(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から照射された光のうち、ユーザの体表面で反射された光を受光する第１の受光手段と、
前記ユーザの体表面よりも前記光源に近い位置に設けられ、当該光源から照射された光を反射する反射手段と、
前記反射手段によって反射された光を受光する第２の受光手段と、
前記第１の受光手段が前記ユーザの体表面で反射された光を受光することによって得た第１の信号と、前記第２の受光手段が前記反射手段で反射された光を受光することによって得た第２の信号とを前記各受光手段から取得し、前記光源から照射される光に含まれるノイズを除去するために、当該第１の信号の値から当該第２の信号の値を減算する減算処理を実行する演算手段と、
前記光源が光を照射するタイミングと、前記演算手段が信号を取得するタイミングとを制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、
前記光源を間欠的に発光させると共に、当該光源を発光させたタイミングと同期して、前記第１の信号及び前記第２の信号を取得するよう前記演算手段を制御する生体信号計測装置。
【請求項２】
光源と、
前記光源から照射された光のうち、ユーザの体表面で反射された光を受光する第１の受光手段と、
前記光源と第２の受光手段とを接続し、当該光源から照射された光を当該第２の受光手段に導く導光手段と、
前記導光手段により導光された光を受光する第２の受光手段と、
前記第１の受光手段が前記ユーザの体表面で反射された光を受光することによって得た第１の信号と、前記第２の受光手段が前記導光手段によって導光された光を受光することによって得た第２の信号とを前記各受光手段から取得し、前記光源から照射される光に含まれるノイズを除去するために、当該第１の信号の値から当該第２の信号の値を減算する減算処理を実行する演算手段と、
前記光源が光を照射するタイミングと、前記演算手段が信号を取得するタイミングとを制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、
前記光源を間欠的に発光させると共に、当該光源を発光させたタイミングと同期して、前記第１の信号及び前記第２の信号を取得するよう前記演算手段を制御する生体信号計測装置。
【請求項３】
光源と、
前記光源から照射された光のうち、ユーザの体表面で反射された光を受光する第１の受光手段と、
前記ユーザの体表面よりも前記光源に近い位置に設けられ、当該光源から照射された光を直接受光する第２の受光手段と、
前記第１の受光手段が前記ユーザの体表面で反射された光を受光することによって得た第１の信号と、前記第２の受光手段が前記光源から照射された光を直接受光することによって得た第２の信号とを前記各受光手段から取得し、当該光源から照射される光に含まれるノイズを除去するために、当該第１の信号の値から当該第２の信号の値を減算する減算処理を実行する演算手段と、
前記光源が光を照射するタイミングと、前記演算手段が信号を取得するタイミングとを制御する制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、
前記光源を間欠的に発光させると共に、当該光源を発光させたタイミングと同期して、前記第１の信号及び前記第２の信号を取得するよう前記演算手段を制御する生体信号計測装置。
【請求項４】
前記第１の受光手段は、
前記光源が消灯しているタイミングで、外部からの光を更に受光し、
前記制御手段は、
前記光源を消灯させたタイミングと同期して、前記第１の受光手段が前記外部からの光を受光することによって得た第３の信号を取得するよう前記演算手段を制御する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の生体信号計測装置。
【請求項５】
前記演算手段は、
前記各受光手段から所定回数信号を取得し、前記第１の受光手段から当該所定回数だけ前記第１の信号を取得することにより得られる当該第１の信号の時系列と、前記第２の受光手段から当該所定回数だけ前記第２の信号を取得することにより得られる当該第２の信号の時系列とから、前記減算処理時に用いられる係数を決定する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の生体信号計測装置。
【請求項６】
前記演算手段は、
前記各受光手段から信号を取得する度に、ＬＳＭアルゴリズムに基づき前記減算処理時に用いられる係数を決定する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の生体信号計測装置。
【請求項７】
前記演算手段は、
前記第１の信号と前記第２の信号との位相差に基づき前記減算処理を実行する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の生体信号計測装置。
【請求項８】
前記反射手段は、
生体信号計測装置の筐体の一部として形成される請求項１に記載の生体信号計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、生体信号計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘルスケアを目的としたウェアラブルデバイスが広く利用されてきている。特に、脈波計測機能が搭載されたウェアラブルデバイスが徐々に普及してきている。この脈波計測機能は、例えば光電容積脈波（ＰＰＧ）を用いて、非侵襲かつ簡易な方法で実現される。
【０００３】
光電容積脈波を利用した生体信号計測装置（以下では、光電脈波計測装置とも称する）には、透過型と反射型の２種類がある。透過型の光電脈波計測装置は、例えば当該装置の光源と光検出器とで指先や耳朶等を挟むようにして装着し、光源から照射され、指や耳朶の中を通過した光を光検出器で検出することによって脈拍を計測する。
