JP2013150708A - 半導体素子の実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の信号及び第２の信号に対して異なる信号処理部により信号処理を施す場合において、第１の信号と第２の信号との相関を高める。
【解決手段】第１の発光部は、生体に緑色光を照射する。第２の発光部は、生体に赤色光を照射する。第１の受光部は、生体内を通過した緑色光を受光し、受光した緑色光を第１のアナログ信号（Ｇ信号）に変換する。第２の受光部は、生体内を通過した赤色光を受光し、受光した赤色光を第２のアナログ信号（Ｒ信号）に変換する。第１の信号処理部は、Ｇ信号に第１の信号処理を施す。第２の信号処理部は、Ｒ信号に第２の信号処理を施す。第１の除去部４１は、第２の信号処理が施されたＲ信号から、第１の信号処理が施されたＧ信号と相関のない信号成分を除去し、この信号成分が除去されたＲ信号を出力する。
【選択図】図７

Description

本発明は、生体の脈波を測定する技術に関する。

光を用いて生体の脈派を測定する技術が知られている。例えば、特許文献１には、パルスフォトメータにおいて、同一の媒体から抽出される２つの測定信号から、脈波信号とアーチフェクト信号とを分離する信号処理方法が記載されている。

特開２００９−２６１４５８号公報

二波長の光を用いて脈波を測定する場合、それらの光により観測される２つの信号に対して信号増幅等の信号処理が施される。しかし、２つの信号に対して別系統の回路構成で信号処理を施す場合には、回路特性のばらつきにより、２つの信号に他方の信号と相関のない信号ノイズが混入してしまう。この場合、２つの信号の相関が低くなり、例えば特許文献１に記載されたような信号分離に悪影響を与える恐れがある。
本発明は、第１の信号及び第２の信号に対して異なる信号処理部により信号処理を施す場合において、第１の信号と第２の信号との相関を高めることを目的の１つとする。

本発明に係る脈波想定装置は、生体に第１の光を照射する第１の照射部と、前記生体に第２の光を照射する第２の照射部と、前記生体内を通過した前記第１の光を受光し、当該受光した第１の光を第１の信号に変換する第１の受光部と、前記生体内を通過した前記第２の光を受光し、当該受光した第２の光を第２の信号に変換する第２の受光部と、前記第１の信号に第１の信号処理を施す第１の信号処理部と、前記第２の信号に第２の信号処理を施す第２の信号処理部と、前記第２の信号処理が施された第２の信号から、前記第１の信号処理が施された第１の信号との相関が閾値よりも低い第１の信号成分を除去し、当該第１の信号成分が除去された第２の信号を出力する第１の除去部とを備えることを特徴とする。この構成によれば、第１の信号及び第２の信号に対して異なる信号処理部により信号処理を施す場合において、第１の信号と第２の信号との相関を高めることができる。

前記脈波測定装置は、前記第１の信号処理が施された第１の信号から、前記第２の信号処理が施された第２の信号との相関が閾値よりも低い第２の信号成分を除去し、当該第２の信号成分が除去された第１の信号を出力する第２の除去部を備えてもよい。この構成によれば、第１の信号と第２の信号の両方に他の信号との相関が閾値よりも低い信号成分が含まれている場合にも、第１の信号と第２の信号との相関を高めることができる。

前記第１の除去部又は前記第２の除去部は、適応フィルターを用いて前記第１の信号成分又は前記第２の信号成分の除去を行ってもよい。この構成によれば、簡易な構成で第１の信号と第２の信号との相関を高めることができる。

前記脈波測定装置は、前記第１の信号処理が施された第１の信号及び前記第１の除去部により前記第１の信号成分が除去された第２の信号から、又は前記第２の除去部により前記第２の信号成分が除去された第１の信号及び前記第１の除去部により前記第１の信号成分が除去された第２の信号から、前記生体の脈派を示す脈動成分とノイズ成分とを分離する分離部を備えてもよい。この構成によれば、脈動成分とノイズ成分とを分離する精度を向上させることができる。

前記第１の光と前記第２の光とは波長が異なるものであってもよい。この構成によれば、二波長の光を用いて脈波を測定する構成において、第１の信号と第２の信号との相関を高めることができる。

本発明に係る信号処理装置は、第１の照射部が生体に第１の光を照射し、第１の受光部が前記生体内を通過した前記第１の光を受光し、当該受光した第１の光を第１の信号に変換すると、当該第１の信号に第１の信号処理を施す第１の信号処理部と、第２の照射部が前記生体に第２の光を照射し、第２の受光部が前記生体内を通過した前記第２の光を受光し、当該受光した第２の光を第２の信号に変換すると、当該第２の信号に第２の信号処理を施す第２の信号処理部と、前記第２の信号処理が施された第２の信号から、前記第１の信号処理が施された第１の信号との相関が閾値よりも低い第１の信号成分を除去し、当該第１の信号成分が除去された第２の信号を出力する第１の除去部とを備えることを特徴とする。この構成によれば、第１の信号及び第２の信号に対して異なる信号処理部により信号処理を施す場合において、第１の信号と第２の信号との相関を高めることができる。

