JP6372734B2 - 生体センサ検査装置および検査方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、生体センサ検査装置および検査方法に関する。

皮膚に対してＬＥＤ等の光源を用いて光を入射しその反射光を光センサにより検出すると、血流に応じて皮膚からの反射光の量が脈動性を持つことが知られている。この脈動は心臓の拍動と対応するため、この脈動から心拍数を推定することが可能である。あるいは、皮膚に対して光を入射し、その反対側の皮膚で透過光を検出する、例えば、手指の腹側から光を入射し、背側で光を検出することによっても、心拍数を検出することが可能である。これらの原理は、ヘルスケア等を目的とした多くの生体センサに採用されている。

従来、これらの生体センサの性能を検査する際には、実際に人の皮膚に装着し検出される信号を測定するしか方法がなかった。しかし、人の血流の状態や皮膚に対する生体センサの接触状態を一定に保つことは不可能であり、安定した条件での生体センサの検査を実施することは困難であった。

これまでに、透過光型の生体センサの検査を目的として、光源と受光センサの間に血液に近似した吸光特性を持つ材質を機械的に出入りさせることにより、脈動による信号を模擬する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、例えば周波数が１Ｈｚの脈動を模擬しようとする場合には、血液を模擬した材質を１Ｈｚで移動させる必要がある。この場合、この方法を実施する検査装置自身に１Ｈｚの機械的な振動が生じてしまうため、生体センサの受光部に入射する光量にも１Ｈｚのノイズ成分が混入してしまう。すると、例えば生体センサは所望の性能を満たしていないにも関わらず、あたかも１Ｈｚの脈動を検出できているかのように誤った性能評価結果となってしまう可能性がある。

特開平４−２６１６４６号公報

本実施形態は、ノイズの影響が少なく正確に検査を行うことのできる生体センサ検査装置および検査方法を提供する。

本実施形態による生体センサ検査装置は、皮膚に入射する光を発光する発光部および前記皮膚から反射される反射光を受光する受光部を備え、脈拍を検知する反射型の光電脈波センサを検査する生体センサ検査装置であって、前記光電脈波センサに近接して配置され、前記皮膚の血流を模擬する光透過性の皮膚模擬部と、前記皮膚模擬部に対して前記光電脈波センサと反対側に設けられ、前記光電脈波センサの前記発光部から発光されかつ前記皮膚模擬部を透過した光の反射率が時系列的に変化可能な反射率変化部と、前記反射率変化部に反射率制御信号を送り前記反射率変化部の反射率の変化を制御する反射率変化制御部と、前記反射率制御信号に同期した信号を外部に出力する同期信号出力部と、を備えている。

第１実施形態による生体センサ検査装置を示すブロック図。 第１実施形態の生体センサ検査装置の概観を示す斜視図。 第１実施形態における反射率変化制御部と反射率変化部の関係を示す図。 第１実施形態における反射率変化部を示す図。 第１実施形態に用いられる反射型光電脈波センサにおける光の経路を説明する図。 反射型光電脈波センサで検出される光の成分を説明する図。 第１実施形態の生体センサ検査装置の動作を説明するフローチャート。 第１実施形態の生体センサ検査装置によって得られる信号の波形図。 第１実施形態の第１変形例における反射率変化部を示す斜視図。 第１実施形態の第２変形例における反射率変化部を示す斜視図。 第２変形例における反射率変化部の機構を示す図。 第１実施形態の第３変形例における反射率変化部を示す平面図。 第１実施形態の第３変形例による生体センサ検査装置の動作を説明するフローチャート。 第１実施形態の第３変形例によって得られる信号の波形図。 第１実施形態の第４変形例における同期信号出力部を示すブロック図。 第４変形例の生体センサ検査装置の動作を説明するフローチャート。 第４変形例によって得られる信号の波形図。 第２実施形態による生体センサ検査装置の反射率変化部を示すブロック図。 第２実施形態の生体センサ検査装置の動作を説明するフローチャート。 第３実施形態による生体センサ検査装置を示すブロック図。 第３実施形態の生体センサ検査装置によって得られる信号の波形図。 第４実施形態による生体センサ検査方法の手順を示すフローチャート。

以下に、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態による生体センサ検査装置（以下、検査装置ともいう）について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、第１実施形態の生体センサ検査装置１を示すブロック図である。また、図２は、装置１の概観を示す斜視図である。

この第１実施形態の検査装置１は、発光部２２および受光部２４を有する反射型光電脈波センサ２０を検査する装置であって、皮膚模擬部１１と、反射率変化制御部１２と、同期信号出力部１３と、反射率変化部１４と、を備えている。

皮膚模擬部１１は、生体の皮膚表面での光の反射および、皮膚における光の散乱を模擬するものであって、例えば図２に示すように、生体センサ２０と、反射率変化部１４との間に配置される。この皮膚模擬部１１は、光半透過性の材質から形成され、望ましくはランバーシアン（Lambertian）特性を有する。また、皮膚模擬部１１は、想定する生体センサ２０の使用対象者に合わせて交換可能な構造となっていてもよい。