【０００４】
一方で、反射型の光電脈波計測装置は、光源と光検出器とがほぼ同一の平面上に配置され、光源から照射され、装着者の皮膚で反射された光を光検出器で検出する。このとき、光検出器で検出される光量は、血液の流れと同期して増減を繰り返すため、当該光量の信号の時系列のピーク点または立ち上がり点等を計測することにより、脈拍を計測することができる。
【０００５】
一般的に、反射型の光電脈波計測装置は、透過型の光電脈波計測装置に比べて、形状や装着位置の制約が少ないというメリットがある一方で、光検出器で検出される信号のＳ／Ｎ比があまり良くないという不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１１５８５号公報
【特許文献２】特開２００６−１０２１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、検出される信号のＳ／Ｎ比の劣化を防ぎ得る生体信号計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、生体信号計測装置は、光源と、第１の受光手段と、反射手段と、第２の受光手段と、演算手段と、制御手段とを備えている。前記第１の受光手段は、前記光源から照射された光のうち、ユーザの体表面で反射された光を受光する。前記反射手段は、前記ユーザの体表面よりも前記光源に近い位置に設けられ、当該光源から照射された光を反射する。前記第２の受光手段は、前記反射手段によって反射された光を受光する。前記演算手段は、前記第１の受光手段が前記ユーザの体表面で反射された光を受光することによって得た第１の信号と、前記第２の受光手段が前記反射手段で反射された光を受光することによって得た第２の信号とを前記各受光手段から取得し、前記光源から照射される光に含まれるノイズを除去するために、当該第１の信号の値から当該第２の信号の値を減算する減算処理を実行する。前記制御手段は、前記光源が光を照射するタイミングと、前記演算手段が信号を取得するタイミングとを制御する。前記制御手段は、前記光源を間欠的に発光させると共に、当該光源を発光させたタイミングと同期して、前記第１の信号及び前記第２の信号を取得するよう前記演算手段を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】反射型の光電脈波計測の概要を説明するための図。
【図２】反射型の光電脈波計測における光源の揺らぎ成分を除去する方法について説明するための図。
【図３】第１の実施形態に係る生体信号計測装置の構成の一例を示す図。
【図４】同実施形態に係る生体信号計測装置に含まれる各部の配置の一例を示す図。
【図５】同実施形態に係る生体信号計測装置であって、図４とは異なる配置の一例を示す図。
【図６】同実施形態に係る生体信号計測装置に含まれる演算部の動作の一例を示すフローチャート。
【図７】同実施形態に係る生体信号計測装置であって、図３に示す生体信号計測装置とは別の構成の生体信号計測装置の構成を示す図。
【図８】同実施形態に係る生体信号計測装置であって、図３に示す生体信号計測装置とは更に別の構成の生体信号計測装置の構成を示す図。
【図９】同実施形態に係る生体信号計測装置であって、図８に示す生体信号計測装置に含まれる各部の配置の一例を示す図。
【図１０】同実施形態に係る生体信号計測装置であって、図９とは異なる配置の一例を示す図。
【図１１】第２の実施形態に係る生体信号計測装置の構成の一例を示す図。
【図１２】光源を点灯及び消灯するタイミングと、第１の信号及び第２の信号を取得するタイミングとを説明するための図。
【図１３】同実施形態に係る生体信号計測装置の動作の一例を示すフローチャート。
【図１４】同実施形態に係る生体信号計測装置であって、外乱光を考慮した場合の生体信号計測装置の動作の一例を示すフローチャート。
【図１５】光源を点灯及び消灯するタイミングと、第１〜第３の信号を取得するタイミングとを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。  
始めに、図１を参照して、反射型の光電脈波計測装置において、光源の光量の揺らぎが、計測時に得られる（検出される）信号のＳ／Ｎ比に影響を与えてしまう原理について説明する。
【００１１】
なお、ここでは、図１に示すように、時刻ｔに光源ａ１から照射される光の強度をＰ（ｔ）とし、少なくとも光源ａ１と受光素子（光検出器）ａ２とを含む光電脈波計測装置を装着する装着者（ユーザ）の時刻ｔにおける皮膚の反射率をＲ（ｔ）として説明する。
【００１２】
一般的に、皮膚の反射率Ｒ（ｔ）はほぼ一定であるものの、皮膚を流れる血液の量（血流量）に応じて微小に変化するため、当該皮膚の反射率Ｒ（ｔ）は、以下のように表すことができる。
【００１３】
Ｒ（ｔ）＝ＲＤＣ＋ＲＡＣ（ｔ）                              ・・・（１）
なお、（１）式に示すＲＤＣは変化しない一定の直流成分を示し、ＲＡＣ（ｔ）は皮膚を流れる血流量に応じて変化する交流成分を示す。
【００１４】
また、上記したように、光の強度をＰ（ｔ）とし、皮膚の反射率をＲ（ｔ）とすると、時刻ｔに光電脈波計測装置（受光素子ａ２）で得られる信号の強度は、以下に示すＹ１（ｔ）に比例する。
【００１５】
Ｙ１（ｔ）＝Ｐ（ｔ）×Ｒ（ｔ）                          ・・・（２）
ここで、理想的な状態の場合、光の強度Ｐ（ｔ）は一定であるので、ＰＤＣと表すことができる。また、上記した（１）式を考慮すると、（２）式は後述する（２）’式のように変形することができる。
【００１６】
Ｙ１（ｔ）＝ＰＤＣ×｛ＲＤＣ＋ＲＡＣ（ｔ）｝
