JPH10258038A - 脈波検出装置および脈拍計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脈波波形からノイズ成分を適切に除去した脈
波信号を得るとともに、当該脈波信号に基づいて高い精
度で脈拍数を求める。 【解決手段】 脈波検出用センサユニット３０からの脈
波信号はバッファ５０３に一時格納される。インパルス
ノイズ検出手段５０５によって、バッファ５０３上の脈
波信号中にインパルスノイズが検出されると、第１のデ
ジタルフィルタ５０６の通過帯域は、前回の脈拍数に相
当する周波数を中心にした山型となり、バッファ５０３
から出力される脈波信号中のインパルスノイズが低減さ
れる。その後、第２のデジタルフィルタ５０７および第
３のデジタルフィルタ５０８によって、脈波信号中の全
体的なノイズおよび体動成分が低減された後に、周波数
解析部５０９によって周波数解析され、この解析結果か
ら脈拍数が算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、脈波を検出する
脈波検出装置、および当該脈波検出装置を用いた脈拍計
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、脈波を検出して脈拍数を算出
・告知する脈拍計が市販されている。この種の脈拍計
は、人体の被測定部位に近接配置された脈波検出用セン
サからの出力信号（脈波信号）を用いて脈拍数を算出す
る。脈拍数の算出方法としては、以下に述べる矩形波処
理による方法および周波数分析による方法が知られてい
る。

【０００３】（Ａ）矩形波処理による方法 矩形波処理による方法では、脈波信号を矩形波に変換
し、この矩形波の周期を測定して脈拍数（周期の逆数に
比例）を算出する。すなわち、脈波信号のレベルの変動
をそのまま時間領域で調べることによって脈拍数を算出
しており、少ない演算量かつ小規模な回路構成で脈拍数
を算出することができるという特徴がある。

【０００４】（Ｂ）周波数分析による方法 周波数分析による方法では、脈波信号を周波数解析し、
その結果として得られるスペクトラムにおける最大レベ
ルのスペクトルを抽出し、当該スペクトルの周波数から
脈拍数を算出する。すなわち、脈波信号に対して周波数
領域でのレベル比較を行って脈拍数を算出している。な
お、周波数解析方法としては、通常、ＦＦＴが採用され
る。

【０００５】ところで、脈波検出用センサの出力には脈
波成分以外のノイズが重畳することがある。ここで重畳
するノイズは、定常ノイズとは限らないので、入力段に
アナログフィルタを設けただけでは、その影響を十分に
取り除くことができない。そこで、本出願人は、以下に
述べるノイズの影響を低減する処理〜を提案してい
る。

【０００６】インパルスノイズ消去処理 ここでいうインパルスノイズとは、突発的に発生するノ
イズの総称であり、このインパルスノイズが重畳した脈
波信号の一例を図１１に示す。なお、図１１（ａ）には
時間領域における脈波信号が、図１１（ｂ）には当該脈
波信号にＦＦＴ処理を施して得られるスペクトラムが示
されている。図から明らかなように、インパルスノイズ
が重畳したために、図１１（ａ）中の期間ｔ１〜ｔ２に
おいて脈波信号が異常に変化し、図１１（ｂ）において
は、脈波の基本波を表すスペクトルＳＰよりも高レベル
のスペクトルが存在している。前述したように、周波数
分析による方法では、最も高レベルのスペクトルに基づ
いて脈拍数を算出するので、図に示すようなインパルス
ノイズが重畳した脈波信号に対して周波数分析を行って
も正確な脈拍数を算出することはできない。

【０００７】そこで、本出願人は、上述したインパルス
ノイズの発生原因となる事象の有無を監視し、その監視
結果に基づいて、インパルスノイズが重畳する虞がある
場合には、脈波信号中のインパルスノイズを含む区間
（例えば図１１（ａ）中の期間ｔ１〜ｔ２）にダミー信
号を挿入した後に周波数分析を行う装置を提案している
（詳しくは、特願平７−２７３２３８号の特許願に添付
した明細書および図面参照）。この装置によれば、例え
ば、図１２（ａ）に示すように、インパルスノイズが重
畳していた期間ｔ１〜ｔ２に値が０のダミー信号が挿入
されるので、図１２（ｂ）に示すように、ＦＦＴ処理の
結果として得られるスペクトラムにおいて、脈波の基本
波を表すスペクトルＳＰが最も高レベルのスペクトルと
なる。なお、図１２から明らかなように、上述した装置
は周波数分析を前提としている。

【０００８】ウィンドウ処理 通常、脈波（脈拍数）の変化は連続的であり、前回の検
出値から大きくずれる可能性は低い。このことを利用し
て、前回の検出値に一定の係数を掛けて今回の検出値の
適正な範囲（ウィンドウ）を設定し、範囲外の検出値が
得られた場合にはこれをノイズによる異常値として除去
する処理がウィンドウ処理である。なお、脈拍数に対す
るウィンドウの追従性が悪いと、図１３に示すように、
運動開始時（ｔ１）などの脈拍数が急激に変化し得ると
きには追従できず、その結果、検出値が正常値であって
も異常値として除去されてしまうという現象が発生す
る。しかも、この現象は、ウィンドウが正しく補正され
るまで継続する。そこで、本出願人はウィンドウの追従
性を向上させる技術を提案している（詳しくは、特願平
８−２４５１１号の特許願に添付した明細書および図面
参照）。

【０００９】体動成分除去処理 前述したように、脈波検出用センサは、通常、使用者の
被測定部位に近接配置されるので、使用者が運動してい
る場合には、その体動成分が脈波信号に重畳してしま
う。ここで、このような体動成分が重畳した脈波信号に
ＦＦＴ処理を施して得られるスペクトラムを図１４
（ａ）に例示する。この図に示す例では、図中左側のス
ペクトル群が脈波成分、右側のスペクトル群が体動成分
であり、いずれの群のスペクトルも同等程度のレベルと
なっている。もちろん、図１４（ａ）は一例にすぎず、
場合によっては、体動成分のスペクトル中に最も高レベ
ルのスペクトルが存在することも有り得る。したがっ
て、体動成分が重畳した脈波信号に対して周波数分析を
行っても正確な脈拍数を算出することはできない。

【００１０】そこで、本出願人は、体動検出用センサを
設け、図１４（ａ）に示すスペクトラムから、当該体動
検出用センサの出力信号（体動信号）にＦＦＴ処理を施
して得たスペクトラム（図１４（ｂ））を減算し、図１
４（ｃ）に示すような脈波成分のみからなるスペクトラ
ムを得た後に、最も高レベルのスペクトルを選択する装
置を提案している（詳しくは、特開平７−２７３２３８
号公報参照）。この装置によれば、図から明らかなよう
に、選択されるスペクトルは、脈波の基本波を表すスペ
クトルＳＰとなる。なお、スペクトラムの減算を行うこ
とから明らかなように、上述した装置は周波数分析を前
提としている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、のインパ
ルスノイズ除去処理では、インパルスノイズの発生原因
となる事象、例えば、腕時計型に適用した場合にはバッ
クライトの点灯やアラームの鳴鐘などを予め設定してお
き、設定された事象発生時に脈波信号にダミー信号を挿
入している。しかしながら、一般的なインパルスノイズ
は自装置の内部状態に無関係に発生することもあり、そ
れらの全ての事象を検出することは極めて困難である。
一方、事象の発生に関わらずにダミー信号を挿入するよ
うにすれば、インパルスノイズを完全に除去することが
できるが、本来の脈波成分も全て除去されてしまう。す
なわち、の処理だけでは本来の脈波成分への影響を最
小に抑制しつつ全てのインパルスノイズを除去すること
は困難である。

