WO2018147045A1 - センサモジュールおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明の一態様に係るセンサモジュール（１）は、基板（１００）に設けられ、被検体に向けて所定波長の光を放出する発光部（１１）、および被検体を経由した前記光を受ける受光部（１２）を有する受発光部（１５）と、被検体の温度を測定する温度測定部（２０）と、基板（１００）に設けられ、受光部（１２）から出力された信号に基づき生体関連情報を推定する演算部を有する制御部（３０）と、を備える。このセンサモジュール（１）において、制御部（３０）は、温度測定部（２０）によって測定された温度が所定値未満のとき、受発光部（１５）および演算部を第１モードで動作させ、温度が所定値以上のとき、受発光部（１５）および演算部の少なくともいずれかの動作を第１モードでの動作時よりも低発熱となる第２モードで動作させる、または自己復帰不能な状態で停止する停止処理を実行するよう制御する。

Description

センサモジュールおよびその制御方法

　本発明は、センサモジュールおよびその制御方法に関し、特に人体（皮膚）に密着させて血液内の物質に関する情報の計測を行うセンサモジュールおよびその制御方法に関する。

　血圧等の生体関連情報を計測する装置として、光を利用して計測を行う装置が開示されている。例えば、特許文献１には、使用者の手首に装着されて、手首の血管を流れる血液から脈拍及び血中酸素濃度を取得する手首装着型パルスオキシメータが開示されている。この装置は、第１波長の赤外光を射出する第１発光素子及び第１波長よりも波長の長い第２波長の赤外光を射出する第２発光素子を有する発光部と、発光部から射出されて手首を通過した赤外光を検出する受光素子を有する受光部と、受光部により得られる光強度信号から脈拍及び血中酸素濃度を算出する演算部とを備えている。

　また、特許文献２には、光源からの光照射により生体を刺激する生体刺激装置が開示される。この装置は、生体と接触する照射面の温度を検知する温度センサーと、温度センサーからの検知出力を受けて光源の輝度を可変制御する輝度制御装置と、を備えている。

特開２０１６－００２１６７号公報 特開２０１６－０７３３４２号公報

　被検体に光を照射して生体関連情報を計測する装置において、装置から同じ部位に連続して光を放出することで、その部位の温度上昇を招くことがある。同一部位で継続した温度上昇があると発熱部の熱移動が困難となり、被検体に与える熱ストレスの問題が生じ得る。

　本発明は、被検体に与える熱ストレスを抑制することができるセンサモジュールおよびその制御方法を提供することを目的とする。

　本発明の一態様に係るセンサモジュールは、基板に設けられ、被検体に向けて所定波長の光を放出する発光部、および被検体を経由した前記光を受ける受光部を有する受発光部と、被検体の温度を測定する温度測定部と、基板に設けられ、受光部から出力された信号に基づき生体関連情報を推定する演算部を有する制御部と、を備える。このセンサモジュールにおいて、制御部は、温度測定部によって測定された温度が所定値未満のとき、受発光部および演算部を第１モードで動作させ、温度が所定値以上のとき、受発光部および演算部の少なくともいずれかの動作を第１モードでの動作時よりも低発熱となる第２モードで動作させる、または自己復帰不能な状態で停止する停止処理を実行するよう制御する。

　このような構成によれば、被検体の温度が所定値以上になった場合、第１モードでの動作時よりも低発熱となる第２モードで動作するよう切り替わるか、自らでは測定可能な状態に復帰できない自己復帰不能な状態で停止するため、計測に伴う被検体の温度上昇を抑制することができる。

　上記センサモジュールにおいて、制御部は、第２モードとして、受光部での光の検出周波数を第１モードよりも低下させること、発光部での光の発光周波数を第１モードよりも低下させること、演算部のクロック周波数を第１モードよりも低下させること、演算部で生体関連情報を推定する間隔を第１モードよりも長くすること、の少なくとも１つを行うようにしてもよい。これにより、第１モードから第２モードに切り替えた際に、発熱の原因となる動作の変更によって低発熱化を図ることができる。

　上記センサモジュールにおいて、制御部は、第１モードおよび第２モードのいずれにおいても受発光部および前算部を動作させて生体関連情報の推定を行ってもよい。これにより、いずれのモードであっても動作している際には生体関連情報の推定を行うことができる。

　上記センサモジュールにおいて、制御部は、第２モードとして、演算部および受発光部のうち少なくとも演算部を休止させる休止処理を実行してもよい。これにより、第２モードに切り替わった際には演算部や受発光部といった発熱の多い部分の動作が休止して、効果的な低発熱化を図ることができる。

　前記制御部が前記休止処理を実行中は、前記温度測定部も動作を休止してもよい。この場合には、休止処理を実行中に起動している機器をさらに少なくすることができるため、より効率的な低発熱化を図ることができる。

　上記センサモジュールにおいて、受発光部は基板の一方面に設けられ、制御部および温度測定部は基板の他方面に設けられていてもよい。これにより、受発光部が設けられた基板の一方面側を被検体側とした場合、発熱体である制御部を被検体から遠ざけることができる。また、温度測定部が基板の他方面側に設けられていることで、基板を介して被検体の温度を検出することができる。

　上記センサモジュールにおいて、前記基板の一方面または側面に、前記温度測定部とは異なる他の温度測定部が設けられていてもよい。温度測定部と他の温度測定部のそれぞれによる温度測定値を比較することで、被検体の温度をより精度よく測定することができる。

　上記センサモジュールにおいて、基板の一方面に設けられた熱伝導部材をさらに備えていてもよい。これにより、熱伝導部材を被検体に接触させることで、被検体の温度を効率良く熱伝導部材から温度測定部に伝えて、精度の高い温度測定を行うことができる。

