JPH11128184A - 反射型光電脈波検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生体に照射され、生体中で散乱されて受光素
子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱され
る深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることによ
り、測定精度のよい反射型光電脈波検出装置を提供す
る。 【解決手段】 発光素子駆動回路３０により、２種類の
波長の光を発光する２種類の発光素子の発光強度が漸次
変化させられて、それらの発光素子が発光させられ、生
体中の異なる深度で散乱を受けて体表面から射出される
射出光が受光素子により受光される。交直成分比算出手
段６６においてその射出光の交直成分比が算出され、最
適発光強度決定手段６７において、その交直成分比の発
光強度に対する変化曲線の変曲点に基づいて最適発光強
度が決定される。上記変曲点は散乱光が末梢血管の密度
が急に濃くなっている深度での散乱であることを示して
いるので、生体に照射される２つの波長の光の散乱光が
散乱される深度を自動的に揃えることができ、反射型光
電脈波検出装置の測定精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体に装着され
て、その表皮下の末梢血管から得られる生体情報たとえ
ば酸素飽和度あるいはヘマトクリット値などの情報を含
む光電脈波を検出する反射型光電脈波検出装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】生体の表皮下の末梢血管から得られる生
体情報を検出するために生体に装着されて、その生体表
皮の所定部位に複数種類の波長の光を照射し、表皮下の
生体組織中で乱反射され、その所定部位から射出される
後方散乱光すなわち光電脈波を検出する反射型光電脈波
検出装置が知られている。たとえば、酸素飽和度測定に
用いられる反射型光電脈波検出装置では、発光素子とし
て酸化ヘモグロビンと無酸素化ヘモグロビンの吸光係数
が大きく異なる波長の赤色光を発光する発光素子と、酸
化ヘモグロビンと無酸素化ヘモグロビンの吸光係数が略
同じとなる波長の赤外光を発光する発光素子の２種類の
発光素子が用いられ、生体の体表面下の真皮または皮下
組織中の末梢血管からの散乱光を含む光電脈波に基づい
て酸素飽和度が算出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、生体に
対して照射される光が生体中で散乱を受けて体表面から
射出される光電脈波が、体表面からどのくらいの深度で
の散乱光を主として含むかは、表皮下への浸透深さに起
因し、その浸透深さは照射される光の波長および光の強
度によって異なっている。そのため、異なる複数種類の
波長の光が生体に対して照射され、その生体中での散乱
光が受光素子に受光された場合には、ハウジング内にお
いて複数種類の発光素子と受光素子との間の距離が略等
しいと、それぞれ異なる深度の情報を反映している場合
があり、測定の精度が得られない場合があった。また、
表皮および真皮の厚さは、性別、年齢或いは個人によっ
て差があり、また生体の部位によっても異なる。さら
に、体表面下のどのくらいの深度での散乱光が受光素子
により主として受光されるかは、発光素子と受光素子の
位置関係によっても異なってくる。そのため最適な深度
での散乱光により生体情報を測定していない場合もあっ
た。

【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであって、その目的とするところは、生体に照射さ
れ、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数
種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な
深度に自動的に揃えることにより、測定精度のよい反射
型光電脈波検出装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための第１の手段】かかる目的を達成
するための第１発明の要旨とするところは、ハウジング
と、該ハウジングに収容されて生体の表皮に向かって複
数種類の波長の光を照射する複数種類の発光素子と、該
ハウジング内において遮光壁を介して該発光素子から所
定距離離れた位置に収容され、該複数種類の発光素子か
らの光が該生体表皮下で散乱を受けて体表面から射出さ
れる複数種類の波長の光を受光する受光素子とを備え、
該複数種類の波長の射出光に基づいて生体情報を得るた
めの光電脈波をそれぞれ検出する反射型光電脈波検出装
置であって、（ａ）前記複数種類の発光素子に順次駆動
電流を供給し、且つ該発光素子のそれぞれの発光強度を
調節することが可能な発光素子駆動回路と、（ｂ）前記
受光素子により検出された射出光の交流成分と直流成分
の比を前記波長毎にそれぞれ算出する交直成分比算出手
段と、（ｃ）前記受光素子により検出された射出光から
前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直
流成分の比と前記発光素子駆動回路によって駆動される
発光素子の発光強度との関係を波長毎に求め、その関係
から、前記波長毎にそれぞれ最適発光強度を決定する最
適発光強度決定手段と、（ｄ）前記光電脈波の検出に先
立って、該最適発光強度決定手段により決定された最適
発光強度で前記発光素子駆動回路に前記複数種類の発光
素子をそれぞれ発光させる最適発光強度調節手段とを、
含むことにある。

【０００６】

【第１発明の効果】このようにすれば、発光素子駆動回
路により、それぞれの波長の光を発光する発光素子の発
光強度が調節させられてその発光素子が発光させられ、
発光強度の変化によって、生体中の異なる深度で散乱を
受けた射出光が受光素子により検出される。受光された
射出光は、交直成分比算出手段において交流成分と直流
成分の比が算出され、最適発光強度決定手段において、
その交流成分と直流成分の比の発光強度に対する変化曲
線に基づいて最適発光強度が決定され、生体情報を測定
するために光電脈波が検出される状態では、最適発光強
度調節手段により発光素子が最適発光強度で発光させら
れる。交流成分と直流成分の比の発光強度に対する変化
曲線は、散乱光が散乱される深度における末梢血管の密
度に関連して変化する。従って、その変化曲線に基づい
て発光素子の発光強度を決定することにより、生体に照
射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される
複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最
適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波
検出装置の測定精度が向上する。

【０００７】

【課題を解決するための第２の手段】また、前記目的を
達成するための第２発明の要旨とするところは、生体の
表皮に向かって複数種類の波長の光を照射する複数種類
の発光素子と、該発光素子から所定距離離れた位置に収
容され、該複数種類の発光素子からの光が該生体表皮下
で散乱を受けて体表面から射出される複数種類の波長の
射出光を受光する受光素子とを備え、該複数種類の波長
の光に基づいて生体情報を得るための光電脈波をそれぞ
れ検出する反射型光電脈波検出装置であって、（ａ）前
記複数種類の発光素子と受光素子とが相互間に遮光壁が
介在させられた状態で収容され、且つ複数種類の波長毎
に設けられた複数の発光素子が、前記受光素子との間の
距離が漸次異なるようにそれぞれ設られたハウジング
と、（ｂ）該ハウジング内にそれぞれ複数設けられた複
数種類の発光素子の中から波長毎に発光させるべき発光
素子を選択的に発光させることが可能な発光素子駆動回
路と、（ｃ）前記受光素子により検出された射出光の交
流成分と直流成分の比を前記波長毎にそれぞれ算出する
交直成分比算出手段と、（ｄ）前記受光素子により検出
された射出光から前期交直成分比算出手段により算出さ
れた交流成分と直流成分の比と前記発光素子駆動回路に
より選択される発光素子の前記受光素子との距離との関
係を波長毎に求め、その関係から、前記波長毎にそれぞ
れ最適発光素子を決定する最適発光素子決定手段と、
（ｅ）前記光電脈波の検出に先立って、前記最適発光素
子決定手段により波長毎に決定された最適発光素子を前
記発光素子駆動回路に発光させる最適発光素子選択手段
とを、含むことにある。

