JP2019010596A - 計測器 - Google Patents

Abstract

【課題】体動等の不要な成分を除去して、正確に被計測対象の情報を計測する【解決手段】計測器は、光を照射する発光手段（２０１）と、照射された光の被計測対象（５００）からの戻り光を受光する第１受光手段（２１１）及び第２受光手段（２１２）と、第１受光手段で受光した光と第２受光手段で受光した光との和信号及び差信号の差分に基づいて、被計測対象に関する情報を算出する算出手段（３２０）とを備える。このような計測器によれば、体動等の不要な成分を除去して、正確に被計測対象の情報を計測することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば被計測対象からの戻り光に基づいて、生体情報等の各種情報を計測する計測器の技術分野に関する。

この種の計測器では、例えば発光素子から被計測対象である生体等に光が照射され、受光素子で検出される戻り光に基づいて脈動等の生体情報が計測される。計測器に用いられる受光素子は１つであってもよいが、より好適な計測を実現するために２つ以上の受光素子を用いることもできる。

例えば特許文献１には、２つの受光素子の差信号に基づいて脈動を検出するという技術が提案されている。特許文献２には、２つの受光素子の差信号に基づいて体動を検出するという技術が提案されている。特許文献３では、トラッキング信号に不要なオフセット成分の重畳を防止するために、発光素子と２つの受光素子との距離を夫々等しくするという技術が提案されている。

国際公開９９／１２４６９号公報 特許第３７８９４８７号公報 特許第３９６６４３４号公報

生体情報を検出する際には、計測中の生体の体動等に起因して検出信号に乱れが生ずる場合がある。このため、生体情報を正確に検出するためには、検出信号から体動による影響を除去できることが好ましい。しかしながら、上述した特許文献２に記載されているような体動の検出方法では、受光素子が離れた位置に配置された場合において、生体内を伝播する光の経路が異なり、結果として相異なる体動が検出されてしまう。例えば、生体の指等において脈動を検出する場合には、指先側と指付け根側とで異なる体動が検出されてしまう。このように、上記特許文献を含む従来技術では、体動を正確に検出することが困難であるといえる。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みてなされたものであり、体動等の不要な成分を除去して、正確に被計測対象の情報を計測することが可能な計測器を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、計測器は、光を照射する発光手段と、前記照射された光の被計測対象からの戻り光を受光する第１受光手段及び第２受光手段と、前記第１受光手段で受光した光と前記第２受光手段で受光した光との和信号から、前記第１受光手段で受光した光と前記第２受光手段で受光した光との差信号を差し引いた差分信号に基づいて、前記被計測対象に関する情報を算出する算出手段とを備える。

本発明のこのような作用及び利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。

第１実施例に係る計測器の全体構成を示す概略構成図である。 第１実施例に係る計測器による生体情報の計測方法を示す斜視図である。 第１実施例に係る計測器の発光素子と受光素子との距離関係を示す平面図である。 第１実施例に係る計測器の動作を示すフローチャートである。 和信号の一例を示すグラフ（その１）である。 差信号の一例を示すグラフ（その１）である。 和信号と差信号と差分信号の一例を示すグラフ（その１）である。 和信号の一例を示すグラフ（その２）である。 差信号の一例を示すグラフ（その２）である。 和信号と差信号と差分信号の一例を示すグラフ（その２）である。 第２実施例に係る計測器の発光素子と受光素子との距離関係を示す平面図である。 第２実施例に係る計測器の変形例を示す平面図である。 第２実施例に係る計測器の動作を示すフローチャートである。 第３実施例に係る計測器の受光素子間の距離関係を示す平面図である。 第３実施例に係る計測器の動作を示すフローチャートである。

以下、計測器に係る実施形態について順に説明する。

本実施形態の第１の計測器は、光を照射する発光手段と、前記照射された光の被計測対象からの戻り光を受光する第１受光手段及び第２受光手段と、前記第１受光手段で受光した光と前記第２受光手段で受光した光との和信号及び差信号の差分に基づいて、前記被計測対象に関する情報を算出する算出手段とを備える。

本実施形態の第１の計測器によれば、その動作時には、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を含んで構成される発光手段から、被計測対象である生体等に向けて光が照射される。発光手段から照射された光は、被計測対象において散乱又は透過され、戻り光として第１受光手段及び第２受光手段でそれぞれ検出される。第１受光手段及び第２受光手段は、それぞれフォトダイオード等を含んで構成されており、検出した戻り光に応じた検出信号を出力する。

第１受光手段及び第２受光手段から検出信号が出力されると、例えば演算回路等を含んで構成される算出手段において、これらの検出信号の和信号及び差信号が算出される。即ち、第１受光手段による検出信号と第２受光手段による検出信号とを足し併せた和信号、及び第１受光手段による検出信号と第２受光手段による検出信号との差分である差信号が算出される。

続いて算出手段では、上述の和信号と差信号との差分が算出される。そして、この和信号と差信号との差分に基づいて、被計測対象に関する情報が算出される。なお、算出される情報の一例としては、生体における脈動等が挙げられる。

ここで特に、第１受光手段及び第２受光手段の各々から得られる検出信号は、被計測対象に関する一の情報（例えば、生体の脈動成分のように、わずかな位置の違いでは変動しない情報）を同程度に含む一方で、被計測対象に関する他の情報（例えば、生体の体動成分のように、わずかな位置の違いで変動する情報）を異なる状態で含んでいる。このため、検出信号の差分である差信号では、被計測対象に関する一の情報がキャンセル（相殺）され、被計測対象に関する他の情報のみが残る。よって、被計測対象から得られる複数種類の情報の中から、上記他の情報のみを抽出できる。