　本発明の一態様に係るセンサモジュールの制御方法は、受発光部の発光部から被検体に向けて所定波長の光を放出し、被検体を経由した光を受発光部の受光部で受け、受光部から出力された信号に基づき生体関連情報を演算部で推定するセンサモジュールの制御方法である。この制御方法では、被検体の温度を測定する温度測定工程と、測定された温度が所定値未満のとき、受発光部および演算部を第１モードで動作させ、温度が所定値以上のとき、受発光部および演算部の少なくともいずれかを第１モードでの動作時よりも低発熱となる第２モードで動作させる、または自己復帰不能な状態で停止する停止処理を実行するよう制御する動作選択工程と、を備えている。

　このような構成により、被検体の温度が所定値以上になった場合、第１モードでの動作時よりも低発熱となる第２モードで動作するよう切り替えるか、自己復帰不能な状態で停止するため、計測に伴う被検体の温度上昇を抑制することができる。

　上記センサモジュールの制御方法において、動作選択工程では、第２モードとして、受光部での光の検出周波数を第１モードよりも低下させること、発光部での光の発光周波数を第１モードよりも低下させること、演算部のクロック周波数を第１モードよりも低下させること、演算部で生体関連情報を推定する間隔を第１モードよりも長くすること、の少なくとも１つを行うようにしてもよい。これにより、第１モードから第２モードに切り替えた際に、発熱の原因となる動作の変更によって低発熱化を図ることができる。

　上記センサモジュールの制御方法において、測定した温度が予め設定されたアラート温度を超えた場合、アラートを出力するようにしてもよい。これにより、計測中に被検体の温度がアラート温度を超えたことを報知して、対処を促すことができる。

　上記センサモジュールの制御方法において、生体関連情報の推定開始からの動作時間を計測し、動作時間が予め定めた閾値を超えた場合、発光部からの光の放出を停止するよう制御してもよい。これにより、動作時間が予め定めた閾値を超えた場合、発光部からの光の放出が自動的に停止して、一定時間を超えた光の照射による被検体の温度上昇を抑制することができる。

　前記動作選択工程では、前記第２モードとして、前記演算部および前記受発光部のうち少なくとも前記演算部を休止させる休止処理を実行してもよい。これにより、被検体の温度上昇をより効率的に抑制することができる。

　本発明によれば、被検体に与える熱ストレスを抑制することができるセンサモジュールおよびその制御方法を提供することが可能になる。

（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係るセンサモジュールを例示する斜視図である。 本実施形態に係るセンサモジュールの構成を例示するブロック図である。 熱伝導部材の例を示す模式図である。 センサモジュールを被検体に装着した状態を示す模式断面図である。 本実施形態に係るセンサモジュールの制御方法を例示するフローチャートである。 本実施形態に係るセンサモジュールの制御方法を例示するフローチャートである。 センサモジュールの動作の一例を表すタイミングチャートである。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。また、「上下」を示す記載は各部材間の相対的な位置関係を説明するために便宜的に用いているものであり、絶対的な位置関係を示すものではない。

（センサモジュールの構成）
　図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係るセンサモジュールを例示する斜視図である。
　図１（ａ）には受発光面とは反対側からみた斜視図が示され、図１（ｂ）には受発光面からみた斜視図が示される。
　図２は、本実施形態に係るセンサモジュールの構成を例示するブロック図である。

　本実施形態に係るセンサモジュール１は、例えば人体の皮膚に密着させて血液内の物質に関する情報の計測を行う装置である。図１に示すように、センサモジュール１は、基板１００に設けられた受発光部１５と、被検体の温度を測定する温度測定部２０と、基板１００に設けられた制御部３０とを備える。

　受発光部１５は基板１００の一方面側に設けられる。基板１００の一方面側は受発光面１０ａであり、計測の際には被検体側（例えば、被検体と接触する面）となる。受発光部１５は、被検体に向けて所定波長の光を放出する発光部１１と、被検体を経由した光を受ける受光部１２とを有する。本実施形態では、受発光面１０ａに、一対の発光部１１と、一対の発光部１１の間に配置される受光部１２とが配置されている。

　基板１００の一方面側において、受発光部１５を取り囲むようにメタルプレート１１０が設けられていてもよい。メタルプレート１１０は、被検体と接して被検体からの温度を基板１００の他方面側へ伝える熱伝導部材として機能する。また、受発光部１５の上にＰＥＴ（polyethylene terephthalate：ポリエチレンテレフタレート）シートなどのカバー１２０が設けられていてもよい。カバー１２０は、受発光部１５で送受する光の波長（例えば、近赤外光）に対して十分な透過性を有する合成樹脂シートで構成されている。

　温度測定部２０は、基板１００の他方面側に設けられる。温度測定部２０が被検体と接触しない場合、温度測定部２０は被検体の温度を間接的に測定する。この場合、被検体と接する面（例えば、メタルプレート１１０）から温度測定部２０の接する面までの熱伝導率を考慮して、被検体の温度を推定してもよい。

　なお、温度測定部２０は、基板１００の一方面側に設けられていても、基板１００の内部に埋め込まれていてもよい。また、基板１００の他方面側に設けた温度測定部２０のほか、基板１００の一方面側や側面に温度測定部２０とは異なる他の温度測定部（図示せず）を設けてもよい。温度測定部２０と他の温度測定部のそれぞれによる温度測定値を比較することで、被検体Ｓの温度をより精度よく測定することができる。

　制御部３０は、基板１００の他方面側に設けられる。制御部３０は、受光部１２から出力された信号に基づき生体関連情報を推定する演算部３１（図２参照）を有する。基板１００の他方面側にはコネクタ８０が設けられていてもよい。コネクタ８０は、センサモジュール１と外部との信号の入出力や、センサモジュール１と電源との接続のために用いられる。

