(57)【要約】      （修正有）【課題】測定精度と消費電力との両方が最適化されたパルスオキシメータを提供する。【解決手段】光センサ２を含むパルスオキシメータ１であって、発振器６と光センサ制御部１５〜１９とを備え、発振器６は第１静電容量センサ３を備え、発振器６の発振周波数は第１静電容量センサ３の静電容量に依存し、第１静電容量センサ３の検出対象物は、光センサ２の検出対象物と同一であり、光センサ制御部１５〜１９は、上記発振周波数により、光センサ２を制御する。【選択図】図２
2016137153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子および受光素子を備えた光センサを含む計測装置であって、
発振器と光センサ制御部とを備え、
上記発振器は第１静電容量センサを備え、
上記発振器の発振周波数は上記第１静電容量センサの静電容量に依存し、
上記第１静電容量センサの検出対象物は、上記光センサの検出対象物と同一であり、
上記光センサ制御部は、上記発振周波数により、上記光センサを制御することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
上記光センサ制御部は第１制御部を備え、
上記第１制御部は、上記発振器の出力から、上記検出対象物が所定の範囲にあるかないかを判断して、上記光センサを第１モードおよび第２モードに切り替え、
上記第２モードにおいて、上記光センサは上記第１モードより低消費電流になることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
上記光センサ制御部は第２制御部を備え、
上記第２制御部は上記発光素子を制御し、
上記光センサが上記第１モードである期間において、上記光センサが上記第１モードである期間よりも短い期間、上記発光素子を発光させることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
上記第１静電容量センサにより、上記検出対象物の位置および移動量のうち少なくとも何れか一方を検出することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
上記光センサに電源を供給する、第２静電容量センサを備えるパルス電源を備え、
上記パルス電源の電圧は上記第２静電容量センサの静電容量に依存することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサを備えた計測装置と、計測装置を備えた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化が進み、スマートフォンなどの一般的な携帯電子機器以外にも、スマートウォッチなどの装着する携帯電子機器いわゆるウェアラブルデバイスが盛んに開発されている。また、健康への関心も高まっており、脈拍、血圧、血中酸素濃度、体温などの生体情報（生体信号）を計測する機能を備えたウェアラブルデバイスも開発されている。
【０００３】
このような健康管理のためのウェアラブルデバイスは、人体に針を刺すなどの侵襲的方法でなく、例えば、光センサを用いた非侵襲的方法で生体情報を測定する。また、個人が装着して携帯することを活かして、ウェアラブルデバイスは生体情報を、周期的に反復計測したり、常時監視したり、定刻ごとに計測したりして、高頻度で生体情報を取得する。
【０００４】
主に、ウェアラブルデバイスの生体情報の計測手段は、発光素子と受光素子を組み合わせた光センサによる光学測定である。特に、赤外光を利用することが多く、ウェアラブルデバイスに備えられた発光素子（LED素子など）から検出対象物である人体に光を照射し、照射光の透過光や反射光を受光素子（フォトダイオード素子など）で検出し、生体情報を測定する。
【０００５】
このような、発光素子と受光素子を組み合わせた測定、検出方法は従来から用いられている。例えば、ウェアラブルデバイス以外にも、単純に透過光ないし反射光の有無による物体の検出や、バーコードを読み取るリーダー、人工透析の排液の尿素濃度の測定など、幅広い用途で、発光素子と受光素子を組み合わせた光センサは用いられている。
【０００６】
しかし、反射型であれ、透過型であれ、発光する光源としての発光素子を備える光センサでは、発光素子の発光に費やす消費電力が比較的大きい。そこで、特許文献１においては、人の体の一部に装着して生体情報を測定する際に、光センサの発光素子の発光時間を短くすることによって動作時の低消費電力化を図ることが提案されている。
【０００７】
また、特許文献２には、例えば、イヤークリップ型の脈拍センサにおいて、電源が入っていても使用者がこのセンサを耳に装着していない場合にはセンサをスタンバイモードに移行することにより無駄な消費電力を抑えることが提案されている。
【０００８】
また、特許文献３には、静電容量センサを併用することで、消費電力の高い抵抗膜式のタッチパネルを使用しないときには抵抗膜式タッチパネルを待機状態とする提案がされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２４０７１６号公報（２００３年８月２７日公開）
【特許文献２】特開２００９−８２２９２号公報（２００９年４月２３日公開）
【特許文献３】特開２００９−１１６８４９号公報（２００９年５月２８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１〜３の何れにおいても、検出対象物の種類と測定精度との関係は考慮されておらず、測定精度が低い種類の検出対象物でも測定精度が高い種類の検出対象物でも同じパターンで測定が行われ、低消費電力化を図るようになっている。したがって、上記特許文献１〜３に記載されている構成においては、検出対象物の種類によって測定を行うセンサの制御信号は変わらないので、測定精度が低い種類の検出対象物の場合には、その測定精度が低下する問題が生じ、一方、測定精度が高い種類の検出対象物の場合には、必要以上に測定精度が高いという問題が生じてしまう。
【００１１】
以上のように、上記特許文献１〜３に記載されている構成によっては、測定精度と消費電力との両方を最適化するのは困難である。
【００１２】
本発明の目的は、測定精度と消費電力との両方が最適化された計測装置と、上記計測装置を備えた電子機器とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の計測装置は、上記課題を解決するために、発光素子および受光素子を備えた光センサを含む計測装置であって、発振器と光センサ制御部とを備え、上記発振器は第１静電容量センサを備え、上記発振器の発振周波数は上記第１静電容量センサの静電容量に依存し、上記第１静電容量センサの検出対象物は、上記光センサの検出対象物と同一であり、上記光センサ制御部は、上記発振周波数により、上記光センサを制御することを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、上記光センサ制御部は、検出対象物の種類によって、変化する発振周波数により、上記光センサを制御することができる。誘電率が小さい検出対象物の場合には、高い発振周波数（発振周期が短い）により、上記光センサを制御し、誘電率が大きい検出対象物の場合には、低い発振周波数（発振周期が長い）により、上記光センサを制御する。したがって、測定精度と消費電力との両方が最適化された計測装置を実現することができる。
