(57)【要約】【課題】簡易な構成の装置により確実に体動の影響を低減して、高精度に脈波を計測することができる脈波計測方法及び脈波計測装置を提供する。【解決手段】体動がない状態で偏光照射光を照射しその反射光の内照射光と同一及び直交偏光方向の内一方の方向である第１の偏光成分と他方の方向である第２の偏光成分とを分離検出し、第１及び第２の偏光成分にそれぞれ対応する第１の信号及び第２の信号を脈波信号と非脈波信号とに分離し、第１の信号の脈波信号と第２の信号の脈波信号の比と、第１の信号の非脈波信号と第２の信号の非脈波信号の比とを取得し、体動があり得る状態で照射光を照射しその反射光の内照射光と同一及び直交偏光方向の内一方の方向である第３の偏光成分と他方の方向である第４の偏光成分とを分離検出し、上記２つの比を用い第３及び第４の偏光成分にそれぞれ対応する２つの信号を演算し脈波信号を抽出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）測定対象である生体の測定部位に動きがない状態で、前記測定部位に偏光である照射光を照射する工程、
（Ｂ）前記測定部位に動きがない状態で、前記工程Ａにおける前記照射光の照射に伴い前記測定部位において反射された反射光のうち、前記照射光と同一の偏光方向及び直交する偏光方向のうちいずれか一方の偏光方向である第１の偏光成分と、前記第１の偏光成分と直交する偏光方向である第２の偏光成分とを分離して検出する工程、
（Ｃ）前記工程Ｂにおいて検出された前記第１の偏光成分に対応する第１の信号及び前記第２の偏光成分に対応する第２の信号各々について、脈波信号と前記脈波信号を除く信号である非脈波信号とに分離する工程、
（Ｄ）前記第１の信号の脈波信号と前記第２の信号の脈波信号との比に関する脈波信号情報と、前記第１の信号の非脈波信号と前記第２の信号の非脈波信号との比に関する非脈波信号情報とを取得する工程、
（Ｅ）前記生体の前記測定部位に動きがあり得る状態で、前記測定部位に前記照射光を照射する工程、
（Ｆ）前記測定部位に動きがあり得る状態で、前記工程Ｅにおける前記照射光の照射に伴い前記測定部位において反射された反射光のうち、前記照射光と同一の偏光方向及び直交する偏光方向のうちいずれか一方の偏光方向である第３の偏光成分と、前記第３の偏光成分と直交する偏光方向である第４の偏光成分とを分離して検出する工程、並びに
（Ｇ）前記工程Ｄにおいて取得された前記脈波信号情報及び前記非脈波信号情報を用いて、前記工程Ｆにおいて検出された前記第３の偏光成分に対応する第３の信号と前記第４の偏光成分に対応する第４の信号とを演算することにより、前記測定部位に動きがあり得る状態における前記生体の脈波信号を抽出する工程を含む脈波計測方法。
【請求項２】
前記工程Ｂ及びＦにおいて、前記測定部位において反射された前記反射光のうち、前記測定部位における前記照射光の照射位置から前記生体内に入射し、前記照射位置から離れた位置において前記生体外に出射した反射光のみを検出する、請求項１記載の脈波計測方法。
【請求項３】
前記工程Ｄにおいて、前記脈波信号情報として前記第１の信号の脈波信号と前記第２の信号の脈波信号との比の値ｎと、前記非脈波信号情報として前記第１の信号の非脈波信号と前記第２の信号の非脈波信号との比の値ｍとを取得し、
前記工程Ｇにおいて、
前記第３の信号から前記第４の信号を１／ｍ倍した信号を差し引くこと、または
前記第３の信号をｍ倍した信号から前記第４の信号を差し引くことにより、前記生体の脈波信号を抽出する、請求項１または２に記載の脈波計測方法。
【請求項４】
（Ｈ）偏光方向が互いに異なる複数の前記照射光を用いて前記工程ＡからＤを行い、各々の前記照射光について前記ｎと前記ｍとの比の値ｎ／ｍを演算する工程、及び
（Ｉ）工程Ｈにおける演算の結果を用いて、複数の前記照射光の中から、前記ｎ／ｍが最小値を示す前記照射光を抽出する工程をさらに含み、
前記工程Ｉにより抽出された前記照射光を用いて、前記工程ＥからＧを行う、請求項３に記載の脈波計測方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の脈波計測方法に用いる脈波計測装置であって、
前記測定部位に照射する前記照射光を発する光源、
前記照射光の偏光方向を制限する偏光子、
前記測定部位において反射された前記反射光のうち、前記照射光と同一の偏光方向の成分と前記照射光と直交する偏光方向の成分とを分離する偏光ビームスプリッタ、
前記照射光と同一の偏光方向の成分及び直交する偏光方向の成分のうちいずれか一方の偏光方向の成分を検出する第１の光センサ、
前記第１の光センサが検出する偏光方向の成分と直交する偏光方向の成分を検出する第２の光センサ、
前記第１の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第１のローパスフィルタ、
前記第２の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第２のローパスフィルタ、
前記第１の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第１のハイパスフィルタ、
前記第２の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第２のハイパスフィルタ、
前記第２のローパスフィルタの出力信号を前記第１のローパスフィルタの出力信号で割る第１の割算器、
前記第２のハイパスフィルタの出力信号を前記第１のハイパスフィルタの出力信号で割る第２の割算器、
前記第１の光センサ及び前記第２の光センサのうちいずれか一方の出力信号を増幅する可変利得増幅器、
前記第１の光センサ及び前記第２の光センサのうち他方の出力信号と前記可変利得増幅器の出力信号との差を増幅する差動増幅器、並びに
前記第１の割算器の出力信号に基づき前記可変利得増幅器の増幅率を制御する増幅率制御部を備える脈波計測装置。
【請求項６】
前記偏光子を回転させる偏光子駆動部、
前記第２の割算器の出力信号と前記第１の割算器の出力信号との比の値を演算する演算部、及び
前記値が最小となるように前記偏光子駆動部を制御する駆動制御部をさらに備える、請求項５に記載の脈波計測装置。
【請求項７】
請求項３または４に記載の脈波計測方法に用いる脈波計測装置であって、
前記測定部位に照射する前記照射光を発する光源、
前記照射光の偏光方向を制限する第１の偏光子、
前記第１の偏光子を透過した前記照射光の偏光方向を変調する光変調器、
前記照射光の偏光方向が互いに直交する２方向に交互に切り替わるように前記光変調器を動作させる変調信号であって、前記脈波信号の周波数帯域よりも高い周波数の変調信号を前記光変調器に対して供給する信号発生器、
前記測定部位において反射された前記反射光の偏光方向を制限する第２の偏光子、
前記第２の偏光子を透過した前記反射光を検出する光センサ、
前記光センサの出力信号を、前記変調信号と同相成分と逆相成分とに分離するデマルチプレクサ、
前記デマルチプレクサから出力された前記同相成分及び前記逆相成分のうちいずれか一方の成分に対応する信号から、前記変調信号よりも低い周波数成分のみを透過する第３のローパスフィルタ、
前記デマルチプレクサから出力された前記同相成分及び前記逆相成分のうち他方の成分に対応する信号から、前記変調信号よりも低い周波数成分のみを透過する第４のローパスフィルタ、
前記第３のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第１のローパスフィルタ、
前記第４のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第２のローパスフィルタ、
前記第３のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第１のハイパスフィルタ、
前記第４のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第２のハイパスフィルタ、
前記第２のローパスフィルタの出力信号を前記第１のローパスフィルタの出力信号で割る第１の割算器、
