JP2007248446A - ベクトル検波装置及びこれを備えた生体複素インピーダンス測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】廉価に構成し、かつ、積分器が有するオフセット電圧の発生などを回避しつつ、対象とする出力をベクトル検波するベクトル検波装置、更には、ベクトル検波することによって生体インピーダンスを測定する生体複素インピーダンス測定装置を提供する。
【解決手段】入力アンプ３から出力された周波数が既知の交流信号を位相敏感検波器４において位相敏感検波し、その位相敏感検波したＸ−Ｙの出力を積分器７により二重積分することによって、周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報α（ｔｅｎｄ−ｔｓｔ）／ｔｍ＝Ａｃｏｓθ、α（ｔｅｎｄ−ｔｓｔ）／ｔｍ＝Ａｓｉｎθを取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、周波数が既知の交流信号についてベクトル検波するベクトル検波装置に関する。また、周波数が既知の交流信号を流した生体からの信号をベクトル検波することによって生体インピーダンスを測定する生体複素インピーダンス測定装置に関する。

従来、対象とする出力をベクトル検波するベクトル検波装置やベクトル検波したインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置は、測定対象からの出力を位相検波器によりベクトル検波し、このベクトル検波された出力を積分器により平滑化及び積算し、この平滑化及び積算されたアナログ出力をＡＤ変換器によりデジタル信号に変換するものであった（例えば、特許文献１、２参照）。

特開平４−８０６６７号公報 特開平４−１０９１７４号公報

しかしながら、上述した従来の装置は、積分器の機能が単に位相検波器からのベクトル検波の増幅を目的とした積算であることから、積分器が有するオフセット電圧の発生などの問題や高価なＡＤ変換器を積分器とは別に必要とするといった問題があった。

そこで、本発明は、上記のような従来の問題点を解決することを目的とするもので、廉価に構成し、かつ、積分器が有するオフセット電圧の発生などを回避しつつ、対象とする出力をベクトル検波するベクトル検波装置を提供することを課題とする。また、廉価に構成し、積分器が有するオフセット電圧の発生などを回避しつつ、対象とする出力をベクトル検波することによって生体インピーダンスを測定する生体複素インピーダンス測定装置を提供することを課題とする。

本発明の一つの観点によれば、ベクトル検波装置は、第一基準電位を発生する第一基準電位発生部と、周波数が既知の交流信号を取り入れ、前記周波数が既知の交流信号を増幅又は緩衝出力する入力アンプと、前記入力アンプにより増幅又は緩衝出力した周波数が既知の交流信号を前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位を基準に位相敏感検波する位相敏感検波器と、前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より低い第二基準電位を発生する第二基準電位発生部と、前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位と、前記第二基準電位発生部により発生した第二基準電位と、前記位相敏感検波器により位相敏感検波した交流信号との接続関係を切替える充放電切替スイッチと、前記充放電切替スイッチからの位相敏感検波した交流信号を積分し、その積分した電位を出力する積分器と、前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より高い第三基準電位を発生する第三基準電位発生部と、前記積分器により出力した積分した電位が、前記第三基準電位発生部により発生した第三基準電位を境に高い場合と低い場合とで異なったレベルの信号を出力するコンパレータと、前記積分器により積分した電位を出力する際の時間を計測する積分時間計時部と、前記位相敏感検波器に対して、周波数が既知の交流信号と一定位相で同期する２種類の位相信号を出力する同期信号制御部と、前記充放電切替スイッチに対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記積分時間計時部により計測した時間が充電開始から所定に達するまで出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力する充放電制御部と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における前記積分時間計時部により計測した充電開始から所定に達するまでの時間と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における前記積分時間計時部により計測した時間と、前記同期信号制御部により出力した２種類の位相信号と、に基づいて前記入力アンプにより取り入れた周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を演算するベクトル検波情報演算部と、を備える。

また、本発明の別の観点によれば、ベクトル検波装置は、第一基準電位を発生する第一基準電位発生部と、周波数が既知の交流信号を取り入れ、前記周波数が既知の交流信号を増幅又は緩衝出力する入力アンプと、前記入力アンプにより増幅又は緩衝出力した周波数が既知の交流信号を前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位を基準に位相敏感検波する位相敏感検波器と、前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より高い第二基準電位を発生する第二基準電位発生部と、前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位と、前記第二基準電位発生部により発生した第二基準電位と、前記位相敏感検波器により位相敏感検波した交流信号との接続関係を切替える充放電切替スイッチと、前記充放電切替スイッチからの位相敏感検波した交流信号を積分し、その積分した電位を出力する積分器と、前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より低い第三基準電位を発生する第三基準電位発生部と、前記積分器により出力した積分した電位が、前記第三基準電位発生部により発生した第三基準電位を境に高い場合と低い場合とで異なったレベルの信号を出力するコンパレータと、前記積分器により積分した電位を出力する際の時間を計測する積分時間計時部と、前記位相敏感検波器に対して、周波数が既知の交流信号と一定位相で同期する２種類の位相信号を出力する同期信号制御部と、前記充放電切替スイッチに対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記積分時間計時部により計測した時間が放電開始から所定に達するまで出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力する充放電制御部と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における前記積分時間計時部により計測した放電開始から所定に達するまでの時間と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における前記積分時間計時部により計測した時間と、前記同期信号制御部により出力した２種類の位相信号と、に基づいて前記入力アンプにより取り入れた周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を演算するベクトル検波情報演算部と、を備える。

更に、本発明の別の観点によれば、生体複素インピーダンス測定装置は、周波数が既知の正弦波交流定電流信号を発生する交流定電流信号発生部と、生体と直列又は並列に接続し、前記交流定電流信号発生部により発生した周波数が既知の正弦波交流定電流信号が流れる基準インピーダンスと、前記生体を間とし又は前記基準インピーダンスを間とした接続に切替えるセレクタと、第一基準電位を発生する第一基準電位発生部と、前記セレクタを通過した周波数が既知の正弦波交流定電流信号を取り入れ、前記周波数が既知の交流信号を増幅又は緩衝出力する入力アンプと、前記入力アンプにより増幅又は緩衝出力した周波数が既知の交流信号を前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位を基準に位相敏感検波する位相敏感検波器と、前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より低い第二基準電位を発生する第二基準電位発生部と、前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位と、前記第二基準電位発生部により発生した第二基準電位と、前記位相敏感検波器により位相敏感検波した交流信号との接続関係を切替える充放電切替スイッチと、前記充放電切替スイッチからの位相敏感検波した交流信号を積分し、その積分した電位を出力する積分器と、前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より高い第三基準電位を発生する第三基準電位発生部と、前記積分器により出力した積分した電位が、前記第三基準電位発生部により発生した第三基準電位を境に高い場合と低い場合とで異なったレベルの信号を出力するコンパレータと、前記積分器により積分した電位を出力する際の時間を計測する積分時間計時部と、前記位相敏感検波器に対して、周波数が正弦波交流定電流信号と一定位相で同期する２種類の位相信号を出力する同期信号制御部と、前記充放電切替スイッチに対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記積分時間計時部により計測した時間が充電開始から所定に達するまで出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力する充放電制御部と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における前記積分時間計時部により計測した充電開始から所定に達するまでの時間と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における前記積分時間計時部により計測した時間と、前記同期信号制御部により出力した２種類の位相信号と、に基づいて前記入力アンプにより取り入れた周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を演算するベクトル検波情報演算部と、前記ベクトル検波情報演算部により演算したベクトル検波情報に基づいて生体インピーダンスを演算する生体インピーダンス演算部と、を備える。

