(57)【要約】【課題】積分回路が出力する電圧の誤差を簡便な構成により低減する。【解決手段】受光部の受光量に応じた電流が入力される演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端と出力端との間に接続された容量素子とを含み、前記電流に応じた電圧を出力する積分回路と、前記容量素子に並列に接続された第１トランジスターと、前記第１トランジスターに並列に接続され、前記第１トランジスターのサイズより小さいサイズの第２トランジスターとを具備する信号処理回路。【選択図】図３
2019100857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部の受光量に応じた電流が入力される演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端と出力端との間に接続された容量素子とを含み、前記電流に応じた電圧を出力する積分回路と、
前記容量素子に並列に接続された第１トランジスターと、
前記第１トランジスターに並列に接続され、前記第１トランジスターのサイズより小さいサイズの第２トランジスターと
を具備する信号処理回路。
【請求項２】
前記第１トランジスターと前記第２トランジスターとの双方がオンしている状態から、前記第１トランジスターをオフした後に前記第２トランジスターをオフする制御回路を具備する
請求項１の信号処理回路。
【請求項３】
前記制御回路は、オンする時点からオフする時点までを表す制御信号を前記第１トランジスターに供給し、前記制御信号を遅延させて第２トランジスターに供給する
請求項２の信号処理回路。
【請求項４】
生体に光を照射する発光部と、
前記生体を通過した光の受光量に応じた電流を生成する受光部と、
前記電流が入力される演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端と出力端との間に接続された容量素子とを含み、前記電流に応じた電圧を出力する積分回路と、
前記容量素子に並列に接続された第１トランジスターと、
前記第１トランジスターに並列に接続され、前記第１トランジスターのサイズより小さいサイズの第２トランジスターと
を具備する検出装置。
【請求項５】
信号処理回路の制御方法であって、
前記信号処理回路は、
受光部の受光量に応じた電流が入力される演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端と出力端との間に接続された容量素子とを含み、前記電流に応じた電圧を出力する積分回路と、
前記容量素子に並列に接続された第１トランジスターと、
前記第１トランジスターに並列に接続され、前記第１トランジスターのサイズより小さいサイズの第２トランジスターとを具備し、
前記第１トランジスターと前記第２トランジスターとの双方がオンしている状態から、前記第１トランジスターをオフした後に前記第２トランジスターをオフする
信号処理回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を処理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトダイオードの受光量に応じた電圧信号を処理する技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、フォトダイオードで検出する光電流を電圧に変換する光電流積分回路に発生するオフセットを補正する技術が開示されている。具体的には、オフセットを抑圧するためのオフセット抑圧回路が光電流積分回路とは別個に設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１４５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術では、容量素子や演算増幅器を含むオフセット抑圧回路が光電流積分回路とは別個に必要であるから、光電流積分回路に発生するオフセットを補正するための構成が複雑化する。以上の事情を考慮して、本発明の好適な態様は、積分回路が出力する電圧の誤差を簡便な構成により低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る信号処理回路は、受光部の受光量に応じた電流が入力される演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端と出力端との間に接続された容量素子とを含み、前記電流に応じた電圧を出力する積分回路と、前記容量素子に並列に接続された第１トランジスターと、前記第１トランジスターに並列に接続され、前記第１トランジスターのサイズより小さいサイズの第２トランジスターとを具備する。以上の態様では、積分回路の容量素子に並列に接続された第１トランジスターに並列に接続され、第１トランジスターのサイズより小さいサイズの第２トランジスターを具備する。したがって、信号処理回路が第２トランジスターを具備しない構成と比較して、第１トランジスターと第２トランジスターとの双方がオンしている状態から、第１トランジスターをオフした後に第２トランジスターをオフすることで、第１トランジスターをオフする際に、積分回路が出力する電圧に発生する誤差を低減することができる。また、第２トランジスターを第１トランジスターに並列に接続することで、例えば容量素子や演算増幅器を含むオフセット抑圧回路を信号処理回路とは別個に設ける特許文献１の構成と比較して、積分回路が出力する電圧に発生する誤差を低減するための構成が簡素化される。
【０００６】
