JP2007236645A - 光学式生体情報計測装置の発光素子駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の駆動回路を改善することにより、装置の小型化、省電力化を可能にする。
【解決手段】発光素子の光を生体に照射することにより検出される光学的特徴に基づいて所定の生体情報を計測する光学式生体情報計測装置に用いられる発光素子駆動回路であって、ＭＰＵ１の複数の入出力ポート１０，１１，１２，１３と発光素子２とが接続されると共に前記発光素子２と電圧源３とが接続され、前記入出力ポート１０，１１，１２，１３を制御することにより前記発光手段２の輝度を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を利用して光を生体に照射し、これにより検出される光学的特徴に基づいて、血液中の酸素飽和度、脈拍等の生体情報を計測する光学式生体情報計測装置に関し、特に発光素子を駆動するための駆動回路に関するものである。

光学式生体情報計測装置として、従来からパルスオキシメータや脈拍計等が知られている。パルスオキシメータは、生体の動脈血の酸素飽和度を非観血的に計測するものであり、その原理は、所定の波長を有する光の酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンに対する吸光度の違いを利用し、ＬＥＤ等の発光素子により波長の異なる複数の光を生体に外部から照射して各光の吸光度を検出することにより、動脈血中の酸素飽和度を計測するものである（特許文献１参照）。また、脈拍計は、発光素子からの光を生体に外部から照射し、その透過光度又は反射光度を検出することにより、脈波波形を抽出して脈拍数を計測するものである（特許文献２参照）。

上記従来のパルスオキシメータや脈拍計においては、一般的に図２に示すような駆動回路１００が用いられていた。この駆動回路１００は、トランジスタ１０１，１０２、ＬＥＤ１０４等を含んで構成される定電流回路であり、第１のトランジスタ１０１のコレクタと直流電圧源１０３との間に赤色光を発光するＬＥＤ１０４が順方向接続され、ベースとＭＰＵ１０５の入出力ポートとが抵抗器１０６を介して接続され、エミッタが抵抗器１０７を介してＧＮＤ１０８に接続（接地）されている。第２のトランジスタ１０２のコレクタは、第１のトランジスタ１０１のベースと抵抗器１０６との間に接続され、ベースは第１のトランジスタ１０１のエミッタと抵抗器１０７との間に接続され、エミッタは抵抗器１０７とＧＮＤ１０８との間に接続されている。また、前記抵抗器１０７と並列に、３つの抵抗器１０９，１１０，１１１が接続されると共に、これら各抵抗器１０９，１１０，１１１と直列に、ＭＰＵ１０５により制御されるスイッチ１１２，１１３，１１４が接続されている。ＭＰＵ１０５は、装置の機能を実現するための各種プログラムに従って所定の情報処理を行う集積回路であり、ＬＥＤ１０４を発光させるタイミングに基づいて入出力ポートから電流を出力すると共に、目標となる発光輝度に基づいて各スイッチ１１２，１１３，１１４を切り替える。この構成により、ＭＰＵ１０５によりＬＥＤ１０４の発光のタイミング及び強度を制御することができる。
特開２００５−０９５６０６号公報 特開２００１−１１２７２８号公報

上記のように、従来の構成においては、発光素子の駆動回路を構成するために、トランジスタ、スイッチ等の部品が必要となる。このため、実装スペースの確保、回路の複雑化、駆動回路における電圧ロス等の問題があった。

そこで、本発明は、発光素子の駆動回路を改善することにより、装置の小型化、省電力化を可能にすることを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、発光素子の光を生体に照射することにより検出される光学的特徴に基づいて所定の生体情報を計測する光学式生体情報計測装置に用いられる発光素子駆動回路であって、ＭＰＵの複数の入出力ポートと発光素子とが接続されると共に前記発光素子と電圧源とが接続され、前記入出力ポートを制御することにより前記発光手段の輝度を調節することを特徴とするものである（請求項１）。

上記構成によれば、ＭＰＵ（ＣＰＵ）の入出力ポートを制御することにより、ＬＥＤ等の発光素子に流れる電流量を変化させ、発光素子の輝度、又はＯＮ／ＯＦＦの調節を行うことができる。この入出力ポートの制御は、ＭＰＵ自身によるプログラムの実行によりなすことができるので、従来のようにスイッチやトランジスタ等の部品を用いた回路を構成する必要がなくなる。

また、上記請求項１記載の構成において、前記発光素子の輝度を増加させる場合には通電状態となる前記入出力ポートを増加させ、前記発光素子の輝度を減少させる場合には通電状態となる前記入出力ポートを減少させることが好ましい（請求項２）。

