JP4881029B2 - 生体情報計測装置、生体情報処理サーバ、生体情報計測システム、生体情報計測方法、動作状態判定方法、信頼度判定方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、被験者の生体情報を検出して、被験者の状態を監視する生体情報計測装置に関する。より詳細には、被験者の生体情報計測中における被験者の動作状態を判定し、被験者の生体情報と共に動作状態を使用して、被験者の生体状態を監視する生体情報計測装置に関する。

従来から、動脈を含む生体組織に光を照射し、その後方散乱光を受光することによって脈拍数などの生体情報を算出する生体情報計測装置が広く利用されている。このような光学式の生体情報計測装置は、発光素子（例えば、発光ダイオード）と受光素子（例えば、ホトダイオード）を備えたセンサユニットを生体の手首などに装着することにより、発光素子が生体に照射した光の後方散乱光を受光素子が受光し、脈拍に応じて変化する後方散乱光の光量を検出できるように構成されている。その脈拍信号に基づき予め決められた計測時間（例えば１分）における脈拍数を計測する脈拍計がある。特に、この種の生体情報計測装置は、使用者が簡易に携帯できるように、腕時計型にして使用者の手首に取付け可能なように構成されている。このように光学的に脈拍を検出する場合、被験者が静止状態であればよいのだが、例えば手や指を動かすなどの動きがあると、この体動の影響を大きく受け、脈拍信号（パルス信号）内に脈拍と関係のないノイズが含まれてしまうという問題がある。特に腕において脈拍を計測する場合、検出者が静止状態であってもノイズが非常に大きいことが知られている。これを解決するため、ノイズ等に起因する異常な脈拍信号に基づく脈拍信号の発生間隔の値を脈拍数の算出演算から除き、脈拍数の計測（算出）精度の低下を防止する脈拍計が知られている（例えば、特許文献１参照）。

その手首を動かしてもセンサユニットと手首の表皮との密着度を一定に保って生体情報を精度よく検出できるように構成された生体情報計測装置も開示されている（例えば、特許文献２）。

また、別の方法としては、波長、強度、光量等が異なる光をそれぞれ別個に被験者に照射して反射光を解析することで正確な脈拍を検出する生体状態検出装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。

さらには、脈拍センサが皮膚に接触しているか否かを検知し、脈拍センサが皮膚に接触していない場合には脈拍計の計測処理を停止して電池の無駄な使用を防止する技術も開示されている。このとき、脈拍センサが皮膚に接触しているか否かを検知する方法は、２つの電極端子を皮膚に接触させて放電させ、両電極間が所定の電圧以下に低下したときに（つまり、２つの電極端子がと共にＬｏｗレベルとなったときに）皮膚に接触していると判定する手法を用いている（例えば、特許文献４参照）。

通常、脈拍計などは、２つの電極端子で脈拍センサ（センサユニット）が皮膚に接触しているか否かを検知し、脈拍センサが皮膚に接触している場合に光センサによって脈拍数を算出するように構成されている。そこで、指などは１ｍｍ²当りに３〜５個の汗腺が存在していて発汗も活発であるために皮膚抵抗が低いので、電極端子のサイズを直径３ｍｍ（つまり、表面積で約７ｍｍ²）程度以上にすれば確実に皮膚の接触状態を検出することができる。このとき皮膚を通した電極端子間の抵抗値は５００ＫΩ〜１ＭΩである。このように、皮膚抵抗の低い部位である汗腺の多い指先や、運動中の発汗作用によって皮膚抵抗が低下した身体部位などは、電極端子の接触抵抗が小さくなっているので、小さな面積の電極端子でも脈拍センサが皮膚に接触しているか否かを正確に検知することができる。
しかし、手首などに脈拍センサを装着する場合は、指先より汗腺の数が少なくて皮膚抵抗が高いので電極端子の面積を大きくして接触状態を検知する必要がある。
さらには、外界環境の変動たとえば太陽などの強い光源の元での計測は、生体中を伝搬してくる太陽光と生体情報計測装置の光源が加算され脈拍センサで検出することになる。このとき、被験者は静止状態でも太陽光が変動する、例えば人影、木の葉などの影の動きなどが光量の変化を起こし影響を与えてしまう。
特開２００２−０２８１３９号公報 特開２００１−０７８９７３号公報 特開２００４−２６１３６６号公報 特開２００３−０７０７５７号公報

しかしながら、特許文献１および２に示す技術では、演算を終了した後にはノイズに関する情報が残っていないため、好条件のもとで計測された場合も、そうでない場合も、同様のデータとして扱われてしまうという問題がある。例えば、携帯型脈拍計のように、被験者の状態や外界環境により、常に好条件のもとで計測されるとは限らない場合、どのような状態で計測されたのかという情報は、結果を見る際に重要な情報となる。被験者が動作中であり計測条件としては悪条件であった場合、そのことが分かれば再計測を行うことも可能であるが、特許文献１および２に示す技術ではそれは分からないため、悪条件下で計測された信頼度の低い計測値でも「被験者の計測値」として使用せざるを得ない。

さらに特許文献３に示す技術は、波長、強度、光量等が異なる光を使用しなければならないため、１つの計測手段では実施できず、余計なコストアップ、脈拍計のサイズアップ、消費電力の増大につながる。

さらに、手首などに脈拍センサを接触させる腕時計型の脈拍計などは装置全体が
小型であるため、電極端子の面積を大きくすると二つの電極端子が占める面積が大きくなってしまう。特に、腕、手首、腹などの皮膚は汗腺の数は少なく、例えば、腹などは１ｍｍ²当りの汗腺の数は１個程度であるので必然的に皮膚抵抗も高くなってしまう。さらには、高齢者などにおいては皮膚中に占める不能動汗腺の割合が増加して皮膚抵抗が高くなっているために、電極端子の面積をさらに大きくしなければ脈拍センサの接触状態を検知することができない。

例えば、手首における能動汗腺数を１ｍｍ²当り０．２個とした場合は、指先などの１ｍｍ²当りの能動汗腺数が３個に相当する手首の面積は１５ｍｍ²となり、結果的には、手首に電極端子を接触させる場合は、指先の面積より１５倍大きい面積の電極端子が必要になる。言い換えれば、通常、指先での電極端子のサイズは直径３ｍｍ（表面積で約７ｍｍ²）程度が必要であるので、手首における電極端子の面積は７ｍｍ２×１５＝１０５ｍｍ²が必要となるので、結果的には直径１１．６ｍｍの電極端子が２個必要となる。

このように大きい電極端子を手首に密着させることは、腕時計型の脈拍計を小型化する上では大きな障害となる。つまり、手首に装着する腕時計型の脈拍計にあっては電極端子を大きくすることは困難であり、それ相当の小型サイズの電極端子にして脈拍計の装置内に収納するように工夫する必要がある。しかし、前記の特許文献４で開示されているような従来の技術では、電極端子の皮膚への接触状態を検知する接触検出回路の動作上から、電極端子の面積を大きくしないと接触状態の検知感度を上げることができない。つまり、従来の技術では、電極端子を小さくすることと接触状態の検知感度を上げることのトレイドオフの関係を解消することはできない。言い換えれば、電極端子を小さくしないと脈拍計などの生体情報計測装置を小型化することができないが、従来の技術は電極端子を小さくすると接触状態を正確に検知することができないため、小型軽量化のニーズを阻害している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、生体情報を検出している時の動作
状態、すなわち被験者が静止状態であったのか否か等を判断することが可能な生体情報信号を、生体情報センサからの生体情報信号の信頼度として評価し、それらを脈拍数に関連付け、それらのデータを基に、被験者の生体状態を監視する生体情報計測装置を提供することを目的とする。

