JP7501633B2 - 生体情報取得装置、生体情報取得方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、生体情報取得装置、生体情報取得方法、および記録媒体に関し、特に、光を用いて生体に関する情報を取得する生体情報取得装置、生体情報取得方法、および記録媒体に関する。

１つの発光部と１つの受光部との組を用いて、生体に関する情報を取得する生体情報取得装置がある。生体情報取得装置は、用途に応じて、ランニングウォッチ、フィットネストラッカー、または活動量計と呼ばれる場合もある。特許文献１には、関連する技術の一例が記載されている。

生体に関する情報は、例えば、心拍数、血流量、または血中酸素濃度などの、心身の健康状態に係わる指標値である。脈拍の変動など、自律神経系の活動を反映する生体情報を検出する方法が広く知られている。さらに、脈拍の変動のような限られた生体情報から、モデルを通じて、生体の感情を推定することも可能になってきている（例えば、特許文献１）。

スマートフォンの健康管理アプリケーションおよびライフログ機能などと連携可能である、いわゆるスマートデバイスも数多く開発されている。例えば、スマートデバイスには、腕に装着するリストバンド型、および、足首に装着するアンクレット型がある。さらに、発光手段および受光手段を設けたフレキシブル基板を生体の皮膚に付着させる貼付型デバイスも登場している（例えば、特許文献２）。

さらに、１つ以上の発光手段と２つ以上の受光手段を備えたアレイ状センサを構築した貼付型のセンサデバイスが開発されている。このような貼付型のセンサデバイスの中には、スーパーバイオイメージャー（super bio imager）と呼ばれるものがある。スーパーバイオイメージャーは、アレイ状センサを構成する個々の受光手段から取得される生体信号を用いることにより、単一のセンサを備えた貼付型デバイスよりも、高度な処理（例えば統計的な演算）を行うことができる。そのため、スーパーバイオイメージャーは、脈拍をはじめとする生体情報を、より精確に取得することができる（非特許文献１）。なお、スーパーバイオイメージャーに限られず、１つ以上の発光手段と２つ以上の受光手段を備えたアレイ状センサを構築したセンサデバイスであれば、単一のセンサを備えた貼付型デバイスに対して、上述のメリットを享受する。

特表２０１８－５０４１８８号公報 特開２０１１－５０７４５号公報 国際公開第２０１８／１６７８５４号

Yokota, T., Nakamura, T., Kato, H. et al. "A conformable imager for biometric authentication and vital sign measurement.", Nat Electron (2020).

生体の体動に伴って、センサデバイスのねじれが生じる。また、生体に対するセンサデバイスの取り付け方も、ユーザごとに異なりうる。１つ以上の発光手段と２つ以上の受光手段を備えたアレイ状センサを構築したセンサデバイスでは、体動時のねじれ方、および、生体に対するセンサデバイスの取り付け方によって、受光手段ごとに発生するノイズの大きさは相違するため、生体信号から、体動によるアーティファクト等のノイズのみを完全に除去することは困難である。このことは、生体信号から生体に関する情報を精確に取得することを困難にする。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、１つ以上の発光手段と２つ以上の受光手段とを備えた貼付型デバイスから生体信号を受信する構成において、生体に関する情報を高精度に取得することにある。

本発明の一態様に係わる生体情報取得装置は、１つ以上の発光手段を特定の周波数で調光させる変調手段と、２つ以上の受光手段が生体から受光した光に基づく生体信号を受信する受信手段と、前記生体信号における前記特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光手段から取得した前記生体信号の強度を調整する調整手段とを備えている。

本発明の一態様に係わる生体情報取得方法は、１つ以上の発光手段を特定の周波数で調光させ、２つ以上の受光手段が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、前記生体信号における前記特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光手段から取得した前記生体信号の強度を調整することを含む。

本発明の一態様に係わる記録媒体は、１つ以上の発光手段を特定の周波数で調光させることと、２つ以上の受光手段が生体から受光した光に基づく生体信号を受信することと、前記生体信号における前記特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光手段から取得した前記生体信号の強度を調整することとをコンピュータに実行させるためのプログラムを格納している。

