(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路からなり、前記発光ダイオードの駆動回路に、発光ダイオードに印加される電圧の変化に対して反転する信号を生成する反転信号回路を設け、前記発光ダイオードの駆動線に沿って延在する信号線を配設し、前記反転信号回路により得られる反転信号の成分を含む信号を前記信号線に伝送することによって、発光ダイオードに印加される電圧の変化によるフォトダイオードへの影響を打ち消すように構成したことを特徴とするＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式。
【請求項２】
順次交互に駆動する少なくとも２つの発光ダイオードを備え、各発光ダイオードを駆動するための複数の駆動線に対して接続され、各発光ダイオードの駆動に伴ってそれぞれ反転信号を出力する共通の反転信号回路を設けてなる請求項１記載のＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式。
【請求項３】
順次交互に駆動する４つの発光ダイオードを備え、これらの発光ダイオードを順次駆動するための２つの駆動線に対してそれぞれ接続される加算器を設け、さらにこの加算器の出力に伴ってそれぞれ反転信号を出力する共通の反転信号回路を設けてなる請求項１記載のＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式。
【請求項４】
発光ダイオードの駆動線に沿って延在する信号線は、前記駆動線との平行線またはツイスト線とし、その先端が発光ダイオードの接続点まで延在するように配設してなる請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤ−３Ｄ間のクロストーク軽減方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備える測定装置等の信号回路において、発光ダイオード（ＬＥＤ）からフォトダイオード（ＰＤ）へのクロストークによるノイズの軽減方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備える測定装置として、例えばパルスオキシメータが知られている。このパルスオキシメータは、光電脈波を用いることによって、動脈血の情報だけを取り出すことを可能にしたものであり、指等の比較的薄い部位（生体の組織）に発光ダイオード（ＬＥＤ）の光を当てて、透過してきた光の強さ（光電脈波）をフォトダイオード（ＰＤ）により検出して記録するものである。すなわち、この場合の血液の光吸収特性は、酸素飽和度によって変化する。同じ量の血液が変動している拍動であっても、その血液の酸素飽和度によって得られる脈波振幅は異なったものとなる。
【０００３】
一般的に、パルスオキシメータは、患者に装着するプローブと、測定装置本体とによって構成されている。そこで、前記プローブには、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用した発光部とフォトダイオード（ＰＤ）を使用した受光部とが設けられ、これらの発光部と受光部との間に指等の測定部位（生体の組織）を挟み得るように構成されている。
【０００４】
このような患者測定用のプローブを有するパルスオキシメータは、図５の（ａ）および（ｂ）に示すプローブの信号回路として、前記発光部には、発光波長が６６０ｎｍ（赤色光）と９４０ｎｍ（赤外光）の２つの発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２が用いられている。一方、受光部にはフォトダイオードＰＤが用いられている。そして、この種のパルスオキシメータは、連続的な無侵襲計測が可能であることに加え、原理的に校正が不要であるため、患者の状態を監視するモニタとしての基本的な要求を満たしていることから、従来より患者監視装置として広く普及している。
【０００５】
しかるに、前述した従来における発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用するパルスオキシメータのプローブの信号回路において、プローブと測定装置本体とを接続する結線方式としては、大別して３線式〔図５の（ａ）参照〕と２線式〔図５の（ｂ）参照〕との２種類が実施されている。
【０００６】
すなわち、図５の（ａ）に示す信号回路において、３線式の結線方式は、２つの発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２を共通線LED-COMMONと２つの駆動線LED-DRV1、LED-DRV2とを介し、ＬＥＤ駆動回路１０に対して並列に接続されている。また、フォトダイオードＰＤは、アノードANODE とカソードCATHODE を介してＰＤ受光回路１２に接続されている。なお、フォトダイオードＰＤは、高インピーダンスであり、外来からのノイズの影響を受けやすいため、前記フォトダイオードＰＤの接続線〔アノード（ANODE ）、カソード（CATHODE ）〕には、シールド線SHIELDを使用してノイズ対策を行っている。
【０００７】
また、図５の（ｂ）に示す信号回路において、２線式の結線方式は、２つの発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２を２つの駆動線LED-DRV1、LED-DRV2により逆並列にして、ＬＥＤ駆動回路１０に対し接続されている。また、フォトダイオードＰＤは、アノードANODE とカソードCATHODE を介してＰＤ受光回路１２に接続されている。そして、ノイズ対策も図５の（ａ）場合と同様に行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した構成からなるパルスオキシメータのプローブの信号回路において、フォトダイオードＰＤは、高インピーダンスであることから、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２に駆動電流が流れた時に、発光ダイオードに印加される電圧の変化が、前記発光ダイオードＬＥＤとフォトダイオードＰＤの各線間の容量結合により、発光ダイオードＬＥＤの駆動信号に同期したノイズがフォトダイオードＰＤにクロストークする。従って、このようなクロストークが増大すると、本来不必要な信号が測定値に影響する難点がある。
