JP3826812B2

JP3826812B2 - 光学式計測装置

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Publication number: JP3826812B2
Application number: JP2002038434A
Authority: JP
Inventors: 哲也仲島; 射延　　恭二; 誠治永草; 禎祐木村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: US6922577B2; JP2003240716A; US20030158486A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式計測装置に係り、例えば、人の体の一部に装着して血液の流れ等を電気信号にして取り出して計測する装置に適用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体信号を検出する装置として、携帯タイプの光学式計測装置が知られている。この装置は被験者の腕などに装着して使用され、生体信号を検出するセンサと、このセンサが検出した生体信号を監視装置へ伝送する送信回路と、前記センサ及び前記送信回路を作動させるための電力を蓄えた電池とを備えている。
【０００３】
ところが、被験者の健康状態を正確に監視しようとすると、生体信号を高頻度で検出することが必要であり、消費電力の増大を招く。生体信号検出装置は、被験者の腕などに装着して使用されるので、容量の大きい大型の電池を用いることは困難である。このため、頻繁に電池を交換する必要があり、手間がかかるとともに運用上のコスト上昇を招いていた。
【０００４】
また、検出できる生体信号としては、脈拍数、脈拍間隔といった時間軸情報が主であり、生体異常予知に必要とされる情報、例えば、脈拍振幅の絶対値（受光信号の絶対値）とその経時変化などの振幅の微細変化情報の検出が困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、検出精度を確保しつつ低消費電力化を図ることができる光学式計測装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
今、図６に示すように、発光素子２０１に対応して受光素子２０２が用意され、受光素子２０２と増幅器２０４をコンデンサ２０３にてカップリング（ＡＣカップリング）し、増幅器２０４の出力信号をＡ／Ｄ変換器２０５を通して取り出す場合を考える。図７に示すように、受光素子２０２の出力信号（Ｖ１）に対し増幅器２０４の入力側信号（Ｖ２）はゼロレベルを中心に変動することになり、この信号（Ｖ２）が増幅器２０４にて増幅されて増幅信号（Ｖ３）が得られる。
【０００７】
ここで、発光素子２０１において発光動作させるための消費電力を少なくすべく発光素子２０１をデューティ駆動することを考える。具体的には、図８に示すように、発光素子３０１に流す電流をオン／オフ制御することとし、受光素子３０２の出力は増幅器３０３を介してＡ／Ｄ変換する。ところが、図９に示すように、増幅器３０３のフルスケールが０ボルトから受光信号の変動成分を含む幅（範囲）となり、フルスケールに対する受光信号での変動成分の振幅としては小さいものしか得られずＡ／Ｄ変換後において精度が悪いものとなってしまう。換言すると、検出信号が微弱で多くの直流成分を持っているため、そのまま増幅すると容易にフルスケールを超えてしまう。
【０００８】
そこで、本発明者らは、図１０に示すように、受光信号（Ｖ１）を減算器４０３に送り、ここで、当該受光信号（Ｖ１）に対し直流成分を減算させ、その信号を増幅器４０４にて増幅することを考えた。これにより、図１１に示すように、受光信号（Ｖ１）に対し直流成分を差し引いた信号（Ｖ２）を得て、この信号（Ｖ２）を増幅器４０４で増幅する。ここで、フルスケールに対する振幅としては大きいものが得られ、Ａ／Ｄ変換後においては精度のよいものとなる。
