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JP2000083914A - Biological information measuring device and pulse wave measuring device - Google Patents

Biological information measuring device and pulse wave measuring device

Info

Publication number
JP2000083914A
JP2000083914A JP11302775A JP30277599A JP2000083914A JP 2000083914 A JP2000083914 A JP 2000083914A JP 11302775 A JP11302775 A JP 11302775A JP 30277599 A JP30277599 A JP 30277599A JP 2000083914 A JP2000083914 A JP 2000083914A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
pulse wave
measuring device
biological information
finger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11302775A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Kondo
豊 近藤
Katsuyuki Honda
克行 本田
Masayuki Kawada
正幸 河田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp, Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP11302775A priority Critical patent/JP2000083914A/en
Publication of JP2000083914A publication Critical patent/JP2000083914A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大掛かりな遮光構造がなくても使用条件に対
する制約を緩和可能な光学式の人体情報検出装置および
脈波計測装置を提供すること。 【解決手段】 脈波計測装置1では、装置本体10をリ
ストバンド12で腕に装着する一方、検出装置30をセ
ンサ固定用バンド40によって指に装着する。この状態
で、LED31から指に向けて光を照射すると、この光
が血管に届いて反射する。反射してきた光は、フォトト
ランジスタ32によって受光され、その受光量は、血液
の脈波によって生じる血量変化に対応する。ここで、L
ED31は、青色LEDを用いてあり、その発光波長ピ
ークは、450nmである。フォトトランジタ32の受
光波長領域は、300nmから600nmまでの波長領
域にある。
(57) [Problem] To provide an optical human body information detecting device and a pulse wave measuring device capable of relaxing restrictions on use conditions without a large-scale light shielding structure. SOLUTION: In a pulse wave measuring device 1, a device main body 10 is mounted on an arm with a wrist band 12, and a detecting device 30 is mounted on a finger with a sensor fixing band 40. In this state, when light is emitted from the LED 31 toward the finger, the light reaches the blood vessel and is reflected. The reflected light is received by the phototransistor 32, and the amount of received light corresponds to a change in blood volume caused by a pulse wave of blood. Where L
The ED 31 uses a blue LED, and its emission wavelength peak is 450 nm. The light receiving wavelength region of the phototransistor 32 is in a wavelength region from 300 nm to 600 nm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、脈波計測装置など
の生体情報計測装置に関し、更に詳しくは、生体に向け
て光を照射し、生体からの反射光を検出して脈波などの
生体情報を計測する装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a living body information measuring apparatus such as a pulse wave measuring apparatus, and more particularly, to irradiating a living body with light and detecting reflected light from the living body to detect a living body such as a pulse wave. The present invention relates to a device for measuring information.

【0002】[0002]

【従来の技術】脈波などの生体情報を計測する装置に
は、血液の量の変化を光学的に検出し、その検出結果に
基づいて生体情報を表示する電子機器がある。かかる光
学式の脈波計測装置(生体情報計測装置)では、LED
(発光ダイオード)などの発光素子から指先などに光を
照射し、生体(血管)からの反射光をフォトトランジス
タなどの受光素子で受光することにより、血液の脈波に
よって生じる血量変化を受光量の変化として検出し、こ
れにより得られる脈波信号に基づいて脈拍数や脈波の変
化を表示するようになっており、発光素子から照射され
る光としては、従来、赤外光が用いられている。ここ
で、受光素子に外光(太陽光)が射し込むと、外光の入
射量の変動に伴い、受光量が変動してしまうため、従来
の脈波計測装置では、指先などの検出部分を遮光カバー
で覆うことによって外光の影響を抑えている。
2. Description of the Related Art As a device for measuring biological information such as a pulse wave, there is an electronic device that optically detects a change in the amount of blood and displays the biological information based on the detection result. In such an optical pulse wave measuring device (biological information measuring device), an LED is used.
Light is emitted from a light-emitting element such as a light-emitting diode (LED) to a fingertip or the like, and reflected light from a living body (blood vessel) is received by a light-receiving element such as a phototransistor. The change in the pulse rate and the pulse wave are displayed based on the pulse wave signal obtained thereby, and the light emitted from the light emitting element has conventionally been infrared light. ing. Here, when external light (sunlight) enters the light receiving element, the amount of received light fluctuates in accordance with the fluctuation of the amount of incident external light. Therefore, in a conventional pulse wave measurement device, a detection part such as a fingertip is shielded. The effect of external light is suppressed by covering with a cover.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
脈波計測装置では、外光に対する遮光カバーをいくら大
掛かりにしても、屋外といった外光があたる場所で使用
すると、外光の一部が指自身を通って受光素子に届いて
しまい、外光の照度が変動することに起因して脈波の誤
検出が発生しやすいという欠点がある。従って、従来の
脈波計測装置には、外光があたらない場所、または外光
の照度が一定した場所でしか使用できないという制約が
あり、かかる制約を緩和するには、さらに大掛かりな遮
光構造が必要になって、脈波計測装置を小型化できな
い。かかる問題点を解消するために、実開昭57−74
009号公報には、脈波の検出装置に加えて外光を検出
する外光検出素子を設け、外光検出素子による外光の検
出結果に基づいて、その影響を補償する脈波センサが開
示されている。しかし、脈波センサに外光検出素子およ
び補償回路を設けることは、その小型化や低価格化を妨
げてしまうなど、これまで案出されてきた外光への対策
は、いずれも実用性に乏しい。
However, in the conventional pulse wave measuring apparatus, even if the light shielding cover for external light is large, if it is used in a place exposed to external light, such as outdoors, a part of the external light may become a finger itself. There is a disadvantage that erroneous detection of a pulse wave is liable to occur due to fluctuations in the illuminance of external light when the light reaches the light receiving element through the light receiving element. Therefore, the conventional pulse wave measurement device has a restriction that it can be used only in a place where external light does not hit or a place where the illuminance of the external light is constant.To alleviate such a restriction, a larger light-shielding structure is required. As a result, the pulse wave measuring device cannot be downsized. In order to solve such a problem, Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 57-74
No. 009 discloses a pulse wave sensor that includes an external light detection element that detects external light in addition to a pulse wave detection device, and that compensates for the influence based on the result of detection of external light by the external light detection element. Have been. However, the provision of an external light detection element and a compensation circuit in the pulse wave sensor hinders downsizing and cost reduction. poor.

【0004】このような問題点に鑑みて、本願発明者
は、外光の照度が変動することに起因して脈波の誤検出
が発生する理由を種々検討した結果、従来の脈波計測装
置においてその検出系に用いている赤外光は、生体にお
ける透過率が大きすぎるため、遮光カバーを付けても外
光が生体自身を透過して受光素子に届きやすいからであ
り、かかる問題点を解消すれば、実用的な外光対策が可
能であるという結論に到達した。
[0004] In view of such problems, the present inventor has conducted various studies on the reason why erroneous detection of a pulse wave occurs due to fluctuations in the illuminance of external light. This is because the infrared light used in the detection system has a too high transmittance in the living body, so that even if the light-shielding cover is attached, the external light easily passes through the living body itself and reaches the light receiving element. It was concluded that practical solutions to external light would be possible if resolved.

【0005】そこで、本発明の課題は、外光の影響を受
けにくい光学系を用いることによって、大掛かりな遮光
構造がなくても使用条件に対する制約を緩和可能な生体
情報検出装置および脈波計測装置を提供することにあ
る。
[0005] Therefore, an object of the present invention is to provide a biological information detecting apparatus and a pulse wave measuring apparatus which can use optical systems which are hardly affected by external light and which can reduce restrictions on use conditions without a large light shielding structure. Is to provide.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、生体の一部に向けて光を照射する発
光部、およびこの発光部が発した光を生体を介して受光
する受光部、すなわち、生体からの反射光を受光する受
光部を備える検出手段と、この検出手段の検出結果に基
づいて生体情報を表示する生体情報表示手段とを有する
生体情報計測装置において、生体情報を、検出手段の約
300nmから約700nmまでの波長領域における検
出結果に基づいて表示することに特徴を有する。
According to the present invention, there is provided a light emitting unit for irradiating light to a part of a living body, and receiving light emitted from the light emitting unit through the living body. A living body information measuring device having a light receiving unit that performs light receiving, that is, a detecting unit including a light receiving unit that receives reflected light from a living body, and a biological information displaying unit that displays biological information based on a detection result of the detecting unit; It is characterized in that information is displayed based on the detection result of the detection means in the wavelength region from about 300 nm to about 700 nm.