　本実施形態に係るセンサモジュール１において、制御部３０は、温度測定部２０によって測定された温度が所定値未満のとき第１モードでの動作を選択し、測定された温度が所定値以上のとき第２モードでの動作を選択する。ここで、第１モードおよび第２モードといった各モードは、受発光部１５および演算部３１のそれぞれの動作態様である。第２モードは、第１モードよりも受発光部１５および演算部３１の少なくともいずれかの動作が第１モードでの動作時よりも低発熱となるモードである。

　このような制御によって、被検体の温度が所定値以上になった場合には第１モードでの動作時よりも低発熱となる第２モードでの動作に切り替わるため、計測に伴う被検体の温度上昇を抑制することができる。例えば、センサモジュール１によって連続的に計測を行う場合、被検体の温度が所定値以上に上昇しないように制限をかけて、被検体に与える熱ストレスを抑制することができる。

　第２モードでは、演算部３１および受発光部１５のうち少なくとも演算部３１を休止（スリープ）させる休止処理を実行してもよい。これにより、第２モードに切り替わった際には演算部３１や受発光部１５といった発熱の多い部分の動作が休止して、効果的な低発熱化を図ることができる。この休止処理を実行している間において、温度測定部２０による温度測定を実行してもよいし、実行しなくてもよい。温度測定を実行する場合には、演算部３１は、測定された温度に基づいて、休止処理を終了するか否かを判断することができる。具体例として、所定の温度以下に至ったことを条件として休止処理を終了することが挙げられる。温度測定を実行しない場合には、温度測定部２０も休止させることができるため、被検体に与える熱ストレスをより効率的に抑制することができる。なお、休止処理を実行中に温度測定部２０による温度測定を実行しない場合には、例えば、温度測定を休止してから所定時間が経過したことを条件として温度測定部２０による温度測定を再開して、さらに休止処理の実行を維持するか否かを判断するようにしてもよい。

　また、制御部３０は、温度測定部２０によって測定された温度が所定値以上のとき、センサモジュール１が自らでは復帰できない状態（自己復帰不能な状態）で停止する停止処理、すなわちシャットダウンを実行するよう制御してもよい。シャットダウンの状態とは、待機電力以外の電力供給が停止されている状態、計測に関するソフトウェアの実行が停止されている状態の少なくともいずれかを含む。いずれにおいても、シャットダウンしている状態では第２モードで動作している状態よりも低発熱となる。このようなシャットダウンを行うことによって、センサモジュール１が発熱する可能性が特に低減されるため、被検体に与える熱ストレスをより安定的に抑制することができる。なお、シャットダウンした後は、センサモジュール１の電源を再投入（再起動）することで機能を復帰させることができる。

（センサモジュールのブロック構成）
　図２に示すように、センサモジュール１は、一対の発光部１１と、一対の発光部１１の間に設けられた受光部１２と、制御部３０と、温度測定部２０と、入出力インタフェース部１４とを備える。

　発光部１１は、発光波長が８０６ｎｍ以上８５５ｎｍ以下の第１近赤外光を含む光を発光する第１発光素子１１ａ１を含む。また、発光部１１は、発光波長が７５５ｎｍ以上７６５ｎｍ以下、好ましくは７５８ｎｍ以上７６２ｎｍ以下の第２近赤外光を含む光を発光する第２発光素子１１ａ２を含んでいてもよい。第１発光素子１１ａ１および第２発光素子１１ａ２は、発光ダイオード素子やレーザ素子である。なお、本実施形態では発光部１１から第１近赤外光および第２近赤外光を放出するよう構成されるが、少なくとも第１近赤外光を放出するよう構成されていればよい。

　受光部１２は、発光部１１から放出され被検体の血管を流れる血液を経由した第１近赤外光を受けて電気信号に変換する受光素子１２ａを有する。受光素子１２ａは、例えばフォトダイオードである。本実施形態では、受光素子１２ａは第１近赤外光のほか、第２近赤外光も受光して、その受光量に応じた電気信号を出力する感度を有する。

　発光部１１と受光部１２とは一体となって受発光部１５を構成している。センサモジュール１は、受発光部１５（発光部１１および受光部１２）、制御部３０、温度測定部２０および入出力インタフェース部１４をパッケージ化したものであってもよい。

　発光部１１は、第１発光素子１１ａ１および第２発光素子１１ａ２をそれぞれ駆動するドライブ回路１１ｂを有する。また、受光部１２は、受光素子１２ａが出力する受光信号を増幅する増幅回路１２ｂを有する。これらの回路はチップ化されていてもよい。

　制御部３０は、マイクロコンピュータで構成されている。制御部３０は、発光部１１のドライブ回路１１ｂにタイミング信号を送信して、第１発光素子１１ａ１および第２発光素子１１ａ２から近赤外光を発するように制御することができる。また、制御部３０は、演算部３１、メモリ３２およびタイマー３３を有する。

　制御部３０は、内蔵のアナログ－デジタル変換回路を用いて、受光部１２の増幅回路１２ｂから出力された増幅後の受光信号を処理可能なデジタル形式の信号情報に変換する。演算部３１は、この変換された信号情報に基づいて、被検体の血管内を通る血液に関する情報を推定する。

　メモリ３２は、推定した生体関連情報など、各種のデータを記憶する。タイマー３３は、センサモジュール１の動作時間、すなわち生体関連情報の推定開始からの動作時間を計測する。入出力インタフェース部１４は、センサモジュール１の外部との情報の入出力を行う。入出力インタフェース部１４には、コネクタ８０や、外部機器（表示装置、記憶装置、ネットワーク）との通信を行う通信手段（無線通信、有線通信）などが含まれる。

　このような構成を備えたセンサモジュール１において、例えば、第１近赤外光を用いた計測では、被検体の血管内を通る血液のヘマトクリット（Ｈｃｔ）、血流の拍動、血流量、流速などを得ることができる。また、第１近赤外光および第２近赤外光の両方を用いた計測では、血中ヘモグロビン変化（Ｈｂ変化量）、血中酸素比率変化（酸素度）などを得ることができる。

