JP2021085715A - 呼気成分測定装置及び異常判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 呼気収容部に取り込んだ気体が被験者の呼気であることが担保する。【解決手段】 呼気成分測定装置１０は、被験者の呼気を導入する導入口２１ａを有し導入口２１ａを通じて導入された呼気を収容する呼気収容部２０と、被験者の口から吹き出された呼気を導入口２１ａに導入する呼気流路３３と、呼気収容部２０に導入された呼気の所定成分を測定するガスセンサ１５と、導入口２１ａから呼気収容部２０への呼気の導入の際の、呼気流路３３における呼気の吹出圧力の異常の有無を判定する異常判定部１０３とを備えている。【選択図】 図５

Description

本発明は、被験者の呼気の所定成分を測定する呼気成分測定装置及び呼気成分測定における異常の有無を判定する異常判定方法に関する。

呼気成分測定装置は、被験者の口から吹き出された呼気を呼気収容部に取り込んで、呼気収容部に取り込んだ呼気に含まれる所定成分を測定する。

特開２０１８−８７７８８

このために、被験者の口からは呼気収容部に対して適切な圧力で呼気が吹き出されなければならない。呼気収容部が被験者の呼気を取り込む際に、被験者からの呼気の吹出圧力が適切でない場合には、呼気収容部に取り込んだ気体が被験者の呼気であることが担保されず、適切に被験者の呼気の成分を測定することができない。

そこで、本発明は、呼気収容部に取り込んだ気体が被験者の呼気であることが担保するための呼気成分測定装置及び異常判定方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の呼気成分測定装置は、被験者の呼気を導入する導入口を有し当該導入口を通じて導入された呼気を収容する呼気収容部と、前記被験者の口から吹き出された呼気を前記導入口に導入する呼気導入部と、前記呼気収容部に導入された呼気の所定成分を測定する成分測定部と、前記導入口から前記呼気収容部への呼気の導入の際の、前記呼気導入部における呼気の吹出圧力の異常の有無を判定する異常判定部とを備えた構成を有している。

この構成により、被験者の呼気を呼気収容部に導入する際の被験者からの呼気の吹出圧力の異常の有無を判定することで、呼気収容部に取り込んだ呼気が被験者の呼気であることを担保できる。

上記の呼気成分測定装置において、前記異常判定部は、前記呼気収容部の内部の圧力を検出する圧力検出部を備えてよく、前記圧力検出で検出された圧力に基づいて前記異常の有無を判定してよい。

この構成により、呼気収容部の内部の圧力を検出することで吹出圧力の異常の有無を判定できる。

上記の呼気成分測定装置は、前記呼気収容部に前記呼気を導入するために前記呼気収容部に負圧を発生させる負圧発生部をさらに備えていてよく、前記異常判定部は、前記負圧発生部による負圧発生のための動作の際の前記吹出圧力の異常の有無を判定してよい。

この構成により、負圧によって呼気を呼気収容部に導入する際の吹出圧力の異常の有無を判定できる。

上記の呼気成分測定装置において、前記負圧発生部は、前記呼気収容部の容積を変更するための容積変更部を備えていてよく、前記異常判定部は、前記負圧発生の準備のために前記容積変更部が前記容積を減少させた際の前記圧力検出部が検出した圧力の変化が第１の閾値以下である場合に、前記異常があると判定してよい。

この構成により、被験者の呼気を呼気収容部に導入するための負圧を発生する準備として呼気収容部の容積を減少させた際の吹出圧力の異常の有無を判定できる。

上記の呼気成分測定装置において、前記負圧発生部は、前記呼気収容部の容積を変更するための容積変更部を備えていてよく、前記異常判定部は、前記負圧発生の準備のために前記容積変更部が前記容積を減少させた後に、前記圧力検出部が検出した圧力が第２の閾値以下になった場合に、前記異常があると判定してよい。

この構成により、被験者の呼気を呼気収容部に導入するための負圧を発生する準備として呼気収容部の容積を減少させた後の吹出圧力の異常の有無を判定できる。

上記の呼気成分測定装置において、前記負圧発生部は、前記呼気収容部の容積を変更するための容積変更部を備えていてよく、前記異常判定部は、前記負圧発生のために前記容積変更部が前記容積を増加させた際に前記圧力検出部が検出した圧力の変化が第３の閾値以下である場合に、異常があると判定してよい。

この構成により、被験者の呼気を呼気収容部に導入するための負圧を発生するために呼気収容部の容積を増加させた際の吹出圧力の異常の有無を判定できる。

上記の呼気成分測定装置において、前記負圧発生部は、前記呼気収容部の容積を変更するための容積変更部を備えていてよく、前記異常判定部は、前記負圧発生のために前記容積変更部が前記容積を増加させた後に、前記圧力検出部が検出した圧力が第４の閾値以下になった場合に、前記異常があると判定してよい。

この構成により、被験者の呼気を呼気収容部に導入するための負圧を発生するために呼気収容部の容積を増加させた後の吹出圧力の異常の有無を判定できる。

上記の呼気成分測定装置は、前記呼気導入部に対して前記被験者の口からの吸込み、息止め、呼気の吹出しがこの順で行われたことを検知する呼気流入測定部をさらに備えていてよく、前記異常判定部は、前記息止めが行われたときの圧力を基準圧力として、前記基準圧力からの前記吹出圧力に基づいて、異常の有無を判定してよい。

