WO2022059761A1

WO2022059761A1 - 生体信号計測装置、生体信号計測システム

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Publication number: WO2022059761A1
Application number: PCT/JP2021/034206
Authority: WO
Inventors: 昭生田中
Original assignee: 昭生田中
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2021-09-16
Publication date: 2022-03-24
Also published as: JPWO2022059761A1

Abstract

動きの少ない場所への装着を可能にし、質量を低減して加速度の影響を抑制すると共に、個人差があっても最適な位置に装着可能とすることでモーションアーチファクトの抑制を可能とする。光送受信部の真上に空洞を有し、前記空洞の底面に外から加わる応力を前記光送受信部に伝える応力伝達部と、前記光受信器からの受信信号を別の通信部へ伝送する通信部と、前記光送受信部及び前記通信部に対して電力を供給する電源部と、前記光送受信部と前記通信部と前記電源部を内部に保持し、前記光送受信部と共に前記応力を前記生体表面に伝える外殻構造を持つ。

Description

生体信号計測装置、生体信号計測システム

　本発明は、モーションアーチファクト（ＭＡ）いわゆる生体の動きによって生じる計測信号の変動に対してロバストな生体信号計測に関するもので、特に光を用いた生体信号計測装置、生体計測システムに関するものである。

　従来から指や耳垂にクリップで装着して使用するオキシメータや心拍計は広く使われているが、安静時にしか使用できない。腕時計型の心拍計も普及しているが、運動時には実際と異なる心拍を示したり、欠損値となり表示されない問題があった。

　これに対して携帯性を考慮した例として、特許文献１にゴーグル形状で側頭葉を測定するオキシメータと圧力計の例がある。オキシメータと圧力計は防水ハウジング内に配置する。その防水ハウジングをベルトにセットしてスライドさせることで位置が調整できるが、ベルトから延びるハウジングは、大きな重量と片持ち梁構造を持ち、振動に弱い欠点がある。

　特許文献２にマスク形状の鼻口患者の呼吸インターフェースの例がある。鼻孔や口に挿入して使用する。インターフェース装置の上唇部分に光センサのエミッタや検出器がある。これも大きなハウジングを持ち、動いた際に振動する欠点がある。

　非特許文献１に耳装着センサの例がある。耳垂にPPG（Photoplethysmography）センサを取り付けている。耳垂に固定するためにネオジウム磁石の磁力を利用している。ＭＡ（Motion Artifact）を抑制するために用いる加速度センサも持つ。磁石自体が錘になり、耳垂でブランコのように振動する欠点がある。

　特許文献３に鼻装着ＰＰＧセンサの例がある。鼻翼にクリップで固定して使用する。鼻翼自体、呼吸や会話で膨らんだり戻ったり動く問題と、鼻翼は薄い可動部であり、センサやワイヤの重みで容易に変位・振動する欠点がある。

　非特許文献２に上腕装着する光電脈波計の例がある。ナイロンバンドの下に空気パッド、その下に光電脈波計を装着し、空気パッドの圧力を制御してモーションアーチファクト（ＭＡ）を低減している。大掛かりな装置となる問題がある。

米国特許出願公開２０１９／０３６５３０２号明細書米国特許出願公開第２０１４／００９４６６９号明細書米国特許出願公開第２０１４／０００５５５７号明細書

IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine，(米)，2010，Vol. 14 ，No.3，p.786－794 関根正樹，外３名，"光電脈波信号に重畳する体動アーチファクトの除去に関する研究"，デサントスポーツ科学，デサントスポーツ科学振興財団，2014年 6月 6日，第35巻，第6 号，p.123-130

　解決しようとする問題点は従来の技術ではモーションアーチファクト（ＭＡ）を対策していないか、或いは対策していても以下の問題がある点である。

　第１に装着場所の問題がある。手足など動きの激しい場所に装着すると、センサが皮膚から離れてＰＰＧの光の経路を変化させる。動きの少ない頭部でも耳垂や鼻翼などの可動部は避ける必要がある。ＰＰＧにとって信号となる血流が皮膚表面近くに多く存在する必要もある。

　第２にセンサの質量の問題がある。生体の運動によってセンサには加速度がかかる。加速度は質量と掛け合わされて応力となり、皮膚から離そうとする力になる。

　第３に生体の大きさや体の各部位の位置や形状の個体差の問題がある。個体差があっても十分な生体信号を検出し、ＭＡを抑制しながら装着させる必要がある。

　生体表面に装着する生体信号計測装置であって、前記生体表面に配置される少なくとも一組の光送信器と光受信器からなる光送受信部と、前記光送受信部の真上に位置する空洞を有し、前記空洞の底面に外から加わる応力を前記光送受信部に伝える応力伝達部と、前記光受信器からの受信信号を別の通信部へ伝送する通信部と、前記光送受信部及び前記通信部に対して電力を供給する電源部と、前記光送受信部と前記通信部と前記電源部を内部に保持し、前記光送受信部と共に前記応力を前記生体表面に伝える外殻構造を持つことを特徴とする生体信号計測装置。

　前記外殻構造は生体からの力によって変形しうる弾性材料で構成され、少なくとも前記生体表面に接触する部分はシリコンを主成分とする材料で構成することを特徴とする生体信号計測装置。

　前記空洞の底面に加わる応力を生成する第１の外部構造体をさらに持つことを特徴とする生体信号計測装置。

　前記電源部の代わりに前記外殻構造外に電源部を持ち、着脱が可能なコネクタ部を通じて前記外殻構造内の前記光送受信及び前記通信部に電力を供給することを特徴とする生体信号計測装置。

　電源配線を有し前記応力伝達部に応力的に作用する第２の外部構造体をさらに持ち、前記電源配線は前記電源部に接続すると共に前記コネクタ部を通じて前記外殻構造内の前記光送受信及び前記通信部に電力を供給することを特徴とする生体信号計測装置。

　耳の裏或いは鼻尖の生体表面に装着する生体信号計測装置であって、前記生体表面の第１の面に配置される少なくとも一組の光送信器と光受信器からなる光送受信部と、前記光受信器からの受信信号を別の通信部へ伝送する通信部と、前記光送受信部及び前記通信部に対して電力を供給する電源部と、前記光送受信部と前記通信部と前記電源部を内部に保持する外殻構造を持ち、前記外殻構造は前記光送受信部に働く応力の水平ベクトルを前記第１の面とは異なる第２の面で支え、垂直ベクトルを第１の面に対して伝達することを特徴とする生体信号計測装置。

　前記第１の面に前記光送受信部を配置し、前記第２の面の上部に前記電源部を配置することを特徴とする生体信号計測装置。

　生体表面に配置される少なくとも一組の光送信器と光受信器からなる光送受信部と、前記光受信器からの受信信号を別の通信部へ伝送する通信部と、前記光送受信部及び前記通信部に対して電力を供給する電源部と、前記光送受信部と前記通信部と前記電源部を保持する外殻構造を持ち、外部からの応力を伝達する手段として以下の（１）から（３）の少なくとも一つを備えることを特徴とする生体信号計測装置。（１）空洞を有し外部からの応力を前記光送受信部に伝える手段。（２）前記光送受信部に働く応力の垂直ベクトルを前記光送受信部が配置される第１の面に伝達し、水平ベクトルを前記第１の面とは異なる第２の面で支える手段。（３）耳裏表面と耳の付け根表面と側頭表面の３つの面に対して応力を伝達する手段。

　前記（３）記載の生体信号計測装置であって、前記３つの面の少なくとも一つの面に加わる応力を生成する第３の外部構造体をさらに持つことを特徴とする生体信号計測装置。

　前記第３の外部構造体として眼鏡或いはマスクを用いることを特徴とする生体信号計測装置。

　耳裏と側頭に囲まれた領域の生体表面に装着する生体信号計測装置であって、前記生体表面の第１の面に配置される少なくとも一組の光送信器と光受信器からなる光送受信部と、前記光受信器からの受信信号を別の通信部へ伝送する通信部と、前記光送受信部及び前記通信部に対して電力を供給する電源部と、前記光送受信部と前記通信部と前記電源部を保持する外殻構造を持ち、前記外殻構造は耳裏表面と耳の付け根表面と側頭表面の３つの面に対して応力を伝達することを特徴とする生体信号計測装置。

　前記光送受信部の周囲に弾性材料からなる弾性体を配置し、前記光送受信部は前記弾性体を介して皮膚に接触することを特徴とする生体信号計測装置。

　前記３つの面の少なくとも一つの面に加わる応力を生成する第３の外部構造体をさらに持つことを特徴とする生体信号計測装置。

　前記第３の外部構造体として眼鏡或いはマスクを用い、装着者の前方から前記耳裏と側頭に囲まれた領域からの前記光送信器の発光を確認できる位置に装着されることを特徴とする生体信号計測装置。

　本発明の生体信号計測装置、生体信号計測システムは、モーションアーチファクト（ＭＡ）が防止されるという利点がある。

生体信号計測装置の第１の実施形態のブロック図である。第１の実施形態にかかわる実施例１のブロック図である。第１の実施形態にかかわる実施例１の構成図である。第１の実施形態にかかわる実施例１の外形図である。第１の実施形態にかかわる実施例１の俯瞰図である。第１の実施形態にかかわる実施例２の構成図である。第１の実施形態にかかわる実施例２の俯瞰図である。第１の実施形態にかかわる実施例３の構成図である。第１の実施形態にかかわる実施例３の俯瞰図である。第１の実施形態にかかわる実施例４の俯瞰図である。第１の実施形態にかかわる実施例５の構成図である。第１の実施形態にかかわる実施例５の構成図である。第１の実施形態にかかわる実施例５の俯瞰図である。第１の実施形態にかかわる実施例６の俯瞰図である。第１の実施形態にかかわる実施例６の構成図である。第１の実施形態にかかわる実施例６の俯瞰図（ａ）である。第１の実施形態にかかわる実施例６の俯瞰図（ｂ）である。第１の実施形態にかかわる実施例７の構成図である。第１の実施形態にかかわる実施例７の外形図である。第１の実施形態にかかわる実施例７の俯瞰図である。生体信号計測装置の第２の実施形態の構成図である。第２の実施形態の応力の作用の様子を示す図である。第２の実施形態にかかわる実施例８の外形図である。第２の実施形態にかかわる実施例８の俯瞰図である。生体信号計測装置の第３の実施形態の構成図である。第３の実施形態の応力の作用の様子を示す図である。第３の実施形態にかかわる実施例９の外形図である。第３の実施形態にかかわる実施例９の俯瞰図である。第３の実施形態にかかわる実施例１０の俯瞰図である。光送受信部のブロック図である。通信部のブロック図である。電源部のブロック図である。生体信号計測装置の第４の実施形態のブロック図である。生体信号計測システムの第４の実施形態のブロック図である。生体信号計測システムの第４の実施形態のブロック図である。生体信号計測システムの第４の実施形態のブロック図である。時刻同期ブロックのブロック図である。前処理ブロックのブロック図である。後処理ブロックのブロック図である。抽象化ブロックのブロック図である。システム再構成ブロックのブロック図である。ユーザインターフェース（ＵＩ）ブロックのブロック図である。生体各部での取得例（指、手首、耳垂、鼻）である。生体各部での取得例（顔の各部）である。生体各部での取得例（足の各部）である。生体信号計測装置の第５の実施形態にかかわる実施例１２の構成図である。第５の実施形態にかかわる実施例１３の構成図である。光送受信部と応力伝達部周辺の構成例である。第５の実施形態にかかわる実施例１４の構成図である。第５の実施形態にかかわる実施例１５の構成図である。第５の実施形態にかかわる実施例１５のブロック図である。第４の実施形態にかかわる実施例１６のブロック図である。第４の実施形態にかかわる実施例１６の詳細なブロック図である。第４の実施形態にかかわる実施例１７のブロック図である。位相調整ブロックのブロック図である。第４の実施形態にかかわる実施例１８のブロック図である。第４の実施形態にかかわる実施例１９のブロック図である。

　（第１の実施形態）図１は本発明の生体信号計測装置の第１の実施形態のブロック図である。生体上に光送受信部１０１、応力伝達部１０２、通信部１０３、電源部１０４を配置しており、これらは生体信号計測装置１００を構成している。

　光送受信部１０１は生体表面に位置して、光を生体に向けて送信する機能と、生体を通過した光信号を受信する機能を有している。応力伝達部１０２は光送受信部１０１の直上に配置して、光送受信部１０１を介して生体に対して外部からの応力を加える機能を持つ。通信部１０３は光送受信部１０１で受信した光信号を別の通信部へ送信する機能を持つ。電源部１０４は光送受信部１０１、通信部１０３に電力を供給する機能を持つ。

　応力伝達部１０２から光送受信部１０１へ直上から応力を伝達することで、光送受信部１０１の周りの最小限の質量に対して外部からの応力を作用させることができ、当該質量に加速度が生じた場合の影響を最小限にすることができる。通信部１０３や電源部１０４は、必ずしも応力伝達部１０２や光送受信部１０１と機械的に結合している必要はなく、電気的に接続していれば任意の位置に配置可能である。

　図２は本発明の第１の実施形態にかかわる実施例１のブロック図である。図１に対してさらに外殻構造２０１を有している。外殻構造２０１は、例えば光送受信部１０１の側面を覆うと共に、応力伝達部１０２、通信部１０３、電源部１０４を覆うことができる。各部を機械的、電気的、水分など環境的に保護することができる。電源部の質量のインパクトが小さく、コンパクトに作りたいなど一体化するメリットが高い場合に電源部等を含めて覆うことができる。