＝ＰＤＣ・ＲＤＣ＋ＰＤＣ・ＲＡＣ（ｔ）                        ・・・（２）’
上記した（２）’式のうち、変化する成分（交流成分）はＰＤＣ・ＲＡＣ（ｔ）であり、これは血流量の変化に比例する。すなわち、光電脈波計測装置で得られる信号の交流成分を観測（計測）することで、血流に応じた脈波信号を観測（計測）することができる。
【００１７】
しかしながら、光の強度Ｐ（ｔ）が一定ではなく、微小な揺らぎ（ノイズ）を有していたと仮定すると、光の強度Ｐ（ｔ）は、後述する（３）式のように表すことができる。
【００１８】
Ｐ（ｔ）＝ＰＤＣ＋ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）                      ・・・（３）
なお、（３）式に示すＰＤＣは変化しない一定の直流成分を示し、ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）は光源ａ１に含まれる揺らぎ成分（ノイズ）を示す。ここで、上記した（３）式を考慮すると、上記した（２）式は、後述する（４）式のように書き直すことができる。
【００１９】
Ｙ１（ｔ）＝Ｐ（ｔ）×Ｒ（ｔ）
＝｛ＰＤＣ＋ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）｝×｛ＲＤＣ＋ＲＡＣ（ｔ）｝
＝ＰＤＣ・ＲＤＣ＋ＰＤＣ・ＲＡＣ（ｔ）＋ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）・ＲＤＣ＋ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）・ＲＡＣ（ｔ）                                          ・・・（４）
一般には、光源ａ１の揺らぎ成分ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）は直流成分ＰＤＣと比較すると非常に小さく、上記した（４）式の第２項は、第３項及び第４項に比べて十分に大きくなるので、上記したＹ１（ｔ）の交流成分は、ほぼ血流に応じた脈波信号を捉えているものと考えられている。
【００２０】
しかしながら、本願発明者が詳細に検討した所によると、上記した（４）式の第４項は第２項に比べて無視できる程小さいが、第３項は第２項に比べて無視できる程小さいとはいえず、脈波計測における大きなノイズ要因となっていることが分かった。このため、（４）式の第３項に示されるノイズを除去すること（換言すると、ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）・ＲＤＣをＹ１（ｔ）から除去すること）が、脈波計測を精度良く行うにあたって重要となってくる。
【００２１】
以下では、図２を参照して、上記した（４）式の第３項に示されるノイズを除去するための原理（すなわち、本願発明の原理）について説明する。なお、図２では、物体ａ３の反射率は一定であり、この反射率はＲＣで示されるものとする。光源ａ１から照射される光の一部は、反射率ＲＣの物体ａ３で反射し、第２の受光素子ａ４にて検出される。この場合、第２の受光素子ａ４で検出される信号の強度は、以下に示すＹ２（ｔ）に比例する。
【００２２】
Ｙ２（ｔ）＝ＲＣ×Ｐ（ｔ）                                  ・・・（５）
ここで、上記した（３）式を考慮すると、（５）式は、以下の（５）’式のように変形することができる。
【００２３】
Ｙ２（ｔ）＝ＲＣ×｛ＰＤＣ＋ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）｝
＝ＲＣ・ＰＤＣ＋ＲＣ・ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）                        ・・・（５）’
皮膚の反射率Ｒ（ｔ）と、物体ａ３の反射率ＲＣとは異なる値であるので、上記したＹ１（ｔ）と、上記したＹ２（ｔ）とに差が出てしまう。このため、適切な係数αをＹ２（ｔ）に掛けて、これをＹ１（ｔ）から減算することで、上記した（４）式の第３項に示されるノイズを除去することができるようになる。すなわち、以下に示す（６）式のようにすることで、上記した（４）式の第３項に示されるノイズを除去することができるようになる。なお、上記した（４）式の第４項は、（４）式の第２項に比べて十分に小さいため、ここでは無視することができるものとする。
【００２４】
Ｙ１（ｔ）−αＹ２（ｔ）＝｛ＰＤＣ・ＲＤＣ＋ＰＤＣ・ＲＡＣ（ｔ）＋ＲＤＣ・ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）｝−α｛ＲＣ・ＰＤＣ＋Ｒｃ・ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）｝
＝ＰＤＣ・ＲＤＣ−αＲＣ・ＰＤＣ＋ＰＤＣ・ＲＡＣ（ｔ）＋ＲＤＣ・ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）−αＲＣ・ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）
＝（ＰＤＣ・ＲＤＣ−αＲＣ・ＰＤＣ）＋ＰＤＣ・ＲＡＣ（ｔ）＋｛ＲＤＣ−αＲＣ｝ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）                                              ・・・（６）
このとき、係数αがＲＤＣ／ＲＣであれば、上記した（６）式の第３項はゼロとなるため、Ｙ１（ｔ）−αＹ２（ｔ）の変化する成分（交流成分）はＰＤＣ・ＲＡＣ（ｔ）だけとなり、光源ａ１の光量に含まれる揺らぎに起因したノイズＰＮＯＩＳＥ（ｔ）を除去することができる。
