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WO2018123676A1 - センサモジュールおよび生体関連情報表示システム - Google Patents

センサモジュールおよび生体関連情報表示システム Download PDF

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WO2018123676A1
WO2018123676A1 PCT/JP2017/045256 JP2017045256W WO2018123676A1 WO 2018123676 A1 WO2018123676 A1 WO 2018123676A1 JP 2017045256 W JP2017045256 W JP 2017045256W WO 2018123676 A1 WO2018123676 A1 WO 2018123676A1
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WO
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light
light emitting
light emission
time zone
unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/045256
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English (en)
French (fr)
Inventor
幸夫 大瀧
俊雄 河野
伊藤　直樹
良 下北
Original Assignee
アルプス電気株式会社
ジーニアルライト株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by アルプス電気株式会社, ジーニアルライト株式会社 filed Critical アルプス電気株式会社
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Priority to JP2018559063A priority patent/JPWO2018123676A1/ja
Publication of WO2018123676A1 publication Critical patent/WO2018123676A1/ja
Priority to US16/437,104 priority patent/US11096592B2/en

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    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
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    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient; User input means
    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient; User input means using visual displays

Definitions

  • the present invention relates to a biological body that emits light including near-infrared light toward a subject, receives light that has passed through the subject, and generates a signal corresponding to the near-infrared light included in the received light.
  • the present invention relates to a sensor module for information estimation, and a living body related information display system including the sensor module.
  • Patent Document 1 discloses a blood component measuring device for measuring the blood component of arterial blood in a living body.
  • the blood component measurement device described in Patent Document 1 includes light amount detection means, dark detection means, pulse rate detection means, calculation means, and blood component measurement means.
  • the light quantity detection means periodically irradiates the living body with light from the light emitting means at the first timing, and detects the light quantity measurement value relating to the light transmitted through the living body by the light detection means.
  • the dark detection means detects the dark measurement value by the light detection means periodically at the second timing without causing the light emission means to emit light.
  • the calculation means calculates a time difference value related to the two light quantity measurement values detected at time intervals according to the pulse rate.
  • the blood component measuring means measures the blood component of arterial blood based on the light quantity measurement value, the dark measurement value, and the time difference value.
  • the time interval (measurement cycle) between the first timing and the second timing is set to the cycle (1/50 sec or 1/60 sec) of the commercial frequency (50 Hz or 60 Hz).
  • the measurement cycle is constant.
  • the blood component measuring means uses a light quantity measurement value related to red light, a light quantity measurement value related to infrared light, and a dark measurement value measured in a fixed measurement cycle in measuring blood components of arterial blood. . That is, the blood component measuring means measures the blood component of arterial blood at the stage when a plurality of measurement values measured at a constant measurement cycle are aligned.
  • sensor modules and biological information display systems that measure biological information such as blood oxygen saturation (blood oxygen concentration) are required to reduce power consumption.
  • One effective means for reducing the power consumption of the sensor module and the living body related information display system is to lower the clock frequency of the CPU (Central Processing Unit) of the sensor module.
  • CPU Central Processing Unit
  • the CPU clock frequency is set to If it is lowered, there is a possibility that the process of measuring the blood component overlaps with the light irradiation process or the light measurement process that passes through the living body that is executed after the process. If the process for measuring blood components overlaps with the light irradiation process or the light measurement process, the sensor module may not operate.
  • the present invention is for solving the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a sensor module and a living body related information display system capable of reducing power consumption.
  • the sensor module of the present invention is a light emitting unit that emits light including near infrared light toward the subject, a light receiving unit that receives the light that has passed through the subject, and the light receiving unit that is output from the light receiving unit.
  • a control unit that estimates biological information based on a signal
  • the light-emitting unit includes a plurality of light-emitting elements that are arranged at intervals and emit the near-infrared light having different center wavelengths
  • the light receiving unit includes a light receiving element arranged to receive the light emitted from each of the plurality of light emitting elements and having sensitivity to the near-infrared light, and the light emitting unit intermittently intermittently the plurality of light emitting elements.
  • a series of light emission is repeatedly performed, and the two adjacent series of light emission are more than the first non-light emission time period which is a non-light emission time period located between two adjacent light emission time periods in the series of light emission.
  • the first series of light emission The second non-emission time zone, which is a non-emission time zone located between the last emission time zone in light emission and the first light emission time zone in the subsequent series of light emission of the two adjacent series of light emission, is longer.
  • the control unit estimates the biological information in a processable time zone set corresponding to the second non-light emission time zone.
  • a series of light emission means a series of light emission performed by a light emitting unit to sequentially and intermittently emit a plurality of light emitting elements, and a light emission time zone in which any one of the plurality of light emitting elements emits light.
  • a time zone that is continuous with the light emission time zone, a light emission stop time zone in which all of the plurality of light emitting elements stop emitting light, and a time zone that is continuous with the light emission stop time zone A light emission time period in which any one of the light emitting elements emits light.
  • a series of light emission is from the time when the light emission from the plurality of light emitting elements starts from the light emission time zone by the first light emission to the time when the light emission time from the last light emission from the plurality of light emitting elements ends. It is defined in the time zone up to.
  • a non-light emission time zone in a series of light emission is defined as a “first light emission time zone”.
  • a series of light emission is repeatedly performed. In this specification, non-light emission that starts continuously in the last light emission time period in the previous series of light emission of two adjacent series of light emission. The time period ends when the first light emission time period in the subsequent series of light emission of two adjacent series of light emission is started.
  • the non-light emission time zone located between two adjacent series of light emission is referred to as “second non-light emission time zone”.
  • a series of light emission performed by the light emitting unit is completed, and the emitted light reaches the light receiving element via the subject, and all signals output from the light receiving unit based on the light received by the light receiving element are sent to the control unit. Only after input, the control unit can start processing (estimation processing) for estimating living body related information. Therefore, the estimation process can be started only in the second non-light emission time zone. Since the light emitting unit of the sensor module having the above configuration intermittently emits the plurality of light emitting elements at the light emission timing as described above, the second non-light emission time zone is more than the length of the first non-light emission time zone. long.
  • first non-light emission time zones When light is emitted three times or more in a series of light emission, there are a plurality of first non-light emission time zones in the series of light emission.
  • the lengths of these first non-light emission time zones may be equal or may be different from each other.
  • the length of the second non-light emission time zone is set to be longer than the longest time zone among them. May be preferred.
  • the control unit can complete the estimation of the biological related information. Therefore, in the sensor module having the above configuration, the clock frequency of the control unit can be lowered while maintaining the measurement cycle, and the power consumption of the sensor module can be reduced.
  • the control unit includes a central processing unit that executes an estimation process for estimating the biological body related information, and in the processable time zone set corresponding to the second non-light emission time zone, After the estimation process is executed by the central processing unit, a sleep mode for reducing power supply to the central processing unit may be executed. Since the second non-light emission time zone is longer than the first non-light emission time zone, the processable time zone set corresponding to the second non-light emission time zone is also set corresponding to the first non-light emission time zone. It is set longer than the processable time zone. Therefore, the control unit can secure the time for executing the sleep mode for reducing the supply of power to the central processing unit after executing the estimation process by the central processing unit. Thereby, the power consumption of the sensor module can be reduced without necessarily reducing the clock frequency of the control unit. Further, when the clock frequency of the control unit is reduced, the power consumption of the sensor module can be further reduced.
  • the sleep for reducing power supply to the central processing unit in at least a part of the processable time period set corresponding to the first non-light emission time period A mode may be executed.
  • the processable time zone set corresponding to the first non-emission time zone is a moving average described below.
  • the central processing unit does not need to be actively operated in the time zone after the processing when the averaging processing is not performed, and when the moving average processing is performed. Therefore, you may perform sleep mode about this time slot
  • the control unit averages the plurality of signals output from the light receiving unit for the different central wavelengths.
  • a moving averaging process may be executed. According to this, the moving averaging process that averages a plurality of signals output from the light receiving unit for each central wavelength is executed for each light reception of the light receiving element. Therefore, the control unit can reduce the noise of the signal output from the light receiving unit, and can estimate biological information with higher accuracy.
  • the light emitting unit further includes a plurality of other light emitting elements that emit the near infrared light having the same center wavelength as the center wavelength of the near infrared light emitted by each of the plurality of light emitting elements.
  • the light emission timings of the light emitting element that emits near-infrared light having a central wavelength and the other light emitting elements may be synchronized with each other.
  • the light emitting unit further includes another light emitting element that emits near-infrared light having the same center wavelength. That is, a light emitting element that emits near-infrared light having the same center wavelength and another light emitting element are provided.
  • the light emission timings of the light emitting element and the other light emitting elements are synchronized with each other. Therefore, the light receiving unit can obtain higher detection sensitivity. Thereby, for example, even when the artery is present at a deeper location of the subject, the control unit can estimate the biological related information with higher accuracy.
  • the living body related information display system of the present invention includes any one of the sensor modules described above and a display unit that displays the living body related information estimated by the control unit.
  • the living body related information display system includes any one of the sensor modules described above, the clock frequency of the control unit can be reduced and the power consumption of the sensor module can be reduced. Further, the living body related information display system can display the living body related information estimated by the control unit on the display unit while reducing the power consumption of the sensor module.
  • the control unit may estimate at least one selected from the group consisting of blood hemoglobin change, blood oxygen ratio change, and pulse rate as the living body related information. According to this, the living body related information display system reduces at least one selected from the group consisting of blood hemoglobin change, blood oxygen ratio change and pulse rate while reducing the power consumption of the sensor module. It can be estimated as information.
  • the present invention it is possible to provide a sensor module and a living body related information display system capable of reducing power consumption.
  • FIG. 1 is a perspective view of a living body related information display system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a sensor module provided in the living body related information display system of FIG.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of a display device provided in the living body related information display system of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of a sensor module provided in the biological information system of FIG.
  • FIG. 5 is a plan view of a substrate body included in the sensor module of FIG.
  • a living body related information display system 1 is worn so as to be in direct contact with an arm, a chest, etc. of a subject, which is a human living body, by a rubber band or the like, and estimates living body related information of the subject.
  • the portable sensor module 10 transmits the estimated biological information by wireless communication, and the display device 20 displays the biological information transmitted from the sensor module 10.
  • the sensor module 10 includes a light emitting unit 11, a light receiving unit 12, a control unit 13, a wireless communication unit 14 and a substrate body 16 having a substrate 15 on which these are mounted, and a substrate body 16. And a case 18 to be accommodated.
  • the sensor module 10 has a power supply circuit (not shown) that realizes battery operation.
  • the light emitting unit 11 includes a first light emitting element package 111, a second light emitting element package 112, and a drive circuit 113.
  • the first light emitting element package 111 has a light emitting element 111a made of a light emitting diode element or a laser element that emits light including near infrared light in one package.
