(57)【要約】【課題】皮膚の表面反射、センサの装着状態、個人差等の影響を低減して、正確に脈拍等の生体の状態を検出することができる生体状態検出装置及びセンサ及び生体状態検出方法を提供すること。【解決手段】ステップ１００では、緑色ＬＥＤ１９を発光させる。ステップ１１０では、赤外ＬＥＤ１７を発光させる。つまり、緑色ＬＥＤ１９の発光と赤外ＬＥＤ１７の発光とを、サンプリング間隔毎に１回づつ交互に発光させる。また、赤外ＬＥＤ１７の光の強度を緑色ＬＥＤ１９の光の強度より十分に小さくする。ステップ１２０では、一定時間待機する。ステップ１３０では、各検出信号の周波数解析を行う。ステップ１４０では、緑色光に対する周波数解析結果には有って、赤外光に対する周波数解析結果に無い（脈拍成分に対応する）周波数を抽出する。ステップ１５０では、抽出したピークの周波数を脈拍数に換算する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に対して、波長が異なるとともにその強度又は光量が異なる光を、それぞれ別個に照射する光照射手段と、
前記光照射手段から照射された各光の反射光を受光する反射波受光手段と、
前記反射波受光手段によって受光された各反射光による信号に基づいて、前記生体の状態を求める生体状態検出手段と、
を備えたことを特徴とする生体状態検出装置。
【請求項２】
前記異なる波長の光のうち、長波長側の光の強度又は光量を低減することを特徴とする前記請求項１に記載の生体状態検出装置。
【請求項３】
前記長波長側の光の反射光による信号と、短波長側の光の反射波による信号とを比較して、前記生体の状態を示す信号を抽出することを特徴とする前記請求項２に記載の生体状態検出装置。
【請求項４】
生体に対して、波長の異なる光を、それぞれ別個に照射する光照射手段と、
前記光照射手段から照射された各光の反射光を受光する反射波受光手段と、
前記反射波受光手段によって受光された各反射光に対する感度を違え、該異なる感度の信号に基づいて、前記生体の状態を求める生体状態検出手段と、
を備えたことを特徴とする生体状態検出装置。
【請求項５】
前記各反射光による信号を、それぞれ異なる増幅率で増幅し、該増幅された各反射光の信号に基づいて、前記生体の状態を求めることを特徴とする前記請求項４に記載の生体状態検出装置。
【請求項６】
前記異なる波長の光のうち、長波長側の光に対する感度を低減することを特徴とする前記請求項４又は５に記載の生体状態検出装置。
【請求項７】
前記長波長側の光の反射光による信号と、短波長側の光の反射波による信号とを比較して、前記生体の状態を示す信号を抽出することを特徴とする前記請求項６に記載の生体状態検出装置。
【請求項８】
前記波長が異なる光は、緑色光と赤外光とであることを特徴とする前記請求項１〜７のいずれかに記載の生体状態検出装置。
【請求項９】
生体に対して、緑色光と赤外光とをそれぞれ照射する光照射手段と、
前記光照射手段から照射された各光の反射光を受光する反射波受光手段と、
前記反射波受光手段によって受光された各反射光による信号に基づいて、前記生体の状態を求める生体状態検出手段と、
を備えたことを特徴とする生体状態検出装置。
【請求項１０】
前記緑色光の波長は、４６０ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲であり、前記赤外光の波長は、７８０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲であることを特徴とする前記請求項８又は９に記載の生体状態検出装置。
【請求項１１】
前記赤外光の強度を前記緑色光の強度の７０％以下の範囲に低減したことを特徴とする前記請求項８〜１０のいずれかに記載の生体状態検出装置。
【請求項１２】
前記赤外光の反射波に対する感度を前記緑色光の反射波に対する感度の７０％以下の範囲に低減したことを特徴とする前記請求項８〜１０のいずかに記載の生体状態検出装置。
【請求項１３】
前記各反射光による信号を周波数解析し、心拍に同期した脈拍成分及び／又は体動を示す体動成分を求めることを特徴とする前記請求項１〜１２のいずかに記載の生体状態検出装置。
【請求項１４】
前記脈拍成分として、脈拍数及び／又は脈拍間隔を求めることを特徴とする前記請求項１３に記載の生体状態検出装置。
【請求項１５】
前記光照射手段は、異なる波長の光を照射する２個の発光素子であり、前記反射光受光手段は、１個以上の受光素子であることを特徴とする前記請求項１〜１４のいずかに記載の生体状態検出装置。
【請求項１６】
前記２個の発光素子を交互に発光させ、それぞれの反射光を１個の受光素子で受光することを特徴とする前記請求項１５に記載の生体状態検出装置。
【請求項１７】
前記２個の発光素子の発光強度を変化させる駆動回路を備えたことを特徴とする前記請求項１５又は１６に記載の生体状態検出装置。
【請求項１８】
前記２個の発光素子の発光に際して、その反射光を受光する感度を調節する検出回路を備えたことを特徴とする前記請求項１５又は１６に記載の生体状態検出装置。
【請求項１９】
前記請求項１〜１８のいずれかに記載の光照射手段及び反射波受光手段を筐体内に収容したセンサにおいて、
