JP2021153613A - 測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐外光性を向上させ、低消費電力を図ることができる測定装置及び測定方法を提案する。【解決手段】測定装置１００は、被検体へ光を照射する光源と、前記光源を間欠駆動させる駆動制御部と、前記被検体からの前記光の散乱光を受光して電気信号を生成する受光素子と、前記電気信号を積分回路によって増幅する増幅器とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、測定装置および測定方法に関する。

被験者の血流量などの血流信号（以下血流信号）を検出する装置として、レーザードップラー血流計（以下、ＬＤＦ：Laser Doppler Flowmetry）が実用化されている。たとえば、ＬＤＦでは、ＬＤ（Laser Diode）から被験者の表皮などの身体組織に対してレーザー光を照射し、被験者の表皮などの身体組織から反射する散乱光（血球からの散乱光および静止組織からの散乱光）をＰＤ（Photodiode）によって受光することで、ドップラービートを観測し、血流信号を計算する。

国際公開第２０１０／０２３７４４号

しかしながら、従来のＬＤＦでは、改善の余地があった。

そこで、本開示では、耐外光性を向上させ、低消費電力を図ることができる測定装置および測定方法を提供する。

上記の課題を解決するために、本開示に係る一形態の測定装置は、被検体へ光を照射する光源と、前記光源を間欠駆動させる駆動制御部と、前記被検体からの前記光の散乱光を受光して電気信号を生成する受光素子と、前記電気信号を積分回路によって増幅する増幅器とを備える。

比較例となるＬＤＦの構成を示す図である。 比較例となるＬＤＦの技術的な課題を説明するための図（１）である。 比較例となるＬＤＦの技術的な課題を説明するための図（２）である。 比較例となるＬＤＦの技術的な課題を説明するための図（３）である。 比較例となるＬＤＦの技術的な課題を説明するための図（４）である。 第１の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態に係るレーザー光源の間欠発光の一例を示す図である。 第１の実施形態に係るＱＶアンプの出力電位およびＳ＆Ｈ回路の出力電位の時間変化を示す図である。 第１の実施形態に係る間欠動作部の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図である。 血流量変化の一例を示す図である。 比較例となるＬＤＦの技術的な課題を説明するための図（５）である。 第２の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。 第１間欠駆動、第２間欠駆動、血流脈波の関係を説明するための図である。 前段アンプの出力の立ち上がりとアナログフィルタの出力との関係を説明するための図（１）である。 前段アンプの出力の立ち上がりとアナログフィルタの出力との関係を説明するための図（２）である。 比較例となるアナログフィルタの基本構成を示す図である。 第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（１）である。 第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（２）である。 第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（３）である。 第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（４）である。 第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（５）である。 第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（６）である。 図１６で説明した急速電位設定機構の基本構成による出力電位の変化を説明するための図である。 図１６の急速電位設定機構と図１７の急速電位設定機構とを組み合わせた基本構成による出力電位の変化を説明するための図である。 図２１で説明した急速電位設定機構の基本構成による出力電位の変化を説明するための図である。 図２０で説明した急速電位設定機構の基本構成による出力電位の変化を説明するための図である。 比較例となるＬＤＦのアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（１）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（２）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（３）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（４）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（５）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（６）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（７）である。 比較例となるＬＤＦのアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（１）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路とを結合させた構成を示す図（１）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（２）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（３）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（４）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（５）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路とを結合させた構成を示す図（２）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（６）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路とを結合させた構成を示す図（３）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（７）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路とを結合させた構成を示す図（４）である。 第２の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図（１）である。 第２の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図（２）である。 第２の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図（３）である。 第２の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図（４）である。 第２の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図（５）である。 比較例となるアナログフィルタと差動増幅回路とを結合した構成を示す図である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタと差動増幅回路とを結合した構成を示す図（１）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタと差動増幅回路とを結合した構成を示す図（２）である。 急速電位設定機構付きアナログフィルタと差動増幅回路とを結合した構成を示す図（３）である。 比較例となるローパスフィルタと非反転増幅回路とを結合した構成を示す図である。 急速電位設定機構付きローパスフィルタと非反転増幅回路の構成を示す図（１）である。 急速電位設定機構付きローパスフィルタと非反転増幅回路の構成を示す図（３）である。 急速電位設定機構付きローパスフィルタと非反転増幅回路の構成を示す図（４）である。 急速電位設定機構付きローパスフィルタと非反転増幅回路の構成を示す図（５）である。 比較例となるローパスフィルタと反転増幅回路とを結合した構成を示す図である。 急速電位設定機構付きローパスフィルタと反転増幅回路の構成を示す図である。 急速電位設定機構に設定されるスイッチの種別と特徴との関係について説明するための図である。 第３の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。 ＤＣキャンセル機構を含まない光電変換部と初段増幅器の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る光電変換部と初段増幅器の構成を示す図（１）である。 第３の実施形態に係る光電変換部と初段増幅器の構成を示す図（２）である。 第３の実施形態に係る光電変換部と初段増幅器の構成を示す図（３）である。 第３の実施形態に係る光電変換部と初段増幅器の構成を示す図（４）である。

以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

また、以下に示す項目順序に従って本開示を説明する。
１．第１の実施形態に関連する比較例となるＬＤＦの説明
２．第１の実施形態
２．１．第１の実施形態に係る測定装置の構成
２．２．第１の実施形態に係る間欠動作部の構成
２．３．第１の実施形態に各スイッチの開閉タイミング
２．４．第１の実施形態に係る測定装置の効果
３．第２の実施形態に関連する比較例となるＬＤＦの説明
４．第２の実施形態
４．１．第２の実施形態に係る測定装置の構成
４．２．第２の実施形態に係る急速電位設定機構の構成
４．３．第２の実施形態に係る急速電位設定機構付きローカットフィルタと非反転増幅回路の構成
４．４．第２の実施形態に係る急速電位設定機構付きローカットフィルタと反転増幅回路の構成
４．５．第２の実施形態に各スイッチの開閉タイミング
４．６．急速電位設定機構付きアナログフィルタと差動増幅回路の結合
４．７．急速電位設定機構付きローパスフィルタと非反転増幅回路の結合
４．８．急速電位設定機構付きローパスフィルタと反転増幅回路の結合
４．９．第２の実施形態に係る測定装置の効果
５．第３の実施形態
５．１．第３の実施形態に係る測定装置の構成
５．２．第３の実施形態に係る光電変換部と初段増幅器の構成
５．３．第３の実施形態に係る測定装置の効果
６．むすび

＜１．第１の実施形態に関連する比較例となるＬＤＦの説明＞
図１は、比較例となるＬＤＦの構成を示す図である。図１に示すように、ＬＤＦ１０は、レーザードライバ１１、レーザー光源１２、光電変換部１３、ＩＶアンプ１４、アナログフィルタ１５、ＡＣ（Alternate Current）アンプ１６を有する。

レーザードライバ１１は、レーザー光源１２が出力するレーザー光のパワーや、レーザー光源１２の駆動電流等を制御する装置である。レーザー光源１２が出力するレーザー光のパワーを「出力光パワー」と表記する。

たとえば、レーザードライバ１１は、ドップラービートの検出に足りる長さの計測期間において、レーザー光源１２からレーザー光を連続して出力させる（連続発光させる）。ここで、レーザードライバ１１は、レーザー光源１２を連続発光させる場合、出力光パワーの平均が安全基準の上限を超えないように出力光パワーを調整する。

以下の説明では、出力光パワーの平均を、「平均パワー」と表記する。安全基準の上限となる出力光パワーを、「上限パワー」と表記する。

レーザー光源１２は、レーザードライバ１１の制御に基づいて、レーザー光を出力するＬＤである。レーザー光源１２は、図示しない被験者の表皮などの身体組織（以下の実施例において、身体組織と呼ぶ）に対して、レーザー光を出力する。身体組織は、「被検体」の一例である。

光電変換部１３は、レーザー光源１２が、被験者の身体組織に対して、レーザー光を出力した際に反射される光（散乱光）を受光し、電気信号に変換するＰＤである。光電変換部１３は、電気信号をＩＶアンプ１４に出力する。

ＩＶアンプ１４は、光電変換部１３から入力された電気信号を増幅するアンプである。ＩＶアンプ１４は、増幅した電気信号を、アナログフィルタ１５に出力する。

アナログフィルタ１５は、ＩＶアンプ１４から入力された電気信号のＤＣ（Direct Current）成分をカットするフィルタである。アナログフィルタ１５は、ＤＣ成分をカットした電気信号を、ＡＣアンプ１６に出力する。

ＡＣアンプ１６は、アナログフィルタ１５から入力された電気信号を増幅するアンプである。ＡＣアンプ１６は、増幅した電気信号を、図示しない外部装置に出力する。外部装置は、ＡＣアンプ１６から出力される電気信号を基にして、ドップラービートに基づく血流信号を計算する。

ここで、ＬＤＦ１０の技術的な課題について説明する。ＬＤＦでは、平均パワーを、上限パワー未満に設定するため、光電変換部１３が、平均パワーを超えるような強い外光を受光すると、ＳＮ比（Signal-Noise ratio）が悪化する。また、レーザー光源１２は、平均パワーよりも強いパワーでレーザー光を出力した方が発光効率が高いため、平均パワーで連続して出力を行うと、発光効率上ロスが発生する。

図２は、比較例となるＬＤＦの技術的な課題を説明するための図（１）である。図２では、連続発光で、外光に対して光量不足となり、耐外光性が不足する状態を示す。図２のグラフＧ１において、横軸は時間に対応し、縦軸は光電変換部１３の受光パワーに対応する。安全基準を満たす平均パワーによって、光電変換部１３が受光するパワーをパワーＰ１−１とする。外光のパワーをパワーＰ１−２とする。パワーＰ１−１とパワーＰ１−２とを合計した総受光量を、パワーＰ１−３とする。図２に示すように、パワーＰ１−２が、パワーＰ１−１を上回ると、外光の変調に起因するノイズや総光量に従って増加するショットノイズの影響を受けやすく、精度が低下する。また、総受光量となるパワーＰ１−３で感度調整すると、ゲインの減少が大きくなる。

図３は、比較例となるＬＤＦの技術的な課題を説明するための図（２）である。図３のグラフＧ２において、横軸はレーザー光源１２の駆動電流に対応し、縦軸は出力光パワーに対応する。パワーＰ２−１は、安全基準の上限パワーを示す。駆動電流Ｉ１−１は、駆動電流の上限である。曲線Ｃ２−１は、レーザー光源１２の出力光パワーと、駆動電流との関係を示すものである。グラフＧ２の原点と、曲線Ｃ２−１上の点とを結んだ線が発光効率を表し、線の傾きが急なほど単位電流当たりの発光強度が増す。

たとえば、レーザー光源１２の出力光パワーを、パワーＰ２−１とすると、発光効率を示す線は、原点と点Ａ２−１とを結ぶ線ｌ２−１となる。なお、発光効率の最適点は、駆動電流Ｉ１−２に対応する曲線Ｃ２−１上の点Ａ２−２であり、原点と点２−２とを結ぶ線は、線ｌ２−２となる。線ｌ２−１の傾きよりも、線１２−２の傾きのほうが急であるため、レーザー光源１２の出力光パワーを、パワーＰ２−１とすると、発光効率上ロスが発生する。

図４は、比較例となるＬＤＦの技術的な課題を説明するための図（３）である。図３で説明したものは、発光効率の最適点が、駆動電流上限よりも下にあるケースについて説明したが、図４では、発光効率の最適点が、駆動電流上限以下にないケースについて説明する。

図４のグラフＧ３において、横軸はレーザー光源１２の駆動電流に対応するものであり、縦軸は出力光パワーに対応するものである。パワーＰ２−１は、安全基準の上限パワーを示す。駆動電流Ｉ１−１は、駆動電流の上限である。曲線Ｃ３−１は、レーザー光源１２の出力光パワーと、駆動電流との関係を示すものである。グラフＧ３の原点と、曲線Ｃ３−１上の点とを結んだ線が発光効率を表し、線の傾きが急なほど単位電流当たりの発光強度が増す。

たとえば、レーザー光源１２の出力光パワーを、パワーＰ２−１とすると、発光効率を示す線は、原点と点Ａ３−１とを結ぶ線ｌ３−１となる。なお、発光効率の最適点は、点Ａ３−２であり、原点と点３−２とを結ぶ線は、線ｌ３−２となる。線ｌ３−１の傾きよりも、線１３−２の傾きのほうが急であるため、発光効率の最適点が、駆動電流上限以下にないケースであっても、レーザー光源１２の出力光パワーを、パワーＰ２−１とすると、発光効率上ロスが発生する。

ここで、レーザー光源１２の発光効率を高めるために、レーザー光源１２を間欠駆動させて、出力光パワーを上げることが考えられる。しかし、ＬＤＦ１０について、単に、レーザー光源１２を間欠駆動させると、ＩＶアンプ１４において強いリンギングが発生する。

図５は、比較例となるＬＤＦの技術的な課題を説明するための図（４）である。図５のグラフＧ４において、横軸は時間に対応し、縦軸はＩＶアンプ１４の出力電位に対応する。時刻ｔ４−１〜ｔ４−３は光源１２の間欠発光の反射光を光電変換部１３が受光している期間に対応し、時刻ｔ４−３〜ｔ４−４は光源１２が発光を休止している期間に対応する。ＩＶアンプ１４の基準電位をＶ１−１とする。レーザー光源１２が間欠駆動すると、ＩＶアンプ１４の出力電位は矩形波状の駆動波形ｌ４−１になり、たとえば、出力電位がＶ１−１、Ｖ１−２、Ｖ１−１、Ｖ１−３、Ｖ１−１のように変化する。

レーザー光源１２が間欠駆動すると、ＩＶアンプ１４の出力電位は、たとえば、時刻ｔ４−１〜ｔ４−２において、リンギングが発生する。図示しない外部装置においてＡＤ変換を実行する場合、ＡＤ変換期間中電位が静定している必要があるため、時刻ｔ４−１〜ｔ４−２のリンギング発生期間中はＡＤ変換を実行できない。リンギングが静定してからＡＤ変換を実行する場合、静定期間とＡＤ変換期間との間、レーザー光源１２は、発光を維持する必要がある。たとえば、ＡＤ変換期間を時刻ｔ２〜ｔ３とすると、時刻ｔ４−１〜ｔ４−３まで、レーザー光源１２の発光を維持することになり、間欠駆動デューティー比を上げにくい。また、ＩＶアンプ１４の出力電位は間欠波形なので、出力電位がＶ１−１とＶ１−２間で大きく変動し、このままアナログアンプで増幅すると出力振幅が大きくなりすぎクリッピング現象が発生する。また、出力される信号には間欠駆動周期及び間欠駆動周期の高調波のノイズ成分が多く含まれてしまう。

＜２．第１の実施形態＞
＜＜２．１．第１の実施形態に係る測定装置の構成＞＞
続いて、第１の実施形態に係る測定装置の構成例について説明する。図６は、第１の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。図６に示すように、この測定装置１００は、タイミング制御部１１０と、間欠駆動レーザードライバ１２０と、レーザー光源１３０と、光電変換部１４０と、ＱＶアンプ１５０と、Ｓ＆Ｈ回路１６０と、アナログフィルタ１７０と、ＡＣアンプ１８０とを有する。

間欠駆動レーザードライバ１２０と、レーザー光源１３０と、光電変換部１４０と、ＱＶアンプ１５０と、Ｓ＆Ｈ回路１６０とをまとめて間欠動作部１１５と表記する。

タイミング制御部１１０は、間欠動作部１１５を間欠動作（間欠駆動）させるタイミングを制御する処理部である。タイミング制御部１１０は、「駆動制御部」の一例である。たとえば、タイミング制御部１１０は、各ＳＷ制御信号を、間欠動作部１１５の間欠駆動レーザードライバ１２０、ＱＶアンプ１５０、Ｓ＆Ｈ回路１６０に出力する。間欠動作（間欠駆動）は、休止、駆動を繰り返し行うものである。

間欠駆動レーザードライバ１２０は、レーザー光源１３０の出力光パワーや、レーザー光源１３０の駆動電流等を制御する装置である。間欠駆動レーザードライバ１２０は、タイミング制御部１１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、レーザー光源１３０から間欠的にレーザー光を出力させる。ここで、間欠駆動レーザードライバ１２０は、レーザー光源１３０を間欠動作させる場合、連続発光によって制限される上限パワーよりも大きい、上限パワーで、レーザー光源１３０から間欠的にレーザー光を出力させる（間欠発光させる）。