前記第２のハイパスフィルタの出力信号を前記第１のハイパスフィルタの出力信号で割る第２の割算器、
前記第３のローパスフィルタ及び前記第４のローパスフィルタのうちいずれか一方の出力信号を増幅する可変利得増幅器、
前記第３のローパスフィルタ及び前記第４のローパスフィルタのうち他方の出力信号と前記可変利得増幅器の出力信号との差を増幅する差動増幅器、並びに
前記第１の割算器の出力信号に基づき前記可変利得増幅器の増幅率を制御する増幅率制御部を備える脈波計測装置。
【請求項８】
前記第２の割算器の出力信号と前記第１の割算器の出力信号との比の値を演算する演算部、及び
前記値が最小となるように前記信号発生器を制御する信号発生器制御部をさらに備える、請求項７に記載の脈波計測装置。
【請求項９】
前記第２の割算器の出力信号と前記第１の割算器の出力信号との比の値を演算する演算部、及び
前記値が閾値を超える場合に警告を出力する警告出力部をさらに備える、請求項５または７に記載の脈波計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体へ光を照射し、生体で反射された反射光を検出することにより生体の脈波を計測する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脈波計測装置の原理は、生体への照射光の一部が血液中のヘモグロビンに吸収されること利用している。即ち、ヘモグロビンが吸収する波長の光を生体に照射し、生体からの反射光を光センサで検出し、電気信号に変換する。この電気信号は、血管中の赤血球量に応じた信号を含んでおり、脈動に同期して信号強度が変化する。光センサから出力される電気信号のうち、脈動に同期して変化する成分が脈波信号である。ただし、生体からの反射光には、皮膚表面や表面近傍の生体組織で反射された光も含んでおり、これらの光には、脈波信号は含まれていない。なお、照射光の波長が４００〜１０００ｎｍであれば、ヘモグロビンに吸収されやすく、かつ皮膚表面での吸収が比較的小さいため、脈波計測に好適であることが知られている。
【０００３】
計測中に生体が動いた場合には、照射用の光源や光センサと生体との相対位置が変化したりすることにより反射光強度が変化する。光センサから出力される電気信号のうち、生体の動き（体動）により変化する成分が体動信号である。このように計測中に生体が動いた場合には、光センサから出力される電気信号には脈波信号だけでなく体動信号も含まれるため、脈波信号を正確に計測することができなくなる。
【０００４】
この体動による影響を低減するために、生体に異なる波長の複数の照射光を照射し、これらの反射光を波長毎に分離して光センサで検出し、光センサからの出力信号の差分を検出することで、脈波信号を抽出する技術が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。しかし、特許文献１及び２に記載の方法では、異なる波長の複数の照射光を用いるために光源や光センサが複数必要になり、装置構成が複雑になるという問題点があった。
【０００５】
そこで、構成の簡易な装置により体動による影響を低減する方法として、生体に偏光を照射し、生体からの反射光を、電気ベクトルの振動方向が上記偏光と同じ方向である第１の偏光と電気ベクトルの振動方向が上記偏光と垂直な方向である第２の偏光とに分離して検出する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３には、光センサにより検出された第１の偏光及び第２の偏光各々の出力信号における体動信号の差が小さくなるように第１の偏光及び第２の偏光の少なくとも一方の出力信号を処理し、第１の偏光及び第２の偏光各々の出力信号に対応するデータの差または商を演算して生体の心拍情報を求める技術が開示されている。
【特許文献１】特開昭６０−１３５０２９号公報
【特許文献２】特表平５−５０６８０２号公報
【特許文献３】特開平１１−１２８１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３には、光センサにより検出された第１の偏光及び第２の偏光各々の出力信号における体動信号の差が小さくなるように第１の偏光及び第２の偏光の少なくとも一方の出力信号を処理する方法の例として、第１の偏光の出力信号における体動信号と第２の偏光の出力信号における体動信号との比Ｋを求めて、第２の偏光の出力信号における体動信号をＫ倍することが開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献３には、光センサから出力された電気信号の中から、どのようにして第１の偏光の出力信号における体動信号と第２の偏光の出力信号における体動信号とを抽出するのかは開示されていない。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、簡易な構成の装置により確実に体動の影響を低減して、高精度に脈波を計測することができる脈波計測方法及び脈波計測装置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】
【０００９】
上記従来の課題を解決するために、本発明の脈波計測方法は、（Ａ）測定対象である生体の測定部位に動きがない状態で、前記測定部位に偏光である照射光を照射する工程、
（Ｂ）前記測定部位に動きがない状態で、前記工程Ａにおける前記照射光の照射に伴い前記測定部位において反射された反射光のうち、前記照射光と同一の偏光方向及び直交する偏光方向のうちいずれか一方の偏光方向である第１の偏光成分と、前記第１の偏光成分と直交する偏光方向である第２の偏光成分とを分離して検出する工程、
（Ｃ）前記工程Ｂにおいて検出された前記第１の偏光成分に対応する第１の信号及び前記第２の偏光成分に対応する第２の信号各々について、脈波信号と前記脈波信号を除く信号である非脈波信号とに分離する工程、
（Ｄ）前記第１の信号の脈波信号と前記第２の信号の脈波信号との比に関する脈波信号情報と、前記第１の信号の非脈波信号と前記第２の信号の非脈波信号との比に関する非脈波信号情報とを取得する工程、
（Ｅ）前記生体の前記測定部位に動きがあり得る状態で、前記測定部位に前記照射光を照射する工程、
（Ｆ）前記測定部位に動きがあり得る状態で、前記工程Ｅにおける前記照射光の照射に伴い前記測定部位において反射された反射光のうち、前記照射光と同一の偏光方向及び直交する偏光方向のうちいずれか一方の偏光方向である第３の偏光成分と、前記第３の偏光成分と直交する偏光方向である第４の偏光成分とを分離して検出する工程、並びに
（Ｇ）前記工程Ｄにおいて取得された前記脈波信号情報及び前記非脈波信号情報を用いて、前記工程Ｆにおいて検出された前記第３の偏光成分に対応する第３の信号と前記第４の偏光成分に対応する第４の信号とを演算することにより、前記測定部位に動きがあり得る状態における前記生体の脈波信号を抽出する工程を含む。
【００１０】
また、本発明の脈波計測装置は、上記脈波計測方法に用いる装置であって、
前記測定部位に照射する前記照射光を発する光源、
前記照射光の偏光方向を制限する偏光子、
前記測定部位において反射された前記反射光のうち、前記照射光と同一の偏光方向の成分と前記照射光と直交する偏光方向の成分とを分離する偏光ビームスプリッタ、
前記照射光と同一の偏光方向の成分及び直交する偏光方向成分のうちいずれか一方の偏光成分を検出する第１の光センサ、
前記第１の光センサが検出する偏光方向と直交する偏光方向の成分を検出する第２の光センサ、
前記第１の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第１のローパスフィルタ、
前記第２の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第２のローパスフィルタ、
前記第１の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第１のハイパスフィルタ、
前記第２の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第２のハイパスフィルタ、