反射率変化制御部１２は、反射率制御信号を反射率変化部１４に送り、反射率変化部１４の反射率を時系列的に変化させるように制御する。この反射率変化制御部１２は、例えば、図３に示すようにマイクロコンピュータ１２ａと、モータドライバ回路１２ｂと、ステッピングモータ１２ｃとにより構成することが可能である。このマイクロコンピュータ１２ａは、モータドライバ回路１２ｂに対して駆動信号を送信することにより、ステッピングモータ１２ｃの回転を自在に制御可能である。また、マイクロコンピュータ１２ａは、内部にメモリを備えており、ステッピングモータ１２ｃの所定の制御パターンを記憶しておくことができる。また、反射率変化制御部１２は、同期信号出力部１３に対して、ステッピングモータを制御する反射率制御信号と同期した信号を送信する機能も備える。

同期信号出力部１３は、反射率変化制御部１２から出力される反射率制御信号に同期した信号に応じて、外部の装置に対して反射率変化部１４の状態、すなわち反射率の変化に同期した信号を出力する。同期信号出力部１３から出力される同期信号は、反射型光電脈波センサ２０の検査の際の基準信号となる。この同期信号は、例えばＴＴＬ(Transistor-Transistor-Logic)レベルの単純なデジタル信号であってもよいし、そのほかＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)、Ｉ２Ｃ(Inter-Integrated Circuit)、ＳＰＩ、など公知の一般的なプロトコルに従った信号であってもよい。

反射率変化部１４は、生体センサ２０の受光部２４に入射する、血液の脈動に応じた光の量の変化を模擬するため、反射率が時系列的に変化する物体である。ここに示す第１実施形態においては、反射率変化部１４は、例えば図４に示すように、円周方向に異なる反射率を有する部分１４ａ、１４ｂが印刷された円板である。あるいは、印刷の代わりに、反射率の異なる材質の物体が表面に貼り付けてある円板であってもよい。図４においては、円板１４は、反射率の大きな扇形部分１４ａと反射率の小さな扇形部分１４ｂとが交互に配置された構成を有し、隣接する扇形部分１４ａと扇形部分１４ｂが一周期Ｄｐｅｒｉｏｄとして、周期的に変化する構成となっている。この円板１４は図４に示すような配置で反射率変化制御部１２のステッピングモータ１２ｃによって駆動され、自在に回転することが可能となっている。このステッピングモータ１２ｃは、マイクロコンピュータ１２ａによってモータドライバ回路１２ｂを介して制御される。図４に示す第１実施形態の反射率変化部１４は、図２に示すように、生体センサ２０に対向する面に平行な面内で回転する円板となる。すなわち。反射率変化部１４の回転軸は、生体センサ２０に対向する面に垂直となる。

生体センサ２０は、発光部２２および受光部２４が概ね同一平面上に配置された構成となっており、図２に示すように、本実施形態の生体センサ検査装置１の皮膚模擬部１１上に配置することが可能である。発光部２２から放射された光３０は、図５に示すように一部の光３２が皮膚模擬部１１の表面で反射され、反射率変化部１４に到達することなく、受光部２４に到達する。また、ある一部の光３４が皮膚模擬部１１を通過し反射率変化部１４の表面で反射された後、再び皮膚模擬部１１を通過して受光部２４へ到達する。

このような構成において、反射率変化部１４が回転した場合、生体センサ２０の受光部２４に到達する光は図６に示すように、皮膚模擬部４にて反射された一定の成分、すなわち反射光成分３２と、反射率変化部１４まで到達した変動する成分、すなわち反射光成分３４とを加算したものとなる。これは、反射型光電脈波センサ２０を実際の生体に装着した場合に得られる信号と類似した物となる。

（動作）
次に、本実施形態の生体センサ検査装置１の動作について、図７に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

まず、反射率変化制御部１２は、反射率変化部１４を構成する円板の位置をゼロ点に合わせる（ステップ１０１）。ここでゼロ点の合わせには、例えばリミットスイッチのような機構を用いることができる。

次に、反射率変化制御部１２は同期信号出力部１３に対し、同期信号を出力するように命令する。同期信号出力部１３は、その命令を受けて外部に同期信号を出力する（ステップ１０２）。

その後、反射率変化制御部１２は、反射率変化部１４に対して駆動信号を送信し、反射率変化部１４を駆動する。反射率変化制御部１２は、上記駆動信号を送信した回数を記憶する第１カウンタ（図示せず）を備えており、この第１カウンタの第１カウント値をＮｄとして、上記駆動信号を送信する毎に第１カウント値Ｎｄを１だけインクリメントする（ステップ１０３）。

反射率変化制御部１２は、第１カウント値Ｎｄが第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔに達したか否かを判定する（ステップ１０４）。なお、駆動信号１回につき、反射率変化部１４の円板がＤｄ［度］回転すると仮定して、図４に示すように、Ｄｐｅｒｉｏｄ［度］を周期として、反射率の大小が周期的に変化する場合には、第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔは、Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔ＝Ｄｐｅｒｉｏｄ／Ｄｄにより定められる。第１カウント値Ｎｄが、第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔとなった場合には、第１カウント値Ｎｄを初期化し、すなわちＮｄ＝０とした上で（ステップ１０５）へ進む。また、反射率変化制御部１２は、反射率の変化の周期が変化した回数（第２カウント値）Ｎｂｅａｔを記憶する第２カウンタ（図示せず）を備えており、第１カウンタの第１カウント値Ｎｄが第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔとなる毎に、第２カウント値Ｎｂｅａｔを１だけインクリメントする。第１カウント値Ｎｄが第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔに等しくない場合にはステップ１０３へ戻り、上述したステップを繰り返す。

