JP5979604B2 - 生体情報検出装置及び生体情報検出方法、生体情報検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、生体情報検出装置及び生体情報検出方法、生体情報検出プログラムに関し、特に、運動時に人体に装着して脈拍を測定する脈拍測定機能を備えた生体情報検出装置及び生体情報検出方法、生体情報検出プログラムに関する。

近年、健康志向の高まりにより、日常的にランニングやウォーキング、サイクリング等の運動を行って健康状態を維持、増進する人々が増えている。このような人々の間では、自らの健康状態や運動状態の把握ために種々の生体情報を計測したり、記録したりすることが行われている。人体の状態を把握するための生体情報としては種々の生理指標があるが、その一つとして、例えば１分間の心臓の鼓動数である心拍数がよく知られている。心拍数の計測方法としては、一般に心電図方式が知られているが、この方式においては、胸部に複数の電極を取り付ける必要があるため、日常生活や運動時の行動を制約したり、電極の取り付けが煩雑であったりして、測定機器の使用者（ユーザ）に多くの負担を与える場合がある。そのため、今日においては、より簡便に計測を行うことができる生理指標として、心拍に替えて脈拍を計測する手法がよく利用されている。

脈拍の計測手法としては、例えば光電脈波法（又は、光学式脈波検出法）が知られている。光電脈波法の原理は、概略、血液中のヘモグロビンの光吸収特性を利用して脈波に対応する観測信号を検出するというものである。すなわち、脈波は、心拍によって起きる動脈内の圧力変化が末梢動脈に波動として伝わったものであり、赤外線等の光を、皮膚を透過させて末梢動脈中の血液に照射し、その血液により散乱された光による反射光の強度の時間的な変化を観測信号として計測することによって、末梢動脈の血流の波動的な流量変化を示す脈波を検出することができる。このような光電脈波法によれば、指や耳朶、手首等から脈波を取得し、それに基づいて脈拍を簡易に求めることができる。

しかしながら、血流は日常生活時や運動時の動作（体動）に伴って変化するため、光電脈波法ではこの血流変化（体動ノイズ）の影響を大きく受けてしまい、観測信号にこの体動ノイズが混入するという問題を有している。これに対し、従来、脈波信号と体動ノイズが混合した観測信号から体動ノイズの信号成分を除去し、脈波信号を得る方法の一つとして、例えば特許文献１に記載されているように、体動ノイズを加速度計で取得される加速度信号とみなし、観測信号と加速度信号との差分信号を脈波信号とする手法が知られている。

特開２００３−１０２６９４号公報

上述したような脈波信号を取得する手法においては、加速度信号が体動ノイズに等しいとみなして信号処理しているため、比較的簡易な信号処理により脈波信号を取得することができる。しかしながら、本願発明者の検証によれば、人体の動作中に取得される加速度信号と体動ノイズとは必ずしも同じではなく、例えば、加速度信号と体動ノイズとは振幅が違っていたり、加速度が生じた時点からその影響が観測信号に現れるまでに時間差（タイムラグ）があったりすることが分かったが、上述した手法ではこのような点について全く考慮されていなかった。そのため、上記のような手法では観測信号に含まれる体動によるノイズ成分を適切に除去することができておらず、人体の動作中の脈拍数を正確に計測することができていなかった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、観測信号におけるユーザの動作に伴う体動ノイズ成分を適切に推定して、正確な脈波を検出することができる生体情報検出装置及び生体情報検出方法、生体情報検出プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る生体情報検出装置は、
利用者の少なくとも１つの観測部位の脈波に基づいて検出される観測信号を出力する検出部と、
前記利用者の動作に伴って計測される、互いに異なる複数の軸方向の各々に対応した複数の加速度信号を出力する加速度計測部と、
前記複数の加速度信号を複数のパラメータに基づいて合成した合成加速度信号と前記観測信号との比較に基づいて、前記観測信号における前記利用者の動作に応じた加速度成分に対応する、前記各パラメータの値を推定するパラメータ推定部と、
前記観測信号から前記各パラメータの前記特定の値に対応する特定の合成加速度信号を除いた差分信号から、前記利用者の脈拍数を生体情報として算出する脈拍数算出部と、
を備えることを特徴とする。

本発明に係る生体情報検出方法は、
利用者の少なくとも１つの観測部位の脈波に基づく観測信号を取得するとともに、当該利用者の動作に伴う、互いに異なる複数の軸方向の各々に対応した複数の加速度信号を取得し、
前記複数の加速度信号を複数のパラメータに基づいて合成した合成加速度信号と前記観測信号との比較に基づいて、前記観測信号における前記利用者の動作に応じた加速度成分に対応する、前記各パラメータの特定の値を推定し、
前記観測信号から前記特定の合成加速度信号を除いた差分信号から、前記利用者の脈拍数を生体情報として計算することを特徴とする。

本発明に係る生体情報検出プログラムは、
コンピュータに、
利用者の観測部位の脈波に基づく観測信号を取得させるとともに、当該利用者の動作に伴う、互いに異なる複数の軸方向の各々に対応した複数の加速度信号を取得させ、
前記複数の加速度信号を複数のパラメータに基づいて合成した合成加速度信号と前記観測信号との比較に基づいて、前記観測信号に含まれている、前記利用者の動作に基づく加速度成分に対応する、前記各パラメータの特定の値を推定させ、
前記観測信号から前記各パラメータの前記特定の値に対応する特定の合成加速度信号を除いた差分信号から、前記利用者の脈拍数を生体情報として計算させることを特徴とする。

本発明によれば、ユーザの動作に伴う体動ノイズ成分を適切に推定して、正確な脈波（特に、瞬時脈波）を検出することができる。

本発明に係る生体情報検出装置の装着例及び外観構成例を示す概略図である。 本発明に係る生体情報検出装置の計測面の構成例を示す概略図である。 第１の実施形態に係る生体情報検出装置の一構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る生体情報検出装置の生体情報検出方法において実行される静止時脈波計測動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る静止時脈波計測動作において実行される脈波の多点観測の一例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る静止時脈波計測動作により取得される脈波信号の一例を示す波形図である。 第１の実施形態に係る生体情報検出装置の生体情報検出方法において実行される動作時脈波計測動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る動作時脈波計測動作において算出される極値間隔を説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る動作時脈波計測動作により取得される各信号の一例を示す波形図である。 第１の実施形態に係る動作時脈波計測動作において実行されるタイムラグ・回転角度推定処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る動作時脈波計測動作において定義される３軸方向を説明するための概念図である。 第１の実施形態に係るタイムラグ・回転角度推定処理により算出される正規化相互相関係数の一例を示す図である。 第１の実施形態に係るタイムラグ・回転角度推定処理により取得される回転角度と極大値の推移の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る動作時脈波計測動作において実行される振幅推定処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る生体情報検出装置の計測面の構成例を示す概略図である。 第２の実施形態に係る生体情報検出方法において実行される動作時脈波計測動作を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る生体情報検出装置及び生体情報検出方法、生体情報検出プログラムについて、実施形態を示して詳しく説明する。
＜第１の実施形態＞
（生体情報検出装置）
図１は、本発明に係る生体情報検出装置の装着例及び外観構成例を示す概略図である。ここで、図１（ａ）は、本発明に係る生体情報検出装置を人体に装着した状態を示す概略図であり、図１（ｂ）は、本発明に係る生体情報検出装置の正面及び側面を示す概略構成図である。また、図２は、本発明に係る生体情報検出装置の計測面の構成例を示す概略図である。

本発明に係る生体情報検出装置１００は、例えば図１（ａ）に示すように、ユーザ（利用者）ＵＳの手首等に装着する腕時計型（又は、リストバンド型）の外観形状を有している。生体情報検出装置１００は、例えば図１（ｂ）に示すように、大別して、ユーザＵＳの脈拍を計測するとともに、ユーザＵＳに所定の情報を提供する機能を備えた機器本体１０１と、ユーザＵＳの手首ＵＳｈに巻き付けることにより、上記機器本体１０１を手首ＵＳｈに装着して密着させるためのベルト部１０２と、を有している。

機器本体１０１の手首ＵＳｈに接触する面側（図１（ｂ）右図の、右面側）には計測面が設けられ、例えば図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、計測面の所定の領域（以下、便宜的に「計測領域」と記す）ＭＳに、１乃至複数個の発光素子Ｅ１〜Ｅ９と、１乃至複数個の受光素子Ｒ１〜Ｒ４と、が所定のパターンで二次元配列されている。