　外殻構造２０１は、光送受信部１０１と共に皮膚に接触し、応力伝達部１０２からの応力を皮膚に伝達させてもよい。皮下に送信した光は、皮下の組織によって散乱を受けて拡がる。光送受信部１０１の直下から少し離れた領域の血流からの信号を利用できる場合がある。外殻構造２０１によって、光送受信部１０１の直下の領域だけでなくその周りの領域にも応力を加えることで、血流からの信号を大きくできる場合がある。

　外殻構造２０１は、応力伝達部１０２と一体形成してもよい。つまりは外殻構造２０１が応力伝達部１０２の機能（或いは応力伝達部１０２が外殻構造２０１の機能）を持ってもよい。

　図３は実施例１の構成例を示す図である。応力伝達部１０２は空洞１０２ａを持ち、外部構造体３０１が空洞１０２ａを貫通している。外部構造体３０１は空洞１０２ａの底面に応力３０２を加えている（ここでは面的に作用する力を１本の矢印に置き換えている）。応力３０２は空洞１０２ａの底面から光送受信部１０１に伝わり、光送受信部１０１や外殻構造２０１を皮膚に押し付ける。皮膚からは反力３０３が作用して光送受信部１０１や外殻構造２０１を皮膚に固定する。

　応力は皮下の毛細血管に作用して、光信号を増大させる効果がある。応力として、毛細血管の平均血圧である２０～４０ｍｍＨｇ程度に設定することが好ましい。発明者による実験では、場所によって異なるが、適切な応力を加えることで、応力がない場合に比べて２倍以上の光信号振幅が得られている。応力を加えすぎるとこのピークより低下する。

　光送受信部１０１や外殻構造２０１と皮膚との摩擦力によって水平方向の加速度があっても光送受信部１０１や外殻構造２０１は変位せずに固定される。変位しない限界は、応力３０２の大きさと、光送受信部１０１や外殻構造２０１と皮膚との静止摩擦係数に依存する。

　図４は実施例１の外形図である。応力伝達部１０２と外殻構造２０１は一体形成しており（以後応力伝達部１０２と称す）、黒く塗りつぶした部分が応力伝達部１０２である。光送受信部１０１は皮膚に接触しており、その周りの応力伝達部１０２も皮膚に接触させることが前述の理由で好ましい。

　応力伝達部１０２は凸部１０２ｂを持たせることができる。これは生体に加えられた限られた応力を有効に使うためである。前述の２０～４０ｍｍＨｇは単位面積あたりであり、面積が増えるほど荷重は大きくなる。生体の痛覚も多く反応するため、面積は必要最小限にしている。既存の生体装着器具の応力を利用する場合、その装着器具が生成できる荷重が限られる場合が多くある。

　光送受信部１０１の直上に空洞１０２ａを配置することで、光送受信部１０１とその周囲の凸部１０２ｂを含めた部分に垂直に直接応力を加えることができる。空洞１０２ａの上部には通信部１０３と電源部１０４を配置している。光送受信部１０１を１階、空洞１０２ａを２階、通信部１０３や電源部１０４を３階とする３階建て構造とすることで装置１００の体積や専有面積を小さくコンパクトにすることができる。電源部１０４は電池等を含むため、ある程度の体積があり、３階部分に配置することで１階部分の凸部１０２ｂが皮膚に接触する面積を最適化できる。通信部１０３も通信にかかわるアンテナやシールドを含む場合があり、同様のことが言える。

　図５は実施例１の俯瞰図である。生体信号計測装置１００の空洞１０２ａを、外部構造体３０１が通過している。外部構造体３０１として眼鏡を使用している。生体計測処理装置１００は図４の外形図と見え方が異なるが、例えば図４のものが使用できる。

　眼鏡３０１は先セル５０１やテンプル５０２、ヨロイ５０３と呼ばれる部位を持っている。先セルからテンプルにかけてが側頭葉に接する部分である。眼鏡３０１をかけたとき、側頭葉に向かって応力３０２が生じる。先セル５０１やテンプル５０２は弾性体で構成される梁構造であり、たわみによって荷重が生じる。この荷重を接触面積で割った値が応力３０２となる。

　たわみδと荷重Ｗの関係は数式１で表される。ここでＬは梁の長さ、Ｅはヤング率、Ｉは断面２次モーメントである。正確には眼鏡全体の応力シミュレーションをかける必要があるが、概略として、ヨロイ５０３を支点として、ここからの距離Ｌにおけるたわみδと荷重Ｗの関係は数式１から求めることができる。

　眼鏡をかけたとき、先セルあたりが側頭葉に接触して数ｍｍ程度のたわみδを生じ、数式１によって決まる荷重Ｗを生成する。この荷重Ｗはヨロイ５０３から接触地点までの長さＬによって変化するが１０から２０ｇｆ程度になる。

　光送受信部１０１は眼鏡３０１の側頭葉側に配置する。１０から２０ｇｆの荷重を使って前述の２０から４０ｍｍＨｇ（２７～５４ｇｆ／平方センチメートル）の応力を得るには、０．１９から０．７４平方センチメートル、つまり約４から９ｍｍ角の接触面積に設定するのが好ましい。後述するスポーツ用途などでベルトを用いて荷重を増やす場合はさらに接触面積を増やすこともできる。この接触面積に合わせて図４の凸部１０２ｂの面積を設定することができる。

　頭部は四肢に比べ、作業や運動等を含む日常生活において比較的動きにくい部位であり、モーションアーチファクト（ＭＡ）の発生頻度やＭＡによる光信号の変動振幅を抑制できる。特に手や腕での測定では、心臓に対して上下方向の位置変化をさせただけでも数倍の振幅変化が生じる。頭部ではこの現象が起きにくい。頭部でも耳垂等の柔らかくある程度の長さを持った部位では、特にセンサ等の質量を付加した場合、振り子状の振動を起こし、ＭＡ抑制にとって不利となる。頭部の動きにくい部位、上記側頭部を計測することはＭＡ抑制にとって効果がある。生体が真っすぐ歩行した場合、通常進行方向には概略０．２G程度の加速度、横方向には概略０．１G程度の加速度が働く。横方向である側頭部は頭部の中でも加速度が小さい。

　センサを覆う筐体を含め、センサの質量を軽くすることは、その質量に加速度がかかった場合の荷重を小さくする意味がある。前述のように生体表面に応力を加えることによって、光信号の振幅を２倍以上大きくする効果がある。これは応力に変化が生じると振幅が変化することでもあり、ＭＡの要因となる。例えば従来技術にみられる大きな筐体を用いた場合、例えば筐体の質量を５０ｇと仮定すると、上記歩行時の０．１Gの加速度の場合５ｇｆの力が働く。これは前記１０から２０ｇｆの荷重を数十％変化させる力となり、光信号もそれ以上の割合で変化することが計算される。本実施例のように３階建ての構造で筐体を含めコンパクトな構造を採用することで、例えば数ｇ程度の質量にすることは可能であり、上記の影響を１／１０程度に抑制できる。

　図４に示す空洞１０２ａを持つことで、図５のように眼鏡３０１の先セル５０１からテンプル５０２の任意の位置に生体信号計測装置１００を配置することができる。生体によって頭の大きさや、耳の位置、毛細血管の粗密の位置等が異なる。使用する眼鏡のサイズ等も異なるため、任意の位置に移動できることは、大きな光信号振幅を得る上で効果がある。光信号が既定の値より小さい場合に利用者や管理者に知らせて装着場所を調整することができる。ＭＡ、つまりは生体の動きによる光信号の変動（ノイズ）は、髪の毛との干渉や不安定な装着場所等によっても大きくなる。ＭＡによるノイズが既定の値より大きい場合に、同じように利用者や管理者に知らせて装着場所を調整することができる。

　空洞１０２ａと眼鏡３０１の接触に関しては、応力伝達部１０２を弾性材料で構成することで、移動できる特徴と固定させる特徴を持たせることができる。これは空洞１０２ａが縮もうとする力と摩擦力によって固定され、その摩擦力以上の力を加えることで移動できる機構になる。さらに生体に接触する部分では生体親和性のある材料で構成することが好ましい。その意味で応力伝達部１０２をシリコンを主成分とする材料で構成することができる。さらに弾性材料は、応力が特定の場所に集中することを防ぐ効果がある。

　光送受信部１０１として、光送信器と光受信器を持つことができる。光送信器や光受信器が送受信するする光は任意の電磁波が選択できる。生体は電磁波の周波数によって透過率が異なる。さらに装置を小型化するうえで小型化しやすい周波数がある。可視光の緑色から近赤外線にかけて生体を透過しやすい波長領域があり、この領域を利用することができる。

　光送信器とし複数の光を利用することができる。光の送信としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザー等を用いることができる。例えば緑色、赤色、９００ｎｍ台の近赤外線、１１００ｎｍ台の近赤外線を用いて異なる波長での生体での吸収を計測することができる。ＬＥＤやレーザーの発光は急峻なスペクトルを持つが、光送信器の温度を変えて波長をシフトさせることもできる。

　光受信器として光ダイオードを用いることができる。シリコン半導体による光ダイオードは可視光から近赤外線までの広い波長に対して感度を持つ。近赤外線の長波長側に感度を持つＩｎＧａＡｓ半導体による光ダイオードを用いることもできる。異なる波長帯に感度を持つ、複数の種類の光ダイオードを用いることもできる。光学フィルタを光ダイオードの前面に配置して、より波長に対する選択性を持たせることもできる。

　異なる波長に感度を持たせた複数の光ダイオードと、異なる波長を発光する複数のＬＥＤを用いることで、同時に複数の波長の光を使用することができる。波長選択性を高めなくても、ある特定のタイムスロットに特定の波長の光の送受信を行うことで、時分割で複数の波長の光を使用することができる。

　生体の動脈は脈動を持っており、光電式容積脈波計（ＰＰＧ：Photoplethysmogram）の原理を用いて脈動を検出することができる。生体の動脈中の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンは光の吸収率の波長依存性が異なり、異なる波長の２種類の光を用いたＰＰＧ計測を行うことで経皮的動脈血酸素飽和度 (ＳｐＯ２)を求めることができる。２種類の光の受信信号のＡＣ成分とＤＣ成分をそれぞれＡＣ１、ＤＣ１、ＡＣ２、ＤＣ２とすると、ＳｐＯ２は数式２、数式３を用いて求められる。数式３のＲとＳｐＯ２の関係は実験的に求められ、ａ、ｂ、ｃは実験的に求められた曲線近似の係数である。

　ＡＣ１、ＤＣ１を計測する光として赤色光、ＡＣ２、ＤＣ２を計測する光として８００ｎｍから９００ｎｍ台の近赤外線を用いることができる。

　さらに１１００ｎｍ台や１６００ｎｍ台の波長にはグルコースの吸収帯があり、これらの波長の光を用いて、生体の血中の血糖値を求めることができる。そのほか血中のアルコール等様々な物質の計測を同様の手法で行うことができる。

　図６は本発明の第１の実施形態にかかわる実施例２の構成図である。電源部１０４を外殻構造２０１の外部においている。電源ユニット６０２は電源部１０４を内部に持ち、外殻構造で覆った構成を持つ。

　光送受信部１０１と応力伝達部１０２、通信部１０３、外殻構造２０１、コネクタ６０３は、生体信号計測ユニット６０１を構成している。生体信号計測ユニット６０１の計測に必要な電力は、コネクタ６０３を介して外部の電源ユニット６０２から供給される。

　コネクタ６０３は着脱が可能なように、電極を有している。電源ユニット６０２も電極を有し、コネクタ６０３の電極と機械的に接触すると共に電気的に接続される。振動等で外れないよう、電極やその周りの樹脂等に凹凸構造を持たせることができる。電源の供給に際し、プラスマイナスの逆差しを防止する、防止機構を設けることができる。上記凹凸構造を逆差し防止機構にすることもできる。

　図７は実施例２の俯瞰図である。生体信号計測ユニット６０１は眼鏡３０１の先セルの先に取り付けている。さらにその先にコネクタ６０３を介して電源ユニット６０２を配置している。拡大図に示すように、生体信号計測ユニット６０１の３階部分にコネクタ６０３を設けて電源ユニット６０２を接続してもよい。光送受信部１０１の反対の面にコネクタ６０３を設けて４階部分に電源ユニット６０２を配置することもできる。

　電源ユニット６０２を着脱できるようにすることで、例えば交換用の電源ユニット６０２を用意しておき、使用している電源ユニット６０２の電池残量が少なくなった場合に交換用の電源ユニット６０２に交換する使い方ができる。電源ユニット６０２の充電に際して、生体信号計測が停止する時間を最小限にする効果がある。生体信号計測において連続的にデータを取得するのは、生体の状態を知るうえで重要な場合がある。充電のために数時間のデータ欠落の期間が生じるのを避けることができる。

　図８は本発明の第１の実施形態にかかわる実施例３の構成図である。空洞を貫通する第１の外部構造体３０１とは別に第２の外部構造体８０１を持つ。

　第２の外部構造体８０１は生体信号計測ユニット６０１の外殻構造２０１と電源ユニット６０２に機械的に接続する。これによって第２の外部構造体８０１は、外殻構造２０１を介して応力伝達部１０２に応力的に作用できる。応力伝達部１０２は光送受信部１０１に応力を伝達できるため、第２の外部構造体８０１は、光送受信部１０１にも応力的に作用できることになる。