【００２５】
しかしながら、もし物体ａ３の反射率ＲＣが一定ではなく、時間と共に変動してしまう成分ΔＲＣ（ｔ）を有し、このΔＲＣ（ｔ）が無視できない程度の大きさを有していたと仮定すると、時刻ｔにおける物体ａ３の反射率ＲＣ（ｔ）は以下のように表すことができる。
【００２６】
ＲＣ（ｔ）＝ＲＣ＋ΔＲＣ（ｔ）                            ・・・（７）
この場合、上記した（５）式は、後述する（８）式のように書き直すことができる。
【００２７】
Ｙ２（ｔ）＝｛ＲＣ＋ΔＲＣ（ｔ）｝×Ｐ（ｔ）
＝｛ＲＣ＋ΔＲＣ（ｔ）｝×｛ＰＤＣ＋ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）｝
＝ＲＣ・ＰＤＣ＋ＲＣ・ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）＋ＰＤＣ・ΔＲＣ（ｔ）＋ΔＲＣ（ｔ）・ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）                                                ・・・（８）
これに伴い、上記した（６）式も、後述する（９）式のように書き直すことができる。
【００２８】
Ｙ１（ｔ）−αＹ２（ｔ）＝｛ＰＤＣ・ＲＤＣ＋ＰＤＣ・ＲＡＣ（ｔ）＋ＲＤＣ・ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）｝−α｛ＲＣ・ＰＤＣ＋ＲＣ・ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）＋ＰＤＣ・ΔＲＣ（ｔ）＋ΔＲＣ（ｔ）・ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）｝
＝（ＰＤＣ・ＲＤＣ−αＲＣ・ＰＤＣ）＋ＰＤＣ・ＲＡＣ（ｔ）＋｛ＲＤＣ−αＲＣ−αΔＲＣ（ｔ）｝ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）−αＰＤＣ・ΔＲＣ（ｔ）        ・・・（９）
上記した（９）式によると、ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）にかかる項は、上記した（６）式とは異なり一定のαの値によってゼロにすることができない。すなわち、（９）式の第３項である｛ＲＤＣ−αＲＣ−αΔＲＣ（ｔ）｝ＰＮＯＩＳＥ（ｔ）が変動成分として加わってしまう。
【００２９】
以上のことを考慮すると、物体ａ３の反射率ＲＣの大きさを一定に保つことが、光源ａ１に含まれる光量の揺らぎに起因したノイズを除去する上で、重要であることが分かる。また、反射率ＲＣが一定であることに加えて、光源ａ１と当該光源ａ１から照射される光の一部を反射させる物体ａ３、更には受光素子ａ２，ａ４の位置関係が一定に保たれることも重要である。
【００３０】
以下に、上述にて説明した原理を考慮した生体信号計測装置について説明する。
【００３１】
＜第１の実施形態＞
図３は、第１の実施形態に係る生体信号計測装置１０の機能構成の一例を示す図である。生体信号計測装置１０は、図３に示すように、光源１０１、反射部１０２、第１の受光部１０３、第２の受光部１０４及び演算部１０５等を備える。
【００３２】
光源１０１は、生体信号計測装置１０を装着する装着者の皮膚と、反射部１０２とに対して光を照射する。光源１０１には、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等が利用される。光源１０１から照射される光としては、例えば５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光が利用される。なお、光源１０１から照射される光の波長は、５００ｎｍ〜６００ｎｍに限定されるものではなく、例えば１０００ｎｍ程度の赤外線などであってもよい。
【００３３】
反射部１０２は、装着者の皮膚よりも光源１０１に近い位置に設けられ、光源１０１から照射された光を第２の受光部１０４に向けて反射させる。すなわち、反射部１０２は、光源１０１から照射される光のうち、装着者の皮膚に到達する前の光を第２の受光部１０４に反射させる。反射部１０２は、反射率が一定であり、不透明で剛性を有した材質のものにより形成され、鏡面反射特性を有している方が好ましい。具体的には、反射部１０２には、不透明なプラスチック等が用いられる。
【００３４】
第１の受光部１０３は、光源１０１から照射された光のうち、生体信号計測装置１０を装着する装着者の皮膚により反射された光を受光する。皮膚により反射された光を受光することで得られた信号は、例えばアナログフロントエンド（ＡＦＥ）回路を介してフィルタリング等の処理が実行され、信号の直流成分や不要な高周波成分が除去された後に、演算部１０５に出力される。
【００３５】
第２の受光部１０４は、光源１０１から照射された光のうち、反射部１０２により反射された光を受光する。反射部１０２により反射された光を受光することで得られた信号は、第１の受光部１０３と同様に、例えばＡＦＥ回路を介してフィルタリング等の処理が実行され、信号の直流成分や不要な高周波成分が除去された後に、演算部１０５に出力される。なお、ＡＦＥ回路の周波数特性は、第１の受光部１０３に設けられるＡＦＥ回路と同一である方が好ましい。
【００３６】
演算部１０５は、例えばＡ／Ｄコンバータを内蔵したマイクロコンピュータ等により構成される。演算部１０５は、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４の各々から信号を取得する（取り込む）と、上記した（６）式にしたがって、減算処理を実行し、光源１０１の光量に含まれる１／Ｆ雑音に起因したノイズ（雑音）を除去し、Ｓ／Ｎ比の高い脈波の時系列信号を算出する。
