脈波信号処理装置及び脈波計測装置
【課題】測定部位に関わらず交流成分を安定して抽出することができる技術を提供する。
【解決手段】脈波信号処理装置は、脈波を測定する測定部位に光を発する発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部とを有し、第１受光部と第２受光部は、前記第２信号に含まれる交流成分と直流成分との比率が前記第１信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第２信号の直流成分が前記第１信号の直流成分の大きさ以下となる条件を満たすように受光量が調整されている。増幅部は、第１受光部から出力される第１信号(Ｉ１)と第２受光部から出力される第２信号(Ｉ２)との差分信号(Ｉ３)を増幅して交流成分を出力する。
【解決手段】脈波信号処理装置は、脈波を測定する測定部位に光を発する発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部とを有し、第１受光部と第２受光部は、前記第２信号に含まれる交流成分と直流成分との比率が前記第１信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第２信号の直流成分が前記第１信号の直流成分の大きさ以下となる条件を満たすように受光量が調整されている。増幅部は、第１受光部から出力される第１信号(Ｉ１)と第２受光部から出力される第２信号(Ｉ２)との差分信号(Ｉ３)を増幅して交流成分を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈波信号処理装置及び脈波計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体、特に人体における脈波の検出方法として、光電変換による脈波測定方法が用いられてきた。この方法は、発光ダイオードなどの発光素子から血液に吸収されやすい波長の光を発光し、生体を透過若しくは生体内に進入後、生体内の組織による散乱によって外部へ出射した後方散乱光をフォトダイオードやフォトトランジスタなどの受光素子によって受光し、電気信号に変換することにより脈波を検出する。下記特許文献１には、生体の動脈血の酸素飽和度の測定に際し、生体の末梢血管の密度が比較的高い額や指などの体表面に光センサーを装着し、酸素飽和度の測定精度を向上させるように光源と光センサーとの距離を設定する技術が開示されている。具体的には、下記特許文献１は、光源と光センサーとの距離によって、光センサーから出力される信号の交流成分（ＡＣ成分）と直流成分（ＤＣ成分）の比（以下、ＡＣ／ＤＣ比という）が異なるという特性を利用し、ＡＣ／ＤＣ比が最も高くなる位置に光センサーを配置し、脈波を表していない直流成分をできるだけ少なくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１６１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＡＣ／ＤＣ比は、光源と光センサーとの距離に応じて変化するだけでなく、図１１に示すように光センサーを装着する生体の部位によっても異なる。この図に示すように、生体の抹消血管の密度が比較的高い指はＡＣ／ＤＣ比が大きく、後方散乱光に含まれる脈波を表す交流成分の割合が高い。一方、生体の抹消血管の密度が比較的低い手首や上腕では指と比べてＡＣ／ＤＣ比が小さく、後方散乱光に含まれる交流成分の割合が少ない。光センサーから出力された信号は後段の増幅回路において増幅されて交流成分だけが抽出されるが、ＡＣ／ＤＣ比が小さい場合には直流成分によって増幅回路が飽和状態となり交流成分が抽出できない場合がある。また、ＡＣ／ＤＣ比が小さい手首などの測定部位で脈波を測定する場合、より多くの交流成分を得るために受光素子の受光面積を大きくしたり光源のパワーを増加させると出力信号全体が大きくなるため、上記と同様に増幅回路が飽和状態となり交流成分を抽出することができない。
本発明は、測定部位に関わらず交流成分を安定して抽出することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る脈波信号処理装置は、脈波を測定する測定部位に光を発する発光部と、前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部と、前記第１受光部から出力される前記第１信号と前記第２受光部から出力される前記第２信号との差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、前記第１受光部と前記第２受光部は、前記第２信号の直流成分に対する交流成分の比率が前記第１信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第２信号の直流成分が前記第１信号の直流成分の大きさ以下となる条件を満たすように受光量が調整されていることを特徴とする。この構成によれば、測定部位に関わらず交流成分を安定して抽出する技術が提供される。
【０００６】
また、本発明に係る脈波信号処理装置は、上記脈波信号処理装置において、前記第１受光部と前記第２受光部は、前記条件を満たすように各々異なる受光面積の受光面を有することを特徴とする。この構成によれば、他の部材を用いて受光量を調整する場合と比べて簡易に受光量を調整することができる。
【０００７】
また、本発明に係る脈波信号処理装置は、上記脈波信号処理装置において、前記第１受光部又は前記第２受光部は、前記条件を満たすように前記反射光の透過を抑制するフィルターが受光面に設けられていることを特徴とする。この構成によれば、受光面積によって受光量を調整する場合と比べて装置内の空間に規制されずに受光量を調整することができる。
【０００８】
また、本発明に係る脈波信号処理装置は、脈波を測定する測定部位に各々異なる波長の光を発する複数の発光部と、前記複数の発光部に対応して設けられ、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部とを有する複数の受光部と、前記複数の受光部の前記第１受光部と前記第２受光部から出力される前記第１信号と前記第２信号の各差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、
前記発光部の各々に対応する前記受光部の前記第１受光部及び前記第２受光部は、当該発光部が発する光の波長ごとに、前記第２信号に含まれる交流成分と直流成分との比率が前記第１信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第２信号の直流成分が前記第１信号の直流成分の大きさ以下となるように受光量が調整され、前記発光部と前記受光部の各組は、各波長の光が干渉しない位置に配置されていることを特徴とする。この構成によれば、測定部位に関わらず各波長について交流成分を安定して抽出することができる。
【０００９】
また、本発明に係る脈波計測装置は、上記いずれかの脈波信号処理装置と、前記脈波信号処理装置から出力された交流成分に基づいて脈波を示す情報を出力する脈波出力手段と
