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技術 信号及びパーフュージョンインデックス最適化のための複数光路アーキテクチャー及び覆い隠し方法

出願人 アップルインコーポレイテッド
発明者 チンサンハンウェンブロックブライアンアールランドネブザットアキンケステリセルハンイシクマンアルバートワンジャスティンシー
出願日 2015年8月19日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2015-161798
公開日 2016年4月14日 (4年7ヶ月経過) 公開番号 2016-052503
状態 特許登録済
技術分野 フオトカプラ・インタラプタ 脈拍・心拍・血圧・血流の測定
主要キーワード 鋸歯パターン 感知ポイント 光放射器 ウェアラブル装置 測定解像度 作用圧力 隆起形状 複数光路
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

フォトプレチスモグラフ(PPG)装置を提供する。

解決手段

PPG装置は、ユーザのPPG信号及びパーフュージョンインデックスを測定する複数光路を生成するため1つ以上の光放射器406、416及び1つ以上の光センサ404を備えている。各対の光放射器と光検出器との間の複数光路は、種々のユーザ及び使用条件を受け容れるように正確なPPG信号及びパーフュージョンインデックス値の両方を発生するため異なる分離距離を含む。複数光路は、例えば、装置の傾斜及び/又は引っ張り、ユーザの毛髪、ユーザの皮膚の色素及び/又は動きにより生じるアーティファクトによるノイズ打ち消すために同じ分離距離を含む。PPG装置は、更に、信号強度を増加し、及び/又は光学的コンポーネント及びその関連配線がユーザの目に見えないよう覆い隠すために、1つ以上のレンズ及び/又は反射器も備えている。

概要

背景

フォトプレチスモグラフ(PPG)信号は、それに対応する生理学的信号(例えば、パルス繰り返し数)を導出するためにPPGシステムにより測定することができる。基本的な形態において、PPGシステムは、ユーザの組織に光を注入する光源又は光放射器と、組織で反射及び/又は散乱し及び組織を出る光を受け取るための光検出器とを使用する。受け取られる光は、拍動液流の結果として変調される振幅をもつ光(即ち、「信号」)と、変調可能な(即ち、「ノイズ」又は「アーティファクト」)及び/又は非変調(即ち、DC)の振幅をもつ寄生的非信号光とを含む。例えば、ユーザの組織、毛髪及び/又は動きに対して装置を傾斜し及び/又は引っ張ることで、ノイズが導入される。

概要

フォトプレチスモグラフ(PPG)装置を提供する。PPG装置は、ユーザのPPG信号及びパーフュージョンインデックスを測定する複数光路を生成するため1つ以上の光放射器406、416及び1つ以上の光センサ404を備えている。各対の光放射器と光検出器との間の複数光路は、種々のユーザ及び使用条件を受け容れるように正確なPPG信号及びパーフュージョンインデックス値の両方を発生するため異なる分離距離を含む。複数光路は、例えば、装置の傾斜及び/又は引っ張り、ユーザの毛髪、ユーザの皮膚の色素及び/又は動きにより生じるアーティファクトによるノイズを打ち消すために同じ分離距離を含む。PPG装置は、更に、信号強度を増加し、及び/又は光学的コンポーネント及びその関連配線がユーザの目に見えないよう覆い隠すために、1つ以上のレンズ及び/又は反射器も備えている。A

目的

ノイズ312を考慮する1つの方法は、信号332及び334のノイズに相関しないほど充分離れているが、信号332及び334にPPG信号が相関するほど互いに接近して光センサ304及び314を配置することである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数の光路を生成するように構成された1つ以上の光放射器であって、前記複数の光路の少なくとも2つは、所定の関係をもつ分離距離を有するものである光放射器と、前記所定の関係をもつ少なくとも2つの光路を検出するように構成された1つ以上の光センサと、前記1つ以上の光センサに結合され且つ前記少なくとも2つの経路から生理学的信号を検出するように構成されたロジックと、を備えた電子装置

請求項2

前記ロジックは、更に、前記検出された生理学的信号からPPG信号及びパーフュージョンインデックスを発生するように構成される、請求項1に記載の電子装置。

請求項3

前記所定の関係は、異なる分離距離である、請求項1に記載の電子装置。

請求項4

前記ロジックは、更に、複数の光路におけるノイズを減少するように構成される、請求項1に記載の電子装置。

請求項5

前記所定の関係は、重畳する光路である、請求項1に記載の電子装置。

請求項6

前記所定の関係は、非重畳光路である、請求項1に記載の電子装置。

請求項7

前記所定の関係は、同一位置の光路である、請求項1に記載の電子装置。

請求項8

前記所定の関係は、非同一位置の光路である、請求項1に記載の電子装置。

請求項9

前記1つ以上の光放射器に配置された1つ以上の第1レンズを更に備え、この1つ以上の第1レンズは、フレネルレンズ又は画像変位膜である、請求項1に記載の電子装置。

請求項10

前記1つ以上の第1レンズの少なくとも1つは、前記1つ以上の光放射器から放射される光と同じ位置に配置された光学的中央部を含む、請求項9に記載の電子装置。

請求項11

前記1つ以上の光センサに配置された1つ以上の第2レンズを更に備え、その1つ以上の第2レンズは、画像変位膜、輝度向上膜又はフレネルレンズを含む、請求項1に記載の電子装置。

請求項12

前記少なくとも1つの光センサは、複数の感知領域へと区画される、請求項1に記載の電子装置。

請求項13

前記少なくとも1つの光放射器は、緑の発光ダイオードであり、そして前記少なくとも1つの光放射器は、赤外線発光ダイオードである、請求項1に記載の電子装置。

請求項14

前記1つ以上の光放射器の少なくとも1つを覆う拡散材を更に備え、この拡散材は、白のTiO2を含む、請求項1に記載の電子装置。

請求項15

1つ以上の光放射器及び1つ以上の光センサを備えた電子装置から生理学的信号を決定する方法において、1つ以上の光放射器から光を放出して、複数の光路を生成し、それら複数の光路の少なくとも2つは、所定の関係をもつ分離距離を有するものであり、前記1つ以上の光センサから光を受け取り、及び前記受け取った光から生理学的信号を決定する、ことを含む方法。

請求項16

ユーザの特性及び使用条件の少なくとも1つに基づいて1つ以上の光路を動的に選択することを更に含む、請求項15に記載の方法。

請求項17

前記複数の光路の少なくとも2つは、同じ分離距離を有し、前記方法は、更に、その同じ分離距離をもつ前記複数の光路の少なくとも2つからのノイズを打ち消し又は減少することを含む、請求項15に記載の方法。

請求項18

前記複数の光路の少なくとも2つは、第1の光路及び第2の光路を含み、第1の光路は、第1の分離距離を有し、そして第2の光路は、第2の分離距離を有し、第1の分離距離は、第2の分離距離より短く、そして前記方法は、更に、第1の光路から第1の生理学的信号を決定し、及び第2の光路から第2の生理学的信号を決定する、ことを含む、請求項15に記載の方法。

請求項19

前記第1の生理学的信号は、第1の関連パーフュージョンインデックスを伴う第1のフォトプレチスモグラフ信号を表し、そして前記第2の生理学的信号は、第2の関連パーフュージョンインデックスを伴う第2のフォトプレチスモグラフ信号を表す、請求項18に記載の方法。