【００１２】また、のウィンドウ処理では、ウィンド
ウ外の検出値は除去されるので、ウィンドウの変化が脈
拍の変化に追従できない場合（例えば不整脈が発生した
場合）には、正当な検出値が異常値として除去されてし
まう。

【００１３】さらに、の体動成分除去処理では、スペ
クトラムの減算を行うようにしているが、実際には脈波
検出用センサの出力中の体動成分（図１４（ａ）中右
側）と、体動検出用センサの出力中の体動成分（図１４
（ｂ））とが完全には一致しないことがあり、このよう
な場合には、前者から後者を減算しても体動成分を完全
に除去することはできない。

【００１４】この発明はこのような背景の下になされた
もので、脈波波形からノイズ成分を適切に除去した脈波
信号を得ることができる脈波検出装置を提供することを
第１の目的とし、当該脈波検出装置を用いて脈拍数を高
い精度で求めることができる脈拍計を提供することを第
２の目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１記載の発明は、脈波を検出し脈波信号
を出力する脈波検出用センサと、前記脈波検出用センサ
から出力される脈波信号をフィルタリングして出力する
可変特性のフィルタと、前記フィルタでフィルタリング
された脈波信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出
手段と、前記脈拍数算出手段で算出された脈拍数に基づ
いて前記フィルタの特性を設定する特性設定手段とを具
備することを特徴としている。

【００１６】また、請求項２記載の脈波検出装置は、脈
波を検出し脈波信号を出力する脈波検出用センサと、前
記脈波検出用センサから出力される脈波信号をフィルタ
リングして出力する可変特性のフィルタと、体動を検出
し体動信号を出力する体動検出用センサと、前記体動検
出用センサから出力される体動信号に基づいて体動のピ
ッチを算出するピッチ算出手段と、前記ピッチ算出手段
で算出されたピッチに基づいて前記フィルタの特性を設
定する前記特性設定手段とを具備することを特徴として
いる。

【００１７】さらに、請求項３記載の脈波検出装置は、
請求項１記載のものにおいて、前記脈波センサから出力
される脈波信号を一時格納してから前記フィルタへ出力
するバッファと、前記バッファに一時格納された脈波信
号からインパルスノイズを検出するインパルスノイズ検
出手段とを具備し、前記特性設定手段は、前記インパル
スノイズ検出手段の検出結果をも加味して前記フィルタ
の特性を設定することを特徴としている。

【００１８】また、請求項４記載の脈波検出装置は、請
求項１記載のものにおいて、前記フィルタは、脈波信号
の通過レベルが基準周波数から脈波の基本波の下限周波
数および上限周波数にかけて緩やかに低くなるよう構成
されており、前記特性設定手段は、前記基準周波数を設
定することで前記フィルタの特性を設定することを特徴
としている。

【００１９】さらに、請求項５記載の脈波検出装置は、
請求項１または３あるいは４記載のものにおいて、前記
特性設定手段は、前記フィルタに設定する特性を前記脈
拍数算出手段で算出された脈拍数の変動状況に応じて変
更することを特徴としている。また、請求項６記載の脈
波検出装置は、請求項２記載の脈波検出装置において、
前記特性設定手段は、前記フィルタに設定する特性を前
記ピッチ算出手段で算出されたピッチの変動状況に応じ
て変更することを特徴としている。

【００２０】さらに、請求項７記載の脈拍計は、請求項
１、３、４または５記載の脈波検出装置を備え、前記脈
拍数算出手段で算出された脈拍数を告知する告知手段を
具備することを特徴としている。また、請求項８記載の
脈拍計は、請求項２または６記載の脈波検出装置を備
え、前記フィルタでフィルタリングされた脈波信号に基
づいて脈拍数を算出する脈拍数算出手段と、前記脈拍数
算出手段で算出された脈拍数を告知する告知手段とを具
備することを特徴としている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。なお、本実施形態による
脈拍計は、一般的なデジタル腕時計としての機能を備え
ており、時計モードと脈拍計モードとを切り替えて使用
される。

【００２２】Ａ：実施形態の構成 Ａ−１：全体構成 図１は同脈拍計の装着態様を示す図であり、腕時計構造
を有する装置本体１０と、この装置本体１０に接続され
るケーブル２０と、このケーブル２０の先端側に設けら
れた脈波検出用センサユニット（脈波検出用センサ）３
０とから大略構成されている。装置本体１０には、腕時
計における１２時方向から腕に巻きついてその６時方向
で固定されるリストバンド１２が設けられ、このリスト
バンド１２によって、装置本体１０は、腕に着脱自在に
なっている。脈波検出用センサユニット３０は、センサ
固定用バンド４０によって遮光されながら人差し指の根
元に装着されている。脈波検出用センサユニット３０を
指の根元に装着する理由としては、ケーブル２０の短縮
化による運動時の障害除去と外気の影響の低減が挙げら
れる。

【００２３】Ａ−２：脈拍計本体の構成 図２は、本脈拍計の装置本体をリストバンドやケーブル
などを外した状態で示す平面図、図３は、本脈拍計を３
時の方向から眺めた側面図である。図２において、装置
本体１０は、樹脂製の時計ケース１１（本体ケース）を
備えており、この時計ケース１１の表面側には、現在時
刻や日付に加えて、脈拍数などの脈波情報などを表示す
る液晶表示装置１３（表示装置）が構成されている。こ
の液晶表示装置１３には、表示面の左上側に位置する第
１のセグメント表示領域１３１、右上側に位置する第２
のセグメント表示領域１３２、右下側に位置する第３の
セグメント表示領域１３３、及び左下側に位置するドッ
ト表示領域１３４が設けられており、ドット表示領域１
３４には各種の情報をグラフィック表示することができ
る。

【００２４】時計ケース１１の内部には、脈波検出用セ
ンサユニット３０による検出結果（脈波信号）に基づい
て脈拍数の変化などを液晶表示装置１３で表示するため
に、この表示装置に対する制御や検出信号に対する信号
処理などを行う制御部５が設けられている。制御部５に
は、計時回路も構成されているため、通常時刻、ラップ
タイム、スプリットタイムなども液晶表示装置１３に表
示可能である。また、時計ケース１１の外周部及び表面
部には、時刻合わせ、モードの切換、ラップタイムや脈
波情報の計測を開始する旨の外部操作などを行うための
ボタンスイッチ１１１〜１１７が設けられている。

【００２５】腕装着型脈波計測装置１の電源は、時計ケ
ース１１に内蔵されているボタン形の電池５９であり、
ケーブル２０は、電池５９から脈波検出用センサユニッ
ト３０に電力を供給するとともに、脈波検出用センサユ
ニット３０の検出結果を時計ケース１１の制御部５に入
力している。なお、脈拍計１では、手首の屈曲の自由度
の確保と転倒時における手の甲の保護のために、装置本
体１０の大型化の方向を３時及び９時の方向とし、さら
に腕時計における９時の方向に大きな張出部分１０１を
有するよう構成し、加えてリストバンド１２を３時の方
向側に偏った位置で接続するようにしている。