　さらに第２の外部構造体８０１は電気配線を有し、電源ユニット６０２と生体信号計測ユニット６０１を電気的に結んでいる。つまり生体信号計測ユニット６０１内部の通信部１０３や光送受信部１０１に電力を供給している。第２の外部構造体８０１の途中にはコネクタ６０３を設けている。コネクタ６０３は、第１の極性６０３ａと第２の極性６０３ｂを有して機械的、電気的に着脱できるようにする。

　図９は実施例３の俯瞰図である。第１の外部構造体３０１として眼鏡３０１を用いている。眼鏡３０１の先セル部は空洞１０２ａを貫通しており、応力伝達部１０２を介して側頭葉に応力を加えている。反対側の先セル部には電源ユニット６０２を設置している。第２の外部構造体８０１はコネクタ６０３を介して生体信号計測ユニット６０１と電源ユニット６０２を機械的、電気的に結んでいる。頭を挟んで対向する先セル間を第２の外部構造体８０１は機械的に結合しており、先セル間に引っ張り応力を発生させる。引っ張り応力は生体信号計測ユニット６０１内の応力伝達部１０２を介して光送受信部１０１さらには生体に作用する。拡大図に示すように、生体信号計測ユニット６０１の３階部分から第２の外部構造体８０１を引き出してもよい。

　眼鏡３０１のリム上部にパッド９０１を設けることで、眼鏡３０１と第２の外部構造体８０１で構成される構造体を頭部にさらに安定して固定するができる。

　第２の外部構造体８０１は弾性材料で構成することで、ばね定数に応じた伸びに対する引っ張り応力を発生させることができる。第２の外部構造体８０１の長さを調整する調整機構を設けることで、発生させる応力を調整することができる。電源ユニット６０２の外殻構造にも生体信号計測ユニット６０１と同様の空洞１０２ａを設けて、眼鏡３０１の先セルからテンプルにかけて移動可能にすることでも応力調整機構を実現できる。

　電源ユニット６０２は別のものと交換可能であり、実施例２と同様の効果がある。第２の外部構造体８０１によって応力伝達部に加えられる応力は、前述した皮下の応力を最適化するのに使用できる。さらに生体の運動などで眼鏡３０１や生体信号計測ユニット６０１に加わる振動や衝撃等の加速度で光送受信部１０１と皮膚との接触がずれるのを抑制する効果がある。さらに電源部１０４の質量を光送受信部１０１や応力伝達部１０２から離すことで、電源部１０４の質量と外部からの加速度によって生じる荷重の影響を無くすことができる。

　図１０は本発明の第１の実施形態にかかわる実施例４の俯瞰図である。眼鏡３０１に複数の生体信号計測ユニット６０１を配置して、第２の外部構造体８０１で結び、第２の外部構造体８０１の間に電源ユニット６０２を配置している。

　実施例３と同様の効果があるほかに、複数の生体信号計測ユニット６０１によるダイバーシチ効果が生じる。光電脈波を計測する場合を考えると、求める信号は脈波波形や心拍数である。モーションアーチファクト（ＭＡ）によって波形に重畳してノイズが混入する。ノイズの要因は、生体の動きによって皮膚が変位したり生体信号計測ユニット６０１が変位したりすることによる光経路の変動、前述の皮下に加えている圧力の変化等がある。測定部位の血流が加速度の影響を受ける真正のものもある。ダイバーシチ効果は２地点でのノイズの挙動が完全に同じであれば除去できないが、多くの場合２地点の挙動は完全には同じにならない。特に離れた部位や、頭部の反対側での側面での測定など、皮膚やセンサ変位の挙動や、かけている圧力が変調を受けるベクトルの向き、血流が圧迫されたり開放されたりする挙動に多様性が存在する。

　このダイバーシチ効果を利用した信号処理として、複数の光信号をその信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に応じて切り替えて使用する選択合成、複数の信号を同じ利得で合成する等利得合成、複数の信号をＳＮＲに応じて重みづけして合成する最大比合成がある。実施例３に挙げた効果とダイバーシチ効果によって、ＭＡに対してロバストな生体信号計測が行える。

　複数センサの利点として、合成して一つの生体信号を得るほかに、独立に扱って部位ごとの生体情報を得る点がある。例えば前述したＳｐＯ２計測を各部位で行って、各部位の酸素消費量に関する情報を得ることができる。グルコースやアルコール計測に関しても同様のことがいえる。

　図１１は本発明の第１の実施形態にかかわる実施例５の構成図である。生体信号計測ユニット１１０１は空洞１０２ａの内壁にコネクタ６０３を有している。

　図１２の生体信号計測ユニット１２０１は、同じように空洞１０２ａの内壁にコネクタ６０３を有しており、電源部を無くしている点が図１１と異なっている。

　図１３は実施例５の俯瞰図である。電源部１０４を有する生体信号計測ユニット１１０１と電源部をなくした生体信号計測ユニット１２０１を、眼鏡３０１に配置している。眼鏡３０１は電気配線を有しており、各生体信号計測ユニットのコネクタ６０３に接触している。電源部を持たない生体信号計測ユニット１２０１の電力は電源部１０４を有する生体信号計測ユニット１１０１から供給を受ける。

　眼鏡３０１の電気配線は、テンプルや先セルの片面に２本引くこともできるほか、両面に１本ずつ引いてもよい。錆びにくく耐久性がある金を電気配線やコネクタ６０３に用いることができる。

　図１４は電源部がない生体信号計測ユニット１２０１を複数配置して、第２の外部構造体８０１に配置した電源ユニット６０２から電力を供給する例である。

　拡大図にあるように生体信号計測ユニット１２０１の側面にもコネクタ６０３を配置し、第２の外部構造体８０１の電気配線に接続する。さらに空洞１０２ａ内壁のコネクタ６０３と眼鏡の電気配線を介して、複数の生体信号計測ユニット１２０１に電力を供給する。

　図１３や図１４の例では片側に２つの生体信号計測ユニットを配置しているが、さらに多くの生体信号計測ユニットを配置してもよい。

　複数の生体信号計測ユニットを用いると各ユニットで計測された生体信号の扱いが複雑になる。通信部１０３として近距離無線（ＰＡＮ）を用いた場合、同時に使えるペリフェラルの数に制限がある。一つの方法として通信部１０３にスケジューリング機能を持たせ、各ユニットは自らの特定のタイムスロットにのみ送信するプロトコルを持たせることができる。

　別の方法として、通信部１０３に電力線通信の機能を持たせ、眼鏡３０１の電気配線を通じて取得した生体信号を１か所に集める方法がある。適宜圧縮や抽象化等の処理を行い、１か所に集めたユニットから近距離無線で外部に送信することができる。

　本実施例は実施例４と同様の効果がある。複数の生体信号計測ユニットを用いて、機能的近赤外分光分析法（ｆＮＩＲＳ）を行うこともできる。側頭葉には言語や聴覚にかかわる脳機能が局在しており、リアルタイムでベクトル化できる意味がある。複数の波長の光を利用して酸素消費や血流量はもとよりそれ以外の情報も得ることができる。

　図１５は本発明の第１の実施形態にかかわる実施例６の構成図である。図１５（ａ）では、電源部１０４を有する生体信号計測ユニット１１０１と、電源部を有しない生体信号計測ユニット１２０１を持ち、空洞１０２ａの内壁に配置したコネクタ６０３と第１の外部構造体３０１に配置した電気配線を通じて、電源部１０４の電力を共有している。

　図１５（ｂ）では、全てが電源部を有しない生体信号計測ユニット１２０１であり、それら生体信号計測ユニット１２０１は第１の外部構造体３０１の電気配線に供給された電力を利用する。

　図１６は、図１５（ａ）の構成を持つ生体信号計測装置の俯瞰図である。第１の外部構造体３０１を２列配置しているが、さらに多くの列を配置してもよい。電源部１０４を有する生体信号計測ユニット１１０１は中央に配置しているがどこに配置してもよい。電源部１０４が持つ電池は、例えば第１の外部構造体３０１の電気配線を通じて充電してもよい。

　ヘッドバンド１６０１は、複数列ある第１の外部構造体３０１を含む複数の生体信号計測ユニットを一体化させる。光送受信部１０１を皮膚に接触させながら、各生体計測ユニットを保持する。各生体計測ユニットは生体の頭の大きさや測定したい部位に合わせて移動可能にする。ヘッドバンド１６０１の材質として樹脂等の弾性材料が使用できる。汗等を吸収する布部を設けてもよい。

　図１７は、図１５（ｂ）の構成を持つ生体信号計測装置の俯瞰図である。第１の外部構造体３０１を２列配置しているが、さらに多くの列を配置してもよい。電源部１０４を有しない生体信号計測ユニット１２０１の動作に必要な電力は、第１の外部構造体３０１と第２の外部構造体８０１を介して電源ユニット６０２から供給される。第１の外部構造体３０１と第２の外部構造体８０１はコネクタ６０３で着脱可能になっている。

　ヘッドバンド１６０１は、複数列ある第１の外部構造体３０１を含む複数の生体信号計測ユニットを一体化させる。第２の外部構造体８０１や電源ユニット６０２も含めて、ヘッドバンド１６０１は全体を一体化してもよい。

　第１の外部構造体３０１を複数列配置し、生体信号計測ユニット１１０１や１２０１をアレイ状に配置することで、ｆＮＩＲＳの空間分解能が向上する。前頭葉や側頭葉、その他の領域を測定するために、第１の外部構造体３０１に弾性材料を用いて、頭部に対して応力を加えると共に位置を固定することができる。

　電源部１０４の数を減らしたり、電源ユニット６０２を生体信号計測ユニットから応力的に離すことで、各生体信号計測ユニットの質量を減らすことができ、加速度が加わった場合の影響を最小限にできる。

　各生体信号計測ユニットは任意の位置に移動可能であり、目的とする脳機能計測に応じて個人差を吸収しながら装着場所を選択できる。

　図１８は本発明の第１の実施形態にかかわる実施例７の構成図である。応力伝達部１０２の下に光送受信部１０１と通信部１０３、電源部１０４を配置している。

　空洞１０２ａを貫通する第１の外部構造体３０１としてベルトも用いることができる。足首等に装着する場合にずれにくく、適切な応力を加えられる。ベルト３０１の応力は空洞１０２ａの底面から、通信部１０３や電源部１０４を介して光送受信部１０１に伝わる。

　図１９は実施例７の外形図である。ベルト３０１の下に各部を配置することでベルトの上の出っ張りを減らすことができる。皮膚から出っ張る高さを低くするために、通信部１０３や電源部１０４は、光送受信部１０１と重なる部分をへこませてもよい。ベルト３０１はひも等の弾性材料で構成すれば、材料や幅や長さ等で応力の調整は容易であり、この例では光送受信部１０１の周りに凸部を設けていない。

　図２０は実施例７の俯瞰図である。この例では生体の足首にベルト３０１を用いて図１８の生体信号計測ユニット１８０１を装着している。足首の内側は比較的大きなＰＰＧ信号が得られる。頭部から離れており、ダイバーシチの観点から頭部と連携して計測することでＳＮＲが改善できる。事務作業や製造ラインでの作業、日常生活でも、手首や指に比べて動きが少ないケースも多い。靴下や靴等で押さえてずり落ちを防止したり、靴下や靴等に仕込むこともできる。

　頭部と足首で計測を行い、頭部と足首間の脈波伝播速度（ＰＷＶ：Pulse Wave Velocity）計測を行うこともできる。ＰＷＶでは頸動脈と大腿動脈間で行うｃｆＰＷＶと、上腕と足首間で行うｂａＰＷＶが多く行われている。後者の方が血圧との相関が大きい。動脈のヤング率をＥ、動脈壁厚をｈ、動脈内径をＤ、血液粘度をρとして、ＰＷＶは数式４で表される。動脈が硬いほど、動脈壁厚が厚いほど、動脈内径が小さいほどＰＷＶは速くなる。測定部位や身長に応じた換算を行うことができる。

　特に足首では、長い経路の伝播によって波形に歪が生じて速度計算に誤差が生じる場合がある。誤差が生じにくいよう、収縮期のＰＰＧ波形の立ち上がり部分を用いることが行われている。２地点間の相関から伝播速度を算出することもできるが歪により誤差が生じる。波形を歪ませる周波数特性に対して逆の周波数特性を乗算して元に戻してもよい。

　血圧との相関などを目的にしてリアルタイムでのＰＷＶの計測を行う場合、ＭＡによる波形の変形は問題となる。本発明により質量を軽減し、ＳＮＲの高い箇所に装着すると共に、足部においても左右に装着したり、足の内側・外側に装着するなど、複数の箇所に装着してダイバーシチ効果によるＳＮＲ改善を行うことができる。

　（第２の実施形態）図２１は本発明の生体信号計測装置の第２の実施形態の構成図である。生体上に光送受信部１０１、応力伝達部１０２、通信部１０３、電源部１０４を配置しており、これらは生体信号計測装置２１００を構成している。

　応力伝達部１０２は、溝１０２ａを持っている。応力伝達部１０２は、溝１０２ａを通過する第１の外部構造体３０１が生成する応力を光送受信部１０１に伝達する。

　この時の応力の作用の様子を図２２に示す。生体表面１として耳の裏側表面、生体表面２として側頭葉表面、さらに第１の外部構造体３０１がマスクのひもであることを仮定している。マスクひも３０１を耳にかけると側頭葉に沿って耳の裏側に応力２２０１がかかる。この応力は、応力伝達部１０２を介して光送受信部１０１に対して垂直の応力ベクトル２２０２ａと水平の応力ベクトル２２０２ｂを加える。光送受信部１０１を皮膚に押し付ける応力はこの垂直応力ベクトル２２０２ａである。水平応力ベクトル２２０２ｂは光送受信部１０１を水平にずらそうと働くが、側頭葉表面に働く応力ベクトル２２０３ａや２２０３ｂによってキャンセルされる。つまり光送受信部１０１を含む生体信号計測装置２１００は固定される。

