JP6370205B2 - 生体情報測定システム - Google Patents

Description

本発明は、センサを内蔵したヘッドセットと既存の携帯端末とを応用した生体情報測定システムに関する。

健康維持のための運動時において、運動の効果を効果的にするため、心拍数を計測しつつ運動することが一般的になってきている。なお、このような運動時の心拍数管理としては、専用の施設で行うものの他、ポータブルの生体測定機器も存在している。
この種の健康管理一般向けのポータブル生体測定用機器として、センサ内蔵ヘッドセットやセンサ内蔵腕時計と携帯端末とを近距離無線通信で接続し、計測結果を携帯端末側のアプリケーションソフトで処理するものが存在している。

例えば、以下の特許文献や非特許文献に示すものでは、センサ内蔵イヤホンと携帯端末とを近距離無線通信で接続し、計測結果を携帯端末側のアプリケーションソフトで処理している。

米国特許第８６５５００４号 "心拍数を計測、効率よくエクササイズ！"、［online］、［平成２６年９月１日検索］、インターネット＜URL：http://www.iriver.jp/products/product_97.php＞ "活動量計"、［online］、［平成２６年９月１日検索］、インターネット＜URL：http://japanese.engadget.com/2014/02/13/the-dash-199/＞ "Heart rate monitor"、［online］、［平成２６年９月１日検索］、インターネット＜URL：http://www.engadget.com/2014/01/06/lg-lifeband-touch-heart-rate-monitor-earphones/＞

ここで、近距離無線通信を用いてセンサと携帯端末とを接続して継続的にデータを送受信する場合、以下のような問題が存在している。
問題１：ペアリングと呼ばれる接続設定が必要である。この接続設定の作業は繁雑であり、利用者にとって面倒なものである。

問題２：計測結果を無線通信により送信するため電力の消費が大きい。このため、比較的大きな電池が必要となり、センサを内蔵したヘッドセット等の重量が増加することになる。
問題３：航空機内や医療機器近傍などにおいて無線通信が制限されている場所での使用ができない場合がある。

問題４：計測するセンサについて、発光部と受光部を備える構成などでは、電力の消費が大きい場合がある。このため、比較的大きな電池が必要となり、センサを内蔵したヘッドセット等の重量が増加することになる。
一方、センサを内蔵したイヤホン等と処理装置としての携帯端末とを有線接続にすれば、以上の問題は解決されることになる。

ここで、携帯端末として、既存の携帯端末（携帯電話装置、携帯型コンピュータ、携帯型音楽再生装置等）に有線接続する場合の方法として、アナログ接続とディジタル接続とが存在している。
このうち、有線ディジタル接続では、データの処理方法が各端末装置の機種やオペレーティングシステムに依存することになる。従って、機種やオペレーティングシステムに対応した処理が必要となり、対応するためにはコストが嵩むことが想定される。

一方、有線アナログ接続では、各端末装置に一般的に搭載されている一般的なアナログの音声入出力端子を利用することになる。このアナログの音声入出力端子を利用することで、低コストで簡便なシステムの構築が可能である。
しかし、音声入出力端子は、音楽再生や通話時に利用する音声信号の入出力に用いられるものであるため、音楽再生や通話時の音声を劣化させない状態で生体情報測定結果のデータ授受を行うように工夫する必要がある。

本発明は上記の問題点を解消するために成されたもので、センサが内蔵されたヘッドセットと既存の端末装置を使用して、生体情報測定用のセンサと端末装置とをアナログ音声入出力端子経由で接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに生体情報測定が可能な生体情報測定システムを提供することを目的とする。

（１）本発明は、駆動信号が重畳されたアナログ出力音声信号を出力する出力機能と生体情報が重畳されたアナログ入力音声信号を入力する入力機能とを備えた端末装置に対して有線接続可能なヘッドセットであって、収音して前記アナログ入力音声信号を生成するマイクロホンと、前記端末装置からの前記アナログ出力音声信号が入力される信号入力部と、前記端末装置に前記アナログ入力音声信号を出力する信号出力部と、前記信号入力部から入力される前記アナログ出力音声信号を音声再生する音響再生ユニットと、当該ヘッドセット装着者の生体情報を取得するセンサと、前記センサで取得された前記生体情報を前記アナログ入力音声信号に重畳する信号処理部と、前記信号入力部から入力される前記アナログ出力音声信号に含まれるセンサ駆動信号を抽出して前記センサを駆動するよう制御すると共に、前記生体情報が重畳された前記アナログ入力音声信号を前記端末装置に送るよう制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、以上のヘッドセットと、駆動信号が重畳された前記アナログ出力音声信号を出力する出力機能と生体情報が重畳された前記アナログ入力音声信号を入力する入力機能とを備えた端末装置と、を有する生体情報測定システムであって、前記端末装置は、前記センサ駆動信号を前記アナログ音声出力信号に重畳して前記ヘッドセットに対して出力すると共に、前記ヘッドセットにおいて前記アナログ入力音声信号に重畳された前記生体情報を抽出して処理する情報処理部を備えて構成され、前記情報処理部は、前記端末装置において前記アナログ入力音声信号を使用するか否かを監視し、前記アナログ入力音声信号を使用しない期間において前記センサを駆動すると共に前記アナログ入力音声信号を使用する期間において前記センサの駆動を停止するように前記センサ駆動信号を生成する、ことを特徴とする。

（２）前記コントローラは、前記センサ駆動信号に基づいて前記センサの駆動と駆動停止とを制御する、ことを特徴とする。
（３）前記コントローラは、前記センサ駆動信号を受信しない場合には、前記センサを駆動停止状態に制御する、ことを特徴とする。

（４）前記コントローラは、前記センサ駆動信号に基づいて、前記センサについて、駆動と駆動停止以外の状態について制御する、ことを特徴とする。
（５）前記コントローラは、前記センサで取得された前記生体情報を前記信号処理部で変換して、前記マイクロホンからの前記アナログ入力音声信号に重畳させて前記端末装置に送るよう制御する、ことを特徴とする。

