(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｓ／Ｎ比の大きな信号を出力することのできる生体信号検出装置を提供する。【解決手段】生体信号検出装置１００は、リファレンスパルス発生部１、フォトリフレクタ２、基準電圧制御部５、ＤＵＴＹ変化量検出部３、生体信号生成部６を含む。【選択図】図１
2018042884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が可変制御されるリファレンスパルス信号を生成するリファレンスパルス発生部と、
前記リファレンスパルス信号が入力され、被測定部である生体にパルス光を照射し、前記被測定部である前記生体から反射される反射光パルスを電気信号に変換したフォトリフレクタ出力信号を生成するフォトリフレクタと、
生体信号の検出用に用いられる基準電圧信号を生成する基準電圧制御部と、
前記フォトリフレクタ出力信号、及び前記基準電圧信号が入力され、前記基準電圧信号と前記フォトリフレクタ出力信号の間で差分処理を行い、差分処理された信号を変化量検出信号として出力するＤＵＴＹ変化量検出部と、
前記変化量検出信号が入力され、生体検出信号を生成する生体信号生成部と、
を具備し、
前記生体検出信号は、前記リファレンスパルス発生部に帰還入力される
ことを特徴とする生体信号検出装置。
【請求項２】
前記変化量検出信号が帰還入力され、前記基準電圧制御部を制御するモニタリング信号を生成し、前記モニタリング信号を前記基準電圧制御部に出力するモニタリング信号生成部を更に具備し、
前記モニタリング信号生成部、前記リファレンスパルス発生部、前記フォトリフレクタ、前記ＤＵＴＹ変化量検出部、前記基準電圧制御部、及び前記生体信号生成部は、帰還ループを構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の生体信号検出装置。
【請求項３】
前記基準電圧制御部は、前記変化量検出信号が帰還入力され、前記変化量検出信号を前記基準電圧制御部を制御するモニタリング信号として用いて、前記基準電圧信号を生成し、
前記リファレンスパルス発生部、前記フォトリフレクタ、前記ＤＵＴＹ変化量検出部、前記基準電圧制御部、及び前記生体信号生成部は、帰還ループを構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の生体信号検出装置。
【請求項４】
前記基準電圧制御部は、カウンタ、第１制御部、Ｄ／Ａコンバータを有し、
前記カウンタは、前記変化量検出信号がモニタリング信号として帰還入力され、前記変化量検出信号のパルス幅を計測し、
前記第１制御部は、前記カウンタのカウント信号が入力され、第１制御信号を生成し、
前記Ｄ／Ａコンバータは、前記第１制御信号に基づいて、デジタル／アナログ変換した信号を前記基準電圧信号として生成する
ことを特徴とする請求項３に記載の生体信号検出装置。
【請求項５】
前記基準電圧制御部は、前記フォトリフレクタ出力信号が帰還入力され、前記フォトリフレクタ出力信号を前記基準電圧制御部を制御するモニタリング信号として用いて、前記基準電圧信号を生成し、
前記リファレンスパルス発生部、前記フォトリフレクタ、前記ＤＵＴＹ変化量検出部、前記基準電圧制御部、及び前記生体信号生成部は、帰還ループを構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の生体信号検出装置。
【請求項６】
前記フォトリフレクタは、前記パルス光を前記生体に照射する側に発光素子とＭＯＳトランジスタを有し、
前記ＭＯＳトランジスタは、ゲートに前記リファレンスパルス信号が入力され、前記リファレンスパルス信号がイネーブル状態のときにオンし、
前記発光素子は、前記ＭＯＳトランジスタがオンしたときに前記パルス光を前記生体に照射する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項に記載の生体信号検出装置。
【請求項７】
前記リファレンスパルス信号の周波数を制御して、前記生体検出信号の感度を調整する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか1項に記載の生体信号検出装置。
【請求項８】
リファレンスパルス発生部は、Ａ／Ｄコンバータ、第２制御部、パルス生成部を有し、
前記Ａ／Ｄコンバータは、前記生体検出信号が帰還入力され、アナログ／デジタル変換した信号を生成し、
前記第２制御部は、前記アナログ／デジタル変換した信号が入力され、前記第２制御部の第２制御信号に基づいて、基準パルス信号として前記リファレンスパルス信号を生成する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか1項に記載の生体信号検出装置。
【請求項９】
前記生体信号生成部は、積分回路を有し、
前記積分回路は、前記被測定部である前記生体の吸収スペクトルの変化に対する有効周波数を反映した遮断周波数を有する
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか1項に記載の生体信号検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、生体信号検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被測定部としての生体情報を検出する生体信号検出装置が各方面で多数開発されている。生体信号検出装置は、センサ部から出力されるセンサ出力信号を信号処理するアナログフロントエンド回路を用いて生体検出信号を出力する。
【０００３】
生体信号検出装置では、センサ部としてフォトリフレクタ等を用いて生体の脈波計測、脈波を用いたストレス計測、ＳｐＯ２（経皮的動脈血酸素飽和度）計測、血圧推定などが算出される。
【０００４】
生体信号検出装置で観測される生体検出信号は、微弱な信号レベルであり、Ｓ／Ｎ比が非常に小さな信号となる。このため、脈波計測、ストレス計測、ＳｐＯ２計測、血圧推定などを高精度に算出することが困難であるという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０２２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、Ｓ／Ｎ比の大きな信号を出力ことができる生体信号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】
【０００７】
一つの実施形態によれば、生体信号検出装置は、リファレンスパルス発生部、フォトリフレクタ、基準電圧制御部、ＤＵＴＹ変化量検出部、生体信号生成部を含む。リファレンスパルス発生部は、周波数が可変制御されるリファレンスパルス信号を生成する。フォトリフレクタは、リファレンスパルス信号が入力され、被測定部である生体にパルス光を照射し、被測定部である生体から反射される反射光パルスを電気信号に変換したフォトリフレクタ出力信号を生成する。基準電圧制御部は、生体信号の検出用に用いられる基準電圧信号を生成する。ＤＵＴＹ変化量検出部は、フォトリフレクタ出力信号、及び基準電圧信号が入力され、基準電圧信号とフォトリフレクタ出力信号の間で差分処理を行い、差分処理された信号を変化量検出信号として出力する。生体信号生成部は、変化量検出信号が入力され、生体検出信号を生成する。生体検出信号は、リファレンスパルス発生部に帰還入力される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る生体信号検出装置を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るフォトリフレクタを示す回路図である。
【図３】第１の実施形態に係るリファレンスパルス発生部の内部構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態に係るリファレンスパルス発生部の動作を示すフローチャート。
