(57)【要約】【課題】電極の接触状態が従来よりも迅速に評価でき、品質の高い生体信号が記録できる生体信号取得装置を提供する。【解決手段】インピーダンス測定回路２０は、電極１０に電流を加えて接触インピーダンスを測定し、電圧Ｖｉｍｐを出力する。インピーダンス計算回路４０は、電圧Ｖｉｍｐから接触インピーダンスの値を計算し、インピーダンスの値に対応した電圧Ｖｃａｌを出力する。基準電圧発生回路５０は、接触インピーダンスの基準値に基づいた電圧Ｖｒｅｆを供給する。比較器６０は、２つの電圧ＶｃａｌとＶｒｅｆとの比較を行い、電極の接触状態の判定を行う。これにより、電極の接触状態の変動を迅速に検出することができる。【選択図】図１
2012205632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と皮膚との接触状態を検出する接触状態検出回路であって、
前記電極に交流電流を加える測定用電流源を有し、前記電極の接触インピーダンスを測定するインピーダンス測定回路と、
前記インピーダンス測定回路の出力信号に基づいて、前記接触インピーダンスに対応する第１の電圧を第１のノードに出力するインピーダンス計算回路と、
前記接触状態を検出するためのインピーダンスのしきい値に対応する第２の電圧を第２のノードに出力する基準電圧生成回路と、
前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較する比較器
を備えた接触状態検出回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記測定用電流源は、前記交流電流の周波数が調整可能である
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項３】
請求項１において、
前記インピーダンス計算回路は、絶対値計算回路を備える
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項４】
請求項１において、
前記基準電圧生成回路は、
一端が電源電圧に接続され、他端が前記第２のノードに接続された第１の抵抗素子と、
一端が前記第２のノードに接続され、他端が接地電圧に接続された第２の抵抗素子とを
備える
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項５】
請求項４において、
前記基準電圧生成回路は、
前記第１または第２の抵抗素子の抵抗値が調整可能である
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項６】
請求項１において、
前記基準電圧生成回路は、
一端が電源電圧に接続され、他端が前記第２のノードに接続された第１の電流源と、
一端が前記第２のノードに接続され、他端が接地電圧に接続された第３の抵抗素子とを備える
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項７】
請求項６において、
前記基準電圧生成回路は、
前記第１の電流源の電流値または前記第３の抵抗素子の抵抗値が調整可能である
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項８】
ｎ個の電極（ｎは２以上の整数）と皮膚との接触状態を検出する接触状態検出回路であって、
前記ｎ個の電極の内から一つを選択する選択回路と、
前記電極に交流電流を加える測定用電流源を有し、前記電極の接触インピーダンスを測定するインピーダンス測定回路と、
前記インピーダンス測定回路の出力信号に基づいて、前記接触インピーダンスに対応する第１の電圧を第１のノードに出力するインピーダンス計算回路と、
前記接触状態を検出するためのインピーダンスのしきい値に対応する第２の電圧を第２のノードに出力する基準電圧生成回路と、
前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較する比較器
を備えた接触状態検出回路。
【請求項９】
請求項８において、
前記測定用電流源は、前記交流電流の周波数が調整可能である
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項１０】
請求項８において、
前記インピーダンス計算回路は、絶対値計算回路を備える
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項１１】
請求項８において、
前記基準電圧生成回路は、
一端が電源電圧に接続され、他端が前記第２のノードに接続された第１の抵抗素子と、
一端が前記第２のノードに接続され、他端が接地電圧に接続された第２の抵抗素子とを
備える
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記基準電圧生成回路は、
前記第１または第２の抵抗素子の抵抗値が調整可能である
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項１３】
請求項８において、
前記基準電圧生成回路は、
