脈波センサ
【課題】被験者の脈波を精度良く測定することのできる脈波センサを提供する。
【解決手段】発光部から生体２に光を照射して生体２内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部１１と、光センサ部１１を担持する本体部１０と、を有する脈波センサ１において、本体部１０は、生体２への装着時に生体２側への押圧力が与えられる部材であり、光センサ部１１は、本体部１０の表面上において生体２側への押圧力が最大となる着力点の近傍（ハッチング領域内）に設けられている。
【解決手段】発光部から生体２に光を照射して生体２内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部１１と、光センサ部１１を担持する本体部１０と、を有する脈波センサ１において、本体部１０は、生体２への装着時に生体２側への押圧力が与えられる部材であり、光センサ部１１は、本体部１０の表面上において生体２側への押圧力が最大となる着力点の近傍（ハッチング領域内）に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈波センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の脈波センサは、被験者の指先などに光を照射する発光部と、生体内を透過した光の強度を検出する受光部と、を用いて脈波の測定を行う構成とされていた。
【０００３】
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１や特許文献２を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２１２０１６号公報
【特許文献２】国際公開第２００２／０６２２２２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の脈波センサは、基本的に被験者の安静時における脈波を測定するものであり、被験者の運動時における脈波を精度良く測定することは困難であった。
【０００６】
本発明は、本願の発明者らによって見い出された上記の問題点に鑑み、被験者の脈波を精度良く測定することのできる脈波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本明細書中に開示された脈波センサは、発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部を備えた脈波センサであって、前記光センサ部は、枡形状のケースと、前記ケースを前記発光部が載置される第１領域と前記受光部が載置される第２領域に分割する遮光壁と、を有する構成（第１−１の構成）とされている。
【０００８】
なお、上記第１−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記遮光壁の高さＨ１と前記発光部の高さＨ２との間には、Ｈ１＞Ｈ２という関係が成立している構成（第１−２の構成）にするとよい。
【０００９】
また、上記第１−２の構成から成る脈波センサにおいて、前記遮光壁の高さＨ１から前記発光部の高さＨ２を差し引いたオフセット距離ΔＨ（＝Ｈ１−Ｈ２）は、０ｍｍ＜ΔＨ＜２ｍｍである構成（第１−３の構成）にするとよい。
【００１０】
また、上記第１−２または第１−３の構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の高さＨ２と前記受光部の高さＨ３との間には、Ｈ２＞Ｈ３という関係が成立している構成（第１−４の構成）にするとよい。
【００１１】
また、上記第１−１〜第１−４いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部と前記受光部との素子間距離Ｗ１は、０．２ｍｍ≦Ｗ１≦０．８ｍｍである構成（第１−５の構成）にするとよい。
【００１２】
また、上記第１−１〜第１−５いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記光センサ部は前記発光部の上部に集光レンズを有する構成（第１−６の構成）にするとよい。
【００１３】
また、上記第１−１〜第１−６いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記第１領域は、前記発光部の発光領域よりも小さい第１開口部を備えた第１蓋部材によって被覆されている構成（第１−７の構成）にするとよい。
【００１４】
また、上記第１−１〜第１−７いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記第２領域は、前記受光部の受光領域よりも大きい第２開口部を備えた第２蓋部材によって被覆されている構成（第１−８の構成）にするとよい。
【００１５】
また、上記第１−１〜第１−８いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部及び前記受光部の少なくとも一方は、所定の波長成分のみを選択的に通過させるカラーフィルタを有する構成（第１−９の構成）にするとよい。
【００１６】
また、上記第１−１〜第１−９いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部及び前記受光部は、それぞれ、基板と、前記基板上に載置された発光チップ及び受光チップと、前記発光チップ及び受光チップを封止する封止体と、を有する構成（第１−１０の構成）にするとよい。
【００１７】
また、上記第１−１〜第１−１０いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記ケースは、前記光センサ部を担持する本体部から突出する形で前記本体部に埋設されている構成（第１−１１の構成）にするとよい。
【００１８】
また、上記第１−１〜第１−１１いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の出力波長はおよそ６００ｎｍ以下の可視光領域に属する構成（第１−１２の構成）にするとよい。
【００１９】
また、上記の目的を達成するために、本明細書中に開示された脈波センサは、発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部と、前記光センサ部を担持する本体部と、を有する脈波センサであって、前記本体部は、前記生体への装着時に前記生体側への押圧力が与えられる部材であり、前記光センサ部は、前記本体部の表面上において、前記生体側への押圧力が最大となる着力点の近傍に設けられている構成（第２−１の構成）とされている。
【００２０】
なお、上記第２−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記本体部は、両端にベルトが接続されるものであり、前記光センサ部は、前記本体部と前記ベルトとの接続点から１０ｍｍ以内に設けられている構成（第２−２の構成）にするとよい。
【００２１】
また、上記第２−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記本体部は、第１端にバネ蝶番が接続されて第２端が開放端とされるものであり、前記光センサ部は、前記本体部の第２端から１０ｍｍ以内に設けられている構成（第２−３の構成）にするとよい。
【００２２】
また、上記第２−１〜第２−３いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記光センサ部は、前記本体部の表面上において、前記生体側への押圧力が最大となる着力点の近傍領域内に複数設けられている構成（第２−４の構成）にするとよい。
【００２３】
また、上記第２−１〜第２−４いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の出力波長は、およそ６００ｎｍ以下の可視光領域に属する構成（第２−５の構成）にするとよい。
【００２４】
また、上記の目的を達成するために、本明細書中に開示された脈波センサは、発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部と、前記光センサ部の出力信号にフィルタ処理を施すフィルタ部と、を有する脈波センサであって、前記フィルタ部は、前記光センサ部の出力信号に重畳した低周波成分を除去するハイパスフィルタ回路と、前記ハイパスフィルタ回路の出力信号を後段に伝達するボルテージフォロワ回路と、前記ボルテージフォロワ回路の出力信号に重畳した高周波成分を除去するローパスフィルタ回路と、前記ローパスフィルタ回路の出力信号を増幅する第１増幅回路と、前記第１増幅回路の出力信号に重畳した低周波成分と高周波成分を除去するバンドパスフィルタ回路と、前記バンドパスフィルタ回路の出力信号を増幅する第２増幅回路と、を有する構成（第３−１の構成）とされている。
【００２５】
なお、上記第３−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記ハイパスフィルタ回路は０．６６Ｈｚのカットオフ周波数を持つ１次のＣＲハイパスフィルタ回路である構成（第３−２の構成）にするとよい。
【００２６】
また、上記第３−１または第３−２の構成から成る脈波センサにおいて、前記ローパスフィルタ回路は、０．２６Ｈｚのカットオフ周波数を持つ２次のＣＲローパスフィルタ回路である構成（第３−３の構成）にするとよい。
【００２７】
また、上記第３−１〜第３−３いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記バンドパスフィルタ回路は、０．８０〜２．９５Ｈｚの通過周波数帯域を持つ６次のバンドフィルタ回路である構成（第３−４の構成）にするとよい。
【００２８】
また、上記第３−１〜第３−４いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記フィルタ部は、電源電圧を分圧して中間電圧を生成する中間電圧生成回路を有し、前記ハイパスフィルタ回路、前記ローパスフィルタ回路、前記第１増幅回路、前記バンドパスフィルタ回路、及び、前記第２増幅回路は、いずれも、前記中間電圧を基準電圧として動作する構成（第３−５の構成）にするとよい。
【００２９】
また、上記第３−１〜第３−５いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の出力波長は、およそ６００ｎｍ以下の可視光領域に属する構成（第３−６の構成）にするとよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、被験者の安静時における脈波はもちろん、被験者の運動時における脈波についても、これを精度良く測定することのできる脈波センサを提供することが可能となるので、脈波センサの利用シーンを広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】脈波測定の原理を説明するための模式図
【図２】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
【図３】本発明に係る脈波センサの一構成例を模式的に示す断面図
【図４】光センサ部１１の第１構成例を模式的に示す断面図
【図５】光センサ部１１の第２構成例を模式的に示す断面図
【図６】オフセット距離ΔＨと信号強度との相関関係を示す波形図
【図７】素子間距離Ｗ１と信号強度との相関関係を示す波形図
【図８Ａ】光センサ部１１の第３構成例を模式的に示す断面図
【図８Ｂ】光センサ部１１の第４構成例を模式的に示す断面図
【図８Ｃ】光センサ部１１の第５構成例を模式的に示す断面図
【図８Ｄ】光センサ部１１の第６構成例を模式的に示す断面図
【図９】腕時計型の脈波センサ１における光センサ部１１の配置レイアウト図
【図１０】光センサ部１１の配置と信号強度との相関関係を示す波形図
【図１１】イヤリング型の脈波センサ１における光センサ部１１の配置レイアウト図
【図１２】フィルタ部１２の第１構成例を示す回路図
【図１３】フィルタ部１２の第２構成例を示す回路図
【図１４】フィルタ部１２の出力波形図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
＜脈波測定の原理＞
図１は、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。
【００３３】
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、容積脈波を測定することができる。
【００３４】
なお、図１では、図示の便宜上、脈波センサ（発光部と受光部）を手首の腹側に装着した様子が描写されているが、脈波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、手首の背側であってもよいし、他の部位（指先、指の第３関節、額、眉間、鼻先、頬、眼下、こめかみ、耳たぶなど）であってもよい。
【００３５】
＜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。
【００３６】
＜脈波センサ＞
図３は、本発明に係る脈波センサの一構成例を模式的に示す断面図である。本構成例の脈波センサ１は、本体ユニット１０と、本体ユニット１０の両端部に取り付けられて生体２（具体的には手首）に巻き回されるベルト２０とを備えた腕輪構造（腕時計型構造）とされている。ベルト２０の素材としては、皮革、金属、樹脂などを用いることができる。
【００３７】
本体ユニット１０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、を含む。