本発明の好適な態様において、前記第１トランジスターと前記第２トランジスターとの双方がオンしている状態から、前記第１トランジスターをオフした後に前記第２トランジスターをオフする制御回路を具備する。以上の態様では、第１トランジスターと第２トランジスターとの双方がオンしている状態から、第１トランジスターをオフした後に第２トランジスターがオフされるので、第１トランジスターをオフする際に、積分回路が出力する電圧に発生する誤差を低減することができる。
【０００７】
本発明の好適な態様において、前記制御回路は、オンする時点からオフする時点までを表す制御信号を前記第１トランジスターに供給し、前記制御信号を遅延させて第２トランジスターに供給する。以上の態様では、第１トランジスターに供給される制御信号を遅延させて第２トランジスターに供給するから、例えば第１トランジスターと第２トランジスターとに供給する信号を独立に生成する構成と比較して、制御回路の構成が簡素化される。
【０００８】
本発明の好適な態様に係る検出装置は、生体に光を照射する発光部と、前記生体を通過した光の受光量に応じた電流を生成する受光部と、前記電流が入力される演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端と出力端との間に接続された容量素子とを含み、前記電流に応じた電圧を出力する積分回路と、前記容量素子に並列に接続された第１トランジスターと、前記第１トランジスターに並列に接続され、前記第１トランジスターのサイズより小さいサイズの第２トランジスターとを具備する。以上の態様では、積分回路の容量素子に並列に接続された第１トランジスターに並列に接続され、第１トランジスターのサイズより小さいサイズの第２トランジスターを具備する。したがって、信号処理回路が第２トランジスターを具備しない構成と比較して、第１トランジスターと第２トランジスターとの双方がオンしている状態から、第１トランジスターをオフした後に第２トランジスターをオフすることで、第１トランジスターをオフする際に、積分回路が出力する電圧に発生する誤差を低減することができる。また、第２トランジスターを第１トランジスターに並列に接続することで、例えば容量素子や演算増幅器を含むオフセット抑圧回路を信号処理回路とは別個に設ける特許文献１の構成と比較して、積分回路が出力する電圧に発生する誤差を低減するための構成が簡素化される。
【０００９】
本発明の好適な態様に係る信号処理回路の制御方法において、前記信号処理回路は、受光部の受光量に応じた電流が入力される演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端と出力端との間に接続された容量素子とを含み、前記電流に応じた電圧を出力する積分回路と、前記容量素子に並列に接続された第１トランジスターと、前記第１トランジスターに並列に接続され、前記第１トランジスターのサイズより小さいサイズの第２トランジスターとを具備し、前記第１トランジスターと前記第２トランジスターとの双方がオンしている状態から、前記第１トランジスターをオフした後に前記第２トランジスターをオフする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る生体解析装置の側面図である。
【図２】生体解析装置の電気的な構成図である。
【図３】信号処理回路の構成図である。
【図４】第１トランジスターおよび第２トランジスターの斜視図である。
【図５】制御信号の波形図および電圧の変化を示すグラフである。
【図６】対比例１により生成される電圧の変化を示すグラフである。
【図７】第２実施形態に係る信号処理回路の回路図である。
【図８】第２実施形態に係る制御信号の波形図および電圧の変化を示すグラフである。
【図９】第３実施形態に係る制御信号の波形図および電圧の変化を示すグラフである。
【図１０】第４実施形態に係る生体解析装置の使用例を示す模式図である。
【図１１】第４実施形態に係る生体解析装置の他の使用例を示す模式図である。
【図１２】変形例における生体解析装置の構成図である。
【図１３】変形例における生体解析装置の構成図である。
【図１４】変形例における生体解析装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る生体解析装置１００の側面図である。生体解析装置１００は、被験者の生体に関する指標（以下「生体指標」という）を非侵襲的に測定する測定機器である。例えば被験者の血糖値（グルコース濃度）が生体指標として例示される。被験者の身体のうち特定の部位（以下「測定部位」という）Ｈに生体解析装置１００が装着される。例えば手首や上腕が測定部位Ｈとして例示される。
【００１２】
生体解析装置１００は、測定部位Ｈに装着される。第１実施形態の生体解析装置１００は、図１に例示される通り、筐体部１２とベルト１４とを具備する腕時計型の携帯機器である。生体解析装置１００は、測定部位Ｈにベルト１４を巻回することで被験者の身体に装着される。
【００１３】
図２は、生体解析装置１００の電気的な構成図である。生体解析装置１００は、検出装置３０と生体解析部２２と表示装置２３とを具備する。生体解析部２２は、筐体部１２の内部に設置される。表示装置２３（例えば液晶表示パネル）は、図１に例示される通り、例えば筐体部１２における測定部位Ｈとは反対側の表面に設置される。表示装置２３は、測定結果を含む各種の画像を表示する。
【００１４】
検出装置３０は、測定部位Ｈの状態に応じた検出信号Ｓを生成する光学センサーモジュールである。図２に例示される通り、第１実施形態の検出装置３０は、発光部３１と受光部３２と駆動回路３４と信号処理回路３６とＡ/Ｄ変換器３８とを具備する。発光部３１および受光部３２は、例えば筐体部１２において測定部位Ｈに対向する位置に設置される。なお、駆動回路３４および信号処理回路３６の一方または双方を検出装置３０とは別体の外部回路として設置することも可能である。