以下の説明では、連続発光させる場合の安全基準上の上限となる出力光パワーを「第１上限パワー」と表記する。間欠発光させる場合の安全基準上の上限となる出力光パワーを「第２上限パワー」と表記する。

図７は、第１の実施形態に係るレーザー光源１３０の間欠発光の一例を示す図である。図７では、間欠発光・間欠受光により耐外光性が向上している状態を示す。図７のグラフＧ５において、横軸は時間に対応し、縦軸は光電変換部１３の受光パワーに対応する。光電変換部１３の受光期間をｔ５−１〜ｔ５−２、ｔ５−３〜ｔ５−４、ｔ５−５〜ｔ５−６とする。第１上限パワーをパワーＰ５−１とする。外光のパワーをパワーＰ５−２とする。第２上限パワーをパワーＰ５−３とする。

図７に示すように、間欠発光では、第１上限パワーや外光のパワーをはるかに上回る第２上限パワーで制限される。このため、外光によるショットノイズ増加の影響を小さくすることができる。また、外光のパワーＰ５−２と第２上限パワーＰ５−３とを合計した総受光量で感度調整を実行しても、ゲインの減少が小さくなる。また、間欠駆動レーザードライバ１２０は、レーザー光源１３０を間欠発光させる場合に、駆動電流を図３に示した駆動電流Ｉ１−２（または、図４に示した駆動電流Ｉ１−１）に調整することで、発光効率を向上させることができる。

図６の説明に戻る。レーザー光源１３０は、間欠駆動レーザードライバ１２０の制御に基づいて、レーザーを間欠的に出力する（間欠発光する）「光源」の一例であり、ここではＬＤである。レーザー光源１３０は、図示しない被験者の身体組織に対して、レーザーを出力する。

光電変換部１４０は、レーザー光源１３０が、被験者の身体組織に対して、レーザーを間欠的に出力した際に反射される光（散乱光）を受光（間欠受光）し、電気信号に変換する「受光素子」の一例であり、ここではＰＤである。光電変換部１４０は、光量に応じた電荷（電気信号）をＱＶアンプ１５０に出力する。

ＱＶアンプ１５０は、光電変換部１４０から入力された光量に応じた電荷を積分回路によって蓄積し、電位差に変換する「積分回路によって増幅する増幅器」の一例である。ＱＶアンプ１５０は、増幅した電気信号を、Ｓ＆Ｈ回路１６０に出力する。なお、ＱＶアンプ１５０は、タイミング制御部１１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、間欠動作することで、消費電力を低減することができる。また、ＱＶアンプ１５０の出力電圧（電気信号）はノコギリ波状の駆動波形に変化するので、比較例のＩＶアンプが出力する矩形波系の電気信号と比べてリンギングを生じにくく、微小な信号増幅に好適である。

また、ＱＶアンプ１５０は、電子シャッター付きのＱＶアンプである。レーザー光源１３０が、発光していない期間は、電子シャッターによって、光電変換部１４０と、ＱＶアンプ１５０とを一時的に切り離す。これにより、発光時以外の外光により生じた電荷を捨てることができ、耐外光性を向上させる。電子シャッターは、光電変換部１４０との接続を解除する「接続解除部」の一例である。

Ｓ＆Ｈ（サンプルアンドホールド）回路１６０は、ＱＶアンプ１５０から出力される電気信号の出力電位を固定する回路である。Ｓ＆Ｈ回路１６０は、電気信号の出力電位を固定したまま、かかる電気信号を、アナログフィルタ１７０に出力する。Ｓ＆Ｈ回路１６０は、「電位保持回路」の一例である。

ここで、光電変換部１４０が間欠受光する場合におけるＱＶアンプ１５０の出力電位およびＳ＆Ｈ回路１６０の出力電位について説明する。図８は、第１の実施形態に係るＱＶアンプ１５０の出力電位およびＳ＆Ｈ回路１６０の出力電位の時間変化を示す図である。図８のグラフＧ６において、横軸は時間に対応し、縦軸はＱＶアンプ１５０の出力電位またはＳ＆Ｈ回路１６０の出力電位に対応する。時刻ｔ６−１〜ｔ６−２を、光電変換部１４０の受光期間とする。時刻ｔ６−２〜ｔ６−３を、Ｓ＆Ｈ回路１６０のサンプル期間とする。時刻ｔ６−３〜ｔ６−４をＱＶアンプ電源断期間とする。ＱＶアンプの基準電位をＶ６−１とする。また、時刻ｔ６−１以前のＳ＆Ｈ回路１６０の出力電位をＶ６−３とする。

ＱＶアンプ１５０は、時刻ｔ６−１において、光電変換部１４０の受光期間が開始されると徐々に出力電位が上がり、時刻ｔ６−２において、出力電位がＶ６−４となる。時刻ｔ６−２〜ｔ６−３のサンプル期間において、Ｓ＆Ｈ回路１６０の出力電位がＶ６−４に固定される。時刻ｔ６−３〜ｔ６−４の休止期間において、ＱＶアンプ１５０の出力電位は、Ｖ６−１となるが、Ｓ＆Ｈ回路１６０の出力電位は、Ｖ６−４となる。

ＱＶアンプ１５０は、時刻ｔ６−４において、光電変換部１４０の受光期間が開始されると徐々に出力電位が上がり、時刻ｔ６−５において、出力電位がＶ６−２となる。時刻ｔ６−５〜ｔ６−６のサンプル期間において、Ｓ＆Ｈ回路１６０の出力電位がＶ６−２に固定される。

図８に示すように、ＱＶアンプ１５０の出力電位はノコギリ波状の駆動波形になるのでリンギングが極めて小さい。ＱＶアンプ１５０に発生するリンギングは、微分不連続性に起因するリンギングのみである。ＱＶアンプ１５０では、受光期間後速やかにサンプル期間に移行できる。ＱＶアンプ１５０は、積分回路によって増幅するアンプであるため、発光完了時点で光電変換部１４０とＱＶアンプ１５０とを切り離しても、出力電位を維持することができる。また、ＱＶアンプ１５０の特性により、発光期間・受光期間を自由に設定することができ、不要な外光の受光を防ぐこともできる。

また、Ｓ＆Ｈ回路１６０の出力電位は連続変化であるため、Ｓ＆Ｈ回路の電気信号をアナログフィルタ１７０で処理した後に、ＡＣアンプ１８０によってＡＣ信号として増幅することが可能となる。

図６の説明に戻る。アナログフィルタ１７０は、Ｓ＆Ｈ回路１６０から入力された電気信号のＤＣ成分をカットするフィルタである。アナログフィルタ１７０は、ＤＣ成分をカットした電気信号を、ＡＣアンプ１８０に出力する。なお、アナログフィルタ１７０は、ＲＣフィルタであってもよい。

ＡＣアンプ１８０は、アナログフィルタ１７０から入力された電気信号を増幅するアンプである。ＡＣアンプ１８０は、増幅した電気信号を、図示しない外部装置に出力する。外部装置は、ＡＣアンプ１８０から出力される電気信号を基にして、ドップラービートに基づく血流信号を計算する。ＡＣアンプ１８０は、「後段アンプ」の一例である。

＜＜２．２．第１の実施形態に係る間欠動作部の構成＞＞
図９は、第１の実施形態に係る間欠動作部１１５の構成を示す図である。たとえば、図９において、電流設定される電流源２０およびスイッチＳＷｓ１は、間欠駆動レーザードライバ１２０に対応する。ＬＤは、レーザー光源１３０に対応する。

図９のＰＤは、光電変換部１４０に対応する。オペアンプ２１Ａ、スイッチＳＷｓ２、スイッチＳＷｐｑｖ、スイッチＳＷｒ、コンデンサＣｉｎｔは、ＱＶアンプ１５０に対応する。スイッチＳＷｓ２は、電子シャッターに対応する。オペアンプ２１Ｂ、スイッチＳＷｓｈ、スイッチＳＷｐｓｈ、抵抗Ｒ、コンデンサＣｓｈは、Ｓ＆Ｈ回路１６０に対応する。オペアンプ２１Ｂから出力される増幅信号は、Ｓ＆Ｈ回路１６０から出力される電気信号に対応する。

図９に示す各スイッチＳＷｓ１、ＳＷｓ２、ＳＷｐｑｖ、ＳＷｒ、ＳＷｓｈ、ＳＷｐｓｈは、タイミング制御部１１０から出力されるＳＷ制御装置によって、スイッチの開閉が制御される。スイッチＳＷｓ１はＯＮでＬＤがレーザー光を出射し、ＯＦＦでレーザー光の出射を停止する。スイッチＳＷｓ２はＯＮでＰＤで生じた電荷がＱＶアンプ１５０に伝入力され、ＯＦＦで遮断される。スイッチＳＷｐｑｖはＯＮでＱＶアンプ１５０の電源が投入され、ＯＦＦで切断される。スイッチＳＷｒはＯＮで積分動作が中止され蓄積された電荷が廃棄され、ＯＦＦで積分動作が実行される。スイッチＳＷｓｈはＯＮでＱＶアンプ１５０の出力がサンプルされ、ＯＦＦでホールドされる。スイッチＳＷｐｓｈはＯＮでＳ＆Ｈ回路１６０の電源が投入され、ＯＦＦで遮断される。

＜＜２．３．第１の実施形態に各スイッチの開閉タイミング＞＞
図１０は、第１の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図である。図１０において、「０」の値をとっている区間はスイッチが開いており、「１」の値をとっている区間はスイッチが閉じていることを示す。図１０の横軸は時間に対応する。時刻ｔ１以前の区間および時刻ｔ１４以降の区間は計測を行わない休止期間を示しており、間欠動作部１１５は動作を休止する。時刻ｔ１〜ｔ１４の区間は計測を行う計測期間を示しており、間欠動作部１１５は間欠的にレーザー発光や電気信号の増幅を休止しつつ一連の計測を繰り返し行う。図１０では、簡単のため3回の計測を続けて実行する例を示したが、実際の計測期間では数１００回以上の計測が続けて繰り返されるのが効果的である。

スイッチＳＷｐｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｓｈは、休止期間である時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｓｈは、計測期間である時刻ｔ１〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｓｈは、休止期間である時刻ｔ１４以降、開状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１４以降、再び計測期間を開始するため、図１０に示す開閉タイミングを繰り返してよい。

スイッチＳＷｐｑｖの開閉タイミングについて説明する。スイッチＷｐｑｖは、休止期間である時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＷｐｑｖは、計測期間に入った時刻ｔ１〜ｔ２の間、開状態を維持する。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ２〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ５〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ６〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ９〜ｔ１０の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１０〜ｔ１３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ1３〜ｔ１４の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、休止期間である時刻ｔ１４以降、開状態を維持する。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１４以降、再び計測期間を開始するため、図１０に示す開閉タイミングを繰り返してよい。

スイッチＳＷｓ１の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ１は、休止期間である時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、計測期間に入った時刻ｔ１〜ｔ３の間、開状態を維持する。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ３〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ４〜ｔ７の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ７〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ８〜ｔ１１の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１１〜ｔ１２の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ1２〜ｔ１４の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、休止期間である時刻ｔ１４以降、開状態を維持する。図示を省略するが、スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１４以降、再び計測期間を開始するため、図１０に示す開閉タイミングを繰り返してよい。

スイッチＳＷｓ２の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ２は、休止期間である時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、計測期間に入った時刻ｔ１〜ｔ２の間、開状態を維持する。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ２〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ４〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ６〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ８〜ｔ１０の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１０〜ｔ１２の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ1２〜ｔ１４の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、休止期間である時刻ｔ１４以降、開状態を維持する。図示を省略するが、スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１４以降、再び計測期間を開始するため、図１０に示す開閉タイミングを繰り返してよい。

スイッチＳＷｒの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｒは、休止期間である時刻ｔ０〜ｔ１の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、計測期間に入った時刻ｔ１〜ｔ３の間、閉状態を維持する。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ３〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ５〜ｔ７の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ７〜ｔ９の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ９〜ｔ１１の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１１〜ｔ１３の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ1３〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、休止期間である時刻ｔ１４以降、閉状態を維持する。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１４以降、再び計測期間を開始するため、図１０に示す開閉タイミングを繰り返してよい。

スイッチＳＷｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓｈは、休止期間である時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、計測期間に入った時刻ｔ１〜ｔ４の間、開状態を維持する。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ４〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ５〜ｔ８の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ８〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ９〜ｔ１２の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１２〜ｔ１３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ1３〜ｔ１４の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、休止期間である時刻ｔ１４以降、開状態を維持する。図示を省略するが、スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１４以降、再び計測期間を開始するため、図１０に示す開閉タイミングを繰り返してよい。

図１０の時刻ｔ２〜ｔ５、ｔ６〜ｔ９、ｔ１０〜ｔ１３において、レーザー光源１３０（ＬＤ）が発光し、光電変換部１４０（ＰＤ）が受光する。また、ＱＶアンプ１５０が、Ｃｉｎｔに電荷を蓄積し、Ｓ＆Ｈ回路１６０が、ＱＶアンプ１５０から出力される電気信号の電位を固定し、増幅信号をアナログフィルタ１７０に出力する。

＜＜２．４．第１の実施形態に係る測定装置の効果＞＞
第１の実施形態に係る測定装置１００は、レーザー光源１３０を間欠駆動し、安全基準を充足しつつ発光時の出力光パワーを増強するため、発光効率最大の駆動電流で間欠駆動させることができ、レーザー光源の消費電力を最小化することができる。

測定装置１００のＱＶアンプ１５０は、電子シャッター付きのＱＶアンプである。レーザー光源１３０が、発光していない期間は、電子シャッター（スイッチＳＷｓ２）によって、光電変換部１４０と、ＱＶアンプ１５０とを一時的に切り離す。これにより、発光時以外の外光による電気信号を捨てることができ、耐外光性を向上させることができる。但し、別の方法で外光の混入を抑止できる構成の場合は、電子シャッターは省略可能である。

測定装置１００は、ＱＶアンプ１５０とＳ＆Ｈ回路１６０とを組み合わせ、ＱＶアンプ１５０の積分回路によって、電位を上昇させ、上昇させた電位をＳ＆Ｈ回路１６０で固定する。これによって、ＤＣ信号の１／１０００以下の微小信号の安定増幅を可能にし、間欠駆動を行っても、ノイズの発生を抑止することができる。

測定装置１００は、ＱＶアンプ１５０を間欠駆動させるので、消費電力を抑えることができる。

＜＜３．第２の実施形態に関連する比較例となるＬＤＦの説明＞＞
まず、血流信号の特徴について説明する。図１１Ａは、血流信号の一種である血流量変化の一例を示す図である。図１１Ａのグラフの横軸は時間（秒）に対応し、縦軸は血流量に対応する。たとえば、図１１Ａに示す血流量変化が、血流信号に対応する。血流信号には、毎秒１回程度の頻度で拍動する脈拍の信号が含まれている。血流信号には、数秒〜数十秒の間隔で変動する呼吸に連動する変化情報が含まれている。また、血流信号には、十数秒〜数十秒の時定数で変動する自立神経と関係した血圧変動に連動する変化情報が含まれている。

上記の血流情報の特徴に鑑みると、ある時点での身体状態の情報を獲得する際には、脈拍に関する情報を得るために、３０ｓｐｓ程度以上の頻度で、血流情報を計測することが望ましい。また、呼吸や自立神経の活動に関する情報を得るためには、数十秒の長さの一連の血流信号を計測することが望ましい。

ここでは仮に、１分（６０秒）の一連の血流信号を計測するものとして説明を行う。血流信号を計測する際の、ドップラービート信号検出のサンプリング周波数を、仮に、３２ｋＨｚとする。

ここで、図１で説明した比較例となるＬＤＦ１０を約３３ｓｐｓの頻度で間欠動作させる場合、アナログフィルタ１５の時定数が比較的大きいため、前段アンプ（ＩＶアンプ１４）の出力電位が設定されてからプラトーに達するまで、１０ｍｓｅｃ以上の時間を要し、前段アンプの電源断による低消費電力化の妨げとなる。ここでいう前段アンプ（前段回路）とは、アナログフィルタの前段に位置し、アナログフィルタに電気信号を出力する回路のことを示す。前段アンプは電気信号の増幅回路のみを示すものではなく、アナログ電気信号を出力する能動回路全般を示す。また、アナログフィルタの後段に位置し、アナログフィルタが出力する電気信号を受け取る能動回路のことを、後段アンプ（後段回路）と呼ぶこととする。後段アンプは電気信号の増幅回路のみを示すものではなく、アナログ電気信号の入力を受ける能動回路全般を示す。