【０００９】
このため、従来においては、プローブの信号回路におけるクロストークをなるべく軽減するため、フォトダイオードＰＤに対するシールドを強化したり、あるいはＬＥＤ駆動回路１０やＰＤ受光回路１２に対するコネクタ内部では、なるべく位置関係すなわち物理的な距離を離すように設定されている。しかしながら、このような対策のみでは、前述したクロストークの発生を十分に軽減することは困難であった。
【００１０】
そこで、本発明者は、鋭意研究並びに試作を重ねた結果、発光ダイオードＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路に、発光ダイオードＬＥＤに印加される電圧の変化に対し、これに反転する信号を生成する反転信号回路を設け、この反転信号回路が発生する信号を、発光ダイオードＬＥＤの駆動線に沿って延在配置した信号線に伝送することにより、発光ダイオードＬＥＤに印加される電圧の変化によるフォトダイオードＰＤへの影響を打ち消して、ＬＥＤ−ＰＤからなる信号回路におけるクロストークの軽減を容易に達成することができることを突き止めた。
【００１１】
従って、本発明の目的は、発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路において、発光ダイオード（ＬＥＤ）の駆動回路に、発光ダイオードに印加される電圧の変化に対して反転する信号を生成し、この信号を発光ダイオードの駆動線に沿って延在する信号線に伝送することによって、発光ダイオードに印加される電圧の変化によるフォトダイオード（ＰＤ）への影響を打ち消し、フォトダイオードに対するクロストークの軽減を容易に行うことができるＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係るＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式は、発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路からなり、前記発光ダイオードの駆動回路に、発光ダイオードに印加される電圧の変化に対して反転する信号を生成する反転信号回路を設け、前記発光ダイオードの駆動線に沿って延在する信号線を配設し、前記反転信号回路により得られる反転信号の成分を含む信号を前記信号線に伝送することによって、発光ダイオードに印加される電圧の変化によるフォトダイオードへの影響を打ち消すように構成したことを特徴とする。
【００１３】
この場合、前記発光ダイオードとしては、順次交互に駆動する少なくとも２つの発光ダイオードを備え、各発光ダイオードを駆動するための複数の駆動線に対して接続され、各発光ダイオードの駆動に伴ってそれぞれ反転信号を出力する共通の反転信号回路を設けた構成とすることができる。
【００１４】
また、前記発光ダイオードとしては、順次交互に駆動する４つの発光ダイオードを備え、これらの発光ダイオードを順次駆動するための２つの駆動線に対してそれぞれ接続される加算器を設け、さらにこの加算器の出力に伴ってそれぞれ反転信号を出力する共通の反転信号回路を設けた構成とすることができる。
【００１５】
さらに、前記発光ダイオードの駆動線に沿って延在する信号線は、前記駆動線との平行線またはツイスト線として、その先端が発光ダイオードの接続点まで延在するように配設することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路におけるＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１７】
【実施例１】
図１および図２は、本発明に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路におけるＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式の一実施例を示すものである。なお、説明の便宜上、前述した図５の（ａ）、（ｂ）に示す従来の信号回路のシステム構成と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明する。
【００１８】
すなわち、図１において、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２の駆動を行うＬＥＤ駆動回路１０に、前記発光ダイオードに印加される電圧の変化に対し、これに反転する信号を生成する反転信号回路１４を設け、この反転信号回路１４が発生する信号を伝送する信号線Ｌs を、前記発光ダイオードの駆動線LED-DRV1、LED-DRV2と平行に延在配置した構成からなる。この場合、前記信号線Ｌs の先端は、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２が接続される位置まで延在させれば好適である。なお、フォトダイオードＰＤに対しては、従来と同様にフォトダイオードＰＤの接続線〔アノード（ANODE ）、カソード（CATHODE ）〕に、シールド線SHIELDを使用し、ノイズ対策を行う。
【００１９】