【０００８】

【第２発明の効果】このようにすれば、発光素子駆動回
路により、受光素子との間の距離が漸次異なるようにそ
れぞれ複数設けられた複数種類の発光素子が順次発光さ
せられると、受光素子と発光素子との距離がそれぞれ異
なることにより生体中の異なる深度で散乱された射出光
が受光素子により受光される。受光された射出光は、交
直成分比算出手段において交流成分と直流成分の比が算
出され、最適発光素子決定手段において、その交流成分
と直流成分の比の、発光素子と受光素子との距離に対す
る変化曲線に基づいて最適発光素子が決定される。生体
情報を測定するために光電脈波が検出される状態では、
最適発光素子選択手段により選択された最適発光素子が
発光させられる。交流成分と直流成分の比の、発光素子
と受光素子との距離に対する変化曲線は、散乱光が散乱
される深度における末梢血管の密度に関連して変化す
る。従って、その変化曲線に基づいて受光素子との間の
距離が最適となる発光素子を決定することにより、生体
に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光さ
れる複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞ
れ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電
脈波検出装置の測定精度が向上する。

【０００９】

【発明の他の態様】ここで、好適には、上記第１発明の
最適発光強度決定手段は、前記交直成分比算出手段によ
り算出された交流成分と直流成分の比の、前記発光素子
駆動回路によって変化させられた発光素子の発光強度に
対する増加率を示す曲線すなわち上記交流成分と直流成
分の比と、上記発光強度との関係の変化曲線を発光強度
について微分した一次微分曲線を求め、その一次微分曲
線の最大値を示す発光強度よりも強い発光強度の範囲に
おいて、増加率が一定値以下となる発光強度に基づいて
最適発光強度を決定するものである。このようにすれ
ば、前記一次微分曲線の最大値は、発光素子から発せら
れた光の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている
深度での散乱であることを示し、その一次微分曲線の増
加率が一定値以下となる点は、発光素子から発せられた
光の散乱光が末梢血管の密度が十分濃くなった深度での
散乱であることを示しているので、生体に照射され、生
体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の
波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に
自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の
測定精度が向上する。

【００１０】また、好適には、上記第１発明の最適発光
強度決定手段は、前記交直成分比算出手段により算出さ
れた交流成分と直流成分の比と、前記発光素子駆動回路
によって変化させられた発光素子の発光強度との関係の
変化曲線を求め、その変化曲線の変曲点に基づいて最適
発光強度を決定するものである。このようにすれば、変
化曲線の変曲点は、発光素子から発せられた光の散乱光
が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱で
あることを示しているので、生体に照射され、生体中で
散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の
散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的
に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精
度が向上する。

【００１１】また、好適には、上記第２発明の最適発光
素子決定手段は、前記交直成分比算出手段により算出さ
れた交流成分と直流成分の比の、前記発光素子駆動回路
によって選択させられた発光素子と受光素子との距離に
対する増加率を示す曲線すなわち上記交流成分と直流成
分の比と、上記発光素子と受光素子間の距離との関係の
変化曲線を発光素子と受光素子との距離について微分し
た一次微分曲線を求め、その一次微分曲線の最大値を示
す発光素子よりも発光素子と受光素子との距離が遠い範
囲において、増加率が基準値以下となる発光素子と受光
素子との距離に基づいて最適発光素子を決定するもので
ある。このようにすれば、前記一次微分曲線の最大値
は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密
度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示
し、その一次微分曲線の増加率が基準値以下となる点
は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密
度が十分濃くなった深度での散乱であることを示してい
るので、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子
により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される
深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることがで
き、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。

【００１２】また、好適には、上記第２発明の最適発光
素子決定手段は、前記交直成分比算出手段により算出さ
れた交流成分と直流成分の比と、前記発光素子駆動回路
によって選択させられた発光素子の受光素子との距離と
の関係の変化曲線を求め、その変化曲線の変曲点に基づ
いて最適発光素子を決定するものである。このようにす
れば、変化曲線の変曲点は、発光素子から発せられた光
の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度で
の散乱であることを示しているので、生体に照射され、
生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類
の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度
に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置
の測定精度が向上する。

【００１３】

【発明の好適な実施の形態】以下、本発明の第１発明に
ついての一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１は、反射型光電脈波検出装置である反
射型プロ−ブ１０を備えた反射型オキシメ−タすなわち
酸素飽和度測定装置の構成を示している。図１におい
て、反射型プロ−ブ１０は、たとえば生体の末梢血管の
密度が比較的高い額、指等の体表面１２に密着した状態
で装着される。この反射型プロ−ブ１０は、比較的浅い
有底円筒状のハウジング１４と、体表面下で散乱を受け
て発光素子側へ出てくる後方散乱光を検知するためにそ
のハウジング１４の底部内面の中央部に設けられ、ホト
ダイオ−ド或いはホトトランジスタ等から成る受光素子
１６と、ハウジング１４の底部内面の受光素子１６を中
心とする同一半径ｒの円周上において所定間隔毎に交互
に設けられたＬＥＤ等からなる複数個（本実施例では８
個）の第１発光素子１８および第２発光素子２０と、ハ
ウジング１４内に一体的に設けられ受光素子１６および
発光素子１８、２０を保護するためにそれを覆う透明樹
脂２２と、ハウジング１４内において受光素子１６と発
光素子１８、２０との間に設けられ、発光素子１８、２
０から照射された光の体表面１２から受光素子１６へ向
かう反射光を遮光する円環状の遮光壁２４とを備えて構
成されている。

【００１５】また、ハウジング１４にはそのハウジング
１４の外周面および底部外面を覆うようにキャップ状の
ゴム部材５８が一体的に設けられている。このゴム部材
５８は、たとえばクロロプレンゴム等を原料としてスポ
ンジ状に構成されており、好適な断熱性を備えている。
そして、このゴム部材５８のハウジング１４外周側に位
置する部分が両面粘着シ−ト６０を介して体表面１２に
固着されることにより、ハウジング１４の開口端面およ
び遮光壁２４の先端面が体表面１２に密着する状態でプ
ロ−ブ１０が体表面１２に装着されている。なお、図１
において、両面粘着シ−ト６０は便宜上実際より大幅に
厚く描かれている。

【００１６】上記第１発光素子１８は、酸素飽和度によ
りヘモグロビンの吸光係数が影響される第１波長λ₁ た
とえば６６０ｎｍ程度の波長の赤色光を発光し、第２発
光素子２０は、酸素飽和度によりヘモグロビンの吸光係
数が影響されない第２波長λ ₂ たとえば９１０ｎｍ程度
の波長の赤外光を発光するものである。なお、上記第１
波長λ₁ および第２波長λ₂ は、必ずしもこれらの波長
に限定されるものではなく、酸素化ヘモグロビンの吸光
係数と無酸素化ヘモグロビンの吸光係数とが大きく異な
る波長と、それら両吸光係数が略同じとなる波長に設定
される。

【００１７】上記第１発光素子１８および第２発光素子
２０は、光源として機能するものであって、発光素子駆
動回路３０により数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高
い周波数で一定時間幅づつ交互に駆動されることにより
それぞれ発光させられる。この発光素子駆動回路３０
は、上記第１発光素子１８および第２発光素子２０へ供
給する駆動電流すなわちそれら第１発光素子１８および
第２発光素子２０の発光強度を、後述の演算制御回路４
２からの指令に基づいて調節する機能を備えている。そ
れら第１発光素子１８および第２発光素子２０から体表
面１２直下の生体組織（血管床）へ向かって第１波長λ
₁ の光および第２波長λ₂ の光が交互に照射されると、
生体組織の毛細血管内血液に含まれる血球などにより散
乱を受けた後方散乱光が反射光として体表面１２から射
出されるので、その後方散乱光すなわち生体組織（血管
床）内からの反射光が共通の光センサとして機能する受
光素子１６によりそれぞれ受光され、第１波長λ₁ の散
乱光を示す第１光信号ＳＶ_Rおよび第２波長λ₂ の散乱
光を示す第２光信号ＳＶ_IRが出力されるようになってい
る。これら第１光信号ＳＶ_R および第２光信号ＳＶ
_IRは、図２に例示するように直流（ＤＣ）成分と、心拍
数に同期して変動する交流（ＡＣ）成分とを含んでい
る。

