(57)【要約】  心電信号を検出するための電極を透明電極１０，１１とすると共に、これら透明電極１０，１１上に透明絶縁膜１２をコーティングし、生体と透明電極１０，１１との容量性結合により心電信号を検出する構成とする。これにより、透明電極１０，１１に水分等が付着して透明電極１０，１１が劣化するのを防止することができる。また、透明電極１０，１１をディスプレイパネル８と重なり合う場所に配置し、操作ボタン等の配置の自由度を向上させ、心電信号検出装置１の小型化を可能にする。
2010113354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の電気信号を検出する少なくとも一対の電極と、該少なくとも一対の電極上に設けられると共に、前記少なくとも一対の電極と当接する面と対向する面が前記生体と接触する接触面となった絶縁膜と、該絶縁膜の接触面に接触した前記生体と前記少なくとも一対の電極のそれぞれとの間の容量性結合によって検出された前記生体の電気信号を差動増幅することによって心電信号を生成する差動増幅部と、該差動増幅部により生成された心電信号に基づいて生体情報を算出する演算部とを有する心電信号検出装置。
【請求項２】
筐体と、該筐体に設けられた表示窓と、該表示窓の表面に設けられ生体の電気信号を検出する透明な導電材料で形成された少なくとも一対の電極と、該少なくとも一対の電極上に設けられると共に、前記少なくとも一対の電極と当接する面と対向する面が前記生体と接触する接触面となり、透明な絶縁材料で形成された絶縁膜と、該絶縁膜の接触面に接触した前記生体と前記少なくとも一対の電極のそれぞれとの間の容量性結合によって検出された前記生体の電気信号を差動増幅することにより心電信号を生成する差動増幅部と、該差動増幅部により生成された心電信号に基づいて生体情報を算出する演算部と、前記筐体内に設けられ、前記表示窓、前記少なくとも一対の電極および前記絶縁膜を介して表示情報を表示するディスプレイパネルと、該ディスプレイパネルに前記表示情報を表示するための情報表示回路とを有する心電信号検出装置。
【請求項３】
前記表示窓の下面に設けられ、前記表示窓を介して入力情報を入力するためのタッチパネルと、該タッチパネルを駆動する駆動回路と、前記タッチパネルを介して入力された入力情報に基づいて前記演算部を制御する制御部とを有する請求項２に記載の心電信号検出装置。
【請求項４】
筐体と、該筐体に設けられた表示窓と、前記筐体に設けられた操作ボタンと、該操作ボタンに設けられ生体の電気信号を検出する導電材料で形成された第１の電極と、該第１の電極上に設けられた第１の絶縁膜と、前記表示窓の表面に設けられた前記生体の電気信号を検出する透明な導電材料で形成された少なくとも１つの第２の電極と、該少なくとも１つの第２の電極上に設けられると共に、前記少なくとも１つの第２の電極と当接する面と対向する面が前記生体と接触する接触面となり、透明な絶縁材料で形成された第２の絶縁膜と、該第２の絶縁膜の接触面に接触した前記生体の一の部分と前記少なくとも１つの第２の電極との間の容量性結合によって検出された前記生体の一の電気信号と前記第１の絶縁膜の接触面に接触した前記生体の他の部分と前記第１の電極との間の容量性結合によって検出された前記生体の他の電気信号とを差動増幅することにより心電信号を生成する差動増幅部と、該差動増幅部により生成された心電信号に基づいて生体情報を算出する演算部と、前記筐体内に設けられ、前記表示窓、少なくとも１つの第２の電極および第２の絶縁膜を介して表示情報を表示するディスプレイパネルと、該ディスプレイパネルに前記表示情報を表示するための情報表示回路とを有する心電信号検出装置。
【請求項５】
前記表示窓の下面に設けられ、前記表示窓を介して入力情報を入力するためのタッチパネルと、該タッチパネルを駆動する駆動回路と、前記タッチパネルを介して入力された入力情報に基づいて前記演算部を制御する制御部とを有する請求項４に記載の心電信号検出装置。
【請求項６】
前記少なくとも一対の各電極を前記生体と前記少なくとも一対の各電極のそれぞれとの間の容量性結合によって検出された前記生体の電気信号を差動増幅する前記差動増幅部の入力端子に接続し、
該差動増幅部の入力端子には少なくとも１つの高インピーダンス素子を有するクランプ回路を少なくとも１つ接続し、
前記クランプ回路の接続端の電位を一定に固定すると共に、前記クランプ回路の接続端から前記差動増幅部をみたときのインピーダンスが前記クランプ回路のインピーダンスよりも大きい構成としてなる請求項１，２，３，４または５に記載の心電信号検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体から心電信号を検出する心電信号検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
心疾患の診断、治療等に役立てるために、人間の心臓の活動を心電信号として抽出し、この心電信号に基づいて心電図データ等の生体情報を取得する心電信号検出装置は知られている。【０００３】
このような心電信号検出装置には、病院等の医療機関において医師等によって用いられる大型の装置と、家庭において一般の者によって用いられる携帯型の装置とがある。【０００４】
大型の心電信号検出装置は、心電図データの解析を行うための高度な演算機能を有する例えば机上型の計算装置、該計算装置にそれぞれケーブルを介して接続された例えば１２個の電極、心電図波形等をモニタリングするための机上型のディスプレイ装置、心電図波形等をプリントアウトする印刷装置等を備えている。そして、医師等は、ベッドに寝かせた被検出者の四肢および胸部に電極を取り付け、前記計算装置を操作する。これに応じ、当該心電信号検出装置は、被検出者の心電信号を検出し、心電図データの解析等を精密に行い、不整脈や狭心症等の診断、治療等に直接役立てることができる専門的な情報を生成する。【０００５】
一方、携帯型の心電信号検出装置は、片手で持ち上げることができるような小型の筐体内に、心電図データの簡易な解析を行う機能を有するＩＣチップおよびメモリ等を収容すると共に、当該筐体の外面に、例えば２個または３個の電極、小型の液晶ディスプレイパネルおよび操作ボタン等を配置する構成を有している。そして、利用者は、この心電信号検出装置に配置された電極に指または掌等を接触させ、操作ボタンを操作する。これに応じ、当該心電信号検出装置は、利用者の心電信号を検出し、心電図データ等を生成する。当該小型の心電信号検出装置により生成される心電図データは、上述した大型の心電信号検出装置により生成される心電図データと比較すると簡易なデータであるが、動悸等の心疾患症状を医師に伝えるための情報等として有用である（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２９９７４０号公報
【特許文献２】特開２００３−１４４４０３号公報
【特許文献３】特開２００５−４６２１５号公報
【発明の概要】
【０００７】
ところで、上述したような従来技術による心電信号検出装置に設けられた電極は、金属、銀−塩化銀等により形成されている。そして、これら電極は、心電信号検出時に人間の肌に直接接触する。また、心電信号検出後には、各電極は、人間の肌との接触により水分等が付着した状態で、外気に曝されたまま長期間放置される場合もある。
【０００８】
このため、心電信号検出装置の管理状況が悪いと電極の劣化による耐久性の低下を招くおそれがある。また、劣化した電極により心電図測定を行うことにより測定の精度が落ちるおそれがある。
【０００９】
また、上述の従来技術による携帯型の心電信号検出装置は、その筐体の外面に、人間の指や掌等が接触しやすいように複数個の電極を配置する必要があり、これらの電極を配置するスペースを筐体の外面に確保しなければならない。このため、心電信号検出装置のさらなる小型化を図ることは容易でない。
【００１０】
本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、耐久性を向上させることができ、または小型化を図ることができる心電信号検出装置を提供することにある。
【００１１】