前記光照射手段及び前記反射波受光手段の各光の照射側及び受光側に、各光及びその反射光が透過する窓部を備えるとともに、前記長波長の光を照射する側の窓部の外側及び／又は前記長波長の光の反射波を受光する側の窓部の外側に、前記人体の皮膚から離すように引き下がり部を設けたことを特徴とするセンサ。
【請求項２０】
前記請求項１〜１８のいずれかに記載の光照射手段及び反射波受光手段を筐体内に収容したセンサにおいて、
前記光照射手段及び前記反射波受光手段の各光の照射側及び受光側に、各光及びその反射光が透過する窓部を備えるとともに、前記長波長の光を照射する側の窓部の外側及び／又は前記長波長の光の反射波を受光する側の窓部の外側に、凹凸を設けたことを特徴とするセンサ。
【請求項２１】
前記請求項１〜１８のいずれかに記載の光照射手段及び反射波受光手段を筐体内に収容したセンサにおいて、
前記光照射手段及び前記反射波受光手段の各光の照射側及び受光側に、各光及びその反射光が透過する窓部を備えるとともに、前記長波長の光を照射する側の窓部の外側及び／又は前記長波長の光の反射波を受光する側の窓部の外側に、透光性の柔軟な材料を配置したことを特徴とするセンサ。
【請求項２２】
生体に対して、波長が異なるとともにその強度又は光量が異なる光を、それぞれ別個に照射し、それぞれの反射光を受光し、該各反射光による信号に基づいて、前記生体の状態を求めることを特徴とする生体状態検出方法。
【請求項２３】
生体に対して、波長の異なる光を、それぞれ別個に照射し、それぞれの反射光を受光するとともに、該各反射光に対する感度を違え、該異なる感度の信号に基づいて、前記生体の状態を求めることを特徴とする生体状態検出方法。
【請求項２４】
生体に対して、緑色光と赤外光とを、それぞれ照射し、それぞれの反射光を受光し、該各反射光による信号に基づいて、前記生体の状態を求めることを特徴とする生体状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脈拍数等の生体の状態を検出する生体状態検出装置及びセンサ並びに生体状態検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、健康管理の用途で、日常生活やジョギング等の運動時において、心臓の拍動数（心拍数）をモニターするニーズが高まっている。この心拍数を検出するには、心拍に伴って発生する活動電位を胸部より計測して、即ち心電図を用いて、その振幅のピーク間隔時間から算出する方法が一般的である。
【０００３】
しかし、この方法は、電極を体に貼り付ける必要があり、その手順がわずらわしいので、最近では、より簡便な方法として、脈波を計測して脈拍数を検出する方法が考えられている。
前記脈波とは、心拍につれて起こる動脈内の圧力変動が、末梢動脈に波動として伝わったものであり、その脈波を計測する装置として、光学式脈波センサがある。
【０００４】
この光学式脈波センサは、血液中のヘモグロビンの光吸収特性を利用して、末梢動脈の血液の波動的な容積変化を計測するものであり、人体（指、腕、こめかみ等）に簡便に装着して脈波を計測することができるため、脈拍数を検出する装置として、今後も広く普及して行くと考えられる。
【０００５】
また、前記心拍数、脈拍数（拍／分）は、下記式（１）に示す様に、それぞれ６０を心電波形、脈波波形の振幅のピーク間隔時間（秒）で割った値である。
心拍数、脈拍数（拍／分）＝６０／振幅のピーク間隔時間（秒）・・・（１）
この心電波形と脈波波形の振幅のピーク位置は、図１０に示す様に、通常、同期しており、心拍数と脈拍数は一致する。
【０００６】
しかし、日常生活や運動時において、脈波センサを装着した計測部位に体動が生ずると、末梢動脈の血流が乱れ、心拍とは無関係な脈波の振幅のピークが発生し、心拍数と脈拍数は一致しなくなる。こうなると、脈拍数を心拍数の代用として利用しようとする本来の目的は達成できない。
【０００７】
また、心拍とは無関係な脈波の振幅のピークは、心拍に同期する脈波の振幅のピークの発生周波数と近いという特性があるため、通常のノイズ除去に適用されるフィルタ処理では、対策が不可能である。
この対策として、運動ノイズセンサを用いて運動ノイズによる信号を検出し、運動ノイズと脈拍信号が重なった信号から運動ノイズを除去し、運動時でも正確な脈拍を検出しようとする技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
また、異なる波長の光を生体に照射し、それぞれで得られた信号を演算処理することにより、生体の体動波成分と血液脈動波成分を区別し、脈拍を正確に検出しようとする技術が提案されている（特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−２９９０４４号公報  （第２頁、図１）
【特許文献２】
特開平７−０８８０９２号公報  （第２頁、図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１の技術では、運動ノイズセンサを用いて運動ノイズを検出しても、皮膚の表面反射など人体に関して発生するノイズには対応できないという問題があった。
【００１１】