　ここで、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの吸光度は波長８０５ｎｍにおいて等しく、波長８０５ｎｍよりも長波長では酸素化ヘモグロビンの吸光度が脱酸素化ヘモグロビンの吸光度よりも大きく、波長８０５ｎｍよりも短波長では酸素化ヘモグロビンの吸光度が脱酸素化ヘモグロビンの吸光度よりも小さくなる。したがって、波長８０６ｎｍ以上８５５ｎｍ以下の第１近赤外光を含む光、好ましくは第１近赤外光の波長域に発光ピークを有する光を用いることで、酸素化ヘモグロビンを優先的に測定することができる。

　そして、ヘモグロビンの量からヘマトクリット（Ｈｃｔ）を計測できることになる。本実施形態に係るセンサモジュール１を用いた計測では、ヘマトクリット（Ｈｃｔ）を±１％以下の精度で計測することができる。また、センサモジュール１では１０ミリ秒程度のサンプリングレートで計測できるため、血液に関する情報を連続的に得ることができる。

　また、波長８０５ｎｍよりも短波長の光を含む光により測定を行うと、脱酸素化ヘモグロビンを優先的に測定することができる。そのような光として、波長７５５ｎｍ以上７６５ｎｍ以下（好ましくは７５８ｎｍ以上７６２ｎｍ以下）の第２近赤外光を含む光が例示され、第２近赤外光の波長域に発光ピークを有する光が好ましい光として例示される。そして、第１近赤外光を含む光による測定結果および第２近赤外光を含む光による測定結果から、血中酸素比率変化（酸素度）またはこれに関連する情報を導き出すことが可能である。

　例えば、第１近赤外光を用いた計測では、被検体の血管内を通る血液のヘマトクリット（Ｈｃｔ）、血流の拍動、血流量、流速などを得ることができる。また、第１近赤外光および第２近赤外光の両方を用いた計測では、血中ヘモグロビン変化（Ｈｂ変化量）、血中酸素比率変化（酸素度）などを得ることができる。

（熱伝導部材）
　図３は、熱伝導部材の例を示す模式図である。
　図３（ａ）には受発光面とは反対側からみた斜視図が示され、図３（ｂ）には断面図が示される。
　本実施形態に係るセンサモジュール１は、図３（ａ）および（ｂ）に示す熱伝導部材５０を備えていてもよい。熱伝導部材５０は被検体と接触して、被検体の熱を基板１００側へ効率良く伝達する部材である。

　熱伝導部材５０は、熱伝導層５１０とヒートガイド５２０とを有する。ヒートガイド５２０は、銅やアルミニウムなどの熱伝導率の良好な金属（熱抵抗の比較的低い金属）で構成される。ヒートガイド５２０は、基板１００の平面視外形よりも広く張り出したフランジ部５２１を有していてもよい。これにより、ヒートガイド５２０を被検体に確実に接触させることができる。ヒートガイド５２０は、基板１００の一方面側に熱伝導層５１０を介して接続される。

　ヒートガイド５２０は、発光部１１の光の放出経路に設けられた放出用開口５５と、受光部１２による光の受光経路に設けられた受光用開口５６とを有する。発光部１１から放出された光は放出用開口５５を介して被検体に照射され、被検体を経由した光は受光用開口５６を介して受光部１２に到達する。

　図４は、センサモジュールを被検体に装着した状態を示す模式断面図である。
　センサモジュール１によって生体関連情報の推定を行うには、受発光面１０ａ側を被検体Ｓに向けるようにしてセンサモジュール１を被検体Ｓに装着する。図４に示すように、ヒートガイド５２０が設けられているセンサモジュール１では、ヒートガイド５２０の表面が被検体Ｓと接触するように装着する。

　そして、センサモジュール１を被検体Ｓに装着した状態で、発光部１１から光を所定の間隔で放出する。発光部１１から放出された光は被検体Ｓに照射される。被検体Ｓに照射され、被検体Ｓを経由した光は受光部１２で受けることで、受光量に応じた電気信号に変換される。この電気信号を演算部３１で処理することで、被検体Ｓの生体関連情報を推定することができる。また、この計測において温度測定部２０は温度の測定を行っている。制御部３０は、温度測定部２０によって測定した温度に基づいて、受発光部１５や演算部３１の動作を制御して、被検体Ｓに与える熱ストレスを抑制する。

（制御方法）
　図５および図６は、本実施形態に係るセンサモジュールの制御方法を例示するフローチャートである。
　なお、以下の説明では、先に説明したセンサモジュール１の制御方法を例とする。
　先ず、センサモジュール１を被検体Ｓに装着する（図４参照）。装着の状態を確認した後、計測を開始する。計測開始により、図５および図６に示すフローチャートに沿った制御を行う。図５に示す制御方法は第１モードでの動作であり、図６に示す制御方法は第２モードでの動作である。制御部３０は、温度測定部２０での温度の測定結果に基づいて、第１モードでの動作および第２モードでの動作ならびに停止処理の実行のいずれかを選択する制御を行う。

　先ず、ステップＳ１０１に示すように、制御部３０は、動作モードとして第１モードを選択する。第１モードは通常動作モードである。第１モードの選択によって、受発光部１５および演算部３１は予め設定された通常の能力（処理速度、処理タイミング、クロック周波数など）で動作する。また、計測開始にあわせてタイマー３３による時間計測を開始する。