この構成により、基準圧力が不正確であることにより異常が発生し、あるいは不正確な成分測定が行われる可能性を低減できる。

本発明の一態様の異常判定方法は、被験者の呼気を導入する導入口を有する呼気収容部に収容された呼気について所定成分を測定する呼気成分測定における異常の有無を判定する異常判定方法であって、前記導入口から前記呼気収容部への呼気の導入の際の、前記被験者の口から吹き出された呼気を前記導入口に導入する呼気導入部における呼気の吹出圧力の異常を判定する異常判定をする構成を有している。

この構成によっても、被験者の呼気を呼気収容部に導入する際の被験者からの呼気の吹出圧力の異常の有無を判定することで、呼気収容部に取り込んだ呼気が被験者の呼気であることを担保できる。

図１は、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置の外観を示す斜視図である。 図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置の正面図であり、図２（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置の側面図であり、図２（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置の上面図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置の断面図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置全体の構成を示すブロック図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態の制御部が実現する機能ブロックを示した図である。 図６は、異常がない場合の圧力センサの出力（呼気収容部内の圧力）の一例を示したグラフである。 図７は、吹出しに異常がある場合の圧力センサの出力（呼気収容部内の圧力）の一例を示したグラフである。 図８Ａは、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置の動作を説明するフローチャートである。 図８Ｂは、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置の動作を説明するフローチャートである。 図８Ｃは、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置の動作を説明するフローチャートである。 図９は、吹込みを開始する前の呼気収容部内の圧力に異常があることにより被験者の呼気が取り込めない状況の一例を説明する図である。 図１０は、本発明の第２の実施の形態の圧力センサの出力（呼気収容部内の圧力）の一例を示したグラフである。 図１１は、本発明の第２の実施の形態の呼気成分測定装置の動作を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る呼気成分測定装置１０の外観を示す斜視図である。図２（ａ）は呼気成分測定装置１０の正面図であり、図２（ｂ）は呼気成分測定装置１０の側面図であり、図２（ｃ）は呼気成分測定装置１０の上面図である。図３は、呼気成分測定装置１０の断面図である。

呼気成分測定装置１０には、被験者の口から吹き出された呼気が通過する呼気流路３３を備えたマウスピース３０が取り付けられる。呼気成分測定装置１０には、電源スイッチ１２と、操作ボタン等の入力インターフェース（入力Ｉ／Ｆ）１３と、マウスピース３０を取り付けるための取付部１４と、呼気流路３３と連通する導入口２１ａが設けられた突起２１と、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示部１１ａとが設けられている。取付部１４には、マウスピース３０を着脱自在に保持する保持部１９が設けられている。導入口２１ａは、被験者の呼気を呼気成分測定装置１０の内部の呼気収容部２０へ導入する。呼気成分測定装置１０は、乾電池等のバッテリーを内蔵でき、被験者によって携帯可能である。

マウスピース３０は、被験者が呼気を吹き込むための吹込口３１と、呼気が排出される排出口３２と、吹込口３１と排出口３２との間に形成された呼気流路３３とを有している。呼気流路３３には、マウスピース３０が呼気成分測定装置１０に取り付けられた際に突起２１が嵌められる貫通口３３ａが形成されている。突起２１が貫通口３３ａに嵌められると、呼気流路３３と導入口２１ａとが連通する。この呼気流路３３は、被験者の口から吹き出された呼気を導入口２１ａに導入するものであり、呼気導入部に相当する。

呼気成分測定装置１０は、導入口２１ａを有する呼気収容部２０と、呼気収容部２０に収容された呼気について所定成分を測定するガスセンサ１５と、呼気収容部２０内の圧力を検出する圧力センサ１６と、呼気収容部２０の容積を変更するソレノイド１８と、呼気成分測定装置１０を制御する制御部１００とを含む。本実施形態では、所定成分としては、アルコールが用いられる。

呼気収容部２０は、ガスセンサ１５が設けられているガスセンサ室１５ａと、膨張収縮可能な容器であるエアバレル１７と、導入口２１ａとガスセンサ室１５ａとを連通する流路２２と、ガスセンサ室１５ａとエアバレル１７とを連通する流路２３と、エアバレル１７と圧力センサ１６とを結ぶ流路２４とを含む。

ソレノイド１８は、エアバレル１７と連結されている。ソレノイド１８は、後述するソレノイド制御信号を受けると伸張して、エアバレル１７を押し込んで収縮（容積を減少）させる。また、ソレノイド１８は、ソレノイド制御信号が解除されると収縮して、エアバレル１７を引き戻して膨張（容積を増加）させる。ソレノイド１８は、エアバレル１７を収縮させた後に膨張させることで、導入口２１ａを通じて被験者の呼気を呼気収容部２０（特に、ガスセンサ室１５ａ）に引き込む。エアバレル１７の収縮や膨張により、呼気収容部２０の容積は変更される。ソレノイド１８及びエアバレル１７からなる構成は、呼気収容部２０に呼気を導入するために呼気収容部２０に負圧を発生させるものであり、負圧発生部に相当する。また、エアバレル１７は、呼気収容部２０の容積を変更するものであり、容積変更部に相当する。

圧力センサ１６は、呼気収容部２０内の圧力を検出する。呼気収容部２０内の圧力は、被験者の呼気流路３３への呼気の吹込み、および、呼気収容部２０の容積の変更に応じて変動する。圧力センサ１６は、ダイヤフラムの表面に半導体ひずみゲージが形成された圧力センサである。圧力センサ１６では、外部からの力（圧力）によるダイヤフラムの変形に応じて、ピエゾ抵抗効果により電気抵抗が変化する。圧力センサ１６は、電気抵抗の変化を電気信号に変換する。なお、圧力センサ１６は他の方式の圧力センサでもよい。