（６）前記情報処理部は、前記端末装置に格納されたアプリケーションプログラムにより、前記センサ駆動信号の出力と、前記生体情報の抽出と処理とを実行する、ことを特徴とする。
（７）前記情報処理部は、前記センサ駆動信号を非可聴状態に生成して出力する、ことを特徴とする。

（８）前記コントローラは、前記マイクロホンで生成される前記アナログ入力音声信号の帯域外の周波数で前記生体情報を前記アナログ入力音声信号に重畳して前記端末装置に送出する、ことを特徴とする。

（９）前記情報処理部は、前記端末装置において前記アナログ入力音声信号を使用するか否かを監視し、前記アナログ入力音声信号を使用する期間において、前記センサの駆動を停止するように前記センサ駆動信号を生成する、ことを特徴とする。

（１０）前記情報処理部は、前記センサの駆動又は駆動停止以外の状態を制御するための前記センサ駆動信号を生成する、ことを特徴とする。

（１）本発明では、端末装置側からセンサ駆動信号をアナログ出力音声信号に重畳して出力し、ヘッドセットでは、アナログ出力音声信号に含まれるセンサ駆動信号を抽出してセンサを駆動する。ヘッドセットは、アナログ入力音声信号に重畳させた状態の生体情報を端末装置に送出し、端末装置は、アナログ入力音声信号に重畳された生体情報を抽出して処理する。

これにより、センサが内蔵されたヘッドセットと既存の端末装置を使用して、生体情報測定用のセンサと端末装置とを有線接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。
また、端末装置とヘッドセットとを有線接続するため、無線接続のような電力消費が無く、長時間の使用が可能である。また、有線接続であるため、センサの消費電力を有線接続経由で伝達することが可能になる。このため、大容量の電池をヘッドセットに内蔵させる必要がなくなる。

また、端末装置とヘッドセットとの間で、無線接続の際のペアリングのような設定作業は必要なく、単に信号入力部／信号出力部を使用してプラグとジャックとを接続するだけで、測定が可能になる。
そして、信号入力部／信号出力部は、一般的な端末装置に標準的に搭載されているプラグ・ジャックを使用することができるため、既存のほとんどのヘッドセットと端末装置を用いて生体情報測定システムを構築することが可能になる。

（２）アナログ出力音声信号に重畳されたセンサ駆動信号に基づいてセンサの駆動と駆動停止とを制御するため、既存の端末装置を用いて、生体情報測定用のセンサと端末装置とを信号入力部／信号出力部経由で有線接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（３）センサ駆動信号を受信しない場合には、センサを駆動停止状態に制御するため、既存の端末装置を用いて、生体情報測定用のセンサと端末装置とを信号入力部／信号出力部経由で有線接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（４）ヘッドセットのコントローラは、センサ駆動信号に基づいて、センサについて駆動と駆動停止以外の状態について制御するため、複数のセンサのいずれかの選択、センサの発光光量の調整、センサの電極のインピーダンスチェックなど、各種の生体情報測定や、生体情報測定を正確に行うための補助的な制御が可能になる。

（５）ヘッドセットのコントローラは、センサで取得された生体情報を信号処理部で変換して、マイクロホンからのアナログ入力音声信号に重畳させて端末装置に送るよう制御することで、既存の端末装置を用いて、生体情報測定用のセンサと端末装置とを信号入力部／信号出力部経由で有線接続する際に、本来の用途である通話等に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（６）端末装置に格納されたアプリケーションプログラムにより、センサ駆動信号の出力と、生体情報の抽出と処理とを実行するため、既存の端末装置を用いて、生体情報測定用のセンサと端末装置とを信号入力部／信号出力部経由で有線接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（７）センサ駆動信号を非可聴状態に生成して出力するため、既存の端末装置を用いて、生体情報測定用のセンサと端末装置とを信号入力部／信号出力部経由で有線接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。
（８）マイクロホンで生成されるアナログ入力音声信号の帯域外の周波数で生体情報をアナログ入力音声信号に重畳して端末装置に送出するため、既存の端末装置を用いて、生体情報測定用のセンサと端末装置とを信号入力部／信号出力部経由で有線接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（９）端末装置においてアナログ入力音声信号を使用するか否かを監視し、アナログ入力音声信号を使用する期間において、センサの駆動を停止するようにセンサ駆動信号を生成するため、既存の端末装置を用いて、生体情報測定用のセンサと端末装置とを信号入力部／信号出力部経由で有線接続する際に、本来の用途である通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（１０）センサについて駆動と駆動停止以外の状態（複数のセンサのいずれかの選択、センサの発光光量の調整、センサの電極のインピーダンスチェックなど）を制御するセンサ駆動信号を、端末装置側で生成するため、各種の生体情報測定や、生体情報測定を正確に行うための補助的な制御が可能になる。

本発明の実施形態の生体情報測定システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施形態の生体情報測定システムの外観構成を示す構成図である。 本発明の実施形態の生体情報測定システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施形態の生体情報測定システムの外観構成を示す構成図である。 本発明の実施形態の生体情報測定システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施形態の生体情報測定システムの外観構成を示す構成図である。 本発明の実施形態の生体情報測定システムの処理例を示すフローチャートである。 アナログ出力音声信号の状態を示す説明図である。 本発明の実施形態の生体情報測定システムの処理時の波形特性例を示す説明図である。 本発明の実施形態の生体情報測定システムの別の処理例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の生体情報測定システムの別の処理例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）を詳細に説明する。
〔実施形態の構成〕
以下、本発明のヘッドセット及び生態情報測定システムの実施形態の構成を図１と図２に従って説明する。