また、前記特許文献２の技術では、両信号に体動波成分と血液脈動波成分とが含まれ、また、センサの装着状態や個人差によって、体動波成分と血液脈動波成分の関係は変化するため、同公報に記載の一意的な演算処理では脈拍を正確に求めることができないという問題があった。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、皮膚の表面反射、センサの装着状態、個人差等の影響を低減して、正確に脈拍等の生体の状態を検出することができる生体状態検出装置及びセンサ並びに生体状態検出方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明は、生体に対して、波長が異なるとともにその強度又は光量が異なる光を、それぞれ別個に照射する光照射手段と、前記光照射手段から照射された各光の反射光を受光する反射波受光手段と、前記反射波受光手段によって受光された各反射光による信号に基づいて、前記生体の状態を求める生体状態検出手段と、を備えたことを特徴とする生体状態検出装置を要旨とする。
【００１３】
本発明では、波長が異なるだけでなくその強度又は光量も異なる光を人体に照射して、それぞれの反射光を受光する。つまり、波長と強度（又は光量）との様に異なる特性の光を人体に照射した場合には、照射した光の特性に応じて、反射光による信号の状態が大きく異なる。よって、各反射光による信号に基づいて、脈拍数等の生体の状態を求めることができる。
【００１４】
（２）請求項２の発明では、前記異なる波長の光のうち、長波長側の光（例えば赤外光）の強度又は光量を低減することを特徴とする。
人体に光を照射した場合には、その反射光による信号に、脈拍に同期した脈拍成分と体動を示す体動成分とが含まれるが、例えば赤外光の様な長波長側の光を照射した場合には、体動成分に比べて脈拍成分が極めて少ない。よって、長波長側の光の強度又は光量を低減することにより、脈拍成分を無視できる程度に低減して、体動成分のみを容易に抽出することができる。
【００１５】
（３）請求項３の発明は、前記長波長側の光（例えば赤外光）の反射光による信号と、短波長側の光（例えば緑色光）の反射波による信号とを比較して、前記生体の状態を示す信号を抽出することを特徴とする。
短波長側の光を照射した場合には、長波長側に光を照射した場合と比べて、脈拍成分が明瞭に現れる。よって、長波長側の光を用いて体動成分のみを抽出でき、短波長側の光を用いて脈拍成分及び体動成分を抽出できるので、それぞれの光による成分を比較することにより、脈拍成分のみを抽出することができる。
【００１６】
（４）請求項４の発明は、生体に対して、波長の異なる光を、それぞれ別個に照射する光照射手段と、前記光照射手段から照射された各光の反射光を受光する反射波受光手段と、前記反射波受光手段によって受光された各反射光に対する感度を違え、該異なる感度の信号に基づいて、前記生体の状態を求める生体状態検出手段と、を備えたことを特徴とする生体状態検出装置を要旨とする。
【００１７】
本発明では、照射する光の波長を異なるようにするだけでなく、その反射波に対する感度も異なるようにしている。つまり、異なる波長及び感度とした場合には、各反射光による信号が明らかに異なるので、各反射光による信号に基づいて、脈拍数等の生体の状態を求めることができる。
【００１８】
（５）請求項５の発明では、前記各反射光による信号を、それぞれ異なる増幅率で増幅し、該増幅された各反射光の信号に基づいて、前記生体の状態を求めることを特徴とする。
本発明は、感度を違える手法として、各反射波による信号の増幅率を違える手法を例示したものである。
【００１９】
（６）請求項６の発明では、前記異なる波長の光のうち、長波長側の光（例えば赤外光）に対する感度を低減することを特徴とする。
前記請求項２の発明にて説明したように、例えば赤外光の様な長波長側の光を照射した場合には、体動成分に比べて脈拍成分が極めて少ない。よって、長波長側の光の反射波に対する感度を低減することにより、脈拍成分を無視できる程度に低減して、体動成分のみを容易に抽出することができる。
【００２０】
（７）請求項７の発明では、前記長波長側の光（例えば赤外光）の反射光による信号と、短波長側の光（例えば緑色光）の反射波による信号とを比較して、前記生体の状態を示す信号を抽出することを特徴とする。
前記請求項３の発明にて説明したように、長波長側の光を用いて体動成分のみを抽出でき、短波長側の光を用いて脈拍成分及び体動成分を抽出できるので、それぞれの光による成分を比較することにより、脈拍成分のみを抽出することができる。
【００２１】
（８）請求項８の発明では、前記波長が異なる光は、緑色光と赤外光とであることを特徴とする。
本発明は、波長が異なる光を例示したものであり、ここでは、緑色光と赤外光と照射する例えば緑色ＬＥＤと赤外ＬＥＤを用いることができる。
【００２２】
つまり、後の実施例にて詳述する様に、照射する光として、緑色光と赤外光とを用いることにより、脈拍成分を精度良く容易に抽出することができるので、脈拍数、脈拍間隔を精度良く求めることができる。また、赤外光を用いることにより、体動成分も容易に抽出することができる。
【００２３】
（９）請求項９の発明は、生体に対して、緑色光と赤外光とをそれぞれ照射する光照射手段と、前記光照射手段から照射された各光の反射光を受光する反射波受光手段と、前記反射波受光手段によって受光された各反射光による信号に基づいて、前記生体の状態を求める生体状態検出手段と、を備えたことを特徴とする生体状態検出装置を要旨とする。
