专利名称：脉搏波传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脉搏波传感器装置，是向手指照射光或超声波从而检测出脉搏波的脉搏波传感器装置。
背景技术：
已知的脉搏波传感器装置一般包括向手指照射光的发光器以及接收由手指反射出的光的光接收器，并且基于发光器照射出的光与光接收器所接收到的光之间的光通量变化从而检测出脉搏波(例如，参照专利文献I 3)。
若将手指用力按压发光器或光接收器，则由于受到手指的压迫从而使动脉血流受到阻碍，因此脉搏波信号变弱，使得无法检测出脉搏波。考虑到这点，在专利文献I中，公开有以下结构设置检测手指按压力的按压力检测单元，并且增加在按压力较大时通知使用者的功能。
另外，在专利文献2、3中，公开有以下结构将发光器设置得比其周围要突出，并使发光器与手指可靠接触，从而容易地检测出脉搏波。
现有技术文献
专利文献
专利文献I :国际公开第94/15525号刊物
专利文献2 日本专利特开2004 - 467号公报
专利文献3 日本专利特开2008 - 48987号公报发明内容
在专利文献I所涉及的脉搏波传感器装置中，具备将手指的按压力过大从而无法进行检测的情况通知给使用者的功能。但是，在该结构中，即使在手指的按压力较大从而无法进行检测时，也只是通知该情况。因此，存在以下问题为了进行一定时长的测定，需要使手指的按压力稳定保持在较弱的状态，从而加重了使用者的负担。
另外，在专利文献2、3中，公开有以下结构将发光器设置得比其周围要突出，并使发光器与手指可靠接触。但是，由于这些结构并没有减小手指的按压力，因此在手指的按压力过大时还是无法检测出脉搏波，存在与上述相同的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明的目的在于，提供一种脉搏波传感器装置，该装置能够减小对血流的阻碍从而容易地检测出脉搏波。
(I).为了解决上述问题，本发明的脉搏波传感器装置的特征在于，包括壳体、设置于该壳体上的发光器、以及设置于上述壳体上的光接收器，该脉搏波传感器装置利用手指的末节来检测脉搏波，在上述壳体上的上述手指末节所接触的位置配置有上述发光器及上述光接收器，并且在上述壳体上设有在将上述手指的末节与上述发光器及上述光接收器接触时、与上述手指的中节接触的血流阻碍减低部，在该血流阻碍减低部的上述手指的中节所接触的接触部、与上述手指的末节所接触的上述壳体之间形成有高度差，以减小作用于上述手指的末节上的第I关节部位及其周围的压迫，并且减小对上述手指的末节的血流的阻碍。
在利用指尖来检测脉搏波的脉搏波传感器装置中，若用力压迫手指，则血流受到阻碍，使得无法检测出脉搏波。这里，对手指末节的血流的影响根据被压迫的手指的部位不同而有所不同。本发明者经过专心的研究得出的结果发现，在手指末节上的第I关节附近的部位受到压迫的情况下，手指末节的血流易受到阻碍，即使施加较小的按压力，也无法检测出脉搏波。
在本发明中，由于在壳体上设有血流阻碍减低部，因此若脉搏波传感器装置的使用者将手指末节与发光器及光接收器接触，则手指中节与血流阻碍减低部接触。由此，由于手指末节的前端一侧、与手指中节分别由发光器及光接收器周围的壳体、与血流阻碍减低部支撑，因此能够减小对位于其中间的部位上的按压力即手指末节上的第I关节附近的按压力。因此，能够防止手指末节上的第I关节附近的部位受到压迫，并且即使在将手指用力按压发光器及光接收器时，末节的血流也不受到阻碍。其结果是，由于不需要保持并稳定在按压力较弱的状态，因此能够减轻使用者的负担，并容易地检测出脉搏波。