【0007】かかる波長領域での検出を行なうにあたっ
て、たとえば、発光部の発光波長領域を少なくとも約3
00nmから約700nmまでの範囲とし、受光部の受
光波長領域をλnmとしたときに、受光波長領域を以下
の式 0 < λ ≦ 700 で表される範囲のみとする。
In performing detection in such a wavelength range, for example, the emission wavelength range of the light emitting section is set to at least about 3
When the wavelength range is from 00 nm to about 700 nm, and the light receiving wavelength region of the light receiving unit is λ nm, the light receiving wavelength region is only the range represented by the following equation: 0 <λ ≦ 700.

【0008】このような生体情報計測装置は、たとえ
ば、検出手段の検出結果に基づいて生体情報としての脈
波情報を表示する脈波計測装置を構成できる。
Such a biological information measuring device can constitute, for example, a pulse wave measuring device for displaying pulse wave information as biological information based on the detection result of the detecting means.

【0009】[0009]

【作用】本発明に係る脈波計測装置(生体情報計測装
置)において、LEDなどの発光部から指や手首などに
光を照射し、血管からの反射光をフォトトランジスタな
どの受光部で検知することにより、血液の脈波によって
生じる血量変化を受光量の変化として検出し、これによ
り得られる脈波信号に基づいて脈拍数や脈波の変化を表
示する。本発明では、生体情報は、検出手段の300n
mから700nmまでの波長領域における検出結果に基
づいて表示する。かかる波長領域での検出を行なうにあ
たって、たとえば、発光部の波長領域が少なくとも30
0nmから700nmまでの範囲とし、受光波長領域を
700nm以下とすれば、外光に含まれる光のうち、波
長領域が700nm以下の光は、指を導光体として受光
部にまで到達しない一方、300nmより低波長領域の
光は、皮膚表面でほとんど吸収される。従って、検出結
果は、外光の影響を受けることなく、発光部の光のみに
基づく300nmから700nmまでの波長領域の検出
結果から生体情報を計測することができる。それ故、検
出部分に外光が直接射し込まない限り、外光に起因する
脈波の誤検出が発生しないので、大掛かりな遮光構造を
設けなくても使用条件に対する制約を緩和できる。
In the pulse wave measuring device (biological information measuring device) according to the present invention, light is emitted from a light emitting portion such as an LED to a finger or a wrist, and reflected light from a blood vessel is detected by a light receiving portion such as a phototransistor. Thus, a change in blood volume caused by a pulse wave of blood is detected as a change in the amount of received light, and a pulse rate and a change in a pulse wave are displayed based on a pulse wave signal obtained thereby. In the present invention, the biological information is 300n
It is displayed based on the detection result in the wavelength region from m to 700 nm. In performing detection in such a wavelength range, for example, the wavelength range of the light emitting unit is at least 30
If the wavelength range is from 0 nm to 700 nm and the light receiving wavelength region is 700 nm or less, of the light included in the external light, the light having a wavelength region of 700 nm or less does not reach the light receiving portion using the finger as a light guide, Light in the wavelength region lower than 300 nm is almost absorbed on the skin surface. Therefore, the biological information can be measured from the detection result in the wavelength region from 300 nm to 700 nm based on only the light from the light emitting unit without being affected by external light. Therefore, unless external light is directly incident on the detection portion, erroneous detection of a pulse wave caused by external light does not occur, so that restrictions on use conditions can be relaxed without providing a large-scale light shielding structure.

【0010】また、血液中のヘモグロビンは、波長領域
が300nmから700nmまでの範囲にある光に対す
る吸光係数が赤外光に対する吸光係数よりも著しく大き
い。
Further, hemoglobin in blood has an absorption coefficient for light having a wavelength region in a range from 300 nm to 700 nm that is significantly larger than that for infrared light.

【0011】かかるヘモグロビンの吸光特性に合わせ
て、波長領域が300nmから700nmまでの範囲に
ある光を生体に向けて照射すると、生体(血管)から反
射してくる光の強度は、血量変化に追従して大きく変化
する。それ故、脈波信号のS/N比が向上する。
When light having a wavelength range from 300 nm to 700 nm is irradiated toward a living body in accordance with the light absorption characteristics of hemoglobin, the intensity of light reflected from the living body (blood vessel) changes with blood volume. It changes greatly following. Therefore, the S / N ratio of the pulse wave signal is improved.

【0012】[0012]

【実施例】図面に基づいて、本発明の一実施例を説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0013】(全体構成)図1は、実施例に係る脈波計
測装置の使用状態を示す説明図、図2(a)、(b)、
(c)は、脈波計測装置の検出装置を装着した指と光学
素子との位置関係を模式的に示す断面図、図3は、指に
装着された検出装置の動作を示す説明図である。
(Overall Configuration) FIG. 1 is an explanatory view showing a use state of a pulse wave measuring apparatus according to an embodiment, and FIGS.
FIG. 3C is a cross-sectional view schematically illustrating a positional relationship between a finger on which the detection device of the pulse wave measurement device is mounted and the optical element, and FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an operation of the detection device mounted on the finger. .

【0014】図1において、本例の脈波計測装置1(生
体情報計測装置)では、腕時計構造を有する装置本体1
0と、この装置本体10から引き出されたケーブル20
と、このケーブル20の先端側に設けられた検出装置3
0と、この検出装置30を指や手首などに装着するため
のゴム製などのセンサ固定用バンド40とから大略構成
されている。
In FIG. 1, a pulse wave measuring device 1 (biological information measuring device) of the present embodiment has a device main body 1 having a wristwatch structure.
0 and the cable 20 pulled out from the apparatus body 10
And a detection device 3 provided on the distal end side of the cable 20.
And a sensor fixing band 40 made of rubber or the like for mounting the detection device 30 on a finger or a wrist.

【0015】装置本体10は、計時機能が内蔵された時
計ケース11、およびこの時計ケース11を腕に装着す
るためのリストバンド12から構成されている。時計ケ
ース11の表面側には、現在時刻や日付に加えて、検出
装置30での検出結果に基づく脈波情報(生体情報)な
ども表示する液晶表示装置13が構成されている。ま
た、時計ケース11の内部には、検出装置30による検
出結果に基づいて脈拍数の変化などを表示するために、
検出信号に対する信号処理などを行なうデータ処理回路
50も内蔵され、このデータ処理回路50および液晶表
示装置13によって、生体情報表示手段60が構成され
ている。なお、時計ケース11の外側面には、時刻合わ
せや表示モードの切り換えなどを行なうためのボタンス
イッチ111、112が設けられている。
The main body 10 comprises a watch case 11 having a built-in timekeeping function, and a wristband 12 for attaching the watch case 11 to an arm. On the front side of the watch case 11, a liquid crystal display device 13 that displays, in addition to the current time and date, pulse wave information (biological information) based on the detection result of the detection device 30 and the like is configured. In addition, inside the watch case 11, in order to display a change in pulse rate or the like based on a detection result by the detection device 30,
A data processing circuit 50 for performing signal processing on the detection signal and the like is also built in, and the data processing circuit 50 and the liquid crystal display device 13 constitute a biological information display unit 60. Button switches 111 and 112 are provided on the outer surface of the watch case 11 for adjusting the time and switching the display mode.

【0016】脈波計測装置1の電源は、時計ケース11
に内蔵されている電池であり、ケーブル20は、電池か
ら検出装置30に電力を供給するとともに、検出装置3
0の検出結果を時計ケース11内のデータ処理回路50
に入力可能である。
The power source of the pulse wave measuring device 1 is a watch case 11
The cable 20 supplies power to the detection device 30 from the battery, and the detection device 3
The detection result of 0 is sent to the data processing circuit 50 in the watch case 11.
Can be entered.