ガスセンサ１５は、成分測定部の一例である。ガスセンサ１５は、感ガス体を備え、ガスセンサ室１５ａに引き込まれた呼気中のガス（アルコール）を測定する。本実施形態では、ガスセンサ１５として、アルコールに触れると電流が流れる感ガス体を有する電気化学式センサが用いられる。この電気化学式センサは、感ガス体を流れる電流の値によって呼気中のアルコール濃度を表す。一例としては、アノード（ａｎｏｄｅ）およびカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）としてＰｔ（白金）またはＰｔ合金が用いられ、電解質として硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）が用いられるセンサが挙げられる。このセンサは、アルコール分子が白金触媒に酸化されたときに生じる電流の変化によって呼気中のアルコール濃度を表す。

なお、ガスセンサ１５は、呼気中のアルコール濃度を測定できればよい。このため、ガスセンサ１５としては、例えば、金属酸化物に吸着させた酸素と気体中のアルコールとの反応によって電気抵抗が変化する半導体センサ（つまり、気体中のアルコール濃度に応じて電気抵抗が変化する半導体センサ）など、様々な方式のアルコールセンサが採用可能である。

図４は、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置１０全体の構成を示すブロック図である。呼気成分測定装置１０は、表示部１１ａと、入力Ｉ／Ｆ１３と、ガスセンサ１５と、圧力センサ１６と、ソレノイド１８と、呼気収容部２０（導入口２１ａ、流路２２、ガスセンサ室１５ａ、流路２３、エアバレル１７、および流路２４）と、制御部１００とに加えて、出力インターフェース（出力Ｉ／Ｆ）１１と記憶部２８とを含む。

出力Ｉ／Ｆ１１は、ディスプレイやスピーカなど、映像や音響を出力するデバイスである。出力Ｉ／Ｆ１１は、出力部の一例である表示部１１ａを含む。

記憶部２８は、コンピュータにて読取可能な記録媒体、例えば、半導体記録媒体、磁気式記録媒体または光学式記録媒体等の公知の任意の形式の記録媒体、または、これらの記録媒体が組み合わされた記録媒体である。記憶部２８は、制御部１００の動作を規定するプログラムと、種々の情報（閾値等）とを記憶する。

図５は、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置１０の制御部１００が実現する機能ブロックを示した図である。制御部１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のコンピュータである。制御部１００は、記憶部２８に記憶されているプログラムを読み取り実行することによって、図５に示すように、呼気流入判定部１０１と、動作制御部１０２と、異常判定部１０３と、アルコール濃度測定部１０４と、運転可否判定部１０５と、出力情報生成部１０６と、を実現する。

呼気流入判定部１０１は、圧力センサ１６の検出結果に基づいて、呼気の呼気流路３３への流入の有無と、呼気の呼気流路３３への流入の継続の有無とを判定する。具体的には、呼気流入判定部１０１は、呼気の吹出しが可能になった時点での圧力センサ１６の圧力から閾値圧力差Ｔｈｐ１以上の圧力の上昇があった場合に、呼気流路３３への呼気の流入があると判定する。

動作制御部１０２は、呼気流入判定部１０１の判定結果に基づいて、ソレノイド１８を駆動する。一例を挙げると、呼気流入判定部１０１が、呼気の呼気流路３３への流入の継続時間が閾値時間Ｔｈｔ１（例えば３秒）を超えていると判断すると、動作制御部１０２は、ソレノイド１８にソレノイド制御信号を一定時間（例えば２００ｍ秒）出力した後にその出力を終了して、エアバレル１７の容積を一旦減少（収縮）させた後に増加させる。このエアバレル１７の容積の増加（膨張）に応じて、呼気流路３３の呼気が呼気収容部２０（特には、ガスセンサ室１５ａ）に引き込まれる。動作制御部１０２は、ソレノイド制御信号の出力を開始すると、ソレノイド１８の駆動開始を示す駆動情報を異常判定部１０３に出力する。

異常判定部１０３は、ソレノイド１８の駆動によって呼気収容部２０の容積（エアバレル１７の容積）が変更された場合、即ち導入口２１ａから呼気収容部２０への呼気の導入の際に、その容積の変更に応じた圧力センサ１６の出力に基づいて、呼気流路３３における呼気の吹出圧力の異常の有無を判定する。

ここで、異常の一例として、呼気を取り込む際に、被験者から呼気が呼気流路３３に吹き出されていないという異常（不正測定）について説明する。

まず、呼気流入判定部１０１は、呼気による圧力センサ１６の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１を超える状態が閾値時間Ｔｈｔ１以上継続しない場合には、呼気の取り込みを行わないので、例えば、被験者から呼気が吹き出されていないという異常な状態で呼気の呼気収容部２０に呼気を取り込まないようにしている。

図６は、異常がない場合の圧力センサ１６の出力（呼気収容部２０内の圧力）の一例を示したグラフである。図６において、被験者が呼気流路３３に呼気を吹き出していない状態では（タイミングｔ１より前）、呼気収容部２０内の圧力は大気圧Ｐ０を示している。タイミングｔ１は、被験者の呼気流路３３への呼気の吹出し開始タイミングである。タイミングｔ２は、呼気の吹出しによってタイミングｔ１からの圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１よりも大きくなったタイミングである。この後、呼気の吹出しによって圧力センサ１６の出力は吹出圧力Ｐ１程度を維持する。タイミングｔ３は、タイミングｔ１からの圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１より大きい状態の継続時間が閾値時間Ｔｈｔ１に達して、動作制御部１０２がソレノイド１８を駆動するためのソレノイド制御信号を出力し始めるタイミングである。