請求項20

前記1つ以上の光放射器は、第1組の光放射器及び第2組の光放射器を含み、前記方法は、更に、前記第1組の光放射器を動的にアクチベートし、及び前記第2組の光放射器を動的にデアクチベートする、ことを含む、請求項15に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、一般的に、フォトプレチスモグラフ(PPG)信号を測定する装置に関するもので、より詳細には、PPG信号及びパーフュージョンインデックス最適化のための複数光路アーキテクチャー及び覆い隠し方法に関する。

背景技術

0002

フォトプレチスモグラフ(PPG)信号は、それに対応する生理学的信号(例えば、パルス繰り返し数)を導出するためにPPGシステムにより測定することができる。基本的な形態において、PPGシステムは、ユーザの組織に光を注入する光源又は光放射器と、組織で反射及び/又は散乱し及び組織を出る光を受け取るための光検出器とを使用する。受け取られる光は、拍動液流の結果として変調される振幅をもつ光(即ち、「信号」)と、変調可能な(即ち、「ノイズ」又は「アーティファクト」)及び/又は非変調(即ち、DC)の振幅をもつ寄生的非信号光とを含む。例えば、ユーザの組織、毛髪及び/又は動きに対して装置を傾斜し及び/又は引っ張ることで、ノイズが導入される。

発明が解決しようとする課題

0003

所与の光放射器及び光検出器では、PPG拍動信号(即ち、拍動血液流により変調される検出光)は、光放射器と光検出器との間の分離距離が増加するにつれて低下する。他方、パーフュージョンインデックス(即ち、拍動信号振幅とDC光振幅との比)は、光放射器と光検出器との間の分離距離が増加するにつれて増加する。パーフュージョンインデックスが高いほど、動きによるノイズの除去(即ち、動きアーティファクトの除去)が良好になる傾向がある。それ故、光放射器と光検出器の間の短い分離距離は、高いPPG信号強度に有利であるが、長い分離距離は、高いパーフュージョンインデックス(例えば、動き性能)に有利である。即ち、トレードオフが存在し、特定のユーザ皮膚/組織形式及び使用条件に対して分離距離を最適化することを困難にする。

0004

更に、PPGシステムは、多数の光放射器、光検出器、コンポーネント及びそれに関連した配線を備え、それらは、ユーザの目に見え、PPGシステムを審美的に魅力のないものにしている。

課題を解決するための手段

0005

本発明は、複数光路に適したアーキテクチャーで構成されたPPG装置に関する。このアーキテクチャーは、ユーザのPPG信号及びパーフュージョンインデックスを測定する複数光路を生成するため1つ以上の光放射器及び1つ以上の光センサを含む。複数光路(即ち、各対の光放射器と光検出器との間に形成される光学路)は、種々のユーザ及び種々の使用条件を受け容れるように正確なPPG信号及びパーフュージョンインデックス値の両方を発生するため異なる位置及び/又は放射器検出器分離距離を含む。ある実施例では、複数光路は、異なる経路位置を含むが、各経路に沿った分離距離は同じである。他の実施例では、複数光路は、重畳する共線状経路(即ち、同じ線に沿った)を含むが、各経路に沿った放射器対検出器の分離距離は異なる。他の実施例では、複数光路は、各経路に沿った異なる経路位置及び異なる放射器対検出器分離距離を含む。そのような実施例では、複数光路の特定の構成は、例えば、装置の傾斜及び/又は引っ張り、ユーザの毛髪、ユーザの皮膚の色素及び/又は動きにより生じるアーティファクトによるノイズを打ち消すために最適化することができる。PPG装置は、更に、信号強度を増加し、及び/又は光放射器、光センサ及びその関連配線がユーザの目に見えないよう覆い隠すため、1つ以上のレンズ及び/又は反射器も備えている。

図面の簡単な説明

0006

本開示の実施例が具現化されるシステムを示す。
本開示の実施例が具現化されるシステムを示す。
本開示の実施例が具現化されるシステムを示す。
規範的なPPG信号を示す。
脈拍数信号を決定するための光センサ及び光放射器を含む規範的電子装置の上面図である。
脈拍数信号を決定するための光センサ及び光放射器を含む規範的電子装置の断面図である。
測定されたPPG信号からノイズを打ち消すか又は減少するためのフローチャートである。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための2つの光路をもつ規範的装置の上面図である。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための2つの光路をもつ規範的装置の断面図である。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を示す。
本開示の実施例により異なる分離距離をもつ複数光路に対するPPG信号強度及びパーフュージョンインデックス値のグラフである。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するために複数光路を使用する規範的電子装置の上面図である。
本開示の実施例により複数光路を使用する規範的電子装置に対する規範的な経路長さ、相対的PPG信号レベル、及び相対的パーフュージョンインデックス値のテーブルである。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための8つの光路をもつ規範的電子装置の上面図である。
本開示の実施例により8つの光路及び4つの分離距離をもつ規範的電子装置のための光放射器/センサ経路及び分離距離のテーブルである。
本開示の実施例により8つの光路及び4つの分離距離をもつ規範的アーキテクチャーのためのPPG信号強度及びパーフュージョンインデックス値のグラフである。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための1つ以上の光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための1つ以上の光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための1つ以上の光路を使用する規範的電子装置の断面図である。
本開示の実施例によりPPG信号を測定するための光放射器及び光センサを備えたコンピューティングシステムの規範的ブロック図である。
本開示の実施例により装置がホストに接続される規範的構成を示す。

実施例

0007

実施例の以下の説明において、具現化できる特定の実施例が説明上示された添付図面を参照する。他の実施例も使用でき、そして種々の実施例の範囲から逸脱せず構造上の変化をなし得ることを理解されたい。

0008

添付図面に示された実施例を参照して種々の技術及びプロセスフローテップを詳細に説明する。以下の説明では、ここに述べる1つ以上の態様及び/又は特徴を完全に理解するために多数の特定の細部について述べる。しかしながら、当業者であれば、ここに述べる1つ以上の態様及び/又は特徴は、これら特定細部の幾つか又は全部がなくても具現化できることが明らかであろう。他の点について、ここに述べる態様及び/又は特徴の幾つかを不明瞭にしないため、良く知られたプロセスステップ及び/又は構造は、詳細に説明しない。

0009

更に、プロセスステップ又は方法ステップは、順次に説明するが、そのようなプロセス及び方法は、適当な順序で実行するように構成できる。換言すれば、本開示で述べるステップのシーケンス又は順序は、それ自体、ステップをその順序で遂行する必要性を示すものではない。更に、幾つかのステップは、(例えば、あるステップが他のステップの後に述べられるので)非同時発生で説明され又は暗示されるが、同時に遂行されてもよい。更に、図面に描くことによるプロセスの表示は、その示されたプロセスが他の変更や修正を相容れないことを意味するものでもなく、その示されたプロセス又はそのステップが1つ以上の実施例に必要であることを意味するものでもなく、そしてその示されたプロセスが好ましいことを意味するものでもない。