【0017】本例では、センサ固定用バンド40には、
マジックテープが張られており、図1に実線で示すよう
に、センサ固定用バンド40は、検出装置30を指の根
元に密着した状態で取り付け可能である。また、図1に
点線で示すように、検出装置30を指先に密着した状態
とすることも可能である。
In this example, the sensor fixing band 40 includes
A magic tape is stretched, and as shown by a solid line in FIG. 1, the sensor fixing band 40 can be attached in a state where the detection device 30 is in close contact with the base of the finger. Further, as shown by a dotted line in FIG. 1, the detection device 30 can be brought into close contact with a fingertip.

【0018】センサ固定用バンド40の内面には、検出
装置30が箱型の光学ユニット300として固定されて
おり、それには、図2(a)、(b)、(c)に模式的
に示すように、LED31およびフォトトランジスタ3
2が指に向けられている。ここで、図2(a)には、指
の根元に検出装置30を密着した状態で取り付けたとき
に、指の長さ方向にLED31およびフォトトランジス
タ32が並んだ状態を示してある。図2(b)には、指
先に検出装置30を密着した状態で取り付けたときに、
指の長さ方向にLED31およびフォトトランジスタ3
2が並んだ状態を示してある。図2(c)には、指に検
出装置30を密着した状態で取り付けたときに、指の周
り方向にLED31およびフォトトランジスタ32が並
んだ構造を示してある。
On the inner surface of the sensor fixing band 40, a detecting device 30 is fixed as a box-shaped optical unit 300, which is schematically shown in FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c). As described above, the LED 31 and the phototransistor 3
2 is pointed at the finger. Here, FIG. 2A shows a state in which the LED 31 and the phototransistor 32 are arranged in the length direction of the finger when the detection device 30 is attached in close contact with the base of the finger. FIG. 2B shows a state in which the detection device 30 is attached in a state in which the detection device 30 is in close contact with the fingertip.
LED 31 and phototransistor 3 in the length direction of the finger
2 shows a state where 2 are arranged. FIG. 2C shows a structure in which the LED 31 and the phototransistor 32 are arranged in the direction around the finger when the detection device 30 is attached to the finger in close contact with the finger.

【0019】本例では、図3に示すように、LED31
から指に向けて光を照射し、生体(血管)から反射して
きた光をフォトトランジスタ32で受光して生体(血
管)から脈波を検出するようになっている。
In this example, as shown in FIG.
From the living body (blood vessel), and the light reflected from the living body (blood vessel) is received by the phototransistor 32 to detect a pulse wave from the living body (blood vessel).

【0020】かかる脈波の検出にあたって、本例では、
赤外光ではなく、300nmから700nmまでの波長
領域における検出結果に基づいて生体情報を表示するよ
うになっている。すなわち、検出装置30では、発光波
長領域が300nmから700nmまでの範囲にあるL
ED31と、受光波長領域が700nm以下のフォトト
ランジスタ32とを用いてあり、その重なり領域である
300nmから700nmまでの波長領域における検出
結果に基づいて生体情報を表示する。かかる検出装置3
0を用いれば、後述するとおり、外光に含まれる光のう
ち、波長領域が700nm以下の光は、指を導光体とし
てフォトトランジスタ32(受光部)にまで到達しない
一方、300nm以下の光は、皮膚表面でほとんど吸収
される。
In detecting such a pulse wave, in this example,
Biological information is displayed based on a detection result in a wavelength region from 300 nm to 700 nm instead of infrared light. That is, in the detection device 30, L whose emission wavelength region is in the range from 300 nm to 700 nm is used.
An ED 31 and a phototransistor 32 having a light receiving wavelength region of 700 nm or less are used, and biological information is displayed based on a detection result in a wavelength region from 300 nm to 700 nm which is an overlapping region. Such a detection device 3
When 0 is used, light having a wavelength region of 700 nm or less among the light included in the external light does not reach the phototransistor 32 (light receiving unit) using a finger as a light guide, while light having a wavelength of 300 nm or less is used as described later. Is almost absorbed at the skin surface.

【0021】従って、検出結果は、外光の影響を受ける
ことなく、発光部の光のみに基づく300nmから70
0nmまでの波長領域の検出結果から生体情報を計測す
ることができるからである。
Therefore, the detection result is 300 to 70 nm based on only the light of the light emitting portion without being affected by external light.
This is because biological information can be measured from a detection result in a wavelength region up to 0 nm.

【0022】ここで、LED31から発せられた光は、
その一部が矢印Cで示すように指を通って血管にまで到
達し、血液中のヘモグロビンからの反射光が矢印Dで示
すようにフォトトランジスタ32に届く。この経路で受
光された光量が生体反射量である。また、LED31か
ら発せられた光は、その一部が矢印Eで示すように指表
面で反射してフォトトランジスタ32に届く。この経路
で受光された光量が皮膚反射量である。さらに、LED
31から発せられた光、および血管から反射した光の一
部は、矢印F、Gで示すように、指内で吸収、または分
散して、フォトトランジスタ32に届かない。
Here, the light emitted from the LED 31 is:
A part of the light reaches the blood vessel through the finger as shown by the arrow C, and the reflected light from the hemoglobin in the blood reaches the phototransistor 32 as shown by the arrow D. The amount of light received on this path is the amount of biological reflection. A part of the light emitted from the LED 31 is reflected on the finger surface as shown by an arrow E and reaches the phototransistor 32. The amount of light received along this path is the amount of skin reflection. Furthermore, LED
As shown by arrows F and G, part of the light emitted from 31 and the light reflected from the blood vessels is absorbed or dispersed in the finger and does not reach the phototransistor 32.

【0023】かかるLED31として、本例では、In
GaN系(インジウム−ガリウム−窒素系)の青色LE
Dを用いてあり、その発光スペクトルは、図4に示すよ
うに、450nmに発光ピークを有し、その発光波長領
域は、350nmから600nmまでの範囲にある。か
かる発光特性を有するLED31に対応させて、本例で
は、フォトトランジスタ32として、GaAsP系(ガ
リウム−砒素−リン系)のフォトトランジスタを用いて
あり、その素子自身の受光波長領域は、図5に示すよう
に、主要感度領域が300nmから600nmまでの範
囲にあって、300nm以下にも感度領域がある。ここ
で、フォトトランジスタ32として、素子にフィルタを
付加したセンサユニットを用いることもあり、このよう
なセンサユニットの受光波長領域の一例は、図6に示す
ように、主要感度領域が400nmから550nmまで
の範囲にある。これらのLED31およびフォトトラン
ジスタ32は、消費電力が比較的小さいので、本例の脈
波計測装置1のように、計時機能と脈波計測機能を1つ
の小型電池で駆動する場合でも、連続稼働時間が長い。
In this example, the LED 31 is In
GaN-based (indium-gallium-nitrogen-based) blue LE
D is used, and the emission spectrum has an emission peak at 450 nm as shown in FIG. 4, and the emission wavelength range is from 350 nm to 600 nm. In this example, a GaAsP-based (gallium-arsenic-phosphorus-based) phototransistor is used as the phototransistor 32 corresponding to the LED 31 having such light emission characteristics, and the light receiving wavelength range of the element itself is shown in FIG. As shown, the main sensitivity region is in the range from 300 nm to 600 nm, and there is also a sensitivity region below 300 nm. Here, a sensor unit in which a filter is added to an element may be used as the phototransistor 32. An example of a light receiving wavelength region of such a sensor unit is, as shown in FIG. 6, a main sensitivity region from 400 nm to 550 nm. In the range. Since the power consumption of the LED 31 and the phototransistor 32 is relatively small, even when the timekeeping function and the pulse wave measurement function are driven by one small battery as in the pulse wave measurement device 1 of this example, the continuous operation time Is long.

【0024】(検出装置の構成)図7〜図10を参照し
て、光学ユニットの構成を詳述する。図7は、光学ユニ
ットの平面図、図8は、図7のA−A′線における断面
図、図9は、図7のB−B′線における断面図、図10
は、図7のC−C′線における断面図である。
(Structure of Detector) The structure of the optical unit will be described in detail with reference to FIGS. 7 is a plan view of the optical unit, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA 'of FIG. 7, FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line BB' of FIG.
FIG. 8 is a sectional view taken along line CC ′ of FIG. 7.

