説明

生体情報量検出装置および生体情報量検出方法

【課題】暗電流の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出する。
【解決手段】暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量およびアナログ信号からなる暗電流成分を検出するPD15と、PD15により検出された生体情報量を第1パルス幅に変換し、PD15により検出された暗電流成分を第2パルス幅に変換する積分回路23と、積分回路23により変換された第1パルス幅を基準クロックでカウントして第1カウンタ値を生成し、積分回路23により変換された第2パルス幅を基準クロックでカウントして第2カウンタ値を生成するカウンタと、カウンタにより生成された第1カウンタ値と第2カウンタ値との差分により生体情報量を求める演算器とを備える生体情報量検出装置1を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生体情報量検出装置および生体情報量検出方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、グルコースモニタ等の生体情報量検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
生体情報量を測定するセンサからの出力信号には、生体情報量以外にもセンサにおいて生じる暗電流が重畳されており、測定誤差の原因になっている。特許文献1に記載の生体情報量検出装置は、LEDを点灯した状態で生体情報量を測定したセンサの電流値から、LEDを消灯した状態で暗電流を測定したセンサの電流値を減算することにより、センサにおいて生じる暗電流の影響をキャンセルすることとしている。
同様にLEDとセンサを用いて、グルコース以外の生体情報量として脈波や血中酸素濃度を測定する装置もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平2−278142号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載の生体情報量検出装置は、LEDを点灯した状態で生体情報量を測定したセンサからのアナログ信号の電流値とLEDを消灯した状態で暗電流を測定したセンサからのアナログ信号の電流値とを、それぞれディジタル信号の電流値に変換して両者の差分を取ることとしているため、それぞれの信号を変換する分だけ処理に時間が掛かり、消費電力も大きくなるという不都合がある。
【0005】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、暗電流の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができる生体情報量検出装置および生体情報量検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量およびアナログ信号からなる前記暗電流成分を検出するセンサと、該センサにより検出された前記生体情報量を第1パルス幅に変換し、前記センサにより検出された前記暗電流成分を第2パルス幅に変換する変換回路と、該変換回路により変換された前記第1パルス幅を基準クロックでカウントして第1カウンタ値を生成し、前記変換回路により変換された前記第2パルス幅を基準クロックでカウントして第2カウンタ値を生成するカウンタと、該カウンタにより生成された前記第1カウンタ値と前記第2カウンタ値との差分により前記生体情報量を求める演算部とを備える生体情報量検出装置を提供する。
【0007】
本発明によれば、演算部により、センサによって検出された暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量からアナログ信号からなる暗電流成分が除去された高精度な生体情報量が検出される。なお、暗電流とは、センサにおいて非作動状態でも流れる放電電流をいう。
【0008】
この場合において、変換回路により各アナログ信号をそれぞれ第1パルス幅および第2パルス幅に変換し、カウンタにより各パルス幅を基準クロックでカウントした第1カウンタ値および第2カウンタ値とした状態で、演算部によりこれらの差分から生体情報量を求めることで、各アナログ信号をそれぞれディジタル信号に変換して演算処理する場合と比較して、処理時間を短縮するとともに消費電力を低減することができる。したがって、暗電流の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができる。
【0009】
上記発明においては、前記演算部が、前記第1カウンタ値と前記第2カウンタ値との差分により得られる前記生体情報量のアナログ信号をディジタル信号に変換することとしてもよい。
このように構成することで、生体情報量を効率的に記録、保存、圧縮、伝送等することができる。
【0010】
また、上記発明においては、前記センサが、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の検出とアナログ信号からなる暗電流成分の検出とを交互に連続して行うこととしてもよい。