図１１Ｂは、比較例となるＬＤＦの技術的な課題を説明するための図（５）である。図１１ＢのグラフＧ７−１およびグラフＧ７−２において、横軸は時間に対応する。グラフＧ７−２において、縦軸は前段アンプ（ＩＶアンプ１４）の出力電位に対応する。グラフＧ７−１において、縦軸はフィルタコンデンサ両端電位差に対応する。フィルタコンデンサは、アナログフィルタ１５に含まれるコンデンサである。時刻ｔ７−０〜ｔ７−１を休止期間とする。時刻ｔ７−１〜ｔ７−３を計測期間（動作期間）とする。

前段アンプの出力信号及び後段回路のＢＩＡＳ電位の休止電位をＶ７−１とする。前段アンプの出力信号の計測時のＤＣ電位をＶ７−３とする。後段回路の計測時のＢＩＡＳ電位をＶ７−Ｂとする。前段アンプの出力信号の計測時のＤＣ電位から後段回路の計測時のＢＩＡＳ電位を減算した電位を、Ｖ７−２とする。時間と前段アンプ出力電位との関係は線ｌ７−１となる。時間と後段回路のＢＩＡＳ電位との関係は線ｌ７−Ｂとなる。時間とフィルタコンデンサ両端電位差との関係は線ｌ７−２となる。図１１Ｂでは、アナログフィルタ２７０の電位が静定するまでに時間を要するため、微小信号増幅可能期間が、時刻ｔ７−２〜ｔ７−３となる。

図１１Ｂに示すように、前段アンプの出力電位および後段回路のＢＩＡＳ電位は、センサのサンプリング周波数相当の速度で立ち上げることが可能である。ここで、アナログフィルタ１５は、カットオフ周波数に応じた時定数を持つため、出力電位が後段回路のＢＩＡＳ電位に収束するまでに時間を要する。たとえば、カットオフ周波数を１００Ｈｚとすると、時定数は１．６ｍｓｅｃ程度であり、ＤＣ振幅の１／１０００まで静定するには、１１ｍｓｅｃ程度要する。間欠動作の計測期間の長さが、１１ｍｓｅｃと比べて十分長くない場合、静定時間分の電力ロスが発生する。仮に必要な計測期間を１０ｍｓｅｃとすれば、２１ｍｓｅｃの稼働を要し、稼働効率は１／２以下となる。このため、アナログフィルタ１５のＤＣ値が静定するまでの時間を短くする方法が求められる。

＜４．第２の実施形態＞
＜＜４．１．第２の実施形態に係る測定装置の構成＞＞
続いて、第２の実施形態に係る測定装置の構成例について説明する。図１２Ａは、第２の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。図１２Ａに示すように、この測定装置２００は、タイミング制御部２１０と、間欠駆動レーザードライバ２２０と、レーザー光源２３０と、光電変換部２４０と、ＱＶアンプ２５０と、Ｓ＆Ｈ回路２６０と、アナログフィルタ２７０と、急速電位設定機構２７５と、ＡＣアンプ２８０とを有する。

間欠駆動レーザードライバ２２０と、レーザー光源２３０と、光電変換部２４０と、ＱＶアンプ２５０と、Ｓ＆Ｈ回路２６０とをまとめて間欠動作部２１５と表記する。

タイミング制御部２１０は、間欠動作部２１５およびＡＣアンプ２８０を間欠動作させるタイミングを制御する処理部である。タイミング制御部２１０は、「駆動制御部」の一例である。タイミング制御部２１０は、急速電位設定機構のスイッチを制御する。タイミング制御部２１０は、各ＳＷ制御信号を、間欠動作部２１５の間欠駆動レーザードライバ２２０、ＱＶアンプ２５０、Ｓ＆Ｈ回路２６０、急速電位設定機構２７５、ＡＣアンプ２８０に出力する。

間欠駆動レーザードライバ２２０、レーザー光源２３０、光電変換部２４０、ＱＶアンプ２５０、Ｓ＆Ｈ回路２６０に関する説明は、第１の実施形態で説明した間欠駆動レーザードライバ１２０、レーザー光源１３０、光電変換部１４０、ＱＶアンプ１５０、Ｓ＆Ｈ回路１６０に関する説明と同様である。

アナログフィルタ２７０は、Ｓ＆Ｈ回路２６０から入力される電気信号のＤＣ成分をカットするフィルタである。アナログフィルタ２７０は、ＤＣ成分をカットした電気信号を、ＡＣアンプ２８０に出力する。後述するように、アナログフィルタ２７０は、急速電位設定機構２７５に接続され、急速に電位が静定する。急速電位設定機構２７５は「電位設定機構部」の一例である。

急速電位設定機構２７５は、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、休止からの復帰と同期して、アナログフィルタ２７０の時定数を短縮するスイッチを閉じることで、アナログフィルタ２７０の電位を急速に静定させる。たとえば、急速電位設定機構２７５は、スイッチを閉じた際に、電位設定抵抗を、アナログフィルタ２７０の抵抗に並列接続することで、時定数を一時的に小さくし、電位を急速に静定させる。

ここで、タイミング制御部２１０は、間欠動作部２１５を第１間欠駆動させ、間欠動作部２１５及びＡＣアンプ２８０を第２間欠駆動させる。図１２Ｂは、第１間欠駆動、第２間欠駆動、血流脈波の関係を説明するための図である。図１２ＢのグラフＧ１−１は、血流脈波と時間との関係を示すグラフである。グラフＧ１−２は、グラフＧ１−１の部分Ａ１−１を拡大したグラフである。グラフＧ１−１，Ｇ１−２の縦軸は血流脈波に対応し、横軸は時間に対応する。

グラフＧ１−３は、第２間欠駆動のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１−３の縦軸は出力光パワーに対応し、横軸は時間に対応する。第２間欠駆動では、計測期間と、休止期間とを繰り返す。たとえば、計測期間は１０ｍｓであり、休止期間は２０ｍｓである（約３３Ｈｚ）。

グラフＧ１−４は、第１間欠駆動のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１−４は、グラフＧ１−３の部分Ａ１−３を拡大したものである。グラフＧ１−４の縦軸は出力光パワーに対応し、横軸は時間に対応する。第１間欠駆動では、発光期間と、消光期間とを繰り返す。たとえば、発光期間は７．８μｓであり、消光期間は２３．４μｓである。このとき発光周期は３１．２μｓであり、サンプリング周波数は約３２ｋＨｚとなる。

たとえば、図１２Ｂに示す例では、測定頻度が３３％となり、発光率が２５％となるので、発光デューティー比は約８．３％（３３％×２５％）となる。

図１３は、前段アンプの出力の立ち上がりとアナログフィルタ２７０の出力との関係を説明するための図（１）である。図１３のグラフＧ８−１およびＧ８−１において、横軸は時間に対応する。グラフ８−２において、縦軸は前段アンプ（Ｓ＆Ｈ回路２６０）の出力電位に対応する。また、グラフＧ８−１において、縦軸はフィルタコンデンサ両端電位差に対応する。フィルタコンデンサは、アナログフィルタ２７０に含まれるコンデンサである。時刻ｔ８−０〜ｔ８−１を休止期間とする。時刻ｔ８−１〜ｔ８−３を計測期間とする。例えば休止期間は、第２間欠駆動の休止期間であり、前段アンプが休止状態となる。例えば計測期間は第２間欠駆動の計測期間であり、前段アンプは動作状態となり計測値を出力する。

前段アンプの出力信号及び後段回路のＢＩＡＳ電位の休止期間中の出力端子の電位をＶ８−１とする。計測期間中の前段アンプの出力信号の計測時のＤＣ電位をＶ８−３とする。後段回路の計測時のＢＩＡＳ電位をＶ８−Ｂとする。前段アンプの出力信号の計測時のＤＣ電位から後段回路の計測時のＢＩＡＳ電位を減算した電位を、Ｖ８−２とする。時間と前段アンプ出力電位との関係は線ｌ８−１となる。時間と後段回路のＢＩＡＳ電位との関係は線ｌ８−Ｂとなる。時間とフィルタコンデンサ両端電位との関係は線ｌ８−２となる。急速電位設定機構２７５は、休止期間からの復帰と同期して、アナログフィルタ２７０の時定数を短縮するスイッチを閉塞する。たとえば、急速電位設定機構２７５は、アナログフィルタ２７０の出力電位がＢＩＡＳ電位に収束するまでの間、フィルタ時定数を短縮する。アナログフィルタ２７０の時定数を１／１０にすれば、フィルタの出力電位が収束するまでの時間は１／１０となる。これにより計測期間に比べて、ＢＩＡＳ電位のセットアップ時間が十分短くなる。図１３では、アナログフィルタ２７０の電位が静定するまでの時間が図１１Ｂの静定時間に比べて短くなり、微小信号増幅可能期間が、時刻ｔ８−２〜ｔ８−３となる。

急速電位設定機構２７５によって、アナログフィルタ２７０の時定数を短縮するスイッチを閉塞している間、より高い周波数までの電気信号が通過するが、電気信号としては捨てる部分であり、問題ない。

ところで、急速電位設定機構２７５は、アナログフィルタ２７０のフィルタコンデンサの両断に切断スイッチを設け、前段アンプの電源断前に、切断スイッチで切断し、前段アンプの電位静定後に切断スイッチを接続することで、アナログフィルタ２７０のフィルタコンデンサ両端電位を保つこともできる。

図１４は、前段アンプの出力の立ち上がりとアナログフィルタ２７０の出力との関係を説明するための図（２）である。図１４のグラフＧ９−１およびＧ９−２において、横軸は時間に対応する。グラフＧ９−２において、縦軸は前段アンプ（Ｓ＆Ｈ回路２６０）の出力電位に対応する。また、グラフＧ９−１において、縦軸はフィルタコンデンサ両端電位差に対応する。フィルタコンデンサは、アナログフィルタ２７０に含まれるコンデンサである。時刻ｔ９−０〜ｔ９−１を休止期間とする。時刻ｔ９−１〜ｔ９−３を計測期間とする。

前段アンプの出力信号及び後段回路のＢＩＡＳ電位の休止電位をＶ９−１とする。計測期間中の前段アンプの出力信号の計測時のＤＣ電位をＶ９−３とする。後段回路の計測時のＢＩＡＳ電位をＶ９−Ｂとする。後段回路の計測時のＢＩＡＳ電位をＶ９−Ｂとする。前段アンプの出力信号の計測時のＤＣ電位から後段回路の計測時のＢＩＡＳ電位を減算した電位を、Ｖ９−２とする。時間と前段アンプ出力電位との関係は線ｌ９−１となる。時間と後段回路のＢＩＡＳ電位との関係は線ｌ９−Ｂとなる。時間とフィルタコンデンサ両端電位差との関係は線ｌ９−２となる。急速電位設定機構２７５は、回路の休止期間に同期して、フィルタコンデンサへの回路を切断することで、フィルタコンデンサ両端電位差を保持させる。そして、急速電位設定機構２７５は、休止が解除され、前段のＳ＆Ｈ回路２６０の出力電位および後段のＡＣアンプ２８０の入力ＢＩＡＳ電位が安定してから、回路を接続する。これによって、Ｓ＆Ｈ回路２６０と同等の効果により、フィルタコンデンサ両端電位差が一定に保持されるため、回路接続時に生じるアナログフィルタ２８０の出力電位とＢＡＩＳ電位との差異は電気信号のサンプル同士が持つ電位差程度しか生じず、直ちにＡＣアンプ２８０が増幅可能な電位範囲の電気信号がアナログフィルタ２７０から出力される。

以下の説明において、特に区別する場合、図１３で説明した急速電位設定機構２７５を、「急速電位設定機構２７５Ａ」と表記する。図１４で説明した急速電位設定機構２７５を、「急速電位設定機構２７５Ｂ」と表記する。また、急速電位設定機構２７５Ａと、急速電位設定機構２７５Ｂとの双方の特徴を有する急速電位設定機構２７５を、「急速電位設定機構２７５Ｃ」と表記する。

図１２Ａの説明に戻る。ＡＣアンプ２８０は、アナログフィルタ２７０から入力された電気信号を増幅するアンプである。ＡＣアンプ２８０は、増幅した電気信号を、図示しない外部装置に出力する。外部装置は、ＡＣアンプ２８０から出力される電気信号を基にして、ドップラービートに基づく血流信号を計算する。ＡＣアンプ２８０は、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、間欠動作する。ＡＣアンプ２８０はアナログフィルタ２７０から見ると後段アンプに相当する。

ここで、図１２Ａ、図１２Ｂで説明した第２間欠駆動の説明とその効果について説明する。ある時点での血流信号を計算するために必要とされるサンプル数は、例えば図示しない後段の処理で実行されるフーリエ変換で使用する窓幅によって定まる。血流信号の計算で必要とされる連続計測の期間は、アルゴリズムを工夫することで、たとえば、１０ｍｓｅｃ程度まで短縮することができる。

３０［ｓｐｓ］程度以上の頻度で測定すれば血流信号から脈波に関する情報が得られるので、１秒間に３０組の、ドップラービート計測データを得ることができれば、必要十分な血流信号を取得することができる。これらを勘案すると、たとえば、１０ｍｓｅｃの間起動して一連のドップラービート信号を計測し、２０ｍｓｅｃの間休止して消費電力を削減するような第２間欠駆動を行えば、６０秒の計測期間のうち、２／３の時間、回路を休止させることが可能となり、消費電力を１／３程度に低減することができる。かかる動作を実現させた際の計測の様子を上記の図１２Ｂで図示した。

これに対して、比較例となるＬＤＦ１０では、レーザー光源１２、ＩＶアンプ１４、アナログフィルタ１５を休止させると、ＩＶアンプ１４の出力電位は、たとえば、グランド電位等に収束し、計測期間の出力電位とは大きく異なる。すなわち、図１１Ｂで説明したように、レーザー光源１２、ＩＶアンプ１４、アナログフィルタ１５を復帰させてから、ＩＶアンプ１４の出力電位は速やかに復帰するものの、アナログフィルタ１５の出力電位がＡＣ増幅可能な範囲に収束するまでに、たとえば、カットオフ周波数１５０Ｈｚであれば、１１ｍｓｅｃ程度かかってしまう。すなわち、ＬＤＦ１０に対して、単純に、第２間欠駆動を適用しても、測定可能になるまでの待ち時間が１１ｍｓｅｃとなり、血流信号算出に必要となる一連のドップラービート信号の計測期間長である１０ｍｓに対して、待ち時間が長くなりすぎる。

なお、瞬時にドップラービートが計測可能になれば、１０ｍｓｅｃ稼働して、２０ｍｓｅｃの休止期間が得られるが、１１ｍｓｅｃ収束を待ってから計測する場合は、２１ｍｓｅｃ稼働を要するため９ｍｓｅｃしか休止期間が得られない。また、カットオフ周波数を更に低く設定した場合は、休止期間が得られず、連続稼働させる必要が生じてしまう。

＜＜４．２．第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本的構造＞＞
第２の実施形態に係る急速電位設定機構の構成を説明する前に、比較例となるＬＤＦのアナログフィルタ１５の基本的構造を示す。図１５は、比較例となるアナログフィルタの基本構成を示す図である。アナログフィルタ１５は、コンデンサＣに対応する。アナログフィルタ１５は、前段のＩＶアンプ１４から電気信号の入力を受け付ける。アナログフィルタは、ＤＣ成分をカットした電気信号を後段のＡＣアンプ１６に出力する。

以下において、第２の実施形態に係る急速電位設定機構の各種の基本構成について説明する。

図１６は、第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（１）である。図１６において、アナログフィルタ２７０は、コンデンサＣに対応する。スイッチＳＷｃ１および抵抗Ｒｃは、急速電位設定機構２７５Ａに対応する。Ｖｒｅｆは後段アンプのＢＩＡＳ電位に相当する電圧源である。急速電位設定機構２７５Ａは、電位Ｖｒｅｆに接続される。アナログフィルタ２７０は、前段アンプから電気信号の入力を受け付ける。アナログフィルタ２７０は、ＤＣ成分をカットした電気信号を後段アンプに出力する。

図１６において、急速電位設定機構２７５Ａは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、休止からの復帰と同期し、スイッチＳＷｃ１を閉じることで、（電位が静定するまでの過渡期に）一時的に時定数を小さくし、電位を急速にＶｒｅｆに向かって静定させる。

図１７は、第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（２）である。図１７において、アナログフィルタ２７０は、コンデンサＣに対応する。スイッチＳＷｃ２は、急速電位設定機構２７５Ｂに対応する。アナログフィルタ２７０は、前段アンプから電気信号の入力を受け付ける。アナログフィルタ２７０は、ＤＣ成分をカットした電気信号を後段アンプに出力する。