【0025】これらの図において、光学ユニット300
では、そのケース体としてのセンサ枠301に裏蓋30
2が被されてその内部が部品収納空間になっている。セ
ンサ枠301に対する裏蓋302の固定は、3本の裏蓋
止めねじ303で行なわれている。また、裏蓋止めねじ
303は、裏蓋302の下面にセンサ固定用バンド40
を固定し、センサ固定用バンド40は、光学ユニット3
00から両側に延びている。かかるセンサ固定用バンド
40に対して直角をなす方向に向けて、センサ枠301
の内部からはケーブル20が引き出されている。センサ
枠301の上面部分には、ガラス板304(フィルタ)
で光透過窓が形成され、このガラス板304に対向する
ように回路基板305がセンサ枠301の内部に固定さ
れている。回路基板305には、LED31、フォトト
ランジスタ32(フィルタ付きのセンサユニット)、お
よびトランジスタ309が実装されており、LED31
およびフォトトランジスタ32は、それぞれ発光面およ
び受光面をガラス板304の方に向けている。なお、回
路基板305は、センサ枠301の上面から嵌め込まれ
た2本のピン306に基板止めねじ307が止められて
センサ枠301に固定されている。また、ピン306に
よってアース板308も固定されている。
In these figures, the optical unit 300
Then, the back cover 30 is attached to the sensor frame 301 as the case body.
2 is covered and the inside is a component storage space. The fixing of the back cover 302 to the sensor frame 301 is performed by three back cover fixing screws 303. The back cover fixing screw 303 is attached to the sensor fixing band 40 on the lower surface of the back cover 302.
Is fixed, and the sensor fixing band 40 is
It extends from 00 to both sides. The sensor frame 301 is oriented in a direction perpendicular to the sensor fixing band 40.
A cable 20 is drawn out from the inside of the cable. A glass plate 304 (filter) is provided on the upper surface of the sensor frame 301.
, A light transmission window is formed, and a circuit board 305 is fixed inside the sensor frame 301 so as to face the glass plate 304. On the circuit board 305, an LED 31, a phototransistor 32 (a sensor unit with a filter), and a transistor 309 are mounted.
The light-emitting surface and the light-receiving surface of the phototransistor 32 face the glass plate 304, respectively. The circuit board 305 is fixed to the sensor frame 301 by fixing the board set screw 307 to two pins 306 fitted from the upper surface of the sensor frame 301. The ground plate 308 is also fixed by the pins 306.

【0026】(データ処理回路の構成)図11を参照し
て、時計ケース11の内部に構成されたデータ処理回路
50の構成を説明する。図11は、データ処理回路50
の構成を示すブロック図である。
(Configuration of Data Processing Circuit) The configuration of the data processing circuit 50 provided inside the watch case 11 will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows a data processing circuit 50.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of FIG.

【0027】データ処理回路50において、脈波信号変
換部51は、検出装置30からケーブル20を介して入
力された信号をデジタル信号に変換して脈波信号記憶部
52に出力するようになっている。脈波信号記憶部52
は、デジタル信号に変換された脈波データを記憶してお
くRAMである。脈波信号演算部53は、脈波信号記憶
部52に記憶されている信号を読み出してそれに周波数
分析を行ない、その結果を脈波成分抽出部54に入力す
るようになっている。脈波成分抽出部54は、脈波信号
演算部53からの入力信号から脈波成分を抽出して脈拍
数演算部55に出力し、この脈拍数演算部55は、入力
された脈波の周波数成分により脈拍数を演算し、その結
果を液晶表示装置13に出力するようになっている。
In the data processing circuit 50, the pulse wave signal converter 51 converts a signal input from the detector 30 via the cable 20 into a digital signal and outputs the digital signal to the pulse wave signal storage 52. I have. Pulse wave signal storage unit 52
Is a RAM for storing pulse wave data converted into digital signals. The pulse wave signal calculation unit 53 reads out the signal stored in the pulse wave signal storage unit 52, performs a frequency analysis on the signal, and inputs the result to the pulse wave component extraction unit 54. The pulse wave component extraction unit 54 extracts a pulse wave component from the input signal from the pulse wave signal calculation unit 53 and outputs it to the pulse rate calculation unit 55. The pulse rate calculation unit 55 determines the frequency of the input pulse wave. The pulse rate is calculated based on the components, and the result is output to the liquid crystal display device 13.

【0028】(動作)このように構成した脈波計測装置
1の動作を、図1、図3および11を参照して簡単に説
明する。まず、図1に示すように、装置本体10をリス
トバンド12で腕に装着する一方、検出装置30(光学
ユニット300のガラス板304)をセンサ固定用バン
ド40によって指に密着させる。この状態で、図3に模
式的に示すように、LED31から指に向けて光を照射
すると、この光が血管に届いて血液中のヘモグロビンに
よって一部が吸収され、一部が反射する。生体(血管)
から反射してきた光は、フォトトランジスタ32によっ
て受光され、その受光量変化は、血液の脈波によって生
じる血量変化に対応する。すなわち、血量が多いときに
は、反射光が弱くなる一方、血量が少なくなると、反射
光が強くなるので、反射光強度の変化をフォトトランジ
スタ32で監視すれば、脈拍などを検出できる。かかる
検出を行なうために、図11に示すデータ処理回路50
では、フォトトランジスタ32(検出装置30)から入
力された信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信
号に周波数分析などを行なって脈拍数を演算する。そし
て、演算により求めた脈拍数を液晶表示装置13に表示
させる。すなわち、脈波計測装置1は、脈拍計として機
能する。
(Operation) The operation of the pulse wave measuring apparatus 1 thus configured will be briefly described with reference to FIGS. 1, 3 and 11. First, as shown in FIG. 1, the device main body 10 is worn on the arm with the wrist band 12, and the detection device 30 (the glass plate 304 of the optical unit 300) is brought into close contact with the finger by the sensor fixing band 40. In this state, as shown schematically in FIG. 3, when light is emitted from the LED 31 toward the finger, this light reaches the blood vessel and is partially absorbed by hemoglobin in the blood and partially reflected. Living body (blood vessels)
Is reflected by the phototransistor 32, and a change in the amount of received light corresponds to a change in blood volume caused by a pulse wave of blood. That is, when the blood volume is large, the reflected light is weak, while when the blood volume is small, the reflected light is strong. Therefore, if the change in the reflected light intensity is monitored by the phototransistor 32, the pulse and the like can be detected. In order to perform such detection, the data processing circuit 50 shown in FIG.
Then, a signal input from the phototransistor 32 (detection device 30) is converted into a digital signal, and the digital signal is subjected to frequency analysis and the like to calculate a pulse rate. Then, the pulse rate obtained by the calculation is displayed on the liquid crystal display device 13. That is, the pulse wave measuring device 1 functions as a pulse meter.

【0029】(実施例の効果)本例では、LED31の
発光波長領域は、350nmから600nmまでの範囲
にあり、フォトトランジスタ32の受光波長領域は、主
要感度領域が300nmから600nmまでの範囲にあ
る。また、フォトトランジスタ32として、素子とフィ
ルタとを組み合わせたユニットを用いたときの受光波長
領域は、400nmから550nmまでの範囲にある。
従って、図1に示す簡単な遮光状態で脈波を計測して
も、外光に含まれる光のうち、波長領域が700nm以
下の光は、指を導光体としてフォトトランジスタ32
(受光部)にまで到達せず、検出には影響を与えない波
長領域の光だけが、指を導光体として通ってくることか
ら、本例では、指の露出部分に外光があたっても、脈波
の検出結果には外光の影響が及ばない。また、本例で
は、血量変化に基づく脈波信号のS/N比が高い。かか
る理由を以下に説明する。
(Effects of Embodiment) In this embodiment, the emission wavelength range of the LED 31 is in the range of 350 nm to 600 nm, and the light reception wavelength range of the phototransistor 32 is in the range of the main sensitivity range of 300 nm to 600 nm. . The light receiving wavelength range when a unit combining an element and a filter is used as the phototransistor 32 is in a range from 400 nm to 550 nm.
Therefore, even if the pulse wave is measured in the simple light-shielded state shown in FIG. 1, among the light contained in the external light, the light having a wavelength region of 700 nm or less uses the finger as a light guide and the phototransistor 32.
Since only light in the wavelength region that does not reach the (light receiving portion) and does not affect detection passes through the finger as a light guide, in this example, external light hits the exposed portion of the finger. However, the external light does not affect the detection result of the pulse wave. In this example, the S / N ratio of the pulse wave signal based on the change in blood volume is high. The reason will be described below.