このように構成することで、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量とアナログ信号からなる暗電流成分との検出時差を低減し、生体情報量から暗電流や回路の温度特性の影響を精度よく除去することができる。
【0011】
また、上記発明においては、前記変換回路が、前記センサにより検出された前記生体情報量の電流信号および前記暗電流成分の電流信号を変換して第1基準電位を満たす電圧信号を出力する変換部と、該変換部により変換された各電圧信号を積分して前記第1基準電位とは異なる第2基準電位を満たすパルス幅を出力する積分部とを備えることとしてもよい。
【0012】
このように構成することで、変換部と積分部において生じる温度特性による出力変化が負方向、すなわち、センサの電流信号の減少方向に変化してもその変化量を抽出し、温度特性の影響を除去することができる。
【0013】
また、上記発明においては、前記変換回路が二重積分方式であることとしてもよい。
このように構成することで、アナログ信号のパルス幅への変換を簡易に行うことができる。したがって、周期の短いノイズを平均して除去し、生体情報量を精度よく検出することができる。
【0014】
また、本発明は、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量およびアナログ信号からなる前記暗電流成分を検出する検出工程と、該検出工程により検出された前記生体情報量を第1パルス幅に変換し、前記検出工程により検出された前記暗電流成分を第2パルス幅に変換する変換工程と、該変換工程により変換された前記第1パルス幅を基準クロックでカウントして第1カウンタ値を生成し、前記変換工程により変換された前記第2パルス幅を基準クロックでカウントして第2カウンタ値を生成するカウント工程と、該カウント工程により生成された前記第1カウンタ値と前記第2カウンタ値との差分により前記生体情報量を求める演算工程とを含む生体情報量検出方法を提供する。
【0015】
本発明によれば、演算工程により、検出工程によって検出された暗電流成分を含むアナログ信号の生体情報量からアナログ信号の暗電流成分が除去された高精度な生体情報量が検出される。
この場合において、変換工程により各アナログ信号をそれぞれパルス幅に変換し、カウント工程により各パルス幅を基準クロックでカウントしたカウンタ値とした状態で、演算工程によりこれらの差分から生体情報量を求めることで、暗電流の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができる。
【0016】
上記発明においては、前記演算工程が、前記第1カウンタ値と前記第2カウンタ値との差分により得られる前記生体情報量のアナログ信号をディジタル信号に変換することとしてもよい。
このように構成することで、生体情報量を効率的に記録、保存、圧縮、伝送等することができる。
【0017】
また、上記発明においては、前記検出工程が、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の検出とアナログ信号からなる暗電流成分の検出とを交互に連続して行うこととしてもよい。
このように構成することで、暗電流成分を含むアナログ信号の生体情報量とアナログ信号の暗電流成分との検出時差を低減し、生体情報量から暗電流や回路の温度特性の影響を精度よく除去することができる。
【0018】
また、上記発明においては、前記変換工程が、前記検出工程により検出された前記生体情報量の電流信号および前記暗電流成分の電流信号を変換して第1基準電位を満たす電圧信号を出力し、各電圧信号を積分して前記第1基準電位とは異なる第2基準電位を満たすパルス幅を出力することとしてもよい。
このように構成することで、回路において生じる温度特性による出力変化がセンサの電流信号の減少方向に変化してもその変化量を抽出し、温度特性の影響を除去することができる。
【0019】
また、上記発明においては、前記変換工程が二重積分方式により実施することとしてもよい。
このように構成することで、アナログ信号のパルス幅への変換を簡易に行い、周期の短いノイズを平均して除去して生体情報量を精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、暗電流の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の第1実施形態に係る生体情報量検出装置を示すブロック図である。
【図2】図1の生体情報量検出装置の制御回路のカウンタ周辺を示すブロック図である。
【図3】図1の生体情報量検出装置の処理回路および制御回路による各部の信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図4】本発明の第1実施形態に係る生体情報量検出方法を説明するフローチャートである。
【図5】本発明の第1実施形態に係る生体情報量検出装置および生体情報量検出方法を説明するタイミングチャートである。
【図6】本発明の第2実施形態に係る生体情報量検出装置を示すブロック図である。
