近年、ウェアラブルデバイスの進化によって、私たちの健康は“常時モニタリング”できるようになりました。Apple Watch をはじめとするスマートデバイスは、心拍数、血中酸素、ストレス指標などを計測し、ユーザーのライフログを途切れることなく記録しています。しかし、Apple はそこからさらに一歩踏み込もうとしています。
この記事で紹介するAppleの特許「Portable Electronic Device Having An Integrated Bio-sensor (US12396677B2)」は、 ノートパソコンそのものが健康センサー化する という発想です。ユーザー自身が気づかないほど自然に、ノートPCが「手のひら」から健康状態を読み取る仕組みが詳細に記述されています。
あなたがキーボードを打っているその瞬間に、MacBookは心拍、血流、酸素濃度、さらには水分量までも分析しているかもしれません。
本稿では、この特許の仕組みと図面を読み解きながら、未来のパーソナルコンピューティングがどのように私たちの健康とつながるのか、その姿を見ていきます。
（この記事にない図面はUS12396677B2からご参照ください。）
特許の概要
この特許の中心となる発明は、ノートPCのパームレスト（手のひらが触れる部分）に埋め込まれた、極小の光学バイオセンサーです。
しかし最大のポイントは、センサーが外から見えないという点にあります。
その仕掛けは、次の3層構造にあります。
- 半透明層：外装の表面。ガラスまたはプラスチック。
- 不透明インク層：内部側に配置され、外部から内部が見えないようにする。
- マイクロ孔（マイクロパーフォレーション）：30〜70μmほどの極小孔で、光のみ通す。
光はこのマイクロ孔を通ってユーザーの手のひらに届き、反射光は再びマイクロ孔から受光器で受信し、そこに含まれる情報から健康状態を解析します。
つまり、外見上は完全なフラット面のまま、ユーザーが意識せずとも光学センサーが動作するのです。
さらにこのセンサーは 2つのモード を持ちます。
◦モード1：近接モード（低消費電力・不可視光）
ユーザーの手が近づいたことを検知する状態。
◦モード2：生体センシングモード（高精度・可視光）
手のひらが覆い隠したタイミングで本格的にPPG計測を実施。
図面の説明
Fig.2：マイクロパーフォレーション（マイクロ孔）の基本構造（図面は、US12396677B2をご参照ください）
Fig.2 は発明のコアとなる構造を示しています。
半透明層の内部側に 不透明インク（211） が塗られ、そのインクに直径 30〜70μm 程度のマイクロ孔（212）が整列しています。
このマイクロ孔は 内部を完全に隠しながら光だけを通す という点が特徴です。
◦センサーが動いていないとき → ただの黒いパームレストにしか見えない
◦センサー動作中 → 肉眼では見えないレベルの孔から光が出入りする
この「不可視だが光学的に開放されている」という構造が、今回の技術です。
Fig.3：送信用と受信用を分けた構造 （図面は、US12396677B2をご参照ください）
Fig.3 では、マイクロ孔が送光領域（320）と受光領域（321）に分かれています。中央には穴のない分離領域（322）があり、光学ノイズの混入を抑えます。
この設計は次の2つのメリットを生みます。
- 光の干渉を最小化し、計測精度を上げる
- 反射光の方向性を制御できる（受光側に最適化）
Apple Watch の光学心拍センサーでも送受光の分離は使われていますが、今回はノートPCへの応用です。
Fig.6：光が皮膚へ入り、反射される仕組み （図面は、US12396677B2をご参照ください）
Fig.6 は、生体センシングの物理モデルです。
- 光源（614） からマイクロ孔を通して光を照射します。
- 光が皮膚・組織にて吸収・散乱し、
- 光の一部が反射（619）して戻ります。
- 受光素子（615） が反射光を取得し、
- 反射光の強弱から 血流・水分量などを解析します。
測定対象となる生体情報は以下のようなものです。
◦心拍（血容量変動）
◦血中酸素
◦血圧推定
◦水分量
◦呼吸レート
◦PPG波形（脈波形）
Fig.1A, Fig.1B：センサーの位置と手のひらの位置関係 （図面は、US12396677B2をご参照ください）
これらの図では、トラックパッド横にあるセンサー領域（101）が示されています。
通常のタイピング姿勢では手のひらが自然にここに乗るため、ユーザーが意識することなく測定が行われます。
Fig.4：センサーの断面図 （図面は、US12396677B2をご参照ください）
光源（414）と受光素子（415）がパームレストの内部に水平に並び、その上にマイクロ孔（212）が配置される構造が示されています。