【００３８】
光センサ部１１は、本体ユニット１０の裏面（生体２と対向する側の面）に設けられており、発光部から生体２に光を照射して、生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより、脈波データを取得する。本構成例の脈波センサ１において、光センサ部１１は、発光部と受光部が生体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、発光部と受光部が生体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、手首での脈波測定について、指先での脈波測定に比べればやや感度は低いものの、十分に脈波の測定が可能であることを実際に実験で確認済みである。光センサ部１１の具体的な構造については、後ほど詳細に説明する。
【００３９】
フィルタ部１２は、光センサ部１１の出力信号（受光部の検出信号）にフィルタ処理、増幅処理、及び、アナログ／デジタル変換処理を施して制御部１３に伝達する。なお、フィルタ部１２の具体的な回路構成については、後ほど詳細に説明する。
【００４０】
制御部１３は、脈波センサ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、脈波に関する種々の情報（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。
【００４１】
表示部１４は、本体ユニット１０の表面（生体２と対向しない側の面）に設けられており、表示情報（日付や時間に関する情報のほか、脈波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。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。
【００４２】
通信部１５は、脈波センサ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、脈波センサ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、脈波センサ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、脈波センサ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。
【００４３】
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脈波センサ１の各部に供給する。このように、バッテリ駆動方式の脈波センサ１であれば、脈波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脈波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、脈波センサ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、或いは、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、脈波センサ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。
【００４４】
上記のように、腕輪構造を有する脈波センサ１であれば、被験者が意図的に脈波センサ１を手首から外さない限り、脈波の測定中に脈波センサ１が手首から脱落してしまうおそれは殆どないので、被験者の行動を制約せずに脈波の測定を行うことが可能となる。
【００４５】
また、腕輪構造を有する脈波センサ１であれば、被験者に対して脈波センサ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）に亘る継続的な脈波測定を行う場合であっても、被験者に過度のストレスを与えずに済む。
【００４６】
特に、脈波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を備えた脈波センサ１（すなわち、腕時計構造の脈波センサ１）であれば、被験者は脈波センサ１を腕時計として日常的に装着することができるので、脈波センサ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。
【００４７】
また、脈波センサ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脈波を測定することが可能となる。また、脈波センサ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、脈波センサ１を丸ごと水洗いすることにより、脈波センサ１を清潔に保つことが可能となる。
【００４８】
＜光センサ部（構造）＞
図４は、光センサ部１１の第１構成例を模式的に示す断面図である。第１構成例の光センサ部１１は、ケース１１ａと、遮光壁１１ｂと、透光板１１ｚと、発光部Ａと、受光部Ｂと、を有する。
【００４９】
ケース１１ａは、発光部Ａと受光部Ｂを収納する枡形状の部材である。なお、ケース１１ａは、その開口面を塞ぐ透光板１１ｚが本体ユニット１０の表面（生体２と対向する側の面）と面一になるように、本体ユニット１０に埋設されている。
【００５０】
遮光壁１１ｂは、ケース１１ａを発光部Ａが載置される第１領域と受光部Ｂが載置される第２領域に分割する部材である。遮光壁１１ｂを設けることにより、発光部Ａから受光部Ｂへ直接的に入射される光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。なお、ケース１１ａと遮光壁１１ｂは、一体成形することが望ましい。
【００５１】
透光板１１ｚは、ケース１１ａの開口面を塞ぐ透光性の部材である。透光板１１ｚを設けることにより、発光部Ａ及び受光部Ｂの汚損（埃などの付着）を防止することができるので、発光部Ａ及び受光部Ｂとして、樹脂などで封止されていないベアチップ（発光チップ及び受光チップ）を用いることが可能となる。
【００５２】
第１構成例の光センサ部１１であれば、発光部Ａから生体２に光を照射した後、生体２内を透過した光の強度を受光部１２で検出することによって、被験者の脈波データを取得することが可能である。
【００５３】
しかしながら、第１構成例の光センサ部１１では、生体２と発光部Ａ及び受光部Ｂとの間に透光板１１ｚが存在するので、生体２を介することなく透光板１１ｚを介して発光部Ａから受光部Ｂへ直接的に光が入射されるおそれがある。また、第１構成例の光センサ部１１では、光センサ部１１と生体２との密着性が損なわれたときに、外光が受光部Ｂに漏れ入るおそれもある。生体２を透過していない光が受光部Ｂに入射されると、脈波データの検出精度（Ｓ／Ｎ）が低下するので、脈波データの検出精度を向上させるためには、上記の問題を解消しておくことが重要となる。
【００５４】
図５は、光センサ部１１の第２構成例を模式的に示す断面図である。第２構成例の光センサ部１１は、ケース１１ａと、遮光壁１１ｂと、発光部Ｘと、受光部Ｙと、を有する。すなわち、第２構成例の光センサ部１１では、先述の透光板１１ｚが除外されている。
【００５５】
ケース１１ａは、発光部Ｘと受光部Ｙを収納する枡形状の部材である。ケース１１ａの外形寸法（高さＨ０、幅Ｗ０、奥行Ｄ０）は、例えば、Ｈ０＝１．５ｍｍ、Ｗ０＝４．５ｍｍ、Ｄ０＝３．０ｍｍに設計されている。なお、ケース１１ａは、本体ユニット１０から所定寸法Ｈ４（例えばＨ４＝０．３ｍｍ）だけ突出する形で本体ユニット１０に埋設されている。このような構成であれば、ケース１１ａの突出部分によって受光部Ｙに漏れ入る外光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を向上することが可能となる。
【００５６】
遮光壁１１ｂは、ケース１１ａを発光部Ｘが載置される第１領域と受光部Ｙが載置される第２領域に分割する部材である。先述の第１実施形態と同じく、遮光壁１１ｂを設けることにより、発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に入射される光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。なお、ケース１１ａと遮光壁１１ｂは、一体成形することが望ましい。
【００５７】
発光部Ｘは、基板Ｘ１と、発光チップＸ２と、封止体Ｘ３と、ワイヤＸ４と、導電体Ｘ５と、を有する。基板Ｘ１は、その表面上に発光チップＸ２が載置される部材である。発光チップＸ２は、所定波長の光を出力する発光素子（例えば、緑色ＬＥＤのベアチップ）である。封止体Ｘ３は、発光チップＸ２を封止する透光性の部材である。ワイヤＸ４は、発光チップＸ２と導電体Ｘ５とを電気的に接続する部材である。導電体Ｘ５は、基板Ｘ１の上面から下面にわたって形成された導電性の部材であり、ケース１１ａの底面に形成された配線パターンと半田付けされる。
【００５８】
受光部Ｙは、基板Ｙ１と、受光チップＹ２と、封止体Ｙ３と、ワイヤＹ４と、導電体Ｙ５と、を有する。基板Ｙ１は、その表面上に受光チップＹ２が載置される部材である。受光チップＹ２は、所定の波長領域に属する光を電気信号に変換する光電変換素子（例えば近赤外領域〜可視領域の光感受性を持つフォトトランジスタのベアチップ）である。封止体Ｙ３は、受光チップＹ２を封止する透光性の部材である。ワイヤＹ４は、受光チップＹ２と導電体Ｙ５とを電気的に接続する部材である。導電体Ｙ５は、基板Ｙ１の上面から下面にわたって形成された導電性の部材であり、ケース１１ａの底面に形成された配線パターンと半田付けされる。
【００５９】
このように、第２構成例の光センサ部１１では、発光部Ｘ及び受光部Ｙとして、ベアチップではなくパッケージ型の半導体装置が用いられている。従って、ケース１１ａの開口面を透光板で被覆する必要がなくなるので、透光板を介して発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に光が入射される懸念を払拭することが可能となり、延いては、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。
【００６０】
また、第２構成例の光センサ部１１において、遮光壁１１ｂの高さＨ１と発光部Ｘの高さＨ２との間には、Ｈ１＞Ｈ２という関係が成立している。なお、遮光壁１１ｂの高さＨ１は、ケース１１ａの底面から遮光壁１１ｂの上端部までの距離（例えば、Ｈ１＝１．４ｍｍ）を指している。また、発光部Ｘの高さＨ２は、ケース１１ａの底面から発光チップＸ２の発光面までの距離（例えば、Ｈ２＝０．５ｍｍ）を指している。ただし、発光チップＸ２が基板Ｘ１に比べて非常に薄いことを鑑みると、基板Ｘ１の厚みを発光部Ｘの高さＨ２として取り扱うこともできる。
【００６１】
上記の関係式を満たした寸法設計を行えば、発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に入射される光を遮光壁１１ｂで効果的に遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。
【００６２】
ただし、遮光壁１１ｂの高さＨ１に比べて、発光部Ｘの高さＨ２を小さく設計し過ぎると、発光部Ｘから出射された光が生体２に到達するまでに散乱ないし減衰してしまい、受光部Ｙで検出される光の強度が小さくなって脈波データの検出精度が低下する。従って、遮光壁１１ｂの高さＨ１から発光部Ｘの高さＨ２を差し引いたオフセット距離ΔＨ（＝Ｈ１−Ｈ２）には、最適な設計範囲が存在する。
【００６３】
図６は、オフセット距離ΔＨと信号強度（受光信号のピークトゥピーク値）との相関関係を示す波形図であり、上から順に、ΔＨ＝０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．９ｍｍ、１．１ｍｍ、及び、２．１ｍｍであるときの受光波形が描写されている。図６から、オフセット距離ΔＨが０．９ｍｍであるときに信号強度が最大となることが分かる。この実験結果を鑑みると、オフセット距離ΔＨは、０ｍｍ＜ΔＨ＜２ｍｍ（より好ましくは、０．６ｍｍ≦ΔＨ≦１．４ｍｍ）の設計範囲に収めることが望ましいと言える。
【００６４】
例えば、厚み０．６ｍｍの封止体Ｘ３を備えた発光部Ｘを用いて、オフセット距離ΔＨを０．９ｍｍに設計する場合には、封止体Ｘ３の上面が遮光壁１１ｂの上端部から０．３ｍｍだけ奥まった高さ位置となるように、基板Ｘ１の厚みを設計すればよい。
【００６５】
また、第２構成例の光センサ部１１において、発光部Ｘの高さＨ２と受光部Ｙの高さＨ３との間には、Ｈ２＞Ｈ３という関係が成立している。なお、受光部Ｙの高さＨ３は、ケース１１ａの底面から受光チップＹ２の受光面までの距離（例えば、Ｈ３＝０．３ｍｍ）を指している。ただし、受光チップＹ２が基板Ｙ１に比べて非常に薄いことを鑑みると、基板Ｙ１の厚みを受光部Ｙの高さＨ３として取り扱うこともできる。
【００６６】
上記の関係式を満たした寸法設計を行えば、外光が受光部Ｙに届き難くなるので、脈波データの検出精度を向上することが可能となる。
【００６７】
次に、図７を参照しながら、発光部Ｘと受光部Ｙとの素子間距離Ｗ１に応じて信号強度がどのように変化するかを考察する。図７は、素子間距離Ｗ１と信号強度との相関関係を示す波形図であり、上から順に、Ｗ１＝０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、３．０ｍｍ、及び、５．０ｍｍであるときの受光波形が描写されている。図７から、素子間距離Ｗ１が０．５ｍｍであるときに信号強度が最大となることが分かる。この実験結果を鑑みると、素子間距離Ｗ１は、０．１ｍｍ≦Ｗ１≦３．０ｍｍ（より好ましくは、０．２ｍｍ≦Ｗ２≦０．８ｍｍ）の設計範囲に収めることが望ましいと言える。