【図7】図6の生体情報量検出装置の処理回路および制御回路による各部の信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図8】本発明の第2実施形態に係る生体情報量検出装置および生体情報量検出方法を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0022】
〔第1実施形態〕
本発明の第1実施形態に係る生体情報量検出装置および生体情報量検出方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体情報量検出装置1は、図1に示されるように、信号検出部3と、信号検出部3により検出された信号を処理する処理回路5と、処理回路5を制御するとともに、処理回路5により処理された信号に基づいて生体情報量を算出する制御回路(MCU:マイクロコントローラ)7とを備えている。
【0023】
信号検出部3は、LED(Light−Emitting Diode)のような光源11と、光源11から発せられた光Eが照射されることにより生体反応部材13において発せられる蛍光や反射光等の光Fを検出するPD(フォトダイオード:センサ)15とを備えている。
【0024】
生体反応部材13としては、例えば、光源11からの光が照射されると、生体量に応じて蛍光や反射率が変化する部材が用いられる。また、光源11からの光が生体情報量に応じて変化する場合、生体反応部材13は単なる反射板でもよい。生体情報量としては、例えば、脈波、血中酸素飽和濃度、グルコース濃度等が挙げられる。
PD15は、検出した光Fの強度に応じた大きさの電流信号Ioutを出力するようになっている。
【0025】
処理回路5は、PD15から出力された電流信号Ioutを電圧信号IVoutに変換するIV変換回路21と、IV変換回路21から出力された電圧信号IVoutをPD15の電流に比例するパルス幅に変換する積分回路(変換回路)23とを備えている。
【0026】
IV変換回路21は、オペアンプ21aと、オペアンプ21aの負入力端子と出力端子とを接続する変換抵抗21bとを備えている。
オペアンプ21aの正入力端子には、基準電位生成IC18により生成される第1基準電位Vref1が入力されるようになっている。第1基準電位Vref1は、例えば1.25Vの電位とする。
【0027】
積分回路23は、電圧信号IVoutを積分して電圧信号INTEG_outを出力する積分部25と、積分部25から出力される電圧信号INTEG_outと第1基準電位Vref1とを比較し、電圧信号INTEG_outが第1基準電位Vref1を下回った時点でLow状態となる信号を出力する比較部27とを備えている。
【0028】
積分部25は、オペアンプ25aと、オペアンプ25aの負入力端子と出力端子とを接続するキャパシタ25bと、キャパシタ25bの両端を短絡あるいは遮断するスイッチ25cと、入力抵抗25dと、IV変換回路21から入力抵抗25dへの電圧信号IVoutの入力の断続を切り替えるスイッチ25eと、入力抵抗25dへの第3基準電位Vref3の入力の断続を切り替えるスイッチ25fとを備えている。
【0029】
第3基準電位Vref3は、基準電位生成IC19により生成されるようになっており、例えば、3.0Vの電位とする。
オペアンプ25aの正入力端子には、オペアンプ21aと同様に、基準電位生成IC18により生成される1.25Vの電位の第1基準電位Vref1が入力されるようになっている。
【0030】
比較部27は、コンパレータ27aと、コンパレータ27aの出力とは逆の信号COMP_outを出力するNOTゲート27bとを備えている。
NOTゲート27bから出力される信号COMP_outのパルス幅は、PD15から出力される電流信号Ioutに比例するようになっている。
【0031】
コンパレータ27aの正入力端子には、オペアンプ21a、25aと同様に、基準電位生成IC18により生成される1.25Vの電位の第1基準電位Vref1が入力されるようになっている。
符号R1,R2はそれぞれ抵抗を示し、符号29はANDゲートを示している。
【0032】
制御回路7は、リセット信号NXを出力するリセット端子7aと、積分回路23に設けられたキャパシタ25bへのチャージを行うためのチャージ信号N1(N1パルス)を出力するチャージ端子7bと、キャパシタ25bにチャージされた電荷のディスチャージを行うためのディスチャージ信号N3を出力するディスチャージ端子7cとを備えている。
【0033】
リセット端子7aから出力されるリセット信号NXはスイッチ25cに入力され、チャージ端子7bから出力されるチャージ信号N1はスイッチ25eに入力され、ディスチャージ端子7cから出力されるディスチャージ信号N3はスイッチ25fに入力されるようになっている。
【0034】
また、ディスチャージ端子7cから出力されるディスチャージ信号N3と、処理回路5のNOTゲート27bから出力される信号COMP_outは、ANDゲート29により論理演算されるようになっている。ANDゲート29により求められた論理積N2(N2パルス:第1パルス、第2パルス)は制御回路7に入力されるようになっている。
【0035】