【０００９】
つまり、請求項１に記載の光学式計測装置は、所定の周期にて所定時間だけ電池から電力の供給を受けて発光素子から被検出対象に向けて光を発するとともに被検出対象からの反射光を受光素子にて受けるセンサと、前記受光素子からの受光信号を直接Ａ／Ｄ変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、受光素子からの受光信号に対し直流成分を減算して変動成分を抽出するための減算器と、減算器の出力信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力信号をＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、前記受光素子からの受光信号を直接Ａ／Ｄ変換した第１のＡ／Ｄ変換値を取り込み、該第１のＡ／Ｄ変換値が予め定めた上限値又は下限値を外れた場合に、前記直流成分のレベルを補正する直流成分補正手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
よって、センサの発光素子がデューティ駆動され（所定のサンプリング周期において所定のデューティ比で駆動され）、この際、電池の電力が使われる。減算器において、受光素子からの受光信号に対し直流成分が減算されて変動成分が抽出される。そして、減算器の出力信号が増幅器およびＡ／Ｄ変換器によって増幅およびＡ／Ｄ変換される。その結果、図８に示した方式に比較して振幅としては大きなものが得られる。また、このようにして充分大きな振幅が得られることにより、デューティ駆動でのサンプリング周期における発光素子の発光時間を短くすることができる。これにより、検出精度を確保しつつ低消費電力化を図ることができる。
【００１１】
また、Ａ／Ｄ変換器によるＡ／Ｄ変換値を用いて直流成分のレベルを補正する直流成分補正手段は、受光素子からの受光信号を直接Ａ／Ｄ変換した値（第１のＡ／Ｄ変換値）が予め定めた上限値又は下限値を外れた場合に、前記直流成分のレベルを補正するものとすると、受光信号が急峻に変化した場合の対応が可能となる。また、請求項２に記載のように、直流成分補正手段は、第１のＡ／Ｄ変換値が予め定めた上限値よりも大きくなった場合には直流成分のレベルを大きくする補正を行い、同第１のＡ／Ｄ変換値が予め定めた下限値よりも小さくなった場合には直流成分のレベルを小さくする補正を行うものとするとよい。また、請求項３に記載のように、直流成分補正手段は、第１のＡ／Ｄ変換値が予め定めた上限値又は下限値を外れていない場合であっても、第２のＡ／Ｄ変換器による第２のＡ／Ｄ変換値の時間的な変化をモニターした結果、第２のＡ／Ｄ変換値が上昇傾向または下降傾向にあると判定される場合に、その変化に基づいて直流成分のレベルを補正するもの、詳しくは、請求項４に記載のように、第２のＡ／Ｄ変換値の時間的な変化として増加傾向にあるときには、直流成分のレベルを大きくする補正を行い、減少傾向にあるときには、直流成分のレベルを小さくする補正を行うものとすると、より確実に測定することが可能となる。
【００１３】
また、請求項５に記載のように、第２のＡ／Ｄ変換器による第２のＡ／Ｄ変換値に加えて補正後の直流成分を後段に送るようにすると、両データの総和が受光信号の絶対値となり、振幅の微細変化情報を得ることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施形態における光学式計測装置の全体構成を示す。
【００１７】
本実施形態における光学式計測装置は生体信号を検出するための装置であって、人体の一部、具体的には被験者の上腕部等に装着して使用される。また、図１に示す装置はアンテナ４１を通して監視装置（図示略）にデータを伝送することができるようになっている。また、この監視装置は受信装置として機能するだけでなく充電器としても機能し、図１に示す装置を監視装置に取り付けることにより二次電池５０を充電することができるようになっている。