【００１８】発光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂ すなわち生体の体表面
１２に照射される光の強度が異なると、その照射された
光の生体中への浸透深度が異なり、弱い光が照射される
と比較的体表面１２に近い（浅い）深度までしか浸透し
ないが、強い光が照射されると比較的体表面１２から遠
い（深い）部位まで浸透して散乱される。発光素子駆動
回路３０により変化させられる第１発光素子１８および
第２発光素子２０の発光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂ の範囲は、個体
差や反射型プロ−ブ１０が装着される部位により表皮お
よび真皮の厚さが異なっても、照射される光が毛細血管
が多く存在する真皮あるいは皮下組織で主として散乱さ
れることとなる発光強度を十分に含む範囲となるよう
に、予め実験的に決定される。

【００１９】上記受光素子１６は、第１波長λ₁ の後方
散乱光を示す第１光信号ＳＶ_R と第２波長λ₂ の後方散
乱光を示す第２光信号ＳＶ_IRとを含む光信号ＳＶを増幅
器３２を介してローパスフィルタ３４へ出力する。ロー
パスフィルタ３４は入力された光信号ＳＶから脈波の周
波数よりも高い周波数を有するノイズを除去し、そのノ
イズが除去された光信号ＳＶをデマルチプレクサ３６へ
出力する。なお、上記第１光信号ＳＶ_R および第２光信
号ＳＶ_IRは、体表面１２の下の血管床における血液容積
の脈動に対応して周期的に変化する光信号であるので、
所謂容積脈波信号あるいは光電脈波信号ともいう。

【００２０】デマルチプレクサ３６は後述の切換信号Ｓ
Ｃにより第１発光素子１８および第２発光素子２０の発
光に同期して切り換えられることにより、第１波長λ₁
の赤色光である第１光信号ＳＶ_R をサンプルホールド回
路３８およびＡ／Ｄ変換器４０を介して演算制御回路４
２内のＩ／Ｏポート４４へ逐次供給するとともに、第２
波長λ₂ の赤外光である第２光信号ＳＶ_IRをサンプルホ
ールド回路４６およびＡ／Ｄ変換器４８を介してＩ／Ｏ
ポート４４へ逐次供給する。サンプルホールド回路３
８、４６は、入力された光信号ＳＶ_R 、ＳＶ_IRをＡ／Ｄ
変換器４０、４８へ逐次出力する際に、前回出力した光
信号ＳＶ_R 、ＳＶ_IRについてのＡ／Ｄ変換器４０、４８
における変換作動が終了するまで次に出力する各光信号
ＳＶ_R 、ＳＶ_IRをそれぞれ保持するためのものである。

【００２１】上記Ｉ／Ｏポート４４は、データバスライ
ンを介してＣＰＵ５０、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５４、表示
器５６とそれぞれ接続されている。ＣＰＵ５０は、ＲＡ
Ｍ５４の記憶機能を利用しつつＲＯＭ５２に予め記憶さ
れたプログラムに従って第１発光素子１８および第２発
光素子２０の最適発光強度決定動作および酸素飽和度測
定測定動作を実行する。すなわち、演算制御装置４２
は、図示しない起動釦が操作された場合には、まず以下
の動作により第１発光素子１８の最適発光強度ＡＥ₁ お
よび第２発光素子２０の最適発光強度ＡＥ₂ を決定す
る。

【００２２】演算制御装置４２は、Ｉ／Ｏポート４４か
ら発光素子駆動回路３０へ駆動指令信号ＳＬＤを出力す
ることにより、第１発光素子１８および第２発光素子２
０を数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一
定時間幅づつ交互に発光させ、さらに脈波の交流成分お
よび直流成分を算出するため、脈拍の１拍分あるいは数
拍分として予め設定される時間Ｔ₀ 毎に、発光素子駆動
回路３０から第１発光素子１８および第２発光素子２０
へ出力される電流を漸次増加させ、第１発光素子１８お
よび第２発光素子２０の発光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂ を漸次変化
させる。また、それら第１発光素子１８および第２発光
素子２０の発光に同期して切換信号ＳＣを出力してデマ
ルチプレクサ３６を切り換えることにより、第１光信号
ＳＶ_R をサンプルホールド回路３８へ、第２光信号ＳＶ
_IRをサンプルホールド回路４６へそれぞれ振り分ける。

【００２３】また、演算制御装置４２により、発光強度
の変化の影響を受けた第１光信号ＳＶ_R および第２光信
号ＳＶ_IRから、予め記憶されたプログラムに従って、第
１発光素子１８の最適発光強度ＡＥ₁ および第２発光素
子２０の最適発光強度ＡＥ₂が決定される。

【００２４】続いて、以下の酸素飽和度測定動作が実行
される。すなわち、Ｉ／Ｏポ−ト４４から発光素子駆動
回路３０に駆動指令信号ＳＬＤが出力されることによ
り、発光素子駆動回路３０から第１発光素子１８および
第２発光素子２０へ最適発光強度ＡＥ₁ 、ＡＥ₂ を発光
するための電流が出力され、第１発光素子１８および第
２発光素子２０が数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高
い周波数で一定時間幅づつ交互に発光させられる。受光
素子１６により受光される光信号ＳＶは最適発光強度決
定動作の場合と同様にしてＩ／Ｏポート４４へ入力され
る。

【００２５】ＣＰＵ５０は、予め記憶されたプログラム
に従って前記第１光信号ＳＶ_R および第２光信号ＳＶ_IR
がそれぞれ表す光電脈波形に基づいて末梢血管を流れる
血液中の酸素飽和度ＳａＯ₂ を決定し且つその決定した
酸素飽和度ＳａＯ₂ を表示器５６に表示させる。

【００２６】図３は、上記演算制御装置４２の制御機能
の要部を説明する機能ブロック線図である。図３におい
て発光強度変化手段６２は、発光素子駆動回路３０に駆
動指令信号ＳＬＤを出力することにより、発光素子駆動
回路３０から第１発光素子１８および第２発光素子２０
に出力される電流を漸次変化させ、第１発光素子１８の
発光強度Ｅ₁ および第２発光素子２０の発光強度Ｅ₂ を
変化させつつ、それら第１発光素子１８および第２発光
素子２０を数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波
数で一定時間幅づつ交互に発光させる。

【００２７】周波数解析手段６４は、高速フ−リエ変換
法を利用した周波数解析を予め設定された所定の区間に
施すことにより、受光素子１６から出力された第１光信
号ＳＶ_R および第２光信号ＳＶ_IRから、その所定区間毎
の第１光信号ＳＶ_R の交流成分ＡＣ_R および直流成分Ｄ
Ｃ_R と第２光信号ＳＶ_IRの交流成分ＡＣ_IRおよび直流成
分ＤＣ_IRとをそれぞれ逐次決定する。上記交流成分ＡＣ
_R およびＡＣ_IRは、生体の脈拍数ＰＲ（１／分）すなわ
ち脈拍周波数ＰＦ(Hz)に相当する周波数成分の信号電力
（ワット）として得られ、上記直流成分ＤＣ_R およびＤ
Ｃ_IRは、直流に相当する周波数成分の信号電力（ワッ
ト）として得られる。図４には、上記周波数解析によっ
てえられた第１光信号ＳＶ_R 或いは第２光信号ＳＶ_IRの
周波数スペクトルの例が示されている。

