JP5627116B2 - 生体情報検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えばユーザの健康状態の診断やユーザ本人の属性判定のために、当該ユーザの生体情報を検出する生体情報検出装置に関する。

生体情報には脈拍、脈波、血流、血圧等があるが、このうち末梢動脈の容積変化を示す波形である容積脈波が注目されている。容積脈波は、人間に関する様々な有益な情報が得られる可能性があることから、動脈の硬化度合や精神的ストレスの検出等といった医学診断分野に留まらず、それ以外にも種々の分野への適用が検討されている。

例えば、テレビジョン装置やビデオ機器、ＳＴＢ（Settop Box）のリモートコントローラに代表される操作端末をユーザが操作した際に、当該ユーザの容積脈波からユーザの属性を判定し、その判定結果に基づいて当該ユーザに適したコンテンツ等を選択し配信するシステムが提案されている。

容積脈波を取得するための手法としては、指先や耳朶といった末梢動脈が存在する生体部位の近辺に受光素子を配置し、自然光や発光素子により生体部位に照射した光のうち、生体部位内部の末梢動脈中に存在するヘモグロビンに吸収されず生体部位外に散乱する光量の変化を受光素子により計測することにより、末梢動脈中の容積変化を計測する手法が一般的である（例えば、特許文献１を参照。）。
また、容積脈波を計測する際のユーザの操作上の負担を考慮した手法として、受光素子を利用者の生体部位が触れる可能性がある位置に多数配置する手法も提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。

特開２００７−２５９９１２号公報 特開２００９−０３９５６８号公報

ところが、特許文献１に記載された手法では、受光素子の設置位置に指先等の生体部位を意識的に置くというような明示的な位置合わせを行う必要があるため、ユーザの本来の行動を妨げてしまうことになり、操作上のユーザビリティを低下させ好ましくない。
一方、特許文献２に記載された手法であれば、受光素子を設置した測定位置への生体部位の位置合わせの制約が減るため、ユーザの操作上の負担は軽減される。しかしながら、装置の部品点数及び回路のチャンネル数が増加することから、装置構成の複雑化や大型化、消費電力の増加が避けられない。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、測定位置への生体部位の位置合わせの制約を大幅に軽減してユーザの操作上の負担を減らし、しかも回路構成の簡単小型化と消費電力の低減を図った生体情報検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の第１の観点は、生体部位から容積脈波に関する情報を検出する装置にあって、面発光する面発光源と、板状又は柱状をなし上記面発光源の発光面に対向配置される下面と、前記生体部位の接触面となる上面とを有するプリズムと、このプリズムの側面から出射された光を受光してその受光量に応じた受光信号を出力する受光素子と、この受光素子から出力された受光信号をもとに、上記プリズムの上面に生体部位が接触したときに発生する上記受光量の変化を検出し、この検出された受光量の変化を表す情報を上記生体部位の容積脈波を表す情報として出力する信号処理部とを具備する。
上記面発光源は、当該面発光源から面発光された光の前記プリズムへの入射角が、当該プリズムの下面からプリズム内に入射したのち当該プリズムの上面から前記生体部位に向け出射することが可能な角度に設定される。また、上記プリズムは、当該プリズムの上面から出射した上記面発光の光を上記生体部位に照射し、当該面発光の光の照射により上記生体部位で発生した散乱光を当該プリズムの上面からプリズム内に導入し、当該プリズム内でその下面と上面との間で全反射させながら上記側面から上記受光素子へ向け出射するように構成される。

すなわち、プリズムの上面に生体部位が接触したときに、この生体部位に光が照射されて散乱光が発生し、この散乱光がプリズムの側面に設置された受光素子で受光され、その受光量の変化が生体部位の容積脈波を表す情報として検出される。
したがって、プリズムの上面のどの位置に生体部位が接触しても、この接触による受光量の変化をもとに生体部位の容積脈波を表す情報を検出することができる。このため、測定位置への生体部位の位置合わせの制約を大幅に軽減してユーザの操作上の負担を減らすことができる。また、ユーザの操作上の負担を軽減するために多数のセンサを配置する必要がなくなり、これにより装置の部品点数及び回路のチャンネル数の増加を防止して、回路構成の簡単小型化と消費電力の低減を図ることができる。さらに、入射光がプリズムの内部で全反射する範囲内であれば、プリズムの形状及びサイズを任意に設計することができる。すなわち、装置をユーザの手指などの生体部位がよく触れる箇所に設置しておけば、ユーザが普段と同様の生活をするだけでその容積脈波を検出することができ、その結果種々様々な用途へ利用可能である。
またプリズムには、面発光源から面発光された光が入射するため、プリズムの上面のどの位置においても光量を均一にすることが可能となる。このため、生体部位をプリズム上面のどの位置に接触させても均一な受光量の変化を検出することが可能となり、これにより容積脈波の検出結果の接触位置によるばらつきを低減することができる。しかも、上記面発光の光の入射角度は、当該プリズムの下面からプリズム内に入射したのち当該プリズムの上面から前記生体部位に向け出射することが可能な角度に設定されているため、生体部位に対し光を効率良く照射することができ、これにより容積脈波の検出結果のＳ／Ｎを向上させることが可能となる。

また、この発明の第１の観点は以下のような種々態様が考えられる。
第１の態様は、上記面発光源を、単一あるいは複数の発光素子により構成するものである。このようにすると、単一あるいは複数の発光素子の発光をプリズムに直接入射させることができる。
第２の態様は、面発光源を、板状をなしその側面から入射した光を上面から面発光させる導光部材により構成するものである。このようにすると、小数の発光素子を用いて面発光を実現することができる。
第３の態様は、上記導光部材の側面に光を入射する発光素子をさらに備えたものである。このようにすると、自然光や室内光では十分な受光量が得られない場合でも、常に高精度で安定した測定を行うことが可能となる。

第４の態様は、プリズムの側面と受光素子との間に集光光学系を配置し、プリズムの側面から出射する光をこの集光光学系により集光して受光素子に受光させるようにするものである。このようにすると、プリズムから出射される光を効率良く受光することができ、これにより測定精度を高めることが可能となる。

この発明の第２の観点は、生体部位から容積脈波に関する情報を検出する装置において、生体部位が接触していない状態では側面から入射した光を上面と下面との間で全反射させ、生体部位が前記上面に接触した状態では前記入射光の生体部位による散乱光を下面から出射する弾性透明部材と、前記弾性透明部材の下面から出射された散乱光を上面から導入して当該上面と下面との間で全反射させながら側面に導き、この側面から外部へ出射するプリズムと、このプリズムの側面から出射された光を受光してその受光量に応じた受光信号を出力する受光素子と、信号処理部を備える。そして、信号処理部により、受光素子から出力された受光信号をもとに、弾性透明部材の上面に生体部位が接触したときに発生する前記受光量の変化を検出し、この検出された受光量の変化を表す情報を生体部位の容積脈波を表す情報として出力するように構成したものである。

したがって、上記第１の観点で述べたように、この第２の観点においても同様の効果を得ることができる。さらにこの第２の観点によれば、生体部位の接触面を弾性透明部材としたことにより、生体部位の接触による光の散乱をより多く発生させることができ、これにより容積脈波の検出精度をより高めることが可能となる。

またこの第２の観点においても以下のような態様が考えられる。
第１の態様は、弾性透明部材内にその側面から光を入射する発光素子をさらに備えるようにしたものである。このようにすると、第１の観点においても述べたように、自然光や室内光では十分な受光量が得られない場合でも、常に高精度で安定した測定を行うことが可能となる。

第２の態様は、プリズムの側面と前記受光素子との間に集光光学系を配置し、プリズムの側面から出射する光を集光して受光素子に受光させるようにしたものである。このように構成すると、プリズムから出射される光を効率良く受光することができ、これにより測定精度を高めることが可能となる。

第３の態様は、プリズムの下面と接触又は対向する位置に反射光学系を配置し、プリズムの下面から漏出した散乱光を反射させて当該下面からプリズム内に再入射させるようにしたものである。このようにすると、プリズムの下面から漏出する光を結果的に低減して受光素子の受光量を高めることができ、これにより測定精度を高めることが可能となる。