【００２６】また、時計ケース１１の内部において、電
池５９に対して９時の方向には、ブザー用（報知音発生
用）の扁平な圧電素子５８が配置されている。電池５９
は、圧電素子５８に比較して重いため、装置本体１０の
重心位置は、３時の方向に偏るが、この偏った側にリス
トバンド１２を接続して装着状態を安定化している。さ
らに、電池５９と圧電素子５８とを面方向に配置したこ
とによって本体１０の薄型化を、裏面部１１９に電池蓋
１１８を設けたことによって電池５９の交換の容易化を
実現している。

【００２７】Ａ−３：脈拍計本体の腕への装着構造 図３において、時計ケース１１の１２時の方向には、リ
ストバンド１２の端部に取り付けられた止め軸１２１を
保持するための連結部１０５が形成されている。時計ケ
ース１１の６時の方向には、腕に巻かれたリストバンド
１２か長さ方向の途中位置で折り返されるとともに、こ
の途中位置を保持するための留め具１２２が取り付けら
れる受け部１０６が形成されている。

【００２８】装置本体１０の６時の方向において、裏面
部１１９から受け部１０６に至る部分は、時計ケース１
１と一体に成形されて裏面部１１９に対して約１１５゜
の角度をなす回転止め部１０８になっている。すなわ
ち、リストバンド１２によって装置本体１０を右の手首
Ｌ（腕）の上面部Ｌ１（手の甲の側）に位置するように
装着したとき、時計ケース１１の裏面部１１９は、手首
Ｌの上面部Ｌ１に密着する一方、回転止め部１０８は、
榛骨Ｒのある側面部Ｌ２に当接する。この状態で、本体
１０の裏面部１１９は、榛骨Ｒと尺骨Ｕを跨ぐ感じにあ
る一方、回転止め部１０８と裏面部１１９との屈曲部分
１０９から回転止め部１０８にかけては、榛骨Ｒに当接
する感じになる。このように、回転止め部１０８と裏面
部１１９とは、約１１５゜という解剖学的に理想的な角
度をなしているため、本体１０を矢印Ａの方向に、ま
た、装置本体１０を矢印Ｂの方向に回そうとしても、本
体１０はそれ以上不必要にずれない。また、裏面部１１
９及び回転止め部１０８によって腕の回りの片側２カ所
で装置本体１０の回転を規制するだけであるため、腕が
細くても、裏面部１１９及び回転止め部１０８は確実に
腕に接するので、回転止め効果が確実に得られる一方、
腕が太くても窮屈な感じがない。

【００２９】Ａ−４：脈波検出用センサユニットの構成 図４は、本実施形態における脈波検出用センサユニット
の断面図である。図４において、脈波検出用センサユニ
ット３０は、そのケース体としてのセンサ枠３６の裏側
に蓋３０２が被されることによって、内側に部品収納空
間３００が構成されている。部品収納空間３００の内部
には、回路基板３５が配置されている。回路基板３５に
は、ＬＥＤ３１、フォトトランジスタ３２、その他の電
子部品が実装されている。脈波検出用センサユニット３
０には、ブッシユ３９３によってケーブル２０の端部が
固定され、ケーブル２０の各配線は、各回路基板３５の
パターン上にはんだ付けされている。ここで、脈波検出
用センサユニット３０は、ケーブル２０が指の根元割か
ら装置本体１０の側に引き出されるようにして指に取り
付けられる。従って、ＬＥＤ３１及びフォトトランジス
タ３２は、指の長さ方向に沿って配列されることにな
り、そのうち、ＬＥＤ３１は指の先端側に位置し、フォ
トトランジスタ３２は指の根元の方に位置するので、外
光がフォトトランジスタ３２に届き難くなっている。

【００３０】脈波検出用センサユニット３０では、セン
サ枠３６の上面部分（実質的な脈波信号検出部）にガラ
ス板からなる透光板３４によって光透過窓が形成され、
この透光板３４に対して、ＬＥＤ３１及びフォトトラン
ジスタ３２は、それぞれ発光面及び受光面を透光板３４
の方に向けている。このため、透光板３４の外側表面３
４１（指表面との接触面／センサ面）に指表面を密着さ
せると、ＬＥＤ３１は、指表面の側に向けて光を発する
ことになり、フォトトランジスタ３２は、ＬＥＤ３１が
発した光のうち指の側から反射してくる光を受光するこ
とになる。ここで、透光板３４の外側表面３４１と指表
面との密着性を高めるために、透光板３４の外側表面３
４１は、その周囲部分３６１から突出するよう構成され
ている。

【００３１】本実施形態では、ＬＥＤ３１として、Ｉｎ
ＧａＮ系（インジウム−ガリウム−窒素系）の青色ＬＥ
Ｄを用いており、その発光スペクトルは、４５０ｎｍに
発光ピークを有し、その発光波長領域は、３５０ｎｍか
ら６００ｎｍまでの範囲にある。かかる発光特性を有す
るＬＥＤ３１に対応させて、本実施形態では、フォトト
ランジスタ３２として、ＧａＡｓＰ系（ガリウム−砒素
−リン系）のフォトトランジスタを用いてあり、その素
子自身の受光波長領域は、主要感度領域が３００ｎｍか
ら６００ｎｍまでの範囲にあって、３００ｎｍ以下にも
感度領域がある。

【００３２】このように構成した脈波検出用センサユニ
ット３０を、センサ固定用バンド４０によって指の根元
に装着し、この状態で、ＬＥＤ３１から指に向けて光を
照射すると、この光が血管に届いて血液中のヘモグロビ
ンによって光の一部が吸収され、一部が反射する。指
（血管）から反射してきた光は、フォトトランジスタ３
２によって受光され、その受光圧変化が血圧変化（血液
の脈波）に対応する。すなわち、血量が多いときには、
反射光が弱くなる一方、血圧が少なくなると、反射光が
強くなるので、反射光強度の変化を検出すれば、脈拍数
などを計測することができる。

【００３３】本実施形態では、発光波長領域が３５０ｎ
ｍから６００ｎｍまでの範囲にあるＬＥＤ３１と、受光
波長領域が３００ｎｍから６００ｎｍまでの範囲のフォ
トトランジスタ３２とを用いてあり、その重なり領域で
ある約３００ｎｍから約６００ｎｍまでの波長領域、す
なわち、約７００ｎｍ以下の波長領域における検出結果
に基づいて脈波情報を表示する。かかる脈波検出用セン
サユニット３０を用いれば、外光が指の露出部分にあた
っても、外光に含まれる光のうち波長領域が７００ｎｍ
以下の光は、指を導光体としてフォトトランジスタ３２
（受光部）にまで到達しない。外光に含まれる波長領域
が７００ｎｍ以下の光は、指を透過しにくい傾向にある
ため、外光かセンサ固定用バンド４０で覆われていない
指の部分に照射されても、点線Ｘで示すように、指を通
ってフォトトランジスタ３２まで届かないからである。
また、血液中のヘモグロビンは、波長が３００ｎｍから
７００ｎｍまでの光に対する吸光係数が大きいので、約
７００ｎｍ以下の波長領域の光を利用することにより、
Ｓ／Ｎ比の高い脈波信号を得ることができる。