　図２３は本発明の第２の実施形態にかかわる実施例８の外形図である。耳裏と側頭葉に挟まれる位置に配置することを仮定して説明する。光送受信部１０１は耳裏表面に接して配置する。応力伝達部１０２は外殻構造を兼ねて各部を覆って保護すると共に、溝１０２ａを持ち、溝１０２ａに働く力を光送受信部１０１やその周辺の構造体に伝える。応力伝達部１０２は耳裏表面と側頭葉表面に接するくさび型構造（Ｖ字型構造）を持ち、図２２に示す応力作用により、耳裏に固定すると共に皮下に対して応力を加える。すなわちマスクひもからの応力を受けて第１面である耳裏に垂直に働く応力に変換すると共に、水平に働く力を第２面である側頭葉で支えて動かないようにする機構である。応力伝達部１０２は光送受信部１０１の所を開口させてもよい。

　通信部１０３はＶ字構造の例えば耳裏側に配置することができる。電源部１０４はＶ字構造の例えば側頭葉側に配置することができる。これによって上記応力機構を持ちながらコンパクトにでき、質量を軽くできる。

　図２４は実施例８の俯瞰図である。マスクのフィルタ部２４０１とひも部３０１を顔に装着してひも部３０１に引っ張り応力が発生している。耳裏をひも部３０１が通過する部分に生体信号計測装置２１００を配置する。配置にあたっては、図２１に示すようにひも部３０１が溝１０２ａを通過し、光送受信部１０１が耳裏に接触するようにセットする。

　耳には領域２４０２に軟骨があり、この部分はコラーゲンを成分とした弾性構造を有している。応力伝達部１０２にも弾性材料を使用して、動脈を上下の弾性体で挟むことで、均等な応力の印加が期待できる。耳垂には軟骨がなく振動しやすいため、耳垂に光送受信部１０１を配置するのは避けた方が良い。軟骨を有する領域２４０２の上部と下部に比較的太い動脈が通っており、この付近に光送受信部１０１を配置するとよい。

　特に軟骨領域２４０２の上部は、４５度程度の上り坂になっており、この上り坂部分に光送受信部を配置して、比較的太い動脈血流を検出するのは好ましい装着場所となる。耳の上部に乗る形態となるため、大きな加速度が加わった場合のずり落ちのリスクも減少する。重力加速度は生体信号計測装置２１００の質量を立位や座位において下方向に引っ張るため、その荷重も応力として利用できる。ひも部３０１で応力をかける代わりに、眼鏡の先セルで応力を加える、或いはひも部３０１と先セルの両方で応力を加える方法も適宜選択可能である。

　軟骨領域２４０２上部の動脈の場所は、耳輪から側頭葉に向かって窪みがあり、窪みの周辺に動脈があるため窪みを目印にできる。図２３に示すように応力伝達部１０２に凸部１０２ｂを持たせ、この窪みにフィットする形状を持たせることで装着が容易になる。

　マスクのひも部３０１は１００％伸長時、１００ｇｆ程度の荷重を生成する。通常１０から２０％程度、平均として１５％程度伸長させて使用するため、耳の上部と下部にはそれぞれ１５ｇｆ程度の荷重が加わる。荷重は大きくないため、前述の光信号を増大させるのに必要な応力を考慮すると、応力を加える面積を最適化することが好ましい。凸部１０２ｂによって応力はこの周辺に集中し、少ない荷重を有効に使って効果的に皮下の動脈に応力をかけることができる。

　凸部１０２ｂの形状は、アールを持たせたり、生体の窪みの形状に合わせることが行える。応力を効果的に付加でき、皮膚への違和感も軽減できる。弾性率が低い材料を応力伝達部１０２に用いて、応力の集中と分散を制御することも可能である。

　生体信号計測装置２１００とマスクのひも部３０１の両者を結合して、マスクと一体構造にすることは適宜行える。

　ひも部３０１の応力ベクトルは側頭葉に沿って存在するため、耳裏に光送受信部１０１を向けるのが良いが、生体の運動による加速度が小さい場合、光送受信部１０１を側頭葉側に向けて使用することは可能である。

　軟骨領域２４０２の下部の動脈付近に光送受信部１０１を配置し、その他の部分を耳垂裏に配置することもできる。耳垂への光送受信部１０１の配置は避けた方が良いが、耳垂裏には比較的広いスペースがあり、光送受信部１０１以外の部分を配置するのは意味がある。特に就寝時、横向きに寝た場合に耳垂裏にスペースが空くため都合が良い。

　溝１０２ａは図２３等では開口させているが、開口部を狭くしてひも部３０１を一旦セットしたら外れにくくする形状にすることもできる。生体信号計測装置２１００の落下が防止できる。

　マスクは日常生活に浸透しており、マスクが生成する応力を皮下の毛細血管に作用させ、ＰＰＧの信号を増大させることは意味がある。耳裏の限られた動脈血流を的確にとらえる方法が必要となるが、本発明の構成をとることで実現できる。頭部は手足に比べ日常生活での動きが少なく、ＭＡを抑制できる。光信号量も大きくできるため、ＳＮＲは向上する。

　ひも部３０１の応力を皮下に効果的に伝達すると共に、生体の２つの面を利用してずれを抑制でき、ＭＡの抑制とＳＮＲの向上が行える。生体の２つの面の近傍に各部を配置することでコンパクトにでき、質量を低減できる。

　生体の部位の場所や大きさ、形状に個人差があっても、溝１０２ａで調整可能であり、最適な位置に装着できる。

　（第３の実施形態）図２５は本発明の生体信号計測装置の第３の実施形態の構成図である。第２の実施形態では生体に挟まれる空間の角度が１８０度以下であったが、第３の実施形態では生体表面１と生体表面２の空間側の角度は１８０度以上になる。このような場所にＬ字型の生体信号計測装置２５００を配置する。生体表面１に光送受信部１０１を配置し、生体表面１の上部に通信部１０３を配置、生体表面２の上部に電源部１０４を配置している。全体を応力伝達部１０２が覆っているが、光送受信部１０１の所は開口していてよい。

　図２６は第３の実施形態の応力の作用の様子を示す図である。生体信号計測装置２５００を鼻尖に装着し、生体信号計測装置２５００にマスクのフィルタ部２４０１からの応力が加わっている場合を仮定して説明する。

　マスクのフィルタ部２４０１からの応力ベクトル２６０１は、生体信号計測装置２６００全体を鼻尖に押し付けるように働く。応力ベクトル２６０１は、応力伝達部１０２を介して光送受信部１０１を生体表面１に垂直に働くベクトル２６０２ａと水平に働くベクトル２６０２ｂに分解される。垂直に働くベクトル２６０２ａは、光送受信部１０１とその周辺の皮下の毛細血管に作用して光信号を増大させる方向に働く。水平に働くベクトル２６０２ｂは、そのままでは光送受信部１０１をずらす方向に働くが、Ｌ字型構造により、生体表面２に作用する応力ベクトル２６０３と相殺され、位置は固定される。

　図２７は本発明の第３の実施形態にかかわる実施例９の外形図である。Ｌ字型の光送受信部１０１の部分に凸部１０２ｂを設けている。これは応力伝達部１０２からの応力を有効に皮下に伝えるためである。前述したようにマスクにかかる荷重は小さく、マスクのフィルタ部においても鼻尖あたりにかかる荷重は２０ｇｆ程度である。光送受信部１０１とその周辺のみを皮膚に接触させることで、応力を増大させている。

　この生体信号計測装置２５００は、鼻尖に装着することを仮定しているが、鼻孔に近い部分に温度センサ２７０１を配置することで、呼吸を検出することが可能となる。呼吸の吸気ではマスク内の鼻孔近傍にマスク外の空気が流入し、排気では肺からの空気が流入する。マスク内の鼻孔近傍の温度を計測することで、吸気と排気の温度差を検出することができ、呼吸数を計測することができる。温度センサ２７０１は、サーミスタや熱電対、赤外線センサ等が使用できる。温度センサの代わりに流量センサを用いて吸気、排気の流量を求めることもできる。

　図２８は実施例９の俯瞰図である。生体信号計測装置２５００を鼻尖に装着し、さらにマスクを装着する。マスクのフィルタ部２４０１とひも部３０１には、主としてひも部３０１の伸びによって引っ張り応力が発生する。マスクのフィルタ部２４０１に働く引っ張り応力は、鼻尖のあたりでは鼻尖を押し付ける方向に応力が働く。ノーズフィットワイヤ２８０１の近傍の鼻尖に生体信号計測装置２５００を配置するとよい。ノーズフィットワイヤ２８０１の直下に生体信号計測装置２５００がなくても、鼻尖に装着した生体信号計測装置２５００は周辺より高い所に位置するためフィルタ部２４０１と接触し、フィルタ部２４０１からの応力が伝達される。

　人体では鼻尖部分にも軟骨があり、弾性構造を有している。鼻翼は呼吸や会話で変位するのに対し、鼻尖部分は比較的変位が少なくＭＡ低減には都合が良い。鼻翼にクリップを挟む方法に対し、鼻尖への配置は粘膜への感染や機械的ダメージを抑制できる。鼻尖にも鼻翼程度に光信号が大きい領域があり、ＳＮＲを改善するうえで好適となる。鼻尖の尾根の部分より、尾根の左右の方が大きな光信号が得やすいため、Ｌ字構造の面の部分に光送受信部１０１を配置することが好ましい。

　鼻尖は急峻ではあるが上り坂になっており、この上り坂部分に光送受信部１０１が載るように配置することは、ずり落ちのリスクを低減し、重力加速度も応力として利用するうえで意味がある。鼻尖では鼻骨に向かって光信号の振幅が弱まる傾向があるため、鼻孔に近い部分に装着することが好ましい。

　凸部１０２ｂにアールを持たせた形状にしたり、弾性率が低い材料用いて、応力の集中と分散を制御することも適宜行える。

　生体の部位の場所や大きさ、形状に個人差があっても、Ｌ字構造を移動させることで最適な位置に装着できる。さらにＬ字構造に弾性構造を持たせ、第１面と第２面の角度を調整可能にすれば、鼻尖の角度の個人差に対応できる。

　生体信号計測装置２５００とマスクのフィルタ部２４０１が接触する部分に、両者を結合する粘着層を設け、マスクと一体構造にすることは適宜行える。

　図２９は本発明の第３の実施形態にかかわる実施例１０の俯瞰図である。生体信号計測装置２５００を鼻尖に装着し、アイマスク２９０１を装着している。耳に装着する生体信号計測装置２１００を同時に或いは代わりに装着することもできる。昼間は口鼻を覆うマスク、就寝時はアイマスクを使用して生体信号を取得するなど適宜選択できる。

　第１から第３の実施形態に共通する以下のブロックの機能を説明する。

　図３０は光送受信部１０１のブロック図の一例である。緑色ＬＥＤ３００１と、赤色ＬＥＤ３００２、第１の近赤外線ＬＥＤ３００３、第２の近赤外線ＬＥＤ３００４、第１の光ダイオード３００５、第２の光ダイオード３００６からなる。

　緑色光は他の波長と比較して皮下の組織での減衰が大きいが、ＭＡに対してロバストであり、脈拍や心拍揺らぎ、ＰＷＶを計測対象とする場合緑色ＬＥＤを使用することが好ましい。一方でＳｐＯ２を計測する場合、前述した数式２、数式３の２種類の波長として赤色光と９００ｎｍ台の近赤外線を用いることが好ましい。さらに１１００ｎｍ台や１６００ｎｍ台の近赤外線を用いて、血糖値を計測することができる。

　光ダイオードはこれらのＬＥＤから出力される光が生体を通過した後の光を受信する。生体で散乱された光がＬＥＤ近傍に戻ってくる反射型構成をとる以外に、第３の実施形態では、Ｌ字構造の第１面と第２面にＬＥＤと光ダイオード（ＰＤ）を分けて配置して、生体を透過してくる光を受信することも適宜できる。さらに本発明により、複数の生体信号計測ユニットを体の様々な部位に配置可能であり、任意の生体信号計測ユニットＡ、Ｂ間で、ＡのＬＥＤからの光出力をＢのＰＤで受信する計測も適宜可能である。

　第１、第２の２種類のＰＤを用いて後述する光通信に一方を使い、もう一方を生体信号計測に使う構成をとることができる。光通信と生体信号計測を同時に行えるメリットがある。

　図３１は通信部１０３のブロック図の一例である。制御回路３１０１と、タイマ３１０２、ＲＦ回路３１０３、ＤＣ－ＤＣ変換回路３１０４からなる。

　制御回路３１０１は、ＬＥＤの制御やＰＤで受信された光信号の処理、時刻の管理や電源の管理、外部との信号のやり取りの制御等を行う。後述するその他のセンサを搭載する場合、その制御や信号処理等も行う。

