(57)【要約】  光を放射する１又は複数の発光素子３０、３１、３２と、前記発光素子３０、３１、３２から放射された光を受光し、受光量に応じた強度の信号を出力する１又は複数の受光素子４０、４１とを備える第１センサモジュール２１と、光を放射する１又は複数の発光素子３３を備える第２センサモジュール２２とを備え、前記第１センサモジュール２１の少なくとも１つの受光素子は、前記第１センサモジュール２１の少なくとも１つの発光素子から放射され、生体によって反射された光を受光し、前記第２センサモジュール２２の少なくとも１つの発光素子から放射され、生体を透可した光を受光することを特徴とする生体情報測定装置。
2019181267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する１又は複数の発光素子と、前記発光素子から放射された光を受光し、受光量に応じた強度の信号を出力する１又は複数の受光素子と、を備える第１センサモジュールと、
光を放射する１又は複数の発光素子を備える第２センサモジュールと、
前記受光素子からの出力信号の信号処理を実行し、生体情報を生成する信号処理部と、
を備え、
前記第１センサモジュールの少なくとも１つの受光素子は、前記第１センサモジュールの少なくとも１つの発光素子から放射され、生体によって反射された光を受光し、前記第２センサモジュールの少なくとも１つの発光素子から放射され、生体を透可した光を受光する、生体情報測定装置。
【請求項２】
前記第１センサモジュールが備える発光素子の数は、Ｎ個（Ｎは３以上）であり、
前記第１センサモジュールが備える受光素子の数は、１以上Ｎ−１個以下であり、
前記第１センサモジュールの少なくとも１つの受光素子は、前記第１センサモジュールの少なくとも２つの異なる発光素子から放射され、生体によって反射された光を受光する、請求項１に記載の生体情報測定装置。
【請求項３】
前記第１センサモジュールは、
第１波長の光を放射する第１発光素子と、
第２波長の光を放射する第２発光素子と、
第３波長の光を放射する第３発光素子と、
前記第１発光素子及び前記第２発光素子から放射され、生体によって反射された前記第１波長及び前記第２波長の光を受光して信号を出力する第１受光素子と、
前記第２発光素子及び前記第３発光素子から放射され、生体によって反射された前記第２波長及び前記第３波長の光を受光して信号を出力する第２受光素子と、
を備え、
前記第２センサモジュールは、第４波長の光を放射する第４発光素子を備え、
前記第１受光素子及び／又は前記第２受光素子は、前記第４発光素子から放射され、生体を透過した前記第４波長の光を受光する、請求項１又は２に記載の生体情報測定装置。
【請求項４】
前記第２センサモジュールは、１又は複数の受光素子をさらに備え、
前記第２センサモジュールの少なくとも１つの受光素子は、前記第１センサモジュールの少なくとも１つの発光素子から放射され、生体を透過した光を受光し、前記第２センサモジュールの少なくとも１つの発光素子から放射され、生体によって反射された光を受光する、請求項１又は２に記載の生体情報測定装置。
【請求項５】
前記第１センサモジュールは、
第１波長の光を放射する第１発光素子と、
第２波長の光を放射する第２発光素子と、
第３波長の光を放射する第３発光素子と、
前記第１発光素子及び前記第２発光素子から放射され、生体によって反射された前記第１波長及び前記第２波長の光を受光して信号を出力する第１受光素子と、
前記第２発光素子及び前記第３発光素子から放射され、生体によって反射された前記第２波長及び前記第３波長の光を受光して信号を出力する第２受光素子と、
を備え、
前記第２センサモジュールは、
第４波長の光を放射する第４発光素子と、
第５波長の光を放射する第５発光素子と、
前記第４発光素子及び前記第５発光素子から放射され、生体によって反射された前記第４波長及び前記第５波長の光を受光して信号を出力する第３受光素子と、
を備え、
前記第１受光素子及び／又は前記第２受光素子は、前記第４発光素子及び／又は前記第５発光素子から放射され、生体を透過した前記第４波長及び／又は前記第５波長の光を受光し、
前記第３受光素子は、前記第１発光素子及び／又は前記第２発光素子及び／又は前記第３発光素子から放射され、生体を透過した前記第１波長及び／又は前記第２波長及び／又は前記第３波長の光を受光する、請求項４に記載の生体情報測定装置。
【請求項６】
前記第１センサモジュールは、
第１波長の光を放射する第１発光素子と、
第２波長の光を放射する第２発光素子と、
第３波長の光を放射する第３発光素子と、
前記第１発光素子、前記第２発光素子及び前記第３発光素子から放射され、生体によって反射された前記第１波長、前記第２波長及び前記第３波長の光を受光して信号を出力する第１受光素子と、
を備え、
前記第２センサモジュールは、
第４波長の光を放射する第４発光素子と、
前記第４発光素子から放射され、生体によって反射された前記第４波長の光を受光して信号を出力する第２受光素子と、
を備え、
前記第１受光素子は、前記第４発光素子から放射され、生体を透過した前記第４波長の光を受光し、
前記第２受光素子は、前記第１発光素子及び／又は前記第２発光素子及び／又は前記第３発光素子から放射され、生体を透過した前記第１波長及び／又は前記第２波長及び／又は前記第３波長の光を受光する、請求項４に記載の生体情報測定装置。
【請求項７】
第１波長の光を放射する第１発光素子を備える第１センサモジュールと、
第２波長の光を放射する第２発光素子を備える第２センサモジュールと、
第３波長の光を放射する第３発光素子を備える第３センサモジュールと、
第４波長の光を放射する第４発光素子を備える第４センサモジュールと、
前記第１発光素子及び前記第２発光素子から放射され、生体によって反射された前記第１波長及び前記第２波長の光を受光して信号を出力する、第１受光素子を備える第５センサモジュールと、
前記第２発光素子及び前記第３発光素子から放射され、生体によって反射された前記第２波長及び前記第３波長の光を受光して信号を出力する、第２受光素子を備える第６センサモジュールと、
前記第１受光素子及び前記第２受光素子からの出力信号の信号処理を実行し、生体情報を生成する信号処理部と、
を備え、
前記第１受光素子及び／又は前記第２受光素子は、前記第４発光素子から放射され、生体を透過した前記第４波長の光を受光する、生体情報測定装置。
【請求項８】
第５波長の光を放射する第５発光素子を備える第７センサモジュールと、