【００１５】
発光部３１は、測定部位Ｈに光を照射する光源である。例えばインコヒーレントな光を出射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子が発光部３１として好適に利用される。第１実施形態の発光部３１は、例えば近赤外領域内の所定の波長λ（λ＝８００ｎｍ〜１３００ｎｍ）の光を測定部位Ｈに照射する。駆動回路３４は、発光部３１を発光させる。なお、相異なる波長の光を出射する複数の発光素子で発光部３１を構成してもよい。また、発光部３１が出射する光は近赤外光に限定されない。
【００１６】
発光部３１から測定部位Ｈに入射した光は、測定部位Ｈの内部を通過しながら拡散反射を繰返したうえで生体の外部に出射する。具体的には、測定部位Ｈの内部に存在する動脈（例えば、上腕動脈、橈骨動脈または尺骨動脈）等の血管と血管内の血液とを通過した光が測定部位Ｈから出射する。
【００１７】
受光部３２は、測定部位Ｈから到来する光を受光する。具体的には、受光部３２は、生体（測定部位Ｈ）を通過した光の受光量に応じた電流Ａを生成する。第１実施形態の受光部３２は、分光部と受光素子とを含む（図示略）。生体を通過した光は、分光部に入射する。具体的には、分光部は、生体を通過した光のうち特定の波長域内の光を選択的に透過する。例えば透過波長を制御可能なファブリ・ペロー型干渉計（エタロン）が分光部として好適に利用される。分光部を透過した光が受光素子により受光される。受光素子は、例えば、受光強度に応じた電荷を発生するフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）である。具体的には、近赤外領域に高い感度を示すＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）で光電変換層が形成された受光素子が好適である。以上の説明から理解される通り、第１実施形態の検出装置３０は、発光部３１と受光部３２とが測定部位Ｈに対して片側に位置する反射型の光学センサーである。ただし、発光部３１と受光部３２とが測定部位Ｈを挟んで反対側に位置する透過型の光学センサーを検出装置３０として利用してもよい。
【００１８】
図３は、信号処理回路３６の回路図である。信号処理回路３６は、受光部３２が生成した電流Ａに応じた電圧（つまり受光部３２が受光した光の強度に応じた電圧）Ｖoutを生成する。具体的には、信号処理回路３６は、積分回路５０と第１トランジスター５１と第２トランジスター５２と制御回路５４とを具備する。積分回路５０は、電流Ａに応じた電圧Ｖoutを生成する。第１実施形態の積分回路５０は、演算増幅器５０１と容量素子５０２とで構成される。
【００１９】
演算増幅器５０１は、第１入力端Ｋin1（入力端の例示）と第２入力端Ｋin2と出力端Ｋoutとを含む。受光部が生成した電流（つまり受光部の受光量に応じた電流）Ａが第１入力端Ｋin1（反転入力端）に入力される。第２入力端Ｋin2（非反転入力端）は接地線に接続される。積分回路５０が生成した電圧Ｖoutが出力端Ｋoutから出力される。
【００２０】
容量素子５０２（静電容量Ｃh）は、演算増幅器５０１に入力される電流Ａに応じて電荷を充電する状態（以下「充電状態」という）と、電荷を放電する状態（以下「放電状態」という）とが切り替わるコンデンサーであり、第１電極Ｅ1と第２電極Ｅ2とを含む。演算増幅器５０１の第１入力端Ｋin1と出力端Ｋoutとの間に容量素子５０２が接続される。具体的には、第１電極Ｅ1に演算増幅器５０１の第１入力端Ｋin1が接続され、第２電極Ｅ2に演算増幅器５０１の出力端Ｋoutが接続される。容量素子５０２の動作については、後述する。
【００２１】
第１トランジスター５１は、オンとオフとが切り替わるスイッチであり、ソース電極ＥS1とドレイン電極ＥD1とゲート電極ＥG1とを含む。積分回路５０の容量素子５０２に第１トランジスター５１が並列に接続される。具体的には、容量素子５０２の第１電極Ｅ1にソース電極ＥS1が接続され、容量素子５０２の第２電極Ｅ2にドレイン電極ＥD1が接続される。
【００２２】
第２トランジスター５２は、オンとオフとが切り替わるスイッチであり、ソース電極ＥS2とドレイン電極ＥD2とゲート電極ＥG2とを含む。第１トランジスター５１に第２トランジスター５２が並列に接続される。具体的には、第１トランジスター５１のソース電極ＥS1にソース電極ＥS2が接続され、第１トランジスター５１のドレイン電極ＥD1にドレイン電極ＥD2が接続される。
【００２３】
図４は、基板Ｂに形成された第１トランジスター５１および第２トランジスター５２の斜視図である。第１トランジスター５１においては、ゲート電極ＥG1を挟んでソース電極ＥS1とドレイン電極ＥD1とが位置する。ゲート電極ＥG1は、ゲート絶縁層Ｉを挟んでチャネル領域に対向する。第２トランジスター５２の構造も第１トランジスター５１と同様である。第２トランジスター５２のサイズは、第１トランジスター５１のサイズより小さい。トランジスターのサイズは、例えばトランジスターのチャネル幅とオーバーラップ容量とで規定される。オーバーラップ容量は、トランジスターのゲート電極ＥGとソース電極ＥSまたはドレイン電極ＥDとの間に形成される容量である。図４に例示される通り、チャネル幅Ｗは、ソース電極ＥSとドレイン電極ＥDとの間に形成されるチャネル領域の幅である。例えばチャネル幅Ｗとオーバーラップ容量との積がトランジスターのサイズとして例示される。第１実施形態では、第２トランジスター５２のオーバーラップ容量は、第１トランジスター５１のオーバーラップ容量よりも小さく、かつ、第２トランジスター５２のチャネル幅Ｗ2は、第１トランジスター５１のチャネル幅Ｗ1よりも小さい。第２トランジスター５２のサイズを第１トランジスター５１のサイズの１０分の１に設定する。