通電状態となる入出力ポートを増加させれば、発光素子に流れる電流量が増加し、輝度を増加させることができる。また、輝度を減少させる場合には、これとは逆に、通電状態となる入出力ポートを減少させればよい。このような入出力ポートの制御は、ＭＰＵによるプログラムの実行によりなすことができる。

また、上記請求項１又は２記載の構成において、前記入出力ポートと前記発光素子との間に抵抗器が接続されていることが好ましい（請求項３）。

この抵抗器により、過電流を防止することができる。

以上のように、本発明によれば、ＬＥＤ等の発光素子の駆動回路において、従来必要とされていたトランジスタ、スイッチ等の部品を削減することができ、これにより装置の小型化、軽量化、低コスト化等を実現することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１に示すＭＰＵ（Micro Processing Unit）１は、ＬＥＤ等の発光素子を利用して光を生体に照射し、これにより検出される光学的特徴に基づいて、血液中の酸素飽和度、脈拍等の生体情報を計測する光学式生体情報計測装置（パルスオキシメータ、脈拍計等）の制御装置として用いられ、所定のプログラム命令を解釈し実行することのできる公知のものであり、装置の機能を実現させるための様々な情報処理を行う。

ＭＰＵ１は、第１の入出力ポート１０、第２の入出力ポート１１、第３の入出力ポート１２、第４の入出力ポート１３を有している。これらの各入出力ポート１０，１１，１２，１３は、それぞれ第１〜第４の抵抗器２０，２１，２２，２３を介してＬＥＤ２と接続し、このＬＥＤ２は、電池等の直流電圧源３と接続している。また、これら各入出力ポート１０，１１，１２，１３は、ＭＰＵ１内部におけるプログラムの実行に伴い、通電状態（出力）又は非通電状態（入力）のいずれかの状態となる。

本実施例においては、第１〜第４の入出力ポート１０，１１，１２，１３の状態を制御することにより、ＬＥＤ２の輝度、又はＯＮ／ＯＦＦが制御される。下記表１に示すように、第１の入出力ポート１０のみが「出力」で、第２〜第４の入出力ポート１１，１２，１３が「入力」である場合には、ＬＥＤ２には１ポート分の電流が流れ、その時の輝度は１倍となる。また、第１及び第２の入出力ポート１０，１１が「出力」で、第３及び第４の入出力ポート１２，１３が「入力」である場合には、ＬＥＤ２には２ポート分の電流が流れ、その輝度は２倍となる。更に、第１〜第３の入出力ポート１０，１１，１２が「出力」で、第４の入出力ポート１３のみが「入力」である場合には、ＬＥＤ２には３ポート分の電流が流れ、その時の輝度は３倍となる。更にまた、第１〜第４の入出力ポート１０，１１，１２，１３全てが「出力」である場合には、ＬＥＤ２には４ポート分の電流が流れ、その時の輝度は４倍となる。

上記のように、本構成においては、ＭＰＵ１の入出力ポート１０，１１，１２，１３をＬＥＤ２の制御に直接利用することにより、従来必要とされていたトランジスタ、スイッチ等の部品を用いることなく、ＬＥＤ２の駆動回路を構成することができる。これにより、装置全体の小型化、軽量化、低コスト化等を実現することができる。

図１は、本発明における発光素子の駆動回路の構成を示す図である。 図２は、従来における発光素子の駆動回路の構成を示す図である。

符号の説明

１ ＭＰＵ
２ ＬＥＤ（発光素子）
３ 直流電圧源（電圧源）
１０ 第１の入出力ポート
１１ 第２の入出力ポート
１２ 第３の入出力ポート
１３ 第４の入出力ポート
２０ 第１の抵抗器
２１ 第２の抵抗器
２２ 第３の抵抗器
２３ 第４の抵抗器

Claims (3)

1. 発光素子の光を生体に照射することにより検出される光学的特徴に基づいて所定の生体情報を計測する光学式生体情報計測装置に用いられる発光素子駆動回路であって、
   ＭＰＵの複数の入出力ポートと発光素子とが接続されると共に前記発光素子と電圧源とが接続され、前記入出力ポートを制御することにより前記発光手段の輝度を調節することを特徴とする光学式生体情報計測装置に用いられる発光素子駆動回路。
2. 前記発光素子の輝度を増加させる場合には通電状態となる前記入出力ポートを増加させ、前記発光素子の輝度を減少させる場合には通電状態となる前記入出力ポートを減少させることを特徴とする請求項１記載の光学式生体情報計測装置に用いられる発光素子駆動回路
3. 前記入出力ポートと前記発光素子との間に抵抗器が接続されることを特徴とする請求項２記載の光学式生体情報計測装置に用いられる発光素子駆動回路。

Images