【0030】まず、外光の影響を受けにくい理由を、図
12(a)を参照して説明する。図12(a)には、光
の波長と、皮膚の光透過度との関係を示してある。ここ
で、折れ線aは、波長が200nmの光における透過特
性、折れ線bは、波長が300nmの光における透過特
性、折れ線cは、波長が500nmの光における透過特
性、折れ線dは、波長が700nmの光における透過特
性、折れ線eは、波長が1μmの光における透過特性を
示す。この図から明らかなように、外光に含まれる光の
うち、波長領域が700nm以下の光は、指を透過しに
くい傾向にあるため、外光がセンサ固定用バンド40で
覆われていない指の部分に照射されても、図3に点線X
で示すように、指を通ってフォトトランジスタ32まで
届かない。それ故、本例のように、700nm以下の光
を検出光として用いれば、指を大掛かりに覆わなくても
必要最小限の範囲を覆うだけで、外光の影響を抑えるこ
とができるので、本例の脈波計測装置1は、屋外での使
用が可能である。なお、300nmより低波長領域の光
は、皮膚表面でほとんど吸収されるので、受光波長領域
を700nm以下としても、実質的な受光波長領域は、
300nm〜700nmとなる。
First, the reason for being hardly affected by external light will be described with reference to FIG. FIG. 12A shows the relationship between the wavelength of light and the light transmittance of the skin. Here, the polygonal line a is a transmission characteristic for light having a wavelength of 200 nm, the polygonal line b is a transmission characteristic for light having a wavelength of 300 nm, the polygonal line c is a transmission characteristic for light having a wavelength of 500 nm, and the polygonal line d is a transmission characteristic for light having a wavelength of 700 nm. The transmission characteristic of light and the broken line e indicate the transmission characteristic of light having a wavelength of 1 μm. As is clear from this figure, among the light included in the external light, light having a wavelength region of 700 nm or less tends to be hard to transmit through the finger, and thus the external light is not covered with the sensor fixing band 40. In FIG. 3, a dotted line X
As shown in the figure, the light does not reach the phototransistor 32 through the finger. Therefore, if light of 700 nm or less is used as detection light as in this example, the influence of external light can be suppressed by covering only the minimum necessary range without covering the finger in a large scale. The example pulse wave measuring device 1 can be used outdoors. In addition, since light in a wavelength region lower than 300 nm is almost absorbed by the skin surface, even if the light receiving wavelength region is set to 700 nm or less, the substantial light receiving wavelength region is:
It becomes 300 nm to 700 nm.

【0031】これに対し、従来のように、880nm付
近に発光ピークを有するLEDを用い、シリコン系のフ
ォトトランジスタを用いると、その受光波長範囲は、図
13に示すように、350nmから1200nmまでの
範囲に及ぶ。従って、従来の光学系(検出装置)では、
外光のうち、図3に矢印Yで示すように、指を導光体と
して受光部にまで容易に届いてしまう1μmの波長の
光、すなわち、図12(a)の折れ線eで示す光による
検出結果に基づいて脈波を検出しているので、外光の変
動に起因する誤検出が起こりやすい。
On the other hand, when an LED having an emission peak near 880 nm is used and a silicon-based phototransistor is used as in the prior art, the light receiving wavelength range is from 350 nm to 1200 nm as shown in FIG. Range. Therefore, in the conventional optical system (detection device),
Of the external light, as shown by an arrow Y in FIG. 3, light having a wavelength of 1 μm that easily reaches the light receiving portion using a finger as a light guide, that is, light shown by a polygonal line e in FIG. Since the pulse wave is detected based on the detection result, erroneous detection due to a change in external light is likely to occur.

【0032】次に、本例の脈波計測装置1では、脈波信
号のS/N比が高い理由を、図12(b)を参照して説
明する。図12(b)は、光の波長と各種のヘモグロビ
ンの吸光特性との関係を示す説明図である。
Next, the reason why the S / N ratio of the pulse wave signal is high in the pulse wave measuring apparatus 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12B is an explanatory diagram showing the relationship between the wavelength of light and the light absorption characteristics of various hemoglobins.

【0033】図12(b)には、酸素と未結合のヘモグ
ロビンの吸光特性を曲線Hbで示してあり、酸素と結合
しているヘモグロビンの吸光特性を曲線HbO2 で示し
てある。これらの曲線が示すように、血液中のヘモグロ
ビンは、波長が300nmから700nmまでの光に対
する吸光係数が大きく、従来の検出光である波長が88
0nmの光に対する吸光係数に比して数倍〜約100倍
以上大きい。従って、本例のように、ヘモグロビンの吸
光特性に合わせて、吸光係数が大きい波長領域(300
nmから700nm)の光を検出光として用いると、そ
の検出値は、血量変化に感度よく変化するので、血量変
化に基づく脈波の検出率(S/N比)が高い。
FIG. 12 (b) shows the light absorption characteristics of hemoglobin not bound to oxygen by a curve Hb, and the light absorption characteristics of hemoglobin bound to oxygen by a curve HbO2. As shown by these curves, hemoglobin in blood has a large extinction coefficient for light having a wavelength of 300 nm to 700 nm, and a wavelength of 88 μm, which is conventional detection light.
It is several times to about 100 times or more larger than the extinction coefficient for light of 0 nm. Therefore, as in this example, the wavelength region (300
When light of (nm to 700 nm) is used as the detection light, the detection value changes with high sensitivity to a change in blood volume, so that a pulse wave detection rate (S / N ratio) based on the change in blood volume is high.

【0034】(各遮光条件における外光の侵入量)本例
の脈波計測装置1を評価するにあたり、図14(a)〜
(e)で示すように、指に対する遮光範囲を条件1から
条件5まで変えながら外光の侵入量のみを従来の脈波計
測装置(比較例)と比較して計測した。ここで、本例の
脈波計測装置1としては、受光感度が400nmから6
00nmのフォトトランジスタ32を用いた試料1と、
受光感度が300nmから700nmのフォトトランジ
スタ32を用いた試料2とを評価に供した。一方、比較
例としては、受光感度が300nmから700nmまで
の範囲からずれた試料3、4、5を評価に供した。な
お、条件1は、図14(a)に示すように、人差し指の
根元を遮光カバーで10mmの幅で覆った状態、条件2
は、図14(b)に示すように、人差し指の根元を遮光
カバーで20mmの幅で覆った状態、条件3は、図14
(c)に示すように、人差し指の根元を遮光カバーで4
0mmの幅で覆った状態、条件4は、図14(d)に示
すように、人差し指の根元を遮光カバーで70mmの幅
で覆った状態、条件5は、図14(e)に示すように、
人差し指の全体、親指の根元、中指の根元、および各指
の付け根付近を遮光カバーで覆った状態である。
(Amount of External Light Penetrating Under Each Light-Shielding Condition) In evaluating the pulse wave measuring apparatus 1 of this embodiment, FIGS.
As shown in (e), while changing the light shielding range for the finger from condition 1 to condition 5, only the amount of penetration of external light was measured in comparison with a conventional pulse wave measurement device (comparative example). Here, as the pulse wave measuring device 1 of this example, the light receiving sensitivity is from 400 nm to 6 nm.
Sample 1 using a 00 nm phototransistor 32;
Sample 2 using a phototransistor 32 having a light receiving sensitivity of 300 nm to 700 nm was used for evaluation. On the other hand, as comparative examples, samples 3, 4, and 5 whose light receiving sensitivity deviated from the range from 300 nm to 700 nm were used for evaluation. The condition 1 is a condition in which the base of the index finger is covered with a light-shielding cover with a width of 10 mm as shown in FIG.
FIG. 14B shows a state in which the base of the index finger is covered with a light-shielding cover with a width of 20 mm as shown in FIG.
(C) As shown in FIG.
As shown in FIG. 14 (d), a state where the base of the forefinger is covered with a light-shielding cover with a width of 70 mm as shown in FIG. 14 (d), and condition 5 is as shown in FIG. 14 (e). ,
The entire index finger, the base of the thumb, the base of the middle finger, and the vicinity of the base of each finger are covered with a light-shielding cover.