図１の生体情報測定システム１は、端末装置１００とヘッドセット３００と、を有して構成される。
ここで、端末装置１００は、既存のものであって、図１に示されるように、その内部に、制御部１０１と、操作表示部１１０と、音声処理部１２０と、情報処理部１３０と、を有して構成される。

なお、この端末装置１００としては、携帯型又は据え置き型の電話装置又は無線通信装置（通信処理装置）、携帯型又は据え置き型のコンピュータ（情報処理装置）、携帯型又は据え置き型の音楽再生装置又は音楽録音再生装置（音楽処理装置）、等の各種の装置が該当する。

ここで、携帯型とは、手持ちが可能なものだけでなく、運搬可能なもの（可搬型）も含むものとする。また、据え置き型とは、デスクトップ型やテーブルトップ型だけでなく、ラックマウント型等の固定型も含むものとする。以下の実施形態では、携帯型の処理装置を端末装置１００の具体例として説明する。

また、端末装置１００は、図２に示されるように、アナログ音声入力端子とアナログ音声出力端子とを兼ね備えたアナログ音声入出力端子１９０ａと、ディジタル入出力端子１９０ｄと、を備えて構成される。
アナログ音声入出力端子１９０ａは、ヘッドセット３００と有線接続される際に使用される。また、ディジタル入出力端子１９０ｄは、図示されないコンピュータ機器と接続される際に使用される。

ここで、制御部１０１は、端末装置１００内の各部を制御するもので、特に生体情報測定システムとしての制御を行う。操作表示部１１０は、液晶表示部とタッチパネル等により構成され、操作者の操作を受け付けると共に、各種の情報表示を行う。音声処理部１２０は、音楽再生や通話や情報再生の際にアナログ音声信号（以下、再生のためのアナログ音声信号を「アナログ出力音声信号」と呼ぶ：図１中のaudio_L,audio_R）の出力処理を行うと共に、ヘッドセット３００からのアナログ入力音声信号の入力処理を行う。情報処理部１３０は、格納されている各種アプリケーションプログラムや図示されないオペレーティングシステム等に従って各種の情報処理や演算処理を実行する。

また、情報処理部１３０は、ヘッドセット３００に内蔵されるセンサを駆動するためのセンサ駆動信号をアナログ出力音声信号に重畳して出力すると共に、ヘッドセット３００に内蔵されるマイクロホンからのアナログ音声信号（以下、マイクロホンで収音したアナログ音声信号を「アナログ入力音声信号」と呼ぶ）に重畳された生体情報を抽出して処理する。

ここで、ヘッドセット３００は、イヤホンマイクロホンにセンサが内蔵されたものであって、右イヤーピース部３００Ｒと、左イヤーピース部３００Ｌと、コントローラ３００Ｃと、を有して構成される。
また、ヘッドセット３００は、図２に示されるように、端末装置１００側のアナログ音声入出力端子１９０ａに接続可能なアナログ音声入出力端子３９０ａを備えて構成される。ここで、アナログ音声入出力端子３９０ａは、端末装置１００等からのアナログ音声信号が入力される信号入力部と、端末装置１００等にアナログ音声信号を出力する信号出力部とを備えて構成される。ここでは、信号入力部と信号出力部とが一体に１つのプラグとして構成された具体例を示すが、２つに分かれていても構わない。なお、ここでは、ヘッドセットと呼ぶが、イヤホンやヘッドフォンと呼ばれるものと同義である。

ここで、右イヤーピース部３００Ｒは、右音声信号（audio_R）を再生する音響再生ユニットとしてのドライバユニット３１０Ｒと、当該ヘッドセット装着者の生体情報を取得するセンサ３３０Ｒと、を備えて構成される。
また、左イヤーピース部３００Ｌは、左音声信号（audio_L）を再生する音響再生ユニットとしてのドライバユニット３１０Ｌと、当該ヘッドセット装着者の生体情報を取得するセンサ３３０Ｌと、を備えて構成される。

なお、このセンサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌは、心拍センサ、体温計、飽和酸素濃度センサ、脳波センサ等のいずれであっても良い。また、この実施形態において、センサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌとを有する構成を示すが、いずれか一方のセンサが存在する構成であっても良い。

なお、以下の説明では、センサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌとを総称して、単にセンサ３３０と呼ぶこともある。
また、コントローラ３００Ｃは、コントローラ３０１と、給電部３２０と、信号処理部３４０と、マイクロホンユニット３５０と、を備えて構成される。なお、コントローラ３００Ｃは、図２に示されるようなケーブル中間のボックス形状に限られず、ヘッドバンド内蔵、ネックバンド内蔵、イヤーピース一体型、などの各種の形態が可能である。

ここで、コントローラ３０１は、ヘッドセット３００における生体情報の取得の各種処理を制御する。給電部３２０は、コントローラ３０１の指示により、センサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌに必要な電力を供給する。信号処理部３４０は、コントローラ３０１の指示により、センサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌからの生体情報を、アナログ入力音声信号に重畳させた状態で端末装置１００に送出する。マイクロホンユニット３５０は、収音して得た音声信号をアナログ入力音声信号として端末装置１００に送出する。

図３と図４とは、生体情報測定システム１の他の構成例を示す説明図である。この図３と図４において、図１と図２における同一物には同一番号を付してある。ここでは、ヘッドセット３００において、マイクロホンユニットが存在していない。すなわち、ヘッドセット３００は、ステレオイヤホンにセンサが内蔵されたものに相当する。ここで、信号処理部３４０は、コントローラ３０１の指示により、センサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌからの生体情報を、アナログ入力音声信号として端末装置１００に送出する。

