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JP3208538B2 - Photoplethysmograph - Google Patents
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JP3208538B2 - Photoplethysmograph - Google Patents

Photoplethysmograph

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JP3208538B2
JP3208538B2 JP31884498A JP31884498A JP3208538B2 JP 3208538 B2 JP3208538 B2 JP 3208538B2 JP 31884498 A JP31884498 A JP 31884498A JP 31884498 A JP31884498 A JP 31884498A JP 3208538 B2 JP3208538 B2 JP 3208538B2
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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、生体の脈波等の容
積脈波の計測を行う光電容積脈波計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoplethysmograph which measures a volume pulse wave such as a pulse wave of a living body.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は、従来の光電容積脈波計の構成を
示す構成図である。同図に示す光電容積脈波計において
は、発光ダイオード2は、発振器1によって、脈波に対
して十分に高い周波数に基づいて点滅駆動されることに
より発光する。この発光ダイオード2から発光された光
及び外光7は、生体6を透過(または反射)してフォト
ダイオード3に入射される。フォトダイオード3がその
入射光量に対応した電流を発生すると、その電流は、電
流電圧変換器4に入力され、電圧に変換された後、更
に、復調器5に入力される。復調器5は、入力した電圧
信号から、外光の周波数成分を除去する為に、発光ダイ
オード2が発光した光に対応した信号を抽出し、容積脈
波信号を得る。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional photoelectric volume pulse wave meter. In the photoplethysmograph shown in FIG. 1, the light emitting diode 2 emits light by being driven to blink by the oscillator 1 based on a sufficiently high frequency with respect to the pulse wave. The light emitted from the light emitting diode 2 and the external light 7 are transmitted (or reflected) through the living body 6 and enter the photodiode 3. When the photodiode 3 generates a current corresponding to the amount of incident light, the current is input to the current-voltage converter 4, converted into a voltage, and further input to the demodulator 5. The demodulator 5 extracts a signal corresponding to the light emitted from the light emitting diode 2 to remove a frequency component of the external light from the input voltage signal, and obtains a volume pulse signal.

【0003】S/N比向上のために、初段増幅器である
電流電圧変換器4の利得を高く設定しなければならない
が、その利得を高く設定すると、外光7に起因するフォ
トダイオード3の起電流により、増幅器(すなわち電流
電圧変換器4)に設定される利得の飽和が生じる。この
ため、電流電圧変換器4には高利得の設定が出来ないと
いう問題があった。そこで、図4に示すように、フォト
ダイオード3と、フォトダイオード3に逆方向の電圧を
供給するための逆バイアス用の高電圧電源13と、負荷
抵抗14とを直列接続した閉回路を形成し、更にフォト
ダイオード3と抵抗14との接続部と初段増幅器16の
入力端子との間にコンデンサ15を接続した回路を形成
することにより、初段増幅器16に設定される利得が飽
和しないようにしている。
In order to improve the S / N ratio, the gain of the current-to-voltage converter 4 as the first-stage amplifier must be set high, but if the gain is set high, the start-up of the photodiode 3 caused by the external light 7 will occur. The current causes saturation of the gain set in the amplifier (ie, the current-to-voltage converter 4). For this reason, there has been a problem that high gain cannot be set in the current-voltage converter 4. Therefore, as shown in FIG. 4, a closed circuit is formed in which the photodiode 3, a reverse bias high voltage power supply 13 for supplying a reverse voltage to the photodiode 3, and a load resistor 14 are connected in series. Further, by forming a circuit in which a capacitor 15 is connected between the connection between the photodiode 3 and the resistor 14 and the input terminal of the first-stage amplifier 16, the gain set in the first-stage amplifier 16 is prevented from being saturated. .

【0004】また、その他の装置として、特開平1−2
32928号、特開平8−80288号及び特開平9−
70394号の各号に開示されたものが知られている。
特開平1−232928号に開示された装置は、発光部
による生体組織透過光を検知する受光部に対して、指先
脈波を検知する透過光のみを受光部に透過するフィルタ
を利用することにより、脈波以外の光量変化の検知を抑
制するようにしている。
As another device, Japanese Patent Laid-Open No. 1-2
32928, JP-A-8-80288 and JP-A-9-80
What is disclosed in each of No. 70394 is known.
The apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-232928 uses a filter that transmits only transmitted light that detects a fingertip pulse wave to a light receiving unit, for a light receiving unit that detects light transmitted through a living tissue by a light emitting unit. In addition, detection of a change in the amount of light other than the pulse wave is suppressed.