0010

フォトプレチスモグラフ(PPG)信号は、PPGシステムにより測定されて、それに対応する生理学的信号(例えば、パルス繰り返し数)を導出する。そのようなPPGシステムは、ユーザの血管構造体に含まれる血液又は血液中酸素の量の変動から生じるユーザ組織の血液の変化を感知するように設計される。基本的な形態において、PPGシステムは、ユーザの組織へ光を注入する光源又は光放射器と、組織で反射及び/又は散乱し及び組織を出る光を受け取る光検出器とを使用する。PPG信号は、反射及び/又は散乱光の振幅であり、組織内の血液量量的変化で変調される。しかしながら、PPG信号は、アーティファクトによるノイズによって危いものとなる。ユーザの組織、毛髪、及び/又は動きに対する装置の傾斜及び/又は引張りから生じるアーティファクトは、信号にノイズを導入する。例えば、反射光の振幅は、ユーザの毛髪の動きで変調を生じる。その結果、毛髪の動きで生じる反射光の振幅変調は、拍動性血液流の結果であると誤って解釈され得る。

0011

本開示は、PPG信号及びパーフュージョンインデックス最適化のための複数光路アーキテクチャー及び覆い隠し方法に関する。このアーキテクチャーは、ユーザのPPG信号及びパーフュージョンインデックスを測定する複数光路を生成するために1つ以上の光放射器及び1つ以上の光センサを備えている。複数光路は、種々のユーザ及び種々の使用条件を受け容れるように正確なPPG信号及びパーフュージョンインデックス値の両方を発生するため異なる位置及び/又は光放射器対光検出器分離距離を含む。ある例では、複数光路は、異なる経路位置を含むが、各経路に沿った放射器対検出器の分離距離は同じである。ある例では、複数光路は、重畳する共線状経路(即ち、同じ線に沿った)を含むが、各経路に沿った放射器対検出器の分離距離は異なる。ある例では、複数光路は、各経路に沿った異なる経路位置及び異なる放射器対検出器分離距離を含む。そのような例では、複数光路の特定の構成は、例えば、装置の傾斜及び/又は引っ張り、ユーザの毛髪、ユーザの皮膚の色素及び/又は動きにより生じるアーティファクトによるノイズを打ち消すために最適化することができる。ある例では、装置は、信号強度を増加し、及び/又は光放射器、光センサ及びその関連配線がユーザの目に見えないよう覆い隠すために、1つ以上のレンズ及び/又は反射器を備えている。

0012

本開示による方法及び装置の代表的な応用についてこの章で説明する。これらの実施例は、状況を追加し且つここに述べる例の理解を助けるために設けられたものに過ぎない。従って、当業者であれば、ここに述べる実施例は、特定の細部の幾つか又は全部を伴わずに具現化できることが明らかであろう。他の実施例では、ここに述べる実施例を不必要に分かり難くするのを回避するため、良く知られたプロセスステップは詳細に説明しない。他の応用も考えられ、以下の例は、これに限定されるものではない。

0013

図1A−1Cは、本開示の実施例を具現化できるシステムを示す。図1Aは、タッチスクリーン124を含む規範的な携帯電話136を示す。図1Bは、タッチスクリーン126を含む規範的なメディアプレーヤ140を示す。図1Cは、タッチスクリーン128を含み、ストラップ146を使用してユーザに取り付けることのできる規範的なウェアラブル装置144を示す。図1A−1Cのシステムは、ここに開示する複数光路アーキテクチャー及び覆い隠し方法を使用することができる。

0014

図2は、規範的なPPG信号を示す。アーティファクトのないユーザPPG信号が信号210として示されている。しかしながら、ユーザの身体が動くと、皮膚及び血管が膨張及び収縮し、信号にノイズを導入する。更に、ユーザの頭髪及び/又は組織は、反射光の振幅及び吸収光の振幅を変化させる。アーティファクトを伴うユーザPPG信号が、信号220として示されている。ノイズを抽出しないと、信号220は、誤って解釈されることがある。

0015

信号210は、拍動性血液流の結果として変調される振幅の光情報(即ち、「信号」)と、寄生的、非変調、非信号の光(即ち、DC)とを含む。測定されたPPG信号210からパーフュージョンインデックスを決定することができる。このパーフュージョンインデックスは、受け取った変調光(ML)と、非変調光(UML)との比(即ち、血液流変調信号と静的寄生DC信号との比)であり、ユーザの生理学的状態に関する特別情報を与える。変調光(ML)は、信号210の山−谷値であり、そして非変調光(UML)は、信号210のゼロ−平均(平均212を使用)値である。図2に示すように、パーフュージョンインデックスは、MLとUMLとの比に等しい。

0016

PPG信号及びパーフュージョンインデックスは、両方とも、脈拍数のような生理学的信号の正確な測定値に関連している。しかしながら、PPG信号は、例えば、ユーザの組織及び/又はPPG装置の動きから生じる変調光からのノイズを含む。パーフュージョンインデックスが高いほど(例えば、拍動信号が高く及び/又は寄生DCが低いほど)そのような動きノイズの除去が良好となる。更に、パーフュージョンインデックスに対するPPG信号の強度は、異なるユーザで変化する。あるユーザは、自然に高いPPG信号を有するが、パーフュージョンインデックスが弱く、又、その逆のことも言える。従って、PPG信号とパーフュージョンインデックスとの組み合わせを使用して、種々のユーザ及び種々の使用条件に対して生理学的信号を決定することができる。

0017

図3Aは、脈拍数信号を決定するための光センサ及び光放射器を備えた規範的電子装置の上面図であり、そして図3Bは、その断面図である。光センサ304は、光放射器306と共に装置300の表面に配置される。更に、別の光センサ314が装置300の表面に光放射器316と共に配置され又はそれと対にされる。装置300は、光センサ304及び316並びに光放射器306及び316がユーザの皮膚320に隣接するように置かれる。例えば、装置300は、他の可能性の中でも、ユーザの手に持たれるか、又はユーザの手首に固定される。

0018

光放射器306は、光322を発生する。光322は、皮膚320に入射し、そして反射されて光センサ304により検出される。光322の一部分は、皮膚320、血管及び/又は血液により吸収され、そして光の一部分(即ち、光332)は、光放射器306と対にされるか又はそれと共に配置された光センサ304へ反射して戻される。同様に、光放射器316は、光324を発生する。光324は、皮膚320に入射し、そして反射して、光センサ314により検出される。光324の一部分は、皮膚320、血管及び/又は血液により吸収され、そして光の一部分(即ち、光334)は、光放射器316と共に配置された光センサ314へ反射して戻される。光332及び334は、血液パルス波326による脈拍数信号(即ち、PPG信号)のような情報又は信号を含む。血液パルス波326の方向に沿った光センサ304と314との間の距離のため、信号332は、脈拍数信号を含み、一方、信号334は、時間シフトされた脈拍数信号を含む。信号332と信号334との間の差は、光センサ304と314との間の距離及び血液パルス波326の速度に依存する。

0019

信号332及び334は、例えば、皮膚320、ユーザの毛髪及び/又はユーザの動きに対する装置300の傾斜及び/又は引っ張りから生じるアーティファクトによるノイズ312を含む。ノイズ312を考慮する1つの方法は、信号332及び334のノイズに相関しないほど充分離れているが、信号332及び334にPPG信号が相関するほど互いに接近して光センサ304及び314を配置することである。ノイズは、信号332及び334をスケーリング乗算除算加算及び/又は減算することにより軽減することができる。

