(57)【要約】【課題】簡易な構成と処理を実現する光学式血流計測装置を提供する。【解決手段】複数の異なる波長の光を含む光信号を出力する発光部と、発光部の発光信号の人体を介した透過光または反射光を受光する受光部であり、異なる複数の波長光を選択受光する受光部と、受光部の受光信号に対応した電気信号に対する信号処理を実行する信号処理部を有する。発光部は、発光素子として白色ＬＥＤを備え、受光部は、青色フォトダイオードと赤色フォトダイオードを備えた構成であり、信号処理部は、複数の異なる波長光に対応する受光信号に基づく電気信号を入力し体動に起因するノイズ除去、血中酸素濃度の検出信号等を生成する。【選択図】図６
2013150772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の異なる波長の光を含む光信号を出力する単一発光素子から構成される発光部と、
前記発光部の発光信号の人体を介した透過光または反射光を受光する受光部であり、各々が異なる波長光に応じた受光信号を出力する複数の受光素子から構成される受光部と、
前記受光部の出力する複数の異なる波長光の受光信号に基づく信号処理を実行する信号処理部を有する信号処理装置。
【請求項２】
前記発光部は、前記単一発光素子として白色ＬＥＤを備えた構成である請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記白色ＬＥＤは、赤色光および青色光を含む複数の異なる波長の光を出力する発光素子である請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記白色ＬＥＤは、赤色光から青色光を含む複数の異なる波長の光を出力する発光素子であり、赤色光の波長領域と、青色光の波長領域にピークを有する相対強度を持つ光を出力する発光素子である請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記受光部は、各々が異なる波長光を選択受光する複数のフォトダイオードを有する複数色発光ＬＥＤによって構成されている請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記受光部は、前記複数の受光素子として青色フォトダイオードと赤色フォトダイオードを備えた構成である請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記青色フォトダイオードは、受光信号に含まれる青色波長成分の強度に応じた信号を出力し、
前記赤色フォトダイオードは、受光信号に含まれる赤色波長成分の強度に応じた信号を出力する請求項６に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記信号処理部は、複数の異なる波長光に対応する受光信号に基づく電気信号を入力し体動に起因するノイズの除去を行い、ノイズ除去信号に基づく信号解析を実行する請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記信号処理部は、前記受光部の出力に応じて脈拍検出を行う脈拍検出部を有する請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記信号処理部は、前記受光部の出力に応じて血中酸素濃度の検出を行う酸素濃度検出部を有する請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項１１】
前記酸素濃度検出部は、異なる波長光の検出信号の信号強度の対比に基づく血中酸素濃度検出を行う請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
信号処理装置において実行する信号処理方法であり、
発光部が、単一発光素子から複数の異なる波長の光を含む光信号を出力する発光ステップと、
受光部が、前記発光部の発光信号の人体を介した透過光または反射光を受光する受光ステップであり、各々が異なる波長光に応じた受光信号を出力する複数の受光素子において、異なる波長光の受光信号を生成する受光ステップと、
信号処理部が、前記受光部の出力する複数の異なる波長光の受光信号に基づく信号処理を実行する信号処理ステップを実行する信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、信号処理装置および信号処理方法に関する。特に、光学式の血流解析処理を行う信号処理装置および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