またこの際、追加で別の生体情報検出手段を必要とせずに、生体情報信号を提供することを目的とする。

さらには、装着検出のための皮膚への接触状態を検知する電極端子を可能な限り小さくし、脈拍などの生体情報を高精度に計測することができるようにした小型、軽量な生体情報計測装置を提供することを目的とする。
さらには、生体情報計測装置以外からの外界環境の状態を評価し生体情報計測装置の発光量、受光ゲインの設定を行い、生体信号状態、動作時間を総合的に判断し最適な状態にした生体情報計測装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、生体に光を照射し、前記生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を検出する生体センサと、前記生体センサの前記生体への装着の状態を検知する装着センサとを有する生体情報計測装置であって、前記生体センサの出力信号を予め決められたサンプリング期間１でＡ／Ｄ変換してサンプリングデータ１を得るＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段で検出した前記サンプリングデータ１を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている前記サンプリングデータ１の、時間あたりの変動量の平均値を、生体情報１として算出する生体情報算出手段１と、前記生体センサの出力信号の交流信号成分を得るフィルタ手段と、予め決められたサンプリング期間２でＡ／Ｄ変換してサンプリングデータ２を得るＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段で検出した前記サンプリングデータ２を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている前記サンプリングデータ２を周波数解析する周波数解析手段と、該周波数解析手段による周波数解析の結果から生体情報２を算出する生体情報算出手段２と、前記周波数解析の結果からＳ／Ｎ比を算出するＳ／Ｎ比算出手段と、前記装着センサの出力信号を予め決められたサンプリング期間３でＡ／Ｄ変換してサンプリングデータ３を得るＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段で検出した前記サンプリングデータ３を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている前記サンプリングデータ３を処理し、前記生体センサの前記生体に対する装着率を算出する装着率算出手段と、前記装着率、前記生体情報１、および前記Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報２の信頼度を判定する信頼度判定手段と、前記信頼度判定手段による判定結果と生体情報２とを関連づけて記憶する計測データ保存手段と、備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記装着センサが、装着時に皮膚と接触する複数の電極端子と皮膚抵抗を回路の一部とした装着状態検出回路であり、前記複数の電極端子は、１つの電極の面積が１６ｍｍ２以上であり、前記装着状態検出回路は、反転型の増幅器と、帰還抵抗Ｒｆと、皮膚抵抗Ｒｓとからなり、前記生体センサの出力電圧をＶｏｕｔ、装着検知閾値電圧をＶｓとしたとき、前記帰還抵抗Ｒｆが、Ｒｆ＞Ｒｓ｛（Ｖｏｕｔ−Ｖｓ）／Ｖｓ｝で求められた値であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記生体情報１が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報計測時の前記被験者の動作状態を判定する動作状態判定手段とをさらに備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、前記動作状態判定手段が判定した動作状態が予め決められた動作状態であるか否かに基づいて、前記生体情報１と関連付けられた前記生体情報２の信頼度を判定する信頼度判定手段とをさらに備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、生体情報計測装置が、前記生体情報２を前記被験者に通知する通知手段と、前記信頼度判定手段が判定した信頼度が予め決められた信頼度であるか否かに基づいて、前記通知手段で通知する前記生体情報２を決定する通知データ決定手段とをさらに備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、生体情報計測装置が、前記信頼度判定手段が判定した信頼度が予め決められた信頼度であるか否かに基づいて、前記生体情報計測手段の電源のＯＮ・ＯＦＦを制御する電源制御手段とをさらに備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、前記サンプリング期間１を複数個のブロック期間に等分し、２回目以降のサンプリング期間を、前回のサンプリング期間のうち一番古い１ブロック期間を消去して、新たに計測する１ブロック期間を追加した期間として定義し、前記生体情報１算出手段は、前記サンプリングデータ１の、時間あたりの変動量の、前記ブロック期間毎の平均値を算出し、該ブロック期間毎の平均値の平均値を、前記サンプリング期間１における生体情報１として算出することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、前記生体情報２の信頼度を判定するための閾値が、生体情報２の値と前記装着率の値に応じて定義された閾値テーブルとをさらに備え、前記判定手段は、前記生体情報２と前記装着率に対応する閾値を前記閾値テーブルから読み出し、この閾値を使用して前記生体情報２の信頼度を判定することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、前記信頼度判定手段が、前記装着率が所定の閾値を超えた場合に、前記生体センサに対し、再度生体情報の計測の指示信号を出力することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、増幅率が可変であり、前記交流信号成分を増幅して出力する増幅手段と、前記増幅手段の増幅率を設定する増幅率設定手段と、前記所定時間内における前記増幅率設定手段が設定した増幅率の平均増幅率を算出する平均増幅率算出手段と、前記生体情報２の信頼度を判定するための閾値が、生体情報２の値と平均増幅率の値に応じて定義された閾値テーブルとをさらに備え、前記判定手段は、前記生体情報２と前記平均増幅率に対応する閾値を前記閾値テーブルから読み出し、この閾値を使用して前記生体情報２の信頼度を判定することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、増幅率が可変であり、前記交流信号成分を増幅して出力する増幅手段と、前記増幅手段の増幅率を設定する増幅率設定手段と、前記所定時間内における前記増幅率設定手段が設定した増幅率の平均増幅率を算出する平均増幅率算出手段とをさらに備え、前記判定手段は、前記平均増幅率が所定の閾値を超えた場合に、再度生体情報の測定の指示信号を出力することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、前記生体情報２の信頼度を判定するための閾値が、生体情報２の値に応じて定義された閾値テーブルを備え、前記判定手段は、算出された生体情報２に対応する閾値を前記閾値テーブルから読み出し、この閾値を使用して前記生体情報２の信頼度を判定することを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、増幅率が可変であり、前記交流信号成分を増幅して出力する増幅手段と、前記増幅手段の増幅率を設定する増幅率設定手段と、前記所定時間内における前記増幅率設定手段が設定した増幅率の平均増幅率を算出する平均増幅率算出手段と、前記記憶手段に記憶されているサンプリングデータのピーク値を全て求め、求めた各ピーク値間の時間間隔のばらつきを算出するピークインターバル
算出手段と、前記生体情報２の信頼度を判定するための閾値が、ピーク値間の時間間隔のばらつきの値と平均増幅率の値に応じて定義された閾値テーブルとをさらに備え、前記信頼度判定手段は、算出された前記ピーク値間の時間間隔のばらつきと算出された前記平均増幅率に対応する閾値を前記閾値テーブルから読み出し、この閾値を使用して前記生体情報２の信頼度を判定することを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、前記記憶手段に記憶されているサンプリングデータ２のピーク値を全て求め、求めた各ピーク値間の時間間隔のばらつきを算出するピークインターバル算出手段と、前記生体情報２の信頼度を判定するための閾値が、ピーク値間の時間間隔のばらつきの値に応じて定義された閾値テーブルとを備え、前記信頼度判定手段は、算出されたピーク値間の時間間隔のばらつきに対応する閾値を前記閾値テーブルから読み出し、この閾値を使用して前記生体情報２の信頼度を判定することを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、前記生体センサが正しく装着されているか否かを検出する装着センサと、前記装着センサの出力に基づいて、前記所定時間内における前記生体センサの装着率を算出する装着率算出手段と、前記記憶手段に記憶されているサンプリングデータ２のピーク値を全て求め、求めた各ピーク値間の時間間隔のばらつきを算出するピークインターバル算出手段と、前記生体情報２の信頼度を判定するための閾値が、ピーク値間の時間間隔のばらつきの値と装着率の値に応じて定義された閾値テーブルとをさらに備え、前記判定手段は、算出されたピーク値間の時間間隔のばらつきと算出された装着率に対応する閾値を前記閾値テーブルから読み出し、この閾値を使用して前記生体情報２の信頼度を判定することを特徴とする。

請求項１６に記載の発明は、前記判定手段が、前記Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えていない場合に、前記サンプリングデータ２の先頭から所定時間分を削除し、この削除により不足した分のサンプリングデータを新たに計測して取得する指示信号を出力することを特徴とする。

請求項１７に記載の発明は、前記判定手段が、前記Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えていない場合に、警報を出力する警報手段をさらに備えたことを特徴とする。

請求項１８に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、遠隔にある生体情報処理サーバと情報通信を行う通信手段と、該通信手段で受信した、前記生体情報処理サーバからの生体情報計測のスケジュール情報に基づいて、生体情報２の検出を行うスケジュール実行手段とをさらに備え、前記通信手段は、前記スケジュール実行手段の実行結果データとして、前記生体情報２と前記装着率と前記生体情報１および前記Ｓ／Ｎ比を前記生体情報処理サーバへ送信することを特徴とする。

請求項１９に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、遠隔にある生体情報処理サーバと情報通信を行う通信手段と、該通信手段で受信した、前記生体情報処理サーバからの生体情報計測のスケジュール情報に基づいて、生体情報２の検出を行うスケジュール実行手段とをさらに備え、前記生体情報処理サーバに対して、前記信頼度の判定結果と前記生体情報２とを関連つけた計測情報を送信することを特徴とする。

請求項２０に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、前記生体情報として脈拍を計測することを特徴とする。

請求項２１に記載の発明は、前記生体情報が動脈波を含んであり、前記生体情報算出手段２は、前記サンプリング期間２の生体信号に含まれる脈波成分のデジタルデータを周波
数解析し、生体情報２として脈拍数を算出することを特徴とする。

請求項２２に記載の発明は、生体に光を照射し、前記生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を検出する生体センサと、前記生体センサの前記生体への装着の状態を検知する装着センサとを有し、前記生体センサの出力信号を予め決められたサンプリング期間１でＡ／Ｄ変換した値の、時間あたりの変動量の平均値を、生体情報１として算出し、前記生体センサの出力信号をフィルタリングして得た交流信号成分を予め決められたサンプリング期間２でＡ／Ｄ変換した値の周波数解析結果から、生体情報２を算出し、前記生体センサの出力信号をフィルタリングして得た交流信号成分を予め決められたサンプリング期間２でＡ／Ｄ変換した値の、周波数解析結果からＳ／Ｎ比を算出し、前記装着センサの出力信号を予め決められたサンプリング期間３でＡ／Ｄ変換した値から、前記生体センサの前記生体に対する装着率を算出し、前記装着率、前記生体情報１、および前記Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報２の信頼度を判定する生体情報計測装置と、情報の送受信を行う生体情報処理サーバであって、前記生体情報計測装置から、関連付けされた前記生体情報２、前記装着率、前記生体情報１、前記Ｓ／Ｎ比を受信する通信手段と、前記装着率、前記生体情報１、および前記Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えているか否かに基づいて前記生体情報２の信頼度を判定する信頼度判定手段とを備えることを特徴とする。

請求項２３に記載の発明は、生体に光を照射し、前記生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を検出する生体センサと、前記生体センサの前記生体への装着の状態を検知する装着センサとを有する生体情報計測装置と、該生体情報計測装置と情報の送受信を行う生体情報処理サーバとを備える生体情報計測システムであって、前記生体情報計測装置が、前記生体センサの出力信号を予め決められたサンプリング期間１でＡ／Ｄ変換してサンプリングデータ１を得るＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段で検出した前記サンプリングデータ１を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている前記サンプリングデータ１の、時間あたりの変動量の平均値を、生体情報１として算出する生体情報算出手段１と、前記生体センサの出力信号の交流信号成分を得るフィルタ手段と、予め決められたサンプリング期間２でＡ／Ｄ変換してサンプリングデータ２を得るＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段で検出した前記サンプリングデータ２を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている前記サンプリングデータ２を周波数解析する周波数解析手段と、該周波数解析手段による周波数解析の結果から生体情報２を算出する生体情報算出手段２と、前記周波数解析の結果からＳ／Ｎ比を算出するＳ／Ｎ比算出手段と、前記装着センサの出力信号を予め決められたサンプリング期間３でＡ／Ｄ変換してサンプリングデータ３を得るＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段で検出した前記サンプリングデータ３を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている前記サンプリングデータ３を処理し、前記生体センサの前記生体に対する装着率を算出する装着率算出手段とを有し、前記生体情報処理サーバが、前記生体情報計測装置から、関連付けされた前記生体情報２、前記装着率、前記生体情報１、前記Ｓ／Ｎ比を受信する通信手段と、前記装着率、前記生体情報１、および前記Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えているか否かに基づいて前記生体情報２の信頼度を判定する信頼度判定手段とを備えることを特徴とする。

請求項２４に記載の発明は、生体情報を所定時間計測する生体センサと、前記生体センサの出力をＡ／Ｄ変換してサンプリングデータを得るＡ／Ｄ変換手段と、前記サンプリングデータを記憶する記憶手段と、計測結果のデータを記憶する計測データ保存手段とを備えた生体情報計測装置における生体情報計測方法であって、前記記憶手段に記憶されているサンプリングデータを周波数解析して、解析結果を前記記憶部に記憶する周波数解析過程と、前記記憶手段に記憶されている周波数解析結果から生体情報２を算出する生体情報２算出過程と、前記記憶手段に記憶されている周波数解析結果からＳ／Ｎ比を算出するＳ／Ｎ比算出過程と、前記Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えているか否かに基づいて前記生体情
報２の信頼度を判定する判定過程と、前記信頼度の判定結果と前記生体情報２とを関連つけて前記計測データ保存手段に記憶する計測データ保存過程とを有することを特徴とする。

請求項２５に記載の発明は、生体に光を照射し、前記生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を検出する生体センサと、前記生体センサの出力信号をフィルタリングして得た交流信号成分を予め決められたサンプリング期間２でＡ／Ｄ変換した値の周波数解析結果から、生体情報２を算出する生体情報算出手段２とを有する生体情報計測装置において、前記生体情報２の算出時の、前記生体の動作状態を判定する動作状態判定方法であって、前記生体センサの出力信号を、予め決められたサンプリング期間１でＡ／Ｄ変換しサンプリングデータ１を得るステップと、該サンプリングデータ１の、時間あたりの変動量の平均値とした生体情報１を得るステップと、前記生体情報１が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報２の計測時の動作状態を判定するステップとを備えることを特徴とする。

