(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた波長の光を照射する発光手段と、
前記発光手段を駆動して発光させるドライブ手段と、
前記発光手段にて照射された光の反射光を受光し、対応する出力信号を出力する受光手段と、
前記受光手段により出力された出力信号に基づいて連続した脈波信号を生成する信号生成手段と、
前記信号生成手段により生成された脈波の1周期のうち、立上りからピークまでの第１領域を他の領域よりも短い発光の時間間隔とする様、前記ドライブ手段を制御すると共に、前記信号生成手段を制御することにより前記発光の時間間隔に同期して前記脈波信号を生成する制御手段であって、前記信号生成手段により生成された脈波の1周期のうち、前記ピークから立下りまでの第２領域、前記立下りの後の拡張期の前半の所定期間の第３領域、及び、前記拡張期の後半の所定期間の第４領域に分割し、前記制御手段が、前記ドライブ手段を制御することにより、前記第４領域における前記発光の時間間隔を前記第１領域におけるそれより長くかつ前記第３領域における前記発光の時間間隔を前記第４領域におけるそれより長くし、又は、前記第２領域における前記発光の時間間隔を前記第１領域におけるそれより長くかつ前記第３領域における前記発光の時間間隔を前記第２領域におけるそれ以上とする制御手段とを備える
ことを特徴とする光電脈波計測装置。
【請求項２】
当該光電脈波計測装置が、更に、
測定対象の脈波毎に、その直前の複数の脈波信号を解析して、前記測定対象の脈波における前記第４領域の開始の時期を定める発光時間処理部を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の光電脈波計測装置。
【請求項３】
前記第１領域乃至第４領域の各々において、前記発光の時間間隔は、商用電源の周期に相当する時間間隔又はその整数倍である
ことを特徴とする請求項１に記載の光電脈波計測装置。
【請求項４】
予め定められた波長の光を照射する発光手段と、前記発光手段を駆動して発光させるドライブ手段と、前記発光手段にて照射された光の反射光を受光し、対応する出力信号を出力する受光手段と、前記受光手段により出力された出力信号に基づいて連続した脈波信号を生成する信号生成手段とを有するコンピュータを、
前記信号生成手段により生成された脈波の1周期のうち、立上りからピークまでの第１領域を他の領域よりも短い発光の時間間隔とする様、前記ドライブ手段を制御すると共に、前記信号生成手段を制御することにより前記発光の時間間隔に同期して前記脈波信号を生成する制御手段であって、前記信号生成手段により生成された脈波の1周期のうち、前記ピークから立下りまでの第２領域、前記立下りの後の拡張期の前半の所定期間の第３領域、及び、前記拡張期の後半の所定期間の第４領域に分割し、前記制御手段が、前記ドライブ手段を制御することにより、前記第４領域における前記発光の時間間隔を前記第１領域におけるそれより長くかつ前記第３領域における前記発光の時間間隔を前記第４領域におけるそれより長くし、又は、前記第２領域における前記発光の時間間隔を前記第１領域におけるそれより長くかつ前記第３領域における前記発光の時間間隔を前記第２領域におけるそれ以上とする制御手段と
して機能させることを特徴とする
光電脈波計測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電脈波計測装置及び光電脈波計測プログラムに関し、特に、脈波の計測の精度を下げることなく、低消費電力化を図ることができる光電脈波計測装置及び光電脈波計測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
心拍数を知る簡易な手段として、心臓の鼓動を生み出す心電信号の測定に代えて、心拍動により発生した動脈の容積変化（脈波）を光の吸収量の変化を利用して計測する脈拍計（光電脈波計）が用いられる。光電脈波計は、基本的に、一定の光量を人体に照射し、血液により吸収された光以外の光を検出し、変動成分を計測する。
【０００３】
例えば、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）に示すように、検出した光信号（図１０（Ａ））からノイズ成分（ＤＣ成分及びバイアス成分）を除去した信号（図１０（Ｂ）の実線）を生成して、更に、これを増幅して得た信号（図１０（Ｃ）の実線）に基づいて、脈波信号（図１０（Ｄ））を得る。又は、図１０（Ｅ）〜図１０（Ｉ）に示すように、所定のサンプリング周波数で検出した離散的な光信号（図１０（Ｅ））からＤＣ成分を除去した信号（図１０（Ｆ））を生成し、これからバイアス成分を除去して平滑化した信号（図１０（Ｇ）の実線）を生成して、更に、これを増幅して得た信号（図１０（Ｈ）の実線）に基づいて、脈波信号（図１０（Ｉ））を得る。
【０００４】
光電脈波計では、直接光や外乱光などの影響があるため、前述のように、脈動成分のみを取り出すことが有効である。これには心拍の基本周波数は０．５〜５Ｈｚ程度であるため、それ以外の周波数成分を除去することが考えられるが、完全に除去することは困難である。
【０００５】
なお、光電脈波計において、ＡＣ（交流）駆動による駆動周波数帯域とノイズ帯域とを隔離したうえで、サンプルホールド回路を備え、包絡線検波により脈波に復調する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
一方、光電脈波計における計測で必要な消費電力に注目すると、発光に伴う電力消費が極めて大きいため、発光時間のデューティを小さくすることが知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平３−１２６４３７号公報