健康管理や診断等の目的で脈拍数、血中酸素飽和度、呼吸パターン等の生体情報（バイタルサイン）を測定するための装置として、光学式の血流検出装置が用いられている。なお、光学式血流検出装置については、例えば特許文献１（特許第４５８１４８０号公報）に記載がある。
【０００３】
この光学式血流検出装置は、例えば指などの人体に外部から光を照射する構成を持つ。具体的には、複数の波長（一般に赤色と赤外）の光を人体に投射し、その透過光又は反射光を計測し、波長による血液の吸光係数の違いを利用して、体動による信号の変動の吸収や、血中酸素飽和度の計測（パルスオキシメータ）を実現している。
【０００４】
従来の技術では、複数の光源を交互に光らせ、フォトダイオードなどの受光器から得られる受光信号を、発光タイミングに合わせて増幅回路に振り分けることにより、波長ごとの透過光又は反射光の計測を実現してきた。これには光源が複数必要であり、またこれを交互に光らせ、さらにタイミングに合わせて受光信号を振り分ける回路が必要で、構造が複雑であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５８１４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、簡易な構成によって光学式血流検出装置を実現する信号処理装置、および信号処理方法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】
【０００７】
本開示の第１の側面は、
複数の異なる波長の光を含む光信号を出力する単一発光素子から構成される発光部と、
前記発光部の発光信号の人体を介した透過光または反射光を受光する受光部であり、各々が異なる波長光に応じた受光信号を出力する複数の受光素子から構成される受光部と、
前記受光部の出力する複数の異なる波長光の受光信号に基づく信号処理を実行する信号処理部を有する信号処理装置にある。
【０００８】
さらに、本開示の信号処理装置の一実施態様において、前記発光部は、前記単一発光素子として白色ＬＥＤを備えた構成である。
【０００９】
さらに、本開示の信号処理装置の一実施態様において、前記白色ＬＥＤは、赤色光および青色光を含む複数の異なる波長の光を出力する発光素子である。
【００１０】
さらに、本開示の信号処理装置の一実施態様において、前記白色ＬＥＤは、赤色光から青色光を含む複数の異なる波長の光を出力する発光素子であり、赤色光の波長領域と、青色光の波長領域にピークを有する相対強度を持つ光を出力する発光素子である。
【００１１】
さらに、本開示の信号処理装置の一実施態様において、前記受光部は、各々が異なる波長光を選択受光する複数のフォトダイオードを有する複数色発光ＬＥＤによって構成されている。
【００１２】
さらに、本開示の信号処理装置の一実施態様において、前記受光部は、前記複数の受光素子として青色フォトダイオードと赤色フォトダイオードを備えた構成である。
【００１３】
さらに、本開示の信号処理装置の一実施態様において、前記青色フォトダイオードは、受光信号に含まれる青色波長成分の強度に応じた信号を出力し、前記赤色フォトダイオードは、受光信号に含まれる赤色波長成分の強度に応じた信号を出力する。
【００１４】
さらに、本開示の信号処理装置の一実施態様において、前記信号処理部は、複数の異なる波長光に対応する受光信号に基づく電気信号を入力し体動に起因するノイズの除去を行い、ノイズ除去信号に基づく信号解析を実行する。
【００１５】
さらに、本開示の信号処理装置の一実施態様において、前記信号処理部は、前記受光部の出力に応じて脈拍検出を行う脈拍検出部を有する。
【００１６】
さらに、本開示の信号処理装置の一実施態様において、前記信号処理部は、前記受光部の出力に応じて血中酸素濃度の検出を行う酸素濃度検出部を有する。
【００１７】
さらに、本開示の信号処理装置の一実施態様において、前記酸素濃度検出部は、異なる波長光の検出信号の信号強度の対比に基づく血中酸素濃度検出を行う。
【００１８】
さらに、本開示の第２の側面は、
信号処理装置において実行する信号処理方法であり、
発光部が、単一発光素子から複数の異なる波長の光を含む光信号を出力する発光ステップと、
受光部が、前記発光部の発光信号の人体を介した透過光または反射光を受光する受光ステップであり、各々が異なる波長光に応じた受光信号を出力する複数の受光素子において、異なる波長光の受光信号を生成する受光ステップと、
信号処理部が、前記受光部の出力する複数の異なる波長光の受光信号に基づく信号処理を実行する信号処理ステップを実行する信号処理方法にある。
【００１９】
本開示のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本開示の実施例や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。なお、本明細書においてシステムとは、複数の装置の論理的集合構成であり、各構成の装置が同一筐体内にあるものには限らない。