ソレノイド１８は、ソレノイド制御信号に応じて伸張を開始することで、エアバレル１７を押し込んでエアバレル１７（呼気収容部２０）の容積を減少させる動作を開始する。これにより、呼気収容部２０内の圧力は増加し、その増加分は閾値圧力差Ｔｈｐ２を超える。ソレノイド１８の伸長が停止した後、呼気収容部２０内の圧力は減少し、ソレノイド１８の伸長開始から閾値時間Ｔｈｔ２を経過するタイミングｔ４には、もとの吹出圧力Ｐ１に戻る。

動作制御部１０２がソレノイド制御信号を出力し始めたタイミングｔ３から所定時間（例えば、２００ｍ秒）を経過したタイミングｔ５において、動作制御部１０２は、ソレノイド制御信号を停止する。これにより、ソレノイド１８は、収縮を開始し、エアバレル１７を膨張させてエアバレル１７（呼気収容部２０）の容積を増加させる動作を開始する。これに伴って、呼気収容部２０内の圧力は減少する。その減少分は閾値圧力差Ｔｈｐ３を超える。ソレノイド１８の収縮が停止した後、呼気収容部２０内の圧力は増加し、ソレノイドの１８の収縮開始から閾値時間Ｔｈｔ３が経過するタイミングｔ６には、もとの吹出圧力Ｐ１に戻る。やがて、タイミングｔ７において被験者による呼気の吹出しが終了すると、呼気収容部２０内の圧力は徐々に低下して、大気圧Ｐ０に戻る。

図７は、吹出しに異常がある場合の圧力センサ１６の出力（呼気収容部２０内の圧力）の一例を示したグラフである。図６の正常な場合と同様に、被験者が、圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１以上となる吹出しを閾値時間Ｔｈｔ１だけ継続して行うと、タイミングｔ３において動作制御部１０２がソレノイド１８にソレノイド制御信号を出力して、ソレノイド１８を伸長させる。しかしながら、このとき、被験者による吹出しの圧力がタイミングｔ３以前よりも低くなると（典型的には、被験者による呼気の吹出しがなくなる、あるいは被験者が吸い込みを行うと）、ソレノイド１８の伸長及びエアバレル１７の膨張による呼気収容部２０内の圧力変化は図６と同様にはならない。

まず、ソレノイド１８が伸長し始めるタイミングｔ３において被験者による吹出の圧力がなくなると、ソレノイド１８の伸長によってエアバレル１７の容積が減少しても呼気収容部２０内の圧力は十分に上昇せず、圧力の増加分は閾値圧力差Ｔｈｐ２を超えない。ソレノイド１８の伸長が開始してから閾値時間Ｔｈｔ２が経過したタイミングｔ４には、呼気収容部２０内の圧力は、吹出圧力Ｐ１ではなく、大気圧Ｐ０に戻って安定する（なお、被験者が吸込みを行っている場合は大気圧Ｐ０以下の圧力で安定する）。この状態でタイミングｔ５においてソレノイド制御信号を停止してソレノイド１８が収縮を開始し、それによってエアバレル１７の容積が増加すると、それによって呼気収容部２０内の圧力は減少するが、この時点はすでに大気圧Ｐ０以下になっている。その後、閾値時間Ｔｈｔ３が経過したタイミングｔ６には、呼気収容部２０内は大気圧Ｐ０に戻って安定している。

そこで、異常判定部１０３は、呼気収容部２０の容積の変更に応じた圧力センサ１６の出力の変化に基づいて、異常の有無を判定する。具体的には、異常判定部１０３は、ソレノイド１８が呼気収容部２０の容積を減少させたときに圧力センサ１６が検出した圧力の増加分が第１閾値（一例として、図６、７の閾値圧力差Ｔｈｐ２）以上にならない場合に異常ありと判定する。また、異常判定部１０３は、ソレノイド１８が呼気収容部２０の容積を減少させ始めてから所定時間（一例として、図６、７の閾値時間Ｔｈｔ２）を経過したときに、圧力センサ１６が検出した圧力が第２閾値（一例として、図６、７の大気圧Ｐ０より閾値圧力差Ｔｈｐ１だけ大きい値）を下回っている場合には、吹出圧力Ｐ１を得るための吹出しが維持されていないと判断して、異常ありと判定する。

また、異常判定部１０３は、ソレノイド１８が呼気収容部２０の容積を増加させたときに圧力センサ１６が検出した圧力の減少分が第３閾値（一例として、図６、７の閾値圧力差Ｔｈｐ３）を下回っている場合に異常ありと判定する。また、異常判定部１０３は、ソレノイド１８が呼気収容部２０の容積を増加させ始めてから所定時間（一例として、図６、７の閾値時間Ｔｈｔ３）を経過したときに、圧力センサ１６が検出した圧力が第４閾値（一例として、図６、７の大気圧Ｐ０より閾値圧力差Ｔｈｐ１だけ大きい値）を下回っている場合には、吹出圧力Ｐ１を得るための吹出しが維持されていないと判断して、異常ありと判定する。

アルコール濃度測定部１０４は、ガスセンサ１５の出力に基づいて、呼気中のアルコールの濃度を測定する。具体的には、アルコール濃度測定部１０４は、ガスセンサ１５の出力電流に基づいて、呼気中のアルコール濃度を算出する。

運転可否判定部１０５は、アルコール濃度測定部１０４が算出した呼気中のアルコール濃度に基づいて、被験者の運転可否の判定を行う。運転可否判定部１０５は、呼気中のアルコール濃度が、記憶部２８に記憶されている運転可否判定閾値以下である場合には、運転可能であると判断する。

