WO2022013961A1 - 生体情報取得装置、生体情報取得方法、および記録媒体 - Google Patents

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light
living body
information acquisition
biological signal
biological
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和紀 井原
浩幸 遠藤
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日本電気株式会社
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    • A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
    • A61B5/6832—Means for maintaining contact with the body using adhesives
    • A61B5/6833—Adhesive patches

Definitions

  • the present invention relates to a biological information acquisition device, a biological information acquisition method, and a recording medium, and more particularly to a biological information acquisition device, a biological information acquisition method, and a recording medium for acquiring information about a living body using light.
  • the biometric information acquisition device acquires information about a living body by using a pair of a light emitting unit and a light receiving unit.
  • the biometric information acquisition device may be called a running watch, a fitness tracker, or an activity meter, depending on the application.
  • Patent Document 1 describes an example of a related technique.
  • Information about the living body is an index value related to the physical and mental health such as heart rate, blood flow, or blood oxygen concentration.
  • Methods for detecting biological information that reflects the activity of the autonomic nervous system, such as pulse fluctuations, are widely known. Furthermore, it has become possible to estimate the emotions of a living body through a model from limited biological information such as fluctuations in pulse (for example, Patent Document 1).
  • smart devices that can be linked with smartphone health management applications and life log functions have also been developed.
  • smart devices include a wristband type that is worn on the arm and an anklet type that is worn on the ankle.
  • a stick-on device for attaching a flexible substrate provided with a light emitting means and a light receiving means to the skin of a living body has also appeared (for example, Patent Document 2).
  • a stick-on sensor device has been developed in which an array-shaped sensor equipped with one or more light emitting means and two or more light receiving means is constructed.
  • a super bio imager uses biomedical signals obtained from the individual light receiving means that make up an array of sensors to perform more sophisticated processing (eg, statistical calculations) than sticky devices with a single sensor. It can be performed. Therefore, the super bioimager can acquire biological information such as a pulse more accurately (Non-Patent Document 1).
  • any sensor device that constructs an array-shaped sensor equipped with one or more light emitting means and two or more light receiving means can be applied to a sticking type device equipped with a single sensor. And enjoy the above-mentioned merits.
  • the sensor device is twisted with the body movement of the living body.
  • the method of attaching the sensor device to the living body may differ from user to user.
  • a sensor device in which an array-shaped sensor having one or more light emitting means and two or more light receiving means is constructed it is generated for each light receiving means depending on how the sensor device is twisted during body movement and how the sensor device is attached to a living body. Since the magnitude of noise is different, it is difficult to completely remove only noise such as artifacts due to body movement from biological signals. This makes it difficult to accurately obtain information about the living body from the biological signal.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and one of the objects thereof is a configuration in which a biological signal is received from a patch-type device provided with one or more light emitting means and two or more light receiving means.
  • the purpose is to acquire information about a living body with high accuracy.
  • the biological information acquisition device receives a modulation means for dimming one or more light emitting means at a specific frequency and a biological signal based on light received by two or more light receiving means from the living body. It includes a receiving means and an adjusting means for adjusting the intensity of the biological signal acquired from each light receiving means based on the component of the specific frequency in the biological signal.
  • one or more light emitting means are dimmed at a specific frequency, and two or more light receiving means receive a biological signal based on the light received from the living body, and the living body is described. It involves adjusting the intensity of the biological signal obtained from the individual light receiving means based on the component of the particular frequency in the signal.
  • the recording medium comprises dimming one or more light emitting means at a specific frequency, and receiving a biological signal based on light received from a living body by two or more light receiving means. It stores a program for causing a computer to adjust the intensity of the biological signal acquired from each light receiving means based on the component of the specific frequency in the biological signal.
  • a biological signal is received from a patch-type device provided with one or more light emitting means and two or more light receiving means
  • information on a living body can be acquired with high accuracy. ..
  • the system configuration common to all embodiments is schematically shown. It is a block diagram which shows an example of the structure of the sticking type device provided in the system common to all embodiments. It is a figure which shows the appearance in the plan view of an example of the sticking type device provided in the system common to all embodiments. It is a top view which shows one modification of the sticking type device provided in the system common to all embodiments. It is sectional drawing which shows the structure of the sticking type device shown in FIG. It is a block diagram which shows an example of the structure of the biological information acquisition apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. An example of the modulation signal generated by the modulation unit of the biometric information acquisition device according to the first embodiment is shown. FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of a biological signal received by a receiving unit before the modulation unit control signal of the biometric information acquisition device according to the first embodiment is modulated.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of a biological signal received by a receiving unit after the modulation unit control signal of the biometric information acquisition device according to the first embodiment is modulated.
  • It is a graph which shows an example of the power spectrum obtained by Fourier transforming a biological signal.
  • It is a graph which shows an example of the biological signal leveled by the adjustment part of the biological information acquisition apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the modification 1 of the structure of the sticking type device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 2 It is sectional drawing which shows the modification 2 of the structure of the sticking type device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the modification 3 of the structure of the sticking type device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the biological information acquisition apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of a system 1 that can be applied in common to all embodiments.
  • the system 1 includes a biological information acquisition device 100 (200, 300, 400) and a stick-on device 10.
  • the biological information acquisition device 100 is the biological information acquisition device according to the first embodiment, and is also the minimum configuration of the biological information acquisition device according to all the embodiments.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the stickable device 10.
  • the patchable device 10 is attached to the skin of a living body (human body or the like).
  • the stick-on device 10 includes one or more light emitting units 11 and two or more light receiving units 12.
  • n (n is an integer of 2 or more) light receiving units 12 are shown.
  • One or more light emitting units 11 are controlled by a driver of AFE (Analog Front End).
  • AFE Analog Front End
  • One or more light emitting units 11 emit light in a specific wavelength range (for example, visible or near infrared) toward the skin of a living body.
  • the plurality of light emitting units 11 may emit light having the same wavelength or may emit light in a different wavelength range.
  • FIG. 3 is a plan view of the stickable device 10. As shown in FIG. 3, the AFE, the light emitting unit 11 and the light receiving unit 12 are arranged on the FPC (Flexible printed circuits). The number and arrangement of the light receiving units 12 on the sensor area of FIG. 3 and the positional relationship between the light emitting unit 11 and the light receiving unit 12 are merely examples.
  • a part of the light emitted from one or more light emitting units 11 is reflected by the skin of the living body, and the other part is transmitted through the skin of the living body.
  • Light transmitted through the skin of a living body is partially absorbed or scattered by various elements constituting the tissue in the living body (for example, hemoglobin in blood), and then passes through the skin of the living body again to the outside of the living body. It is released.
  • Each of the two or more light receiving units 12 provided in the stickable device 10 receives light from a living body.
  • the two or more light receiving units 12 output an analog biological signal based on the light received from the living body to the AFE A / D converter.
  • the analog biological signal is converted into a digital biological signal by the A / D converter, and then transmitted to the controller of the patch-type device 10.
  • the controller of the stick-on device 10 communicates with the biological information acquisition device 100 (200, 300, 400) wirelessly or by wire, so that the light received from the living body to the biological information acquisition device 100 (200, 300, 400) is received. Sends a biological signal based on.
  • the biological information acquisition device 100 receives a biological signal based on light from the biological body from the controller of the stickable device 10. Then, the biological information acquisition device 100 (200, 300, 400) acquires information about the biological body from the received biological signal.
  • the information about the living body is an index value related to the physical and mental health such as heart rate, blood flow, or blood oxygen concentration.
  • FIG. 4 is a plan view showing an example of the sticking-type device 10A according to the modified example.
  • the patch-type device 10A includes one light emitting unit 11 ( indicated by reference numeral P 1 ) and two light receiving units 12 (indicated by reference numerals S 1 and S 2).
  • the light emitting unit 11 and the light receiving unit 12 are arranged on an FPC (also referred to as a flexible substrate).
  • the edges of the surface of the flexible substrate are adhered to the adhesive sheet having adhesiveness on both sides.
  • a rectangular hole is formed in the central portion of the adhesive sheet, and the light emitting portion 11 and the light receiving portion 12 are arranged in the hole of the adhesive sheet.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a sticking-type device 10A attached to the skin of a living body (for example, a human body).
