(57)【要約】【課題】  大地グランドの電位の影響を受けずに、自然な状態で生体の電位を検出できる生体電位検出装置を提供する。【解決手段】  生体１０に信号電極ＳＰ１，ＳＰ２を接触させると、生体１０の電位φ１，φ２の電位差に応じた大きさの電気信号ＳＧ１が光変調器１１に供給される。光変調器１１は光源ＬＳからの光Ｌ１を入射し、この光Ｌ１を電気信号ＳＧ１の大きさに応じた強度を有する光Ｌ２に変調する。フォトダイオードＰＤは、光Ｌ２を受光し光Ｌ２を光Ｌ２の強度に応じた大きさの電流Ｉに変換する。抵抗Ｒは電流Ｉを電流Ｉの大きさに応じた大きさの電圧Ｖ、すなわち電位差φ１−φ２に比例する電圧Ｖに変換する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に接触する信号電極に電気的に接続されて当該信号電極を介して前記生体の電位に応じた大きさの電気信号が供給されるとともに光源からの光を入射して当該光を当該電気信号の大きさに応じた強度を有する光に変調する光変調器と、当該光を受光し当該光を該光の強度に応じた大きさの電気信号に変換する光検出素子とを備えたことを特徴とする生体電位検出装置。
【請求項２】
前記光変調器は、前記信号電極に電気的に接続された電界印加用電極が配置されて当該信号電極および電界印加用電極を介して前記生体の電位に応じた強度の電界が印加されるとともに前記光源からの光の偏光状態を当該電界の強度に応じて変調する電気光学結晶と、この電気光学結晶で変調された光を入射して強度変調光に変換する偏光板とを備えることを特徴とする請求項１記載の生体電位検出装置。
【請求項３】
前記光変調器は、２つの前記信号電極が前記生体の異なる２点に接触するときの当該２つの信号電極を介して当該２点間の電位差に応じた大きさの電気信号が供給されるとともに当該電気信号の大きさに応じた強度を有する光を発生させることを特徴とする請求項１または２記載の生体電位検出装置。
【請求項４】
前記光変調器は、前記信号電極とフローティングにされた信号電極との間の電位差に応じた大きさの電気信号が供給されるとともに当該電気信号の大きさに応じた強度を有する光を発生させることを特徴とする請求項１または２記載の生体電位検出装置。
【請求項５】
前記光変調器は、前記信号電極と電圧が安定している物体との間の電位差に応じた大きさの電気信号が供給されるとともに当該電気信号の大きさに応じた強度を有する光を発生させることを特徴とする請求項１または２記載の生体電位検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の生体電位検出装置の光検出素子が変換した電気信号を解析する解析手段と、この解析手段での解析結果に基づいて前記生体を有する生物を育成する生物育成手段とを備えたことを特徴とする生物育成装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載の生体電位検出装置の光検出素子が変換した電気信号を解析する解析手段を用いて、この解析手段での解析結果に基づいて前記生体を有する生物を育成することを特徴とする生物育成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大地グランドの電位の影響を受けずに、自然な状態で生体の電位を検出できる生体電位検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人体や動植物などの生体における電位を検出することによって、有益な生理学的情報などを得ることができる。
【０００３】
生体の電位検出に際しては、例えば、図６に示すように、生体１０にグランド電極ＧＰと信号電極ＳＰ１，ＳＰ２を接触させ、その信号電極ＳＰ１，ＳＰ２間に生じる電位差φ１−φ２を電子計測器１０００の差動演算器１００１で検出する。