（１）．上記課題を解決するために本発明は、生体の電気信号を検出する少なくとも一対の電極と、該少なくとも一対の電極上に設けられると共に、前記少なくとも一対の電極と当接する面と対向する面が前記生体と接触する接触面となった絶縁膜と、該絶縁膜の接触面に接触した前記生体と前記少なくとも一対の電極のそれぞれとの間の容量性結合によって検出された前記生体の電気信号を差動増幅することによって心電信号を生成する差動増幅部と、該差動増幅部により生成された心電信号に基づいて生体情報を算出する演算部とを有する。
【００１２】
本発明によれば、電極上に絶縁膜を設け、電極と生体との容量性結合により心電信号に係る電気信号を検出する構成としたことにより、電極と生体とが直接接触することがなく、また、電極が外気に曝されることがない。これにより、電極に水分等が付着するのを防止することができ、電極の劣化を抑制することができる。従って、心電信号検出装置の耐久性を高め、寿命を長くすることができる。
【００１３】
（２）．また、本発明は、筐体と、該筐体に設けられた表示窓と、該表示窓の表面に設けられ生体の電気信号を検出する透明な導電材料で形成された少なくとも一対の電極と、該少なくとも一対の電極上に設けられると共に、前記少なくとも一対の電極と当接する面と対向する面が前記生体と接触する接触面となり、透明な絶縁材料で形成された絶縁膜と、該絶縁膜の接触面に接触した前記生体と前記少なくとも一対の電極のそれぞれとの間の容量性結合によって検出された前記生体の電気信号を差動増幅することにより心電信号を生成する差動増幅部と、該差動増幅部により生成された心電信号に基づいて生体情報を算出する演算部と、前記筐体内に設けられ、前記表示窓、前記少なくとも一対の電極および前記絶縁膜を介して表示情報を表示するディスプレイパネルと、該ディスプレイパネルに前記表示情報を表示するための情報表示回路とを有する。
【００１４】
本発明によれば、透明な電極を表示窓の表面に形成し、さらに該電極上に透明な絶縁膜を形成する構成としたことにより、ディスプレイパネルによる情報表示を妨げることなく、耐久性に優れた電極をディスプレイパネルの表示領域と重なり合う場所に配置することができ、心電信号検出装置の小型化と長寿命化とを同時に実現することができる。
【００１５】
また、心電図の測定方法や測定姿勢等を示す表示情報をディスプレイパネルの画面中に電極と重なり合うように、または隣り合うように表示することが可能になる。これにより、心電信号検出装置の操作性を向上させることができ、一般の者でも容易に心電図測定を行うことができるようにすることができる。
【００１６】
さらに、電極の下方に、タッチパネルによる操作ボタン、または光電脈派検出用の光センサ等を配置することができ、小型で高機能な心電信号検出装置を実現することが可能になる。
【００１７】
（３）．また、本発明は、前記表示窓の下面に設けられ、前記表示窓を介して入力情報を入力するためのタッチパネルと、該タッチパネルを駆動する駆動回路と、前記タッチパネルを介して入力された入力情報に基づいて前記演算部を制御する制御部とを有する。
【００１８】
本発明によれば、前述した効果に加え、生体と電極上に設けられた絶縁膜との接触をタッチパネルにより検知することで、心電信号検出装置の操作性を高めることができる。例えば、人間の指が電極上に設けられた絶縁膜に接触したのと同時に心電信号に係る電気信号の検出を自動的に開始する等、一般の利用者にとって便利な機能を実現することが可能になる。
【００１９】
（４）．また、本発明は、筐体と、該筐体に設けられた表示窓と、前記筐体に設けられた操作ボタンと、該操作ボタンに設けられ生体の電気信号を検出する導電材料で形成された第１の電極と、該第１の電極上に設けられた第１の絶縁膜と、前記表示窓の表面に設けられた前記生体の電気信号を検出する透明な導電材料で形成された少なくとも１つの第２の電極と、該少なくとも１つの第２の電極上に設けられると共に、前記少なくとも１つの第２の電極と当接する面と対向する面が前記生体と接触する接触面となり、透明な絶縁材料で形成された第２の絶縁膜と、該第２の絶縁膜の接触面に接触した前記生体の一の部分と前記少なくとも１つの第２の電極との間の容量性結合によって検出された前記生体の一の電気信号と、前記第１の絶縁膜の接触面に接触した前記生体の他の部分と前記第１の電極との間の容量性結合によって検出された前記生体の他の電気信号とを差動増幅することにより心電信号を生成する差動増幅部と、該差動増幅部により生成された心電信号に基づいて生体情報を算出する演算部と、前記筐体内に設けられ、前記表示窓、少なくとも１つの第２の電極および第２の絶縁膜を介して表示情報を表示するディスプレイパネルと、該ディスプレイパネルに前記表示情報を表示するための情報表示回路とを有する。
【００２０】
本発明によれば、生体と電極上に設けられた絶縁膜との接触と、操作ボタンの操作とを同時に検知することができ、心電信号検出装置の操作性を向上させることができる。例えば、人間が指を電極上に設けられた絶縁膜に接触させた状態で操作ボタンを押すことにより心電信号に係る電気信号の検出を開始する等、一般の利用者にとって使いやすい機能を実現することができる。
【００２１】
（５）．また、本発明は、前記表示窓の下面に設けられ、前記表示窓を介して入力情報を入力するためのタッチパネルと、該タッチパネルを駆動する駆動回路と、前記タッチパネルを介して入力された入力情報に基づいて前記演算部を制御する制御部とを有する。
【００２２】
本発明によれば、前述した効果に加え、生体と電極上に設けられた絶縁膜との接触をタッチパネルにより検知することで、心電信号検出装置の操作性を高めることができる。
【００２３】
（６）．また、本発明は、前記少なくとも一対の各電極を前記生体と前記少なくとも一対の各電極のそれぞれとの間の容量性結合によって検出された前記生体の電気信号を差動増幅する前記差動増幅部の入力端子に接続し、該差動増幅部の入力端子には少なくとも１つの高インピーダンス素子を有するクランプ回路を少なくとも１つ接続し、前記クランプ回路の接続端の電位を一定に固定すると共に、前記クランプ回路の接続端から前記差動増幅部をみたときのインピーダンスが前記クランプ回路のインピーダンスよりも大きい構成としている。
【００２４】
電極と生体との容量性結合を用いて生体の電気信号を検出する場合、電極から差動増幅部をみたときの入力インピーダンスが低いと、生体の電気信号の周波数領域で損失が大きくなり、この電気信号を検出できなくなる。
【００２５】
これに対し、本発明では、クランプ回路を高インピーダンス素子を用いて構成すると共に、クランプ回路の接続端から差動増幅部の入力端をみたときのインピーダンスをクランプ回路のインピーダンスよりも大きく設定したので、生体の電気信号の周波数領域での損失を低減できる。また、クランプ回路によって例えば差動増幅部の入力端子やその前段側の基準電位を固定できるので、生体の電気信号の中心電位の変動が小さくなる。このため、ＳＮ比（Signal to Noise Ratio）が良くなり、安定して生体の電気信号を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態による心電信号検出装置を示す斜視図である。
【図２】心電図測定を行っている状態の第１の実施形態による心電信号検出装置を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による心電信号検出装置を示す正面図である。
【図４】図３中の矢示IV−IV方向からみた心電信号検出装置の縦断面図である。
【図５】心電信号検出装置における透明電極等を拡大して示す縦断面図である。
【図６】図３と同様の方向からみた心電信号検出装置の一方の透明電極およびコネクタ等を、筐体の上側ケースを取り外した状態で示す拡大正面図である。
【図７】心電信号検出装置の電気的構成を示す回路図である。
【図８】ディスプレイパネルの画面中にガイダンス情報等が表示された状態の心電信号検出装置を示す正面図である。
【図９】心電図測定を行っている状態の第２の実施形態による心電信号検出装置を示す説明図である。
【図１０】心電図測定を行っている状態の第３の実施形態による心電信号検出装置を示す説明図である。
【図１１】心電図測定を行っている状態の第４の実施形態による心電信号検出装置を示す説明図である。
【図１２】第５の実施形態による心電信号検出装置の電気的構成を示す回路図である。
【図１３】図１２中のフィルタ部、クランプ回路等を示す回路図である。