そして更に、検出信号の和信号から差信号を差し引くことで、和信号及び差信号の各々に含まれている他の情報がキャンセルされる。この結果、被計測対象から得られる複数種類の情報の中から、上記一の情報のみを抽出できる。

以上説明したように、本実施形態に係る計測器によれば、検出信号に含まれる様々な種類の情報の中から特定の情報のみを抽出することが可能となる。具体的には、例えば被計測対象である生体から得られる検出信号について、脈動成分のみ或いは体動成分のみを抽出できる。従って、計測に不要な成分を除去して、正確に被計測対象の情報を計測することが可能である。

本実施形態の第１の計測器の一態様では、前記発光手段の発光点と前記第１受光手段との距離は、前記発光手段の発光点と前記第２受光手段との距離に等しい。

この態様によれば、第１受光手段の受光条件及び第２受光手段の受光条件を互いに近づけることができるため、各受光手段の検出信号から、より正確に特定の情報を抽出することが可能となる。

なお、本態様における「等しい」とは、２つの値が完全に一致する場合を含む他、上述した効果を十分に得られる程度にまで、２つの値が近いことを含む広い概念である。

本実施形態の第２の計測器は、光を照射する発光手段と、前記照射された光の被計測対象からの戻り光を受光する２つの受光手段を夫々有する第１受光手段対及び第２受光手段対と、前記第１受光手段対及び前記第２受光手段対の各々において、一の受光手段の出力と他の受光手段の出力とを加算して加算出力とし、前記第１受光手段対の加算出力と前記第２受光手段対の加算出力とを加算して和信号を生成する和信号生成手段と、前記第１受光手段対及び前記第２受光手段対の各々において、一の受光手段の出力と他の受光手段の出力とを減算して減算出力とし、前記第１受光手段対の減算出力と前記第２受光手段対の減算出力とを加算して差信号を生成する差信号生成手段と、前記和信号及び前記差信号の差分に基づいて、前記被計測対象に関する情報を算出する算出手段とを備える。

本実施形態の第２の計測器によれば、その動作時には、例えばＬＥＤ等を含んで構成される発光手段から、被計測対象である生体等に向けて光が照射される。発光手段から照射された光は、被計測対象において散乱又は透過され、戻り光として第１受光手段対及び第２受光手段対でそれぞれ検出される。第１受光手段対及び第２受光手段対は、それぞれ一の受光手段及び他の受光手段を備えている。これら一の受光手段及び他の受光手段は、それぞれフォトダイオード等を含んで構成されており、検出した戻り光に応じた検出信号を出力する。

第１受光手段対及び第２受光手段対から検出信号が出力されると、和信号生成手段において、第１受光手段対及び第２受光手段対の各々における一の受光手段の出力と他の受光手段の出力とが加算され加算出力とされる。即ち、第１受光手段ついにおける一の受光手段の出力と他の受光手段の出力とが加算され第１受光手段対の加算出力とされると共に、第２受光手段ついにおける一の受光手段の出力と他の受光手段の出力とが加算され第２受光手段対の加算出力とされる。続いて和信号生成手段では、第１受光手段対の加算出力と第２受光手段対の加算出力とが加算され和信号が生成される。即ち、和信号は、第１受光手段対及び第２受光手段対に含まれる４つの受光手段の検出信号をそれぞれ足し併せた信号である。

一方、差信号生成手段では、第１受光手段対及び第２受光手段対の各々における一の受光手段の出力と他の受光手段の出力とが減算され減算出力とされる。即ち、第１受光手段ついにおける一の受光手段の出力と他の受光手段の出力とが減算され第１受光手段対の減算出力とされると共に、第２受光手段ついにおける一の受光手段の出力と他の受光手段の出力とが減算され第２受光手段対の減算出力とされる。続いて差信号生成手段では、第１受光手段対の減算出力と第２受光手段対の減算出力とが加算され差信号が生成される。即ち、差信号は、第１受光手段対に含まれる２つの受光手段の差分信号及び第２受光手段対に含まれる２つの受光手段の差分信号をそれぞれ足し併せた信号である。

和信号及び差信号が算出されると、算出手段において和信号と差信号との差分が算出される。そして、この和信号と差信号との差分に基づいて、被計測対象に関する情報が算出される。なお、算出される情報の一例としては、生体における脈動等が挙げられる。

ここで特に、第１受光手段対及び第２受光手段対における一の受光手段及び他の受光手段の各々から得られる検出信号は、被計測対象に関する一の情報（例えば、生体の脈動成分のように、わずかな位置の違いでは変動しない情報）を同程度に含む一方で、被計測対象に関する他の情報（例えば、生体の体動成分のように、わずかな位置の違いで変動する情報）を異なる状態で含んでいる。このため、検出信号の差分である減算出力及び減算出力を足し併せた差信号では、被計測対象に関する一の情報がキャンセル（相殺）され、被計測対象に関する他の情報のみが残る。よって、被計測対象から得られる複数種類の情報の中から、上記他の情報のみを抽出できる。

そして更に、検出信号の和信号から差信号を差し引くことで、和信号及び差信号の各々に含まれている他の情報がキャンセルされる。この結果、被計測対象から得られる複数種類の情報の中から、上記一の情報のみを抽出できる。

以上説明したように、本実施形態に係る計測器によれば、検出信号に含まれる様々な種類の情報の中から特定の情報のみを抽出することが可能となる。具体的には、例えば被計測対象である生体から得られる検出信号について、脈動成分のみ或いは体動成分のみを抽出できる。従って、計測に不要な成分を除去して、正確に被計測対象の情報を計測することが可能である。