前記第４発光素子及び前記第５発光素子から放射され、生体によって反射された前記第４波長及び前記第５波長の光を受光して信号を出力する、第３受光素子を備える第８センセモジュールと、
をさらに備え、
前記第１受光素子及び／又は前記第２受光素子は、前記第４発光素子及び／又は前記第５発光素子から放射され、生体を透過した第４波長及び／又は前記第５波長の光を受光して信号を出力し、
前記第３受光素子は、前記第１発光素子及び／又は前記第２発光素子及び／又は前記第３発光素子から放射され、生体を透過した記第１波長及び／又は前記第２波長及び／又は前記第３波長の光を受光して信号を出力し、
前記信号処理部は、前記第１受光素子、前記第２受光素子及び前記第３受光素子からの出力信号の信号処理を実行し、生体情報を生成する、請求項７に記載の生体情報測定装置。
【請求項９】
第１波長の光を放射する第１発光素子を備える第１センサモジュールと、
第２波長の光を放射する第２発光素子を備える第２センサモジュールと、
第３波長の光を放射する第３発光素子を備える第３センサモジュールと、
第４波長の光を放射する第４発光素子を備える第４センサモジュールと、
前記第１発光素子、前記第２発光素子及び前記第３発光素子から放射され、生体によって反射された前記第１波長、前記第２波長及び前記第３波長の光を受光して信号を出力する、第１受光素子を備える第５センサモジュールと、
前記第４発光素子から放射され、生体によって反射された前記第４波長の光を受光して信号を出力する、第２受光素子を備える第６センサモジュールと、
前記第１受光素子及び前記第２受光素子からの出力信号の信号処理を実行し、生体情報を生成する信号処理部と、
を備え、
前記第１受光素子は、前記第４発光素子から放射され、生体を透過した前記第４波長の光を受光し、
前記第２受光素子は、前記第１発光素子及び／又は前記第２発光素子及び／又は前記第３発光素子から放射され、生体を透過した記第１波長及び／又は前記第２波長及び／又は前記第３波長の光を受光する、生体情報測定装置。
【請求項１０】
前記第１波長は、１０００ｎｍ以上の赤外光領域の波長であり、
前記第２波長は、１０００ｎｍ以下の赤外光領域の波長であり、
前記第３波長は、３９０ｎｍ以上の可視光領域の波長であり、
前記第４波長は、１０００ｎｍ以上の赤外光領域の波長である、請求項３、６、７及び９のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項１１】
前記第１波長は、１０００ｎｍ以上の赤外光領域の波長であり、
前記第２波長は、１０００ｎｍ以下の赤外光領域の波長であり、
前記第３波長は、３９０ｎｍ以上の可視光領域の波長であり、
前記第４波長は、１０００ｎｍ以上の赤外光領域の波長であり、
前記第５波長は、３９０ｎｍ以上の可視光領域の波長である、請求項５又は８に記載の生体情報測定装置。
【請求項１２】
前記生体情報が、脈拍、血中酸素濃度及び血中グルコース濃度のうちの１つ以上を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項１３】
前記生体又は外部の温度を検出する温度センサ、外部の湿度を検出する湿度センサ、外部の圧力を検出する圧力センサ、前記生体にかかる動きを検出する加速度センサ、ジャイロセンサ及び前記生体の電気皮膚反応（ＧＳＲ）を検出するＧＳＲセンサのうちの１つ以上を含むセンサ部と、
外部装置と通信を行う通信部と、
前記通信部により、前記センサ部による検出値を前記生体情報とともに、前記外部装置に送信させる制御部と、
をさらに備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記生体情報を閾値と比較して異常を検出し、
前記制御部により異常が検出されると、光又は音を出力するか、前記通信部を介して異常の通知信号を前記外部装置に送信する警告部を備える、請求項１３に記載の生体情報測定装置。
【請求項１５】
測定対象となる前記生体が指である、請求項１３又は１４に記載の生体情報測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報測定装置に関する。特に、光学式の生体情報測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光学式の非侵襲的な生体情報測定装置として血糖値センサ及びパルスオキシメータ等が知られている。光学式の血糖値センサは、生体組織への近赤外光の照射を行うとともに、生体組織からの拡散反射光を受光手段に導いて吸光度スペクトル測定を行い、生体の血液中グルコース濃度を非侵襲的に測定するものである（例えば、特許文献１を参照）。パルスオキシメータは、生体組織の血液中酸素飽和度を非侵襲的に測定するものである（例えば、特許文献２を参照）。その原理は、所定の波長を備える光の酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンに対する吸光度の違いを利用し、発光素子により波長の異なる光を生体組織に放射して、各透過光の吸光度を検出することにより、生体の血液中酸素飽和度を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０８０７１０号公報
【特許文献２】特開平０６−０９８８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び２に示すような従来の生体情報測装置は、生体の一部位のみを測定対象とし、生体を透過した透過光または生体によって反射された反射光のいずれか一方の光のみを検出して生体情報を取得している。【０００５】
このため、取得する生体情報は、生体の部位間差の影響を強く受け、測定する度に測定値がばらつき、生体情報を精度良く取得するのが困難であるという課題があった。【０００６】
本発明は、簡易な構成により生体情報を精度良く取得可能な生体情報測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の１態様の生体情報測定装置は、
光を放射する１又は複数の発光素子と、上記発光素子から放射された光を受光し、受光量に応じた強度の信号を出力する１又は複数の受光素子とを備える第１センサモジュールと、
光を放射する１又は複数の発光素子を備える第２センサモジュールと、
上記受光素子からの出力信号の信号処理を実行し、生体情報を生成する信号処理部と、
を備え、