【００６８】
次に、図８Ａ〜図８Ｄを参照しながら、光センサ部１１の変形例について説明する。図８Ａ〜図８Ｄは、それぞれ、光センサ部１１の第３構成例〜第６構成例を模式的に示す断面図である。なお、第３構成例〜第６構成例は、先出の第２構成例とほぼ同様の構成であり、脈波データの検出精度をさらに向上するために種々の構成要素が追加されている。
【００６９】
例えば、第３構成例（図８Ａ）の光センサ部１１は、発光部Ｘの上部に集光レンズ１１ｃを有する。集光レンズ１１ｃを設けることにより、発光部Ｘから出射される光を生体２に集めて照射することができるので、受光部Ｙで検出される光の強度を高めて脈波データの検出精度を向上することが可能となる。
【００７０】
また、第４構成例（図８Ｂ）の光センサ部１１において、発光部Ｘが載置される第１領域は、発光部Ｘの発光領域よりも小さい開口部ｄ１を備えた蓋部材１１ｄによって被覆されている。例えば、発光部Ｘの発光領域が０．７ｍｍ四方の矩形領域である場合、開口部ｄ１は、直径０．５ｍｍの円形状や０．５ｍｍ四方の矩形状に形成すればよい。蓋部材１１ｄを設けることにより、発光部Ｘから出射される光の拡散を防止して、発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に入射される光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。
【００７１】
また、第５構成例（図８Ｃ）の光センサ部１１において、受光部Ｙが載置される第２領域は、受光部Ｙの受光領域よりも大きい開口部ｄ２を備えた蓋部材１１ｅによって被覆されている。例えば、受光部Ｙの発光領域が０．７ｍｍ四方の矩形領域である場合、開口部ｄ２は、直径１．０ｍｍの円形状や１．０ｍｍ四方の矩形状に形成すればよい。蓋部材１１ｅを設けることにより、受光部Ｙに漏れ入る外光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。
【００７２】
また、第６構成例（図８Ｄ）の光センサ部１１において、発光部Ｘ及び受光部Ｙの少なくとも一方は、所定の波長成分のみ（発光部Ｘの出力ピーク波長近傍）を選択的に通過させるカラーフィルタＸ６及びＹ６を有する。カラーフィルタＸ６及びＹ６を設けることにより、不要な波長成分を除去することができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。
【００７３】
なお、上記の第３構成例（図８Ａ）〜第６構成例（図８Ｄ）で各々追加された構成要素については、各々を単独で適用してもよいし、任意に組み合わせて適用してもよい。
【００７４】
＜光センサ部（配置）＞
図９は、腕時計型の脈波センサ１における光センサ部１１の配置レイアウト図である。腕時計型の脈波センサ１において、光センサ部１１を担持する本体ユニット１０（例えば直径２８ｍｍ）は、その両端にベルト２０が接続されるものであり、生体２（手首）への装着時には、ベルト２０の締め付けによって生体２側への押圧力（図９中の太い矢印を参照）が与えられる部材である。
【００７５】
このような腕時計構造の脈波センサ１について、本願の発明者らは、本体ユニット１０に与えられる生体２側への押圧力が所定の分布を有しており、光センサ部１１の配設位置に応じて、光センサ部１１と生体２との密着性（延いては受光信号の信号強度）が異なるという知見を得た。
【００７６】
そして、本願の発明者らは、鋭意研究の末、生体２側への押圧力が最大となる着力点の近傍、より具体的には、本体ユニット１０とベルト２０との接続点から光センサ部１１の配設位置（光センサ部１１の中心位置）までの距離をＤとしたときに、Ｄ≦１０ｍｍという関係が成立する領域内（図９のハッチング領域内）に光センサ部１１を配置すれば、受光信号の信号強度を向上し得ることを見出した。
【００７７】
図１０は、光センサ部１１の配置と信号強度との相関関係を示す波形図であり、上段には、本体ユニット１０の端部（図９のハッチング領域内）に配置された光センサ部１１の受光波形が示されており、下段には、本体ユニット１０の中央部（図９のハッチング領域外）に配置された光センサ部１１’の受光波形が示されている。両波形を比較すれば分かるように、本体ユニット１０の端部に配置された光センサ部１１は、生体２との密着性が向上した結果、被験者の安静時における脈波はもちろん、被験者の運動時における脈波についても、これを精度良く測定することが可能である。
【００７８】
なお、上記で得られた知見は、腕時計型の脈波センサ１のみならず、図１１で示すように、イヤリング型の脈波センサ１にも適用が可能である。
【００７９】
図１１は、イヤリング型の脈波センサ１における光センサ部１１の配置レイアウト図である。イヤリング型の脈波センサ１において、光センサ部１１を担持する本体ユニット１０（例えば第１端から第２端までの全長が２４ｍｍ）は、第１端にバネ蝶番３０が接続されて第２端が開放端とされるものであり、生体２（耳朶）への装着時には、バネ蝶番３０によって生体２側への押圧力（図１１中の太い矢印を参照）が与えられる部材である。
【００８０】
この場合、生体２側への押圧力が最大となる着力点は、本体ユニット１０の第２端（開放端）となる。従って、本体ユニット１０の第２端（開放端）から光センサ部１１の配設位置（光センサ部１１の中心位置）までの距離をＤとしたときに、Ｄ≦１０ｍｍという関係が成立する領域内に光センサ部１１を配置すれば、光センサ部１１と生体２との密着性を高めて、受光信号の信号強度を向上することができる。
【００８１】
なお、図９及び図１１では、本体ユニット１０の表面上に光センサ部１１を一つだけ設けた構成を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、生体２側への押圧力が最大となる着力点の近傍領域内に、光センサ部１１を複数設けても構わない。
【００８２】
＜フィルタ部＞
図１２は、フィルタ部１２の第１構成例を示す回路図である。第１構成例のフィルタ部１２は、電流／電圧変換回路１００と、１次ＣＲハイパスフィルタ回路１１０（以下、ＨＰＦ［high pass filter］回路１１０と呼ぶ）と、増幅回路１２０と、１次ＣＲローパスフィルタ回路１３０（以下、ＬＰＦ［low pass filter］回路１３０と呼ぶ）と、増幅回路１４０と、を有する。
【００８３】
電流／電圧変換回路１００は、光センサ部１１から出力される電流信号を電圧信号に変換する回路であり、抵抗Ｒ１（例えば２００ｋΩ）を含む。光センサ部１１を形成する発光ダイオードのアノードは、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記発光ダイオードのカソードは、接地端に接続されている。光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタは、抵抗Ｒ１を介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記フォトトランジスタのエミッタは、接地端に接続されている。
【００８４】
ＨＰＦ回路１１０は、電流／電圧変換回路１００の出力信号に重畳した低周波成分を除去する回路であり、キャパシタＣ１（例えば０．１μＦ）と、抵抗Ｒ２（例えば４．７ＭΩ）とを含む。キャパシタＣ１の第１端は、光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタに接続されている。キャパシタＣ１の第２端は、抵抗Ｒ２を介して接地端に接続されている。なお、上記構成から成るＨＰＦ回路１１０のカットオフ周波数は、０．３４Ｈｚに設計されている。
【００８５】
増幅回路１２０は、ＨＰＦ回路１１０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ３（例えば１００ｋΩ）と、抵抗Ｒ４（例えば１０ｋΩ）と、キャパシタＣ２（例えば０．０１μＦ）と、キャパシタＣ３（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ１の非反転入力端（＋）は、キャパシタＣ１の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ１の反転入力端（−）は、抵抗Ｒ３を介してオペアンプＯＰ１の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ４を介して接地端にも接続されている。オペアンプＯＰ１の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ１の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ２は、抵抗Ｒ３と並列に接続されている。キャパシタＣ３は、オペアンプＯＰ１の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００８６】
ＬＰＦ回路１３０は、増幅回路１２０の出力信号に重畳した高周波成分を除去する回路であり、抵抗Ｒ５（例えば１００ｋΩ）と、キャパシタＣ４（例えば１．０μＦ）と、を含む。抵抗Ｒ５の第１端は、オペアンプＯＰ１の出力端に接続されている。抵抗Ｒ５の第２端は、キャパシタＣ４を介して接地端に接続されている。なお、上記構成から成るＬＰＦ回路１３０のカットオフ周波数は、１．６Ｈｚに設定されている。
【００８７】
増幅回路１４０は、ＬＰＦ回路１３０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ２と、可変抵抗Ｒ６（例えば５００ｋΩ）と、抵抗Ｒ７（例えば１０ｋΩ）と、キャパシタＣ５（例えば０．０１μＦ）と、キャパシタＣ６（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ２の非反転入力端（＋）は、抵抗Ｒ５の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ２の反転入力端（−）は、可変抵抗Ｒ６を介してオペアンプＯＰ２の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ７を介して接地端にも接続されている。オペアンプＯＰ２の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ２の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ５は、可変抵抗Ｒ６と並列に接続されている。キャパシタＣ６は、オペアンプＯＰ２の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００８８】
第１構成例のフィルタ部１２であれば、簡易な回路構成により、光センサ部１１の出力信号に重畳するノイズ成分を除去して、脈波データの検出精度を高めることができる。
【００８９】
ただし、第１構成例のフィルタ部１２では、被験者の体動ノイズ（運動によって生じる６．０Ｈｚ程度のノイズ成分）を十分に除去し切れない場合があり、被験者の運動時における脈波を高精度に検出するためには、さらなる改善の余地を残していた（図１４の下段を参照）。
【００９０】
図１３は、フィルタ部１２の第２構成例を示す回路図である。第２構成例のフィルタ部１２は、電流／電圧変換回路２００と、１次ＣＲハイパスフィルタ回路２１０（以下、ＨＰＦ回路２１０と呼ぶ）と、ボルテージフォロワ回路２２０と、２次ＣＲローパスフィルタ回路２３０（以下、ＬＰＦ回路２３０と呼ぶ）と、増幅回路２４０と、６次バンドパスフィルタ回路２５０（以下、ＢＰＦ［band pass filter］回路２５０と呼ぶ）と、増幅回路２６０と、中間電圧生成回路２７０と、を有する。
【００９１】
電流／電圧変換回路２００は、光センサ部１１から出力される電流信号を電圧信号に変換する回路であり、抵抗Ｒ８（例えば２００ｋΩ）と、抵抗Ｒ９（例えば４３０Ω）と、を含む。光センサ部１１を形成する発光ダイオードのアノードは、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記発光ダイオードのカソードは、抵抗Ｒ９を介して接地端に接続されている。光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタは、抵抗Ｒ８を介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記フォトトランジスタのエミッタは、接地端に接続されている。
【００９２】
ＨＰＦ回路２１０は、電流／電圧変換回路２００の出力信号に重畳した低周波成分を除去する回路であり、キャパシタＣ７（例えば１．０μＦ）と、抵抗Ｒ１０（例えば２４０ｋΩ）と、を含む。キャパシタＣ７の第１端は、光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタに接続されている。キャパシタＣ７の第２端は、抵抗Ｒ１０を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。なお、上記構成から成るＨＰＦ回路２１０のカットオフ周波数は、０．６６Ｈｚに設計されている。
【００９３】
ボルテージフォロワ回路２２０は、ＨＰＦ回路１１０の出力信号を後段に伝達する回路であり、オペアンプＯＰ３と、キャパシタＣ８（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ３の非反転入力端（＋）は、キャパシタＣ７の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ３の反転入力端（−）は、オペアンプＯＰ３の出力端に接続されている。オペアンプＯＰ３の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ３の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ８は、オペアンプＯＰ３の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００９４】
