JP2018161250A - Biological information sensor and wear determination method thereof - Google Patents
Biological information sensor and wear determination method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018161250A JP2018161250A JP2017059731A JP2017059731A JP2018161250A JP 2018161250 A JP2018161250 A JP 2018161250A JP 2017059731 A JP2017059731 A JP 2017059731A JP 2017059731 A JP2017059731 A JP 2017059731A JP 2018161250 A JP2018161250 A JP 2018161250A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- determination
- unit
- biological information
- determination process
- 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.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 122
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 39
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 104
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 29
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 7
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 13
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 13
- 101710170230 Antimicrobial peptide 1 Proteins 0.000 description 9
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 7
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 5
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 5
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 4
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010003210 Arteriosclerosis Diseases 0.000 description 1
- 125000002066 L-histidyl group Chemical group [H]N1C([H])=NC(C([H])([H])[C@](C(=O)[*])([H])N([H])[H])=C1[H] 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 208000011775 arteriosclerosis disease Diseases 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 210000000624 ear auricle Anatomy 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 210000004709 eyebrow Anatomy 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Description
本明細書中に開示されている発明は、生体情報センサ及びその装着判定方法に関する。 The invention disclosed in the present specification relates to a biological information sensor and a method for determining attachment thereof.
近年では、発光部から生体(被験者の腕や指など)に光を照射し、生体から受光部に戻ってくる光の強度に基づいて種々の生体情報(脈波情報など)を検出する光電型の生体情報センサが実用化されている。 In recent years, a photoelectric type that irradiates a living body (such as a subject's arm or finger) with light from a light emitting unit and detects various biological information (such as pulse wave information) based on the intensity of light returning from the living body to the light receiving unit. This biological information sensor has been put into practical use.
また、生体情報センサが生体に正しく装着されているか否かを判定するための従来手法としては、例えば、被験者の体動有無を判定する手法(特許文献1〜特許文献3)や、周囲光の検出有無を判定する手法(本願出願人による特許文献4)が挙げられる。
Moreover, as a conventional method for determining whether or not the biological information sensor is correctly attached to the living body, for example, a method (
しかしながら、上記の従来手法では、生体情報センサの装着判定精度について、さらなる改善の余地があった。 However, in the above-described conventional method, there is room for further improvement with respect to the mounting determination accuracy of the biological information sensor.
本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、生体への装着/未装着を正確に判定することのできる生体情報センサを提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application, the invention disclosed in the present specification provides a biological information sensor that can accurately determine whether or not a living body is mounted. With the goal.
本明細書中に開示されている生体情報センサは、発光部及び受光部を備えた光センサ部と、加速度センサ部と、前記光センサ部及び前記加速度センサ部を用いて装着判定を行う装着判定部と、を有し、前記装着判定部は、前記加速度センサ部で加速度が検出されたか否かを判定する運動状態判定処理と、前記受光部で周囲光が非検出であるか否かを判定する周囲光判定処理と、前記発光部から光を出射したときにその反射光が前記受光部で検出されたか否かを判定する近接判定処理と、前記発光部から光を出射したときに前記受光部で検出される光から生体情報が取得されたか否かを判定する生体情報判定処理と、を順次段階的に行い、上記全ての判定処理でイエス判定が下されたときに装着OKと判定する構成(第1の構成)とされている。 The biological information sensor disclosed in the present specification includes an optical sensor unit including a light emitting unit and a light receiving unit, an acceleration sensor unit, and a mounting determination that performs mounting determination using the optical sensor unit and the acceleration sensor unit. A movement state determination process for determining whether or not acceleration is detected by the acceleration sensor unit, and whether or not ambient light is not detected by the light receiving unit. Ambient light determination processing, proximity determination processing for determining whether or not reflected light is detected by the light receiving portion when light is emitted from the light emitting portion, and light reception when light is emitted from the light emitting portion. And biological information determination processing for determining whether biological information has been acquired from the light detected by the unit in a step-by-step manner, and when yes determination is made in all of the above determination processing, it is determined that the mounting is OK Configuration (first configuration)
第1の構成から成る生体情報センサにおいて、前記装着判定部は、前記運動状態判定処理でイエス判定が下されたときに前記周囲光判定処理に移行し、前記周囲光判定処理でイエス判定が下されたときに前記近接判定処理に移行し、前記近接判定処理でイエス判定が下されたときに前記生体情報判定処理に移行し、前記生体情報判定処理でイエス判定が下されたときに装着OKと判定して前記生体情報を継続的に取得する通常動作への移行を許可し、上記いずれかの判定処理でノー判定が下されたときに装着NGと判定して前記運動状態判定処理に戻る構成(第2の構成)にするとよい。 In the biological information sensor having the first configuration, the wearing determination unit shifts to the ambient light determination process when a positive determination is made in the exercise state determination process, and the negative determination is determined in the ambient light determination process. The process proceeds to the proximity determination process when it is performed, shifts to the biological information determination process when a yes determination is made in the proximity determination process, and is attached when the yes determination is made in the biological information determination process. And the transition to the normal operation of continuously acquiring the biological information is permitted, and when no determination is made in any one of the determination processes, it is determined as wearing NG and the process returns to the exercise state determination process. A configuration (second configuration) is preferable.
第2の構成から成る生体情報センサにおいて、前記運動状態判定処理時の消費電流は、前記周囲光判定処理時のそれよりも小さく、前記周囲光判定処理時の消費電流は、前記近接判定処理時のそれよりも小さく、前記近接判定処理時の消費電流は、前記生体情報判定処理時のそれよりも小さい構成(第3の構成)にするとよい。 In the biological information sensor having the second configuration, the current consumption during the motion state determination process is smaller than that during the ambient light determination process, and the current consumption during the ambient light determination process is equal to that during the proximity determination process. The current consumption during the proximity determination process is preferably smaller than that during the biometric information determination process (third configuration).
第2または第3の構成から成る生体情報センサにおいて、前記装着判定部は、前記通常動作への移行後も前記生体情報判定処理を行い、当該判定処理でノー判定が下されたときには装着NGと判定して前記運動状態判定処理に戻る構成(第4の構成)にするとよい。 In the biometric information sensor having the second or third configuration, the mounting determination unit performs the biometric information determination process even after shifting to the normal operation, and when no determination is made in the determination process, the mounting determination unit A configuration (fourth configuration) for determining and returning to the exercise state determination process may be used.
第2〜第4いずれかの構成から成る生体情報センサは、前記通常動作時に前記発光部を間欠的に点消灯させるパルス駆動部をさらに有し、前記装着判定部は、前記通常動作への移行後、前記発光部の消灯時に前記受光部で周囲光が非検出であるか否かを判定する消灯時周囲光判定処理を行い、当該判定処理でノー判定が下されたときには装着NGと判定して前記運動状態判定処理に戻る構成(第5の構成)にするとよい。 The biological information sensor having any one of the second to fourth configurations further includes a pulse driving unit that intermittently turns on and off the light emitting unit during the normal operation, and the mounting determination unit shifts to the normal operation. After that, when the light emitting unit is turned off, the light receiving unit performs a light-off ambient light determination process for determining whether or not ambient light is not detected, and when the determination process is negative, it is determined as wearing NG. Thus, the configuration (fifth configuration) may be returned to the exercise state determination process.