図５と図６とは、生体情報測定システム１の更に他の構成例を示す説明図である。この図５と図６において、図１と図２における同一物には同一番号を付してある。
ここでは、ヘッドセット３００において、右イヤーピース部３００Ｒに、右音声信号（audio_R）を再生する音響再生ユニットとしてのドライバユニット３１０Ｒと、当該ヘッドセット装着者の生体情報を取得する複数のセンサ３３０Ｒａ〜３３０Ｒｃ、を備えて構成される。また、左イヤーピース部３００Ｌは、左音声信号（audio_L）を再生する音響再生ユニットとしてのドライバユニット３１０Ｌと、当該ヘッドセット装着者の生体情報を取得する複数のセンサ３３０Ｌａ〜３３０Ｌｃと、を備えて構成される。なお、このセンサ３３０Ｒａ，センサ３３０Ｒｂ，センサ３３０Ｒｃと、センサ３３０Ｌａ，センサ３３０Ｌｂ，センサ３３０Ｌｃは、心拍センサ、体温計、飽和酸素濃度センサ、脳波センサ等のいずれであっても良い。

〔実施形態の動作〕
以下、図７のフローチャートを参照して本実施形態の動作説明を行う。なお、ここでは、図１と図２に示した生体情報測定システムを具体例にする。
まず、使用者が端末装置１００のアナログ音声入出力端子１９０ａに、ヘッドセット３００のアナログ音声入出力端子３９０ａを接続する（図７中のステップＳ１０１，Ｓ２０１）。なお、一般的なアナログ音声入出力端子１９０ａとアナログ音声入出力端子３９０ａはプラグ・ジャック形式であり、簡単に挿抜可能に構成されている。

ここで、端末装置１００の使用者が、端末装置１００側において測定アプリケーションプログラムを動作させる（図７中のステップＳ１０２）。なお、この測定アプリケーションプログラムの動作開始については、使用者の意図的な操作に起因するものでも良いし、センサ付きヘッドセット３００の接続を検知した端末装置１００の制御部１０１が測定アプリケーションプログラムを起動させても良い。

また、ヘッドセット３００では、コントローラ３０１の制御により、マイクロホンユニット３５０の収音により生成されるアナログ音声信号のみが端末装置１００に送出されるように制御する（図７中のステップＳ２０２）。すなわち、コントローラ３０１は、この時点では生体情報が端末装置１００に送出されないように制御する。

ここで、測定アプリケーションプログラムは、アナログ入力音声信号を使用する他のアプリケーションプログラムの起動状態を確認する（図７中のステップＳ１０３，ステップＳ１０４）。ここで、アナログ入力音声信号を使用する他のアプリケーションプログラムとは、通話用アプリケーションプログラム、音声命令アプリケーションプログラム、録音（音声記録）アプリケーションプログラム、録画（動画撮影）アプリケーションプログラム、等である。

アナログ入力音声信号を使用する他のアプリケーションプログラムが起動している場合に（図７中のステップＳ１０４でＮＯ）、測定アプリケーションプログラムは、本実施形態の生体情報測定を開始せず、アナログ入力音声信号を使用する他のアプリケーションプログラムの終了を待機する（図７中のステップＳ１０４ＮＯ、ステップＳ１０３）。

一方、アナログ入力音声信号を使用する他のアプリケーションプログラムが起動していない場合に（図７中のステップＳ１０４でＹＥＳ）、測定アプリケーションプログラムは、本実施形態の生体情報測定を開始する。
まず、測定アプリケーションプログラムは、ヘッドセット３００に内蔵されるセンサ３３０Ｒと３３０Ｌとに対して、右音声信号（audio_R）と左音声信号（audio_L）の配線に乗せて、センサ駆動信号を送出する（図７中のステップＳ１０５）。

なお、このセンサ駆動信号は、音声信号に重畳して送出するため、非可聴状態にして生成することが望ましい。ここで、非可聴状態の一例としては、マスキング効果により聴覚上は音声信号に隠れた状態になるよう、可聴帯域内で周波数とレベルとを選択することが可能である。この場合に、マスキング効果を所望のタイミングで発生させるために、音声信号に意図的にノイズを付加することも可能である。また、非可聴状態の他の例としては、可聴帯域内で駆動信号をスペクトラム拡散によって、低レベルかつ広帯域に分散させることも可能である。また、非可聴状態の別の例としては、以上の可聴帯域内のマスキング効果のある信号や可聴帯域外の信号として短時間の信号を生成し、その短時間の信号から一定時間は有効になるようにすることも可能である。

また、非可聴状態の更に他の例としては、可聴帯域外の周波数の搬送波を用いることが可能である。また、非可聴状態の更に他の例としては、以上の可聴帯域内や可聴帯域外の信号として短時間の信号を生成し、その短時間の信号から一定時間は有効になるようにすることも可能である。

ここで、一般的な端末装置１００の音声処理部１２０では、音楽再生の機能として、４４．１ｋＨｚや４８ｋＨｚをサンプリング周波数とするＤ−Ａ変換器を備えているため、２２ｋＨｚや２４ｋＨｚまで再生する能力を備えたものが多い。
一方、可聴周波数は２０ｋＨｚと言われている。そこで、本実施形態のセンサ駆動信号として、可聴帯域外の周波数である２０〜２２ｋＨｚ程度の周波数を採用することが望ましい。

このようにすることで、生体情報測定用のセンサと既存の端末装置１００とをアナログ音声入出力端子経由で接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。
図８（ａ）は、音声処理部１２０から音楽再生の際に出力されるアナログ出力音声信号の波形の一例を示しており、横軸は時間、縦軸は信号レベルである。また、図８（ｂ）は、音声処理部１２０から音楽再生の際に出力される図８（ａ）と同じ信号をスペクトログラムとして示した図であり、横軸は時間、縦軸は周波数、濃淡は信号レベル（黒：低レベル、白：高レベル）である。