【００１８】
以下、詳しく説明していく。
同装置は、センサ１０とアナログ信号処理回路２０とマイコン３０と送信回路４０とアンテナ４１と二次電池５０と使用検知素子５１を備えている。
【００１９】
生体信号を検出するためのセンサ１０は、発光素子１１と受光素子１２を備えている。本実施形態では、発光素子１１として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用い、受光素子１２としてフォトダイオード（ＰＤ）を用いている。そして、発光素子（ＬＥＤ）１１から被検出対象である血管（皮膚）に向けて光を発するとともに被検出対象からの反射光を受光素子（ＰＤ）１２にて受けるようになっている。発光素子１１はデューティ駆動され、所定の周期（＝５０ｍｓ）にて所定時間(＝８０μｓ)だけ駆動され、それに伴ない受光素子１２から受光信号ＳＧ１が得られる。
【００２０】
アナログ信号処理回路２０は、センサ１０の受光素子（ＰＤ）１２からの信号ＳＧ１を入力してアナログ信号処理を行うものであり、減算器２１と増幅器２２を備えている。減算器２１は、受光素子１２からの受光信号ＳＧ１に対し直流成分ＳＧ３を減算して出力する。増幅器２２は減算器２１の出力信号を増幅して出力する。
【００２１】
マイコン３０は、信号処理回路３１とＣＰＵ（中央処理装置）３２とメモリ３３とパルス発生回路３４とＡ／Ｄ変換器３５，３６とＤ／Ａ変換器３７を備えている。ＣＰＵ３２は、マイコン全体の動きを制御するためのものであり、センサ１０の発光素子１１を前述したように所定のサンプリング周期（＝５０ｍｓ）にて所定時間(＝８０μｓ)だけ駆動する。Ａ／Ｄ変換器３６は、増幅器２２の出力信号ＳＧ２をＡ／Ｄ変換して信号処理回路３１に送る。Ａ／Ｄ変換器３５は、受光素子１２からの受光信号ＳＧ１を直接、Ａ／Ｄ変換して信号処理回路３１に送る。Ｄ／Ａ変換器３７は信号処理回路３１からのデータをＤ／Ａ変換して減算器２１への信号ＳＧ３、即ち、所定の直流成分レベルを生成する。信号処理回路３１にはＣＰＵ３２が接続されている。そして、Ａ／Ｄ変換器３５，３６からのＡ／Ｄ変換値は信号処理回路３１を通してＣＰＵ３２に送られるとともに、ＣＰＵ３２は信号処理回路３１を通してＤ／Ａ変換器３７にＤ／Ａ変換する値を指令する。ＣＰＵ３２はメモリ３３およびパルス発生回路３４と接続されている。
【００２２】
信号処理回路３１には送信回路４０が接続され、この送信回路４０にはアンテナ４１が接続されている。送信回路４０とアンテナ４１により、デジタル処理されたデータを監視装置（図示略）へワイヤレスで伝送することができるようになっている。
【００２３】
二次電池５０には、全ての機器を作動させる電力が蓄えられ、二次電池５０の電力はセンサ１０（発光素子１１）とアナログ信号処理回路２０とマイコン３０と送信回路４０に供給されるようになっている。この電力の供給にてセンサ１０等の各機器を作動させることができるようになる。つまり、発光素子１１においては、所定のサンプリング周期（＝５０ｍｓ）にて所定時間（＝８０μｓ）だけ二次電池５０から電力の供給を受けて被検出対象である血管（皮膚）に向けて光を発する。また、二次電池５０は使用感知素子５１からの信号を入力する。つまり、充電を終えた計測装置（生体信号検出装置）を使用するために監視装置（図示略）から取り外すと、使用感知素子５１は、二次電池５０から各機器に対し電力の供給を許可する信号を出力する。
【００２４】
また、ＣＰＵ３２は二次電池５０の電圧（充電電圧）をモニターしている。
次に、本測定装置の作用について説明する。
図２には、各種の波形を示す。この図２において、受光素子（ＰＤ）１２の出力信号（受光信号）ＳＧ１と、増幅器２２の出力信号ＳＧ２と、減算器２１への直流成分信号ＳＧ３を示す。
【００２５】
また、図３，４は、ＣＰＵ３２における処理内容を示すフローチャートである。