本発明の一態様によれば、１つ以上の発光手段と２つ以上の受光手段とを備えた貼付型デバイスから生体信号を受信する構成において、生体に関する情報を高精度に取得することができる。

全実施形態に共通するシステムの構成を模式的に示す。 全実施形態に共通するシステムが備えた貼付型デバイスの構成の一例を示すブロック図である。 全実施形態に共通するシステムが備えた貼付型デバイスの一例を平面視したときの見え方を示す図である。 全実施形態に共通するシステムが備えた貼付型デバイスの一変形例を示す平面図である。 図４に示す貼付型デバイスの構成を示す断面図である。 実施形態１に係わる生体情報取得装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施形態１に係わる生体情報取得装置の変調部が生成する変調信号の一例を示す。 実施形態１に係わる生体情報取得装置の変調部制御信号が変調される前に、受信部が受信する生体信号の一例を示すグラフである。 実施形態１に係わる生体情報取得装置の変調部制御信号が変調された後に、受信部が受信する生体信号の一例を示すグラフである。 生体信号をフーリエ変換することによって得られたパワースペクトルの一例を示すグラフである。 実施形態１に係わる生体情報取得装置の調整部によって平準化された生体信号の一例を示すグラフである。 実施形態１に係わる貼付型デバイスの構成の変形例１を示す断面図である。 実施形態１に係わる貼付型デバイスの構成の変形例２を示す断面図である。 実施形態１に係わる貼付型デバイスの構成の変形例３を示す断面図である。 実施形態１に係わる貼付型デバイスの構成の変形例４を示す断面図である。 実施形態２に係わる生体情報取得装置の構成を示すブロック図である。 実施形態３に係わる生体情報取得装置の構成を示すブロック図である。 実施形態４に係わる生体情報取得装置の構成を示すブロック図である。 実施形態１から４のいずれかに係わる生体情報取得装置のハードウェア構成を示す図である。

以下において、いくつかの実施形態について説明する。しかし、その前に、全実施形態に共通する構成について説明する。

〔全実施形態に共通〕
（システム１）
図１から図３を参照して、後述する全実施形態に共通の構成を説明する。

図１は、全実施形態に共通して適用可能なシステム１の構成を概略的に示す。図１に示すように、システム１は、生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）、および貼付型デバイス１０を備えている。生体情報取得装置１００は、実施形態１に係る生体情報取得装置で、全実施形態に係る生体情報取得装置の最小構成でもある。

図２は、貼付型デバイス１０の構成の一例を示すブロック図である。一例では、貼付型デバイス１０は、生体（人体など）の皮膚に貼付される。図２に示すように、貼付型デバイス１０は、１つ以上の発光部１１および２つ以上の受光部１２を備えている。図２では、ｎ（ｎは２以上の整数）個の受光部１２が示されている。１つ以上の発光部１１は、ＡＦＥ（Analog Front End）のドライバによって制御される。１つ以上の発光部１１は、生体の皮膚に向けて、特定の波長域（例えば、可視または近赤外）の光を出射する。

貼付型デバイス１０が複数の発光部１１を備えている場合、複数の発光部１１は、同じ波長の光を出射してもよいし、異なる波長域の光を出射してもよい。

図３は、貼付型デバイス１０の平面図である。図３に示すように、ＡＦＥ、発光部１１および受光部１２は、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）上に配置されている。なお、図３のセンサエリア上における受光部１２の数および配置、並びに、発光部１１と受光部１２との間の位置関係は、いずれも単なる一例である。

１つ以上の発光部１１から出射された光の一部は、生体の皮膚で反射し、他の一部は、生体の皮膚を透過する。生体の皮膚を透過した光は、生体内の組織を構成する様々な要素（例えば血液中のヘモグロビン）によって部分的に吸収され、あるいは散乱されたのち、生体の皮膚を再び通って、生体外へ放出される。

貼付型デバイス１０が備えた２つ以上の受光部１２は、それぞれ、生体からの光を受光する。２つ以上の受光部１２は、生体から受光した光に基づくアナログの生体信号を、ＡＦＥのＡ／Ｄコンバータへ出力する。アナログの生体信号は、Ａ／Ｄコンバータによって、デジタルの生体信号に変換されたのち、貼付型デバイス１０のコントローラへ送信される。