本実施形態の第２の計測器の一態様では、前記発光手段の発光点と前記第１受光手段対の一の受光手段との距離は、前記発光手段の発光点と前記第１受光手段対の他の受光手段との距離に等しく、前記発光手段の発光点と前記第２受光手段対の一の受光手段との距離は、前記発光手段の発光点と前記第２受光手段対の他の受光手段との距離に等しい。

この態様によれば、第１受光手段対における一の受光手段の受光条件及び第１受光手段対における他の受光手段の受光条件を互いに近づけることができると共に、第２受光手段対における一の受光手段の受光条件及び第２受光手段対における他の受光手段の受光条件を互いに近づけることができる。このため、各受光手段の検出信号から、より正確に特定の情報を抽出することが可能となる。

なお、本態様における「等しい」とは、２つの値が完全に一致する場合を含む他、上述した効果を十分に得られる程度にまで、２つの値が近いことを含む広い概念である。

本実施形態の第３の計測器は、光を照射する発光手段と、前記照射された光の被計測対象からの戻り光を受光する第１受光手段、第２受光手段、第３受光手段及び第４受光手段と、一の方向に沿って隣接した第１受光手段及び第２受光手段の出力を加算した第１加算出力と、減算した第１減算出力とを夫々演算する第１演算手段と、前記一の方向に沿って隣接した第３受光手段及び第４受光手段の出力を加算した第２加算出力と、減算した第２減算出力とを夫々演算する第２演算手段と、前記一の方向とは異なる他の方向に沿って隣接した第１受光手段及び第３受光手段の出力を加算した第３加算出力と、減算した第３減算出力とを夫々演算する第３演算手段と、前記他の方向に沿って隣接した第２受光手段及び第４受光手段の出力を加算した第４加算出力と、減算した第４減算出力とを夫々演算する第４演算手段と、前記第１加算出力及び前記第２加算出力を加算して、前記一の方向に関する和信号を生成する第１和信号生成手段と、前記第１減算出力及び前記第２減算出力を加算して、前記一の方向に関する差信号を生成する第１差信号生成手段と、前記第３加算出力及び前記第４加算出力を加算して、前記他の方向に関する和信号を生成する第２和信号生成手段と、前記第３減算出力及び前記第４減算出力を加算して、前記他の方向に関する差信号を生成する第２差信号生成手段と、前記位置の方向及び前記他の方向の各々において、前記和信号及び前記差信号の差分に基づき、前記被計測対象に関する情報を算出する算出手段とを備える。

本実施形態の第３の計測器によれば、その動作時には、例えばＬＥＤ等を含んで構成される発光手段から、被計測対象である生体等に向けて光が照射される。発光手段から照射された光は、被計測対象において散乱又は透過され、戻り光として第１受光手段、第２受光手段、第３受光手段及び第４受光手段でそれぞれ検出される。これら第１から第４の受光手段は、それぞれフォトダイオード等を含んで構成されており、検出した戻り光に応じた検出信号を出力する。

第１から第４受光手段から検出信号が出力されると、第１演算手段において、一の方向に沿って隣接した第１受光手段及び第２受光手段の出力を加算した第１加算出力と、減算した第１減算出力とが夫々演算される。第２演算手段において、一の方向に沿って隣接した第３受光手段及び第４受光手段の出力を加算した第２加算出力と、減算した第２減算出力とが夫々演算される。第３演算手段において、一の方向とは異なる他の方向に沿って隣接した第１受光手段及び第３受光手段の出力を加算した第３加算出力と、減算した第３減算出力とが夫々演算される。第４演算手段において、他の方向に沿って隣接した第２受光手段及び第４受光手段の出力を加算した第４加算出力と、減算した第４減算出力とが夫々演算される。

第１加算出力及び第２加算出力は第１和信号生成手段において加算され、一の方向に関する和信号が生成される。また、第１減算出力及び第２減算出力は第１差信号生成手段において加算され、一の方向に関する差信号が生成される。同様に、第３加算出力及び第４加算出力は第２和信号生成手段において加算され、他の方向に関する和信号が生成される。また、第３減算出力及び第４減算出力は第２差信号生成手段において加算され、他の方向に関する差信号が生成される。即ち、和信号及び差信号は、一の方向及び他の方向の各々に関して夫々生成される。

和信号及び差信号が算出されると、算出手段において各々の方向に関する和信号と差信号との差分が夫々算出される。具体的には、一の方向に関する和信号と一の方向に関する差信号との差分が算出されると共に、他の方向に関する和信号と他の方向に関する差信号との差分が算出される。即ち、和信号と差信号との差分は、一の方向及び他の方向の各々に関して夫々生成される。

和信号と差信号との差分が算出されると、算出された各々の方向に関する差分に基づいて被計測対象に関する情報が算出される。例えば、一の方向に関する差分に基づいて被計測対象に関する情報が算出されると共に、同様に他の方向に関する差分に基づいて被計測対象に関する情報が算出される。なお、一の方向に関する差分に基づいて算出される情報と、他の方向に関する差分に基づいて算出される情報とで所定の演算（例えば、平均値の算出等）を行うことで、一の方向に関する差分及び他の方向に関する差分の両方に基づく情報を算出することもできる。ちなみに、ここで算出される生体に関する情報の一例としては、生体における脈動等が挙げられる。

ここで特に、第１から第４受光手段の各々から得られる検出信号は、被計測対象に関する一の情報（例えば、生体の脈動成分のように、わずかな位置の違いでは変動しない情報）を同程度に含む一方で、被計測対象に関する他の情報（例えば、生体の体動成分のように、わずかな位置の違いで変動する情報）を異なる状態で含んでいる。このため、各検出信号の差分を足し併せた差信号では、被計測対象に関する一の情報がキャンセル（相殺）され、被計測対象に関する他の情報のみが残る。よって、被計測対象から得られる複数種類の情報の中から、上記他の情報のみを抽出できる。

