WO2015056434A1

WO2015056434A1 - 生体信号測定器及び接触状態推定方法

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Publication number: WO2015056434A1
Application number: PCT/JP2014/005182
Authority: WO
Inventors: 憲彦御子柴; 児玉　敬; 岡本　明浩
Original assignee: 旭化成株式会社
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2015-04-23
Also published as: US20160242672A1; JP6190466B2; DE112014004760T5; JPWO2015056434A1

Abstract

　本発明は、生体信号測定器及び接触状態推定方法に関する。生体信号測定器（６０）は、生体に装着され、生体の生体信号を測定する生体信号測定器で、増幅器（６２ａ）とＡ／Ｄ変換器（６２ｂ）と処理部（６３）とｎ階差分信号出力部（６４ａ）と出力部（６５）とを備えている。増幅器（６２ａ）とＡ／Ｄ変換器（６２ｂ）は、生体信号センサ（６１）から生体信号を測定し、生体信号に対応する第１の信号を出力する生体信号測定部（６２）を構成している。時間変化率信号出力部（６４）は、第１の信号が入力され、第１の信号のｎ階時間変化率信号（ｎは１以上の整数）を出力するｎ階差分信号出力部（６４ａ）を備えている。処理部（６３）は、ｎ階時間変化率信号に基づいて、生体信号測定器（６０）と生体との接触状態を判定する接触状態判定部として機能する。

Description

生体信号測定器及び接触状態推定方法

　本発明は、生体信号測定器及び接触状態推定方法に関し、より詳細には、生体から皮膚導電率や脈波信号等の生体信号を測定し、生体信号測定器と生体との接触状態を判定する生体信号測定器及び接触状態推定方法に関する。

　従来から、精神活動状態を示すパラメータとして、皮膚電気活動（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｄｅｒｍａｌ　Ａｃｔｉｖｉｔｙ；ＥＤＡ）がある。このＥＤＡは、一般に、エクリン汗腺の活動による電気現象が表皮や汗腺管等の状態によって修飾されて出現すると言われており、発汗現象と深い関わりがある。
　また、この皮膚電気活動（ＥＤＡ）は、皮膚電位（ｓｋｉｎ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ａｃｔｉｖｉｔｉｙ；ＳＰＡ）と皮膚コンダクタンス（ｓｋｉｎ　ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ　ａｃｔｉｖｉｔｙ；ＳＣＡ）とに大別され、皮膚電位活動（ＳＰＡ）は、皮膚電位水準（ｓｋｉｎ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｌｅｖｅｌ；ＳＰＬ）と皮膚電位反射（ｓｋｉｎ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｒｅｆｌｅｘ；ＳＰＲ）に区別される。

　皮膚電位水準（ＳＰＬ）は、皮膚電位活動（ＳＰＡ）の直流成分で、このＳＰＬは、一般に、覚醒水準が高いとき（興奮しているとき）は陰性に高い値を示し、眠気を催したり、リラックスした状態ではＳＰＬが陽性方向に傾く。
　皮膚電位反射（ＳＰＲ）は、皮膚電位活動（ＳＰＡ）の交流成分で、痛覚，触覚，聴覚，視覚など外部環境変化による刺激や深呼吸・身体の動き、暗算や考え事をしてもＳＰＲが頻発する。ＳＰＲの振幅は、刺激の強さとほぼ直線的な関係があると言われている。
　これらの活動は、発汗神経活動の機能を反映していると考えられており、この活動を観測することで精神性発汗を定性的に知ることができる。
　また、皮膚電気活動（ＥＤＡ）は、皮膚表面内又は皮膚表面上で生物化学的プロセス及び生理的プロセスから生ずる電気的性質を表すものである。そして、この皮膚電気活動（ＥＤＡ）は、検流計を用いて計測することができ、つまり、皮膚表面上にある２つの部位間に一定電圧を印加し、これらの間を流れる電流を測定することによって動作し、電気コンダクタンスを計算する。この計測の時間に対するグラフは、２つの構成要素を有する。

　すなわち、低周波数の「強壮」（ｔｏｎｉｃ）成分（皮膚電気レベル（「ＥＤＬ」ともいう）及びそれよりも高い高周波数の「位相」（ｐｈａｓｉｃ）成分（皮膚電気応答（「ＥＤＲ」ともいう）である。低周波数成分の振幅は、個人間で大きく異なり、皮膚が環境における変化に順応して恒常性状態を達成するにしたがって経時的にゆっくりと変動する。高周波数成分は、ストレスが多い状況に対する個人の心理－肉体的反応に相関付けられるのである。このように、皮膚電気活動（ＥＤＡ）は、人間の心理状態を反映していると考えられており、ゲームや携帯情報端末への応用が研究されている。
　このように、皮膚導電率や皮膚電位変化などの皮膚電気活動は、人間の情動活動により変化することが知られており、いわゆる「うそ発見器」で計測される生体信号の１つである。昨今、皮膚電気活動は、心理学応用以外にも精神疾患の患者の診断、治療の進捗の判断の応用が研究されたり、体調管理や活動量の指標として健康機器（ウェルネス・ヘルスケア機器）に取り込まれるなどの事例がみられる。

　一方、日常生活でのストレスを制御する訓練の用途として、皮膚導電率を利用することは広く応用されている。例えば、米国　Ｗｉｌｄ　Ｄｉｖｉｎｅ，　Ｉｎｃ．が販売する、「Ｊｏｕｒｎｅｙ　ｔｏ　Ｗｉｌｄ　Ｄｉｖｉｎｅ」の商品群は、ビデオゲームの遊技者の皮膚導電率と血流脈波を測定し、血流脈波から心拍数を計数し、遊技者の情動変動からストレスの度合いを推定するもので、遊技者の情動変動が収まった状態でないと次の場面に進行できないようにすることで、情動変動を抑える精神訓練を行うような仕組みである（例えば、非特許文献１参照）。この結果、遊技者はストレスを制御することを訓練できる。
　このように、皮膚導電率やその他の生体信号（バイタルサイン）は、ストレスなどの情動変動を抑制する訓練に用いるバイオフィードバック応用として利用されてきたが、これは変動していない状態を検出するということに指標を置いた技術である場合が多い。

　また、例えば、特許文献１に記載のものは、涙滴型の形状の函体に電極を設けて皮膚導電率を測定する装置に関するもので、生物計測（バイオメトリック）センサ、つまり、ストレス管理及び娯楽用途に用いた好適なバイオフィードバック方法及びデバイスに関するものである。このセンサは、第１及び第２面を有する筐体を含み、これらの表面は、生物計測信号を検出するのに適した電極となっている。この筐体は、第１面と、皮膚電気信号を検出するように構成されている第２面と、処理エレメント又はフィルタ・エレメントのようなエレメントとを有する。エレメントは、第２面と電気的に通信しており、筐体内に配置されている。エレメントは皮膚電気信号をフィルタ処理するように構成されている。

　この特許文献１で示されている技術は、連続して測定された一連の皮膚導電率測定値のなかから、例えば、１６個の複数データごとにその傾きを最小二乗法で推定し、傾きに応じてアキュムレータを増加もしくは減少させ、アキュムレータが所定の閾値を越えた時点で所定のストレス状態に移行することで、具体的なイベントの抽出を必要とせずにユーザーの不安度を連続的に監視するものである（例えば、特許文献１の段落［００６８］［００６９］参照）。
　また、例えば、特許文献２に記載のものは、皮膚電気活動（ＥＤＡ）による生体信号もモニタリングしてユーザーの情緒状態を認識する情緒認識装置に関するものである。
　また、例えば、特許文献３には、生体情報時系列データから周波数分析等を行って特徴量を算出し、算出した特徴量と標準的な特徴量である参照値とを比較してノイズが混入しているかどうかを算出する装置が記載されている。

特開２０１０－５１８９１４号公報特開２００４－４７４号公報特開平０７－０５９７３８号公報

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗｉｌｄｄｉｖｉｎｅ．ｃｏｍ／ｃｏｍｐｌｅｔｅ－ｐｒｏｇｒａｍｓ／ｊｏｕｒｎｅｙ－ｔｏ－ｗｉｌｄ－ｄｉｖｉｎｅ－ｔｈｅ－ｐａｓｓａｇｅ－ｃｏｍｐｌｅｔｅ－ｗｉｔｈ－ｉｏｍ／

　上述した特許文献１や２に記載のものは、いずれも、生体に接触して生体信号を測定し、測定した生体信号から情動等の生体の状態を推定する生体信号測定器である。
　しかしながら、このように、生体と接触して生体信号を測定する生体信号測定器は、生体の動きに応じて生体と生体信号測定器との接触状態が変化することがある。接触状態が変化すると、生体信号の測定精度が下がる。つまり、生体信号測定器が測定した信号は、生体信号の割合が低くてノイズやアーチファクトが混入した信号となる。このように、接触状態が変化すると、情動等の生体の状態の推定に誤りが生じる。このため、推定誤りを低減したり、測定信号からノイズやアーチファクトを除去するためには、接触状態が変化したことを検出する必要がある。
　また、上述した特許文献３に記載の技術は、特徴量を算出し、記憶してある参照特徴量との差分を算出し、接触不良を判定するため、演算量が多くなるうえに、リアルタイムで精度良く生体との接触状態の変化を判定できないという問題があった。
　本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、リアルタイムで精度良く生体との接触状態の変化を判定できる生体信号測定器及び接触状態推定方法を提供することである。

　本発明の一態様によれば、以下の事項を特徴とする。
　（１）；生体に装着され、該生体の生体信号を測定する生体信号測定器であって、前記生体信号を測定し、該生体信号に対応する第１の信号を出力する生体信号測定部と、前記第１の信号が入力され、前記第１の信号のｎ階時間変化率信号（ｎは１以上の整数）を出力する時間変化率信号出力部と、前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態を判定する接触状態判定部と、を備えている。
　（２）；（１）において、前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記生体の情動変動を推定する情動変動推定部をさらに備えている。
　（３）；（２）において、前記情報変動推定部は、前記ｎ階時間変化率信号と第１の閾値とを比較して前記生体の情動変動を推定する。

　（４）；（２）又は（３）において、前記接触不良判定部は、前記ｎ階時間変化率信号と負の閾値とに基づいて、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する。
　（５）；（２）～（４）のいずれかにおいて、前記接触状態判定部は、前記ｎ階時間変化率信号が、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する。
　（６）；（２）～（４）のいずれかにおいて、前記接触状態判定部は、前記ｎ階時間変化率信号が、正の第４の閾値よりも高くなり負の第５の閾値よりも低くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する。
　（７）；（２）～（６）のいずれかにおいて、前記情動変動推定部は、前記接触状態判定部が、接触状態が変化したと判定したときに、対応する第１の時間の前記ｎ階時間変化率信号のデータを修正して第２の信号を生成し、該第２の信号に基づいて前記情動変動を推定する。

　（８）；（７）において、前記情動変動推定部は、前記第１の時間外の前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記第１の時間の前記ｎ階時間変化率信号のデータを修正する。
　（９）；（３）において、前記情動変動推定部は、前記第１の信号に応じて、前記第１の閾値を変化させる。
　（１０）；（９）において、前記情動変動推定部は、前記第１の閾値が、前記第１の信号の平均値に関する単調関数となるように前記第１の閾値を変化させる。
　（１１）；（１）において、前記接触状態判定部は、前記ｎ階時間変化率信号と負の閾値とに基づいて、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する。