【図５】第１の実施形態に係る基準電圧制御部の内部構成を示すブロック図である。
【図６】第１の実施形態に係るＤＵＴＹ変化量検出部の動作を示すタイミングチャート。
【図７】第１の実施形態にＤ／Ａコンバータの設定による生体検出信号の信号レベルを示す図である。
【図８】第１の実施形態に係る変化量検出信号と生体検出信号の関係を示す図である。
【図９】第１の実施形態に係る生体信号検出装置での基準電圧制御を示すフローチャート。
【図１０】第１の実施形態に係る生体検出信号の感度調整を示す図である。
【図１１】第１の実施形態に係る基準電圧設定値の補正処理を示す図である。
【図１２】第２の実施形態に係る生体信号検出装置での基準電圧制御を示すフローチャート。
【図１３】第３の実施形態に係る生体信号検出装置を示すブロック図である。
【図１４】第３の実施形態に係る基準電圧制御部の内部構成を示すブロック図である。
【図１５】第３の実施形態に係る基準電圧設定値の補正処理を示す図である。
【図１６】第４の実施形態に係る生体信号検出装置での基準電圧制御を示すフローチャート。
【図１７】第４の実施形態に係るフォトリフレクタ出力信号の振幅測定を示す図である。
【図１８】第４の実施形態に係る生体検出信号成分の振幅測定を示す図である。
【図１９】第５の実施形態に係る生体信号検出装置を示すブロック図である。
【図２０】第５の実施形態に係る基準電圧制御部の内部構成を示すブロック図である。
【０００９】
図である。
【図２１】第５の実施形態に係わる生体信号検出装置での基準電圧制御を示すフローチャート。
【００１０】
以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
まず、第一の実施形態に係る生体信号検出装置について、図面を参照して説明する。図１は生体信号検出装置を示すブロック図である。図２はフォトリフレクタを示す回路図である。図３はリファレンスパルス発生部の内部構成を示すブロック図である。本実施形態では、生体信号を基準パルスのＤＵＴＹ変化量として検出し、Ｓ／Ｎ比を高めた生体検出信号を生成している。
【００１２】
従来の生体信号検出装置では、以下のような問題点がある（図示及び詳細説明を省略）。
【００１３】
１）生体検出信号のＳ／Ｎ比が非常に小さい。
【００１４】
２）生体検出信号が被測定部としての個人差によって大きく変動する。
【００１５】
３）感度の微調整が困難である。
【００１６】
４）生体信号検出装置の消費電力が大きい。
【００１７】
という問題点がある。
【００１８】
これに対して本実施形態の生体信号検出装置１００は、
１）生体検出信号のＳ／Ｎ比を大きくすることができる。
【００１９】
２）生体検出信号が被測定部としての個人差によって変動しない。
【００２０】
３）プログラマブルに広く細かな感度の調整ができる。
【００２１】
４）生体信号検出装置を低消費電力化できる。
【００２２】
各項目の詳細な説明は後述する。
【００２３】
図１に示すように、生体信号検出装置１００は、リファレンスパルス発生部１、フォトリフレクタ２、ＤＵＴＹ変化量検出部３、モニタリング信号生成部４、基準電圧制御部５、生体信号生成部６を含む。生体信号検出装置１００は、生体の脈波計測に適用している。
【００２４】
生体信号検出装置１００は、帰還ループ構造を有している。具体的には、生体信号生成部６で生成された生体検出信号Ｓｌｄ１は、リファレンスパルス発生部１に帰還入力される。ＤＵＴＹ変化量検出部３で生成された変化量検出信号Ｓｈｋ１がモニタリング信号生成部４に帰還入力される。
【００２５】
リファレンスパルス発生部１は、生体信号生成部６から出力される生体検出信号Ｓｌｄ１が帰還入力され、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１を生成する。リファレンスパルス発生部１は、生体検出信号Ｓｌｄ１の感度が最適値になるようにリファレンスパルス信号Ｓｒｐ１の周波数を制御する。
【００２６】
フォトリフレクタ２は、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１が入力され、被測定部である生体にパルス光を照射し、被測定部である生体から反射されるパルスを電気信号であるフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１に変換して出力する。
【００２７】
ＤＵＴＹ変化量検出部３は、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１、基準電圧制御部５から出力される基準電圧信号Ｓｋｄ１が入力され、基準電圧信号Ｓｋｄ１とフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の間で差分処理を行い、差分処理された信号を変化量検出信号Ｓｈｋ１として出力する。
【００２８】
モニタリング信号生成部４は、変化量検出信号Ｓｈｋ１が帰還入力され、モニタリング信号Ｓｍｓ１を生成する。モニタリング信号生成部４は、変化量検出信号Ｓｈｋ１に基づいて、生体信号検出装置１００を構成する各回路の状態をモニタリングしてモニタリング信号Ｓｍｓ１を出力する。
【００２９】
基準電圧制御部５は、モニタリング信号Ｓｍｓ１が入力され、基準電圧信号Ｓｋｄ１を生成する。基準電圧制御部５は、被測定部差によらずにＤＵＴＹ変化量の適切な検出に使用される基準電圧信号Ｓｋｄ１を出力する。
【００３０】
生体信号生成部６は、変化量検出信号Ｓｈｋ１が入力され、生体検出信号Ｓｌｄ１を生成する。生体信号生成部６は、ＤＵＴＹ変化量を電圧レベルに変換して生体検出信号Ｓｌｄ１を出力する。生体信号生成部６は、積分回路を含む。生体信号生成部６の積分回路は、被測定部の吸収スペクトル変化に対する有効周波数を考慮した遮断周波数を有する。積分回路を設けることにより、生体検出信号Ｓｌｄ１のＳ／Ｎ比を大きくすることができる。このため、例えば、被測定部である生体の指の腹での指尖容積脈波に適用しても高精度に信号を検出することができる。
【００３１】
なお、生体信号検出装置１００での生体信号検出の開始時、リファレンスパルス発生部１には生体検出信号Ｓｌｄ１が帰還入力されていない。モニタリング信号生成部４には変化量検出信号Ｓｈｋ１が帰還入力されていない。このため、予め設定されている値を用いてリファレンスパルス信号Ｓｒｐ１をリファレンスパルス発生部１から出力する。予め設定されている値を用いてモニタリング信号Ｓｍｓ１をモニタリング信号生成部４から出力する。
【００３２】
図２に示すように、フォトリフレクタ２は、発光素子ＰＤ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、受光素子ＲＤ１、ＭＯＳトランジスタＳＧＴを含む。フォトリフレクタ２の発光側には、抵抗Ｒ１、発光素子ＰＤ１、ＭＯＳトランジスタＳＧＴが設けられる。フォトリフレクタ２の受光側には、受光素子ＲＤ１、抵抗Ｒ２が設けられる。
【００３３】
抵抗Ｒ１は、一端が高電位側電源Ｖｄｄに接続される。発光素子ＰＤ１は、アノードが抵抗Ｒ１の他端に接続される。ＭＯＳトランジスタＳＧＴは、エンハンスメント型（Ｅ−ｔｙｐｅ）のＮｃｈ  ＭＯＳトランジスタである。ＭＯＳトランジスタＳＧＴは、ドレインが発光素子ＰＤ１のカソードに接続され、ソースが低電位側電源（接地電位）Ｖｓｓに接続され、ゲートにリファレンスパルス信号Ｓｒｐ１が入力される。
【００３４】
リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１がイネーブル状態（例えば、ハイレベル）のときに、ＭＯＳトランジスタＳＧＴがオンする。ＭＯＳトランジスタＳＧＴがオンしたときに、発光素子ＰＤ１から被測定部である生体７にパルス光ＰＬＳ１が照射される。
【００３５】