更に、本発明の別の観点によれば、生体複素インピーダンス測定装置は、周波数が既知の正弦波交流定電流信号を発生する交流定電流信号発生部と、生体と直列又は並列に接続し、前記交流定電流信号発生部により発生した周波数が既知の正弦波交流定電流信号が流れる基準インピーダンスと、前記生体を間とし又は前記基準インピーダンスを間とした接続に切替えるセレクタと、第一基準電位を発生する第一基準電位発生部と、前記セレクタを通過した周波数が既知の正弦波交流定電流信号を取り入れ、前記周波数が既知の交流信号を増幅又は緩衝出力する入力アンプと、前記入力アンプにより増幅又は緩衝出力した周波数が既知の交流信号を前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位を基準に位相敏感検波する位相敏感検波器と、前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より高い第二基準電位を発生する第二基準電位発生部と、前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位と、前記第二基準電位発生部により発生した第二基準電位と、前記位相敏感検波器により位相敏感検波した交流信号との接続関係を切替える充放電切替スイッチと、前記充放電切替スイッチからの位相敏感検波した交流信号を積分し、その積分した電位を出力する積分器と、前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より低い第三基準電位を発生する第三基準電位発生部と、前記積分器により出力した積分した電位が、前記第三基準電位発生部により発生した第三基準電位を境に高い場合と低い場合とで異なったレベルの信号を出力するコンパレータと、前記積分器により積分した電位を出力する際の時間を計測する積分時間計時部と、前記位相敏感検波器に対して、周波数が正弦波交流定電流信号と一定位相で同期する２種類の位相信号を出力する同期信号制御部と、前記充放電切替スイッチに対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記積分時間計時部により計測した時間が放電開始から所定に達するまで出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力する充放電制御部と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における前記積分時間計時部により計測した放電開始から所定に達するまでの時間と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における前記積分時間計時部により計測した時間と、前記同期信号制御部により出力した２種類の位相信号と、に基づいて前記入力アンプにより取り入れた周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を演算するベクトル検波情報演算部と、前記ベクトル検波情報演算部により演算したベクトル検波情報に基づいて生体インピーダンスを演算する生体インピーダンス演算部と、を備える。

本発明のベクトル検波装置は、位相敏感検波器により位相敏感検波した交流信号を直接的にＡＤ変換した周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を取得することができるため、構成部品を少なく、かつ、オフセット電圧の発生などを回避しつつ対象とする出力をベクトル検波することができる。

また、ベクトル検波装置を備えた生体複素インピーダンス測定装置は、位相敏感検波器により位相敏感検波した交流信号を直接的にＡＤ変換した周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を取得することができるため、構成部品を少なく、かつ、オフセット電圧の発生などを回避しつつ対象とする出力をベクトル検波した生体インピーダンスを得ることができる。

本発明のベクトル検波装置について、図１に示すブロック図、図２に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、本発明のベクトル検波装置１は、図１に示すように、第一基準電位発生部２、入力アンプ３、位相敏感検波器４、第二基準電位発生部５、充放電切替スイッチ６、積分器７、第三基準電位発生部８、コンパレータ９及びマイクロコントローラ１０（積分時間計時部１０ａ、充放電制御部１０ｂ、同期信号制御部１０ｃ及びベクトル検波情報演算部１０ｄを含む）から構成する。

第一基準電位発生部２は、入力アンプ３、位相敏感検波器４及び充放電切替スイッチ６に対して第一基準電位を発生する。

入力アンプ３は、周波数が既知の交流信号を取り入れ、周波数が既知の交流信号を増幅（プラス増幅、マイナス増幅）又は緩衝（例えば、入出力インピーダンス変換）出力する。

位相敏感検波器４は、入力アンプ３により増幅出力した周波数が既知の交流信号を第一基準電位発生部２により発生した第一基準電位を基準に位相敏感検波する。

第二基準電位発生部５は、第一基準電位発生部２により発生する第一基準電位より低い第二基準電位を発生する。

充放電切替スイッチ６は、第一基準電位発生部２により発生した第一基準電位と、第二基準電位発生部５により発生した第二基準電位と、位相敏感検波器４により位相敏感検波した交流信号との接続関係を切替える。

積分器７は、充放電切替スイッチ６からの位相敏感検波した交流信号について積分し、その積分した電位を出力する。

第三基準電位発生部８は、第一基準電位発生部２により発生する第一基準電位より高い第三基準電位を発生する。なお、第三基準電位は、積分器７が積分する際に飽和せずに、かつ、できるだけ出力振幅が大きくとれるように決めることが好ましい。

積分時間計時部１０ａは、積分器７により積分した電位を出力する際の時間（充電開始から所定に達するまでの時間（充電時間）、放電を開始してから第三基準電位に達するまでの時間（放電時間））を計測する。

同期信号制御部１０ｃは、位相敏感検波器４に対して、周波数が既知の交流信号と一定位相で同期する２種類の位相信号（９０°位相が異なることが好ましい。）を出力する。

充放電制御部１０ｂは、充放電切替スイッチ６に対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が充電するような関係に切替えるための制御信号を積分時間計時部１０ａにより計測した時間が充電開始から所定に達するまで出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が放電するような関係に切替えるための制御信号をコンパレータ９により出力した信号が異なったレベルになるまで出力する。

ベクトル検波情報演算部１０ｄは、充放電制御部１０ｂが充放電切替スイッチ６に対して充電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における積分時間計時部１０ａにより計測した充電開始から所定に達するまでの時間（充電時間）と、充放電制御部１０ｂが充放電切替スイッチ６に対して放電するような関係に切替えるための制御信号をコンパレータ９により出力した信号が異なったレベルに変わるまで出力した際における積分時間計時部１０ａにより計測した時間（放電時間）と、同期信号制御部１０ｃにより出力した２種類の位相信号と、に基づいて入力アンプ３により取り入れた周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を演算する。