図１７において、急速電位設定機構２７５Ｂは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、前段アンプおよび後段アンプの休止期間に同期して、スイッチＳＷｃ２をＯＦＦとし、コンデンサＣの蓄積電荷を保持させる。そして、急速電位設定機構２７５Ｂは、休止が解除され、前段アンプおよび後段アンプの電位が安定してから、スイッチＳＷｃ２をＯＮとする。

図１８は、第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（３）である。図１８において、アナログフィルタ２７０は、コンデンサＣに対応する。スイッチＳＷｃ３は、急速電位設定機構２７５Ｂに対応する。アナログフィルタ２７０は、前段アンプから電気信号の入力を受け付ける。アナログフィルタ２７０は、ＤＣ成分をカットした電気信号を後段アンプに出力する。

図１８において、急速電位設定機構２７５Ｂは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、前段アンプおよび後段アンプの休止期間に同期して、スイッチＳＷｃ３をＯＦＦとし、コンデンサＣの蓄積電荷を保持させる。そして、急速電位設定機構２７５Ｂは、休止が解除され、前段アンプおよび後段アンプの電位が安定してから、スイッチＳＷｃ３をＯＮとする。

図１９は、第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（４）である。図１９において、アナログフィルタ２７０は、コンデンサＣに対応する。スイッチＳＷｃ２、スイッチＳＷｃ３は、急速電位設定機構２７５Ｂに対応する。アナログフィルタ２７０は、前段アンプから電気信号の入力を受け付ける。アナログフィルタ２７０は、ＤＣ成分をカットした電気信号を後段アンプに出力する。

図１９において、急速電位設定機構２７５Ｂは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、前段アンプおよび後段アンプの休止期間に同期して、スイッチＳＷｃ２およびスイッチＳＷｃ３をＯＦＦとし、コンデンサＣの蓄積電荷を保持させる。そして、急速電位設定機構２７５Ｂは、休止が解除され、前段アンプおよび後段アンプの電位が安定してから、スイッチＳＷｃ３およびスイッチＳＷｃ３をＯＮとする。

図２０は、第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（５）である。図２０において、アナログフィルタ２７０は、コンデンサＣに対応する。スイッチＳＷｃ１〜ＳＷｃ３、抵抗Ｒｃは、急速電位設定機構２７５Ｃに対応する。アナログフィルタ２７０は、前段アンプから電気信号の入力を受け付ける。アナログフィルタ２７０は、ＤＣ成分をカットした電気信号を後段アンプに出力する。

急速電位設定機構２７５Ｃは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、休止からの復帰と同期し、スイッチＳＷｃ１を閉じることで、一時的に時定数を小さくする。

また、急速電位設定機構２７５Ｃは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、前段アンプおよび後段アンプの休止期間に同期して、スイッチＳＷｃ２およびスイッチＳＷｃ３をＯＦＦとし、コンデンサＣの蓄積電荷を保持させる。そして、急速電位設定機構２７５Ｂは、休止が解除され、前段アンプおよび後段アンプの電位が安定してから、スイッチＳＷｃ２およびスイッチＳＷｃ３をＯＮとする。

図２１は、第２の実施形態に係る急速電位設定機構の基本構成を示す図（６）である。図２１において、アナログフィルタ２７０は、コンデンサＣに対応する。スイッチＳＷｃ１、スイッチＳＷｃ３、抵抗Ｒｃは、急速電位設定機構２７５Ｃに対応する。アナログフィルタ２７０は、前段アンプから電気信号の入力を受け付ける。アナログフィルタ２７０は、ＤＣ成分をカットした電気信号を後段アンプに出力する。

急速電位設定機構２７５Ｃは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、休止からの復帰と同期し、スイッチＳＷｃ１を閉じることで、一時的に時定数を小さくする。

また、急速電位設定機構２７５Ｃは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、後段アンプの休止期間に同期して、スイッチＳＷｃ３をＯＦＦとし、コンデンサＣの蓄積電荷を保持させる。そして、急速電位設定機構２７５Ｂは、休止が解除され、後段アンプの電位が安定してから、スイッチＳＷｃ３をＯＮとする。

図２２は、図１６で説明した急速電位設定機構の基本構成による出力電位の変化を説明するための図である。グラフＧ１０−１は、スイッチＳＷｃ１の開閉のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１０−１の横軸は時間に対応する。グラフＧ１０−１の縦軸はスイッチＳＷｃ１の動作に対応し、ＯＮまたはＯＦＦとなる。たとえば、スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１０−０〜ｔ１０−２の間、「ＯＮ」となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１０−２〜ｔ１０−４の間、「ＯＦＦ」となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１０−４から一定期間「ＯＦＦ」となる。時刻ｔ１０−１〜ｔ１０−２が、急速電位静定期間となる。

グラフＧ１０−２は、前段アンプ（Ｓ＆Ｈ回路２６０）および後段回路（ＡＣアンプ２８０）の間欠動作のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１０−２の横軸は時間に対応する。グラフＧ１０−２の縦軸は、前段アンプおよび後段回路の動作に対応し、休止または作動となる。たとえば、前段アンプは、時刻ｔ１０−０〜ｔ１０−１の間、「休止」となる。時刻ｔ１０−１〜ｔ１０−４の間、「作動」となる。前段アンプは、時刻ｔ１０−４から一定期間「休止」となる。

グラフＧ１０−３およびグラフＧ１０−４を用いて、前段アンプの出力の立ち上がりとアナログフィルタの出力との関係を説明する。グラフＧ１０−３の横軸は時間に対応し、縦軸は、フィルタコンデンサ両端電位差に対応する。フィルタコンデンサは、アナログフィルタ２７０に含まれるコンデンサである。グラフＧ１０−４の横軸は時間に対応し、縦軸は、前段アンプ（Ｓ＆Ｈ回路２６０）の出力電位および後段回路（ＡＣアンプ２８０）のＢＩＡＳ電位に対応する。

休止期間中の前段アンプの出力端電位をＶ１０−１とする。計測期間中の前段アンプの出力ＤＣ電位をＶ１０−３とする。計測期間中の前段アンプの出力ＤＣ電位から後段回路のＢＩＡＳ電位を減算した電位を、Ｖ１０−２とする。時間と前段アンプ出力電位との関係は線ｌ１０−１となる。時間とフィルタコンデンサ両端電位差との関係は線ｌ１０−２となる。時刻ｔ１０−３〜ｔ１０−４が微小信号増幅期間となる。

図２３は、図１６の急速電位設定機構と図１７の急速電位設定機構とを組み合わせた基本構成による出力電位の変化を説明するための図である。グラフＧ１１−１は、スイッチＳＷｃ１の開閉のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１１−１の横軸は時間に対応する。グラフＧ１１−１の縦軸はスイッチＳＷｃ１の動作に対応し、ＯＮまたはＯＦＦとなる。たとえば、スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１１−０〜ｔ１１−２の間、「ＯＦＦ」となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１１−２〜ｔ１１−３の間、「ＯＮ」となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１１−３から一定期間「ＯＦＦ」となる。時刻ｔ１１−２〜ｔ１１−３が、急速電位静定期間となる。

グラフＧ１１−２は、スイッチＳＷｃ２の開閉のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１１−２の横軸は時間に対応する。グラフＧ１１−２の縦軸はスイッチＳＷｃ２の動作に対応し、ＯＮまたはＯＦＦとなる。たとえば、スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ１１−０〜ｔ１１−２の間、「ＯＦＦ」となる。スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ１１−２〜ｔ１１−５の間、「ＯＮ」となる。スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ１１−５から一定期間「ＯＦＦ」となる。

グラフＧ１１−３は、前段アンプ（ＱＶアンプ２５０）及び後段アンプ（ＡＣアンプ２８０）の間欠動作のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１１−３の横軸は時間に対応する。グラフＧ１１−３の縦軸は、前段アンプ及び後段アンプの動作に対応し、休止または作動となる。たとえば、前段アンプ及び後段アンプは、時刻ｔ１１−０〜ｔ１１−１の間、「休止」となる。時刻ｔ１１−１〜ｔ１１−５の間、「作動」となる。前段アンプ及び後段アンプは、時刻ｔ１１−５から一定期間「休止」となる。

グラフＧ１１−４およびグラフＧ１１−５を用いて、前段アンプの出力の立ち上がりとアナログフィルタ２７０の出力との関係を説明する。グラフＧ１１−４の横軸は時間に対応し、縦軸は、フィルタコンデンサ両端電位差に対応する。グラフＧ１１−５の横軸は時間に対応し、縦軸は、前段アンプ（Ｓ＆Ｈ回路２６０）の出力電位および後段回路（ＡＣアンプ２８０）のＢＩＡＳ電位に対応する。時刻ｔ１１−０〜ｔ１１−１を休止期間とする。時刻ｔ１１−１〜ｔ１１−５を前段の計測期間（ＱＶアンプ２５０の動作期間）とする。計測期間中の後段回路のＢＩＡＳ電位をＶ１１−Ｂとする。

前段アンプの休止電位をＶ１１−１とする。前段アンプのＤＣ電位をＶ１１−３とする。ＤＣ電位からＢＩＡＳ電位を減算した電位を、Ｖ１１−２とする。時間と前段アンプ出力電位との関係は線ｌ１１−１となる。時間とフィルタコンデンサ両端電位との関係は線ｌ１１−２となる。時刻ｔ１１−４〜ｔ１１−５が微小信号増幅期間となる。

図２４は、図２１で説明した急速電位設定機構の基本構成による出力電位の変化を説明するための図である。グラフＧ１２−１は、スイッチＳＷｃ１の開閉のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１２−１の横軸は時間に対応する。グラフＧ１２−１の縦軸はスイッチＳＷｃ１の動作に対応し、ＯＮまたはＯＦＦとなる。たとえば、スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１２−０〜ｔ１２−２の間、「ＯＦＦ」となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１２−２〜ｔ１２−３の間、「ＯＮ」となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１２−３から一定期間「ＯＦＦ」となる。時刻ｔ１２−２〜ｔ１２−３が、急速電位静定期間となる。

グラフＧ１２−２は、スイッチＳＷｃ３の開閉のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１２−２の横軸は時間に対応する。グラフＧ１２−２の縦軸はスイッチＳＷｃ３の動作に対応し、ＯＮまたはＯＦＦとなる。たとえば、スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ１２−０〜ｔ１２−３の間、「ＯＦＦ」となる。スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ１２−３〜ｔ１２−５の間、「ＯＮ」となる。スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ１１−５から一定期間「ＯＦＦ」となる。

グラフＧ１２−３は、前段アンプ（ＱＶアンプ２５０）及び後段アンプ（ＡＣアンプ２８０）の間欠動作のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１２−３の横軸は時間に対応する。グラフＧ１２−３の縦軸は、前段アンプ及び後段アンプの動作に対応し、休止または作動となる。たとえば、前段アンプ及び後段アンプは、時刻ｔ１２−０〜ｔ１２−１の間、「休止」となる。時刻ｔ１２−１〜ｔ１２−５の間、「作動」となる。前段アンプ及び後段アンプは、時刻ｔ１２−５から一定期間「休止」となる。

グラフＧ１２−４およびグラフＧ１２−５を用いて、前段アンプの出力の立ち上がりとアナログフィルタ２７０の出力との関係を説明する。グラフＧ１２−４の横軸は時間に対応し、縦軸は、フィルタコンデンサ両端電位差に対応する。グラフＧ１２−５の横軸は時間に対応し、縦軸は、前段アンプ（Ｓ＆Ｈ回路２６０）の出力電位および後段回路（ＡＣアンプ２８０）のＢＩＡＳ電位に対応する。時刻ｔ１２−０〜ｔ１２−１を休止期間とする。時刻ｔ１２−１〜ｔ１２−５を前段の計測期間（ＱＶアンプ２５０の動作期間）とする。計測期間中の後段回路のＢＩＡＳ電位をＶ１２−Ｂとする。

前段アンプの休止電位をＶ１２−１とする。前段アンプのＤＣ電位をＶ１２−３とする。ＤＣ電位からＢＩＡＳ電位を減算した電位を、Ｖ１２−２とする。時間と前段アンプ出力電位との関係は線ｌ１２−１となる。時間とフィルタコンデンサ両端電位との関係は線ｌ１２−２となる。時刻ｔ１２−４〜ｔ１２−５が微小信号増幅期間となる。

図２５は、図２０で説明した急速電位設定機構の基本構成による出力電位の変化を説明するための図である。グラフＧ１３−１は、スイッチＳＷｃ１の開閉のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１３−１の横軸は時間に対応する。グラフＧ１３−１の縦軸はスイッチＳＷｃ１の動作に対応し、ＯＮまたはＯＦＦとなる。たとえば、スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１３−０〜ｔ１３−２の間、「ＯＦＦ」となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１３−２〜ｔ１３−３の間、「ＯＮ」となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１３−３から一定期間「ＯＦＦ」となる。時刻ｔ１３−２〜ｔ１３−３が、急速電位静定期間となる。

グラフＧ１３−２は、スイッチＳＷｃ３の開閉のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１３−２の横軸は時間に対応する。グラフＧ１３−２の縦軸はスイッチＳＷｃ３の動作に対応し、ＯＮまたはＯＦＦとなる。たとえば、スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ１３−０〜ｔ１３−３の間、「ＯＦＦ」となる。スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ１３−３〜ｔ１３−５の間、「ＯＮ」となる。スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ１３−５から一定期間「ＯＦＦ」となる。

グラフＧ１３−３は、スイッチＳＷｃ２の開閉のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１３−３の横軸は時間に対応する。グラフＧ１３−３の縦軸はスイッチＳＷｃ２の動作に対応し、ＯＮまたはＯＦＦとなる。たとえば、スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ１３−０〜ｔ１３−２の間、「ＯＦＦ」となる。スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ１３−３〜ｔ１３−５の間、「ＯＮ」となる。スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ１３−５から一定期間「ＯＦＦ」となる。

グラフＧ１３−４は、前段アンプ（ＱＶアンプ２５０）及び後段アンプ（ＡＣアンプ２８０）の間欠動作のタイミングを示すグラフである。グラフＧ１３−４の横軸は時間に対応する。グラフＧ１３−４の縦軸は、前段アンプ及び後段アンプの動作に対応し、休止または作動となる。たとえば、前段アンプ及び後段アンプは、時刻ｔ１３−０〜ｔ１３−１の間、「休止」となる。時刻ｔ１３−１〜ｔ１３−５の間、「作動」となる。前段アンプ及び後段アンプは、時刻ｔ１３−５から一定期間「休止」となる。

グラフＧ１３−５およびグラフＧ１３−６を用いて、前段アンプの出力の立ち上がりとアナログフィルタ２７０の出力との関係を説明する。グラフＧ１２−５の横軸は時間に対応し、縦軸は、フィルタコンデンサ両端電位差に対応する。グラフＧ１２−６の横軸は時間に対応し、縦軸は、前段アンプ（Ｓ＆Ｈ回路２６０）の出力電位および後段回路（ＡＣアンプ２８０）のＢＩＡＳ電位に対応する。時刻ｔ１３−０〜ｔ１３−１を休止期間とする。時刻ｔ１３−１〜ｔ１３−５を前段の計測期間（ＱＶアンプ２５０の動作期間）とする。計測期間中の後段回路のＢＩＡＳ電位をＶ１３−Ｂとする。

前段アンプの休止電位をＶ１３−１とする。前段アンプのＤＣ電位をＶ１３−３とする。ＤＣ電位からＢＩＡＳ電位を減算した電位を、Ｖ１３−２とする。時間と前段アンプ出力電位との関係は線ｌ１３−１となる。時間とフィルタコンデンサ両端電位との関係は線ｌ１３−２となる。時刻ｔ１３−４〜ｔ１３−５が微小信号増幅期間となる。

＜＜４．３．第２の実施形態に係る急速電位設定機構付きローカットフィルタと非反転増幅回路の構成＞＞
第２の実施形態に係る急速電位設定機構付きアナログフィルタと非反転増幅回路の構成を説明する前に、比較例となるＬＤＦのアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す。図２６は、比較例となるＬＤＦのアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す。図２６において、コンデンサＣがアナログフィルタ１５（ローカットフィルタ）に対応し、非反転増幅回路３０が、ＡＣアンプ１６に対応する。非反転増幅回路３０は、抵抗Ｒｉｎ，Ｒｆ１，Ｒｆ２を有し、Ｖｒｅｆに接続される。抵抗Ｒｉｎは非反転増幅回路３０の入力端にＢＩＡＳ電位を与える入力抵抗として非反転増幅回路３０に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。