一端が電源電圧に接続され、他端が前記第２のノードに接続された第１の電流源と、
一端が前記第２のノードに接続され、他端が接地電圧に接続された第３の抵抗素子とを備える
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記基準電圧生成回路は、
前記第１の電流源の電流値または前記第３の抵抗素子の抵抗値が調整可能である
ことを特徴とする接触状態検出回路。
【請求項１５】
生体信号を取得する生体信号取得装置であって、
請求項１から１４のいずれか一つに記載の接触状態検出回路と、
前記接触状態検出回路によって得られたアナログ信号をデジタルコードに変換する
ＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器によって得られたデジタルコードを記録する記録部とを備える
ことを特徴とする生体信号取得装置。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれか一つにおいて、
先端に前記ｎ個の電極（ｎは１以上の整数）のそれぞれが取り付けられ、皮膚に対して進退運動を行うｎ個の押圧体と、
前記接触状態検出回路と、
前記ｎ個の押圧体のそれぞれに前記進退運動を制御するための制御信号を送る制御部と
を備える
ことを特徴とする健康機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触型電極を人体の所定部位に接触させて生体信号を取得する生体信号取得装置に関するものであり、さらに詳しくは、電極と皮膚の接触状態を検知する回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脳波図、心電図等、生体の電気信号を測定し記録する生体信号取得装置が広く用いられている。このような生体信号取得装置を用いる際、生体に取り付ける電極と皮膚との接触インピーダンスを軽減し、品質の良い信号を記録するために、導電性のゲル等を介して電極を取り付けることが多い。
【０００３】
しかし、病院等において短時間のみ生体信号の測定する際には、導電性のゲルを介した電極を用いて、据置型の生体信号取得装置で測定が行うことができるので良いが、通常の生活を送りながら生体信号の測定を行う場合は、使い勝手の面から導電性ゲル等を用いない接触型電極（乾電極とも呼ばれる）が用いられ、携帯型の生体信号計測装置で測定されることが多い。
【０００４】
接触型電極を用いて収集される生体信号の品質は、電極と皮膚との密着度によって大きく変動する。一般に、接触型電極と皮膚との接触状態を検出するために、電極の接触インピーダンスが測定され、測定した接触インピーダンスの値に基づいて接触状態が判定されている。
【０００５】
図１３は、特許文献１に記載の生体信号取得装置の構成を示す。生体信号取得装置９００は、電極部９１０と本体９２０とで構成される。本体９２０は、生体信号増幅集積回路をなしているＡＤ変換部９２１、インピーダンス測定部９２２、表示部９２３、入力部９２４、出力部９２５、ＣＰＵ９２６、ＲＯＭ９２７、ＲＡＭ９２８、生体信号記録部９２９および外部Ｉ／Ｆ９３０を有し、各構成要素はＣＰＵバス９３１により相互に接続されている。
【０００６】
電極部９１０で取得された生体信号は、ＡＤ変換部９２１で所定の電圧範囲まで増幅され、所定のサンプリング条件でデジタルデータに変換される。図１４に示す区間Ｔ１（例えばｔ１＝１０秒）分のデジタルデータは、図１３のＲＡＭ９２８の所定領域であるバッファへ一時的に記憶される。インピーダンス測定部９２２は、バッファ内に記憶された１０秒分のデジタルデータに基づいて接触インピーダンスを測定し、電極と皮膚との接触状態を判定する。そして、接触状態が良好であると判断された場合、ＲＡＭ１２８のバッファと異なる領域に、後続の区間Ｔ２（例えばｔ２＝５０秒）分の生体信号のデータを記録し、生体信号の取得処理を終了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１０２６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、電極の接触状態が悪い場合では電波などの外来ノイズが混入し、電極で取得する信号が不安定になるため、生体信号取得装置で取得する信号の品質が劣化する。従来の生体信号取得装置では、生体信号増幅集積回路（ＡＤ変換部９２１）の後にインピーダンス測定部９２２を配置した構成を採っていたため、接触状態の急な変化に対応できないという課題を有していた。例えば、区間Ｔ２の生体信号を記録している最中に、時刻ｔ＝ｔｘに電極が皮膚から離れた状態へ急に変化しても、ＡＤ変換部９２１自身では信号の品質を判定できないため、誤測定のデジタルデータを出力し続けていた。その結果、ＲＡＭ９２８および生体信号記録部９２９で「無効」な生体信号を「有効」と誤認識して記録し、取得する信号品質の劣化を招いていた。
【０００９】
そこで、本発明では上記従来の課題を解決するもので、品質の高い生体信号が記録できる生体信号取得装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明の接触状態検出回路は、