請求項２６に記載の発明は、生体に光を照射し、前記生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を検出する生体センサと、前記生体センサの出力信号をフィルタリングして得た交流信号成分を予め決められたサンプリング期間２でＡ／Ｄ変換した値の周波数解析結果から、生体情報２を算出する生体情報算出手段２とを有する生体情報計測装置において、前記生体情報２の算出時の、前記生体情報の信頼度を判定する信頼度判定方法であって、前記生体センサの出力信号を、予め決められたサンプリング期間１でＡ／Ｄ変換しサンプリングデータ１を得るステップと、該サンプリングデータ１の、時間あたりの変動量の平均値とした生体情報１を得るステップと、前記生体情報１が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報２の計測時の動作状態を判定するステップと、前記動作状態が予め決められた動作状態であるか否かに基づいて、前記生体情報２の信頼度を判定するステップとを備えることを特徴とする。

請求項２７に記載の発明は、生体に光を照射し、前記生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を検出する生体センサと、前記生体センサの出力信号をフィルタリングして得た交流信号成分を予め決められたサンプリング期間２でＡ／Ｄ変換した値の周波数解析結果から、生体情報２を算出する生体情報算出手段２とを有する生体情報計測装置において、前記生体情報２の算出時の、前記生体情報の信頼度を判定する信頼度判定方法であって、前記生体センサの出力をサンプリング期間１でＡ／Ｄ変換し、その記憶を行いサンプリングデータ１を得るステップと、該サンプリングデータ１の時間あたりの変動量の平均値とした生体情報１を得るステップと、前記生体センサの出力信号の交流信号成分を、サンプリング期間２でＡ／Ｄ変換し、その記憶を行いサンプリングデータ２を得るステップと、該サンプリングデータ２を周波数解析処理しＳ／Ｎ比を得るステップと、前記Ｓ／Ｎ比が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、および／もしくは、前記生体情報１が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報２の信頼度を判定するステップとを備えることを特徴とする。

請求項２８に記載の発明は、生体に光を照射し、前記生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を検出する生体センサと、前記生体センサの前記生体への装着の状態を検知する装着センサと、前記生体センサの出力信号をフィルタリングして得た交流信号成分を予め決められたサンプリング期間２でＡ／Ｄ変換した値の周波数解析結果から、生体情報２を算出する生体情報算出手段２とを有する生体情報計測装置において、前記生体情報２の算出時の、前記生体情報の信頼度を判定する信頼度判定方法であって、前記生体センサの出力をサンプリング期間１でＡ／Ｄ変換し、その記憶を行いサンプリングデータ１を得るステップと、該サンプリングデータ１の時間あたりの変動量の平均値とした生体情報１を得るステップと、前記装着センサの出力に基づいて、サンプリング期間３でＡ／
Ｄ変換し、その記憶を行いサンプリングデータ３を得るステップと、前記サンプリングデータ３を処理し前記生体センサの装着率を算出するステップと、前記装着率が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、および／もしくは、前記生体情報１が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報２の信頼度を判定するステップとを備えることを特徴とする。

請求項２９に記載の発明は、生体に光を照射し、前記生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を検出する生体センサと、前記生体センサの前記生体への装着の状態を検知する装着センサと、前記生体センサの出力信号をフィルタリングして得た交流信号成分を予め決められたサンプリング期間２でＡ／Ｄ変換した値の周波数解析結果から、生体情報２を算出する生体情報算出手段２とを有する生体情報計測装置において、前記生体情報２の算出時の、前記生体情報の信頼度を判定する信頼度判定方法であって、前記生体センサの出力をサンプリング期間１でＡ／Ｄ変換し、その記憶を行いサンプリングデータ１を得るステップと、該サンプリングデータ１の時間あたりの変動量の平均値とした生体情報１を得るステップと、前記生体センサの出力信号の交流信号成分を、サンプリング期間２でＡ／Ｄ変換し、その記憶を行いサンプリングデータ２を得るステップと、該サンプリングデータ２を周波数解析処理しＳ／Ｎ比を得るステップと、前記装着センサの出力に基づいて、サンプリング期間３でＡ／Ｄ変換し、その記憶を行いサンプリングデータ３を得るステップと、前記サンプリングデータ３を処理し前記生体センサの装着率を算出するステップと、前記装着率が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、および／もしくは、前記生体情報１が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、および／もしくは、前記Ｓ／Ｎ比が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報２の信頼度を判定するステップとを備えることを特徴とする。

請求項３０に記載の発明は、装着による生体の生体情報を計測する生体情報計測手段を備える生体情報計測装置の、前記生体情報計測手段が出力した生体信号のデジタルデータを使用して前記生体の動作状態を判定する機能を、コンピュータに実現させるためのプログラムであって、前記デジタルデータをコンピュータに読み込む機能と、前記デジタルデータの時間あたりの変動量の平均値を算出する機能と、前記変動量の平均値が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体の前記生体情報計測時の動作状態を判定する機能とをコンピュータに実現させるためのプログラムであることを特徴とする。

請求項３１に記載の発明は、装着による生体の生体情報を計測する生体情報計測手段を備える生体情報計測装置の、前記生体情報計測手段が出力した生体信号のデジタルデータを使用して前記生体情報の信頼度を判定する機能を、コンピュータに実現させるためのプログラムであって、前記デジタルデータをコンピュータに読み込む機能と、前記デジタルデータの時間あたりの変動量の平均値を算出する機能と、前記生体情報計測の元データからＳ／Ｎ比の算出を行う機能と、前記変動量の平均値および前記Ｓ／Ｎ比が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報の信頼度を判定する機能とをコンピュータに実現させるためのプログラムであることを特徴とする。

請求項３２に記載の発明は、装着による生体の生体情報を計測する生体情報計測手段と装着の状態を検知する装着検知手段とを備える生体情報計測装置の、前記生体情報計測手段が出力した生体信号のデジタルデータと、前記装着検知手段が出力した装着信号のデジタルデータとを使用して前記生体情報の信頼度を判定する機能を、コンピュータに実現させるためのプログラムであって、前記生体信号のデジタルデータと装着信号のデジタルデータをコンピュータに読み込む機能と、前記生体信号のデジタルデータの時間あたりの変動量の平均値を算出する機能と、前記生体情報計測の元データからＳ／Ｎ比の算出を行う機能と、前記装着信号のデジタルデータの時間あたりの装着時間から装着率を算出する機能と、前記変動量の平均値と前記Ｓ／Ｎ比および前記装着率が予め決められた閾値を超え
ているか否かに基づいて、前記生体情報の信頼度を判定する機能とをコンピュータに実現させるためのプログラムであることを特徴とする。

請求項３３に記載の発明は、前記生体情報計測装置が、さらに、発光素子を前記生体に照射する発光回路と、前記生体からの後方散乱光を受光して前記センサユニットが前記生体に装着しているか否かを検知する受光回路と、によって構成された光学式装着検知手段を備えることを特徴とする。

請求項３４に記載の発明は、前記光学式装着検知手段は、前記生体情報２も併せて計測することを特徴とする。
請求項３５に記載の発明は、前記生体センサが前記生体に装着して外界環境の計測をすることを特徴とする。

本発明によれば、生体情報データと共に、生体情報を検出している時の被験者の動作状態、すなわち被験者が静止状態であったのか否かと、検出した信号のＳ／Ｎ比、すなわち信号波形の品質の優劣と、および装着率、すなわち計測時に外れているか否かとを判断することが可能な生体情報信号を得ることが出来るため、生体情報信号を見ることで、生体情報データが信頼度のあるものか否かを判断することが可能である。またこの判断は、追加で別の生体情報検出手段を用いることなく行うことが可能である。

また、本発明の派生効果としては、動作状態、Ｓ／Ｎ比、および装着率のそれぞれの閾値を任意に設定することで、無意識、無拘束で取得したいろいろな行動条件の生体情報データの中からの計測誤差のレベルを自由に変えて選別することが出来るため任意の信頼度に応じた生体情報データの選別をすることが可能である。

また、本発明の派生効果としては、判断結果を被験者に通知することで、被験者に、より信頼度のある生体情報データを得るための再計測を促すことが可能である。また、被験者が激しい動作を行っていたと判断された場合、生体情報検出手段の電源をＯＦＦすることで、信頼度の無い無駄な計測を防止し、省電力を図ることが可能である。

また、本発明の生体情報計測装置によれば、電極端子が生体の皮膚に接触したときの微弱な接触検出電圧をＣＭＯＳのインバータＩＣによって増幅しているので、電極端子の面積を小さくしても、センサユニットが生体に接触しているか否かを正確に検出することができる。このとき、インバータＩＣの帰還抵抗Ｒｆを計算式に基づいて所望の抵抗値に設定すれば、インバータＩＣの増幅率を高めることができるので、さらに電極端子の面積を小さくすることができる。これによって、腕時計型の生体情報計測装置の一層の小型化を図ることができる。

また、本発明の生体情報計測装置によれば、電極を使用した装着状態検出手段と光学式装着検出手段の両方を用いることにより、両者の欠点を補いあって高精度に接触状態を検出することができる。例えば、電極を使用した装着状態検出手段による検出では、生体の水分等の影響を受けやすく、検出光強度の変化から生体の接触の有無を判断する光学式装着検出手段による検出では検出光強度が生体の状態によって変化するため生体の状態の影響を受ける可能性があるが、両方の方式を用いることにより、両者の欠点を補いあって高精度に接触状態を検出することができる。また、生体情報は発光回路と受光回路を備えたセンサユニットによって検出されるので、この発光回路と受光回路をそのまま光学式装着検出手段に用いることによって回路構成をさらにシンプルにすることができる。このような生体情報計測装置を時計型の脈拍計などに適用すれば、脈拍計をさらに小型軽量化することができる。
また、本発明の生体情報計測装置によれば、外界環境に即した計測環境を設定することが出来るので、より幅広い条件下での計測が可能となる。

以下、本発明の実施形態による生体情報計測システムを、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の１実施例の生体情報計測システムを示す図である。生体情報計測装置１００は、予め決められた計測スケジュール情報に則って被験者の生体情報を計測する。ここでは腕時計型の装置を想定し、被験者の脈拍数（生体情報２に相当）を計測するものとする。生体情報処理サーバ５００は、遠隔地にあり、生体情報計測装置１００で計測された生体情報データを収集して処理を行う。無線通信装置３００は、生体情報計測装置１００で計測された生体情報データを無線通信を使用して受信し、サーバ５００へ受け渡す無線通信装置である。無線通信２００は、生体情報計測装置１００と無線通信部との間の無線通信である。通信網４００は、無線通信装置３００と生体情報処理サーバとの間の通信網である。

次に、図２を参照して、図１に示す生体情報計測装置１００の主要部の構成を説明する。図２は、本発明に適用される脈拍計の斜視図および断面図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、生体情報計測装置１００はリストバンド１５０によって人体の手首に装着されるように構成されている。

また、図２（ａ）に示すように、生体情報計測装置１００の表面には、日付、時刻、脈拍数などの各種情報を表示するための液晶表示部１５１が設けられており、側面には時刻合わせや表示モードの切り替えなどを行うための各種のボタンスイッチ１５２が設けられている。