まず、図１，２を用いて説明する。
【００２６】
図１のパルス発生回路３４にて正確なサンプリングタイミングが発生し、ＣＰＵ３２はサンプリング時間になるとセンサ１０の発光素子（ＬＥＤ）１１に電力を供給し、センシングが開始される。発光素子１１が発光すると、光が人体の皮膚を通して内部に入り毛細血管に到達して一部が吸収されるとともに、反射散乱されて皮膚内部から戻り、その戻る光が受光素子（ＰＤ）１２にて受光される。
【００２７】
受光素子１２にて受光する光は、このような毛細血管などに当たって人体内部から戻る光と、皮膚での表面反射による光とがある。よって、図２での受光素子１２の出力信号ＳＧ１の波形として、表面反射による直流成分に脈動成分（変動成分）が重畳したものが得られる。
【００２８】
検出された信号ＳＧ１は、アナログ信号処理回路２０に入り、減算器２１において受光素子１２からの受光信号ＳＧ１に対して直流成分ＳＧ３が減算され、脈動成分（変動成分）が抽出される。この脈動成分の抽出において、ＣＰＵ３２により、減算器２１への直流成分のレベルを補正しつつ（過去の直流成分の変化から予測された直流成分データをＤ／Ａ変換器３７へフィードバックしつつ）今回のサンプリング時の脈動成分を取り出す方法を採っている。換言すれば、ＣＰＵ（中央処理装置）３２で直流成分を計算し、アナログ信号処理回路２０にフィードバックしている。
【００２９】
具体的には、（ｉ）直流成分がゆっくり変化した場合の予測処理、および、（ｉｉ）体動やセンサずれによる直流成分が急峻に変化したときに、最新の直流成分値をただちにフィードバックしてデータの欠落を最小限にする処理を行う。この（ｉ），（ｉｉ）の具体的処理については後ほど図３，４を用いて説明する。
【００３０】
受光素子１２からの信号ＳＧ１中の脈動成分の値は非常に微弱であるため、減算器２１の出力はアナログ信号処理回路２０内の増幅器２２にて増幅され、Ａ／Ｄ変換器３６に取り込まれ、Ａ／Ｄ変換される。一方、受光素子１２の出力信号ＳＧ１は直接、Ａ／Ｄ変換器３５にてＡ／Ｄ変換される。これらＡ／Ｄ変換器３５，３６にてデジタル化されたデータは信号処理回路３１を介してＣＰＵ３２に取り込まれる。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換器３６を通して取り込まれたデータ（脈動成分データ及び直流成分データ）およびＡ／Ｄ変換器３５を通して取り込まれたデータは、メモリ３３に保存される。ＣＰＵ３２は、データの保存を終えると、センサ１０の発光素子（ＬＥＤ）１１への電力供給を停止する。その後、データの伝送処理が行われる。
【００３２】
このような一連の処理は具体的には次のように行われる。
ＣＰＵ３２は、図３のステップ１００で初期設定を行う。具体的には、変数のクリア、基準サンプリング時間データセット（２０Ｈｚ）、通信ボーレート設定、通信フォーマットセット等を行う。そして、ＣＰＵ３２は、ステップ１０１において発光タイミングであるか判定し、発光タイミングであると、ステップ１０２で二次電池５０の電圧値を読み込み、ステップ１０３において電圧低下が発生していないか判定する。電圧低下が発生していると、ステップ１０４で発光素子（ＬＥＤ）１１の通電電流値を高く設定して必要な発光強度（輝度）を維持する。
【００３３】
引き続き、ＣＰＵ３２は、ステップ１０５において発光素子（ＬＥＤ）１１を通電して点灯させる。そして、ＣＰＵ３２はステップ１０６で受光素子（ＰＤ）１２から減算器２１と増幅器２２を通過した信号ＳＧ２のＡ／Ｄ変換値、および直接の受光信号ＳＧ１のＡ／Ｄ変換値に対しデータサンプリングを行った後、ステップ１０７で発光素子（ＬＥＤ）１１での通電を終了して消灯させる。
【００３４】