ここで、計測領域ＭＳには、例えば図２（ａ）に示すように、１個の発光素子Ｅ１の周囲に、複数個（４個）の受光素子Ｒ１〜Ｒ４が取り囲むように配置されている。すなわち、発光素子と受光素子が１対複数の関係で配列されている。また、計測領域ＭＳには、例えば図２（ｂ）に示すように、１個の受光素子Ｒ１の周囲に、複数個（４個）の発光素子Ｅ１〜Ｅ４が取り囲むように配置されているものであってもよい。すなわち、発光素子と受光素子が複数対１の関係で配列されている。さらに、計測領域ＭＳには、図２（ｃ）に示すように、複数個（４個）の受光素子Ｒ１〜Ｒ４の各々の周囲に、複数個の発光素子Ｅ１〜Ｅ９が取り囲むように配置されているものであってもよい。すなわち、発光素子と受光素子が複数対複数の関係で配列されている。このように、本実施形態においては、１乃至複数個の発光素子及び１乃至複数個の受光素子のうちの、少なくともいずれか一方が複数個配置された構成を有している。

なお、計測領域ＭＳに配列される発光素子と受光素子の個数や配置は、図２（ａ）〜（ｃ）に示したパターンに限定されるものではなく、任意の個数の発光素子や受光素子を、千鳥状や格子状、円弧状等、任意のパターンで交互に配列したものであってもよい。

図３は、本実施形態に係る生体情報検出装置の一構成例を示すブロック図である。
生体情報検出装置１００は、具体的には、例えば図３に示すように、大別して、発光部（検出部）１０と、発光制御部１５と、受光部（検出部）２０と、加速度計測部３０と、信号増幅部４０と、フィルタ部５０と、メモリ部６０と、静止時脈波振幅記録部（記憶部）６５と、信号処理部（観測信号選択部、パラメータ推定部、脈拍数算出部）７０と、表示部８０と、操作部９０と、を備えている。

発光部１０は、上述した１乃至複数個の発光素子Ｅ１〜Ｅ９を有し、図２（ａ）〜（ｃ）に示したように、機器本体１０１の手首ＵＳｈに接触する面側の計測領域ＭＳに、所定のパターンで配列されている。発光素子Ｅ１〜Ｅ９は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）等を適用することができ、後述する発光制御部１５による駆動制御に従って、所定の発光強度（又は、発光量）で可視光を発光し、手首ＵＳｈの皮膚面（体表面）ＳＦに照射する。ここで、可視光を用いる反射式の脈波検出法においては、可視光の体内における透過性が低いため、体内深部に存在する静脈や動脈の血流からの反射光の影響を受けにくく、それぞれの血管において発生する血流路長による拍動の伝搬タイムラグの影響を受けにくいという特長を有している。なお、発光素子から発光される可視光としては、例えば波長５２５ｎｍ前後の緑色可視光を良好に適用することができる。

発光制御部１５は、後述する信号処理部７０からの制御に従って、発光部１０を構成する１乃至複数個の発光素子Ｅ１〜Ｅ９を、所定の点灯パターン（すなわち、所定の順序、かつ、所定の発光強度）で個別に発光させる。

受光部２０は、上述した１乃至複数個の受光素子Ｒ１〜Ｒ４を有し、図２（ａ）〜（ｃ）に示したように、機器本体１０１の計測領域ＭＳに、所定のパターンで配列されている。受光素子Ｒ１〜Ｒ４は、例えばフォトトランジスタや照度センサ等を適用することができ、上記の１乃至複数個の発光素子Ｅ１〜Ｅ９から個別に発光され、皮膚面ＳＦの、脈波を観測する観測部位Ｐｍに照射されて、観測部位Ｐｍの近傍の血管中の血液により散乱された光を反射光として受光することにより、受光量に応じた出力信号（観測信号）を出力する。

加速度計測部３０は、３軸加速度センサを有し、ユーザＵＳの動作中に生体情報検出装置１００に加わる移動速度の変化の割合（加速度）を、加速度信号として出力する。この加速度計測部３０から出力される加速度信号は、後述するようにｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる、相互に直交する３軸方向の各々に対応する３つの加速度信号として出力される。

信号増幅部４０は、受光部２０により取得された観測信号、及び、加速度計測部３０により計測された加速度信号を、後述する信号処理部７０における信号処理に適した所定の信号レベルに増幅する。フィルタ部５０は、信号増幅部４０により増幅された上記観測信号及び加速度信号のうち、所定の周波数帯域の信号成分を通過させて、信号処理部７０に供給する。

メモリ部６０は、例えばデータ保存用メモリ（以下、「データメモリ」と記す）やプログラム保存用メモリ（以下、「プログラムメモリ」と記す）、作業データ保存用メモリ（以下、「作業用メモリ」と記す）を有している。

データメモリは、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを有し、ユーザＵＳの動作時や運動時に、上述した受光部２０により取得された観測信号や、加速度計測部３０により計測された加速度信号が時間データに関連付けられて、所定の記憶領域に保存（記録）される。プログラムメモリは、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）を有し、生体情報検出装置１００の各構成（発光部１０や受光部２０、加速度計測部３０、後述する表示部８０や操作部９０等）における所定の機能を実現するための制御プログラムや、上述した観測信号や加速度信号に基づいて、脈拍数を算出する機能を実現するためのアルゴリズムプログラムを保存する。作業用メモリは、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を有し、上記の制御プログラム及びアルゴリズムプログラムを実行する際に使用、又は、生成される各種データを一時的に保存する。なお、データメモリは、その一部又は全部が、例えばメモリカード等のリムーバブル記憶媒体としての形態を有し、生体情報検出装置１００の機器本体１０１に対して着脱可能に構成されているものであってもよい。

静止時脈波振幅記録部６５は、ユーザＵＳが動作していない静止時や安静時に、上述した受光部２０により取得された観測信号の信号波（脈波）の振幅が、時間データに関連付けられて、所定の記憶領域に保存（記録）される。

信号処理部７０は、ＣＰＵ（中央演算装置）やＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）であり、上記のメモリ部６０に保存された制御プログラムに従って処理を行うことにより、メモリ部６０における各種データの保存や読出し動作、表示部８０における各種の情報の表示動作、操作部９０における入力操作の検出動作等を制御する。また、信号処理部７０は、上記のメモリ部６０に保存されたアルゴリズムプログラムに従って処理を行うことにより、後述する生体情報検出方法に示すように、受光部２０により取得された観測信号や、加速度計測部３０により計測された加速度信号に基づいて、脈拍数を算出する動作等を実行する。なお、信号処理部７０において実行される制御プログラムやアルゴリズムプログラムは、予め信号処理部７０の内部に組み込まれているものであってもよい。

表示部８０は、例えばカラーやモノクロ表示が可能な液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネル等の表示装置を有し、少なくとも信号処理部７０により算出された脈拍数を表示する。なお、表示部８０は、脈拍数に加え、又は、脈拍数に替えて、脈波（脈の波形データ）や移動速度、歩数、現在時刻等を文字や数字情報、画像情報等で表示するものであってもよい。ここで、例えば、脈拍の波形データ（脈波データ）には、血流に関連する種々の情報が含まれている。すなわち、脈拍データを、例えば、健康や体調（血管の詰まりや血管年齢、緊張状態の判定等）、運動状態等を判定するための重要なパラメータとして適用して、これらに対する判定結果を特定の文字や数字情報、画像情報、発光パターン等で、表示部８０に表示するものであってもよい。なお、本実施形態においては、ユーザＵＳに各種情報を提供又は通知する出力インターフェースとして、表示部８０のみを示したが、これに限定されるものではなく、表示部８０に加えて、例えば特定の音色や音声メッセージを発生するブザーやスピーカ等の音響部や、特定の振動パターンで振動する振動部等の、他のインターフェースを備えているものであってもよい。

操作部９０は、ボタンスイッチやスライドスイッチ、キーボード、表示部８０の前面に配置又は一体的に形成されたタッチパネル等を有し、生体情報検出装置１００における電源のオン、オフ動作や、脈波や加速度の計測動作、表示部８０における表示動作等、各種動作の選択や実行、設定値等の入力操作に用いられる。

（生体情報検出方法）
次に、上述した生体情報検出装置における生体情報検出方法について説明する。
上述したような構成を有する生体情報検出装置における生体情報検出方法は、概略、静止時の脈波の観測信号を取得するための静止時脈波計測動作と、動作時に取得した脈波の観測信号と加速度信号に基づいて、脈拍数を算出する動作時脈波計測動作と、が実行される。

（静止時脈波計測動作）
図４は、本実施形態に係る生体情報検出装置の生体情報検出方法において実行される静止時脈波計測動作を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る静止時脈波計測動作において実行される脈波の多点観測の一例を示す概念図である。図６は、本実施形態に係る静止時脈波計測動作により取得される脈波信号の一例を示す波形図である。

静止時脈波計測動作においては、図４に示すように、まず、ユーザＵＳが運動等の動作を行っていない静止状態又は安静状態における脈波の観測信号と加速度信号が一定時間取得される（ステップＳ１０１）。具体的には、信号処理部７０は、表示部８０に静止時の脈波を計測する旨の文字情報や画像情報等を表示して、ユーザＵＳに静止状態又は安静状態を保持するように促す。次いで、信号処理部７０は、発光部１０の特定の発光素子と受光部２０の特定の受光素子との組み合わせを指定して、発光制御部１５により指定された発光素子を所定の発光強度で発光させ、ユーザＵＳの皮膚面ＳＦの脈波を観測する領域（観測部位Ｐｍ）に光を照射する。照射された光の一部は観測部位Ｐｍの近傍の血管の血液により散乱され、皮膚面ＳＦから反射光として出射される。この反射光は、上記指定された受光素子により受光されて、その受光量に応じた出力信号が信号増幅部４０及びフィルタ部５０を介して信号処理部７０に観測信号として出力される。