本実施形態では、フォトリフレクタ２にＭＯＳトランジスタＳＧＴが設けられ、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１がイネーブル状態のときだけ生体７にパルス光ＰＬＳ１が照射される。ＭＯＳトランジスタＳＧＴが設けられていない生体信号生成部と比較して、生体信号検出装置１００を低消費電力化することができる。
【００３６】
受光素子ＲＤ１は、フォトＭＯＳトランジスタである。受光素子ＲＤ１は、一端が高電位側電源Ｖｄｄに接続される。制御端子に生体７から反射される反射光パルスＲＰＳ１が入射され、他端側からフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１を出力する。ここでは、受光素子ＲＤ１にフォトＭＯＳトランジスタを用いているがバイポーラトランジスタや受光用フォトダイオードを用いてもよい。抵抗Ｒ２は、一端が受光素子ＲＤ１の他端に接続され、他端が低電位側電源（接地電位）Ｖｓｓに接続される。
【００３７】
ここでは、生体７は、人体を想定しているが必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、内部に血液が流れるペットを含む動物などにも適用することができる。
【００３８】
図３に示すように、リファレンスパルス発生部１は、Ａ／Ｄコンバータ１１、パルス生成部１２、制御部１３を含む。
【００３９】
Ａ／Ｄコンバータ１１は、アナログ信号である生体検出信号Ｓｌｄ１が帰還入力され、アナログ／デジタル変換処理する。制御部１３は、Ａ／Ｄコンバータ１１から出力されるデジタル信号が入力され、制御信号ＳＧ１を生成する。パルス生成部１２は、制御信号ＳＧ１に基づいて、一定周波数のリファレンスパルス信号Ｓｒｐ１を生成する。
【００４０】
ここで、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１は、フォトリフレクタ２のＡＣ特性を考慮して、数ｋＨｚから数十ｋＨｚの周波数の範囲に設定される。このため、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１は数ｋＨｚから数十ｋＨｚの範囲となる。
【００４１】
リファレンスパルス発生部１の周波数制御について図４を参照して説明する。図４は、リファレンスパルス発生部の動作を示すフローチャートである。ここで、生体検出信号Ｓｌｄ１の振幅強度は、出力の最大値から出力の最小値を減算したものである。生体検出信号Ｓｌｄ１の出力の最大値と最小値は、このフローチャートにより決定される。
【００４２】
図４に示すように、基準電圧制御（Ｄ／Ａ制御）が行われる（ステップＳ１）。次に、基準電圧出力Ｓｋｄ１設定（Ｄ／Ａ設定）が完了しているかの判定を行う（ステップＳ２）。完了していない場合、未設定状態へ遷移（ステップＳ７）を介して開始に戻る。
【００４３】
完了している場合、生体検出信号Ｓｌｄ１が下限閾値以上であるかの判定を行う（ステップＳ３）。下限閾値以上でない場合は、リファレンスパルス周波数にΔＨｚの加算処理を実行する（ステップＳ４）。加算処理後、未設定状態へ遷移（ステップＳ７）を介して開始に戻る。
【００４４】
下限閾値以上である場合、生体検出信号Ｓｌｄ１が上限閾値以下であるかの判定を行う（ステップＳ５）。上限閾値以下でない場合、リファレンスパルス周波数にΔＨｚの減算処理を実行する（ステップＳ６）。減算処理後、未設定状態へ遷移（ステップＳ７）を介して開始に戻る。
【００４５】
上限閾値以下である場合、測定に対して適切に調整されたリファレンスパルス信号Ｓｒｐ１がリファレンスパルス発生部１から出力される。
【００４６】
基準電圧制御部５について図５を参照して説明する。図５は、基準電圧制御部の内部構成を示すブロック図である。
【００４７】
図５に示すように、基準電圧制御部５は、Ａ／Ｄコンバータ５１、Ｄ／Ａコンバータ５２、制御部５３を含む。
【００４８】
Ａ／Ｄコンバータ５１は、モニタリング信号生成部４から出力されるアナログ信号であるモニタリング信号Ｓｍｓ１が入力され、アナログ／デジタル変換処理を行う。制御部５３は、Ａ／Ｄコンバータ５１から出力されるデジタル信号が入力され、制御信号ＳＧ５を生成する。Ｄ／Ａコンバータ５２は、制御信号ＳＧ５に基づいて、デジタル／アナログ変換した信号を基準電圧信号Ｓｋｄ１として出力する。
【００４９】
ＤＵＴＹ変化量検出部３の動作について図６を参照して説明する。図６は、ＤＵＴＹ変化量検出部の動作を示すタイミングチャートであり、図６（ａ）はフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１のオフセットが比較的大きな場合であり、図６（ｂ）はフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１のオフセットが比較的小さな場合である。
【００５０】
ＤＵＴＹ変化量検出部３では、基準電圧信号Ｓｋｄ１とフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の間の差分処理を行い、差分処理した信号を変化量検出信号Ｓｈｋ１として出力する。差分処理として、ここでは基準電圧信号Ｓｋｄ１の値からフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の値を減算処理し、減算処理した信号を信号増幅している。
【００５１】
図６（ａ）に示すように、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１のオフセットが比較的大きな場合、基準電圧信号Ｓｋｄ１とフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の最小値との差が小さくなり、変化量検出信号Ｓｈｋ１の信号幅（ハイレベル期間）が小さくなる。
【００５２】
一方、図６（ｂ）に示すように、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１のオフセットが比較的小さな場合、基準電圧信号Ｓｋｄ１とフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の最小値との差が大きくなり、変化量検出信号Ｓｈｋ１の信号幅（ハイレベル期間）が大きくなる。
【００５３】
生体検出信号Ｓｌｄ１について図７を参照して説明する。図７は、Ｄ／Ａコンバータの設定による生体検出信号の信号レベルを示す図である。生体信号生成部６には、積分回路の後段に反転型或いは非反転型の増幅回路を配置している。ここでは、領域［２］では反転型の増幅回路を用い、領域［３］では非反転型の増幅回路を用いている。
【００５４】
図７に示すように、基準電圧信号Ｓｋｄ１が領域［１］にあるとき、生体検出信号Ｓｌｄ１はＶｄｄレベル（一定なハイレベル）となる。
【００５５】
基準電圧信号Ｓｋｄ１が領域［２］にあるとき、反転型の増幅回路により生体検出信号Ｓｌｄ１は反転信号となる。
【００５６】
基準電圧信号Ｓｋｄ１が領域［３］にあるとき、非反転型の増幅回路により生体検出信号Ｓｌｄ１は非反転信号となる。
【００５７】
基準電圧信号Ｓｋｄ１が領域［４］にあるとき、生体検出信号Ｓｌｄ１はＶｓｓレベル（一定なローレベル）となる。
【００５８】
本実施形態では、処理を繰り返すことで、基準電圧信号Ｓｋｄ１は領域［３］へと設定されるようになる。ただし、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の波形は生体検出信号Ｓｌｄ１の脈動によってオフセット値がダイナミックに変化する。このため、変動値が領域［３］に対して十分小さな値となるようにフォトリフレクタ２の回路パラメータや入力周波数を適切な値に設定している。
【００５９】
変化量検出信号Ｓｈｋ１と生体検出信号Ｓｌｄ１の関係について図８を参照して説明する。図８は、変化量検出信号と生体検出信号の関係を示す図である。
【００６０】
