JP4763179B2

JP4763179B2 - 脈拍計

Info

Publication number: JP4763179B2
Application number: JP2001270280A
Authority: JP
Inventors: 一雄加藤
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: CN1406554A; EP1290975A1; JP2003070757A; US20030045802A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、腕時計などに装備される携帯型の脈拍計に関し、詳細には、脈拍センサが皮膚に接触していない場合に脈拍数の計測を行わない脈拍計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
健康管理への関心の高まりにより、腕などに装着したまま脈拍数の計測することができる携帯用の脈拍計、例えば、脈拍計付腕時計（例えば、特開平１０−２５８０４０号参照。）が案出されている。かかる携帯用の脈拍計では、血管に向けて光や超音波を照射し、光学センサなどを含む脈拍センサを用いて血管からの反射信号を受信し、この反射信号から脈拍に相当する脈拍信号を抽出して脈拍数を求めている。
【０００３】
従来の脈拍計付腕時計では、ユーザからの入力指示により一度脈拍数計測モードに入ると、ユーザの腕等に脈拍センサを装着しているか否かにかかわらず、この脈拍センサは、駆動回路によって駆動され、脈拍検出動作を行っている。
【０００４】
ここで、脈拍センサがユーザの腕等に装着されていない場合、血管からの反射信号が小さくなるために、内臓のマイコン（例えば、ＣＰＵなど）は、受信信号の感度不足と判定し、感度を上げるために脈拍センサからの出力信号を増幅する増幅回路の増幅率を上げていく。マイコンは、このように感度不足と判定している間増幅回路の増幅率を段階的に上げていき、最終的に最大の増幅率に到達してしまう。その後、脈拍センサは、最大増幅率での脈拍検出動作を継続するという構成である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の脈拍計付腕時計にあっては、ユーザが脈拍数計測モードにしたままで脈拍センサを未装着にした場合、あるいは脈拍センサを未装着にしたままユーザが脈拍数計測モードにした場合、無駄な脈拍検出動作が行われ、電池の利用効率が低下するという問題があった。
【０００６】
脈拍センサが光又は超音波を皮膚に照射して脈拍信号を検出するタイプの場合、光や超音波を照射するための消費電力が比較的大きいため、特にこの問題は顕著となる。
【０００７】
このように脈拍計付腕時計においても問題であるのに、これが脈拍数計測の専用機器である場合には、脈拍センサが未装着あるいは装着不良時に検出動作を行うことは、この電池の利用効率の低下がさらに問題となる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされてものであり、脈拍センサが皮膚に接触していない場合に脈拍計の脈拍数計測処理を停止することができる脈拍計を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の脈拍計は、脈拍センサを駆動する駆動手段と、前記脈拍センサが皮膚に接触しているか否かを検出する接触検出手段と、前記接触検出手段により前記脈拍センサが皮膚に接触していないと検出する場合には、前記駆動手段により前記脈拍センサの駆動を停止する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、接触検出手段は、脈拍センサが皮膚に接触しているか否かを検出し、接触していないと検出する場合、制御手段は、駆動手段をして脈拍センサの駆動を停止する。ここで、皮膚に接触とは、直接的に皮膚に触れている場合だけでなく、幾分皮膚から離れているが、概ねこのセンサを装着していると考えられる状態を含む。
【００１１】
したがって、本発明によって、脈拍センサが皮膚に接触していない場合にこのセンサの駆動を停止するので、脈拍計の電池の利用効率を向上することができる。
【００１２】
また、本発明は、上記構成に、前記脈拍センサにより計測された脈拍データを表示する表示手段を更に備えてもよく、この表示手段は、前記接触検出手段により前記脈拍センサが前記皮膚に接触していないと検出する場合には、前記脈拍センサが皮膚に未接触である旨を表示してもよい。
【００１３】
さらに、本発明において、前記脈拍センサからの脈拍信号を検出しているか否かを判断する信号検出判別手段を更に備え、前記接触検出手段により前記脈拍センサが前記皮膚に接触していると検出される場合でも、前記信号検出判別手段により前記脈拍信号からの脈拍信号が検出されていないと判断されるときには、前記表示手段は、前記脈拍センサの装着位置が不適切である旨を表示するという構成としてもよい。本発明は、このような表示手段を更に備える構成としたので、ユーザの利便性を向上することができる。
【００１４】