上記第１センサモジュールの少なくとも１つの受光素子は、上記第１センサモジュールの少なくとも１つの発光素子から放射され、生体によって反射された光を受光し、上記第２センサモジュールの少なくとも１つの発光素子から放射され、生体を透可した光を受光することを特徴とする。【０００８】
また、上記目的を達成するため、本発明の１態様の生体情報測定装置は、
第１波長の光を放射する第１発光素子を備える第１センサモジュールと、
第２波長の光を放射する第２発光素子を備える第２センサモジュールと、
第３波長の光を放射する第３発光素子を備える第３センサモジュールと、
第４波長の光を放射する第４発光素子を備える第４センサモジュールと、
上記第１発光素子及び上記第２発光素子から放射され、生体によって反射された上記第１波長及び上記第２波長の光を受光して信号を出力する、第１受光素子を備える第５センサモジュールと、
上記第２発光素子及び上記第３発光素子から放射され、生体によって反射された上記第２波長及び上記第３波長の光を受光して信号を出力する、第２受光素子を備える第６センサモジュールと、
上記第１受光素子及び上記第２受光素子からの出力信号の信号処理を実行し、生体情報を生成する信号処理部と、
を備え、
上記第１受光素子及び／又は上記第２受光素子は、上記第４発光素子から放射され、生体を透過した上記第４波長の光を受光することを特徴とする。【０００９】
また、上記目的を達成するため、本発明の１態様の生体情報測定装置は、
第１波長の光を放射する第１発光素子を備える第１センサモジュールと、
第２波長の光を放射する第２発光素子を備える第２センサモジュールと、
第３波長の光を放射する第３発光素子を備える第３センサモジュールと、
第４波長の光を放射する第４発光素子を備える第４センサモジュールと、
上記第１発光素子、上記第２発光素子及び上記第３発光素子から放射され、生体によって反射された上記第１波長、上記第２波長及び上記第３波長の光を受光して信号を出力する、第１受光素子を備える第５センサモジュールと、
上記第４発光素子から放射され、生体によって反射された上記第４波長の光を受光して信号を出力する、第２受光素子を備える第６センサモジュールと、
上記第１受光素子及び上記第２受光素子からの出力信号の信号処理を実行し、生体情報を生成する信号処理部と、
を備え、
上記第１受光素子は、上記第４発光素子から放射され、生体を透過した上記第４波長の光を受光し、
上記第２受光素子は、上記第１発光素子及び／又は上記第２発光素子及び／又は上記第３発光素子から放射され、生体を透過した記第１波長及び／又は上記第２波長及び／又は上記第３波長の光を受光することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、本発明は、簡易な構成により生体情報を精度良く取得可能な生体情報測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。
【図２】第２実施形態に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。
【図３】第３実施形態に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。
【図４】第１実施形態の変形例に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。
【図５】第２実施形態の変形例に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。
【図６】第３実施形態の変形例に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。
【図７】第１〜第３実施形態およびこれらの変形例に係る生体情報測定装置の機能的構成例を示す図である。
【図８】第４実施形態に係る生体情報測定装置の機能的構成例を示す図である。
【図９】第４実施形態に係る生体情報測定装置の第１外観の一例を概略的に示す図である。
【図１０】第４実施形態に係る生体情報測定装置の第１外観の一例の断面を概略的に示す断面図である。
【図１１】第４実施形態に係る生体情報測定装置の第２外観の一例を概略的に示す図である。
【図１２】第４実施形態に係る生体情報測定装置の第３外観の一例を概略的に示す図である。
【図１３】第４実施形態に係る生体情報測定装置の第４外観の一例を概略的に示す図である。
【図１４】第４実施形態に係る生体情報測定装置の第５外観の一例を概略的に示す図である。
【図１５】外部装置に取り付けられた第４実施形態に係る生体情報測定装置の一例を概略的に示す図である。
【図１６】第４実施形態に係る生体情報測定装置を生体組織に装着固定するための第１バンド部を概略的に示す図である。
【図１７】第４実施形態に係る生体情報測定装置を生体組織に装着固定するための第２バンド部を概略的に示す図である。
【図１８】第４実施形態に係る生体情報測定装置を用いたシステムの一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る生体情報測定装置の各種の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の比率等が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１３】
図１〜３は、第１〜第３実施形態に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。第１〜第３実施形態に係る生体情報測定装置１００は、異なる２つ以上のセンサモジュール２０を備えており、異なる２つ以上の生体１０の部位を測定することができる。これにより、生体１０の部位間差の影響を低減することが可能となり、生体情報を精度良く取得することができる。また、センサモジュール２０の少なくとも１つの受光素子は、同一のセンサモジュールにおける発光素子からの反射光を受光し、かつ、異なるセンナモジュールにおける発光素子からの透過光を受光する。これにより、簡易な構成で反射光及び透過光の両方の光を検出することが可能となり、生体情報を精度良く取得することができる。
【００１４】
ここで、発光素子は生体へ光を放射する素子であり、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等である。本実施形態では、皮下透過性を備える可視光〜赤外光（例えば波長が０．３６μｍから２．５μｍの光）を含む光を放射可能なＬＥＤとする。受光素子は、生体を透過及び反射した光を受光し、受光量に応じた電気信号を出力する素子であり、フォトダイオード等である。本実施形態では、受光素子としてフォトダイオードを用いる。