【発明の効果】
【００２０】
本開示の一実施例の構成によれば、簡易な構成と処理を実現する光学式血流計測装置が実現される。
具体的には、複数の異なる波長の光を含む光信号を出力する発光部と、発光部の発光信号の人体を介した透過光または反射光を受光する受光部であり、異なる複数の波長光を選択受光する受光部と、受光部の受光信号に対応した電気信号に対する信号処理を実行する信号処理部を有する。発光部は、発光素子として白色ＬＥＤを備え、受光部は、青色フォトダイオードと赤色フォトダイオードを備えた構成であり、信号処理部は、複数の異なる波長光に対応する受光信号に基づく電気信号を入力し体動に起因するノイズ除去、血中酸素濃度の検出信号等を生成する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】光学式の血流検出装置の原理について説明する図である。
【図２】光学式の血流検出装置の基本構成例について説明する図である。
【図３】従来の発光部の構成例について説明する図である。
【図４】従来の発光部に使用される単色ＬＥＤの発光スペクトル分布の例について説明する図である。
【図５】従来の受光部の構成例について説明する図である。
【図６】本開示の信号処理装置の構成例について説明する図である。
【図７】本開示の信号処理装置の発光部の構成例について説明する図である。
【図８】図７に示す発光部１０１の白色ＬＥＤ２０１の発光スペクトル分布の例を示す図である。
【図９】本開示の信号処理装置の受光部の構成例について説明する図である。
【図１０】本開示の信号処理装置の信号処理部の構成例について説明する図である。
【図１１】血液中の酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光特性の違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本開示の信号処理装置、および信号処理方法の詳細について説明する。なお、説明は以下の項目に従って行う。
１．光学式血流検出装置の原理と基本構成例について
２．本開示の光学式血流検出装置の構成と処理について
２−１．本開示の光学式血流解析を実行する信号処理装置の発光部の構成と処理について
２−２．本開示の光学式血流解析を実行する信号処理装置の受光部の構成と処理について
２−３．本開示の光学式血流解析を実行する信号処理装置の信号処理部の構成と処理について
２−４．本開示の信号処理装置の構成と処理の特徴と利点について
３．本開示の構成のまとめ
【００２３】
［１．光学式血流検出装置の原理と基本構成例について］
まず、光学式の血流検出装置の原理と基本構成例について説明する。
光学式血流検出装置の原理を説明する図１に示す。光学式血流検出装置の基本構成例を図２に示す。
図１（ａ）に示すように、人体１０の動脈血を有する部位、例えば皮膚に対して光を投射し、その透過または反射光を測定する。
光の投射部位は、皮膚表面から内部に向けて、
動脈血層１１、
静脈血層１２、
血液以外の組織１３、
このような複数の異なる層を持つ部位が好ましい。
【００２４】
このような多層構成の人体１０の構成部位に皮膚表面から光を照射し、その透過光あるいは反射光の時間変異を計測する。
この計測結果が例えば図１（ｂ）に示すデータである。図１（ｂ）には、横軸が時間（ｔ）、縦軸が透過光の強度を示している。
透過光強度は、血液循環による光照射部位の血液量の変動に応じて変化する。
図に示すグラフの波は心拍に同期している。また、透過光や反射光の強度は、血液中の酸素量、いわゆる血中酸素濃度に応じて変化する。
このように皮膚表面から光を照射し、その透過光あるいは反射光の時間変異を計測することで脈拍や血中酸素濃度等の生体信号を得ることができる。
【００２５】
図２は、光学式血流検出装置の基本構成例を示す図である。
図２に示す光学式血流検出装置２０は、発光部２１、受光部２２、増幅部２３、信号処理部２４を有する。
発光部２１から人体の血管を有する生体組織３０に対して光を照射する。
血管を含む生体組織３０を透過した光は、受光部２２に入力する。
受光部２２の検出光に基づく電気信号は、増幅部２３に入力され、増幅される。
増幅部２３の電気信号は信号処理部２４に入力され、例えばノイズ除去や波形整形などの信号処理が実行され、測定結果としての生体信号５０を出力する。
【００２６】
この光学式血流検出処理方式を用いた装置として、例えばパルスオキシメータがある。パルスオキシメータは、動脈血の変動と、血液の成分による吸光特性の違いを利用して、酸素濃度等、血中に含まれる化学成分を測定するものである。