また、制御回路7は、図2に示すように、基準クロック(クロック周期T[sec]。以下、基準クロックTとする。)を発振する発振器7dと、発振器7dから発振される基準クロックTにより、チャージ端子7bからのチャージ信号N1(N1パルス)およびANDゲート29からの論理積N2(N2パルス)をそれぞれカウントするカウンタ7eと、カウンタ7eによりカウントされたカウンタ値(第1カウンタ値、第2カウンタ値)に基づいて、生体情報量を算出する演算器(演算部)7gとを備えている。
【0036】
この制御回路7は、図3に示すように、各端子7a、7b、7cから出力する信号を下記のように切り替えるようになっている。
チャージ端子7bから出力されるチャージ信号N1は、光源11からの光Eの照射タイミングに同期してHi状態とLow状態とが切り替えられるようになっている。具体的には、光源11からの光Eが照射されるとチャージ信号N1がHi状態に切り替えられ、光Eの照射が停止されるとチャージ信号N1がLow状態に切り替えられるようになっている。
【0037】
また、チャージ端子7bからのチャージ信号N1のHi状態への切替時に、リセット端子7aから出力されるリセット信号NXがLow状態に切り替えられ、チャージ端子7bからのチャージ信号N1のLow状態への切替時に、ディスチャージ端子7cから出力されるディスチャージ信号N3がHi状態に切り替えられるようになっている。そして、ディスチャージ端子7cからのディスチャージ信号N3のLow状態への切替時に、リセット端子7aからのリセット信号NXがHi状態に切り替えられるようになっている。
【0038】
リセット信号NXがHi状態になると、スイッチ25cが閉じられてキャパシタ25bの両端が短絡されるようになっている。これにより、積分回路23の電圧が第1基準電位Vref1にリセットされるようになっている。一方、リセット信号NXがLow状態になると、積分回路23のスイッチ25cが開放され、積分回路23による積分動作が可能になるようになっている。
【0039】
チャージ信号N1がHi状態に切り替えられると、スイッチ25eが閉じられるとともにリセット信号NXがLOW状態に切り替えられることで、IV変換回路21から出力された電圧信号IVoutの積分回路23による積分が開始され、キャパシタ25bがチャージされていくようになっている。また、カウンタ7eによりチャージ信号N1(N1パルス)のカウントが開始されるようになっている。
【0040】
ディスチャージ端子7cからのディスチャージ信号N3がHi状態になると、スイッチ25fが閉じられるとともにチャージ信号N1がLow状態に切り替えられることで、スイッチ25eが開放されるようになっている。これにより、第1基準電位Vref1よりも大きな第3基準電位Vref3がオペアンプ25aの負入力端子に入力され、キャパシタ25bがディスチャージされていくようになっている。また、カウンタ7eにより論理積N2のカウントが開始されるようになっている。
【0041】
本実施形態に係る生体情報量検出装置1の回路構成においては、変換回路15の出力(電圧信号IVout)は下式(1)により算出される。
IVout=Vref1−Iout×Riv・・(1)
Rivは変換抵抗21bの抵抗値を示している。
【0042】
また、チャージ時の電圧信号INTEG_outの電圧Vcは、下式(2)により算出される。
Vc=Vref1+{1/(Rint×Cint)}×∫(Vref1−IVout)dt
=Vref1+{1/(Rint×Cint)}×N1×T×(Vref1−IVout)・・(2)
Rintは入力抵抗25dの電圧値を示し、Cintはキャパシタ25bの電圧値を示し、N1はカウンタ7eによるチャージ信号N1のカウンタ値を示している。
【0043】
また、ディスチャージ時の電圧信号INTEG_outの電圧Vcは、下式(3)により算出される。
Vc=Vref1+(1/Rint×Cint)×∫(Vref3−Vref1)dt
=Vref1+(1/Rint×Cint)×N2×T×(Vref3−Vref1)・・(3)
N2はカウンタ7eによる論理積N2のカウンタ値を示している。
【0044】
式(1),(2),(3)より、PD15から出力される電流信号Ioutは、下式(4)により算出される。
Iout=(N2/N1)×(Vref3−Vref1)/Riv・・(4)
【0045】
ここで、PD15により検出される生体情報量としての電流信号Ioutは、PD15において生じる暗電流の影響により測定誤差が生じる傾向がある。暗電流とは、PD15において非作動状態でも流れる放電電流をいう。なお、PD15の暗電流は温度により変化する。
【0046】
本実施形態に係る生体情報量検出方法は、図4のフローチャートに示すように、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の電流信号Ioutとアナログ信号からなる暗電流成分の電流信号Ioutを検出する検出工程S1と、検出工程S1により検出された生体情報量の電流信号Ioutをパルス信号COMP_out(第1パルス幅)に変換し、暗電流成分をパルス信号COMP_out(第2パルス幅)に変換する変換工程S2と、変換工程S2により変換された第1パルス幅の信号COMP_outに基づく論理積N2を基準クロックTでカウントしてカウンタ値(第1カウンタ値)を生成し、第2パルス幅の信号COMP_outに基づく論理積N2を基準クロックTでカウントしてカウンタ値(第2カウンタ値)を生成するカウント工程S3と、カウント工程S3により生成された第1カウンタ値と第2カウンタ値との差分により生体情報量Ibを求める演算工程S4とを含んでいる。