【0005】また、特開平8−80288号に開示され
た装置は、生体の一部に向けて光を照射する発光部(発
光ダイオード)、及び該発光部が発した光を生体を介し
て受光する受光部(フォトトランジスタ)、のそれぞれ
の素子の光波長帯域として、生体内において外光の影響
を受けにくい波長300nm〜700nmの光を利用す
ることにより、大掛かりな遮光構造がなくとも使用条件
に対する制約を緩和するようにしている。
The device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-80288 discloses a light emitting unit (light emitting diode) for irradiating light to a part of a living body, and receiving light emitted by the light emitting unit through the living body. By using light having a wavelength of 300 nm to 700 nm, which is hardly affected by external light in a living body, as a light wavelength band of each element of a light receiving unit (phototransistor) to be used, even if there is no large-scale light shielding structure, it is possible to meet the usage conditions We try to relax the constraints.

【0006】さらに、特開平9−70394号に開示さ
れた装置は、生体の一部に向けて光を照射する発光部
(発光ダイオード)と、電池の出力電圧を昇圧して発光
ダイオードに供給するための容量素子とを備え、その発
光ダイオードを間欠発光させて、電力消費を抑制すると
共に、その容量素子により、その間欠発光に伴う電源電
圧の変動を抑制するようにしている。
Further, the device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-70394 discloses a light-emitting unit (light-emitting diode) for irradiating light to a part of a living body, and boosts an output voltage of a battery and supplies the voltage to the light-emitting diode. The light emitting diode is intermittently illuminated to suppress power consumption, and the capacitive element suppresses fluctuations in power supply voltage due to the intermittent light emission.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図3に示した従来の光電容積脈波計において、図4に
示すような回路を形成した装置は、ダイナミックレンジ
の拡大は可能であるが、直線性を有する動作範囲が狭ま
ってしまう。このため、光電容積脈波計の様なリニアリ
ティを要する装置には適さない。また、高電圧電源の正
極側は、生体に装着されるフォトダイオードの一端に接
続されるので、感電に対する対策が必要であり、安全性
を要する。
However, in the above-described conventional photoplethysmograph shown in FIG. 3 in which the circuit shown in FIG. 4 is formed, the dynamic range can be expanded. The operating range having linearity is reduced. Therefore, it is not suitable for an apparatus requiring linearity such as a photoplethysmograph. Further, since the positive electrode side of the high-voltage power supply is connected to one end of the photodiode to be mounted on the living body, it is necessary to take measures against electric shock and requires safety.

【0008】また、上記特開平1−232928号に開
示された装置においては、フィルタを用いた光検知の波
長域は、生体組織による減衰が少なく、脈波即ち血中ヘ
モグロビン量の変化の検出を可能とする条件により、6
00nm以上の波長を用いている。このため、蛍光灯等
の外乱光の影響は少ないが、太陽光等600nm以上の
波長を含む外乱光に対しては、フィルタの効果は無い。
In the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-232928, the wavelength range of light detection using a filter has little attenuation due to living tissue, and detects a pulse wave, that is, a change in the amount of hemoglobin in blood. Depending on the conditions that can be used, 6
A wavelength of 00 nm or more is used. For this reason, the influence of disturbance light such as a fluorescent lamp is small, but there is no filter effect for disturbance light including a wavelength of 600 nm or more such as sunlight.

【0009】また、この波長600nm以上の光におい
て、生体組織は比較的良好な導光体となり、受光部の遠
方の皮膚表面に照射された光が透過・反射・拡散によ
り、その一部が受光部に到達することは良く知られてい
る。これを抑制するためには、受光部の周囲を適当な範
囲で遮光する必要がある。
[0009] In the light having a wavelength of 600 nm or more, the living tissue becomes a relatively good light guide, and a part of the light irradiated on the skin surface far from the light receiving portion is received, transmitted, reflected, and diffused. Getting to the department is well known. In order to suppress this, it is necessary to shield the area around the light receiving unit from light in an appropriate range.