0020

図3Cは、測定されたPPG信号からノイズを打ち消し又は減少するためのフローチャートである。プロセス350は、装置300の表面に配置された1つ以上の光放射器306及び316から光を放射することを含む(ステップ352)。光情報332が光センサ304により受け取られ(ステップ354)、そして光情報334が光センサ314により受け取られる(ステップ356)。ある実施例では、光情報332及び334は、光放射器306及び316から放射されて、ユーザの皮膚320、血液及び/又は血管により反射され及び/又は散乱された光の量を示す。ある実施例では、光情報332及び334は、ユーザの皮膚320、血液及び/又は血管により吸収された光の量を示す。

0021

光情報332及び光情報334に基づいて、アーティファクトによるノイズを打ち消すことにより脈拍数信号を計算することができる(ステップ358)。例えば、光情報334は、倍率係数で乗算され、そして光情報332に加算されて、脈拍数信号を得る。ある実施例では、光情報332から光情報334を単に減算し又は除算することで脈拍数信号を計算することができる。

0022

ある実施例では、光情報332及び334は、信号強度が低いため決定することが困難である。信号強度又は信号の強さを増加するため、光が最短距離を進むように光センサと光放射器との間の距離を減少し又は最小にすることができる。一般的に、所与の光放射器及び光センサの対では、信号強度は、光放射器と光センサとの間の分離距離の増加と共に減少する。他方、パーフュージョンインデックスは、一般的に、光放射器と光センサとの間の分離距離の増加と共に増加する。高いパーフュージョンインデックスは、例えば、動きにより生じるアーティファクトの良好な除去に相関している。それ故、光放射器と光センサとの間の短い分離距離は、高いPPG信号強度に有利であり、一方、長い分離距離は、高いパーフュージョンインデックス(例えば、動き性能)に有利である。即ち、トレードオフが存在して、特定のユーザ皮膚/組織形式及び使用条件に対して分離距離を最適化することを困難にする。

0023

信号強度とパーフュージョンインデックスとの間のトレードオフの問題を緩和するために、光放射器(1つ又は複数)と光センサ(1つ又は複数)との間に種々の距離をもつ複数光路を使用することができる。図4Aは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための2つの光路をもつ規範的装置の上面図であり、そして図4Bは、その断面図である。装置400は、光放射器406及び416と、光センサ404を備えている。光放射器406は、光センサ404から分離距離411を有し、そして光放射器416は、光センサ404から分離距離413を有する。

0024

光放射器406からの光422は、皮膚420に入射し、そして光432として反射して戻されて、光センサ404により検出される。同様に、光放射器416からの光424は、皮膚420に入射し、そして光434として反射して戻されて、光センサ404により検出される。分離距離411は、分離距離413に比して短く、その結果、光情報432は、光情報434より高いPPG信号強度を有する。光情報432は、高いPPG信号強度を要求する用途に使用される。分離距離413は、分離距離411に比して長く、その結果、光情報434は、光情報432より高いパーフュージョンインデックスを有する。光情報434は、高いパーフュージョンインデックス(例えば、動き性能)を要求する用途に使用される。分離距離411及び413が異なるために、光情報432及び434は、装置が特定ユーザの皮膚形式及び使用条件(例えば、着座、能動的な運動、等)に対して光情報を動的に選択できるようにPPG信号及びパーフュージョンインデックス値の種々の組み合わせを与えることができる。

0025

図5Aは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を示す。測定解像度の向上のために、3つ以上の光路を使用することができる。複数光路は、光放射器506と、複数の光センサ、例えば、光センサ504、514、524、534及び544から形成される。光センサ504は、光放射器506から分離距離511を有する。光センサ514は、光放射器506から分離距離513を有する。光センサ524は、光放射器506から分離距離515を有する。光センサ534は、光放射器506から分離距離517を有する。光センサ544は、光放射器506から分離距離519を有する。分離距離511、513、515、517及び519は、異なる値である。

0026

図5Bは、光放射器506及び光センサ504、514、524、534及び544に対するPPG信号強度及びパーフュージョンインデックス値のグラフである。図示されたように、PPG信号の強度又は信号の強さは、光放射器と光センサとの間の分離距離(即ち、分離距離511、513、515、517及び519)が増加するにつれて減少する。他方、パーフュージョンインデックス値は、光放射器と光センサとの間の分離距離が増加するにつれて増加する。

0027

複数光路から得られる情報は、高いPPG信号強度を要求する用途及び高いパーフュージョンインデックス値を要求する用途の両方に使用できる。ある実施例では、全ての光路から発生される情報が使用される。ある実施例では、全部ではなく、幾つかの光路から発生される情報が使用される。ある実施例では、「アクティブ」な光路が、用途、入手可能な電力ユーザ形式、及び/又は測定解像度に基づいて動的に変更される。

0028

図6Aは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するために複数光路を使用する規範的電子装置の上面図であり、そして図6Cは、その断面図である。装置600は、装置600の表面に配置された光放射器606及び616並びに光センサ604及び614を備えている。光センサ604及び614は、対称的に配置されるが、光放射器606及び616は、非対称的に配置される。光放射器606及び616と、光検出器604及び614との間には、光学的隔離部644が配置される。ある実施例において、光学的隔離部644は、例えば、寄生DC光を減少するための不透明材料である。

0029

光放射器606及び616と光センサ604及び614は、コンポーネントマウント平面648にマウントされるか、又はそこにタッチする。ある実施例では、コンポーネントマウント平面648は、不透明な材料(例えば、可撓性)で作られる。ある実施例では、コンポーネントマウント平面648は、光学的隔離部644と同じ材料で作られる。

0030

装置600は、光放射器606及び616と、光センサ604及び614を保護するためのウインドウ601を備えている。光放射器606及び616、光検出器604及び614、光学的隔離部644、コンポーネントマウント平面648、及びウインドウ601は、ハウジング610の開口603内に配置される。ある実施例では、装置600は、腕時計のようなウェアラブル装置であり、そしてハウジング610は、リストストラップ646に結合される。

0031

光放射器606及び616と、光検出器604及び614は、4つの異なる分離距離をもつ4つの光路が出来るように配列される。光路621は、光放射器606及び光センサ604に結合される。光路623は、光放射器606及び光センサ614に結合される。光路625は、光放射器616及び光センサ614に結合される。光路627は、光放射器616及び光センサ604に結合される。

0032

図6Bは、本開示の実施例により装置600の光路621、623、625及び627に対する規範的な経路長さ、相対的PPG信号レベル、及び相対的パーフュージョンインデックス値のテーブルである。図示されたように、相対的PPG信号レベルは、短い経路長さに対して高い値を有する。例えば、光路625は、経路長さが短いために、0.31のPPG信号をもつ光路627より、1.11の高いPPG信号を有する(即ち、光路625の経路長さは、4.944mmであるが、光路627の経路長さは、6.543mmである)。高いPPG信号レベルを要求する用途では、装置600は、光路625又は光路621からの情報を利用することができる。しかしながら、相対的なパーフュージョンインデックス値は、長い経路長さに対して高い値となる。例えば、光路623は、経路長さが長いために、1.10のパーフュージョンインデックス値をもつ光路621より、1.23の高いパーフュージョンインデックス値を有する(例えば、光路623の経路長さは、5.915mmであるが、光路621の経路長さは、5.444mmである)。高いパーフュージョンインデックス値を要求する用途では、装置600は、光路621からの情報より光路623からの情報を好む図6Bは、経路長さ621、623,625及び627に対する規範的な値を、規範的なPPG信号レベル及びパーフュージョンインデックス値と共に示すが、本開示の実施例は、これらの値に限定されない。