脈波測定装置の外観を示す図 脈波測定装置の構成を示すブロック図 生体に対する光の浸透度を示す図 生体内における緑色光及び赤色光の経路を示す図 第１の増幅回路及び第２の増幅回路の入出力特性を示す図 増幅回路の歪みを示す図。 ＣＰＵの機能構成を示すブロック図 適応フィルターの概念図 Ｇ信号及びＲ信号の信号観測モデルを示す図 変形例に係るＣＰＵの機能構成を示すブロック図 変形例に係る適応フィルターの概念図

図１は、本実施形態に係る脈波測定装置１の外観を示す図である。脈波測定装置１は、人間の手２に装着される。脈波測定装置１は、人間の手首に装着される装置本体３（信号処理装置の一例）と、脈波センサー４とで構成されている。この装置本体３と脈波センサー４とは、ケーブル５を介して接続されている。脈波センサー４は、図１（ｂ）に示すように、人差指の根元の手のひら側にバンド６によって固定される。

図２は、脈波測定装置１の構成を示すブロック図である。脈波測定装置１は、二波長の光を用いて脈波を測定する。装置本体３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３と、表示部１４と、操作部１５と、発振回路１６と、計時回路１７と、第１の信号処理部２４ａと第２の信号処理部２４ｂとを備える。この第１の信号処理部２４ａには、第１のフィルター部２１ａと、第１の増幅回路２２ａと、第１のＡ／Ｄ（analog to digital）変換部２３ａとが含まれる。第２の信号処理部２４ｂには、第２のフィルター部２１ｂと、第２の増幅回路２２ｂと、第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂとが含まれる。脈波センサー４は、駆動回路１８と、第１の発光部１９ａ（第１の照射部の一例）及び第２の発光部１９ｂ（第２の照射部の一例）と、第１の受光部２０ａ及び第２の受光部２０ｂとを備える。

ＣＰＵ１１は、制御プログラムを実行して脈波測定装置１の各部を制御する。ＲＯＭ１２は、読み出し専用の不揮発性メモリーである。ＲＯＭ１２には、例えばＣＰＵ１１により実行される基本的なシステムプログラムが記憶される。ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１のワークエリアとして使用される揮発性メモリーである。ＲＡＭ１３には、例えばＣＰＵ１１による制御プログラムの実行中に発生する各種のデータが一時的に記憶される。表示部１４は、例えば液晶ディスプレイである。表示部１４は、ＣＰＵ１１による制御の下、脈波の測定結果や脈波の測定に関する各種の情報を表示する。操作部１５は、例えば脈波測定装置１の操作に用いられる複数の操作ボタンを備える。操作部１５は、利用者の操作に応じた操作信号をＣＰＵ１１に供給する。発振回路１６は、ＣＰＵ１１にクロック信号を供給する。計時回路１７は、ＣＰＵ１１による制御の下、時間を計測する。

駆動回路１８は、第１の発光部１９ａ及び第２の発光部１９ｂを駆動する。例えば、駆動回路１８は、操作部１５を用いて脈波の測定開始を指示する操作が行われると、第１の発光部１９ａと第２の発光部１９ｂとを交互に駆動する。第１の発光部１９ａは、緑色光Ｌｇ（第１の光の一例）を照射する発光素子を備える。この緑色光Ｌｇのピーク波長は、５２５ｎｍである。第２の発光部１９ｂは、赤色光Ｌｒ（第２の光の一例）を照射する発光素子を備える。この赤色光Ｌｒのピーク波長は、６２０ｎｍである。赤色光Ｌｒのピーク波長は、緑色光Ｌｇよりもピーク波長よりも大きい。第１の発光部１９ａ及び第２の発光部１９ｂは、駆動回路１８により駆動されると、生体内の測定部位に光を照射する。

図３は、生体に対する光の浸透度を示す図である。図３に示す縦軸は、光のピーク波長［ｎｍ］を示す。図３に示す横軸は、生体に対する光の浸透度を示す。この浸透度とは、生体内において光が到達する深さをいう。この深さとは、生体の表面からの距離をいう。図３に示すように、波長により生体に対する光の浸透度が異なる。例えば、緑色光Ｌｇのピーク波長は５２５ｎｍであり、赤色光Ｌｒのピーク波長は６２０ｎｍである。この場合、赤色光Ｌｒの浸透度は、緑色光Ｌｇの浸透度よりも大きくなる。