【００３４】Ａ−５：脈拍計本体と脈波検出用センサユ
ニットとの接続構造 図１及び図３に示したように、本体１０の６時の方向に
おいて、回転止め部１０８として延設されている部分の
表面側には、コネクタ部７０が構成され、そこには、ケ
ーブル２０の端部に構成されたコネクタピース８０を着
脱できるようになっている。従って、コネクタピース８
０をコネクタ部７０から外せば、脈波計１を通常の腕時
計やストップウオッチとして用いることができる（この
際には所定のコネクタカバーを装着してコネクタ部７０
を保護する）。

【００３５】Ａ−６：制御部の構成 次に、本脈拍計１の制御部５の構成について説明する
が、時計機能に関する部分については周知であるので、
当該部分を除いた脈拍計機能に関する部分についてのみ
説明する。

【００３６】図５は、本脈拍計の本体内部に構成されて
いる制御部５の要部の構成を示すブロック図であり、こ
の図に示すように、脈拍計の本体内部には加速度センサ
などの体動検出用センサ１０１が設けられており、制御
部５は、当該体動検出用センサ１０１の検出結果（体動
信号）と脈波検出用センサ３０の検出結果（脈波信号）
に基づいて、脈拍数と運動のピッチとを求めるための構
成を備えている。

【００３７】制御部５において、５０１は脈波検出用セ
ンサユニット３０の検出結果（脈波信号）を増幅して出
力する脈波信号増幅回路、５０２は脈波信号増幅回路５
０１の出力（アナログ電圧信号）を所定ビットのデジタ
ル信号（例えば、−１２７〜１２７）に変換して出力す
るＡ／Ｄ変換器、５０３はＡ／Ｄ変換器５０２の出力を
一時格納して出力するバッファである。なお、バッファ
５０３の容量は、後段の周波数分析での検出時間（例え
ば１６秒）に対応して適宜設定されるものであり、ここ
では、４秒相当の検出値を格納可能であるものとする。
なお、バッファ５０３上の４秒相当の検出値は、後述す
るインパルスノイズの検出処理の終了後すぐに出力され
るので、この４秒が装置全体の遅延時間に影響を与える
ことはほとんどない。

【００３８】５０５はインパルスノイズ検出手段であ
り、バッファ５０３に格納されている検出値がインパル
スノイズによる影響を受けているか否かを判定し、判定
結果を出力する。上記判定の手法は任意であるが、ここ
では、バッファ５０３上の全検出値数に対する所定の範
囲外の検出値の割合が所定のしきい値を超過した場合に
“１”を、それ以外の場合に“０”を判定結果として出
力するものとする。

【００３９】５０６〜５０８は第１〜第３のデジタルフ
ィルタであり、バッファ５０３から出力される脈波信号
に対して、順に、インパルスノイズの除去処理、疑似ウ
ィンドウ処理、体動成分除去処理を施す。各デジタルフ
ィルタとしては、例えばＦＩＲフィルタが好適に用いら
れる。なお、各デジタルフィルタの処理の内容について
は後に詳述する。また、５０９は第３のデジタルフィル
タ５０８から出力される脈波信号に対して周波数解析
（例えばＦＦＴ処理）を施し、その結果（スペクトラ
ム）を出力する周波数解析部であり、図示を略すが、デ
ジタルフィルタ５０８からの脈波信号を所定の検出時間
（例えば１６秒）だけ記憶可能な記憶手段を備えてい
る。

【００４０】一方、５１０は体動検出用センサ１０１の
検出結果（体動信号）を増幅して出力する体動信号増幅
回路、５１１は体動信号増幅回路５１０の出力（アナロ
グ電圧信号）を所定ビットのデジタル信号（例えば、−
１２７〜１２７）に変換して出力するＡ／Ｄ変換器、５
１２はＡ／Ｄ変換器５１１の出力を一時格納して出力す
るバッファであり、バッファ５０３と同一の容量を有す
る。

【００４１】５１３は周波数解析部５０９と同一構成の
周波数解析部であり、バッファ５１２から出力される体
動信号に対して周波数解析（例えばＦＦＴ処理）を施
し、その結果（スペクトラム）を出力する。なお、通
常、各周波数解析部５０９，５１３の記憶手段は同一の
メモリ（例えばＲＡＭ）上に設けられる。

【００４２】５１４は脈波信号増幅回路５０１からの脈
波信号を矩形波に変換して出力する脈波矩形波処理手
段、５１５は体動信号増幅回路５１０からの体動信号の
振幅が所定値（例えば５０［ｍＶ］）を超過した場合に
体動検出信号を出力する体動信号検出手段、５１６は各
周波数解析部５０９，５１３の出力結果から脈拍に対応
する周波数および体動のピッチに対応する周波数を抽出
して出力する脈波・体動成分抽出手段、５１７は脈波矩
形波処理手段５１４からの矩形波信号と、脈波・体動成
分抽出手段５１６からの各周波数とを入力し、脈拍数お
よびピッチの算出のための信号を出力する演算方法切替
手段であり、体動信号検出手段５１５からの体動検出信
号に基づいて、後段へ出力する信号を切り替える。な
お、体動のピッチに対する周波数（体動の基本波の周波
数）を求める処理については、動作の説明において詳述
する。

【００４３】演算方法切替手段５１７は、体動信号検出
手段５１５から体動無し信号を受け取ると、脈波矩形波
処理手段５１４からの矩形波信号と脈波・体動成分抽出
手段５１６で抽出された体動のピッチに対応した周波数
とを後段へ出力するとともに、Ａ／Ｄ変換器５０２、バ
ッファ５０３、インパルスノイズ検出手段５０５、第１
〜第３のデジタルフィルタ５０６〜５０８、周波数解析
部５０９の動作を停止させる。一方、体動信号検出手段
５１５から体動有り信号を受け取ると、Ａ／Ｄ変換器５
０２、バッファ５０３、インパルスノイズ検出手段５０
５、第１〜第３のデジタルフィルタ５０６〜５０８、周
波数解析部５０９の動作を開始させ、演算方法切替手段
５１７は、以後、脈波・体動成分抽出手段５１６からの
各周波数を後段へ出力する。

【００４４】また、５１８は演算方法切替手段５１７を
介して供給される脈波の基本波の周波数または矩形波信
号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出手段、５１９
は演算方法切替手段５１７を介して供給される体動の基
本波の周波数に基づいて体動のピッチを算出するピッチ
算出手段であり、それぞれ、算出した脈拍数／ピッチを
液晶表示装置１３へ供給する。なお、周波数からの脈拍
数／ピッチの算出は、周波数に定数“６０”を乗算する
ことで実現され、矩形波信号からの脈拍数／ピッチの算
出は、矩形波の周期を測定し、測定値の逆数に定数“６
０”を乗算することで実現される。

【００４５】また、５２０は脈拍数算出手段５１８での
算出結果（脈拍数）に基づいて第１のデジタルフィルタ
５０６に設定する係数を算出して出力する第１の係数算
出手段（特性設定手段）であり、第１のデジタルフィル
タ５０６の特性は、インパルスノイズ検出手段５０５の
判定結果が“１”の場合、すなわちインパルスノイズが
検出された場合にのみ第１の係数算出手段５２０で算出
された係数で表される特性となり、その他の場合にはス
ルー（全領域通過）となる。なお、第１の係数算出手段
５２０が出力する係数には、基準となる周波数（基準周
波数）ｆｂ１と遮断周波数ｆｌ，ｆｈとが含まれてお
り、基準周波数ｆｂ１は直前に検出された脈拍数に基づ
いて算出され、遮断周波数ｆｌ，ｆｈは、脈拍数の変動
に応じて設定される。例えば、脈拍数の変動が大きく、
脈拍推移の安定度が低い場合には基準周波数ｆｂ１との
間隔が広くなるように、脈拍数の変動が小さく、脈拍推
移の安定度が高い場合には基準周波数ｆｂ１との間隔が
狭くなるように遮断周波数ｆｌ，ｆｈが設定される。な
お、基準周波数ｆｂ１との間隔が一定となるように遮断
周波数ｆｌ，ｆｈを設定する態様も考えられる。