図９（ａ）は、音声処理部１２０から音楽再生の際に出力されるアナログ出力音声信号にセンサ駆動信号が重畳された信号波形の一例を示している。また、図９（ｂ）は、音声処理部１２０から音楽再生の際に出力される図９（ａ）と同じ信号をスペクトログラムとして示した図であり、横軸は時間、縦軸は周波数、濃淡は信号レベル（黒：低レベル、白：高レベル）である。

図９の場合は、２２ｋＨｚ付近の周波数にセンサ駆動信号の搬送波信号を認めることができる。このように、センサ駆動信号の搬送波を可聴帯域外とすることで、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。また、２２ｋＨｚ付近では本来の音楽再生の信号に含まれる周波数成分が極めて小さくなっているため、センサ駆動に関して誤動作を発生する問題も生じない。

なお、端末装置１００の機種によっては音声処理部１２０が再生可能な上限周波数が異なることも予想される。このため、測定アプリケーションプログラムの動作開始時に、予め定めておいた複数の異なる周波数でセンサ駆動信号を送出し、ヘッドセット３００からの返答信号を確認することで、確実に通信が確立するセンサ駆動信号の搬送波の周波数を決定するようにしても良い。この場合は、例えば、１２ｋＨｚ，１４ｋＨｚ，１６ｋＨｚ，１８ｋＨｚ，２０ｋＨｚ，２２ｋＨｚ，のようにセンサ駆動信号の搬送波の周波数を順次上げていって、動作可能な最大の周波数を用いることが望ましい。

また、ヘッドセット３００のコントローラ３０１は、端末装置１００に接続された時点から、センサ駆動信号の受信と存在確認とを繰り返している（図７中のステップＳ２０３，ステップＳ２０４）。
端末装置１００からのセンサ駆動信号の受信を確認したコントローラ３０１は、コントローラ３０１と信号処理部３４０とが、必要に応じてセンサ駆動の受信確認として返答信号を作成して、マイクロホンユニット３５０用のアナログ入力音声信号（mic）の配線に乗せて、センサ駆動信号の応答として返答信号を端末装置１００に対して送出する。

なお、この返答信号及び後述する生体情報としては、マイクロホンユニット３５０からのアナログ入力音声信号として使用される上限周波数を超える周波数であって、かつ、音声処理部１２０で入力及び処理可能な周波数の搬送波を用いることが望ましい。
例えば、一般的な端末装置１００の音声処理部１２０では、機種により差があるものの、通話や録音や録画用音声処理として、１５ｋＨｚ程度までは安定して入力及び処理可能な性能を有している。これに対して、通話や音声命令のアプリケーションプログラムでは１０ｋＨｚ程度までしか使用しないことが多い。この場合に、本実施形態の返答信号と生体情報の搬送波として、１０ｋＨｚより高い周波数（たとえば、１５ｋＨｚ程度）を採用することが望ましい。

なお、端末装置１００の機種によっては音声処理部１２０が入力及び処理可能な上限周波数が異なることも予想される。このため、測定アプリケーションプログラムの動作開始時に、端末装置１００側とヘッドセット３００側とで予め定めておいた複数の異なる周波数の搬送波で、ヘッドセット３００から返答信号を送出し、確実に通信が確立する搬送波の周波数を決定するようにしても良い。

そして、コントローラ３０１が端末装置１００からのセンサ駆動信号の受信を確認した場合（図７中のステップＳ２０４でＹＥＳ）、コントローラ３０１は、マイクロホンユニット３５０の収音により生成されるアナログ音声信号に対して生体情報を重畳した状態で、端末装置１００に送出されるように制御する（図７中のステップＳ２０５）。また、コントローラ３０１からの指示により、給電部３２０からセンサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌとに電力を供給する（図７中のステップＳ２０６）。なお、給電部３２０は、センサ駆動に必要な電力を内蔵された電池（図示せず）から供給しても良いし、マイクロホンユニット３５０駆動用に端末装置１００から供給される電圧を用いても良い。

また、コントローラ３０１は、端末装置１００からのセンサ駆動信号の受信を確認した場合（図７中のステップＳ２０４でＹＥＳ）、センサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌとに電力を供給する（図７中のステップＳ２０６）と共に、センサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌについてキャリブレーションを実行することも望ましい。すなわち、発光素子と受光素子とを用いる場合には、所定光量で発光素子を発光させると共に、所定レベルの測定信号が得られるように受光素子の受光感度を設定する、等のキャリブレーション処理を実行する。

また、コントローラ３０１は、端末装置１００からのセンサ駆動信号の受信を確認した場合（図７中のステップＳ２０４でＹＥＳ）、複数のセンサ３３０を搭載したヘッドセット３００において、実際に使用するいずれかのセンサを選択したり、センサ３３０のモードを切り替えることも可能である。

そして、駆動電力を供給されたセンサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌとは生体情報測定を実行し、当該ヘッドセット装着者の生体情報を取得し（図７中のステップＳ２０６）、取得した生体情報を信号処理部３４０に送る。
そして、信号処理部３４０は、駆動状態にされたセンサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌで得られた生体情報を、上述した所定周波数の搬送波信号を用いて変調した状態で、アナログ入力音声信号に重畳させて、アナログ音声入出力端子３９０ａとアナログ音声入出力端子１９０ａとを経由して端末装置１００に送出する（図７中のステップＳ２０７）。
ここで、「重畳」とは、アナログ入力音声信号の周波数帯域内のいずれかの周波数を用いて生体情報を含ませることを言い、本来のアナログ入力音声信号が存在しているか否かを問わない。また、上述した所定周波数の搬送波信号を用いる代わりに、スペクトラム拡散や音響透かしの技術を用いて、生体情報をアナログ入力音声信号の周波数帯域内に含めることも、「重畳」に含めるものとする。

なお、血管の拍動により得られる脈波信号などは、加工しない状態の生信号のままでは非常に低い周波数の信号である。このため、上述した所定周波数の搬送波信号を用いて、振幅変調あるいは周波数変調などの変調信号として端末装置１００に送出することが非常に望ましい。