を備えることを特徴とする。この構成によれば、測定部位に関わらず交流成分を安定して抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る脈波計測装置の構成例を示す図である。
【図２】実施形態における受光部と増幅部の回路構成例を示す図である。
【図３】赤色光の場合の発光素子と受光素子の距離とＡＣ／ＤＣ比との関係を表す図である。
【図４】測定部位からの反射光の光路を表す図である。
【図５】実施形態に係る脈波計測装置の動作フローを示す図である。
【図６】（ａ）は、赤外光の場合の発光素子と受光素子の距離とＡＣ／ＤＣ比との関係を表す図である。（ｂ）は、緑色光の場合の発光素子と受光素子の距離とＡＣ／ＤＣ比との関係を表す図である。
【図７】変形例（４）における発光部と受光部の配置例を示す図である。
【図８】変形例（５）における受光部と増幅部の回路構成例を示す図である。
【図９】変形例（６）における受光部と増幅部の回路構成例を示す図である。
【図１０】変形例（７）における発光部と受光部の配置例を示す図である。
【図１１】測定部位と赤色光の場合のＡＣ／ＤＣ比の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本実施形態に係る脈波計測装置の構成例を示す図である。図１において、脈波計測装置１は、発光部１０、受光部１１（第１受光部１１ａ、第２受光部１１ｂ）、増幅部１２、Ａ／Ｄ（ANALOG/DIGITAL）変換部１３、制御部１４、操作部１５、及び表示部１６を備える。脈波計測装置１は、生体２の脈波を測定する測定部位に光を照射し、測定部位において反射された後方散乱光（反射光）を受光し、受光した光の受光量に基づいて脈波を示す脈波信号を出力する。以下、各構成について説明する。
【００１２】
発光部１０は、例えば赤色光の波長の光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子を有し、発光素子は、発光ピークの波長が６００〜７８０ｎｍの範囲（好ましくは６２５ｎｍ）となるように構成されている。発光部１０は、後述の制御部１４の制御の下、測定部位である生体２の手首に向けて光を発する。
【００１３】
次に、受光部１１と増幅部１２について説明する。図２は、本実施形態における受光部１１と増幅部１２の回路構成を示している。第１受光部１１ａ及び第２受光部１１ｂは、赤色光の波長の光を受光するフォトダイオードなどの受光素子１１１、１１２を有する。受光素子１１１と受光素子１１２は発光素子との距離が異なる位置に設けられ、受光素子１１２は受光素子１１１より受光面積が小さく構成されている。図２に示すように、本実施形態では、第１受光部１１ａの受光素子１１１のアノードと第２受光部１１ｂの受光素子１１２のカソードとを直列に接続し、受光素子１１１のアノードと受光素子１１２のカソードの接続点ｐ１は増幅部１２の入力端子と接続されている。発光部１０の発光素子によって発光された光の反射光を受光素子１１１と受光素子１１２が受光すると、受光素子１１１の受光量に応じた電流Ｉ１が矢印方向に流れ、受光素子１１２の受光量に応じた電流Ｉ２が矢印方向に流れる。受光素子１１１と受光素子１１２の接続点ｐ１には、電流Ｉ１から電流Ｉ２を差し引いた電流Ｉ３が矢印方向に流れる。
【００１４】
ここで、発光素子と受光素子との距離に応じて受光素子から出力される信号に含まれるＡＣ成分とＤＣ成分との比（ＡＣ／ＤＣ比）が異なる点について説明する。図３は、赤色光の波長の光を発する発光素子の中心からの距離とＡＣ／ＤＣ比との関係を示している。また、図４は、発光素子との距離が異なる受光素子Ｘ、Ｙで受光される光の光路を表す模式図である。発光素子は赤色光の波長の光を発し、受光素子Ｘ、Ｙは受光素子１１１、１１２と同じ特性を有し、受光面積が同程度に構成されている。
【００１５】
図４に示すように、発光素子からの距離がＬ１の受光素子Ｘは、血管の密度が比較的小さい表皮に近い部分からの後方散乱光が、血管の密度が比較的大きい真皮に近い部分からの後方散乱光よりも多く受光される。また、発光素子からの距離がＬ２の受光素子Ｙは、真皮に近い部分からの後方散乱光が表皮に近い部分からの後方散乱光よりも多く受光される。表皮に近い部分からの後方散乱光には、脈波を表すＡＣ成分より脈波を表していないＤＣ成分が多く含まれ、真皮に近い部分からの後方散乱光にはＤＣ成分よりＡＣ成分が多く含まれる。また、発光素子との距離近い受光素子Ｘには受光素子Ｙよりも多くの反射光が到達する。そのため、受光素子Ｘと受光素子Ｙから出力される信号に含まれるＡＣ成分及びＤＣ成分とＡＣ／ＤＣ比の大小関係は以下のようになる。
ＡＣ成分 ：受光素子Ｘ＞受光素子Ｙ
ＤＣ成分 ：受光素子Ｘ＞＞受光素子Ｙ
ＡＣ／ＤＣ比：受光素子Ｘ＜受光素子Ｙ
【００１６】
つまり、図３に示すように、赤色光の波長の光の場合、発光素子と受光素子の距離がＬ２に近づくほどＡＣ／ＤＣ比は大きくなり、距離Ｌ２を境にＡＣ／ＤＣ比が小さくなる特性を有する。受光素子ＸのようにＤＣ成分が大きい信号が初段の増幅回路に入力されると飽和状態となりＡＣ成分が抽出されなくなるため、本実施形態では、発光素子との距離によって異なるＡＣ／ＤＣ比を利用し、初段の増幅回路に入力する前にＤＣ成分を小さくするように構成している。具体的には、受光素子１１１は発光素子との距離がＬ２となる位置に設けられ、受光素子１１２は発光素子との距離がＬ１（＜Ｌ２）となる位置に設けられている。すなわち、受光素子１１１に到達する後方散乱光の生体２内の光路より短い光路を経た後方散乱光が受光素子１１２で受光されるように配置する。このような配置により、第２受光部１１ｂの電流信号（以下、第２信号という）のＡＣ／ＤＣ比は、第１受光部１１ａの電流信号（以下、第１信号という）のＡＣ／ＤＣ比よりも小さくなる。
【００１７】
また、受光素子１１２のＤＣ成分が受光素子１１１のＤＣ成分と同程度となるように、受光素子１１２の受光面積を受光素子１１１より小さく構成する。このように構成することで、第１信号のＤＣ成分と同程度のＤＣ成分が含まれ、ＡＣ／ＤＣ比が第１信号より小さい第２信号が受光素子１１２から出力され、接続点ｐ１において、第１信号と第２信号のＡＣ成分とＤＣ成分の差分を表す差分信号が出力される。差分信号に含まれるＡＣ成分は第１信号のＡＣ成分よりも小さくなるが、ＤＣ成分は、第１信号及び第２信号のＤＣ成分より小さくすることができる。つまり、第１信号、第２信号に含まれるＡＣ成分とＤＣ成分を、（ＡＣ１，ＤＣ１）、（ＡＣ２，ＤＣ２）と定義すると、第１信号と第２信号は、ＤＣ１≧ＤＣ２，ＡＣ１／ＤＣ１＞ＡＣ２／ＤＣ２の条件を満たす。
【００１８】
次に増幅部１２について説明する。図２に示すように増幅部１２は、抵抗１２１、ＮＰＮトランジスタで構成された第１増幅回路１２２、コンデンサー１２３、第２増幅回路１２４とを有する。第１増幅回路１２２において、ベースに入力される差分信号の電流Ｉ３が抵抗１２１を流れ、出力点ｐ２においてＡＣ成分とＤＣ成分を含む出力電圧Ｖ（Ｉ３×ｈｆｅ×Ｒ）が出力される。コンデンサー１２３において出力電圧ＶのＤＣ成分Ｖｄｃが除去され、ＡＣ成分Ｖａｃが第２増幅回路１２４に出力される。第２増幅回路１２４は、反転増幅回路などで構成され、コンデンサー１２３からのＡＣ成分Ｖａｃを増幅して出力端子に出力する。
