JP2014210018A

JP2014210018A - 生体装置

Info

Publication number: JP2014210018A
Application number: JP2013087287A
Authority: JP
Inventors: 裕松井; Yutaka Matsui
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2014-11-13

Abstract

【課題】生体情報を検出する際に、生体特有の個体差や変動の影響を除去して、安定した追従制御を実現する。【解決手段】生体装置（１０）は、生体に対して光を照射する発光手段（１１０）と、生体からの戻り光を受光する受光手段（１２０）と、生体が有する所定のパラメータに基づいて、受光手段で受光される戻り光の量が目標値となるように、発光手段から照射する光の量を制御する制御手段（１４０）とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば光を照射することで生体の脈波を検出する光容積脈波計等を含む生体装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば生体に対して光を照射すると共に、生体で反射又は透過された光を検出することで、脈波等の生体信号を得る装置が知られている。このような装置では、検出される光量等を適切な値に近づけるため、追従制御が実行される場合がある。例えば特許文献１では、受信された画像信号が示す輝度値と所定の目標値との差分に対応するように、発光素子の光量を制御するという技術が提案されている。

特開２００６−３０５３２２号公報

しかしながら、例えば生体の血管の密度や筋組織の厚さは個体差が非常に大きく、更には測定部のわずかなズレによっても変化する。このため、生体による光の吸収率（言い換えれば、光の透過率）は、一意的に決定することができない。また、特定の個体の特定の部位における測定でも、血流量の変化党により生体特有の変動が生じ得る。このため、光の吸収率は常に変化することとなる。以上のような理由から、上述した特許文献に記載されている追従制御では、全ての個体において等しい追従特性を実現することが困難である。

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、生体特有の個体差や変動の影響を除去して、安定した追従制御を実現することが可能な生体装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための生体装置は、生体に対して光を照射する発光手段と、前記生体からの戻り光を受光する受光手段と、前記生体が有する所定のパラメータに基づいて、前記受光手段で受光される前記戻り光の量が目標値となるように、前記発光手段から照射する光の量を制御する制御手段とを備える。

実施例に係る生体装置の全体構成を示すブロック図である。実施例に係る生体装置によるサーボ制御を示すブロック図である。生体透過率の個体差を示すグラフである。異なる被験者に同じ設計の追従制御を行った際の追従特性を示すグラフである。同一の被験者が姿勢を変えて測定した場合の生体透過率を示すグラフである。同一の被験者が姿勢を変えて測定した場合の追従特性を示すグラフである。第１実施例に係る生体装置の動作を示すフローチャートである。第２実施例に係る生体装置の動作を示すフローチャートである。

本実施形態に係る生体装置は、生体に対して光を照射する発光手段と、前記生体からの戻り光を受光する受光手段と、前記生体が有する所定のパラメータに基づいて、前記受光手段で受光される前記戻り光の量が目標値となるように、前記発光手段から照射する光の量を制御する制御手段とを備える。

本実施形態の生体装置によれば、その動作時には、例えば発光ダイオードとして構成される発光手段から生体に対して光りが照射されると共に、例えばフォトダイオード等として構成される受光手段により生体からの戻り光が受光される。受光手段で受光された戻り光は、生体に関する情報を示す信号として処理され、例えば生体の容積脈波が検出される。

上述した動作において、発光手段から照射される光の量は、制御手段によって制御されている。具体的には、受光手段で受光される戻り光の量が目標値となるように制御されている。なお、ここでの「目標値」とは、生体装置による生体情報の検出を適切に実行し得る値であり、予め理論的又は実験的に、或いは経験的に設定されている。

制御手段は、受光手段で受光される戻り光の量が目標値となるように、生体が有する所定のパラメータに基づいて、発光手段から照射する光の量を制御している。なお、ここでの「所定のパラメータ」とは、受光手段で受光される戻り光の量に生体が与える影響を示すパラメータであり、例えば光の透過率や光の反射率等が挙げられる。

ここで特に、上述した所定のパラメータは、例えば生体の血管密度や筋組織の厚さの個体差や、光の照射位置のわずかなズレによって変化する。また、特定の個体の特定の部位における測定でも、血流量の変化党により生体特有の変動が生じ得る。このため、生体が有する所定のパラメータは、一意的に決定することができない。