電極と皮膚との接触状態を検出する接触状態検出回路であって、
前記電極に交流電流を加える測定用電流源を有し、前記電極の接触インピーダンスを測定するインピーダンス測定回路と、
前記インピーダンス測定回路の出力信号に基づいて、前記接触インピーダンスに対応する第１の電圧を第１のノードに出力するインピーダンス計算回路と、
前記接触状態を検出するためのインピーダンスのしきい値に対応する第２の電圧を第２のノードに出力する基準電圧生成回路と、
前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較する比較器
を備えていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、電極の接触インピーダンスの測定を行うと共に、インピーダンスの計算を行うことで、電極と皮膚の接触状態を迅速に検知することができ、取得する生体信号のデータの品質が確保できるという利点がある。
【００１２】
請求項２に記載の接触状態検出回路は、
請求項１に記載の接触状態検出回路において、
前記測定用電流源は、前記交流電流の周波数が調整可能である
ことを特徴とする。
【００１３】
これにより、請求項１の構成において、さらに請求項２で交流電流の周波数を調整可能にすることで、異なる周波数においても接触インピーダンスの測定が可能となり、接触インピーダンスの周波数特性が得られるという利点がある。
【００１４】
請求項３に記載の接触状態検出回路は、
請求項１に記載の接触状態検出回路において、
前記インピーダンス計算回路は、絶対値計算回路を備える
ことを特徴とする。
【００１５】
これにより、請求項１の構成において、さらに請求項３で絶対値計算回路を有することで、インピーダンスの値が容易に得られるという利点がある。
【００１６】
請求項４に記載の接触状態検出回路は、
前記基準電圧生成回路は、
一端が電源電圧に接続され、他端が前記第２のノードに接続された第１の抵抗素子と、
一端が前記第２のノードに接続され、他端が接地電圧に接続された第２の抵抗素子とを
備える
ことを特徴とする。
【００１７】
これにより、請求項１の構成において、さらに請求項４で抵抗分圧の構成を用いて基準電圧を容易に生成させることができる。
【００１８】
請求項５に記載の接触状態検出回路は、
請求項４に記載の接触状態検出回路において、
前記基準電圧生成回路は、
前記第１または第２の抵抗素子の抵抗値が調整可能である
ことを特徴とする。
【００１９】
これにより、請求項４の構成において、さらに請求項５で抵抗素子の抵抗値を変えることで、接触状態を判定するしきい値を可変にすることができるため、より多くの電極に接触状態検出回路に適用できるという利点がある。
【００２０】
請求項６に記載の接触状態検出回路は、
請求項１に記載の接触状態検出回路において、
前記基準電圧生成回路は、
一端が電源電圧に接続され、他端が前記第２のノードに接続された第１の電流源と、
一端が前記第２のノードに接続され、他端が接地電圧に接続された第３の抵抗素子とを備える
ことを特徴とする。
【００２１】
これにより、請求項１の構成において、さらに請求項６で定電流源と抵抗素子を備えることにより基準電圧を容易に発生させることができる。
【００２２】
請求項７に記載の接触状態検出回路は、
前記基準電圧生成回路は、
前記第１の電流源の電流値または前記第３の抵抗素子の抵抗値が調整可能である
ことを特徴とする。
【００２３】
これにより、請求項６の構成において、さらに請求項７で抵抗素子の抵抗値を変えることで、接触状態を判定するしきい値を可変にすることができるため、より多くの電極に接触状態検出回路に適用できるという利点がある。
【００２４】
請求項８に記載の接触状態検出回路は、
ｎ個の電極（ｎは２以上の整数）と皮膚との接触状態を検出する接触状態検出回路であって、
前記ｎ個の電極の内から一つを選択する選択回路と、
前記電極に交流電流を加える測定用電流源を有し、前記電極の接触インピーダンスを測定するインピーダンス測定回路と、
前記インピーダンス測定回路の出力信号に基づいて、前記接触インピーダンスに対応する第１の電圧を第１のノードに出力するインピーダンス計算回路と、
前記接触状態を検出するためのインピーダンスのしきい値に対応する第２の電圧を第２のノードに出力する基準電圧生成回路と、
前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較する比較器
を備えていることを特徴とする。
【００２５】
これにより、複数の電極の接触状態を検出したい場合に、接触インピーダンスを測定する電極が選択可能な接触状態検出回路を１つ備えることにより、全ての電極の接触状態を調べることできる。
【００２６】
請求項９に記載の接触状態検出回路は、
請求項８に記載の接触状態検出回路において、
前記測定用電流源は、前記交流電流の周波数が調整可能である
ことを特徴とする。
【００２７】
これにより、請求項８の構成において、さらに請求項９で交流電流の周波数を調整可能にすることで、異なる周波数においても接触インピーダンスの測定が可能となり、接触インピーダンスの周波数特性が得られるという利点がある。