【００１９】
図１に戻り、説明を続ける。Ａ／Ｄ変換部１３は、増幅部１２から出力された電圧信号を予め定められたサンプリング周波数に基づいて量子化を行う。制御部１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムをＣＰＵが実行することにより制御部１４と接続されている各部を制御する。具体的には、制御部１４は、Ａ／Ｄ変換部１３から出力された電圧値に基づいて脈波を示す情報を表示部１６に表示させる。操作部１５は、利用者からの操作を受付けるスイッチや操作キーを有し、利用者によって操作された内容を表す操作信号を制御部１４に出力する。表示部１６は、液晶ディスプレイを有し、制御部１４の制御の下、指示された脈波を示す情報などの各種画像を表示する。
【００２０】
（動作例）
図５は、脈波計測装置１の動作フロー図である。利用者は、脈波の計測を開始する際に、操作部１５を介して脈波の計測開始を指示する操作を行う。制御部１４は、操作部１５から脈波の計測開始を指示する操作を受付け（ステップＳ１１）、発光部１０を制御して脈波の計測を開始し、受光部１１から出力される第１信号と第２信号の差分信号について信号処理を行う（ステップＳ１２）。
【００２１】
具体的には、制御部１４は、ある光強度を示す電流信号を発光部１０に出力して発光部１０から測定部位に対して光を照射させ、第１受光部１１ａ及び第２受光部１１ｂによりその光の反射光を受光し、受光量に応じた電流を示す第１信号と第２信号とを出力する。第１受光部１１ａから出力された第１信号と第２受光部１１ｂから出力された第２信号のＡＣ成分とＤＣ成分の差分を含む差分信号は増幅部１２の第１増幅回路１２２に入力される。第１増幅回路１２２において差分信号が増幅され、電圧信号に変換されてコンデンサー１２３に入力される。コンデンサー１２３に入力された電圧信号はＤＣ成分が除去され、第２増幅回路１２４にＡＣ成分が入力される。第２増幅回路１２４は入力されたＡＣ成分の電圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換部１３へ出力する。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換部１３は、増幅部１２から入力された脈波を表わす交流成分の電圧信号を量子化した電圧値を制御部１４へ出力する（ステップＳ１３）。制御部１４は、Ａ／Ｄ変換部１３から出力された電圧値に基づく波形のピークの時間間隔を脈拍間隔、所定時間毎のピークの出現頻度を脈拍数とし、脈波を示す情報として脈拍間隔及び脈拍数を表示部１６に出力する（ステップＳ１４）。
【００２３】
上述した実施形態では、第１受光部１１ａの受光素子１１１と第２受光部１１ｂの受光素子１１２から出力される電流信号のＡＣ／ＤＣ比が異なるように受光素子１１１と受光素子１１２とが配置されているので、第１信号と第２信号のＤＣ成分よりも少ないＤＣ成分の差分信号が第１増幅回路１２２に入力される。その結果、ＤＣ成分が原因となる第１増幅回路１２２の飽和状態が抑制され、第１増幅回路１２２を安定して動作させることができ、脈波の計測中に交流成分が出力されないなどの不具合を生じにくくすることができる。
【００２４】
＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のように変形させて実施してもよい。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
【００２５】
（１）上述した実施形態では、第１受光部１１ａの受光素子１１１は、赤色光のＡＣ／ＤＣ比がピーク値となる発光素子からの距離Ｌ２（図３）に配置し、第２受光部１１ｂの受光素子１１２は、距離Ｌ２よりも小さいＬ１の位置に配置する例を説明したが、受光素子１１２は、発光素子からの距離Ｌ３（Ｌ３＞Ｌ２）の位置に配置してもよい。要は、受光素子１１１と受光素子１１２において受光される光のＡＣ／ＤＣ比が異なるように、受光素子１１１と受光素子１１２が配置されていればよい。この場合には、受光素子１１２の受光量は受光素子１１１よりも小さくなるため、受光素子１１１と受光素子１１２のＤＣ成分とが同程度となるように受光素子１１２の受光面積を受光素子１１１より大きく構成してもよい。
【００２６】
（２）上述した実施形態では、発光素子から赤色光の波長の光を発する例を説明したが、赤外光や緑色光であってもよい。赤外光の場合におけるＡＣ／ＤＣ比は、赤色光と同様、図６（ａ）に示すようにピーク値を有するため、実施形態や上記（１）で説明した各位置に受光素子１１１と受光素子１１２とを配置すればよい。また、図６（ｂ）に示すようにＡＣ／ＤＣ比のピーク値を有さない緑色光の場合は、ＡＣ／ＤＣ比が高い距離Ｌ２と、それよりＡＣ／ＤＣ比が低い距離Ｌ１とに受光素子１１１と受光素子１１２とを各々配置するようにすればよい。
【００２７】
（３）上述した実施形態では、ＤＣ成分が同程度となるように受光素子１１２の受光面積を小さく構成する例を説明したが、例えば、受光素子１１２の受光面に光の透過を抑制する光学フィルターを設けて受光量を調整するようにしてもよい。また、変形例（１）に例示したように、発光素子からの距離が受光素子１１１よりも遠い位置に受光素子１１２を配置する場合には、受光素子１１１の受光面に上記光学フィルターを設けて受光量を調整するようにしてもよい。
【００２８】
（４）上述した実施形態では、１つの波長の光を測定部位に照射し、その反射光を受光する例を説明したが、複数の波長の光を測定部位に照射し、各波長の反射光を受光するように構成してもよい。この場合における各波長に対応する受発光部の配置を図７に示す。受発光部Ａは、赤色光の波長の光を発する発光素子を有する発光部１００とその反射光を受光する受光素子を有する第１受光部１０１と第２受光部１０２とを有する。受発光部Ｂは、赤外光の波長の光を発する発光素子を有する発光部２００とその反射光を受光する受光素子を有する第１受光部２０１と第２受光部２０２とを有する。受発光部Ｃは、緑色光の波長の光を発する発光素子を有する発光部３００とその反射光を受光する受光素子を有する第１受光部３０１と第２受光部３０２とを有する。
【００２９】
第２受光部１０２、２０２、３０２の各受光素子は、第１受光部１０１、２０１、３０１の各受光素子よりも発光素子から離れた位置、すなわち、ＡＣ／ＤＣ比が高い位置に配置されている。また、第１受光部１０１、２０１、３０１の各受光素子は、対応する第２受光部から出力される第１信号のＤＣ成分と同程度となるように受光面積が小さく構成されている。つまり、各波長の第１信号と第２信号はＡＣ２／ＤＣ２＞ＡＣ１／ＤＣ１、ＤＣ２≧ＤＣ１の条件を満たすように受光量が調整されている。そして、受発光部Ａ、受発光部Ｂ、及び受発光部Ｃの各第１受光部と各第２受光部は、各波長の光が干渉しないように各発光部より外側に配列されている。このように構成することにより、複数の波長の光を用いて脈波を計測することができる。
【００３０】