図４は、生体内における緑色光Ｌｇ及び赤色光Ｌｒの経路を示す図である。第１の発光部１９ａ、第２の発光部１９ｂ、第１の受光部２０ａ及び第２の受光部２０ｂは、緑色光Ｌｇと赤色光Ｌｒとが同じ深さの測定部位に照射されるような位置に配置される。上述したように、赤色光Ｌｒの浸透度は、緑色光Ｌｇの浸透度よりも大きいため、赤色光Ｌｒは、基本的には緑色光Ｌｇよりも生体内の深い部分を通過することになる。しかし、第２の発光部１９ｂと第２の受光部２０ｂとの間の距離Ｄ２を小さくすると、第２の発光部１９ｂから照射される赤色光Ｌは、生体内の浅い部分の散乱光の割合が多くなるため、生体内の平均浸透度が小さくなる。つまり、第２の発光部１９ｂと第２の受光部２０ｂとの間の距離Ｄ２を小さくすると、赤色光Ｌｒは生体内のより浅い部分を通過することになる。そこで、第２の発光部１９ｂと第２の受光部２０ｂとの間の距離Ｄ２を、第１の発光部１９ａと第１の受光部２０ａとの間の距離Ｄ１よりも小さくすることにより、緑色光Ｌｇと赤色光Ｌｒとが同じ深さの測定部位に照射されるように調整することができる。この場合、緑色光Ｌｇは、図４（ａ）に示すように測定部位Ｔ１に照射される。赤色光Ｌｒは、図４（ｂ）に示すように測定部位Ｔ１と同じ深さの測定部位Ｔ２に照射される。

第１の発光部１９ａから照射された緑色光Ｌｇは、測定部位Ｔ１で反射され第１の受光部２０ａにより受光される。第１の受光部２０ａは、緑色光Ｌｇを受光すると、受光した緑色光Ｌｇを第１のアナログ信号（第１の信号の一例）に変換して出力する。この第１のアナログ信号には、測定部位Ｔ１に存在する血管の脈動を示す測定信号成分が含まれる。第２の発光部１９ｂから照射された赤色光Ｌｒは、測定部位Ｔ２で反射され第２の受光部２０ｂにより受光される。第２の受光部２０ｂは、赤色光Ｌｒを受光すると、受光した赤色光Ｌｒを第２のアナログ信号（第２の信号の一例）に変換して出力する。この第２のアナログ信号には、測定部位Ｔ２に存在する血管の脈動を示す測定信号成分が含まれる。上述したように、測定部位Ｔ１の深さと測定部位Ｔ２の深さは同じであるため、測定部位Ｔ１と測定部位Ｔ２には同一の血管が存在していると考えられる。したがって、第１のアナログ信号と第２のアナログ信号には同様の測定信号成分が含まれることになる。

第１の受光部２０ａから出力された第１のアナログ信号は、図２に示す第１のフィルター部２１ａに入力される。第１のフィルター部２１ａは、ＡＣ（Alternating Current）フィルターとＤＣ（Direct Current）フィルター（いずれも図示せず）とを備える。ＡＣフィルターは、第１のアナログ信号が入力されると、入力された第１のアナログ信号から脈動を示す脈動成分（ＡＣ成分）を除去して第１のアナログ信号のＤＣ成分を出力する。ＤＣフィルターは、第１のアナログ信号が入力されると、入力された第１のアナログ信号から脈波の基線のゆらぎ成分（ＤＣ成分）を除去して第１のアナログ信号のＡＣ成分を出力する。

第２の受光部２０ｂから出力された第２のアナログ信号は、第２のフィルター部２１ｂに入力される。第２のフィルター部２１ｂは、第１のフィルター部２１ａと同様に、ＡＣフィルターとＤＣフィルター（図示せず）とを備える。ＡＣフィルターは、第２のアナログ信号が入力されると、入力された第２のアナログ信号から脈動を示す脈動成分（ＡＣ成分）を除去して第２のアナログ信号のＤＣ成分を出力する。ＤＣフィルターは、第２のアナログ信号が入力されると、入力された第２のアナログ信号から脈波の基線のゆらぎ成分（ＤＣ成分）を除去して第２のアナログ信号のＡＣ成分を出力する。