次に、本発明のベクトル検波装置１は、図２に示すような流れでベクトル検波情報を得るための動作をする。

まず、入力アンプ３において、周波数が既知の交流信号（Ａｓｉｎ（ｆｔ＋θ）、Ａは振幅、ｆは周波数、ｔは時間、θは位相）を取り込み、周波数が既知の交流信号を増幅（プラス増幅、マイナス増幅）又は緩衝（入出力インピーダンス変換）出力する。なお、ここでは、入力アンプ３は、第一基準電位発生部２により発生した第一基準電位を基準に増幅（プラス増幅）出力するものとする（ステップＳ１）。

続いて、同期信号制御部１０ｃにおいて、入力アンプ３によって増幅出力された周波数が既知の交流信号と一定位相で同期する位相（例えば、第一同期位相（＝０°））を位相敏感検波器４に出力するとともに、充放電制御部１０ｂにおいて、充放電切替スイッチ６が充電するような関係に切替えるための信号（例えば、Ｓ＝Ｌｏｗ）を出力すると、積分器７において、位相敏感検波器４からの第一同期位相に対する出力（Ｘ−Ｙ）に応じて積分器の充電を開始する。（ステップＳ２）。

続いて、積分時間計時部１０ａにおいて、予め決められた所定の充電時間（ｔｍ）の計測を行う。そして、積分器７では、この予め決められた所定の充電時間（ｔｍ）に達するまで充電を行う（ステップＳ３）。

続いて、充放電制御部１０ｂにおいて、充放電切替スイッチ６が放電するような関係に切替えるための信号（例えば、Ｓ＝Ｈｉ）を出力すると、積分器７において、（第一基準電位）−（第二基準電位）に応じて積分器の放電を開始し、積分器の出力電位が第三基準電位発生部８により発生した第三基準電位に達してコンパレータ９から出力する信号が異なったレベルに変わるまで放電する（ステップＳ４）。

続いて、積分時間計時部１０ａにおいて、放電を開始（ｔｓｔ）してからコンパレータ９から出力する信号が異なったレベルとなる（ｔｅｎｄ）までの放電時間（ｔｅｎｄ−ｔｓｔ）の計測を行う。そして、積分器７では、放電を開始（ｔｓｔ）してからコンパレータ９から出力する信号が異なったレベルに変わる（ｔｅｎｄ）まで放電を行う（ステップＳ５）。

続いて、同期信号制御部１０ｃにおいて、入力アンプ３によって増幅出力された周波数が既知の交流信号と同期の位相（例えば、第二同期位相（＝９０°））を位相敏感検波器４に出力し、充放電制御部１０ｂにおいて、充放電切替スイッチ６が充電するような関係に切替えるための信号（例えば、Ｓ＝Ｌｏｗ）を出力すると、積分器７において、位相敏感検波器４からの第二同期位相に対する出力（Ｘ−Ｙ）に応じて積分器の充電を開始する。（ステップＳ６）。

続いて、積分時間計時部１０ａにおいて、予め決められた所定の充電時間（ｔｍ）の計測を行う。そして、積分器７では、この予め決められた所定の充電時間（ｔｍ）に達するまで充電を行う（ステップＳ７）。

続いて、充放電制御部１０ｂにおいて、充放電切替スイッチ６が放電するような関係に切替えるための信号（例えば、Ｓ＝Ｈｉ）を出力すると、積分器７において、（第一基準電位）−（第二基準電位）に応じて積分器の放電を開始し、積分器の出力電位が第三基準電位発生部８により発生した第三基準電位に達してコンパレータ９から出力する信号が異なったレベルとなるまで放電する（ステップＳ８）。

続いて、積分時間計時部１０ａにおいて、放電を開始（ｔｓｔ）してからコンパレータ９から出力する信号が異なったレベルとなる（ｔｅｎｄ）までの放電時間（ｔｅｎｄ−ｔｓｔ）の計測を行う。そして、積分器７では、放電を開始（ｔｓｔ）してからコンパレータ９から出力する信号が異なったレベルとなる（ｔｅｎｄ）まで放電を行う（ステップＳ９）。

続いて、ベクトル検波情報演算部１０ｄにおいて、まず、（１）式によって、第一同期位相について充電及び放電した際の充電時間（ｔｍ）及び放電時間（ｔｅｎｄ−ｔｓｔ）に基づいてベクトル検波情報（Ａｃｏｓθ）を演算する。ここで、αは装置固有の定数、Ａは振幅、θは位相である。
α（ｔｅｎｄ−ｔｓｔ）／ｔｍ＝Ａｃｏｓθ ・・・・・（１）
次いで、（２）式によって、第二同期位相について充電及び放電した際の充電時間（ｔｍ）及び放電時間（ｔｅｎｄ−ｔｓｔ）に基づいてベクトル検波情報（Ａｓｉｎθ）を演算する。ここで、αは装置固有の定数、Ａは振幅、θは位相である。
α（ｔｅｎｄ−ｔｓｔ）／ｔｍ＝Ａｓｉｎθ ・・・・・（２）

以上のような動作によって、ベクトル検波の処理を終了する。

このように構成したベクトル検波装置１によると、位相敏感検波器４により位相敏感検波した交流信号を直接的にＡＤ変換した周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を取得することができるため、構成部品を少なく、かつ、オフセット電圧の発生などを回避しつつ対象とする出力をベクトル検波することができる。

なお、上述したベクトル検波装置１は、周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を求めるにあたって、充放電制御部１０ｂが充放電切替スイッチ６に対して積分器７を充電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における積分時間計時部１０ａにより計測した充電開始から所定に達するまでの時間と、充放電制御部１０ｂが充放電切替スイッチ６に対して積分器７を放電するような関係に切替えるための制御信号をコンパレータ９により出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における積分時間計時部１０ａにより計測した時間と、同期信号制御部１０ｃにより出力した２種類の位相信号とに基づいて行う態様であるが、充放電制御部１０ｂが充放電切替スイッチ６に対して積分器７を放電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における積分時間計時部１０ａにより計測した放電開始から所定に達するまでの時間と、充放電制御部１０ｂが充放電切替スイッチ６に対して積分器７を充電するような関係に切替えるための制御信号をコンパレータ９により出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における積分時間計時部１０ａにより計測した時間と、同期信号制御部１０ｃにより出力した２種類の位相信号とに基づいて行う態様であっても同様に実施可能である。