【００２８】交直成分比算出手段６６は、受光素子１６
により検出された射出光の交流成分ＡＣ_R 、ＡＣ_IRと直
流成分ＤＣ_R 、ＤＣ_IRの比を波長λ₁ 、λ₂ 毎にそれぞ
れ算出する。すなわち、上記周波数解析手段６４により
決定された第１光信号ＳＶ_Rの交流成分ＡＣ_R および直
流成分ＤＣ_R と第２光信号ＳＶ_IRの交流成分ＡＣ_IRおよ
び直流成分ＤＣ_IRとから、その第１光信号ＳＶ_R の交直
成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ _R ）と、第２光信号ＳＶ_IRの交直
成分比（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）とをそれぞれ算出する。とこ
ろで、末梢血管は表皮にはほとんど存在せず、その下層
の真皮およびさらにその下層にある皮下組織に集中して
いる。入射した光が真皮あるいは皮下組織で主として散
乱されることにより、受光素子１６に受光される散乱光
が末梢血管の血液成分の影響を受ける場合は、散乱光の
強度は末梢血管の脈動に対応して変化するため、光信号
ＳＶ_R 、ＳＶ_IRは交流成分の割合が相対的に大きくな
る。

【００２９】最適発光強度決定手段６７は、交直成分比
算出手段６６により算出された２つの波長λ₁ 、λ₂ の
射出光の交流成分ＡＣ_R 、ＡＣ_IRと直流成分ＤＣ_R 、Ｄ
Ｃ_IRの比と発光素子駆動回路３０によって駆動される発
光素子１８、２０の発光強度との関係を波長毎にそれぞ
れ求め、その関係から、波長毎にそれぞれ最適発光強度
ＡＥ₁ 、ＡＥ₂ を決定する。すなわち、交直成分比算出
手段６６により逐次算出された第１光信号ＳＶ_R の交直
成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）から、図５に示すように交直
成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）を縦軸とし、発光強度Ｅ₁ を
横軸とする二次元座標系において描かれる曲線Ｃ₁ を酸
素飽和度ＳａＯ₂ の測定に先立って求め、その曲線Ｃ₁
の変曲点ｉ₁ に基づいて最適発光強度ＡＥ₁ を決定す
る。たとえば、変曲点ｉ₁ を示す発光強度より予め設定
された一定量ａだけ強い発光強度を最適発光強度ＡＥ₁
として決定する。さらに、同様にして、第２光信号ＳＶ
_IRの交直成分比（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）から曲線Ｃ₂ を求
め、その曲線Ｃ₂ の変曲点ｉ₂に基づいて最適発光強度
ＡＥ₂ を決定する。たとえば、変曲点ｉ₂ を示す発光強
度より予め設定された一定量ａだけ強い発光強度を最適
発光強度ＡＥ₂ として決定する。

【００３０】変曲点ｉ₁ 、ｉ₂ は、受光素子１６により
受光される散乱光が、末梢血管の密度が急に濃くなる深
度での散乱によるものであることを示し、一定量ａは、
その深度よりもさらに少し深い深度である末梢血管の密
度がほぼ一定となる深度での散乱光を受光するために予
め実験的に求められるものである。

【００３１】最適発光強度調節手段６８は、酸素飽和度
ＳａＯ₂ を得るための光電脈波の検出に先立って、最適
発光強度決定手段６７により決定された最適発光強度Ａ
Ｅ₁、ＡＥ₂ となるように前記発光素子駆動回路３０に
第１発光素子１８および第２発光素子２０をそれぞれ発
光させ、その発光強度を保持させる。酸素飽和度算出手
段６９では、最適発光強度調節手段６８により最適発光
強度ＡＥ₁ 、ＡＥ₂ で第１発光素子１８および第２発光
素子２０がそれぞれ発光させられている状態で、第１光
信号ＳＶ_R の交直成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）と第２光信
号ＳＶ_IRの交直成分比（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）との比Ｒ〔＝
（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）／（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）〕を逐次算出
し、たとえば図６に示す予め記憶された関係から、実際
の比Ｒに基づいて酸素飽和度ＳａＯ₂ を一拍あるいは数
拍毎に逐次算出し、表示器５６に表示させる。

【００３２】図７は、前記演算制御回路４２の制御作動
の最適発光強度ＡＥ₁ 、ＡＥ₂ を決定する動作の要部を
説明するフロ−チャ−トである。図７において、ＳＡ１
では、図示しない起動ボタンが操作されることによっ
て、測定の起動操作が行われたか否かが判断される。こ
のＳＡ１の判断が否定された場合には待機させられる
が、肯定された場合には図示しない初期処理ステップに
おいて、種々のカウンタやレジスタがクリアされた後、
ＳＡ２において、発光素子駆動回路３０を介して第１発
光素子１８に入力される電流および第２発光素子２０に
入力される電流がそれぞれ初期値に決定される。次い
で、ＳＡ３において第１発光素子１８および第２発光素
子２０が、数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波
数で一定期間幅づつ交互に発光させられ、続くＳＡ４で
は、第１光信号ＳＶ_R および第２光信号ＳＶ_IRが読み込
まれる。

【００３３】続くＳＡ５では、タイマカウンタＣＴの内
容に「１」が加算された後、ＳＡ６において、タイマカ
ウンタＣＴの内容が予め設定された判断基準時間Ｔ₀ 以
上となったか否かが判断される。この判断基準時間Ｔ₀
は、光信号ＳＶの交流成分および直流成分を算出するた
めに脈拍の一拍分あるいは数拍分に設定されている。

【００３４】当初は上記ＳＡ６の判断が否定されるの
で、ＳＡ３以下が繰り返し実行されることにより第１光
信号ＳＶ_R および第２光信号ＳＶ_IRが連続的に読み込ま
れる。そして、それら第１光信号ＳＶ_R および第２光信
号ＳＶ_IRが連続的に読み込まれるうちにＳＡ６の判断が
肯定されると、前記周波数解析手段６４に対応するＳＡ
７において、上記の単位区間内の第１光信号ＳＶ_R およ
び第２光信号ＳＶ_IRに対して周波数解析処理がそれぞれ
実行されることにより、第１光信号ＳＶ_R の交流成分Ａ
Ｃ_R （信号電力値）および直流成分ＤＣ_R （信号電力
値）と、第２光信号ＳＶ_IRの交流成分ＡＣ_IR（信号電力
値）および直流成分ＤＣ_IR（信号電力値）とが抽出され
る。

【００３５】次いで、前記交直成分比算出手段６６に対
応するＳＡ８では、上記ＳＡ７において抽出された第１
光信号ＳＶ_R の交流成分ＡＣ_R および直流成分ＤＣ_R か
ら、その第１光信号ＳＶ_R の交直成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ
_R ）が算出されるとともに、ＳＡ７において抽出された
第２光信号ＳＶ_IRの交流成分ＡＣ_IRおよび直流成分ＤＣ
_IRから、その第２光信号ＳＶ_IRの交直成分比（ＡＣ_IR／
ＤＣ_IR）が算出される。

【００３６】続く発光強度変化手段６２に対応するＳＡ
９では、第１発光素子１８および第２発光素子２０の発
光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂ を変化させるため、発光素子駆動回路
３０に駆動指令信号ＳＬＤを出力することにより、第１
発光素子１８および第２発光素子２０に入力される電流
を一定量だけ増加させる。続くＳＡ１０では、第１発光
素子１８および第２発光素子２０に入力される電流が予
め設定された最適発光強度決定動作の終了電流となった
か否が判断される。なお、ＳＡ９において増加される一
定量の電流は、電流の変化によって変化する発光強度Ｅ
₁ 、Ｅ₂ と、交直成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）、（ＡＣ_IR
／ＤＣ_IR）との関係を示す点をプロットして得られる曲
線Ｃ₁ 、Ｃ₂ において、変曲点ｉ₁ 、ｉ₂ を判断するの
に十分な点間隔が得られるように設定され、ＳＡ１０の
終了電流も、変曲点ｉ₁ 、ｉ₂ が得られる、すなわち照
射された光が末梢血管の密度が急に濃くなる深度まで浸
透する発光強度となるように十分高く設定されている。