  • the stick-on device 10A is attached to the skin of a living body by an adhesive sheet with one light emitting portion 11 and two light receiving portions 12 facing the living body side.
  • the light emitting unit 11 emits light toward the living body.
  • Each of the two light receiving units 12 receives light from a living body.
  • the two light receiving units 12 transmit a biological signal based on the received light wirelessly or by wire to the biological information acquisition device 100 according to the first embodiment described later.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the biological information acquisition device 100 according to the first embodiment.
  • the biological information acquisition device 100 includes a modulation unit 110, a reception unit 120, and an adjustment unit 130.
  • the modulation unit 110 dimmes one or more light emitting units 11 (an example of light emitting means) at a specific frequency.
  • the modulation unit 110 is an example of the modulation means. Dimming here means that the intensity of light emission of one or more light emitting units 11 is periodically changed.
  • a control signal for controlling one or more light emitting units 11 from a driver (FIG. 1) of the stick-on device 10 or the stick-on device 10A (hereinafter, referred to as “stick-type device 10 (10A)”). Is output.
  • One or more light emitting units 11 are turned ON (lighted) or OFF (turned off) depending on the control signal.
  • the modulation unit 110 periodically changes the brightness of the one or more light emitting units 11 instead of switching ON / OFF (that is, blinking) of the one or more light emitting units 11.
  • the modulation unit 110 When the modulation unit 110 receives a notification from the reception unit 120 that a biological signal has been received, the modulation unit 110 modulates a control signal for controlling one or more light emitting units 11 at a specific frequency.
  • the specific frequency is preset according to the usage environment or the user of the patchable device 10 (10A). An example of a method for determining a specific frequency will be described later.
  • the modulation unit 110 instructs the driver of the patch-type device 10 (10A) to modulate the control signal at a specific frequency.
  • the driver of the patch-type device 10 (10A) outputs a control signal (hereinafter referred to as a modulated signal) modulated at a specific frequency to one or more light emitting units 11.
  • the modulation unit 110 may dimm the plurality of light emitting units 11 that emit light at the same wavelength at the same frequency. Alternatively, the modulation unit 110 may dimm the plurality of light emitting units 11 that emit light at different wavelengths from each other at different frequencies. Alternatively, the modulation unit 110 and the plurality of light emitting units 11 that emit light at the same wavelength may be dimmed at different frequencies.
  • FIG. 7 shows an example of a modulation signal output by the modulation unit 110.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 7 is time, and the vertical axis is voltage.
  • a specific frequency are represented by the symbol P 1.
  • the one or more light emitting units 11 are alternately switched ON each time the upper end of the wave of the modulated signal shown in FIG. 7 is reached, and OFF each time the lower end of the wave of the modulated signal is reached.
  • the modulation unit 110 modulates the control signal output from the driver of the patch-type device 10 (10A). That is, the modulation unit 110 switches between lighting and extinguishing of one or more light emitting units 11 in a cycle corresponding to a specific frequency P 1 , that is, every 1 / P 1.
  • the modulation unit 110 notifies the adjustment unit 130 that the control signal is being modulated.
  • the receiving unit 120 receives a biological signal based on the light received from the living body by two or more light receiving units 12 (an example of the light receiving means).
  • the receiving unit 120 is an example of receiving means.
  • the receiving unit 120 receives two biological signals from the two light receiving units 12 of the above-mentioned patch-type device 10 (10A).
  • the receiving unit 120 notifies the modulation unit 110 that the biological signal has been received from the light receiving unit 12.
  • FIG. 8 shows an example of two biological signals (S 1 , S 2) received from the two light receiving units 12 by the receiving unit 120 before the modulation unit 110 modulates the control signal.
  • FIG. 9 shows an example of two biological signals (S 1 and S 2) received from the two light receiving units 12 by the receiving unit 120 after the modulation unit 110 modulates the control signal.
  • the variation of the modulated signal (FIG. 7) based on the frequency P 1 is superimposed on the biological signal (S 1 , S 2 ) shown in FIG.
  • the receiving unit 120 outputs the two biological signals (S 1 and S 2 ) shown in FIG. 9 to the adjusting unit 130.
  • the adjusting unit 130 adjusts the intensity of the biological signal acquired from each light receiving unit 12 based on the component of a specific frequency in the biological signal.
  • the adjusting unit 130 is an example of the adjusting means.
  • the adjusting unit 130 receives two biological signals (S 1 and S 2 ) from the receiving unit 120.
  • the adjusting unit 130 transfers two biological signals (S 1 and S 2) from the time domain to the frequency domain by Fourier transform.
  • two biological signal shown in FIG. 9 a power spectrum obtained by (S 1, S 2) to the Fourier transform, respectively (S'1, S'2) is a graph showing an example of.
  • Two power spectrum (S'1, S'2) shown in FIG. 9 in, the around the 40-200Hz, frequency component based on the heart rate of a living body (hereinafter, referred to as heart rate component) is present.
  • Two power spectrum (S'1, S'2) a specific frequency component in the corresponding frequency P 1 of the modulated signal (FIG. 7). That is, specific frequency components in the two power spectra (S'1, S'2), the modulation unit 110 is generated by modulating the control signal of the driver.
  • Adjustment unit 130 two power spectrum (S'1, S'2) based on the magnitude of a specific frequency component in the two biological signals (S 1, S 2) to equalize. More specifically, the adjusting unit 130 divides the intensity of the biological signal (S 1 ) by the magnitude of a specific frequency component in one power spectrum (S ′ 1). Similarly, the adjustment unit 130, the magnitude of a specific frequency component in the other of the power spectrum (S'2), dividing the intensity of the biological signal (S 2).
  • FIG. 11 shows two biological signals (S 1 , S 2 ) after the intensity has been adjusted by the adjusting unit 130.
  • the adjusting unit 130 outputs two biological signals (S 1 , S 2 ) (FIG. 11) after the intensity has been adjusted.
  • FIG. 12 shows an example of the sticking-type device 10B according to the modified example 1.
  • one light emitting unit 11 and two or more light receiving units 12 are attached to each other with respect to a transparent (or translucent) substrate (corresponding to FPC in FIG. 4). It is located on the opposite surface.
  • the light emitting unit 11 is provided on the entire back surface of the substrate (that is, a surface not facing the living body).
  • the light emitting unit 11 arranges a plurality of light sources (chip LEDs (light emitting diodes), etc.) on a printed circuit board (different from the substrate shown in FIG. 12) having a mirror surface on a square grid point.
  • the biological information acquisition device 100 can acquire information about the living body from a wide range of the living body.
  • FIG. 13 shows an example of the sticking-type device 10C according to the modified example 2.
  • the stick-on device 10C according to the second modification similarly to the stick-on device 10B according to the first modification, there are two light emitting units 11 with respect to a transparent (or translucent) substrate (corresponding to FPC in FIG. 4). And a large number of light receiving portions 12 are arranged on the surfaces opposite to each other.
  • a light guide plate is arranged between the two light emitting units 11. The light emitted from the two light emitting units 11 is diffused in the light guide plate.
  • the inner surface of the light guide plate (the surface facing the living body) is provided with a fine structure by inkjet printing or laser processing.
  • a part of the light is scattered by the structure and emitted from the light guide plate to the living body side.
  • the same effect as the configuration of the modification 1 (FIG. 12) in which a large number of light receiving portions 12 are provided on the entire back surface of the substrate can be obtained.
  • the light receiving units 12 when a plurality of light receiving units 12 are provided as shown in FIG. 13, the light receiving units 12 are sufficiently separated from each other to emit light from one or more light emitting units 11. The generated light passes between the light receiving portions 12 toward the living body side.
  • FIG. 14 shows an example of the sticking-type device 10D according to the modified example 3.
  • two light emitting units 11 and a light guide plate are provided on the same substrate surface as a large number of light receiving units 12. More specifically, in the patch-type device 10D according to the third modification, a large number of light receiving units 12 and two light emitting units 11 are laminated in this order on the surface of a transparent or translucent substrate.