この発明の第３の観点は、板状又は柱状をなしその第１の側面から入射した光を前記生体部位の接触面となる上面と下面との間で全反射させながら当該入射光の主たる成分を第２の側面に導いてこの第２の側面から外部へ出射するプリズムと、このプリズム内にその第１の側面から光を入射する発光素子とを備える生体情報検出装置において、上記プリズムの第２の側面を除いた面に受光素子を対向配置し、上記プリズムの上面に生体部位が接触したときに当該生体部位により散乱して当該プリズムの上記第２の側面を除いた面から漏出する光を上記受光素子で受光する。そして、この受光素子から出力された受光信号をもとに、上記プリズムの上面に生体部位が接触したときに発生する前記受光量の変化を検出し、この検出された受光量の変化を表す情報を上記生体部位の容積脈波を表す情報として出力するように構成したものである。

このように構成すると、検出感度を高めるために発光素子からプリズム内に入射するセンサ光の光量を大きく設定した場合でも、上記したように受光素子では、生体部位により散乱してプリズムの側面から漏出する光成分と、プリズムの側面や上下面から自然に漏出する光量の小さいセンサ光のみが受光され、光量の大きな主たるセンサ光は受光されない。このため、受光素子の飽和を防止して、生体部位において散乱した光成分の変化を高感度に検出することが可能となり、これにより生体情報の取得精度が向上する。

さらに、上記第１乃至第３の観点においては以下のような態様も考えられる。すなわち、上記受光素子と同一又は類似する受光特性を有し受光面が前記プリズムの受光面と対応するように配置される環境光受光素子を少なくとも有し、上記プリズムの使用環境中における光量変化を表す環境光受光部をさらに具備し、この環境光受光部により上記環境光を受光してその受光信号を出力する。また、上記信号処理部に環境光成分除去部をさらに備え、上記環境光受光部から出力された環境光受光信号をもとに、上記受光素子から出力された受光信号から当該受光信号に含まれる環境光の信号成分を除去し、この環境光の信号成分が除去された受光信号を上記受光量の変化を検出するための処理に供する。

このように構成すると、生体部位の容積脈波を表す情報を得ようとするときに、受光素子で受光される光に含まれる環境光と同一又は類似する環境光が環境光検出部において受信検出される。そして、信号処理部に新たに設けられた環境光成分除去部により、上記環境光検出部により受信検出された環境光を表す信号に基づいて、上記受光素子から出力された受光信号に含まれる環境光由来のノイズ成分が除去される。このため、上記環境光由来のノイズ成分が除去された受光信号をもとに容積脈波の波形を検出することが可能となり、容積脈波波形の検出精度をより高めることが可能となる。

すなわちこの発明によれば、測定位置への生体部位の位置合わせの制約を大幅に軽減してユーザの操作上の負担を減らすことができ、しかも回路構成の簡単小型化と消費電力の低減を図った生体情報検出装置を提供することができる。

この発明の第１の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例１の構成を示す図。 図１に示した生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの実施例２及び実施例３の構成を示す図。 図１に示した生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの動作説明に使用するための図。 図１に示した生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの実施例４の構成を示す図。 図１に示した生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの実施例５の構成を示す図。 図１に示した生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの実施例６の構成を示す図。 この発明の第２の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの実施例１の構成を示す図。 図７に示した光検出ユニットの動作説明に使用するための図。 図７に示した光検出ユニットの実施例２の構成を示す図。 図７に示した光検出ユニットの実施例３の構成を示す図。 この発明の第３の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの実施例１の構成を示す図。 図１１に示した光検出ユニットの動作説明に使用するための図。 図１１に示した光検出ユニットの実施例２、３及び４の構成を示す図。 図１１に示した光検出ユニットの実施例５の構成を示す図。 この発明の第１の実施形態に係る生体情報検出装置における光検出ユニットの実施例８の構成を示す図。 この発明の第１の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例９の第１の構成を示す図。 この発明の第１の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例９の第２の構成を示す図。 この発明の第１の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例９の第３の構成を示す図。 この発明の第２の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例５の第１の構成を示す図。 この発明の第２の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例５の第２の構成を示す図。 この発明の第２の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例５の第３の構成を示す図。 この発明の第１の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例６の第１の構成を示す図。 この発明の第１の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例６の第２の構成を示す図。 この発明の第１の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例６の第３の構成を示す図。 この発明の第４の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの実施例１の構成を示す図。 この発明の第４の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例２の第１の構成を示す図。 この発明の第４の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例２の第２の構成を示す図。

以下、図面を参照してこの発明に係わる種々実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
（実施例１）
図１は、この発明の第１の実施形態に係わる生体情報検出装置の実施例１の構成を示す図である。この生体情報検出装置は、光検出ユニット１００と、信号処理ユニット２００とから構成される。

光検出ユニット１００は、短冊状をなす長方形板に成形されたプリズム２を備え、このプリズム２の入射面として機能する第１の端面（第１の側面）２ａに発光素子１を対向配置すると共に、出射面として機能する第２の端面（第２の側面）２ｃに受光素子３を対向配置したものとなっている。

発光素子１は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなり、上記プリズム２内に上記入射面２ａからセンサ光４を入射する。センサ光４としては、例えば０．７〜２．５μｍの波長を持つ近赤外光が用いられる。それは、血液中のヘモグロビンが特にこの波長を持つ近赤外光を吸収する特性があるためである。しかしながら、必ずしもこの波長に限定されるものではない。

プリズム２は、上記発光素子１が照射するセンサ光４に対して透明で、空気よりも高い屈折率を持つことが望ましく、一例としてはアクリル樹脂（屈折率１．４９）を素材とするものが用いられる。ただし、必ずしもこの素材及びこの屈折率に限定されるものではない。プリズム２の上面は、測定対象物である生体部位を接触させるセンサ面２ｂとして機能する。

受光素子３は、フォトダイオードやフォトトランジスタ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary MOS）といった光量を検出可能なセンサからなり、上記プリズム２の出射面２ｃから出射されたセンサ光４を受光してその受光信号を信号処理ユニット２００に入力する。

信号処理ユニット２００は、増幅部２１と、アナログ／ディジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）２２と、波形処理・出力部２３を備えている。増幅部２１は、上記受光素子３から入力されたアナログの受光信号を、いわゆるオペアンプ等を用いた公知の増幅回路により増幅して出力する。Ａ／Ｄ変換部２２は、上記増幅部２１から出力されたアナログの受光信号をディジタル信号に変換して出力する。

波形処理・出力部２３は、Ａ／Ｄ変換器から出力されたディジタルの受光信号を取り込み、容積脈波の波形解析を行う。解析処理の内容としては、ディジタル受光信号の時間変化を時系列データとして取得し、この取得された時系列データを平滑化してノイズ成分を除去する処理と、このノイズ成分が除去された時系列データを２階微分することで容積脈波の波形の詳細な変化を検出する処理と、この検出された容積脈波の波形の変化に基づいて容積脈波の特徴を検出する処理がある。

なお、容積脈波の特徴を検出する処理としては、例えば医学診断分野であれば生体の血管の硬化度合いを検出することや、時系列データのピークを検出してこの検出されたピークの間隔から脈拍間隔を検出すること、時系列データの周期性を検出してこの検出された周期性から生体が安静状態であるかどうかを判定すること等が考えられる。また、テレビジョン装置等のリモートコントローラを使用した情報入力の技術分野であれば、容積脈波の波形データから特徴量ベクトルを抽出し、この抽出した特徴量ベクトルが確率分布に従うものとしてとらえてクラスタリング処理を行う。そして、このクラスタリング処理の結果をもとにユーザを認識する処理等が考えられる。なお、容積脈波の特徴を検出する処理の用途は、これらのみに限定されるものでなくその他の用途でもよい。

次に、以上のように構成された生体情報検出装置のうち、光検出ユニット１００の動作を説明する。
プリズム２の入射面２ａからプリズム２内に入射された発光素子１のセンサ光４は、例えば図３（ａ）に示すように、プリズム２内でそのセンサ面２ｂと下面との間で全反射を繰り返しながら出射面２ｃに到達し、この出射面２ｃから出射されて受光素子３により受光される。

このとき、センサ光４を全反射させるための条件は以下のように定義される。すなわち、プリズム２のセンサ面２ｂ又は下面から外部の空気層へセンサ光４が出射する際の臨界角θは、プリズム２の屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ２とすると、反射の法則を用いて以下の式で計算される。
θ＝arcsin（ｎ２／ｎ１） …（１）
そして、プリズム２として先に述べた屈折率ｎ１＝１．４９のアクリル樹脂を用いたとすれば、空気の屈折率ｎ２＝１であるから、上記（１）よりθ＝４２．１５５°と算出される。すなわち、プリズム２のセンサ面２ｂおよびその下面に対しこのθ＝４２．１５５°より小さい角度でセンサ光４が入射するよう、プリズム２の内部にセンサ光４を入射すれば、入射されたセンサ光４はプリズム２のセンサ面２ｂ又は下面から外部へ漏出することなく全反射を繰り返して出射面２ｃまで伝達されることになる。

