(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚を通して人体内部に光を照射する発光素子と、人体内部から戻る光を受光して受光量に応じた信号を出力する受光素子とを有するセンサを密着手段によりこめかみに密着させて人体の脈波を検出する脈波検出装置であって、
前記密着手段は、眼鏡のレンズフレームの側部にヒンジを介して回動可能に取り付けられたテンプルであり、
テンプル内側に配置される前記センサは、テンプル内側に設けた凹所に固定されテンプル内側方向に突き出る遮光性と伸縮性を備えた断面凹状の緩衝材と、前記発光素子、前記受光素子、及び透光体を有し、緩衝材内に位置し透光体先端面がテンプル内側面より突き出るセンサ本体とからなり、眼鏡装着時に前記緩衝材が弾性変形して、前記透光体先端面が皮膚に密着することを特徴とする脈波検出装置。
【請求項２】
外眼角点と上耳底点との間のこめかみであって、水平方向には前記外眼角点から耳方向に１０ｍｍ離れた所から側頭部の毛髪が生えている所迄と、垂直方向には前記外眼角点と前記上耳底点とを結ぶ直線の上下１０ｍｍの範囲との両方の条件が成立する領域に、
皮膚を通して人体内部に光を照射する発光素子と、人体内部から戻る光を受光して受光量に応じた信号を出力する発光素子とを有するセンサを密着手段により密着させて人体の脈波を検出する脈波検出装置であって、
前記密着手段は、眼鏡のレンズフレームの側部にヒンジを介して回動可能に取り付けられたテンプルであり、
テンプル内側に配置される前記センサは、テンプル内側に設けた凹所に固定されテンプル内側方向に突き出る遮光性と伸縮性を備えた断面凹状の緩衝材と、前記発光素子、前記受光素子、及び透光体を有し、緩衝材内に位置し透光体先端面がテンプル内側面より突き出るセンサ本体とからなり、眼鏡装着時に前記緩衝材が弾性変形して、前記透光体先端面が皮膚に密着することを特徴とする脈波検出装置。
【請求項３】
両方のテンプル内側に前記センサを配置し、
各受光素子が出力する信号に基づいて人体の脈波を検出する請求項１または請求項２に記載の脈波検出装置。
【請求項４】
最大開時におけるテンプル間の幅を頭部の幅より狭くしてテンプル自体の弾性によりテンプルを閉方向に付勢する構成、前記ヒンジに取り付けた弾性体により前記テンプルを閉方向に付勢する構成、テンプルの各端を伸縮帯で繋いで前記眼鏡を後頭部に固定する構成、又は前記レンズフレームの鼻当てをパッドにする構成を一つ以上付加した請求項１乃至請求項３の何れかに記載の脈波検出装置。
【請求項５】
眼鏡の適所に設けた送信手段を介して前記受光素子の信号が解析装置にワイヤレスで伝送されて脈波の解析と報知が行なわれるか、
眼鏡の適所に設けられた解析手段によって前記受光素子の信号が解析され、前記レンズフレーム又はレンズに設けた報知手段によって解析結果が報知される請求項１乃至請求項４の何れかに記載の脈波検出装置。
【請求項６】
発光強度を変化させること、発光色を変えること、及び点滅周期を変化させることの内、一つ以上を行なって前記脈波の解析結果を報知する発光体と、該発光体の光を所定位置迄導いて視野方向に散乱させる導光体とにより前記報知手段を構成した請求項５に記載の脈波検出装置。
【請求項７】
眼鏡の適所に設けた報知手段は、脈波を解析した解析結果に加え、
ナビゲーション関連情報、気象関連情報、人体診断関連情報、環境関連情報、及び文字放送関連情報の内、一つ以上を受信又は検出する携帯機器からワイヤレスで伝送される情報を報知する請求項１乃至請求項６の何れかに記載の脈波検出装置。