【0010】一方、受光部は、CdS(硫化カドミウ
ム)光電セル等の従前より使用されている一般的な回路
構成を採用している為、外乱光、特に太陽光による受光
部の飽和という問題かある。従って、上記公報の装置で
は、太陽光等の外乱光の影響を抑制する為には、受光部
周辺の大掛かりな遮光及び受光部の飽和対策を必要とす
る。
On the other hand, since the light receiving section employs a conventional circuit configuration such as a CdS (cadmium sulfide) photoelectric cell, which is conventionally used, it may be a problem of saturation of the light receiving section due to disturbance light, particularly sunlight. is there. Therefore, the apparatus disclosed in the above publication requires a large-scale light shielding around the light receiving unit and a countermeasure against saturation of the light receiving unit in order to suppress the influence of disturbance light such as sunlight.

【0011】また、上記特開平8−80288号に開示
された装置においては、生体組織による減衰効果の大き
い700nm以下の波長域、即ち、300nm〜700
nmを利用することにより、太陽光等の外乱光が生体表
面に照射されても、生体内においては、その減衰が大き
いということと、血中ヘモグロビンの吸光度が高いとい
うことを利用して、外乱光の影響が抑制された脈波検出
を行っている。しかし、発光部(発光ダイオード)が体
表面に照射する光も外乱光と同様の減衰を伴うため、発
光ダイオードは、外乱光が無視できる程度の大光量を発
光する必要があり、それに伴い大きな消費電力を必要と
している。このため、携帯型装置等への応用は実用的で
はない。
In the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-80288, the wavelength range of 700 nm or less, at which the attenuation effect by the living tissue is large, that is, 300 nm to 700 nm.
By using the nm, even if disturbance light such as sunlight is irradiated on the surface of the living body, it is disturbed in the living body by utilizing the fact that the attenuation is large and the absorbance of blood hemoglobin is high. Pulse wave detection in which the influence of light is suppressed is performed. However, since the light emitted from the light emitting unit (light emitting diode) to the body surface also undergoes the same attenuation as the disturbance light, the light emitting diode needs to emit a large amount of light such that the disturbance light can be ignored. Needs power. Therefore, application to a portable device or the like is not practical.

【0012】また、発光ダイオードが外乱光に対して十
分な光量の発光が確保できないことから、センサ固定用
バンドに簡易的な遮光の役割を持たせており、外乱光の
遮光が簡易化されるのみであり、遮光そのものが不要と
なる訳ではない。
Further, since the light emitting diode cannot secure a sufficient amount of light emission against disturbance light, the band for fixing the sensor has a simple light shielding function, and the light shielding of disturbance light is simplified. It is not only that the light shielding itself is unnecessary.

【0013】また、発光ダイオード、及びフォトトラン
ジスタが装着される指の太さや位置または個体差によっ
てフォトトランジスタの受光量は大きく変化するにも関
わらず、そのフォトトランジスタの動作点、即ち光検知
感度とダイナミックレンジは、実験的に求められたある
一点に固定しなければならず、その決定された動作点が
常に最適とは限らない。
Although the light receiving amount of the phototransistor greatly changes depending on the thickness, position, or individual difference of the finger on which the light emitting diode and the phototransistor are mounted, the operating point of the phototransistor, that is, the light detection sensitivity and The dynamic range must be fixed at a certain point determined experimentally, and the determined operating point is not always optimal.

【0014】さらに、上記特開平9−70394号に開
示された装置では、発光ダイオードは大光量の発光を必
要とするため、間欠発光という手段により電力消費を抑
制し、携帯型装置を実現するようにしているが、外乱光
遮光の必要性、フォトトランジスタの動作点の最適化、
測定部位の限定等の問題がある。
Further, in the device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-70394, since the light emitting diode needs a large amount of light emission, power consumption is suppressed by means of intermittent light emission to realize a portable device. However, the need for disturbance light shielding, optimization of the operating point of the phototransistor,
There are problems such as limitations on the measurement site.