  • the second light emitting element package 112 has a light emitting element 112a made of a light emitting diode element or a laser element that emits light including near infrared light in one package.
  • the drive circuit 113 drives the light emitting element 111 a included in the first light emitting element package 111 and the light emitting element 112 a included in the second light emitting element package 112.
  • the light emitting element 111a as one of the “plurality of light emitting elements” can emit near infrared light having a first central wavelength ⁇ 1 having a wavelength shorter than 805 nm as the “center wavelength”.
  • the light emitting element 112a as another one of the “plurality of light emitting elements” can emit near infrared light having a second central wavelength ⁇ 2 with a wavelength longer than 805 nm as a “different central wavelength”. is there.
  • 805 nm is a wavelength with little absorption influence by the water which occupies most living bodies as a subject.
  • 805 nm is the wavelength of the isosbestic point where the absorption coefficient of deoxygenated hemoglobin and the absorption coefficient of oxygenated hemoglobin are the same.
  • the center wavelength of near-infrared light refers to a wavelength having the highest light intensity (light energy) in the wavelength range of near-infrared light emitted from a light emitting element.
  • the light emitting element 111a of the first light emitting element package 111 can emit near infrared light having a first central wavelength ⁇ 1 of 760 nm.
  • the light emitting element 112a of the second light emitting element package 112 can emit near infrared light having a second central wavelength ⁇ 2 of 850 nm.
  • the present invention is not limited to this, and the first center wavelength ⁇ 1 of the near infrared light emitted from the light emitting element 111a is shorter than 805 nm, and the second center wavelength ⁇ 2 of the near infrared light emitted from the light emitting element 112a is 805 nm. Longer is preferred.
  • the first center wavelength ⁇ 1 may be 780 nm and the second center wavelength ⁇ 2 may be 830 nm. Further, the first center wavelength ⁇ 1 may be 640 nm and the second center wavelength ⁇ 2 may be 940 nm.
  • the wavelength range of near infrared light emitted from the light emitting element 111a is preferably 760 ⁇ 50 nm, and the wavelength range of near infrared light emitted from the light emitting element 112a is preferably 850 ⁇ 50 nm.
  • the wavelength range of near infrared light emitted from the light emitting element 111a is 760 ⁇ 20 nm
  • the wavelength range of near infrared light emitted from the light emitting element 112a is 850 ⁇ 20 nm.
  • the light receiving unit 12 includes a light receiving element package 121 and an amplifier circuit 122.
  • the light receiving element package 121 includes a light receiving element 121a that outputs a signal (light receiving signal) corresponding to the received near-infrared light in one package.
  • the amplifier circuit 122 amplifies the light reception signal output from the light receiving element 121a included in the light receiving element package 121.
  • the light receiving element 121a as the “light receiving element” is disposed so as to receive the light emitted from each of the light emitting element 111a and the light emitting element 112a, and near infrared light near the first center wavelength ⁇ 1 and near the second center wavelength ⁇ 2. Sensitive to both near infrared light. Specifically, the light receiving element 121a is disposed so as to be sandwiched between the light emitting element 111a and the light emitting element 112a on an upper surface 15a of the substrate 15 described later so as to receive light emitted from the light emitting element 111a and the light emitting element 112a. Has been.
  • the control unit 13 includes a microcomputer, and an analog-digital conversion circuit (ADC) 131, an interface 132, a central processing unit (CPU: Central Processing Unit) 133 having a vital estimation unit 133a, a memory 134, a timer 135.
  • the control unit 13 executes various programs stored in the memory 134 by the CPU 133.
  • the CPU 133 uses the timer IC included in the timer 135 to transmit a timing signal to the drive circuit 113 of the light emitting unit 11 via the output unit of the interface, and the first light emitting element package 111 and the second light emitting unit 11 of the light emitting unit 11 are transmitted. Control is performed so that near-infrared light is emitted from the element package 112. Specifically, the CPU 133 emits near-infrared light having the first central wavelength ⁇ 1 from the light emitting element 111a of the first light emitting element package 111 and stops light emission after a predetermined time.
  • the CPU 133 emits near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 from the light emitting element 112a of the second light emitting element package 112 and stops light emission after a predetermined time. Further, the CPU 133 causes the near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 and the near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 to emit light intermittently and alternately.
  • control unit 13 uses the ADC 131 to convert the amplified received light signal output from the amplifier circuit 122 of the light receiving unit 12 into digital signal information (signal output value) that can be processed. Based on the signal information converted by the ADC 131 and received via the input unit of the interface 132, the CPU 133 performs vital estimation on each biological related information of blood hemoglobin change, blood oxygen ratio change, and pulse rate. Estimated by the unit 133a.
  • the control unit 13 functions as a biological related information estimation unit that estimates biological related information based on the signal output from the light receiving unit 12.
  • the wireless communication unit 14 is configured by a wireless communication IC, and transmits the biological information estimated by the control unit 13 to the display device 20 described later by communication using a wireless communication standard such as Bluetooth (registered trademark).
  • the sensor module 10 transmits the signal information used for estimation of the living body related information instead of the living body related information to the display device 20 by wireless communication, and estimates the living body related information based on the signal information in the display device 20. It is good also as a structure.
  • the substrate 15 is a printed circuit board in which a wiring pattern is formed of a copper foil on a glass epoxy substrate.
  • a first light emitting element package 111 having a light emitting element 111a
  • a second light emitting element package 112 having a light emitting element 112a
  • a light receiving element package 121 having a light receiving element 121a.
  • the light emitting element 111a and the light emitting element 112a are spaced apart from each other.
  • the light receiving element 121a is disposed at an intermediate position between the light emitting element 111a and the light emitting element 112a.
  • the light emitting element 111a, the light emitting element 112a, and the light receiving element 121a are arranged on a straight line.
  • the distance L1 between the light emitting element 111a and the light receiving element 121a and the distance L2 between the light emitting element 112a and the light receiving element 121a are each 4 mm.
  • the distance L1 and the distance L2 are preferably 4 to 11 mm.
  • interval L2 are the same.
  • a drive circuit 113 of the light emitting unit 11, an amplifier circuit 122 of the light receiving unit 12, a microcomputer configuring the control unit 13, and a wireless communication IC configuring the wireless communication unit 14 are mounted on the lower surface (not shown) of the substrate 15.
  • the case 18 is formed in a hollow box shape as shown in FIG.
  • the upper wall 18a of the case 18 is made of a material having translucency.
  • the portions other than the upper wall 18a of the case 18 are made of a light-shielding material.
  • the case 18 accommodates the substrate body 16 so that the upper surface 15 a of the substrate 15 faces the upper wall 18 a of the case 18.
  • the case 18 is attached to the subject such that the upper wall 18a is in contact with the surface of the subject (human skin).
  • the light emitting element 111a of the first light emitting element package 111, the light emitting element 112a of the second light emitting element package 112, and the light receiving element 121a of the light receiving element package 121 are opposed to the surface of the subject via the upper wall 18a. Is positioned.
  • the display device 20 is a tablet terminal, and can execute various types of applications such as an application program (hereinafter simply referred to as “app”) installed in advance or an application downloaded from the Internet. By executing the corresponding application, it functions as various devices.
  • the display device 20 functions as a device constituting a part of the living body related information display system 1 by executing an application for displaying the living body related information on the display device 20.
  • the display device 20 includes a display unit 21 formed of a liquid crystal display, a touch panel 22 overlaid on the surface of the liquid crystal display, a control unit 23 having a microcomputer, a working memory, and an information storage memory. And a wireless communication unit 25 including a wireless communication module.
  • the display unit 21 displays various screens such as documents and images according to the display control information output from the control unit 23, and displays operation items such as buttons, text input areas, a keyboard, and numeric keys in the various screens. .
  • the touch panel 22 outputs a signal corresponding to the input contact operation to the control unit 23 when a contact operation is input by the user to a location corresponding to the operation item.
  • the control unit 23 displays a predetermined image on the display unit 21 based on the input information.
  • the control unit 23 exchanges various information with the storage unit 24, reads predetermined information from the storage unit 24, and stores the predetermined information in the storage unit 24.
  • the wireless communication unit 25 receives the biological related information transmitted from the sensor module 10.
  • the control unit 23 captures the biological related information received by the wireless communication unit 25.
  • the display device 20 executes a bio-related information display application program (hereinafter simply referred to as “bio-app”) as a bio-related information display program that displays bio-related information transmitted from the sensor module 10. be able to.
  • bio-app a bio-related information display application program
  • the sensor module 10 starts the living body related information estimation operation when the power switch 32 is operated and the power supply 31 is turned on.
  • the sensor module 10 emits near-infrared light from the light-emitting unit 11 and receives near-infrared light that has passed through the subject at the light-receiving unit 12 and performs blood-related information estimation operation in the blood based on the received near-infrared light.
  • Each biological related information of hemoglobin change, blood oxygen ratio change and pulse rate is estimated, and the biological related information is sequentially transmitted to the display device 20 by wireless communication.
  • the display device 20 executes the biometric application by the control unit 23 and displays the biometric information transmitted from the sensor module 10 on the display unit 21.
  • the biological information is estimated as follows.
  • the drive circuit 113 emits near-infrared light having a first center wavelength ⁇ 1 of 760 nm and a light-emitting element 111a that emits near-infrared light having a second center wavelength ⁇ 2 of 850 nm.
  • the element 112a is caused to emit light alternately toward the subject at a predetermined timing.
  • the CPU 133 transmits a timing signal to the drive circuit 113, and emits near-infrared light having a first center wavelength ⁇ 1 of 760 nm and near-infrared light having a second center wavelength ⁇ 2 of 850 nm.
  • the light emitting element 112a emits light sequentially and intermittently.
  • the light receiving element 121a receives weak reflected light reflected by the subject and outputs a signal corresponding to the received reflected light.
  • the signal output from the light receiving element 121 a is amplified by the amplifier circuit 122 and input to the control unit 13.
  • the control unit 13 performs analog-to-digital conversion on the input signal by the ADC 131 to obtain signal outputs for each wavelength (760 nm and 850 nm).
  • calculation formulas and tables indicating the relationship between the signal output values and the values of the living body related information are stored in advance in the memory 134 and the like, and each living body corresponding to the signal output value is referred to by referring to this. Related information can be obtained.
  • control unit 13 includes a signal corresponding to the reflected light of the near infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 of 760 nm, and a signal corresponding to the reflected light of the near infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 of 850 nm.
  • the biological information is calculated. The details of the living body related information estimation operation of this embodiment will be described later.
  • FIG. 6 is a plan view of a substrate body included in a sensor module according to a modification of the present embodiment.
  • the substrate body 16A included in the sensor module according to this modification further includes a plurality of other light emitting elements that emit near-infrared light having the same center wavelength as the center wavelength of near-infrared light emitted from each of the plurality of light-emitting elements.