　（１２）；（１）又は（１１）において、前記接触状態判定部は、前記ｎ階時間変化率信号が、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する。
　（１３）；（１）又は（１１）において、前記接触状態判定部は、前記ｎ階時間変化率信号が、正の第４の閾値よりも高くなり負の第５の閾値よりも低くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する。

　（１４）；（１１）～（１３）のいずれかにおいて、前記接触状態判定部は、接触状態が変化したと判定したときに、対応する第１の時間の前記第１の信号のデータを修正して第２の信号を生成する第１のデータ修正部をさらに有する。
　（１５）；（１４）において、前記第１のデータ修正部は、前記第１の時間外の前記第１の信号に基づいて、前記第１の時間の前記第１の信号のデータを修正する。
　（１６）；（１），（１２）又は（１３）において、前記時間変化率信号出力部は、前記第１の信号のｍ階時間変化率信号（ｍはｎよりも大きな整数）を出力し、前記ｎ階時間変化率信号と前記ｍ階時間変化率信号に基づいて、前記第１の信号が前記生体信号測定器と前記生体との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定する雑音信号判定部を備えている。

　（１７）；（１６）において、前記雑音信号判定部は、前記ｍ階時間変化率信号の振幅の前記ｎ階時間変化率信号の振幅に対する比が、第６の閾値よりも大きいときに前記雑音信号を含んでいると判定し、前記ｍ階時間変化率信号の振幅の前記ｎ階時間変化率信号の振幅に対する比が、第７の閾値よりも小さいときに前記雑音信号を含んでいないと判定する。
　（１８）；（１６）又は（１７）において、前記接触状態判定部は、前記雑音信号判定部が前記雑音信号を含んでいると判定したときに、対応する第２の時間の前記第１の信号のデータを修正して第３の信号を生成する第２のデータ修正部をさらに有する。

　（１９）；（１８）において、前記第２のデータ修正部は、前記第２の時間外の前記第１の信号に基づいて、前記第２の時間の前記第１の信号のデータを修正する。
　（２０）；（１６）又は（１７）において、前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記生体の情動変動を推定する情動変動推定部をさらに備え、前記情動変動推定部は、前記雑音信号判定部が前記雑音信号を含んでいると判定したときに、対応する第２の時間の前記ｎ階時間変化率信号のデータを修正して第３の信号を生成し、該第３の信号に基づいて前記情動変動を推定する。

　（２１）；（２０）において、前記情動変動推定部は、前記第２の時間外の前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記第２の時間の前記ｎ階時間変化率信号のデータを修正する。
　（２２）；（１）～（２１）のいずれかにおいて、前記第１の信号及び前記ｎ階時間変化率信号は、離散時間信号である。
　（２３）；（１）～（２２）のいずれかにおいて、前記生体信号測定部は、前記生体の皮膚に接触するよう構成された少なくとも１つの電極における電気的物理量を測定し、該電気的物理量に対応する信号を前記第１の信号として出力する電気的物理量測定部である。
　（２４）；（１）～（２２）のいずれかにおいて、前記生体信号測定部は、容積脈波センサから前記生体の脈波を測定し、該脈波に対応する信号を前記第１の信号として出力する。

　（２５）；生体に接触して生体信号を測定する生体信号測定器の接触状態を判定する接触状態推定方法であって、前記生体信号を測定し、該生体信号に対応する第１の信号を出力すること、前記第１の信号のｎ階時間変化率信号（ｎは１以上の整数）を出力すること、前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態を判定すること、を有する。
　（２６）；コンピュータにより、（２５）に記載の接触状態推定方法を実行するためのプログラムである。
　（２７）；（２６）に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

　本発明の一態様によれば、リアルタイムで精度良く生体との接触状態の変化を判定できる。

図１は、本発明に係る生体信号測定器の実施形態を説明するためのブロック図である。図２は、本発明に係る情動変動推定装置の実施形態１を説明するためのブロック図である。図３は、図２に示した電気的物理量測定部から得られる皮膚導電率値を示す図である。図４（ａ），（ｂ）は、皮膚導電率と１階差分信号と情動変動推定部の出力の波形図である。図５は、本発明に係る情動変動推定装置の実施形態２を説明するためのブロック図である。図６（ａ）～（ｃ）は、皮膚と電極との接触状態が瞬時に不良となるようなときの皮膚導電率と１階差分信号と２階差分信号の出力の波形図である。図７（ａ）～（ｃ）は、皮膚と電極との接触状態が変化するときの皮膚導電率と１階差分信号と２階差分信号の出力の波形図である。図８（ａ）～（ｃ）は、皮膚と電極との接触状態が小さな振幅で接触不良を繰り返したときの皮膚導電率と１階差分信号と２階差分信号の出力の波形図である。図９（ａ）～（ｄ）は、皮膚と電極との接触不良部の修正前と修正後の１階差分信号と２階差分信号の出力の波形図である。図１０（ａ），（ｂ）は、皮膚導電率が増加したときの皮膚導電率と１階差分信号と情動変動推定部の出力の波形図である。図１１は、本発明に係る情動変動推定装置の実施形態５を説明するためのブロック図である。図１２（ａ）～（ｃ）は、接触不良があるときとないときの１階差分と２階差分との振幅差を比較するための図である。図１３は、本発明に係る情動変動推定装置の実施形態６を説明するためのブロック図である。図１４は、本発明に係る情動変動推定装置の実施形態７を説明するためのブロック図である。図１５は、本発明に係る情動変動推定方法を説明するためのフローチャートを示す図である。図１６は、本発明に係る情動変動推定方法を説明するための他のフローチャートを示す図である。図１７は、発光源と受光素子を備え、発光素子からの光が生体を透過もしくは反射した光を受光素子にて受光し、受光素子の出力から脈拍信号を得る容積脈波測定装置のブロック図である。図１８（ａ）～（ｃ）は、測定された接触不良によるアーチファクト信号を含む容積脈波信号の例で、１階差分信号と２階差分信号も合わせて例示した波形図である。図１９（ａ），（ｂ）は、上述した各実施形態を実現するセンサ部の具体例を示す図である。

　以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
　以下、図面を参照して本発明の生体信号測定器及び接触状態推定方法の各実施形態について説明する。なお、各実施形態の説明において、情動変動推定装置を生体信号測定器の例として説明し、情動変動推定方法を接触状態推定方法の例として説明する。つまり、本発明は、情動変動推定装置や情動変動推定方法に限定されるものではない。

　図１は、本発明に係る生体信号測定器の実施形態を説明するためのブロック図である。図中符号６０は生体信号測定器、６２は生体信号測定部、６２ａは増幅器、６２ｂはＡ／Ｄ変換器、６３は処理部、６４は時間変化率信号出力部、６４ａはｎ階差分信号出力部、６５は出力部を示している。
　本実施形態の生体信号測定器６０は、生体に装着され、生体の生体信号を測定する生体信号測定器で、増幅器６２ａとＡ／Ｄ変換器６２ｂと処理部６３とｎ階差分信号出力部６４ａと出力部６５とを備えている。増幅器６２ａとＡ／Ｄ変換器６２ｂは、生体信号センサ６１から生体信号を測定し、生体信号に対応する第１の信号を出力する生体信号測定部６２を構成している。

　時間変化率信号出力部６４は、第１の信号が入力され、第１の信号のｎ階時間変化率信号（ｎは１以上の整数）を出力するｎ階差分信号出力部６４ａを備えている。
　処理部６３は、ｎ階時間変化率信号に基づいて、生体信号測定器６０と生体との接触状態を判定する接触状態判定部（図５における第１の判定部２１）として機能する。
　また、ｎ階時間変化率信号に基づいて、生体の情動変動を推定する情動変動推定部（図５における符号１５）をさらに備えている。情報変動推定部１５は、ｎ階時間変化率信号と第１の閾値とを比較して前記生体の情動変動を推定する。

　また、接触状態判定部２１は、ｎ階時間変化率信号と負の閾値とに基づいて、生体信号測定器６０と生体との接触状態が変化したと判定する。
　また、接触状態判定部２１は、ｎ階時間変化率信号が、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、生体信号測定器６０と生体との接触状態が変化したと判定する。
　また、接触状態判定部２１は、ｎ階時間変化率信号が、正の第４の閾値よりも高くなり負の第５の閾値よりも低くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、生体信号測定器６０と生体との接触状態が変化したと判定する。

　また、情動変動推定部１５は、接触状態判定部２１が、接触状態が変化したと判定したときに、対応する第１の時間のｎ階時間変化率信号のデータを修正して第２の信号を生成し、第２の信号に基づいて情動変動を推定する。
　また、情動変動推定部１５は、第１の時間外の前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、第１の時間のｎ階時間変化率信号のデータを修正する。
　また、情動変動推定部１５は、第１の信号に応じて、第１の閾値を変化させる。また、情動変動推定部１５は、第１の閾値が、第１の信号の平均値に関する単調関数となるように第１の閾値を変化させる。

　また、接触状態判定部２１は、接触状態が変化したと判定したときに、対応する第１の時間の第１の信号のデータを修正して第２の信号を生成する第１のデータ修正部６３，１５をさらに有する。
　また、第１のデータ修正部６３，１５は、第１の時間外の第１の信号に基づいて、第１の時間の第１の信号のデータを修正する。
　また、時間変化率信号出力部６４は、第１の信号のｍ階時間変化率信号（ｍはｎよりも大きな整数）を出力し、ｎ階時間変化率信号とｍ階時間変化率信号に基づいて、第１の信号が生体信号測定器６０と生体との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定する雑音信号判定部（図１１における第２の判定部）２２を備えている。

　また、雑音信号判定部２２は、ｍ階時間変化率信号の振幅のｎ階時間変化率信号の振幅に対する比が、第６の閾値よりも大きいときに雑音信号を含んでいると判定し、ｍ階時間変化率信号の振幅のｎ階時間変化率信号の振幅に対する比が、第７の閾値よりも小さいときに雑音信号を含んでいないと判定する。
　また、接触状態判定部２１は、雑音信号判定部２２が雑音信号を含んでいると判定したときに、対応する第２の時間の第１の信号のデータを修正して第３の信号を生成する第２のデータ修正部（図５における情動変動推定部）１５をさらに有する。

　また、第２のデータ修正部１５は、第２の時間外の第１の信号に基づいて、第２の時間の第１の信号のデータを修正する。
　また、ｎ階時間変化率信号に基づいて、生体の情動変動を推定する情動変動推定部１５をさらに備え、情動変動推定部１５は、雑音信号判定部２２が雑音信号を含んでいると判定したときに、対応する第２の時間のｎ階時間変化率信号のデータを修正して第３の信号を生成し、第３の信号に基づいて情動変動を推定する。
　また、情動変動推定部１５は、第２の時間外のｎ階時間変化率信号に基づいて、第２の時間のｎ階時間変化率信号のデータを修正する。
　また、第１の信号及びｎ階時間変化率信号は、離散時間信号である。
　また、生体信号測定部６２は、生体の皮膚に接触するよう構成された少なくとも１つの電極における電気的物理量を測定し、電気的物理量に対応する信号を第１の信号として出力する電気的物理量測定部である。
　また、生体信号測定部６２は、容積脈波センサ７１ａ，７１ｂから生体の脈波を測定し、脈波に対応する信号を第１の信号として出力する。

