(57)【要約】【課題】暗電流の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出する。【解決手段】暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量およびアナログ信号からなる暗電流成分を検出するＰＤ１５と、ＰＤ１５により検出された生体情報量を第１パルス幅に変換し、ＰＤ１５により検出された暗電流成分を第２パルス幅に変換する積分回路２３と、積分回路２３により変換された第１パルス幅を基準クロックでカウントして第１カウンタ値を生成し、積分回路２３により変換された第２パルス幅を基準クロックでカウントして第２カウンタ値を生成するカウンタと、カウンタにより生成された第１カウンタ値と第２カウンタ値との差分により生体情報量を求める演算器とを備える生体情報量検出装置１を提供する。【選択図】図１
2013104839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量およびアナログ信号からなる前記暗電流成分を検出するセンサと、
該センサにより検出された前記生体情報量を第１パルス幅に変換し、前記センサにより検出された前記暗電流成分を第２パルス幅に変換する変換回路と、
該変換回路により変換された前記第１パルス幅を基準クロックでカウントして第１カウンタ値を生成し、前記変換回路により変換された前記第２パルス幅を基準クロックでカウントして第２カウンタ値を生成するカウンタと、
該カウンタにより生成された前記第１カウンタ値と前記第２カウンタ値との差分により前記生体情報量を求める演算部とを備える生体情報量検出装置。
【請求項２】
前記演算部が、前記第１カウンタ値と前記第２カウンタ値との差分により得られる前記生体情報量のアナログ信号をディジタル信号に変換する請求項１に記載の生体情報量検出装置。
【請求項３】
前記センサが、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の検出とアナログ信号からなる暗電流成分の検出とを交互に連続して行う請求項１または請求項２に記載の生体情報量検出装置。
【請求項４】
前記変換回路が、前記センサにより検出された前記生体情報量の電流信号および前記暗電流成分の電流信号を変換して第１基準電位を満たす電圧信号を出力する変換部と、該変換部により変換された各電圧信号を積分して前記第１基準電位とは異なる第２基準電位を満たすパルス幅を出力する積分部とを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体情報量検出装置。
【請求項５】
前記変換回路が二重積分方式である請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体情報量検出装置。
【請求項６】
暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量およびアナログ信号からなる前記暗電流成分を検出する検出工程と、
該検出工程により検出された前記生体情報量を第１パルス幅に変換し、前記検出工程により検出された前記暗電流成分を第２パルス幅に変換する変換工程と、
該変換工程により変換された前記第１パルス幅を基準クロックでカウントして第１カウンタ値を生成し、前記変換工程により変換された前記第２パルス幅を基準クロックでカウントして第２カウンタ値を生成するカウント工程と、
該カウント工程により生成された前記第１カウンタ値と前記第２カウンタ値との差分により前記生体情報量を求める演算工程とを含む生体情報量検出方法。
【請求項７】
前記演算工程が、前記第１カウンタ値と前記第２カウンタ値との差分により得られる前記生体情報量のアナログ信号をディジタル信号に変換する請求項６に記載の生体情報量検出方法。
【請求項８】
前記検出工程が、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の検出とアナログ信号からなる暗電流成分の検出とを交互に連続して行う請求項６または請求項７に記載の生体情報量検出方法。
【請求項９】
前記変換工程が、前記検出工程により検出された前記生体情報量の電流信号および前記暗電流成分の電流信号を変換して第１基準電位を満たす電圧信号を出力し、各電圧信号を積分して前記第１基準電位とは異なる第２基準電位を満たすパルス幅を出力する請求項６から請求項８のいずれかに記載の生体情報量検出方法。
【請求項１０】
前記変換工程が二重積分方式により実施する請求項６から請求項９のいずれかに記載の生体情報量検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報量検出装置および生体情報量検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、グルコースモニタ等の生体情報量検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
生体情報量を測定するセンサからの出力信号には、生体情報量以外にもセンサにおいて生じる暗電流が重畳されており、測定誤差の原因になっている。特許文献１に記載の生体情報量検出装置は、ＬＥＤを点灯した状態で生体情報量を測定したセンサの電流値から、ＬＥＤを消灯した状態で暗電流を測定したセンサの電流値を減算することにより、センサにおいて生じる暗電流の影響をキャンセルすることとしている。