【図１４】生体と透明電極との間の静電容量値とクランプ回路の抵抗値との関係を示す説明図である。
【図１５】心電信号検出装置の入力部における信号損失と生体信号の周波数との関係を示す周波数特性図である。
【図１６】クランプ回路の抵抗値が図１４中のＡ領域にあるときの生体信号および放射ノイズの時間変化を示す特性線図である。
【図１７】クランプ回路の抵抗値が図１４中の境界線Ｘの近傍にあるときの生体信号および放射ノイズの時間変化を示す特性線図である。
【図１８】クランプ回路の抵抗値が図１４中のＢ領域にあるときの生体信号および放射ノイズの時間変化を示す特性線図である。
【図１９】第６の実施形態による心電信号検出装置の電気的構成を示す回路図である。
【図２０】図１９中のフィルタ部、クランプ回路等を示す回路図である。
【図２１】第７の実施形態によるクランプ回路を示す回路図である。
【図２２】第８の実施形態によるクランプ回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２７】
１，４１，６１，８１，９１，１０１  心電信号検出装置
２，４２，６２，８２  筐体
４Ａ，４２Ａ，６２Ａ，８２Ａ  開口部
５，４３，６３，８３  表示窓
８，４４，６４，８４  ディスプレイパネル
９  タッチパネル
１０，１１  透明電極
１２  透明絶縁膜
１２Ａ  接触面
２１  差動増幅部
２２  演算部
２３  情報表示回路
２４  タッチパネル駆動回路
２５  制御部
４５，６５，６６，８５  操作ボタン
４６，４７，６７，６８，８６，８７  電極
４８，４９，６９，７０，８９  絶縁膜
８８  絶縁部位
９４，１１１  クランプ回路
９４Ｂ，１１１Ｂ  ダイオード（高インピーダンス素子）
１０５，１２１  第１のクランプ回路
１０５Ｂ，１２１Ｂ  ダイオード（第１の高インピーダンス素子）
１０６，１２２  第２のクランプ回路
１０６Ｂ，１２２Ｂ  ダイオード（第２の高インピーダンス素子）
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２９】
図１において、本発明の第１の実施形態による心電信号検出装置１は、簡易な心電図測定を行うことができると共に、人間が片手で手軽に持ち上げることができる携帯型の装置である。該心電信号検出装置１によれば、図２に示すように、人間（生体）の心臓の活動に応じて変動する電気信号である生体信号を人間の両手の親指から検出し、この生体信号から心電信号を生成し、この心電信号に基づいて心電図データ等の生体情報を生成することができる。
【００３０】
なお、説明の便宜上、図１中の矢示Ｚ1，Ｚ2が指す方向をそれぞれ上方向、下方向、矢示Ｘ1，Ｘ2が指す方向をそれぞれ左方向、右方向、矢示Ｙ1，Ｙ2が指す方向をそれぞれ奥方向，手前方向とする。
【００３１】
筐体２は、心電信号検出装置１の外殻を形成する。該筐体２は心電信号検出装置１の下側に位置し、後述する基板６、ディスプレイパネル８、タッチパネル９、コネクタ１６、処理回路部１８等を収容する下側ケース３と、該下側ケース３の上側を覆う上側ケース４とから構成されている。また、下側ケース３および上側ケース４は例えば樹脂等の絶縁材料からそれぞれ形成されている。さらに、上側ケース４には、表示窓５を取り付けるための開口部４Ａが形成されている。
【００３２】
表示窓５は、上側ケース４の開口部４Ａに取り付けられている。該表示窓５は、透明な絶縁材料、例えば透明な樹脂から形成されている。より具体的には、表示窓５は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明樹脂フィルムである。なお、表示窓５をガラスから形成してもよい。そして、表示窓５は、開口部４Ａを閉塞し、ディスプレイパネル８の液晶表示画面の上面側全体を覆っている。
【００３３】
図３、図４において、基板６は、支持部材７を介して下側ケース３内に取り付けられている。そして、基板６上には、後述のディスプレイパネル８、タッチパネル９、コネクタ１６、処理回路部１８等が搭載されている。
【００３４】
ディスプレイパネル８は、表示窓５の下方に位置して下側ケース３内に設けられている。該ディスプレイパネル８は、例えば液晶表示画面を有する液晶ディスプレイパネルユニットである。即ち、ディスプレイパネル８は基板６上に搭載され、ディスプレイパネル８の接続端子は、基板６上に設けられたディスプレイ用接続端子（いずれも図示せず）に電気的に接続されている。また、ディスプレイパネル８の上面に配置された液晶表示画面の形状、大きさおよび位置は上側カバー４の開口部４Ａと対応している。そして、利用者は、開口部４Ａに取り付けられた表示窓５、表示窓５とディスプレイパネル８との間に設けられたタッチパネル９、並びに表示窓５上に設けられた透明電極１０，１１、接着層１３および透明絶縁膜１２を透視してディスプレイパネル８の液晶表示画面に表示された情報を見ることができる。
【００３５】
タッチパネル９は、表示窓５の下面に設けられ、表示窓５を介して入力情報を入力するものである。即ち、該タッチパネル９は、表示窓５とディスプレイパネル８との間に配置され、液晶表示画面のほぼ全体を覆っている。また、該タッチパネル９は例えば抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルであり、タッチパネル９の接続端子は、基板６上に設けられたタッチパネル用接続端子（いずれも図示せず）に電気的に接続されている。タッチパネル９は、人間の指等が表示窓５の上面および透明電極１０，１１の上面に形成された透明絶縁膜１２に接触したときに、接触位置情報を含む接触検知信号を制御部２５に出力する。
【００３６】
２個の透明電極１０，１１は、人間の両手の親指から生体信号を検出する。該透明電極１０，１１は表示窓５の上面（表面）にそれぞれ設けられている。各透明電極１０，１１は、透明な導電性材料、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）系、ＺｎＯ（酸化亜鉛）系、ＳｎＯ２（酸化スズ）系、ＴｉＯ２（酸化チタン）系、もしくはマグネシウム基非酸化物系の透明な導電性材料、または透明導電性樹脂から形成されている。
【００３７】
また、各透明電極１０，１１は、人間の親指の先端部から生体信号を検出するのに適した大きさおよび形状を有し、例えば１辺の長さ寸法が１．５ｃｍ程度の正方形に形成されている。そして、各透明電極１０，１１は、厚さ寸法が例えば数μｍ〜数十μｍの薄膜であり、表示窓５上に透明な接着層１３を介してパターンニングされて成膜されている。なお、各透明電極１０，１１を直径寸法が１．５ｃｍ程度の円形に形成してもよい。
【００３８】
また、各透明電極１０、１１は、図２に示すように、人間が心電信号検出装置１を両手で把持した状態で両手の親指を透明電極１０，１１に対応する部位に容易に接触させることができるような位置に配置されている。即ち、一方の透明電極１０は、表示窓５の上面内の左手前側に配置され、他方の透明電極１１は表示窓５の上面内の右手前側に配置されている。さらに、各透明電極１０，１１は、心電信号検出装置１の上面を見たときに、各透明電極１０，１１の全部がディスプレイパネル８の液晶表示画面およびタッチパネル９と重なり合うように配置されている。
【００３９】
そして、各透明電極１０，１１上には、後述するように透明絶縁膜１２が設けられており、各透明電極１０，１１は、透明絶縁膜１２の接触面１２Ａに接触した人間の親指と各透明電極１０，１１との間の容量性結合により、当該人間の親指から生体信号を検出する。
【００４０】
透明絶縁膜１２は、透明電極１０，１１が成膜された表示窓５の上面全体を覆っている。即ち、該透明絶縁膜１２は、透明電極１０，１１の上面を直接覆うと共に、表示窓５の上面のうち透明電極１０，１１が成膜されていない部位を接着層１３を介して覆っている。そして、透明絶縁膜１２の上面のうち、透明電極１０，１１と対向する部位、即ち、透明電極１０，１１と当接する面と対向する面が接触面１２Ａである。生体信号を検出するときには人間の親指を該接触面１２Ａに接触させる。
【００４１】
また、透明絶縁膜１２は、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明絶縁材料を各透明電極１０，１１の上面および表示窓５の上面のうち透明電極１０，１１が成膜されていない部位にコーティングすることにより形成され、その厚さ寸法は、例えば数μｍ〜数十μｍである。