【0035】このような各条件下における外光の侵入量
の計測結果を表1に示す。なお、外光の侵入量は、フォ
トトランジスタの出力電流(単位μA)で表してある。
Table 1 shows the measurement results of the amount of external light penetrating under each of these conditions. The penetration amount of external light is represented by the output current of the phototransistor (unit: μA).

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】表1に示すように、本例の脈波計測装置1
(試料1、2)によれば、300nmから700nmま
での波長領域にある光を受光しているので、今回行なっ
たいずれの条件でも、外光の影響を無視できる。外光に
含まれる光のうち、波長領域が700nm以下の光は、
指を導光体としてフォトトランジスタ32(受光部)に
まで到達しないからである。従って、本例の脈波計測装
置1によれば、検出装置30自身、またはセンサ固定用
バンド40(遮光カバー)で指を10mmの幅で覆えば
充分である。これに対して、比較例の脈波計測装置(試
料3、4、5)では、人差し指の全体、親指の根元、中
指の根元、および各指の付け根付近まで広い範囲にわた
って覆った状態(条件5)でのみ外光の影響を無視で
き、大掛かりな遮光構造が必要である。
As shown in Table 1, the pulse wave measuring device 1 of this embodiment
According to (Samples 1 and 2), since light in the wavelength region from 300 nm to 700 nm is received, the influence of external light can be ignored under any of the conditions performed this time. Of the light included in the external light, light having a wavelength region of 700 nm or less
This is because the finger does not reach the phototransistor 32 (light receiving portion) as a light guide. Therefore, according to the pulse wave measuring device 1 of the present embodiment, it is sufficient that the finger is covered with the width of 10 mm by the detecting device 30 itself or the sensor fixing band 40 (light shielding cover). On the other hand, in the pulse wave measurement device (samples 3, 4, and 5) of the comparative example, the whole of the index finger, the base of the thumb, the base of the middle finger, and the vicinity of the base of each finger were covered over a wide range (condition 5). ), The effect of external light can be ignored, and a large-scale light shielding structure is required.

【0038】(各環境下における外光の影響)また、発
光波長ピークが450nmのLED31(青色光源)を
用い、受光波長領域が300nmから600nmまでの
GaAsP系のフォトトランジスタ32を用いた本例の
脈波計測装置1と、発光波長ピークが880nmのLE
Dを用い、受光波長領域が350nmから1200nm
までのフォトトランジスタを用いた脈波計測装置(比較
例)とに関して、外光の影響の度合いを比較、検討した
結果を図15、図16に示す。なお、図に示すデータ
は、脈波の検出結果に周波数解析を行なった結果を示
し、多数のピークのうち、矢印を付したピークが脈波の
周波数に相当する。
(Effects of External Light in Each Environment) In this example, an LED 31 (blue light source) having an emission wavelength peak of 450 nm was used, and a GaAsP phototransistor 32 having a light reception wavelength range of 300 nm to 600 nm was used. Pulse wave measuring device 1 and LE having an emission wavelength peak of 880 nm
D, the light receiving wavelength range is from 350 nm to 1200 nm
FIG. 15 and FIG. 16 show the results of comparing and examining the degree of the influence of external light with respect to the pulse wave measuring device using the phototransistor up to (comparative example). The data shown in the figure shows the result of performing frequency analysis on the detection result of the pulse wave, and the peak with an arrow among many peaks corresponds to the frequency of the pulse wave.

【0039】図15(a)には、本例の脈波計測装置を
腕に装着したまま、暗室環境下を走行したときの脈波の
計測結果を示してある。図15(b)には、本例の脈波
計測装置を腕に装着したまま、太陽光に向かって一方向
に走行したときの脈波の計測結果を示してある。図15
(c)には、本例の脈波計測装置を腕に装着したまま、
太陽光の相対的な向きが変動するように回りながら走行
したときの脈波の計測結果を示してある。これらの図に
示すいずれの条件においても、矢印を付した脈波のピー
クは、他のピークに比して明確であり、本例の脈波計測
装置1は、外光の影響を受けにくいことがわかる。
FIG. 15A shows a result of measurement of a pulse wave when the vehicle travels in a dark room environment with the pulse wave measuring device of the present example being worn on an arm. FIG. 15 (b) shows a measurement result of a pulse wave when the vehicle travels in one direction toward sunlight with the pulse wave measurement device of the present example being worn on an arm. FIG.
(C) shows a state in which the pulse wave measuring device of this example is worn on the arm,
The measurement result of the pulse wave when the vehicle travels while turning so that the relative direction of the sunlight fluctuates is shown. Under any of the conditions shown in these figures, the peak of the pulse wave with an arrow is clearer than the other peaks, and the pulse wave measurement device 1 of the present example is hardly affected by external light. I understand.

【0040】図16(a)には、従来の脈波計測装置を
腕に装着したまま、暗室環境下を走行したときの脈波の
計測結果を示してある。図16(b)には、本例の脈波
計測装置を腕に装着したまま、太陽光に向かって一方向
に走行したときの脈波の計測結果を示してある。図16
(c)には、本例の脈波計測装置を腕に装着したまま、
太陽光の相対的な向きが変動するように回りながら走行
したときの脈波の計測結果を示してある。これらの図に
示すように、従来の脈波計測装置は、暗室環境下でのみ
脈波の計測が可能であって、外光があたる条件下では、
計測不可能であることがわかる。
FIG. 16A shows a result of measurement of a pulse wave when the vehicle travels in a dark room environment while the conventional pulse wave measuring device is worn on the arm. FIG. 16 (b) shows a measurement result of the pulse wave when the pulse wave measurement device of the present example is worn on the wrist and travels in one direction toward sunlight. FIG.
(C) shows a state in which the pulse wave measuring device of this example is worn on the arm,
The measurement result of the pulse wave when the vehicle travels while turning so that the relative direction of the sunlight fluctuates is shown. As shown in these figures, the conventional pulse wave measurement device can measure a pulse wave only in a dark room environment, and under conditions where external light is applied,
It turns out that measurement is impossible.

【0041】(脈波信号の相対感度)次に、本例の脈波
計測装置1、および従来の脈波計測装置(比較例)にお
いて、脈波を計測したときの脈波信号レベル(μA)、
反射光の全体レベル(μA)、反射光に含まれる脈波信
号の比を比較、検討した結果を表2に示す。ここで、本
例の脈波計測装置1としては、発光波長領域が420n
mから480nmのLED31(発光色が青色)を用い
た試料6に加えて、発光波長領域が540nmから57
0nmのLED31(発光色が緑色)を用いた試料7も
評価に供した。
(Relative Sensitivity of Pulse Wave Signal) Next, the pulse wave signal level (μA) when the pulse wave is measured by the pulse wave measuring device 1 of the present embodiment and the conventional pulse wave measuring device (comparative example). ,
Table 2 shows the results of comparing and examining the overall level (μA) of the reflected light and the ratio of the pulse wave signal included in the reflected light. Here, as the pulse wave measuring device 1 of the present example, the emission wavelength range is 420 n.
In addition to the sample 6 using the LED 31 (blue emission color) of m to 480 nm, the emission wavelength range is 540 to 57 nm.
Sample 7 using 0 nm LED 31 (green emission color) was also provided for evaluation.