なお、この場合には、一定時間ごとに交互に各発光部を発光させるようにしてもよいし、各発光部から同時に各波長の光を照射するようにしてもよい。後者の場合には、受発光部毎に増幅部１２とＡ／Ｄ変換部１３とを設けるように構成してもよい。各第１受光部と第２受光部において反射光を受光し、各第１受光部と第２受光部から対応する増幅部１２に受光量に応じた第１信号及び第２信号を出力する。そして、各増幅部１２において各波長の交流成分を抽出して増幅し、対応するＡ／Ｄ変換部１３に出力する。本変形例では、３つ波長の光を照射して受光する例を説明したが、２つ以上の波長の光を照射して受光する構成であればこれに限らない。
【００３１】
（５）上述した実施形態において、第１増幅回路１２２は、図８に示す電流電圧変換回路１２５で構成されていてもよい。この図において、電流電圧変換回路１２５は、オペアンプ１２５ａと帰還抵抗１２５ｂとを有する。電流電圧変換回路１２５のオペアンプ１２５ａの正端子は接地されており、受光素子１１１と受光素子１１２の接続点Ｐ１にオペアンプ１２５ａの負端子が接続されている。電流電圧変換回路１２５は、受光素子１１１と受光素子１１２から出力される第１信号と第２信号の差分信号がオペアンプ１２５ａの負端子に入力されるとその差分信号を電圧信号に変換して反転増幅させて出力する。電流電圧変換回路１２５から出力された電圧信号はコンデンサー１２３において直流成分が除去され、その交流成分が第２増幅回路１２４に入力されて増幅される。
【００３２】
（６）上述した実施形態では、第１増幅回路１２２に第１信号と第２信号の差分信号が入力される例を説明したが、例えば、図９に示すように、受光素子１１１と受光素子１１２のアノードをＮＰＮトランジスタを組み合わせた差動増幅回路に接続し、差動増幅回路において入力される第１信号と第２信号の差分を増幅した電圧信号を出力してもよい。この場合には、受光素子１１１と受光素子１１２は、ＡＣ１／ＤＣ１＞ＡＣ２／ＤＣ２、ＤＣ１≧ＤＣ２の条件を満たすように、発光素子からの距離と受光面積を調整する。また、受光素子１１２のアノード側にグランドに接続された抵抗を設けて、受光素子１１２と受光素子１１１のＤＣ成分とが同程度となるように受光素子１１１と受光素子１１２の受光量を調整してもよい。
【００３３】
（７）上述した実施形態では、発光部１０の発光素子と、第１受光部１１ａ及び第２受光部１１ｂの受光素子１１１、１１２とを同一平面上に並べて配置する例を説明したが、受光素子１１１と受光素子１１２から出力される第１信号と第２信号のＡＣ／ＤＣ比が異なる位置、つまり、測定部位内における光路長が異なる配置であれば、例えば図１０に示すような配置でもよい。図１０は、本変形例における受発光部の断面を表す図である。この例では、受光素子１１１と受光素子１１２は、光を透過する各透明基板２３の一方の面において受光面が図の上方向となるように設けられ、受光素子１１１、１１２を覆う集光部２１、２２が設けられている。集光部２１、２２の内側の面は反射鏡が設けられている。受光素子１１２が設けられた透明基板２３の他方の面には発光素子２０が設けられ、図の矢印方向に発光素子２０から光が照射される。各透明基板２３の受光素子１１１、１１２が設けられていない側の両端には支柱２４が設けられ、支柱２４を介して、生体２の上部に設けられた光を透過させるガラスなどの部材２５と透明基板２３の間に空間Ｋが設けられている。この例では、発光素子２０との距離が近い受光素子１１２より受光素子１１１のＡＣ／ＤＣ比が大きくなるように構成され、集光部２１、２２の大きさや曲率半径を変えることにより各受光量が調整されている。発光素子２０から照射された光は、空間Ｋから部材２５を透過して生体２に入射し、生体２の内部において反射されて部材２５、空間Ｋ、透明基板２３を透過して集光部２１、２２の内側の面で反射され、受光素子１１１、１１２で各々受光される。
【００３４】
（８）上述した実施形態では、脈波計測装置を例に説明したが、発光部１０、受光部１１、及び増幅部１２を有する脈波信号処理装置と、Ａ／Ｄ変換部１３及び制御部１４を少なくとも含む制御装置とを別体に構成し、脈波信号処理装置と制御装置とを有線又は無線通信により接続して構成してもよい。この場合には、制御装置は、脈波信号処理装置の増幅部１２から出力される交流成分の信号を取得し、取得した交流成分の信号に基づいて脈波を示す情報を外部の表示装置などに出力するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・脈波計測装置、１０，１００・・・発光部、１１・・・受光部、１１ａ，１０１，２０１，３０１・・・第１受光部、１１ｂ，１０２，２０２，３０２・・・第２受光部、１２・・・増幅部、１３・・・Ａ／Ｄ変換部、１４・・・制御部、１５・・・操作部、１６・・・表示部、１１１，１１２・・・受光素子、１２１・・・抵抗、１２２・・・第１増幅回路、１２３・・・コンデンサー、１２４・・・第２増幅回路、１２５・・・電流電圧変換回路、１２５ａ・・・オペアンプ、１２５ｂ・・・帰還抵抗、Ａ，Ｂ，Ｃ・・・受発光部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈波信号処理装置及び脈波計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体、特に人体における脈波の検出方法として、光電変換による脈波測定方法が用いられてきた。この方法は、発光ダイオードなどの発光素子から血液に吸収されやすい波長の光を発光し、生体を透過若しくは生体内に進入後、生体内の組織による散乱によって外部へ出射した後方散乱光をフォトダイオードやフォトトランジスタなどの受光素子によって受光し、電気信号に変換することにより脈波を検出する。下記特許文献１には、生体の動脈血の酸素飽和度の測定に際し、生体の末梢血管の密度が比較的高い額や指などの体表面に光センサーを装着し、酸素飽和度の測定精度を向上させるように光源と光センサーとの距離を設定する技術が開示されている。具体的には、下記特許文献１は、光源と光センサーとの距離によって、光センサーから出力される信号の交流成分（ＡＣ成分）と直流成分（ＤＣ成分）の比（以下、ＡＣ／ＤＣ比という）が異なるという特性を利用し、ＡＣ／ＤＣ比が最も高くなる位置に光センサーを配置し、脈波を表していない直流成分をできるだけ少なくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１６１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＡＣ／ＤＣ比は、光源と光センサーとの距離に応じて変化するだけでなく、図１１に示すように光センサーを装着する生体の部位によっても異なる。この図に示すように、生体の抹消血管の密度が比較的高い指はＡＣ／ＤＣ比が大きく、後方散乱光に含まれる脈波を表す交流成分の割合が高い。一方、生体の抹消血管の密度が比較的低い手首や上腕では指と比べてＡＣ／ＤＣ比が小さく、後方散乱光に含まれる交流成分の割合が少ない。光センサーから出力された信号は後段の増幅回路において増幅されて交流成分だけが抽出されるが、ＡＣ／ＤＣ比が小さい場合には直流成分によって増幅回路が飽和状態となり交流成分が抽出できない場合がある。また、ＡＣ／ＤＣ比が小さい手首などの測定部位で脈波を測定する場合、より多くの交流成分を得るために受光素子の受光面積を大きくしたり光源のパワーを増加させると出力信号全体が大きくなるため、上記と同様に増幅回路が飽和状態となり交流成分を抽出することができない。