ＬＰＦ回路２３０は、ボルテージフォロワ回路２２０の出力信号に重畳した高周波成分を除去する回路であり、抵抗Ｒ１１（例えば６２０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１２（例えば６２０ｋΩ）と、キャパシタＣ９（例えば１．０μＦ）と、キャパシタＣ１０（例えば１．０μＦ）と、を含む。抵抗Ｒ１１の第１端は、オペアンプＯＰ３の出力端に接続されている。抵抗Ｒ１１の第２端は、抵抗Ｒ１２の第１端に接続される一方、キャパシタＣ９を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。抵抗Ｒ１２の第２端は、キャパシタＣ１０を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。なお、上記構成から成るＬＰＦ回路２３０のカットオフ周波数は、０．２６Ｈｚに設定されている。
【００９５】
増幅回路２４０は、ＬＰＦ回路２３０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ４と、抵抗Ｒ１３（例えば１０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１４（例えば１ｋΩ）と、キャパシタＣ１１（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ４の非反転入力端（＋）は、抵抗Ｒ１２の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ４の反転入力端（−）は、抵抗Ｒ１３を介してオペアンプＯＰ４の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ１４を介して中間電圧ＶＭの印加端にも接続されている。オペアンプＯＰ４の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ４の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１１は、オペアンプＯＰ４の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００９６】
ＢＰＦ回路２５０は、増幅回路２４０の出力信号に重畳した低周波成分と高周波成分を除去する回路であり、オペアンプＯＰ５〜ＯＰ７と、抵抗Ｒ１５（例えば７５ｋΩ）と、抵抗Ｒ１６（例えば２ＭΩ）と、抵抗Ｒ１７（例えば１５０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１８（例えば１３０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１９（例えば９１ｋΩ）と、抵抗Ｒ２０（例えば６２０ｋΩ）と、抵抗Ｒ２１（例えば４３ｋΩ）と、抵抗Ｒ２２（例えば３０ｋΩ）と、抵抗Ｒ２３（例えば２００ｋΩ）と、キャパシタＣ１２（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１３（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１４（例えば０．１μＦ）と、キャパシタＣ１５（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１６（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１７（例えば０．１μＦ）と、キャパシタＣ１８（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１９（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ２０（例えば０．１μＦ）と、を含む。
【００９７】
抵抗Ｒ１５の第１端は、オペアンプＯＰ４の出力端に接続されている。抵抗Ｒ１５の第２端は、抵抗Ｒ１６を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ５の非反転入力端（＋）は、中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ５の反転入力端（−）は、キャパシタＣ１２を介して抵抗Ｒ１５の第２端に接続される一方、抵抗Ｒ１７を介してオペアンプＯＰ５の出力端にも接続されている。オペアンプＯＰ５の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ５の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１３は、抵抗Ｒ１５の第２端とオペアンプＯＰ５の出力端との間に接続されている。キャパシタＣ１４は、オペアンプＯＰ５の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００９８】
抵抗Ｒ１８の第１端は、オペアンプＯＰ５の出力端に接続されている。抵抗Ｒ１８の第２端は、抵抗Ｒ１９を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ６の非反転入力端（＋）は、中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ６の反転入力端（−）は、キャパシタＣ１５を介して抵抗Ｒ１８の第２端に接続される一方、抵抗Ｒ２０を介してオペアンプＯＰ６の出力端にも接続されている。オペアンプＯＰ６の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ６の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１６は、抵抗Ｒ１８の第２端とオペアンプＯＰ６の出力端との間に接続されている。キャパシタＣ１７は、オペアンプＯＰ６の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００９９】
抵抗Ｒ２１の第１端は、オペアンプＯＰ６の出力端に接続されている。抵抗Ｒ２１の第２端は、抵抗Ｒ２２を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ７の非反転入力端（＋）は、中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ７の反転入力端（−）は、キャパシタＣ１８を介して抵抗Ｒ２１の第２端に接続される一方、抵抗Ｒ２３を介してオペアンプＯＰ７の出力端にも接続されている。オペアンプＯＰ７の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ７の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１９は、抵抗Ｒ２１の第２端とオペアンプＯＰ７の出力端との間に接続されている。キャパシタＣ２０は、オペアンプＯＰ７の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【０１００】
なお、上記構成から成るＢＰＦ回路２５０は、０．８０〜２．９５Ｈｚの通過周波数帯域を持つ。
【０１０１】
増幅回路２６０は、ＢＰＦ回路２５０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ８と、可変抵抗Ｒ２４（例えば１ＭΩ）と、抵抗Ｒ２５（例えば１ｋΩ）と、キャパシタＣ２１（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ８の非反転入力端（＋）は、オペアンプＯＰ７の出力端に接続されている。オペアンプＯＰ８の反転入力端（−）は、可変抵抗Ｒ２４を介してオペアンプＯＰ８の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ２５を介して中間電圧ＶＭの印加端にも接続されている。オペアンプＯＰ８の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ８の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ２１は、オペアンプＯＰ８の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【０１０２】
中間電圧生成回路２６０は、電源電圧ＶＤＤを１／２に分圧して中間電圧ＶＭ（＝ＶＤＤ／２）を生成する回路であり、抵抗Ｒ２６（例えば１ｋΩ）と、抵抗Ｒ２７（例えば１ｋΩ）と、キャパシタＣ２２（０．１μＦ）と、を含む。抵抗Ｒ２６の第１端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。抵抗Ｒ２６の第２端と抵抗Ｒ２７の第１端は、いずれも中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。抵抗Ｒ２７の第２端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ２２は、抵抗Ｒ２７に対して並列に接続されている。
【０１０３】
第２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脈波はもちろん、被験者の運動時（例えば歩行時）における脈波についても高精度に検出することが可能となる（図１４の上段を参照）。
【０１０４】
また、第２構成例のフィルタ部１２において、ＨＰＦ回路２１０、ＬＰＦフィルタ回路２３０、増幅回路２４０、ＢＰＦ回路２５０、及び、増幅回路２６０は、いずれも中間電圧ＶＭ（＝ＶＤＤ／２）を基準電圧として動作するので、フィルタ部１２の出力信号は、中間電圧ＶＭに対して上下に振幅変動する波形となる。従って、第２構成例のフィルタ部１２であれば、出力信号の飽和（電源電圧ＶＤＤや接地電圧への張り付き）を防止して、脈波データを正しく検出することが可能となる。
【０１０５】
＜出力波長についての考察＞
実験では、いわゆる反射型の脈波センサ１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、１０ｍＡに変化させたときの挙動を各々調査した。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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
＜その他の変形例＞
なお、本発明の構成は、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、上記実施形態の説明ではなく、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。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、脈波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。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 脈波センサ
２ 生体（手首、耳朶）
１０ 本体ユニット
１１ 光センサ部
１１ａ ケース
１１ｂ 遮光壁
１１ｃ 集光レンズ
１１ｄ、１１ｅ 蓋部材
１１ｚ 透光板
１２ フィルタ部
１３ 制御部
１４ 表示部
１５ 通信部
１６ 電源部
２０ ベルト
３０ バネ蝶番
Ａ 発光部（発光チップ）
Ｂ 受光部（受光チップ）
Ｘ 発光部
Ｘ１ 基板
Ｘ２ 発光チップ
Ｘ３ 封止体
Ｘ４ ワイヤ
Ｘ５ 導電体
Ｘ６ カラーフィルタ
Ｙ 受光部
Ｙ１ 基板
Ｙ２ 受光チップ
Ｙ３ 封止体
Ｙ４ ワイヤ
Ｙ５ 導電体
Ｙ６ カラーフィルタ
１００ 電流／電圧変換回路
１１０ １次ＣＲハイパスフィルタ回路
１２０ 増幅回路
１３０ １次ＣＲローパスフィルタ回路
１４０ 増幅回路
２００ 電流／電圧変換回路
２１０ １次ＣＲハイパスフィルタ回路
２２０ ボルテージフォロワ回路
２３０ ２次ＣＲローパスフィルタ回路
２４０ 増幅回路
２５０ ６次バンドパスフィルタ回路
２６０ 増幅回路
２７０ 中間電圧生成回路
Ｒ１〜Ｒ２７ 抵抗
Ｃ１〜Ｃ２２ キャパシタ
ＯＰ１〜ＯＰ８ オペアンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈波センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の脈波センサは、被験者の指先などに光を照射する発光部と、生体内を透過した光の強度を検出する受光部と、を用いて脈波の測定を行う構成とされていた。
【０００３】
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１や特許文献２を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２１２０１６号公報
【特許文献２】国際公開第２００２／０６２２２２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の脈波センサは、基本的に被験者の安静時における脈波を測定するものであり、被験者の運動時における脈波を精度良く測定することは困難であった。