  • the light guide plate is provided with pinholes at positions corresponding to the respective light receiving portions 12, and the peripheral surface of each pinhole is provided with pinholes so that light does not leak from the inside of the light guide plate through the pinholes.
  • a light-shielding member is provided.
  • a large number of light receiving units 12 can receive light from the living body through the pinholes.
  • the light guide plate is transparent or translucent, a part of the light directed from the living body toward the light guide plate passes through the light guide plate and is incident on each of the two light receiving portions 12 without passing through a pinhole. ..
  • the light incident on the end of the light guide plate from the two light emitting units 11 is totally reflected by the difference in refractive index between the inside and outside of the light guide plate (so-called waveguide mode is established), so that the light guide plate is transparent or semi-transparent. Even if it is transparent, it diffuses throughout the light guide plate.
  • the two light emitting units 11 and a large number of light receiving units 12 can be integrally installed on the same surface of the substrate.
  • the two light emitting units 11 can irradiate the living body with light via the light guide plate.
  • the large number of light receiving units 12 can receive light from the living body through the pinholes of the light guide plate or through the transparent or translucent light guide plate.
  • FIG. 15 shows an example of the sticking-type device 10E according to the modified example 4.
  • two light emitting parts 11 and a large number of light receiving parts 12 are provided on the surface of the substrate. Further, in the sticking-type device 10E according to the present modification 4, the two light emitting units 11 are separated from each other and arranged between the light receiving units 12. It is preferable that a light-shielding member is provided between each light-emitting unit 11 and the light-receiving units 12 on both sides. This makes it possible to prevent the light from the light emitting unit 11 from directly incident on the light receiving unit 12.
  • the two light emitting units 11 can irradiate the living body with light without going through the substrate, as in the configuration of the modification 3. Further, since the two light emitting units 11 are not covered by the light receiving unit 12, the living body can be directly irradiated with light.
  • the modulation unit 110 dimmes one or more light emitting units 11 at a specific frequency
  • the receiving unit 120 is based on the light received from the living body by the two or more light receiving units 12.
  • the adjusting unit 130 adjusts the intensity of the biological signal acquired from each light receiving unit 12 based on the component of a specific frequency in the biological signal.
  • both of the biological signals (S 1 and S 2 ) may carry an artifact due to body movement (hereinafter referred to as a body movement artifact) in addition to the pulse.
  • the size of the pulse component in the biological signal differs for each light receiving unit 12 depending on how the attachment type device 10 (10A, 10B, 10C, 10D, 10E) is attached to the living body. Further, the sticking device 10 (10A, 10B, 10C, 10D, 10E) is twisted with the body movement.
  • the modulation unit 110 modulates the biological signals (S 1 , S 2 ) at a specific frequency.
  • the specific frequency can be selected from the pulse component in the biological signal (S 1 , S 2 ) and the band that is not affected by noise such as body movement artifacts.
  • the modulation unit 110 of the biological information acquisition device 100 dimmes one or more light emitting units 11 at a specific frequency
  • the biological signal (S 1 , S 2 ) contains a component of a specific frequency.
  • the adjusting unit 130 adjusts the intensity of the biological signals (S 1 , S 2 ) acquired from the individual light receiving units 12 based on the components of a specific frequency, thereby between the biological signals (S 1 , S 2 ). Level the strength of. As a result, the biological information acquisition device 100 can acquire information about the biological body with high accuracy.
  • FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the biological information acquisition device 200 according to the second embodiment.
  • the biometric information acquisition device 200 further includes an analysis unit 240 in addition to the modulation unit 110, the reception unit 120, and the adjustment unit 130. That is, the configuration of the biological information acquisition device 200 according to the second embodiment is different from the configuration of the biological information acquisition device 100 according to the first embodiment in that the analysis unit 240 is provided.
  • the analysis unit 240 analyzes the state of the body and mind of the living body based on the biological signal.
  • the analysis unit 240 is an example of analysis means.
  • the analysis unit 240 may calculate the light absorption spectrum of the tissue of the living body from the biological signal.
  • the analysis unit 240 may calculate the vibration cycle or the contraction cycle of a part of the living body (for example, a blood vessel) from the biological signal.
  • the analysis unit 240 calculates an index value of at least one of the amount, density, and concentration (component ratio) of one element (for example, hemoglobin in blood) of the tissue of the living body from the biological signal.
  • the analysis unit 240 estimates the state of the body and mind of the living body by comparing the calculated at least one index value with each index value and the corresponding reference value. For example, in the analysis unit 240, when a certain index value is separated from the corresponding reference value by plus or minus ⁇ % ( ⁇ is a constant having a magnitude of, for example, about 5 to 10), the state regarding the mind and body of the living body indicated by the index value. Is determined to be abnormal.
  • the mental and physical states of a living body are physical health, brain activity (activation), emotions, mental stability, nutrient excess / deficiency, or sleep excess / deficiency.
  • a specific example of a state relating to the mind and body of a living body will be described in Embodiments 2 and 3.
  • the analysis unit 240 outputs information indicating the state of the body and mind of the living body as the analysis result of the biological signal. In one example, the analysis unit 240 displays information about the mind and body of a living body on the screen of a display of a smart device (not shown).
  • the modulation unit 110 dimmes one or more light emitting units 11 at a specific frequency
  • the receiving unit 120 is based on the light received from the living body by the two or more light receiving units 12.
  • the adjusting unit 130 adjusts the intensity of the biological signal acquired from each light receiving unit 12 based on the component of a specific frequency in the biological signal.
  • the biological signal contains a component of a specific frequency.
  • the adjusting unit 130 adjusts the intensity of the biological signal acquired from each light receiving unit 12 based on the component of a specific frequency, thereby leveling the intensity between the biological signals.
  • the analysis unit 240 analyzes the state of the body and mind of the living body based on the biological signal. Therefore, the biological information acquisition device 200 can provide the analysis result of the state of the body and mind of the living body to the user of the biological information acquisition device 200.
  • FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the biological information acquisition device 300 according to the third embodiment.
  • the biometric information acquisition device 300 further includes an analysis unit 340 in addition to the modulation unit 110, the reception unit 120, and the adjustment unit 130.
  • the analysis unit 340 according to the third embodiment includes a measurement unit 3401.
  • the measurement unit 3401 of the analysis unit 340 measures at least one of the heart rate and the blood flow of the living body based on the biological signal.
  • the measuring unit 3401 is an example of the measuring means.
  • the measuring unit 3401 calculates the amount of near-infrared light reflected based on the biological signal.
  • the amount of reflection of near-infrared light changes due to the absorption of near-infrared light by hemoglobin in blood (see Patent Document 2).
  • the measuring unit 3401 measures the heart rate of the living body based on the change in the amount of reflection of near-infrared light.
  • the measurement unit 3401 outputs the measurement result of the heart rate of the living body.
  • the measuring unit 3401 may measure the blood flow amount based on the change in the reflected amount of the near infrared light (see Patent Document 2). The measuring unit 3401 outputs the measurement result of the blood flow in the living body.
  • the measurement result of the heart rate of the living body or the blood flow of the living body is an example of the information indicating the state of the body and mind of the living body. Further, the measurement result of the heart rate of the living body or the blood flow of the living body is also an example of the analysis result of the living body described in the second embodiment.
  • the modulation unit 110 dimmes one or more light emitting units 11 at a specific frequency
  • the receiving unit 120 is based on the light received from the living body by the two or more light receiving units 12.
  • the adjusting unit 130 adjusts the intensity of the biological signal acquired from each light receiving unit 12 based on the component of a specific frequency in the biological signal.
  • the biological signal contains a component of a specific frequency.
  • the adjusting unit 130 adjusts the intensity of the biological signal acquired from each light receiving unit 12 based on the component of a specific frequency, thereby leveling the intensity between the biological signals.
  • the biometric information acquisition device 300 can acquire information about the living body with high accuracy.
  • the analysis unit 340 analyzes the state of the body and mind of the living body based on the biological signal. Therefore, the biological information acquisition device 300 can provide the analysis result of the state of the body and mind of the living body to the user of the biological information acquisition device 300.