【特許文献２】特開２００３−２４０７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術によれば、発光素子がデューティ駆動されるので、発光素子が発光している時間を短くすることができ、光電脈波計の電力消費において支配的な発光素子による電力消費を抑えることができる。
【０００８】
しかし、本発明者の検討によれば、単に、発光素子の発光のデューティを下げただけでは、正確に脈拍（脈波）を計測することはできず、また、実際には十分に消費電力を小さくすることはできない。
【０００９】
即ち、本発明者の検討によれば、脈波を正確に検出するためには、脈波の特定期間について特に細かく計測する必要がある。脈波の特定期間とは、精度良く検出すべき期間であり、具体的には信号変化期間（即ち、脈打っている期間）である。
【００１０】
しかし、単純に発光素子を所定周期で発光させると共にサンプリング時間外は消灯する方法によると、サンプリングの周期が一定であるため、脈波の特定期間だけ必要な精度で計測することができない。一方、サンプリングの周期（計測の精度）を脈波の特定期間に合わせて細かくすると、細かいサンプリングが不要な期間についてまで細かく計測することになり、消費電力を抑えることができない。更に、脈波が変動する都度に、これに応じて（特に、脈波のピーク時点に合わせて) 発光周期を変化させようとすると、当該発光周期の制御のために比較的大きな制御回路が必要となり、そのため消費電力を抑えることができない。
【００１１】
本発明は、脈波の計測の精度を下げることなく、低消費電力化を図ることができる光電脈波計測装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、脈波の計測の精度を下げることなく、低消費電力化を図ることができる光電脈波計測プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光電脈波計測装置は、予め定められた波長の光を照射する発光手段と、前記発光手段を駆動して発光させるドライブ手段と、前記発光手段にて照射された光の反射光を受光し、対応する出力信号を出力する受光手段と、前記受光手段により出力された出力信号に基づいて連続した脈波信号を生成する信号生成手段と、前記信号生成手段により生成された脈波の1周期のうち、立上りからピークまでの第１領域を他の領域よりも短い発光の時間間隔とする様、前記ドライブ手段を制御すると共に、前記信号生成手段を制御することにより前記発光の時間間隔に同期して前記脈波信号を生成する制御手段であって、前記信号生成手段により生成された脈波の1周期のうち、前記ピークから立下りまでの第２領域、前記立下りの後の拡張期の前半の所定期間の第３領域、及び、前記拡張期の後半の所定期間の第４領域に分割し、前記制御手段が、前記ドライブ手段を制御することにより、前記第４領域における前記発光の時間間隔を前記第１領域におけるそれより長くかつ前記第３領域における前記発光の時間間隔を前記第４領域におけるそれより長くし、又は、前記第２領域における前記発光の時間間隔を前記第１領域におけるそれより長くかつ前記第３領域における前記発光の時間間隔を前記第２領域におけるそれ以上とする制御手段とを備える。
【００１５】
好ましくは、本発明の一実施態様において、当該光電脈波計測装置が、更に、測定対象の脈波毎に、その直前の複数の脈波信号を解析して、前記測定対象の脈波における前記第４領域の開始の時期を定める発光時間処理部を備える。
【００１６】
好ましくは、本発明の一実施態様において、前記第１領域乃至第４領域の各々において、前記発光の時間間隔は、商用電源の周期に相当する時間間隔又はその整数倍である。
【００１７】
本発明の光電脈波計測プログラムは、予め定められた波長の光を照射する発光手段と、前記発光手段を駆動して発光させるドライブ手段と、前記発光手段にて照射された光の反射光を受光し、対応する出力信号を出力する受光手段と、前記受光手段により出力された出力信号に基づいて連続した脈波信号を生成する信号生成手段とを有するコンピュータを、前記信号生成手段により生成された脈波の1周期のうち、立上りからピークまでの第１領域を他の領域よりも短い発光の時間間隔とする様、前記ドライブ手段を制御すると共に、前記信号生成手段を制御することにより前記発光の時間間隔に同期して前記脈波信号を生成する制御手段であって、前記信号生成手段により生成された脈波の1周期のうち、前記ピークから立下りまでの第２領域、前記立下りの後の拡張期の前半の所定期間の第３領域、及び、前記拡張期の後半の所定期間の第４領域に分割し、前記制御手段が、前記ドライブ手段を制御することにより、前記第４領域における前記発光の時間間隔を前記第１領域におけるそれより長くかつ前記第３領域における前記発光の時間間隔を前記第４領域におけるそれより長くし、又は、前記第２領域における前記発光の時間間隔を前記第１領域におけるそれより長くかつ前記第３領域における前記発光の時間間隔を前記第２領域におけるそれ以上とする制御手段として機能させる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光電脈波計測装置及び光電脈波計測プログラムによれば、脈波の測定時において、脈波の１周期が第１領域から第４領域までに細分化される。この細分化は、本発明者の検討に基づいている。この細分化に基づいて、立上りからピークまでの第１領域において、発光の時間間隔が最も短くされる。この第１領域は、脈波の特定期間即ち精度良く検出すべき期間であり、具体的には信号変化期間（即ち、脈打っている期間）である。従って、第１領域において、発光の時間間隔を最も短くすることにより、脈波の特定期間について特に細かく計測することができ、脈波を正確に検出することができる。