第1〜第5いずれかの構成から成る生体情報センサにおいて、前記装着判定部は、前記周囲光判定処理及び前記近接判定処理の少なくとも一方で前記受光部の出力信号を所定の判定期間に亘って所定の測定周期で繰り返し測定する構成(第6の構成)にするとよい。 In the biological information sensor having any one of the first to fifth configurations, the wearing determination unit outputs an output signal of the light receiving unit over at least one of the ambient light determination process and the proximity determination process over a predetermined determination period. It is preferable to adopt a configuration (sixth configuration) in which measurement is repeatedly performed at a predetermined measurement cycle.
第1〜第6いずれかの構成から成る生体情報センサは、前記装着判定部の判定結果を報知する報知部をさらに有する構成(第7の構成)にするとよい。 The biological information sensor having any one of the first to sixth configurations may have a configuration (seventh configuration) further including a notification unit that notifies the determination result of the mounting determination unit.
第1〜第7いずれかの構成から成る生体情報センサにおいて、前記発光部は、前記受光部の周囲に複数設けられている構成(第8の構成)にするとよい。 In the biological information sensor having any one of the first to seventh configurations, a plurality of the light emitting units may be configured around the light receiving unit (eighth configuration).
第1〜第8いずれかの構成から成る生体情報センサにおいて、前記発光部の出力波長は600nm以下の可視光領域に属する構成(第9の構成)にするとよい。 In the biological information sensor having any one of the first to eighth configurations, the output wavelength of the light emitting unit may be configured to belong to a visible light region of 600 nm or less (ninth configuration).
また、本明細書中に開示されている装着判定方法は、発光部及び受光部を備えた光センサ部と、加速度センサ部と、を有する生体情報センサが生体に正しく装着されているか否かを判定するための方法であって、前記加速度センサ部で加速度が検出されたか否かを判定する運動状態判定処理と、前記受光部で周囲光が非検出であるか否かを判定する周囲光判定処理と、前記発光部から光を出射したときにその反射光が前記受光部で検出されたか否かを判定する近接判定処理と、前記発光部から光を出射したときに前記受光部で検出される光から生体情報が取得されたか否かを判定する生体情報判定処理とを順次段階的に行い、上記全ての判定処理でイエス判定が下されたときに装着OKと判定する構成(第10の構成)とされている。 In addition, the mounting determination method disclosed in the present specification determines whether or not a biological information sensor having an optical sensor unit including a light emitting unit and a light receiving unit and an acceleration sensor unit is correctly mounted on a living body. A determination method for determining whether or not acceleration is detected by the acceleration sensor unit, and determining whether or not ambient light is not detected by the light receiving unit Processing, proximity determination processing for determining whether reflected light is detected by the light receiving unit when light is emitted from the light emitting unit, and detection by the light receiving unit when light is emitted from the light emitting unit. The biometric information determination process for determining whether or not the biometric information has been acquired from the light to be attached is sequentially performed step by step, and when a yes determination is made in all the above determination processes, the configuration is determined to be OK (10th Composition).
本明細書中に開示されている発明によれば、生体への装着/未装着を正確に判定することのできる生体情報センサを提供することが可能となる。 According to the invention disclosed in the present specification, it is possible to provide a biological information sensor that can accurately determine whether or not a living body is mounted.
<脈波測定の原理>
図1は、手首での脈波測定の原理を説明するための模式図であり、図2は、生体内における光の減衰量(吸光度)が時間的に変化する様子を示す波形図である。
<Principle of pulse wave measurement>
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the principle of pulse wave measurement at the wrist, and FIG. 2 is a waveform diagram showing how the attenuation (absorbance) of light in the living body changes with time.
容積脈波法による脈波測定では、例えば、図1に示したように、測定窓に押し当てられた生体の一部(図1では手首)に向けて発光部(LED[light emitting diode]など)から光が照射され、体内を透過して体外に出てくる光の強度が受光部(フォトダイオードやフォトトランジスタなど)で検出される。ここで、図2に示したように、生体組織や静脈血(脱酸素化ヘモグロビンHb)による光の減衰量(吸光度)は一定であるが、動脈血(酸素化ヘモグロビンHbO2)による光の減衰量(吸光度)は拍動によって時間的に変動する。従って、可視領域から近赤外領域にある「生体の窓」(光が生体を透過しやすい波長領域)を利用して、末梢動脈の吸光度変化を測定することにより、非侵襲で容積脈波を測定することができる。 In the pulse wave measurement by the volume pulse wave method, for example, as shown in FIG. 1, a light emitting unit (LED [light emitting diode] or the like) is directed toward a part of a living body (wrist in FIG. 1) pressed against the measurement window. ), And the intensity of the light transmitted through the body and coming out of the body is detected by a light receiving unit (a photodiode, a phototransistor, or the like). Here, as shown in FIG. 2, the attenuation (absorbance) of light due to living tissue and venous blood (deoxygenated hemoglobin Hb) is constant, but the attenuation of light due to arterial blood (oxygenated hemoglobin HbO 2 ). (Absorbance) varies with time due to pulsation. Therefore, by utilizing the “biological window” (wavelength range where light is easily transmitted through the living body) from the visible region to the near-infrared region, the change in the absorbance of the peripheral artery is measured, so that the volume pulse wave can be generated non-invasively. Can be measured.
なお、図1では、図示の便宜上、生体情報センサ(発光部と受光部)を手首の背側(外側)に装着した様子が描写されているが、生体情報センサの装着位置については、これに限定されるものではなく、手首の腹側(内側)であってもよいし、他の部位(指先、指の中手指節間関節と近位指節間関節との間、額、眉間、鼻先、頬、眼下、こめかみ、耳たぶなど)であってもよい。 In FIG. 1, for convenience of illustration, a state in which the biological information sensor (light emitting unit and light receiving unit) is mounted on the back side (outside) of the wrist is depicted, but the mounting position of the biological information sensor is described here. It is not limited and may be on the ventral side (inside) of the wrist, or other part (fingertip, between the interphalangeal joint and proximal interphalangeal joint of the finger, forehead, between the eyebrows, and the tip of the nose , Cheeks, under eyes, temples, ear lobes, etc.).
<脈波から分かること>
なお、心臓及び自立神経の支配を受けている脈波は、常に一定の挙動を示すものではなく、被験者の状態によって様々な変化(揺らぎ)を生じるものである。従って、脈波の変化(揺らぎ)を解析することにより、被験者の様々な身体情報を得ることができる。例えば、心拍数からは、被験者の運動能力や緊張度などを知ることができ、心拍変動からは、被験者の疲労度、快眠度、及び、ストレスの大きさなどを知ることができる。また、脈波を時間軸で2回微分することにより得られる加速度脈波からは、被験者の血管年齢や動脈硬化度などを知ることができる。
<What you can understand from the pulse wave>
Note that the pulse wave under the control of the heart and the independent nerve does not always exhibit a constant behavior, but causes various changes (fluctuations) depending on the condition of the subject. Accordingly, various body information of the subject can be obtained by analyzing the change (fluctuation) of the pulse wave. For example, from the heart rate, it is possible to know the exercise ability, the degree of tension, and the like of the subject, and from the heart rate variability, it is possible to know the fatigue level, the degree of sleep, the magnitude of stress, and the like. Further, from the acceleration pulse wave obtained by differentiating the pulse wave twice with respect to the time axis, the blood vessel age, arteriosclerosis degree, etc. of the subject can be known.