【0047】
検出工程S1は、PD15により、光源11が点灯した状態で暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の電流信号Ioutを検出し、光源11が消灯した状態でアナログ信号からなる暗電流成分の電流信号Ioutを検出するようになっている。また、検出工程S1は、光源11が点灯時の電流信号Ioutと光源11が消灯時の電流信号Ioutを交互に連続して検出するようになっている。
演算工程S4は、演算器7gにより、それぞれのアナログ信号のパルス幅のカウンタ値の差分から、暗電流の影響を除去した生体情報量Ibを求めるようになっている。
【0048】
演算器7gにより求められる生体情報量Ibは、下式(5)により算出される。
Ib=Is−Id・・(5)
Isは光源11が点灯時のPD15の電流信号Ioutを示し、Idは光源11が消灯時のPD15の電流信号Ioutを示している。
【0049】
式(5)により、Id,Isは下式(6)、(7)により算出される。
Id=(N2d/N1)×(Vref3−Vref1)/Riv・・(6)
Is=(N2s/N1)×(Vref3−Vref1)/Riv・・(7)
N2dは光源11が消灯時のN2カウント数を示し、N2sは光源11点灯時のN2カウント数を示している。
【0050】
式(6),(7)により、式(5)は下式(8)に置き換えられる。
Ib=[{(N2s−N2d)/N1}×(Vref3−Vref1)]/Riv・・(8)
【0051】
このように構成された本実施形態に係る生体情報量検出装置1および生体情報量検出方法の作用について、図5のタイミングチャートを参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体情報量検出装置1を用いて生体情報量を検出するには、まず、PD15により光源11が消灯時のアナログ信号からなる暗電流成分の電流信号Ioutを検出し、そのパルス幅(第2パルス幅)のカウンタ値(第2カウンタ値)を取得する。
【0052】
制御部14の作動により、光源11を消灯した状態でリセット端子16cからHi状態のリセット信号NXを出力し、スイッチ25cを閉じて積分回路23の電圧を第1基準電位Vref1にリセットしておく。この状態から、リセット信号NXをLow状態に切り替えると同時に、チャージ端子7bからのチャージ信号N1をHi状態に切り替える。
【0053】
チャージ信号N1がHi状態に切り替えられるとスイッチ25eが閉じられ、PD15の暗電流成分の電流信号Ioutが検出され(検出工程S1)、それに応じた電圧信号IVoutが積分回路23に入力されてキャパシタ25bのチャージが開始される(変換工程S2)。キャパシタ25bにチャージされる期間をN1期間とする。カウンタ7eにより、N1期間におけるチャージ端子7bからのチャージ信号N1が基準クロックTでカウントされる。
【0054】
キャパシタ25bのチャージが開始されると、コンパレータ27aの負入力端子に入力される電圧信号INTEG_outの電位が正入力端子に入力される第1基準電位Vref1の電位よりも高くなるので、コンパレータ27aから出力される電圧信号INTEG_outはLow状態になり、NOTゲート27bによりHi状態の信号COMP_outが出力される。しかしながら、ディスチャージ信号N3がLow状態であり、ANDゲート29から出力される論理積N2はLow状態に維持されるため、カウンタ7eによる論理積N2のカウントは開始されない。
【0055】
次いで、チャージ信号N1がLow状態に切り替えられてスイッチ25eが開放され、IV変換回路21から積分回路23への電圧信号IVoutの入力が遮断される。同時に、ディスチャージ端子7cからのディスチャージ信号N3がHi状態に切り替えられてスイッチ25fを閉じられ、第3基準電位Vref3がオペアンプ25aの負入力端子に入力されてキャパシタ25bがディスチャージされていく。
【0056】
キャパシタ25bがディスチャージされることにより、積分部25から出力される電圧信号INTEG_outの値の変化がコンパレータ27aによって第1基準電位Vref1と比較される。電圧信号INTEG_outの値が第1基準電位Vref1よりも上回っている期間をN2期間とする。
【0057】
キャパシタ25bがチャージされているN1期間はNOTゲート27bから出力される信号COMP_outがHi状態に維持されているので、キャパシタ25bのディスチャージが開始されると、ANDゲート29から出力される論理積N2がHi状態になって、カウンタ7eによる論理積N2のカウントが開始される(カウント工程S3)。
ディスチャージの開始時において、キャパシタ25bの電圧値はPD15により検出された光の強度に比例しているので、ディスチャージに要する時間も光の強度に比例することとなる。
【0058】