ここで、特定の発光素子と特定の受光素子との組み合わせによる観測信号の取得動作について、図２（ｃ）に示した発光素子Ｅ１〜Ｅ９と受光素子Ｒ１〜Ｒ４の配列パターンを例にして詳しく説明する。まず、信号処理部７０は、例えば図５（ａ）に示すように、発光素子Ｅ１と受光素子Ｒ１、発光素子Ｅ３と受光素子Ｒ２、発光素子Ｅ７と受光素子Ｒ３、発光素子Ｅ９と受光素子Ｒ４の各組み合わせを指定する。次いで、発光制御部１５により各発光素子Ｅ１、Ｅ３、Ｅ７、Ｅ９を所定の発光強度で発光させて、皮膚面ＳＦの各観測部位Ｐｍ11、Ｐｍ32、Ｐｍ73、Ｐｍ94に光を照射させ、その反射光を各受光素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４により受光する。これにより、皮膚面ＳＦの各観測部位Ｐｍ11、Ｐｍ32、Ｐｍ73、Ｐｍ94における静止時の脈波の観測信号が取得される。ここで、各観測部位Ｐｍ11、Ｐｍ32、Ｐｍ73、Ｐｍ94における観測信号の取得動作は、例えば観測部位Ｐｍ11、Ｐｍ32、Ｐｍ73、Ｐｍ94の順に、時系列的に実行される。なお、観測信号の取得動作は、各観測部位Ｐｍ11、Ｐｍ32、Ｐｍ73、Ｐｍ94で、同時並行して実行されるものであってもよい。

次いで、信号処理部７０は、例えば図５（ｂ）に示すように、発光素子Ｅ５と各受光素子Ｒ１〜Ｒ４との組み合わせを指定する。次いで、発光制御部１５により発光素子Ｅ５を所定の発光強度で発光させて、皮膚面ＳＦの各観測部位Ｐｍ51、Ｐｍ52、Ｐｍ53、Ｐｍ54に光を照射させ、その反射光を各受光素子Ｒ１〜Ｒ４により受光する。これにより、皮膚面ＳＦの各観測部位Ｐｍ51〜Ｐｍ54における静止時の脈波の観測信号が取得される。ここで、各観測部位Ｐｍ51〜Ｐｍ54における観測信号の取得動作は、図５（ａ）に示した場合と同様に、観測部位Ｐｍ51〜Ｐｍ54ごとに時系列的に実行される。なお、各観測部位Ｐｍ51〜Ｐｍ54で同時並行して実行されるものであってもよい。

以下、同様に、信号処理部７０により、例えば図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、発光素子Ｅ２と各受光素子Ｒ１、Ｒ２との組み合わせ、発光素子Ｅ８と各受光素子Ｒ３、Ｒ４との組み合わせ、及び、発光素子Ｅ４と各受光素子Ｒ１、Ｒ３との組み合わせ、発光素子Ｅ６と各受光素子Ｒ２、Ｒ４との組み合わせをそれぞれ指定して、各観測部位Ｐｍ21、Ｐｍ22、Ｐｍ83、Ｐｍ84、及び、Ｐｍ41、Ｐｍ62、Ｐｍ43、Ｐｍ64における静止時の脈波の観測信号が取得される。

このような一連の動作（多点観測）により、計測領域ＭＳ内に配列された、隣接する発光素子と受光素子との間の各観測部位における脈波の観測信号が取得される。また、このような脈波の観測信号の取得動作は、脈波を示す波形が数個乃至十数個程度含まれる任意の時間、例えば数秒乃至１０秒程度の時間、継続して実行される。

一方、脈波の観測信号の取得動作と並行して、信号処理部７０は、加速度計測部３０を制御して、ユーザＵＳの３軸方向の加速度を計測する。ここで、３軸加速度の計測動作は、上述した脈波の観測信号の取得動作の期間中、継続して実行される。加速度計測部３０により計測された３軸加速度は、信号増幅部４０及びフィルタ部５０を介して信号処理部７０に加速度信号として出力される。このようにして取得された脈波の観測信号と加速度信号は、時間データに基づいて相互に関連付けられて、メモリ部６０の所定の記憶領域に保存される。

次いで、上記ステップＳ１０１において取得された３軸方向の各加速度信号の振幅が所定の閾値以下であるか否かが判定される（ステップＳ１０２）。具体的には、信号処理部７０は、メモリ部６０から脈波の観測信号の取得動作中に取得した加速度信号を読み出し、当該３軸方向の各加速度信号について、信号波形の極大値と極小値の差分である振幅の最大値（最大振幅）が、ユーザＵＳが運動等の動作を行っていない静止状態を判定するための所定の閾値以下であるか否かを判定する。ここで、ユーザＵＳの静止状態を判定するための閾値は、ランニング等の動作時の振幅の例えば５％に設定することができる。この閾値は、例えば過去のユーザＵＳの動作中の加速度信号に基づいて設定されるものであってもよいし、不特定多数のサンプルから取得される一般的な動作中の加速度信号に基づいて設定されるものであってもよいし、ユーザＵＳが静止状態や安静状態にあるときに、任意に設定するものであってもよい。なお、後述するように、本願発明者によりｚ軸方向の加速度信号は脈波信号にほとんど影響を与えないことが見出されているため、上記の各加速度信号の振幅が所定の閾値以下であるか否かの判定において、ｚ軸方向の加速度信号の振幅については判定しないこととしてもよい。

上記ステップＳ１０２において、取得された３軸方向の各加速度信号の振幅が閾値以下であると判定された場合には、そのときの各観測部位における脈波の観測信号の振幅の平均値が静止時の観測信号の振幅として記録される（ステップＳ１０３）。具体的には、信号処理部７０は、取得された３軸方向の各加速度信号の振幅が、いずれも上記の閾値以下であると判定した場合には、時間データに基づいて当該加速度信号に関連付けられてメモリ部６０に保存されている、各観測部位における脈波の観測信号を読み出し、それらの信号波形の極大値と極小値の差分である振幅の平均値を算出する。そして、信号処理部７０は、算出された平均値を、静止時の観測信号の振幅として、静止時脈波振幅記録部６５に保存（記録）して、静止時脈波計測動作を終了する。

一方、上記ステップＳ１０２において、取得された３軸方向の各加速度信号の振幅が閾値よりも大きい場合には、ユーザＵＳに静止を促すエラー表示を行う（ステップＳ１０４）。具体的には、信号処理部７０は、取得された３軸方向の各加速度信号の振幅のいずれかが、上記の閾値よりも大きいと判定した場合には、ユーザＵＳが静止状態又は安静状態になっていないと判断し、表示部８０に運動等の動作を停止して、静止を求める旨の文字情報や画像情報等を表示して、ユーザＵＳに静止状態又は安静状態を保持するように促す。次いで、上記ステップＳ１０１において取得し、メモリ部６０に保存した脈波の観測信号及び加速度信号を消去又は破棄するリセット動作を行い（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０１に戻って、上述した一連の処理（ステップＳ１０１〜Ｓ１０５）を再度実行する。

このような静止時脈波計測動作により取得される静止時の観測信号、すなわち、各観測部位における脈波の観測信号の振幅の平均値からなる信号波形は、実質的にユーザＵＳの動作に起因する体動ノイズが含まれていない、又は、体動ノイズを略無視できる状態の脈波信号であると規定することができ、例えば図６に示すような波形となる。なお、図６においては、静止時の脈波を１０秒間観測した場合の信号波形の一例を示した。また、図６において縦軸は受光部２０（受光素子）により取得された観測信号をＡ／Ｄ変換したデジタル値である。

（動作時脈波計測動作）
図７は、本実施形態に係る生体情報検出装置の生体情報検出方法において実行される動作時脈波計測動作を示すフローチャートである。図８は、本実施形態に係る動作時脈波計測動作において算出される極値間隔を説明するための概念図であり、図９は、本実施形態に係る動作時脈波計測動作により取得される各信号の一例を示す波形図である。

動作時脈波計測動作においては、図７に示すように、まず、ユーザＵＳが運動等の動作を行っている動作状態における脈波の観測信号と加速度信号が一定時間取得される（ステップＳ２０１）。具体的には、上述した静止時脈波計測動作と同様に、ユーザＵＳが運動等の動作を行っている動作中に、信号処理部７０は、計測領域ＭＳ内に配列された、隣接する発光素子と受光素子との間の各観測部位における脈波の観測信号を一定時間取得する。ここで、脈波の観測信号の取得動作は、上述した静止時脈波計測動作のステップＳ１０１と同様に、脈波を示す波形が数個乃至十数個程度含まれる任意の時間実行されるものであればよく、静止時脈波計測動作と同一の時間（例えば数秒乃至１０秒程度）に設定されるものであってもよいし、これとは異なる時間に設定されるものであってもよい。一方、脈波の観測信号の取得動作の期間中、信号処理部７０は、ユーザＵＳの動作に起因する３軸方向の加速度信号を継続して取得する。取得された脈波の観測信号と加速度信号は、時間データに基づいて相互に関連付けられて、メモリ部６０の所定の記憶領域に保存される。