0033

図6D−6Fは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数光路を使用する規範的電子装置の断面図である。図6Dに示すように、光学的隔離部654は、ウインドウ601が載せられ及び/又は接着するための(図6Cの光学的隔離部644より)広い表面積を与えることにより装置600の機械的安定性を改善するように設計される。光学的隔離部654は、ウインドウ601のための広い表面積を与えるが、光は、皮膚620を通して長い距離を進まねばならず、その結果、信号強度が低下する。信号の質が犠牲となるか、又は装置600は、光放射器606から放射される光のパワーを増加する(即ち、バッテリ電力消費)ことにより補償することができる。低い信号強度又は高いバッテリ電力消費は、ユーザの経験を落としめる。

0034

低い信号強度及び高い電力消費に伴う問題を克服する1つの方法が、図6Eに示されている。装置600は、光放射器606に結合されたレンズ603、及び/又は光センサ604に結合されたレンズ605を備えている。レンズ603は、光学的隔離部644にわたって光を操向するフレネルレンズ又は画像変位膜(IDF)のようなタイプのレンズである。レンズ605は、光センサ604の光学的受光エリアへ光をシフトするIDF又は輝度向上膜BEF)のようなタイプのレンズである。レンズ603は、光放射器606から放射された光をレンズ605の付近へ導き、そしてレンズ605は、光を光センサ604の付近へ導く。レンズ603及び/又は605を使用することにより、光は、皮膚620を通して長い距離を進まなくてよくなり、その結果、信号強度を回復することができる。

0035

ある実施例では、装置600は、図6Fに示すように、レンズ603及び605に加えて又はそれとは別に、反射器607を備えている。この反射器607は、ミラー又は白色面のような反射材料から形成される。光放射器606から放射された光は、皮膚620の表面から反射し、そして反射器607へ返送される。図6D−6Eに示すアーキテクチャーにおけるそのような光は、光学的隔離部654により吸収されるか又は失われる。しかしながら、図6Fに示すアーキテクチャーでは、反射器607は、光を皮膚620へ反射して戻すことにより光が失われるのを防止し、次いで、光は、光センサ604へ反射される。ある実施例では、光学的隔離部654がいかなる数の反射器607を含んでもよい。又、ある実施例では、1つ以上のウインドウ601がいかなる数の反射器607を含んでもよい。

0036

図7Aは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための複数の光路をもつ規範的電子装置の上面図である。装置700は、装置700の表面に配置された複数の光放射器706及び716と、複数の光センサ704、714、724及び734を備えている。光の混合を防止するために光放射器706及び716と光センサ704、714、724及び734との間には光学的隔離部744が配置される。光放射器706及び716と、光センサ704、714、724及び734との後方には、コンポーネントマウント平面748がマウントされる。光放射器706及び716と、光センサ704、714、724及び734との前方には、保護のために、ウインドウ701のようなウインドウが配置される。複数の光放射器706及び716、複数の光検出器704、714、724及び734、光学的隔離部744、コンポー面とマウント平面748、及びウインドウ701は、ハウジング710の開口703内に配置される。ある実施例では、装置700は、腕時計のようなウェアラブル装置であり、そしてハウジング710は、リストストラップ746に結合される。

0037

図7Aは、2つの光放射器及び4つの光センサを示すが、いかなる数の光放射器及び光センサが使用されてもよい。ある実施例では、光センサ704及び724は、2つ以上の個別の感知領域区画される単一の光センサである。同様に、光センサ714及び734も、2つ以上の個別の感知領域へ区画される単一の光センサである。ある実施例では、光学的隔離部744及び/又はコンポーネントマウント平面748は、不透明な材料である。ある実施例では、光学的隔離部744、コンポーネントマウント平面748及びハウジング710の1つ以上が同じ材料である。

0038

光放射器706及び716と、光センサ704、714、724及び734は、4つの異なる経路長さ又は分離距離をもつ8つの光路が出来るように配列される。光路721は、光放射器706及び光センサ704に結合される。光路723は、光放射器706及び光センサ734に結合される。光路725は、光放射器706及び光センサ714に結合される。光路727は、光放射器716及び光センサ734に結合される。光路729は、光放射器716及び光センサ714に結合される。光路731は、光放射器716及び光センサ724に結合される。光路733は、光放射器716及び光センサ704に結合される。光路735は、光放射器706及び光センサ724に結合される。

0039

光放射器706及び716と、光センサ704、714、724及び734は、光路721及び729の分離距離(即ち、分離距離d1)が同じであり、光路727及び735の分離距離(即ち、分離距離d2)が同じであり、光路723及び731の分離距離(即ち、分離距離d3)が同じであり、そして光路725及び733の分離距離(即ち、分離距離d4)が同じであるように、配置される。ある実施例では、2つ以上の光路が、重畳する光路である。ある実施例では、2つ以上の光路が、非重畳光路である。ある実施例では、2つ以上の光路が同一位置の光路である。ある実施例では、2つ以上の光路が非同一位置の光路である。

0040

図7Aに示した複数光路アーキテクチャーの効果は、信号の最適化である。非重畳光路が存在し、1つの光路に信号ロスが生じた場合、他の光路を信号冗長のために使用できる。即ち、装置は、広い全エリアに全体的に及ぶ光路をもつことにより信号の存在を保証することができる。このアーキテクチャーは、信号が非常に低いか又は不存在である場合に1つの光路しかないというおそれを軽減することができる。非常に低いか又は不存在の信号は、例えば、「静寂な」無信号(又は低信号)スポットが存在するユーザの特定の生理学的状態のために光路を無効にさせる。例えば、光路721に信号ロスがあるときには光路729を信号冗長のために使用できる。

0041

図7Bは、本開示の実施例により8つの光路及び4つの分離距離をもつ規範的電子装置のための光放射器/センサ経路及び分離距離のテーブルである。図7Cは、本開示の実施例により8つの光路及び4つの分離距離をもつ規範的アーキテクチャーのためのPPG信号強度及びパーフュージョンインデックス値のグラフである。図示されたように、PPG信号の強度は、光放射器と光センサとの間の分離距離(即ち、分離距離d1、d3、d3及びd4)が増加するときに減少する。他方、パーフュージョンインデックス値は、光放射器と光センサとの間の分離距離が増加するときに増加する。

0042

複数光路が同じ分離距離を有するように光センサ及び光放射器を構成することにより、動き、ユーザの毛髪及びユーザの皮膚のようなアーティファクトによるノイズを打ち消し又は減少することができる。例えば、光路721及び光路729は、同じ分離距離d1をもつ2つの異なる光路である。両光路に対して分離距離が同じであるために、PPG信号は、同じでなければならない。しかしながら、光路721は、光路729とは異なるユーザ皮膚エリア、血管及び血液から反射する。人間の皮膚、血管及び血液の非対称性のために、光路721からの光情報は、光路729からの光情報とは異なる。例えば、光路721におけるユーザ皮膚の色素は、光路729におけるユーザの皮膚の色素とは異なり、光路721及び光路729で異なる信号を招く。光情報のそのような相違は、ノイズを打ち消し又は減少し及び/又は拍動信号の質を向上させて、正確なPPG信号を決定するのに使用される。