第１のフィルター部２１ａから出力された第１のアナログ信号のＡＣ成分は、第１の増幅回路２２ａに入力される。第１の増幅回路２２ａは、第１のアナログ信号のＡＣ成分が入力されると、入力された第１のアナログ信号のＡＣ成分を増幅して出力する。第２のフィルター部２１ｂから出力された第２のアナログ信号のＡＣ成分は、第２の増幅回路２２ｂに入力される。第２の増幅回路２２ｂは、第２のアナログ信号のＡＣ成分が入力されると、入力された第２のアナログ信号のＡＣ成分を増幅して出力する。第１の増幅回路２２ａ及び第２の増幅回路２２ｂのゲインは、ＣＰＵ１１により設定される。例えば、ＣＰＵ１１は、第１の増幅回路２２ａから出力される信号と第２の増幅回路２２ｂから出力される信号との間で信号強度が同じになるように、第１の増幅回路２２ａのゲイン及び第２の増幅回路２２ｂのゲインを設定する。

第１の増幅回路２２ａから出力された第１のアナログ信号のＡＣ成分及び第１のフィルター部２１ａから出力された第１のアナログ信号のＤＣ成分は、第１のＡ／Ｄ変換部に入力される。第１のＡ／Ｄ変換部２３ａは、第１のＡ／Ｄ変換回路と第２のＡ／Ｄ変換回路（図示せず）とを備える。第１のＡ／Ｄ変換回路は、第１のアナログ信号のＡＣ成分が入力されると、入力された第１のアナログ信号のＡＣ成分をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。具体的には、第１のＡ／Ｄ変換回路は、予め設定されたサンプリング周波数で第１のアナログ信号のＡＣ成分をサンプリングして量子化する。このサンプリング周波数は、例えば１００Ｈｚである。量子化は、例えば１０ビットで行われる。第２のＡ／Ｄ変換回路は、第１のアナログ信号のＤＣ成分が入力されると、第１のＡ／Ｄ変換回路と同様に、入力された第１のアナログ信号のＤＣ成分をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。

第２の増幅回路２２ｂから出力された第２のアナログ信号のＡＣ成分及び第２のフィルター部２１ｂから出力された第２のアナログ信号のＤＣ成分は、第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂに入力される。第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂは、第３のＡ／Ｄ変換回路と第４のＡ／Ｄ変換回路（いずれも図示せず）とを備える。第３のＡ／Ｄ変換回路は、第２のアナログ信号のＡＣ成分が入力されると、第１のＡ／Ｄ変換回路と同様に、入力された第２のアナログ信号のＡＣ成分をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。第４のＡ／Ｄ変換回路は、第２のアナログ信号のＤＣ成分が入力されると、第１のＡ／Ｄ変換回路と同様に、入力された第２のアナログ信号のＤＣ成分をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。第１のＡ／Ｄ変換部２３ａ及び第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂのサンプリングにより得られるサンプリングデータは、ＣＰＵ１１に供給され、第１の増幅回路２２ａ及び第２の増幅回路２２ｂのゲインを設定するときの判断材料として用いられる。

なお、以下の説明では、第１の受光部２０ａから出力され、第１の信号処理部２４ａにおいて信号処理（第１の信号処理の一例）が施される信号を「Ｇ信号」という。また、第２の受光部２０ｂから出力され、第２の信号処理部２４ｂにおいて信号処理（第２の信号処理の一例）が施される信号を「Ｒ信号」という。第１の信号処理部２４ａの信号処理には、第１のフィルター部２１ａにより施されるフィルター処理、第１の増幅回路２２ａにより施される信号増幅処理、及び第１のＡ／Ｄ変換部２３ａにより施されるＡ／Ｄ変換処理が含まれる。第２の信号処理部２４ｂの信号処理には、第２のフィルター部２１ｂにより施されるフィルター処理、第２の増幅回路２２ｂにより施される信号増幅処理、及び第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂにより施されるＡ／Ｄ変換処理が含まれる。

第１の信号処理部２４ａと第２の信号処理部２４ｂとは、別系統の回路構成であるため、その回路特性に違いがある。
図５は、第１の増幅回路２２ａ及び第２の増幅回路２２ｂの入出力特性を示す図である。図５において、線Ｉ１は第１の増幅回路２２ａの入出力特性を示し、線Ｉ２は第２の増幅回路２２ｂの入出力特性を示す。図５に示すように、第１の増幅回路２２ａと第２の増幅回路２２ｂとは、入出力特性に違いがある。

図６は、増幅回路の歪みを示す図である。増幅回路の入出力特性が非線形である場合、入力波形Ｗｉに対して出力波形Ｗｏに歪みが生じる。図５に示すように、第１の増幅回路２２ａと第２の増幅回路２２との間で入出力特性に違いがある場合、第１の増幅回路２２及び第２の増幅回路２２は、Ｇ信号及びＲ信号にそれぞれ異なる歪みを生じさせる。この歪みが信号ノイズ成分となって表れる。これにより、Ｇ信号又はＲ信号に他方の信号と相関のない信号ノイズ成分が重畳される。