貼付型デバイス１０のコントローラは、生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）と、無線または有線で通信することにより、生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）へ、生体から受光した光に基づく生体信号を送信する。

生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）は、生体からの光に基づく生体信号を、貼付型デバイス１０のコントローラから受信する。そして、生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）は、受信生体信号から、生体に関する情報を取得する。生体に関する情報は、例えば、心拍数、血流量、または血中酸素濃度などの、心身の健康状態に係わる指標値である。なお、生体情報取得装置１００（２００、３００、４００）の構成及び動作について、後述する各実施形態において詳細に説明する。

（変形例）
図４および図５を参照して、図３に示す貼付型デバイス１０の一変形例について説明する。
（貼付型デバイス１０Ａ）
図４は、一変形例に係わる貼付型デバイス１０Ａの一例を示す平面図である。図４に示すように、貼付型デバイス１０Ａは、１つの発光部１１（符号Ｐ_１で示す）および２つの受光部１２（符号Ｓ_１、Ｓ_２で示す）を備えている。発光部１１および受光部１２は、ＦＰＣ（フレキシブル基板とも呼ぶ）上に配置されている。フレキシブル基板の表面の端部は、両面に粘着性のある粘着シートに対して接着している。図４に示す平面図において、粘着シートには、中央部分に矩形の穴が形成されており、粘着シートの穴の中に、発光部１１および受光部１２が配置されている。

図５は、生体（一例では人体）の皮膚に貼付された貼付型デバイス１０Ａの断面図である。図５に示すように、貼付型デバイス１０Ａは、１つの発光部１１および２つの受光部１２を生体側に向けて、粘着シートによって、生体の皮膚に貼り付けられている。発光部１１は、生体に向けて、光を出射する。２つの受光部１２は、それぞれ、生体からの光を受光する。

２つの受光部１２は、受光した光に基づく生体信号を、無線または有線で、後述する実施形態１に係わる生体情報取得装置１００へ送信する。

〔実施形態１〕
図６から図８を参照して、実施形態１について説明する。
（生体情報取得装置１００）
図６は、本実施形態１に係わる生体情報取得装置１００の構成を示すブロック図である。図６に示すように、生体情報取得装置１００は、変調部１１０、受信部１２０、および調整部１３０を備えている。

変調部１１０は、１つ以上の発光部１１（発光手段の一例である）を特定の周波数で調光させる。変調部１１０は、変調手段の一例である。ここでの調光とは、１つ以上の発光部１１の発光の強度を周期的に変化させることを意味する。一例では、貼付型デバイス１０あるいは貼付型デバイス１０Ａ（以下、「貼付型デバイス１０（１０Ａ）と記載する」）のドライバ（図１）から、１つ以上の発光部１１を制御するための制御信号が出力されている。１つ以上の発光部１１は、制御信号によって、ＯＮ（点灯）またはＯＦＦ（消灯）する。他の一例では、変調部１１０は、１つ以上の発光部１１のＯＮ／ＯＦＦ（すなわち明滅）を切り替える代わりに、１つ以上の発光部１１の明暗を周期的に変化させる。

変調部１１０は、受信部１２０から、生体信号を受信したことの通知を受け取ったとき、１つ以上の発光部１１を制御するための制御信号を、特定の周波数で変調する。ここで、特定の周波数は、貼付型デバイス１０（１０Ａ）の使用環境または使用者に応じて、予め設定されている。なお、特定の周波数を決定する方法の一例を、のちに説明する。

変調部１１０は、貼付型デバイス１０（１０Ａ）のドライバに対し、特定の周波数で制御信号を変調させるように指示する。貼付型デバイス１０（１０Ａ）のドライバは、特定の周波数で変調された制御信号（以下、変調信号と呼ぶ）を、１つ以上の発光部１１へ出力する。

変調部１１０は、同一の波長で発光する複数の発光部１１を、同一の周波数で調光させてもよい。あるいは、変調部１１０は、互いに異なる波長で発光する複数の発光部１１を、互いに異なる周波数で調光させてもよい。あるいはまた、変調部１１０、同一の波長で発光する複数の発光部１１を、互いに異なる周波数で調光させてもよい。