同様にＬＥＤとセンサを用いて、グルコース以外の生体情報量として脈波や血中酸素濃度を測定する装置もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２７８１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の生体情報量検出装置は、ＬＥＤを点灯した状態で生体情報量を測定したセンサからのアナログ信号の電流値とＬＥＤを消灯した状態で暗電流を測定したセンサからのアナログ信号の電流値とを、それぞれディジタル信号の電流値に変換して両者の差分を取ることとしているため、それぞれの信号を変換する分だけ処理に時間が掛かり、消費電力も大きくなるという不都合がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、暗電流の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができる生体情報量検出装置および生体情報量検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量およびアナログ信号からなる前記暗電流成分を検出するセンサと、該センサにより検出された前記生体情報量を第１パルス幅に変換し、前記センサにより検出された前記暗電流成分を第２パルス幅に変換する変換回路と、該変換回路により変換された前記第１パルス幅を基準クロックでカウントして第１カウンタ値を生成し、前記変換回路により変換された前記第２パルス幅を基準クロックでカウントして第２カウンタ値を生成するカウンタと、該カウンタにより生成された前記第１カウンタ値と前記第２カウンタ値との差分により前記生体情報量を求める演算部とを備える生体情報量検出装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、演算部により、センサによって検出された暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量からアナログ信号からなる暗電流成分が除去された高精度な生体情報量が検出される。なお、暗電流とは、センサにおいて非作動状態でも流れる放電電流をいう。
【０００８】
この場合において、変換回路により各アナログ信号をそれぞれ第１パルス幅および第２パルス幅に変換し、カウンタにより各パルス幅を基準クロックでカウントした第１カウンタ値および第２カウンタ値とした状態で、演算部によりこれらの差分から生体情報量を求めることで、各アナログ信号をそれぞれディジタル信号に変換して演算処理する場合と比較して、処理時間を短縮するとともに消費電力を低減することができる。したがって、暗電流の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができる。
【０００９】
上記発明においては、前記演算部が、前記第１カウンタ値と前記第２カウンタ値との差分により得られる前記生体情報量のアナログ信号をディジタル信号に変換することとしてもよい。
このように構成することで、生体情報量を効率的に記録、保存、圧縮、伝送等することができる。
【００１０】
また、上記発明においては、前記センサが、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の検出とアナログ信号からなる暗電流成分の検出とを交互に連続して行うこととしてもよい。
このように構成することで、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量とアナログ信号からなる暗電流成分との検出時差を低減し、生体情報量から暗電流や回路の温度特性の影響を精度よく除去することができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記変換回路が、前記センサにより検出された前記生体情報量の電流信号および前記暗電流成分の電流信号を変換して第１基準電位を満たす電圧信号を出力する変換部と、該変換部により変換された各電圧信号を積分して前記第１基準電位とは異なる第２基準電位を満たすパルス幅を出力する積分部とを備えることとしてもよい。
【００１２】
このように構成することで、変換部と積分部において生じる温度特性による出力変化が負方向、すなわち、センサの電流信号の減少方向に変化してもその変化量を抽出し、温度特性の影響を除去することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記変換回路が二重積分方式であることとしてもよい。
このように構成することで、アナログ信号のパルス幅への変換を簡易に行うことができる。したがって、周期の短いノイズを平均して除去し、生体情報量を精度よく検出することができる。
【００１４】
また、本発明は、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量およびアナログ信号からなる前記暗電流成分を検出する検出工程と、該検出工程により検出された前記生体情報量を第１パルス幅に変換し、前記検出工程により検出された前記暗電流成分を第２パルス幅に変換する変換工程と、該変換工程により変換された前記第１パルス幅を基準クロックでカウントして第１カウンタ値を生成し、前記変換工程により変換された前記第２パルス幅を基準クロックでカウントして第２カウンタ値を生成するカウント工程と、該カウント工程により生成された前記第１カウンタ値と前記第２カウンタ値との差分により前記生体情報量を求める演算工程とを含む生体情報量検出方法を提供する。
【００１５】
本発明によれば、演算工程により、検出工程によって検出された暗電流成分を含むアナログ信号の生体情報量からアナログ信号の暗電流成分が除去された高精度な生体情報量が検出される。
この場合において、変換工程により各アナログ信号をそれぞれパルス幅に変換し、カウント工程により各パルス幅を基準クロックでカウントしたカウンタ値とした状態で、演算工程によりこれらの差分から生体情報量を求めることで、暗電流の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができる。