  • the analysis unit 340 includes a measurement unit 3401 that measures at least one of the heart rate and the blood flow of the living body based on the biological signal. Therefore, the biological information acquisition device 300 can provide the user of the biological information acquisition device 300 with the measurement results of at least one of the heart rate and the blood flow of the living body.
  • FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the biological information acquisition device 400 according to the fourth embodiment.
  • the biometric information acquisition device 400 further includes an analysis unit 440 in addition to the modulation unit 110, the reception unit 120, and the adjustment unit 130.
  • the configuration of the analysis unit 440 according to the fourth embodiment is different from the configuration of the analysis unit 240 according to the second embodiment and the configuration of the analysis unit 340 according to the third embodiment in that the estimation unit 4401 is provided.
  • the estimation unit 4401 estimates the emotion of the living body based on the biological signal.
  • the estimation unit 4401 is an example of an estimation means.
  • the estimation unit 4401 calculates the amount of reflection of near-infrared light based on the biological signal, similarly to the measurement unit 3401 according to the third embodiment.
  • the estimation unit 4401 measures the heart rate of the living body based on the change in the amount of reflection of near-infrared light.
  • the estimation unit 4401 measures the change in the heart rate of the living body.
  • the heart causes an increase in myocardial contractility and an increase in heart rate, resulting in an increase in cardiac output and contraction of peripheral blood vessels throughout the body.
  • Sympathetic excitement is associated with emotions such as excitement, anger, and anxiety, for example.
  • the estimation unit 4401 refers to a table showing the heart rate and the correspondence between the change and the mental state (emotion), and based on the change in the heart rate of the living body, various mental states (emotion) of the living body. To estimate. Then, the estimation unit 4401 outputs an estimation result regarding the mental state of the living body.
  • the modulation unit 110 dimmes one or more light emitting units 11 at a specific frequency
  • the receiving unit 120 is based on the light received from the living body by the two or more light receiving units 12.
  • the adjusting unit 130 adjusts the intensity of the biological signal acquired from each light receiving unit 12 based on the component of a specific frequency in the biological signal.
  • the biological signal contains a component of a specific frequency.
  • the adjusting unit 130 adjusts the intensity of the biological signal acquired from each light receiving unit 12 based on the component of a specific frequency, thereby leveling the intensity between the biological signals.
  • the biometric information acquisition device 400 can acquire information about the living body with high accuracy.
  • the analysis unit 440 analyzes the state of the body and mind of the living body based on the biological signal. Therefore, the biological information acquisition device 400 can provide the analysis result of the state of the body and mind of the living body to the user of the biological information acquisition device 400.
  • the analysis unit 440 includes an estimation unit 4401 that estimates the emotion of the living body based on the biological signal. Therefore, the biological information acquisition device 400 can provide the estimation result of the emotion of the biological body to the user of the biological information acquisition device 400.
  • Each component of the biological information acquisition devices 100 to 400 described in the first to fourth embodiments shows a block of functional units. Some or all of these components are realized by, for example, the information processing apparatus 900 as shown in FIG.
  • FIG. 19 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the information processing apparatus 900.
  • the information processing apparatus 900 includes the following configuration as an example.
  • -CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • -Program 904 loaded into RAM 903
  • a storage device 905 that stores the program 904.
  • Drive device 907 that reads and writes the recording medium 906.
  • -Communication interface 908 for connecting to the communication network 909 -I / O interface 910 for inputting / outputting data -Bus 911 connecting each component
  • Each component of the biological information acquisition devices 100 to 400 described in the first to fourth embodiments is realized by the CPU 901 reading and executing the program 904 that realizes these functions.
  • the program 904 that realizes the functions of each component is stored in, for example, a storage device 905 or ROM 902 in advance, and the CPU 901 is loaded into the RAM 903 and executed as needed.
  • the program 904 may be supplied to the CPU 901 via the communication network 909, or may be stored in the recording medium 906 in advance, and the drive device 907 may read the program and supply the program to the CPU 901.
  • the biometric information acquisition devices 100 to 400 described in the first to fourth embodiments are realized as hardware. Therefore, the same effects as those described in the first to fourth embodiments can be obtained.
  • the present invention can be used for a device for acquiring and / or analyzing information about a living body, for example, a heart rate measuring device for measuring a user's heart rate or blood flow, and an emotion estimating device for estimating a user's emotion. ..
  • Biometric information acquisition device 110 Modulation unit 120 Receiving unit 130 Coordinating unit 200 Biometric information acquisition device 240 Analysis unit 300 Biometric information acquisition device 340 Analysis unit 3401 Measuring unit 400 Biometric information acquisition device 440 Analysis unit 4401 Estimating unit

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Abstract

１つ以上の発光手段と２つ以上の受光手段とを備えた貼付型デバイスから生体信号を受信する構成において、生体に関する情報を高精度に取得する。変調部（１１０）は、１つ以上の発光手段を特定の周波数で調光させ、受信部（１２０）は、２つ以上の受光手段が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、調整部（１３０）は、生体信号における特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光手段から取得した生体信号の強度を調整する。

Description

生体情報取得装置、生体情報取得方法、および記録媒体
　本発明は、生体情報取得装置、生体情報取得方法、および記録媒体に関し、特に、光を用いて生体に関する情報を取得する生体情報取得装置、生体情報取得方法、および記録媒体に関する。
　１つの発光部と１つの受光部との組を用いて、生体に関する情報を取得する生体情報取得装置がある。生体情報取得装置は、用途に応じて、ランニングウォッチ、フィットネストラッカー、または活動量計と呼ばれる場合もある。特許文献１には、関連する技術の一例が記載されている。
　生体に関する情報は、例えば、心拍数、血流量、または血中酸素濃度などの、心身の健康状態に係わる指標値である。脈拍の変動など、自律神経系の活動を反映する生体情報を検出する方法が広く知られている。さらに、脈拍の変動のような限られた生体情報から、モデルを通じて、生体の感情を推定することも可能になってきている（例えば、特許文献１）。
　スマートフォンの健康管理アプリケーションおよびライフログ機能などと連携可能である、いわゆるスマートデバイスも数多く開発されている。例えば、スマートデバイスには、腕に装着するリストバンド型、および、足首に装着するアンクレット型がある。さらに、発光手段および受光手段を設けたフレキシブル基板を生体の皮膚に付着させる貼付型デバイスも登場している（例えば、特許文献２）。
　さらに、１つ以上の発光手段と２つ以上の受光手段を備えたアレイ状センサを構築した貼付型のセンサデバイスが開発されている。このような貼付型のセンサデバイスの中には、スーパーバイオイメージャー（super bio imager）と呼ばれるものがある。スーパーバイオイメージャーは、アレイ状センサを構成する個々の受光手段から取得される生体信号を用いることにより、単一のセンサを備えた貼付型デバイスよりも、高度な処理（例えば統計的な演算）を行うことができる。そのため、スーパーバイオイメージャーは、脈拍をはじめとする生体情報を、より精確に取得することができる（非特許文献１）。なお、スーパーバイオイメージャーに限られず、１つ以上の発光手段と２つ以上の受光手段を備えたアレイ状センサを構築したセンサデバイスであれば、単一のセンサを備えた貼付型デバイスに対して、上述のメリットを享受する。
特表２０１８－５０４１８８号公報 特開２０１１－５０７４５号公報 国際公開第２０１８／１６７８５４号
Yokota, T., Nakamura, T., Kato, H. et al. "A conformable imager for biometric authentication and vital sign measurement.", Nat Electron (2020).