第１の増幅回路２２ａ及び第２の増幅回路２２ｂの他にも、例えばフィルターを構成する素子の個体差により、第１のフィルター部２１ａと第２のフィルター部２１ｂとの間で周波数特性が異なる場合がある。また、第１のＡ／Ｄ変換部２３ａと第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂとの間で量子化の誤差が異なる場合がある。このような場合にも、Ｇ信号又はＲ信号に、他方の信号と相関のない信号ノイズ成分が重畳されることとなる。

ここでは、第１のＡ／Ｄ変換部２３ａから出力されたＧ信号には、上述した測定信号成分の他に第１の信号ノイズ成分が含まれているものとする。また、第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂから出力されたＲ信号には、上述した測定信号成分の他に第１の信号ノイズ成分と第２の信号ノイズ成分とが含まれているものとする。

図７は、ＣＰＵ１１の機能構成を示すブロック図である。ＣＰＵ１１は、第１の除去部４１と分離部４２とを備える。第１のＡ／Ｄ変換部２３ａから出力されたＧ信号及び第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂから出力されたＲ信号は、第１の除去部４１に入力される。第１の除去部４１は、Ｇ信号及びＲ信号が入力されると、適応フィルターを用いて、入力されたＲ信号からＧ信号と相関のない信号成分を除去する。この「相関がない」とは、厳密にはＧ信号との相関が閾値よりも低いことをいう。また、「除去」とは、相関のない信号成分を完全に取り除くことだけではなく、相関のない信号成分を減衰させることをも含む概念である。

図８は、第１の除去部４１により用いられる適応フィルターの概念図である。第１のＡ／Ｄ変換部２３ａから出力されたＧ信号は、遅延器５１に入力される。遅延器５１は、Ｇ信号が入力されると、入力されたＧ信号を遅延させて出力する。遅延器５１から出力されたＧ信号は、加算器５２に入力される。また、第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂから出力されたＲ信号は、ＦＩＲ（finite impulse response）フィルター５３に入力される。ＦＩＲフィルター５３は、Ｒ信号が入力されると、入力されたＲ信号に対して係数を用いてフィルター処理を施して出力する。ＦＩＲフィルター５３から出力されたＲ信号は、加算器５２に入力される。加算器５２は、Ｇ信号及びＲ信号が入力されると、入力されたＧ信号とＲ信号との差を誤差信号εとして出力する。ＦＩＲフィルター５３の係数は、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズム等のアルゴリズムを利用して、加算器５２から出力された誤差信号εの２乗の期待値がもっとも小さくなるように更新される。

上述したように、Ｒ信号には、Ｇ信号には含まれていない第２の信号ノイズ成分（第１の信号成分の一例）が含まれている。この場合、ＦＩＲフィルター５３により、Ｒ信号からＧ信号と相関のない第２の信号ノイズ成分が除去される。これにより、第２の信号ノイズ成分が除去されたＲ信号がＦＩＲフィルター５３から出力される。このＲ信号は、Ｇ信号と同様に測定信号成分と第１の信号ノイズ成分だけを含むため、Ｇ信号と高い相関を有する。

第１のＡ／Ｄ変換部２３ａから出力されたＧ信号及びＦＩＲフィルター５３から出力されたＲ信号は、分離部４２に入力される。分離部４２は、Ｇ信号及びＲ信号が入力されると、入力されたＧ信号及びＲ信号から、脈波成分と体動ノイズ成分とを分離する。この体動ノイズとは、体が動いたときの振動により生じる誤差をいう。分離部４２により脈波成分と体動ノイズ成分とが分離されると、この脈動成分に基づき脈波が求められる。

図９は、Ｇ信号及びＲ信号の信号観測モデルを示す図である。図９において、ｐは、時刻ｔｎにおける脈動を示す脈動信号であり、ｎは、時刻ｔｎにおけるノイズを示すノイズ信号である。また、Ｇは、第１の受光部２０ａ、つまり緑色光Ｌｇの端子であり、Ｒは、第２の受光部２０ｂ、つまり赤色光Ｌｒの端子である。脈動信号ｐは、伝達係数１でＧ端子に伝達され、伝達係数φｓでＲ端子に伝達される。ノイズ信号ｎは、伝達係数１でＧ端子に伝達され、伝達係数φｎでＲ端子に伝達される。

図９に示す信号観測モデルでは、以下の式（１）により脈動信号ｐとノイズ信号ｎとを混合すると、Ｇ端子で観測されるＧ信号とＲ端子で観測されるＲ信号とが得られる。つまり、脈動信号ｐとノイズ信号ｎを分離するためには以下の式（２）で示す逆行列演算を行えばよい。この式（２）における逆行列が分離マトリクスである。