また、コントローラ３０１は、端末装置１００からのセンサ駆動信号を継続して受信できているかを定期的に確認している（図７中のステップＳ２０８）。
ここで、コントローラ３０１が、センサ駆動信号の受信を継続して確認できている場合（図７中のステップＳ２０８でＹＥＳ）、コントローラ３０１は、センサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌの駆動と生体情報測定（図７中のステップＳ２０６）と、信号処理部３４０による生体情報の送出（図７中のステップＳ２０７とを繰り返して実行するよう制御する。

一方、端末装置１００側では、アナログ音声入出力端子１９０ａ経由で音声処理部１２０が、アナログ入力音声信号に重畳された状態のセンサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌで得られた生体情報を受信する（図７中のステップＳ１０６）。
ここで、測定アプリケーションプログラムは音声処理部１２０と共に、アナログ入力音声信号に重畳された状態のセンサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌで得られた生体情報を抽出し、信号処理として生体情報を解析する（図７中のステップＳ１０７）。なお、得られた生体情報をどのように解析して、どのように利用するかについては、測定アプリケーションプログラムにおいて自由に定めることができる。

また、測定アプリケーションプログラムは、生体情報測定中において、アナログ入力音声信号を使用する他のアプリケーションプログラムの起動状態を確認する（図７中のステップＳ１０８）。
通話や録音や音声命令等のアナログ入力音声信号を使用する他のアプリケーションプログラムが起動している場合に（図７中のステップＳ１０９でＹＥＳ）、生体情報が他のアプリケーションプログラムで使用する音声への影響を考慮して、測定アプリケーションプログラムの動作を一時中断する（図７中のステップＳ１１０）。この中断の際に、測定アプリケーションプログラムは、センサ駆動信号の送信も中断する。

なお、測定アプリケーションプログラムは、アナログ入力音声信号を使用する他のアプリケーションプログラムが終了した場合には速やかに生体情報測定を再開できるように、生体情報測定一時中断中においても、アナログ入力音声信号を使用する他のアプリケーションプログラムの起動状態を繰り返し確認する（図７中のステップＳ１１０，ステップＳ１０８，ステップＳ１０９）。

この状態で、ヘッドセット３００側において、コントローラ３０１が、センサ駆動信号の受信を確認できない場合（図７中のステップＳ２０８でＮＯ）、コントローラ３０１は、センサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌの駆動と生体情報測定動作を一時中断する（図７中のステップＳ２０９）。この測定動作の中断の際には、アナログ入力音声信号に重畳させた生体情報測定の送出も停止する。

なお、センサ駆動信号の途絶は、端末装置１００側の他のアプリケーションプログラムの起動が原因だけでなく、アナログ音声入出力端子１９０ａとアナログ音声入出力端子３９０ａの接続取り外しの可能性もある。
このため、コントローラ３０１は、アナログ音声入出力端子１９０ａとアナログ音声入出力端子３９０ａの接続取り外しについても確認する（図７中のステップＳ２１０）。

アナログ音声入出力端子１９０ａとアナログ音声入出力端子３９０ａの接続取り外しであれば（図７中のステップＳ２１０でＹＥＳ）、コントローラ３０１は、ヘッドセット３００における生体情報測定の動作を全て終了する（図７中のステップＳ１０９でエンド）。

センサ駆動信号が停止している（図７中のステップＳ２０８でＮＯ）が、アナログ音声入出力端子１９０ａとアナログ音声入出力端子３９０ａの接続が維持されている場合（図７中のステップＳ２１０でＮＯ）、センサ駆動信号の送信が再開した場合に速やかに生体情報測定を再開できるように、コントローラ３０１は、センサ駆動信号の受信確認を繰り返し実行する（図７中のステップＳ２０８）。

また、生体情報測定を実行中の端末装置１００側において、制御部１０１は、アナログ音声入出力端子１９０ａとアナログ音声入出力端子３９０ａの接続取り外しについて確認する（図７中のステップＳ１１１）。
アナログ音声入出力端子１９０ａとアナログ音声入出力端子３９０ａの接続が維持されている場合（図７中のステップＳ１１１でＮＯ）、測定アプリケーションプログラムによる、センサ駆動信号の送出（図７中のステップＳ１０５）、センサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌで得られた生体情報の受信（図７中のステップＳ１０６）、生体情報の解析（図７中のステップＳ１０７）、アナログ入力音声信号を使用する他のアプリケーションプログラムの起動確認（図７中のステップＳ１１０，ステップＳ１０８，ステップＳ１０９）、を繰り返し実行する。

一方、アナログ音声入出力端子１９０ａとアナログ音声入出力端子３９０ａの接続取り外しが発生していれば（図７中のステップＳ１１１でＹＥＳ）、制御部１０１が測定アプリケーションプログラムを終了させる（図７中のステップＳ１１２、ステップＳ１１３でエンド）。なお、この場合に、端末装置１００とヘッドセット３００とは、通常状態の音響再生や通話などの動作に復帰する。

なお、以上のフローチャートには示されていないが、端末装置１００の使用者が意図的に測定アプリケーションプログラムを終了させた場合にも、測定アプリケーションプログラムが終了し（図７中のステップＳ１１２、ステップＳ１１３でエンド）、端末装置１００とヘッドセット３００とは、通常状態の音響再生や通話などの動作に復帰する。

なお、以上のフローチャートに沿った説明では、通話などの他のアプリケーションプログラムの動作時には、測定アプリケーションプログラムが生体情報測定の動作を一時中断させるとしていたが、このような一時中断動作をしないことも可能である。
すなわち、アナログ入力音声信号を使用する通話等の他のアプリケーションプログラムを動作させる場合において、センサ３３０Ｒとセンサ３３０Ｌで得られた生体情報を、他のアプリケーションプログラムが使用するアナログ入力音声信号の周波数帯域を外した状態の所定周波数の搬送波信号を用いて変調した状態で、アナログ入力音声信号に重畳させれば良い。