反射率変化制御部１２は、第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔに達したか否かを判定する（ステップ１０５）。ここで、第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔは予め定められた定数である。第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔとなった場合、処理を終了する。第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔに等しくない場合には、ステップ１０２へ戻り、上述したステップを繰り返す。

以上のような動作によって、図８に示すような信号波形が得られる。このときの生体センサ２０の出力を調べることにより、生体センサ２０が所望の性能を保有しているか否かを検査することが可能となる。

また、本実施形態の生体センサ検査装置１自体に生じる振動とは異なる周期で反射率が変化するため、ノイズの影響を受けないより正確な検査を行うことができる。

（第１変形例）
次に、本実施形態の第１変形例による生体センサ検査装置について、図９を参照して説明する。この第１変形例の生体センサ検査装置は、第１実施形態の生体センサ検査装置において反射率変化部１４を図９に示す反射率変化部１４Ａに置き換えた構成を有している。この反射率変化部１４Ａは、図９に示すように、円筒の外周上に異なる反射率を有する部分１４Ａａ、１４Ａｂが印刷された構成を有している。図９に示す第１変形例の反射率変化部１４Ａは、図２に示す場合と異なり、生体センサ２０に対向する面に垂直な面内で回転する円筒となる。すなわち。反射率変化部１４Ａの回転軸は、生体センサ２０に対向する面に平行となる。

この第１変形例も第１実施形態と同様に、生体センサ検査装置自体に生じる振動とは異なる周期で反射率が変化するため、ノイズの影響を受けないより正確な検査を行うことができる。

（第２変形例）
次に、本実施形態の第２変形例による生体センサ検査装置について、図１０および図１１を参照して説明する。この第２変形例の生体センサ検査装置は、第１実施形態の生体センサ検査装置において、反射率変化部１４を図１０に示す反射率変化部１４Ｂに置き換えた構成を有している。この反射率変化部１４Ｂは、平板の上に反射率の異なる部分１４Ｂａ、１４Ｂｂが印刷された構成を備えている。そして、部分１４Ｂａ、１４Ｂｂが一組となって複数組み印刷されている。この反射率変化部１４Ｂは、図１１に示すようにステッピングモータの回転運動を平行運動に変換するピニオン１４ｃおよびラック１４ｄのような機構を備えていてもよい。ピニオン１４ｃは、モータ１２ｃの回転軸の外周に設けられ、ラック１４ｄは、部分１４Ｂａ、１４Ｂｂが印刷された平板の面と反対側に設けられる。

また、ステッピングモータ、ピニオン１４ｃ、およびラック１４ｄの代わりに、リニアモータを用いて反射率変化部１４Ｂを移動させる構成に置き換えることも可能である。

この第２変形例も第１実施形態と同様に、生体センサ検査装置自体に生じる振動とは異なる周期で反射率が変化するため、ノイズの影響を受けないより正確な検査を行うことができる。

（第３変形例）
ところで、人の心拍数は概ね６０拍／分であるが、この値は状況によって変化し、例えば３０拍／分のような場合もあれば、２００拍／分のような場合もあり得る。このような心拍数の変化を想定した生体センサの検査を第１実施形態の生体センサ検査装置で行う場合には、図７に示すステップ１０３において、モータに対して送信する駆動信号のパルスの回数を増減させることによりモータの回転数を変化させることで可能となる。

しかし、以下に示す第１実施形態の第３変形例でも可能となる。この第３変形例による生体センサ検査装置について、図１２および図１３を参照して説明する。この第３変形例の生体センサ検査装置は、第１実施形態の生体センサ検査装置において、反射率変化部１４を図１２に示す反射率変化部１４Ｃに置き換えた構成を有している。図１２は、本変形例の検査装置の反射率変化部１４Ｃを示す平面図である。この反射率変化部１４Ｃは、円周方向に異なる反射率を有する部分１４Ｃａ、１４Ｃｂが交互に印刷された円板である。そして、この反射率変化部１４Ｃは、反射率の異なる部分１４Ｃａ、１４Ｃｂを一組として、各組の周期が異なる構成を有している。この反射率変化部１４Ｃは、例えば図１２に示すように、第１周期Ｄｐｅｒｉｏｄ１、第２周期Ｄｐｅｒｉｏｄ２、第３周期Ｄｐｅｒｉｏｄ３、第４周期Ｄｐｅｒｉｏｄ４を有し、これらの周期Ｄｐｅｒｉｏｄ１、Ｄｐｅｒｉｏｄ２、Ｄｐｅｒｉｏｄ３、Ｄｐｅｒｉｏｄ４のうち少なくとも１つが他の周期と異なる関係を満たす円板となっている。例えば、図１２においては、Ｄｐｅｒｉｏｄ１＝Ｄｐｅｒｉｏｄ２＜Ｄｐｅｒｉｏｄ３＜Ｄｐｅｒｉｏｄ４の関係を満たす。なお、図１２では、４周期となっているが、２以上の任意の周期Ｎを有するように構成してもよい。また、反射率変化制御部１２は、この周期Ｄｐｅｒｉｏｄのテーブルを予め内部に記憶しており、以下の説明では、ｉ番目の周期の値をそれぞれＤｐｅｒｉｏｄ［ｉ］として表記する。