【００１５】
図１〜３に示すセンサモジュール２０は、第１センサモジュール２１及び第２センサモジュール２２を備える。第１センサモジュール２１は、Ｎ個（Ｎは３以上）のＬＥＤ及び１以上Ｎ−１個以下のフォトダイオードを備える。第２センサモジュール２２は、１又は複数個のフォトダイオードを備える。
【００１６】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。図１に示す第１センサモジュール２１は、３つのＬＥＤ及び２つのフォトダイオードを備える。例えば、第１センサモジュール２１のＬＥＤは、１０００ｎｍ以上の波長の赤外光を放射するＬＥＤ３０と、１０００ｎｍ以下の波長の赤外光を放射するＬＥＤ３１と、３９０ｎｍ以上の波長の可視光を放射するＬＥＤ３２とを用いて構成されている。第１センサモジュール２１のフォトダイオードは、第１センサモジュール２１のＬＥＤ３０、３１、３２及び第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３が放射する波長の光を検出可能な２つのフォトダイオード４０、４１を用いて構成されている。
【００１７】
第２センサモジュール２２は１つのＬＥＤを備える。例えば、第２センサモジュール２２のＬＥＤは、１０００ｎｍ以上の波長の赤外光を放射するＬＥＤ３３を用いて構成されている。
【００１８】
図１に示すように、第１センサモジュール２１のフォトダイオード４０は、第１センサモジュールのＬＥＤ３０、３１、３２の内少なくとも１つのＬＥＤから放射され、生体によって反射された光を受光するとともに、第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３から放射され、生体を透過した光を受光する。フォトダイオード４１においても、フォトダイオード４０と同様に、第１センサモジュールのＬＥＤ３０、３１、３２の内少なくとも１つのＬＥＤから放射され、生体によって反射された光を受光するとともに、第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３から放射され、生体を透過した光を受光する。
【００１９】
ここで、反射光及び透過光の両検出形態においては、検出対象、検出領域、検出距離等の検出に適した条件がそれぞれ異なることが知られている。本発明の生体情報測定装置１００では、反射光及び透過光の両方の光を検出するため、検出に適した条件の形態を選択して生体情報を算出することや、両検出形態の測定値の平均値を算出すること等が可能となり、生体情報を精度良く取得することができる。さらに、従来の生体情報測定装置は生体の色素沈着等の影響により、測定する部位によっては測定値が大きく異なる場合があることが知られている。本発明の生体情報測定装置は、２つの異なる部位から測定しているため、部位間による差を低減することが可能となり、生体情報を精度良く取得することができる。
【００２０】
第１センサモジュール２１は、特許文献１及び２に開示されているような従来のセンサモジュールと比較し、１つＬＥＤが少ないことを特徴としている。好適には、第１センサモジュール２１のフォトダイオード４０は、隣接する２つのＬＥＤ３０、３１から放射され、生体によって反射された光を受光する。フォトダイオード４１においてもフォトダイオード４０と同様に、好適には、隣接する２つのＬＥＤ３１、３２から放射され、生体によって反射された光を受光する。すなわち、ＬＥＤ３０、３１、３２から放射され、生体１０によって反射された光は、ＬＥＤに隣接する共通の２つのフォトダイオード４０、４１により受光される。この構成により、従来のＬＥＤに必要な実装スペースや、駆動回路による電圧ロス等が解消され、装置の小型化および省電力化が図れる。
【００２１】
なお、第１センサモジュール２１の２つのフォトダイオード４０、４１がともに第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３からの透過光を受光する例を用いて説明したが、これに限らず、第１センサモジュール２１の２つのフォトダイオード４０、４１の内、少なくとも１つのフォトダイオードが第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３からの透過光を受光できれば良い。以下の実施形態においても同様である。
【００２２】
また、第１センサモジュール２１と第２センサモジュール２２の位置関係は、第１センサモジュール２１のフォトダイオード４０、４１が、第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３から放射され、生体を透過した透過光を検出可能な位置に設けられていれば良い。第１センサモジュール２１と第２センサモジュール２２との位置関係は、測定対象物質や、センサモジュールが格納される装置の構成によって、適宜選択すればよく、特に制限されるものではない。以下の実施形態においても同様である。
【００２３】
＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。第２実施形態のセンサモジュール２０は、第２センサモジュール２２に１又は複数のＬＥＤを更に備える点で第１実施形態のセンサモジュール２０と異なる。その他の構成は第１実施形態のセンサモジュール２０と同様の構成を具備しているため、同様の構成は同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。
【００２４】
図２に示す第２センサモジュール２２は、２つのＬＥＤ３３、３４及び１つのフォトダイオード４２を備える。例えば、第２センサモジュール２２のＬＥＤは、１０００ｎｍ以上の波長の赤外光を放射するＬＥＤ３３と、３９０ｎｍ以上の波長の可視光を放射するＬＥＤ３４とを用いて構成されている。第２センサモジュール２２のフォトダイオードは、第１センサモジュール２１のＬＥＤ３０、３１、３２及び第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３、３４が放射する波長の光を検出可能な１つのフォトダイオード４２を用いて構成されている。
【００２５】