さて、この状態で例えば図３（ｂ）に示すように、被検査者が生体部位７としての自身の指先をプリズム２のセンサ面２ｂの任意の位置Ｐに接触させたとする。このとき、プリズム２のセンサ面２ｂから生体部位７へセンサ光４が出射する際の臨界角θ′は、生体部位７（皮膚）の屈折率ｎ３を１．３５とすると、
θ′＝arcsin（ｎ３／ｎ１） …（２）
より、θ′＝６４．９６４°と算出される。なお、生体部位の皮膚の屈折率が１．３５であることは、例えば上田豊甫、「経皮導入機器を用いた皮膚透過性の研究」、２００７年、明星大学研究成果報告会に詳しく記載されている。

したがって、プリズム２の上面（センサ面）２ｂの位置Ｐに生体部位７を接触させると、プリズム２内のセンサ光４のうち上記位置Ｐに対し６４．９６４°〜９０°の入射角で入射する光成分４pbについては、接触前の（ａ）のときと同様に全反射するが、プリズム２内で４２．１５５°〜６４．９６４°の角度で上記接触位置Ｐに入射する光成分４paは、全反射せずにプリズム２のセンサ面２ｂから外部へ漏出して生体部位７に照射され、散乱光５となる。

散乱光５の光量は、血液中のヘモグロビン量に応じて変化する。これは、血液中のヘモグロビンは赤外光を吸収する性質があるため、生体部位７の内部に存在する末梢血管の容積変化に応じて、生体部位７の外部へ散乱する光量と、吸収される光量の割合が変化するためである。散乱光５のうちその一部である光成分６は、プリズム２の内部へセンサ面２ｂから再び入射したのちプリズム２の内部で全反射してセンサ光４の一部となり、出射面２ｃから出射されて受光素子３で受光される。なお、プリズム２内に再入射後にセンサ光４の一部となる光成分６とは、プリズム２の内部の上面及び下面に対する入射角が上述した４２．１５５°より大きい成分である。

上記したように、センサ光４の一部に含まれる光成分６の光量は生体部位７中の血液容積に応じて変化する。このため、受光素子３から出力される受光信号の信号レベルも、上記生体部位７中の血液容積の変化が反映された値となる。ここで、生体部位７の中の血液容積は心臓の拍動によって時間的に変化する。このため、上記受光信号の信号レベルの時間変化は容積脈波の波形を表すものとなり、この波形より生体の血管の硬化度合いや脈拍間隔、その周期性等を判定することが可能となり、また容積脈波の波形データの特徴からユーザを認識することが可能になる。

（実施例２、３）
プリズム２の形状としては、実施例１として図１に示した短冊状をなす長方形板以外に、例えば図２（ａ）の実施例２に示すようにセンサ面２ｂが曲面に形成されたものであってもよく、また図２（ｂ）の実施例３に示すように円柱形状としてその側面をセンサ面２ｂとして使用するものでもよい。要するに、プリズム２内部においてセンサ光４が全反射し、生体部位が接触している位置ではその一部がプリズム２の外部へ漏出し、さらに生体部位に散乱した散乱光が内部へ再入射し、再び内部で全反射する特性を保持した形状であれば、プリズム２の形状は如何なるものであってもよい。

（実施例４）
さらに、プリズム２へのセンサ光４の入射角は、プリズム２内に入射したセンサ光４がセンサ面２ｂのできる限り広い領域で全反射するように設定することが望ましい。このため、発光素子１の配置及び構成として、例えば図４（ａ）〜（ｄ）の実施例４に示すものが考えられる。

先ず図４（ａ）に示すものは、発光素子１として指向角が比較的広いものを用いることでプリズム２のセンサ面２ｂに対し入射角を大きく設定したものである。次に図４（ｂ）に示すものは発光素子１をプリズム２のセンサ面２ｂに対して角度を持たせて配置したものであり、図４（ｃ）に示すものはプリズム２の入射面２ａをセンサ面２ｂに対して垂直ではない角度に設定したものである。また、図４（ｄ）に示すものは、発光素子１とプリズム２の入射面２ａとの間に光を拡散させる機能を持ったフィルタ１ａを設けるようにしたものである。要するに、プリズム２内に入射されたセンサ光４がセンサ面２ｂ上で位置によらず全反射するように、発光素子１の配置や構成を決定すればよい。
また、発光素子１として使用される発光ダイオード（ＬＥＤ）には指向角が８°〜１５°程度のものが考えられるが、これより指向角度が狭いものでも、また広いものであってもよく、この数値で指定した範囲に限定されるものではない。

（実施例５）
図５は、第１の実施形態に係る生体情報検出装置における光検出ユニット１００の実施例５の構成を示すものである。この実施例５は、プリズム２の出射面２ｃと受光素子３との間に集光レンズ８を配置したものである。このように構成すると、受光素子３の受光精度を高めることが可能になる。

（実施例６）
図６は、第１の実施形態に係る生体情報検出装置における光検出ユニット１００の実施例６の構成を示すものである。この実施例６は、プリズム２の下面にわずかな空気層を介して反射鏡９を配置したものである。
このように構成すると、生体部位７において散乱したのちプリズム２のセンサ面２ｂからプリズム内に再入射した散乱光のうち、プリズム２の内部で全反射せずにプリズム２の下面から外部へ出射した光４ｘを上記反射鏡９で反射して再度生体部位７に照射することが可能になる。この結果、生体部位７に対する照射光量を増やして生体情報の取得精度を向上させることができる。

（実施例７）
プリズム２のセンサ面２ｂに対する生体部位７の接触面積を増やすために、プリズム２のセンサ面２ｂにシリコン等のコーティングを施すようにしてもよい。このようにすると、プリズム２のセンサ面２ｂから漏出する光量を増加させ、より精度よく生体情報を取得することが可能になる。ただし、その場合の加工はこの例に限定されない。
また、プリズム２のセンサ面２ｂには外乱光を遮断するための偏光板を設置してもよい。このようにすると、プリズム２の内部に外乱光が侵入することを防ぎ、より精度よく生体情報を取得することが可能になる。

（実施例８）
図１５は、第１の実施形態に係る生体情報検出装置における光検出ユニット１００の実施例８の構成を示すものである。実施例１では発光素子１と受光素子３とを対向配置していたのに対し、この実施例８は発光素子１からプリズム２に入射されたセンサ光４を直接受光しない位置に受光素子３を配置したものである。

すなわち、図１５の構成ではプリズム２の側面部に対向するように受光素子３が配置している。その配置位置として、図１５の構成では、生体部位７の接触位置の近傍の側面に１個の受光素子３を配置しているが、プリズム２の側面全体を網羅するように、受光素子３を複数個配置してもよい。なお、発光素子１と受光素子３との位置関係としては直交する関係が考えられるが、これに限定されるものではなく、発光素子１からプリズム２に入射されたセンサ光４のうち、受光素子３に直接入射する光量が小さくなる位置関係であればよい。

一例としては、発光素子１からプリズム２に入射されたセンサ光４のうちの主たる光成分が出射するプリズム２の側面２ｃを除き、プリズム２のその他の側面や上面、下面の中から選んだ面に受光素子３を対向配置する。上記位置関係を決めるための具体的な手法としては、例えばセンサ光４が受光素子３に入射する光量が、受光素子３が検出可能な光量の上限値（ダイナミックレンジ）を超えない位置を選択する手法が考えられる。

このように構成すると、生体部位７において散乱したのちプリズム２の内部へ再び入射して当該内部で全反射したのちプリズム２の側面から漏出する光成分６と、プリズム２の側面から漏出する光量の小さいセンサ光４が受光素子３で受光されることになる。このため、出射面２ｃから出射される光量の大きい主たるセンサ光４は受光素子３では受光されない。

ちなみに、実施例１に例示した構成（図１）では、発光素子１からプリズム２内に入射されたセンサ光４の光量が大きく、その結果プリズム２の出射面２ｃから出射される主たるセンサ光４の光量が、受光素子３が検出可能な光量の上限値（ダイナミックレンジ）を超えてしまうことがある。この場合、受光素子３が飽和してしまい、上記光成分６の光量変化を検出することが困難となる。