図２は、前述した反転信号回路１４の信号回路上における具体的な構成配置を示すものである。すなわち、図２に示すように、発光ダイオードＬＥＤの駆動回路は、発光ダイオードＬＥＤのアース（ＧND）側にスイッチングトランジスタＴＲ１を設けると共に、このトランジスタＴＲ１のベース側端子に抵抗Ｒ1 を介して所要のベース電圧を得るための第１の作動アンプＡＭＰ１を接続配置する。また、前記トランジスタＴＲ１のコレクタ側端子に第２の作動アンプＡＭＰ２を接続すると共に、この第２の作動アンプＡＭＰ２の出力側に適宜抵抗Ｒ2 を介して反転信号回路１４を接続配置する。そして、前記トランジスタＴＲ１のエミッタ側端子は、抵抗Ｒ3 を介してアース（ＧND）側に接続する。
【００２０】
しかるに、前記反転信号回路１４は、図示しないが、２つの発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２の各駆動線LED-DRV1、LED-DRV2に対して共通に接続され、各発光ダイオードの駆動に伴ってそれぞれ出力される反転信号を、信号線Ｌｓに伝送するよう構成する。この場合、前記信号線Ｌｓは、発光ダイオードＬＥＤの駆動線（LED-DRV1、LED-DRV2）と平行して発光ダイオードＬＥＤが接続される位置まで延在するように配置する。
【００２１】
このようにして、本実施例のＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式によれば、ＬＥＤ駆動回路１０において、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２に印加される電圧の変化に対して反転する信号を、前記反転信号回路１４により発生し、この反転信号の成分を含む信号を前記発光ダイオードの駆動線LED-DRV1、LED-DRV2と平行に延在配置した信号線Ｌｓに伝送することにより、発光ダイオードＬＥＤに印加される電圧の変化によるフォトダイオードＰＤへの影響を打ち消して、発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路におけるＬＥＤ−ＰＤ間のクロストークの軽減を容易に達成することができる。
【００２２】
従って、前述した構成からなる本発明に係るＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式によれば、発光ダイオードＬＥＤの駆動電圧ＶLED の変化に対するフォトダイオードＰＤのクロストークによるノイズの改善度を測定（本発明方式の適用前と適用後の比較）したところ、図３の（ａ）および（ｂ）に示すような結果が得られた。なお、図３の（ｂ）は、図３の（ａ）の測定結果を時間拡大して表示したものである。
【００２３】
すなわち、図３の（ｂ）に示す結果からも明らかなように、本発明方式によればクロストークによるノイズを約１／６まで低減できることが確認された。なお、前述した実施例において、前記発光ダイオードの駆動線LED-DRV1、LED-DRV2に沿って延在配置する信号線Ｌｓとして、平行線の場合を示したが、前記一方の駆動線LED-DRV1またはLED-DRV2とのツイスト線として構成しても、同様の作用および効果を十分に期待することができる。
【００２４】
【実施例２】
図４は、本発明に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路におけるＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式の別の実施例を示す信号回路の概略構成図である。すなわち、本実施例においては、４つの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を使用する場合のＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式を示すものである。
【００２５】
すなわち、図４においては、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４のＬＥＤ駆動回路１０を示すものであって、２つの駆動線LED-DRV1、LED-DRV21 には、それぞれ一対の逆並列に接続された発光ダイオードＬＥＤ１とＬＥＤ３、ＬＥＤ２とＬＥＤ４が接続されている。そして、本実施例において、これらの駆動線LED-DRV1、LED-DRV21 には、電源＋Ｖcc側とアースＧND側とに接続される、一対の電源側定電流駆動スイッチＳｗ１A 、Ｓｗ２A とアース側定電流駆動スイッチＳｗ１B 、Ｓｗ２B とがそれぞれ接続配置されている。この場合、前記電源側定電流駆動スイッチＳｗ１A 、Ｓｗ２A の切換接触子Ｓc のａ接点は電源＋Ｖcc側に接続されると共に、ｂ接点は開放接点となっている。また、前記アース側定電流駆動スイッチＳｗ１B 、Ｓｗ２B の切換接触子Ｓc のｃ接点はアースＧND側に接続されると共に、ｄ接点は開放接点となっている。
【００２６】
また、共通線LED-COMMONは、第３の定電流駆動スイッチＳｗ３を介して直接電源側＋Ｖccに接続される。この場合、前記第３の定電流駆動スイッチＳｗ３の切換接触子Ｓc は、ａ接点を電源側＋Ｖccに接続し、ｃ接点をアースＧND側に接続する。また、前記第３の定電流駆動スイッチＳｗ３の切換接触子Ｓc に対しては、ａ接点とｃ接点との切換接続を行うために、切換操作信号ライン２０が接続配置されている。
【００２７】
さらに、一対の電源側定電流駆動スイッチＳｗ１A 、Ｓｗ２A およびアース側定電流駆動スイッチＳｗ１B 、Ｓｗ２B の各切換接触子Ｓc に対しては、それぞれａ接点とｂ接点およびｃ接点とｄ接点との切換接続をそれぞれ行うために、切換操作信号ライン２１A 、２１B 、２２A 、２２B がそれぞれ接続配置される。
【００２８】