次いで、上述した静止時脈波計測動作と同様に、上記ステップＳ２０１において取得された３軸方向の各加速度信号の振幅の最大値（最大振幅）が、静止状態を判定するための所定の閾値以下であるか否かが判定される（ステップＳ２０２）。信号処理部７０は、上記の加速度信号の振幅が閾値以下であると判定した場合には、上記ステップＳ２０１において取得された各観測部位における脈波の観測信号の中から、最も振幅の大きい観測信号を、最も良好に脈波が計測できている脈波信号であるとみなして（判定して）、当該観測信号を選択する（ステップＳ２０３）。ここで、このステップＳ２０３において選択される観測信号は、体動ノイズ（加速度成分）の影響をほとんど受けていないと判断され、上述した静止時脈波計測動作において静止時脈波振幅記録部６５に保存された観測信号（図６参照）と同等又は近似する信号波形を有しているとみなすことができる。次いで、信号処理部７０は、選択した観測信号から一波形ごとに極値を探索し、その極値間隔を算出する（ステップＳ２０４）。具体的には、ステップＳ２０３において選択された観測信号が、例えば図８に示すような信号波形を有している場合、信号処理部７０は、上記の極値間隔として、観測信号に含まれる各波形における振幅が、例えば極小値Ｐminとなる時間Ｔａ、Ｔｂ相互の差分となる時間を算出する。なお、ステップＳ２０４における極値間隔の算出動作は、選択された観測信号に含まれる波形のうち、任意の時間の波形（すなわち、代表波形）に対して実行されるものであってもよいし、観測信号の一定時間内に含まれる複数の波形について算出された複数の極値間隔を平均化したもの（平均値）や、複数の極値間隔の分布の中から中央値を抽出するものであってもよい。

次いで、上記ステップＳ２０４において算出された極値間隔に基づいて、単位時間当たり（例えば１分間）の脈拍数が計算される（ステップＳ２０５）。具体的には、信号処理部７０は、選択した観測信号から算出された極値間隔の時間単位が秒である場合は、６０を極値間隔で割る（除する）ことにより１分間の脈拍数に換算する。次いで、信号処理部７０は、計算された脈拍数を、表示部８０に数値情報や画像情報等により表示してユーザＵＳに提供又は通知する（ステップＳ２０６）。次いで、引き続き脈拍数の計測を継続する場合には、ステップＳ２０１に戻り、一方、計測を継続しない場合（終了する場合）には、動作時脈波計測動作を終了する（ステップＳ２０７）。

なお、上記ステップＳ２０３においては、各観測部位において取得された複数の脈波の観測信号の中から、最も振幅の大きい観測信号を一つ選択する手法を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る生体情報検出方法においては、例えば、複数の観測信号のそれぞれについて極値間隔を算出して脈拍数に換算し、最終的にそれらの複数の脈拍数について平均値や中央値等をとり、ユーザＵＳに提供するものであってもよい。

一方、上記ステップＳ２０２において、取得された３軸方向の各加速度信号の振幅が閾値よりも大きいと判定された場合には、この観測信号は体動ノイズ（加速度）の影響を受けていると判断され、次に示すような体動ノイズの影響を低減する処理が実行される。具体的には、まず、信号処理部７０は、上記ステップＳ２０１において取得された複数の脈波の観測信号の中から、静止時の観測信号の振幅に最も近似する観測信号を、体動ノイズの影響が最も少ない脈波信号であるとみなして（判定して）、当該観測信号を選択する（ステップＳ２０８）。このような観測信号の選択処理により、脈波信号が体動ノイズによってほぼ消えてしまっているというリスクを軽減することができる。これは換言すると、脈波信号が体動ノイズによってかき消されてしまい、判別できなくなっている状態を回避することができる。ここで、このステップＳ２０８において選択された観測信号は、例えば図９（ａ）に実線で示され、脈波成分と体動ノイズ成分が混合した信号波形を有している。また、図９（ａ）において点線は、体動ノイズが含まれていない、又は、体動ノイズを略無視できる状態の脈波信号（例えば、上述した静止時脈波計測動作により取得された観測信号；以下、「参照脈波信号」と記す）である。ここで、図９（ａ）に示した観測信号（実線）の場合は、体動ノイズの影響により、その位相が参照脈波信号の位相からずれている。

次いで、信号処理部７０は、上記ステップＳ２０８において、ユーザＵＳの動作が生じた時点から選択された加速度信号の合成波形及び脈波の観測信号に当該動作に起因する加速度の影響が現れるまでの時間差（タイムラグ）と、観測部位の主要な血流方向と加速度信号の軸方向との角度差に対応する回転角度と、を推定するタイムラグ・回転角度推定処理を実行する（ステップＳ３００）。

図１０は、本実施形態に係る動作時脈波計測動作において実行されるタイムラグ・回転角度推定処理を示すフローチャートである。図１１は、本実施形態に係る動作時脈波計測動作において定義される３軸方向を説明するための概念図であり、図１２は、本実施形態に係るタイムラグ・回転角度推定処理により算出される正規化相互相関係数の一例を示す図であり、図１３は、本実施形態に係るタイムラグ・回転角度推定処理により取得される回転角度と極大値の推移の一例を示す図である。
まず、加速度信号の合成について説明する。上記のタイムラグを考慮した合成加速度信号は、次の数式（１）を用いて算出することができる。

ここで、Ａ(t)は合成加速度信号であり、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚはそれぞれｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の加速度信号であり、tは時刻を表す。また、ｃ１、ｃ２、ｃ３はそれぞれ加速度信号Ａｘ、Ａｙ、Ａｚに掛る比例係数であり、合成加速度信号Ａ(t)の振幅を設定する係数である。また、ｄ１、ｄ２、ｄ３はそれぞれ、脈波の観測信号に加速度信号Ａｘ、Ａｙ、Ａｚの影響が現れるまでの時間差（タイムラグ）を表す。ここで、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、例えば図１１に示すように、手首ＵＳｈの長軸方向（腕の延伸方向；図面左右方向）をｘ軸方向とし、当該ｘ軸方向に直交する手首ＵＳｈの短軸方向（腕の幅方向；図面左上右下方向）をｙ軸方向とし、ｘ、ｙ軸方向に直交する手首ＵＳｈの表裏方向（図面上下方向）をｚ軸方向と定義する。すなわち、ｘ軸とｙ軸は手首ＵＳｈの皮膚面ＳＦに沿った方向に規定される。

図１１において定義したｘ、ｙ、ｚの３軸方向の加速度信号を合成した合成加速度信号Ａ(t)は、原理的には上記の数式（１）を用いて算出することができる。しかしながら、本願発明者は、各種検証の結果、ｚ軸方向の加速度信号Ａｚは脈波信号にほとんど影響を与えないこと、タイムラグｄ１、ｄ２、ｄ３は軸方向にほとんど依存することなく概ね同等の値が得られること、また、合成加速度信号Ａ(t)はｘ軸方向の加速度信号Ａｘとｙ軸方向の加速度信号Ａｙを回転させて算出することにより真（本来）の合成加速度信号と概ね同等の値が得られることを見出した。ここで、ｘ軸方向とｙ軸方向の加速度信号の係数の比を軸の回転により規定できる理由は、観測部位の皮下（皮膚面ＳＦの下層）に存在する複数の動脈や毛細血管のうちの主要な血流方向（すなわち、図１１に示す血管ＶＳの延在方向）が観測部位ごとに異なることによるものであると考えられる。すなわち、図１１に示す回転角度θは、観測部位の主要な血流方向と加速度信号の軸方向（図１１ではｘ軸方向）との角度差に対応している。このような検証の結果に基づいて、上記の数式（１）に示した３軸方向の合成加速度信号Ａ(t)は、次の数式（２）を用いて算出することができる。

そして、ステップＳ３００において実行されるタイムラグ・回転角度推定処理は、上記の数式（２）において、加速度信号Ａｘ、Ａｙに掛る比例係数ｃを、ｃ＝１に固定した状態で、タイムラグｄの値、及び、加速度信号Ａｘ、Ａｙの回転角度θの値を推定する。