前記第２のローパスフィルタの出力信号を前記第１のローパスフィルタの出力信号で割る第１の割算器、
前記第２のハイパスフィルタの出力信号を前記第１のハイパスフィルタの出力信号で割る第２の割算器、
前記第１の光センサ及び前記第２の光センサのうちいずれか一方の出力信号を増幅する可変利得増幅器、
前記第１の光センサ及び前記第２の光センサのうち他方の出力信号と前記可変利得増幅器の出力信号との差を増幅する差動増幅器、並びに
前記第１の割算器の出力信号に基づき前記可変利得増幅器の増幅率を制御する増幅率制御部を備える。
【００１１】
また、本発明の他の脈波計測装置は、上記脈波計測方法に用いる装置であって、
前記測定部位に照射する前記照射光を発する光源、
前記照射光の偏光方向を制限する第１の偏光子、
前記第１の偏光子を透過した前記照射光の偏光方向を変調する光変調器、
前記照射光の偏光方向が互いに直交する２方向に交互に切り替わるように前記光変調器を動作させる変調信号であって、前記脈波信号の周波数帯域よりも高い周波数の変調信号を前記光変調器に対して供給する信号発生器、
前記測定部位において反射された前記反射光の偏光方向を制限する第２の偏光子、
前記第２の偏光子を透過した前記反射光を検出する光センサ、
前記光センサの出力信号を、前記変調信号と同相成分と逆相成分とに分離するデマルチプレクサ、
前記デマルチプレクサから出力された前記同相成分及び前記逆相成分のうちいずれか一方の成分に対応する信号から、前記変調信号よりも低い周波数成分のみを透過する第３のローパスフィルタ、
前記デマルチプレクサから出力された前記同相成分及び前記逆相成分のうち他方の成分に対応する信号から、前記変調信号よりも低い周波数成分のみを透過する第４のローパスフィルタ、
前記第３のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第１のローパスフィルタ、
前記第４のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第２のローパスフィルタ、
前記第３のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第１のハイパスフィルタ、
前記第４のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第２のハイパスフィルタ、
前記第２のローパスフィルタの出力信号を前記第１のローパスフィルタの出力信号で割る第１の割算器、
前記第２のハイパスフィルタの出力信号を前記第１のハイパスフィルタの出力信号で割る第２の割算器、
前記第３のローパスフィルタ及び前記第４のローパスフィルタのうちいずれか一方の出力信号を増幅する可変利得増幅器、
前記第３のローパスフィルタ及び前記第４のローパスフィルタのうち他方の出力信号と前記可変利得増幅器の出力信号との差を増幅する差動増幅器、並びに
前記第１の割算器の出力信号に基づき前記可変利得増幅器の増幅率を制御する増幅率制御部を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な構成の装置により確実に体動の影響を低減して、高精度に脈波を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の脈波計測方法は、（Ａ）測定対象である生体の測定部位に動きがない状態で、前記測定部位に偏光である照射光を照射する工程、
（Ｂ）前記測定部位に動きがない状態で、前記工程Ａにおける前記照射光の照射に伴い前記測定部位において反射された反射光のうち、前記照射光と同一の偏光方向及び直交する偏光方向のうちいずれか一方の偏光方向である第１の偏光成分と、前記第１の偏光成分と直交する偏光方向である第２の偏光成分とを分離して検出する工程、
（Ｃ）前記工程Ｂにおいて検出された前記第１の偏光成分に対応する第１の信号及び前記第２の偏光成分に対応する第２の信号各々について、脈波信号と前記脈波信号を除く信号である非脈波信号とに分離する工程、
（Ｄ）前記第１の信号の脈波信号と前記第２の信号の脈波信号との比に関する脈波信号情報と、前記第１の信号の非脈波信号と前記第２の信号の非脈波信号との比に関する非脈波信号情報とを取得する工程、
（Ｅ）前記生体の前記測定部位に動きがあり得る状態で、前記測定部位に前記照射光を照射する工程、
（Ｆ）前記測定部位に動きがあり得る状態で、前記工程Ｅにおける前記照射光の照射に伴い前記測定部位において反射された反射光のうち、前記照射光と同一の偏光方向及び直交する偏光方向のうちいずれか一方の偏光方向である第３の偏光成分と、前記第３の偏光成分と直交する偏光方向である第４の偏光成分とを分離して検出する工程、並びに
（Ｇ）前記工程Ｄにおいて取得された前記脈波信号情報及び前記非脈波信号情報を用いて、前記工程Ｆにおいて検出された前記第３の偏光成分に対応する第３の信号と前記第４の偏光成分に対応する第４の信号とを演算することにより、前記測定部位に動きがあり得る状態における前記生体の脈波信号を抽出する工程を含む。
【００１４】
上記本発明の脈波計測方法によれば、１種類の照明光を用い、体動信号を含む非脈波信号を低減して、高精度に脈波信号を抽出することができる。
【００１５】
照射光の波長が４００〜１０００ｎｍの波長域に含まれる波長であることが好ましい。このようにすると、ヘモグロビンに吸収されやすく、かつ皮膚表面での吸収が比較的小さいため、脈波計測に好適である。
【００１６】
生体の測定部位において反射された反射光には、生体の表面から拡散せずに反射する表面反射光と、生体の表面から拡散反射する表面拡散反射光と、生体内（層内）に入射し層内で拡散反射した後入射位置から離れた位置において生体外に出射する層内拡散反射光とがある。表面反射光には脈波信号は含まれず体動信号のみが含まれ、表面拡散反射光及び層内拡散反射光には脈波信号及び体動信号が含まれることが知られている。そのため、本発明の脈波計測方法において、前記工程Ｂ及びＦにおいて、前記測定部位において反射された前記反射光のうち、前記測定部位における前記照射光の照射位置から前記生体内に入射し、前記照射位置から離れた位置において前記生体外に出射した反射光のみ、すなわち層内拡散反射光のみを検出することが好ましい。このようにすると、検出される信号に含まれるノイズ成分である体動信号の割合が低減されるため、信号対雑音比（以下、ＳＮ比と略称する）を向上させることができる。
【００１７】
照射光の照射位置と反射光が生体外に出射する位置との間隔は、６〜１２ｍｍであることが好ましい。
【００１８】
本発明の脈波計測方法において、例えば、前記工程Ｄにおいて、前記脈波信号情報として前記第１の信号の脈波信号と前記第２の信号の脈波信号との比の値ｎと、前記非脈波信号情報として前記第１の信号の非脈波信号と前記第２の信号の非脈波信号との比の値ｍとを取得し、前記工程Ｇにおいて、前記第３の信号から前記第４の信号を１／ｍ倍した信号を差し引くことにより前記生体の脈波信号を抽出することができる。また、前記工程Ｇにおいて、前記第３の信号をｍ倍した信号から前記第４の信号を差し引いてもよい。
【００１９】
本発明の脈波計測方法は、（Ｈ）偏光方向が互いに異なる複数の前記照射光を用いて前記工程ＡからＤを行い、各々の前記照射光について前記ｎと前記ｍとの比の値ｎ／ｍを演算する工程、及び（Ｉ）工程Ｈにおける演算の結果を用いて、複数の前記照射光の中から、前記ｎ／ｍが最小値を示す前記照射光を抽出する工程をさらに含み、前記工程Ｉにより抽出された前記照射光を用いて、前記工程ＥからＧを行うことが好ましい。このようにすると、検出される信号の強度が増加するため、ＳＮ比をさらに向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の脈波計測装置は、上記の脈波計測方法に用いる脈波計測装置であって、
前記測定部位に照射する前記照射光を発する光源、
前記照射光の偏光方向を制限する偏光子、
前記測定部位において反射された前記反射光のうち、前記照射光と同一の偏光方向成分と前記照射光と直交する偏光成分とを分離する偏光ビームスプリッタ、
前記照射光と同一の偏光方向の成分及び直交する偏光方向の成分のうちいずれか一方の偏光方向の成分を検出する第１の光センサ、