【００２８】
請求項１０に記載の接触状態検出回路は、
請求項８に記載の接触状態検出回路において、
前記インピーダンス計算回路は、絶対値計算回路を備える
ことを特徴とする。
【００２９】
これにより、請求項８の構成において、さらに請求項１０で絶対値計算回路を有することで、インピーダンスの値が簡単に得られるという利点がある。
【００３０】
請求項１１に記載の接触状態検出回路は、
請求項８に記載の接触状態検出回路において、
前記基準電圧生成回路は、
一端が電源電圧に接続され、他端が前記第２のノードに接続された第１の抵抗素子と、
一端が前記第２のノードに接続され、他端が接地電圧に接続された第２の抵抗素子とを
備える
ことを特徴とする。
【００３１】
これにより、請求項１の構成において、さらに請求項４で抵抗分圧の構成を用いて基準電圧を容易に生成させることができる。
【００３２】
請求項１２に記載の接触状態検出回路は、
請求項１１に記載の接触状態検出回路において、
前記基準電圧生成回路は、
前記第１または第２の抵抗素子の抵抗値が調整可能である
ことを特徴とする。
【００３３】
これにより、請求項１１の構成において、さらに請求項１２で抵抗素子の抵抗値を変えることで、接触状態を判定するしきい値を可変にすることができるため、より多くの電極に接触状態検出回路に適用できるという利点がある。
【００３４】
請求項１３に記載の接触状態検出回路は、
請求項８に記載の接触状態検出回路において、
前記基準電圧生成回路は、
一端が電源電圧に接続され、他端が前記第２のノードに接続された第１の電流源と、
一端が前記第２のノードに接続され、他端が接地電圧に接続された第３の抵抗素子とを備える
ことを特徴とする。
【００３５】
これにより、請求項１の構成において、さらに請求項６で定電流源と抵抗素子を備えることにより基準電圧を容易に発生させることができる。
【００３６】
請求項１４に記載の接触状態検出回路は、
請求項１３に記載の接触状態検出回路において、
前記基準電圧生成回路は、
前記第１の電流源の電流値または前記第３の抵抗素子の抵抗値が調整可能である
ことを特徴とする。
【００３７】
これにより、請求項１３の構成において、さらに請求項１４で抵抗素子の抵抗値を変えることで、接触状態を判定するしきい値を可変にすることができるため、より多くの電極に接触状態検出回路に適用できるという利点がある。
【００３８】
請求項１５に記載の生体信号取得装置は、
生体信号を取得する生体信号取得装置であって、
請求項１から１４のいずれか一つに記載の接触状態検出回路と、
前記接触状態検出回路によって得られたアナログ信号をデジタルコードに変換する
ＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器によって得られたデジタルコードを記録する記録部とを備える
ことを特徴とする。
【００３９】
これにより、電極が皮膚に接触している状態を確保することが重要な生体信号取得装置において、接触状態検出回路を用いると、接触状態の検出を迅速に行うことができ、信号品質の高い生体信号の取得ができる。
【００４０】
請求項１６に記載の健康機器は、
請求項１から１４のいずれか一つにおいて、
先端に前記ｎ個の電極（ｎは１以上の整数）のそれぞれが取り付けられ、皮膚に対して進退運動を行うｎ個の押圧体と、
前記接触状態検出回路と、
前記ｎ個の押圧体のそれぞれに前記進退運動を制御するための制御信号を送る制御部と
を備える
ことを特徴とする。
【００４１】
これにより、電極と皮膚とが接触している状態だけでなく、離れている状態も重要である健康機器についても、接触状態検出回路を用いると押圧体の動作状態の検出を迅速に行うことができ、機器の制御が容易にできるという利点がある。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の接触状態検出回路によれば、電極と皮膚の接触状態が急に変化しても、取得する生体信号の有効性をＡＤ変換が行われる前に迅速に検出することができる。したがって、高品質でかつ信頼性の高い生体信号を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態１に係る接触状態検出回路の構成例を示す図
【図２】インピーダンス測定回路の構成例を示す図
【図３】インピーダンス計算回路の構成例を示す図
【図４】基準電圧生成回路の構成例を示す図
【図５】基準電圧生成回路の別の構成例を示す図
【図６】接触インピーダンスの測定の具体例を示す図
【図７】図１に示した接触状態検出回路の動作を説明するための図
【図８】本発明の実施形態２に係る接触状態検出回路の構成例を示す図
【図９】図８の変形例を説明する図
【図１０】生体信号取得装置の構成例を示す図
【図１１】健康機器の構成例を示す図
【図１２】図１１に示した健康機器の動作を説明するための図
【図１３】従来の生体信号取得装置の構成を示す図
【図１４】従来の生体信号取得装置の動作を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態を通して同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００４５】