【００１９】
このように、第１領域と他の第２領域〜第４領域とで発光の時間間隔（即ち、脈波のサンプリングの周期）を変化させることにより、脈波の特定期間については必要な精度で計測することができ、一方、細かいサンプリングが不要な期間については細かく計測すること無く、消費電力を抑えることができる。また、脈波が変動する都度に発光周期を変化させる必要が無いので、当該発光周期の制御のための大きな制御回路を必要とせず、当該回路における消費電力も抑えることができる。以上により、脈波の計測の精度を下げることなく、低消費電力化を図ることができる。更に、第４領域における発光の時間間隔が第１領域におけるそれより長くされかつ第３領域における発光の時間間隔が第４領域におけるそれより長くされるか、又は、第２領域における発光の時間間隔が第１領域におけるそれより長くされかつ第３領域における発光の時間間隔が第２領域におけるそれ以上とされる。これにより、第１領域〜第４領域における発光の時間間隔を予め定め、発光周期を容易に制御することができ、また、消費電力を抑えつつ、脈波を必要な精度で計測することができる。
【００２１】
本発明の一実施態様によれば、測定対象の脈波毎に、その直前の複数の脈波信号を解析して、第４領域の開始の時期が定められる。これにより、被験者毎に脈波の周期が異なる場合であっても、又は、同一の被験者の脈波の周期が測定の都度に異なる場合であっても、各々に適した第４領域の開始の時期を設定することにより、第１領域を正確に計測することができるので、脈波を正確に検出することができる。
【００２２】
本発明の一実施態様によれば、第１領域乃至第４領域の各々における発光の時間間隔が商用電源の周期に相当する時間間隔又はその整数倍とされる。これにより、脈波の測定の背景雑音として最も大きい商用電源の影響を排除することができ、脈波を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明の光電脈波計測装置の一例を示す構成図であり、図２は、本発明の光電脈波計測装置を説明するための説明図である。
【００２４】
光電脈波計測装置は、例えばイヤークリップ型とされ、人間の耳にクリップで装着可能な小型の装置とされる。例えば、光電脈波計測装置は、車両の運転者の耳に装着され、被験者である当該運転者の脈波を検出する。即ち、心拍動による血圧変化や血流量の増減によって生ずる生体情報を計測する。
【００２５】
光電脈波計測装置は、光電変換回路１と、アナログ回路２と、デジタル回路３と、コンピュータ４からなる。例えば、コンピュータ４以外の部分（イヤークリップ部）が耳に装着され、ワイヤによりコンピュータ４と接続される。
【００２６】
光電変換回路１は、発光回路１１と、受光回路１２とからなる。アナログ回路２は、発光回路１１のドライブ回路２０と、信号形成回路２１とからなる。デジタル回路３は、制御回路３１からなる。コンピュータ４は、発光時間処理部４１を備える。
【００２７】
発光回路１１は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）からなり、予め定められた波長の光を照射する発光手段である。当該波長は、周知のように、近赤外光とされる。発光回路１１から出力された光は、当該被験者の耳の動脈に照射され、当該動脈で吸収されかつ反射される。当該反射光は、受光回路１２に入射する。
【００２８】
発光回路１１は、基本的には、パルス駆動される。具体的には、発光回路１１は、後述するように、ドライブ回路２０（従って、制御回路３１）の制御の下で、脈波に応じて変動する時間間隔で間歇的に発光する。従って、受光回路１２で受光した光信号又は出力される電流信号は、例えば図２（Ａ）に示すようになる。なお、図２において、電流信号や脈波信号等は模式的に示されている。
【００２９】
受光回路１２は、例えばフォトトランジスタからなり、照射された光の反射光を受光してこれに対応する値の出力信号（アナログ電気信号）を形成して出力する受光手段である。出力信号は電流信号である。フォトトランジスタは、周知のように、前記赤外光を感度良く検出するものとされる。
【００３０】
受光回路１２の出力信号は、アナログ回路２の信号形成回路２１に入力される。信号形成回路２１は、受光回路１２の出力信号に基づいて連続した脈波信号を生成（形成）する信号生成手段である。このために、信号形成回路２１は、ＩＶ変換回路２２と、サンプルホールド（Ｓ＆Ｈ）回路２３と、増幅回路２４とからなる。
【００３１】
ＩＶ変換回路２２は、受光回路１２からの電流信号をこれに応じた値の電圧信号（アナログ信号）に変換して出力する。Ｓ＆Ｈ回路２３は、制御回路３１の制御の下で、ＩＶ変換回路２２の出力する電圧信号をサンプリングして、所定の期間ホールド（保持）し出力する。所定の期間とは、次回のサンプリングによる電圧信号（サンプリング信号）が入力されるまでである。従って、Ｓ＆Ｈ回路２３がサンプリングしホールドする電圧信号は、例えば図２（Ｂ）に示すようになる。
【００３２】
Ｓ＆Ｈ回路２３は、基本的には、発光回路１１がパルス駆動されるタイミングに合わせてサンプリングする。具体的には、Ｓ＆Ｈ回路２３は、後述するように、制御回路３１の制御の下で、脈波に応じて変動する時間間隔でサンプリングする。
【００３３】