【００４６】ここで、第１の係数算出手段５２０が出力
する係数値で特定される第１のデジタルフィルタの特性
の一例を図６（ａ）に示す。この図に示すように、イン
パルスノイズ検出手段５０５においてインパルスノイズ
が検出された時に第１のデジタルフィルタ５０６に設定
される特性は、基準周波数ｆｂ１の通過レベルが最も高
い山型となる。すなわち、第１のデジタルフィルタ５０
６に入力された信号は、周波数領域において、基準周波
数ｆｂ１近傍では減衰率が低く、基準周波数ｆｂ１から
遠ざかるにつれて減衰率が増大し、ある程度以上遠ざか
って遮断周波数ｆｌ，ｆｈを超えると遮断される。

【００４７】なお、本実施形態においては、基準周波数
ｆｂ１が２．３［Ｈｚ］の場合、すなわち直前までの脈
拍数が１４０［拍／分］程度の場合には、インパルスノ
イズ検出時における第１のデジタルフィルタ５０６の出
力値が、５標本点の重み付け平均値 ＸN ＝ （−１・ＸN−１・ＸN+₁＋４・ＸN+₂−１・ＸN+
₃−１・ＸN+₄）／８（Ｎ＝０，１，２，３，４，…，Ｎ
−１） となるよう設定されている。

【００４８】５２１は脈拍数算出手段５１８での算出結
果（脈拍数）に基づいて第２のデジタルフィルタ５０７
に設定する係数を算出して出力する第２の係数算出手段
（特性設定手段）であり、第２のデジタルフィルタ５０
７の特性は、例外なく、第２の係数算出手段５２１で算
出された係数で表される特性となる。ここで、第２の係
数算出手段５２１が出力する係数値で特定される第２の
デジタルフィルタ５０７の特性の一例を図６（ｂ）に示
す。この図に示すように、第２のデジタルフィルタ５０
７に設定される特性は、基準周波数ｆｂ１の減衰率が最
も低く、裾野に向かって緩やかに減衰率が増大していく
山型となる。

【００４９】また、第２の係数算出手段５２１は、最新
の脈拍数を所定の数だけ記憶する記憶手段を備え、当該
記憶手段に記憶した脈拍数の変動に応じた係数を第２の
デジタルフィルタ５０７へ供給し、特性の稜線の傾きを
変化させる。例えば、脈拍数の変動が小さい場合には上
記稜線の傾きを急にし、同変動が大きい場合には上記稜
線の傾きを緩やかにする。このようにすることによっ
て、脈波信号中から脈波成分を大幅に低減してしまうと
いった事態を回避しつつ、脈波成分以外のノイズ成分を
低減することができる。

【００５０】５２２はピッチ算出手段５１９での算出結
果（ピッチ）に基づいて第３のデジタルフィルタ５０８
に設定する係数を算出して出力する第３の係数算出手段
（特性設定手段）であり、第３のデジタルフィルタ５０
８の特性は、例外なく、第３の係数算出手段５２２で算
出された係数で表される特性となる。ここで、第３の係
数算出手段５２２が出力する係数値で特定される第３の
デジタルフィルタ５０８の特性の一例を図６（ｃ）に示
す。この図に示すように、第３のデジタルフィルタ５０
８に設定される特性は、基準周波数ｆｂ２（体動の基本
波の周波数）の倍周波数においてくびれた特性、すなわ
ち基準周波数ｆｂ２の倍周波数の成分（体動成分）を遮
断する特性となる。

【００５１】また、第３の係数算出手段５２２は、最新
のピッチを所定の数だけ記憶する記憶手段を備え、当該
記憶手段に記憶したピッチの変動に応じた係数を第３の
デジタルフィルタ５０８へ供給し、くびれの強弱を変化
させる。例えば、ピッチの変動が小さい場合には、上記
くびれを強くし、基本周波数ｆｂ２の倍周波数の成分を
大幅に減衰させ、同変動が大きい場合には、上記くびれ
を弱くし、基本周波数ｆｂ２の倍周波数の成分であって
もあまり減衰しないようにする。このようにすることに
よって、脈波信号中から脈波成分を大幅に低減してしま
うといった事態を回避しつつ、脈波成分以外のノイズ成
分（体動成分）を大幅に低減することができる。

【００５２】なお、本実施形態において、液晶表示装置
１３は、脈拍数およびピッチを所定の領域に数値表示す
るが、数値に応じた絵文字や、脈拍数およびピッチの変
動の様子を表すグラフ等を表示するようにしてもよい。
また、第３のデジタルフィルタ５０８から出力される脈
波信号で表される波形（脈波波形）をスイープ表示する
ようにしてもよい。

【００５３】また、上述の説明において機能的に示した
構成要素は、実際にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの回
路要素によってソフトウェア的に実現されているが、実
現手法は適宜設計事項であるので、いずれの構成要素が
どの回路要素によって実現されているか等の説明は省略
する。なお、省スペース化および低コスト化の観点か
ら、時計モードおよび脈拍計モードにおいて極力、上記
回路要素を兼用するよう設計することが望ましい。

【００５４】Ｂ：実施形態の動作 次に、上述した実施形態の動作について説明するが、時
計としての動作については周知であるので、その説明を
省略する。なお、所定のボタンを押下することにより、
時計モードと脈拍計モードとが切り替わる。

【００５５】Ｂ−１：演算方法切替動作 図７は脈拍計モードの基本的処理の流れを示すフローチ
ャートであり、この図に示すように、脈拍計モードで
は、脈波検出用センサユニット３０および体動検出用セ
ンサ１０１は、常時、脈波信号および体動信号を出力す
る。体動検出用センサ１０１から出力された体動信号
は、体動信号増幅回路５１０によって増幅され、体動信
号検出手段５１５へ供給される。その結果、脈拍数の演
算方法の切り替え基準となる体動検出信号が体動信号検
出手段５１５から演算方法切替手段５１７へ供給され
る。演算方法切替手段５１７では、体動信号検出手段５
１５から供給された体動検出信号に基づいて脈拍数の演
算方法（周波数分析方法／矩形波処理方法）を切り替え
る（ステップＳ４０１，４０２）。

【００５６】具体的には、例えば、体動信号検出手段５
１５から体動検出信号が供給されている場合、および体
動検出信号が供給されていない時間が所定時間未満であ
る場合には「体動有り」と判定し、脈波・体動成分抽出
手段５１６からの出力をそのまま後段の脈拍数算出手段
５１８およびピッチ算出手段５１９へ供給することによ
って、演算方法を周波数分析方法に切り替える。逆に、
上記体動検出信号が供給されていない時間が所定時間以
上となった場合には「体動無し」と判定し、脈波矩形波
処理手段５１４からの矩形波信号および脈波・体動成分
抽出手段５１６からの体動のピッチに対する周波数を後
段の脈拍数算出手段５１８およびピッチ算出手段５１９
へ供給することによって、演算方法を矩形波処理方法に
切り替える。なお、省電力の観点から、各方法において
不要な回路要素の動作あるいは同回路要素への給電は停
止される。