タイムラグ・回転角度推定処理においては、図１０に示すように、まず、信号処理部７０は、ｘ軸方向（ｘ軸）とｙ軸方向（ｙ軸）に対する加速度信号の回転角度θを設定する（ステップＳ３０１）。この回転角度θは、後述する一連の処理（ステップＳ３０１〜Ｓ３０５）を繰り返すたびに−９０°（＝−π／２）〜＋９０°（＝π／２）の範囲内で所定の角度ずつ順次更新（増加又は減少）されて、最適な回転角度θが探索される。ここでは、説明を簡単にするために、初期値の一例として、回転角度θを０°に設定し、０°から＋９０°まで、所定の間隔で角度を順次増加させる場合について示す。また、信号処理部７０は、タイムラグが生じていない状態（すなわち、タイムラグｄ＝０）を初期状態として設定する。

次いで、信号処理部７０は、初期値として設定した回転角度θ（＝０°）と比例係数ｃ＝１、タイムラグｄ＝０に基づいて、上記の数式（２）を用いてｘ軸方向の加速度信号Ａ_x(t)とｙ軸方向の加速度信号Ａ_y(t)とを合成する（ステップＳ３０２）。ここで、このステップＳ３０２において生成される合成加速度信号Ａ(t)は、例えば図９（ｂ）に実線で示すような信号波形となる。また、図９（ｂ）において点線は上記参照脈波信号である。

次いで、信号処理部７０は、上記ステップＳ２０８において選択された観測信号と、ステップＳ３０２において生成された合成加速度信号Ａ(t)に基づいて、タイムラグｄに対する正規化相互相関係数を算出する（ステップＳ３０３）。このステップＳ３０３において算出された正規化相互相関係数は、例えば図１２にように示される。ここで、ユーザＵＳの動作中にある加速度が生じた結果、それが脈波の観測信号に影響するという因果関係に基づいて、信号処理部７０は、図１２に示された正規化相互相関係数において、その因果関係が成り立つ方向（図１２の場合はタイムラグが０から正の方向）にタイムラグを所定の間隔で順次更新して、相関係数が最初に極大値Ｄmaxとなる位置を探索し、その位置のタイムラグｄを抽出してメモリ部６０の所定の記憶領域に保存する（ステップＳ３０４）。なお、図１２においては、極大値Ｄmaxとなる位置を太線で示した。ここで、図１２に示された正規化相互相関係数において、タイムラグｄを抽出する範囲は、例えばタイムラグｄの値を順次増加させていって、相関係数が極大値Ｄmaxとなった時点で処理を終了するものであってもよいし、タイムラグｄの値が特定の時間、例えば１秒以上になることはないと規定して、その時間まで正規化相互相関係数を算出し、その後、相関係数の極大値Ｄmaxを求めるものであってもよい。

次いで、上記ステップＳ３０４において算出された今回の相関係数の極大値が、前回算出された極大値よりも小さいか否かが判定される（ステップＳ３０５）。具体的には、信号処理部７０は、メモリ部６０から今回と前回の相関係数の極大値を読み出し、今回の極大値が前回の極大値より小さい（又は、前回の極大値が今回の極大値より大きい）と判断した場合には、前回の極大値の位置のタイムラグｄと、前回の回転角度θを、メモリ部６０の所定の記憶領域に保存（記録）して（ステップＳ３０６）、タイムラグ・回転角度推定処理を終了する。

一方、上記ステップＳ３０５において、信号処理部７０は、今回の相関係数の極大値が前回の極大値以上であると判断した場合には、今回の極大値の位置のタイムラグｄと今回の回転角度θを、メモリ部６０の所定の記憶領域に保存した後、ステップＳ３０１に戻って、回転角度θを再設定した後、上述した一連の探索処理（ステップＳ３０１〜Ｓ３０５）を再度実行する。なお、上記ステップＳ３０５において、初回の判定処理の場合には、前回の極大値が存在しないので、この場合は、無条件にステップＳ３０１に戻って、回転角度θを再設定した後、上述した一連の探索処理（ステップＳ３０１〜Ｓ３０５）を再度実行する。

なお、本願発明者の検証により、相関係数の極大値は回転角度θの変化に対して単峰性を示す結果が得られたことから、上述したタイムラグ・回転角度推定処理においてステップＳ３０５に示したような判定処理を適用することとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、−９０°〜＋９０°の範囲内の全ての回転角度θについて、正規化相互相関係数を算出し、それらの中から相関係数の極大値が最大となる位置（図中、Ｐmax）のタイムラグｄと、そのときの回転角度θを選択してメモリ部６０に保存する手法を適用するものであってもよい。このような手法を適用した場合の回転角度θと相関係数の極大値の関係（推移）は、例えば図１３に示すような形となる。

また、本実施形態においては、回転角度θの設定範囲として、−９０°〜＋９０°の１８０°の範囲内で更新する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも１８０°の範囲を有していればよく、例えば３６０°（全周）を設定範囲とするものであってもよい。

次いで、信号処理部７０は、上述したタイムラグ・回転角度推定処理において推定されたタイムラグｄ及び回転角度θに基づいて、合成加速度信号の振幅を設定する比例係数を推定して、ユーザＵＳの動作に起因する体動ノイズの影響が除去された真の脈波信号に近似する差分信号を生成する振幅推定処理を実行する（ステップＳ４００）。すなわち、振幅推定処理においては、上記の数式（２）において、合成加速度信号Ａ(t)の振幅を設定する係数として、ｘ、ｙ各方向の加速度信号Ａｘ、Ａｙに掛る比例係数ｃを推定する処理を実行する。

図１４は、本実施形態に係る動作時脈波計測動作において実行される振幅推定処理を示すフローチャートである。
振幅推定処理においては、図１４に示すように、まず、信号処理部７０は、上記の数式（２）において、ｘ、ｙ各方向の加速度信号Ａｘ、Ａｙに掛る比例係数ｃを設定する（ステップＳ４０１）。ここでは、まず、上記の数式（２）において、上述したタイムラグ・回転角度推定処理において推定したタイムラグｄ、加速度信号の回転角度θの値を適用し、比例係数ｃを１に設定したときの合成加速度信号Ａ(t)の振幅を算出する。そして、この合成加速度信号Ａ(t)の振幅と、上記ステップＳ２０８において選択された脈波の観測信号の振幅とを比較し、合成加速度信号Ａ(t)の振幅が観測信号の振幅と等しくなる比例係数ｃの値を比例係数ｃの初期値として算出し、比例係数ｃをこの初期値に設定する。

次いで、信号処理部７０は、設定した比例係数ｃと、上述したタイムラグ・回転角度推定処理において推定したタイムラグｄ、加速度信号の回転角度θの値に基づいて、上記の数式（２）を用いて合成加速度信号Ａ(t)を生成する（ステップＳ４０２）。次いで、信号処理部７０は、上記ステップＳ２０８において選択された脈波の観測信号と、上記ステップＳ４０２において生成された合成加速度信号Ａ(t)の差をとり、差分信号を生成する（ステップＳ４０３）。

次いで、信号処理部７０は、生成した差分信号の振幅を算出し（ステップＳ４０４）、上述した静止時脈波計測動作において取得した静止時の脈波の観測信号の振幅と、上記差分信号の振幅の差の絶対値が、所定の閾値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４０５）。信号処理部７０は、上記絶対値が閾値よりも小さいと判断した場合には、この時の比例係数ｃの値をメモリ部６０の所定の記憶領域に保存（記録）して（ステップＳ４０６）、振幅推定処理を終了する。

一方、上記ステップＳ４０５において、信号処理部７０は、上記絶対値が閾値以上であると判断した場合には、比例係数ｃの値を別の値に再設定して更新した後（ステップＳ４０７）、ステップＳ４０２に戻って、上述した一連の処理（ステップＳ４０２〜Ｓ４０５）を再度実行する。ここで、再設定される比例係数ｃの値は、所定の間隔で順次増加又は減少される。

ここで、差分信号を生成する処理（ステップＳ４０３）において生成される差分信号は、例えば図９（ｃ）に実線で示すような信号波形を有している。また、図９（ｃ）において点線は上記参照脈波信号である。ここで、図９（ｃ）は、上述したタイムラグ・回転角度推定処理及び振幅推定処理の一連の処理を実行することにより、上記差分信号として、参照脈波信号の位相と略一致する信号波形が得られた場合を示している。

なお、上述した振幅推定処理においては、静止時の観測信号の振幅を基準として、一連の処理を繰り返すか否かを判定する手法を適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、脈波信号の振幅よりも体動ノイズの振幅の方が十分に大きいと考えられるような場合には、比例係数ｃの値を順次更新して差分信号の振幅の最小値を探索し、それに基づいて、一連の処理を繰り返すか否かを判定する手法を適用するものであってもよい。

次いで、上述したタイムラグ・回転角度推定処理（ステップＳ３００）及び振幅推定処理（ステップＳ４００）の終了後、図７に示すように、信号処理部７０は、生成された差分信号を脈波信号とみなし、極値間隔を計算する（ステップＳ２０９）。なお、ステップＳ２０９における極値間隔の算出動作は、上述したステップＳ２０４と同様に、生成された差分信号に含まれる波形のうち、任意の時間の波形に対して実行されるものであってもよいし、複数の波形について算出された複数の極値間隔を平均化したもの（平均値）や、複数の極値間隔の分布の中から中央値を抽出するものであってもよい。次いで、上記ステップＳ２０９において算出された極値間隔に基づいて、１分間の脈拍数が計算されて（ステップＳ２０５）、表示部８０に表示されることにより、ユーザＵＳに提供又は通知される（ステップＳ２０６）。