【0015】そこで、本発明は、容積脈波検出感度及び
そのリニアリティを向上させることができると共に、広
範囲のダイナミックレンジにより高感度の光電容積脈波
検出を行うことができる光電容積脈波計を提供すること
を目的とする。
Accordingly, the present invention provides a photoplethysmograph capable of improving volume pulse wave detection sensitivity and its linearity, and performing high-sensitivity photoplethysmogram detection with a wide dynamic range. The purpose is to do.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光電容積脈波計は、生体の容積脈波の周
波数よりも高い周波数により点滅発光する発光素子
と、この発光素子から発光された光及び外光が測定
対象の生体を透過及び/又は反射した光を受光し、受
光光量に対応した電流を発生する受光素子と、受光素
が発生した電流を電圧に変換して出力する変換手段
と、を有する光電容積脈波計であって、変換手段
ら出力される電圧信号から、発光素子の点滅による高
周波の信号成分を除去する高域遮断フィルタ9と、この
高域遮断フィルタから出力される電圧と予め設定され
る基準電圧12との差を増幅して出力する差動増幅手段
10と、この差動増幅手段10の出力電圧を電流信号に
変換して、受光素子が発生する電流から減算する手段
とを備えることを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems To achieve the above object,
Therefore, the photoplethysmograph of the present invention6Circumference of plethysmogram
Light-emitting element that emits light by blinking at a frequency higher than the wave number2
And this light emitting element2Light and external light emitted from7Is measured
Target organism6Receives the light transmitted and / or reflected by the
Light receiving element that generates a current corresponding to the amount of light3And the light receiving element
Child3Conversion means for converting the current generated by the voltage into a voltage and outputting the voltage
4And a converting means.4Or
From the voltage signal output from the2High by flashing
A high-frequency cutoff filter 9 for removing a frequency signal component;
High frequency cutoff filter9The voltage output from the
Reference voltage12Differential amplification means for amplifying the difference between
10And this differential amplification means10Output voltage to current signal
Convert to light receiving element3Means to subtract from the current generated
And characterized in that:

【0017】このような構成の光電容積脈波計において
は、外光に起因する信号成分が、受光手段の出力する信
号から除去又は低減される。従って、脈波の測定を正確
に行うことができると共に外光の許容範囲すなわちダイ
ナミックレンジの拡大と共にリニアリティの向上を図る
ことができる。
In the photoplethysmograph having such a configuration, a signal component caused by external light is removed or reduced from a signal output from the light receiving means. Therefore, the pulse wave can be measured accurately, and the linearity can be improved along with the expansion of the allowable range of external light, that is, the dynamic range.

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して説明する。図1は、本発明に係る光電容積
脈波計の一実施形態を示すブロック図である。この光電
容積脈波計は、発光ダイオード等の発光素子により、生
体組織の被測定部に光を照射して、フォトダイオード等
の受光素子により、生体組織の被測定部を透過又は反射
した光を検出し、この検出した信号に基づいて、生体組
織の容積脈波の変化を求めるものであり、発振器1と、
発光ダイオード2と、フォトダイオード3と、電流電圧
変換器4と、復調器5と、電流加算器8と、高域遮断フ
ィルタ9と、誤差増幅器10と、抵抗11とを備えてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a photoelectric volume pulse wave meter according to the present invention. This photoplethysmograph irradiates a measured portion of a living tissue with light by a light emitting element such as a light emitting diode, and transmits or reflects light transmitted or reflected by the measured portion of the living tissue by a light receiving element such as a photodiode. Detecting the change of the volume pulse wave of the living tissue based on the detected signal.
It includes a light emitting diode 2, a photodiode 3, a current-to-voltage converter 4, a demodulator 5, a current adder 8, a high-frequency cutoff filter 9, an error amplifier 10, and a resistor 11.

【0021】発光ダイオード2は、生体6に光を照射す
る光源として設けられるものであり、容積脈波信号に対
して十分に高い周波数で発振する発振器1により点滅駆
動される。
The light emitting diode 2 is provided as a light source for irradiating the living body 6 with light, and is driven to blink by the oscillator 1 which oscillates at a sufficiently high frequency with respect to the volume pulse wave signal.

【0022】フォトダイオード3は、発光ダイオード2
の発光した光及び外光7が生体6を透過(または反射)
して入射した入射光量に対応した電流を発生する。
The photodiode 3 is a light emitting diode 2
Emitted light and external light 7 are transmitted (or reflected) through the living body 6
Then, a current corresponding to the amount of incident light is generated.

【0023】電流電圧変換器4は入力した電流を電圧に
変換すると共に、該変換した電圧を所定の利得で増幅し
て出力する。
The current-voltage converter 4 converts the input current into a voltage, amplifies the converted voltage with a predetermined gain, and outputs the amplified voltage.

【0024】復調器5は、発振器1の発振信号に基づい
て、電流電圧変換器4から出力された出力信号を復調す
る。すなわち、発光ダイオード2の発光した光に対応し
た信号つまり、容積脈波信号を出力する。
The demodulator 5 demodulates the output signal output from the current / voltage converter 4 based on the oscillation signal of the oscillator 1. That is, a signal corresponding to the light emitted by the light emitting diode 2, that is, a volume pulse signal is output.