（第３変形例の動作）
本変形例の生体センサ検査装置における動作の詳細を図１３に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、反射率変化制御部１２は、反射率変化部１４Ｃを構成する円板の位置をゼロ点に合わせる（ステップ２０１）。ここでゼロ点の合わせには、例えばリミットスイッチのような機構を用いることができる。

次に、反射率変化制御部１２は同期信号出力部１３に対し、同期信号を出力するように命令する。同期信号出力部１３は、その命令を受けて外部に同期信号を出力する（ステップ２０２）。

その後、反射率変化制御部１２は、反射率変化部１４Ｃに対して駆動信号を送信し、反射率変化部１４Ｃを駆動する。反射率変化制御部１２は、上記駆動信号を送信した回数を記憶する第１カウンタ（図示せず）を備えており、この第１カウンタの第１カウント値をＮｄとして、上記駆動信号を送信する毎に第１カウント値Ｎｄを１だけインクリメントする（ステップ２０３）。

反射率変化制御部１２は、第１カウント値Ｎｄが第１所定値（Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔ）に達したか否かを判定する（ステップ２０４）。ここで、第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔは図７に示す処理とは異なり、一定の値ではなく周期の回数に応じてその都度定められる（後述するステップ２０６参照）。ただし、第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔの初期値は、Ｄｐｅｒｉｏｄ［１］／Ｄｄである。第１カウント値Ｎｄが、第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔとなった場合には、第１カウント値Ｎｄを初期化し、すなわちＮｄ＝０とした上でステップ２０５へ進む。また、反射率変化制御部１２は、反射率の変化の周期が変化した回数（第２カウント値）Ｎｂｅａｔを記憶する第２カウンタ（図示せず）を備えており、第１カウンタの第１カウント値Ｎｄが第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔとなる毎に、第２カウント値Ｎｂｅａｔを１だけインクリメントする。第１カウント値Ｎｄが第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔに等しくない場合にはステップ２０３に戻り、上述したステップを繰り返す。

反射率変化制御部１２は、第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値（Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔ）に達したか否かを判定する（ステップ２０５）。ここで、第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔは予め定められた定数である。第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔとなった場合、処理を終了する。第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔに等しくない場合には、ステップ２０６へ進む。

そして、反射率変化制御部１２は、自らが保持している反射率の変化の周期が変化した回数を記憶する第２カウンタの第２カウント値Ｎｂｅａｔを参照し、第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔの値を更新する（ステップ２０６）。ここで、第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔの値は、Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔ＝Ｄｐｅｒｉｏｄ［Ｎｂｅａｔ］／Ｄｄである。その後、ステップ２０２に戻り、上述したステップを繰り返す。

この第３変形例においては、上記動作によって図１４に示す信号波形が得られる。ステップ２０３においてモータに対して送信する駆動信号の数を一定に保ったまま、反射率変化の周期を変動させることが可能となる。これは、反射率変化部１４Ｃを駆動するモータの回転速度を一定に保つことが可能であることを意味する。したがって、この第３変形例による生体センサ検査装置に生じる振動の周波数も変化しない。これにより、異なる周期の脈拍数を再現しようとした際に、振動によって生じるノイズの周期もそれに伴って変化してしまうことを防ぐことが可能となる。

この第３変形例は、図９に示す第１変形例および図１０に示す第２変形例にも適用することができる。

（第４変形例）
いくつかの種類の生体センサでは、光電脈波だけでなく、例えば心電図といった異なる生体信号波形を同時に測定する機能を有している。このような生体センサにおいては、光電脈波と心電図の波形が同時に計測できているかを検査することが求められる。このような用途に対しては、以下に示す第４変形例により対応が可能である。

この第４変形例による生体センサ検査装置は、第１実施形態の生体センサ検査装置において、同期信号出力部１３を図１５に示す同期信号出力部１３Ａに置き換えた構成を有している。図１５は、本変形例における同期信号出力部１３Ａを示すブロック図である。この同期信号出力部１３Ａは、Ｄ／Ａコンバータ１３ａと、減衰回路１３ｂとを備えている。Ｄ／Ａコンバータ１３ａは、反射率変化制御部１２からのデジタル信号に応じたアナログ信号に変換し、出力する。このアナログ信号は減衰回路３ｂを経て振幅を数ミリボルトに調整された後、生体センサ２０の心電図検出センサに対して供給される。

また、本変形例においては、反射率変化制御部１２は内部に心電図波形を記憶したテーブルを有しており、同期信号出力部１３Ａに対してその記憶内容を逐次送信可能な機能を有している。ここで、送信プロトコルにはＴＴＬレベルのパラレル伝送や、ＵＡＲＴ、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩなど任意の方式を用いることができる。なお、テーブルのｉ番目の値をＥＣＧ［ｉ］と表記する。

（第４変形例の動作）
本変形例における動作を図１６に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、反射率変化制御部１２は、反射率変化部１４の位置をゼロ点に合わせる（ステップ３０１）。ここでゼロ点の合わせには、例えばリミットスイッチのような機構を用いることができる。

次に、反射率変化制御部１２は同期信号出力部１３Ａに対し、同期信号を出力するように命令する。同期信号出力部１３Ａは、その命令を受けて外部に同期信号を出力する（ステップ３０２）。更に、反射率変化制御部１２は、同期信号出力部１３Ａに対して駆動信号を送信した回数を記憶する第１カウンタの第１カウント値Ｎｄを参照し、同期信号出力部１３Ａに対してＥＣＧ［Ｎｄ］の値を送信する。同期信号出力部１３Ａは、このＥＣＧ［Ｎｄ］の値をＤ／Ａコンバータ１３ａを介して出力する（ステップ３０２）。

