JP5936854B2 - 脈波センサ - Google Patents

Description

本発明は、脈波センサに関するものである。

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。

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。

特開平５−２１２０１６号公報 国際公開第２００２／０６２２２２号パンフレット

しかしながら、被験者の指先で脈波の測定を行う従来構造では、脈波の測定中に脈波センサが指先から脱落しないように、被験者の行動を制約する必要があった。また、指先での脈波測定は、被験者の動きに起因するノイズの影響を受けやすいという問題もあった。

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、被験者の行動を制約せず高精度に脈波測定を行うことが可能な脈波センサを提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく、本発明に係る脈波センサは、外耳に装着される筐体と、前記筐体に設けられて発光部から前記外耳に光を照射し生体内を透過して戻ってくる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、を有する構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成る脈波センサにおいて、前記筐体は、スピーカを有する構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第２の構成から成る脈波センサは、前記脈波データに応じて前記スピーカの出力動作を制御する制御部を有する構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第３いずれかの構成から成る脈波センサは、情報端末に前記脈波データを送信する通信部を有する構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第４いずれかの構成から成る脈波センサにて、前記筐体は、耳珠と対耳珠に囲まれた窪み部分にフィットする形状を有する構成（第５の構成）にするとよい。

また、上記第５の構成から成る脈波センサにおいて、前記受光部は、前記発光部よりも外耳道に近い側に配置されている構成（第６の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第４いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記筐体は、耳介を覆う形状を有する構成（第７の構成）にするとよい。

また、上記第７の構成から成る脈波センサにおいて、前記筐体は、前記耳介との対向面に前記光センサ部を担持する突起部材を有する構成（第８の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第４いずれかの構成から成る脈波センサにおいて、前記筐体は、耳介に懸架されるクリップ部材を有する構成（第９の構成）にするとよい。

また、上記第９の構成から成る脈波センサにおいて、前記クリップ部材は、前記耳介と当接する箇所に前記光センサ部を担持する構成（第１０の構成）にするとよい。

また、上記第１の構成から成る脈波センサにおいて、前記筐体は、外耳道の内部で脈波を測定するための耳栓構造を有する構成（第１１の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第１１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、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１２の構成）にするとよい。

また、上記第１２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と前記受光部の高さＨ３との間には、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３という関係が成立する構成（第１３の構成）にするとよい。

また、上記第１３の構成から成る脈波センサにおいて、前記ケースは、前記筐体から突出する形で埋設されている構成（第１４の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第１４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、前記筐体との間に緩衝部材を有する構成（第１５の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第１５いずれかの構成から成る脈波センサにて、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１６の構成）にするとよい。

本発明によれば、被験者の行動を制約せず高精度に脈波測定を行うことが可能な脈波センサを提供することができるので、脈波センサの利用シーンを拡大することができる。

脈波測定の原理を説明するための模式図 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 脈波センサの一構成例を示す外観図 脈波センサの一構成例を示すブロック図 イヤホン１Ｘの第１形態と外耳Ｅへの装着例を模式的に示す正面図 イヤホン１Ｘの第２形態と外耳Ｅへの装着例を模式的に示す正面図 イヤホン１Ｘの第３形態と外耳Ｅへの装着例を模式的に示す正面図 イヤホン１Ｘの第４形態と外耳Ｅへの装着例を模式的に示す正面図 脈波センサの変形例（耳栓構造）を示すシステム図 光センサ部１１の第１構成例を模式的に示す断面図 光センサ部１１の第２構成例を模式的に示す断面図 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 素子間距離Ｗ１と信号強度との相関関係を示す波形図 光センサ部１１の第３構成例を模式的に示す断面図 光センサ部１１の第４構成例を模式的に示す断面図 光センサ部１１の第５構成例を模式的に示す断面図 光センサ部１１の第６構成例を模式的に示す断面図 光センサ部１１の第７構成例を模式的に示す断面図 フィルタ部２７の第１構成例を示す回路図 フィルタ部２７の第２構成例を示す回路図 フィルタ部２７の出力波形図 補聴器への応用例を示すシステム図