【0025】電流加算器8は、一方の入力端子にフォト
ダイオード3からの出力電流を入力し、他方の入力端子
に抵抗11からの出力電流を入力し、これらの入力端子
に入力された電流を加算して出力する。
The current adder 8 inputs the output current from the photodiode 3 to one input terminal, inputs the output current from the resistor 11 to the other input terminal, and converts the current input to these input terminals. Add and output.

【0026】高域遮断フィルタ9は、入力した電流電圧
変換器4の出力信号から、高周波成分の信号を除去す
る。
The high-frequency cutoff filter 9 removes a high-frequency component signal from the input output signal of the current-voltage converter 4.

【0027】誤差増幅器10は、マイナス(−)入力端
子側に高域遮断フィルタ9の出力信号を入力し、プラス
(+)入力端子側に基準電圧12を入力し、これらの端
子に入力された2つの電圧の差を求め、この差を増幅し
た電圧を出力する。この出力信号は、誤差信号として出
力され、抵抗11を介して電流に変換された後、電流加
算器8の他方の入力端子側に入力される。上記基準電圧
は、発光ダイオード2が発光した光の光量に対応する電
流を電圧に変換し、増幅する際に、電流電圧変換器4の
動作点が飽和しない値(すなわち、利得が飽和しない
値)に設定されている。
The error amplifier 10 inputs the output signal of the high-frequency cutoff filter 9 to the minus (-) input terminal side, inputs the reference voltage 12 to the plus (+) input terminal side, and inputs to these terminals. A difference between the two voltages is obtained, and a voltage obtained by amplifying the difference is output. This output signal is output as an error signal, converted into a current via the resistor 11, and then input to the other input terminal side of the current adder 8. The reference voltage is a value at which the operating point of the current-voltage converter 4 does not saturate (that is, a value at which the gain does not saturate) when a current corresponding to the amount of light emitted by the light emitting diode 2 is converted into a voltage and amplified. Is set to

【0028】係る構成の光電容積脈波計の処理動作につ
いて説明する。発光ダイオード2は、発振器1から発振
され、脈波信号よりも十分に高い周波数の発振信号に基
づいて、点滅駆動され、発光する。この発光された光
は、生体6に入射され、生体6を反射又は透過した後、
フォトダイオード3に入射される。外光7は、生体6に
入射され、生体6を反射又は透過した後、フォトダイオ
ード3に入射される。フォトダイオード3は、生体6を
反射又は透過した光を受光し、該受光した光の光量に対
応した電流を発生する。この電流は、電流加算器8の一
方の入力端子に入力される。
The processing operation of the photoplethysmograph having the above configuration will be described. The light emitting diode 2 is oscillated from the oscillator 1, and is driven to blink and emits light based on an oscillation signal having a frequency sufficiently higher than the pulse wave signal. The emitted light is incident on the living body 6, and after being reflected or transmitted through the living body 6,
The light is incident on the photodiode 3. The external light 7 is incident on the living body 6, and is reflected or transmitted through the living body 6, and then is incident on the photodiode 3. The photodiode 3 receives the light reflected or transmitted through the living body 6, and generates a current corresponding to the amount of the received light. This current is input to one input terminal of the current adder 8.

【0029】しかし、電流加算器8の他方の入力端子に
は何も入力されていないので、電流加算器8からは、入
力した電流そのものが出力され、電流電圧変換器4に入
力される。
However, since nothing is input to the other input terminal of the current adder 8, the input current itself is output from the current adder 8 and input to the current-voltage converter 4.

【0030】電流電圧変換器4は、入力した電流を電圧
に変換し、該変換した電圧を所定の利得で増幅して出力
する。この出力信号は、フォトダイオード3が、発光ダ
イオード2の発光に起因して発生する電流信号(高周波
数成分の信号)と、フォトダイオード3が、外光7に起
因して発生する電流信号(直流成分の信号)とから形成
されている。
The current-voltage converter 4 converts the input current into a voltage, amplifies the converted voltage with a predetermined gain, and outputs the amplified voltage. The output signal includes a current signal (signal of a high frequency component) generated by the photodiode 3 due to light emission of the light emitting diode 2 and a current signal (DC signal) generated by the photodiode 3 due to external light 7. Component signal).