基板（417）がこれらの部品を支え、プロセッシングユニット（416）が解析を行います。
Fig.5：マイクロ孔が“角度付き”の特殊構造 （図面は、US12396677B2をご参照ください）
送光孔（512a）と受光孔（512b）が異なる角度で刻まれています。
◦送光孔：反射されやすい方向へ光を誘導
◦受光孔：必要な方向の反射光のみを受け取り、ノイズを遮断
iPhone の Face ID のドット投射や Pro Display XDR の反射制御にも似た構造です。
Fig.7A/B：近接によるスリープ解除 （図面は、US12396677B2をご参照ください）
センサーが近接モードでユーザーの手を検知すると、ディスプレイの電源が自動的にオンになります。
これは MacBook の “開くと即起動” をさらに進化させた仕掛けと言えるでしょう。
Fig.8：ユーザー接近による自動キーボード照明 （図面は、US12396677B2をご参照ください）
暗所では、手の接近によってキーボードとトラックパッドが発光します。
従来の環境光センサーに代わる、よりスマートな点灯制御です。
Fig.9：健康情報のリアルタイム表示 （図面は、US12396677B2をご参照ください）
計測した心拍がディスプレイに表示されており、PCそのものが医療モニターの一部として働く将来像が描かれています。
Fig.10：モード切り替えのフローチャート （図面は、US12396677B2をご参照ください）
赤外線 → 可視光 の連続動作を説明しています。
◦赤外線で「手が覆っている状態」を判断
◦覆われた瞬間に可視光PPG計測を開始
◦計測後、再び低消費電力モードに戻る
光学的生体センシングとPPG
PPG（Photoplethysmography、光電式容積脈波記録法）は、皮膚に光を当てて、その反射や吸収具合から、体内の血液量の変化を測定する技術です。
Fig.6で示されるように、LEDなどの光源からの光を皮膚に当てて、フォトダイオードなどの受光素子で受光します。
血液（特にヘモグロビン）は特定の波長の光を吸収するので、血量が多いと光の吸収が大きくなり、反射光の強度が低下します。
測定された反射光の強度は、ノイズ除去と信号強調の前処理を行った後に、ピーク検出とピーク間隔（RR間隔、またはIBI）を計算します。
このデータから以下の生体パラメータを推定することが可能です。
| 測定項目 | 説明 |
| 心拍数（HR） | ピーク間隔の平均、または周波数解析から算出 |
| 呼吸数 | PPGの低周波成分の包絡線分析（リズム変動）から算出 |
| 血中酸素飽和度（SpO2） | 赤波長／赤外波長のAC/DC成分比を用いた推定 |
| 血圧 | PPT法、またはPPG波形の特徴量を多変量回帰 |
| 血液量の推定 | 血流の強度や変動から推定 |
応用可能性／今後の展望：ノートPCが健康インフラになる未来
この特許技術の展開は以下のように考えられています。
1. MacBook が「医療級ウェアラブル」へと進化する
Apple Watch のセンサーと連携することで、より高精度なデータ統合が可能になります。
例えば、手首では測りにくいパラメータ（血圧推定など）は、手のひら側が有利です。
2. PCユーザーの“作業と健康”がリアルタイムでリンク
ユーザーの長時間作業に対して、次のようなフィードバックが可能になります。
◦脈波が乱れたら自動的に休憩を促すリマインドを行う
◦キーボードを打つ速度と心拍変動からストレスを判断する
◦水分不足を推定し、補給タイミングを提案する
まさに「働き方と健康のインターフェース」がPCそのものに組み込まれることになります。
3. 将来の“スマートデスク”との統合
この技術が iMac、Magic Keyboard、さらにはデスク天板に広がれば、“オフィス全体が健康センシング環境になる”ことも十分考えられます。
まとめ
- MacBookの外観を変えずに高度な生体センシングを埋め込む技術。
- マイクロパーフォレーションによる送受光構造が、不可視で高精度なセンシングを可能にする。
- PCがユーザーの健康を自然に見守る未来が、確実に近づいている。
最後までお読みいただきありがとうございました。
特許情報
特許番号：US 12396677 B2
タイトル：Portable Electronic Device Having An Integrated Bio-Sensor
発明者：Qiliang Xu, Richard G. Huizar
出願人：Apple Inc.
公開日：2025/8/26
出願日：2021/8/30
特許の詳細については、US12396677B2を参照してください。
※企業の特許は、製品になるものも、ならないものも、どちらも出願されます。今回紹介した特許が製品になるかどうか現時点では不明です。ご注意ください。