【００２７】
次に、図３以下を参照して発光部２１と、受光部２２の具体的構成例について説明する。
まず、図３を参照して発光部２１の構成例について説明する。
図３は、従来の一般的なパルスオキシメータや、複数の異なる波長を利用して人体の動きに起因する測定誤差を抑制、すなわち耐体動性を高めた光学式脈波計の発光部の構成例を示す図である。
【００２８】
図３に示す発光部２１は発光素子として、一般によく用いられる特定波長光のみの単色光を発光する単色ＬＥＤを複数（２つ）、用いた構成例である。
図３に示すように、発光部２１は、
約６６５ｎｍ（赤）の赤色光を発光する赤色ＬＥＤ７２と、
約８８０ｎｍ（赤外）の赤外色光を発光する赤外色ＬＥＤ７３、
これらの２つの単色ＬＥＤを有する。
スイッチ回路７１によって、これら２つの単色ＬＥＤを選択的に発光させて、生体組織（皮膚）３０に照射する構成を有する。
【００２９】
図４は、図３で使われている２つの単色ＬＥＤの発光スペクトル分布の例である。図４には、以下の２つの発光スペクトル分布を示している。
（ａ）図３に示す約６６５ｎｍ（赤）の赤色光を発光する赤色ＬＥＤ７２の発光スペクトル分布
（ｂ）図３に示す約８８０ｎｍ（赤外）の赤外色光を発光する赤外色ＬＥＤ７３の発光スペクトル分布
この図で示すように、一般にパルスオキシメータでは、６６５ｎｍ（赤）と８８０ｎｍ（赤外）が用いられる。
【００３０】
次に、図５を参照して、受光部２２の構成例について説明する。受光部２２は、例えば図３に示す構成を持つ発光部２１からの照射光に対する人体の透過光、あるいは反射光を入力する。
図５は、従来のパルスオキシメータ、あるいは複数の波長を利用することで、人体の動きに起因する測定誤差を抑制、すなわち耐体動性を高めた光学式脈波計の受光部２２の構成例を示す図である。
【００３１】
図５に示す受光部２２は受光素子として、一般によく用いられるフォトダイオード（ＰＤ）８１を用いた構成である。
人体を構成する生体組織（皮膚）３０の透過光、あるいは反射光によって得られる光電流は微弱であるため電圧に変換して増幅する回路（オペアンプ）が必要である。
【００３２】
図５に示す受光部２２は、先に説明した図３に示す発光部２１の発光素子である赤色ＬＥＤ７２と赤外色ＬＥＤ７３の発光切り替えタイミングに応じて、フォトダイオード（ＰＤ）８１の出力する光電流をスイッチ回路８２で切り替えている。
【００３３】
すなわち、スイッチ回路８２は、
赤色ＬＥＤ７２の発光に応じた受光信号に応じた電気信号を増幅部８３に出力し、
赤外色ＬＥＤ７３の発光に応じた受光信号に応じた電気信号を増幅部８４に出力する、
スイッチ回路８２は、これらの２系統の出力を誤りなく実行するためのスイッチング制御を実行する。
【００３４】
スイッチ回路８２によって切り替え出力される２つの出力は、増幅部８３，８４のオペアンプに振り分けて出力される。さらにスイッチングによる開放時のオペアンプの出力電圧の低下を防ぐため、開放時にそれまでの電圧を保持するためのホールド回路がそれぞれの増幅部８３，８４に必要となる。
【００３５】
このように、従来型の光学式血流検出装置は、複数の光源を交互に光らせ、フォトダイオードなどの受光器から得られる受光信号を、発光タイミングに合わせて増幅回路に振り分けることにより、波長ごとの透過光又は反射光の計測を実現してきた。これには光源が複数必要であり、またこれを交互に光らせ、さらにタイミングに合わせて受光信号を振り分ける回路が必要で、構造が複雑であった。
【００３６】
［２．本開示の光学式血流解析を実行する信号処理装置の構成と処理について］
次に、本開示の光学式血流解析を実行する信号処理装置の構成と処理について説明する。
図６は、本開示の光学式血流解析を実行する信号処理装置の全体の構成例を示す図である。図６に示す信号処理装置１００は、先に図２を参照して説明した光学式血流検出装置２０と同様の構成を有する。すなわち、図６に示す信号処理装置１００は、
発光部１０１、
受光部１０２、
増幅部１０３、
信号処理部１０４、
を有する。
【００３７】
発光部１０１から人体の血管を有する生体組織１３０に対して光を照射する。
血管を含む生体組織１３０の透過光、または反射光は、受光部１０２に入力する。
受光部１０２の検出光に基づく電気信号は、増幅部１０３に入力され、増幅される。
増幅部１０３の電気信号は信号処理部１０４に入力され、例えばノイズ除去や波形整形などの信号処理が実行され、測定結果としての生体信号１５０を出力する。
【００３８】
（２−１．本開示の光学式血流解析を実行する信号処理装置の発光部の構成と処理について）
次に、本開示の信号処理装置１００の発光部１０１の構成と処理について説明する。