【0031】そして、電流電圧変換器4からの出力信号
は、高域遮断フィルタ9及び復調器5に入力される。
The output signal from the current-voltage converter 4 is input to the high-frequency cutoff filter 9 and the demodulator 5.

【0032】高域遮断フィルタ9は、入力した電圧信号
から、発光ダイオード2の点滅に起因する周波数成分
(高周波数成分)を除去して出力する。従って、この出
力信号は、外光7に起因する直流成分を主体とする信号
となる。
The high-frequency cutoff filter 9 removes a frequency component (high-frequency component) caused by the blinking of the light emitting diode 2 from the input voltage signal and outputs the signal. Therefore, this output signal is a signal mainly composed of the DC component caused by the external light 7.

【0033】高域遮断フィルタ9から出力された出力電
圧が、誤差増幅器10の一方の端子に印加されると、誤
差増幅器10は、その電圧と、既に他方の入力端子に印
加されている基準電圧との差を求め、この差を増幅した
電圧を出力する。この出力信号(すなわち誤差信号)
は、抵抗11を介して電流に変換された後、電流加算器
8の他方の入力端子に入力される。
When the output voltage output from the high-frequency cutoff filter 9 is applied to one terminal of the error amplifier 10, the error amplifier 10 applies the voltage to the reference voltage already applied to the other input terminal. Is obtained, and a voltage obtained by amplifying the difference is output. This output signal (ie, error signal)
Is converted into a current through the resistor 11 and then input to the other input terminal of the current adder 8.

【0034】すると、電流加算器8は、抵抗11を介し
て入力された電流と、フォトダイオード3が発生した電
流とを加算し電流電圧変換器4へ出力する。フォトダイ
オード3が発生した電流は、フォトダイオード3が、発
光ダイオード2の発光に起因して発生した電流(高周波
数成分の電流)と、フォトダイオード3が、外光7に起
因して発生した電流(低周波数成分の電流)とを含む電
流であるので、電流加算器8は、その電流から、抵抗1
1を介して入力された電流(直流成分の電流)を除去し
た電流、つまり、発光ダイオード2が点滅発光した光に
対応する高周波数成分の電流を出力する。
Then, the current adder 8 adds the current input through the resistor 11 and the current generated by the photodiode 3 and outputs the result to the current-voltage converter 4. The current generated by the photodiode 3 includes a current (high-frequency component current) generated by the light emission of the light emitting diode 2 by the photodiode 3 and a current generated by the external light 7 by the photodiode 3 (Current of a low frequency component), the current adder 8 calculates the resistance 1
1 to output a current obtained by removing the current (DC component current) input thereto, that is, a high frequency component current corresponding to the light emitted by the light emitting diode 2 blinking.

【0035】従って、電流電圧変換器4は、フォトダイ
オード3が出力した電流のうち、発光ダイオード2から
の光に起因する高周波数成分の電流を電圧に変換し、そ
の電圧を増幅して復調器5へ出力することになる。
Accordingly, the current-to-voltage converter 4 converts a high frequency component current resulting from the light from the light emitting diode 2 into a voltage out of the current output from the photodiode 3, amplifies the voltage, and amplifies the voltage. 5 is output.

【0036】そして、復調器5は、発振器1からの発振
信号に基づいて、入力した電圧信号を容積脈波を示す容
積脈波信号に復調し、出力する。
The demodulator 5 demodulates the input voltage signal into a volume pulse wave signal indicating a volume pulse wave based on the oscillation signal from the oscillator 1, and outputs the signal.

【0037】従って、この容積脈波計によれば、外光7
に起因する電流(すなわち、ほぼ直流成分の電流)を相
殺することにより、電流電圧変換器4へ入力する電流を
発光ダイード2の発光に起因する信号を主体とするもの
とすることができる。
Therefore, according to this plethysmograph, external light 7
(I.e., a current having a substantially DC component), the current input to the current-to-voltage converter 4 can be mainly composed of the signal resulting from the light emission of the light emitting diode 2.

【0038】つまり、外光7に起因するフォトダイオー
ド3の起電流を除去することができるので、その起電流
による電流電圧変換器4に設定された利得の飽和を抑制
し、外光7の許容範囲即ちダイナミックレンジを拡大す
ることができる。このダイナミックレンジが拡大したフ
ォトダイオード3の出力特性を図2に示す。この図2に
おいては、符号20で示される点線、即ち電流I1から
電流I2までの点線上で動作することが示されている。
That is, since the electromotive current of the photodiode 3 caused by the external light 7 can be removed, the saturation of the gain set in the current-voltage converter 4 due to the electromotive current is suppressed, and The range, that is, the dynamic range can be expanded. FIG. 2 shows the output characteristics of the photodiode 3 in which the dynamic range is expanded. FIG. 2 shows that the operation is performed on the dotted line indicated by reference numeral 20, that is, the dotted line from the current I1 to the current I2.