増幅回路２４は、Ｓ＆Ｈ回路２３が出力する電圧信号を増幅して出力する。この時、増幅回路２４は、Ｓ＆Ｈ回路２３から出力される電圧信号を平滑回路（図示せず）により平滑して、図２（Ｃ）に点線で示す信号（包絡線信号）を形成し、この包絡線信号から、ノイズ成分（ＤＣ成分及びバイアス成分）を除去して、図２（Ｃ）に実線で示す（及び図２（Ｄ）に点線で示す）信号を形成し、更に、これを図２（Ｄ）に実線で示すように増幅して出力する。これが、受光回路１２の出力信号に基づいて形成された、連続した脈波信号である。
【００３４】
アナログ回路２（の増幅回路２４）の出力である脈波信号は、コンピュータ４のアナログ入力端子（図示せず）に入力される。アナログ入力端子は、例えばコンピュータ４のマイク入力端子（ＭＩＣ端子）からなる。ＭＩＣ端子が、コンピュータ４において、最も簡易に利用できるアナログ入力端子である。
【００３５】
なお、脈波信号は、コンピュータ４のアナログ入力端子に入力したものをアナログ出力端子から逐次出力するようにしても良い。又は、以下のデジタル信号に変換したものを、コンピュータ４のデジタル出力端子（図示せず）から逐次出力するか、又は、メモリ（図示せず）に記録した後に出力するようにしても良い。
【００３６】
コンピュータ４において、発光時間処理部４１は、増幅回路２４の出力である脈波信号を取り込んで、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ、図示せず）により、図２（Ｅ）に示すように、デジタル信号に変換し、メモリ（図示せず）に記録し、記録した脈波信号を外部にリアルタイムで又は所定の出力命令に従って出力する。発光時間処理部４１は、主として、主メモリ（図示せず）上に存在する当該プログラムを、ＣＰＵ（図示せず）で実行することにより実現される。
【００３７】
更に、発光時間処理部４１は、変換したデジタル信号である脈波信号に基づいて、後述するように、ドライブ回路２０及びＳ＆Ｈ回路２３を制御するための制御信号を形成して出力する。このために、発光時間処理部４１は、後述するように、脈波信号を解析し、脈波信号の１周期を算出し、第１領域Ｉ〜第４領域ＩＶを定め、発光の時間間隔（Ｔ（Ｉ）〜Ｔ（ＩＶ））を定める。
【００３８】
発光時間処理部４１の出力する制御信号は、コンピュータ４のデジタル出力端子（図示せず）から出力され、デジタル回路３の制御回路３１に入力される。制御回路３１は、発光時間処理部４１からの制御信号に基づいて、ドライブ信号を形成してドライブ回路２０を制御し、サンプリング信号及びホールド信号（Ｓ＆Ｈ信号）を形成してＳ＆Ｈ回路２３を制御する。ドライブ信号とＳ＆Ｈ信号の出力タイミングは同期させられる。ドライブ回路２０及びＳ＆Ｈ回路２３は、実際には、発光時間処理部４１により制御されていると考えても良い。
【００３９】
ドライブ回路２０は、ドライブ信号が入力されると、これをトリガとして（ドライブ信号に基づいて）、発光回路１１の発光制御信号を形成してこれにより発光回路１１を発光させるドライブ手段である。発光制御信号は電流信号からなり、脈波の測定時において、その出力の期間（パルス幅）及び出力のレベル（電流値）は経験的に予め定められる。
【００４０】
Ｓ＆Ｈ回路２３は、Ｓ＆Ｈ信号が入力されると、これをトリガとして（Ｓ＆Ｈ信号に基づいて）、ＩＶ変換回路２２の出力する電圧信号をサンプリングしホールドする。Ｓ＆Ｈ信号はドライブ信号と同期しているので、Ｓ＆Ｈ回路２３は、発光回路１１の発光に同期してホールドすることができる。このように、制御回路３１（従って、発光時間処理部４１）がドライブ回路２０と同様に信号形成回路２１を制御することにより、信号形成回路２１が、発光回路１１における発光の時間間隔に同期して、脈波信号を形成することができる。
【００４１】
なお、制御回路３１が、サンプリング信号のみを形成するようにしても良い。また、Ｓ＆Ｈ回路２３が、外乱を排除するために、一定の周期でサンプリング及びホールドを行うようにしても良い。
【００４２】
Ｓ＆Ｈ回路２３が電圧信号をホールドするために必要な時間は、予め知ることができる。そこで、脈波の測定時において、当該時間の経過後、ドライブ回路２０は、発光回路１１の発光を停止する。これにより、発光回路１１における消費電力を更に抑えることができる。
【００４３】
次に、制御回路３１及び発光時間処理部４１について、図３及び図４を参照して、詳細に説明する。
【００４４】
図３は、心臓の鼓動を生み出す心電信号の概略を示す。ピークＰから次のピークＰまでが１周期即ち１拍であり、ピークＰの数をカウントすれば心拍数が求まる。従って、脈波の測定により、ピークＰを正確に検出する必要がある。図４は、心拍動により発生した動脈の容積変化（脈波）を示す。光電脈波装置は、脈波を光の吸収量の変化を利用して計測し、心拍数を求める。
【００４５】
図３及び図４の比較から判るように、心電信号と脈波とは異なる信号となる。例えば、脈波のピークＰの発生する時刻は心電信号のピークＰの発生時刻とは異なる（遅れる）。しかし、脈波においてもピークＰが繰り返し出現するので、これを正確に検出すれば心拍数を求めることができる。
【００４６】
ここで、図４から判るように、脈波のピークＰは、脈波の実際の最大値を所定の時間だけ経過した時点とされる。このようにしても、ピークＰ即ち心拍数のカウントには全く影響が無く、また、ピークＰの検出が容易でありその処理も簡単なものとすることができる。また、脈波の１周期は、図４に示すように、ピークＰと次のピークＰの間ではなく、第１領域Ｉの開始の時点から次の第１領域Ｉの開始の時点までとされる。
【００４７】
制御回路３１は、脈波の測定時において、図４に示す脈波の１周期を、第１領域Ｉ、第２領域ＩＩ、第３領域ＩＩＩ、及び、第４領域ＩＶに分割する。制御回路３１は発光時間処理部４１からの指示に従うので、実際には、発光時間処理部４１が当該分割を行うと考えて良い（以下の処理についても同じ）。
【００４８】