また、図２（ｂ）に示すように、生体情報計測装置１００の裏面、すなわち手首に接触する面には、ほぼ中央部で長方形のセンサユニット１５３が設けられている。このセンサユニット１５３は透明ガラスで覆われていて、その内部には、図２（ｃ）に示すように、発光素子であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１５５と受光素子であるホトダイオード１５６が実装されている。また、センサユニット１５３の長手方向の両側には一対の電極端子１５４が突出して配置されている。

図２のような構成の生体情報計測装置１００を手首に装着してボタンスイッチに１５２により所定の操作を行うと、一対の電極端子１５４が皮膚への接触状態を検出する。ここで正常に接触されていることが検出されると、センサユニット１５３の発光素子であるＬＥＤ１５５からの光が皮膚に照射される。そして、照射された光は、生体内で脂肪や筋などの組織、血液中のヘモグロビンなどによって吸収、散乱をうけて後方散乱してきた光が受光素子であるホトダイオード１５６によって受光される。これによって、ホトダイオード１５６は受光量に相当した電気信号を出力する。脂肪や筋といった組織による吸収の量はあまり変化しないが、脈動によってヘモグロビンの量が変化するため血液中のヘモグロビンによる吸収の量は脈動に合わせて変化する。従って、結果的に、生体情報計測装置１００はホトダイオード１５６の出力信号から脈拍数を算出して液晶表示部１５１に表示させることができる。

次に、本発明に適用される生体情報計測装置１００の構成をさらに詳しく説明する。
図３は、本発明に適用される脈拍計の回路構成を概略的に示すブロック図である。生体情報計測装置１００は、各種の演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１０、生体情報計測装置１００を装着し皮膚への接触状態を検出する装着センサ１０３（皮膚へ接触する一対の電極端子１０１と、皮膚への接触状態を電圧レベルで検出する装着状態検出手段１０２を含む）、光信号によって脈拍数に相当する生体情報信号を検出する生体情報センサ１０５（特許請求の範囲の生体センサに相当する）、生体情報センサ１０５によって検出された生体情報信号を電圧レベルに変換する生体情報検出手段１０６、電圧レベルに変換された生体情報信号に含まれるバックグランド（直流信号）の分離を行い脈波信号を検出するフィルタ手段１０７、脈波信号の電圧レベルを増幅する増幅手段１０８、皮膚への接触状態の電圧レベルと電圧レベルに変換された生体情報信号及び脈波信号の電圧レベルをデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段１０４、脈波信号の電圧レベルのデジタル値から増幅手段１０８の増幅率を設定する増幅率設定手段１０９、生体情報センサ１０５を駆動するためのタイミング信号を生成する発振回路１２４、ユーザが押下する入力ボタンなどの入力手段１３１、発振回路１２４が生成したタイミング信号に基づいて生体情報センサ１０５の駆動信号を生成する駆動信号生成手段１２５、生体情報センサ１０５を駆動するための生体情報センサ駆動手段１２６、液晶によって脈拍数などを表示する表示手段１２７、表示手段１２７などを照明する照明手段１２８、緊急情報を被験者に知らせるためのブザーや振動手段等からなる報知手段１２９、外部との通信インタフェースとなる通信手段１３０（通信手段１３０は、信頼度の判定結果と脈拍数とを関連つけたデータをサーバ５００へ送信し、サーバ５００から計測スケジュールを受信する）を備えた構成となっている。またＣＰＵ１１０は、脈拍数の算出処理などの各種演算を実行する演算手段１１１、演算手段１１１から信頼度の判定結果と算出した脈拍数とを関連つけて記憶する計測データ保存部１２１、生体情報信号を計測する時間などを計時する計時手段１２３、ＲＯＭやＲＡＭなどからなる記憶手段１２２を備えた構成となっており、サーバ５００から受信した計測スケジュールは、記憶手段１２２に記憶される。ＣＰＵ１１０内のこれらの各要素はバスによって接続されている。

ここでさらに詳しく各部要素の機能を説明する。
ＣＰＵ１１０においては、演算手段１１１が、計時手段１２３によるタイムカウントと記憶手段１２２に格納された予め決められた計測スケジュール情報に基づいて、脈拍信号の検出処理及び脈拍数の算出処理を実行する。なお、これらの処理プログラムは記憶手段１２２に格納されている。

また、入力手段１３１のボタン操作に基づいて、脈拍信号の検出処理及び脈拍数の算出処理を実行するときは、ＣＰＵ１１０が記憶手段１２２に格納されている該当する処理プログラムを展開し、それぞれの処理に基づいた出力情報（例えば、脈拍数の算出結果情報や未装着である旨の情報）を一時的に記憶手段１２２へ格納する。

また、ＣＰＵ１１０は、記憶手段１２２に一時的に格納された処理内容を表示手段１２７に表示させる機能も備えている。

報知手段１２９は、後述する演算手段１１１が、計測している生体情報の信頼度が低いと判定した時に、警報を出力する。例えば、Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えない場合に警報を出力することも出来る。

発振回路１２４は、発振を止めることで生体情報センサ１０５の発光だけを止めて外光の影響がどの程度生じているか計測することもできる。例えば、外光が強い場合は発光量を強く、外光が弱ければ発光量を弱くすることで外界環境に応じた最適な状態を設定することも出来る。

発振回路１２４は、後述する演算手段１１１が、計測している生体情報の信頼度が低いと判定した時、発振を中止させ、生体情報センサの駆動を中止する。例えば、動作状態が悪いときに、測定を中止することも出来る。表示手段１２７および報知手段１２９は、特許請求の範囲の通知手段に相当する。

図４は図３の演算手段１１１の各部要素を示す。記憶される脈波信号のデジタルデータをＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を使用して周波数解析を行うＦＦＴ処理手段１１２（特許請求の範囲における周波数解析手段）、周波数解析結果からＳ／Ｎ比を算出するＳ／Ｎ比算出手段１１３、周波数解析結果から脈拍数（特許請求の範囲における生体情報２）を算出する脈拍数算出手段１１４（特許請求の範囲における生体情報算出手段２）、装着状態のデジタルデータから装着率を算出する装着率算出手段１１５、記憶されている生体情報信号のデジタルデータから計測中の動作状態（特許請求の範囲における生体情報１）を算出する動作状態算出手段１１７（特許請求の範囲における生体情報算出手段１）、記憶されている計測スケジュールデータに基づいて、計測開始の信号を出力するスケジュール実行手段１１９、Ｓ／Ｎ比、装着率、および／もしくは動作状態のデータに基づいて、測定された脈拍数の信頼度の判定を行う信頼度判定手段１２０を備えた構成となっている。

次に、図１および図３に示す生体情報計測装置１００が生体情報信号を検出して脈拍数を算出する基本的な動作を、図５を用いて説明する。図５は、生体情報計測装置１００の基本動作を示すフローチャートである。

被験者が生体情報計測装置１００を腕に装着し、電源を投入すると（ステップＳ１）、生体情報計測装置１００は、記憶手段の１２２の装着情報、生体情報、脈波情報、等のデータ、計測データ保存手段の脈拍数、信頼度、等のデータを一時的に記憶している領域の、初期化を行う（ステップＳ２）。

続いて通信手段１３０は、無線通信装置３００と無線通信を確立することで、無線通信装置３００を介して生体情報処理サーバ５００との通信を確立し、生体情報処理サーバ５００から現在時刻データを受信し、生体情報処理サーバ５００と計時手段１２３にあるタイマーを同期させる（ステップＳ３）。

次に通信手段１３０は、生体情報処理サーバ５００に対して、計測スケジュール情報の更新があるか否かを問い合わせ、更新がある場合は計測スケジュール情報を受信する（ステップＳ４、Ｓ５）。

ここで、図６を用いて計測スケジュール情報を説明する。
計測スケジュール情報とは、生体情報処理サーバ５００において作成され、図６のようにテーブル化された、生体情報計測装置１００の動作を規定する情報である。具体的には、タスク番号と、アクションを実行する時刻（ここでは脈拍数の計測を行う時刻）と、その時刻に行うアクションの内容（ここでは脈拍数の計測）と、計測スケジュール情報の実行結果として返信すべきデータ名（ここでは脈拍数と装着状態結果と動作状態結果とＳ／Ｎ比結果および信頼度結果）とからなる情報である。

この計測スケジュール情報は記憶手段１２２に記憶され、生体情報計測装置１００の電源を落としても消去されず、ステップＳ４、Ｓ５で計測スケジュール情報の更新がなされるまで、内容の変化はされない。

計測スケジュール情報の実行は、スケジュール実行手段１１９によりなされる。すなわちスケジュール情報実行手段１１９は、計時手段１２３が有するタイマーが示す現在時刻と計測スケジュール情報時刻とを照合し（ステップＳ６）、アクションを実行する予定時刻（脈拍数の計測を行う予定時刻）になった時にアクション（脈拍数の計測）を関係する手段に実行させる（ステップＳ７）。

次に、計測スケジュール情報を実行した場合の生体情報計測装置１００の動作の詳細を説明する。図７は、生体情報計測装置１００における計測スケジュール情報の実行動作を示すフローチャートである。

まず、スケジュール情報にある計測予定時刻になった時点で、回路電源をＯＮにする（ステップＳ１１）。計測時以外の生体情報計測装置１００の電源は、計時手段１２３、表示手段１２７を除きＯＦＦ状態となっている。

次に、装着状態検出手段で、装着および非装着を電圧レベルに変換する（ステップＳ１２）。

次に、装着状態の信号をＡ／Ｄ変換器でデジタル化する（ステップＳ１３）。

次に、デジタル化した装着状態の信号を使用して装着率の算出を行うが、ここで装着状態の信号検出方法と具体例および装着率の算出方法（ステップＳ１４）について、図８、図９および図１０を用いて詳細に説明する。

図８は、生体情報計測装置１００に用いられる装着センサ１０３の電極端子１０１を小さくするために本発明に適用される装着状態検出手段１０２についての回路例の一例である。この回路例について説明を行う前に、従来例について説明を行う。

従来の装着状態検出回路は、例えば、特許文献４に開示されているように、皮膚に接触された２個の電極端子の接触電位レベルを検出し、両者の接触電位レベルが共にＬｏｗになったときにＮＯＲ回路の出力がＨｉｇｈとなって接触状態を検出するように回路構成されている。そのため、電極端子の面積を比較的大きくしなければ、皮膚への接触時に電位レベルをＬｏｗにすることができないので、結果的に電極端子の面積を大きくしなければ皮膚への接触状態を検出することができない。

しかし、本発明では、皮膚に接触する電極端子の面積を小さくしても（つまり、皮膚抵抗が高くても）その皮膚抵抗を確実に検出できるように、標準ロジックのＣＭＯＳインバータＩＣ（アンバッファタイプ）をリニア動作させた増幅器を用いている。

つまり、ＣＭＯＳインバータＩＣに帰還抵抗Ｒｆを挿入し非装着時（Ｒｓ＝∞）の動作点がＶｓ＝Ｖｏｕｔとなる。この電圧は電源電圧Ｖｃｃ／２と現すことができる。つまり、帰還抵抗Ｒｆと皮膚抵抗Ｒｓのバランスで動作点が決定することで検出電圧も決定することになる。帰還抵抗Ｒｆを高抵抗とすることで、電極端子の面積が小さくて高い皮膚抵抗であってもその接触状態を高精度に検出することが可能となる。

