JPWO2014192624A1 - 生体センサ - Google Patents

Abstract

外来光等のノイズ成分が変動したとしても、最終的に得られる光電脈波信号のＳＮ比を改善することが可能な生体センサを提供する。生体センサ（１）は、パルス状の駆動信号を生成する駆動信号生成部（９７）と、生成された駆動信号に応じて発光する発光素子（１０）と、受光した光の強さに応じた検出信号を出力する受光素子（２０）及び受光素子（２０）から出力される検出信号を増幅する増幅部（３０）を有する受光部（５）と、受光部（５）から出力される検出信号から脈波成分を取除いて基線信号を取得するフィルタ部（５０）と、受光部（５）により出力される検出信号とフィルタ部（５０）により取得された基線信号との差分をとり増幅する差動増幅部（７０）とを備える。

Description

本発明は、生体情報を検出する生体センサに関する。

従来から、例えば、血中のヘモグロビンが可視光〜赤外光を吸収する特性を利用して、発光ダイオード（発光素子）から出射され、指等の生体を透過、又は生体に反射した光の強度変化をフォトダイオード（受光素子）により光電脈波信号として取得する光電脈波計やパルスオキシメータが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。ところで、フォトダイオードには、発光ダイオード以外からの外来光（例えば太陽や蛍光灯などの光）が入ることがある。また、発光ダイオードから出射され、生体を透過することなく、又は生体に反射されることなくフォトダイオードに到達する光（迷光）が入ることもある。そのため、本来検出したい光、すなわち生体を透過した光、又は生体によって反射された光に外来光及び迷光が重畳し、検出信号のＳＮ比が低下するおそれがある。

ここで、特許文献１には、脈動分（脈波成分）を除いた非変動（ＤＣ）分に対応したレベルの基準電圧を減算して、検出信号のＳＮ比を改善するパルスオキシメータが開示されている。このパルスオキシメータは、第１及び第２の光源（発光素子）と、フォトダイオード（受光素子）とを備えている。フォトダイオードの受光出力（電流信号）は、電流電圧変換回路により基準電圧（Ｖｒｅｆ１）を基準として電圧信号に変換されて、増幅回路（増幅器）により増幅される。増幅された電圧信号は、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換されて、演算装置に入力される。演算装置は、上述したデジタル信号に基づいて脈動分（脈波成分）を除いた非変動（ＤＣ）分に対応したレベルの基準電圧を算出して作成する。該基準電圧が、電流電圧変換回路に与えられて、受光出力である電流信号から減算される。これにより、脈動分の電圧信号が検出信号として出力される。

特許文献２には、ノイズ成分の変動を考慮して、増幅回路の基準電圧を変化させる脈波増幅装置が開示されている。この脈波増幅装置は、発光素子及び受光素子を有する脈波検知センサと、脈拍パルスを生成する脈拍パルス生成回路と、脈波検知センサの出力をアナログ信号に変換する変換回路と、脈拍パルスに同期してアナログ信号をサンプルホールドし、そのサンプルホールドした値を基準電圧として、アナログ信号に含まれる脈波信号を増幅する増幅回路と、増幅回路から出力される脈波信号のＤＣレベルを、脈拍パルスに同期して回復させるＤＣストア回路とを備えている。

特開２００９−６６１１９号公報 特開２０１０−１６６９６３号公報

特許文献１記載のパルスオキシメータによれば、受光素子に外来光や迷光等が重畳して入射された場合であっても、ノイズ成分が変動しなければ上述した基準電圧を減算することによって、検出信号のＳＮ比を改善することができる。しかしながら、特許文献１記載のパルスオキシメータでは、外来光の変化や人体の動きによる迷光の変化に伴ってノイズ成分が変動する場合に、変動するノイズ成分を除去することが難しい。そのため、外来光等のノイズ成分が変動する場合に、得られる光電脈波信号のＳＮ比が低下するおそれがある。

これに対して、特許文献２記載の脈波増幅装置では、脈拍パルス毎にノイズ成分の変動に応じて、基準電圧を設定して脈波信号を増幅することができる。しかし、脈拍パルスにおける１周期の途中で、ノイズ成分が変動した場合には追従することができない。そのため、外来光等のノイズ成分が変動する場合に、得られる光電脈波信号のＳＮ比が低下するおそれがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、外来光等のノイズ成分が変動したとしても、最終的に得られる光電脈波信号のＳＮ比を改善することが可能な生体センサを提供することを目的とする。

本発明に係る生体センサは、駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、駆動信号生成手段により生成された駆動信号に応じて発光する発光素子と、受光した光の強さに応じた検出信号を出力する受光素子と、受光素子から出力される検出信号から脈波成分を取除いて基線信号を取得する基線信号取得手段と、検出信号と基線信号取得手段により取得された基線信号との差分をとる差分取得手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る生体センサによれば、検出信号から脈波成分が取除かれて、残されたノイズ成分が基線信号として取得される。よって、基線信号は、例えば人体の動きや外来光の変化に伴って検出信号に重畳するノイズ成分が変動する場合に、該ノイズ成分の変動に追従して変化する。そのため、検出信号と基線信号との差分をとることにより、ノイズ成分をカットして、検出信号に含まれる光電脈波信号（脈波成分）を検出することができる。よって、外来光等のノイズ成分が変動したとしても、最終的に得られる光電脈波信号のＳＮ比を改善することが可能となる。

本発明に係る生体センサは、受光素子から出力される検出信号の包絡線を抽出する包絡線抽出手段をさらに備え、駆動信号生成手段がパルス状の駆動信号を生成し、基線信号取得手段が、包絡線抽出手段により抽出された検出信号の包絡線から脈波成分を取除いて基線信号を取得することが好ましい。

この場合、パルス状の駆動信号により発光素子が点滅駆動されるため、常時点灯させる場合と比較して消費電力を低減することができる。また、受光素子から出力される検出信号の包絡線が抽出されることにより、パルス状の検出信号から包絡線を表す連続波形の信号に変換される。そして、検出信号の包絡線から脈波成分が取除かれて、連続波形の基線信号が取得される。つまり、上述した連続波形の基線信号は、脈波成分を除いたノイズ成分なので、該ノイズ成分の変動に追従する。そのため、パルス状の検出信号と基線信号との差分をとることにより、ノイズ成分をカットして、検出信号に含まれるパルス状の光電脈波信号（脈波成分）を取得することができる。