【非特許文献１】中村和重, 松本匡史, "トマトの葉面電位の特徴と栄養診断への応用", 植物工場学会誌(Journal of Society of High Technology in Agriculture) 11(3), pp. 189-200, 1999.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６に示すように、一般的には、電子計測器１０００の基準電位は大地グランドの電位に等しくし、グランド電極ＧＰの電位を基準電位に等しくした上で、グランド電極を生体１０に接触させる。この瞬間においては、接触点の電位が大地グランドの電位と等しくなり、これにより、信号電極の電位が変化する可能性がある。そのため、測定された電位は自然な状態における生体の電位として必ずしも信頼できるものではない。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大地グランドの電位の影響を受けずに、自然な状態で生体の電位を検出できる生体電位検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１の本発明は、生体に接触する信号電極に電気的に接続されて当該信号電極を介して前記生体の電位に応じた大きさの電気信号が供給されるとともに光源からの光を入射して当該光を当該電気信号の大きさに応じた強度を有する光に変調する光変調器と、当該光を受光し当該光を該光の強度に応じた大きさの電気信号に変換する光検出素子とを備えたことを特徴とする生体電位検出装置をもって解決手段とする。
【０００７】
請求項１の本発明によれば、生体に接触した信号電極から生体の電位に応じた大きさの電気信号が供給された光変調器が光源からの光を電気信号の大きさに応じた強度を有する光に変調し、光検出素子が当該光を受光し強度に応じた大きさの電気信号に変換するので、例えば、光検出素子側の回路節点を大地グランドに接続しても信号電極の電位は変化せず、よって、大地グランドの電位の影響を受けずに、自然な状態で生体の電位を検出することができる。
【０００８】
請求項２の本発明は、前記光変調器は、前記信号電極に電気的に接続された電界印加用電極が配置されて当該信号電極および電界印加用電極を介して前記生体の電位に応じた強度の電界が印加されるとともに前記光源からの光の偏光状態を当該電界の強度に応じて変調する電気光学結晶と、この電気光学結晶で変調された光を入射して強度変調光に変換する偏光板とを備えることを特徴とする請求項１記載の生体電位検出装置をもって解決手段とする。
【０００９】
請求項２の本発明によれば、光変調器では、生体の電位に応じた強度の電界が印加された電気光学素子が光源からの光の偏光状態を電界の強度に応じて変調し、偏光板が変調された光を入射して強度変調光に変換するので、大地グランドの電位の影響を受けずに、自然な状態で生体の電位を検出することができる。
【００１０】
請求項３の本発明は、前記光変調器は、２つの前記信号電極が前記生体の異なる２点に接触するときの当該２つの信号電極を介して当該２点間の電位差に応じた大きさの電気信号が供給されるとともに当該電気信号の大きさに応じた強度を有する光を発生させることを特徴とする請求項１または２記載の生体電位検出装置をもって解決手段とする。
【００１１】
請求項３の本発明によれば、生体の異なる２点に接触した信号電極を介して当該２点間の電位差に応じた大きさの電気信号が供給された光変調器が電気信号の大きさに応じた強度を有する光を発生させ、光検出素子が当該光を受光し強度に応じた大きさの電気信号に変換するので、大地グランドの電位の影響を受けずに、自然な状態で生体の２点間の電位差を検出することができる。
【００１２】
請求項４の本発明は、前記光変調器は、前記信号電極とフローティングにされた信号電極との間の電位差に応じた大きさの電気信号が供給されるとともに当該電気信号の大きさに応じた強度を有する光を発生させることを特徴とする請求項１または２記載の生体電位検出装置をもって解決手段とする。
【００１３】
請求項４の本発明によれば、光変調器は、信号電極とフローティングにされた信号電極との間の電位差に応じた大きさの電気信号が供給されるとともに当該電気信号の大きさに応じた強度を有する光を発生させ、光検出素子が当該光を受光し強度に応じた大きさの電気信号に変換するので、フローティングにされた信号電極に対する生体の電位を自然な状態で検出することができる。
【００１４】
請求項５の本発明は、前記光変調器は、前記信号電極と電圧が安定している物体との間の電位差に応じた大きさの電気信号が供給されるとともに当該電気信号の大きさに応じた強度を有する光を発生させることを特徴とする請求項１または２記載の生体電位検出装置をもって解決手段とする。