これに対し実施例８の構成であれば、検出感度を高めるために発光素子１からプリズム２内に入射するセンサ光４の光量を大きく設定した場合でも、上記したように受光素子３では、生体部位７により散乱してプリズムの側面から漏出する光成分６と、プリズム２の側面２ｃ以外の側面から自然に漏出する光量の小さいセンサ光４のみが受光され、光量の大きな主たるセンサ光４は受光されない。このため、受光素子３の飽和を防止して、生体部位７において散乱した光成分６の変化を高感度に検出することが可能となり、これにより生体情報の取得精度が向上する。

（実施例９）
図１６は、第１の実施形態に係る生体情報検出装置の実施例９の構成を示すものである。なお、図１６において前記図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
実施例９では、実施例１で述べた光検出ユニット１００に加え、環境光の変化に応じた環境光信号を出力するための環境光検出ユニット３００を新たに設けている。また信号処理ユニット２１０には、環境光ノイズ除去部２４を新たに設けている。

環境光検出ユニット３００は、光検出ユニット１００の使用環境中における光量変化を表す環境光を検出するためのもので、環境光受光素子３０２を有する。この環境光受光素子３０２は、その受光面が光検出ユニット１００のプリズム２の受光面と同一の面に対向するように配置され、環境光に応じた環境光信号を生成してこの環境光信号を信号処理ユニット２１０の環境光ノイズ除去部２４へ出力する。環境光ノイズ除去部２４は、上記環境光検出ユニット３００から出力された環境光信号に基づいて、上記光検出ユニット１００の受光素子３が送信した受光信号から、環境光由来のノイズ成分を減算して除去する処理を行う。

なお、環境光受光素子３０２は光検出ユニット１００の受光素子３と同一の受光素子を用いるか、或いは当該受光素子３と同一又は類似した受光特性を持つものを用いることで、受光素子３が受光する受光信号に含まれる環境光由来のノイズ成分を正確に生成できる。

このような構成であるから、光検出ユニット１００の使用中に環境光検出ユニット３００では、当該光検出ユニット１００の使用環境中に発生する環境光と同一の環境光に応じた環境光信号が生成され、信号処理ユニット２１０の環境光ノイズ除去部２４に入力される。そして、環境光ノイズ除去部２４において、上記環境光検出ユニット３００から出力された環境光信号に基づいて、光検出ユニット１００の受光素子３が出力した受光信号から環境光由来のノイズ成分が除去され、この環境光由来のノイズ成分が除去された受光信号が増幅部２１及びＡ／Ｄ変換部２２を介して波形処理・出力部２３に入力される。このため、波形処理・出力部２３では、上記環境光由来のノイズ成分が除去された受光信号をもとに容積脈波の波形を検出することが可能となる。

なお、環境光検出ユニット３００には以下のような変形例が考えられる。すなわち、図１６では環境光受光素子３０２のみを設けた場合を例示したが、図１７に示すように環境光検出ユニット３１０を環境光受光素子３０２と環境光プリズム３０３とから構成してもよい。環境光プリズム３０３は、光検出ユニット１００のプリズム２と同一の素材で構成されかつ同一の形状及びサイズを有するもので、プリズム２と近接して平行に配置される。また、環境光受光素子３０２は、上記環境光プリズム３０３の光出射端に対向配置され、環境光プリズム３０３内部に入射したのち出射した環境光を受光する。

環境光は、プリズム２に入射してプリズム２内を進行した後出射するまでの過程で環境光自身が持つゲインが減少するといった、環境光自身の特性変化が生じる可能性がある。しかし、このように構成することで、プリズム２において発生する環境光の特性変化を環境光プリズム３０３において再現することが可能となり、これにより環境光由来のノイズ成分をより精度良く除去した良好な受光信号を検出することが可能になる。

また、図１８に示すように環境光検出ユニット３２０を、環境光受光素子３０２と、環境光プリズム３０３と、環境光発光素子３０４とから構成してもよい。環境光発光素子３０４は、環境光プリズム３０３の光入射端となる面に対向して配置される。環境光発光素子３０４には、光検出ユニット１００の発光素子１と同一種類、或いは同一又は類似した特性を有する素子を使用することが望ましい。
このように構成することで、環境光受光素子３０２では、光検出ユニット１００の受光素子３が検出する受光信号に含まれる環境光の成分と類似した信号を環境光信号として検出することが可能になる。

さらに、環境光ノイズ除去部２４における除去処理の手段としては、光検出ユニット１００から出力された受光信号から環境光検出ユニット３００，３１０又は３２０から出力された環境光信号を減算する以外に、フィルタリング処理により環境光信号特有の波長成分を除去するものであってもよい。

なお、環境光検出ユニット３００、３１０又は３２０の設置個数は特に限定されず、単一であっても、あるいは複数個の設置であってもよい。複数個を設置する場合には、例えば複数個の環境光検出ユニットが検出した環境光信号を平均することで環境光信号を生成することが考えられる。

また、環境光検出ユニット３００、３１０又は３２０の設置位置は、光検出ユニット１００の受光素子３により検出される受光信号に含まれる環境光由来のノイズに近い信号を環境光信号として検出できる位置が望ましく、その例としては光検出ユニット１００に隣接する位置に設置することが考えられるが、これに限定されない。

以上詳述したように実施例９によれば、例えば生体情報取得装置がテレビジョン受信機等の映像変化により環境光が変動するような環境で使用され、環境光の変動が受光信号にノイズの影響を及ぼすような状況であっても、そのノイズ成分を除去して良好な受光信号を生成することが可能となる。

以上詳述したように第１の実施形態では、光検出ユニット１００を、短冊状をなす長方形板からなるプリズム２にその入射面２ａから発光素子１のセンサ光４を入射し、このセンサ光４がプリズム２内で全反射を繰り返して出射面２ｃから出射し受光素子３で受光されるように構成している。そして、プリズム２のセンサ面２ｂに生体部位７が接触した場合に、その接触面における屈折率の変化によりプリズム２から生体部位７にセンサ光４の一部を照射して散乱光５を発生させ、この散乱光５のうちプリズム２内に再入射してプリズム２の内部で全反射する光成分６を生じさせ、そしてこの光成分６を含んだセンサ光４を受光素子３で受光し、その受光信号を信号処理ユニット２００に入力することで上記生体部位７の容積脈波の波形を検出するようにしている。

したがって、プリズム２のセンサ面２ｂのどの位置に生体部位７が接触しても、この接触による受光量の変化をもとに生体部位７の容積脈波の波形を検出することが可能となる。このため、生体部位７の位置合わせの制約を大幅に軽減してユーザの操作上の負担を減らすことができる。また、ユーザの操作上の負担を軽減するために多数のセンサを配置する必要もなくなり、これにより装置の部品点数及び回路のチャンネル数の増加を防止して、回路構成の簡単小型化と消費電力の低減を図ることができる。

［第２の実施形態］
（実施例１）
この発明の第２の実施形態は、プリズムのセンサ面とは反対側となる面に空気層を隔てて導光板を配置し、この導光板の上面から面発光されたセンサ光を上記プリズムにその下面から入射させる。そして、この状態でプリズムのセンサ面に生体部位が接触したときに、上記センサ光のうちプリズムの端部から出射される光を受光素子で受光し、この受光信号を信号処理ユニットで処理して生体部位の容積脈波の波形の特徴を検出するようにしたものである。

図７はこの発明の第２の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの実施例１の構成を示すものである。なお、信号処理ユニット２００については第１の実施形態と同一であるため図示を省略している。また、光検出ユニット１１０についても前記図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

プリズム２の下面側には、わずかな空気層を隔てて導光板１０が対向配置されている。導光板１０はその平面寸法がプリズム２と同じサイズに設定され、発光素子１から発光されたセンサ光４をその端面から入射して面発光する面発光センサ光４ａに変換し、この面発光センサ光４ａを上面から出射してプリズム２の下面に入射させるものである。すなわち、導光板１０は液晶ディスプレイのバックライト等で用いられている公知の技術を採用することにより実現される。

導光板１０から面発光された面発光センサ光４ａのプリズム２への入射角は、プリズム２に入射する際に全反射せずにプリズム２の内部へ入射し、プリズム２を通過してそのセンサ面２ｂから上方へ出射することが可能な角度に設定される。入射角度の一例としては、０°が最適であるが、それ以外の角度、例えば１°〜１０°程度のわずかに角度を持たせた角度であってもよい。