【００２４】
図３の制御回路５４は、第１トランジスター５１および第２トランジスター５２のオンとオフとを制御する。具体的には、制御回路５４は、第１トランジスター５１の状態（オン／オフ）を規定する制御信号Ｚ1と、第２トランジスター５２の状態（オン／オフ）を規定する制御信号Ｚ2とを並列に生成して出力する。言い換えれば、オンする時点Ｐonからオフする時点Ｐoffまでを表す信号が制御信号Ｚ（Ｚ1，Ｚ2）である。
【００２５】
図５は、制御信号Ｚ1および制御信号Ｚ2の波形図である。時点Ｐonは、トランジスターがオフからオンに切り替わる時点であり、時点Ｐoffは、トランジスターがオンからオフに切り替わる時点である。例えば、ハイレベルとローレベルとの一方から他方に切り替わるクロック信号が制御信号Ｚ（Ｚ1，Ｚ2）として利用される。制御信号Ｚがハイレベルに維持される期間（つまり時点Ｐonから時点Ｐoffまでを表す期間）ＴHと、制御信号がローレベルに維持される期間（つまり時点Ｐoffから時点Ｐonまでを表す期間）ＴLとが相互に繰り返される。制御信号Ｚのハイレベルは、電圧Ｖdd（＞０）であり、制御信号Ｚのローレベルは０Ｖ（接地電圧）である。制御信号Ｚがハイレベルに維持される期間ＴHでは、トランジスターがオンしている状態にあり、制御信号Ｚがローレベルに維持される期間ＴHでは、トランジスターがオフしている状態にある。
【００２６】
図５から把握される通り、制御信号Ｚ1の時点Ｐon1と制御信号Ｚ2の時点Ｐon2とは、時間軸上で一致する。つまり、第１トランジスター５１と第２トランジスター５２とは、同じ時点においてオンされる。他方、制御信号Ｚ2の時点Ｐoff2は、制御信号Ｚ1の時点Ｐoff1よりも時間軸上で後方に位置する。制御信号Ｚ1が第１トランジスター５１に供給され、制御信号Ｚ2が第２ランジスターに供給されると、時点Ｐon1(時点Ｐon2)に第１トランジスター５１と第２トランジスター５２との双方がオンされる。次に、時点Ｐon1から所定の期間ＴH1を経過した時点Ｐoff1で第１トランジスター５１のみがオフされる。つまり、第１トランジスター５１がオフする時点Ｐoff1では、第２トランジスター５２はオンしている。そして、第１トランジスター５１がオフされた後に、時点Ｐoff2で第２トランジスター５２がオフされる。
【００２７】
時点Ｐon1（時点Ｐon2）から時点Ｐoff1までの期間ＴH1では、第１トランジスター５１と第２トランジスター５２との双方がオンしている状態であり、時点Ｐoff1から時点Ｐoff2までの期間では、第２トランジスター５２のみオンしている状態であり、時点Ｐoff2から時点Ｐon2（時点Ｐon1）までの期間ＴL2は、第１トランジスター５１と第２トランジスター５２との双方がオフしている状態である。以上の説明から理解される通り、制御回路５４は、第１トランジスター５１と第２トランジスター５２との双方がオンしている状態から、第１トランジスター５１をオフした後に第２トランジスター５２をオフする要素として機能する。制御回路５４の動作は、信号処理回路３６の制御方法として特定される。
【００２８】
容量素子５０２は、トランジスターの状態（オン／オフ）に応じて、放電状態と充電状態とが切り替わる。具体的には、容量素子５０２は、時点Ｐon1に第１トランジスター５１がオンすることで充電状態から放電状態に切り替わり、時点Ｐoff2に第２トランジスター５２がオフすることで放電状態から充電状態に切り替わる。つまり、容量素子５０２は、期間ＴH2では放電状態にあり、期間ＴL2（露光期間）では充電状態にある。
【００２９】
図５には、積分回路５０で生成される電圧Ｖoutの変化も図示されている。図５から把握される通り、電圧Ｖoutは、容量素子５０２が充電状態にある期間ＴL2では経時的に増加し、容量素子５０２が放電状態にある期間ＴH2では０Ｖになる。積分回路５０により生成された電圧Ｖoutは、Ａ/Ｄ変換器３８に入力される。
【００３０】
ここで、信号処理回路３６が第２トランジスター５２を具備しない構成（以下「対比例１」という）を想定する。図６は、対比例１により生成される電圧Ｖoutの変化を示すグラフである。対比例１では、第１トランジスター５１がオンからオフに切り替わる時点Ｐoff1に、クロックフィードスルーにより、電圧Ｖoutに誤差が発生する。クロックフィードスルーは、トランジスターがオンからオフに切り替わる時点（つまり制御信号が電圧Ｖddから０Ｖに変化する時点）に、トランジスターのオーバーラップ容量Ｃovに充電された電荷が容量素子５０２の静電容量Ｃhに充電された電荷に影響を及ぼす現象である。電圧Ｖoutのうち誤差部分の電圧（以下「誤差電圧」という）Ｖerrは、以下の数式(1)で表現される。数式(1)のＷＣov（チャネル幅Ｗとオーバーラップ容量Ｃovとの積）は、前述の通り、トランジスターのサイズを表す。
【数１】
2019100857.tif 000003
【００３１】
数式(1)から理解される通り、誤差電圧Ｖerrは、トランジスターのサイズＷＣovに依存する。具体的には、トランジスターのサイズＷＣovが小さいほど誤差電圧Ｖerrも小さくなる。例えばトランジスターのサイズＷＣovを１／１０とし、静電容量Ｃhを１とすると、数式(1)から以下の数式(1a)が導出される。数式(1a)から理解される通り、対比例１の誤差電圧Ｖerrは、電圧Ｖddの約９％である。
【数２】
2019100857.tif 000004
【００３２】