　タイマ３１０２は、生体信号を処理するうえで必要な精度の時刻を刻む。脈波間隔の揺らぎＰＲＶは近年従来からあるＥＣＧを用いた心拍揺らぎＨＲＶと比較研究され、ＭＡが少ない環境ではほぼ同等の精度が得られ始めてている。ＭＡを最小化し生体の運動下でもＨＲＶと同等の精度を得るうえで、本発明ではダイバーシチ効果等を用いて複数のＰＤ信号を合成する手法も用いる。合成に際して各生体信号計測ユニット間の時刻が正確である必要がある。

　心拍揺らぎでは１ｋＨｚ程度のサンプリング周波数を用いており、１ミリ秒以下の精度が望まれる。水晶発振子を用いれば数十ｐｐｍ程度の精度が得られるが、複数ユニット間の時刻を上記精度以内に収めるには１００秒に１回程度時刻の同期を行う必要がある。この時刻同期を行う手段として、後述する光通信を用いることもできる。

　ＲＦ回路３１０３は外部との無線通信を行う。光送受信部１０１の信号をアナログのまま引き回すとボードやユニット間の配線数が増える問題と、ノイズが混入する問題が生じる。この問題が生じる前にデジタルに変換して別の生体信号計測ユニットや、近くの端末等に送ることが好ましい。特にＭＡ対策で複数の生体信号計測ユニットを使う場合に顕著になる。光送受信部１０１の設定など外部からの指示を受信する場合も同じである。

　外部と通信を行う一つ目の方法として、ＲＦ回路３１０３は近距離無線通信やボディエリアネットワーク等を用いて無線通信を行うことができる。

　二つ目の方法として、電力線通信を行うことができる。電源部１０４を外部に配置した場合や、複数の生体信号計測ユニットで電源を共有する場合等電源配線が存在し、その電源配線に通信信号を重畳させる方法である。この変復調や誤り訂正等もＲＦ回路３１０３が行うことができる。

　三つ目の方法として、光通信を行うことができる。近くのユニット或いは端末の双方のＬＥＤやＰＤを用いる。光の波長として近赤外線を用いることができる。生体計測時にリアルタイムで通信を行うほか、ためておいたデータを装着開始時や終了時に通信することもできる。この変復調や誤り訂正等もＲＦ回路３１０３が行うことができる。

　ＤＣ－ＤＣ変換回路３１０４は、制御回路３１０１やタイマ３１０２、ＲＦ回路３１０３に必要な電圧を生成する。

　図３２は電源部１０４のブロック図の一例である。電池３２０１と充電回路３２０２からなる。充電回路３２０２は充電時に外部から供給される電力を受けて電池３２０１を充電する。電源部１０４を生体信号計測ユニット外部に配置する場合がある。その場合電源１０４と生体信号計測ユニット間の電源配線数は少ない方が良い。電源配線数２本で行う場合、充電回路３２０２を省略して電池３２０１の電圧をそのまま電源配線に載せる方法が行える。充電回路３２０２は外部に持たせることができる。

　別の方法として、電源部１０４に充電回路３２０２を持たせたまま、さらにスイッチ回路を持たせ、充電モードと通常使用時の放電モードを切り替える方法が行える。スイッチ回路は電源配線の電圧を監視して、既定の電圧以下であれば放電モード、それ以外は充電モードにする。通常は充電モードにすることで、電池が既定の電圧以下に放電して監視回路が動かない場合でも充電できる。

　（第４の実施形態）図３３は本発明の生体信号計測装置の第４の実施形態のブロック図である。第１から第３の実施形態の構成要素に加えて加速度計３３０１、温度計３３０２、流量計３３０３、環境計測センサ３３０４、マイク３３０５を持ち、生体信号計測装置３３００を構成している。

　加速度計３３０１は、３軸の加速度や３軸の角速度、３軸の方位等を計測する。ＧＰＳ等を内蔵して位置や高度を計測することもできる。

　温度計３３０２は、図２７の温度センサ２７０１として使用したり、皮膚温度や深部体温を計測する。サーミスタや熱電対、赤外線センサ、熱流計等を用いることができる。

　流量計３３０３は、図２７温度センサ２７０１の代わりに呼吸を計測するのに使用したり、衣服内外の気体の流れを計測する。

　環境計測センサ３３０４は、環境の物理量・化学量を計測する。温度、湿度、圧力、照度、音、におい、風速、空気の組成、化学物質等が含まれる。可視光や赤外線のセンサやカメラで生体の周囲環境を計測してもよい。

　マイク３３０５は、音の測定を行う。振動や衝撃、超音波を計測してもよい。複数のマイクとトランスデューサを利用して周囲の３次元構造を計測してもよい。

　光送受信部１０１による生体情報を含め様々な生体情報を得ることができるほか、生体の周りの環境の物理的・化学的状態や、生体のコンテキスト、つまりは生体の置かれている状況の意味、食事や睡眠、運動や作業、休憩、乗り物への乗車、会話、授業、買い物、雑踏、会議や事務などの情報を得ることができる。

　図３４は本発明の生体信号計測システムの第４の実施形態のブロック図である。生体信号計測装置３３００、さらには第１から第３の実施形態で説明した生体信号計測装置１００や生体信号計測装置２１００、生体信号計測装置２５００、さらには端末３４０１、サーバ３４０２を用いて生体信号計測システム３４００を構成している。

　各生体信号計測装置は直接端末３４０１と通信したり、一旦各生体信号計測装置間で通信したのちまとめて端末３４０１と通信したりできる。適宜圧縮・解凍や抽象化、変復調処理を行って、通信データを削減することができる。

　生体信号計測装置１００から３３００、端末３４０１、サーバ３４０２が実行する機能の割り振りは、各部が持つ機能やリソースによって決定、あるいは静的な変更、動的な変更は可能である。生体信号計測装置１００から３３００は、各種センサと、質量や体積を小さくするために、比較的小さな容量の電池と、比較的処理能力が低いＣＰＵや容量の小さいメモリを持たせることができる。端末３４０１も質量や体積に応じて、各種センサと、比較的大きな容量の電池と、処理能力が中程度のＣＰＵや中程度の容量のメモリを持たせることができる。サーバ３４０２は商用電源に接続され、処理能力の高いＣＰＵや大容量のメモリを持つことができる。

　アクセス許可の観点も異なり、例えば生体信号計測装置１００から３３００から端末３４０１にかけてはシングルユーザのアクセスに設定し、サーバ３４０２はマルチユーザのアクセスに設定する。或いは、端末３４０１は異なるユーザの生体信号計測装置１００から３３００とも通信を行うことも適宜設定可能である。

　図３５は本発明の生体信号計測システムの第４の実施形態のブロック図である。生体信号処理ブロック３５００は、生体信号計測装置１００から３３００の信号を受けて生体信号を処理する。生体信号処理ブロック３５００は、時刻同期ブロック３５０１と前処理ブロック３５０２、後処理ブロック３５０３、抽象化ブロック３５０４、匿名化ブロック３５０５、システム再構成ブロック３５０６を持つ。

　時刻同期ブロック３５０１は、生体信号計測装置１００から３３００の時刻を同期させる。同期元の時刻はサーバ３４０２であったり、端末３４０１、生体信号計測装置１００から３３００の一つを選択してもよい。ＭＡ低減やＰＷＶ等を求めるうえで、生体信号計測装置間の時刻の正確さが特に求められる。

　前処理ブロック３５０２は、生体信号計測装置１００から３３００で取得した生体信号の前処理を行う。主として信号帯域内のノイズやＭＡを除去する処理を行う。

　後処理ブロック３５０３は、主として信号間の合成処理を行う。

　抽象化ブロック３５０４は、生体信号や加速度、環境センサからの信号から、生体の各バイタル、や運動量、コンテキスト、環境の状態を抽出する。

　匿名化ブロック３５０５は、生体信号の個人情報の匿名化処理を行う。

　システム再構成ブロック３５０６は、取得した生体信号の各バイタルへの寄与度や各環境センサや加速度センサ値の重要性等に応じて、サンプリング時間や間欠動作、スリープ動作などのシステムパラメータの最適化を行う。

　図３６は本発明の生体信号計測システムの第４の実施形態のブロック図である。生体信号応用ブロック３６００は、生体信号処理ブロック３５００からのデータを受けて生体信号を利用した様々な処理を実行する。生体信号応用ブロック３６００は、生体信号３６０１（３６０１ａ、３６０１ｂ）やユーザインターフェース（ＵＩ）手段３６０２を持つ。

　生体信号生体信号３６０１は、シングルユーザの過去から現在の複数の生体信号であったり、マルチユーザの生体信号であったりする。生体信号３６０１は、生体のバイタル情報や運動量、生体周囲の環境情報を含んでもよい。格納してある生体信号３６０１を生体信号処理手段３５００に送って、生体信号処理手段３５００の処理や学習に利用することができる。生体本人の過去の生体信号３６０１や他のユーザの生体信号３６０１を送ることができる。別の場所に格納してある生体信号３６０１を適宜引用することもできる。ＵＩ手段３６０２は、シングルユーザやマルチユーザに対してインターフェースをとる。異なるシステムとのインターフェースをとることもできる。

　生体信号処理ブロック３５００の処理を端末３４０１が実行、生体信号応用ブロック３６００の処理をサーバ３４０２が実行してもよい。或いは適宜実行内容を入れ替えることができる。端末３４０１として生体に近くに置いたエッジ端末、或いはサーバ３４０２をローカルやクラウド上に置くなど適宜構成を選択できる。

　図３７は時刻同期ブロック３５０１の動作を示すブロック図である。時刻同期ブロック３５０１は、同期指示手段３７０１と、タイミング抽出手段３７０２、タイマリセット手段３７０３、同期チェック手段３７０４を持つことができる。

　同期指示手段３７０１は、例えば生体信号計測装置１００から３３００の光送受信部１０１に対して、光通信の指示を出す。生体信号計測装置の電源投入後、同期指示手段３７０１が同期元となる生体信号計測装置に対し光信号のアドバタイズ送信を指示し、同期先の生体信号計測装置がそれを受信する方法をとることができる。生体信号の取得中、時刻同期の必要がある場合に、光通信指示手段３７０１は同期の指示を出し、光通信が可能な生体信号計測装置間で同期をとることもできる。電力線通信を用いている場合は、電力線通信を介して同様の手順で時刻同期をとることもできる。数回にわたって同期をとることで、お互いのタイマのクロックのずれを補正することもできる。これによって光通信による同期の間隔を伸ばすことができる。

　タイミング抽出手段３７０２は、時刻同期用の特別な符号から同期のタイミングを抽出する。光信号や電力線通信にはノイズが存在するため、時刻同期を表す特定のビットパターンを用いることが好ましい。

　タイマリセット手段３７０３は、生体信号計測装置１００から３３００の通信部１０３のタイマ３１０２をリセットする。同期開始をゼロにしたり、時刻同期元から時刻情報を取得して書き換えてもよい。タイマ３１０２の時刻は生体信号計測装置３３００の各センサのデータ取得時間として使用できる。

　同期チェック手段３７０４は、上記同期処理の完了直後、或いは同期完了後一定間隔で生体信号計測装置間のタイマ時刻のチェックを行う。

　図３８は前処理ブロック３５０２の動作を示すブロック図である。前処理ブロック３５０２は、フィルタ手段３８０１と、減算手段３８０２、ＭＡ生成手段３８０３を持つことができる。

　フィルタ手段３８０１は、光送受信部１０１からの光信号や、その他のセンサ信号のフィルタ処理を行う。光信号にはＭＡによる変動や、照明の光による変動、熱ノイズやフリッカノイズ等が含まれる。生体情報が失われないよう通過域と阻止域の特性を決める必要がある。通常低周波側にも高周波側にもノイズや変動があり、バンドパスフィルタを用いることが好ましい。

　減算手段３８０２とＭＡ生成手段３８０３は、ＭＡによって生じた変動を減算して取り除く、ＭＡ生成手段３８０３の入力として、光送受信部１０１の近くに配置した加速度センサの加速度や角速度が使用できる。加速度や角速度はＭＡによる光信号の変動と完全には一致しないため、ＭＡ生成手段３８０３は減算後の光信号が静止時のＭＡ信号と等価になるように、減算する波形を合成することができる。減算後のＳＮＲを観測し、ＳＮＲが最大となるようにＭＡ生成手段３８０３を調整してもよい。ランニングや乗り物などＭＡの起源によってもこのＭＡ生成関数は変化するため、生体のコンテキストを参照してもよい。

　図３９は後処理ブロック３５０３の動作を示すブロック図である。後処理ブロック３５０３は、信号抽出手段３９０１と、ノイズ抽出手段３９０２、ＳＮＲ計算手段３９０３、位相調整手段３９０４、乗算手段３９０５、加算手段３９０６を持つことができる。

　信号抽出手段３９０１は、光送受信部１０１からの光信号を入力として、収縮期、拡張期の特徴的な光信号パターンを利用して、時間領域処理、周波数領域処理、自己相関処理、テンプレート波形との相関処理等から、信号波形を抽出する。

　ノイズ抽出手段３９０２は、元の光信号から信号抽出手段３９０１で抽出した信号波形を減算する。ＭＡ起因の変動や外来光による変動で、前処理で取り除けなかった変動が抽出される。

　ＳＮＲ計算手段３９０３は、信号抽出手段３９０１で抽出された信号波形と、ノイズ抽出手段３９０２で抽出されたノイズ波形からＳＮＲを計算する。各波形の実効値等を用いて計算することができる。

　位相調整手段３９０４は、複数の生体信号計測装置で計測された光信号の位相や歪を調整する。特に心臓から離れた部位で計測された光信号は大きな位相の遅れや歪を持っている。位相調整手段３９０４はこの位相遅れや歪を除去し、複数の光信号間の位相や歪の状態を合わせる。