このような構成であるから、プリズム２のセンサ面２ｂに生体部位７である指先を接触させると、上記面発光センサ光４ａが図８に示すように生体部位７に照射されて散乱する散乱光５が生じる。そして、この散乱光５の一部がプリズム２のセンサ面２ｂからプリズム２内に入射し、プリズム２内を全反射する光成分６となり、光成分６はプリズム２内を全反射しながらその端部から出射されて受光素子３で受光される。
したがって、この第２の実施形態においても、受光素子３による受光信号を信号処理ユニット２００で信号処理することにより、生体部位７の容積脈波の波形の特徴を検出することが可能となる。

（実施例２）
図９は、この第２の実施形態に係る生体情報検出装置の実施例２の構成を示すものである。この実施例２は、導光板１０の相対向する両端面にそれぞれ発光素子１，１を配置して導光板１０内に光を入射し、かつプリズム２の両端面にそれぞれ受光素子３，３を配置してプリズム２の出射光を受光するようにしたものである。受光素子３，３から出力された受光信号は信号処理ユニット２００内で合成される。

このように構成すると、プリズム２に対する面発光の入射位置によるばらつきを低減し、かつ生体部位７による散乱光の受光量の合計値を増やすことができる。このため、生体部位７をプリズム２のセンサ面２ｂのどこに接触させても、受光素子３から得られる受光信号の信号レベルを高めることができ、これにより容積脈波の検出精度をより高めることが可能となる。

（実施例３）
図１０は、この第２の実施形態に係る光検出ユニット１１０の実施例３の構成を示すものである。この実施例３は、プリズム２の出射面と受光素子３との間に集光レンズ８を配置し、プリズム２の出射面から出射される光成分６を集光レンズ８により集光して受光素子３に受光させるように構成したものである。
このような構成であるから、受光素子３における光成分６の受光量を増やすことが可能となり、これにより信号処理ユニット２００における容積脈波の検出精度をさらに高めることが可能となる。

（実施例４）
また、プリズム２のセンサ面２ｂを加工することによって、プリズム２のセンサ２ｂと生体部位７とが接触する際の接触面積を増やすようにしてもよい。このようにすると、散乱光５の光量を増やして、生体情報の検出精度を向上させることが可能になる。
その一例としては、プリズム２のセンサ面２ｂにシリコンをコーティングすることが考えられる。さらに、プリズム２のセンサ面２ｂに特定の角度の外乱光を遮断する偏光板を貼ってもよい。例えば、プリズム２のセンサ面２ｂに対して垂直に入射する外乱光を遮る性質を持った偏光板を貼ることが考えられる。これにより、散乱光５がプリズム２の内部へ入射することを遮ることなく外乱光の影響を抑え、生体情報の検出精度を向上させることが可能になる。

（実施例５）
図１９は、第２の実施形態に係る生体情報検出装置の実施例５の構成を示すものである。なお、図１９において前記図７と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
実施例５では、実施例１で述べた光検出ユニット１１０に加え、環境光の変化に応じた環境光信号を出力するための環境光検出ユニット３００を新たに設けている。また信号処理ユニット２１０には、環境光ノイズ除去部２４を新たに設けている。

環境光検出ユニット３００は、光検出ユニット１１０の使用環境中における光量変化を表す環境光を検出するためのもので、環境光受光素子３０２を有する。この環境光受光素子３０２は、その受光面が光検出ユニット１１０のプリズム２の受光面と同一の面に対応するように配置され、環境光に応じた環境光信号を生成してこの環境光信号を信号処理ユニット２１０の環境光ノイズ除去部２４へ出力する。環境光ノイズ除去部２４は、上記環境光検出ユニット３００から出力された環境光信号に基づいて、上記光検出ユニット１１０の受光素子３が送信した受光信号から、環境光由来のノイズ成分を減算して除去する処理を行う。

なお、環境光受光素子３０２は光検出ユニット１１０の受光素子３と同一の受光素子を用いるか、或いは当該受光素子３と同一又は類似した受光特性を持つものを用いることで、受光素子３が受光する受光信号に含まれる環境光由来のノイズ成分を正確に生成できる。

このような構成であるから、光検出ユニット１１０の使用中に環境光検出ユニット３００では、当該光検出ユニット１１０の使用環境中に発生する環境光と同一の環境光に応じた環境光信号が生成され、信号処理ユニット２１０の環境光ノイズ除去部２４に入力される。そして、環境光ノイズ除去部２４において、上記環境光検出ユニット３００から出力された環境光信号に基づいて、光検出ユニット１１０の受光素子３が出力した受光信号から環境光由来のノイズ成分が除去され、この環境光由来のノイズ成分が除去された受光信号が増幅部２１及びＡ／Ｄ変換部２２を介して波形処理・出力部２３に入力される。このため、波形処理・出力部２３では、上記環境光由来のノイズ成分が除去された受光信号をもとに容積脈波の波形を検出することが可能となる。

なお、環境光検出ユニット３００には以下のような変形例が考えられる。すなわち、図１９では環境光受光素子３０２のみを設けた場合を例示したが、図２０に示すように環境光検出ユニット３３０を環境光受光素子３０２と、環境光プリズム３０３と、環境光導光板３０５とから構成してもよい。環境光導光板３０５は、光検出ユニット１１０の導光板１０と同一の素材で構成されかつ同一の形状及びサイズを有するもので、導光板１０と近接して平行に配置される。環境光プリズム３０３は、光検出ユニット１１０のプリズム２と同一の素材で構成されかつ同一の形状及びサイズを有するもので、プリズム２と近接して平行に配置される。環境光受光素子３０２は、上記環境光プリズム３０３の光出射端に対向配置され、上記環境光導光板３０５から環境光プリズム３０３内部に入射したのち出射した環境光を受光する。

環境光は、導光板１０を経たのちプリズム２に入射して当該プリズム２内を進行したのち出射するまでの過程で環境光自身が持つゲインが減少するといった、環境光自身の特性変化が生じる可能性がある。しかし、このように構成することで、導光板１０及びプリズム２を通過中に発生する環境光の特性変化を環境光導光板３０５及び環境光プリズム３０３において再現することが可能となり、これにより環境光由来のノイズ成分をより精度良く除去した良好な受光信号を検出することが可能になる。

また、図２１に示すように環境光検出ユニット３４０を、環境光受光素子３０２と、環境光プリズム３０３と、環境光発光素子３０４と、環境光導光板３０５とから構成してもよい。環境光発光素子３０４は、環境光導光板３０５の光入射端となる面に対向して配置される。環境光発光素子３０４には、光検出ユニット１１０の発光素子１と同一種類、或いは同一又は類似した特性を有する素子を使用することが望ましい。
このように構成することで、環境光受光素子３０２では、光検出ユニット１１０の受光素子３が検出する受光信号に含まれる環境光の成分と類似した信号を環境光信号として検出することが可能になる。

さらに、環境光ノイズ除去部２４における除去処理の手段としては、光検出ユニット１１０から出力された受光信号から環境光検出ユニット３００，３３０又は３４０から出力された環境光信号を減算する以外に、フィルタリング処理により環境光信号特有の波長成分を除去するものであってもよい。

なお、環境光検出ユニット３００、３３０又は３４０の設置個数は特に限定されず、単一であっても、あるいは複数個の設置であってもよい。複数個を設置する場合には、例えば複数個の環境光検出ユニットが検出した環境光信号を平均することで環境光信号を生成することが考えられる。

また、環境光検出ユニット３００、３３０又は３４０の設置位置は、光検出ユニット１１０の受光素子３により検出される受光信号に含まれる環境光由来のノイズに近い信号を環境光信号として検出できる位置が望ましく、その例としては光検出ユニット１１０に隣接する位置に設置することが考えられるが、これに限定されない。

以上詳述したように実施例５によれば、例えば生体情報取得装置がテレビジョン受信機等の映像変化により環境光が変動するような環境で使用され、環境光の変動が受光信号にノイズの影響を及ぼすような状況であっても、そのノイズ成分を除去して良好な受光信号を生成することが可能となる。

以上詳述したように第２の実施形態に係る光検出ユニット１１０では、プリズム２のセンサ面２ｂとは反対側となる面にわずかな空気層を隔てて導光板１０を配置し、この導光板１０から面発光されたセンサ光を上記プリズム２にその下面から入射させる。そして、この状態でプリズム２のセンサ面２ｂに生体部位７が接触したときに、上記センサ光のうちプリズム２の端部から出射される光成分６を受光素子３で受光するようにしている。