【００４２】
さらに、透明絶縁膜１２の手前側縁部には、図３に示すように、後述する導電ライン１４および接地ライン１５を保護するための２個のライン保護部１２Ｂが設けられている。該各ライン保護部１２Ｂは、図５に示すように、透明絶縁膜１２の手前側縁部の一部を、基板６上に設けられた後述のコネクタ１６に向けて延在させることにより形成されている。そして、該各ライン保護部１２Ｂは、後述する導電ライン１４および接地ライン１５の表面を覆っている。
【００４３】
２本の導電ライン１４は、各透明導電膜１０，１１とコネクタ１６内の信号端子との間を電気的に接続する。該各導電ライン１４は、例えば透明電極１０，１１と同じ透明導電材料から形成されている。そして、図５、図６に示すように、これら導電ライン１４の基端側は透明電極１０，１１にそれぞれ接続され、先端側はライン保護部１２Ｂと共に、表示窓５の手前側端面と上側ケース４の開口部４Ａの手前側縁部との隙間を通って筐体２内に向かって下方に延び、コネクタ１６の信号端子にそれぞれ接続されている。
【００４４】
接地ライン１５は、各導電ライン１４の左右方向両側に位置し、当該導電ライン１４からそれぞれ所定距離離間して配置されている。該各接地ライン１５は導電材料から形成されている。そして、該各接地ライン１５は、導電ライン１４の基端側から先端側に向けて導電ライン１４と平行に延び、その先端がコネクタ１６の接地端子に接続されている。このように各導電ライン１４を接地ライン１５で囲うことにより、各導電ライン１４を流れる生体信号に放射ノイズが重畳するのを抑制することができる。
【００４５】
２個のコネクタ１６は、基板６上に設けられている。該各コネクタ１６は、導電ライン１４を、接続ライン１７を介して後述の処理回路部１８と接続する共に、接地ライン１５を基板６に設けられた接地部（図示せず）に接続するものである。即ち、各コネクタ１６内には、導電ライン１４と接続ライン１７とを接続する信号端子、および接地ライン１５と基板６の接地部とを接続する接地端子（いずれも図示せず）が設けられている。
【００４６】
処理回路部１８は、基板６上に設けられている。該処理回路部１８は、図７に示すように、２個のフィルタ部１９、基線変動抑制部２０、差動増幅部２１、演算部２２、情報表示回路２３、タッチパネル駆動回路２４および制御部２５を備えている。
【００４７】
即ち、フィルタ部１９は、処理回路部１８の入力端側に設けられ、人間の親指から検出された生体信号からノイズを軽減するものである。即ち、フィルタ部１９は、透明電極１０，１１と導電ライン１４、コネクタ１６の信号端子および接続ライン１７を介してそれぞれ接続されており、人間の親指が透明電極１０，１１上の透明絶縁膜１２の接触面１２Ａに接触したときに、当該人間の親指と透明電極１０，１１との容量性結合により検出される生体信号に含まれるノイズを軽減する。
【００４８】
ここで、フィルタ部１９はローパスフィルタから構成されている。なお、フィルタ部１９にハイパスフィルタを付加してもよい。また、差動増幅部２１により生成される心電信号の波形歪みを軽減するために、フィルタ部１９の入力インピーダンスを高くし、例えば１ＧΩ〜１０ＴΩとすることが望ましい。
【００４９】
基線変動抑制部２０は、各フィルタ部１９の後段に設けられている。該基線変動抑制部２０は、各フィルタ部１９から出力された生体信号の基線（ベースライン）の変動を抑制する。
【００５０】
差動増幅部２１は、基線変動抑制部２０から出力された生体信号を差動増幅することにより心電信号を生成する。該差動増幅部２１は、例えばオペアンプ（演算増幅器）等を含んだ差動増幅回路により構成されている。なお、通常使用されるオペアンプの入力インピーダンスは、１ＧΩ以上である。このため、差動増幅器２１の入力インピーダンスは、１ＧΩ以上となる。そして、差動増幅部２１は、一方の透明電極１０により人間の左手の親指から検出され、一方のフィルタ部１９および基線変動抑制部２０を介して入力された生体信号と、他方の透明電極１１により人間の右手の親指から検出され、他方のフィルタ部１９および基線変動抑制部２０を介して入力された生体信号とを差動増幅することにより、心電信号を生成する。
【００５１】
演算部２２は、差動増幅部２１の後段に設けられている。該演算部２２は、例えば制御部２５と共に中央演算処理装置（ＣＰＵ）により構成され、差動増幅部２１により生成された心電信号に基づいて心電図データ等の生体情報を算出する。
【００５２】
情報表示回路２３は、ディスプレイパネル８の液晶表示画面における情報表示を制御するものであり、ディスプレイパネル８と電気的に接続されている。タッチパネル駆動回路２４は、タッチパネル９を駆動するものであり、タッチパネル９と電気的に接続されている。
【００５３】
制御部２５は、ディスプレイパネル８、演算部２２等を制御するものである。具体的には、制御部２５は、情報表示回路２３を介してディスプレイパネル８を制御し、例えば図８に示すようなガイダンス情報３１、矢印マーク３２、操作ボタン画像３３等の情報を液晶表示画面に表示させる。ここで、ガイダンス情報３１は、例えば心電図の測定方法や測定姿勢等を利用者に対して説明する文章または画像の情報である。
【００５４】
また、制御部２５は、情報表示回路２３を介してディスプレイパネル８を制御し、演算部２２により算出された生体情報、例えば心電図データに基づく心電図波形等をディスプレイパネル８の液晶表示画面に表示させる。
【００５５】
さらに、制御部２５は、タッチパネル９を介して入力される入力情報に基づいて演算部２２を制御する。具体的には、制御部２５は、タッチパネル９から出力される接触検知信号をタッチパネル駆動回路２４を介して受け取り、この接触検知信号に含まれる接触位置情報に基づいて、人間の指が、表示窓５（透明絶縁膜１２）の上面において、透明電極１０，１１が配置された部位、または透明電極１０，１１が配置されていない部位に接触したことを検知する。そして、制御部２５は、人間の両手の親指が透明電極１０，１１上の透明絶縁膜１２の接触面１２Ａにそれぞれ接触したことを検知したとき、演算部２２等を制御し、人間の親指からの生体信号の検出、心電信号の生成、および心電図データ等の算出を開始する。
【００５６】
本発明の第１の実施形態による心電信号検出装置１は以上のような構成を有するものであり、次にその動作を説明する。
【００５７】
まず、利用者が心電信号検出装置１の電源を入れると、制御部２５は、情報表示回路２３を介してディスプレイパネル８を制御し、心電信号検出装置１の種々の機能を選択するためのメニューを液晶表示画面に表示する。そして、利用者が表示窓５（透明絶縁膜１２）を指で触れ、メニューの中から心電図測定を選択する旨の操作を行うと、制御部２５は、この選択操作を、タッチパネル９およびタッチパネル駆動回路２４を介して検知する。続いて、制御部２５は、情報表示回路２３を介してディスプレイパネル８を操作し、図８に示すように、ガイダンス情報３１、矢印マーク３２および操作ボタン画像３３を液晶表示画面に表示する。
【００５８】
利用者が、図２に示すように、心電信号検出装置１を両手で把持し、両手の親指を透明電極１０，１１上の透明絶縁膜１２の接触面１２Ａに接触させると、制御部２５は、両手の親指が当該接触面１２Ａに接触していることを、タッチパネル９およびタッチパネル駆動回路２４を介して検知する。続いて、制御部２５は、演算部２２等を制御し、人間の親指からの生体信号の検出、心電信号の生成、および心電図データ等の算出を開始する。
【００５９】
これにより、利用者の心臓の活動に応じて変動する生体信号が透明電極１０，１１によりそれぞれ検出される。即ち、透明電極１０，１１上の透明絶縁膜１２の接触面１２Ａに接触している利用者の両手の親指と透明電極１０，１１との間が容量によりそれぞれ結合され、生体信号が親指から透明電極１０，１１にそれぞれ伝達される。そして、透明電極１０，１１にそれぞれ伝達された生体信号は、導電ライン１４、コネクタ１６の信号端子および接続ライン１７を通って処理回路部１８のフィルタ部１９にそれぞれ入力される。
【００６０】