アナログフィルタ１５は、前段のＩＶアンプ１４から電気信号の入力を受け付け、コンデンサＣに電荷を蓄積させる。アナログフィルタ１５は、ＤＣ成分をカットした電気信号を後段の非反転増幅回路３０に出力する。非反転増幅回路３０は、増幅した電気信号を出力する。

図２７は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（１）である。図２７に示す例では、図１６で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、非反転増幅回路３１が接続されている。非反転増幅回路３１は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは非反転増幅回路３１の入力端にＢＩＡＳ電位を与える入力抵抗として非反転増幅回路３１に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図２７では、説明を省略するが、非反転増幅回路３１には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。非反転増幅回路３１は、増幅した電気信号を出力する。

図２８は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（２）である。図２８に示す例では、図１７で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、非反転増幅回路３１が接続されている。非反転増幅回路３１は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは非反転増幅回路３１の入力端にＢＩＡＳ電位を与える入力抵抗として非反転増幅回路３１に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図２８では、説明を省略するが、非反転増幅回路３１には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。非反転増幅回路３１は、増幅した電気信号を出力する。

図２９は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（３）である。図２９に示す例では、図１８で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、非反転増幅回路３１が接続されている。非反転増幅回路３１は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは非反転増幅回路３１の入力端にＢＩＡＳ電位を与える入力抵抗として非反転増幅回路３１に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図２９では、説明を省略するが、非反転増幅回路３１には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。非反転増幅回路３１は、増幅した電気信号を出力する。

図３０は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（４）である。図３０に示す例では、図１９で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、非反転増幅回路３１が接続されている。非反転増幅回路３１は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは非反転増幅回路３１の入力端にＢＩＡＳ電位を与える入力抵抗として非反転増幅回路３１に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図３０では、説明を省略するが、非反転増幅回路３１には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。非反転増幅回路３１は、増幅した電気信号を出力する。

図３１は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（５）である。図３１に示す例では、急速電位設定機構は、スイッチＳＷｃ１と、スイッチＳＷｃ２と、抵抗Ｒｃとに対応する。アナログフィルタは、コンデンサＣに対応する。そして、係る急速電位設定機構およびアナログフィルタに、非反転増幅回路３１が接続されている。非反転増幅回路３１は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは非反転増幅回路３１の入力端にＢＩＡＳ電位を与える入力抵抗として非反転増幅回路３１に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図３１では、説明を省略するが、非反転増幅回路３１には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。非反転増幅回路３１は、増幅した電気信号を出力する。

図３２は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（６）である。図３２に示す例では、図２１で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、非反転増幅回路３１が接続されている。非反転増幅回路３１は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは非反転増幅回路３１の入力端にＢＩＡＳ電位を与える入力抵抗として非反転増幅回路３１に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図３２では、説明を省略するが、非反転増幅回路３１には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。非反転増幅回路３１は、増幅した電気信号を出力する。

図３３は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す図（７）である。図３３に示す例では、図２０で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、非反転増幅回路３１が接続されている。非反転増幅回路３１は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは非反転増幅回路３１の入力端にＢＩＡＳ電位を与える入力抵抗として非反転増幅回路３１に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図３３では、説明を省略するが、非反転増幅回路３１には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。非反転増幅回路３１は、増幅した電気信号を出力する。

＜＜４．４．第２の実施形態に係る急速電位設定機構付きローカットフィルタと反転増幅回路の構成＞＞
第２の実施形態では、ＡＣアンプ２８０として、非反転増幅回路の代わりに、反転増幅回路を用いてもよい。第２の実施形態に係る急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路の構成を説明する前に、比較例となるＬＤＦのアナログフィルタとＡＣアンプ（非反転増幅回路）の構成を示す。図３４は、比較例となるＬＤＦのアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す。図３４において、コンデンサＣがアナログフィルタ１５（ローカットフィルタ）に対応し、反転増幅回路３２が、ＡＣアンプ１６に対応する。反転増幅回路３２は、抵抗Ｒｉｎ，Ｒｆ２を有し、Ｖｒｅｆに接続される。抵抗Ｒｉｎは反転増幅回路３２の増幅率を決定する入力抵抗として反転増幅回路３２に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。

アナログフィルタ１５は、前段のＩＶアンプ１４から電気信号の入力を受け付け、コンデンサＣに電荷を蓄積させる。アナログフィルタ１５は、ＤＣ成分をカットした電気信号を後段の反転増幅回路３２に出力する。反転増幅回路３２は、増幅した電気信号を出力する。

図３５は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（１）である。図３５に示す例では、図１６で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、反転増幅回路３３が接続されている。反転増幅回路３３は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは反転増幅回路３３の増幅率を決定する入力抵抗として反転増幅回路３３に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図３５では、説明を省略するが、反転増幅回路３３には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。反転増幅回路３３は、増幅した電気信号を出力する。

なお、図３５で説明した急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路を結合させると、図３６に示す構成を取ることができる。図３６は、急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路とを結合させた構成を示す図（１）である。図３６に示す構成は、図３６に示す構成よりもオペアンプの出力オフセットが急速電位設定に悪影響を与えにくい。

図３７は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（２）である。図３７に示す例では、図１７で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、反転増幅回路３３が接続されている。反転増幅回路３３は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは反転増幅回路３３の増幅率を決定する入力抵抗として反転増幅回路３３に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図３７では、説明を省略するが、反転増幅回路３３には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。反転増幅回路３３は、増幅した電気信号を出力する。

図３８は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（３）である。図３８に示す例では、図１８で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、反転増幅回路３３が接続されている。反転増幅回路３３は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは反転増幅回路３３の増幅率を決定する入力抵抗として反転増幅回路３３に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図３８では、説明を省略するが、反転増幅回路３３には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。反転増幅回路３３は、増幅した電気信号を出力する。

図３９は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（４）である。図３９に示す例では、図１９で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、反転増幅回路３３が接続されている。反転増幅回路３３は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは反転増幅回路３３の増幅率を決定する入力抵抗として反転増幅回路３３に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図３９では、説明を省略するが、反転増幅回路３３には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。反転増幅回路３３は、増幅した電気信号を出力する。

図４０は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（５）である。図４０に示す例では、急速電位設定機構は、スイッチＳＷｃ１と、スイッチＳＷｃ２と、抵抗Ｒｃとに対応する。アナログフィルタは、コンデンサＣに対応する。そして、係る急速電位設定機構およびアナログフィルタに、反転増幅回路３３が接続されている。反転増幅回路３３は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは反転増幅回路３３の増幅率を決定する入力抵抗として反転増幅回路３３に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図４０では、説明を省略するが、反転増幅回路３３には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。反転増幅回路３３は、増幅した電気信号を出力する。

なお、図４０で説明した急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路を結合させると、図４１に示す構成となる。図４１は、急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路とを結合させた構成を示す図（２）である。図４１に示す構成は、図４０に示す構成よりもオペアンプの出力オフセットが急速電位設定に悪影響を与えにくい。

図４２は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（６）である。図４２に示す例では、図２１で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、反転増幅回路３３が接続されている。反転増幅回路３３は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは反転増幅回路３３の増幅率を決定する入力抵抗として反転増幅回路３３に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図４２では、説明を省略するが、反転増幅回路３３には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。反転増幅回路３３は、増幅した電気信号を出力する。

なお、図４２で説明した急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路を結合させると、図４３に示す構成となる。図４３は、急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路とを結合させた構成を示す図（３）である。図４３に示す構成は、図４２に示す構成よりもオペアンプの出力オフセットが急速電位設定に悪影響を与えにくい。

図４４は、急速電位設定機構付きアナログフィルタとＡＣアンプ（反転増幅回路）の構成を示す図（７）である。図４４に示す例では、図２０で説明した急速電位設定機構およびアナログフィルタの基本構成に、反転増幅回路３３が接続されている。反転増幅回路３３は、ＡＣアンプ２８０に対応する。抵抗Ｒｉｎは反転増幅回路３３の増幅率を決定する入力抵抗として反転増幅回路３３に含めたが、抵抗ＲｉｎはコンデンサＣと一体のアナログローカットフィルタを構成しており、アナログフィルタ１５の一部でもある。図４４では、説明を省略するが、反転増幅回路３３には、間欠動作するためのスイッチが設定されているものとする。反転増幅回路３３は、増幅した電気信号を出力する。

なお、図４４で説明した急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路を結合させると、図４５に示す構成となる。図４５は、急速電位設定機構付きアナログフィルタと反転増幅回路とを結合させた構成を示す図（４）である。図４５に示す構成は、図４４に示す構成よりもオペアンプの出力オフセットが急速電位設定に悪影響を与えにくい。

＜＜４．５．第２の実施形態に各スイッチの開閉タイミング＞＞
図４６は、第２の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図（１）である。図４６において、「０」の値をとっている区間はスイッチが閉状態となり、「１」の値をとっている区間はスイッチが開状態となることを示す。図４６の横軸は時間に対応する。

スイッチＳＷｐｐｏｓｔの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、ＡＣアンプ２８０の休止、稼働を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷｐｐｏｓｔが閉状態の場合、ＡＣアンプ２８０は稼働し、開状態の場合、ＡＣアンプ２８０は休止する。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ１〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ１４以降、開状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｏｓｔは、時刻ｔ１４以降、周期的に計測を実行するため、図４６に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｐｏｓｔの開閉タイミングは、「第２間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｐｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｓｈは、図９に示したスイッチＳＷｐｓｈに対応する。スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１４以降、開状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１４以降、周期的に計測を実行するため、図４６に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｓｈの開閉タイミングは、「第２間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｐｑｖの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｑｖは、図９に示したスイッチＳＷｐｑｖに対応する。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ０〜ｔ２の間、開状態となる。スイッチＷｐｑｖは、時刻ｔ２〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ５〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ６〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ９〜ｔ１０の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１０〜ｔ１３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１３〜ｔ１４の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１４以降、開状態を維持する。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１４以降、周期的に計測を実行するため、図４６に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｑｖの開閉タイミングは、「第１間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｓ１の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ１は、図９に示したスイッチＳＷｓ１に対応する。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ０〜ｔ３の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ３〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ４〜ｔ７の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ７〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ８〜ｔ１１の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１１〜ｔ１２の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１２以降、しばらく開状態となった後、図４６に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｓ２の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ２は、図９に示したスイッチＳＷｓ２に対応する。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ０〜ｔ２の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ２〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ４〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ６〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ８〜ｔ１０の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１０〜ｔ１２の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１２以降、しばらく開状態となった後、図４６に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｒの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｒは、図９に示したスイッチＳＷｒに対応する。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ０〜ｔ３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ３〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ５〜ｔ７の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ７〜ｔ９の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ９〜ｔ１１の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１１〜ｔ１３の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１３以降、しばらく閉状態となった後、図４６に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓｈは、図９に示したスイッチＳＷｒに対応する。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ０〜ｔ４の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ４〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ５〜ｔ８の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ８〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ９〜ｔ１２の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１２〜ｔ１３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１３以降、しばらく開状態となった後、図４６に示す開閉タイミングを繰り返す。

続いて、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２，ＳＷｃ３の開閉タイミングについて説明する。たとえば、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２，ＳＷｃ３は、図２０に示したスイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２，ＳＷｃ３に対応する。

スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ０〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ５〜ｔ６の間、閉状態となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ６以降、しばらく開状態となった後、図４６に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ０〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ５〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図４６に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ０〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ６〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図４６に示す開閉タイミングを繰り返す。

図４６に示す例では、時刻ｔ５〜ｔ６において、急速電位設定に要する時間まで１サンプルを計測する動作前の休止期間を延長することで、不要な電力を消費せずに電位設定を行うことができる。

図４７は、第２の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図（２）である。

スイッチＳＷｐｐｏｓｔの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｐｏｓは、ＡＣアンプ２８０の休止、稼働を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷｐｐｏｓｔが閉状態の場合、ＡＣアンプ２８０は稼働し、開状態の場合、ＡＣアンプ２８０は休止する。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ１〜ｔ１５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ１５以降、しばらく開状態となった後、図４７に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｐｏｓｔの開閉タイミングは、「第２間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｐｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｓｈは、図９に示したスイッチＳＷｐｓｈに対応する。スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１〜ｔ１５の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１５以降、しばらく開状態となった後、図４７に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｓｈの開閉タイミングは、「第２間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｐｑｖの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｑｖは、図９に示したスイッチＳＷｐｑｖに対応する。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ０〜ｔ２の間、開状態となる。スイッチＷｐｑｖは、時刻ｔ２〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ５〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ６〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ９〜ｔ１１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１１〜ｔ１４の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図４７に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｑｖの開閉タイミングは、「第１間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｓ１の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ１は、図９に示したスイッチＳＷｓ１に対応する。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ０〜ｔ３の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ３〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ４〜ｔ７の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ７〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ８〜ｔ１２の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１２〜ｔ１３の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１３以降、しばらく開状態となった後、図４７に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｓ２の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ２は、図９に示したスイッチＳＷｓ２に対応する。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ０〜ｔ２の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ２〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ４〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ６〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ８〜ｔ１１の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１２〜ｔ１３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１３以降、しばらく開状態となった後、図４７に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｒの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｒは、図９に示したスイッチＳＷｒに対応する。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ０〜ｔ３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ３〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ５〜ｔ７の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ７〜ｔ９の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ９〜ｔ１２の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１２〜ｔ１４の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１４以降、しばらく閉状態となった後、図４７に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓｈは、図９に示したスイッチＳＷｒに対応する。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ０〜ｔ４の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ４〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ５〜ｔ８の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ８〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ９〜ｔ１３の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１３〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図４７に示す開閉タイミングを繰り返す。

続いて、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２，ＳＷｃ３の開閉タイミングについて説明する。たとえば、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２，ＳＷｃ３は、図２０に示したスイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２，ＳＷｃ３に対応する。

スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ０〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ５〜ｔ１０の間、閉状態となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１０以降、しばらく開状態となった後、図４７に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ０〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ５〜ｔ１５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ１５以降、しばらく開状態となった後、図４７に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ０〜ｔ１０の間、開状態となる。スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ１０〜ｔ１５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ１５以降、しばらく開状態となった後、図４７に示す開閉タイミングを繰り返す。

図４７に示す例では、時刻ｔ５〜ｔ１０までの前段休止期間を、急速電位設定に要する時間まで延長することで、不要な電力を消費せずに電位設定を行うことができる。或いは複数回の測定をスイッチＳＷｃ１＝１の状態で実行することで、急速電位設定を完了することができる。

図４８は、第２の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図（３）である。

スイッチＳＷｐｐｏｓｔの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｐｏｓは、ＡＣアンプ２８０の休止、稼働を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷｐｐｏｓｔが閉状態の場合、ＡＣアンプ２８０は稼働し、開状態の場合、ＡＣアンプ２８０は休止する。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ１〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図４８に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｐｏｓｔの開閉タイミングは、「第２間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｐｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｓｈは、図９に示したスイッチＳＷｐｓｈに対応する。スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１〜ｔ１４の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図４８に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｓｈの開閉タイミングは、「第２間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｐｑｖの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｑｖは、図９に示したスイッチＳＷｐｑｖに対応する。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ０〜ｔ２の間、開状態となる。スイッチＷｐｑｖは、時刻ｔ２〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ５〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ６〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ９〜ｔ１０の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１０〜ｔ１３の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１３以降、しばらく開状態となった後、図４８に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｑｖの開閉タイミングは、「第１間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｓ１の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ１は、図９に示したスイッチＳＷｓ１に対応する。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ０〜ｔ３の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ３〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ４〜ｔ７の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ７〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ８〜ｔ１１の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１１〜ｔ１２の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１２以降、しばらく開状態となった後、図４８に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｓ２の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ２は、図９に示したスイッチＳＷｓ２に対応する。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ０〜ｔ２の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ２〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ４〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ６〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ８〜ｔ１０の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１０〜ｔ１２の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１２以降、しばらく開状態となった後、図４８に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｒの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｒは、図９に示したスイッチＳＷｒに対応する。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ０〜ｔ３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ３〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ５〜ｔ７の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ７〜ｔ９の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ９〜ｔ１１の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１１〜ｔ１３の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１３以降、しばらく閉状態となった後、図４８に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓｈは、図９に示したスイッチＳＷｒに対応する。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ０〜ｔ４の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ４〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ５〜ｔ８の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ８〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ９〜ｔ１２の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１２〜ｔ１３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１３以降、しばらく開状態となった後、図４８に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｃ１の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｃ１は、図１６に示したスイッチＳＷｃ１に対応する。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ１〜ｔ６の間、閉状態となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ６以降、しばらく開状態となった後、図４８に示す開閉タイミングを繰り返す。

