(57)【要約】【課題】迅速かつ低消費電力で脈波を計測する【解決手段】実施形態によれば、脈波計測装置は、記憶部と、減算器と、を備える。前記記憶部は、発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第１のデジタル信号の値と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第２のデジタル信号の値と、を記憶する。前記減算器は、前記記憶部に記憶された前記第１のデジタル信号の値から前記記憶部に記憶された前記第２のデジタル信号の値を減算する。【選択図】図１
2017051554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第１のデジタル信号の値と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第２のデジタル信号の値と、を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記第１のデジタル信号の値から前記記憶部に記憶された前記第２のデジタル信号の値を減算する減算器と、
を備える脈波計測装置。
【請求項２】
前記受光素子から前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とを計測して前記記憶部へ格納する信号計測部をさらに備え、前記信号計測部は、前記非点灯状態のタイミング毎に前記第２のデジタル信号を１回計測し、
前記減算器は、前記第１のデジタル信号の値から、当該第１のデジタル信号に対応する前記点灯状態のタイミングの直前または直後の前記非点灯状態のタイミングで計測された前記第２のデジタル信号の値を減算する、請求項１に記載の脈波計測装置。
【請求項３】
前記受光素子から前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とを計測して前記記憶部へ格納する信号計測部をさらに備え、前記信号計測部は、前記非点灯状態のタイミング毎に前記第２のデジタル信号を１回計測し、
前記減算器は、前記第１のデジタル信号の値から、当該第１のデジタル信号に対応する前記点灯状態のタイミングの直前および直後の前記非点灯状態のタイミングでそれぞれ計測された前記第２のデジタル信号の加算値の半分の値を減算する、請求項１に記載の脈波計測装置。
【請求項４】
前記受光素子から前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とを計測して前記記憶部へ格納する信号計測部をさらに備え、前記信号計測部は、前記非点灯状態のタイミング毎に前記第２のデジタル信号を複数回計測し、
前記減算器は、前記第１のデジタル信号の値から、複数回計測された前記第２のデジタル信号の値の平均値を減算する、請求項１に記載の脈波計測装置。
【請求項５】
前記受光素子から前記第１のデジタル信号と前記第２のデジタル信号とを計測して前記記憶部へ格納する信号計測部をさらに備え、前記信号計測部は、予め設定された前記非点灯状態のタイミングで前記第２のデジタル信号を計測する、請求項１に記載の脈波計測装置。
【請求項６】
前記記憶部には、加速度センサが前記点灯状態のタイミングで検出した加速度を示すモーション信号の値がさらに記憶され、
前記減算器は、前記第１のデジタル信号の値から、前記第２のデジタル信号の値とともに前記モーション信号の値も減算する、請求項１から５のいずれかに記載の脈波計測装置。
【請求項７】
体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替え可能な発光素子と、
前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子と、
加速度を検出する加速度センサと、
前記点灯状態のタイミングにおける前記受光素子の出力状態を示す第１のデジタル信号の値と、前記非点灯状態のタイミングにおける前記受光素子の出力状態を示す第２のデジタル信号の値と、前記点灯状態のタイミングにおける前記加速度を示すモーション信号の値と、を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記第１のデジタル信号の値から、前記記憶部に記憶された前記第２のデジタル信号の値と前記モーション信号の値とを減算する減算器と、
前記減算器から出力された減算結果に基づいて、演算処理を行って脈拍数を算出する演算処理部と、