式（２）に示す分離マトリクスを用いて、脈動信号ｐとノイズ信号ｎとを分離するには、φｓとφｎの推定が必要である。このφｓは、体動の影響を殆ど受けていない安定期間におけるＧ信号に対するＲ信号のベクトルのノルム比である。また、φｎは、体動による影響を受けているノイズ期間におけるＧ信号に対するＲ信号のベクトルのノルム比である。

分離部４２は、以下の式（３）により安定期間のノルム比を算出する。式（３）において、‖Ｒ_ACpulse‖₂は、安定期間におけるＲ信号のＡＣ成分のノルムであり、‖Ｇ_ACpulse‖₂は、安定期間におけるＧ信号のＡＣ成分のノルムであり、‖Ｒ_DCpulse‖₂は、安定期間におけるＲ信号のＤＣ成分のノルムであり、‖Ｇ_DCpulse‖₂は、安定期間におけるＧ信号のＤＣ成分のノルムである。また、分離部４２は、以下の式（４）によりノイズ期間のノルム比を算出する。式（４）において、‖Ｒ_ACnoise‖₂は、ノイズ期間におけるＲ信号のＡＣ成分のノルムであり、‖Ｇ_ACnoise‖₂は、ノイズ期間におけるＧ信号のＡＣ成分のノルムであり、‖Ｒ_DCnoise‖₂は、ノイズ期間におけるＲ信号のＤＣ成分のノルムであり、‖Ｇ_DCnoise‖₂は、ノイズ期間におけるＧ信号のＤＣ成分のノルムである。

分離部４２は、式（３）によって求められたノルム比をφｓ、式（４）によって求められたノルム比をφｎとして式（２）の分離マトリクスに代入し、ノイズ期間で測定されたＧ信号、Ｒ信号のＡＣ成分の値を式（２）のＧ、Ｒに代入して演算することにより、ノイズ期間における脈動成分とノイズ成分とを分離する。

上述したように、Ｇ信号又はＲ信号には、第１の信号処理部２４ａと第２の信号処理部２４ｂとの間の回路特性の違いにより、他の信号と相関のない信号ノイズ成分が混入してしまう。しかし、上述した実施形態によれば、第１の除去部４１においてＲ信号からＧ信号との相関の低い信号ノイズ成分が除去されるため、Ｒ信号とＧ信号との相関が高くなる。これにより、Ｇ信号とＲ信号との間の相関が低い場合に比べて、分離部４２においてＧ信号及びＲ信号から脈動成分とノイズ成分とを分離する精度を向上させることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、以下のように変形してもよい。また、以下の変形例を相互に組み合わせてもよい。

（１）変形例１
上述した実施形態では、Ｒ信号からＧ信号と相関のない信号ノイズ成分を除去していた。しかし、この実施形態と反対に、Ｇ信号からＲ信号と無相関の信号ノイズ成分を除去してもよい。ここでは、第１のＡ／Ｄ変換部２３ａから出力されたＧ信号には、測定信号成分の他に第１の信号ノイズ成分と第２のノイズ成分とが含まれているものとする。また、第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂから出力されたＲ信号には、測定信号成分の他に第１の信号ノイズ成分が含まれているものとする。

この場合、第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂから出力されたＲ信号（第１の信号の一例）は、遅延器５１に入力される。また、第１のＡ／Ｄ変換部２３ａから出力されたＧ信号（第２の信号の一例）は、ＦＩＲフィルター５３に入力される。上述したように、Ｇ信号には、Ｒ信号には含まれていない第２の信号ノイズ成分（第１の信号成分の一例）が含まれている。この場合、ＦＩＲフィルター５３により、Ｇ信号からＲ信号と相関のない第２の信号ノイズ成分が除去される。これにより、第２の信号ノイズ成分が除去されたＧ信号がＦＩＲフィルター５３から出力される。このＧ信号は、Ｒ信号と同様に測定信号成分と第１の信号ノイズ成分だけを含むため、Ｒ信号と高い相関を有する。この場合、分離部４２には、ＦＩＲフィルター５３から出力されたＧ信号と第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂから出力されたＲ信号とが入力される。このような構成であっても、Ｇ信号とＲ信号との相関を高めることができる。

（２）変形例２
上述した実施形態では、Ｒ信号だけにＧ信号と相関のない信号ノイズ成分を除去する処理を施していた。しかし、Ｒ信号とＧ信号との両方に他の信号と相関のない信号ノイズ成分を除去する処理を施してもよい。