また、本発明において、前記接触検出手段は、前記脈拍センサを備える筺体の裏側から突出する２つの電極を含み、該電極間の電位差により前記脈拍センサが前記皮膚に接触しているか否かを検出する構成としてもよく、前記接触検出手段の２つの電極は、それぞれ脈拍センサの囲み形状に突出しており、この２つの電極を前記筺体の皮膚接触側で向かい合わせて設ける構成としてもよい。囲み形状は、略半円形、略半正方形などを含む。
【００１５】
さらに、本発明において、前記接触検出手段は、前記脈拍センサが前記皮膚に接触しているか否かを所定時間で判断するように構成されてもよい。このように所定時間をもって判断することにより、瞬間的な接触不良などによって脈拍センサの駆動を停止することがないので、効率よく脈拍数を計測することができる。
【００１６】
また、本発明は、上記いずれかの構成において、脈拍センサが超音波を送受信する脈拍計として構成してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図６を参照して本発明に係る脈拍計の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態は例示として挙げるものであり、これにより本発明を限定的に解釈すべきではない。
【００１８】
図１は、本発明を適用した一実施の形態における脈拍計１の回路構成を概略的に示すブロック図である。脈拍計１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、接触検出回路１２、駆動回路１３、送信回路１４、センサ回路１５、増幅回路１６、Ａ／Ｄ変換回路１７、入力回路１８、表示駆動回路１９、表示部２０、ＲＯＭ（Read Only Memory）２１、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）２２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３、発振回路２４、及び分周回路２５から構成される。送信回路１４、センサ回路１５、増幅回路１６、及び表示部２０を除く各構成要素は、ＣＰＵ１１にバスにより接続される。
【００１９】
ＣＰＵ１１は、後述の脈拍信号検出処理及び脈拍数計測処理を実行するものであり、これらの処理プログラムはＲＯＭ２１に格納されている。入力回路１８は、ユーザが押下することができる入力ボタンなどを含み、ＲＡＭ２３は、上記処理の実行時にＲＯＭ２１に格納されている該当する処理プログラムを展開し、処理に基づく出力（例えば、脈拍数の計測結果や未接触である旨のデータ）を一時的に格納する。
【００２０】
また、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ２３に一時的に格納された処理の出力を、表示駆動回路１９を介して表示部２０に表示させる。なお、表示部２０は、この脈拍計１が脈拍計付腕時計である場合には、腕時計の文字盤にあるデジタル表示可能な液晶表示部であってもよい。
【００２１】
接触検出回路１２は、脈拍信号検出処理において、ユーザの皮膚に脈拍計１が接触しているか否かを検出するための回路であり、図２に示されるように、２つの電極Ａ及びＢを含む。駆動回路１３は、ＣＰＵ１１からの指示により送信回路１４を駆動・停止するものであり、送信回路１４は、ユーザの皮膚下の血管に向けて光を照射する発光ダイオードのような発信子を含み、その発信子は超音波を出力するものでもよい。
【００２２】
センサ回路１５は、送信回路１４から照射された光又は超音波が血管で反射する反射信号を検出するフォトダイオードのような受信子を含み、この反射信号を増幅回路１６に出力するものである。増幅回路１６は、センサ回路１５から入力された入力信号をＣＰＵ１１によって指示される所定の倍率に増幅し、Ａ／Ｄ変換回路１７に出力するものである。そして、Ａ／Ｄ変換回路１７は、この入力信号をＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ１１を介してそのデジタルデータをＲＡＭ２３に出力するものである。
【００２３】
図２は、本発明における脈拍計１の脈拍センサモジュール構造を概略的に示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は裏面の変形例を示す図である。これらの図において、接触検出回路１２に含まれる電極Ａ及びＢは、一方がこの回路のグランド（接地）となり、もう一方が高抵抗でプルアップされた入力回路と接続される。電極の接続の一例が図３に示される。
【００２４】
図３は、本発明における接触検出回路１２の２つの電極の回路構成を示し、ここでは高抵抗として１８ＭΩのものが用いられる。２つの電極がともに皮膚に触れると、皮膚を通して放電することにより両電極間の電圧が低下する。ＣＰＵ１１は、ゲートを通して電圧が低（Ｌｏｗ）であることを検出すると、脈拍センサが皮膚に接触しているものと判断する。
【００２５】
また、図２では、脈拍センサの発信子及び受信子が示される。皮膚に向けて光を照射する場合、例えば、発信子として発光ダイオード、受信子としてフォトダイオードを用いることができ、受信した光から脈拍に相当する脈拍信号を検出して脈拍数を計測する。それに対し、超音波を照射するタイプでは、脈拍が血流束であることを利用する。すなわち、流れる血により血管が伸縮するときにおける反射波のドップラー効果を利用して超音波の周波数変化を検出することにより脈拍数を計測される。