【００１５】
請求項５の本発明によれば、光変調器は、信号電極と電圧が安定している物体との間の電位差に応じた大きさの電気信号が供給されるとともに当該電気信号の大きさに応じた強度を有する光を発生させ、光検出素子が当該光を受光し強度に応じた大きさの電気信号に変換するので、大地グランドの電位の影響を受けずに、自然な状態で生体の電位を検出し且つ検出される電位を安定させることができる。
【００１６】
請求項６の本発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の生体電位検出装置の光検出素子が変換した電気信号を解析する解析手段と、この解析手段での解析結果に基づいて前記生体を有する生物を育成する生物育成手段とを備えたことを特徴とする生物育成装置をもって解決手段とする。
【００１７】
請求項６の本発明によれば、光検出素子が変換した電気信号を解析手段が解析し、解析結果に基づいて生物育成手段が生物を育成するので、自然な状態で検出された生体の電位に基づいて生物を育成することができる。
【００１８】
請求項７の本発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の生体電位検出装置の光検出素子が変換した電気信号を解析する解析手段を用いて、この解析手段での解析結果に基づいて前記生体を有する生物を育成することを特徴とする生物育成方法をもって解決手段とする。
【００１９】
請求項７の本発明によれば、光検出素子が変換した電気信号を解析手段が解析し、解析結果に基づいて生物を育成するので、自然な状態で検出された生体の電位に基づいて生物を育成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の生体電位検出装置によれば、生体に接触した信号電極から生体の電位に応じた大きさの電気信号が供給された光変調器が光源からの光を電気信号の大きさに応じた強度を有する光に変調し、光検出素子が光を受光し強度に応じた大きさの電気信号に変換するので、大地グランドの電位の影響を受けずに、自然な状態で生体の電位を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る生体電位検出装置１Ａの構成を示す図である。
【００２３】
生体電位検出装置１Ａは、例えば円偏光である光Ｌ１を発生する光源ＬＳと、生体１０の異なる点に接触する信号電極ＳＰ１，ＳＰ２に対しそれぞれ電気的に接続された信号電極ＳＰ１，ＳＰ２を介して、信号電極ＳＰ１，ＳＰ２が接触した接触点の電位φ１，φ２の電位差に応じた大きさの電気信号ＳＧ１が供給されるとともに、光Ｌ１を入射し光Ｌ１を電気信号ＳＧ１の大きさに応じた強度変調光Ｌ２に変調する光変調器１１と、光Ｌ２を受光し光Ｌ２を光Ｌ２の強度に応じた大きさの電流Ｉに変換する光検出素子であるフォトダイオードＰＤと、電流Ｉを電流Ｉの大きさに応じた大きさの電圧Ｖに変換する抵抗Ｒを備え、例えばフォトダイオードＰＤのカソードが大地グランドに接続されている。
【００２４】
図２は、光変調器１１の１構成例を示す図である。       
光変調器１１は、例えば、信号電極ＳＰ１，ＳＰ２に電気的に接続された電界印加用電極ＥＰ１，ＥＰ２が配置されて、信号電極ＳＰ１，ＳＰ２および電界印加用電極ＥＰ１，ＥＰ２を介して生体１０の電位φ１，φ２の電位差に応じた強度の電界Ｅが印加されるとともに、例えば、円偏光である光Ｌ１の偏光状態を電界Ｅの強度に応じて変調（偏光変調）する電気光学（Electro-Optic,以下ＥＯ)結晶１１１と、例えば、このＥＯ結晶１１１で変調された光を入射して特定の直線偏光成分のみを通過させ、これを強度変調光Ｌ２としてフォトダイオードＰＤへ出射する偏光板１１２とを備える構成とすることができる。なお、光変調器１１は、光の強度を変調できれば図２の構成に限られない。
【００２５】
次に、生体電位検出装置１Ａの動作を説明する。
【００２６】
図１において、生体１０に信号電極ＳＰ１，ＳＰ２を接触させると、生体１０の電位φ１，φ２の電位差に応じた大きさの電気信号ＳＧ１が光変調器１１に供給される。光変調器１１は光源ＬＳからの光Ｌ１を入射し、この光Ｌ１を電気信号ＳＧ１の大きさに応じた強度を有する光Ｌ２に変調する。