そして更に、検出信号の和信号から差信号を差し引くことで、和信号及び差信号の各々に含まれている他の情報がキャンセルされる。この結果、被計測対象から得られる複数種類の情報の中から、上記一の情報のみを抽出できる。

また本実施形態では特に、一の方向及び他の方向の各々に関して和信号及び差信号の差分が算出されるため、一方向に関してのみ和信号及び差信号の差分を算出する場合と比べて、高い精度で生体に関する情報を算出できる。

以上説明したように、本実施形態に係る計測器によれば、検出信号に含まれる様々な種類の情報の中から特定の情報のみを抽出することが可能となる。具体的には、例えば被計測対象である生体から得られる検出信号について、脈動成分のみ或いは体動成分のみを抽出できる。従って、計測に不要な成分を除去して、正確に被計測対象の情報を計測することが可能である。

本実施形態の第３の計測器の一態様では、前記第１受光手段、前記第２受光手段、前記第３受光手段及び前記第４受光手段は、各々が平面的に隣接する距離が等しくなるよう配置されている。

この態様によれば、一の方向に沿って隣接した第１受光手段及び第２受光手段間の距離、一の方向に沿って隣接した第３受光手段及び第４受光手段間の距離、他の方向に沿って隣接した第１受光手段及び第３受光手段の距離、並びに他の方向に沿って隣接した第２受光手段及び第４受光手段間の距離が、夫々等しくなるよう配置される。

その結果、一の方向に沿って隣接した第１受光手段及び第２受光手段の出力を加算した第１加算出力、減算した第１減算出力、一の方向に沿って隣接した第３受光手段及び第４受光手段の出力を加算した第２加算出力、減算した第２減算出力、他の方向に沿って隣接した第１受光手段及び第３受光手段の出力を加算した第３加算出力、減算した第３減算出力、他の方向に沿って隣接した第２受光手段及び第４受光手段の出力を加算した第４加算出力、減算した第４減算出力が、夫々同様の条件で算出される。即ち、各加算出力及び減算出力が、所定の間隔を空けて配置された２つの受光素子に関するパラメータとして算出される。

よって、これらの加算出力及び減算出力の各々を加算して得られる和信号及び差信号を適切なものとできる。従って、一の方向及び他の方向の各々について、正確に被計測対象の情報を計測することが可能となる。

本実施形態の第３の計測器の他の態様では、前記発光手段の発光点と、前記第１受光手段、第２受光手段、第３受光手段及び第４受光手段の各々との距離は、夫々等しい。

この態様によれば、第１から第４受光手段の各々の受光条件を互いに近づけることができる。このため、各受光手段の検出信号から、より正確に特定の情報を抽出することが可能となる。

なお、本態様における「等しい」とは、２つの値が完全に一致する場合を含む他、上述した効果を十分に得られる程度にまで、２つの値が近いことを含む広い概念である。

本実施形態の計測器の他の態様では、前記算出手段は、前記和信号の周波数成分及び前記差信号の周波数成分の差分に基づいて、前記被計測対象に関する情報を算出する。

この態様によれば、和信号及び差信号に対して周波数解析が行われ、解析結果である周波数成分を用いて被計測対象に関する情報が算出される。このようにすれば、周波数成分のピークを利用して特定の情報を検出できるため、より好適な計測が実現できる。

上述した周波数成分を利用する態様では、前記和信号の周波数成分及び前記差信号の周波数成分を、各々の最大値で夫々除算することで正規化する正規化手段を更に備え、前記算出手段は、正規化された前記和信号の周波数成分及び正規化された前記差信号の周波数成分の差分である差分周波数成分に基づいて、前記被計測対象に関する情報を算出してもよい。

この場合、和信号の周波数成分が、和信号の周波数成分の最大値で除算され正規化される。同様に、差信号の周波数成分も、差信号の周波数成分の最大値で除算され正規化される。よって、周波数成分のピークを容易に検出することが可能となり、より好適な計測が実現できる。

上述した正規化された周波数成分を利用する態様では、前記算出手段は、前記差分周波数成分内で最大振幅を示す周波数を、前記被計測対象の脈動周期と推定してもよい。

この場合、和信号には被計測対象である生体の脈動成分及び体動成分が含まれる。一方で、差信号では、脈動成分がキャンセルされるため体動成分のみが含まれる。このため、和信号と差信号の周波数成分の差分である差分周波数成分を算出すると、和信号及び差信号の両方に含まれる体動成分のみがキャンセルされ、脈動成分のみが残る。よって、差分周波数成分内で最大振幅を示す周波数を、生体の脈動周期と推定できる。

以下、図面を参照しながら、計測器の実施例について説明する。

＜１：第１実施例＞
初めに、第１実施例に係る計測器について説明する。尚、以下では、計測器を脈動計測装置に適用した例について説明する（以降の実施例についても同様とする）。

＜１−１：計測器の構成＞
まず、第１実施例に係る計測器の構成について、図１から図３を参照して説明する。ここに図１は、第１実施例に係る計測器の全体構成を示す概略構成図である。また図２は第１実施例に係る計測器による生体情報の計測方法を示す斜視図であり、図３は、第１実施例に係る計測器の発光素子と受光素子との距離関係を示す平面図である。