しかるに本実施形態では、上述したように、発光手段から照射される光の量が所定のパラメータに基づいて制御される。即ち、所定のパラメータの変動に応じて、発光手段から照射される光の量が調整される。従って、所定のパラメータが変動した場合であっても、受光手段で受光される戻り光の量が目標値に近づけられ、適切な検出動作を行うことができる。

本実施形態に係る生体装置の一態様では、前記所定のパラメータは、光の透過率又は光の反射率である。

この態様によれば、生体における光の透過率又は光の反射率に基づいて、発光手段から照射される光が制御される。具体的には、受光手段が生体を透過した光を戻り光として受光する場合には、光の透過率の変動に応じて、発光手段から照射される光が制御される。また、受光手段が生体で反射された光を戻り光として受光する場合には、光の反射率の変動に応じて、発光手段から照射される光が制御される。このように制御すれば、受光手段で受光される戻り光の量を確実に目標値に近づけることができる。

本実施形態に係る生体装置の他の態様では、前記制御手段は、前記所定のパラメータの変動を打ち消すように、前記発光手段から照射する光の量を制御する。

この態様によれば、制御手段による制御によって、所定のパラメータの変動が打ち消される。例えば、所定のパラメータの変動により、受光手段で受光される戻り光の量が大きくなった場合には、受光手段で受光される戻り光の量が小さくなるように制御される。また、受光手段で受光される戻り光の量が小さくなった場合には、受光手段で受光される戻り光の量が大きくなるように制御される。よって、受光手段で受光される戻り光の量を確実に目標値に近づけることができる。

本実施形態に係る生体装置の他の態様では、前記制御手段は、前記所定のパラメータに基づいてサーボゲインを設定するサーボゲイン設定手段と、前記設定されたサーボゲインにより、前記発光手段から照射する光の量に対する追従制御を実行するサーボ制御手段とを有する。

この態様によれば、制御手段による制御の実行時には、先ずサーボゲイン設定手段により、所定のパラメータに基づいてサーボゲインが設定される。即ち、所定のパラメータの変動に応じてサーボゲインが可変に設定される。なお、サーボゲインは連続的に変更されてもよいし、段階的に変更されてもよい。サーボゲイン設定手段には、所定のパラメータの値からサーボゲインを算出するための算出式等が予め記憶されている。

サーボゲインが設定されると、サーボ制御手段により、設定されたサーボゲインを用いた追従制御が実行される。これにより、発光手段から照射する光の量が調整され、結果として受光手段で受光される戻り光の量が目標値に近づけられる。

本実施形態に係る生体装置の他の態様では、前記サーボゲイン設定手段は、前記所定のパラメータを測定して測定値を取得する測定手段と、前記所定のパラメータの第１基準値及び前記第１基準値で第１追従特性を実現する第１基準サーボゲインを夫々記憶する第１記憶手段と、前記測定値で前記第１追従特性が実現されるように、前記第１基準サーボゲインに対し前記第１基準値及び前記測定値を含む係数を乗じて、第１修正サーボゲインを算出する第１サーボゲイン算出手段とを有する。

この態様によれば、サーボゲインを設定するために、所定のパラメータの第１基準値及び第１基準値で第１追従特性を実現する第１基準サーボゲインが、第１記憶手段に夫々記憶されている。なお、ここでの「第１基準値」とは、所定のパラメータの基準として予め設定される値である。また、「第１追従特性」とは、サーボ制御手段が実現すべき追従特性である。「第１基準サーボゲイン」は、所定のパラメータが第１基準値である場合に、第１追従特性を実現するためのサーボゲインである。

サーボゲインの設定動作時には、先ず測定手段により所定のパラメータが測定され、測定値が取得される。所定のパラメータは、例えば発光手段による光の照射量をスイープさせながら、受光手段で受光される戻り光の量を監視することで測定できる。