《第１の実施形態》
図１は、第１の実施形態による接触状態検出回路１００の構成例を示す。接触状態検出回路１００は、電極にインピーダンス測定用の電流を加え、生体信号に重畳したインピーダンス信号を示すアナログ信号Ｖｉｍｐと、アナログ信号Ｖｉｍｐに基づいて接触状態が判定された接触不良検出信号Ｖｄｅｔを出力する。接触状態検出回路１００は、インピーダンス測定回路２０と接触状態評価回路３０とを備える。
【００４６】
〔インピーダンス測定回路〕
図２は、インピーダンス測定回路２０の構成例を示す。インピーダンス測定回路２０は、測定用電流源２１で構成される。電極側（ノードＮ１）に交流電流Ｉを加えると、接触状態検出回路側のノードＮ２の電圧Ｖ２は、電流Ｉと接触インピーダンスの値（Ｚ）の積で表される電圧が生体信号に重畳された値となる。電圧Ｖ２は、接触状態検出回路１００のアナログ信号Ｖｉｍｐとして出力されるので、Ｖ２＝Ｖｉｍｐで表される。また、図２のようにノードＮ１とＮ２は同じノード、つまりＶ１＝Ｖ２であっても良い。
【００４７】
交流電流の周波数は生体信号の周波数帯域（例えば、０．０１〜２００Ｈｚ）より高い周波数（例えば、１ｋＨｚ）に設定するのが好ましい。それは、接触状態検出回路１００の後段で生体信号と接触インピーダンス信号を分離し、解析や記録を行うためである。
【００４８】
生体信号の周波数帯域で接触インピーダンスを測定する場合は、接触インピーダンス信号の取得だけができる。その理由は、接触インピーダンス信号（例えば１００ｍＶ）が生体信号（例えば数１０μＶ）より遥かに大きく、生体信号が接触インピーダンス信号に埋もれてしまうためである。
【００４９】
測定用電流源２１は、交流電流Ｉの周波数を変更する（例えば１０Ｈzに変更）ことにより、接触インピーダンスの測定周波数を変更することができる。複数の周波数について測定を行うことにより、接触インピーダンスの周波数特性を得ることができる。
【００５０】
また、測定用電流源２１は、電流Ｉの振幅Ｉａが調整可能である構成にすることが望ましい。電極の種類、皮膚の表面状態や、取得する生体信号の種類など、測定条件が異なっても、インピーダンス測定で生じる電圧を適宜調整することができる。また、参照電極として用いる電極用に、交流電流Ｉにおける電流の方向を反対に設定できる機能を備えているのが望ましい。
【００５１】
〔接触状態評価回路〕
図１に示す接触状態評価回路３０は、電極１０の接触インピーダンスと所定の基準インピーダンスを比較し、電極の接触状態を判定する回路である。接触状態評価回路３０は、インピーダンス計算回路４０と、基準電圧生成回路５０と、比較器６０とを備える。
【００５２】
《インピーダンス計算回路》
インピーダンス計算回路４０は、インピーダンス測定回路２０で測定され出力された電圧Ｖ２から、電極１０の接触インピーダンス値に対応する電圧Ｖｃａｌに変換する回路である。インピーダンス計算回路４０の構成を図３に示す。インピーダンス計算回路４０は、絶対値回路４１と定数倍回路４２とで構成される。上述したように、接触インピーダンスＺの値は複素数で表されるため、複素数Ｚの絶対値を求める演算を行うことにより、接触インピーダンスの大きさが簡単に計算できる。定数倍回路４２は、インピーダンス測定回路２０で加える電流Ｉの振幅Ｉａの値に基づいて、定数倍の演算を行う回路である。
【００５３】
通常、電極と皮膚の等価回路は抵抗Ｒと容量Ｃの直並列回路で表され、接触インピーダンスＺは、実数成分と虚数成分を含む複素インピーダンスで表現される。そのため、接触インピーダンスは、電流Ｉの周波数に依存する。接触インピーダンスＺの大きさを求めるために、複素インピーダンスの絶対値（｜Ｚ｜）が計算される。
【００５４】
なお、複素数の絶対値は、インピーダンス測定回路２０で電圧Ｖ２の実数成分と虚数成分を前もって抽出し、絶対値回路４１で複素数の絶対値を求める演算を行っても良い。もし、接触インピーダンスの実数成分と虚数成分の内、どちらか一方が極端に大きい信号であることが分かっている場合、インピーダンス計算回路４０の演算を簡略化することが可能である。例えば、接触インピーダンスの実数成分が虚数成分より遥かに大きい場合は（例えば１００倍以上）、虚数部分のインピーダンス信号を無視して、実数成分だけを定数倍回路４２に入力し、電圧Ｖｃａｌを出力しても良い。
【００５５】
《基準電圧生成回路》
基準電圧生成回路５０は、接触インピーダンスのしきい値に基づいた基準電圧Ｖｒｅｆを生成する回路である。基準電圧生成回路５０の構成例を図４に示す。電源電圧Ｖｄｄと接地電圧Ｖｓｓとの間に、２つの抵抗素子Ｒ１およびＲ２が直列接続されている。抵抗素子Ｒ２が接触インピーダンスの基準値に対応する。基準電圧Ｖｒｅｆは、電源電圧Ｖｄｄを抵抗分割した電圧であり、次式のように表現できる。
【００５６】
【数１】
2012205632.tif 000003
【００５７】
図４の基準電圧生成回路５０は、抵抗素子Ｒ２の抵抗値を制御することで、数１で表される電圧Ｖｒｅｆを調整できる。電極の種類を変えたり、電極を付ける場所を変えたりして、接触インピーダンスが異なる特性を示したときに、基準電圧Ｖｒｅｆの調整が行われる。なお、基準電圧生成回路５０は、抵抗素子Ｒ１の抵抗値が調整可能な構成であっても良い。