を備える脈波計測システム。
【請求項８】
発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第１のアナログ信号と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第２のアナログ信号とを、増幅する信号増幅部と、前記信号増幅部で増幅された前記第１のアナログ信号を第１のデジタル信号に変換し、かつ、前記信号増幅部で増幅された前記第２のアナログ信号を第２のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、を有する信号計測部と、
前記第２のデジタル信号の値と、予め設定された基準値とを比較演算し、前記第２のデジタル信号の値が前記基準値よりも大きくなるように前記信号増幅部の増幅値を調整し、調整された増幅値に基づく前記第２のデジタル信号の値と逆極性のデジタル値を出力する比較演算部と、
前記デジタル値をアナログ値に変換し、変換したアナログ値に基づいて前記第１のアナログ信号を処理するＤ／Ａ変換部と、
を備える脈波計測装置。
【請求項９】
発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第１のデジタル信号の値と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第２のデジタル信号の値と、を記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶された前記第１のデジタル信号の値から前記記憶ステップで記憶された前記第２のデジタル信号の値を減算する減算ステップと、
を備える信号処理方法。
【請求項１０】
発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第１のアナログ信号と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第２のアナログ信号と、を増幅し、増幅した前記第１のアナログ信号を第１のデジタル信号に変換し、かつ、増幅した前記第２のアナログ信号を第２のデジタル信号に変換する信号計測ステップと、
前記第２のデジタル信号の値と、予め設定された基準値とを比較演算し、前記第２のデジタル信号の値が前記基準値よりも大きくなるように増幅値を調整し、調整された増幅値に基づく前記第２のデジタル信号の値と逆極性のデジタル値を出力する比較演算ステップと、
前記デジタル値をアナログ値に変換し、変換したアナログ値に基づいて前記第１のアナログ信号を処理する信号処理ステップと、
を備える信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、脈波計測装置、脈波計測システム、および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
血管に向かって光を照射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）と、血管を透過または反射した光を受光するためのフォトダイオードと、を用いて脈波を計測する方法が知られている。この方法では、受光素子の出力状態を示す信号が脈波に対応している。しかし、この信号には、一般的に、脈波成分だけでなく、環境光などの低周波ノイズ成分も含まれている。そこで、ＨＰＦ（High Pass Filter）を用いて、このような低周波ノイズ成分を除去する信号処理が行われている。
【０００３】
しかし、ＨＰＦを用いて脈波を計測する場合、多くの信号データを用いて複雑な演算を行う必要がある。そのため、信号処理に多くの時間が費やされ、その結果、消費電力が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４３３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、迅速かつ低消費電力で脈波を計測することが可能な脈波計測装置、脈波計測システム、および信号処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、脈波計測装置は、記憶部と、減算器と、を備える。