【０００６】
本発明は、本願の発明者らによって見い出された上記の問題点に鑑み、被験者の脈波を精度良く測定することのできる脈波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本明細書中に開示された脈波センサは、発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部を備えた脈波センサであって、前記光センサ部は、枡形状のケースと、前記ケースを前記発光部が載置される第１領域と前記受光部が載置される第２領域に分割する遮光壁と、を有する構成（第１−１の構成）とされている。
【０００８】
なお、上記第１−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記遮光壁の高さＨ１と前記発光部の高さＨ２との間には、Ｈ１＞Ｈ２という関係が成立している構成（第１−２の構成）にするとよい。
【０００９】
また、上記第１−２の構成から成る脈波センサにおいて、前記遮光壁の高さＨ１から前記発光部の高さＨ２を差し引いたオフセット距離ΔＨ（＝Ｈ１−Ｈ２）は、０ｍｍ＜ΔＨ＜２ｍｍである構成（第１−３の構成）にするとよい。
【００１０】
また、上記第１−２または第１−３の構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の高さＨ２と前記受光部の高さＨ３との間には、Ｈ２＞Ｈ３という関係が成立している構成（第１−４の構成）にするとよい。
【００１１】
また、上記第１−１〜第１−４いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部と前記受光部との素子間距離Ｗ１は、０．２ｍｍ≦Ｗ１≦０．８ｍｍである構成（第１−５の構成）にするとよい。
【００１２】
また、上記第１−１〜第１−５いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記光センサ部は前記発光部の上部に集光レンズを有する構成（第１−６の構成）にするとよい。
【００１３】
また、上記第１−１〜第１−６いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記第１領域は、前記発光部の発光領域よりも小さい第１開口部を備えた第１蓋部材によって被覆されている構成（第１−７の構成）にするとよい。
【００１４】
また、上記第１−１〜第１−７いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記第２領域は、前記受光部の受光領域よりも大きい第２開口部を備えた第２蓋部材によって被覆されている構成（第１−８の構成）にするとよい。
【００１５】
また、上記第１−１〜第１−８いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部及び前記受光部の少なくとも一方は、所定の波長成分のみを選択的に通過させるカラーフィルタを有する構成（第１−９の構成）にするとよい。
【００１６】
また、上記第１−１〜第１−９いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部及び前記受光部は、それぞれ、基板と、前記基板上に載置された発光チップ及び受光チップと、前記発光チップ及び受光チップを封止する封止体と、を有する構成（第１−１０の構成）にするとよい。
【００１７】
また、上記第１−１〜第１−１０いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記ケースは、前記光センサ部を担持する本体部から突出する形で前記本体部に埋設されている構成（第１−１１の構成）にするとよい。
【００１８】
また、上記第１−１〜第１−１１いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の出力波長はおよそ６００ｎｍ以下の可視光領域に属する構成（第１−１２の構成）にするとよい。
【００１９】
また、上記の目的を達成するために、本明細書中に開示された脈波センサは、発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部と、前記光センサ部を担持する本体部と、を有する脈波センサであって、前記本体部は、前記生体への装着時に前記生体側への押圧力が与えられる部材であり、前記光センサ部は、前記本体部の表面上において、前記生体側への押圧力が最大となる着力点の近傍に設けられている構成（第２−１の構成）とされている。
【００２０】
なお、上記第２−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記本体部は、両端にベルトが接続されるものであり、前記光センサ部は、前記本体部と前記ベルトとの接続点から１０ｍｍ以内に設けられている構成（第２−２の構成）にするとよい。
【００２１】
また、上記第２−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記本体部は、第１端にバネ蝶番が接続されて第２端が開放端とされるものであり、前記光センサ部は、前記本体部の第２端から１０ｍｍ以内に設けられている構成（第２−３の構成）にするとよい。
【００２２】
また、上記第２−１〜第２−３いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記光センサ部は、前記本体部の表面上において、前記生体側への押圧力が最大となる着力点の近傍領域内に複数設けられている構成（第２−４の構成）にするとよい。
【００２３】
また、上記第２−１〜第２−４いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の出力波長は、およそ６００ｎｍ以下の可視光領域に属する構成（第２−５の構成）にするとよい。
【００２４】
また、上記の目的を達成するために、本明細書中に開示された脈波センサは、発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部と、前記光センサ部の出力信号にフィルタ処理を施すフィルタ部と、を有する脈波センサであって、前記フィルタ部は、前記光センサ部の出力信号に重畳した低周波成分を除去するハイパスフィルタ回路と、前記ハイパスフィルタ回路の出力信号を後段に伝達するボルテージフォロワ回路と、前記ボルテージフォロワ回路の出力信号に重畳した高周波成分を除去するローパスフィルタ回路と、前記ローパスフィルタ回路の出力信号を増幅する第１増幅回路と、前記第１増幅回路の出力信号に重畳した低周波成分と高周波成分を除去するバンドパスフィルタ回路と、前記バンドパスフィルタ回路の出力信号を増幅する第２増幅回路と、を有する構成（第３−１の構成）とされている。
【００２５】
なお、上記第３−１の構成から成る脈波センサにおいて、前記ハイパスフィルタ回路は０．６６Ｈｚのカットオフ周波数を持つ１次のＣＲハイパスフィルタ回路である構成（第３−２の構成）にするとよい。
【００２６】
また、上記第３−１または第３−２の構成から成る脈波センサにおいて、前記ローパスフィルタ回路は、０．２６Ｈｚのカットオフ周波数を持つ２次のＣＲローパスフィルタ回路である構成（第３−３の構成）にするとよい。
【００２７】
また、上記第３−１〜第３−３いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記バンドパスフィルタ回路は、０．８０〜２．９５Ｈｚの通過周波数帯域を持つ６次のバンドフィルタ回路である構成（第３−４の構成）にするとよい。
【００２８】
また、上記第３−１〜第３−４いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記フィルタ部は、電源電圧を分圧して中間電圧を生成する中間電圧生成回路を有し、前記ハイパスフィルタ回路、前記ローパスフィルタ回路、前記第１増幅回路、前記バンドパスフィルタ回路、及び、前記第２増幅回路は、いずれも、前記中間電圧を基準電圧として動作する構成（第３−５の構成）にするとよい。
【００２９】
また、上記第３−１〜第３−５いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記発光部の出力波長は、およそ６００ｎｍ以下の可視光領域に属する構成（第３−６の構成）にするとよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、被験者の安静時における脈波はもちろん、被験者の運動時における脈波についても、これを精度良く測定することのできる脈波センサを提供することが可能となるので、脈波センサの利用シーンを広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】脈波測定の原理を説明するための模式図
【図２】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
【図３】本発明に係る脈波センサの一構成例を模式的に示す断面図
【図４】光センサ部１１の第１構成例を模式的に示す断面図
【図５】光センサ部１１の第２構成例を模式的に示す断面図
【図６】オフセット距離ΔＨと信号強度との相関関係を示す波形図
【図７】素子間距離Ｗ１と信号強度との相関関係を示す波形図
【図８Ａ】光センサ部１１の第３構成例を模式的に示す断面図
【図８Ｂ】光センサ部１１の第４構成例を模式的に示す断面図
【図８Ｃ】光センサ部１１の第５構成例を模式的に示す断面図
【図８Ｄ】光センサ部１１の第６構成例を模式的に示す断面図
【図９】腕時計型の脈波センサ１における光センサ部１１の配置レイアウト図
【図１０】光センサ部１１の配置と信号強度との相関関係を示す波形図
【図１１】イヤリング型の脈波センサ１における光センサ部１１の配置レイアウト図
【図１２】フィルタ部１２の第１構成例を示す回路図
【図１３】フィルタ部１２の第２構成例を示す回路図
【図１４】フィルタ部１２の出力波形図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
＜脈波測定の原理＞
図１は、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。
【００３３】
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、容積脈波を測定することができる。
【００３４】
なお、図１では、図示の便宜上、脈波センサ（発光部と受光部）を手首の腹側に装着した様子が描写されているが、脈波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、手首の背側であってもよいし、他の部位（指先、指の第３関節、額、眉間、鼻先、頬、眼下、こめかみ、耳たぶなど）であってもよい。
【００３５】
＜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。
【００３６】
＜脈波センサ＞
図３は、本発明に係る脈波センサの一構成例を模式的に示す断面図である。本構成例の脈波センサ１は、本体ユニット１０と、本体ユニット１０の両端部に取り付けられて生体２（具体的には手首）に巻き回されるベルト２０とを備えた腕輪構造（腕時計型構造）とされている。ベルト２０の素材としては、皮革、金属、樹脂などを用いることができる。
【００３７】
本体ユニット１０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、を含む。
【００３８】
光センサ部１１は、本体ユニット１０の裏面（生体２と対向する側の面）に設けられており、発光部から生体２に光を照射して、生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより、脈波データを取得する。本構成例の脈波センサ１において、光センサ部１１は、発光部と受光部が生体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、発光部と受光部が生体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、手首での脈波測定について、指先での脈波測定に比べればやや感度は低いものの、十分に脈波の測定が可能であることを実際に実験で確認済みである。光センサ部１１の具体的な構造については、後ほど詳細に説明する。
【００３９】
フィルタ部１２は、光センサ部１１の出力信号（受光部の検出信号）にフィルタ処理、増幅処理、及び、アナログ／デジタル変換処理を施して制御部１３に伝達する。なお、フィルタ部１２の具体的な回路構成については、後ほど詳細に説明する。
【００４０】
制御部１３は、脈波センサ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、脈波に関する種々の情報（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。
【００４１】
表示部１４は、本体ユニット１０の表面（生体２と対向しない側の面）に設けられており、表示情報（日付や時間に関する情報のほか、脈波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。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。
【００４２】