出力情報生成部１０６は、表示部１１ａに各種の情報を表示させる。出力情報生成部１０６は、例えば、息の吹出しの待機の指示や、息の吹出しの指示や、吹出し終了の指示など、操作ガイドの情報を表示部１１ａに表示させる。また、出力情報生成部１０６は、呼気中のアルコール濃度の数値、運転可否判定部１０５の判定結果、呼気流入判定部１０１の判定結果、および異常判定部１０３の判定結果等も表示部１１ａに表示させる。

図８Ａ〜８Ｃは、本発明の第１の実施の形態の呼気成分測定装置の動作を説明するフローチャートである。まず、被験者が電源スイッチ１２を押下すると、出力情報生成部１０６は、測定可能になるまでの待機時間（例えば、５秒）の間、吹出し待機の表示を表示部１１ａに実行させる（ステップＳ１０１）。

待機時間の終了後、出力情報生成部１０６は、マウスピース３０に呼気を所定時間（例えば５秒間）吹出す旨の吹出し指示表示を表示部１１ａに実行させる（ステップＳ１０２）。

吹出し指示表示に応じて被験者がマウスピース３０の吹込口３１に呼気を吹き出すと、呼気が呼気流路３３を通過する。この際、呼気の圧力が、導入口２１ａを介して呼気収容部２０内に伝わって圧力センサ１６で検出される。

呼気流入判定部１０１は、圧力センサ１６の出力に基づいて、呼気収容部２０内の圧力差（即ち、ステップＳ１０１の時点での圧力からの圧力増加分の大きさ）を算出する。圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１以下である場合（ステップＳ１０３でＮＯ）、処理がステップＳ１０２に戻される。

一方、呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１よりも大きい場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、呼気流入判定部１０１は、吹出しの検出を示す吹出し検出情報を出力情報生成部１０６に出力する。出力情報生成部１０６は、吹出し検出情報を受け取ると、吹出し中を示す表示を、表示部１１ａに実行させる（ステップＳ１０４）。

呼気流入判定部１０１は、吹出し検出情報を出力した後に呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１以下になった場合（ステップＳ１０５でＮＯ）、吹出しの中断を示す吹出し中断情報を出力情報生成部１０６に出力する。出力情報生成部１０６は、吹出し中断情報を受け取ると、吹出し中断エラーを示す表示を表示部１１ａに実行させる（ステップＳ１０７）。

呼気流入判定部１０１は、吹出し検出情報を出力した後に呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１よりも大きい場合（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、ステップＳ１０３でＹＥＳと判断してからの経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ１よりも長いか否かを判断する（ステップＳ１０６）。ここで、経過時間ｔは、呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１よりも継続して大きくなっている時間を表す。経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ１以下である場合（ステップＳ１０６でＮＯ）、処理がステップＳ１０４に戻される。

経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ１よりも長いと（ステップＳ１０６でＹＥＳ）、呼気流入判定部１０１は、呼気の取込みの開始を示す開始情報を動作制御部１０２に出力する。動作制御部１０２は、開始情報を受け取ると、ソレノイド１８にソレノイド制御信号を出力してソレノイド１８を伸長させる（ステップＳ１０８）。これにより、エアバレル１７の容積が減少し、呼気収容部２０内の気体の少なくとも一部は導入口２１ａから排出される。動作制御部１０２は、ソレノイド１８の駆動を開始すると、駆動情報を異常判定部１０３に出力する。

異常判定部１０３は、ソレノイド１８の伸長駆動によって呼気収容部２０内の圧力差（即ち、ソレノイドからの圧力の増加分の大きさ）が閾値圧力差Ｔｈｐ２より大きくなったか否かを判断する（ステップＳ１０９）。ソレノイド１８の伸長によって呼気収容部２０内の容積が減少したにもかかわらず呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ２以下である場合には（ステップＳ１０９でＮＯ）、異常判定部１０３は、吹出圧力に異常があると判断して異常圧力の検出を示す異常圧力検出情報を出力情報生成部１０６に出力する（ステップＳ１１６）。

呼気収容部２０内の圧力差が正常に閾値圧力差Ｔｈｐ２を上回る場合には（ステップＳ１０９でＹＥＳ）、異常判定部１０３は、ステップＳ１０６からの経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ２よりも長いか否かを判断する（ステップＳ１１０）。経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ２以下である場合（ステップＳ１１０でＮＯ）、ステップＳ１１０を繰り返す。経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ２を超えると（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、異常判定部１０３は、そのときの呼気収容部２０内の圧力差（即ち、ステップＳ１０１の時点での圧力からの圧力増加分の大きさ）が閾値圧力差Ｔｈｐ１より大きい値を維持できているか否かを判断する（ステップＳ１１１）。この時点で呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１以下である場合は（ステップＳ１１１でＮＯ）、異常判定部１０３は、吹出圧力に異常があると判断して異常圧力の検出を示す異常圧力検出情報を出力情報生成部１０６に出力する（ステップＳ１１６）。

呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１を上回っている場合は（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、動作制御部１０２は、ソレノイド１８へのソレノイド制御信号の出力を停止して、ソレノイド１８を収縮させる（ステップＳ１１２）。これにより、エアバレル１７の容積が増加し、呼気流路３３から呼気収容部２０に呼気が取り込まれる。

異常判定部１０３は、呼気収容部２０内の圧力差（即ち、ソレノイド制御信号を停止する直前の圧力からの圧力減少分の大きさ）が閾値圧力差Ｔｈｐ３より大きいか否かを判断する（ステップＳ１１３）。呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ３以下である場合には（ステップＳ１１３でＮＯ）、異常判定部１０３は、吹出圧力に異常があると判断して異常圧力の検出を示す異常圧力検出情報を出力情報生成部１０６に出力する（ステップＳ１１６）。