【００３７】このＳＡ１０の判断が否定されるうちは、
上記の曲線Ｃ₁ 、Ｃ₂ が変曲点ｉ₁、ｉ₂ を得るのに十
分な測定点が得られていないので、ＳＡ３以降が繰り返
されるが、肯定された場合には、続くＳＡ１１におい
て、図５に示すような曲線Ｃ₁が第１光信号ＳＶ_R の交
直成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）に基づいて描かれ、曲線Ｃ
₂ が第２光信号ＳＶ_IRの交直成分比（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）
に基づいて描かれ、その曲線Ｃ₁ 、Ｃ₂ の変曲点ｉ₁ 、
ｉ₂ がそれぞれ求められる。

【００３８】続くＳＡ１２では、ＳＡ１１で求められた
変曲点ｉ₁ 、ｉ₂ を示す発光強度から所定量ａだけ強い
発光強度を最適発光強度ＡＥ₁ 、ＡＥ₂ として決定す
る。従って、本実施例では、ＳＡ１１およびＳＡ１２が
最適発光強度決定手段６７に対応している。

【００３９】上述のように本実施例によれば、発光素子
駆動回路３０により、第１波長λ₁の光を発光する第１
発光素子１８および第２波長λ₂ の光を発光する第２発
光素子２０の発光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂ が漸次変化させられ
て、それら第１発光素子１８および第２発光素子２０が
発光させられ、発光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂ の変化によって、生
体中の異なる深度で散乱を受けた射出光が受光素子１６
により検出される。受光された散乱光は、交直成分比算
出手段６６において交直成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R）、
（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）が算出され、最適発光強度決定手段
６７において、その交直成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）、
（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）の発光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂ に対する変化
曲線Ｃ₁ 、Ｃ₂ の変曲点ｉ₁ 、ｉ₂ に基づいて最適発光
強度ＡＥ₁ 、ＡＥ₂ が決定される。酸素飽和度ＳａＯ₂
を測定するために光電脈波が検出される状態では、最適
発光強度調節手段６８により第１発光素子１８が最適発
光強度ＡＥ₁ で発光させられ、第２発光素子２０が最適
発光強度ＡＥ₂ で発光させられて光電脈波が検出され
る。上記変化曲線Ｃ₁ 、Ｃ₂ は、散乱光が散乱される深
度における末梢血管の密度に関連して変化し、変曲点ｉ
₁ 、ｉ₂ は２点とも散乱光が末梢血管の密度が急に濃く
なっている深度での散乱であることを示している。従っ
て、生体に照射される２つの波長の光の散乱光が散乱さ
れる深度を最適な深度に自動的に揃えることができ、反
射型プロ−ブ１０の測定精度が向上する。

【００４０】次に、第２発明についての一実施例を図面
に基づいて詳細に説明する。尚、上記実施例と同一の構
成を有する部分には同一の符号を付して説明を省略す
る。

【００４１】図８は、反射型光電脈波検出装置である反
射型プロ−ブ７０を備えた反射型オキシメ−タすなわち
酸素飽和度測定装置の構成を示している。反射型プロ−
ブ７０は、前述の実施例の反射型プロ−ブ１０と同様
に、たとえば生体の末梢血管の密度が比較的高い額、指
等の体表面１２に密着した状態で装着される。反射型プ
ロ−ブ７０は、比較的浅い有底角柱状のハウジング７２
と、そのハウジング７２の底部内面に設けられる前述の
実施例と同様の第１発光素子１８、第２発光素子２０お
よび受光素子１６と、ハウジング７２内に一体的に設け
られ受光素子１６および発光素子１８、２０を保護する
ためにそれを覆う透明樹脂７４と、発光素子１８、２０
からの照射光の一部、照射された光の体表面１２から受
光素子１６へ向かう反射光、および照射された光の生体
中で散乱され受光素子１６へ向かう散乱光の一部を遮光
するためハウジング７２内に設けられる遮光壁７６とを
備えて構成されている。

【００４２】図９は、反射型プロ−ブ７０を体表面１２
に対向する側から見た図である。図９において、受光素
子１６はハウジング７２の底部内面の長手方向の一端部
に固設され、複数個の第１発光素子１８および第２発光
素子２０はそれぞれ受光素子１６からの距離が漸次増加
するように反射型プロ−ブ７０の長手方向に等間隔で固
設されている。遮光壁７６は、受光素子１６とそれに最
も近い第１発光素子１８および第２発光素子２０との
間、および一組の発光素子１８、２０と他の一組の発光
素子１８、２０の間毎に設けられている。なお、本実施
例では、第１発光素子１８および第２発光素子２０は、
作図の便宜上それぞれ６個備えられているが、ハウジン
グ７２の底部内面に収容できる範囲で、さらに多くの発
光素子１８、２０が用いられてもよいし、６個よりも少
ない数であってもよい。

【００４３】図８に戻って、図示しない測定起動ボタン
が起動されることにより、第１発光素子１８および第２
発光素子２０は、発光素子駆動回路７８により駆動され
ることにより発光させられる。この発光素子駆動回路７
８は、それぞれ複数設けられた第１発光素子１８および
第２発光素子の中から波長λ₁ 、λ₂ 毎に発光させるべ
き発光素子１８、２０を選択的に発光させる機能を備え
ている。すなわち、発光素子駆動回路７８は、演算制御
回路４２からの駆動指令信号ＳＬＤにより、先ず第１発
光素子１８を受光素子１６に最も近い側から最も遠い側
へと順に、連続的に一定時間Ｔ₁ づつ発光させ、続いて
第２発光素子２０を受光素子１６に最も近い側から最も
遠い側へと順に連続的に一定時間Ｔ₁ づつ発光させる。
ここでの一定時間Ｔ₁ は、脈波の交流成分および直流成
分を算出するための時間であり、前述の実施例の時間Ｔ
₀ と同様に脈拍の一拍分あるいは数拍分に設定される。

【００４４】それら第１発光素子１８および第２発光素
子２０が発光させられると、生体組織（血管床）内から
の散乱光が受光素子１６により受光され、第１波長λ₁
の散乱光を示す第１光信号ＳＶ_R および第２光信号ＳＶ
_IRが出力される。第１光信号ＳＶ_R および第２光信号Ｓ
Ｖ_IRとを含む光信号ＳＶは、増幅器３２、ロ−パスフィ
ルタ３４、デマルチプレクサ３６、サンプルホ−ルド回
路３８、４６、Ａ／Ｄ変換器４０、４８を介して演算制
御回路４２内のＩ／Ｏポ−ト４４へ逐次供給される。

【００４５】ここで、遮光壁７６と発光素子１８、２０
との距離および発光素子１８、２０から受光素子１６ま
での距離と、受光素子１６により受光される散乱光の散
乱深度との関係について説明する。図１０は、図９のＡ
−Ａ線の断面図である。なお、図１０の反射型プロ−ブ
７０は透明樹脂７４を省略して示してある。図１０にお
いて、交点Ｐ₁ は、受光素子１６に最も近い側に配置さ
れている第１発光素子１８から発光された光のうちで、
体表面１２から最も近い部位すなわち最も浅い部位で散
乱されて、受光素子１６により受光される場合の散乱深
度を示している。同様に交点Ｐ₂ 、Ｐ₃ 、Ｐ₄ 、Ｐ₅ 、
Ｐ₆ も、それぞれの第１発光素子１８から発光させられ
た光が体表面１２から最も浅い部位で散乱されて、受光
素子１６により受光される場合の散乱される深度を示し
ている。