【００２４】
本発明では、波長が異なる緑色光と赤外光とを照射して、それぞれの反射光を受光する。また、緑色光の反射光による信号には、脈拍成分と体動成分とが明瞭に検出され、一方、それより波長の長い赤外光の反射光には、体動成分はあるが脈拍成分は殆ど無い。従って、各反射光による信号を比較することにより、脈拍成分で示される脈拍数等の生体の状態を求めることができる。
【００２５】
（１０）請求項１０の発明では、前記緑色光の波長は、４６０ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲（好ましくは５２０ｎｍ）であり、前記赤外光の波長は、７８０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲（好ましくは９４０ｎｍ）であることを特徴とする。
本発明は、生体の状態の検出に用いる緑色光及び赤外光の波長の範囲を例示したものである。この波長の光を用いることにより、脈拍成分や体動成分を精度良く容易に抽出できるので、脈拍数や脈拍間隔を精度良く容易に求めることができる。
【００２６】
（１１）請求項１１の発明では、前記赤外光の強度を前記緑色光の強度の７０％以下の範囲（好ましくは２０％）に低減したことを特徴とする。
本発明は、赤外光の強度をどの程度低減するかを例示したものであり、この範囲で低減することにより、脈拍成分や体動成分を精度良く容易に抽出できるので、脈拍数や脈拍間隔を精度良く容易に求めることができる。
【００２７】
（１２）請求項１２の発明では、前記赤外光の反射波に対する感度（例えば増幅率）を前記緑色光の反射波に対する感度の７０％以下の範囲（好ましくは２０％）に低減したことを特徴とする。
本発明は、赤外光に対する感度をどの程度低減するかを例示したものであり、この範囲で低減することにより、脈拍成分や体動成分を精度良く容易に抽出できるので、脈拍数や脈拍間隔を精度良く容易に求めることができる。
【００２８】
（１３）請求項１３の発明では、前記各反射光による信号を周波数解析し、心拍に同期した脈拍成分及び／又は体動を示す体動成分を求めることを特徴とする。
各反射波による信号（検出信号）を、周波数解析することにより、検出信号の周波数特性が得られるが、照射した光の特性や受信感度が異なると、異なる周波数特性が得られる。例えば、脈拍成分に対応したピークや体動成分に対応したピークが異なるものが得られる。従って、各反射波による信号を周波数解析した結果を比較することにより、脈拍成分や体動成分を抽出することが可能である。
【００２９】
（１４）請求項１４の発明では、前記脈拍成分として、脈拍数及び／又は脈拍間隔を求めることを特徴とする。
本発明は、脈拍成分から脈拍数や脈拍間隔を求めることを例示している。例えば脈拍成分のピークの周波数（例えば何Ｈｚ）が分かれば、１分間の拍動数である脈拍数、更には脈拍間隔が分かる。
【００３０】
（１５）請求項１５の発明では、前記光照射手段は、異なる波長の光を照射する２個の発光素子であり、前記反射光受光手段は、１個以上の受光素子であることを特徴とする。
本発明は、光照射手段と反射光受光手段とを例示したものであり、この様な簡易な構成で、生体の状態を把握することができる。
【００３１】
（１６）請求項１６の発明では、前記２個の発光素子を交互に発光させ、それぞれの反射光を１個の受光素子で受光することを特徴とする。
本発明は、光照射手段と反射光受光手段とを例示したものであり、１個の受光素子のみで済むので、一層構成を簡易化できるという利点がある。
【００３２】
（１７）請求項１７の発明では、前記２個の発光素子の発光強度を変化させる駆動回路を備えたことを特徴とする。
本発明は、駆動回路により発光強度を変化させる構成を例示したものである。
（１８）請求項１８の発明では、前記２個の発光素子の発光に際して、その反射光を受光する感度を調節する検出回路を備えたことを特徴とする。
【００３３】
本発明は、検出回路により受光する際の感度を調節する構成を例示したものである。
（１９）請求項１９の発明は、前記請求項１〜１８のいずれかに記載の光照射手段及び反射波受光手段を筐体内に収容したセンサ（例えば脈波センサ）において、前記光照射手段及び前記反射波受光手段の各光の照射側及び受光側に、各光及びその反射光が透過する窓部を備えるとともに、前記長波長の光を照射する側の窓部の外側及び／又は前記長波長の光の反射波を受光する側の窓部の外側に、前記人体の皮膚から離すように引き下がり部を設けたことを特徴とするセンサを要旨とする。
【００３４】
本発明では、長波長の光（例えば赤外光）を照射する側の窓部の外側及び／又は長波長の光の反射波を受光する側の窓部の外側に、人体の皮膚から離すように引き下がり部（隙間となる部分）を設けるので、窓部の外側に皮膚が密着している箇所に比べて、皮膚の動きが容易になる。よって、例えば赤外光を用いた場合に、体動の変化を検出する能力が高いという効果がある。
【００３５】