この場合には、第二基準電位発生部５では、第一基準電位発生部２により発生する第一基準電位より高い第二基準電位を発生し、第三基準電位発生部８では、第一基準電位発生部２により発生する第一基準電位より低い第三基準電位を発生し、積分時間計時部１０ａでは、積分器７により積分した電位を出力する際の時間（放電開始から所定に達するまでの時間（放電時間）、充電を開始してから第三基準電位に達するまでの時間（充電時間））を計測し、充放電制御部１０ｂでは、充放電切替スイッチ６に対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が積分器７を放電するような関係に切替えるための制御信号を積分時間計時部１０ａにより計測した時間が放電開始から所定に達するまで出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が積分器７を充電するような関係に切替えるための制御信号をコンパレータ９により出力した信号が異なったレベルになるまで出力し、ベクトル検波情報演算部１０ｄでは、充放電制御部１０ｂが充放電切替スイッチ６に対して積分器７を放電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における積分時間計時部１０ａにより計測した放電開始から所定に達するまでの時間（放電時間）と、充放電制御部１０ｂが充放電切替スイッチ６に対して積分器７を充電するような関係に切替えるための制御信号をコンパレータ９により出力した信号が異なったレベルに変わるまで出力した際における積分時間計時部１０ａにより計測した時間（充電時間）と、同期信号制御部１０ｃにより出力した２種類の位相信号と、に基づいて入力アンプ３により取り入れた周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を演算するものとすればよい。

なお、上述したベクトル検波装置は、他の装置の一部として利用することができる。そこで、その一例として、上述したベクトル検波装置を備えた生体複素インピーダンス測定装置について説明する。

本発明のベクトル検波装置を備えた生体複素インピーダンス測定装置について、図３に示すブロック図、図４及び図５に示すフローチャート、図６に示す波形図を用いて説明する。

まず、本発明のベクトル検波装置を備えた生体複素インピーダンス測定装置１０１は、図３に示すように、ＬＰＦ（Low-Pass Filter）１０２、Ｖ−Ｉ変換器１０３、基準インピーダンス１０４、セレクタ１０５、第一基準電位発生部１０６、入力アンプ１０７、位相敏感検波器１０８、第二基準電位発生部１０９、充放電切替スイッチ１１０、積分器１１１、第三基準電位発生部１１２、コンパレータ１１３、マイクロコントローラ１１４（交流信号発生部１１４ａ、積分時間計時部１１４ｂ、充放電制御部１１４ｃ、同期信号制御部１１４ｄ、ベクトル検波情報演算部１１４ｅ及び生体インピーダンス演算部１１４ｆを含む）、電源１１５、電源スイッチ１１６、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）１１７及びＬＣＤ（Liquid Crystal Display）１１８から構成する。

なお、第一基準電位発生部１０６、入力アンプ１０７、位相敏感検波器１０８、第二基準電位発生部１０９、充放電切替スイッチ１１０、積分器１１１、第三基準電位発生部１１２、コンパレータ１１３及びマイクロコントローラ１１４（積分時間計時部１１４ｂ、充放電制御部１１４ｃ、同期信号制御部１１４ｄ及びベクトル検波情報演算部１１４ｅ）によりベクトル検波装置を構成する。

また、交流信号発生部１１４ａ、ＬＰＦ１０２及びＶ−Ｉ変換器１０３により周波数が既知の正弦波交流定電流信号を発生する交流定電流信号発生部を構成する。

交流信号発生部１１４ａは、５０ｋＨｚ方形波（図６のＯＳＣの波形）を出力する。

ＬＰＦ１０２は、交流信号発生部１１４ａにより出力された５０ｋＨｚ方形波を５０ｋＨｚ正弦波（図６のＬＰＦの波形）に変換出力する。

Ｖ−Ｉ変換器１０３は、ＬＰＦ１０２により変換出力された５０ｋＨｚ正弦波を５０ｋＨｚ定電流に変換出力する。

基準インピーダンス１０４は、生体１１９と直列又は並列に接続し（本例では、図３に示すように直列に接続）、Ｖ−Ｉ変換器から出力された５０ｋＨｚ定電流が流れる。なお、基準インピーダンス１０４は、環境等の温度変化に基因する定電流の変化等の外乱による影響を補正するためのものである。

セレクタ１０５は、マイクロコントローラ１１４からの制御に基づいて基準インピーダンス１０４を間にし、又は生体１１９を間にした接続に切替える。

第一基準電位発生部１０６は、入力アンプ１０７、位相敏感検波器１０８及び充放電切替スイッチ１１０に対して第一基準電位（好ましくは、電源電圧の中点となる電位）を発生する。

入力アンプ１０７は、基準インピーダンス１０４又は生体１１９を流れた５０ｋＨｚ定電流を取り入れ、第一基準電位発生部１０６により発生した第一基準電位を基準にこの５０ｋＨｚ定電流を増幅出力する（図６の入力アンプの波形）。

位相敏感検波器１０８は、同期信号制御部１１４ｄからの方形波（図６のＳＹＮの波形）に基づいて、入力アンプ１０７により増幅出力した５０ｋＨｚ定電流を第一基準電位発生部１０６により発生した第一基準電位を基準に位相敏感検波（Ｘ、Ｙ）する。

第二基準電位発生部１０９は、第一基準電位発生部１０６により発生する第一基準電位より低い第二基準電位（例えば、電源電圧の１／３となる電位）を発生する。

充放電切替スイッチ１１０は、充放電制御部１１４ｃからのＬｏｗ信号（図６のＳ＝Ｌｏｗの電位）に基づいて、第一基準電位発生部１０６により発生した第一基準電位と、第二基準電位発生部１０９により発生した第二基準電位と、位相敏感検波器１０８により位相敏感検波した交流信号とが、位相敏感検波した交流信号−第一基準電位、第一基準電位−位相敏感検波した交流信号を出力（図６のＸ−Ｙの波形）するような接続関係に切替える。また、充放電制御部１１４ｃからのＨｉ信号（図６のＳ＝Ｈｉの電位）に基づいて、第一基準電位発生部１０６により発生した第一基準電位と、第二基準電位発生部１０９により発生した第二基準電位と、位相敏感検波器１０８により位相敏感検波した交流信号とが、第二基準電位−第一基準電位（一定）を出力するような接続関係に切替える。

積分器１１１は、充放電切替スイッチ１１０からの出力された信号（位相敏感検波した交流信号）に基づく積分した電位（図６の積分器の波形）を出力する。

第三基準電位発生部１１２は、第一基準電位発生部１０６により発生する第一基準電位より高い第三基準電位（例えば、電源電圧の２／３となる電位）を発生する。

コンパレータ１１３は、積分器１１１により出力した積分した電位が、第三基準電位発生部１１２により発生した第三基準電位を境に高い場合と低い場合とで異なったレベルの信号（図６のコンパレータの波形）を出力する。

積分時間計時部１１４ｂは、積分時間（予め決められた充電開始から所定に達するまでの時間ｔｍ）及び放電時間（Ｓ＝Ｈｉの電位となってから積分器１１１による積分した電位が第三基準電位となるまでの時間ｔｅｎｄ−ｔｓｔ）を計測する。