　乗算手段３９０５は、元の光信号波形に対してＳＮＲを乗算して、ＳＮＲに応じた重みづけを行う。

　加算手段３９０６は、ＳＮＲで重みづけされた光信号を加算して合成する。

　信号抽出手段３９０１で抽出された信号波形はＭＡ等の揺らぎを持った光信号から抽出しており、一定の誤り率を持っている。加算手段３９０６で加算された合成波形は、ＳＮＲが向上しており、この合成波形から再度信号波形を抽出することで誤り率を改善することができる。

　図４０は抽象化ブロック３５０４の動作を示すブロック図である。抽象化ブロック３５０４は、識別器４００１と、主成分抽出手段４００２、心拍抽出手段４００３、呼吸抽出手段４００４、血圧抽出手段４００５、体温抽出手段４００６、ＳｐＯ２抽出手段４００７、ＰＲＶ抽出手段４００８、ＰＷＶ抽出手段４００９、ｆＮＩＲＳ抽出手段４０１０、運動量抽出手段４０１１、コンテキスト抽出手段４０１２、環境抽出手段４０１３を持つことができる。

　抽象化ブロック３５０４は、生体信号や加速度、環境センサからの信号から、生体の各バイタル、や運動量、コンテキスト、環境の物理量を求める。

　識別器４００１や主成分抽出手段４００２は、以下のバイタルやコンテキストや環境状態の抽出において適宜使用する。識別器４００１として、サポートベクターマシーン（ＳＶＭ）等いくつかの方法が存在するが、データを効果的に分割する境界線を見つける手段となる。主成分抽出手段４００２として主成分分析（ＰＣＡ）手段等存在するが、これらを用いて複数のセンサ値が結果に影響する場合の各センサ値の寄与率を求めることができる。

　心拍抽出手段４００３は、光送受信部１０１の光信号から、前処理３５０２、後処理３５０３等を介してＭＡを除去した信号波形を抽出し、自己相関等から心拍間隔を抽出する。

　呼吸抽出手段４００４は、第３の実施形態の生体信号計測装置２５００に取り付けた温度センサ２７０１からの信号を使って、自己相関やゼロクロス等から呼吸数を抽出する。光送受信部１０１で得られる光信号の振幅情報やＰＲＶにも呼吸情報が含まれており、各成分を適宜合成して利用することができる。

　血圧抽出手段４００５は、ＰＷＶに含まれる血圧成分と、ＰＲＶに含まれる低周波成分を利用して血圧を抽出する。

　体温抽出手段４００６は、温度計３３０２として深部体温を計測可能なものを使用するか、皮膚温度や運動量から計算する方法、心拍数と体温との相関から計算する方法などが選択できる。

　ＳｐＯ２抽出手段４００７は、光送受信部１０１を使って計測を行い、数式２、数式３に基づいて計算する。

　ＰＲＶ抽出手段４００８は、心拍抽出手段４００３で抽出した心拍間隔から、周波数解析によりＰＲＶの低周波成分や高周波成分を抽出する。

　ＰＷＶ抽出手段４００９は、第１の実施形態の実施例７の構成で求めた２か所の光信号を利用してＰＷＶを抽出する。数式４から動脈血管の状態が推定できる。

　ｆＮＩＲＳ抽出手段４０１０は、第１の実施形態の実施例６の構成で求めた頭部複数個所の光信号を利用して血流量や酸素消費量のベクトルを抽出する。

　運動量抽出手段４０１１は、加速度計３３０１の信号から、生体の運動量や姿勢を抽出する。

　コンテキスト抽出手段４０１２は、マイク３３０５や加速度計３３０１、環境計測３３０４等から前述した生体のコンテキストを識別して抽出する。

　環境抽出手段４０１３は、環境計測３３０４等を利用して、生体が置かれている環境の物理的・化学的状況を抽出する。

　匿名化ブロック３５０５は、必要な匿名性のレベルに応じてｋ匿名性やｌ多様性、ｔ近接性等の匿名化処理を行う。

　図４１はシステム再構成ブロック３５０６の動作を示すブロック図である。システム再構成ブロック３５０６は、ＨＷ情報収集手段４１０１と、寄与率算出手段４１０２、優先度設定手段４１０３、判断部４１０４、指示部４１０５を持つことができる。

　ＨＷ情報収集手段４１０１は、生体信号計測装置１００から３３００や、端末３４０１、サーバ３４０２の設定やリソースを収集する。設定には、センサのサンプリング周波数や間欠動作、スリープ動作の設定、実行している処理内容等が含まれる。リソースには、電池の残量や時間当たりの電力消費量、ＣＰＵの負荷やメモリやＨＤＤの使用量や各ジョブやプロセスの占有率等が含まれる。

　寄与率算出手段４１０２は、抽象化ブロック３５０にて抽象化された結果に対して、各センサやその処理がどの程度寄与しているか算出する。例えば求めたバイタルに対する複数のセンサの寄与を、主成分分析等を併用して計算する。ＭＡ対策やＳＮＲ向上への寄与も含めることができる。

　優先度設定手段４１０３は、複数の抽象化の結果の各結果の優先度を設定する。管理者やユーザが設定してもよい。システムとしてデフォルトを設定することもできる。生体の危険度に応じて動的に設定を変更することもできる。例えば持病を持った生体の持病に関連するバイタルの優先度を高く設定することができる。

　判断部４１０４は、ＨＷ情報や寄与率、優先度に応じて、システムの設定の見直しを判断する。例えば所定の閾値を設定し、閾値以下或いは閾値以上の設定項目に対して見直しの判断をする。

　指示部４１０５は、生体信号計測装置１００から３３００や、端末３４０１、サーバ３４０２に対して、設定の変更を指示する。例えばサンプリング周波数の変更、間欠やスリープ動作の変更、特定の処理を端末からサーバに移行する。ＳＮＲが所定の閾値より低い場合、ユーザや管理者へ指示することも含まれる。装着場所を見直したり、装置を交換する指示を行うことができる。

　図４１はＵＩブロック３６０２の動作を示すブロック図である。ＵＩブロック３６０２は、生体属性情報４２０１と、利用者アクセス情報４２０２、コンテキスト表示手段４２０３、安全／危険度表示手段４２０４、予測情報表示手段４２０５を持つことができる。

　生体属性情報４２０１は、生体信号３６０１ａ、３６０１ｂ・・・に紐づけされた生体の属性となる。生体の氏名や住所、身長、体重等の体の緒言、病歴や家族歴等の個人情報を含むことができる。前述した匿名化手段によって適宜匿名化して紐づけを行うことができる。

　利用者アクセス管理手段４２０２は、利用者がアクセス可能な情報を管理する。例えば生体本人には生体属性のフルアクセスを与え、その管理者には一部アクセスを与え、同様の生体属性を探す利用者には匿名化情報を与えることができる。

　管理者として、例えば企業の産業医、患者の担当医師、介護施設の介護士、保育施設の保育士、学校の教師、現場の監督、保健所の担当者、健康保険組合の担当者、役所や行政機関の担当者、協同組合の担当者等を設定することができる。

　コンテキスト表示手段４２０３は、コンテキスト抽出手段４０１２で抽出したコンテキストを表示する。本人以外に表示する場合、適宜匿名化設定を行うことができる。

　安全／危険度表示手段４２０４は、安全や危険の度合いを表示する。バイタルや運動量、置かれている環境に応じてその度合いを決定することができる。

　予測情報表示手段４２０５は、同様の過去の事例を参照したり、回帰手段を用いて現状の先を予測したりできる。同様の事例を参照するのに適宜、アクセス管理や匿名化処理を用いることができる。

　複数の生体信号３６０１ａ、３６０１ｂ・・・として、本人の過去のデータや類似の属性の他の利用者データ等が利用できる。後処理ブロック３５０３のＭＡ生成手段３８０３や、システム再構成ブロック３５０６、抽象化ブロック３５０４のコンテキスト抽出手段４０１２、ＵＩブロック３６０２の安全／危険度表示手段４２０４、予測情報表示手段４２０５等の処理に利用できる。各処理の効果や学習の効果を高めることができる。

　ＭＡの低減に際しては、ＭＡによって生じたノイズを模擬する伝達関数の精度を高めることができる。システム再構成にあっては、システムのデフォルト値の更新の手段を提供する。判断の閾値や判断の関数も更新できる。コンテキスト抽出で使用する識別器の教師あり学習に利用できる。安全／危険度表示で行う、例えば５段階安全／危険度表示で、５段階の識別の学習にも利用できる。予測情報表示の回帰分析の線形関数等の精度を高めることにも利用できる。

　図４３に生体各部での発明者による取得例（指、手首、耳垂、鼻）を示す。横軸は時間で分を表し、縦軸は振幅を表す。人差し指末節４３０１、人差し指の中節４３０２、人差し指の基節４３０３、手首内側４３０４、耳垂４３０５、鼻翼４３０６での測定で、波長８００ｎｍ台の近赤外線を用いている。人差し指末節４３０１や鼻翼４３０６の振幅が大きい。各部位の境界にみられる大きな振幅は、計測器を皮膚から外した際にみられるノイズである。

　図４４（ａ）に生体各部での発明者による取得例（顔の各部）を示す。耳垂４４０１、対輪脚４４０２、側頭（耳のあたり）４４０３、こめかみ４４０４、額４４０５、あごの耳下４４０６、あごの口下４４０７、うなじ４４０８、鼻尖の稜線４４０９、鼻尖の右側面４４１０、鼻尖の左側面４４１１で、波長５００ｎｍ台の緑色光を用いている。第２の実施形態で扱っている対輪脚４４０２や、第３の実施形態で扱っている鼻尖の両側面４４１０、４４１１の振幅が大きい。第１の実施形態で扱っている側頭４４０３からこめかみ４４０４、額４４０５にかけては比較的信号は小さいが測定可能である。

　図４４（ｂ）に鼻尖の左側面４４１１における測定の拡大図を示す。動脈の脈動による波形を示している。心臓の収縮期、拡張期に起因する波形となる。バンドパスフィルタを通過した後の波形であり、元の光信号からやや変化している。元の光信号は体の微妙な動きによって大きく変動し、このスケールでは図示できない。

　図４５に生体各部での発明者による取得例（足の各部）を示す。足首内側４５０１、足首後側４５０２、足首外側４５０３、足首前側４５０４、くるぶしの横・踵側４５０５、くるぶしの横・甲側４５０６、足の甲４５０７で、波長５００ｎｍ台の緑色光を用いている。足首内側４５０１、足首外側４５０３の振幅が比較的大きく、このあたりでの計測が好ましい。

　（第５の実施形態）図４６は本発明の生体信号計測装置の第５の実施形態の構成図である。耳裏と側頭に囲まれた領域に光送受信部１０１、応力伝達部１０２、通信部１０３、電源部１０４、外殻構造２０１を配置しており、これらは生体信号計測装置４６００を構成している。

　図４６では外殻構造２０１は、光送受信部１０１、応力伝達部１０２、通信部１０３、電源部１０４の一部に接触したり、間接的に支えたり、貫通しているが、これらの構成要素を覆うように配置してもよい。外殻構造２０１は、これらの構成要素を機械的、応力的に結合している。この例では側頭表面で外殻構造２０１が直接皮膚表面や髪の毛に接触している。この機械的、応力的結合によって外殻構造２０１は、耳裏表面と耳の付け根表面、側頭表面の３つの面に対して応力を加えている。

　例えば耳裏表面に対しては、応力３０２ａを働かせており、皮膚からは反力３０３ａの押し返す力が働いている。同様にして耳の付け根表面に対しては応力３０２ｂと反力３０３ｂが、側頭表面に対しては応力３０２ｃと反力３０３ｃが働いている。このように外殻構造２０１を釣り針型の形状にすることで、耳裏表面と耳の付け根表面、側頭表面の３つの面に接触すると共に、外殻構造２０１の弾性や耳の弾性等による応力が働く。これらの応力は、外殻構造２０１の弾性や耳の軟骨の弾性、生体信号計測装置４６００の重さ等によって生成される応力が元になっている。

　さらに外殻構造２０１を釣り針型にすることで、第３の外部構造体４６０１を生体信号計測装置４６００に接触して配置することができる。第３の外部構造体４６０１として他の実施形態と同様に眼鏡やマスク等を用いることができる。第３の外部構造体４６０１の重さや弾性によって生成される応力３０２がプラスされる。これらの応力によって生体信号計測装置４６００が皮膚に安定に固定され、ＭＡが低減される効果のほかに、皮膚に加わる圧力によって信号が増大する効果も生じる。

　この生体信号計測装置４６００を配置する場所として、耳裏の上部が好ましい。耳裏の上部には耳孔の上部の軟骨があり、比較的水平で安定性が良い。生体信号計測装置４６００が耳裏の上部に載る形態となる。歩行時や走行時、垂直方向の加速度は重力加速度を中心として上下する。常に重力をオフセットとして動きによる変動が加わるので、皮膚から引き離す方向の加速度が生じにくい。

　光送受信部１０１は本実施例では耳の付け根に光の出入りの方向を向けている。そもそも頭部は手足等に比べて、歩行等の運動による加速度が生じにくい。毛髪がない部分が存在し、毛髪による光の遮断や減衰を回避できる。発明者は、耳の付け根に光の出入りを向けた場合と側頭に向けた場合を比較した。緑、赤、近赤外線光の脈波振幅に大きな差は生じなかったが、ＭＡの大きさ、つまりは動作による光信号の変動の大きさは、耳の付け根の方が数分の一から十分の一程度小さかった。