心拍周期の収縮期が第１領域Ｉと第２領域ＩＩとに分割される。第１領域Ｉは立上りからピークＰまでの期間である。立上りとは、その前の期間と比較して所定以上の＋（正）の変化がある位置である。第２領域ＩＩはピークＰ後から立下りまでの期間である。ピーク後とは、その前の期間と比較して所定以上の−（負）の変化がある位置である。
【００４９】
心拍周期の拡張期が第３領域ＩＩＩと第４領域ＩＶとに分割される。第３領域ＩＩＩは立下り後の拡張期（心臓の拡張期）の前半の所定期間の期間（拡張期の前期）である。即ち、信号平坦期である。第４領域ＩＶは拡張期の後半の所定期間の期間（拡張期の後期）である。即ち、拡張期のうち後半の所定期間である。所定期間とは、後述するように、例えば前回の平坦期の８０％の時点を開始時点とする期間である。
【００５０】
第１領域Ｉ〜第４領域ＩＶにおける発光の時間間隔（パルスの休止時間即ちデューティ比）は、以下のように定められる。なお、例えば、第１領域Ｉにおける発光回路１１における発光の時間間隔を「Ｔ（Ｉ）」と表す（他も同様に表す）。
【００５１】
収縮期の発光の時間間隔（Ｔ（Ｉ）及びＴ（ＩＩ））が拡張期のそれ（Ｔ（ＩＩＩ）及びＴ（ＩＶ））より短くされる。これは心拍動が２００〜３００ｍｓｅｃ程度の収縮から発生し、収縮期において血管の容積が増加する（信号が大きく変化する）ので、これを正確に検出するためである。
【００５２】
また、精度良く検出すべき期間（脈波の特定期間）は、信号変化期間即ち脈打っている期間である。一方、ピークＰを検出した後（第２領域ＩＩ）において、検出の精度はピークＰを検出するための精度程高くなくても良い。従って、Ｔ（Ｉ）が最も短くされ、Ｔ（Ｉ）＜Ｔ（ＩＩ）とされる。Ｔ（ＩＩ）は長くても良いので、Ｔ（ＩＩ）＝Ｔ（ＩＩＩ）であっても良い。
【００５３】
また、拡張期において、消費電力の抑制のためには、発光の時間間隔（Ｔ（ＩＩＩ）及びＴ（ＩＶ））は長いほど良い。しかし、収縮期（第１領域Ｉ）の開始を正確に検出するため、その直前はある程度の精度が必要である。これは、脈波の間隔には２０％程度の揺らぎがあり、脈波それ自体の１周期の長さが２０％程度変動する可能性があるためである。このために、拡張期が第３領域ＩＩＩ（前期）と第４領域ＩＶ（後期）とに分割され、Ｔ（ＩＩＩ）＜Ｔ（ＩＶ）とされる。これにより、次の脈波の立上りタイミングの検出の誤差を少なく保ち、立上りを確認した後に最も良い精度で変局点（ピーク）を検出すると共に、低消費電力化を図ることができる。
【００５４】
前回の平坦期の８０％の時点を第４領域ＩＶの開始時点とすることにより、第３領域ＩＩＩの長さがその分短くなる（変動する）。これにより、第４領域ＩＶは必ず確保することができる。なお、この範囲以上に変動する場合、脈波には極めて大きな異常が存在し、正確な測定ができない可能性もあるが、その旨を出力するようにしても良い。
【００５５】
以上から、時間間隔Ｔ（Ｉ）が最も短くされる。更に、時間間隔Ｔ（ＩＶ）が時間間隔Ｔ（Ｉ）より長くされ、かつ、時間間隔Ｔ（ＩＩＩ）が時間間隔Ｔ（ＩＶ）より長くされる（Ｔ（Ｉ）＜Ｔ（ＩＶ）＜Ｔ（ＩＩＩ）とされる）。又は、時間間隔Ｔ（ＩＩ）が時間間隔Ｔ（Ｉ）より長くされ、かつ、時間間隔Ｔ（ＩＩＩ）が時間間隔Ｔ（ＩＩ）以上とされる（Ｔ（Ｉ）＜Ｔ（ＩＩ）≦Ｔ（ＩＩＩ）とされる）。これにより、発光により消費される電流とＳＮ比との関係を最適化することができると共に、心拍の開始を的確に捉えて復調することができる。
【００５６】
以上に述べたように、制御回路３１が、ドライブ回路２０を制御することにより、発光回路１１における発光の時間間隔を制御する。即ち、Ｔ（Ｉ）＜Ｔ（ＩＶ）＜Ｔ（ＩＩＩ）となるように、又は、Ｔ（Ｉ）＜Ｔ（ＩＩ）≦Ｔ（ＩＩＩ）となるように、制御する。前述のように、制御回路３１は発光時間処理部４１からの指示に従うので、発光時間処理部４１が発光回路１１における発光の時間間隔を定めると考えて良い。
【００５７】
ここで、第１領域Ｉ乃至第４領域ＩＶの各々において、発光の時間間隔Ｔ（Ｉ）乃至Ｔ（ＩＶ）は、商用電源（周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の周期に相当する時間間隔又はその整数倍とされる。即ち、基本周期として電源周波数を用いる。なお、発光時間（パルス幅）は、例えば１００μ秒である。
【００５８】
例えば、時間間隔Ｔ（Ｉ）は商用電源の周期に相当する時間間隔とされる。これにより、電源周波数と脈波の位相が異なっていても、基本周期が一致するため、電源周波数によるノイズは一定のバイアス成分として計測される。このため、当該ノイズを脈波成分から容易に分離することができる。
【００５９】
また、時間間隔Ｔ（ＩＩ）乃至Ｔ（ＩＶ）は当該周期の整数倍に相当する時間間隔とされる。例えば、Ｔ（ＩＩ）は当該周期の３倍又は４倍、Ｔ（ＩＩＩ）は３倍又は４倍、Ｔ（ＩＶ）は２倍とされる。これにより、サンプリングは電源周波数に対して全て同位相で実現されるため、バイアス成分を容易に判定して分離することができる。これにより、電源周波数によるノイズレベルを一定に保つことができ、測定結果への影響を排除することができる。
【００６０】
発光時間処理部４１は、以下に述べるように、連続発光（特徴計測モード）により得た複数の脈波信号を解析して、脈波の測定時（測定モード）における発光の時間間隔Ｔ（Ｉ）乃至Ｔ（ＩＶ）を定める。また、脈波の測定時において、発光時間処理部４１は、測定対象の脈波毎に、その直前の複数の脈波信号を解析して、第４領域ＩＶの開始の時期を定める。
【００６１】