　次に、ステップＳ１０２に示すように、演算部３１によって生体関連情報の推定を行う。生体関連情報の推定は、具体的には、次のように行われる。制御部３０からの制御信号を受けて、ドライブ回路１１ｂは、第１中心波長λ１が７６０ｎｍの近赤外光を発する第１発光素子１１ａ１と、第２中心波長λ２が８５０ｎｍの近赤外光を発する第２発光素子１１ａ２と、を所定のタイミングで被検体Ｓに向けて交互発光させる。言い換えれば、制御部３０は、ドライブ回路１１ｂに対してタイミング信号を送信し、第１中心波長λ１が７６０ｎｍの近赤外光と、第２中心波長λ２が８５０ｎｍの近赤外光と、を第１発光素子１１ａ１および第２発光素子１１ａ２から順次間欠的に発光させる。

　そして、受光素子１２ａは、被検体Ｓを経由した光を受けて、受けた光に応じた信号を出力する。受光素子１２ａから出力された信号は、増幅回路１２ｂで増幅されて制御部３０に入力される。制御部３０は、入力された信号をアナログ－デジタル変換し、波長毎（７６０ｎｍと８５０ｎｍ）の信号出力をそれぞれ求める。これら信号出力値と生体関連情報の値との関係を示す計算式やテーブルがメモリ３２等に予め格納されている。演算部３１は、計算式やテーブルを参照することで信号出力値に応じた各生体関連情報を推定する演算を行う。

　次に、ステップＳ１０３に示すように、推定した生体関連情報の配信および確認を制御部３０によって行う。情報の配信は、入出力インタフェース部１４を介して行われる。これにより、図示しない表示部に推定結果を表示したり、ネットワークを介して外部の機器へ情報を送信したりする。

　次に、ステップＳ１０４に示すように、温度測定部２０によって温度の測定を行う。温度測定部２０は測定した温度の情報（温度情報）を制御部３０に送る。次に、ステップＳ１０５に示すように、制御部３０は、温度測定部２０から送られた温度情報に基づき、温度が停止温度を超えたか否かの判断を行う。予め設定された停止温度を超えている場合には、ステップＳ１１１へ進み、センサモジュール１の動作を停止する停止処理（シャットダウン）を実行する。停止処理が実行されると、センサモジュール１が自らでは復帰できない状態（自己復帰不能な状態）で停止する。したがって、停止処理を実行することにより、センサモジュールが発熱する可能性を特に低減させることができる。

　停止温度を超えていない場合にはステップＳ１０６へ進み、温度が閾値以上か否かの判断を行う。温度が閾値以上の場合には、後述する図６に示すフローチャートの処理へ移行する。温度が閾値以上でなかった場合には、ステップＳ１０７へ進む。

　ステップＳ１０７では、アラートが必要か否かの判断を行う。ここでは、例えばタイマー３３によって計測した時間が予め定められた閾値（連続計測の上限時間）以上であるか否かの判断を行う。ステップＳ１０７で閾値以上となりアラートが必要と判断した場合には、ステップＳ１０８に示すアラートの出力を行う。アラートとしては、ブザーやランプなどによる報知が挙げられる。アラートが出力されることで、連続計測時間が長くなった（例えば、上限時間を超えた）ことなどを知らせて、計測に対して何らかの対処を促すことができる。

　アラートの出力後、ステップＳ１０９に示す処理では、動作停止するか否かの判断を行う。アラートを出力だけでは不十分な状態になっていればステップＳ１１１へ進み、センサモジュール１の動作を停止する。動作を停止しない場合にはステップＳ１０２へ戻る。

　一方、ステップＳ１０７でアラートの必要がないと判断した場合には、ステップＳ１１０に示すように、終了指示があるか否かの判断を行う。終了指示があればステップＳ１１１へ進み、センサモジュール１の動作を停止する。終了指示がなければステップＳ１０２へ戻る。ステップＳ１０２へ戻った後は、以降の処理（第１モードでの計測動作）を繰り返す。

　第１モードによる計測を行っている間、温度測定部２０は温度の測定を継続している。そして、ステップＳ１０６において、測定された温度が閾値以上になったと判断した場合、図６に示すフローチャートの処理へ移行する。

　図６のステップＳ２０１に示す処理では、制御部３０は、動作モードとして第２モードを選択する。第２モードは、第１モードよりも低発熱で動作するモードである。すなわち、第２モードは、第１モードよりも受発光部１５および演算部３１の少なくともいずれかの動作を第１モードでの動作時よりも低発熱となる動作モードである。以降、第２モードによる動作条件で計測を行うことになる。

　すなわち、ステップＳ２０２に示す演算部３１による生体関連情報の推定、ステップＳ２０３に示す推定した生体関連情報の配信および確認、およびステップＳ２０４に示す温度測定部２０での温度の測定を行う。

　温度測定部２０は測定した温度の情報（温度情報）を制御部３０に送る。次に、ステップＳ２０５に示すように、制御部３０は、温度測定部２０から送られた温度情報に基づき、温度が閾値未満か否かの判断を行う。ここでの閾値は図５のステップＳ１０５に示す処理で用いた閾値と同じである。

　温度が閾値未満でない場合には、ステップＳ２０６に示すように、アラートが必要か否かの判断を行う。ここでは、例えばタイマー３３によって計測した時間が予め定められた閾値（連続計測の上限時間）以上であるか否かの判断を行う。また、温度がステップＳ２０５（ステップＳ１０６）で適用した閾値よりも高い閾値（アラート温度）以上であるか否かの判断を行ってもよい。

　ステップＳ２０６でアラートが必要と判断した場合には、ステップＳ２０７に示すアラートの出力を行う。アラートとしては、ブザーやランプなどによる報知が挙げられる。これにより、連続計測時間が長くなった（例えば、上限時間を超えた）ことや、計測中に被検体の温度がアラート温度を超えたことなど知らせて、計測に対する何らかの対処を促すことができる。