続いて、フィルタ部１９は生体信号に含まれるノイズを軽減し、基線変動抑制部２０は生体信号の基線の変動を抑制する。そして、差動増幅部２１は、ノイズが軽減され、基線変動が抑制された２個の生体信号を差動増幅することにより心電信号を生成する。さらに、演算部２２は、この心電信号に基づいて演算処理を行い、心電図データ等の生体情報を生成する。続いて、制御部２５は、情報表示回路２３を介してディスプレイパネル８を制御し、生体情報（例えば心電図データに基づく心電図波形等）を液晶表示画面に表示する。
【００６１】
以上説明した通り、本発明の第１の実施形態による心電信号検出装置１は、上面が透明絶縁膜１２で覆われた透明電極１０，１１を備え、容量性結合により生体信号を検出する。これにより、人間の指等が透明電極１０，１１に直接接触することがなく、また、透明電極１０，１１が外気に曝されることがない。従って、透明電極１０，１１に水分等が付着するのを防止することができ、透明電極１０，１１の劣化を抑制することができる。よって、心電信号検出装置１の耐久性を高め、寿命を長くすることができる。
【００６２】
また、心電信号検出装置１では、生体信号を検出するための電極を透明な材料から形成された透明電極１０，１１とし、これら透明電極１０，１１をディスプレイパネル８の液晶表示画面と重なり合う表示窓５の上面に配置している。このように、生体信号を検出するための電極を透明電極とすることにより、電極を配置するスペースをディスプレイパネル８と重なり合う位置に確保することが可能となり、電極を配置する場所の選択度を高めることができる。また、透明電極１０，１１をディスプレイパネル８と重なり合う位置に配置することにより、筐体２の外面に配置すべき他の部品（例えば操作ボタン等）の配置スペースを容易に確保することが可能になる。
【００６３】
従って、図２に示すように、心電信号検出装置１の小型化を図ることができる。さらに、ディスプレイパネル８の表示画面面積を大きくすることが可能になり、また、心電信号検出装置１のデザインの自由度を向上させることができる。
【００６４】
さらに、表示窓５の表面に透明電極１０，１１を配置することにより、図８に示すように、ガイダンス情報３１および矢印マーク３２等を透明電極１０，１１と隣り合うように表示し、操作ボタン画像３３を透明電極１０，１１と重なり合うように表示することができる。これにより、心電信号検出装置１の操作性を向上させることができ、一般の者でも容易に心電図測定を行うことができるようにすることができる。
【００６５】
例えば、矢印マーク３２および操作ボタン画像３３により親指を乗せる位置を利用者に知らせることができ、ガイダンス情報３１により親指を乗せた状態で静止すべき時間等を利用者に教示することができる。これにより、利用者は心電信号検出装置１の取扱説明書を読み返さなくても心電図測定を行うことができる。
【００６６】
また、心電信号検出装置１では、タッチパネル９により、人間の親指と透明電極１０，１１上の透明絶縁膜１２の接触面１２Ａとの接触を検知し、この検知結果に応じて、生体信号の検出、心電信号の生成、および心電図データ等の算出を自動的に開始する。これにより、心電信号検出装置１の操作性を向上させることができる。
【００６７】
例えば、利用者は親指を透明電極１０，１１上の透明絶縁膜１２の接触面１２Ａに接触させるだけで心電図測定を開始することができるので、例えば、測定開始操作を行ってから急いで電極上に指を配置させるといった動作や、電極上に指を配置させた後に測定開始操作のために指を電極上の位置から離さなければならないといった煩雑な動作を排除することができる。
【００６８】
また、小型の心電信号検出装置１は、一般の者が日常生活において手軽に心電図測定を行うことを可能にする。例えば、携帯電話機、携帯端末機、携帯ゲーム機、またはカーナビゲーション装置等、日常生活において頻繁に用いられる機器の機能を心電信号検出装置１に追加（例えば、本発明を心電図測定機能を搭載した携帯電話機として具現化）することにより、日常的な心電図測定の容易化を推し進めることができる。
【００６９】
なお、上述した第１の実施形態では、２個の透明電極１０，１１を、表示窓５の上面内の手前側に配置する場合を例に挙げた。これにより、人間が心電信号検出装置１を両手で把持しながら両手の親指を透明電極１０，１１上の透明絶縁膜１２の接触面１２Ａにそれぞれ確実に接触させることができるようになるため望ましい構成であるが、透明電極の個数および配置位置はこれに限定されない。
【００７０】
また、透明電極１０，１１上の透明絶縁膜１２の接触面１２Ａに接触させる人間の部位は親指に限らず、人差し指、中指等または掌でもよく、透明電極上の透明絶縁膜の接触面に接触させる人間の部位に応じて透明電極の個数または配置位置を適宜設定してもよい。
【００７１】
また、上述した第１の実施形態では、透明電極１０，１１の上面だけでなく、表示窓５の上面のうち透明電極１０，１１が成膜されていない部位にも透明絶縁膜１２をコーティングする場合を例に挙げたが、本発明はこれに限らない。透明電極１０，１１の上面だけに透明絶縁膜１２を設けてもよい。
【００７２】
さらに、上述した第１の実施形態では、液晶表示画面を有するディスプレイパネル８を採用する場合を例に挙げたが、このディスプレイパネル８に代え、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイパネル、無機ＥＬディスプレイパネル、電界放出ディスプレイパネル、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）ディスプレイパネル、電子ペーパ等を採用してもよい。
【００７３】
次に、本発明の第２の実施形態を図９に従って説明する。図９に示すように、本発明の第２の実施形態による心電信号検出装置４１は、樹脂等の絶縁材料により形成された筐体４２を備え、該筐体４２の上面に形成された開口部４２Ａには表示窓４３が取り付けられ、該表示窓４３の下方にはディスプレイパネル４４が設けられている。また、筐体４２の上面には、樹脂等の絶縁材料により形成された操作ボタン４５が設けられている。
【００７４】
さらに、心電信号検出装置４１は、生体信号を検出するための２個の電極４６，４７を有している。一方の電極４６は、第１の実施形態における透明電極１０と同様な透明電極であり、表示窓４３の上面内の左手前側に配置されている。そして、該電極４６の上面には透明な絶縁材料から形成された絶縁膜４８が設けられ、絶縁膜４８において、電極４６と当接する面と対向する面が人間の親指と接触する接触面となっている。
【００７５】
また、他方の電極４７は、透明または不透明な導電材料により形成された電極であり、操作ボタン４５の表面に配置されている。そして、電極４７の上面には透明または不透明な絶縁材料からなる絶縁膜４９がコーティングされ、絶縁膜４９において、電極４７と当接する面と対向する面が人間の親指と接触する接触面となっている。いずれの電極４６，４７も容量性結合により人間の親指から生体信号を検出するものである。
【００７６】
さらに、筐体４２の内部には、図７に示す処理回路部１８と同様の処理回路部（図示せず）が収容され、該処理回路部は、操作ボタン４５が押されたときに、生体信号の検出、心電信号の生成、および心電図データ等の算出を開始する機能を備えている。
【００７７】
また、前記処理回路部は、ディスプレイパネル４４の表示画面において電極４６と対応する位置に、この位置が利用者の左手の親指を接触させるべき場所であることを示すマーク５０を表示すると共に、当該表示画面に例えば「左手の親指を下のマークの上に乗せ、右手の親指を操作ボタンに乗せ、操作ボタンを押し、その後５秒間静止してください。」といったガイダンス情報（図示せず）を表示する。
【００７８】
本発明の第２の実施形態による心電信号検出装置４１は以上のような構成を有するものであり、次にその動作を説明する。即ち、利用者は、ディスプレイパネル４４の表示画面に表示されたガイダンス情報等に従って、電極４６上の絶縁膜４８の接触面、および電極４７上の絶縁膜４９の接触面に両手の親指をそれぞれ接触させた後、絶縁膜４９の接触面に接触している親指により操作ボタン４５を押す。これにより、生体信号の検出、心電信号の生成、および心電図データ等の算出が開始される。そして、算出された心電図データに基づく心電図波形等がディスプレイパネル４４の表示画面に表示される。
【００７９】
以上説明した通り、本発明の第２の実施形態による心電信号検出装置４１によれば、生体信号を検出するための電極４６，４７上に絶縁膜４８，４９を設ける構成としたことにより、電極４６，４７の劣化を抑制することができ、心電信号検出装置４１の耐久性を高めることができる。