前記第１の光センサが検出する偏光方向の成分と直交する偏光方向の成分を検出する第２の光センサ、
前記第１の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第１のローパスフィルタ、
前記第２の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第２のローパスフィルタ、
前記第１の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第１のハイパスフィルタ、
前記第２の光センサの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第２のハイパスフィルタ、
前記第２のローパスフィルタの出力信号を前記第１のローパスフィルタの出力信号で割る第１の割算器、
前記第２のハイパスフィルタの出力信号を前記第１のハイパスフィルタの出力信号で割る第２の割算器、
前記第１の光センサ及び前記第２の光センサのうちいずれか一方の出力信号を増幅する可変利得増幅器、
前記第１の光センサ及び前記第２の光センサのうち他方の出力信号と前記可変利得増幅器の出力信号との差を増幅する差動増幅器、並びに
前記第１の割算器の出力信号に基づき前記可変利得増幅器の増幅率を制御する増幅率制御部を備える。
【００２１】
本発明の脈波計測装置によると、増幅率制御部が第１の割算器の出力信号に基づき前記可変利得増幅器の増幅率を制御することにより、差動増幅器において非脈波信号が低減され、差動増幅器の出力信号から脈波信号を計測することができる。
【００２２】
本発明の脈波計測装置は、前記偏光子を回転させる偏光子駆動部、前記第２の割算器の出力信号と前記第１の割算器の出力信号との比の値を演算する演算部、及び前記値が最小となるように前記偏光子駆動部を制御する駆動制御部をさらに備えることが好ましい。このような構成にすると、差動増幅器の出力信号が増加するため、ＳＮ比を向上させることができる。
【００２３】
また、本発明の脈波計測装置は、上記の脈波計測方法に用いる脈波計測装置であって、
前記測定部位に照射する前記照射光を発する光源、
前記照射光の偏光方向を制限する第１の偏光子、
前記第１の偏光子を透過した前記照射光の偏光方向を変調する光変調器、
前記照射光の偏光方向が互いに直交する２方向に交互に切り替わるように前記光変調器を動作させる変調信号であって、前記脈波信号の周波数帯域よりも高い周波数の変調信号を前記光変調器に対して供給する信号発生器、
前記測定部位において反射された前記反射光の偏光方向を制限する第２の偏光子、
前記第２の偏光子を透過した前記反射光を検出する光センサ、
前記光センサの出力信号を、前記変調信号と同相成分と逆相成分とに分離するデマルチプレクサ、
前記デマルチプレクサから出力された前記同相成分及び前記逆相成分のうちいずれか一方の成分に対応する信号から、前記変調信号よりも低い周波数成分のみを透過し、かつ脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過する第３のローパスフィルタ、
前記デマルチプレクサから出力された前記同相成分及び前記逆相成分のうち他方の成分に対応する信号から、前記変調信号よりも低い周波数成分のみを透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過する第４のローパスフィルタ、
前記第３のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第１のローパスフィルタ、
前記第４のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分のみを透過する第２のローパスフィルタ、
前記第３のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第１のハイパスフィルタ、
前記第４のローパスフィルタの出力信号から、前記脈波信号の周波数帯域に含まれる周波数成分を透過し、かつ前記脈波信号の周波数帯域よりも低い周波数成分を遮断する第２のハイパスフィルタ、
前記第２のローパスフィルタの出力信号を前記第１のローパスフィルタの出力信号で割る第１の割算器、
前記第２のハイパスフィルタの出力信号を前記第１のハイパスフィルタの出力信号で割る第２の割算器、
前記第３のローパスフィルタ及び前記第４のローパスフィルタのうちいずれか一方の出力信号を増幅する可変利得増幅器、
前記第３のローパスフィルタ及び前記第４のローパスフィルタのうち他方の出力信号と前記可変利得増幅器の出力信号との差を増幅する差動増幅器、並びに
前記第１の割算器の出力信号に基づき前記可変利得増幅器の増幅率を制御する増幅率制御部を備えていてもよい。
【００２４】
このような構成によっても、増幅率制御部が第１の割算器の出力信号に基づき前記可変利得増幅器の増幅率を制御することにより、差動増幅器において非脈波信号が低減され、差動増幅器の出力信号から脈波信号を計測することができる。
【００２５】
ここで、前記第２の割算器の出力信号と前記第１の割算器の出力信号との比の値を演算する演算部、及び前記値が最小となるように前記信号発生器を制御する信号発生器制御部をさらに備えることが好ましい。このような構成にすると、差動増幅器の出力信号が増加するため、ＳＮ比を向上させることができる。また、偏光子を機械的に駆動させる必要がないため、計測時間を短縮することができる。
【００２６】
また、本発明の脈波計測装置は、前記第２の割算器の出力信号と前記第１の割算器の出力信号との比の値を演算する演算部、及び前記値が閾値を超える場合に警告を出力する警告出力部をさらに備えることが好ましい。第２の割算器の出力信号と第１の割算器の出力信号との比の値が大きいほど差動増幅器の出力信号が小さくなるため、ＳＮ比が低くなる。警告出力部を設けることにより、脈波計測装置の使用者が、第２の割算器の出力信号と第１の割算器の出力信号との比の値が閾値を超えており、測定部位が不適切であるため測定部位の変更が必要であることを知ることができる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る脈波計測装置の構成について、図１及び２を用いて説明する。図１は本実施の形態に係る脈波計測装置１００の側面図、図２は脈波計測装置１００の正面図である。
【００２９】
本実施の形態に係る脈波計測装置１００は、光学系及び電気系部材を格納する装置本体１０２と、装着リング１０４とを備えている。装着リング１０４は中空の円筒形状を有しており、図１に示すように、測定時にはその中空部に測定部位となる人の指１５８を差し込む。
【００３０】
装置本体１０２には測定開始スイッチ１０６及び表示部であるディスプレイ１４６が設けられており、装着リング１０４には測定準備完了表示ランプ１０８が設けられている。
【００３１】
次に、脈波計測装置１００の装置本体１０２内部の構成について、図３を用いて説明する。図３は、脈波計測装置１００の装置本体１０２内部の構成を示すブロック図である。
【００３２】
図３に示すように、装置本体１０２内部には、光源１１２、偏光子１１４、偏光ビームスプリッタ１１８、第１の光センサ１２０、第２の光センサ１２２、第１のローパスフィルタ１２４、第２のローパスフィルタ１２６、第１のハイパスフィルタ１２８、第２のハイパスフィルタ１３０、第１の割算器１３２、第２の割算器１３４、可変利得増幅器１３６、差動増幅器１３８、コンピュータ１４０、照射光出射孔１４２、及び反射光入射孔１４４を備えている。ここで、コンピュータ１４０は、本発明における増幅率制御部に相当する。
【００３３】
光源１１２は、半導体レーザと半導体レーザが発した光を略平行光にして出射する光学系とを備えており、ビーム直径が１．２ｍｍ、波長が７８０ｎｍの照射光１５０を生体１５２に向けて照射する。偏光子１１４は、円板形状を有しており、光源１１２から出射された照射光１５０の偏光方向を一方向に揃える機能を備える。本実施の形態において偏光子１１４は、照射光１５０の偏光方向を図３におけるｙ方向に揃えるように配置されていいる。光源１１２から出射され偏光子１１４を透過した照射光１５０は、照射光出射孔１４２を通って生体１５２の測定部位に照射される。