【００１５】
本発明の電子機器は、上記課題を解決するために、上記計測装置を備えたことを特徴としている。
【００１６】
上記構成によれば、測定精度と消費電力との両方が最適化された電子機器を実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様によれば、測定精度と消費電力との両方が最適化された計測装置と、上記計測装置を備えた電子機器とを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかるパルスオキシメータの概略的構成図である。
【図２】図１に示したパルスオキシメータの概略的回路図である。
【図３】図１に示したパルスオキシメータに備えられた発振器のオペアンプの出力端子からの出力信号を示す図である。
【図４】図１に示したパルスオキシメータの光センサが休眠モードになる場合および休眠モードである場合の各参照点における電圧波形を示す概略的波形図である。
【図５】図１に示したパルスオキシメータの光センサが測定モードになる場合および休眠モードである場合の各参照点における電圧波形を示す概略的波形図である。
【図６】図１に示したパルスオキシメータの光センサを制御する動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】図１に示したパルスオキシメータの発光素子を制御する動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明にかかる他のパルスオキシメータの概略的回路図である。
【図９】図８に示したパルスオキシメータに備えられた電圧変換器を説明するための図である。
【図１０】図８に示したパルスオキシメータの動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明にかかるさらに他のパルスオキシメータの概略的構成図である。
【図１２】本発明にかかるイヤホンジャックの概略的構成図である。
【図１３】本発明にかかるさらに他のパルスオキシメータの概略的回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている検出対象、構成部品の寸法、材質、形状、および相対配置、電気回路と電気素子の電圧、電流、周波数、デューティ比、閾値、静電容量、形状および構成などはあくまで一実施形態に過ぎず、これらによってこの発明の範囲が限定解釈されるべきではない。
【００２０】
〔実施の形態１〕
以下、本発明の一実施形態であるパルスオキシメータ１について、図１〜７を参照しながら説明する。パルスオキシメータ１は人体の指などに光を照射し、動脈からの反射光や透過光を測定することにより、非侵襲的に血中酸素濃度を測定する機器である。本実施の形態においては、光センサを備えた計測装置の一例として、パルスオキシメータを例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、光センサを備えた計測装置を含む例えば、スマートフォンなどの電子機器にも適用可能であることは勿論である。
【００２１】
（パルスオキシメータの概要）
以下に、図１を参照して、パルスオキシメータ１の構成を概略的に説明する。
【００２２】
図１は、パルスオキシメータ１の概略構成を示す部分断面図である。なお、図１では、光センサ２の発光素子４および受光素子５、第１静電容量センサ３の静電容量センサ電極３ａ、パルスオキシメータ１の外装の一部、および検出対象の指のみを示し、その他の部分については図２を用いて説明するため、ここでは図示を省略した。
【００２３】
光センサ２は反射型の光センサで、発光素子４から放射された光が指先の動脈で、動脈血の酸素濃度に応じた反射率で反射され、受光素子５に入射する。パルスオキシメータ１は、発光素子４に印加した電圧（もしくは電流）と受光素子５で発生した電圧（もしくは電流）から、反射率を算出し、血中の酸素濃度を評価する。
【００２４】
本実施の形態においては、光センサ２と同一検出対象物（指）を検出対象とする第１静電容量センサ３として自己キャパシタンス方式の投射型静電容量センサを用いている。静電容量センサ３の静電容量センサ電極３ａは自己キャパシタンス方式の投射型静電容量センサの電極で、光センサ２の近傍に配置される。
【００２５】
パルスオキシメータ１は、静電容量センサ３の電圧値に基づき、検出対象物（指）が光センサ２の検出範囲にあるかないかを判断し、検出対象物（指）が光センサ２の検出範囲にある場合には、光センサ２の受光素子５を測定が可能な状態にする測定モード（通電状態）に入り、一方、検出対象物（指）が光センサ２の検出範囲にない場合には、光センサ２の受光素子５を測定が不可能な状態にする休眠モード（遮断状態）に入る。
【００２６】
本実施の形態においては、パルスオキシメータ１の消費電力を抑えるために、発光素子４として発光ダイオード（ＬＥＤ）を、受光素子５としてフォトダイオードを用いている。また、詳しくは後述するが、発光素子４はパルス発光（デューティ駆動）され、発光素子４以外の部分（受光素子５および周辺回路）も間欠駆動される。
【００２７】
（パルスオキシメータの回路）
以下に、図２を参照して、パルスオキシメータ１の主な回路を概略的に説明する。
【００２８】
図２に図示されているようにパルスオキシメータ１は、光センサ２と、発振器６と、光センサ制御部（第２オペアンプ１５、第２閾電圧源１６、ＡＤ変換器１７、ＥＸＯＲ器１８およびレジスタ１９）と、を備えている。なお、本実施の形態においては、光センサ２内部に、光センサ制御部の一部である第３オペアンプ２１と第３閾電圧源２２とが備えられている場合を例に挙げたが、これに限定されることはなく、光センサ制御部の一部である第２オペアンプ１５、第２閾電圧源１６、ＡＤ変換器１７、ＥＸＯＲ器１８およびレジスタ１９が光センサ２の内部に備えられ、光センサ制御部の一部である第３オペアンプ２１と第３閾電圧源２２とは、光センサ２の外部に備えられていてもよい。さらに、第２オペアンプ１５、第２閾電圧源１６、ＡＤ変換器１７、ＥＸＯＲ器１８、レジスタ１９、第３オペアンプ２１および第３閾電圧源２２の全てが、光センサ２の内部および外部の何れか一方に備えられていてもよい。
【００２９】
（Ａ点〜Ｉ点）
電圧波形および信号の関係を説明するために、図２の回路において、電圧を参照する参照点（Ａ点〜Ｉ点）を設定する。Ａ点は第１オペアンプ１４の正端子と抵抗１１と抵抗１２との接続点とする。Ｂ点は第１オペアンプ１４の負端子と抵抗１３と静電容量センサ３との接続点とする。Ｃ点は第１オペアンプ１４の出力端子と抵抗１１とＤ点との接続点とする。Ｄ点は第１オペアンプ１４の出力端子と抵抗１３との接続点とする。Ｅ点は第２オペアンプ１５の出力端子とする。Ｆ点はＡＤ変換器１７の出力端子とする。Ｇ点はＥＸＯＲ器１８の出力端子とする。Ｈ点はレジスタ１９の出力端子とする。Ｉ点は第３オペアンプ２１の出力端子とする。
【００３０】
（発振器）