【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とを有するセンサを用いた脈波検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１- ５６８２７号公報には、下記の従来例１、２に示す脈波検出装置が記載されている。
従来例１の脈波検出装置は、眼鏡に組み付けられ、ＬＥＤとフォトトランジスタからなる光電式脈波センサを耳朶に固定している。
従来例２の脈波検出装置は、指に装着するセンサユニットと、体動波形を検知する加速度センサを配した腕時計構造の装置本体とをリード線で接続してなり、センサユニットから出力される脈波波形から体動波形を除去して体動除去波形を生成し、体動除去波形に更にウエーブレット変換を施して脈波を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例１の脈波検出装置は、光電式脈波センサを耳朶に固定する必要があるので装着が面倒で煩わしい。
上記従来例２の脈波検出装置は、リード線が邪魔であるとともに、脈波を得るために複雑な波形処理が必要である。又、加速度センサも必要でありコストがかかる。
【０００４】
本発明の目的は、装着性に優れ、顔の表情が変化しても検出される脈波に影響が出難く、脈波信号に起因する極僅かな光の変化を確実に捉えることができる脈波検出装置の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１について〕
脈波検出装置は、皮膚を通して人体内部に光を照射する発光素子と、人体内部から戻る光を受光して受光量に応じた信号を出力する受光素子とを有するセンサを密着手段によりこめかみに密着させて人体の脈波を検出する。
こめかみは、皮筋（皮膚を動かすことができる筋肉）が少ないので顔の表情が変化しても皮膚が動き難くセンサが静止状態を維持する。このため、喋ったり顔の表情が変化しても検出される脈波に影響が出難い。
尚、密着手段は、眼鏡、ヘッドホン、耳当て、又はヘヤーバンド等を利用することができる。
密着手段は、眼鏡のレンズフレームの側部にヒンジを介して回動可能に取り付けられたテンプルである。
テンプル内側に配置されたセンサは、テンプルが閉方向へ回動する力によってこめかみ（又は両方の条件が成立する領域）に密着する。
脈波検出装置は、センサを眼鏡のテンプルに配置する構成であるので、装着性に優れ違和感が少ない。
受光素子に戻って来る光の大部分は皮膚表面で反射した反射光であり、その極僅か（１／１０００程度）が脈波信号に起因する光であるので、透光体先端面を皮膚に密着させる必要がある。又、外からの光が透光体内に入らない様にする必要がある。
脈波検出装置において、センサは、テンプル内側に設けた凹所に固定されテンプル内側方向に突き出る遮光性と伸縮性を備えた断面凹状の緩衝材と、発光素子、受光素子、及び透光体を有し、緩衝材内に位置し透光体先端面がテンプル内側面より突き出るセンサ本体とからなる。
このため、眼鏡を装着すると、緩衝材の凹状の周囲が弾性変形して（潰れて）外からの光が透光体内に入らない様にするとともに、テンプル内側面より突き出た透光体先端面が皮膚に密着するので、脈波信号に起因する極僅かな光の変化を確実に捉えることができる。更に、眼鏡に加わる衝撃が緩衝材によって吸収されるので脈波信号へのノイズ混入を防ぐことができる。
【０００６】
〔請求項２について〕
脈波検出装置は、外眼角点と上耳底点との間のこめかみであって、水平方向には外眼角点から耳方向に１０ｍｍ離れた所から側頭部の毛髪が生えている所迄と、垂直方向には外眼角点と上耳底点とを結ぶ直線の上下１０ｍｍの範囲との両方の条件が成立する領域に、皮膚を通して人体内部に光を照射する発光素子と、人体内部から戻る光を受光して受光量に応じた信号を出力する受光素子とを有するセンサを密着手段により密着させて人体の脈波を検出する。