＜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。

容積脈波法による脈波測定では、例えば、図１に示す通り、測定窓に押し当てられた生体の一部（図１では外耳Ｅ（耳の構造のうち耳介（耳殻）と外耳道を合わせた部分））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に示すように、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ＨｂＯ_２）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。

なお、脈波センサ（発光部と受光部）の装着位置は、外耳Ｅのいかなる部位（舟状窩Ｅ１、耳輪Ｅ２、対耳輪Ｅ３、対耳珠Ｅ４、外耳道Ｅ５、上対耳輪脚Ｅ６、三角窩Ｅ７、下対耳輪脚Ｅ８、耳甲介Ｅ９、耳珠Ｅ１０、珠間切痕Ｅ１１、及び、耳垂Ｅ１２）であってもよいし、或いは、外耳Ｅ以外（指先、指の第３関節、額、眉間、鼻先、頬、眼下、こめかみなど）の部位であってもよい。

＜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。

＜脈波センサ＞
図３及び図４は、それぞれ脈波センサの一構成例を示す外観図及びブロック図である。本構成例の脈波センサ１は、イヤホン（ヘッドホン）１Ｘと本体ユニット１Ｙを有し、脈波測定機能を備えた携帯型のオーディオプレーヤとして提供される。なお、オーディオプレーヤという概念には、オーディオ再生専用機だけでなく、オーディオ再生機能を備えた携帯電話端末、スマートフォン、及び、携帯ゲーム端末なども含まれる。

イヤホン１Ｘは、ユーザの外耳Ｅ（特に耳介（耳殻））に装着して使用されるインナーイヤー型であり、筐体１０と、光センサ部１１と、スピーカ１２と、ドライバ１３と、コード１４と、コネクタ１５と、を含む。

筐体１０は、光センサ部１１、スピーカ１２、及び、ドライバ１３が搭載される部材である。筐体１０は、耳珠Ｅ１０と対耳珠Ｅ４に囲まれた窪み部分（耳甲介Ｅ９の艇部）にフィットする形状を有する。筐体１０は、開放型であっても密閉型であってもよい。

光センサ部１１は、筐体１０の側面に設けられており、発光部１１Ａから外耳Ｅの所定部位に光を照射し、生体内を透過して戻ってくる光の強度を受光部１１Ｂで検出することにより、脈波データを取得する。なお、図３では、右耳用筐体と左耳用筐体のうち、片方の筐体１０に光センサ部１１を１つ搭載した構成が示されているが、光センサ部１１の搭載数はこれに限定されるものではなく、片方の筐体１０に光センサ部１１を複数搭載してもよいし、或いは、両方の筐体にそれぞれ光センサ部１１を１つまたは複数搭載してもよい。光センサ部１１を１つだけ搭載する構成であれば、光センサ部１１を複数搭載する構成と比べて、消費電力の低減やコストダウンなどを優先することができる。一方、光センサ部１１を複数搭載する構成であれば、各々のセンサ出力を足し合わせてＳ／Ｎを高めたり、最もＳ／Ｎの高いセンサ出力を選択して用いることにより、脈波の検出精度を向上することが可能となる。なお、複数の光センサ部１１を選択的に用いる場合には、使用されない光センサ部１１への電力供給を遮断することにより、電力の浪費を防止することが可能となる。

なお、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１１Ａと受光部１１Ｂが生体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。また、本願の発明者らは、外耳Ｅでの脈波測定について、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。

スピーカ１２は、本体ユニット１Ｙからドライバ１３を介して伝達されるオーディオ信号（電気信号）を音波に変換して出力する。スピーカ１２の駆動方式としては、ダイナミック型が一般的であるが、その他の駆動方式（マグネティック型、バランスドアーマチュア型、圧電型、クリスタル型、静電型など）を採用しても構わない。