図１０は、この変形例に係るＣＰＵ１１の機能構成を示すブロック図である。ＣＰＵ１１は、上述した第１の除去部４１及び分離部４２に加えて、第２の除去部４３を備える。第１のＡ／Ｄ変換部２３ａから出力されたＧ信号及び第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂから出力されたＲ信号は、第１の除去部４１と第２の除去部４３の両方に入力される。ここでは、第１のＡ／Ｄ変換部２３ａから出力されたＧ信号には、測定信号成分の他に第１の信号ノイズ成分が含まれているものとする。また、第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂから出力されたＲ信号には、測定信号成分の他に第２のノイズ成分が含まれているものとする。第２の除去部４３は、Ｇ信号及びＲ信号が入力されると、適応フィルターを用いて、入力されたＧ信号からＲ信号と相関のない信号成分を除去する。

図１１は、第２の除去部４３により用いられる適応フィルターの概念図である。この適応フィルターは、上述した第１の除去部４１の適応フィルターと同様の構成を有する。ただし、遅延器６１には、第１のＡ／Ｄ変換部２３ａから出力されたＧ信号が入力され、ＦＩＲフィルター６３には、第２のＡ／Ｄ変換部２３ｂから出力されたＲ信号が入力される。上述したように、Ｇ信号には、Ｒ信号と相関のない第１の信号ノイズ成分（第２の信号成分の一例）が含まれている。この場合、ＦＩＲフィルター６３により、Ｇ信号からＲ信号と相関のない第１の信号ノイズ成分が除去される。これにより、第１の信号ノイズ成分が除去されたＧ信号がＦＩＲフィルター６３から出力される。

また、第１の除去部４１は、上述と同様に、入力されたＲ信号からＧ信号と相関のない信号成分を除去する。上述したように、Ｒ信号には、Ｇ信号と相関のない第２の信号ノイズ（第１の信号成分の一例）が含まれている。この場合、ＦＩＲフィルター５３により、Ｒ信号からＧ信号と相関のない第２の信号ノイズ成分が除去される。これにより、第２の信号ノイズ成分が除去されたＲ信号がＦＩＲフィルター５３から出力される。

ＦＩＲフィルター６３から出力されたＧ信号とＦＩＲフィルター５３から出力されたＲ信号とは、いずれも測定信号成分だけを含むため、高い相関を有する。この場合、分離部４２には、ＦＩＲフィルター６３から出力されたＧ信号とＦＩＲフィルター５３から出力されたＲ信号とが入力される。この変形例によれば、Ｇ信号とＲ信号との両方に他の信号と相関のない信号ノイズ成分が含まれている場合にも、Ｇ信号とＲ信号との相関を高めることができる。

（３）変形例３
脈波の測定に用いられる光は、二波長の光に限定されない。例えば、一波長の光を用いて脈波の測定を行ってもよい。この場合、第１の発光部１９ａと第２の発光部１９ｂとは、同じ波長の光を照射する。例えば、第１の発光部１９ａと第２の発光部１９ｂとはいずれも緑色光を照射する。また、第１の発光部１９ａ、第２の発光部１９ｂ、第１の受光部２０ａ及び第２の受光部２０ｂは、第２の発光部１９ｂと第２の受光部２０ｂとの間の距離と、第１の発光部１９ａと第１の受光部２０ａとの間の距離とが等しくなるように配置される。このような構成であっても、上述した実施形態と同様の処理を行うことにより、２つの信号の相関を高めることができる。

（４）変形例４
分離部４２で行われる信号分離の方法は実施形態で説明した方法に限定されない。例えば、特開２００９−２６１４５８号公報に記載された方法を適用して、２つの信号から脈動成分とノイズ成分とを分離してもよい。

（５）変形例５
上述した適応フィルターでは、係数可変フィルターとしてＦＩＲフィルター５３が用いられていた。しかし、適応フィルターにおいて用いられる係数可変フィルターは、ＦＩＲフィルター５３に限定されない。例えば、ＦＩＲフィルター５３に代えて、ＩＩＲ（Infinite impulse response）フィルターが用いられてもよい。

（６）変形例６
上述した実施形態では、第１の除去部４１がデジタルフィルターにより実現されていた。しかし、第１の除去部４１は、アナログフィルターにより実現されてもよい。この場合、第１の除去部４１は、アナログフィルターを用いて、入力されたＲ信号からＧ信号と相関のない第２の信号成分を除去する。同様に、第２の除去部４３もアナログフィルターにより実現されてもよい。