（２０）請求項２０の発明は、前記請求項１〜１８のいずれかに記載の光照射手段及び反射波受光手段を筐体内に収容したセンサ（例えば脈波センサ）において、前記光照射手段及び前記反射波受光手段の各光の照射側及び受光側に、各光及びその反射光が透過する窓部を備えるとともに、前記長波長の光を照射する側の窓部の外側及び／又は前記長波長の光の反射波を受光する側の窓部の外側に、凹凸を設けたことを特徴とするセンサを要旨とする。
【００３６】
本発明では、長波長の光（例えば赤外光）を照射する側の窓部の外側及び／又は長波長の光の反射波を受光する側の窓部の外側に、凹凸を設けるので、窓部の外側に皮膚が密着している箇所に比べて、皮膚の動きが容易になる。よって、例えば赤外光を用いた場合に、体動の変化を検出する能力が高いという効果がある。
【００３７】
（２１）請求項２１の発明は、前記請求項１〜１８のいずれかに記載の光照射手段及び反射波受光手段を筐体内に収容したセンサ（例えば脈波センサ）において、前記光照射手段及び前記反射波受光手段の各光の照射側及び受光側に、各光及びその反射光が透過する窓部を備えるとともに、前記長波長の光を照射する側の窓部の外側及び／又は前記長波長の光の反射波を受光する側の窓部の外側に、透光性の柔軟な材料を配置したことを特徴とするセンサを要旨とする。
【００３８】
本発明では、長波長の光（例えば赤外光）を照射する側の窓部の外側及び／又は長波長の光の反射波を受光する側の窓部の外側に、透光性の柔軟な材料からなる部材を配置するので、硬質の窓部の外側に皮膚が密着している箇所に比べて、皮膚の動きが容易になる。よって、例えば赤外光を用いた場合に、体動の変化を検出する能力が高いという効果がある。
【００３９】
（２２）請求項２２の発明は、生体に対して、波長が異なるとともにその強度又は光量が異なる光を、それぞれ別個に照射し、それぞれの反射光を受光し、該各反射光による信号に基づいて、前記生体の状態を求めることを特徴とする生体状態検出方法を要旨とする。
【００４０】
本発明は、前記請求項１と同様な作用効果を奏する。
（２３）請求項２３の発明は、生体に対して、波長の異なる光を、それぞれ別個に照射し、それぞれの反射光を受光するとともに、該各反射光に対する感度を違え、該異なる感度の信号に基づいて、前記生体の状態を求めることを特徴とする生体状態検出方法を要旨とする。
【００４１】
本発明は、前記請求項４と同様な作用効果を奏する。
（２４）請求項２４の発明は、生体に対して、緑色光と赤外光とを、それぞれ照射し、それぞれの反射光を受光し、該各反射光による信号に基づいて、前記生体の状態を求めることを特徴とする生体状態検出方法を要旨とする。
【００４２】
本発明は、前記請求項９と同様な作用効果を奏する。
尚、脈波センサを用いて、脈波を検出する場合には、その測定部位として、腕（手首甲、上腕）、額、こめかみ等が、装着性に優れており、脈波を好適に検出することができる
【００４３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の生体状態検出装置及びセンサ並びに生体状態検出方法の実施の形態の例（実施例）について、図面に基づいて説明する。
（実施例１）
ここでは、本発明の生体状態検出方法を実施する生体状態検出装置として、脈波検出方法を実施する（脈波センサを備えた）脈波検出装置を例に挙げて説明する。
【００４４】
ａ）まず、本実施例の脈波検出方法を実施する脈波検出装置を、図１に基づいて説明する。
図１に示す様に、本実施例の脈波検出装置１は、人体の脈拍数を検出する装置であり、主として、データ処理装置３と、データ処理装置３に接続された脈波センサ５及び駆動回路７とから構成されている。
【００４５】
このうち、前記データ処理装置３は、脈波センサ５から得られた信号を増幅する検出回路１１と、検出回路１１からの信号をＡ／Ｄ変換するＡＤＣ１３と、ＡＤＣ１３からのデジタル信号を処理して脈波数の検出等の各種の演算処理を行うマイクロコンピュータ１５とを備えている。
【００４６】
前記脈波センサ５は、後に詳述するように、発光素子として、赤外ＬＥＤ１７と緑色ＬＥＤ１９を備えるとともに、受光素子として、フォトダイオード（ＰＤ）２１を備えている。
前記駆動回路７は、赤外ＬＥＤ１７と緑色ＬＥＤ１９とに対して、それぞれ異なるタイミングで赤外光又は緑色光を照射させるための駆動信号を出力する。
【００４７】
尚、データ処理装置３と駆動回路７とは、脈波検出装置本体９の筐体内に収容されている。
ｂ）次に、前記脈波センサ５について、更に詳細に説明する。
前記脈波センサ５は、図２に示す様に、人体の腕等に、約９４０ｎｍの波長の赤外光を照射する赤外ＬＥＤ１７と、約５２０ｎｍの緑色光を照射する緑色ＬＥＤ１９と、人体に照射された赤外光又は緑色光の反射光をそれぞれ受光するＰＤ２１とを備える光学式反射型センサである。
【００４８】
この赤外ＬＥＤ１７、緑色ＬＥＤ１９、ＰＤ２１は、それぞれ脈波センサ５の筐体２３の底部２５に、ＰＤ２１を挟んで左右に赤外ＬＥＤ１７と緑色ＬＥＤ１９とが位置するように並列して配置され、透明な樹脂製の窓２７を介して、赤外光又は緑色光を人体に対して照射できるようにされている。
【００４９】