【００２７】
例えば、図２において、信号電極ＳＰ１，ＳＰ２および電界印加用電極ＥＰ１，ＥＰ２を介して生体１０の電位φ１，φ２の電位差に応じた強度の電界ＥがＥＯ結晶１１１に印加される。ＥＯ結晶１１１は、例えば、円偏光である光Ｌ１を電界Ｅの強度に応じた楕円率を有する楕円偏光に変調する。偏光板１１２は、例えば、当該楕円偏光を入射して特定の直線偏光成分だけを通過させ、これを強度変調光Ｌ２としてフォトダイオードＰＤへ出射する。
【００２８】
図１において、フォトダイオードＰＤは、光Ｌ２を受光し光Ｌ２を光Ｌ２の強度に応じた大きさの電流Ｉに変換する。抵抗Ｒは電流Ｉを電流Ｉの大きさに応じた大きさの電圧Ｖ、すなわち電位差φ１−φ２に比例する電圧Ｖに変換する。
【００２９】
生体電位検出装置１Ａでは、フォトダイオードＰＤ側のカソードが大地グランドに接続されているけれども、信号電極ＳＰ１，ＳＰ２は大地グランドに対して絶縁されているので、大地グランドの電位の影響を受けずに、自然な状態で生体１０の電位を検出することができる。
【００３０】
また、生体電位検出装置１Ａでは、生体１０の電位にノイズが重畳されたとしても、そのノイズは電位φ１，φ２の両方に重畳されるので、電位差φ１−φ２を検出することで、ノイズをキャンセルすることができる。
【００３１】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る生体電位検出装置１Ｂの構成を示す図である。ここでは、図１で説明したものに同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００３２】
生体電位検出装置１Ｂは、生体電位検出装置１Ａと同様に、光源ＬＳと光変調器１１とフォトダイオードＰＤと抵抗Ｒを備える。生体電位検出装置１Ａに対して異なるのは、信号電極ＳＰ２がフローティングにされていることである。
【００３３】
生体電位検出装置１Ｂでは、生体１０に信号電極ＳＰ１を接触させ、信号電極ＳＰ２をフローティングにすると、生体１０の電位φ１と信号電極ＳＰ２の電位φ２１の電位差に応じた大きさの電気信号ＳＧ１１が光変調器１１に供給される。光変調器１１は光源ＬＳからの光Ｌ１を入射し、この光Ｌ１を電気信号ＳＧ１１の大きさに応じた強度を有する光Ｌ２１に変調する。
【００３４】
フォトダイオードＰＤは、光Ｌ２１を受光し光Ｌ２１を光Ｌ２１の強度に応じた大きさの電流Ｉ１に変換する。抵抗Ｒは電流Ｉ１を電流Ｉ１の大きさに応じた大きさの電圧Ｖ１、すなわち電位差φ１−φ２１に比例する電圧Ｖ１に変換する。
【００３５】
生体電位検出装置１Ｂでは、フォトダイオードＰＤ側のカソードが大地グランドに接続されているけれども、信号電極ＳＰ１，ＳＰ２は大地グランドに対して絶縁されているので、大地グランドの電位の影響を受けずに、自然な状態で生体１０の電位を検出することができる。
【００３６】
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る生体電位検出装置１Ｃの構成を示す図である。ここでは、図１で説明したものに同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００３７】
生体電位検出装置１Ｃは、生体電位検出装置１Ａと同様に、光源ＬＳと光変調器１１とフォトダイオードＰＤと抵抗Ｒを備える。生体電位検出装置１Ａに対して異なるのは、信号電極ＳＰ２が、電圧が安定している物体２０、例えば面積の広い金属板等の静電容量の大きな金属に接続されていることである。
【００３８】
生体電位検出装置１Ｂでは、生体１０に信号電極ＳＰ１を接触させ、信号電極ＳＰ２を物体２０に接続されると、生体１０の電位φ１と信号電極ＳＰ２の電位φ２２の電位差に応じた大きさの電気信号ＳＧ１２が光変調器１１に供給される。光変調器１１は光源ＬＳからの光Ｌ１を入射し、この光Ｌ１を電気信号ＳＧ１２の大きさに応じた強度を有する光Ｌ２２に変調する。
【００３９】
フォトダイオードＰＤは、光Ｌ２２を受光し光Ｌ２２を光Ｌ２２の強度に応じた大きさの電流Ｉ２に変換する。抵抗Ｒは電流Ｉ２を電流Ｉ２の大きさに応じた大きさの電圧Ｖ２、すなわち電位差φ１−φ２２に比例する電圧Ｖ２に変換する。