【0042】試料7では、発光色が緑色のLED31と
してGaP系のものを用いてあり、このGaP系のLE
D31は、その発光スペクトル分布を図17に示すよう
に、540nmから570nmまでの範囲に主要発光領
域を有し、発光領域は、520nmから600nmまで
の範囲にまで及ぶ。かかるGaP系のLED31を用い
た試料7では、その発光特性に対応させて、GaP系の
フォトトランジスタ32を用いてあり、このGaP系の
フォトトランジスタ32は、その受光感度特性を図18
に示すように、200nmから700nm近くまでの範
囲に感度領域を有する。
In Sample 7, a GaP-based LED 31 having a green emission color was used.
As shown in FIG. 17, D31 has a main light emission region in the range of 540 nm to 570 nm as shown in FIG. 17, and the light emission region extends from 520 nm to 600 nm. In the sample 7 using such a GaP-based LED 31, a GaP-based phototransistor 32 is used in accordance with its light-emitting characteristics.
As shown in the figure, the sensitivity region is in the range from 200 nm to nearly 700 nm.

【0043】なお、比較例としては、発光波長領域が3
00nmから700nmまでの範囲からずれた試料8、
9、10を評価に供した。
As a comparative example, the emission wavelength range was 3
Sample 8, which deviated from the range of 00 nm to 700 nm,
9 and 10 were evaluated.

【0044】表2には、この評価結果を示してある。Table 2 shows the evaluation results.

【0045】[0045]

【表2】 [Table 2]

【0046】表2に示すように、本例の脈波計測装置1
(試料6、7)によれば、血液中のヘモグロビンの吸光
係数が大きい波長領域に合わせて、発光波長領域が30
0nmから700nmまでの範囲内のある光を用いてい
るので、反射光に含まれる脈波信号の比が0.019、
0.013と大きく、感度が高い。これに対して、比較
例の脈波計測装置(試料8、9、10)では、反射光に
含まれる脈波信号の比が0.002以下と非常に小さ
く、感度が低い。すなわち、本例の脈波計測装置1の感
度は、従来のものに比して脈波信号のS/N比で約10
倍近く飛躍的に向上する。
As shown in Table 2, the pulse wave measuring device 1 of this embodiment
According to (Samples 6 and 7), the emission wavelength range is 30 in accordance with the wavelength range where the absorption coefficient of hemoglobin in blood is large.
Since a certain light in the range from 0 nm to 700 nm is used, the ratio of the pulse wave signal included in the reflected light is 0.019,
It is as large as 0.013 and has high sensitivity. On the other hand, in the pulse wave measuring devices (samples 8, 9, and 10) of the comparative example, the ratio of the pulse wave signal included in the reflected light is very small, 0.002 or less, and the sensitivity is low. That is, the sensitivity of the pulse wave measuring device 1 of the present example is about 10 times smaller than the conventional one in the S / N ratio of the pulse wave signal.
Improve dramatically by nearly double.

【0047】(肌の色の影響)次に、本例の脈波計測装
置1の感度が高いという利点は、肌の色に影響されない
ことを検討した結果を表3に示す。この評価では、皮膚
の表面で反射しにくい450nmの発光波長ピークを有
するLED(青色光源)を用いた本例の脈波計測装置1
(試料11)と、皮膚の表面で反射しやすい880nm
の発光波長ピークを有するLEDを用いた従来の脈波計
測装置(比較例、試料12)とに関して、黄色人種、白
人、および黒人の脈波を計測し、そのときに検出される
皮膚反射量、生体反射量(血管からの反射量)、脈波成
分をそれぞれ算出した。
(Effect of Skin Color) Next, Table 3 shows the result of an examination that the advantage of the high sensitivity of the pulse wave measuring device 1 of the present embodiment is not affected by the skin color. In this evaluation, the pulse wave measuring device 1 of this example using an LED (blue light source) having an emission wavelength peak of 450 nm that is hardly reflected on the surface of the skin
(Sample 11) and 880 nm that easily reflects on the surface of the skin
With respect to a conventional pulse wave measuring device using LED having an emission wavelength peak of Comparative Example (Comparative Example, Sample 12), pulse waves of yellow race, white and black were measured, and the amount of skin reflection detected at that time was measured. , The amount of biological reflection (the amount of reflection from blood vessels), and the pulse wave component were calculated.

【0048】[0048]

【表3】 [Table 3]

【0049】その結果、表3に示すように、黄色人種、
白人、および黒人のいずれの人種を対象にしても、全受
光量に占める脈波成分の比率が高いこと、すなわち、生
体情報に対する計測感度が高いことが実証された。
As a result, as shown in Table 3, yellow race,
It was demonstrated that the ratio of the pulse wave component to the total amount of received light was high, that is, the measurement sensitivity to the biological information was high, regardless of whether the race was white or black.

【0050】(その他の実施例)なお、血液中のヘモグ
ロビンの吸光特性は、図12(b)に示したように、酸
素と未結合のヘモグロビンと、酸素と結合しているヘモ
グロビンとの間で異なるので、300nmから700n
mまでの波長をもつ光、たとえば約470nmの波長を
もつ光を検出光として用いれば、その強度から、各種の
ヘモグロビンの量、およびヘモグロビンの総量などを生
体情報として計測することができる。また、皮膚と水分
の吸光特性の差から、たとえば、皮膚に含まれる水分を
生体情報として計測することもできる。
(Other Examples) As shown in FIG. 12 (b), the light absorption characteristics of hemoglobin in blood differ between hemoglobin not bound to oxygen and hemoglobin bound to oxygen. Different from 300nm to 700n
When light having a wavelength of up to m, for example, light having a wavelength of about 470 nm is used as detection light, the amount of various hemoglobins, the total amount of hemoglobin, and the like can be measured as biological information from the intensity. In addition, for example, the moisture contained in the skin can be measured as biological information from the difference in the light absorption characteristics between the skin and the moisture.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る脈波
計測装置(生体情報計測装置)においては、LEDなど
の発光部から指先などに光を照射し、血液などからの反
射光をフォトトランジスタなどの受光部で検知するとと
もに、かかる検出手段の300nmから700nmまで
の波長領域における検出結果に基づいて生体情報を計測
することに特徴を有する。かかる波長領域での検出を行
なうにあたって、たとえば、発光部の波長領域が少なく
とも300nmから700nmまでの範囲とし、受光波
長領域を700nm以下とすれば、外光に含まれる光の
うち、波長領域が700nm以下の光は、指を導光体と
して受光部にまで到達しない一方、300nmより低波
長領域の光は、皮膚表面でほとんど吸収される。従っ
て、検出結果は、外光の影響を受けることなく、発光部
の光のみに基づく300nmから700nmまでの波長
領域の検出結果から生体情報を計測することができる。
それ故、検出部分に外光が直接射し込まない限り、外光
に起因する脈波の誤検出が発生しないので、大掛かりな
遮光構造を設けなくても使用条件に対する制約を緩和で
きる。
As described above, in the pulse wave measuring apparatus (biological information measuring apparatus) according to the present invention, light is emitted from a light emitting portion such as an LED to a fingertip or the like, and reflected light from blood or the like is reflected by a phototransistor. And the like, and the biological information is measured based on the detection result in the wavelength region from 300 nm to 700 nm of the detecting means. In performing detection in such a wavelength region, for example, if the wavelength region of the light emitting unit is at least in a range from 300 nm to 700 nm and the light receiving wavelength region is 700 nm or less, the wavelength region of the light included in the external light is 700 nm. The following light does not reach the light receiving portion using the finger as a light guide, while light in a wavelength region lower than 300 nm is almost absorbed by the skin surface. Therefore, the biological information can be measured from the detection result in the wavelength region from 300 nm to 700 nm based on only the light from the light emitting unit without being affected by external light.
Therefore, unless external light is directly incident on the detection portion, erroneous detection of a pulse wave caused by external light does not occur, so that restrictions on use conditions can be relaxed without providing a large-scale light shielding structure.