通信部１５は、脈波センサ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、脈波センサ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、脈波センサ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、脈波センサ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。
【００４３】
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脈波センサ１の各部に供給する。このように、バッテリ駆動方式の脈波センサ１であれば、脈波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脈波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、脈波センサ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、或いは、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、脈波センサ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。
【００４４】
上記のように、腕輪構造を有する脈波センサ１であれば、被験者が意図的に脈波センサ１を手首から外さない限り、脈波の測定中に脈波センサ１が手首から脱落してしまうおそれは殆どないので、被験者の行動を制約せずに脈波の測定を行うことが可能となる。
【００４５】
また、腕輪構造を有する脈波センサ１であれば、被験者に対して脈波センサ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）に亘る継続的な脈波測定を行う場合であっても、被験者に過度のストレスを与えずに済む。
【００４６】
特に、脈波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を備えた脈波センサ１（すなわち、腕時計構造の脈波センサ１）であれば、被験者は脈波センサ１を腕時計として日常的に装着することができるので、脈波センサ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。
【００４７】
また、脈波センサ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脈波を測定することが可能となる。また、脈波センサ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、脈波センサ１を丸ごと水洗いすることにより、脈波センサ１を清潔に保つことが可能となる。
【００４８】
＜光センサ部（構造）＞
図４は、光センサ部１１の第１構成例を模式的に示す断面図である。第１構成例の光センサ部１１は、ケース１１ａと、遮光壁１１ｂと、透光板１１ｚと、発光部Ａと、受光部Ｂと、を有する。
【００４９】
ケース１１ａは、発光部Ａと受光部Ｂを収納する枡形状の部材である。なお、ケース１１ａは、その開口面を塞ぐ透光板１１ｚが本体ユニット１０の表面（生体２と対向する側の面）と面一になるように、本体ユニット１０に埋設されている。
【００５０】
遮光壁１１ｂは、ケース１１ａを発光部Ａが載置される第１領域と受光部Ｂが載置される第２領域に分割する部材である。遮光壁１１ｂを設けることにより、発光部Ａから受光部Ｂへ直接的に入射される光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。なお、ケース１１ａと遮光壁１１ｂは、一体成形することが望ましい。
【００５１】
透光板１１ｚは、ケース１１ａの開口面を塞ぐ透光性の部材である。透光板１１ｚを設けることにより、発光部Ａ及び受光部Ｂの汚損（埃などの付着）を防止することができるので、発光部Ａ及び受光部Ｂとして、樹脂などで封止されていないベアチップ（発光チップ及び受光チップ）を用いることが可能となる。
【００５２】
第１構成例の光センサ部１１であれば、発光部Ａから生体２に光を照射した後、生体２内を透過した光の強度を受光部１２で検出することによって、被験者の脈波データを取得することが可能である。
【００５３】
しかしながら、第１構成例の光センサ部１１では、生体２と発光部Ａ及び受光部Ｂとの間に透光板１１ｚが存在するので、生体２を介することなく透光板１１ｚを介して発光部Ａから受光部Ｂへ直接的に光が入射されるおそれがある。また、第１構成例の光センサ部１１では、光センサ部１１と生体２との密着性が損なわれたときに、外光が受光部Ｂに漏れ入るおそれもある。生体２を透過していない光が受光部Ｂに入射されると、脈波データの検出精度（Ｓ／Ｎ）が低下するので、脈波データの検出精度を向上させるためには、上記の問題を解消しておくことが重要となる。
【００５４】
図５は、光センサ部１１の第２構成例を模式的に示す断面図である。第２構成例の光センサ部１１は、ケース１１ａと、遮光壁１１ｂと、発光部Ｘと、受光部Ｙと、を有する。すなわち、第２構成例の光センサ部１１では、先述の透光板１１ｚが除外されている。
【００５５】
ケース１１ａは、発光部Ｘと受光部Ｙを収納する枡形状の部材である。ケース１１ａの外形寸法（高さＨ０、幅Ｗ０、奥行Ｄ０）は、例えば、Ｈ０＝１．５ｍｍ、Ｗ０＝４．５ｍｍ、Ｄ０＝３．０ｍｍに設計されている。なお、ケース１１ａは、本体ユニット１０から所定寸法Ｈ４（例えばＨ４＝０．３ｍｍ）だけ突出する形で本体ユニット１０に埋設されている。このような構成であれば、ケース１１ａの突出部分によって受光部Ｙに漏れ入る外光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を向上することが可能となる。
【００５６】
遮光壁１１ｂは、ケース１１ａを発光部Ｘが載置される第１領域と受光部Ｙが載置される第２領域に分割する部材である。先述の第１実施形態と同じく、遮光壁１１ｂを設けることにより、発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に入射される光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。なお、ケース１１ａと遮光壁１１ｂは、一体成形することが望ましい。
【００５７】
発光部Ｘは、基板Ｘ１と、発光チップＸ２と、封止体Ｘ３と、ワイヤＸ４と、導電体Ｘ５と、を有する。基板Ｘ１は、その表面上に発光チップＸ２が載置される部材である。発光チップＸ２は、所定波長の光を出力する発光素子（例えば、緑色ＬＥＤのベアチップ）である。封止体Ｘ３は、発光チップＸ２を封止する透光性の部材である。ワイヤＸ４は、発光チップＸ２と導電体Ｘ５とを電気的に接続する部材である。導電体Ｘ５は、基板Ｘ１の上面から下面にわたって形成された導電性の部材であり、ケース１１ａの底面に形成された配線パターンと半田付けされる。
【００５８】
受光部Ｙは、基板Ｙ１と、受光チップＹ２と、封止体Ｙ３と、ワイヤＹ４と、導電体Ｙ５と、を有する。基板Ｙ１は、その表面上に受光チップＹ２が載置される部材である。受光チップＹ２は、所定の波長領域に属する光を電気信号に変換する光電変換素子（例えば近赤外領域〜可視領域の光感受性を持つフォトトランジスタのベアチップ）である。封止体Ｙ３は、受光チップＹ２を封止する透光性の部材である。ワイヤＹ４は、受光チップＹ２と導電体Ｙ５とを電気的に接続する部材である。導電体Ｙ５は、基板Ｙ１の上面から下面にわたって形成された導電性の部材であり、ケース１１ａの底面に形成された配線パターンと半田付けされる。
【００５９】
このように、第２構成例の光センサ部１１では、発光部Ｘ及び受光部Ｙとして、ベアチップではなくパッケージ型の半導体装置が用いられている。従って、ケース１１ａの開口面を透光板で被覆する必要がなくなるので、透光板を介して発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に光が入射される懸念を払拭することが可能となり、延いては、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。
【００６０】
また、第２構成例の光センサ部１１において、遮光壁１１ｂの高さＨ１と発光部Ｘの高さＨ２との間には、Ｈ１＞Ｈ２という関係が成立している。なお、遮光壁１１ｂの高さＨ１は、ケース１１ａの底面から遮光壁１１ｂの上端部までの距離（例えば、Ｈ１＝１．４ｍｍ）を指している。また、発光部Ｘの高さＨ２は、ケース１１ａの底面から発光チップＸ２の発光面までの距離（例えば、Ｈ２＝０．５ｍｍ）を指している。ただし、発光チップＸ２が基板Ｘ１に比べて非常に薄いことを鑑みると、基板Ｘ１の厚みを発光部Ｘの高さＨ２として取り扱うこともできる。
【００６１】
上記の関係式を満たした寸法設計を行えば、発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に入射される光を遮光壁１１ｂで効果的に遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。
【００６２】
ただし、遮光壁１１ｂの高さＨ１に比べて、発光部Ｘの高さＨ２を小さく設計し過ぎると、発光部Ｘから出射された光が生体２に到達するまでに散乱ないし減衰してしまい、受光部Ｙで検出される光の強度が小さくなって脈波データの検出精度が低下する。従って、遮光壁１１ｂの高さＨ１から発光部Ｘの高さＨ２を差し引いたオフセット距離ΔＨ（＝Ｈ１−Ｈ２）には、最適な設計範囲が存在する。
【００６３】
図６は、オフセット距離ΔＨと信号強度（受光信号のピークトゥピーク値）との相関関係を示す波形図であり、上から順に、ΔＨ＝０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．９ｍｍ、１．１ｍｍ、及び、２．１ｍｍであるときの受光波形が描写されている。図６から、オフセット距離ΔＨが０．９ｍｍであるときに信号強度が最大となることが分かる。この実験結果を鑑みると、オフセット距離ΔＨは、０ｍｍ＜ΔＨ＜２ｍｍ（より好ましくは、０．６ｍｍ≦ΔＨ≦１．４ｍｍ）の設計範囲に収めることが望ましいと言える。
【００６４】
例えば、厚み０．６ｍｍの封止体Ｘ３を備えた発光部Ｘを用いて、オフセット距離ΔＨを０．９ｍｍに設計する場合には、封止体Ｘ３の上面が遮光壁１１ｂの上端部から０．３ｍｍだけ奥まった高さ位置となるように、基板Ｘ１の厚みを設計すればよい。
【００６５】
また、第２構成例の光センサ部１１において、発光部Ｘの高さＨ２と受光部Ｙの高さＨ３との間には、Ｈ２＞Ｈ３という関係が成立している。なお、受光部Ｙの高さＨ３は、ケース１１ａの底面から受光チップＹ２の受光面までの距離（例えば、Ｈ３＝０．３ｍｍ）を指している。ただし、受光チップＹ２が基板Ｙ１に比べて非常に薄いことを鑑みると、基板Ｙ１の厚みを受光部Ｙの高さＨ３として取り扱うこともできる。
【００６６】
上記の関係式を満たした寸法設計を行えば、外光が受光部Ｙに届き難くなるので、脈波データの検出精度を向上することが可能となる。
【００６７】
次に、図７を参照しながら、発光部Ｘと受光部Ｙとの素子間距離Ｗ１に応じて信号強度がどのように変化するかを考察する。図７は、素子間距離Ｗ１と信号強度との相関関係を示す波形図であり、上から順に、Ｗ１＝０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、３．０ｍｍ、及び、５．０ｍｍであるときの受光波形が描写されている。図７から、素子間距離Ｗ１が０．５ｍｍであるときに信号強度が最大となることが分かる。この実験結果を鑑みると、素子間距離Ｗ１は、０．１ｍｍ≦Ｗ１≦３．０ｍｍ（より好ましくは、０．２ｍｍ≦Ｗ２≦０．８ｍｍ）の設計範囲に収めることが望ましいと言える。
【００６８】
次に、図８Ａ〜図８Ｄを参照しながら、光センサ部１１の変形例について説明する。図８Ａ〜図８Ｄは、それぞれ、光センサ部１１の第３構成例〜第６構成例を模式的に示す断面図である。なお、第３構成例〜第６構成例は、先出の第２構成例とほぼ同様の構成であり、脈波データの検出精度をさらに向上するために種々の構成要素が追加されている。
【００６９】
例えば、第３構成例（図８Ａ）の光センサ部１１は、発光部Ｘの上部に集光レンズ１１ｃを有する。集光レンズ１１ｃを設けることにより、発光部Ｘから出射される光を生体２に集めて照射することができるので、受光部Ｙで検出される光の強度を高めて脈波データの検出精度を向上することが可能となる。
【００７０】
また、第４構成例（図８Ｂ）の光センサ部１１において、発光部Ｘが載置される第１領域は、発光部Ｘの発光領域よりも小さい開口部ｄ１を備えた蓋部材１１ｄによって被覆されている。例えば、発光部Ｘの発光領域が０．７ｍｍ四方の矩形領域である場合、開口部ｄ１は、直径０．５ｍｍの円形状や０．５ｍｍ四方の矩形状に形成すればよい。蓋部材１１ｄを設けることにより、発光部Ｘから出射される光の拡散を防止して、発光部Ｘから受光部Ｙへ直接的に入射される光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。
【００７１】
また、第５構成例（図８Ｃ）の光センサ部１１において、受光部Ｙが載置される第２領域は、受光部Ｙの受光領域よりも大きい開口部ｄ２を備えた蓋部材１１ｅによって被覆されている。例えば、受光部Ｙの発光領域が０．７ｍｍ四方の矩形領域である場合、開口部ｄ２は、直径１．０ｍｍの円形状や１．０ｍｍ四方の矩形状に形成すればよい。蓋部材１１ｅを設けることにより、受光部Ｙに漏れ入る外光を遮ることができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。
【００７２】