　生体の体動に伴って、センサデバイスのねじれが生じる。また、生体に対するセンサデバイスの取り付け方も、ユーザごとに異なりうる。１つ以上の発光手段と２つ以上の受光手段を備えたアレイ状センサを構築したセンサデバイスでは、体動時のねじれ方、および、生体に対するセンサデバイスの取り付け方によって、受光手段ごとに発生するノイズの大きさは相違するため、生体信号から、体動によるアーティファクト等のノイズのみを完全に除去することは困難である。このことは、生体信号から生体に関する情報を精確に取得することを困難にする。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、１つ以上の発光手段と２つ以上の受光手段とを備えた貼付型デバイスから生体信号を受信する構成において、生体に関する情報を高精度に取得することにある。
　本発明の一態様に係わる生体情報取得装置は、１つ以上の発光手段を特定の周波数で調光させる変調手段と、２つ以上の受光手段が生体から受光した光に基づく生体信号を受信する受信手段と、前記生体信号における前記特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光手段から取得した前記生体信号の強度を調整する調整手段とを備えている。
　本発明の一態様に係わる生体情報取得方法は、１つ以上の発光手段を特定の周波数で調光させ、２つ以上の受光手段が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、前記生体信号における前記特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光手段から取得した前記生体信号の強度を調整することを含む。
　本発明の一態様に係わる記録媒体は、１つ以上の発光手段を特定の周波数で調光させることと、２つ以上の受光手段が生体から受光した光に基づく生体信号を受信することと、前記生体信号における前記特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光手段から取得した前記生体信号の強度を調整することとをコンピュータに実行させるためのプログラムを格納している。
　本発明の一態様によれば、１つ以上の発光手段と２つ以上の受光手段とを備えた貼付型デバイスから生体信号を受信する構成において、生体に関する情報を高精度に取得することができる。
全実施形態に共通するシステムの構成を模式的に示す。 全実施形態に共通するシステムが備えた貼付型デバイスの構成の一例を示すブロック図である。 全実施形態に共通するシステムが備えた貼付型デバイスの一例を平面視したときの見え方を示す図である。 全実施形態に共通するシステムが備えた貼付型デバイスの一変形例を示す平面図である。 図４に示す貼付型デバイスの構成を示す断面図である。 実施形態１に係わる生体情報取得装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施形態１に係わる生体情報取得装置の変調部が生成する変調信号の一例を示す。 実施形態１に係わる生体情報取得装置の変調部制御信号が変調される前に、受信部が受信する生体信号の一例を示すグラフである。 実施形態１に係わる生体情報取得装置の変調部制御信号が変調された後に、受信部が受信する生体信号の一例を示すグラフである。 生体信号をフーリエ変換することによって得られたパワースペクトルの一例を示すグラフである。 実施形態１に係わる生体情報取得装置の調整部によって平準化された生体信号の一例を示すグラフである。 実施形態１に係わる貼付型デバイスの構成の変形例１を示す断面図である。 実施形態１に係わる貼付型デバイスの構成の変形例２を示す断面図である。 実施形態１に係わる貼付型デバイスの構成の変形例３を示す断面図である。 実施形態１に係わる貼付型デバイスの構成の変形例４を示す断面図である。 実施形態２に係わる生体情報取得装置の構成を示すブロック図である。 実施形態３に係わる生体情報取得装置の構成を示すブロック図である。 実施形態４に係わる生体情報取得装置の構成を示すブロック図である。 実施形態１から４のいずれかに係わる生体情報取得装置のハードウェア構成を示す図である。
　以下において、いくつかの実施形態について説明する。しかし、その前に、全実施形態に共通する構成について説明する。
　〔全実施形態に共通〕
　（システム１）
　図１から図３を参照して、後述する全実施形態に共通の構成を説明する。
　図１は、全実施形態に共通して適用可能なシステム１の構成を概略的に示す。図１に示すように、システム１は、生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）、および貼付型デバイス１０を備えている。生体情報取得装置１００は、実施形態１に係る生体情報取得装置で、全実施形態に係る生体情報取得装置の最小構成でもある。
　図２は、貼付型デバイス１０の構成の一例を示すブロック図である。一例では、貼付型デバイス１０は、生体（人体など）の皮膚に貼付される。図２に示すように、貼付型デバイス１０は、１つ以上の発光部１１および２つ以上の受光部１２を備えている。図２では、ｎ（ｎは２以上の整数）個の受光部１２が示されている。１つ以上の発光部１１は、ＡＦＥ（Analog Front End）のドライバによって制御される。１つ以上の発光部１１は、生体の皮膚に向けて、特定の波長域（例えば、可視または近赤外）の光を出射する。
　貼付型デバイス１０が複数の発光部１１を備えている場合、複数の発光部１１は、同じ波長の光を出射してもよいし、異なる波長域の光を出射してもよい。
　図３は、貼付型デバイス１０の平面図である。図３に示すように、ＡＦＥ、発光部１１および受光部１２は、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）上に配置されている。なお、図３のセンサエリア上における受光部１２の数および配置、並びに、発光部１１と受光部１２との間の位置関係は、いずれも単なる一例である。
　１つ以上の発光部１１から出射された光の一部は、生体の皮膚で反射し、他の一部は、生体の皮膚を透過する。生体の皮膚を透過した光は、生体内の組織を構成する様々な要素（例えば血液中のヘモグロビン）によって部分的に吸収され、あるいは散乱されたのち、生体の皮膚を再び通って、生体外へ放出される。
　貼付型デバイス１０が備えた２つ以上の受光部１２は、それぞれ、生体からの光を受光する。２つ以上の受光部１２は、生体から受光した光に基づくアナログの生体信号を、ＡＦＥのＡ／Ｄコンバータへ出力する。アナログの生体信号は、Ａ／Ｄコンバータによって、デジタルの生体信号に変換されたのち、貼付型デバイス１０のコントローラへ送信される。
　貼付型デバイス１０のコントローラは、生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）と、無線または有線で通信することにより、生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）へ、生体から受光した光に基づく生体信号を送信する。
　生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）は、生体からの光に基づく生体信号を、貼付型デバイス１０のコントローラから受信する。そして、生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）は、受信生体信号から、生体に関する情報を取得する。生体に関する情報は、例えば、心拍数、血流量、または血中酸素濃度などの、心身の健康状態に係わる指標値である。なお、生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）の構成及び動作について、後述する各実施形態において詳細に説明する。
　（変形例）
　図４および図５を参照して、図３に示す貼付型デバイス１０の一変形例について説明する。
　（貼付型デバイス１０Ａ）
　図４は、一変形例に係わる貼付型デバイス１０Ａの一例を示す平面図である。図４に示すように、貼付型デバイス１０Ａは、１つの発光部１１（符号Ｐ１で示す）および２つの受光部１２（符号Ｓ１、Ｓ２で示す）を備えている。発光部１１および受光部１２は、ＦＰＣ（フレキシブル基板とも呼ぶ）上に配置されている。フレキシブル基板の表面の端部は、両面に粘着性のある粘着シートに対して接着している。図４に示す平面図において、粘着シートには、中央部分に矩形の穴が形成されており、粘着シートの穴の中に、発光部１１および受光部１２が配置されている。
　図５は、生体（一例では人体）の皮膚に貼付された貼付型デバイス１０Ａの断面図である。図５に示すように、貼付型デバイス１０Ａは、１つの発光部１１および２つの受光部１２を生体側に向けて、粘着シートによって、生体の皮膚に貼り付けられている。発光部１１は、生体に向けて、光を出射する。２つの受光部１２は、それぞれ、生体からの光を受光する。
　２つの受光部１２は、受光した光に基づく生体信号を、無線または有線で、後述する実施形態１に係わる生体情報取得装置１００へ送信する。
　〔実施形態１〕
　図６から図８を参照して、実施形態１について説明する。
　（生体情報取得装置１００）
　図６は、本実施形態１に係わる生体情報取得装置１００の構成を示すブロック図である。図６に示すように、生体情報取得装置１００は、変調部１１０、受信部１２０、および調整部１３０を備えている。