ドライバ１３は、本体ユニット１Ｙから伝達されるオーディオ信号（電気信号）に基づいてスピーカ１２の駆動信号を生成する。

コード１４は、イヤホン１Ｘの筐体１０と本体ユニット１Ｙとの間を電気的に接続するための部材である。コード１４には信号伝達線や電力供給線が含まれている。

コネクタ１５は、コード１４の一端に取り付けられており、イヤホン１Ｘと本体ユニット１Ｙとを着脱するための部材である。

なお、コード１４及びコネクタ１５に代えて、イヤホン１Ｘの筐体１０と本体ユニット１Ｙの双方に無線通信モジュールを設けることにより、両者の間を無線で接続することも可能である。特に、本体ユニット１Ｙを防水構造とする際には、本体ユニット１Ｙの外部端子を完全に排除するという観点から、両者の間を無線で接続する構成とすることが望ましい。その場合、本体ユニット１Ｙからイヤホン１Ｘの筐体１０側に電力を供給することができなくなるので、イヤホン１Ｘの筐体１０側にも電源部を別途用意する必要がある。

本体ユニット１Ｙは、筐体２０と、制御部２１と、操作部２２と、表示部２３と、記憶部２４と、通信部２５と、電源部２６と、フィルタ部２７と、を含む。なお、本体ユニット１Ｙがオーディオ再生機能を備えた携帯電話端末である場合には、上記構成要素のほかに、マイク、スピーカ、及び、電話回線接続部などがさらに追加される。

筐体２０は、制御部２１、操作部２２、表示部２３、記憶部２４、通信部２５、電源部２６、及び、フィルタ部２７を収納する部材である。なお、筐体２０は、水没等による故障を防止するために防水構造としておくことが望ましい。

制御部２１は、オーディオ再生機能と脈波測定機能の双方を個別的に実現するだけでなく、両機能を複合的に組み合わせて新たな付加価値を産み出すことができるように、脈波センサ１全体の動作を統括的に制御する。なお、制御部２１としては、ＣＰＵ［Central Processing Unit］などを好適に用いることができる。制御部２１の具体的な動作については、後ほど詳細に説明する。

操作部２２は、ユーザ（被験者）の入力操作（電源オン／オフ、音量調節、選曲など）を受け付けるヒューマンインタフェイスである。操作部２２としては、各種キーやボタンのほか、タッチパネルなどを好適に用いることができる。

表示部２３は、本体ユニット１Ｙの表面に設けられており、表示情報（オーディオ再生に関する情報のほか、脈波の測定結果などを含む）を出力する。表示部２３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。

記憶部２４は、制御部２１に読み込まれて実行される各種プログラムを不揮発的に格納するＲＯＭ［read only memory］や、制御部２１のプログラム実行領域として使用される揮発性のＲＡＭ［random access memory］、及び、ユーザ（被験者）が任意の楽曲データを不揮発的に格納するための内蔵型（或いは着脱型）フラッシュメモリを含む。

また、記憶部２４は、制御部２１で得られた脈波データ（生データ、或いは、種々の処理が施された処理済みデータ）を揮発的ないしは不揮発的に格納するＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ［Electrically Erasable Programmable ROM］なども含む。このように、脈波データの格納手段を有する構成であれば、例えば、所定期間毎に記憶部２４の蓄積データを一括して外部送信することができるようになるので、通信部２５を間欠的に待機状態とすることが可能となり、延いては、脈波センサ１のバッテリ駆動時間を延ばすことが可能となる。