  • the first light emitting element package 111A includes a first light emitting element 111b and a second light emitting element 111c made of a light emitting diode element or a laser element that emits light including near infrared light in one package. ing.
  • the second light emitting element package 112A has a first light emitting element 112b and a second light emitting element 112c made of a light emitting diode element or a laser element that emits light including near infrared light in one package. .
  • the drive circuit 113 drives the first light emitting element 111b and the second light emitting element 111c included in the first light emitting element package 111A, and the first light emitting element 112b and the second light emitting element 112c included in the second light emitting element package 112A.
  • the first light emitting element 111b as one of the “plurality of light emitting elements” can emit near infrared light having a first central wavelength ⁇ 1 having a wavelength shorter than 805 nm as the “center wavelength”.
  • the second light emitting element 111c as another one of the “plurality of light emitting elements” may emit near infrared light having a second central wavelength ⁇ 2 having a wavelength longer than 805 nm as a “different central wavelength”. Is possible.
  • the first light emitting element 112b as one of “a plurality of other light emitting elements” can emit near infrared light having a first central wavelength ⁇ 1 having a wavelength shorter than 805 nm as a “center wavelength”. is there. That is, the first light-emitting element 112b of the second light-emitting element package 112A has near-infrared light having the same center wavelength as the first center wavelength ⁇ 1 of the near-infrared light emitted from the first light-emitting element 111b of the first light-emitting element package 111A. To emit.
  • the second light emitting element 112c as another one of the “plurality of other light emitting elements” may emit near infrared light having a second central wavelength ⁇ 2 having a wavelength longer than 805 nm as a “different central wavelength”.
  • the second light emitting element 112c of the second light emitting element package 112A is a near infrared light having the same center wavelength as the second center wavelength ⁇ 2 of the near infrared light emitted from the second light emitting element 111c of the first light emitting element package 111A. To emit.
  • the first light emitting element 111b and the first light emitting element 112b are paired and can emit near infrared light having a first central wavelength ⁇ 1 of 760 nm.
  • the second light emitting element 111c and the second light emitting element 112c are paired and can emit near infrared light having a second center wavelength ⁇ 2 of 850 nm.
  • the present invention is not limited to this, and the first center wavelength ⁇ 1 of near-infrared light emitted from the first light emitting element 111b and the first light emitting element 112b is shorter than 805 nm, and the second light emitting element 111c and the second light emitting element are emitted.
  • the second center wavelength ⁇ 2 of the near infrared light emitted from the element 112c is longer than 805 nm.
  • the first center wavelength ⁇ 1 may be 780 nm and the second center wavelength ⁇ 2 may be 830 nm.
  • the first center wavelength ⁇ 1 may be 640 nm and the second center wavelength ⁇ 2 may be 940 nm.
  • the wavelength range of near infrared light emitted from the first light emitting element 111b and the first light emitting element 112b is 760 ⁇ 50 nm, and the wavelength range of near infrared light emitted from the second light emitting element 111c and the second light emitting element 112c is 850 ⁇ 50 nm is preferred.
  • the wavelength range of near infrared light emitted from the first light emitting element 111b and the first light emitting element 112b is 760 ⁇ 20 nm, and the wavelength of near infrared light emitted from the second light emitting element 111c and the second light emitting element 112c.
  • the range is 850 ⁇ 20 nm.
  • the light receiving element package 121A of this modification has a first light receiving element 121b and a second light receiving element 121c for outputting a signal (light receiving signal) corresponding to the received near infrared light in one package.
  • the amplifier circuit 122 amplifies the light reception signal output from the first light receiving element 121b and the second light receiving element 121c included in the light receiving element package 121.
  • the reception sensitivity of the first light receiving element 121b as the “light receiving element” is maximized at the first center wavelength ⁇ 1 of near-infrared light emitted by the first light emitting element 111b and the first light emitting element 112b.
  • the first light receiving element 121b is sensitive to near infrared light having a wavelength in the vicinity of the first center wavelength ⁇ 1.
  • the light receiving sensitivity of the second light receiving element 121c as the “other light receiving element” is maximized at the second center wavelength ⁇ 2 of near infrared light emitted from the second light emitting element 111c and the second light emitting element 112c. .
  • the second light receiving element 121c is sensitive to near infrared light having a wavelength near the second center wavelength ⁇ 2.
  • the receiving sensitivity of the first light receiving element 121b is maximized at a wavelength of 760 nm, and the first light receiving element 121b can receive near infrared light having a wavelength in the range of 760 ⁇ 50 nm.
  • the reception sensitivity of the second light receiving element 121c is maximized at a wavelength of 850 nm, and the second light receiving element 121c can receive near infrared light having a wavelength in the range of 850 ⁇ 50 nm.
  • the light receiving element it is preferable to select a light receiving element that maximizes the reception sensitivity according to the center wavelength emitted by the light emitting element.
  • the first light receiving element 121b is sandwiched between the first light emitting element 111b and the first light emitting element 112b on the upper surface 15a of the substrate 15 so as to receive light emitted from the first light emitting element 111b and the first light emitting element 112b. Is arranged. Similarly, between the second light emitting element 111c and the second light emitting element 112c on the upper surface 15a of the substrate 15 so that the second light receiving element 121c receives the light emitted by the second light emitting element 111c and the second light emitting element 112c. It is placed between.
  • the CPU 133 causes the first light emitting element 111b and the first light emitting element 112b to emit near-infrared light having the first central wavelength ⁇ 1 at the same time and stops light emission after a predetermined time. That is, the light emission timings of the first light emitting element 111b and the first light emitting element 112b are synchronized with each other.
  • the CPU 133 simultaneously emits near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 from the second light emitting element 111c and the second light emitting element 112c and stops light emission after a predetermined time. That is, the light emission timings of the second light emitting element 111c and the second light emitting element 112c are synchronized with each other. Further, the CPU 133 causes the near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 and the near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 to emit light intermittently and alternately.
  • the biological information related to this modification is estimated as follows.
  • the drive circuit 113 emits near-infrared light having a first center wavelength ⁇ 1 of 760 nm, and the second center wavelength ⁇ 2 is 850 nm.
  • the second light emitting element 111c and the second light emitting element 112c that emit near infrared light are alternately emitted toward the subject at a predetermined timing.
  • the CPU 133 transmits a timing signal to the drive circuit 113 and emits near-infrared light having a first center wavelength ⁇ 1 of 760 nm and near-infrared light having a second center wavelength ⁇ 2 of 850 nm as a first light emission.
  • the element 111b and the first light emitting element 112b, and the second light emitting element 111c and the second light emitting element 112c are made to emit light sequentially and intermittently.
  • the first light receiving element 121b and the second light receiving element 121c receive weakly reflected light reflected by the subject. Signals output from each of the first light receiving element 121 b and the second light receiving element 121 c are amplified by the amplifier circuit 122 and input to the control unit 13.
  • the control unit 13 performs analog-to-digital conversion on the input signal by the ADC 131 to obtain signal outputs for each wavelength (760 nm and 850 nm).
  • Other structures and operations are as described above with reference to FIGS.
  • a light emitting element that emits near-infrared light having the same center wavelength and other light emitting elements are provided. Specifically, a first light emitting element 111b and a first light emitting element 112b that emit near-infrared light having a first center wavelength ⁇ 1 are provided. A second light emitting element 111c and a second light emitting element 112c that emit near-infrared light having a second center wavelength ⁇ 2 are provided. Therefore, the light receiving unit 12 can obtain higher detection sensitivity. Thereby, for example, even when the artery is present at a deeper location of the subject, the control unit 13 can estimate the biological related information with higher accuracy.
  • the sensor module 10 includes the substrate body 16 described above with reference to FIG. 5 is taken as an example.
  • FIG. 7 is a timing chart showing the biological related information estimation operation of the present embodiment.
  • FIG. 8 is a timing chart showing the biological-related information estimation operation of the comparative example.
  • FIG. 7A and FIG. 8A show the level of the timing signal (light emission signal) transmitted from the control unit to the light emitting unit.
  • FIG. 7B and FIG. 8B show the level of the amplified received light signal output from the light receiving unit.
  • FIG. 7C and FIG. 8C show the timing of processing executed by the control unit.
  • FIGS. 7D and 8D show a case where the CPU clock frequency is lower than those in FIGS. 7C and 8C.
  • the horizontal axis of the timing chart shown in FIGS. 7A to 8D represents time.
  • the control unit causes the near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 and the near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 to emit light intermittently and alternately.
  • the controller causes the near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 and the near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 to intermittently emit light sequentially from the two light emitting elements.
  • the light receiving unit includes near-infrared light having a first center wavelength ⁇ 1 passing through the subject and near-infrared light having a second center wavelength ⁇ 2 passing through the subject.
  • the light reception signal corresponding to the output is output. That is, the control unit reflects the reflected light of the first center wavelength ⁇ 1 at a timing corresponding to the light emission signal of the near infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 and the light emission signal of the near infrared light having the second center wavelength ⁇ 2. And a signal corresponding to the reflected light having the second center wavelength ⁇ 2.
  • the length of the near infrared light emission time zone T5 of the first center wavelength ⁇ 1 is equal to the length of the near infrared light emission time zone T7 of the second center wavelength ⁇ 2.
  • the next light emission time which is the first light emission time period in the subsequent series of light emission of the two series of light emission adjacent to the light emission time period T7 which is the last light emission time period in the previous series of light emission among the series of light emission
  • the respective light emission periods (T5 + T6 + T7 + T8) of the near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 and the near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 are, for example, about 2 milliseconds (ms). This light emission period is a measurement cycle of the sensor module.
  • the length of the time zone T51 required for the analog-digital conversion (AD conversion) processing of the signal corresponding to the near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1, and the second center wavelength ⁇ 2 Is equal to the length of the time zone T71 required for the AD conversion processing of the signal corresponding to the near-infrared light. Further, the length of the time zone T61 in which the AD conversion processing is stopped between the time zone T51 and the time zone T71, and the time zone T81 in which the AD conversion processing is stopped between the time zone T71 and the time zone T51.
  • the AD conversion period (T51 + T61 + T71 + T81) of the signal corresponding to the near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 is the same as the AD conversion period (T71 + T81 + T51 + T61) of the signal corresponding to the near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2.
  • the control unit executes a moving averaging process that averages the plurality of signals output from the light receiving unit for different central wavelengths. . Specifically, the control unit starts AD conversion of the signal corresponding to the near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 after the AD conversion of the signal corresponding to the near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 is completed.
  • the signal corresponding to the near-infrared light of the first central wavelength ⁇ 1 is averaged Execute the moving averaging process. Further, the control unit starts AD conversion of the signal corresponding to the near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 after the AD conversion of the signal corresponding to the near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 is completed. In the time zone (processable time zone) T81 up to, a moving averaging process for averaging signals corresponding to near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 is executed.
  • the control unit is generated by the moving average processing for the near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 and the moving average processing for the near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2.