対比例１では、時点Ｐoff1で第１トランジスター５１のサイズに応じた誤差電圧Ｖerrが発生する。それに対して、信号処理回路３６が第２トランジスター５２を具備する第１実施形態では、第１トランジスター５１がオンからオフに切り替わる時点Ｐoff1では、第２トランジスター５２がオンしているから、容量素子５０２は放電状態にある。したがって、時点Ｐoff1ではクロックフィードスルーよる誤差電圧Ｖerrの発生が低減される。第１実施形態においても第２トランジスター５２がオフする時点Ｐoff2（つまり容量素子５０２が放電状態から充電状態に切り替わる時点）で、第２トランジスター５２のサイズに応じて誤差電圧Ｖerrが発生し得る。ただし、前述の通り、第２トランジスター５２のサイズは第１トランジスター５１のサイズよりも小さいから、対比例１と比較して、電圧Ｖoutに発生する誤差が低減される。
【００３３】
時点Ｐoff2において発生する誤差電圧Ｖerrは、以下の数式(2)で表現される。数式(2)のＷ1Ｃov1（第１トランジスター５１のチャネル幅Ｗ1とオーバーラップ容量Ｃov1との積）は、第１トランジスター５１のサイズであり、Ｗ2Ｃov2（第２トランジスター５２のチャネル幅Ｗ2とオーバーラップ容量Ｃov2との積）は、第２トランジスター５２のサイズである。
【数３】
2019100857.tif 000005
前述の通り、第２トランジスター５２のサイズＷ2Ｃov2は、第１トランジスター５１のサイズＷ1Ｃov1の１０分の１である。第１トランジスター５１のサイズＷ1Ｃov1を１/１０とし、第２トランジスター５２のサイズＷ2Ｃov2を１/１００とすると、数式(2)から数式(2a)が導出される。数式(2a)から理解される通り、誤差電圧Ｖerrは、電圧Ｖddの約０．９％である。
【数４】
2019100857.tif 000006
数式(1a)および数式(2a)から理解される通り、第１トランジスター５１のサイズの１／１０のサイズの第２トランジスター５２を設ける第１実施形態の構成では、対比例１と比較して、誤差電圧Ｖerrが１０分の１に低減される。      
【００３４】
また、信号処理回路３６が第２トランジスター５２のみ具備する構成（以下「対比例２」という）では、第２トランジスター５２がオンした状態において容量素子５０２の放電のための経路の抵抗（第２トランジスター５２のオン抵抗）が大きい。したがって、容量素子５０２の完全な放電に時間がかかる。それに対して、第１実施形態では、第２トランジスター５２よりもサイズが大きい第１トランジスター５１が設けられるので、対比例２と比較して、容量素子５０２の放電の時間が短縮される。
【００３５】
図２のＡ/Ｄ変換器３８は、検出装置から出力された電圧Ｖoutから検出信号Ｓを生成する。検出信号Ｓは、生体（測定部位Ｈ）を通過した光の受光量に応じたデジタルの信号である。具体的には、Ａ/Ｄ変換器３８は、図５に例示する各期間ＴL2について、当該期間ＴL2のうち検出時点Ｐsamにおける電圧Ｖoutからデジタルの出力値を生成する。出力値の時系列が検出信号Ｓとして生成される。なお、前述の分光部は、期間ＴL2毎に透過波長を変化させる。
【００３６】
生体解析部２２は、検出装置３０（Ａ/Ｄ変換器３８）が生成した検出信号Ｓに応じて血糖値を特定する。具体的には、生体解析部２２は、検出信号Ｓから吸光スペクトルを生成し、当該吸光スペクトルから血糖値を特定する。吸光スペクトルを利用した血糖値の特定には、例えば重回帰分析法等の公知の技術が任意に利用され得る。ＰＬＳ（Partial Least Squares）回帰分析法および独立成分分析法等が重回帰分析法として例示される。表示装置２３は、生体解析部２２が特定した血糖値を表示する。
【００３７】
以上の説明から理解される通り、第１実施形態の信号処理回路３６は、第１トランジスター５１に並列に接続され、第１トランジスター５１のサイズより小さいサイズの第２トランジスター５２を具備する。したがって、対比例１と比較して、第１トランジスター５１と第２トランジスター５２との双方がオンしている状態から、第１トランジスター５１をオフした後に第２トランジスター５２をオフすることで、第１トランジスター５１をオフする際に、積分回路５０が出力する電圧Ｖoutに発生する誤差を低減することができる。また、第２トランジスター５２を第１トランジスター５１に並列に接続することで、例えば容量素子や演算増幅器を含むオフセット抑圧回路を信号処理回路とは別個に設ける特許文献１の構成と比較して、電圧Ｖoutに発生する誤差を低減するための構成が簡素化される。
【００３８】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。以下に例示する各態様において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
【００３９】
図７は、第２実施形態に係る信号処理回路３６の回路図である。第２実施形態の信号処理回路３６は、第１実施形態の信号処理回路３６に第３トランジスター５３を付加した構成である。第３トランジスター５３は、第１トランジスター５１および第２トランジスター５２と同様の構成であり、ソース電極ＥS3とドレイン電極ＥD3とゲート電極ＥG3とを含む。第２トランジスター５２に第３トランジスター５３が並列に接続される。具体的には、第２トランジスター５２のソース電極ＥS2にソース電極ＥS3が接続され、第２トランジスター５２のドレイン電極ＥD2にドレイン電極ＥD3が接続される。第３トランジスター５３のサイズは、第２トランジスター５２のサイズより小さい。例えば、第３トランジスター５３のサイズを第２トランジスター５２のサイズの１０分の１に設定する。
【００４０】