所定のパラメータが測定されると、第１サーボゲイン算出手段により、測定値において第１追従特性を実現するための第１修正サーボゲインが算出される。第１修正サーボゲインは、記憶されている第１基準サーボゲインに対し第１基準値及び測定値を含む係数を乗じて算出される。具体的には、第１基準サーボゲインが、第１基準値及び測定値の比率に応じて修正される。このようにすれば、比較的簡単な演算処理により、適切なサーボゲインを算出し設定することができる。

上述した第１サーボゲイン算出手段を有する態様では、前記第１サーボゲイン算出手段は、前記第１基準値をＧ１ｍ、前記測定値をＧ１ｘ、前記第１基準サーボゲインをＧ３ｍとした場合に、前記第１修正サーボゲインＧ３ｘを、以下の数式Ｇ３ｘ＝（Ｇ１ｍ／Ｇ１ｘ）Ｇ３ｍを用いて算出してもよい。

この場合、所定のパラメータの第１基準値（Ｇ１ｍ）、所定のパラメータの測定値（Ｇ１ｘ）、及び第１基準サーボゲイン（Ｇ３ｍ）の３つのパラメータから、適切な第１修正サーボゲイン（Ｇ３ｘ）を容易に算出できる。

本実施形態に係る生体装置の他の態様では、前記サーボゲイン設定手段は、前記発光手段から照射する光の量を制御するために前記制御手段から出力される制御信号のレベルを検出して検出値を取得する検出手段と、前記制御信号のレベルの第２基準値及び前記第２基準値で第２追従特性を実現する第２基準サーボゲインを夫々記憶する第２記憶手段と、前記検出値で前記第２追従特性が実現されるように、前記第２基準サーボゲインに対し前記第２基準値及び前記検出値を含む係数を乗じて、第２修正サーボゲインを算出する第２サーボゲイン算出手段とを有する。

この態様によれば、サーボゲインを設定するために、制御信号レベルの第２基準値及び第２基準値で第２追従特性を実現する第２基準サーボゲインが、第２記憶手段に夫々記憶されている。なお、ここでの「第２基準値」とは、制御信号のレベル基準として予め設定される値である。また、「第２追従特性」とは、サーボ制御手段が実現すべき追従特性である。「第２基準サーボゲイン」は、制御信号のレベルが第２基準値である場合に、第２追従特性を実現するためのサーボゲインである。ちなみに、制御信号レベルは、発光手段から照射される光の照射量を制御するために制御手段が出力する信号であり、照射量を調整するためのレベルを有している。

サーボゲインの設定動作時には、先ず検出手段により制御信号のレベルが検出され、検出値が取得される。制御信号のレベルは、出力元である制御手段や出力先である発光手段等から取得されてもよいし、制御信号の生成過程において取得されてもよい。ここで特に、制御信号のレベルは、制御手段において所定のパラメータに基づき設定されるものである。即ち、制御信号のレベルは、所定のパラメータに依存する値である。

制御信号のレベルが検出されると、第２サーボゲイン算出手段により、検出値において第２追従特性を実現するための第２修正サーボゲインが算出される。第２修正サーボゲインは、記憶されている第２基準サーボゲインに対し第２基準値及び検出値を含む係数を乗じて算出される。具体的には、第２基準サーボゲインが、第２基準値及び検出値の比率（言い換えれば、第２基準値に対応する所定のパラメータの値と検出値に対応する所定のパラメータの値の比率）に応じて修正される。このようにすれば、比較的簡単な演算処理により、適切なサーボゲインを算出し設定することができる。

本態様は特に、所定のパラメータを測定せずとも、制御信号のレベルから所定のパラメータを推定してサーボゲインを算出できる。よって、例えば所定のパラメータを測定することが困難な生体信号の検出時においても、サーボゲインの算出を実行することが可能である。

上述した第２サーボゲイン算出手段を有する態様では、前記第２サーボゲイン算出手段は、前記第２基準値をＶ_Ｄ、前記検出値をＶ_Ｄ’、前記第２基準サーボゲインをＧ３とした場合に、前記第２修正サーボゲインＧ３’を、以下の数式Ｇ３’＝（Ｖ_Ｄ’／Ｖ_Ｄ）Ｇ３を用いて算出する。