　本発明に係る接触状態推定方法は、生体に接触して生体信号を測定する生体信号測定器６０の接触状態を判定する接触状態推定方法である。
　生体信号を測定し、生体信号に対応する第１の信号を出力すること、第１の信号のｎ階時間変化率信号（ｎは１以上の整数）を出力すること、ｎ階時間変化率信号に基づいて、生体信号測定器６０と生体との接触状態を判定すること、を有する。
　また、コンピュータにより、上述した接触状態推定方法を実行するためのプログラムを備えている。また、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。

〈実施形態１〉
　図２は、本発明に係る情動変動推定装置の実施形態１を説明するためのブロック図である。図中符号１ａ，１ｂは電極、１０は情動変動推定装置、１１は電流源、１２は電気的物理量測定部、１２ａは増幅器（Ｉ／Ｖ変換）、１２ｂはＡ／Ｄ変換器、１３はデータ蓄積部、１４は差分信号出力部、１４ａはｎ階差分信号出力部、１５は情動変動推定部、１６は出力部を示している。
　本実施形態１の情動変動推定装置１０は、生体の皮膚電気活動を測定し、この生体の興奮状態の変動を推定する情動変動推定装置で、電気的物理量測定部１２と差分信号出力部１４と情動変動推定部１５とを備えている。情動変動推定装置１０は、生体が装着するリストバンド型電子機器等に内蔵される。

　電気的物理量測定部１２は、生体の皮膚に接触するよう構成された少なくとも１つの電極１ａ，１ｂにおける電気的物理量を測定し、この電気的物理量に対応する第１の信号ａを出力するもので、増幅器（Ｉ／Ｖ変換）１２ａとＡ／Ｄ変換器１２ｂを備えている。
　電気的物理量測定部１２は、生体から生体信号を測定し、生体信号に対応する第１の信号ａを出力する生体信号測定部である。
　また、差分信号出力部１４は、第１の信号ａの複数の時刻におけるデータが入力され、第１の信号ａのｎ階差分信号（ｎは１以上の整数；ｂ）を出力するもので、ｎ階差分信号出力部１４ａを備えている。ここで、ｎ階差分信号は、第１の信号ａのｎ階変化率信号である。また、ｎ階差分信号出力部１４ａは、第１の信号ａが入力され、第１の信号ａのｎ階時間変化率信号を出力する時間変化率信号出力部である。

　また、第１の信号ａ及びｎ階差分信号ｂは、離散時間信号である。また、ｎ階差分信号ｂは、第１の信号ａにおいて時間的に隣接するデータから得られた信号である。また、ｎ階差分信号ｂにおける整数ｎ＝１である。
　本実施形態１は、離散時間信号処理を行うものであるが、Ａ／Ｄ変換器を備えずに、連続時間信号処理を行ってもよい。この場合、ｎ階変化率信号は、ｎ階微分信号となり、時間変化率信号出力部は、ｎ階微分信号出力部となる。以下の各実施形態では、全て離散時間信号処理を行う構成について説明するが、連続時間信号処理を行う構成にしてもよい。
　また、情動変動推定部１５は、差分信号出力部１４からのｎ階差分信号ｂに基づいて、生体の情動変動を推定するものである。

　本実施形態１では、２つの電極１ａ，１ｂが生体の皮膚に接触するよう構成されており、一方の電極１ａに電流源から電流が供給される。この電流は、２つの電極１ａ，１ｂが生体の皮膚に接触している場合、一方の電極１ａから生体の皮膚を通じて他方の電極１ｂに流れる。そして、電気的物理量測定部１２は、他方の電極１ｂにおける電気的物理量を測定する。なお、電気的物理量とは、導電率、抵抗値、容量値、皮膚電位等の電気的な物理量である。
　本実施形態１では、電気的物理量測定部１２は、２つの電極１ａ，１ｂ間に流れる電流をＩ／Ｖ変換し、他方の電極１ｂにおける電圧を測定する増幅器１２と、測定した電圧をＡ／Ｄ変換して対応する離散時間信号であるディジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器１２ｂとで構成されている。ここで、Ａ／Ｄ変換器１２ｂが出力するディジタル信号は、２つの電極１ａ，１ｂが生体の皮膚に接触している場合、生体の導電率に応じた信号となる。
　Ａ／Ｄ変換器１２ｂより後段のブロックは、論理回路で実現することもできるし、ＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｏｃｅｓｓｏｒ；音声や画像などの処理に特化したマイクロプロセッサ）やＣＰＵなどのプログラムをロードして所定の演算を行うプロセッサで実現することもできる。

　また、Ａ／Ｄ変換器が出力するディジタル信号は、データ蓄積部１３に入力されてバッファされた後に、差分信号出力部１４に入力される。データ蓄積部１３は、レジスタ、ＲＡＭ、キャッシュメモリなどの周知の記憶回路で実現できる。なお、Ａ／Ｄ変換器１２ｂ又は差分信号出力部１４がデータ蓄積機能、つまり、バッファ機能を有していれば、本実施形態１のデータ蓄積部１３は不要である。
　また、差分信号出力部１４は、データ蓄積部１３にて蓄積されたディジタル信号の複数の時刻におけるデータが入力され、ｎ階差分信号出力部１４ａでディジタル信号のｎ階差分信号（ｎは１以上の整数）を出力する。本実施形態１では、ｎ階差分信号は、１階差分信号であり、時間的に隣接するデータから得られた信号である。なお、理解しやすいように、以降の図面では、各離散時間信号を点グラフや棒グラフで表記せずに、各点または棒グラフの頂点を結んだ連続的なグラフで表記する。１階差分信号は、データ蓄積部１３でバッファされた後に情動変動推定部１５へ入力される。

　また、情動変動推定部１５は、１階差分信号に基づいて、生体の情動変動を推定する。具体的には、情動変動推定部１５は、１階差分信号と閾値とを比較して情動変動を推定する。
　そして、情動変動推定部１５は、情動変動の有り無し、情動変動の変化の度合いを推定結果として、出力部１６を介して外部へ出力する。なお、出力部１６は、本発明に必須の構成要件ではない。出力部１６は、バッファやディスプレイなどで構成され、ディスプレイで構成される場合、情動変動推定装置１５は、情動変化情報をユーザーに知らせることができる。

　図３は、図２に示した電気的物理量測定部から得られる皮膚導電率値を示す図である。皮膚導電率値（μｓ；マイクロシーメンス）は、ゆっくりとした変動と、急激な変動とで構成されている。急激な変動は、皮膚導電率反応（ＳＣＲ；Ｓｋｉｎ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ）又は位相成分（Ｐｈａｓｉｃ）と呼ばれ、一方、ゆっくりとした変動の基底値は、皮膚導電率水準（ＳＣＬ；Ｓｋｉｎ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｌｅｖｅｌ）又は強壮成分（Ｔｏｎｉｃ）と呼ばれている。
　ＳＣＲは、人体の皮膚の汗腺が開くことにより、表皮ではなく真皮の導電率の影響を受けて電極間の皮膚導電率測定値が高くなることを意味しており、人の情動変動に伴い、ＳＣＲの反応がみられることが知られている。一方、ＳＣＬは、皮膚表面の発汗状況や、全体的な精神高揚状況などに関連しているといわれている。
　人間の瞬時的な情動変動は、ＳＣＲの変化値として表現できるが、皮膚導電率の測定値は、図３に示すように、ＳＣＬ値にＳＣＲ波形が重畳して観測されるために、単に皮膚導電率の値の大きさをもとにしては、ＳＣＲの値を抽出することができない。
　本発明においては、時間的に隣接してえられた皮膚導電率の測定値の差分値を演算し、その差分値をＳＣＲとして評価することとした。これにより、ＳＣＬの基線レベルを求めずに、ＳＣＲの反応分のみを抽出することができる。

　図４（ａ），（ｂ）は、皮膚導電率と１階差分信号と情動変動推定部の出力の波形図で、図４（ａ）は皮膚導電率、図４（ｂ）は１階差分信号と情動変動推定部の出力を示す図である。
　情動変動推定部１５は、ｎ階差分信号ｂと第１の閾値とを比較して生体の情動変動を推定するものである。つまり、情動変動推定部１５にて、１階差分信号は一定の閾値と比較され、１階差分信号が閾値よりも大きければ、１が出力され、１階差分信号が閾値よりも小さければ、０が出力される。１は、大きな情動変動があったことを示し、０は、情動変動が小さい若しくはないことを示している。
　上述した構成及び動作により、本実施形態１の情動変動推定装置１０は、生体の皮膚導電率などの電気的物理量の変動を高速で検出できるため、生体の情動変動を高速で推定することができる。

　なお、上述した皮膚導電率測定値の１階差分値について言及したが、２階差分値をもとめ、それを評価しても、ＳＣＬと分離してＳＣＲ反応値を抽出できる。本発明の一つの概念としては、皮膚導電率のｎ階差分（ｎは自然数）を評価してＳＣＲに相当する値を抽出するということになる。
　また、ＳＣＲ反応があったとする情報は、情動変動推定部１５にて判定され、出力部より外部に出力される。出力されたＳＣＲ値は、（被検者）の情動変動があったことを示す指標として運用され、心理試験や、活動の活発度の指標、また、ゲームなどに代表される視覚や音響刺激などに対する反応として利用され、バイオフィードバック用途などに使うことができる。
　さらに、連続した皮膚導電率の測定値において隣接した測定値の差分を導出し、その差分値を所定の閾値で評価して、被検者の情動状態を推定し、情動状態に関連した評価値を出力してもよいし、複数の閾値で評価し、閾値ごとに重みづけをした評価値として出力してもよい。

〈実施形態２〉
　図５は、本発明に係る情動変動推定装置の実施形態２を説明するためのブロック図である。図中符号２０は情動変動推定装置、２１は第１の判定部を示している。なお、図２と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
　本実施形態２の情動変動推定装置２０は、生体の皮膚電気活動を測定し、この生体の興奮状態の変動を推定する情動変動推定装置で、電気的物理量測定部１２と差分信号出力部１４と情動変動推定部１５と第１の判定部２１とを備えている。
　第１の判定部２１は、ｎ階差分信号ｂに基づいて、皮膚と電極１ａ，１ｂとの接触状態が変化したかどうかを判定するものである。つまり、本実施形態２の情動変動推定装置２０は、上述した実施形態１の情動変動推定装置１０において、ｎ階差分信号に基づいて、皮膚と電極との接触状態が変化したかどうかを判定する第１の判定部２１をさらに備えたものである。つまり、第１の判定部２１は、ｎ階時間変化率信号に基づいて、生体信号測定器と生体との接触状態を判定する接触状態判定部である。
　第１の判定部２１は、データ蓄積部１３に保持された１階差分信号を入力し、負の第２の閾値と正の第３の閾値とを比較する。そして、１階差分信号が、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化をしたときに、皮膚と電極との接触状態が変化したと判定する。

　図６（ａ）～（ｃ）は、皮膚と電極との接触状態が瞬時に不良となるようなときの皮膚導電率と１階差分信号と２階差分信号の出力の波形図で、図６（ａ）は皮膚導電率、図６（ｂ）は１階差分信号と情動変動推定部の出力、図６（ｃ）は２階差分信号と情動変動推定部の出力を示す図である。皮膚と電極との接触状態が瞬時に不良となるようなときの皮膚導電率と１階差分信号と２階差分信号の波形を示している。
　本実施形態２の情動変動推定装置２０における第１の判定部２１は、ｎ階差分信号ｂが、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、皮膚と電極１ａ，１ｂとの接触状態が変化したと判定する。そして、第１の判定部２１は、この判定結果を情動変動推定部１５に出力する。