通信部２５は、脈波センサ１の測定データ（生データ、種々の処理が施された処理済みデータ、或いは、記憶部２４の格納データ）を外部の情報端末２（データサーバやパーソナルコンピュータなど）に無線または有線で送信する。特に、脈波センサ１の測定データを情報端末２に無線で送信する構成であれば、脈波センサ１と情報端末２とを有線で接続する必要がなくなるので、例えば、ユーザ（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。特に、本体ユニット１Ｙを防水構造とする際には、本体ユニット１Ｙの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、近距離（数ｍ〜数十ｍ）の情報端末２に測定データを無線送信する場合には、通信部２５としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）無線通信モジュールなどを好適に用いることができる。また、インターネットなどを介して遠隔地の情報端末２に測定データを送信する場合には、通信部２５として無線ＬＡＮ［local area network］モジュールなどを好適に用いることができる。

電源部２６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、ユーザ（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、本体ユニット１Ｙの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。

フィルタ部２７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２１に伝達する。なお、イヤホン１Ｘの筐体１０側にフィルタ部を設けても構わないが、イヤホン１Ｘの筐体１０からコード１４を介して本体ユニット１Ｙに信号を伝送する途中でノイズが重畳しやすいことを鑑みると、フィルタ部２７は、本体ユニット１Ｙ側に設けておくことが望ましい。フィルタ部２７の具体的な回路構成については、後ほど詳細に説明する。

上記のように、本構成例の脈波センサ１は、外耳Ｅに装着される筐体１０と、筐体１０に設けられて発光部１１Ａから外耳Ｅに光を照射し生体内を透過して戻ってくる光の強度を受光部１１Ｂ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とを有する。

このような構成とすることにより、ユーザ（被験者）が意図的に脈波センサ１を外耳Ｅから外さない限り、脈波の測定中に脈波センサ１が外耳Ｅから脱落してしまうおそれは少ないので、ユーザ（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。

特に、外耳Ｅは、指や腕に比べて体動の少ない部位であるので、光センサ部１１の出力信号が体動ノイズの影響を受けにくく、高精度に脈波の測定を行うことが可能となる。

また、音声の聴取を主たる目的として外耳Ｅに装着されるイヤホン１Ｘに光センサ部１１を搭載した脈波センサ１であれば、ユーザ（被験者）は、脈波センサ１を脈波測定機能付きの携帯型オーディオプレーヤ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払拭することが可能となり、延いては、利用シーンの拡大や新規ユーザ層の開拓に寄与することが可能となる。

また、脈波センサ１全体の動作を統括的に制御する制御部２１は、オーディオ再生機能と脈波測定機能の双方を個別的に実現するだけでなく、両機能を複合的に組み合わせて新たな付加価値を産み出すべく、脈波データに応じてスピーカ１２の出力動作を制御する機能を備えている。

より具体的に述べると、制御部２１は、フィルタ部２７の出力信号に各種の信号処理を施すことによって、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）を取得し、その解析結果をオーディオ再生動作にフィードバックする。

例えば、制御部２１は、脈波データの解析結果に基づいてユーザ（被験者）の体調や精神状態、或いは、睡眠状態などを判定し、その判定結果に基づいて音量調節や選曲、或いは、電源オン／オフなどを自動的に実施する。このような構成とすることにより、携帯型オーディオプレーヤ単体では実現することのできないオーディオ再生動作を実現することが可能となる。

なお、図４では、イヤホン１Ｘと本体ユニット１Ｙを別体とし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、イヤホン１Ｘと本体ユニット１Ｙを一体とした構成にしても構わない。その場合、コード１４やプラグ１５は不要となる。

また、イヤホン１Ｘの形態や外耳Ｅへの装着例についても、図５Ａ〜図５Ｄで示すように、種々のバリエーションが考えられる。図５Ａ〜図５Ｄは、それぞれ、イヤホン１Ｘの第１形態〜第４形態と、各形態における外耳Ｅへの装着例を模式的に示す正面図である。

例えば、第１形態（図５Ａ）のイヤホン１Ｘは、先の図３と同様、外耳Ｅに装着して使用されるインナーイヤー型であり、その筐体１０は、耳珠Ｅ１０と対耳珠Ｅ４に囲まれた窪み部分（耳甲介Ｅ９の艇部）にフィットする形状（例えば球状や円柱状）を有する。第１形態のイヤホン１Ｘでは、上記の窪み部分に光センサ部１１が当接される。