0043

ある実施例では、光放射器706及び716は、異なる光源である。規範的な光源は、発光ダイオードLED)、白熱電灯、及び蛍光灯を含むが、これに限定されない。ある実施例では、光放射器706及び716は、放射波長が異なる。例えば、光放射器706は、緑のLEDであり、そして光放射器716は、赤外線(IR)LEDである。ユーザの血液は、緑の光源からの光を効果的に吸収し、従って、最短の分離距離で光放射器706に結合された光路(即ち、光路721)は、例えば、ユーザが座っているときに高いPPG信号のために使用される。IR光源は、他の光源よりもユーザの皮膚を通して更なる距離を効果的に進み、その結果、消費電力が低い。光放射器716に結合された光路(即ち、光路727、729、731及び733)は、装置700が、例えば、低電力モードで動作するときに使用される。ある実施例では、光放射器706及び716は、異なる放射強度を有する。

0044

図7D−7Fは、本開示の実施例により脈拍数信号を決定するための1つ以上の光路を使用する規範的電子装置の断面図である。装置700は、図7Dの光放射器706及び図7Eの光センサ704のようなコンポーネントの前方に配置されたウインドウ701を備えている。このウインドウ701は、透明であり、その結果、装置700の内部コンポーネントがユーザに見える。装置700は、多数のコンポーネント及びそれに関連した配線を含むので、それらコンポーネントを覆い隠しそして内部コンポーネントがユーザの目に見えないようにすることが望ましい。内部コンポーネントを覆い隠すのに加えて、光放射器706から放射される光がその光学的パワー収集効率ビーム形状及び収集面積を保持して、光の強度に影響がないようにすることが望ましい。

0045

内部コンポーネントを覆い隠すために、図7Dに示すように、フレネルレンズ707のようなレンズをウインドウ701と光放射器706との間に配置することができる。フレネルレンズ707は、2つの領域、即ち光学的中央部709及び化粧ゾーン711を有する。光学的中央部709は、放射光をより小さいビームサイズコリメートするために光放射器706と実質的に同じエリア又は位置に配置される。化粧ゾーン711は、光学的中央部709の外側のエリアに配置される。化粧ゾーン709の隆起部は、その下に横たわる内部コンポーネントを覆い隠すように働く。

0046

光センサ704を覆い隠すために、図7Eに示すように、ウインドウ701と光センサ704との間にフレネルレンズ713のようなレンズが配置される。光センサ704は、大面積ホトダイオードであるから、光フィールドの形状は必要でなく、従って、フレネルレンズ713は、光学的な中央部を必要としない。むしろ、フレネルレンズ713は、化粧ゾーンとして構成された隆起部を含む1つの領域を有する。

0047

フレネルレンズ707及び713の隆起部の形状は、特に、化粧ゾーンにおいて覆い隠し性を改善するように変更できる。例えば、高い覆い隠し性が要望される場合には、深くて先鋭な鋸歯パターンが使用される。他の形式の隆起形状は、丸み付けされた円筒状の隆起、非対称的形状、及び波状(即ち、出たり入ったりするように動く隆起)を含む。

0048

ある実施例では、図7Dに示すフレネルレンズ707は、それに加えて又はそれとは別に、光のコリメートに使用される。光をコリメートすることにより、光学的信号の効率を改善することができる。レンズ又は同様のコリメート光学素子がないと、放射器の光は、光センサから離れる角度に向けられて、失われることがある。それに加えて又はそれとは別に、光センサにある角度で光が向けられるが、その角度が浅くなることがある。浅い角度は、光が皮膚の信号層に到達するに充分な深さに貫通するのを妨げる。この光は、寄生的な非信号の光に貢献するだけである。フレネルレンズ707は、失われるか又は浅い角度で組織に入る方向に対して光を向け直すことができる。このような向け直された光は、失われるのではなく収集され、及び/又は寄生的な非信号の光を軽減し、光学的信号効率を改善する。

0049

ある実施例では、拡散材が使用される。拡散材719は、光放射器706の1つ以上のコンポーネントを取り巻き、タッチし及び/又はカバーする。ある実施例では、拡散材719は、ダイ又はコンポーネント及び/又はワイヤボンドカプセル化する樹脂又はエポキシである。拡散材719は、光放射器706から放射される光の角度の調整に使用される。例えば、拡散材を伴わずに光放射器から放射される光の角度は、拡散材719によりカプセル化された光放射器706から放射される光の角度より5°広い。放射される光のビームを狭めることで、より多くの光をレンズ及び/又はウインドウによって収集でき、光センサにより検出される光の量が増加する。

0050

ある実施例では、拡散材719は、光放射器706から放射される光の波長又は色に対して高い反射率を有する。例えば、光放射器706が緑の光を放射する場合には、拡散材719は、皮膚に向けて反射される緑の光の量を増加するために白のTiO2材料で作られる。このように、さもなければ失われる光を再生しそして光検出器で検出することができる。

0051

図8は、本開示の実施例によりPPG信号を測定するための光放射器及び光センサを備えたコンピューティングシステムの規範的なブロック図である。このコンピューティングシステム800は、図1A−1Cに示されたコンピューティング装置のいずれかに対応する。コンピューティングシステム800は、インストラクションを実行すると共に、コンピューティングシステム800に関連した動作を実施するように構成されたプロセッサ810を備えている。例えば、メモリから検索したインストラクションを使用して、プロセッサ810は、コンピューティングシステム800のコンポーネント間での入力及び出力データの受け取り及び操作を制御することができる。プロセッサ810は、単一チップのプロセッサであるか、又は多数のコンポーネントで実施される。

0052

ある実施例では、プロセッサ810は、オペレーティングシステムと共に、コンピュータコードを実行しそしてデータを発生し及び使用することができる。コンピュータコード及びデータは、プロセッサ810に作動的に結合できるプログラムストレージブロック802内に存在する。プログラムストレージブロック802は、一般的に、コンピューティングシステム800により使用されるデータを保持する場所をなす。プログラムストレージブロック802は、非一時的コンピュータ読み取り可能なストレージ媒体であり、例えば、光センサ804のような1つ以上の光センサにより測定されたPPG信号及びパーフュージョンインデックス値に関する履歴及び/又はパターンデータを記憶することができる。例えば、プログラムストレージブロック802は、リードオンリメモリ(ROM)818、ランダムアクセスメモリ(RAM)822、ハードディスクドライブ808、等を含む。又、コンピュータコード及びデータは、除去可能なストレージ媒体に存在し、必要なときにコンピューティングシステム800へロード又はインストールされる。除去可能なストレージ媒体は、例えば、CD−ROM、DVD−ROM、ユニバーサルシリアルバス(USB)、セキュアデジタル(SD)、コンパクトフラッシュ登録商標)(CF)、メモリスティックマルチメディアカードMMC)、及びネットワークコンポーネントを含む。