なお、以下の説明においては、発光時間処理部４１が特徴計測モードにおいて連続発光により得た複数の脈波信号を解析する例について説明するが、間歇発光により得た複数の脈波信号を解析するようにしても良い。この場合における発光の時間間隔は、第１の領域における発光の時間間隔Ｔ（Ｉ）と等しいか又はこれよりも短くされる。これにより、更に消費電力を抑制しつつ、脈波信号を解析することができる。一方、この場合における発光の時間間隔の最小値は、例えば１００μ秒以上とされる。この場合、１００μ秒発光した後１００μ秒発光を停止することを繰り返す（デューティ比が１とされる）。
【００６２】
次に、本発明の光電脈波計測装置における実際の計測処理について、図５〜図７を参照して説明する。図５及び図６は、本発明の光電脈波計測処理フローであり、本発明の光電脈波計測装置において実行される処理を示す。図７は、本発明の光電脈波計測装置を説明するための説明図であり、上段は発光回路１１の出力を示し、下段は信号形成回路２１が形成した脈波信号を示す。
【００６３】
図５において、光電脈波計測装置を人間に装着していない状態で、その電源がオンされると（ステップＳ１１）、起動モードで発光回路１１から所定の期間光信号が出力される（ステップＳ１２）。即ち、制御回路３１は、電源の投入時に、ドライブ回路２０を制御することにより、予め定められた期間（例えば、２秒）だけ、発光回路１１を連続して発光させる。受光回路１２からの信号に基づいて、信号形成回路２１が形成した脈波信号が、当該連続発光により得た信号として発光時間処理部４１に入力される。発光時間処理部４１は、当該連続発光により得た信号のレベル（強度又は大きさ）を計測する（ステップＳ１３）。即ち、発光時間処理部４１は、当該連続発光により得た信号を解析して、当該信号のレベルが閾値以上（又は、閾値より大きい）か否かを調べる（ステップＳ１４）。この閾値は経験的に予め定めることができる。
【００６４】
ここで、図７に示すように、起動モードにおける連続発光（電源ＯＮで示す）に応じて、モニタ信号として示す信号が得られる。モニタ信号のレベルは、例えば閾値よりも大きな値となる。これは、光電脈波計測装置を人間に装着していない状態では、通常、発光回路１１からの光が人体等で吸収されることなく受光回路１２に直接入射するためである。従って、モニタ信号のレベルは、実際には、脈動信号（後述する）及び脈波信号よりも大きい。モニタ信号は、次の脈波信号が得られるまで維持される（他の信号も同じ）。
【００６５】
発光時間処理部４１は、当該信号のレベルが閾値以上の場合、発光の時間間隔を複数の脈波信号（の周期）よりも長い予め定められた時間間隔（所定の時間間隔）に設定する。即ち、発光時間処理部４１は、当該所定の時間間隔が経過したか否かを調べ（ステップＳ１５）、経過しない場合、ステップＳ１５を繰り返す。経過した場合、スタンバイモードで発光回路１１から所定の期間光信号が出力される（ステップＳ１６）。
【００６６】
ここで、所定の時間間隔は、一般的には脈波が０．５〜１．５Ｈｚ程度であるので、例えば２秒とされる。これは、脈波の周期が最長の場合でも、１周期分に相当する。所定の期間は、１００μ秒とされる。従って、制御回路３１は、ドライブ回路２０を制御することにより、２秒毎に１００μ秒だけ発光回路１１を発光させる。この後、発光時間処理部４１は、ステップＳ１３以下を実行する。
【００６７】
ここで、図７に示すように、スタンバイモードにおける２秒おきの間歇発光（スタンバイ制御で示す）に応じて、スタンバイ信号として示す信号が得られる。スタンバイ信号のレベルは、光電脈波計測装置を人間に装着していない状態では、閾値よりも大きな値となる。一方、光電脈波計測装置を人間に装着すると、スタンバイ信号のレベルは、閾値よりも小さな値となる（脈動信号として示す脈波信号と同じになる）。
【００６８】
ステップＳ１４において、当該信号のレベルが閾値より小さい（又は、閾値以下の）場合、発光時間処理部４１が脈波の測定を開始するが、これに先立って、特徴計測モードで発光回路１１から所定の期間光信号が出力される（ステップＳ１７）。即ち、制御回路３１は、脈波の測定に先立って、ドライブ回路２０を制御することにより、複数の脈波信号（の周期）に相当する期間（例えば、２秒）だけ、発光回路１１を連続して発光させる。受光回路１２からの信号に基づいて、信号形成回路２１が形成した脈波信号が、当該連続発光により得た信号として発光時間処理部４１に入力される。発光時間処理部４１は、当該連続発光により得た信号に基づいて、当該被験者の脈波の特徴を計測する（ステップＳ１８）。
【００６９】
ステップＳ１８において、図６（Ａ）に示すように、発光時間処理部４１は、連続発光により得た複数の脈波信号を解析して（ステップＳ２１）、当該脈波信号の１周期の長さを算出し（ステップＳ２２）、これに基づいて、第１領域Ｉ乃至第４領域ＩＶを決定する（ステップＳ２３）。第１領域Ｉ乃至第４領域ＩＶを定めることにより、その各々における発光の時間間隔Ｔ（Ｉ）乃至Ｔ（ＩＶ）が定まる。
【００７０】
ここで、図７に示すように、特徴計測モードにおける連続発光（特徴計測で示す）に応じて、脈動信号として示す信号が得られる。脈動信号のレベルは、光電脈波計測装置を人間に装着していない状態では、閾値よりも小さな値となる。計測される信号は、スタンバイ信号と脈動信号との間においては、適当な値をとる。
【００７１】
この後、図５において、直ちに、脈波計測モードで発光回路１１から所定の期間光信号が出力される（ステップＳ１９）。即ち、制御回路３１は、ドライブ回路２０を制御することにより、第１領域Ｉ乃至第４領域ＩＶの各々における発光の時間間隔Ｔ（Ｉ）乃至Ｔ（ＩＶ）に従って、発光回路１１を間歇的に発光させる。受光回路１２からの信号に基づいて、信号形成回路２１が形成した脈波信号が、当該間歇的な発光により得た信号として発光時間処理部４１に入力される。発光時間処理部４１は当該被験者の脈波を計測する（ステップＳ１１０）。