【００１６】
上記発明においては、前記演算工程が、前記第１カウンタ値と前記第２カウンタ値との差分により得られる前記生体情報量のアナログ信号をディジタル信号に変換することとしてもよい。
このように構成することで、生体情報量を効率的に記録、保存、圧縮、伝送等することができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記検出工程が、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の検出とアナログ信号からなる暗電流成分の検出とを交互に連続して行うこととしてもよい。
このように構成することで、暗電流成分を含むアナログ信号の生体情報量とアナログ信号の暗電流成分との検出時差を低減し、生体情報量から暗電流や回路の温度特性の影響を精度よく除去することができる。
【００１８】
また、上記発明においては、前記変換工程が、前記検出工程により検出された前記生体情報量の電流信号および前記暗電流成分の電流信号を変換して第１基準電位を満たす電圧信号を出力し、各電圧信号を積分して前記第１基準電位とは異なる第２基準電位を満たすパルス幅を出力することとしてもよい。
このように構成することで、回路において生じる温度特性による出力変化がセンサの電流信号の減少方向に変化してもその変化量を抽出し、温度特性の影響を除去することができる。
【００１９】
また、上記発明においては、前記変換工程が二重積分方式により実施することとしてもよい。
このように構成することで、アナログ信号のパルス幅への変換を簡易に行い、周期の短いノイズを平均して除去して生体情報量を精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、暗電流の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る生体情報量検出装置を示すブロック図である。
【図２】図１の生体情報量検出装置の制御回路のカウンタ周辺を示すブロック図である。
【図３】図１の生体情報量検出装置の処理回路および制御回路による各部の信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る生体情報量検出方法を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る生体情報量検出装置および生体情報量検出方法を説明するタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る生体情報量検出装置を示すブロック図である。
【図７】図６の生体情報量検出装置の処理回路および制御回路による各部の信号の関係を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係る生体情報量検出装置および生体情報量検出方法を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る生体情報量検出装置および生体情報量検出方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体情報量検出装置１は、図１に示されるように、信号検出部３と、信号検出部３により検出された信号を処理する処理回路５と、処理回路５を制御するとともに、処理回路５により処理された信号に基づいて生体情報量を算出する制御回路（ＭＣＵ：マイクロコントローラ）７とを備えている。
【００２３】
信号検出部３は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）のような光源１１と、光源１１から発せられた光Ｅが照射されることにより生体反応部材１３において発せられる蛍光や反射光等の光Ｆを検出するＰＤ（フォトダイオード：センサ）１５とを備えている。
【００２４】
生体反応部材１３としては、例えば、光源１１からの光が照射されると、生体量に応じて蛍光や反射率が変化する部材が用いられる。また、光源１１からの光が生体情報量に応じて変化する場合、生体反応部材１３は単なる反射板でもよい。生体情報量としては、例えば、脈波、血中酸素飽和濃度、グルコース濃度等が挙げられる。
ＰＤ１５は、検出した光Ｆの強度に応じた大きさの電流信号Ｉｏｕｔを出力するようになっている。
【００２５】
処理回路５は、ＰＤ１５から出力された電流信号Ｉｏｕｔを電圧信号ＩＶｏｕｔに変換するＩＶ変換回路２１と、ＩＶ変換回路２１から出力された電圧信号ＩＶｏｕｔをＰＤ１５の電流に比例するパルス幅に変換する積分回路（変換回路）２３とを備えている。
【００２６】
ＩＶ変換回路２１は、オペアンプ２１ａと、オペアンプ２１ａの負入力端子と出力端子とを接続する変換抵抗２１ｂとを備えている。
オペアンプ２１ａの正入力端子には、基準電位生成ＩＣ１８により生成される第１基準電位Ｖｒｅｆ１が入力されるようになっている。第１基準電位Ｖｒｅｆ１は、例えば１．２５Ｖの電位とする。
【００２７】
積分回路２３は、電圧信号ＩＶｏｕｔを積分して電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔを出力する積分部２５と、積分部２５から出力される電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔと第１基準電位Ｖｒｅｆ１とを比較し、電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔが第１基準電位Ｖｒｅｆ１を下回った時点でＬｏｗ状態となる信号を出力する比較部２７とを備えている。
【００２８】