【００８０】
また、電極４６および絶縁膜４８を透明に形成し、これをディスプレイパネル４４と重なり合う表示窓４３の上面に配置する構成としたことにより、心電信号検出装置４１の小型化を図ることができる。
【００８１】
さらに、電極４７を操作ボタン４５上に配置することにより、心電信号検出装置４１の操作性を向上させることができる。例えば、利用者は親指を電極４６，４７上に位置する絶縁膜４８，４９に接触させた状態で、操作ボタン４５を押して心電図測定を開始することができる。
【００８２】
なお、上述した第２の実施形態では、電極４７を操作ボタン４５上に配置する場合を例に挙げたが、これに代え、操作ボタン４５の内部に電極４７を埋め込んでもよい。この場合、電極４７の上面を覆う操作ボタン４５の上面側の部位が絶縁膜４９に相当する。
【００８３】
次に、本発明の第３の実施形態を図１０に従って説明する。図１０に示すように、本発明の第３の実施形態による心電信号検出装置６１は、樹脂等の絶縁材料により形成された筐体６２を備え、該筐体６２の上面に形成された開口部６２Ａには表示窓６３が取り付けられ、該表示窓６３の下側にはディスプレイパネル６４が設けられている。また、筐体６２の上面には、樹脂等の絶縁材料により形成された操作ボタン６５，６６が設けられている。
【００８４】
そして、操作ボタン６５，６６の上面には、生体信号を検出するための２個の電極６７，６８がそれぞれ設けられている。各電極６７，６８は、透明または不透明な導電材料により形成されている。また、電極６７，６８の上面には、透明または不透明な絶縁材料により形成された絶縁膜６９，７０がコーティングされている。そして、これら絶縁膜６９，７０において、電極６７，６８と当接する面と対向する面が人間の親指と接触する接触面となっている。そして、これら電極６７，６８は、絶縁膜６９，７０の接触面に接触した人間の親指と電極６７，６８との容量性結合により人間の生体信号を検出するものである。
【００８５】
さらに、筐体６２の内部には、図７に示す処理回路部１８と同様の処理回路部（図示せず）が収容され、該処理回路部は、操作ボタン６５または操作ボタン６６が押されたときに、生体信号の検出、心電信号の生成、および心電図データ等の算出を開始する機能を備えている。
【００８６】
このような構成を有する本発明の第３の実施形態による心電信号検出装置６１によれば、電極６７，６８の上面に絶縁膜６９，７０を設ける構成としたことにより、電極６７，６８の劣化を抑制することができ、心電信号検出装置６１の耐久性を高めることができる。
【００８７】
また、電極６７，６８を操作ボタン６５，６６の表面に配置することにより、利用者は親指を電極６７，６８上の絶縁膜６９，７０に接触させた状態で、操作ボタン６５または操作ボタン６６を押して心電図測定を開始することができる。これにより、心電信号検出装置６１の操作性を向上させることができる。
【００８８】
なお、上述の第３の実施形態では、電極６７，６８を操作ボタン６５，６６の上面に設ける場合を例に挙げたが、これに代えて、電極６７，６８を操作ボタン６５，６６の内部にそれぞれ埋め込んでもよい。この場合、電極６７，６８の上面を覆う操作ボタン６５，６６の上面側の部位が絶縁膜６９，７０に相当する。
【００８９】
また、上述した第３の実施形態では、電極６７，６８を操作ボタン６５，６６の上面にそれぞれ配置する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、操作ボタン６５を排し、電極６７を筐体６２の上面に直接成膜し、この電極６７上に絶縁膜６９をコーティングしてもよい。
【００９０】
また、操作ボタン６５を排して電極６７を筐体６２の上面側内部に埋め込んでもよい。この場合には、電極６７の上面を覆う筐体６２の上面側の部位が絶縁膜６９に相当する。
【００９１】
次に、本発明の第４の実施形態を図１１に従って説明する。図１１に示すように、本発明の第４の実施形態による心電信号検出装置８１は、樹脂等の絶縁材料により形成された筐体８２を備え、該筐体８２の上面に形成された開口部８２Ａには表示窓８３が取り付けられ、該表示窓８３の下側にはディスプレイパネル８４が設けられている。また、筐体８２の上面には、絶縁材料により形成された操作ボタン８５が設けられている。
【００９２】
そして、生体信号を検出するための２個の電極８６，８７のうち、一方の電極８６は筐体８２の左サイドパネル８２Ｂに埋設されている。また、筐体８２において、左サイドパネル８２Ｂに埋設された電極８６の上面（左方向に向いた面）を覆う絶縁部位８８が絶縁膜に相当する。
【００９３】
さらに、他方の電極８７は操作ボタン８５の上面に配置されており、該電極８７上には絶縁膜８９がコーティングされている。なお、電極８７を操作ボタン８５内に埋め込んでもよい。
【００９４】
このような構成を有する本発明の第４の実施形態によれば、上述した第２の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。特に、一方の電極８６を筐体８２の左側面に配置したことにより、図１１に示すように、心電信号検出装置８１をその底側から左手で把持しながら、左手の親指を電極８６上の絶縁部位８８に接触させることができ、心電図測定を安定した姿勢で行うことができる。
【００９５】
次に、本発明の第５の実施形態を図１２ないし図１８に従って説明する。なお、第５の実施形態では、前記第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９６】
図１２に示すように、本発明の第５の実施形態による心電信号検出装置９１は、処理回路部９２を備えている。そして、処理回路部９２は、第１の実施形態による処理回路部１８と同様に、後述する２個のフィルタ部９３、基線変動抑制部２０、差動増幅部２１、演算部２２、制御部２５等を備えている。
【００９７】
フィルタ部９３は、処理回路部９２の入力端側に設けられる。即ち、フィルタ部９３の入力端子９３Ａは、透明電極１０，１１に導電ライン１４、コネクタ１６の信号端子および接続ライン１７を介してそれぞれ接続され、また、フィルタ部９３の出力端子９３Ｂは、差動増幅部２１の入力端に、基線変動抑制部２０を介してそれぞれ接続されている。そして、フィルタ部９３は、人間の親指が透明電極１０，１１上の透明絶縁膜１２の接触面１２Ａに接触したときに、当該人間の親指と透明電極１０，１１との容量性結合により検出される生体信号に含まれるノイズを軽減する。
【００９８】
ここで、フィルタ部９３は、例えばローパスフィルタ（低域通過フィルタ）によって構成されている。具体的には、このフィルタ部９３は、図１３に示すように、例えばオペアンプ９３Ｃと、該オペアンプ９３Ｃの非反転端子と入力端子９３Ａとの間に直列接続された第１，第２の抵抗９３Ｄ，９３Ｅと、第１，第２の抵抗９３Ｄ，９３Ｅ間の接続点とオペアンプ９３Ｃの出力端子との間に接続された第１のコンデンサ９３Ｆと、オペアンプ９３Ｃの非反転端子とグランドとの間に接続された第２のコンデンサ９３Ｇとを備え、反転端子と出力端子との間が接続されたサレン・キー回路によって構成されている。このとき、フィルタ部９３のカットオフ周波数は、抵抗９３Ｄ，９３Ｅの抵抗値Ｒ1，Ｒ2と、コンデンサ９３Ｆ，９３Ｇの容量値Ｃ1，Ｃ2とによって決定されている。
【００９９】
クランプ回路９４は、フィルタ部９３の入力端子９３Ａに接続されている。該クランプ回路９４は、直流定電圧源としてのグランド９４Ａと、該グランド９４Ａと入力端子９３Ａとの間に接続された高インピーダンス素子としてのダイオード９４Ｂ，９４Ｃとによって構成されている。このとき、ダイオード９４Ｂ，９４Ｃは、順方向が互いに反対となるように向かい合わせた状態で直列接続されている。このため、ダイオード９４Ｂ，９４Ｃは、カソード同士が接続されると共に、ダイオード９４Ｂのアノードはグランド９４Ａに接続され、ダイオード９４Ｃのアノードは入力端子９３Ａに接続されている。
【０１００】
このため、ダイオード９４Ｂは、グランド電圧よりも高圧な電気信号に対して逆方向特性を有し、高インピーダンスとして例えば１００ＭΩ以上の抵抗値Ｒ0を有する。一方、ダイオード９４Ｃは、グランド電圧よりも低圧な電気信号に対して逆方向特性を有し、高インピーダンスとして例えば１００ＭΩ以上の抵抗値Ｒ0を有する。そして、クランプ回路９４は、その接続端となる入力端子９３Ａの基準電位を一定の電圧としてのグランド電圧に固定している。