【００３７】
なお、上記した光源１０１、反射部１０２、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４の互いの位置関係（具体的には、距離や角度）は、ほぼ一定に保たれる。具体的には、図４に示すように、光源１０１、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４が同一のプリント基板ＰＣＢ上に配置され、反射部１０２が、当該プリント基板ＰＣＢ上に配置されたスペーサＳＰ上に配置されることで、互いの位置関係はほぼ一定に保たれる。なお、反射部１０２は、光源１０１から照射される光を第２の受光部１０４に向けて反射させることができる位置を確保できるのであれば、プリント基板ＰＣＢ上に直接接着されてもよい。
【００３８】
また、反射部１０２は、図５に示すように、生体信号計測装置１０の筐体としての役割を兼ね備えてもよい。この場合、光源１０１と第１の受光部１０３と対向する位置には、図５に示すように、光源１０１から照射される光及び生体信号計測装置１０の装着者の皮膚によって反射された光を透過する透明な窓Ｗが設けられる。この透明な窓Ｗの両端には、筐体としての役割を兼ね備えた反射部１０２と筐体ＳＣとが設けられる。なお、この透明な窓Ｗは、光源１０１から放射される光の多数が生体信号計測装置１０の装着者の皮膚に到達するようにするために、光源１０１の光束分布の中央の上部に設けられる方が好ましい。
【００３９】
ここで、以上のように構成された生体信号計測装置１０に含まれる演算部１０５の動作の一例について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。なお、ここでは、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４の各々に設けられたＡＦＥ回路の周波数特性は同一であるものとする。
【００４０】
まず、演算部１０５は、第１の受光部１０３から出力された第１の信号を取得し（取り込み）、当該第１の信号の値Ｙ１を当該演算部１０５内に設けられた図示しないメモリに記録する（ステップＳ１）。なお、以下では、ｉ回目に取得された第１の信号の値をＹ１（ｉ）と表記するものとする。
【００４１】
続いて、演算部１０５は、第２の受光部１０４から出力された第２の信号を取得し（取り込み）、当該第２の信号の値Ｙ２を当該演算部１０５内に設けられた図示しないメモリに記録する（ステップＳ２）。なお、以下では、ｉ回目に取得された第２の信号の値をＹ２（ｉ）と表記するものとする。
【００４２】
次に、演算部１０５は、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４から所定回数（ここでは、Ｎ回とする）だけ第１の信号及び第２の信号を取得したか否かを判定する（ステップＳ３）。なお、第１の信号及び第２の信号を取得した回数がＮ回よりも少ないと判定された場合（ステップＳ３のＮＯ）、上記したステップＳ１の処理に戻り、当該ステップＳ１の処理を再度実行する。
【００４３】
一方で、第１の信号及び第２の信号を取得した回数がＮ回であると判定された場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、演算部１０５の図示しないメモリには、第１の信号に関するＮ個の値Ｙ１（ｉ）（但し、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）と、第２の信号に関するＮ個の値Ｙ２（ｉ）（但し、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）とが記録されていることになる。演算部１０５は、これらの値を用いて、後述する（１０）式で与えられるＸが最小となるように、係数ａ，ｂを決定（算出）する（ステップＳ４）。なお、このステップＳ４の処理による係数ａ，ｂの決定は、一般的な最適化問題であり、既に公知の方法を用いればよい。
【数１】
0006406135.tif 000002
【００４４】
なお、本動作例では、上記したように第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４の各々に設けられたＡＦＥ回路の周波数特性が同一であるものと仮定しているが、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４の各々に設けられたＡＦＥ回路の周波数特性が異なる場合、上記した（１０）式を後述する（１０）’式に置き換えることにより、周波数特性の違いに起因して生じる影響を低減することができる。
【数２】
0006406135.tif 000003
【００４５】
なお、上記した（１０）’式に示すΔｉは、光源１０１から照射された光を第１の受光部１０３が受光し、ＡＦＥ回路を通過する時間と、光源１０１から照射され、反射部１０２にて反射された光を第２の受光部１０４が受光し、ＡＦＥ回路を通過する時間との平均的な差分を示す値であり、演算部１０５内に設けられた図示しないメモリ等に予め記録されているものとする。
【００４６】
再び図６の説明に戻る。演算部１０５は、上記したステップＳ４の処理により係数ａ，ｂを決定すると、後述する（１１）式に基づいて減算処理を実行し、ノイズの除去された信号の時系列ＹＳ（ｉ）（但し、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）を算出する（ステップＳ５）。
【００４７】
ＹＳ（ｉ）＝Ｙ１（ｉ）−｛ａＹ２（ｉ）＋ｂ｝            ・・・（１１）