前記記憶部は、発光素子が、体内に向かって光を照射する点灯状態と、前記光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替わっているときに、前記体内を透過または反射した光を受光するための受光素子の、前記点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第１のデジタル信号の値と、前記受光素子の、前記非点灯状態のタイミングにおける出力状態を示す第２のデジタル信号の値と、を記憶する。前記減算器は、前記記憶部に記憶された前記第１のデジタル信号の値から前記記憶部に記憶された前記第２のデジタル信号の値を減算する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る脈波計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す脈波計測システムで用いられる信号のタイミングチャートである。
【図３】（ａ）は、比較例に係る脈波計測装置で信号処理された脈波信号の波形図であり、（ｂ）は、第１の実施形態に係る脈波計測装置で信号処理された脈波信号の波形図である。
【図４】第２の実施形態に係る脈波計測システムで用いられる信号のタイミングチャートである。
【図５】第３の実施形態に係る脈波計測システムで用いられる信号のタイミングチャートである。
【図６】第４の実施形態に係る脈波計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る脈波計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る脈波計測システム１は、発光素子２と、受光素子３と、加速度センサ４と、脈波計測装置５と、を備える。
【００１０】
発光素子２は、脈波計測対象者の体内、具体的には血管に向かって光を照射する。本実施形態では、発光素子２は、緑色光を発光するＬＥＤで構成されている。しかし、発光素子２は、ＬＥＤ以外の他の種類の発光素子であってもよく、また、発光素子２の発光色(光の波長)も、赤色等の他の色であってもよい。
【００１１】
受光素子３は、発光素子２から照射された光が血管を透過または反射した光を受光するための素子であり、例えばフォトダイオードで構成されている。ただし、受光素子３は、フォトダイオード以外の他の種類の受光素子であってもよい。
【００１２】
発光素子２が点灯しているとき、受光素子３の出力状態は、血管の膨張と収縮に対応して変化する。換言すると、発光素子２が点灯しているときの受光素子３の出力状態は、脈波に対応している。本実施形態のように発光素子２の光が緑色の場合、受光素子３は、血管で反射した反射光を受光する。血管が膨張しているときには、反射光の光量が少なくなるので、受光素子３は低出力状態となる。反対に、血管が収縮しているときには、反射光の光量が多くなるので、受光素子３は高出力状態となる。なお、発光素子２の光が、例えば赤色の場合には、受光素子３は、血管を透過した透過光を受光する。この場合も、血管が膨張しているときには透過光の光量が少なくなるので、受光素子３は低出力状態となり、血管が収縮しているときの受光素子３は高出力状態となる。
【００１３】
加速度センサ４は、加速度を検出し、検出した加速度を示すモーション信号を脈波計測装置５へ出力する。
【００１４】
脈波計測装置５は、駆動部５１と、信号計測部５２と、タイミング制御部５３と、記憶部５４と、減算器５５と、演算処理部５６と、を有する。以下、各部の構成について説明する。
【００１５】
駆動部５１は、発光素子２を駆動する。具体的には、駆動部５１は、発光素子２を、体内に向かって光を照射する点灯状態と、当該光を照射しない非点灯状態と、に交互に切り替えるための点灯制御信号に基づいて、発光素子２を駆動する。
【００１６】
信号計測部５２は、上記点灯状態のタイミングにおける受光素子３の出力状態を示す第１のデジタル信号と、上記非点灯状態のタイミングにおける受光素子３の出力状態を示す第２のデジタル信号と、を計測する。信号計測部５２は、例えば、受光素子３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部等を備えるＡＦＥ（Analog Front End）で構成されている。
【００１７】
タイミング制御部５３は、信号計測部５２が、第１のデジタル信号と第２のデジタル信号とを計測するタイミングを制御する。具体的には、点灯制御信号における点灯状態のタイミングに同期して第１のデジタル信号が計測され、かつ、点灯制御信号における非点灯状態のタイミングに同期して第２のデジタル信号が計測されるように、タイミング制御部５３は、信号計測部５２による信号計測のタイミングを制御する。