図７は、本開示に従った信号処理装置１００の発光部１０１の構成例を示す図である。
図７に示す発光部１０１は、白色ＬＥＤ２０１を有し、白色ＬＥＤ２０１の発光する光を生体組織（皮膚）１３０に照射する構成である。
【００３９】
白色ＬＥＤ１０１は、複数の波長の光を同時に投射する発光部である。図７に示す発光部１０１は、発光素子として白色ＬＥＤ２０１を用いている。
図８は、図７に示す発光部１０１の白色ＬＥＤ２０１の発光スペクトル分布の例を示す図である。
図８に示すように、白色ＬＥＤ２０１は発光スペクトル分布に複数のピーク波長を有している。この例では４５０ｎｍ（青）と６５０ｎｍ（赤）の２つのピークを有している。
【００４０】
図３に示す従来型の発光部２１と、図７に示す本開示に従った発光部１０１を比較して理解されるように、
図３に示す従来型の発光部２１は、異なる波長の光を照射する２つの単色ＬＥＤ、すなわちＬＥＤ７２，７３を有している。
一方、図７に示す本開示に従った発光部１０１は、複数波長光を含む光を照射する単一の白色ＬＥＤ２０１を有する。
このように、図７に示す本開示に従った発光部１０１は、１つの光源で複数の波長を同時に出力する構成であり、スイッチング回路を必要とする図３に示す発光部２１の構成に比べ非常に簡易な構成となっている。
【００４１】
（２−２．本開示の光学式血流解析を実行する信号処理装置の受光部の構成と処理について）
次に本開示の信号処理装置１００の受光部１０２の構成と処理について説明する。
図９は本開示の信号処理装置１００の受光部１０２の構成例を示す図である。本開示の信号処理装置１００の受光部１０２は、複数の周波数の光の強度を検知できる受光部である。
【００４２】
図９に示す受光部１０２は、受光素子として２色発光ＬＥＤを用いている。通常、ＬＥＤは発光素子として用いられるが、受光時に光起電力が発生するため非常に帯域の狭い受光素子として用いることが可能である。さらに２色発光ＬＥＤは一般に広く普及しており、安価に利用することができるメリットもある。ただし、受光時の光起電力は弱いため、増幅回路（オペアンプ）により増幅する必要がある。
【００４３】
図９に示す受光部１０２は、青色フォトダイオード（青色ＰＤ）３０１と、赤色フォトダイオード（赤色ＰＤ）３０２を有する２色発光ＬＥＤを用いた構成である。
青色フォトダイオード（青色ＰＤ）３０１は、受光信号に含まれる青色波長成分の強度に応じた信号を出力し、赤色フォトダイオード（赤色ＰＤ）３０２は、受光信号に含まれる赤色波長成分の強度に応じた信号を出力する。
青色フォトダイオード（青色ＰＤ）３０１の出力は、オペアンプから構成される増幅部３０３に出力され増幅される。この増幅部３０３の出力が青光量信号として出力される。
また、赤色フォトダイオード（赤色ＰＤ）３０２の出力は、オペアンプから構成される増幅部３０４に出力され増幅される。この増幅部３０４の出力が赤光量信号として出力される。
【００４４】
受光部は、発光部から投射された光が、同じ生体組織内の経路を通った光を受光できることが望ましい。このため、１カ所で受光できる２色発光ＬＥＤはこの目的に好適である。
【００４５】
（２−３．本開示の光学式血流解析を実行する信号処理装置の信号処理部の構成と処理について）
先に図５を参照して説明した従来型の受光部２２の構成と、図９を参照して説明した本開示の装置における受光部１０２を比較して理解されるように、図９を参照して説明した本開示の受光部１０２はスイッチ回路やホールド回路が不要となり、簡易な構成となっている。
【００４６】
本開示の装置は、図７を参照して説明した発光部１０１と、図９を参照して説明した受光部１０２を組み合わせた構成である。発光部１０１が人体の血管を含む生体組織に照射した光の反射光または透過光を受光部１０２において受光する。この受光信号を解析することにより、受光量の増減をもとに動脈血の脈波成分の検出を行うことが可能となる。
【００４７】
図６に示す信号処理装置１００の信号処理部１０４の構成例を図１０に示す。
信号処理部１０４は、図６に示すように、ノイズ除去部５０１、脈拍検出部５０２、酸素濃度検出部５０３を有する。
【００４８】
図９に示す受光部１０２の青色フォトダイオード（青色ＰＤ）３０１の受光信号を増幅部３０３で増幅した青色光と、受光部１０２の赤色フォトダイオード（赤色ＰＤ）３０２の受光信号を増幅部３０４で増幅した赤色光は、それぞれの光量に応じた電気信号、すなわち、図に示す青色光信号４１１，赤色光信号４１２をノイズ除去部５０１に出力する。
【００４９】