【００５８】
また、基準電圧生成回路は、図５に示した回路構成であっても良い。図５に示した基準電圧生成回路５０ａは、電源電圧Ｖｄｄと接地電圧Ｖｓｓとの間に、電流源５１および抵抗素子Ｒ３が直列に接続されている。抵抗素子Ｒ３の抵抗値が接触インピーダンスの基準値に対応する。基準電圧Ｖｒｅｆは、電流源５１の電流値をＩｒｅｆとすると、次式のように表現できる。
【００５９】
【数２】
2012205632.tif 000004
【００６０】
基準電圧生成回路５０ａにおいて、抵抗素子Ｒ３の抵抗値を制御することで、数１で表される電圧Ｖｒｅｆを調整できる。なお、基準電圧生成回路５０ａは、電流源５１の電流値Ｉｒｅｆを制御できる構成であっても良い。
【００６１】
《比較器》
比較器６０は、接触インピーダンスに対応する電圧Ｖｃａｌと、基準インピーダンスに対応する電圧Ｖｒｅｆとを比較する。例えば、比較器６０の出力Ｖｄｅｔは、電圧Ｖｃａｌが電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合はローレベルになり、電圧Ｖｃａｌが電圧Ｖｒｅｆよりも低くない場合はハイレベルになる。この出力Ｖｄｅｔが、そのまま接触状態検出回路１００の接触不良検出信号として出力される。したがって、電極の接触インピーダンスが基準のインピーダンス値よりも大きい場合、接触不良検出信号Ｖｄｅｔがハイレベルになり、電極の接触不良が生じていることが分かる。このとき、当該電極のつけ直しを促すなどの情報を、機器を介してユーザに送ることができる。
【００６２】
〔具体例〕
次に、図６と図７を参照しながら、接触状態検出回路１００の動作特性について具体例を挙げて説明する。
【００６３】
図６は、接触型電極と接触状態検出回路１００を用いた場合の、接触インピーダンスの周波数特性の測定例を示す。接触インピーダンスは、インピーダンス計算回路４０で算出されたものである。インピーダンスの基準値は、図６のインピーダンスの特性を基にユーザが決定し（例えば、２ＭΩとする）。基準電圧生成回路５０の抵抗Ｒ２の値を調整することができる。
【００６４】
図７は、接触状態検出回路１００を用いて生体信号を取得するときのタイムチャートを示す。時刻ｔ＝ｔ０に電極を接触させた状態で、インピーダンスの測定を開始する。インピーダンスの計算結果が基準値（例えば２ＭΩ）以下のため、接触不良検出信号Ｖｄｅｔがローレベル（接地電圧Ｖｓｓ）を示し、電極が接触している状態にあることがわかる。
【００６５】
時刻ｔ＝ｔｘに接触状態が急に悪化したと仮定する。インピーダンスの計算結果が基準値（２ＭΩ）を超え、接触不良検出信号Ｖｄｅｔがハイレベル（電源電圧Ｖｄｄ）に変わる。その結果、ユーザは電極が皮膚から離れたことをすぐに把握できる。
【００６６】
このように、接触状態検出回路１００を用いると、電極の接触状態が急に変化しても、取得する生体信号の有効性が迅速に判別できる。従って、接触状態検出回路１００の後段に記録部を配置し、接触不良検出信号Ｖｄｅｔがハイレベルを示す時に、無効な生体信号を記録しないように制御を行うことができる。
【００６７】
また、接触状態検出回路１００は、常時接触インピーダンスをモニタできるため、従来技術のように、接触インピーダンスを一時的にモニタする時間Ｔ１、後続の測定時間Ｔ２の設定を行うという制約を受けず、測定時の柔軟性が増すという効果を奏する。
【００６８】
以上、本発明の接触状態検出回路１００を用いることで、高品質な生体信号の記録が実現できるという効果を奏する。
【００６９】
《第２の実施形態》
図８は、第２の実施形態に係る接触状態検出回路２００の構成を示す。接触状態検出回路２００は、選択回路７０と選択信号ＳＥＬを用いて、ｎ個の電極１０（ｎは２以上の整数）の中から１個の電極（ｋ番目の電極とする）を選択し、インピーダンス測定を行い、当該電極の接触状態を判定する。選択回路７０で選択したｋ番目の電極の接触インピーダンスに対応するアナログ電圧Ｖｉｍｐｋと、接触不良検出信号Ｖｄｅｔｋが出力される。図８のように、選択信号ＳＥＬは複数ビットで構成される制御信号であっても良い。例えば、接触状態検出回路２００が８個の電極１０の接触状態を検出する場合は（ｎ＝８）、選択信号ＳＥＬは３ビット必要である。８個の電極１０全ての接触状態を検知したい場合は、３ビットの選択信号ＳＥＬの全組合せ８通りを時分割で切り替えて、それぞれの接触不良検出信号Ｖｄｅｔｋをモニタすれば良い。
【００７０】
以上のように、本実施形態により、１つの接触状態検出回路２００で、複数の電極の接触状態を監視することができるという効果を奏する。特に、ユーザが椅子に座っている等、静止した状態で生体信号の測定を行う時に、全ての電極の接触状態を常時監視する必要が無いために、接触状態検出回路２００は有用である。
【００７１】
また、本実施形態は、接触インピーダンスの計算が複雑な式で表される場合にも有用である。インピーダンス測定回路２０と接触状態評価回路３０をそれぞれ１つ有するだけでよく、小面積で低コストな接触状態検出回路が実現できる。
【００７２】
《第２の実施形態の変形例》