この場合、制御信号のレベルの第２基準値（Ｖ_Ｄ）、制御信号のレベルの検出値（Ｖ_Ｄ’）、及び第２基準サーボゲイン（Ｇ３）の３つのパラメータから、適切な第２修正サーボゲイン（Ｇ３’）を容易に算出できる。

本実施形態に係る生体装置の他の態様では、前記サーボ制御手段は、前記生体信号の周波数以下で前記追従制御を実行する。

この態様によれば、追従制御の周波数が、生体信号の周波数（例えば、脈拍数に対応する０．５〜５Ｈｚ）を抑圧しない範囲に抑えられる。よって、生体信号の検出における問題の発生を防止できる。なお、好適な検出を実現するためには、追従制御の周波数は、生体信号の周波数以下となる範囲で可能な限り速く設定されることが好ましい。

本実施形態に係る生体装置の他の態様では、前記受光手段で受光された前記戻り光から、前記生体の容積脈波を検出する脈波検出手段を更に備える。

この態様によれば、脈波検出手段により生体の容積脈波が検出される。よって、例えば、生体の血管年齢の推定、生体の自律神経機能の評価、或いは生体の血圧の推定や心疾患や各種臓の疾患等の診断等に利用することができる。

本実施形態に係る生体装置の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。

以下では、図面を参照して生体装置の実施例について詳細に説明する。

＜全体構成＞
先ず、図１を参照しながら、本実施例の生体装置１０の全体構成について説明する。ここに図１は、実施例に係る生体装置１００の全体構成を示すブロック図である。

図１において、本実施例に係る生体装置１０は、発光部１１０と、受光部１２０と、容積脈波検出部１３０と、照射量制御部１４０とを備えて構成されている。

発光部１１０は、「発光手段」の一具体例であり、例えば発光ダイオード等を含んで構成される。発光部１１０は、生体に２０に対して照射光を照射可能とされている。なお、発光部１１０の照射量は、照射量制御部１４０によって制御される。

受光部１２０は、「受光手段」の一具体例であり、例えばフォトダイオード等を含んで構成される。受光部１２０は、発光部１１０から生体２０に照射され、生体２０を透過した（或いは、生体２０で反射された）戻り光を検出可能とされている。受光部１２０において検出された光は、生体の情報を示す生体信号に変換され容積脈波検出部１３０に出力される。また、受光部１２０において検出された光の量を示す情報が、照射量制御部１４０に出力される。

容積脈波検出部１３０は、「脈波検出手段」の一具体例であり、受光部１２０から入力された生体信号を利用して、生体２０の容積脈波を検出する。検出された容積脈波は装置外部に出力され、例えばディスプレイ等において表示される。

照射量制御部１４０は、「制御手段」の一具体例であり、受光部１２０で検出される光の量に基づいて、発光部１１０の照射量を制御する。照射量制御部１４０は、「サーボゲイン設定手段」の一具体例であるサーボゲイン設定部１４１、及び「サーボ制御手段」の一具体例であるサーボ制御実行部１４２を備えている。サーボゲイン設定部１４１は、生体２０の光の透過率又は反射率（以下、適宜「生体透過率」と称する）に基づいてサーボゲインを設定する。サーボ制御実行部１４２は、サーボゲイン設定部１４１で設定されたサーボゲインによりサーボ制御を実行する。なお、サーボ制御における周波数は、生体信号を抑圧しない範囲とされることが好ましい。

＜サーボ制御＞
次に、図２を参照しながら、上述した生体装置１０で実行されるサーボ制御について説明する。ここに図２は、実施例に係る生体装置によるサーボ制御を示すブロック図である。

図２において、発光部１１０から照射された光は、生体２０において生体透過率の影響を受けた後、受光部１２０において検出される。そして、受光部において検出された光から、生体信号という出力結果が得られる。

上述した検出動作と並行して、発光部１１０に対し、受光部１２０において検出される光の量を目標値とするためのサーボ制御が実行される。サーボ制御は、目標値と、受光部において検出される光の量から得られるサーボゲインとを利用して実行される。