　変調部１１０は、１つ以上の発光部１１（発光手段の一例である）を特定の周波数で調光させる。変調部１１０は、変調手段の一例である。ここでの調光とは、１つ以上の発光部１１の発光の強度を周期的に変化させることを意味する。一例では、貼付型デバイス１０あるいは貼付型デバイス１０Ａ（以下、「貼付型デバイス１０（１０Ａ）と記載する」）のドライバ（図１）から、１つ以上の発光部１１を制御するための制御信号が出力されている。１つ以上の発光部１１は、制御信号によって、ＯＮ（点灯）またはＯＦＦ（消灯）する。他の一例では、変調部１１０は、１つ以上の発光部１１のＯＮ／ＯＦＦ（すなわち明滅）を切り替える代わりに、１つ以上の発光部１１の明暗を周期的に変化させる。
　変調部１１０は、受信部１２０から、生体信号を受信したことの通知を受け取ったとき、１つ以上の発光部１１を制御するための制御信号を、特定の周波数で変調する。ここで、特定の周波数は、貼付型デバイス１０（１０Ａ）の使用環境または使用者に応じて、予め設定されている。なお、特定の周波数を決定する方法の一例を、のちに説明する。
　変調部１１０は、貼付型デバイス１０（１０Ａ）のドライバに対し、特定の周波数で制御信号を変調させるように指示する。貼付型デバイス１０（１０Ａ）のドライバは、特定の周波数で変調された制御信号（以下、変調信号と呼ぶ）を、１つ以上の発光部１１へ出力する。
　変調部１１０は、同一の波長で発光する複数の発光部１１を、同一の周波数で調光させてもよい。あるいは、変調部１１０は、互いに異なる波長で発光する複数の発光部１１を、互いに異なる周波数で調光させてもよい。あるいはまた、変調部１１０、同一の波長で発光する複数の発光部１１を、互いに異なる周波数で調光させてもよい。
　図７は、変調部１１０が出力する変調信号の一例を示す。図７に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。図７では、特定の周波数が、符号Ｐ１で表されている。１つ以上の発光部１１は、図７に示す変調信号の波の上端に達するごとにＯＮ、また変調信号の波の下端に達するごとにＯＦＦ、と交互に切り替えられる。
　このように、変調部１１０は、貼付型デバイス１０（１０Ａ）のドライバから出力される制御信号を変調する。つまり、変調部１１０は、特定の周波数Ｐ１に対応する周期、すなわち１／Ｐ１ごとに、１つ以上の発光部１１の点灯と消灯とを切り替える。
　変調部１１０は、制御信号を変調させていることを、調整部１３０に対して通知する。
　受信部１２０は、２つ以上の受光部１２（受光手段の一例である）が生体から受光した光に基づく生体信号を受信する。受信部１２０は、受信手段の一例である。一例では、受信部１２０は、上述した貼付型デバイス１０（１０Ａ）の２つの受光部１２から、２つの生体信号を受信する。受信部１２０は、受光部１２から生体信号を受信したことを、変調部１１０に対して通知する。
　図８は、変調部１１０が制御信号を変調する前に、受信部１２０が２つの受光部１２から受信する２つの生体信号（Ｓ１、Ｓ２）の一例を示す。
　一方、図９は、変調部１１０が制御信号を変調した後に、受信部１２０が２つの受光部１２から受信する２つの生体信号（Ｓ１、Ｓ２）の一例を示す。図９に示すように、変調信号（図７）の周波数Ｐ１に基づく変動が、図８に示す生体信号（Ｓ１、Ｓ２）に対して重畳されている。受信部１２０は、図９に示す２つの生体信号（Ｓ１、Ｓ２）を、調整部１３０へ出力する。
　調整部１３０は、生体信号における特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整する。調整部１３０は、調整手段の一例である。
　一例では、調整部１３０は、受信部１２０から、２つの生体信号（Ｓ１、Ｓ２）を受信する。調整部１３０は、フーリエ変換によって、時間領域から周波数領域へ、２つの生体信号（Ｓ１、Ｓ２）を移行する。
　図１０は、図９に示す２つの生体信号（Ｓ１、Ｓ２）をそれぞれフーリエ変換することによって得られたパワースペクトル（Ｓ´１、Ｓ´２）の一例を示すグラフである。図９に示す２つのパワースペクトル（Ｓ´１、Ｓ´２）において、４０－２００Ｈｚのあたりには、生体の心拍数に基づく周波数成分（以下、心拍数成分と呼ぶ）が存在する。また、図９に示す、２つのパワースペクトル（Ｓ´１、Ｓ´２）において、約１ｋＨｚあたりには、特定の周波数成分が存在する。２つのパワースペクトル（Ｓ´１、Ｓ´２）における特定の周波数成分は、変調信号（図７）の周波数Ｐ１と対応する。すなわち、２つのパワースペクトル（Ｓ´１、Ｓ´２）における特定の周波数成分は、変調部１１０がドライバの制御信号を変調することによって生じている。
　調整部１３０は、２つのパワースペクトル（Ｓ´１、Ｓ´２）における特定の周波数成分の大きさに基づいて、２つの生体信号（Ｓ１、Ｓ２）を平準化する。より詳細には、調整部１３０は、一方のパワースペクトル（Ｓ´１）における特定の周波数成分の大きさにより、生体信号（Ｓ１）の強度を除算する。同様に、調整部１３０は、他方のパワースペクトル（Ｓ´２）における特定の周波数成分の大きさにより、生体信号（Ｓ２）の強度を除算する。
　図１１は、調整部１３０によって強度を調整された後の２つの生体信号（Ｓ１、Ｓ２）を示す。調整部１３０は、強度を調整された後の２つの生体信号（Ｓ１、Ｓ２）（図１１）を出力する。
　上述した貼付型デバイス１０および貼付型デバイス１０Ａ（図４）はどちらも単なる一例である。貼付型デバイス１０（１０Ａ）とは異なるいくつかの変形例を、以下で説明する。
　（変形例１）
　図１２は、変形例１に係わる貼付型デバイス１０Ｂの一例を示す。本変形例１に係わる貼付型デバイス１０Ｂでは、透明な（あるいは半透明の）基板（図４ではＦＰＣに相当）に対し、１つの発光部１１と、２つ以上の受光部１２とが、互いに反対側の面上に配置されている。発光部１１は、基板の裏面（すなわち生体に向かない面）全体に設けられている。一例では、発光部１１は、複数の光源（チップＬＥＤ（light emitting diode）など）を、表面が鏡面になったプリント基板（図１２に示す基板とは異なる）上に正方格子点上に配列し、それらの光源の周囲を、内面をミラーコートした板で作った枠で囲む。こうすることで、複数の光源からの光を鏡面で乱反射させた上、生体側に放出させることによって、面発光を実現する。１つの発光部１１から出射された光は、透明または半透明の基板を透過して、生体に照射される。ただし、本変形例１では、図１２に示すように複数の受光部１２が設けられている場合、受光部１２同士の間が十分に離間されることで、１つの発光部１１から出射された光は、受光部１２同士の間を生体側に通り抜ける。
　本変形例１の構成によれば、１つの発光部１１により、生体の広範囲に光を照射することができるため、生体情報取得装置１００は、生体の広範囲から、生体に関する情報を取得できる。
　（変形例２）
　図１３は、変形例２に係わる貼付型デバイス１０Ｃの一例を示す。本変形例２に係わる貼付型デバイス１０Ｃでは、変形例１に係わる貼付型デバイス１０Ｂと同様に、透明な（あるいは半透明の）基板（図４ではＦＰＣに相当）に対し、２つの発光部１１と、多数の受光部１２とが、互いに反対側の面上に配置されている。さらに、本変形例２に係わる貼付型デバイス１０Ｃでは、２つの発光部１１の間に、導光板が配置されている。２つの発光部１１から出射された光は、導光板内で拡散される。また、導光板の内面（生体を向いている面）には、インクジェット印刷またはレーザー加工で微細な構造が設けられている。光の一部が構造によって散乱されて、導光板内から生体側へ出射する。本変形例２の構成によれば、多数の受光部１２を基板の裏面の全体に設けた変形例１の構成（図１２）と同等の効果を得られる。ただし、本変形例２では、図１３に示すように複数の受光部１２が設けられている場合、受光部１２同士の間が十分に離間されることで、１つ以上の発光部１１から出射された光は、受光部１２の間を生体側に通り抜ける。
　（変形例３）
　図１４は、変形例３に係わる貼付型デバイス１０Ｄの一例を示す。本変形例３に係わる貼付型デバイス１０Ｄでは、２つの発光部１１および導光板が、多数の受光部１２と同じ基板の表面に設けられている。より詳細には、本変形例３に係わる貼付型デバイス１０Ｄでは、多数の受光部１２および２つの発光部１１が、透明または半透明の基板の表面上にこの順で積層している。一例では、導光板には、それぞれの受光部１２と対応する位置にピンホールが設けられており、導光板内からピンホールを通じて光が漏れ出ないように、各ピンホールの周面には、遮光部材が設けられている。これにより、多数の受光部１２はピンホールを通じて、生体からの光を受光できる。あるいは、導光板が透明または半透明である場合、生体から導光板に向かった光の一部は、ピンホールを介さずとも、導光板を透過して、２つの受光部１２のそれぞれに入射する。なお、２つの発光部１１から、導光板の端部に入射した光は、導光板の内外の屈折率差によって、全反射される（いわゆる導波モードが立つ）ため、導光板が透明または半透明であっても、導光板内の全体に拡散する。
　本変形例３の構成によれば、２つの発光部１１と、多数の受光部１２とを、基板の同一面上に、一体で設置することができる。２つの発光部１１は、生体に対し、導光板を介して、光を照射することができる。また、多数の受光部１２は、導光板のピンホールを介して、あるいは透明または半透明な導光板を通じて、生体から光を受光することができる。
　（変形例４）