　例えば、皮膚導電率計測装置（情動変動推定装置）が腕時計型の形状で、手首にバンドで固定されている場合などに、歩行時などで腕を動かした場合に、電極と皮膚との接触が瞬時的に不良となるような事態は、頻繁に発生する。そのような時には、皮膚導電率測定値は、図６（ａ）に示すように、突発的なノイズが重畳したように観測される。この測定値に対して、ＳＣＲ反応を抽出するために１階差分の処理をした結果が、図６（ｂ）である。これを見てわかるように、１階差分値において、電極と皮膚との接触不良に伴いノイズはその周辺に見らえるＳＣＲ反応よりも大きな値として観測される。
　皮膚と電極との間に突発的な接触不良が発生すると、電極間の導電率が低くなる。電極間の導電率が低くなると、１階差分信号は、負へ変化して正に変化する。本実施形態２では、１階差分信号が負の第２の閾値よりも低くなり、正の第３の閾値よりも高くなったときに、接触状態が変化したことを示す信号が、第１の判定部２１から情動変動推定部１５へ出力される。この接触状態が変化したことを示す信号は、例えば、変化していないときには０であり、変化したときには１である。

　なお、図６（ｃ）に示すように、２階差分信号により、接触状態が変化したかどうかを判定することもできる。皮膚と電極との間に突発的な接触不良が発生すると、２階差分信号は、負、正、負の順に変化する。
　つまり、２階差分信号を用いた場合も、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化をしたときに、皮膚と電極との接触状態が変化したと判定すればよい。なお、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなり再び負の第２の閾値よりも低くなる変化を検出し、接触状態の変化を判定してもよい。
　同様に、図示していないが、３階差分信号を用いた場合、突発的な接触状態の変化があると、負、正、負、正の順に変化する。ｎ階差分信号を用いた場合、負へ変化して正に変化することをｆｌｏｏｒ｛（ｎ＋１）／２｝だけ繰り返す。さらに、ｎが偶数の場合、負へ変化して正に変化することをｆｌｏｏｒ｛（ｎ＋１）／２｝だけ繰り返し、負へ変化する。つまり、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化をｆｌｏｏｒ｛（ｎ＋１）／２｝だけ繰り返すことを検出すれば、ｎ階差分信号を用いた場合でも、接触状態の変化を判定できる。なお、ｆｌｏｏｒ（ｘ）は、ｘに対する床関数である。

　図７（ａ）～（ｃ）は、皮膚と電極との接触状態が変化するときの皮膚導電率と１階差分信号と２階差分信号の出力の波形図で、図７（ａ）は皮膚導電率、図７（ｂ）は１階差分信号と情動変動推定部の出力、図７（ｃ）は２階差分信号と情動変動推定部の出力を示す図である。皮膚導電率と１階差分信号と２階差分信号の波形であり、接触している状態（電極と皮膚が強く密着している状態）から略接触されていない状態（電極と皮膚が接触されていない、または電極と皮膚が弱く密着している状態）へ変化し、しばらく接触されていない状態（接触が弱い）が続いた後に、再び接触している状態へ変化したときの波形である。

　具体的には、手首に皮膚導電率計測装置を装着し、掌を上側に向けたときと、下側に向けたときなどに測定された皮膚導電率の測定値と、その１階差分値、および２階差分値である。
　掌の向きが重力方向に対して変化し、皮膚導電率計測装置も、手首の地表側か、反対側かに向く。このような時は、皮膚導電率測定装置の自重のため皮膚と電極の接触圧が変化し、したがって皮膚導電率の基底値が変化をする。このような接触状態の変化のアーチファクトの場合、皮膚導電率の１階差分では、正方向および負方向への急激な値の変動が、時間的にやや離れて観測される。２階差分値では、正方向及び負方向への急激な値の変動の対が、さらに値の変動の順序の異なる２対として観測される。

　このような状況も、皮膚導電率の１階差分値もしくは２階差分値を用いて判別しうる。ｎ階差分信号を用いる場合、２つの閾値により正方向への変化と負方向への変化の両方から接触状態の変化を判定してもよいし、どちらか一方の変化から判定してもよい。この場合、第１の判定部２１が、第２の閾値及び第３の閾値のいずれかを０として、接触状態の変化を判定すればよい。ここで、さらに、情動変動推定部１５は、第１の判定部２１が、接触状態が変化したと判定したときに、対応する第１の時間のｎ階差分信号のデータを修正して第２の信号を生成し、第２の信号に基づいて、情動変動を推定してもよい。例えば、情動変動推定部１５は、第１の時間外のｎ階差分信号に基づいて、第１の時間のｎ階差分信号のデータを修正すればよい。

　接触不良と判断された部分の皮膚導電率データ又は差分値データは、情動変化の判断には利用できない。したがって、何らかの形で皮膚導電率データもしくは差分値データを修正し、その修正されたデータを用いて情動変動の推定を行うのが望ましい。修正の方法は様々なものがあるが、例えば、接触不良によるアーチファクトと判断された期間の以前の有効と判定されている測定値を持って当該期間の測定値を置き換えるとか、接触不良であると推定された場合、接触不良状態が解消されたとの判断がなされるまでの間は、以前の有効と判定された測定値の更新を行わない、または、接触不良もしくは接触変動によるアーチファクトと判断された期間の以前の有効と判定されている測定値と判断された期間以降の有効と判定された測定値を用いて補間処理を行うなどがあり、応答性や、皮膚導電率測定値の利用方法、利用シーンに応じて、上述した方法又はそれ以外の様々な補間、修正方法が適用可能である。

　即時性が要求されない場合は、時間的に前のデータをも無効にすることもよい。皮膚に接触していない状態から接触をする場合や、強く握りしめるとか腕や手首の動きのために電極と皮膚との接触がより強くなる場合、皮膚導電率は正方向に変化をする（異常接触）。このような変化は、人間の情動変動に伴う皮膚導電率変化（ｐｈａｓｉｃ）に比べて急峻であり、隣接した測定値の差分値は皮膚導電率の場合に比べて大きい。したがって、正方向、負方向ともに大きな閾値で評価することで接触不良に伴う測定値の変化と区別することができる。

　接触不良や異常接触の判定をするのに、Ｎ階差分値の継続時間で評価することも有用である。接触不良や異常接触により皮膚導電率が変化をするその継続時間は短期間であり、情動反応により皮膚導電率が変化をする時間よりも短いので、結果として皮膚導電率のＮ階差分値の信号は短期間の間に負から正もしくは正から負に変化をする。したがって負の信号もしくは正の信号の継続時間を評価し、所定の閾値よりも短い継続時間の負信号、もしくは正信号のイベントが起こった場合は、接触不良や異常接触であると判断することが可能である。ノイズの影響を避けるために、Ｎ階差分信号を評価する際は振幅を適宜閾値で判断し、所定の振幅閾値以上の値を採用するようにしてもよい。
　また、信号の継続時間を評価する方法はさまざまなものがあるが、信号振幅が零であったときから次の零になった時までの区間の時間をアナログもしくはディジタルで（ゼロクロス評価）評価することは簡便である。

〈実施形態３〉
　本実施形態３の情動変動推定装置は、上述した実施形態２の情動変動推定装置２０において、第１の判定部２１は、ｎ階差分信号ｂが、正の第４の閾値よりも高くなり負の第５の閾値よりも低くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、皮膚と電極１ａ，１ｂとの接触状態が変化したと判定するものである。
　図８（ａ）～（ｃ）は、皮膚と電極との接触状態が小さな振幅で接触不良を繰り返したときの皮膚導電率と１階差分信号と２階差分信号の出力の波形図で、図８（ａ）は皮膚導電率、図８（ｂ）は１階差分信号の出力、図８（ｃ）は２階差分信号の出力を示す図である。つまり、小さな振幅で接触不良を繰り返したときの皮膚導電率と１階差分信号と２階差分信号の波形図である。
　ここで、さらに、情動変動推定部１５は、第１の判定部２１が、接触状態が変化したと判定したときに、対応する第１の時間のｎ階差分信号ｂのデータを修正して第２の信号ｃを生成し、第２の信号ｃに基づいて、情動変動を推定してもよい。例えば、情動変動推定部１５は、第１の時間外のｎ階差分信号ｂに基づいて、第１の時間のｎ階差分信号ｂのデータを修正すればよい。

　図９（ａ）～（ｄ）は、皮膚と電極との接触不良部の修正前と修正後の１階差分信号と２階差分信号の出力の波形図で、図９（ａ）は接触不良部の修正前の１階差分信号と情動変動推定部の出力、図９（ｂ）は接触不良部の修正前の２階差分信号と情動変動推定部の出力、図９（ｃ）は接触不良部の修正後の１階差分信号と情動変動推定部の出力、図９（ｄ）は接触不良部の修正後の２階差分信号の出力を示す図である。
　アーチファクトは、接触不良のみならず、手首を曲げるなどの行為により電極と皮膚の接触が強まる場合（異常接触状態）にも発生する。この場合は、まず皮膚導電率の測定値が急激に上昇し、そののちに急激に低下する事象として観測される。信号変化の順序は、接触不良と逆になる。これについても、同様に測定値の１階差分値や２階差分値を用いて適当な閾値で評価することで、異常接触状態の判別が可能であり、また、上述したような修正を適用することができる。また、信号変化の順序、すなわち皮膚導電率の１階差分値の急激な上昇と急激な低下の対が観測されたことで、異常接触を判定できる。２階差分値の場合は、値の急激な上昇と急激な低下、さらに急激な上昇が起こる。このような順序で、振幅のおおきな信号変化が起こった場合に接触不良と判断できる。
　本実施形態３も、上述した実施形態２と同様の手段で、図９（ｃ），（ｄ）のようなデータ修正を行うことができる。

〈実施形態４〉
　本実施形態４の情動変動推定装置は、上述した実施形態１の情動変動推定装置１０において、情動変動推定部１５が、ディジタル信号（第１の信号）に応じて、第１の閾値を変化させるものである。具体的に、情動変動推定部１５は、第１の閾値が第１の信号の平均値に関する単調関数となるように、第１の閾値を変化させる。
　ＳＣＲ反応があったとする情報は、外部に出力されるが、ＳＣＲとして有意であるかどうかは、所定の閾値にて１階差分値を評価し、閾値を越えた時間の間、情動変動があるというフラグを、電気信号もしくは情報として外部に出力する。または、閾値を越えた時点でパルス状にフラグを出力するなど、様々な方法が考えられる。この際に留意しないといけない事項として、ＳＣＲの変化値に対するＳＣＬの値の影響である。

　図１０（ａ），（ｂ）は、皮膚導電率が増加したときの皮膚導電率と１階差分信号と情動変動推定部の出力の波形図で、図１０（ａ）は皮膚導電率、図１０（ｂ）は１階差分信号と情動変動推定部の出力を示す図である。
　本実施形態４の情動変動推定装置における情動変動推定部１５は、第１の信号ａに応じて、第１の閾値を変化させるものである。また、情動変動推定部１５は、第１の閾値が、第１の信号ａの平均値に関する単調関数となるように第１の閾値を変化させるものである。
　図１０（ｂ）を見て分かるように、ＳＣＬレベルが小さいときにはＳＣＲの変化量も小さく、ＳＣＬが大きなときは、ＳＣＲの変化量も大きく観測される傾向がある。したがって、ＳＣＲ変化の判定閾値は、図１０（ｂ）のように、ＳＣＬの値に応じて変化させることがよい。