<生体情報センサ>
図3は、生体情報センサの一構成例を示すブロック図である。本構成例の生体情報センサ1は、ヘッド部10と、ヘッド部10を担持しながら生体2(例えば被験者の手首)に巻き回されるバンド部20と、を備えた腕輪構造(腕時計型構造)とされている。なお、バンド部20を形成する素材としては、皮革、金属、樹脂などを用いることができる。
<Biological information sensor>
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the biological information sensor. The
ヘッド部10(=本体ユニット)は、光センサ部11と、フィルタ部12と、制御部13と、表示部14と、通信部15と、電源部16と、パルス駆動部17と、加速度センサ部18と、を含む。ただし、当該構成はあくまで一例であり、上記構成要素の一部ないし全部をバンド部20に設けてもよい。また、ヘッド部10とバンド部20を区別せず、一体的なデザインとすることも可能である。
The head unit 10 (= main unit) includes an
光センサ部11は、ヘッド部10の裏面(=生体2と対向する側の面)に設けられており、発光部11Aから生体2に光を照射して生体2からの反射光を受光部11Bで検出することにより受光強度に応じた電流信号を生成する。本構成例の生体情報センサ1において、光センサ部11は、発光部11Aと受光部11Bが生体2を挟んで互いに反対側に設けられた構成(いわゆる透過型、図1の破線矢印を参照)ではなく、発光部11Aと受光部11Bが生体2に対していずれも同じ側に設けられた構成(いわゆる反射型、図1の実線矢印を参照)とされている。なお、本願の発明者らは、手首において生体情報(例えば脈波情報)の取得が十分に可能であることを実際に実験で確認済みである。また、本図の例では、光センサ部11に発光部11Aと受光部11Bが一つずつ設けられているが、例えば、受光部11Bの周囲を取り囲むように、発光部11Aを複数設けても構わない。
The
フィルタ部12は、光センサ部11から入力される電流信号に各種の信号処理(電流/電圧変換処理、検波処理、フィルタ処理、及び、増幅処理)を施して制御部13に出力する。なお、フィルタ部12の具体的な構成については後ほど詳細に説明する。
The
制御部13は、生体情報センサ1全体の動作を統括的に制御するほか、フィルタ部12の出力信号に各種の信号処理を施すことにより、被験者の生体情報(脈波の揺らぎ、心拍数、心拍変動、及び、加速度脈波など)を取得する。なお、制御部13としては、CPU[central processing unit]などを好適に用いることができる。また、制御部13は、光センサ部11と加速度センサ18を用いて生体情報センサ1の装着/非装着を判定する装着判定部としての機能も備えている。当該機能については、後ほど詳述する。
The
表示部14は、ヘッド部10の表面(生体2と対向しない側の面)に設けられており、所定の表示情報(日付や時間に関する情報のほか、生体情報の測定結果なども含まれる)を出力する。すなわち、表示部14は、腕時計の文字盤面に相当する。また、表示部14は、被験者に装着判定の結果を報知する報知部としての機能も備えている。なお、表示部14としては、液晶表示パネルなどを好適に用いることができる。
The
通信部15は、生体情報センサ1の測定データを外部機器(パーソナルコンピュータや携帯電話機など)に無線または有線で送信する。特に、生体情報センサ1の測定データを外部機器に無線で送信する構成であれば、生体情報センサ1と外部機器とを有線で接続する必要がなくなるので、例えば、被験者の行動を制約せずに測定データのリアルタイム送信を行うことが可能となる。また、生体情報センサ1を防水構造とする際には、外部端子を完全に排除するという観点から、測定データの外部送信方式として無線送信方式を採用することが望ましい。なお、無線送信方式を採用する場合、通信部15としては、Bluetooth(登録商標)無線通信モジュールICなどを好適に用いることができる。
The
電源部16は、バッテリとDC/DCコンバータを含み、バッテリからの入力電圧を所望の出力電圧に変換して生体情報センサ1の各部に供給する。このように、バッテリ駆動方式の生体情報センサ1であれば、生体情報の測定時に外部からの給電ケーブルを接続する必要がないので、被験者の行動を制約せずに生体情報の測定を行うことが可能となる。なお、上記のバッテリとしては、繰り返して充電を行うことが可能な二次電池(リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなど)を用いることが望ましい。このように、バッテリとして二次電池を用いる構成であれば、煩わしい電池交換作業が不要となるので、生体情報センサ1の利便性を高めることができる。また、バッテリ充電時における外部からの電力供給方式としては、USB[universal serial bus]ケーブルなどを用いる接触給電方式であってもよいし、電磁誘導方式、電界結合方式、及び、磁界共鳴方式などの非接触給電方式であってもよい。ただし、生体情報センサ1を防水構造とする際には、外部端子を完全に排除するという観点から、外部からの電力供給方式として非接触給電方式を採用することが望ましい。
The
パルス駆動部17は、生体情報を継続的に取得する通常動作時において、光センサ部11の発光部11Aを所定のフレーム周波数f(例えば50〜1000Hz)、及び、デューティD(1/8〜1/200)で間欠的に点消灯させる。
In the normal operation for continuously acquiring biological information, the
加速度センサ18は、自身に加わる加速度(=被験者の体動など)に応じた加速度信号を生成して、これを制御部13に出力する。なお、加速度センサ18としては、例えば、3方向(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)それぞれの加速度を1つのデバイスで検出することが可能なMEMS[micro electro mechanical systems]型の3軸加速度センサを好適に用いることができる。
The
上記のように、腕輪構造を有する生体情報センサ1であれば、被験者が意図的に生体情報センサ1を手首から外さない限り、生体情報の測定中に生体情報センサ1が被験者の手首から脱落してしまうおそれは殆どない。従って、被験者の行動を制約せずに生体情報の測定を行うことが可能となる。
As described above, if the
また、腕輪構造を有する生体情報センサ1であれば、被験者に対して生体情報センサ1を装着していることをあまり意識させずに済むので、長期間(数日〜数ヶ月)に亘って継続的に生体情報を測定する場合であっても、被験者に過度のストレスを与えずに済む。
In addition, the
特に、生体情報の測定結果だけでなく、日時情報なども表示することのできる表示部14を備えた生体情報センサ1(=腕時計構造の生体情報センサ1)であれば、被験者は生体情報センサ1を腕時計として日常的に装着することができるので、生体情報センサ1の装着に対する抵抗感をさらに払拭することが可能となり、延いては、新規ユーザ層の開拓に寄与することが可能となる。
In particular, in the case of the biological information sensor 1 (= the
また、生体情報センサ1は、防水構造としておくことが望ましい。このような構成とすることにより、水(雨)や汗などに濡れても故障せずに生体情報を測定することが可能となる。また、生体情報センサ1を多人数で共用する場合(例えばスポーツジムでの貸し出し用として使用する場合)には、生体情報センサ1を丸ごと水洗いすることにより、生体情報センサ1を清潔に保つことが可能となる。
Moreover, it is desirable that the
<光センサ部及びパルス駆動部>
図4は、光センサ部11及びパルス駆動部17の一構成例を示す回路図である。本構成例の光センサ部11は、発光ダイオード(発光部に相当)11Aと、フォトトランジスタ(受光部に相当)11Bと、を含む。また、本構成例のパルス駆動部17は、スイッチ171と電流源172とを含む。
<Optical sensor unit and pulse drive unit>
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the
発光ダイオード11Aのアノードは、スイッチ171を介して電源電圧AVDDの印加端に接続されている。発光ダイオード11Aのカソードは、電流源172を介して接地端に接続されている。スイッチ171は、パルス駆動信号S171に応じてオン/オフされる。電流源172は、輝度制御信号S172に応じた定電流IAを生成する。なお、運動時や屋外での脈波測定を精度良く実施するためには、発光ダイオード11Aを外来光よりも高い輝度でパルス駆動することが望ましい。
The anode of the
スイッチ171がオンされているときには、定電流IAの流れる電流経路が導通されるので、発光ダイオード11Aが点灯して生体2に光が照射される。このとき、フォトトランジスタ11Bのコレクタとエミッタとの間には、生体2から戻ってくる反射光の受光強度に応じた電流信号IBが流れる。一方、スイッチ171がオフされているときには、定電流IAの流れる電流経路が遮断されるので、発光ダイオード11Aが消灯する。
When the
<フィルタ部>
図5はフィルタ部12の一構成例を示すブロック図である。本構成例のフィルタ部12は、トランスインピーダンスアンプ121(以下、TIA[transimpedance amplifier]121と略称する)と、バッファ回路122と、検波回路123と、バンドパスフィルタ回路124と、増幅回路125と、基準電圧生成回路126と、を含む。
<Filter section>
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the
TIA121は、電流信号IBを電圧信号Saに変換して後段のバッファ回路122と制御部13に各々出力する電流/電圧変換回路の一種である。
The
バッファ回路122は、電圧信号Saをバッファ信号Sbとして後段に伝達するボルテージフォロワである。
The