その後、ＣＰＵ３２は図４のステップ１０８，１０９で、受光素子１２からの受光信号ＳＧ１を直接Ａ／Ｄ変換した値が予め定めた上限値または下限値を外れていないか判定し、外れていないとステップ１１０で当該データをメモリ３３に格納する。一方、受光信号ＳＧ１のＡ／Ｄ変換値が予め定めた上限値または下限値を外れていると、ステップ１１１において直流成分のレベルを補正する。詳しくは、直流成分補正手段としてのＣＰＵ３２は、受光素子１２からの受光信号ＳＧ１を直接Ａ／Ｄ変換した値が予め定めた上限値よりも大きくなった場合には直流成分のレベルを大きくする補正を行い、また、受光素子１２からの受光信号ＳＧ１を直接Ａ／Ｄ変換した値が予め定めた下限値よりも小さくなった場合には直流成分のレベルを小さくする補正を行う。
【００３５】
このステップ１１１の処理や後記するステップ１１３の処理を実行することにより、次回のサンプリングのために直流成分のレベルが補正されることになる（予測計算されることになる）。
【００３６】
ステップ１１０の処理後において、ＣＰＵ３２はステップ１１２で、Ａ／Ｄ変換器３６によるＡ／Ｄ変換値が上昇傾向あるいは下降傾向にあるか判定し、いずれかの傾向があるとステップ１１３において上昇率・下降率に応じて直流成分のレベルを補正する。具体的には、最新の３２個分のデータの平均値と、その前の３２個分のデータの平均値との差を求め、この差分に係数をかけるたものを現在の直流成分値に加算する。
【００３７】
詳しくは、例えば、図５において期間Ｔ１に示すごとくＡ／Ｄ変換値の時間的な変化として増加傾向にあるときには、直流成分のレベルを大きくする補正を行う。その結果、図５においてｔ１のタイミングにて直流成分のレベルが大きくなることにより、減算器２１の出力を増幅した後の波形としては、Δ１だけレベルが下がることになる。一方、図５において期間Ｔ２に示すごとく減少傾向にあるときには、直流成分のレベルを小さくする補正を行う。その結果、図５においてｔ２のタイミングにて直流成分のレベルが小さくなることにより、減算器２１の出力を増幅した後の波形としては、Δ２だけレベルが上がることになる。
【００３８】
このように、直流成分補正手段としてのＣＰＵ３２は、Ａ／Ｄ変換器３６によるＡ／Ｄ変換値の時間的な変化をモニターしてその変化に基づいて直流成分のレベルを補正する。
【００３９】
図４において前述のステップ１１１あるいはステップ１１３を処理した後、ＣＰＵ３２はステップ１１４においてデータカウンタを１インクリメントし、さらに、ステップ１１５において送信回路４０を駆動して送信許可を与えるとともにスリープを解除する。そして、ＣＰＵ３２はステップ１１６で送信データをセットする。これにより、所定のタイミングでデータが送信回路４０およびアンテナ４１を通して監視装置に送られることなる。その後、ＣＰＵ３２はステップ１１７で送信禁止およびスリープ設定を行う。これが終わると、図３のステップ１００に戻る。
【００４０】
図４でのステップ１１４〜１１７の処理（データ伝送処理）に関して、伝送するデータは、メモリ３３に保存された脈動成分データと直流成分データ及びこのサンプリングが何回目なのかを表すデータカウント値の３つであり、これらデータが通信のためのフォーマット形式に変換される。伝送開始時には、送信回路４０がそれまでの電力低減状態（スリープモード）から解除される。また、送信回路４０が送信可能状態に設定されると、データが送信回路４０を通して監視装置にワイヤレスで伝送される。そして、伝送が終わると送信可能モードが解除され、次のサンプリング時間まで送信回路４０がスリープモードに設定される。
【００４１】
このようにして、Ａ／Ｄ変換器３６によるＡ／Ｄ変換データに加えて直流成分データが後段の監視装置に無線にて送られる。
一方、生体信号検出装置は、未使用となった時に監視装置（充電器）に取り付けると、内蔵した充電回路より生体信号検出装置内の二次電池５０に充電を始める。
【００４２】
この際、充電回路は充電完了確認機能を有しているため、過充電によって二次電池５０に不具合が発生することを防止でき、生体信号検出装置を監視装置（充電器）に取り付けたままでも二次電池５０に悪影響を及ぼすことはない。
【００４３】