図７は、変調部１１０が出力する変調信号の一例を示す。図７に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。図７では、特定の周波数が、符号Ｐ_１で表されている。１つ以上の発光部１１は、図７に示す変調信号の波の上端に達するごとにＯＮ、また変調信号の波の下端に達するごとにＯＦＦ、と交互に切り替えられる。

このように、変調部１１０は、貼付型デバイス１０（１０Ａ）のドライバから出力される制御信号を変調する。つまり、変調部１１０は、特定の周波数Ｐ_１に対応する周期、すなわち１／Ｐ_１ごとに、１つ以上の発光部１１の点灯と消灯とを切り替える。

変調部１１０は、制御信号を変調させていることを、調整部１３０に対して通知する。

受信部１２０は、２つ以上の受光部１２（受光手段の一例である）が生体から受光した光に基づく生体信号を受信する。受信部１２０は、受信手段の一例である。一例では、受信部１２０は、上述した貼付型デバイス１０（１０Ａ）の２つの受光部１２から、２つの生体信号を受信する。受信部１２０は、受光部１２から生体信号を受信したことを、変調部１１０に対して通知する。

図８は、変調部１１０が制御信号を変調する前に、受信部１２０が２つの受光部１２から受信する２つの生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）の一例を示す。

一方、図９は、変調部１１０が制御信号を変調した後に、受信部１２０が２つの受光部１２から受信する２つの生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）の一例を示す。図９に示すように、変調信号（図７）の周波数Ｐ_１に基づく変動が、図８に示す生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）に対して重畳されている。受信部１２０は、図９に示す２つの生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）を、調整部１３０へ出力する。

調整部１３０は、生体信号における特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整する。調整部１３０は、調整手段の一例である。

一例では、調整部１３０は、受信部１２０から、２つの生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）を受信する。調整部１３０は、フーリエ変換によって、時間領域から周波数領域へ、２つの生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）を移行する。

図１０は、図９に示す２つの生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）をそれぞれフーリエ変換することによって得られたパワースペクトル（Ｓ´_１、Ｓ´_２）の一例を示すグラフである。図９に示す２つのパワースペクトル（Ｓ´_１、Ｓ´_２）において、４０－２００Ｈｚのあたりには、生体の心拍数に基づく周波数成分（以下、心拍数成分と呼ぶ）が存在する。また、図９に示す、２つのパワースペクトル（Ｓ´_１、Ｓ´_２）において、約１ｋＨｚあたりには、特定の周波数成分が存在する。２つのパワースペクトル（Ｓ´_１、Ｓ´_２）における特定の周波数成分は、変調信号（図７）の周波数Ｐ_１と対応する。すなわち、２つのパワースペクトル（Ｓ´_１、Ｓ´_２）における特定の周波数成分は、変調部１１０がドライバの制御信号を変調することによって生じている。

調整部１３０は、２つのパワースペクトル（Ｓ´_１、Ｓ´_２）における特定の周波数成分の大きさに基づいて、２つの生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）を平準化する。より詳細には、調整部１３０は、一方のパワースペクトル（Ｓ´_１）における特定の周波数成分の大きさにより、生体信号（Ｓ_１）の強度を除算する。同様に、調整部１３０は、他方のパワースペクトル（Ｓ´_２）における特定の周波数成分の大きさにより、生体信号（Ｓ_２）の強度を除算する。

図１１は、調整部１３０によって強度を調整された後の２つの生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）を示す。調整部１３０は、強度を調整された後の２つの生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）（図１１）を出力する。

上述した貼付型デバイス１０および貼付型デバイス１０Ａ（図４）はどちらも単なる一例である。貼付型デバイス１０（１０Ａ）とは異なるいくつかの変形例を、以下で説明する。