前記脈波センサ５では、赤外ＬＥＤ１７又は緑色ＬＥＤ１９から人体に向かって光が照射されると、光の一部が人体の内部を通る小・細動脈（毛細動脈）にあたって、毛細動脈を流れる血液中のヘモグロビンに吸収され、残りの光が毛細動脈で反射して散乱し、その一部が受光素子であるＰＤ２１に入射する。この時、血液の脈動により毛細動脈にあるヘモグロビンの量が波動的に変化するので、ヘモグロビンに吸収される光も波動的に変化する。また、血管径の変化によっても、ヘモグロビンの量が変化する。その結果、毛細動脈で反射してＰＤ２１で検出される受光量が変化し、その受光量の変化を脈波情報（例えば電圧信号）としてデータ処理装置３に出力する。
【００５０】
従って、データ処理装置３に入力した（赤外ＬＥＤ１７又は緑色ＬＥＤ１９から照射された光の反射波に対応した）信号（以下検出信号と記す）を用いることにより、後述する様にして、脈拍数等の生体の状態を求めることができる。
尚、図１及び図２では、毛細動脈に照射されて反射する光を点線で示し、皮膚の表面で反射する光を実線で示している。
【００５１】
ｃ）次に、本実施例における脈波検出の原理について説明する。
図３に、データ処理装置３に入力した検出信号を示すが、この検出信号には、毛細動脈に当たって反射した脈波を示す信号（脈波成分）と、皮膚表面又は毛細動脈以外で反射した反射波の成分（反射波成分）との両成分が含まれている。
【００５２】
また、図４に示す様に、前記検出信号を周波数解析することにより、その周波数成分が得られるが、この検出信号を周波数領域で考えると、検出信号には、心拍に同期する脈拍成分と、体動を示す（同期する）体動成分と、（体動成分を除いた反射波成分である）概ね直流成分とが、共に現れる。
【００５３】
このうち、直流成分は、脈拍成分や体動成分とは大きく異なり、検出回路１１などでカットされる（例えば所定の周波数以下をカットするフィルタによりカットされる）ので、以下の説明では省略する。
また、心拍に同期する脈拍成分は脈波に乗り、体動を示す体動成分は脈波と反射波に乗るという特徴がある。
【００５４】
一方、図５（ａ）に示す様に、緑色ＬＥＤ１９を用いた計測において、脈拍成分（実線）と体動成分（点線）とのパワーの比率は、概ね１：５であるが、図５（ｂ）に示す様に、赤外ＬＥＤ１７を用いた計測において、脈拍成分（実線）と体動成分（点線）とのパワーの比率は、概ね１：５０ほどである。
【００５５】
この緑色ＬＥＤ１９と赤外ＬＥＤ１７を用いた場合の特性を踏まえて、本実施例では、赤外ＬＥＤ１７の赤外光の強度を、緑色ＬＥＤ１９の緑色光の強度に比べて、十分小さくしている。ここでは、赤外ＬＥＤ１７の光の強度を、緑色ＬＥＤ１９の光の強度より、約１／５と小さくする。
【００５６】
この光の強度の調節は、赤外ＬＥＤ１７に加える印加電圧を小さくすることにより実現できるが、これ以外に、赤外ＬＥＤ１７として光の強度が小さな定格のＬＥＤを使用することによっても実現できる。
そして、上述した光の強度の調節によって、赤外光の反射波における脈拍成分は、Ｓ（シグナル）／Ｎ（ノイズ）の関係でＮに埋もれてしまい、実質的に検出されなくなるので、体動成分のみが検出されることになる。  尚、赤外ＬＥＤ１７の光の強度を、緑色ＬＥＤ１９の光の強度より、約１／５と小さくすると、体動成分のみの抽出が容易であるので好適である。
【００５７】
よって、緑色ＬＥＤ１９の反射波の（脈拍成分と体動成分を含む）周波数成分から、赤外ＬＥＤ１７の反射波の（体動成分のみを含む）周波数成分とを比較することにより、脈拍成分のみを抽出することができる。
ｄ）次に、本実施例における脈波検出の処理手順について、図６に基づいて説明する。
【００５８】
図６に示す様に、まず、ステップ１００では、（マイクロコンピュータ１５からの制御信号を受けた）駆動回路７により、緑色ＬＥＤ１９を１回発光させる。そして、その反射光をＰＤ２１にて受光し、ＰＤ２１からの（緑色光に対応した）信号を検出回路１１にて増幅し、ＡＤＣ１３を介して、マイクロコンピュータ１５に入力する。
【００５９】
続くステップ１１０では、同様に、緑色ＬＥＤ１９の発光後、赤外ＬＥＤ１７を１回発光させる。そして、その反射光をＰＤ２１にて受光し、ＰＤ２１からの（赤外光に対応した）信号を検出回路１１にて増幅し、ＡＤＣ１３を介して、マイクロコンピュータ１５に入力する。
【００６０】
つまり、緑色ＬＥＤ１９の発光と赤外ＬＥＤ１７の発光とを、サンプリング間隔の５０ｍｓｅｃ毎に１回づつ交互に発光させるのである（即ち２０Ｈｚ毎に発光させる）。これにより、緑色光と赤外光とが同時にＰＤ２１に受光されないようにする。
【００６１】
特に、赤外ＬＥＤ１７の光の強度を、緑色ＬＥＤ１９の光の強度より、約１／５と十分に小さくする。ここでは、赤外ＬＥＤ１７に加える印加電圧を小さくする。
続くステップ１２０では、後述する周波数解析に必要なデータが得られるように、一定時間（約２５秒）待機し、一定時間経過後に、ステップ１３０に進む。つまり、過去２５秒間の検出信号のデータを周波数解析することにより脈拍成分や体動成分の周波数を求めるので、ここでは、そのためのデータを蓄積するのである。
【００６２】
ステップ１３０では、前記緑色ＬＥＤ１９又は赤外ＬＥＤ１７を用いて得られた各検出信号の周波数解析を行う。
即ち、各検出信号の時系列データに対して周知の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の周波数解析を実施する。これによって、前記図５に示すような周波数のピーク等のデータが得られる。
【００６３】