図８に示すように、ここでは、変化量検出信号Ｓｈｋ１の周波数は例えば数ｋＨｚから数十ｋＨｚの範囲であり、生体検出信号Ｓｌｄ１は約１Ｈｚとなる。変化量検出信号Ｓｈｋ１の信号幅（ハイレベル期間）が狭い場合、生体検出信号Ｓｌｄ１の信号レベルは小さな値となる。変化量検出信号Ｓｈｋ１の信号幅（ハイレベル期間）が広くなるにつれて、生体検出信号Ｓｌｄ１の信号レベルは徐々に大きな値となる。
【００６１】
次に、生体信号検出装置１００の基準電圧制御（Ｄ／Ａ制御処理）について図９乃至１１を参照して説明する。図９は、基準電圧制御を示すフローチャートである。図１０は、生体検出信号の感度調整を示す図である。図１１は、基準電圧設定値の補正処理を示す図である。
【００６２】
本実施形態の生体信号検出装置１００の基準電圧制御（Ｄ／Ａ制御処理）では、以下のように設定している。
【００６３】
ａ）閾値設定では、モニタリング信号Ｓｍｓ１の閾値を閾値１＜閾値２＜閾値３＜閾値４として基準電圧信号Ｓｋｄ１の補正を行っている。
【００６４】
ｂ）基準電圧信号Ｓｋｄ１は、処理の繰り返しにより、図７の領域［３］へと設定される。
【００６５】
ｃ）電圧設定では、ΔＶ１＞ΔＶ２、−ΔＶ３＞−ΔＶ４としている。
【００６６】
ｄ）所定時間を生体検出信号Ｓｌｄ１の１周期以上としている。
【００６７】
図９に示すように、モニタリング信号Ｓｍｓ１が閾値１以上であるかの判定を行う（ステップＳ１１）。閾値１以上である場合、Ｄ／Ａコンバータ５２の出力である基準電圧信号Ｓｋｄ１にΔＶ１を加算する（ステップＳ１２）。Ｓｋｄ１未設定状態へ遷移し、ステップS２１のカウントを０（ゼロ）秒へクリアする（ステップＳ１９）。
【００６８】
閾値１以上でない場合、モニタリング信号Ｓｍｓ１が閾値２以上であるかの判定を行う（ステップＳ１３）。閾値２以上である場合、Ｄ／Ａコンバータ５２の出力である基準電圧信号Ｓｋｄ１にΔＶ２を加算する（ステップＳ１４）。Skd1未設定状態へ遷移し、ステップS２１のカウントを０（ゼロ）秒へクリアする（ステップＳ１９）。
【００６９】
閾値２以上でない場合、モニタリング信号Ｓｍｓ１が閾値４以上であるかの判定を行う（ステップＳ１５）。閾値４以上である場合、Ｄ／Ａコンバータ５２の出力である基準電圧信号Ｓｋｄ１からΔＶ４を減算する（ステップＳ１６）。Ｓｋｄ１未設定状態へ遷移し、ステップS２１のカウントを０（ゼロ）秒へクリアする（ステップＳ１９）。
【００７０】
閾値４以上でない場合、モニタリング信号Ｓｍｓ１が閾値３以上であるかの判定を行う（ステップＳ１７）。閾値３以上である場合、Ｄ／Ａコンバータ５２の出力である基準電圧信号Ｓｋｄ１からΔＶ３を減算する（ステップＳ１８）。Ｓｋｄ１未設定状態へ遷移し、ステップS２１のカウントを０（ゼロ）秒へクリアする（ステップＳ１９）。
【００７１】
閾値３以上でない場合、Ｓｋｄ１設定完了状態へ遷移しているかの判定を行う（ステップＳ２０）。Ｓｋｄ１設定完了である場合、処理を終了する。フラグが１でない場合、所定時間経過しているかの判定を行う（ステップＳ２１）。
【００７２】
所定時間経過していない場合、モニタリング信号Ｓｍｓ１及び生体検出信号Ｓｌｄ１の最大値、最少値の計測（ステップＳ２２）を介して処理を終了する。所定時間よりも大きい場合、Ｓｋｄ１の補正を行う（ステップＳ２２）。Ｓｋｄ１の補正後、Ｄ／Ａコンバータ５２の設定完了フラグを１に設定して処理を完了する。
【００７３】
図１０に示すように、生体検出信号Ｓｌｄ１の感度調整は、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１のパルス幅（ハイレベル期間）の変化率が大きすぎる場合、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１の周波数を下げて脈波の感度を下げる動作を実行する。リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１のパルス幅（ハイレベル期間）の変化率が小さすぎる場合、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１の周波数を上げて脈波の感度を上げる動作を実行する。
【００７４】
ここでは、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１のデユーティ比（ハイレベル期間／ローレベル期間の割合）を一定に保ちながら、周波数をＵＰ或いはＤＯＷＮさせることにより、生体検出信号Ｓｌｄ１の感度を自動調整している。
【００７５】
図１１に示すように、基準電圧信号Ｓｋｄ１の設定電圧値の補正処理では、設定位置が低い場合、或いは設定位置が高い場合には、補正値を用いて最適設定位置に設定する。
【００７６】
モニタリング信号Ｓｍｓ１の理想センター値をＶｒｃ１、モニタリング信号Ｓｍｓ１のセンター値をＶｃ１、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の振幅値をＶｐｓ、上限値をＶｕとすると、補正値Ｖｃは、
Ｖｃ＝｛（Ｖｒｃ１−Ｖｃ１）／Ｖｕ｝×（Ｖｐｓ／２）・・・式（１）
に設定される。
【００７７】
補正前の基準電圧信号Ｓｋｄ１の値をＶｈｍとすると、補正後の基準電圧信号Ｓｋｄ１の値Ｖｈｇは、
Ｖｈｇ＝Ｖｈｍ＋Ｖｃ・・・・・・・・・・・・・・・・・式（２）
に設定される。
【００７８】
ここで、図１１に示す理想センター値、上限値の各レベルにある場合の変化量検出信号Ｓｈｋ１のＤＵＴＹは予め定義しておくのが好ましい。理想センター値、上限値は、生体信号生成部６の積分回路に各々の矩形波が入力された場合の理論計算から算出することができる。フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の振幅幅は、予め計測した値をパラメータテーブル化しておいてこれを用いるのが好ましい。
【００７９】
生体信号検出装置１００での信号処理（図９参照）により、閾値からモニタリング信号Ｓｍｓ１の信号レベルが上限値を外れないかぎり基準電圧信号Ｓｋｄ１の信号レベルは固定される。以上の処理を生体信号のサンプリング周波数よりも短いインターバルで実行することで、適切な生体検出信号Ｓｌｄ１の状態を維持することができる。
【００８０】
上述したように、本実施形態の生体信号検出装置では、リファレンスパルス発生部１、フォトリフレクタ２、ＤＵＴＹ変化量検出部３、モニタリング信号生成部４、基準電圧制御部５、生体信号生成部６が設けられる。リファレンスパルス発生部１は、生体検出信号Ｓｌｄ１が帰還入力され、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１を生成する。フォトリフレクタ２は、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１が入力され、生体７から反射される反射光パルスＲＰＳ１をフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１として出力する。
【００８１】
ＤＵＴＹ変化量検出部３は、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１、基準電圧信号Ｓｋｄ１が入力され、基準電圧信号Ｓｋｄ１とフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の間で差分処理を行い、差分処理された信号を変化量検出信号Ｓｈｋ１として出力する。モニタリング信号生成部４は、変化量検出信号Ｓｈｋ１が帰還入力され、モニタリング信号Ｓｍｓ１を生成する。基準電圧制御部５は、モニタリング信号Ｓｍｓ１が入力され、基準電圧信号Ｓｋｄ１を生成する。生体信号生成部６は、変化量検出信号Ｓｈｋ１が入力され、生体検出信号Ｓｌｄ１を生成する。生体信号生成部６は、積分回路を有する。基準電圧信号Ｓｋｄ１は、最適設定位置に補正される。リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１は、周波数が調整される。フォトリフレクタ２には、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１がイネーブル状態のときだけオンするＭＯＳトランジスタＳＧＴが設けられる。