呼気収容部２０内の圧力が正常に閾値圧力差Ｔｈｐ３を上回る場合には（ステップＳ１１３でＹＥＳ）、異常判定部１０３は、ステップＳ１１２からの経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ３よりも長いか否かを判断する（ステップＳ１１４）。経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ３以下である場合（ステップＳ１１４でＮＯ）、ステップＳ１１４を繰り返す。経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ３を超えると（ステップＳ１１４でＹＥＳ）、異常判定部１０３は、その時の呼気収容部２０内の圧力差（即ち、ステップＳ１０１の時点での圧力からの圧力増加分の大きさ）が閾値圧力差Ｔｈｐ１より大きい値を維持できているか否かを判断する（ステップＳ１１５）。この時点で呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１以下である場合は（ステップＳ１１５でＮＯ）、異常判定部１０３は、吹出圧力に異常があると判断して異常圧力の検出を示す異常圧力検出情報を出力情報生成部１０６に出力する（ステップＳ１１６）。

呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ１を上回っている場合は（ステップＳ１１５でＹＥＳ）、異常判定部１０３は、異常なしと判定し、ガスセンサ１５を動作させる。ガスセンサ１５は、ガスセンサ室１５ａ内の呼気のアルコール濃度を検出し、その検出結果をアルコール濃度測定部１０４に出力する。

アルコール濃度測定部１０４は、ガスセンサ１５の検出結果に基づいて呼気中のアルコール濃度を測定（解析）する（ステップＳ１１７）。このとき、アルコール濃度測定部１０４が、解析開始を示す解析開始情報を出力情報生成部１０６に出力し、出力情報生成部１０６が、解析開始情報の受け取りに応じて、呼気の吹き込みの終了を示す表示を、表示部１１ａに実行させてもよい。アルコール濃度測定部１０４は、呼気中のアルコール濃度の測定が完了すると、アルコール濃度の測定結果を、出力情報生成部１０６と運転可否判定部１０５とに出力する。

出力情報生成部１０６は、アルコール濃度の測定結果を受け取ると、その測定結果が示すアルコール濃度を、表示部１１ａに表示させる（ステップＳ１１８）。

運転可否判定部１０５は、アルコール濃度の測定結果が運転可否判定閾値を越える場合には、運転不可であると判定し、運転不可を示す運転不可情報を出力情報生成部１０６に出力する。一方、アルコール濃度の測定結果が運転可否判定閾値を越えない場合には、運転可否判定部１０５は、運転可と判定し、運転可を示す運転可情報を、出力情報生成部１０６に出力する。なお、運転可否判定閾値は、記憶部２８に記憶されている。

出力情報生成部１０６は、運転不可情報を受け取ると、運転不可を示す表示を表示部１１ａに実行させ、運転可情報を受け取ると、運転可を示す表示を表示部１１ａに実行させる（ステップＳ１１９）。ここで、運転不可を表す表示は、異常判定部１０３による異常有りの判定結果に応じた情報の一例である。

本実施形態によれば、呼気収容部２０の容積の変更に応じた圧力センサ１６の出力（呼気収容部２０内の圧力）に基づいて、吹出圧力の異常の有無が判定される。したがって、ソレノイド１８及びエアバレル１７の作用によって呼気流路３３内の気体を呼気収容部２０に引き込む際に、確実に被験者の呼気を呼気収容部２０内に導入することができる。

なお、本実施の形態では、異常判定部１０３は、所定のタイミングで呼気収容２０内の圧力差が所定の閾値圧力を上回る又は下回るかを判断することで異常の有無を判定したが、これに代えて、異常判定部１０３は、呼気収容部２０の容量減少時の呼気収容部２０内の圧力の絶対値が所定の閾値を上回る場合に異常なしと判定し、また、呼気収容部２０の容量増加時の呼気収容部２０内の圧力の絶対値が所定の閾値を下回る場合に異常なしと判定してもよい。

また、上記の呼気成分測定装置１０は、呼気の取り込みのためにエアバレル１７をいったん収縮させた後に膨張させる態様において、収縮時、収縮後、膨張時、膨張後のそれぞれについて、呼気収容部２０内の圧力の異常を検知することで吹出圧力の異常を判定したが、エアバレル１７の収縮時のみ、収縮後のみ、収縮時及び収縮後のいずれかで呼気収容部２０内の圧力の異常を検知するようにしてもよい。この場合に、エアバレル１７の収縮時ないし収縮後の呼気収容部２０内の圧力が正常であれば、その後は圧力センサ１６の出力を監視しないようにして、アルコール濃度測定部１０４によるアルコール濃度の測定（図８ＣのステップＳ１１７）及びそれ以降の処理を開始してよい。このような態様によっても、呼気収容部２０への呼気の取込みの際の吹出圧力の異常の有無を判定することができる。

また、上記の呼気成分測定装置１０は、呼気流路３３における呼気の吹出圧力を検知するために、呼気収容部２０に設けられた圧力センサ１６を用いたが、これに加え、又はこれに代えて、呼気流路３３の圧力を直接測定する圧力センサを用いて呼気流路３３における呼気の吹出圧力を検出してもよい。この場合には、呼気流路３３と呼気収容部２０とを連通する貫通口３３ａ及び導入口２１ａとは別に、呼気流路３３と当該圧力センサとを連通するための貫通口及び導入口が設けられる。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態において第１の実施の形態と同じ構成及び動作については、適宜説明を省略する。第２の実施の形態の呼気成分測定装置１０のハードウェア構成は第１の実施の形態の呼気成分測定装置１０と同じである。