検波回路123は、パルス駆動される電圧信号Sbからその包絡線のみを抽出することにより検波信号Scを生成し、これを後段に出力する。検波回路123としては、半波整流検波回路や全波整流検波回路などを用いることができる。
The
バンドパスフィルタ回路124は、検波信号Scに重畳した低周波成分と高周波成分をいずれも除去することによりフィルタ信号Sdを生成し、これを後段に出力する。なお、バンドパスフィルタ回路124の通過周波数帯域は、0.6〜4.0Hz程度に設定しておくことが望ましい。
The
増幅回路125は、フィルタ信号Sdを所定のゲインで増幅することにより受光信号Seを生成し、これを後段の制御部13に出力する。
The amplifying
基準電圧生成回路126は、電源電圧AVDDを1/2に分圧することにより基準電圧VREF(=AVDD/2)を生成し、これをフィルタ部12の各部に供給する。
The reference
本構成例のフィルタ部12であれば、被験者の体動ノイズを適切に除去することができるので、被験者の安静時における生体情報はもちろん、被験者の運動時(歩行時、ジョギング時、ないしは、ランニング時など)における生体情報についても、より高精度に検出することが可能となる。
Since the subject's body movement noise can be appropriately removed with the
また、本構成例のフィルタ部12において、TIA121、バッファ回路122、検波回路123、バンドパスフィルタ回路124、及び、増幅回路125は、いずれも基準電圧VREF(=AVDD/2)をセンター値として動作するので、フィルタ部12から出力される受光信号Seは、基準電圧VREFに対して上下に振幅変動する波形となる。従って、本構成例のフィルタ部12であれば、受光信号Seの飽和(電源電圧AVDDや接地電圧GNDへの張り付き)を防止して、生体情報を正しく検出することが可能となる。
In the
<TIA>
図6は、TIA121の一構成例を示す回路図である。本構成例のTIA121は、オペアンプAMP1と、抵抗R1と、キャパシタC1と、を含む。オペアンプAMP1の非反転入力端(+)は、基準電圧VREF(=AVDD/2)の印加端に接続されている。オペアンプAMP1の反転入力端(−)は、フォトダイオード11Bのエミッタに接続されている。フォトダイオード11Bのコレクタは、電源電圧AVDDの印加端に接続されている。オペアンプAMP1の出力端は、電圧信号Saの出力端に相当する。抵抗R1及びキャパシタC1は、それぞれ、オペアンプAMP1の反転入力端(−)と出力端との間に並列接続されている。
<TIA>
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of the
本構成例のTIA121では、オペアンプAMP1の反転入力端(−)から抵抗R1を介して電圧信号Saの出力端に至る電流経路を電流信号IBが流れる。従って、オペアンプAMP1の反転入力端(−)には、電圧信号Saに抵抗R1の両端間電圧を足し合わせた電圧(=Sa+IB×R1)が印加される。一方、オペアンプAMP1は、非反転入力端(+)と反転入力端(−)がイマジナリショートするように電圧信号Saを生成する。従って、TIA121で生成される電圧信号Saは、基準電圧VREFから抵抗R1の両端間電圧を差し引いた電圧値(VREF−IB×R1)となる。
In the
すなわち、抵抗R1に流れる電流信号IB(フォトトランジスタ11Bでの受光量に相当)が大きいほど電圧信号Saが低くなり、逆に、電流信号IBが小さいほど電圧信号Saが高くなる。なお、TIA121のゲインは、抵抗R1の抵抗値を変えることによって任意に調整することが可能である。
That is, the voltage signal Sa decreases as the current signal IB flowing through the resistor R1 (corresponding to the amount of light received by the
<制御部(装着判定部)>
図7は、制御部13の一構成例を示すブロック図である。本構成例の制御部13は、主制御回路131と副制御回路132を含む。
<Control unit (mounting determination unit)>
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of the
主制御回路131は、主として、表示部14を用いた表示動作や通信部15を用いた通信動作を司る主体である。
The
副制御回路132は、主として、光センサ部11を用いた生体情報の測定動作を司るとともに、光センサ部11と加速度センサ部18を用いた装着判定動作を司る主体であり、A/D変換器132aと、デジタル信号処理部132bと、シリアルデータ通信ポート132cと、汎用入出力ポート132dと、を含む。
The
A/D変換器132aは、フィルタ部12から入力される受光信号Se及び電圧信号Saと、加速度センサ18から入力される加速度信号Sfを時分割で受け取り、それぞれをデジタル変換してデジタル信号処理部132bに順次出力する。なお、マルチ入力型のA/D変換器132aに代えて、受光信号Se、電圧信号Sa、及び、加速度信号Sfの各個入力を受け付けるシングル入力型のA/D変換器を複数並列に設けても構わない。
The A /
デジタル信号処理部132bは、A/D変換器132aの出力に各種のデジタル信号処理を施す。ここでのデジタル信号処理には、受光信号Seに基づく測定データの波形整形処理や解析処理のほか、電圧信号Sa、受光信号Se、及び、加速度信号Sfそれぞれのモニタリング処理(装着判定処理)が含まれる。すなわち、デジタル信号処理部132bは、生体情報センサ1が生体2に正しく装着されているか否かを判定するための装着判定部として機能する。なお、装着判定処理の詳細については後述する。
The
シリアルデータ通信ポート132cは、主制御回路131と副制御回路132との相互間で、シリアルデータ通信を行うためのポートである。例えば、デジタル信号処理部132bは、副制御回路132で取得された生体情報をシリアルデータ通信ポート132c経由で主制御回路131に送信する。主制御回路131は、副制御回路132から送信された生体情報を表示部14に表示させたり、通信部15から外部機器に転送させたりする。なお、シリアルデータ通信ポート132cとしては、I2Cポートなどを好適に利用することが可能である。
The serial
汎用入出力ポート132dは、1ビット信号(2値信号)の入出力を行うためのポートである。例えば、デジタル信号処理部132bは、装着判定フラグ(装着判定の結果に相当)を汎用入出力ポート132dに出力する。具体的に述べると、デジタル信号処理部132bは、生体情報センサ1が生体2に正しく装着されていると判定したときに汎用入出力ポート132dをハイレベルとする一方、生体情報センサ1が生体2に正しく装着されていないと判定したときに汎用入出力ポート132dをローレベルとする。主制御回路131は、汎用入出力ポート132dの出力論理レベルを監視しており、その監視結果を表示部14に表示させたり、通信部15から外部機器に転送させたりする。なお、汎用入出力ポート132dとしては、GPIO[general purpose input/output]ポートなどを好適に利用することが可能である。
The general-purpose input /
また、デジタル信号処理部132bは、生体情報センサ1の装着判定結果をシリアルデータ通信ポート132cから主制御回路131に送信することも可能である。例えば、主制御回路131からシリアルデータ通信ポート132c経由でリクエスト信号を定期的に送信し、当該リクエスト信号を受けた副制御回路132からシリアルデータ通信ポート132c経由で生体情報センサ1の装着判定結果を返信するように、装着判定確認のシーケンスを組んでおけばよい。この場合には、汎用入出力ポート132dを省略してもよい。
In addition, the digital
<装着判定処理>
図8は、制御部13(特にデジタル信号処理部132b)による装着判定処理の第1実施例を示すフローチャートである。フローが開始されると、まずステップS1では、加速度センサ部18で所定値以上(または、歩行状態やジョギング状態などの運動状態を示す所定パターン)の加速度が検出されたか否かを判定する運動状態判定処理が行われる。なお、加速度の測定周期は、数十Hz(例えば32〜50Hz)に設定すればよい。
<Wearing determination process>
FIG. 8 is a flowchart showing a first embodiment of the mounting determination process by the control unit 13 (particularly, the digital
ステップS1でイエス判定が下されたときには、生体情報センサ1が生体2(=運動中の被験者の手首)に装着されている可能性が高いので、フローが続くステップS2に移行される。一方、ステップS1でノー判定が下されたときには、装着NGと判定してフローがステップS1に戻され、上記の運動状態判定処理が繰り返される。なお、ステップS1でノー判定が下される状況としては、例えば、生体情報センサ1が机上などに静置されている場合を挙げることができる。
If the determination in step S1 is YES, there is a high possibility that the
また、ステップS1では、運動状態判定処理を行うために必要最小限の回路部(制御部13及び加速度センサ18など)だけが駆動されており、その他の回路部(光センサ部11など)は、いずれも停止されている。従って、ステップS1における運動状態判定処理時の消費電流(例えば数μA)は、ステップS2(後述)における周囲光判定処理時の消費電流(例えば10μA)よりも小さい値で済む。
In step S1, only the minimum necessary circuit units (such as the