好適には、第１センサモジュール２１のフォトダイオード４０、４１は、隣接するＬＥＤ３０、３１、３２から放射され、生体１０によって反射された光を受光するととともに、第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３、３４の内少なくとも一つのＬＥＤから放射され、生体１０を透過した光を受光する。第２センサモジュール２２のフォトダイオード４２は、第１センサモジュール２１のＬＥＤ３０、３１、３２の内少なくとも一つのＬＥＤから放射され、生体１０を透過した光を受光するととともに、第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３、３４から放射され、生体１０によって反射された光を受光する。
【００２６】
第２実施形態の生体情報測定装置は、第１実施形態の生体情報測定装置と比較して、第２センサモジュール２２にフォトダイオード４２が加えられているため、さらに複数の生体情報を精度良く取得することが可能となる。
【００２７】
＜第３実施形態＞
図３は、第３実施形態に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。第３実施形態のセンサモジュール２０は、第１センサモジュール２１のフォトダイオードが１つ少なく、第２センサモジュール２２にＬＥＤをさらに１つ備える点で第１実施形態のセンサモジュールと異なる。
【００２８】
図３に示す第１センサモジュール２１は、３つのＬＥＤ３０、３１、３２及び１つのフォトダイオード４３を備える。例えば、第１センサモジュール２１のＬＥＤは、１０００ｎｍ以上の波長の赤外光を放射するＬＥＤ３０と、１０００ｎｍ以下の波長の赤外光を放射するＬＥＤ３１と、３９０ｎｍ以上の波長の可視光を放射するＬＥＤ３２とを用いて構成されている。第１センサモジュール２１のフォトダイオードは、第１センサモジュール２１のＬＥＤ３０、３１、３２及び第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３が放射する波長の光を検出可能な１つのフォトダイオード４３を用いて構成されている。
【００２９】
図３に示す第２センサモジュール２２は、１つのＬＥＤ３３及び１つのフォトダイオード４４を備える。例えば、第２センサモジュール２２のＬＥＤは、１０００ｎｍ以上の波長の赤外光を放射するＬＥＤ３３を用いて構成されている。第２センサモジュール２２のフォトダイオードは、第１センサモジュール２１のＬＥＤ３０、３１、３２及び第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３が放射する波長の光を検出可能な１つのフォトダイオード４４を用いて構成されている。
【００３０】
好適には、第１センサモジュール２１のフォトダイオード４３は、第１センサモジュール２１のＬＥＤ３０、３１、３２から放射され、生体１０によって反射された光を受光するととともに、第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３から放射され、生体１０を透過した光を受光する。好適には、第２センサモジュール２２のフォトダイオード４４は、第１センサモジュール２１のＬＥＤ３０、３１、３２の内少なくとも一つのＬＥＤから放射され、生体１０を透過した光を受光するととともに、第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３から放射され、生体１０によって反射された光を受光する。この構成により、第３実施形態の生体情報測定装置は、第１及び第２実施形態と同様の効果を有する。
【００３１】
図４〜６はそれぞれ第１〜第３実施形態の変形例に係るセンサモジュールの構成例を示す。第１〜第３実施形態の変形例に係るセンサモジュール２０Ａは、１つのセンサモジュールにＬＥＤまたはフォトダイオードのいずれか１つのみ備え、ＬＥＤまたはフォトダイオードの相互間の位置関係が固定されていない点で、第１〜第３実施形態のセンサモジュール２０と異なる。この構成により、ＬＥＤまたはフォトダイオードの相互間の距離や角度を、最適な検出条件となるように簡易に調整することができる。光が生体１０を通過する光路は光の波長によって変化する。生体１０によっては光の散乱や吸収が大きく、フォトダイオードに到達する光量が小さいために生体情報を算出できない場合がある。このような場合に、ＬＥＤまたはフォトダイオードの相互間の距離や角度を最適な検出条件となるように簡易に調整することができる、変形例のセンサモジュール２０Ａが有用となる。その他の点、例えばＬＥＤとフォトダイオードとの組合せ等は第１〜３実施形態のセンサモジュールと同様である。このため変形例に係るセンサモジュール２０Ａは、その構成のみ説明する。
【００３２】
＜第１実施形態の変形例＞
図４に示す第１実施形態の変形例に係るセンサモジュール２０Ａは、第１〜第６センサモジュール２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５Ａ、２６Ａを備える。図４に示す変形例に係る第１〜第５センサモジュール２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５ＡのＬＥＤ３０、３１、３２またはフォトダイオード４０、４１は、第１実施形態の第１センサモジュール２１のＬＥＤ３０、３１、３２またはフォトダイオード４０、４１に相当し、変形例に係る第６センサモジュール２６ＡのＬＥＤ３３は、第１実施形態の第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３に相当する。
【００３３】
＜第２実施形態の変形例＞
図５に示す第２実施形態の変形例に係るセンサモジュール２０Ａは、第１〜第８センサモジュール２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５Ａ、２６Ａ、２７Ａ、２８Ａを備える。図５に示す変形例に係る第１〜第５センサモジュール２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５ＡのＬＥＤ３０、３１、３２またはフォトダイオード４０、４１は、第２実施形態の第１センサモジュール２１のＬＥＤ３０、３１、３２またはフォトダイオードに相当し、変形例に係る第６〜第８センサモジュールのＬＥＤ３３、３４またはフォトダイオード４２は、第２実施形態の第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３、３４またはフォトダイオード４２に相当する。
【００３４】
＜第３実施形態の変形例＞