【００４６】すなわち、受光素子１６に最も近い距離に
配置された発光素子１８、２０により発光された光の散
乱光を受光素子１６が受光する場合は、体表面１２に近
い（浅い）部位からの散乱光を多く受光するのに対し、
受光素子１６から最も遠い距離に配置された発光素子１
８、２０により発光された光の散乱光を受光素子１６が
受光する場合は、体表面１２に近い部位で散乱させられ
た散乱光は遮光壁７６により遮光されるため受光されな
い。そのため、体表面１２から比較的遠い（深い）部位
で散乱された散乱光が相対的に多く受光されることにな
る。

【００４７】受光素子１６に受光される光が、体表面１
２からどの程度の深度以下からの散乱光であるかは、受
光素子１６と発光素子１８、２０との距離、発光素子１
８、２０と遮光壁７６との距離あるいは受光素子１６と
遮光壁７６との距離、および遮光壁７６の高さすなわち
発光素子１８、２０と体表面１２との距離によって決定
される。これらの受光素子１６と発光素子１８、２０と
の距離、発光素子１８、２０と遮光壁７６との距離ある
いは受光素子１６と遮光壁７６との距離、および遮光壁
７６の高さは、散乱光が体表面１２下の末梢血管床から
の散乱光が十分に検出できるように、たとえば最浅検出
深度が０．３ｍｍから２．０ｍｍまでの範囲で変化する
ように予め実験的に求められる。

【００４８】それぞれ受光素子１６から異なる距離にお
いて発光させられた第１波長λ₁ の光および第２波長λ
₂ の光の生体中からの散乱光を示す第１光信号ＳＶ_R お
よび第２光信号ＳＶ_IRがＩ／Ｏポ−ト４４へ出力される
と、演算制御装置４２において、予め記憶されたプログ
ラムに従って、第１発光素子１８および第２発光素子２
０の最適発光素子がそれぞれ決定される。

【００４９】続いて、発光素子駆動回路７８へ駆動指令
信号ＳＬＤを出力して最適発光素子として決定された第
１発光素子１８および同じく最適発光素子として決定さ
れた第２発光素子２０を数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比
較的高い周波数で一定時間幅づつ交互に発光させること
により、最適な深度での散乱光に基づいて酸素飽和度が
連続的に決定され、且つその決定した酸素飽和度ＳａＯ
₂ を表示器５６に表示させる。

【００５０】図１１は、上記演算制御装置４２の制御機
能の要部を説明する機能ブロック線図である。図１１に
おいて発光素子選択手段８０は発光素子駆動回路７８に
駆動指令信号ＳＬＤを出力し、発光素子駆動回路７８
は、その駆動指令信号ＳＬＤに基づいて、第１発光素子
１８を受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へ順に
連続的に一定時間Ｔ₁ づつ発光させ、次いで第２発光素
子２０を受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へ順
に連続的に一定時間Ｔ₁ づつ発光させる。なお、受光素
子１６と発光素子１８、２０との間の距離が遠くなるに
つれて、受光素子１６に受光される光量は減少するの
で、受光素子１６から遠くなるほど発光強度が強くなる
ように設定されてもよい。

【００５１】受光素子１６により散乱光が受光されるこ
とにより、受光素子１６から出力された第１光信号ＳＶ
_R 、第２光信号ＳＶ_IRは、前述の実施例と同様に、周波
数解析手段６４において、交流成分ＡＣ_R 、ＡＣ_IRおよ
び直流成分ＤＣ_R 、ＤＣ_IRが決定され、交直成分比算出
手段６６において、第１光信号ＳＶ_R の交直成分比（Ａ
Ｃ_R ／ＤＣ_R ）と、第２光信号ＳＶ_IRの交直成分比（Ａ
Ｃ_IR／ＤＣ_IR）が算出される。

【００５２】最適発光素子決定手段８２は、交直成分比
算出手段６６により算出された交直成分比（ＡＣ_R ／Ｄ
Ｃ_R ）、（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）と発光素子駆動回路７８に
より選択される発光素子１８、２０の受光素子１６との
距離との関係を波長λ₁ 、λ ₂ 毎に求め、その関係か
ら、波長λ₁ 、λ₂ 毎にそれぞれ最適発光素子を決定す
る。すなわち、最適発光素子決定手段８２では、図１２
（ａ）に示されているように、交直成分比算出手段６６
により逐次算出された第１光信号ＳＶ_R の交直成分比
（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）あるいは第２光信号ＳＶ_IRの交直成
分比（ＡＣ_IR／ＤＣ _IR）の、発光素子１８、２０と受光
素子１６との間の距離に対する増加率を示す曲線Ｃ₃ が
予め算出され、その曲線Ｃ₃ の最大値を示す発光素子１
８、２０と受光素子１６との距離よりも受光素子１６と
の距離が遠い範囲において、増加率が予め定められた基
準値Ｂとなる発光素子１８、２０と受光素子１６との距
離Ｄを求め、増加率が基準値Ｂ以下となる範囲で受光素
子１６との距離が距離Ｄに最も近い発光素子１８、２０
を最適発光素子としてそれぞれ決定する。

【００５３】上記基準値Ｂは、照射された光が散乱され
る深度が、末梢血管の密度がほぼ一定となる深度である
ことを判断するために比較的低い値として予め実験的に
決定される。なお、図１２（ｂ）は、交直成分比（ＡＣ
_R ／ＤＣ_R ）、（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）と、発光素子１８、
２０と受光素子１６との距離との関係を示す曲線であ
り、図１２（ａ）は図１２（ｂ）の曲線を発光素子１
８、２０と受光素子１６との距離について微分した一次
微分曲線としても求められる。

【００５４】最適発光素子選択手段８３は、酸素飽和度
ＳａＯ₂ の検出のための光電脈波の採取に先立って、最
適発光素子決定手段８２において最適発光素子が決定さ
れた後に、発光素子駆動回路７８に駆動指令信号ＳＬＤ
を出力することにより、連続的に数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ
程度の比較的高い周波数で一定期間幅づつその最適発光
素子として決定された第１発光素子１８および第２発光
素子２０を発光させる。酸素飽和度算出手段６９は、最
適発光素子選択手段８３により第１発光素子１８および
第２発光素子２０の最適発光素子が発光させられている
状態で、交直成分比算出手段６６において算出される第
１光信号ＳＶ_R の交直成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）と第２
光信号ＳＶ_IRの交直成分比（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）との比Ｒ
〔＝（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）／（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）〕に基づ
いて、たとえば図６に示す予め記憶された関係から、実
際の比Ｒに基づいて酸素飽和度ＳａＯ₂ を逐次算出し、
表示器５６に表示させる。

【００５５】図１３は、本実施例の演算制御回路４２の
制御作動のうち、最適発光素子を決定する動作の要部を
説明するフロ−チャ−トである。ＳＢ１では、ＳＡ１と
同様に、起動操作がされたか否かが判断され、この判断
が否定された場合には待機させられるが、肯定された場
合には、ＳＡ１と同様の初期処理が実行された後、続く
ＳＢ２において、演算制御回路４２からの発光素子駆動
回路７８へ駆動指令信号ＳＬＤが出力されることによ
り、受光素子１６に最も近い側の第１発光素子１８が一
定時間Ｔ₁ だけ連続的に発光させられ、ＳＢ３におい
て、第１光信号ＳＶ _R が読み込まれる。

【００５６】続くＳＢ４では、ＳＢ２において発光させ
られた第１発光素子１８が、受光素子１６から最も遠い
側の第１発光素子１８であったか否かが判断される。当
初は、この判断が否定されるので、ＳＢ５において発光
させられる第１発光素子１８が切換られた後にＳＢ２以
降が繰り返される。すなわち、ＳＢ５において、次回発
光させられる第１発光素子１８が、前回ＳＢ２において
発光させられた第１発光素子１８より一つ受光素子１６
から遠い側に配置されている第１発光素子１８に設定さ
れた後に、ＳＢ２以降が繰り返される。