上述のように、呼気流入判定部１０１は、呼気の吹出しが可能となった時点の圧力からの圧力差によって、呼気流路３３への呼気の流入、即ち、被験者が呼気を吹き出していると判定する。

図９は、吹込みを開始する前の呼気収容部２０内の圧力に異常があることにより被験者の呼気が取り込めない状況の一例を説明する図である。図９に示すように、呼気の吹出しを始める前に、被験者が呼気の吹出しのためにマウスピース３０を加えたまま吸込み（吸気）をしてしまった場合には、呼気収容部２０内の圧力は大気圧Ｐ０を下回って圧力Ｐ２まで低下する。この状態からタイミングｔ１で吸込みを止めると（あるいは、吸込みを止めた上で不十分な圧力で吹出しを行うと）、呼気収容部２０内の圧力は徐々に上昇し、タイミングｔ２で呼気収容部２０内の圧力差は閾値圧力差Ｔｈｐ１になるが、呼気の吹出しがない（あるいは、十分な呼気の吹出しがない）ことになる。

このような状態が閾値時間Ｔｈｔ１にわたって維持されると、呼気成分測定装置１０は、呼気の吹出圧力が不十分なまま第１の実施の形態と同様にしてソレノイド１８を駆動して呼気流路３３内の気体の取込みを行い、十分な量の呼気を取り込めないままアルコール濃度の測定を行ってしまう。

そこで、本実施の形態では、被験者に対して吸込み吹出しの案内を行うことで、上記のような原因による異常が発生する可能性を低減する。本実施の形態では、出力Ｉ／Ｆ１１は、案内部として機能し、第１の実施の形態の表示部１１ａに加えて、音声を出力するスピーカを備える。

図１０は、本発明の第２の実施の形態の圧力センサ１６の出力（呼気収容部２０内の圧力）の一例を示したグラフである。また、図１１は、本発明の第２の実施の形態の呼気成分測定装置の動作を説明するフローチャートである。本実施の形態の呼気成分測定装置１０において、電源スイッチ１２が押下されると、出力情報生成部１０６は、表示部１１ａ及びスピーカのそれぞれに、測定可能になるまでの待機時間（例えば、５秒）の間、待機を促す案内表示及び案内音声出力（待機案内）を実行させる（ステップＳ２０１）。

待機時間の終了後、出力情報生成部１０６は、表示部１１ａ及びスピーカのそれぞれに、マウスピース３０を咥えて所定時間（例えば３秒間）息の吸込み（吸気）を促す案内表示及び案内音声出力（吸込み案内）を実行させる（ステップＳ２０２）。タイミングｔ１において、被験者が吸込み案内に従って吸気を開始すると、呼気流入判定部１０１は、圧力センサ１６の出力に基づいて、呼気収容部２０内の圧力差（即ち、吸込み案内時の圧力からの圧力減少分の大きさ）を算出する。圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ４以下である場合（ステップＳ２０３でＮＯ）、処理がステップＳ２０２に戻される。

タイミングｔ２において呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ４よりも大きくなると（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、呼気流入判定部１０１は、吸込みの検出を示す吸込み検出情報を出力情報生成部１０６に出力する。出力情報生成部１０６は、吸込み検出情報を受け取ると、表示部１１ａ及びスピーカのそれぞれに、吸込みの継続を促す案内表示及び案内音声出力（吸込み継続案内）を実行させる（ステップＳ２０４）。

呼気流入判定部１０１は、吸込み情報を出力した後に呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ４以下になった場合（ステップＳ２０５でＮＯ）、吸込みの中断を示す吸込み中断情報を出力情報生成部１０６に出力する。出力情報生成部１０６は、吸込み中断情報を受け取ると、表示部１１ａ及びスピーカのそれぞれに、エラーを示す表示及び音声出力を実行させる（ステップＳ２０７）。

呼気流入判定部１０１は、吸込み検出情報を出力した後に呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ４よりも大きい場合（ステップＳ２０５でＹＥＳ）、ステップＳ２０３でＹＥＳと判断してからの経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ４よりも長いか否かを判断する（ステップＳ２０６）。ここで、経過時間ｔは、呼気収容部２０内の圧力差が閾値圧力差Ｔｈｐ４よりも継続して大きくなっている時間を表す。経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ４以下である場合（ステップＳ２０６でＮＯ）、処理がステップＳ２０４に戻される。

タイミングｔ３において経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ４よりも長くなると（ステップＳ２０６でＹＥＳ）、出力情報生成部１０６は、表示部１１ａ及びスピーカのそれぞれに、マウスピース３０を咥えたまま所定時間（例えば３秒間）息止めを促す案内表示及び案内音声出力（息止め案内）を実行させる（ステップＳ２０８）。出力情報生成部１０６は、息止め案内からの経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ５よりも長いか否かを判断する（ステップＳ２０９）。ここで、経過時間ｔは、呼気収容部２０内の圧力が大気圧Ｐ０に戻って安定する時間を表す。経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ５以下である場合（ステップＳ２０９でＮＯ）、処理がステップＳ２０９に戻される。

タイミングｔ４において経過時間ｔが閾値時間Ｔｈｔ５よりも長くなると（ステップＳ２０９でＹＥＳ）、呼気流入判定部１０１は、圧力センサ１６の出力に基づいて、呼気収容部２０内の圧力差（即ち、息止め案内時の圧力からの圧力増加分の大きさ）を算出する。異常判定部２０３は、ここで算出した圧力差とステップＳ２０３で算出した圧力差との差分が所定の誤差範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ２１０）。両圧力差の差分が所定の誤差範囲より大きい場合（ステップＳ２１０でＮＯ）、処理がステップＳ２１０に戻される。