ここで特に、図中の生体透過率は、例えば生体の個体差や血流量、動き、姿勢等の様々な条件に応じて変化する。よって、同一の条件でサーボ制御を続ける場合、追従特性にズレが生じるおそれがある。

＜追従特性のズレ＞
以下では、図３から図６を参照しながら、上述したサーボ制御において生じ得る追従特性のズレについて説明する。ここに図３は、生体透過率の個体差を示すグラフであり、図４は、異なる被験者に同じ設計の追従特性を行った際の追従特性を示すグラフである。また図５は、同一の被験者が姿勢を変えて測定した場合の生体透過率を示すグラフであり、図６は、同一の被験者が姿勢を変えて測定した場合の追従特性を示すグラフである。

図３に示すように、発光部１１０からの照射光量と、受光部１２０における出力（即ち、受光部で検出される光量）との関係は、被験者が異なることで違いが生じる。これは、被験者毎に生体透過率が違うことに起因している。具体的には、被験者１は４人の中で生体透過率が最も高く、被験者２、被験者３、被験者４の順番で生体透過率が低くなる。

図４に示すように、サーボ制御における追従特性は、追従周波数とサーボ抑圧率との関係によって示すことができる。ここで、図４（ａ）は、図３で示した４人の被験者のうち、生体透過率が最も高い被験者１に対する追従特性を示している。被験者１に対する追従特性は、サーボ抑圧率が０ｄＢとなる追従周波数ｆｃが０．０４Ｈｚである。一方で、図４（ｂ）は、図３で示した４人の被験者のうち、生体透過率が最も低い被験者４に対する追従特性を示している。被験者４に対する追従特性は、サーボ抑圧率が０ｄＢとなる追従周波数ｆｃが０．０６５Ｈｚである。このように、被験者１と被験者４とでは、追従周波数ｆｃに約１．５倍のズレが生じている。

図５において、生体透過率は、同一の被験者であっても姿勢等により異なる場合がある。具体的には、状態１での生体透過率と、状態１と異なる姿勢である状態２での生体透過率とは、図を見ても分かるように明らかに異なる。

図６（ａ）に示すように、状態１での追従特性は、サーボ抑圧率が０ｄＢとなる追従周波数ｆｃが０．０４Ｈｚである。一方、図６（ｂ）に示すように、状態２での追従特性は、サーボ抑圧率が０ｄＢとなる追従周波数ｆｃが０．０３７Ｈｚである。このように、状態１と状態２とでは、追従周波数ｆｃに約５％のズレが生じている。

以上のように、追従特性にズレが生じてしまうと、容積脈波の検出が適切に行えないおそれがある。よって、本実施例に係る生体装置１０は、このような追従特性のズレを低減可能なサーボ制御を提供可能とされている。

＜動作説明＞
以下では、本実施例に係る生体装置１０の動作について、２つの実施例を挙げて説明する。なお、以下では、生体装置１０が実行する処理のうち、特に本実施例に関連の深い処理について詳細に説明し、その他の一般的な動作については適宜説明を省略するものとする。

＜第１実施例＞
先ず、図７を参照しながら、第１実施例に係る生体装置１０の動作について説明する。ここに図７は、第１実施例に係る生体装置の動作を示すフローチャートである。

図７において、第１実施例に係る生体装置１０の動作時には、容積脈波の検出動作を開始する前に、測定対象である生体２０の生体透過率が測定される（ステップＳ１０１）。生体透過率は、例えば発光部１１０からの照射光をスイープさせながら、受光部１２０において戻り光を検出することで測定できる。生体透過率の測定が終了すると、容積脈波を検出するための動作が開始される。即ち、発光部１１０から生体２０に対して照射光の照射が開始される（ステップＳ１０２）。

照射光の照射が開始されると、受光部１２０における受光量を目標値に近づけるために、発光部１１０の照射量に対してサーボ制御が実行される（ステップＳ１０３）。ここで特に、サーボ制御に用いられるサーボゲインは、検出動作の開始前に測定された生体透過率に基づいて設定される。具体的には、生体透過率に基づいて、追従特性が一定となるようなサーボゲインが設定される。以下では、このサーボゲインの設定方法について詳細に説明する。