(2).本发明的脉搏波传感器装置的特征在于，包括壳体、设置于该壳体上的超声波发送器、以及设置于上述壳体上的超声波接收器，该脉搏波传感器装置利用手指末节来检测脉搏波，在上述壳体上的上述手指的末节所接触的位置上配有上述发送器以及上述接收器，并且在上述壳体上设有在将上述手指的末节与上述发送器以及上述接收器接触时、与上述手指的中节接触的血流阻碍减低部，在该血流阻碍减低部的上述手指的中节所接触的接触部、与上述手指的末节所接触的上述壳体之间形成有高度差，以减小作用于上述手指的末节上的第I关节部位以及其周围的压迫，并且减小对上述手指的末节的血流的阻碍。
在本发明中，由于壳体上设有血流阻碍减低部，因此若脉搏波传感器装置的使用者将手指末节与发送器及接收器接触，则手指中节与血流阻碍减低部接触。由此，由于手指末节的前端一侧、与手指中节分别由发送器及接收器周围的壳体、与血流阻碍减低部支撑， 因此能够减小对位于其中间的部位上的按压力即手指末节上的第I关节附近的按压力。因此，能够防止手指末节上的第I关节附近的部位受到压迫，并且即使在将手指用力按压发送器及接收器时，末节的血流也不受到阻碍，从而能够容易地检测出脉搏波。
(3).在本发明中，通过由上述血流阻碍减低部形成的高度差，在上述手指末节上的第I关节附近的区域、与上述壳体的表面之间形成有间隙。
根据本发明，由于通过由血流阻碍减低部形成的高度差，从而在手指末节上的第I 关节附近区域、与壳体的表面之间形成有间隙，因此能够通过该间隙来减小对手指末节上的第I关节附近区域的按压力，从而减小对血流的阻碍。
(4).在本发明中，在上述手指的前端所接触的上述壳体的表面位置上设有指尖定位部。
根据本发明，由于在手指的前端所接触的壳体的表面位置上设有指尖定位部，因此能够将指尖的位置固定来对血流阻碍减低部与手指中节进行定位，使得血流阻碍减低部与手指中节可靠接触。
(5).在本发明中，在上述血流阻碍减低部设有对与上述手指的中节的接触位置进行调节的机构。根据本发明，由于在血流阻碍减低部设有对与手指的中节的接触位置进行调节的 机构，因此能够根据例如手指末节的长度尺寸来调节与手指的中节的接触位置。由此，即使 在各个使用者的手指末节的长度尺寸有所不同的情况下，也能容许这样的尺寸偏差，使血 流阻碍减低部的接触部与手指中节接触。
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的脉搏波传感器装置的立体图。图2是表示处于使用者进行脉搏波测定状态下的脉搏波传感器装置的主视图。图3是表示图1中的脉搏波传感器装置的俯视图。图4是将图1中的脉搏波传感器装置的右侧放大并表示的立体图。图5是将图4中的发光器、光接收器、血流阻碍减低部以及指尖定位部等放大并表 示的立体图。图6是表示将使用者的食指末节与图5中的发光器以及光接收器接触的状态的立 体图。图7是从图3中的箭头方向VII — VII观察脉搏波传感器装置的发光器及光接收 器等的剖视图。图8是表示实施方式1所涉及的脉搏波传感器装置的电学结构的框图。图9是表示血流阻碍减低部、与手指末节及中节的关系的说明图。图10是表示光电脉搏波信号的时间变化的特性曲线图。图11是表示实施方式2所涉及的脉搏波传感器装置的、与图5相同位置的立体 图。图12是表示变形例1所涉及的脉搏波传感器装置的、与图5相同位置的立体图。图13是表示变形例2所涉及的脉搏波传感器装置的、与图5相同位置的立体图。图14是表示实施方式3所涉及的脉搏波传感器装置的、与图5相同位置的立体 图。图15是表示实施方式4所涉及的脉搏波传感器装置的、与图4相同位置的立体 图。图16是表示变形例3所涉及的脉搏波传感器装置的、与图2相同位置的主视图。图17是表示变形例4所涉及的脉搏波传感器装置的、与图5相同位置的立体图。图18是表示实施方式5所涉及的脉搏波传感器装置的剖视图。图19是表示实施方式6所涉及的脉搏波传感器装置的、与图7相同位置的剖视 图。