本発明に係る生体センサは、パルス状の駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、駆動信号生成手段により生成された駆動信号に応じて発光する発光素子と、受光した光の強さに応じた検出信号を出力する受光素子と、受光素子から出力される検出信号の包絡線を抽出する包絡線抽出手段と、包絡線抽出手段により抽出された検出信号の包絡線から脈波成分を取除いて基線信号を取得する基線信号取得手段と、検出信号の包絡線と基線信号取得手段により取得された基線信号との差分をとる差分取得手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る生体センサによれば、上述したパルス状の駆動信号により発光素子が点滅駆動されるため、常時点灯させる場合と比較して消費電力を低減することができる。また、検出信号の包絡線が抽出されることにより、パルス状の検出信号から包絡線を表す連続波形の信号に変換される。そして、検出信号の包絡線から脈波成分が取除かれて、連続波形状の基線信号が取得される。そのため、連続波形である検出信号の包絡線と基線信号との差分をとることにより、ノイズ成分をカットして、検出信号の包絡線に含まれる連続波形の光電脈波信号（脈波成分）を取得することができる。よって、外来光等のノイズ成分が変動したとしても、最終的に得られる光電脈波信号のＳＮ比を改善することが可能となる。

本発明に係る生体センサは、受光素子から出力される検出信号のうち、脈波成分を含む所定の周波数以上の検出信号を、選択的に通過させるハイパスフィルタをさらに備え、包絡線抽出手段が、ハイパスフィルタを通過した検出信号の包絡線を抽出することが好ましい。

このようにすれば、ハイパスフィルタにより、受光素子から出力される検出信号のうち、脈波成分を含む所定の周波数以上の検出信号を、選択的に通過させることができる。つまり、脈波成分に比較して時間軸上で変化が少ないノイズ成分が、ハイパスフィルタにより除去される。その結果、検出信号のＳＮ比を向上することができるので、増幅回路の増幅率を大きくすることができる。そして、ハイパスフィルタを通過した検出信号から、該検出信号の包絡線が抽出され、該検出信号の包絡線から脈波成分が取り除かれて基線信号が取得される。そのため、ＳＮ比が改善された検出信号及び基線信号からその差分をとることにより、さらにノイズ成分を精度良くカットすることが可能となる。

本発明に係る生体センサでは、包絡線抽出手段が、ダイオードの順方向電圧降下を等価的にゼロにする理想ダイオード回路を有し、受光素子から出力される検出信号を理想ダイオード回路により整流した後、高周波成分を除去して検出信号の包絡線を抽出することが好ましい。

ところで、通常のダイオードを用いて検出信号の包絡線検出を行うと、ダイオードの非線形性の影響により、包絡線出力（脈波波形）が歪んでしまう。しかしながら、この場合には、ダイオードの順方向電圧降下を等価的にゼロにする理想ダイオード回路を用いているため、通常のダイオードが持つ非線形性を解消でき、包絡線出力（脈波波形）が歪むことを防止することが可能となる。

また、本発明に係る生体センサでは、理想ダイオード回路が、受光素子から出力される検出信号が入力される演算増幅器と、アノード端子が演算増幅器の出力端子に接続され、カソード端子が理想ダイオード回路の出力および演算増幅器のフィードバックループに接続されたダイオードとを有していることが好ましい。

このようにすれば、演算増幅器のフィードバックループ内にダイオードを取り込むことで、ダイオードの非線形性や温度特性をループ・ゲイン分の１に圧縮（すなわち改善）することができる。その結果、上記理想ダイオード回路を実現することができる。

本発明に係る生体センサでは、基線信号取得手段が、検出信号のうち、脈波成分が含まれる周波数帯域の検出信号の通過を、選択的に阻止して基線信号を取得する帯域阻止フィルタであることが好ましい。

この場合、帯域阻止フィルタにより、検出信号のうち、脈波成分が含まれる周波数帯域の検出信号の通過が阻止されることにより取除かれて、基線信号が取得される。つまり、基線信号は、脈波成分が取除かれたノイズ成分なので、該ノイズ成分の変動に追従する。よって、検出信号と基線信号との差分をとることにより、ノイズ成分をカットすることができる。

本発明に係る生体センサでは、基線信号取得手段が、検出信号のうち、脈波成分が含まれる周波数未満の検出信号を選択的に通過させて基線信号を取得するローパスフィルタであることが好ましい。

この場合、ローパスフィルタにより、検出信号のうち、脈波成分が含まれる周波数未満の検出信号が通過させられて、基線信号が取得される。すなわち、脈波成分が含まれる周波数以上の検出信号が取除かれる。つまり、基線信号は、脈波成分が取除かれたノイズ成分なので、該ノイズ成分の変動に追従する。よって、検出信号と基線信号との差分をとることにより、ノイズ成分をカットすることができる。

また、本発明に係る生体センサは、基線信号取得手段により取得された基線信号の振幅に基づいて、差分取得手段に入力される信号の振幅を調整する振幅調整手段をさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、基線信号の振幅に基づいて、差分取得手段に入力される信号の振幅を調整することができる。そのため、例えば、基線信号の振幅が減衰されて低くなる場合には、受光素子から出力される検出信号の振幅が基線信号の振幅に合わせて低く調整することができる。それにより、検出信号と基線信号との差分をとることによって、効果的にノイズ成分をカットして、光電脈波信号（脈波成分）のＳＮ比をより改善することが可能となる。

本発明によれば、外来光等のノイズ成分が変動したとしても、最終的に得られる光電脈波信号のＳＮ比を改善することが可能となる。

第１実施形態に係る生体センサの構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る生体センサを構成する脈波検出部の回路図である。 第１実施形態に係る生体センサの各ノードにおける信号波形を示す図である。 生体センサにおける受光素子により受光される光電脈波信号の成分を説明するための図である。 変形例に係る生体センサを構成するバンドエリミネーションフィルタ回路図の一例である。 第２実施形態に係る生体センサの構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る生体センサの各ノードにおける信号波形を示す図である。 第３実施形態に係る生体センサの構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る生体センサの各ノードにおける信号波形を示す図である。 第４実施形態に係る生体センサの構成を示すブロック図である。 第４実施形態に係る生体センサを構成する脈波検出部（包絡線抽出部）の回路図である。 理想ダイオード回路のＶ−Ｉ特性を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図３を併せて参照して、第１実施形態に係る生体センサ１の構成について説明する。ここで、図１は、生体センサ１の構成を示すブロック図である。また、図２は、生体センサ１を構成する脈波検出部６の回路図である。図３は、生体センサ１の各ノードにおける信号波形を示す図である。

生体センサ１は、例えば、血中のヘモグロビンの吸光特性を利用して、光電脈波信号を光学的に検出し、例えば脈拍などの生体情報を計測するセンサである。そのため、生体センサ１は、主として発光素子１０、受光部５、脈波検出部６、及びマイクロコントローラ９０等を備えて構成されている。また、受光部５は、受光素子２０及び増幅部３０を有し、脈波検出部６は、包絡線抽出部４０、フィルタ部５０、調整部６０、及び差動増幅部７０を有している。

発光素子１０は、マイクロコントローラ９０の出力ポート９４から出力されるパルス状の駆動信号に応じて発光する。発光素子１０としては、例えば、ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）、又は共振器型ＬＥＤ等を用いることができる。