【００４０】
生体電位検出装置１Ｃでは、フォトダイオードＰＤ側のカソードが大地グランドに接続されているけれども、信号電極ＳＰ１，ＳＰ２は大地グランドに対して絶縁されているので、大地グランドの電位の影響を受けずに、自然な状態で生体１０の電位を検出することができる。
【００４１】
また、生体電位検出装置１Ｃでは、信号電極ＳＰ２が、電圧が安定している物体２０に接続されているので、検出される電位を安定させることができ、つまり一層正確に生体の電位を検出することができる。また、生体電位検出装置１Ｃでは、生体電位検出装置１Ｂよりも検出の感度を高くすることできる。
【００４２】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る生体電位検出装置１Ａを備えた生物育成装置１００の１構成例を示す図である。ここでは、図１で説明したものに同一符号を付して、重複説明を省略する。また、生物育成装置１００は、生体電位検出装置１Ｂや１Ｃを備えたものでもよい。
【００４３】
生物育成装置１００は、例えば、生体電位検出装置１ＡのフォトダイオードＰＤが変換した電流Ｉからさらに変換された電圧Ｖの周波数スペクトルを検出するスペクトルアナライザ２と、生体１０（例えば、植物）へ養分を調合して与えることにより生物を育成する生物育成手段としての養分調合器３と、スペクトルアナライザ２が検出した周波数スペクトルを解析する解析手段としてのコンピュータであって、さらに解析結果に基づいて養分調合器３を動作させるように構成されたコンピュータ４とを備える。
【００４４】
生物育成装置１００が行う生物育成方法では、電圧Ｖがスペクトルアナライザ２に供給されると、スペクトルアナライザ２は、その電圧Ｖの周波数スペクトルを計算し、計算結果をコンピュータ４へ送信する。
【００４５】
植物などでは、特定の養分が不足しているときには、特定の周波数の信号強度が増大することが知られているので、例えば、コンピュータ４は、この周波数が増大しているときは、この養分を多く含むように養分を調合して生体１０へ与えるように、養分調合器３を動作させる。
【００４６】
なお、養分調合器３を用いない生物育成方法を実施するときは、コンピュータ４へ送信された計算結果を表示または印刷し、これに基づいて人間が養分を調合してもよい。
【００４７】
また、図５の例では、養分の調合および供給を行ったが、計算結果に基づいて、例えば、日照時間の調整などを行ってもよい。
【００４８】
以上のように、生物育成装置１００および生物育成方法によれば、自然な状態で検出された生体の電位に基づいて生物を育成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る生体電位検出装置１Ａの構成を示す図である。
【図２】光変調器１１の１構成例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る生体電位検出装置１Ｂの構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る生体電位検出装置１Ｃの構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る生体電位検出装置１Ａを備えた生物育成装置１００の１構成例を示す図である。
【図６】従来において生体の電位を検出するときの装置構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…生体電位検出装置
２…スペクトルアナライザ
３…養分調合器
４…コンピュータ
１０…生体
１１…光変調器
２０…物体
１００…生物育成装置
１１１…ＥＯ結晶
１１２…偏光板
ＥＰ１，ＥＰ２…電界印加用電極
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ１２…光
ＰＤ…フォトダイオード
Ｒ…抵抗
ＳＧ１，ＳＧ１１，ＳＧ１２…電気信号
ＳＰ１，ＳＰ２…信号電極
φ１，φ２…生体の電位
【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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