図１において、本実施例に係る計測器１０１は、プローブ１１１と、配線部３１０と、生体情報算出部３２０と、ディスプレイ３３０とを備えて構成されている。

プローブ１１１には、被計測対象である生体に光を発光する発光素子２０１と、生体からの戻り光を受光する第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２と、遮光板２５０とが設けられている。発光素子２０１は、「発光手段」の一具体例であり、例えば一又は複数のＬＥＤを含んで構成されている。第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２は、夫々「第１受光手段」及び「第２受光手段」の一具体例であり、互いに同様の構造を有するフォトダイオードとして構成されている。遮光板２５０は、発光素子２０１から照射された光が、直接（即ち、生体において散乱又は透過されることなく）第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２に向かうことを防止するために設けられている。

図２に示すように、本実施例に係るプローブ１１１は、計測時には、生体５００（例えば、指先や耳たぶ等）に取付けられる（なお、図２においては、説明の便宜上、生体５００とプローブ１１１との間に空間が存在しているが、典型的には生体５００とプローブ１１とが接触するように取付けられる）。計測時には、発光素子２０１から照射された光のうち、生体５００において反射される光が、第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２において受光される。

なお、本実施例では上述したように、生体５００における反射光を受光する反射型の装置について説明しているが、生体５００における透過光を受光する透過型の装置についても本発明は適用できる。透過型の装置では、発光素子２０１から見て生体５００を介した反対側に、第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２が配置される。

図３に示すように、本実施例に係るプローブ１１１では、発光素子２０１と、第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２との距離関係が明確に規定されている。具体的には、発光素子２０１の発光点から第１受光素子２１１の受光点までの距離Ｌ１と、発光素子２０１の発光点から第２受光素子２１２の受光点までの距離Ｌ２とが互いに等しくされている。よって、第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２には、互いに同様の条件で戻り光が入射することになる。

図１に戻り、プローブ１１１は、配線部３１０を介して生体情報算出部３２０に接続されている。また生体情報算出部３２０は、ディスプレイ３３０に接続されている。

生体情報算出部３２０は、「算出手段」の一具体例であり、第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２の各々で生成される検出信号（即ち、受光した光の強さに応じて生成される信号）に基づいて、生体５００の脈動周期を算出する。なお、生体情報算出部３２０は、検出信号から算出できる生体情報であれば、脈動周期以外の生体情報を算出してもよい。算出された脈動周期は、ディスプレイ３３０において表示される。

なお、本実施例に係る計測器１０１には、上述した構成要素に加えて、計測器１０１の動作を制御するための入力手段等の他の構成要素が備えられていてもよい。

＜１−２：計測器の動作＞
次に、第１実施例に係る計測器の動作について、図４からを参照して説明する。ここに図４は、第１実施例に係る計測器の動作を示すフローチャートである。

図４において、本実施例に係る計測器の動作時には、先ず発光素子２０１から生体５００に対して光が照射される（ステップＳ１０１）。発光素子２０１から照射された光は、生体５００において反射され、第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２の各々において受光される。そして、第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２では、受光した光の強さに応じて夫々検出信号が生成される（ステップＳ１０２）。即ち、第１受光素子２１１と第２受光素子２１２とで、別々に２種類の検出信号が生成される。検出信号は、生体情報算出部３２０に出力される。

生体情報算出部３２０では、まず検出信号の和信号及び差信号が算出される（ステップＳ１０３）。具体的には、第１受光素子２１１の検出信号と第２受光素子２１２の検出信号とが加算され、和信号が算出される。また、第１受光素子２１１の検出信号と第２受光素子２１２の検出信号とが減算され、差信号が算出される。

続いて生体情報算出部３２０では、和信号及び差信号が夫々正規化される（ステップＳ１０４）。具体的には、和信号は和信号の最大値で除算されることで正規化される。同様に、差信号は差信号の最大値で除算されることで正規化される。なお、他の正規化手法を用いることも可能である。

続いて生体情報算出部３２０では、正規化された和信号から正規化された差信号が減算される（ステップＳ１０５）。即ち、和信号と差信号の差分信号が算出される。そして生体情報算出部３２０では、算出された差分信号において、振幅が最大となる周波数が検出され（ステップＳ１０６）、検出された周波数が生体の脈動周期として出力される（ステップＳ１０７）。

ここで、検出信号から算出される和信号及び差信号、並びにそれらの差分信号について、図５から図１０を参照して具体的に説明する。ここに図５は、和信号の一例を示すグラフ（その１）であり、図６は、差信号の一例を示すグラフ（その１）であり、図７は、和信号と差信号と差分信号の一例を示すグラフ（その１）である。また図８は、和信号の一例を示すグラフ（その２）であり、図９は、差信号の一例を示すグラフ（その２）であり、図１０は、和信号と差信号と差分信号の一例を示すグラフ（その２）である。

図５において、和信号は、第１受光素子２１１の検出信号と第２受光素子２１２の検出信号とを加算したものである。このため正規化された和信号では、生体５００の脈動周期がピークとして現れる。また、脈動周期に加えて、生体５００の体動に起因するピークも現れる。ここでは、図中の左側のピークを脈動、右側のピークを体動と示しているが、和信号が算出された段階では、いずれのピークが脈動（即ち、検出すべき値）であるか否かを判定することができない。よって、和信号のみを用いても、脈動を計測することはできない。或いは、仮に計測できたとしても精度の低いものとなってしまう。

図６において、差信号は、第１受光素子２１１の検出信号と第２受光素子２１２の検出信号とを減算したものである。ここで特に、第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２の各々から得られる検出信号は、図５で示す和信号からも分かるように、生体の脈動成分及び体動成分を含んでいるが、一方の脈動成分が受光素子のわずかな位置の違いでは変動しない特性を有するのに対し、他方の体動成分は受光素子のわずかな位置の違いで変動する特性を有している。このため、第１受光素子２１１及び第２受光素子２１２の各々から得られる検出信号は、互いに同程度の脈動成分を含む一方で、異なる体動成分を含んでいる。この結果、検出信号の差分である差信号では、生体の脈動成分がキャンセル（相殺）され、生体の体動成分のみが残る。よって、差信号によれば、検出信号に含まれる複数種類の情報の中から、体動成分のみを抽出できる。