【０００７】
外眼角点と上耳底点との間のこめかみであって、水平方向には外眼角点から耳方向に１０ｍｍ離れた所から側頭部の毛髪が生えている所迄と、垂直方向には外眼角点と上耳底点とを結ぶ直線の上下１０ｍｍの範囲との両方の条件が成立する領域は、特に皮筋が少ないので喋ったり顔の表情が変化しても皮膚が動き難くセンサが静止状態を維持する。このため、喋ったり顔の表情が変化しても検出される脈波に影響が出難い。
尚、密着手段は、眼鏡、ヘッドホン、耳当て、又はヘヤーバンド等を利用することができる。
【０００８】
密着手段は、眼鏡のレンズフレームの側部にヒンジを介して回動可能に取り付けられたテンプルであり、テンプル内側にセンサを配置している。
テンプル内側に配置されたセンサは、テンプルが閉方向に回動する力によってこめかみ（又は両方の条件が成立する領域）に密着する。
脈波検出装置は、センサを眼鏡のテンプルに配置する構成であるので、装着性に優れ違和感が少ない。
受光素子に戻って来る光の大部分は皮膚表面で反射した反射光であり、その極僅か（１／１０００程度）が脈波信号に起因する光であるので、透光体先端面を皮膚に密着させる必要がある。又、外からの光が透光体内に入らない様にする必要がある。
脈波検出装置において、センサは、テンプル内側に設けた凹所に固定されテンプル内側方向に突き出る遮光性と伸縮性を備えた断面凹状の緩衝材と、発光素子、受光素子、及び透光体を有し、緩衝材内に位置し透光体先端面がテンプル内側面より突き出るセンサ本体とからなる。
このため、眼鏡を装着すると、緩衝材の凹状の周囲が弾性変形して（潰れて）外からの光が透光体内に入らない様にするとともに、テンプル内側面より突き出た透光体先端面が皮膚に密着するので、脈波信号に起因する極僅かな光の変化を確実に捉えることができる。更に、眼鏡に加わる衝撃が緩衝材によって吸収されるので脈波信号へのノイズ混入を防ぐことができる。
【０００９】
〔請求項３について〕
頚動脈を圧迫する様な動き（首を回す等）をすると、脈動以外の要因で血流が変化する。
つまり、左右の頚動脈の血流変化は相反し、例えば、首の動きにより右頚動脈の血流が増加すると、右頚動脈の血流が減少する。
片方のテンプル内側にしかセンサが配置されていないと、片方のこめかみから検出される脈波から脈拍を精度良く求めることができない。
しかし、請求項３の脈波検出装置は、両方のテンプル内側にセンサを配置し、各受光素子が出力する信号に基づいて人体の脈波を検出する構成であるので、首が動いても脈拍を精度良く求めることができる。
【００１２】
〔請求項４について〕
最大開時におけるテンプル間の幅を頭部の幅より狭くしてテンプル自体の弾性によりテンプルを閉方向に付勢する構成や、ヒンジに取り付けた弾性体によりテンプルを閉方向に付勢する構成を請求項１〜３の脈波検出装置に付加すれば、透光体先端面を皮膚に確実に密着させることができる。
テンプルの各端を伸縮帯で繋いで眼鏡を後頭部に固定する構成を請求項１〜３の脈波検出装置に付加すれば、装着者の動きによって眼鏡が動いてしまうことが防止でき、脈波が安定して検出できる。
レンズフレームの鼻当てをパッドにする構成を請求項１〜３の脈波検出装置に付加すれば、顔や頭部の動きが直接、眼鏡に伝わらない様にでき、脈波が安定して検出できる。
【００１３】
〔請求項５について〕
脈波検出装置は、眼鏡の適所に設けた送信手段を介して受光素子の信号が解析装置にワイヤレスで伝送されて脈波の解析と報知が行なわれるか、或いは、眼鏡の適所に設けられた解析手段によって受光素子の信号が解析され、レンズフレーム又はレンズに設けた報知手段によって解析結果が報知される。
この為、装着者や監視者は、検出した脈波の解析結果を容易に把握できる。
【００１４】
〔請求項６について〕