  • a process for estimating the biological information is executed by the vital estimation unit of the CPU. That is, the control unit sets corresponding to the second non-emission time zone T8 at the stage of obtaining the signal generated by the moving averaging process for the near infrared light of all the center wavelengths emitted from the light emitting unit.
  • the CPU's vital estimation unit performs estimation processing.
  • the length of the time zone T52 for AD conversion of the signal corresponding to the near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 is longer than the length of the time zone T51 shown in FIG.
  • the length of the time zone T72 for AD conversion of the signal corresponding to the near-infrared light having the second center wavelength ⁇ 2 is longer than the length of the time zone T71 shown in FIG.
  • the length of the processable time zone T62 set corresponding to the first non-light emission time zone T6 is shorter than the length of the processable time zone T61 shown in FIG.
  • the length of the processable time zone T82 set corresponding to the second non-light emission time zone T8 is shorter than the length of the processable time zone T81 shown in FIG.
  • the clock frequency of the CPU has decreased, both the time required for the moving averaging process and the time required for the estimation process become longer.
  • the estimation process cannot be completed by the end of the processable time period T82, and the near-red of the first center wavelength ⁇ 1 to be executed next.
  • the AD conversion processing time period T52 corresponding to the external light is reached.
  • the sensor module cannot operate properly. That is, the CPU clock frequency cannot be lowered to such an extent that such processing overlap occurs. In order to eliminate this duplication of processing, it is necessary to lengthen the measurement cycle.
  • the second non-light emission time zone is longer than the first non-light emission time zone.
  • the control part 13 estimates biometric relevant information in the processable time slot
  • the light emitting unit 11 emits near-infrared light having the first center wavelength ⁇ 1 and the second center wavelength ⁇ 2 based on the signal output from the control unit 13.
  • Near-infrared light emission is intermittently performed, and a series of light emission composed of the plurality of light emissions is repeatedly performed.
  • a series of light emission time periods includes a light emission time period T1 in which near-infrared light having a first center wavelength ⁇ 1 is emitted from the light emitting element 111a, and a first non-light emission time in which all light emission is stopped.
  • a repetition cycle of this series of light emission is a measurement cycle of the sensor module 10.
  • the basic time setting including this measurement cycle is the same as that of the sensor module of the comparative example shown in FIG. 8, but the sensor module 10 according to the present embodiment has the second non-emission time zone T4 as described above. Is set to be longer than the length of the first non-emission time zone T2. Therefore, as shown in FIG. 7C, the processable time zone T41 set corresponding to the second non-light emission time zone T4 is a process set corresponding to the first non-light emission time zone T2. It becomes longer than the possible time zone T21.
  • the clock frequency of the CPU 133 when the clock frequency of the CPU 133 is lowered, the time required for each process becomes longer. However, as in the case where the clock frequency of the CPU shown in FIG. 2 In the processable time period T42 set corresponding to the non-light emission time period T4, the moving averaging process and the estimation process are performed in the time period T12 in which the AD conversion process based on the first light emission in the next series of light emission is performed. Can be completed before Thereby, the clock frequency of the CPU 133 can be lowered while maintaining the measurement cycle, and the power consumption of the sensor module 10 can be reduced.
  • the control unit 13 averages the signal output from the light receiving unit 12 at the first center wavelength ⁇ 1 every time the light receiving element 121a receives the light emitted from the light emitting element 111a. Execute. In addition, the control unit 13 performs a moving averaging process that averages the signal output from the light receiving unit 12 at the second center wavelength ⁇ 2 every time the light receiving element 121a receives the light emitted from the light emitting element 112a. Therefore, the control part 13 can reduce the noise of the signal output from the light-receiving part 12, and can estimate biometric information with higher accuracy.
  • FIG. 9 is a timing chart showing another biological related information estimation operation according to the present embodiment.
  • FIG. 9A shows the level of a timing signal (light emission signal) transmitted from the control unit to the light emitting unit.
  • FIG. 9B shows the level of the amplified received light signal output from the light receiving unit.
  • FIG. 9C shows the timing of processing executed by the control unit. The horizontal axis of the timing chart shown in FIGS. 9A to 9C represents time.
  • the control unit 13 estimates by the CPU 133 in the processable time zone T41 set corresponding to the second non-light emission time zone T4. After executing the processing, a sleep mode for reducing power supply to the CPU 133 is executed.
  • the biological related information estimation operation shown in FIGS. 9A to 9C is different from the biological related information estimation operation described above with reference to FIGS. 7A to 7D.
  • the other operations are the same as the biological related information estimation operation described above with reference to FIGS. 7 (a) to 7 (d).
  • the control unit 13 secures the time for executing the sleep mode for reducing the power supply to the CPU 133 in the processable time zone T41. can do. Therefore, the power consumption of the sensor module 10 can be reduced without necessarily reducing the clock frequency of the CPU 133. In addition, since the measurement cycle can be maintained even when the clock frequency of the CPU 133 is decreased, the power consumption of the sensor module 10 can be further reduced while maintaining the measurement accuracy.