図７において、上述した和信号から差信号を差し引くと、和信号及び差信号の各々に含まれている体動成分がキャンセルされる。この結果、差分信号には、生体５００の脈動成分のみが残ることになる。よって、差分信号の最大振幅である周波数の検出によって、生体５００の脈動周期を計測することが可能となる。

なお、図５から図７に示す波形では、差信号及び差分信号を算出しなくとも、和信号の最大振幅から脈動周期を検出することができるが、和信号の最大振幅が脈動成分とはならない場合もあり得る。

図８に示す和信号では、図中の左側の脈動成分のピークが、図中の右側の体動成分のピークより小さく現れている。よって、このような場合に和信号の最大振幅を検出すると、計測すべきでない体動成分が計測されてしまうことになる。

しかしながら図９に示すように、差信号においては、上述した場合と同様に脈動成分がキャンセルされ体動成分のみが残る。

よって図１０に示すように、和信号と差信号との差分信号を算出すれば、体動成分がキャンセルされ脈動成分のみが残る。従って、差分信号の最大振幅である周波数の検出によって、生体５００の脈動周期を計測することが可能となる。

以上説明したように、第１実施例に係る計測器によれば、検出信号に含まれる様々な種類の情報の中から特定の情報のみを抽出することが可能となる。従って、計測に不要な体動成分を除去して、正確に生体５００の脈動周期を計測することが可能である。

＜２：第２実施例＞
次に、第２実施例に係る計測器について説明する。なお、第２実施例は、上述した第１実施例と一部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の点については概ね同様である。このため以下では、既に述べた第１実施例と異なる点について詳細に説明し、重複する点については適宜説明を省略するものとする。

＜２−１：計測器の構成＞
まず、第２実施例に係る計測器の構成について、図１１及び図１２を参照して説明する。ここに図１１は、第２実施例に係る計測器の発光素子と受光素子との距離関係を示す平面図である。また、図１２は、第２実施例に係る計測器の変形例を示す平面図である。

図１１において、第２実施例に係る計測器は、第１受光素子２２１、第２受光素子２２２、第３受光素子２２３、及び第４受光素子２２４の４つの受光素子を備えて構成されている。ここで、発光素子２０１の発光点と第１受光素子２２１の受光点との距離Ｌ１、発光素子２０１の発光点と第２受光素子２２２の受光点との距離Ｌ２、発光素子２０１の発光点と第３受光素子２２３の受光点との距離Ｌ３、及び発光素子２０１の発光点と第４受光素子２２４の受光点との距離Ｌ４は、互いに等しくされている。よって、第１受光素子２２１、第２受光素子２２２、第３受光素子２２３、及び第４受光素子２２４の各々には、互いに同様の条件で戻り光が入射することになる。

図１２において、第１受光素子２２１、第２受光素子２２２、第３受光素子２２３、及び第４受光素子２２４は、上記距離Ｌ１からＬ４の全てが等しくされずともよく、発光素子２０１の発光点と第１受光素子２２１の受光点との距離Ｌ１と、発光素子２０１の発光点と第２受光素子２２２の受光点との距離Ｌ２とが互いに等しく、発光素子２０１の発光点と第３受光素子２２３の受光点との距離Ｌ３と、発光素子２０１の発光点と第４受光素子２２４の受光点との距離Ｌ４とが互いに等しくなるように配置されてもよい。

即ち、第２実施例に係る計測器は、発光素子２０１との距離が互いに等しい２つの受光素子を含む受光素子対を２つ備えていればよい。以下では、発光素子２０１までの距離が互いに等しい第１受光素子２２１及び第２受光素子２２２を第１受光素子対と称し、同様に第３受光素子２２３及び第４受光素子２２４を第２受光素子対と称する。ここで、第１受光素子対に含まれる２つの受光素子には、互いに同様の条件で戻り光が入射することになる。また第２受光素子対に含まれる２つの受光素子にも、第１受光素子対とは異なる条件ではあるが、互いに同様の条件で戻り光が入射することになる。

＜２−２：計測器の動作＞
次に、第２実施例に係る計測器の動作について、図１３を参照して説明する。ここに図１３は、第２実施例に係る計測器の動作を示すフローチャートである。

図１３において、本実施例に係る計測器の動作時には、先ず発光素子２０１から生体５００に対して光が照射される（ステップＳ２０１）。発光素子２０１から照射された光は、生体５００において反射され、第１受光素子２２１、第２受光素子２２２、第３受光素子２２３、及び第４受光素子２２４の各々において受光される。そして、第１受光素子２２１、第２受光素子２２２、第３受光素子２２３、及び第４受光素子２２４では、受光した光の強さに応じて夫々検出信号が生成される（ステップＳ２０２）。即ち、第１受光素子２２１、第２受光素子２２２、第３受光素子２２３、及び第４受光素子２２４で、別々に４種類の検出信号が生成される。検出信号は、生体情報算出部３２０に出力される。

生体情報算出部３２０では、まず第１受光素子対の加算出力及び減算出力が夫々算出される（ステップＳ２０３）。具体的には、第１受光素子２２１の検出信号と第２受光素子２２２の検出信号とが加算され、加算出力が算出される。また、第１受光素子２２１の検出信号と第２受光素子２２２の検出信号とが減算され、減算出力が算出される。