【００３４】
生体１５２に照射された照射光１５０は、生体１５２に到達すると一部は皮膚表面で反射されるが、残りが生体組織中を拡散しながら伝搬し、生体１５２から反射光となって出射する。ここで、照射光１５０の照射位置から出射する反射光は、脈波信号を含まない皮膚表面で反射された成分である表面反射光が大部分で、脈波信号を含む生体内部において拡散反射した成分である表面拡散反射光の比率は１／１０００程度と小さい。一方、照射光１５０の照射位置から６〜１２ｍｍ離れた位置から出射した反射光には、生体組織中を拡散しながら伝搬した光である層内拡散反射光のみが含まれる。層内拡散反射光における脈波信号の比率は１／１００〜１／１０程度と大きい。
【００３５】
反射光入射孔１４４により偏光ビームスプリッタ１１８の受光角が制限されることにより、照射光１５０の照射位置から６〜１２ｍｍ離れた位置から出射した反射光のみが反射光入射孔１４４を通って偏光ビームスプリッタ１１８に入射する。
【００３６】
偏光ビームスプリッタ１１８は、ｘ方向に偏光した光を反射し、ｙ方向に偏光した光を透過する。従って、生体１５２からの反射光の内、ｘ方向に偏光した成分である第１の反射光１５４は第１の光センサ１２０に入射し電気信号に変換され、ｙ方向に偏光した成分である第２の反射光１５６は第２の光センサ１２２に入射し電気信号に変換される。すなわち、第１の反射光１５４は照射光１５０と直交する偏光方向を有し、第２の反射光１５６は照射光１５０と同一の偏光方向を有する。
【００３７】
第２の光センサ１２２の出力信号は可変利得増幅器１３６に入力され、コンピュータ１４０により予め設定された増幅率に増幅される。第１の光センサ１２０の出力信号及び可変利得増幅器１３６の出力信号は、差動増幅器１３８に入力される。差動増幅器１３８は、第１の光センサ１２０の出力信号と可変利得増幅器１３６の出力信号との差を脈波信号として出力する。差動増幅器１３８から出力された脈波信号は、ディスプレイ１４６に表示される。
【００３８】
次に、可変利得増幅器１３６の増幅率の設定方法について図４を用いて説明する。図４は、第１の光センサ１２０、第２の光センサ１２２、及び差動増幅器１３８の出力信号の例を模式的に示すグラフである。図４において、それぞれのグラフの縦軸は上から順に、第１の光センサ１２０の出力信号Ｓｏ（ｔ）、第２の光センサ１２２の出力信号Ｓｐ（ｔ）、差動増幅器１３８の出力信号Ｓ（ｔ）を示し、横軸は時間ｔを示す。
【００３９】
Ｐｏ（ｔ）は第１の光センサ１２０の出力信号中の脈波信号の成分で、脈動に応じて変化している。Ｒｏ（ｔ）は第１の光センサ１２０の出力信号中の脈波信号以外の成分（非脈波信号）で、体動がない時は一定であるが、体動に応じて変化する体動信号を含む。Ｐｐ（ｔ）は第２の光センサ１２２の出力信号中の脈波信号の成分で、脈動に応じて変化している。Ｒｐ（ｔ）は第２の光センサ１２２の出力信号中の脈波信号以外の成分（非脈波信号）で、体動がない時は一定であるが、体動に応じて変化する体動信号を含む。
【００４０】
第１の光センサ１２０の出力信号Ｓｏ（ｔ）及び第２の光センサ１２２の出力信号Ｓｐ（ｔ）は、それぞれ以下の（数１）及び（数２）で表される。
【００４１】
【数１】
2009005721.tif 000003
【００４２】
【数２】
2009005721.tif 000004
【００４３】
また、脈波信号であるＰｏ（ｔ）とＰｐ（ｔ）との関係は、以下の（数３）で表される。
【００４４】
【数３】
2009005721.tif 000005
【００４５】
ここで、ｎは定数である。
【００４６】
さらに、非脈波信号であるＲｏ（ｔ）とＲｐ（ｔ）との関係は、以下の（数４）で表される。
【００４７】
【数４】
2009005721.tif 000006
【００４８】
ここで、ｍは定数である。
【００４９】
生体の測定部位に体動がない状態では体動信号がないため、非脈波信号であるＲｏ（ｔ）及びＲｐ（ｔ）はいずれも体動信号を含まず、それぞれ定数であるＲｏとＲｐとで表すことができる。したがって、生体の測定部位に体動がない状態における第１の光センサ１２０の出力信号Ｓｏ（ｔ）、第２の光センサ１２２の出力信号Ｓｐ（ｔ）及び非脈波信号であるＲｏ（ｔ）とＲｐ（ｔ）との関係は、以下の（数５）、（数６）及び（数７）のように表される。
【００５０】
【数５】
2009005721.tif 000007
【００５１】
【数６】
2009005721.tif 000008
【００５２】
【数７】
2009005721.tif 000009
【００５３】
図３に示す第１のローパスフィルタ１２４及び第２のローパスフィルタ１２６は、ともに０．０３Ｈｚ以下の周波数成分のみを透過する機能を有する。そのため、第１のローパスフィルタ１２４及び第２のローパスフィルタ１２６は、それぞれ第１の光センサ１２０の出力信号Ｓｏ（ｔ）、第２の光センサ１２２の出力信号Ｓｐ（ｔ）から、実質的に直流成分のみを透過する。上述のように、生体の測定部位に体動がない状態では非脈波信号であるＲｏ（ｔ）及びＲｐ（ｔ）はいずれも体動信号を含まず、それぞれ定数であるＲｏとＲｐとで表すことができるため、第１のローパスフィルタ１２４及び第２のローパスフィルタ１２６により、第１の光センサ１２０の出力信号Ｓｏ（ｔ）及び第２の光センサ１２２の出力信号Ｓｐ（ｔ）から脈波信号Ｐｏ（ｔ）及びＰｐ（ｔ）を取り除き、非脈波信号Ｒｏ及びＲｐのみを分離して検出することができる。
【００５４】
なお、生体の測定部位に体動が存在する時は、非脈波信号であるＲｏ（ｔ）とＲｐ（ｔ）とが体動に応じて変化するので、第１の光センサ１２０の出力信号Ｓｏ（ｔ）及び第２の光センサ１２２の出力信号Ｓｐ（ｔ）には、０．１〜１００Ｈｚの様々な周波数の信号が含まれる。このとき、第１の光センサ１２０の出力信号Ｓｏ（ｔ）及び第２の光センサ１２２の出力信号Ｓｐ（ｔ）の周波数域は、脈波信号Ｐｏ（ｔ）及びＰｐ（ｔ）の周波数域（０．３〜３Ｈｚ）と重なるため、ローパスフィルタでは非脈波信号のみを分離して抽出することができない。
【００５５】
このように、生体の測定部位に体動がない状態において、第１のローパスフィルタ１２４の出力信号はＲｏに相当し、第２のローパスフィルタ１２６の出力信号はＲｐに相当する。第１の割算器１３２は第２のローパスフィルタ１２６の出力信号を第１のローパスフィルタ１２４の出力信号で割る機能を有する。そこで、生体の測定部位に体動がない状態では、第１の割算器１３２の出力信号が定数ｍに相当する。
【００５６】
図１に示す第１のハイパスフィルタ１２８及び第２のハイパスフィルタ１３０は、ともに０．３Ｈｚ以上の周波数成分のみを透過する機能を有する。上述のように、生体の測定部位に体動がない状態では非脈波信号であるＲｏ（ｔ）及びＲｐ（ｔ）はいずれも体動信号を含まず、それぞれ定数であるＲｏとＲｐとで表すことができるため、第１のハイパスフィルタ１２８及び第２のハイパスフィルタ１３０により、第１の光センサ１２０の出力信号Ｓｏ（ｔ）及び第２の光センサ１２２の出力信号Ｓｐ（ｔ）から直流成分である非脈波信号Ｒｏ及びＲｐを取り除き、脈波信号Ｐｏ（ｔ）及びＰｐ（ｔ）のみを分離して検出することができる。
【００５７】
なお、生体の測定部位に体動が存在する時は、上記の理由により第１の光センサ１２０の出力信号Ｓｏ（ｔ）及び第２の光センサ１２２の出力信号Ｓｐ（ｔ）の周波数域は脈波信号Ｐｏ（ｔ）及びＰｐ（ｔ）の周波数域（０．３〜３Ｈｚ）と重なるため、ハイパスフィルタでは脈波信号のみを分離して抽出することができない。
【００５８】
このように、生体の測定部位に体動がない状態において、第１のハイパスフィルタ１２８の出力信号はＰｏ（ｔ）に相当し、第２のハイパスフィルタ１３０の出力信号はＰｐ（ｔ）に相当する。第２の割算器１３４は第２のハイパスフィルタ１３０の出力信号を第１のハイパスフィルタ１２８の出力信号で割る機能を有する。そこで、生体の測定部位に体動がない状態では、第２の割算器１３４の出力信号が定数ｎに相当する。
【００５９】
コンピュータ１４０は、第１の割算器１３２の出力信号に基づき、可変利得増幅器１３６の増幅率を１／ｍに設定する。このとき、差動増幅器１３８の出力信号Ｓ（ｔ）は（数８）のように示される。