したがって、先に述べた第１の実施形態と同様の作用効果が得られることは勿論のこと、導光部材１１から面発光される光がプリズム２に入射されるため、プリズム２のセンサ面のどの位置においても光量を均一にすることが可能となる。このため、生体部位７をプリズム２のセンサ面のどの位置に接触させても均一な受光量の変化を検出することが可能となり、これにより容積脈波の検出結果の接触位置によるばらつきを低減することができる。

［第３の実施形態］
（実施例１）
この発明の第３の実施形態は、プリズムのセンサ面に対しわずかな空気層を隔てて透明な弾性部材を配置し、発光素子の光を弾性部材にその端面から入射する。この状体で弾性部材に生体部位が接触したとき、弾性部材の弾性変形により上記入射光が生体部位に照射され、これにより発生した散乱光の一部を弾性部材を介してプリズムに入射させる。そして、この入射光のうちプリズム端部から出射される光を受光素子で受光し、この受光信号を信号処理ユニットで処理して生体部位の容積脈波の波形の特徴を検出するように構成したものである。

図１１はこの発明の第３の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの実施例１の構成を示すものである。なお、信号処理ユニット２００については第１の実施形態と同一であるため図示を省略している。また、光検出ユニット１２０についても前記図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

プリズム２の上面には、わずかな空気層を隔てて透明な弾性部材１１が対向配置されている。この弾性部材１１の一端面には発光素子１が配置され、またプリズム２の一端面には受光素子３が配置されている。発光素子１から出射されたセンサ光４は、図１２（ａ）に示すように弾性部材１１内を直進するか、又は弾性部材１１内で全反射する。このため、上記センサ光４はプリズム２へは漏出しない。

これに対し、弾性部材１１の表面に生体部位７である指先を押しつけると、図１２（ｂ）に示すように生体部位７は弾性部材１１に沈み込み、それによってセンサ光４は生体部位７に照射され、散乱光５が発生する。そして、この散乱光５の一部は弾性部材１１を通過してプリズム２の内部へ入射し、さらにその一部である光成分６がプリズム２の内部で全反射を繰り返しながらプリズム２の端面から出射して受光素子３により受光される。
したがって、この第３の実施形態においても、受光素子３による受光信号を信号処理ユニット２００で信号処理することにより、生体部位７の容積脈波の波形の特徴を検出することが可能となる。

（実施例２）
図１３（ａ）は、この第３の実施形態に係る光検出ユニット１２０の実施例２の構成を示すものである。この実施例２は、弾性部材１１の相対向する両端面にそれぞれ発光素子１，１を配置して弾性部材１１内に光を入射し、かつプリズム２の両端面にそれぞれ受光素子３，３を配置してプリズム２の出射光を受光するようにしたものである。受光素子３，３から出力された受光信号は信号処理ユニット２００内で合成される。

このように構成すると、弾性部材１１の内部の位置による光量のばらつきを減らし、かつ生体部位７による散乱光の受光量の合計値を増やすことができる。このため、生体部位７を弾性部材１１のどこに接触させても、受光素子３から得られる受光信号の信号レベルを高く維持することができ、これにより容積脈波の検出精度をより高めることが可能となる。

（実施例３）
図１３（ｂ）は、この第３の実施形態に係る光検出ユニット１２０の実施例３の構成を示すものである。この実施例３は、弾性部材１１の発光素子１が配置された端面とは異なる他の端面に反射鏡１２を配置し、弾性部材１１の光入射端以外の端面から出射した光を上記反射鏡１２により反射させて弾性部材１１内に再入射させるように構成したものである。
このような構成であるから、新たな発光素子を設けなくても、弾性部材１１内部の位置による光量のばらつきを減らし、受光素子３における光成分６の受光量を増やすことが可能となり、これにより信号処理ユニット２００における容積脈波の検出精度をより高めることが可能となる。

（実施例４）
図１３（ｃ）は、この第３の実施形態に係る光検出ユニット１２０の実施例４の構成を示すものである。この実施例４は、プリズム２の出射面と受光素子３との間に集光レンズ８を配置し、プリズム２の出射面から出射される光成分６を集光レンズ８により集光して受光素子３に受光させるように構成したものである。
このような構成であるから、受光素子３における出射光の受光量を増やすことが可能となり、これにより信号処理ユニット２００における容積脈波の検出精度をさらに高めることが可能となる。

（実施例５）
図１４は、この第３の実施形態に係る光検出ユニット１２０の実施例５の構成を示すものである。この実施例５は、プリズム２の下面に対しわずかな空気層を隔てて反射鏡９を対向配置したものである。
このように構成すると、生体部位７により発生した散乱光５のうち、プリズム２を通過してその下面から漏出した光が上記反射鏡９により反射されてプリズム２に再入射する。そして、この再入射された光の一部がプリズム２の端面から出射された受光素子３で受光される。またそれと共に、上記再入射された光の他の一部は弾性部材１１を介して生体部位７に再照射される。このため、受光素子３における光成分６の受光量を増やすことが可能となり、これにより信号処理ユニット２００における容積脈波の検出精度をさらに高めることが可能となる。

（実施例６）
図２２は、第３の実施形態に係る生体情報検出装置の実施例６の構成を示すものである。なお、図２２において前記図１１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
実施例６では、実施例１で述べた光検出ユニット１２０に加え、環境光の変化に応じた環境光信号を出力するための環境光検出ユニット３００を新たに設けている。また信号処理ユニット２１０には、環境光ノイズ除去部２４を新たに設けている。

環境光検出ユニット３００は、光検出ユニット１００の使用環境中における光量変化を表す環境光を検出するためのもので、環境光受光素子３０２を有する。この環境光受光素子３０２は、その受光面が光検出ユニット１２０のプリズム２の受光面と同一の面に対向するように配置され、環境光に応じた環境光信号を生成してこの環境光信号を信号処理ユニット２１０の環境光ノイズ除去部２４へ出力する。環境光ノイズ除去部２４は、上記環境光検出ユニット３００から出力された環境光信号に基づいて、上記光検出ユニット１２０の受光素子３が送信した受光信号から、環境光由来のノイズ成分を減算して除去する処理を行う。

なお、環境光受光素子３０２は光検出ユニット１２０の受光素子３と同一の受光素子を用いるか、或いは当該受光素子３と同一又は類似した受光特性を持つものを用いることで、受光素子３が受光する受光信号に含まれる環境光由来のノイズ成分を正確に生成できる。

このような構成であるから、光検出ユニット１２０の使用中に環境光検出ユニット３００では、当該光検出ユニット１２０の使用環境中に発生する環境光と同一の環境光に応じた環境光信号が生成され、信号処理ユニット２１０の環境光ノイズ除去部２４に入力される。そして、環境光ノイズ除去部２４において、上記環境光検出ユニット３００から出力された環境光信号に基づいて、光検出ユニット１２０の受光素子３が出力した受光信号から環境光由来のノイズ成分が除去され、この環境光由来のノイズ成分が除去された受光信号が増幅部２１及びＡ／Ｄ変換部２２を介して波形処理・出力部２３に入力される。このため、波形処理・出力部２３では、上記環境光由来のノイズ成分が除去された受光信号をもとに容積脈波の波形を検出することが可能となる。

なお、環境光検出ユニット３００には以下のような変形例が考えられる。すなわち、図２２では環境光受光素子３０２のみを設けた場合を例示したが、図２３に示すように環境光検出ユニット３５０を環境光受光素子３０２と、環境光プリズム３０３と、環境光弾性部材３０６とから構成してもよい。環境光弾性部材３０６は、光検出ユニット１１０の弾性部材１１と同一の素材で構成されかつ同一の形状及びサイズを有するもので、弾性部材１１と近接して平行に配置される。環境光プリズム３０３は、光検出ユニット１２０のプリズム２と同一の素材で構成されかつ同一の形状及びサイズを有するもので、プリズム２と近接して平行に配置される。環境光受光素子３０２は、上記環境光プリズム３０３の光出射端に対向配置され、環境光弾性部材３０６を経て環境光プリズム３０３内部に入射したのち出射した環境光を受光する。