同様に、生体情報算出部３２０では、第２受光素子対の加算出力及び減算出力も夫々算出される（ステップＳ２０４）。具体的には、第３受光素子２２３の検出信号と第４受光素子２２４の検出信号とが加算され、加算出力が算出される。また、第３受光素子２２３の検出信号と第４受光素子２２４の検出信号とが減算され、減算出力が算出される。

続いて生体情報算出部３２０では、和信号及び差信号が算出される（ステップＳ２０５）。具体的には、第１受光素子対の加算出力と第２受光素子対の加算出力が加算され、和信号が算出される。また、第１受光素子対の減算出力と第２受光素子対の減算出力が加算され、差信号が算出される。

続いて生体情報算出部３２０では、和信号及び差信号が夫々正規化される（ステップＳ２０６）。具体的には、和信号は和信号の最大値で除算されることで正規化される。同様に、差信号は差信号の最大値で除算されることで正規化される。なお、他の正規化手法を用いることも可能である。

続いて生体情報算出部３２０では、正規化された和信号から正規化された差信号が減算される（ステップＳ２０７）。即ち、和信号と差信号の差分信号が算出される。そして生体情報算出部３２０では、算出された差分信号において、振幅が最大となる周波数が検出され（ステップＳ２０８）、検出された周波数が生体の脈動周期として出力される（ステップＳ２０９）。

ここで第２実施例では、第１実施例とは異なり４つの受光素子が備えられているものの、第１受光素子対及び第２受光素質対の各々において、２つの受光素子には互いに同様の条件で戻り光りが入射される。よって、第１受光素子対及び第２受光素質対の各々の加算出力同士を加算した和信号は、図５及び図８に示したように、脈動成分及び体動成分の両方を含む。一方で、第１受光素子対及び第２受光素質対の各々の減算出力同士を加算した差信号は、図６及び図９に示したように体動成分のみを含む。よって、和信号と差信号との差分信号は、図７及び図１０に示したように脈動成分のみを含む。

以上説明したように、第２実施例に係る計測器によれば、計測に不要な体動成分を除去して、正確に生体５００の脈動周期を計測することが可能である。また第２実施例では特に、第１実施例と比べて受光素子の数が多い分だけ、高い精度で脈動成分及び体動成分の抽出が行える。

＜３：第３実施例＞
次に、第３実施例に係る計測器について説明する。なお、第３実施例は、上述した第１及び第２実施例と一部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の点については概ね同様である。このため以下では、既に述べた第１及び第２実施例と異なる点について詳細に説明し、重複する点については適宜説明を省略するものとする。

＜３−１：計測器の構成＞
まず、第３実施例に係る計測器の構成について、図１４を参照して説明する。ここに図１４は、第３実施例に係る計測器の受光素子間の距離関係を示す平面図である。

図１４において、第３実施例に係る計測器は、第１受光素子２３１、第２受光素子２３２、第３受光素子２３３、及び第４受光素子２３４の４つの受光素子を備えて構成されている。ここで、図１４には発光素子２０１が図示されていないが、発光素子２０１は第１受光素子２３１、第２受光素子２３２、第３受光素子２３３、及び第４受光素子２３４から見て、生体５００の反対側に配置されている。即ち、第３実施例に係る計測器は透過型の装置である。なお、発光素子２０１は、上述した第２実施例と同様に、発光素子２０１の発光点と第１受光素子２３１の受光点との距離Ｌ１、発光素子２０１の発光点と第２受光素子２３２の受光点との距離Ｌ２、発光素子２０１の発光点と第３受光素子２３３の受光点との距離Ｌ３、及び発光素子２０１の発光点と第４受光素子２３４の受光点との距離Ｌ４が、互いに等しくなるような位置に配置される。よって、第１受光素子２３１、第２受光素子２３２、第３受光素子２３３、及び第４受光素子２３４の各々には、互いに同様の条件で戻り光が入射することになる。

また、第３実施例に係る計測器では特に、第１受光素子２３１、第２受光素子２３２、第３受光素子２３３、及び第４受光素子２３４が、平面的に見て互いに等間隔で隣接するように配置されている。具体的には、第１受光素子２３１の受光点と第２受光素子２３２の受光点との距離Ｌ５、第３受光素子２３３の受光点と第４受光素子２３４の受光点との距離Ｌ６、第１受光素子２３１の受光点と第３受光素子２３３の受光点との距離Ｌ７、及び第２受光素子２３２の受光点と第４受光素子２３４の受光点との距離Ｌ８が、互いに等しくなるような位置に配置される。

なお、第３実施例に係る計測器は、上述したように、比較的狭いスペースに等間隔で４つの受光素子を配置することが求められるため、発光素子２０１を受光素子とは異なる平面上に配置できる透過型の装置を例として挙げたが、第２実施例のように発光素子２０１を受光素子の中央に配置できるのであれば（例えば図１１参照）、反射型の装置としても構成できる。

＜３−２：計測器の動作＞
次に、第３実施例に係る計測器の動作について、図１５を参照して説明する。ここに図１５は、第３実施例に係る計測器の動作を示すフローチャートである。

図１５において、本実施例に係る計測器の動作時には、先ず発光素子２０１から生体５００に対して光が照射される（ステップＳ３０１）。発光素子２０１から照射された光は、生体５００を透過し、第１受光素子２３１、第２受光素子２３２、第３受光素子２３３、及び第４受光素子２３４の各々において受光される。そして、第１受光素子２３１、第２受光素子２３２、第３受光素子２３３、及び第４受光素子２３４では、受光した光の強さに応じて夫々検出信号が生成される（ステップＳ３０２）。即ち、第１受光素子２３１、第２受光素子２３２、第３受光素子２３３、及び第４受光素子２３４で、別々に４種類の検出信号が生成される。検出信号は、生体情報算出部３２０に出力される。