図８において、生体１４１の皮膚１４１ａに接触したＡ電極端子１４２から、保護用の抵抗Ｒ１を介してＣＭＯＳインバータＩＣ（以下、単にインバータＩＣという）１４４の入力端子ａに接続されている。また、生体１４１の皮膚１４１ａに接触したもう一方のＢ電極端子１４３は保護用の抵抗Ｒ２を介して接地電極ＧＮＤに接続されている。さらに、インバータＩＣ１４４の出力端ｂから帰還抵抗Ｒｆ及びコンデンサＣｆを介してインバータＩＣ１４４の入力端ａに接続されている。このような増幅回路の構成によって出力端子Ｐ１、Ｐ２には所望のレベルに増幅された電圧が出力される。

インバータＩＣ１４４の増幅率は帰還抵抗Ｒｆによって決まり、帰還抵抗Ｒｆが大きいほど増幅率が高くなるが、帰還抵抗Ｒｆを無限大にするとハンチング現象などを起こして回路が不安定になる。一方、非装着時（Ｒｓ＝∞）で、帰還抵抗Ｒｆを１００ＭΩ以上の高抵抗にすると、インバータＩＣ１４４の出力端ｂ（すなわち、出力端子Ｐ１）の電圧を電源電圧Ｖｃｃの約１／２の電圧で安定になり高感度な増幅器として動作することができる。

図８に示すように、インバータＩＣ１４４の入力ゲート（入力端ａ）と電源Ｃｏｍｍｏｎにそれぞれ小面積のＡ電極端子１４２とＢ電極端子１４３を接続し、生体１４１の皮膚１４１ａに接触させることによって、インバータＩＣ１４４の入力ゲート（入力端ａ）の動作点が低下した場合には、インバータＩＣ１４４の出力端ｂ（すなわち、出力端子Ｐ１）を電源電圧に近い電位にまでＨｉｇｈレベルにすることができる。

図８に示すようなインバータＩＣ１４４による装着状態検出回路を用いることにより、小面積のＡ電極端子１４２及びＢ電極端子１４３を用いても皮膚抵抗Ｒｓ≦１２０ＭΩまで安定に検出することが可能となる。

次に、図８の装着センサを使用した具体例について説明する。図９は、運動直後からの電極端子の装着時間と皮膚抵抗値の推移を示す実測特性図である。図９において、横軸は電極端子の装着時間を示し、縦軸は皮膚抵抗値（ＭΩ）を示している。装着時の皮膚抵抗値は２〜３ＭΩぐらいであって、初期の抵抗値は運動直後のため皮膚抵抗値が最小となった。装着から８０分ぐらいまでは皮膚抵抗値はそれ程増加しないが、その後は平常時の状態になるにつれ皮膚抵抗値は時間と共に増加して２０ＭΩぐらいにまで達している。
このように、実際に電極端子を使って生体の皮膚抵抗を計測してみると、生体の活性度によって６〜２４ＭΩ／ｃｍ２とかなりの高抵抗で広範囲に亘って分布している。そこで、電極端子の検出目標の抵抗値を分布抵抗の最大値２４ＭΩ／ｃｍ２の２割増である２８．８ＭΩ／ｃｍ２として、図８の接触状態検出回路によって皮膚への接触状態の確認を行った。

一例として、２つの電極端子（Ａ電極端子３２とＢ電極端子３３）のサイズを幅０．６ｃｍ×長さ０．４ｃｍとし、両電極端子の幅方向の電極中心間隔を２ｃｍとした場合は、皮膚抵抗値Ｒｓは、Ｒｓ＝２８．８ＭΩ×（２／０．６）＝９６ＭΩとなる。
一方、図８のインバータＩＣ１４４の出力端ｂがＨｉｇｈレベルとなる条件は、電源電圧Ｖｃｃが３．１Ｖのとき、インバータＩＣ１４４の入力端ａの電圧（つまり、Ｈｉｇｈレベル閾値電圧Ｖｓ）は０．５５Ｖとなる。

一方、図８におけるインバータＩＣ１４４の帰還抵抗Ｒｆは次の数式（１）によって求めることができる。
Ｖｓ＞Ｖｃｃ×｛Ｒｓ／（Ｒｆ＋Ｒｓ）｝ （１）
ここで、電源電圧Ｖｃｃ：３．１Ｖ、皮膚抵抗値Ｒｓ：９６ＭΩ、Ｈｉｇｈレベル閾値電圧Ｖｓ：０．５５Ｖであるので、式（１）から
Ｒｆ＞Ｒｓ｛（Ｖｃｃ−Ｖｓ）／Ｖｓ｝＝９６ＭΩ×｛（３．１−０．５５）／０．５５｝＝４４５ＭΩとなる。

つまり、図８に示すインバータＩＣ１４４の帰還抵抗Ｒｆの実抵抗値として５００ＭΩを用いれば、２つの電極端子（Ａ電極端子１４２とＢ電極端子１４３）が生体１４１の皮膚１４１ａに接触したときに出力端子Ｐ１より確実にＨｉｇｈレベル信号を出力することができる。
なお、図８の装着状態検出回路において、過電流保護用の抵抗Ｒ１、Ｒ２は１０ＭΩを用い、発振防止用のコンデンサＣｆは４７μＦを用いた。

図１０は、図８の装着状態検出回路を用いたときの電極端子の装着状態を示す実測特性図である。図１０において、横軸は時間（１０Ｓｅｃ／ｄｉｖ）を示し、縦軸はインバータＩＣの出力電圧（０．５Ｖ／ｄｉｖ）を示している。
つまり、時刻ゼロ付近における電極端子の未装着時にはインバータＩＣの出力電圧は１．６Ｖを示しているが、時刻１０Ｓｅｃにおいて電極端子を装着すると、インバータＩＣの出力電圧は３．１ＶとなってＨｉｇｈレベルを示している。さらに、時刻７０Ｓｅｃを
過ぎたときに電極端子を未装着にすると、インバータＩＣの出力電圧は再び１．６Ｖとなる。このようにして、電極端子の装着時は確実にＨｉｇｈレベルを検出することができる。

次に、装着率の具体的な算出方法について図１０を用いて説明を行う。
計測時間を６０秒間とすると、図１０の横軸で時間０秒から時間６０秒までの電圧をサンプリングし、予め決めておいた閾値（例えば２．５Ｖ）以上で装着したと判断させた場合、以下の数式（２）で装着率を求める。
装着率＝（装着時間／計測時間）×１００（％） （２）
装着閾値：２．５Ｖのとき、図1０より、計測時間：６０秒間、装着時間：５０秒間であ
るから
装着率＝（５０／６０）×１００＝８３となる。
つまり、計測時間内で８３％の装着率であり、はずれていた時間があったと言うことを示している。

図７の説明に戻ると、ステップＳ１４においては、上記のような方法で装着率の算出を行い、記憶手段１２２に算出した装着率を記憶する。

次の生体情報センサ出力読み出しでは、生体情報センサ１０５が検出した生体情報信号を生体情報検出手段１０６が、電圧レベルの生体信号に変換する（ステップＳ１５）。
このとき、ＬＥＤ１５５をＯＦＦ状態にすることで外界環境の外光による生体情報信号の読み出しを行うことができる。
ここで、外界環境は生体に照射されている外光を指し、特に屋外では強い太陽光線などが生体情報計測に影響を与えるものである。

次に、デジタル化した生体情報信号を使用して、計測時における被験者の動作状態を示す動作状態の算出と最適なＬＥＤ１５５の発光量の算出を行うが、生体情報信号のデジタル化（ステップＳ１６）から動作状態を算出する方法（ステップＳ１７）について、図１２を用いて説明する。
さらには、最適なＬＥＤ１５５の発光量を算出する方法（ステップＳ３５）について図２０、図２１を用いて説明する。

図１２（ａ）は生体情報計測装置１００の生体情報信号の時間変化を示すグラフである。図中、Ａは静止時の生体情報信号を、Ｂは生体情報計測装置１００を装着している腕が動作状態にある時の生体情報信号を示す。図１２（ｂ）は図１２（ａ）における生体情報信号の時間あたりの変動量を示すグラフである。

生体情報信号は、被験者の動脈の血液量変化に起因する脈波成分が極めて小さいため、生体情報信号そのものが被験者の体動や、静脈の血液量変化等に起因する信号と見なすことが出来る。この生体信号は、被験者の静脈の血液量変化に起因して、数十秒から数分という非常に長い周期で緩やかに変動し、短期間で急激には変動しない特徴を持っている。しかし、被験者が動作状態になると、図１２（ａ）のＢのように短期間でも激しく変動する。これは、被験者の静脈の血液量変化の周期よりも短い時間あたりの生体情報信号の変動量を見ることで、生体情報信号を検出している時に発生した被験者の動作を、静脈の血液量変化の影響を受けることなく確認することが出来る、ということを意味する。これを示したのが図１２（ｂ）である。

図１２（ａ）のＢに対応する、生体信号の時間あたりの変動量は、図１２（ｂ）におけるＢ’であり、非常に大きな値を示している。一方、図１２（ａ）のＡに対応する、生体情報信号の時間あたりの変動量は、図１２（ｂ）におけるＡ’であり、極めて小さな値を示している。また、図１２（ａ）において生体情報信号は全体的に緩やかな上昇傾向にあ
るが、図１２（ｂ）にその影響は見られない。
このように、被験者の静脈の血液量変化の周期よりも短い時間あたりの、生体情報信号の変動量は、被験者の動作状態を的確に表現していることから、この特徴を動作状態の算出に応用する。

図２０は、生体情報計測装置１００を装着し外光の強い場所で静止して計測を行った時の生体情報信号の時間変化を示す。
Ａのハッチングは、外光の後方散乱光の成分である。静止状態にもかかわらず大きく変動している部分は、外光の光量が変動した為に生じている。
Ｂのハッチングは、ＬＥＤ１５５の後方散乱光の成分である。ＬＥＤ１５５を使用するので安定しているが、外光成分と加算されるため外光の光量変動が現れることになる。

図２１は、ＬＥＤ１５５をＯＦＦ状態と発光量を変えてＯＮ状態にしたときの生体情報信号を示す。ＯＦＦ状態の時は、外光だけの後方散乱光による生体情報信号が出力され、ＯＮ状態の時は、ＬＥＤ１５５の光と外光が加算された後方散乱光による生体情報信号が出力される。ＬＥＤ１５５の後方散乱光による生体情報信号をＳ、外光の後方散乱光による生体情報信号をＮとすると比率はＳ／Ｎで表され１００００以上で外光の影響を抑圧することが可能である。具体的には、数式（３）を満たす最適なＬＥＤ１５５の発光量を決めることも出来る。Ｓ／Ｎ比が目標に達しなかった場合は、表示手段１２７および報知手段１２９などで状態を表すことも出来る。