　アラートの出力後、ステップＳ２０８に示す処理では、動作停止するか否かの判断を行う。アラートを出力だけでは不十分な状態になっていればセンサモジュール１の動作を停止する。動作停止しない場合にはステップＳ２０２へ戻る。

　一方、ステップＳ２０６でアラートの必要がないと判断した場合には、ステップＳ２０９に示すように、終了指示があるか否かの判断を行う。終了指示があれば図５のステップＳ１１１へ進み、センサモジュール１の動作を停止する。終了指示がなければステップＳ２０２へ戻る。ステップＳ２０２へ戻った後は、以降の処理（第２モードでの計測動作）を繰り返す。

　第２モードによる計測を行っている間、温度測定部２０は温度の測定を継続している。そして、ステップＳ２０５において、測定された温度が閾値未満であると判断した場合、図５に示すフローチャートの処理へ移行する。すなわち、第２モードで動作すべき温度よりも下がったことから、図５に示すステップＳ１０１へ戻り、第１モードを選択して、以降は第１モードでの計測動作に戻る。

　このような制御方法によれば、通常は第１モードでの計測動作を行い、この動作の中で被検体Ｓの温度が所定値以上になった場合、低発熱の第２モードで動作するよう切り替えることができる。これにより、計測に伴う被検体Ｓの温度上昇を抑制して、被検体Ｓに対する熱ストレスを緩和することができる。

（動作モードの一例）
　図７は、センサモジュールの動作の一例を表すタイミングチャートである。
　図７（ａ）は、制御部３０が発光部１１に対して送信するタイミング信号（発光信号）のレベルを表している。図７（ｂ）は、受光部１２が出力した増幅後の受光信号のレベルを表している。図７（ｃ）は、制御部３０が実行する処理のタイミングを表している。

　先ず、図７（ａ）に表したように、制御部３０は、第１中心波長λ１の近赤外光および第２中心波長λ２の近赤外光を間欠的かつ交互に発光させる。言い換えれば、制御部３０は、第１中心波長λ１の近赤外光と、第２中心波長λ２の近赤外光と、を第１発光素子１１ａ１および第２発光素子１１ａ２から順次間欠的に発光させる。

　そして、図７（ｂ）に表したように、受光部１２は、被検体Ｓを経由した第１中心波長λ１の近赤外光と、被検体Ｓを経由した第２中心波長λ２の近赤外光と、に応じた受光信号を出力する。つまり、制御部３０は、第１中心波長λ１の近赤外光の発光信号と、第２中心波長λ２の近赤外光の発光信号と、に対応するタイミングで、第１中心波長λ１の反射光と、第２中心波長λ２の反射光と、に応じた信号を受信する。

　この例では、第１中心波長λ１の近赤外光の発光時間帯Ｔ５の長さと、第２中心波長λ２の近赤外光の発光時間帯Ｔ７の長さとは等しい。また、一連の発光において隣り合う２つの発光時間帯である発光時間帯Ｔ５と発光時間帯Ｔ７との間に位置する非発光時間帯である第１非発光時間帯Ｔ６の長さと、隣り合う２つの一連の発光のうち先の一連の発光における最後の発光時間帯である発光時間帯Ｔ７と隣り合う２つの一連の発光のうち後の一連の発光における最初の発光時間帯である次の発光時間帯Ｔ５との間に位置する非発光時間帯である第２非発光時間帯Ｔ８の長さとは等しい。つまり、第１中心波長λ１の近赤外光の発光周期（Ｔ５＋Ｔ６＋Ｔ７＋Ｔ８）は、第２中心波長λ２の近赤外光の発光周期（Ｔ７＋Ｔ８＋Ｔ５＋Ｔ６）に同じである。第１中心波長λ１の近赤外光および第２中心波長λ２の近赤外光のそれぞれの発光周期（Ｔ５＋Ｔ６＋Ｔ７＋Ｔ８）は、例えば約２ミリ秒（ｍｓ）程度である。この発光周期がすなわちセンサモジュール１の測定サイクルとなる。

　図７（ｃ）に表したように、第１中心波長λ１の近赤外光に応じた信号のアナログ－デジタル変換（ＡＤ変換）の処理に要する時間帯Ｔ５１の長さと、第２中心波長λ２の近赤外光に応じた信号のＡＤ変換の処理に要する時間帯Ｔ７１の長さとは等しい。また、時間帯Ｔ５１と時間帯Ｔ７１との間においてＡＤ変換の処理が停止された時間帯Ｔ６１の長さと、時間帯Ｔ７１と時間帯Ｔ５１との間においてＡＤ変換の処理が停止された時間帯Ｔ８１の長さとは等しい。つまり、第１中心波長λ１の近赤外光に応じた信号のＡＤ変換周期（Ｔ５１＋Ｔ６１＋Ｔ７１＋Ｔ８１）は、第２中心波長λ２の近赤外光に応じた信号のＡＤ変換周期（Ｔ７１＋Ｔ８１＋Ｔ５１＋Ｔ６１）に同じである。

　そして、演算部３１は、第１発光素子１１ａ１および第２発光素子１１ａ２のそれぞれが発した光を受光素子１２ａが受けるたびに、受光部１２から出力された複数の信号を互いに異なる中心波長ごとに平均化する移動平均化処理を実行する。具体的には、演算部３１は、第１中心波長λ１の近赤外光に応じた信号のＡＤ変換が終了してから第２中心波長λ２の近赤外光に応じた信号のＡＤ変換を開始するまでの時間帯（ＡＤ変換以外の処理を実施可能な時間帯であるから、「処理可能時間帯」ともいう。）Ｔ６１において、第１中心波長λ１の近赤外光に応じた信号を平均化する移動平均化処理を実行する。また、演算部３１は、第２中心波長λ２の近赤外光に応じた信号のＡＤ変換が終了してから次の第１中心波長λ１の近赤外光に応じた信号のＡＤ変換を開始するまでの時間帯（処理可能時間帯）Ｔ８１において、第２中心波長λ２の近赤外光に応じた信号を平均化する移動平均化処理を実行する。