第２実施形態の制御回路５４は、各トランジスター（５１，５２，５３）のオンとオフとを制御する。具体的には、制御回路５４は、第１トランジスター５１の状態（オン／オフ）を規定する制御信号Ｚ1と、第２トランジスター５２の状態（オン／オフ）を規定する制御信号Ｚ2と、第３トランジスター５３の状態（オン／オフ）を規定する制御信号Ｚ3とを並列に生成して出力する。第２実施形態の制御回路５４は、第１トランジスター５１と第２トランジスター５２と第３トランジスター５３とがオンしている状態から、第１トランジスター５１、第２トランジスター５２および第３トランジスター５３をこの順番で（つまりサイズが大きいトランジスターから降順で）オフする。
【００４１】
図８は、制御信号Ｚ1、制御信号Ｚ2および制御信号Ｚ3の波形図である。制御信号Ｚ1および制御信号Ｚ2は、第１実施形態と同様である。第３トランジスター５３をオンする時点Ｐon3は、時点Ｐon1および時点Ｐon2と一致する。他方、制御信号Ｚ3の時点Ｐoff3は、制御信号Ｚ2の時点Ｐoff2よりも時間軸上で後方に位置する。各制御信号Ｚ（Ｚ1，Ｚ2，Ｚ3）が当該制御信号Ｚに対応するトランジスターに供給されると、時点Ｐon1(時点Ｐon2，時点Ｐon3)に第１トランジスター５１と第２トランジスター５２と第３トランジスター５３とがオンされる。次に、時点Ｐon1から所定の期間ＴH1を経過した時点Ｐoff1で第１トランジスター５１のみがオフされる。つまり、第１トランジスター５１がオフする時点Ｐoff1では、第２トランジスター５２および第３トランジスター５３はオンしている。第１トランジスター５１がオフされた後に、時点Ｐoff2で第２トランジスター５２がオフされる。つまり、第２トランジスター５２がオフする時点Ｐoff2では、第３トランジスター５３はオンしている。そして、第３トランジスター５３がオフされた後に、時点Ｐoff3で第３トランジスター５３がオフされる。
【００４２】
時点Ｐon1から時点Ｐoff1までの期間ＴH1は、全てのトランジスター（５１，５２，５３）がオンしている状態であり、時点Ｐoff1から時点Ｐoff2までの期間は、第２トランジスター５２および第３トランジスター５３がオンしている状態であり、時点Ｐoff2から時点Ｐoff3までの期間は、第３トランジスター５３のみがオンしている状態である。また、時点Ｐoff3から時点Ｐon3（Ｐon1，Ｐon2）までの期間ＴL3は、全てのトランジスターがオフしている状態である。以上の説明から理解される通り、第２実施形態の制御回路５４は、複数のトランジスターがオンしている状態から、サイズが大きいトランジスターから降順にオフする要素として機能する。
【００４３】
第２実施形態の容量素子５０２は、容量素子５０２は、時点Ｐon1(Ｐon2，Ｐon3)に第１トランジスター５１がオンすることで充電状態から放電状態に切り替わり、時点Ｐoff3に第３トランジスター５３がオフすることで放電状態から充電状態に切り替わる。つまり、容量素子５０２は、期間ＴH3では放電状態にあり、期間ＴL3（露光期間）では充電状態にある。
【００４４】
第２実施形態では、第１トランジスター５１がオンからオフに切り替わる時点Ｐoff1では、第２トランジスター５２および第３トランジスター５３がオンしているから、容量素子５０２は放電状態にある。したがって、時点Ｐoff1では誤差電圧Ｖerrの発生が低減される。また、第２トランジスター５２がオンからオフに切り替わる時点Ｐoff2では、第３トランジスター５３がオンしているから、容量素子５０２は放電状態にある。したがって、時点Ｐoff2においても誤差電圧Ｖerrの発生が低減される。第２実施形態の構成では、第３トランジスター５３がオフする時点Ｐoff3（つまり容量素子５０２が放電状態から充電状態に切り替わる時点）で、第３トランジスター５３のサイズに応じた誤差電圧Ｖerrが発生し得る。ただし、前述の通り、第３トランジスター５３のサイズは、第２トランジスター５２のサイズよりも小さい（第２トランジスター５２のサイズの１０分の１）から、第１実施形態の構成と比較して、誤差電圧Ｖerrが低減される。
【００４５】
時点Ｐoff3において発生する誤差電圧Ｖerrは、以下の数式(3)で表現される。数式(3)のＷ3Ｃov3（第３トランジスター５３のチャネル幅Ｗ3とオーバーラップ容量Ｃov3との積）は、第３トランジスター５３のサイズである。
【数５】
2019100857.tif 000007
第３トランジスター５３のサイズＷ3Ｃov3は、第２トランジスター５２のサイズＷ2Ｃov2の１０分の１（１／１０００）であるから、数式(3)から数式(3a)が導出される。数式(3a)から理解される通り、誤差電圧Ｖerrは、電圧Ｖddの約０．０９％である。
【数６】
2019100857.tif 000008
前述の数式(2a)および数式(3a)から理解される通り、第２トランジスター５２に加えて、第２トランジスター５２のサイズＷ2Ｃov2の１／１０のサイズＷ3Ｃov3の第３トランジスター５３を設ける第２実施形態の構成では、第１実施形態の構成と比較して、誤差電圧Ｖerrが１０分の１に低減される。つまり、第１実施形態の構成と比較して、電圧Ｖoutに発生する誤差を低減するという効果がより顕著である。なお、第２実施形態では、トランジスターの個数が３つの場合を例示したが、生体解析装置１００に要求される精度に応じてトランジスターの個数は任意に変更し得る。
【００４６】
＜第３実施形態＞
第１実施形態の制御回路５４は、制御信号Ｚ1を第１トランジスター５１に供給し、制御信号Ｚ1と並列に生成した制御信号Ｚ2を第２トランジスター５２に供給した。それに対して第３実施形態の制御回路５４は、第１トランジスター５１を制御するための制御信号Ｚを第２トランジスター５２の制御に流用する。