先ず、生体透過率の伝達関数をＧ１、発光部１１０及び受光部１２０の伝達関数Ｇ２、サーボゲインをＧ３とする。この場合、一巡伝達関数はＧ１Ｇ２となり、入力Ｕと出力Ｙは、以下の数式（１）で表される。

Ｙ／Ｕ＝（Ｇ１Ｇ２）／（１＋Ｇ１Ｇ２Ｇ３）・・・（１）
また、入力Ｕから追従誤差Ｅまでの伝達関数は、以下の数式（２）で表される。

Ｅ／Ｕ＝１／（１＋Ｇ１Ｇ２Ｇ３）・・・（２）
ここで、追従特性を一定とするためには、上記数式（２）で表されるＥ／Ｕが一定となればよい。このため本実施例では、モデルケースとして透過率Ｇ１ｍを設定し、その際のＥ／Ｕ（ｍ）を所望値とするためのサーボゲインＧ３ｍを設定している。

モデルケースにおける一巡関数はＧ１ｍＧ２となり、その際の入力Ｕ及び出力Ｙの関係は、以下の数式（３）で表される。

Ｙ／Ｕ（ｍ）＝（Ｇ１ｍＧ２）／（１＋Ｇ１ｍＧ２Ｇ３ｎ）・・・（３）
また、モデルケースにおける入力Ｕから追従誤差Ｅまでの伝達関数は、以下の数式（４）で表される。

Ｅ／Ｕ（ｍ）＝１／（１＋Ｇ１ｍＧ２Ｇ３ｍ）・・・（４）
ここで仮に、生体透過率の測定値がＧ１ｘであったとする。この場合のサーボゲインＧ３ｘは、以下の数式（５）のように設定されればよい。

Ｇ３ｘ＝（Ｇ１ｍ／Ｇ１ｘ）Ｇ３ｍ・・・（５）
測定値がＧ１ｘである場合、一巡関数はＧ１ｘＧ２となり、その際の入力Ｕ及び出力Ｙの関係は、以下の数式（６）で表される。

Ｙ／Ｕ（ｘ）＝（Ｇ１ｘＧ２）／（１＋Ｇ１ｘＧ２Ｇ３ｘ）・・・（６）
また、測定値がＧ１ｘである場合の入力Ｕから追従誤差Ｅまでの伝達関数は、以下の数式（７）で表される。

Ｅ／Ｕ（ｘ）＝１／（１＋Ｇ１ｘＧ２Ｇ３ｘ）・・・（７）
ここで、数式（６）に数式（５）を代入すると、以下の数式（８）が得られる。

Ｙ／Ｕ（ｘ）＝（Ｇ１ｍＧ２）／（１＋Ｇ１ｍＧ２Ｇ３ｎ）・・・（８）
即ち、Ｙ／Ｕ（ｍ）とＹ／Ｕ（ｘ）とが等しくなる。

また、数式（７）に数式（５）を代入すると、以下の数式（９）が得られる。

Ｅ／Ｕ（ｘ）＝１／（１＋Ｇ１ｍＧ２Ｇ３ｍ）・・・（９）
即ち、Ｅ／Ｕ（ｍ）とＥ／Ｕ（ｘ）とが等しくなる。

以上の結果、サーボゲインを数式（５）のように設定すれば、生体透過率Ｇ１が変化したとしても追従特性が一定となることが確認できる。

図７に戻り、上述したサーボ制御によれば、受光部１２０における受光量を目標値に近づけることができ、好適に容積脈波を検出することができる（ステップＳ１０４）。なお、サーボ制御及び容積脈波の検出は、検出が全て終了したと判定されない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、繰り返し実行される。検出が全て終了したと判定されると（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、発光部１１０からの照射が停止され（ステップＳ１０６）、生体装置１０による一連の処理は終了する。

以上説明したように、本実施例に係る生体装置１０によれば、生体透過率が変化する場合であっても、サーボ制御において適切な追従特性を実現できる。
＜第２実施例＞
次に、図８を参照しながら、第２実施例に係る生体装置１０の動作について説明する。ここに図８は、第２実施例に係る生体装置の動作を示すフローチャートである。なお、第２実施例は、上述した第１実施例と一部の動作が異なるのみであり、その他の多くの動作は概ね第１実施例と同様である。このため、以下では、第１実施例と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略する。