積分部２５は、オペアンプ２５ａと、オペアンプ２５ａの負入力端子と出力端子とを接続するキャパシタ２５ｂと、キャパシタ２５ｂの両端を短絡あるいは遮断するスイッチ２５ｃと、入力抵抗２５ｄと、ＩＶ変換回路２１から入力抵抗２５ｄへの電圧信号ＩＶｏｕｔの入力の断続を切り替えるスイッチ２５ｅと、入力抵抗２５ｄへの第３基準電位Ｖｒｅｆ３の入力の断続を切り替えるスイッチ２５ｆとを備えている。
【００２９】
第３基準電位Ｖｒｅｆ３は、基準電位生成ＩＣ１９により生成されるようになっており、例えば、３．０Ｖの電位とする。
オペアンプ２５ａの正入力端子には、オペアンプ２１ａと同様に、基準電位生成ＩＣ１８により生成される１．２５Ｖの電位の第１基準電位Ｖｒｅｆ１が入力されるようになっている。
【００３０】
比較部２７は、コンパレータ２７ａと、コンパレータ２７ａの出力とは逆の信号ＣＯＭＰ＿ｏｕｔを出力するＮＯＴゲート２７ｂとを備えている。
ＮＯＴゲート２７ｂから出力される信号ＣＯＭＰ＿ｏｕｔのパルス幅は、ＰＤ１５から出力される電流信号Ｉｏｕｔに比例するようになっている。
【００３１】
コンパレータ２７ａの正入力端子には、オペアンプ２１ａ、２５ａと同様に、基準電位生成ＩＣ１８により生成される１．２５Ｖの電位の第１基準電位Ｖｒｅｆ１が入力されるようになっている。
符号Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ抵抗を示し、符号２９はＡＮＤゲートを示している。
【００３２】
制御回路７は、リセット信号ＮＸを出力するリセット端子７ａと、積分回路２３に設けられたキャパシタ２５ｂへのチャージを行うためのチャージ信号Ｎ１（Ｎ１パルス）を出力するチャージ端子７ｂと、キャパシタ２５ｂにチャージされた電荷のディスチャージを行うためのディスチャージ信号Ｎ３を出力するディスチャージ端子７ｃとを備えている。
【００３３】
リセット端子７ａから出力されるリセット信号ＮＸはスイッチ２５ｃに入力され、チャージ端子７ｂから出力されるチャージ信号Ｎ１はスイッチ２５ｅに入力され、ディスチャージ端子７ｃから出力されるディスチャージ信号Ｎ３はスイッチ２５ｆに入力されるようになっている。
【００３４】
また、ディスチャージ端子７ｃから出力されるディスチャージ信号Ｎ３と、処理回路５のＮＯＴゲート２７ｂから出力される信号ＣＯＭＰ＿ｏｕｔは、ＡＮＤゲート２９により論理演算されるようになっている。ＡＮＤゲート２９により求められた論理積Ｎ２（Ｎ２パルス：第１パルス、第２パルス）は制御回路７に入力されるようになっている。
【００３５】
また、制御回路７は、図２に示すように、基準クロック（クロック周期Ｔ［ｓｅｃ］。以下、基準クロックＴとする。）を発振する発振器７ｄと、発振器７ｄから発振される基準クロックＴにより、チャージ端子７ｂからのチャージ信号Ｎ１（Ｎ１パルス）およびＡＮＤゲート２９からの論理積Ｎ２（Ｎ２パルス）をそれぞれカウントするカウンタ７ｅと、カウンタ７ｅによりカウントされたカウンタ値（第１カウンタ値、第２カウンタ値）に基づいて、生体情報量を算出する演算器（演算部）７ｇとを備えている。
【００３６】
この制御回路７は、図３に示すように、各端子７ａ、７ｂ、７ｃから出力する信号を下記のように切り替えるようになっている。
チャージ端子７ｂから出力されるチャージ信号Ｎ１は、光源１１からの光Ｅの照射タイミングに同期してＨｉ状態とＬｏｗ状態とが切り替えられるようになっている。具体的には、光源１１からの光Ｅが照射されるとチャージ信号Ｎ１がＨｉ状態に切り替えられ、光Ｅの照射が停止されるとチャージ信号Ｎ１がＬｏｗ状態に切り替えられるようになっている。
【００３７】
また、チャージ端子７ｂからのチャージ信号Ｎ１のＨｉ状態への切替時に、リセット端子７ａから出力されるリセット信号ＮＸがＬｏｗ状態に切り替えられ、チャージ端子７ｂからのチャージ信号Ｎ１のＬｏｗ状態への切替時に、ディスチャージ端子７ｃから出力されるディスチャージ信号Ｎ３がＨｉ状態に切り替えられるようになっている。そして、ディスチャージ端子７ｃからのディスチャージ信号Ｎ３のＬｏｗ状態への切替時に、リセット端子７ａからのリセット信号ＮＸがＨｉ状態に切り替えられるようになっている。
【００３８】
リセット信号ＮＸがＨｉ状態になると、スイッチ２５ｃが閉じられてキャパシタ２５ｂの両端が短絡されるようになっている。これにより、積分回路２３の電圧が第１基準電位Ｖｒｅｆ１にリセットされるようになっている。一方、リセット信号ＮＸがＬｏｗ状態になると、積分回路２３のスイッチ２５ｃが開放され、積分回路２３による積分動作が可能になるようになっている。
【００３９】
チャージ信号Ｎ１がＨｉ状態に切り替えられると、スイッチ２５ｅが閉じられるとともにリセット信号ＮＸがＬＯＷ状態に切り替えられることで、ＩＶ変換回路２１から出力された電圧信号ＩＶｏｕｔの積分回路２３による積分が開始され、キャパシタ２５ｂがチャージされていくようになっている。また、カウンタ７ｅによりチャージ信号Ｎ１（Ｎ１パルス）のカウントが開始されるようになっている。
【００４０】
ディスチャージ端子７ｃからのディスチャージ信号Ｎ３がＨｉ状態になると、スイッチ２５ｆが閉じられるとともにチャージ信号Ｎ１がＬｏｗ状態に切り替えられることで、スイッチ２５ｅが開放されるようになっている。これにより、第１基準電位Ｖｒｅｆ１よりも大きな第３基準電位Ｖｒｅｆ３がオペアンプ２５ａの負入力端子に入力され、キャパシタ２５ｂがディスチャージされていくようになっている。また、カウンタ７ｅにより論理積Ｎ２のカウントが開始されるようになっている。
【００４１】
本実施形態に係る生体情報量検出装置１の回路構成においては、変換回路１５の出力（電圧信号ＩＶｏｕｔ）は下式（１）により算出される。
ＩＶｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ１−Ｉｏｕｔ×Ｒｉｖ・・（１）