ステップS1でイエス判定が下された場合、続くステップS2では、受光部11Bで周囲光が非検出であるか否か(=光センサ部11の周囲が暗いか否か)を判定する周囲光判定処理が行われる。なお、上記の周囲光判定処理では、発光部11Aを消灯したまま、受光部11Bの出力信号(具体的にはTIA121から出力される電圧信号Sa)を、所定の判定期間(例えば1〜10s)に亘って、所定の測定周期(例えば1〜8Hz)で繰り返し測定するとよい。例えば、判定期間が10秒であって測定周期が1Hzである場合、ステップS2では、合計10回(=10秒×1Hz)の周囲光測定が行われる。
If a YES determination is made in step S1, ambient light determination is performed in subsequent step S2 to determine whether or not ambient light is not detected by the
ここで、生体情報センサ1が生体2に正しく装着されている状態(=光センサ部11が生体2に密着されており、受光部11Bに対する周囲光の入射が適切に遮断されている状態)では、発光部11Aが点灯されない限り、受光部11Bでの受光強度がほぼゼロとなる。このとき、抵抗R1には電流信号IBが殆ど流れなくなるので、理想的には電圧信号Saが基準電圧VREFと一致する。従って、電圧信号Saと所定の閾値電圧Vthとを比較することにより、周囲光が非検出であるか否かを判定することができる。
Here, in a state where the
ステップS2でイエス判定が下されたときには、生体情報センサ1が生体2に正しく装着されている可能性が高いので、フローが続くステップS3に移行される。一方、ステップS2でノー判定が下されたときには、装着NGと判定してフローがステップS1に戻され、先述の運動状態判定処理からやり直しとなる。なお、ステップS1でイエス判定が下されたにも関わらず、ステップS2でノー判定が下される状況としては、例えば、被験者が生体情報センサ1を手に持ったまま日中に歩行している場合を挙げることができる。
When a positive determination is made in step S2, there is a high possibility that the
なお、ステップS2では、光センサ部11が周囲光の検出手段として用いられるので、発光部11Aを点灯させる必要がない。従って、ステップS2における周囲光判定処理時の消費電流(例えば10μA)は、ステップS3(後述)における近接判定処理時の消費電流(例えば75μA)よりも小さい値で済む。
In step S2, since the
ステップS2でイエス判定が下された場合、続くステップS3では、発光部11Aから光を出射したときにその反射光が受光部11Bで検出されたか否か(=光センサ部11の近傍に光を反射する物体(=生体2)が存在するか否か)を判定する近接判定処理が行われる。なお、上記の近接判定処理では、発光部11Aを点灯したまま、受光部11Bの出力信号(より具体的には、TIA121から出力される電圧信号Sa)を、所定の判定期間(例えば1〜10s)に亘って、所定の測定周期(例えば1〜8Hz)で繰り返し測定するとよい。例えば、判定期間が10秒であって測定周期が1Hzである場合、ステップS2では、合計10回(=10秒×1Hz)の反射光測定が行われる。
If the determination in step S2 is YES, in the subsequent step S3, whether or not the reflected light is detected by the
ステップS3でイエス判定が下されたときには、生体情報センサ1が生体2に正しく装着されている可能性が高いので、フローが続くステップS4に移行される。一方、ステップS3でノー判定が下されたときには、装着NGと判定してフローがステップS1に戻され、先述の運動状態判定処理からやり直しとなる。なお、ステップS1及びS2の双方でイエス判定が下されたにも関わらず、ステップS3でノー判定が下される状況としては、例えば、被験者が生体情報センサ1を手に持ったまま夜間に歩行している場合を挙げることができる。
When a positive determination is made in step S3, there is a high possibility that the
また、ステップS3では、反射光の有無さえ検出できればよいので、生体情報の測定時と比べて、発光部11Aの発光強度を下げておくことができる。従って、ステップS3における近接判定処理時の消費電流(例えば75μA)は、ステップS4(後述)における生体情報判定処理時の消費電流(例えば0.74mA)よりも小さい値で済む。
Further, in step S3, since it is only necessary to detect the presence or absence of reflected light, the light emission intensity of the
また、ステップS3では、光センサ部11が生体情報の取得手段としてだけでなく、近接センサとしても流用されている。従って、生体情報センサ1のコストアップや大型化を招かずに、上記の近接判定処理を行うことができる。
In step S3, the
ステップS3でイエス判定が下された場合、続くステップS4では、発光部11Aから光を出射したときに受光部11Bで検出される光から所望の生体情報が取得されたか否かを判定する生体情報判定処理が行われる。なお、生体情報判定処理としては、例えば、発光部11Aの点灯時に得られる電圧信号Saの振幅(=最大信号値と最小信号値との差)を読み取り、読み取った振幅が所定の閾値を超えているか否かを判定すればよい。また、生体情報の測定周期は、数十Hz(例えば32Hz)に設定すればよい。
When a positive determination is made in step S3, in subsequent step S4, biological information for determining whether or not desired biological information has been acquired from the light detected by the
ステップS4でイエス判定が下されたときには、装着OKと判定してステップS5への移行が許可され、生体情報を継続的に取得する通常動作が開始される。一方、ステップS4でノー判定が下されたときには、装着NGと判定してフローがステップS1に戻され、先述の運動状態判定処理からやり直しとなる。なお、ステップS1〜S3全てでイエス判定が下されたにも関わらず、ステップS4でノー判定が下される状況としては、例えば、光センサ部11が被験者の手首から浮いている場合を挙げることができる。
When a positive determination is made in step S4, it is determined that the attachment is OK, the shift to step S5 is permitted, and a normal operation for continuously acquiring biometric information is started. On the other hand, when a negative determination is made in step S4, it is determined as wearing NG and the flow is returned to step S1, and the exercise state determination process described above is repeated. In addition, although the yes determination is made in all of steps S1 to S3, the situation where the no determination is made in step S4 is, for example, the case where the
上記のように、本実施例の装着判定処理では、運動状態判定処理(ステップS1)、周囲光判定処理(ステップS2)、近接判定処理(ステップS3)、及び、生体情報判定処理(ステップS4)が順次段階的に行われ、上記全ての判定処理でイエス判定が下されたときに装着OKと判定される一方、上記いずれかの判定処理でノー判定が下されたときに装着NGと判定されて、フローが運動状態判定処理(ステップS1)に戻される。このような装着判定処理によれば、4段階の判定処理を経て生体情報センサ1の装着/非装着が判定されるので、生体情報センサ1の装着判定精度を高めることが可能となる。
As described above, in the wearing determination process of this embodiment, the exercise state determination process (step S1), the ambient light determination process (step S2), the proximity determination process (step S3), and the biological information determination process (step S4). Are determined step by step, and it is determined as wearing OK when a positive determination is made in all of the above determination processes, while it is determined as wearing NG when a negative determination is made in any of the above determination processes. Thus, the flow is returned to the exercise state determination process (step S1). According to such mounting determination processing, mounting / non-mounting of the
