の光を検出する。測定対象５５０の深部で反射された第１の光は、測定対象５５０内の血管５６０の容積変化による深部反射波情報を含み、挿入層５２０によって反射した第２の光は、血管５６０の容積変化による表面反射波情報を含む。測定対象５５０の深部で反射される第１の光は、測定対象５５０内の血流量の変化によって反射する光特性が変わる。例えば、血流量の変化によって反射される光量が変わるか、又は反射される光の波長が変わる。挿入層５２０によって反射される第２の光は、測定対象５５０内の血流量の変化による測定対象５５０の表面変位又は接触力に基づいて反射される光量が変わる。シールド５４０は、光源部５１０及び光検出器５３０の外側に設けられ、光検出器５３０に外部光が流入することを遮断する。シールド５４０は、生体信号測定センサ５００のエレメントを保護するハウジング又はケースの役割をする。
【００３４】
他の実施形態によると、光源部５１０は、第１の角度で偏光された第１の光と第２の角度で偏光された第２の光とを選択的に放射し、挿入層５２０は、第１の角度で偏光された光を透過させ、第２の角度で偏光された光を反射させる偏光フィルタの役割をする。例えば、第１の光は０度で偏光又は直線偏光され、第２の光は９０度で偏光又は回転偏光される。
【００３５】
図６は、他の実施形態による反射型構造の生体信号測定センサを示す図であり、図７は、更に他の実施形態による反射型構造の生体信号測定センサを示す図である。図６を参照すると、生体信号測定センサ６００は、光源部６１０、挿入層６２０、光検出器６３０、変位／力検出器６４０、及びシールド６５０を含む。光源部６１０は、例えば、赤外線又は赤色光のような長波長の光を測定対象６６０に向かって放射する。挿入層６２０は、光源部６１０から放射された光を透過させる。光検出器６３０は、測定対象６６０の深部で反射された反射光を検出する。深部で反射された反射光は、測定対象６６０内の血管６７０の容積変化による深部反射波の情報を含む。シールド６５０は、光源部６１０及び光検出器６３０の外側に設けられ、光検出器６３０に外部光が流入することを遮断する。
【００３６】
変位／力検出器６４０は、脈波の振動による測定対象６６０の表面変位又は接触力を測定する。変位／力検出器６４０は、挿入層６２０に単層又は多層構造で形成される。測定された測定対象６６０の表面変位又は接触力から測定対象６６０の脈波が抽出される。本実施形態によると、図６に示すように、変位／力検出器６４０は、測定対象６６０の表面変位／力を電気信号の変化として出力する圧電素子又は圧電抵抗素子を用いて表面変位又は接触力の変化を検出する。圧電抵抗素子は、ストレインゲージであり得る。本実施形態によると、圧電素子又は圧電抵抗素子は挿入層６２０上に形成される。
【００３７】
更に他の実施形態によると、変位／力検出器は、容量の変化を測定して測定対象６６０の表面変位又は接触力の変化を検出する。図７を参照すると、生体信号測定センサ７００は、キャパシタ素子を形成する第１電極７１０及び第２電極７２０を含む。第１電極７１０は挿入層６２０上に形成され、第２電極７２０は第１電極７１０と離隔されて位置する。本実施形態によると、シリコン系の物質で構成された挿入層６２０に伝導性を有する物質をドーピングして第１電極７１０が形成される。
【００３８】
脈波振動は、測定対象６６０の表面が振動し、測定対象６６０の表面振動によって第１電極７１０と第２電極７２０との間の距離が変わる。第１電極７１０と第２電極７２０との間の距離によって、第１電極７１０と第２電極７２０によって形成されるキャパシタ素子の容量が決定される。変位／力検出器は、第１電極７１０と第２電極７２０との間の距離変化による容量の変化に基づいて、脈波信号が反映された表面変位又は接触力の変化を検出する。
【００３９】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、一実施形態による透過型構造の生体信号測定センサを示す図である。図８（ａ）を参照すると、生体信号測定センサ８００は、光源部（８１０、８１５）、挿入層８２０、光検出器８３０、及びシールド８４０を含む。光源部は、測定対象８５０に向かって第１の光を放射する第１の光源８１５と第２の光を放射する第２の光源８１０を含む。第１の光源８１５から放射された第１の光の一部は、測定対象８５０を透過し、測定対象８５０を透過した透過光は、光検出器８３０によって検出される。第２の光源８１０から放射された第２の光は、挿入層８２０によって反射し、挿入層８２０によって反射された第２の光は、光検出器８３０によって検出される。光検出器８３０によって検出される透過光の光量は、測定対象８５０内の血管８６０の拡張及び収縮による血液量の変化によって変わる。第１の光源８１５はシールド８４０の一側に位置し、第２の光源８１０及び光検出器８３０はシールド８４０の他側に位置する。
【００４０】