図６に示す第３実施形態の変形例に係るセンサモジュール２０Ａは、第１〜第６センサモジュール２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５Ａ、２６Ａを備える。図６に示す変形例に係る第１〜第４センサモジュール２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４ＡのＬＥＤ３０、３１、３２またはフォトダイオード４３は、第３実施形態の第１センサモジュール２１のＬＥＤ３０、３１、３２またはフォトダイオード４３に相当し、第３実施形態の変形例に係る第５及び第６センサモジュール２５Ａ、２６ＡのＬＥＤ３３またはフォトダイオード４４は、第３実施形態に係る第２センサモジュール２２のＬＥＤ３３またはフォトダイオード４４に相当する。
【００３５】
図７は、第１〜第３実施形態およびこれらの変形例に係る生体情報測定装置の機能的構成例を示す図である。生体情報測定装置１００は、センサモジュール２０と、センサモジュールに接続されたＬＥＤドライバ５０と、信号処理部６０とを備える。以下、センサモジュール２０は第１実施形態の第１センサモジュールの構成を用いて説明する。
【００３６】
ＬＥＤドライバ５０は、センサモジュール２０のＬＥＤ３０、３１、３２を駆動させるための駆動回路である。ＬＥＤドライバ５０は、信号処理部６０のマイクロコントローラ６９による制御の下、ＬＥＤ３０、３１、３２の発光量を制御する。また、ＬＥＤドライバ５０は、マイクロコントローラ６９による制御の下、各ＬＥＤ３０、３１、３２をそれぞれ点灯又は消灯させる。
【００３７】
信号処理部６０は、信号取得部６２、信号調整部６４及び信号制御部６６を備える。信号取得部６２は、増幅回路及びサンプルホールド回路を備える。信号調整部６４は、ノイズ成分を除去するためのローパスフィルタ及びハイパスフィルタを備える。信号制御部６６は、Ａ／Ｄ変換回路６８およびマイクロコントローラ６９を備える。マイクロコントローラ６９は、生体情報を演算して算出する他、生体情報測定装置１００を構成する各部の動作を制御する。
【００３８】
センサモジュール２０のＬＥＤ３０、３１、３２は、マイクロコントローラ６９による制御の下、ＬＥＤドライバ５０により選択的に発光され、生体１０に異なる波長の光を放射する。生体１０によって反射された光は、フォトダイオード４０、４１により受光され、受光量に応じた信号を信号取得部に出力する。信号取得部６２は、マイクロコントローラ６９による制御の下、フォトダイオード４０及びフォトダイオード４１から出力された信号を増幅回路にそれぞれ振り分けて、信号調整部６４に出力する。この際、信号取得部６２のサンプルホールド回路は、マイクロコントローラ６９による制御の下、フォトダイオード４０及び４１から出力された信号を一定期間保持する。信号調整部６４のローパスフィルタは、信号取得部６２から出力された信号を、所定のカットオフ周波数で低域濾過し、ハイパスフィルタに出力する。ハイパスフィルタは、ローパスフィルタから出力された信号を、所定のカットオフ周波数で高域濾過し、信号制御部６６に出力する。なお、ハイパスフィルタから出力された信号は伝送またはデジタル化されるには微弱な信号である場合があるため、信号調整部６４は信号を増幅するための増幅回路をさらに備えていていもよい。信号制御部６６のＡ／Ｄ変換回路６８は、信号調整部６４から出力された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。マイクロコントローラ６９は、Ａ／Ｄ変換回路６８から出力されたデジタル信号に基づいて、波形整形などの信号処理を実行し、測定結果としての生体情報を生成する。生成する生体情報は、脈拍、血中酸素濃度または血中グルコース濃度のうちの１つ以上を含む。生成された生体情報や信号は、マイクロコントローラ６９のメモリに保存することができる。
【００３９】
本発明の生体情報測定装置１００は種々の生体１０の測定に対応するため、マイクロコントローラ６９は、フォトダイオード４０、４１から出力される信号に基づいて、並行してＬＥＤドライバ５０におけるＬＥＤ３０、３１、３２の発光量や信号取得部６２における信号の増幅などを制御することができる。例えば、皮膚の厚みが大きい生体組織を測定する場合には、フォトダイオード４０、４１に入射される光が相対的に小さくなるため、光の検出のためにより高い光量を必要とする。この場合、マイクロコントローラ６９は、例えば、ＬＥＤドライバ５０を介してまたは直接、ＬＥＤ３０、３１、３２の発光量を増大させたり、信号取得部６２における信号の増幅を増大させたりする等の制御を行うことができる。
【００４０】
なお、上記に記載した各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。さらに、マイクロコントローラ６９により生体１０の情報を算出した実施形態を説明したが、外部装置のマイクロコントローラ等の処理により生体の情報を算出してもよい。この場合、生体情報測定装置１００は、外部装置と通信可能な通信部を備えることとなる。
【００４１】
＜第４実施形態＞
図８は、第４実施形態に係る生体情報測定装置の機能的構成例を示す図である。第４実施形態に係る生体情報測定装置１００は、上述した第１〜第３実施形態に係る生体情報測定装置１００に加えて、センサ部９０、制御部９１、警告部９２、通信部９３及び電源部９４をさらに備える。
【００４２】
センサ部９０は、温度センサ、湿度センサ、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ及びＧＳＲセンサ等から構成される。センサ部を構成する各種センサは、制御部９１に接続され、検出した信号を制御部９１に出力する。
【００４３】
温度センサは、被験者の生体温度や外部温度などを検出する機能を備える。湿度センサは、外部湿度などを検出する機能を備える。加速度センサ及びジャイロセンサは、被験者の生体にかかる体動などを検出する機能を備える。なお、本実施形態の生体情報測定装置１００は、加速度センサ及びジャイロセンサの両方を有して構成し両方のセンサの検出結果を併用してもよいし、いずれか単独のみを有してもよい。圧力センサは、大気圧等の外部の圧力を検出する機能を備える。また、生体１０や生体情報測定装置１００にかかる圧力を検出する機能を備える。ＧＳＲセンサは、被験者のＧＳＲ（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｓｋｉｎ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  皮膚電気反射）値などを検出する機能を備える。