図４８に示すスイッチＳＷｃ１のみの構成では、カップリングコンデンサーの電荷は第２間欠駆動の休止期間に放電されている。そのため、Ｓ＆Ｈ回路２６０の出力が確定する前から接続していても問題にならない。ここでの開閉例では、電位設定の期間にスイッチＳＷｃ１が接続しているため、その分早く出力電位が静定する。

図４９は、第２の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図（４）である。

スイッチＳＷｐｐｏｓｔの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｐｏｓは、ＡＣアンプ２８０の休止、稼働を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷｐｐｏｓｔが閉状態の場合、ＡＣアンプ２８０は稼働し、開状態の場合、ＡＣアンプ２８０は休止する。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ１〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図４９に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｐｏｓｔの開閉タイミングは、「第２間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｐｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｓｈは、図９に示したスイッチＳＷｐｓｈに対応する。スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１〜ｔ１４の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図４９に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｓｈの開閉タイミングは、「第２間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｐｑｖの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｑｖは、図９に示したスイッチＳＷｐｑｖに対応する。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ０〜ｔ２の間、開状態となる。スイッチＷｐｑｖは、時刻ｔ２〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ５〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ６〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ９〜ｔ１０の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１０〜ｔ１３の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１３以降、しばらく開状態となった後、図４９に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｑｖの開閉タイミングは、「第１間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｓ１の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ１は、図９に示したスイッチＳＷｓ１に対応する。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ０〜ｔ３の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ３〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ４〜ｔ７の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ７〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ８〜ｔ１１の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１１〜ｔ１２の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１２以降、しばらく開状態となった後、図４９に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｓ２の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ２は、図９に示したスイッチＳＷｓ２に対応する。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ０〜ｔ２の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ２〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ４〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ６〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ８〜ｔ１０の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１０〜ｔ１２の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１２以降、しばらく開状態となった後、図４９に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｒの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｒは、図９に示したスイッチＳＷｒに対応する。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ０〜ｔ３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ３〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ５〜ｔ７の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ７〜ｔ９の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ９〜ｔ１１の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１１〜ｔ１３の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１３以降、しばらく閉状態となった後、図４９に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓｈは、図９に示したスイッチＳＷｓｈに対応する。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ０〜ｔ４の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ４〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ５〜ｔ８の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ８〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ９〜ｔ１２の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１２〜ｔ１３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１３以降、しばらく開状態となった後、図４９に示す開閉タイミングを繰り返す。

続いて、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２の開閉タイミングについて説明する。たとえば、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２は、図３１に示したスイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２に対応する。

スイッチＳＷｃ１の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ０〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ５〜ｔ６の間、閉状態となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ６以降、しばらく開状態となった後、図４９に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｃ２の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ０〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ５〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｃ２は、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図４９に示す開閉タイミングを繰り返す。

図４９で説明した例では、時刻ｔ５〜ｔ６（前段休止期間）において、急速電位設定に要する時間まで延長することで、不要な電力を消費せずに電位設定を行うことができる。或いは複数回の測定をスイッチＳＷｃ１の状態で実行することでも急速電位設定を完了することができる。

図５０は、第２の実施形態に係る各スイッチの開閉タイミングの一例を説明するための図（５）である。

スイッチＳＷｐｐｏｓｔの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｐｏｓは、ＡＣアンプ２８０の休止、稼働を切り替えるスイッチである。スイッチＳＷｐｐｏｓｔが閉状態の場合、ＡＣアンプ２８０は稼働し、開状態の場合、ＡＣアンプ２８０は休止する。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ１〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｐｏｓｔは、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図５０に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｐｏｓｔの開閉タイミングは、「第２間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｐｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｓｈは、図９に示したスイッチＳＷｐｓｈに対応する。スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ０〜ｔ１の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１〜ｔ１４の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｓｈは、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図５０に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｓｈの開閉タイミングは、「第２間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｐｑｖの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｐｑｖは、図９に示したスイッチＳＷｐｑｖに対応する。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ０〜ｔ２の間、開状態となる。スイッチＷｐｑｖは、時刻ｔ２〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ５〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ６〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ９〜ｔ１０の間、開状態となる。スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１０〜ｔ１３の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｐｑｖは、時刻ｔ１３以降、しばらく開状態となった後、図５０に示す開閉タイミングを繰り返す。スイッチＳＷｐｑｖの開閉タイミングは、「第１間欠駆動」のタイミングに対応する。

スイッチＳＷｓ１の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ１は、図９に示したスイッチＳＷｓ１に対応する。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ０〜ｔ３の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ３〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ４〜ｔ７の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ７〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ８〜ｔ１１の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１１〜ｔ１２の間、閉状態となる。図示を省略するが、スイッチＳＷｓ１は、時刻ｔ１２以降、しばらく開状態となった後、図５０に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｓ２の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓ２は、図９に示したスイッチＳＷｓ２に対応する。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ０〜ｔ２の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ２〜ｔ４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ４〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ６〜ｔ８の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ８〜ｔ１０の間、開状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１０〜ｔ１２の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓ２は、時刻ｔ１２以降、しばらく開状態となった後、図５０に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｒの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｒは、図９に示したスイッチＳＷｒに対応する。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ０〜ｔ３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ３〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ５〜ｔ７の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ７〜ｔ９の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ９〜ｔ１１の間、閉状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１１〜ｔ１３の間、開状態となる。スイッチＳＷｒは、時刻ｔ１３以降、しばらく閉状態となった後、図５０に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｓｈの開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｓｈは、図９に示したスイッチＳＷｓｈに対応する。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ０〜ｔ４の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ４〜ｔ５の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ５〜ｔ８の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ８〜ｔ９の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ９〜ｔ１２の間、開状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１２〜ｔ１３の間、閉状態となる。スイッチＳＷｓｈは、時刻ｔ１３以降、しばらく開状態となった後、図５０に示す開閉タイミングを繰り返す。

続いて、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ３の開閉タイミングについて説明する。たとえば、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ３は、図３２に示したスイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ３に対応する。

スイッチＳＷｃ１の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ０〜ｔ５の間、開状態となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ５〜ｔ６の間、閉状態となる。スイッチＳＷｃ１は、時刻ｔ６以降、しばらく開状態となった後、図５０に示す開閉タイミングを繰り返す。

スイッチＳＷｃ３の開閉タイミングについて説明する。スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ０〜ｔ６の間、開状態となる。スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ６〜ｔ１４の間、閉状態となる。スイッチＳＷｃ３は、時刻ｔ１４以降、しばらく開状態となった後、図５０に示す開閉タイミングを繰り返す。

図５０で説明した例では、時刻ｔ５〜ｔ６（前段休止期間）を、急速電位設定に要する時間まで延長することで、不要な電力を消費せずに電位設定を行うことができる。或いは複数回の測定をスイッチＳＷｃ１の状態で実行することでも急速電位設定を完了することができる。

＜＜４．６．急速電位設定機構付きアナログフィルタと差動増幅回路の結合＞＞
上述した急速電位機構およびアナログフィルタを差動増幅回路にも適用することができる。まず、比較例となるアナログフィルタと差動増幅回路とを結合した構成について説明する。図５１は、比較例となるアナログフィルタと差動増幅回路とを結合した構成を示す図である。図５１に示す例では、差動増幅回路４０に、アナログフィルタ１５に相当するコンデンサＣが２つ接続されている。抵抗Ｒｉｎは差動増幅回路４０の入力端にＢＩＡＳ電位を与える入力抵抗として差動増幅回路４０に含めたが、コンデンサＣと抵抗Ｒｉｎで一体のアナログローカットフィルタを構成しており、抵抗Ｒｉｎはアナログフィルタ１５の一部でもある。各アナログフィルタ１５は、それぞれ異なる系列のＩＶアンプ（第１のＩＶアンプ、第２のＩＶアンプ）が、前段に接続されているものとする。図示を省略するが、第１のＩＶアンプは、前段に第１の光電変換部が接続される。第２のＩＶアンプは、前段に第２の光電変換部が接続される。

各アナログフィルタ１５は、ＤＣ成分をカットした電気信号をそれぞれ、後段の差動増幅回路４０に出力する。差動増幅回路４０は、各アナログフィルタ１５から入力された電気信号を基にして、電気信号を増幅し、増幅した電気信号を出力する。たとえば、差動増幅回路は、オペアンプ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ、抵抗Ｒｉｎ，Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄを有する。差動増幅回路を用いることで、同相ノイズをキャンセルすることで、血流信号算出の精度を高めることができるが、アナログフィルタ１５の時定数が長いという課題が存在する。

図５２は、急速電位設定機構付きアナログフィルタと差動増幅回路とを結合した構成を示す図（１）である。図５２に示す例では、図１６で説明した急速電位設定機構付きアナログフィルタが２つ、差動増幅回路４０に接続される。各急速電位設定機構付きアナログフィルタの前段には、それぞれ異なる系列のＳ＆Ｈ回路（第１のＳ＆Ｈ回路、第２のＳ＆Ｈ回路）が前段アンプとして接続されているものとする。図示を省略するが、第１のＳ＆Ｈ回路の前段には、第１の光電変換部、第１のＱＶアンプが接続される。第２のＳ＆Ｈ回路の前段には、第２の光電変換部、第２のＱＶアンプが接続される。急速電位設定機構によって、休止からの復帰と同期し、スイッチＳＷｃ１を閉じることで、一時的に時定数を小さくでき、電位を急速に静定させることができる。また、差動増幅回路を用いることで、同相ノイズ成分をキャンセルすることで、血流信号を計算する場合の精度を向上させることができる。

図５３は、急速電位設定機構付きアナログフィルタと差動増幅回路とを結合した構成を示す図（２）である。図５３に示す例では、図１８で説明した急速電位設定機構付きアナログフィルタが２つ、差動増幅回路４０に接続される。各急速電位設定機構付きアナログフィルタの前段には、それぞれ異なる系列のＳ＆Ｈ回路（第１のＳ＆Ｈ回路、第２のＳ＆Ｈ回路）が前段アンプとして接続されているものとする。図示を省略するが、第１のＳ＆Ｈ回路の前段には、第１の光電変換部、第１のＱＶアンプが接続される。第２のＳ＆Ｈ回路の前段には、第２の光電変換部、第２のＱＶアンプが接続される。急速電位設定機構によって、前段アンプあるいは後段アンプの休止期間に同期して、スイッチＳＷｃ３をＯＦＦとし、フィルタコンデンサ両端電位差を保持させる。そして、急速電位設定機構は、休止が解除され、前段アンプ及び後段アンプの電位が安定してから、スイッチＳＷｃ３をＯＮとする。

図５４は、急速電位設定機構付きアナログフィルタと差動増幅回路とを結合した構成を示す図（３）である。図５４に示す例では、図２０で説明した急速電位設定機構付きアナログフィルタが２つ、差動増幅回路４０に接続される。各急速電位設定機構付きアナログフィルタの前段には、それぞれ異なる系列のＳ＆Ｈ回路（第１のＳ＆Ｈ回路、第２のＳ＆Ｈ回路）が前段アンプとして接続されているものとする。図示を省略するが、第１のＳ＆Ｈ回路の前段には、第１の光電変換部、第１のＱＶアンプが接続される。第２のＳ＆Ｈ回路の前段には、第２の光電変換部、第２のＱＶアンプが接続される。

急速電位設定機構は、休止からの復帰と同期し、スイッチＳＷｃ１を閉じることで、一時的に時定数を小さくする。また、急速電位設定機構は、後段アンプの休止期間に同期して、スイッチＳＷｃ１およびスイッチＳＷｃ３をＯＦＦとし、フィルタコンデンサ両端電位を保持させる。そして、急速電位設定機構は、休止が解除されたあと、スイッチＳＷｃ１をＯＮにした効果で短縮された静定待ち時間が経過後、スイッチＳＷｃ３をＯＮとし、スイッチＳＷｃ１をＯＦＦとする。

＜＜４．７．急速電位設定機構付きローパスフィルタと非反転増幅回路の結合＞＞
上述した急速電位機構は、ローパスフィルタにも適用することができる。ローパスフィルタの電位静定高速化は、必ずしも血流センサの低消費電力化には寄与しないが、一般的なセンシングの低消費電力化に有用な機能であるので開示する。まず、比較例となるローパスフィルタと非反転増幅回路とを結合した構成について説明する。図５５は、比較例となるローパスフィルタと非反転増幅回路とを結合した構成を示す図である。図５５において、ローパスフィルタ４１は、コンデンサＣおよび抵抗Ｒｉｎを有する。ローパスフィルタ４１は、電位Ｖｒｅｆに接続される。非反転増幅回路４２は、オペアンプ４２ａ、抵抗Ｒｆ１，Ｒｆ２を有し、Ｖｒｅｆに接続される。

ローパスフィルタ４１は、前段から電気信号の入力を受け付け、コンデンサＣに電荷を蓄積させる。ローパスフィルタ４１は、高周波成分をカットした電気信号を後段の非反転増幅回路４２に出力する。非反転増幅回路４２は、電気信号を増幅し、増幅した電気信号を出力する。

以下において、急速電位設定機構付きローパスフィルタと非反転増幅回路の構成について説明する。

図５６は、急速電位設定機構付きローパスフィルタと非反転増幅回路の構成を示す図（１）である。図５６に示す例では、急速電位設定機構付きローパスフィルタ４１ａは、スイッチＳＷｃ１と、コンデンサＣと、抵抗Ｒｃ１，Ｒｉｎとを有する。急速電位設定機構付きローパスフィルタ４１ａは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、休止からの復帰と同期し、スイッチＳＷｃ１を閉じた際に、抵抗Ｒｃ１を、抵抗Ｒｉｎに並列接続することで、時定数を一時的に小さくし、電位を急速に静定させる。スイッチＳＷｃ１をＯＮにした効果で短縮された静定待ち時間が経過後、スイッチＳＷｃ１をＯＦＦとする。

ローパスフィルタ４１ａは、高周波成分をカットした電気信号を後段の非反転増幅回路４２に出力する。非反転増幅回路４２は、電気信号を増幅し、増幅した電気信号を出力する。

図５７は、急速電位設定機構付きローパスフィルタと非反転増幅回路の構成を示す図（２）である。図５７に示す例では、急速電位設定機構付きローパスフィルタ４１ｃは、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ３、抵抗Ｒｃ１，Ｒｉｎ、コンデンサＣを有し、電位Ｖｒｅｆに接続される。急速電位設定機構付きローパスフィルタ４１ｃは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、休止からの復帰と同期し、スイッチＳＷｃ１を閉じた際に、抵抗Ｒｃ１を、抵抗Ｒｉｎに並列接続することで、時定数を一時的に小さくし、電位を急速に静定させる。

急速電位設定機構付きローパスフィルタ４１ｃは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、前段からの入力あるいは後段アンプの休止期間に同期して、スイッチＳＷｃ１およびスイッチＳＷｃ３をＯＦＦとし、コンデンサＣの両端電位差を保持させる。そして、急速電位設定機構は、休止が解除されたあと、スイッチＳＷｃ１をＯＮとし、スイッチＳＷｃ１をＯＮにした効果で短縮された静定待ち時間が経過後、スイッチＳＷｃ３をＯＮとし、スイッチＳＷｃ１をＯＦＦとする。

ローパスフィルタ４１ｃは、高周波成分をカットした電気信号を後段の非反転増幅回路４２に出力する。非反転増幅回路４２は、電気信号を増幅し、増幅した電気信号を出力する。

図５８は、急速電位設定機構付きローパスフィルタと非反転増幅回路の構成を示す図（３）である。図５８に示す例では、急速電位設定機構付きローパスフィルタ４１ｄは、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２、抵抗Ｒｃ１，Ｒｉｎ、コンデンサＣを有し、電位Ｖｒｅｆに接続される。急速電位設定機構付きローパスフィルタ４１ｄは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、休止からの復帰と同期し、スイッチＳＷｃ１を閉じた際に、抵抗Ｒｃ１を、抵抗Ｒｉｎに並列接続することで、時定数を一時的に小さくし、電位を急速に静定させる。

急速電位設定機構付きローパスフィルタ４１ｄは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、後段アンプの休止期間に同期して、スイッチＳＷｃ２をＯＦＦとし、コンデンサＣの両端電位差を保持させる。そして、急速電位設定機構は、休止が解除され各電位が復帰した後、スイッチＳＷｃ１およびスイッチＳＷｃ２をＯＮとし、その後スイッチＳＷｃ１をＯＮにした効果で短縮された静定待ち時間が経過後、スイッチＳＷｃ１をＯＦＦとする。

ローパスフィルタ４１ｄは、高周波成分をカットした電気信号を後段の非反転増幅回路４２に出力する。非反転増幅回路４２は、電気信号を増幅し、増幅した電気信号を出力する。