図８において、第２実施例に係る生体装置１０の動作時には、容積脈波の検出動作を開始する前に、照射量制御部１４０から発光部１１０に出力される制御信号のレベルが検出される（ステップＳ２０１）。制御信号のレベルは、例えば第１実施例におけるステップＳ１０１でのスイープ動作等により検出できる。制御信号のレベルの検出が終了すると、容積脈波を検出するための動作が開始される。即ち、発光部１１０から生体２０に対して照射光の照射が開始される（ステップＳ２０２）。

照射光の照射が開始されると、照射時の制御信号レベルが検出される（ステップＳ２０３）。即ち、上述したステップＳ２０１において、容積脈波の検出動作を開始する前に制御信号のレベルを検出したのとは別に、容積脈波の検出動作を開始した後にも制御信号のレベルが検出される。

制御信号のレベルが検出されると、受光部１２０における受光量を目標値に近づけるために、発光部１１０の照射量に対してサーボ制御が実行される（ステップＳ２０４）。ここで特に第２実施例では、サーボ制御に用いられるサーボゲインは、制御信号のレベルに基づいて設定される。具体的には、制御信号のレベルから推定される生体透過率に基づいて、追従特性が一定となるようなサーボゲインが設定される。以下では、このサーボゲインの設定方法について詳細に説明する。

先ず、測定開始前における生体透過率の伝達関数をＧ１、発光部１１０及び受光部１２０の伝達関数Ｇ２、サーボゲインをＧ３とする。また、測定開始前におけるＥ＝０となるドライブ電圧（即ち、制御信号のレベル）をＶ_Ｄとする。加えて第２実施例では、測定中に生体透過率が変動すると仮定し、測定中の生体透過率の伝達関数をＧ１’、サーボゲインをＧ３’とする。また、測定中のＥ＝０となるドライブ電圧をＶ_Ｄ’とする。

ここで、測定中の入力Ｕから追従誤差Ｅまでの伝達関数は、以下の数式（１０）で表される。

Ｅ／Ｕ（ｘ）＝１／（１＋Ｇ１’Ｇ２Ｇ３’）・・・（１０）
よって、上記数式（１０）が、測定開始前（即ち、数式（２））と等しくなれば、追従特性を一定にできる。即ち、以下の数式（１１）の関係が満たされればよい。

Ｇ１’Ｇ３’＝Ｇ１Ｇ３＝ｃｏｎｓｔ・・・（１１）
即ち、測定中のサーボゲインＧ３’が、以下の数式（１２）で表される値に設定されればよい。

Ｇ３’＝（Ｇ１／Ｇ１’）Ｇ３・・・（１２）
上記数式（１２）からも分かるように、測定中の生体透過率Ｇ１’が検出できれば、容易にサーボゲインＧ３’を設定できる。しかしながら、測定中に照射光をスイープさせることはできないため、測定中の生体透過率Ｇ１’を検出することは容易ではない。このため第２実施例では、制御信号のレベルＶ_Ｄ及びＶ_Ｄ’を利用する。

具体的には、測定開始前のＧ１及びＶ_Ｄと、測定中のＧ１’及びＶ_Ｄ’とには以下の数式（１３）で示される関係が成り立っている。

Ｖ_ＤＧ１＝Ｖ_Ｄ’ Ｇ１’＝ｃｏｎｓｔ・・・（１３）
そして、上記数式（１３）を変形すると、以下の数式（１４）として表せる。

Ｇ１’＝（Ｖ_Ｄ／Ｖ_Ｄ’）Ｇ１・・・（１４）
即ち、測定中の生体透過率は、測定開始前の制御信号のレベルＶ_Ｄと、測定中の制御信号のレベルＶ_Ｄ’との関係から推定できる。そして、数式（１４）を数式（１２）に代入すると、以下の数式（１５）が得られる。