　比較した動作は一般の生活で想定される動き、歩行や、発声発語、飲食、首の動きで、首の動きは有意差がなかったもののそれ以外の動きで耳の付け根の方がＭＡが小さかった。咀嚼筋群や舌の固有筋、発声発語や嚥下にかかわる筋群が側頭皮下の光の反射に影響を与えている。行う動作の種類によって変化するが、例えば水を飲む動作では、赤色光の変動が最も大きく、近赤外線光の変動がその約半分、緑色光の変動が赤色光の１／５程度であった。

　場所の依存性もあり、耳の付け根の上部（図２４の軟骨領域２４０２の水平に近い部分）に比較的太い動脈が通る窪み（軟骨と軟骨の境界）があり、その窪みを基準にすると窪みの後側（後頭葉側）が相対的にＭＡ小さい。一方各光信号の脈波成分は窪みの前側（前頭葉側）に行くほど大きい。ＭＡを小さくかつ脈波成分を大きくするうえで、窪みより後ろの領域で、窪みに近い部分に光を照射することが好ましい。位置決めをしやすくするために、鏡で見て図４９（ｃ）のように発光４９０１の場所を定義して観測することで、毎回ほぼ同じ位置に光の照射をすることができる。耳裏と側頭で囲まれた領域は、冬の寒い時期、指先での脈波の計測が困難な状況でも脈波を検出できる領域であることが発明者による評価で明らかとなった。

　応力伝達部１０２と皮膚との間に弾性体４６０２を配置することができる。耳の付け根は軟骨が多く存在し、皮下の脂肪が少ない。クッションとして働く脂肪が少ないため、動脈の圧迫が起きやすく、圧迫による局所的なSpO２の低下が起きやすい。応力伝達部１０２よりさらに弾性率が小さい弾性体４６０２を、応力伝達部１０２と皮膚の間に配置することでこの現象を抑制することができる。光送受信部１０１からの光が皮膚に届くよう、弾性体４６０２に開口部を設けることができる。弾性体４６０２として光が透過する材料を選んだり、光を透過する材料を部分的に配置することもできる。

　第５の実施形態の別の実施例として図４７に示すように、光送受信部１０１を側頭に向ける構成は、上述したＭＡが起きにくい用途や後述するＭＡ対策によってＭＡが抑制できる用途では有効となる。これらは生体信号計測装置４７００を構成している。

　第３の外部構造体４６０１として眼鏡を使用すると、眼鏡の先セルが応力伝達部１０２を側頭に押し付けるように応力３０２が働く。眼鏡の荷重等による下向きの力３０２ｂにより、耳の付け根の表面に押し付ける力も働く。この場合も、耳裏表面と耳の付け根表面、側頭表面の３つの面によって生体信号計測装置４７００は安定に固定される。応力３０２ｂが働く部分に、応力伝達部１０２と同様の弾性材料、ゴム系の材料を設けることもできる。

　図４８に光送受信部１０１と応力伝達部１０２周辺の構成例を示す（三角法図）。外殻構造２０１に光送受信部１０１を接着するなどして固定する。その周りに弾性体である応力伝達部１０２を配置する。応力伝達部１０２には光の出入りする部分に開口部を設ける。さらにその開口部の周りに弾性体４６０２を配置する。これによって前述した圧迫によるＳｐＯ２の低下を抑制できる。

　外殻構造２０１は光送受信部１０１と同程度の幅にすることで、応力の伝達を損なうことなく質量を軽くし、コンパクトにできる。耳裏形状の個人差があっても対応できるよう、外殻構造２０１は角度や形状を装着者が変更できるようにしてもよい。外殻構造２０１として薄い金属板や変形可能な樹脂等を用いることができる。耳裏に加える圧を適切な値に設定でき、装着部周辺が痛くなることを防げる。応力伝達部１０２に三角形状の鋭角部を設けることで、毛髪が皮膚面に被さっていてもその下に潜り込むように装着できる。

　図４６や図４７に示すように、外殻構造２０１の釣り針形状の左の面上に通信部１０３、電源部１０４を順次積層することができる。これによって通信部１０３や電源部１０４を耳裏の軟骨上に載るように配置することもできる。図４６の下向き照射においても、図４８と同様の構成をとるができる（外殻構造２０１が応力伝達部１０２を貫通する等の差があるのみ）。耳の付け根や側頭部の毛髪がない部分は幅が狭いが、本構成のコンパクトな形状によって容易に装着できる。

　第５の実施形態の別の実施例として図４９（ａ）に示すように、耳裏の上から下を覆うように外殻構造２０１を設けることができる。この場合も光送受信部１０１は、耳の付け根の上部（図中の三角形の破線部）に配置することができる。耳裏の下の方に配置することも可能だが、下に行くほど顎の動作によるＭＡが大きくなる。積極的に顎の動作を検出する場合や、顎の動作の影響が少ない用途ではこの位置を選択することもできる。

　図４９（ｂ）は、同様に耳裏の上から下を覆っているが、チューブ形状に細長くしている。電源部１０４のスペースが比較的小さくなるが、用途に応じてこのような形状も選択可能である。就寝時等、横向きに寝た場合でも耳が痛くなりにくい。図４９（ａ）や（ｂ）では、耳を上下から挟んで位置を固定し、さらに耳の表側に回り込み、前後方向の位置を固定する形状にすることもできる。このような立体構造は、ＰＰＧの位置決めを再現性良く容易に行えるメリットがある。

　実施例１２から実施例１４では、第３の外部構造体４６０１である眼鏡やマスクを外しても、耳裏に生体信号計測装置が残っている。毛髪が耳裏に多く被さっている場合、毛髪をかきあげて生体信号計測装置を装着することが好ましい。眼鏡やマスクを一時的に外す場合、生体信号計測装置が皮膚面に残っているのは利便性がある。

　ＳｐＯ２と同時に体温が計測できるのは感染症や肺疾患を判断する上で有益となる。図５０（ａ）に示すように、応力伝達部１０２の皮膚面と大気側に設けた温度計でそれぞれの温度Ｔ１、Ｔ２を測定することで、皮膚から大気に向かって流れる熱流を測定することができる。この２つの温度計の間の熱抵抗をＲｔｈとすると、熱流Ｉｔｈは、数式５となる。皮膚表面から生体深部までの熱抵抗をＲｃとすると、生体深部温度Ｔｃは、数式６により求めることができる。上記温度Ｔ１、Ｔ２を測定する温度計は、図４８においては、皮膚面温度計４８０１と大気側温度計４８０２として設けることができる。また適宜ＰＰＧの温度を測定するＰＰＧ温度計４８０３を設けてもよい。

　ＰＰＧは通常数ｍＡ程度の電流を消費して数℃の温度上昇がある。ＰＰＧ内のＬＥＤに流す電流や、サンプリングレート、積分時間によって電流や温度上昇は変化する。図５０（ｂ）に示すように、この温度上昇ΔＴは上記Ｔ１、Ｔ２に誤差を与え、それを用いて計算するＴｃにも誤差を与える。

　これを対策するために、本実施例では図５０（ｃ）のようにＰＰＧ条件とΔＴのテーブル５００１を持ち、設定したＰＰＧ条件に応じてΔＴを補正する構成を持つ。このテーブルは図５１（ａ）に示すように、テーブル作成手段５１００により作成できる。あらかじめ実験室等でＴｃとＴａの温度差がない熱平衡にする工程５１０１と、想定されるＰＰＧ条件ごとにＰＰＧ設定を行う工程５１０２と、Ｔ１－Ｔ２に生じる温度差ΔＴを計測する工程５１０３（図５０のΔＴ０：ＰＰＧが全てオフ設定の場合や、ΔＴｘ：ＰＰＧ設定がａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの場合や、ΔＴｙ：ＰＰＧ設定が全てオンの場合等）と、ΔＴのテーブルを作成する工程５１０４により作成できる。このＰＰＧ条件とΔＴのテーブル５００１は、生体信号計測装置内のメモリや、端末、サーバ等に格納する。

　図５１（ｂ）に示すように、ΔＴ補正手段５１１０は、ＰＰＧ設定を行う工程５１１１と、Ｔ１、Ｔ２等の各部の温度を測定する工程５１１２と、テーブルを参照する工程５１１３と、ΔＴを減算する工程５１１４を持ち、数式７と数式６からΔＴが補正されたＴｃを得ることができる。

　本実施例は第４の実施形態における図３５の前処理ブロック３５０２に関する実施例である。図５２に示すように、フィルタ手段３８０１を減算手段３８０２とＭＡ生成手段３８０３の後に接続している。大きなＭＡが生じた場合にフィルタで振動が発生し、その振動がしばらく継続する場合があり、この接続が好ましい場合がある。

　図５３は前処理ブロック３５０２のさらに詳細なブロックである。入力として例えば緑光ＬＥＤによる光ダイオード（ＰＤ）信号（Ｇ）、赤色ＬＥＤによるＰＤ信号（Ｒｅｄ）、近赤外線ＬＥＤによるＰＤ信号（ＩＲ）を用いることができる。他の波長のＬＥＤを用いても構わない。同一ユニット内の複数の信号、或いは異なるユニット間の複数の信号でも構わない。

　平均化５３０１は、上記各信号をそれぞれ平均化する。平均化として例えば移動平均を用いることができる。移動平均の時定数として脈波が減衰する時定数が設定できる。これによって脈波成分が抑制されたＭＡ成分を生成することができる。時定数を大きくし過ぎるとＭＡ成分にひずみを生じるため、脈波が数分の一程度減衰する時定数を選択することが好ましい。

　遅延除去５３０２は、上記平均化された信号の遅延を回復させる。平均化の伝達関数の逆関数等を使うことができる。例えば平均化の時定数と同等かそれ以下の時定数のハイパスフィルタを使うことができる。これによって平均化によって歪が生じたＭＡ成分の歪を除去する。平均化５３０１と遅延除去５３０２を合わせて特定の周波数成分を除去する帯域除去フィルタを用いることもできる。

　ＭＡ合成５３０３は上記で生成されたＭＡ成分の複数を合成、或いはＭＡ成分の一つを選択する。合成では、複数のＭＡ成分の単純な平均化を行ってもよい。各ＭＡ成分ごとに重みづけを行ったうえで平均化してもよい。選択では、各色のＭＡ除去に適したＭＡ成分をそれぞれ選択してもよい。各色共通のＭＡ成分を一つ選択してもよい。

　例えば赤色信号には脈波成分より大きなＭＡ成分が含まれることが多い。赤色信号から得られたＭＡ成分を、赤色信号のＭＡ除去のため、さらには緑色、近赤外線信号のＭＡ除去のため使用することもできる。脈波成分に対するＭＡ成分の比率が大きい場合、平均化５３０１、遅延除去５３０２を省略して、他の色のＭＡ除去用に使用することもできる。ＭＡ合成５３０３の合成や選択は、運動や飲食、会話等のコンテキストごとに逐次変更してもよい。

　ＭＡ検出５３０４は、ＭＡの振幅を検出する。ＭＡの形状を相関器等で検出してもよい。ここでは各色のＭＡ成分の大きさを把握する。倍率学習器５３０５は検出されたＭＡ成分の大きさを一定期間学習する。移動平均等を用いてもよい。乗算器５３０６は学習されたＭＡ成分の大きさに応じた倍率をかけてＭＡ合成５３０３で合成されたＭＡ成分を乗算する。例えば赤色と近赤外線、緑色のＭＡ成分の形状がほぼ同等で、大きさの比率が５：２：１である場合、赤色のＭＡ成分をＭＡ合成波形として選択し、近赤外線や緑色の倍率学習器５３０５の倍率としてそれぞれ２／５、１／５を選択することができる。

　減算器５３０７は、上記で生成された各色のＭＡ成分を、各色の生波形から減算する。フィルタ５３０８はＭＡ成分が減算された波形のフィルタリングを行う。これら前処理３５０２はリアルタイムで到来する信号を数十秒程度のセグメントに切り出して処理することができる。

　本実施例は第４の実施形態における図３５の後処理ブロック３５０３に関する実施例である。図５４を用いて以下に説明する。これら後処理３５０３はリアルタイムで到来する信号を数十秒程度のセグメントに切り出して処理することができる。

　入力として緑光、赤色、近赤外線信号を用いることができる。ノイズ抽出５４０１は前処理で除去できなかったノイズ成分を抽出する。ノイズ成分Ｎは例えば数式８を用いて計算する。ここでＸは上記各入力信号の実効値、Ｓは後述する振幅計算５４０８によって得られた信号の実効値である。ＳＮＲ計算５４０２は、信号Ｓとノイズ抽出５４０１で得られたＮから数式９を用いて計算する。

　位相調整５４０３は、各色間の位相差を検出して調整する。位相調整５４０３として例えば図５５の構成を用いることができる。図５５において振幅正規化５５０１は、各色の振幅を例えば１に正規化する。乗算器５５０２は、位相の基準となる信号と各色の信号を乗算する。積分器５５０３は乗算された信号を一定期間積分する。積分値は適宜積分期間内の周波数で割って正規化する。積分期間内の周波数は、基準信号を二乗して積分することで求められる。