なお、上記したように第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４の各々に設けられたＡＦＥ回路の周波数特性が異なり、上記した（１０）’式を利用して係数ａ，ｂが決定されている場合、上記した（１１）式を後述する（１１）’式に置き換えることにより、周波数特性の違いに起因して生じる影響を低減することができる。
【００４８】
ＹＳ（ｉ）＝Ｙ１（ｉ）−｛ａＹ２（ｉ＋Δｉ）＋ｂ｝  ・・・（１１）’
再び図６の説明に戻る。しかる後、演算部１０５は、算出されたノイズの除去された信号の時系列ＹＳ（ｉ）を出力して（ステップＳ６）、ここでの処理を終了させる。なお、信号の時系列ＹＳ（ｉ）の出力先は、生体信号計測装置１０の外部であってもよいし、当該生体信号計測装置１０内に設けられた図示しないメモリや、当該生体信号計測装置１０内に別途搭載された脈拍数検出処理を実行可能なモジュール等であってもよい。
【００４９】
以上説明した第１の実施形態によれば、上記した図６に示す処理を実行可能な演算部１０５を備えているので、光源１０１から照射される光の光量に含まれる１／Ｆ雑音に起因する光電脈波信号のノイズを効果的に除去することができる。また、光源１０１、反射部１０２、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４の位置関係は、図４及び図５に示すように、一定に保たれているので、反射部１０２に照射される光の強度は、生体信号計測装置１０の装着者の微小な動きの影響を受けず、結果として、光源１０１から照射される光の光量に含まれる１／Ｆ雑音に起因した光電脈波信号のノイズを効果的に除去することができる。更に、演算部１０５は、第１の受光部１０３から出力される第１の信号と、第２の受光部１０４から出力される第２の信号との位相差に起因した影響を低減する構成を備えているので、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４の各々に設けられるＡＦＥ回路の周波数特性が異なっていたとしてもノイズの除去を高精度に行うことができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、演算部１０５は、所定回数（Ｎ回）分の信号を取り込んだ上で、係数を決定する処理や減算処理を実行するとしたが、例えば、ＬＳＭ適応フィルタを用いることによって、１回分の信号を取り込む毎に減算処理を実行するとしてもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、上述した図３に示したように、光源１０１から照射された光を第２の受光部１０４に向けて反射させる反射部１０２が設けられる構成としたが、例えば図７に示すように、反射部１０２に代えて、導光部１０２’が設けられる構成であってもよい。
【００５２】
導光部１０２’は、光源１０１から照射された光の一部を生体信号計測装置１０の装着者の皮膚に向けてではなく、第２の受光部１０４に向かうように導光（導く）ものである。この導光部１０２’は、光透過性を有する材質であって、更には剛性を有する材質で形成される。例えば、光ファイバのような材質で形成されてもよいし、透明なプラスチック等の樹脂によって形成されてもよい。なお、導光部１０２’は、空気よりも屈折率の高い材質で形成される方が好ましい。制作コストの都合上等で、空気よりも屈折率の高い材質で形成することができない場合、導光部１０２’の表面に遮光性の高い塗装等を施し、光源１０１以外の光（例えば、外部からの光等）を導光部１０２’に入射しにくくすることで、導光部１０２’は形成されてもよい。
【００５３】
導光部１０２’によって第２の受光部１０４に導光され、第２の受光部１０４で受光される光の強度は、反射部１０２によって反射され、第２の受光部１０４で受光される光の強度と比例関係にあるので、上述した効果と同様な効果を得ることができる。すなわち、光源１０１から照射される光の光量に含まれる１／Ｆ雑音に起因した光電脈波信号のノイズを効果的に除去することができる。
【００５４】
更に、第２の受光部１０４が、図８に示すように、光源１０１から照射される光を直接受光可能な位置に設けられるとすれば、反射部１０２や導光部１０２’を設けなくても構わない。この場合、第２の受光部１０４は、例えば図９に示すように、光源１０１や第１の受光部１０３が設けられるプリント基板ＰＣＢ１とは異なるプリント基板であって、スペーサＳＰと筐体ＳＣとの間に設けられるプリント基板ＰＣＢ２上に配置される。なお、図９に示すように、各部１０１，１０３，１０４の位置関係は、剛性を有したスペーサＳＰや基板コネクタ等によって互いに一定に保たれる。
【００５５】
また、第２の受光部１０４が、光源１０１から照射される光を直接受光する具体的な構成としては、図９に示した構成の他に、例えば図１０に示すような構成が考えられる。ここでは、第２の受光部１０４が、フレキシブル基板ＦＣＢ上に配置されている場合を例示する。図１０に示す構成であっても、各部１０１，１０３，１０４の位置関係は、剛性を有したスペーサＳＰ等によって互いに一定に保たれる。
【００５６】
このように、第２の受光部１０４が光源１０１から照射される光を直接受光する場合であっても、第２の受光部１０４で受光される光の強度は、反射部１０２によって反射され、第２の受光部１０４で受光される光の強度と比例関係にあるので、上述した効果と同様な効果を得ることができる。すなわち、光源１０１から照射される光の光量に含まれる１／Ｆ雑音に起因した光電脈波信号のノイズを効果的に除去することができる。
【００５７】
＜第２の実施形態＞