Ｇ３’＝（Ｖ_Ｄ／Ｖ_Ｄ’）Ｇ３・・・（１５）
よって、測定中の測定開始前の制御信号のレベルＶ_Ｄと、測定中の制御信号のレベルＶ_Ｄ’が検出できれば、適切なサーボゲインＧ３’を設定できる。

図８に戻り、上述したサーボ制御によれば、受光部１２０における受光量を目標値に近づけることができ、好適に容積脈波を検出することができる（ステップＳ２０５）。なお、制御信号のレベル検出、サーボ制御及び容積脈波の検出は、検出が全て終了したと判定されない場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、繰り返し実行される。検出が全て終了したと判定されると（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、発光部１１０からの照射が停止され（ステップＳ２０７）、生体装置１０による一連の処理は終了する。

以上説明したように、本実施例に係る生体装置１０によれば、測定中に生体透過率が変化する場合であっても、制御信号のレベルを利用することで、好適なサーボ制御を実現できる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う生体装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１０生体装置
２０生体
１１０発光部
１２０受光部
１３０容積脈波検出部
１４０照射量制御部
１４１サーボゲイン設定部
１４２サーボ制御実行部

Claims

生体に対して光を照射する発光手段と、
前記生体からの戻り光を受光する受光手段と、
前記生体が有する所定のパラメータに基づいて、前記受光手段で受光される前記戻り光の量が目標値となるように、前記発光手段から照射する光の量を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする生体装置。
前記所定のパラメータは、光の透過率又は光の反射率であることを特徴とする請求項１に記載の生体装置。
前記制御手段は、前記所定のパラメータの変動を打ち消すように、前記発光手段から照射する光の量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の生体装置。
前記制御手段は、
前記所定のパラメータに基づいてサーボゲインを設定するサーボゲイン設定手段と、
前記設定されたサーボゲインにより、前記発光手段から照射する光の量に対する追従制御を実行するサーボ制御手段と
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の生体装置。
前記サーボゲイン設定手段は、
前記所定のパラメータを測定して測定値を取得する測定手段と、
前記所定のパラメータの第１基準値及び前記第１基準値で第１追従特性を実現する第１基準サーボゲインを夫々記憶する第１記憶手段と、
前記測定値で前記第１追従特性が実現されるように、前記第１基準サーボゲインに対し前記第１基準値及び前記測定値を含む係数を乗じて、第１修正サーボゲインを算出する第１サーボゲイン算出手段と
を有することを特徴とする請求項４に記載の生体装置。
前記第１サーボゲイン算出手段は、前記第１基準値をＧ１ｍ、前記測定値をＧ１ｘ、前記第１基準サーボゲインをＧ３ｍとした場合に、前記第１修正サーボゲインＧ３ｘを、以下の数式
Ｇ３ｘ＝（Ｇ１ｍ／Ｇ１ｘ）Ｇ３ｍ
を用いて算出することを特徴とする請求項５に記載の生体装置。
前記サーボゲイン設定手段は、
前記発光手段から照射する光の量を制御するために前記制御手段から出力される制御信号のレベルを検出して検出値を取得する検出手段と、
前記制御信号のレベルの第２基準値及び前記第２基準値で第２追従特性を実現する第２基準サーボゲインを夫々記憶する第２記憶手段と、
前記検出値で前記第２追従特性が実現されるように、前記第２基準サーボゲインに対し前記第２基準値及び前記検出値を含む係数を乗じて、第２修正サーボゲインを算出する第２サーボゲイン算出手段と
を有することを特徴とする請求項４に記載の生体装置。
前記第２サーボゲイン算出手段は、前記第２基準値をＶ_Ｄ、前記検出値をＶ_Ｄ’、前記第２基準サーボゲインをＧ３とした場合に、前記第２修正サーボゲインＧ３’を、以下の数式
Ｇ３’＝（Ｖ_Ｄ’／Ｖ_Ｄ）Ｇ３
を用いて算出することを特徴とする請求項７に記載の生体装置。
前記サーボ制御手段は、前記生体信号の周波数以下で前記追従制御を実行することを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の生体装置。
前記受光手段で受光された前記戻り光から、前記生体の容積脈波を検出する脈波検出手段を更に備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の生体装置。