本実施形態の他の例によると、第１の光源８１５は、第１の角度で偏光された第１の光を放射し、第２の光源８１０は、第２の角度で偏光された第２の光を制御信号に基づいて放射する。挿入層８２０は、第１の角度で偏光された光を透過させ、第２の角度で偏光された光を反射させる。
【００４１】
図８（ｂ）に示した生体信号測定センサ８００は、光源部８１０が第１の光及び第２の光を選択的に放射し、測定対象８５０を透過した第１の光を検出する第１の光検出器８３５と挿入層８２０によって反射された第２の光を検出する第２の光検出器８３０とを含む。第１の光検出器８３５はシールド８４０の一側に位置し、光源部８１０と第２の光検出器８３０はシールド８４０の他側に位置する。
【００４２】
図９は、他の実施形態による透過型構造の生体信号測定センサを示す図であり、図１０は、更に他の実施形態による透過型構造の生体信号測定センサを示す図である。図９を参照すると、生体信号測定センサ９００は、光源部９１０、挿入層９２０、光検出器９３０、変位／力検出器９４０、及びシールド９５０を含む。光源部９１０は測定対象９６０に向かって光を放射し、挿入層９２０は光源部９１０から放射された光を透過させる。光検出器９３０は測定対象９６０を透過した透過光を検出する。変位／力検出器は、挿入層９２０上に設けられ、血管９７０の拡張及び収縮による測定対象９６０の表面変位又は接触力の変化を検出する。例えば、変位／力検出器９４０として圧電素子又はストレインゲージが用いられ、圧電素子又はストレインゲージは挿入層９２０上に形成される。図１０は、変位／力検出器が第１電極１０１０及び第２電極１０２０との間の距離変化による容量の変化を測定して測定対象９６０の表面変位又は接触力の変化を検出する更に他の実施形態による透過型構造の生体信号測定センサ１０００を示す。
【００４３】
図１１は、一実施形態による測定対象の表面変位又は力を検出するための挿入層の構造を説明するための図であり、図１２は、他の実施形態による測定対象の表面変位又は力を検出するための挿入層の構造を説明するための図である。図１１を参照すると、挿入層１１１０の変形による圧力を測定するためのストレインゲージ１１２０が挿入層１１１０に形成される。測定対象内の脈波の振動は、測定対象表面の振動として示され、測定対象表面の振動は、測定対象表面に付着された挿入層１１１０に圧力を加える。圧力によって挿入層１１１０は変形され、ストレインゲージ１１２０は挿入層１１１０に加えられる圧力を電気的信号として検出する。
【００４４】
図１２を参照すると、挿入層１２１０上に形成された第１電極１２２０が示される。第１電極１２２０は、第１電極１２２０と離隔された第２電極との間にキャパシタを形成し、生体信号測定センサは、第１電極１２２０と第２電極との間の距離変化による容量の変化を測定する。第１電極１２２０は、例えば、挿入層１２１０上に伝導性物質をパターニングするか、又は挿入層１２１０の特定領域を不純物でドーピングすることによって形成される。
【００４５】
図１３は、一実施形態による生体信号測定方法の動作を説明するためのフローチャートである。生体信号測定方法は、上述の生体信号測定装置によって行われ、図１〜図１２の関連説明が図１３に適用される。
【００４６】
ステップＳ１３１０における生体信号測定装置は、測定対象に向かって第１の光を放射する。例えば、生体信号測定装置は、赤外線又は赤色光の第１の光を放射する。放射された第１の光は、挿入層を透過した後に測定対象に到達する。本実施形態によると、測定対象に到達した第１の光は、測定対象の深部で反射され、ステップＳ１３２０における生体信号測定装置は、挿入層を透過し、測定対象によって反射された第１の光を検出する。他の実施形態によると、ステップＳ１３２０における生体信号測定装置は、測定対象を透過した第１の光を検出する。
【００４７】
ステップＳ１３３０における生体信号測定装置は、測定対象に向かって第２の光を放射する。例えば、生体信号測定装置は、青色光のように第１の光に比べて相対的に波長が短い第２の光を放射する。放射された第２の光は、挿入層によって反射され、ステップＳ１３４０における生体信号測定装置は、挿入層によって反射された第２の光を検出する。
【００４８】
ステップＳ１３５０における生体信号測定装置は、検出された第１の光及び検出された第２の光のうちの１つ以上に基づいて生体信号情報を取得する。生体信号測定装置は、検出された第１の光に対する信号及び検出された第２の光に対する信号のうちの信号品質が良い信号に基づいて生体信号情報を抽出するか、又は２つの信号を組合せて生体信号情報を抽出する。
【００４９】