具体实施例方式下面，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的脉搏波传感器装置进行详细说明。 此外，为了便于说明，以图1中的箭头X的方向作为左右方向，以箭头Y的方向作为前后方 向，以箭头Z的方向作为上下方向。另外，以利用右手的食指(手指F)来测定脉搏波的情况 为例，进行说明。
图I至图8示出了实施方式I所涉及的脉搏波传感器装置I。如图2所示，该脉搏波传感器装置I能够通过手指F对与脉搏波相对应的光电脉搏波信号(脉搏波信号)进行检测，并且基于该光电脉搏波信号，生成氧饱和度、加速度脉搏波以及脉率波动等生物信息，另外，还能通过脉率波动来推测出自律神经状态。另外，脉搏波传感器装置I是小型轻便的便携式装置。
壳体2容纳有构成脉搏波传感器装置I的后述发光器6及光接收器7等。该壳体 2使用例如树脂材料并形成为大致呈长方体的箱型，具有正面板部2A、周壁部2B以及背面板部2C。正面板部2A及背面板部2C形成为大致呈矩形的平板状。另外，周壁部2B夹在正面板部2A与背面板部2C的外边缘之间，形成为在前后方向上具有厚度的、大致呈矩形的框型。
在正面板部2A的中央部，形成有显示用开口部2D，该显示用开口部2D用于将由例如液晶屏等组成的显示装置3嵌入，从而通过显示用开口部2D将显示装置3安装于壳体2 内。另外，在正面板部2A上，安装有开关4，该开关4位于显示用开口部2D的右侧，用于切换测定的开始与停止。另一方面，在周壁部2B的上表面的右侧，形成有开口面积较小的两个元件用开口部2E、2F，并且在该元件用开口部2E、2F中分别安装有发光器6及光接收器7。
如图7所示，在壳体2的内部，容纳有基板5，该基板5位于两个元件用开口部2E 的下侧。基板5被嵌于例如壳体2的安装部(未图不)内，并固定在壳体2中。在该基板5 上，安装有发光器6及光接收器7。
发光器6通过利用透明树脂将例如发光二极管(LED)等发光元件密封从而形成， 并且将预定波长的光(例如红光)向脉搏波传感器装置I的使用者的手指F照射。此外， 发光器6也可以使用垂直腔面发射激光器(V C S E L )或谐振器型LED作为发光元件来形成。
另外，发光器6插入元件用开口部2E中，并且通常配置成例如使其与壳体2的周壁2B的表面呈同一平面，以使得发光器6的表面与使用者的手指F接触，也可以配置成使其从周壁2B的表面突出，还可以配置成使其凹陷。此外，发光器6由后述的发光器驱动部 11驱动。
若如上述这样从发光器6向手指F照射光，则光接收器7接收来自手指F的反射光并转换成光检测信号，并且将该光检测信号输出给处理电路9的光检测信号放大部12。该光接收器7通过利用透明树脂将例如光电二极管(PD)等光接收元件密封从而形成。此外， 光接收器7也可以使用例如光电晶体管作为光接收元件来形成。
另外，光接收器7插入元件用开口部2F中，并且通常配置成例如使其与壳体2的周壁2B的表面呈同一平面，以使得光接收器7的表面与使用者的手指F接触，也可以配置成使其从周壁2B的表面突出，还可以配置成使其凹陷。
并且，光接收器7接收由发光器6照射出的、经使用者的手指F反射的光，并将该接收到的光转换成光检测信号，将该光检测信号输出给处理电路9的光检测信号放大部 12。
配置于手指F末节处的发光器6与光接收器7之间的距离比手指F的末节的长度要短，设定在例如4 20 mm的范围内。另外，为了使得由发光器6照射出的光不直接被光接收器7接收，从而在发光器6与光接收器7之间设有遮光部8，该遮光部8由例如光学上不透明的树脂材料组成。
另外，与发光器6相比，光接收器7配置于例如在壳体2的左右方向上较右端的位置上。由此，在使用者沿着壳体2的周壁部2B将手指F与发光器6及光接收器7接触时， 光接收器7配置于与发光器6相比、更靠近血流的上游一侧。