0053

又、コンピューティングシステム800は、入力/出力(I/O)コントローラ812も備え、これは、プロセッサ810に作動的に結合されるか、或いは図示されたように個別のコンポーネントでもよい。I/Oコントローラ812は、1つ以上のI/O装置との相互作用を制御するように構成される。I/Oコントローラ812は、プロセッサ810と、プロセッサ810との通信希望するI/O装置との間でデータを交換することにより動作する。I/O装置及びI/Oコントローラ812は、データリンクを通して通信する。データリンクは、一方向リンクでもよいし、両方向リンクでもよい。ある場合には、I/O装置は、ワイヤレス接続を経てI/Oコントローラ812へ接続される。一例として、データリンクは、PS/2、USB、Firewire、IR、RF、Bluetooth(登録商標)、等に対応する。

0054

コンピューティングシステム800は、プロセッサ810に作動的に結合されるディスプレイ装置824を備えている。このディスプレイ装置824は、個別のコンポーネント(周辺装置)であるか、又はプロセッサ810及びプログラムストレージブロック802と一体化されて、デスクトップコンピュータオールイン・ワン・マシン)、ラップトップハンドヘルド又はタブレットコンピューティング装置、等を形成する。ディスプレイ装置824は、おそらくポインタ又はカーソル、及びユーザへの他の情報を含むグラフィックユーザインターフェイスGUI)を表示するように構成される。一例として、ディスプレイ装置824は、液晶ディスプレイ(LCD)、エレクトロルミネセントディスプレイ(ELD)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)、発光ダイオードディスプレイ(LED)、有機発光ダイオードディスプレイ(OLED)、等を含む任意のタイプのディスプレイである。

0055

ディスプレイ装置824は、ディスプレイコントローラ826に結合され、このコントローラは、プロセッサ810に結合される。プロセッサ810は、ディスプレイコントローラ826へローデータを送信し、そしてディスプレイコントローラ826は、ディスプレイ装置824へ信号を送信する。データは、画像を投影するためのディスプレイ装置824内の複数のピクセルに対する電圧レベルを含む。ある実施例では、プロセッサ810は、ローデータを処理するように構成される。

0056

又、コンピューティングシステム800は、プロセッサ810に作動的に結合されるタッチスクリーン830も備えている。このタッチスクリーン830は、感知装置832とディスプレイ装置824の組み合わせであり、感知装置832は、ディスプレイ装置824の前方に位置されるか又はディスプレイ装置824と一体化された透明パネルである。ある場合に、タッチスクリーン830は、その表面におけるタッチと、タッチの位置及び大きさとを認識する。タッチスクリーン830は、タッチをプロセッサ810に報告し、そしてプロセッサ810は、タッチをそのプログラミングに基づいて解釈することができる。例えば、プロセッサ810は、タップ及びイベントジェスチャーパーシングを遂行し、そして装置のウェイクを開始するか又は特定のタッチに基づいて1つ以上のコンポーネントをパワーオンする。

0057

タッチスクリーン830は、タッチコントローラ840に結合され、これは、タッチスクリーン830からデータを取得しそしてその取得したデータをプロセッサ810へ供給する。あるケースでは、タッチコントローラ840は、プロセッサ810にローデータを送信するように構成され、そしてプロセッサ810は、そのローデータを処理する。例えば、プロセッサ810は、タッチコントローラ840からデータを受け取り、そしてデータをどのように解釈するか決定する。データは、タッチ座標及び作用圧力を含む。ある実施例では、タッチコントローラ840は、ローデータそれ自体を処理するように構成される。即ち、タッチコントローラ840は、感知装置832に位置する感知ポイント834から信号を読み取り、そしてそれを、プロセッサ810が理解できるデータへ変換する。

0058

タッチコントローラ840は、マイクロコントローラ842のような1つ以上のマイクロコントローラを備え、その各々は、1つ以上の感知ポイント834を監視する。マイクロコントローラ842は、例えば、ファームウェアと共に機能して、感知装置832からの信号を監視し、監視信号を処理し、そしてその情報をプロセッサ810へ報告する特定用途向け集積回路ASIC)に対応する。

0059

ディスプレイコントローラ826及びタッチコントローラ840の一方又は両方は、フィルタリング及び/又は変換プロセスを遂行する。フィルタリングプロセスは、プロセッサ810が冗長データ又は非本質的データ過負荷になるのを防止するためビジーデータストリームを減少するように実施される。変換プロセスは、ローデータをプロセッサ810へ送信し又は報告する前にそれを調整するように実施される。

0060

ある実施例では、感知装置832は、キャパシタンスに基づく。2つの導電性部材が、実際上タッチせずに、互いに接近するとき、それらの電界が相互作用してキャパシタンスを形成する。第1の導電性部材は、1つ以上の感知ポイント834であり、そして第2の導電性部材は、指のような物体890である。物体890がタッチスクリーン830の表面に接近するとき、物体890と物体890に接近する1つ以上の感知ポイント834との間にキャパシタンスが形成される。各感知ポイント834におけるキャパシタンス変化を検出し、そして感知ポイント834の位置に注目することにより、タッチコントローラ840は、複数の物体を認識し、そしてタッチスクリーン830を横切って物体890が移動するときにその位置、圧力、方向、速度及び加速度を決定する。例えば、タッチコントローラ840は、感知されたタッチが指であるか、タップであるか、又は表面を覆う物体であるか決定することができる。

0061

感知装置832は、自己キャパシタンス又は相互キャパシタンスに基づく。自己キャパシタンスでは、感知ポイント834の各々が、個々に荷電された電極により形成される。物体890がタッチスクリーン830の表面に接近するにつれて、物体890は、その近くにある電極に容量性結合され、それら電極から電荷を盗む。各電極の電荷量は、タッチコントローラ840により測定され、1つ以上の物体がタッチスクリーン830にタッチするか又はその上に留まるときにそれらの位置を決定する。相互キャパシタンスでは、感知装置832は、空間的に分離した線又はワイヤの2層グリッドを含むが、他の構成も考えられる。上層は、行の線を含み、一方、下層は、列の線(例えば、直交)を含む。感知ポイント834は、行及び列の交点に設けられる。動作中に、行は荷電され、そして電荷は、行から列へ容量性結合される。物体890がタッチスクリーン830の表面に接近するにつれて、物体890は、物体890の付近の行に容量性結合され、それにより、行と列との間の電荷結合を減少させる。各列の電荷の量は、タッチコントローラ840により測定され、複数の物体がタッチスクリーン830にタッチするときにそれらの位置を決定する。

0062

コンピューティングシステム800は、光放射器806及び816のような1つ以上の光放射器、及びユーザの皮膚820に接近する光センサ804のような1つ以上の光センサも備えている。光放射器806及び816は、光を発生するように構成され、そして光センサ804は、ユーザの皮膚820、血管及び/又は血液により反射され又は吸収される光を測定するように構成される。光センサ804は、測定されたローデータをプロセッサ810へ送信し、そしてプロセッサ810は、ノイズ打消しを行って、PPG信号及び/又はパーフュージョンインデックスを決定する。プロセッサ810は、用途、ユーザの皮膚のタイプ、及び使用条件に基づいて、光放射器及び/又は光センサを動的にアクチベートする。ある実施例では、幾つかの光放射器及び/又は光センサがアクチベートされるが、他の光放射器及び/又は光センサは、例えば、電力節約のためにデアクチベートされる。ある実施例では、プロセッサ810は、ローデータ及び/又は処理済情報を、歴史的追跡のため又は将来の診断目的のためにROM818又はRAM822に記憶する。