【００６０】
【数８】
2009005721.tif 000010
【００６１】
（数８）に（数１）〜（数４）を代入すると（数９）のように示される。
【００６２】
【数９】
2009005721.tif 000011
【００６３】
（数９）に示したように、差動増幅器１３８の出力信号Ｓ（ｔ）には脈波信号のみが含まれることがわかる。
【００６４】
次に、本実施の形態に係る脈波計測装置１００を用いた脈波計測手順について説明する。まず、被検者が測定部位となる指１５８を脈波計測装置１００の装着リング１０４に挿入する。
【００６５】
次に、被検者が測定部位となる指１５８を動かさないで保持した状態で、測定開始スイッチ１０６を押す。測定開始スイッチ１０６が押されると、上記の動作が行われることにより、コンピュータ１４０は第１の割算器１３２の出力信号に基づき、可変利得増幅器１３６の増幅率を１／ｍに設定する。
【００６６】
可変利得増幅器１３６の増幅率の設定が完了すると、測定準備完了表示ランプ１０８が点灯する。これにより、被検者は測定準備か完了したことを知ることができる。測定準備完了表示ランプ１０８の点灯後、被検者は測定部位の動きがあり得る通常の活動に戻り、脈波計測装置１００による脈波計測が行われる。計測結果は、ディスプレイ１４６に表示される。
【００６７】
（数９）からわかるように、ｍ＝ｎの場合以外は、本発明に係る脈波計測装置及び脈波計測方法を用いて脈波信号を測定することができる。ここで、図１〜３に示す脈波計測装置１００のうち、装着リング１０４及び測定準備完了表示ランプ１０８以外の構成を備え、照射光出射孔１４２と反射光入射孔１４４との間隔が９ｍｍに設定された脈波計測装置を試作した。試作した脈波計測装置の照射光出射孔１４２と反射光入射孔１４４とを人の左手の人差し指の第１関節と第２関節との間に押し当て、指の動きのない状態で上記の方法により定数ｍ及びｎを測定したところ、ｍ＝３．３、ｎ＝２．４であった。
【００６８】
生体は光学的に等方ではなく偏光二色性を示す。即ち、偏光方向によって、屈折率や吸収率が異なる。この結果、照射光の偏光方向によって、反射光の強度や偏光方向が変化する。生体の偏光二色性は一様ではなく、部位によっても異なる。また、生体に加えられる圧力によっても異なる。そのため、照射光の照射位置の変化や装着リングと測定部位との接触度合いによって反射光の偏光特性が変化するので、脈波信号を抽出するための定数ｍ及びｎが変化する。従って、脈波計測装置１００の装置リング１０４を装着する毎に定数ｍ及びｎを再設定することが好ましい。
【００６９】
以上のように本実施の形態に係る脈波計測装置１００によると、１つの光源１１２のみを用い、コンピュータ１４０が第１の割算器１３２の出力信号に基づき可変利得増幅器１３６の増幅率を制御することにより、差動増幅器１３８において非脈波信号が低減され、差動増幅器１３８の出力信号から脈波信号を高精度に計測することができる。
【００７０】
また、本実施の形態に係る脈波計測装置１００によると、反射光入射孔１４４により偏光ビームスプリッタ１１８の受光角が制限され層内拡散反射光のみを検出しているため、検出される信号に含まれる体動信号の割合が低減されてＳＮ比を向上させることができる。
【００７１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る脈波計測装置について、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る脈波計測装置５００における装置本体５０２内部の構成を示すブロック図である。
【００７２】
本実施の形態に係る脈波計測装置５００は、装置本体５０２内部に偏光子駆動部５１６を備えている点で、実施の形態１に係る脈波計測装置１００と異なる。その他の構成については実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００７３】
偏光子駆動部５１６は、コンピュータ５４０からの制御信号に基づき、照射光の光軸（図５におけるｚ方向）に垂直な面内において、偏光子１１４及び光源１１２を右または左に回転させることにより偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θを設定する機能を有する。ここで、コンピュータ５４０は、本発明における増幅率制御部、演算部及び駆動制御部に相当する。
【００７４】
次に、偏光子駆動部５１６による偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θの設定動作について、図６を用いて説明する。図６は、偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θと、定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値との関係を示すグラフである。図６において、横軸は偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θを示し、縦軸は定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値を示す。Θ＝０°の時に、照射光５５０の偏光方向がｙ方向となる。
【００７５】
生体は光学的に等方ではなく偏光二色性を示す。即ち、偏光方向によって、屈折率や吸収率が異なる。この結果、照射光の偏光方向によって、反射光の強度や偏光方向が変化する。生体の偏光二色性は一様ではなく、部位によっても異なる。また、生体に加えられる圧力によっても変化する。指に対する装着リングの装着位置や装着方向により照射光の照射位置及び装着リングと測定部位との接触度合いが変化することに伴い反射光の偏光特性が変化するので、脈波信号を抽出するための定数ｍ及びｎが変化する。
【００７６】
図６に示すように、指に対する装着リングの装着位置が図２おける第１の位置１６０であるとき、偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θを掃引すると定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値は実線に示すように正弦波の二乗の形状で変化し、黒丸の点において最小値を示す。同様に、指に対する装着リングの装着位置が図２おける第２の位置１６２であるときは、偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θを掃引することにより定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値は一点鎖線に沿って変化し、黒四角の点において最小値を示す。また、指に対する装着リングの装着位置が図２おける第３の位置１６４であるときは、偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θを掃引することにより定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値は破線に沿って変化し、黒三角の点において最小値を示す。
【００７７】
（数８）が示すように、定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値が小さい程、差動増幅器１３８の出力信号Ｓ（ｔ）中の脈波信号が大きくなるのでＳＮ比が向上する。従って、定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値が最小値を示す位置に、コンピュータ５４０からの制御信号に基づき偏光子駆動部５１６が偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θを設定することにより、ＳＮ比を向上させることができる。
【００７８】
次に、本実施の形態に係る脈波計測装置５００を用いた脈波計測手順について説明する。まず、被検者が測定部位となる指を脈波計測装置５００の装着リング１０４に挿入する。
【００７９】