生体情報算出部３２０では、まず４つの受光素子のうち、隣接する２つの受光素子に関する加算出力が隣接方向別に夫々算出される（ステップＳ３０３）。具体的には、図１４の上下方向（以下、適宜「一の方向」と称する）での隣接について、第１受光素子２３１の検出信号と第２受光素子２３２の検出信号とが加算され、第１加算出力が算出される。また、第３受光素子２３３の検出信号と第４受光素子２３４の検出信号とが加算され、第２加算出力が算出される。他方で、図１４の左右方向（以下、適宜「他の方向」と称する）での隣接について、第１受光素子２３１の検出信号と第３受光素子２３３の検出信号とが加算され、第３加算出力が算出される。また、第２受光素子２３２の検出信号と第４受光素子２３４の検出信号とが加算され、第４加算出力が算出される。

同様に生体情報算出部３２０では、４つの受光素子のうち、隣接する２つの受光素子に関する減算出力も隣接方向別に夫々算出される（ステップＳ３０４）。具体的には、図１４の上下方向での隣接について、第１受光素子２３１の検出信号と第２受光素子２３２の検出信号とが減算され、第１減算出力が算出される。また、第３受光素子２３３の検出信号と第４受光素子２３４の検出信号とが減算され、第２減算出力が算出される。他方で、図１４の左右方向での隣接について、第１受光素子２３１の検出信号と第３受光素子２３３の検出信号とが減算され、第３減算出力が算出される。また、第２受光素子２３２の検出信号と第４受光素子２３４の検出信号とが減算され、第４減算出力が算出される。

続いて生体情報算出部３２０では、和信号及び差信号が算出される（ステップＳ３０５）。具体的には、第１加算出力及び第２加算出力が加算され、一の方向に関する和信号が生成される。また、第１減算出力及び第２減算出力が加算され、一の方向に関する差信号が生成される。同様に、第３加算出力及び第４加算出力が加算され、他の方向に関する和信号が生成される。また、第３減算出力及び第４減算出力が加算され、他の方向に関する差信号が生成される。即ち、和信号及び差信号は、一の方向及び他の方向の各々に関して夫々生成される。

続いて生体情報算出部３２０では、和信号及び差信号が夫々正規化される（ステップＳ３０６）。具体的には、一の方向に関する和信号は一の方向に関する和信号の最大値で除算され、他の方向に関する和信号は他の方向に関する和信号の最大値で除算されることで正規化される。同様に、一の方向に関する差信号は一の方向に関する差信号の最大値で除算され、他の方向に関する差信号は他の方向に関する差信号の最大値で除算されることで正規化される。なお、他の正規化手法を用いることも可能である。

続いて生体情報算出部３２０では、正規化された和信号から正規化された差信号が減算される（ステップＳ３０７）。具体的には、一の方向に関する和信号と一の方向に関する差信号との差分が算出されると共に、他の方向に関する和信号と他の方向に関する差信号との差分が算出される。即ち、和信号と差信号との差分は、一の方向及び他の方向の各々に関して夫々生成される。そして生体情報算出部３２０では、算出された差分信号において、振幅が最大となる周波数が検出され（ステップＳ３０８）、検出された周波数が生体の脈動周期として出力される（ステップＳ３０９）。なお、本実施例では一の方向及び他の方向の各々に関して差分が算出されているため、一の方向に関する差分に基づく生体の脈動周期が算出されると共に、他の方向に関する差分に基づく脈動周期も算出される。なお、このように各方向について算出された脈動周期は、例えば取捨選択されて出力される。或いは、一の方向に関する差分に基づいて算出される脈動周期と、他の方向に関する差分に基づいて算出される脈動周期とで所定の演算（例えば、平均値の算出等）を行うことで、一の方向に関する差分及び他の方向に関する差分の両方に基づく脈動周期を出力することもできる。

ここで第３実施例では、第１及び第２実施例とは異なり、４つの受光素子について隣接方向別にそれぞれ第１から第４加算出力及び第１から第４減算出力を算出しているものの、４つの受光素子の隣接距離が互いに等しいため、第１から第４加算出力及び第１から第４減算出力は、互いに同様の条件で算出される。そして、第１から第４加算出力の各々を加算した和信号は、図５及び図８に示したように、脈動成分及び体動成分の両方を含む。一方で、第１から第４減算出力の各々を加算した差信号は、図６及び図９に示したように体動成分のみを含む。よって、和信号と差信号との差分信号は、図７及び図１０に示したように脈動成分のみを含む。

以上説明したように、第３実施例に係る計測器によれば、計測に不要な体動成分を除去して、正確に生体５００の脈動周期を計測することが可能である。また第３実施例では特に、隣接方向別に夫々加算出力及び減算出力を算出するため、高い精度で脈動成分及び体動成分の抽出が行える。

本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又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計測器もまた本発明の技術思想に含まれる。

１０１ 計測器
１１１ プローブ
２０１ 発光素子
２１１，２２１，２３１ 第１発光素子
２１２，２２２，２３２ 第２発光素子
２２３，２３３ 第３発光素子
２２４，２３４ 第４発光素子
２５０ 遮光板
３１０ 配線部
３２０ 生体情報算出部
３３０ ディスプレイ
５００ 生体

Claims (1)

1. 光を照射する発光手段と、
   前記照射された光の被計測対象からの戻り光を受光する第１受光手段及び第２受光手段と、
   前記第１受光手段で受光した光と前記第２受光手段で受光した光との和信号から、前記第１受光手段で受光した光と前記第２受光手段で受光した光との差信号を差し引いた差分信号に基づいて、前記被計測対象に関する情報を算出する算出手段と
   を備えることを特徴とする計測器。

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