（変形例１）
図１２は、変形例１に係わる貼付型デバイス１０Ｂの一例を示す。本変形例１に係わる貼付型デバイス１０Ｂでは、透明な（あるいは半透明の）基板（図４ではＦＰＣに相当）に対し、１つの発光部１１と、２つ以上の受光部１２とが、互いに反対側の面上に配置されている。発光部１１は、基板の裏面（すなわち生体に向かない面）全体に設けられている。一例では、発光部１１は、複数の光源（チップＬＥＤ（light emitting diode）など）を、表面が鏡面になったプリント基板（図１２に示す基板とは異なる）上に正方格子点上に配列し、それらの光源の周囲を、内面をミラーコートした板で作った枠で囲む。こうすることで、複数の光源からの光を鏡面で乱反射させた上、生体側に放出させることによって、面発光を実現する。１つの発光部１１から出射された光は、透明または半透明の基板を透過して、生体に照射される。ただし、本変形例１では、図１２に示すように複数の受光部１２が設けられている場合、受光部１２同士の間が十分に離間されることで、１つの発光部１１から出射された光は、受光部１２同士の間を生体側に通り抜ける。

本変形例１の構成によれば、１つの発光部１１により、生体の広範囲に光を照射することができるため、生体情報取得装置１００は、生体の広範囲から、生体に関する情報を取得できる。

（変形例２）
図１３は、変形例２に係わる貼付型デバイス１０Ｃの一例を示す。本変形例２に係わる貼付型デバイス１０Ｃでは、変形例１に係わる貼付型デバイス１０Ｂと同様に、透明な（あるいは半透明の）基板（図４ではＦＰＣに相当）に対し、２つの発光部１１と、多数の受光部１２とが、互いに反対側の面上に配置されている。さらに、本変形例２に係わる貼付型デバイス１０Ｃでは、２つの発光部１１の間に、導光板が配置されている。２つの発光部１１から出射された光は、導光板内で拡散される。また、導光板の内面（生体を向いている面）には、インクジェット印刷またはレーザー加工で微細な構造が設けられている。光の一部が構造によって散乱されて、導光板内から生体側へ出射する。本変形例２の構成によれば、多数の受光部１２を基板の裏面の全体に設けた変形例１の構成（図１２）と同等の効果を得られる。ただし、本変形例２では、図１３に示すように複数の受光部１２が設けられている場合、受光部１２同士の間が十分に離間されることで、１つ以上の発光部１１から出射された光は、受光部１２の間を生体側に通り抜ける。

（変形例３）
図１４は、変形例３に係わる貼付型デバイス１０Ｄの一例を示す。本変形例３に係わる貼付型デバイス１０Ｄでは、２つの発光部１１および導光板が、多数の受光部１２と同じ基板の表面に設けられている。より詳細には、本変形例３に係わる貼付型デバイス１０Ｄでは、多数の受光部１２および２つの発光部１１が、透明または半透明の基板の表面上にこの順で積層している。一例では、導光板には、それぞれの受光部１２と対応する位置にピンホールが設けられており、導光板内からピンホールを通じて光が漏れ出ないように、各ピンホールの周面には、遮光部材が設けられている。これにより、多数の受光部１２はピンホールを通じて、生体からの光を受光できる。あるいは、導光板が透明または半透明である場合、生体から導光板に向かった光の一部は、ピンホールを介さずとも、導光板を透過して、２つの受光部１２のそれぞれに入射する。なお、２つの発光部１１から、導光板の端部に入射した光は、導光板の内外の屈折率差によって、全反射される（いわゆる導波モードが立つ）ため、導光板が透明または半透明であっても、導光板内の全体に拡散する。

本変形例３の構成によれば、２つの発光部１１と、多数の受光部１２とを、基板の同一面上に、一体で設置することができる。２つの発光部１１は、生体に対し、導光板を介して、光を照射することができる。また、多数の受光部１２は、導光板のピンホールを介して、あるいは透明または半透明な導光板を通じて、生体から光を受光することができる。

（変形例４）
図１５は、変形例４に係わる貼付型デバイス１０Ｅの一例を示す。本変形例４に係わる貼付型デバイス１０Ｅでは、２つの発光部１１および多数の受光部１２が、基板の表面に設けられている。また、本変形例４に係わる貼付型デバイス１０Ｅでは、２つの発光部１１が離間して、受光部１２の間にそれぞれ配置されている。なお、それぞれの発光部１１と両側の受光部１２との間には、遮光部材が設けられていることが好ましい。これにより、発光部１１からの光が受光部１２に直接的に入射することを防止できる。