【0039】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、電流加算器8からは、フォトダイオード3が発生し
た電流(高周波数成分及び低周波数成分の電流)から、
抵抗11を介して入力された電流(低周波数成分の電
流)を除去した電流、つまり、発光ダイオード2が発光
した光に対応する高周波数成分の電流が出力されるの
で、その電流を入力する電流電圧変換器4に設定された
利得の飽和を抑制することができる。これは、外光7の
許容範囲即ちダイナミックレンジを拡大すると共にリニ
アリティを向上させることができるということを意味す
る。
As described above, according to the present embodiment, the current from the current adder 8 is calculated based on the current (high-frequency component and low-frequency component current) generated by the photodiode 3.
A current from which the current (low-frequency component current) input via the resistor 11 is removed, that is, a high-frequency component current corresponding to the light emitted by the light emitting diode 2 is output. The saturation of the gain set in the voltage converter 4 can be suppressed. This is The rewritable larger tolerance i.e. the dynamic range of the ambient light 7 linear
To improve the arity means that it is Rukoto.

【0040】また、本実施形態によれば、外光の許容範
囲は、電流電圧変換器4に設定される利得とは独立して
設計することが可能となる。その理由は、電流電圧変換
器4とは独立して設けられている誤差増幅器10の出力
電圧が、抵抗11を介して変換された電流(外光に起因
するフォトダイオード3の起電流)と、外光に起因する
フォトダイオード3の起電流とが、電流加算器8によっ
て相殺されるからである。
According to the present embodiment, the allowable range of the external light can be designed independently of the gain set in the current-voltage converter 4. The reason is that the output voltage of the error amplifier 10 provided independently of the current-voltage converter 4 is converted into a current converted via the resistor 11 (electromotive current of the photodiode 3 due to external light), This is because the electromotive current of the photodiode 3 caused by external light is canceled by the current adder 8.

【0041】なお、この発明は上記実施の形態に限定さ
れず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記
実施の形態においては、発光素子として発光ダイオー
ド、受光素子としてフォトダイオードを例示したが、発
光素子及び受光素子は任意であり、例えば、フォトトラ
ンジスタなどを使用することも当然可能である。
Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and applications are possible. For example, in the above embodiment, a light emitting diode and a photodiode are illustrated as the light emitting element and the light receiving element, however, the light emitting element and the light receiving element are arbitrary, and for example, a phototransistor or the like may be used.

【0042】上記実施の形態においては、フォトダイオ
ード3が出力した電流信号から、外光に起因する電流信
号成分を減算することにより、測定用の信号から外光の
影響を除去又は低減したが、また、フォトダイオード3
の出力信号から、外光に起因する信号成分を抽出するた
めの回路、抽出した信号成分をフォトダイオード3の出
力信号から減算するための回路、などの構成も任意に変
更及び応用が可能である。
In the above embodiment, the photodiode
From the current signal output by the mode 3
Signal component by subtracting the
The effect was removed or reduced, but the photodiode 3
A circuit for extracting a signal component caused by external light from the output signal of the above, a circuit for subtracting the extracted signal component from the output signal of the photodiode 3, and the like can be arbitrarily changed and applied. .

【0043】なお、この発明の光電容積脈波計によれ
ば、低電圧駆動の回路に於いても、フォトダイオードの
出力特性全体を利用する様なダイナミックレンジの設定
をすることができる。その理由は、一般的な、フォトダ
イオードの出力電流は最大でも数mA程度であり、これ
を相殺するために必要な電流の発生は、低電圧駆動回路
に於いても十分可能であるからである。
According to the photoplethysmograph of the present invention, the dynamic range can be set so as to utilize the entire output characteristics of the photodiode even in a low-voltage drive circuit. The reason for this is that the output current of a general photodiode is about several mA at the maximum, and the generation of the current necessary to cancel the output current is sufficiently possible even in a low-voltage drive circuit. .