本発明は、測定部位に関わらず交流成分を安定して抽出することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る脈波信号処理装置は、脈波を測定する測定部位に光を発する発光部と、前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部と、前記第１受光部から出力される前記第１信号と前記第２受光部から出力される前記第２信号との差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、前記第１受光部と前記第２受光部は、前記第２信号の直流成分に対する交流成分の比率が前記第１信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第２信号の直流成分が前記第１信号の直流成分の大きさ以下となる条件を満たすように受光量が調整されていることを特徴とする。この構成によれば、測定部位に関わらず交流成分を安定して抽出する技術が提供される。
【０００６】
また、本発明に係る脈波信号処理装置は、上記脈波信号処理装置において、前記第１受光部と前記第２受光部は、前記条件を満たすように各々異なる受光面積の受光面を有することを特徴とする。この構成によれば、他の部材を用いて受光量を調整する場合と比べて簡易に受光量を調整することができる。
【０００７】
また、本発明に係る脈波信号処理装置は、上記脈波信号処理装置において、前記第１受光部又は前記第２受光部は、前記条件を満たすように前記反射光の透過を抑制するフィルターが受光面に設けられていることを特徴とする。この構成によれば、受光面積によって受光量を調整する場合と比べて装置内の空間に規制されずに受光量を調整することができる。
【０００８】
また、本発明に係る脈波信号処理装置は、脈波を測定する測定部位に各々異なる波長の光を発する複数の発光部と、前記複数の発光部に対応して設けられ、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部とを有する複数の受光部と、前記複数の受光部の前記第１受光部と前記第２受光部から出力される前記第１信号と前記第２信号の各差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、
前記発光部の各々に対応する前記受光部の前記第１受光部及び前記第２受光部は、当該発光部が発する光の波長ごとに、前記第２信号に含まれる交流成分と直流成分との比率が前記第１信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第２信号の直流成分が前記第１信号の直流成分の大きさ以下となるように受光量が調整され、前記発光部と前記受光部の各組は、各波長の光が干渉しない位置に配置されていることを特徴とする。この構成によれば、測定部位に関わらず各波長について交流成分を安定して抽出することができる。
【０００９】
また、本発明に係る脈波計測装置は、上記いずれかの脈波信号処理装置と、前記脈波信号処理装置から出力された交流成分に基づいて脈波を示す情報を出力する脈波出力手段と
を備えることを特徴とする。この構成によれば、測定部位に関わらず交流成分を安定して抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る脈波計測装置の構成例を示す図である。
【図２】実施形態における受光部と増幅部の回路構成例を示す図である。
【図３】赤色光の場合の発光素子と受光素子の距離とＡＣ／ＤＣ比との関係を表す図である。
【図４】測定部位からの反射光の光路を表す図である。
【図５】実施形態に係る脈波計測装置の動作フローを示す図である。
【図６】（ａ）は、赤外光の場合の発光素子と受光素子の距離とＡＣ／ＤＣ比との関係を表す図である。（ｂ）は、緑色光の場合の発光素子と受光素子の距離とＡＣ／ＤＣ比との関係を表す図である。
【図７】変形例（４）における発光部と受光部の配置例を示す図である。
【図８】変形例（５）における受光部と増幅部の回路構成例を示す図である。
【図９】変形例（６）における受光部と増幅部の回路構成例を示す図である。
【図１０】変形例（７）における発光部と受光部の配置例を示す図である。
【図１１】測定部位と赤色光の場合のＡＣ／ＤＣ比の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本実施形態に係る脈波計測装置の構成例を示す図である。図１において、脈波計測装置１は、発光部１０、受光部１１（第１受光部１１ａ、第２受光部１１ｂ）、増幅部１２、Ａ／Ｄ（ANALOG/DIGITAL）変換部１３、制御部１４、操作部１５、及び表示部１６を備える。脈波計測装置１は、生体２の脈波を測定する測定部位に光を照射し、測定部位において反射された後方散乱光（反射光）を受光し、受光した光の受光量に基づいて脈波を示す脈波信号を出力する。以下、各構成について説明する。
【００１２】
発光部１０は、例えば赤色光の波長の光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子を有し、発光素子は、発光ピークの波長が６００〜７８０ｎｍの範囲（好ましくは６２５ｎｍ）となるように構成されている。発光部１０は、後述の制御部１４の制御の下、測定部位である生体２の手首に向けて光を発する。
【００１３】
次に、受光部１１と増幅部１２について説明する。図２は、本実施形態における受光部１１と増幅部１２の回路構成を示している。第１受光部１１ａ及び第２受光部１１ｂは、赤色光の波長の光を受光するフォトダイオードなどの受光素子１１１、１１２を有する。受光素子１１１と受光素子１１２は発光素子との距離が異なる位置に設けられ、受光素子１１２は受光素子１１１より受光面積が小さく構成されている。図２に示すように、本実施形態では、第１受光部１１ａの受光素子１１１のアノードと第２受光部１１ｂの受光素子１１２のカソードとを直列に接続し、受光素子１１１のアノードと受光素子１１２のカソードの接続点ｐ１は増幅部１２の入力端子と接続されている。発光部１０の発光素子によって発光された光の反射光を受光素子１１１と受光素子１１２が受光すると、受光素子１１１の受光量に応じた電流Ｉ１が矢印方向に流れ、受光素子１１２の受光量に応じた電流Ｉ２が矢印方向に流れる。受光素子１１１と受光素子１１２の接続点ｐ１には、電流Ｉ１から電流Ｉ２を差し引いた電流Ｉ３が矢印方向に流れる。
【００１４】
ここで、発光素子と受光素子との距離に応じて受光素子から出力される信号に含まれるＡＣ成分とＤＣ成分との比（ＡＣ／ＤＣ比）が異なる点について説明する。図３は、赤色光の波長の光を発する発光素子の中心からの距離とＡＣ／ＤＣ比との関係を示している。また、図４は、発光素子との距離が異なる受光素子Ｘ、Ｙで受光される光の光路を表す模式図である。発光素子は赤色光の波長の光を発し、受光素子Ｘ、Ｙは受光素子１１１、１１２と同じ特性を有し、受光面積が同程度に構成されている。