同期信号制御部１１４ｄは、位相敏感検波器１０８に対して、周波数が既知の交流信号（交流信号発生部１１４ａから発生する５０ｋＨｚ方形波）と一定位相で同期する２種類の位相信号（例えば、交流信号発生部１１４ａから発生する５０ｋＨｚ方形波の位相に対する本装置のシステム固有の位相の遅れである約９０°に対して０°〜−４５°の範囲の位相、すなわち、交流信号発生部１１４ａから発生する５０ｋＨｚ方形波の位相に対して９０°〜４５°遅れの位相を０°とするものを一方の位相信号とし、この９０°〜４５°遅れから更に９０°遅れの位相を９０°とするものを他方の位相信号とする。）を出力する。

充放電制御部１１４ｃは、充放電切替スイッチ１１０に対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が積分器１１１を充電するような関係に切替えるための制御信号（Ｓ＝Ｌｏｗ）を充電時間（交流信号発生部１１４ａ（又は同期信号制御部１１４ｄ）から発生する信号周期のｎ／２倍の時間）出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が積分器１１１を放電するような関係に切替えるための制御信号（Ｓ＝Ｈｉ）をコンパレータ１１３により出力した信号が異なったレベル（図６のコンパレータ１１３の波形）に変わるまで出力する。

ベクトル検波情報演算部１１４ｄは、充放電制御部１１４ｃが充放電切替スイッチ１１０に対して積分器１１１を充電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における計時部により計測した充電開始から所定に達するまでの時間（充電時間）ｔｍと、充放電制御部１１４ｃが充放電切替スイッチ１１０に対して積分器１１１を放電するような関係に切替えるための制御信号をコンパレータ１１３により出力した信号が異なったレベルに変わるまで出力した際における積分時間計時部１１４ｂにより計測した時間（放電時間）ｔｅｎｄ−ｔｓｔと、同期信号制御部１１４ｄにより出力した０°と９０°との位相信号と、に基づいて入力アンプ１０７で取り入れた５０ｋＨｚ定電流のベクトル検波情報を演算する。

生体インピーダンス演算部１１４ｅは、ベクトル検波情報演算部１１４ｄにより演算したベクトル検波情報を基に生体インピーダンスについて演算する。

電源１１５は、電気系統各部に電力を供給する。

電源スイッチ１１６は、電源１１５から電気系統各部に対する電力の供給又は停止の切替をする。

ＥＥＰＲＯＭ１１７は、充電時間、放電時間等の取得情報を記憶する。

ＬＣＤ１１８は、測定結果、入力事項等の各種情報を表示する。

次に、本発明のベクトル検波装置を備えた生体複素インピーダンス測定装置１０１は、図４及び図５に示すような流れで動作をする。

まず、電源スイッチ１１６がオンされると、電源１１５から電気系統各部に電力を供給し、ＥＥＰＲＯＭ１１７に予め記憶している複素定数ｃ、ｂを読み込む（ステップＳ１０１）。

続いて、マイクロコントローラ１１４からのＣＨ＝Ｌｏｗの信号に基づいて、基準インピーダンス１０４について測定する接続にセレクタ１０５を切替える（ステップＳ１０２）。

続いて、交流信号発生部１１４ａにおいて５０ｋＨｚ方形波（図６のＯＳＣの波形）を出力し、ＬＰＦ１０２において５０ｋＨｚ正弦波に変換し、Ｖ−Ｉ変換器１０３において５０ｋＨｚ定電流に変換する。そして、この変換された５０ｋＨｚ定電流は、基準インピーダンス１０４と生体１１９を流れてＶ−Ｉ変換器１０３に戻る（ステップＳ１０３）。なお、このとき、基準インピーダンス１０４と生体１１９とに流れる５０ｋＨｚ定電流は、位相も含めて等しいが、基準インピーダンス１０４と生体１１９とに生じる電圧は、基準インピーダンス１０４と生体インピーダンスの絶対値と位相角によって異なる。

続いて、同期信号制御部１１４ｄから位相敏感検波器１０８に対して同期位相が０°の方形波（図６のＳＹＮの波形）を出力する（ステップＳ１０４）。なお、このときの同期位相が０°の方形波は、交流信号発生部１１４ａから出力される５０ｋＨｚ方形波と位相が異なる。また、入力アンプ１０７は、ＬＰＦ１０２の出力と同じ極性を出力するものを使用する。

続いて、充放電制御部１１４ｃから充放電切替スイッチ１１０に対して積分器１１１による積分動作が充電するような信号Ｓ＝Ｌｏｗ（図６のＳにおける方形波のＬ）を出力する（ステップＳ１０５）。これによって、位相敏感検波器１０８からは、∫ｆ（θ）δ（θ）ｄθ＝４Ａｃｏｓφと等価なＸ−Ｙの波形（図６のＸ−Ｙの波形）が出力される。

続いて、マイクロコントローラ１１４において、複数回の測定を行うための測定回数カウンタの値Ｃｎｔと、二重積分の時間を積算するための時間積算バッファの値Ｔｔと、同期位相が０°で充電時、同期位相が０°で放電時、同期位相が９０°で充電時及び同期位相が９０°で放電時における測定結果を保存するリングバッファの値Ｒ［０］〜Ｒ［４］とを初期化（Ｃｎｔ＝０、Ｔｔ＝０、Ｒ［０］〜Ｒ［４］＝０）する（ステップＳ１０６）。

続いて、積分時間計時部（タイマー）１１４ｂにより積分時間の計測を開始する（ステップＳ１０７）。

続いて、充放電制御部１１４ｃにおいて、積分時間計時部１１４ｂによる計測が所定の充電のための積分時間ｔｍに達したか否かを判定し（ステップＳ１０８）、所定の充電のための積分時間ｔｍに達していない場合（ステップＳ１０８でＮＯ）には、ｔｍに達するまで判定を続ける。なお、ここでは、ｔｍは、積分時間計時部（タイマー）１１４ｂの時間分解能を最大限に生かすため５００周期分とし、５００ｓ×（１／５０ｋＨｚ）＝１０ｍｓとする。また、ｔｍは、誤差を生じないよう、交流信号発生部１１４ａ（又は同期信号制御部１１４ｄ）から発生する信号周期のｎ／２倍とする。

一方、所定の充電のための積分時間ｔｍ（１０ｍｓ）に達した場合（ステップＳ１０８でＹＥＳ）には、充放電制御部１１４ｃから充放電切替スイッチ１１０に対して積分器１１１による積分動作が充電するような信号Ｓ＝Ｈｉ（図６のＳにおける方形波のＨ）を出力する（ステップＳ１０９）。