以上のように、本実施形態においては、光電脈波法によりユーザＵＳの運動時に取得した脈波の観測信号から、当該運動に起因する体動ノイズ成分を除去して脈拍数を算出する手法において、運動時に取得した３軸方向の加速度信号の振幅が所定の閾値を超えた場合には、脈波の観測信号から体表に沿った特定の方向（ｘ軸及びｙ軸を含むｘ−ｙ平面における回転角度θ）の加速度成分を除いた信号（差分信号）を用いて脈拍数を計算する。ここで、本実施形態においては、脈波の観測信号から除く加速度成分を求める際に、脈波の観測信号との時間差（タイムラグｄ）、振幅の大きさを決める係数（比例係数ｃ）、各方向の加速度の回転角度θの３つのパラメータを推定する手法を適用する。

また、本実施形態においては、計測領域に複数の発光素子及び受光素子が配列された構成を有し、計測領域内の異なる複数の観測部位で脈波を計測する多点観測を行って、運動時に取得した３軸方向の加速度信号の振幅が所定の閾値を超えた場合には、体動ノイズの影響の少ない観測部位における脈波の観測信号を選択し直して脈拍数を計算する。ここで、観測信号の選択は、静止時に各観測部位において取得された観測信号の振幅に基づいて、体動ノイズの影響が最も小さい観測信号を選択する手法を適用する。

このように、本実施形態においては、運動中の脈波の観測信号から、新たに推定したパラメータに基づいて算出された加速度信号を除くことにより、真（本来）の脈波信号と同位相の信号（差分信号）を取得することができるので、運動時の瞬時脈拍を正確に計測することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る生体情報検出装置の第２の実施形態について説明する。ここで、第１の実施形態と同等の構成や動作については、上述した図面を適宜参照して説明する。

上述した第１の実施形態においては、図２に示したように、生体情報検出装置１００の計測領域ＭＳに配置される発光素子及び受光素子のうちの、少なくともいずれか一方が複数個配置された構成を有し、多点観測により取得された複数の脈波の観測信号から、最適な観測信号を選択する場合について説明した。第２の実施形態においては、計測領域ＭＳに発光素子及び受光素子がそれぞれ１個のみ配置された構成を有し、一箇所の観測部位から一の脈波の観測信号のみを取得する手法（一点観測）を有している。

図１５は、第２の実施形態に係る生体情報検出装置の計測面の構成例を示す概略図である。図１５（ａ）は、発光素子と受光素子の配置例を示す概略図であり、図１５（ｂ）は、脈波の観測部位を示す概念図である。

第２の実施形態に係る生体情報検出装置は、上述した第１の実施形態に示した構成（図１参照）において、図１５（ａ）に示すように、機器本体１０１の計測領域ＭＳに、それぞれ１個の発光素子Ｅ１及び受光素子Ｒ１が配置された構成を有している。すなわち、本実施形態においては、発光素子と受光素子が１対１の関係で配列されている。そして、図３に示した生体情報検出装置の構成において、発光制御部１５により例えば図１５（ｂ）に示すように、発光素子Ｅ１を所定の発光強度で発光させて、皮膚面ＳＦの観測部位Ｐｍ11に光を照射させ、皮膚面ＳＦ近傍の血管中の血液により散乱された光を反射光として受光素子Ｒ１により受光する。これにより、皮膚面ＳＦの観測部位Ｐｍ11における脈波の観測信号が取得される。

次に、本実施形態に係る生体情報検出方法について説明する。ここで、第１の実施形態と同等の動作や処理については、上述した図面を適宜参照して説明する。
本実施形態に係る生体情報検出方法は、上述した第１の実施形態と同様に、静止時脈波計測動作と、動作時脈波計測動作と、が実行される。

まず、本実施形態に係る静止時脈波計測動作においては、第１の実施形態で示した図４のフローチャートにおいて、ユーザＵＳに静止を促した後、発光素子Ｅ１を発光させて、その反射光を受光素子Ｒ１により受光することにより、静止状態における脈波の観測信号と加速度信号が一定時間取得される（ステップＳ１０１）。ここで、本実施形態においては、発光素子と受光素子が１対１の関係で配列された構成を有しているため、このステップＳ１０１により一箇所の観測部位Ｐｍ11から一の脈波の観測信号のみが取得される（一点観測）。そして、この観測信号の取得時に計測された加速度信号の振幅が所定の閾値以下であって、ユーザＵＳが静止状態又は安静状態にあると判定された場合（ステップＳ１０２）には、ステップＳ１０１において取得された脈波の観測信号の振幅の平均値が静止時の観測信号の振幅として、静止時脈波振幅記録部６５に保存される（ステップＳ１０３）。なお、観測信号の取得時に計測された加速度信号の振幅が所定の閾値よりも大きい場合には、ユーザＵＳが静止状態又は安静状態にないと判定されて、上述した第１の実施形態と同様に、ステップＳ１０４、Ｓ１０５の動作を行った後、再度上述した一連の処理（ステップＳ１０１〜Ｓ１０５）が実行される。

図１６は、本実施形態に係る生体情報検出方法において実行される動作時脈波計測動作を示すフローチャートである。
本実施形態に係る動作時脈波計測動作においては、第１の実施形態で示した図７のフローチャートにおいて、ステップＳ２０３及びＳ２０８の観測信号の選択処理が省かれている。すなわち、本実施形態に係る動作時脈波計測動作においては、図１６のフローチャートに示すように、ユーザＵＳの運動状態における脈波の観測信号と加速度信号が一定時間取得される（ステップＳ２１１）。このステップＳ２１１においても、一点観測により一の脈波の観測信号のみが取得される。そして、この観測信号の取得時に計測された加速度信号の振幅が所定の閾値以下であると判定された場合（ステップＳ２１２）には、ステップＳ２１１において取得された脈波の観測信号を良好に脈波が計測できている脈波信号であるとみなして、当該観測信号の極値間隔を算出する（ステップＳ２１３）。次いで、上記ステップＳ２１３において算出された極値間隔に基づいて、１分間の脈拍数を計算し（ステップＳ２１４）、表示部８０に表示することによりユーザＵＳに提供又は通知する（ステップＳ２１５）。

一方、上記ステップＳ２１２において、取得された加速度信号の振幅が閾値よりも大きいと判定された場合には、上述した第１の実施形態と同様に、合成加速度信号Ａ(t)及び脈波の観測信号に、加速度の影響が現れるまでのタイムラグと、観測部位の主要な血流方向と加速度信号の軸方向との角度差に対応する回転角度と、を推定するタイムラグ・回転角度推定処理（ステップＳ３００）、及び、体動ノイズの影響が除去された真の脈波信号に近似する差分信号を生成する振幅推定処理（ステップＳ４００）が実行される。そして、上記ステップＳ３００及びＳ４００の一連の処理により生成された差分信号を脈波信号とみなし、極値間隔を計算する（ステップＳ２１７）。次いで、上記ステップＳ２１７において算出された極値間隔に基づいて、１分間の脈拍数を計算し（ステップＳ２１４）、表示部８０に表示することによりユーザＵＳに提供又は通知する（ステップＳ２１５）。そして、引き続き脈拍数の計測を継続する場合には、再度上述した一連の処理（ステップＳ２１１〜Ｓ２１７）が実行される。

このように、本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、運動中の脈波の観測信号から、新たに推定した、脈波の観測信号との時間差（タイムラグｄ）、振幅の大きさを決める係数（比例係数ｃ）、各軸方向の加速度信号の回転角度θの３つのパラメータに基づいて算出された加速度信号を除くことにより、真（本来）の脈波信号と同位相の信号（差分信号）を取得することができ、これに基づいて運動時の瞬時脈拍を比較的正確に計測することができる。ここで、本実施形態においては、計測領域に発光素子及び受光素子がそれぞれ１個配列された構成を有し、一箇所の観測部位で脈波を計測する一点観測を適用しているので、単一の脈波の観測信号に基づいて、簡易な処理で運動時の瞬時脈拍を計測することができる。

なお、上述した各実施形態においては、生体情報検出装置１００が腕時計型の形状を有し、計測領域ＭＳを備えた機器本体１０１をユーザＵＳの手首ＵＳｈの手の甲側に密着するように装着する場合について説明したが、手の平側に密着するように装着するものであってもよい。ここで、上述した実施形態に示したように、手首の手の甲側に装着した場合には、手の平側に装着した場合に比較して、手首の筋の浮き上がり等による装着状態（計測領域の皮膚面への密着状態）の変化の影響を受けにくく、良好に脈波の観測信号を取得することができる。