  • the living body related information display system 1 since the living body related information display system 1 according to the present embodiment includes the sensor module 10 described above with reference to FIGS. 1 to 9, the clock frequency of the CPU 133 is reduced to reduce the power consumption of the sensor module 10. Can do.
  • the living body related information display system 1 can display the living body related information estimated by the control unit 13 on the display unit 21 while reducing the power consumption of the sensor module 10.
  • the living body related information display system 1 reduces at least one selected from the group consisting of blood hemoglobin change, blood oxygen ratio change, and pulse rate while reducing power consumption of the sensor module 10. Can be estimated as
  • the control unit 13 that has the vital estimation unit 133a and estimates biological information outputs a control signal to the light emitting unit 11 to control the operation of the light emitting unit 11, but the present invention is not limited thereto. Not. Another part different from the control unit 13 controls the operation of the light emitting unit 11, and the control unit is triggered by the input of the signal output from the light receiving unit 12, and the estimation process and other processes (moving averaging process) Etc.).
  • the moving average process is performed in the processable time period T21 (T22) set corresponding to the first non-light emission time period T2, and then the next AD conversion starts.
  • the time period until the CPU 133 is a standby time period during which the CPU 133 does not perform special processing.
  • the processing unit 13 may execute the sleep mode of the CPU 133 during this standby time period. Thereby, the power consumption of the sensor module can be further reduced.
  • the first non-emission is performed when the moving averaging process is not performed in the processable time period set corresponding to the first non-emission time period, or when the processing device other than the CPU 133 performs the movement averaging process. All processable time zones set corresponding to the time zone are standby time zones. In these cases, the sleep mode may be executed during this waiting time period.
  • the first non-light emission time zone exists twice or more.
  • the lengths of these first non-light emission time zones may be equal or may be different from each other.
  • the length of the second non-light emission time zone is longer than the longest time zone among these first non-light emission time zones. It may be preferable that the setting is made.

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Abstract

【課題】消費電力の低減化を図ることができるセンサモジュールおよび生体関連情報表示システムを提供すること。 【解決手段】本発明のセンサモジュール１０は、光を被検体に向けて発する発光部１１と、光を受ける受光部１２と、生体関連情報を推定する制御部１３と、を備える。発光部１１は、互いに異なる中心波長の近赤外光を発する複数の発光素子１１１ａ、１１２ａを有する。受光部１２は、近赤外光に感度を有する受光素子１２１ａを有する。発光部１１は、複数の発光素子１１１ａ、１１２ａを順次間欠的に発光させる一連の発光を繰り返し行う。ここで、一連の発光において隣り合う２つの発光時間帯Ｔ１，Ｔ３の間に設定される第１非発光時間帯Ｔ２よりも、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とに位置する非発光時間帯である第２非発光時間帯Ｔ４の方が長い。制御部１３は、第２非発光時間帯Ｔ４に対応して設定される処理可能時間帯Ｔ４１において、生体関連情報を推定する。

Description

センサモジュールおよび生体関連情報表示システム
　本発明は、近赤外光を含む光を被検体に向けて発するとともに当該被検体を経由した光を受光し、この受光した光に含まれる近赤外光に応じた信号を生成する生体関連情報推定用のセンサモジュール、およびこのセンサモジュールを備えた生体関連情報表示システムに関する。
　特許文献１には、生体における動脈血の血液成分を測定する血液成分測定装置が開示されている。特許文献１に記載された血液成分測定装置は、光量検出手段と、ダーク検出手段と、脈拍数検出手段と、演算手段と、血液成分測定手段と、を備えている。光量検出手段は、第１タイミングで周期的に発光手段から光を生体に照射し、光検出手段により生体を透過した光に関する光量計測値を検出する。ダーク検出手段は、発光手段を発光させずに、第２タイミングで周期的に光検出手段によりダーク計測値を検出する。演算手段は、脈拍数に応じた時間間隔で検出された２の光量計測値に関する時間差分値を演算する。血液成分測定手段は、光量計測値とダーク計測値と時間差分値とに基づき、動脈血の血液成分を測定する。
　特許文献１に記載された血液成分測定装置において、第１タイミングと第２タイミングとの時間間隔（測定周期）は、商用周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の周期（１／５０ｓｅｃまたは１／６０ｓｅｃ）に設定されている。つまり、測定周期は一定である。また、血液成分測定手段は、動脈血の血液成分の測定において、一定の測定周期で測定された赤色光に関する光量計測値と、赤外光に関する光量計測値と、ダーク計測値と、を用いている。つまり、血液成分測定手段は、一定の測定周期で測定された複数の計測値が揃った段階で動脈血の血液成分を測定している。
　ここで、例えば血液の酸素飽和度（血中酸素濃度）などの生体関連情報を測定するセンサモジュールおよび生体関連情報表示システムに対しては、消費電力の低減化が求められている。センサモジュールおよび生体関連情報表示システムの消費電力を低減させる有効な手段のひとつとして、センサモジュールのＣＰＵ（Central Processing Unit）のクロック周波数を下げることが挙げられる。
特開２００３－１５３８８２号公報
　しかし、特許文献１に記載された血液成分測定装置のように、一定の測定周期で測定された複数の計測値が揃った段階で動脈血の血液成分が測定される場合において、ＣＰＵのクロック周波数を下げると、血液成分を測定する処理が、その処理の次に実行される光の照射処理あるいは生体を経由した光の計測処理に重複するおそれがある。血液成分を測定する処理が光の照射処理あるいは光の計測処理に重複すると、センサモジュールが動作しないおそれがある。
　本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、消費電力の低減化を図ることができるセンサモジュールおよび生体関連情報表示システムを提供することを目的とする。
　本発明のセンサモジュールは、一態様において、近赤外光を含む光を被検体に向けて発する発光部と、前記被検体を経由した前記光を受ける受光部と、前記受光部から出力された信号に基づいて生体関連情報を推定する制御部と、を備え、前記発光部は、互いに間隔をあけて配置され互いに異なる中心波長の前記近赤外光を発する複数の発光素子を有し、前記受光部は、前記複数の発光素子のそれぞれが発した前記光を受けるように配置され前記近赤外光に感度を有する受光素子を有し、前記発光部は、前記複数の発光素子を順次間欠的に発光させる一連の発光を繰り返し行い、前記一連の発光において隣り合う２つの発光時間帯の間に位置する非発光時間帯である第１非発光時間帯よりも、隣り合う２つの前記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と前記隣り合う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の間に位置する非発光時間帯である第２非発光時間帯の方が長く、前記制御部は、前記第２非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯において、前記生体関連情報を推定することを特徴する。
　本明細書において、「一連の発光」とは、発光部が行う、複数の発光素子を順次間欠的に発光させる一連の発光を意味し、複数の発光素子のいずれかが発光する発光時間帯と、この発光時間帯に連続する時間帯であって、複数の発光素子のいずれもが発光を停止している発光停止時間帯と、この発光停止時間帯に連続する時間帯であって、複数の発光素子の別のいずれかが発光する発光時間帯と、を有する。したがって、一連の発光は、複数の発光素子からの発光のうち最初の発光による発光時間帯から開始された時間から、複数の発光素子からの発光のうち最後の発光による発光時間帯が終了した時間までの時間帯で定義される。そして、本明細書において、一連の発光における非発光時間帯を「第１発光時間帯」と定義する。また、上記のように、一連の発光は繰り返し行われるところ、本明細書において、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に連続して開始される非発光時間帯は、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が開始されることによって終了する。この隣り合う２つの一連の発光の間に位置する非発光時間帯を「第２非発光時間帯」という。
　発光部が行う一連の発光が完了して、それらの発光が被検体を経由して受光素子に到達し、受光素子で受けた光に基づいて受光部から出力される信号のすべてが制御部に入力して初めて、制御部は、生体関連情報を推定するための処理（推定処理）を開始することができる。したがって、推定処理は第２非発光時間帯においてのみ開始可能である。上記の構成を備えるセンサモジュールの発光部は、上記のような発光タイミングで複数の発光素子を間欠的に発光させるため、第１非発光時間帯の長さよりも第２非発光時間帯の方が長い。一連の発光において３回以上発光する場合には、一連の発光において第１非発光時間帯は複数存在する。これらの第１非発光時間帯の長さは等しくてもよいし、互いに異なるものを含んでいてもよい。複数の第１非発光時間帯の長さが互いに異なるものを含む場合には、これらのうちで最長の時間帯よりも長くなるように、第２非発光時間帯の長さが設定されることが好ましい場合がある。
　このように非発光時間帯の長さを設定することにより、第２非発光時間帯に応じて設定される制御部の処理可能時間帯の長さを十分に確保することができる。それゆえ、上記の推定処理が完了する前に次の一連の発光における最初の発光が開始されてしまい、その発光に基づく処理（ＡＤ変換処理などが例示される。）を開始すべき時間に達してしまう不具合を安定的に回避することができる。この不具合は、制御部のクロック周波数を低下させることにより制御部の処理時間がクロック周波数の低下前よりも長くなった場合に生じる可能性が高まるが、このような場合であっても、第２非発光時間帯に応じて設定される制御部の処理可能時間帯が終了する前に、制御部は生体関連情報の推定を完了させることができる。それゆえ、上記の構成を備えるセンサモジュールでは、測定サイクルを維持したままで制御部のクロック周波数を低下させ、センサモジュールの消費電力の低減化を図ることができる。