Ｒｉｖは変換抵抗２１ｂの抵抗値を示している。
【００４２】
また、チャージ時の電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔの電圧Ｖｃは、下式（２）により算出される。
Ｖｃ＝Ｖｒｅｆ１＋｛１／（Ｒｉｎｔ×Ｃｉｎｔ）｝×∫（Ｖｒｅｆ１−ＩＶｏｕｔ）ｄｔ
＝Ｖｒｅｆ１＋｛１／（Ｒｉｎｔ×Ｃｉｎｔ）｝×Ｎ１×Ｔ×（Ｖｒｅｆ１−ＩＶｏｕｔ）・・（２）
Ｒｉｎｔは入力抵抗２５ｄの電圧値を示し、Ｃｉｎｔはキャパシタ２５ｂの電圧値を示し、Ｎ１はカウンタ７ｅによるチャージ信号Ｎ１のカウンタ値を示している。
【００４３】
また、ディスチャージ時の電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔの電圧Ｖｃは、下式（３）により算出される。
Ｖｃ＝Ｖｒｅｆ１＋（１／Ｒｉｎｔ×Ｃｉｎｔ）×∫（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ１）ｄｔ
＝Ｖｒｅｆ１＋（１／Ｒｉｎｔ×Ｃｉｎｔ）×Ｎ２×Ｔ×（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ１）・・（３）
Ｎ２はカウンタ７ｅによる論理積Ｎ２のカウンタ値を示している。
【００４４】
式（１），（２），（３）より、ＰＤ１５から出力される電流信号Ｉｏｕｔは、下式（４）により算出される。
Ｉｏｕｔ＝（Ｎ２／Ｎ１）×（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ１）／Ｒｉｖ・・（４）
【００４５】
ここで、ＰＤ１５により検出される生体情報量としての電流信号Ｉｏｕｔは、ＰＤ１５において生じる暗電流の影響により測定誤差が生じる傾向がある。暗電流とは、ＰＤ１５において非作動状態でも流れる放電電流をいう。なお、ＰＤ１５の暗電流は温度により変化する。
【００４６】
本実施形態に係る生体情報量検出方法は、図４のフローチャートに示すように、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の電流信号Ｉｏｕｔとアナログ信号からなる暗電流成分の電流信号Ｉｏｕｔを検出する検出工程Ｓ１と、検出工程Ｓ１により検出された生体情報量の電流信号Ｉｏｕｔをパルス信号ＣＯＭＰ＿ｏｕｔ（第１パルス幅）に変換し、暗電流成分をパルス信号ＣＯＭＰ＿ｏｕｔ（第２パルス幅）に変換する変換工程Ｓ２と、変換工程Ｓ２により変換された第１パルス幅の信号ＣＯＭＰ＿ｏｕｔに基づく論理積Ｎ２を基準クロックＴでカウントしてカウンタ値（第１カウンタ値）を生成し、第２パルス幅の信号ＣＯＭＰ＿ｏｕｔに基づく論理積Ｎ２を基準クロックＴでカウントしてカウンタ値（第２カウンタ値）を生成するカウント工程Ｓ３と、カウント工程Ｓ３により生成された第１カウンタ値と第２カウンタ値との差分により生体情報量Ｉｂを求める演算工程Ｓ４とを含んでいる。
【００４７】
検出工程Ｓ１は、ＰＤ１５により、光源１１が点灯した状態で暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の電流信号Ｉｏｕｔを検出し、光源１１が消灯した状態でアナログ信号からなる暗電流成分の電流信号Ｉｏｕｔを検出するようになっている。また、検出工程Ｓ１は、光源１１が点灯時の電流信号Ｉｏｕｔと光源１１が消灯時の電流信号Ｉｏｕｔを交互に連続して検出するようになっている。
演算工程Ｓ４は、演算器７ｇにより、それぞれのアナログ信号のパルス幅のカウンタ値の差分から、暗電流の影響を除去した生体情報量Ｉｂを求めるようになっている。
【００４８】
演算器７ｇにより求められる生体情報量Ｉｂは、下式（５）により算出される。
Ｉｂ＝Ｉｓ−Ｉｄ・・（５）
Ｉｓは光源１１が点灯時のＰＤ１５の電流信号Ｉｏｕｔを示し、Ｉｄは光源１１が消灯時のＰＤ１５の電流信号Ｉｏｕｔを示している。
【００４９】
式（５）により、Ｉｄ，Ｉｓは下式（６）、（７）により算出される。
Ｉｄ＝（Ｎ２ｄ／Ｎ１）×（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ１）／Ｒｉｖ・・（６）
Ｉｓ＝（Ｎ２ｓ／Ｎ１）×（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ１）／Ｒｉｖ・・（７）
Ｎ２ｄは光源１１が消灯時のＮ２カウント数を示し、Ｎ２ｓは光源１１点灯時のＮ２カウント数を示している。
【００５０】
式（６），（７）により、式（５）は下式（８）に置き換えられる。
Ｉｂ＝［｛（Ｎ２ｓ−Ｎ２ｄ）／Ｎ１｝×（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ１）］／Ｒｉｖ・・（８）
【００５１】
このように構成された本実施形態に係る生体情報量検出装置１および生体情報量検出方法の作用について、図５のタイミングチャートを参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体情報量検出装置１を用いて生体情報量を検出するには、まず、ＰＤ１５により光源１１が消灯時のアナログ信号からなる暗電流成分の電流信号Ｉｏｕｔを検出し、そのパルス幅（第２パルス幅）のカウンタ値（第２カウンタ値）を取得する。
【００５２】
制御部１４の作動により、光源１１を消灯した状態でリセット端子１６ｃからＨｉ状態のリセット信号ＮＸを出力し、スイッチ２５ｃを閉じて積分回路２３の電圧を第１基準電位Ｖｒｅｆ１にリセットしておく。この状態から、リセット信号ＮＸをＬｏｗ状態に切り替えると同時に、チャージ端子７ｂからのチャージ信号Ｎ１をＨｉ状態に切り替える。
【００５３】