図１１は、第２の実施形態に係る生体信号計測装置１０の構成の一例を示す図である。なお、第１の実施形態と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、その詳しい説明を省略するものとする。第２の実施形態では、生体信号計測装置１０に光源１０１、反射部１０２、第１の受光部１０３、第２の受光部１０４及び演算部１０５に加えて、制御部１０６が更に設けられた場合について説明する。
【００５８】
光源１０１は、上述した第１の実施形態と同様に、生体信号計測装置１０の装着者の皮膚及び反射部１０２に向けて光を照射するものではあるが、後述する制御部１０６によって発光するタイミング及び消灯するタイミングが制御される。
【００５９】
第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４は、上述した第１の実施形態と同様に、生体信号計測装置１０の装着者の皮膚により反射された光または反射部１０２により反射された光を受光し、これにより得られた信号を演算部１０５に対して出力するものではあるが、フィルタリング処理を実行する一般的なＡＦＥ回路を各々搭載していない、または応答が非常に高速なＡＦＥ回路を各々搭載しているものである。
【００６０】
演算部１０５は、後述する制御部１０６から光源１０１を発光させたタイミングを示すタイミング情報の入力を受け付けると、当該タイミング情報により示されるタイミングと同期して、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４から出力された信号を取得する（取り込む）処理を実行する。なお、信号を取得する処理に使用されるＡ／Ｄコンバータは、１６ビット以上の分解能を有している方が好ましい。
【００６１】
制御部１０６は、光源１０１が発光するタイミング（換言すると、光源１０１が光を照射するタイミング）と、演算部１０５が第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４から出力された信号を取得する（取り込む）タイミングとを制御する機能を有している。
【００６２】
例えば、図１２に示すように、制御部１０６は、ｔＡのタイミングで光源１０１を発光（点灯）させ、ｔＢのタイミングで第１の受光部１０３から出力される第１の信号の取得を演算部１０５に実行させ、ｔＣのタイミングで第２の受光部１０４から出力される第２の信号の取得を演算部１０５に実行させ、ｔＤのタイミングで光源１０１を消灯させるように、各種タイミングを制御する。
【００６３】
ここで、以上のように構成された生体信号計測装置１０の動作の一例について、図１３のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６４】
まず、制御部１０６は、光源１０１を発光（点灯）させると共に、演算部１０５に対して光源１０１が発光した旨を通知するタイミング情報を出力する（ステップＳ１１）。
【００６５】
続いて、演算部１０５は、制御部１０６から出力されたタイミング情報の入力を受け付けると、当該タイミング情報により示されるタイミングにしたがって、第１の受光部１０３から出力された第１の信号を取得し（取り込み）、当該第１の信号の値Ｙ１を当該演算部１０５内に設けられた図示しないメモリに記録する（ステップＳ１２）。
【００６６】
また、演算部１０５は、入力を受け付けたタイミング情報により示されるタイミングにしたがって、第２の受光部１０４から出力された第２の信号を取得し（取り込み）、当該第２の信号の値Ｙ２を当該演算部１０５内に設けられた図示しないメモリに記録する（ステップＳ１３）。
【００６７】
次に、制御部１０６は、光源１０１を消灯させる（ステップＳ１４）。光源１０１が消灯されると、演算部１０５は、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４から所定回数（ここでは、Ｎ回とする）だけ第１の信号及び第２の信号を取得した否かを判定する（ステップＳ１５）。なお、第１の信号及び第２の信号を取得した回数がＮ回よりも少ないと判定された場合（ステップＳ１５のＮＯ）、上記したステップＳ１１の処理に戻り、当該ステップＳ１１の処理を再度実行する。
【００６８】
一方で、第１の信号及び第２の信号を取得した回数がＮ回であると判定された場合（ステップＳ１５のＹＥＳ）、上述した図６に示すステップＳ４の処理と同様な処理を実行する（ステップＳ１６）。
【００６９】
以降のステップＳ１７，Ｓ１８の処理は、上述した図６に示すステップＳ５，Ｓ６の処理と同様であるため、ここではその詳しい説明は省略する。
【００７０】
なお、本実施形態では、演算部１０５が、第１の受光部１０３から出力された第１の信号を取得するタイミングと、第２の受光部１０４から出力された第２の信号を取得するタイミングとに若干（およそ数ミリ秒以下）のズレが生じてしまう。しかしながら、光源１０１から照射される光量に含まれるノイズは非常に低い周波数であるので、数ミリ秒程度のズレは上述した動作に影響を及ぼすことはない。
【００７１】
以上説明した第２の実施形態によれば、光源１０１を発光させるタイミングと、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４から出力される信号を取得するタイミングとを制御可能な制御部１０６を更に備えているので、光源１０１の点灯時間を短くすることができ、消費電流の平均値を低くすることができる。また、同時サンプリング可能なＡ／Ｄコンバータや、サンプルホールド回路等が不要となり、マルチプレクサと１台のＡ／Ｄコンバータだけで演算部１０５を構成することができるので、回路規模を小さくすることができる。
【００７２】
ここで、光源１０１から照射される光量に含まれるノイズだけでなく、外部からの光による影響を低減する方法について、図１４のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図１４に示すステップＳ２１〜Ｓ２４の処理は、上述したステップＳ１１〜Ｓ１４の処理と同様であるため、ここではその詳しい説明は省略する。