続いて、充放電制御部１１４ｃにおいて、積分時間計時部１１４ｂによる放電のための積分開始時間ｔｓｔを記憶する（ステップＳ１１０）。

続いて、充放電制御部１１４ｃにおいて、積分時間計時部１１４ｂによる放電のための積分終了時間ｔｅｎｄに達したか否かを判定し（ステップＳ１１１）、放電のための積分終了時間ｔｅｎｄに達していない場合（ステップＳ１１１でＮＯ）には、ｔｅｎｄに達するまで判定を続ける。より具体的には、積分器１１１の出力電位が、第三基準電位発生部１１２により発生する第三基準電位（Ｖ３）を境に低い場合には、継続して判定を続ける。一方、放電のための積分終了時間ｔｅｎｄに達した場合（ステップＳ１１１でＹＥＳ）には、次のステップＳ１１２に進む。

続いて、マイクロコントローラ１１４における測定回数カウンタの値Ｃｎｔが０であるか否かを判定し（ステップＳ１１２）、測定回数カウンタの値Ｃｎｔが０である場合（ステップＳ１１２でＹＥＳ）には、ステップＳ１１４への処理に進む。本処理は、基準インピーダンス１０４又は生体インピーダンス測定のための接続の切替や同期位相の変化の影響などにより正確な測定データが得られない場合があることを回避するためのものである。

一方、測定回数カウンタの値Ｃｎｔが０でない場合（ステップＳ１１２でＮＯ）には、時間積算バッファの値Ｔｔに今回取得した放電時間ｔｅｎｄ−ｔｓｔを加算する（ステップＳ１１３）。

続いて、マイクロコントローラ１１４における測定回数カウンタの値Ｃｎｔを１カウントアップする（ステップＳ１１４）。

続いて、マイクロコントローラ１１４における測定回数カウンタの値Ｃｎｔが４であるか否かを判定し（ステップＳ１１５）、測定回数カウンタの値Ｃｎｔが４でない場合（ステップＳ１１５でＮＯ）には、ステップＳ１０７に戻り、処理を繰り返す。一方、測定回数カウンタの値Ｃｎｔが４である場合（ステップＳ１１５でＹＥＳ）には、次のステップＳ１１６に進む。

続いて、同期信号制御部１１４ｄから位相敏感検波器１０８に対して出力する同期位相が９０°の方形波であるか否かを判定する（ステップＳ１１６）。

ここで、同期位相が９０°の方形波でない場合（ステップＳ１１６でＮＯ）には、リングバッファの値Ｒ［０］に時間積算バッファの値Ｔｔを保存し（ステップＳ１１７）、同期信号制御部１１４ｄから位相敏感検波器１０８に対して同期位相が９０°の方形波を出力する（ステップＳ１１８）。

一方、同期位相が９０°の方形波である場合（ステップＳ１１６でＹＥＳ）には、マイクロコントローラ１１４における測定回数カウンタの値Ｃｎｔが１であるか否かを判定する（ステップＳ１１９）。

続いて、測定回数カウンタの値Ｃｎｔが１でない場合（ステップＳ１１９でＮＯ）には、リングバッファの値Ｒ［１］に時間積算バッファの値Ｔｔを保存し（ステップＳ１２０）、マイクロコントローラ１１４からのＣＨ＝Ｈｉの信号に基づいて、生体インピーダンスについて測定するための接続にセレクタ１０５を切替え（ステップＳ１２１）、ステップＳ１０５に戻り、処理を繰り返す。なお、この処理の繰り返しにおけるステップＳ１１７では、リングバッファの値Ｒ［２］に時間積算バッファの値Ｔｔを保存する。

一方、測定回数カウンタの値Ｃｎｔが１である場合（ステップＳ１１９でＹＥＳ）には、リングバッファの値Ｒ［３］に時間積算バッファの値Ｔｔを保存する（ステップＳ１２２）。

続いて、ベクトル検波情報演算部１１４ｄにおいて、基準インピーダンス１０４のｃｏｓ成分の測定データであるリングバッファの値Ｒ［０］、基準インピーダンス１０４のｓｉｎ成分の測定データであるリングバッファの値Ｒ［１］、生体インピーダンスのｃｏｓ成分の測定データであるリングバッファの値Ｒ［２］、生体インピーダンスのｓｉｎ成分の測定データであるリングバッファの値Ｒ［３］を次の（３）式、（４）式に代入することによってベクトル検波情報（複素インピーダンス）を演算する（ステップＳ１２３）。
Ｚｒ＝γ（Ｒ［０］＋ｊＲ［１］） ・・・・・（３）
Ｚｈ＝γ（Ｒ［２］＋ｊＲ［３］） ・・・・・（４）
なお、ここで、Ｚｒは基準インピーダンス値、Ｚｈは生体インピーダンス値、γは定数、ｊは複素数を表す。また、定数γはβ／Ｉｃである。

なお、（３）式、（４）式は、次のように導かれたものである。入力電圧Ｖｉｎは、一定の充電時間ｔｍ、放電時間ｔｅｎｄ−ｔｓｔとした場合に、二重積分の一般式からα（ｔｅｎｄ−ｔｓｔ）／ｔｍによって求めることができる。ここでαは装置固有の定数である。これまでのステップにおいて、基準インピーダンス１０４のｃｏｓ成分の測定、基準インピーダンス１０４のｓｉｎ成分の測定、生体インピーダンスのｃｏｓ成分の測定、生体インピーダンスのｓｉｎ成分の測定について、それぞれ３回分の加算を繰り返したので、それぞれの測定における入力電圧は、Ｖｉｎ［０］＝αＲ［０］／３ｔｍ、Ｖｉｎ［１］＝αＲ［１］／３ｔｍ、Ｖｉｎ［２］＝αＲ［２］／３ｔｍ、Ｖｉｎ［３］＝αＲ［３］／３ｔｍとなる。これらは、位相敏感検波の理論から、同期位相が０°のときがｃｏｓ成分、同期位相が９０°のときがｓｉｎ成分であることから、αと３ｔｍとを新たな装置固有の定数βに置き換えると、｜Ｚｒ｜・Ｉｃ・ｃｏｓφｒ＝β・Ｒ［０］、｜Ｚｒ｜・Ｉｃ・ｓｉｎφｒ＝β・Ｒ［１］、｜Ｚｈ｜・Ｉｃ・ｃｏｓφｈ＝β・Ｒ［２］、｜Ｚｈ｜・Ｉｃ・ｓｉｎφｈ＝β・Ｒ［３］となる。そして、Ｖ−Ｉ変換器１０３から出力した５０ｋＨｚ定電流の値Ｉｃと定数βとを新たな装置固有の定数γに置き換えて複素表示の式とすることによって（３）式、（４）式となる。