脈波検出装置は、発光強度を変化させること、発光色を変えること、及び点滅周期を変化させることの内、一つ以上を行なって脈波の解析結果を報知する発光体と、発光体の光を所定位置迄導いて視野方向に散乱させる導光体とにより報知手段を構成している。
この為、視野方向に散乱する光により、装着者は、検出した脈波の解析結果を容易に把握できる。
【００１５】
〔請求項７について〕
請求項１〜６の脈波検出装置において、眼鏡の適所に設けた報知手段は、脈波を解析した解析結果に加え、ナビゲーション関連情報、気象関連情報、人体診断関連情報、環境関連情報、及び文字放送関連情報の内、一つ以上を受信又は検出する携帯機器からワイヤレスで伝送される情報を報知するので至便性に優れる。
ナビゲーション関連情報は、高度、移動距離、現在位置、予想到達時間、及び道路の混雑状況等である。
気象関連情報は、気温、湿度、気圧、及び風速等である。
人体診断関連情報は、体温、消費カロリー、疲労度、血中の乳酸値、血糖値、及び血圧等である。
環境関連情報は、花粉飛散度、微粒子濃度、光化学スモッグ濃度、日射量等である。
文字放送関連情報は、見えるラジオ等からの情報である。
【００１６】
本発明の一実施例（請求項１〜６に対応）を図１〜図７に基づいて説明する。
図１に示す様に、脈波検出装置Ａは、レンズフレーム１と、レンズフレーム１の側部にヒンジ２を介して回動可能に取り付けられるテンプル３とを備え、眼鏡の形態をとっている。
【００１７】
レンズフレーム１（プラスチック製）は、レンズ１１１、１２１を装着したレンズ枠１１、１２を連結片１３で連結してなる。
又、レンズ枠１１、１２の鼻当て部分にはスポンジ製のパッド１１２、１２２が設けられている。更に、左側のレンズ枠１２の下部に形成した凹所内に、後述する表示器６を配設している。
【００１８】
ヒンジ２は、ネジ穴付きの凹所を有しレンズフレーム１の端部に固定される軸受部と、凹所に嵌まりテンプル３に固定されるネジ穴付きのヒンジ片と、軸受部とヒンジ片とを回動可能に軸着するネジ（何れも図示せず）とからなる。
【００１９】
板状を呈するテンプル３、３（プラスチック製）は、センサ５、５を配置した幅広の基端３１がヒンジ２を介してレンズ枠１１、１２に取り付けられ、眼鏡を後頭部に固定するためのゴムバンド４、４（伸縮帯）が先端３２に取り付けられている。
【００２０】
本実施例では、最大開時におけるテンプル間の幅を頭部の幅より狭くしてテンプル３、３自体の弾性によりテンプル３、３が閉方向に付勢する力３００により後述するセンサ５の透光体５２５を後述する領域７に密着させている。
又、ヒンジ２近傍の基端３１には、受光素子５２３、５２３が出力する脈波信号｛図４の（ａ）、（ｂ）｝を合成して平均化する信号処理回路と、処理した脈波信号｛図４の（ｃ）｝を解析する解析回路と、解析結果に基づいて表示器６を駆動する駆動回路と、作動用電力を蓄えた電池とを有する制御ユニット（何れも図示せず）が配設されている。
【００２１】
センサ５は、遮光性と伸縮性を備える黒色のスポンジ５１（緩衝材）とセンサ本体５２とからなり、左右のテンプル３、３の凹所５０に一つずつ配設されている（図２、図３参照）。
断面凹状を呈するスポンジ５１は、長方形の底部５１１と、底部５１１から立設して、テンプル内側面３０及び先端面５２６より突き出る（先端面５２６からは１ｍｍ以上）側壁部５１２とを有する。
遮光性の樹脂５２０にモールドされたセンサ本体５２は、基板５２１に配設した発光素子５２２及び受光素子５２３と、光学フィルタ５２４と、透光体５２５とを有し、透光体５２５の先端面５２６がテンプル内側面３０から突き出る様にスポンジ５１内に取り付けられている。
【００２２】