第２形態（図５Ｂ）のイヤホン１Ｘは、シリコンや発泡ウレタンなどで形成されたイヤーピースを外耳道Ｅ５に深く押し込んで使用される耳栓型（カナル型）であり、その筐体１０は、先出の第１形態（図５Ａ）と同様、耳珠Ｅ１０と対耳珠Ｅ４に囲まれた窪み部分（耳甲介Ｅ９の艇部）にフィットする形状を有する。第２形態のイヤホン１Ｘでは、第１形態と同様、上記の窪み部分に光センサ部１１が当接される。

第３形態（図５Ｃ）のイヤホン１Ｘは、耳介Ｅ全体を覆う形状の筐体１０を備えたヘッドホン型である。左右（右耳用／左耳用）の筐体１０は、頭上に跨るヘッドバンドまたは首の後ろ側に跨るネックバンド（いずれも不図示）によって頭部を挟み込む形となる。第３形態のイヤホン１Ｘにおいて、筐体１０は、耳介Ｅとの対向面（内側面）に光センサ部１１を担持する突起部材１０ｘを有する。突起部材１０ｘは、耳介Ｅに向けて突出しており、例えば、その先端に光センサ部１１が搭載されている。従って、第３形態のイヤホン１Ｘでは、突起部材１０ｘの先端と対向する部位（例えば耳垂Ｅ１２）に光センサ部１１が当接される。なお、第３形態のイヤホン１Ｘでは、耳介Ｅ全体を覆う筐体１０が光センサ部１１を被覆する遮光部材としても機能する。このような構成とすることにより、外光の影響を受けることなく脈波の測定を安定して行うことが可能となる。

第４形態（図５Ｄ）のイヤホン１Ｘは、耳介Ｅに懸架されるクリップ部材１０ｙを有する耳掛け型である。クリップ部材１０ｙは、耳介Ｅと当接する箇所に光センサ部１１を担持する。従って、第４形態のイヤホン１Ｘでは、上対耳輪脚Ｅ６、三角窩Ｅ７、下対耳輪脚Ｅ８、ないしは、耳甲介Ｅ９の裏側辺りに光センサ部１１が当接される。

なお、上記では、イヤホンやヘッドホンに光センサ部１１を設ける構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、図６の変形例で示すように、耳栓構造を有する筐体１０に光センサ部１１を搭載し、外耳道Ｅ５の内部で脈波を測定する形態も考えられる。この場合、筐体１０は外耳道Ｅ５を塞いで奥深くに挿入され、光センサ部１１は外耳道Ｅ５の内壁面に当接される形となる。このような耳栓構造を有する脈波センサ１であれば、耳栓本来の機能を利用して被験者をリラックスさせることができるので、脈波測定中の被験者に過度のストレスを与えずに済む。このような特長から、耳栓構造を有する脈波センサ１は、快眠センサ（脈波情報から被験者の睡眠状態に関する知見を得るセンサ）として好適に利用することが可能である。

＜光センサ部（構造）＞
図７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ｘと、受光部ｙと、を有する。

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。なお、ケース１１ａは、その開口面を塞ぐ透光板１１ｚが筐体１０の表面（外耳Ｅと対向する面）と面一になるように、筐体１０に埋設されている。

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。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。

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ｘ及び受光部ｙ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ｘ及び受光部ｙ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。

第１構成例の光センサ部１１であれば、発光部ｘから外耳Ｅに光を照射した後、外耳Ｅを透過して戻ってくる光の強度を受光部ｙで検出することにより、ユーザ（被験者）の脈波データを取得することが可能である。

しかしながら、第１構成例の光センサ部１１では、外耳Ｅと発光部ｘ及び受光部ｙとの間に透光板１１ｚが存在するので、外耳Ｅを介することなく透光板１１ｚ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と外耳Ｅとの密着性が損なわれたときに、外光が受光部ｙに漏れ入るおそれもある。外耳Ｅを透過していない光が受光部ｙ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。