再度使用する場合は、監視装置（充電器）から取り外すことで生体信号検出装置は動作をはじめ、被験者の体の部位に装着することで検出が可能となる。
このため、電池の交換の手間がかからないとともに、運用コストも低減できる。
【００４４】
ここで、光学式計測装置（生体信号検出装置）においては、発光素子（ＬＥＤ）１１での発光に多くの電力が必要となる。電池交換の手間を無くすため二次電池を採用するが、一次電池に比較してエネルギー密度が低いため消費電力を減らす必要があり、発光素子（ＬＥＤ）を点灯させるために全消費電力のうちの多くがこれに充てられる。今、図１２に示す構成とした場合をついて考える。つまり、発光素子５０１と受光素子５０２とコンデンサ５０３を備え、コンデンサカップリング（コンデンサ５０３）によりＤＣ成分をカットして微小変化量のみが通過する構成とした場合を考える。消費電力を下げるためにはスイッチ５０４のオン時間（ＬＥＤ５０１の発光時間）を短くしていくことになる。ところが、図１３に示すように、図１２でのコンデンサ５０３の時定数の関係による不具合、即ち、放電時間割合が長いと信号の電位を保持しきれないため信号精度が犠牲になり、そのため、精度の許容値から発光時間（デューティ比）を短縮できなかった。即ち、検出する生体信号がアナログの連続値のため、発光素子（ＬＥＤ）５０１をある程度の時間点灯させる必要があった。また、コンデンサ５０３で脈波信号（Ｖ１：図１３では説明上、直線としている）から擬似脈波波形（Ｖ２）を整形しているため、信号精度も落ちている。このように、図１２に示す構成とした場合には、消費電力と信号精度の間がトレードオフの関係になっている。よって、精度の許容値から、デューティ比は２０％程度となってしまう。
【００４５】
これに対し、図１に示す本実施形態においては、センシングした脈波信号をそのままデータ処理できるため、デューティ比をセンシングに必要な時間のみ（アナログ部品の伝播特性＋マイコンでのＡ／Ｄの変換時間＝８０［μｓ］）に短縮することができる。つまり、ＬＥＤ発光デューティ比は８０［μｓ］／５０［ｍｓ］（サンプリング周期）＝０．１６％となり、センサでの消費電力を図１２の構成とした場合の２０％から０．１６％へ１／１００以下に低減することができる。
【００４６】
生体信号データをメモリ３３に保存した後は、次のサンプリング時間までセンサの発光素子（ＬＥＤ）１１を消灯することで、サンプリング間隔の９９．８％の時間を消灯（ＬＥＤをオフ）させることができ、消費電力を減らすことができる。その結果、信号の精度とは無関係に低消費電力化を実現することができる。
【００４７】
また、図１２の構成においては、コンデンサカップリング（コンデンサ５０３）によりＤＣ成分をカットしていること（微小変化量のみが通過）により、生体異常予知指標等が含まれている極低周波（脈波基線の揺らぎ）や信号の絶対値のデータが失われてしまう。
【００４８】
これに対し、本実施形態においては、間接的に、脈波に含まれるＤＣ成分（ＳＧ３）をＡ／Ｄ変換器３６で取り込み、マイコン３０内で処理し、直流成分データとして減算器２１にフィードバックすることで、脈波信号データ及びＤＣ値データの収集を実現している。詳しくは、脈波信号データとＤＣ値（直流成分）データの加算により生データが得られることから、信号の絶対値収集が可能である。つまり、アナログ信号処理回路２０の減算器２１にて減算した後の微弱信号のみを増幅し、生体信号データとしてメモリ３３に保存する。この時、アナログ信号処理回路２０にフィードバックした直流成分データもメモリ３３に保存することで、その総和が生体信号の絶対値となり、振幅の微細変化情報の検出が可能となる。このことにより、図２に示すごとく、脈波の基線の揺らぎ（挙動）を計測することが可能となる。
【００４９】
さらに、図１２の構成では、脈波データの分解能を上げるべく増幅器５０５において信号の増幅を行った後、コンデンサ５０３により生成した擬似波形を脈波波形形状に近づけるためにローパスフィルタ５０６を通過させ（階段状の波形を滑らかに鈍らせ）、Ａ／Ｄ変換器５０７にてデータとして収集する。このため、急峻なデータ変化において信号精度が低下する。