【００７２】
ステップＳ１１０において、図６（Ｂ）に示すように、発光時間処理部４１は、連続発光により得た複数の脈波信号を解析して（ステップＳ３１）、当該脈波信号の１周期の長さを算出し（ステップＳ３２）、これに基づいて、第４領域ＩＶを決定する（ステップＳ３３）。これにより、発光時間処理部４１は、測定対象の脈波毎に、その直前の複数の脈波信号を解析して、測定対象の脈波における第４領域ＩＶの開始の時期を定める。
【００７３】
例えば、第４領域ＩＶが、拡張期の長さの後半の２０％となるように、第４領域ＩＶの開始の時期を定める。又は、第４領域ＩＶが、複数の脈波信号におけるピークＰからピークＰまでの平均長さの２５％となるように、当該開始の時期を定めるようにしても良い。これにより、脈波の１周期が変動しても、殆どの場合に正確に脈波を測定することができる。
【００７４】
ここで、図７に示すように、脈波計測モードにおける間歇発光（発光制御で示す）に応じて、脈波信号として示す信号が得られる。脈波信号のレベルは、光電脈波計測装置を人間に装着した状態では、閾値よりも小さな値となる。
【００７５】
この後、発光時間処理部４１は、当該間歇的な発光により得た信号を解析して、当該信号のレベルが閾値以上（又は、閾値より大きい）か否かを調べる（ステップＳ１１１）。発光時間処理部４１は、当該信号のレベルが閾値以上の場合、ステップＳ１５以下を実行し（スタンバイモードとなり）、当該信号のレベルが閾値より小さい場合、ステップＳ１９以下を実行する（脈波計測モードを維持する）。
【００７６】
図８は、本発明の光電脈波計測装置の他の一例を示す構成図であり、信号形成回路２１の構成の他の一例を示す。
【００７７】
図８（Ａ）は、Ｓ＆Ｈ回路２３及び増幅回路２４との間に、差分回路２４１及び平滑回路（ロウパスフィルタ）２４２が挿入される例を示す。これにより、Ｓ＆Ｈ回路２３により復調した信号と平滑回路２４２の出力との間でアクティブに差分を取ることにより、バイアスカットを実現することができる。
【００７８】
図８（Ｂ）は、２つのＳ＆Ｈ回路２３１及び２３２により、交互に信号のホールドを行う例を示す。これにより、差分信号を生成することができる。
【００７９】
図８（Ｃ）は、Ｓ＆Ｈ回路２３１の出力と脈波のピークＰの値をホールドしたＳ＆Ｈ回路２３３の出力との差分をとる例を示す。これにより、ダイレクトに振幅を出力することができる。なお、図８（Ｄ）に示すように、図８（Ｃ）において、Ｓ＆Ｈ回路２３３に代えて、Ｓ＆Ｈ回路２３１の出力の平均値を逐次算出する平均回路（積分器）２３４を設けるようにしても良い。
【００８０】
図９は、本発明の光電脈波計測装置の更に他の一例を示す構成図である。この例は、図１の例において、イヤークリップ部とコンピュータ４と間の接続をワイアレス化した例である。なお、光電変換回路１及びアナログ回路２は、図１の例と同一であるので、その詳細は図示を省略している。
【００８１】
アナログ回路２から出力された脈波信号は、ＡＤＣ３２によりデジタル信号に変換され、脈拍カウンタ３３において脈拍をカウントされる。この後、通信回路３４は、デジタル信号に変換された脈波信号と脈拍のカウント値とを、デジタル回路５の通信回路５１に送信する。この時、脈波信号は例えばＰＷＭ符号化される。この脈波信号は、デジタル回路６の平滑回路（ロウパスフィルタ）６１により平滑化されて（復調されて）、脈拍のカウント値と共に、発光時間処理部４１に送られる。発光時間処理部４１は、脈波信号を前述のように処理して、これに基づいて、種々の制御信号を、通信回路５１及び３４を介して、制御回路３１に供給する。
【００８２】
以上から判るように、本発明の実施形態の特徴が以下のように把握される。
【００８３】
（付記１）  予め定められた波長の光を照射する発光手段と、
前記発光手段を駆動して発光させるドライブ手段と、
前記発光手段にて照射された光の反射光を受光し、対応する出力信号を出力する受光手段と、
前記受光手段により出力された出力信号に基づいて連続した脈波信号を生成する信号生成手段と、
前記信号生成手段により生成された脈波の1周期のうち立上りからピークまでの第１領域を他の領域よりも短い発光間隔とする様、前記ドライブ手段を制御すると共に、前記信号生成手段を制御することにより前記発光の時間間隔に同期して前記脈波信号を生成する制御手段とを備える
ことを特徴とする光電脈波計測装置。
【００８４】
（付記２）  前記制御手段は、前記信号生成手段により生成された脈波の1周期のうち、前記ピークから立下りまでの第２領域、前記立下りの後の拡張期の前半の所定期間の第３領域、及び、前記拡張期の後半の所定期間の第４領域に分割し、前記制御手段が、前記ドライブ手段を制御することにより、前記第４領域における前記発光の時間間隔を前記第１領域におけるそれより長くかつ前記第３領域における前記発光の時間間隔を前記第４領域におけるそれより長くし、又は、前記第２領域における前記発光の時間間隔を前記第１領域におけるそれより長くかつ前記第３領域における前記発光の時間間隔を前記第２領域におけるそれ以上とする
ことを特徴とする付記１記載の光電脈波計測装置。
【００８５】
（付記３）  当該光電脈波計測装置が、更に、
測定対象の脈波毎に、その直前の複数の脈波信号を解析して、前記測定対象の脈波における前記第４領域の開始の時期を定める発光時間処理部を備える
ことを特徴とする付記１記載の光電脈波計測装置。
【００８６】
（付記４）  前記第４領域は、前記拡張期の長さの後半の２０％である
ことを特徴とする付記３記載の光電脈波計測装置。
【００８７】