その後、反射率変化制御部１２は、反射率変化部１４に対して駆動信号を送信し、反射率変化部１４を駆動する。反射率変化制御部１２は、上記駆動信号を送信する毎に第１カウント値Ｎｄを１だけインクリメントする（ステップ３０３）。

反射率変化制御部１２は、第１カウント値Ｎｄが第１所定値（Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔ）に達したか否かを判定する（ステップ３０４）。なお、駆動信号１回につき、反射率変化部１４の円板がＤｄ［度］回転すると仮定して、図４に示すように、Ｄｐｅｒｉｏｄ［度］を周期として、反射率の大小が周期的に変化する場合には、上記第１所定値（Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔ）は、Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔ＝Ｄｐｅｒｉｏｄ／Ｄｄにより定められる。第１カウント値Ｎｄが、第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔとなった場合には、第１カウント値Ｎｄを初期化し、すなわちＮｄ＝０とした上でステップ３０５へ進む。また、反射率変化制御部１２は、反射率の変化の周期が変化した回数（第２カウント値）Ｎｂｅａｔを記憶する第２カウンタ（図示せず）を備えており、第１カウンタの第１カウント値Ｎｄが第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔとなる毎に、第２カウント値Ｎｂｅａｔを１だけインクリメントする。第１カウント値Ｎｄが第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔに等しくない場合にはステップ３０２に戻り、上述したステップを繰り返す。

反射率変化制御部１２は、第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値（Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔ）に達したか否かを判定する（ステップ３０５）。ここで、第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔは予め定められた定数である。第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔとなった場合、処理を終了する。第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔに等しくない場合には、ステップ３０２に戻り、上述したステップを繰り返す。

以上のような動作によって、図１７に示すような信号波形が得られる。このときの生体センサ２０の出力を調べることにより、生体センサ２０が所望の性能、すなわち光電脈波に加えて心電図の検出に関して生体センサが所望の性能を保有しているか否かを検査することが可能となる。

なお、この第４変形例では、心電図の例を示したが他にも心音図（音響信号）、インピーダンスカーディオグラフ（電気抵抗）、呼吸（空気流量など）他の各種の生体信号についても、同様に模擬的な信号を出力し、それを測定する機能を検査することが可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態の生体センサ検査装置について図１８を参照して説明する。図１８は、第２実施形態の生体センサ検査装置における反射率変化部１４Ｄを示す図である。この第２実施形態の生体センサ検査装置１Ａは、発光部２２および受光部２４を有する反射型光電脈波センサ２０を検査する装置であって、第１実施形態の生体センサ検査装置において、反射率変化部１４を反射率変化部１４Ｄに置き換えた構成を有している。この反射率変化部１４Ｄは、血液の脈動に応じた生体センサの受光部に入射する光の量の変化を模擬するため、反射率が時系列的に変化する物体である装置であり、この第２実施形態においては、反射光型液晶表示器を用いている。すなわち、反射率変化部１４Ｄは、偏光板１４Ｄａと、液晶層１４Ｄｂと、偏光板１４Ｄｃと、反射板１４Ｄｄとを備えている。

生体センサ２０の発光部２０ａから出射された光３０は、一部の光３２が皮膚模擬部１１によって反射され、生体センサ２０の受光部２０ｂによって受光される。発光部２０ａから出射された光３０のうちの他の光は、が皮膚模擬部１１、偏光板１４Ｄａ、液晶層１４Ｄｂ、および偏光板１４Ｄｃを透過して、反射板１４Ｄｄに到達し、反射板１４Ｄｄによって反射される。この反射された光３４は、偏光板１４Ｄｃ、液晶層１４Ｄｂ、偏光板１４Ｄａ、および皮膚模擬部１１を透過して、受光部２０ｂによって受光される。この反射される光３４が液晶層１４Ｄｂに対して印加される電圧により変化する。ここで、液晶層１４Ｄｂに対して印可される電圧は、反射率変化制御部１２からの信号によって決定される。

反射率変化制御部１２は、反射率変化部１４Ｄの反射率を時系列的に変化させるように制御する。例えば、図示しないマイクロコンピュータと、図示しない液晶ドライバ回路とにより構成することが可能である。マイクロコンピュータは、液晶ドライバ回路に対して信号を送信することにより、反射率変化部１４Ｄの反射率を自在に制御可能である。また、マイクロコンピュータは、内部にメモリを備えており、所定の液晶制御パターンのテーブルを記憶しておくことができる。

また、反射率変化制御部１２は、後述する同期信号出力部１３に対して、液晶の制御と同期した信号を送信する機能も備える。

第２実施形態の生体センサ検査装置１Ａの動作について、図１９に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、反射率変化制御部１２は、反射率変化部１４Ｄの液晶層１４Ｄｂの反射率を所定の初期値に設定する（ステップ４０１）。

次に、反射率変化制御部１２は同期信号出力部１３に対し、同期信号を出力するように命令する。同期信号出力部１３は、その命令を受けて外部に同期信号を出力する（ステップ４０２）。