【００５７】しかし、このＳＢ４の判断が肯定された場
合には、すべての第１発光素子１８が発光させられたこ
ととなるので、続くＳＢ６からＳＢ９において、ＳＢ２
からＳＢ５までと同様の動作が、第２発光素子２０につ
いて行われる。すなわち、ＳＢ６において、受光素子１
６に最も近い側の第２発光素子２０が一定時間Ｔ₁ 発光
させられ、ＳＢ７において、第２光信号ＳＶ_IRが読み込
まれる。そして、続くＳＢ８において、ＳＢ６における
第２発光素子２０の位置が受光素子１６から最も遠い側
の第２発光素子２０であるかが判断され、このＳＢ８の
判断が否定された場合には、ＳＢ９において発光させら
れる素子が受光素子１６から一つ遠い側へ切り換えら
れ、ＳＢ６以降が繰り返される。本実施例では、ＳＢ
２、ＳＢ４、ＳＢ５、ＳＢ６、ＳＢ８、ＳＢ９が発光素
子選択手段８０に対応している。

【００５８】しかし、このＳＢ８の判断が肯定された場
合には、すべての第２発光素子２０が発光させられたこ
ととなるので、続く周波数解析手段６４に対応するＳＢ
１０において、ＳＡ７と同様にして、それぞれの発光素
子１８、２０毎に、第１光信号ＳＶ_R の交流成分ＡＣ_R
および直流成分ＤＣ_R と、第２光信号ＳＶ_IRの交流成分
ＡＣ_IRおよび直流成分ＤＣ_IRとが抽出される。続く交直
成分比算出手段６６に対応するＳＢ１１では、ＳＡ８と
同様にして第１光信号ＳＶ_R の交直成分比（ＡＣ_R ／Ｄ
Ｃ_R ）および第２光信号ＳＶ_IRの交直成分比（ＡＣ_IR／
ＤＣ_IR）が算出される。

【００５９】続くＳＢ１２では、図１２（ａ）に示すよ
うに、ＳＢ１１において算出された第１光信号ＳＶ_R の
交直成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）の第１発光素子１８と受
光素子１６との間の距離に対する増加率を示す曲線、お
よび第２光信号ＳＶ_IRの交直成分比（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）
の第２発光素子２０と受光素子１６との間の距離に対す
る増加率を示す曲線がそれぞれ算出され、続くＳＢ１３
において、そのそれぞれ算出された増加率曲線におい
て、最大値を示す発光素子１８、２０と受光素子１６と
の距離よりも受光素子１６との距離が遠い範囲で、増加
率が基準値Ｂとなる発光素子１８、２０と受光素子１６
との距離Ｄをそれぞれ決定する。

【００６０】続くＳＢ１４では、ＳＢ１３においてそれ
ぞれ決定された距離Ｄに基づいて、第１発光素子１８の
最適発光素子および第２発光素子２０の最適発光素子を
決定する。たとえば、増加率が基準値Ｂ以下となる範囲
で受光素子１６との距離が距離Ｄに最も近い発光素子１
８、２０を最適発光素子としてそれぞれ決定する。従っ
て、本実施例では、ＳＢ１２、ＳＢ１３、ＳＢ１４が最
適発光素子決定手段８２に対応している。

【００６１】上述のように、本実施例によれば、発光素
子駆動回路７８により、受光素子１６との間の距離が漸
次異なるようにそれぞれ複数設けられた２種類の発光素
子１８、２０が順次発光させられると、受光素子１６と
発光素子１８、２０との距離がそれぞれ異なることによ
り、生体中の異なる深度で散乱された射出光が受光素子
１６により受光される。受光された射出光は、交直成分
比算出手段６６において交流成分ＡＣ_R 、ＡＣ_IRと直流
成分ＤＣ_R 、ＤＣ_IRの比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）、（ＡＣ_IR
／ＤＣ_IR）が算出され、最適発光素子決定手段８２にお
いて、その交流成分と直流成分の比（ＡＣ_R ／Ｄ
Ｃ_R ）、（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）の、発光素子１８、２０と
受光素子１６との距離に対する変化曲線の一次微分曲線
である、交直成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）、（ＡＣ_IR／Ｄ
Ｃ_IR）の、発光素子１８、２０と受光素子１６との距離
に対する増加率を示す曲線を求め、その一次微分曲線の
最大値を示す発光素子１８、２０と受光素子１６との距
離よりも受光素子１６との距離が遠い範囲で、増加率が
基準値Ｂ以下となる発光素子１８、２０と受光素子１６
との距離に基づいて最適発光素子が決定されていた。

【００６２】従って、前記一次微分曲線の最大値は、発
光素子１８、２０から発せられた光の散乱光が末梢血管
の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを
示し、その一次微分曲線の増加率が基準値以下となる点
は、発光素子１８、２０から発せられた光の散乱光が末
梢血管の密度が十分に濃くなった深度での散乱であるこ
とを示しているので、生体に照射され、生体中で散乱さ
れて受光素子により受光される２種類の波長の光の散乱
光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃
えることができ、反射型プロ−ブ１０の測定精度が向上
する。

【００６３】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明したが、本発明はその他の態様においても適用され
る。

【００６４】たとえば、前述の第１発明に対する図１の
実施例において、最適発光強度ＡＥ ₁ 、ＡＥ₂ を求める
場合に、発光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂ と交直成分比（ＡＣ_R ／Ｄ
Ｃ_R）、（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）との関係曲線Ｃ₁ 、Ｃ₂ を
算出し、その曲線Ｃ₁ 、Ｃ₂の変曲点ｉ₁ 、ｉ₂ に基づ
いて最適発光強度ＡＥ₁ 、ＡＥ₂ がそれぞれ決定されて
いたが、第２発明に対する実施例で最適発光素子が決定
されたと同様に、交直成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）、（Ａ
Ｃ_IR／ＤＣ_IR）と発光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂ との関係の変化曲
線の一次微分曲線すなわち交直成分比（ＡＣ_R ／Ｄ
Ｃ_R ）、（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）の発光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂ に対
する増加率を示す曲線に基づいて最適発光強度がそれぞ
れ決定されてもよい。

【００６５】また、前述の第２発明に対する図８の実施
例において、交直成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）、（ＡＣ_IR
／ＤＣ_IR）の、発光素子１８、２０と受光素子１６との
距離に対する増加率を示す曲線Ｃ₃ に基づいて最適発光
素子がそれぞれ決定されていたが、第１発明に対する実
施例で最適発光強度が決定されたと同様に、交直成分比
（ＡＣ_R ／ＤＣ_R ）、（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）と、発光素子
１８、２０と受光素子１６との距離との関係曲線を算出
し、その曲線の変曲点に基づいて最適発光素子がそれぞ
れ決定されてもよい。

【００６６】また、前述の第１発明に対する図１の実施
例において、最適発光強度決定手段６８では、変曲点ｉ
₁ 、ｉ₂ を示す発光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂ より一定量ａだけ強
い発光強度を最適発光強度ＡＥ₁ 、ＡＥ₂ として決定し
ていたが、変曲点ｉ₁ 、ｉ₂を示す発光強度Ｅ₁ 、Ｅ₂
が最適発光強度ＡＥ₁ 、ＡＥ₂ として決定されてもよ
い。

【００６７】また、前述の２つの実施例では、反射型プ
ロ−ブ１０、７０が酸素飽和度測定に用いられていた
が、ヘマトクリット値を測定するヘマトクリット値測定
装置に用いられてもよい。