また、上述した各実施形態においては、生体情報検出装置１００が腕時計型の形状を有し、ユーザＵＳの手首ＵＳｈに装着する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、計測領域ＭＳに所定のパターンで発光素子及び受光素子が配列された生体情報検出装置が、人体の動作中の脈波を観測できる部位に密着して装着されているものであればよく、例えば上述した手首や上腕等の腕部、指先を除く指部、耳朶、足首等の観測部位に、ベルト等により巻き付けたり、挟み込んだりして装着する形状を有するものであってもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

（付記）
［１］
利用者の観測部位の脈波に基づいて検出される観測信号を出力する検出部と、
前記利用者の動作に伴って計測される、予め設定された複数の軸方向の各々に対応した複数の加速度信号を出力する加速度計測部と、
前記複数の加速度信号を複数のパラメータに基づいて合成し、前記各パラメータの値を互いに異なる複数の値に設定したときの互いに異なる複数の合成加速度信号から、前記利用者の動作に基づいて前記観測信号に含まれている加速度成分に対応する特定の合成加速度信号を推定するパラメータ推定部と、
前記観測信号から前記特定の合成加速度信号を除いた差分信号から前記利用者の脈拍数を計算する脈拍数算出部と、
を有し、
前記パラメータ推定部は、前記複数の合成加速度信号と前記観測信号との相互相関係数の値に基づいて前記特定の合成加速度信号に対応する前記各パラメータの特定の値を推定することにより、前記特定の合成加速度信号を推定することを特徴とする生体情報検出装置である。

［２］
前記パラメータ推定部は、前記複数の合成加速度信号の各々に対する前記相互相関係数の値を取得し、該相互相関係数の値が極大となるときの前記各パラメータの値を前記特定の値として推定することを特徴とする［１］に記載の生体情報検出装置である。

［３］
前記複数のパラメータは、前記利用者の動作発生時点から当該動作の影響が前記観測信号に生じるまでの時間差に対応する第１のパラメータと、前記各加速度信号の前記各軸方向と前記観測部位における主要な血流方向との角度差に対応する第２のパラメータと、を含み、
前記パラメータ推定部は、前記特定の値として、前記第１のパラメータの特定の値と、前記第２のパラメータの特定の値と、を推定することを特徴とする［１］または［２］に記載の生体情報検出装置である。

［４］
前記利用者が動作していない静止状態において、前記検出部により検出される前記観測信号の振幅の値を静止時振幅として記憶している記憶部を有し、
前記複数のパラメータは、前記合成加速度信号の振幅を設定する比例係数としての第３のパラメータを含み、
前記パラメータ推定部は、前記静止時振幅と、前記観測信号と前記合成加速度信号との差分信号の振幅と、の比較に基づいて、前記特定の値として、前記第３のパラメータの特定の値を推定することを特徴とする［３］に記載の生体情報検出装置である。

［５］
前記加速度計測部は、前記利用者の前記観測部位の体表面に沿った、互いに直交する方向のｘ軸及びｙ軸と、前記ｘ軸及びｙ軸に直交する方向のｚ軸と、の３軸を前記複数の軸方向とし、前記複数の加速度信号として、前記ｘ軸方向の第１加速度信号と、前記ｙ軸方向の第２加速度信号と、前記ｚ軸方向の第３加速度信号と、を取得し、
前記パラメータ推定部は、少なくとも前記第１加速度信号と前記第２加速度信号に対して、前記各パラメータの特定の値を推定することを特徴とする［４］に記載の生体情報検出装置である。

［６］
前記検出部は、前記利用者の前記観測部位に対して光を照射する発光部と、該発光部から照射され前記観測部位で反射された光を受光して、前記観測信号を出力する受光部と、を有し、前記利用者の少なくとも一つの前記観測部位に対して前記観測信号を検出することを特徴とする［１］乃至［５］のいずれかに記載の生体情報検出装置である。

［７］
前記発光部は、光を出射する１乃至複数の発光素子を備え、前記受光部は、光を受光する１乃至複数の受光素子を備え、該発光部及び該受光部は、少なくとも前記発光素子又は前記受光素子のいずれか一方を複数備え、
前記検出部は、前記発光部から照射され前記利用者の互いに異なる複数の観測部位で反射された光を前記受光部で受光して、該複数の観測部位の各々に対応する複数の前記観測信号を出力し、
前記複数の観測信号から、振幅が前記静止時振幅に最も近似する特定の観測信号を選択する観測信号選択部を備え、
前記パラメータ推定部は、前記特定の観測信号に基づいて、前記複数のパラメータの特定の値を推定することを特徴とする［６］に記載の生体情報検出装置である。

［８］
前記観測信号選択部は、前記各加速度信号の振幅を所定の閾値と比較し、前記各加速度信号の振幅が前記閾値より大きいときに、前記複数の観測信号から前記特定の観測信号の選択を行うことを特徴とする［７］に記載の生体情報検出装置である。

［９］
前記脈拍数算出部により計算された前記脈拍数を表示する表示部を備えることを特徴とする［１］乃至［８］のいずれかに記載の生体情報検出装置である。

［１０］
利用者の観測部位の脈波に基づく観測信号を取得するとともに、当該利用者の動作に伴う、予め設定された複数の軸方向の各々に対応した複数の加速度信号を取得し、
前記複数の加速度信号を複数のパラメータに基づいて合成し、前記各パラメータの値を互いに異なる複数の値に設定したときの互いに異なる複数の合成加速度信号から、前記利用者の動作に基づいて前記観測信号に含まれている加速度成分に対応する特定の合成加速度信号を推定し、
前記観測信号から前記特定の合成加速度信号を除いた差分信号から前記利用者の脈拍数を計算し、
前記特定の合成加速度信号の推定を、前記複数の合成加速度信号と前記観測信号との相互相関係数の値に基づいて前記特定の合成加速度信号に対応する前記各パラメータの特定の値を推定することにより行うことを特徴とする生体情報検出方法である。

［１１］
前記複数のパラメータは、前記利用者の動作発生時点から当該動作の影響が前記観測信号に生じるまでの時間差に対応する第１のパラメータと、前記各加速度信号の前記各軸方向と前記観測部位における主要な血流方向との角度差に対応する第２のパラメータと、を含み、
前記複数のパラメータの特定の値として、前記第１のパラメータの特定の値と、前記第２のパラメータの特定の値と、を推定することを特徴とする［１０］に記載の生体情報検出方法である。

［１２］
前記複数のパラメータは、前記合成加速度信号の振幅を設定する比例係数としての第３のパラメータを含み、
前記利用者が動作していない静止状態で検出した前記観測信号の振幅の値を静止時振幅として記憶し、
前記複数のパラメータの特定の値として、前記静止時振幅と、前記観測信号と前記合成加速度信号との差分信号の振幅と、の比較に基づいて、前記第３のパラメータの特定の値を推定することを特徴とする［１１］に記載の生体情報検出方法である。

［１３］
コンピュータに、
利用者の観測部位の脈波に基づく観測信号を取得させるとともに、当該利用者の動作に伴う、予め設定された複数の軸方向の各々に対応した複数の加速度信号を取得させ、
前記複数の加速度信号を複数のパラメータに基づいて合成し、前記各パラメータの値を互いに異なる複数の値に設定したときの互いに異なる複数の合成加速度信号から、前記利用者の動作に基づいて前記観測信号に含まれている加速度成分に対応する特定の合成加速度信号を推定させ、
前記観測信号から前記特定の合成加速度信号を除いた差分信号から前記利用者の脈拍数を計算させ、
前記特定の合成加速度信号の推定を、前記複数の合成加速度信号と前記観測信号との相互相関係数の値に基づいて前記特定の合成加速度信号に対応する前記各パラメータの特定の値を推定することにより行わせることを特徴とする生体情報検出プログラムである。

［１４］
前記複数のパラメータは、前記利用者の動作発生時点から当該動作の影響が前記観測信号に生じるまでの時間差に対応する第１のパラメータと、前記各加速度信号の前記各軸方向と前記観測部位における主要な血流方向との角度差に対応する第２のパラメータと、を含み、
前記コンピュータに、
前記複数のパラメータの特定の値として、前記第１のパラメータの特定の値と、前記第２のパラメータの特定の値と、を推定させることを特徴とする［１３］に記載の生体情報検出プログラムである。

［１５］
前記複数のパラメータは、前記合成加速度信号の振幅を設定する比例係数としての第３のパラメータを含み、
前記コンピュータに、
前記利用者が動作していない静止状態で検出した前記観測信号の振幅の値を静止時振幅として記憶させ、
前記複数のパラメータの特定の値として、前記静止時振幅と、前記観測信号と前記合成加速度信号との差分信号の振幅と、の比較に基づいて、前記第３のパラメータの特定の値を推定させることを特徴とする［１４］に記載の生体情報検出プログラムである。