【００２６】
本発明の他の実施の形態は、図２（ｃ）において、図２（ｂ）の各素子の配置の変形例として示される。この図では、脈拍計１は、半円の円周形状に突出した２つの電極を向かい合わせて配置され、その円周内に発信子及び受信子を設けられた構成である。このように２つの電極で発信子及び受信子を囲むことにより、脈拍数計測時において受信子が外部光の外乱の影響を受けることを防ぐこと、すなわち遮光することができる。
【００２７】
なお、２つの電極の形状は、上記の例に限られず、受信子が外部光の外乱の影響を受けることを防ぐことが可能であり、筺体の裏面に収まる形状・大きさであればどのようなものでもよい。ただし、脈拍センサが的確に接触しているか否かを判断するためには、これらの電極は、少なくとも発振子及び受信子よりも外側に配置された方がよい。
【００２８】
次に、図４及び図５のフローチャートを用いて本実施の形態における脈拍計１の動作を説明する。まず、脈拍計１の脈拍信号検出処理を説明する。図４は、本発明を適用した一実施の形態における脈拍信号検出処理のフローチャートを示す。ユーザの入力回路１８による入力指示により（脈拍数計測処理における１２８Ｈｚ割込に対応する）、脈拍信号検出処理は開始される。
【００２９】
ステップＳ１において、ＣＰＵ１１は、接触検出回路１２によって検出される電極間の電位差ＶｗがＬｏｗであるか否かを判断する。Ｌｏｗである場合、ＣＰＵ１１は、fl_off＝０と設定してＲＡＭ２３にこのデータを格納し（ステップＳ２）、駆動回路１３を介して送信回路１４及びセンサ回路１５をＯＮにして（ステップＳ３）、ステップＳ７に移行する。
【００３０】
一方、ＶｗがＬｏｗでない場合、ステップＳ４に移行し、ＣＰＵ１１は、その状態が１秒以上継続するか否かを判断する。ここで、ＣＰＵ１１は、ＶｗがＬｏｗでない状態が１秒以上継続するとき脈拍センサが皮膚に接触していないと判断し、１秒以下の場合はこのセンサが瞬間的に浮いた状態であると判断する。しかしながら、接触検出のための継続時間は、使用に際しユーザが不快になるほど待たされる等の問題がない範囲であればよく、１秒のみならず２から３秒としてもよい。
【００３１】
ステップＳ４において、ＣＰＵ１１は、１秒以上継続していないと判断される場合には、fl_off＝１と設定してＲＡＭ２３にこのデータを格納してから（ステップＳ５）、そして、１秒以上継続していると判断する場合にはそのまま、表示駆動回路１９を駆動して表示部２０に「未接触」である旨を表示させ（ステップＳ６）、脈拍信号検出処理を終了する。
【００３２】
ステップＳ７において、ＣＰＵ１１は、センサ回路１５の出力電圧Ｖsenが１０ｍＶより小さいか否かを判断する。１０ｍＶより小さいと判断された場合には、ステップＳ８において、ＣＰＵ１１は、増幅回路１６の増幅率が最大であるか否かを判断し、それが最大でないときには増幅率をアップして（ステップＳ９）、ステップＳ１１に移行する。逆に増幅率が最大であるときには、ＣＰＵ１１は、表示駆動回路１９を駆動して表示部２０に「装着不良」である旨を表示させ（ステップＳ１０）、駆動回路１３により脈拍センサをＯＦＦにして（ステップＳ１５）、この脈拍信号検出処理を終了する。
【００３３】
一方、ステップＳ７でＶsenが１０ｍＶより小さくないと判断された場合、ステップＳ１１において、ＣＰＵ１１は、Ｖsenが２Ｖよりも大きいか否かを判断する。２Ｖよりも大きいと判断された場合には、ステップＳ１２において、ＣＰＵ１１は、増幅回路１６の増幅率が最小であるか否かを判断し、それが最小でない場合には増幅率をダウンして（ステップＳ１３）、脈拍信号検出処理を終了する。逆に増幅率が最小である場合、ＣＰＵ１１は、表示駆動回路１９を駆動して表示部２０に「レンジオーバ」である旨を表示させ（ステップＳ１４）、駆動回路１３により脈拍センサをＯＦＦにして（ステップＳ１５）、この脈拍信号検出処理を終了する。一方、Ｖsenが２Ｖよりも大きくないと判断された場合には、そのまま脈拍信号検出処理を終了する。
【００３４】
なお、説明の繰り返しを避けるために増幅回路１６の増幅率のアップ・ダウンは一段階のループとしたが、ＣＰＵ１１がより正確に判断するためには多段階で制御すべきである。
【００３５】
次いで、脈拍計１の脈拍数計測処理を説明する。図５は、本発明を適用した一実施の形態における脈拍数計測処理を示すフローチャートである。ステップＳ１６において、ＣＰＵ１１は、１２８Ｈｚの割込があるか否かを判断し、割込があるまでステップＳ１６で待機し、割込があった場合には、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ２１に格納された該当プログラムをＲＡＭ２３に展開し、上述の脈拍信号検出処理を実行し（ステップＳ１７）、ステップＳ１８に移行する。
【００３６】
ステップＳ１８において、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ２３に格納されたfl_offが１であるか否かを判断する。fl_offが１の場合には、ＣＰＵ１１は、t_frm＝０、ct＝０と設定して（ステップＳ２０及びＳ２１）、ステップＳ１６に戻る。一方、fl_offが１でない場合には、ＣＰＵ１１は、ct＝ct＋１に設定し（ステップＳ１９）、ステップＳ２２に移行する。