本変形例４の構成によれば、２つの発光部１１は、変形例３の構成と同様に、生体に対し、基板を介さずに光を照射できる。さらに、２つの発光部１１は、受光部１２により覆われていないので、生体に対し、直接に光を照射することができる。

（本実施形態の効果）
本実施形態の構成によれば、変調部１１０は、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させ、受信部１２０は、２つ以上の受光部１２が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、調整部１３０は、生体信号における特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整する。

生体情報を精確に取得するために、生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）の強度は、ほぼそろっていることが望ましい。しかしながら、生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）を単純に規格化することは困難である。その理由は、生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）のどちらにも、脈拍のほかに、体動によるアーティファクト（以下、体動アーティファクトと呼ぶ）が乗っている可能性があるからである。生体に対する貼付型デバイス１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ）の取り付け方によって、生体信号のおける脈拍の成分の大きさが受光部１２ごとに異なる。また、体動に伴って、貼付型デバイス１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ）のねじれが生じる。このねじれ方、および、生体に対する貼付型デバイス１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ）の取り付け方によって、受光部１２ごとに発生するノイズの大きさは相違するから、生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）から、体動アーティファクト等のノイズのみを完全に除去することは困難である。

そこで、生体情報取得装置１００では、変調部１１０が、生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）を、特定の周波数で変調する。特定の周波数は、生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）における脈拍の成分、および、体動アーティファクト等のノイズの影響が及ばない帯域から選択することができる。このように、生体情報取得装置１００の変調部１１０が、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させるので、生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）には、特定の周波数の成分が含まれている。調整部１３０は、特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）の強度を調整することで、生体信号（Ｓ_１、Ｓ_２）の間の強度を平準化する。これにより、生体情報取得装置１００は、生体に関する情報を高精度に取得することができる。

〔実施形態２〕
図１６を参照して、実施形態２について説明する。図１６は、本実施形態２に係わる生体情報取得装置２００の構成を示すブロック図である。図１６に示すように、生体情報取得装置２００は、変調部１１０、受信部１２０、および調整部１３０に加えて、分析部２４０をさらに備えている。すなわち、本実施形態２に係わる生体情報取得装置２００の構成は、分析部２４０を備えている点で、前記実施形態１に係わる生体情報取得装置１００の構成とは異なる。

本実施形態２では、前記実施形態１において、同一の符号を付して説明した構成要素に関して、説明を省略する。

分析部２４０は、生体信号に基づいて、生体の心身に関する状態を分析する。分析部２４０は、分析手段の一例である。一例では、分析部２４０は、生体信号から、生体の組織の光吸収スペクトルを算出してもよい。あるいは、分析部２４０は、生体信号から生体の一部分（例えば血管）の振動の周期または収縮の周期を算出してもよい。あるいはまた、分析部２４０は、生体信号から、生体の組織の一要素（例えば血液中のヘモグロビン）の量、密度、および濃度（成分比率）のうち、少なくともいずれか１つの指標値を算出する。そして、分析部２４０は、算出した少なくとも１つの指標値と、それぞれの指標値と対応する基準値とを比較することによって、生体の心身に関する状態を推定する。例えば、分析部２４０は、ある指標値が、対応する基準値からプラスマイナスαパーセント（αは例えば５～１０程度の大きさの定数）以上離れている場合、指標値が指し示す生体の心身に関する状態に異常があると判定する。例えば、生体の心身に関する状態とは、身体の健康、脳の活動（活性化）、感情、精神の安定、栄養素の過不足、または睡眠の過不足についての各状態である。なお、生体の心身に関する状態の具体例を、実施形態２および３において説明する。

分析部２４０は、生体の心身に関する状態を示す情報を、生体信号の分析結果として出力する。一例では、分析部２４０は、図示しないスマートデバイスのディスプレイの画面上に、生体の心身に関する情報を表示する。

（本実施形態の効果）
本実施形態の構成によれば、変調部１１０は、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させ、受信部１２０は、２つ以上の受光部１２が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、調整部１３０は、生体信号における特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整する。