【００５０】
これに対し、本実施形態においては、生の脈波データを扱っているため、増幅後に直接、マイコン３０に取り込むことが可能であり、高精度のデータ収集を実現することができる。
【００５１】
図３，４に示すフローチャート（フィードバックデータ処理のアルゴリズム）において、体動・センサのズレなど脈波データが急峻に変化した場合や、図２に示す脈波基線の揺らぎでアナログデータの入力範囲を超えてしまった場合のデータ欠落を最小限にすることができる。即ち、図４のステップ１０８，１０９，１１１の処理を実行することにより、急峻に変化した時の対応が可能であり、ステップ１１２，１１３の処理を実行することにより、上昇・下降傾向にある時の予測を行うことができる。その結果、より正確に測定することが可能となる。
【００５２】
また、図１２の構成では、脈波データ（変化量）のみを収集しており、この収集データは処理を行い、脈波の間隔情報（周波数）については得ることができる。
【００５３】
本実施形態においては、脈波データ（変化量）に加え、ＤＣ成分データの収集が可能となり、これにより、図２に示す脈波基線の揺らぎや振幅の絶対値（受光信号の絶対値）といった新たな情報の収集を行うことが可能となる。
【００５４】
以上説明してきたように、本実施形態においては、生体信号に基づいて医師などが行う被験者の診断の正確性を低下させることなく消費電力を減らすことができ、かつ、生体信号中の振幅の微細変化情報の検出が可能となる。また、図８に示す方式との比較においては、振幅としては大きなものが得られ、また、このようにして充分大きな振幅が得られることにより、デューティ駆動でのサンプリング周期における発光素子１１の発光時間を短くすることができる。これにより、検出精度を確保しつつ低消費電力化を図ることができる。
【００５５】
以下に応用例を説明する。
図１４に示すように、発光素子１１のドライバ６０において複数の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を配置し、この抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を選択することにより通電電流ｉを可変にし、少なくとも図１のＡ／Ｄ変換器３６によるＡ／Ｄ変換値に基づいて発光素子１１の発光強度を調整するようにしてもよい。
【００５６】
詳しくは、図１５に示すように、Ａ／Ｄ変換器３６によるＡ／Ｄ変換値に対する上限レベルと下限レベルが決められており、受光信号レベル（ＳＧ２）が上限レベルに達すると直流成分のレベルを強制的に所定値だけ下げ（現象Ａ）、また、受光信号レベル（ＳＧ２）が下限レベルに達すると直流成分のレベルを強制的に所定値だけ上げる（現象Ｂ）ようにする。そして、所定期間において、この直流成分のレベルの強制変更動作が所定回以上続くか否か判定し（現象Ａと現象Ｂを繰り返して所定回以上続くか否か判定し）、所定回以上続くならば、発光素子１１の通電電流ｉを小さくする（発光強度を下げる）。これにより、脈波振幅が大きい場合に感度を下げることができる（感度を自動調節することができる）。
【００５７】
このように、Ａ／Ｄ変換器３６によるＡ／Ｄ変換値が所定の範囲から外れる状況が継続すると、発光素子１１の発光強度を弱くしてもよい。
また、図１６に示すように、所定測定期間における最大値と最小値との差（振幅）Ｖｐが所定以内となる場合が所定判定期間において所定回数以上存在するならば、発光素子１１の通電電流ｉを大きくする（発光強度を上げる）。これにより、脈波振幅が小さい場合に感度を上げることができる（感度を自動調節することができる）。
【００５８】