発振器６は、静電容量センサ電極３ａを備えた第１静電容量センサ３（静電容量Ｃ）、抵抗１１（抵抗値Ｒ１）、抵抗１２（抵抗値Ｒ２）、抵抗１３（抵抗値Ｒ３）、および第１オペアンプ１４を備える。第１オペアンプ１４は比較器（コンパレータ）として２値を出力し、第１静電容量センサ３と接続された第１オペアンプ１４の発振周波数をｆとすると、ｆ≒１/（２ＣＲ３）の関係が成り立ち、第１オペアンプ１４の発振周波数ｆは第１静電容量センサ３の静電容量Ｃに反比例する。
【００３１】
第１静電容量センサ３の静電容量Ｃは、第１静電容量センサ３の状態に依存し、例えば、誘電率の大きい検出対象物が第１静電容量センサ３の近傍にある場合の第１静電容量センサ３の静電容量がＣ１、第１オペアンプ１４の発振周波数がｆ１であるとし、誘電率の小さい検出対象物が第１静電容量センサ３の近傍にある場合の静電容量がＣ２、第１オペアンプ１４の発振周波数がｆ２であるとすると、Ｃ１＞Ｃ２、ｆ１＜ｆ２となる。
【００３２】
図３は、第１静電容量センサ３と接続された第１オペアンプ１４の出力端子からの出力信号の頻度（周波数および周期）を示しており、図３（ａ）はパルスオキシメータ１が体脂肪率の高い人を測定する場合の第１オペアンプ１４の出力端子からの出力信号を示しており、図３（ｂ）はパルスオキシメータ１が体脂肪率の低い人を測定する場合の第１オペアンプ１４の出力端子からの出力信号を示している。図示されているように、肥満気味の人は体脂肪質が高く、誘電率が小さい傾向にあるので、第１オペアンプ１４の発振周波数が高く、発振周期が短くなる。一方、痩せ気味の人は体脂肪質が低く、誘電率が大きい傾向にあるので、第１オペアンプ１４の発振周波数が低く、発振周期が長くなる。
【００３３】
なお、発振器６の第１オペアンプ１４の出力波形は、図３に図示されているような矩形波が理想的には出力される。しかし、抵抗１３（抵抗値Ｒ３）と第１静電容量センサ３（静電容量Ｃ）とが形成するＲＣ回路の影響により、遅れてその電圧に近づいていくので、Ｃ点およびＤ点の信号波形は、詳しくは後述する図４（ａ）や図５（ａ）に図示されているような波形となる。
【００３４】
電源を投入した直後には、第１オペアンプ１４の正端子に入力される図中Ａ点の電圧が第１オペアンプ１４の負端子に入力される図中Ｂ点の電圧より高いので、第１オペアンプ１４の出力端子からは上記２値中、高い方が出力されることとなる。このとき、第１オペアンプ１４の出力端子（図中Ｃ点）の電圧が図中Ｂ点の電圧より高いので、電流が流れ、結果として第１静電容量センサ３の容量に電荷が溜まっていき、図中Ｂ点の電圧は徐々に上昇して行く。
【００３５】
図中Ｂ点の電圧は徐々に上昇して行き図中Ａ点の電圧を超えると、第１オペアンプ１４の出力端子からは上記２値中、低い方が出力されることとなる。こうなると、図中Ｂ点の電圧は落ち始め、図中Ａ点の電圧より低くなると、再び第１オペアンプ１４の出力端子からは上記２値中、高い方が出力されることとなる。この繰り返しにより、第１オペアンプ１４の出力端子からは発振周波数ｆの出力信号が出力される。
【００３６】
そして、第１オペアンプ１４の出力は、発振器６の出力として第２オペアンプ１５、ＡＤ変換器１７、および第３オペアンプ２１へ出力される。
【００３７】
なお、図３に図示されている第１静電容量センサ３と接続された第１オペアンプ１４の出力端子からの出力信号の２値は、抵抗１１（抵抗値Ｒ１）および抵抗１２（抵抗値Ｒ２）によって適宜調整できる。
【００３８】
（光センサ制御部）
そして、光センサ制御部は次の２つの回路（第１制御部および第２制御部）を含む。１つ(第１制御部)は、第２オペアンプ１５、第２閾電圧源１６、ＡＤ変換器１７、ＥＸＯＲ器１８およびレジスタ１９から成る回路である。また、もう１つ（第２制御部）は、第３オペアンプ２１および第３閾電圧源２２から成る回路である。
【００３９】
発振器６の出力は、第２オペアンプ１５の正端子、ＡＤ変換器１７の入力端子、第３オペアンプ２１の正端子に入力している。そして、第２オペアンプ１５は第２閾電圧源１６の電圧と発振器６の出力を比較して、比較結果をＥＸＯＲ器１８およびレジスタ１９に出力する。また、ＡＤ変換器１７は発振器６の出力をアナログデジタル変換（ＡＤ変換）して、変換結果をＥＸＯＲ器１８およびレジスタ１９に出力する。また、第３オペアンプ２１は第３閾電圧源２２の電圧と発振器６の出力を比較して、比較結果を発光素子制御信号として、ＬＥＤドライバ４１に出力する。
【００４０】
レジスタ１９は、第２オペアンプ１５とＡＤ変換器１７とＥＸＯＲ器１８とからの入力に基づき、検出可能範囲に検出対象物があるか否かを判断する。そして、光センサ２に光センサ制御信号を出力する。
【００４１】
（光センサ）
光センサ２は、図２に図示されているように、電源（図示せず）、第３オペアンプ２１、第３閾電圧源２２、発光素子４、発光素子４を駆動するＬＥＤドライバ４１、受光素子５（図示せず）を備える信号増幅器４２、光センサ２の外に信号を出力する信号処理回路４３およびトランジスタ４４・４５・４６を備えている。
【００４２】
光センサ２の駆動モードは、休眠モードと測定モードがある。光センサ２の駆動モードは、レジスタ１９の出力端子から出力される光センサ制御信号によって切り替わる。本実施の形態においては、レジスタ１９の出力端子から出力される光センサ制御信号がＨｉｇｈの時に測定モードとなり、光センサ制御信号がＬｏｗの時に休眠モードとなるように設定している。
【００４３】
光センサ２が休眠モードのときは、トランジスタ４４・４５・４６のそれぞれのゲート電極に供給される光センサ制御信号がＬｏｗであるので、トランジスタ４４・４５・４６はＯｆｆとなり、ＬＥＤドライバ４１、信号増幅器４２および信号処理回路４３において電流が流れるのを遮断し、光センサ２における電流消費を抑制できる。
【００４４】
そして、第３オペアンプ２１の出力端子から出力される発光素子制御信号がＨｉｇｈであっても、Ｌｏｗであっても、ＬＥＤドライバ４１は発光素子４を駆動しない。なぜならば、光センサ制御信号がＬｏｗなので、ＬＥＤドライバ４１が遮断状態だからである。
【００４５】
一方、光センサ２が測定モードのときは、トランジスタ４４・４５・４６のそれぞれのゲート電極に供給される光センサ制御信号がＨｉｇｈであるので、トランジスタ４４・４５・４６はＯｎとなり、ＬＥＤドライバ４１、信号増幅器４２および信号処理回路４３には電流が流れる状態となる。
【００４６】
そして、第３オペアンプ２１の出力端子から出力される発光素子制御信号がＨｉｇｈである間、ＬＥＤドライバ４１は発光素子４を駆動する。言い換えれば、光センサ制御信号と発光素子制御信号とが両方ともＨｉｇｈである間だけ、発光素子４は発光する。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、光センサ２が休眠モードのときは、トランジスタ４４・４５・４６のそれぞれのゲート電極に供給される光センサ制御信号がＬｏｗであるので、トランジスタ４４・４５・４６はＯｆｆとなり、ＬＥＤドライバ４１、信号増幅器４２および信号処理回路４３において電流が流れるのを遮断し、光センサ２における電流消費を抑制している場合を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、光センサ２が休眠モードのときに、光センサ２が測定モードのときより低消費電力を実現できる構成であればよい。