受光素子２０は、発光素子１０から照射され、例えば指先などの人体１００を透過して、又は人体１００に反射して入射される光の強さに応じた検出信号を出力する。受光素子２０としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等が好適に用いられる。本実施形態では、受光素子２０として、フォトダイオードを用いた。受光素子（フォトダイオード）２０は、増幅部３０に接続されており、受光素子（フォトダイオード）２０で得られた検出信号（光電脈波信号）（図３のノード２０ａでの出力波形を参照）は増幅部３０に出力される。

増幅部３０は、受光素子（フォトダイオード）２１から出力された電流出力の検出信号（光電脈波信号）（図３のノード２０ａでの出力波形を参照）を電流−電圧変換して増幅する。そのため、増幅部３０は、演算増幅器を含む電流−電圧変換回路及び初段増幅回路で構成されている。増幅部３０の出力は、分岐点８０において第１経路８１と第２経路８２とに分岐される。増幅部３０の出力端は、第１経路８１では包絡線抽出部４０を構成するダイオード４１のアノード端子に接続されており、第２経路８２では調整部６０を構成するダイオード６１のアノード端子に接続されている。増幅部３０で増幅された検出信号は、包絡線抽出部４０及び調整部６０にそれぞれ出力される。

ここで、図４を参照して、受光素子２０から出力される検出信号（光電脈波信号）の成分を説明する。受光素子２０に受光される光の中には、発光素子１０以外から到来する外来光（例えば太陽や蛍光灯の光など）が含まれる。これは、パルス状ではなく時間軸上で連続した信号となる。一方、発光素子１０から発した光であっても、血管以外の部位で反射して、又は直接回り込んで受光素子２０に入ると、これもノイズ成分となる。ここで、発光素子１０由来のノイズ成分は、脈波信号と同じ周期のパルス状の信号になる。このノイズを、迷光ノイズと呼んでいる。受光素子２０により受光され、増幅部３０で増幅された検出信号Ｆ（ｔ）は、次式（１）で表される。
Ｆ（ｔ）＝ｆｂ（ｔ）＊ｆｐ（ｔ）＋Ｖｂ＊ｆｐ（ｔ）＋Ｖｄｃ・・・（１）
ここで、ｆｂ（ｔ）は脈波成分、ｆｐ（ｔ）はパルス関数（０又は１の２値）、Ｖｂは脈波成分のない迷光のノイズ成分、Ｖｄｃは外来光等のノイズ成分である。

包絡線抽出部４０は、増幅部３０により増幅された検出信号（図３のノード３０ａでの出力波形を参照）の包絡線を抽出する（図３のノード４０ａでの出力波形を参照）。そのため、包絡線抽出部４０は、ダイオード４１、抵抗器４２及びコンデンサ４３からなる包絡線検波回路で構成されている。より具体的には、ダイオード４１のカソード端子に抵抗器４２及びコンデンサ４３の並列回路が接続されている。また、抵抗器４２及びコンデンサ４３の並列回路の他端は、グランドに接続されている。そして、並列回路における抵抗器４２とコンデンサ４３の時定数が、パルス状の高周波成分が取除かれるとともに、出力波形に入力波形の包絡線が抽出されるように設定されている。

より具体的には、包絡線抽出部４０では、増幅部３０から出力された間欠的なパルス状の検出信号（図３のノード３０ａでの出力波形を参照）が、ダイオード４１により半波整流される。半波整流された検出信号から、抵抗器４２及びコンデンサ４３の並列回路によって、検出信号の包絡線が抽出される（図３のノード４０ａでの出力波形を参照）。すなわち、包絡線抽出部４０は、図３に示されるように、パルス状の検出信号から、波高値がそのパルス列の包絡線に沿って連続的に変化するアナログ信号に変換する。包絡線抽出部４０の出力端は、フィルタ部５０に接続されており、包絡線抽出部４０により抽出された包絡線信号が、フィルタ部５０に入力される。ここで、包絡線抽出部４０は、請求の範囲に記載の包絡線抽出手段に相当する。

フィルタ部５０は、包絡線信号（図３のノード４０ａでの出力波形を参照）から、脈波成分を取除いて基線信号（図３のノード５０ａでの出力波形を参照）を取得する。すなわち、フィルタ部５０は、請求の範囲に記載の基線信号取得手段に相当する。ここで、脈波成分は、例えば、脈拍数が１分間に３０拍から２００拍程度とした場合に、０．５〜３．３Ｈｚ程度の周波数となる。この脈波成分を検出信号の包絡線信号から取除く方法としては、例えば、検出信号の包絡線信号のうち、周波数０．５Ｈｚ未満の検出信号を選択的に通過させるローパスフィルタを用いることができる。ローパスフィルタを通過した低周波成分は、脈波成分が取り除かれた迷光や外来光等のノイズ成分となる。このノイズ成分の時間軸上の変位を基線信号（ベースライン）とする。

フィルタ部５０としては、上述したように、例えば、通過周波数帯域が０．５Ｈｚ未満のローパスフィルタを用いることができる。生体センサ１では、フィルタ部５０が、演算増幅器（オペアンプ）５１を用いた線形アナログフィルタであるサレンキー２次ローパスフィルタ回路で構成されている。

フィルタ部５０の出力端は、差動増幅部７０を構成する第１抵抗器７３と接続されており、第１抵抗器７３を介して差動増幅部７０を構成する演算増幅器７１の入力端子（反転入力（−）端子）と接続されている。フィルタ部５０により取得された基線信号が差動増幅部７０に出力される。

調整部６０は、基線信号（図３のノード５０ａでの出力波形を参照）の振幅に基づいて、差動増幅部７０に入力される第２経路８２を通る検出信号（図３のノード３０ａでの出力波形を参照）の振幅を調整する（図３のノード６０ａでの出力波形を参照）。ここで、第１経路８１で取得された基線信号には、図３のノード４０ａ及びノード５０ａでの出力波形に示すように、包絡線抽出部４０及びフィルタ部５０での信号処理により、破線で示された元波形から一定の損失（減衰）が生じる。そのため、生体センサ１では、予め第１経路８１における信号の減衰量を調べておき、該減衰量に合わせて第２経路８２を通る検出信号に対する差動増幅部７０での利得が調整部６０により調整される。すなわち、差動増幅部７０に対して、第１経路８１で取得された基線信号の振幅と第２経路８２で調整された検出信号に含まれるノイズ成分の振幅とが揃えられる。ここで、調整部６０は、請求の範囲に記載の振幅調整手段に相当する。