また、上記の装着判定処理によれば、生体情報センサ1の装着が確認されない限り、通常動作(ステップS5)への移行が許可されず、ステップS1〜S4の判定処理(=光センサ部11や加速度センサ部18の間欠駆動)が繰り返される。特に、ステップS1〜S4の判定処理では、前段のステップほど消費電流が小さく抑えられている。従って、生体情報センサ1の非装着時における合理的な省電力化を実現することが可能となる。
Moreover, according to said mounting | wearing determination process, unless mounting | wearing of the
また、本実施例の装着判定処理では、通常動作(ステップS5)への移行後も、フローが定期的にステップS4に戻されて、先述の生体情報判定処理が行われる。そして、当該判定処理でノー判定が下されたときには、先と同様、装着NGと判定して先述の運動状態判定処理からやり直しとなる。なお、通常動作への移行が一度許可されたにも関わらず、ステップS4で再びノー判定が下される状況としては、例えば、生体情報センサ1が被験者の手首から外された場合を挙げることができる。このように、上記一連の装着判定処理は、生体情報の計測中においても定期的に繰り返すことが望ましいと言える。
Further, in the mounting determination process of the present embodiment, the flow is periodically returned to step S4 after the transition to the normal operation (step S5), and the above-described biological information determination process is performed. When a negative determination is made in the determination process, it is determined as wearing NG as in the previous case, and the above-described exercise state determination process is repeated. In addition, although the transition to the normal operation is once permitted, a case where the determination is made again in step S4 is, for example, the case where the
また、ステップS1〜S4のいずれかでノー判定が下されたときには、表示部14などを用いて、生体情報センサ1が正しく装着されていないことを被験者に報知するとよい。このような報知を行えば、被験者に生体情報センサ1の正しい装着を促すことができる。
Moreover, when a negative determination is made in any of steps S1 to S4, the subject may be notified using the
また、発光部11Aの輝度調整処理(キャリブレーション処理)を行う場合には、まず上記の装着判定処理を行い、生体情報センサ1が生体2に正しく装着されていることが確認された後に、上記の輝度調整処理を開始することが望ましい。
In addition, when performing the luminance adjustment processing (calibration processing) of the
図9は、制御部13(特にデジタル信号処理部132b)による装着判定処理の第2実施例を示すフローチャートである。第2実施例のフローチャートは、第1実施例のフローチャートをベースとしつつ、通常動作移行後の装着判定処理に違いがある。そこで、第1実施例と同様のステップについては、図8と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛し、以下では、第2実施例の特徴部分について重点的に説明する。
FIG. 9 is a flowchart showing a second embodiment of the attachment determination processing by the control unit 13 (particularly, the digital
第2実施例のフローチャートでは、通常動作(ステップS5)への移行後、ステップS4の生体情報判定処理が定期的に繰り返されるのではなく、ステップS6において、発光部11Aの消灯時に受光部11Bで周囲光が非検出であるか否かを判定する消灯時周囲光判定処理が行われる。なお、ステップS6でイエス判定が下されたときには、フローがステップS5に戻されて通常動作が継続される。一方、ステップS6でノー判定が下されたときには、装着NGと判定して先述の運動状態判定処理からやり直しとなる。以下では、ステップS6での消灯時周囲光判定処理について詳細に説明する。
In the flowchart of the second embodiment, after the transition to the normal operation (step S5), the biological information determination process in step S4 is not periodically repeated, but in step S6, the
<消灯時周囲光判定処理>
図10は、制御部13(特にデジタル信号処理部132b)による消灯時周囲光判定処理の原理を説明するための信号波形図である。なお、本図では、電圧信号Saの信号波形とその部分拡大図が描写されている。
<Ambient light judgment process when extinguished>
FIG. 10 is a signal waveform diagram for explaining the principle of the ambient light determination process at the time of extinction by the control unit 13 (particularly the digital
先にも述べたように、TIA121で生成される電圧信号Saは、基準電圧VREFから抵抗R1の両端間電圧を差し引いた電圧値(VREF−IB×R1)となる。ここで、発光部11Aの点灯期間Tonにおける受光部11Bの受光強度(延いては、電流信号IBの電流値)は、被験者の拍動に伴って変動する。従って、図中のB点で示すように、発光部11Aの点灯期間TonにTIA121で得られる電圧信号Sa(オン電圧信号Sa@B)を包絡線検波することにより、被験者の脈波データ(図中の細破線を参照)を取得することができる。
As described above, the voltage signal Sa generated by the
一方、受光部11Bに全く光が入射されず、抵抗R1に電流信号IBが一切流れない場合、理想的には電圧信号Saが基準電圧VREFと一致する。例えば、生体情報センサ1が生体2に正しく装着されている状態(=受光部11Bに対する周囲光の入射が適切に遮断されている状態)では、発光部11Aの消灯期間Toffにおける受光部11Bでの受光強度がほぼゼロとなるので、抵抗R1には電流信号IBが殆ど流れなくなる。従って、図中のA点で示すように、発光部11Aの消灯期間ToffにTIA121で得られる電圧信号Sa(オフ電圧信号Sa@A)は、基準電圧VREFとほぼ一致するはずである。
On the other hand, when no light is incident on the
そこで、ステップS6では、所定の判定期間Tj(例えば1〜10s)に亘って所定の測定周期1/fs(例えば1〜8Hz)でオフ電圧信号Sa@Aが繰り返し測定され、それぞれのオフ電圧信号Sa@Aと閾値電圧Vthとが逐一比較される。
Therefore, in step S6, the off-voltage signal Sa @ A is repeatedly measured at a
なお、上記の閾値電圧Vthは、TIA121の基準電圧VREFよりも低い電圧値に設定されている。例えば、基準電圧VREFが1.50Vである場合には、閾値電圧Vthを1.40〜1.49Vの範囲内で設定することが望ましい(例えばVth=1.49V)。先にも述べた通り、生体情報センサ1が生体2に正しく装着されている状態では、発光部11Aの消灯期間Toffにおける受光部11Bでの受光強度がほぼゼロとなるので、オフ電圧信号Sa@Aが閾値電圧Vthを上回るはずである。
The threshold voltage Vth is set to a voltage value lower than the reference voltage VREF of the
従って、複数モニタリングされたオフ電圧Sa@Aと閾値電圧Vthとを逐一比較し、その比較結果を所定の装着判定条件と照らし合わせれば、生体情報センサ1が生体2に正しく装着されているか否かを判定することができる。
Therefore, whether or not the
なお、上記の装着判定条件としては、複数モニタリングされたオフ電圧Sa@Aについて、(1)その全てが閾値電圧Vthを上回っている、(2)ほぼ全て(80〜90%)が閾値電圧Vthを上回っている、(3)過半数が閾値電圧Vthを上回っている、などが挙げられる。これらの例示について言えば、当然のことながら、(1)が最も厳しい条件となり(3)が最も甘い条件となる。 Note that, as the above-mentioned mounting determination conditions, (1) all of the monitored off voltages Sa @ A exceed the threshold voltage Vth, (2) almost all (80 to 90%) are the threshold voltage Vth. (3) the majority exceeds the threshold voltage Vth. Speaking of these examples, as a matter of course, (1) is the strictest condition and (3) is the sweetest condition.