【００７３】
ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理が実行され、図１５に示すｔＤのタイミングで光源１０１が消灯されると、制御部１０６は、光源１０１が消灯した旨を示すタイミング情報を演算部１０５に出力する。演算部１０５は、制御部１０６から出力された光源１０１が消灯した旨を示すタイミング情報の入力を受け付けると、当該タイミング情報により示されるタイミングにしたがって、第１の受光部１０３から出力される第３の信号を取得し（取り込み）、当該第３の信号の値Ｙ１ｄを当該演算部１０５内に設けられた図示しないメモリに記録する（ステップＳ２５）。なお、以下では、ｉ回目に取得された第３の信号の値をＹ１ｄ（ｉ）と表記するものとする。第３の信号は、光源１０１が消灯した状態のときに、すなわち、図１５に示すｔＥのタイミングで第１の受光部１０３が受光した光により得られるものであるので、Ｙ１ｄ（ｉ）の値には、光源１０１から照射された光の成分は含まれておらず、外乱光の成分だけが含まれる。
【００７４】
次に、演算部１０５は、第１の受光部１０３及び第２の受光部１０４から所定回数（ここでは、Ｎ回とする）だけ第１〜第３の信号を取得したか否かを判定する（ステップＳ２６）。なお、第１〜第３の信号を取得した回数がＮ回よりも少ないと判定された場合（ステップＳ２６のＮＯ）、上記したステップＳ２１の処理に戻り、当該ステップＳ２１の処理を再度実行する。
【００７５】
一方で、第１〜第３の信号を取得した回数がＮ回であると判定された場合（ステップＳ２６のＹＥＳ）、演算部１０５の図示しないメモリには、第１の信号に関するＮ個の値Ｙ１（ｉ）（但し、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）と、第２の信号に関するＮ個の値Ｙ２（ｉ）（但し、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）と、第３の信号に関するＮ個の値Ｙ１Ｄ（ｉ）（但し、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）とが記録されていることになる。演算部１０５は、これらの値を用いて、後述する（１２）式で与えられるＸが最小となるように、係数ａ１，ａ２，ｂを決定（算出）する（ステップＳ２７）。なお、このステップＳ２７の処理による係数ａ１，ａ２，ｂの決定は、一般的な最適化問題であり、既に公知の方法を用いればよい。
【数３】
0006406135.tif 000004
【００７６】
演算部１０５は、上記したステップＳ２７の処理により係数ａ１，ａ２，ｂを算出すると、後述する（１３）式に基づいて減算処理を実行し、ノイズの除去された信号の時系列ＹＳ（ｉ）（但し、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）を算出する（ステップＳ２８）。
【００７７】
ＹＳ（ｉ）＝Ｙ１（ｉ）−｛ａ１・Ｙ２（ｉ＋Δｉ）＋ａ２・Ｙ１ｄ（ｉ）＋ｂ｝                                                          ・・・（１３）
しかる後、演算部１０５は、上述したステップＳ６と同様な処理を実行して（ステップＳ２９）、ここでの処理を終了させる。
【００７８】
これによれば、光源１０１から照射される光の光量に含まれるノイズだけでなく、外乱光による影響も低減することが可能となり、より高精度な光電脈波信号の計測を行うことができる。
【００７９】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、光源１０１から照射される光の光量に含まれる１／Ｆ雑音に起因したノイズの影響を低減可能な構成を備えているので、反射型の光電脈波計測装置の光検出器（換言すると、生体信号計測装置１０の受光素子）で検出される信号のＳ／Ｎ比の劣化を防ぐことができ、ひいては、高精度な脈拍計測を実現させることができる。
【００８０】
なお、本実施形態の処理は、コンピュータプログラムによって実現することができるので、このコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を通じてこのコンピュータプログラムをコンピュータにインストールして実行するだけで、本実施形態と同様の効果を容易に実現することができる。
【００８１】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８２】
１０…生体信号計測装置、１０１…光源、１０２…反射部、１０２’…導光部、１０３…第１の受光部、１０４…第２の受光部、１０５…演算部、１０６…制御部。
【図１】
0006406135.tif 000005
【図２】
0006406135.tif 000006
【図３】
0006406135.tif 000007
【図４】
0006406135.tif 000008
【図５】
0006406135.tif 000009
【図６】
0006406135.tif 000010
【図７】
0006406135.tif 000011
【図８】
0006406135.tif 000012
【図９】
0006406135.tif 000013
【図１０】
0006406135.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0006406135.tif 000018
【図１５】
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