より具体的には、調整部６０としては、第１経路８１における基線信号の減衰量に相当する内部抵抗値を有するダイオード６１が、第２経路８２に挿入されている。また、ダイオード６１のカソード端子は、差動増幅部７０を構成する第２抵抗器７４と接続されており、第２抵抗器７４を介して、差動増幅部７０を構成する演算増幅器７１の入力端子（非反転入力（＋）端子）に接続されている。つまり、第２経路８２では、ダイオード７１の内部抵抗値が第２抵抗器７４の抵抗値に加算されて、演算増幅器７１の入力端子（非反転入力（＋）端子）に接続されることになる。そのため、演算増幅器７１の非反転入力（＋）端子に入力される第２経路８２で通った検出信号が、基線信号の減衰量に相当する分だけ利得が低く調整される（図３のノード６０ａでの出力波形を参照）。なお、調整部６０としては、差動増幅部７０の利得を調整できる抵抗成分を有すればよく、ダイオード６１に代えて、例えば、可変抵抗器等を用いて利得を調整してもよい。

差動増幅部７０は、第２経路８２に設けられた調整部６０により調整された検出信号（図３のノード６０ａでの出力波形を参照）と、第１経路８１に設けられたフィルタ部５０により取得された基線信号（図３のノード５０ａでの出力波形を参照）との差分をとって増幅（差動増幅）する（図３のノード７０，７０ａでの出力波形を参照）。そのため、差動増幅部７０は、演算増幅器７１、第１抵抗器７３、第２抵抗器７４、及び帰還抵抗器７５を含む差動増幅回路で構成されている。差動増幅部７０は、請求の範囲に記載の差分取得手段に相当する。

より詳細には、差動増幅部７０を構成する演算増幅器７１は、第２抵抗器７４を介して非反転入力（＋）端子に入力される調整された検出信号と、第１抵抗器７３を介して反転入力（−）端子に入力される基線信号との差分をとって増幅する。これにより、検出信号に含まれるノイズ成分がカットされて、脈波成分が増幅される。演算増幅器７１の出力端子は、マイクロコントローラ９０に接続されおり、増幅された脈波成分（光電脈波信号）は、マイクロコントローラ９０に出力される。

マイクロコントローラ９０は、差動増幅部７０により差動増幅された光電脈波信号（脈波成分）を処理してユーザの脈拍などの生体情報を取得する。また、マイクロコントローラ９０は、発光素子１０に対して駆動信号を出力する。そのため、マイクロコントローラ９０は、入力インターフェースとしてのＡ／Ｄコンバータ９２、及び、Ａ／Ｄコンバータ９２を介して入力される検出信号に対して演算処理を行うＣＰＵ９５、該ＣＰＵ９５に各処理を実行させるためのプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、及び、駆動信号を出力する出力ポート９４等を有して構成されている。また、マイクロコントローラ９０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムが、ＣＰＵ９５によって実行されることにより、演算部９６、駆動信号生成部９７の機能が実現される。

Ａ／Ｄコンバータ９２は、差動増幅部７０により出力された光電脈波信号（脈波成分）を所定のサンプリング周期でデジタルデータに変換する。デジタル変換された光電脈波信号は、演算部９６に出力される。

演算部９６は、読み込まれた光電脈波信号を処理して、例えば、脈拍等の生体情報を取得する。なお、取得された脈拍等の生体情報は、外部に出力されたり、或いは、上述したＲＡＭなどに記憶される。

駆動信号生成部９７は、発光素子１０を駆動するパルス状の駆動信号を生成し、出力ポート９４を介して出力する。すなわち、駆動信号生成部９７は、請求の範囲に記載の駆動信号生成手段として機能する。駆動信号生成部９７は、例えば、駆動信号として、周波数が６００Ｈｚ程度のパルス波を生成するように設定することができる。

上述した構成を有することにより、本実施形態に係る生体センサ１では、まず、マイクロコントローラ９０の駆動信号生成部９７により、例えば周波数が６００Ｈｚのパルス信号が生成され、出力ポート９４から出力される。パルス信号が印加された発光素子１０は、該パルス信号に応じて所定波長のパルス光を照射する。発光素子１０から照射され、例えば指先などの人体１００を透過、又は人体１００に反射されたパルス光は、受光素子２０に入射し、該受光素子２０により電気信号（検出信号）に変換される（図３のノード２０ａでの出力波形を参照）。受光素子２０により変換された検出信号は、増幅部３０において、電流−電圧変換されて増幅される（図３のノード３０ａでの出力波形を参照）。

増幅部３０により増幅された検出信号は、分岐点８０において第１経路８１と第２経路８２とに分岐される。第１経路８１では、包絡線抽出部４０により、検出信号から包絡線が抽出される（図３のノード４０ａでの出力波形を参照）。すなわち、パルス状の検出信号から、その包絡線が抽出されて、連続波形の包絡線信号が出力される。

包絡線抽出部４０によって抽出された包絡線信号から、フィルタ部５０により、脈波成分が含まれる周波数の包絡線信号が取除かれて基線信号が取得される（図３のノード５０ａでの出力波形を参照）。すなわち、フィルタ部５０により、脈波成分が含まれる周波数未満の検出信号が選択的に通過されて、基線信号が取得される。

一方、第２経路８２では、検出信号が調整部６０を通過する。これにより、第１経路８１を通って取得された基線信号の減衰量に合わせて、第２経路８２で調整された検出信号に対する差動増幅部７０の利得が調整される（図３のノード６０ａでの出力波形を参照）。

差動増幅部７０によって、第２経路８２で調整された検出信号と第１経路８１を通って取得された基線信号との差分がとられて増幅（差動増幅）される（図３のノード７０ａでの出力波形を参照）。その結果、調整された検出信号に重畳している外来光等のノイズ成分がカットされて、脈波成分が取得され増幅される。よって、最終的に得られる光電脈波信号（脈波成分）のＳＮ比が改善される（図３のノード７０ａでの出力波形を参照）。ここで、生体センサ１では、単電源用演算増幅器（単電源用オペアンプ）を用いて回路を構成している。そのため、調整された検出信号（図３のノード６０ａでの出力波形を参照）と基線信号（図３のノード５０ａでの出力波形を参照）との差分をとっても、差動増幅部７０から出力される光電脈波信号（脈波成分）におけるパルス間の出力が、マイナス出力とならずに０Ｖとして出力される。

差動増幅部７０によって、差動増幅された光電脈波信号（脈波成分）は、マイクロコントローラ９０に入力される。マイクロコントローラ９０に入力された光電脈波信号は、Ａ／Ｄコンバータ９２を介して、演算部９６に読み込まれる。そして、演算部９６において、光電脈波信号が処理されて、例えば、脈拍等の生体情報が取得される。