図９は、第２の実施形態の変形例に係る接触状態検出回路２００ａを示している。電極１０のそれぞれにインピーダンス測定回路２０を設け、全ての電極について接触インピーダンスの測定を常時行いながら、インピーダンス値を算出したい１個の電極（ｋ番目の電極とする）を選択して、当該電極の接触状態を判定する。
【００７３】
接触状態検出回路２００ａは、選択回路７０で選択したｋ番目の電極の接触インピーダンスに対応するアナログ電圧Ｖｉｍｐｋと、接触不良検出信号Ｖｄｅｔｋを出力する。
【００７４】
本実施形態は、インピーダンスの測定回数が単位時間当たりに頻繁に発生する場合や、配置する電極の位置が離れている場合に、接触状態検出回路２００ａの回路規模を比較的小規模に収めることができる点で有用である。
【００７５】
《生体信号取得装置》
図１０のように、接触状態検出回路１００は、生体信号取得装置３００に適用可能である。本実施形態の生体信号取得装置３００では、３個の電極の接触状態をそれぞれ検出する。生体信号取得装置３００は、電極１０、接触状態検出回路１００、出力制御部１８０、接触不良表示部１８１、ＡＤ変換器１９０、生体信号取得装置の本体３２０で構成される。
【００７６】
（電極からＡＤ変換までの動作）
ｋ番目の電極１０からＡＤ変換器１９０までの動作を説明する。ｋ番目の接触状態検出回路１００は、ｋ番目の電極部１０のアナログ信号Ｖｉｍｐｋおよび接触不良検出信号Ｖｄｅｔｋを出力する。出力制御部１８０は、接触状態に応じて、アナログ信号Ｖｉｍｐｋが有効な時のみ、実際の測定データを出力するという制御を行う。例えば、接触不良検出信号Ｖｄｅｔｋがローレベル（接触している状態）の場合は、出力Ｖｉｍｐｋ‘は入力データＶｉｍｐｋをそのまま出力する。一方、Ｖｄｅｔｋがハイレベル（離れている状態）の場合は、出力Ｖｉｍｐｋ‘は接地電圧Ｖｓｓ（または電源電圧Ｖｄｄ）を出力する。ＡＤ変換器１９０では、Ｖｉｍｐｋ‘のアナログデータを所定のサンプリング時間でデジタルコードＩＭＰｋに変換する。
【００７７】
接触不良表示部１８１は、ＬＥＤ等の表示素子から構成される、ユーザに電極の接触不良を伝達し、電極の装着し直しを促す。接触不良検出信号出力Ｖｄｅｔがローレベルの場合はＬＥＤが消灯し、ハイレベルの場合はＬＥＤが点灯する。
【００７８】
（生体信号取得装置本体の動作）
生体信号取得装置の本体３２０は、入力部３２１、出力部３２２、ＤＳＰ３２３、ＲＡＭ３２４、波形表示部３２５、記録部３２６、外部インターフェース３２７で構成される。
【００７９】
入力部３２１は、ボタンやファンクションキー等を有し、生体信号取得装置３００の各種設定やイベント等の入力に用いられる。出力部３２２は、例えばスピーカであり、接触不良が生じた時など、音によって機器のユーザに各種情報を報知するために用いられる。
【００８０】
ＤＳＰ３２３は、各構成要素を制御し、生体信号取得装置３００に必要な各種動作を実現する。また、高速フーリエ変換やデジタルフィルタリングなど、信号解析用のアルゴリズムなどを実行し、生体信号のデータ解析の後処理も行う。
【００８１】
ＲＡＭ３２４は、ＤＳＰ３２３が作業するための領域として用いられる他、各種データの一時的な記憶領域としても用いられる。
【００８２】
波形表示部３２５は、生体信号の生データやＤＳＰで行った演算の解析結果などを表示する他に、本体側でも接触不良表示部１８１と同じ機能を有する。
【００８３】
記録部３２６は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリから構成され、取得した生体波形データや、データの取得に関係する情報各種（取得時間やユーザの個人情報等）等が記憶される。記録部３２６は本体３２０と着脱可能に接続されても良い。
【００８４】
外部Ｉ／Ｆ３２７は、例えば生体信号の分析を行う外部機器等を接続するためのインターフェース回路であり、周知のシリアルインターフェース（ＲＳ−２３２Ｃ、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４等）によって構成される。外部インターフェースは、外部モニタなど特定のインターフェースを介して外部機器に表示部と同じ画像を送るところである。
【００８５】
以上のように、生体信号取得装置３００を用いれば、内蔵の接触状態検出回路１００で、電極の接触状態をリアルタイムに検出でき、出力制御部１８０で有効な生体信号データだけを抽出できるため、信号品質の高い生体信号を記録できるという利点がある。
【００８６】
《健康機器》
図１１のように、接触状態検出回路１００は、指圧マッサージ機などの健康機器４００に適用可能である。健康機器４００は、４本指の代わりをする４本の圧迫部を用いて、圧迫部と皮膚との接触面にそれぞれ小さな電極１０を配置しておき、圧迫動作と減圧動作それぞれの動作モードにおいて、電極と皮膚との接触インピーダンスをモニタしながら、指圧マッサージを行うものである。指圧マッサージのような健康機器では、圧迫部と皮膚が接触している状態だけでなく、圧迫部が皮膚から離れている状態の制御も重要になる。
【００８７】