【００３７】
ステップＳ２２において、ＣＰＵ１１は、ctが１２８であるか否かを判断する。ctが１２８である場合、ＣＰＵ１１は、t_frm＝t_frm＋１と設定し（ステップＳ２３）、そうでない場合はそのままでステップＳ２４に移行する。
【００３８】
ステップＳ２４において、ＣＰＵ１１は、t_frmが８以上であるか否かを判断する。t_frmが８未満の場合には、ＣＰＵ１１はステップＳ１６に戻り、上記処理を繰り返す。t_frmが８以上の場合には、ＣＰＵ１１は、t_frm＝０、ct＝０と設定し（ステップＳ２５及びＳ２６）、それらの設定値に基づいて高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理を実行する（ステップＳ２７）。そして、ＣＰＵ１１は、表示駆動回路１９を駆動して表示部２０に計測された脈拍数を表示させ（ステップＳ２８）、この脈拍数計測処理を終了する。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態では、脈拍計１は、送信回路１４を駆動する駆動回路１３と、脈拍センサが皮膚に接触しているか否かを検出する接触検出回路１２と、これらを制御するＣＰＵ１１及び各処理プログラムが格納されるＲＯＭ２１とを備え、脈拍センサが皮膚に接触していないと検出される場合には、ＣＰＵ１１は、駆動回路１３により脈拍センサの駆動を停止し、接触していると検出される場合でも、センサ回路１５の出力が感度不足であるときには、増幅回路１６の増幅率から脈拍センサが装着不良であるか否かを判断し、その判断に基づいて駆動回路１３により脈拍センサの駆動を停止する構成とした。この結果、この脈拍計１により脈拍計の電池の利用効率を向上することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の脈拍計によれば、脈拍センサが皮膚に接触していない場合、あるいは装着不良である場合には当該センサの駆動を停止することができるので、脈拍計の電池の利用効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態における脈拍計の回路構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した一実施の形態における脈拍計の脈拍センサモジュール構造の概念図であり、（ａ）は側面を、（ｂ）は裏面を、そして、（ｃ）は裏面における各素子の配置の変形例を示す図である。
【図３】本発明を適用した一実施の形態における接触検出回路の回路構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明を適用した一実施の形態においてＣＰＵが実行する脈拍信号検出処理のフローチャートを示す。
【図５】本発明を適用した一実施の形態においてＣＰＵが実行する脈拍数計測処理のフローチャートを示す。
【符号の説明】
１脈拍計
１１ＣＰＵ
１２接触検出回路
１３駆動回路
１４送信回路
１５センサ回路
１６増幅回路
１９表示駆動回路
２０表示部

Claims

脈拍センサを駆動する駆動手段と、
前記脈拍センサが皮膚に接触しているか否かを検出する接触検出手段と、
前記脈拍センサからの脈拍信号を検出しているか否かを判断する信号検出判別手段と、
前記接触検出手段により前記脈拍センサが前記皮膚に接触していないと判断され、かつ、前記信号検出判別手段により前記脈拍信号が検出されていないと判断された場合に前記駆動手段により前記脈拍センサの駆動を停止するとともに、前記接触検出手段により前記脈拍センサが前記皮膚に接触していると判断され、かつ、前記信号検出判別手段により前記脈拍信号が検出されたと判断された場合に前記駆動手段により前記脈拍センサを駆動する制御手段と
を備えることを特徴とする脈拍計。
前記接触検出手段は、前記脈拍センサが前記皮膚に接触しているか否かを前記皮膚との接触継続時間で判断することを特徴とする請求項１に記載の脈拍計。
前記接触検出手段は、前記脈拍センサの前記皮膚との接触側に２つの電極を備え、
該２つの電極間の電位差により前記脈拍センサが前記皮膚に接触しているか否かを検出することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の脈拍計。
前記２つの電極は、前記脈拍センサを囲むように互いに対向して設けられるとともに、前記脈拍センサに対して突出して形成されることを特徴とする請求項３に記載の脈拍計。
前記脈拍センサにより計測された脈拍データを表示する表示手段を備え、
前記表示手段は、前記脈拍センサが前記皮膚に接触していないと判断された場合、及び前記脈拍信号が検出されていないと判断された場合には、前記脈拍センサが検出不適である旨を表示することを特徴とする請求項１に記載の脈拍計。
前記脈拍センサは、超音波を前記皮膚下の血管に対して送受信することにより脈拍数を計測することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の脈拍計。