【0052】また、血液中のヘモグロビンは、波長領域
が300nmから700nmまでの範囲にある光に対す
る吸光係数が赤外光に対する吸光係数よりも著しく大き
い。
Further, hemoglobin in blood has an absorption coefficient for light having a wavelength region in the range of 300 nm to 700 nm that is significantly larger than that for infrared light.

【0053】かかるヘモグロビンの吸光特性に合わせ
て、波長領域が300nmから700nmまでの範囲に
ある光を生体に向けて照射すると、生体(血管)から反
射してくる光の強度は、血量変化に追従して大きく変化
する。それ故、脈波信号のS/N比が向上するので、本
発明に係る脈波計測装置では、脈波の計測感度が高いと
いう効果も奏する。
When light having a wavelength range from 300 nm to 700 nm is irradiated toward a living body in accordance with the absorption characteristics of hemoglobin, the intensity of light reflected from the living body (blood vessel) changes with the blood volume. It changes greatly following. Therefore, since the S / N ratio of the pulse wave signal is improved, the pulse wave measurement device according to the present invention also has an effect that the measurement sensitivity of the pulse wave is high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る脈波計測装置の使用状
態を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a use state of a pulse wave measuring device according to one embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(c)は、図1に示す脈波計測装置に
おいて、検出装置と指との位置関係を模式的に示す断面
図である。
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views schematically showing a positional relationship between a detection device and a finger in the pulse wave measurement device shown in FIG.

【図3】図1に示す脈波計測装置において、指に装着さ
れた検出装置の動作を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation of a detection device attached to a finger in the pulse wave measurement device shown in FIG.

【図4】図1に示す脈波計測装置に用いたInGaN系
青色LEDの発光スペクトルを示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an emission spectrum of an InGaN blue LED used in the pulse wave measuring device shown in FIG.

【図5】図1に示す脈波計測装置に用いたInGaP系
フォトトランジスタの受光特性を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing light receiving characteristics of an InGaP-based phototransistor used in the pulse wave measuring device shown in FIG.

【図6】図1に示す脈波計測装置に用いたフィルタ付き
のフォトトランジスタユニットの受光特性を示す説明図
である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing light receiving characteristics of a phototransistor unit with a filter used in the pulse wave measuring device shown in FIG.

【図7】図1に示す脈波計測装置の検出装置(光学ユニ
ット)の構成を示す平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a detection device (optical unit) of the pulse wave measurement device shown in FIG.

【図8】図7のA−A′線における断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 7;

【図9】図7のB−B′線における断面図である。FIG. 9 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 7;

【図10】図7のC−C′線における断面図である。FIG. 10 is a sectional view taken along line CC ′ of FIG. 7;

【図11】図1に示す脈波計測装置のデータ処理回路の
構成を示すブロック図である。
11 is a block diagram showing a configuration of a data processing circuit of the pulse wave measuring device shown in FIG.

【図12】(a)は、光の波長と皮膚の光透過度との関
係を示すグラフ図、(b)は、光の波長と各種のヘモグ
ロビンの吸光特性との関係を示す説明図である。
12A is a graph showing the relationship between the wavelength of light and the light transmittance of the skin, and FIG. 12B is an explanatory diagram showing the relationship between the wavelength of light and the light absorption characteristics of various hemoglobins. .

【図13】従来の脈波計測装置に用いたシリコン系のフ
ォトトランジスタの受光特性を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing light receiving characteristics of a silicon-based phototransistor used in a conventional pulse wave measuring device.

【図14】本例の脈波計測装置における外光の侵入度合
いを評価するにあたり、指への遮光範囲を変えた各実験
条件を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing various experimental conditions in which a light shielding range to a finger is changed in evaluating a degree of intrusion of external light in the pulse wave measuring device of the present example.

【図15】本例の脈波計測装置における外光の影響を評
価するにあたり、本例の脈波計測装置による脈波の検出
結果に周波数解析を行なったデータを示す説明図であ
る。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing data obtained by performing frequency analysis on a result of detection of a pulse wave by the pulse wave measurement device of the present example when evaluating the influence of external light in the pulse wave measurement device of the present example.

【図16】本例の脈波計測装置における外光の影響を評
価するにあたり、その比較例に係る脈波計測装置による
脈波の検出結果に周波数解析を行なったデータを示す説
明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing data obtained by performing frequency analysis on a result of detection of a pulse wave by the pulse wave measurement device according to the comparative example in evaluating the influence of external light in the pulse wave measurement device of the present example.

【図17】図1に示す脈波計測装置に用いたGaP系の
LEDの発光スペクトルを示す説明図である。
17 is an explanatory diagram showing an emission spectrum of a GaP-based LED used in the pulse wave measuring device shown in FIG.

【図18】図1に示す脈波計測装置に用いたGaAsP
系フォトトランジスタの受光特性を示す説明図である。
FIG. 18 shows GaAsP used in the pulse wave measuring device shown in FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing light receiving characteristics of a system phototransistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・脈波計測装置(生体情報計測装置) 10・・・装置本体 11・・・時計ケース 12・・・リストバンド 13・・・液晶表示装置 20・・・ケーブル 30・・・検出装置 31・・・LED(発光部) 32・・・フォトトランジスタ(受光部) 40、40A・・・センサ固定用バンド 50・・・データ処理回路 51・・・脈波信号変換部 52・・・脈波信号記憶部 53・・・脈波信号演算部 54・・・脈波成分抽出部 55・・・脈拍数演算部 60・・・生体情報表示手段 300・・・光学ユニット 301・・・センサ枠 305・・・回路基板 304・・・ガラス板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pulse wave measuring device (biological information measuring device) 10 ... Device main body 11 ... Watch case 12 ... Wristband 13 ... Liquid crystal display device 20 ... Cable 30 ... Detector 31 ... LED (light emitting part) 32 ... phototransistor (light receiving part) 40, 40A ... Sensor fixing band 50 ... Data processing circuit 51 ... Pulse wave signal converter 52 ... Pulse Wave signal storage unit 53 pulse wave signal calculation unit 54 pulse wave component extraction unit 55 pulse rate calculation unit 60 biological information display means 300 optical unit 301 sensor frame 305: circuit board 304: glass plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 克行 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 河田 正幸 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Katsuyuki Honda 3-3-5 Yamato, Suwa-shi, Nagano Seiko Epson Corporation (72) Inventor Masayuki Kawada 1-8-1, Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Seiko Instruments, Inc.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 生体の一部に向けて光を照射する発光
部、およびこの発光部が発した光を生体を介して受光す
る受光部を備える検出手段と、この検出手段の検出結果
に基づいて生体情報を表示する生体情報表示手段とを有
する生体情報計測装置において、前記生体情報は、前記
検出手段の約300nmから約700nmまでの波長領
域における検出結果に基づいて表示されることを特徴と
する生体情報計測装置。
1. A light emitting unit for irradiating a part of a living body with light, a detecting unit including a light receiving unit for receiving light emitted from the light emitting unit through the living body, and a detecting unit based on a detection result of the detecting unit. A biological information display device for displaying biological information by displaying the biological information based on a detection result in a wavelength region from about 300 nm to about 700 nm of the detection means. Biological information measuring device.
【請求項2】 請求項1において、前記発光部の発光波
長領域が少なくとも約300nmから約700nmまで
の範囲にあり、前記受光部の受光波長領域をλnmとし
たときに、 受光波長領域は、以下の式 0 < λ ≦ 700 を満たす範囲のみにあることを特徴する生体情報計測装
置。
2. The light-receiving wavelength region according to claim 1, wherein a light-emitting wavelength region of the light-emitting unit is at least in a range from about 300 nm to about 700 nm, and a light-receiving wavelength region of the light-receiving unit is λ nm. The biological information measuring device is only in a range that satisfies the formula 0 <λ ≦ 700.
【請求項3】 請求項1または2に規定する生体情報計
測装置からなる脈波計測装置であって、前記検出手段の
検出結果に基づいて前記生体情報としての脈波情報を表
示することを特徴とする脈波計測装置。
3. A pulse wave measuring device comprising the biological information measuring device defined in claim 1 or 2, wherein the pulse wave information as the biological information is displayed based on a detection result of the detecting means. Pulse wave measuring device.
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