ノイズ除去部５０１は、これらの青色光信号４１１，赤色光信号４１２に含まれるノイズを除去する処理を行なう。ノイズは、例えば測定者である人の動きなどに起因するノイズ、すなわち体動に起因するノイズであり、特徴として、２つの信号、すなわち青色光信号４１１，赤色光信号４１２に共通する不規則な変動信号として含まれる。２つの信号の解析により、不規則な共通変動信号を取り除くことでノイズを除去することが可能となる。ノイズ除去方法は各種あるが、例えば予め設定した係数をかけて差分をとる方法が利用される。
【００５０】
ノイズ除去部５０１におけるノイズ除去されたノイズ除去青色信号４３１と、ノイズ除去赤色信号４３２は、脈拍検出部５０２と、酸素濃度検出部５０３に出力される。
脈拍検出部５０２は、ノイズ除去青色信号４３１と、ノイズ除去赤色信号４３２の少なくともいずれかの信号の規則的変動を解析して、脈拍を検出する。
すなわち、先に図１（ｂ）を参照して説明した規則的な波動を取得し、取得した波動に基づいて脈拍５１１を検出して出力する。
【００５１】
また、酸素濃度検出部５０３は、ノイズ除去青色信号４３１と、ノイズ除去赤色信号４３２の強度の対応関係に基づいて血流中の酸素濃度を検出する。
図１１は、血液中の酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光特性の違いを利用したパルスオキシメータの測定データを示すグラフである。
すなわち、血液中の酸素を有するヘモグロビンである酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）と、酸素を有さないヘモグロビンである還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸光特性の違いを示すグラフである。図の横軸が波長（Ｗｅｖｅ  Ｌｅｎｇｔｈ（ｎｍ））、縦軸が吸光度（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）を示している。
【００５２】
実線が、酸素を有するヘモグロビンである酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）の光波長対応の吸光度を示し、
点線が、酸素を有さないヘモグロビンである還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の光波長対応の吸光度を示している。
【００５３】
各色の波長は、
青色光は約４４０ｎｍ、
赤色光は約６６０ｎｍ、
赤外光は約８８０ｎｍ、
である。
【００５４】
図６〜図１０を参照して説明した本開示の装置構成では、約４４０ｎｍの青色光と、訳６６０ｎｍ高の赤色光を血管の透過光または反射光として受光している。
従って、血液中に酸素が多い場合は、図１１に示す実線（ＨｂＯ２）に対応する関係、例えば図に示す２つの波長光対応の吸光度、すなわち、
約４４０ｎｍの青色光対応の吸光度（ａ１）、
約６６０ｎｍの赤色光対応の吸光度（ａ２）、
これらの吸光度を反映した強度を持つ青色光信号、および赤色光信号として測定される。
【００５５】
一方、血液中に酸素が少ない場合は、図１１に示す点線（Ｈｂ）に対応する関係、例えば図に示す２つの波長光対応の吸光度、すなわち、
約４４０ｎｍの青色光対応の吸光度（ｂ１）、
約６６０ｎｍの赤色光対応の吸光度（ｂ２）、
これらの吸光度を反映した強度を持つ青色光信号、および赤色光信号として測定される。
【００５６】
このように、青色光信号、および赤色光信号の強度比は、血液中の酸素濃度に応じて変動する。
酸素濃度検出部５０３は、青色光信号、および赤色光信号の強度比と酸素濃度との対応関係を格納したテーブルをメモリに保持し、このテーブルを参照して、ノイズ除去部５０１から入力するノイズ除去青色信号４３１と、ノイズ除去赤色信号４３２との信号強度に応じて酸素濃度５１２を検出し出力する。
【００５７】
なお、テーブルではなく、予め規定した演算によって酸素濃度５１２を算出する構成としてもよい。
すなわち、ノイズ除去青色信号４３１と、ノイズ除去赤色信号４３２を入力パラメータとして酸素濃度を算出する関数を用いて演算処理によって酸素濃度５１２を算出する構成としてもよい。
【００５８】
なお、先に従来構成として説明した図３に示す発光部２１と、図５に示す受光部２２を用いた構成では、赤色光と赤外光との強度比を用いて酸素濃度を検出する構成である。この場合、赤色光と赤外光との強度比は、酸素濃度に応じて、図１１に示す吸光度（ａ２）と（ａ３）、または（ｂ２）と（ｂ３）の吸光度を反映した関係となり、この関係性から酸素濃度を測定している。
【００５９】