このように、生体情報取得装置２００では、変調部１１０が、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させるので、生体信号には、特定の周波数の成分が含まれている。調整部１３０は、特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整することで、生体信号の間の強度を平準化する。体動アーティファクト等のノイズの影響が及ばない、あるいはその影響が小さい帯域から特定の周波数を選択することにより、生体情報取得装置２００は、生体に関する情報を高精度に取得することができる。

さらに、本実施形態の構成によれば、分析部２４０は、生体信号に基づいて、生体の心身に関する状態を分析する。そのため、生体情報取得装置２００は、生体の心身に関する状態の分析結果を、生体情報取得装置２００のユーザへ提供することができる。

〔実施形態３〕
図１７を参照して、実施形態３について説明する。図１７は、本実施形態３に係わる生体情報取得装置３００の構成を示すブロック図である。図１７に示すように、生体情報取得装置３００は、変調部１１０、受信部１２０、および調整部１３０に加えて、分析部３４０をさらに備えている。本実施形態３に係わる分析部３４０は、計測部３４０１を備えている。

本実施形態３では、前記実施形態１または２において、同一の符号を付して説明した構成要素に関して、説明を省略する。

分析部３４０の計測部３４０１は、生体信号に基づいて、生体の心拍数および血流量の少なくとも一方を計測する。計測部３４０１は、計測手段の一例である。

一例では、計測部３４０１は、生体信号に基づいて、近赤外光の反射量を算出する。近赤外光の反射量は、血液中のヘモグロビンが近赤外光を吸収したことによって変化する（特許文献２参照）。計測部３４０１は、近赤外光の反射量の変化に基づいて、生体の心拍数を計測する。計測部３４０１は、生体の心拍数の計測結果を出力する。

あるいは、血液中のヘモグロビンの含有量が基準値と等しいと仮定する。また、血管の太さも仮定する。この場合、計測部３４０１は、近赤外光の反射量の変化に基づいて、血流量を計測してもよい（特許文献２参照）。計測部３４０１は、生体中の血流量の計測結果を出力する。

生体の心拍数または生体の血流量の計測結果は、生体の心身に関する状態を示す情報の一例である。また、生体の心拍数または生体の血流量の計測結果は、前記実施形態２で説明した生体の分析結果の一例でもある。

（本実施形態の効果）
本実施形態の構成によれば、変調部１１０は、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させ、受信部１２０は、２つ以上の受光部１２が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、調整部１３０は、生体信号における特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整する。

このように、生体情報取得装置３００では、変調部１１０が、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させるので、生体信号には、特定の周波数の成分が含まれている。調整部１３０は、特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整することで、生体信号の間の強度を平準化する。体動アーティファクト等のノイズの影響が及ばない、あるいはその影響が小さい帯域から特定の周波数を選択することにより、生体情報取得装置３００は、生体に関する情報を高精度に取得することができる。

さらに、本実施形態の構成によれば、分析部３４０は、生体信号に基づいて、生体の心身に関する状態を分析する。そのため、生体情報取得装置３００は、生体の心身に関する状態の分析結果を、生体情報取得装置３００のユーザへ提供することができる。

分析部３４０は、生体信号に基づいて、生体の心拍数および血流量の少なくとも一方を計測する計測部３４０１を備えている。そのため、生体情報取得装置３００は、生体の心拍数および血流量の少なくとも一方の計測結果を、生体情報取得装置３００のユーザへ提供することができる。

〔実施形態４〕
図１８を参照して、実施形態４について説明する。図１８は、本実施形態４に係わる生体情報取得装置４００の構成を示すブロック図である。図１８に示すように、生体情報取得装置４００は、変調部１１０、受信部１２０、および調整部１３０に加えて、分析部４４０をさらに備えている。本実施形態４に係わる分析部４４０の構成は、推定部４４０１を備えている点で、前記実施形態２に係わる分析部２４０の構成とも、前記実施形態３に係わる分析部３４０の構成とも異なる。

本実施形態４では、前記実施形態１から３の少なくともいずれかにおいて、同一の符号を付して説明した構成要素に関して、説明を省略する。

推定部４４０１は、生体信号に基づいて、生体の感情を推定する。推定部４４０１は、推定手段の一例である。一例では、推定部４４０１は、前記実施形態３に係わる計測部３４０１と同様に、生体信号に基づいて、近赤外光の反射量を算出する。推定部４４０１は、近赤外光の反射量の変化に基づいて、生体の心拍数を計測する。