次に、被検者が測定部位となる指を動かさないように保持した状態で、測定開始スイッチ１０６を押す。測定開始スイッチ１０６が押されると、コンピュータ５４０が偏光子駆動部５１６を制御することにより偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θを掃引させる。同時に、コンピュータ５４０は、第２の割算器１３４の出力信号と第１の割算器１３２の出力信号とに基づいて定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値を算出し、ｎ／ｍが最小値を示すときの回転角度Θｍｉｎを見出す。
【００８０】
次に、コンピュータ５４０は、偏光子駆動部５１６を制御して偏光子１１４及び光源１１２の回転角度をΘｍｉｎに設定すると伴に、可変利得増幅器１３６の増幅率を１／ｍに設定する。偏光子１１４及び光源１１２の回転角度並びに可変利得増幅器１３６の増幅率の設定が完了すると、測定準備完了表示ランプ１０８が点灯する。これにより、被検者は測定準備か完了したことを知ることができる。
【００８１】
測定準備完了表示ランプ１０８の点灯後、被検者は測定部位の動きがあり得る通常の活動に戻り、脈波計測装置５００による脈波計測が行われる。計測結果は、ディスプレイ１４６に表示される。
【００８２】
図５に示すように、定数ｍ及びｎ、並びに定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値が最小値を示すときの偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θｍｉｎは、装置リング１０４の装着位置によって異なるので、装置リング１０４を装着する毎に偏光子１１４及び光源１１２の回転角度並びに可変利得増幅器１３６の増幅率を設定することが好ましい。
【００８３】
以上のように本実施の形態に係る脈波計測装置５００によると、実施の形態１に係る脈波計測装置１００と同様の効果が得られる。また、定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値が最小値を示す位置に、コンピュータ５４０からの制御信号に基づき偏光子駆動部５１６が偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θを設定することにより、ＳＮ比を向上させることができる。
【００８４】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る脈波計測装置について、図７及び８を用いて説明する。図７は本実施の形態に係る脈波計測装置７００の側面図、図８は脈波計測装置７００の正面図である。
【００８５】
本実施の形態に係る脈波計測装置７００は、装着リング１０４に警告ランプ７１０を備えている点で、実施の形態２に係る脈波計測装置５００と異なる。その他の構成については実施の形態２と同様であるので説明を省略する。ここで、警告ランプ７１０は本発明における警告出力部に相当する。
【００８６】
本実施の形態に係る脈波計測装置７００のコンピュータ５４０は、内部のメモリに定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値についての閾値を記憶している。コンピュータ５４０が偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θを掃引しながら定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値を算出し、ｎ／ｍが最小値を示すときの回転角度Θｍｉｎを検出した後、コンピュータ５４０はメモリに記憶された閾値を読み出し、閾値とｎ／ｍの最小値とを比較する。比較の結果、ｎ／ｍの最小値が閾値を超えている場合には、コンピュータ５４０は警告ランプ７１０に指令を送り警告ランプ７１０を点灯させる。ここで閾値は、０．８以下に設定されていることが好ましい。
【００８７】
第２の割算器の出力信号と第１の割算器の出力信号との比の値が大きいほど差動増幅器の出力信号が小さくなるため、ＳＮ比が低くなる。警告ランプ７１０の点灯により、被検者は、第２の割算器の出力信号と第１の割算器の出力信号との比の値が閾値を超えており、測定部位が不適切であるため測定部位の変更が必要であることを知ることができる。
【００８８】
警告ランプ７１０が点灯すると、被検者は、指に対する装着リング１０４の位置を変更した後、再度測定開始スイッチ１０６を押す。コンピュータ５４０が、ｎ／ｍの最小値が閾値以下であると判断すると、測定準備完了表示ランプ１０８が点灯する。これにより、被検者は測定準備が完了したことを知ることができる。
【００８９】
以上のように本実施の形態に係る脈波計測装置７００によると、実施の形態１及び２に係る脈波計測装置１００、５００と同様の効果が得られる。また、被検者は測定部位が不適切であることを知ることができるので、ＳＮ比の低下を防止することができる。
【００９０】
なお、実施の形態１〜３においては、第２の光センサ１２２と差動増幅器１３８との間に可変利得増幅器１３６を配置する例について示したが、本発明はこれに限定されない。可変利得増幅器を、第２の光センサ１２２と差動増幅器１３８との間ではなく、第１の光センサ１２０と差動増幅器１３８との間に配置してもよい。この場合、コンピュータ１４０、５４０は、第１の割算器１３２の出力信号に基づき、可変利得増幅器の増幅率をｍに設定すればよい。このとき、差動増幅器１３８の出力信号Ｓ’（ｔ）は（数１０）のように示される。
【００９１】
【数１０】
2009005721.tif 000012
【００９２】
（数１０）に（数１）〜（数４）を代入すると（数１１）のように示される。
【００９３】
【数１１】
2009005721.tif 000013
【００９４】
（数１１）に示したように、差動増幅器１３８の出力信号Ｓ’（ｔ）には脈波信号のみが含まれることがわかる。
【００９５】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る脈波計測装置について、図９を用いて説明する。図９は、本実施の形態に係る脈波計測装置９００における装置本体９０２内部の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１に係る脈波計測装置１００と同様の機能を有する構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００９６】
図９に示すように、装置本体９０２内部には、光源１１２、第１の偏光子９１４、光変調器９６０、信号発生器９６２、第２の偏光子９６４、光センサ９６６、デマルチプレクサ９６８、第３のローパスフィルタ９７０、第４のローパスフィルタ９７２、第１のローパスフィルタ１２４、第２のローパスフィルタ１２６、第１のハイパスフィルタ１２８、第２のハイパスフィルタ１３０、第１の割算器１３２、第２の割算器１３４、可変利得増幅器１３６、差動増幅器１３８、コンピュータ９４０、照射光出射孔１４２、反射光入射孔１４４、及び表示部であるディスプレイ１４６を備えている。ここで、コンピュータ９４０は、本発明における増幅率制御部、演算部及び信号発生器制御部に相当する。
【００９７】
光変調器９６０は、光源１１２から出射され第１の偏光子９１４を透過した光の偏光方向を変調する機能を有する。本実施の形態に係る脈波計測装置９００の場合、偏光方向をｘ方向とｙ方向との間で３．３ＫＨｚの変調周波数において切り替えることにより変調照射光９７４を生成している。ここで、信号発生器９６２は、コンピュータ９４０からの制御信号に基づき、光変調器９６０とデマルチプレクサ９６８とに変調信号を供給する。
【００９８】
生体１５２に照射された変調照射光９７４の一部は、生体組織中を拡散しながら伝搬し、生体１５２から反射光となって出射する。生体１５２からの反射光は、第２の偏光子９６４に入射する。第２の偏光子９６４は、偏光方向がｙ方向の成分を透過するように配置されている。第２の偏光子９６４を透過した光は光センサ９６６に入射する。
【００９９】