【００４８】
発光素子４から出射された光は、検出対象物によって背景光とともに反射され、その反射光が受光素子５（図示せず）に受光された後、信号増幅器４２によって増幅され、信号処理回路４３に供給される。そして、信号処理回路４３では背景光を除外した血中酸素濃度に関するデータに処理され、外部に出力される。
【００４９】
なお、本実施の形態における光センサ２の構成は、一例に過ぎず、光センサ２内に含まれる発光素子および受光素子以外の構成は、適宜決めることができる。
【００５０】
（光センサ制御部の動作）
以下に図４および図５を参照して、パルスオキシメータ１の光センサ制御部の動作を概略的に説明する。
【００５１】
図４および図５は、図２に示したパルスオキシメータ１の参照点における電圧波形を示す概略的波形図である。
【００５２】
（休眠モード）
パルスオキシメータ１の光センサ２が休眠モードになる（である）場合を説明する。
【００５３】
まず、図４の（ａ）〜（ｄ）は、パルスオキシメータ１の光センサ２が休眠モードに移行する（または、休眠モードを維持する）場合の電圧波形を示している。そして、図４の（ａ）は図２のＤ点から参照した発振器６の出力ＶＩＮを示し、図４の（ｂ）は図２のＥ点から参照した第２オペアンプ１５の出力ＶＯａｍｐ２を示し、図４の（ｃ）は図２のＦ点から参照したＡＤ変換器１７の出力ＶＯａｄｃを示し、図４（ｄ）は図２のＧ点から参照したＥＸＯＲ器１８の出力ＶＯｅｘоｒを示す。
【００５４】
また、図４の（ａ）〜（ｄ）は、図中縦方向の２点鎖線で示すように、時間的に連動している。ここで、図４（ａ）〜（ｄ）において、発振器６の出力ＶＩＮが立ち上がる前の０である時間をｔ１、出力ＶＩＮが０より大きくＶＲｔｈより小さい時間をｔ２、出力ＶＩＮがＶＲｔｈより大きい時間をｔ３、出力ＶＩＮが立ち下がった後の０である時間をｔ４、とする。
【００５５】
図４の（ａ）および（ｂ）は、発振器６の出力ＶＩＮが第２閾電圧源１６の定電圧ＶＲｔｈを超えると、第２オペアンプ１５の出力ＶＯａｍｐ２がＨｉｇｈになることを示している。また、図４の（ａ）および（ｃ）は、発振器６の出力ＶＩＮをＡＤ変換器１７がデジタル変換することを示している。
【００５６】
ＥＸＯＲ器１８は、第２オペアンプ１５の出力ＶＯａｍｐ２とＡＤ変換器１７の出力ＶＯａｄｃとの何れか一方がＨｉｇｈであり、他方がＬｏｗであるときに、出力ＶＯｅｘоｒをＨｉｇｈにする。したがって、図４の（ｂ）〜（ｄ）のように、第２オペアンプ１５の出力ＶＯａｍｐ２がＬｏｗであり、ＡＤ変換器１７の出力ＶＯａｄｃがＨｉｇｈである時間ｔ２に、ＥＸＯＲ器１８の出力ＶＯｅｘоｒはＨｉｇｈになる。
【００５７】
そして、図４の（ａ）と図４の（ｄ）とを比較すると、発振器６の出力ＶＩＮが０より大きくＶＲｔｈより小さい時間ｔ２に、ＥＸＯＲ器１８の出力ＶＯｅｘоｒはＨｉｇｈである。
【００５８】
次に、図４の（ｅ）はパルスオキシメータ１の光センサ２が休眠モードに移行する（または、休眠モードを維持する）場合の、図２のＨ点から参照したレジスタ１９の出力ＶＩＮｐｈоｔоを示す。
【００５９】
図４（ｂ）〜（ｄ）に示した第２オペアンプ１５の出力ＶＯａｍｐ２、ＡＤ変換器１７の出力ＶＯａｄｃ、およびＥＸＯＲ器１８の出力ＶＯｅｘоｒがレジスタ１９に入力されると、光センサ２の検出範囲に検出対象物がないと、レジスタ１９は判断する。そして、光センサ制御信号ＶＩＮｐｈоｔоをＬｏｗで維持する。このとき、受光素子５は機能しない（Ｏｆｆになる）。
【００６０】
具体的には、レジスタ１９が光センサ制御信号ＶＩＮｐｈоｔоをＬｏｗで出力するタイミングは、ＡＤ変換器１７の出力ＶＯａｄｃの次のパルスがレジスタ１９に入力されるときである。つまり、光センサ２の検出可能範囲に検出対象物がないとレジスタ１９が判断するタイミングと、光センサ２が休眠モードになるタイミングとには、パルス１周期の遅れが存在するようになっている。
【００６１】
なお、出力タイミングはこれに限定されることはなく、例えば、ＡＤ変換器１７の出力ＶＯａｄｃがＬｏｗとなったときに、レジスタ１９から出力される光センサ制御信号ＶＩＮｐｈоｔоをＬｏｗにしてもよい。
【００６２】
図４（ｆ）〜（ｇ）はパルスオキシメータ１の光センサ２が休眠モードである場合の電圧波形を示している。そして、図４の（ｆ）は図２のＤ点から参照した発振器６の出力ＶＩＮを示し、図４の（ｇ）は図２のＩ点から参照した第３オペアンプ２１の出力ＶＩＮｅｍｉｔを示す。また、図４の（ｆ）〜（ｇ）は、図中縦方向の２点鎖線で示すように、時間的に連動している。なお、図４の（ａ）と図４の（ｆ）とが示す発振器６の出力ＶＩＮは、別のタイミングの発振器６の出力ＶＩＮである。
【００６３】
図４（ｆ）〜（ｇ）は、発振器６の出力ＶＩＮが第３閾電圧源２２の定電圧ＶＥｔｈを超えると、第３オペアンプ２１の出力ＶＩＮｅｍｉｔがＨｉｇｈになることを示している。しかし、光センサ２が休眠モードなので、ＬＥＤドライバ４１は発光素子４を駆動しない。
【００６４】
（測定モード）
パルスオキシメータ１の光センサ２が測定モードになる（である）場合を説明する。
【００６５】
まず、図５の（ａ）〜（ｄ）は、パルスオキシメータ１の光センサ２が測定モードに移行する（または、測定モードを維持する）場合の電圧波形を示している。そして、図５の（ａ）は図２のＤ点から参照した発振器６の出力ＶＩＮを示し、図５の（ｂ）は図２のＥ点から参照した第２オペアンプ１５の出力ＶＯａｍｐ２を示し、図５の（ｃ）は図２のＦ点から参照したＡＤ変換器１７の出力ＶＯａｄｃを示し、図５（ｄ）は図２のＧ点から参照したＥＸＯＲ器１８の出力ＶＯｅｘоｒを示す。
【００６６】
また、図５の（ａ）〜（ｄ）は、図中縦方向の２点鎖線で示すように、時間的に連動している。ここで、図５（ａ）〜（ｄ）において、発振器６の出力ＶＩＮが立ち上がる前の０である時間をｔ１、出力ＶＩＮが０より大きい時間をｔ２、出力ＶＩＮが立ち下がった後の０である時間をｔ３、とする。
【００６７】
図５の（ａ）および（ｂ）は、発振器６の出力ＶＩＮが第２閾電圧源１６の定電圧ＶＲｔｈを超えないと、第２オペアンプ１５の出力ＶＯａｍｐ２がＨｉｇｈにならずＬｏｗのままであることを示している。また、図５の（ａ）および（ｃ）は、発振器６の出力ＶＩＮをＡＤ変換器１７がデジタル変換することを示している。
【００６８】
そして、図５の（ａ）と図５の（ｄ）とを比較すると、発振器６の出力ＶＩＮが０より大きい時間ｔ２において、ＥＸＯＲ器１８の出力ＶＯｅｘоｒはＨｉｇｈである。
【００６９】
次に、図５の（ｅ）はパルスオキシメータ１の光センサ２が測定モードに移行する（または、測定モードを維持する）場合の、図２のＨ点から参照したレジスタ１９の出力ＶＩＮｐｈоｔоを示す。
【００７０】
図５（ｂ）〜（ｄ）に示した第２オペアンプ１５の出力ＶＯａｍｐ２、ＡＤ変換器１７の出力ＶＯａｄｃ、およびＥＸＯＲ器１８の出力ＶＯｅｘоｒがレジスタ１９に入力されると、光センサ２の検出範囲に検出対象物があると、レジスタ１９は判断する。そして、光センサ制御信号ＶＩＮｐｈоｔоをＨｉｇｈにする。このとき、受光素子５は機能する（Ｏｎである）。
【００７１】