また、第６構成例（図８Ｄ）の光センサ部１１において、発光部Ｘ及び受光部Ｙの少なくとも一方は、所定の波長成分のみ（発光部Ｘの出力ピーク波長近傍）を選択的に通過させるカラーフィルタＸ６及びＹ６を有する。カラーフィルタＸ６及びＹ６を設けることにより、不要な波長成分を除去することができるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。
【００７３】
なお、上記の第３構成例（図８Ａ）〜第６構成例（図８Ｄ）で各々追加された構成要素については、各々を単独で適用してもよいし、任意に組み合わせて適用してもよい。
【００７４】
＜光センサ部（配置）＞
図９は、腕時計型の脈波センサ１における光センサ部１１の配置レイアウト図である。腕時計型の脈波センサ１において、光センサ部１１を担持する本体ユニット１０（例えば直径２８ｍｍ）は、その両端にベルト２０が接続されるものであり、生体２（手首）への装着時には、ベルト２０の締め付けによって生体２側への押圧力（図９中の太い矢印を参照）が与えられる部材である。
【００７５】
このような腕時計構造の脈波センサ１について、本願の発明者らは、本体ユニット１０に与えられる生体２側への押圧力が所定の分布を有しており、光センサ部１１の配設位置に応じて、光センサ部１１と生体２との密着性（延いては受光信号の信号強度）が異なるという知見を得た。
【００７６】
そして、本願の発明者らは、鋭意研究の末、生体２側への押圧力が最大となる着力点の近傍、より具体的には、本体ユニット１０とベルト２０との接続点から光センサ部１１の配設位置（光センサ部１１の中心位置）までの距離をＤとしたときに、Ｄ≦１０ｍｍという関係が成立する領域内（図９のハッチング領域内）に光センサ部１１を配置すれば、受光信号の信号強度を向上し得ることを見出した。
【００７７】
図１０は、光センサ部１１の配置と信号強度との相関関係を示す波形図であり、上段には、本体ユニット１０の端部（図９のハッチング領域内）に配置された光センサ部１１の受光波形が示されており、下段には、本体ユニット１０の中央部（図９のハッチング領域外）に配置された光センサ部１１’の受光波形が示されている。両波形を比較すれば分かるように、本体ユニット１０の端部に配置された光センサ部１１は、生体２との密着性が向上した結果、被験者の安静時における脈波はもちろん、被験者の運動時における脈波についても、これを精度良く測定することが可能である。
【００７８】
なお、上記で得られた知見は、腕時計型の脈波センサ１のみならず、図１１で示すように、イヤリング型の脈波センサ１にも適用が可能である。
【００７９】
図１１は、イヤリング型の脈波センサ１における光センサ部１１の配置レイアウト図である。イヤリング型の脈波センサ１において、光センサ部１１を担持する本体ユニット１０（例えば第１端から第２端までの全長が２４ｍｍ）は、第１端にバネ蝶番３０が接続されて第２端が開放端とされるものであり、生体２（耳朶）への装着時には、バネ蝶番３０によって生体２側への押圧力（図１１中の太い矢印を参照）が与えられる部材である。
【００８０】
この場合、生体２側への押圧力が最大となる着力点は、本体ユニット１０の第２端（開放端）となる。従って、本体ユニット１０の第２端（開放端）から光センサ部１１の配設位置（光センサ部１１の中心位置）までの距離をＤとしたときに、Ｄ≦１０ｍｍという関係が成立する領域内に光センサ部１１を配置すれば、光センサ部１１と生体２との密着性を高めて、受光信号の信号強度を向上することができる。
【００８１】
なお、図９及び図１１では、本体ユニット１０の表面上に光センサ部１１を一つだけ設けた構成を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、生体２側への押圧力が最大となる着力点の近傍領域内に、光センサ部１１を複数設けても構わない。
【００８２】
＜フィルタ部＞
図１２は、フィルタ部１２の第１構成例を示す回路図である。第１構成例のフィルタ部１２は、電流／電圧変換回路１００と、１次ＣＲハイパスフィルタ回路１１０（以下、ＨＰＦ［high pass filter］回路１１０と呼ぶ）と、増幅回路１２０と、１次ＣＲローパスフィルタ回路１３０（以下、ＬＰＦ［low pass filter］回路１３０と呼ぶ）と、増幅回路１４０と、を有する。
【００８３】
電流／電圧変換回路１００は、光センサ部１１から出力される電流信号を電圧信号に変換する回路であり、抵抗Ｒ１（例えば２００ｋΩ）を含む。光センサ部１１を形成する発光ダイオードのアノードは、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記発光ダイオードのカソードは、接地端に接続されている。光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタは、抵抗Ｒ１を介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記フォトトランジスタのエミッタは、接地端に接続されている。
【００８４】
ＨＰＦ回路１１０は、電流／電圧変換回路１００の出力信号に重畳した低周波成分を除去する回路であり、キャパシタＣ１（例えば０．１μＦ）と、抵抗Ｒ２（例えば４．７ＭΩ）とを含む。キャパシタＣ１の第１端は、光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタに接続されている。キャパシタＣ１の第２端は、抵抗Ｒ２を介して接地端に接続されている。なお、上記構成から成るＨＰＦ回路１１０のカットオフ周波数は、０．３４Ｈｚに設計されている。
【００８５】
増幅回路１２０は、ＨＰＦ回路１１０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ３（例えば１００ｋΩ）と、抵抗Ｒ４（例えば１０ｋΩ）と、キャパシタＣ２（例えば０．０１μＦ）と、キャパシタＣ３（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ１の非反転入力端（＋）は、キャパシタＣ１の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ１の反転入力端（−）は、抵抗Ｒ３を介してオペアンプＯＰ１の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ４を介して接地端にも接続されている。オペアンプＯＰ１の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ１の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ２は、抵抗Ｒ３と並列に接続されている。キャパシタＣ３は、オペアンプＯＰ１の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００８６】
ＬＰＦ回路１３０は、増幅回路１２０の出力信号に重畳した高周波成分を除去する回路であり、抵抗Ｒ５（例えば１００ｋΩ）と、キャパシタＣ４（例えば１．０μＦ）と、を含む。抵抗Ｒ５の第１端は、オペアンプＯＰ１の出力端に接続されている。抵抗Ｒ５の第２端は、キャパシタＣ４を介して接地端に接続されている。なお、上記構成から成るＬＰＦ回路１３０のカットオフ周波数は、１．６Ｈｚに設定されている。
【００８７】
増幅回路１４０は、ＬＰＦ回路１３０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ２と、可変抵抗Ｒ６（例えば５００ｋΩ）と、抵抗Ｒ７（例えば１０ｋΩ）と、キャパシタＣ５（例えば０．０１μＦ）と、キャパシタＣ６（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ２の非反転入力端（＋）は、抵抗Ｒ５の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ２の反転入力端（−）は、可変抵抗Ｒ６を介してオペアンプＯＰ２の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ７を介して接地端にも接続されている。オペアンプＯＰ２の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ２の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ５は、可変抵抗Ｒ６と並列に接続されている。キャパシタＣ６は、オペアンプＯＰ２の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００８８】
第１構成例のフィルタ部１２であれば、簡易な回路構成により、光センサ部１１の出力信号に重畳するノイズ成分を除去して、脈波データの検出精度を高めることができる。
【００８９】
ただし、第１構成例のフィルタ部１２では、被験者の体動ノイズ（運動によって生じる６．０Ｈｚ程度のノイズ成分）を十分に除去し切れない場合があり、被験者の運動時における脈波を高精度に検出するためには、さらなる改善の余地を残していた（図１４の下段を参照）。
【００９０】
図１３は、フィルタ部１２の第２構成例を示す回路図である。第２構成例のフィルタ部１２は、電流／電圧変換回路２００と、１次ＣＲハイパスフィルタ回路２１０（以下、ＨＰＦ回路２１０と呼ぶ）と、ボルテージフォロワ回路２２０と、２次ＣＲローパスフィルタ回路２３０（以下、ＬＰＦ回路２３０と呼ぶ）と、増幅回路２４０と、６次バンドパスフィルタ回路２５０（以下、ＢＰＦ［band pass filter］回路２５０と呼ぶ）と、増幅回路２６０と、中間電圧生成回路２７０と、を有する。
【００９１】
電流／電圧変換回路２００は、光センサ部１１から出力される電流信号を電圧信号に変換する回路であり、抵抗Ｒ８（例えば２００ｋΩ）と、抵抗Ｒ９（例えば４３０Ω）と、を含む。光センサ部１１を形成する発光ダイオードのアノードは、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記発光ダイオードのカソードは、抵抗Ｒ９を介して接地端に接続されている。光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタは、抵抗Ｒ８を介して電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。前記フォトトランジスタのエミッタは、接地端に接続されている。
【００９２】
ＨＰＦ回路２１０は、電流／電圧変換回路２００の出力信号に重畳した低周波成分を除去する回路であり、キャパシタＣ７（例えば１．０μＦ）と、抵抗Ｒ１０（例えば２４０ｋΩ）と、を含む。キャパシタＣ７の第１端は、光センサ部１１を形成するフォトトランジスタのコレクタに接続されている。キャパシタＣ７の第２端は、抵抗Ｒ１０を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。なお、上記構成から成るＨＰＦ回路２１０のカットオフ周波数は、０．６６Ｈｚに設計されている。
【００９３】
ボルテージフォロワ回路２２０は、ＨＰＦ回路１１０の出力信号を後段に伝達する回路であり、オペアンプＯＰ３と、キャパシタＣ８（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ３の非反転入力端（＋）は、キャパシタＣ７の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ３の反転入力端（−）は、オペアンプＯＰ３の出力端に接続されている。オペアンプＯＰ３の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ３の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ８は、オペアンプＯＰ３の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００９４】
ＬＰＦ回路２３０は、ボルテージフォロワ回路２２０の出力信号に重畳した高周波成分を除去する回路であり、抵抗Ｒ１１（例えば６２０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１２（例えば６２０ｋΩ）と、キャパシタＣ９（例えば１．０μＦ）と、キャパシタＣ１０（例えば１．０μＦ）と、を含む。抵抗Ｒ１１の第１端は、オペアンプＯＰ３の出力端に接続されている。抵抗Ｒ１１の第２端は、抵抗Ｒ１２の第１端に接続される一方、キャパシタＣ９を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。抵抗Ｒ１２の第２端は、キャパシタＣ１０を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。なお、上記構成から成るＬＰＦ回路２３０のカットオフ周波数は、０．２６Ｈｚに設定されている。
【００９５】
増幅回路２４０は、ＬＰＦ回路２３０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ４と、抵抗Ｒ１３（例えば１０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１４（例えば１ｋΩ）と、キャパシタＣ１１（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ４の非反転入力端（＋）は、抵抗Ｒ１２の第２端に接続されている。オペアンプＯＰ４の反転入力端（−）は、抵抗Ｒ１３を介してオペアンプＯＰ４の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ１４を介して中間電圧ＶＭの印加端にも接続されている。オペアンプＯＰ４の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ４の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１１は、オペアンプＯＰ４の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００９６】