【００１８】
記憶部５４は、信号計測部５２で計測された第１および第２のデジタル信号の各値と、加速度センサ４で検出されたモーション信号の値と、を記憶する。
【００１９】
減算器５５は、記憶部５４に記憶された第１のデジタル信号の値から、記憶部５４に記憶された第２のデジタル信号の値とモーション信号の値とを減算し、減算結果を示す信号を演算処理部５６へ出力する。
【００２０】
演算処理部５６は、雑音除去部５６ａと、周期検出部５６ｂとを有する。雑音除去部５６ａは、減算器５５から出力された信号に含まれる高周波のノイズ成分を除去する。雑音除去部５６ａは、例えば、脈波の周波数帯域よりも高周波の成分を減衰させるＬＰＦ（Low Pass Filter）で構成されている。周期検出部５６ｂは、雑音除去部５６ａによって信号処理された脈波信号の周期を検出する。演算処理部５６は、例えば、所定のプラグラムに基づいて種々の演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成されている。
【００２１】
以下、上述した本実施形態に係る脈波計測システム１の動作について、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る脈波計測システム１で用いられる信号のタイミングチャートである。
【００２２】
まず、駆動部５１が、図２に示す点灯制御信号に基づいて、発光素子２を、点灯状態と非点灯状態とに交互に切り替える。このとき、信号計測部５２が、タイミング制御部５３の制御に基づいて、点灯状態のタイミングＴ１毎に第１のデジタル信号を計測するとともに、非点灯状態のタイミングＴ２毎に第２のデジタル信号を１回計測する。また、図２には示されていないが、加速度センサ４が、点灯状態のタイミングＴ１毎に加速度を検出し、検出した加速度を示すモーション信号を出力する。第１のデジタル信号の値と、第２のデジタル信号の値とは、信号計測部５２によって記憶部５４に格納される。また、モーション信号の値も記憶部５４に格納される。
【００２３】
第１のデジタル信号は、点灯状態のタイミングＴ１で計測されているので、脈波成分を含んでいる。しかし、この第１のデジタル信号は、脈波成分に加えて、環境光に起因する環境光ノイズ成分と、脈波計測対象者の体動に起因するモーションノイズ成分も含んでいる。環境光ノイズ成分は、非点灯状態のタイミングＴ２で計測された第２のデジタル信号に対応している。一方、モーションノイズ成分は、点灯状態のタイミングＴ１で加速度センサ４によって検出されたモーション信号に対応している。
【００２４】
そこで、本実施形態では、減算器５５が、第１のデジタル信号の値から、第２のデジタル信号の値とモーション信号の値とを減算することにより、環境光ノイズ成分とモーションノイズ成分とが第１のデジタル信号から除去され、脈波成分が抽出される。なお、本実施形態では、より高精度にモーションノイズ成分を除去するために、減算器５５は、脈波計測対象者の体動に適応して算出される係数Ｋとモーション信号の値との乗算値を減算してもよい。
【００２５】
ここで、図２を参照して、減算器５５が第１のデジタル信号の値から第２のデジタル信号の値を減算する３つの演算例を説明する。
【００２６】
第１の演算例では、減算器５５は、タイミングＴ１で計測された第１のデジタル信号の値Ａ（ｎ）から、当該タイミングＴ１の直前のタイミングＴ２で計測された第２のデジタル信号の値Ｂ（ｎ−１）を減算する。すなわち、減算器５５は、Ａ（ｎ）−Ｂ（ｎ−１）を演算する。
【００２７】
第２の演算例では、減算器５５は、タイミングＴ１で計測された第１のデジタル信号の値Ａ（ｎ）から、当該タイミングＴ１の直後のタイミングＴ２で計測された第２のデジタル信号の値Ｂ（ｎ）を減算する。すなわち、減算器５５は、Ａ（ｎ）−Ｂ（ｎ）を演算する。
【００２８】
第３の演算例では、減算器５５は、タイミングＴ１で計測された第１のデジタル信号の値Ａ（ｎ）から、当該タイミングＴ１の直前および直後のタイミングＴ２でそれぞれ計測された第２のデジタル信号の加算値の半分の値、つまり（Ｂ（ｎ−１）＋Ｂ（ｎ））／２を減算する。すなわち、減算器５５は、Ａ（ｎ）−（Ｂ（ｎ−１）＋Ｂ（ｎ））／２を演算する。
【００２９】
減算器５５は、上記第１〜第３の演算例のいずれかによって減算処理した後、減算結果を示す信号を演算処理部５６へ出力する。
【００３０】