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
信号処理により、外光に起因する信号成分が低減又は抑
圧されるので、外光の許容範囲すなわちダイナミックレ
ンジを拡大すると共にリニアリティの向上を図ることが
できる。
As described above, according to the present invention,
By the signal processing, the signal component caused by the external light is reduced or suppressed, the improvement of Rutotomoni linearity to expand the allowable range i.e. the dynamic range of the external light can FIG Rukoto.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る光電容積脈波計の一実施形態の構
成を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an embodiment of a photoplethysmograph according to the present invention.

【図2】図1の光電容積脈波計に設けられるフォトダイ
オードの出力特性を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing output characteristics of a photodiode provided in the photoplethysmograph of FIG. 1;

【図3】従来の光電容積脈波計の構成を示す構成図であ
る。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional photoelectric volume pulse wave meter.

【図4】図3に示す従来の光電容積脈波計に用いられる
回路を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a circuit used in the conventional photoplethysmograph shown in FIG.

【符号の説明】 1 発振器 2 発光ダイオード 3 フォトダイオード 4 電流電圧変換器 5 復調器 8 電流加算器 9 高域遮断フィルタ 10 誤差増幅器 11 抵抗[Description of Signs] 1 oscillator 2 light-emitting diode 3 photodiode 4 current-voltage converter 5 demodulator 8 current adder 9 high-frequency cutoff filter 10 error amplifier 11 resistance

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/02 - 5/0295 G01J 1/00 - 1/60 G01J 11/00 H03K 17/74 - 17/98 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) A61B 5/02-5/0295 G01J 1/00-1/60 G01J 11/00 H03K 17/74-17 / 98

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 生体の容積脈波の周波数よりも高い周波
数により点滅発光する発光素子と、該発光素子から発光
された光及び外光が測定対象の生体を透過及び/又は反
射した光を受光し、受光光量に対応した電流を発生する
受光素子と、該受光素子が発生した電流を電圧に変換し
て出力する変換手段と、を有する光電容積脈波計であっ
て、 前記変換手段から出力される電圧信号から、前記発光素
子の点滅による高周波の信号成分を除去する高域遮断フ
ィルタと、 前記高域遮断フィルタから出力される電圧と予め設定さ
れる基準電圧との差を増幅して出力する差動増幅手段
と、 前記差動増幅手段の出力電圧を電流信号に変換して、前
記受光素子が発生する電流から減算する手段と、 を備えることを特徴とする光電容積脈波計。
1. A light emitting element which blinks and emits light at a frequency higher than the frequency of a volume pulse wave of a living body, and receives light emitted from the light emitting element and external light transmitted and / or reflected by a living body to be measured. A photoelectric volume plethysmograph having a light receiving element for generating a current corresponding to the amount of received light, and a converting means for converting the current generated by the light receiving element into a voltage and outputting the voltage; A high-frequency cutoff filter that removes a high-frequency signal component caused by the blinking of the light emitting element from the voltage signal to be output; and amplifies and outputs a difference between a voltage output from the high-frequency cutoff filter and a preset reference voltage. And a means for converting the output voltage of the differential amplifier into a current signal and subtracting the current signal from the current generated by the light receiving element.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100806577B1 (en) 2005-09-07 2008-02-28 엘지전자 주식회사 Apparatus and Method for Measuring Biological Signals
JP2007136031A (en) * 2005-11-22 2007-06-07 Senko Medical Instr Mfg Co Ltd Detector for extubation
JP5298662B2 (en) * 2008-06-25 2013-09-25 富士通株式会社 Photoelectric pulse wave measuring apparatus and photoelectric pulse wave measuring program
JP5742884B2 (en) * 2013-05-31 2015-07-01 株式会社デンソー Biological condition detection device
JP6455994B2 (en) * 2014-06-30 2019-01-23 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. Photoplethysmographic sensor device and method
CN104224143B (en) * 2014-09-28 2016-05-04 成都金海鼎盛科技有限公司 PPG signal acquisition circuit and the acquisition method of super low-power consumption
JP2017064115A (en) * 2015-09-30 2017-04-06 株式会社東芝 Biological body measurement device and biological body measurement system

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01107734A (en) * 1987-10-20 1989-04-25 Nec Corp Volumetric sphygmograph
JP2928616B2 (en) * 1990-09-27 1999-08-03 浜松ホトニクス株式会社 Photodetector

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11107852B2 (en) 2018-03-28 2021-08-31 Seiko Epson Corporation Light receiving element having light blocking section covering at least part of amplifier circuit, light receiving module , photoelectric sensor and biological information measurement

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