１０ 発光部（検出部）
１５ 発光制御部
２０ 受光部（検出部）
３０ 加速度計測部
４０ 信号増幅部
６０ メモリ部
６５ 静止時脈波振幅記録部（記憶部）
７０ 信号処理部（観測信号選択部、パラメータ推定部、脈拍数算出部）
８０ 表示部
１００ 生体情報検出装置
１０１ 機器本体
ＵＳ ユーザ
ＵＳｈ 手首
ＳＦ 皮膚面
ＭＳ 計測領域
Ｅ１〜Ｅ９ 発光素子
Ｒ１〜Ｒ４ 受光素子
Ｐｍ 観測部位

Claims (19)

1. 利用者の少なくとも１つの観測部位の脈波に基づいて検出される観測信号を出力する検出部と、
   前記利用者の動作に伴って計測される、互いに異なる複数の軸方向の各々に対応した複数の加速度信号を出力する加速度計測部と、
   前記複数の加速度信号を複数のパラメータに基づいて合成した合成加速度信号と前記観測信号との比較に基づいて、前記観測信号における前記利用者の動作に応じた加速度成分に対応する、前記各パラメータの値を推定するパラメータ推定部と、
   前記観測信号から前記各パラメータの前記特定の値に対応する特定の合成加速度信号を除いた差分信号から、前記利用者の脈拍数を生体情報として算出する脈拍数算出部と、
   を備えることを特徴とする生体情報検出装置。
2. 前記パラメータ推定部は、前記各パラメータの値を互いに異なる複数の値に設定したときの、互いに異なる複数の前記合成加速度信号と前記観測信号との相互相関係数の値に基づいて、前記各パラメータの前記特定の値を推定することを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
3. 前記パラメータ推定部は、前記複数の合成加速度信号の各々に対する前記相互相関係数の値を取得し、該相互相関係数の値が極大となるときの前記各パラメータの値を前記特定の値として推定することを特徴とする請求項２に記載の生体情報検出装置。
4. 前記複数のパラメータは、前記利用者の動作発生時点から当該動作の影響が前記観測信号に生じるまでの時間差に対応する第１のパラメータと、前記各加速度信号の前記各軸方向と前記観測部位における主要な血流方向との角度差に対応する第２のパラメータと、を含み、
   前記パラメータ推定部は、前記特定の値として、前記第１のパラメータの特定の値と、前記第２のパラメータの特定の値と、を推定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の生体情報検出装置。
5. 前記利用者が動作していない静止状態において、前記検出部により検出される前記観測信号の振幅の値を静止時振幅として記憶している記憶部を有し、
   前記複数のパラメータは、前記合成加速度信号の振幅を設定する比例係数としての第３のパラメータを含み、
   前記パラメータ推定部は、前記静止時振幅と、前記観測信号と前記合成加速度信号との前記差分信号の振幅と、の比較に基づいて、前記特定の値として、前記第３のパラメータの特定の値を推定することを特徴とする請求項４に記載の生体情報検出装置。
6. 前記加速度計測部は、
   前記複数の軸方向は、前記利用者の前記観測部位の体表面に沿った、互いに直交する方向のｘ軸及びｙ軸と、前記ｘ軸及びｙ軸に直交する方向のｚ軸と、を有し、
   前記複数の加速度信号として、前記ｘ軸方向の第１加速度信号と、前記ｙ軸方向の第２加速度信号と、前記ｚ軸方向の第３加速度信号と、を取得し、
   前記パラメータ推定部は、少なくとも前記第１加速度信号と前記第２加速度信号に対して、前記各パラメータの特定の値を推定することを特徴とする請求項５に記載の生体情報検出装置。
7. 前記検出部は、前記利用者の互いに異なる複数の前記観測部位の各々の脈波に基づく、複数の前記観測信号を出力し、
   前記生体情報検出装置は、前記複数の観測信号から、振幅が前記静止時振幅に最も近似する特定の観測信号を選択する観測信号選択部を備え、
   前記パラメータ推定部は、前記特定の観測信号に基づいて、前記複数のパラメータの特定の値を推定することを特徴とする請求項５に記載の生体情報検出装置。
8. 前記観測信号選択部は、前記複数の加速度信号の各々の振幅を所定の閾値と比較し、前記各加速度信号の振幅が前記閾値より大きいときに、前記複数の観測信号から前記特定の観測信号の選択を行うことを特徴とする請求項７に記載の生体情報検出装置。
9. 前記検出部は、前記利用者の複数の前記観測部位に対して光を照射する発光部と、該発光部から照射され前記観測部位で反射された光を受光して、前記観測信号を出力する受光部と、を有し、
   前記発光部は、光を出射する１乃至複数の発光素子を備え、
   前記受光部は、光を受光する１乃至複数の受光素子を備え、
   該発光部及び該受光部は、少なくとも前記発光素子又は前記受光素子のいずれか一方を複数備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の生体情報検出装置。
10. 前記脈拍数算出部により計算された前記脈拍数を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の生体情報検出装置。
11. 利用者の少なくとも１つの観測部位の脈波に基づく観測信号を取得するとともに、当該利用者の動作に伴う、互いに異なる複数の軸方向の各々に対応した複数の加速度信号を取得し、
    前記複数の加速度信号を複数のパラメータに基づいて合成した合成加速度信号と前記観測信号との比較に基づいて、前記観測信号における前記利用者の動作に応じた加速度成分に対応する、前記各パラメータの特定の値を推定し、
    前記観測信号から前記特定の合成加速度信号を除いた差分信号から、前記利用者の脈拍数を生体情報として計算することを特徴とする生体情報検出方法。
12. 前記各パラメータの前記特定の値の推定を、前記各パラメータの値を互いに異なる複数の値に設定したときの、互いに異なる複数の前記合成加速度信号と前記観測信号との相互相関係数の値に基づいて行うことを特徴とする請求項１１に記載の生体情報検出方法。
13. 前記各パラメータの前記特定の値の推定において、前記複数の合成加速度信号の各々に対する前記相互相関係数の値を取得し、該相互相関係数の値が極大となるときの前記各パラメータの値を、前記各パラメータの前記特定の値として推定することを特徴とする請求項１２に記載の生体情報検出方法。
14. 前記複数のパラメータは、前記利用者の動作発生時点から当該動作の影響が前記観測信号に生じるまでの時間差に対応する第１のパラメータと、前記各加速度信号の前記各軸方向と前記観測部位における主要な血流方向との角度差に対応する第２のパラメータと、を含み、
    前記複数のパラメータの特定の値として、前記第１のパラメータの特定の値と、前記第２のパラメータの特定の値と、を推定することを特徴とする請求項１１乃至１３の何れかに記載の生体情報検出方法。
15. 前記複数のパラメータは、前記合成加速度信号の振幅を設定する比例係数としての第３のパラメータを含み、
    前記利用者が動作していない静止状態で検出した前記観測信号の振幅の値を静止時振幅として記憶し、
    前記複数のパラメータの特定の値として、前記静止時振幅と、前記観測信号と前記合成加速度信号との前記差分信号の振幅と、の比較に基づいて、前記第３のパラメータの特定の値を推定することを特徴とする請求項１４に記載の生体情報検出方法。
16. コンピュータに、
    利用者の観測部位の脈波に基づく観測信号を取得させるとともに、当該利用者の動作に伴う、互いに異なる複数の軸方向の各々に対応した複数の加速度信号を取得させ、
    前記複数の加速度信号を複数のパラメータに基づいて合成した合成加速度信号と前記観測信号との比較に基づいて、前記観測信号に含まれている、前記利用者の動作に基づく加速度成分に対応する、前記各パラメータの特定の値を推定させ、
    前記観測信号から前記各パラメータの前記特定の値に対応する特定の合成加速度信号を除いた差分信号から、前記利用者の脈拍数を生体情報として計算させることを特徴とする生体情報検出プログラム。
17. 前記各パラメータの前記特定の値の推定を、前記各パラメータの値を互いに異なる複数の値に設定したときの、互いに異なる複数の前記合成加速度信号と前記観測信号との相互相関係数の値に基づいて行わせることを特徴とする請求項１６に記載の生体情報検出プログラム。
18. 前記複数のパラメータは、前記利用者の動作発生時点から当該動作の影響が前記観測信号に生じるまでの時間差に対応する第１のパラメータと、前記各加速度信号の前記各軸方向と前記観測部位における主要な血流方向との角度差に対応する第２のパラメータと、を含み、
    前記コンピュータに、
    前記複数のパラメータの特定の値として、前記第１のパラメータの特定の値と、前記第２のパラメータの特定の値と、を推定させることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の生体情報検出プログラム。
19. 前記複数のパラメータは、前記合成加速度信号の振幅を設定する比例係数としての第３のパラメータを含み、
    前記コンピュータに、
    前記利用者が動作していない静止状態で検出した前記観測信号の振幅の値を静止時振幅として記憶させ、
    前記複数のパラメータの特定の値として、前記静止時振幅と、前記観測信号と前記合成加速度信号との前記差分信号の振幅と、の比較に基づいて、前記第３のパラメータの特定の値を推定させることを特徴とする請求項１８に記載の生体情報検出プログラム。

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