そして、キャパシタ25bのディスチャージが進み、積分部25から出力される電圧信号INTEG_outが第1基準電位Vref1を下回った処理回路5から、コンパレータ27aの出力がHi状態に、NOTゲート27bの出力がLow状態に切り替わり、ANDゲート29の出力がLow状態になって、カウンタ7eによるカウントが停止される。これにより、光源11が消灯時のN2カウンタ値N2dが求められる。
【0059】
次に、PD15により光源11が点灯時の暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の電流信号Ioutを検出し、そのパルス幅(第1パルス幅)のカウンタ値(第1カウンタ値)を取得する。
【0060】
光源11の点灯を開始すると、制御部14の作動により、これに同期して制御回路7のチャージ端子7bからのチャージ信号N1がHi状態に切り替えられ、同時にリセット端子7aからのリセット信号NXがLow状態に切り替えられる。これにより、光源11の消灯時と同様にして、検出工程S1によって検出されるPD15の暗電流成分を含む電流信号Ioutに応じた電圧信号IVoutが、変換工程S2によって積分回路23に入力されてキャパシタ25bにチャージされる(N1期間)。また、カウンタ7eにより、N1期間におけるチャージ信号N1が基準クロックTでカウントされる。
【0061】
カウンタ14dによるカウンタ値がN1となるまで光源11を作動させることとしておくことにより、カウンタ14dによりカウントされるカウンタ値がN1となった時点で、チャージ信号N1がLow状態に切り替えられてスイッチ25eが開放されると同時に、ディスチャージ信号N3がHi状態に切り替えられてIV変換回路21から積分回路23への電圧信号IVoutの入力が遮断される。
【0062】
同時に、ディスチャージ端子7cからのディスチャージ信号N3がHi状態に切り替えられてスイッチ25fを閉じられ、第3基準電位Vref3がオペアンプ25aの負入力端子に入力されてキャパシタ25bがディスチャージされていく。そして、積分部25から出力される電圧信号INTEG_outの値の変化がコンパレータ27aによって第1基準電位Vref1と比較され、電圧信号INTEG_outの値が第1基準電位Vref1よりも上回っているN2期間におけるANDゲート29から出力される論理積N2がカウンタ7eによってカウントされる。これにより、光源11が点灯時のN2カウント数N2sが求められる。
【0063】
この後、演算器7gにより、式(8)に基づいて、光源11が消灯時のカウント数N2dと点灯時のカウント数N2sとの差分から生体情報量Ibが算出される(演算工程S4)。
これにより、PD15によって検出された暗電流成分を含むアナログ信号の生体情報量からアナログ信号の暗電流成分が除去された高精度な生体情報量Ibが検出される。
【0064】
この場合において、IV変換回路21により各アナログ信号をそれぞれ第1パルス幅および第2パルス幅に変換し、カウンタ14dにより各パルス幅を基準クロックTでカウントした第1カウンタ値および第2カウンタ値とした状態で、演算器14eによりこれらの差分から生体情報量を求めることで、各アナログ信号をそれぞれディジタル信号に変換して演算処理する場合、すなわち、N2カウンタ値N2s,N2dからそれぞれPD15の電流信号Iout(Is、Id)を求めて差分をとる場合と比較して、処理時間を短縮するとともに消費電力を低減することができる。また、IV変換回路21および積分回路23において生じる温度特性の正方向(PD15の電流信号IVoutの増加方向)の影響もキャンセルすることができる。
【0065】
したがって、本実施形態に係る生体情報量検出装置1によれば、PD15において生じる暗電流の影響や回路の温度特性の正方向の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができる。
【0066】
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係る生体情報量検出装置および生体情報量検出方法について説明する。
本実施形態に係る生体情報量検出装置101は、IV変換回路21のオペアンプ21aに入力する基準電位と積分回路23のオペアンプ25aおよびコンパレータ27aに入力する基準電位が異なる点で第1実施形態と異なる。
以下、第1実施形態に係る生体情報量検出装置1および生体情報量検出方法と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【0067】
本実施形態に係る生体情報量検出装置101は、図6に示すように、第1基準電位生成IC18により生成される第1基準電位Vref1をIV変換回路21のオペアンプ21aのみに入力することとし、積分回路23のオペアンプ25aおよびコンパレータ27aに対して第1基準電位Vref1とは異なる第2基準電位Vref2を入力する第2基準電位生成IC118を備えている。
第2基準電位生成IC118は、例えば、2.048Vの第2基準電位Vref2を出力するようになっている。
【0068】
本実施形態に係る生体情報量検出方法は、変換工程SA2が、検出工程SA1により検出された生体情報量の電流信号Ioutを変換して第1基準電位Vref1を満たす電圧信号IVoutを出力するとともに、暗電流成分の電流信号Ioutを変換して第2基準電位Vref2を満たす電圧信号IVoutを出力し、各電圧信号IVoutを積分して第2基準電位Vref2を満たすパルス幅(第1パルス幅、第2パルス幅)の電圧信号INTE_Gout、信号COMP_outを出力するようになっている。