環境光は、弾性部材１１を経てプリズム２に入射し、さらにプリズム２内を進行したのち出射するまでの過程で、環境光自身が持つゲインが減少するといった、環境光自身の特性変化が生じる可能性がある。しかし、このように構成することで、弾性部材１１及びプリズム２において発生する環境光の特性変化を環境光弾性部材３０６及び環境光プリズム３０３において再現することが可能となり、これにより環境光由来のノイズ成分をより精度良く除去した良好な受光信号を検出することが可能になる。

また、図２４に示すように環境光検出ユニット３６０を、環境光受光素子３０２と、環境光プリズム３０３と、環境光発光素子３０４と、環境光弾性部材３０６とから構成してもよい。環境光発光素子３０４は、環境光弾性部材３０６の光入射端となる面に対向して配置される。環境光発光素子３０４には、光検出ユニット１００の発光素子１と同一種類、或いは同一又は類似した特性を有する素子を使用することが望ましい。
このように構成することで、環境光受光素子３０２では、光検出ユニット１２０の受光素子３が検出する受光信号に含まれる環境光の成分と類似した信号を環境光信号として検出することが可能になる。

さらに、環境光ノイズ除去部２４における除去処理の手段としては、光検出ユニット１００から出力された受光信号から環境光検出ユニット３００，３５０又は３６０から出力された環境光信号を減算する以外に、フィルタリング処理により環境光信号特有の波長成分を除去するものであってもよい。

なお、環境光検出ユニット３００、３５０又は３６０の設置個数は特に限定されず、単一であっても、あるいは複数個の設置であってもよい。複数個を設置する場合には、例えば複数個の環境光検出ユニットが検出した環境光信号を平均することで環境光信号を生成することが考えられる。

また、環境光検出ユニット３００、３５０又は３６０の設置位置は、光検出ユニット１２０の受光素子３により検出される受光信号に含まれる環境光由来のノイズに近い信号を環境光信号として検出できる位置が望ましく、その例としては光検出ユニット１２０に隣接する位置に設置することが考えられるが、これに限定されない。

以上詳述したように実施例６によれば、例えば生体情報取得装置がテレビジョン受信機等の映像変化により環境光が変動するような環境で使用され、環境光の変動が受光信号にノイズの影響を及ぼすような状況であっても、そのノイズ成分を除去して良好な受光信号を生成することが可能となる。

以上詳述したように第３の実施形態では、プリズム２の上面に対しわずかな空気層を隔てて透明な弾性部材１１を配置し、発光素子１の光を弾性部材１１にその端面から入射する。この状体で弾性部材１１に生体部位７が接触したとき、弾性部材１１の弾性変形により上記入射光が生体部位７に照射され、これにより発生した散乱光の一部を弾性部材１１を介してプリズム２に入射させる。そして、この入射光のうちプリズム２端部から出射される光成分６を受光素子３で受光するようにしている。

したがって、先に述べた第１の実施形態と同様の作用効果が得られることは勿論のこと、生体部位７の接触面を透明な弾性部材１１としたことにより、生体部位７の接触による光の散乱をより多く発生させることができ、これにより容積脈波の検出精度をさらに高めることが可能となる。

［第４の実施形態］
（実施例１）
この発明の第４の実施形態は、前記第２の実施形態をさらに改良したもので、プリズムのセンサ面とは反対側となる面に対向して面発光源を構成する単一あるいは複数の発光素子を配置し、この単一あるいは複数の発光素子から発光されたセンサ光を上記プリズムにその下面から入射させる。そして、この状態でプリズムのセンサ面に生体部位が接触したときに、上記センサ光のうちプリズムの端部から出射される光を受光素子で受光し、この受光信号を信号処理ユニットで処理して生体部位の容積脈波の波形の特徴を検出するようにしたものである。

図２５はこの発明の第４の実施形態に係わる生体情報検出装置で使用される光検出ユニットの実施例１の構成を示すものである。なお、信号処理ユニット２００については第１の実施形態と同一であるため図示を省略している。また、光検出ユニット１３０についても前記図１と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

プリズム２の下面側には、等間隔で並べられた複数の発光素子１Ａが対向配置されている。これらの発光素子１Ａは、プリズム２の下面からセンサ光４ａを直接入射するもので、その入射角はプリズム２に入射する際に全反射せずにプリズム２の内部へ入射し、プリズム２を通過してそのセンサ面２ｂから上方へ出射することが可能な角度に設定される。入射角度の一例としては、０°が最適であるが、それ以外の角度、例えば１°〜１０°程度のわずかに角度を持たせた角度であってもよい。

このような構成であるから、プリズム２のセンサ面２ｂに生体部位７である指先を接触させると、上記センサ光４ａが図８に示したように生体部位７に照射されて散乱する散乱光５が生じる。そして、この散乱光５の一部がプリズム２のセンサ面２ｂからプリズム２内に入射し、プリズム２内を全反射する光成分６となり、光成分６はプリズム２内を全反射しながらその端部から出射されて受光素子３で受光される。

したがって、この第４の実施形態においても、受光素子３による受光信号を信号処理ユニット２００で信号処理することにより、生体部位７の容積脈波の波形の特徴を検出することが可能となる。また、面発光源として等間隔に並べられた複数の発光素子１Ａを使用したことにより、第２の実施形態で述べたように面発光源として発光素子１と導光板１０を使用する場合に比べ、より高照度のセンサ光を効率良くプリズム２に入射させることが可能となる。

（実施例２）
図２６は、第４の実施形態に係る生体情報検出装置の実施例２の構成を示すものである。なお、図２６において前記図２５と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
実施例２では、実施例１で述べた光検出ユニット１３０に加え、環境光の変化に応じた環境光信号を出力するための環境光検出ユニット３００を新たに設けている。また信号処理ユニット２１０には、環境光ノイズ除去部２４を新たに設けている。

環境光検出ユニット３００は、光検出ユニット１１０の使用環境中における光量変化を表す環境光を検出するためのもので、環境光受光素子３０２を有する。この環境光受光素子３０２は、その受光面が光検出ユニット１１０のプリズム２の受光面と同一の面に対応する位置に配置され、環境光に応じた環境光信号を生成してこの環境光信号を信号処理ユニット２１０の環境光ノイズ除去部２４へ出力する。環境光ノイズ除去部２４は、上記環境光検出ユニット３００から出力された環境光信号に基づいて、上記光検出ユニット１１０の受光素子３が送信した受光信号から、環境光由来のノイズ成分を減算して除去する処理を行う。

なお、環境光受光素子３０２は光検出ユニット１３０の受光素子３と同一の受光素子を用いるか、或いは当該受光素子３と同一又は類似した受光特性を持つものを用いることで、受光素子３が受光する受光信号に含まれる環境光由来のノイズ成分を正確に生成できる。

このような構成であるから、光検出ユニット１３０の使用中に環境光検出ユニット３００では、当該光検出ユニット１３０の使用環境中に発生する環境光と同一の環境光に応じた環境光信号が生成され、信号処理ユニット２１０の環境光ノイズ除去部２４に入力される。そして、環境光ノイズ除去部２４において、上記環境光検出ユニット３００から出力された環境光信号に基づいて、光検出ユニット１３０の受光素子３が出力した受光信号から環境光由来のノイズ成分が除去され、この環境光由来のノイズ成分が除去された受光信号が増幅部２１及びＡ／Ｄ変換部２２を介して波形処理・出力部２３に入力される。このため、波形処理・出力部２３では、上記環境光由来のノイズ成分が除去された受光信号をもとに容積脈波の波形を検出することが可能となる。

なお、環境光検出ユニット３００には以下のような変形例が考えられる。すなわち、図２６では環境光受光素子３０２のみを設けた場合を例示したが、図２７に示すように環境光検出ユニット３７０を、環境光受光素子３０２と、環境光プリズム３０３と、等間隔で並べられ面発光源を構成する複数の環境光発光素子３０４Ａとから構成してもよい。各環境光発光素子３０４Ａは、環境光プリズム３０３の光入射端となる面に対向して配置される。各環境光発光素子３０４Ａには、光検出ユニット１３０の各発光素子１Ａと同一種類、或いは同一又は類似した特性を有する素子を使用することが望ましい。
このように構成することで、環境光受光素子３０２では、光検出ユニット１３０の受光素子３が検出する受光信号に含まれる環境光の成分と類似した信号を環境光信号として検出することが可能になる。

さらに、環境光ノイズ除去部２４における除去処理の手段としては、光検出ユニット１３０から出力された受光信号から環境光検出ユニット３００又は３７０から出力された環境光信号を減算する以外に、フィルタリング処理により環境光信号特有の波長成分を除去するものであってもよい。