さらに、推定部４４０１は、生体の心拍数の変化を計測する。交感神経が興奮すると、心臓では心筋収縮力の増強と心拍数の増加が起こって、心拍出量が増大し、さらに全身の末梢血管は収縮する。交感神経の興奮は、例えば、興奮・怒り・不安などの情動と紐づいている。推定部４４０１は、心拍数およびその変化と心的状態（感情）との間の対応関係を示すテーブルを参照し、生体の心拍数の変化に基づいて、生体の様々な心的状態（感情）を推定する。そして、推定部４４０１は、生体の心的状態に関する推定結果を出力する。

（本実施形態の効果）
本実施形態の構成によれば、変調部１１０は、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させ、受信部１２０は、２つ以上の受光部１２が生体から受光した光に基づく生体信号を受信し、調整部１３０は、生体信号における特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整する。

このように、生体情報取得装置４００では、変調部１１０が、１つ以上の発光部１１を特定の周波数で調光させるので、生体信号には、特定の周波数の成分が含まれている。調整部１３０は、特定の周波数の成分に基づいて、個々の受光部１２から取得した生体信号の強度を調整することで、生体信号の間の強度を平準化する。体動アーティファクト等のノイズの影響が及ばない、あるいはその影響が小さい帯域から特定の周波数を選択することにより、生体情報取得装置４００は、生体に関する情報を高精度に取得することができる。

さらに、本実施形態の構成によれば、分析部４４０は、生体信号に基づいて、生体の心身に関する状態を分析する。そのため、生体情報取得装置４００は、生体の心身に関する状態の分析結果を、生体情報取得装置４００のユーザへ提供することができる。

分析部４４０は、生体信号に基づいて、生体の感情を推定する推定部４４０１を備えている。そのため、生体情報取得装置４００は、生体の感情の推定結果を、生体情報取得装置４００のユーザへ提供することができる。

〔ハードウェア構成〕
前記実施形態１～４で説明した生体情報取得装置１００～４００の各構成要素は、機能単位のブロックを示している。これらの構成要素の一部又は全部は、例えば図１９に示すような情報処理装置９００により実現される。図１９は、情報処理装置９００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

図１９に示すように、情報処理装置９００は、一例として、以下のような構成を含む。

・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０１
・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９０２
・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９０３
・ＲＡＭ９０３にロードされるプログラム９０４
・プログラム９０４を格納する記憶装置９０５
・記録媒体９０６の読み書きを行うドライブ装置９０７
・通信ネットワーク９０９と接続する通信インタフェース９０８
・データの入出力を行う入出力インタフェース９１０
・各構成要素を接続するバス９１１
前記実施形態１～４で説明した生体情報取得装置１００～４００の各構成要素は、これらの機能を実現するプログラム９０４をＣＰＵ９０１が読み込んで実行することで実現される。各構成要素の機能を実現するプログラム９０４は、例えば、予め記憶装置９０５やＲＯＭ９０２に格納されており、必要に応じてＣＰＵ９０１がＲＡＭ９０３にロードして実行される。なお、プログラム９０４は、通信ネットワーク９０９を介してＣＰＵ９０１に供給されてもよいし、予め記録媒体９０６に格納されており、ドライブ装置９０７が当該プログラムを読み出してＣＰＵ９０１に供給してもよい。

上記の構成によれば、前記実施形態１～４において説明した生体情報取得装置１００～４００が、ハードウェアとして実現される。したがって、前記実施形態１～４において説明した効果と同様の効果を奏することができる。

本発明は、生体に関する情報を取得および／または分析する装置、例えば、ユーザの心拍数または血流量を計測する心拍数計測装置、および、ユーザの感情を推定する感情推定装置に利用することができる。

１００ 生体情報取得装置
１１０ 変調部
１２０ 受信部
１３０ 調整部
２００ 生体情報取得装置
２４０ 分析部
３００ 生体情報取得装置
３４０ 分析部
３４０１ 計測部
４００ 生体情報取得装置
４４０ 分析部
４４０１ 推定部

Claims (9)

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

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