図７の説明に戻ると、生体情報信号のＡ／Ｄ変換手段１０４でデジタル化として、予め決められたサンプリング周波数で予め決められた期間サンプリングを行うことで、デジタル化した生体情報信号を生成する（ステップＳ１６）。ここでサンプリング期間は、後述する脈波信号と同じサンプリング期間とする。またサンプリング周波数は、被験者の静脈の血液量変化の周期よりも短い周期となるような周波数を選ぶ。ここでは例えば、生体情報データの場合と同じサンプリング周波数（８Ｈｚ）を選ぶ。

次に、動作状態算出手段１１７において動作状態を算出する（ステップＳ１７）。動作状態は、生体情報信号の時間あたりの変動量の、１サンプリング期間における平均値である。「時間あたり」を生体データのデータサンプリング間隔ｔ（＝１／サンプリング周波数＝０．１２５秒）とし、「変動量」をサンプリングした生体データ（電圧値）の、隣合う生体データの差分の絶対値とし、動作状態を具体的に数式（４）のように定義する。

ここでｎは、サンプリング期間中に得られるデジタル化した生体情報信号のデータ数であり、生体情報信号のサンプリング期間Ｔを、デジタル化した生体情報信号のデータサンプリング間隔ｔで割った値である。具体的には、ｎ＝Ｔ／ｔ＝１６秒／０．１２５秒＝１２８である。また、Ｖｉは、ｉ番目の生体データ（電圧値）である。

尚、生体情報を連続して長期間検出し、脈拍数を連続的に算出する場合の計測の仕方の例をステップＳ１９中で後述するが、これに合わせ動作状態を算出する場合の式として、数式（５）を用いることが出来る。

数式（５）は、サンプリング期間Ｔをｍ個のブロックに等分し、ブロック毎に時間あたりの変動量の平均値を求め、この平均値のさらに平均値を算出する、ということを示した式である。ｂは１ブロック中に含まれる生体データの個数を意味する。具体的には、ｍ（ブロックの個数）＝Ｔ秒／４秒＝１６秒／４秒＝４、ｎ（全データ数）＝Ｔ／ｔ＝１６秒／０．１２５秒＝１２８、ｂ（１ブロック中に含まれるデータ数）＝ｎ／ｍ＝１２８／４＝３２であり、数式（６）のようになる。

このような数式を採用することにより、動作状態は、ブロック毎の時間あたりの変動量の平均値をもとにした簡易な演算のみで、生体情報信号に対応した算出が可能となる。これを示したのが図１３である。

図に示すように、初回の動作状態の算出では、１ブロック、２ブロック、３ブロック、４ブロックの、時間あたりの変動量の平均値を平均することで動作状態が算出できる。

２回目の動作状態の算出では前回の算出で使用した４個のブロックの内、初回の１ブロックの時間あたりの変動量の平均値を削除し、動作状態の算出に不足した１ブロック分を新たに追加するために、次の１ブロックの時間あたりの変動量の平均値を求める。そして、２ブロック、３ブロック、４ブロック、次の１ブロックの、時間あたりの変動量の平均値を平均することで、動作状態が算出できる。

このような手法を取ることで、脈拍数算出に必要な計測全てを毎回行う必要がなく、短時間での表示の更新（ここでは、４秒間隔）を行うことが出来るため、使用者は長時間待つことなく現状を確認することが可能となる。

図７の説明に戻ると、次に、脈波信号のＡ／Ｄ変換手段１０４によるデジタル化として、フィルタ手段１０７を使用して生体情報信号から脈波信号を抽出する。さらに、増幅手段１０８で増幅した脈波信号を、予め決められたサンプリング周波数で予め決められた期間サンプリングを行うことで、デジタル化した脈波信号を生成し、記憶手段１２２に記憶する（ステップＳ１８）。ここでサンプリング期間は、先に説明した生体情報信号に対応する動作状態と関連つけるため、生体情報信号の場合と同じサンプリング期間とする。具体的な生体情報信号を、図１１（ａ）に示す。

図１１（ａ）は生体情報計測装置１００の生体情報信号の時間変化を示すグラフである。図中、Ａは静止時の生体情報信号を、Ｂは生体情報計測装置１００を装着している腕を動作させた時の生体信号を示す。

図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるＡの拡大図である。

被験者の動脈の血液量は脈動により変化するため、この動脈の血液量変化に起因する脈波信号は、脈動同様、短い周期で変動する。しかし実際の脈波信号は、生体を透過、反射する光量と比較して極めて小さいため（約１／１０００以下）、図１１（ａ）のＡのように、殆ど信号を確認することは出来ず、図１１（ｂ）のように拡大することで確認することが可能となる。従って脈拍数の算出は、この極めて小さく変動している信号（脈波信号）を生体情報信号から抽出し、増幅し、予め決められた処理を行うことで算出する方法をとる。

図７の説明に戻ると、次に、脈拍数を算出するためＦＦＴ処理手段１１２は、記憶手段１２２に記憶されているサンプリングデータの周波数解析を実行し、脈拍数算出手段１１４で周波数解析結果から脈拍数を算出し計測データ保存手段１２１へ出力する（ステップＳ１９）。

これと並行して、Ｓ／Ｎ比算出手段１１３は、周波数解析処理が終了した時点で、周波数解析の結果からＳ／Ｎ比を算出して、記憶手段１２２で記憶する（ステップＳ２０）。
ＦＦＴ処理手段１１２が解析した周波数解析結果は、図１４に示すようになる。Ｓ／Ｎ比の算出は、（脈波信号に相当する基線（符号Ａ）とその前後の基線（符号Ｂ、Ｃ）の高さの和）を、（全基線の高さの和）で除算して求める。

次に、装着率の判定を行うため判定手段１２０は、記憶手段１２２に記憶されている装着率と予め設定しておいた閾値に基づき、判定を行う（ステップＳ２１）。
そして、閾値が設定値以上の場合は装着状態と判断し、計測データ保存手段１２１へ出力する（ステップＳ２２）。閾値が設定値より小さい場合は非装着状態と判断し、計測データ保存手段１２１へ出力する（ステップＳ２３）。

次に、動作状態の判定を行うため判定手段１２０は、記憶手段１２２に記憶されている動作状態と予め設定しておいた閾値Ｖｔ１に基づき、判定を行う（ステップＳ２４）。
そして、閾値Ｖｔ１が設定値以下の場合は静止状態と判断し、計測データ保存手段１２１へ出力する（ステップＳ２５）。閾値Ｖｔ１が設定値より大きい場合は非静止状態と判断し、計測データ保存手段１２１へ出力する（ステップＳ２６）。

次に、Ｓ／Ｎ比の判定を行うため判定手段１２０は、記憶手段１２２に記憶されているＳ／Ｎ比と予め設定しておいた閾値に基づき、判定を行う（ステップＳ２７）。
そして、閾値が設定値以上の場合はＳ／Ｎ比が高いと判断し、計測データ保存手段１２１へ出力する（ステップＳ２８）。閾値が設定値より小さい場合はＳ／Ｎ比が低いと判断し、計測データ保存手段１２１へ出力する（ステップＳ２９）。尚、Ｓ／Ｎ比の優劣を決めている要因として、体動の他に脈拍数の大きな変化、拍動の強弱および強力な外部光の入射などがあげられる。

次に、信頼度の判定を行うため判定手段１２０は、装着判定結果、動作状態判定結果およびＳ／Ｎ比判定結果に基づき、予め記憶手段１２２に記憶されている信頼度判定用のデータテーブルから信頼度を判定する（ステップＳ３０）。
そして、装着判定結果、動作状態判定結果およびＳ／Ｎ比判定結果が設定値範囲内の場合は高いと判断し（ステップＳ３１）、計測データ保存手段１２１へ出力する（ステップＳ３３）。装着判定結果、動作状態判定結果およびＳ／Ｎ比判定結果が設定値範囲外の場合は低いと判断し（ステップＳ３２）、計測データ保存手段１２１へ出力する（ステップＳ３３）。Ｓ３３において、判定結果と計測データを関連付けて保存しているが、遠隔にある生体情報処理サーバ５００へ、スケジュールの実行結果として返送してもよい。

Ｓ３３でデータ保存もしくはデータ送信が完了した後、回路電源をＯＦＦし（ステップＳ３４）、一連のフローを完了する。

尚、閾値は、ここでは各１つであるが、これに限らず、被験者および装着内容、動作内容、Ｓ／Ｎ比内容に応じて、任意の値で任意の数だけ設定してもよい。
上述のように装着判定結果、動作状態判定結果およびＳ／Ｎ比判定結果に対する閾値を任意の値で任意の数だけ設定することで、信頼度も任意の種類の判定が可能とある。
上述した手段から、得られた脈拍数のデータから信頼度の良好なデータだけを選別する方法は図１５を用いて説明する。

図１５の横軸はＳ／Ｎ比を表し、左縦軸の測定確度は、良好な脈拍データが含まれる脈拍数（±４拍）のデータとして得られた割合を表し、右縦軸の表示率は、良好な脈拍データが含まれる脈拍数（±４拍）のデータが表示される割合を示したものである。尚、本実施例では、装着率１００％、動作状態を判定する閾値を２０としている。

左縦軸すなわち測定確度についての説明を詳細に行う。測定確度は、基準の脈拍数として心電計を用いて測定した脈拍数のデータと、本実施例における生体情報計測装置１００で得られた脈拍数のデータを、Ｓ／Ｎ比の順で並べ替え、さらに、心電計を用いた脈拍数と比較して測定確度±４拍以内の脈拍数のデータ個数の割合を算出したものである。測定確度が高いということは、脈拍数のデータの信頼度が高いということを意味する。

右縦軸すなわち表示率についての説明を詳細に行う。表示率は、図１３の４秒ブロックに分けてデータを更新して算出した全ての脈拍数の内、予め設定した信頼度に足るデータだけがどのくらい得られ、表示されるか示す割合である。
具体的には、横軸のＳ／Ｎ比を６０とした場合について説明を行う。図１５のＳ／Ｎ比６０の場合、左縦軸の測定確度は約９８％と読み取れる、つまり装着率１００％、動作状態を判定する閾値を２０、Ｓ／Ｎ比を６０として脈拍数のデータの選択を行うと、得られたデータの内９８％は脈拍数（±４拍）であると言うことである。

一方、右縦軸の表示率は、約３０％と読み取れる、つまりつまり装着率１００％、動作状態を判定する閾値を２０、Ｓ／Ｎ比を６０として脈拍数のデータの選択を行うと計測中の実時間の表示個数が約３０％であると言うことである。この約３０％の表示されるデータの信頼度は約９８％の信頼度を持っている事になる。

また、表示率を約８０％にしたいときは、Ｓ／Ｎ比を３０に設定することで可能となるが、そこに表示されるデータの内約９１％が脈拍数（±４拍）以内となり残りの約９％は脈拍数（±４拍）を超えてしまうデータである事になる。
このように、図１５のＳ／Ｎ比と測定確度（信頼度）の関係を用いることで、所望の測定確度のデータを、Ｓ／Ｎ比を変更することにより得ることが可能となる。同様に、所望の表示率を、Ｓ／Ｎ比を変更することにより得ることが可能となる。