【００５７】Ｂ−２：矩形波処理方法 演算方法が矩形波処理方法である場合には、前述したよ
うに、脈波検出用センサユニット３０によって検出され
た脈波信号は、脈波信号増幅回路５０１によって増幅さ
れ、脈波矩形波処理手段５１４によって矩形波信号に変
換され、演算方法切替手段５１７を介して脈拍数算出手
段５１８へ供給される。一方、体動検出用センサ１０１
によって検出された体動信号は、体動信号増幅回路５１
０によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器５１１でデジタル信
号に変換され、バッファ５１２に一時格納される。バッ
ファ５１２から出力された体動信号は周波数解析部５２
２で周波数解析処理（例えば検出時間が１６秒のＦＦＴ
処理）を施され、当該周波数解析結果から脈波・体動成
分抽出手段５１６によって体動の基本波の周波数が抽出
される。

【００５８】ここで、上記各周波数解析結果（スペクト
ラム）から、脈波・体動成分抽出手段５１６が脈波およ
び体動の基本波の周波数を求める処理について、図８を
参照して説明する。図８は体動信号の周波数解析結果の
一例を示す図であり、この図に示すように、一般には、
体動の基本波（腕の振りの基本波）の周波数成分より
も、体動の第２高調波の周波数成分の方が高レベルとな
る。体動の基本波は、腕の振り出し、引き戻しを一周期
とする振り子運動に相当し、通常走行において腕の振り
を滑らかな振り子運動にするのは難しいので、この成分
のレベルは低めとなるが、体動の第２高調波成分は、右
足をステップした時と左足をステップした時に均等に発
生する上下動や、腕の振り出し、引き戻しのそれぞれの
瞬間に加わる加速度に相当しているので、この成分のレ
ベルは高めとなるからである。

【００５９】したがって、体動の第２高調波成分の方が
特徴的に得易いということになる。ところで、通常走行
では、２〜４［Ｈｚ］の範囲であれば、走行ペースの速
い遅いを考えても第２高調波が出現する領域をカバーす
ることができる。したがって、この領域に限定した上で
特徴的な第２高調波成分を抽出することで検出精度を上
げることができる。

【００６０】そこで、本実施形態では、まず、体動信号
の周波数分析結果から最も高レベルのスペクトルの周波
数（ｆｓ）を求め、次に、ｆｓの１／２の周波数領域
に、所定のしきい値以上のレベルのスペクトルが存在す
るか否かを判定する。「存在する」と判定した場合に
は、ｆｓを体動の第２高調波の周波数とし、ｆｓ／２を
体動の基本波の周波数として特定する。なお、「存在し
ない」と判定した場合には、ｆｓを第３高調波の周波数
と仮定し、ｆｓ／３の周波数領域に所定のしきい値以上
のレベルのスペクトルが存在するか否かを判定し、存在
する場合にはｆｓ／３を体動の基本波の周波数として特
定し、存在しない場合にはｆｓを体動の基本波の周波数
として特定する。なお、第３高調波まで考慮するのは、
体動の基本波の存在し得る範囲として、２〜４［Ｈｚ］
の範囲を想定しているためである。こうして特定された
体動の基本波の周波数は演算方法切替手段５１７を介し
てピッチ算出手段５１９へ供給される。以上が図７のス
テップＳ４０７の処理である。

【００６１】脈拍数算出手段５１８では、脈波・体動成
分抽出手段５１６を介して供給された矩形波信号の周期
（波間値）を求め、この周期の逆数（周波数）に６０を
乗じた値を脈拍数とし、ピッチ算出手段５１９では、脈
波・体動成分抽出手段５１６を介して供給された周波数
に６０を乗じた値をピッチとする（ステップＳ４０
８）。なお、各算出手段５１８は算出した脈拍数を係数
算出手段５２０，５２１へ、各算出手段５１９は算出し
たピッチを係数算出手段５２２へ供給するよう構成され
ているが、矩形波処理方法が選択されている間は、この
供給処理は停止される（もちろん、いかなる場合にも供
給処理を続行する態様としてもよい）。各算出手段５１
８，５１９で算出された脈波数およびピッチは液晶表示
装置１３へ供給されて表示され、使用者に視認される
（ステップＳ４０９）。もちろん、脈拍数やピッチを音
声で知らせるなど、視覚以外の感覚に訴えて告知する態
様としてもよい。

【００６２】Ｂ−３：周波数分析方法 一方、演算方法が周波数分析方法である場合には、脈波
検出用センサユニット３０によって検出された脈波信号
は、脈波信号増幅回路５０１によって増幅され、Ａ／Ｄ
変換器５０２でデジタル信号（例えば−１２７〜１２７
の整数値をとる）に変換され（ステップＳ４０３）、バ
ッファ５０３に一時格納される。なお、体動信号につい
ては前述の「Ｂ−２：矩形波処理方法」における処理と
同一の処理が行われ、体動の基本波の周波数が得られる
ので、その説明を省略する。

【００６３】次に、バッファ５０３に一時格納された脈
波信号に対して、第１〜第３のデジタルフィルタ５０６
〜５０８によってフィルタ処理が施され、当該脈波信号
中のノイズ成分が低減または除去される（ステップＳ４
０４）。以下、このフィルタ処理について順に説明す
る。バッファ５０３に格納された検出値（例えば４秒間
分の脈波信号）がインパルスノイズによる影響を受けて
いない場合、具体的には、バッファ５０３上の全検出値
数に対する所定の範囲外の検出値の割合が所定のしきい
値以下の場合には、インパルスノイズ検出手段５０５か
ら、インパルスノイズが検出されなかった旨の信号（例
えば、値が“０”の信号）が、バッファ５０３から第１
のデジタルフィルタ５０６へ上記検出値が出力されるタ
イミングで出力される。第１のデジタルフィルタ５０６
には、直前に算出された脈拍数に基づいて第１の係数算
出手段５２０によって算出された係数が供給されている
が、インパルスノイズ検出手段５０５からインパルスノ
イズが検出されなかった旨の信号が供給されているの
で、その特性は全領域スルーとなる。したがって、脈波
信号はそのまま第２のデジタルフィルタ５０７へ供給さ
れる。

【００６４】一方、バッファ５０３に格納された検出値
がインパルスノイズによる影響を受けている場合、具体
的には、バッファ５０３上の全検出値数に対する所定の
範囲外の検出値の割合が所定のしきい値を超えている場
合には、インパルスノイズ検出手段５０５から、インパ
ルスノイズが検出された旨の信号（例えば、値が“１”
の信号）が、バッファ５０３から第１のデジタルフィル
タ５０６へ上記検出値が出力されるタイミングで出力さ
れる。この場合には、第１のデジタルフィルタ５０６の
特性は、図６（ａ）に示すような特性となり、予想され
る脈波の周波数成分以外の成分は減衰または遮断され
る。