　図１５は、変形例４に係わる貼付型デバイス１０Ｅの一例を示す。本変形例４に係わる貼付型デバイス１０Ｅでは、２つの発光部１１および多数の受光部１２が、基板の表面に設けられている。また、本変形例４に係わる貼付型デバイス１０Ｅでは、２つの発光部１１が離間して、受光部１２の間にそれぞれ配置されている。なお、それぞれの発光部１１と両側の受光部１２との間には、遮光部材が設けられていることが好ましい。これにより、発光部１１からの光が受光部１２に直接的に入射することを防止できる。
　本変形例４の構成によれば、２つの発光部１１は、変形例３の構成と同様に、生体に対し、基板を介さずに光を照射できる。さらに、２つの発光部１１は、受光部１２により覆われていないので、生体に対し、直接に光を照射することができる。
　（本実施形態の効果）
　本実施形態の構成によれば、変調部１１０は、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させ、受信部１２０は、２つ以上の受光部１２が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、調整部１３０は、生体信号における特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整する。
　生体情報を精確に取得するために、生体信号（Ｓ１、Ｓ２）の強度は、ほぼそろっていることが望ましい。しかしながら、生体信号（Ｓ１、Ｓ２）を単純に規格化することは困難である。その理由は、生体信号（Ｓ１、Ｓ２）のどちらにも、脈拍のほかに、体動によるアーティファクト（以下、体動アーティファクトと呼ぶ）が乗っている可能性があるからである。生体に対する貼付型デバイス１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ）の取り付け方によって、生体信号のおける脈拍の成分の大きさが受光部１２ごとに異なる。また、体動に伴って、貼付型デバイス１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ）のねじれが生じる。このねじれ方、および、生体に対する貼付型デバイス１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ）の取り付け方によって、受光部１２ごとに発生するノイズの大きさは相違するから、生体信号（Ｓ１、Ｓ２）から、体動アーティファクト等のノイズのみを完全に除去することは困難である。
　そこで、生体情報取得装置１００では、変調部１１０が、生体信号（Ｓ１、Ｓ２）を、特定の周波数で変調する。特定の周波数は、生体信号（Ｓ１、Ｓ２）における脈拍の成分、および、体動アーティファクト等のノイズの影響が及ばない帯域から選択することができる。このように、生体情報取得装置１００の変調部１１０が、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させるので、生体信号（Ｓ１、Ｓ２）には、特定の周波数の成分が含まれている。調整部１３０は、特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号（Ｓ１、Ｓ２）の強度を調整することで、生体信号（Ｓ１、Ｓ２）の間の強度を平準化する。これにより、生体情報取得装置１００は、生体に関する情報を高精度に取得することができる。
　〔実施形態２〕
　図１６を参照して、実施形態２について説明する。図１６は、本実施形態２に係わる生体情報取得装置２００の構成を示すブロック図である。図１６に示すように、生体情報取得装置２００は、変調部１１０、受信部１２０、および調整部１３０に加えて、分析部２４０をさらに備えている。すなわち、本実施形態２に係わる生体情報取得装置２００の構成は、分析部２４０を備えている点で、前記実施形態１に係わる生体情報取得装置１００の構成とは異なる。
　本実施形態２では、前記実施形態１において、同一の符号を付して説明した構成要素に関して、説明を省略する。
　分析部２４０は、生体信号に基づいて、生体の心身に関する状態を分析する。分析部２４０は、分析手段の一例である。一例では、分析部２４０は、生体信号から、生体の組織の光吸収スペクトルを算出してもよい。あるいは、分析部２４０は、生体信号から生体の一部分（例えば血管）の振動の周期または収縮の周期を算出してもよい。あるいはまた、分析部２４０は、生体信号から、生体の組織の一要素（例えば血液中のヘモグロビン）の量、密度、および濃度（成分比率）のうち、少なくともいずれか１つの指標値を算出する。そして、分析部２４０は、算出した少なくとも１つの指標値と、それぞれの指標値と対応する基準値とを比較することによって、生体の心身に関する状態を推定する。例えば、分析部２４０は、ある指標値が、対応する基準値からプラスマイナスαパーセント（αは例えば５～１０程度の大きさの定数）以上離れている場合、指標値が指し示す生体の心身に関する状態に異常があると判定する。例えば、生体の心身に関する状態とは、身体の健康、脳の活動（活性化）、感情、精神の安定、栄養素の過不足、または睡眠の過不足についての各状態である。なお、生体の心身に関する状態の具体例を、実施形態２および３において説明する。
　分析部２４０は、生体の心身に関する状態を示す情報を、生体信号の分析結果として出力する。一例では、分析部２４０は、図示しないスマートデバイスのディスプレイの画面上に、生体の心身に関する情報を表示する。
　（本実施形態の効果）
　本実施形態の構成によれば、変調部１１０は、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させ、受信部１２０は、２つ以上の受光部１２が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、調整部１３０は、生体信号における特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整する。
　このように、生体情報取得装置２００では、変調部１１０が、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させるので、生体信号には、特定の周波数の成分が含まれている。調整部１３０は、特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整することで、生体信号の間の強度を平準化する。体動アーティファクト等のノイズの影響が及ばない、あるいはその影響が小さい帯域から特定の周波数を選択することにより、生体情報取得装置２００は、生体に関する情報を高精度に取得することができる。
　さらに、本実施形態の構成によれば、分析部２４０は、生体信号に基づいて、生体の心身に関する状態を分析する。そのため、生体情報取得装置２００は、生体の心身に関する状態の分析結果を、生体情報取得装置２００のユーザへ提供することができる。
　〔実施形態３〕
　図１７を参照して、実施形態３について説明する。図１７は、本実施形態３に係わる生体情報取得装置３００の構成を示すブロック図である。図１７に示すように、生体情報取得装置３００は、変調部１１０、受信部１２０、および調整部１３０に加えて、分析部３４０をさらに備えている。本実施形態３に係わる分析部３４０は、計測部３４０１を備えている。
　本実施形態３では、前記実施形態１または２において、同一の符号を付して説明した構成要素に関して、説明を省略する。
　分析部３４０の計測部３４０１は、生体信号に基づいて、生体の心拍数および血流量の少なくとも一方を計測する。計測部３４０１は、計測手段の一例である。
　一例では、計測部３４０１は、生体信号に基づいて、近赤外光の反射量を算出する。近赤外光の反射量は、血液中のヘモグロビンが近赤外光を吸収したことによって変化する（特許文献２参照）。計測部３４０１は、近赤外光の反射量の変化に基づいて、生体の心拍数を計測する。計測部３４０１は、生体の心拍数の計測結果を出力する。
　あるいは、血液中のヘモグロビンの含有量が基準値と等しいと仮定する。また、血管の太さも仮定する。この場合、計測部３４０１は、近赤外光の反射量の変化に基づいて、血流量を計測してもよい（特許文献２参照）。計測部３４０１は、生体中の血流量の計測結果を出力する。
　生体の心拍数または生体の血流量の計測結果は、生体の心身に関する状態を示す情報の一例である。また、生体の心拍数または生体の血流量の計測結果は、前記実施形態２で説明した生体の分析結果の一例でもある。
　（本実施形態の効果）
　本実施形態の構成によれば、変調部１１０は、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させ、受信部１２０は、２つ以上の受光部１２が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、調整部１３０は、生体信号における特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整する。
　このように、生体情報取得装置３００では、変調部１１０が、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させるので、生体信号には、特定の周波数の成分が含まれている。調整部１３０は、特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整することで、生体信号の間の強度を平準化する。体動アーティファクト等のノイズの影響が及ばない、あるいはその影響が小さい帯域から特定の周波数を選択することにより、生体情報取得装置３００は、生体に関する情報を高精度に取得することができる。