　αを基準信号の位相、βを位相を求めたい信号の位相とすると、２つの信号の乗算は数式１０となる。積分器５５０３からは位相差に応じて＋０．５～－０．５の範囲の値が出力される。通常位相差は小さいため、＋０．５近傍の値をとる。ΔΦ出力５５０４はこの位相差の出力である。ちなみに数式１０の右辺２項目目は倍の周波数となり、積分によって除かれる。Δｔ調整５５０５は、求めた位相差と上記積分期間内の周波数から各色の時間遅れΔｔを求める。

　位相遅れを持った信号の時間軸をΔｔシフトさせることで、各信号の位相を揃えることができる。例えば近赤外線信号に対して緑色信号、赤色信号に遅れがある場合、近赤外線信号を位相の基準として上記処理を行い、緑色信号、赤色信号それぞれのΔｔを求める。緑色信号、赤色信号の時間軸をそれぞれのΔｔ分シフトさせることで各信号の位相を揃えることができる。

　図５４の乗算器５４０４は、各色において信号とＳＮＲを乗算する。信号として位相調整された信号を用いる。加算器５４０５は、乗算器５４０４で乗算された結果を加算する。これによってＳＮＲによって重みづけされた信号の合成が行える。

　信号抽出５４０６は、合成された信号を使ってピーク位置の検出を行う。ピーク位置の検出は前述したいくつかの方法が行えるが、例えば時間領域処理では、信号振幅の移動平均を取りながらしきい値を動的に変更する方法を用いることができる。

　同期加算５４０７は検出されたピーク位置と、位相調整された信号を用いて、各色ごとに同期加算する。例えばあるピークから次のピークまでの１周期の時系列データを１００個程度にリサンプリングし、これを次の周期に対しても行い、１００個同士のデータを加算して２で割る。移動平均的にＮ周期のデータに対してこれを行ってもよい。振幅計算５４０８は同期加算した１周期の例えば実効値を計算する。これによってノイズが減衰した信号振幅を得ることができる。得られた信号振幅はノイズ抽出５４０１に利用する。

　緑信号は赤信号や近赤外線信号に比べ、ＭＡが小さくＳＮＲが高い。但し場所によって振幅が小さくＭＡ以外のノイズに埋もれる場合もあり、近赤外線信号など他の色の振幅と合成した方がピーク検出しやすい場合が多い。緑信号以外の信号ではＭＡが生じたときのＳＮＲの低下が激しいため、上記のようなＳＮＲに応じた合成手法が有効となる。位相を揃えずに合成すると、心拍揺らぎＰＲＶやＳｐＯ２等の計算に誤差を生じる。

　ＳＮＲや目的に応じて使用する色信号をアダプティブに変えることは省電力化にもつながる。例えば近赤外線信号は小さなＬＥＤ電流でも比較的大きな脈波が得られる。通常のＰＲＶは近赤外線信号のみオンさせて取得し、ＭＡが大きくなった場合に緑ＬＥＤをオンさせる。このような切り替えは位相調整を持たせることで初めて精度良く行える。ＳｐＯ２は通常赤色信号と近赤外線信号のみで行うが、ＭＡが大きい場合に位相調整した緑色信号を併用することで、ロバストで精度が良い計測が行える。

　緑信号や赤信号は、近赤外線信号に対してピーク位置が遅れる場合がある。近赤外線が皮膚の深くまで透過しやすく、比較的太い動脈の脈波を検出するのに対し、緑や赤は比較的浅い部分の脈波を検出する。太い動脈から細い動脈までの遅延を反映しているという報告がある。発明者による実験でも、緑信号や赤信号が近赤外線信号に対して遅れる現象を観測している。また遅延量が時間と共に変化する現象を見出している。これを利用して位相調整５４０３の位相差ΔΦ出力５５０４を、自律神経やコンテキストの抽出に利用することもできる。

　本実施例は第４の実施形態における図４０のＳｐＯ２抽出手段４００７に関する実施例である。ＭＡに対するロバスト性を改善している。図５６（ａ）を用いて以下に説明する。

　入力として赤色信号、近赤外線信号、テンプレート信号、ピーク位置を用いることができる。赤色信号、近赤外線信号は大きなＭＡを伴うことが多く、フィルタを通すとＭＡ発生時に大きな振動や歪を生じる。そのためここでは赤色信号、近赤外線信号としてフィルタを通さない信号を用いる。テンプレート信号として例えば、実施例１７の加算器５４０５出力、即ちフィルタ等の前処理を通過し複数の色信号を合成した信号を用いることができる。

　ＤＣ除去５６０１は、赤色信号、近赤外線信号に含まれるＤＣ成分を平均化等で求め、それを除去する。求めたＤＣ成分は数式２（５６０４）でも使用できる。乗算器５６０２は、ＤＣを除去した赤色信号とテンプレートの乗算、ＤＣを除去した近赤外線信号とテンプレートの乗算をそれぞれ行う。積分器５６０３は、テンプレートを乗算した赤色信号の積分、テンプレートを乗算した近赤外線信号それぞれの積分を行う。この積分結果は数式２のＡＣ１とＡＣ２であり、数式２（５６０４）からＲ、数式３（５６０５）からＳｐＯ２を求めることができる。以上の処理はピーク位置をもとにして、あるピークから次のピークまで、即ち一つの脈波に対して行うことができる。

　図５６（ｂ）に図５６（ａ）の動作を示す。以下は赤信号や近赤外線信号それぞれに対して処理を行う。例えば赤信号を処理する場合、データはフィルタ前のデータである。以下の処理はあるピークから次のピークまでの区間内に対して行う。区間内の平均をとり、それを減算してＤＣ成分を除去する（５６０６）。テンプレート信号は既に前処理３５０２でＤＣ成分が除去されている。これらＤＣ除去後の赤信号とテンプレート信号を区間内で乗算する（５６０７）。乗算結果を区間内で積分する（５６０８）。区間内の末尾を積分結果として数式２（５６０４）のＡＣ１として用いる。近赤外線信号も同様の処理を行い、ＡＣ２として用いる。

　上記処理は、ピークからピークまでのコサイン関数の処理であり、サイン関数成分のノイズは除去される。例えばあるピークから次のピークにかけて傾きを持つノイズは除去される。ＭＡが入った場合に長い傾きの中に信号がある場合や、呼吸性の長周期の中に信号がある場合もあり、このような擾乱は除去される。積分は積分時間をτとして１／（２τ）のカットオフを持つローパスフィルタとして機能し、生波形に存在する高周波ノイズは除去される。

　本実施例は第４の実施形態におけるコンテキスト抽出手段４０１２（図４０）に関する実施例である。本実施例はＭＡを利用して装着者のコンテキストを認識するものである。図５７（ａ）を用いて以下に説明する。これらコンテキスト抽出手段４０１２の処理はリアルタイムで到来する信号を数十秒程度のセグメントに切り出して処理することができる。

　入力として緑信号、赤色信号、近赤外線信号、テンプレート信号を用いることができる。緑信号、赤色信号、近赤外線信号としてフィルタを通さない信号を用いる。テンプレート信号として例えば、あらかじめ抽出した特定のコンテキストに対するＭＡを用いることができる。

　ＤＣ除去５７０１は、緑色信号、赤色信号、近赤外線信号に含まれるＤＣ成分を除去する。乗算器５７０２は、ＤＣを除去したそれら信号とテンプレートの乗算をそれぞれ行う。積分器５７０３は、上記乗算結果の積分をセグメント内のある範囲に対して行い、その範囲をセグメント内で移動させていく。振幅抽出５７０４は、この積分結果のセグメント内での最大値或いは最小値を、各色の振幅として抽出する。判定機５７０５は、抽出された振幅が所定の振幅以上の場合当該コンテキストとして判定する。

　図５７（ｂ）は本発明による生体信号計測装置を側頭に装着して取得した、水飲み時のＭＡ波形である。発声発語や咀嚼によっても形状や振幅や色信号の比率は異なるが、再現性のある波形が取得できる。前述したように嚥下や咀嚼や舌の動作、発声発語は側頭皮下の光の反射に影響を与え、ＭＡを生じる。積極的にＭＡを抽出する場合、前述したように場所を選ぶことによってある再現性でＭＡが再現される。図５７（ｂ）の赤色や近赤外線、緑色の比率も再現されるため、振幅以外に比率も判定機５７０５の判定に使用できる。光の波長によって生体に内部に入射し反射してくる深さが異なり、複数の波長の光を用いることで深さ方向のＭＡ情報が得られる。音声認識や咀嚼回数、噛む力、食事の時間、薬の飲み忘れ、笑顔の検出や感情検出等の計測等に使用できる。

　１００　　生体信号計測装置
　１０１　　光送受信部
　１０２ａ　　空洞或いは溝
　１０２　　応力伝達部
　１０３　　通信部
　１０４　　電源部
　２０１　　外殻構造
　３０１　　第１の外部構造体或いは眼鏡、ベルト
　３０２　　応力
　３０３　　反力

Claims

　生体表面に装着する生体信号計測装置であって、前記生体表面に配置される少なくとも一組の光送信器と光受信器からなる光送受信部と、前記光送受信部の真上に位置する空洞を有し、前記空洞の底面に外から加わる応力を前記光送受信部に伝える応力伝達部と、前記光受信器からの受信信号を別の通信部へ伝送する通信部と、前記光送受信部及び前記通信部に対して電力を供給する電源部と、前記光送受信部と前記通信部と前記電源部を内部に保持し、前記光送受信部と共に前記応力を前記生体表面に伝える外殻構造を持つことを特徴とする生体信号計測装置。
　前記外殻構造は生体からの力によって変形しうる弾性材料で構成され、少なくとも前記生体表面に接触する部分はシリコンを主成分とする材料で構成することを特徴とする請求項１記載の生体信号計測装置。
　前記空洞の底面に加わる応力を生成する第１の外部構造体をさらに持つことを特徴とする請求項２記載の生体信号計測装置。
　前記電源部の代わりに前記外殻構造外に電源部を持ち、着脱が可能なコネクタ部を通じて前記外殻構造内の前記光送受信及び前記通信部に電力を供給することを特徴とする請求項３記載の生体信号計測装置。
　電源配線を有し前記応力伝達部に応力的に作用する第２の外部構造体をさらに持ち、前記電源配線は前記電源部に接続すると共に前記コネクタ部を通じて前記外殻構造内の前記光送受信及び前記通信部に電力を供給することを特徴とする請求項４に記載の生体信号計測装置。
　耳の裏或いは鼻尖の生体表面に装着する生体信号計測装置であって、前記生体表面の第１の面に配置される少なくとも一組の光送信器と光受信器からなる光送受信部と、前記光受信器からの受信信号を別の通信部へ伝送する通信部と、前記光送受信部及び前記通信部に対して電力を供給する電源部と、前記光送受信部と前記通信部と前記電源部を内部に保持する外殻構造を持ち、前記外殻構造は前記光送受信部に働く応力の水平ベクトルを前記第１の面とは異なる第２の面で支え、垂直ベクトルを第１の面に対して伝達することを特徴とする生体信号計測装置。
　前記外殻構造は生体からの力によって変形しうる弾性材料で構成され、少なくとも前記生体表面に接触する部分はシリコンを主成分とする材料で構成することを特徴とする請求項６記載の生体信号計測装置。
　前記第１の面に前記光送受信部を配置し、前記第２の面の上部に前記電源部を配置するとを特徴とする請求項７記載の生体信号計測装置。
　生体表面に配置される少なくとも一組の光送信器と光受信器からなる光送受信部と、前記光受信器からの受信信号を別の通信部へ伝送する通信部と、前記光送受信部及び前記通信部に対して電力を供給する電源部と、前記光送受信部と前記通信部と前記電源部を保持する外殻構造を持ち、外部からの応力を伝達する手段として以下の（１）から（３）の少なくとも一つを備えることを特徴とする生体信号計測装置。（１）空洞を有し外部からの応力を前記光送受信部に伝える手段。（２）前記光送受信部に働く応力の垂直ベクトルを前記光送受信部が配置される第１の面に伝達し、水平ベクトルを前記第１の面とは異なる第２の面で支える手段。（３）耳裏表面と耳の付け根表面と側頭表面の３つの面に対して応力を伝達する手段。
　請求項９の（３）記載の生体信号計測装置であって、前記３つの面の少なくとも一つの面に加わる応力を生成する第３の外部構造体をさらに持つことを特徴とする生体信号計測装置。
　前記第３の外部構造体として眼鏡或いはマスクを用いることを特徴とする請求項１０記載の生体信号計測装置。
　耳裏と側頭に囲まれた領域の生体表面に装着する生体信号計測装置であって、前記生体表面の第１の面に配置される少なくとも一組の光送信器と光受信器からなる光送受信部と、前記光受信器からの受信信号を別の通信部へ伝送する通信部と、前記光送受信部及び前記通信部に対して電力を供給する電源部と、前記光送受信部と前記通信部と前記電源部を保持する外殻構造を持ち、前記外殻構造は耳裏表面と耳の付け根表面と側頭表面の３つの面に対して応力を伝達することを特徴とする生体信号計測装置。
　前記光送受信部の周囲に弾性材料からなる弾性体を配置し、前記光送受信部は前記弾性体を介して皮膚に接触することを特徴とする請求項１２記載の生体信号計測装置。
　前記３つの面の少なくとも一つの面に加わる応力を生成する第３の外部構造体をさらに持つことを特徴とする請求項１２記載の生体信号計測装置。
　前記第３の外部構造体として眼鏡或いはマスクを用い、装着者の前方から前記耳裏と側頭に囲まれた領域からの前記光送信器の発光を確認できる位置に装着されることを特徴とする請求項１４記載の生体信号計測装置。