ＢＰＦ回路２５０は、増幅回路２４０の出力信号に重畳した低周波成分と高周波成分を除去する回路であり、オペアンプＯＰ５〜ＯＰ７と、抵抗Ｒ１５（例えば７５ｋΩ）と、抵抗Ｒ１６（例えば２ＭΩ）と、抵抗Ｒ１７（例えば１５０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１８（例えば１３０ｋΩ）と、抵抗Ｒ１９（例えば９１ｋΩ）と、抵抗Ｒ２０（例えば６２０ｋΩ）と、抵抗Ｒ２１（例えば４３ｋΩ）と、抵抗Ｒ２２（例えば３０ｋΩ）と、抵抗Ｒ２３（例えば２００ｋΩ）と、キャパシタＣ１２（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１３（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１４（例えば０．１μＦ）と、キャパシタＣ１５（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１６（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１７（例えば０．１μＦ）と、キャパシタＣ１８（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ１９（例えば１μＦ）と、キャパシタＣ２０（例えば０．１μＦ）と、を含む。
【００９７】
抵抗Ｒ１５の第１端は、オペアンプＯＰ４の出力端に接続されている。抵抗Ｒ１５の第２端は、抵抗Ｒ１６を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ５の非反転入力端（＋）は、中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ５の反転入力端（−）は、キャパシタＣ１２を介して抵抗Ｒ１５の第２端に接続される一方、抵抗Ｒ１７を介してオペアンプＯＰ５の出力端にも接続されている。オペアンプＯＰ５の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ５の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１３は、抵抗Ｒ１５の第２端とオペアンプＯＰ５の出力端との間に接続されている。キャパシタＣ１４は、オペアンプＯＰ５の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００９８】
抵抗Ｒ１８の第１端は、オペアンプＯＰ５の出力端に接続されている。抵抗Ｒ１８の第２端は、抵抗Ｒ１９を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ６の非反転入力端（＋）は、中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ６の反転入力端（−）は、キャパシタＣ１５を介して抵抗Ｒ１８の第２端に接続される一方、抵抗Ｒ２０を介してオペアンプＯＰ６の出力端にも接続されている。オペアンプＯＰ６の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ６の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１６は、抵抗Ｒ１８の第２端とオペアンプＯＰ６の出力端との間に接続されている。キャパシタＣ１７は、オペアンプＯＰ６の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【００９９】
抵抗Ｒ２１の第１端は、オペアンプＯＰ６の出力端に接続されている。抵抗Ｒ２１の第２端は、抵抗Ｒ２２を介して中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ７の非反転入力端（＋）は、中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ７の反転入力端（−）は、キャパシタＣ１８を介して抵抗Ｒ２１の第２端に接続される一方、抵抗Ｒ２３を介してオペアンプＯＰ７の出力端にも接続されている。オペアンプＯＰ７の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ７の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ１９は、抵抗Ｒ２１の第２端とオペアンプＯＰ７の出力端との間に接続されている。キャパシタＣ２０は、オペアンプＯＰ７の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【０１００】
なお、上記構成から成るＢＰＦ回路２５０は、０．８０〜２．９５Ｈｚの通過周波数帯域を持つ。
【０１０１】
増幅回路２６０は、ＢＰＦ回路２５０の出力信号を増幅する回路であり、オペアンプＯＰ８と、可変抵抗Ｒ２４（例えば１ＭΩ）と、抵抗Ｒ２５（例えば１ｋΩ）と、キャパシタＣ２１（例えば０．１μＦ）と、を含む。オペアンプＯＰ８の非反転入力端（＋）は、オペアンプＯＰ７の出力端に接続されている。オペアンプＯＰ８の反転入力端（−）は、可変抵抗Ｒ２４を介してオペアンプＯＰ８の出力端に接続される一方、抵抗Ｒ２５を介して中間電圧ＶＭの印加端にも接続されている。オペアンプＯＰ８の第１電源端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。オペアンプＯＰ８の第２電源端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ２１は、オペアンプＯＰ８の第１電源端と接地端との間に接続されている。
【０１０２】
中間電圧生成回路２６０は、電源電圧ＶＤＤを１／２に分圧して中間電圧ＶＭ（＝ＶＤＤ／２）を生成する回路であり、抵抗Ｒ２６（例えば１ｋΩ）と、抵抗Ｒ２７（例えば１ｋΩ）と、キャパシタＣ２２（０．１μＦ）と、を含む。抵抗Ｒ２６の第１端は、電源電圧ＶＤＤの印加端に接続されている。抵抗Ｒ２６の第２端と抵抗Ｒ２７の第１端は、いずれも中間電圧ＶＭの印加端に接続されている。抵抗Ｒ２７の第２端は、接地端に接続されている。キャパシタＣ２２は、抵抗Ｒ２７に対して並列に接続されている。
【０１０３】
第２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脈波はもちろん、被験者の運動時（例えば歩行時）における脈波についても高精度に検出することが可能となる（図１４の上段を参照）。
【０１０４】
また、第２構成例のフィルタ部１２において、ＨＰＦ回路２１０、ＬＰＦフィルタ回路２３０、増幅回路２４０、ＢＰＦ回路２５０、及び、増幅回路２６０は、いずれも中間電圧ＶＭ（＝ＶＤＤ／２）を基準電圧として動作するので、フィルタ部１２の出力信号は、中間電圧ＶＭに対して上下に振幅変動する波形となる。従って、第２構成例のフィルタ部１２であれば、出力信号の飽和（電源電圧ＶＤＤや接地電圧への張り付き）を防止して、脈波データを正しく検出することが可能となる。
【０１０５】
＜出力波長についての考察＞
実験では、いわゆる反射型の脈波センサ１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、１０ｍＡに変化させたときの挙動を各々調査した。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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
＜その他の変形例＞
なお、本発明の構成は、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、上記実施形態の説明ではなく、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。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、脈波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。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 脈波センサ
２ 生体（手首、耳朶）
１０ 本体ユニット
１１ 光センサ部
１１ａ ケース
１１ｂ 遮光壁
１１ｃ 集光レンズ
１１ｄ、１１ｅ 蓋部材
１１ｚ 透光板
１２ フィルタ部
１３ 制御部
１４ 表示部
１５ 通信部
１６ 電源部
２０ ベルト
３０ バネ蝶番
Ａ 発光部（発光チップ）
Ｂ 受光部（受光チップ）
Ｘ 発光部
Ｘ１ 基板
Ｘ２ 発光チップ
Ｘ３ 封止体
Ｘ４ ワイヤ
Ｘ５ 導電体
Ｘ６ カラーフィルタ
Ｙ 受光部
Ｙ１ 基板
Ｙ２ 受光チップ
Ｙ３ 封止体
Ｙ４ ワイヤ
Ｙ５ 導電体
Ｙ６ カラーフィルタ
１００ 電流／電圧変換回路
１１０ １次ＣＲハイパスフィルタ回路
１２０ 増幅回路
１３０ １次ＣＲローパスフィルタ回路
１４０ 増幅回路
２００ 電流／電圧変換回路
２１０ １次ＣＲハイパスフィルタ回路
２２０ ボルテージフォロワ回路
２３０ ２次ＣＲローパスフィルタ回路
２４０ 増幅回路
２５０ ６次バンドパスフィルタ回路
２６０ 増幅回路
２７０ 中間電圧生成回路
Ｒ１〜Ｒ２７ 抵抗
Ｃ１〜Ｃ２２ キャパシタ
ＯＰ１〜ＯＰ８ オペアンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部と、
前記光センサ部を担持する本体部と、
を有する脈波センサであって、
前記本体部は、前記生体への装着時に前記生体側への押圧力が与えられる部材であり、
前記光センサ部は、前記本体部の表面上において、前記生体側への押圧力が最大となる着力点の近傍に設けられていることを特徴とする脈波センサ。
【請求項２】
前記本体部は、両端にベルトが接続されるものであり、
前記光センサ部は、前記本体部と前記ベルトとの接続点から１０ｍｍ以内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の脈波センサ。
【請求項３】
前記本体部は、第１端にバネ蝶番が接続されて第２端が開放端とされるものであり、
前記光センサ部は、前記本体部の第２端から１０ｍｍ以内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の脈波センサ。
【請求項４】
前記光センサ部は、前記本体部の表面上において、前記生体側への押圧力が最大となる着力点の近傍領域内に複数設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の脈波センサ。
【請求項５】
前記発光部の出力波長は、およそ６００ｎｍ以下の可視光領域に属することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の脈波センサ。
【請求項１】
発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部と、
前記光センサ部を担持する本体部と、
を有する脈波センサであって、
前記本体部は、前記生体への装着時に前記生体側への押圧力が与えられる部材であり、
前記光センサ部は、前記本体部の表面上において、前記生体側への押圧力が最大となる着力点の近傍に設けられていることを特徴とする脈波センサ。
【請求項２】
前記本体部は、両端にベルトが接続されるものであり、
前記光センサ部は、前記本体部と前記ベルトとの接続点から１０ｍｍ以内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の脈波センサ。
【請求項３】
前記本体部は、第１端にバネ蝶番が接続されて第２端が開放端とされるものであり、
前記光センサ部は、前記本体部の第２端から１０ｍｍ以内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の脈波センサ。
【請求項４】
前記光センサ部は、前記本体部の表面上において、前記生体側への押圧力が最大となる着力点の近傍領域内に複数設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の脈波センサ。
【請求項５】
前記発光部の出力波長は、およそ６００ｎｍ以下の可視光領域に属することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の脈波センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図４】
【図５】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図４】
【図５】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【公開番号】特開２０１３−６３２０５（Ｐ２０１３−６３２０５Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０４４０８（Ｐ２０１１−２０４４０８）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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