このように構成される本実施例における発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の駆動回路においては、２つの駆動線LED-DRV1、LED-DRV2の一部からそれぞれ分岐した信号ラインＬs1、Ｌs2を加算器２４の入力側に接続すると共に、この加算器２４の出力側を反転信号回路１４に接続配置する。そして、前記反転信号回路１４の出力信号を、前記発光ダイオードＬＥＤの駆動線（LED-DRV1、LED-DRV2）と平行して発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が接続される位置まで延在する信号線Ｌｓを配置して、この信号線Ｌｓに伝送するように構成する。
【００２９】
このように構成することによって、４つの発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を順次交互に駆動させる場合においても、前述した実施例と同様にして、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４にそれぞれ印加される電圧の変化に対して反転する信号を、前記反転信号回路１４により発生し、この反転信号の成分を含む信号を前記発光ダイオードの駆動線LED-DRV1、LED-DRV2と平行に延在配置した信号線Ｌｓに伝送することにより、発光ダイオードＬＥＤに印加される電圧の変化によるフォトダイオードＰＤへの影響を打ち消して、発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路におけるＬＥＤ−ＰＤ間のクロストークの軽減を容易に達成することができる。
【００３０】
なお、本実施例においても、前記発光ダイオードの駆動線LED-DRV1、LED-DRV2に沿って延在配置する信号線Ｌｓとして、前記一方の駆動線LED-DRV1またはLED-DRV2とのツイスト線として構成しても、前述した作用および効果を十分に期待することができる。
【００３１】
また、本実施例においては、２つの駆動線LED-DRV1、LED-DRV2の一部からそれぞれ分岐した信号ラインＬs1、Ｌs2より得られる信号を、加算器２４により加算した後、反転信号回路１４により反転信号を得るようにした構成を示したが、前記信号ラインＬs1、Ｌs2より得られる信号を、予め反転信号回路を介してそれぞれ反転信号を発生させておいて、加算器により加算するように構成することも可能である。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をすることができる。
【００３３】
【発明の効果】
前述した実施例から明らかな通り、本発明に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路におけるＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路からなり、前記発光ダイオードの駆動回路に、発光ダイオードに印加される電圧の変化に対して反転する信号を生成する反転信号回路を設け、前記発光ダイオードの駆動線に沿って延在する信号線を配設し、前記反転信号回路により得られる反転信号の成分を含む信号を前記信号線に伝送することによって、発光ダイオードに印加される電圧の変化によるフォトダイオードへの影響を打ち消すようにした構成とすることにより、ＬＥＤ−ＰＤからなる信号回路におけるクロストークを適正にかつ容易に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路におけるＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式の一実施例を示す概略回路構成図である。
【図２】本発明に係るクロストーク軽減方式を実施する発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路の要部結線図である。
【図３】（ａ）は本発明に係るクロストーク軽減方式による発光ダイオード（ＬＥＤ）の駆動電流に対するフォトダイオード（ＰＤ）の信号回路におけるクロストーク軽減の改善前後の波形特性をそれぞれ示す波形図、（ｂ）は（ａ）の波形特性について時間を拡大して示した波形図である。
【図４】本発明に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを備えた信号回路におけるＬＥＤ−ＰＤ間のクロストーク軽減方式の別の実施例を示す信号回路の概略構成図である。
【図５】（ａ）は従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを使用する測定装置における信号回路の一構成例を示す要部結線図、（ｂ）は従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオード（ＰＤ）とを使用する測定装置における信号回路の別の構成例を示す要部結線図である。
【符号の説明】
１０  ＬＥＤ駆動回路
１２  ＰＤ受光回路
１４  反転信号回路
２０  切換操作信号ライン
２１A 、２１B   切換操作信号ライン
２２A 、２２B   切換操作信号ライン
２４  加算器
ＬＥＤ１、ＬＥＤ２  発光ダイオード
ＬＥＤ３、ＬＥＤ４  発光ダイオード
ＰＤ  フォトダイオード
Ｌs   信号線
LED-COMMON  共通線
LED-DRV1、LED-DRV2  駆動線
ANODE   アノード
CATHODE   カソード
SHIELD  シールド線
ＡＭＰ１、ＡＭＰ２  差動アンプ
Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3   抵抗
Ｓｗ１A 、Ｓｗ２A   電源側定電流駆動スイッチ
Ｓｗ１B 、Ｓｗ２B   アース側定電流駆動スイッチ
Ｓｗ３  第３の定電流駆動スイッチ
【図１】
0003791270.tif 000002
【図２】
0003791270.tif 000003
【図３】
0003791270.tif 000004
【図４】
0003791270.tif 000005
【図５】
0003791270.tif 000006