如图8所示，处理电路9大致由光电脉搏波信号检测部10及运算处理部14构成， 并且设置于壳体2的内部。此外，处理电路9根据开关4的开启与关闭(0N/0FF)来切换驱动与停止。
光电脉搏波信号检测部10包括发光器驱动部11、光检测信号放大部12、以及滤波器部13，并且与运算处理部14进行联动以生成使用者的光电脉搏波信号。这里，发光器驱动部11与发光器6连接，并提供用于使发光器6发光的驱动电流。光检测信号放大部12 与光接收器7连接，对由光接收器7提供的光检测信号进行电流一电压转换，并对经电流一电压转换后的光检测信号进行放大。滤波器部13例如由低通滤波器等构成，并且与光检测信号放大部12的后级连接，将由光检测信号放大器12输出的光检测信号中的噪声去除。
并且，光电脉搏波信号检测部10利用发光器驱动部11来驱动发光器6，并使用光检测信号放大部12及滤波器部13将与来自手指F的反射光相对应的光检测信号向运算处理部14输出。
运算处理部14例如是中央运算处理装置(CPU)，进行如下的处理对发光器6的检测光进行控制的处理、从光检测信号中抽取出光电脉搏波信号的处理、基于光电脉搏波信号生成脉搏波信息的处理、以及对整个脉搏波传感器装置I的控制等。
具体而言，运算处理部14将控制信号提供给发光器驱动部11，使发光器6根据该控制信号进行发光，该控制信号用于对发光器6的检测光的强度或发光时刻进行控制。另外，运算处理部14进行从光检测信号中抽取出光电脉搏波信号的处理，该光检测信号由光接收器7且经由光检测信号放大部12及滤波器部13来提供。另外，运算处理部14基于该光电脉搏波信号，生成例如脉搏波波形、脉率、氧饱和度以及血管硬化程度等脉搏波信息。 并且，运算处理部14将该脉搏波信息显示于显示装置3上。
如图7所示，血流阻碍减低部15在靠近于发光器6及光接收器7的、壳体2的左右方向(X方向)上的右端部，与壳体2 —体形成。具体而言，血流阻碍减低部15大致形成为三棱柱形状，即在XZ平面上的截面形状大致呈三角形，并且包括上凸的接触部15C，该上凸的接触部15C平缓地从尖角部15A向尖角部15B倾斜；以及高度差形成部15E，该高度差形成部15E陡峭地从尖角部15A向尖角部KD倾斜，其中，该尖角部15A连接不与壳体2 接触的XZ截面上的大致呈三角形的顶点，该尖角部15B连接与壳体2接触的XZ截面上的大致呈三角形的右侧的顶点，该尖角部MD连接与壳体2接触的XZ截面上的大致呈三角形的左侧的顶点。
若脉搏波传感器装置I的使用者将手指F的末节A与发光器6及光接收器7接触， 则手指F的中节B与接触部15C接触。其结果是，由于手指F的末节A的前端一侧由周壁部2B的表面支撑，另外，手指F的中节B由接触部15C支撑，因此手指F的末节A上的第I 关节附近的部位不与周壁部2B的表面接触，使得在手指F的末节A上的第I关节附近的部位、与周壁部2B等之间产生间隙S，并且能够使手指F的末节A上的第I关节附近的部位保持悬空的状态。该结果使手指F的末节A上的第I关节附近的部位所受的压迫减小，并抑制对手指F的末节A的血流的阻碍。此外，所谓手指F的末节A，是指从手指F的第I关节到指尖为止的部位，所谓手指F的中节B，是指从手指F的第I关节到第2关节为止的部位。
另外，为了抑制对手指F的末节A的血流的阻碍，只要与手指F的末节A的中央部或手指F的中节B相比，对手指F的末节A上的第I关节附近的部位的压迫较小即可。因此，手指F的末节A上的第I关节附近的部位可以与高度差形成部15E等略微接触，与上述的情况相比，在该情况下的间隙S的大小较小。