具体的には、ＡＤ変換器１７の出力ＶＯａｄｃの次のパルスがレジスタ１９に入力するときに、レジスタ１９はＶＩＮｐｈоｔоとして前のＶＯａｄｃを出力する。つまり、光センサ２の検出可能範囲に検出対象物があるとレジスタ１９が判断するタイミングと、光センサ２を測定モードになるタイミングとには、パルス１周期の遅れが存在する。
【００７２】
なお、光センサ制御信号ＶＩＮｐｈоｔоをＨｉｇｈにするタイミングは上述に限らない。例えば、ＡＤ変換器１７の出力ＶＯａｄｃがＬｏｗになった時から、レジスタ１９の出力する光センサ制御信号ＶＩＮｐｈоｔоをＨｉｇｈにしてもよい。
【００７３】
図５（ｆ）〜（ｇ）はパルスオキシメータ１の光センサ２が測定モードである場合の電圧波形を示している。そして、図５の（ｆ）は図２のＤ点から参照した発振器６の出力ＶＩＮを示し、図５の（ｇ）は図２のＩ点から参照した第３オペアンプ２１の出力ＶＩＮｅｍｉｔを示す。また、図５の（ｆ）〜（ｇ）は、図中縦方向の２点鎖線で示すように、時間的に連動している。なお、図５の（ａ）と図５の（ｆ）とが示す発振器６の出力ＶＩＮは、別のタイミングの発振器６の出力ＶＩＮである。
【００７４】
図５（ｆ）〜（ｇ）は、発振器６の出力ＶＩＮが第３閾電圧源２２の定電圧ＶＥｔｈを超えると、第３オペアンプ３３の出力ＶＩＮｅｍｉｔがＨｉｇｈになることを示している。そして、光センサ２が測定モードなので、ＬＥＤドライバ４１は発光素子４を駆動する。
【００７５】
従って、発振器６が図５（ａ）のような出力波形ＶＩＮを出力すると、光センサ２は測定モードに移行し（または測定モードを維持し）、図５の（ｆ）のような次の出力波形ＶＩＮに応じて、発光素子４を発光させる。
【００７６】
（パルスオキシメータの動作）
以下に、図６および図７を参照して、パルスオキシメータ１の動作を概略的に説明する。
【００７７】
図６および図７は、図２に示したパルスオキシメータ１の動作を説明するためのフローチャートである。
【００７８】
（光センサ制御信号）
図６を参照して、光センサ制御信号を主に、パルスオキシメータ１の動作を説明する。
【００７９】
まず、パルスオキシメータ１の電源が投入され、パルスオキシメータ１の動作が開始される。なお、この時、光センサ２は休眠モードである。
【００８０】
次に、検出対象物によって、第１静電容量センサ３の静電容量が決定され、発振器６の発振周波数ｆが決定される（Ｓ１）。そして、発振器６は、発振周波数ｆで電流パルスを発振する（Ｓ２）。それから、第２オペアンプ１５およびＡＤ変換器１７に発振器６から出力された電圧ＶＩＮが入力される（Ｓ３）。
【００８１】
第２オペアンプ１５はＶＯａｍｐ２を、ＡＤ変換器１７はＶＯａｄｃを出力し、それらが入力されたＥＸＯＲ器１８はＶＯｅｘоｒを出力する（Ｓ４）。
【００８２】
そして、ＶＯａｍｐ２、ＶＯａｄｃ、およびＶＯｅｘоｒが入力されたレジスタ１９はＶＯａｄｃを保持する（Ｓ５）。
【００８３】
そして、第２オペアンプ１５、ＡＤ変換器１７およびＥＸＯＲ器１８の出力が（ＶＯａｍｐ２，ＶＯａｄｃ，ＶＯｅｘоｒ）＝（Ｌｏｗ，Ｈｉｇｈ，Ｈｉｇｈ）になる（Ｓ６）。これは、図４の（ａ）〜（ｄ）の時間ｔ２、および図５の（ａ）〜（ｄ）の時間ｔ２に相当する。
【００８４】
それから、ＥＸＯＲ器１８の出力がＬｏｗになる（Ｓ７）。これは、図４の（ａ）〜（ｄ）の時間ｔ３、および図５の（ａ）〜（ｄ）の時間ｔ３に相当する。
【００８５】
そして、ＥＸＯＲ器１８の出力がＬｏｗになった時に、第２オペアンプ１５およびＡＤ変換器１７の出力が（ＶＯａｍｐ２，ＶＯａｄｃ）＝（Ｌｏｗ，Ｌｏｗ）であるか否かを、レジスタ１９は判断する（Ｓ８）。
【００８６】
ＥＸＯＲ器１８の出力がＬｏｗになった時に、第２オペアンプ１５およびＡＤ変換器１７の出力が（ＶＯａｍｐ２，ＶＯａｄｃ）＝（Ｌｏｗ，Ｌｏｗ）であれば、光センサ２の検出可能範囲に検出対象物が存在するとレジスタ１９は判断する（Ｓ９）。これは図５の時間ｔ３に相当する。
【００８７】
従って、レジスタ１９は保持していたＶＯａｄｃを光センサ制御信号として出力する（Ｓ１０）。そして、光センサ２は測定モードに移行する（Ｓ１１）。なお、光センサ２がもともと測定モードの場合は、測定モードを保持する。
【００８８】
そして、受光素子５による背景光測定処理（Ｓ１２）をしたうえで、発光素子４が発光し、光センサ２による測定が行われる（Ｓ１３）。
【００８９】
以上のように、測定モードにおける測定が１回終了すると（Ｓ１４）、パルスオキシメータ１の動作は、図６のＳ１に戻る。
【００９０】
また、ＥＸＯＲ器１８の出力がＬｏｗになった時に、第２オペアンプ１５およびＡＤ変換器１７の出力が（ＶＯａｍｐ２，ＶＯａｄｃ）＝（Ｌｏｗ，Ｌｏｗ）でなければ、光センサ２の検出可能範囲に検出対象物が存在しないとレジスタ１９は判断する（Ｓ１５）。これは図４の時間ｔ３に相当する。
【００９１】
従って、レジスタ１９は光センサ制御信号をＬｏｗのまま出力し続ける（Ｓ１６）。そして、光センサ２は休眠モードに移行する（Ｓ１７）。なお、光センサ２がもともと休眠モードの場合は、休眠モードを保持する。
【００９２】
以上のように、休眠モードになると、パルスオキシメータ１の動作は図６のＳ１に戻る。
【００９３】
（発光素子制御信号）
図７を参照して、発光素子制御信号を主に、パルスオキシメータ１の動作を説明する。なお、光センサ２が休眠モードである場合は、発光素子制御信号にかかわらず、発光素子４は発光しないので、光センサ２が測定モードである場合を説明する。
【００９４】
まず、パルスオキシメータ１の電源が投入され、パルスオキシメータ１の動作が開始される。なお、この時、光センサ２は測定モードである。
【００９５】
次に、検出対象物によって、第１静電容量センサ３の静電容量が決定され、発振器６の発振周波数ｆが決定される（Ｓ２１）そして、発振器６は、発振周波数ｆで電流パルスを発振する（Ｓ２２）。それから、第３オペアンプ２１に発振器６から出力された電圧ＶＩＮが入力される（Ｓ２３）。
【００９６】
そして、発光素子制御信号ＶＩＮｅｍｉｔがＨｉｇｈになり（Ｓ２４）、光センサ制御信号ＶＩＮｐｈоｔоがＨｉｇｈであれば（Ｓ２５、Ｙｅｓ）、ＬＥＤドライバ４１がＯｎになり（Ｓ２６）、光センサ２による測定が開始される（Ｓ２７）。そして、発光素子制御信号ＶＩＮｅｍｉｔまたは光センサ制御信号ＶＩＮｐｈоｔоの少なくとも何れか一方がＬｏｗになると（Ｓ２８）、ＬＥＤドライバがＯｆｆになる（Ｓ２９）。このようにして、光センサ２の測定は終了する（Ｓ３０）。
また、光センサ制御信号ＶＩＮｐｈоｔоがＬｏｗであれば（Ｓ２５、Ｎｏ）、ＬＥＤドライバ４１がＯｆｆのままである（Ｓ３１）。
【００９７】
パルスオキシメータ１においては、発光素子４の光量を小さくすると、パルスオキシメータ１の測定精度が荒くなり、十分な測定精度が得られない恐れがある。特に肥満気味の人は、標準体型や痩せ型の人に比べて体が大きい傾向にあるため、標準体型や痩せ型の人に比べて測定精度が悪くなる傾向にある。従って、低消費電力で十分な測定精度を維持するために、体型に応じて、測定回数を自動的に変更できることが望ましい。
【００９８】
肥満気味の人は一般に体脂肪率が高い傾向にあり、体脂肪率が高い人ほど一般に体水分率が低い傾向にあり、水分の誘電率は脂肪の誘電率より大きいことが知られている。従って、肥満気味の人は、標準体型や痩せ型の人に比べて、誘電率が低い傾向にある。
【００９９】