反射率変化制御部１２は、内部に保持している第１カウンタ（図示せず）の第１カウント値Ｎｒを参照し、この第１カウント値Ｎｒに対応する反射率となるように、反射率変化部１４Ｄの液晶層１４Ｄｂに所定の電圧を印可する（ステップ４０３）。ここで、所定の電圧の値は、心拍１周期分の値をＮｒ＿Ｌｉｍｉｔ個に離散化された値が反射率変化制御部１２の内部に予め記憶されているものとする。また、反射率変化制御部１２は内部に保持している第１カウント値Ｎｒを１だけインクリメントする。

反射率変化制御部１２は、カウント値Ｎｒが第１所定値Ｎｒ＿Ｌｉｍｉｔに達したか否かを判定する（ステップ４０４）。第１カウント値Ｎｒが第１所定値Ｎｒ＿Ｌｉｍｉｔに等しくなった場合には、第１カウント値Ｎｒを０とした初期化を行った上で、ステップ４０５へ進む。また、反射率変化制御部１２は、反射率の変化の周期が変化した回数（Ｎｂｅａｔ）を記憶する第２カウンタ（図示せず）を備えており、第１カウント値Ｎｒが第１所定値Ｎｒ＿Ｌｉｍｉｔとなる毎に、第２カウンタの第２カウント値Ｎｂｅａｔを１だけインクリメントする。第１カウント値Ｎｒが第１所定値Ｎｒ＿Ｌｉｍｉｔに等しくない場合には、ステップ４０３に戻り、上述したステップを繰り返す。

反射率変化制御部１２は、第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値（Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔ）に達したか否かを判定する（ステップ４０５）。ここで、第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔは予め定められた定数である。第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔとなった場合に処理を終了する。第２カウント値Ｎｂｅａｔが第２所定値Ｎｂｅａｔ＿Ｌｉｍｉｔに等しくない場合には、ステップ４０２に戻り、上述したステップを繰り返す。

このような動作を行うことにより、図８に示す信号波形と同様な信号波形が得られる。ただし、図８において、第１カウント値Ｎｄおよび第１所定値Ｎｄ＿Ｌｉｍｉｔはそれぞれ第１カウント値Ｎｒおよび第１所定値Ｎｒ＿Ｌｉｍｉｔに置き換わる。このときの生体センサ２０の出力を調べることにより、生体センサ２０が所望の性能を保有しているか否かを検査することが可能となる。

また、本実施形態においては、反射率を変化させるための機械的な振動は生じないため、生体センサ検査装置の固有振動数と異なる周期で反射率を制御することにより、振動によるノイズの影響をより受けにくい検査を行うことができる。

（第３実施形態）
第３実施形態による生体センサ検査装置について図２０を参照して説明する。図２０は、第３実施形態による生体センサ検査装置を示すブロック図である。この第３実施形態の生体センサ検査装置１Ｂは、発光部４２および受光部４４を有する透過型光電脈波センサ４０を検査する装置であって、皮膚模擬部１１ａ、１１ｂと、透過率変化制御部１６と、透過率変化部１７と、同期信号出力部１８と、を備えている。

皮膚模擬部１１ａ、１１ｂはそれぞれ、透過率変化部１７の上部および下部に配置され、光半透過性の材質で形成され、望ましくはランバーシアン特性を有する。また、想定する生体センサ４０の使用対象者に合わせて交換可能な構造となっていてもよい。この皮膚模擬部１１ａ、１１ｂは生体における光の透過および拡散を模擬する。

透過率変化部１７は、血液の脈動に応じた生体センサ４０の受光部４４に入射する光の量の変化を模擬するため、透過率が時系列的に変化する物体である。この第３実施形態では、図４に示ものと同様の円板で、円板の円周方向に異なる透過率の部分が印刷された構成を有している。すなわち、透過率変化部１７は、図４に示す反射率変化部１４において、反射率が異なる部分１４ａ、１４ｂをそれぞれ、透過率が異なる部分に置き換えた構成を有している。なお、印刷の代わりに異なる材質の物体が円板の表面に貼り付けてある構成であってもよい。この円板はステッピングモータによって駆動され、自在に回転することが可能となっている。同様に、透過率変化部は、図１０に示す第１実施形態の第２変形例における反射率変化部または図１２に示す第１実施形態の第３変形例における反射率変化部において、反射率が異なる部分１４ａ、１４ｂをそれぞれ、透過率が異なる部分に置き換えた構成を有していてもよい。

透過率変化制御部１６は、透過率制御信号を透過率変化部１７に送り、透過率変化部１４の透過率を時系列的に変化させるように制御する。この透過率変化制御部１６は、第１実施形態で説明した反射率変化制御部と同様に、例えば図３に示すようにマイクロコンピュータと、モータドライバ回路と、ステッピングモータとにより構成することが可能である。このマイクロコンピュータは、モータドライバ回路に対して駆動信号を送信することにより、ステッピングモータの回転を自在に制御可能である。また、マイクロコンピュータは、内部にメモリを備えており、ステッピングモータの所定の制御パターンを記憶しておくことができる。また、透過率変化制御部１６は、同期信号出力部１８に対して、ステッピングモータを制御する透過率制御信号に同期した信号を送信する機能も備える。

同期信号出力部１８は、透過率変化制御部１６から出力される透過率制御信号に応じて、外部の装置に対して透過率変化部１７の状態、すなわち透過率の変化に同期した信号を出力する。ここで出力される同期信号は、例えばＴＴＬレベルの単純なデジタル信号であってもよいし、そのほかＵＡＲＴ、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ、など公知の一般的なプロトコルに従った信号であってもよい。