【００８２】
このため、生体検出信号Ｓｌｄ１のＳ／Ｎ比を大きくすることができる。生体７の脈波感度を各個人に合った状態にすることができる。生体検出信号Ｓｌｄ１の感度調整を行うことができる。また、生体信号検出装置１００を低消費電力化することができる。
【００８３】
本実施形態では、生体信号検出装置１００を用いて、被測定部として生体７の脈波計測を高感度に実施している。なお、代わりに、脈波によるストレス計測、ＳＰＯ２（経皮的動脈血酸素飽和度）計測、血圧推定などのバイタルセンシング技術にも適用することができる。
【００８４】
また、本実施形態では、モニタリング信号生成部４に変化量検出信号Ｓｈｋ１を帰還入力させているが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、モニタリング信号生成部４に変化量検出信号Ｓｈｋ１及びフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１を帰還入力させてもよい。この場合、変化量検出信号Ｓｈｋ１及びフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１に基づいてモニタリング信号Ｓｍｓ１がモニタリング信号生成部４で生成される。
【００８５】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る生体信号検出装置について、図面を参照して説明する。図１２は生体信号検出装置での基準電圧制御を示すフローチャート。本実施形態では、生体信号を基準パルスのＤＵＴＹ変化量として検出し、Ｓ／Ｎ比を高めた生体検出信号を出力している。
【００８６】
本実施形態では、第１の実施形態と構成は同一であるが、第１の実施形態と比較して基準電圧制御とモニタリング信号が異なる。図１２の破線で囲った領域のステップが新たに追加されている。
【００８７】
以下、第１の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００８８】
本実施形態の生体信号検出装置の基準電圧制御（Ｄ／Ａ制御処理）では、ａ）閾値設定、ｂ）図７の領域［３］へと設定、ｃ）電圧設定、ｄ）所定時間が第１の実施形態の生体信号検出装置１００と同一である。
【００８９】
図１２に示すように、ステップＳ２０で、Ｄ／Ａコンバータの出力値Ｓｋｄ１の設定が完了していない場合、ΔＶ５をＤ／Ａコンバータ５２に加算済みかの判定が行われる（ステップＳ３１）。加算済みである場合、ステップＳ３３以降にスキップされる。加算済みでない場合、タイマカウンタ値が所定時間よりも大きいかの判定が行われる（ステップＳ３２）。
【００９０】
所定時間よりも大きくない場合、モニタリング信号Ｓｍｓ１及び生体検出信号Ｓｌｄ１の最大値、最小値計測（ステップＳ２２）を介して処理が終了する。所定時間よりも大きな場合、Ｄ／Ａコンバータ５２の出力である基準電圧信号Ｓｋｄ１にΔＶ５が加算される（ステップＳ３３）。
【００９１】
次に、タイマカウンタ値が所定時間よりも大きいかの判定が行われる（ステップＳ３４）。所定時間よりも大きくない場合、モニタリング信号Ｓｍｓ１及び生体検出信号Ｓｌｄ１の最大値、最小値計測（ステップＳ２２）を介して処理が終了する。所定時間よりも大きな場合、フォトリフレクタ２の出力振幅値の計算が行われる（ステップＳ３５）。これ以降は、第１の実施形態と同様なステップなので説明を省略する。
【００９２】
ここで、Ｄ／Ａコンバータの出力値Ｓｋｄ１をΔＶ５変化させた後のモニタリング信号Ｓｍｓ１のセンター値をＶｃ１ａ、Ｄ／Ａコンバータの出力値Ｓｋｄ１をΔＶ５変化させる前のモニタリング信号Ｓｍｓ１のセンター値をＶｃ１ｂとし、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の振幅値Ｖｐｓ、上限値Ｖｕ、ΔＶ５の関係は、
Ｖｐｓ＝｛（２×Ｖｕ）／（Ｖｃ１ａ−Ｖｃ１ｂ）｝×ΔＶ５・・・式（３）
に設定される。
【００９３】
式（３）の設定により、第１の実施形態のようにリファレンスパルス信号Ｓｒｐ１の周波数と、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の振幅値のパラメータテーブルを使用せずに自律的に最適なフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の振幅値を使用できる。
【００９４】
上述したように、本実施形態の生体信号検出装置では、第１の実施形態の信号処理に加算済みかの判定、所定時間よりも大きいかの第１の判定、ΔＶ５加算、所定時間よりも大きいかの第２の判定、出力振幅値の計算が追加される。
【００９５】
このため、第１の実施形態の効果の他に、自律的に最適なフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の振幅値を使用することができる。
【００９６】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る生体信号検出装置について、図面を参照して説明する。図１３は、生体信号検出装置を示すブロック図である。図１４は、基準電圧制御部の内部構成を示すブロック図である。本実施形態では、生体信号を基準パルスのＤＵＴＹ変化量として検出し、Ｓ／Ｎ比を高めた生体検出信号を出力している。
【００９７】
以下、第１の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００９８】
図１３に示すように、生体信号検出装置２００は、リファレンスパルス発生部１、フォトリフレクタ２、ＤＵＴＹ変化量検出部３、基準電圧制御部５ａ、生体信号生成部６を含む。生体信号検出装置２００は、生体の脈波計測に適用している。本実施形態の生体信号検出装置２００では、第１の実施形態の生体信号検出装置１００のモニタリング信号生成部４を省略している。
【００９９】
生体信号検出装置２００は、帰還ループ構造を有している。具体的には、
生体信号生成部６で生成された生体検出信号Ｓｌｄ１は、リファレンスパルス発生部１に帰還入力される。ＤＵＴＹ変化量検出部３で生成された変化量検出信号Ｓｈｋ１が基準電圧制御部５ａに帰還入力される。
【０１００】
図１４に示すように、基準電圧制御部５ａは、変化量検出信号Ｓｈｋ１がモニタリング信号として帰還入力され、基準電圧信号Ｓｋｄ１を生成する。基準電圧制御部５ａは、Ｄ／Ａコンバータ５２ａ、制御部５３ａ、カウンタ５４ａを含む。
【０１０１】
カウンタ５４ａは、変化量検出信号Ｓｈｋ１がモニタリング信号として帰還入力され、変化量検出信号Ｓｈｋ１のパルス幅をカウンタによって計測する。制御部５３ａは、カウンタ５４ａのカウント信号が入力され、制御信号ＳＧ５ａを生成する。Ｄ／Ａコンバータ５２ａは、制御信号ＳＧ５ａに基づいて、デジタル／アナログ変換した信号を基準電圧信号Ｓｋｄ１として生成する。
【０１０２】
本実施形態の生体信号検出装置の信号処理では、第１の実施形態での信号処理と同様なステップ（図９参照）が行われる。また、ａ）閾値設定、ｂ）図７の領域［３］へと設定、ｃ）電圧設定、ｄ）所定時間が第１の実施形態の生体信号検出装置１００と同一である。
【０１０３】
次に、生体信号検出装置の信号処理のＳｋｄ１補正処理について図１５を参照して説明する。図１５は、基準電圧設定値Ｓｋｄ１の補正処理を示す図である。
【０１０４】
図１５に示すように、基準電圧信号Ｓｋｄ１の設定電圧値の補正処理では、設定位置が低い場合、或いは設定位置が高い場合には、補正値を用いて最適設定位置に設定する。
【０１０５】