尚ここでは、図１５を用いた例を示したが、装着率の値および／もしくは動作状態を判定する閾値を変更しても、予め、その装着率の値および／もしくは動作状態を判定する閾値において図１５のような実験結果を得ておけば、その結果を用いることで所望の測定確度のデータおよび所望の表示率を、Ｓ／Ｎ比を変更することにより得ることが出来る。
また、ここではＳ／Ｎ比を変更して所望の測定確度のデータおよび所望の表示率を得る例を示したが、例えばＳ／Ｎ比と装着率の値を固定して、動作状態を判定する閾値を変更するなど、組合わせは自由である。

このようにすることで、状況に応じて表示率の設定、信頼度（測定確度）の設定を行う事が可能となる。すなわち本生体情報計測装置は、使用される状況に応じて、要求される信頼度、要求される表示率を確実に遂行可能な装置と言える。

ところで、本発明の脈拍計では、前記のような電極を使用した装着状態検出回路と併用して、光学式装着センサを用いて皮膚への接触状態を検知することもできる。つまり、光学式装着センサでは、発光素子と受光素子を備えた光学式のセンサを用いて、皮膚からの後方散乱光によって皮膚への接触状態を検出する。このようにして、電極を使用した装着状態検出回路と併用することにより、生体情報センサの皮膚への接触状態をより高精度に検出することが可能となる。

図１６は、本発明の脈拍計に適用される光学式装着センサにおける発光回路図の一例である。図１６の発光回路は一般的に利用されている回路であるので詳細な説明は省略するが、電源電圧などの変動に関わらず常に一定電流を流してＬＥＤ１１の発光光量を一定にするような定電流増幅回路が用いられている。つまり、電源電圧ＶｃｃをツェナーダイオードＤＺ１１で一定電圧にし、オペアンプ１４５を介して増幅段のトランジスタＴｒ１１におけるエミッタバイアスの抵抗Ｒ１２を一定電圧に保っている。これによって、トランジスタＴｒ１１のコレクタ−エミッタ間には電源電圧Ｖｃｃの変動に関わらず一定電流が流れる。従って、ＬＥＤ１１は、電源電圧Ｖｃｃの変動に関わらず一定電流を流して一定の光量で発光することができる。つまり、ＬＥＤ１１は一定光量の光を皮膚に照射しているので、後述する受光回路は安定した後方散乱光を受光することができる。このようにして皮膚への接触状態の検出精度を高めている。

図１７は、図１６の発光回路におけるＬＥＤ１１からの光の後方散乱光を受光する受光回路の一例である。図１７の受光回路は一般的に利用されている回路であるので詳細な説明は省略するが、ホトダイオードＰＤ２１によって図１６のＬＥＤ１１からの光の後方散乱光を受光している。つまり、ホトダイオードＰＤ２１は、その接合部に逆バイアス電圧を印加することにより、光を受光すると光電流ＩｄがホトダイオードＰＤ２１のカソードからアノードに向かって流れる。そして、この光電流ＩｄをトランジスタＴｒ２１で増幅することによって、ホトダイオードＰＤ２１の受光光量に比例した接触検出電流Ｉ１を出力端子Ｐ２１から取り出すことができる。

つまり、図１６と図１７を合わせて説明すると、図１６の発光回路におけるＬＥＤ１１から皮膚へ光を照射すると、皮膚からの後方散乱光は、図１７の受光回路におけるホトダイオードＰＤ２１によって受光される。これによって、受光回路は、後方散乱光の光電流Ｉｄが増幅された接触検出電流Ｉ１を出力端子Ｐ２１より出力する。このようにして、脈拍計が皮膚に確実に装着されているか否かを光学式装着センサによって検出することができる。

図１８は、図１６の発光回路におけるＬＥＤ１１から生体に照射した光の後方散乱光を受光する受光回路の他の例である。図１８の回路では、ホトダイオードＰＤ３１が受光した後方散乱光の光電流ＩｄをトランジスタＴｒ３３で増幅して接触検出電流Ｉ２を取り出している。Ｄ３１、Ｄ３２にロジック信号を印加することで装着検出電流Ｉ２を流す経路を切替え抵抗Ｒ３５、Ｒ３６を選択することが出来る。つまり、電流−電圧変換を行い出力電圧は端子Ｐ３１、端子Ｎ３１となる。つまり、後方散乱光の光量に応じた増幅度を切替える事が可能となる。

また、装着状態を検知するための光学式接触検知手段は、図１６〜図１８に示し発光回路及び受光回路をわざわざ設けなくても、生体情報センサに用いられている発光回路と受光回路をそのまま併用してもよい。

図１９は、電極を使用した装着センサと光学式装着センサを用いて生体情報センサの生体への装着状態を検出する処理の流れを示すフローチャートである。
まず、生体情報計測装置（以降脈拍計）を手首に装着して所定のボタンスイッチを押すと、装着検出モードとなって装着状態の検出が開始される（ステップＳ５１）。
次に、電極を使用した装着センサによる検出では装着状態にあるか否かが判定される（ステップＳ２）。
ここで、電極を使用した装着センサによる検出結果が装着状態にあれば（ステップＳ５２でＹＥＳ）、さらに、光学式装着センサによる検出では装着状態にあるか否かが判定される（ステップＳ５３）。
ここで、光学式装着センサによる検出結果が装着状態にあれば（ステップＳ５３でＹＥＳ）、脈拍計は手首に装着されているものと判定する（ステップＳ５４）。
つまり、電極を使用した装着センサと光学式装着センサの両センサが共に接触状態にあることを検出したとき、脈拍計は手首に装着されているものと判定する。
また、ステップＳ５２で電極を使用した装着センサによる検出結果が装着状態になければ（ステップＳ５２でＮＯ）、脈拍計は手首に装着されていないものと判定する（ステップＳ５５）。

さらに、ステップＳ５２で電極を使用した装着センサによる検出結果が装着状態にあっても、ステップＳ５３で光学式装着センサによる検出結果が装着状態になければ（ステップＳ５３でＮＯ）、脈拍計は手首に装着されていないものと判定する（ステップＳ５６）。
なお、図１９のフローチャートでは、電極を使用した装着センサによる検出を先に行い、光学式装着センサによる検出を後に行ったが、光学式装着センサによる検出を先に行い、電極を使用した装着センサによる検出を後に行ってもよい。

電極を使用した装着センサによる検出では生体の水分等の影響を受けやすく、検出光強度の変化から生体への装着の有無を判断する光学式装着センサによる検出では、検出光強度が生体の状態によって変化するため生体の状態の影響を受ける可能性があるが、電極を使用した装着センサと光学式装着センサの両方を用いることによってより高精度に接触状態を検出することができる。

言い換えれば、何れか一方の方式による装着状態の検出では、装着していても装着していないと判定されたり、確実に装着していなくても装着していると判定されることがあるので、電極を使用した装着センサと光学式装着センサとを併用して装着状態を検知することが望ましい。

上述のような構成とすることで本発明の生体情報計測装置は、装着率の値と動作状態およびＳ／Ｎ比をの閾値を選ぶことで、所望の信頼度を有する脈拍数のデータを得ることが出来、また所望の表示率を得ることが出来る。そして信頼度と脈拍数のデータをもとにして被験者の生体状態を監視することが可能となる。

尚、本実施の形態においては、装着率、生体情報１（動作状態）、および／もしくはＳ／Ｎ比から、生体情報２（脈拍数のデータ）の信頼度を判定する機能を生体情報計測装置に持たせた例を説明したが、装着率、前記生体情報１（動作状態）、および／もしくはＳ／Ｎ比を、生体情報２（脈拍数のデータ）と関連付けて遠隔にある生体情報処理サーバに送信し、生体情報処理サーバにおいて、生体情報計測装置で行った手法と同様の手法を用いて生体情報２の信頼度を判定し、被験者を状態をモニタリングするようにしてもよい。

また、図４におけるＳ／Ｎ比算出手段１１３、装着率算出手段１１５、および動作状態算出手段１１７、判定手段１２０の各機能を実現するためのプログラムを、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行することにより、生体情報の動作状態の判定を行ってもよい。尚、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータで読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータで読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

またこのプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは伝送媒体中の伝送波により、他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここでプログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように、情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。またこのプログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。また上述した機能を、コンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わる、もしくはコンピュータシステムに既にあるハードウエアと組み合わせる、等することで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

本発明の一実施例の生体情報計測システムを示す図である。 本発明に適用される脈拍計の斜視図および断面図であり、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す生体情報計測装置を示すブロック図である。 図３に示す演算手段の機能構成を示すブロック図である。 生体情報計測装置の基本動作を示すフローチャートである。 生体情報処理サーバで作成され、テーブル化された、生体情報計測装置の動作を規定する計測スケジュール情報を示す図である。 生体情報計測装置における計測スケジュール情報の実行動作を示すフローチャートである。 生体情報計測装置に用いられる装着状態検出回路の一例である。 電極端子の装着時間と皮膚抵抗値の推移を示す実測特性図である。 図８の装着状態検出回路を用いたときの電極端子の装着状態を示す実測特性図である。 生体情報計測装置の生体情報信号の時間変化と脈波信号を示すグラフである。 生体情報計測装置の生体情報信号の時間変化と、生体情報信号の時間あたりの変動量を示すグラフである。 脈拍測定のサンプリングのタイミングに合わせて算出する、時間あたりの変動量の平均値の算出方法を説明する図である。 ＦＦＴ処理結果を示す説明図である。 Ｓ／Ｎ比に対する測定確度（信頼度）と表示率を示す実測特性図である。 生体情報計測装置１００に適用される光学式装着センサにおける発光回路図の一例である。 図１６の発光回路におけるＬＥＤ１１からの光の後方散乱光を受光する受光回路の一例である。 図１６の発光回路におけるＬＥＤ１１からの光の後方散乱光を受光する受光回路の他の例である。 電極を使用した装着センサと光学式装着センサを用いて生体情報センサの生体への装着状態を検出する処理の流れを示すフローチャートである。 外光の後方散乱光を含んだ生体情報信号の構造を示す図である。 外光の後方散乱光とＬＥＤ光源を点灯した時の後方散乱光による生体情報信号を示す図である。

符号の説明

１００ 生体情報計測装置（脈拍計）
２００ 無線通信
３００ 無線通信装置
４００ 通信網
５００ 生体情報処理サーバ
１５０ リストバンド
１５１ 液晶表示部
１５２ ボタンスイッチ
１５３ センサユニット
１５４ 電極端子
１５５ ＬＥＤ（発光素子）
１５６ ホトダイオード
１４０ 生体
１４１ａ 皮膚
１４２ Ａ電極端子
１４３ Ｂ電極端子
１４４ インバータＩＣ
１４５ オペアンプ
ＤＺ１１ ツェナーダイオード
ＬＥＤ１１ ＬＥＤ
Ｔｒ１１、Ｔｒ２１、Ｔｒ３１、Ｔｒ３２、Ｔｒ３３ トランジスタ
ＰＤ２１、ＰＤ３１ ホトダイオード

Claims (29)