　判定閾値は、ＳＣＬに対して単調変化だが、非線形な変化として変更される。その理由としては、まずＳＣＬの値が大きいときは、被検者の情動が高揚状態にあるという場合のほかに、環境温度や湿度の影響で被検者が多く汗をかいているという場合もあり、後者の場合は、ＳＣＬが４０マイクロシーメンスなどという大きな値を示していても、ＳＣＲがそれに応じて大きな変化をしない場合も多々見受けられるからである。したがって、ＳＣＬが小さな場合の、閾値のＳＣＬ依存変化の傾向に対し、ＳＣＬが大きな場合は、ＳＣＬに対しての閾値の変化の割合がより少なくなるような調整が好ましい。
　皮膚導電率の直流レベル（Ｔｏｎｉｃ）が大きいときは情動変動に伴う皮膚導電率の変化分（Ｐｈａｓｉｃ）も大きくなる。したがって、皮膚導電率変化を評価する閾値は、直流レベルに応じて可変にするのがよい。直流レベルは、測定値の長期的な平均をとっても良いが、隣接した測定値のｎ階差分が所定の閾値以下である現象が一定回数連続した際の測定値の代表値を使用してもよい。ｎ階差分が０となった時点の測定値を直流レベルとして選ぶことでもよい。

　本実施形態４においては、複雑な回路構成をすることなく、皮膚導電率の差分値をもとめることで情動状態の変化の指標を得るのみならず、差分値を用いて情動変動が起きていない状態を推定し、その時の値から直流レベルを得ることができる。
　さらに、直流レベルを推定せずとも、導電率変化を評価するための測定値そのものを基準にしてもよい。情動変動に伴う皮膚導電率の変化量は、測定値の直流レベルに比べて小さな値であることが多く、直流レベルに対して変動に伴う値が重畳していたとしても、大局的には直流レベルに対しての差異はすくなく、したがって、皮膚導電率を評価する閾値に対して大きな誤差を与えない。導電率変化を評価するための隣接した測定値のどちらかの値、もしくはその平均値、さらに他の手法で導出される数値を用いて、皮膚導電率を評価する閾値を適宜変化させればよい。
　上述した実施形態４の説明においては、第１の信号ａに応じて、第１の閾値を変化させるという考え方を説明したが、直流レベルを用いてｎ階差分値の値を規格化し、閾値は変化させないということもまったく等価である。

〈実施形態５〉
　図１１は、本発明に係る情動変動推定装置の実施形態５を説明するためのブロック図である。図中符号１４ｂはｍ階差分信号出力部、２２は第２の判定部、３０は情動変動推定装置を示している。なお、図２と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
　本実施形態５の情動変動推定装置３０は、生体の皮膚電気活動を測定し、この生体の興奮状態の変動を推定する情動変動推定装置で、電気的物理量測定部１２と差分信号出力部１４と情動変動推定部１５と第２の判定部２２とを備えている。

　差分信号出力部１４は、ｎ階差分信号出力部１４ａとｍ階差分信号出力部１４ｂとから構成されている。
　ｍ階差分信号出力部１４ｂは、第１の信号ａのｍ階差分信号（ｍはｎよりも大きな整数；ｄ）をデータ蓄積部１３に出力し、ｍ階差分信号ｄは、データ蓄積部１３から第２の判定部２２に入力される。なお、本例では、データ蓄積部１３から第２の判定部２２へのデータバスにより、ｎ階差分信号ｂとｍ階差分信号ｄが第２の判定部へ入力される。
　第２の判定部２２は、ｎ階差分信号ｂとｍ階差分信号ｄに基づいて、第１の信号ａが電極１ａ，１ｂと皮膚との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定するものである。

　また、第２の判定部２２は、ｍ階差分信号ｄの振幅のｎ階差分信号ｂの振幅に対する比が、第６の閾値よりも大きいときに雑音信号を含んでいると判定し、ｍ階差分信号ｄの振幅のｎ階差分信号ｂの振幅に対する比が、第７の閾値よりも小さい範囲に存在するときに雑音信号を含んでいないと判定するものである。
　また、情動変動推定部１５は、第２の判定部１５が雑音信号を含んでいると判定したときに、対応する第２の時間のｎ階差分信号ｂのデータを修正して第３の信号ｅを生成し、この第３の信号ｅに基づいて情動変動を推定するものである。

　また、情動変動推定部１５は、第２の時間外のｎ階差分信号ｂに基づいて、第２の時間のｎ階差分信号ｂのデータを修正するものである。また、ｍ階差分信号ｄにおける整数ｍ＝２である。
　つまり、本実施形態５の情動変動推定装置３０は、上述した実施形態１の情動変動推定装置１０において、第２の判定部２２を備えており、差分信号出力部１４が、さらにディジタル信号のｍ階差分信号（ｍはｎよりも大きな整数）を出力するようにしたものである。データ蓄積部１３は、ｎ階差分信号ｂとｍ階差分信号ｄとを保持し、これら２つの信号を第２の判定部２２へ出力する。

　ここで、本実施形態５の情動変動推定装置３０において、皮膚と電極との接触状態が小さな振幅で接触不良を繰り返したときの皮膚導電率と１階差分信号（ｎ＝１の場合のｎ階差分信号ｂ）と２階差分信号（ｍ＝２の場合のｍ階差分信号）の出力の波形図は、図８（ａ）～（ｃ）と同じである。
　情動変化に伴う皮膚導電率の変化を、２階差分値で評価すると、正方向に引き続き負方向、さらに正方向の値となるが、総じてその振幅は小さい。これは、皮膚導電率の変化を起こす情動変化がゆっくりとした変化であることによる。一方、接触不良に伴う皮膚導電率の変動は情動変動によるものに比べて急峻な変動であり、変化状態の継続時間も短い。したがって、接触不良に伴う皮膚導電率の変動を２階差分値で評価すると、振幅は情動変動によるものに比べて大きく観測される。別の見方で言えば、情動変動に伴う皮膚導電率の変化は、１階差分値の振幅に比べ２階差分値の振幅は小さく観測されるが、接触不良に伴う皮膚導電率の変化は、１階差分値の振幅と２階差分値の振幅の差が小さく観察される。また、場合によっては、１階差分値の振幅よりも、２階差分値の振幅の方が大きくなる場合もある。

　これは、皮膚に接触していない状態から接触をする場合や、強く握りしめるとか腕や手首の動きのために電極と皮膚との接触がより強くなる場合、においても同様である。
　さらに、素早く手を回転振動させるような動き（震え）が誘発する接触不良と再接触が反復継続するような状況においては、皮膚導電率の変動の１階差分値の振幅は比較的小さく観測され、情動変動との区別をしにくくなる場合があるが、皮膚導電率の変動の２階差分値を評価してみれば、その振幅が１階差分の場合の振幅と同程度かそれ以上の大きさの振幅であり、したがって情動変動にともなう皮膚導電率の変動との区別をすることが容易となる。

　図１２（ａ）～（ｃ）は、接触不良があるときとないときの１階差分と２階差分との振幅差を比較するための図である。この接触状態の変化によるアーチファクトでは情動変動に伴う信号変化に比べて、１階差分値と２階差分値での振幅の差が少ないことがわかる。図７（ａ）～（ｃ）に示した、掌を上側に向けたときと、下側に向けたときなどに測定された皮膚導電率の測定値に重畳されるアーチファクトにおいても、同様に、アーチファクト部の１階差分値と２階差分値の振幅の差が、情動変動に伴う信号変化の１階差分値と２階差分値の振幅差に比べて小さいことがわかる。図６（ａ）に示した突発的な正負連続の接触不良においても同様なことがわかる。

　すなわち、皮膚導電率の測定値の１階微分値と２階微分値の振幅を評価し、振幅の差又は振幅の比をもとに、接触不良や異常接触などの接触状態の変動を判定することが有用である。
　また、情動変動推定部１５は、さらに、第２の判定部が雑音信号を含んでいると判定したときに、つまり、雑音信号を含んでいることを示す信号が第２の判定部から入力されると、対応する第２の時間のｎ階差分信号ｂのデータを修正して図１０（ｃ）に示す第３の信号ｅを生成し、この第３の信号ｅに基づいて情動変動を推定する。

　図１２（ａ）に示すように、情動変化に伴う皮膚導電率の変化の１階差分値で評価すると、負方向に引き続き正方向、またはその逆順の変化を示すが、さらに言えば、負方向の変化と正方向の変化の振幅値は、略等しい。これは、接触不良に伴う皮膚導電率の変動は、体動や、歩行などに起因するものが多く、その様な運動の変化の速さが一定値であることを反映している。一方、皮膚導電率の変化を起こす情動変化は、立ち上がりに比べて立下りがゆっくりであり、一階差分値は非対称となる。したがって、隣接した正方向と負方向の信号の対称性を評価することで、接触不良または異常接触を生体信号から判別することが可能になる。上記は、１階差分値に限らず、ｎ階差分値を評価しても同様である。

　また、情動変動推定部１５は、第２の時間外のｎ階差分信号ｂに基づいて、第２の時間のｎ階差分信号ｂのデータを修正する。
　接触不良と判断された部分の皮膚導電率データ又は差分値データは、情動変化の判断には利用できない。したがって、何らかの形で皮膚導電率データもしくは差分値データを修正し、その修正されたデータを用いて情動変動の推定を行うのが望ましい。修正の方法は様々なものがあるが、例えば、接触不良によるアーチファクトと判断された期間の以前の有効と判定されている測定値を持って当該期間の測定値を置き換えるとか、接触不良であると推定された場合、接触不良状態が解消されたとの判断がなされるまでの間は、以前の有効と判定された測定値の更新を行わない、または、接触不良もしくは接触変動によるアーチファクトと判断された期間の以前の有効と判定されている測定値と判断された期間以降の有効と判定された測定値を用いて補間処理を行うなどがあり、応答性や、皮膚導電率測定値の利用方法、利用シーンに応じて、上記述べた方法またはそれ以外の様々な補間、修正方法が適用可能である。

　即時性が要求されない場合は、時間的に前のデータをも無効にすることもよい。皮膚に接触していない状態から接触をする場合や、強く握りしめるとか腕や手首の動きのために電極と皮膚との接触がより強くなる場合、皮膚導電率は正方向に変化をする。このような変化は、人間の情動変動に伴う皮膚導電率変化（ｐｈａｓｉｃ）に比べて急峻であり、隣接した測定値の差分値は皮膚導電率の場合に比べて大きい。したがって、正方向、負方向ともに大きな閾値で評価することで接触不良に伴う測定値の変化と区別することができる。本実施形態５も、図８（ｃ），（ｄ）のようなデータ修正ができる。

　なお、図１２（ａ），（ｂ）は、ある時刻ｔにおいて、前後所定幅の１階差分、２階差分のそれぞれのピーク値ｐ１，ｐ２を抽出し、これらの比を算出したときの例である。
　以上の実施形態５においては、情動変動に伴う皮膚導電率の変化は、正方向への変化に比べて負方向への変化はゆっくりであるので、差分値を評価する閾値は、正方向と負方向で異なる値にすることもよい。なお、図６（ａ）～（ｃ）に示した接触状態が瞬間的に不良となる場合には、正方向への変化と負方向への変化は共に急峻である。測定の時間間隔は、正方向の急峻な変化をとらえることができる時間間隔である必要がある。正方向への変化は１秒程度以上継続し、引き続く負方向変化は数秒程度継続するが、連続した刺激の場合は負方向変化の途中で次の正方向の変化が発生することがある。また、一般的に刺激から皮膚導電率の反応までは０．５秒程度かそれ以上の時間遅れがある。したがって、実時間で皮膚導電率の変化をとらえるには、少なくとも０．５秒以下の変化を検出できなければならない。
　少なくとも２００ｍｓ（１秒間に５サンプル）ごと、または１００ｍｓ（０．５秒間に５サンプル）での測定が望ましい。これよりも早い測定を行い、その平均値などの演算値をもって１００ｍｓごとに評価することでもよい。