このように、電圧信号Saの振幅強度を読み取る構成ではなく、パルス駆動される発光部11Aの消灯時における受光部11Bの受光強度から生体情報センサ1の装着判定を行う構成であれば、生体2への装着/未装着を迅速かつ正確に判定することが可能となる。
As described above, the living
<出力波長についての考察>
実験では、いわゆる反射型の生体情報センサにおいて、発光部の出力波長をλ1(赤外:940nm)、λ2(緑:630nm)、及び、λ3(青:468nm)とし、発光部の出力強度(駆動電流値)を1mA、5mA、及び、10mAに変化させたときの挙動をそれぞれ調査した。その結果、およそ波長600nm以下の可視光領域において、酸素化ヘモグロビンHbO2の吸収係数が大きくなり、測定される脈波のピーク強度が大きくなるため、脈波の波形を比較的取得しやすいことが分かった。
<Consideration on output wavelength>
In the experiment, in a so-called reflective biological information sensor, the output wavelength of the light emitting unit is set to λ1 (infrared: 940 nm), λ2 (green: 630 nm), and λ3 (blue: 468 nm), and the output intensity of the light emitting unit (driving) The behavior when the current value was changed to 1 mA, 5 mA, and 10 mA was investigated. As a result, in the visible light region having a wavelength of about 600 nm or less, the absorption coefficient of oxygenated hemoglobin HbO 2 is increased, and the peak intensity of the measured pulse wave is increased. Therefore, it is relatively easy to acquire the waveform of the pulse wave. I understood.
なお、動脈血の酸素飽和度を検出するパルスオキシメータでは、酸素化ヘモグロビンHbO2の吸収係数(実線)と脱酸素化ヘモグロビンHbの吸収係数(破線)との差違が最大となる近赤外領域の波長(700nm前後)が発光部の出力波長として広く一般的に用いられているが、脈波センサ(特に、いわゆる反射型の脈波センサ)としての利用を考えた場合には、上記の実験結果で示したように、波長600nm以下の可視光領域を発光部の出力波長として用いることが望ましいと言える。 In the pulse oximeter for detecting the oxygen saturation of arterial blood, the difference between the absorption coefficient (solid line) of oxygenated hemoglobin HbO 2 and the absorption coefficient (broken line) of deoxygenated hemoglobin Hb is maximized. Although the wavelength (around 700 nm) is widely used as the output wavelength of the light emitting unit, the above experimental results are obtained when considering use as a pulse wave sensor (particularly a so-called reflection type pulse wave sensor). It can be said that it is desirable to use a visible light region having a wavelength of 600 nm or less as the output wavelength of the light emitting unit as shown in FIG.
ただし、単一の光センサ部を用いて、脈波と血中酸素飽和度の両方を検出する場合には従前と同様、近赤外領域の波長を用いても構わない。 However, when both the pulse wave and the blood oxygen saturation are detected using a single optical sensor unit, the wavelength in the near infrared region may be used as before.
<その他の変形例>
なお、本明細書中に開示された種々の発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variations>
Various configurations of the invention disclosed in the present specification can be variously modified within the scope of the invention, in addition to the embodiment described above. That is, the above-described embodiments are examples in all respects and should not be considered as restrictive, and the technical scope of the present invention is indicated by the claims, and the claims It should be understood that all changes that fall within the meaning and range equivalent to the scope of the above are included.
本明細書中に開示されている種々の発明は、生体情報センサの利便性を高めるための技術として利用することが可能であり、ヘルスケアサポート機器、ゲーム機器、音楽機器、ペットコミュニケーションツール、車両の運転手の居眠り防止機器など、様々な分野への応用が可能であると考えられる。 Various inventions disclosed in the present specification can be used as a technology for enhancing the convenience of a biological information sensor, and include healthcare support devices, game devices, music devices, pet communication tools, and vehicles. It can be applied to various fields such as a driver's device for preventing falling asleep.
1 生体情報センサ(脈波センサ)
2 生体(手首など)
10 ヘッド部
11 光センサ部
11A 発光ダイオード(発光部)
11B フォトトランジスタ(受光部)
12 フィルタ部
121 トランスインピーダンスアンプ(電流/電圧変換回路)
122 バッファ回路
123 検波回路
124 バンドパスフィルタ回路
125 増幅回路
126 基準電圧生成回路
13 制御部(装着判定部としての機能を実装)
131 主制御回路
132 副制御回路
132a A/D変換器
132b デジタル信号処理部
132c シリアルデータ通信ポート(I2Cポート)
132d 汎用入出力ポート(GPIOポート)
14 表示部
15 通信部
16 電源部
17 パルス駆動部
171 スイッチ
172 電流源
18 加速度センサ部
20 バンド部
AMP1 オペアンプ
R1 抵抗
C1 キャパシタ
1 Biological information sensor (pulse wave sensor)
2 Living body (wrist etc.)
DESCRIPTION OF
11B Phototransistor (light receiving part)
12
131
132d General-purpose I / O port (GPIO port)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
加速度センサ部と、
前記光センサ部及び前記加速度センサ部を用いて装着判定を行う装着判定部と、
を有し、
前記装着判定部は、
前記加速度センサ部で加速度が検出されたか否かを判定する運動状態判定処理と、
前記受光部で周囲光が非検出であるか否かを判定する周囲光判定処理と、
前記発光部から光を出射したときにその反射光が前記受光部で検出されたか否かを判定する近接判定処理と、
前記発光部から光を出射したときに前記受光部で検出される光から生体情報が取得されたか否かを判定する生体情報判定処理と、
を順次段階的に行い、
上記全ての判定処理でイエス判定が下されたときに装着OKと判定する、
ことを特徴とする生体情報センサ。 An optical sensor unit including a light emitting unit and a light receiving unit;
An acceleration sensor unit;
A mounting determination unit that performs a mounting determination using the optical sensor unit and the acceleration sensor unit;
Have
The wearing determination unit
An exercise state determination process for determining whether or not acceleration is detected by the acceleration sensor unit;
Ambient light determination processing for determining whether ambient light is not detected by the light receiving unit;
Proximity determination processing for determining whether or not the reflected light is detected by the light receiving unit when light is emitted from the light emitting unit;
A biological information determination process for determining whether biological information is acquired from light detected by the light receiving unit when light is emitted from the light emitting unit;
Are performed step by step,
When it is determined yes in all the above determination processes, it is determined as wearing OK.