【0069】
本実施形態に係る生体情報量検出装置101の回路構成においては、図7に示すように、下式(9)により算出される電圧信号IVoutと第2基準電位Vref2との電位差Vsigvoltageの電圧により、積分部25のキャパシタ25bがチャージされるようになっている。
IVout=Vref1−Iout×Riv・・(1)
Vsigvoltage=Vref2−IVout・・(9)
【0070】
また、チャージ時の電圧信号INTEG_outの電圧Vcは、下式(10)により算出される。
Vc=Vref2+(1/Rint×Cint)×∫(Vsigvoltage)dt
=Vref2+(1/Rint×Cint)×N1×T×Vsigvoltage・・(10)
【0071】
また、ディスチャージ時の電圧信号INTEG_outの電圧Vcは、下式(11)により算出される。
Vc=Vref2+(1/Rint×Cint)×∫(Vref3−Vref2)dt
=Vref2+(1/Rint×Cint)×N2×T×(Vref3−Vref2)・・(11)
【0072】
式(10),(11)より、式(9)は下式(12)に置き換えられる。
Vsigvoltage=(N2/N1)×(Vref3−Vref2)/Riv・・(12)
【0073】
式(1),(9),(12)より、PD15から出力される電流信号Ioutは下式(13)により算出される。
Iout={(N2/N1)×(Vref3−Vref2)−(Vref2−Vref1)}/Riv・・(13)
【0074】
このように構成された本実施形態に係る生体情報量検出装置101および生体情報量検出方法の作用について、図8のタイミングチャートを参照して説明する。
本実施形態に係る生体情報量検出装置1を用いて生体情報量を検出するには、第1実施形態と同様に、PD15により光源11が消灯時のアナログ信号からなる暗電流成分の電流信号Ioutを検出し、続けて、光源11が点灯時の暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の電流信号Ioutを検出し、演算器7gにより、それぞれのアナログ信号のパルス幅のカウンタ値の差分から、暗電流の影響を除去した生体情報量Ibを求める。
【0075】
演算器7gにより求められる生体情報量Ibは、下式(14)により算出される。
Ib=(Vsigvoltage_s−Vsigvoltage_a)/Riv・・(14)
Vsigvoltage_aは光源11が消灯時のIV変換回路21から出力される電圧信号IVoutを示し、Vsigvoltage_sは光源11が点灯時のIV変換回路21から出力される電圧信号IVoutを示している。
【0076】
式(12)により、Vsigvoltage_a,Vsigvoltage_sは下式(15),(16)により算出される。
Vsigvoltage_a=(N2a/N1)×(Vref3−Vref2)/Riv・・(15)
Vsigvoltage_s=(N2s/N1)×(Vref3−Vref1)/Riv・・(16)
N2aは、光源11が消灯時のN2カウンタ値を示している。
【0077】
式(15),(16)により、式(14)は下式(17)に置き換えられる。
Ib=[{(N2s−N2a)/N1}×(Vref3−Vref2)]/Riv・・(17)
【0078】
図8のタイミングチャートにおいて、光源11が消灯時のN2カウンタ値N2aおよび光源11が点灯時のN2カウンタ値N2を求める流れは第1実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本実施形態に係る生体情報量検出装置101および生体情報量検出方法によれば、PD15の暗電流の影響や回路の温度特性の負方向(PD15の電流信号IVoutの減少方向)の影響を含まない生体情報Ibを、N2カウンタ値N2aとN2sのカウンタ値の差分から求めることができる。また、IV変換回路21および積分回路23において生じる温度特性による出力変化が負方向してもその変化量を抽出し、その温度特性の影響をキャンセルすることができる。したがって、暗電流の影響や回路の温度特性の負方向の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができる。
【0079】
本変形例においては、第1基準電位Vref1<第2基準電位Vref2としたが、これはPD15の電流信号Ioutが増加すると電圧信号IVoutが減少する回路構成のためである。PD電流信号Ioutが増加すると電圧信号IVoutも増加する回路構成においては、第1基準電位Vref1>第2基準電位Vref2とするのが望ましい。
【0080】
上記第1実施形態および第2実施形態においては、光源11の点灯時における暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の検出と、光源11の消灯時におけるアナログ信号からなる暗電流成分の検出とを交互に連続して行うことが望ましい。このようにすることで、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量とアナログ信号からなる暗電流成分との検出時差を低減し、生体情報量を測定する時点の暗電流や回路の温度特性を高精度にキャンセルすることができる。