【００４７】
具体的には、制御回路５４は、制御信号Ｚを第１トランジスター５１に供給し、制御信号Ｚを遅延させて第２トランジスター５２に供給する。以下、遅延後の制御信号Ｚを「制御信号Ｚd」と記載する。つまり、第２トランジスター５２には制御信号Ｚdが供給される。図９は、制御信号Ｚおよび制御信号Ｚdの波形図である。図９から把握される通り、制御信号Ｚdは、制御信号Ｚを所定の遅延量（時間）Ｄだけ遅延させた信号である。したがって、制御信号Ｚがハイレベルに維持される期間ＴH1と、制御信号Ｚdがハイレベルに維持される期間ＴH2との時間長は一致し、制御信号Ｚがローレベルに維持される期間ＴL1と、制御信号Ｚdがローレベルに維持される期間ＴL2との時間長は一致する。
【００４８】
第２トランジスター５２をオンする時点Ｐon2が、期間ＴH1（第１トランジスター５１をオンする時点Ｐon1からオフする時点Ｐoff1までの期間）内に位置するように遅延量Ｄが設定される。言い換えれば、制御信号Ｚdがハイレベルに維持される期間ＴH2（第２トランジスター５２がオンする時点Ｐon2からオフする時点Ｐoff2までの期間）内に第１トランジスター５１をオフする時点Ｐoff1が位置するように遅延量Ｄが設定される。つまり、第２実施形態では、第１トランジスター５１がオンされた後に、第２トランジスター５２がオンされる。
【００４９】
制御信号Ｚが第１トランジスター５１に供給され、制御信号Ｚdが第２ランジスターに供給されると、時点Ｐon1に第１トランジスター５１がオンされる。次に、時点Ｐon1から所定の期間（遅延量Ｄ）を経過した時点Ｐon2で第２トランジスター５２がオンされる。時点Ｐon2から所定の期間経過後の時点Ｐoff1で第１トランジスター５１のみがオフされる。第３実施形態においても第１実施形態と同様に、第１トランジスター５１がオフする時点Ｐoff1では、第２トランジスター５２はオンしている。そして、第１トランジスター５１がオフされた後（具体的には時点Ｐoff1から遅延量Ｄを経過した後）に、時点Ｐoff2で第２トランジスター５２がオフされる。
【００５０】
時点Ｐon2から時点Ｐoff1までの期間は、第１トランジスター５１と第２トランジスター５２との双方がオンしている状態であり、時点Ｐoff1から時点Ｐoff2までの期間は、第２トランジスター５２のみオンしている状態であり、時点Ｐoff2から時点Ｐon1までの期間は、第１トランジスター５１と第２トランジスター５２との双方がオフしている状態である。第３実施形態の容量素子５０２は、第１実施形態と同様に、時点Ｐon1に第１トランジスター５１がオンすることで充電状態から放電状態に切り替わり、時点Ｐoff2に第２トランジスター５２がオフすることで放電状態から充電状態に切り替わる。以上の説明から理解される通り、第２実施形態の制御回路５４も、第１実施形態と同様に、第１トランジスター５１と第２トランジスター５２との双方がオンしている状態から、第１トランジスター５１をオフした後に第２トランジスター５２をオフする要素として機能する。
【００５１】
第３実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。第３実施形態では特に、第１トランジスター５１に供給される制御信号Ｚを遅延させて第２トランジスター５２に供給するから、例えば第１トランジスター５１と第２トランジスター５２とに供給する信号を独立に生成する構成（例えば第１実施形態の構成）と比較して、制御回路５４の構成が簡素化される。なお、第１トランジスター５１に供給される制御信号を遅延させて他のトランジスターに供給する第３実施形態の構成は、第２実施形態にも適用し得る。
【００５２】
＜第４実施形態＞
図１０は、第４実施形態における生体解析装置１００の使用例を示す模式図である。図１２に例示される通り、生体解析装置１００は、相互に別体で構成された検出ユニット７１と表示ユニット７２とを具備する。検出ユニット７１は、前述の各形態で例示した検出装置３０を具備する。図１０には、被験者の上腕に装着される形態の検出ユニット７１が例示されている。図１１に例示される通り、被験者の手首に装着される形態の検出ユニット７１も好適である。
【００５３】
表示ユニット７２は、前述の各形態で例示した表示装置２３を具備する。例えば携帯電話機またはスマートフォン等の情報端末が表示ユニット７２の好適例である。ただし、表示ユニット７２の具体的な形態は任意である。例えば、被験者が携帯可能な腕時計型の情報端末、または、生体解析装置１００の専用の情報端末を表示ユニット７２として利用してもよい。
【００５４】
生体解析部２２は、例えば表示ユニット７２に搭載される。検出ユニット７１の検出装置３０が生成した検出信号Ｓが有線または無線で表示ユニット７２に送信される。表示ユニット７２の生体解析部２２は、検出信号Ｓから血糖値を算定して表示装置２３に表示する。
【００５５】
なお、生体解析部２２を検出ユニット７１に搭載してもよい。生体解析部２２は、検出装置３０が生成した検出信号Ｓから血糖値を算定し、当該血糖値を表示するためのデータを表示ユニット７２に有線または無線で送信する。表示ユニット７２の表示装置２３は、検出ユニット７１から受信したデータが示す血糖値を表示する。
【００５６】
＜変形例＞
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を適宜に併合することも可能である。
【００５７】
（１）第１実施形態では、第１トランジスター５１をオンする時点Ｐon1と第２トランジスター５２をオンする時点Ｐon2とを一致させたが、第１トランジスター５１がオフする時点Ｐoff1に第２トランジスター５２がオンしている状態であれば、時点Ｐon2の位置は任意である。