　さらに、本実施形態の構成によれば、分析部３４０は、生体信号に基づいて、生体の心身に関する状態を分析する。そのため、生体情報取得装置３００は、生体の心身に関する状態の分析結果を、生体情報取得装置３００のユーザへ提供することができる。
　分析部３４０は、生体信号に基づいて、生体の心拍数および血流量の少なくとも一方を計測する計測部３４０１を備えている。そのため、生体情報取得装置３００は、生体の心拍数および血流量の少なくとも一方の計測結果を、生体情報取得装置３００のユーザへ提供することができる。
　〔実施形態４〕
　図１８を参照して、実施形態４について説明する。図１８は、本実施形態４に係わる生体情報取得装置４００の構成を示すブロック図である。図１８に示すように、生体情報取得装置４００は、変調部１１０、受信部１２０、および調整部１３０に加えて、分析部４４０をさらに備えている。本実施形態４に係わる分析部４４０の構成は、推定部４４０１を備えている点で、前記実施形態２に係わる分析部２４０の構成とも、前記実施形態３に係わる分析部３４０の構成とも異なる。
　本実施形態４では、前記実施形態１から３の少なくともいずれかにおいて、同一の符号を付して説明した構成要素に関して、説明を省略する。
　推定部４４０１は、生体信号に基づいて、生体の感情を推定する。推定部４４０１は、推定手段の一例である。一例では、推定部４４０１は、前記実施形態３に係わる計測部３４０１と同様に、生体信号に基づいて、近赤外光の反射量を算出する。推定部４４０１は、近赤外光の反射量の変化に基づいて、生体の心拍数を計測する。
　さらに、推定部４４０１は、生体の心拍数の変化を計測する。交感神経が興奮すると、心臓では心筋収縮力の増強と心拍数の増加が起こって、心拍出量が増大し、さらに全身の末梢血管は収縮する。交感神経の興奮は、例えば、興奮・怒り・不安などの情動と紐づいている。推定部４４０１は、心拍数およびその変化と心的状態（感情）との間の対応関係を示すテーブルを参照し、生体の心拍数の変化に基づいて、生体の様々な心的状態（感情）を推定する。そして、推定部４４０１は、生体の心的状態に関する推定結果を出力する。
　（本実施形態の効果）
　本実施形態の構成によれば、変調部１１０は、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させ、受信部１２０は、２つ以上の受光部１２が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、調整部１３０は、生体信号における特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整する。
　このように、生体情報取得装置４００では、変調部１１０が、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させるので、生体信号には、特定の周波数の成分が含まれている。調整部１３０は、特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整することで、生体信号の間の強度を平準化する。体動アーティファクト等のノイズの影響が及ばない、あるいはその影響が小さい帯域から特定の周波数を選択することにより、生体情報取得装置４００は、生体に関する情報を高精度に取得することができる。
　さらに、本実施形態の構成によれば、分析部４４０は、生体信号に基づいて、生体の心身に関する状態を分析する。そのため、生体情報取得装置４００は、生体の心身に関する状態の分析結果を、生体情報取得装置４００のユーザへ提供することができる。
　分析部４４０は、生体信号に基づいて、生体の感情を推定する推定部４４０１を備えている。そのため、生体情報取得装置４００は、生体の感情の推定結果を、生体情報取得装置４００のユーザへ提供することができる。
　〔ハードウェア構成〕
　前記実施形態１～４で説明した生体情報取得装置１００～４００の各構成要素は、機能単位のブロックを示している。これらの構成要素の一部又は全部は、例えば図１９に示すような情報処理装置９００により実現される。図１９は、情報処理装置９００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
　図１９に示すように、情報処理装置９００は、一例として、以下のような構成を含む。
　　・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）９０１
　　・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）９０２
　　・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）９０３
　　・ＲＡＭ９０３にロードされるプログラム９０４
　　・プログラム９０４を格納する記憶装置９０５
　　・記録媒体９０６の読み書きを行うドライブ装置９０７
　　・通信ネットワーク９０９と接続する通信インタフェース９０８
　　・データの入出力を行う入出力インタフェース９１０
　　・各構成要素を接続するバス９１１
　前記実施形態１～４で説明した生体情報取得装置１００～４００の各構成要素は、これらの機能を実現するプログラム９０４をＣＰＵ９０１が読み込んで実行することで実現される。各構成要素の機能を実現するプログラム９０４は、例えば、予め記憶装置９０５やＲＯＭ９０２に格納されており、必要に応じてＣＰＵ９０１がＲＡＭ９０３にロードして実行される。なお、プログラム９０４は、通信ネットワーク９０９を介してＣＰＵ９０１に供給されてもよいし、予め記録媒体９０６に格納されており、ドライブ装置９０７が当該プログラムを読み出してＣＰＵ９０１に供給してもよい。
　上記の構成によれば、前記実施形態１～４において説明した生体情報取得装置１００～４００が、ハードウェアとして実現される。したがって、前記実施形態１～４において説明した効果と同様の効果を奏することができる。
　本発明は、生体に関する情報を取得および／または分析する装置、例えば、ユーザの心拍数または血流量を計測する心拍数計測装置、および、ユーザの感情を推定する感情推定装置に利用することができる。
　　１００　生体情報取得装置
　　１１０　変調部
　　１２０　受信部
　　１３０　調整部
　　２００　生体情報取得装置
　　２４０　分析部
　　３００　生体情報取得装置
　　３４０　分析部
　３４０１　計測部
　　４００　生体情報取得装置
　　４４０　分析部
　４４０１　推定部

Claims (9)

  1. 　１つ以上の発光手段を特定の周波数で調光させる変調手段と、
    　２つ以上の受光手段が生体から受光した光に基づく生体信号を受信する受信手段と、
    　前記生体信号における前記特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光手段から取得した前記生体信号の強度を調整する調整手段と
    　を備えた生体情報取得装置。
  2. 　前記変調手段は、同一の波長で発光する複数の発光手段を、同一の周波数で調光させる
    　ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。
  3. 　前記変調手段は、互いに異なる波長で発光する複数の発光手段を、互いに異なる周波数で調光させる
    　ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。
  4. 　前記変調手段は、同一の波長で発光する複数の発光手段を、互いに異なる周波数で調光させる
    　ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。
  5. 　前記生体信号に基づいて、前記生体の心身に関する状態を分析する分析手段をさらに備えた
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の生体情報取得装置。
  6. 　前記分析手段は、前記生体信号に基づいて、前記生体の心拍数および血流量の少なくとも一方を計測する計測手段を備えた
    　ことを特徴とする請求項５に記載の生体情報取得装置。
  7. 　前記分析手段は、前記生体信号に基づいて、前記生体の感情を推定する推定手段を備えた
    　ことを特徴とする請求項５に記載の生体情報取得装置。
  8. 　１つ以上の発光手段を特定の周波数で調光させ、
    　２つ以上の受光手段が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、
    　前記生体信号における前記特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光手段から取得した前記生体信号の強度を調整する
    ことを含む生体情報取得方法。
  9. 　１つ以上の発光手段を特定の周波数で調光させることと、
    　２つ以上の受光手段が生体から受光した光に基づく生体信号を受信することと、
    　前記生体信号における前記特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光手段から取得した前記生体信号の強度を調整することと
    　をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した、一時的でない記録媒体。
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