以上、本実施形態によれば、受光素子２０により受光され、増幅部３０により増幅された検出信号から、包絡線抽出部４０によって包絡線が抽出される。そして、得られた包絡線信号から、フィルタ部５０により脈波成分が取除かれて、基線信号が取得される。よって、基線信号は、例えば人体の動きや外来光の変化に伴って検出信号に重畳するノイズ成分が変動する場合に、該ノイズ成分の変動に追従することができる。そして、差動増幅部７０により、第２経路８２で調整された検出信号と第１経路８１を通った基線信号との差分がとられて増幅される。その結果、ノイズ成分をカットして、検出信号に含まれる光電脈波信号（脈波成分）を取得することができる。よって、外来光等のノイズ成分が変動したとしても、最終的に得られる光電脈波信号のＳＮ比を改善することが可能となる。

また、本実施形態によれば、パルス状の駆動信号により発光素子１０が点滅駆動されるため、常時点灯させる場合と比較して消費電力を低減することができる。また、包絡線抽出部４０によって、パルス状の検出信号から包絡線を表す連続波形の包絡線信号（検出信号の包絡線）に変換される。そして、包絡線信号から、フィルタ部５０により脈波成分が取除かれて、連続波形の基線信号が取得される。すなわち、基線信号は、脈波成分が除かれたノイズ成分なので、該ノイズ成分の変動に追従する。そのため、差動増幅部７０により、パルス状の検出信号と基線信号との差分がとられて増幅されることにより、ノイズ成分がカットされる。よって、外来光等のノイズ成分が変動したとしても、最終的に得られる光電脈波信号のＳＮ比を改善することが可能となる。

また、本実施形態によれば、フィルタ部５０が演算増幅器５１を用いたサレンキー２次ローパスフィルタで構成される。サレンキー２次ローパスフィルタによって、包絡線信号のうち、脈波成分が含まれる周波数の検出信号が取除かれる。より具体的には、脈波成分が含まれる周波数未満の検出信号が選択的に通過させられて、基線信号が取得される。基線信号は、脈波成分が取除かれたノイズ成分なので、該ノイズ成分の変動に追従する。よって、調整された検出信号と基線信号との差分をとることにより、ノイズ成分をカットすることができる。

また、本実施形態によれば、基線信号の振幅に基づいて、差動増幅部７０に入力される検出信号の振幅が調整される。具体的には、第１経路８１を通って取得された基線信号５０ａの振幅における減衰量に相当する内部抵抗を有するダイオード６１が第２経路８２に挿入されている。そのため、第２経路８２を通る検出信号に対する差動増幅部７０の利得が調整される（図３のノード６０ａでの出力波形を参照）。これにより、差動増幅部７０に対して、第２経路８２を通で調整された検出信号に含まれるノイズ成分の振幅と第１経路８１を通って取得された基線信号の振幅とが揃えられる。よって、調整された検出信号と基線信号との差分をとることにより、効果的にノイズ成分をカットして、最終的に得られる光電脈波信号（脈波成分）のＳＮ比をより改善することが可能となる。

本実施形態によれば、外来光等のノイズ成分をカットするために、デジタル回路である演算処理装置によって作成された基準電圧を、受光素子に近い電流−電圧変換回路にフィードバックさせる必要がない。また、受光部５、包絡線抽出部４０、フィルタ部５０、及び差動増幅部７０は、アナログ回路だけで構成することもできる。すなわち、デジタル回路からノイズが伝搬するおそれが少ない。よって、デジタル回路から伝搬するノイズを低減することが可能となる。

（変形例）
なお、上述した第１実施形態では、フィルタ部５０にサレンキー２次ローパスフィルタを用いたが、例えば、図５に示すバンドエリミネーションフィルタ５０Ｃ（帯域阻止フィルタ）を用いることもできる。バンドエリミネーションフィルタ５０Ｃは、包絡線信号のうち、脈波成分が含まれる周波数帯域（阻止帯域）の信号の通過を選択的に阻止する。すなわち、バンドエリミネーションフィルタ５０Ｃにより、包絡線信号から脈波成分が取除かれて基線信号を取得することができる。なお、バンドエリミネーションフィルタ５０Ｃを用いて、脈波成分を十分に取除くには、脈波成分の基本周波数のみならず、高調波まで除去域に含める方が好ましい。そのために、バンドエリミネーションフィルタは、複数段の構成としてもよい。

この場合、バンドエリミネーションフィルタ５０Ｃにより、例えば、脈波成分の周波数を０．５〜３．３Ｈｚ程度とした場合に、阻止帯域を０．５〜３．３Ｈｚとして設定することにより、包絡線信号から、脈波成分が含まれる周波数帯域（阻止帯域）の信号の通過が選択的に阻止される。これにより、基線信号を取得することができる。基線信号は、脈波成分が取除かれたノイズ成分なので、該ノイズ成分の変動に追従する。よって、調整された検出信号と基線信号との差分をとることにより、外来光等のノイズ成分をカットすることができる。

なお、上述した第１実施形態では、調整部６０として、基線信号における振幅の減衰量に相当する内部抵抗を有するダイオード６１を第２経路８２に挿入する構成としたが、第１経路に増幅回路を設けて、基線信号における振幅の減衰量分を増幅する構成としてもよい。つまり、予め第１経路における基線信号の減衰量を調べておき、該減衰量を補うように増幅回路により、基線信号が増幅される。これにより、差動増幅部７０に対して、第１経路を通った減衰量分を補うように増幅された基線信号の振幅と第２経路を通った増幅部３０によって増幅された検出信号に含まれるノイズ成分の振幅とを揃えることができる。よって、差動増幅部７０は、増幅された検出信号と減衰量分を補うように増幅された基線信号との差分をとることにより、効果的にノイズ成分をカットして、光電脈波信号（脈波成分）のＳＮ比をより改善することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、図６、図７を参照して、第２実施形態に係る生体センサ２の構成について説明する。ここでは、上述した第１実施形態に係る生体センサ１と同一・同様な構成については説明を簡略化又は省略し、異なる点を主に説明する。図６は、第２実施形態に係る生体センサ２の構成を示すブロック図である。図７は、生体センサ２の各ノードにおける信号波形を示す図である。なお、図６、図７において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

生体センサ２は、脈波検出部６に代えて脈波検出部７を備えている。ここで、上述した生体センサ１の脈波検出部６では、増幅部３０からの出力が分岐点８０で第１経路８１と第２経路８２とに分岐されていたが、生体センサ２の脈波検出部７では、増幅部３０からの出力が分岐されずに包絡線抽出部４０に入力され、該包絡線抽出部４０からの出力が分岐点８０Ａで第１経路８１Ａと第２経路８２Ａとに分岐されている。脈波検出部７は、上述した分岐位置に加えて、調整部６０に代えて、調整部６０Ａを備えている点、差動増幅部７０に代えて、差動増幅部７０Ａを備えている点で脈波検出部６と異なる。この場合、第１経路８１Ａでは、上述したフィルタ部５０によって、包絡線抽出部４０により抽出された包絡線信号（図７のノード４０ａでの出力波形を参照）から脈波成分が取除かれて、基線信号が取得される（図７のノード５０ａでの出力波形を参照）。一方、第２経路８２Ａでは、包絡線抽出部４０により抽出された包絡線信号（図７のノード４０ａでの出力波形を参照）が調整部６０Ａに出力される。その他の構成は、生体センサ１と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