また更に、生体インピーダンス演算部１１４ｅにおいて、ベクトル検波情報演算部１１４ｄにより演算したベクトル検波情報（複素インピーダンスＺｒ、Ｚｈ）と、ステップＳ１０１で読み込んだ複素定数ｃ、ｂとを、次ぎの（５）式に代入することによって生体インピーダンスを演算する（ステップＳ１２３）。
Ｚｍ＝ｃ・Ｚｍ／Ｚｒ＋ｂ ・・・・・（５）

以上のような動作処理によって、ベクトル検波した生体インピーダンスの測定処理を終了する。

このように構成したベクトル検波装置を備えた生体複素インピーダンス測定装置１０１によると、位相敏感検波器１０８により位相敏感検波した交流信号を直接的にＡＤ変換した周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を取得することができるため、オフセット電圧の発生などを回避しつつ、対象とする出力をベクトル検波した生体インピーダンスを得ることができる。

なお、上述したベクトル検波装置を備えた生体複素インピーダンス測定装置１０１は、周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を求めるにあたり、充放電制御部１１４ｃが充放電切替スイッチ１１０に対して積分器１１１を充電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における積分時間計時部１１４ｂにより計測した充電開始から所定に達するまでの時間と、充放電制御部１１４ｃが充放電切替スイッチ１１０に対して積分器１１１を放電するような関係に切替えるための制御信号をコンパレータ１１３により出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における積分時間計時部１１４ｂにより計測した時間と、同期信号制御部１１４ｄにより出力した２種類の位相信号とに基づく態様であるが、充放電制御部１１４ｃが充放電切替スイッチ１１０に対して積分器１１１を放電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における積分時間計時部１１４ｂにより計測した放電開始から所定に達するまでの時間と、充放電制御部１１４ｃが充放電切替スイッチ１１０に対して積分器１１１を充電するような関係に切替えるための制御信号をコンパレータ１１３により出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における積分時間計時部１１４ｂにより計測した時間と、同期信号制御部１１４ｄにより出力した２種類の位相信号とに基づく態様であっても同様に実施可能である。

この場合には、第二基準電位発生部１０９では、第一基準電位発生部１０６により発生する第一基準電位より高い第二基準電位を発生し、第三基準電位発生部１１２では、第一基準電位発生部１０６により発生する第一基準電位より低い第三基準電位を発生し、積分時間計時部１１４ｂでは、積分器１１１により積分した電位を出力する際の時間（放電開始から所定に達するまでの時間（放電時間）、充電を開始してから第三基準電位に達するまでの時間（充電時間））を計測し、充放電制御部１１４ｃでは、充放電切替スイッチ１１０に対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が積分器１１１を放電するような関係に切替えるための制御信号を積分時間計時部１１４ｂにより計測した時間が放電開始から所定に達するまで出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が積分器１１１を充電するような関係に切替えるための制御信号をコンパレータ１１３により出力した信号が異なったレベルになるまで出力し、ベクトル検波情報演算部１１４ｅでは、充放電制御部１１４ｃが充放電切替スイッチ１１０に対して積分器１１１を放電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における積分時間計時部１１４ｂにより計測した放電開始から所定に達するまでの時間（放電時間）と、充放電制御部１１４ｃが充放電切替スイッチ１１０に対して積分器１１１を充電するような関係に切替えるための制御信号をコンパレータ１１３により出力した信号が異なったレベルに変わるまで出力した際における積分時間計時部１１４ｂにより計測した時間（充電時間）と、同期信号制御部１１４ｄにより出力した２種類の位相信号と、に基づいて入力アンプ１０７により取り入れた周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を演算するものとすればよい。

本発明に係わるベクトル検波装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係わるベクトル検波装置の動作処理の手順を示すフローチャートである。 本発明に係わるベクトル検波装置を備えた生体複素インピーダンス測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係わるベクトル検波装置を備えた生体複素インピーダンス測定装置の動作処理（前半）の手順を示すフローチャートである。 本発明に係わるベクトル検波装置を備えた生体複素インピーダンス測定装置の動作処理（後半）の手順を示すフローチャートである。 本発明に係わるベクトル検波装置を備えた生体複素インピーダンス測定装置の各部の出力波形を示す波形図である。

符号の説明

１ ベクトル検波装置
２、１０６ 第一基準電位発生部
３、１０７ 入力アンプ
４、１０８ 位相敏感検波器
５、１０９ 第二基準電位発生部
６、１１０ 充放電切替スイッチ
７、１１１ 積分器
８、１１２ 第三基準電位発生部
９、１１３ コンパレータ
１０、１１４ マイクロコントローラ
１１４ａ 交流信号発生部
１０ａ、１１４ｂ 積分時間計時部
１０ｂ、１１４ｃ 充放電制御部
１０ｃ、１１４ｄ 同期信号制御部
１０ｄ、１１４ｅ ベクトル検波情報演算部
１１４ｆ 生体インピーダンス演算部
１０１ 生体複素インピーダンス測定装置
１０２ ＬＰＦ
１０３ Ｖ−Ｉ変換器
１０４ 基準インピーダンス
１０５ セレクタ
１１５ 電源
１１６ 電源スイッチ
１１７ ＥＥＰＲＯＭ
１１８ ＬＣＤ

Claims (4)