【００１５】
図４に示すように、発光素子からの距離がＬ１の受光素子Ｘは、血管の密度が比較的小さい表皮に近い部分からの後方散乱光が、血管の密度が比較的大きい真皮に近い部分からの後方散乱光よりも多く受光される。また、発光素子からの距離がＬ２の受光素子Ｙは、真皮に近い部分からの後方散乱光が表皮に近い部分からの後方散乱光よりも多く受光される。表皮に近い部分からの後方散乱光には、脈波を表すＡＣ成分より脈波を表していないＤＣ成分が多く含まれ、真皮に近い部分からの後方散乱光にはＤＣ成分よりＡＣ成分が多く含まれる。また、発光素子との距離近い受光素子Ｘには受光素子Ｙよりも多くの反射光が到達する。そのため、受光素子Ｘと受光素子Ｙから出力される信号に含まれるＡＣ成分及びＤＣ成分とＡＣ／ＤＣ比の大小関係は以下のようになる。
ＡＣ成分 ：受光素子Ｘ＞受光素子Ｙ
ＤＣ成分 ：受光素子Ｘ＞＞受光素子Ｙ
ＡＣ／ＤＣ比：受光素子Ｘ＜受光素子Ｙ
【００１６】
つまり、図３に示すように、赤色光の波長の光の場合、発光素子と受光素子の距離がＬ２に近づくほどＡＣ／ＤＣ比は大きくなり、距離Ｌ２を境にＡＣ／ＤＣ比が小さくなる特性を有する。受光素子ＸのようにＤＣ成分が大きい信号が初段の増幅回路に入力されると飽和状態となりＡＣ成分が抽出されなくなるため、本実施形態では、発光素子との距離によって異なるＡＣ／ＤＣ比を利用し、初段の増幅回路に入力する前にＤＣ成分を小さくするように構成している。具体的には、受光素子１１１は発光素子との距離がＬ２となる位置に設けられ、受光素子１１２は発光素子との距離がＬ１（＜Ｌ２）となる位置に設けられている。すなわち、受光素子１１１に到達する後方散乱光の生体２内の光路より短い光路を経た後方散乱光が受光素子１１２で受光されるように配置する。このような配置により、第２受光部１１ｂの電流信号（以下、第２信号という）のＡＣ／ＤＣ比は、第１受光部１１ａの電流信号（以下、第１信号という）のＡＣ／ＤＣ比よりも小さくなる。
【００１７】
また、受光素子１１２のＤＣ成分が受光素子１１１のＤＣ成分と同程度となるように、受光素子１１２の受光面積を受光素子１１１より小さく構成する。このように構成することで、第１信号のＤＣ成分と同程度のＤＣ成分が含まれ、ＡＣ／ＤＣ比が第１信号より小さい第２信号が受光素子１１２から出力され、接続点ｐ１において、第１信号と第２信号のＡＣ成分とＤＣ成分の差分を表す差分信号が出力される。差分信号に含まれるＡＣ成分は第１信号のＡＣ成分よりも小さくなるが、ＤＣ成分は、第１信号及び第２信号のＤＣ成分より小さくすることができる。つまり、第１信号、第２信号に含まれるＡＣ成分とＤＣ成分を、（ＡＣ１，ＤＣ１）、（ＡＣ２，ＤＣ２）と定義すると、第１信号と第２信号は、ＤＣ１≧ＤＣ２，ＡＣ１／ＤＣ１＞ＡＣ２／ＤＣ２の条件を満たす。
【００１８】
次に増幅部１２について説明する。図２に示すように増幅部１２は、抵抗１２１、ＮＰＮトランジスタで構成された第１増幅回路１２２、コンデンサー１２３、第２増幅回路１２４とを有する。第１増幅回路１２２において、ベースに入力される差分信号の電流Ｉ３が抵抗１２１を流れ、出力点ｐ２においてＡＣ成分とＤＣ成分を含む出力電圧Ｖ（Ｉ３×ｈｆｅ×Ｒ）が出力される。コンデンサー１２３において出力電圧ＶのＤＣ成分Ｖｄｃが除去され、ＡＣ成分Ｖａｃが第２増幅回路１２４に出力される。第２増幅回路１２４は、反転増幅回路などで構成され、コンデンサー１２３からのＡＣ成分Ｖａｃを増幅して出力端子に出力する。
【００１９】
図１に戻り、説明を続ける。Ａ／Ｄ変換部１３は、増幅部１２から出力された電圧信号を予め定められたサンプリング周波数に基づいて量子化を行う。制御部１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムをＣＰＵが実行することにより制御部１４と接続されている各部を制御する。具体的には、制御部１４は、Ａ／Ｄ変換部１３から出力された電圧値に基づいて脈波を示す情報を表示部１６に表示させる。操作部１５は、利用者からの操作を受付けるスイッチや操作キーを有し、利用者によって操作された内容を表す操作信号を制御部１４に出力する。表示部１６は、液晶ディスプレイを有し、制御部１４の制御の下、指示された脈波を示す情報などの各種画像を表示する。
【００２０】
（動作例）
図５は、脈波計測装置１の動作フロー図である。利用者は、脈波の計測を開始する際に、操作部１５を介して脈波の計測開始を指示する操作を行う。制御部１４は、操作部１５から脈波の計測開始を指示する操作を受付け（ステップＳ１１）、発光部１０を制御して脈波の計測を開始し、受光部１１から出力される第１信号と第２信号の差分信号について信号処理を行う（ステップＳ１２）。
【００２１】
具体的には、制御部１４は、ある光強度を示す電流信号を発光部１０に出力して発光部１０から測定部位に対して光を照射させ、第１受光部１１ａ及び第２受光部１１ｂによりその光の反射光を受光し、受光量に応じた電流を示す第１信号と第２信号とを出力する。第１受光部１１ａから出力された第１信号と第２受光部１１ｂから出力された第２信号のＡＣ成分とＤＣ成分の差分を含む差分信号は増幅部１２の第１増幅回路１２２に入力される。第１増幅回路１２２において差分信号が増幅され、電圧信号に変換されてコンデンサー１２３に入力される。コンデンサー１２３に入力された電圧信号はＤＣ成分が除去され、第２増幅回路１２４にＡＣ成分が入力される。第２増幅回路１２４は入力されたＡＣ成分の電圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換部１３へ出力する。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換部１３は、増幅部１２から入力された脈波を表わす交流成分の電圧信号を量子化した電圧値を制御部１４へ出力する（ステップＳ１３）。制御部１４は、Ａ／Ｄ変換部１３から出力された電圧値に基づく波形のピークの時間間隔を脈拍間隔、所定時間毎のピークの出現頻度を脈拍数とし、脈波を示す情報として脈拍間隔及び脈拍数を表示部１６に出力する（ステップＳ１４）。
【００２３】
上述した実施形態では、第１受光部１１ａの受光素子１１１と第２受光部１１ｂの受光素子１１２から出力される電流信号のＡＣ／ＤＣ比が異なるように受光素子１１１と受光素子１１２とが配置されているので、第１信号と第２信号のＤＣ成分よりも少ないＤＣ成分の差分信号が第１増幅回路１２２に入力される。その結果、ＤＣ成分が原因となる第１増幅回路１２２の飽和状態が抑制され、第１増幅回路１２２を安定して動作させることができ、脈波の計測中に交流成分が出力されないなどの不具合を生じにくくすることができる。
【００２４】
＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のように変形させて実施してもよい。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
【００２５】