図８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。

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、筐体１０の表面から所定寸法Ｈ４（例えばＨ４＝０．３ｍｍ）だけ突出する形で筐体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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図９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８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。

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。

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。

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。

次に、図１０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１０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９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。

次に、図１１Ａ〜図１１Ｄ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１１Ａ〜図１１Ｄは、それぞれ、光センサ部１１の第３〜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。

例えば、第３構成例（図１１Ａ）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外耳Ｅ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。

また、第４構成例（図１１Ｂ）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。

また、第５構成例（図１１Ｃ）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の受光領域が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。

また、第６構成例（図１１Ｄ）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。

次に、図１２を参照しながら光センサ部１１のさらなる変形例について説明する。図１２は、光センサ部１１の第７構成例を模式的に示す断面図である。なお、第７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の工夫が凝らされている。

第７構成例の光センサ部１１は、筐体１０とケース１１ａとの間に緩衝部材１１ｆを有する。緩衝部材１１ｆとしては、ゴムや合成スポンジなどを好適に用いることができる。このような構成とすることにより、光センサ部１１と外耳Ｅとの密着性を高めることができるので、脈波の測定を安定して行うことが可能となる。

なお、上記した第３構成例（図１１Ａ）〜第６構成例（図１１Ｄ）、及び、第７構成例（図１２）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。

また、上記いずれの構成を採用する場合であっても、受光部Ｙは、発光部Ｘよりも外耳道Ｅ５に近い側（ないしは外耳道Ｅ５の奥側）に配置するとよい。このような構成とすることにより、受光部Ｙに外光が漏れ入りにくくなるので、脈波データの検出精度を高めることが可能となる。

＜フィルタ部＞
図１３は、フィルタ部２７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２７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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１構成例のフィルタ部２７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。

ただし、第１構成例のフィルタ部２７では、ユーザ（被験者）の体動ノイズ（歩行等の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、ユーザ（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１５の下段を参照）。

図１４は、フィルタ部２７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２７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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第２構成例のフィルタ部２７であれば、ユーザ（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、ユーザ（被験者）の安静時における脈波はもちろん、ユーザ（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１５の上段を参照）。

また、第２構成例のフィルタ部２７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２７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２７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。

＜補聴器への適用＞
図１６は、補聴器への応用例を示すシステム図である。図１６の脈波センサ１は、脈波測定機能を備えた補聴器として提供される。なお、脈波センサ１の具体的な構成については、基本的に先出の図４と同様であるが、携帯型オーディオプレーヤではなく補聴器として機能するための構成要素（集音マイクなど）を適宜組み込む必要がある。

また、脈波データやその解析結果（安否情報など）の送信先となる情報端末２は、遠隔地に設置されていることが想定される。従って、本構成を採用する場合、脈波センサ１には、ネットワーク３を介して情報端末２（医療機関のデータサーバや遠隔地の家族が所有するパーソナルコンピュータなど）との接続を確立するための通信部（無線ＬＡＮモジュールなど）を設けることが望ましい。

補聴器を必要とするユーザ（被験者）の中には、遠隔地からの健康管理や安否確認などを必要とする高齢者が多く含まれている。しかし、高齢者にとって複数の電子機器（ここでは補聴器と脈波センサ）を個別にかつ適切に装着ないし保守管理することは必ずしも容易なことではない。

これに対して、脈波測定機能を備えた補聴器として提供される脈波センサ１は、ユーザ（被験者）にとって補聴器そのものであり、脈波の測定を意識させるものではないので、その装着や保守管理の負担を軽減することが可能となる。また、脈波センサ１から送信されてくる脈波データやその解析結果を遠隔地の情報端末２で監視することにより、ユーザ（被験者）の健康状態に異常が生じた場合であっても迅速に対処することが可能となる。