（７）変形例７
第１の発光部１９ａ、第２の発光部１９ｂが照射する光は、緑色光、赤色光に限定されない。例えば、青色光、赤外光等、他の波長の光であってもよい。

（８）変形例８
上移した実施形態では、緑色光を受光する第１の受光部２０ａと、赤色光を受光する第２の受光部２０ｂとが別々に設けられていた。しかし、第１の受光部２０ａ及び第２の受光部２０ｂに代えて、２分割フォトダイオードが用いられてもよい。

（９）変形例９
装置本体３と脈波センサー４とは、無線通信で接続されていてもよい。また、装置本体３と脈波センサー４とが一体に構成されてもよい。また、脈波センサー４が装着される部位は、指に限定されない。例えば、手の甲、手首、上腕、足の甲、耳朶等、生体の他の部位であってもよい。

（１０）変形例１０
第１の受光部２０ａ及び第２の受光部２０ｂは、生体を透過した光を受光してもよい。この場合、第１の発光部１９ａと第１の受光部２０ａ、第２の発光部１９ｂと第２の受光部２０ｂとは、それぞれ生体を挟んで対向する位置に設けられる。つまり、第１の受光部２０ａ及び第２の受光部２０ｂは、生体内を通過した光を受光すればよい。この「通過」とは、生体内の部位で反射される場合と、生体を透過する場合とを含む概念である。

（１１）変形例１１
ＣＰＵ１１において実行されるプログラムは、磁気テープ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、メモリーなどの記録媒体に記録した状態で提供され、脈波測定装置１にインストールされてもよい。また、このプログラムは、インターネット等の通信回線を介して脈波測定装置１にダウンロードされてもよい。

１…脈波測定装置、１１…ＣＰＵ、１２…ＲＯＭ、１３…ＲＡＭ、１４…表示部、１５…操作部、１６…発振回路、１７…計時回路、１８…駆動回路、１９ａ…第１の発光部、１９ｂ…第２の発光部、２０ａ…第１の受光部、２０ｂ…第２の受光部、２１ａ…第１のフィルター部、２１ｂ…第２のフィルター部、２２ａ…第１の増幅回路、２２ｂ…第２の増幅回路、２３ａ…第１のＡ／Ｄ変換部、２３ｂ…第２のＡ／Ｄ変換部、２４ａ…第１の信号処理部、２４ｂ…第２の信号処理部、４１…第１の除去部、４２…分離部、４３…第２の除去部

Claims (6)

1. 生体に第１の光を照射する第１の照射部と、
   前記生体に第２の光を照射する第２の照射部と、
   前記生体内を通過した前記第１の光を受光し、当該受光した第１の光を第１の信号に変換する第１の受光部と、
   前記生体内を通過した前記第２の光を受光し、当該受光した第２の光を第２の信号に変換する第２の受光部と、
   前記第１の信号に第１の信号処理を施す第１の信号処理部と、
   前記第２の信号に第２の信号処理を施す第２の信号処理部と、
   前記第２の信号処理が施された第２の信号から、前記第１の信号処理が施された第１の信号との相関が閾値よりも低い第１の信号成分を除去し、当該第１の信号成分が除去された第２の信号を出力する第１の除去部と
   を備えることを特徴とする脈波測定装置。
2. 前記第１の信号処理が施された第１の信号から、前記第２の信号処理が施された第２の信号との相関が閾値よりも低い第２の信号成分を除去し、当該第２の信号成分が除去された第１の信号を出力する第２の除去部を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の脈波測定装置。
3. 前記第１の除去部又は前記第２の除去部は、適応フィルターを用いて前記第１の信号成分又は前記第２の信号成分の除去を行う
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の脈波測定装置。
4. 前記第１の信号処理が施された第１の信号及び前記第１の除去部により前記第１の信号成分が除去された第２の信号、又は前記第２の除去部により前記第２の信号成分が除去された第１の信号及び前記第１の除去部により前記第１の信号成分が除去された第２の信号から、前記生体の脈派を示す脈動成分とノイズ成分とを分離する分離部を備える
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の脈波測定装置。
5. 前記第１の光と前記第２の光とは波長が異なる
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の脈波測定装置。
6. 第１の照射部により生体に第１の光が照射され、第１の受光部により前記生体内を通過した前記第１の光が第１の信号に変換されると、当該第１の信号に第１の信号処理を施す第１の信号処理部と、
   第２の照射部により前記生体に第２の光が照射され、第２の受光部により前記生体内を通過した前記第２の光が第２の信号に変換されると、当該第２の信号に第２の信号処理を施す第２の信号処理部と、
   前記第２の信号処理が施された第２の信号から、前記第１の信号処理が施された第１の信号との相関が閾値よりも低い第１の信号成分を除去し、当該第１の信号成分が除去された第２の信号を出力する第１の除去部と
   を備えることを特徴とする信号処理装置。