【０１０１】
ここで、クランプ回路９４の接続端から差動増幅部２１をみたときのインピーダンスがクランプ回路９４のインピーダンス（抵抗値Ｒ0）よりも大きな値に設定されている。具体的には、クランプ回路９４のインピーダンスは、主にダイオード９４Ｂ，９４Ｃの逆方向特性の抵抗値Ｒ0で決まる。また、この抵抗値Ｒ0は、一般的にフィルタ部９３のオペアンプ９３Ｃの非反転端子（入力端子）の入力インピーダンスである１ＧΩ以上に比べて小さい値となっている。このため、透明電極１０，１１から差動増幅部２１をみたときのインピーダンスは、ダイオード９４Ｂ，９４Ｃの抵抗値Ｒ0で決まってしまう。
【０１０２】
そこで、次にダイオード９４Ｂ，９４Ｃの抵抗値Ｒ0について検討する。心電信号検出装置９１のように、生体と透明電極１０，１１との容量性結合を用いて生体信号を計測する場合、フィルタ部９３の入力端子９３Ａでの損失は、生体と透明電極１０，１１との間の静電容量値Ｃ0およびクランプ回路９４の抵抗値Ｒ0に依存する。このため、静電容量値Ｃ0および抵抗値Ｒ0を適切に選ばないと、生体信号の周波数帯域で損失が生じる。
【０１０３】
このとき、透明電極１０，１１の大きさは、生体の接触部分である指先と同程度である。このため、透明電極１０，１１は、一辺の長さが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の長方形や、直径が１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の楕円形である。また、透明電極１０，１１は、例えば数μｍ〜数十μｍ程度の厚さ寸法をもった透明絶縁膜１２によって覆われている。従って、生体と透明電極１０，１１との間に生じる静電容量値Ｃ0は、７０ｐＦ〜６００ｐＦ程度である。
【０１０４】
このような静電容量値Ｃ0に対して、生体信号の検出が可能とするためには、生体信号の波形の歪みを小さくすると共に、放射ノイズの影響を小さくする必要がある。この条件を満たすのは、抵抗値Ｒ0が境界線Ｘよりも大きいときである。即ち、抵抗値Ｒ0が、図１４中のＢ領域にあるときである。
【０１０５】
具体的に説明すると、抵抗値Ｒ0が図１４中のＡ領域にあるときには、図１５中の特性線ａに示すように、生体信号の周波数帯域である０．１〜２００Ｈｚで損失が大きくなる。この場合、図１６に示すように、無損失の理想的な生体信号Ｓ0に対して生体信号Ｓの歪みが大きくなり、適切な生体信号を検出することができない。
【０１０６】
これに対し、抵抗値Ｒ0が図１４中の境界線Ｘ付近となるときには、図１５中の特性線ｘに示すように、生体信号の周波数帯域である０．１〜２００Ｈｚで損失が小さくなる。この場合、図１７に示すように、生体信号Ｓの歪みも小さくなり、生体信号Ｓの波形は、理想的な生体信号Ｓ0に近付く。また、抵抗値Ｒ0がＡ領域よりも大きくなるから、放射ノイズＮＧの影響も小さくなる。これにより、生体信号の詳細な波形の検出は難しいが、生体信号のピークは検出可能となる。
【０１０７】
抵抗値Ｒ0が図１４中のＢ領域にあるときには、図１５中の特性線ｂに示すように、生体信号の周波数帯域である０．１〜２００Ｈｚでの損失は、さらに低下する。この場合、図１８に示すように、生体信号Ｓの波形は理想的な生体信号Ｓ0の波形とほぼ同様に変化し、生体信号Ｓの歪みや放射ノイズＮＧの影響は、さらに低下する。この結果、生体信号の歪みを小さくすると共に、放射ノイズＮＧの影響を小さくするためには、抵抗値Ｒ0は図１４中のＢ領域に含まれる必要がある。即ち、抵抗値Ｒ0は、例えば１００ＭΩ以上ある必要がある。
【０１０８】
ここで、一般的なクランプ回路で使用される抵抗素子では、抵抗値は大きくても数ＭΩ程度であり、上述のような１００ＭΩ以上の高インピーダンスは得られない。このため、一般的な抵抗素子を用いた場合には、生体信号Ｓの歪みが大きくなり、ＳＮ比が低下してしまう。これに対し、本実施形態によるクランプ回路９４では、ダイオード９４Ｂ，９４Ｃの逆方向特性を利用し、抵抗値Ｒ0として１００ＭΩ以上の高インピーダンスを実現している。
【０１０９】
具体的に説明すると、本実施の形態では、透明電極１０，１１の大きさから得られる生体信号の電圧は１〜２ｍＶ程度である。このとき、図１３に示すように、ダイオード９４Ｂ，９４Ｃを向かい合わせに接続すると、ダイオード９４Ｂ，９４Ｃのうちいずれか一方には、逆方向特性によって逆電圧として１〜２ｍＶが印加される。一方、ダイオード９４Ｂ，９４Ｃのブレークダウン電圧は通常１Ｖ程度である。このため、逆電圧がブレークダウン電圧よりも十分に小さいから、ダイオード９４Ｂ，９４Ｃには電流が流れない。この結果、ダイオード９４Ｂ，９４Ｃは、例えば１００ＭΩ以上の高インピーダンス素子として機能する。これにより、本実施の形態では、歪みが小さく、ＳＮ比がよい良好な生体信号Ｓを検出することができる。
【０１１０】
なお、前述した外部からの放射ノイズＮＧは、主に商用電源の雑音（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）とその高調波（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの整数倍）の雑音（２００Ｈｚ以上）とを含む。ここで、商用電源の雑音は、２つの透明電極１０，１１に同相で加わるため、差動増幅器２１によって相殺される。それ以外の２００Ｈｚ以上の雑音は、フィルタ部９３によって除去される。このため、フィルタ部９３のカットオフ周波数は、２００Ｈｚ以上の適切な値に設定されている。
【０１１１】
このような構成を有する本発明の第５の実施形態によれば、上述した第１の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。また、透明電極１０，１１と生体との容量性結合を用いて生体信号を検出する場合、透明電極１０，１１から差動増幅部２１をみたときの入力インピーダンスが低いと、生体信号の周波数領域で損失が大きくなり、生体信号を検出することができなくなる。また、フィルタ部９３の入力端子９３Ａの基準電位が固定されていないと、生体信号の中心電位の変動が大きくなり、安定した心電信号の測定が難しくなる。これに対し、第５の実施形態では、クランプ回路９４によって差動増幅部２１の入力端の前段側に位置するフィルタ部９３の入力端子９３Ａの基準電位を固定できるから、生体信号の中心電位の変動を小さくすることができる。
【０１１２】
また、クランプ回路９４を高インピーダンス素子としてのダイオード９４Ｂ，９４Ｃを用いて構成すると共に、クランプ回路９４の接続端から差動増幅部２１の入力端をみたときのインピーダンスをクランプ回路９４のインピーダンス（抵抗値Ｒ0）よりも大きく設定したので、生体信号の周波数領域での損失を低減することができる。さらに、クランプ回路９４によって差動増幅部２１の前段側の基準電位を固定できるので、生体信号の中心電位の変動が小さくなる。このため、ＳＮ比が良くなり、安定して生体信号を検出することができる。
【０１１３】
次に、本発明の第６の実施形態を図１９および図２０に従って説明する。なお、第６の実施形態では、前記第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１１４】
図１９に示すように、本発明の第４の実施形態による心電信号検出装置１０１は、処理回路部１０２を備えている。そして、処理回路部１０２は、第１の実施形態による処理回路部１８と同様に、２個のフィルタ部１０３、基線変動抑制部２０、差動増幅部２１、演算部２２、制御部２５等を備えている。
【０１１５】
ここで、フィルタ部１０３の入力端子１０３Ａは、透明電極１０，１１にそれぞれ接続され、また、フィルタ部１０３の出力端子１０３Ｂは、差動増幅部２１の入力端に、基線変動抑制部２０を介してそれぞれ接続されている。また、フィルタ部１０３は、例えば第５の実施形態によるフィルタ部９３とほぼ同様に、オペアンプ１０３Ｃ、第１，第２の抵抗１０３Ｄ，１０３Ｅおよび第１，第２のコンデンサ１０３Ｆ，１０３Ｇによってサレン・キー回路からなるローパスフィルタを構成している。そして、フィルタ部１０３は、処理回路部１０２の入力端側に設けられ、生体信号からノイズを軽減する。