A biological information sensor characterized by the above.
前記運動状態判定処理でイエス判定が下されたときに前記周囲光判定処理に移行し、
前記周囲光判定処理でイエス判定が下されたときに前記近接判定処理に移行し、
前記近接判定処理でイエス判定が下されたときに前記生体情報判定処理に移行し、
前記生体情報判定処理でイエス判定が下されたときに装着OKと判定して前記生体情報を継続的に取得する通常動作への移行を許可し、
上記いずれかの判定処理でノー判定が下されたときに装着NGと判定して前記運動状態判定処理に戻る、
ことを特徴とする請求項1に記載の生体情報センサ。 The wearing determination unit
When a yes determination is made in the exercise state determination process, the process proceeds to the ambient light determination process.
When a yes determination is made in the ambient light determination process, the process proceeds to the proximity determination process.
When a yes determination is made in the proximity determination process, the process proceeds to the biological information determination process.
When a yes determination is made in the biological information determination process, it is determined that the wearing is OK, and a transition to a normal operation of continuously acquiring the biological information is permitted,
When no determination is made in any of the above determination processes, it is determined as wearing NG and the process returns to the exercise state determination process.
The biological information sensor according to claim 1.
前記周囲光判定処理時の消費電流は、前記近接判定処理時のそれよりも小さく、
前記近接判定処理時の消費電流は、前記生体情報判定処理時のそれよりも小さい、
ことを特徴とする請求項2に記載の生体情報センサ。 Current consumption during the exercise state determination process is smaller than that during the ambient light determination process,
The current consumption during the ambient light determination process is smaller than that during the proximity determination process,
Current consumption during the proximity determination process is smaller than that during the biological information determination process,
The living body information sensor according to claim 2 characterized by things.
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の生体情報センサ。 The wearing determination unit performs the biological information determination process even after shifting to the normal operation, and when the determination process is determined to be no, determines that the wearing is NG and returns to the exercise state determination process.
The biological information sensor according to claim 2 or claim 3, wherein
前記装着判定部は、前記通常動作への移行後、前記発光部の消灯時に前記受光部で周囲光が非検出であるか否かを判定する消灯時周囲光判定処理を行い、当該判定処理でノー判定が下されたときには装着NGと判定して前記運動状態判定処理に戻る、
ことを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載の生体情報センサ。 A pulse driving unit that intermittently turns on and off the light emitting unit during the normal operation;
The mounting determination unit performs a light-off ambient light determination process that determines whether ambient light is not detected by the light-receiving unit when the light-emitting unit is turned off after the transition to the normal operation. When no determination is made, it is determined as wearing NG and the process returns to the exercise state determination process.
The biological information sensor according to any one of claims 2 to 4, wherein:
前記加速度センサ部で加速度が検出されたか否かを判定する運動状態判定処理と、
前記受光部で周囲光が非検出であるか否かを判定する周囲光判定処理と、
前記発光部から光を出射したときにその反射光が前記受光部で検出されたか否かを判定する近接判定処理と、
前記発光部から光を出射したときに前記受光部で検出される光から生体情報が取得されたか否かを判定する生体情報判定処理と、
を順次段階的に行い、
上記全ての判定処理でイエス判定が下されたときに装着OKと判定する、
ことを特徴とする装着判定方法。 A biological information sensor wearing determination method comprising: a light sensor unit including a light emitting unit and a light receiving unit; and an acceleration sensor unit.
An exercise state determination process for determining whether or not acceleration is detected by the acceleration sensor unit;
Ambient light determination processing for determining whether ambient light is not detected by the light receiving unit;
Proximity determination processing for determining whether or not the reflected light is detected by the light receiving unit when light is emitted from the light emitting unit;
A biological information determination process for determining whether biological information is acquired from light detected by the light receiving unit when light is emitted from the light emitting unit;
Are performed step by step,
When it is determined yes in all the above determination processes, it is determined as wearing OK.
A wearing determination method characterized by that.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017059731A JP2018161250A (en) | 2017-03-24 | 2017-03-24 | Biological information sensor and wear determination method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017059731A JP2018161250A (en) | 2017-03-24 | 2017-03-24 | Biological information sensor and wear determination method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018161250A true JP2018161250A (en) | 2018-10-18 |
Family
ID=63859377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017059731A Pending JP2018161250A (en) | 2017-03-24 | 2017-03-24 | Biological information sensor and wear determination method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018161250A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022149314A (en) * | 2021-03-25 | 2022-10-06 | カシオ計算機株式会社 | Electronic apparatus, control method of electronic apparatus and program |
| JP2023045284A (en) * | 2021-09-21 | 2023-04-03 | 株式会社東芝 | wearable device |
| JP2024500739A (en) * | 2020-12-18 | 2024-01-10 | 日東電工株式会社 | Method and device for collecting physiological data of a wearer |
-
2017
- 2017-03-24 JP JP2017059731A patent/JP2018161250A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2024500739A (en) * | 2020-12-18 | 2024-01-10 | 日東電工株式会社 | Method and device for collecting physiological data of a wearer |
| JP2022149314A (en) * | 2021-03-25 | 2022-10-06 | カシオ計算機株式会社 | Electronic apparatus, control method of electronic apparatus and program |
| JP7647227B2 (en) | 2021-03-25 | 2025-03-18 | カシオ計算機株式会社 | Electronic device, electronic device control method, and program |
| JP2023045284A (en) * | 2021-09-21 | 2023-04-03 | 株式会社東芝 | wearable device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11076769B2 (en) | Human body wearable device and operation method thereof | |
| JP6407979B2 (en) | Pulse wave sensor and pulse wave measurement module | |
| JP6002374B2 (en) | Pulse wave sensor | |
| US9113793B2 (en) | Pulse wave sensor | |
| US10656009B2 (en) | Context discrimination using ambient light signal | |
| US10342486B2 (en) | Clip sensor device for measurement of vital signs | |
| US9237869B1 (en) | Lapel adapter for physiological sensor pod | |
| US20170281027A1 (en) | Optical Arrangement For Power-Efficient, Low Noise Photoplethysmographic Sensor Module | |
| EP3518737B1 (en) | Wireless vital sign monitoring | |
| JP2012143316A (en) | Pulse wave sensor | |
| KR20170044826A (en) | Wearable device for measuring a bio-signal | |
| JP5604280B2 (en) | Pulse wave sensor | |
| JP5600575B2 (en) | Pulse wave sensor | |
| JP5956127B2 (en) | Pulse wave sensor | |
| JP2018161250A (en) | Biological information sensor and wear determination method thereof | |
| JP2016007337A (en) | Pulse wave sensor | |
| CN106510666A (en) | Intelligent finger ring | |
| JP5999881B2 (en) | Pulse wave sensor | |
| CN106999063A (en) | Sensor unit, bioinformation detecting device, electronic equipment and Biont information detection method | |
| US12383153B2 (en) | Low power optical measurements | |
| JP2012065900A (en) | Pulse wave sensor | |
| KR20110136113A (en) | Portable bio signal measuring device | |
| US10849514B2 (en) | Information processing device and information processing method | |
| CN203619563U (en) | Blood oxygen saturation degree detecting device for spectacles | |
| JP5883961B2 (en) | Pulse wave sensor |