【００４４】
制御部９１は、第１〜第３実施形態における生体情報測定装置１００の信号処理部６０としての機能を兼ねており、センサモジュール２０及び上述したセンサ部９０の各種センサに接続されている。制御部９１は、マイクロコントローラ６９を含み、生体情報測定装置１００の動作全般を制御する。制御部９１は、実行される制御プログラム、処理結果及び各種データなどを記憶する機能も備える。制御部９１は、センサモジュール２０及びセンサ部９０の各種センサを制御し、生体情報の測定データの取得、解析及び出力動作を行う。これらの測定データは、各種センサで検出する信号を取得する度に通信部９３を介して外部装置４００に送信するようにしてもよいし、制御部９１に一旦格納しておいて定期的に送信するようにしてもよい。また、取得した測定データを外部装置４００に送信する場合、上述した測定データのデータ解析は、外部装置４００で行ってもよい。
【００４５】
なお、上記各種センサから制御部９１に出力される信号は、アナログ信号であるので、制御部９１は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能を備える。ただし、入力されるアナログ信号を直接、外部装置４００に送信する場合には、Ａ／Ｄ変換機能を備えなくてよい。
【００４６】
得られる生体情報としては、例えば、発汗、心拍、脈波、皮膚温度、皮膚電気反射、皮膚抵抗値、血中酸素飽和度、血中グルコース濃度等があり、生体情報測定装置１００の利用目的に応じて適宜採択すればよい。
【００４７】
警告部９２は、所定の光を出力する光出力部または所定の音声を出力する音声出力部を備える。取得した生体情報が、所定の閾値以下であることの検出に基づいて、被験者などに所定の光または音声を発する機能を備える。また、被験者によって、生体情報の測定が停止された後に、一定時間測定が開始されない場合に、警告部９２が測定の再開を促すよう、光や音声を発してもよい。
【００４８】
通信部９３は、制御部９１により信号処理された測定データを、外部装置４００へ無線または有線で送信する機能を備える。また、取得した生体情報が所定の閾値以下であることの検出に基づいて、異常を知らせる信号を外部装置４００に送信する機能を備える。本実施形態では、例えば赤外線通信やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の方式で、無線送受信機４０２を備える外部装置４００へ送信する。
【００４９】
また、通信部９３は、ケーブル９６により外部装置４００に送信してもよい。この場合、給電はこのケーブル９６の電源ラインを利用して行うので、ケーブル９６を介した外部装置４００との接続時には同時に給電することになる。ケーブル９６は、ＵＳＢケーブルでもよい。
【００５０】
電源部９４は、着脱可能な外付けのバッテリー９５または電源供給可能な外部装置４００と接続するための接続端子、電源回路及び充電回路を備える。この接続端子は、ＵＳＢ端子でもよい。
【００５１】
外部装置４００は、無線送受信機４０２を備える。例えば携帯端末やタブレット端末などが挙げられる。外部装置４００は、通信部９３から受信した測定データなどを表示できる、表示部を備えるものがよい。これにより、生体情報測定装置１００の被験者は、自身の現在または過去の生体情報を数値で確認することができる。
【００５２】
なお、生体情報測定装置１００および外部装置４００は、本実施形態の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。
【００５３】
図９〜図１７は、第４実施形態に係る生体情報測定装置の外観の一例を概略的に示す図である。
【００５４】
図９は、第４実施形態に係る生体情報測定装置の第１外観の一例を概略的に示す図である。図１０は、図９のＡ−Ａ線矢視断面図である。図９及び図１０に示す生体情報測定装置１００は、生体１０として指を対象としており、指装着型の生体情報測定装置１００である。生体情報測定装置１００は、第１筐体８１と第２筐体８２を含み、生体１０である指を受け入れる筐体部と、図示しないが第１筐体８１と第２筐体８２との相対距離を調整する可動機構部とを備えている。第１筐体８１と第２筐体８２は、互いの間に被検者の測定部位である指の収容部を形成する。図９に示す外観例では、有線のケーブルを有さず、ウェアラブル型の装置となる。
【００５５】
第１センサモジュール２１及び第２センサモジュール２２は、筐体内に格納されている。例えば、第１センサモジュール２１は、６３５〜７００ｎｍの赤色の可視光を放射するＬＥＤと、７００〜１０００ｎｍの赤外光を放射するＬＥＤと、１０００ｎｍ以上の赤外光を放射するＬＥＤと、赤色の可視光領域及び７００〜１０００ｎｍの赤外光領域の波長に対して検出感度の高い１つのフォトダイオードと、７００〜１０００ｎｍの赤外光領域及び１０００ｎｍ以上の赤外光領域の波長（例えば赤外光の波長）に対して検出感度の高い１つのフォトダイオードとを用いて構成されている。第２センサモジュール２２は、１０００ｎｍ以上の赤外光を放射するＬＥＤを用いて構成されている。
【００５６】
第１センサモジュール２１と第２センサモジュール２２の位置関係は、測定対象物質や、センサモジュールが格納される装置の構成によって、適宜選択することができる。例えば、第１センサモジュール２１と第２センサモジュール２２とは、図示しないが、第２センサモジュール２２のＬＥＤの光軸Ｌと、第１センサモジュール２１の受光するフォトダイオードの中心との傾き角度θが０度より大きく１８０度より小さい位置に設けることができる。換言すれば、第１センサモジュール２１と第２センサモジュール２２は、生体１０の同一平面上（角度θが０度）に位置しておらず、また生体１０を介して互いに対向（角度θが１８０度）しない位置に設けることができる。
【００５７】
図１１は、第４実施形態に係る生体情報測定装置の第２外観の一例を概略的に示す図である。図１１に示す生体情報測定装置１００は、生体１０として耳朶を対象としている。図１１に示す生体情報測定装置１００は、被験者の耳朶を包み込むように筐体８３、８４が装着され、耳朶から脱落しないように固定されている。第１センサモジュール２１及び第２センサモジュール２２は、筐体内に格納されている。第１センサモジュール２１と第２センサモジュール２２とは、耳朶の表裏のいずれか一方にそれぞれ別々に装着されるように設けられている。
【００５８】