上限値ＶｕをＤＵＴＹ５０％（ハイレベル期間）の値とする。モニタリング信号である変化量検出信号Ｓｈｋ１の理想センター値Ｖｒｃ１１、モニタリング信号である変化量検出信号Ｓｈｋ１のセンター値Ｖｃ１１、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の振幅値Ｖｐｓ、上限値Ｖｕ、補正値Ｖｃの関係は、
Ｖｃ＝｛（Ｖｒｃ１１−Ｖｃ１１）／Ｖｕ｝×（Ｖｐｓ／２）・・・式（４）
と設定される。
【０１０６】
補正前の基準電圧信号Ｓｋｄ１の値Ｖｈｍ、補正後の基準電圧信号Ｓｋｄ１の値Ｖｈｇの関係は、第１の実施形態で記載した式（２）と同様であり、補正後の基準電圧信号Ｓｋｄ１の値Ｖｈｇは補正前の基準電圧信号Ｓｋｄ１の値Ｖｈｍに補正値Ｖｃを加算した値となる。
【０１０７】
ここで、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の振幅値は、予め計測により得た値をパラメータテーブル化してプログラミングすることが好ましい。
【０１０８】
上述したように、本実施形態の生体信号検出装置では、リファレンスパルス発生部１、フォトリフレクタ２、ＤＵＴＹ変化量検出部３、基準電圧制御部５ａ、生体信号生成部６が設けられる。基準電圧制御部５ａは、変化量検出信号Ｓｈｋ１がモニタリング信号として帰還入力され、基準電圧信号Ｓｋｄ１を生成する。
【０１０９】
このため、第１の実施形態の効果の他に、第１の実施形態の生体信号検出装置１００よりも構成要素を簡素化できる。
【０１１０】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る生体信号検出装置について、図面を参照して説明する。図１６は、生体信号検出装置での基準電圧制御を示すフローチャート。図１７は、フォトリフレクタ出力信号の振幅測定を示す図である。図１８は、生体検出信号成分の振幅測定を示す図である。本実施形態では、生体信号を基準パルスのＤＵＴＹ変化量として検出し、Ｓ／Ｎ比を高めた生体検出信号を出力している。
【０１１１】
本実施形態では、生体信号検出装置は第３の実施形態の生体信号検出装置２００と同一構成を有する。
【０１１２】
以下、第１の実施形態及び第３の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【０１１３】
本実施形態での基準電圧制御（Ｄ／Ａ制御処理）では、閾値はＤＵＴＹ変化量検出部３のパルス幅（図６参照）に対する閾値となり、閾値１＞閾値２と設定される。所定時間１はモニタリング信号としての変化量検出信号Ｓｈｋ１の１周期以上の時間である。所定時間２は生体検出信号Ｓｌｄ１の１周期以上の時間である。
【０１１４】
図１６に示すように、Ｄ／Ａコンバータ５２ａ（図１４参照）の設定が完了しているかの判定を行う（ステップＳ４１）。設定が完了している場合、スッテプＳ５９に進む。設定が完了していない場合、Ａｐｈ測定が完了しているかの判定を行う（ステップＳ４２）。Ａｐｈ測定が完了している場合、ステップＳ５２に進む。
【０１１５】
ここで、Ａｐｈとは、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１のリファレンスパルス成分の振幅であり、Ｄ／Ａコンバータ５２ａの設定上限値から設定下限値を減算したものである。
【０１１６】
Ａｐｈ測定は、図１７に示すように行われる。フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１のサーチは、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１の１周期以上で行われる。フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１に対して、Ｄ／Ａコンバータ５２ａの出力Ｓｋｄ1を設定上限値から設定下限値まで変化させてモニタリング信号である変化量検出信号Ｓｈｋ１を測定する。モニタリング信号である変化量検出信号Ｓｈｋ１のパルス幅をパルス幅計測し、カウンタ５４ａ（図１４参照）で計測することで、Ｄ／Ａコンバータ５２ａの出力Ｓｋｄ１が図７の領域［３］になっているようにパルス幅を制御する。
【０１１７】
Ａｐｈ測定が完了していない場合、モニタリング信号である変化量検出信号Ｓｈｋ１のパルス幅が下限値よりも大きいかの判定を行う（ステップＳ４３）。下限値よりも大きくない場合、Ｄ／Ａコンバータ５２ａの出力Ｓｋｄ１にΔＶ加算及び出力値の記憶（ステップＳ４４）を介してステップＳ４３に戻る。
【０１１８】
下限値よりも大きい場合、モニタリング信号である変化量検出信号Ｓｈｋ１のパルス幅が上限値よりも小さいかの判定を行う（ステップＳ４５）。上限値よりも小さい場合、Ｄ／Ａコンバータ５２ａの出力Ｓｋｄ１にΔＶ加算及び出力値の記憶（ステップＳ４６）を介してステップＳ４３に戻る。
【０１１９】
上限値よりも小さくない場合、モニタリング信号である変化量検出信号Ｓｈｋ１のパルス幅が上限値以上であるのかを判定する（ステップＳ４７）。パルス幅が上限値以上である場合、Ｄ／Ａコンバータ５２ａの出力Ｓｋｄ１にΔＶ減算の処理（ステップＳ４８）を介してステップＳ４３に戻る。
【０１２０】
パルス幅が上限値以上でない場合、カウンタ５４ａの測定時間が所定時間１よりも大きいかの判定を行う（ステップＳ４９）。所定時間１よりも大きくない場合、ステップＳ４３に戻る。
【０１２１】
所定時間１よりも大きい場合、図１７に示すＡｐｈ計算を実行する（ステップＳ５０）。次に、Ｄ／Ａコンバータ５２ａの設定を（ＤＡＣ設定上限―ＤＡＣ設定下限）／２とする（ステップＳ５１）。続いて、モニタリング信号である変化量検出信号Ｓｈｋ１と生体検出信号Ｓｌｄ１の最大値、最小値を測定する（ステップＳ５２）。
【０１２２】
そして、カウンタ５４ａの測定時間が所定時間２よりも大きいかの判定を行う（ステップＳ５３）。所定時間２経過していない場合、ＤＡＣ未設定状態へ遷移（ステップＳ５４）を介して処理を終了する。
【０１２３】
所定時間２経過している場合、最大値、最小値、ＡｐｈからＡｐｔｇ計算を実行する（ステップＳ５５）。
【０１２４】
Ａｐｔｇは、図１８（ａ）に示すように、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の脈動成分振幅であり、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の最大値からフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の最小値及びフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１のリファレンスパルス成分の振幅Ａｐｈ（図１７参照）を減算したものである。なお、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１のサーチは、生体検出信号Ｓｌｄ１の１周期以上で行われる。
【０１２５】
図１８（ｂ）に示す時間Ｔ１は、時刻１でのフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１とＤＡＣ設定値の隣接する交点のインターバルである。時間Ｔ２は、時刻２でのフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１とＤＡＣ設定値の隣接する交点のインターバルである。フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１のパルス周期をＴとすると、Ａｐｔｇ、Ａｐｈ、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ１、Ｔの関係は、
Ａｐｔｇ＝｛（Ｔ２−Ｔ１）／Ｔ｝×Ａｐｈ・・・式（５）