調整部６０Ａは、上述した基線信号（図７のノード５０ａでの出力波形を参照）の振幅に基づいて、差動増幅部７０Ａに入力される第２経路８２Ａを通る包絡線信号（図７のノード４０ａでの出力波形を参照）の振幅を調整する（図７のノード６０ｂでの出力波形を参照）。ここで、第１経路８１Ａで取得される基線信号は、図７のノード５０ａでの出力波形に示すように、フィルタ部５０での信号処理により、破線で示された元波形から一定の損失（減衰）が生じる場合がある。そのため、生体センサ２では、予め第１経路８１Ａにおける信号の減衰量を調べておき、該減衰量に合わせて第２経路８２Ａを通った包絡線信号に対する差動増幅部７０Ａでの利得が、調整部６０Ａによって調整されている。ここで、調整部６０Ａは、請求の範囲に記載の振幅調整手段に相当する。なお、調整部６０Ａとしては、差動増幅部７０Ａの利得を調整できる抵抗成分を有すればよく、可変抵抗器等の抵抗器を用いることができる。なお、生体センサ２では、フィルタ部５０での損失が小さい場合には、基線信号の振幅と包絡線信号に含まれるノイズ成分の振幅が等しくなるので調整部６０Ａを省略することができる。

差動増幅部７０Ａは、第２経路８２Ａで調整された包絡線信号と第１経路８１Ａを通って取得された基線信号との差分をとって増幅する。そのため、差動増幅部７０Ａは、差動増幅部７０と同様に、演算増幅器７１、第１抵抗器７３、第２抵抗器５３、及び帰還抵抗器７５を含む差動増幅回路で構成されている。差動増幅部７０Ａは、請求の範囲に記載の差分取得手段に相当する。そして、差動増幅部７０Ａによって差動増幅された脈波成分（光電脈波信号）が、マイクロコントローラ９０に出力される。

本実施形態に係る生体センサ２では、まず、マイクロコントローラ９０の駆動信号生成部９７により、例えば周波数が６００Ｈｚのパルス信号が生成され、出力ポート９４から出力される。パルス信号が印加された発光素子１０は、該パルス信号に応じて所定波長のパルス光を照射する。発光素子１０から照射され、例えば指先などの人体１００を透過、又は人体１００に反射されたパルス光は、受光素子２０に入射し、該受光素子２０により電気信号（検出信号）に変換される（図７のノード２０ａでの出力波形を参照）。受光素子２０により変換された検出信号は、増幅部３０において、電流−電圧変換されて増幅される（図７のノード３０ａでの出力波形を参照）。

包絡線抽出部４０によって、増幅部３０により増幅された検出信号から、包絡線が抽出される。すなわち、パルス状の検出信号（図７のノード３０ａでの出力波形を参照）から、その包絡線が抽出されて、連続波形の包絡線信号（図７のノード４０ａでの出力波形を参照）が出力される。

包絡線抽出部４０により抽出された包絡線信号の出力は、分岐点８０Ａで第１経路８１Ａと第２経路８２Ａとに分岐される。第１経路８１Ａでは、フィルタ部５０により、上述した脈波成分が取除かれて基線信号が取得される（図７のノード５０ａでの出力波形を参照）。

一方、第２経路８２Ａでは、包絡線信号が調整部６０Ａを通過する。これにより、第１経路８１Ａで取得された基線信号の減衰量に合わせて、第２経路８２Ａを通った包絡線信号に対する差動増幅部７０Ａの利得が調整される（図７のノード６０ｂでの出力波形を参照）。

差動増幅部７０Ａによって、第２経路８２Ａで調整された包絡線信号と、第１経路８１Ａで取得された基線信号との差分が増幅（差動増幅）される（図７のノード７０ｂでの出力波形を参照）。その結果、調整された包絡線信号に重畳している外来光等のノイズ成分がカットされ、脈波成分が増幅される。よって、最終的に得られる増幅された光電脈波信号（脈波成分）のＳＮ比が改善される（図７のノード７０ｂでの出力波形を参照）。ここで、生体センサ１では、差動増幅部７０から出力される光電脈波信号がパルス状の信号（図３のノード７０ａでの出力波形を参照）であったが、生体センサ２では、差動増幅部７０Ａから出力される光電脈波信号が連続波形の信号（図７のノード７０ｂでの出力波形を参照）として出力される。

差動増幅部７０Ａによって取得された脈波成分（光電脈波信号）は、マイクロコントローラ９０に入力される。マイクロコントローラ９０に入力された光電脈波信号は、Ａ／Ｄコンバータ９２を介して、演算部９６に読み込まれる。そして、演算部９６において、光電脈波信号が処理されて、例えば、脈拍等の生体情報が取得される。

本実施形態によれば、上述したパルス状の駆動信号により発光素子１０が点滅駆動されるため、常時点灯させる場合と比較して消費電力を低減することができる。また、増幅された検出信号の包絡線が抽出されることによって、パルス状の検出信号から包絡線を表す連続波形の包絡線信号（検出信号の包絡線）に変換される（図７のノード４０ａでの出力波形を参照）。そして、包絡線信号から脈波成分が取除かれて、連続波形状の基線信号が取得される（図７のノード５０ａでの出力波形を参照）。そして、利得が調整された連続波形の包絡線信号（図７のノード６０ｂでの出力波形を参照）と基線信号との差分をとり増幅することにより、外来光等のノイズ成分をカットして、調整された包絡線信号に含まれる連続波形の光電脈波信号（脈波成分）を取得する（図７のノード７０ｂでの出力波形を参照）ことができる。よって、外来光等のノイズ成分が変動したとしても、最終的に得られる光電脈波信号のＳＮ比を改善することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、図８、図９を参照して、第３実施形態に係る生体センサ３の構成について説明する。ここでは、上述した第１実施形態に係る生体センサ１と同一・同様な構成については説明を簡略化又は省略し、異なる点を主に説明する。図８は、生体センサ３の構成を示すブロック図である。図９は、生体センサ３の各ノードにおける信号波形を示す図である。なお、図８、図９において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

生体センサ３は、受光素子２０により受光され増幅部３０により初段増幅された検出信号のうち、脈波成分を含む所定の周波数以上の検出信号を選択的に通過させるハイパスフィルタ３１と、ハイパスフィルタ３１を通過した検出信号を第２段増幅する増幅部３２とをさらに備えている点で、生体センサ１と異なっている。その他の構成は、生体センサ１と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