図１２〜図１５は、第４実施形態に係る生体情報測定装置の第３〜第５外観の一例を概略的に示す図である。図１２〜１５に示す生体情報測定装置１００は、生体１０として指、手首及び腕等、特に対象は限定されるものではないが、例えば図１６及び図１７に示すバンド部の内側に格納され、手首装着型の生体情報測定装置１００として用いることができる。
【００５９】
図１２に示す生体情報測定装置１００は、筐体８６、筐体内に格納された第１センサモジュール２１及び第２センサモジュール２２、及び着脱可能な外付けのバッテリー９５を備える。筐体８６は、略直方体の箱状の部材であり、好適には屈折体９８が備えられている。屈折体９８は第１センサモジュール２１及び第２センサモジュール２２のＬＥＤから放射された光の光路を屈折させる。これにより、筐体８６が屈曲した構造を有していなくても、第１センサモジュール２１と第２センサモジュール２２とが生体１０を透過及び／又は反射した光を検出することができる。なお、屈折体９８は、各ＬＥＤの出力などに応じて、適した屈折率を備えるものを適宜選択すればよい。屈折体としては例えばガラスやレンズ等が用いられる。
【００６０】
筐体８６の内部はセンサ部９０を構成する各種センサなどの配置空間となる。図１２に示す生体情報測定装置は、有線のケーブルを備えず、ウェアラブル型の装置となる。なお、筐体８６の厚みは薄いほうが適しており、３ｍｍ以下であるとよい。
【００６１】
なお、図示していないが、筐体８６が屈折体９８を備えない場合には、筐体８６は、第１センサモジュール２１と第２センサモジュール２２とが生体１０を透過及び／または反射した光をそれぞれ検出可能なように、略直方体の箱状の部材が屈曲された構造を有することとなる。
【００６２】
図１３に示す生体情報測定装置は、バッテリーの替わりにケーブル９６を備える点で図１２に示す生体情報測定装置と異なる。図１３に示す生体情報測定装置１００は、ケーブル９６を介して、外部装置４００から給電する。また、ケーブル９６を介して外部装置４００にデータを送信することができる。ケーブル９６はＵＳＢケーブルでもよい。図１３に示す生体情報測定装置は、ポータブル型の装置となる。
【００６３】
図１４に示す生体情報測定装置は、バッテリー９５および外部装置４００いずれにも接続可能な接続端子９７を備える点で、図１２及び図１３に示す生体情報測定装置と異なる。接続端子９７はＵＳＢ接続端子でもよい。
【００６４】
図１４に示す生体情報測定装置では、図１２に示したウェアラブル型、図１３に示したポータブル型、いずれの装置にもなる。図１４に示す本生体情報測定装置によれば、ウェアラブル型、ポータブル型の装置をそれぞれ別個に製造する必要がなく、工数と製造コストを削減することができる。
【００６５】
図１５は、外部装置に取り付けられた生体情報測定装置の一例を概略的に示す図である。生体情報測定装置１００は、ケーブル９６を介して、外部装置４００と接続され、外部装置４００から電力が供給されたり、外部装置４００との間でデータ通信が実行されたりする。表示部を備える外部装置４００であれば、生体情報測定装置１００により得られた測定データが外部装置４００に表示される構成をとる。本発明のセンサモジュール２０は、小型化が実現されているため、厚みが薄く、相対的に本発明の生体情報測定装置１００の筐体８６も小型で薄くなる。このため、図１５に示すように、本発明の生体情報測定装置１００は、外部装置４００の上面に備えることができ、被験者の行動を制限せず、携帯性に優れる。
【００６６】
図１６及び図１７は、生体情報測定装置を生体に装着固定するための第１バンド部及び第２バンド部を概略的に示す図である。バンド部は、第１バンド部５０１及び第２バンド部５０２を備える。第１バンド部５０１は、生体情報測定装置１００を着脱自在に保持するとともに、生体１０に接触するように内部表面を備える。本図では、例えば、第１バンド部５０１の図に示す点線部分に生体情報測定装置１００を格納できる穴部を備える。第２バンド部５０２は、第１バンド部５０１の上に装着され、生体１０に接する面または直接漏れ込む光を遮蔽する伸縮性の遮光部材を備える。
【００６７】
なお、本発明を適用可能な生体情報測定装置１００は上記で示した例に限られない。例えば、腕時計のフレームに測定装置を格納した腕時計型の生体情報測定装置１００や、眼鏡のフレームに測定装置を格納した眼鏡型の生体情報測定装置１００に適用することも可能である。
【００６８】
図１８は、本発明の生体情報測定装置を用いたシステムの一例を説明するための図である。本発明の生体情報測定装置１００を用いれば、被験者の生体情報測定値に異常値が生じた際に、通信ネットワークＮを介して、医師等の専門家の外部装置４０１やその他被験者の友人などの外部装置４０２に、被験者の異常を知らせる警告音及び／または警告通知画面を提供することができる。通信ネットワークＮは、赤外線通信やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等でも良い。医師等の専門家やその他被験者の友人などの警告通知先は、生体情報測定装置の制御部にあらかじめ登録される。これにより、警告音または警告通知画面を見た医師またはその他被験者の友人などに、被験者の生体情報が異常を発していることを即座に知ることができ、適切な対処をすることができる。警告通知画面には、例えば、被験者の位置情報、異常値、異常が発生している被験者に対する対処に有用な情報などを含むことができる。
【００６９】
上記の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
さらに、上記に記載した各実施形態、動作の構成は、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施可能であることはもちろんである。
【００７０】
本出願は、２０１８年３月２０日に出願された日本出願特願２０１８−０５２３８５号に基づく優先権を主張し、当該日本特許出願に記載されたすべての記載内容を援用する。
【符号の説明】
【００７１】
１０    生体
１１    血液
２１    第１センサモジュール
２２    第２センサモジュール
６０    信号処理部
６２    信号取得部
６４    信号調整部
６６    信号制御部
６８    Ａ／Ｄ変換回路
６９    マイクロコントローラ
１００  生体情報測定装置
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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