　すなわち、測定値生データの隣接した値を用いずとも、測定値から有効測定値を算出し、隣接した有効測定値から差分値を求めるということである。例えば、５０ｍｓごとに測定した場合において、連続した測定値間の差分ではなく、２回ごとや４回ごとの測定値を有効データとして評価をすることも可である。さらにその２回又は４回の測定データの移動平均やブロック平均を行って評価する方法などが考えられる。
これにより、測定系における分解能やノイズの要求特性が緩和される。気温、湿度が高い条件ではＳＣＲの反応が起きやすく、またＳＣＬの大きな場合はＳＣＲも大きい傾向がある。このような場合は５０ｍｓごとの測定値を評価すればよいが、乾燥し足り気温が低い場合、またＳＣＬの小さな被験者の場合などは、２回ごと、４回ごとなどの測定値を評価するという運用ができる。もちろん、測定間隔をＳＣＬの値や環境に応じて変化させる方法を用いても、同様の効果が得られることは言うまでもない。なお、これらの方法は、上記実施形態１にも同様に適用できる。
　上述した有効測定値からは、接触状態の変動に伴うアーチファクトは排除、修正されていることが望ましい。

〈実施形態６〉
　図１３は、本発明に係る情動変動推定装置の実施形態６を説明するためのブロック図である。なお、図５及び図１１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。上述した各実施形態において、ｍ階差分信号を出力する差分信号出力部と第１及び第２の判定部を備えるようにしてもよい。
　本実施形態６の情動変動推定装置４０は、生体の皮膚電気活動を測定し、この生体の興奮状態の変動を推定する情動変動推定装置で、電気的物理量測定部１２と差分信号出力部１４と情動変動推定部１５と第１の判定部２１と第２の判定部２２とを備えている。
　第１の判定部２１は、ｎ階差分信号ｂに基づいて、皮膚と電極１ａ，１ｂとの接触状態が変化したかどうかを判定するものである。また、第２の判定部２２は、ｎ階差分信号ｂとｍ階差分信号ｄに基づいて、第１の信号ａが電極１ａ，１ｂと皮膚との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定するものである。

〈実施形態７〉
　図１４は、本発明に係る情動変動推定装置の実施形態７を説明するためのブロック図である。図１３と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
　本実施形態７の情動変動推定装置５０は、生体の皮膚電気活動を測定し、この生体の興奮状態の変動を推定する情動変動推定装置で、生体の皮膚に接触による静電容量測定により情動変動を検出するものである。
　この場合においても、汗などによる静電容量の、情動変動に伴う変動を、基線の変動に寄らず検出すること、および接触不良や異常接触などの接触変動状態によるアーチファクトを判定し、そのデータを修正することが要望される。したがって、上記に述べた本発明を適用することで、静電容量測定による情動変動の検出ができる。
　その他、皮膚抵抗、皮膚電位、脈波、脳波、ＥＥＧなどの生体信号にかかわる電気物理量の測定に広く応用できることはいうまでもない。
　また、皮膚導電率の測定値に対して、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は、皮膚導電率以外の生体の電気的物理量信号を測定する場合においても適用できるのは言うまでもない。

　図１５は、本発明に係る情動変動推定方法を説明するためのフローチャートを示す図である。本発明の情動変動推定方法は、生体の皮膚電気活動を測定し、この生体の興奮状態の変動を推定する情動変動推定方法である。
　まず、生体の皮膚に接触するよう構成された少なくとも１つの電極１ａ，１ｂにおける電気的物理量を測定し、この電気的物理量に対応する第１の信号ａを出力すること（電気的物理量測定ステップ）を有している。
　次に、第１の信号ａの複数の時刻におけるデータが入力され、第１の信号ａのｎ階差分信号（ｎは１以上の整数；ｂ＝Ｘｎ）を取得するとともに、第１の信号ａのｍ階差分信号（ｍはｎよりも大きな整数；ｄ＝Ｘｍ）を取得すること（差分信号出力ステップ（Ｓ１，Ｓ２））を有している。これは、第１の信号ａのｎ階時間変化率信号を出力するステップである。

　次に、ｎ階差分信号Ｘｎに基づいて、皮膚と電極１ａ，１ｂとの接触状態が変化したかどうかを判定するとともに、ｎ階差分信号Ｘｎとｍ階差分信号Ｘｍに基づいて、第１の信号ａが電極１ａ，１ｂと皮膚との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定すること（判定ステップ（Ｓ３））を有している。
　次に、判定ステップＳ３において、接触不良が発生した場合には、ｎ階差分信号（Ｘｎ）を修正すること（修正ステップ（Ｓ４））を有している。
　次に、修正ステップＳ４からの出力に基づいて、生体の情動変動を推定すること（情動変動推定ステップ（Ｓ５））を有している。
　なお、接触状態の変化に伴う雑音信号を削除したデータを出力する用途であれば、修正ステップＳ４で終了してもよい。

　図１６は、本発明に係る情動変動推定方法を説明するための他のフローチャートを示す図である。本発明の他の情動変動推定方法は、生体の皮膚電気活動を測定し、該生体の興奮状態の変動を推定する情動変動推定方法で、まず、生体の皮膚に接触するよう構成された少なくとも１つの電極１ａ，１ｂにおける電気的物理量を測定し、この電気的物理量に対応する第１の信号ａを出力すること（電気的物理量測定ステップ（Ｓ１１））と、次に、第１の信号ａの複数の時刻におけるデータが入力され、第１の信号ａのｎ階差分信号（ｎは１以上の整数；ｂ）を出力すること（差分信号出力ステップ（Ｓ１２））と、次に、差分信号出力ステップからのｎ階差分信号ｂに基づいて、生体の情動変動を推定すること（情動変動推定ステップ（Ｓ１３））とを有している。電気的物理量測定ステップＳ１１は、生体信号を測定し、生体信号に対応する第１の信号ａを出力するステップである。差分信号出力ステップＳ１２は、第１の信号ａのｎ階時間変化率信号（ｎは１以上の整数）を出力するステップである。

　また、情動変動推定ステップは、ｎ階差分信号ｂと第１の閾値とを比較して生体の情動変動を推定するものである。
　また、ｎ階差分信号ｂに基づいて、皮膚と電極１ａ，１ｂとの接触状態が変化したかどうかを判定すること（第１の判定ステップ）を有している。第１の判定ステップは、ｎ階時間変化率信号に基づいて、生体信号測定器と生体との接触状態を判定するステップである。
　電気的物理量測定ステップＳ１１、差分信号出力ステップＳ１２、及び第１の判定ステップを有することで、生体に接触して生体信号を測定する生体信号測定器の接触状態を判定する接触状態推定方法を実現できる。

　この第１の判定ステップは、ｎ階差分信号ｂが、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、皮膚と電極１ａ，１ｂとの接触状態が変化したと判定するものである。
　また、第１の判定ステップは、ｎ階差分信号ｂが、正の第４の閾値よりも高くなり負の第５の閾値よりも低くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、皮膚と電極１ａ，１ｂとの接触状態が変化したと判定するものである。
　また、情動変動推定ステップは、第１の判定ステップが、接触状態が変化したと判定したときに、対応する第１の時間のｎ階差分信号ｂのデータを修正して第２の信号ｃを生成し、この第２の信号ｃに基づいて情動変動を推定するものである。

　また、情動変動推定ステップは、第１の時間外のｎ階差分信号ｂに基づいて、第１の時間のｎ階差分信号ｂのデータを修正するものである。また、情動変動推定ステップは、第１の信号ａに応じて、第１の閾値を変化させるものである。また、情動変動推定ステップは、第１の閾値が、第１の信号ａの平均値に関する単調関数となるように第１の閾値を変化させるものである。
　また、差分信号出力ステップは、第１の信号ａのｍ階差分信号（ｍはｎよりも大きな整数；ｄ）を出力し、ｎ階差分信号ｂとｍ階差分信号ｄに基づいて、第１の信号ａが電極１ａ，１ｂと皮膚との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定すること（第２の判定ステップ）を有している。

　この第２の判定ステップは、ｍ階差分信号ｄの振幅とｎ階差分信号ｂの振幅との比が、第６の閾値よりも大きいときに雑音信号を含んでいると判定し、ｍ階差分信号ｄの振幅とｎ階差分信号ｂの振幅との比が、第７の閾値よりも小さいときに雑音信号を含んでいないと判定するものである。
　また、情動変動推定ステップは、第２の判定ステップが雑音信号を含んでいると判定したときに、対応する第２の時間のｎ階差分信号ｂのデータを修正して第３の信号ｅを生成し、この第３の信号ｅに基づいて情動変動を推定するものである。

　また、情動変動推定ステップは、第２の時間外のｎ階差分信号ｂに基づいて、第２の時間のｎ階差分信号ｂのデータを修正するものである。
　また、ｎ階差分信号ｂに基づいて、皮膚と電極１ａ，１ｂとの接触状態が変化したかどうかを判定する第１の判定ステップと、ｎ階差分信号ｂとｍ階差分信号ｄに基づいて、第１の信号ａが電極１ａ，１ｂと皮膚との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定する第２の判定ステップとを有している。
　また、生体の皮膚電気活動を測定し、この生体の興奮状態の変動を推定する情動変動推定方法に基づいて、コンピュータにより、上述した各ステップを実行するためのプログラムを備えている。また、上述した各ステップを実行するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。

　本実施形態２，３，５に述べたような手法によるモーションアーチファクトの判別は、皮膚導電率以外の電気的物理量測定や光学的方法，さらにそれ以外の方法を用いて生体に検知機器を装着して生体情報を計測する場合にも応用が可能である。また、皮膚導電率の逆数である皮膚抵抗値において、上記同様の手法が適用しうるのはもちろんであるが、そのほかにもたとえば、皮膚と電極の間の静電容量を計測する場合においても適用できる。
　皮膚と電極の間の静電容量を測定する手法は、皮膚水分量測定や、接触そのものの判定に利用される。この応用では、測定値のＤＣ的な値に安定している。この場合にも、測定値のＮ階差分値を用いて、接触が安定であるか、または接触状態が変動しているかを判断することは有用である。そのほかにも、本実施形態を応用して、電極で生体に起因する電気信号や電気的状態を計測する皮膚電位、筋電位、心電位など、また、光学的手法による容積脈波などの測定における、検出素子と皮膚の接触状態変動に起因するアーチファクトの判別と処理を行うことが可能である。

　一般に、生体信号の変化はＡ／Ｄコンバーターのデータサンプリングに比べてゆっくりであるので、時系列信号のＮ階差分値は、生体信号では小さい値を示すのに対し、接触状態変動に起因するアーチファクト信号では大きな値を示す。したがって、Ｎ階差分値で接触状態変動を判定する閾値は、生体信号を判定する閾値よりも大きな値を設定することが可能である。また、接触不良を判定する閾値と異常接触を判定する閾値は、同じである必要はない。接触不良が起こる場合は、たとえば生体センサを装着した被験者が歩いたり、運動したりする場合の振動によるものがあり、異常接触は、手を握るなどの生体の動き起因のものがある。その場合、信号の変化を起因する事象の違いから、信号変化速度に差異がある場合がある。このような場合、生体信号のＮ階差分値において、顕著に信号振幅の差が表れるので、接触不良と異常接触とで、それぞれ判定閾値を変えることができる。また閾値は、使用する生体信号の種類やセンサの特性、構造、またセンサを内包し、生体が装着する機器の構成によって変化するのは自明であり、適宜閾値を設定するのがよい。