パルスオキシメータ１では、上述の体型と誘電率の関係を利用して、体型に応じて測定回数を自動的に変更し、消費電力の抑制と測定精度の維持を両立する。
【０１００】
すなわち、パルスオキシメータ１の光センサ２の測定周期は発振器６の発振周期に従い、発振器６の発振周波数は自動的に肥満気味の人ほど高くなり、痩せ気味の人ほど低くなるので、パルスオキシメータ１は測定する人の体型に合わせて測定回数を増減して、背景光と反射光から血中酸素濃度を算出する。このように測定回数を自動調整することにより、パルスオキシメータ１は測定モードにおいて測定精度を維持したまま、消費電力の低減を実現できる。
【０１０１】
なお、本実施の形態においては、光センサ制御部として、第２オペアンプ１５と第３オペアンプ２１との両方を備えた場合を例に挙げ、光センサ２が測定モードである期間であって、光センサ２が測定モードになった後の所定期間後に発光素子４が発光するようにし、測定精度を維持したまま、消費電力の低減を実現しているが、これに限定されることはなく、光センサ２が測定モードである期間であって、光センサ２が測定モードである期間よりも短い期間、発光素子４を発光させ、背景光を測定できればよい。
【０１０２】
さらに、発光素子制御信号をＨｉｇｈ状態にしたまま、第２オペアンプ１５のみを用いて、測定回数を調整してもよく、光センサ２を測定モードにしたまま、第３オペアンプ２１のみを用いて、測定回数を調整してもよい。第２オペアンプ１５のみや第３オペアンプ２１のみを用いる場合においても、オペアンプを一つも備えてない構成に比べると、測定精度を維持したまま、消費電力の低減を実現できる。
【０１０３】
〔実施の形態２〕
以下、本発明の他の一実施形態であるパルスオキシメータ３１について、図８〜１０を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１０４】
図８はパルスオキシメータ３１の概略回路図で、パルスオキシメータ３１は、発振器６、第２オペアンプ１５、電圧ＶＲｔｈ１の第２閾電圧源１６、ＡＤ変換器１７、ＥＸＯＲ器１８、レジスタ１９、第３オペアンプ２１、電圧ＶＥｔｈの第３閾電圧源２２、電圧変換器２３、光センサ２０を備える。
【０１０５】
光センサ２０は、第３オペアンプ２１および第３閾電圧源２２を備えてないという点において、上述した実施の形態１の光センサ２とは異なる。すなわち、パルスオキシメータ３１においては、第３オペアンプ２１および第３閾電圧源２２が光センサ２０の内部ではなく、外部に備えられている。しかし、その他は図２の光センサ２と同様に、電源（図示せず）、第３オペアンプ１７、第３閾電圧源２２、発光素子４、発光素子４を駆動するＬＥＤドライバ４１、受光素子５（図示せず）を備える信号増幅器４２、光センサ２の外に信号を出力する信号処理回路４３およびトランジスタ４４・４５・４６を備えている。
【０１０６】
さらに、パルスオキシメータ３１には、電圧変換器２３が備えられており、電圧変換器２３には、発振器６から出力された電圧ＶＩＮが入力され、予め定められた電圧Ｖｉに変換され出力される。電圧変換器２３から出力される電圧Ｖｉを用いることにより、静電容量センサ３からの検出対象物の位置または移動量を検出できる。なお、本実施の形態においては、電圧Ｖｉは、光センサ２０以外の別の信号処理回路に送られる場合を例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、電圧Ｖｉは、光センサ２０に備えられた信号処理回路（図示せず）に送られてもよい。
【０１０７】
図９は、電圧変換器２３の電圧変換を示す図で、ＶＲｔｈ６＝０＜ＶＲｔｈ５＜ＶＲｔｈ４＜ＶＲｔｈ３＜ＶＲｔｈ２＜ＶＲｔｈ１となるように、定電圧ＶＲｔｈ１〜ＶＲｔｈ６を設定すると、入力電圧ＶＩＮがＶＲｔｈ（ｉ＋１）≦ＶＩＮ＜ＶＲｔｈｉ（ｉ＝１、２、３、４、５）のとき、電圧変換器２３は変換後の電圧ＶｉとしてＶＲｔｈｉを出力する。具体的に例を挙げて説明すると、例えば、入力電圧ＶＩＮが０≦ＶＩＮ＜ＶＲｔｈ５のとき、電圧変換器２３は変換後の電圧ＶｉとしてＶＲｔｈ５を出力する。
【０１０８】
ＶＲｔｈ１からＶＲｔｈ６までの値は、検出対象物の第１静電容量センサ３からの距離に応じた値であるので、電圧変換器２３から出力される変換後の電圧ＶｉとしてＶＲｔｈｉから静電容量センサ３からの検出対象物の位置または移動量を検出できる。
【０１０９】
なお、本実施の形態においては、電圧変換器２３として、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いたが、これに限定されることはない。
【０１１０】
図１０は、パルスオキシメータ３１の動作を概略的に説明するためのフローチャートである。
【０１１１】
まず、パルスオキシメータ３１の電源が投入され、フローが開始される（Ｔ１）。なお、この時、光センサ２０は休眠モードであるものとする。次に、検出対象物によって、第１静電容量センサ３の静電容量が決定され、発振器６の発振周波数ｆが決定され、発振器６は、発振周波数ｆで電流パルスを発振し、第２オペアンプ１５の正端子に発振器６から出力された電圧ＶＩＮが入力される（Ｔ２）。
【０１１２】
第２オペアンプ１５の負端子には、第２閾電圧源１６からの閾電圧ＶＲｔｈ１が入力され、第２オペアンプ１５においては、電圧ＶＩＮと、検出対象物が第１静電容量センサ３の近くにあるかないかを判断する基準として設けた閾電圧ＶＲｔｈ１とを比較する（Ｔ３）。比較結果がＶＩＮ＜ＶＲｔｈ１である場合には、第２オペアンプ１５の出力端子からはＨｉｇｈの光センサ制御信号が出力され、光センサ２０を測定モードへ移行する（開始（Ｔ１）において、元々測定モードであった場合には保持）（Ｔ４）。一方、比較結果がＶＩＮ≧ＶＲｔｈ１である場合には、第２オペアンプ１５の出力端子からはＬｏｗの光センサ制御信号が出力され、光センサ２０を休眠モードへ移行する（開始（Ｔ１）において、元々休眠モードであった場合には保持）（Ｔ１２）。なお、Ｔ１２後には、再び、Ｔ２に戻るようになっている。
【０１１３】
そして、光センサ２０を測定モードへ移行する（Ｔ４）後には、入力電圧ＶＩＮがＶＲｔｈ（ｉ＋１）≦ＶＩＮ＜ＶＲｔｈｉ（ｉ＝１、２、３、４、５）のとき、電圧変換器２３は変換後の電圧ＶｉとしてＶＲｔｈｉを出力する（Ｔ５〜Ｔ９およびＴ１３〜Ｔ１６）。
【０１１４】
そして、光センサ２０は、受光素子５を備える信号増幅器４２を用いて、先ず背景光のみを測定し、その後、背景光とともに検出対象物によって反射された反射光を受光素子５（図示せず）で受光し、信号増幅器４２によって増幅し、信号処理回路４３に供給する。そして、信号処理回路４３では背景光を除外した血中酸素濃度に関するデータに処理され、光センサ２０の外部にある他の信号処理回路に電圧出力される（Ｔ１０）。
【０１１５】
検出対象物の位置や移動などを考慮した最終的な結果（血中酸素濃度）の算出は、電圧変換器２３からの電圧Ｖｉと、光センサ２０の信号処理回路４３からの電圧出力とに基づいて、光センサ２０の外部にある他の信号処理回路で行われ出力される（Ｔ１１）。
【０１１６】
パルスオキシメータ３１は、血中酸素濃度を算出する際に、検出対象物の位置や移動などを考慮するので、消費電力の低減を図りながら、測定精度の向上をさらに実現できる。
【０１１７】
〔実施の形態３〕