【００６５】ここで、第１のデジタルフィルタ５０６に
よるフィルタ処理前の脈波信号の波形の例を図９（ａ）
に、そのＦＦＴ処理結果を図９（ｂ）に、同脈波信号に
第１のデジタルフィルタ５０６によるフィルタ処理を施
した後の脈波信号の波形の例を図１０（ａ）に、そのＦ
ＦＴ処理結果を図１０（ｂ）に示す。これらの図に示す
ように、第１のデジタルフィルタ５０６により、低周波
成分（インパルスノイズ）が大幅に減衰される。すなわ
ち、第１のデジタルフィルタ５０６によって、脈波信号
中のインパルスノイズ成分が大幅に低減または除去され
る。

【００６６】第２のデジタルフィルタ５０７には、直前
に算出された脈拍数に基づいて第２の係数算出手段５２
１によって算出された係数が供給されており、その特性
は図６（ｂ）に示すようなものになっている。すなわ
ち、脈波の周波数から離れるにつれて減衰の程度が増す
ような特性となっている。したがって、インパルスノイ
ズ以外のノイズ成分もここで減衰される。ところで、安
静時のように脈拍数が急激には変化しない場合には、予
想される脈波の周波数から僅かでも離れた周波数もノイ
ズ成分と考えられる。

【００６７】また、運動開始時のように脈拍が急激に変
動するような場合には、予想される脈波の周波数からあ
る程度離れた周波数も本来の脈波成分を含んでいる可能
性がある。そこで、第２の係数算出手段５２１は、脈拍
数の変化が小さい場合には図６（ｂ）の稜線の傾きを急
にし、脈拍数の変化が大きい場合には同傾きを緩やかに
して本来の脈波成分をあまり減衰させずに、ノイズ成分
を減衰させるようにしている。

【００６８】第３のデジタルフィルタ５０８には、直前
に算出されたピッチに基づいて第３の係数算出手段５２
２によって算出された係数が供給されており、その特性
は図６（ｃ）に示すようなものになっている。前述した
ように、基準周波数ｆｂ２は体動の基本波の周波数であ
るので、第３のデジタルフィルタ５０８によって、脈波
信号中の体動の基本波成分および高調波成分が減衰され
る。なお、第２の係数算出手段５２１が第２のデジタル
フィルタ５０７に対して行うのと同様に、第３の係数算
出手段５２２は、ピッチの変化が小さい場合には図６
（ｃ）のくびれを強くし、ピッチの変化が大きい場合に
は同くびれを弱くするので、ピッチが急激には変化しな
い場合には、体動成分が大幅に減衰・除去され、運動開
始時のようにピッチが急激に変動するような場合には、
前回のピッチと今回のピッチが大幅に異なる可能性があ
るので、体動成分の減衰は小幅に留められる。こうして
整形された脈波信号は、周波数解析部５０９によって所
定の周波数解析処理（本実施形態では検出時間が１６秒
のＦＦＴ処理）を施される（ステップＳ４０５）。

【００６９】次に、上記各周波数解析結果（スペクトラ
ム）から、脈波・体動成分抽出手段５１６が脈波および
体動の基本波の周波数を特定する（ステップＳ４０
６）。ここで、脈波の基本波の周波数を求める処理につ
いて説明する。脈波・体動成分抽出手段５１６は、ま
ず、脈波信号の周波数解析結果からレベルの高い順にス
ペクトルを選択し、逐次、選択したスペクトルの周波数
と体動の基本波の周波数（例えばｆｓ／２）および高調
波の周波数（例えばｆｓ，３ｆｓ／２）を比較し、一致
しない場合に当該スペクトルの周波数を脈波の基本波の
周波数として特定する。こうして特定された脈波の基本
波の周波数は演算方法切替手段５１７を介して脈拍数算
出手段５１８へ供給される。

【００７０】なお、原理的には、第３のデジタルフィル
タ５０９によって、脈波信号中の体動の基本波および高
調波の成分は大幅に減衰あるいは除去されているので、
単に、脈波信号の周波数解析結果において最も高レベル
のスペクトルの周波数を脈波の基本波の周波数として特
定するようにしてもよい。ただし、この場合、ピッチが
急激に変化するような状況下では、第３のデジタルフィ
ルタによる体動の基本波および高調波の成分の減衰量は
小幅にとどまるので、残留している体動成分のスペクト
ルを脈波の基本波のスペクトルとして選択してしまう可
能性がある。よって、ピッチの変化の程度に応じて処理
を変えるのが望ましい。

【００７１】次に、脈波の基本波の周波数が供給された
脈拍数算出手段５１８では、当該周波数から脈拍数が算
出され、この脈拍数が液晶表示装置１３、第１の係数算
出手段５２０、および第２の係数算出手段５２１へ供給
される。また、体動の基本波の周波数が供給されたピッ
チ算出手段５１９では、当該周波数からピッチが算出さ
れ、このピッチが液晶表示装置１３および第３の係数算
出手段５２２へ供給される（ステップＳ４０８）。な
お、脈拍数算出手段５１８から第１の係数算出手段５２
０および第２の係数算出手段５２１へ供給する値、ピッ
チ算出手段５１９から第３の係数算出手段５２２へ供給
される値を、演算方法切替手段５１７を介して供給され
る各周波数とし、各係数算出手段５２０〜５２２を、当
該各周波数に基づいて係数を算出するように設計しても
よい。なお、液晶表示装置１３に供給された脈拍数およ
びピッチは、対応する領域に表示され、使用者に告知さ
れる（ステップＳ４０９）。

【００７２】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、第１〜第３のデジタルフィルタ５０６〜５０８によ
って脈波信号中のノイズ成分を減衰または除去すること
ができるので、後段の周波数分析による脈拍数の検出処
理の精度を向上させることができる。また、脈波信号自
体を整形するので、例えば、脈波波形自体を表示するよ
うな態様にあっては、より正確な脈波波形を表示するこ
ともできる。

【００７３】しかも、第１のデジタルフィルタにあって
は、インパルスノイズが発生していないときには、全領
域スルーとなるので、インパルスノイズが重畳していな
い脈波信号をフィルタリングせずに済む。さらに、フィ
ルタリングによって主に減衰または除去されるのはイン
パルスノイズ成分であるので、インパルスノイズの重畳
部分における本来の脈波成分を大幅に減衰または除去し
てしまう虞がない。

【００７４】また、第２のデジタルフィルタにあって
は、除去される周波数成分は存在せず、あくまでも減衰
にとどめているので、脈拍数が突発的に変化しても、本
来の脈波成分を除去してしまう虞がない。さらに、第３
のデジタルフィルタによって体動の基本波および高調波
の周波数成分が大幅に減衰または除去されるので、後段
の処理を軽減することができる。また、第２および第３
のデジタルフィルタにあっては、脈拍数またはピッチの
変化の程度に応じて特性を変更することができるので、
より精度の高い脈波波形、脈拍数を得ることができる。

【００７５】Ｄ：変形例 なお、上記実施形態では、第１〜第３のデジタルフィル
タを同時に使用しているが、いずれか１つまたは２つを
のみを使用する態様としてもよい。また、第２および第
３のデジタルフィルタを合成し、１つのフィルタとして
実現するようにしてもよい。さらに、バッファおよびイ
ンパルスノイズ検出手段を省略し、第１のデジタルフィ
ルタによるフィルタリングを全ての脈波信号に対して施
すような態様も考えられる。この場合には、第１〜第３
のデジタルフィルタを１つのフィルタとして実現可能で
ある。また、実装態様は、ネックレスや眼鏡など、腕時
計に限定されるものではない。もちろん、脈拍計単独の
装置としてもよいし、脈波を検出するための装置として
もよい。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、脈波検出用センサから出力される脈波信号をフィル
タリングして出力する可変特性のフィルタに、フィルタ
リング後の脈波信号に基づいて算出された脈拍数に基づ
いた特性、あるいは体動検出用センサから出力される体
動信号に基づいて算出された体動のピッチに基づいた特
性を設定することにより、脈波信号中のノイズ成分を低
減することができる。したがって、より高い精度で脈波
を検出することができる。