【0081】
また、上記各実施形態においては、それぞれのカウンタ値の差分から生体情報量Ibに応じた電流量をディジタル化し、あらかじめ測定していた電流量と生体情報量(例えば、グルコース値mg/dl)との関係に基づいて生体情報量Ibを決定してもよいし、あらかじめ測定していたカウンタ値の差分と生体情報量との関係に基づいて、カウンタ値の差分から生体情報量Ibを直接決定してもよい。
【0082】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0083】
7e カウンタ
7g 演算器(演算部)
15 PD(センサ)
23 積分回路(変換回路)
25 積分部
27 比較部
T 基準クロック
ref1 第1基準電位
ref2 第2基準電位
S1 検出工程
S2 変換工程
S3 カウント工程
S4 演算工程


【特許請求の範囲】
【請求項1】
暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量およびアナログ信号からなる前記暗電流成分を検出するセンサと、
該センサにより検出された前記生体情報量を第1パルス幅に変換し、前記センサにより検出された前記暗電流成分を第2パルス幅に変換する変換回路と、
該変換回路により変換された前記第1パルス幅を基準クロックでカウントして第1カウンタ値を生成し、前記変換回路により変換された前記第2パルス幅を基準クロックでカウントして第2カウンタ値を生成するカウンタと、
該カウンタにより生成された前記第1カウンタ値と前記第2カウンタ値との差分により前記生体情報量を求める演算部とを備える生体情報量検出装置。
【請求項2】
前記演算部が、前記第1カウンタ値と前記第2カウンタ値との差分により得られる前記生体情報量のアナログ信号をディジタル信号に変換する請求項1に記載の生体情報量検出装置。
【請求項3】
前記センサが、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の検出とアナログ信号からなる暗電流成分の検出とを交互に連続して行う請求項1または請求項2に記載の生体情報量検出装置。
【請求項4】
前記変換回路が、前記センサにより検出された前記生体情報量の電流信号および前記暗電流成分の電流信号を変換して第1基準電位を満たす電圧信号を出力する変換部と、該変換部により変換された各電圧信号を積分して前記第1基準電位とは異なる第2基準電位を満たすパルス幅を出力する積分部とを備える請求項1から請求項3のいずれかに記載の生体情報量検出装置。
【請求項5】
前記変換回路が二重積分方式である請求項1から請求項4のいずれかに記載の生体情報量検出装置。
【請求項6】
暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量およびアナログ信号からなる前記暗電流成分を検出する検出工程と、
該検出工程により検出された前記生体情報量を第1パルス幅に変換し、前記検出工程により検出された前記暗電流成分を第2パルス幅に変換する変換工程と、
該変換工程により変換された前記第1パルス幅を基準クロックでカウントして第1カウンタ値を生成し、前記変換工程により変換された前記第2パルス幅を基準クロックでカウントして第2カウンタ値を生成するカウント工程と、
該カウント工程により生成された前記第1カウンタ値と前記第2カウンタ値との差分により前記生体情報量を求める演算工程とを含む生体情報量検出方法。
【請求項7】
前記演算工程が、前記第1カウンタ値と前記第2カウンタ値との差分により得られる前記生体情報量のアナログ信号をディジタル信号に変換する請求項6に記載の生体情報量検出方法。
【請求項8】
前記検出工程が、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の検出とアナログ信号からなる暗電流成分の検出とを交互に連続して行う請求項6または請求項7に記載の生体情報量検出方法。
【請求項9】
前記変換工程が、前記検出工程により検出された前記生体情報量の電流信号および前記暗電流成分の電流信号を変換して第1基準電位を満たす電圧信号を出力し、各電圧信号を積分して前記第1基準電位とは異なる第2基準電位を満たすパルス幅を出力する請求項6から請求項8のいずれかに記載の生体情報量検出方法。
【請求項10】
前記変換工程が二重積分方式により実施する請求項6から請求項9のいずれかに記載の生体情報量検出方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−104839(P2013−104839A)
【公開日】平成25年5月30日(2013.5.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−250688(P2011−250688)
【出願日】平成23年11月16日(2011.11.16)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】