ハイパスフィルタ３１は、増幅された検出信号のうち、脈波成分を含む所定の周波数以上の検出信号を、選択的に通過させる（図９のノード３２ａでの下段の出力波形を参照）。つまり、ハイパスフィルタ３１は、増幅された検出信号から、脈波成分を含まない直流成分等の低周波成分を除去する。つまり、検出信号に対して、ハイパスフィルタ３１を通過した検出信号（以下「通過検出信号」ともいう）のＳＮ比が改善される。なお、ハイパスフィルタ３１としては、例えば、増幅部３０と増幅部３２との間にコンデンサを介して接続（交流接続）することで構成することができる。

増幅部３２は、通過検出信号を増幅する（図９のノード３２ａでの上段の出力波形を参照）。増幅部３２からの出力は、分岐点８０において第１経路８１と第２経路８２とに分岐される。分岐点８０で分岐された増幅部３２の出力端は、第１経路８１上に設けられた包絡線抽出部４０、及び、第２経路８２上に設けられた調整部６０に接続されている。つまり、増幅部３２で増幅された通過検出信号は、包絡線抽出部４０及び調整部６０にそれぞれ出力される。なお、増幅部３２としては、演算増幅器を使用した非反転増幅回路を用いることができる。

上述した構成を有することにより、本実施形態に係る生体センサ３では、通過検出信号（図９のノード３２ａでの出力波形を参照）から、包絡線抽出部４０により、検出信号の包絡線が抽出される。そして、フィルタ部５０により、脈波成分が除去されて基線信号が取得される（図９のノード５０ｃでの出力波形を参照）。

一方、第２経路８２では、通過検出信号（図９のノード３２ａでの出力波形を参照）が調整部６０を通過させられる（図９のノード６０ｃでの出力波形を参照）。これにより、第１経路８１を通って取得された基線信号の減衰量に合わせて、第２経路８２を通った通過検出信号に対する差動増幅部７０の利得が調整される。

差動増幅部７０によって、第２経路８２で調整された通過検出信号（図９のノード６０ｃでの出力波形を参照）と第１経路８１を通って取得された基線信号（図９のノード５０ｃでの出力波形を参照）との差分がとられて増幅（差動増幅）される（図９のノード７０ｃでの出力波形を参照）。その結果、通過検出信号に重畳している外来光等のノイズ成分がカットされて、脈波成分が取得され。よって、最終的に得られる光電脈波信号（脈波成分）のＳＮ比が改善される。

本実施形態によれば、ハイパスフィルタ３１により、受光素子２０により受光されて増幅部３０により増幅された検出信号のうち、脈波成分を含む所定の周波数以上の検出信号を、選択的に通過させることができる。つまり、脈波成分に比較して時間軸上で変化が少ないノイズ成分が、ハイパスフィルタ３１により除去される。その結果、ハイパスフィルタ３１を通過した通過検出信号のＳＮ比を改善することができる。また、通過検出信号により、ＳＮ比が改善されるので、後段の増幅部３２における増幅率を大きくすることができる。これにより、例えば、外来光等のノイズ成分によって検出信号が飽和されるのを防ぐことができる。

また、本実施形態によれば、第２経路８２で調整される通過検出信号（図９のノード６０ｃでの出力波形を参照）、及び第１経路８１を通り取得される基線信号（図９のノード５０ｃでの出力波形を参照）が、ハイパスフィルタ３１を通過した通過検出信号から取得されるため、両信号のＳＮ比を改善することができる。そのため、ＳＮ比が改善された両信号から、その差分をとって増幅する（図９のノード７０ｃでの出力波形を参照）ことにより、さらにノイズ成分を精度良くカットすることが可能となる。

（第４実施形態）
次に、図１０、図１１、および図１２を参照して、第４実施形態に係る生体センサ４の構成について説明する。ここでは、上述した第１実施形態に係る生体センサ１と同一・同様な構成については説明を簡略化又は省略し、異なる点を主に説明する。ここで、図１０は、第４実施形態に係る生体センサ４の構成を示すブロック図であり、図１１は、生体センサ４を構成する脈波検出部６Ａ（包絡線抽出部４０Ａ）の回路図である。また、図１２は、包絡線抽出部４０Ａを構成する理想ダイオード回路４４のＶ−Ｉ特性を示す図である。なお、図１０、図１１において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。

生体センサ４は、脈波検出部６に代えて脈波検出部６Ａを備えている点で、上述した生体センサ１と異なっている。また、この脈波検出部６Ａは、包絡線抽出部４０に代えて包絡線抽出部４０Ａを備えている点で、上述した脈波検出部６と異なっている。その他の構成は、生体センサ１と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

包絡線抽出部４０Ａは、増幅部３０により増幅された検出信号の包絡線を抽出する。そのため、包絡線抽出部４０は、理想ダイオード回路４４、抵抗器４２及びコンデンサ４３からなる包絡線検波回路で構成されている。より具体的には、包絡線抽出部４０Ａは、ダイオード４１の順方向電圧降下を等価的にゼロにする（すなわち、ダイオード４１の非線形性を解消する）所謂理想ダイオード回路４４を有し、この理想ダイオード回路４４の出力に抵抗器４２及びコンデンサ４３の並列回路が接続されている。また、抵抗器４２及びコンデンサ４３の並列回路の他端は、グランドに接続されている。

ここで、理想ダイオード回路４４は、非反転入力（＋）端子が増幅部３０と接続され、該増幅部３０により増幅された検出信号が入力される演算増幅器（差動増幅器）４４ａと、アノード端子が演算増幅器４４ａの出力端子に接続され、カソード端子が理想ダイオード回路の出力および演算増幅器４４ａのネガティブ・フィードバックループ（反転入力（−）端子）に接続されたダイオード４１とを有している。

そのため、包絡線抽出部４０Ａでは、増幅部３０から出力された間欠的なパルス状の検出信号が、理想ダイオード回路４４により半波整流される。そして、半波整流された検出信号から、抵抗器４２及びコンデンサ４３の並列回路によって、高周波成分が除去されて、検出信号の包絡線が抽出される。すなわち、包絡線抽出部４０Ａは、パルス状の検出信号から、波高値がそのパルス列の包絡線に沿って連続的に変化するアナログ信号に変換する。包絡線抽出部４０Ａの出力端は、フィルタ部５０に接続されており、包絡線抽出部４０Ａにより抽出された包絡線信号が、フィルタ部５０に入力される。