（１）上述した実施形態では、第１受光部１１ａの受光素子１１１は、赤色光のＡＣ／ＤＣ比がピーク値となる発光素子からの距離Ｌ２（図３）に配置し、第２受光部１１ｂの受光素子１１２は、距離Ｌ２よりも小さいＬ１の位置に配置する例を説明したが、受光素子１１２は、発光素子からの距離Ｌ３（Ｌ３＞Ｌ２）の位置に配置してもよい。要は、受光素子１１１と受光素子１１２において受光される光のＡＣ／ＤＣ比が異なるように、受光素子１１１と受光素子１１２が配置されていればよい。この場合には、受光素子１１２の受光量は受光素子１１１よりも小さくなるため、受光素子１１１と受光素子１１２のＤＣ成分とが同程度となるように受光素子１１２の受光面積を受光素子１１１より大きく構成してもよい。
【００２６】
（２）上述した実施形態では、発光素子から赤色光の波長の光を発する例を説明したが、赤外光や緑色光であってもよい。赤外光の場合におけるＡＣ／ＤＣ比は、赤色光と同様、図６（ａ）に示すようにピーク値を有するため、実施形態や上記（１）で説明した各位置に受光素子１１１と受光素子１１２とを配置すればよい。また、図６（ｂ）に示すようにＡＣ／ＤＣ比のピーク値を有さない緑色光の場合は、ＡＣ／ＤＣ比が高い距離Ｌ２と、それよりＡＣ／ＤＣ比が低い距離Ｌ１とに受光素子１１１と受光素子１１２とを各々配置するようにすればよい。
【００２７】
（３）上述した実施形態では、ＤＣ成分が同程度となるように受光素子１１２の受光面積を小さく構成する例を説明したが、例えば、受光素子１１２の受光面に光の透過を抑制する光学フィルターを設けて受光量を調整するようにしてもよい。また、変形例（１）に例示したように、発光素子からの距離が受光素子１１１よりも遠い位置に受光素子１１２を配置する場合には、受光素子１１１の受光面に上記光学フィルターを設けて受光量を調整するようにしてもよい。
【００２８】
（４）上述した実施形態では、１つの波長の光を測定部位に照射し、その反射光を受光する例を説明したが、複数の波長の光を測定部位に照射し、各波長の反射光を受光するように構成してもよい。この場合における各波長に対応する受発光部の配置を図７に示す。受発光部Ａは、赤色光の波長の光を発する発光素子を有する発光部１００とその反射光を受光する受光素子を有する第１受光部１０１と第２受光部１０２とを有する。受発光部Ｂは、赤外光の波長の光を発する発光素子を有する発光部２００とその反射光を受光する受光素子を有する第１受光部２０１と第２受光部２０２とを有する。受発光部Ｃは、緑色光の波長の光を発する発光素子を有する発光部３００とその反射光を受光する受光素子を有する第１受光部３０１と第２受光部３０２とを有する。
【００２９】
第２受光部１０２、２０２、３０２の各受光素子は、第１受光部１０１、２０１、３０１の各受光素子よりも発光素子から離れた位置、すなわち、ＡＣ／ＤＣ比が高い位置に配置されている。また、第１受光部１０１、２０１、３０１の各受光素子は、対応する第２受光部から出力される第１信号のＤＣ成分と同程度となるように受光面積が小さく構成されている。つまり、各波長の第１信号と第２信号はＡＣ２／ＤＣ２＞ＡＣ１／ＤＣ１、ＤＣ２≧ＤＣ１の条件を満たすように受光量が調整されている。そして、受発光部Ａ、受発光部Ｂ、及び受発光部Ｃの各第１受光部と各第２受光部は、各波長の光が干渉しないように各発光部より外側に配列されている。このように構成することにより、複数の波長の光を用いて脈波を計測することができる。
【００３０】
なお、この場合には、一定時間ごとに交互に各発光部を発光させるようにしてもよいし、各発光部から同時に各波長の光を照射するようにしてもよい。後者の場合には、受発光部毎に増幅部１２とＡ／Ｄ変換部１３とを設けるように構成してもよい。各第１受光部と第２受光部において反射光を受光し、各第１受光部と第２受光部から対応する増幅部１２に受光量に応じた第１信号及び第２信号を出力する。そして、各増幅部１２において各波長の交流成分を抽出して増幅し、対応するＡ／Ｄ変換部１３に出力する。本変形例では、３つ波長の光を照射して受光する例を説明したが、２つ以上の波長の光を照射して受光する構成であればこれに限らない。
【００３１】
（５）上述した実施形態において、第１増幅回路１２２は、図８に示す電流電圧変換回路１２５で構成されていてもよい。この図において、電流電圧変換回路１２５は、オペアンプ１２５ａと帰還抵抗１２５ｂとを有する。電流電圧変換回路１２５のオペアンプ１２５ａの正端子は接地されており、受光素子１１１と受光素子１１２の接続点Ｐ１にオペアンプ１２５ａの負端子が接続されている。電流電圧変換回路１２５は、受光素子１１１と受光素子１１２から出力される第１信号と第２信号の差分信号がオペアンプ１２５ａの負端子に入力されるとその差分信号を電圧信号に変換して反転増幅させて出力する。電流電圧変換回路１２５から出力された電圧信号はコンデンサー１２３において直流成分が除去され、その交流成分が第２増幅回路１２４に入力されて増幅される。
【００３２】
（６）上述した実施形態では、第１増幅回路１２２に第１信号と第２信号の差分信号が入力される例を説明したが、例えば、図９に示すように、受光素子１１１と受光素子１１２のアノードをＮＰＮトランジスタを組み合わせた差動増幅回路に接続し、差動増幅回路において入力される第１信号と第２信号の差分を増幅した電圧信号を出力してもよい。この場合には、受光素子１１１と受光素子１１２は、ＡＣ１／ＤＣ１＞ＡＣ２／ＤＣ２、ＤＣ１≧ＤＣ２の条件を満たすように、発光素子からの距離と受光面積を調整する。また、受光素子１１２のアノード側にグランドに接続された抵抗を設けて、受光素子１１２と受光素子１１１のＤＣ成分とが同程度となるように受光素子１１１と受光素子１１２の受光量を調整してもよい。
【００３３】
（７）上述した実施形態では、発光部１０の発光素子と、第１受光部１１ａ及び第２受光部１１ｂの受光素子１１１、１１２とを同一平面上に並べて配置する例を説明したが、受光素子１１１と受光素子１１２から出力される第１信号と第２信号のＡＣ／ＤＣ比が異なる位置、つまり、測定部位内における光路長が異なる配置であれば、例えば図１０に示すような配置でもよい。図１０は、本変形例における受発光部の断面を表す図である。この例では、受光素子１１１と受光素子１１２は、光を透過する各透明基板２３の一方の面において受光面が図の上方向となるように設けられ、受光素子１１１、１１２を覆う集光部２１、２２が設けられている。集光部２１、２２の内側の面は反射鏡が設けられている。受光素子１１２が設けられた透明基板２３の他方の面には発光素子２０が設けられ、図の矢印方向に発光素子２０から光が照射される。各透明基板２３の受光素子１１１、１１２が設けられていない側の両端には支柱２４が設けられ、支柱２４を介して、生体２の上部に設けられた光を透過させるガラスなどの部材２５と透明基板２３の間に空間Ｋが設けられている。この例では、発光素子２０との距離が近い受光素子１１２より受光素子１１１のＡＣ／ＤＣ比が大きくなるように構成され、集光部２１、２２の大きさや曲率半径を変えることにより各受光量が調整されている。発光素子２０から照射された光は、空間Ｋから部材２５を透過して生体２に入射し、生体２の内部において反射されて部材２５、空間Ｋ、透明基板２３を透過して集光部２１、２２の内側の面で反射され、受光素子１１１、１１２で各々受光される。
【００３４】