　続いて、演算部３１は、第１中心波長λ１の近赤外光についての移動平均化処理により生成された信号と、第２中心波長λ２の近赤外光についての移動平均化処理により生成された信号と、の両方を得た段階で、生体関連情報の推定する処理（推定処理）を実行する。つまり、制御部は、発光部１１から発光された全ての中心波長の近赤外光についての移動平均化処理により生成された信号を得た段階で、第２非発光時間帯Ｔ８に対応して設定される処理可能時間帯Ｔ８１において、演算部３１により推定処理を実行する。このように、第１非発光時間帯Ｔ６に対応して設定される処理可能時間帯Ｔ６１では移動平均化処理のみが行われるのに対し、第２非発光時間帯Ｔ８に対応して設定される処理可能時間帯Ｔ８１では移動平均化処理と推定処理とが行われる。

　このようなタイミングチャートで動作するセンサモジュール１において、制御部３０は、第２モードを選択した場合の動作として、次の動作のうち少なくとも１つを行う。
（１）受光部１２での光の検出周波数を第１モードよりも低下させる。
（２）発光部１１での光の発光周波数を第１モードよりも低下させる。
（３）演算部３１のクロック周波数を第１モードよりも低下させる。
（４）演算部３１で生体関連情報を推定する間隔を第１モードよりも長くする。

　上記（１）では、図７（ｂ）に示す受光部１２での受光タイミングのピッチ（周波数）が長くなったり、受光タイミングの間引きが行われたりする。
　上記（２）では、図７（ａ）に示す発光部１１での発光タイミングのピッチ（周波数）が長くなったり、受光タイミングの間引きが行われたりする。
　上記（３）では、図７（ｃ）に示すＡＤ変換の処理次回や移動平均化の処理時間が長くなる。
　上記（４）では、図７（ｃ）に示す生体関連情報の一の算出タイミングと、次の算出タイミングとの間隔が長くなる。

　いずれにおいても、通常のモード（第１モード）よりも第２モードのほうが低発熱化されるため、被検体Ｓに与える熱ストレスを抑制することができる。上記（１）～（４）の動作では、第２モードであっても生体関連情報の推定は行われている。これにより、発熱を抑制しつつ、生体関連情報を得ることも可能となる。

　また、第２モードでは、演算部３１および受発光部１５のうち少なくとも演算部３１を休止（スリープ）させるようにしてもよい。これにより、第２モードに切り替わった際には演算部３１や受発光部１５といった発熱の多い部分の動作が休止して、効果的な低発熱化を図ることができる。

　なお、上記の例では、温度測定部２０で測定した温度に基づき選択する動作モードとして第１モードおよび第２モードの２つを例としたが、モード切り替えの温度の閾値を２つ以上設定して、３つ以上の動作モードの切り替えを行うようにしてもよい。具体例として、第１モード、第１モードよりも測定間隔を長くして低発熱な状態で生体情報の推定を行うモード、および休止処理を実行するモードの３つのモードの切り替えを行うことが挙げられる。また、モード切り替えの温度の閾値と、動作モードの内容（制御内容）との組み合わせを複数用意してメモリ３２等に記憶しておき、使用者が適宜選択できるようにしてもよい。また、モード切り替えの温度の閾値と、連続動作の上限時間との組み合わせを複数用意してメモリ３２等に記憶しておき、使用者が適宜選択できるようにしてもよい。さらにまた、モード切り替えの温度の閾値と、動作モードの内容（制御内容）と、連続動作の上限時間との組み合わせを複数用意してメモリ３２等に記憶しておき、使用者が適宜選択できるようにしてもよい。

（具体的な動作の例）
　ここで、具体的な動作の例を説明する。
　先ず、温度の閾値として、４１℃、４２℃、４３℃、４３．５℃を設定しておく。また、連続動作の上限時間として、４時間、８時間を設定しておく。

　例えば、１歳未満の乳児に本実施形態のセンサモジュール１を使用する場合、停止温度４１℃を設定しておく。そして、温度測定部２０で測定した温度が停止温度である４１℃を超えた場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、センサモジュール１の動作を停止する制御を行う。

　また、１歳未満の乳児以外にセンサモジュール１を使用する場合、モード切り替えの温度閾値４２℃と連続動作時間の上限８時間との組み合わせと、アラート温度４３℃と連続動作時間の上限４時間との組み合わせと、停止温度４３．５℃を設定しておく。

　この設定でセンサモジュール１を動作させた場合、温度測定部２０で測定した温度が４２℃未満では（ステップＳ１０６でＮｏ）、第１モードで計測動作する。第１モードでの動作が連続動作時間の上限８時間を超えた場合（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、アラートを出力し（ステップＳ１０８）、センサモジュール１の動作を停止する（ステップＳ１１１）。

　また、動作中に温度測定部２０で測定した温度が４２℃以上になった場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、第２モードに切り替えて計測動作を行う（ステップＳ２０１）。第２モードで計測中に温度がアラート温度４３℃を超えた場合（ステップＳ２０６でＹｅｓ）、アラートを出力する（ステップＳ２０７）。また、４３℃を超えて連続動作時間の上限４時間を超えた場合（ステップＳ２０８でＹｅｓ）、センサモジュール１の動作を停止する（ステップＳ１１１）。

　また、動作中に停止温度４３．５℃を超えた場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ、ステップＳ２０８でＹｅｓ）、センサモジュール１の動作を停止する（ステップＳ１１１）。