　上記センサモジュールにおいて、前記制御部は、前記生体関連情報を推定する推定処理を実行する中央処理装置を有し、前記第２非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯において、前記中央処理装置により前記推定処理を実行した後に、前記中央処理装置に対する電力の供給を低減するスリープモードを実行してもよい。第２非発光時間帯が第１非発光時間帯よりも長いため、第２非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯も、第１非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯より長く設定される。したがって、制御部は、中央処理装置に対する電力の供給を低減するスリープモードを実行する時間を、中央処理装置により推定処理を実行した後に確保することができる。これにより、制御部のクロック周波数を必ずしも低下させなくとも、センサモジュールの消費電力の低減化を図ることができる。また、制御部のクロック周波数を低下させる場合には、センサモジュールの消費電力のさらなる低減化を図ることができる。
　前記制御部が上記の中央処理装置を有する場合において、前記第１非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯の少なくとも一部において、前記中央処理装置に対する電力の供給を低減するスリープモードを実行してもよい。前述のように、中央処理装置が推定処理を行うのは第２非発光時間帯であるから、第１非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯は、次に説明する移動平均化処理などを行わない場合はその全部について、移動平均化処理を行った場合にはその処理後の時間帯について、中央処理装置を積極的に稼働させる必要がない。したがって、この時間帯についてスリープモードを実行してもよい。これにより、センサモジュールの消費電力のさらなる低減化を図ることができる。
　上記センサモジュールにおいて、前記制御部は、前記複数の発光素子のそれぞれが発した前記光を前記受光素子が受けるたびに、前記受光部から出力された複数の信号を前記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してもよい。これによれば、受光部から出力された複数の信号を中心波長ごとに平均化する移動平均化処理が、受光素子の受光ごとに実行される。そのため、制御部は、受光部から出力された信号のノイズを低減し、より高い精度で生体関連情報を推定することができる。
　上記センサモジュールにおいて、前記発光部は、前記複数の発光素子のそれぞれが発する前記近赤外線の中心波長に同一の中心波長の前記近赤外線を発する複数の他の発光素子をさらに有し、前記同一の中心波長の近赤外線を発する前記発光素子および前記他の発光素子の発光タイミングは、互いに同期してもよい。これによれば、発光部は、同一の中心波長の近赤外光を発する他の発光素子をさらに有する。つまり、同一の中心波長の近赤外光を発する発光素子および他の発光素子が設けられている。そして、発光素子および他の発光素子の発光タイミングは、互いに同期している。そのため、受光部は、より高い検出感度を得ることができる。これにより、例えば動脈が被検体のより深い場所に存在する場合であっても、制御部は、より高い精度で生体関連情報を推定することができる。
　本発明の生体関連情報表示システムは、一態様において、上記のいずれかのセンサモジュールと、前記制御部によって推定された前記生体関連情報を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする。
　生体関連情報表示システムは、上記のいずれかのセンサモジュールを備えるため、制御部のクロック周波数を低下させ、センサモジュールの消費電力の低減化を図ることができる。また、生体関連情報表示システムは、センサモジュールの消費電力の低減化を図りつつ、制御部によって推定された生体関連情報を表示部に表示することができる。
　上記生体関連情報表示システムによれば、前記制御部は、血中ヘモグロビン変化、血中酸素比率変化および脈拍数よりなる群から選択された少なくとも１つを前記生体関連情報として推定してもよい。これによれば、生体関連情報表示システムは、センサモジュールの消費電力の低減化を図りつつ、血中ヘモグロビン変化、血中酸素比率変化および脈拍数よりなる群から選択された少なくとも１つを生体関連情報として推定することができる。
　本発明によれば、消費電力の低減化を図ることができるセンサモジュールおよび生体関連情報表示システムを提供することが可能になる。
本発明の一実施形態にかかる生体関連情報表示システムの斜視図である。 図１の生体関連情報表示システムが備えるセンサモジュールの機能ブロック図である。 図１の生体関連情報表示システムが備える表示装置の機能ブロック図である。 図１の生体関連情報システムが備えるセンサモジュールの斜視図である。 図４のセンサモジュールが有する基板体の平面図である。 本実施形態の変形例に係るセンサモジュールが有する基板体の平面図である。 本実施形態の生体関連情報推定動作を表すタイミングチャートである。 比較例の生体関連情報推定動作を表すタイミングチャートである。 本実施形態の他の生体関連情報推定動作を表すタイミングチャートである。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。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。
　図１は、本発明の一実施形態にかかる生体関連情報表示システムの斜視図である。図２は、図１の生体関連情報表示システムが備えるセンサモジュールの機能ブロック図である。図３は、図１の生体関連情報表示システムが備える表示装置の機能ブロック図である。図４は、図１の生体関連情報システムが備えるセンサモジュールの斜視図である。図５は、図４のセンサモジュールが有する基板体の平面図である。
　図１に示す本実施形態の生体関連情報表示システム１は、ゴムバンドなどにより人の生体である被検体の腕や胸等に直接接するように装着され、被検体の生体関連情報を推定するとともに推定した生体関連情報を無線通信により送信する携帯型のセンサモジュール１０と、センサモジュール１０から送信される生体関連情報を表示する表示装置２０と、を備えている。
　図２～図５に示すように、センサモジュール１０は、発光部１１、受光部１２、制御部１３、無線通信部１４およびこれらが実装される基板１５を有する基板体１６と、基板体１６を収容するケース１８と、を有している。また、センサモジュール１０は、電池動作を実現する図示しない電源回路を有している。
　発光部１１は、第１発光素子パッケージ１１１と、第２発光素子パッケージ１１２と、ドライブ回路１１３と、を有している。第１発光素子パッケージ１１１は、近赤外光を含む光を発する発光ダイオード素子やレーザー素子などからなる発光素子１１１ａを１つのパッケージ内に有している。第２発光素子パッケージ１１２も、同様に、近赤外光を含む光を発する発光ダイオード素子やレーザー素子などからなる発光素子１１２ａを１つのパッケージ内に有している。ドライブ回路１１３は、第１発光素子パッケージ１１１が有する発光素子１１１ａと、第２発光素子パッケージ１１２が有する発光素子１１２ａと、を駆動する。
　「複数の発光素子」のうちのひとつとしての発光素子１１１ａは、８０５ｎｍよりも短い波長を「中心波長」としての第１中心波長λ１とする近赤外光を発することが可能である。また、「複数の発光素子」のうちの他のひとつとしての発光素子１１２ａは、８０５ｎｍより長い波長を「異なる中心波長」としての第２中心波長λ２とする近赤外光を発することが可能である。なお、８０５ｎｍは、被検体としての生体の多くを占める水による吸収影響の少ない波長である。言い換えれば、８０５ｎｍは、脱酸素化ヘモグロビンの吸収係数と、酸素化ヘモグロビンの吸収係数と、が互いに同一となる等吸収点の波長である。８０５ｎｍの前後の波長を使用して、体内ヘモグロビンの吸光度の差を観察することで生体関連情報を精度よく推定できる。ところで本明細書において、近赤外光の中心波長とは、発光素子が発する近赤外光の波長範囲の中でもっとも光の強度（光のエネルギー）が高い波長のことをいう。
　本実施形態において、第１発光素子パッケージ１１１の発光素子１１１ａは、７６０ｎｍを第１中心波長λ１とする近赤外光を発光可能である。第２発光素子パッケージ１１２の発光素子１１２ａは、８５０ｎｍを第２中心波長λ２とする近赤外光を発光可能である。但し、これに限定されるものではなく、発光素子１１１ａが発する近赤外光の第１中心波長λ１が８０５ｎｍより短く、かつ、発光素子１１２ａが発する近赤外光の第２中心波長λ２が８０５ｎｍより長いことが好ましい。例えば、第１中心波長λ１を７８０ｎｍとし、第２中心波長λ２を８３０ｎｍとするものであってもよい。更には、第１中心波長λ１を６４０ｎｍとし、第２中心波長λ２を９４０ｎｍとするものであってもよい。発光素子１１１ａが発する近赤外光の波長範囲は７６０±５０ｎｍであり、発光素子１１２ａが発する近赤外光の波長範囲は８５０±５０ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、発光素子１１１ａが発する近赤外光の波長範囲が７６０±２０ｎｍであり、発光素子１１２ａが発する近赤外光の波長範囲が８５０±２０ｎｍである。このような構成であると、受光部１２の出力がより大きくなり、Ｓ／Ｎ比を高くできる。
　受光部１２は、受光素子パッケージ１２１と、増幅回路１２２と、を有している。受光素子パッケージ１２１は、受光した近赤外光に応じた信号（受光信号）を出力する受光素子１２１ａを１つのパッケージ内に有している。増幅回路１２２は、受光素子パッケージ１２１が有する受光素子１２１ａが出力する受光信号を増幅する。
　「受光素子」としての受光素子１２１ａは、発光素子１１１ａおよび発光素子１１２ａのそれぞれが発した光を受けるように配置され、第１中心波長λ１近傍の近赤外光および第２中心波長λ２近傍の近赤外光の両方に感度を有する。具体的には、受光素子１２１ａは、発光素子１１１ａおよび発光素子１１２ａが発した光を受光するように、後述する基板１５の上面１５ａにおいて発光素子１１１ａと発光素子１１２ａとの間に挟まれて配置されている。
　制御部１３は、マイクロコンピュータで構成され、アナログ－デジタル変換回路（ＡＤＣ）１３１と、インタフェース１３２と、バイタル推定部１３３ａを有する中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）１３３と、メモリ１３４と、タイマ１３５と、を有する。制御部１３は、メモリ１３４に格納された各種プログラムをＣＰＵ１３３により実行する。
　ＣＰＵ１３３は、タイマ１３５が有するタイマＩＣを用いて、発光部１１のドライブ回路１１３に対してインタフェースの出力部を介してタイミング信号を送信し、発光部１１の第１発光素子パッケージ１１１および第２発光素子パッケージ１１２から近赤外光を発するように制御する。具体的には、ＣＰＵ１３３は、第１発光素子パッケージ１１１の発光素子１１１ａから第１中心波長λ１の近赤外光を発光させるとともに所定時間後に発光を停止する。次いで、ＣＰＵ１３３は、第２発光素子パッケージ１１２の発光素子１１２ａから第２中心波長λ２の近赤外光を発光させるとともに所定時間後に発光を停止する。また、ＣＰＵ１３３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。
　また、制御部１３は、ＡＤＣ１３１を用いて、受光部１２の増幅回路１２２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（信号出力値）に変換する。ＣＰＵ１３３は、ＡＤＣ１３１により変換された信号情報であってインタフェース１３２の入力部を介して受信した信号情報に基づいて、血中ヘモグロビン変化、血中酸素比率変化および脈拍数の各生体関連情報をバイタル推定部１３３ａにより推定する。制御部１３は、受光部１２から出力された信号に基づいて生体関連情報を推定する生体関連情報推定部として機能する。
　無線通信部１４は、無線通信ＩＣで構成され、制御部１３で推定した生体関連情報を、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信規格を用いた通信により後述する表示装置２０に送信する。なお、センサモジュール１０は、生体関連情報ではなく、生体関連情報の推定に用いる上記信号情報を無線通信により表示装置２０に送信して、表示装置２０において上記信号情報に基づき生体関連情報を推定する構成としてもよい。
　基板１５は、ガラスエポキシ基板に銅箔で配線パターンが形成されたプリント基板である。図５に示すように、基板１５の上面１５ａには、発光素子１１１ａを有する第１発光素子パッケージ１１１、発光素子１１２ａを有する第２発光素子パッケージ１１２、および、受光素子１２１ａを有する受光素子パッケージ１２１が実装される。上面１５ａにおいて、発光素子１１１ａおよび発光素子１１２ａが互いに間隔をあけて配置されている。受光素子１２１ａは、発光素子１１１ａおよび発光素子１１２ａの中間位置に配置されている。発光素子１１１ａ、発光素子１１２ａおよび受光素子１２１ａは、一直線上に並べられている。
　本実施形態において、発光素子１１１ａと受光素子１２１ａとの間隔Ｌ１、および発光素子１１２ａと受光素子１２１ａとの間隔Ｌ２は、それぞれ４ｍｍとされている。これら間隔Ｌ１および間隔Ｌ２は、４～１１ｍｍであることが好ましい。また、間隔Ｌ１と間隔Ｌ２とが同一であることが好ましい。基板１５の下面（図示なし）には、発光部１１のドライブ回路１１３、受光部１２の増幅回路１２２、制御部１３を構成するマイクロコンピュータ、および無線通信部１４を構成する無線通信ＩＣが実装される。
　ケース１８は、図４に示すように、中空箱状に形成されている。ケース１８の上壁１８ａは、透光性を有する材料で構成されている。ケース１８の上壁１８ａ以外の部分は、遮光性を有する材料で構成されている。ケース１８には、基板１５の上面１５ａがケース１８の上壁１８ａに対向するように基板体１６が収容されている。ケース１８は、上壁１８ａが被検体の表面（人の肌）に接するようにして被検体に装着される。これにより、第１発光素子パッケージ１１１の発光素子１１１ａ、第２発光素子パッケージ１１２の発光素子１１２ａ、および受光素子パッケージ１２１の受光素子１２１ａが、上壁１８ａを介して被検体の表面と対向するように位置づけられる。
　表示装置２０は、タブレット端末であって、あらかじめインストールされたアプリケーションプログラム（以下、単に「アプリ」という。）や、インターネットなどからダウンロードしたアプリなどの様々な種類のアプリを実行可能であり、目的に応じたアプリを実行することにより、各種装置として機能する。本実施形態では、表示装置２０において、生体関連情報を表示するためのアプリを実行することにより、表示装置２０は生体関連情報表示システム１の一部を構成する装置として機能する。