以下、本発明の他の一実施形態であるパルスオキシメータ３４について、図９を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１８】
図１１の（ａ）は、パルスオキシメータ３４の概略構成を示す部分断面図である。なお、図１１の（ａ）では、光センサの発光素子４および受光素子５、第１静電容量センサの静電容量センサ電極３３ａ・３３ｂ、パルスオキシメータ３４の外装の一部、ならびに検出対象物のみを図示し、その他の部分は省略した。
【０１１９】
発光素子４と光センサの受光素子５とが、互いに向き合うように配置され、透過光を測定するようにしたフォトインタラプタであること以外は、上述した実施の形態１および２におけるパルスオキシメータ１やパルスオキシメータ３１と同様である。
【０１２０】
また、第１静電容量センサは、静電容量センサ電極３３ａと静電容量センサ電極３３ｂとが互いに向き合うように配置され、第１静電容量センサの検出領域を、静電容量センサ電極３３ａと静電容量センサ電極３３ｂとの間の空間にほぼ限定した他は、上述した実施の形態１および２における静電容量センサ３と同様である。
【０１２１】
なお、静電容量センサ電極３３ａと静電容量センサ電極３３ｂとは、両方とも、発振器６（図示せず）内の第１オペアンプ１４の出力端子に接続されており、その形状は、検出対象物を入れるパルスオキシメータ３４の空間部の形状に沿って、本実施の形態においては、矩形状の電極を用いているが、これに限定されることはなく、検出対象物を入れるパルスオキシメータの空間部の形状に沿って、例えば、半円形状やその他の形状を用いることもできる。
【０１２２】
パルスオキシメータ３４は、検出対象物を入れる空間部（閉空間）の内部に、光センサと静電容量センサとを備えているので、検出対象物の検出可能範囲が検出対象物を入れる空間部（閉空間）の内部に限定され、外的攪乱を受けにくくなり、誤作動および測定失敗が生じるのを抑制できる。
【０１２３】
図１１の（ｂ）は、発光素子４と光センサの受光素子５とが、互いに向き合うように配置され、透過光を測定するようにしたフォトインタラプタを備えた他のパルスオキシメータ３５の概略構成を示す部分断面図である。
【０１２４】
図示されているように、パルスオキシメータ３５においては、静電容量センサ電極３３ａと静電容量センサ電極３３ｂとが、発光素子４と光センサの受光素子５とが互いに向き合うように配置された位置より、検出対象物を入れる空間部（閉空間）の開口側、すなわち、検出対象物に近い側に配置されている点が、図１１の（ａ）に図示したパルスオキシメータ３４とは異なる。
【０１２５】
本実施の形態においては、静電容量センサ電極３３ａと静電容量センサ電極３３ｂとが、発光素子４と光センサの受光素子５とが互いに向き合うように配置された位置より、検出対象物を入れる空間部（閉空間）の開口側に配置している場合を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、光センサと第１静電容量センサの検出対象物を入れる空間部（閉空間）の開口からの距離が同等になるように、光センサと第１静電容量センサを手前と奥に並べてもよい。
【０１２６】
パルスオキシメータ３５は、図１１の（ａ）に図示する静電容量センサが外界から遠い場合であるパルスオキシメータ３４と比べて、第１静電容量センサが外界に近いので、外界の壁などと静電容量センサとの間に浮遊容量が比較的大きく生じる。しかしながら、第１静電容量センサは、静電容量センサ電極３３ａと静電容量センサ電極３３ｂとを向き合うように配置して、検出領域を静電容量センサ電極３３ａと静電容量センサ電極３３ｂとの間に限定しているので、この浮遊容量により第１静電容量センサが不安定になり、光センサが誤作動する恐れを考慮しなくてよい。
【０１２７】
なお、パルスオキシメータ３５においては、第１静電容量センサが検出対象物に近づくので、第１静電容量センサの検出精度の向上が図れる。
【０１２８】
〔実施の形態４〕
以下、本発明の他の一実施形態であるイヤホンジャック３７について、図１２を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１２９】
図１２は、イヤホンジャック３７の概略構成を示す部分断面図である。
【０１３０】
図示されているように、イヤホンジャック３７は、第１静電容量センサと光センサ（測距センサ）とを備えている。第１静電容量センサは、互いに対向するように配置された静電容量センサ電極３３ａと静電容量センサ電極３３ｂとを備えており、光センサ（測距センサ）は発光素子４と受光素子５とを備えた反射型の光センサである。
【０１３１】
スマートフォン等の多くの電子機器が備えるイヤホンジャックをイヤホンジャック３７とすると、イヤホンジャック３７の開口を利用して、検出対象物までの距離を測定することができる。具体的には、イヤホンジャック３７が備える光センサ（測距センサ）により、三角測量が行われる。
【０１３２】
光センサ（測距センサ）は、第１静電容量センサの検出可能範囲に検出対象物がないときに測定モードになり、発光素子４を発光させて三角測量を行う。一方、光センサ（測距センサ）は、第１静電容量センサの検出可能範囲に検出対象物があるときに休眠モードになる。
【０１３３】
さらに、第１静電容量センサの検出可能範囲に、検出対象物がある場合、例えば、空気より誘電率が高い樹脂製のプラグアクセサリがイヤホンジャック３７に装着されている場合、発振器６の発振周波数は自動的に低くなるので、発振器６の消費電流の低減を実現できる。
【０１３４】
〔実施の形態５〕
以下、本発明の他の一実施形態であるパルスオキシメータ３８ついて、図１３を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１３５】
パルスオキシメータ３８は、発振器６、第２オペアンプ１５、第２閾電圧源１６、ＡＤ変換器１７、ＥＸＯＲ器１８、レジスタ１９、光センサ２０、第３オペアンプ２１、第３閾電圧源２２および、電池２４とパルス発振器２５と第２静電容量センサ２６とを備える光センサの電源を備えている。
【０１３６】
第２静電容量センサ２６は、第１静電容量センサと同様に、光センサ２０と同一の検出対象物を検出対象としているので、光センサ２０の近傍に配置される。
【０１３７】
第２静電容量センサ２６の静電容量をＣ、第２静電容量センサ２６に電荷Ｑを与えたときの第２静電容量センサ２６の電圧をＶ、とするとクーロンの法則よりＱ＝ＣＶとなる。また、第２静電容量センサ２６のセンサ電極の面積をＳ、センサ電極間の距離をｄ、センサ電極間の誘電率をεとすると、Ｃ＝εＳ/ｄである。従って、Ｖ＝Ｑｄ/（εＳ）が導出される。
【０１３８】
パルスオキシメータ３８においては、Ｓおよびｄは第２静電容量センサ２６により決まる定数で、Ｑは発振器２５および電池２４により決まる定数なので、第２静電容量センサ２６の電圧Ｖは、センサ電極間の誘電率εに反比例することが分かる。
【０１３９】
つまり、第２静電容量センサ２６のセンサ電極間の誘電率が小さい場合、例えば、体脂肪率が高い人の血中酸素濃度をパルスオキシメータ３８が測定する場合、光センサの電源から供給される電圧は高くなり、第２静電容量センサ２６のセンサ電極間の誘電率が大きい場合、例えば、体脂肪率が低い人の血中酸素濃度をパルスオキシメータ３８が測定する場合、光センサの電源から供給される電圧は低くなる。