生体センサ４０は、発光部４２および受光部４４が概ね対向する位置関係に配置された構成となっており、発光部４２および受光部４４が、皮膚模擬部１１ａ、透過率変化部１７、皮膚模擬部１１ｂを挟み込むように配置される。発光部４２から放射された光は皮膚模擬部１１ａ、透過率変化部１７、皮膚模擬部１１ｂを透過し、受光部４２に到達する。

このような構成において、反射率変化部１７が回転した場合、生体センサ４０の受光部４４に到達する光は、図２１に示すように、透過率変化部１７の透過率の変化に応じた時系列となる。これは、透過型光電脈波センサ４０を実際の人体に装着した場合に得られる信号と類似した物となる。

本実施形態の生体センサ検査装置の動作は、第１実施形態において、反射率変化部を透過率変化部と読み替えれば、図７に示す第１実施形態における処理フローとまったく同一となる。

以上のような処理によれば、図８に示す波形と同様な信号波形が得られる。このときの生体センサ４０の出力を調べることにより、透過光型光電脈波の検出機能を有する生体センサ４０が所望の性能を保有しているか否かを検査することが可能となる。

（第４実施形態）
第４実施形態の生体センサ検査方法について、図２２を参照して説明する。この第４実施形態の生体センサ検査方法は、第１乃至第３実施形態およびそれらの変形例のいずれかに記載された生体センサ検査装置を用いて、生体センサの検査を行う。

まず、検査対象となる生体センサを生体センサ検査装置上に設置する（ステップ５０１）。ここで、生体センサ検査装置とは、第１乃至第３実施形態およびそれらの変形例のいずれかに記載された装置である。また、生体センサとは、少なくとも反射光型もしくは透過光型の生体センサにより脈拍数を検出する機能を有する生体センサを示す。

次に、検査対象となる生体センサを稼働状態とし、生体センサから得られる出力値を確認可能な状態とする。また、生体センサ検査装置も生体センサと同時に稼働状態とする（ステップ５０２）。生体センサ検査装置は稼働状態となると、第１乃至第３実施形態およびそれらの変形例のいずれかにおいて記述した動作を行い、生体センサに対して擬似的な生体信号を入力可能な状態とする。

続いて、生体センサの出力値を確認する（ステップ５０３）。ここで、出力値を確認する手段としてはオシロスコープのような一般的な波形観測機器を用いてもよいし、生体センサの出力値がシリアル通信信号であったりする場合には、当該プロトコルの信号を受信する機能を有する機器であってもよい。また、この際には生体センサ検査装置の出力する同期信号も同時に確認する。

次に、生体センサの出力する信号の振幅の値および周波数の値、生体センサ検査装置から出力される同期信号と生体センサの出力信号との位相差の値、あるいはこれらの値を元に算出される値が、許容値の範囲内であるかを確認する（ステップ５０４）。ここで、許容値の値は予め定められているものとする。生体センサの出力する値が許容範囲内であった場合、ステップ５０５へ進み、生体センサの出力する値が許容範囲外であった場合にはステップ５０６へ進む。

ステップＳ５０５では、当該の生体センサは、予め定められた性能基準を満たしており検査に合格したと判定する。

ステップＳ５０６では、当該の生体センサは、予め定められた性能基準を満たしておらず、検査に不合格であると判定する。

なお、以上説明した手順は、機械的に実施され自動化されていても構わない。以上に記した手順を実行することにより、当該の生体センサが、所望の性能を有しているかを検査することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１、１Ａ、１Ｂ 生体センサ検査装置
１１、１１ａ、１１ｂ 皮膚模擬部
１２ 反射率変化制御部
１２ａ マイクロコンピュータ
１２ｂ モータドライバ
１２ｃ ステッピングモータ
１３ 同期信号出力部
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ 反射率変化部
１４ａ 部分
１４ｂ 部分
１６ 透過率変化制御部
１７ 透過率変化部
１８ 同期信号出力部
２０ 反射型光電脈波センサ
２２ 発光部
２４ 受光部
３０ 入射光
３２ 反射光
３４ 反射光
４０ 透過型光電脈波センサ
４２ 発光部
４４ 受光部

Claims (12)