0063

ある実施形態では、光センサ(1つ又は複数)は、光情報を測定し、そしてプロセッサは、反射、散乱又は吸収された光からPPG信号及び/又はパーフュージョンインデックスを決定する。光情報の処理は、装置でも行うことができる。ある実施例では、光情報の処理は、装置自身で行う必要はない。図9は、本開示の実施例により装置がホストに接続される規範的構成を示す。ホスト910は、装置900の外部の装置で、図1A−1Cに示したいずれかのシステム又はサーバーを含むが、これに限定されない。装置900は、通信リンク920を通してホスト910に接続される。通信リンク920は、任意の接続でよく、ワイヤレス接続及びワイヤード接続を含むが、これに限定されない。規範的なワイヤレス接続は、Wi−Fi、Bluetooth(登録商標)、Wireless Direct、及び赤外線を含む。規範的なワイヤード接続は、ユニバーサルシリアルバス(USB)、FireWire、Thunderbolt、又は物理ケーブルを要求する任意の接続を含む。

0064

動作中に、装置900自体において光センサからの光情報を処理するのではなく、装置900は、光センサから測定されたローデータ930を、通信リンク920を経てホスト910へ送信する。ホスト910は、ローデータ930を受け取り、そしてホスト910は、光情報を処理する。光情報の処理は、アーティファクトによるノイズを打ち消し又は減少し、そしてユーザの脈拍数のような生理学的信号を決定することを含む。ホスト910は、PPG信号及びパーフュージョンインデックスに影響するユーザの特性の差を考慮するためのアルゴリズム又は校正手順を含む。更に、ホスト910は、診断目的でPPG信号及びパーフュージョンインデックス履歴を追跡するためのストレージ又はメモリを備えている。ホスト910は、処理結果940又は関連情報を装置900へ返送する。処理結果940に基づいて、装置900は、ユーザに通知するか、又はその動作を適宜に調整する。光情報の処理及び/又はストレージの負荷軽減により、装置900は、処理ロジックに要求されるスペースを装置において解放できるので、装置900をイネーブルするスペース及び電力を節約して、小型携帯性を維持することができる。

0065

ある実施形態では、電子装置が開示される。電子装置は、複数の光路を生成するように構成された1つ以上の光放射器であって、複数の光路の少なくとも2つが所定の関係をもつ分離距離を有するものである光放射器と;その所定の関係をもつ少なくとも2つの光路を検出するように構成された1つ以上の光センサと;その1つ以上の光センサに結合され且つ少なくとも2つの経路から生理学的信号を検出するように構成されたロジックと;を備えている。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、所定の関係は、同じ分離距離である。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記ロジックは、更に、検出された生理学的信号からPPG信号及びパーフュージョン信号を発生するように構成される。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記所定の関係は、異なる分離距離である。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記所定の関係は、重畳する光路である。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記所定の関係は、非重畳光路である。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記所定の関係は、同一位置の光路である。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記所定の関係は、非同一位置の光路である。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記ロジックは、更に、複数の光路におけるノイズを減少するよう構成される。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記電子装置は、更に、1つ以上の光放射器に配置された1つ以上の第1レンズを備えている。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記1つ以上の第1レンズの少なくとも1つは、フレネルレンズ又は画像変位膜である。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記1つ以上の第1レンズの少なくとも1つは、前記1つ以上の光放射器から放射される光と実質的に同じ位置に配置された光学的中央部を含む。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記電子装置は、更に、前記1つ以上の光センサに配置された1つ以上の第2レンズを備えている。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記1つ以上の第2レンズの少なくとも1つは、画像変位膜、輝度向上膜又はフレネルレンズを含む。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記電子装置は、更に、1つ以上の光放射器と1つ以上の光センサとの間に配置された光学的隔離部と;少なくとも1つの光学的隔離部に配置された反射器と;1つ以上の光放射器に配置されたウインドウと;1つ以上の光センサに配置されたウインドウと;を備えている。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、少なくとも1つの光センサは、複数の感知領域へと区画される。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記1つ以上の光放射器の少なくとも2つは、異なる波長の光を放射する。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、少なくとも1つの光放射器は、緑の発光ダイオードであり、そして少なくとも1つの光放射器は、赤外線発光ダイオードである。

0066

ある実施例では、1つ以上の光放射器及び1つ以上の光センサを含む電子装置を形成する方法が開示される。この方法は、1つ以上の光放射器から光を放出して、複数の光路を生成し、それら複数の光路の少なくとも2つは、所定の関係をもつ分離距離を有するものであり;1つ以上の光センサから光を受け取り;及びその受け取った光から生理学的信号を決定する;ことを含む。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記方法は、更に、ユーザの特性及び使用条件の少なくとも1つに基づいて1つ以上の光路を動的に選択することを含む。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記複数の光路の少なくとも2つは、同じ分離距離を有し、前記方法は、更に、その同じ分離距離をもつ前記複数の光路の少なくとも2つからのノイズを打ち消し又は減少することを含む。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、前記複数の光路の少なくとも2つは、第1の光路及び第2の光路を含み、第1の光路は、第1の分離距離を有し、そして第2の光路は、第2の分離距離を有し、第1の分離距離は、第2の分離距離より短く、そして前記方法は、第1の光路から第1の生理学的信号を決定し、及び第2の光路から第2の生理学的信号を決定することを更に含む。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、第1の生理学的信号は、フォトプレチスモグラフ信号を表し、そして第2の生理学的信号は、パーフュージョンインデックスを表す。以上に開示された1つ以上の実施例に加えて又はそれとは別に、他の実施例では、1つ以上の光放射器は、第1組の光放射器及び第2組の光放射器を含み、前記方法は、更に、その第1組の光放射器を動的にアクチベートし、及び第2組の光放射器を動的にデアクチベートする、ことを含む。

0067

ここに開示した実施例は、添付図面を参照して完全に説明したが、当業者には、種々の変更や修正が明らかであることに注意されたい。そのような変更や修正は、請求の範囲に規定されたここに開示の実施例の範囲内に包含されるものと理解されたい。

0068

124、126、128:タッチスクリーン
136:携帯電話
140:メディアプレーヤ
144:ウェアラブル装置
146:ストラップ
300:装置
304、314:光センサ
306、316:光放射器
312:ノイズ
320:皮膚
326:パルス波
400:装置
404:光センサ
406、416:光放射器
420:皮膚
600:装置
601:ウインドウ
603:開口
604、614:光センサ
606、616:光放射器
607:反射器
610:ハウジング
620:皮膚
621、623、625、627:光路
644:光学的隔離部
646:ストラップ
648:コンポーネントマウント平面
654:光学的隔離部
700:装置
701:ウインドウ
703:開口
704、714、724、734::光センサ
706、716:光放射器
710:ハウジング
721、723、725、727、729、731、733、735:光路
744:光学的隔離部
746:ストラップ
748:コンポーネントマウント平面
800:コンピューティングシステム
802:プログラムストレージブロック
804:光センサ
806、816:光放射器
808:ハードディスクドライブ
810:プロセッサ
812:I/Oコントローラ
820:皮膚
824:ディスプレイ装置
826:ディスプレイコントローラ
830:タッチスクリーン
832:感知装置
834:感知ポイント
840:タッチコントローラ
842:マイクロコントローラ
890:物体
900:装置
910:ホスト
930:ローデータ
920:通信リンク
940:処理結果

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