図５９は、急速電位設定機構付きローパスフィルタと非反転増幅回路の構成を示す図（４）である。図５９に示す例では、急速電位設定機構付きローパスフィルタ４１ｅは、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２，ＳＷｃ３、抵抗Ｒｃ１，Ｒｉｎ、コンデンサＣを有し、電位Ｖｒｅｆに接続される。急速電位設定機構付きローパスフィルタ４１ｅは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、休止からの復帰と同期し、スイッチＳＷｃ１を閉じた際に、抵抗Ｒｃ１を、抵抗Ｒｉｎに並列接続することで、時定数を一時的に小さくし、電位を急速に静定させる。

また、急速電位設定機構付きローパスフィルタ４１ｅは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、後段アンプの休止期間に同期して、スイッチＳＷｃ１、スイッチＳＷｃ２、スイッチＳＷｃ３をＯＦＦとし、コンデンサＣの両端電位を保持させる。そして、急速電位設定機構は、休止が解除され各電位が復帰した後、スイッチＳＷｃ１およびスイッチＳＷｃ２をＯＮとし、その後スイッチＳＷｃ１をＯＮにした効果で短縮された静定待ち時間が経過後、スイッチＳＷｃ３をＯＮとし、スイッチＳＷｃ１をＯＦＦとする。

ローパスフィルタ４１ｅは、高周波成分をカットした電気信号を後段の非反転増幅回路４２に出力する。非反転増幅回路４２は、電気信号を増幅し、増幅した電気信号を出力する。

＜＜４．８．急速電位設定機構付きローパスフィルタと反転増幅回路の結合＞＞
上述した急速電位機構は、ローパスフィルタと反転増幅回路にも適用することができる。まず、比較例となるローパスフィルタと反転増幅回路とを結合した構成について説明する。図６０は、比較例となるローパスフィルタと反転増幅回路とを結合した構成を示す図である。図６０において、ローパスフィルタは、コンデンサＣ、抵抗Ｒｆに対応する。反転増幅回路は、オペアンプ４３、Ｒｉｎ、コンデンサＣ、抵抗Ｒｆに対応する。反転増幅回路の場合、ローパスフィルタは反転増幅回路の一部を構成している。

図６０に示す回路は、前段から入力される電気信号の高周波成分をカットし、電気信号を増幅した上で、電気信号を出力する。

続いて、急速電位設定機構付きローパスフィルタと反転増幅回路の構成について説明する。図６１は、急速電位設定機構付きローパスフィルタと反転増幅回路の構成を示す図である。図６１において、急速電位設定機構付きローパスフィルタは、コンデンサＣ、スイッチＳＷｃ１、抵抗Ｒｆ，Ｒｃｉｎ，Ｒｃｆ，に対応する。反転増幅回路は、オペアンプ４３、Ｒｉｎ、コンデンサＣ、抵抗Ｒｆに対応する。

図６１の回路は、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、休止からの復帰と同期し、スイッチＳＷｃ１を閉じた際に、抵抗Ｒｃｉｎ，Ｒｃｆを、抵抗Ｒｉｎ、Ｒｆに並列接続することで、時定数を一時的に小さくし、電位を急速に静定させる。なお、２つの抵抗Ｒｃｉｎ，Ｒｃｆで抵抗比を維持しながら、コンデンサＣの左端の電位を急速に定常値に設定する。

＜＜４．９．第２の実施形態に係る測定装置の効果＞＞
第２の実施形態に係る測定装置２００は、急速電位設定機構２７５Ａを設け、急速電位設定機構２７５Ａは、タイミング制御部２１０から出力されるＳＷ制御信号を基にして、休止からの復帰と同期して、アナログフィルタ２７０の時定数を短縮するスイッチを閉じることで、アナログフィルタ２７０の電位を急速に静定させる。たとえば、図１３で説明したように、従来技術と比較して、アナログフィルタ２７０の電位が静定するまでに時間が短くなり、微小信号増幅可能期間を長くすることができる。

あるいは測定装置２００は、急速電位設定機構２７５Ｂを設け、急速電位設定機構２７５Ｂは、アナログフィルタ２７０のフィルタコンデンサの両端のうち少なくともいずれか一方に切断スイッチを設け、Ｓ＆Ｈ回路２６０あるいはＡＣアンプ２８０の電源断前に、切断スイッチで切断し、Ｓ＆Ｈ回路２６０の出力電位およびＡＣアンプ２８０の入力ＢＩＡＳ電位の静定後に切断スイッチを接続することで、アナログフィルタ２７０のフィルタコンデンサ両端電位差を保持する。たとえば、図１４で説明したように、Ｓ＆Ｈ回路２６０と同等の効果により、アナログフィルタ２７０のフィルタコンデンサ両端電位差が一定に保持されるため、電気信号のサンプル同士の電位差しか生じず、直ちにＡＤ変換可能な電位の電気信号が出力され、従来技術と比較して、微小信号増幅可能期間を長くすることができる。

また、測定装置２００は、急速電位設定機構２７５Ａと、急速電位設定機構２７５Ｂとの特徴を組み合わせた急速電位設定機構２７５Ｃを設けることもできる。

図６２は、急速電位設定機構に設定されるスイッチの種別と特徴との関係について説明するための図である。たとえば、特徴には、時定数短縮の有無、Ｃ電荷保持の有無、充電に要する両端電位差（要充電電位差）、出力開始時のヒゲノイズの有無、ヒゲノイズレベル、ヒゲノイズ長さ、その他の長所、その他の短所が含まれる。なお、両端電位差は、前段の計測期間の出力ＤＣ電位から、後段のＢＩＡＳ電位を減算したものとなる。

スイッチを用いない場合（従来技術）の特徴について説明する。時定数短縮は「無」、Ｃ電荷保持は「無」、要充電電位差は「今回の両端電位差」、ヒゲノイズは「有」、ヒゲノイズレベルは「大」、ヒゲノイズ長さ「短」となる。

急速電位設定機構２７５として、「スイッチＳＷｃ１」を用いる場合の特徴について説明する。時定数短縮は「有」、Ｃ電荷保持は「無」、要充電電位差は「今回の両端電位差」、ヒゲノイズは「有」、ヒゲノイズレベルは「大」、ヒゲノイズ長さ「短」となる。急速電位設定機構として、スイッチＳＷｃ１を用いる場合、簡素な回路となる。

急速電位設定機構２７５として、「スイッチＳＷｃ２」を用いる場合の特徴について説明する。時定数短縮は「無」、Ｃ電荷保持は「有」、要充電電位差は「前回の両端電位差−今回の両端電位差」、ヒゲノイズは「有」、ヒゲノイズレベルは「小」、ヒゲノイズ長さ「やや短」となる。急速電位設定機構２７５として、スイッチＳＷｃ２を用いる場合、急速電位設定機構２７５を、前段の回路と一体化させることができる。

急速電位設定機構２７５として、「スイッチＳＷｃ３」を用いる場合の特徴について説明する。時定数短縮は「無」、Ｃ電荷保持は「有」、要充電電位差は「前回の両端電位差−今回の両端電位差」、ヒゲノイズは「有」、ヒゲノイズレベルは「小」、ヒゲノイズ長さ「やや短」となる。急速電位設定機構２７５として、スイッチＳＷｃ３を用いる場合、急速電位設定機構２７５を、後段の回路と一体化させることができる。

急速電位設定機構２７５として、「スイッチＳＷｃ２，ＳＷｃ３」を用いる場合の特徴について説明する。時定数短縮は「無」、Ｃ電荷保持は「有（高度）」、要充電電位差は「前回の両端電位差−今回の両端電位差」、ヒゲノイズは「有」、ヒゲノイズレベルは「小」、ヒゲノイズ長さ「やや短」となる。急速電位設定機構２７５として、スイッチＳＷｃ２，ＳＷｃ３を用いる場合、コンデンサＣの放電量が少ないため、スイッチＳＷｃ２あるいはＳＷｃ３どちらか一方のスイッチのみを使用した場合に比べてより長い休止期間に対応できる。ただし、スイッチを両側に設定する必要があり、前段後段両方の回路と一体化する必要がある。

急速電位設定機構２７５として、「スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２」を用いる場合の特徴について説明する。時定数短縮は「有」、Ｃ電荷保持は「有」、要充電電位差は「前回の両端電位差−今回の両端電位差」、ヒゲノイズは「有」、ヒゲノイズレベルは「小」、ヒゲノイズ長さ「短」となる。急速電位設定機構２７５として、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２を用いる場合、スイッチを両側に設定する必要がある。

急速電位設定機構２７５として、「スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ３」を用いる場合の特徴について説明する。時定数短縮は「有」、Ｃ電荷保持は「有」、要充電電位差は「前回の両端電位差−今回の両端電位差」、ヒゲノイズは「無」、ヒゲノイズレベルは「無」、ヒゲノイズ長さ「無」となる。急速電位設定機構２７５として、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ３を用いる場合、ヒゲノイズを無くすことができる。また、後段の回路と一体化させることができる。

急速電位設定機構２７５として、「スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２，ＳＷｃ３」を用いる場合の特徴について説明する。時定数短縮は「有」、Ｃ電荷保持は「有（高度）」、要充電電位差は「前回の両端電位差−今回の両端電位差」、ヒゲノイズは「無」、ヒゲノイズレベルは「無」、ヒゲノイズ長さ「無」となる。急速電位設定機構２７５として、スイッチＳＷｃ１，ＳＷｃ２，ＳＷｃ３を用いる場合、ヒゲノイズを無くすことができ、コンデンサＣの放電量が少ないため、スイッチＳＷｃ２あるいはＳＷｃ３どちらか一方のスイッチのみを使用した場合に比べてより長い休止期間に対応できる。ただし、スイッチを両側に設置する必要があり、前段後段両方の回路と一体化する必要がある。

＜５．第３の実施形態＞
＜＜５．１．第３の実施形態に係る測定装置の構成＞＞
図６３は、第３の実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。図６３に示すように、この測定装置３００は、タイミング制御部３１０と、間欠駆動レーザードライバ３２０と、レーザー光源３３０と、光電変換部３４０と、ＱＶアンプ３５０と、ＤＣキャンセル機構３５５と、Ｓ＆Ｈ回路３６０と、アナログフィルタ３７０と、ＡＣアンプ３８０とを有する。

間欠駆動レーザードライバ３２０と、レーザー光源３３０と、光電変換部３４０と、ＱＶアンプ３５０と、ＤＣキャンセル機構３５５と、Ｓ＆Ｈ回路３６０とをまとめて間欠動作部３１５と表記する。

タイミング制御部３１０は、間欠動作部３１５を間欠動作させるタイミングを制御する処理部である。たとえば、タイミング制御部３１０は、各ＳＷ制御信号を、間欠動作部３１５の間欠駆動レーザードライバ３２０、ＤＣキャンセル機構３５５、ＱＶアンプ３５０、Ｓ＆Ｈ回路３６０に出力する。

間欠駆動レーザードライバ３２０、レーザー光源３３０、光電変換部３４０、ＱＶアンプ３５０、Ｓ＆Ｈ回路３６０に関する説明は、第１の実施形態で説明した間欠駆動レーザードライバ１２０、レーザー光源１３０、光電変換部１４０、ＱＶアンプ１５０、Ｓ＆Ｈ回路１６０に関する説明と同様である。

ＤＣキャンセル機構３５５は、光電変換部３４０から出力される電気信号の間欠的なＤＣ成分をキャンセルする回路である。ＤＣキャンセル機構３５５は、「相殺機構部」の一例である。たとえば、第１の実施形態で説明したように、光電変換部３４０は、レーザー光を間欠的に出力した際に反射される光（散乱光）を受光（間欠受光）し、間欠的に変化する光の強度に対応した間欠的なＤＣ成分を含んだ電気信号に変換し、変換した電気信号をＱＶアンプ３５０に出力する。ここで、ＤＣキャンセル機構３５５は、かかる間欠受光においてそれぞれ変換される間欠的な電気信号のＤＣ成分を、逆符号の間欠的なＤＣ成分をもった電気信号を加えることでキャンセルする。ＤＣ成分をキャンセルすることで、ＱＶアンプ３５０の積分される電気信号の総量を大幅に削減でき、増幅率を上げることができる。

アナログフィルタ３７０は、Ｓ＆Ｈ回路３６０から入力される電気信号に残留する、ＤＣキャンセル機構では相殺しきれなかったＤＣ成分をカットするフィルタである。アナログフィルタ３７０は、ＤＣ成分をカットした電気信号を、ＡＣアンプ３８０に出力する。

ＡＣアンプ３８０は、アナログフィルタ３７０から入力された電気信号を増幅するアンプである。ＡＣアンプ３８０は、増幅した電気信号を、図示しない外部装置に出力する。外部装置は、ＡＣアンプ３８０から出力される電気信号を基にして、ドップラービートに基づく血流信号を計算する。

＜＜５．２．第３の実施形態に係る光電変換部と初段増幅器の構成＞＞
まず、ＤＣキャンセル機構３５５を含まない光電変換部と初段増幅器の構成について説明する。図６４は、ＤＣキャンセル機構を含まない光電変換部と初段増幅器の構成を示す図である。図６４において、ＰＤは、受光した光を光量に対応した量の電荷に変換し、発生した電荷を初段増幅器４５に出力する。電荷量が前述の電気信号に相当する。初段増幅器４５は、入力された電荷量に対応した電位を電気信号として後段に出力する。初段増幅器４５は、オペアンプ４５ａと、スイッチＳＷｒと、コンデンサＣとを有する。たとえば、スイッチＳＷｒは、コンデンサＣの電荷をリセットするためのスイッチである。

続いて、ＤＣキャンセル機構を含む第３の実施形態に係る光電変換部と初段増幅器の構成について説明する。

図６５は、第３の実施形態に係る光電変換部と初段増幅器の構成を示す図（１）である。図６５において、ＰＤは、受光した光を光量に対応した量の電荷に変換し、発生した電荷を初段増幅器４５に出力する。ＤＣキャンセル機構３５５は、スイッチＳＷｓ、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）４６ａ、電流源４６ｂに対応する。初段増幅器４５は、ＱＶアンプ３５０に対応する。

スイッチＳＷｓは、間欠受光の開始時にＯＮとなり、間欠受光終了時にＯＦＦとなるスイッチである。ＤＡＣ４６ａおよび電流源４６ｂは協働して動作し、スイッチＳＷｓがＯＮとなった際に、ＰＤからグランドに流れるＤＣ電流をキャンセルすべく、ＶＣＣから回路側に電流を入力する。ＤＡＣ４６ａおよび電流源４６ｂは、ＰＤに入射する光量に応じて定まる単位時間当たりのＰＤの生成電荷量と概ね釣り合うよう、ＶＣＣ側から回路側に入力する電流の大きさを調整する。かかるＤＣキャンセル機構３５５によって、間欠動作時にＰＤから出力される光量に応じた大きさの電流から、予め定義された大きさの電流（ＤＣ成分）を取り除いた差分の電流が、初段増幅器４５に入力される。これによって、一度の間欠動作で初段増幅器４５に入力される電荷量を大幅に低減することができ、初段増幅器４５の増幅率を上げることができる。

図６６は、第３の実施形態に係る光電変換部と初段増幅器の構成を示す図（２）である。図６６において、第１ＰＤ、第２ＰＤ、スイッチＳＷｓ１，ＳＷｓ２が、光電変換部３４０およびＤＣキャンセル機構３５５に対応する。

スイッチＳＷｓ１，ＳＷｓ２は、間欠受光の開始時にＯＮとなり、間欠受光終了時にＯＦＦとなるスイッチである。第１ＰＤが受光すると、電流がＶｃｃから回路側に流れ込む。一方、第２ＰＤが受光すると、電流が回路からグランド側に流れ出す。第１ＰＤと第２ＰＤを近接配置するとそれぞれの時点での両ＰＤの受光量は概ね等しくなり、両ＰＤで発生する電流の多くは両ＰＤを貫通して流れ、初段増幅器４７に向かって出力されない。これによって、光電変換部３４０から初段増幅器４７に入力される電気信号のＤＣ成分がカットされる。これによって、一度の間欠動作で初段増幅器４７に入力される電荷量を大幅に低減することができ、初段増幅器４７の増幅率を上げることができる。なお、スイッチＳＷｓ１、ＳＷｓ２のいずれか一方のスイッチのみをＯＮにすることで、ＤＣキャンセル機能を意図的にＯＦＦすることができる。