この透光体５２５は、頂点の高さ（好適範囲は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ）が１ｍｍ、幅が３ｍｍ、長さが６ｍｍであり、断面が半楕円形状（図３参照）を呈する。
そして、外眼角点７１と上耳底点７２との間のこめかみであって、水平方向には外眼角点７１から耳方向に１０ｍｍ離れた所から側頭部の毛髪が生えている所迄と、垂直方向には外眼角点７１と上耳底点７２とを結ぶ直線の上下１０ｍｍの範囲との両方の条件が成立する領域７（図５参照）の皮膚に透光体５２５が密着する。
【００２３】
発光素子５２２は、青色（３５０ｎｍ〜６００ｎｍ）を発光する発光ダイオードである。この発光素子５２２から出た光は、光学フィルタ５２４、透光体５２５を通り、こめかみの皮膚を通して人体内に入る。
受光素子５２３は、主感度領域が３００ｎｍ〜６００ｎｍのフォトトランジスタであり、透光体５２５を通って人体内部から戻る光を受光する。
光学フィルタ５２４は、７００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長域の光を９８％以上、カットできるフィルタである。
【００２４】
表示器６は、図６に示す様に、断面凹字状のハウジング６１内に、発光素子６２と、表面をすり面６３１にした導光体６３とを配設してなる。又、図７に示す構造であっても良い。
本実施例では、解析回路が解析した解析結果に基づき、発光素子６２の点滅周期を三段階（少ない、正常範囲、多い）に変化させて脈拍数を報知（少ない、正常範囲、多い）している。
尚、センサ５、表示器６、及び制御ユニット間の電気接続は、レンズフレーム１及びテンプル３の中を通るリード線を介して行なわれる。
【００２５】
本実施例の脈波検出装置Ａは、以下の利点を有する。
［ア］脈波検出装置Ａは、外眼角点７１と上耳底点７２との間のこめかみであって、水平方向には外眼角点７１から耳方向に１０ｍｍ離れた所から側頭部の毛髪が生えている所迄と、垂直方向には外眼角点７１と上耳底点７２とを結ぶ直線の上下１０ｍｍの範囲との両方の条件が成立する領域７の皮膚にセンサ５の透光体５２５を密着させている。
領域７の皮膚は、皮筋が少ないので顔の表情が変化しても皮膚が動き難くセンサ５が静止状態を維持するので、喋ったり顔の表情が変化しても検出される脈波に影響が出難く、脈波を精度良く計測することができる。
【００２６】
［イ］脈波検出装置Ａは、眼鏡の形態をとっているので着脱が容易であるとともに、煩わしさを感じ難い。
又、領域７の皮膚に当たる透光体５２５は、頂点の高さが１ｍｍ、幅が３ｍｍ、長さが６ｍｍであり、断面が半楕円形状であるので装着者が圧迫感や違和感を感じ難い。
【００２７】
［ウ］脈波検出装置Ａは、最大開時におけるテンプル間の幅を頭部の幅より狭くしてテンプル３、３自体の弾性によりテンプル３、３が閉方向に付勢する力３００を利用している。
このため、簡単な構成でセンサ５の透光体５２５を領域７に密着させることができる。
【００２８】
［エ］脈波検出装置Ａは、両方のテンプル内側にセンサ５、５を配置し、信号処理回路が受光素子５２３、５２３が脈波信号｛図４の（ａ）、（ｂ）｝を合成して平均化し、処理した脈波信号｛図４の（ｃ）｝を解析回路が解析し、駆動回路が解析結果に基づいて表示器６を駆動する構成である。
この為、首を回す等の頚動脈を圧迫する様な動きを装着者が行なって、左右の頚動脈の血流が相反して変化しても脈拍を精度良く求めることができる。
【００２９】
［オ］脈波検出装置Ａは、遮光性と伸縮性を備える黒色のスポンジ５１（緩衝材）の底部５１１にセンサ本体５２を取り付けている。
そして眼鏡を装着すると、スポンジ５１の側壁部５１２が弾性変形して（潰れて）透光体５２５を覆うので外からの光が透光体５２５内に入らない。