1. 生体に光を照射し、前記生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を検出する生体センサと、前記生体センサの前記生体への装着の状態を検知する装着センサとを有する生体情報計測装置であって、
   前記生体センサの出力信号をＡ／Ｄ変換してデジタル化された生体情報信号を得る第１のＡ／Ｄ変換手段と、前記生体情報信号を記憶する第１の記憶手段と、該第１の記憶手段に記憶されている前記生体情報信号の時間あたりの変動量の平均値を生体情報１として算出する生体情報算出手段１と、
   前記生体センサの出力信号の交流信号成分の脈波信号を得るフィルタ手段と、前記脈波信号をＡ／Ｄ変換してデジタル化された脈波信号を得る第２のＡ／Ｄ変換手段と、前記脈波信号を記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段に記憶されている前記脈波信号を周波数解析する周波数解析手段と、該周波数解析手段による周波数解析の結果から生体情報２を算出する生体情報算出手段２と、
   前記周波数解析の結果からＳ／Ｎ比を算出するＳ／Ｎ比算出手段と、
   前記装着センサの出力信号をＡ／Ｄ変換してデジタル化された装着状態の信号を得る第３のＡ／Ｄ変換手段と、前記装着状態の信号を処理し、前記生体センサの前記生体に対する装着率を算出する装着率算出手段と、前記装着率を記憶する第３の記憶手段と、
   前記装着率、前記生体情報１、および前記Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報２の信頼度を判定する信頼度判定手段と、
   前記信頼度判定手段による判定結果と生体情報２とを関連づけて記憶する計測データ保存手段と、
   を備えることを特徴とする生体情報計測装置。
2. 前記装着センサは、皮膚と接触する複数の電極端子と、前記皮膚への接触状態を電圧レベルで検出する装着状態検出回路とを備え、
   前記装着状態検出回路は、反転型の増幅器と、帰還抵抗Ｒｆと、皮膚抵抗Ｒｓとを含み、
   前記生体センサの出力電圧をＶｏｕｔ、装着検知閾値電圧をＶｓとしたとき、前記帰還抵抗Ｒｆが、
   Ｒｆ＞Ｒｓ｛（Ｖｏｕｔ−Ｖｓ）／Ｖｓ｝
   で求められた値であることを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
3. 前記生体情報１が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、被験者の動作状態を判定する動作状態判定手段とをさらに備える請求項１に記載の生体情報計測装置。
4. 前記動作状態が予め決められた動作状態であるか否かに基づいて、前記生体情報１と関連付けられた前記生体情報２の信頼度を判定する信頼度判定手段とをさらに備える請求項３に記載の生体情報計測装置。
5. 前記生体情報２を前記被験者に通知する通知手段と、
   前記信頼度が予め決められた信頼度であるか否かに基づいて、前記通知手段で通知する前記生体情報２を決定する通知データ決定手段と
   をさらに備える請求項４に記載の生体情報計測装置。
6. 前記信頼度が予め決められた信頼度であるか否かに基づいて、前記生体情報計測装置の電源のＯＮ・ＯＦＦを制御する電源制御手段と
   をさらに備える請求項５に記載の生体情報計測装置。
7. 前記生体情報算出手段１は、サンプリング期間を複数個のブロック期間に等分し、２回目以降の生体情報１の算出を、前回の生体情報１の算出で使用したブロックのうち一番古い１ブロックの生体情報１を消去し、不足した１ブロック分の生体情報１を新たに追加するために次の１ブロックの生体情報１を算出し、該ブロック期間毎の生体情報１を平均することにより、前記生体情報１を算出する請求項１に記載の生体情報計測装置。
8. 前記生体情報２の信頼度を判定するための閾値が、生体情報２の値と前記装着率の値とに応じて定義された閾値テーブルとをさらに備え、
   前記信頼度判定手段は、前記生体情報２と前記装着率とに対応する閾値を前記閾値テーブルから読み出し、この閾値を使用して前記生体情報２の信頼度を判定することを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
9. 前記信頼度判定手段は、前記装着率が所定の閾値を超えた場合に、前記生体センサに対し、再度生体情報の計測の指示信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
10. 増幅率が可変であり、前記脈波信号を増幅して出力する増幅手段と、
    前記増幅率を設定する増幅率設定手段と、
    前記所定時間内における前記増幅率の平均増幅率を算出する平均増幅率算出手段と、
    前記生体情報２の信頼度を判定するための閾値が、生体情報２の値と平均増幅率の値とに応じて定義された閾値テーブルとをさらに備え、
    前記信頼度判定手段は、前記生体情報２と前記平均増幅率とに対応する閾値を前記閾値テーブルから読み出し、この閾値を使用して前記生体情報２の信頼度を判定することを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
11. 前記信頼度判定手段は、前記平均増幅率が所定の閾値を超えた場合に、再度前記生体情報を測定するための指示信号を出力することを特徴とする請求項１０に記載の生体情報計測装置。
12. 前記生体情報２の信頼度を判定するための閾値が、前記生体情報２の値に応じて定義された閾値テーブルを備え、
    前記信頼度判定手段は、前記生体情報２に対応する閾値を前記閾値テーブルから読み出し、この閾値を使用して前記生体情報２の信頼度を判定することを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
13. 前記信頼度判定手段は、前記Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えていない場合に、警報を出力する警報手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
14. 遠隔にある生体情報処理サーバと情報通信を行う通信手段と、
    該通信手段で受信した、前記生体情報処理サーバからの生体情報計測のスケジュール情報に基づいて、生体情報２の検出を行うスケジュール実行手段とをさらに備え、
    前記通信手段は、前記スケジュール実行手段の実行結果データとして、前記生体情報２と前記装着率と前記生体情報１および前記Ｓ／Ｎ比を前記生体情報処理サーバへ送信する請求項１から１３の何れかに記載の生体情報計測装置。
15. 前記生体情報処理サーバに対して、前記信頼度の判定結果と前記生体情報２とを関連つけた計測情報を送信することを特徴とする請求項１４に記載の生体情報計測装置。
16. 前記生体情報として脈拍を計測することを特徴とする請求項１から１５の何れかに記載の生体情報計測装置。
17. 前記生体情報は動脈波を含む請求項１から１６の何れかに記載の生体情報計測装置。
18. 請求項１から１７のいずれかに記載の生体情報計測装置と情報の送受信を行う生体情報処理サーバであって、
    前記生体情報計測装置から、関連付けされた前記生体情報２、前記装着率、前記生体情報１、および前記Ｓ／Ｎ比を受信する通信手段と、
    前記装着率、前記生体情報１、および前記Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えているか否かに基づいて前記生体情報２の信頼度を判定する信頼度判定手段と
    を備えることを特徴とする生体情報処理サーバ。
19. 請求項１から１７のいずれかに記載の生体情報計測装置と、請求項１８に記載の生体情報処理サーバとを備えることを特徴とする生体情報計測システム。
20. 生体に光を照射し、前記生体からの後方散乱光を受光することにより生体情報を検出する生体情報計測方法であって、
    前記生体情報の信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル化された前記生体情報信号を記憶し、記憶された前記生体情報信号の、時間あたりの変動量の平均値を、生体情報１として算出する生体情報１算出過程と、
    前記生体情報の信号をフィルタリングして得られる脈波信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル化された前記脈波信号を記憶し、記憶された前記脈波信号を周波数解析する周波数解析過程と、
    前記周波数解析によって生体情報２を算出する生体情報２算出過程と、
    前記周波数解析によってＳ／Ｎ比を算出するＳ／Ｎ比算出過程と、
    前記生体への装着の状態を検知して装着状態の信号を出力し、前記装着状態の信号をＡ／Ｄ変換し、前記生体に対する装着率を算出して記憶する装着率算出過程と、
    前記装着率、前記生体情報１、および前記Ｓ／Ｎ比が所定の閾値を超えているか否かに基づいて前記生体情報２の信頼度を判定する判定過程と、
    前記判定過程による判定結果と前記生体情報２とを関連つけて記憶する計測データ保存過程と
    を有することを特徴とする生体情報計測方法。
21. 前記生体情報１算出過程において、
    前記生体情報の信号を、予め決められたサンプリング期間１でＡ／Ｄ変換し、前記生体情報信号を得るステップを備えることを特徴とする請求項２０に記載の生体情報計測方法。
22. 前記生体情報２算出過程において、
    前記フィルタリングによって得られる脈波信号をサンプリング期間２でＡ／Ｄ変換し、前記脈波信号を得るステップを備えることを特徴とする請求項２０に記載の生体情報計測方法。
23. 前記装着率算出過程において、
    前記装着状態の信号をサンプリング期間３でＡ／Ｄ変換し、前記装着率を算出するステップを備えることを特徴とする請求項２０から２２の何れかに記載の生体情報計測方法。
24. 請求項１から１７のいずれかに記載の生体情報計測装置において、前記デジタル化された生体情報信号を使用して前記生体の動作状態を判定する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムであって、
    前記デジタル化された生体情報信号をコンピュータに読み込む機能と、
    前記デジタル化された生体情報信号の時間あたりの変動量の平均値を算出する機能と、
    前記変動量の平均値が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体の前記動作状態を判定する機能と
    をコンピュータに実現させるためのプログラム。
25. 請求項１から１７のいずれかに記載の生体情報計測装置において、前記デジタル化された生体情報信号を使用して前記生体情報の信頼度を判定する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムであって、
    前記デジタル化された生体情報信号をコンピュータに読み込む機能と、
    前記デジタル化された生体情報信号の時間あたりの変動量の平均値を算出する機能と、
    前記脈波信号の周波数解析の結果からＳ／Ｎ比の算出を行う機能と、
    前記変動量の平均値および前記Ｓ／Ｎ比が予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報の信頼度を判定する機能と
    をコンピュータに実現させるためのプログラム。
26. 請求項１から１７のいずれかに記載の生体情報計測装置において、前記デジタル化された生体情報信号と前記デジタル化された装着状態の信号とを使用して前記生体情報の信頼度を判定する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムであって、
    前記デジタル化された生体情報信号と前記デジタル化された装着状態の信号とをコンピュータに読み込む機能と、
    前記デジタル化された生体情報信号の時間あたりの変動量の平均値を算出する機能と、
    前記脈波信号の周波数解析の結果からＳ／Ｎ比の算出を行う機能と、
    前記デジタル化された装着状態の信号の時間あたりの装着時間から装着率を算出する機能と、
    前記変動量の平均値と前記Ｓ／Ｎ比と前記装着率とが予め決められた閾値を超えているか否かに基づいて、前記生体情報の信頼度を判定する機能と
    をコンピュータに実現させるためのプログラム。
27. さらに、発光素子を前記生体に照射する発光回路と、
    前記生体からの後方散乱光を受光して前記生体センサが前記生体に装着しているか否かを検知する受光回路と、
    によって構成された光学式装着検知手段を備えることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の生体情報計測装置。
28. 前記光学式装着検知手段は、前記生体センサに設けられることを特徴とする請求項２７に記載の生体情報計測装置。
29. 前記生体センサが前記生体に装着して外界環境の計測をすることを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。

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