　図３に示すように、表示装置２０は、液晶ディスプレイからなる表示部２１と、液晶ディスプレイの表面に重ねられたタッチパネル２２と、マイクロコンピュータを有する制御部２３と、作業用メモリおよび情報保存用メモリを有する記憶部２４と、無線通信モジュールからなる無線通信部２５と、を有している。
　表示部２１は、制御部２３から出力された表示制御情報に応じて文書や画像などの各種画面を表示するとともに当該各種画面内でボタンやテキスト入力エリア、キーボード、テンキーなどの操作アイテムを表示する。
　タッチパネル２２は、上記操作アイテムに対応する箇所に利用者によって接触操作が入力されると、入力された接触操作に応じた信号を制御部２３に出力する。
　制御部２３は、例えば、タッチパネル２２に対して利用者が入力した接触操作に関する情報が入力されると、当該入力された情報に基づいて、表示部２１に対して所定の画像を表示するための表示制御情報を出力する。また、制御部２３は、記憶部２４との間で各種情報が取り交わされ、記憶部２４から所定の情報を読み出し、かつ、記憶部２４に所定の情報を記憶させる。無線通信部２５は、センサモジュール１０から送信された生体関連情報を受信する。制御部２３は、無線通信部２５が受信した生体関連情報を取り込む。
　本実施形態において、表示装置２０は、センサモジュール１０から送信された生体関連情報を表示する生体関連情報表示プログラムとしての生体関連情報表示アプリケーションプログラム（以下、単に「生体アプリ」という。）を実行することができる。
　生体関連情報表示システム１において、センサモジュール１０は、電源スイッチ３２が操作されて電源３１が投入されると生体関連情報推定動作を開始する。センサモジュール１０は、生体関連情報推定動作として、発光部１１から近赤外光を発するとともに受光部１２で被検体を経由した近赤外光を受光し、受光した近赤外光に基づき血中ヘモグロビン変化、血中酸素比率変化および脈拍数の各生体関連情報を推定して、これら生体関連情報を無線通信により表示装置２０に逐次送信する。表示装置２０は、制御部２３により生体アプリを実行して、センサモジュール１０から送信された生体関連情報を表示部２１に表示する。
　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１３からの制御信号を受けて、ドライブ回路１１３が、第１中心波長λ１が７６０ｎｍの近赤外光を発する発光素子１１１ａと、第２中心波長λ２が８５０ｎｍの近赤外光を発する発光素子１１２ａと、を所定のタイミングで被検体に向けて交互発光させる。言い換えれば、ＣＰＵ１３３は、ドライブ回路１１３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、を発光素子１１１ａおよび発光素子１１２ａから順次間欠的に発光させる。
　そして、受光素子１２１ａは、被検体により反射される微弱な反射光を受光し、受光した反射光に応じた信号を出力する。受光素子１２１ａから出力された信号は、増幅回路１２２で増幅されて制御部１３に入力される。制御部１３は、入力された信号をＡＤＣ１３１によりアナログ－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。制御部１３には、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１３４等に予め格納されており、これを参照することで信号出力値に応じた各生体関連情報が得られる。このように、制御部１３は、第１中心波長λ１が７６０ｎｍの近赤外光の反射光に応じた信号と、第２中心波長λ２が８５０ｎｍの近赤外光の反射光に応じた信号と、を受信した後に生体関連情報を算出する。なお、本実施形態の生体関連情報推定動作の詳細については、後述する。
　図６は、本実施形態の変形例に係るセンサモジュールが有する基板体の平面図である。
　本変形例に係るセンサモジュールが有する基板体１６Ａは、複数の発光素子のそれぞれが発する近赤外線の中心波長に同一の中心波長の近赤外線を発する複数の他の発光素子をさらに有する。具体的には、第１発光素子パッケージ１１１Ａは、近赤外光を含む光を発する発光ダイオード素子やレーザー素子などからなる第１発光素子１１１ｂおよび第２発光素子１１１ｃを１つのパッケージ内に有している。第２発光素子パッケージ１１２Ａも、同様に、近赤外光を含む光を発する発光ダイオード素子やレーザー素子などからなる第１発光素子１１２ｂおよび第２発光素子１１２ｃを１つのパッケージ内に有している。
　ドライブ回路１１３は、第１発光素子パッケージ１１１Ａが有する第１発光素子１１１ｂおよび第２発光素子１１１ｃ、ならびに、第２発光素子パッケージ１１２Ａが有する第１発光素子１１２ｂおよび第２発光素子１１２ｃを駆動する。
　「複数の発光素子」のうちのひとつとしての第１発光素子１１１ｂは、８０５ｎｍよりも短い波長を「中心波長」としての第１中心波長λ１とする近赤外光を発することが可能である。また、「複数の発光素子」のうちの他のひとつとしての第２発光素子１１１ｃは、８０５ｎｍより長い波長を「異なる中心波長」としての第２中心波長λ２とする近赤外光を発することが可能である。
　「複数の他の発光素子」のうちのひとつとしての第１発光素子１１２ｂは、８０５ｎｍよりも短い波長を「中心波長」としての第１中心波長λ１とする近赤外光を発することが可能である。つまり、第２発光素子パッケージ１１２Ａの第１発光素子１１２ｂは、第１発光素子パッケージ１１１Ａの第１発光素子１１１ｂが発する近赤外光の第１中心波長λ１に同一の中心波長の近赤外光を発する。「複数の他の発光素子」のうちの他のひとつとしての第２発光素子１１２ｃは、８０５ｎｍより長い波長を「異なる中心波長」としての第２中心波長λ２とする近赤外光を発することが可能である。つまり、第２発光素子パッケージ１１２Ａの第２発光素子１１２ｃは、第１発光素子パッケージ１１１Ａの第２発光素子１１１ｃが発する近赤外光の第２中心波長λ２に同一の中心波長の近赤外光を発する。
　本変形例において、第１発光素子１１１ｂおよび第１発光素子１１２ｂは、対をなし、７６０ｎｍを第１中心波長λ１とする近赤外光を発光可能である。第２発光素子１１１ｃおよび第２発光素子１１２ｃは、対をなし、８５０ｎｍを第２中心波長λ２とする近赤外光を発光可能である。但し、これに限定されるものではなく、第１発光素子１１１ｂおよび第１発光素子１１２ｂが発する近赤外光の第１中心波長λ１が８０５ｎｍより短く、かつ、第２発光素子１１１ｃおよび第２発光素子１１２ｃが発する近赤外光の第２中心波長λ２が８０５ｎｍより長いことが好ましい。例えば、第１中心波長λ１を７８０ｎｍとし、第２中心波長λ２を８３０ｎｍとするものであってもよい。更には、第１中心波長λ１を６４０ｎｍとし、第２中心波長λ２を９４０ｎｍとするものであってもよい。第１発光素子１１１ｂおよび第１発光素子１１２ｂが発する近赤外光の波長範囲は７６０±５０ｎｍであり、第２発光素子１１１ｃおよび第２発光素子１１２ｃが発する近赤外光の波長範囲は８５０±５０ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、第１発光素子１１１ｂおよび第１発光素子１１２ｂが発する近赤外光の波長範囲が７６０±２０ｎｍであり、第２発光素子１１１ｃおよび第２発光素子１１２ｃが発する近赤外光の波長範囲が８５０±２０ｎｍである。このような構成であると、受光部１２の出力がより大きくなり、Ｓ／Ｎ比を高くできる。
　本変形例の受光素子パッケージ１２１Ａは、受光した近赤外光に応じた信号（受光信号）を出力する第１受光素子１２１ｂおよび第２受光素子１２１ｃを１つのパッケージ内に有している。増幅回路１２２は、受光素子パッケージ１２１が有する第１受光素子１２１ｂおよび第２受光素子１２１ｃが出力する受光信号を増幅する。
　「受光素子」としての第１受光素子１２１ｂの受信感度は、第１発光素子１１１ｂおよび第１発光素子１１２ｂが発する近赤外光の第１中心波長λ１において最大となる。第１受光素子１２１ｂは、第１中心波長λ１近傍の波長の近赤外光に感度を有する。また、「他の受光素子」としての第２受光素子１２１ｃの受光感度は、第２発光素子１１１ｃおよび第２発光素子１１２ｃが発する近赤外光の第２中心波長λ２において受信感度が最大となる。第２受光素子１２１ｃは、第２中心波長λ２近傍の波長の近赤外光に感度を有する。本変形例において、第１受光素子１２１ｂの受信感度は７６０ｎｍの波長において最大となり、第１受光素子１２１ｂは７６０±５０ｎｍの範囲の波長の近赤外光を受光可能である。また、第２受光素子１２１ｃの受信感度は８５０ｎｍの波長において最大となり、第２受光素子１２１ｃは８５０±５０ｎｍの範囲の波長の近赤外光を受光可能である。受光素子は、発光素子が発する中心波長に応じて受信感度が最大となるものを選定することが好ましい。
　第１受光素子１２１ｂは、第１発光素子１１１ｂおよび第１発光素子１１２ｂが発した光を受光するように、基板１５の上面１５ａにおいて第１発光素子１１１ｂと第１発光素子１１２ｂとの間に挟まれて配置されている。第２受光素子１２１ｃも同様に、第２発光素子１１１ｃおよび第２発光素子１１２ｃが発した光を受光するように、基板１５の上面１５ａにおいて第２発光素子１１１ｃと第２発光素子１１２ｃとの間に挟まれて配置されている。
　本変形例において、ＣＰＵ１３３は、第１発光素子１１１ｂおよび第１発光素子１１２ｂから第１中心波長λ１の近赤外光を同時に発光させるとともに所定時間後に発光を停止する。すなわち、第１発光素子１１１ｂおよび第１発光素子１１２ｂの発光タイミングは、互いに同期している。次いで、ＣＰＵ１３３は、第２発光素子１１１ｃおよび第２発光素子１１２ｃから第２中心波長λ２の近赤外光を同時に発光させるとともに所定時間後に発光を停止する。すなわち、第２発光素子１１１ｃおよび第２発光素子１１２ｃの発光タイミングは、互いに同期している。また、ＣＰＵ１３３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。
　本変形例の生体関連情報の推定は、具体的には、次のように行う。制御部１３からの制御信号を受けて、ドライブ回路１１３が、第１中心波長λ１が７６０ｎｍの近赤外光を発する第１発光素子１１１ｂおよび第１発光素子１１２ｂ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１１１ｃおよび第２発光素子１１２ｃと、を所定のタイミングで被検体に向けて交互発光させる。言い換えれば、ＣＰＵ１３３は、ドライブ回路１１３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１１１ｂおよび第１発光素子１１２ｂと、第２発光素子１１１ｃおよび第２発光素子１１２ｃと、から順次間欠的に発光させる。
　そして、第１受光素子１２１ｂおよび第２受光素子１２１ｃは、被検体により反射される微弱な反射光を受光する。第１受光素子１２１ｂおよび第２受光素子１２１ｃのそれぞれから出力された信号は、増幅回路１２２で増幅されて制御部１３に入力される。制御部１３は、入力された信号をＡＤＣ１３１によりアナログ－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。その他の構造および動作は、図１～図５に関して前述した通りである。
　本変形例によれば、同一の中心波長の近赤外光を発する発光素子および他の発光素子が設けられている。具体的には、第１中心波長λ１の近赤外光を発する第１発光素子１１１ｂおよび第１発光素子１１２ｂが設けられている。また、第２中心波長λ２の近赤外光を発する第２発光素子１１１ｃおよび第２発光素子１１２ｃが設けられている。そのため、受光部１２は、より高い検出感度を得ることができる。これにより、例えば動脈が被検体のより深い場所に存在する場合であっても、制御部１３は、より高い精度で生体関連情報を推定することができる。
　次に、本実施形態の生体関連情報推定動作の詳細について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、センサモジュール１０が図５に関して前述した基板体１６を有する場合を例に挙げる。
　図７は、本実施形態の生体関連情報推定動作を表すタイミングチャートである。図８は、比較例の生体関連情報推定動作を表すタイミングチャートである。図７（ａ）および図８（ａ）は、制御部が発光部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）および図８（ｂ）は、受光部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）および図８（ｃ）は、制御部が実行する処理のタイミングを表している。図７（ｄ）および図８（ｄ）は、図７（ｃ）および図８（ｃ）と比較してＣＰＵのクロック周波数が低い場合を表している。図７（ａ）～図８（ｄ）に表したタイミングチャートの横軸は、時間を表している。
　まず、図８に表した比較例について説明する。図８（ａ）に表したように、制御部は、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２つの発光素子から順次間欠的に発光させる。そして、図８（ｂ）に表したように、受光部は、被検体を経由した第１中心波長λ１の近赤外光と、被検体を経由した第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。
　比較例では、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の測定サイクルとなる。
　図８（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、制御部は、複数の発光素子のそれぞれが発した光を受光素子が受けるたびに、受光部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、制御部は、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、制御部は、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、制御部は、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ＣＰＵのバイタル推定部により実行する。つまり、制御部は、発光部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、ＣＰＵのバイタル推定部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。