（付記５）  前記第４領域は、前記拡張期の後半であって、前記複数の脈波信号における前記ピークからピークまでの平均長さの２５％である
ことを特徴とする付記３記載の光電脈波計測装置。
【００８８】
（付記６）  当該光電脈波計測装置が、更に、
前記脈波の測定時における前記第１領域乃至第４領域を定める発光時間処理部を備え、
前記制御手段が、脈波の測定に先立って、前記ドライブ手段を制御することにより、複数の脈波信号に相当する期間、前記発光手段を連続して発光させ、
前記発光時間処理部が、前記連続発光により得た複数の脈波信号を解析して、前記第１領域乃至第４領域を定める
ことを特徴とする付記１記載の光電脈波計測装置。
【００８９】
（付記７）  当該光電脈波計測装置が、更に、
前記発光手段における発光の時間間隔を定める発光時間処理部を備え、
前記制御手段が、電源の投入時に、前記ドライブ手段を制御することにより、予め定められた期間だけ、前記発光手段を連続して発光させ、
前記発光時間処理部が、前記予め定められた期間の連続発光により得た信号を解析して、当該信号のレベルが閾値以上の場合に、前記発光の時間間隔を複数の脈波信号よりも長い予め定められた時間間隔に設定する
ことを特徴とする付記１記載の光電脈波計測装置。
【００９０】
（付記８）  前記発光時間処理部が、当該信号のレベルが閾値より小さい場合に、前記脈波の測定を開始する
ことを特徴とする付記７記載の光電脈波計測装置。
【００９１】
（付記９）  前記制御手段が、脈波の測定に先立って、前記ドライブ手段を制御することにより、複数の脈波信号に相当する期間、前記発光手段を連続して発光させ、
前記発光時間処理部が、前記連続発光により得た複数の脈波信号を解析して、前記第１領域乃至第４領域を定める
ことを特徴とする付記８記載の光電脈波計測装置。
【００９２】
（付記１０）  前記第１領域乃至第４領域の各々において、前記発光の時間間隔は、商用電源の周期に相当する時間間隔又はその整数倍である
ことを特徴とする付記１記載の光電脈波計測装置。
【００９３】
（付記１１）  予め定められた波長の光を照射する発光手段と、前記発光手段を駆動して発光させるドライブ手段と、前記発光手段にて照射された光の反射光を受光し、対応する出力信号を出力する受光手段と、前記受光手段により出力された出力信号に基づいて連続した脈波信号を生成する信号生成手段とを有するコンピュータを、
前記信号生成手段により生成された脈波の1周期のうち立上りからピークまでの第１領域を他の領域よりも短い発光間隔とする様、前記ドライブ手段を制御すると共に、前記信号生成手段を制御することにより前記発光の時間間隔に同期して前記脈波信号を生成する制御手段と
して機能させることを特徴とする
光電脈波計測プログラム。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上、説明したように、本発明によれば、光電脈波計測装置において、脈波の特定期間である第１領域について特に細かく計測することにより脈波を正確に検出することができ、また、第１領域と他の第２〜第４領域とでサンプリングの周期を変化させることにより、細かいサンプリングが不要な期間については細かく計測すること無く、消費電力を抑えることができる。また、脈波が変動する都度に発光周期を変化させる必要が無いので、当該発光周期の制御のための大きな制御回路を必要とせず、当該回路における消費電力も抑えることができる。
【００９５】
以上のように、消費電力を抑えることにより、光電脈波計測装置を小型化することができ、この結果、光電脈波計測装置を、例えば自動車等の運転手に装着させて脈波を検出することにより、その変化から運転手の身体状況（例えば、眠気を催している等）を検出して警告等を発することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の光電脈波計測装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の光電脈波計測装置を説明するための説明図である。
【図３】本発明の光電脈波計測装置を説明するための説明図である。
【図４】本発明の光電脈波計測装置を説明するための説明図である。
【図５】本発明の光電脈波計測処理フローである。
【図６】本発明の光電脈波計測処理フローである。
【図７】本発明の光電脈波計測装置を説明するための説明図である。
【図８】本発明の光電脈波計測装置の他の一例を示す構成図である。
【図９】本発明の光電脈波計測装置の更に他の一例を示す構成図である。
【図１０】本発明の背景となった光電脈波計測を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００９７】
１    光電変換回路
２    アナログ回路
３    デジタル回路
４    コンピュータ
１１    発光回路
１２    受光回路
２０    ドライブ回路
２１    信号形成回路
２２    ＩＶ変換回路
２３    サンプルホールド（Ｓ＆Ｈ）回路
２４    増幅回路
３１    制御回路
４１    発光時間処理部
【図１】
0005194683.tif 000002
【図２】
0005194683.tif 000003
【図３】
0005194683.tif 000004
【図４】
0005194683.tif 000005
【図５】
0005194683.tif 000006
【図６】
0005194683.tif 000007
【図７】
0005194683.tif 000008
【図８】
0005194683.tif 000009
【図９】
0005194683.tif 000010
【図１０】
0005194683.tif 000011