1. 第一基準電位を発生する第一基準電位発生部と、
   周波数が既知の交流信号を取り入れ、前記周波数が既知の交流信号を増幅又は緩衝出力する入力アンプと、
   前記入力アンプにより増幅又は緩衝出力した周波数が既知の交流信号を前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位を基準に位相敏感検波する位相敏感検波器と、
   前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より低い第二基準電位を発生する第二基準電位発生部と、
   前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位と、前記第二基準電位発生部により発生した第二基準電位と、前記位相敏感検波器により位相敏感検波した交流信号との接続関係を切替える充放電切替スイッチと、
   前記充放電切替スイッチからの位相敏感検波した交流信号を積分し、その積分した電位を出力する積分器と、
   前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より高い第三基準電位を発生する第三基準電位発生部と、
   前記積分器により出力した積分した電位が、前記第三基準電位発生部により発生した第三基準電位を境に高い場合と低い場合とで異なったレベルの信号を出力するコンパレータと、
   前記積分器により積分した電位を出力する際の時間を計測する積分時間計時部と、
   前記位相敏感検波器に対して、周波数が既知の交流信号と一定位相で同期する２種類の位相信号を出力する同期信号制御部と、
   前記充放電切替スイッチに対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記積分時間計時部により計測した時間が充電開始から所定に達するまで出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力する充放電制御部と、
   前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における前記積分時間計時部により計測した充電開始から所定に達するまでの時間と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における前記積分時間計時部により計測した時間と、前記同期信号制御部により出力した２種類の位相信号と、に基づいて前記入力アンプにより取り入れた周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を演算するベクトル検波情報演算部と、
   を備えるベクトル検波装置。
2. 第一基準電位を発生する第一基準電位発生部と、
   周波数が既知の交流信号を取り入れ、前記周波数が既知の交流信号を増幅又は緩衝出力する入力アンプと、
   前記入力アンプにより増幅又は緩衝出力した周波数が既知の交流信号を前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位を基準に位相敏感検波する位相敏感検波器と、
   前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より高い第二基準電位を発生する第二基準電位発生部と、
   前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位と、前記第二基準電位発生部により発生した第二基準電位と、前記位相敏感検波器により位相敏感検波した交流信号との接続関係を切替える充放電切替スイッチと、
   前記充放電切替スイッチからの位相敏感検波した交流信号を積分し、その積分した電位を出力する積分器と、
   前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より低い第三基準電位を発生する第三基準電位発生部と、
   前記積分器により出力した積分した電位が、前記第三基準電位発生部により発生した第三基準電位を境に高い場合と低い場合とで異なったレベルの信号を出力するコンパレータと、
   前記積分器により積分した電位を出力する際の時間を計測する積分時間計時部と、
   前記位相敏感検波器に対して、周波数が既知の交流信号と一定位相で同期する２種類の位相信号を出力する同期信号制御部と、
   前記充放電切替スイッチに対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記積分時間計時部により計測した時間が放電開始から所定に達するまで出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力する充放電制御部と、
   前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における前記積分時間計時部により計測した放電開始から所定に達するまでの時間と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における前記積分時間計時部により計測した時間と、前記同期信号制御部により出力した２種類の位相信号と、に基づいて前記入力アンプにより取り入れた周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を演算するベクトル検波情報演算部と、
   を備えるベクトル検波装置。
3. 周波数が既知の正弦波交流定電流信号を発生する交流定電流信号発生手段と、
   生体と直列又は並列に接続し、前記交流定電流信号発生部により発生した周波数が既知の正弦波交流定電流信号が流れる基準インピーダンスと、
   前記生体を間とし又は前記基準インピーダンスを間とした接続に切替えるセレクタと、
   第一基準電位を発生する第一基準電位発生部と、
   前記セレクタを通過した周波数が既知の正弦波交流定電流信号を取り入れ、前記周波数が既知の交流信号を増幅又は緩衝出力する入力アンプと、
   前記入力アンプにより増幅又は緩衝出力した周波数が既知の交流信号を前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位を基準に位相敏感検波する位相敏感検波器と、
   前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より低い第二基準電位を発生する第二基準電位発生部と、
   前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位と、前記第二基準電位発生部により発生した第二基準電位と、前記位相敏感検波器により位相敏感検波した交流信号との接続関係を切替える充放電切替スイッチと、
   前記充放電切替スイッチからの位相敏感検波した交流信号を積分し、その積分した電位を出力する積分器と、
   前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より高い第三基準電位を発生する第三基準電位発生部と、
   前記積分器により出力した積分した電位が、前記第三基準電位発生部により発生した第三基準電位を境に高い場合と低い場合とで異なったレベルの信号を出力するコンパレータと、
   前記積分器により積分した電位を出力する際の時間を計測する積分時間計時部と、
   前記位相敏感検波器に対して、周波数が正弦波交流定電流信号と一定位相で同期する２種類の位相信号を出力する同期信号制御部と、
   前記充放電切替スイッチに対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記積分時間計時部により計測した時間が充電開始から所定に達するまで出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力する充放電制御部と、
   前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における前記積分時間計時部により計測した充電開始から所定に達するまでの時間と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における前記積分時間計時部により計測した時間と、前記同期信号制御部により出力した２種類の位相信号と、に基づいて前記入力アンプにより取り入れた周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を演算するベクトル検波情報演算部と、
   前記ベクトル検波情報演算部により演算したベクトル検波情報に基づいて生体インピーダンスを演算する生体インピーダンス演算部と、
   を備える生体複素インピーダンス測定装置。
4. 周波数が既知の正弦波交流定電流信号を発生する交流定電流信号発生部と、
   生体と直列又は並列に接続し、前記交流定電流信号発生部により発生した周波数が既知の正弦波交流定電流信号が流れる基準インピーダンスと、
   前記生体を間とし又は前記基準インピーダンスを間とした接続に切替えるセレクタと、
   第一基準電位を発生する第一基準電位発生部と、
   前記セレクタを通過した周波数が既知の正弦波交流定電流信号を取り入れ、前記周波数が既知の交流信号を増幅又は緩衝出力する入力アンプと、
   前記入力アンプにより増幅又は緩衝出力した周波数が既知の交流信号を前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位を基準に位相敏感検波する位相敏感検波器と、
   前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より高い第二基準電位を発生する第二基準電位発生部と、
   前記第一基準電位発生部により発生した第一基準電位と、前記第二基準電位発生部により発生した第二基準電位と、前記位相敏感検波器により位相敏感検波した交流信号との接続関係を切替える充放電切替スイッチと、
   前記充放電切替スイッチからの位相敏感検波した交流信号を積分し、その積分した電位を出力する積分器と、
   前記第一基準電位発生部により発生する第一基準電位より低い第三基準電位を発生する第三基準電位発生部と、
   前記積分器により出力した積分した電位が、前記第三基準電位発生部により発生した第三基準電位を境に高い場合と低い場合とで異なったレベルの信号を出力するコンパレータと、
   前記積分器により積分した電位を出力する際の時間を計測する積分時間計時部と、
   前記位相敏感検波器に対して、周波数が正弦波交流定電流信号と一定位相で同期する２種類の位相信号を出力する同期信号制御部と、
   前記充放電切替スイッチに対して、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を前記積分時間計時部により計測した時間が放電開始から所定に達するまで出力した後、第一基準電位と第二基準電位と位相敏感検波した交流信号との接続が前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力する充放電制御部と、
   前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を放電するような関係に切替えるための制御信号を出力した際における前記積分時間計時部により計測した放電開始から所定に達するまでの時間と、前記充放電制御部が前記充放電切替スイッチに対して前記積分器を充電するような関係に切替えるための制御信号を前記コンパレータにより出力した信号が異なったレベルになるまで出力した際における前記積分時間計時部により計測した時間と、前記同期信号制御部により出力した２種類の位相信号と、に基づいて前記入力アンプにより取り入れた周波数が既知の交流信号のベクトル検波情報を演算するベクトル検波情報演算部と、
   前記ベクトル検波情報演算部により演算したベクトル検波情報に基づいて生体インピーダンスを演算する生体インピーダンス演算部と、
   を備える生体複素インピーダンス測定装置。

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