に設定される。フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の最大値をＶｍａ、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の最小値をＶｍｉ、ＤＡＣ設定値をＶｄｓとすると、
Ｖｄｓ＝｛（Ｖｍａ＋Ｖｍｉ）／２｝−（Ａｐｈ／４）・・・式（６）
に設定される。
【０１２６】
次に、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の脈動成分振幅であるＡｐｔｇが（Ａｐｈ／２）よりも大きいかの判定を行う（ステップＳ５６）。（Ａｐｈ／２）よりも大きい場合、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１の周波数をΔＨｚ減算（ステップＳ５）、Ａｐｈ未測定状態へ遷移（ステップＳ６０）、ＤＡＣ未設定状態へ遷移（ステップＳ５４）を介して処理を終了する。
【０１２７】
（Ａｐｈ／２）よりも大きくない場合、式（６）に示すＤＡＣ設定値を計算して設定する（ステップＳ５８）。
【０１２８】
続いて、モニタリング信号である変化量検出信号Ｓｈｋ１が閾値１よりも大きく、閾値２よりも小さいかの判定を行う（ステップＳ５９）。閾値１よりも大きく、閾値２よりも小さくない場合、Ａｐｈ測定遷移状態へ遷移（ステップＳ６０）、ＤＡＣ未設定状態へ遷移（ステップＳ５４）を介して処理を終了する。閾値１よりも大きく、閾値２よりも小さい場合、処理を終了する。
【０１２９】
上述したように、本実施形態の生体信号検出装置では、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の脈動成分振幅であるＡｐｔｇとＤＡＣ設定値を算出して生体信号検出装置での信号処理を実行している。
【０１３０】
このため、第１の実施形態の効果の他に、回路が簡素化し感度の調整精度が向上する。
【０１３１】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る生体信号検出装置について、図面を参照して説明する。図１９は、生体信号検出装置を示すブロック図である。図２０は、基準電圧制御部の内部構成を示すブロック図である。本実施形態では、生体信号を基準パルスのＤＵＴＹ変化量として検出し、Ｓ／Ｎ比を高めた生体検出信号を出力している。
【０１３２】
以下、第１の実施形態及び第４の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【０１３３】
図１９に示すように、生体信号検出装置３００は、リファレンスパルス発生部１、フォトリフレクタ２、ＤＵＴＹ変化量検出部３、基準電圧制御部５ｂ、生体信号生成部６を含む。生体信号検出装置３００は、生体の脈波計測に適用している。本実施形態の生体信号検出装置３００では、第１の実施形態の生体信号検出装置１００のモニタリング信号生成部４を省略している。
【０１３４】
生体信号検出装置３００は、帰還ループ構造を有している。具体的には、生体信号生成部６で生成された生体検出信号Ｓｌｄ１は、リファレンスパルス発生部１に帰還入力される。フォトリフレクタ２で生成されたフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１が基準電圧制御部５ｂに帰還入力される。
【０１３５】
図２０に示すように、基準電圧制御部５ｂは、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１がモニタリング信号として帰還入力され、基準電圧信号Ｓｋｄ１を生成する。基準電圧制御部５ｂは、Ａ／Ｄコンバータ５１ｂ、Ｄ／Ａコンバータ５２ｂ、制御部５３ｂを含む。
【０１３６】
Ａ／Ｄコンバータ５１ｂは、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１がモニタリング信号として帰還入力され、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１をアナログ／デジタル変換処理を行う。制御部５３ｂは、Ａ／Ｄコンバータ５１ｂでアナログ／デジタル変換された信号が入力され、制御信号ＳＧ５ｂを生成する。Ｄ／Ａコンバータ５２ｂは、制御信号ＳＧ５ｂに基づいて、デジタル／アナログ変換した信号を基準電圧信号Ｓｋｄ１として生成する。
【０１３７】
次に、生体信号検出装置３００の基準電圧制御（Ｄ／Ａ制御処理）について図２１を参照して説明する。図２１は、生体信号検出装置での基準電圧制御を示すフローチャートである。本実施形態の生体信号検出装置３００の信号処理では、以下のように設定している。
【０１３８】
本実施形態での信号処理では、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１のリファレンスパルス成分の振幅をＡｐｈとし、フォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の脈動成分振幅をＡｐｔｇとしている。所定時間１はモニタリング信号としての変化量検出信号Ｓｈｋ１の１周期以上の時間である。所定時間２は生体検出信号Ｓｌｄ１の１周期以上の時間である。ＤＡＣ設定値を式（６）（第４の実施形態参照）に設定している。
【０１３９】
図２１に示すように、ＤＡＣ設定が完了している状態かの判定を行う（ステップＳ１１１）。ＤＡＣ設定が完了している場合、（最大値―ＤＡＣ設定）が（Ａｐｈ／２）よりも大きいかの判定を行う（ステップＳ１１２）。（最大値―ＤＡＣ設定）が（Ａｐｈ／２）よりも大きい場合、Ａｐｈ未設定状態へ遷移（ステップ１１４）に進む。
【０１４０】
（Ａｐｈ／２）よりも大きくない場合、（ＤＡＣ設定―最小値）が（Ａｐｈ／２）よりも大きいかの判定を行う（ステップＳ１１３）。（ＤＡＣ設定―最小値）が（Ａｐｈ／２）よりも大きくない場合は処理を終了する。
【０１４１】
（ＤＡＣ設定―最小値）が（Ａｐｈ／２）よりも大きい場合、Ａｐｈ未設定状態へ遷移（ステップ１１４）及びＤＡＣ未設定状態へ遷移（ステップＳ１２５）を介して終了する。
【０１４２】
ＤＡＣ設定が完了していない場合、Ａｐｈ測定済みかの判定を行う（ステップＳ１１５）。Ａｐｈ測定済みの場合、ステップＳ１２１へスキップする。Ａｐｈ測定済みでない場合、モニタリング信号としてフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の最大値、最小値を記録する（ステップＳ１１６）。
【０１４３】
次に、タイマカウンタを用いて所定時間１経過したかの判定を行う（ステップＳ１１７）。所定時間１はリファレンスパルス信号Ｓｒｐ１の1周期以上の時間となる。ここで、タイマカウンタは、図示していないが、基準電圧制御部５ｂに設けられる。
【０１４４】
所定時間１経過していない場合、ステップＳ１１６に戻る。所定時間１経過している場合、モニタリング信号としてのフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の減算処理（最大値―最小値）からＡｐｈを計算する（ステップＳ１１８）。
【０１４５】
続いて、モニタリング信号としてのフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の最大値、最小値を記録する（ステップＳ１１９）。
【０１４６】
次に、所定時間２経過したかの判定を行う（ステップＳ１２０）。所定時間２経過していない場合、ＤＡＣ未設定状態へ遷移（ステップＳ１２５）を介して終了する。
【０１４７】
所定時間２経過している場合、モニタリング信号としてのフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１の（最大値―最小値―Ａｐｈ）からＡｐｔｇの計算を行う（ステップＳ１２１）。
【０１４８】
続いて、Ａｐｔｇが（Ａｐｈ／２）よりも大きいのかの判定を行う（ステップＳ１２２）。（Ａｐｈ／２）よりも大きい場合、リファレンスパルス信号Ｓｒｐ１の周波数にΔＨｚ減算（ステップＳ１２３）、Ａｐｈ未測定状態へ遷移（ステップＳ１２４）、ＤＡＣ未設定状態へ遷移（ステップＳ１２５）を介して終了する。