【０１１６】
クランプ回路部１０４は、フィルタ部１０３の入力端子１０３Ａに接続されている。該クランプ回路部１０４は、２つのクランプ回路１０５，１０６を用いて構成されている。
【０１１７】
ここで、図２０に示すように、第１のクランプ回路１０５は、第１の直流定電圧源としてのグランド１０５Ａと、該グランド１０５Ａと入力端子１０３Ａとの間に接続された第１の高インピーダンス素子としてのダイオード１０５Ｂとによって構成されている。このとき、ダイオード１０５Ｂは、アノードがグランド１０５Ａに接続され、カソードが入力端子１０３Ａに接続されている。このため、ダイオード１０５Ｂは、グランド電圧よりも高圧な電気信号に対して逆方向特性を有し、高インピーダンスとして例えば１００ＭΩ以上の抵抗値Ｒ0を有する。
【０１１８】
一方、第２のクランプ回路１０６は、第２の直流定電圧源として例えばオペアンプ１０３Ｃの駆動電圧源１０６Ａと、該駆動電圧源１０６Ａと入力端子１０３Ａとの間に接続された第２の高インピーダンス素子としてのダイオード１０６Ｂとによって構成されている。このとき、ダイオード１０６Ｂは、アノードが入力端子１０３Ａに接続され、カソードが駆動電圧源１０６Ａに接続されている。このため、ダイオード１０６Ｂは、駆動電圧源１０６Ａによる駆動電圧Ｖccよりも低圧な電気信号に対して逆方向特性を有し、高インピーダンスとして例えば１００ＭΩ以上の抵抗値Ｒ0を有する。
【０１１９】
ここで、クランプ回路１０５，１０６の接続端から差動増幅部２１をみたときのインピーダンスがクランプ回路１０５，１０６のインピーダンス（抵抗値Ｒ0）よりも大きな値に設定されている。具体的には、クランプ回路１０５，１０６のインピーダンスとなるダイオード１０５Ｂ，１０６Ｂの逆方向特性の抵抗値Ｒ0は、フィルタ部１０３のオペアンプ１０３Ｃの非反転端子（入力端子）の入力インピーダンスである１ＧΩ以上に比べて小さい値となっている。
【０１２０】
そして、クランプ回路１０５，１０６は、その接続端となる入力端子１０３Ａの基準電位を駆動電圧Ｖccとグランド電圧との間で予め決められた一定の電圧に固定している。
【０１２１】
このような構成を有する本発明の第６の実施形態によれば、上述した第１，第５の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。特に、第６の実施形態では、フィルタ部１０３の入力端子１０３Ａには複数のクランプ回路１０５，１０６を接続した。このため、フィルタ部１０３の入力端子１０３Ａの基準電位は、第１のクランプ回路１０５のグランド電圧と第２のクランプ回路１０６の駆動電圧Ｖccとの間の範囲で任意の値に設定することができる。この結果、例えばフィルタ部１０３のオペアンプ１０３Ｃで増幅可能な範囲および生体信号の大きさ等を考慮して、フィルタ部１０３の入力端子１０３Ａの基準電位を適切な値に設定することができる。
【０１２２】
なお、上述した第５の実施形態によるクランプ回路９４では、２個のダイオード９４Ｂ，９４Ｃは互いのカソード同士を接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２１に示す第７の実施形態のよるクランプ回路１１１のように、グランド１１１Ａに接続された２個のダイオード１１１Ｂ，１１１Ｃは、互いのアノード同士を接続する構成としてもよい。また、向かい合わせたダイオード９４Ｂ，９４Ｃまたは１１１Ｂ，１１１Ｃを１組として、複数組直列に接続してもよい。これら第５，第７の実施形態によるダイオード９４Ｂ，９４Ｃ，１１１Ｂ，１１１Ｃは、第６の実施形態によるクランプ回路１０５，１０６のダイオード１０５Ｂ，１０６Ｂ（高インピーダンス素子）にも適用できるものである。
【０１２３】
また、上述した第６の実施形態によるクランプ回路１０５，１０６では、高インピーダンス素子は単一のダイオード１０５Ｂ，１０６Ｂを用いて構成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２２に示す第８の実施形態によるクランプ回路１２１，１２２のように、グランド１２１Ａ、駆動電圧源１２２Ａには、順方向が同一となるように複数個のダイオード１２１Ｂ，１２２Ｂをそれぞれ直列に接続する構成としてもよい。この場合、隣り合う２つのダイオード１２１Ｂ，１２２Ｂは、カソードとアノードとをそれぞれ接続する。これにより、ダイオード１２１Ｂ，１２２Ｂの逆方向電流が小さくなるのに加えて、クランプ回路１２１，１２２の抵抗値を容易に高めることができる。
【０１２４】
また、第５ないし第８の実施形態では、高インピーダンス素子としてダイオード９４Ｂ，９４Ｃ，１０５Ｂ，１０６Ｂ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１２１Ｂ，１２２Ｂを用いる構成としたが、ダイオード９４Ｂ，９４Ｃ，１０５Ｂ，１０６Ｂ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１２１Ｂ，１２２Ｂに代えて、例えばバイポーラトランジスタのベースとコレクタとを短絡して、ベース・エミッタ間の特性を用いてもよく、電界効果トランジスタのゲートとソースとを短絡して、ゲート・ソース間の特性を用いてもよい。
【０１２５】
さらに、高インピーダンス素子としては、高抵抗素子、高抵抗半導体膜等を用いることもできる。高抵抗半導体膜の成膜には、例えばスパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、蒸着法等があるが、他の成膜方法を用いてもよい。高抵抗半導体膜としては、例えば酸化物半導体膜があるが、他の高抵抗半導体膜でもよい。また、シリコン、ガリウム砒素等を用いて絶縁体の基板を形成すると共に、該基板の抵抗を低下させて高インピーダンス素子を形成してもよい。基板の抵抗を低下させる方法としては、例えば熱拡散法、イオン打ち込み法等によって基板に不純物を添加する方法が考えられる。
【０１２６】
また、第６の実施形態では、透明電極１０，１１には同じクランプ回路１０５，１０６を接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、２つの透明電極には互いに異なるクランプ回路を接続する構成としてもよい。この場合、一方の透明電極に接続した第１のクランプ回路の第１の直流定電圧源と、他方の透明電極に接続した第１のクランプ回路の第１の直流定電圧源とは、相互に異なる電位でもよい。同様に、一方の透明電極に接続した第２のクランプ回路の第２の直流定電圧源と、他方の透明電極に接続した第２のクランプ回路の第２の直流定電圧源とは、相互に異なる電位でもよい。また、クランプ回路１０５，１０６のダイオード１０５Ｂ，１０６Ｂの抵抗値Ｒ0は、互いに異なる値でもよい。
【０１２７】
また、第５，第６の実施形態では、放射ノイズを除去するフィルタ部９３，１０３は入力インピーダンスが高いオペアンプ９３Ｃ，１０３Ｃを含む能動フィルタによって構成したが、オペアンプを省いた受動フィルタによって構成してもよい。
【０１２８】
また、第５，第６の実施形態では、第１の実施形態の透明電極１０，１１にクランプ回路９４，１０５，１０６を接続する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、第２ないし第４の実施形態による電極４６，４７，６７，６８，８６，８７にクランプ回路を接続する構成としてもよい。
【０１２９】
また、上述した各実施形態では、生体信号（心電信号）を検出するための電極１０，１１，４６，４７等を心電信号検出装置１，４１，６１，８１，９１，１０１の筐体２，４２，６２，８２に取り付けられた表示窓５，４３，６３，８３の上面、操作ボタン４５，６５，６６，８５の上面等に設ける場合を例に挙げたが、本発明はこれに限らない。本発明は、例えば、コードと、該コードの先端部に設けられた電極と、該電極上（電極の先端面上）に設けられ、当該電極と当接する面と対向する面が生体と接触する接触面となった絶縁膜とを有する複数の検出プローブを備えた心電信号検出装置にも適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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