【００７７】さらに、インパルスノイズ検出手段がイン
パルスノイズを検出した脈波信号に対して選択的に上記
フィルタリングを行うことにより、本来の脈波成分を大
幅に低減または除去することなく、インパルスノイズ成
分を低減または除去することができる。また、通過レベ
ルが基準周波数（前回の脈拍数に応じた周波数）から脈
波の基本波の下限周波数および上限周波数にかけて緩や
かに低くなるように上記フィルタの特性を設定すること
により、本来の脈波成分を大幅に低減または除去するこ
となく、ノイズ成分を全体的に低減することができる。
さらに、上記フィルタに設定する特性を脈拍数またはピ
ッチの変動状況に応じて変更することにより、より高い
精度で脈波を検出することができる。また、検出した脈
波に基づいた脈拍数を告知することにより、高い精度で
脈拍数を測定する脈拍計を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による脈拍計の装着態様
を示す図である。

【図２】 同脈拍計の装置本体をリストバンドやケーブ
ルなどを外した状態で示す平面図である。

【図３】 同脈拍計を３時の方向から眺めた側面図であ
る。

【図４】 同脈拍計の脈波検出用センサユニット３０の
断面図である。

【図５】 同脈拍計の本体内部に構成されている制御部
５の要部の構成を示すブロック図である。

【図６】 同脈拍計におけるデジタルフィルタの特性例
を示す図であり、（ａ）は第１のデジタルフィルタの特
性、（ｂ）は第２のデジタルフィルタの特性、（ｃ）は
第３のデジタルフィルタの特性を示す。

【図７】 同脈拍計の基本的処理の流れを示すフローチ
ャートである。

【図８】 同脈拍計において、体動の基本波の周波数を
求める処理を説明するための図である。

【図９】 （ａ）は同脈拍計の第１のデジタルフィルタ
によるフィルタ処理前の脈波信号の波形の例を、（ｂ）
は（ａ）のＦＦＴ処理結果を示す図である。

【図１０】 （ａ）は図９（ａ）の信号を第１のデジタ
ルフィルタによってフィルタ処理した後の脈波信号の波
形の例を、（ｂ）は（ａ）のＦＦＴ処理結果を示す図で
ある。

【図１１】 インパルスノイズが重畳した脈波信号の一
例を示す図であり、（ａ）は時間領域における脈波信号
を、（ｂ）は（ａ）の脈波信号にＦＦＴ処理を施して得
られるスペクトラムを示す。

【図１２】 従来のインパルスノイズ消去処理について
説明するための図であり、（ａ）は時間領域における脈
波信号を、（ｂ）は（ａ）の脈波信号にＦＦＴ処理を施
して得られるスペクトラムを示す。

【図１３】 従来のウィンドウ処理について説明するた
めの図である。

【図１４】 従来の体動成分除去処理について説明する
ための図であり、（ａ）は体動成分が重畳した脈波信号
にＦＦＴ処理を施して得られるスペクトラムを、（ｂ）
は体動信号にＦＦＴ処理を施して得たスペクトラムを、
（ｃ）は（ａ）から（ｂ）を減算した結果のスペクトラ
ムを示す。

【符号の説明】

１３…液晶表示装置、３０…脈波検出用センサユニッ
ト、１０１…体動検出用センサ、５０１…脈波信号増幅
回路、５０２，５１１…Ａ／Ｄ変換器、５０３，５１２
…バッファ、５０５…インパルスノイズ検出手段、５０
６…第１のデジタルフィルタ、５０７…第２のデジタル
フィルタ、５０８…第３のデジタルフィルタ、５０９，
５１３…周波数解析部、５１０…体動信号増幅回路、５
１４…脈波矩形波処理手段、５１５…体動信号検出手
段、５１６…脈波・体動成分抽出手段、５１７…演算方
法切替手段、５１８…脈拍数算出手段、５１９…ピッチ
算出手段、５２０…第１の係数算出手段、５２１…第２
の係数算出手段、５２２…第３の係数算出手段

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脈波を検出し脈波信号を出力する脈波検
   出用センサと、 前記脈波検出用センサから出力される脈波信号をフィル
   タリングして出力する可変特性のフィルタと、 前記フィルタでフィルタリングされた脈波信号に基づい
   て脈拍数を算出する脈拍数算出手段と、 前記脈拍数算出手段で算出された脈拍数に基づいて前記
   フィルタの特性を設定する特性設定手段とを具備するこ
   とを特徴とする脈波検出装置。
2. 【請求項２】 脈波を検出し脈波信号を出力する脈波検
   出用センサと、 前記脈波検出用センサから出力される脈波信号をフィル
   タリングして出力する可変特性のフィルタと、 体動を検出し体動信号を出力する体動検出用センサと、 前記体動検出用センサから出力される体動信号に基づい
   て体動のピッチを算出するピッチ算出手段と、 前記ピッチ算出手段で算出されたピッチに基づいて前記
   フィルタの特性を設定する前記特性設定手段とを具備す
   ることを特徴とする脈波検出装置。
3. 【請求項３】 前記脈波センサから出力される脈波信号
   を一時格納してから前記フィルタへ出力するバッファ
   と、 前記バッファに一時格納された脈波信号からインパルス
   ノイズを検出するインパルスノイズ検出手段とを具備
   し、 前記特性設定手段は、前記インパルスノイズ検出手段の
   検出結果をも加味して前記フィルタの特性を設定するこ
   とを特徴とする請求項１記載の脈波検出装置。
4. 【請求項４】 前記フィルタは、脈波信号の通過レベル
   が基準周波数から脈波の基本波の下限周波数および上限
   周波数にかけて緩やかに低くなるよう構成されており、 前記特性設定手段は、前記基準周波数を設定することで
   前記フィルタの特性を設定することを特徴とする請求項
   １記載の脈波検出装置。
5. 【請求項５】 前記特性設定手段は、前記フィルタに設
   定する特性を前記脈拍数算出手段で算出された脈拍数の
   変動状況に応じて変更することを特徴とする請求項１ま
   たは３あるいは４記載の脈波検出装置。
6. 【請求項６】 前記特性設定手段は、前記フィルタに設
   定する特性を前記ピッチ算出手段で算出されたピッチの
   変動状況に応じて変更することを特徴とする請求項２記
   載の脈波検出装置。
7. 【請求項７】 請求項１、３、４または５記載の脈波検
   出装置を備え、 前記脈拍数算出手段で算出された脈拍数を告知する告知
   手段を具備することを特徴とする脈拍計。
8. 【請求項８】 請求項２または６記載の脈波検出装置を
   備え、 前記フィルタでフィルタリングされた脈波信号に基づい
   て脈拍数を算出する脈拍数算出手段と、 前記脈拍数算出手段で算出された脈拍数を告知する告知
   手段とを具備することを特徴とする脈拍計。