チャージ信号Ｎ１がＨｉ状態に切り替えられるとスイッチ２５ｅが閉じられ、ＰＤ１５の暗電流成分の電流信号Ｉｏｕｔが検出され（検出工程Ｓ１）、それに応じた電圧信号ＩＶｏｕｔが積分回路２３に入力されてキャパシタ２５ｂのチャージが開始される（変換工程Ｓ２）。キャパシタ２５ｂにチャージされる期間をＮ１期間とする。カウンタ７ｅにより、Ｎ１期間におけるチャージ端子７ｂからのチャージ信号Ｎ１が基準クロックＴでカウントされる。
【００５４】
キャパシタ２５ｂのチャージが開始されると、コンパレータ２７ａの負入力端子に入力される電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔの電位が正入力端子に入力される第１基準電位Ｖｒｅｆ１の電位よりも高くなるので、コンパレータ２７ａから出力される電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔはＬｏｗ状態になり、ＮＯＴゲート２７ｂによりＨｉ状態の信号ＣＯＭＰ＿ｏｕｔが出力される。しかしながら、ディスチャージ信号Ｎ３がＬｏｗ状態であり、ＡＮＤゲート２９から出力される論理積Ｎ２はＬｏｗ状態に維持されるため、カウンタ７ｅによる論理積Ｎ２のカウントは開始されない。
【００５５】
次いで、チャージ信号Ｎ１がＬｏｗ状態に切り替えられてスイッチ２５ｅが開放され、ＩＶ変換回路２１から積分回路２３への電圧信号ＩＶｏｕｔの入力が遮断される。同時に、ディスチャージ端子７ｃからのディスチャージ信号Ｎ３がＨｉ状態に切り替えられてスイッチ２５ｆを閉じられ、第３基準電位Ｖｒｅｆ３がオペアンプ２５ａの負入力端子に入力されてキャパシタ２５ｂがディスチャージされていく。
【００５６】
キャパシタ２５ｂがディスチャージされることにより、積分部２５から出力される電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔの値の変化がコンパレータ２７ａによって第１基準電位Ｖｒｅｆ１と比較される。電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔの値が第１基準電位Ｖｒｅｆ１よりも上回っている期間をＮ２期間とする。
【００５７】
キャパシタ２５ｂがチャージされているＮ１期間はＮＯＴゲート２７ｂから出力される信号ＣＯＭＰ＿ｏｕｔがＨｉ状態に維持されているので、キャパシタ２５ｂのディスチャージが開始されると、ＡＮＤゲート２９から出力される論理積Ｎ２がＨｉ状態になって、カウンタ７ｅによる論理積Ｎ２のカウントが開始される（カウント工程Ｓ３）。
ディスチャージの開始時において、キャパシタ２５ｂの電圧値はＰＤ１５により検出された光の強度に比例しているので、ディスチャージに要する時間も光の強度に比例することとなる。
【００５８】
そして、キャパシタ２５ｂのディスチャージが進み、積分部２５から出力される電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔが第１基準電位Ｖｒｅｆ１を下回った処理回路５から、コンパレータ２７ａの出力がＨｉ状態に、ＮＯＴゲート２７ｂの出力がＬｏｗ状態に切り替わり、ＡＮＤゲート２９の出力がＬｏｗ状態になって、カウンタ７ｅによるカウントが停止される。これにより、光源１１が消灯時のＮ２カウンタ値Ｎ２ｄが求められる。
【００５９】
次に、ＰＤ１５により光源１１が点灯時の暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の電流信号Ｉｏｕｔを検出し、そのパルス幅（第１パルス幅）のカウンタ値（第１カウンタ値）を取得する。
【００６０】
光源１１の点灯を開始すると、制御部１４の作動により、これに同期して制御回路７のチャージ端子７ｂからのチャージ信号Ｎ１がＨｉ状態に切り替えられ、同時にリセット端子７ａからのリセット信号ＮＸがＬｏｗ状態に切り替えられる。これにより、光源１１の消灯時と同様にして、検出工程Ｓ１によって検出されるＰＤ１５の暗電流成分を含む電流信号Ｉｏｕｔに応じた電圧信号ＩＶｏｕｔが、変換工程Ｓ２によって積分回路２３に入力されてキャパシタ２５ｂにチャージされる（Ｎ１期間）。また、カウンタ７ｅにより、Ｎ１期間におけるチャージ信号Ｎ１が基準クロックＴでカウントされる。
【００６１】
カウンタ１４ｄによるカウンタ値がＮ１となるまで光源１１を作動させることとしておくことにより、カウンタ１４ｄによりカウントされるカウンタ値がＮ１となった時点で、チャージ信号Ｎ１がＬｏｗ状態に切り替えられてスイッチ２５ｅが開放されると同時に、ディスチャージ信号Ｎ３がＨｉ状態に切り替えられてＩＶ変換回路２１から積分回路２３への電圧信号ＩＶｏｕｔの入力が遮断される。
【００６２】
同時に、ディスチャージ端子７ｃからのディスチャージ信号Ｎ３がＨｉ状態に切り替えられてスイッチ２５ｆを閉じられ、第３基準電位Ｖｒｅｆ３がオペアンプ２５ａの負入力端子に入力されてキャパシタ２５ｂがディスチャージされていく。そして、積分部２５から出力される電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔの値の変化がコンパレータ２７ａによって第１基準電位Ｖｒｅｆ１と比較され、電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔの値が第１基準電位Ｖｒｅｆ１よりも上回っているＮ２期間におけるＡＮＤゲート２９から出力される論理積Ｎ２がカウンタ７ｅによってカウントされる。これにより、光源１１が点灯時のＮ２カウント数Ｎ２ｓが求められる。
【００６３】
この後、演算器７ｇにより、式（８）に基づいて、光源１１が消灯時のカウント数Ｎ２ｄと点灯時のカウント数Ｎ２ｓとの差分から生体情報量Ｉｂが算出される（演算工程Ｓ４）。