演算処理部５６では、まず、雑音除去部５６ａが、減算器５５から出力された信号に含まれる高周波ノイズ成分を除去する。続いて、周期検出部５６ｂが、雑音除去部５６ａによって信号処理された脈波信号の周期を検出する。この周期に基づいて、脈拍数が算出される。
【００３１】
以上が本実施形態に係る脈波計測システム１の動作の説明である。続いて、図３を参照して、本実施形態に係る脈波計測装置５の信号処理と、比較例に係る脈波計測装置の信号処理とのシミュレーション結果について説明する。図３（ａ）は、比較例に係る脈波計測装置で信号処理された脈波信号の波形図である。図３（ｂ）は、本実施形態に係る脈波計測装置５で信号処理された脈波信号の波形図である。
【００３２】
比較例に係る脈波計測装置は、ＨＰＦで環境光ノイズ成分とモーションノイズ成分とを除去する点で、本実施形態に係る脈波計測装置５と異なる。ＨＰＦを用いてノイズ成分を除去する場合、多くの信号データを用いて複雑な演算が必要になる。そのため、図３（ａ）に示すように、比較例に係る脈波計測装置では、安定した脈波信号を得るためには、ある程度の信号処理時間ｔが必要になる。
【００３３】
一方、本実施形態に係る脈波計測装置５は、ＨＰＦではなく減算器５５の減算動作にて環境光ノイズ成分とモーションノイズ成分とを除去している。すなわち、本実施形態に係る脈波計測装置５は、信号値の減算という簡易な演算処理で安定した脈波信号を得ている。そのため、図３（ｂ）に示すように、脈波を計測する際に迅速に信号処理することが可能となり、脈波計測装置５の消費電力を抑制することが可能となる。
【００３４】
(第２の実施形態)
第２の実施形態に係る脈波計測システムについて説明する。第２の実施形態に係る脈波計測システムの構成は、図１に示す第１の実施形態に係る脈波計測システム１と同様の構成なので説明を省略する。
【００３５】
以下、本実施形態に係る脈波計測システムの動作について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る脈波計測システムで用いられる信号のタイミングチャートである。ここでは、上述した第１の実施形態と異なる動作を中心に説明する。
【００３６】
第１の実施形態では、信号計測部５２が、非点灯状態のタイミングＴ２毎に第２のデジタル信号を１回計測するが、本実施形態では、図４に示すように、信号計測部５２が、非点灯状態のタイミングＴ２毎に第２のデジタル信号を複数回計測する。さらに、信号計測部５２は、複数回計測した第２のデジタル信号の値の平均値を算出して記憶部５４へ格納する。
【００３７】
その後、減算器５５は、第１のデジタル信号の値から、第２のデジタル信号の値の平均値とモーション信号の値とを減算する。このとき、減算器５５は、第１の実施形態で説明した第１の演算例と同様に、第１のデジタル信号の値Ａ(ｎ)から、当該第１のデジタル信号に対応するタイミングＴ１の直前のタイミングＴ２で複数回計測された第２のデジタル信号の値であるＢ（ｎ−１）〜Ｍ（ｎ−１）の平均値を減算する。なお、減算器５５は、第１の実施形態で説明した第２の演算例と同様に、第１のデジタル信号の値Ａ(ｎ)から、当該第１のデジタル信号に対応するタイミングＴ１の直後のタイミングＴ２で複数回計測された第２のデジタル信号の値であるＢ（ｎ）〜Ｍ（ｎ）の平均値を減算してもよい。また、第１の実施形態で説明した第３の演算例と同様に、減算器５５は、第１のデジタル信号の値Ａ(ｎ)から、当該第１のデジタル信号に対応するタイミングＴ１の直前および直後のタイミングＴ２で複数回計測された第２のデジタル信号の値であるＢ（ｎ−１）〜Ｍ（ｎ−１）、Ｂ（ｎ）〜Ｍ（ｎ）の平均値の加算値の半分の値を減算してもよい。換言すると、減算器５５は、第１のデジタル信号の値から、タイミングＴ１の前後で計測された第２のデジタル信号の値の平均値を減算してもよい。
【００３８】
上述した減算器５５の減算動作以降の動作は、第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００３９】
以上説明した本実施形態に係る脈波計測システムによれば、第１の実施形態と同様に、信号値の減算という簡易な演算処理によって、環境光ノイズ成分とモーションノイズ成分とが除去されている。そのため、脈波を計測する際に迅速に信号処理することが可能となり、脈波計測装置５の消費電力を抑制することが可能となる。
【００４０】