【０１４９】
（Ａｐｈ／２）よりも大きくない場合、ＤＡＣ設定値を計算し（第４の実施形態の式（６）参照）、ＤＡＣ出力に設定する（ステップＳ１２６）。以上で処理は完了する。
【０１５０】
上述したように、本実施形態の生体信号検出装置では、リファレンスパルス発生部１、フォトリフレクタ２、ＤＵＴＹ変化量検出部３、基準電圧制御部５ｂ、生体信号生成部６が設けられる。フォトリフレクタ２で生成されたフォトリフレクタ出力信号Ｓｐｒ１が基準電圧制御部５ｂにモニタリング信号として帰還入力される。
【０１５１】
このため、第１の実施形態の効果の他に、第１の実施形態の生体信号検出装置１００よりも構成要素を簡素化できる。
【０１５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【０１５３】
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。  
（付記１）  第１のＡ／Ｄコンバータ、第１の制御部、パルス生成部を含み、前記第１の制御部は、前記第１のＡ／Ｄコンバータから出力される信号が入力され、第１の制御部の第１の制御信号に基づいて周波数が可変制御されるリファレンスパルス信号を生成するリファレンスパルス発生部と、
リファレンスパルス信号が入力され、被測定部である生体にパルス光を照射し、前記被測定部である前記生体から反射される反射光パルスを電気信号に変換したフォトリフレクタ出力信号を生成するフォトリフレクタと、
第２のＡ／Ｄコンバータ、第２の制御部、Ｄ／Ａコンバータを含み、前記第２の制御部は、前記第２のＡ／Ｄコンバータから出力される信号が入力され、第２の制御部の第２の制御信号に基づいて生体信号の検出用に用いられる基準電圧信号を生成する基準電圧制御部と、
前記フォトリフレクタ出力信号、及び前記基準電圧信号が入力され、前記基準電圧信号と前記フォトリフレクタ出力信号の間で差分処理を行い、差分処理された信号を変化量検出信号として出力するＤＵＴＹ変化量検出部と、
前記変化量検出信号が帰還入力され、モニタリング信号を生成して前記基準電圧制御部に出力するモニタリング信号生成部と、
前記変化量検出信号が入力され、生体検出信号を生成する生体信号生成部と、
を具備し、
前記生体検出信号は、前記リファレンスパルス発生部の前記第１のＡ／Ｄコンバータに帰還入力される
生体信号検出装置。
【０１５４】
（付記２）  第１のＡ／Ｄコンバータ、第１の制御部、パルス生成部を含み、前記第１の制御部は、前記第１のＡ／Ｄコンバータから出力される信号が入力され、制御部の制御信号に基づいて周波数が可変制御されるリファレンスパルス信号を生成するリファレンスパルス発生部と、
リファレンスパルス信号が入力され、被測定部である生体にパルス光を照射し、前記被測定部である前記生体から反射される反射光パルスを電気信号に変換したフォトリフレクタ出力信号を生成するフォトリフレクタと、
カウンタ、第２の制御部、Ｄ／Ａコンバータを含み、前記第２の制御部は、前記カウンタでカウントされた信号が入力され、前記第２の制御部の第２の制御信号に基づいて、生体信号の検出用に用いられる基準電圧信号を生成する基準電圧制御部と、
前記フォトリフレクタ出力信号、及び前記基準電圧信号が入力され、前記基準電圧信号と前記フォトリフレクタ出力信号の間で差分処理を行い、差分処理された信号を変化量検出信号として出力するＤＵＴＹ変化量検出部と、
前記変化量検出信号が入力され、生体検出信号を生成する生体信号生成部と、
を具備し、
前記変化量検出信号は、前記基準電圧制御部の前記カウンタに帰還入力される
生体信号検出装置。
【０１５５】
（付記３）  第１のＡ／Ｄコンバータ、第１の制御部、パルス生成部を含み、前記第１の制御部は、前記第１のＡ／Ｄコンバータから出力される信号が入力され、前記第１の制御部の第1の制御信号に基づいて周波数が可変制御されるリファレンスパルス信号を生成するリファレンスパルス発生部と、
リファレンスパルス信号が入力され、被測定部である生体にパルス光を照射し、前記被測定部である前記生体から反射される反射光パルスを電気信号に変換したフォトリフレクタ出力信号を生成するフォトリフレクタと、
第２のＡ／Ｄコンバータ、第２の制御部、Ｄ／Ａコンバータを含み、前記第２の制御部は、前記第２のＡ／Ｄコンバータから出力される信号が入力され、前記第２の制御部の第２の制御信号に基づいて、生体信号の検出用に用いられる基準電圧信号を生成する基準電圧制御部と、
前記フォトリフレクタ出力信号、及び前記基準電圧信号が入力され、前記基準電圧信号と前記フォトリフレクタ出力信号の間で差分処理を行い、差分処理された信号を変化量検出信号として出力するＤＵＴＹ変化量検出部と、
前記変化量検出信号が入力され、生体検出信号を生成する生体信号生成部と、
を具備し、
前記フォトリフレクタ出力信号は、前記基準電圧制御部の前記第２のＡ／Ｄコンバータに帰還入力される
生体信号検出装置。
【０１５６】
（付記４）  第１のＡ／Ｄコンバータ、第１の制御部、パルス生成部を含み、前記第１の制御部は、前記第１のＡ／Ｄコンバータから出力される信号が入力され、第１の制御部の第１の制御信号に基づいて周波数が可変制御されるリファレンスパルス信号を生成するリファレンスパルス発生部と、
リファレンスパルス信号が入力され、被測定部である生体にパルス光を照射し、前記被測定部である前記生体から反射される反射光パルスを電気信号に変換したフォトリフレクタ出力信号を生成するフォトリフレクタと、
第２のＡ／Ｄコンバータ、第２の制御部、Ｄ／Ａコンバータを含み、前記第２の制御部は、前記第２のＡ／Ｄコンバータから出力される信号が入力され、第２の制御部の第２の制御信号に基づいて生体信号の検出用に用いられる基準電圧信号を生成する基準電圧制御部と、
前記フォトリフレクタ出力信号、及び前記基準電圧信号が入力され、前記基準電圧信号と前記フォトリフレクタ出力信号の間で差分処理を行い、差分処理された信号を変化量検出信号として出力するＤＵＴＹ変化量検出部と、
前記変化量検出信号及び前記フォトリフレクタ出力信号が帰還入力され、モニタリング信号を生成して前記基準電圧制御部に出力するモニタリング信号生成部と、
前記変化量検出信号が入力され、生体検出信号を生成する生体信号生成部と、
を具備し、
前記生体検出信号は、前記リファレンスパルス発生部の前記第１のＡ／Ｄコンバータに帰還入力される
生体信号検出装置。
【符号の説明】
【０１５７】
１  リファレンスパルス発生部
２  フォトリフレクタ
３  ＤＵＴＹ変化量検出部
４  モニタリング信号生成部
５、５ａ、５ｂ  基準電圧制御部
６  生体信号生成部
７  生体
１１、５１、５１ｂ  Ａ／Ｄコンバータ
１２  パルス生成部
５２、５２ａ、５２ｂ  Ｄ／Ａコンバータ
１３、５３、５３ａ、５３ｂ  制御部
５４ａ  カウンタ
１００、２００、３００  生体信号検出装置
ＰＤ１  発光素子
ＰＬＳ１  パルス光
Ｒ１、Ｒ２  抵抗
ＲＤ１  受光素子
ＲＰＳ１  反射光パルス
ＳＧ１、ＳＧ５、ＳＧ５ａ、ＳＧ５ｂ  制御信号
ＳＧＴ  ＭＯＳトランジスタ
Ｓｈｋ１  変化量検出信号
Ｓｋｄ１  基準電圧信号
Ｓｌｄ１  生体検出信号
Ｓｍｓ１  モニタリング信号
Ｓｒｐ１  リファレンスパルス信号
Ｓｐｒ１  フォトリフレクタ出力信号
Ｖｄｄ  高電位側電源
Ｖｓｓ  低電位側電源（接地電位）
【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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【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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