　以上説明したように、本実施形態によれば、被検体Ｓに与える熱ストレスを抑制することができるセンサモジュール１およびその制御方法を提供することが可能になる。

　なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

　また、上記のセンサモジュール１では、制御部３０が発光部１１に制御信号を出力して発光部１１の動作を制御したが、これに限定されない。制御部３０とは異なる別の部分が発光部１１の動作を制御し、制御部３０は受光部１２から出力される信号が入力されたことを契機として、推定処理や他の処理（移動平均化処理など）を行ってもよい。

　また、温度測定部２０は必ずしもセンサモジュール１と一体でなくてもよい。例えば、センサモジュール１とは別体で温度測定部２０を設けておき、センサモジュール１の装着位置に制限されずに被検体Ｓの適宜の部位の温度を測定できるようにしてもよい。

　また、上記の説明では第１モードから第２モードあるいは停止処理への切り替えのみを示したが、制御部３０は、第２モードから第１モードへと切り替えを行ってもよい。この切り替えは、温度測定部２０により測定された温度に基づいて行われてもよいし、第１モードから第２モードへと切り替えた時間からの経過時間に基づいて行われてもよい。

１…センサモジュール
１０ａ…受発光面
１１…発光部
１１ａ１…第１発光素子
１１ａ２…第２発光素子
１１ｂ…ドライブ回路
１２…受光部
１２ａ…受光素子
１２ｂ…増幅回路
１４…入出力インタフェース部
１５…受発光部
２０…温度測定部
３０…制御部
３１…演算部
３２…メモリ
３３…タイマー
５０…熱伝導部材
５５…放出用開口
５６…受光用開口
８０…コネクタ
１００…基板
１１０…メタルプレート
１２０…カバー
５１０…熱伝導層
５２０…ヒートガイド
５２１…フランジ部
Ｓ…被検体

Claims (13)

1. 　基板に設けられ、被検体に向けて所定波長の光を放出する発光部、および前記被検体を経由した前記光を受ける受光部を有する受発光部と、
   　前記被検体の温度を測定する温度測定部と、
   　前記基板に設けられ、前記受光部から出力された信号に基づき生体関連情報を推定する演算部を有する制御部と、
   　を備え、
   　前記制御部は、
   　　前記温度測定部によって測定された温度が所定値未満のとき、前記受発光部および前記演算部を第１モードで動作させ、
   　　前記温度が前記所定値以上のとき、前記受発光部および前記演算部の少なくともいずれかの動作を前記第１モードでの動作時よりも低発熱となる第２モードで動作させる、または自己復帰不能な状態で停止する停止処理を実行するよう制御することを特徴とするセンサモジュール。
2. 　前記制御部は、前記第２モードとして、
   　　前記受光部での前記光の検出周波数を前記第１モードよりも低下させること、
   　　前記発光部での前記光の発光周波数を前記第１モードよりも低下させること、
   　　前記演算部のクロック周波数を前記第１モードよりも低下させること、
   　　前記演算部で前記生体関連情報を推定する間隔を前記第１モードよりも長くすること、
   　の少なくとも１つを行う、請求項１記載のセンサモジュール。
3. 　前記制御部は、前記第１モードおよび前記第２モードのいずれにおいても前記受発光部および前記演算部を動作させて前記生体関連情報の推定を行う、請求項１または２に記載のセンサモジュール。
4. 　前記制御部は、前記第２モードとして、前記演算部および前記受発光部のうち少なくとも前記演算部を休止させる休止処理を実行する、請求項１～３のいずれか１つに記載のセンサモジュール。
5. 　前記制御部が前記休止処理を実行中は、前記温度測定部も動作を休止する、請求項４記載のセンサモジュール。
6. 　前記受発光部は前記基板の一方面に設けられ、
   　前記制御部および前記温度測定部は前記基板の他方面に設けられた、請求項１～５のいずれか１つに記載のセンサモジュール。
7. 　前記基板の一方面または側面に、前記温度測定部とは異なる他の温度測定部が設けられた、請求項５記載のセンサモジュール。
8. 　前記基板の一方面に設けられた熱伝導部材をさらに備えた、請求項６または７に記載のセンサモジュール。
9. 　受発光部の発光部から被検体に向けて所定波長の光を放出し、前記被検体を経由した前記光を前記受発光部の受光部で受け、前記受光部から出力された信号に基づき生体関連情報を演算部で推定するセンサモジュールの制御方法であって、
   　前記被検体の温度を測定する温度測定工程と、
   　測定された前記温度が所定値未満のとき、前記受発光部および前記演算部を第１モードで動作させ、前記温度が前記所定値以上のとき、前記受発光部および前記演算部の少なくともいずれかを前記第１モードでの動作時よりも低発熱となる第２モードで動作させる、または自己復帰不能な状態で停止する停止処理を実行するよう制御する動作選択工程と、を備えたことを特徴とするセンサモジュールの制御方法。
10. 　前記動作選択工程では、前記第２モードとして、前記受光部での前記光の検出周波数を前記第１モードよりも低下させること、前記発光部での前記光の発光周波数を前記第１モードよりも低下させること、前記演算部のクロック周波数を前記第１モードよりも低下させること、前記演算部で前記生体関連情報を推定する間隔を前記第１モードよりも長くすること、の少なくとも１つを行う、請求項９記載のセンサモジュールの制御方法。
11. 　測定した前記温度が予め設定されたアラート温度を超えた場合、アラートを出力する、請求項９または１０記載のセンサモジュールの制御方法。
12. 　前記生体関連情報の推定開始からの動作時間を計測し、前記動作時間が予め定めた閾値を超えた場合、前記発光部からの前記光の放出を停止する、請求項９～１１のいずれか１つに記載のセンサモジュールの制御方法。
13. 　前記動作選択工程では、前記第２モードとして、前記演算部および前記受発光部のうち少なくとも前記演算部を休止させる休止処理を実行する、請求項９～１２のいずれか１つに記載のセンサモジュールの制御方法。

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