（８）上述した実施形態では、脈波計測装置を例に説明したが、発光部１０、受光部１１、及び増幅部１２を有する脈波信号処理装置と、Ａ／Ｄ変換部１３及び制御部１４を少なくとも含む制御装置とを別体に構成し、脈波信号処理装置と制御装置とを有線又は無線通信により接続して構成してもよい。この場合には、制御装置は、脈波信号処理装置の増幅部１２から出力される交流成分の信号を取得し、取得した交流成分の信号に基づいて脈波を示す情報を外部の表示装置などに出力するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・脈波計測装置、１０，１００・・・発光部、１１・・・受光部、１１ａ，１０１，２０１，３０１・・・第１受光部、１１ｂ，１０２，２０２，３０２・・・第２受光部、１２・・・増幅部、１３・・・Ａ／Ｄ変換部、１４・・・制御部、１５・・・操作部、１６・・・表示部、１１１，１１２・・・受光素子、１２１・・・抵抗、１２２・・・第１増幅回路、１２３・・・コンデンサー、１２４・・・第２増幅回路、１２５・・・電流電圧変換回路、１２５ａ・・・オペアンプ、１２５ｂ・・・帰還抵抗、Ａ，Ｂ，Ｃ・・・受発光部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脈波を測定する測定部位に光を発する発光部と、
前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、
前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部と、
前記第１受光部から出力される前記第１信号と前記第２受光部から出力される前記第２信号との差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、
前記第１受光部と前記第２受光部は、前記第２信号の直流成分に対する交流成分の比率が前記第１信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第２信号の直流成分が前記第１信号の直流成分の大きさ以下となる条件を満たすように受光量が調整されていることを特徴とする脈波信号処理装置。
【請求項２】
前記第１受光部と前記第２受光部は、前記条件を満たすように各々異なる受光面積の受光面を有することを特徴とする請求項１に記載の脈波信号処理装置。
【請求項３】
前記第１受光部又は前記第２受光部は、前記条件を満たすように前記反射光の透過を抑制するフィルターが受光面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の脈波信号処理装置。
【請求項４】
脈波を測定する測定部位に各々異なる波長の光を発する複数の発光部と、
前記複数の発光部に対応して設けられ、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部とを有する複数の受光部と、
前記複数の受光部の前記第１受光部と前記第２受光部から出力される前記第１信号と前記第２信号の各差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、
前記発光部の各々に対応する前記受光部の前記第１受光部及び前記第２受光部は、当該発光部が発する光の波長ごとに、前記第２信号に含まれる交流成分と直流成分との比率が前記第１信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第２信号の直流成分が前記第１信号の直流成分の大きさ以下となるように受光量が調整され、前記発光部と前記受光部の各組は、各波長の光が干渉しない位置に配置されていることを特徴とする脈波信号処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の脈波信号処理装置と、
前記脈波信号処理装置から出力された交流成分に基づいて脈波を示す情報を出力する脈波出力手段と
を備えることを特徴とする脈波計測装置。
【請求項１】
脈波を測定する測定部位に光を発する発光部と、
前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、
前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部と、
前記第１受光部から出力される前記第１信号と前記第２受光部から出力される前記第２信号との差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、
前記第１受光部と前記第２受光部は、前記第２信号の直流成分に対する交流成分の比率が前記第１信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第２信号の直流成分が前記第１信号の直流成分の大きさ以下となる条件を満たすように受光量が調整されていることを特徴とする脈波信号処理装置。
【請求項２】
前記第１受光部と前記第２受光部は、前記条件を満たすように各々異なる受光面積の受光面を有することを特徴とする請求項１に記載の脈波信号処理装置。
【請求項３】
前記第１受光部又は前記第２受光部は、前記条件を満たすように前記反射光の透過を抑制するフィルターが受光面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の脈波信号処理装置。
【請求項４】
脈波を測定する測定部位に各々異なる波長の光を発する複数の発光部と、
前記複数の発光部に対応して設けられ、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部とを有する複数の受光部と、
前記複数の受光部の前記第１受光部と前記第２受光部から出力される前記第１信号と前記第２信号の各差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、
前記発光部の各々に対応する前記受光部の前記第１受光部及び前記第２受光部は、当該発光部が発する光の波長ごとに、前記第２信号に含まれる交流成分と直流成分との比率が前記第１信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第２信号の直流成分が前記第１信号の直流成分の大きさ以下となるように受光量が調整され、前記発光部と前記受光部の各組は、各波長の光が干渉しない位置に配置されていることを特徴とする脈波信号処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の脈波信号処理装置と、
前記脈波信号処理装置から出力された交流成分に基づいて脈波を示す情報を出力する脈波出力手段と
を備えることを特徴とする脈波計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−９４４８２（Ｐ２０１３−９４４８２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１１８０（Ｐ２０１１−２４１１８０）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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