このようにすることでも、生体情報測定用のセンサと端末装置とをアナログ音声入出力端子経由で接続する際に、本来の用途である通話等に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。
〔第二の実施形態〕
図１０はヘッドセット３００と端末装置１００とを含む生体情報測定システムの第二の実施形態の動作状態を示すフローチャートである。ここで、図１０において、図７として示したフローチャートと同一処理内容については同一ステップ番号を付すことで、重複した説明を省略する。

この第二の実施形態では、コントローラ３０１が端末装置１００からのセンサ駆動信号の受信を確認した場合（図１０中のステップＳ２０４でＹＥＳ）、コントローラ３０１は、
生体情報のみが端末装置１００に送出されるように、すなわち、マイクロホンユニット３５０の収音により生成されるアナログ音声信号が端末装置１００に送出されないように、制御する（図１０中のステップＳ２０５’）。この場合、生体情報に音声信号が混入することがなくなり、正確な測定が可能になる。

〔第三の実施形態〕
図１１はヘッドセット３００と端末装置１００とを含む生体情報測定システムの第三の実施形態の動作状態を示すフローチャートである。
この第三の実施形態は、図３と図４とに示したように、マイクロホンユニットを備えていないセンサ内蔵のイヤホンをヘッドセット３００とした場合の生体情報測定システム１を対象とした実施形態である。この図１１において、図７として示したフローチャートと同一処理内容については同一ステップ番号を付すことで、重複した説明を省略する。

まず、使用者が端末装置１００のアナログ音声入出力端子１９０ａに、マイクロホンユニットを備えていないヘッドセット３００のアナログ音声入出力端子３９０ａを接続する（図１１中のステップＳ１０１”，Ｓ２０１”）。なお、ここで、コントローラ３０１は、音声入出力端子３９０ａにおいて、マイクロホンユニットが接続されるべきマイク端子を開放又は短絡させることで使用不可状態にする（図１１中のステップＳ２０２”）。

そして、コントローラ３０１が端末装置１００からのセンサ駆動信号の受信を確認した場合（図１１中のステップＳ２０３，Ｓ２０４でＹＥＳ）、コントローラ３０１は、音声入出力端子３９０ａにおいて、マイクロホンユニットが接続されるべきマイク端子に生体情報のみを送信できる状態ににする（図１１中のステップＳ２０５”）。この場合、マイクロホンユニットを備えずにセンサを有するイヤホンをヘッドセット３００とした場合に、生体情報を確実に端末装置１００に送信できるようになり、正確な測定が可能になる。

〔他の実施形態〕
以上の説明において、駆動信号の存在によりセンサの駆動（測定実行）、駆動信号の不存在によりセンサの駆動停止（測定中止又は測定中断）としていたが、これに限定されるものではない。

例えば、センサ駆動信号の周波数の違い（２２ｋＨｚ，２３ｋＨｚ，２４ｋＨｚなど）、異なるセンサ駆動信号の組合せ（２２ｋＨｚのみ、２２ｋＨｚと２３ｋＨｚ、２２ｋＨｚと２４ｋＨｚなど）、左右のセンサ駆動信号の位相差（同相、逆相、位相差９０度など）などの情報に基づいて、複数のセンサが存在する場合のいずれかのセンサの選択、センサの発光光量の調整、センサの電極のインピーダンスチェックなど、各種の状態を制御することも可能である。この場合、各種の生体情報測定を所望の状態に切り替えて実行することが可能になる。

〔実施形態により得られる効果〕
（１）本実施形態に係る生体情報測定システム１、又は、この生体情報測定システム１に用いられるヘッドセット３００では、端末装置１００側からセンサ駆動信号をアナログ出力音声信号に重畳して出力し、ヘッドセット３００では、アナログ出力音声信号に含まれるセンサ駆動信号を抽出してセンサ３３０を駆動する。そして、ヘッドセット３００では、アナログ入力音声信号に重畳させた状態の生体情報を端末装置１００に送出し、端末装置１００は、アナログ入力音声信号に重畳された生体情報を抽出して処理する。

これにより、センサ３３０が内蔵されたヘッドセット３００と既存の端末装置１００を使用して、生体情報測定用のセンサ３３０と端末装置１００とをアナログ音声入出力端子経由で接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

また、端末装置１００とヘッドセット３００とを有線接続するため、無線接続のような電力消費が無く、長時間の使用が可能である。また、端末装置１００とヘッドセット３００とが有線接続であるため、ヘッドセット３００に内蔵されたセンサの消費電力を有線接続経由で伝達することが可能になる。このため、大容量の電池をヘッドセット３００に内蔵させる必要がなくなる。

また、端末装置１００とヘッドセット３００との間で、無線接続の際のペアリングのような設定作業は必要なく、単にアナログ音声入出力端子を使用してプラグとジャックとを接続するだけで、測定が可能になる。
そして、信号入力部／信号出力部は、一般的な端末装置に標準的に搭載されているプラグ・ジャックを使用することができるため、既存のほとんどのヘッドセットと端末装置を用いて生体情報測定システムを構築することが可能になる。

（２）アナログ出力音声信号に重畳されたセンサ駆動信号に基づいてセンサ３３０の駆動と駆動停止とを制御するため、既存の端末装置１００を用いて、生体情報測定用のセンサ３３０と端末装置１００とをアナログ音声入出力端子経由で接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（３）ヘッドセット３００側でセンサ駆動信号を受信しない場合には、センサ３３０を駆動停止状態に制御するため、既存の端末装置１００を用いて、生体情報測定用のセンサ３３０と端末装置１００とをアナログ音声入出力端子経由で接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（４）ヘッドセット３００側でコントローラ３０１は、センサ駆動信号に基づいて、センサについて駆動と駆動停止以外の状態について制御するため、複数のセンサのいずれかの選択、センサの発光光量の調整、センサの電極のインピーダンスチェックなど、各種の生体情報測定や、生体情報測定を正確に行うための補助的な制御が可能になる。