続くステップ１４０では、図５（ａ）に示す様に、緑色光に対する（脈拍成分と体動成分を含む）周波数解析結果には有って、図５（ｂ）に示す様に、赤外光に対する（体動成分のみを含む）周波数解析結果に無い周波数、即ち脈拍成分を抽出する。
【００６４】
具体的には、緑色光に対する周波数解析結果から、赤外光に対する周波数解析結果にあるピークの周波数をカットし、残る周波数帯のピークを脈拍成分として抽出する。
続くステップ１５０では、抽出したピークの周波数を脈拍数に換算して、図示しない液晶等のディスプレイに表示する。
【００６５】
具体的には、抽出した周波数に６０秒をかけて脈波数を算出する。例えば周波数が１［Ｈｚ］の場合には、脈拍数は、１［Ｈｚ］×６０［秒］＝６０［拍／分］となる。また、脈拍間隔も、抽出した周波数の逆数を取ることにより算出できる。
【００６６】
続くステップ１６０では、体動成分のみを含む赤外光に対する周波数解析結果から、そのピークの周波数を体動成分に換算して、同様にディスプレイに表示し、一旦本処理を終了する。
具体的には、得られた周波数に６０秒をかけて体動の回数を算出する。
【００６７】
ｅ）ここで、実際に脈波センサ５を人体に装着して運動した場合における検出信号の状態（従って周波数の変化の状態）を、図７に示す。
図７（ａ）に示す様に、緑色ＬＥＤ１９を用いて得られた検出信号を周波数解析した結果、体動成分（点線）と脈拍成分（実線）とによる異なるピークが連続して変化していることが分かる。
【００６８】
一方、図７（ｂ）に示す様に、赤外ＬＥＤ１７を用いて得られた検出信号を周波数解析した結果、体動成分（実線）のみのピークが連続して変化していることが分かる。
従って、このグラフからも、緑色ＬＥＤ１９の反射波の（脈拍成分と体動成分を含む）周波数成分から、赤外ＬＥＤ１７の反射波の（体動成分のみを含む）周波数成分とを比較することにより、脈拍成分のみを抽出して、脈拍数を算出することができること、更には、体動成分も抽出できることが分かる。
【００６９】
この様に、本実施例では、人体に対して、発光タイミングを切り替えて、赤外ＬＥＤ１７からの赤外光の照射と緑色ＬＥＤ１９からの緑色光の照射とを交互に行うとともに、赤外光の強度を緑色光の強度の１／５程度に低減している。そして、各照射光の反射光を受光し、その反射光による信号を周波数解析して、脈拍成分と体動成分とを抽出している。
【００７０】
このとき、赤外光の反射光の周波数解析の結果には、実質的に体動成分しか現れず、また、緑色光の反射光の周波数解析の結果には、脈拍成分と体動成分とが現れるので、両周波数解析の結果を比較することにより、脈拍成分のみを抽出することができる。
【００７１】
そして、脈拍成分から脈拍数や脈拍間隔を求めることができ、体動成分から体動の回数等を求めることができる。
尚、本実施例では、赤外ＬＥＤ１７の光の強度を低減するように調節する場合を例に挙げたが、例えば照射する光量の少ない赤外ＬＥＤを採用するなどの方法により、赤外ＬＥＤ１７の光量を低減するようにしても、同様な効果が得られる。
【００７２】
（実施例２）
次に実施例２の脈波検出装置について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
本実施例では、赤外ＬＥＤ１７及び緑色ＬＥＤ１９から同じ強度の光を照射する。そして、照射された光の反射光をＰＤ２１にて受光し、検出回路１１にて増幅するが、その増幅率（即ち感度）が赤外ＬＥＤ１７と緑色ＬＥＤ１９とで異なるように調整する。
【００７３】
具体的には、赤外光の反射光による信号の増幅率を、緑色光の反射光による信号の増幅率より十分に小さく（好ましくは１／５程度に）設定する。
これにより、前記実施例１と同様に、赤外ＬＥＤ１７を発光させる場合には、その検出信号における脈拍成分は、Ｓ／Ｎの関係でＮに埋もれて検出されないため、体動成分のみが検出される。よって、同様にして、脈拍成分（即ち脈拍数）や体動成分を求めることができる。
【００７４】
（実施例３）
次に実施例３の脈波検出装置について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
本実施例では、赤外ＬＥＤ１７及び緑色ＬＥＤ１９から同じ強度の光を照射するとともに、同じ感度で検出信号を増幅する。
【００７５】
つまり、緑色ＬＥＤ１７を用いた場合には、例えば従来の赤外ＬＥＤよりＳ／Ｎが大きいので、赤外ＬＥＤ１７及び緑色ＬＥＤ１９の各検出信号を比較することにより、体動成分のみを抽出することが可能である。
例えば赤外ＬＥＤ１７を用いた場合には、その検出信号の周波数解析の結果において、脈拍成分に対するピークのパワーは小さいので、所定パワー以下の周波数をカットすることにより、体動成分のみを抽出し、更に、前記実施例１と同様にして、心拍成分を抽出することができる。
【００７６】
（実施例４）
次に実施例４の脈波検出装置について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
本実施例では、図８（ａ）に示す様に、脈波センサ３１は、前記実施例１と同様に、赤外ＬＥＤ３３、緑色ＬＥＤ３５、ＰＤ３７を備えるが、特に、赤外ＬＥＤ３３の上部の窓（即ち透明の樹脂製の窓部材）３９の一部が切り欠かれて、引き下がり部に相当する凹部４１が形成されている。