【００５８】
（２）前述の各形態では、血糖値を生体指標として算定したが、生体解析部２２が算定する生体指標は以上の例示に限定されない。なお、生体解析部２２が算定した血糖値から、被験者の血糖値の状態を複数の段階（例えば、異常／高目／通常、など）から特定して被験者に報知することも可能である。
【００５９】
（３）前述の各形態では、第１トランジスター５１と第２トランジスター５２との間でチャネル幅Ｗとオーバーラップ容量Ｃovとを相違させたが、例えばチャネル幅Ｗおよびオーバーラップ容量Ｃovの何れか一方のみを相違させてもよい。すなわち、第１トランジスター５１と第２トランジスター５２との間でサイズ（チャネル幅Ｗとオーバーラップ容量Ｃovとの積）が相違していればよい。具体的には、第２トランジスター５２のサイズが第１トランジスター５１のサイズよりも小さければよい。
【００６０】
（４）前述の各形態では、単体の機器として構成された生体解析装置１００を例示したが、以下の例示の通り、生体解析装置１００の複数の要素は相互に別体の装置として実現され得る。
【００６１】
前述の各形態では、検出装置３０を具備する生体解析装置１００を例示したが、図１２に例示される通り、検出装置３０を生体解析装置１００とは別体とした構成も想定される。検出装置３０は、例えば被験者の手首や上腕等の測定部位Ｈに装着される可搬型の光学センサーモジュールである。生体解析装置１００は、例えば携帯電話機またはスマートフォン等の情報端末で実現される。腕時計型の情報端末で生体解析装置１００を実現してもよい。検出装置３０が生成した検出信号Ｓが有線または無線で生体解析装置１００に送信される。生体解析装置１００の生体解析部２２は、検出信号Ｓから血糖値を算定して表示装置２３に表示する。以上の説明から理解される通り、検出装置３０は生体解析装置１００から省略され得る。
【００６２】
前述の各形態では、表示装置２３を具備する生体解析装置１００を例示したが、図１３に例示される通り、表示装置２３を生体解析装置１００とは別体とした構成も想定される。生体解析装置１００の生体解析部２２は、検出信号Ｓから血糖値を算定し、当該血糖値を表示するためのデータを表示装置２３に送信する。表示装置２３は、専用の表示機器であってもよいが、例えば、携帯電話機もしくはスマートフォン等の情報端末、または、被験者が携帯可能な腕時計型の情報端末に搭載されてもよい。生体解析装置１００の生体解析部２２が算定した血糖値は、有線または無線により表示装置２３に送信される。表示装置２３は、生体解析装置１００から受信した血糖値を表示する。以上の説明から理解される通り、表示装置２３は生体解析装置１００から省略され得る。
【００６３】
図１４に例示される通り、検出装置３０および表示装置２３を生体解析装置１００（生体解析部２２）とは別体とした構成も想定される。例えば、生体解析装置１００（生体解析部２２）が、携帯電話機やスマートフォン等の情報端末に搭載される。
【００６４】
なお、検出装置３０と生体解析装置１００とを別体とした構成において、検出装置３０に吸光スペクトルを算定する要素を搭載することも可能である。検出装置３０が算定した吸光スペクトルが有線または無線により生体解析装置１００に送信される。
【００６５】
（５）前述の各形態では、筐体部１２とベルト１４とを具備する腕時計型の生体解析装置１００を例示したが、生体解析装置１００の具体的な形態は任意である。例えば、被験者の身体に貼付可能なパッチ型、被験者の耳部に装着可能な耳装着型、被験者の指先に装着可能な指装着型（例えば着爪型）、または、被験者の頭部に装着可能な頭部装着型など、任意の形態の生体解析装置１００が採用され得る。
【００６６】
（６）前述の各形態では、被験者の血糖値を表示装置２３に表示したが、血糖値を被験者に報知するための構成は以上の例示に限定されない。例えば、血糖値を音声で被験者に報知することも可能である。被験者の耳部に装着可能な耳装着型の生体解析装置１００においては、血糖値を音声で報知する構成が特に好適である。また、血糖値を被験者に報知することは必須ではない。例えば、生体解析装置１００が算定した血糖値を通信網から他の通信装置に送信してもよい。また、生体解析装置１００の記憶装置（図示略）や生体解析装置１００に着脱可能な可搬型の記録媒体に血糖値を格納してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１００…生体解析装置、１２…筐体部、１４…ベルト、２２…生体解析部、２３…表示装置、３０…検出装置、３１…発光部、３２…受光部、３４…駆動回路、３６…信号処理回路、３８…Ａ/Ｄ変換器、５０…積分回路、５１…第１トランジスター、５２…第２トランジスター、５３…第３トランジスター、５４…制御回路、５０１…演算増幅器、５０２…容量素子、７１…検出ユニット、７２…表示ユニット。
【図１】
2019100857.tif 000009
【図２】
2019100857.tif 000010
【図３】
2019100857.tif 000011
【図４】
2019100857.tif 000012
【図５】
2019100857.tif 000013
【図６】
2019100857.tif 000014
【図７】
2019100857.tif 000015
【図８】
2019100857.tif 000016
【図９】
2019100857.tif 000017
【図１０】
2019100857.tif 000018
【図１１】
2019100857.tif 000019
【図１２】
2019100857.tif 000020
【図１３】
2019100857.tif 000021
【図１４】
2019100857.tif 000022