初段増幅器４７は、オペアンプ４７ａ、コンデンサＣ１，Ｃ２、スイッチＳＷｒ、スイッチＳＷｄを有する。初段増幅器４７は、ＱＶアンプ３５０に対応する。初段増幅器４６は、入力された電気信号を増幅し、増幅した電気信号を、出力する。たとえば、スイッチＳＷｒは、コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷をリセットするためのスイッチである。スイッチＳＲｄは、入射光量の測定を目的にＤＣキャンセル機能を意図的にＯＦＦする際に、ＤＣ成分が入力されてもオペアンプ４７ａがサチュレーション現象を起こさないよう、積分用のコンデンサの容量を増加させるために使用する。ＤＣキャンセル機能を意図的にＯＦＦし、スイッチＳＷｄをＯＮにすることで、初段増幅器４７は受光量に対応したＤＣ値を出力するので、図示しない外部回路を用いてこの電圧値を計測することで、センサの受光量を計測できる。

図６７は、第３の実施形態に係る光電変換部と初段増幅器の構成を示す図（３）である。図６７において、第１ＰＤ、第２ＰＤ、スイッチＳＷｓ１，ＳＷｓ２，ＳＷｓ３，ＳＷｓ４、ＤＡＣ４８ａ，４８ｃ、電流源４８ｂ，４８ｄが、光電変換部３４０およびＤＣキャンセル機構３５５に対応する。

スイッチＳＷｓ１，ＳＷｓ２，ＳＷｓ３，ＳＷｓ４は、間欠受光の開始時にＯＮとなり、間欠受光終了時にＯＦＦとなるスイッチである。第１ＰＤが受光すると、電流がＶｃｃから回路側に流れ込む。一方、第２ＰＤが受光すると、電流が回路からグランド側に流れ出す。

ＤＡＣ４８ａおよび電流源４８ｂは協働して動作し、スイッチＳＷｓ３がＯＮとなった際に、第２ＰＤからグランドに流れる電流をキャンセルすべく、ＶＣＣから回路側に電流を入力する。ＤＡＣ４８ａおよび電流源４８ｂは、予め定義されている時間と電流値との関係に従って、ＶＣＣ側から回路側に入力する電流の大きさを調整する。

更に、ＤＡＣ４８ｃおよび電流源４８ｄは協働して動作し、スイッチＳＷｓ４がＯＮとなった際に、第１ＰＤによって、ＶＣＣから回路に流れる電流をキャンセルすべく、回路の電流をグランドに逃がす。ＤＡＣ４８ｃおよび電流源４８ｄは、予め定義されている時間と電流値との関係に従って、回路の電流をグランドに逃がす電流の大きさを調整する。スイッチＳＷｓ３とスイッチＳＷｓ４は、第１ＰＤ、第２ＰＤいずれのＰＤの電流が大きいかに基づいて、いずれか一つのスイッチをONにすればよい。これにより、第１ＰＤ、第２ＰＤどちらのＰＤの電流が大きい場合でも、ＤＣキャンセルを行うことが可能になる。

上記のように、第１ＰＤ、第２ＰＤ、スイッチＳＷｓ１，ＳＷｓ２，ＳＷｓ３，ＳＷｓ４、ＤＡＣ４８ａ，４８ｃ、電流源４８ｂ，４８ｄが動作することで、初段増幅器４７に入力する電気信号からＤＣ成分がキャンセルされ、初段増幅器４７の増幅率を上げることができる。初段増幅器４７に関する説明は、図６６で行った説明と同様である。

図６８は、第３の実施形態に係る光電変換部と初段増幅器の構成を示す図（４）である。図６８において、第１ＰＤ、第２ＰＤ、スイッチＳＷｓ１，ＳＷｓ２，ＳＷｓ３、ＤＡＣ４９ａ、オペアンプ４９ｂ、Ｒｃが、光電変換部３４０およびＤＣキャンセル機構３５５に対応する。

スイッチＳＷｓ１，ＳＷｓ２，ＳＷｓ３は、間欠受光の開始時にＯＮとなり、間欠受光終了時にＯＦＦとなるスイッチである。第１ＰＤが受光すると、電流がＶｃｃから回路側に流れ込む。一方、第２ＰＤが受光すると、電流が回路からグランド側に流れ出す。

ＤＡＣ４９ａおよびオペアンプ４９ｂは協働して動作し、スイッチＳＷｓ３がＯＮとなった際に、第１ＰＤから回路に入力される電流と、第２ＰＤからグランドに流れる電流との差分の電流をキャンセルすべく、オペアンプ４９ｂからＶｒｅｆとＤＡＣ４９ａが出力する電位の差に対応した電流がＲｃに流れ、オペアンプ４９ｂに入力される。

上記のように、第１ＰＤ、第２ＰＤ、スイッチＳＷｓ１，ＳＷｓ２，ＳＷｓ３、ＤＡＣ４９ａ、オペアンプ４９ｂが動作することで、初段増幅器４７に入力する電気信号からＤＣ成分がキャンセルされ、初段増幅器４７の増幅率を上げることができる。初段増幅器４７に関する説明は、図６６で行った説明と同様である。

＜＜５．３．第３の実施形態に係る測定装置の効果＞＞
第３の実施形態に係る測定装置３００は、ＤＣキャンセル機構３５５を設ける。ＤＣキャンセル機構３５５は、光電変換部２４０から出力される電気信号の間欠的なＤＣ成分をキャンセルする回路である。たとえば、光電変換部３４０は、レーザーを間欠的に出力した際に反射される光（散乱光）を受光（間欠受光）し、電気信号に変換し、変換した電気信号をＱＶアンプ３５０に出力する。ここで、ＤＣキャンセル機構３５５は、かかる間欠受光においてそれぞれ変換される間欠的な電気信号のＤＣ成分をキャンセルする。ＤＣ成分をキャンセルすることで、ＱＶアンプ３５０の増幅率を上げることができる。

＜６．むすび＞
測定装置は、被検体へ光を照射する光源と、前記光源を間欠駆動させる駆動制御部と、前記被検体からの前記光の散乱光を受光して電気信号を生成する受光素子と、前記電気信号を積分回路によって増幅する増幅器とを有する。これによって、耐外光性を向上させ、低消費電力を図ることができる。

前記光源は、許容される出力光パワーに上限がある場合においても、発光効率が最大となる駆動電流によって、光を照射可能である。これによって、レーザー光源の消費電力を最小化することができる。

前記増幅器は、前記受光素子が前記散乱光を受光している期間に前記受光素子と接続して前記電気信号を取得し、前記受光素子が前記散乱光を受光していない期間に前記受光素子との接続を解除する接続解除部を有する。これにより、発光時以外の外光による電気信号を捨てることができ、耐外光性を向上させることができる。

前記増幅器から出力される電気信号の電位を保持し、電位を保持した電気信号を出力する電位保持回路を更に有する。これによって、ＤＣ信号の１／１０００以下の微小信号の安定増幅を可能にし、間欠駆動を行っても、ノイズの発生を抑止することができる。

前記駆動制御部は、前記増幅器および前記電位保持回路を更に間欠駆動させる。前記駆動制御部は、前記後段アンプを更に間欠駆動させる。これによって、消費電力を抑えることができる。

測定装置は、前記電位保持回路から出力される電気信号の低周波成分を除去するアナログフィルタを更に有する。前記アナログフィルタの過渡期に電位を印加する電位設定機構部を更に有する。前記電位設定機構部は、前記アナログフィルタの抵抗に、電位設定抵抗を並列接続することで、時定数を一時的に小さくし、前記アナログフィルタの電位を急速に静定させる。前記電位設定機構部は、前記増幅器の電源断前に、前記アナログフィルタを前記増幅器と切断し、前記増幅器の電位が静定した後に、前記アナログフィルタと前記増幅器とを接続する。これによって、アナログフィルタの電位が静定するまでに時間が短くなり、微小信号増幅可能期間を長くすることができる。

測定装置は、前記受光素子から前記増幅器に入力される電気信号の間欠的な直流成分を相殺する相殺機構部を更に有する。前記相殺機構部は、前記増幅器に電流を入力する電流源を用いて、前記受光素子から前記増幅器に入力される電気信号の間欠的な直流成分を相殺する。前記相殺機構部は、複数の受光素子を用いて、前記複数の受光素子から前記増幅器に入力される電気信号の間欠的な直流成分を相殺する。これによって、積分回路によって増幅する増幅器の直流成分による飽和を抑止し、積分回路によって増幅する増幅器の増幅率を上げることができる。

測定装置は、第１電気信号の低周波成分を除去する第１アナログフィルタと、第２電気信号の低周波成分を除去する第２アナログフィルタと、前記第１アナログフィルタの過渡期に電位を印加する第１電位設定機構部と、前記第２アナログフィルタの過渡期に電位を印加する第２電位設定機構部と、前記第１アナログフィルタから出力される低周波成分を除去した第１電気信号と、前記第２アナログフィルタから出力される低周波成分を除去した第２電気信号と差を増幅し、増幅した電気信号を出力する差動増幅回路とを有する。これによって、ノイズ成分がキャンセルされ、差動増幅回路から出力される電気信号を用いて、血流信号を計算する場合の精度を向上させることができる。

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
被検体へ光を照射する光源と、
前記光源を間欠駆動させる駆動制御部と、
前記被検体からの前記光の散乱光を受光して電気信号を生成する受光素子と、
前記電気信号を積分回路によって増幅する増幅器と
を有する測定装置。
（２）
前記増幅器は、前記受光素子が前記散乱光を受光している期間に前記受光素子と接続して前記電気信号を取得し、前記受光素子が前記散乱光を受光していない期間に前記受光素子との接続を解除する接続解除部を有する前記（１）に記載の測定装置。
（３）
前記増幅器から出力される電気信号の電位を保持し、電位を保持した電気信号を出力する電位保持回路を更に有する前記（１）または（２）に記載の測定装置。
（４）
前記駆動制御部は、前記増幅器および前記電位保持回路を更に間欠駆動させる前記（３）に記載の測定装置。
（５）
前記電位保持回路から出力される電気信号の低周波成分を除去するアナログフィルタを更に有する前記（３）または（４）に記載の測定装置。
（６）
前記アナログフィルタから出力される低周波成分が除去された電気信号を増幅する後段アンプを更に有する前記（５）に記載の測定装置。
（７）
前記後段アンプは、非反転増幅回路または反転増幅回路である前記（６）に記載の測定装置。
（８）
前記駆動制御部は、前記後段アンプを更に間欠駆動させる前記（６）または（７）に記載の測定装置。
（９）
前記アナログフィルタの過渡期に電位を印加する電位設定機構部を更に有する前記（５）に記載の測定装置。
（１０）
前記電位設定機構部は、前記アナログフィルタの抵抗に、電位設定抵抗を並列接続して、時定数を一時的に小さくし、前記アナログフィルタの電位を急速に静定させる前記（９）に記載の測定装置。
（１１）
前記電位設定機構部は、前記増幅器の電源断前に、前記アナログフィルタを前記増幅器と切断し、前記増幅器の電位が静定した後に、前記アナログフィルタと前記増幅器とを接続する前記（９）または（１０）に記載の測定装置。
（１２）
前記受光素子から前記増幅器に入力される電気信号の間欠的な直流成分を相殺する相殺機構部を更に有する前記（１）に記載の測定装置。
（１３）
前記相殺機構部は、前記増幅器に電流を入力する電流源を用いて、前記受光素子から前記増幅器に入力される電気信号の間欠的な直流成分を相殺する前記（１２）に記載の測定装置。
（１４）
前記相殺機構部は、複数の受光素子を用いて、前記複数の受光素子から前記増幅器に入力される電気信号の間欠的な直流成分を相殺する前記（１２）または（１３）に記載の測定装置。
（１５）
前記光源は、常時発光と比較して発光効率が向上する駆動電流によって、間欠的に光を照射する前記（１）〜（１４）のいずれか一つに記載の測定装置。
（１６）
コンピュータが、
被検体へ光を照射する光源を間欠駆動させ、
前記被検体からの前記光の散乱光を受光して電気信号を生成する受光素子であって、前記受光素子によって生成された前記電気信号を積分回路によって増幅する
処理を実行する測定方法。
（１７）
第１電気信号の低周波成分を除去する第１アナログフィルタと、
第２電気信号の低周波成分を除去する第２アナログフィルタと、
前記第１アナログフィルタの過渡期に電位を印加する第１電位設定機構部と、
前記第２アナログフィルタの過渡期に電位を印加する第２電位設定機構部と、
前記第１アナログフィルタから出力される低周波成分を除去した第１電気信号と、前記第２アナログフィルタから出力される低周波成分を除去した第２電気信号と差を増幅し、増幅した電気信号を出力する差動増幅回路と
を有する測定装置。

１００，２００，３００ 測定装置
１１０，２１０，３１０ タイミング制御部
１１５，２１５，３１５ 間欠動作部
１２０，２２０，３２０ 間欠駆動レーザードライバ
１３０，２３０，３３０ レーザー光源
１４０，２４０，３４０ 光電変換部
１５０，２５０，３５０ ＱＶアンプ
１６０，２６０，３６０ Ｓ＆Ｈ回路
１７０，２７０，３７０ アナログフィルタ
１８０，２８０，３８０ ＡＣアンプ
２７５ 急速電位設定機構
３５５ ＤＣキャンセル機構

Claims (17)

1. 被検体へ光を照射する光源と、
   前記光源を間欠駆動させる駆動制御部と、
   前記被検体からの前記光の散乱光を受光して電気信号を生成する受光素子と、
   前記電気信号を積分回路によって増幅する増幅器と
   を有する測定装置。
2. 前記増幅器は、前記受光素子が前記散乱光を受光している期間に前記受光素子と接続して前記電気信号を取得し、前記受光素子が前記散乱光を受光していない期間に前記受光素子との接続を解除する接続解除部を有する請求項１に記載の測定装置。
3. 前記増幅器から出力される電気信号の電位を保持し、電位を保持した電気信号を出力する電位保持回路を更に有する請求項１に記載の測定装置。
4. 前記駆動制御部は、前記増幅器および前記電位保持回路を更に間欠駆動させる請求項３に記載の測定装置。
5. 前記電位保持回路から出力される電気信号の低周波成分を除去するアナログフィルタを更に有する請求項４に記載の測定装置。
6. 前記アナログフィルタから出力される低周波成分が除去された電気信号を増幅する後段アンプを更に有する請求項５に記載の測定装置。
7. 前記後段アンプは、非反転増幅回路または反転増幅回路である請求項６に記載の測定装置。
8. 前記駆動制御部は、前記後段アンプを更に間欠駆動させる請求項７に記載の測定装置。
9. 前記アナログフィルタの過渡期に電位を印加する電位設定機構部を更に有する請求項５に記載の測定装置。
10. 前記電位設定機構部は、前記アナログフィルタの抵抗に、電位設定抵抗を並列接続して、時定数を一時的に小さくし、前記アナログフィルタの電位を急速に静定させる請求項９に記載の測定装置。
11. 前記電位設定機構部は、前記増幅器の電源断前に、前記アナログフィルタを前記増幅器と切断し、前記増幅器の電位が静定した後に、前記アナログフィルタと前記増幅器とを接続する請求項９に記載の測定装置。
12. 前記受光素子から前記増幅器に入力される電気信号の間欠的な直流成分を相殺する相殺機構部を更に有する請求項１に記載の測定装置。
13. 前記相殺機構部は、前記増幅器に電流を入力する電流源を用いて、前記受光素子から前記増幅器に入力される電気信号の間欠的な直流成分を相殺する請求項１２に記載の測定装置。
14. 前記相殺機構部は、複数の受光素子を用いて、前記複数の受光素子から前記増幅器に入力される電気信号の間欠的な直流成分を相殺する請求項１３に記載の測定装置。
15. 前記光源は、常時発光と比較して発光効率が向上する駆動電流によって、間欠的に光を照射する請求項１に記載の測定装置。
16. コンピュータが、
    被検体へ光を照射する光源を間欠駆動させ、
    前記被検体からの前記光の散乱光を受光して電気信号を生成する受光素子であって、前記受光素子によって生成された前記電気信号を積分回路によって増幅する
    処理を実行する測定方法。
17. 第１電気信号の低周波成分を除去する第１アナログフィルタと、
    第２電気信号の低周波成分を除去する第２アナログフィルタと、
    前記第１アナログフィルタの過渡期に電位を印加する第１電位設定機構部と、
    前記第２アナログフィルタの過渡期に電位を印加する第２電位設定機構部と、
    前記第１アナログフィルタから出力される低周波成分を除去した第１電気信号と、前記第２アナログフィルタから出力される低周波成分を除去した第２電気信号と差を増幅し、増幅した電気信号を出力する差動増幅回路と
    を有する測定装置。

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