（５）ヘッドセット３００側でコントローラ３０１は、センサで取得された生体情報を信号処理して、マイクロホンからのアナログ音声信号に重畳させて端末装置１００に送るよう制御することで、既存の端末装置１００を用いて、生体情報測定用のセンサと端末装置１００とを信号入力部／信号出力部経由で有線接続する際に、本来の用途である通話等に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（６）端末装置１００に格納された測定アプリケーションプログラムにより、センサ駆動信号の出力と、生体情報の抽出と処理とを実行するため、既存の端末装置１００を用いて、生体情報測定用のセンサ３３０と端末装置１００とをアナログ音声入出力端子経由で接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（７）端末装置１００はセンサ駆動信号を非可聴状態に生成して出力するため、既存の端末装置を用いて、生体情報測定用のセンサと端末装置とを信号入力部／信号出力部経由で有線接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（８）マイクロホン３５０で生成されるアナログ入力音声信号の帯域外の周波数で生体情報をアナログ入力音声信号に重畳して端末装置１００に送出するため、既存の端末装置１００を用いて、生体情報測定用のセンサ３３０と端末装置１００とをアナログ音声入出力端子経由で接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（９）端末装置１００においてアナログ入力音声信号を使用するか否かを監視し、アナログ入力音声信号を使用する期間において、センサの駆動を停止するようにセンサ駆動信号を生成するため、既存の端末装置１００を用いて、生体情報測定用のセンサ３３０と端末装置１００とをアナログ音声入出力端子経由で接続する際に、本来の用途である通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（１０）センサの駆動と駆動停止とを制御するセンサ駆動信号を端末装置側で生成するため、既存の携帯端末装置を用いて、生体情報測定用のセンサと携帯端末装置とを信号入力部／信号出力部経由で有線接続する際に、本来の用途である音楽再生や通話に支障を与えずに、生体情報測定が可能になる。

（１１）センサ３３０について駆動と駆動停止以外の状態（複数の駆動センサのいずれかの選択、センサの発光光量の調整、センサの電極のインピーダンスチェックなど）を制御するセンサ駆動信号を端末装置側で生成するため、各種の生体情報測定や、生体情報測定を正確に行うための補助的な制御が可能になる。

１ 生体情報測定システム
１００ 端末装置
３００ ヘッドセット
３３０ センサ

Claims (10)

1. 駆動信号が重畳されたアナログ出力音声信号を出力する出力機能と生体情報が重畳されたアナログ入力音声信号を入力する入力機能とを備えた端末装置と、
   前記端末装置に対して有線接続可能なヘッドセットと、
   を有する生体情報測定システムであって、
   前記ヘッドセットは、
   収音して前記アナログ入力音声信号を生成するマイクロホンと、
   前記端末装置からの前記アナログ出力音声信号が入力される信号入力部と、
   前記端末装置に前記アナログ入力音声信号を出力する信号出力部と、
   前記信号入力部から入力される前記アナログ出力音声信号を音声再生する音響再生ユニットと、
   当該ヘッドセット装着者の生体情報を取得するセンサと、
   前記センサで取得された前記生体情報を前記アナログ入力音声信号に重畳する信号処理部と、
   前記信号入力部から入力される前記アナログ出力音声信号に含まれるセンサ駆動信号を抽出して前記センサを駆動するよう制御すると共に、前記生体情報が重畳された前記アナログ入力音声信号を前記端末装置に送るよう制御するコントローラと、
   を備えて構成され、
   前記端末装置は、前記センサ駆動信号を前記アナログ音声出力信号に重畳して前記ヘッドセットに対して出力すると共に、前記ヘッドセットにおいて前記アナログ入力音声信号に重畳された前記生体情報を抽出して処理する情報処理部を備えて構成され、
   前記情報処理部は、前記端末装置において前記アナログ入力音声信号を使用するか否かを監視し、前記アナログ入力音声信号を使用しない期間において前記センサを駆動すると共に前記アナログ入力音声信号を使用する期間において前記センサの駆動を停止するように前記センサ駆動信号を生成する、
   ことを特徴とする生体情報測定システム。
2. 前記コントローラは、前記センサ駆動信号に基づいて前記センサの駆動と駆動停止とを制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定システム。
3. 前記コントローラは、前記センサ駆動信号を受信しない場合には、前記センサを駆動停止状態に制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか一項に記載の生体情報測定システム。
4. 前記コントローラは、前記センサ駆動信号に基づいて、前記センサについて、駆動と駆動停止以外の状態について制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の生体情報測定システム。
5. 前記コントローラは、前記センサで取得された前記生体情報を前記信号処理部で変換して、前記マイクロホンからの前記アナログ入力音声信号に重畳させて前記端末装置に送るよう制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の生体情報測定システム。
6. 前記情報処理部は、前記端末装置に格納されたアプリケーションプログラムにより、前記センサ駆動信号の出力と、前記生体情報の抽出と処理とを実行する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の生体情報測定システム。
7. 前記情報処理部は、前記センサ駆動信号を非可聴状態に生成して出力する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の生体情報測定システム。
8. 前記コントローラは、前記マイクロホンで生成される前記アナログ入力音声信号の帯域外の周波数で前記生体情報を前記アナログ入力音声信号に重畳して前記端末装置に送出する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の生体情報測定システム。
9. 前記情報処理部は、前記センサの駆動と駆動停止とを制御するための前記センサ駆動信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の生体情報測定システム。
10. 前記情報処理部は、前記センサの駆動又は駆動停止以外の状態を制御するための前記センサ駆動信号を生成する、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の生体情報測定システム。