なお、複数の異なる波長の光に対応する吸光度と酸素濃度との対応関係に基づく酸素濃度計測処理は、例えば、ＵＳ特許：Ｍ．  Ｋｏｎｉｓｈｉ，  Ｔ．  Ｋｉｓａｎｕｋｉ，  Ａ．  Ｙａｍａｎｉｓｈｉ，  Ｙ．  Ｍａｊｉｍａ：  Ｐｈｏｔｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｏｘｉｍｅｔｅｒ，  ＵＳ  Ｐａｔｅｎｔ，  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｕｍｂｅｒ：  ３９９８５５０，１９７６に記載されている処理を適用可能である。
【００６０】
（２−４．本開示の信号処理装置の構成と処理の特徴と利点について）
上述の実施例において説明したように、
本開示の装置では、発光部１０１として図７を参照して説明したように、青色光（約４４０ｎｍ）から赤色光（約６６０ｎｍ）の波長を含む光を発光する白色ＬＥＤ２０１を用いた。
また、受光部１０２として、図９に示すように青色光（約４４０ｎｍ）対応の受光信号を出力する青色フォトダイオード（青色ＰＤ）３０１と、赤色光（約６６０ｎｍ）対応の受光信号を出力する赤色フォトダイオード（赤色ＰＤ）３０２を用いた。
【００６１】
このように発光部１０１を複数の波長光を出力可能な単一ＬＥＤとすることで、測定ポイントを一か所に集中することが可能となり、図３を参照して説明したような異なる位置から異なる波長光を出力する構成に比較して高精度の測定が可能となる。
例えば測定ポイントを一ポイントに集中させることで、体動に起因するノイズを正確に検出可能となり、高精度なノイズ除去が実現される。さらに、同一ポイントの測定結果を用いることで、図１１を参照して説明した吸光度特性に応じた酸素濃度測定の精度も高めることが可能となる。
【００６２】
なお、上述の実施例では、発光部の単一ＬＥＤとして青色光（約４４０ｎｍ）から赤色光（約６６０ｎｍ）の波長を含む光を発光する白色ＬＥＤ２０１を用いているが、例えば、赤色光（約６６０ｎｍ）から赤外光（約８８０ｎｍ）の波長を含む光を発光する単一ＬＥＤを用いた構成としてもよい。この場合は、受光側に、赤色光（約６６０ｎｍ）対応の受光信号を出力する赤色フォトダイオード（赤色ＰＤ）と、赤外光（約８８０ｎｍ）対応の受光信号を出力する赤外光フォトダイオード（赤外光ＰＤ）を用いる。これらの赤色光と、赤外光の吸光度特性の差異に基づく解析により、酸素濃度の検出が可能となる。
【００６３】
その他、青色〜赤外光の発光を行う単色ＬＥＤを発光部に用い、受光部に青色ダイオードと赤外ダイオードを設定した構成としてもよい。
このように、発光部としては、様々な２つ以上の異なる波長光を含む光を発光する単一ＬＥＤが利用可能であり、受光部には、発光部に利用した単一ＬＥＤの発光信号に含まれる異なる波長の光を検出して出力する複数の受光素子、例えばフォトダイオードを持つ様々な構成を利用することが可能である。
【００６４】
また、信号処理部１０４の酸素濃度検出部５０３の処理として、図１１に示す血液中の酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光特性の違いを利用したパルスオキシメータについて述べたが、信号処理部１０４は、酸素濃度検出処理に限らず、他の血中成分の吸光特性を用いた血中成分測定を行う構成とすることも可能である。
【００６５】
上述したように、本開示の信号処理装置は、発光部を単一の発光素子で実現している。また発光の切り替えおよび受光信号の振り分けが不要となり、従来の技術に比べ消費電流が少なくシンプルな信号処理装置、すなわち、脈波検出装置やパルスオキシメータを実現することが可能となる。
【００６６】
［３．本開示の構成のまとめ］
以上、特定の実施例を参照しながら、本開示の実施例について詳解してきた。しかしながら、本開示の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本開示の要旨を判断するためには、特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００６７】
なお、本明細書において開示した技術は、以下のような構成をとることができる。
（１）  複数の異なる波長の光を含む光信号を出力する単一発光素子から構成される発光部と、
前記発光部の発光信号の人体を介した透過光または反射光を受光する受光部であり、各々が異なる波長光に応じた受光信号を出力する複数の受光素子から構成される受光部と、
前記受光部の出力する複数の異なる波長光の受光信号に基づく信号処理を実行する信号処理部を有する信号処理装置。
【００６８】
（２）前記発光部は、前記単一発光素子として白色ＬＥＤを備えた構成である前記（１）に記載の信号処理装置。
（３）前記白色ＬＥＤは、赤色光および青色光を含む複数の異なる波長の光を出力する発光素子である前記（２）に記載の信号処理装置。