【００７７】
つまり、この凹部４１により、窓３９の上面４３は人体に直接接触しないようにされているので、皮膚の表面は体動に伴って揺れやすくなり、体動を強調して検出することができる。
よって、赤外ＬＥＤ３３の強度（又は光量）を小さくでき、消費電力を節約することができる。
【００７８】
尚、これとは別に、図示しないが、赤外ＬＥＤの上部の窓に凹凸を設けてよい。この方法でも、体動を強調して取り出すことができる。
（実施例５）
次に実施例５の脈波検出装置について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００７９】
本実施例では、図８（ｂ）に示す様に、脈波センサ５１は、前記実施例４と同様に、赤外ＬＥＤ５３、緑色ＬＥＤ５５、ＰＤ５７を備え、赤外ＬＥＤ５３の上部の窓５９の一部が切り欠かれて、凹部６１が形成されている。
特に本実施例では、この凹部６１に、透明で柔軟な材料（例えばゲル状のシリコン）からなる表面層６３が配置されている。
【００８０】
よって、本実施例においても、皮膚の表面は体動に伴って揺れやすくなり、体動を強調して検出することができるので、赤外ＬＥＤ５３の強度（又は光量）を小さくでき、消費電力を節約することができる。
（実施例６）
次に実施例６の脈波検出装置について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００８１】
図９に示す様に、本実施例の脈波センサ７１は、２対の素子を備えている。
具体的には、赤外ＬＥＤ７３と、その反射光を受光する赤外用ＰＤ７５と、緑色ＬＥＤ７７と、その反射光を受光する緑色用ＰＤ７９とを備えている。
そして、各素子対の領域を遮蔽して分離するために、各素子対の間には、光を通さない材料からなる分離壁８１が設けられている。
【００８２】
本実施例は、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、各素子対は光学的に分離されているので、赤外ＬＥＤ７３及び緑色ＬＥＤ７７から同時に光を照射することができる。
よって、処理時間を節約できるという利点がある。
【００８３】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば、前記実施例では、脈波検出装置について述べたが、脈拍成分や体動成分を抽出する処理等に関しては、上述したアルゴリズムに基づく処理を実行させるプログラムやそのプログラムを記憶している記録媒体にも適用できる。
【００８４】
この記録媒体としては、マイクロコンピュータとして構成される電子制御装置、マイクロチップ、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＤＶＤ、光ディスク等の各種の記録媒体が挙げられる。つまり、上述した脈波検出装置の処理を実行させることができるプログラムを記憶したものであれば、特に限定はない。
【００８５】
尚、前記プログラムは、単に記録媒体に記憶されたものに限定されることなく、例えばインターネットなどの通信ラインにて送受信されるプログラムにも適用される。
（２）また、前記脈波検出装置は、脈波センサから得られた信号を、すぐそばにあるデータ処理装置に直接に入力する場合だけでなく、脈波センサからの得られたデータを例えばパソコン等の装置に入力し、そのデータを例えばインターネット等を利用して遠隔地にあるデータ処理装置に送信にして、脈拍成分（従って脈拍数）や体動成分を測定する場合に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の脈波検出装置の主要な構成を示す説明図である。
【図２】実施例１の脈波センサの使用方法等を示す説明図である。
【図３】実施例１の脈波センサによって得られる検出信号を示すグラフである。
【図４】実施例１の検出信号の周波数解析の結果を模式的に示すグラフである。
【図５】実施例１の検出信号の周波数解析の結果を模式的に示すグラフであり、（ａ）は緑色光に関する周波数解析結果を示すグラフ、（ｂ）は赤外光に関する周波数解析結果を示すグラフである。
【図６】実施例１の脈波検出処理を示すフローチャートである。
【図７】実際の検出信号の周波数解析の結果を示すグラフであり、（ａ）は緑色光に関する周波数解析結果を示すグラフ、（ｂ）は赤外光に関する周波数解析結果を示すグラフである。
【図８】（ａ）は実施例４の脈波センサを示す説明図、（ｂ）は実施例５の脈波センサを示す説明図である。
【図９】実施例６の脈波センサを示す説明図である。
【図１０】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１…脈波検出装置
３…データ処理装置部
５、３１、５１、７１…脈波センサ
７…駆動回路
１７、３３、５５、７３…赤外ＬＥＤ
１９、３５、５７、７７…緑色ＬＥＤ
２１、３７、５９、７５、７９…フォトダイオード（ＰＤ）
２７…窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004261366.tif 000011
【図１０】
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