特に、本実施形態に係る脈波計測システムでは、信号計測部５２が、非点灯状態のタイミングＴ２で第２のデジタル信号を複数回計測し、その平均値を算出している。そのため、偶然に、大きな環境光ノイズ成分を示す第２のデジタル信号が単発で計測されたとしても、第２のデジタル信号の値は平均化されるので、より高精度に環境光ノイズ成分を除去することが可能となる。なお、本実施形態では、第２のデジタル信号の値の平均値を演算する処理が加わっている。しかし、この平均値を演算する処理は、非点灯状態のタイミングＴ２で実施されており、また複雑な処理でもない。よって、この処理が迅速な信号処理を妨げることはない。
【００４１】
(第３の実施形態)
第３の実施形態に係る脈波計測システムについて説明する。第３の実施形態に係る脈波計測システムの構成は、図１に示す第１の実施形態に係る脈波計測システム１と同様の構成なので説明を省略する。
【００４２】
以下、本実施形態に係る脈波計測システムの動作について、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態に係る脈波計測システムにおける信号のタイミングチャートである。ここでは、上述した第１の実施形態と異なる動作を中心に説明する。
【００４３】
第１の実施形態では、信号計測部５２が、毎回、非点灯状態のタイミングＴ２で第２のデジタル信号を計測するが、本実施形態では、図５に示すように、信号計測部５２が、予め設定された非点灯状態のタイミングＴ２で第２のデジタル信号を計測する。例えば、信号計測部５２は、２回に１回の割合で第２のデジタル信号を計測する。
【００４４】
その後、減算器５５は、第１のデジタル信号の値から、第２のデジタル信号の値とモーション信号の値とを減算する。このとき、減算器５５が、当該第１のデジタル信号に対応するタイミングＴ１になるべく近いタイミングＴ２で計測された第２のデジタル信号の値を減算することによって、高精度に環境光ノイズ成分を除去することが可能となる。
【００４５】
上述した減算器５５の減算動作以降の動作は、第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００４６】
以上説明した本実施形態に係る脈波計測システムによれば、第１の実施形態と同様に、信号値の減算という簡易な演算処理によって、環境光ノイズ成分とモーションノイズ成分とが除去されている。そのため、脈波を計測する際に迅速に信号処理することが可能となり、その結果、脈波計測装置５の消費電力を抑制することが可能となる。
【００４７】
特に、本実施形態に係る脈波計測システムでは、第２のデジタル信号の計測回数が、上述した第１の実施形態に比べて減っている。そのため、信号処理の負荷が低減するので、脈波計測装置５の消費電力をさらに抑制することが可能となる。本実施形態に係る脈波計測システムは、特に、第２のデジタル信号の値の変動幅、換言すると環境光ノイズ成分の変動幅が小さい環境下で脈波を計測する場合に適している。
【００４８】
(第４の実施形態)
第４の実施形態に係る脈波計測システムについて説明する。ここでは、上述した第１の実施形態に係る脈波計測システム１と同様の構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４９】
図６は、第４の実施形態に係る脈波計測システムの概略的な構成を示すブロック図である。図６に示すように、本実施形態に係る脈波計測システム１ａは、発光素子２と、受光素子３と、脈波計測装置５ａと、を備える。脈波計測装置５ａは、駆動部５１と、信号計測部５２と、タイミング制御部５３と、演算処理部５６と、比較演算部５７と、Ｄ／Ａ変換部５８と、を有する。駆動部５１とタイミング制御部５３は、上述した第１の実施形態と同様の構成であるので、以下、信号計測部５２と、比較演算部５７と、Ｄ／Ａ変換部５８と、について説明する。
【００５０】
信号計測部５２は、電流電圧変換部５２ａと、信号増幅部５２ｂと、Ａ／Ｄ変換部５２ｃと、を有する。電流電圧変換部５２ａは、受光素子４から出力された電流信号を電圧信号に変換する。この電圧信号は、アナログ信号である。このアナログ信号は、発光素子２が点灯状態である場合には第１のアナログ信号に該当し、発光素子２が非点灯状態である場合には第２のアナログ信号に該当する。信号増幅部５２ｂは、第１のアナログ信号および第２のアナログ信号を増幅する。信号増幅部５２ｂの増幅値は可変である。Ａ／Ｄ変換部５２ｃは、信号増幅部５２ｂで増幅された各アナログ信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、発光素子２が点灯状態である場合には第１のデジタル信号に該当し、発光素子２が非点灯状態である場合には第２のデジタル信号に該当する。