なお、当然のことながら、オーディオ再生機能や補聴機能などの付加機能を具備しない脈波センサ単体として本発明の構成（外耳Ｅで脈波を測定するための構成）を実施することも可能である。

＜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ＨｂＯ_２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。

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ＨｂＯ_２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。

＜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。

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。

Ｅ 外耳
Ｅ１ 舟状窩
Ｅ２ 耳輪
Ｅ３ 対耳輪
Ｅ４ 対耳珠
Ｅ５ 外耳道
Ｅ６ 上対耳輪脚
Ｅ７ 三角窩
Ｅ８ 下対耳輪脚
Ｅ９ 耳甲介
Ｅ１０ 耳珠
Ｅ１１ 珠間切痕
Ｅ１２ 耳垂
１ 脈波センサ（携帯型オーディオプレーヤ、補聴器）
１Ｘ イヤホン（ヘッドホン）
１Ｙ 本体ユニット
２ 情報端末（データサーバ、パーソナルコンピュータなど）
３ ネットワーク
１０ 筐体
１０ｘ 突起部材
１０ｙ クリップ部材
１１ 光センサ部
１１Ａ 発光部
１１Ｂ 受光部
１１ａ ケース
１１ｂ 遮光壁
１１ｃ 集光レンズ
１１ｄ、１１ｅ 蓋部材
１１ｆ 緩衝部材（ゴムや合成スポンジなど）
１１ｚ 透光板
１２ スピーカ
１３ ドライバ
１４ コード
１５ コネクタ
２０ 筐体
２１ 制御部
２２ 操作部
２３ 表示部
２４ 記憶部
２５ 通信部
２６ 電源部
２７ フィルタ部
ｘ 発光部（発光チップ）
ｙ 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

Claims (16)

1. 外耳に装着される筐体と、
   前記筐体に設けられて発光部から前記外耳に光を照射し生体内を透過して戻ってくる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、
   を有し、
   前記フィルタ部は、
   前記光センサ部の出力信号から第１カットオフ周波数よりも低い周波数成分を逓減させ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から第２カットオフ周波数よりも高い周波数成分を逓減させ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から第３カットオフ周波数よりも低い周波数成分と第４カットオフ周波数よりも高い周波数成分を逓減させ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、
   を含むことを特徴とする脈波センサ。
2. 前記筐体は、スピーカを有することを特徴とする請求項１に記載の脈波センサ。
3. 前記脈波データに応じて前記スピーカの出力動作を制御する制御部を有することを特徴とする請求項２に記載の脈波センサ。
4. 情報端末に前記脈波データを送信する通信部を有す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。
5. 前記筐体は、耳珠と対耳珠に囲まれた窪み部分にフィットする形状を有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。
6. 前記受光部は、前記発光部よりも外耳道に近い側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の脈波センサ。
7. 前記筐体は、耳介を覆う形状を有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。
8. 前記筐体は、前記耳介との対向面に前記光センサ部を担持する突起部材を有することを特徴とする請求項７に記載の脈波センサ。
9. 前記筐体は、耳介に懸架されるクリップ部材を有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。
10. 前記クリップ部材は、前記耳介と当接する箇所に前記光センサ部を担持することを特徴とする請求項９に記載の脈波センサ。
11. 前記筐体は、外耳道の内部で脈波を測定するための耳栓構造を有することを特徴とする請求項１に記載の脈波センサ。
12. 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、を有することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の脈波センサ。
13. 前記遮光壁の高さＨ１と前記発光部の高さＨ２と前記受光部の高さＨ３との間には、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３という関係が成立することを特徴とする請求項１２に記載の脈波センサ。
14. 前記ケースは、前記筐体から突出する形で埋設されていることを特徴とする請求項１３に記載の脈波センサ。
15. 前記光センサ部は、前記筐体との間に緩衝部材を有することを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の脈波センサ。
16. 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１５のいずれか一項に記載の脈波センサ。