これにより、ＰＤ１５によって検出された暗電流成分を含むアナログ信号の生体情報量からアナログ信号の暗電流成分が除去された高精度な生体情報量Ｉｂが検出される。
【００６４】
この場合において、ＩＶ変換回路２１により各アナログ信号をそれぞれ第１パルス幅および第２パルス幅に変換し、カウンタ１４ｄにより各パルス幅を基準クロックＴでカウントした第１カウンタ値および第２カウンタ値とした状態で、演算器１４ｅによりこれらの差分から生体情報量を求めることで、各アナログ信号をそれぞれディジタル信号に変換して演算処理する場合、すなわち、Ｎ２カウンタ値Ｎ２ｓ，Ｎ２ｄからそれぞれＰＤ１５の電流信号Ｉｏｕｔ（Ｉｓ、Ｉｄ）を求めて差分をとる場合と比較して、処理時間を短縮するとともに消費電力を低減することができる。また、ＩＶ変換回路２１および積分回路２３において生じる温度特性の正方向（ＰＤ１５の電流信号ＩＶｏｕｔの増加方向）の影響もキャンセルすることができる。
【００６５】
したがって、本実施形態に係る生体情報量検出装置１によれば、ＰＤ１５において生じる暗電流の影響や回路の温度特性の正方向の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができる。
【００６６】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る生体情報量検出装置および生体情報量検出方法について説明する。
本実施形態に係る生体情報量検出装置１０１は、ＩＶ変換回路２１のオペアンプ２１ａに入力する基準電位と積分回路２３のオペアンプ２５ａおよびコンパレータ２７ａに入力する基準電位が異なる点で第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係る生体情報量検出装置１および生体情報量検出方法と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００６７】
本実施形態に係る生体情報量検出装置１０１は、図６に示すように、第１基準電位生成ＩＣ１８により生成される第１基準電位Ｖｒｅｆ１をＩＶ変換回路２１のオペアンプ２１ａのみに入力することとし、積分回路２３のオペアンプ２５ａおよびコンパレータ２７ａに対して第１基準電位Ｖｒｅｆ１とは異なる第２基準電位Ｖｒｅｆ２を入力する第２基準電位生成ＩＣ１１８を備えている。
第２基準電位生成ＩＣ１１８は、例えば、２．０４８Ｖの第２基準電位Ｖｒｅｆ２を出力するようになっている。
【００６８】
本実施形態に係る生体情報量検出方法は、変換工程ＳＡ２が、検出工程ＳＡ１により検出された生体情報量の電流信号Ｉｏｕｔを変換して第１基準電位Ｖｒｅｆ１を満たす電圧信号ＩＶｏｕｔを出力するとともに、暗電流成分の電流信号Ｉｏｕｔを変換して第２基準電位Ｖｒｅｆ２を満たす電圧信号ＩＶｏｕｔを出力し、各電圧信号ＩＶｏｕｔを積分して第２基準電位Ｖｒｅｆ２を満たすパルス幅（第１パルス幅、第２パルス幅）の電圧信号ＩＮＴＥ＿Ｇｏｕｔ、信号ＣＯＭＰ＿ｏｕｔを出力するようになっている。
【００６９】
本実施形態に係る生体情報量検出装置１０１の回路構成においては、図７に示すように、下式（９）により算出される電圧信号ＩＶｏｕｔと第２基準電位Ｖｒｅｆ２との電位差Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅの電圧により、積分部２５のキャパシタ２５ｂがチャージされるようになっている。
ＩＶｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ１−Ｉｏｕｔ×Ｒｉｖ・・（１）
Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ＝Ｖｒｅｆ２−ＩＶｏｕｔ・・（９）
【００７０】
また、チャージ時の電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔの電圧Ｖｃは、下式（１０）により算出される。
Ｖｃ＝Ｖｒｅｆ２＋（１／Ｒｉｎｔ×Ｃｉｎｔ）×∫（Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ）ｄｔ
＝Ｖｒｅｆ２＋（１／Ｒｉｎｔ×Ｃｉｎｔ）×Ｎ１×Ｔ×Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ・・（１０）
【００７１】
また、ディスチャージ時の電圧信号ＩＮＴＥＧ＿ｏｕｔの電圧Ｖｃは、下式（１１）により算出される。
Ｖｃ＝Ｖｒｅｆ２＋（１／Ｒｉｎｔ×Ｃｉｎｔ）×∫（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ２）ｄｔ
＝Ｖｒｅｆ２＋（１／Ｒｉｎｔ×Ｃｉｎｔ）×Ｎ２×Ｔ×（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ２）・・（１１）
【００７２】
式（１０），（１１）より、式（９）は下式（１２）に置き換えられる。
Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ＝（Ｎ２／Ｎ１）×（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ２）／Ｒｉｖ・・（１２）
【００７３】
式（１），（９），（１２）より、ＰＤ１５から出力される電流信号Ｉｏｕｔは下式（１３）により算出される。
Ｉｏｕｔ＝｛（Ｎ２／Ｎ１）×（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ２）−（Ｖｒｅｆ２−Ｖｒｅｆ１）}／Ｒｉｖ・・（１３）
【００７４】
このように構成された本実施形態に係る生体情報量検出装置１０１および生体情報量検出方法の作用について、図８のタイミングチャートを参照して説明する。