此外，为了对接触部15C与手指F的中节B的接触位置进行调节，可以在血流阻碍减低部15形成可相对于壳体2沿左右方向移动的机构，另外，也可以构成为血流阻碍减低部15仅在测定脉搏波时从壳体2突出。并且，血流阻碍减低部15可以使用硬质的金属材料、树脂材料等形成，也可以为了与手指F贴服，使用例如软质的材料等形成。
在脉搏波传感器装置I的使用者的手指F的末节A的前端接触的周壁部2B的表面位置上，利用从周壁部2B的表面突出的突起来形成指尖定位部16。此外，在以手指F的末节A的前端一侧由周壁部2B的表面支撑、另外手指F的中节B由接触部15C支撑的前提下，基于普通人体的食指F的末节A的长度尺寸来设定指尖定位部16与血流阻碍减低部15 之间的间隔尺寸。
由此，在使用者将手指F的末节A与发光器6及光接收器7接触时，指尖抵住指尖定位部16，并且手指F的中节B与血流阻碍减低部15的接触部15C接触。即，指尖定位部 16配置成限制指尖在左右方向上向左侧产生较大的位置偏差，并防止血流阻碍减低部15 离第I关节附近所需的距离以上。
本发明的实施方式I所涉及的脉搏波传感器装置I具有如上的结构，接下来对其动作进行说明。
首先，在使用者将手指F与发光器6及光接收器7接触后，将开关4切换到开启 (ON)0由此，从运算处理部14向发光器驱动部11提供控制信号，并使发光器6根据该控制信号而发出检测光。该检测光经使用者的手指F的末节A进行反射，并且该反射光由光接收器7接收。然后，光接收器7输出与该反射光相对应的光检测信号。该光检测信号通过光检测信号放大部12进行电流一电压转换后进行放大，并且通过滤波器部13进行去噪后， 提供给运算处理部14。
运算处理部14从由滤波器部13提供的光检测信号中、抽取出与发光器6的检测光相对应的光电脉搏波信号。然后，运算处理部14基于抽取出的光电脉搏波信号，生成例如脉搏波波形、脉率、氧饱和度以及血管硬化程度等脉搏波信息。将这些脉搏波信息显示于显示装置3上。
此时，若使用者将手指F用力按压发光器6及光接收器7，则成为检测部位的末节 A的血流受到阻碍，使得无法检测出脉搏波。在手指F的血流未受到阻碍的情况下，得到如图10中的实线所示那样的光电脉搏波信号。但是，在手指F的血流受到阻碍的情况下，如图 10中的双点划线所示那样，光电脉搏波信号的变化变小，或者如图10中的虚线所示那样， 光电脉搏波信号几乎不发生变化。但是，并非按压手指F的任何部位，末节A的血流所受到的阻碍均相同，而是根据受到压迫的手指F的部位不同，对血流的影响也有所不同。S卩，在手指F上存在有血流容易受到阻碍的部位及血流不易受到阻碍的部位。
因此，通过本发明者经过专心的研究发现，在手指F的末节A上的第I关节附近的部位受到压迫时，末节A的血流最容易受到阻碍。考虑到这点，在本实施方式的壳体2中， 将从周壁部2B的表面突出的血流阻碍减低部15设置于发光器6及光接收器7的周围。由此，若使用者将手指F的末节A与发光器6及光接收器7接触，则由于手指F的中节B与血液阻碍减低部15接触，因此手指F的末节A上的第I关节附近的部位能够保持悬空的状态。 其结果是，与手指F的末节A的中央部或手指F的中节B相比，作用于末节A上的第I关节附近的部位的压迫变小，并能够减小对血液的阻碍。
这里，在壳体2上设置图9示出的试验性的血流阻碍减低部17，并对血流阻碍减低部17的形状以及位置对血流造成的效果的研究结果进行说明。
首先，为了对血流阻碍减低部17的形状的效果进行比较，在前后方向上的厚度为一定的情况下，改变上下方向上的突出尺寸t及左右方向上的长度尺寸L，从而形成各种四棱柱形的样品。接下来，在改变血流阻碍减低部17与手指F的接触位置的同时，在手指F 的血流受到阻碍使得无法测定脉搏波时，测定此时的手指F的按压力，该手指F的按压力的最小变化单位为5N (牛顿)。