　ここで、図８（ｄ）に表したように、ＣＰＵのクロック周波数を下げると、消費電力の低減化を図ることができる一方で、各処理に要する時間が長くなる。具体的には、第１中心波長λ１の近赤外光に応じた信号のＡＤ変換の時間帯Ｔ５２の長さは、図８（ｃ）に表した時間帯Ｔ５１の長さよりも長くなる。また、第２中心波長λ２の近赤外光に応じた信号のＡＤ変換の時間帯Ｔ７２の長さは、図８（ｃ）に表した時間帯Ｔ７１の長さよりも長くなる。その一方で、第１中心波長λ１の近赤外光の発光周期および第２中心波長λ２の近赤外光の発光周期のいずれも、ＣＰＵのクロック周波数を下げても変化しない。そのため、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Ｔ６２の長さは、図８（ｃ）に表した処理可能時間帯Ｔ６１の長さよりも短くなる。また、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Ｔ８２の長さは、図８（ｃ）に表した処理可能時間帯Ｔ８１の長さよりも短くなる。さらに、ＣＰＵのクロック周波数が低下したことにより、移動平均化処理に要する時間および推定処理に要する時間はいずれも長くなる。その結果、図８（ｄ）において破線で示されるように、処理可能時間帯Ｔ８２が終了するまでに推定処理を完了することができず、次に実行されるべき第１中心波長λ１の近赤外光に応じたＡＤ変換の処理時間帯Ｔ５２に至ってしまう。この場合には、そのＡＤ変換処理を適切に行うことができないため、センサモジュールが適切に動作できなくなってしまう。すなわち、このような処理の重複が生じる程度までＣＰＵのクロック周波数を下げることができない。この処理の重複を解消するには、測定サイクルを長くすることが必要である。
　これに対して、本実施形態に係るセンサモジュール１０では、第２非発光時間帯は第１非発光時間帯よりも長い。そして、制御部１３は、第２非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯において、生体関連情報を推定する。
　すなわち、図７（ａ）に表したように、発光部１１は、制御部１３からの出力された信号に基づいて、第１中心波長λ１の近赤外光の発光と第２中心波長λ２の近赤外光の発光とを間欠的に行い、これらの複数の発光からなる一連の発光を繰り返し行う。具体的には、一連の発光の時間帯は、第１中心波長λ１の近赤外光を発光素子１１１ａから発光させる発光時間帯Ｔ１と、いずれの発光も停止した状態となる第１非発光時間帯Ｔ２と、第２中心波長λ２の近赤外光を発光素子１１２ａから発光させる発光時間帯Ｔ３とからなる。そして、この一連の発光が終了した後、発光部１１は、第２非発光時間帯Ｔ４の間は全ての発光を停止させた状態とし、この時間帯の経過後、発光素子１１１ａからの発光を行って、次の一連の発光を開始する。この一連の発光の繰り返し周期が、センサモジュール１０の測定サイクルとなる。
　この測定サイクルを含め基本的な時間設定は、図８に示される比較例のセンサモジュールと同様であるが、本実施形態に係るセンサモジュール１０は、上記のように、第２非発光時間帯Ｔ４の長さが、第１非発光時間帯Ｔ２の長さよりも長く設定されている。このため、図７（ｃ）に表したように、第２非発光時間帯Ｔ４に対応して設定される処理可能時間帯Ｔ４１は、第１非発光時間帯Ｔ２に対応して設定される処理可能時間帯Ｔ２１よりも長くなる。それゆえ、処理可能時間帯Ｔ４１において、移動平均化処理に加えて、ＣＰＵ１３３のバイタル推定部１３３ａにより推定処理が実行されても、次の一連の発光における最初の発光に基づくＡＤ変換処理を実施する時間帯Ｔ１１に至る前に、これらの処理を完了させることができる。
　図７（ｄ）に表したように、ＣＰＵ１３３のクロック周波数を下げると、各処理に要する時間が長くなるが、図７（ｃ）に表したＣＰＵのクロック周波数を下げない場合と同様に、第２非発光時間帯Ｔ４に対応して設定される処理可能時間帯Ｔ４２において、移動平均化処理および推定処理を、次の一連の発光における最初の発光に基づくＡＤ変換処理を実施する時間帯Ｔ１２に至る前に完了させることができる。これにより、測定サイクルを維持したままでＣＰＵ１３３のクロック周波数を低下させ、センサモジュール１０の消費電力の低減化を図ることができる。
　なお、前述したように、制御部１３は、発光素子１１１ａが発した光を受光素子１２１ａが受けるたびに、受光部１２から出力された信号を第１中心波長λ１において平均化する移動平均化処理を実行する。また、制御部１３は、発光素子１１２ａが発した光を受光素子１２１ａが受けるたびに、受光部１２から出力された信号を第２中心波長λ２において平均化する移動平均化処理を実行する。そのため、制御部１３は、受光部１２から出力された信号のノイズを低減し、より高い精度で生体関連情報を推定することができる。
　図９は、本実施形態の他の生体関連情報推定動作を表すタイミングチャートである。図９（ａ）は、制御部が発光部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９（ｂ）は、受光部が出力した増幅後の受光信号のレベルを表している。図９（ｃ）は、制御部が実行する処理のタイミングを表している。図９（ａ）～図９（ｃ）に表したタイミングチャートの横軸は、時間を表している。
　図９（ａ）～図９（ｃ）に表した生体関連情報推定動作では、制御部１３は、第２非発光時間帯Ｔ４に対応して設定される処理可能時間帯Ｔ４１において、ＣＰＵ１３３により推定処理を実行した後に、ＣＰＵ１３３に対する電力の供給を低減するスリープモードを実行する。この点において、図９（ａ）～図９（ｃ）に表した生体関連情報推定動作は、図７（ａ）～図７（ｄ）に関して前述した生体関連情報推定動作とは異なる。その他の動作は、図７（ａ）～図７（ｄ）に関して前述した生体関連情報推定動作に同様である。
　これによれば、処理可能時間帯Ｔ４１が処理可能時間帯Ｔ２１よりも十分に長いため、制御部１３は、ＣＰＵ１３３に対する電力の供給を低減するスリープモードを実行する時間を処理可能時間帯Ｔ４１において確保することができる。それゆえ、ＣＰＵ１３３のクロック周波数を必ずしも低下させなくとも、センサモジュール１０の消費電力の低減化を図ることができる。また、ＣＰＵ１３３のクロック周波数を低下させる場合であっても測定サイクルを維持することができるため、測定精度を維持しつつ、センサモジュール１０の消費電力のさらなる低減化を図ることができる。
　また、本実施形態に係る生体関連情報表示システム１は、図１～図９に関して前述したセンサモジュール１０を備えるため、ＣＰＵ１３３のクロック周波数を低下させ、センサモジュール１０の消費電力の低減化を図ることができる。また、生体関連情報表示システム１は、センサモジュール１０の消費電力の低減化を図りつつ、制御部１３によって推定された生体関連情報を表示部２１に表示することができる。また、生体関連情報表示システム１は、センサモジュール１０の消費電力の低減化を図りつつ、血中ヘモグロビン変化、血中酸素比率変化および脈拍数よりなる群から選択された少なくとも１つを生体関連情報として推定することができる。
　以上、本実施形態およびその適用例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態またはその適用例に対して、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、各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、本発明の範囲に含有される。
　例えば、上記のセンサモジュール１０では、バイタル推定部１３３ａを有して生体関連情報を推定する制御部１３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１３とは異なる別の部分が発光部１１の動作を制御し、制御部は受光部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。
　上記の実施形態に係るセンサモジュール１０では、第１非発光時間帯Ｔ２に対応して設定される処理可能時間帯Ｔ２１（Ｔ２２）において移動平均化処理が行われ、その後、次のＡＤ変換が開始されるまでの時間帯は、ＣＰＵ１３３は特段の処理を行わない待機時間帯となっている。処理部１３は、この待機時間帯にＣＰＵ１３３のスリープモードを実行してもよい。これにより、センサモジュールの消費電力のさらなる低減化を図ることができる。なお、第１非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯において移動平均化処理を行わない場合や、ＣＰＵ１３３以外の処理装置が移動平均化処理を行う場合には、第１非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯すべてが待機時間帯となる。これらの場合には、この待機時間帯にスリープモードを実行してもよい。
　一連の発光において３回以上の発光が行われる場合には、第１非発光時間帯が２回以上存在することになる。これらの第１非発光時間帯の長さは等しくてもよいし、互いに異なるものを含んでいてもよい。複数の第１非発光時間帯の長さが互いに異なるものを含む場合には、第２非発光時間帯の長さは、これらの第１非発光時間帯のうちで最長の時間帯よりも長くなるように設定されていることが好ましい場合がある。
　１　生体関連情報表示システム
　１０　センサモジュール
　１１　発光部
　１２　受光部
　１３　制御部
　１４　無線通信部
　１５　基板
　１５ａ　上面
　１６、１６Ａ　基板体
　１８　ケース
　１８ａ　上壁
　２０　表示装置
　２１　表示部
　２２　タッチパネル
　２３　制御部
　２４　記憶部
　２５　無線通信部
　３１　電源
　３２　電源スイッチ
　１１１、１１１Ａ　第１発光素子パッケージ
　１１１ａ　発光素子
　１１１ｂ　第１発光素子
　１１１ｃ　第２発光素子
　１１２、１１２Ａ　第２発光素子パッケージ
　１１２ａ　発光素子
　１１２ｂ　第１発光素子
　１１２ｃ　第２発光素子
　１１３　ドライブ回路
　１２１、１２１Ａ　受光素子パッケージ
　１２１ａ　受光素子
　１２１ｂ　第１受光素子
　１２１ｃ　第２受光素子
　１２２　増幅回路
　１３１　アナログ－デジタル変換回路（ＡＤＣ）
　１３２　インタフェース
　１３３　中央処理装置（ＣＰＵ）
　１３３ａ　バイタル推定部
　１３４　メモリ
　１３５　タイマ
　Ｌ１、Ｌ２　間隔
　Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７　発光時間帯
　Ｔ２、Ｔ６　第１非発光時間帯
　Ｔ４、Ｔ８　第２非発光時間帯
　Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ３１、Ｔ３２、Ｔ５１、Ｔ５２、Ｔ７１、Ｔ７２　処理時間帯
　Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ４１、Ｔ４２、Ｔ６１、Ｔ６２、Ｔ８１、Ｔ８２　処理可能時間帯
　λ１　第１中心波長
　λ２　第２中心波長
 
 

Claims (7)

  1. 　近赤外光を含む光を被検体に向けて発する発光部と、
    　前記被検体を経由した前記光を受ける受光部と、
    　前記受光部から出力された信号に基づいて生体関連情報を推定する制御部と、
    　を備え、
    　前記発光部は、互いに間隔をあけて配置され互いに異なる中心波長の前記近赤外光を発する複数の発光素子を有し、
    　前記受光部は、前記複数の発光素子のそれぞれが発した前記光を受けるように配置され前記近赤外光に感度を有する受光素子を有し、
    　前記発光部は、前記複数の発光素子を順次間欠的に発光させる一連の発光を繰り返し行い、前記一連の発光において隣り合う２つの発光時間帯の間に位置する非発光時間帯である第１非発光時間帯よりも、隣り合う２つの前記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と前記隣り合う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非発光時間帯の方が長く、
    　前記制御部は、前記第２非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯において、前記生体関連情報を推定することを特徴するセンサモジュール。
  2. 　前記制御部は、前記生体関連情報を推定する推定処理を実行する中央処理装置を有し、前記第２非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯において、前記中央処理装置により前記推定処理を実行した後に、前記中央処理装置に対する電力の供給を低減するスリープモードを実行することを特徴する請求項１に記載のセンサモジュール。
  3. 　前記制御部は、前記生体関連情報を推定する推定処理を実行する中央処理装置を有し、前記第１非発光時間帯に対応して設定される処理可能時間帯の少なくとも一部において、前記中央処理装置に対する電力の供給を低減するスリープモードを実行することを特徴する請求項１または２に記載のセンサモジュール。
  4. 　前記制御部は、前記複数の発光素子のそれぞれが発した前記光を前記受光素子が受けるたびに、前記受光部から出力された複数の信号を前記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ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
  5. 　前記発光部は、前記複数の発光素子のそれぞれが発する前記近赤外線の中心波長に同一の中心波長の前記近赤外線を発する複数の他の発光素子をさらに有し、
    　前記同一の中心波長の近赤外線を発する前記発光素子および前記他の発光素子の発光タイミングは、互いに同期していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサモジュール。
  6. 　前記請求項１から５のいずれか１項に記載のセンサモジュールと、
    　前記制御部によって推定された前記生体関連情報を表示する表示部と、
    　を備えたことを特徴とする生体関連情報表示システム。
  7. 　前記制御部は、血中ヘモグロビン変化、血中酸素比率変化および脈拍数よりなる群から選択された少なくとも１つを前記生体関連情報として推定することを特徴とする請求項６に記載の生体関連情報表示システム。
     
     
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