なお、環境光検出ユニット３００又は３７０の設置個数は特に限定されず、単一であっても、あるいは複数個の設置であってもよい。複数個を設置する場合には、例えば複数個の環境光検出ユニットが検出した環境光信号を平均することで環境光信号を生成することが考えられる。

また、環境光検出ユニット３００又は３７０の設置位置は、光検出ユニット１３０の受光素子３により検出される受光信号に含まれる環境光由来のノイズに近い信号を環境光信号として検出できる位置が望ましく、その例としては光検出ユニット１３０に隣接する位置に設置することが考えられるが、これに限定されない。

以上詳述したように実施例２によれば、例えば生体情報取得装置がテレビジョン受信機等の映像変化により環境光が変動するような環境で使用され、環境光の変動が受光信号にノイズの影響を及ぼすような状況であっても、そのノイズ成分を除去して良好な受光信号を生成することが可能となる。

以上詳述したように第４の実施形態に係る光検出ユニット１３０では、プリズム２のセンサ面２ｂとは反対側となる面に等間隔で並べられ面発光源を構成する単一あるいは複数の発光素子１Ａを配置し、この発光素子１Ａから発光されたセンサ光を上記プリズム２にその下面から直接入射させる。そして、この状態でプリズム２のセンサ面２ｂに生体部位７が接触したときに、上記センサ光のうちプリズム２の端部から出射される光成分６を受光素子３で受光するようにしている。

したがって、先に述べた第１の実施形態と同様の作用効果が得られることは勿論のこと、発光素子１Ａから発光されたセンサ光がプリズム２に直接入射されるため、プリズム２のセンサ面のどの位置においても光量を十分なレベルで均一にすることが可能となる。このため、生体部位７をプリズム２のセンサ面のどの位置に接触させても均一な受光量の変化を検出することが可能となり、これにより容積脈波の検出結果の接触位置によるばらつきを低減することができる。

［その他の実施形態］
前記第１乃至第３の各実施形態では、発光素子１を設け、この発光素子１が発生したセンサ光４をプリズム２等に入射するようにした。しかし、十分な光量の自然光又は室内光が得られる環境下で使用する場合には、上記自然光又は室内光をセンサ光４として使用するようにしてもよい。このようにすると、発光素子１を不要にすることができ、その分部品点数を削減して装置の簡単小型化、低価格化及び消費電力の低減を図ることが可能となる。

また、前記各実施形態ではいずれも短冊状の長方形板からなるプリズム２を用いた場合を例にとって説明したが、正方形、長方形、円形、楕円形又は多角形の板からなるプリズムを使用してもよい。これを実現するには、プリズム２又は弾性部材１１の側面に複数の発光素子１，１を分散配置してプリズム２内にセンサ光を多方向から入射させることにより、プリズム２又は弾性部材１１の上面のどの位置に生体部位７を接触させても、生体部位７に対し均一にセンサ光が照射されるように構成すればよい。

その他、プリズムの形状、受光素子の種類、信号処理ユニットの構成とその処理内容、容積脈波の用途等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。
要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１，１Ａ…発光素子、２…プリズム、２ａ…入射面、２ｂ…センサ面、２ｃ…出射面、３…受光素子、４…センサ光、４ａ…面反射センサ光、５…散乱光、６…光成分、７…生体部位、８…集光レンズ、９，１２…反射鏡、１０…導光板、１１…透明な弾性部材、２１…増幅部、２２…Ａ／Ｄ変換部、２３…波形処理・出力部、２４…環境光ノイズ除去部、１００，１１０，１２０，１３０…光検出ユニット、２００，２１０…信号処理ユニット、３００，３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０…環境光検出ユニット、３０２…環境光受光素子、３０３…環境光プリズム、３０４，３０４Ａ…環境光発光素子、３０５…環境光導光板、３０６…環境光弾性部材。

Claims (11)

1. 生体部位から容積脈波に関する情報を検出する生体情報検出装置において、
   面発光する面発光源と、
   板状又は柱状をなし、前記面発光源の発光面に対向配置される下面と、前記生体部位の接触面となる上面とを有するプリズムと、
   前記プリズムの側面から出射された光を受光してその受光量に応じた受光信号を出力する受光素子と、
   前記受光素子から出力された受光信号をもとに、前記プリズムの上面に生体部位が接触したときに発生する前記受光量の変化を検出し、この検出された受光量の変化を表す情報を前記生体部位の容積脈波を表す情報として出力する信号処理部と
   を具備し、
   前記面発光源は、当該面発光源から面発光された光の前記プリズムへの入射角が、当該プリズムの下面からプリズム内に入射したのち当該プリズムの上面から前記生体部位に向け出射することが可能な角度に設定され、
   前記プリズムは、当該プリズムの上面から出射した前記面発光の光を前記生体部位に照射し、当該面発光の光の照射により前記生体部位で発生した散乱光を当該プリズムの上面からプリズム内に導入し、当該プリズム内でその下面と上面との間で全反射させながら前記側面から前記受光素子へ向け出射する
   ことを特徴とする生体情報検出装置。
2. 前記面発光源は、単一あるいは複数の発光素子により構成されることを特徴とする請求項１記載の生体情報検出装置。
3. 前記面発光源は、板状をなしその側面から入射した光を上面から面発光させる導光部材により構成されることを特徴とする請求項１記載の生体情報検出装置。
4. 前記導光部材内にその側面から光を入射する発光素子を、さらに具備することを特徴とする請求項３記載の生体情報検出装置。
5. 前記プリズムの側面と前記受光素子との間に配置され、前記側面から出射する光を集光して前記受光素子に受光させる集光光学系を、さらに具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の生体情報検出装置。
6. 前記受光素子と同一又は類似する受光特性を有し受光面が前記プリズムの受光面と対応するように配置される環境光受光素子を少なくとも有し、前記プリズムの使用環境中における光量変化を表す環境光を受光してその受光信号を出力する環境光受光部を、さらに具備し、
   かつ前記信号処理部は、前記環境光受光部から出力された環境光受光信号をもとに、前記受光素子から出力された受光信号から当該受光信号に含まれる環境光の信号成分を除去し、この環境光の信号成分が除去された受光信号を前記受光量の変化を検出するための処理に供する環境光成分除去部を、さらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の生体情報検出装置。
7. 生体部位から容積脈波に関する情報を検出する生体情報検出装置において、
   板状をなし、生体部位が接触していない状態では側面から入射した光を直進又は上面と下面との間で全反射させ、生体部位が前記上面に接触した状態では前記入射光の生体部位による散乱光を下面から出射する弾性透明部材と、
   前記弾性透明部材の下面から出射された散乱光を上面から導入して当該上面と下面との間で全反射させながら側面に導き、この側面から外部へ出射するプリズムと、
   前記プリズムの側面から出射された光を受光してその受光量に応じた受光信号を出力する受光素子と、
   前記受光素子から出力された受光信号をもとに、前記弾性透明部材の上面に生体部位が接触したときに発生する前記受光量の変化を検出し、この検出された受光量の変化を表す情報を前記生体部位の容積脈波を表す情報として出力する信号処理部と
   を具備することを特徴とする生体情報検出装置。
8. 前記弾性透明部材内にその側面から光を入射する発光素子を、さらに具備することを特徴とする請求項７記載の生体情報検出装置。
9. 前記プリズムの側面と前記受光素子との間に配置され、前記側面から出射する光を集光して前記受光素子に受光させる集光光学系を、さらに具備することを特徴とする請求項７又は８記載の生体情報検出装置。
10. 前記プリズムの下面と接触又は対向する位置に配置され、前記プリズムの下面から漏出した散乱光を反射させて当該下面からプリズム内に再入射させる反射光学系を、さらに具備することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の生体情報検出装置。
11. 前記受光素子と同一又は類似する受光特性を有する環境光受光素子を少なくとも有し、前記弾性透明部材を経て前記プリズムから漏出する環境光を受光してその受光信号を出力する環境光受光部を、さらに具備し、
    かつ前記信号処理部は、前記環境光受光部から出力された環境光受光信号をもとに、前記受光素子から出力された受光信号から当該受光信号に含まれる環境光の信号成分を除去し、この環境光の信号成分が除去された受光信号を前記受光量の変化を検出するための処理に供する環境光成分除去部を、さらに備えることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の生体情報検出装置。

Images