　図１７は、発光素子からの光が生体を透過もしくは反射した光を受光素子にて受光し、受光素子の出力から脈拍信号を得る容積脈波測定装置のブロック図である。図中符号７０は容積脈波測定装置、７１ａは発光素子、７１ｂは受光素子、７５はドライバ、７２は容積脈波測定部、７２ａは増幅器、７２ｂはＡ／Ｄ変換器、７３は処理部、７４は時間変化率信号出力部、７４ａはｎ階差分信号出力部、７５は出力部を示している。
　透過光もしくは反射光は、血液の光の吸収特性により、心拍に同期してその強度が変動するために、光の強度から心拍、脈波を検出することができる。

　容積脈波測定装置７０は、発光素子７１ａのドライバ７２と増幅器７２ａとＡ／Ｄ変換器７２ｂと処理部７３と出力部７４とを備えている。時間変化率信号出力部６４は、第１の信号が入力され、第１の信号のｎ階時間変化率信号（ｎは１以上の整数）を出力するｎ階差分信号出力部７４ａを備えている。
　発光素子７１ａは、青色、緑色、黄色、赤色、赤外もしくは白色の発光ダイオードや、半導体レーザ、キセノンランプ等が、受光素子７１ｂにはフォトダイオードやフォトトランジスタを用いてもよいし、その他の実用的な素子を用いることができる。

　Ａ／Ｄ変換器７２ｂにて時系列信号に変換された脈拍信号は、処理部７３でフィルタ処理などをされ、出力部７６から出力されるが、同時にｎ階差分信号出力部７４ａにて差分信号を計算し、処理部７３に出力される。処理部７３では、ｎ階差分信号をもとに接触不良状態かどうかを判定し、接触不良状態の場合は、時系列信号に処理をしてから出力するようにする。
　処理の内容は、接触不良状態の信号は無効化するとか、接触不良状態部分を、過去の同時間間隔のデータで置き換えるとか、また脈拍を処理部７３で計算する場合は、接触不良部分を加味して脈拍数を演算する、接触不良や異常接触が連続している状態ではデータを取得しないなどであり、その他接触不良による影響を低減する様々な処理が行われる。

　図１８（ａ）～（ｃ）は、測定された接触不良によるアーチファクト信号を含む容積脈波信号の例で、１階差分信号と２階差分信号も合わせて例示した波形図である。１階差分信号と２階差分信号にて、アーチファクト信号の振幅が大きくなり、適当な閾値の設定で判別することが可能であるとわかる。
　上述したように、本発明は様々な生体信号に応用できる。図１は、本発明の生体信号一般に拡張した場合のブロック図であり、図中の生体センサは、皮膚導電率や脈拍センサ以外にも、心電、筋電、体脂肪、生体インピーダンス、その他様々の生体センサに応用しても良い。
　また、複数の生体センサを備えた機器の場合、どれか一つのセンサの信号を用いて、今まで述べた方法により接触性の判断を行うことも可能であり、複数のセンサの信号で接触性の判断を行うことも可能である。

　図１９（ａ），（ｂ）は、上述した各実施形態を実現するセンサ部の具体例を示す図である。図中符号８１は腕バンド、８２は固定具を示している。なお、図２及び図１７と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
　使用者の腕や手首に装着できるような腕時計型の形状であり、その本体に、皮膚導電率センサ１ａ，１ｂと光学方式の容積脈波センサ７１ａ，７１ｂを備えている。
　上述した方法により、皮膚導電率センサは、皮膚導電率の変動を、脈波センサは、心臓の拍動による血流の変動を検出するとともに、その検出した信号のＮ階差分値から接触状態に関する情報を得ることができる。皮膚導電率センサから得た情報又は脈波センサから得た情報、もしくはその両者を用いて接触状態の判定をすればよい。接触不良もしくは異常接触である状態では、取得したデータを処理して異常なデータを排除する、無効化するなどを行ったり、光源を発光させないことで、消費電流を削減するなどの応用も可能である。

　以上のように、本発明の実施形態に係る情動変動推定装置及び情動変動推定方法は、特に、人間の皮膚導電率の変動を測定し、情動変化を推定するための技術に関するもので、推定した情動変化の情報は、心理学応用、医学的応用、さらには、コンスーマ分野での健康管理や、ゲーム・コンテンツに関する被検者反応を検知するなどの応用に用いることができる。
　なお、上述した特許文献１に記載のものは、統計学的手段である最小二乗法を用いており、生体の皮膚導電率の変動を高速で検出できないため、生体の情動変動を高速で推定できない。特許文献２に記載のものも、特許文献１と同様に生体の皮膚導電率の変動を高速で検出できないため、生体の情動変動を高速で推定できない。

　ところが、本実施形態の生体信号測定器及び接触状態推定方法の一形態である情動変動推定装置及び情動変動推定方法は、ｎ階差分信号により皮膚導電率等の電気的物理量の変動を高速で検出できるため、生体の情動変動を高速で推定できる。
　以上のように、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これらの説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の他の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の技術的範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。

　上述した情報変動推定装置及び情動変動推定方法の実施態様を以下に記載する。
［実施態様１］
　生体の皮膚に接触するよう構成された少なくとも１つの電極における電気的物理量を測定し、該電気的物理量に対応する第１の信号を出力する電気的物理量測定部と、
　前記第１の信号の複数の時刻におけるデータが入力され、前記第１の信号のｎ階差分信号（ｎは１以上の整数）を出力する差分信号出力部と、
　前記差分信号出力部からの前記ｎ階差分信号に基づいて、前記生体の情動変動を推定する情動変動推定部と
　を備えている情動変動推定装置。
［実施態様２］
　前記情動変動推定部は、前記ｎ階差分信号と第１の閾値とを比較して前記生体の情動変動を推定する実施態様１に記載の情動変動推定装置。

［実施態様３］
　前記ｎ階差分信号に基づいて、前記皮膚と前記電極との接触状態が変化したかどうかを判定する第１の判定部を備えている実施態様１又は２に記載の情動変動推定装置。
［実施態様４］
　前記第１の判定部は、
　前記ｎ階差分信号が、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記皮膚と前記電極との接触状態が変化したと判定する実施態様３に記載の情動変動推定装置。

［実施態様５］
　前記第１の判定部は、
　前記ｎ階差分信号が、正の第４の閾値よりも高くなり負の第５の閾値よりも低くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記皮膚と前記電極との接触状態が変化したと判定する実施態様３に記載の情動変動推定装置。
［実施態様６］
　前記情動変動推定部は、
　前記第１の判定部が、接触状態が変化したと判定したときに、対応する第１の時間の前記ｎ階差分信号のデータを修正して第２の信号を生成し、該第２の信号に基づいて前記情動変動を推定する実施態様３，４又は５に記載の情動変動推定装置。

［実施態様７］
　前記情動変動推定部は、
　前記第１の時間外の前記ｎ階差分信号に基づいて、前記第１の時間の前記ｎ階差分信号のデータを修正する実施態様６に記載の情動変動推定装置。
［実施態様８］
　前記情動変動推定部は、前記第１の信号に応じて、前記第１の閾値を変化させる実施態様２に記載の情動変動推定装置。
［実施態様９］
　前記情動変動推定部は、
　前記第１の閾値が、前記第１の信号の平均値に関する単調関数となるように前記第１の閾値を変化させる実施態様８に記載の情動変動推定装置。

［実施態様１０］
　前記差分信号出力部は、
　前記第１の信号のｍ階差分信号（ｍはｎよりも大きな整数）を出力し、
　前記ｎ階差分信号と前記ｍ階差分信号に基づいて、前記第１の信号が前記電極と前記皮膚との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定する第２の判定部を備えている実施態様１又は２に記載の情動変動推定装置。
［実施態様１１］
　前記第２の判定部は、
　前記ｍ階差分信号の振幅の前記ｎ階差分信号の振幅に対する比が、第６の閾値よりも大きいときに前記雑音信号を含んでいると判定し、前記ｍ階差分信号の振幅の前記ｎ階差分信号の振幅に対する比が、第７の閾値よりも小さいときに前記雑音信号を含んでいないと判定する実施態様１０に記載の情動変動推定装置。

［実施態様１２］
　前記情動変動推定部は、
　前記第２の判定部が前記雑音信号を含んでいると判定したときに、対応する第２の時間の前記ｎ階差分信号のデータを修正して第３の信号を生成し、該第３の信号に基づいて前記情動変動を推定する実施態様１０又は１１に記載の情動変動推定装置。
［実施態様１３］
　前記情動変動推定部は、前記第２の時間外の前記ｎ階差分信号に基づいて、前記第２の時間の前記ｎ階差分信号のデータを修正する実施態様１２に記載の情動変動推定装置。
［実施態様１４］
　前記ｎ階差分信号に基づいて、前記皮膚と前記電極との接触状態が変化したかどうかを判定する第１の判定部と、
　前記ｎ階差分信号と前記ｍ階差分信号に基づいて、前記第１の信号が前記電極と前記皮膚との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定する第２の判定部とを備えている実施態様１又は２に記載の情動変動推定装置。

［実施態様１５］
　前記生体の皮膚に接触による静電容量測定により前記情動変動を検出する実施態様１４に記載の情動変動推定装置。
［実施態様１６］
　前記第１の信号及び前記ｎ階差分信号は、離散時間信号である実施態様１～１５のいずれか１項に記載の情動変動推定装置。
［実施態様１７］
　前記ｎ階差分信号は、前記第１の信号において時間的に隣接するデータから得られた信号である実施態様１～１６のいずれか１項に記載の情動変動推定装置。
［実施態様１８］
　前記ｎ階差分信号における整数ｎ＝１である実施態様１～１７のいずれか１項に記載の情動変動推定装置。

［実施態様１９］
　前記ｍ階差分信号における整数ｍ＝２である実施態様１８に記載の情動変動推定装置。
［実施態様２０］
　生体の皮膚に接触するよう構成された少なくとも１つの電極における電気的物理量を測定し、該電気的物理量に対応する第１の信号を出力することと、
　前記第１の信号の複数の時刻におけるデータが入力され、前記第１の信号のｎ階差分信号（ｎは１以上の整数）を出力することと、
　前記ｎ階差分信号に基づいて、前記生体の情動変動を推定することと
　を有している情動変動推定方法。

［実施態様２１］
　前記情動変動を推定することは、
　前記ｎ階差分信号と第１の閾値とを比較して前記生体の情動変動を推定することである実施態様２０に記載の情動変動推定方法。
［実施態様２２］
　前記ｎ階差分信号に基づいて、前記皮膚と前記電極との接触状態が変化したかどうかを判定することを有している実施態様２０又は２１に記載の情動変動推定方法。
［実施態様２３］
　前記接触状態が変化したかどうかを判定することは、
　前記ｎ階差分信号が、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記皮膚と前記電極との接触状態が変化したと判定することである実施態様２２に記載の情動変動推定方法。