健康機器４００は、電極１０、圧迫部４１０、接触状態検出回路１００、接触状態表示部４２０および、制御部４３０を備えている。ｋ番目の電極の接触状態を表す信号に関しては、接触不良検出信号Ｖｄｅｔｋに代えて、接触状態検出信号Ｖｄｅｔｋ‘を出力する。接触状態検出信号Ｖｄｅｔｋ‘は、接触状態検出回路１００の接触インピーダンスが基準インピーダンスより低い時（接触した状態）にハイレベルを示し、基準インピーダンスより低くない時（離れた状態）にローレベルを表す。
【００８８】
図１２は、指圧マッサージ機として用いる健康機器４００の動作の一例を説明する図である。時間Ｔ１に腕のつぼを圧迫部で圧迫し（モードＴ１）、後続の時間Ｔ２に圧迫部を腕から離す（モードＴ２）を繰り返す。
【００８９】
時刻ｔ＝ｔ０に、ｋ番目の圧迫部は、制御部４３０からの制御信号Ｖｆｋを受け、皮膚を圧迫し、モードＴ１に移行する。この間、接触状態検出回路１００の接触状態検出信号Ｖｄｅｔｋ‘がハイレベルを示し、制御部４３０に送られる。Ｔ１秒経過後にモードＴ２に移行した時、制御部４３０は制御信号Ｖｆｋを圧迫部４１０に送り、減圧動作が行われ、圧迫部と皮膚は離れる。ここで、接触状態検出回路１００の接触状態検出信号Ｖｄｅｔｋ‘がローレベルを示し、制御部４３０に送られる。
【００９０】
以上のように、本発明の健康機器４００を用いると、電極と皮膚とが接触しているか、離れているかの両方の状態をリアルタイムに検出できるため、圧迫と減圧の制御を正確に行うことができる。
【００９１】
なお、電極のインピーダンス測定は必ずしも常時行わなくても良い。特に圧迫するモードでは電極を皮膚に押し付けている状態のため、インピーダンス測定は間欠的に行われても良い。接触状態検出回路１００および健康機器４００で消費する電力が節約できるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明にかかる接触状態検出回路は、電極を人体の所定部位に接触させて生体信号を取得する、例えば携帯型脳波計測装置等の生体信号取得装置に有用である。また、接触状態に応じて圧迫動作が制御される携帯用マッサージ機等の健康機器にも有用である。
【符号の説明】
【００９３】
Ｖｄｄ  電源電圧
Ｖｓｓ  接地電圧
Ｖｃａｌ  インピーダンスの電圧換算値（計算値）
Ｖｒｅｆ  基準電圧
Ｖｉｍｐ  インピーダンス信号のアナログデータ
Ｖｄｅｔ  接触不良検出信号
Ｖｉｍｐｋ  インピーダンス信号のアナログデータ
Ｖｉｍｐ１〜Ｖｉｍｐ３  インピーダンス信号のアナログデータ
Ｖｉｍｐ１‘〜Ｖｉｍｐ３‘  インピーダンス信号のアナログデータ
Ｖｄｅｔｋ  接触不良検出信号
Ｖｄｅｔ１〜Ｖｄｅｔ３  接触不良検出信号
Ｖｄｅｔｋ‘  接触状態検出信号
Ｖｄｅｔ１‘〜Ｖｄｅｔ３‘  接触状態検出信号
Ｖｆ１〜Ｖｆ４  制御信号
Ｉ  測定用電流源の電流値
Ｉａ  測定用電流Ｉの振幅
ＩＭＰ１〜ＩＭＰ３  インピーダンス信号のデジタルデータ
Ｎ１  インピーダンス測定回路の電極側ノード
Ｎ２  インピーダンス測定回路の接触状態評価回路側ノード
Ｖ１  インピーダンス測定回路のノードＮ１の電圧
Ｖ２  インピーダンス測定回路のノードＮ２の電圧
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  抵抗素子
１０  電極
２０  インピーダンス測定回路
２１  測定用電流源
３０  接触状態判定回路
４０  インピーダンス計算回路
４１  絶対値回路
４２  定数倍回路
５０  基準電圧生成回路
５１  電流源
６０  比較器
７０  選択回路
１００  接触状態検出回路
１８０  出力制御部
１８１  接触不良表示部
１９０  ＡＤ変換器
２００、２００ａ  接触状態検出回路
３００  生体信号取得装置
３２０  生体信号取得装置本体
３２１  入力部
３２２  出力部
３２３  ＤＳＰ
３２４  ＲＡＭ
３２５  波形表示部
３２６  記録部
３２７  外部Ｉ／Ｆ
３３０  ＤＳＰバス
４００  健康機器
４１０  圧迫部
４２０  接触状態表示部
４３０  制御部
９００  生体信号取得装置
９１０  電極部
９２０  本体
９２１  ＡＤ変換部
９２２  インピーダンス測定部
９２３  表示部
９２４  入力部
９２５  出力部
９２６  ＣＰＵ
９２７  ＲＯＭ
９２８  ＲＡＭ
９２９  生体信号記録部
９３０  外部Ｉ／Ｆ
９３１  ＣＰＵバス
【図１】
2012205632.tif 000005
【図２】
2012205632.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012205632.tif 000010
【図７】
2012205632.tif 000011
【図８】
2012205632.tif 000012
【図９】
2012205632.tif 000013
【図１０】
2012205632.tif 000014
【図１１】
2012205632.tif 000015
【図１２】
2012205632.tif 000016
【図１３】
2012205632.tif 000017
【図１４】
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