【００５１】
比較演算部５７は、第２のデジタル信号の値と、予め設定された基準値とを比較演算する。この基準値は、例えば、信号フルスケールの半分程度の値である。また、比較演算部５７は、比較演算結果に応じて、第２のデジタル信号の値と逆極性のオフセットデジタル値を生成する。
【００５２】
Ｄ／Ａ変換部５８は、比較演算部５７で生成されたオフセットデジタル値をアナログ値に変換し、変換したアナログ値を第１のアナログ信号に加える。
【００５３】
以下、本実施形態に係る脈波計測システム１ａの動作について、上述した第１の実施形態と異なる動作を中心に説明する。
【００５４】
まず、信号増幅部５２ｂが、電流電圧変換部５２ａから出力された第２のアナログ信号を、予め設定された増幅値で増幅する。その後、Ａ／Ｄ変換部５２ｃが、増幅された第２のアナログ信号を第２のデジタル信号に変換して比較演算部５７へ出力する。
【００５５】
比較演算部５７は、第２のデジタル信号の値と、予め設定された基準値とを比較演算する。このとき、第２のデジタル信号の値が、基準値よりも小さい場合、比較演算部５７は、信号増幅部５２ｂに対して、予め設定された増幅値よりも大きな増幅値で増幅するよう指示する。信号増幅部５２ｂは、この指示に基づき、予め設定された増幅値よりも大きな増幅値で、第２のアナログ信号を再度増幅する。その後、比較演算部５７が、この第２のデジタル信号の値と基準値とを比較演算する。
【００５６】
その結果、第２のデジタル信号の値が、基準値よりも大きい場合、比較演算部５７は、その逆極性のオフセットデジタル値を生成してＤ／Ａ変換部５８へ出力する。一方、第２のデジタル信号の値が、基準値よりも小さい場合には、信号増幅部５２ｂが、さらに大きな増幅値で第２のアナログ信号を増幅する。つまり、比較演算部５７は、第２のデジタル信号の値が基準値よりも大きくなるように信号増幅部５２ｂの増幅値を調整する。
【００５７】
Ｄ／Ａ変換部５８は、比較演算部５７で生成されたオフセットデジタル値に基づいて、第１のアナログ信号をアナログ信号処理する。これにより、第１のアナログ信号から環境光ノイズ成分が除去される。最後に、信号増幅部５２ｂは、比較演算部５７で導出された増幅値に基づいて、環境光ノイズ成分が除去された第１のアナログ信号を増幅する。
【００５８】
以上説明した本実施形態に係る脈波計測システム１ａでは、最初に、環境光ノイズ成分に相当する第２のアナログ信号が、予め設定された増幅値で増幅される。その後、第２のデジタル信号の値と、基準値とが比較演算される。
【００５９】
このとき、第２のデジタル信号の値が基準値よりも大きくなるように信号増幅部５２ｂの増幅値が調整される。その後、調整された増幅値に基づく第２のデジタル信号の値と逆極性のオフセットデジタル値が生成され、そのオフセットデジタル値に基づいて第１のアナログ信号がアナログ信号処理される。これにより、第１のアナログ信号からから環境光ノイズ成分を除去するオフセットキャンセル動作が実行される。
【００６０】
上記オフセットキャンセル動作後、信号クリップが起こらない範囲内で最大限第１のアナログ信号を増幅することで、脈波信号成分を高精度に計測することが可能になる。なお、環境光ノイズ成分に大きな変化がない場合などには、信号増幅部５２ｂの増幅値調整動作を省いて、予め定めた一定の増幅値で各アナログ信号を増幅してもよい。
【００６１】
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同様に、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】
【００６２】
１  脈波計測システム
２  発光素子
３  受光素子
４  加速度センサ
５  脈波計測装置
５２  信号計測部
５２ｂ  信号増幅部
５２ｃ  Ａ／Ｄ変換部
５４  記憶部
５５  減算器
５６  演算処理部
５７  比較演算部
５８  Ｄ／Ａ変換部
【図１】
2017051554.tif 000003
【図２】
2017051554.tif 000004
【図３】
2017051554.tif 000005
【図４】
2017051554.tif 000006
【図５】
2017051554.tif 000007
【図６】
2017051554.tif 000008