両圧力差の差分が所定の誤差範囲内である場合（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、呼気流入判定部１０１は、そのときの呼気収容部２０の圧力を基準圧力として記憶し（ステップＳ２１１）、出力情報生成部１０６は、表示部１１ａ及びスピーカのそれぞれに、マウスピース３０を咥えたまま所定時間（例えば５秒間）呼気の吹出しを促す案内表示及び案内音声出力（吹出し案内）を実行させる（ステップＳ２１２）。この後は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略するが、呼気流入判定部１０１は、閾値圧力差Ｔｈｐ１を用いて吹出しを検出するための基準の圧力をステップＳ２１１で記憶した基準圧力とする。

以上のように、本実施の形態の呼気成分測定装置１０は、呼気流入測定部１０１が、呼気流路３３に対して被験者の口からの吸込み、息止め、呼気の吹出しがこの順で行われたことを検知し、息止めが行われたときの圧力を基準圧力とするので、この基準圧力を大気圧Ｐ０とした状態で吹出しを検出でき、これにより、図９に示すような異常が発生する可能性を低減できる。

なお、本実施の形態では、被験者に吸込み、息止め、吹出しの案内をする手段として、表示部１１ａ及びスピーカを用いたが、これらの加えて、又はこれらに代えて、呼気成分測定装置１０を振動させるバイブレータを用いてもよい。また、この呼気成分測定装置１０による上記のアルコール濃度測定の手順を把握しており案内がなくても当該手順を実行可能な者を使用者として想定する場合には、上記の一部又はすべての案内を省略してもよい。

また、上記の実施の形態では、吸込み案内に応じた吸込みについて、閾値圧力差Ｔｈｐ４及び閾値時間Ｔｈｔ４を用いて実際に吸込みが行われたかを判定して、基準圧力を取得したが、実際に吸込みが行われたか否かを判定せずに、単に吸込み案内のみをして、その後に息止め案内をするようにしてもよい。この場合にも、上記の実施の形態と同様に、息止め案内の後の圧力を基準圧力として記憶する。この場合にも、息止めが行われたときの圧力（タオ気圧Ｐ０）を基準圧力として、吹出しを検出できる。

１０ 呼気成分測定装置
１５ ガスセンサ
１６ 圧力センサ
１７ エアバレル
１８ ソレノイド
２０ 呼気収容部
１００ 制御部
１０３ 異常判定部

Claims (9)

1. 被験者の呼気を導入する導入口を有し当該導入口を通じて導入された呼気を収容する呼気収容部と、
   前記被験者の口から吹き出された呼気を前記導入口に導入する呼気導入部と、
   前記呼気収容部に導入された呼気の所定成分を測定する成分測定部と、
   前記導入口から前記呼気収容部への呼気の導入の際の、前記呼気導入部における呼気の吹出圧力の異常の有無を判定する異常判定部と、
   を備えた、呼気成分測定装置。
2. 前記異常判定部は、前記呼気収容部の内部の圧力を検出する圧力検出部を備え、前記圧力検出で検出された圧力に基づいて前記異常の有無を判定する、請求項１に記載の呼気成分測定装置。
3. 前記呼気収容部に前記呼気を導入するために前記呼気収容部に負圧を発生させる負圧発生部をさらに備え、
   前記異常判定部は、前記負圧発生部による負圧発生のための動作の際の前記吹出圧力の異常の有無を判定する、請求項１又は２に記載の呼気成分測定装置。
4. 前記負圧発生部は、前記呼気収容部の容積を変更するための容積変更部を備え、
   前記異常判定部は、前記負圧発生の準備のために前記容積変更部が前記容積を減少させた際の前記圧力検出部が検出した圧力の変化が第１の閾値以下である場合に、前記異常があると判定する、請求項２を引用する請求項３に記載の呼気成分測定装置。
5. 前記負圧発生部は、前記呼気収容部の容積を変更するための容積変更部を備え、
   前記異常判定部は、前記負圧発生の準備のために前記容積変更部が前記容積を減少させた後に、前記圧力検出部が検出した圧力が第２の閾値以下になった場合に、前記異常があると判定する、請求項２を引用する請求項３に記載の呼気成分測定装置。
6. 前記負圧発生部は、前記呼気収容部の容積を変更するための容積変更部を備え、
   前記異常判定部は、前記負圧発生のために前記容積変更部が前記容積を増加させた際に前記圧力検出部が検出した圧力の変化が第３の閾値以下である場合に、異常があると判定する、請求項２を引用する請求項３に記載の呼気成分測定装置。
7. 前記負圧発生部は、前記呼気収容部の容積を変更するための容積変更部を備え、
   前記異常判定部は、前記負圧発生のために前記容積変更部が前記容積を増加させた後に、前記圧力検出部が検出した圧力が第４の閾値以下になった場合に、前記異常があると判定する、請求項２を引用する請求項３に記載の呼気成分測定装置。
8. 前記呼気導入部に対して前記被験者の口からの吸込み、息止め、呼気の吹出しがこの順で行われたことを検知する呼気流入測定部をさらに備え、
   前記異常判定部は、前記息止めが行われたときの圧力を基準圧力として、前記基準圧力からの前記吹出圧力に基づいて、異常の有無を判定する、請求項１に記載の呼気成分測定装置。
9. 被験者の呼気を導入する導入口を有する呼気収容部に収容された呼気について所定成分を測定する呼気成分測定における異常の有無を判定する異常判定方法であって、
   前記導入口から前記呼気収容部への呼気の導入の際の、前記被験者の口から吹き出された呼気を前記導入口に導入する呼気導入部における呼気の吹出圧力の異常を判定する異常判定をする、異常判定方法。

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