【００６８】また、前述の２つの実施例では、２種類の
発光素子１８、２０から発光された光の散乱光が、共通
の受光素子１６により受光されていたが、単一の波長の
みを受光する受光素子がそれぞれの波長に対応して設け
られてもよい。この場合は、第１発光素子１８および第
２発光素子２０は交互に発光させられる必要はなく、同
時に発光させられてもよい。

【００６９】また、前述の第２発明に対する図８の実施
例では、演算制御回路４２からの駆動指令信号ＳＬＤを
受けた発光素子駆動回路７８により、第１発光素子１８
が受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へと順に発
光させられ、さらに第２発光素子２０が受光素子１６に
最も近い側から最も遠い側へと順に発光させられていた
が、発光素子１８、２０の受光素子１６との距離と交直
成分比（ＡＣ_R ／ＤＣ _R ）、（ＡＣ_IR／ＤＣ_IR）が明確
であれば、その他の順で発光させられてもよい。

【００７０】また、前述の第２発明に対する図８の実施
例において、反射型プロ−ブ７０には、受光素子１６か
らの距離が漸次異なるように、長手状に第１発光素子１
８および第２発光素子２０が配置されていたが、受光素
子１６を中心として、同心円状に複数の遮光壁が設けら
れ、その複数設けられた遮光壁と遮光壁との間に、発光
素子１８、２０が環状に設けられることにより、受光素
子１６からの距離が漸次異なるように配置されてもよ
い。

【００７１】また、前述の第２発明に対する図８の実施
例では、一組の発光素子１８、２０毎に遮光壁７６が配
置されていたが、受光素子１６と、受光素子１６と最も
近い発光素子１８、２０との間に比較的大きい遮光壁８
４が設けられることによって、受光素子１６に受光され
る散乱光の散乱深度が変化させられるものであってもよ
く、たとえば、図１４に示すような反射型プロ−ブ８６
が用いられてもよい。図１４は、反射型プロ−ブ８６の
図９のＡ−Ａ線と同様の線での断面図を示している。こ
の反射型プロ−ブ８６の場合は、前述の実施例の反射型
プロ−ブ７０と同様の検出範囲を得ようとすると、プロ
−ブ８６全体は大きくなるが、遮光壁８４が一つで済む
ので、プロ−ブ８６の構造が簡単となる利点がある。ま
た、この場合、受光素子１６から最も遠い側の発光素子
１８、２０からの光の散乱光が、最も体表面１２から浅
い部位からの散乱光を含んでいる。

【００７２】その他、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において種々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１発明の一実施例である反射型プロ
−ブを備えた酸素飽和度測定装置の構成を示すブロック
図である。

【図２】受光素子により検出される光電脈波信号の周期
的な変動を例示する図である。

【図３】図１の実施例の演算制御装置の制御機能の要部
を説明する機能ブロック線図である。

【図４】図３の周波数解析手段において解析された第１
光信号ＳＶ_R 或いは第２光信号ＳＶ_IRの交流成分ＡＣ_R
或いはＡＣ_IRおよび直流成分ＤＣ_R 或いはＤＣ_IRを示す
図である。

【図５】図３の最適発光強度決定手段において求められ
る発光強度と交直成分比との関係曲線を示す図である。

【図６】図３の酸素飽和度算出手段において用いられる
関係を示す図である。

【図７】図１の実施例の演算制御装置の制御作動のうち
最適発光強度を決定する動作の要部を説明するフローチ
ャートである。

【図８】本発明の第２発明の一実施例である反射型プロ
−ブを備えた酸素飽和度測定装置の構成を示すブロック
図である。

【図９】図８の反射型プロ−ブを生体の体表面に対向す
る側から見た図である。

【図１０】図８の実施例の第１発光素子と受光素子との
距離と、受光素子により受光される射出光の散乱深度と
の関係を示す図である。

【図１１】図８の実施例の演算制御装置の制御機能の要
部を説明する機能ブロック線図である。

【図１２】図１１の最適発光素子決定手段において求め
られる交直成分比の、発光素子と受光素子との距離に対
する増加率を示す図である。

【図１３】図８の実施例の演算制御装置の制御作動のう
ち最適発光素子を決定する動作の要部を説明するフロー
チャートである。

【図１４】第２発明の他の実施例である反射型プロ−ブ
の、図９のＡ−Ａ線と同様の線での断面図を示す図であ
る。

【符合の説明】

１０、７０、８６：反射型プロ−ブ（反射型光電脈波検
出装置） １６：受光素子 １８：第１発光素子 ２０：第２発光素子 ２４、７６、８４：遮光壁 ３０、７８：発光素子駆動回路 ６２：発光強度変化手段 ６６：交直成分比算出手段 ６７：最適発光強度決定手段 ６８：最適発光強度調節手段 ８０：発光素子選択手段 ８２：最適発光素子決定手段 ８３：最適発光素子選択手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、該ハウジングに収容され
   て生体の表皮に向かって複数種類の波長の光を照射する
   複数種類の発光素子と、該ハウジング内において遮光壁
   を介して該発光素子から所定距離離れた位置に収容さ
   れ、該複数種類の発光素子からの光が該生体表皮下で散
   乱を受けて体表面から射出される複数種類の波長の光を
   受光する受光素子とを備え、該複数種類の波長の射出光
   に基づいて生体情報を得るための光電脈波をそれぞれ検
   出する反射型光電脈波検出装置であって、 前記複数種類の発光素子に順次駆動電流を供給し、且つ
   該発光素子のそれぞれの発光強度を調節することが可能
   な発光素子駆動回路と、 前記受光素子により検出された射出光の交流成分と直流
   成分の比を前記波長毎にそれぞれ算出する交直成分比算
   出手段と、 前記受光素子により検出された射出光から前記交直成分
   比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と
   前記発光素子駆動回路によって駆動される発光素子の発
   光強度との関係を波長毎に求め、その関係から、前記波
   長毎にそれぞれ最適発光強度を決定する最適発光強度決
   定手段と、 前記光電脈波の検出に先立って、該最適発光強度決定手
   段により決定された最適発光強度で前記発光素子駆動回
   路に前記複数種類の発光素子をそれぞれ発光させる最適
   発光強度調節手段とを、含むことを特徴とする反射型光
   電脈波検出装置。
2. 【請求項２】 生体の表皮に向かって複数種類の波長の
   光を照射する複数種類の発光素子と、該発光素子から所
   定距離離れた位置に収容され、該複数種類の発光素子か
   らの光が該生体表皮下で散乱を受けて体表面から射出さ
   れる複数種類の波長の射出光を受光する受光素子とを備
   え、該複数種類の波長の光に基づいて生体情報を得るた
   めの光電脈波をそれぞれ検出する反射型光電脈波検出装
   置であって、 前記複数種類の発光素子と受光素子とが相互間に遮光壁
   が介在させられた状態で収容され、且つ複数種類の波長
   毎に設けられた複数の発光素子が、前記受光素子との間
   の距離が漸次異なるようにそれぞれ設られたハウジング
   と、 該ハウジング内にそれぞれ複数設けられた複数種類の発
   光素子の中から波長毎に発光させるべき発光素子を選択
   的に発光させることが可能な発光素子駆動回路と、 前記受光素子により検出された射出光の交流成分と直流
   成分の比を前記波長毎にそれぞれ算出する交直成分比算
   出手段と、 前記受光素子により検出された射出光から前期交直成分
   比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と
   前記発光素子駆動回路により選択される発光素子の前記
   受光素子との距離との関係を波長毎に求め、その関係か
   ら、前記波長毎にそれぞれ最適発光素子を決定する最適
   発光素子決定手段と、 前記光電脈波の検出に先立って、前記最適発光素子決定
   手段により波長毎に決定された最適発光素子を前記発光
   素子駆動回路に発光させる最適発光素子選択手段とを、
   含むことを特徴とする反射型光電脈波検出装置。