【０１４０】
光センサの電源の電圧が高いほど、発光素子４の発光光量は大きくなり、光センサ２０の測定精度が向上する。従って、体脂肪率が高い人の血中酸素濃度をパルスオキシメータ３８が測定する場合、発光素子４の発光光量は大きくなり、光センサ２０の測定精度が向上するとともに、光センサ２０の測定回数も増えるので、パルスオキシメータ３８の測定精度がさらに向上する。
【０１４１】
一方、体脂肪率が低い人の血中酸素濃度をパルスオキシメータ３８が測定する場合、発光素子４の発光光量が減るとともに、光センサ２０の測定回数が減るので、パルスオキシメータ３８の消費電力が低減する。体脂肪率が低い人の血中酸素濃度をパルスオキシメータ３８が測定する場合は、元々の測定精度が良好なため、パルスオキシメータ３８は十分な測定精度を保ち、血中酸素濃度の測定に影響はない。
【０１４２】
また、光センサ２０用の電圧源を別途用意することなく、第２静電容量センサ２６とＶｃｃ電圧源である電池２１とを光センサ２０の電源として用いることができるので、パルスオキシメータ３８を小型化することが可能になる。
【０１４３】
〔まとめ〕
本発明の態様１における計測装置は、発光素子および受光素子を備えた光センサを含む計測装置であって、発振器と光センサ制御部とを備え、上記発振器は第１静電容量センサを備え、上記発振器の発振周波数は上記第１静電容量センサの静電容量に依存し、上記第１静電容量センサの検出対象物は、上記光センサの検出対象物と同一であり、上記光センサ制御部は、上記発振周波数により、上記光センサを制御することを特徴としている。
【０１４４】
上記構成によれば、上記光センサ制御部は、検出対象物の種類によって、変化する発振周波数により、上記光センサを制御することができる。誘電率が小さい検出対象物の場合には、高い発振周波数（発振周期が短い）により、上記光センサを制御し、誘電率が大きい検出対象物の場合には、低い発振周波数（発振周期が長い）により、上記光センサを制御する。したがって、測定精度と消費電力との両方が最適化された計測装置を実現することができる。
【０１４５】
本発明の態様２における計測装置は、上記態様１において、上記光センサ制御部は第１制御部を備え、上記第１制御部は、上記発振器の出力から、上記検出対象物が所定の範囲にあるかないかを判断して、上記光センサを第１モードおよび第２モードに切り替え、上記第２モードにおいて、上記光センサは上記第１モードより低消費電流になる構成であってもよい。
【０１４６】
上記構成によれば、上記計測装置の上記第１制御部は、上記検出対象物が所定の範囲にあるかないかを判断して、上記光センサを第１モードおよび第２モードに切り替えるので、低消費電力の計測装置を実現できる。
【０１４７】
本発明の態様３における計測装置は、上記態様２において、上記光センサ制御部は第２制御部を備え、上記第２制御部は上記発光素子を制御し、上記光センサが上記第１モードである期間において、上記光センサが上記第１モードである期間よりも短い期間、上記発光素子を発光させる構成であってもよい。
【０１４８】
上記構成によれば、発光素子を発光させない状態での背景光（バックグラウンド）測定ができるので、計測装置の測定精度の向上を実現できる。
【０１４９】
本発明の態様４における計測装置は、上記態様１から３の何れか１態様において、上記第１静電容量センサにより、上記検出対象物の位置および移動量のうち少なくとも何れか一方を検出する構成であってもよい。
【０１５０】
上記構成によれば、検出対象物の位置や移動を考慮して、測定ができるので、計測装置の測定精度の向上を実現できる。
【０１５１】
本発明の態様５における計測装置は、上記態様１から４の何れか１態様において、少なくとも１組の向かい合う２面を備え、上記２面の間には、上記検出対象物の少なくとも一部が入ることが可能で、上記１組の向かい合う２面に、上記第１静電容量センサの２つの電極が向かいあうように配置されている構成であってもよい。
【０１５２】
上記構成によれば、上記第１静電容量センサの検出可能範囲が、上記第１静電容量センサの２つの電極の間にほぼ限定されるので、外的攪乱を受け難く、誤作動し難いので、計測装置の測定精度の向上を実現できる。
【０１５３】
本発明の態様６における計測装置は、上記態様５において、上記第１静電容量センサの２つの電極は、矩形状または半円形状であってもよい。
【０１５４】
上記構成によれば、上記１組の向かい合う２面の形状を上記第１静電容量センサの２つの電極形状に沿って形成することができる。
【０１５５】
本発明の態様７における計測装置は、上記態様１から６の何れか１態様において、上記光センサに電源を供給する、第２静電容量センサを備えるパルス電源を備え、上記パルス電源の電圧は上記第２静電容量センサの静電容量に依存する構成であってもよい。
【０１５６】
上記構成によれば、光センサ用の電圧源を別途用意することないので、計測装置を小型化できる。また、上記構成によれば、計測装置は、発光素子の駆動電圧を自動的に変更することができるので、検出対象物に適した電圧で発光素子を駆動でき、計測装置の測定精度の向上が実現できる。
【０１５７】
本発明の態様８における電子機器は、上記態様１から６の何れか１態様に記載の上記計測装置を備えたことを特徴としている。
【０１５８】
上記構成によれば、測定精度と消費電力との両方が最適化された電子機器を実現できる。
【０１５９】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
本発明は、計測装置および電子機器などに好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１６１】
１    パルスオキシメータ（計測装置）
２    光センサ
３    第１静電容量センサ
３ａ  静電容量センサ電極
４    発光素子
５    受光素子
６    発振器
１１  抵抗
１２  抵抗
１３  抵抗
１４  第１オペアンプ
１５  第２オペアンプ（光センサ制御部/第１制御部）
１６  第２閾電圧源（光センサ制御部/第１制御部）
１７  ＡＤ変換器（光センサ制御部/第１制御部）
１８  ＥＸＯＲ器（光センサ制御部/第１制御部）
１９  レジスタ（光センサ制御部/第１制御部）
２０  光センサ
２１  第３オペアンプ（光センサ制御部/第２制御部）
２２  第３閾電圧源（光センサ制御部/第２制御部）
２３  電圧変換器
２４  電池
２５  パルス発振器
２６  第２静電容量センサ
３１    パルスオキシメータ（計測装置）
３３ａ  静電容量センサ電極
３３ｂ  静電容量センサ電極
３４  パルスオキシメータ（計測装置）
３５  パルスオキシメータ（計測装置）
３７  イヤホンジャック（計測装置）
３８  パルスオキシメータ（計測装置）
４１  ＬＥＤドライバ
４２  信号増幅器
４３  信号処理回路
４４  トランジスタ
４５  トランジスタ
４６  トランジスタ
【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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