上述した装置は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組合せで具現される。例えば、本実施形態で説明した装置及び構成要素は、例えば、処理器、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ）、デジタル信号処理器（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ、ＦＰＡ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ）、マイクロ処理器、又は命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を実行して応答する異なる装置のように、１つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的コンピュータを用いて具現される。測定装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）及びオペレーティングシステム上で行われる１つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行する。また、測定装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータをアクセス、格納、操作、処理、及び生成する。理解の便宜のために、測定装置は１つが使用されるものとして説明する場合もあるが、当該技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）及び／又は複数類型の処理要素を含むことが分かる。例えば、測定装置は、複数の処理器又は１つの処理器及び１つのコントローラを含む。また、並列処理器（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、他の処理構成も可能である。
【００５０】
ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、又はこれらのうちの１つ以上の組合せを含み、希望通りに動作するように測定装置を構成し、独立的又は結合的に測定装置に命令する。ソフトウェア及び／又はデータは、測定装置によって解釈され、測定装置に命令又はデータを提供するためのあらゆる類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、  或いは送信される信号波を介して永久的又は一時的に具現化される。ソフトウェアは、ネットワークに接続されたコンピュータシステム上に分散され、分散された方法で格納されるか又は実行される。ソフトウェア及びデータは１つ以上のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納される。
【００５１】
本実施形態による方法は、様々なコンピュータ手段を介して実施されるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組合せて含む。コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されるプログラム命令は、本実施形態のために特別に設計して構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり、使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。ハードウェア装置は、本発明の動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、その逆も同様である。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１００、３００    生体信号測定装置
１１０、５００、６００、７００、８００、９００、１０００    生体信号測定センサ
１２０、３２０、５１０、６１０、９１０    光源部
１３０、３３０、５３０、６３０、９３０    光検出器
１４０、３４０、５２０、６２０、８２０、９２０、１１１０、１２１０    挿入層
１５０、３５５    信号処理器
１５５、３６０    光源駆動部
１６０、３６５    信号測定部
１６５、３７０    制御部
１７０、３７５    処理部
１７５、３８０    通信部
２１０、４３０    増幅部
２２０    サンプル＆ホールド部
２３０    バッファ
２４０、４４０    フィルタ
２５０、４５０    Ａ／Ｄ変換器
３５０、６４０、９４０    変位／力検出器
４１０    第２信号測定部
４２０    信号供給部
５４０、６５０、８４０、９５０    シールド
５５０、６６０、８５０、９６０    測定対象
５６０、６７０、８６０、９７０    血管
７１０、１０１０、１２２０    第１電極
７２０、１０２０    第２電極
８１０    第２の光源
８１５    第１の光源
８３０    第２の光検出器
８３５    第１の光検出器
１１２０    ストレインゲージ
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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