変調照射光９７４の偏光方向がｘ方向の時には光センサ９６６に入射する光は変調照射光９７４と直交する偏光方向を有することになるため、光センサ９６６の出力信号は実施の形態１に係る脈波計測装置１００における第１の光センサ１２０の出力信号Ｓｏ（ｔ）に相当する。一方、変調照射光９７４の偏光方向がｙ方向の時には光センサ９６６に入射する光は変調照射光９７４と同一の偏光方向を有することになるため、実施の形態１に係る脈波計測装置１００における第２の光センサ１２２の出力信号Ｓｐ（ｔ）に相当する。即ち、光センサ９６６は、光変調器９６０の変調信号と同期して、Ｓｐ（ｔ）またはＳｏ（ｔ）に相当する信号を交互に出力する。
【０１００】
光センサ９６６の出力信号はデマルチプレクサ９６８に入力される。デマルチプレクサ９６８は、光センサ９６６の出力信号を、信号発生器９６２からの変調信号と同期して、変調照射光９７４の偏光方向がｘ方向の時には第３のローパスフィルタ９７０へ、変調照射光９７４の偏光方向がｙ方向の時に第４のローパスフィルタ９７２へと切り替えて出力する。
【０１０１】
第３のローパスフィルタ９７０及び第４のローパスフィルタ９７２は、変調周波数である３．３ＫＨｚよりも低い周波数を有する信号のみを透過し、変調周波数以上の周波数を有する信号は遮断する。従って、第３のローパスフィルタ９７０の出力信号はＳｏ（ｔ）に、第４のローパスフィルタ９７２の出力信号はＳｐ（ｔ）に相当する。
【０１０２】
可変利得増幅器１３６の増幅率の設定方法については実施の形態１に係る脈波計測装置１００と同様であるため説明を省略する。
【０１０３】
以上のように本実施の形態に係る脈波計測装置９００によると、実施の形態１に係る脈波計測装置１００と同様の効果が得られる。
【０１０４】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５に係る脈波計測装置について、図１０及び１１を用いて説明する。図１０は、本実施の形態に係る脈波計測装置９８０における装置本体９８２内部の構成を示すブロック図であり、図１１は、脈波計測装置９８０から出射される変調照射光９８４の偏光方向を示す模式図である。なお、実施の形態４に係る脈波計測装置９００と同様の機能を有する構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【０１０５】
本実施の形態に係る脈波計測装置９８０におけるコンピュータ９８６は、信号発生器９８８を介して光変調器９６０を制御することにより、変調照射光９８４の偏光方向を、図１１に示すように、ｘ方向から反時計回りに角度θ回転した第１の偏光方向とｙ方向から反時計回りに角度θ回転した第２の偏光方向との間で交互に切り替えるように設定する。
【０１０６】
変調照射光９８４の偏光方向の回転角度θを掃引することにより、実施の形態２において偏光子駆動部５１６が偏光子１１４及び光源１１２の回転角度Θを掃引した場合と同様に、定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値を変化させることができる。実施の形態２と同様に、コンピュータ９８６は、生体における測定部位の動きがない状態で、ｎ／ｍが最小値を示すときの変調照射光９８４の偏光方向の回転角度θｍｉｎを求める。コンピュータ９８６が、信号発生器９８８を介して光変調器９６０を制御して、変調照射光９８４の偏光方向の回転角度をθｍｉｎに設定することにより、差動増幅器１３８の出力信号Ｓ（ｔ）中の脈波信号を最大にすることができるため、ＳＮ比が最大となる。
【０１０７】
以上のように本実施の形態に係る脈波計測装置９８０によると、実施の形態１に係る脈波計測装置１００と同様の効果が得られる。また、変調照射光９８４の偏光方向の回転角度θを掃引する際に機械的動作が不要なため、短時間に変調照射光９８４の偏光方向の回転角度を決定することができる。これによって、被検者が測定部位の動きの無い状態を維持している時間を短縮することができる。
【０１０８】
なお、実施の形態４及び５においては、第４のローパスフィルタ９７２と差動増幅器１３８との間に可変利得増幅器１３６を配置する例について示したが、本発明はこれに限定されない。可変利得増幅器を、第４のローパスフィルタ９７２と差動増幅器１３８との間ではなく、第３のローパスフィルタ９７０と差動増幅器１３８との間に配置してもよい。この場合、コンピュータ９４０、９８６は、第１の割算器１３２の出力信号に基づき、可変利得増幅器の増幅率をｍに設定すればよい。このとき、差動増幅器１３８の出力信号Ｓ’（ｔ）は上述のように（数１１）で示されるため、差動増幅器１３８の出力信号Ｓ’（ｔ）には脈波信号のみが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明によれば、被検者が通常の日常生活を過ごしている状態でも高精度に脈波計測を行うことができるため、脈波に基づいた健康管理や家電機器の制御に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る脈波計測装置の側面図
【図２】同脈波計測装置の正面図
【図３】同脈波計測装置における装置本体内部の構成を示すブロック図
【図４】同脈波計測装置における第１の光センサ、第２の光センサ、及び差動増幅器の出力信号の例を模式的に示すグラフ
【図５】本発明の他の実施の形態に係る脈波計測装置における装置本体内部の構成を示すブロック図
【図６】同脈波計測装置における偏光子及び光源の回転角度Θと、定数ｎとｍとの比ｎ／ｍの値との関係を示すグラフ
【図７】本発明のさらに他の実施の形態に係る脈波計測装置の側面図
【図８】同脈波計測装置の正面図
【図９】本発明のさらに他の実施の形態に係る脈波計測装置における装置本体内部の構成を示すブロック図
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態に係る脈波計測装置における装置本体内部の構成を示すブロック図
【図１１】同脈波計測装置から出射される変調照射光の偏光方向を示す模式図
【符号の説明】
【０１１１】
１００，５００，７００，９００，９８０    脈波計測装置
１０２，５０２，９０２，９８２    装置本体
１０４    装着リング
１０６    測定開始スイッチ
１０８    測定準備完了表示ランプ
１１２    光源
１１４    偏光子
１１８    偏光ビームスプリッタ
１２０    第１の光センサ
１２２    第２の光センサ
１２４    第１のローパスフィルタ
１２６    第２のローパスフィルタ
１２８    第１のハイパスフィルタ
１３０    第２のハイパスフィルタ
１３２    第１の割算器
１３４    第２の割算器
１３６    可変利得増幅器
１３８    差動増幅器
１４０，５４０，９４０，９８６    コンピュータ
１４２    照射光出射孔
１４４    反射光入射孔
１４６    ディスプレイ
１５０，５５０    照射光
１５２    生体
１５４    第１の反射光
１５６    第２の反射光
１５８    指
１６０    第１の位置
１６２    第２の位置
１６４    第３の位置
５１６    偏光子駆動部
７１０    警告ランプ
９１４    第１の偏光子
９６０    光変調器
９６２，９８８    信号発生器
９６４    第２の偏光子
９６６    光センサ
９６８    デマルチプレクサ
９７０    第３のローパスフィルタ
９７２    第４のローパスフィルタ
９７４，９８４    変調照射光
【図１】
2009005721.tif 000014
【図２】
2009005721.tif 000015
【図３】
2009005721.tif 000016
【図４】
2009005721.tif 000017
【図５】
2009005721.tif 000018
【図６】
2009005721.tif 000019
【図７】
2009005721.tif 000020
【図８】
2009005721.tif 000021
【図９】
2009005721.tif 000022
【図１０】
2009005721.tif 000023
【図１１】
2009005721.tif 000024