［実施態様２４］
　前記接触状態が変化したかどうかを判定することは、
　前記ｎ階差分信号が、正の第４の閾値よりも高くなり負の第５の閾値よりも低くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記皮膚と前記電極との接触状態が変化したと判定することである実施態様２２に記載の情動変動推定方法。
［実施態様２５］
　前記情動変動を推定することは、
　前記接触状態が変化したかどうかを判定することにより、接触状態が変化したと判定されたときに、対応する第１の時間の前記ｎ階差分信号のデータを修正して第２の信号を生成し、該第２の信号に基づいて前記情動変動を推定することである実施態様２２，２３又は２４に記載の情動変動推定方法。

［実施態様２６］
　前記情動変動を推定することは、
　前記第１の時間外の前記ｎ階差分信号に基づいて、前記第１の時間の前記ｎ階差分信号のデータを修正して前記情動変動を推定することである実施態様２５に記載の情動変動推定方法。
［実施態様２７］
　前記情動変動を推定することは、
　前記第１の信号に応じて、前記第１の閾値を変化させて前記情動変動を推定することである実施態様２１に記載の情動変動推定方法。
［実施態様２８］
　前記情動変動を推定することは、
　前記第１の閾値が、前記第１の信号の平均値に関する単調関数となるように前記第１の閾値を変化させて前記情動変動を推定することである実施態様２７に記載の情動変動推定方法。

［実施態様２９］
　前記ｎ階差分信号を出力することは、
　前記第１の信号のｍ階差分信号（ｍはｎよりも大きな整数）を出力し、
　前記ｎ階差分信号と前記ｍ階差分信号に基づいて、前記第１の信号が前記電極と前記皮膚との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定することを有している実施態様２０又は２１に記載の情動変動推定方法。
［実施態様３０］
　前記雑音信号を含んでいるかどうかを判定することは、
　前記ｍ階差分信号の振幅の前記ｎ階差分信号の振幅に対する比が、第６の閾値よりも大きいときに前記雑音信号を含んでいると判定し、前記ｍ階差分信号の振幅の前記ｎ階差分信号の振幅に対する比が、第７の閾値よりも小さいときに前記雑音信号を含んでいないと判定することである実施態様２９に記載の情動変動推定方法。

［実施態様３１］
　前記情動変動を推定することは、
　前記雑音信号を含んでいるかどうかを判定することにより、前記雑音信号が含まれていると判定されたときに、対応する第２の時間の前記ｎ階差分信号のデータを修正して第３の信号を生成し、該第３の信号に基づいて前記情動変動を推定することである実施態様２９又は３０に記載の情動変動推定方法。
［実施態様３２］
　前記情動変動を推定することは、
　前記第２の時間外の前記ｎ階差分信号に基づいて、前記第２の時間の前記ｎ階差分信号のデータを修正して前記情動変動を推定することである実施態様３１に記載の情動変動推定方法。

［実施態様３３］
　前記ｎ階差分信号に基づいて、前記皮膚と前記電極との接触状態が変化したかどうかを判定することと、
　前記ｎ階差分信号と前記ｍ階差分信号に基づいて、前記第１の信号が前記電極と前記皮膚との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定することとを有している実施態様２０又は２１に記載の情動変動推定方法。
［実施態様３４］
　生体の皮膚に接触するよう構成された少なくとも１つの電極における電気的物理量を測定し、該電気的物理量に対応する第１の信号を出力することと、
　前記第１の信号の複数の時刻におけるデータが入力され、前記第１の信号のｎ階差分信号（ｎは１以上の整数）を取得するとともに、前記第１の信号のｍ階差分信号（ｍはｎよりも大きな整数）を取得することと、
　前記ｎ階差分信号に基づいて、前記皮膚と前記電極との接触状態が変化したかどうかを判定するとともに、前記ｎ階差分信号と前記ｍ階差分信号に基づいて、前記第１の信号が前記電極と前記皮膚との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定することと、
　前記差分信号出力ステップからの前記ｎ階差分信号に基づいて、前記生体の情動変動を推定することと、
　前記情動変動を推定することにおいて、接触不良が発生した場合には、前記ｎ階差分信号を修正することと
　を有している情動変動推定方法。

［実施態様３５］
　コンピュータにより、実施態様２０～３４のいずれか１項に記載の各ステップを実行するためのプログラム。
［実施態様３６］
　実施態様３５に記載の各ステップを実行するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

１，１ａ，１ｂ　電極
１０，２０，３０，４０、５０　情動変動推定装置
１１　電流源
１２　電気的物理量測定部
１２ａ　増幅器（Ｉ／Ｖ変換）
１２ｂ　Ａ／Ｄ変換器
１３　データ蓄積部
１４　差分信号出力部
１４ａ　ｎ階差分信号出力部
１４ｂ　ｍ階差分信号出力部
１５　情動変動推定部
１６　出力部
６０　生体信号測定器
６２　生体信号測定部
６２ａ，７２ａ　増幅器
６２ｂ，７２ｂ　Ａ／Ｄ変換器
６３，７３　処理部
６４，７４　時間変化率信号出力部
６４ａ，７４ａ　ｎ階差分信号出力部
６５，７５　出力部
７０　容積脈波測定装置
７１ａ　発光素子
７１ｂ　受光素子
７５　ドライバ
７２　容積脈波測定部
８１　腕バンド
８２　固定具

Claims

　生体に装着され、該生体の生体信号を測定する生体信号測定器であって、
　前記生体信号を測定し、該生体信号に対応する第１の信号を出力する生体信号測定部と、
　前記第１の信号が入力され、前記第１の信号のｎ階時間変化率信号（ｎは１以上の整数）を出力する時間変化率信号出力部と、
　前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態を判定する接触状態判定部と、
　を備えている生体信号測定器。
　前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記生体の情動変動を推定する情動変動推定部をさらに備えている請求項１に記載の生体信号測定器。
　前記情報変動推定部は、
　前記ｎ階時間変化率信号と第１の閾値とを比較して前記生体の情動変動を推定する請求項２に記載の生体信号測定器。
　前記接触状態判定部は、
　前記ｎ階時間変化率信号と負の閾値とに基づいて、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する請求項２又は３に記載の生体信号測定器。
　前記接触状態判定部は、
　前記ｎ階時間変化率信号が、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する請求項２～４のいずれか１項に記載の生体信号測定器。
　前記接触状態判定部は、
　前記ｎ階時間変化率信号が、正の第４の閾値よりも高くなり負の第５の閾値よりも低くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する請求項２～４のいずれか１項に記載の生体信号測定器。
　前記情動変動推定部は、
　前記接触状態判定部が、接触状態が変化したと判定したときに、対応する第１の時間の前記ｎ階時間変化率信号のデータを修正して第２の信号を生成し、該第２の信号に基づいて前記情動変動を推定する請求項２～６のいずれか１項に記載の生体信号測定器。
　前記情動変動推定部は、
　前記第１の時間外の前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記第１の時間の前記ｎ階時間変化率信号のデータを修正する請求項７に記載の生体信号測定器。
　前記情動変動推定部は、
　前記第１の信号に応じて、前記第１の閾値を変化させる請求項３に記載の生体信号測定器。
　前記情動変動推定部は、
　前記第１の閾値が、前記第１の信号の平均値に関する単調関数となるように前記第１の閾値を変化させる請求項９に記載の生体信号測定器。
　前記接触状態判定部は、
　前記ｎ階時間変化率信号と負の閾値とに基づいて、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する請求項１に記載の生体信号測定器。
　前記接触状態判定部は、
　前記ｎ階時間変化率信号が、負の第２の閾値よりも低くなり正の第３の閾値よりも高くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する請求項１又は１１に記載の生体信号測定器。
　前記接触状態判定部は、
　前記ｎ階時間変化率信号が、正の第４の閾値よりも高くなり負の第５の閾値よりも低くなる変化を（ｎ＋１）／２の床関数を施した値だけ繰り返したときに、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態が変化したと判定する請求項１又は１１に記載の生体信号測定器。
　前記接触状態判定部は、
　接触状態が変化したと判定したときに、対応する第１の時間の前記第１の信号のデータを修正して第２の信号を生成する第１のデータ修正部をさらに有する請求項１１～１３のいずれか１項に記載の生体信号測定器。
　前記第１のデータ修正部は、
　前記第１の時間外の前記第１の信号に基づいて、前記第１の時間の前記第１の信号のデータを修正する請求項１４に記載の生体信号測定器。
　前記時間変化率信号出力部は、
　前記第１の信号のｍ階時間変化率信号（ｍはｎよりも大きな整数）を出力し、前記ｎ階時間変化率信号と前記ｍ階時間変化率信号に基づいて、前記第１の信号が前記生体信号測定器と前記生体との接触状態の変化に起因する雑音信号を含んでいるかどうかを判定する雑音信号判定部を備えている請求項１，１２又は１３に記載の生体信号測定器。
　前記雑音信号判定部は、
　前記ｍ階時間変化率信号の振幅の前記ｎ階時間変化率信号の振幅に対する比が、第６の閾値よりも大きいときに前記雑音信号を含んでいると判定し、前記ｍ階時間変化率信号の振幅の前記ｎ階時間変化率信号の振幅に対する比が、第７の閾値よりも小さいときに前記雑音信号を含んでいないと判定する請求項１６に記載の生体信号測定器。
　前記接触状態判定部は、
　前記雑音信号判定部が前記雑音信号を含んでいると判定したときに、対応する第２の時間の前記第１の信号のデータを修正して第３の信号を生成する第２のデータ修正部をさらに有する請求項１６又は１７に記載の生体信号測定器。
　前記第２のデータ修正部は、
　前記第２の時間外の前記第１の信号に基づいて、前記第２の時間の前記第１の信号のデータを修正する請求項１８に記載の生体信号測定器。
　前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記生体の情動変動を推定する情動変動推定部をさらに備え、
　前記情動変動推定部は、
　前記雑音信号判定部が前記雑音信号を含んでいると判定したときに、対応する第２の時間の前記ｎ階時間変化率信号のデータを修正して第３の信号を生成し、該第３の信号に基づいて前記情動変動を推定する請求項１６又は１７に記載の生体信号測定器。
　前記情動変動推定部は、
　前記第２の時間外の前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記第２の時間の前記ｎ階時間変化率信号のデータを修正する請求項２０に記載の生体信号測定器。
　前記第１の信号及び前記ｎ階時間変化率信号は、離散時間信号である請求項１～２１のいずれか１項に記載の生体信号測定器。
　前記生体信号測定部は、
　前記生体の皮膚に接触するよう構成された少なくとも１つの電極における電気的物理量を測定し、該電気的物理量に対応する信号を前記第１の信号として出力する電気的物理量測定部である請求項１～２２のいずれか１項に記載の生体信号測定器。
　前記生体信号測定部は、
　容積脈波センサから前記生体の脈波を測定し、該脈波に対応する信号を前記第１の信号として出力する請求項１～２２のいずれか１項に記載の生体信号測定器。
　生体に接触して生体信号を測定する生体信号測定器の接触状態を判定する接触状態推定方法であって、
　前記生体信号を測定し、該生体信号に対応する第１の信号を出力すること、
　前記第１の信号のｎ階時間変化率信号（ｎは１以上の整数）を出力すること、
　前記ｎ階時間変化率信号に基づいて、前記生体信号測定器と前記生体との接触状態を判定すること、
　を有する接触状態推定方法。
　コンピュータにより、請求項２５に記載の接触状態推定方法を実行するためのプログラム。
　請求項２６に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。