このように、Ａ／Ｄ変換器３６によるＡ／Ｄ変換値の時間的変化において当該Ａ／Ｄ変換値が所定の範囲内に入っているときは、発光素子１１の発光強度を強くするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における光学式計測装置の全体構成を示す図。
【図２】作用説明のための波形を示す図。
【図３】作用説明のためのフローャート。
【図４】作用説明のためのフローチャート。
【図５】作用説明のための波形を示す図。
【図６】本発明を説明するために用いた比較のための構成図。
【図７】本発明を説明するために用いた比較のための波形図。
【図８】本発明を説明するために用いた比較のための構成図。
【図９】本発明を説明するために用いた比較のための波形図。
【図１０】本発明を説明するために用いた構成図。
【図１１】本発明を説明するために用いた波形図。
【図１２】本発明を説明するために用いた比較のための構成図。
【図１３】本発明を説明するために用いた比較のための波形図。
【図１４】応用例を説明するための構成図。
【図１５】応用例を説明するための波形図。
【図１６】応用例を説明するための波形図。
【符号の説明】
１０…センサ、１１…発光素子、１２…受光素子、２０…アナログ信号処理回路、２１…減算器、２２…増幅器、３０…マイコン、３１…信号処理回路、３２…ＣＰＵ、３３…メモリ、３４…パルス発生回路、３５…Ａ／Ｄ変換器、３６…Ａ／Ｄ変換器、３７…Ｄ／Ａ変換器、４０…送信回路、４１…アンテナ、５０…二次電池、５１…使用感知素子。

Claims

所定の周期にて所定時間だけ電池（５０）から電力の供給を受けて発光素子（１１）から被検出対象に向けて光を発するとともに被検出対象からの反射光を受光素子（１２）にて受けるセンサ（１０）と、
前記受光素子（１２）からの受光信号（ＳＧ１）を直接Ａ／Ｄ変換する第１のＡ／Ｄ変換器（３５）と、
前記受光素子（１２）からの受光信号（ＳＧ１）に対し直流成分（ＳＧ３）を減算して変動成分を抽出するための減算器（２１）と、
前記減算器（２１）の出力信号を増幅する増幅器（２２）と、
前記増幅器（２２）の出力信号（ＳＧ２）をＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄ変換器（３６）と、
前記受光素子（１２）からの受光信号（ＳＧ１）を直接Ａ／Ｄ変換した第１のＡ／Ｄ変換値を取り込み、該第１のＡ／Ｄ変換値が予め定めた上限値又は下限値を外れた場合に、前記直流成分（ＳＧ３）のレベルを補正する直流成分補正手段（３２）と、
を備えたことを特徴とする光学式計測装置。
前記直流成分補正手段（３２）は、前記第１のＡ／Ｄ変換値が予め定めた上限値よりも大きくなった場合には直流成分（ＳＧ３）のレベルを大きくする補正を行い、同第１のＡ／Ｄ変換値が予め定めた下限値よりも小さくなった場合には直流成分（ＳＧ３）のレベルを小さくする補正を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の光学式計測装置。
前記直流成分補正手段（３２）は、前記第１のＡ／Ｄ変換値が予め定めた上限値又は下限値を外れていない場合であっても、前記第２のＡ／Ｄ変換器（３６）による第２のＡ／Ｄ変換値の時間的な変化をモニターした結果、第２のＡ／Ｄ変換値が上昇傾向または下降傾向にあると判定される場合に、その変化に基づいて前記直流成分（ＳＧ３）のレベルを補正するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式計測装置。
前記直流成分補正手段（３２）は、前記第２のＡ／Ｄ変換値の時間的な変化として増加傾向にあるときには、直流成分のレベルを大きくする補正を行い、減少傾向にあるときには、直流成分のレベルを小さくする補正を行うものであることを特徴とする請求項３に記載の光学式計測装置。
前記第２のＡ／Ｄ変換器（３６）による第２のＡ／Ｄ変換値に加えて補正後の直流成分（ＳＧ３）を後段に送るようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学式計測装置。