そして、テンプル内側面３０より突き出た透光体５２５の先端面５２６が皮膚に密着するので、脈波信号に起因する極僅かな光の変化を確実に捉えることができる。更に、眼鏡に加わる衝撃がスポンジ５１によって吸収されるので脈波信号へのノイズ混入を防ぐことができる。
【００３０】
［カ］脈波検出装置Ａは、眼鏡を後頭部に固定するためのゴムバンド４、４をテンプル３の先端３２に取り付けて眼鏡を後頭部に固定できる様にしている。
この為、装着者の動きによって眼鏡が前後方向にズレてしまうことが防止できるので脈波を安定して検出することができる。
【００３１】
［キ］脈波検出装置Ａは、レンズ枠１１、１２の鼻当て部分にスポンジ製のパッド１１２、１２２を設けている。
この為、顔や頭部の動きが直接、眼鏡に伝わらないので脈波を安定して検出できる。
【００３２】
［ク］脈波検出装置Ａは、左側のレンズ枠１２の下部に形成した凹所内に表示器６を配設し、発光素子６２の点滅周期を三段階（少ない、正常範囲、多い）に変化させて脈拍数を報知（少ない、正常範囲、多い）している。
この為、装着者は、自分の脈拍数が正常範囲内に有るか否かを容易に知ることができる。
又、視界内に光を出す構成であるので、運動中であっても容易に認識されるので、運動時の脈拍管理に使用することもできる。
【００３４】
ｂ．ヒンジ２に取り付けたコイルバネ等の弾性体によりテンプル３を閉方向に付勢する構成であっても良い（請求項４に対応）
【００３５】
ｃ．発光強度を変化させること、発光色を変えること、及び点滅周期を変化させることの内、一つ以上を行なって脈波の解析結果を報知する発光体と、発光体の光を所定位置迄導いて視野方向に散乱させる導光体とにより報知手段を構成しても良い（請求項５に対応）。又、レンズの一部を導光体に利用しても良い。
【００３６】
ｄ．眼鏡の適所に設けた送信手段を介して受光素子の信号を解析装置にワイヤレスで伝送して脈波の解析と報知を行なっても良い（請求項５に対応）。
【００３７】
ｅ．眼鏡の適所に設けた報知手段は、脈波を解析した解析結果に加え、ナビゲーション関連情報、気象関連情報、人体診断関連情報、環境関連情報、及び文字放送関連情報の内、一つ以上を受信又は検出する携帯機器からワイヤレスで伝送される情報を報知しても良い。
尚、情報量が多い場合には、眼鏡の適所に設けた液晶パネルの画像を直接又はレンズに投影して視野に入れる構成にするのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る脈波検出装置の斜視図である。
【図２】その脈波検出装置に用いるセンサの断面図である。
【図３】その脈波検出装置に用いるセンサの構造を示す説明図である。
【図４】（ａ）は右の受光素子が出力する脈波信号、（ｂ）は左の受光素子が出力する脈波信号、（ｃ）は信号処理回路によって処理された脈波信号のグラフである。
【図５】領域を説明するための説明図である。
【図６】表示器の構造を示す説明図である。
【図７】表示器の他の構造を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ  脈波検出装置
１  レンズフレーム
２  ヒンジ
３  テンプル
４  ゴムバンド（伸縮帯）
５  センサ
６  表示器（報知手段）
５０  凹所
５１  スポンジ（緩衝材）
５２  センサ本体
６２  発光素子（発光体）
６３  導光体
５２２  発光素子
５２３  受光素子
５２５  透光体
５２６  先端面（透光体先端面）
【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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