即使长度尺寸L在2 13 mm的范围内进行变化，血流受到阻碍从而无法测定脉搏波时的手指F的按压力也几乎不变，从而未发现与长度尺寸L有较大的相关性。另一方面，发现了血流阻碍减低部17上的左右方向上的左端的尖角部17A与手指F的第I关节的位置关系、以及血流阻碍减低部17的突出尺寸t对血流受到阻碍使得无法测定脉搏波时的手指F的按压力有较大的影响。在表I中，使血流阻碍减低部17的尖角部17A与手指F的第I关节之间的距离尺寸d在一 2 mm + 8 mm的范围内变化,并且使得从壳体2的表面到接触部17B为止的突出尺寸t在O mm 8 mm的范围内变化,表I示出了在该情况下无法测定脉搏波时的手指F的按压力的测定结果。
此外，以手指F的第I关节的位置为基准点，若血流阻碍减低部17的尖角部17A 与手指F的第I关节的位置相比处于较右侧(第2关节一侧)，在该情况下将距离尺寸d设为正距离尺寸；若血流阻碍减低部17的尖角部17A处于手指F的第I关节的左侧(指尖一侧)，在该情况下将距离尺寸d设为负距离尺寸。另外，突出尺寸t是以壳体2的表面为基准点。
[表 I]
权利要求
1.一种脉搏波传感器装置，其特征在于，包括壳体、设置于该壳体上的发光器、以及设置于所述壳体上的光接收器，该脉搏波传感器装置利用手指末节来检测脉搏波，在所述壳体上的所述手指的末节所接触的位置上配置有所述发光器以及所述光接收器，并且在所述壳体上设有在将所述手指的末节与所述发光器及所述光接收器接触时、与所述手指的中节接触的血流阻碍减低部，在该血流阻碍减低部的所述手指的中节所接触的接触部、与所述手指的末节所接触的所述壳体之间形成有高度差，以减小作用于所述手指的末节上的第I关节部位以及其周围的压迫，并且减小对所述手指的末节的血流的阻碍。
2.一种脉搏波传感器装置，其特征在于，包括壳体、设置于该壳体上的超声波发送器、以及设置于所述壳体上的超声波接收器，该脉搏波传感器装置利用手指末节来检测脉搏波，在所述壳体上的所述手指的末节所接触的位置上配置有所述发送器以及所述接收器， 并且在所述壳体上设有在将所述手指的末节与所述发送器及所述接收器接触时、与所述手指的中节接触的血流阻碍减低部，在该血流阻碍减低部的所述手指的中节所接触的接触部、与所述手指的末节所接触的所述壳体之间形成有高度差，以减小作用于所述手指的末节上的第I关节部位以及其周围的压迫，并且减小对所述手指的末节的血流的阻碍。
3.如权利要求I或2所述的脉搏波传感器装置，其特征在于，通过由所述血流阻碍减低部形成的高度差，在所述手指的末节上的第I关节附近的区域、与所述壳体的表面之间形成有间隙。
4.如权利要求I或2所述的脉搏波传感器装置，其特征在于，在所述手指的前端所接触的所述壳体的表面位置上设有指尖定位部。
5.如权利要求I或2所述的脉搏波传感器装置，其特征在于，在所述血流阻碍减低部设有对与所述手指的中节的接触位置进行调节的机构。
全文摘要
本发明在壳体(2)的周壁部(2B)的表面上设有发光器(6)以及光接收器(7)。在壳体(2)的周壁部(2B)的表面上设有血流阻碍减低部(15)，该血流阻碍减低部(15)位于发光器(6)以及光接收器(7)的右侧，并且还设有指尖定位部(16)，该指尖定位部(16)位于发光器(6)以及光接收器(7)的左侧。若使用者将手指(F)的末节(A)与发光器(6)以及光接收器(7)接触，则手指(F)的中节(B)与血流阻碍减低部(15)的接触部(15C)接触。由于壳体(2)上的发光器(6)以及光接收器(7)的周围的部位与接触部(15C)之间产生高度差，因此能够通过该高度差减小手指(F)的末节(A)上的第1关节附近的部位所受到的压迫。
文档编号A61B5/1455GK102946796SQ201180030878
公开日2013年2月27日 申请日期2011年3月28日 优先权日2010年6月23日
发明者志牟田亨 申请人:株式会社村田制作所