本実施形態に係る生体情報量検出装置１を用いて生体情報量を検出するには、第１実施形態と同様に、ＰＤ１５により光源１１が消灯時のアナログ信号からなる暗電流成分の電流信号Ｉｏｕｔを検出し、続けて、光源１１が点灯時の暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の電流信号Ｉｏｕｔを検出し、演算器７ｇにより、それぞれのアナログ信号のパルス幅のカウンタ値の差分から、暗電流の影響を除去した生体情報量Ｉｂを求める。
【００７５】
演算器７ｇにより求められる生体情報量Ｉｂは、下式（１４）により算出される。
Ｉｂ＝（Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ＿ｓ−Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ＿ａ）／Ｒｉｖ・・（１４）
Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ＿ａは光源１１が消灯時のＩＶ変換回路２１から出力される電圧信号ＩＶｏｕｔを示し、Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ＿ｓは光源１１が点灯時のＩＶ変換回路２１から出力される電圧信号ＩＶｏｕｔを示している。
【００７６】
式（１２）により、Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ＿ａ，Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ＿ｓは下式（１５），（１６）により算出される。
Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ＿ａ＝（Ｎ２ａ／Ｎ１）×（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ２）／Ｒｉｖ・・（１５）
Ｖｓｉｇｖｏｌｔａｇｅ＿ｓ＝（Ｎ２ｓ／Ｎ１）×（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ１）／Ｒｉｖ・・（１６）
Ｎ２ａは、光源１１が消灯時のＮ２カウンタ値を示している。
【００７７】
式（１５），（１６）により、式（１４）は下式（１７）に置き換えられる。
Ｉｂ＝［｛（Ｎ２ｓ−Ｎ２ａ）／Ｎ１｝×（Ｖｒｅｆ３−Ｖｒｅｆ２）］／Ｒｉｖ・・（１７）
【００７８】
図８のタイミングチャートにおいて、光源１１が消灯時のＮ２カウンタ値Ｎ２ａおよび光源１１が点灯時のＮ２カウンタ値Ｎ２を求める流れは第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本実施形態に係る生体情報量検出装置１０１および生体情報量検出方法によれば、ＰＤ１５の暗電流の影響や回路の温度特性の負方向（ＰＤ１５の電流信号ＩＶｏｕｔの減少方向）の影響を含まない生体情報Ｉｂを、Ｎ２カウンタ値Ｎ２ａとＮ２ｓのカウンタ値の差分から求めることができる。また、ＩＶ変換回路２１および積分回路２３において生じる温度特性による出力変化が負方向してもその変化量を抽出し、その温度特性の影響をキャンセルすることができる。したがって、暗電流の影響や回路の温度特性の負方向の影響を除去した高精度な生体情報量を迅速かつ低電力消費で検出することができる。
【００７９】
本変形例においては、第１基準電位Ｖｒｅｆ１＜第２基準電位Ｖｒｅｆ２としたが、これはＰＤ１５の電流信号Ｉｏｕｔが増加すると電圧信号ＩＶｏｕｔが減少する回路構成のためである。ＰＤ電流信号Ｉｏｕｔが増加すると電圧信号ＩＶｏｕｔも増加する回路構成においては、第１基準電位Ｖｒｅｆ１＞第２基準電位Ｖｒｅｆ２とするのが望ましい。
【００８０】
上記第１実施形態および第２実施形態においては、光源１１の点灯時における暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量の検出と、光源１１の消灯時におけるアナログ信号からなる暗電流成分の検出とを交互に連続して行うことが望ましい。このようにすることで、暗電流成分を含むアナログ信号からなる生体情報量とアナログ信号からなる暗電流成分との検出時差を低減し、生体情報量を測定する時点の暗電流や回路の温度特性を高精度にキャンセルすることができる。
【００８１】
また、上記各実施形態においては、それぞれのカウンタ値の差分から生体情報量Ｉｂに応じた電流量をディジタル化し、あらかじめ測定していた電流量と生体情報量（例えば、グルコース値ｍｇ／ｄｌ）との関係に基づいて生体情報量Ｉｂを決定してもよいし、あらかじめ測定していたカウンタ値の差分と生体情報量との関係に基づいて、カウンタ値の差分から生体情報量Ｉｂを直接決定してもよい。
【００８２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８３】
７ｅ  カウンタ
７ｇ  演算器（演算部）
１５  ＰＤ（センサ）
２３  積分回路（変換回路）
２５  積分部
２７  比較部
Ｔ  基準クロック
Ｖｒｅｆ１  第１基準電位
Ｖｒｅｆ２  第２基準電位
Ｓ１  検出工程
Ｓ２  変換工程
Ｓ３  カウント工程
Ｓ４  演算工程
【図１】
2013104839.tif 000003
【図２】
2013104839.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013104839.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013104839.tif 000009
【図８】
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