1. 皮膚に入射する光を発光する発光部および前記皮膚から反射される反射光を受光する受光部を備え、脈拍を検知する反射型の光電脈波センサを検査する生体センサ検査装置であって、
   前記光電脈波センサに近接して配置され、前記皮膚の血流を模擬する光透過性の皮膚模擬部と、
   前記皮膚模擬部に対して前記光電脈波センサと反対側に設けられ、前記光電脈波センサの前記発光部から発光されかつ前記皮膚模擬部を透過した光の反射率が時系列的に変化可能な反射率変化部と、
   前記反射率変化部を駆動するモータを有し、前記反射率変化部に反射率制御信号を送り前記反射率変化部の反射率の変化を制御する反射率変化制御部と、
   前記反射率制御信号に同期した信号を外部に出力する同期信号出力部と、
   を備え、前記反射率変化部は、前記モータの回転速度の周期と異なる周期で変化する、生体センサ検査装置。
2. 前記反射率変化部は、回転方向に異なる反射率を有する少なくとも２つの部分を備え、前記モータによって駆動される回転体であり、前記少なくとも２つの部分の反射率の変化の周期が前記回転体内において少なくとも２周期存在する請求項１記載の生体センサ検査装置。
3. 前記反射率変化部は、移動方向に異なる反射率を有する少なくとも２つの部分を備え、前記モータによって駆動される移動体であり、前記少なくとも２つの部分の反射率の変化の周期が前記移動体内において少なくとも２周期存在する請求項１記載の生体センサ検査装置。
4. 前記少なくとも２周期のうちの１つの周期は他の周期と異なる請求項２または３記載の生体センサ検査装置。
5. 皮膚に入射する光を発光する発光部および前記皮膚から反射される反射光を受光する受光部を備え、脈拍を検知する反射型の光電脈波センサを検査する生体センサ検査装置であって、
   前記光電脈波センサに近接して配置され、前記皮膚の血流を模擬する光透過性の皮膚模擬部と、
   前記皮膚模擬部に対して前記光電脈波センサと反対側に設けられ、前記光電脈波センサの前記発光部から発光されかつ前記皮膚模擬部を透過した光の反射率が時系列的に変化可能でかつ前記生体センサ検査装置の固有振動数の周期と異なる周期で変化する反射率変化部と、
   前記反射率変化部に反射率制御信号を送り前記反射率変化部の反射率の変化を制御する反射率変化制御部と、
   前記反射率制御信号に同期した信号を外部に出力する同期信号出力部と、
   を備え、
   前記反射率変化部は、反射光型液晶表示器である生体センサ検査装置。
6. 皮膚に入射する光を発光する発光部および前記皮膚を透過した透過光を受光する受光部を備え、脈拍を検知する透過型の光電脈波センサを検査する生体センサ検査装置であって、
   前記光電脈波センサの前記発光部と前記受光部との間に設けられ前記皮膚の血流を模擬する光透過性の第１皮膚模擬部、および前記第１皮膚模擬部と前記受光部との間に設けられ前記皮膚の血流を模擬する光透過性の第２皮膚模擬部と、
   前記第１および第２皮膚模擬部の間に設けられ、前記光電脈波センサの前記発光部から発光されかつ前記第１皮膚模擬部を透過した光の透過率が時系列的に変化可能な透過率変化部と、
   前記透過率変化部を駆動するモータを有し、前記透過率変化部に透過率制御信号を送り前記透過率変化部の透過率の変化を制御する透過率変化制御部と、
   前記透過率制御信号に同期した信号を外部に出力する同期信号出力部と、
   を備え、
   前記透過率変化部は、前記モータの回転速度の周期と異なる周期で変化する生体センサ検査装置。
7. 前記透過率変化部は、回転方向に異なる透過率を有する少なくとも２つの部分を備え、前記モータによって駆動される回転体であり、前記少なくとも２つの部分の透過率の変化の周期が前記回転体内において少なくとも２周期存在する請求項６記載の生体センサ検査装置。
8. 前記透過率変化部は、移動方向に異なる透過率を有する少なくとも２つの部分を備え、前記モータによって駆動される移動体であり、前記少なくとも２つの部分の透過率の変化の周期が前記移動体内において少なくとも２周期存在する請求項６記載の生体センサ検査装置。
9. 前記少なくとも２周期のうちの１つの周期は他の周期と異なる請求項７または８記載の生体センサ検査装置。
10. 前記同期信号出力部は、光電脈波以外の生体信号を模した信号波形を出力する請求項１乃至９のいずれかに記載の生体センサ検査装置。
11. 皮膚に光を入射し前記皮膚から反射される反射光を測定することにより脈拍を検知する反射型の光電脈波センサを検査する生体センサ検査装置を用いた検査方法であって、
    前記光電脈波センサに近接して配置され前記皮膚の血流を模擬する光透過性の皮膚模擬部に光を発射するステップと、
    前記皮膚模擬部からの反射光を測定するとともに、前記皮膚模擬部を透過しかつ前記皮膚模擬部に対して前記光電脈波センサと反対側に設けられかつモータによって駆動され、前記皮膚模擬部を透過した光の反射率が時系列的に変化可能でかつ前記モータの回転速度の周期と異なる周期で変化する反射率変化部によって反射された反射光を測定するステップと、
    前記測定された反射光に基づいて前記光電脈波センサが正常であるか否かを判定するステップと、
    を備えた生体センサ検査方法。
12. 皮膚に光を入射し前記皮膚を透過する透過光を測定することにより脈拍を検知する透過型の光電脈波センサを検査する生体センサ検査装置を用いた検査方法であって、
    前記光電脈波センサから発射される光を受ける、前記皮膚の血流を模擬する光透過性の第１皮膚模擬部、モータによって駆動され、前記第１皮膚模擬部を透過した光の透過率が時系列的に変化可能でかつ前記モータの回転速度の周期と異なる周期で変化する透過率変化部、および前記透過率変化部を透過した光を受ける、前記皮膚の血流を模擬する光透過性の第２皮膚模擬部を備えた検査装置に対して、前記光電脈波センサから光を発射するステップと、
    前記第１皮膚模擬部、前記透過率変化部、および前記第２皮膚模擬部を透過した透過光を測定するステップと、
    前記測定された透過光に基づいて前記光電脈波センサが正常であるか否かを判定するステップと、
    を備えた生体センサ検査方法。

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