（４）前記白色ＬＥＤは、赤色光から青色光を含む複数の異なる波長の光を出力する発光素子であり、赤色光の波長領域と、青色光の波長領域にピークを有する相対強度を持つ光を出力する発光素子である前記（２）または（３）に記載の信号処理装置。
【００６９】
（５）前記受光部は、各々が異なる波長光を選択受光する複数のフォトダイオードを有する複数色発光ＬＥＤによって構成されている前記（１）〜（４）いずれかに記載の信号処理装置。
（６）前記受光部は、前記複数の受光素子として青色フォトダイオードと赤色フォトダイオードを備えた構成である前記（１）〜（５）いずれかに記載の信号処理装置。
（７）前記青色フォトダイオードは、受光信号に含まれる青色波長成分の強度に応じた信号を出力し、前記赤色フォトダイオードは、受光信号に含まれる赤色波長成分の強度に応じた信号を出力する前記（６）に記載の信号処理装置。
【００７０】
（８）前記信号処理部は、複数の異なる波長光に対応する受光信号に基づく電気信号を入力し体動に起因するノイズの除去を行い、ノイズ除去信号に基づく信号解析を実行する前記（１）〜（７）いずれかに記載の信号処理装置。
（９）前記信号処理部は、前記受光部の出力に応じて脈拍検出を行う脈拍検出部を有する前記（１）〜（８）いずれかに記載の信号処理装置。
【００７１】
（１０）前記信号処理部は、前記受光部の出力に応じて血中酸素濃度の検出を行う酸素濃度検出部を有する前記（１）〜（９）いずれかに記載の信号処理装置。
（１１）前記酸素濃度検出部は、異なる波長光の検出信号の信号強度の対比に基づく血中酸素濃度検出を行う前記（１０）に記載の信号処理装置。
【００７２】
また、明細書中において説明した一連の処理はハードウェア、またはソフトウェア、あるいは両者の複合構成によって実行することが可能である。ソフトウェアによる処理を実行する場合は、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれたコンピュータ内のメモリにインストールして実行させるか、あるいは、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることが可能である。例えば、プログラムは記録媒体に予め記録しておくことができる。記録媒体からコンピュータにインストールする他、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットといったネットワークを介してプログラムを受信し、内蔵するハードディスク等の記録媒体にインストールすることができる。
【００７３】
なお、明細書に記載された各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。また、本明細書においてシステムとは、複数の装置の論理的集合構成であり、各構成の装置が同一筐体内にあるものには限らない。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上、説明したように、本開示の一実施例の構成によれば、簡易な構成と処理を実現する光学式血流計測装置が実現される。
具体的には、複数の異なる波長の光を含む光信号を出力する発光部と、発光部の発光信号の人体を介した透過光または反射光を受光する受光部であり、異なる複数の波長光を選択受光する受光部と、受光部の受光信号に対応した電気信号に対する信号処理を実行する信号処理部を有する。発光部は、発光素子として白色ＬＥＤを備え、受光部は、青色フォトダイオードと赤色フォトダイオードを備えた構成であり、信号処理部は、複数の異なる波長光に対応する受光信号に基づく電気信号を入力し体動に起因するノイズ除去、血中酸素濃度の検出信号等を生成する。
【符号の説明】
【００７５】
１０  人体
１１  動脈血層
１２  静脈血層
１３  血液以外の組織
２０  光学式血流検出装置
２１  発光部
２２  受光部
２３  増幅部
２４  信号処理部
３０  生体組織
５０  生体信号
７１  スイッチ回路
７２  赤色ＬＥＤ
７３  赤色外ＬＥＤ
１００  光学式血流検出装置
１０１  発光部
１０２  受光部
１０３  増幅部
１０４  信号処理部
１３０  生体組織
１５０  生体信号
２０１  白色ＬＥＤ
３０１  青色フォトダイオード
３０２  赤色フォトダイオード
３０３  増幅部
３０４  増幅部
４１１  青色光信号
４１２  赤色光信号
４３１  ノイズ除去青色高信号
４３２  ノイズ除去赤色高信号
５０１  ノイズ除去部
５０２  脈拍検出部
５０３  酸素濃度検出部
５１１  脈拍
５１２  酸素濃度
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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