ところで、通常のダイオードを用いて検出信号の包絡線検出（整流）を行うと、図１２に破線で示したダイオードの非線形性の影響により、包絡線出力（脈波波形）が歪んでしまう。また一般的に、ダイオードの順方向電圧の温度特性はあまり良くないため（約−２ｍＶ／℃程度）、包絡線検出の温度特性が悪化してしまう。これに対して、演算増幅器４４ａのネガティブ・フィードバック内にダイオード４１が配設された理想ダイオード回路４４では、ダイオード４１が持つ非線形性や温度特性が演算増幅器４４ａのループ・ゲイン分の１に圧縮されるため、図１２に実線で示されるように、実使用範囲において線形に動作する理想的なＶ−Ｉ特性が実現される。そのため、通常のダイオードで問題となる、脈波成分の歪みや温度特性が改善される。

上述したように、包絡線抽出部４０Ａの出力端はフィルタ部５０に接続されており、包絡線抽出部４０Ａにより抽出された包絡線信号が、フィルタ部５０に入力される。なお、フィルタ部５０は、上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態によれば、ダイオード４１の順方向電圧降下を等価的にゼロにする理想ダイオード回路４４を用いているため、通常のダイオード４１が持つ非直線性を解消でき、包絡線出力（脈波波形）が歪むことを防止することが可能となる。

また、本実施形態によれば、演算増幅器４４ａのネガティブ・フィードバック内にダイオード４１を取り込むことで、ダイオード４１の非線形性や温度特性をループ・ゲイン分の１に圧縮（改善）することができる。その結果、上記理想ダイオード回路４４を実現することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、増幅部３０の１段増幅、若しくは、増幅部３０と増幅部３２との２段増幅をしたが、３段以上の演算増幅器で構成してもよい。

なお、上記実施形態では、パルス状の駆動信号により発光素子１０からパルス光を照射して、受光素子２０から出力されるパルス状の検出信号から脈波成分を取得したが、連続波形の駆動信号により発光素子１０から連続光を照射し、受光素子２０から出力される連続波形の検出信号から脈波成分を取得する構成とすることもできる。この場合には、包絡線抽出部４０を省略することができる。

なお、上記実施形態では、フィルタ部５０として、演算増幅器（オペアンプ）５１を使用したサレンキー２次ローパスフィルタを用いて構成したが、脈波成分が含まれる周波数未満の検出信号を選択的に通過させて基線信号を取得するローパスフィルタであればよい。例えば、抵抗器と他端がグランド接続されたコンデンサとからなる１次ローパスフィルタを用いることができる。この場合、演算増幅器（オペアンプ）を用いないため、コストを低減することができる。

また、上記実施形態では、マイクロコントローラ９０により差動増幅部７０から出力された光電脈波信号（脈波成分）を処理して、ユーザの脈拍などの生体情報を取得したが、差動増幅部７０からの出力先はマイクロコントローラ９０やＡ／Ｄコンバータに限定されない。例えば、他の処理回路、アナログメータ、又は発光装置等であってもよい。

上記第４実施形態では、理想ダイオード回路４４を、第１実施形態の生体センサ１（包絡線抽出部４０）に適用した場合を例にして説明したが、第２実施形態に係る生体センサ２又は第３実施形態に係る生体センサ３に適用してもよい。また、第２実施形態に係る生体センサ２に理想ダイオード回路を適用する場合には、理想ダイオード回路（演算増幅器）に増幅機能を持たせてもよい。

１，２，３，４ 生体センサ
５ 受光部
６，６Ａ，７ 脈波検出部
１０ 発光素子
２０ 受光素子
３０ 増幅部
３１ ハイパスフィルタ
４０，４０Ａ 包絡線抽出部
４１ ダイオード
４４ 理想ダイオード回路
４４ａ 演算増幅器（オペアンプ）
５０ フィルタ部（ローパスフィルタ）
５０Ｃ バンドエリミネーションフィルタ
６０，６０Ａ 調整部
６１ ダイオード
７０，７０Ａ 差動増幅部
８０，８０Ａ 分岐点
８１，８１Ａ 第１経路
８２，８２Ａ 第２経路
９０ マイクロコントローラ
９２ Ａ／Ｄコンバータ
９４ 出力ポート
９５ ＣＰＵ
９６ 演算部
９７ 駆動信号生成部

Claims (9)

1. 駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記駆動信号生成手段により生成された駆動信号に応じて発光する発光素子と、
   受光した光の強さに応じた検出信号を出力する受光素子と、
   前記受光素子から出力される検出信号から脈波成分を取除いて基線信号を取得する基線信号取得手段と、
   前記検出信号と前記基線信号取得手段により取得された前記基線信号との差分をとる差分取得手段と、を備えることを特徴とする生体センサ。
2. 前記受光素子から出力される検出信号の包絡線を抽出する包絡線抽出手段をさらに備え、
   前記駆動信号生成手段は、パルス状の駆動信号を生成し、
   前記基線信号取得手段は、前記包絡線抽出手段により抽出された前記検出信号の包絡線から脈波成分を取除いて基線信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の生体センサ。
3. パルス状の駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記駆動信号生成手段により生成された駆動信号に応じて発光する発光素子と、
   受光した光の強さに応じた検出信号を出力する受光素子と、
   前記受光素子から出力される検出信号の包絡線を抽出する包絡線抽出手段と、
   前記包絡線抽出手段により抽出された前記検出信号の包絡線から脈波成分を取除いて基線信号を取得する基線信号取得手段と、
   前記検出信号の包絡線と前記基線信号取得手段により取得された前記基線信号との差分をとる差分取得手段と、を備えることを特徴とする生体センサ。
4. 前記受光素子から出力される検出信号のうち、前記脈波成分を含む所定の周波数以上の検出信号を、選択的に通過させるハイパスフィルタをさらに備え、
   前記包絡線抽出手段は、前記ハイパスフィルタを通過した検出信号の包絡線を抽出することを特徴とする請求項２項又は３項に記載の生体センサ。
5. 前記包絡線抽出手段は、ダイオードの順方向電圧降下を等価的にゼロにする理想ダイオード回路を有し、前記受光素子から出力される検出信号を前記理想ダイオード回路により整流した後、高周波成分を除去して検出信号の包絡線を抽出することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の生体センサ。
6. 前記理想ダイオード回路は、
   前記受光素子から出力される検出信号が入力される演算増幅器と、
   アノード端子が前記演算増幅器の出力端子に接続され、カソード端子が前記理想ダイオード回路の出力および前記演算増幅器のフィードバックループに接続されたダイオードと、
   を有していることを特徴とする請求項５に記載の生体センサ。
7. 前記基線信号取得手段は、前記検出信号のうち、脈波成分が含まれる周波数帯域の検出信号の通過を、選択的に阻止して基線信号を取得する帯域阻止フィルタであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体センサ。
8. 前記基線信号取得手段は、前記検出信号のうち、脈波成分が含まれる周波数未満の検出信号を、選択的に通過させて基線信号を取得するローパスフィルタであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体センサ。
9. 前記基線信号取得手段により取得された基線信号の振幅に基づいて、前記差分取得手段に入力される信号の振幅を調整する振幅調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の生体センサ。
   

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